(57)【要約】【課題】  メタルの侵入を防ぎ、コンタクトホール下部へ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】  コンタクトホール底面に低濃度不純物層をエピタキシャル成長させることでアスペクト比を小さくしコンタクトホール側壁部の窒化チタン膜のカバレッジを良くし、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。【選択図】  図１
2009147035.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板上に層間絶縁膜が形成され、前記層間絶縁膜のコンタクトホールにおい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下部の高不純物ドープ活性領域と同一導電型の単結晶不純物層が前記コンタクトホール底面に位置していることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
シリコン基板上に層間絶縁膜が形成され、前記層間絶縁膜のコンタクトホールにおい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下部の高不純物ドープ活性領域と同一導電型の単結晶不純物層が前記コンタクトホール内部を満たしていることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
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、前記コンタクトホール内部にエピタキシャル法によって前記高不純物ドープ活性領域と同一導電型の単結晶不純物層を形成する工程と、前記単結晶不純物層と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。
【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】
長年、半導体装置の配線金属としては純アルミニウム配線が用いられていたが、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両者が反応し、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た。
【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において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を接触させた場合でも、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。（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】
近年では、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、コンタクト部のアスペクト比が大きくなることでコンタクトホールの底面に比べ、側壁部に形成されたチタン窒化膜のカバレッジが悪く、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生じている。
【０００７】
本発明は、上記の点に着目してなされたもので、本発明はアスペクト比を小さくしコンタクトホール側壁部の窒化チタン膜のカバレッジを良くすることで、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】
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下部の高不純物ドープ活性領域と同一導電型の単結晶不純物層が前記コンタクトホール底面に位置していることを特徴とする半導体装置とした。
【００１０】
また、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下部の高不純物ドープ活性領域と同一導電型の単結晶不純物層が前記コンタクトホール内部を満たしていることを特徴とする半導体装置とした。
【００１１】
さらには、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、前記コンタクトホール内部にエピタキシャル法によって前記高不純物ドープ活性領域と同一導電型の単結晶不純物層を形成する工程と、前記単結晶不純物層と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】
【００１２】
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、高不純物ドープ活性領域をエピタキシャル成長させた低濃度不純物層をコンタクトホール内部に設けることによってアスペクト比を小さくしコンタクトホール側壁部の窒化チタン膜のカバレッジを良くすることで、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】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
【００１４】
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。
【００１５】
そのコンタクトホール１０４内部に高不純物ドープ活性領域１０２をエピタキシャル成長させた単結晶不純物層１０５が形成され、コンタクトホール１０４を経てチタン膜層１０６が単結晶不純物層１０５を含む基板１０１と接触している。ここで、エピタキシャル成長させる高不純物ドープ活性領域１０２の濃度は、１Ｅ２１〜３Ｅ２１ｃｍ-3程度である。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。
【００１６】
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とコンタクトホール側面及び底面と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。
【００１７】
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のアスペクト比が大きくなること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への侵入防止膜としては弱い領域が生じる。コンタクトホール１０４内部に高不純物ドープ活性領域１０２をエピタキシャル成長させることによって形成された単結晶不純物層１０５が厚いほどコンタクトホールのアスペクト比を小さくし、コンタクトホール側壁部の窒化チタン膜のカバレッジを良くする効果がある。エピタキシャル法によって単結晶不純物層１０５を十分に成長させ、コンタクトホール内を埋め込んで単結晶不純物層１０５表面と層間絶縁膜１０３の表面の間に段差をなくすということも可能である。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。
【００１８】
以上のように、コンタクトホール内にエピタキシャル法により単結晶不純物層を成長させることで、コンタクホールのアスペクト比を自在にコントロールでき、これにより、その表面に堆積されるバリアメタル層のコンタクトホール被覆性を改善できる。すなわち、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、消費電流の増大を完全に無くすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【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】
【００２０】
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
１０４  コンタクトホール
１０５  単結晶不純物層
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】
2009147035.tif 000003
【図２】
2009147035.tif 000004