JPH07201779A - Electrode wiring and its formation - Google Patents
Electrode wiring and its formationInfo
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- JPH07201779A JPH07201779A JP35117193A JP35117193A JPH07201779A JP H07201779 A JPH07201779 A JP H07201779A JP 35117193 A JP35117193 A JP 35117193A JP 35117193 A JP35117193 A JP 35117193A JP H07201779 A JPH07201779 A JP H07201779A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、電極配線およびその形
成方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electrode wiring and a method for forming the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、半導体装置の高集積化に伴い、半
導体装置の構成素子の微細化が進められている。例え
ば、１６ＭＤＲＡＭは０．６〜０．８μｍの設計基準で
作られており、さらに集積度を上げるために、サブミク
ロンオーダーの設計基準で作られようとしている。2. Description of the Related Art In recent years, with the high integration of semiconductor devices, miniaturization of the constituent elements of the semiconductor device has been advanced. For example, 16 MDRAM is manufactured according to a design standard of 0.6 to 0.8 μm, and in order to further increase the degree of integration, it is about to be manufactured according to a design standard of submicron order.
【０００３】しかしながら、素子の微細化が進むにつれ
て半導体装置の製造プロセスに様々な問題が生じてい
る。例えば、設計基準のオーダーが小さくなるにつれ
て、配線幅は小さくなり、配線長そのものは増大する。
また、能動素子の集積度が向上することにより、電気的
に接続しなければならない箇所が多くなり、しかも、個
々のコンタクトホールのアスペクト比は増大する一方で
ある。このため、通常のＡｌ−１重量％Ｓｉ合金からな
る配線では、配線が切れるオープン不良、コンタクトホ
ール底部での段切れ不良、コンタクト抵抗増大の不良、
エレクトロ・マイグレーションやストレス・マイグレー
ション等が多くなり、信頼性の高いアルミニウム配線を
形成するのが困難になりつつある。However, as the elements are miniaturized, various problems occur in the manufacturing process of semiconductor devices. For example, as the order of the design standard becomes smaller, the wiring width becomes smaller and the wiring length itself increases.
Further, as the degree of integration of active elements is improved, the number of locations that must be electrically connected increases, and the aspect ratio of each contact hole is increasing. For this reason, in a wiring made of a normal Al-1 wt% Si alloy, the wiring has an open defect, a disconnection defect at the bottom of the contact hole, and a contact resistance increase defect.
Electromigration, stress migration and the like are increasing, and it is becoming difficult to form highly reliable aluminum wiring.
【０００４】これらの問題を解決するため、新しい配線
材料や新しい配線構造の開発が求められている。例え
ば、コンタクト抵抗増大を防止するため、シリコン基板
等の半導体基板とアルミニウムやＡｌ−Ｓｉ合金からな
る配線との間に、高融点金属やそれらのシリサイドから
なる単層の拡散障壁層や窒化チタン膜／チタン膜の２層
構造の拡散障壁層を設けたりする試みがなされている。In order to solve these problems, the development of new wiring materials and new wiring structures is required. For example, in order to prevent an increase in contact resistance, a single-layer diffusion barrier layer made of a refractory metal or a silicide thereof or a titanium nitride film is provided between a semiconductor substrate such as a silicon substrate and a wiring made of aluminum or Al--Si alloy. Attempts have been made to provide a diffusion barrier layer having a two-layer structure of a titanium film.
【０００５】上述のように拡散障壁層として使用される
窒化チタン膜は、通常スパッタリング法により形成され
ている。スパッタリング法により形成された（１１１）
の結晶配向を有する窒化チタン膜は、後述するように、
その上に形成するアルミニウム配線の信頼性を向上する
ことが可能である。しかしながら、スパッタリング法に
より形成された窒化チタン膜は段差被覆性が悪いため
に、図７に示すように、半導体基板７０に形成されたア
スペクト比の大きい段差７１の底部や側壁には平坦部と
同じ厚さで窒化チタン膜７２を形成されない。一方、化
学的気相成長法（以下、ＣＶＤ法と省略する）で形成さ
れた窒化チタン膜は段差被覆性が非常に良好である。特
に、数Torrの減圧下で行う減圧ＣＶＤ法においては、反
応ガスのいわゆる「回り込み」現象が起り、アスペクト
比の大きい溝の底部や側壁でも平坦部と同じ厚さで成膜
することができる。このため、素子の微細化が進んだ場
合、段差被覆性が良好な膜を形成することができるの
で、上記ＣＶＤ法の必要性が増大する傾向にある。The titanium nitride film used as the diffusion barrier layer as described above is usually formed by the sputtering method. Formed by sputtering method (111)
The titanium nitride film having a crystal orientation of is, as described later,
It is possible to improve the reliability of the aluminum wiring formed thereon. However, since the titanium nitride film formed by the sputtering method has poor step coverage, as shown in FIG. 7, the bottom and side walls of the step 71 having a large aspect ratio formed on the semiconductor substrate 70 have the same flat parts. The titanium nitride film 72 is not formed to a thickness. On the other hand, a titanium nitride film formed by a chemical vapor deposition method (hereinafter abbreviated as a CVD method) has very good step coverage. In particular, in a low pressure CVD method performed under a reduced pressure of several Torr, a so-called "wraparound" phenomenon of a reaction gas occurs, and a film having the same thickness as a flat portion can be formed on the bottom and side walls of a groove having a large aspect ratio. For this reason, when the element is further miniaturized, a film having a good step coverage can be formed, so that the necessity of the CVD method tends to increase.
【０００６】実際の半導体装置においては、拡散障壁層
である窒化チタン膜上にはアルミニウム配線が形成され
る。拡散障壁層として必要な特性は、拡散障壁性に加え
てアルミニウム配線の信頼性である。最近研究におい
て、窒化チタン膜の配向性がアルミニウム配線の信頼性
に非常に大きな影響を与えることが分っている。具体的
には、アルミニウム配線が高い信頼性を得るためには、
窒化チタン膜の結晶配向が（１１１）配向でなければな
らないことが分っている。しかしながら、ＣＶＤ法で形
成された窒化チタン膜は、結晶配向が（１００）配向と
なってしまう。この窒化チタン膜は、段差被覆性が良
く、拡散障壁性は良好であるが、アルミニウム配線の信
頼性が悪い。そこで、結晶配向が（１１１）配向である
窒化チタン膜をＣＶＤ法で形成することができればよい
が、従来のＣＶＤ法では結晶配向を（１１１）配向に制
御することが非常に困難である。In an actual semiconductor device, aluminum wiring is formed on a titanium nitride film which is a diffusion barrier layer. The characteristic required for the diffusion barrier layer is the reliability of the aluminum wiring in addition to the diffusion barrier property. Recent studies have shown that the orientation of the titanium nitride film has a great influence on the reliability of the aluminum wiring. Specifically, in order to obtain high reliability of aluminum wiring,
It has been found that the crystallographic orientation of the titanium nitride film must be (111) orientation. However, the titanium nitride film formed by the CVD method has a (100) crystal orientation. This titanium nitride film has a good step coverage and a good diffusion barrier property, but the reliability of the aluminum wiring is poor. Therefore, it is sufficient if the titanium nitride film having a crystal orientation of (111) orientation can be formed by the CVD method, but it is very difficult to control the crystal orientation to the (111) orientation by the conventional CVD method.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】このように、従来の方
法では、段差被覆性が良好であり、拡散障壁性に優れ、
しかもアルミニウム配線の信頼性が高い拡散障壁層を形
成することができない。このため、従来の方法では、微
細構造の半導体装置において信頼性の高いアルミニウム
配線を形成することができないという問題点がある。As described above, according to the conventional method, the step coverage is excellent and the diffusion barrier property is excellent.
Moreover, it is not possible to form a highly reliable diffusion barrier layer for aluminum wiring. Therefore, the conventional method has a problem that it is not possible to form highly reliable aluminum wiring in a semiconductor device having a fine structure.
【０００８】本発明はかかる点に鑑みてなされたもので
あり、微細構造の半導体装置において信頼性の高い電極
配線およびその形成方法を提供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a highly reliable electrode wiring and a method for forming the same in a semiconductor device having a fine structure.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明は、半導体基板上
に形成された結晶配向が（１００）配向である第１の窒
化チタン膜と、前記第１の窒化チタン膜上に形成され、
結晶配向が（１１１）配向である第２の窒化チタン膜
と、前記第２の窒化チタン膜上に形成されたアルミニウ
ム配線とを具備することを特徴とする電極配線を提供す
る。According to the present invention, there is provided a first titanium nitride film having a crystal orientation of (100) orientation formed on a semiconductor substrate, and the first titanium nitride film formed on the first titanium nitride film.
Provided is an electrode wiring comprising a second titanium nitride film having a crystal orientation of (111) orientation and an aluminum wiring formed on the second titanium nitride film.
【００１０】また、本発明は、半導体基板上に化学的気
相成長法により結晶配向が（１００）配向である第１の
窒化チタン膜を形成する工程と、前記第１の窒化チタン
膜を少なくともハロゲン元素を含むガスに晒す工程と、
前記ガスに晒した後の前記第１の窒化チタン膜上に化学
的気相成長法により結晶配向が（１１１）配向である第
２の窒化チタン膜を形成する工程と、前記第２の窒化チ
タン膜上にアルミニウム配線を形成する工程とを具備す
ることを特徴とする電極配線の形成方法を提供する。Further, according to the present invention, a step of forming a first titanium nitride film having a (100) crystal orientation on a semiconductor substrate by a chemical vapor deposition method, and at least the first titanium nitride film. Exposing to a gas containing a halogen element,
Forming a second titanium nitride film having a crystal orientation of (111) orientation on the first titanium nitride film after being exposed to the gas by chemical vapor deposition, and the second titanium nitride film. And a step of forming aluminum wiring on the film.
【００１１】さらに、本発明は、半導体基板上に化学的
気相成長法により結晶配向が（１００）配向である第１
の窒化チタン膜を形成する工程と、少なくともハロゲン
元素を含むガスを添加しながら前記第１の窒化チタン膜
上に化学的気相成長法により結晶配向が（１１１）配向
である第２の窒化チタン膜を形成する工程と、前記第２
の窒化チタン膜上にアルミニウム配線を形成する工程と
を具備することを特徴とする電極配線の形成方法を提供
する。Further, according to the present invention, the crystal orientation is (100) orientation on the semiconductor substrate by the chemical vapor deposition method.
And a second titanium nitride having a crystal orientation of (111) by chemical vapor deposition on the first titanium nitride film while adding a gas containing at least a halogen element. A step of forming a film, and the second step
And a step of forming an aluminum wiring on the titanium nitride film, the method for forming an electrode wiring is provided.
【００１２】ここで、半導体基板とは、シリコン基板、
ＴｉＳｉ2 膜等の高融点金属のシリサイド膜が形成され
ているシリコン基板、高融点金属があらかじめ堆積され
ているシリコン基板、シリコン酸化物からなる絶縁性基
板、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板等を挙げるこ
とができる。また、少なくともハロゲン元素を含むガス
としては、塩素ガス、フッ素ガス、臭素ガス、塩化水素
ガス、四フッ化炭素ガス等を挙げることができる。ま
た、アルミニウム配線に使用される材料としては、アル
ミニウム、Ａｌ−１％Ｓｉのようなアルミニウム合金を
用いることができる。Here, the semiconductor substrate means a silicon substrate,
Examples include a silicon substrate on which a refractory metal silicide film such as a TiSi 2 film is formed, a silicon substrate on which a refractory metal is deposited in advance, an insulating substrate made of silicon oxide, and an SOI (Silicon On Insulator) substrate. be able to. Examples of the gas containing at least a halogen element include chlorine gas, fluorine gas, bromine gas, hydrogen chloride gas, carbon tetrafluoride gas and the like. As a material used for the aluminum wiring, aluminum or an aluminum alloy such as Al-1% Si can be used.
【００１３】本発明においてＣＶＤ法とは、通常使用さ
れる条件下で行われるＣＶＤ法を意味する。また、結晶
配向が（１１１）配向であるとは、Ｘ線回折において、
（１００）配向のピークがほとんど確認できない場合を
いう。In the present invention, the CVD method means a CVD method carried out under the conditions usually used. Further, the crystal orientation being (111) orientation means that in X-ray diffraction,
This is the case where the peak of the (100) orientation can hardly be confirmed.
【００１４】本発明において、少なくともハロゲン元素
を含むガスを添加しながらＣＶＤ法により窒化チタン膜
を形成する場合、少なくともハロゲン元素を含むガスの
添加量は特に制限しないが、１〜２５％であることが好
ましい。In the present invention, when the titanium nitride film is formed by the CVD method while adding the gas containing at least the halogen element, the addition amount of the gas containing at least the halogen element is not particularly limited, but is 1 to 25%. Is preferred.
【００１５】本発明において、少なくともハロゲン元素
を含むガスに晒すとは、少なくともハロゲン元素を含む
ようなガスもしくはそのガスを放電することによって生
成される励起種に晒すことをいう。In the present invention, exposing to a gas containing at least a halogen element means exposing to a gas containing at least a halogen element or an excited species generated by discharging the gas.
【００１６】[0016]
【作用】本発明の電極配線は、半導体基板上に形成され
た結晶配向が（１００）配向である第１の窒化チタン膜
と、その第１の窒化チタン膜上に形成され、結晶配向が
（１１１）配向である第２の窒化チタン膜からなる２層
構造の拡散障壁層と、その上に形成されたアルミニウム
配線とを具備することを特徴としている。The electrode wiring of the present invention is formed on the first titanium nitride film formed on the semiconductor substrate and having a crystal orientation of (100), and is formed on the first titanium nitride film and has a crystal orientation of ( It is characterized by comprising a diffusion barrier layer having a two-layer structure composed of a second titanium nitride film having a (111) orientation, and an aluminum wiring formed thereon.
【００１７】上記の構成において、第１の窒化チタン膜
は、（１００）の結晶配向を有するので、拡散障壁性が
優れている。また、第２の窒化チタン膜は、（１１１）
の結晶配向を有するので、アルミニウム配線の信頼性が
高い。したがって、上記第１および第２の窒化チタン膜
からなる積層膜は、拡散障壁性および信頼性の両特性に
優れるものである。In the above structure, the first titanium nitride film has a (100) crystal orientation, and therefore has an excellent diffusion barrier property. Further, the second titanium nitride film is (111)
The aluminum wiring has high reliability because it has a crystal orientation of. Therefore, the laminated film composed of the first and second titanium nitride films is excellent in both the diffusion barrier property and the reliability.
【００１８】また、本発明は、通常半導体基板上に結晶
配向が（１００）配向である第１の窒化チタン膜を形成
し、この第１の窒化チタン膜を少なくともハロゲン元素
を含むガスに晒した後、第１の窒化チタン膜上にＣＶＤ
法により結晶配向が（１１１）配向である第２の窒化チ
タン膜を形成し、第２の窒化チタン膜上にアルミニウム
配線を形成することを特徴としている。Further, according to the present invention, a first titanium nitride film having a crystal orientation of (100) is usually formed on a semiconductor substrate, and the first titanium nitride film is exposed to a gas containing at least a halogen element. After that, CVD is performed on the first titanium nitride film.
A second titanium nitride film having a crystal orientation of (111) is formed by a method, and an aluminum wiring is formed on the second titanium nitride film.
【００１９】第１の窒化チタン膜を少なくともハロゲン
元素を含むガスに晒すことにより、第１の窒化チタン膜
表面にチタンのハロゲン化物もしくはハロゲン原子が存
在する。このチタンのハロゲン化物もしくはハロゲン原
子により窒化チタン膜の表面が改質して第２の窒化チタ
ン膜の結晶配向が（１１１）配向となる。By exposing the first titanium nitride film to a gas containing at least a halogen element, a titanium halide or halogen atom exists on the surface of the first titanium nitride film. The surface of the titanium nitride film is modified by this titanium halide or halogen atom, and the crystal orientation of the second titanium nitride film becomes (111) orientation.
【００２０】さらに、本発明は、半導体基板上に結晶配
向が（１００）配向である第１の窒化チタン膜を形成
し、少なくともハロゲン元素を含むガスを添加しながら
第１の窒化チタン膜上にＣＶＤ法により結晶配向が（１
１１）配向である第２の窒化チタン膜を形成し、その上
にアルミニウム配線を形成することを特徴としている。Further, according to the present invention, a first titanium nitride film having a crystal orientation of (100) is formed on a semiconductor substrate, and a gas containing at least a halogen element is added to the first titanium nitride film. The crystal orientation is (1
11) The second titanium nitride film having the orientation is formed, and the aluminum wiring is formed on the second titanium nitride film.
【００２１】第２の窒化チタン膜を形成する際に、少な
くともハロゲン元素を含むガスを添加しながら行うこと
により、第１の窒化チタン膜の表面を改質することなし
に第２の窒化チタン膜の結晶配向を（１１１）配向にす
ることができる。The second titanium nitride film is formed without modifying the surface of the first titanium nitride film by adding a gas containing at least a halogen element when forming the second titanium nitride film. The crystal orientation of can be a (111) orientation.
【００２２】[0022]
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して具体
的に説明する。 （実施例１）図１は本発明のアルミニウム配線の形成に
おいて使用される薄膜形成装置の概略図である。図中１
０は真空チャンバを示す。真空チャンバ１０内の底部に
は、ヒータ１１のような加熱手段を具備した載置台１２
が設置されている。この載置台１２上には被処理体１３
が載置されている。真空チャンバ１０の頂部には、反応
ガスを供給するための第１の配管１４および少なくとも
ハロゲンを含むガスを供給するための第２の配管１５が
取り付けられている。また、真空チャンバ１０の頂部に
は、放電板支持部材１６が貫挿されており、真空チャン
バ１０と放電板支持部材１６とは絶縁体１７で絶縁され
ている。放電板支持部材１６の真空チャンバ１０内の端
部には、放電板１８が取り付けられている。また、放電
板支持部材１６の他方の端部は、高周波電源１９に電気
的に接続されている。さらに、真空チャンバ１０の側壁
には、排気口２０が設けられており、排気口２０に連結
された吸気手段（図示せず）により真空チャンバ１０内
を真空にすることができるようになっている。Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings. (Embodiment 1) FIG. 1 is a schematic view of a thin film forming apparatus used for forming an aluminum wiring according to the present invention. 1 in the figure
0 indicates a vacuum chamber. At the bottom of the vacuum chamber 10, a mounting table 12 equipped with heating means such as a heater 11 is provided.
Is installed. An object 13 to be processed is placed on the mounting table 12.
Is placed. A first pipe 14 for supplying a reaction gas and a second pipe 15 for supplying a gas containing at least a halogen are attached to the top of the vacuum chamber 10. A discharge plate supporting member 16 is inserted at the top of the vacuum chamber 10, and the vacuum chamber 10 and the discharge plate supporting member 16 are insulated by an insulator 17. A discharge plate 18 is attached to an end of the discharge plate support member 16 inside the vacuum chamber 10. The other end of the discharge plate support member 16 is electrically connected to the high frequency power supply 19. Further, an exhaust port 20 is provided on the side wall of the vacuum chamber 10, and the inside of the vacuum chamber 10 can be evacuated by an intake means (not shown) connected to the exhaust port 20. .
【００２３】次に、図１に示す薄膜形成装置を用いて、
微細な段差が設けられたシリコン基板上に窒化チタン膜
を形成する場合について説明する。Next, using the thin film forming apparatus shown in FIG.
A case where a titanium nitride film is formed on a silicon substrate provided with minute steps will be described.
【００２４】まず、被処理体１３を真空チャンバ１０内
の載置台１２上に設置し、吸気手段により排気口２０を
介して真空チャンバ１０内を真空排気した。被処理体１
３は、図２（Ａ）に示すように、幅０．５μｍ、深さ
０．７μｍの微細な段差２２が形成されているｎ+ −Ｓ
ｉ基板２１上にＴｉＳｉ2 が形成されたものである。First, the object to be processed 13 was placed on the mounting table 12 in the vacuum chamber 10, and the inside of the vacuum chamber 10 was evacuated by the suction means through the exhaust port 20. Object 1
As shown in FIG. 2A, 3 is an n + -S in which a fine step 22 having a width of 0.5 μm and a depth of 0.7 μm is formed.
TiSi 2 is formed on the i substrate 21.
【００２５】次いで、ヒータ１１によりシリコン基板を
６００℃に加熱し、第１の配管１４から原料ガスとして
四塩化チタンガスおよびアンモニアガスを各々流量１SC
CMおよび５０SCCM導入し、真空チャンバ１０内の圧力を
１０ mTorrに設定してＣＶＤを行い、図２（Ｂ）に示す
ように、ｎ+ −Ｓｉ基板２１上に厚さ５０nmの第１の窒
化チタン膜２３を形成した。第１の窒化チタン膜２３が
所定の膜厚に達したところで原料ガスの導入を停止し
た。この第１の窒化チタン膜２３は、Ｘ線回折により調
べたところ図３（Ａ）に示すように、（１００）の結晶
配向を有していた。Next, the silicon substrate is heated to 600 ° C. by the heater 11, and titanium tetrachloride gas and ammonia gas as raw material gases are supplied from the first pipe 14 at a flow rate of 1 SC, respectively.
CM and 50 SCCM are introduced, the pressure in the vacuum chamber 10 is set to 10 mTorr, and CVD is performed. As shown in FIG. 2B, the first titanium nitride having a thickness of 50 nm is formed on the n + -Si substrate 21. The film 23 was formed. The introduction of the raw material gas was stopped when the first titanium nitride film 23 reached a predetermined thickness. When the first titanium nitride film 23 was examined by X-ray diffraction, it had a (100) crystal orientation as shown in FIG.
【００２６】次いで、真空チャンバ１０内部を真空排気
し、第２の配管１５から少なくともハロゲン元素を含む
ガスとしてフッ素ガスを流量５SCCM導入し、真空チャン
バ１０内の圧力を５ mTorrに設定し、例えば、５００℃
の温度において高周波電源１９により１３．５６ＭＨｚ
の高周波電圧を放電板１８に印加し、フッ素ガスを１０
秒間放電した。その後、フッ素ガスの導入を停止し、真
空チャンバ１０内を排気し、再びヒータ１１によりシリ
コン基板を６００℃に加熱し、第１の配管１４から原料
ガスとして四塩化チタンガスおよびアンモニアガスを各
々流量１SCCMおよび５０SCCM導入し、真空チャンバ１０
内の圧力を１０ mTorrに設定してＣＶＤを行い、図２
（Ｃ）に示すように、第１の窒化チタン膜２３上に厚さ
２０nmの第２の窒化チタン膜２４を形成した。第２の窒
化チタン膜２４が所定の膜厚に達したところで原料ガス
の導入を停止した。この第２の窒化チタン膜２４は、図
３（Ｂ）に示すように、（１１１）の結晶配向を有して
いた。なお、この図において、窒化チタンの（１００）
の結晶配向が見られるが、これは主に下地の（１００）
結晶配向を有する窒化チタンによるものである。Next, the inside of the vacuum chamber 10 is evacuated, fluorine gas as a gas containing at least a halogen element is introduced through the second pipe 15 at a flow rate of 5 SCCM, and the pressure in the vacuum chamber 10 is set to 5 mTorr. 500 ° C
13.56MHz by the high frequency power source 19 at the temperature of
Is applied to the discharge plate 18, and fluorine gas is
Discharged for a second. After that, the introduction of fluorine gas is stopped, the vacuum chamber 10 is evacuated, the silicon substrate is heated again to 600 ° C. by the heater 11, and the titanium tetrachloride gas and the ammonia gas as raw material gases are flown from the first pipe 14 respectively. Introduce 1 SCCM and 50 SCCM, vacuum chamber 10
The inside pressure is set to 10 mTorr, and CVD is performed.
As shown in (C), a second titanium nitride film 24 having a thickness of 20 nm was formed on the first titanium nitride film 23. The introduction of the source gas was stopped when the second titanium nitride film 24 reached a predetermined thickness. The second titanium nitride film 24 had a (111) crystal orientation as shown in FIG. In this figure, titanium nitride (100)
Although the crystal orientation of (100) is mainly observed,
This is due to titanium nitride having a crystal orientation.
【００２７】次いで、第２の窒化チタン膜まで形成した
シリコン基板を薄膜形成装置から取り出し、スパッタリ
ング装置に設置した。ターゲットととしてＡｌ−Ｓｉ−
Ｃｕ合金ターゲットを用い、Ａｒガス中でＡｒガス圧力
１０-1Ｐａ、印加電力６kWの条件でスパッタリングし
て、図２（Ｄ）に示すように、第２の窒化チタン膜２４
上に厚さ０．１μｍのアルミニウム配線２５を形成し
た。Then, the silicon substrate having the second titanium nitride film formed thereon was taken out from the thin film forming apparatus and placed in a sputtering apparatus. Al-Si- as a target
As shown in FIG. 2D, the second titanium nitride film 24 was formed by sputtering using a Cu alloy target in Ar gas under the conditions of Ar gas pressure of 10 −1 Pa and applied power of 6 kW.
An aluminum wiring 25 having a thickness of 0.1 μm was formed on top.
【００２８】次に、上記のようにして得られた本発明の
アルミニウム配線について、接合リーク電流特性を調べ
た。その結果を図４（Ａ）に示す。なお、接合リーク電
流は２．５Ｖの定電圧を印加したときの電流を四端子法
により測定し、その常用対数を算出した。また、比較と
して、窒化チタン膜としてスパッタリング法により形成
された１層構造の膜を使用した場合を図４（Ｂ）に示
す。図４（Ａ）および（Ｂ）に示すように、本発明のア
ルミニウム配線の方が接合リーク電流特性が良好である
ことが分かる。Next, the junction leakage current characteristics of the aluminum wiring of the present invention obtained as described above were examined. The result is shown in FIG. The junction leakage current was obtained by measuring the current when a constant voltage of 2.5 V was applied by the four-terminal method and calculating the common logarithm thereof. As a comparison, FIG. 4B shows the case where a film having a one-layer structure formed by a sputtering method is used as the titanium nitride film. As shown in FIGS. 4A and 4B, it can be seen that the aluminum wiring of the present invention has better junction leakage current characteristics.
【００２９】また、本発明のアルミニウム配線につい
て、コンタクト抵抗のコンタクトサイズ依存性を調べ
た。その結果を図５に示す。なお、コンタクト抵抗は四
端子法により測定した。また、比較として、スパッタリ
ング法により形成された窒化チタン膜を用いた場合も示
した。図５から分かるように、本発明のアルミニウム配
線の方がコンタクト抵抗が小さい。これは、コンタクト
サイズが小さくなるにつれて顕著である。特に、コンタ
クトサイズが０．７μｍより小さい領域で顕著である。
図４および図５から、本発明のアルミニウム配線は、優
れた拡散障壁性を有することが分かる。Further, regarding the aluminum wiring of the present invention, the dependency of the contact resistance on the contact size was examined. The result is shown in FIG. The contact resistance was measured by the four-terminal method. Further, as a comparison, the case where a titanium nitride film formed by a sputtering method is used is also shown. As can be seen from FIG. 5, the aluminum wiring of the present invention has a smaller contact resistance. This is remarkable as the contact size becomes smaller. In particular, it is remarkable in the region where the contact size is smaller than 0.7 μm.
4 and 5 that the aluminum wiring of the present invention has an excellent diffusion barrier property.
【００３０】さらに、本発明のアルミニウム配線につい
て、ストレスマイグレーション試験を行った。その結果
を図６に示す。なお、ストレスマイグレーション試験
は、アルミニウム配線上に厚さ１μｍのＰＳＧ（リンシ
リケートガラス）および厚さ０．５μｍのシリコン窒化
膜を形成し、四端子法により測定した。図６から分かる
ように、本発明のアルミニウム配線は、スパッタリング
法で形成した窒化チタン膜と同程度の信頼性が得られ
る。Further, a stress migration test was conducted on the aluminum wiring of the present invention. The result is shown in FIG. In the stress migration test, a PSG (phosphorus silicate glass) having a thickness of 1 μm and a silicon nitride film having a thickness of 0.5 μm were formed on the aluminum wiring, and the stress migration test was performed by the four-terminal method. As can be seen from FIG. 6, the aluminum wiring of the present invention is as reliable as the titanium nitride film formed by the sputtering method.
【００３１】このように、本発明のアルミニウム配線
は、微細なコンタクトにおいて、優れた拡散障壁性かつ
高い信頼性を発揮する。 （実施例２）実施例１と同様にして、ｎ+ −Ｓｉ基板上
に（１００）の結晶配向を有する第１の窒化チタン膜を
厚さ５０nmで形成した。なお、薄膜形成装置は図１に示
すものを用いた。次いで、原料ガスを導入したまま、第
２の配管から少なくともハロゲン元素を含むガスとして
塩化水素ガスを０．５SCCM導入し、真空チャンバ内の圧
力を１０ mTorrに設定してＣＶＤを行い、第１の窒化チ
タン膜上に厚さ２０nmの第２の窒化チタン膜を形成し
た。この第２の窒化チタン膜は、（１１１）の結晶配向
を有していた。第２の窒化チタン膜が所定の膜厚に達し
たところで原料ガスの導入を停止した。As described above, the aluminum wiring of the present invention exhibits excellent diffusion barrier properties and high reliability in fine contacts. (Example 2) In the same manner as in Example 1, a first titanium nitride film having a (100) crystal orientation was formed on an n + -Si substrate to a thickness of 50 nm. The thin film forming apparatus shown in FIG. 1 was used. Then, with the source gas being introduced, 0.5 SCCM of hydrogen chloride gas as a gas containing at least a halogen element is introduced from the second pipe, the pressure in the vacuum chamber is set to 10 mTorr, and CVD is performed. A second titanium nitride film having a thickness of 20 nm was formed on the titanium nitride film. This second titanium nitride film had a (111) crystal orientation. The introduction of the raw material gas was stopped when the second titanium nitride film reached a predetermined thickness.
【００３２】次いで、第２の窒化チタン膜まで形成した
シリコン基板を薄膜形成装置から取り出し、スパッタリ
ング装置に設置した。ターゲットとしてＡｌ−Ｓｉ−Ｃ
ｕ合金ターゲットを用い、Ａｒガス中でＡｒガス圧力１
０-1Ｐａ、印加電力６kWの条件でスパッタリングして、
第２の窒化チタン膜上に（１１１）の結晶配向を有する
厚さ０．１μｍのアルミニウム配線を形成した。Then, the silicon substrate on which the second titanium nitride film was formed was taken out from the thin film forming apparatus and placed in the sputtering apparatus. Al-Si-C as a target
Ar gas pressure 1 in Ar gas using u alloy target
Sputtering under the conditions of 0 -1 Pa and applied power of 6 kW,
An aluminum wiring having a (111) crystal orientation and a thickness of 0.1 μm was formed on the second titanium nitride film.
【００３３】この方法により得られたアルミニウム配線
は、実施例１において形成されたアルミニウム配線と同
様の拡散障壁性および信頼性を示した。The aluminum wiring obtained by this method exhibited the same diffusion barrier property and reliability as the aluminum wiring formed in Example 1.
【００３４】上記実施例１，２においては、少なくとも
ハロゲン元素を含むガスを用いることによる窒化チタン
膜の配向性の制御は、下地としての窒化チタン膜表面に
おいてのみ有効であるわけではなく、他の物質の表面に
おいても有効である。例えば、シリコン基板やシリコン
酸化膜の表面を少なくともハロゲン元素を含むようなガ
スによって上記実施例と同様の条件で改質させても、図
３（Ｃ）に示すように、（１１１）配向を有する窒化チ
タン膜を形成することができる。In Examples 1 and 2, the control of the orientation of the titanium nitride film by using the gas containing at least a halogen element is not effective only on the surface of the titanium nitride film as the underlayer, and other It is also effective on the surface of materials. For example, even if the surface of the silicon substrate or the silicon oxide film is modified with a gas containing at least a halogen element under the same conditions as in the above embodiment, as shown in FIG. 3C, it has a (111) orientation. A titanium nitride film can be formed.
【００３５】本発明は、上述した実施例に限定されな
い。例えば、チタンの原料ガスとして、四塩化チタンガ
スの代りにチタンの有機錯体ガス等を用いてもよく、窒
素の原料ガスとして、アンモニアの代りに窒素ガス、ヒ
ドラジンガス等を用いてもよく、少なくともハロゲン元
素を含むガスとして、フッ素ガスや塩化水素ガスの代り
に他のハロゲンガス等を用いてもよい。The invention is not limited to the embodiments described above. For example, as a raw material gas of titanium, an organic complex gas of titanium or the like may be used instead of titanium tetrachloride gas, and as a raw material gas of nitrogen, nitrogen gas or hydrazine gas may be used instead of ammonia, at least. As the gas containing a halogen element, another halogen gas or the like may be used instead of the fluorine gas or the hydrogen chloride gas.
【００３６】上記実施例１，２では、真空チャンバ内で
高周波電圧を用いてフッ素ガスの放電を行っているが、
この方法に限定されるわけではなく、真空チャンバとは
別の場所で少なくともハロゲン元素を含むガスを放電し
てハロゲン元素の励起種を発生させ、それを真空チャン
バ内の被処理体近傍に導入してもよい。また、単にハロ
ゲン元素を含むガスに加熱した被処理体を晒したり、ハ
ロゲン元素を含むガスを加熱し、被処理体に晒すだけで
もよい。In Embodiments 1 and 2 above, the fluorine gas is discharged using a high frequency voltage in the vacuum chamber.
The method is not limited to this method, and a gas containing at least a halogen element is discharged at a place different from the vacuum chamber to generate an excited species of the halogen element, and the excited species of the halogen element is introduced near the object to be processed in the vacuum chamber. May be. Further, the heated object may be simply exposed to the gas containing the halogen element, or the gas containing the halogen element may be heated and exposed to the object.
【００３７】上記実施例１，２では、窒化チタン膜の成
膜方法として、いわゆる熱ＣＶＤ法を用いているが、本
発明は熱ＣＶＤ法に限定されるわけではなく、マイクロ
波や高周波を用いたいわゆるプラズマＣＶＤ法を用いて
もよいし、光ＣＶＤ法を用いてもよい。Although the so-called thermal CVD method is used as the method for forming the titanium nitride film in Examples 1 and 2 above, the present invention is not limited to the thermal CVD method, and microwaves or high frequencies are used. The so-called plasma CVD method may be used, or the optical CVD method may be used.
【００３８】なお、上記実施例ではアルミニウム配線に
ついて述べたが、このアルミニウム配線とは、アルミニ
ウムまたはアルミニウム合金からなる配線を意味する。
さらに、アルミニウム配線以外に銅、銀、金等の面心立
方構造をとる金属もしくはこれらの合金からなる配線、
さらには、（１１１）の結晶配向を有する窒化チタンと
格子整合の良い金属もしくはその合金からなる配線を用
いることもできる。Although the aluminum wiring has been described in the above embodiment, the aluminum wiring means a wiring made of aluminum or aluminum alloy.
Furthermore, in addition to aluminum wiring, wiring made of metal having a face-centered cubic structure such as copper, silver, or gold, or alloys thereof,
Furthermore, it is also possible to use a wiring made of a metal having a good lattice matching with titanium nitride having a (111) crystal orientation or an alloy thereof.
【００３９】その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で
種々の変形が可能である。Besides, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
【００４０】[0040]
【発明の効果】以上説明した如く本発明のアルミニウム
配線は、半導体基板上に形成された第１の窒化チタン膜
と、前記第１の窒化チタン膜上に化学的気相成長法によ
り形成され、結晶配向が（１１１）配向である第２の窒
化チタン膜と、前記第２の窒化チタン膜上に形成された
アルミニウム配線とを具備するので、微細構造の半導体
装置において段差被覆性、優れた拡散障壁性、および高
い信頼性を発揮するものである。As described above, the aluminum wiring of the present invention is formed by a first titanium nitride film formed on a semiconductor substrate and a chemical vapor deposition method on the first titanium nitride film. Since the second titanium nitride film having a crystal orientation of (111) orientation and the aluminum wiring formed on the second titanium nitride film are provided, step coverage and excellent diffusion in a semiconductor device having a fine structure are provided. It exhibits barrier properties and high reliability.
【００４１】また、本発明のアルミニウム配線の形成方
法は、半導体基板上にＣＶＤ法により第１の窒化チタン
膜を形成し、この第１の窒化チタン膜を少なくともハロ
ゲン元素を含むガスに接触させながら第１の窒化チタン
膜上にＣＶＤ法により結晶配向が（１１１）配向である
第２の窒化チタン膜を形成し、第２の窒化チタン膜上に
アルミニウム配線を形成するので、段差被覆性に優れた
ＣＶＤ法により優れた拡散障壁性および高い信頼性を発
揮するアルミニウム配線を効率よく形成することができ
る。Further, in the method for forming the aluminum wiring of the present invention, the first titanium nitride film is formed on the semiconductor substrate by the CVD method, and the first titanium nitride film is brought into contact with a gas containing at least a halogen element. Since the second titanium nitride film having the crystal orientation (111) orientation is formed on the first titanium nitride film by the CVD method and the aluminum wiring is formed on the second titanium nitride film, the step coverage is excellent. With the CVD method, aluminum wiring exhibiting excellent diffusion barrier properties and high reliability can be efficiently formed.
【図１】本発明のアルミニウム配線の形成に使用される
薄膜形成装置の概略図。FIG. 1 is a schematic view of a thin film forming apparatus used for forming aluminum wiring according to the present invention.
【図２】（Ａ）〜（Ｄ）は本発明のアルミニウム配線の
形成方法の成膜工程を示す断面図。2A to 2D are cross-sectional views showing a film forming process of a method for forming an aluminum wiring according to the present invention.
【図３】（Ａ）は第１の窒化チタン膜のＸ線回折結果、
（Ｂ）は本発明における２層構造の窒化チタン膜のＸ線
回折結果、（Ｃ）は第２の窒化チタン膜のＸ線回折結
果。FIG. 3A is an X-ray diffraction result of the first titanium nitride film,
(B) is an X-ray diffraction result of the titanium nitride film having a two-layer structure in the present invention, and (C) is an X-ray diffraction result of the second titanium nitride film.
【図４】（Ａ）および（Ｂ）は、アルミニウム配線の接
合リーク電流特性を示すグラフ。4A and 4B are graphs showing junction leakage current characteristics of aluminum wiring.
【図５】アルミニウム配線のコンタクト抵抗のコンタク
トサイズ依存性を示すグラフ。FIG. 5 is a graph showing the contact size dependence of the contact resistance of aluminum wiring.
【図６】ストレスマイグレーション試験の結果を示すグ
ラフ。FIG. 6 is a graph showing the results of a stress migration test.
【図７】段差を有する半導体基板にスパッタリング法に
より窒化チタン膜を形成した場合を示す断面図。FIG. 7 is a cross-sectional view showing a case where a titanium nitride film is formed on a semiconductor substrate having steps by a sputtering method.
１０…真空チャンバ、１１…ヒータ、１２…載置台、１
３…被処理体、１４…第１の配管、１５…第２の配管、
１６…放電板支持部材、１７…絶縁体、１８…放電板、
１９…高周波電源、２０…排気口、２１…ｎ+ −Ｓｉ基
板、２２…段差、２３…第１の窒化チタン膜、２４…第
２の窒化チタン膜、２５…アルミニウム配線。10 ... Vacuum chamber, 11 ... Heater, 12 ... Mounting table, 1
3 ... Object to be treated, 14 ... First pipe, 15 ... Second pipe,
16 ... Discharge plate support member, 17 ... Insulator, 18 ... Discharge plate,
19 ... High frequency power source, 20 ... Exhaust port, 21 ... N + -Si substrate, 22 ... Step, 23 ... First titanium nitride film, 24 ... Second titanium nitride film, 25 ... Aluminum wiring.
Claims (3)
（１００）配向である第１の窒化チタン膜と、前記第１
の窒化チタン膜上に形成され、結晶配向が（１１１）配
向である第２の窒化チタン膜と、前記第２の窒化チタン
膜上に形成されたアルミニウム配線とを具備することを
特徴とする電極配線。1. A first titanium nitride film having a crystal orientation of (100) formed on a semiconductor substrate, and the first titanium nitride film.
And a second titanium nitride film having a crystal orientation of (111), and an aluminum wiring formed on the second titanium nitride film. wiring.
結晶配向が（１００）配向である第１の窒化チタン膜を
形成する工程と、前記第１の窒化チタン膜を少なくとも
ハロゲン元素を含むガスに晒す工程と、前記ガスに晒し
た後の前記第１の窒化チタン膜上に化学的気相成長法に
より結晶配向が（１１１）配向である第２の窒化チタン
膜を形成する工程と、前記第２の窒化チタン膜上にアル
ミニウム配線を形成する工程とを具備することを特徴と
する電極配線の形成方法。2. A step of forming a first titanium nitride film having a crystal orientation of (100) on a semiconductor substrate by a chemical vapor deposition method, and the first titanium nitride film containing at least a halogen element. A step of exposing to a gas, and a step of forming a second titanium nitride film having a crystal orientation of (111) orientation on the first titanium nitride film after being exposed to the gas by a chemical vapor deposition method; And a step of forming aluminum wiring on the second titanium nitride film.
結晶配向が（１００）配向である第１の窒化チタン膜を
形成する工程と、少なくともハロゲン元素を含むガスを
添加しながら前記第１の窒化チタン膜上に化学的気相成
長法により結晶配向が（１１１）配向である第２の窒化
チタン膜を形成する工程と、前記第２の窒化チタン膜上
にアルミニウム配線を形成する工程とを具備することを
特徴とする電極配線の形成方法。3. A step of forming a first titanium nitride film having a crystal orientation of (100) orientation on a semiconductor substrate by a chemical vapor deposition method, and the first titanium nitride film while adding a gas containing at least a halogen element. Forming a second titanium nitride film having a (111) crystal orientation on the titanium nitride film by chemical vapor deposition, and forming an aluminum wiring on the second titanium nitride film. A method for forming electrode wiring, comprising:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35117193A JPH07201779A (en) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | Electrode wiring and its formation |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP35117193A JPH07201779A (en) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | Electrode wiring and its formation |
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| JPH07201779A true JPH07201779A (en) | 1995-08-04 |
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|---|---|---|---|
| JP35117193A Pending JPH07201779A (en) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | Electrode wiring and its formation |
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|---|---|
| JP (1) | JPH07201779A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006109287A (en) * | 2004-10-08 | 2006-04-20 | Alps Electric Co Ltd | Surface acoustic wave element and manufacturing method thereof |
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| WO2009093366A1 (en) | 2008-01-25 | 2009-07-30 | Adeka Corporation | Metal compound, chemical vapor deposition material containing the same, and method for producing metal-containing thin film |
| US7923839B2 (en) | 2008-03-21 | 2011-04-12 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device and method for fabricating semiconductor device |
-
1993
- 1993-12-28 JP JP35117193A patent/JPH07201779A/en active Pending
Cited By (5)
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