JPH02244716A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はシリコン基板にコンタクト特性が改善された所
望の半導体装置を形成する半導体装置の製造方法に関す
るものである。

（従来の技術） 従来、半導体基板、例えば、シリコン基板に形成された
不純物拡散領域（ソース・ドレイン領域）と、アルミニ
ウム（Ａｔ）配線とのコンタクトをとる場合の構造は既
知であり、第２図に示すように構成されている。即ち、
シリコン基板１にその導電型とは反対の導電型を呈する
不純物を拡散してソース・ドレイン領域２を形成し、シ
リコン基板１上全体に亘って例えばＢＰＳＧ絶縁膜３を
設け、この絶縁膜の、前記ソース・ドレイン領域上の箇
所にコンタクト窓を形成し、このコンタクト窓内および
前記ＢＰＳＧ絶縁膜３上にアルミニウム配線４を施して
、例えば電界効果トランジスタのような回路素子を形成
するようにしている。

（発明が解決しようとする課題） かかる構成においては、アルミニウム配線４とシリコン
基板１とのコンタクト部において、アルミニウム配線４
が純アルミニウムの場合には、第２図に示すように半導
体装置の製造中の熱処理でシリコン基板１中にアルミニ
ウムのくさび状部分５が形成され、これによりソース・
ドレイン領域２とシリコン基板１との接合が破壊される
ようになる。このような現象は、−Ｌ述した熱処理によ
ってシリコン基板１のシリコンがアルミニウムに吸上げ
られ、その後にアルミニウムが入り込むと云うシリコン
とアルミニウムとの相互拡散によるものである。

このような接合破壊を防止するためには、アルミニウム
中に１％程度のシリコンを含有させるようにしたアルミ
ニウム配線が用いられているが、かかる配線の場合には
、接合の破壊は防ｒＬ−されるが第３図に示すように半
導体装置の製造中に熱処理によりアルミニウム配線中の
シリコンがコンタクト窓部分に析出され、同相エピタキ
シャル成長されて析出シリコン６が形成されるようにな
る。

コンタクト窓の寸法が大きい場合には析出シリコン６は
コンタクト窓内に部分的に形成されるだけであるが、コ
ンタクト窓の寸法が小さい場合には図示のように析出シ
リコン６がコンタクト窓を完全に覆うようになる。この
析出シリコン６はアルミニウドをアクセプタとし°Ｃ含
み、従ってＰ型であるため、特に下地のシリコンがＮ型
の部分でオーミックコンタクトが得られず、コンタクト
不良を起こし、場合によってはＰＮ接合が形成されてダ
イオード特性を呈するようになる。

以」二の現象は、アルミニウムとシリコンとが相！王に
拡散するために生ずるものである。これがため、アルミ
ニウムとシリコンとの間に拡散バリヤを介挿することに
より第２および３図に示す欠点を解消するような技術が
開発されている（例えば特開昭６３−１．３６５６７号
公報）。

従来、かかる拡散バリヤと１．では例えばスパッタリン
グにより成膜された窒化チタン（ＴｉＮ）が用いられて
いる。この場合第４図に示すように拡散バリヤ層の窒化
チタン膜７を純アルミニウム膜４の堆積前に形成して、
アルミニウム膜４と拡散層２との間に介挿し得るように
する。かように、窒化チタン膜７を拡散バリヤとして介
挿することにより、アルミニウムとシリコンとの相１２
拡散を著しく抑圧することができるが、この場合、４５
０°Ｃ〜４８０℃の熱処理を繰返し行うことにより、第
２図に示すようなアルミニウド・の（さび状部分５が接
合を貫通して形成され、従って窒化チタンの拡散バリヤ
が完全ではないことが確かめられた。

本発明は１−記コンタクト部のアルミニウムと不純物拡
散層との間の電気抵抗の値が増大するのを防止し、良好
なコンタクトが得られるようにした上述した種類の半導
体装置の製造方法を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 本発明は半導体基板を設け、この゛１６導体基板−１−
に通常の材料堆積処理により所望導電型の半導体層を堆
積し、この半導体層にパターニング、不純物拡散および
材料堆積処理を施して不純物拡散層および電極層を夫々
設け、これら不純物拡散層および電極層に材料除去処理
を施してコンタクト窓を形成し、このコンタクト窓の前
記拡散層および電極層表面に所望の熱処理によりシリコ
ン酸化膜を形成した後材料堆積処理によりアルミニウム
を主成分とする金属膜を被着し、その後型に熱処理を施
し前記コンタクト窓内のシリコン酸化膜を還元すること
を特徴とする。

即ち、本発明によればシリコン基板」−の絶縁膜にコン
タクト窓を形成した後、不純物拡散層およびポリシリコ
ン電極層のコンタクト表面に形成された還元司能な厚さ
のシリコン酸化膜の１−にアルミニウム又はこれを主成
分とする金属膜を被着１７て電極（配線）を形成し、そ
の後熱処理によりこのシリコン酸化膜を還元し、シリコ
ン基板上の不純物拡散層およびポリシリコン電極層の電
気的な接合を得るようにする。

（作用） 上述した手段によれば、熱処理時においてアルミニウム
がシリコン酸化膜を還元している間、アルミニウムとシ
リコンとの相互拡散を防止することができ、熱処理１程
の終了と同時にシリコン酸化膜の還元を終了することに
より、電気的な導通を確保できるため、不純物拡散層お
よびポリシリコン電極層とアルミニウム電極配線との間
の電気抵抗が増大するのを防止することができ、これに
より前記目的を達成することができる。

シリコン酸化膜の厚さは、アルミニウム金属配線の形成
後の半導体装置の製造工程における熱処理の温度および
時間並びに第５図に示すアルミニウム（Ａｔ）と酸化珪
素（ＳｉＯｙ）との反応特性図（ＬＳＩハンドブック、
第２７９頁、電子通信学会、オーム社、１９８５年参照
）から決定することができる。

（実施例） 第１ａ＝１ｄ図は本発明方法により製造した半導体装置
に形成される回路素子としてのＭＯＳ型電界効果トラン
ジスタの製造工程を示す断面図である。

第１ａ図に示すように、出発材料として抵抗値がｌＯΩ
・ｃｍ、結晶方位（１００）のＰ型シリコン基板１を設
ける。このシリコン基板１上に通常のＬＯＣＯ３法によ
りソース・ドレイン領域２を形成すると共にその周りに
厚さ６０００人のフィールド酸化膜８を形成する。フィ
ールド酸化膜８の形成時に形成され、フィールド酸化膜
８によって囲まれた能動領域止め厚さ３００人のゲート
酸化膜９の上に、材料堆積およびバターニング並びに材
料除去処理によって厚さ３５００人のポリシリコンゲー
ト電極１０を形成する。

次いで、イオン注入によりソース・ドレイン領域２およ
びポリシリコンゲート電極領域に、砒素を５　Ｘ　１０
”／ｃｍ’、１００ｋｅＶでドープした後、４％のほう
素および４％の燐を含んだＢＰＳＧ膜３を、厚さ５００
０人に亘ッテＣｖＤ法により堆積し、次１ｍ、Ｃ，Ｐ、
、　ＣＨＦ３゜Ｈｅの混合ガスを用いてコンタクト部分
に対応するＢＰＳＧ膜３をリアクティブ・イオン・エツ
チングにより除去し、コンタクト窓１１を形成し、シリ
コン基板１の表面を露出させる。

次いで第１ｂ図に示すように、全体を、酸素（０り雰囲
気中で、たとえば、８５０℃以上の温度で所定時間加熱
処理することにより露出部分をその表面から数原子層分
のシリコン原子のみ酸化してシリコン酸化膜１２を形成
する。このシリコン酸化膜１２は、その膜厚をアルミニ
ウム堆積後の熱処理の温度および時間で還元されるよう
な厚さ、即ち、４０人とする。かようにシリコン酸化膜
１２の厚さを４０人とする理由は、アルミニウム堆積後
に、４６０℃の温度で１０分間に亘り保護膜ＰＳＧ形成
用熱処理および４６０°Ｃの温度で３０分間に亘りアル
ミニウムシンター用の熱処理を行い、従って合計で４６
０℃の温度で４０分間の熱処理を行う必要があることか
ら、第５図を参照すれば４６０’ＣにおけるＡｔと５ｔ
Ｏｔとの反応速度が、１人／分であるからある。

次に第１ｃ図に示すように、直流スパッタ法によす全体
に５０００人の純アルミニウムを堆積し、ＣＣｌ４ガス
を用いたりアクティブ・イオン・エツチング（ＲＩＥ）
によりパターニングして屓配線４を形成する。

次いで、図示しない保護膜ＰＳＧをＣＶＤ法により形成
した後、アルミニウムシンター処理を行い、これら熱処
理により厚さ４０人のシリコン酸化膜１２をアルミニウ
ムにより還元し、第１ｄ図に示すような良好なオーミッ
クコンタクトを有するＭＯＳ型電界効果トランジスタを
形成する。

熱処理中の還元反応時にはアルミニウムとシリコン基板
とが直接接触していないため、アルミニウムとシリコン
との相互拡散は発生せず、アルミニウムの（さび状部分
は発生しない。又、金属配線として純アルミニウムの代
わりにＡｌ−１％Ｓｉ合金を用いる場合にはアルミニウ
ムとシリコン基板とが直接接触していないことから、不
純物拡散層およびポリシリコンゲート電極の表面に単結
晶のシリコンが析出することはない。シリコン酸化膜の
還元が終了すると、アルミニウムと、シリコン基板上の
不純物拡散層及びポリシリコンゲート電極とが直接接触
し、アルミニウムの（さび状部分およびシリコン析出の
ない電気的導通を確保でき、装置の信願性及び歩留まり
を向上させることができる。

本発明は上述した例にのみ限定されるものではなく、要
旨を変更しない範囲内で種々の変形が可能である。

例えば、本発明を実施例ではＭＯＳ型トランジスタに適
用した例を示したが、バイポーラトランジスタ、種々の
回路素子からの引出導体等にもに適用し得ることは勿論
である。又、金属配線はアルミニウムが主体構成の合金
であれば、他のいかなる合金からなるものでも良く、更
に、シリコン酸化膜は酸素（Ｏｆ）に限らず、＋１　、
、Ｏ、その他のシリコンの直接酸化に適用できる物質で
あればいかなるものであっても良く、更に、反応条件も
高温加熱に限らず、気相成長方法であっても良い。

（発明の効果） 上述したように、本発明によれば半導体装置のコンタク
ト部において基板と配線材料との間の相Ｑｌ拡散及びシ
リコン析出が防止され、ゝ１１導体装置の信頼性向１−
に有効Ｃある。

【図面の簡単な説明】

第１ａ〜ｌｄ図は本発明方法に、より製造する半導体装
置の製造に程を示す断面図１、 第２〜４図は従来の半導体装置の断面図、第５図はＡｆ
＆Ｓ＋Ｏｔとの反応特性図である。 析出シリコン ＴｉＮ膜 フィールド酸化膜 ゲート酸化膜 ポリシリコンゲー コンタクト窓 シリコン酸化膜 ト電極

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、半導体基板を設け、この半導体基板上に通常の材料
   堆積処理により所望導電型の半導体層を堆積し、この半
   導体層にパターニング、不純物拡散および材料堆積処理
   を施して不純物拡散層および電極層を夫々設け、これら
   不純物拡散層および電極層に材料除去処理を施してコン
   タクト窓を形成し、このコンタクト窓の前記拡散層およ
   び電極層表面に所望の熱処理によりシリコン酸化膜を形
   成した後材料堆積処理によりアルミニウムを主成分とす
   る金属膜を被着し、その後更に熱処理を施し前記コンタ
   クト窓内のシリコン酸化膜を還元することを特徴とする
   半導体装置の製造方法。