JPS6025895B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、半導体装置の製造方法に関するものである。

従来、例えばプレーナー型の半導体装置において、絶縁
層におおわれすでに必要な拡散等をほどこし、素子の形
成された基板に関孔を設けて全面にアルミ蒸着をし、写
真加工法（ＰＥＰ）、アルミエッチング等の工程を施し
て半導体装置を製造することが一般的方法として知られ
ている。アルミニウム（Ａ〆）は種々の欠点を持ちなが
ら、しかし加工性、及び半導体基板例えばＳｉと接続の
とり易さの点から広く用いられている。最近集積回路の
高密度化及び高速化に伴って半導体素子において浅い拡
散が用いられるようになってきた。

この場合ＡそとＳｉ層（拡散層）の所でＡＺ中にＳｉが
侵入していく現象が起り、浅い接合の破壊が起り易い。
これに関しては、Ａその下にＳｉと反応しにくいレフラ
クトリ メタル（ｒｅｆｒａｃｔｏひｍｅｔａｌ）を介
在させて、二層構造にすることが試みられている。

しかしながら配線中は、集積化に伴なし、極細が要求さ
れ二層構造では上下層を同一中にエッチングすることは
非常に困難である。又、たとえばＭｏなどはＡ〆をエッ
チングする液でオーバーに腐食されてしまうため下方が
オーバーエッチになってＡＺ配線のはがれなどが生じ易
い欠点がある。

又、二層にする場合でも、素子への電極接続部の関口に
おいて、配線の段切れ等が生じる欠点もある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、第１の目
的は浅い拡散層等を有する半導体素子に対する有効な配
線が行なえる半導体装置の製造方法を提供することであ
る。

又、第２の目的は、関孔部での段切れ等の発生し‘こく
い半導体装置を形成する方法を提供することである。

又、第３の目的は多層配線を容易化する製造法を提供す
ることである。これらの目的は、コンタクト用関孔部を
有する絶縁層が被覆された基板上へ、第１の金属層を選
択的に形成し、しかる後配線層である第２の金属層を全
体上に形成することにより実現することができる。

以下、本発明を一実施例により図面を用いて説明する。

図において、Ａ〜Ｄは各製造工程に対応し、アルファベ
ット順に示した。まず、半導体素子が形成された基板１
上に、フィールド絶縁膜２が設けられたものをＡ工程で
製造する。ここでは、半導体素子として、例えばＳｉゲ
ート電界効果トランジスタ（以下ＦＥＴ）を例にして説
明する。このＳｉゲートＦＥＴは、ソース３、ドレイン
４、ゲート電極５、ゲート絶縁膜６とからなり、ソース
３、ドレイン４間にチャンネルが形成される。又、ゲー
ト電極５は、被覆膜７により保護されている。この工程
で素子へのコンタクト部は基板表面が露出されている。
次にＢ工程で、このコンタクト部上に、選択的に第１の
金属層８を形成する。例えば、ソースとしてＭｏＦ６を
用い、日２／Ｎ２２０．０５の比で徴量の水素を混合し
た窒素ガス中で、基板温度４００〜５００℃でＭｏの気
相成長（ＣＶＤ）を行う。この時、時間は３〜１５分と
した。この結果５００〜３０００オングストロームのＭ
ｏが基板上に成長する。前記フィールド絶縁膜２や被覆
膜７上にはＭｏはほとんど成長しない。特に、上記温度
範囲で４／Ｎ２（体積比）＊０．０５〜０．１とした場
合、Ｍｏは絶縁膜上に全く成長しないで且つモリブデン
金属層の半導体基板への密着性のすぐれたものが得られ
た。またＭｏＦ６と水素に加え、更に多量の窒素ガスを
導入することにより、選択成長するモリブデン金属層が
多孔費化するのを防止することができ、金属層の均一性
を高めることができる。ここで必要に応じ、例えば３０
分間析出を行い１＃程度までＭｏを成長させることがで
きる。絶縁膜と基板表面との段差をほとんど無くすこと
も勿論可能である。このようにすれば、次に説明する第
２の金属層とは平坦部で接続されるためコンタクト不良
という現象が生じなくなる。しかも、絶縁膜上には第１
の金属層は附着されないで、セルフアラインでコンタク
ト部分にのみＭｏをつける事が出来る。従って特にマス
ク変更等を行わず、選択成長が行える。次にＣ工程によ
り、全体上へ第２の金属層例えばアルミニウム層９を形
成する。

このアルミニウム層９は通常の蒸着技術により被着形成
する。このようにすると、絶縁膜上にはアルミニウム層
が直接被着され、コンタクト（接続）部には、Ｍｏを介
在してアルミニウム層が彼着される。この後Ｄ工程によ
り所定パターンに従ってアルミニウム層９を配線形状に
加工する。これにより、ソースへの配線１０、ドレィン
への配線１１を完成する。こうして出来上ったデバイス
では、アルミニウムのみで配線を行なった場合に比して
、電気特性が非常に安定していた。

上記実施例では、ＭｏＦ６をソースとした場合を説明し
たがＷＦ６についても同様の結果が得られた。

その他Ｔｉ，Ｃｒ，Ｔａ等のハロゲン化物を用いても同
じであった。これらモリブデン、タングステン、チタン
、クロム、タンタルの弗化物の気相成長条件と、その選
択性及び膜厚の関係を示す実験結果は次の通りである。
満、比較のため、水素を用いない場合の実験結果も併記
する。

モリブデンの気相成長 ＭｏＦ６の沸点：零度、ＭｏＦ６を入れたェバポレ−夕
温度：常温、ェバポレータに供給されるキャリアガス（
Ｎ２）量：１０の【／分、ＭｏＦ６を含むキャリアガス
に加えられるガス：窒素及び水素、成長時間：２の片。

タングステンの気相成長ＷＦ６の沸点：１蟹○、ＷＦ６
を入れたェバポレータ温度：常温、ェバポレ−外こ供給
されるキャリアガス（Ｎ２）量：５の【／分、ＷＦ６を
含むキャリアガスに加えられるガス：窒素及び水素、成
長時間：２０分。

チタンの気相成長 ＴｉＦ４の沸点２８４ｏｏ、ＴｉＦ４を入れたェバポレ
ータ温度：１８ぴ○、ェバポレータに供給されるキャリ
アガス（Ｎ２）量：８０の‘／分、ＴｉＦ４を含むキャ
リアガスに加えられるガス：窒素及び水素、成長時間：
２〇分。

タンタルの気相成長 ＴａＦ５の沸点：松９．５℃、ＴａＦ５を入れたェバポ
レータ温度：ｉ８０℃、ェバポレータに供給されるキャ
リアガス（Ｎ２）量：５０の‘／分、ＴａＦ５を含むキ
ャリアガスに加えられるガス：窒素及び水素、成長時間
：２世分。

クロムの気相成長 ＣｒＦ４を入れたェバポレータ温度：１４ぴ０、ェバポ
レータに供聯合されるキャリアガス（Ｎ２）量：５０財
／分、Ｃ【Ｆ４を含むキャリアガスに加えられるガス：
窒素及び水素、成長時間：２０６。

本発明によればセルフアラィン的に必要部分にのみ、Ｍ
ｏ，Ｗなどを析出することが出来、従来工程を殆んど変
えることなく特に、浅い拡散層に対してつき抜け等を起
こさずＡ〆配線が有効に行える。

因みに従釆のＰＥＰによってはマスク合せ精度又はエッ
チング技術の限界のため同様の効果得ることは困難であ
った。Ｍｏの場合厚さは数オングストローム〜１０００
オングストローム以上が特に良好であった。本発明のも
う一つの特徴はＡその陽極酸化法と併用出来ることであ
る。

Ａ〆陽極酸化は、多層線の一手段であるがＭｏとＡその
二層構造のは、下のＭｏの陽極酸化をすることがむずか
しい。従って本発明はＡク陽極酸化技術を併用すること
を考慮した時に非常なメリットを発揮する。

又、Ａ〆配線の場合の実施例を上げたが必ずしもＡ夕に
限ることはない。即ち、つき抜け等の象の起こる金属と
Ｓｉとの反応をおさえる目的に発明を適用することが出
来る。又、ある程度ＳｉＱ上にも附着することを認る場
合は基板温度は４００〜５００ｑＣに限らずもっと上げ
てもよく、又、日２／Ｎ５比ももっと高くてもかまわな
い。

これにより成長速度を上げることができる。水素を用い
ない場合、金属の成長濃厚が３００〜５００Ａ程度が限
度であるが、本発明のように金属ハロゲン化物に水素を
添加することにより金属の成長膜厚は、例えば１０００
Ａ以上が可能となる。又、前記窒素ガスの代りにＡｒ，
Ｈｅなどの不活性ガスを用いても可能であることは勿論
である。

図面の樋竿な説明 図は、本発明の一実施例を説明するための工程断面図で
ある。

図において、１…・・・基板、２・・…・フィールド絶
縁膜、８・・・・・・第１の金属層、９・・・・・・第
２の金属層。

仏） （６） くＣ） （〇）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 半導体素子の形成された基板上に前記半導体素子へ
   の配線接続用の開口が設けられる絶縁層を形成する工程
   と、モリブデン、タングステン、チタン、クロムもしく
   はタンタルの金属ハロゲン化物及び水素を含むガスを導
   入すると共に前記開口で囲まれた半導体基板表面上に金
   属層が気相成長するように加熱温度を設定する選択的気
   相成長工程と、前記金属層上から前記絶縁層上に延びる
   配線層を形成する工程とからなる半導体装置の製造方法
   。 ２ 半導体素子の形成された基板上に前記半導体素子の
   配線接続用の開口が設けられる絶縁層を形成する工程と
   、モリブデン、タングステン、チタン、クロムもしくは
   タンタルの金属ハロゲン化物及び水素と不活性元素を含
   むガスを導入すると共に前記開口で囲まれた半導体基板
   表面上に金属層が気相成長するように加熱温度を設定す
   る選択的気相成長工程と、前記金属層上から前記絶縁層
   上に延びる配線層を形成する工程とからなる半導体装置
   の製造方法。