(57)【要約】【課題】  メタルの突き抜けを防ぎ、コンタクトホール下部への突き抜けによる消費電流の増大を無くした半導体装置を提供することを目的とする。【解決手段】  半導体装置のメタル階層構造において、チタン窒化膜層とアルミニウム合金層との間にＴｉ膜層よりさらに薄い酸化膜を形成することによって、下部の活性領域に突き抜けることを防止し、更なるバリア性の高度を図った。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板上に層間絶縁膜を有し、前記層間絶縁膜にコンタクトホールが形成され、前記シリコン基板内の前記コンタクトホール下部に高不純物ドープ活性領域が設けられている半導体装置において、前記シリコン基板および前記層間絶縁膜上に形成される第１層目を所望のメタル層厚さより薄いチタン膜層とし、第１層目前記チタン層上に形成される第２層目をチタン窒化膜とし、第２層目前記チタン窒化膜層厚さよりもさらに薄い酸化膜層を第２層目前記チタン窒化膜層上に故意に形成し、第３層目前記酸化膜層上にシリコンを含むアルミニウム合金あるいはタングステン合金膜とした層構造を有することを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に関するもので、特にメタル階層構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体装置の配線としては図２の様にアルミニウム配線１０８が用いられている。アルミニウムは基板のシリコンと反応しやすく、その反応は低温でも生じ、シリコン基板１０１とアルミニウム配線１０８が接触する部分１０２（高不純物ドープ活性領域）では基板１０１のシリコンとアルミニウム１０８が反応し、基板１０１のシリコンがアルミニウム１０８中へ拡散して基板内にピットが形成され、これがリークの発生源となることが知られている。そこで、従来の半導体装置において、基板１０１のシリコンがアルミニウム１０８中へ拡散するのを防止するために、予めアルミニウム配線１０８中にシリコンを１％程度添加させ、シリコン拡散を飽和させたＡｌ−Ｓｉ合金が配線材料として使用されていた。従来の半導体装置では、半導体素子が形成されたシリコン基板１０１の表面にＳｉＯ２膜、ＰＳＧ膜、ＢＰＳＧ膜などの層間絶縁膜１０３が形成されており、層間絶縁膜１０３にはコンタクトホール１０４が形成され、そのコンタクトホール１０４を経てAl-Si、Al-Si-Cu等のアルミニウム合金配線とシリコン基板が接触していた。しかし、Al-Si、Al-Si-Cu等のアルミニウム（合金）配線１０８とシリコン基板１０１が接触させた場合でも、基板１０１のシリコンがアルミニウム１０８中へ拡散し、アルミニウム１０８がシリコン基板に突き抜けたようなピット状のものが生じ、消費電流が大きくなるという問題が発生した。
【０００３】
その対策として、アルミニウム１０８に添加するシリコンの量を増加することが挙げられるが、過剰に添加すると、配線形成後の熱サイクルによりアルミニウム配線１０８中のシリコンがコンタクト部に析出することがある。つまり、アルミニウム１０８中に添加されたシリコンが熱サイクルによりアルミニウム１０８中への拡散と析出を繰り返し、その一部がコンタクトホール部でのシリコン基板上にエピタキシャル成長するものである。コンタクトホール１０４の径が大きければシリコンの析出はコンタクト部の抵抗にさほど影響を与えないが、コンタクト部の開口の大きさが１・・SUP>2程度に小さくなってくると析出したシリコンのためにコンタクト抵抗が増大する問題が生じる。
【０００４】
そこで、近年では、Al-Si、Al-Si-Cu等のアルミニウム合金配線とシリコン基板との間に、バリア性の高いチタン窒化膜を形成することによってアルミニウムの突き抜け防止が改善されている。
【特許文献１】特開平5-291559
【特許文献２】特開2002-26021
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、メタルの突き抜けを防ぐために、コンタクトホール形成後にチタン窒化膜等のバリア性の高いメタルを形成し、バリア性の改善が施されたが、それにも関らずメタルの突き抜けを防ぐことが出来ず、消費電流が大きいという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記の点に着目してなされたもので、本発明はメタルの突き抜けを防ぎ、基板への突き抜けによる消費電流の増大を無くした半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は次の手段を用いた。
【０００８】
シリコン基板上に層間絶縁膜を有し、層間絶縁膜にコンタクトホールが形成され、シリコン基板内のコンタクトホール下部に高不純物ドープ活性領域が設けられている半導体装置において、シリコン基板および層間絶縁膜上に形成される第１層目を所望のメタル層厚さより薄いチタン膜層とし、第１層目チタン層上に形成される第２層目をチタン窒化膜とし、第２層目チタン窒化膜層厚さよりもさらに薄い酸化膜層を第２層目チタン窒化膜層上に故意に形成し、第３層目酸化膜層上にシリコンを含むアルミニウム合金あるいはタングステン合金膜とした層構造を有することを特徴とする半導体装置とした。
【発明の効果】
【０００９】
以上述べたように本発明は、半導体装置のメタル階層構造において、チタン窒化膜層とアルミニウム合金層との間にTi膜層よりさらに薄い酸化膜を形成することによって、下部の活性領域に突き抜けることを防止することが可能となり、さらに高いバリア性効果がある。この発明によって、消費電流の増大は無くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１はアルミニウム合金層中のアルミニウムがシリコン基板内のコンタクトホール下に突き抜けないメタル配線構造を有する一実施例を表わす。半導体素子が形成されたシリコン基板１０１の表面にＳｉＯ２膜、ＰＳＧ膜、ＢＰＳＧ膜などの層間絶縁膜１０３が形成されており、層間絶縁膜１０３にはコンタクトホール１０４が形成され、そのコンタクトホール１０４を経てチタン膜層１０５が基板１０１と接触している。さらにチタン膜層１０５上にチタン窒化膜層１０６が形成され、さらにその上に酸化膜層１０７が形成されている。そしてその上にアルミニウム系メタル配線１０８が設けられた構造となっている。Tiは、例えばスパッタリングやＣＶＤ方法により約３０〜５００Å厚みに蒸着され、形成されたチタン膜が後続して蒸着されるチタン窒化膜と下部の層間絶縁膜層との間の付着力を向上させるために適用される。この上部に後続工程で形成されるアルミニウム合金膜層１０８のアルミニウムが下部の活性領域に突き抜けることを防止するための長壁層として、約５０〜２５０Å厚みのチタン窒化膜１０６が形成され、さらにチタン窒化膜よりも薄い酸化膜１０７が形成される。アルミニウム合金配線１０８はシリコンを１％含むＡｌ−Ｓｉ合金、シリコンを１％と銅を０．５％含むＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ合金、タングステンなどの配線材料からなり、その厚さは約３００〜８０００Åである。
【００１１】
図２は従来のアルミニウム合金構造を有する半導体装置である。図２の従来の構造と比較しても、チタン膜上にチタン窒化膜１０５が形成され、さらにチタン窒化膜１０６よりも薄い酸化膜層１０７が形成されることによって、アルミニウムは酸化膜中の酸素と反応しやすく、酸化膜中を浸透し難くなるため、バリア性がさらに高くなる。これによってアルミニウムの突き抜け防止が改善でき、消費電流の増大を無くすことができる。ただし、配線の寄生抵抗成分となりうるので、可能な限り薄い方が望ましい。
【００１２】
酸化膜を形成する方法としては、例えば酸素含有化合物の雰囲気下で熱処理することによって容易に形成することが可能である。ここで、酸化膜は薄い方が好都合なので、処理時間は極力短く、温度も４００〜６００℃と比較的低温が望ましい。その他に、例えば、中電流イオン注入装置を用いた酸素イオン注入法やＣＶＤ法による蒸着によっても酸化膜層１０７は形成可能である。
【００１３】
酸化膜層１０７に関して、コンタクトホール１０４部分に酸化膜を埋め込みにし、抵抗成分を減らすことも可能であるが、エッチバックするためのマスク工程等が増えるので効率が悪い。しかし、本発明のように、チタン窒化膜１０６上にチタン窒膜より薄い酸化膜を形成することによって、目的を達成できるとともに、抵抗も低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の半導体装置の一実施例を示す模式的断面図である。
【図２】図２は、従来の半導体装置の模式的断面図である。
【符号の説明】
【００１５】
１０１  シリコン基板
１０２  高不純物ドープ活性領域
１０３  層間絶縁膜層
１０４  コンタクトホール
１０５  チタン膜層
１０６  チタン窒化膜層
１０７  酸化膜層
１０８  アルミニウム合金膜層
【図１】
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【図２】
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