JP2808591B2 - Semiconductor device - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、半導体装置の配線構造に関する。
〔発明の概要〕
本発明は、半導体基体上に、第１の金属層を形成し、
その上に第１の金属層とは材質が異なる第２の金属層を
積層した電極を有する半導体装置において、第１の金属
層の配線パターンを、第２の金属層の配線パターンと同
一にし、第２の金属層が、その面積を第１の金属層の面
積よりも若干大きくすることにより、第１の金属層の側
面を被覆し、第１の金属層をバリアメタル層とすること
により、電極形成の際のアフターコロージヨンの発生を
防止することができるようにしたものである。
〔従来の技術〕
半導体装置の高集積化に伴つて配線のデザインルール
も小さくなり、電極材料中のAlと拡散層のSiとが相互に
溶解しないようにして正常な電気的接続を取るために、
近年電極にバリアメタル構造が採用されてきている。例
えば、Si基体の拡散層上における絶縁層の開口部にバリ
アメタル層となるTi層とTiN層を介してAl電極を形成す
る構造である。第２図のこの電極構造の製法列を示す。
即ち第２図Ａに示すように、Si基体（１）の拡散層
（２）上において絶縁層（４）に形成した開口部（３）
にバリアメタル層（７）となるTi層（５）とTiN層
（６）を介してAl−Si（１％）層（９）を形成した後、
第２図Ｂに示すように、レジスト層（10）をマスクとし
て、塩素系のガスを使用した反応性イオンエツチング
（RIE）を行うことにより電極（11）を形成する。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上述した従来構造に係る半導体装置の場合、電極（1
1）を塩素系のガスを使用したRIE工程で形成した後、第
２図Ｂに示すようにレジスト層（10）上に、絶縁層
（４）上及び電極（11）の側壁に残留している塩素又は
塩素化合物が吸湿し、HClを含む液滴（12）が電極（1
1）の側壁部に生じる。そして、AlとTiN又はTiにイオン
化傾向の差がある結果、Al−Si層（９）とTi層（５）又
はTiN層（６）との間に電位差ができて、Alが溶出しア
フターコロージヨンと呼ばれる電極材料の腐食が激しく
発生するという問題点があつた。従来の一般的方法によ
れば、このようなアフターコロージヨンを防止するため
に、バリアメタル構造の電極（11）を塩素系のガスでエ
ツチングした後、フツ素系のガスの放電を起こすことに
より、残留塩素の置換と除去を行ない、更に流水による
洗浄処理を行なつていた。しかしながら、このような手
段を採つても、アフターコロージヨンを完全に防止する
ことは困難であつた。
本発明は、上記問題点を解決することができる半導体
装置を提供するものである。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は、半導体基体（１）上に、第１の金属層
（７）を形成し、その上に第１の金属層（７）とは材質
が異なる第２の金属層（９）を積層した電極を有する半
導体装置において、第１の金属層（７）の配線パターン
が、第２の金属層（９）の配線パターンと同一であり、
第２の金属層（９）が、その面積を第１の金属層（７）
の面積よりも若干大きくすることにより、第１の金属層
（７）の側面を被覆するものであり、第１の金属層
（７）がバリアメタル層であることを特徴とする。
〔作用〕
従来構造に係る半導体装置の製造の際、アフターコロ
ージヨンが発生するのは、AlとTiN及びTiが塩酸液中で
イオン化傾向の差により、起電力を持つということと、
電極（11）の側壁部にAl−Si層（９）/TiN層（６）及び
TiN層（６）/Ti層（５）の界面の露出部が存在して、そ
の露出部に塩素又は塩素化合物が残留し易いということ
が原因である。従つて、本発明により、第１の金属層
（７）を第２の金属層（９）で被覆したことにより、電
極（11）の側面には１種類の金属しか露出しないため、
従来構造のような塩酸液に対する起電力の発生による、
アフターコロージヨンの問題点を解決することができ
る。また、電極（11）の表面が単一の金属層（９）で覆
われているため、従来のように異る金属の界面の露出部
が存在することによつて、塩素又は塩素化合物が残留し
易いということも原因の一つとなつて発生していたアフ
ターコロージヨンの問題点も同時に解決することができ
る。
〔実施例〕
図面を参照して本発明の実施例を製法例と共に説明す
る。
先ず第１図Ａに示すように、Si基体（１）に拡散層
（２）を形成した後、拡散層（２）上に開口部（３）を
有する絶縁層（４）を形成し、次に開口部（３）上にバ
リアメタル層（７）となるTi層（５）とTiN層（６）を
積層して形成する。この後、開口部（３）のバリアメタ
ル層（７）上に所要のパターンのレジスト層（８）を形
成し、これをマスクとしてBCl3／Cl2を主成分とする混
合ガスを用いてバリアメタル層（７）の反応性イオンエ
ツチング（RIE）を行う。
次に第１図Ｂに示すように、レジスト層（８）を除去
して所要パターンのバリアメタル層（７）を得る。
次に第１図Ｃに示すように、全面にAl−Si（１％）層
（９）を形成した後、バリアメタル層（７）を形成した
際のレジスト層（８）より若干面積の大きいレジスト層
（10）をパターニングし、これをマスクにして同じくBC
l3／Cl2を主成分とする混合ガスを使用してAl−Si層
（９）をRIEでエツチングする。
次に第１図Ｄに示すように、レジスト層（10）を除去
してバリアメタル構造の電極（11）を得る。図示するよ
うに、本実施例に係る電極構造によれば、電極（11）の
表面に現れている金属層は、Al−Si層（９）のみであ
る。
なお、バリアメタル層（７）は、上記実施例の他に例
えばTi/TiW等、また電極金属はAl、Al−Si−Cu等を使用
することもできる。バリアメタル層（７）のエツチング
は、上記実施例の他にフツ素を含むガス系を使用したエ
ツチング、希ガスによるイオンミリング等により行うこ
ともできる。所要パターンのレジスト層（８），（10）
を形成するためのリングラフイ工程で、通常大きさの異
なる２種類のマスクを使用するが、大きい方のマスクを
使用して、大きめのレジスト層を形成し、露光時間、現
像時間を調節してレジスト層を所望の小さいパターンに
変更することもできる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、電極の表面に現れる金属層は、１種
類だけであるため、電極形成の際、イオン化傾向の差に
基づくアフターコロージヨンの発生がなくなり、加えて
異る金属層の界面が側壁部に露出しないため、エツチン
グ用ガスの残留を最小限に抑えることができる。また、
電極の側面にバリアメタル層が露出しない構成であるた
め、電極となる金属層のエツチングが２種類の金属層の
エツチングと比べて容易になる。更に、バリアメタル層
で使用する金属そのものの変更はないため、電気的な特
性は従来構造のものと同じである。The present invention relates to a wiring structure of a semiconductor device. [Summary of the Invention] The present invention forms a first metal layer on a semiconductor substrate,
In a semiconductor device having an electrode on which a second metal layer different in material from the first metal layer is stacked, a wiring pattern of the first metal layer is made identical to a wiring pattern of the second metal layer; By making the area of the second metal layer slightly larger than the area of the first metal layer, the second metal layer covers the side surface of the first metal layer, and the first metal layer serves as a barrier metal layer. It is intended to prevent the occurrence of after-colloding at the time of electrode formation. [Prior art] With the increasing integration of semiconductor devices, the design rules for wiring have also become smaller, and in order to prevent normal dissolution of Al in the electrode material and Si in the diffusion layer, a normal electrical connection has been made. ,
In recent years, a barrier metal structure has been adopted for an electrode. For example, there is a structure in which an Al electrode is formed in an opening of an insulating layer on a diffusion layer of a Si base via a Ti layer and a TiN layer serving as barrier metal layers. FIG. 2 shows a manufacturing sequence of this electrode structure.
That is, as shown in FIG. 2A, the opening (3) formed in the insulating layer (4) on the diffusion layer (2) of the Si substrate (1).
After forming an Al-Si (1%) layer (9) through a Ti layer (5) serving as a barrier metal layer (7) and a TiN layer (6),
As shown in FIG. 2B, an electrode (11) is formed by performing reactive ion etching (RIE) using a chlorine-based gas using the resist layer (10) as a mask. [Problems to be Solved by the Invention] In the case of the semiconductor device having the conventional structure described above, the electrode (1
After 1) is formed in the RIE process using a chlorine-based gas, as shown in FIG. 2B, it remains on the resist layer (10), on the insulating layer (4) and on the side wall of the electrode (11). The chlorine or chlorine compound absorbs moisture, and the droplet (12) containing HCl forms an electrode (1
It occurs on the side wall of 1). Then, as a result of the difference in ionization tendency between Al and TiN or Ti, a potential difference is formed between the Al—Si layer (9) and the Ti layer (5) or the TiN layer (6), and Al is eluted and There is a problem that corrosion of an electrode material called "Ji-yong" occurs violently. According to the conventional general method, in order to prevent such after-collodion, the electrode (11) having a barrier metal structure is etched with a chlorine-based gas, and then the fluorine-based gas is discharged. , Residual chlorine was replaced and removed, and a washing treatment with running water was further performed. However, it has been difficult to completely prevent the after-collodion even by employing such means. The present invention provides a semiconductor device that can solve the above problems. [Means for Solving the Problems] In the present invention, a first metal layer (7) is formed on a semiconductor substrate (1), and the material is different from that of the first metal layer (7). In a semiconductor device having an electrode in which a second metal layer (9) is laminated, a wiring pattern of the first metal layer (7) is the same as a wiring pattern of the second metal layer (9);
The second metal layer (9) has its area reduced by the first metal layer (7).
By slightly increasing the area of the first metal layer (7), the side surface of the first metal layer (7) is covered, and the first metal layer (7) is a barrier metal layer. [Operation] In the manufacture of a semiconductor device having a conventional structure, after-collodion is generated because Al, TiN and Ti have an electromotive force due to a difference in ionization tendency in a hydrochloric acid solution.
Al—Si layer (9) / TiN layer (6) and sidewalls of electrode (11)
This is because there is an exposed portion at the interface of the TiN layer (6) / Ti layer (5), and chlorine or a chlorine compound tends to remain in the exposed portion. Therefore, according to the present invention, by covering the first metal layer (7) with the second metal layer (9), only one kind of metal is exposed on the side surface of the electrode (11).
Due to the generation of electromotive force for hydrochloric acid solution like the conventional structure,
The problem of the after-collodion can be solved. Further, since the surface of the electrode (11) is covered with the single metal layer (9), chlorine or chlorine compound remains due to the existence of the exposed portion of the interface of the different metal as in the conventional case. It is also possible to solve the problem of the after-collodion, which is one of the causes of the fact that it is easy to perform. [Example] An example of the present invention will be described with reference to the drawings together with an example of a manufacturing method. First, as shown in FIG. 1A, after forming a diffusion layer (2) on a Si substrate (1), an insulating layer (4) having an opening (3) is formed on the diffusion layer (2). Then, a Ti layer (5) and a TiN layer (6) to be a barrier metal layer (7) are formed on the opening (3) by lamination. Thereafter, a resist layer (8) having a required pattern is formed on the barrier metal layer (7) in the opening (3), and the barrier layer is formed using this as a mask by using a mixed gas containing BCl 3 / Cl 2 as a main component. Reactive ion etching (RIE) of the metal layer (7) is performed. Next, as shown in FIG. 1B, the resist layer (8) is removed to obtain a barrier metal layer (7) having a required pattern. Next, as shown in FIG. 1C, after forming an Al-Si (1%) layer (9) over the entire surface, the area is slightly larger than the resist layer (8) when the barrier metal layer (7) is formed. Pattern the resist layer (10) and use this as a mask to
The Al-Si layer (9) is etched by RIE using a mixed gas mainly composed of l 3 / Cl 2 . Next, as shown in FIG. 1D, the resist layer (10) is removed to obtain an electrode (11) having a barrier metal structure. As shown in the figure, according to the electrode structure according to the present embodiment, the metal layer appearing on the surface of the electrode (11) is only the Al-Si layer (9). The barrier metal layer (7) may be made of, for example, Ti / TiW or the like in addition to the above-described embodiment, and the electrode metal may be made of Al, Al-Si-Cu, or the like. Etching of the barrier metal layer (7) can be performed by etching using a gas system containing fluorine, ion milling with a rare gas, or the like, in addition to the above embodiment. Resist pattern of required pattern (8), (10)
Usually, two types of masks having different sizes are used in the ring process for forming the resist, but a larger resist layer is formed using the larger mask, and the exposure time and the development time are adjusted to adjust the resist. The layers can be changed to a desired small pattern. [Effects of the Invention] According to the present invention, since only one kind of metal layer appears on the surface of the electrode, during the formation of the electrode, the occurrence of after-collodion based on the difference in ionization tendency is eliminated, and the difference is additionally different. Since the interface of the metal layer is not exposed on the side wall, the residual etching gas can be minimized. Also,
Since the barrier metal layer is not exposed on the side surface of the electrode, the etching of the metal layer serving as the electrode is easier than the etching of the two types of metal layers. Furthermore, since the metal used in the barrier metal layer is not changed, the electrical characteristics are the same as those of the conventional structure.
【図面の簡単な説明】
第１図は実施例の製法例の工程図、第２図は従来の製法
例の工程図である。
（１）は基体、（２）は拡散層、（３）は開口部、
（４）は絶縁層、（５）はTi層、（６）はTiN層、
（７）はバリアメタル層、（８），（10）はレジスト
層、（９）はAl−Si層、（11）は電極である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a process diagram of an example of a manufacturing method of an embodiment, and FIG. 2 is a process diagram of an example of a conventional manufacturing method. (1) is a base, (2) is a diffusion layer, (3) is an opening,
(4) is an insulating layer, (5) is a Ti layer, (6) is a TiN layer,
(7) is a barrier metal layer, (8) and (10) are resist layers, (9) is an Al-Si layer, and (11) is an electrode.
Claims (1)
第１の金属層とは材質が異なる第２の金属層を積層した
電極を有する半導体装置において、 上記第１の金属層の配線パターンは、上記第２の金属層
の配線パターンと同一であり、 上記第２の金属層は、その面積を上記第１の金属層の面
積よりも若干大きくすることにより、上記第１の金属層
の側面を被覆するものであり、 上記第１の金属層は、バリアメタル層であることを特徴
とする半導体装置。 ２．半導体基体上に、第１の金属層を形成し、その上に
第１の金属層とは材質が異なる第２の金属層を積層した
電極を有する半導体装置において、 上記第１の金属層の配線パターンは、上記第２の金属層
の配線パターンと同一であり、 上記第２の金属層は、その面積を上記第１の金属層の面
積よりも若干大きくすることにより、上記第１の金属層
の側面を被覆するものであり、 上記第１の金属層はバリアメタル層であり、上記第２の
金属層はAlを主成分とする金属層であることを特徴とす
る半導体装置。 ３．半導体基体上に、第１の金属層を形成し、その上に
第１の金属層とは材質が異なる第２の金属層を積層した
電極を有する半導体装置において、 上記第１の金属層の配線パターンは、上記第２の金属層
の配線パターンと同一であり、 上記第２の金属層は、その面積を上記第１の金属層の面
積よりも若干大きくすることにより、上記第１の金属層
の側面を被覆するものであり、 上記第１の金属層はバリアメタル層であり、上記第２の
金属層はAl、Al−SiまたはAl−Si−Cuからなる金属層で
あることを特徴とする半導体装置。 ４．半導体基体上に、第１の金属層を形成し、その上に
第１の金属層とは材質が異なる第２の金属層を積層した
電極を有する半導体装置において、 上記第１の金属層の配線パターンは、上記第２の金属層
の配線パターンと同一であり、 上記第２の金属層は、その面積を上記第１の金属層の面
積よりも若干大きくすることにより、上記第１の金属層
の側面を被覆するものであり、 上記第１の金属層はバリアメタル層であり、上記第２の
金属層はAl−Siからなる金属層であることを特徴とする
半導体装置。(57) [Claims] In a semiconductor device having an electrode in which a first metal layer is formed on a semiconductor substrate and a second metal layer having a different material from that of the first metal layer is laminated thereon, the wiring of the first metal layer The pattern is the same as the wiring pattern of the second metal layer, and the second metal layer has an area slightly larger than the area of the first metal layer, thereby forming the first metal layer. A semiconductor device, wherein the first metal layer is a barrier metal layer. 2. In a semiconductor device having an electrode in which a first metal layer is formed on a semiconductor substrate and a second metal layer having a different material from that of the first metal layer is laminated thereon, the wiring of the first metal layer The pattern is the same as the wiring pattern of the second metal layer, and the second metal layer has an area slightly larger than the area of the first metal layer, thereby forming the first metal layer. A semiconductor device, wherein the first metal layer is a barrier metal layer, and the second metal layer is a metal layer containing Al as a main component. 3. In a semiconductor device having an electrode in which a first metal layer is formed on a semiconductor substrate and a second metal layer having a different material from that of the first metal layer is laminated thereon, the wiring of the first metal layer The pattern is the same as the wiring pattern of the second metal layer, and the second metal layer has an area slightly larger than the area of the first metal layer, thereby forming the first metal layer. Wherein the first metal layer is a barrier metal layer, and the second metal layer is a metal layer made of Al, Al-Si or Al-Si-Cu. Semiconductor device. 4. In a semiconductor device having an electrode in which a first metal layer is formed on a semiconductor substrate and a second metal layer having a different material from that of the first metal layer is laminated thereon, the wiring of the first metal layer The pattern is the same as the wiring pattern of the second metal layer, and the second metal layer has an area slightly larger than the area of the first metal layer, thereby forming the first metal layer. A semiconductor device, wherein the first metal layer is a barrier metal layer, and the second metal layer is a metal layer made of Al-Si.
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