JPH0349252A - 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】 〔概要〕 本発明は、電極にアルミニウム、そしてその電極に繋が
る配線にはシリコンをそれぞれ主成分として用いている
半導体装置の製造方法に関し、常にコンタクトｉ、バリ
ア層及び電極を完全に形成することができ、アルミニウ
ムとシリコンとの反応を完全に防止することができる半
導体装置の製造方法を提供することを目的とし、基板上
にシリコンを主成分とする配線を形成する工程と、該配
線を被う絶縁層を形成する工程と、該配線の横幅よりも
長い一辺を有するようにその大きさを設定したコンタク
トホールを、該絶縁層であって、該配線に跨がるような
位置に形成する工程と、該絶縁層上にスパッタ法を用い
てコンタクトａを形成する工程と、該コンタクト層上に
同じくスパッタ法を用いてバリア層を形成する工程と、
該バリア層上に同しくスパッタ法を用いてアルミニウム
を主成分とする電極を形成する工程が含まれるように製
造する。

［産業上の利用分野］ 本発明は、電極にアルミニウム、そしてその電極に繋が
る配線にはシリコンをそれぞれ主成分として用いている
半導体装置の製造方法に関する。

近年、半導体装置に用いられる抵抗体、ベース引き出し
電極等の配線には、シリコン、例えば多結晶シリコンが
使われることが多くなってきている。しかしこの場合半
導体装置の製造に係わる熱処理工程に伴って、前記配線
に用いられている多結晶シリコンが、該配線へと繋がる
電極に用いられているアルミニウムと反応を起こしてア
ルミシリコンへと変化し、半導体装置の特性に影響を及
ぼす可能性がある。これを防止するために、電極と配線
との間にはコンタクトｉとは別にバリア層を形成した半
導体装置が多くなってきている。

一方で配線とコンタクト層とを接続するためのコンタク
トホールは、通常フォトリソグラフィ技術を用いて配線
を被っている絶縁層に形成している。しかし近年の半導
体装置の高密化に伴って基板上に形成する配線が微細化
されてくると、特にコンタクト層、バリア層、及び電極
といった部分をスパッタ法で形成する場合、そのフォト
リソグラフィ技術を用いて形成する該コンタクトホール
の形成位置精度が問題視されるようになってきた。

〔従来の技術〕

第４図は従来の方法に基いて製造した半導体装置の１例
を示す説明図であり、（ａ）は同装置の上方図、（ｂ）
は第４図（ａ）のｘ−ｘ’における断面図である。

図中、１は基板、２ａ、２ｂは絶縁層、３は多結晶シリ
コンからなる配線である。６はアルミニウムからなる電
極であり、５はバリア層であって、該電極６に用いられ
ているアルミニウムと該配線３に用いられている多結晶
シリコンとが反応を起こさないように形成されているも
のである。４はコンタクト層であって、該バリア層５と
該配線３との接続を良好にし、両者の接触抵抗を減少さ
せるために形成されている。７はコンタクトホールであ
って、これを介して配線３とコンタクト層４とは接続さ
れている。

従来の半導体装置の製造方法では、コンタクトホール７
の大きさは、配線３とコンタクト層４との間の接触抵抗
を極力小さくするために、配線３上に収まる大きさでで
きるだけ大きくなるように設定されていた。

しかし半導体装置の高密化と共に形成されている配線が
微細化されてくると、コンタクトホール７の形成に係わ
るフォトリソグラフィ技術でのフォト・マスクの位置合
わせが困難になってきた。

そのためフォトリソグラフィ技術で形成したコンタクト
ホール７は本来の位置より多少ずれて、第４図（ａ）の
如く配線３上から１部外れてしまうことが多くなってき
た。

そして更に、本来の位置からずれた位置にコンタクトホ
ール７が形成されると、第４図（ｂ）に示す如く配線３
の片膝に狭いくぼみができてしまう。また、コンタクト
ホール（７）を形成するためのエツチングは通常等方性
エツチングが用いられるので、そのためにおきる横方向
へのエツチングの拡がりもまた、配線３上からずれた位
置をエツチングする原因となって前述の配線片膝のくぼ
みの形成を更に助成するのである。

〔発明が解決しようとする課題〕

従ってその後にスパッタ法を用いてコンタクト層４、バ
リア層５、電極６を形成する際に、配線３の片膝にでき
たくぼみが狭いためにそのくぼみの最深部及び側壁まで
形成物質が到達できず、第４図（ｂ）の如く、くぼみ内
部での各層の形成が不完全なものとなってしまっていた
。そのためバリア層５が電極６と配線３とを完全に遮断
できず、半導体装置の製造に伴う該半導体装置の熱処理
中に、配線３の主成分であるシリコンが電極６の主成分
であるアルミニウムと反応を起こし、アルミシリコンへ
と変化してしまうといった現象がしばしば発生していた
。そして一部アルミシリコンとなった配線３は当然その
抵抗値に変動を来し、半導体装置としての製品不良の要
因となるといった問題を生じていた。

本発明は常にコンタクト層、バリア層及び電極を完全に
形成することができ、アルミニウムとシリコンとの反応
を完全に防止することができる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〕

この目的は、基板上にシリコンを主成分とする配線を形
成する工程と、該配線を被う絶縁層を形成する工程と、
該配線の横幅よりも長い一辺を有するようにその大きさ
を設定したコンタクトホールを、該絶縁層であって、該
配線に跨がるような位置に形成する工程と、該絶縁層上
にスパッタ法を用いてコンタクト層を形成する工程と、
該コンタクト層上に同じくスパッタ法を用いてバリア層
を形成する工程と、該バリア層上に同じくスパッタ法を
用いてアルミニウムを主成分とする電極を形成する工程
が含まれるように半導体装置を製造することで達成され
る。

〔作用〕

第１図は本発明に基いて製造した半導体装置を示す説明
図であり、図中第４図と同一のものは同一の符号で示し
である。

本発明ではフォトリソグラフィ技術を用いてコンタクト
ホール７を形成する際に、コンタクトホール７の大きさ
を初めから配線３の横幅よりも十分長く設定している。

このためこのコンタクトホール７を形成するためにエツ
チングを行えば、第１図（ｂ）の如く配線３の両脇に常
に広いくぼみが形成されて、従来のように配線３の片膝
に小さなくぼみが形成されるということは起こらない。

従ってその後にスパッタ法を用いてコンタクト層４、バ
リア層５、電極６を形成する際に、配線３両脇のくぼみ
が広いために形成物質はくぼみ内全域に到達することが
できる。このためコンタクト層４、バリア層５、電極６
は完全に形成することができて電極Ｂと配線３とは完全
に分離され、電極６の主成分であるアルミニウムと配線
３の主成分であるシリコンとが反応することは全くなく
なるのである。

〔実施例〕

（ａ）第一の実施例の説明 第２図の（ａ）〜（ｆ）は本発明の第一の実施例を工程
順に示す断面図である。図中、第１図と同一のものは同
一の記号で表してあり、３ａは多結晶シリコン層であっ
て、この多結晶シリコン層３ａをバターニングして配線
３を形成する。

本実施例における半導体装置の製造方法は次の通りであ
る。

第２図（ａ）参照 例えば酸化性雲囲気ガス中で熱処理を行い、基板ｌ上に
酸化シリコンからなる絶縁層２ａを例えば６０００人程
度形成する。

第２図（ｂ）参照 例えばＣＶＤ法を適用し、多結晶シリコン層３ａを形成
する。

第２図（ｃ）参照 通常のフォトリソグラフィ法及びエツチングにより多結
晶シリコン層３ａのパターニングを行い、配線３を形成
する。

第２図（ｄ）参照 例えばＣＶＤ法を適用し、配線３を被うようにして例え
ば酸化シリコンからなる絶縁層２ｂを５０００人程度形
成する。

第２図（ｅ）参照 通常のフォトリングラフィ法及びエツチングにより、配
線３の横幅よりも長い一辺を有するコンタクトホール７
を、前記絶縁層であって、該配線に跨がる位置に形成す
る。（但しその大きさについては、実験の結果配線３の
横幅よりも片側当たり０．６〔μｍ１以上の大きさに設
定すると良好であった。） 第２図Ｃｒ）参照 スパッタ法を適用し、例えばアルミニウムからなるコン
タクト層４を１５０人程変形成する。（但しこのコンタ
クト層４は１５０人と非常に薄いために、たとえ配線３
に用いられているシリコンと反応を起こしたとしてもほ
とんど影響はでない。）続いて例えばりアクティブスパ
ッタ法を用いて、例えばチタンナイトライドからなるバ
リアＮ５を２０００人程度形成する。

更にスバンク法を用いて、例えばアルミニウム銅合金か
らなる電極６を７０００人程度形成する。

以上の工程に基づいて半導体装置を製造するが、同工程
（ｅ）において前記配線３両脇の広いくぼみが形成され
る。このためたとえフォトリソグラフィ技術によって形
成したコンタクトホール７に設計位置とのずれが存在し
ていたとしても、初めから配線３の両脇に形成されるよ
うに設定された々ぼみがある程度の広さを有しているた
めに、問題なくコンタクト層４、バリア層５、電極６を
形成することができる。

従って配線３の主成分であるシリコンと、電極６の主成
分であるアルミニウムとの反応は、完全に防止すること
が可能となる。

次に、表１に実際に製造した半導体装置において、シリ
コンとアルミニウムの反応によって発生した電極部分の
不良率を示す。

単位〔％］ 表１　従来方法と本発明方法における、半導体装置中の
電極部不良率の比較 同表では、同一条件における従来方法と本発明方法の半
導体装置を別々に５０ツトづつ製造し、各半導体装置に
形成された多数の電極部についてその不良率を調べたも
のである。

同表において、従来方法における電極部の不良率はおよ
そ５〜１０％を示しているのに対し、本発明方法では同
不良率は皆無となっており、本発明方法が従来よりも優
れていることがわかる。

（ｂ）第二の実施例の説明 第３図は、本発明の第二の実施例を工程順に示す断面図
である。

図中、第２図と同一のものは同一の符号で表しており、
８はマスクであって、多結晶シリコン層３ａを選択的に
酸化するためのものであり、２Ｃはその酸化したシリコ
ン層である。

本実施例における半導体装置の製造方法は次の通りであ
る。

第３図（ａ）参照 本発明の第一の実施例と同様の手順によって多結晶シリ
コンＮ３ａを形成した後に、例えばＣＶＤ法を適用し、
その多結晶シリコン層３ａ上に例えば窒化シリコンから
なるマスク８を８００人程変形成する。

第３図（ｂ）参照 通常のフォトリソグラフィ法及び工・ンチングによりマ
スク８の選択的な工・ンチングを行０、酸化用窓を形成
する。

第３図（Ｃ）参照 酸化性雰囲気ガス中で熱処理を行うことで多結晶シリコ
ン層３ａの選択的な酸化を行い、絶縁層２Ｃを形成する
。次いでマスク８を除去する。

第３図（ｄ）〜（ｆ）参照 本発明の第一の実施例と同様の手順により絶縁［２ｂ、
コンタクトホール７、コンタクト層４、バリア層５、電
極６を形成する。

（Ｃ）他の実施例の説明 上述の実施例ではアルミニウムからなる電極と多結晶シ
リコンからなる配線を対象にしているが、同様の構成で
あるならば、これは電極及び配線でなくともよい。

また上述の実施例ではコンタクト層４としてアルミニウ
ムを挙げているが、これはアルミニウム以外、例えばア
ルミシリコンといった物質でもよく、アルミニウムに限
定するものではない。

更にバリア層５としては上述の実施例ではチタンナイト
ライドを挙げているが、これはチタン、モリブデン、タ
ングステンといった物質でもよく、チタンナイトライド
に限定するものではない。

以上本発明を実施例により説明したが、本発明は本発明
の主旨に従って種々の変形が可能であり、本発明からこ
れらを排除するものではない。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、常にコンタクト層
、バリア層及び電極を完全に形成することができるため
、電極の主成分であるアルミニウムと、配線の主成分で
あるシリコンとは反応を起こさないという効果を奏する
。そのため配線の抵抗値や接触抵抗の抵抗値等に影響を
及ぼさないために、係わる半導体装置の信転性向上に寄
与するところが大きい。

・・配線 ・多結晶シリコン層 ・コンタクト層 ・バリア居 ・電極 ・コンタクトホール ・マスク

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に基いて製造した半導体装置
を示す説明図、 第２図は本発明の第１の実施例を示す断面図、第３図は
本発明の第２の実施例を示す断面図、第４図は従来の方
法に基いて製造した半導体装置の一例を示す断面図であ
る。 図中、 １・・・基板 ２ａ、２ｂ、２ｃ・・・絶縁層 ０）正面図 （１））断面図 第 図 木彪明の第１の１す１を示て断面２ 男２回（ぞの工） （ｉ：Ｉ’） （ｆ゛） 本キ朗の垢１のアで例Σ示てす面圀 第２回（纜の２） （Ｑ） 本発明の第２の実施例と示す断面図 力′５図（での１） ＊３図（その２） 鵠 斗 又

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 基板（１）上にシリコンを主成分とする配線（３）を形
   成する工程と、 該配線（３）を被う絶縁層（２ｂ）を形成する工程と、 該配線（３）の横幅よりも長い一辺を有するようにその
   大きさを設定したコンタクトホール（７）を、該絶縁層
   （２ｂ）であって、該配線（３）に跨がるような位置に
   形成する工程と、 該絶縁層（２ｂ）上にスパッタ法を用いてコンタクト層
   （４）を形成する工程と、 該コンタクト層（４）上に同じくスパッタ法を用いてバ
   リア層（５）を形成する工程と、 該バリア層（５）上に同じくスパッタ法を用いてアルミ
   ニウムを主成分とする電極（６）を形成する工程が含ま
   れていることを特徴とする半導体装置の製造方法。