JPS62104165A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPS62104165A
JPS62104165A JP24432585A JP24432585A JPS62104165A JP S62104165 A JPS62104165 A JP S62104165A JP 24432585 A JP24432585 A JP 24432585A JP 24432585 A JP24432585 A JP 24432585A JP S62104165 A JPS62104165 A JP S62104165A
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tin
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Katsuya Okumura
勝弥 奥村
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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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、半導体装置に関し、特に微小なコンタクトホ
ールで信頼性の高い電極の取出しが可能な半導体装置に
係わる。
〔発明の技術的背景〕
半導体装置においては、コンタクトホールを介して電極
の取出しがなされている。こうした電極の取出しは、従
来、コンタクトホールを形成した優、アルミニウム膜を
形成し、該アルミニウム膜を配線として用いると同時に
、電極取出しとしても使用していた。
〔背景技術の問題点〕
ところで、半導体素子の高密度化に伴ってコンタクトホ
ールも縮小化されるが、コンタクトホールの深さは略一
定である。このため、アルミニウム膜が該コンタクトホ
ール内に被着されにくくなり、特にコンタクトホール側
壁での被着率(ステップ力バレイジ)が悪化するという
問題があった。
これについて、第4図を参照して詳細に説明する。
図中の1は、シリコン基板であり、この基板1上にはシ
リコン酸化lI2が形成されている。この酸化膜2には
、コンタクトホール3a、3b・・・が開孔されている
。コンタクトホール3aは4μmx4μm1コンタクト
ホール3bは1μmx1μmの大きさである。こうした
開口寸法の異なるコンタクトホール3a、3bを有する
シリコン酸化膜2上にスパッタリング技術により厚さ1
μmのアルミニウム膜4を堆積すると、開口寸法の大き
いコンタクトホール3aではアルミニウム膜4のステッ
プ力バレイジが80%以上で良好であるが、開口寸法の
小さいコンタクトホール3bでは10%にも満たない。
その結果、コンタクトホール3bでの電極取出しは信頼
性が著・しく低下する。
〔発明の目的〕
本発明は、微小なコンタクトホールでも信頼性の高い電
極を取出すことが可能な構造を有する半導体装置を提供
しようとするものである。
〔発明の概要〕
本発明は、半導体基板上に設けられた絶縁膜と、この絶
縁膜に開孔されたコンタクトホールと、このコンタクト
ホールの少なくとも底部に設けられたバリア層と、前記
コンタクトホール内に溶融により埋込まれたアルミニウ
ム合金とを具備したことを特徴とするものである。かか
る本発明によれば、既述の如く微小なコンタクトホール
でも信頼性の高い電極を取出すことが可能な構造を有す
る半導体装置を得ることができる。
上記バリア層としては、高融点金属の窒化物等を用いる
ことができ、特にTiNが好適である。
上記アルミニウム合金としては、純アルミニウムに比べ
て極めて低温度での溶融が可能なMQを含むAR金合金
適している。かかるAn−Ma金合金、含有するMOに
よる^抵抗化等の電極取出しとして悪影響を及ぼさない
範囲である35重量%において、溶融温度が最も低くな
る(約450℃)ため、Mg含有量が35重急%以下の
△2合金を用いることが望まC叶′特にMg含有量が2
0重量%(溶融温度約550℃)〜35重量%の範囲に
することが好ましい。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の実施例を図面に示す製造工程を併記して
詳細に説明する。
実施例1 まず、半導体素子(図示せず)が形成されたシリコン基
板11上に厚さ約1μmのシリコン酸化膜12を形成し
た後、該酸化1112に例えば開口寸法が1μm×1μ
mのコンタクトホール13をフォトエツチング技術によ
り選択的に形成した。
つづいて、コンタクトホール13を含むシリコン酸化膜
12上に厚さ約1000人のバリア層としてのTiNl
l114を堆積した後、全面にスパッタリングにより厚
さ8000人の30%Mg−へ2合金膜15を堆積した
く第1図(a)図示)。この30%MO−A℃合金の融
点は、500℃である。
次いで、前記MO−AR合金膜15とTiN膜14を、
コンタクトホール13及びその周辺にのみ残存するよう
にバターニングしてMO−AR合金パターン16及びT
iNパターン17を形成した(同図(b)図示)。つづ
いて、シリコン基板11をMO−AJ2合金の融点より
少し高い510℃で熱処理した。この時、Mg−Afi
合金パターン16が溶融し、その後の冷却によりコンタ
クトホール13がMO−AQ合金体18で埋込まれた(
同図(C)図示)。また、コンタクトホール13の内面
にはTiNパターン17が形成されているため、30%
Mg−A/!、合金パターン16の溶融時にそのA℃と
シリコン基板11とが反応するのを阻止し、コンタクト
ホール13下の基板11表面にA2の突複は等が発生す
るのを防止される。
次いで、MO−AR合金体18を含むシリコン酸化膜1
2上にスパッタリングにより再度、厚さ1000人の1
Nl119を堆積した後、スパッタリングにより全面に
厚さ1μmのへ2膜を堆積し、パターニングしてへλ配
線20を形成したく同図(d)図示)。
本発明の半導体装置は、第1図(d)に示すようにシリ
コン基板11上に設けられたシリコン酸化膜12と、こ
の酸化膜12に開孔された微小なコンタクトホール13
と、このコンタクトホール13の少なくとも底部に設け
られたバリア層としてのTiNパターン17と、前記コ
ンタクトホール13内に溶融により埋込まれたMCI−
Aλ合金体18と、このMO−Aり合金体18にTiN
膿19を介して接続するA2配線2oとから構成されて
いる。
従って、微小なコンタクトホール13内に溶融により形
成されたMO−Ag合金体18が埋込まれ、このMQ−
Ag合金体18を介して基板表面の図示しない半導体素
子とA2配置!20を接続するため、従来のようなコン
タクトホールの微小化に伴う該コンタクトホールの側壁
部での段切れ等を防止できる。しかも、コンタクトホー
ル13の底部には低抵抗のTiNパターン(バリア層)
17が設けられ、かつコンタクトホール13の全体にM
g−A42合金体18が埋込まれているため、へ2配線
20をシリコン基板の図示しない半導体素子に低抵抗接
続できる。
また、コンタクトホール13内に溶融により埋込むMC
J−A4合金体18は、純アルミニウムするため、該M
O−A℃合金の溶融時における基板11に形成された半
導体素子の熱影響を著しく低減できる。
更に、前記MO−Ag合金を溶融する温度において安定
で、かつ低抵抗のTiNパターン17をバリア層として
コンタクトホール13の少なくとも底部に設けているた
め、該MO−Ag合金の溶融時におけるAgと基板11
のシリコンとの反応を阻止し、Agの文法は等を防止で
きる。
実施例2 まず、半導体素子(図示せず)が形成されたシリコン基
板11上に厚さ約1μmのシリコン酸化1112を形成
した後、該酸化膜12に例えば開口寸法が1μm×1μ
mのコンタクトホール13をフォトエツチング技術によ
り選択的に形成した。
つづいて、タングステンを減圧CVD技術により堆積す
ることにより、コンタクトホール13の底部のみに厚さ
約1000人のバリア層としてのW膜21を形成した後
、コンタクトホール13内に直径0.7〜0.8umの
30%Mq−Affiからなる合金球22を挿入した(
第2図(a)図示)。
次いで、シリコン基板11をMg−Aρ金合金融点より
少し高い510℃で熱処理した。この時、MQ−AQの
合金球22が溶融し、その後の冷却によりコンタクトホ
ール13がMQ−A(1合金体18で埋込まれたく同図
(b)図示)。
しかして、本実施例2によれば実施例1のようにMQA
ffilli及びTiNIIIのパターニングを行なう
ことなく、コンタクトホール13内をMO=AQ、合金
体18で埋込むことができる。
実施例3 まず、半導体素子(図示せず)が形成されたシリコン基
板11上に厚さ約1μmのシリコン酸化膜12を形成し
た後、該酸化11112に例えば開口寸法が1μmx1
μmのコンタクトホール13をフォトエツチング技術に
より選択的に形成した。
つづいて、コンタクトホール13を含むシリコン酸化膜
12上に厚さ約1000人のバリア層としてのTiN膜
14を堆積した後、全面にスパッタリングにより厚さ1
.5μmの30%Mg−Aff合金g!15を堆積した
(第3図(a)図示)。この時、コンタクトホール13
内の30%MQ−に加熱しながら、前記fvl−Aff
i合金膜15上に厚さ0.5μmの純ARをスパッタリ
ングした。
この時、MO−Affi合金膜が溶融して前記空洞部2
3が消滅してコンタクトホール13内がMQ−A2合金
膜で埋込まれた。同時に、純Afill124が堆積さ
れると共に、溶融したM(ll−A2合金膜中のMOが
純AR1I!24に拡散してMQ含有量が20%のMQ
−AI2合金穫25となった(同図(b)図示)。この
MO−A2合金11!25の融点は550℃であった。
次いで、シリコン酸化膜12上の純A2膜24及びMQ
−Affi合金膜25をエッチバックして除去し、更に
シリコン酸化l1112上のTiNIII4を除去して
コンタクトホール13の内面のみにT + Nl114
−を残存させると共に、同コンタクトホール13内にM
O含有量が20%のtvl−Affi合金体26を埋込
んだ(同図(C)図示)。
つづいて、MCI−A2合金体26を含むシリコン酸化
l!12上にスパッタリングにより厚さ1μmのへ2膜
を堆積し、パターニングして前記MO−AR合金体26
と直接接続するA2配線20を形成した(同図(d)図
示)。
しかして、本実施例3によればMCJ−Aj2合金g1
15の溶融、コンタクトホール13内への埋込み時に、
該Mg−Aff合金膜15上に純A2膜24を堆積する
ため、MにI−AR合金膜中のMgが純A2膜24に拡
散してMOの含有量の低い(例えばMCI : 20%
)、つまり融点が初期堆積時より高いMg−AR合金膜
25となり、その後のエッチバックによりコンタクトホ
ール13内にMg含有量が20%のMO−Affi合金
体26を埋込むことができる。従って、コンタクトホー
ル13内に埋込まれたMO−Affi合金体26は前述
した実施例1のMa−A1合金体18に比べて融点が高
いため、配線20の形成後の熱処理温度を実施例1より
高くできる。また、MO−A℃合金体26のMQ含有量
を低減でき、かつ融点を高くできるため、該MQ−△λ
合金体26にA2配線20を直接設けても、該配線20
の形成後の熱処理時においてMgのA2配線20への拡
散を抑制でき、ひいては実施例1のようなバリア層とし
のTiN膜19の形成を省略できる。
なお、上記実施例2ではコンタクトホールにMQ−A(
lからなる合金球を挿入した後、熱処理を行なって該合
金球を溶融したが、合金球の代わりに他の形状の塊状合
金をコンタクトホール内に挿入してもよい。
上記実施例3では、MQ−AM合金腹中のMO含有量を
低減するために、該Mq−An合金膜の堆積にひきつづ
いて純AQMをスパッタリングする際、基板温度を同M
l;l−Aλ合金膜の融点より少し高い温度に設定する
方法を採用したが、これに限定されない。例えば、Mg
−Affi合金膜上に純A2膜を堆積した後、基板を大
気中に取出し、該Mg−An合金膜の融点より少し高い
温度で熱処理してMg−A42合金膜の溶融、該合金中
のMQの純Aβ膜への拡散、これによるMg含有量の低
減を行なってもよい。
上記実施例3では、M(J−Affi合金膜上にスパッ
タリングにより純AQ膜を堆積したが、該合金膜をバタ
ーニングしてコンタクトホール及びのその周辺に残存さ
せた後、スパッタリングにより純Aj2膜を堆積しても
よい。
上記実施例3において、純AI2膜のスパッタリング中
の温度、膜厚及び時間を変えることによって、純AR膜
下のtvl−A2合金膜のM9含有量を任意に低減でき
る。
上記各実施例では、絶縁膜としてシリコン酸化膜を使用
したが、SiN膜等の他の絶縁膜を使用してもよい。
上記各実施例では、半導体基板の半導体素子とのへ2配
線とのコンタクトを行なう場合について説明したが、第
1層配線と第2層配線とを接続する等の多層配線構造に
も同様に適用できる。
(発明の効果) 以上詳述した如く、本発明によれば微小なコンタクトホ
ールでも信頼性の高い電極を取出すことが可能な高信頼
性、高集積度の半導体装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)〜(d)は本発明の実施例1における半導
体装置の製造工程を示す断面図、第2図(a)、(b)
は本発明の実施例2におけるMgる半導体装置の製造工
程を示す断面図、第4図は従来の半導体装置を示す断面
図である。 11・・・シリコン基板、12・・・シリコン酸化膜、
13・・・コンタクトホール、14・・・TiNII!
、15.25・・・1vl−Affi合金膜、18.2
6・・・MQ−A2合金体、20・・・A2配線、21
・・・WIl!i!、22・・・fvl−Affiから
なる合金球、24・・・純A fil。 出願人代理人 弁理士  鈴江武彦 (a) (b) (c) 第1図 (a) (b) 第2図 第3図 第3図 第4図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)、半導体基板上に設けられた絶縁膜と、この絶縁
    膜に開孔されたコンタクトホールと、このコンタクトホ
    ールの少なくとも底部に設けられたバリア層と、前記コ
    ンタクトホール内に溶融により埋込まれたアルミニウム
    合金とを具備したことを特徴とする半導体装置。
  2. (2)、バリア層が少なくとも高融点金属の窒化物を含
    む膜からなり、かつアルミニウム合金がマグネシウムを
    含んだものからな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。
JP60244325A 1985-10-31 1985-10-31 半導体装置の製造方法 Expired - Lifetime JPH0719885B2 (ja)

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