JPH0441510B2 - - Google Patents
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- JPH0441510B2 JPH0441510B2 JP58177245A JP17724583A JPH0441510B2 JP H0441510 B2 JPH0441510 B2 JP H0441510B2 JP 58177245 A JP58177245 A JP 58177245A JP 17724583 A JP17724583 A JP 17724583A JP H0441510 B2 JPH0441510 B2 JP H0441510B2
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- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D64/00—Electrodes of devices having potential barriers
- H10D64/01—Manufacture or treatment
- H10D64/011—Manufacture or treatment of electrodes ohmically coupled to a semiconductor
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- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
(a) 発明の技術分野
本発明は高集積のMIS型半導体デバイスに係
り、特に微細化したコンタクトホールに安定した
電極配線を形成する配線層構造に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (a) Technical Field of the Invention The present invention relates to highly integrated MIS type semiconductor devices, and particularly to a wiring layer structure for forming stable electrode wiring in miniaturized contact holes.
(b) 技術の背景
集積回路基板の回路構成に用いられる一般的な
配線剤としてアルミニウムまたはアルミニウム−
シリコン合金が多く用いられている。その大きな
特徴は抵抗値が小さく、シリコン及びシリコン酸
化膜に対して密着性に優れ、p形、n形拡散層と
オーミツクなコンタクトが形成できることであ
る。しかしアルミニウムはシリコンと共晶反応を
起すため半導体プロセス中に繰返される熱処理中
にアルミニウムとシリコン層(拡散層)とが接す
る界面で共晶合金を作り、拡散層に深いエツチピ
ツトを生じ接合破壊を起すことはよく知られてい
る。特に半導体素子の高集積化、微細化に伴い拡
散領域が狭く、浅くなるに従いより深刻なものと
なる。浅い接合を必要とする微細デバイスでは上
記の理由でアルミニウムの代りにアルミニウム−
シリコン合金を用いる。1〜2%のシリコンを含
んだアルミニウム合金を用い、シリコン基板から
のシリコンの固溶即ちエツチピツトの発生を抑制
する。またアルミニウム配線層とシリコン層間に
高融点金属の化合物をバリア材として介在させ障
壁を設けることも有効な一手段である。(b) Background of the Technology Aluminum or aluminum is a common wiring material used in the circuit construction of integrated circuit boards.
Silicon alloys are often used. Its major characteristics are that it has a low resistance value, has excellent adhesion to silicon and silicon oxide films, and can form ohmic contact with p-type and n-type diffusion layers. However, since aluminum causes a eutectic reaction with silicon, a eutectic alloy is created at the interface where aluminum and silicon layer (diffusion layer) meet during repeated heat treatments during the semiconductor process, creating deep etch pits in the diffusion layer and causing junction breakdown. This is well known. In particular, as semiconductor devices become more highly integrated and miniaturized, the problem becomes more serious as the diffusion region becomes narrower and shallower. For the above reasons, aluminum is used instead of aluminum in micro devices that require shallow junctions.
Uses silicon alloy. An aluminum alloy containing 1 to 2% silicon is used to suppress the solid solution of silicon from the silicon substrate, that is, the generation of etch pits. It is also an effective means to provide a barrier by interposing a high melting point metal compound as a barrier material between the aluminum wiring layer and the silicon layer.
(c) 従来技術と問題点
LSIの主流をなすMOS型半導体デバイスを例
にとり多結晶シリコンをゲート電極とし、コンタ
クトホールにアルミニウム−シリコン合金の配線
層を形成する従来例を第1図により説明する。(c) Conventional technology and problems Taking a MOS type semiconductor device, which is the mainstream of LSI, as an example, a conventional example in which polycrystalline silicon is used as the gate electrode and an aluminum-silicon alloy wiring layer is formed in the contact hole is explained using Figure 1. .
第1図は従来のnチヤンネル型シリコンゲート
構造のMOSトランジスタを示す工程図である。
図中イに示すようにp形シリコン基板1に酸化膜
(SiO2)2を埋込形成し、ドライ熱酸化によりゲ
ート酸化膜3を形成し、次いでゲート電極形成用
の多結晶シリコン4をCVD法によりゲート酸化
膜3上に成長させる。 FIG. 1 is a process diagram showing a conventional n-channel silicon gate structure MOS transistor.
As shown in A in the figure, an oxide film (SiO 2 ) 2 is embedded in a p-type silicon substrate 1, a gate oxide film 3 is formed by dry thermal oxidation, and then a polycrystalline silicon 4 for forming a gate electrode is deposited by CVD. The gate oxide film 3 is grown on the gate oxide film 3 by the method.
次いでロに示すようにゲート電極5を残して多
結晶シリコン4及びゲート酸化膜3をエツチング
除去する。このゲート電極5をマスクとしてハに
示すようにイオン打込によりソース、ドレイン
6,7を拡散形成する。この場合打込まれる不純
物はりんP又は砒素Asが拡散されてn型拡散層
が形成される。次いで、りんシリケートガラス
PSG等の絶縁層8をCVD法により成長させしか
る後に図のようにコンタクト領域の窓開き処理し
更に段差部の形状を緩やにするメルト処理する。
次いでニに示すようにスパツタ法によりアルミニ
ウム−シリコン合金9を基板1全面に被着形成さ
せ次いでホではフオトエツチング技術による配線
パターン形成及び拡散層とのオーミツク接触をと
るための熱処理を行ないソース領域6,ドレイン
領域7にそれぞれ図に示すコンタクト電極10,
11が得られる。 Next, as shown in (b), polycrystalline silicon 4 and gate oxide film 3 are removed by etching, leaving gate electrode 5 alone. Using this gate electrode 5 as a mask, sources and drains 6 and 7 are diffused and formed by ion implantation as shown in FIG. In this case, the implanted impurity is phosphorus P or arsenic As, which is diffused to form an n-type diffusion layer. Next, phosphorus silicate glass
After an insulating layer 8 such as PSG is grown by CVD, a contact area is opened as shown in the figure, and a melt process is performed to soften the shape of the stepped portion.
Next, as shown in (d), an aluminum-silicon alloy 9 is deposited on the entire surface of the substrate 1 by sputtering, and then (e) a wiring pattern is formed using a photo-etching technique and heat treatment is performed to make ohmic contact with the diffusion layer to form the source region 6. , a contact electrode 10 shown in the figure in the drain region 7, respectively.
11 is obtained.
しかしこのように形成されるコンタクト配線層
は特に微細コンタクトホール例えば2μ口以下の
場合電極コンタクト形成時又は組立工程における
熱処理においてアルミニウムシリコン合金膜中及
び合金膜−シリコン界面で固溶限を越えたシリコ
ンの析出がある。この析出は前述したエツチピツ
トの場合と同様コンタクトホールの周辺部に多く
発生し、その析出相はアルミニウムドーブされた
p形シリコンであり、酸化膜上では任意方位とな
るが拡散層(シリコン基板)上ではエピタキシヤ
ル成長をなしいわゆる固相エピ成長が見られる。
その具体例を第2図に示す。第2図はコンタクト
ホールに析出したシリコン析出層の一例を示すコ
ンタクト領域の拡大図である。 However, in the contact wiring layer formed in this way, silicon exceeding the solid solubility limit in the aluminum silicon alloy film and at the alloy film-silicon interface may be formed during electrode contact formation or during heat treatment during the assembly process, especially in the case of fine contact holes, e.g., 2μ or less. There is precipitation. This precipitation occurs in large numbers around the contact hole, as in the case of the etching pit described above, and the precipitated phase is aluminum-doped p-type silicon, which can be in any orientation on the oxide film, but on the diffusion layer (silicon substrate). In this case, epitaxial growth is performed, and so-called solid-phase epitaxial growth is observed.
A specific example is shown in FIG. FIG. 2 is an enlarged view of a contact region showing an example of a silicon deposit layer deposited in a contact hole.
図において基板1に繰返される熱処理によつて
n+拡散層12と接するコンタクト電極13に図
のようにシリコン析出層14が成長する。このた
めコンタクト抵抗が増加し場合によつて断線状態
となる。しかもシリコン析出層14はアルミニウ
ムドーブのp形シリコンであり接する界面はn+
拡散層12のための半導体特性に影響を与える等
の問題がある。 In the figure, the substrate 1 is subjected to repeated heat treatment.
A silicon precipitate layer 14 is grown on the contact electrode 13 in contact with the n + diffusion layer 12 as shown in the figure. For this reason, contact resistance increases and, in some cases, a disconnection state occurs. Moreover, the silicon precipitated layer 14 is aluminum-doped p-type silicon, and the contacting interface is n +
There are problems such as affecting the semiconductor characteristics of the diffusion layer 12.
(d) 発明の目的
本発明は上記の欠点に鑑みコンタクト電極中に
おけるシリコン析出を抑え、しかも安定したアル
ミニウム合金の配線構成を提供し、微細化に対応
できるMIS型半導体デバイスを得ることを目的と
する。(d) Purpose of the Invention In view of the above-mentioned drawbacks, the present invention aims to suppress silicon precipitation in contact electrodes, provide a stable aluminum alloy wiring structure, and obtain an MIS type semiconductor device that is compatible with miniaturization. do.
(e) 発明の構成
上記目的は本発明によれば基板上にコンタクト
電極用の配線層を形成する方法であつて、基板上
にシリコンを10%以上含有するアルミニウム・シ
リコン合金を被着して第1の配線層を形成する工
程と、第1の配線層上にアルミニウムを被着して
第2の配線層を形成する工程とを含み、第1の配
線層と第2の配線層との膜厚比を第1の配線層と
第2の配線層の平均のシリコン含有量が1乃至2
%となるように選定することにより達成される。(e) Structure of the Invention According to the present invention, the above object is a method of forming a wiring layer for a contact electrode on a substrate, the method comprising depositing an aluminum-silicon alloy containing 10% or more of silicon on the substrate. The method includes a step of forming a first wiring layer, and a step of depositing aluminum on the first wiring layer to form a second wiring layer. The average silicon content of the first wiring layer and the second wiring layer is 1 to 2.
%.
(f) 発明の実施例
以下本発明の実施例を図面により詳述する。第
3図は本発明の一実施例であるアルミニウムシリ
コン合金膜上にアルミニウム膜を積層する配線層
形成の工程図である。(f) Examples of the invention Examples of the invention will be described in detail below with reference to the drawings. FIG. 3 is a process diagram for forming a wiring layer in which an aluminum film is laminated on an aluminum silicon alloy film according to an embodiment of the present invention.
先ずa図に示すように基板21上の絶縁層22
にコンタクト窓を開けた後、この窓を覆つてシリ
コンリツチ(シリコン含有量が10%以上)のアル
ミニウム・シリコン合金からなる第1の配線層2
3を形成する。次にb図に示すように第1の配線
層23上に純アルミニウムからなる第2の配線層
24を形成する。この第1の配線層23と第2の
配線層24とは連続スパツタ法で形成する。又、
第1の配線層23をスパツタ法で形成した後、窒
素ガス、窒素と水素の混合ガス等の清浄な雰囲気
の炉中で400〜500℃,30分のアニールを行つて拡
散層との密着性を向上させ、その後に第2の配線
層24をスパツタ法で形成してもよい。次にc図
に示すように第1の配線層23と第2の配線層2
4とをパターニングしてコンタクト電極25,2
6を形成する。 First, as shown in figure a, the insulating layer 22 on the substrate 21 is
After a contact window is opened in the window, a first wiring layer 2 made of a silicon-rich (silicon content of 10% or more) aluminum-silicon alloy is formed to cover this window.
form 3. Next, as shown in Figure b, a second wiring layer 24 made of pure aluminum is formed on the first wiring layer 23. The first wiring layer 23 and the second wiring layer 24 are formed by a continuous sputtering method. or,
After forming the first wiring layer 23 by a sputtering method, annealing is performed at 400 to 500°C for 30 minutes in a furnace with a clean atmosphere such as nitrogen gas or a mixed gas of nitrogen and hydrogen to improve the adhesion with the diffusion layer. After that, the second wiring layer 24 may be formed by a sputtering method. Next, as shown in figure c, the first wiring layer 23 and the second wiring layer 2 are formed.
4 to form contact electrodes 25, 2.
form 6.
上記の第1の配線層23と第2の配線層24と
の膜厚は、第1の配線層23のシリコン含有量に
応じて、両配線層の平均のシリコン含有量が1〜
2%となるように選定する。即ち、両配線層合計
の膜厚を1μmとする場合、第1の配線層23の膜
厚は、シリコン含有量が10%ならば約1000〓、95
%ならば約100〓とすればよい。このようにする
ことにより、配線層全体の比抵抗をシリコン含有
量が1〜2%のアルミニウム・シリコン合金一層
からなる従来の配線層と同等に抑えることが出来
る。 The film thicknesses of the first wiring layer 23 and the second wiring layer 24 are determined depending on the silicon content of the first wiring layer 23, such that the average silicon content of both wiring layers is 1 to 1.
2%. That is, when the total thickness of both wiring layers is 1 μm, the thickness of the first wiring layer 23 is approximately 1000㎜, 95 if the silicon content is 10%.
If it is %, it should be about 100〓. By doing so, the specific resistance of the entire wiring layer can be suppressed to the same level as that of a conventional wiring layer made of a single layer of an aluminum-silicon alloy with a silicon content of 1 to 2%.
尚、第1の配線層23のシリコン含有量を限定
するに際しては、各種シリコン含有量の第1の配
線層の上に純アルミニウムの第2の配線層を積層
して形成したコンタクト電極をアニールする実験
を行つた。以下そのデータを示す。データはいず
れも500℃でアニールした場合のコンタクト抵抗
の値であり、左から順にアニール前、30分後、60
分後、90分後、120分後の値を単位KΩで示して
おり、ノンオーミツク状態となつたものはXとし
た。膜厚合計は約1μm。 Note that when limiting the silicon content of the first wiring layer 23, contact electrodes formed by laminating a second wiring layer of pure aluminum on the first wiring layer with various silicon contents are annealed. I conducted an experiment. The data is shown below. All data are contact resistance values when annealed at 500℃, and from the left, before annealing, 30 minutes after, and 60 minutes after annealing.
The values after minutes, 90 minutes, and 120 minutes are shown in KΩ, and those in a non-ohmic state are marked as X. Total film thickness is approximately 1μm.
シリコン 1%: 0.5 1.3 X
シリコン 4%: 0.4 0.9 6.0 X
シリコン10%: 0.7 1.2 2.0 3.2 3.6
シリコン50%: 0.7 1.1 1.8 2.6 3.4
このようにシリコン含有量が10%以上のアルミ
ニウム・シリコン合金でコンタクト抵抗の増加が
少なく、断線状態となることがなかつた。これ
は、基板に接する第1の配線層がシリコンリツチ
であるために基板上へのシリコンのエピタキシヤ
ル成長が抑制されるためと考えられる。尚、シリ
コン含有量を95%以上とすると膜厚を100〓以下
にしなければならないから、実用的ではない。 1% silicon: 0.5 1.3 X 4% silicon: 0.4 0.9 6.0 The increase in resistance was small and there was no disconnection. This is considered to be because the first wiring layer in contact with the substrate is silicon-rich, which suppresses the epitaxial growth of silicon on the substrate. Note that if the silicon content is 95% or more, the film thickness must be 100% or less, which is not practical.
以上のようにして得たコンタクト電極25,2
6は、その後の工程での熱処理によるコンタクト
抵抗の増加が少なく、断線状態となることがな
い。従つて、特性及び信頼性の高いデバイスが得
られる。 Contact electrodes 25, 2 obtained as above
In No. 6, there is little increase in contact resistance due to heat treatment in subsequent steps, and there is no possibility of disconnection. Therefore, a device with high characteristics and reliability can be obtained.
(g) 発明の効果
以上詳細に説明したように本発明に示す電極配
線層構成とすることにより微細化したコンタクト
ホールを有するMIS型半導体装置に適用でき、特
にデバイス特性の信頼性が向上し、安定性が得ら
れる等大きな効果がある。(g) Effects of the invention As explained in detail above, the electrode wiring layer structure according to the present invention can be applied to MIS type semiconductor devices having miniaturized contact holes, and in particular, the reliability of device characteristics is improved. It has great effects such as stability.
第1図は従来のnチャンネル型シリコンゲート
構造のMOSトランジスタを示す工程図、第2図
はコンタクトホールに析出したシリコン析出層の
一例を示すコンタクト領域の拡大図、第3図は本
発明の一実施例であるアルミニウム合金膜上にア
ルミニウム膜を積層する配線層形成の工程図であ
る。
図中1,21……基板、2……酸化膜、3……
ゲート酸化膜、4……多結晶シリコン、5……ゲ
ート電極、6,7……ソース、ドレイン領域、
8,22……絶縁層、9……アルミニウムシリコ
ン合金、10,11,13,25,26……コン
タクト電極、12……n+拡散層、14……シリ
コン析出層、23……第1の配線層、24……第
2の配線層。
FIG. 1 is a process diagram showing a conventional n-channel type silicon gate structure MOS transistor, FIG. 2 is an enlarged view of a contact region showing an example of a silicon deposit layer deposited in a contact hole, and FIG. FIG. 3 is a process diagram for forming a wiring layer in which an aluminum film is laminated on an aluminum alloy film according to an example. In the figure, 1, 21... substrate, 2... oxide film, 3...
Gate oxide film, 4... Polycrystalline silicon, 5... Gate electrode, 6, 7... Source, drain region,
8, 22... Insulating layer, 9... Aluminum silicon alloy, 10, 11, 13, 25, 26... Contact electrode, 12... n + diffusion layer, 14... Silicon precipitation layer, 23... First Wiring layer, 24... second wiring layer.
Claims (1)
成する方法であつて、 基板上にシリコンを10%以上含有するアルミニ
ウム・シリコン合金を被着して第1の配線層を形
成する工程と、 該第1の配線層上にアルミニウムを被着して第
2の配線層を形成する工程とを含み、 該第1の配線層と該第2の配線層との膜厚比を
該第1の配線層と該第2の配線層の平均のシリコ
ン含有量が1乃至2%となるように選定すること
を特徴とする半導体装置の製造方法。[Claims] 1. A method for forming a wiring layer for forming contact electrodes on a substrate, which method comprises depositing an aluminum-silicon alloy containing 10% or more silicon on the substrate to form a first wiring layer. and a step of depositing aluminum on the first wiring layer to form a second wiring layer, the film thickness ratio of the first wiring layer and the second wiring layer. A method for manufacturing a semiconductor device, characterized in that the first wiring layer and the second wiring layer have an average silicon content of 1 to 2%.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58177245A JPS6068614A (en) | 1983-09-26 | 1983-09-26 | Manufacture of semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58177245A JPS6068614A (en) | 1983-09-26 | 1983-09-26 | Manufacture of semiconductor device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6068614A JPS6068614A (en) | 1985-04-19 |
| JPH0441510B2 true JPH0441510B2 (en) | 1992-07-08 |
Family
ID=16027687
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58177245A Granted JPS6068614A (en) | 1983-09-26 | 1983-09-26 | Manufacture of semiconductor device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6068614A (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW520072U (en) * | 1991-07-08 | 2003-02-01 | Samsung Electronics Co Ltd | A semiconductor device having a multi-layer metal contact |
| KR950009934B1 (en) * | 1992-09-07 | 1995-09-01 | 삼성전자주식회사 | Metalizing method of semiconductor device |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57186357A (en) * | 1981-05-11 | 1982-11-16 | Yamagata Nippon Denki Kk | Semiconductor element |
-
1983
- 1983-09-26 JP JP58177245A patent/JPS6068614A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6068614A (en) | 1985-04-19 |
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