專(zhuān)利名稱(chēng)：半導(dǎo)體器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件及其制造方法，更具體地說(shuō)，涉及一種具有縱橫比高的細(xì)接觸孔的半導(dǎo)體器件及其制造方法。
采用微刻圖法來(lái)制造器件，可增加接觸孔的縱橫比。例如，在設(shè)計(jì)規(guī)則為0.35μm的情況下，如絕緣膜的厚度超過(guò)1.5μm，則縱橫比變?yōu)?∶1或以上。即使在這種具有高的縱橫比的接觸孔中沉積上由Ti/TiN或類(lèi)似物組成的勢(shì)壘金屬，并在其上濺射Al-Si或Al-Si-Cu合金，也不能掩蓋住具有高的縱橫比的細(xì)接觸孔。
例如，在日本未審專(zhuān)利公開(kāi)第4-196421號(hào)中，建議在濺射Al-Si或Al-Si-Cu之前，于勢(shì)壘金屬上沉積薄的Ge膜作為底層，以掩蓋具有高的縱橫比的細(xì)接觸孔的方法。此法利用了以下特性，即金屬布線(xiàn)層中，由于Ge和Al間的合金反應(yīng)而形成的Al-Ge合金共晶溫度低于A(yíng)l-Si的共晶溫度，而且Al-Ge合金容易熔化和流入細(xì)孔。當(dāng)在低于以Al-Si為基的合金溫度，即在高于室溫和等于或低于A(yíng)l-Ge為基的合金的共晶溫度下，在薄的Ge膜濺射Al-Ge為基的合金時(shí)，Al-Si為基的合金在成膜期間接收Ge，且由于表面移動(dòng)，Al-Si為基的合金容易流入孔中。
再者，舉例說(shuō)，日本未審專(zhuān)利公開(kāi)第4-196420中建議了掩蓋具有高的縱橫比的接觸孔的方法，同時(shí)將Ge層或含Ge的Si層在高濃度下插入于接觸孔的底部和底層的勢(shì)壘金屬之間。
然而這些常規(guī)器件中的布線(xiàn)層的電阻會(huì)有變化，從而大大降低器件操作的可靠性。
圖1為用Al-5％Ge掩蓋接觸孔后立即表現(xiàn)出的接觸電阻。注意，這里使用多晶硅作為勢(shì)壘金屬。發(fā)現(xiàn)圖1所示的電阻值變化10％或更大。
這是因?yàn)橐坏┏蔀楹辖鸩⒐潭榘肴廴跔顟B(tài)的Ge在冷卻時(shí)沉淀在勢(shì)壘金屬上成為球狀物。
為了減少合金的熔化點(diǎn)，必須增加合金中Ge的含量。結(jié)果，由于Ge在室溫時(shí)的溶解濃度幾乎為0，球狀Ge的尺寸就大大增加。
在布線(xiàn)或電極金屬中出現(xiàn)這種大的球狀Ge時(shí)使電阻隨接觸孔的微刻圖而變化，使器件的電特性變壞。
本發(fā)明是在考慮了上述問(wèn)題后作出的，其目的是要提供一種半導(dǎo)體器件，其中具有高的縱橫比的細(xì)接觸孔是在低溫下埋入以形成高度可靠的布線(xiàn)/電極結(jié)構(gòu)。本發(fā)明還給出制造這和半導(dǎo)體器件的方法。
本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，為抑制沉淀的球狀Ge，降低用以實(shí)現(xiàn)半熔融狀態(tài)的Ge總量，可解決上述問(wèn)題。
為了達(dá)到上述目的，根據(jù)本發(fā)明的第一基本方面提供的半導(dǎo)體器件包括至少一個(gè)在半導(dǎo)體襯底相接觸中形成的勢(shì)壘金屬、以及由兩層組成的金屬互連，這兩層金屬互連由勢(shì)壘金屬上形成的第一含Al金屬膜和繼而在第一含Al金屬膜上形成的且熔點(diǎn)低于第一含Al金屬膜熔點(diǎn)的第二含Al金屬膜組成。
在第一基本方面描述的半導(dǎo)體器件具有下面幾點(diǎn)第一含Al金屬膜包括由單獨(dú)鋁、Al-Si合金膜、Al-Si-Cu合金膜和Al-Si-Cu合金膜組成的組合中選出的一種材料。
第二含Al金屬膜包括由Al-Ge-Si合金膜、Al-Ge-Si-Cu合金膜、Al-Ge合金膜、Al-Ge-Cu合金膜、Ae-Sn合金屬以及Al-Sn-Cu合金膜組成的組合中選出的一種材料。
Al-Si合金膜中Si的濃度為0.1至2原子％。
Al-Si-Cu合金膜中Si的濃度為0.1至2原子％，而Cu濃度為0.1至2原子％。
Al-Ge-Si合金膜中Ge濃度為0.5至30原子％，而Si濃度為0.1至2原子％。
Al-Ge-Si-Cu合金膜中Ge濃度為0.5至30原子％，Si濃度為0.1至2原子％，而Cu濃度為0.1至2原子％。
Al-Ge合金膜中Ge濃度為0.5至30原子％。
Al-Ge-Si-Cu合金膜中Ge濃度為0.5至30原子％，而Cu濃度為0.1至2原子％。
Al-Sn合金膜中Sn濃度為0.1至98原子％。
Al-Sn-Cu合金膜中Sn和Cu的濃度分別為0.1至98原子％和0.1至2原子％。
此外，為達(dá)到上述目的，根據(jù)本發(fā)明的第二基本方面，提供了一種制造半導(dǎo)體襯底中具有至少一個(gè)孔的半導(dǎo)體器件的方法，此法包括下列步驟在孔中和在表面上具有氧化膜的半導(dǎo)體襯底上形成勢(shì)壘金屬；在勢(shì)壘金屬上形成第一含Al金屬膜，繼而在第一含Al金屬膜上形成第二含Al金屬膜。第二含Al金屬膜的熔點(diǎn)低于第一含Al金屬膜的熔點(diǎn)，并將半熔融狀態(tài)的第二含Al金屬膜設(shè)定在其共晶溫度或低于第二含Al金屬膜的共晶溫度，以在孔中回流第二含Al金屬膜，從而掩蓋該孔。
在第二基本方面描述的制造半導(dǎo)體器件的方法具有下面幾點(diǎn)第一含Al金屬膜包括由單獨(dú)Al、Al-Si合金膜、Al-Si-Cu合金膜組成的組合中選出的一種材料。
第二含Al金屬膜包括由Al-Ge-Si合金膜、Al-Ge-Si-Cu合金膜、Al-Ge合金膜、Al-Ge-Cu合金膜、Al-Sn合金膜和Al-Sn-Cu合金膜組成的組合中選出的一種材料。
Al-Si合金膜中Si的濃度為0.1至2原子％。
Al-Si-Cu合金膜中的Si濃度為0.1至2原子％，而Cu濃度為0.1至2原子％。
Al-Ge-Si合金膜中Ge濃度為0.5至30原子％，而Si濃度為0.1至2原子％。
Al-Ge-Si-Cu合金膜中Ge濃度為0.5至30原子％，Si濃度為0.1至2原子％，而Cu濃度為0.1至2原子％。
Al-Ge合金膜中Ge濃度為0.5至30原子％。
Al-Ge-Cu合金膜中Ge濃度為0.5至30原子％，而Cu濃度為0.1至2原子％。
Al-Sn合金膜中Sn濃度為0.1至98原子％。
Al-Sn-Cu合金膜中Sn和Cu的濃度分別為0.1至98原子％，和0.1至2原子％。
從上述各方面可知，本發(fā)明關(guān)注的是回流法(見(jiàn)VLSI多級(jí)互連會(huì)議會(huì)刊，1991，pp326等)，其中的半熔融狀態(tài)是在濺射以掩蓋接觸孔時(shí)實(shí)現(xiàn)的，而不是像常規(guī)方法那樣，其中的關(guān)熔融狀態(tài)是在濺射掩蓋接觸孔期間在襯底上實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明在制造半導(dǎo)體器件時(shí)可采用回流法。
從使用低速電子衍繞射的實(shí)驗(yàn)和使用模擬試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)在這種回流法中增加回流溫度時(shí)，薄的金屬沉積膜的表面首先開(kāi)始熔化。
本發(fā)明是在下列假設(shè)下完成的。亦即，如在合金Ge時(shí)只降低金屬薄膜表面上的熔點(diǎn)，且球狀Ge可以小到勿略不計(jì)。換句話(huà)說(shuō)，由于回流只在沉積的薄膜表面上出現(xiàn)，故加上Ge只會(huì)降低薄膜表面的熔點(diǎn)。結(jié)果，Ge含量減少了，Ge不與勢(shì)壘金屬相接觸。根據(jù)本發(fā)明，這種做法可降低回流溫度，也可減少所得Al膜中的Ge濃度。因此，根據(jù)本發(fā)明，可以極大地改進(jìn)按0.25μm設(shè)計(jì)規(guī)則的器件的電極形成和布線(xiàn)臺(tái)階的可靠性。
本發(fā)明的上述的和許多其他的優(yōu)點(diǎn)，特點(diǎn)和附加的目的，對(duì)于通曉本技術(shù)人士來(lái)說(shuō)，在他們參看下列詳細(xì)說(shuō)明和附圖(其中結(jié)合了本發(fā)明原理的最佳實(shí)施例是通過(guò)說(shuō)明性的實(shí)例示出的)后就會(huì)變得明顯。
圖1為現(xiàn)有技術(shù)中接觸電阻的變化狀態(tài)；圖2為以Al-Ge為基的合金熔點(diǎn)對(duì)Ge濃度的依賴(lài)關(guān)系圖；圖3A至3D為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的制造半導(dǎo)體器件的方法的各連續(xù)步驟的截面視圖；以及圖4為本發(fā)明接觸電阻的變化狀態(tài)視圖。
下面參考附圖(圖3A至-3D)以詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。
圖3A至3D為按本發(fā)明實(shí)施例的制造半導(dǎo)體器件各步驟的連續(xù)截面視圖。
在具有表面的Si襯底2上用CVD或類(lèi)似方法形成氧化膜3，在表面上形成有作為部件元件例品晶體管的P+擴(kuò)散層1?？涛g氧化膜3以形成其直徑為0.25μm和縱橫比為4的接觸孔(見(jiàn)圖3A)。
室溫下用濺射法形成厚度為20nm的薄的Ti膜，在200℃的襯底溫度下也用濺射法形成厚度為100nm的薄的TiN膜6，將所得結(jié)構(gòu)在620℃的氮?dú)夥障掠脽敉嘶?0秒(見(jiàn)圖3B)。注意，Ti和TiN的疊層膜5和6用作勢(shì)壘金屬。
此外，用濺勢(shì)壘金屬5和6上形成一含1原子％Si的Al-Si合金膜或含1原子％的Si和0.5原子％的Cu的Al-Si-Cu合金膜，以作為厚為0.8μm的第一含Al金屬膜7，同時(shí)將襯底1加熱到20至100℃(見(jiàn)圖3C)。
接下去，用濺射法在第一含Al金屬膜7上形成含20原子％的Ge和1原子％的Si的Al-Ge-Si合金膜，或含20原子％的Ge、1原子％的Si和0.5原子％的Cu的Al-Ge-Si-Cu合金膜，以作為厚度為0.01μm的熔點(diǎn)低于第一含Al金屬膜7的第二含Al金屬膜8，同時(shí)將襯底1加熱到100℃。之后將第二含Al金屬膜在300℃下回流(見(jiàn)圖3D)。
結(jié)果，完全掩蓋了接觸孔4。此時(shí)，如早先由圖4所示圖得和，將布線(xiàn)層或電極的電阻變化抑制至10％或以下。發(fā)現(xiàn)可靠性問(wèn)題得到了解決。
即使使用只含單獨(dú)Al的Al膜作為第一含Al金屬膜7，也可以得到完全相同的效果。
此外，用作第二含Al金屬膜7中Si和Cu濃度分別在0.1至2原子％的范圍內(nèi)，也可達(dá)到本發(fā)明的目的。
再者，如第二含Al金屬膜8中的Ge含量在0.5至30原子％范圍內(nèi)， Si或Sn濃度和Cu濃度對(duì)Si而言為0.1至2原子％，Sn為0.1至98原子％的和Cu為0.1至2原子％范圍內(nèi)，可達(dá)到本發(fā)明的目的。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，可將具有高縱橫比的細(xì)接觸孔完全掩蓋起來(lái)。此時(shí)，可以改進(jìn)半導(dǎo)體器件的特性和可靠性而不會(huì)損害其電特性。
根據(jù)本發(fā)明，因?yàn)榭捎贸Ｒ?guī)濺射法掩蓋細(xì)接觸孔，可直接使用常規(guī)制造法以降低造價(jià)。
在現(xiàn)有技術(shù)中，為使第二含Al金屬膜回流，必需將作為襯底的圓片加熱至450℃或以上。與之相比，在本發(fā)明中，可在較常規(guī)溫度低得多的例如襯度加熱溫度為300℃的溫度下回流。因此，可大大改進(jìn)半導(dǎo)體器件的器件特性和可靠性。
上述說(shuō)明僅是本發(fā)明最佳實(shí)施例的說(shuō)明，本發(fā)明的范圍和精髓當(dāng)然不受限于此。應(yīng)理解，本技術(shù)領(lǐng)域的一般技術(shù)人員可以在不偏離本發(fā)明的精髓和范圍下可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行種種改變和修改。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，包括至少一個(gè)在與半導(dǎo)體襯底相接觸的至少一部分襯底上形成的勢(shì)壘金屬；以及由兩層膜組成的金屬互連，它由第一含Al金屬膜和第二含Al金屬膜組成，所述第一含Al金屬膜形成在所說(shuō)勢(shì)壘金屬上，而隨后在所述第一金屬膜上形成的第二含Al金屬膜其熔點(diǎn)低于所述第一含Al金屬膜的熔點(diǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其特征在于，所說(shuō)第一含Al金屬膜包括由單獨(dú)含Al、Al-Si合金膜和Al-Si-Cu合金膜組成的組合中選出的一種材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其特征在于，所說(shuō)第二含Al金屬膜包括由Al-Ge-Si合金膜、Al-Ge-Si-Cu合金膜、Al-Ge合金膜、Al-Ge-Cu合金膜、Al-Sn合金膜以及Al-Sn-Cu合金膜組成的組合中選出的一種材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的器件，基其特征在于，所說(shuō)Al-Si合金膜中的Si濃度為0.1至2原子％。
5.根據(jù)權(quán)利要求2的器件，其特征在于，所說(shuō)Al-Si-Cu合金膜中的Si濃度為0.1至2原子％，而Cu濃度為0.1至2原子％。
6.根據(jù)權(quán)利要求3的器件，其特征在于，所說(shuō)Al-Ge-Si合金膜中的Ge濃度為0.5至30原子％，而Si濃度為0.1至2原子％。
7.根據(jù)權(quán)利要求3的器件，其特征在于，所說(shuō)Al-Ge-Si-Cu合金膜中的Ge濃度為0.5至30原子％，Si濃度為0.1至2原子％，而Cu濃度為0.1至2原子％。
8.根據(jù)權(quán)利要求3的器件，其特征在于，所說(shuō)Al-Ge合金膜中的Ge濃度為0.5至30原子％。
9.根據(jù)權(quán)利要求3的器件，其特征在于，所說(shuō)Al-Ge-Cu合金膜中的Ge濃度為0.5至30原子％，而Cu濃度為0.1至2原子％。
10.根據(jù)權(quán)利要求3的器件，其特征在于，所說(shuō)Al-Sn合金膜中的Sn濃度為0.1至98原子％。
11.根據(jù)權(quán)利要求3的器件，其特征在于，所說(shuō)Al-Ge-Cu合金膜中的Sn和Cu濃度分別為0.1至98原子％和0.1至2原子％。
12.一種在半導(dǎo)體襯底中具有至少一個(gè)孔的半導(dǎo)體器件的制造方法，包括以下步驟在該孔中和在表面上具有氧化膜的所說(shuō)半導(dǎo)體襯底上形成勢(shì)壘金屬；在所說(shuō)勢(shì)壘金屬上形成第一含Al金屬膜；隨后在所說(shuō)第一含Al金屬膜上形成第二含Al金屬膜，其熔點(diǎn)低于所說(shuō)第一含Al金屬膜的熔點(diǎn)；以及在不超過(guò)所說(shuō)第二含Al金屬膜的共晶溫度下設(shè)定半熔狀態(tài)的所說(shuō)第二含Al金屬膜，以在孔中回流所說(shuō)第二含Al金屬膜，從而掩蓋該孔。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其特征在于，所說(shuō)第一含Al金屬膜中包括由單獨(dú)Al、Al-Si合金膜和Al-Si-Cu合金膜組成的組合中選出的一種材料。
14.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其特征在于，所說(shuō)第二含Al金屬膜中包括由Al-Ge-Si合金膜、Al-Ge-Si-Cu合金膜、Al-Ge合金膜、Al-Ge-Cu合金膜、Al-Sn合金膜以及Al-Sn-Cu合金膜。
15.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其特征在于，所說(shuō)Al-Si合金膜中的Si濃度為0.1至2原子％。
16.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其特征在于，所說(shuō)Al-Si-Cu合金膜中的Si濃度為0.1至2原子％，而Cu濃度為0.1至2原子％。
17.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其特征在于，所說(shuō)Al-Ge-Si合金膜中的Ge濃度為0.5至30原子％，而Si濃度為0.1至2原子％。
18.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其特征在于，所說(shuō)Al-Si-Cu合金膜中的Ge濃度為0.5至30原子％，Si濃度為0.1至2原子％，以及Cu濃度為0.1至2原子％。
19.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其特征在于，所說(shuō)Al-Ge合金膜中的Ge濃度為0.5至30原子％。
20.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其特征在于，所說(shuō)Al-Ge-Cu合金膜中的Ge濃度為0.5至30原子％，而Cu濃度為0.1至2原子％。
21.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其特征在于，所說(shuō)Al-Sn合金膜中Sn濃度為0.1至98原子％。
22.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其特征在于，所說(shuō)Al-Sn-Cu合金膜中的Sn和Cu濃度分別為0.1至98原子％和0.1至2原子％。
全文摘要
本發(fā)明提供的半導(dǎo)體器件包括在半導(dǎo)體襯底中形成至少一個(gè)孔，在該孔中在與半導(dǎo)體接觸的至少一部分上形成勢(shì)壘金屬，以及由兩層膜組成的金屬互連，此互連由第一和第二含Al金屬膜組成，第一含Al金屬膜在勢(shì)壘金屬上形成，隨后形成的第二Al金屬膜熔點(diǎn)比第一含Al金屬膜其低，在該半導(dǎo)體器件的制造方法中，第二含Al金屬膜是在其共晶溫度或低于膜形成溫度下以半熔融狀態(tài)設(shè)定的，并在孔中回流。
文檔編號(hào)H01L23/485GK1132410SQ95119100
公開(kāi)日1996年10月2日 申請(qǐng)日期1995年12月28日 優(yōu)先權(quán)日1994年12月28日
發(fā)明者廣瀨和之, 菊田邦子 申請(qǐng)人:日本電氣株式會(huì)社