JPS59124765A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
（１）発明の技術分野
本発明は半導体装置に関する。特に、半導体装置用電極
・配線の改良に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (1) Technical Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device. In particular, it relates to improvements in electrodes and wiring for semiconductor devices.
（２）技術の背景
半導体装置用電極の一つとして、例えばショットキバリ
ヤダイオード等に使用されるショットキバリヤ電極があ
る。ショットキバリヤ電極においては、そのバリヤハイ
ド、すなわち、金属と半導体との接触こより半導体表面
に形成されるエネルギー障壁の高さを制錘することが必
要とされる場合が多い。このショットキバリヤバイト（
以下、ＳＢＨという。）を制御する手段として、異種の
金属よりなる積層体を利用する手法が一般に使用されて
いる。例えば、シリコン（Ｓｉ）上にアルミニウム（Ａ
１）よりなる電極を設ける場合、アルミニウム（Ａ１）
−シリコン（Ｓｌ）のＳＢＨは０，６５〔ｅＶ）である
が、シリコン（Ｓｉ）上に１． ｏｏｏ に１程度以下
の厚さのチタン（Ｔｉ）よりなる層を介在させて、その
上にアルミニウム（Ａ１）よりなる電極を設けると、そ
のＳ Ｂ Ｈは上記のＳＢＨの値０、６５ ［ｅＶ］と
チタン（Ｔｉ）とシリコン（Ｓｉ）トノ間に発生するＳ
ＢＨの値０．５５ ［ｅＶ］との間でＴｉよりなる層の
厚さを任意に制御することにより変えられる。(2) Background of the Technology One of the electrodes for semiconductor devices is a Schottky barrier electrode used in, for example, a Schottky barrier diode. In Schottky barrier electrodes, it is often necessary to control the height of the barrier hide, that is, the energy barrier formed on the semiconductor surface through the contact between the metal and the semiconductor. This Schottky Bariyabait (
Hereinafter referred to as SBH. ) is generally used by using a laminate made of different metals. For example, aluminum (A) is placed on silicon (Si).
1) When providing an electrode made of aluminum (A1)
-The SBH of silicon (Sl) is 0.65 [eV], but the SBH on silicon (Si) is 1. ooo If a layer made of titanium (Ti) with a thickness of about 1 or less is interposed and an electrode made of aluminum (A1) is provided on the layer, the S B H will be equal to the value of the above SBH 0, 65 [eV ] and S generated between titanium (Ti) and silicon (Si).
The BH value can be changed between 0.55 [eV] by arbitrarily controlling the thickness of the layer made of Ti.
一方、電極コンタクト用窓にアルミニウム（ＡＩ）等よ
りなる金属電極を設けるに先立ち、この電極の下層とし
て多結晶シリコン（ｐｏｌｙ Ｓｉ ） 層ヲ設ける手
法が使用される。On the other hand, prior to providing a metal electrode made of aluminum (AI) or the like in the electrode contact window, a method is used in which a polycrystalline silicon (polySi) layer is provided as a lower layer of this electrode.
したがって、ショットキバリヤ電極を形成する際に、上
記二つの手法を組み合わせて利用すれば、その電極・配
線はアルミニウム（ＡＩ）／チタン（Ｔ ｉ ）／多結
晶シリコン（ｐｏｌｙｓりよりなる積層体で構成される
こととなる。Therefore, when forming a Schottky barrier electrode, if the above two methods are used in combination, the electrode/wiring will be composed of a laminate consisting of aluminum (AI)/titanium (T i )/polycrystalline silicon (polysilicon). It will be done.
（３）従来技術と問題点
このような層構造を有する配線にあっては、チタン層の
厚さが薄い場合、ポリフラワー現象と呼ばれる現象が発
生して配線の抵抗を著しく増大するという欠点がある。(3) Prior art and problems Wiring with such a layered structure has the disadvantage that if the thickness of the titanium layer is thin, a phenomenon called the polyflower phenomenon occurs, which significantly increases the resistance of the wiring. be.
以下、図面を参照しつつこのポリフラワー現象について
簡単に説明する。例えば、アルミニウム（ＡＩ ）等と
シリコン（Ｓｉ） 等との積層体を熱処理すると、第１
図に示す如くその一部においてアルミニウム（ＡＩ）と
シリコン（Ｓｉ）とがその位置を交換して、シリコン（
Ｓｉ）がブロック状に集合した結果、アルミニウム（Ａ
ｔ）層が、このシリコン（８ｉ）ブロックによって遮断
される現象が覚生じ、この現象をポリフラワー現象とい
う。図において、１はシリコン（Ｓｉ）基板であり、２
は二酸化シリコン（Ｓｉ０２）よりなる絶縁層であり、
３は多結晶シリコン（ｐｏｌｙｓｉ）層であり、４はチ
タン（Ｔｉ）層であり５はアルミニウム（Ａ１）層であ
り、６がポリフラワー現象によってブロックとなったシ
リコン（Ｓｉ）層でありアルミニウム（Ａ１）配線層５
を遮断している。The polyflower phenomenon will be briefly explained below with reference to the drawings. For example, when a laminate of aluminum (AI) and silicon (Si) is heat-treated, the first
As shown in the figure, aluminum (AI) and silicon (Si) exchange positions in a part of the area, and silicon (
As a result of the aggregation of aluminum (Si) into blocks, aluminum (A
A phenomenon in which the t) layer is blocked by this silicon (8i) block occurs, and this phenomenon is called a polyflower phenomenon. In the figure, 1 is a silicon (Si) substrate, 2
is an insulating layer made of silicon dioxide (Si02),
3 is a polycrystalline silicon (polysi) layer, 4 is a titanium (Ti) layer, 5 is an aluminum (A1) layer, and 6 is a silicon (Si) layer that has become a block due to the polyflower phenomenon, and aluminum ( A1) Wiring layer 5
is blocking.
したがって、チタン（Ｔｉ ）層の厚さが薄い場合でも
かかる欠点を伴わない、電極・配線に対する要請が強ま
っている。Therefore, there is an increasing demand for electrodes and interconnections that do not have such drawbacks even when the titanium (Ti 2 ) layer is thin.
（４）発明の目的
本発明の目的は、この要請に応えることにあり、ＳＢＨ
に幅をもたせることができ、ポリフラワー現象の発生を
防止することができるショットキバリヤゲート型電極と
この電極の延長である配線とを有する半導体装置を提供
することにある。(4) Purpose of the invention The purpose of the present invention is to meet this demand, and to
An object of the present invention is to provide a semiconductor device having a Schottky barrier gate type electrode and a wiring that is an extension of this electrode, which can have a wide width and prevent the polyflower phenomenon from occurring.
（５）究明の構成
本発明の構成はチタン層と、アルミニウム系金属層（ア
ルミニウム層またはアルミニウムとシリコンもしくはマ
グネシウムもしくは銅もしくはチタンもしくはボロンも
しくは鉄もしくはパラジウムもしくはハフニウムもしく
はニッケルもしくはクロームもしくはインジウムとの合
金よりなる層）と、導電性窒化物または炭化物（ハフニ
ウムもしくはタンタルもしくはバナジウムもしくはモリ
プ（３）
デンもしくはタングステンまたはハフニウムもしくはタ
ンタルもしくはバナジウムもしくはモリブデンもしくは
タングステンの窒化物またはノ１フニウムもしくはタン
タルもしくはバナジウムもしくはモリブデンもしくはタ
ングステンの炭化物またはチタンの窒化物もしくは炭化
物またはチタンとタングステンとの化合物）よりなるバ
リヤ層と、アルミニウム系金属層（アルミニウム層また
はアルミニウムとシリコンもしくはマグネシウムもしく
は銅もしくはチタンもしくはボロンもしくは鉄もしくは
パラジウムもしくはハフニウムもしくはニッケルもしく
はクロームもしくはインジウムとの合金よりなる層）と
がこの順序に積層されてなる電極・配線を有することを
特徴とすることにある。(5) Structure of the Investigation The structure of the present invention consists of a titanium layer and an aluminum-based metal layer (aluminum layer or an alloy of aluminum and silicon or magnesium or copper or titanium or boron or iron or palladium or hafnium or nickel or chromium or indium). conductive nitrides or carbides (hafnium or tantalum or vanadium or molybdenum (3) dendritic or tungsten or hafnium or tantalum or vanadium or molybdenum or tungsten nitrides or tungsten) and conductive nitrides or carbides (hafnium or tantalum or vanadium or molybdenum) or nitride or carbide of titanium or a compound of titanium and tungsten), and an aluminum-based metal layer (aluminum layer or aluminum and silicon or magnesium or copper or titanium or boron or iron or palladium or hafnium or nickel). or a layer made of an alloy with chromium or indium) are laminated in this order.
本発明の開明者らは、上記のアルミニウム（ＡＩ ）等
の金属／チタン（Ｔｉ）／多結晶シリコン（ｐｏｌｙ
８ ｉ）の積層体よりなりＳＢＨを制御しうるショット
キバリヤゲート電極において、ポリフラワー現象の発生
を防止するにはシリコン（Ｓｉ）等がアルミニ（４）
ラム（Ａ１）等の金属に向ってフローすることを防止す
ればよく、そのためにはバリヤ層をもって遮断すればよ
いとの着想を得て、このバリヤ層の材料に適する材料を
求めて実験を重ねた結果、ノ１フニウム（Ｈｆ） 、タ
ンタル（Ｔａ） 、バナジウム（Ｖ）、モリ、ブデン（
Ｍｏ） 、タングステン（Ｗ）等の単体、またはこれら
の窒化物、すなわち、窒化ノ１フニウム（ＨｆＮ）、窒
化タンタル（ＴａＮ）、窒化バナジウム（ＶＮ）、窒化
モリブデン（Ｍｏ２Ｎ） 、窒化タングステン（Ｗ２Ｎ
）等、またはこれらの炭化物、すなわち炭化ハフニウム
（ＨｆＣ）、炭化タンタル（ＴａＣ）、炭化バナジウム
（ＶＣ） 、炭化モリブデン（Ｍｏｂ）、炭化タングス
テン（ｗｅ）等または、窒化チタン（ＴｉＮ）、炭化チ
タン（ＴｉＣ）、チタンとタングステンとの化合物（Ｔ
ｉＷ）等から選択された場合に上記の目的を達成しうろ
ことを発見した。The inventors of the present invention have discovered that the above metals such as aluminum (AI)/titanium (Ti)/polycrystalline silicon (polycrystalline silicon)
In order to prevent the occurrence of the polyflower phenomenon in the Schottky barrier gate electrode made of the laminated body of 8 i) and capable of controlling SBH, it is necessary to prevent silicon (Si) etc. from flowing toward the metal such as aluminum (4) and ram (A1). I got the idea that it would be good to prevent this from happening, and to do that, I could use a barrier layer to block it, and after repeated experiments to find a material suitable for this barrier layer, I found that it was best to use a barrier layer such as Hf, tantalum, etc. (Ta), vanadium (V), moly, butene (
Mo), tungsten (W), etc., or their nitrides, such as fnium nitride (HfN), tantalum nitride (TaN), vanadium nitride (VN), molybdenum nitride (Mo2N), tungsten nitride (W2N)
), or their carbides, such as hafnium carbide (HfC), tantalum carbide (TaC), vanadium carbide (VC), molybdenum carbide (Mob), tungsten carbide (WE), etc., or titanium nitride (TiN), titanium carbide ( TiC), a compound of titanium and tungsten (T
iW) etc., it was discovered that the above objective could be achieved.
ところが、これらのバリヤ層材料はシリ コン（Ｓｉ）
等がアルミニウム（ＡＩ）等に向ってフローすることを
防止する効果はあるが、ＳＢＨ制御のために必須である
チタン（Ｔｉ ）とのオーミックコンタクトを形成しに
（いという欠点を有する。そこで、この欠点を解消する
ため、更に、バリヤ層とチタン（Ｔｉ）層との間にアル
ミニウム（ＡＩ）等の金属層を介在させることとした。However, these barrier layer materials are silicon (Si).
Although it has the effect of preventing materials such as aluminum (AI) from flowing toward aluminum (AI), it has the disadvantage that it is difficult to form ohmic contact with titanium (Ti), which is essential for SBH control. In order to eliminate this drawback, it was decided to further interpose a metal layer such as aluminum (AI) between the barrier layer and the titanium (Ti) layer.
このアルミニウム（Ａ１）等の金属としては、アルミニ
ウム（Ａ１）とマグネシウム（Ｍｇ） 、銅（Ｃｕ）
、チタン（Ｔｉ）、ホウ素（Ｂ）、鉄（Ｆｅ） 、パラ
ジウム（Ｐｄ）、ハフニウム（Ｈｆ） 、−ｙケル（Ｎ
ｉ）、クロム（Ｃｒ ）、インジウム（Ｉｎ）よりなる
一群から選択される１種以上の物質との合金を使用しつ
る。この場合、バリヤ層の存在に起因するアルミニウム
（Ａ１）のマイグレーションの発生が防止され、長寿命
となり、更にＳＲＨの熱的変動が減少する等の利益があ
る。Metals such as aluminum (A1) include aluminum (A1), magnesium (Mg), and copper (Cu).
, titanium (Ti), boron (B), iron (Fe), palladium (Pd), hafnium (Hf), -y Kel (N
i) an alloy with one or more substances selected from the group consisting of chromium (Cr), and indium (In); In this case, the occurrence of migration of aluminum (A1) due to the presence of the barrier layer is prevented, and there are benefits such as a longer life and a reduction in thermal fluctuations of the SRH.
（６）発明の実施例
以下図面を参照しつつ、本発明の一実施例に係る半導体
装置の要旨であるショットキバリヤ電極について説明し
、本発明の構成と特有の効果とを明らかにする。(6) Embodiments of the Invention Hereinafter, a Schottky barrier electrode, which is the gist of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention, will be explained with reference to the drawings, and the structure and unique effects of the present invention will be clarified.
一例として、ショットキバリヤダイオードにおける電極
・配線形成工程について述べる。As an example, the process of forming electrodes and wiring in a Schottky barrier diode will be described.
第２図参照
シリコン（８１）基板１１上に、表面酸化法を使用して
二酸化シリコン（８ｉ ０２ ）よりなる絶縁層１２を
形成したのち、公知の方法を使用してオーミック特性電
極コンタクト用開口１２′を形成する。Refer to FIG. 2. After forming an insulating layer 12 made of silicon dioxide (8i 02 ) on a silicon (81) substrate 11 using a surface oxidation method, an opening 12 for an ohmic electrode contact is formed using a known method. ′ is formed.
基板１１の全面に化学気相成長法（ＣＶＤ法）を使用し
て多結晶シリコン（ｐｏｌｙｓｉ）層１３をｉ、ｏｏ。A polycrystalline silicon (polysi) layer 13 is formed on the entire surface of the substrate 11 using a chemical vapor deposition method (CVD method).
（Ａ）程度の厚さに形成する。Form it to a thickness of about (A).
第３図参照
次にＳ Ｒ、Ｄ電極窓２０を形成するためｐｏｌｙ Ｓ
ｉ １３、絶縁層１２を順次エツチングする。Refer to FIG. 3 Next, to form the S R and D electrode windows 20, poly S
i 13, and the insulating layer 12 is sequentially etched.
第４図参照
以下真空蒸着法を使用して、チタン（Ｔ１）層１４、ア
ルミニウム（Ａ１）層１５、例えば窒化チタン（Ｔ ｉ
Ｎ ）よりなるバリヤ層１６、アルミニラｌ、（ＡＩ
）配線層以上、及び１ 〔μｍ口〕程度に順次形成し、
ショットキバリヤ電極・配線の積層体となす。Referring to FIG. 4, a titanium (T1) layer 14, an aluminum (A1) layer 15, for example titanium nitride (T i
A barrier layer 16 consisting of aluminum (N), (AI
) are sequentially formed on the wiring layer and above, and on the order of 1 [μm],
A laminate of Schottky barrier electrodes and wiring.
（７）
第５図参照
上記の工程終了後、公知の方法を使用して、ショットキ
バリヤ電極・配線となる積層ｌ−１３，１４，１５，１
６，１７のパターニングを行ない、しかるのち、基板１
１の裏面に開基蒸着法を使用して金（Ａｕ）等よりなる
裏面電極１８を形成する。(7) Refer to Fig. 5 After the above steps are completed, a known method is used to stack the layers 13, 14, 15, 1, which will become Schottky barrier electrodes and wiring.
6 and 17 are patterned, and then substrate 1 is patterned.
A back electrode 18 made of gold (Au) or the like is formed on the back surface of the substrate 1 using an open-radical deposition method.
以上の工程により、シリコン（Ｓｉ）上に、下層からチ
タン（Ｔｉ） ／アルミニウム（ＡＩ） ／窒化チタン
（ＴｉＮ）等のバリヤ／アルミニウム（Ａｔ）の積層さ
れた電極を形成することができる。そして、中間の層で
あるバリヤ／アルミニウム（ＡＩ）／チタン（Ｔｉ）層
の厚さ、特に、チタン（Ｔ１）層の厚さを制御すること
により、従来と同様、このショットキ電極のＳＢＨを、
０．５５−０．６５ｅＶの範囲で制御することが可能で
あり、しかも、バリヤ層１６を介在させたことにより、
シリコン（８ｉ）とアルミニウム（Ａ１）との間に発生
するポリフラワー現象の発生が有効に防止しうるショッ
トキバリヤゲート電極及びこれの延長である配線の構造
を実現することができる。Through the above steps, an electrode can be formed on silicon (Si) in which a barrier such as titanium (Ti)/aluminum (AI)/titanium nitride (TiN)/aluminum (At) is laminated from the bottom layer. By controlling the thickness of the intermediate barrier/aluminum (AI)/titanium (Ti) layer, especially the thickness of the titanium (T1) layer, the SBH of this Schottky electrode can be adjusted as before.
It is possible to control in the range of 0.55-0.65 eV, and by interposing the barrier layer 16,
It is possible to realize a structure of a Schottky barrier gate electrode and a wiring that is an extension of the Schottky barrier gate electrode, which can effectively prevent the polyflower phenomenon that occurs between silicon (8i) and aluminum (A1).
（８）
第６図は、Ｔｉ −ＡＩ （１，０ＯＯＡ）−バリヤ層
（１，０００Ａ ＴｉＷ） −ＡＩ （８，０ＯＯＡ）
系におけるＴｉ膜厚（Ａ）を横軸にとって変化させ
たときのショットキダイオードのｖＦ（順方向立上り電
圧、単位＋ｎ Ｖ）を測定した結果である。なお、熱処
理条件は４５０℃、３０分であって、バリヤ層がある場
合が○印であり、ない場合が×印で示しである。いずれ
も′１１１膜厚でＶＦが調整可能である。(8) Figure 6 shows Ti-AI (1,0OOA)-barrier layer (1,000A TiW)-AI (8,0OOA)
These are the results of measuring vF (forward rising voltage, unit: +n V) of a Schottky diode when changing the Ti film thickness (A) in the system on the horizontal axis. The heat treatment conditions were 450° C. for 30 minutes, and the presence of a barrier layer is indicated by a circle, and the absence of a barrier layer is indicated by an x. In both cases, the VF can be adjusted with a film thickness of '111.
同様の条件で、１０，０００μ２のバット部にて１〜３
μのポリ花を数えた所、バリヤ層がない場合には平均１
００個認められたが、本実施例では、全く認められなか
った。Under similar conditions, 1 to 3 with a 10,000 μ2 butt part
When counting the poly flowers of μ, the average is 1 when there is no barrier layer.
00 pieces were observed, but in this example, no pieces were observed at all.
なお、上記の実施例ではショットキバリヤダイオードに
ついて述べたが、ショットキバリヤ電極を有する他の半
導体装置にも適用しうろことは言うまでもない。In the above embodiment, a Schottky barrier diode was described, but it goes without saying that the present invention can also be applied to other semiconductor devices having a Schottky barrier electrode.
（力発明の詳細
な説明せるとおり、本発明によれば、Ｓ ＢＨを制御す
ることができ、ポリフラワー現象の発生を防止すること
ができるショットキバリャゲート型電極とこれの延長で
ある配線とを有する半導体装置を提供することができる
。(As explained in detail, the present invention has a Schottky barrier gate type electrode that can control SBH and prevent the polyflower phenomenon from occurring, and a wiring that is an extension of this type). A semiconductor device having the following can be provided.
第１図は、アルミニウム（Ａｔ）／チタン（Ｔｉ）／多
結晶シリコン（ｐｏｌｙ Ｓｉ）よりなる積層体におい
て発生したポリフラワー現象を示す基板断面図であり、
第２図乃至第５図は、本発明の一実施例に係る半導体装
置の要旨であるショットキバリヤゲート型電極・配線の
構造をショットキバリャダ縁層（ＳｉＯ２） 、 ３．
１３・・・・・・多結晶シリコン（ｐｏｌｙ８ｉ）層、
４．１４・・・・・・チタン（ＴＩ）層、５．１訃旧・
・アルミニウム（ＡＩ ）層、６・・・・・・ポリフラ
ワー現象により生じたシリコン（８ｉ）ブロック、１６
・・・・・・バリヤＮ （ＴｉＮ） 、１７・・・・・
・アルミニウム（ＡＩ ）電極・配線、１８・・・・・
・裏面電極（Ａｕ）。
（１１）
３００−
コ
玉■」ｇ且・・
＋００ ２００
Ｔｉ漫（λり
３０１−FIG. 1 is a cross-sectional view of a substrate showing a polyflower phenomenon that occurs in a laminate made of aluminum (At)/titanium (Ti)/polycrystalline silicon (polySi).
2 to 5 show the structure of a Schottky barrier gate type electrode/wiring, which is the gist of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention, using a Schottky barrier gate edge layer (SiO2), 3.
13... Polycrystalline silicon (poly8i) layer,
4.14... Titanium (TI) layer, 5.1 old...
・Aluminum (AI) layer, 6...Silicon (8i) block generated by polyflower phenomenon, 16
...Barrier N (TiN), 17...
・Aluminum (AI) electrode/wiring, 18...
- Back electrode (Au). (11) 300- Kodama■'g... +00 200 Timan (λri301-
Claims (1)
た炭化物よりなるバリヤ層と、アルミニウム系金属層と
がこの順序に積層されてなる電極・配線を有することを
特徴とする、半導体装置。1. A semiconductor device comprising an electrode/wiring formed by laminating a titanium layer, an aluminum metal layer, a barrier layer made of a conductive nitride or carbide, and an aluminum metal layer in this order.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23375982A JPS59124765A (en) | 1982-12-29 | 1982-12-29 | Semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23375982A JPS59124765A (en) | 1982-12-29 | 1982-12-29 | Semiconductor device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59124765A true JPS59124765A (en) | 1984-07-18 |
Family
ID=16960127
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23375982A Pending JPS59124765A (en) | 1982-12-29 | 1982-12-29 | Semiconductor device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59124765A (en) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPS6116568A (en) * | 1984-07-03 | 1986-01-24 | Matsushita Electronics Corp | Schottky barrier type semiconductor device |
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-
1982
- 1982-12-29 JP JP23375982A patent/JPS59124765A/en active Pending
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| US10763339B2 (en) | 2015-02-11 | 2020-09-01 | Infineon Technologies Austria Ag | Method for manufacturing a semiconductor device having a Schottky contact |
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