JP2000114263A - Semiconductor integrated circuit device and its manufacture - Google Patents

Semiconductor integrated circuit device and its manufacture

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JP2000114263A
JP2000114263A JP28652998A JP28652998A JP2000114263A JP 2000114263 A JP2000114263 A JP 2000114263A JP 28652998 A JP28652998 A JP 28652998A JP 28652998 A JP28652998 A JP 28652998A JP 2000114263 A JP2000114263 A JP 2000114263A
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JP
Japan
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film
forming
titanium
semiconductor substrate
integrated circuit
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JP28652998A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoji Ashihara
洋司 芦原
Naoki Fukuda
直樹 福田
Hideo Aoki
英雄 青木
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve electromigration resistance of an Al alloy wiring. SOLUTION: A laminated film, consisting of a lower layer Ti film 9a wherein Ti (002) orientation, is relatively storing, a TiN film 9b where TiN (111) orientation is relatively strong and an upper layer Ti film 9c is interposed on a plug electrode 8 constituted of a W film 7 for forming an Al alloy wiring 11 where Al (111) orientation is relatively strong. Furthermore, the grain diameter of the Al alloy wiring 11 is made as small as about 0.2 to 1.0 μm and the dispersion of the grain diameter is made relatively small. As a result, the electromigration resistance of the Al alloy wiring 11 is improved.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路装
置およびその製造技術に関し、特に、アルミニウム(A
l)合金膜によって構成される配線を有する半導体集積
回路装置に適用して有効な技術に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor integrated circuit device and a technique for manufacturing the same, and more particularly, to aluminum (A)
1) The present invention relates to a technique which is effective when applied to a semiconductor integrated circuit device having a wiring constituted by an alloy film.

【0002】[0002]

【従来の技術】スパッタリング法で形成されたAl合金
膜によって構成される配線(以下、Al合金配線と略
す)は良好なカバレジを得ることが限界になりつつあ
り、半導体集積回路装置の高集積化、微細化に伴うアス
ペクト比の高いスルーホールには適用することが難しく
なってきている。そこで、スルーホールにタングステン
(W)膜を埋め込み、W膜によって構成されるプラグ電
極を形成した後に、Al合金配線を形成する技術が検討
されている。
2. Description of the Related Art Wiring constituted by an Al alloy film formed by a sputtering method (hereinafter, abbreviated as Al alloy wiring) is becoming a limit in obtaining good coverage, and high integration of a semiconductor integrated circuit device is being achieved. However, it is becoming difficult to apply the method to through holes having a high aspect ratio due to miniaturization. Therefore, a technique of burying a tungsten (W) film in a through hole, forming a plug electrode made of the W film, and then forming an Al alloy wiring has been studied.

【0003】しかし、このプラグ電極を用いたAl合金
配線では、Al合金配線からプラグ電極へAlが流れ込
み、Al合金配線の一部分が消失するという問題が生ず
る。そこで、Al合金配線の下層に窒化チタン(Ti
N)膜をバリアメタルとして配置したAl合金/TiN
積層配線が採用されている。
However, in the Al alloy wiring using the plug electrode, there is a problem that Al flows from the Al alloy wiring to the plug electrode and a part of the Al alloy wiring disappears. Therefore, titanium nitride (Ti
N) Al alloy / TiN in which film is arranged as barrier metal
Stacked wiring is employed.

【0004】なお、Al合金/TiN積層配線について
は、例えばプレスジャーナル発行「月刊セミコンダクタ
ー・ワールド(Semiconductor World )」1995年1
2月号、p150〜p155などに記載されている。
[0004] The Al alloy / TiN laminated wiring is described in, for example, “Monthly Semiconductor World” published by Press Journal, January 1995.
It is described in the February issue, p150-p155 and the like.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本発明
者が検討したところによると、前記Al合金/TiN積
層配線においては、以下の課題が残されている。
However, according to studies made by the present inventors, the following problems remain in the Al alloy / TiN laminated wiring.

【0006】すなわち、Al合金配線のエレクトロマイ
グレーション耐性は、その結晶配向に依存し、Al(1
11)配向のAl合金配線において良好なエレクトロマ
イグレーション耐性が得られる。しかし、TiN膜上に
成膜されるAl合金膜は、Al(111)、Al(20
0)およびAl(311)配向を有するために、Al合
金/TiN積層配線ではエレクトロマイグレーション耐
性が劣化する可能性がある。
That is, the electromigration resistance of an Al alloy wiring depends on its crystal orientation, and Al (1
11) Good electromigration resistance is obtained in the oriented Al alloy wiring. However, the Al alloy film formed on the TiN film is made of Al (111), Al (20).
0) and Al (311) orientation, the electromigration resistance may be deteriorated in the Al alloy / TiN laminated wiring.

【0007】さらに、Al合金配線のエレクトロマイグ
レーション耐性は、Al合金膜の粒径の標準偏差の2乗
に反比例する。従って、Al合金膜の粒径を小さくし
て、そのばらつきを小さくすれば、エレクトロマイグレ
ーション耐性は向上すると考えられた。しかし、スパッ
タリング法によって成膜されるAl合金膜は、良好なカ
バレジを得るために、半導体基板を約350℃に加熱し
て成膜しなくてはならず、この結果、Al合金膜の粒径
が約0.5〜4μm程度と大きくなり、また、そのばらつ
きも大きくなる。
Further, the electromigration resistance of the Al alloy wiring is inversely proportional to the square of the standard deviation of the grain size of the Al alloy film. Therefore, it was considered that the electromigration resistance would be improved by reducing the particle size of the Al alloy film and reducing its variation. However, in order to obtain good coverage, the Al alloy film formed by the sputtering method must be formed by heating the semiconductor substrate to about 350 ° C. As a result, the particle size of the Al alloy film Becomes as large as about 0.5 to 4 μm, and its variation also increases.

【0008】本発明の目的は、Al合金配線のエレクト
ロマイグレーション耐性を向上することのできる技術を
提供することにある。
An object of the present invention is to provide a technique capable of improving the electromigration resistance of an Al alloy wiring.

【0009】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。
The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
次のとおりである。すなわち、 (1)本発明の半導体集積回路装置は、W膜によって構
成されるプラグ電極上に、下層チタン(Ti)膜、Ti
N膜および上層Ti膜からなる積層膜を介在して接続さ
れるAl合金配線を有しており、下層Ti膜はTi(0
02)配向が相対的に強く、TiN膜はTiN(11
1)配向が相対的に強く、Al合金配線はAl(11
1)配向が相対的に強いと共に、Al合金配線の粒径が
約1.0μm以下である。
SUMMARY OF THE INVENTION Among the inventions disclosed in the present application, the outline of a representative one will be briefly described.
It is as follows. That is, (1) The semiconductor integrated circuit device of the present invention has a structure in which a lower titanium (Ti) film, a Ti
It has an Al alloy wiring connected through a laminated film composed of an N film and an upper Ti film, and the lower Ti film has a Ti (0
02) orientation is relatively strong, and the TiN film is TiN (11
1) The orientation is relatively strong.
1) The orientation is relatively strong, and the grain size of the Al alloy wiring is about 1.0 μm or less.

【0011】(2)また、本発明の半導体集積回路装置
の製造方法は、W膜によって構成されるプラグ電極上
に、下層Ti膜、TiN膜および上層Ti膜からなる積
層膜を介在して接続されるAl合金配線を形成する際、
下層配線が形成された半導体基板上に層間絶縁膜を形成
した後、層間絶縁膜に下層配線に達するスルーホールを
形成し、次いで半導体基板上にバリア層およびW膜を順
次堆積する。次に、W膜の表面およびバリア層の露出し
た表面を化学的機械研磨法によって平坦化し、スルーホ
ール内にバリア層およびW膜を埋め込んだ後、半導体基
板上に少なくとも下層Ti膜およびTiN膜を大気開放
せずに順次堆積した後、続いて半導体基板上に上層Ti
膜を堆積し、次いで室温から150℃の温度に維持され
た半導体基板上にスパッタリング法によってAl合金膜
を形成するものである。
(2) In the method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the present invention, the semiconductor device is connected to a plug electrode formed of a W film via a laminated film including a lower Ti film, a TiN film and an upper Ti film. When forming the Al alloy wiring to be performed,
After forming an interlayer insulating film on the semiconductor substrate on which the lower wiring is formed, a through hole reaching the lower wiring is formed in the interlayer insulating film, and then a barrier layer and a W film are sequentially deposited on the semiconductor substrate. Next, the surface of the W film and the exposed surface of the barrier layer are flattened by a chemical mechanical polishing method, and the barrier layer and the W film are buried in the through holes. Then, at least the lower Ti film and the TiN film are formed on the semiconductor substrate. After successive deposition without opening to the atmosphere, the upper layer Ti
A film is deposited, and then an Al alloy film is formed on a semiconductor substrate maintained at a temperature from room temperature to 150 ° C. by a sputtering method.

【0012】上記した手段によれば、Ti(002)配
向が相対的に強い下層Ti膜、TiN(111)配向が
相対的に強いTiN膜を介在してAl合金膜を形成する
ことによって、Al合金膜のAl(200)配向または
Al(311)配向が抑制されて、Al(111)配向
が相対的に強いAl合金膜が形成される。さらに、Al
合金膜を室温から150℃の比較的低温でスパッタリン
グ法で形成することによって、Al合金膜の粒径の成長
速度が抑制されて、粒径は約0.2〜1.0μm程度と小さ
くなり、そのばらつきも小さくなるので、Al合金膜に
よって構成される配線のエレクトロマイグレーション耐
性が向上する。
According to the above means, the Al alloy film is formed with the lower Ti film having relatively strong Ti (002) orientation and the TiN film having relatively strong TiN (111) orientation interposed therebetween, whereby the Al alloy film is formed. The Al (200) orientation or the Al (311) orientation of the alloy film is suppressed, and an Al alloy film having a relatively strong Al (111) orientation is formed. Furthermore, Al
By forming the alloy film by sputtering at a relatively low temperature from room temperature to 150 ° C., the growth rate of the grain size of the Al alloy film is suppressed, and the grain size is reduced to about 0.2 to 1.0 μm, Since the variation is reduced, the electromigration resistance of the wiring constituted by the Al alloy film is improved.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0014】なお、実施の形態を説明するための全図に
おいて同一機能を有するものは同一の符号を付し、その
繰り返しの説明は省略する。
In all the drawings for describing the embodiments, components having the same function are denoted by the same reference numerals, and their repeated description will be omitted.

【0015】(実施の形態1)図1は、本発明の一実施
の形態であるAl合金配線を有する多層配線を示す半導
体基板の要部断面図である。
(Embodiment 1) FIG. 1 is a sectional view of a principal part of a semiconductor substrate showing a multilayer wiring having an Al alloy wiring according to an embodiment of the present invention.

【0016】半導体素子(図示せず)が形成された半導
体基板1上に層間絶縁膜2が形成されており、この層間
絶縁膜2の上層に下層配線3が形成されている。さら
に、この下層配線3を覆って層間絶縁膜4が形成されて
おり、この層間絶縁膜4を貫通して下層配線3に達する
スルーホール5が層間絶縁膜4に形成されている。スル
ーホール5にはバリア層6およびW膜7が順次埋め込ま
れており、W膜7によってプラグ電極8が構成されてい
る。
An interlayer insulating film 2 is formed on a semiconductor substrate 1 on which a semiconductor element (not shown) is formed, and a lower wiring 3 is formed on the interlayer insulating film 2. Further, an interlayer insulating film 4 is formed to cover the lower wiring 3, and a through hole 5 penetrating through the interlayer insulating film 4 and reaching the lower wiring 3 is formed in the interlayer insulating film 4. A barrier layer 6 and a W film 7 are sequentially buried in the through hole 5, and the W film 7 forms a plug electrode 8.

【0017】層間絶縁膜4の上層には、下層Ti膜9
a、TiN膜9bおよび上層Ti膜9cが順次堆積され
た積層膜が形成されており、下層Ti膜9aはTi(0
02)、TiN膜9bはTiN(111)に相対的に強
く配向している。この積層膜の上には、銅(Cu)を0.
5wt%含むAl合金膜10によって構成されるAl合
金配線11が形成されている。このAl合金配線11の
粒径は約0.2〜1.0μm程度であり、また、Al合金配
線11は、Al(111)に相対的に強く配向してい
る。Al合金配線11上には、Ti膜12aおよびTi
N膜12bが順次堆積されている。
On the upper layer of the interlayer insulating film 4, a lower Ti film 9
a, a TiN film 9b and an upper Ti film 9c are sequentially deposited to form a laminated film, and the lower Ti film 9a is formed of Ti (0
02), the TiN film 9b is relatively strongly oriented to TiN (111). On this laminated film, copper (Cu) is added to a thickness of 0.
An Al alloy wiring 11 composed of an Al alloy film 10 containing 5 wt% is formed. The grain size of the Al alloy wiring 11 is about 0.2 to 1.0 μm, and the Al alloy wiring 11 is oriented relatively strongly to Al (111). On the Al alloy wiring 11, a Ti film 12a and a Ti film
N films 12b are sequentially deposited.

【0018】図2に、Ti膜、TiN膜およびTi膜か
らなる積層膜上にスパッタリング法によって形成された
Al合金膜のX線回折結果におけるAl(111)の回
折強度、およびTiN膜上にスパッタリング法によって
形成されたAl合金膜のX線回折結果におけるAl(1
11)の回折強度を示す。Ti膜、TiN膜およびTi
膜からなる積層膜上に形成されたAl合金膜のAl(1
11)の回折強度は、TiN膜上に形成されたAl合金
膜のAl(111)の回折強度の約5倍を示しており、
上記積層膜上にAl合金膜を形成することによって、A
l合金膜のAl(111)配向性が向上することがわか
る。
FIG. 2 shows the diffraction intensity of Al (111) in the X-ray diffraction result of the Al alloy film formed on the laminated film composed of the Ti film, the TiN film and the Ti film, and the sputtering on the TiN film. Al (1) in the X-ray diffraction results of the Al alloy film formed by the
11) shows the diffraction intensity. Ti film, TiN film and Ti
Al (1) of the Al alloy film formed on the laminated film
The diffraction intensity of 11) is about five times the diffraction intensity of Al (111) of the Al alloy film formed on the TiN film,
By forming an Al alloy film on the laminated film, A
It can be seen that the Al (111) orientation of the 1 alloy film is improved.

【0019】次に、本実施の形態であるAl合金配線の
製造方法を図3〜図9に示す半導体基板の要部断面図を
用いて説明する。
Next, a method of manufacturing an Al alloy wiring according to the present embodiment will be described with reference to cross-sectional views of essential parts of a semiconductor substrate shown in FIGS.

【0020】まず、図3に示すように、半導体素子(図
示せず)が形成された半導体基板1上に層間絶縁膜2を
形成した後、この層間絶縁膜2の上層に下層配線3を形
成し、次いで下層配線3の上層に層間絶縁膜4を形成す
る。上記下層配線3は、例えば、下層高融点金属膜3
a、Al合金膜3bおよび上層高融点金属膜3cからな
る積層膜によって構成されている。下層高融点金属膜3
aおよび上層高融点金属膜3cは、例えば、W膜、Ti
N膜、タングステンチタン(TiW)膜、またはモリブ
デンシリサイド(MoSi2 )膜である。次いで、レジ
ストパターンをマスクにして層間絶縁膜4をエッチング
し、下層配線3に達するスルーホール5を形成する。
First, as shown in FIG. 3, after an interlayer insulating film 2 is formed on a semiconductor substrate 1 on which a semiconductor element (not shown) is formed, a lower wiring 3 is formed on the interlayer insulating film 2. Then, an interlayer insulating film 4 is formed above the lower wiring 3. The lower wiring 3 is, for example, a lower refractory metal film 3.
a, an aluminum alloy film 3b and an upper refractory metal film 3c. Lower refractory metal film 3
a and the upper refractory metal film 3c are, for example, a W film, Ti
An N film, a tungsten titanium (TiW) film, or a molybdenum silicide (MoSi 2 ) film. Next, the interlayer insulating film 4 is etched using the resist pattern as a mask to form a through hole 5 reaching the lower wiring 3.

【0021】次に、図4に示すように、半導体基板1上
にスパッタリング法によってバリア層6を形成した後、
半導体基板1上にCVD(Chemical Vapor Deposition
)法によって高融点金属膜、例えばW膜7を堆積す
る。バリア層6は、下層配線3とW膜7との電気的接触
性を高め、また、W膜7を成膜する際の反応ガスが、下
層配線3へ侵入するのを防ぐために設けられている。
Next, as shown in FIG. 4, after forming a barrier layer 6 on the semiconductor substrate 1 by a sputtering method,
CVD (Chemical Vapor Deposition) on the semiconductor substrate 1
A high melting point metal film, for example, a W film 7 is deposited by the method. The barrier layer 6 is provided to enhance the electrical contact between the lower wiring 3 and the W film 7 and to prevent a reaction gas when forming the W film 7 from entering the lower wiring 3. .

【0022】バリア層6は、Ti膜、TiN膜、W膜ま
たはコバルト(Co)膜、あるいはこれらの膜からなる
積層膜によって構成される。また、上記高融点金属膜
は、CVD法によって形成されるW膜6に限定されるも
のではなく、CVD法によって形成されるAl合金膜、
あるいはスパッタリング法によって形成されるW膜、T
iN膜、Ti膜またはAl合金膜によって構成してもよ
い。
The barrier layer 6 is composed of a Ti film, a TiN film, a W film, a cobalt (Co) film, or a laminated film composed of these films. Further, the high melting point metal film is not limited to the W film 6 formed by the CVD method, but may be an Al alloy film formed by the CVD method,
Alternatively, a W film formed by a sputtering method, T
It may be composed of an iN film, a Ti film or an Al alloy film.

【0023】次いで、図5に示すように、W膜7の表面
およびバリア層6の露出した表面を化学的機械研磨(Ch
emical Mechanical Polishing ;CMP)技術によって
平坦化して、スルーホール5内にバリア層6およびW膜
7を埋め込み、W膜7によってプラグ電極8を構成す
る。しかし、CMP後の層間絶縁膜4およびW膜7の表
面には研磨液の成分、例えばアルミナなどからなる表面
反応層13が付着している。そこで、この後、図6に示
すように、まず、高真空装置を用いた加熱処理によって
半導体基板1の表面に吸着したN2 、O2 、H2 Oなど
を除去し、次いで上記表面反応層13をスパッタエッチ
ングによって除去する。
Next, as shown in FIG. 5, the surface of the W film 7 and the exposed surface of the barrier layer 6 are chemically and mechanically polished (Ch
The barrier layer 6 and the W film 7 are buried in the through holes 5 by planarization by emical mechanical polishing (CMP) technology, and the W film 7 forms a plug electrode 8. However, a surface reaction layer 13 made of a component of the polishing liquid, for example, alumina or the like adheres to the surfaces of the interlayer insulating film 4 and the W film 7 after the CMP. Therefore, thereafter, as shown in FIG. 6, first, N 2 , O 2 , H 2 O, etc. adsorbed on the surface of the semiconductor substrate 1 are removed by heat treatment using a high vacuum device. 13 is removed by sputter etching.

【0024】次に、図7に示すように、大気開放せずに
半導体基板1上に下層Ti膜9a、TiN膜9bおよび
上層Ti膜9cをスパッタリング法によって連続して順
次堆積する。下層Ti膜9a、TiN膜9bおよび上層
Ti膜9cの厚さは、それぞれ5〜20nm、30〜7
0nmおよび5〜20nmである。大気開放せずに連続
して成膜することによって、純度が高くTi(002)
配向が強い下層Ti膜9aを形成することが可能とな
り、さらに、Ti(002)配向の強い下層Ti膜9a
は、その上に形成されるTiN膜9bのTiN(11
1)配向を強める。その結果、上層Ti膜9c上に形成
されるAl合金膜の結晶配向性を向上させることができ
る。
Next, as shown in FIG. 7, a lower Ti film 9a, a TiN film 9b and an upper Ti film 9c are successively deposited on the semiconductor substrate 1 successively by a sputtering method without opening to the atmosphere. The thicknesses of the lower Ti film 9a, the TiN film 9b, and the upper Ti film 9c are 5 to 20 nm and 30 to 7, respectively.
0 nm and 5-20 nm. By continuously forming a film without opening to the atmosphere, high purity Ti (002)
The lower Ti film 9a having a strong orientation can be formed, and the lower Ti film 9a having a strong Ti (002) orientation can be formed.
Is the TiN (11) of the TiN film 9b formed thereon.
1) Strengthen the orientation. As a result, the crystal orientation of the Al alloy film formed on the upper Ti film 9c can be improved.

【0025】下層Ti膜9a、TiN膜9bおよび上層
Ti膜9cは、同一のチャンバ内において、チャンバ内
に導入されるガスを切り替えることによって連続成膜し
てもよく、異なるチャンバにおいて別々に成膜してもよ
い。
The lower Ti film 9a, the TiN film 9b and the upper Ti film 9c may be formed continuously in the same chamber by switching the gas introduced into the chamber, or may be formed separately in different chambers. May be.

【0026】続いて、図8に示すように、大気開放を行
うことなく、室温〜150℃の温度に設定された半導体
基板1上に、約0.4〜2μm程度の厚さのAl合金膜1
0をスパッタリング法によって堆積する。Al合金膜1
0はCuを含んでおり、その濃度は、例えば0.5wt%
である。
Then, as shown in FIG. 8, an Al alloy film having a thickness of about 0.4 to 2 μm is formed on the semiconductor substrate 1 set at a temperature of room temperature to 150 ° C. without opening to the atmosphere. 1
0 is deposited by a sputtering method. Al alloy film 1
0 contains Cu, and its concentration is, for example, 0.5 wt%.
It is.

【0027】上層Ti膜9c上に形成されたAl合金膜
10は、上層Ti膜9cのTi(002)配向と格子間
隔が近いAl(111)配向が強く、また、室温〜15
0℃の温度で成膜したことによって、Al合金膜10の
粒径が、約0.2〜1.0μm程度と小さくなると同時に、
粒径のばらつきも相対的に小さくなる。
The Al alloy film 10 formed on the upper Ti film 9c has a strong Al (111) orientation whose lattice spacing is close to the Ti (002) orientation of the upper Ti film 9c.
By forming the film at a temperature of 0 ° C., the particle size of the Al alloy film 10 is reduced to about 0.2 to 1.0 μm, and at the same time,
Variations in particle size are also relatively small.

【0028】なお、粒径の大きさ、または粒径のばらつ
きがエレクトロマイグレーション特性に大きな影響を及
ぼさない0.5μm以上の太い配線をAl合金膜10によ
って構成する場合は、150℃以上の温度の半導体基板
1上にAl合金膜10を成膜してもよい。
When a thick wiring of 0.5 μm or more in which the size of the grain or the variation of the grain size does not greatly affect the electromigration characteristics is formed of the Al alloy film 10, the temperature of 150 ° C. or more is used. An Al alloy film 10 may be formed on the semiconductor substrate 1.

【0029】次に、図9に示すように、大気開放せずに
半導体基板1上にTi膜12aおよびTiN膜12bを
スパッタリング法によって連続して順次堆積する。Ti
膜12aおよびTiN膜12bの厚さは、それぞれ例え
ば約10nmおよび約80nmである。
Next, as shown in FIG. 9, a Ti film 12a and a TiN film 12b are successively deposited on the semiconductor substrate 1 by a sputtering method without opening to the atmosphere. Ti
The thicknesses of the film 12a and the TiN film 12b are, for example, about 10 nm and about 80 nm, respectively.

【0030】この後、フォトレジストパターンをマスク
にして、TiN膜12b、Ti膜12a、Al合金膜1
0、上層Ti膜9c、TiN膜9bおよび下層Ti膜9
aを順次エッチングすることによって、前記図1に示し
た多層配線が形成される。
Then, using the photoresist pattern as a mask, the TiN film 12b, the Ti film 12a, the Al alloy film 1
0, upper Ti film 9c, TiN film 9b and lower Ti film 9
By successively etching a, the multilayer wiring shown in FIG. 1 is formed.

【0031】なお、前記実施の形態1では、下層Ti膜
9a、TiN膜9bおよび上層Ti膜9cはスパッタリ
ング法によって連続成膜したが、CVD法によって連続
して堆積してもよく、下層Ti膜9aおよび上層Ti膜
9cは、Tiを含む原料ガス、例えば四塩化チタン(T
iCl4 )ガスまたは四ヨウ化チタン(TiI4 )ガス
を用いて形成され、TiN膜9bは、Tiを含む原料ガ
ス、例えばTiCl4ガスまたはTiI4 ガス、および
Nを含む原料ガス、例えばNH3 ガスとの混合ガスを用
いて形成される。
In the first embodiment, the lower Ti film 9a, the TiN film 9b, and the upper Ti film 9c are continuously formed by the sputtering method, but may be continuously deposited by the CVD method. 9a and the upper Ti film 9c are made of a source gas containing Ti, for example, titanium tetrachloride (T
The TiN film 9b is formed by using an iCl 4 ) gas or a titanium tetraiodide (TiI 4 ) gas, and the TiN film 9b is made of a source gas containing Ti, for example, a TiCl 4 gas or TiI 4 gas, and a source gas containing N, for example, NH 3 It is formed using a mixed gas with a gas.

【0032】また、下層Ti膜9a、TiN膜9bおよ
び上層Ti膜9cのうち少なくとも1層をCVD法によ
って堆積してもよい。
Further, at least one of the lower Ti film 9a, the TiN film 9b and the upper Ti film 9c may be deposited by a CVD method.

【0033】また、下層Ti膜9aおよびTiN膜9b
をスパッタリング法またはCVD法によって連続成膜し
た後、大気開放を行い、次いで上層Ti膜9cをスパッ
タリング法またはCVD法によって成膜してもよい。
The lower Ti film 9a and the TiN film 9b
May be continuously formed by a sputtering method or a CVD method, and then opened to the atmosphere, and then the upper Ti film 9c may be formed by a sputtering method or a CVD method.

【0034】また、下層Ti膜9aを、例えば約60〜
120nm程度形成した後、窒化性ガスを含む雰囲気中
で500〜900℃の熱処理を半導体基板1に施して下
層Ti膜9aの表面を窒化して、下層Ti膜9aおよび
TiN膜9bの積層膜を形成した後、スパッタリング法
またはCVD法で上層Ti膜9cを形成することによっ
て、下層Ti膜9a、TiN膜9bおよび上層Ti膜9
cからなる積層膜を形成してもよい。
The lower Ti film 9a is, for example, about 60 to
After being formed to a thickness of about 120 nm, a heat treatment at 500 to 900 ° C. is performed on the semiconductor substrate 1 in an atmosphere containing a nitriding gas to nitride the surface of the lower Ti film 9a, thereby forming a laminated film of the lower Ti film 9a and the TiN film 9b. After the formation, the upper Ti film 9c is formed by a sputtering method or a CVD method, so that the lower Ti film 9a, the TiN film 9b and the upper Ti film 9 are formed.
A laminated film made of c may be formed.

【0035】さらに、前記実施の形態1では、下層Ti
膜9a、TiN膜9bおよび上層Ti膜9cからなる積
層膜をAl合金膜10の下層に設けたが、約30〜50
nm程度の厚さのTi単層膜をAl合金膜10の下層に
設けてもよい。
Further, in the first embodiment, the lower layer Ti
A laminated film composed of the film 9a, the TiN film 9b, and the upper Ti film 9c is provided below the Al alloy film 10, but has a thickness of about 30 to 50.
A Ti single layer film having a thickness of about nm may be provided below the Al alloy film 10.

【0036】さらに、前記実施の形態1では、Al合金
膜10はスパッタリング法によって形成されたが、Al
を含む原料ガスを用いたCVD法によって形成してもよ
い。
In the first embodiment, the Al alloy film 10 is formed by the sputtering method.
May be formed by a CVD method using a source gas containing.

【0037】次に、本実施の形態1であるAl合金配線
を適用した相補型MISFET(Complementary Metal
Insulator Semiconductor FET ;CMISFET)を示
す半導体基板の要部断面図を図10に示す。Qnはnチ
ャネル型MISFETであり、Qpはpチャネル型MI
SFETである。
Next, a complementary MISFET (Complementary Metal Ion FET) to which Al alloy wiring according to the first embodiment is applied.
FIG. 10 is a cross-sectional view of a main part of a semiconductor substrate showing an Insulator Semiconductor FET (CMISFET). Qn is an n-channel type MISFET, and Qp is a p-channel type MISFET.
SFET.

【0038】半導体基板14にはp型ウエル15とn型
ウエル16とが形成されており、p型ウエ15とn型ウ
エル16のそれぞれはフィールド絶縁膜17を介して互
いに分離されている。
A p-type well 15 and an n-type well 16 are formed on the semiconductor substrate 14, and the p-type well 15 and the n-type well 16 are separated from each other via a field insulating film 17.

【0039】半導体基板14に形成されたp型ウエル1
5にはnチャネル型MISFETQnが形成され、n型
ウエル16にはpチャネル型MISFETQpが形成さ
れている。
The p-type well 1 formed on the semiconductor substrate 14
5, an n-channel MISFET Qn is formed, and an n-type well 16 is formed with a p-channel MISFET Qp.

【0040】nチャネル型MISFETQnは、主とし
てp型ウエル15に形成された一対のn型半導体領域
(ソース、ドレイン)18と、p型ウエル15の表面に
形成されたゲート酸化膜19と、このゲート酸化膜19
上に形成されたゲート電極20とで構成されている。p
チャネル型MISFETQpは、主としてn型ウエル1
6に形成された一対のp型半導体領域(ソース、ドレイ
ン)21と、n型ウエル16の表面に形成されたゲート
酸化膜19と、このゲート酸化膜19上に形成されたゲ
ート電極20とで構成されている。ゲート電極20は、
例えばn型多結晶シリコン膜上にタングステンシリサイ
ド膜を積層したポリサイド膜などで構成されている。
The n-channel MISFET Qn mainly includes a pair of n-type semiconductor regions (source and drain) 18 formed in the p-type well 15, a gate oxide film 19 formed on the surface of the p-type well 15, Oxide film 19
And the gate electrode 20 formed thereon. p
The channel type MISFET Qp mainly has an n-type well 1
6, a pair of p-type semiconductor regions (source and drain) 21, a gate oxide film 19 formed on the surface of the n-type well 16, and a gate electrode 20 formed on the gate oxide film 19. It is configured. The gate electrode 20
For example, it is composed of a polycide film in which a tungsten silicide film is laminated on an n-type polycrystalline silicon film.

【0041】ゲート電極20の上部には、例えば酸化シ
リコン膜22が形成され、側壁には酸化シリコン膜から
なるサイドウォールスペーサ23が形成されている。酸
化シリコン膜22およびサイドウォールスペーサ23
は、ゲート電極20とその上層に形成された配線(25
a〜25d)とを電気的に分離する絶縁膜である。
For example, a silicon oxide film 22 is formed on the gate electrode 20, and a sidewall spacer 23 made of a silicon oxide film is formed on a side wall. Silicon oxide film 22 and sidewall spacer 23
Are the gate electrode 20 and the wiring (25
a to 25d).

【0042】nチャネル型MISFETQnとpチャネ
ル型MISFETQpのそれぞれの上部には、酸化シリ
コン膜24を介して第1層目の配線25a〜25dが形
成されている。配線25aは、酸化シリコン膜24に開
孔された接続孔26aを通じてnチャネル型MISFE
TQnの一方のn型半導体領域18と電気的に接続さ
れ、配線25bは、接続孔26bを通じてnチャネル型
MISFETQnの他方のn型半導体領域18と電気的
に接続されている。また、配線25cは、接続孔26c
を通じてpチャネル型MISFETQpの一方のp型半
導体領域21と電気的に接続され、配線25dは、接続
孔26dを通じてpチャネル型MISFETQpの他方
のp型半導体領域21と電気的に接続されている。
First-layer wirings 25 a to 25 d are formed above the n-channel MISFET Qn and the p-channel MISFET Qp via a silicon oxide film 24. The wiring 25a is connected to an n-channel MISFE through a connection hole 26a opened in the silicon oxide film 24.
TQn is electrically connected to one n-type semiconductor region 18, and wiring 25b is electrically connected to the other n-type semiconductor region 18 of n-channel MISFET Qn through connection hole 26b. The wiring 25c is connected to the connection hole 26c.
Is electrically connected to one p-type semiconductor region 21 of the p-channel MISFET Qp, and the wiring 25d is electrically connected to the other p-type semiconductor region 21 of the p-channel MISFET Qp through the connection hole 26d.

【0043】第1層目の配線25a〜25dの上部に
は、酸化シリコン膜などからなる層間絶縁膜27を介し
て第2層目の配線28a、28bが形成されている。配
線28aは、層間絶縁膜27に開孔された接続孔29a
に埋め込まれたプラグ電極30を通じて第1層目の配線
25aと電気的に接続され、配線28bは、接続孔29
bに埋め込まれたプラグ電極30を通じて第1層目の配
線25dと電気的に接続されている。
Second-layer wirings 28a and 28b are formed above the first-layer wirings 25a to 25d via an interlayer insulating film 27 made of a silicon oxide film or the like. The wiring 28a has a connection hole 29a formed in the interlayer insulating film 27.
Is electrically connected to the first-layer wiring 25a through the plug electrode 30 embedded in the wiring, and the wiring 28b is connected to the connection hole 29.
It is electrically connected to the first-layer wiring 25d through the plug electrode 30 embedded in b.

【0044】第1層目の配線25a〜25dは、下層高
融点金属膜、Al合金膜および上層高融点金属膜からな
る積層膜によって構成されており、下層高融点金属膜お
よび上層高融点金属膜は、例えば、W膜、TiN膜、T
iW膜またはMoSi2 膜である。
The first-layer wirings 25a to 25d are composed of a laminated film composed of a lower refractory metal film, an Al alloy film and an upper refractory metal film, and are composed of a lower refractory metal film and an upper refractory metal film. Are, for example, W film, TiN film, T
It is an iW film or a MoSi 2 film.

【0045】プラグ電極30は、例えばW膜、Al合金
膜、TiN膜またはTi膜などの高融点金属膜によって
構成され、この高融点金属膜の下層に、Ti膜、TiN
膜、W膜またはCo膜、あるいはこれらの膜からなる積
層膜によって構成されるバリア層が設けられている。
The plug electrode 30 is composed of a refractory metal film such as a W film, an Al alloy film, a TiN film or a Ti film, and a Ti film, a TiN
A barrier layer composed of a film, a W film, a Co film, or a stacked film including these films is provided.

【0046】第2層目の配線28a、28bは、本実施
の形態1である下層Ti膜、TiN膜および上層Ti膜
が順次堆積された積層膜と、この積層膜上に形成された
Cuを0.5wt%含むAl合金配線と、このAl合金配
線上に形成されたTi膜およびTiN膜が順次堆積され
た積層膜とによって構成されている。上記Al合金配線
下の下層Ti膜はTi(002)、TiN膜はTiN
(111)に相対的に強く配向しており、さらに、Al
合金膜はAl(111)に相対的に強く配向していると
同時に、約0.2〜1.0μm程度の粒径を有している。
The wirings 28a and 28b of the second layer are formed of a laminated film in which the lower Ti film, the TiN film and the upper Ti film of the first embodiment are sequentially deposited, and Cu formed on the laminated film. It is composed of an Al alloy wiring containing 0.5 wt% and a laminated film in which a Ti film and a TiN film formed on the Al alloy wiring are sequentially deposited. The lower Ti film under the Al alloy wiring is Ti (002), and the TiN film is TiN.
(111) is oriented relatively strongly, and further, Al
The alloy film is relatively strongly oriented to Al (111) and has a particle size of about 0.2 to 1.0 μm.

【0047】配線28a、28bの上部には、酸化シリ
コン膜と窒化シリコン膜との積層膜などで構成されたパ
ッシベーション膜31が形成されている。
A passivation film 31 composed of a laminated film of a silicon oxide film and a silicon nitride film is formed on the wirings 28a and 28b.

【0048】このように、本実施の形態1によれば、T
i(002)配向が相対的に強い下層Ti膜9a、Ti
N(111)配向が相対的に強いTiN膜9bを介在し
てAl合金膜10を形成することによって、Al合金膜
10のAl(200)またはAl(311)配向が抑制
されて、Al(111)配向が相対的に強いAl合金膜
10が形成される。さらに、Al合金膜10を室温から
150℃の比較的低温でスッパタリング法によって成膜
することにより、Al合金膜10の粒径の成長速度が抑
制されて、粒径は約0.2〜1.0μm程度と小さくなり、
そのばらつきも小さくなるので、Al合金膜10によっ
て構成されるAl合金配線11のエレクトロマイグレー
ション耐性が向上する。
As described above, according to the first embodiment, T
i (002) orientation relatively lower Ti film 9a, Ti
By forming the Al alloy film 10 with the TiN film 9b having a relatively strong N (111) orientation interposed therebetween, the Al (200) or Al (311) orientation of the Al alloy film 10 is suppressed, and the Al (111) orientation is suppressed. 3.) An Al alloy film 10 having a relatively strong orientation is formed. Further, by forming the Al alloy film 10 at a relatively low temperature from room temperature to 150 ° C. by the sputtering method, the growth rate of the grain size of the Al alloy film 10 is suppressed, and the grain size becomes about 0.2 to 1 About 0.0μm,
Since the variation is reduced, the electromigration resistance of the Al alloy wiring 11 composed of the Al alloy film 10 is improved.

【0049】(実施の形態2)本発明の他の実施の形態
であるAl合金配線の製造方法を図11および図12に
示す半導体基板の要部断面図を用いて説明する。
(Embodiment 2) A method of manufacturing an Al alloy wiring according to another embodiment of the present invention will be described with reference to cross-sectional views of essential parts of a semiconductor substrate shown in FIGS.

【0050】まず、前記実施の形態1において前記図3
を用いて説明した製造方法と同様に、層間絶縁膜4にス
ルーホール5を形成し、この後、図11に示すように、
半導体基板1上にバリア層32およびW膜7を順次堆積
する。バリア層32は、Ti膜32aおよびTiN膜3
2bからなる積層膜によって構成されている。
First, in the first embodiment, FIG.
A through hole 5 is formed in the interlayer insulating film 4 in the same manner as in the manufacturing method described with reference to FIG.
A barrier layer 32 and a W film 7 are sequentially deposited on the semiconductor substrate 1. The barrier layer 32 includes a Ti film 32a and a TiN film 3
2b.

【0051】次に、W膜7の表面をエッチバック法によ
って平坦化して、スルーホール5内にW膜7によって構
成されるプラグ電極8を形成し、層間絶縁膜4上にTi
膜32aおよびTiN膜32bを残存させる。
Next, the surface of the W film 7 is flattened by an etch back method, a plug electrode 8 composed of the W film 7 is formed in the through hole 5, and a Ti electrode is formed on the interlayer insulating film 4.
The film 32a and the TiN film 32b are left.

【0052】この後、図12に示すように、半導体基板
1上にスパッタリング法またはCVD法によってTi膜
33を形成し、次いで前記実施の形態1と同様な製造方
法で、半導体基板1上にAl合金膜10、Ti膜12a
およびTiN膜12bを順次堆積した後、フォトレジス
トパターンをマスクにして、TiN膜12b、Ti膜1
2a、Al合金膜10、Ti膜33、TiN膜32bお
よびTi膜32aを順次エッチングする。これによっ
て、Al合金膜10によって構成されるAl合金配線1
1が形成される。
Thereafter, as shown in FIG. 12, a Ti film 33 is formed on the semiconductor substrate 1 by a sputtering method or a CVD method, and then an Al film is formed on the semiconductor substrate 1 by the same manufacturing method as in the first embodiment. Alloy film 10, Ti film 12a
After the TiN film 12b and the TiN film 12b are sequentially deposited, the TiN film 12b and the Ti film 1 are
2a, the Al alloy film 10, the Ti film 33, the TiN film 32b, and the Ti film 32a are sequentially etched. Thereby, the Al alloy wiring 1 composed of the Al alloy film 10 is formed.
1 is formed.

【0053】このように、本実施の形態2によれば、ス
ルーホール5内にW膜7によって構成されるプラグ電極
8を形成する際、層間絶縁膜4上にTi膜32aおよび
TiN膜32bからなる積層膜がすでに形成されてお
り、Ti膜33を成膜することのみによって、Al合金
膜10の結晶の配向性を向上させるためのTi膜32
a、TiN膜32bおよびTi膜33からなる積層膜を
形成することができるので、工程数の増加を最小限に抑
えて、Al(111)配向が相対的に強いAl合金膜1
0を形成することが可能となる。
As described above, according to the second embodiment, when the plug electrode 8 composed of the W film 7 is formed in the through hole 5, the Ti film 32a and the TiN film 32b are formed on the interlayer insulating film 4. And a Ti film 32 for improving the crystal orientation of the Al alloy film 10 only by forming the Ti film 33.
a, a laminated film composed of the TiN film 32b and the Ti film 33 can be formed, so that an increase in the number of steps is minimized and the Al alloy film 1 having a relatively strong Al (111) orientation is formed.
0 can be formed.

【0054】以上、本発明者によってなされた発明を発
明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は
前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を
逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでも
ない。
Although the invention made by the inventor has been specifically described based on the embodiments of the present invention, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications may be made without departing from the scope of the invention. Needless to say, it can be changed.

【0055】例えば、前記実施の形態では、Al合金膜
の上層に形成されるバリア層をTi膜およびTiN膜を
順次堆積した積層膜としたが、多層配線の最上層にAl
合金膜を形成する場合は、Al合金膜上に形成されるバ
リア層はTiN膜のみによって構成してもよい。
For example, in the above embodiment, the barrier layer formed on the Al alloy film is a laminated film in which a Ti film and a TiN film are sequentially deposited.
When an alloy film is formed, the barrier layer formed on the Al alloy film may be constituted only by the TiN film.

【0056】[0056]

【発明の効果】本願によって開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。
Advantageous effects obtained by typical ones of the inventions disclosed by the present application will be briefly described as follows.
It is as follows.

【0057】本発明によれば、Al合金膜のAl(11
1)配向が相対的に強くなり、さらに、Al合金膜の粒
径の成長速度が抑制されて粒径が約1.0μm以下と小さ
くなり、そのばらつきも小さくなるので、Al合金膜に
よって構成される配線のエレクトロマイグレーション耐
性が向上する。
According to the present invention, the Al (11
1) Since the orientation becomes relatively strong, the growth rate of the grain size of the Al alloy film is suppressed, and the grain size is reduced to about 1.0 μm or less, and its variation is also reduced. The electromigration resistance of the wiring is improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施の形態であるAl合金配線を示
す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a main part of a semiconductor substrate showing an Al alloy wiring according to an embodiment of the present invention.

【図2】Ti膜、TiN膜およびTi膜からなる積層膜
上に形成されたAl合金膜、およびTiN膜上に形成さ
れたAl合金膜のX線回折におけるAl(111)回折
ピークの回折強度を示すグラフ図である。
FIG. 2 shows a diffraction intensity of an Al (111) diffraction peak in X-ray diffraction of an Al alloy film formed on a laminated film including a Ti film, a TiN film and a Ti film, and an Al alloy film formed on a TiN film. FIG.

【図3】本発明の一実施の形態であるAl合金配線の製
造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 3 is a fragmentary cross-sectional view of a semiconductor substrate, illustrating a method for manufacturing an Al alloy wiring according to an embodiment of the present invention.

【図4】図3に続くAl合金配線を有する半導体集積回
路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図であ
る。
4 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the semiconductor integrated circuit device having the Al alloy wiring subsequent to FIG. 3;

【図5】図4に続くAl合金配線を有する半導体集積回
路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図であ
る。
5 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the semiconductor integrated circuit device having the Al alloy wiring continued from FIG. 4;

【図6】図5に続くAl合金配線を有する半導体集積回
路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図であ
る。
6 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the semiconductor integrated circuit device having the Al alloy wiring continued from FIG. 5;

【図7】図6に続くAl合金配線を有する半導体集積回
路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図であ
る。
7 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the semiconductor integrated circuit device having the Al alloy wiring subsequent to FIG. 6;

【図8】図7に続くAl合金配線を有する半導体集積回
路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図であ
る。
8 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the semiconductor integrated circuit device having the Al alloy wiring subsequent to FIG. 7;

【図9】図8に続くAl合金配線を有する半導体集積回
路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図であ
る。
9 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the semiconductor integrated circuit device having the Al alloy wiring subsequent to FIG. 8;

【図10】本発明の一実施の形態であるAl合金配線を
適用したCMISFETを示す半導体基板の要部断面図
である。
FIG. 10 is a sectional view of a principal part of a semiconductor substrate showing a CMISFET to which an Al alloy wiring according to an embodiment of the present invention is applied;

【図11】本発明の他の実施の形態であるAl合金配線
を有する半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基
板の要部断面図である。
FIG. 11 is a fragmentary cross-sectional view of a semiconductor substrate showing a method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device having an Al alloy wiring according to another embodiment of the present invention.

【図12】図11に続くAl合金配線を有する半導体集
積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図で
ある。
12 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the semiconductor integrated circuit device having the Al alloy wiring subsequent to FIG. 11;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体基板 2 層間絶縁膜 3 下層配線 3a 上層高融点金属膜 3b アルミニウム合金膜 3c 下層高融点金属膜 4 層間絶縁膜 5 スルーホール 6 バリア層 7 タングステン(W)膜 8 プラグ電極 9a 下層チタン(Ti)膜 9b 窒化チタン(TiN)膜 9c 上層チタン(Ti)膜 10 アルミニウム(Al)合金膜 11 アルミニウム(Al)合金配線 12a チタン(Ti)膜 12b 窒化チタン(TiN)膜 13 表面反応層 14 半導体基板 15 p型ウエル 16 n型ウエル 17 フィールド絶縁膜 18 n型半導体領域 19 ゲート酸化膜 20 ゲート電極 21 p型半導体領域 22 酸化シリコン膜 23 サイドウォールスペーサ 24 酸化シリコン膜 25a 配線 25b 配線 25c 配線 25d 配線 26a 接続孔 26b 接続孔 26c 接続孔 26d 接続孔 27 層間絶縁膜 28a 配線 28b 配線 29a 接続孔 29b 接続孔 30 プラグ電極 31 パッシベーション膜 32 バリア層 32a チタン(Ti)膜 32b 窒化チタン(TiN)膜 33 チタン(Ti)膜 Reference Signs List 1 semiconductor substrate 2 interlayer insulating film 3 lower wiring 3a upper refractory metal film 3b aluminum alloy film 3c lower refractory metal film 4 interlayer insulating film 5 through hole 6 barrier layer 7 tungsten (W) film 8 plug electrode 9a lower titanium (Ti) ) Film 9b titanium nitride (TiN) film 9c upper titanium (Ti) film 10 aluminum (Al) alloy film 11 aluminum (Al) alloy wiring 12a titanium (Ti) film 12b titanium nitride (TiN) film 13 surface reaction layer 14 semiconductor substrate Reference Signs List 15 p-type well 16 n-type well 17 field insulating film 18 n-type semiconductor region 19 gate oxide film 20 gate electrode 21 p-type semiconductor region 22 silicon oxide film 23 sidewall spacer 24 silicon oxide film 25a wiring 25b wiring 25c wiring 25d wiring 26a Connection hole 26b Connection 26c connecting holes 26d connecting hole 27 interlayer insulating film 28a wiring 28b wiring 29a connecting hole 29b connecting hole 30 plug electrodes 31 a passivation film 32 barrier layer 32a of titanium (Ti) film 32b titanium nitride (TiN) film 33 of titanium (Ti) film

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 青木 英雄 東京都青梅市新町六丁目16番地の3 株式 会社日立製作所デバイス開発センタ内 Fターム(参考) 4M104 AA01 BB18 CC01 GG10 5F033 HH09 HH18 HH33 JJ18 JJ19 JJ33 KK09 KK19 KK23 KK29 KK33 LL07 LL08 MM08 MM13 NN06 NN07 PP03 PP04 PP06 PP15 QQ08 QQ09 QQ31 QQ37 QQ48 QQ73 QQ78 QQ98 VV04 VV05 WW02 WW03 XX05  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Hideo Aoki 3-16-6 Shinmachi, Ome-shi, Tokyo F-term in the Hitachi, Ltd. Device Development Center Co., Ltd. 4M104 AA01 BB18 CC01 GG10 5F033 HH09 HH18 HH33 JJ18 JJ19 JJ33 KK09 KK19 KK23 KK29 KK33 LL07 LL08 MM08 MM13 NN06 NN07 PP03 PP04 PP06 PP15 QQ08 QQ09 QQ31 QQ37 QQ48 QQ73 QQ78 QQ98 VV04 VV05 WW02 WW03 XX05

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 高融点金属膜によって構成されるプラグ
電極上に、下層チタン膜、窒化チタン膜および上層チタ
ン膜からなる積層膜を介在して接続されるアルミニウム
合金配線を有する半導体集積回路装置であって、前記下
層チタン膜はTi(002)配向が相対的に強く、前記
窒化チタン膜はTiN(111)配向が相対的に強く、
前記アルミニウム合金配線はAl(111)配向が相対
的に強いことを特徴とする半導体集積回路装置。
1. A semiconductor integrated circuit device having an aluminum alloy wiring connected to a plug electrode formed of a high melting point metal film via a laminated film including a lower titanium film, a titanium nitride film and an upper titanium film. The lower titanium film has a relatively strong Ti (002) orientation, the titanium nitride film has a relatively strong TiN (111) orientation,
A semiconductor integrated circuit device according to claim 1, wherein said aluminum alloy wiring has a relatively strong Al (111) orientation.
【請求項2】 請求項1記載の半導体集積回路装置にお
いて、前記アルミニウム合金配線の粒径が約1.0μm以
下であることを特徴とする半導体集積回路装置。
2. The semiconductor integrated circuit device according to claim 1, wherein said aluminum alloy wiring has a grain size of about 1.0 μm or less.
【請求項3】 請求項1記載の半導体集積回路装置にお
いて、前記下層チタン膜の厚さは5〜20nm、前記窒
化チタン膜の厚さは30〜70nm、前記上層チタン膜
の厚さは5〜20nmであることを特徴とする半導体集
積回路装置。
3. The semiconductor integrated circuit device according to claim 1, wherein the lower titanium film has a thickness of 5 to 20 nm, the titanium nitride film has a thickness of 30 to 70 nm, and the upper titanium film has a thickness of 5 to 70 nm. A semiconductor integrated circuit device having a thickness of 20 nm.
【請求項4】 高融点金属膜によって構成されるプラグ
電極上に、第1のチタン膜を介在して接続されるアルミ
ニウム合金配線を有する半導体集積回路装置であって、
前記アルミニウム合金配線とその下層の層間絶縁膜との
間には、第2のチタン膜、窒化チタン膜および前記第1
のチタン膜が順次堆積された積層膜が形成されており、
前記第1のチタン膜の厚さが5〜15nmであることを
特徴とする半導体集積回路装置。
4. A semiconductor integrated circuit device having an aluminum alloy wiring connected on a plug electrode formed of a high melting point metal film with a first titanium film interposed therebetween,
A second titanium film, a titanium nitride film, and the first titanium film are provided between the aluminum alloy wiring and an interlayer insulating film thereunder.
A laminated film in which titanium films are sequentially deposited is formed,
A semiconductor integrated circuit device, wherein the thickness of the first titanium film is 5 to 15 nm.
【請求項5】 高融点金属膜によって構成されるプラグ
電極上に、チタン膜を介在して接続されるアルミニウム
合金配線を有する半導体集積回路装置であって、前記チ
タン膜の厚さが30〜70nmであることを特徴とする
半導体集積回路装置。
5. A semiconductor integrated circuit device having an aluminum alloy wiring connected via a titanium film on a plug electrode formed of a high melting point metal film, wherein the thickness of the titanium film is 30 to 70 nm. A semiconductor integrated circuit device.
【請求項6】 高融点金属膜によって構成されるプラグ
電極上に、下層チタン膜、窒化チタン膜および上層チタ
ン膜からなる積層膜を介在して接続されるアルミニウム
合金配線を形成する半導体集積回路装置の製造方法であ
って、 (a).下層配線が形成された半導体基板上に層間絶縁膜を
形成した後、前記層間絶縁膜に前記下層配線に達するス
ルーホールを形成する工程と、 (b).前記半導体基板上にバリア層および前記高融点金属
膜を順次形成した後、前記高融点金属膜の表面および前
記バリア層の露出した表面を化学的機械研磨法によって
平坦化し、前記スルーホール内に前記バリア層および前
記高融点金属膜を埋め込む工程と、 (c).前記半導体基板上に少なくとも前記下層チタン膜お
よび前記窒化チタン膜を大気開放せずに順次堆積した
後、前記半導体基板上に前記上層チタン膜を堆積する工
程と、 (d).室温から150℃の温度に維持された前記半導体基
板上にスパッタリング法によってアルミニウム合金膜を
形成する、または前記半導体基板上にCVD法によって
アルミニウム合金膜を形成する工程とを有することを特
徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
6. A semiconductor integrated circuit device in which an aluminum alloy wiring connected to a plug electrode composed of a high melting point metal film via a laminated film including a lower titanium film, a titanium nitride film and an upper titanium film is formed. (A) forming an interlayer insulating film on a semiconductor substrate on which a lower wiring is formed, and then forming a through hole reaching the lower wiring in the interlayer insulating film; (b) After sequentially forming the barrier layer and the high-melting-point metal film on the semiconductor substrate, the surface of the high-melting-point metal film and the exposed surface of the barrier layer are flattened by a chemical mechanical polishing method. Embedding the barrier layer and the refractory metal film, and (c) depositing at least the lower titanium film and the titanium nitride film on the semiconductor substrate sequentially without opening to the atmosphere, Depositing the upper titanium film on the semiconductor substrate; (d) forming an aluminum alloy film by a sputtering method on the semiconductor substrate maintained at a temperature of room temperature to 150 ° C., or on the semiconductor substrate. Forming an aluminum alloy film by a CVD method.
【請求項7】 高融点金属膜によって構成されるプラグ
電極上に、下層チタン膜、窒化チタン膜および上層チタ
ン膜からなる積層膜を介在して接続されるアルミニウム
合金配線を形成する半導体集積回路装置の製造方法であ
って、 (a).下層配線が形成された半導体基板上に層間絶縁膜を
形成した後、前記層間絶縁膜に前記下層配線に達するス
ルーホールを形成する工程と、 (b).前記半導体基板上にバリア層および前記高融点金属
膜を順次形成した後、前記高融点金属膜の表面および前
記バリア層の露出した表面を化学的機械研磨法によって
平坦化し、前記スルーホール内に前記バリア層および前
記高融点金属膜を埋め込む工程と、 (c).前記半導体基板上に約60〜120nmの厚さのチ
タン膜を形成した後、前記半導体基板に窒素雰囲気中で
熱処理を施すことによって前記チタン膜の表面を窒化
し、前記下層チタン膜および前記窒化チタン膜を形成す
る工程と、 (d).前記半導体基板上に前記上層チタン膜を形成する工
程と、 (e).室温から150℃の温度に維持された前記半導体基
板上にスパッタリング法によってアルミニウム合金膜を
形成する、または前記半導体基板上にCVD法によって
アルミニウム合金膜を形成する工程とを有することを特
徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
7. A semiconductor integrated circuit device in which an aluminum alloy wiring connected to a plug electrode formed of a high melting point metal film via a laminated film including a lower titanium film, a titanium nitride film and an upper titanium film is formed. (A) forming an interlayer insulating film on a semiconductor substrate on which a lower wiring is formed, and then forming a through hole reaching the lower wiring in the interlayer insulating film; (b) After sequentially forming the barrier layer and the high-melting-point metal film on the semiconductor substrate, the surface of the high-melting-point metal film and the exposed surface of the barrier layer are flattened by a chemical mechanical polishing method. Embedding the barrier layer and the refractory metal film; and (c) forming a titanium film having a thickness of about 60 to 120 nm on the semiconductor substrate, and then subjecting the semiconductor substrate to heat treatment in a nitrogen atmosphere. (E) nitriding the surface of the titanium film by applying a treatment to form the lower titanium film and the titanium nitride film; and (d) forming the upper titanium film on the semiconductor substrate; Forming an aluminum alloy film by a sputtering method on the semiconductor substrate maintained at a temperature of from room temperature to 150 ° C., or forming an aluminum alloy film by a CVD method on the semiconductor substrate. Of manufacturing a semiconductor integrated circuit device.
【請求項8】 高融点金属膜によって構成されるプラグ
電極上に、第1のチタン膜を介在して接続されるアルミ
ニウム合金配線を形成する半導体集積回路装置の製造方
法であって、 (a).下層配線が形成された半導体基板上に層間絶縁膜を
形成した後、前記層間絶縁膜に前記下層配線に達するス
ルーホールを形成する工程と、 (b).前記半導体基板上に第2のチタン膜、窒化チタン膜
および前記高融点金属膜を順次形成した後、前記高融点
金属膜の表面をエッチバック法によって平坦化し、前記
スルーホール内に前記第2のチタン膜、前記窒化チタン
膜および前記高融点金属膜を埋め込むと同時に、前記層
間絶縁膜の上部面に前記第2のチタン膜および前記窒化
チタン膜を残存させる工程と、 (c).前記半導体基板上に約5〜15nmの厚さの前記第
1のチタン膜を形成する工程と、 (d).室温から150℃の温度に維持された前記半導体基
板上にスパッタリング法によってアルミニウム合金膜を
形成する、または前記半導体基板上にCVD法によって
アルミニウム合金膜を形成する工程とを有することを特
徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
8. A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device, comprising forming an aluminum alloy wiring connected to a plug electrode formed of a high melting point metal film with a first titanium film interposed therebetween, comprising: Forming an interlayer insulating film on the semiconductor substrate on which the lower wiring is formed, and then forming a through hole reaching the lower wiring in the interlayer insulating film; and (b) forming a second titanium on the semiconductor substrate. After sequentially forming a film, a titanium nitride film and the refractory metal film, the surface of the refractory metal film is planarized by an etch-back method, and the second titanium film, the titanium nitride film and the Burying the refractory metal film while leaving the second titanium film and the titanium nitride film on the upper surface of the interlayer insulating film; and (c) a thickness of about 5 to 15 nm on the semiconductor substrate. The first of Forming a titanium film of (d). Forming an aluminum alloy film by a sputtering method on the semiconductor substrate maintained at a temperature of room temperature to 150 ° C., or an aluminum alloy film by a CVD method on the semiconductor substrate Forming a semiconductor integrated circuit device.
【請求項9】 高融点金属膜によって構成されるプラグ
電極上に、チタン膜を介在して接続されるアルミニウム
合金配線を形成する半導体集積回路装置の製造方法であ
って、 (a).下層配線が形成された半導体基板上に層間絶縁膜を
形成した後、前記層間絶縁膜に前記下層配線に達するス
ルーホールを形成する工程と、 (b).前記半導体基板上にバリア層および前記高融点金属
膜を順次形成した後、前記高融点金属膜の表面および前
記バリア層の露出した表面を化学的機械研磨法によって
平坦化し、前記スルーホール内に前記バリア層および前
記高融点金属膜を埋め込む工程と、 (c).前記半導体基板上に約30〜70nmの厚さの前記
チタン膜を形成する工程と、 (d).室温から150℃の温度に維持された前記半導体基
板上にスパッタリング法によってアルミニウム合金膜を
形成する、または前記半導体基板上にCVD法によって
アルミニウム合金膜を形成する工程とを有することを特
徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
9. A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device, comprising forming an aluminum alloy wiring connected to a plug electrode formed of a high melting point metal film with a titanium film interposed therebetween, comprising: (a) lower wiring; Forming an interlayer insulating film on the semiconductor substrate on which is formed, and then forming a through hole reaching the lower wiring in the interlayer insulating film; (b) a barrier layer and the refractory metal on the semiconductor substrate. After sequentially forming films, flattening the surface of the refractory metal film and the exposed surface of the barrier layer by a chemical mechanical polishing method, and embedding the barrier layer and the refractory metal film in the through-hole; (C) forming the titanium film having a thickness of about 30 to 70 nm on the semiconductor substrate, and (d) forming the titanium film on the semiconductor substrate maintained at a temperature of from room temperature to 150 ° C. by a sputtering method. The method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device characterized by a step of forming an aluminum alloy film, or an aluminum alloy film by CVD on the semiconductor substrate.
【請求項10】 高融点金属膜によって構成されるプラ
グ電極上に、下層チタン膜、窒化チタン膜および上層チ
タン膜からなる積層膜を介在して接続される0.5μm以
上の幅のアルミニウム合金配線を形成する半導体集積回
路装置の製造方法であって、 (a).下層配線が形成された半導体基板上に層間絶縁膜を
形成した後、前記層間絶縁膜に前記下層配線に達するス
ルーホールを形成する工程と、 (b).前記半導体基板上にバリア層および前記高融点金属
膜を順次形成した後、前記高融点金属膜の表面および前
記バリア層の露出した表面を化学的機械研磨法によって
平坦化し、前記スルーホール内に前記バリア層および前
記高融点金属膜を埋め込む工程と、 (c).前記半導体基板上に少なくとも前記下層チタン膜お
よび前記窒化チタン膜を大気開放せずに順次堆積した
後、前記半導体基板上に前記上層チタン膜を形成する工
程と、 (d).150〜450℃の温度に維持された前記半導体基
板上にスパッタリング法によってアルミニウム合金膜を
形成する工程とを有することを特徴とする半導体集積回
路装置の製造方法。
10. An aluminum alloy wiring having a width of 0.5 μm or more connected to a plug electrode formed of a high melting point metal film via a laminated film composed of a lower titanium film, a titanium nitride film and an upper titanium film. A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device, comprising: (a) forming an interlayer insulating film on a semiconductor substrate having a lower wiring formed thereon, and then forming a through hole reaching the lower wiring in the interlayer insulating film; (B) after sequentially forming a barrier layer and the refractory metal film on the semiconductor substrate, flattening the surface of the refractory metal film and the exposed surface of the barrier layer by a chemical mechanical polishing method. Embedding the barrier layer and the refractory metal film in the through holes; and (c) without exposing at least the lower titanium film and the titanium nitride film on the semiconductor substrate to the atmosphere. Forming the upper titanium film on the semiconductor substrate after the sequential deposition; and (d) forming an aluminum alloy film by sputtering on the semiconductor substrate maintained at a temperature of 150 to 450 ° C. A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device, comprising:
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KR100440475B1 (en) * 2001-12-11 2004-07-14 아남반도체 주식회사 Method for fabricating semiconductor device
KR100560296B1 (en) * 2000-06-30 2006-03-10 주식회사 하이닉스반도체 Method for manufacturing multi-thin film metal layer
JP2009296014A (en) * 2009-09-18 2009-12-17 Fujitsu Ltd Method for manufacturing semiconductor device

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