JPH11154678A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体装置およびその製造方法

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JPH11154678A
JPH11154678A JP9319966A JP31996697A JPH11154678A JP H11154678 A JPH11154678 A JP H11154678A JP 9319966 A JP9319966 A JP 9319966A JP 31996697 A JP31996697 A JP 31996697A JP H11154678 A JPH11154678 A JP H11154678A
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JP
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semiconductor device
layer
wiring
metal layer
aluminum
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JP9319966A
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English (en)
Inventor
Kiyoshi Takahashi
潔 高橋
Akira Mochizuki
晃 望月
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】半導体基板上に形成されたAl配線電極のマイ
グレーション耐性を向上した半導体装置を提供する。 【解決手段】半導体基板(GaAS基板11)上の動作
層12にAl15a、Ti15b、Al15c、Ti1
5dの順に連続成膜後アニールしたAl−Ti−Al−
Ti構造の配線電極を有する半導体装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置の構造及
び製造技術に関し、特にアルミニウム配線電極の高信頼
度化構造の半導体装置およびその製造方法に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】従来、4メガビットダイナミックRAM
(DRAM)や16メガビットDRAM等の超LSIの
半導体装置に於けるアルミニウム(Al)配線技術で
は、半導体装置の集積度の向上に伴う配線の微細化によ
り、工レクトロマイグレーション、あるいはストレスマ
イグレーション耐性を向上させる技術が必要となってい
る。
【0003】特開平2−32543号公報や日経マイク
ロデバイス,1988年4月号,P105〜P109
(日経マグロウヒル社、昭和63年4月1日発行)に
は、エレクトロマイグレーション対策技術の例として
は、Al中に銅(Cu)やチタン(Ti)を添加した合
金を使用する方法が記載されている。
【0004】ストレスマイグレーション対策としては、
タングステン(W)やモリブデン(Mo)などの高融点
金属やそのシリサイド、または窒化チタン(TiN)な
どのバリアメタルを用い、その上にAlを積層する方法
や、CVD法を用いてAl配線の側面、上面をW等の高
融点金属で被覆する方法等が知られている。
【0005】また、特開昭59−94866号公報には
Al−Ti−Alの3層構造の配線を化合物半導体装置
のショットキー電極(ゲート電極)に用いた耐マイグレ
ーション向上技術が開示されている。この従来例につい
て図3を参照して説明する。まずGaAs基板31上に
Al32、Ti33、Al34の順に積層し、ゲート電
極を形成する(図3(a))。次に、ゲート電極をボン
ディングパッドへ接続するための配線としてTi35、
白金(Pt)36、金(Au)37を順次積層する(図
3(b))。
【0006】この様にしてAl32と34の間にTi3
3を挟み込み、Al−Ti−Alの積層構造にすること
で、マイグレーション耐性を向上させようとするもので
ある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ようなAlにCu,Tiの合金元素を添加した場合の耐
マイグレーション技術では、合金元素とAlとの反応に
より、合金後のドライエッチング加工が困難である。ま
た、Al配線の下面、側面や上面に高融点金属を設けた
場合では、高融点金属の抵抗率によって配線抵抗が増加
し、配線遅延が増大する。
【0008】また、化合物半導体装置のゲート電極のA
l−Ti−Al構造の場合では、下層のAl32と上層
のAl34間はTi33によりAl粒界の拡散がある程
度抑制されるために、エレクトロマイグレーションによ
るボイド、ヒロック等の発生は低減するが、上層のAl
34自身についてはAlの粒界は比較的移動が容易であ
るためにボイドや、ヒロックの抑制効果が小さく、配線
としてマイグレーション耐性は改善されない。
【0009】本発明の目的は、マイグレーション耐性に
優れたAl配線電極を有する半導体装置およびその製造
方法を提供する事にある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の第
1の構成は、半導体基板上に、Al金属層とAl以外の
金属層とが交互に少なくとも4層、偶数層積層された配
線電極を有することを特徴とする半導体装置である。前
記配線電極のAl以外の金属層としてはTi金属層が適
当である。本発明の半導体装置の第2の構成は、半導体
基板上に、Al以外の金属層とAl金属層とが交互に少
なくとも4層、偶数層とさらに前記Al以外の金属層を
積層した配線電極を有することを特徴とする半導体装置
である。
【0011】本発明の第2の構成の半導体装置における
前記配線電極のAl以外の金属層としては、上記の第1
の構成の半導体装置と同様にTiが適当である。
【0012】本発明の半導体装置の製造方法は、上記の
第1の構成の半導体装置の配線電極構造のショットキー
接合電極を有する半導体装置の製造方法において、Al
金属層を厚さ200nm乃至300nm成膜し、該配線
電極形成後200℃乃至350℃の温度処理を行う工程
を含むことを特徴とする。
【0013】本発明の半導体装置は、Al/Ti/Al
/Tiの4層以上の構造にすることで同一膜厚のAl/
Ti構造に比べて、Al配線層の1層あたりの膜厚は小
さくなり、Al配線の膜厚をAlのグレインサイズとほ
ぼ同程度にする事が出来るために、バンプ構造と呼ばれ
るボイドやヒロックに対する耐性が強い構造になる上に
Al配線層をAlTixの反応層で挟む構造とすること
により、配線全体のマイグレーション耐性を向上するこ
とができる効果が得られる。
【0014】上記の本発明のショットキー接合電極を有
する半導体装置の製造方法においては、配線電極形成後
の温度処理により、Al粒界にAlTix反応層の形成
を促進し、さらにAlの粒界拡散を抑制することができ
る。
【0015】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について図面
を参照して説明する。図1は本発明の第1の実施例の形
態の半導体装置の構造例としてGaAs FETのゲー
ト電極形成工程を説明するための半導体装置要部の断面
図である。
【0016】まず、GaAs基板11の表面にエピタキ
シャル成長等で動作層12を形成した後、更に酸化シリ
コン膜13を減圧気相成長(LPCVD)等の方法によ
り厚さ約0.5μm成膜する。この酸化シリコン膜13
上に、フォトレジスト14を塗布し、公知のフォトリソ
グラフィ技術とウェットエッチング技術で、所望の領域
の酸化シリコン膜13を除去する(図1(a))。
【0017】次に、ウェットあるいはドライエッチング
により動作層12を所望の厚さにエッチングして、リセ
スを形成する(図1(b))。この後、2×10―5P
a以下の真空下の蒸着機内で温度約120℃で5分間ベ
ーキングした後、まずAl15aを厚さ200nm乃至
300nmを蒸着し、動作層12とAl15a間にショ
ットキー接合を形成する。ここで、Alの厚さはグレイ
サイズの大きさ程度にするために300nm以下にす
る。
【0018】次にTi15bを厚さ15nm乃至30n
m蒸着する。更に前記AlとTiに同じ厚さのAl15
CとTi15dを連続蒸着後、リフトオフ処理を行い、
Al−Ti−Al−Tiの4層膜の構造のショトキー電
極であるゲート電極15を形成する(図1(c))。
【0019】この実施の形態では、ショットキー接合金
属にAl15aを用いているがデバイスの特性によって
は、Ti15bを先に動作層12上に15nm乃至30
nmの厚さで蒸着した後、Al15aを厚さ200nm
乃至300nmで蒸着する。更に前記TiとAlに同じ
厚さのAl15CとTi15dを連続蒸着後、リフトオ
フ処理を行い、Ti−Al−Ti−Alの4層膜の構造
のショトキー電極であるゲート電極15を形成する。こ
の後、窒素雰囲気中でアニールを行い、本発明の半導体
装置が得られる。
【0020】尚、上記のアニール処理はAl粒界にAl
Tix反応層を形成し、Alの粒界拡散を抑制するため
であり、その温度は200℃以上が望ましい。400℃
以上ではAl配線の変形を生じるため、最適温度として
は200℃〜350℃である。
【0021】このようにして形成された、Al−Ti−
Al−Ti構造のゲート電極では、上層のAl膜がTi
層に挟まれていることにより、下層のAl膜同様、ボイ
ド、ヒロックの発生が抑制され、マイグレーション耐性
が向上する。
【0022】次に、本発明の第2の実施の形態について
図面を参照して説明する。図2は本発明の第2の実施の
形態の半導体装置の構造例としてCMOSのAl配線の
形成工程を説明するための半導体装置要部の断面図であ
る。まず、フィールド酸化膜2、nチャネルMOSFE
T22とpチャネルMOSFET23が形成されたSi
基板21上にPSG膜27を成膜し、公知のフォトリン
グラフィ技術とドライエッチ技術によりp+層24とn+
層25上にコンタクトホール28を形成する(図2
(a))。
【0023】続いて、マルチチャンバースパッタリング
装置内でSi基板21を350℃以上でベーキングした
後、Tiを10nm乃至30nm、Alを200nm乃
至300nmの膜厚で、Ti、Al、Ti、Al、Ti
の順でTiとAlの5層膜29を被着する(図2
(b))。
【0024】次に、公知のフォトリングラフィ技術とド
ライエッチ技術により所望の幅のTi−Al−Ti−A
1−Ti配線30を形成後、温度200乃至350℃で
アニール処理を行った後、層間絶縁膜20を形成する
(図2(c))。
【0025】上記の第2の実施の形態では第1層がTi
であり、下地膜との密着性が向上するという効果と、A
l層がTi層に挟まれているためにAlTi反応膜がA
l粒界に形成され易いため、配線寿命が著しく向上する
という効果を有する。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように本発明のAl配線電
極では、マイグレーション耐性が向上し、200℃下で
電流密度2×106 A/cm2 の通電試験に於いて、従
来のAl配線に比べ、配線寿命は約10倍程度延びる効
果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例の形態の半導体装置の構
造例としてGaAs FETのゲート電極形成工程を説
明するための半導体装置要部の断面図である。
【図2】本発明の第2の実施の形態の半導体装置の構造
例としてCMOSのAl配線の形成工程を説明するため
の半導体装置要部の断面図である。
【図3】従来技術のGaAs FETのゲート電極構造
の断面図である。
【符号の説明】
11 GaAs基板 12 動作層 13 酸化シリコン膜 14 フォトレジスト 15 ゲート電極 15a,15c,32,34 Al 15b,15d,33、35 Ti 20 層間絶縁膜 21 Si基板 22 nチャネルMOSFET 23 pチャネルMOSFET 24 p+層 25 n+層 26 フィールド酸化膜 27 PSG膜 28 コンタクトホール 29 TiとAlの5層膜 30 Ti−Al−Ti−Al−Ti配線 31 GaAs基板 36 Pt 37 Au
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01L 21/338 29/812

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上に、アルミニウム金属層を
    第1層としてアルミニウム金属層とアルミニウム以外の
    金属層とが交互に少なくとも4層、偶数層積層された配
    線電極を有することを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 前記配線電極のアルミニウム以外の金属
    層がチタニウム金属層である請求項1記載の半導体装
    置。
  3. 【請求項3】 半導体基板上に、アルミニウム以外の金
    属層を第1層としてアルミニウム以外の金属層とアルミ
    ニウム金属層とが交互に少なくとも4層、偶数層とさら
    に前記アルミニウム以外金属層を積層した配線電極を有
    することを特徴とする半導体装置。
  4. 【請求項4】 前記配線電極のアルミニウム以外の金属
    層がチタニウム金属層である請求項3記載の半導体装
    置。
  5. 【請求項5】 半導体基板上に形成されたショットキー
    接合電極が請求項1記載の配線構造であることを特徴と
    する半導体装置。
  6. 【請求項6】 前記配線電極の第1層をアルミニウム金
    属層とし、アルミニウム金属層の厚さを200nm乃至
    300nmとし、前記配線電極形成後200℃乃至35
    0℃の温度処理を行うことを特徴とする請求項5記載の
    半導体装置の製造方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007251180A (ja) * 2006-03-17 2007-09-27 United Monolithic Semiconductors Gmbh 金属性の制御電極を有する半導体素子を製造する方法、および半導体素子
WO2025249244A1 (ja) * 2024-05-31 2025-12-04 Dowaエレクトロニクス株式会社 n型オーミック電極及びn型オーミック電極の製造方法、並びにIII族窒化物半導体発光素子及びIII族窒化物半導体発光素子の製造方法
JP2025183162A (ja) * 2024-05-31 2025-12-16 Dowaエレクトロニクス株式会社 n型オーミック電極及びn型オーミック電極の製造方法、並びにIII族窒化物半導体発光素子及びIII族窒化物半導体発光素子の製造方法

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