JPH03183126A - 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） 本発明は半導体装置の製造方法、特に、電極配線のコン
タクトを良好に形成し得るようにした半導体装置の製造
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（八ｌ）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工程・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、上述した熱処
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す込むと云うシ
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
ニウム合金による配線が用いられているが、かかる配線
の場合には、接合の破壊は防止されるが、逆に第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アルミニウム配線内を拡散し、
（４５０℃、３０分で３８μｍの拡散長を持つ）、コン
タクト窓部分に析出され、固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。

また、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はアルミニウムをアクセプタとし
て含み、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。

以上の現象は、アルミニウムとシリコンとが相互に拡散
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６３−１３６５６７号公報）
。

従来、かかる拡散バリヤとして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互拡散
を抑制することができるが、この場合、４５０℃〜４８
０℃の熱工程・熱処理を繰返し行うため、第２図に示す
ようなアルミニウムのくさび状部分５が窒化チタン膜７
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。

本発明は上記コンタクト部のアルミニウム電極配線と不
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処理、不純物拡散処理および
材料堆積処理を施して不純物拡散層および／または電極
層を夫々設け、これら不純物拡散層および／または電極
層に材料除去処理を施してコンタクト窓を形成し、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前
記基板全面上に被着し、コンタクト窓の周辺を残して材
料除去処理を施した後、所望の材料堆積処理により基板
全面にシリコン酸化膜を形成し、その後再度材料堆積処
理によりアルミニウムを主成分とする金属膜を基板全面
に被着し、所望の電極配線パターニング処理を施した後
事に熱処理を施し前記両金属膜間のシリコン酸化膜を還
元することを特徴とする。

本発明によれば半導体基板および半導体基板表面に設け
られた拡散層上に、または電極層上にアルミニウム合金
からなる電極配線のコンタクトを形成してなる半導体装
置において、上記電極配線が上記コンタクトの部分の周
辺で電極配線との間にシリコン酸化膜を有し、熱工程・
熱処理を施すことにより上記シリコン酸化膜を上記電極
配線であるアルミニウムにより還元し得るようにする。

即ち、本発明によれば半導体基板の拡散層または電極層
上に設けられた絶縁膜にコンタクト窓を形成した後、ア
ルミニウム合金からなる金属膜をこのコンタクト窓内を
含む基板全体に被着し、コンタクト部分の周辺にアルミ
ニウム合金を残すようにパターニング・エツチング処理
を施し、このアルミニウム合金の周囲に還元可能な厚さ
のシリコン酸化膜を成膜し、再びアルミニウム合金から
なる金属膜を基板全体に被着し、その後再びパターニン
グ・エツチング処理を施して電極配線構体を形成する。

その後熱工程・熱処理により、このシリコン酸化膜を還
元し、電極配線の単一体化を図り電極配線が導通し得る
ようにする。

（作用） 上述した手段によれば、熱工程・熱処理によるアルミニ
ウムのシリコン酸化膜還元が完了するまでの間、このシ
リコン酸化膜がアルミニウム合金電極配線中のシリコン
のコンタクトホールへの拡散の防止膜となるため、コン
タクト部分のシリコンの析出を防止することができ、拡
散層または電極層と、アルミニウム合金金属配線との間
の析出シリコンによる電気抵抗増大を防止することがで
きる。また、熱工程・熱処理の終了と同時にシリコン酸
化膜の還元を完了することにより電極配線の単一化、即
ち、電気的な導通を確保でき、これにより前記目的を遠
戚することができる。

シリコン膜の厚さはアルミニウム合金電極配線形成後の
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（Ａ１）と酸化珪素（
Ｓ１０２）との反応特性図（ＬＳＩハンドブック第２７
９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） 図面につき本発明の詳細な説明する。

第１図ｇに示すように、本発明方法においてはまず最初
、比抵抗が１０Ω・Ｃｆｆ１で、結晶方位（１００）の
Ｐ型シリコン基板１を用意し、その表面にイオン注入に
より砒素を５×１０Ｉ５／ｃＩ１２．１００　ｋ　ｅＶ
でドープし、ｎ型拡散層２を形威し、その後、４％の硼
素および４％の燐を含んだＢＰＳＧ膜３を厚さ０．５μ
ｍに亘って気相成長法（ＣＶＤ法）により基板上全体に
堆積し、次いで、コンタクト部分に対応するＢＰＳＧ膜
３の部分をリアクティブイオンエツチング処理により除
去し、コンタクト窓８を形成する。

次いで、第１図すに示すように通常の直流スパッタ法に
より全体に０．５μｍのアルミニウム合金４ａ（例えば
Ａ１１％、Ｓｉ）を堆積し、第１図Ｃに示すように、コ
ンタクト窓８の周辺にアルミニウム合金４ａ’を残すよ
うに、リアクティブイオンエツチング処理を行う。

その後、第１図ｄに示すように通常の気相成長法（ＣＶ
Ｄ法）によってＢＰＳＧ膜３およびアルミニウム合金４
ａ’を被覆するように、シリコン酸化膜９を形成する。

このシリコン酸化膜９はその膜厚をアルミニウム合金電
極配線形成後の熱工程・熱処理の温度および時間で還元
されるような厚さ、即ち、２４０Ａとする。

かように、シリコン酸化膜９の厚さを２４０Ａとする理
由は、アルミニウム合金電極配線形成後に４６０℃の温
度で合計９０分間に亘り、層間絶縁膜、最終表面保護膜
形成用熱工程および４６０℃の温度で３０分間に亘り、
アルミニウムシンターリング（アロイ）用の熱処理を施
し、従って合計で４６０℃の温度で１２０分間の熱工程
・熱処理を施す必要があることから、第５図を参照すれ
ば４６０℃におけるアルミニウム（Ａ１）とシリコン酸
化膜（８１０２）との反応速度が１λ／分であり、しか
も、シリコン酸化膜の両面から還元反応が行われるから
である。

次に、第１図ｅに示すように直流スパッタ法により全体
に厚さ０．５μｍのアルミニウム合金４ｂを堆積し、第
１図ｆに示すようにコンタクト上部のアルミニウム合金
４ｂの凸部を除去し、平坦化処理を施す。

次いで、第１図ｇに示すように、リアクティブイオンエ
ツチング処理によりパターニング処理を施して第１図り
に示すようなアルミニウム合金電極配線４Ｃに対応する
形状の配線パターンを形成する。その後、図示しない眉
間絶縁膜、表面保護膜を形成した後、アルミニウムシン
ターリング（アロイ）処理を施し、これら熱工程・熱処
理により厚さ２４０Ａのシリコン酸化膜９をアルミニウ
ムにより還元し、第１図りに示すような良好なオーミッ
クコンタクト４Ｃを有する半導体装置を形成する。

本発明によれば、熱処理によるアルミニウムのシリコン
酸化膜還元が完了するまでの間、このシリコン酸化膜が
アルミニウム合金電極配線中のシリコンのコンタクトホ
ールへの拡散の防止膜となるため、コンタクト部分のシ
リコン析出を防止することができ、拡散層とアルミニウ
ム合金電極配線との間の析出シリコンによる電気抵抗の
増大を防止することができる。

また、熱工程・熱処理の終了と同時に、シリコン酸化膜
の還元を完了することにより、電極配線を単一化し、そ
の電気的導通を確保でき、従って装置の信頼性および歩
留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の種々の変形が可能である。例え
ば、拡散層２はｐ型としてもよく、シリコン酸化膜９の
形成方法はプラズマを用いた気相成長法（ＰＥ−ＣＶＤ
）としてもよい。また、本発明を電極層のコンタクトホ
ールの形成にも適用することができることは明らかであ
る。

（発明の効果） 上述したように本発明によれば、半導体装置の製造時に
そのコンタクト部において、シリコンの析出を防止する
ことができ、半導体装置の信頼性向上に有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ〜第１図りは本発明方法により製造する半導体
装置の製造工程を示す断面図、第２〜４図は従来の半導
体装置の断面図、第５図はアルミニウムＡＩと酸化珪素
層（Ｓｉ０２）との反応特性図である。 １　・・・　シリコン基板 ２　・・・　ｎ型拡散層（ソース・ドレイン領域）３　
・・・　ＢＰＳＧ膜 ４　・−・　Ａ１配線 ４ａ　・・・　アルミニウム合金 ４ｂ　・・・　アルミニウム合金 ４Ｃ・・・　アルミニウム合金電極配線５　・・・　Ａ
２＜さび状部分 ６　・・・　析出シリコン ７　・・・　ＴｉＮ膜 ８　・・・　コンタクト窓 ９　・・・　シリコン酸化膜 第１図 第２図 第３図 第４図 Ｊｆｆ（′ｃ） ＡＩと５ｉ０２どの１１応特佳

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処理と、不純物拡散処理および材
   料堆積処理を施して不純物拡散層および／または電極層
   を夫々設け、これら不純物拡散層および／または電極層
   に材料除去処理を施してコンタクト窓を形成し、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前記
   基板上全面に被着し、コンタクト窓の周辺を残して材料
   除去処理を施した後、所望の材料堆積処理により基板全
   面にシリコン酸化膜を形成し、その後再度材料堆積処理
   によりアルミニウムを主成分とする金属膜を基板全面に
   被着し、所望の電極配線パターニング処理を施した後更
   に熱処理を施し前記両金属膜間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。