JPH0645333A - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
- Publication number
- JPH0645333A JPH0645333A JP21859992A JP21859992A JPH0645333A JP H0645333 A JPH0645333 A JP H0645333A JP 21859992 A JP21859992 A JP 21859992A JP 21859992 A JP21859992 A JP 21859992A JP H0645333 A JPH0645333 A JP H0645333A
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- silicon
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- aluminum
- aluminum film
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- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 コンタクト部でのスパイクの発生を抑えると
ともに、シリコン基板界面へのシリコン析出も抑えてコ
ンタクト抵抗の増加を抑える。 【構成】 コンタクトホール７を経てシリコン基板２の
拡散領域４と接続する金属配線は３層構造をしており、
第１層目が膜厚約１０００Åでシリコンを約１％含んだ
Ａｌ−１％Ｓｉ膜であり、その上に中間金属膜として膜
厚が約１０００ÅのＴｉＮ膜１０が形成されており、さ
らにその上に膜厚が約４０００Åで約１％のシリコンを
含むＡｌ−１％Ｓｉ膜１２が形成されている。
ともに、シリコン基板界面へのシリコン析出も抑えてコ
ンタクト抵抗の増加を抑える。 【構成】 コンタクトホール７を経てシリコン基板２の
拡散領域４と接続する金属配線は３層構造をしており、
第１層目が膜厚約１０００Åでシリコンを約１％含んだ
Ａｌ−１％Ｓｉ膜であり、その上に中間金属膜として膜
厚が約１０００ÅのＴｉＮ膜１０が形成されており、さ
らにその上に膜厚が約４０００Åで約１％のシリコンを
含むＡｌ−１％Ｓｉ膜１２が形成されている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はシリコン基板と接続され
る第１層目の金属配線としてシリコン含有アルミニウム
膜を用いた半導体装置に関するものである。
る第１層目の金属配線としてシリコン含有アルミニウム
膜を用いた半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】シリコン基板と接続される第１層目の金
属配線としては約１％のシリコンを含有したアルミニウ
ム膜が通常用いられている。これは、拡散層の形成され
ているシリコン基板とアルミニウム配線との間にオーミ
ックコンタクトを形成するための熱処理を施す際、シリ
コン基板のシリコンがアルミニウム中に溶け込んでスパ
イクを起こして拡散層を突き抜ける不都合が生じるのを
防ぐためである。しかし、配線のアルミニウム中にはシ
リコンを過剰に含有させているため、熱処理の際にアル
ミニウム中のシリコンが拡散層のあるシリコン基板表面
に固相エピタキシャル成長してコンタクト抵抗を増大さ
せる。コンタクトのサイズが大きいときはコンタクト抵
抗の増加も少なくて問題にはならないが、素子の微細化
にともなってコンタクトのサイズが小さくなってきて、
コンタクト抵抗の増加が無視できなくなってきている。
コンタクト抵抗の増加を抑える対策としては、いくつか
の方法が提案され、すでに実行もされている。そのよう
な対策としては、金属配線の下層に純アルミニウム膜を
形成し、その上にシリコン含有アルミニウム膜を形成す
る方法（特開昭５９−４０１４号公報参照）、コンタク
ト面に不活性ガスをイオン注入してアモルファス化する
ことにより、シリコンの固相エピタキシャル成長を抑え
る方法（特開平１−２５５２２０号公報参照）、シリコ
ン基板とアルミニウム系配線との界面に高融点金属膜を
バリヤメタル膜として形成する方法（特開昭５９−６１
１４６号公報参照）。
属配線としては約１％のシリコンを含有したアルミニウ
ム膜が通常用いられている。これは、拡散層の形成され
ているシリコン基板とアルミニウム配線との間にオーミ
ックコンタクトを形成するための熱処理を施す際、シリ
コン基板のシリコンがアルミニウム中に溶け込んでスパ
イクを起こして拡散層を突き抜ける不都合が生じるのを
防ぐためである。しかし、配線のアルミニウム中にはシ
リコンを過剰に含有させているため、熱処理の際にアル
ミニウム中のシリコンが拡散層のあるシリコン基板表面
に固相エピタキシャル成長してコンタクト抵抗を増大さ
せる。コンタクトのサイズが大きいときはコンタクト抵
抗の増加も少なくて問題にはならないが、素子の微細化
にともなってコンタクトのサイズが小さくなってきて、
コンタクト抵抗の増加が無視できなくなってきている。
コンタクト抵抗の増加を抑える対策としては、いくつか
の方法が提案され、すでに実行もされている。そのよう
な対策としては、金属配線の下層に純アルミニウム膜を
形成し、その上にシリコン含有アルミニウム膜を形成す
る方法（特開昭５９−４０１４号公報参照）、コンタク
ト面に不活性ガスをイオン注入してアモルファス化する
ことにより、シリコンの固相エピタキシャル成長を抑え
る方法（特開平１−２５５２２０号公報参照）、シリコ
ン基板とアルミニウム系配線との界面に高融点金属膜を
バリヤメタル膜として形成する方法（特開昭５９−６１
１４６号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】シリコン基板とシリコ
ン含有アルミニウム膜の間に純アルミニウム膜を介在さ
せる方法では、その純アルミニウム膜の膜厚が薄い時は
やはり上層のシリコン含有アルミニウム膜からのシリコ
ンが基板との界面に析出するし、純アルミニウム膜の膜
厚を厚くすれば、スパイクが発生するので、スパイクを
抑えながら、シリコンの析出を抑えることは容易ではな
い。コンタクトにバリアメタルを介在させる方法では、
バリアメタルとシリコン基板とのオーミックコンタクト
を形成するために通常ランプアニールによって８００℃
程度に加熱する必要がある。そのような高温加熱は製造
設備のコスト面で不利になる。アルミニウム配線とシリ
コン基板のオーミックコンタクト形成であれば４００℃
程度の加熱ですむ。そこで、本発明は上記の手法とは異
なる手法により、コンタクト部でのスパイクの発生を抑
えるとともに、シリコン含有アルミニウム膜からのシリ
コン基板界面へのシリコン析出も抑えてコンタクト抵抗
の増加を抑えることのできるコンタクトの構造をもった
半導体装置を提供することを目的とするものである。
ン含有アルミニウム膜の間に純アルミニウム膜を介在さ
せる方法では、その純アルミニウム膜の膜厚が薄い時は
やはり上層のシリコン含有アルミニウム膜からのシリコ
ンが基板との界面に析出するし、純アルミニウム膜の膜
厚を厚くすれば、スパイクが発生するので、スパイクを
抑えながら、シリコンの析出を抑えることは容易ではな
い。コンタクトにバリアメタルを介在させる方法では、
バリアメタルとシリコン基板とのオーミックコンタクト
を形成するために通常ランプアニールによって８００℃
程度に加熱する必要がある。そのような高温加熱は製造
設備のコスト面で不利になる。アルミニウム配線とシリ
コン基板のオーミックコンタクト形成であれば４００℃
程度の加熱ですむ。そこで、本発明は上記の手法とは異
なる手法により、コンタクト部でのスパイクの発生を抑
えるとともに、シリコン含有アルミニウム膜からのシリ
コン基板界面へのシリコン析出も抑えてコンタクト抵抗
の増加を抑えることのできるコンタクトの構造をもった
半導体装置を提供することを目的とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明では、シリコン基
板と接続されるコンタクトの金属配線として第１層目が
シリコン含有アルミニウム膜、第２層目がアルミニウム
以外の金属膜、第３層目がアルミニウム系金属膜からな
る３層構造のものを使用する。第１層目のシリコン含有
アルミニウム膜は、通常用いられている約１％のシリコ
ンを含有したアルミニウム膜のほか、さらに約０．５％
の銅を含有したＡｌ−ＳＩ−Ｃｕ膜など、少なくともシ
リコンを含有したアルミニウム膜である。第２層目の金
属膜はアモルファス層を形成するのに好都合な金属膜が
好ましく、また、シリコンと反応してシリサイド化する
ものが好都合である。そのような金属膜としてはＴｉＮ
膜の他、高融点金属膜やＮｉやＰｔなどを用いることが
できる。第３層目のアルミニウム系金属膜は、純アルミ
ニウム膜の他、第１層目と同じく少なくともシリコンを
含有したアルミニウム膜でもよい。
板と接続されるコンタクトの金属配線として第１層目が
シリコン含有アルミニウム膜、第２層目がアルミニウム
以外の金属膜、第３層目がアルミニウム系金属膜からな
る３層構造のものを使用する。第１層目のシリコン含有
アルミニウム膜は、通常用いられている約１％のシリコ
ンを含有したアルミニウム膜のほか、さらに約０．５％
の銅を含有したＡｌ−ＳＩ−Ｃｕ膜など、少なくともシ
リコンを含有したアルミニウム膜である。第２層目の金
属膜はアモルファス層を形成するのに好都合な金属膜が
好ましく、また、シリコンと反応してシリサイド化する
ものが好都合である。そのような金属膜としてはＴｉＮ
膜の他、高融点金属膜やＮｉやＰｔなどを用いることが
できる。第３層目のアルミニウム系金属膜は、純アルミ
ニウム膜の他、第１層目と同じく少なくともシリコンを
含有したアルミニウム膜でもよい。
【０００５】
【作用】図２はコンタクトでの３層の金属配線を拡大し
て示したものである。シリコン基板２に形成された拡散
層４上に第１層目のシリコン含有アルミニウム膜８が形
成され、その上に中間の金属膜として例えばＴｉＮ膜１
０が形成され、その上に第１層目と同じシリコン含有ア
ルミニウム膜１２が形成されている。第１層目のシリコ
ン含有アルミニウム膜８と第３層目のシリコン含有アル
ミニウム膜１２はそれぞれグレインからなり、１４，１
６はそれぞれのグレインの粒界を表わしている。第１層
目のシリコン含有アルミニウム膜８のグレインと第３層
目のシリコン含有アルミニウム膜１２のグレインは中間
金属膜１０が存在するために別々のグレインとなってお
り、粒界１４と１６はつながってはいない。第３層目の
シリコン含有アルミニウム膜１２中に過剰なシリコンが
含まれていて、熱処理中にアルミニウム膜１２中を拡散
したとしても、その拡散は粒界での拡散が支配的であ
り、アルミニウム膜１２中の過剰なシリコンが粒界１６
に沿って中間金属膜１０に集まってくる。しかし、第１
層目のアルミニウム膜８の粒界とは中間金属膜１０で遮
られているため、アルミニウム膜１２の過剰シリコンは
第１層目のアルミニウム膜８には進まない。なお、アル
ミニウム中のシリコンの拡散は、粒界拡散の活性化エネ
ルギーが０．３ｅＶであるのに対し、アルミニウム結晶
中の拡散の活性化エネルギーは約０．６ｅＶと大きく、
またアルミニウム中の過剰シリコンは粒界に偏析するた
めに、アルミニウム中のシリコンは主として粒界に沿っ
て拡散する。
て示したものである。シリコン基板２に形成された拡散
層４上に第１層目のシリコン含有アルミニウム膜８が形
成され、その上に中間の金属膜として例えばＴｉＮ膜１
０が形成され、その上に第１層目と同じシリコン含有ア
ルミニウム膜１２が形成されている。第１層目のシリコ
ン含有アルミニウム膜８と第３層目のシリコン含有アル
ミニウム膜１２はそれぞれグレインからなり、１４，１
６はそれぞれのグレインの粒界を表わしている。第１層
目のシリコン含有アルミニウム膜８のグレインと第３層
目のシリコン含有アルミニウム膜１２のグレインは中間
金属膜１０が存在するために別々のグレインとなってお
り、粒界１４と１６はつながってはいない。第３層目の
シリコン含有アルミニウム膜１２中に過剰なシリコンが
含まれていて、熱処理中にアルミニウム膜１２中を拡散
したとしても、その拡散は粒界での拡散が支配的であ
り、アルミニウム膜１２中の過剰なシリコンが粒界１６
に沿って中間金属膜１０に集まってくる。しかし、第１
層目のアルミニウム膜８の粒界とは中間金属膜１０で遮
られているため、アルミニウム膜１２の過剰シリコンは
第１層目のアルミニウム膜８には進まない。なお、アル
ミニウム中のシリコンの拡散は、粒界拡散の活性化エネ
ルギーが０．３ｅＶであるのに対し、アルミニウム結晶
中の拡散の活性化エネルギーは約０．６ｅＶと大きく、
またアルミニウム中の過剰シリコンは粒界に偏析するた
めに、アルミニウム中のシリコンは主として粒界に沿っ
て拡散する。
【０００６】シリコン基板面に固相エピタキシャル成長
する過剰シリコンは、第１層目のシリコン含有アルミニ
ウム膜８からのみしか供給されない。例えば金属配線全
体の膜厚を６０００Åとし、第１層目のシリコン含有ア
ルミニウム膜８の膜厚を１０００Åとすれば、６０００
Å全部が従来のようにシリコン含有アルミニウム膜であ
るのに比べると１／６しかシリコンが供給されないの
で、固相エピタキシャル成長が抑えられる。中間金属膜
がＴｉＮや高融点金属膜のようにシリサイドを形成する
金属膜である場合には、シリコン拡散のバリアとしても
働く。
する過剰シリコンは、第１層目のシリコン含有アルミニ
ウム膜８からのみしか供給されない。例えば金属配線全
体の膜厚を６０００Åとし、第１層目のシリコン含有ア
ルミニウム膜８の膜厚を１０００Åとすれば、６０００
Å全部が従来のようにシリコン含有アルミニウム膜であ
るのに比べると１／６しかシリコンが供給されないの
で、固相エピタキシャル成長が抑えられる。中間金属膜
がＴｉＮや高融点金属膜のようにシリサイドを形成する
金属膜である場合には、シリコン拡散のバリアとしても
働く。
【０００７】
【実施例】図１は一実施例を表わしたものである。シリ
コン基板２に半導体素子を形成するために拡散層４が形
成されている。第１層目の金属配線をその拡散層４と接
続するために、シリコン基板上には層間絶縁膜６が形成
され、層間絶縁膜６にはコンタクトホール７が形成され
ている。コンタクトホール７を経てシリコン基板２の拡
散領域４と接続する金属配線は３層構造をしており、第
１層目が膜厚約１０００Åでシリコンを約１％含んだＡ
ｌ−１％Ｓｉ膜であり、その上に中間金属膜として膜厚
が約１０００ÅのＴｉＮ膜１０が形成されており、さら
にその上に膜厚が約４０００Åで約１％のシリコンを含
むＡｌ−１％Ｓｉ膜１２が形成されている。半導体装置
としてはさらに層間絶縁膜を介して配線が多層に重ねら
れることもある。最終的には最上層がパッシベーション
膜で被覆される。
コン基板２に半導体素子を形成するために拡散層４が形
成されている。第１層目の金属配線をその拡散層４と接
続するために、シリコン基板上には層間絶縁膜６が形成
され、層間絶縁膜６にはコンタクトホール７が形成され
ている。コンタクトホール７を経てシリコン基板２の拡
散領域４と接続する金属配線は３層構造をしており、第
１層目が膜厚約１０００Åでシリコンを約１％含んだＡ
ｌ−１％Ｓｉ膜であり、その上に中間金属膜として膜厚
が約１０００ÅのＴｉＮ膜１０が形成されており、さら
にその上に膜厚が約４０００Åで約１％のシリコンを含
むＡｌ−１％Ｓｉ膜１２が形成されている。半導体装置
としてはさらに層間絶縁膜を介して配線が多層に重ねら
れることもある。最終的には最上層がパッシベーション
膜で被覆される。
【０００８】金属配線の材質や膜厚は実施例のものに限
定されるものではない。例えば第１層目のシリコン含有
アルミニウム膜８は約１％のシリコンと約０．５％の銅
をともに含んだアルミニウム膜など、シリコンと更に他
の金属を含んだアルミニウム膜であってもよい。第２層
目の中間金属膜１０としてはＴｉＮの他、ＭｏやＷなど
の高融点金属膜やＮｉを用いてもよい。第３層目のアル
ミニウム系金属膜１２としてはシリコンを含まない純ア
ルミニウム膜を用いてもよい。
定されるものではない。例えば第１層目のシリコン含有
アルミニウム膜８は約１％のシリコンと約０．５％の銅
をともに含んだアルミニウム膜など、シリコンと更に他
の金属を含んだアルミニウム膜であってもよい。第２層
目の中間金属膜１０としてはＴｉＮの他、ＭｏやＷなど
の高融点金属膜やＮｉを用いてもよい。第３層目のアル
ミニウム系金属膜１２としてはシリコンを含まない純ア
ルミニウム膜を用いてもよい。
【０００９】
【発明の効果】本発明ではシリコン基板と接続される金
属配線を第１層目がシリコン含有アルミニウム膜、第２
層目がアルミニウム以外の金属膜、第３層目がアルミニ
ウム系金属膜からなる３層構造としたので、第１層目ア
ルミニウム膜のグレインと第３層目アルミニウム膜のグ
レインが連続することがなくなり、仮りに第３層目アル
ミニウム膜に過剰なシリコンを含んでいたとしても、そ
のシリコンがコンタクトの基板表面まで拡散するのを防
いでコンタクトでのシリコン析出を防ぐことができる。
属配線を第１層目がシリコン含有アルミニウム膜、第２
層目がアルミニウム以外の金属膜、第３層目がアルミニ
ウム系金属膜からなる３層構造としたので、第１層目ア
ルミニウム膜のグレインと第３層目アルミニウム膜のグ
レインが連続することがなくなり、仮りに第３層目アル
ミニウム膜に過剰なシリコンを含んでいたとしても、そ
のシリコンがコンタクトの基板表面まで拡散するのを防
いでコンタクトでのシリコン析出を防ぐことができる。
【００１０】請求項２のように第２層目の中間金属膜と
してＴｉＮ膜を用いたときは、ＴｉＮ膜はシリコンと反
応してシリサイドを形成するので、シリコンに対するバ
リア金属膜としての効果もあるので、基板面へのシリコ
ン析出に対してより効果が大きい。また、ＴｉＮ膜はア
ルミニウム膜のエッチングで用いられるＣＣＬ4ガスに
よってエッチングされるので、アルミニウム膜のエッチ
ングと同じ工程でエッチングすることができ、エッチン
グ工程が増えない利点もある。請求項３のように第３層
目のアルミニウム系金属膜としてシリコンを含まないア
ルミニウム膜を用いると、シリコン基板表面へのシリコ
ン析出に対してより効果がある。
してＴｉＮ膜を用いたときは、ＴｉＮ膜はシリコンと反
応してシリサイドを形成するので、シリコンに対するバ
リア金属膜としての効果もあるので、基板面へのシリコ
ン析出に対してより効果が大きい。また、ＴｉＮ膜はア
ルミニウム膜のエッチングで用いられるＣＣＬ4ガスに
よってエッチングされるので、アルミニウム膜のエッチ
ングと同じ工程でエッチングすることができ、エッチン
グ工程が増えない利点もある。請求項３のように第３層
目のアルミニウム系金属膜としてシリコンを含まないア
ルミニウム膜を用いると、シリコン基板表面へのシリコ
ン析出に対してより効果がある。
【図１】一実施例の主要部を示す断面図である。
【図２】同実施例における部分拡大断面図である。
２ シリコン基板 ４ 拡散層 ６ 層間絶縁膜 ８ 第１層目Ａｌ−１％Ｓｉ膜 １０ 第２層目ＴｉＮ膜 １２ 第２層目Ａｌ−１％Ｓｉ膜 １４．１６ 結晶粒界
Claims (3)
- 【請求項１】 半導体素子が形成されたシリコン基板上
に層間絶縁膜が被覆され、その層間絶縁膜に形成された
コンタクトホールを経て金属配線がシリコン基板と接続
されている半導体装置において、前記金属配線は第１層
目がシリコン含有アルミニウム膜、第２層目がアルミニ
ウム以外の金属膜、第３層目がアルミニウム系金属膜か
らなる３層構造であることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項２】 前記第２層目の金属膜がＴｉＮ膜である
請求項１に記載の半導体装置。 - 【請求項３】 前記第３層目のアルミニウム系金属膜が
純アルミニウム膜である請求項１又は２に記載の半導体
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21859992A JPH0645333A (ja) | 1992-07-24 | 1992-07-24 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21859992A JPH0645333A (ja) | 1992-07-24 | 1992-07-24 | 半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0645333A true JPH0645333A (ja) | 1994-02-18 |
Family
ID=16722488
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21859992A Pending JPH0645333A (ja) | 1992-07-24 | 1992-07-24 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0645333A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7915165B2 (en) | 2002-06-27 | 2011-03-29 | Hitachi Kokusai Electric Inc. | Substrate treating apparatus and method for manufacturing semiconductor device |
-
1992
- 1992-07-24 JP JP21859992A patent/JPH0645333A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7915165B2 (en) | 2002-06-27 | 2011-03-29 | Hitachi Kokusai Electric Inc. | Substrate treating apparatus and method for manufacturing semiconductor device |
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