JPH0628315B2 - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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- JPH0628315B2 JPH0628315B2 JP59270884A JP27088484A JPH0628315B2 JP H0628315 B2 JPH0628315 B2 JP H0628315B2 JP 59270884 A JP59270884 A JP 59270884A JP 27088484 A JP27088484 A JP 27088484A JP H0628315 B2 JPH0628315 B2 JP H0628315B2
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- film
- sio
- semiconductor device
- refractory metal
- silicon oxide
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- H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
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- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
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- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
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- H10W20/40—Interconnections external to wafers or substrates, e.g. back-end-of-line [BEOL] metallisations or vias connecting to gate electrodes
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- H10W20/4437—Conductive materials thereof based on metals, e.g. alloys, metal silicides the principal metal being a transition metal
- H10W20/4441—Conductive materials thereof based on metals, e.g. alloys, metal silicides the principal metal being a transition metal the principal metal being a refractory metal
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- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は半導体装置に関し、詳しくは、高融点金属
(W,Mo,Ti,Taなど)膜からなる電極・配線と
その下の絶縁膜との間の接着性、およびイオン打ち込み
におけるマスク性がすぐれた半導体装置に関する。
(W,Mo,Ti,Taなど)膜からなる電極・配線と
その下の絶縁膜との間の接着性、およびイオン打ち込み
におけるマスク性がすぐれた半導体装置に関する。
周知のように、従来、半導体装置において高融点金属を
用いた電極・配線は使用されているが、イオン打込みあ
るいは不純物拡散のマスク性に劣るという欠点があつ
た。また、SiO2などの絶縁膜上に高融点金属を被着
した場合、SiO2との接着性が悪いという欠点があつ
た。特に、高融点金属をCVD(Chemical Vapor Depos
ition)法でSiO2膜上に被着した場合、SiO2と
の接着性が著しく劣るという欠点があつた。なお、本発
明に関連する公知技術として、例えば特願昭53−134139
号,特願昭55-34463号,特願昭56−71977 号等が挙げら
れる。いずれもSiO2膜をイオン打込みの際のマスク
向上に用いている技術に関するものである。
用いた電極・配線は使用されているが、イオン打込みあ
るいは不純物拡散のマスク性に劣るという欠点があつ
た。また、SiO2などの絶縁膜上に高融点金属を被着
した場合、SiO2との接着性が悪いという欠点があつ
た。特に、高融点金属をCVD(Chemical Vapor Depos
ition)法でSiO2膜上に被着した場合、SiO2と
の接着性が著しく劣るという欠点があつた。なお、本発
明に関連する公知技術として、例えば特願昭53−134139
号,特願昭55-34463号,特願昭56−71977 号等が挙げら
れる。いずれもSiO2膜をイオン打込みの際のマスク
向上に用いている技術に関するものである。
本発明の目的は、従来技術での上記した問題を解決し、
高融点金属を用いた安定な電極・配線を絶縁膜上に形成
することができる半導体装置を提供することにある。
高融点金属を用いた安定な電極・配線を絶縁膜上に形成
することができる半導体装置を提供することにある。
本発明の特徴は、上記目的を達成するために、酸化シリ
コンを1ppm以上40%以上含む高融点金属を電極・
配線として用いることにある。
コンを1ppm以上40%以上含む高融点金属を電極・
配線として用いることにある。
すなわち、高融点金属中に酸化シリコンを混入させる
と、金属の柱状結晶状の成長は抑えられ、酸化シリコン
自体もイオンの阻止能が大きいので、イオン打込みある
いは不純物拡散におけるマスク性が向上する。また、特
にCVD法でSiO2などの絶縁膜上に、直接上記の高
融点金属を被着する場合には、高融点金属自体とSiO
2との接着性は弱いが、被着膜中の酸化シリコンと絶縁
膜との接着性は良いので、被着膜中に酸化シリコンを含
有させることによりSiO2などの絶縁膜との接着性は
向上する。
と、金属の柱状結晶状の成長は抑えられ、酸化シリコン
自体もイオンの阻止能が大きいので、イオン打込みある
いは不純物拡散におけるマスク性が向上する。また、特
にCVD法でSiO2などの絶縁膜上に、直接上記の高
融点金属を被着する場合には、高融点金属自体とSiO
2との接着性は弱いが、被着膜中の酸化シリコンと絶縁
膜との接着性は良いので、被着膜中に酸化シリコンを含
有させることによりSiO2などの絶縁膜との接着性は
向上する。
実施例1 第1図に、本発明の第1の実施例説明用の断面図を示
す。Si結晶基板1上に、厚さ20nmのゲートSiO
2膜2(予め、フイールドSiO2)膜2′を形成す
る。)を形成した後、CVD法でSiを重量比にして0.
5 %程含む厚さ300nmのW(タングステン)膜3を
被着した。W膜3の形成条件は、基板温度350℃、ガ
ス流量はそれぞれWF6=20cc/min ,SiH4=4
cc/min ,H2=2/min ,トータル圧力=0.7 To
rr,デポジシヨン(析出)時間=20min であつた。次
に、H2Oを5%含むH2中で900℃,20分間加熱
して、W膜3中のSiをSiO2に変化させた。この結
果、W膜3中のSiO2含有率は重量比にして1%程に
なつた。H2/H2O雰囲気中での熱処理によりWを酸
化することなしにSiだけを酸化させることができる。
なお、ゲート周辺部の酸化膜の厚さも熱処理前に比べて
10nm程度増加した。この熱処理によつて、W膜3と
下層のSiO2膜2との接着性は良好なものになつた。
WF6とH2を用いた通常のCVD法では得られたW膜
にSiO2は含まれず、W膜とその下層のSiO2膜と
の接着力が極めて弱く、W膜が被着できない場合もある
が、本実施例では良好に被着できた。なお、W膜3中の
SiO2が1ppmより少ない場合には、接着性の向上
が見られなかつた。WにSiを混入する時、電極・配線
として実用性のあるSiの量は重量比にしてほぼ25%
までであつて、これより多いSiを含むと電気抵抗の増
大が著しい。上記の重量比にして25%のSiを含有す
るWSi2中のSiをすべてSiO2に変えた場合の、
SiO2の含有量は重量比で40%であり、SiO2の
含有量は40%以下とすることが好ましい。次いで、周
知のCVD法を用いて、厚さ約50nmのリンガラス
(PSG)膜を形成した後、リンガラス膜4とW膜3の
二層膜を、第1図(a)に示す電極パターンにトライエ
ツチングによつてパターニングした。
す。Si結晶基板1上に、厚さ20nmのゲートSiO
2膜2(予め、フイールドSiO2)膜2′を形成す
る。)を形成した後、CVD法でSiを重量比にして0.
5 %程含む厚さ300nmのW(タングステン)膜3を
被着した。W膜3の形成条件は、基板温度350℃、ガ
ス流量はそれぞれWF6=20cc/min ,SiH4=4
cc/min ,H2=2/min ,トータル圧力=0.7 To
rr,デポジシヨン(析出)時間=20min であつた。次
に、H2Oを5%含むH2中で900℃,20分間加熱
して、W膜3中のSiをSiO2に変化させた。この結
果、W膜3中のSiO2含有率は重量比にして1%程に
なつた。H2/H2O雰囲気中での熱処理によりWを酸
化することなしにSiだけを酸化させることができる。
なお、ゲート周辺部の酸化膜の厚さも熱処理前に比べて
10nm程度増加した。この熱処理によつて、W膜3と
下層のSiO2膜2との接着性は良好なものになつた。
WF6とH2を用いた通常のCVD法では得られたW膜
にSiO2は含まれず、W膜とその下層のSiO2膜と
の接着力が極めて弱く、W膜が被着できない場合もある
が、本実施例では良好に被着できた。なお、W膜3中の
SiO2が1ppmより少ない場合には、接着性の向上
が見られなかつた。WにSiを混入する時、電極・配線
として実用性のあるSiの量は重量比にしてほぼ25%
までであつて、これより多いSiを含むと電気抵抗の増
大が著しい。上記の重量比にして25%のSiを含有す
るWSi2中のSiをすべてSiO2に変えた場合の、
SiO2の含有量は重量比で40%であり、SiO2の
含有量は40%以下とすることが好ましい。次いで、周
知のCVD法を用いて、厚さ約50nmのリンガラス
(PSG)膜を形成した後、リンガラス膜4とW膜3の
二層膜を、第1図(a)に示す電極パターンにトライエ
ツチングによつてパターニングした。
次いで、この二層膜の電極パターンをマスクとして、A
sを加速エネルギー80keV ,密度5×1015cm-2の条
件でイオン打込みした後、N2雰囲気中で900℃,2
0分間,加熱してソース領域・ドレイン領域5を形成た
〔第1図(b)〕。この場合のリンガラス膜4は、イオ
ン打込みに対するW膜3のマスク性を補強するために用
いるものである。
sを加速エネルギー80keV ,密度5×1015cm-2の条
件でイオン打込みした後、N2雰囲気中で900℃,2
0分間,加熱してソース領域・ドレイン領域5を形成た
〔第1図(b)〕。この場合のリンガラス膜4は、イオ
ン打込みに対するW膜3のマスク性を補強するために用
いるものである。
次いで、第1図(c)に示すように、リンガラス膜4′
を500nmの厚さにCVD法で形成し、通常のフオト
レジスタ工程の後、ソース・ドレイン領域5上に、ドラ
イエツチングによつてコンタクト穴を形成し、Al配線
6を形成した。このようにして作製したMOS電界効果
トランジスタは、良好な電気特性を示した。
を500nmの厚さにCVD法で形成し、通常のフオト
レジスタ工程の後、ソース・ドレイン領域5上に、ドラ
イエツチングによつてコンタクト穴を形成し、Al配線
6を形成した。このようにして作製したMOS電界効果
トランジスタは、良好な電気特性を示した。
実施例2 本発明の第2の実施例を第2図に示す。熱酸化して表面
にSiO2膜を形成したSiウエハを用い、SiO2膜
上に厚さ300nmの、Siを含むW膜をCVD法によ
り形成した。W膜中のSi含有率は重量比で約3%であ
り、このSiがすべてSiO2に変わると重量比にして
約6%になる。この試料を、H2Oを3%含むH2(H
2/H2O雰囲気)中で各熱温度をそれぞれ500,6
00,700,800,900,1000℃で30分間加熱
した後、得られたW膜と下層のSiO2膜との接着性を
調べた。接着強度は、最上層のW膜に治具を接着させた
後、治具を引き上げ、W膜がSiO2膜との界面から剥
離する力を測定して評価した。得られた結果を表にして
第2図に示した。本実験に用いた測定限界の力(=7kg
/cm2)で剥離しなかつた場合を接着力が良好であると
して第2図に○印で示した。H2/H2O雰囲気中で熱
処理を行なったのは、第1の実施例と同じように、Wを
酸化させることなく、W中のSiを酸化させるためであ
る。
にSiO2膜を形成したSiウエハを用い、SiO2膜
上に厚さ300nmの、Siを含むW膜をCVD法によ
り形成した。W膜中のSi含有率は重量比で約3%であ
り、このSiがすべてSiO2に変わると重量比にして
約6%になる。この試料を、H2Oを3%含むH2(H
2/H2O雰囲気)中で各熱温度をそれぞれ500,6
00,700,800,900,1000℃で30分間加熱
した後、得られたW膜と下層のSiO2膜との接着性を
調べた。接着強度は、最上層のW膜に治具を接着させた
後、治具を引き上げ、W膜がSiO2膜との界面から剥
離する力を測定して評価した。得られた結果を表にして
第2図に示した。本実験に用いた測定限界の力(=7kg
/cm2)で剥離しなかつた場合を接着力が良好であると
して第2図に○印で示した。H2/H2O雰囲気中で熱
処理を行なったのは、第1の実施例と同じように、Wを
酸化させることなく、W中のSiを酸化させるためであ
る。
剥離しW膜の剥離側の表面を、X線光電子分光法によつ
て分析すると、加熱前の試料、500℃,600℃の加
熱試料の場合、検出されたSi信号より、W/SiO2
界面のSiが十分に酸化していないことが判つた。ま
た、700℃以上に加熱した試料のW膜を表面から過酸
化水素水でWをエツチングしながら、W膜中のSiを分
析した。その結果、W膜中のSiはすべて酸化してお
り、特に界面付近に多量の酸化したSiが検出された。
従つて、W中(特に界面付近)のSiO2が接着性の向
上に寄与していることが判つた。
て分析すると、加熱前の試料、500℃,600℃の加
熱試料の場合、検出されたSi信号より、W/SiO2
界面のSiが十分に酸化していないことが判つた。ま
た、700℃以上に加熱した試料のW膜を表面から過酸
化水素水でWをエツチングしながら、W膜中のSiを分
析した。その結果、W膜中のSiはすべて酸化してお
り、特に界面付近に多量の酸化したSiが検出された。
従つて、W中(特に界面付近)のSiO2が接着性の向
上に寄与していることが判つた。
また、1000℃,30分間加熱後の試料のW膜のシート抵
抗を測定した結果は、0.5 Ω/□であつて、この値は純
粋なW膜の値に比べて10%以下の上昇である。一般
に、W中にSiを混入させると抵抗値が増大するが、本
実施例ではW中のSiがすべてSiO2に変わつている
ため抵抗値増大が抑制されたと考えられる。
抗を測定した結果は、0.5 Ω/□であつて、この値は純
粋なW膜の値に比べて10%以下の上昇である。一般
に、W中にSiを混入させると抵抗値が増大するが、本
実施例ではW中のSiがすべてSiO2に変わつている
ため抵抗値増大が抑制されたと考えられる。
実施例3 Siウエハを熱酸化させて、表面に厚さ50nmのSi
O2膜を形成し、このSiO2膜上に、SiO2を含む
W膜をCVD法で形成した。膜の形成条件は、基板温度
350℃、使用ガス条件はそれぞれWF6=20cc/mi
n ,SiH4=4cc/min ,H2=2/min (ここま
では実施例1と同じ)、O2=0.1 cc/min、デポジシ
ヨン時間は10分間であつた。得られたW膜は、厚さ約
100nmで、膜中に数%のSiO2を含有し、下層の
SiO2膜への接着性は良好であつた。この例で見るよ
うに、W膜中にSiO2を混入させる方法としては、実
施例1のようにW膜中にSiを混入させた後、熱処理に
よつてSiO2を形成する方法と、本実施例のようにW
膜形成と同時にSiO2を混入させる方法とがある。
O2膜を形成し、このSiO2膜上に、SiO2を含む
W膜をCVD法で形成した。膜の形成条件は、基板温度
350℃、使用ガス条件はそれぞれWF6=20cc/mi
n ,SiH4=4cc/min ,H2=2/min (ここま
では実施例1と同じ)、O2=0.1 cc/min、デポジシ
ヨン時間は10分間であつた。得られたW膜は、厚さ約
100nmで、膜中に数%のSiO2を含有し、下層の
SiO2膜への接着性は良好であつた。この例で見るよ
うに、W膜中にSiO2を混入させる方法としては、実
施例1のようにW膜中にSiを混入させた後、熱処理に
よつてSiO2を形成する方法と、本実施例のようにW
膜形成と同時にSiO2を混入させる方法とがある。
実施例4 第3図に本発明の第4の実施例を示す。Si結晶基板1
上に熱酸化によつてSiO2膜2を厚さ20nm形成し
た後、SiO2を10%程度含むMo膜7を、同時スパ
ツタリングによつて厚さ約350nm形成し、通常のフ
オトレジスト工程によつて、電極パターンにパターニン
グし、MOSダイオードを形成した。次いで、Asを6
0keV ,5×1015cm-2の条件で、Mo電極をマスクと
してイオン打込みを行なつた後、C−V(容量対ゲート
印加電圧)特性曲線を測定した。測定結果のC−V曲線
は正常であった。SiO2を含まないMo電極の場合
は、イオンのつき抜けが起こり、正常なC−V曲線が観
察されなかつた。本実施例で見るように、Mo中にSi
O2を混入させることで、イオンのつき抜けが防止でき
ることが判る。
上に熱酸化によつてSiO2膜2を厚さ20nm形成し
た後、SiO2を10%程度含むMo膜7を、同時スパ
ツタリングによつて厚さ約350nm形成し、通常のフ
オトレジスト工程によつて、電極パターンにパターニン
グし、MOSダイオードを形成した。次いで、Asを6
0keV ,5×1015cm-2の条件で、Mo電極をマスクと
してイオン打込みを行なつた後、C−V(容量対ゲート
印加電圧)特性曲線を測定した。測定結果のC−V曲線
は正常であった。SiO2を含まないMo電極の場合
は、イオンのつき抜けが起こり、正常なC−V曲線が観
察されなかつた。本実施例で見るように、Mo中にSi
O2を混入させることで、イオンのつき抜けが防止でき
ることが判る。
本発明によれば、半導体装置において高融点金属を用い
た電極・配線の問題点であつた、イオン打込みの際のイ
オンのつき抜けを防止でき、また、従来より問題であつ
た高融点金属と絶縁膜の接着性が改良され、特に、CV
D法によるSiO2膜などの絶縁膜上への高融点金属膜
の直接形成が可能になる。なお、上記実施例では高融点
金属としてW,Moをとり上げたが、Ti,Ta等の他
の高融点金属においても同様の効果がある。また、高融
点金属に含有させる酸化シリコンはSiO2であるとし
て説明してきたが、これはSiO2に限定されず、酸化
シリコン(SiOx)であれば同様の効果を生じる。
た電極・配線の問題点であつた、イオン打込みの際のイ
オンのつき抜けを防止でき、また、従来より問題であつ
た高融点金属と絶縁膜の接着性が改良され、特に、CV
D法によるSiO2膜などの絶縁膜上への高融点金属膜
の直接形成が可能になる。なお、上記実施例では高融点
金属としてW,Moをとり上げたが、Ti,Ta等の他
の高融点金属においても同様の効果がある。また、高融
点金属に含有させる酸化シリコンはSiO2であるとし
て説明してきたが、これはSiO2に限定されず、酸化
シリコン(SiOx)であれば同様の効果を生じる。
本発明の、高融点金属中に酸化シリコンを混入させるこ
とは、上記の効果があり、しかも通常の半導体装置の製
造に容易に適用でき、経済性,効率の上からも優れてい
る。
とは、上記の効果があり、しかも通常の半導体装置の製
造に容易に適用でき、経済性,効率の上からも優れてい
る。
第1図は本発明の一実施例の説明用の断面図で(a),
(b),(c)は形成順を示し、第2図は実施例被着膜
とその下層膜との接着性の良否を示す図、第3図は本発
明の他の実施例説明用の断面図である。 1……Si結晶基板、2,2′……SiO2膜、3……
SiO2を含むW膜、4……リンガラス膜、5……ソー
ス・ドレイン領域、6……Al配線、7……SiO2を
含むMo膜。
(b),(c)は形成順を示し、第2図は実施例被着膜
とその下層膜との接着性の良否を示す図、第3図は本発
明の他の実施例説明用の断面図である。 1……Si結晶基板、2,2′……SiO2膜、3……
SiO2を含むW膜、4……リンガラス膜、5……ソー
ス・ドレイン領域、6……Al配線、7……SiO2を
含むMo膜。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 29/62 G 9055−4M (72)発明者 山本 直樹 東京都国分寺市東恋ヶ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭60−72270(JP,A)
Claims (3)
- 【請求項1】半導体基板と、当該半導体基板の主表面上
に形成された絶縁膜と、当該絶縁膜上に形成された所望
の形状を有する導電体膜を少なくとも具備し、当該導電
体膜は、高融点金属を主成分とし、重量比で1ppm以
上40%以下の酸化シリコンを含む膜であることを特徴
とする半導体装置。 - 【請求項2】上記絶縁膜は酸化シリコン膜であることを
特徴とする特許請求の範囲第1項記載の半導体装置。 - 【請求項3】上記高融点金属は、タングステン、モリブ
デン、チタンおよびタンタルからなる群から選ばれるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第1項若しくは第2項記
載の半導体装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59270884A JPH0628315B2 (ja) | 1984-12-24 | 1984-12-24 | 半導体装置 |
| US07/048,968 US4807015A (en) | 1984-12-24 | 1987-05-13 | Semiconductor device having electrodes and or interconnections of refractory metal film containing silicon oxide |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59270884A JPH0628315B2 (ja) | 1984-12-24 | 1984-12-24 | 半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61150276A JPS61150276A (ja) | 1986-07-08 |
| JPH0628315B2 true JPH0628315B2 (ja) | 1994-04-13 |
Family
ID=17492303
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59270884A Expired - Lifetime JPH0628315B2 (ja) | 1984-12-24 | 1984-12-24 | 半導体装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4807015A (ja) |
| JP (1) | JPH0628315B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
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Family Cites Families (7)
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-
1987
- 1987-05-13 US US07/048,968 patent/US4807015A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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| JPS61150276A (ja) | 1986-07-08 |
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