DE3930655A1 - Semiconductor module with laminated coupling layer - has coupling section, extending over insulating film on semiconductor substrate main surface - Google Patents
Semiconductor module with laminated coupling layer - has coupling section, extending over insulating film on semiconductor substrate main surfaceInfo
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleitervorrich tung mit vielschichtig gestapelter Verbindungsschicht nach den Ansprüchen 1 und 4, sowie ein Verfahren zu deren Her stellung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 6.The present invention relates to a semiconductor device with multilayered stacked connection layer claims 1 and 4, and a method for the manufacture thereof position according to the preamble of claim 6.
Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Verbin dungsstruktur, bei der die Verbindungszuverlässigkeit in einer Halbleitervorrichtung mit vielschichtiger Verbindungs struktur erhöht wird.In particular, the invention relates to a verb structure in which the connection reliability in a multi-layer interconnect semiconductor device structure is increased.
In einer Halbleitervorrichtung oder Halbleiterschaltung wird eine Verbindungsschicht benötigt, die aktive Elemente, wie beispielsweise Transistoren und Dioden, mit passiven Elemen ten, wie beispielsweise Widerständen und Kondensatoren, auf einem Chip verbindet, welche die nachfolgenden Charakteri stika hat:In a semiconductor device or semiconductor circuit a connection layer is needed, the active elements, such as for example transistors and diodes with passive elements such as resistors and capacitors a chip that combines the following characteristics stika has:
- (1) Die Schicht soll einen niedrigen Verbindungswiderstand haben.(1) The layer is said to have a low connection resistance to have.
- (2) Die Schicht soll einen niedrigen Kontaktwiderstand ge genüber Materialien, die anzuschließen sind, haben, und eine Ausbildung eines ohm′schen Kontaktes darauf ermöglichen.(2) The layer should have a low contact resistance compared to materials to be connected, and one Allow formation of an ohmic contact on it.
- (3) Die Schicht soll einfach herstellbar sein und die Aus bildung eines sehr feinen oder kleinen Verbindungsmusters darauf ermöglichen.(3) The layer should be easy to manufacture and the out formation of a very fine or small connection pattern enable on it.
- (4) Die Schicht soll gegenüber Elektro-Migration beziehungs weise gegenüber einer elektrischen Teilchenwanderung, gegen über Korrosion und dergleichen beständig sein und eine hohe Zuverlässigkeit aufweisen.(4) The layer should relate to electro-migration as opposed to an electrical particle migration, against be resistant to corrosion and the like, and high Have reliability.
Im Stand der Technik sind keine Materialien angegeben, die alle oben angegebenen Forderungen erfüllen. Anstatt dessen werden im Stand der Technik beispielsweise Aluminium (Al), Polysilizium, hochschmelzende Metalle, Silicid, Polycid und ähnliche Materialien als Verbindungsmaterialien in Abhängig keit vom Anwendungsfall eingesetzt. Unter den restlichen Ma terialien wird am häufigsten eine Aluminiumverbindung auf grund ihres niedrigen Verbindungswiderstandes und der guten Herstellungseigenschaften verwendet. Als Ergebnis der in der jüngeren Zeit erzielten Hochintegration von Halbleiterschal tungen wurden jedoch deren Verbindungsstrukturen ebenfalls miniaturisiert, so daß verschiedene Probleme im Stand der Technik aufgetreten sind.No materials are specified in the prior art that meet all of the above requirements. Instead For example, aluminum (Al), Polysilicon, refractory metals, silicide, polycide and Similar materials as connecting materials depending used by the application. Among the remaining Ma aluminum compound is most common due to their low connection resistance and good Manufacturing properties used. As a result of that in the recently achieved high integration of semiconductor scarf However, their connecting structures were also developed miniaturized so that various problems in the prior art Technology have occurred.
Ein Problem ist das Phänomen der Elektro-Migration oder elektrischen Teilchenwanderung, das teilweise mit der an steigenden Stromdichte einhergeht, welche durch die miniatu risierte Leitungsbreite in der Verbindungsschicht verursacht wird und zu einem erhöhten Verbindungswiderstand oder zu einer Unterbrechung oder ähnlichen Störungen führen kann. One problem is the phenomenon of electrical migration or electric particle migration, which partially with the increasing current density, which is caused by the miniatu rized line width caused in the connection layer becomes and to an increased connection resistance or an interruption or similar malfunction.
Ein anderes Problem liegt darin, daß die Tiefe des in einem Siliciumsubstrat ausgebildeten pn-Überganges niedrig gewor den ist, wodurch die Aluminiumkomponente in der Verbindungs schicht in den Übergang eindringen kann und ein Verbindungs- Spitzen-Phänomen verursachen kann, bei dem der pn-Übergang kurz geschlossen und zerstört wird. Da ferner der Kontaktbe reich mit dem Notierungsbereich gleichfalls reduziert wird, wenn der pn-Übergang flacher ausgebildet wird, hat die Abla gerung von Siliziumknötchen, welche zwischen der Verbindungs schicht, die mit der Dotierungsschicht kontaktiert ist, und dem Siliziumsubstrat auftreten können, als Ergebnis des epi taktischen Wachstumes aus der festen Phase einen größeren Einfluß, wodurch der Kontaktwiderstand zunimmt.Another problem is that the depth of the in one Silicon substrate formed pn junction became low which is what makes the aluminum component in the connection layer can penetrate into the transition and a connecting Peak phenomenon can cause the pn junction shortly closed and destroyed. Furthermore, since the contact richly reduced with the listing area, if the pn junction is made flatter, the Abla accumulation of silicon nodules between the connection layer that is contacted with the doping layer, and the silicon substrate may occur as a result of the epi tactical growth from the solid phase a larger Influence, which increases the contact resistance.
Wiederum ein weiteres Problem wird durch die Tatsache verur sacht, daß die Verbindungsschicht auf einer Deckschicht mit hervorstehenden Oberflächenunregelmäßigkeiten ausgebildet ist, da aufgrund der hohen Integration eine Struktur erfor derlich ist, die in dreidimensional gestapelter Form aufge baut ist. Aus diesem Grunde verursacht die Schicht bei dem Mustererzeugungsprozeß für die Verbindungsschicht mittels eines Lithographieverfahrens eine Streuung der Belichtungs strahlen, die die Auflösung des Verbindungsmusters ver schlechtert, was in einer ungleichmäßigen Linienbreite in der Verbindungsschicht oder in Unterbrechungen oder ähnli chen Fehlern resultiert.Yet another problem is caused by the fact gently that the connection layer on a top layer with protruding surface irregularities is because, due to the high level of integration, a structure is required is in three-dimensionally stacked form is building. For this reason, the layer causes Pattern Generation Process for the Link Layer Using a lithography process a scattering of the exposure rays that ver the resolution of the connection pattern deteriorates what is in an uneven line width the link layer or in breaks or the like errors.
Um die obigen Probleme zu bewältigen, die alle zu einem er heblichen Ausmaß die Verbindungszuverlässigkeit der Verbin dungsschicht herabsetzen, wurden folgende Verbesserungen vor geschlagen:To cope with the above problems, all of them one the connection reliability of the connection The following improvements have been made struck:
Zunächst wurde die Verbindungsstruktur gemäß Fig. 7 vorge schlagen, um den Kontakt zwischen einer Aluminiumverbindungs schicht und einem Siliziumsubstrat zu verbessern. Die sche matische Darstellung gemäß Fig. 7 zeigt eine Verbindungs struktur mit einer zweischichtigen Struktur aus einer Bar rierenmetallschicht 6 und einer Aluminiumlegierungsschicht 7. Ferner zeigt Fig. 7 typischerweise eine Struktur, bei der ein Zwischenschichtisolationsfilm 3 auf der Oberfläche eines Siliziumsubstrates 2 mit einem Dotierungsbereich ausgebildet ist, woraufhin eine Verbindungsschicht 5 auf einer Oberfläche des Zwischenschichtisolationsfeldes 3 sowie innerhalb eines Kontaktloches 4 ausgebildet ist.First, the compound of structure 7 is shown in FIG. Proposed in layers about the contact between the aluminum compound and to improve a silicon substrate. The specific matic representation of FIG. 7 shows a connection structure with a two-layered structure of a bar centering metal layer 6 and an aluminum alloy layer 7. Furthermore, FIG. 7 typically shows a structure in which an interlayer insulation film 3 is formed on the surface of a silicon substrate 2 with a doping region, whereupon a connection layer 5 is formed on a surface of the interlayer insulation field 3 and inside a contact hole 4 .
Die Barrierenmetallschicht 6 ist unterhalb der Aluminiumver bindungsschicht 7 als darunterliegende Schicht ausgebildet und bedeckt die Oberfläche des Siliziumsubstrates 2 in dem Kontaktloch 4.The barrier metal layer 6 is formed below the aluminum compound layer 7 as an underlying layer and covers the surface of the silicon substrate 2 in the contact hole 4th
Die Aluminiumlegierungsschicht 7 ist über die Barrierenme tallschicht 6 ausgebildet, wodurch ein direkter Kontakt mit dem Siliziumsubstrat 2 verhindert werden kann. Eine derarti ge zweilagige Struktur ermöglicht, daß die Barrierenmetall schicht 6 das Eindringen von Aluminium in das Silizumsub strat verhindert, und verhindert ferner ein epitaktisches Siliziumwachstum aus der festen Phase an der Grenze zwi schen dem Substrat und der Verbindungsschicht, so daß Pro bleme, wie das Verbindungs-Spitzen-Phänomen und die Ablage rung von Siliziumknötchen gelöst werden. Unterdessen erhöht eine sehr geringe Kupfermenge (Cu) in dem Aluminium der Alu miniumschicht 7 die Widerstandsfähigkeit gegen Elektro-Migra tion beziehungsweise elektrischer Teilchenwanderung, so daß die hiermit verbundenen Probleme gleichfalls gelöst werden.The aluminum alloy layer 7 is formed over the barrier metal layer 6 , whereby direct contact with the silicon substrate 2 can be prevented. Such a two-layer structure enables the barrier metal layer 6 to prevent the penetration of aluminum into the silicon substrate, and also prevents epitaxial silicon growth from the solid phase at the boundary between the substrate and the connecting layer, so that problems such as that Connection tip phenomenon and the deposit of silicon nodules can be solved. Meanwhile, a very small amount of copper (Cu) in the aluminum of the aluminum layer 7 increases the resistance to electro-migration or electric particle migration, so that the problems associated therewith are also solved.
Zweitens wurde eine Verbindungsstruktur gemäß Fig. 8 vorge schlagen, um die Ausbildung der Verbindungsschicht auf einer Ebene mit herausstehenden Oberflächenunregelmäßigkeiten, wie dies bei mehrschichtigen Verbindungen der Fall ist, zu ver bessern. Die gezeigte Struktur gemäß Fig. 8 zeigt eine typische Kontaktverbindung, wie sie gleichfalls in Fig. 7 zu sehen ist.Second, a connection structure according to FIG. 8 was proposed to improve the formation of the connection layer on a level with protruding surface irregularities, as is the case with multilayer connections. The structure shown in FIG. 8 shows a typical contact connection, as can also be seen in FIG. 7.
Diese 2. beispielhafte Verbindungsstruktur beinhaltet eine zweischichtige Struktur aus einer Aluminiumverbindungs schicht 7 und einer Antireflektionsbeschichtung 8 (die nachfolgend als "ARC"= Antireflection Coating) bezeichnet wird. Die Aluminiumverbindungsschicht 7 beinhaltet eine ge ringe Kupfermenge in dem Aluminium, um dadurch die Wider standsfähigkeit gegenüber Migration beziehungsweise Teilchen wanderung zu erhöhen. Der ARC-Film hat ein weitgehend nied riges Brechungsverhalten für die bei einem photolitographi schen Prozeß verwendeten Belichtungsstrahlen. Durch Verhin derung der Reflexion von Belichtungsstrahlen bei dem photo litographischen Prozeß verhindert der ARC-Film eine Ver schlechterung der Auflösung durch Brechung der Belichtungs strahlen und verhindert damit eine Herabsetzung der Breite der Verbindungslinien in der Verbindungsschicht, das Auftre ten von Unterbrechungen und dergleichen.This second exemplary connection structure includes a two-layer structure composed of an aluminum connection layer 7 and an antireflection coating 8 (hereinafter referred to as "ARC" = antireflection coating). The aluminum compound layer 7 contains a small amount of copper in the aluminum, thereby increasing the resistance to migration or particle migration. The ARC film has a largely low refractive index for the exposure beams used in a photolithographic process. By preventing the reflection of exposure rays in the photolithographic process, the ARC film prevents deterioration of the resolution by refraction of the exposure rays, and thus prevents the width of the connecting lines in the connecting layer from being reduced, the occurrence of interruptions, and the like.
Aus diesem Grunde wurden die obigen beiden Verbesserungsbei spiele vorgeschlagen, die jeweils verschiedene Probleme lö sen, die bei Verbindungsschichten auftreten, wobei diese verbesserten Ausführungsbeispiele die Charakteristika der Verbindung verbessern, wenn diese Ausführungsbeispiele auf solche Verbindungsschichten angewendet werden, die diesen Problemen ausgesetzt sind. Insbesondere wurde das erste Aus führungsbeispiel für einen Verbindungsbereich vorgeschlagen, der mit einer Siliziumoberfläche kontaktiert ist. Das zweite Ausführungsbeispiel wurde für einen Verbindungsbereich vor geschlagen, der auf einem weniger ebenen Oberflächenteil in einer mehrschichtigen Verbindungsstruktur ausgebildet ist. Jedoch hat, wie oben beschrieben wurde, die hohe Integration von Halbleitervorrichtungen zu mehrschichtigen Strukturen der Verbindungsschichten geführt, woraus sich die Tendenz ergeben hat, daß eine Verbindung zwischen den leitenden Schichten dieser auf einer Substratoberfläche ausgebildeten Elemente dreidimensional geführt ist. Daher besteht ein Be dürfnis an einer Verbindungsstruktur mit hoher Zuverlässig keit, die die obigen Probleme für die gesamte Verbindungs schicht lösen kann.For this reason, the above two improvements have been made games suggested that each solve different problems sen that occur in connection layers, these improved embodiments the characteristics of Improve connection when these embodiments on such connection layers are applied to these Problems. In particular, the first was example for a connection area proposed, which is contacted with a silicon surface. The second Embodiment has been made for a connection area struck that on a less flat surface part in a multilayer connection structure is formed. However, as described above, it has high integration from semiconductor devices to multilayer structures of the connecting layers, which gives rise to the tendency has shown that a connection between the senior Layers of these are formed on a substrate surface Elements is three-dimensional. Therefore there is a Be need for a connection structure with high reliability speed that the above problems for the entire connection can solve layer.
Die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 21 871/1988 offenbart eine weitere Ausführungsform einer Verbindungs struktur. Bei dieser Ausführungsform ist eine gestapelte Verbindungsstruktur gezeigt, die eine Silizidschicht, eine Metallschicht und eine Antireflexions-Aluminiumsilizid schicht beinhaltet.Japanese Patent Laid-Open No. 21 871/1988 discloses another embodiment of a connection structure. In this embodiment, one is stacked Connection structure shown that a silicide layer, a Metal layer and an anti-reflective aluminum silicide layer includes.
Gegenüber diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Halbleitervorrichtung sowie ein Verfahren zu deren Herstellung der eingangs ge nannten Art so weiter zu bilden, daß die Verbindungszuver lässigkeit weiter erhöht wird.The present is in relation to this prior art Invention, the object of a semiconductor device as well as a process for their production of the ge named kind so that the connection verver casualness is further increased.
Diese Aufgabe wird bei einer Halbleitervorrichtung nach dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 4 durch die im kenn zeichnenden Teil der Patentansprüche 1 und 4 angegebenen Merkmale und bei einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 6 durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 6 angegebenen Merkmale gelöst.This object is achieved in a semiconductor device according to the Preamble of claims 1 and 4 by the in the kenn drawing part of claims 1 and 4 specified Features and in a method according to the preamble of Claim 6 by the in the characterizing part of Features specified 6 solved.
Ein erheblicher Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt in der Erzeugung einer feinen oder hochfeinen Leiterstruktur der Verbindungsschicht in einer Halbleitervorrichtung. Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt in der Verbesserung der Kontaktcharakteristika der Zwischenschicht in einer Halbleitervorrichtung.A significant advantage of the present invention lies in the creation of a fine or very fine conductor structure the connection layer in a semiconductor device. Another advantage of the invention is improvement the contact characteristics of the intermediate layer in one Semiconductor device.
Wiederum ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt in der Schaffung eines Herstellungsprozesses, mit dem ein sehr fei nes Leitermuster der Verbindungsschicht in einer Halbleiter vorrichtung erzielbar ist.Yet another advantage of the invention is that Creation of a manufacturing process with which a very fei Nes conductor pattern of the connection layer in a semiconductor device is achievable.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung hat die Verbindungs schicht in einer Halbleitervorrichtung eine vielschichtig ge stapelte Struktur. Bei einem Verbindungsabschnitt, der sich über eine Isolationschicht auf der Halbleitervorrichtung hinaus erstreckt, umfaßt die vielschichtig gestapelte Struk tur eine Barrierenmetallschicht, eine Aluminiummetallschicht und eine Antireflexionsbeschichtung, die in dieser Reihen folge von unten nach oben angeordnet sind. According to a first aspect of the invention, the connection layer in a semiconductor device stacked structure. With a connecting section that is via an insulation layer on the semiconductor device extends beyond, includes the multilayered stacked structure ture a barrier metal layer, an aluminum metal layer and an anti-reflective coating in this series are arranged from bottom to top.
Gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung umfaßt die Verbin dungsschicht mit der vielschichtig gestapelten Struktur eine Barrierenmetallschicht, eine Aluminiummetallschicht und eine amorphe Siliziumschicht in dieser Reihenfolge von unten nach oben.According to the second aspect of the invention, the verb comprises layer with the multi-layer stacked structure Barrier metal layer, an aluminum metal layer and a amorphous silicon layer in this order from bottom to bottom above.
Die genannten Schichten haben jeweils eigene Funktionen. Zu nächst gewährleistet die Aluminiumlegierungsschicht in der Mitte der dreischichtigen Struktur eine hohe Leitfähigkeit, welche wichtig für eine Verbindungsschicht aufgrund niedri ger Widerstandscharakteristika ist. Zweitens liegt die da runter liegende Barrierenmetallschicht zwischen einer Sili ziumschicht und der Aluminiumlegierungsschicht in einem Kon taktbereich mit einer unter der Barrierenmetallschicht aus gebildeten Verbindungsschicht oder mit einem leitfähigen Bereich eines Dotierungsbereiches und verhindert einen direkten Kontakt zwischen dem Aluminium und dem Silizium, wodurch jegliche Reaktion zwischen diesen Materialien aus geschlossen wird. Daher kann das Legierungs-Spitzen-Phänomen oder das epitaxiale Wachstum aus der festen Phase von Sili ziumknötchen verhindert werden. Drittens verbessert die Anti reflexionsbeschichtung die Genauigkeit des Verbindungs- Musters in der Photolitographie. Wenn eine amorphe Silizium schicht als Antireflexionsbeschichtung verwendet wird, kann die Ablagerung von Silizium in der Aluminiumschicht verhin dert werden.The layers mentioned each have their own functions. To next, the aluminum alloy layer in the High conductivity in the middle of the three-layer structure, which is important for a connection layer due to low is resistance characteristics. Second, there it is underlying barrier metal layer between a sili zium layer and the aluminum alloy layer in a Kon clock area with one under the barrier metal layer formed connection layer or with a conductive Area of a doping area and prevents one direct contact between the aluminum and the silicon, causing any reaction between these materials is closed. Therefore, the alloy tip phenomenon or the epitaxial growth from the solid phase of sili nodules can be prevented. Third, the anti improves reflective coating the accuracy of the connection Patterns in photolithography. If an amorphous silicon layer can be used as an anti-reflective coating prevents the deposition of silicon in the aluminum layer be changed.
Gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung ist die Verbindungs schicht der Halbleitervorrichtung mit der vielschichtig ge stapelten Struktur derart strukturiert, daß eine vorbestimm te Konfiguration nach sequentieller Erzeugung einer Barrier enmetallschicht, einer Aluminiumlegierungschicht und einer Antireflexionsbeschichtung erzielt wird. Nach der Erzeugung des Musters beziehungsweise der Strukturierung der leitfähi gen Bereiche wird die obere Schicht der Antireflexionsbe schichtung durch Ätzen entfernt.According to the third aspect of the invention is the connection layer of the semiconductor device with the multilayered ge stacked structure structured such that a predetermined Configuration after sequential creation of a barrier en metal layer, an aluminum alloy layer and one Anti-reflective coating is achieved. After generation the pattern or the structuring of the conductive The upper layer of the anti-reflection area layering removed by etching.
Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung näher erläutert. Es zeigen:Below are with reference to the accompanying Drawings preferred embodiments of the present Invention explained in more detail. Show it:
Fig. 1 eine Querschnittsdarstellung einer Speicher zelle eines DRAM gemäß einem Ausführungsbei spiel der vorliegenden Erfindung; Fig. 1 is a cross sectional view of a memory cell of a DRAM according to a Ausführungsbei game of the present invention;
Fig. 2 eine Draufsicht auf die Speicherzellen gemäß Fig. 1; FIG. 2 shows a top view of the memory cells according to FIG. 1;
Fig. 3 eine typische Querschnittdarstellung einer Hilfswortleitung in den Speicherzellen gemäß Fig. 1; Fig. 3 is a typical cross-sectional view of a dummy word line in the memory cells of FIG. 1;
Fig. 4A-4E Querschnittsdarstellungen einer Verbindungs struktur gemäß einem weiteren Ausführungs beispiel der vorliegenden Erfindung, wobei der Reihe nach die Herstellungsschritte hierfür ge zeigt sind; FIGS. 4A-4E are cross sectional views of a connecting structure according to another execution example of the present invention, wherein in order, the manufacturing steps are shown for this ge;
Fig. 5 eine Querschnittsdarstellung einer Verbindungs struktur in einem Herstellungsprozeß, der den jenigen gemäß 4E folgt; Fig. 5 is a cross sectional view of a connection structure in a manufacturing process that follows that of Fig. 4E;
Fig. 6 ein Diagramm der Beziehung zwischen dem Reflex ionsvermögen und der Dicke des Filmes aus amorphem Silizium, der als Antireflexionsbe schichtung verwendet wird; Fig. 6 is a graph showing the relationship between the reflectivity and the thickness of the amorphous silicon film used as an anti-reflection coating;
Fig. 7 eine Querschnittsdarstellung einer Verbindungs schicht in einer Halbleitervorrichtung gemäß einem früherem Vorschlag; Fig. 7 is a cross-sectional view of a connecting layer in a semiconductor device according to an earlier proposal;
Fig. 8 eine Querschnittsdarstellung eines weiteren Aus führungsbeispieles einer Verbindungsschicht ge mäß eines früheren Vorschlages. Fig. 8 is a cross sectional view of another example guidance from a link layer of an accelerator as earlier proposal.
Als Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend ein DRAM (dynamischer Schreib-Lese-Speicher) mit gestapelten Kondensatorzellen erIäutert. Wie in den Fig. 1 und 2 ge zeigt ist, hat ein DRAM eine Struktur eines Speicherzellen feldes. Das Speicherzellenfeld umfaßt eine Mehrzahl von Wortleitungen 10 a, 10 b, 10 c, 10 d, die sich in der Rich tung der Reihen erstrecken, und eine Mehrzahl von Bitlei tungen 11 a, 11 b, die sich in der Richtung der Spalten er strecken und sich senkrecht mit diesen schneiden. Ferner sind zweite Wortleitungen (die nachfolgend als Hilfswort leitungen bezeichnet werden) 12 a, 12 b, 12 c, 12 d in oberen Abschnitten der Wortleitungen 10 a-10 d ausgebil det, welche sich mit diesen überlappen. In der Nähe der je weiligen Schnittpunkte der Wortleitungen 10 a-10 d und der Bitleitungen 11 a und 11 b ist eine Speicherzelle 13 ausge bildet. Jede Speicherzelle 13 umfaßt einen einzigen Trans fergatetransistor 14 und einen einzigen Kondensator 15. Der Transfergatetransistor 14 umfaßt eine Gateelektrode, die auf der Oberfläche eines p-Halbleitersubstrates 2 angeordnet ist, wobei ein Gateoxidfilm 16 zwischen diesen Schichten angeordnet ist. Die Gateelektroden bilden einen Teil der Wortleitungen 10 a-10 d. Ferner sind die Gateelektroden mit einem Isolierfilm 17 umhüllt. n-Dotierungsbereiche 18 a und 18 b sind in einem Oberflächenbereich des p-Halbleiter substrates 2 in einer selbstausrichtenden Lagebeziehung mit dem Gateelektroden ausgebildet. Die n-Dotierungsbereiche 18 a und 18 b umfassen eine sogenannte LDD-Struktur (Lightly Dopgd Drain=geringfügig dotiertes Drain), inner halb der Dotierungsbereiche von geringer Konzentration an den Kanalseiten der Dotierungsbereiche ausgebildet sind, und welche ein paar von Source/Drain-Bereichen des Transistors 14 bilden. Der Kondensator 15 besteht aus einer gestapelten Struktur einer unteren Elektrode 19, eines dielektrischen Filmes 20 und einer oberen Elektrode 21. Die untere Elektro de 19 besteht aus polykristallinem Silizium (nachfolgend als Polysilizium bezeichnet), in das Verunreinigungen be ziehungsweise Dotierungsstoffe eingebracht sind, und er streckt sich über die Gateelektrode 10 b (10 c) des Trans fergatetransistors 14 bis über die Wortleitung 10 a (10 d), die über einen Feldoxidfilm 22 läuft, wobei ein isolieren der Film 17 zwischen diesen Schichten liegt. Ferner ist ein Abschnitt der unteren Elektroden 19 mit dem Dotierungsbe reich 18 b verbunden. Der dielektrische Film 20 ist auf der unteren Elektrode 19 ausgebildet und umfaßt eine zweischich tige Struktur aus einem Siliziumnitritfilm und einem darauf ausgebildeten Oxidfilm. Ferner besteht die obere Elektrode 21 aus Polysilizium, in welches Verunreinigungen beziehungs weise Dotierungsstoffe eingebracht sind. Ein sogenannter ge stapelter Kondensator 15 gemäß der obigen Beschreibung er streckt sich über die Gateelektrode des Transfergatetransis tors 14 und den Feldoxidfilm 22, was zur Verminderung der erforderlichen planaren Fläche der Substratoberfläche und somit zu einer höheren Integration beiträgt. Ein erster Zwischenschichtisolationsfilm 23 ist auf einer Oberfläche als Kondensator 15 oder dergleichen angeordnet. Ferner sind auf einer Oberfläche des ersten Zwischenschichtisolations filmes 23 die Bitleitungen 11 a und 11 b ausgebildet. Die Bitleitungen 11 a und 11 b sind mit einem n-Dotierungsbe reich 18 a des Transfergatetransistors 14 durch ein Kon taktloch 24 in dem ersten Zwischenschichtisolationsfilm 23 angeschlossen. Ein zweiter Zwischenschichtisolationsfilm 25 liegt ferner über den Bitleitungen 11 a und 11 b, wobei auf dessen Oberfläche Hilfswortleitungen 12 a, 12 b, 12 c und 12 d ausgebildet sind. Diese Hilfswortleitungen 12 a bis 12 d sind in einer derartigen gegenseitigen Lagebeziehung ausgebildet, daß sie sich mit den darunterliegenden Wort leitungen 10 a bis 10 d in der gleichen Richtung überlappen und mit diesen an mehreren Bereichen ihrer Längserstreckung kontaktiert sind. Die Hilfswortleitungen 12 a bis 12 d füh ren verzögerungsfrei Spannungen zu den Wortleitungen 10 a bis 10 d durch diese Kontaktabschnitte zu und verbessern da mit den Spannungsanstieg auf den Wortleitungen.A DRAM (dynamic random access memory) with stacked capacitor cells is explained below as an exemplary embodiment of the invention. As shown in FIGS. 1 and 2, a DRAM has a structure of a memory cell array. The memory cell array comprises a plurality of word lines 10 a , 10 b , 10 c , 10 d , which extend in the direction of the rows, and a plurality of bit lines 11 a , 11 b , which extend in the direction of the columns and cut vertically with them. Furthermore, second word lines (hereinafter referred to as auxiliary word lines) 12 a , 12 b , 12 c , 12 d are formed in upper sections of the word lines 10 a - 10 d , which overlap with these. In the vicinity of the respective intersection of the word lines 10 a - 10 d and the bit lines 11 a and 11 b , a memory cell 13 is formed. Each memory cell 13 comprises a single trans fergate transistor 14 and a single capacitor 15 . The transfer gate transistor 14 includes a gate electrode disposed on the surface of a p-type semiconductor substrate 2 , with a gate oxide film 16 disposed between these layers. The gate electrodes form part of the word lines 10 a - 10 d . Furthermore, the gate electrodes are covered with an insulating film 17 . N-doping regions 18 a and 18 b are formed in a surface region of the p-type semiconductor substrate 2 in a self-aligning positional relationship with the gate electrodes. The n-doping regions 18 a and 18 b comprise a so-called LDD structure (Lightly Dopgd Drain = lightly doped drain), are formed within the doping regions of low concentration on the channel sides of the doping regions, and which a couple of source / drain regions of the transistor 14 form. The capacitor 15 is composed of a stacked structure of a lower electrode 19 , a dielectric film 20 and an upper electrode 21 . The lower Elektro de 19 consists of polycrystalline silicon (hereinafter referred to as polysilicon), in which impurities or dopants are introduced, and it extends over the gate electrode 10 b ( 10 c ) of the transistor gate 14 to the word line 10 a ( 10 d ) which runs over a field oxide film 22 , wherein an isolating film 17 lies between these layers. Furthermore, a portion of the lower electrodes 19 is connected to the doping region 18 b . The dielectric film 20 is formed on the lower electrode 19 and includes a two-layer structure of a silicon nitride film and an oxide film formed thereon. Furthermore, the upper electrode 21 consists of polysilicon, in which impurities or dopants are introduced. A so-called ge stacked capacitor 15 according to the above description, it extends over the gate electrode of the transfer gate transistor 14 and the field oxide film 22 , which contributes to the reduction of the required planar area of the substrate surface and thus to a higher integration. A first interlayer insulation film 23 is arranged on a surface as a capacitor 15 or the like. Furthermore, the bit lines 11 a and 11 b are formed on a surface of the first interlayer insulation film 23 . The bit lines 11 a and 11 b are connected to an n-doping region 18 a of the transfer gate transistor 14 through a contact hole 24 in the first interlayer insulation film 23 . A second interlayer insulation film 25 also lies over the bit lines 11 a and 11 b , auxiliary word lines 12 a , 12 b , 12 c and 12 d being formed on the surface thereof. This auxiliary word lines 12 a to 12 d are formed in such a mutual positional relationship that they overlap with the underlying word lines 10 a to 10 d in the same direction and are contacted with them in several areas of their longitudinal extent. The auxiliary word lines 12 a to 12 d supply voltages to the word lines 10 a to 10 d through these contact sections without delay and thus improve the voltage rise on the word lines.
Daher ist es erforderlich, daß die Hilfswortleitungen 12 a bis 12 d aus Materialien von guter Leitfähigkeit und niedri gem Widerstandswert bestehen. Aus diesem Grunde wird eine Verbindungsstruktur mit dreischichtigem Aufbau gemäß der vor liegenden Erfindung auf diese Hilfswortleitungen angewendet.Therefore, it is necessary that the auxiliary word lines 12 a to 12 d consist of materials of good conductivity and low resistance. For this reason, a connection structure with a three-layer structure according to the present invention is applied to these auxiliary word lines.
Unter Bezugnahme auf Fig. 3 wird eine Struktur der Hilfs wortleitung 12 a beschrieben. Die Hilfswortleitung 12 a ist mit der darunterliegenden Wortleitung 10 a auf einem vorbe stimmten Feldoxidfilm 22 kontaktiert. Die Hilfswortleitung 12 a umfaßt eine dreischichtig gestapelte Struktur aus einer Barrierenmetallschicht 6, einer Aluminiumverbindungsschicht 7 und einer Antireflexionsbeschichtung 8 in dieser Reihen folge von unten nach oben. Währenddessen hat die Hilfswort leitung 12 a in einem Kontaktabschnitt mit der Wortleitung 10 a eine vierschichtig gestapelte Struktur aus einer Sili zidschicht 20, einer Barrierenmetallschicht 6, einer Alumi niumlegierungsschicht 7 und einer Antireflexionsbeschich tung 8 in dieser Reihenfolge von unten nach oben.Referring to FIG. 3, a structure of the auxiliary is word line 12 a described. The auxiliary word line 12 a is contacted with the underlying word line 10 a on a pre-determined field oxide film 22 . The auxiliary word line 12 a comprises a three-layer stacked structure of a barrier metal layer 6 , an aluminum compound layer 7 and an anti-reflective coating 8 in this sequence from bottom to top. Meanwhile, the auxiliary word line 12 a in a contact portion with the word line 10 a has a four-layer stacked structure of a silicide layer 20 , a barrier metal layer 6 , an aluminum alloy layer 7 and an anti-reflection coating 8 in this order from bottom to top.
Die Silizidschicht 20 ist aus einem hochschmelzenden Metall silizid, wie beispielsweise Titansilizid (TiSi Index 2) her gestellt. Als Barrierenmetallschicht 6 wird Titannitrit (TiN) oder Wolframsilizid verwendet.The silicide layer 20 is made of a high-melting metal silicide, such as titanium silicide (TiSi index 2). Titanium nitride (TiN) or tungsten silicide is used as the barrier metal layer 6 .
Als Aluminiumlegierungsschicht 7 kann jegliche Al-Si-Legie rung mit ungefähr 0,5% Silizium (Si) dem Aluminium zugefügt werden, wobei die Al-Si-Cu-Legierung ferner eine geringe Kupfermenge (Cu) aufweist, die dieser Legierung zugefügt ist. Auch ähnliche Stoffe können zugefügt werden.As the aluminum alloy layer 7 , any Al-Si alloy with approximately 0.5% silicon (Si) can be added to the aluminum, the Al-Si-Cu alloy also having a small amount of copper (Cu) added to this alloy. Similar substances can also be added.
Ferner kann als Antireflexionsbeschichtung 8 jegliches amor phe Silizium, eine Al-Si-Legierung mit ungefähr 40 bis 45% Silizium zugefügt zu Aluminium, einem hochschmelzenden Me tall, einem hochschmelzenden Metallsilizid oder dergleichen verwendet werden.Furthermore, any amorphous silicon, an Al-Si alloy with about 40 to 45% silicon added to aluminum, a high-melting metal, a high-melting metal silicide or the like can be used as the anti-reflection coating 8 .
Die Aluminiumlegierungsschicht 7 ist mit einer Dicke von 5000A bis 10 000A ausgebildet und dient als Hauptverbindung mit hoher Leitfähigkeit aufgrund der niedrigen Widerstands charakteristika des Aluminium. Ferner hat das dem Aluminium zugefügte Kupfer die Wirkung der Verbesserung der Wider standsfähigkeit der Legierung gegen Elektro-Migration be ziehungsweise elektrische Teilchenwanderung. An dem Kontakt abschnitt mit der Verbindungsschicht bewirkt die Silizium schicht 20 einen guten ohm′schen Kontakt mit einer leitfä higen Schicht in dem Siliziumsubstrat.The aluminum alloy layer 7 is formed with a thickness of 5000A to 10,000A and serves as a main connection with high conductivity due to the low resistance characteristics of the aluminum. Furthermore, the copper added to the aluminum has the effect of improving the resistance of the alloy to electrical migration or electrical particle migration. At the contact section with the connection layer, the silicon layer 20 brings about good ohmic contact with a conductive layer in the silicon substrate.
Die Barrierenmetallschicht 6 ist mit einer Dicke von unge fähr 700A ausgebildet und verhindert einen direkten Kontakt zwischen der Aluminiumlegierungsschicht 7 und der Silizium schicht an dem Kontaktabschnitt, um das Auftreten eines Le gierungs-Spitzen-Phänomenes oder die Ablagerung von Silizium knötchen zu verhindern, wodurch der Kontaktwiderstandswert vermindert werden würde.The barrier metal layer 6 is formed with a thickness of about 700A and prevents direct contact between the aluminum alloy layer 7 and the silicon layer at the contact portion to prevent the occurrence of an alloy peak phenomenon or the deposition of silicon nodules, thereby Contact resistance value would be reduced.
Ferner wird die Antireflexionsbeschichtung 8 mit einer Dicke von ungefähr 300A ausgebildet und verhindert Brechungen der Belichtungsstrahlen bei der Musterstruktu rierung während der Photolithographie zur Verbesserung der Resist-Mustergenauigkeit. Fig. 6 zeigt die Reflexionskraft des amorphen Siliziums. Die Daten zeigen das relative Reflex ionsvermögen von amorphem Silizium, wenn das Reflexions vermögen von Al-Si (1%, 10 000A dick) als 100 angenommen wird. Man sieht von diesen Daten, daß die Reflexionskraft oder das Reflexionsvermögen von amorphen Silizium niedrig ist. Das Streuen der Belichtungsstrahlen bei der Musterher stellung kann durch Verwenden von amorphem Silizium mit niedriger Reflexionskraft verhindert werden. Dies verbes sert die Genauigkeit bei der Musterstrukturierung der Ver bindungsschicht 12 b, die auf einer Oberfläche mit heraus stehenden Unregelmäßigkeiten ausgebildet ist, um einer Aus dünnung oder Unterbrechung der Leiter der Verbindungsschicht zu verhindern. Als Ergebnis wird ein stabiles und miniatu risiertes Verbindungsmuster erhalten. Die kombinierten Funktionen einer jeden Schicht, die in der dreischichtigen Struktur enthalten sind, ermöglichen die Schaffung einer äußerst zuverlässigen Verbindungsschicht, die in ihrer Gesamtheit eine hohe Leitfähigkeit, einen niedrigen Kon taktwiderstand und ein stabiles Verbindungsmuster hat. Eine derartige Verbindung zeigt bedeutsame Wirkungen insbesondere bei Anwendung auf eine derartige Verbindungsschicht mit den oben genanten Hilfswortleitungen 12 a, 12 b, die über der vielschichtig gestapelten Verbindungsschicht liegen, um ein schnelles Schaltverhalten zu erzielen. Daher schafft die Anwendung einer derartigen Verbindungsschicht auf ein DRAM eine Verbesserung der Speicherzellen, des Ansprechverhaltens oder Schaltverhaltens und eine verminderte Ausschußquote bei der Fertigung aufgrund des stabilisierten Herstellungsprozesses der Verbindungsschicht.Furthermore, the anti-reflective coating 8 is formed to a thickness of approximately 300 A and prevents refraction of the exposure beams in the pattern structuring during photolithography to improve the resist pattern accuracy. Fig. 6 shows the reflectivity of the amorphous silicon. The data show the relative reflectivity of amorphous silicon when the reflectivity of Al-Si (1%, 10,000A thick) is assumed to be 100. It can be seen from this data that the reflectivity or reflectivity of amorphous silicon is low. The scattering of the exposure rays in the pattern production can be prevented by using amorphous silicon with low reflectivity. This improves the accuracy in the pattern structuring of the connecting layer 12 b , which is formed on a surface with protruding irregularities, in order to prevent thinning or interruption of the conductor of the connecting layer. As a result, a stable and miniaturized connection pattern is obtained. The combined functions of each layer contained in the three-layer structure enable the creation of an extremely reliable connection layer, which as a whole has a high conductivity, a low contact resistance and a stable connection pattern. Such a connection shows significant effects particularly when applied to such a connection layer with the above-mentioned auxiliary word lines 12 a , 12 b , which lie above the multilayered stacked connection layer, in order to achieve a fast switching behavior. Therefore, the application of such a connection layer to a DRAM creates an improvement in the memory cells, the response behavior or switching behavior and a reduced rejection rate during production due to the stabilized production process of the connection layer.
Obwohl bei dem obigen Ausführungsbeispiel die Verbindungs schicht gemäß der vorliegenden Erfindung auf eine HiIfswort leitung angewendet wird, die in einem Speicherfeld eines DRAM eingesetzt wird, ist die Erfindung nicht hierauf einge schränkt, sondern kann beispielsweise auf eine darunter liegende Bitleitung angewendet werden. Gleichfalls ist es möglich, die Verbindungsschichten in einem breiten Anwen dungsfeld der Halbleitervorrichtungen einzusetzen.Although in the above embodiment, the connection layer according to the present invention on an auxiliary word line that is applied in a memory array of a DRAM is used, the invention is not limited to this limits, but can for example to one below lying bit line can be used. Likewise, it is possible to use the connection layers in a wide range application field of the semiconductor devices.
Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich auf ein Herstel lungsverfahren einer Verbindungsschicht in eine Halbleiter vorrichtung gemäß der Erfindung unter Bezugnahme auf die Fig. 4A-4E.The following description relates to a method of manufacturing a connection layer in a semiconductor device according to the invention with reference to FIGS . 4A-4E.
Wie in Fig. 4 A gezeigt ist, wird ein Kontaktloch 40 in einem Isolierfilm 3 an der Oberfläche eines Siliziumsub strates 2 ausgebildet, um einen Dotierungsbereich 1 zu er reichen, der in einem Oberflächenbereich des Siliziumsub strates 2 ausgebildet ist. Eine Titanschicht 30 a wird dann innerhalb des Kontaktloches 40 abgelagert und auf einer Oberfläche des Isolierfilmes 3 durch sputtern abgeschieden.As shown in Fig. 4 A, a contact hole 40 is formed in an insulating film 3 on the surface of a silicon substrate 2 to reach a doping region 1 which is formed in a surface region of the silicon substrate 2 . A titanium layer 30 a is then deposited within the contact hole 40 and deposited on a surface of the insulating film 3 by sputtering.
Zweitens wird, wie in Fig. 4B gezeigt ist, eine Titan nitridschicht 30 b durch nitrieren der Titanschicht 30 a in einer Stickstoffatmosphäre mittels eines RTP-Verfahrens er zeugt (RTP=Rapid Thermal Process=schnelles thermisches Verfahren), bei dem eine Nitridreaktion durch schnelles Auf heizen mit einer leistungsstarken Heizlampe erzielt wird. Während dieses Nitrierens wird eine Titansilizidschicht 20 in einem Kontaktabschnitt zwischen der Titanschicht 30 a und dem Siliziumsubstrat 2 (Dotierungsbereich 1) durch Reaktion zwischen dem Titan und dem Silizium erzeugt.Second, as shown in Fig. 4B, a titanium nitride layer 30 b by nitriding the titanium layer 30 a in a nitrogen atmosphere by means of an RTP process (RTP = Rapid Thermal Process = rapid thermal process), in which a nitride reaction by rapid On heating with a powerful heating lamp. During this nitriding, a titanium silicide layer 20 is generated in a contact section between the titanium layer 30 a and the silicon substrate 2 (doping region 1 ) by reaction between the titanium and the silicon.
Ferner wird, wie in Fig. 4C dargestellt ist, eine Titan schicht 30 a erneut auf einer Oberfläche der Titannitrid schicht 30 abgelagert.Furthermore, as shown in FIG. 4C, a titanium layer 30 a is again deposited on a surface of the titanium nitride layer 30 .
Wie als nächstes in Fig. 4D gezeigt ist, wird die Titan schicht 30 a in Stickstoff mittels des RTP nitriert. Die Titanschicht 30 a wird in eine Titannitridschicht durch nitrieren umgewandelt und bildet eine Titannitridschicht 30 von vorbestimmter Dicke, die mit der darunter liegenden Ti tannitridschicht kombiniert ist. Diese Titannitridschicht 30 bildet eine Barrierenmetallschicht.As shown next in Fig. 4D, the titanium layer 30 a is nitrided in nitrogen using the RTP. The titanium layer 30 a is converted into a titanium nitride layer by nitriding and forms a titanium nitride layer 30 of a predetermined thickness, which is combined with the underlying titanium nitride layer. This titanium nitride layer 30 forms a barrier metal layer.
Wie ferner in Fig. 4E gezeigt ist, wird eine Al-Si-Cu-Schicht 31 mit einer Dicke von 5000A-10 000A auf einer Fläche der Titannitridschicht 30 ausgebildet. Eine amorphe Siliziumschicht 32 wird ihrerseits auf der Ober fläche der Al-Si-Cu-Schicht 31 durch sputtern abgeschieden. Daraufhin wird die amorphe Siliziumschicht 32, die Al-Si-Cu-Schicht 31 und die Titannitridschicht 30 durch Photolithographie als Muster strukturiert und geätzt, um eine vorbestimmte Verbindungskonfiguration zu erzeugen. Die amorphe Siliziumschicht 32 wird unter Verwendung eines auf Fluorid basierenden Ätzgases (z.d. CF Index 4+0 Index 2) geätzt. Die Al-Si-Cu-Schicht 31 wird unter Verwendung eines auf Chlor basierenden Ätzgases (z.d. BCl Index 3+Cl Index 2) geätzt.As further shown in FIG. 4E, an Al-Si-Cu layer 31 having a thickness of 5000A-10,000A is formed on a surface of the titanium nitride layer 30 . An amorphous silicon layer 32 is in turn deposited on the upper surface of the Al-Si-Cu layer 31 by sputtering. Then, the amorphous silicon layer 32 , the Al-Si-Cu layer 31 and the titanium nitride layer 30 are patterned and etched by photolithography to produce a predetermined connection configuration. The amorphous silicon layer 32 is etched using a fluoride-based etching gas (eg CF index 4 + 0 index 2). The Al-Si-Cu layer 31 is etched using a chlorine-based etching gas (eg BCl Index 3 + Cl Index 2).
Durch den obigen Prozeß wird eine Verbindungsschicht aus gebildet, die eine dreischichtige Struktur aus einer Titan nitridschicht, einer Al-Si-Cu-Schicht und einer amorphen Siliziumschicht im Verbindungsabschnitt ausweist, und eine vierschichtige Struktur aus einer Titansilizidschicht, einer Titannitridschicht, einer Al-Si-Cu-Schicht und einer amorphen Siliziumschicht im Kontaktbereich hat.A connection layer is formed by the above process formed a three-layer structure from a titanium nitride layer, an Al-Si-Cu layer and an amorphous Identifies silicon layer in the connecting section, and a four-layer structure of one layer of titanium silicide, one Titanium nitride layer, an Al-Si-Cu layer and one has amorphous silicon layer in the contact area.
Wie in Fig. 5 gezeigt ist, kann die oberste Antireflexions beschichtung (amorphe Siliziumschicht) 32 nach der Muster strukturierung der Verbindungsschicht entfernt werden. Obwohl in diesem Fall die amorphe Siliziumschicht 32 unter Verwenden eines auf Fluor basierenden Ätzgases entfernt wird, wird ein Ätzen der darunter liegenden Al-Si-Cu-Schicht 31 verhindert, da die Ätzselektivität dieser Schicht für das Ätzgas größer ist als diejenige der amorphen Silizium schicht. Daher kann die darunterliegende Al-Si-Cu-Schicht 31 nicht beschädigt werden, wenn die amorphe Siliziumschicht 32 durch Ätzen entfernt wird.As shown in Fig. 5, the top anti-reflective coating (amorphous silicon layer) 32 can be removed after patterning the connection layer. Although in this case the amorphous silicon layer 32 is removed using a fluorine-based etching gas, etching of the underlying Al-Si-Cu layer 31 is prevented because the etch selectivity of this layer is greater for the etching gas than that of the amorphous silicon layer . Therefore, the underlying Al-Si-Cu layer 31 cannot be damaged when the amorphous silicon layer 32 is removed by etching.
Wenn ferner Al-Si (45%) als Antireflexionsbeschichtung verwendet wird, kann diese nicht durch Ätzen entfernt wer den, ohne die darunter liegende Al-Si-Cu-Schicht 31 zu be schädigen, da die Al-Si (45%) -Schicht und die Al-Si-Cu- Schicht 31 beide beispielsweise durch ein auf Chlor basie rendes Ätzgas geätzt werden. Wenn sich die Zwischenschicht während des Betriebes der Halbleitervorrichtung aufheizt, dringt eine erhebliche Menge der in der darüberliegenden Al-Si (45%)-Schicht in die Al-Si-Cu-Schicht 31 ein und wird darin abgelagert. Als Ergebnis wird die Beständigkeit der Al-Si-Cu-Schicht 31 gegen Elektro-Migration oder elektrische Teilchenwanderung vermindert. Wenn andererseits amorphes Silizium als Antireflexionsbeschichtung verwendet wird, ist es möglich, das amorphe Silizium lediglich durch Ätzen zu beseitigen, ohne die Al-Si-Cu-Schicht 31 in irgend einer Form zu beschädigen, so daß keine Verminderung der Bestän digkeit gegen Elektro-Migration aufgrund der Charakteristika der Antireflexionsbeschichtung verursacht wird.Further, if Al-Si (45%) is used as the anti-reflective coating, it cannot be removed by etching without damaging the underlying Al-Si-Cu layer 31 because the Al-Si (45%) layer and the Al-Si-Cu layer 31 are both etched, for example, by a chlorine-based etching gas. When the intermediate layer heats up during operation of the semiconductor device, a significant amount of the Al-Si (45%) layer above it penetrates into the Al-Si-Cu layer 31 and is deposited therein. As a result, the resistance of the Al-Si-Cu layer 31 to electro-migration or electric particle migration is reduced. On the other hand, if amorphous silicon is used as the anti-reflection coating, it is possible to remove the amorphous silicon only by etching without damaging the Al-Si-Cu layer 31 in any form, so that there is no decrease in the resistance to electro-migration due to the characteristics of the anti-reflective coating.
Daher beinhaltet die Verbindungsstruktur einer Halbleiter vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eine drei schichtig gestapelte Struktur in dem Verbindungsabschnitt, wobei die oberste Schicht eine Antireflexionsbeschichtung ist. Die Antireflexionsbeschichtung verhindert eine Brechung von Belichtungsstrahlen bei der Musterstrukturer zeugung in der Verbindungsschicht durch Photolithographie. Als Ergebnis kann ein miniaturisiertes Verbindungsmuster erhalten werden. Die Verbindungsstruktur umfaßt ferner eine vierschichtige Struktur im Kontaktbereich, wobei zwei da runter liegende Schichten eine Silizidschicht und eine Barrierenmetallschicht von unten nach oben sind. Die Sili zidschicht ermöglicht einen guten ohm′schen Kontakt zwischen einer leitfähigen Siliziumschicht und der Verbindungs schicht. Die Barrierenmetallschicht verhindert die Abla gerung von Siliziumknötchen zwischen diesen Schichten sowie die Erzeugung eines Legierungs-Spitzen-Phänomens, so daß die Kontaktchararkteristik der Verbindungsstruktur verbessert wird. Daher zeigt die Verbindungsschicht einer Halbleiter vorrichtung mit der Verbindungsstruktur gemäß der vorliegen den Erfindung eine verbesserte Zuverlässigkeit.Therefore, the connection structure includes a semiconductor device according to the present invention a three layered stacked structure in the connection section, the top layer being an anti-reflective coating is. The anti-reflective coating prevents one Refraction of exposure rays in the pattern structure generation in the connection layer by photolithography. As a result, a miniaturized connection pattern be preserved. The connection structure further includes one four-layer structure in the contact area, two there underlying layers one silicide layer and one Barrier metal layer are from bottom to top. The sili Zidschicht allows a good ohmic contact between a conductive silicon layer and the connection layer. The barrier metal layer prevents discharge formation of silicon nodules between these layers as well the creation of an alloy tip phenomenon so that the Contact characteristics of the connection structure improved becomes. Therefore, the compound layer shows a semiconductor device with the connection structure according to the present the invention improved reliability.
Claims (8)
Einen Verbindungsabschnitt, der sich über eine isolie rende Schicht (3) erstreckt, die auf einer Hauptoberflä che eines Halbleitersubstrates (22) ausgebildet ist; und
einen Kontaktabschnitt, der mit einer vorbestimmten leit fähigen Siliziumschicht (102) verbunden ist, die in der Halbleitervorrichtung enthalten ist;
wobei der Verbindungsabschnitt der Verbindungsschicht eine Barrierenmetallschicht (6), eine Metallschicht (7) mit Aluminium und eine Antireflexionsbeschichtung (8) in dieser Reihenfolge beginnend ab der Oberflächenseite der isolierenden Schicht aufweist, und
wobei der Kontaktabschnitt der Verbindungsschichten eine Silizidschicht (20), eine Barrierenmetallschicht (6),
eine Metallschicht (7) mit Aluminium und eine Anti reflexionsbeschichtung (8) in dieser Reihenfolge von der Oberflächenseite der leitfähigen Siliziumschicht aufweist.1. A semiconductor device with a multilayer stacked connection layer, characterized in that the connection layer has the following features:
A connection portion extending over an insulating layer ( 3 ) formed on a main surface of a semiconductor substrate ( 22 ); and
a contact portion connected to a predetermined conductive silicon layer ( 102 ) included in the semiconductor device;
wherein the connection portion of the connection layer has a barrier metal layer ( 6 ), a metal layer ( 7 ) with aluminum and an anti-reflective coating ( 8 ) in this order starting from the surface side of the insulating layer, and
wherein the contact portion of the connection layers comprises a silicide layer ( 20 ), a barrier metal layer ( 6 ),
has a metal layer ( 7 ) with aluminum and an anti-reflection coating ( 8 ) in this order from the surface side of the conductive silicon layer.
eine Barrierenmetallschicht (30), die auf einer Oberflä che eines isolierenden Filmes (3) ausgebildet ist, der auf einer Hauptoberfläche eines Halbleitersubstrates (2) ausgebildet ist;
eine Metallschicht (31), die Aluminium enthält, und auf einer Oberfläche der Barrierenmetallschicht (30) ausge bildet ist;
eine amorphe Siliziumschicht (32), die auf der Ober fläche der Metallschicht ausgebildet ist.4. Semiconductor device with a multilayer stacked connection layer, characterized in that the connection layer has the following features:
a barrier metal layer ( 30 ) formed on a surface of an insulating film ( 3 ) formed on a main surface of a semiconductor substrate ( 2 );
a metal layer ( 31 ) containing aluminum and formed on a surface of the barrier metal layer ( 30 );
an amorphous silicon layer ( 32 ) formed on the upper surface of the metal layer.
Erzeugen einer Barrierenmetallschicht (30) auf der Ober fläche der leitfähigen Siliziumschicht (1), die in dem Kontaktloch (40) offen liegt, sowie auf einer Oberfläche der isolierenden Schicht (3);
Erzeugen einer Metallschicht (31), die Aluminium ent hält, auf einer Oberfläche der Barrierenmetallschicht;
Erzeugen einer Antireflexionsbeschichtung (32) auf der Oberfläche der Metallschicht;
Erzeugen einer Maske mit einem vorbestimmten Verbindungs muster auf der Antireflexionsbeschichtung durch die Photolithographie;
Strukturieren der Antireflexionsbeschichtung, der Me tallschicht und der Barrierenmetallschicht zum Erzeugen einer vorbestimmten Konfiguration unter Verwenden der Maske;
Entfernen der strukturierten Antireflexionsbeschich tung.6. A method of manufacturing a semiconductor device having a multilayer stacked interconnection layer which extends over an insulating layer formed on a surface of a conductive silicon layer and which is connected to a surface of the conductive silicon layer through a contact hole which is in the insulating Layer is formed to reach the surface of the conductive silicon layer, characterized by the following process steps:
Creating a barrier metal layer ( 30 ) on the upper surface of the conductive silicon layer ( 1 ), which is open in the contact hole ( 40 ), and on a surface of the insulating layer ( 3 );
Creating a metal layer ( 31 ) containing aluminum on a surface of the barrier metal layer;
Creating an anti-reflective coating ( 32 ) on the surface of the metal layer;
Creating a mask with a predetermined connection pattern on the anti-reflective coating by the photolithography;
Patterning the anti-reflective coating, the metal layer and the barrier metal layer to create a predetermined configuration using the mask;
Remove the structured anti-reflective coating.
Erzeugen einer ersten hochschmelzenden Metallschicht (30 a) auf der Oberfläche der leitfähigen Silizium schicht (1), die in dem Kontaktloch (40) offen liegt, sowie auf der Oberfläche der isolierenden Schicht (3);
Erzeugen einer ersten hochschmelzenden Metallnitrid schicht (30) durch nitrieren der ersten hochschmelzenden Metallschicht unter Anwenden von hoher Temperatur, und gleichzeitiges Ausbilden einer hochschmelzenden Metall silizidschicht (20) durch Silizid-Behandlung der ersten hochschmelzenden Metallschicht in Kontakt mit der Ober fläche der leitfähigen Siliziumschicht;
Erzeugen einer zweiten hochschmelzenden Metallschicht (30 a) auf der Oberfläche der hochschmelzenden Metallni tridschicht;
Erzeugen einer zweiten hochschmelzenden Metallnitrid schicht (30) durch nitrieren der zweiten hochschmelzen den Metallschicht.8. A method for producing a semiconductor device according to claim 6 or 7, characterized in that the step of producing the barrier metal layer ( 30 ), which consists of high-melting metal nitride, comprises the following steps:
Generating a first high-melting metal layer ( 30 a ) on the surface of the conductive silicon layer ( 1 ), which is open in the contact hole ( 40 ), and on the surface of the insulating layer ( 3 );
Creating a first refractory metal nitride layer ( 30 ) by nitriding the first refractory metal layer using high temperature, and simultaneously forming a refractory metal silicide layer ( 20 ) by silicide treatment of the first refractory metal layer in contact with the surface of the conductive silicon layer;
Generating a second refractory metal layer ( 30 a ) on the surface of the refractory metal nitride layer;
Generate a second high-melting metal nitride layer ( 30 ) by nitriding the second high-melting metal layer.
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