JPH033270A - 半導体装置 - 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、半導体装置に係り、Ｓｉ基板とＡｌ配線層と
の間にバリアメタル層を有する半導体装置に適用するこ
とができ、詳しくは特に、熱処理の際、Ｓｉ基板中に配
線層からのＡＪの浸入をほとんど生じないようにするこ
とができる半導体装置に関する。

近年、ＩＣの高集積化に伴い、特にＡｌ配線の高信顛性
が要求されている。

例えばＡｌ配線がコンタクトホールを介してＳｉ基板に
コンタクトされた構造の半導体装置が知られているが、
この構造の半導体装置では後の工程で熱処理が加わると
／ｌ配線からＳｉ基板中にＡｌが浸入しＡｊ！Ｓｔ合金
が形成されてしまい、Ｓｉ基板に形成されたｐｎ接合を
破壊したりするいわゆるアロイスパイクの問題がある。

このため、Ａｌ！［！線からＳｉ基板中にＡ１の浸入を
防ぐことができる構造の半導体装置が要求されている。

〔従来の技術〕

以下、従来技術について具体的に説明する。

第３図は従来の半導体装置の一例の構造を示すす断面図
である。

この図において、２１はＳｔからなり例えばｐ゛型の基
板、２２は例えばｎ゛型の基板拡散層で、例えばソース
拡散層、ドレイン拡散層、配線として機能しうるちので
ある。２３は例えばＳ　ｉ　Ｏｚからなるフィールド酸
化膜、２４は例えばＳｉＯ□からなる絶縁膜、２５はコ
ンタクトホール、２６はＡ１または主成分としてＡ１を
用いる合金の配線層、２７は例えばＰＳＧからなるカバ
ー膜である。

なお、基板２１と基板拡散層２２間にはｐｎ接合が形成
されている。

第３図に示す半導体装置は、まずフィールド酸化膜２３
を公知のＬＯＧＯ３酸化法により形成し、イオン注入し
て基板拡散層２２を形成した後、コンタクトホール２５
を有する絶縁膜２４を形成し、コンタクトホール２５を
介して基板拡散層２２とコンタクトするように配線層２
６を形成することによりなっている。しかしながら、こ
の後工程に行うカバー膜２７を形成する際の熱処理（４
００℃以上）や、装置をパッケージに接着する際の熱処
理（５００℃）等により配線層２６を構成するＡｌが基
［２１中に拡散し、基板２１を構成するＳｉと反応して
Ａｊ’Ｓｉ合金（第３図に示すＸ１部、いわゆるアロイ
スパイク）が形成される。このアロイスパイクが基板拡
散層２２を突き抜けて基板２１にまで達すると、基板２
１と基板拡散層２２間に形成されるｐｎ接合が破壊され
てしまう。このため、ｐｎ接合が破壊するとリーク電流
が多量に流れてしまい、ＩＣ特性に悪影響を与えてしま
うという問題があった。

上記問題を解決する従来技術としては基板２１と配線層
２６間にバリアメタル層を形成すればよいことが知られ
ている。以下、具体的に図面を用いて説明する。

第４図は従来の半導体装置の他の一例の構造を示す断面
図である。

この図において、第３図と同一符号は同一または相当部
分を示し、３１はシリコンを含まないチタン（Ｔｉ）層
、３２はチタンナイトライド（ＴｉＮ）層である。３３
はチタン層３１及びチタンナイトライド層３２で構成さ
れたバリアメタル層である。

第４図に示す半導体装置は基板２１と配線層２６間にチ
タン層３１及びチタンナイトライド層３２で構成された
バリアメタル層３３を設けている。バリアメタル層３３
を構成するチタンナイトライド層３２は熱処理時に生じ
る基ｖｉ２１中への配線層２６からのＡ１の拡散を防止
するバリア性を有している。チタン層３１はチタンナイ
トライド層３２よりバリア性は劣るが、チタンナイトラ
イド層３２のみでバリアメタル層を構成するとコンタク
ト抵抗が高いうえ、基板２１及び絶縁膜２４と接着性が
悪いため、コンタクト抵抗低減のためと、基板２１及び
絶縁膜２４とチタンナイトライド層３２を良好に接着さ
せる接着層として設けられている。

〔発明が解決しようとする課題〕

第４図に示す従来の半導体装置にあっては、第３図に示
すバリアメタル層を有していないものよりもバリア性に
優れており、熱処理時に発生する配線層２６から基板２
１へのＡｌの拡散は少ないが、この第４図の構造のもの
でも第５図に示すように、バリアメタル層３３を構成す
るチタンナイ′ドライド層３２の粒界（第５図に示すＸ
２部）を微量のＡＪが拡散し、バリア性の弱いチタン層
３１を通過して基板２１内に浸入し基板２１を構成する
Ｓｔと反応してアロイスパイクといわれるＡｆＳｉ合金
を形成してしまう。これに伴い、このようなアロイスパ
イクが、同じ加熱工程中でさらに進行し、既述のバリア
メタルを用いない場合と同様に、基板拡散層２２を突き
抜け、ｐｎ接合が破壊されて、リーク電流が生じてしま
うという問題があった。

また、バリア性を改善して上記問題を解決する手段とし
てはチタン層３１をチタンシリサイド（Ｔｉｓｉ２）に
置き換えて、チタンシリサイド（ＴｉＳｉｚ）／チタン
ナイトライド（Ｔ　ｉ　Ｎ）の積層膜をバリアメタル層
として用いるものが知られている。この場合、熱処理時
に発生する基板２１中への、ｌの浸入はほとんど起こら
ず、シリコンを含まないチタン（Ｔｉ）／チタンナイト
ライド（ＴｉＮ）の積層膜をバリアメタル層として用い
た場合に比べて、バリア性は確かに改善されるのである
が、シリコンを含まないチタン（Ｔｉ）／チタンナイト
ライド（ＴｉＮ）の積層膜を用いた場合よりもコンタク
ト抵抗が高くなってしまうという問題があった。

そこで本発明は、熱処理の際、基板中への配線層からの
Ａ１の浸入をほとんどなくすことができ、ｐｎ接合の耐
圧劣化を起こり難くしてリーク電流を生じ難くすること
ができ、かつコンタクト抵抗低減化を実現することがで
きる半導体装置を提供することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

本発明による半導体装置は上記目的達成のため、単結晶
シリコンまたはポリシリコンからなる半導体層と、アル
ミニウムまたはアルミニウム系合金からなる配線層との
間にバリアメタル層を有する半導体装置において、該バ
リアメタル層が、該半導体層上に形成され、シリコンの
含有量が０アトミックパーセントを越え、かつ１０アト
ミックパーセント以下であるシリコン含有チタン層と、
該シリコン含有チタン層上に形成された高に点金属層ま
たは高融点金属ナイトライド層とを有するように構成し
たものである。

〔作用〕

本発明では、第１図に示すように、バリアメタル層３が
基板２１上に形成されたシリコンの含有量が２アトミッ
クパーセントであるシリコン含有チタン層１と、シリコ
ン含有チタン層ｌ上に形成された高融点金属ナイトライ
ド層３との積層膜によって構成される。

したがって、バリアメタル層３．配線層２６を順次形成
した後に熱処理工程があっても、高融点金属ナイトライ
ド層２の粒界を通過してきた微量のＡ１がシリコン含有
チタン層１に浸入し、シリコン含有チタン層１に含むＳ
ｉと反応してＡｌＳ　ｉが形成されるため、基板２１へ
のＡｌの浸入をほとんどなくすことができるようになる
。

また、シリコン含有チタン層１中にはシリコン含有量が
わずか２アトミックパーセントしかなく、シリコンを含
まないチタン（Ｔｉ）／チタンナイトライド（Ｔ　ｉ　
Ｎ）の積層膜をバリアメタル層として用いた場合とほぼ
同等のコンタクト抵抗を得ることができるため、コンタ
クト抵抗低減化を達成することができるようになる。

［実施例〕 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第１図及び第２図は本発明に係る半導体装置の一実施例
を説明する図であり、第１図は一実施例の構造を示す断
面図、第２図は（ａ）、（ｂ）は一実施例の製造方法を
説明する図である。

これらの図において、第３図及び第４図と同一符号は同
一または相当部分を示し、１はシリコン含有量が２アト
ミックパーセントであるシリコン含イチタン層、２は例
えばＴ　ｉ　Ｎ　（ＷＮ、　　Ｚ　ｒ　Ｎ等でもよい）
からなる高融点金属ナイトライド層、３はバリアメタル
層で、シリコン含有チタン層１及び高融点金属ナイトラ
イド層２から構成されている。

次に、その製造方法について説明する。

まず、第２図（ａ）に示すように、例えば公知のＬＯＣ
Ｏ３酸化法によりＰ型シリコン基板２１を選択的に酸化
してフィールド酸化ＩＩ！Ｊ２３を形成し、Ｐ型シリコ
ン基板２１に不純物イオンとして例えばＰ（リン）を注
入し活性化のための熱処理をして、基板拡散層２２を形
成した後、例えばＣＶＤ法により全面にＳｉＯ□を堆積
してＳｉＯ□からなる絶縁膜２４を形成する。次いで、
例えばＣＦａ　　（四フッ化炭素）ガスを用いるＲＩＥ
（リアクティブ・イオン・エツチング）により絶縁膜２
４を選択的にエツチングしてコンタクトホール２５を形
成した後、コンタクトホール２５内の基板拡散層２２上
に生じた自然酸化膜を例えばフッ酸溶液によるウェット
処理で除去する。

次に、第２図（ｂ）に示すように、例えばスパッタ法に
よりコンタクトホール２５を介して基板拡散層２２とコ
ンタクトを採るように例えばシリコン含有量が２アトミ
ックパーセントであり、がっ膜厚が例えば２００人のシ
リコン含有チタン層１を形成し、例えばスパッタ法によ
りシリコン含有チタン層１上に膜厚が例えば１５００人
のＴｉＮからなる高融点金属ナイトライド層２を形成し
た後、例えばスパッタ法により高融点金属ナイト、ライ
ド層２上に膜厚が例えばｌ１１ｍのＡｉからなる配線層
２６を形成する。

そして、例えばＲＩＥ法により配線層２６、高融点金属
ナイトライド層２及びシリコン含有チタン層１を順次パ
ターニングした後、例えばＣＶＤ法により配線層２６を
覆うように膜厚が例えば０．８μｍのカバー膜２７を形
成することにより第１図に示すような構造の半導体装置
が完成する。

すなわち、上記実施例では、第１図に示すように、バリ
アメタル層３を基板２１上に形成されたシリコン含有量
が２アトミックパーセントのシリコン含有チタン層１と
、シリコン含有チタン層１上に形成された高融点金属ナ
イトライド層３とがら構成したので、熱処理時に発生す
るＡｆからなる配線層２６からシリコンからなる基板２
１へのＡＪの浸入を第４図に示した従来のＳｔを含有し
ていないチタンＪｔｉ３１で構成したバリアメタル層３
３よりもほとんど生じないようにすることができ、ｐｎ
接合の耐圧劣化を起こり難くしてリーク電流を生じ難く
することができ、かつ従来のチタンシリサイド（ＴｉＳ
ｉｚ）で構成したバリアメタル層よりもコンタクト抵抗
低減化を実現することができる。

ここで、熱処理時に発生するＡＪ配線層２６から基板２
１へのＡＪの浸入をほとんどなくすことができるのは、
高融点金属ナイトライド層２の粒界を通過してきた微量
のＡ１がシリコン含有チタン層ｌに浸入してもシリコン
含有チタン層１内に含有されたＳｔと反応し合金化され
ＡＪ２−Ｔｉ−３ｉとなってしまうからである。

また、コンタクト抵抗低減化を実現できるのは、シリコ
ン含有チタン層ｌ中に２アトミックパーセントのシリコ
ンしか含有しておらずシリコンを含有していないチタン
層ｌとほぼ同等のコンタクト抵抗を得ることができるか
らである。

なお、上記実施例では、バリアメタル層３を構成するた
めに例えばＴｔＮからなる高融点金属ナイトライド層２
を用いる場合について説明したが、本発明はこれに限定
されるものではなく、高融点金属ナイトライド層２の換
わりにＷ等の高融点金属層を用いる場合であってもよい
。

また、上記実施例は、バリアメタル層３を構成するため
に２アトミックパーセントのＳｔを含むシリコン含有チ
タン層１を用いる場合について説明したが、本発明はこ
れに限定されるものではなく、シリコンの含有量がＯア
トミックパーセントを越え、かつ１０アトミックパーセ
ント以下であるシリコン含有チタン層を用いる場合であ
ればよい。

バリア性及びコンタクト抵抗の点で好ましい態様として
はシリコンの含有量が１以上で、かっ３アトミックパー
セント以下である。なお、アトミックパーセントをＩＯ
以下としたのは１０より大きくなると従来のＴｉ５ｊ２
の場合と同様にコンタクト抵抗が上昇し好ましくないか
らである。

更に上記実施例は、単結晶シリコン基板２１と配線層２
６間にバリアメタル層３を有する場合について説明した
が、本発明はこれに限定されるものではなく、単結晶シ
リコンのかわりにポリシリコンからなる半導体層を用い
、この半導体層と配線層２６間にバリアメタル層３を有
する場合にも適用することができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、熱処理の際、基板中への配線層からの
Ａ１の浸入をほとんどなくすことができ、ｐｎ接合の耐
圧劣化を起こり難くしてリーク電流を生じ難くすること
ができ、かつコンタクト抵抗低減化を実現することがで
きるという効果がある。

第２図は一実施例の製造方法を説明する図、第３図は従
来例の一例の構造を示す断面図、第４図は従来例の他の
一例の構造を示す断面図、第５図は従来例の課題を説明
する図である。

１・・・・・・シリコン含有チタン層、２・・・・・・
高融点金属ナイトライド層、３・・・・・・バリアメタ
ル層、 ２１・・・・・・基板、 ２６・・・・・・配線層。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明に係る半導体装置の一実施例
を説明する図であり、 第１図は一実施例の構造を示す断面図、第　１　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 単結晶シリコンまたはポリシリコンからなる半導体層と
   、アルミニウムまたはアルミニウム系合金からなる配線
   層との間にバリアメタル層を有する半導体装置において
   、 該バリアメタル層が、該半導体層上に形成され、シリコ
   ンの含有量が０アトミックパーセントを越え、かつ１０
   アトミックパーセント以下であるシリコン含有チタン層
   と、該シリコン含有チタン層上に形成された高融点金属
   層または高融点金属ナイトライド層とを有することを特
   徴とする半導体装置。