JP3034348B2 - Semiconductor device and manufacturing method - Google Patents
Semiconductor device and manufacturing methodInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は半導体素子の製造方
法、特にその製造工程における電極配線の形成方法に関
するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for forming an electrode wiring in the manufacturing process.
【0002】[0002]
【従来の技術】自己整合シリサイド(SALICID
E)技術を用いた電極配線の製造方法は例えば「ソリッ
ドステートテクノロジー」1987年4月号155−1
62頁に示されているように周知であり、それを添付図
3にもとづき説明する。図3においてシリコン基板11
上にフィールド酸化膜12で分離したアクティブ領域1
3を設けそこにシリコン拡散層14とゲート酸化膜15
と導電性のあるポリシリコン16とサイドウォール1
6’から成るゲート電極17を有する基板をつくる(図
3a)。2. Description of the Related Art Self-aligned silicide (SALICID)
E) A method for manufacturing an electrode wiring using a technique is described in, for example, "Solid State Technology", April 1987, 155-1.
It is well known as shown on page 62 and is described with reference to FIG. In FIG. 3, the silicon substrate 11
Active area 1 separated by field oxide film 12
3, a silicon diffusion layer 14 and a gate oxide film 15
And conductive polysilicon 16 and sidewall 1
A substrate having a gate electrode 17 consisting of 6 'is made (FIG. 3a).
【0003】このウェハ上にスパッタ法によりチタン1
8を約100nmの厚さに堆積し(図3b)、窒素中で約
600℃,30秒の熱処理を行いシリコン拡散層14と
導電性ポリシリコンの表面にチタンのモノシリサイド1
9を形成する(図3c)。[0003] Titanium 1 is deposited on the wafer by sputtering.
8 is deposited to a thickness of about 100 nm (FIG. 3b) and heat-treated in nitrogen at about 600 ° C. for 30 seconds to form titanium monosilicide 1 on the surface of silicon diffusion layer 14 and conductive polysilicon.
9 (FIG. 3c).
【0004】次に未反応チタン18をNH4 OH+H2
O2 +H2 Oの混合液で除去しさらに窒素中で約800
℃,30秒の熱処理によりチタンのモノシリサイド19
を低抵抗で安定なダイシリサイド20にする(図3
d)。Next, unreacted titanium 18 is converted into NH 4 OH + H 2
Removed with a mixture of O 2 + H 2 O and
Heat treatment at 30 ° C. for 30 seconds to form titanium monosilicide 19
Into a low resistance and stable disilicide 20 (FIG. 3).
d).
【0005】続いて絶縁膜21を堆積し、ホトリソグラ
フィ技術を用いてコンタクトホール22を形成する(図
3e)。Subsequently, an insulating film 21 is deposited, and a contact hole 22 is formed by using a photolithography technique (FIG. 3E).
【0006】最後にAl系合金23をスパッタ法により
堆積し、ホトリソグラフィ技術を用いて電極配線を形成
して完全する(図3f)。この場合、配線はAl系合金
単層構造となる。[0006] Finally, an Al-based alloy 23 is deposited by a sputtering method, and an electrode wiring is formed using photolithography technology to complete it (FIG. 3F). In this case, the wiring has an Al-based alloy single layer structure.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】しかし以上述べた方法
では所望のシリサイドを得るためにシリサイド化熱処理
が2回必要であり、かつ未反応物を除去することが必要
であるため工程が複雑となる。またシリコン拡散層のシ
リサイド層が2回の熱処理により厚く形成される傾向が
あるが、その場合には浅い接合部分が破壊される可能性
がある。さらに配線がAl合金単層構造であるため配線
の微細化が進むにつれて信頼性に係わる問題、例えば電
流ストレスによる断線(エレクトロマイグレーション)
や膜ストレスによる欠損による抵抗増加(ストレスマイ
グレーション)の問題が生じる。この問題は夫々半導体
素子の信頼性を劣化させる可能性を有する。However, the above-mentioned method requires two heat treatments for silicidation to obtain a desired silicide, and it is necessary to remove unreacted substances, which complicates the process. . Further, the silicide layer of the silicon diffusion layer tends to be formed thick by two heat treatments, but in this case, a shallow junction may be broken. Further, since the wiring has an Al alloy single-layer structure, there is a problem related to reliability as the wiring becomes finer, for example, disconnection due to current stress (electromigration).
And a problem of resistance increase (stress migration) due to defects due to film stress. This problem has a possibility of deteriorating the reliability of each semiconductor element.
【0008】この発明は以上述べた工程の複雑化、シリ
サイド層の厚膜化による接合破壊、Al合金単層配線の
信頼性劣化の問題点を除去するため、単純な工程で浅い
接合を破壊せずにかつ高信頼性の配線を形成し優れた半
導体素子を得るための方法を提供することを目的とす
る。According to the present invention, a shallow junction is destroyed by a simple process in order to eliminate the problems of the above-mentioned complicated processes, the destruction of the junction due to the increase in the thickness of the silicide layer, and the deterioration of the reliability of the single-layer Al alloy wiring. It is an object of the present invention to provide a method for forming a highly reliable wiring without obtaining a highly reliable semiconductor device.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明の半導体素子は、
下層に形成された引張応力を有する第1の高融点金属層
と、上層に形成された第1の高融点金属より低抵抗な第
2の高融点金属層とからなる配線層を有するものであ
る。また本発明の半導体素子の製造方法によれば、シリ
サイドの厚さを抑えるためにシリサイド化を抑える傾向
をもつ引張応力を有する薄い高融点金属膜をスパッタに
より形成し、しかる後にそれより低抵抗の高融点金属膜
をスパッタにより形成した後、熱処理により薄い高融点
金属膜との間に浅いシリサイド層を形成する。低抵抗の
膜上に電極を設ける。According to the present invention, there is provided a semiconductor device comprising:
A wiring layer comprising a first refractory metal layer having a tensile stress formed in a lower layer and a second refractory metal layer having a lower resistance than the first refractory metal formed in an upper layer. . According to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, a thin high-melting-point metal film having a tensile stress having a tendency to suppress silicidation is formed by sputtering in order to suppress the thickness of silicide, and then a low-resistance metal film having a lower resistance is formed. After forming the refractory metal film by sputtering, a shallow silicide layer is formed between the refractory metal film and the thin refractory metal film by heat treatment. An electrode is provided on a low-resistance film.
【0010】[0010]
【作用】本発明における半導体素子及び半導体素子の製
造方法においてシリサイドをつくる高融点金属膜のシリ
サイド化傾向をスパッタ条件を最適化して膜応力を制御
することにより、シリサイド化が生じにくい引張応力の
高融点金属膜と、この膜より低抵抗のニュートラル応力
の高融点金属膜の積層構造が得られ、全体としてその上
の電極とシリコン拡散層との良好な電気的接続を得る。In the semiconductor device and the method of manufacturing the semiconductor device according to the present invention, the tendency of the refractory metal film for forming silicide to be silicidated is controlled by optimizing the sputtering conditions to control the film stress, thereby increasing the tensile stress at which silicidation is difficult to occur. A laminated structure of a melting point metal film and a high melting point metal film having a neutral stress lower in resistance than this film is obtained, and good electrical connection between the electrode and the silicon diffusion layer is obtained as a whole.
【0011】[0011]
【実施例】図1はこの発明の一実施例を示す工程図であ
る。シリコン基板201上に、フィールド酸化膜202
で分離したアクティブ領域203をつくり、そこにシリ
コン拡散層204とゲート酸化膜205と導電性ポリシ
リコン206から成るゲート電極207を形成し、基板
とする(図2a)。FIG. 1 is a process diagram showing one embodiment of the present invention. A field oxide film 202 is formed on a silicon substrate 201.
Then, an active region 203 is formed, and a silicon diffusion layer 204, a gate oxide film 205, and a gate electrode 207 made of conductive polysilicon 206 are formed thereon to form a substrate (FIG. 2A).
【0012】この基板上に絶縁膜208としてノンドー
プドシリケートグラス(NSG)とボロフォスフォシリ
ケートグラス(BPSG)をCVD法によりそれぞれ厚
さ150nmおよび500nmに堆積し、ホトリソグラフィ
技術を用いてコンタクトホール209を形成する(図1
b)。On this substrate, non-doped silicate glass (NSG) and borophosphosilicate glass (BPSG) are deposited as insulating films 208 to a thickness of 150 nm and 500 nm, respectively, by CVD, and contact holes 209 are formed by photolithography. (Fig. 1
b).
【0013】次にスパッタ法を用い、その条件を変える
ことにより、夫々、応力の異る二層のタングステン層を
形成する。まずDCパワー1kW,アルゴン圧17.5m
Torrの条件で引張り応力のタングステン膜210を約1
00nm堆積する(図1c)。タングステン膜210を引
張応力とすることにより下地の拡散層204との間のシ
リサイド化反応を生じ難くする。Next, by using a sputtering method and changing the conditions, two tungsten layers having different stresses are formed. First, DC power 1kW, argon pressure 17.5m
The tungsten film 210 having a tensile stress of about 1
Deposit 00 nm (FIG. 1c). By making the tungsten film 210 have a tensile stress, a silicidation reaction with the underlying diffusion layer 204 is less likely to occur.
【0014】続けてDCパワー2kW,アルゴン圧17.
5mTorrの条件を用い、引張り応力のタングステン膜2
10より低抵抗のニュートラル応力のタングステン膜2
11を約200nmの厚さに堆積する(図1d)。Subsequently, DC power of 2 kW and argon pressure of 17.
Under the condition of 5 mTorr, the tungsten film 2 having a tensile stress is used.
Neutral stress tungsten film 2 having a resistance lower than 10
11 is deposited to a thickness of about 200 nm (FIG. 1d).
【0015】次にホトリソグラフィ技術を用いて電極配
線212を形成後窒素中で800℃,30秒の熱処理を
施し、シリコン204,206の表面を薄くシリサイド
化(230)させて完成する。Next, after the electrode wiring 212 is formed by using the photolithography technique, a heat treatment is performed in nitrogen at 800 ° C. for 30 seconds to thinly silicide (230) the surfaces of the silicon 204 and 206 to complete the process.
【0016】図2はタングステン膜の応力と比抵抗の関
係を示す。FIG. 2 shows the relationship between the stress of the tungsten film and the specific resistance.
【0017】以上ではタングステンを用いて膜210,
211を形成しているが、他の高融点金属、例えばバナ
ジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、
銅、ジルコニウム、モリブデン、パラジウム、銀、ハフ
ニウム、白金、金を用いてもよい。また、そのような高
融点金属膜の形成はスパッタリングを用いると制御が容
易であるが、それに限らず例えば真空蒸着,気相成長等
を用いることも出来る。In the above, the film 210 using tungsten is used.
211, but other refractory metals such as vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel,
Copper, zirconium, molybdenum, palladium, silver, hafnium, platinum, and gold may be used. Further, the formation of such a high melting point metal film can be easily controlled by using sputtering, but not limited thereto, and for example, vacuum deposition, vapor phase growth, or the like can be used.
【0018】[0018]
【発明の効果】以上のように本発明の半導体素子はシリ
サイド化が生じにくい引張応力の高融点金属膜と、この
膜より低抵抗のニュートラル応力の高融点金属膜の積層
構造としたので、全体としてその上の電極とシリコン拡
散層との良好な電気的接続を得られる。また本発明の半
導体素子の製造方法によればスパッタ条件をかえること
によりシリサイド化が生じにくい引張応力のタングステ
ン膜と、それより低抵抗のニュートラル応力のタングス
テン膜を積層構造として形成するようにしたので簡単な
工程で、セルフアラインでシリコンコンタクト部のみ薄
くシリサイド化することが出来、浅い接合においても破
壊することなく低抵抗コンタクト特性が実現可能とな
る。さらにワード線及び配線にもそのまま適用可能であ
り高信頼性で低抵抗の配線形成が可能となる。As described above, the semiconductor device of the present invention has a laminated structure of a high melting point metal film having a tensile stress which is unlikely to be silicided and a high melting point metal film having a neutral stress having a lower resistance than this film. As a result, a good electrical connection between the electrode thereon and the silicon diffusion layer can be obtained. Further, according to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, a tungsten film having a tensile stress that is unlikely to be silicided and a tungsten film having a neutral stress having a lower resistance than that are formed as a laminated structure by changing the sputtering conditions. In a simple process, only the silicon contact portion can be thinly silicided by self-alignment, and low-resistance contact characteristics can be realized without breaking even at a shallow junction. Further, the present invention can be applied to word lines and wirings as they are, and high reliability and low resistance wirings can be formed.
【図1】本発明の一実施例を示す工程図である。FIG. 1 is a process chart showing one embodiment of the present invention.
【図2】タングステンの応力と比抵抗の関係を示す図で
ある。FIG. 2 is a diagram showing a relationship between tungsten stress and specific resistance.
【図3】従来の自己整合シリサイド技術の一例を示す工
程図である。FIG. 3 is a process diagram showing an example of a conventional self-aligned silicide technique.
201 シリコン基板 202 フィールド酸化膜 203 アクテイブ領域 204 シリコン拡散層 205 ゲート酸化膜 207 ゲート電極 208 絶縁膜 209 コンタクトホール 210 引張応力高融点金属膜 211 ニュートラル応力高融点金属膜 Reference Signs List 201 silicon substrate 202 field oxide film 203 active region 204 silicon diffusion layer 205 gate oxide film 207 gate electrode 208 insulating film 209 contact hole 210 tensile stress refractory metal film 211 neutral stress refractory metal film 211
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−109651(JP,A) 特開 平4−280627(JP,A) 特開 平4−56214(JP,A) 特開 平3−293766(JP,A) 特開 平2−228032(JP,A) 特開 平2−205666(JP,A) 特開 平2−228034(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/28 H01L 21/336 H01L 21/768 H01L 29/78 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (56) References JP-A-5-109651 (JP, A) JP-A-4-280627 (JP, A) JP-A-4-56214 (JP, A) JP-A-3-56 293766 (JP, A) JP-A-2-22832 (JP, A) JP-A-2-205666 (JP, A) JP-A-2-228034 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 21/28 H01L 21/336 H01L 21/768 H01L 29/78
Claims (3)
引張応力を有する第1の高融点金属層と、 上層に形成された前記第1の高融点金属より低抵抗な第
2の高融点金属層とからなる配線層を有する半導体素
子。In a semiconductor device, a first refractory metal layer having a tensile stress formed in a lower layer, and a second refractory metal layer formed in an upper layer and having a lower resistance than the first refractory metal. A semiconductor element having a wiring layer comprising:
記第1高融点金属層の下にシリサイド層を有する半導体
素子。2. The semiconductor device according to claim 1, further comprising a silicide layer below said first refractory metal layer.
基板上にゲート電極を形成する工程と、 前記半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、 前記絶縁膜にコンタクトホールを形成する工程と、 引張応力を有する第1の高融点金属膜を堆積する工程
と、 前記第1の高融点金属膜上に前記第1の高融点金属膜よ
り低抵抗な第2の高融点金属膜を堆積する工程と、 前記第1及び第2の高融点金属膜とをパターニングする
工程とを有する半導体素子の製造方法。3. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a gate electrode on a semiconductor substrate; forming an insulating film on the semiconductor substrate; forming a contact hole in the insulating film; Depositing a first refractory metal film having a stress; depositing a second refractory metal film having a lower resistance than the first refractory metal film on the first refractory metal film; Patterning the first and second refractory metal films.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP3209430A JP3034348B2 (en) | 1991-08-21 | 1991-08-21 | Semiconductor device and manufacturing method |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP3209430A JP3034348B2 (en) | 1991-08-21 | 1991-08-21 | Semiconductor device and manufacturing method |
Publications (2)
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| JPH0547705A JPH0547705A (en) | 1993-02-26 |
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Family Applications (1)
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| Country | Link |
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1991
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| JPH0547705A (en) | 1993-02-26 |
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