(57)【要約】      （修正有）【課題】コンタクトホール下部において、シリコン基板へのメタルの拡散を防ぎ、メタルの侵入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。【解決手段】層間絶縁膜１０３に形成されたコンタクトホール１０４の側壁部にポリシリコン層１０５を設ける。この上にチタン１０６とチタン窒化膜１０７からなるバリア膜、アルミニウム合金１０８を形成する。これによって、チタン窒化膜が薄くなった部分からアルミニウムがシリコン基板１０１の高不純物ドープ活性領域１０２へ侵入するのを防止する。【選択図】図１
2009170571.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板と、
前記シリコン基板の表面領域に配置された高不純物ドープ活性領域と、
前記高不純物ドープ活性領域を含む前記シリコン基板の上に配置された層間絶縁膜に設けられたコンタクトホールと、
前記コンタクトホールの側壁部にのみ配置されたポリシリコン層と、
前記コンタクトホールの周辺から前記ポリシリコン層および前記コンタクトホールの底部を構成している前記高不純物ドープ活性領域の表面を覆って配置された金属膜およびバリアメタル膜と、
前記バリアメタル膜の上に配置されたアルミニウム合金膜からなる配線とからなる半導体装置。
【請求項２】
前記ポリシリコン層は不純物を含有することを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記ポリシリコン層は不純物を含まないことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項４】
前記金属膜はチタン膜であり前記バリアメタル膜はチタン窒化膜であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項５】
高不純物ドープ活性領域を有するシリコン基板上に層間絶縁膜を形成し、前記高不純物ドープ活性領域の上部の前記層間絶縁膜にコンタクトホールを形成する工程と、
前記層間絶縁膜と前記コンタクトホールを覆うようにポリシリコン膜を被着させる工程と、
前記ポリシリコン層をエッチバックしてコンタクトホール側壁部にのみポリシリコン層を形成する工程と、
前記ポリシリコン層と前記コンタクトホールおよび前記層間絶縁膜の上に金属膜とバリアメタル膜とアルミニウム系合金膜とを堆積して配線を形成する工程とからなる半導体装置の製造方法。
【請求項６】
高不純物ドープ活性領域を有するシリコン基板上に層間絶縁膜を形成し、前記高不純物ドープ活性領域の上部の前記層間絶縁膜にコンタクトホールを形成する工程と、
前記層間絶縁膜と前記コンタクトホールを覆うようにポリシリコン膜を被着させると同時に不純物を含有させる工程と、
前記ポリシリコン膜をエッチバックしてコンタクトホール側壁部にポリシリコン層を形成する工程と、
前記ポリシリコン層と前記コンタクトホールおよび前記層間絶縁膜の上に金属膜とバリアメタル膜とアルミニウム系合金膜を堆積して配線を形成する工程とからなる半導体装置の製造方法。
【請求項７】
高不純物ドープ活性領域を有するシリコン基板上に層間絶縁膜を形成し、前記高不純物ドープ活性領域の上部の前記層間絶縁膜にコンタクトホールを形成する工程と、
前記層間絶縁膜と前記コンタクトホールを覆うようにポリシリコン膜を被着させる工程と、
前記ポリシリコン膜に不純物を導入する工程と、
前記ポリシリコン膜をエッチバックしてコンタクトホール側壁部にポリシリコン層を形成する工程と、
前記ポリシリコン層と前記コンタクトホールおよび前記層間絶縁膜の上に金属膜とバリアメタル膜とアルミニウム系合金膜を堆積して配線を形成する工程とからなる半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記金属膜はチタン膜であり前記バリアメタル膜はチタン窒化膜であることを特徴とする請求項５ないし７のいずれか1項に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置のコンタクトホール内のメタル構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の配線金属としては純アルミニウム配線が長年用いられてきたが、純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、シリコン基板と純アルミニウム配線が接触する部分では基板のシリコンとアルミニウムが反応し、基板のシリコンがアルミニウム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、基板のシリコンがアルミニウム中へ拡散するのを防止するために、予めアルミニウム中にシリコンを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る。
【０００３】
従来の半導体装置のコンタクトホール部分の模式的断面図を図２に示す。半導体素子が形成されたシリコン基板の表面に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１０８とシリコン基板１０１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とシリコン基板が接触した場合でも、基板のシリコンがアルミニウム中へ拡散し、アルミニウム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。
【０００４】
その対策として、アルミニウムに添加するシリコンの量をさらに増やす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中のシリコンがコンタクト部に析出するという不具合が生じる。つまり、アルミニウム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成長するというものである。コンタクトホール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１μｍ2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。
【０００５】
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等を形成することによってアルミニウムの突き抜けを防止する改善方法が知られている。（例えば、特許文献１参照）
【特許文献１】特開平５−２９１５５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、例えばチタン窒化膜をアルミニウムの突き抜けを防止するためのバリアメタル層として用いた場合、コンタクトホールの底面に比べ、側面に形成されたチタン窒化膜が薄い為に、チタン窒化膜厚が薄くなったコンタクトホール側壁部からのメタルの侵入を防ぐことが出来ず、ピット状のものがコンタクトホール下部の高不純物ドープ活性領域に発生し、消費電流が大きくなるという問題が発生することがある。
【０００７】
本発明は、上記の点に着目してなされたもので、本発明はバリアメタル層の膜厚が薄くなったコンタクトホール側壁部からのアルミニウムの侵入を防ぎ、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】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は次の手段を用いた。
【０００９】
１、シリコン基板上に層間絶縁膜が形成され、前記層間絶縁膜にコンタクトホールのコンタクトホールを経てバリアメタル膜とアルミニウム合金膜から構成される配線がシリコン基板と接続されている半導体装置において、前記コンタクトホールの側壁部にポリシリコン層が設けられていることを特徴とする半導体装置とした。
【００１０】
２、前記ポリシリコン層が前記コンタクトホール開口部の高不純物ドープ活性領域と同一導電型の不純物を含有することを特徴とする半導体装置とした。
【００１１】
３、前記ポリシリコン層が不純物を含まないことを特徴とする半導体装置。
【００１２】
４、高不純物ドープ活性領域を有するシリコン基板上に層間絶縁膜を形成し、前記高不純物ドープ活性領域の上部の前記層間絶縁膜にコンタクトホールを形成する工程と、前記層間絶縁膜と前記コンタクトホールを覆うようにポリシリコン膜を被着させる工程と、前記ポリシリコン膜をエッチバックしてコンタクトホール側壁部にポリシリコン層を形成する工程と、前記ポリシリコン層と前記コンタクトホールおよび前記層間絶縁膜の上にバリアメタル膜とアルミニウム系合金膜を堆積して配線を形成する工程とから構成されていることを特徴とする半導体装置の製造方法とした。
【００１３】
５、高不純物ドープ活性領域を有するシリコン基板上に層間絶縁膜を形成し、前記高不純物ドープ活性領域の上部の前記層間絶縁膜にコンタクトホールを形成する工程と、前記層間絶縁膜と前記コンタクトホールを覆うようにポリシリコン膜を被着させると同時に不純物を含有させる工程と、前記ポリシリコン膜をエッチバックしてコンタクトホール側壁部にポリシリコン層を形成する工程と、前記ポリシリコン層と前記コンタクトホールおよび前記層間絶縁膜の上にバリアメタル膜とアルミニウム系合金膜を堆積して配線を形成する工程とから構成されていることを特徴とする半導体装置の製造方法とした。
【００１４】
６、高不純物ドープ活性領域を有するシリコン基板上に層間絶縁膜を形成し、前記高不純物ドープ活性領域の上部の前記層間絶縁膜にコンタクトホールを形成する工程と、前記層間絶縁膜と前記コンタクトホールを覆うようにポリシリコン膜を被着させる工程と、前記ポリシリコン膜に不純物を導入する工程と、前記ポリシリコン膜をエッチバックしてコンタクトホール側壁部にポリシリコン層を形成する工程と、前記ポリシリコン層と前記コンタクトホールおよび前記層間絶縁膜の上にバリアメタル膜とアルミニウム系合金膜を堆積して配線を形成する工程とから構成されていることを特徴とする半導体装置の製造方法とした。
【発明の効果】
【００１５】
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、層間絶縁膜の側壁部にポリシリコン層を形成することによって、チタン窒化膜厚が薄くなったコンタクトホール側壁部からのメタルの高不純物ドープ活性領域への侵入を防止することが可能となり、さらに高いバリア性効果を発揮することが可能となる。本明細書に開示された発明によって、コンタクトホール側壁部からのリーク電流による消費電流の増大を抑えることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。図１はアルミニウム合金層中のアルミニウムがコンタクトホールの側壁部からシリコン基板内の活性領域に侵入できないメタル配線構造を有する一実施例を表す。半導体素子が形成されたシリコン基板１０１の表面にＳｉＯ2膜、ＴＥＯＳ膜、ＢＰＳＧ膜などの膜が積層された層間絶縁膜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が形成されている。
【００１７】
そのコンタクトホール１０４の側壁部にはポリシリコン層１０５が形成され、ポリシリコン層１０５を含むコンタクトホール１０４を覆ってチタン膜１０６が基板１０１と接触して配置される。さらにチタン膜１０６上にチタン窒化膜１０７が形成され、そしてその上にアルミニウム合金配線１０８が設けられた構造となっている。チタンは、例えばスパッタリングやＣＶＤ法により約３００〜５００Å厚みに蒸着され、形成されたチタン膜１０６が後続して蒸着されるチタン窒化膜１０７と層間絶縁膜層１０３およびポリシリコン層１０５との間の付着力を向上させるために適用される。
【００１８】
チタン膜１０６の上部には後続工程で形成されるアルミニウム合金膜１０８のアルミニウムが高不純物ドープ活性領域１０２へ突き抜けることを防止するためのバリアメタル層として、約１０００〜１４００Å厚みのチタン窒化膜１０７が形成される。しかし、コンタクトホール１０４内に形成されたチタン窒化膜１０７の厚さは、コンタクトホール１０４のアスペクト比によってコンタクトホール１０４底面は厚く、側壁部は薄くなるという傾向があり、アルミニウムのコンタクトホール１０４下部の高不純物ドープ活性領域１０２の侵入防止膜としては弱い領域が形成されてしまう傾向がある。
【００１９】
コンタクトホール１０４側壁部に形成されたポリシリコン層１０５は、チタン窒化膜１０７が薄くなったコンタクトホール１０４側壁部からのアルミニウムのコンタクトホール１０４下部の高不純物ドープ活性領域１０２への侵入を防ぐ為の層である。ポリシリコン層１０５を使用するのは、電気伝導性が比較的良い為である。ただし、配線の寄生抵抗成分となりうるので、できるだけ薄い方が望ましい。
【００２０】
ポリシリコン層の形成方法としては、コンタクトホール１０４形成後、一般的に知られているフォトリソグラフィー技術とエッチング技術とＣＶＤ技術等を用いて容易に形成することが可能で、例えばＣＶＤ法によりポリシリコン膜を層間絶縁膜１０３およびコンタクトホール１０４内部に堆積し、全面エッチバックし、ポリシリコン層１０５をコンタクトホール１０４側壁部のみに形成する方法を適用することも可能である。
【００２１】
ここで用いるポリシリコンは不純物を含まないものであっても良いし、不純物を含むものでも良い。不純物を含む場合は、ＣＶＤによる成膜時に不純物を同時に取り込むＩｎ-Ｓｉｔｕ法を用いても良いし、ノンドープポリシリコン成膜後にイオン注入法を用いることができる。Ｎ型とする場合にはＰＯＣｌ3を利用した拡散炉中での不純物拡散法を用いて不純物導入を行っても良い。
【００２２】
なお、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。
【００２３】
以上のように、コンタクトホール側壁にポリシリコン層を形成することにより、メタルのコンタクトホール側壁部からの高不純物ドープ活性領域への侵入を防止することができ、これによってアルミニウムの突き抜け防止が改善でき、消費電流の増大を抑えることができる。また、ポリシリコンに高不純物ドープ活性領域と同じ不純物を含有させた場合は、上記効果に加え、コンタクト抵抗をさらに低減するという効果も期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の半導体装置の一実施例を示す模式的断面図
【図２】従来の半導体装置の模式的断面図
【符号の説明】
【００２５】
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  ポリシリコン層
１０６  チタン膜
１０７  チタン窒化膜
１０８  アルミニウム合金膜（アルミニウム合金配線）
【図１】
2009170571.tif 000003
【図２】
2009170571.tif 000004