(57)【要約】第１のシリコン酸化物層（１０）がシリコン本体（１）の表面（２）上に堆積され、当該層がその後コンタクト窓（１１）を備え、このコンタクト窓の内側で前記本体に形成される半導体ゾーン（５）と、前記表面上に形成される非結晶シリコンの導体トラック（６）とが露出される、半導体デバイスの製造方法に関する。第１のシリコン酸化物層上において、コンタクト窓（１１）の内側で導体トラック（６）及び半導体ゾーン（５）とコンタクトする導体トラック（１６）を有する第１のメタライゼーション層が形成される。この第１のメタライゼーション層は、内側で第１のメタライゼーション部の導体トラック（１６）が露出されるコンタクト窓（１９）を備える第２のシリコン酸化物層（１７）でさらに覆われる。その後、連続して付着層（２０）が堆積され、コンタクト窓（１９）がタングステンプラグ（２２）で充填され、このタングステンプラグとコンタクトする導体トラックを有する第２のメタライゼーション層が形成される。第１のメタライゼーション層の導体トラック（１６）がタングステン層で形成され、もっぱらチタン窒化物から構成される層が付着層（２０）として堆積される。こうした物質の選択により、第１のメタライゼーション層の導体トラックと、第２のメタライゼーション層の導体トラックとの間の接続部は、コンタクト抵抗における互いの差がほんのわずかであることを示している。
2004519857.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のシリコン酸化物層がシリコン本体の表面上に堆積されると共に、内側で前記半導体本体に形成される半導体ゾーンと、前記表面上に形成される非結晶シリコンの導体トラックとが露出されるコンタクト窓を備え、
前記第１のシリコン酸化物層上において、前記コンタクト窓内でアクティブな前記半導体ゾーンとコンタクトすると共に、非結晶シリコンの前記導体トラックとコンタクトする第１のメタライゼーション層が形成され、前記第１のメタライゼーション層は、内側で前記第１のメタライゼーション層が露出されるコンタクト窓を備える第２のシリコン酸化物層で覆われ、続いて連続的に前記第２のシリコン酸化物層上、及び前記第２の層内に形成される前記コンタクト窓内において付着層が堆積され、前記コンタクト窓はタングステンプラグで充填されており、前記コンタクト窓内に形成される前記タングステンプラグとコンタクトするように、第２のメタライゼーション層が絶縁物質の前記第２の層上に形成される、半導体デバイスを製造する方法であって、
前記第１のメタライゼーション層がタングステン層で形成され、チタン窒化物層が、前記第２のシリコン酸化物層上、及び前記第２の層内に形成される前記コンタクト窓内において前記付着層として堆積されることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記第１のメタライゼーション層が、前記第１のシリコン酸化物層上、及び前記第１の層内に形成される前記コンタクト窓内において形成される付着層上に堆積されるタングステン層で形成されると共に、前記第１の層上に堆積されるチタン窒化物層及びチタン層から構成されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１のメタライゼーション層がコンタクトする非結晶シリコンの前記導体トラック及び前記アクティブな半導体ゾーンは、前記第１のシリコン酸化物層が堆積される前に、二ケイ化チタンのトップ層を備えることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、第１のシリコン酸化物層がシリコン本体の表面上に堆積されると共に、内側で半導体本体に形成される半導体ゾーンと、表面上に形成される非結晶シリコンの導体トラックとが露出されるコンタクト窓を備え、第１のシリコン酸化物層上において、コンタクト窓内でアクティブな半導体ゾーンとコンタクトすると共に、非結晶シリコンの導体トラックとコンタクトする第１のメタライゼーション層が形成され、この第１のメタライゼーション層は、内側で第１のメタライゼーション層が露出されるコンタクト窓を備える第２のシリコン酸化物層で覆われ、続いて連続的に第２のシリコン酸化物層上、及び第２の層内に形成されるコンタクト窓内において付着層が堆積され、このコンタクト窓はタングステンプラグで充填されており、コンタクト窓内に形成されるタングステンプラグとコンタクトするように、第２のメタライゼーション層が絶縁物質の第２の層上に形成される、半導体デバイスを製造する方法に関する。
【０００２】
非結晶シリコンの導体トラックは、多結晶シリコン層において形成されてもよいが、アモルファスシリコン層において形成されてもよい。タングステンの厚い層がまず堆積され、該層はその後コンタクト窓に隣接する付着層が再び露出させられるまでエッチング処理にさらされることによって、タングステンプラグは、第２のシリコン酸化物層のコンタクト窓内において形成されてもよい。エッチング処理の代わりに、化学機械的研摩処理が使用されてもよい。
【０００３】
【従来の技術】
このような方法は、米国特許公報第５，５２９，９５５号から知られており、この特許公報においては、第１のメタライゼーション部が、アルミニウム（Ａｌ）層、又はシリコン（Ｓｉ）及び銅（Ｃｕ）とアルミニウム（Ａｌ）との合金層により形成され、使用される付着層が、チタン（Ｔｉ）、チタン窒化物（ＴｉＮ）、チタン−タングステン（ＴｉＷ）、及びケイ化タングステン（ＷＳｉ）のグループからの１つ又は複数の物質を含有する層である。好ましくは、上記物質のグループからの層の積層体、例えば、上にチタン窒化物（ＴｉＮ）層が堆積されるチタン（Ｔｉ）層が付着層として用いられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
第１のメタライゼーション層として、アルミニウム（Ａｌ）又はアルミニウムの上記合金を使用することの欠点は、エレクトロマイグレーションが原因で、半導体デバイスの動作中に、半導体ゾーンと上記メタライゼーション部との間のコンタクトが変化し得ることである。
【０００５】
本発明の目的は、とりわけ上記欠点を解消することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
冒頭段落に記載される方法は、この目的のために、第１のメタライゼーション層がタングステン層で形成され、チタン窒化物層が第２のシリコン酸化物層上、及び当該層内に形成されるコンタクト窓内において付着層として堆積されることを特徴とする。
【０００７】
第１のメタライゼーション層はタングステン層で形成される。タングステン層が使用される場合、半導体デバイスの動作中に、半導体ゾーンと該半導体ゾーンに接続される導体トラックとの間のコンタクト抵抗において何も変化は起こらない。さらに、第１のメタライゼーション層上に形成されるべきシリコン酸化物層は、上記メタライゼーション部に対してダメージを与えることなく、こうした耐熱性金属の層上に比較的高温で堆積され得る。シリコン酸化物の薄く且つ高密度の層がこのようにして形成され得る。しかし、上にチタン窒化物（ＴｉＮ）層が堆積されるチタン（Ｔｉ）層の積層体から構成される好ましく用いられる付着層が、上記に説明されたような既知の方法で、タングステンの第１のメタライゼーション層上におけるタングステンプラグの形成において使われる場合に問題が生じる。タングステンの第１のメタライゼーション部と、この第１のメタライゼーション層上に堆積されるシリコン酸化物層内のコンタクト窓内に形成されるタングステンプラグとの間において測定されるコンタクト抵抗は、上記プラグにわたって相当な広がりを有することが分かっている。この広がりがあまりにも大きくなり得るので、上記方法は半導体デバイスの製造の用途に適していない。驚くべきことに、もっぱらチタン窒化物（ＴｉＮ）から構成される付着層を使用すると、上記広がりをより一層小さくすることにつながり、そのために半導体デバイスの製造の用途に適している方法がもたらされることが分かった。
【０００８】
好ましくは、第１のシリコン酸化物層上及び当該層のコンタクト窓内に形成されると共に、当該層上に堆積されるチタン層及びチタン窒化物層から構成される付着層上に堆積されるタングステン層で第１のメタライゼーション層は形成される。上にチタン窒化物（ＴｉＮ）層が堆積されるチタン（Ｔｉ）層の積層体から構成される付着層が使用される場合、半導体ゾーンと第１のメタライゼーション層との間のコンタクト抵抗は、第１のシリコン酸化物層内のコンタクト窓にわたって観測されるように、ほんの小さな広がりしか有さないであろう。純粋にチタン窒化物（ＴｉＮ）で作られている付着層を使用すると、この場合はコンタクト抵抗の広がりがより大きくされることが分かっている。
【０００９】
前記表面上に形成されると共に、第１のメタライゼーション部がコンタクトする非結晶シリコンの導体トラック及びアクティブな半導体ゾーンが、第１のシリコン酸化物層が堆積される前に、二ケイ化チタンのトップ層を備える場合、半導体ゾーンと第１のメタライゼーション部との間における低いコンタクト抵抗が得られる。
【００１０】
本発明は、図面及び実施例を参照して以下により詳細に説明されるだろう。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１乃至図１０は、半導体デバイスの製造の多数の段階を断面図で概略的に示している。この実施例においては、図１に示されるように、まずシリコン本体１は、シリコンの局所酸化により上記本体の表面２に隣接するフィールド酸化物領域３を備えている。多結晶シリコン層で形成されるゲート電極６と、ソース及びドレインゾーン５とを備えるＭＯＳトランジスタは、上記フィールド酸化物領域３で囲まれているアクティブ領域４において通常のやり方で製作される。ゲート電極６はゲート酸化物層７上に置かれると共に、これらの横側にシリコン酸化物のスペーサ８を備えている。この実施例では、ソース及びドレインゾーン５並びにゲート電極６は、良好な導電性をもつトップ層９を備えている。
【００１２】
図２に示されるように、第１のシリコン酸化物層１０が、このように形成された構造体の上に堆積され、その後コンタクト窓１１を備え、当該窓の内側では、半導体本体内に形成される半導体ゾーン、この場合はソース及びドレインゾーン５と、前記表面上に形成された非結晶シリコンの導体トラック、この場合はゲート電極６とが露出されている。本実施例では、全てのソース及びドレインゾーン、並びに全てのゲート電極がコンタクトされているわけではない。コンタクト窓が図面の平面の外側に位置されていてもよいことは明らかであろう。
【００１３】
図３及び図４に示されるように、導体トラック１６は第１のシリコン酸化物層１０上に形成され、このトラックは第１のメタライゼーション層を形成し、コンタクト窓１１内のゲート電極６と、ソース及びドレインゾーン５とにコンタクトする。この目的のために、図３に示されるように、約４０ｎｍ厚のチタン（Ｔｉ）層１２と、約６０ｎｍ厚のチタン窒化物（ＴｉＮ）層１３と、約５００ｎｍ厚のタングステン層１４とが、本実施例ではこの順序で第１のシリコン酸化物層１０上、及びコンタクト窓内において堆積される。このタングステン層１４は比較的滑らかな表面１５を有している。
【００１４】
上記第１のメタライゼーション層を形成している導体トラック１６は、図４に示されるように、通常のやり方で第１のシリコン酸化物層１０上に堆積される層１２、層１３及び層１４、及びコンタクト窓１１において、その後に設けられている。タングステン層で第１のメタライゼーション部を形成すると、エレクトロマイグレーションが原因で、半導体デバイスの動作中に、メタライゼーション部と、半導体ゾーン５及び非結晶シリコンの導体トラック１６との間におけるコンタクト抵抗の変化が回避される。
【００１５】
このように形成される構造体は、その後図５に示されるように第２のシリコン酸化物層１７で覆われる。約５００ｎｍ厚の層が、通常のプラズマＣＶＤプロセスで堆積され、そのプロセス中に半導体本体は約４００℃の温度まで加熱される。この層は化学機械的研摩処理にさらされ、この処理によって、第１のメタライゼーション部の導体トラック１６より上の層に約２００ｎｍの厚さがもたらされ、さらに滑らかな表面１８が備えられている。この第２のシリコン酸化物層１７は、コンタクト窓１９を備えており、当該窓の内側では、第１のメタライゼーション層の導体トラック１６が露出される。
【００１６】
その後、図６を参照すると、付着層２０と、約５００ｎｍ厚のタングステン層とが、この順序で第２のシリコン酸化物層１７上、及びコンタクト窓１９内において堆積される。タングステン層２１は、その後、シリコン酸化物層１７上の付着層２０が露出させられるまで、化学機械的研摩処理にさらされる。コンタクト窓１９は、このようにタングステンプラグ２２で充填されている。
【００１７】
図８に示されるように、シリコン及び銅とアルミニウムとの通常の合金層２３が堆積される。さらに、図９を参照すると、導体トラック２４が層２３及び下方にある付着層２０内に形成され、このトラックが第２のメタライゼーション層を形成すると共に、コンタクト窓１９内に形成されるタングステンプラグ２２とコンタクトする。最後に、こうして形成された構造体は、絶縁及び不動態化（ｐａｓｓｉｖａｔｉｎｇ）層２５で封止される。
【００１８】
第１のメタライゼーション層の導体トラック１６の形成中に、上に約６０ｎｍ厚のチタン窒化物（ＴｉＮ）層１３が堆積されている約４０ｎｍ厚のチタン（Ｔｉ）層１２の積層体から構成される付着層が使用されている。タングステンプラグ２２を形成するために使用される付着層２０は、約１００ｎｍ厚のチタン窒化物（ＴｉＮ）層である。上にチタン窒化物（ＴｉＮ）層が堆積されるチタン（Ｔｉ）層の積層体を有している付着層がここで同様に使用されるならば、問題が生じるだろう。その場合、コンタクト抵抗は、第１のメタライゼーション層の導体トラック１６と、タングステンプラグ２２との間で測定される。当該抵抗は、上記プラグにわたって観測されるように大きな広がりを示す。この広がりは、もっぱらチタン窒化物（ＴｉＮ）を含有する付着層を用いると、より一層小さくなる。チタン−チタン窒化物（Ｔｉ−ＴｉＮ）付着層が使用される場合、５００ｎｍの直径をもつコンタクト窓１１内において０．８オームと２．４オームとの間にあるコンタクト抵抗が測定される。同じコンタクト窓内において純粋にチタン窒化物（ＴｉＮ）から構成される付着層を用いると、０．８オームと１．２オームとの間にあるコンタクト抵抗が測定される。
【００１９】
第１のシリコン酸化物層１０上及び当該層のコンタクト窓１１内に形成されると共に、当該層上に堆積されるチタン（Ｔｉ）層１２及びチタン窒化物（ＴｉＮ）層１３から構成される付着層上に堆積されるタングステン層１４で第１のメタライゼーション層の導体トラック１６は形成される。半導体ゾーンと第１のメタライゼーション層との間におけるコンタクト抵抗は、第１のシリコン酸化物層内のコンタクト窓にわたって観測されるように、上にチタン窒化物（ＴｉＮ）層が堆積されているチタン（Ｔｉ）層の積層体から構成される付着層を用いると、ほんの小さな広がりしかここでも示さない。それに対して、純粋にチタン窒化物（ＴｉＮ）から作られる付着層を使用すると、この場合コンタクト抵抗における広がりがより大きくなることが分かっている。
【００２０】
アクティブな半導体ゾーン５及び導体トラック６が、第１のシリコン酸化物層１０が堆積される前に、通常のやり方で二ケイ化チタン（ｔｉｔａｎｉｕｍ ｄｉｓｉｌｉｃｉｄｅ）のトップ層９を備える場合に、前記表面上に形成される非結晶シリコンの導体トラック６と半導体ゾーン５との間に比較的小さなコンタクト抵抗が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による方法を利用する半導体デバイスの製造のある段階を断面図で概略的に示す。
【図２】本発明による方法を利用する半導体デバイスの製造の他の段階を断面図で概略的に示す。
【図３】本発明による方法を利用する半導体デバイスの製造の他の段階を断面図で概略的に示す。
【図４】本発明による方法を利用する半導体デバイスの製造の他の段階を断面図で概略的に示す。
【図５】本発明による方法を利用する半導体デバイスの製造の他の段階を断面図で概略的に示す。
【図６】本発明による方法を利用する半導体デバイスの製造の他の段階を断面図で概略的に示す。
【図７】本発明による方法を利用する半導体デバイスの製造の他の段階を断面図で概略的に示す。
【図８】本発明による方法を利用する半導体デバイスの製造の他の段階を断面図で概略的に示す。
【図９】本発明による方法を利用する半導体デバイスの製造の他の段階を断面図で概略的に示す。
【図１０】本発明による方法を利用する半導体デバイスの製造の他の段階を断面図で概略的に示す。
【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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2004519857.tif 000015