JPH0265273A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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Publication number
JPH0265273A
JPH0265273A JP63216741A JP21674188A JPH0265273A JP H0265273 A JPH0265273 A JP H0265273A JP 63216741 A JP63216741 A JP 63216741A JP 21674188 A JP21674188 A JP 21674188A JP H0265273 A JPH0265273 A JP H0265273A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
contact hole
spikes
hole section
transistor
dummy
Prior art date
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Pending
Application number
JP63216741A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Zenichi Akiyama
善一 秋山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH0265273A publication Critical patent/JPH0265273A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To decrease Al spikes in a contact hole so as to improve a semiconductor device in reliability by a method wherein a dummy contact hole not contributing the operation of a transistor is provided near to a contact hole contributing the operation of a transistor. CONSTITUTION:A dummy contact hole section 2 other than a contact hole section 1 conductive to the transistor operation is provided near to the contact hole section 1, and Si is made to diffuse into Al through the dummy contact hole section 2, whereby Al spikes are restrained from occurring in the active contact hole section 1. The dummy contact hole 2 is provided within such a distance from the contact hole section 1 that Si can diffuse within an annealing time. By these processes, the effect of restraining spikes from occurring can be realized and the failure such as an interlaminar current leakage or the like can be decreased.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体基板又は絶縁性基板上に形成される半導
体装置に関し、より詳しくは該半導体装置におけるAQ
配線技術に係る。
Detailed Description of the Invention [Industrial Application Field] The present invention relates to a semiconductor device formed on a semiconductor substrate or an insulating substrate, and more specifically, to an AQ in the semiconductor device.
Related to wiring technology.

〔従来の技術及びその問題点〕[Conventional technology and its problems]

半導体基板又は絶縁性基板上に多結晶シリコン活性層の
TPTを使用した大面積デバイス等の半導体装置におい
ては、その金属配線としてAQ又はAQ−約1%Si、
Afl−約1%Cu等のAQ金合金広く使われている。
In semiconductor devices such as large-area devices using TPT with a polycrystalline silicon active layer on a semiconductor substrate or an insulating substrate, AQ or AQ-approximately 1% Si,
AQ gold alloys such as Afl--about 1% Cu are widely used.

このようなAQ又はAQ金合金抵抗率が低く(すなわち
A Q テ2.7 X 10−’ Q ・an、合金で
3.5 X 10−’ Q −■以下)、低抵抗でなけ
ればならないと%Nう配線の要求を満足するとともに、
SiO2膜との密着性が非常に良好である。
Such AQ or AQ gold alloys must have low resistivity (i.e. 2.7 x 10-' Q ・an, less than 3.5 x 10-' Q -■ for alloys) and low resistance. In addition to satisfying the requirements for %N wiring,
It has very good adhesion to the SiO2 film.

しかし、AQ−8i系合金は共融特性を示すので、AQ
薄膜堆積後、種々のプロセスの熱履歴中でAQ中へのS
iの溶解が生じる。第2図はAQ−8iの相図を示すも
のである。この相図から例えばAQ中でのSiの溶解度
は400℃で0.25w t%、450℃で0.5w 
t%、500℃で0.8wt%である。従って、コンタ
クトホール部を通してAQとSiとが接している場合に
はSiはAQ中にその温度に見合った溶解度に応じて固
溶することになる。しかし、実際には溶解限度以上の固
溶が生ずることが知られている。さらにSiの固溶量は
単にアニール温度に対応した溶解量に依存するばかりで
はなく、Siで飽和するAQの体積にも依存するもので
ある。このようなSiのAQへの固溶の結果として、あ
たかもAQがSiを吸い取って、その分Afl配線が縦
方向および横方向に突出したようになる(第3図参照)
。この現象をAQのスパイクと呼び、AQ、配線技術で
の問題点となっている。
However, since the AQ-8i alloy exhibits eutectic properties, AQ
After thin film deposition, S into AQ during the thermal history of various processes.
Dissolution of i occurs. FIG. 2 shows the phase diagram of AQ-8i. From this phase diagram, for example, the solubility of Si in AQ is 0.25 wt% at 400°C and 0.5w at 450°C.
t%, and 0.8 wt% at 500°C. Therefore, when AQ and Si are in contact with each other through the contact hole portion, Si becomes a solid solution in AQ according to its solubility corresponding to its temperature. However, it is known that solid solution exceeding the solubility limit actually occurs. Furthermore, the amount of Si dissolved in solid solution does not simply depend on the amount dissolved corresponding to the annealing temperature, but also depends on the volume of AQ saturated with Si. As a result of this solid solution of Si into AQ, it becomes as if AQ is sucking up Si and the Afl wiring protrudes in the vertical and horizontal directions (see Figure 3).
. This phenomenon is called an AQ spike, and is a problem in AQ and wiring technology.

すなわち、縦方向スパイクは接合リーク、層間リークの
原因となり、横方向スパイクは接合リークの原因となる
ものである。
That is, vertical spikes cause junction leakage and interlayer leakage, and horizontal spikes cause junction leakage.

このAQのスパイク対策として、AQとSiとを同時に
蒸着し、又はAQ−数%Si合金をターゲットとしての
スパッタリング法を利用し、AQ中にSjをその溶解限
度近くまで加える方法がある。しかし、AQ−数%Si
合金はコンタクト抵抗が上昇し、またn+シリコンとの
接合は良好なオーミック接合を形成しにくい。さらにダ
レインサイズが微小化してしまい、これによりストレス
によるマイグレーション故障を招くことがある。特に、
絶縁基板上に多結晶シリコンを半導体材料として形成さ
れる大面積半導体装置(薄膜トランジスタ)、例えばセ
ンサー駆動用薄膜トランジスタ、液晶パネル、ELパネ
ル駆動用薄膜トランジスタではその信頼性に関し、新た
な問題となっている。AQのスパイク防止の他の対策と
しては、AQとSi基板の間に障壁となるような金属を
挿入する手段が挙げられる。しかしながら、このような
手段はプロセス工程の簡略化を指向する本来の方向に反
し、プロセスを繁雑にしてしまうものであった。
As a countermeasure against this AQ spike, there is a method of simultaneously depositing AQ and Si, or using a sputtering method using an AQ-several percent Si alloy as a target, and adding Sj to AQ close to its solubility limit. However, AQ-several %Si
The contact resistance of the alloy increases, and it is difficult to form a good ohmic contact with n+ silicon. Furthermore, the dalein size becomes microscopic, which may lead to migration failure due to stress. especially,
A new problem has arisen regarding the reliability of large-area semiconductor devices (thin film transistors) formed on an insulating substrate using polycrystalline silicon as a semiconductor material, such as thin film transistors for driving sensors, liquid crystal panels, and thin film transistors for driving EL panels. Another measure to prevent AQ spikes is to insert a metal between the AQ and the Si substrate to act as a barrier. However, such means go against the original aim of simplifying the process steps, and instead complicate the process.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

本発明は上記した如きAQスパイクの問題を従来手段と
は全く異なる見地から対策をこうじた半導体装置を提供
することを目的とするものである。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a semiconductor device which takes measures against the above-mentioned AQ spike problem from a completely different perspective than conventional means.

〔課題を解消するための手段〕[Means to solve the problem]

本発明は半導体基板又は絶縁性基板上に形成される半導
体装置において、トランジスタ動作に寄与しないコンタ
クトをトランジスタ動作するコンタクト近傍に設けたこ
とを特徴とするものである。
The present invention is a semiconductor device formed on a semiconductor substrate or an insulating substrate, characterized in that a contact that does not contribute to transistor operation is provided near a contact that operates as a transistor.

このような本発明は、AQのスパイクがアニ−ル温度で
のAQ中へのSiの溶解度のみに依存するばかりではな
く、Siで飽和するAQの体積にも依存することから、
A Q / S iコンタクト部を実駆動部とは別なコ
ンタクト界面からSiをAQ中へ供給し、デバイス駆動
コンタクト部からのSiの拡散を制限せんとするもので
ある。
In the present invention, AQ spikes depend not only on the solubility of Si in AQ at the annealing temperature, but also on the volume of AQ saturated with Si.
The AQ/Si contact portion is intended to supply Si into the AQ from a contact interface separate from the actual drive portion, and to limit the diffusion of Si from the device drive contact portion.

第4図は石英基板上に多結晶シリコンを半導体材料とし
た従来のCMO8のレイアウトを示すものであり、この
第4図においては、1はコンタクトホール部、3は多結
晶Si層、4はポリシリコンゲート、5はAQ配線をそ
れぞれ示すものである。第4図の如きデバイスでは前述
のように、コンタクトホール部1でAnのスパイクが進
行し、AQ配線5全体が、そのアニル温度に対応した量
だけSiが配線中へ拡散する。そこで、本発明では第1
図に示されるように、トランジスタ動作に関与するコン
タクトホール部1の他にこのコンタクトホール1の近傍
にダミーのコンタクトホール部2を設け、このダミーの
コンタクトホール部2からSiをAQ。
Figure 4 shows the layout of a conventional CMO8 using polycrystalline silicon as a semiconductor material on a quartz substrate. A silicon gate and 5 indicate AQ wiring, respectively. In the device shown in FIG. 4, as described above, a spike of An progresses in the contact hole portion 1, and Si diffuses into the entire AQ wiring 5 in an amount corresponding to the annealing temperature. Therefore, in the present invention, the first
As shown in the figure, in addition to the contact hole part 1 involved in transistor operation, a dummy contact hole part 2 is provided near this contact hole 1, and Si is AQ-filled from this dummy contact hole part 2.

中へ拡散させることにより、実駆動部コンタクトホール
部1でのAQスパイクを制限するようにしたものである
。このダミーのコンタクトホール部2はコンタクトホー
ル部1に対し、アニール時間内にSiが拡散する距離範
囲内りに設ける。その関係式は、拡散係数をD、アニー
ル時間をtとすると、L=v’Dt  となる。AQ蒸
着膜中のSiの拡散係数りはD = 4.OX 10−
”exp (−0,92/kt)で与えられ、従って、
500℃、30分のアニールでは、Lは約607zmと
なる。すなわち、所望のコンタクトホール部1の中心か
らAQ配線ラインに沿ってVDtの範囲内にダミーのコ
ンタクトホール部2を設けるようにする。
The AQ spike in the contact hole section 1 of the actual drive section is limited by diffusing the contact hole section 1 into the contact hole section 1 of the actual drive section. This dummy contact hole portion 2 is provided within a distance range within which Si diffuses within the annealing time with respect to the contact hole portion 1. The relational expression is L=v'Dt, where D is the diffusion coefficient and t is the annealing time. The diffusion coefficient of Si in the AQ deposited film is D = 4. OX 10-
”exp (-0,92/kt), therefore,
When annealing is performed at 500° C. for 30 minutes, L becomes approximately 607 zm. That is, the dummy contact hole section 2 is provided within the range of VDt from the center of the desired contact hole section 1 along the AQ wiring line.

一般にスパイクの深さQは次式で示される。Generally, the spike depth Q is expressed by the following equation.

ここで、D=拡散係数 t:熱処理時間 d:Afl膜厚 W:コンタクト幅 A:コンタクト面積 Sニアニール温度における AQ中へのSi溶解度 ρ^hρsi:AΩ、Si密度 上記より、スパイクの深さQはSiが飽和するAQの体
積に比較する。第1図のようにダミーのコンタクトホー
ル部2を形成した場合、コンタクトホール部1のスパイ
ク深さの理論値は1/4Qになる。
Here, D = diffusion coefficient t: heat treatment time d: Afl film thickness W: contact width A: contact area S Si solubility in AQ at near annealing temperature ρ^hρsi: AΩ, Si density From above, spike depth Q is compared to the volume of AQ where Si is saturated. When the dummy contact hole portion 2 is formed as shown in FIG. 1, the theoretical value of the spike depth of the contact hole portion 1 is 1/4Q.

実験では、450℃で、15分、30分、60分、90
分、と処理時間を変化させた場合のSiウェハーエッチ
ピットをSEM (走査型電子顕微鏡)を使って観察を
行った。従来デザインの第4図に示したCMOSレイア
ウトにおけるコンタクトホール部1のエッチピット量は
時間の平方根に比例して増加した。これに対し、第1図
に示したCMO8のレイアウトの新デザインでは15分
では従来デザインと同等、30分〜60分では4乗根に
比例し、60分〜90分ではまったくエッチピット量は
変化しなかった。
In the experiment, the temperature was 450℃ for 15 minutes, 30 minutes, 60 minutes, and 90 minutes.
Si wafer etch pits were observed using a SEM (scanning electron microscope) when the processing time was varied. In the CMOS layout of the conventional design shown in FIG. 4, the amount of etch pits in the contact hole portion 1 increased in proportion to the square root of time. On the other hand, in the new design of the CMO8 layout shown in Figure 1, the amount of etch pits is the same as the conventional design at 15 minutes, proportional to the fourth root from 30 minutes to 60 minutes, and completely different from 60 minutes to 90 minutes. I didn't.

次に、従来/新デザインの比を求めた。条件および結果
は次の通りである。
Next, we calculated the ratio between the conventional design and the new design. The conditions and results are as follows.

条件 コンタクトホール径8μmX8μm 熱処理条件450℃、60分(フォミングガス中)SE
Mによるエッチピット量より算出 エラピット・・・AQスパイクを進行させた後、リン酸
、硝酸系のエッチャントでウェットエッチを施す。
Conditions Contact hole diameter 8μm x 8μm Heat treatment conditions 450℃, 60 minutes (in forming gas) SE
Erase pit calculated from the etch pit amount by M...After the AQ spike has progressed, wet etching is performed using a phosphoric acid or nitric acid based etchant.

結果 従来/新デザイン=1.3X10−”a&/4.5X1
0−12adすなわち、スパイクの深さが約1/3にな
った。
Result Conventional/New design = 1.3X10-”a&/4.5X1
0-12 ad, that is, the depth of the spike was reduced to about ⅓.

以上のことから、本発明により、AQ配線としてストレ
スマイグレーションの原因となるAQ金合金使用しない
でも、純AQでAQのスパイクを減少させることが可能
となる。また、多層配線が行われる場合、Afl−数%
Si合金膜を使用した配線に第1図の如きデザインを施
すことにより、スパイク制限の効果が得られ、層間リー
ク等の故障を減少させることができる。
From the above, according to the present invention, it is possible to reduce AQ spikes using pure AQ without using AQ gold alloy, which causes stress migration, as AQ wiring. In addition, when multilayer wiring is performed, Afl-several %
By applying a design as shown in FIG. 1 to wiring using a Si alloy film, it is possible to obtain the effect of limiting spikes and to reduce failures such as interlayer leakage.

〔発明の作用・効果〕[Action/effect of the invention]

以上のような本発明では半導体基板又は絶縁性基板上に
形成される半導体装置において、トランジスタ動作に寄
与しないダミーのコンタクトホール部をトランジスタ動
作するコンタクトホール部近傍に設けているので、トラ
ンジスタ動作する本来のコンタクトホール部でのAMス
パイクが減少し、AQスパイクに起因する層間リーク、
接合リークが減少し、半導体装置の信頼性が向上する。
In the present invention as described above, in a semiconductor device formed on a semiconductor substrate or an insulating substrate, a dummy contact hole portion that does not contribute to transistor operation is provided near the contact hole portion where the transistor operates. AM spikes in the contact hole area are reduced, and interlayer leakage caused by AQ spikes is reduced.
Junction leakage is reduced and reliability of semiconductor devices is improved.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の一実施例を示すCMOSレイアウトの
平面図である。 第2図はAQ−8i系の相図である。 第3図はAQスパイク現象を示す概略説明図である。 第4図は従来のCMOSレイアウトの平面図である。 1・・・コンタクトホール部 2・・・ダミーのコンタクトホール部 3・・・多結シリコン層 4・・・ポリシリコンゲート 5・・・AQ配線 第2図 wt%Si 第4図
FIG. 1 is a plan view of a CMOS layout showing an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a phase diagram of the AQ-8i system. FIG. 3 is a schematic explanatory diagram showing the AQ spike phenomenon. FIG. 4 is a plan view of a conventional CMOS layout. 1...Contact hole part 2...Dummy contact hole part 3...Polycrystalline silicon layer 4...Polysilicon gate 5...AQ wiring Fig. 2 wt%Si Fig. 4

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1、半導体基板又は絶縁性基板上に形成される半導体装
置において、トランジスタ動作に寄与しないコンタクト
をトランジスタ動作するコンタクト近傍に設けたことを
特徴とする半導体装置。
1. A semiconductor device formed on a semiconductor substrate or an insulating substrate, characterized in that a contact that does not contribute to transistor operation is provided near a contact that operates as a transistor.
JP63216741A 1988-08-31 1988-08-31 Semiconductor device Pending JPH0265273A (en)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP63216741A JPH0265273A (en) 1988-08-31 1988-08-31 Semiconductor device

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