JPH03171630A - Semiconductor device and manufacture thereof as well as wiring film formation device - Google Patents

Semiconductor device and manufacture thereof as well as wiring film formation device

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JPH03171630A
JPH03171630A JP30997689A JP30997689A JPH03171630A JP H03171630 A JPH03171630 A JP H03171630A JP 30997689 A JP30997689 A JP 30997689A JP 30997689 A JP30997689 A JP 30997689A JP H03171630 A JPH03171630 A JP H03171630A
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JP
Japan
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film
wiring
forming
substrate
metal
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Application number
JP30997689A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shohei Shima
昇平 嶋
Kyoichi Suguro
恭一 須黒
Hitoshi Ito
仁 伊藤
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Publication of JPH03171630A publication Critical patent/JPH03171630A/en
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Abstract

PURPOSE:To enable a metallic wiring resistant to electromigration and stressmigration to be formed by a method wherein a metallic electrode or wiring is provided with a barrier film in specific thickness comprising a material not reactive to the material of the metallic electrode or wiring buried so as to separate the inside thereof either in the film thickness direction or in the axial direction. CONSTITUTION:A specific element is formed in a silicon substrate 1 and the surface of the element is covered with an insulating film 2 such as a silicon oxide film etc. A required contact hole is made in the insulating film 2 so as to form a metallic wiring 3 on the hole. The metallic wiring 3 is lamination-structured comprising the first layer metallic film 31 and the second layer metallic film 32 as well as a barrier film 33 buried between the two films 31 and 32. The first and second layer metallic films 31 and 32 are Al film or Al alloy film while the barrier film 33 is an Al oxide film. As for the barrier film 33, in addition to the Al oxide, the other material in low reactivity to Al e.g. Al nitride, carbide, boride, etc. are applicable. Furthermore, the preferable thickness D3 of the barrier film 33 is to be within the range of 1-50nm and more preferably 2-10nm.

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、半導体装置およびその製造方法,詳しくは半
導体装置の金属配線構造とその形成方法に関し、更にこ
の半導体装置のための配線膜形戊装置に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Object of the Invention] (Industrial Field of Application) The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the same, specifically a metal wiring structure of a semiconductor device and a method for forming the same, and further relates to a metal wiring structure for a semiconductor device and a method for forming the same. This invention relates to a wiring film type device.

(従来の技術) 半導体集積回路の高密度集積化,高速化は主として素子
の微細化によって実現されている。素子寸法の微細化に
伴って大きい問題の一つになってきたものに、金属配線
の信頼性がある。半導体装置の微細化した金属配線の不
良発生モードは大きく二つに分けられる。一つはエレク
トロマイグレーションであり、他の一つはストレスマイ
グレーションである。エレクトロマイグレーションは、
金属配線中の電流密度が増加するために生じる。
(Prior Art) High-density integration and high-speed semiconductor integrated circuits have been achieved primarily through miniaturization of elements. One of the major issues that has become a problem with the miniaturization of device dimensions is the reliability of metal wiring. Failure occurrence modes in miniaturized metal wiring in semiconductor devices can be broadly divided into two types. One is electromigration and the other is stress migration. Electromigration is
This occurs due to the increased current density in the metal wiring.

配線幅の微細化に加えて素子の高速動作のために配線中
の電流密度はますます高くなる傾向にあり、これが耐エ
レクトロマイグレーションを劣化させている。エレクト
ロマイグレーションによる配線の寿命は電流密度の2条
に反比例することから、例えば配線幅が1/2になって
電流密度が2倍になると、配線寿命は1/4になってし
まう。ストレスマイグレーションは、配線に加わる機械
的応力が1曽加するために生じるクリープ破壊モードで
ある。この機械的応力は配線を保護するための絶縁膜と
の膨脹係数の差が原因となっており、配線幅の微細化に
伴って大きくなる傾向にある。半導体装置の配線として
多く用いられているAρ配線の場合、配線幅が1/2に
なるとこれに加わる応力はおよそ2倍になる。このスト
レスマイグレーションによる配線の寿命は、配線幅のn
乗( n−3〜4)に比例し、配線幅の微細化が大きな
配線寿命の低下をもたらしている。
In addition to miniaturization of wiring width, the current density in wiring tends to become higher due to high-speed operation of devices, which deteriorates electromigration resistance. Since the life of a wiring due to electromigration is inversely proportional to the current density, for example, if the wiring width is reduced to 1/2 and the current density is doubled, the wiring life will be reduced to 1/4. Stress migration is a creep rupture mode that occurs due to an increase in mechanical stress applied to wiring. This mechanical stress is caused by the difference in expansion coefficient between the wiring and the insulating film used to protect it, and tends to increase as the wiring width becomes finer. In the case of Aρ wiring, which is often used as wiring in semiconductor devices, when the wiring width is reduced to 1/2, the stress applied to the wiring becomes approximately twice as large. The life of the wiring due to this stress migration is n of the wiring width.
In proportion to the power of (n-3 to 4), the miniaturization of the wiring width causes a significant reduction in the wiring life.

従来より半導体装置の金属配線にはAl膜が多く用いら
れているが、これは成膜および加工の容易さ、低抵抗性
、基板シリコンとのコンタクト形成の容易さ等の理由か
らである。しかしながらAfi配線は、その低融点性の
ために原子移動の活性化エネルギーが小さく、上述のエ
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
に対する耐性が小さい。この様な微細配線の信頼性低下
に対して、従来より幾つかの対策が提案されている。
Conventionally, Al films have been widely used for metal wiring in semiconductor devices, for reasons such as ease of film formation and processing, low resistance, and ease of forming contact with a silicon substrate. However, Afi wiring has low activation energy for atomic movement due to its low melting point, and has low resistance to the above-mentioned electromigration and stress migration. Several countermeasures have been proposed in the past to deal with such deterioration in reliability of fine wiring.

第1の方法は、Ap配線をCu,Ti,Pd等の金属を
添加したAl合金膜とすることである。
The first method is to use an Al alloy film to which metals such as Cu, Ti, and Pd are added as the Ap wiring.

これは実用レベルでも有効性が確認されている。The effectiveness of this has been confirmed on a practical level as well.

An)合金膜が有効である理由は、配線中に必ず含まれ
る粒界にAllと他の金属との金属間化合物が析出して
点在することにある。すなわち高電流密度においてl原
子が粒界に沿って移動,拡散するのがエレクトロマイグ
レーションであるが、粒界に析出した金属間化合物がこ
のAfl原子移動に対してバリアとして機能するのであ
る。しかしながら、Ap合金膜配線は、ストレスマイグ
レーションに対してはエレクトロマイグレーション程の
効果が見られない。ストレスマイグレーシジンは主とし
て配線層を横断する竹の節状の粒界(バンブー粒界)で
生じる。通常の3ffi点を持つ粒界に比べてバンブー
粒界に加わる応力が大きいためである。1合金配線では
バンブー粒界にももちろん金属間化合物が析出するが、
その析出は一様ではなく、しかも微細化によってバンブ
ー粒界が増加することが、合金化によってもストレスマ
イグレーションに対する効果が十分に得られない原因と
考えられる。ストレスマイグレーションに対する効果を
大きくするために、添加する金属濃度を高くすることが
考えられるが、これは現実的な対策とならない。添加す
る金属濃度を余り高くすると、加工性が低下し、配線抵
抗が大きくなり、また析出粒子が大きく成長してAg原
子移動の不均一性を助長してかえってエレクトロマイグ
レーションが生じ易くなるためである。
The reason why the An) alloy film is effective is that intermetallic compounds of All and other metals precipitate and are scattered at the grain boundaries that are always included in the wiring. That is, electromigration is the movement and diffusion of L atoms along grain boundaries at high current density, and the intermetallic compound precipitated at the grain boundaries functions as a barrier against the movement of Afl atoms. However, Ap alloy film wiring is not as effective against stress migration as electromigration. Stress migration resins mainly occur at bamboo node-shaped grain boundaries (bamboo grain boundaries) that cross the wiring layer. This is because the stress applied to bamboo grain boundaries is greater than that of grain boundaries with normal 3ffi points. Of course, intermetallic compounds precipitate at bamboo grain boundaries in 1-alloy wiring, but
The precipitation is not uniform, and the number of bamboo grain boundaries increases due to refinement, which is considered to be the reason why alloying does not have a sufficient effect on stress migration. In order to increase the effect on stress migration, it is conceivable to increase the concentration of the added metal, but this is not a realistic countermeasure. This is because if the added metal concentration is too high, workability will decrease, wiring resistance will increase, and precipitated particles will grow large, promoting non-uniformity of Ag atomic movement and making electromigration more likely to occur. .

第2の方法は、An)膜と他の金属膜例えばW膜C『膜
.Ti膜等との積層構造を利用することである。例えば
Al膜の膜厚方向の中間部に他の金属膜を介在させた構
造とする。この様な配線構造とすれば、エレクトロマイ
グレーションに対しては、ボイドが発生しても、Ag膜
が上下に分断されているためにこれが膜厚方向につなが
る確率が低くなる結果、耐性が向上する。またバンブー
粒界も中間金属層で分断されるため、粒界での応力果中
が緩和される。そしてこのことと、中間金属層自体が応
力を緩和する働きを持つことが相俟って、ストレスマイ
グレーションにも強いものとなる。しかしこの方法にも
、次のような難点がある■中間金属膜の存在により、配
線抵抗が高くなる。
The second method is to use an An) film and another metal film such as a W film. The method is to utilize a laminated structure with a Ti film or the like. For example, a structure is used in which another metal film is interposed in the middle part of the Al film in the film thickness direction. With such a wiring structure, even if voids occur, the Ag film is divided vertically, which reduces the probability that they will connect in the film thickness direction, improving resistance to electromigration. . Furthermore, since the bamboo grain boundaries are also separated by the intermediate metal layer, stress effects at the grain boundaries are alleviated. This, combined with the fact that the intermediate metal layer itself has the function of relieving stress, makes it resistant to stress migration. However, this method also has the following drawbacks: (1) The presence of the intermediate metal film increases wiring resistance.

特に中間金属膜がAg膜との間で金属間化合物を形成す
ると、配線抵抗は一層高いものとなる。
In particular, when an intermetallic compound is formed between the intermediate metal film and the Ag film, the wiring resistance becomes even higher.

■中間金属膜とAl膜との金属間化合物が基板シリコン
と反応を起こして、コンタクト部を破壊することがある
。特に中間金属としてTilliを用いた場合大きい問
題となる。すなわち、AN2Ti,Si7という安定な
三元金属間化合物があるため、A,IJ−St(1%)
配線を用いたとしてもAI中のStだけでは足りずにコ
ンタクト部のシリコンとも反応してコンタクト破壊とい
う不良を生じる。■上層All膜のみに着目,すると、
中間金属膜の存在によってその粒径が小さくなり、上J
WIM1!のエレクトロマイグレーション耐性が低下す
る。これにより全体としてAfi配線の信頼性が低下す
る。■AIMと中間金属膜との金属間化合物形成に際し
て体積収縮が生じ、母相のAlと金属間化合物膜との間
に微小な欠陥が誘起される。この欠陥に沿う原子拡散が
加速される結果、エレクトロマイグレーションに対する
耐性はそれ程大きくならない。■Afi膜と中間金属膜
との間で配線内部に局所電池が形成され、腐食耐性が低
下する。
(2) The intermetallic compound between the intermediate metal film and the Al film may react with the silicon substrate and destroy the contact portion. This becomes a particularly serious problem when Tilli is used as the intermediate metal. That is, since there are stable ternary intermetallic compounds AN2Ti and Si7, A, IJ-St (1%)
Even if wiring is used, the St in the AI alone is not sufficient and reacts with the silicon in the contact portion, causing a defect called contact breakdown. ■Focusing only on the upper layer All film, we get
The presence of the intermediate metal film reduces the grain size, and the upper J
WIM1! The electromigration resistance of This reduces the reliability of the Afi wiring as a whole. (2) Volume shrinkage occurs when an intermetallic compound is formed between the AIM and the intermediate metal film, and minute defects are induced between the parent phase Al and the intermetallic compound film. As a result of accelerated atomic diffusion along this defect, resistance to electromigration is not as great. (2) A local battery is formed inside the wiring between the Afi film and the intermediate metal film, reducing corrosion resistance.

第3の方法は、安部等により提案された,AlまたはA
47合金膜配線の内部にAI酸化物膜を介在させる方法
である(例えば特開昭64一13740号公報).これ
は、Aj)膜を堆積した後、これを大気に晒す、大気中
で加熱する、或いは純水中で洗浄する、といった方法で
AI酸化物膜を表面に形成し、再度その上にΔρ膜を堆
積することにより、AJ配線の機械的強度を強化すると
いうものである。この方法は、確かにエレクトロマイグ
レーションに有効である。しかしながらこの方法は、先
の中間金属膜を介在させる方法に比べて更に配線抵抗が
高くなるという難点がある。
The third method is Al or A proposed by Abe et al.
This is a method in which an AI oxide film is interposed inside the 47 alloy film wiring (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 1983-13740). Aj) After depositing the film, an AI oxide film is formed on the surface by exposing it to the atmosphere, heating it in the atmosphere, or washing it in pure water, and then depositing the Δρ film on it again. By depositing , the mechanical strength of the AJ wiring is strengthened. This method is certainly effective for electromigration. However, this method has the disadvantage that the wiring resistance becomes higher than that of the method using an intermediate metal film.

またコンタクト部ではコンタクト抵抗が増大する。Further, contact resistance increases in the contact portion.

更にAI膜形成後に一旦大気に晒す上述のようなAp酸
化物膜の形成法では、Aρ酸化物膜の膜厚制御性が十分
ではなく、薄い均一な膜厚のAI酸化物膜を得ることが
困難である。
Furthermore, in the above-mentioned method of forming an Ap oxide film, in which the film is exposed to the atmosphere after forming the AI film, the thickness controllability of the Ap oxide film is not sufficient, and it is difficult to obtain an AI oxide film with a thin and uniform thickness. Have difficulty.

(発明が解決しようとする課題) 以上のように従来の半導体装置における金属配線では、
素子の微細化に伴ってエレクトロマイグレーションとス
トレスマイグレーションが大きい問題となってきている
が、従来提案されている対応策はいずれも十分ではない
、という問題があった。
(Problem to be solved by the invention) As described above, in the metal wiring in the conventional semiconductor device,
Electromigration and stress migration have become serious problems as devices become smaller, but none of the countermeasures proposed so far have been sufficient.

本発明の目的は、耐エレクトロマイグレーションおよび
耐ストレスマイグレーションに優れた金属配線を持つ半
導体装置を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a semiconductor device having metal wiring that has excellent electromigration resistance and stress migration resistance.

本発明の他の目的は、耐エレクトロマイグレーションお
よび耐ストレスマイグレーションに優れた金属配線形成
工程を有する半導体装置の製造方法を堤供することにあ
る。
Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device having a metal wiring formation process with excellent electromigration resistance and stress migration resistance.

本発明の更に他の目的は、耐エレクトロマイグレーショ
ンおよび耐ストレスマイグレーションに優れた半導体装
置の金属配線を形戊することができる配線膜形成装置を
提供することにある。
Still another object of the present invention is to provide a wiring film forming apparatus capable of forming metal wiring of a semiconductor device with excellent electromigration resistance and stress migration resistance.

[発明の構成コ (課題を解決するための手段) 本発明に係る半導体装置は、素子が形成された半導体基
板上に絶縁膜を介して形成される金属の電極または配線
が、その膜厚方向または幅方向に配線を分断するように
埋設された,配線材料と反応しない材料からなる厚み1
〜5 0 nm (より好ましくは2〜10nff+)
の障壁膜を有することを特徴とする。
[Configuration of the Invention (Means for Solving the Problems)] A semiconductor device according to the present invention has a semiconductor device in which a metal electrode or wiring formed on a semiconductor substrate on which an element is formed with an insulating film interposed therebetween in the direction of its film thickness. Or a thickness of 1 made of material that does not react with the wiring material and is buried so as to divide the wiring in the width direction.
~50 nm (more preferably 2~10nff+)
It is characterized by having a barrier film of.

本発明に係る半導体装置の製造方法は、素子が形成され
た半導体基板上に絶縁膜を介して金属配線を形成する際
に、第1層金属膜,この金属膜とは異種材料からなる障
壁膜および第2層金属膜の少なくとも三層を凰板を大気
に晒すことなく連続的に積層形成した後、この積層膜を
バターニングすることを特徴とする。
In the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, when forming metal wiring via an insulating film on a semiconductor substrate on which an element is formed, a first layer metal film, a barrier film made of a material different from this metal film, The present invention is characterized in that at least three layers of the second layer metal film are successively laminated without exposing the hood board to the atmosphere, and then the laminated film is buttered.

本発明に係る半導体装置用の配線膜形成装置は、上述し
た第1層金属膜,#壁膜および第2層金属膜をそれぞれ
形成するための第1〜第3の膜形成室がゲートバルブを
介して連結され、これらの膜形成室を順次基板を搬送し
て基板を大気に晒すことなく連続的に膜形成できるよう
に構戊されていることを特徴とする。
In the wiring film forming apparatus for semiconductor devices according to the present invention, the first to third film forming chambers for forming the above-mentioned first layer metal film, #wall film, and second layer metal film respectively have a gate valve. These film forming chambers are connected to each other through the film forming chambers, and the substrates are sequentially transferred through these film forming chambers so that film formation can be performed continuously without exposing the substrates to the atmosphere.

(作 用) 本発明による半導体装置では、金属配線の内部にごく薄
い障壁膜を介在させることによって、配線抵抗やコンタ
クト抵抗を増大させることなく、金1tA配線の耐エレ
クトロマイグレーション特性や耐ストレスマイグレーシ
ョン特性を向上させることができる。障壁膜が1na+
より薄いと、膜厚のばらつきによって、配線中に発生す
るボイドの成長を抑制する効果が十分に得られなくなる
。したがって障壁膜としての効果を得るにはInffl
以上、好ましくは2nm以上の膜厚を必要とする。また
、障聖膜の膜厚が5 0 ntaを越えると、配線抵抗
の増大が無視できなくなるので、50nm以下、特に好
ましくは10111n以下とする。また障壁膜は、配線
材[1と反応しない安定な物質であることが必要であり
、これにより金属間化合物の形成等による配線瓜抗の増
大を防止することができる。
(Function) In the semiconductor device according to the present invention, by interposing a very thin barrier film inside the metal wiring, the electromigration resistance and stress migration resistance of the gold 1tA wiring can be improved without increasing the wiring resistance or contact resistance. can be improved. Barrier film is 1na+
If it is thinner, the effect of suppressing the growth of voids generated in the wiring cannot be obtained sufficiently due to variations in film thickness. Therefore, to obtain the effect as a barrier film, Inffl
As mentioned above, a film thickness of preferably 2 nm or more is required. Furthermore, if the thickness of the barrier membrane exceeds 50 nta, the increase in wiring resistance cannot be ignored, so the thickness is set to 50 nm or less, particularly preferably 10111 nm or less. Further, the barrier film needs to be a stable substance that does not react with the wiring material [1], thereby preventing an increase in wiring resistance due to the formation of intermetallic compounds or the like.

?発明の方法および配線膜形成装置によれば、基板を大
気に晒すことなく連続的に金属膜/障壁膜/金属膜の積
層構遣を形成するので、積層膜相互間の密着性,膜厚制
御性に優れた信頼性の高い金属配線を(gることかでき
る。
? According to the method and wiring film forming apparatus of the invention, the laminated structure of metal film/barrier film/metal film is continuously formed without exposing the substrate to the atmosphere, so that the adhesion between the laminated films and the film thickness can be controlled. It is possible to create highly reliable metal wiring with excellent performance.

(失施例) 以ド、本発明の大施例を図面を参照して説明する。(Failure to practice) Hereinafter, a major embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図は、一実施例の半導体装置の金属配線構造を示し
ている。シリコン基板1には所望の素子が形成され、そ
の表面はシリコン酸化膜等の絶縁膜2により覆われてい
る。絶縁膜2には必要なコンタクト孔が開けられ、この
上に金属配線3が形成されている。金属配線3はこの実
施例では、第1層金属膜31と第2層金属膜3■の中間
に障5l膜3.3が埋設された積層構造を有する。第1
層金属膜31および第2層金属膜3■はAI?膜または
Aρ合金膜であり、障壁膜33はAfI酸化物膜である
。障壁膜3,としてAN酸化物の他に、ANとの反応性
が低い他の物質例えばlの窒化物,炭化物,硼化物等を
用いることもできる。障壁膜3,の厚みD,は、1〜5
0nmの範囲、より好ましくは2〜10nI1の範囲と
する。
FIG. 1 shows a metal wiring structure of a semiconductor device according to one embodiment. Desired elements are formed on a silicon substrate 1, and its surface is covered with an insulating film 2 such as a silicon oxide film. Necessary contact holes are made in the insulating film 2, and metal wiring 3 is formed thereon. In this embodiment, the metal wiring 3 has a laminated structure in which a barrier film 3.3 is embedded between a first metal film 31 and a second metal film 3. 1st
Is the layer metal film 31 and the second layer metal film 3■ made of AI? film or Aρ alloy film, and the barrier film 33 is an AfI oxide film. In addition to AN oxide, other materials having low reactivity with AN, such as nitrides, carbides, borides, etc., can also be used as the barrier film 3. The thickness D of the barrier film 3 is 1 to 5
The range is 0 nm, more preferably 2 to 10 nI1.

障壁膜の膜厚をこの様な範囲に設定する理由を第12図
を参照して説明する。第12図は、本実施例で0.2μ
mの1−1%S i−0.5%Cu2層間に介在させる
AfI20,膜厚を0.5〜14nmの範囲で変化させ
て、下層のAl −S i−Cu配線とのビアホール抵
抗を測定した結果である。また、AI? 2 03の代
わりにA47Nを採用した際の同様の結果を併せて示し
た。下層のAρ−Si−Cuは、All −1X S 
i −0.2% C uまたはAI−1%Si−0.5
%Cuである。配線幅は0.4μmである。その配線上
のプラズマTEOS膜にArFエキシマレーザリングラ
フィ技術と酸化MRIE技術を用いて、0.2μm〜0
.4μmの開口部を詭けて、まず0.2μmのA,l/
−1%S i −0.2%Cu膜をスパッタする。つい
でAfI20i形成室に移動し、酸素をISCCM流し
て、ターボ分子ポンプの排気容量をコンダクタンスバル
プで調整してIX10’Paから1.3X10−2Pa
とし、室温〜300℃で5〜l 0 0 sec保持し
、0.5 〜14naのAN20i膜を形成する。基板
加熱は3nm以上のAg203膜形成時に用いる。たと
えば、室温で1.3X10−’Paの02分圧下で、A
l −IX S f −(1.5% C u上に3nm
のAg20iが9 0 secの間に成長する。ついで
2層目のAρ一Si−Cu形成室に移動して、0.2μ
mのA,ill−1%Si−0.5%Cuをスバッタす
る。この後、ArFエキシマレーザリソグラフィ技術と
BCff3 CD2 He系のRIE技術を用いて、0
6 3〜0.5μm幅に加工する。
The reason why the thickness of the barrier film is set within such a range will be explained with reference to FIG. Figure 12 shows that in this example 0.2μ
AfI20 is interposed between two layers of 1-1% Si-0.5% Cu, and the film thickness is varied in the range of 0.5 to 14 nm, and the via hole resistance with the underlying Al-Si-Cu wiring is measured. This is the result. Also, AI? Similar results were also shown when A47N was used instead of 203. The lower layer Aρ-Si-Cu is All-1X S
i-0.2% Cu or AI-1%Si-0.5
%Cu. The wiring width is 0.4 μm. Using ArF excimer laser phosphorography technology and oxidation MRIE technology on the plasma TEOS film on the wiring,
.. Inspect the 4 μm aperture and first insert a 0.2 μm A, l/
-1% Si -0.2% Cu film is sputtered. Next, move to the AfI20i formation chamber, flow oxygen by ISCCM, and adjust the exhaust capacity of the turbo molecular pump with a conductance valve to increase from IX10'Pa to 1.3X10-2Pa.
The temperature is maintained at room temperature to 300° C. for 5 to 100 seconds to form an AN20i film of 0.5 to 14 na. Substrate heating is used when forming an Ag203 film of 3 nm or more. For example, under a partial pressure of 1.3X10-'Pa at room temperature, A
l -IX S f - (3 nm on 1.5% Cu
of Ag20i grows during 90 sec. Next, move to the second layer Aρ-Si-Cu formation chamber, and
Spatter m of A,ill-1%Si-0.5%Cu. After this, using ArF excimer laser lithography technology and BCff3 CD2 He-based RIE technology, 0
6 Process to a width of 3 to 0.5 μm.

450℃,30分,Nz  −10% H2中テノシン
ター後、得られた1 0000個のビアホール抵抗を単
位面積当りに換算して示している。このデータの配線幅
は0.5μmである。また同図には、N2’+1,15
0℃で3000時間経過後のSin2上の単独のAN2
0i積層配線抵抗(配線長IIII1)をも示す。図か
ら、ビアホール比接触抵抗は、AR20i厚と共に増加
を示し、1na+ではI X 1 0−8Ωcm2 (
0.4μm口ビアホールで1個当り0.9Ω)  10
nmでは1×10Ωcm2 (0.4μm口ビアホール
で1個当り6.3Ω)となる。従って極めて低抵抗のコ
ンタクトには、5nm以下のAρ203厚が好ましい。
The resistance of 10,000 via holes obtained after teno-sintering at 450°C for 30 minutes in Nz -10% H2 is shown in terms of resistance per unit area. The wiring width of this data is 0.5 μm. Also, in the same figure, N2'+1,15
AN2 alone on Sin2 after 3000 hours at 0°C
0i laminated wiring resistance (wiring length III1) is also shown. From the figure, the via hole specific contact resistance shows an increase with the AR20i thickness, and for 1na+ IX10-8Ωcm2 (
0.9Ω per 0.4μm via hole) 10
In nm, it is 1×10 Ωcm2 (6.3 Ω per 0.4 μm via hole). Therefore, an Aρ203 thickness of 5 nm or less is preferred for very low resistance contacts.

しかしながら、シンター条件次第では8〜10IlのA
II2 03膜でも10−’〜10−’ΩcnI2のビ
アホール抵抗が得られ、実用上問題ないことがボされた
。一方、150℃.3000時間後の配線抵抗は、AN
203膜厚が1nIm以下ではストレス印加前の4〜5
倍以上増加する。従ってAn2’sの膜厚には上限と下
限がある。
However, depending on the sintering conditions, an A of 8 to 10 Il
Even with the II203 film, a via hole resistance of 10-' to 10-'ΩcnI2 was obtained, and it was found that there was no problem in practical use. On the other hand, 150℃. The wiring resistance after 3000 hours is AN
4 to 5 before stress application when the 203 film thickness is less than 1 nIm.
Increase more than twice. Therefore, the thickness of An2's has an upper limit and a lower limit.

まったく同様のことが、Af)20iHの代りにAIN
膜を用いた場合にもいえる。
Exactly the same thing can be done with AIN instead of Af)20iH
This also applies when membranes are used.

この実施例による金属配線構造が機械的に高い(g頼性
を有することを第3図(a) (b)を用いて説明する
。第3図(b)は一層のみのAN配線の配線長方向に平
行な断面の様子であり、この場合図のように膜厚方向に
配線を横断するバンブー粒界5が生じる。これに対して
第3図<a)はこの実施例の配線構造の場合であり、障
壁膜が配線層を上下に分断している為、粒界4も上下に
分断される。
The fact that the metal wiring structure according to this embodiment has high mechanical reliability will be explained using FIGS. 3(a) and 3(b). In this case, there are bamboo grain boundaries 5 that cross the wiring in the film thickness direction as shown in the figure.On the other hand, Fig. 3<a) shows the wiring structure of this example. Since the barrier film divides the wiring layer vertically, the grain boundaries 4 are also divided vertically.

またこの場合、障壁膜3,の存在によって各AI膜の平
均粒径が小さくなって、多くの粒界が形成される。従っ
て配線長方向に引っ張り応力がかかった場合を考えると
、第3図(b)の構造ではこれがバンブー粒界5に集中
して負荷されるため、この様な粒界5でクリープが生じ
る。これがストレスマイグレーションの原囚である。こ
れに対してこの実施例の場合、第3図(a)に示すよう
に応力は分散されるので機械的強度が向上することにな
る。
Furthermore, in this case, the presence of the barrier film 3 reduces the average grain size of each AI film and forms many grain boundaries. Therefore, considering the case where tensile stress is applied in the direction of the wiring length, in the structure shown in FIG. 3(b), this load is concentrated on the bamboo grain boundaries 5, and creep occurs at such grain boundaries 5. This is the original prisoner of stress migration. On the other hand, in the case of this embodiment, the stress is dispersed as shown in FIG. 3(a), so that the mechanical strength is improved.

この様に応力が分散されて機械的強度が向上する現象は
、ボール・ベツチの式として知られる構造材料の強度と
粒界との関係式で表されるものと類似している。ポール
・ペッチの式は経験式であって、材料の降伏強度σ,と
材料の粒径dとが、σ,−σo十kd−’・2 なる関係を有するというものである。
This phenomenon in which stress is dispersed and mechanical strength is improved is similar to that expressed by the relationship between the strength of structural materials and grain boundaries, known as the Ball-Betts equation. The Paul-Petch equation is an empirical equation that states that the yield strength σ of a material and the grain size d of the material have a relationship of σ,−σo−kd−′·2.

またこの実施例の配線構造では、前述のようにバンブー
粒界がなくなることから、エレクトロマイグレーション
に対しても強い耐性を示す。
Furthermore, since the wiring structure of this example eliminates bamboo grain boundaries as described above, it exhibits strong resistance to electromigration.

さらにこの実施例では、障壁H3,は極めて薄いものと
しており、これによって陣壁膜33を介在させたことに
よる配線抵抗の増大およびコンタクト抵抗の増大が無視
できる程度に抑えられている。
Further, in this embodiment, the barrier H3 is extremely thin, so that increases in wiring resistance and contact resistance due to the interposition of the wall film 33 are suppressed to a negligible level.

ところで障壁膜33.を設ける位置については、上層配
線部と下層配線部それぞれのアスペクト比D,/W,D
2 /Wが1にならないように選択することが望ましい
。単層配線の場合、アスペクト比と応力の関係を調べる
と、第4図に示すような関係があり、アスベクト比が1
の点で配線応力が極大値を示すからである。従って配線
全体として見たときアスペクト比が1或いはこれに近い
値である場合に、障壁膜を介在させることで上下各層の
アスベクト比を1からずらすことによって、配線応力を
小さくして機械的強度を上げることができる。
By the way, the barrier film 33. Regarding the position where the
It is desirable to select such that 2/W does not become 1. In the case of single-layer wiring, when examining the relationship between aspect ratio and stress, there is a relationship as shown in Figure 4, where the aspect ratio is 1.
This is because the wiring stress reaches its maximum value at the point. Therefore, when the aspect ratio of the wiring as a whole is 1 or a value close to this, by interposing a barrier film to shift the aspect ratio of the upper and lower layers from 1, the wiring stress can be reduced and the mechanical strength can be increased. can be raised.

具体的な実験データを説明する。酸化膜で覆わ?たシリ
コン話板上に、第1,第2層の金属膜3,,3■として
、Ap−Si−Cu膜を用い、障壁膜3,として3nI
lのA,Q酸化膜を用いて、全体として膜厚4 0 0
 nl,配線幅1μm,配線長6mの配線を形成した。
Describe specific experimental data. Covered with oxide film? Ap-Si-Cu films were used as the first and second metal films 3, 3, and 3nI as the barrier film 3 on the silicon substrate.
The overall film thickness is 400 by using 1 A and Q oxide films.
A wiring with a wiring width of 1 μm and a wiring length of 6 m was formed.

この試料を150℃の雰囲気に5000時間放置するス
トレス試験を行った。
A stress test was conducted in which this sample was left in an atmosphere at 150° C. for 5000 hours.

比較例として、A,77−Si−Cu膜単層で配線を形
成した試料で同様の試験を行った。比較例で不良率80
%であるのに対し、この実施例の場合不良率ゼロであっ
た。
As a comparative example, a similar test was conducted using a sample in which wiring was formed using a single layer of A,77-Si-Cu film. Defective rate in comparative example: 80
%, whereas in this example, the defective rate was zero.

第2図は他の実施例の配線構造である。第1図と対応す
る部分には第1図と同一符号を付して詳細な説明は省略
する。第1図の実施例では金属配線を膜厚方向に分断す
るように障壁膜33を介在させたのに対し、この実施例
では幅方向に分断するように障聖膜33を介在させてい
る。この実施例の場合も、障壁膜3,の厚み(横方向に
計る)W,を1〜50nI好ましくは2〜10nI1と
する。
FIG. 2 shows the wiring structure of another embodiment. Portions corresponding to those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals as in FIG. 1, and detailed description thereof will be omitted. In the embodiment shown in FIG. 1, a barrier film 33 is interposed so as to divide the metal wiring in the thickness direction, whereas in this embodiment, a barrier film 33 is interposed so as to divide it in the width direction. In this embodiment as well, the thickness W of the barrier film 3 (measured in the lateral direction) is 1 to 50 nI, preferably 2 to 10 nI1.

また障壁膜3,の位置は、やはり分割される二つの配線
膜のそれぞれのアスペクト比D / W +D / W
 2が1にならないように選ぶことが好ましい。
Moreover, the position of the barrier film 3 is also determined by the aspect ratio of the two wiring films to be divided: D/W +D/W
It is preferable to choose so that 2 does not become 1.

この実施例によっても先の実施例と同様の効果が得られ
る。
This embodiment also provides the same effects as the previous embodiment.

以上の実施例においては、配線材料としてA,Q系を用
いたが、他の金属例えばCu,W,Au等の配線に対し
ても本発明は有効である。また実施例では、障壁膜を配
線中に一層設ける例を示したが、基板表面に形成された
不純物層にコンタクトするコンタクト電極中に形成して
も、或いは配線膜厚等に応じて二層以上設けてもよい。
In the above embodiments, A and Q-based wiring materials were used, but the present invention is also effective for wiring made of other metals such as Cu, W, and Au. In addition, in the example, an example was shown in which one barrier film is provided in the wiring, but it may also be formed in the contact electrode that contacts the impurity layer formed on the substrate surface, or two or more layers may be formed depending on the wiring film thickness, etc. It may be provided.

第13図は、Aj! 2 03積層配線並びにAgN積
層配線を多層配線に応用した場合の断面模式図である。
Figure 13 shows Aj! FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a case where a 203 laminated wiring and an AgN laminated wiring are applied to a multilayer wiring.

St基板101上に絶縁膜102を形成し、コンタクト
ホールを開口して不純物拡散層103を形成し、第1の
プラグ電極(例えばW)104をCVDにより形成し、
ついで第1のAll/ An) 2 0 3 / AI
?  CADは純Afiまたは合金)配線105を形成
し、絶縁膜106を堆積する。ビアホール開口後、第2
のプラグ電極107および108を形戊し、続いて第2
のAg/Aj? 2 0 3 / Ail配線を形成す
る。まったく同様にAI+203の代りに、A,9Nを
採用したものを形成する。多層構造に積層配線を用いる
と、層間膜から受ける応力に対して極めて耐性のある配
線が丈現できる。
An insulating film 102 is formed on an St substrate 101, a contact hole is opened to form an impurity diffusion layer 103, a first plug electrode (for example, W) 104 is formed by CVD,
Then the first All/An) 203/AI
? CAD is made of pure Afi or alloy) wiring 105 is formed, and an insulating film 106 is deposited. After opening the via hole, the second
The plug electrodes 107 and 108 are shaped, and then the second plug electrodes 107 and 108 are formed.
Ag/Aj? 203/Ail wiring is formed. In exactly the same way, instead of AI+203, one using A,9N is formed. When laminated wiring is used in a multilayer structure, it is possible to create long wiring that is extremely resistant to stress from interlayer films.

次に本発明による半導体装置の金属配線形成方法と、そ
の方法に使用する配線膜形成装置の実施例を説明する。
Next, an embodiment of a method for forming metal wiring in a semiconductor device according to the present invention and a wiring film forming apparatus used in the method will be described.

第5図は、実施例に用いた配線膜形成装置の基本横成で
ある。第1の膜形戊室11a,第2の膜形成室1lbお
よび第3の膜形成室11Cが仕切りゲートバルブ12a
.12bを介して連結されている。各膜形成室11a〜
11Cは互いに独立した排気系をHし、図示のようにゲ
ートバルブ13,13b,13cを介してポンブ14a
,14b,14cが接続されている。ボンブ14a〜1
4Cはやターボ分子ポンプ(クライオボンブでもよい)
である。第1の膜形成室11aおよび第3の膜形成室1
1Cはこの実施例ではAI膜のスバッタ室であり、それ
ぞれにA『等の不活性ガス桿人口15.18が設けられ
ている。第2の膜形成室は、Al膜表面にAl酸化膜を
形成するための酸素プラズマ処理室であり、ここには不
活性ガス導入口16と酸素,水蒸気等の酸化性ガス導入
口17が設けられている。膜形成すべき基板は、搬送ベ
ルトによって各膜形成室間を大気に晒されることなく移
動できるようになっている。
FIG. 5 shows the basic layout of the wiring film forming apparatus used in the example. A gate valve 12a partitions into a first film-shaped chamber 11a, a second film-forming chamber 1lb, and a third film-forming chamber 11C.
.. 12b. Each film forming chamber 11a~
11C is a mutually independent exhaust system H, and a pump 14a is connected to the pump 14a through gate valves 13, 13b, 13c as shown in the figure.
, 14b, 14c are connected. Bomb 14a~1
4C Haya turbo molecular pump (cryobomb may also be used)
It is. First film forming chamber 11a and third film forming chamber 1
In this embodiment, 1C is a sputtering chamber for the AI film, and each chamber is provided with 15.18 inert gas rods such as A'. The second film forming chamber is an oxygen plasma treatment chamber for forming an Al oxide film on the surface of the Al film, and is provided with an inert gas inlet 16 and an oxidizing gas inlet 17 such as oxygen or water vapor. It is being The substrate on which a film is to be formed can be moved between each film forming chamber by a conveyor belt without being exposed to the atmosphere.

第6図は、より具体的な膜形成装置の構成である。第5
図の基本構成に対して、第1の膜形成室11aにゲート
バルブ12cを介して基板導入室11dが設けられ、第
3の膜形成室11cに対してゲートバルブ12dを介し
て基板取出し室11eが設けられている。この様に基板
導入室11dと基板取出し室1’leを設けることによ
って、膜形成室が基板の出し入れの際に大気に晒される
ことがなくなり、高真空保持ができる。これらの基板導
入室lidと基板取出し室11eにもそれぞれゲートバ
ルブ13d,13eを介してボンプ14d,14eが設
けられている。また第6図では、ロータリーボンブ/メ
カニカルブースターボンブからなる荒引きポンプ20a
〜20eがそれぞれの室にゲートバルブ21a〜21e
を介して設けられていることを示している。荒引きボン
ブ20a〜20eはまたゲートバルブ19a〜19eを
介してそれぞれポンプ14a〜14eに繋がっている。
FIG. 6 shows a more specific configuration of the film forming apparatus. Fifth
In the basic configuration shown in the figure, a substrate introduction chamber 11d is provided in the first film forming chamber 11a via a gate valve 12c, and a substrate unloading chamber 11e is provided in the third film forming chamber 11c via a gate valve 12d. is provided. By providing the substrate introducing chamber 11d and the substrate unloading chamber 1'le in this manner, the film forming chamber is not exposed to the atmosphere when substrates are taken in and out, and a high vacuum can be maintained. Bumps 14d and 14e are also provided in the substrate introduction chamber lid and the substrate removal chamber 11e via gate valves 13d and 13e, respectively. Also, in FIG. 6, a roughing pump 20a consisting of a rotary bomb/mechanical booster bomb is shown.
~20e has gate valves 21a~21e in each chamber
It shows that it is provided through. The roughing bombs 20a-20e are also connected to pumps 14a-14e, respectively, via gate valves 19a-19e.

この様な膜形成装置を用いて具体的に、Ap合金膜/A
l酸化膜/AD合金膜の積層構造からなる配!!9!膜
を形成する場合を説明する。素子が形成され、その表面
に酸化膜が形成されてこれにコンタクト孔が形成された
シリコン基板を用意し、これを及板導入室lidに装着
して、バルブ21dを開いて荒引きボンブ20dによっ
てこの基板導入室11d内をIPa程度まで真空引きす
る。その後バルブ21dを閉じ、バルプ19dを開いて
ターボ分子ポンプ14dによって基板導入室1 1. 
d内をIXIO−’Pa程度まで減圧する。その後バル
ブ12cを開いて基板をmlの膜形成室11aに搬送す
る。このときまでに第1〜第3の膜形成室11a〜ll
cおよび基板取出し室11eも既に1xlO−5Pa程
度まで減圧されている。そして第1の膜形成室11aに
はArガスを30〜403CCM導入して0.5Pa程
度の圧力とL、DCマグネトロンスパッタ法(5ooV
,3A)によって200nmのAll − S i  
(1%)−C u (0.5%)膜を形成する。ターゲ
ットの純度は99.9991%とし、膜堆積速度は1 
0 〜1 5ni/ secとする。
Specifically, Ap alloy film/A
A structure consisting of a laminated structure of l oxide film/AD alloy film! ! 9! The case of forming a film will be explained. A silicon substrate on which an element has been formed, an oxide film formed on its surface, and a contact hole formed therein is prepared, and this is installed in the plate introduction chamber lid, the valve 21d is opened, and the roughing bomb 20d is used. The inside of this substrate introduction chamber 11d is evacuated to approximately IPa. Thereafter, the valve 21d is closed, the valve 19d is opened, and the substrate introduction chamber 1 is moved by the turbo molecular pump 14d.
Reduce the pressure inside d to about IXIO-'Pa. Thereafter, the valve 12c is opened and the substrate is transferred to the ml film forming chamber 11a. By this time, the first to third film forming chambers 11a to ll
c and the substrate unloading chamber 11e have already been reduced to about 1xlO-5Pa. Then, 30 to 403 CCM of Ar gas is introduced into the first film forming chamber 11a, and a pressure of about 0.5 Pa is applied to the L, DC magnetron sputtering method (5ooV
, 3A) of 200 nm All-Si
(1%)-C u (0.5%) film is formed. The purity of the target was 99.9991%, and the film deposition rate was 1.
0 to 15 ni/sec.

こうしてA,Q合金膜が形成された基板を次に、第2の
膜形成室1lbに搬送し、ここに酸素ガスをIOOSC
CM導入して15Paとして、500WのRF放電によ
って酸素プラズマを起こす。この酸素プラズマに基板を
6 0 sec間晒して酸素ガス供給を止める。これに
よりA,9合金膜上に約3nmのAI!酸化物M (A
,9 2 0 3膜)が形成される。
The substrate on which the A and Q alloy films were formed in this way was then transported to the second film formation chamber 1lb, where oxygen gas was introduced into the IOOSC.
CM is introduced and the pressure is set to 15 Pa, and oxygen plasma is generated by RF discharge of 500 W. The substrate is exposed to this oxygen plasma for 60 seconds and the supply of oxygen gas is stopped. This results in approximately 3 nm of AI on the A,9 alloy film! Oxide M (A
, 9 2 0 3 films) are formed.

次に基板を第3の膜形成室11cに搬送して、第1の膜
形成室11aにおけると同様の条件でAp−Si−Cu
膜を200問堆積する。
Next, the substrate is transferred to the third film forming chamber 11c, and Ap-Si-Cu is coated under the same conditions as in the first film forming chamber 11a.
Deposit 200 films.

この様なシーケンスによって、A I  S s 一C
 u (200nm)/ Al) 2 0*  (3n
m)/AfI− S i −C u (200nm)の
三層構造が得られる。この積層膜をPEP工程を経てバ
ターニングすることにより、所望の金屈配線が得られる
By such a sequence, A I S s I C
u (200nm)/Al) 2 0* (3n
A three-layer structure of m)/AfI-S i -C u (200 nm) is obtained. By patterning this laminated film through a PEP process, a desired gold-flex wire can be obtained.

第7図は、得られた配線横這を示す断面図である。酸化
膜32で覆われたシリコン基板31上に第1層/’l)
合金膜33,A,Q 203膜34,第2層Ag合金膜
35が積層されている。第2層All合金膜35の表面
には、これを大気中に取出すことによって2〜6nII
lのAj)2 03膜36が形成される。障壁膜として
のAl)2 0s膜34の均一性は±0.3nwfM度
であり、24枚連続で成膜を行った桔果でもその均一性
は±0.5nm程度であった。上下のAl合金膜35.
33はAD203膜34により完全に分断されており、
粒界37も図のように分断されている。この桔果ストレ
スマイグレーションおよびエレクトロマイグレーション
に強い配線が得られた。障壁膜であるA1203嘆34
が2.5〜3.5n■の範囲では、上下のA47合金膜
35.33は電気的に低抵抗で接続しており、全体とし
て配線のシート抵抗は0.0075Ω/口と低い値を示
した。多数枚の基板にこの様な積層配線構造を形成する
場合、第1〜第3の膜形成室に1枚ずつ基板があるよう
にする7J■がスルーブットを上げるためには好ましく
、この方法で24枚の基板に膜形成するのに要した時間
は約1時間であった。ガスの導入方法と排気能力を上げ
れば、これは30〜40分に短縮することが出来る。な
おこの様なシーケンスで膜形成を行う場合、Ai)2 
03膜形成を行う第2の膜形成室1lbの酸素が第1.
第3の膜形成室11a,11Cに入らないようにする事
が必要であり、これによって白濁のないA,Q合金膜が
得られる。
FIG. 7 is a sectional view showing the obtained horizontal wiring. A first layer is formed on a silicon substrate 31 covered with an oxide film 32.
An alloy film 33, an A, Q 203 film 34, and a second layer Ag alloy film 35 are laminated. The surface of the second layer All alloy film 35 is exposed to 2 to 6 nII by taking it out into the atmosphere.
Aj)203 film 36 of 1 is formed. The uniformity of the Al)20s film 34 as a barrier film was ±0.3 nwfM degree, and even in the case of 24 films formed in succession, the uniformity was about ±0.5 nm. Upper and lower Al alloy films 35.
33 is completely separated by the AD203 membrane 34,
Grain boundaries 37 are also divided as shown. As a result of this, a wiring resistant to stress migration and electromigration was obtained. A1203 which is a barrier membrane 34
In the range of 2.5 to 3.5 n■, the upper and lower A47 alloy films 35.33 are electrically connected with low resistance, and the sheet resistance of the wiring as a whole is as low as 0.0075 Ω/hole. Ta. When forming such a laminated wiring structure on a large number of substrates, 7J■, in which one substrate is placed in each of the first to third film forming chambers, is preferable in order to increase throughput. The time required to form the film on one substrate was about 1 hour. By improving the gas introduction method and exhaust capacity, this time can be shortened to 30 to 40 minutes. Note that when film formation is performed in such a sequence, Ai)2
03 The oxygen in the second film forming chamber 1lb in which film formation is performed is the first.
It is necessary to prevent the particles from entering the third film forming chambers 11a and 11C, and thereby A and Q alloy films without cloudiness can be obtained.

この実施例により得られた積層膜を0.3〜2μm幅の
配線に加工した後、エレクトロマイグレーションおよび
ストレスマイグレーション試験を行った。その結果を第
8図および第9図に示す。
After processing the laminated film obtained in this example into a wiring having a width of 0.3 to 2 μm, electromigration and stress migration tests were conducted. The results are shown in FIGS. 8 and 9.

第8図は、エレクトロマイグレーション(EMと略して
ある)平均寿命を配線幅に対してプロットしたものであ
る。図に示す従来例は、AI−St−Cu単層<400
nm)の配線の場合である。試験条件は、150℃,2
MA/cm2である。図から明らかなようにこの実施例
のものは、従来例に比べて1桁以上寿命が改善されてい
る。第9図はストレスマイグレーション(SMと略して
いる)試験結果であり、試験条件は180℃,N2中放
置である。このストレス試験でもこの実施例のものは従
来例に比べて1桁以上改善されている。なおこの場合の
平均寿命は、直接測定の結果ではなく、断線した割合か
ら割り出したものである。
FIG. 8 is a plot of electromigration (abbreviated as EM) average life versus interconnect width. The conventional example shown in the figure is an AI-St-Cu single layer <400
This is the case for wiring of 100 nm). The test conditions were 150℃, 2
MA/cm2. As is clear from the figure, the life of this embodiment is improved by more than one order of magnitude compared to the conventional example. FIG. 9 shows the stress migration (abbreviated as SM) test results, and the test conditions were 180° C. and standing in N2. In this stress test, this example was improved by more than one order of magnitude compared to the conventional example. Note that the average lifespan in this case is determined from the percentage of disconnections, not the result of direct measurement.

なお比較のため、Al −S i−Cu膜をスバッタ形
成後、これを大気に晒して表面にA1203膜を形成し
、その上に再度Al −S i−Cu膜を形成した試料
A1およびAl −S i−Cu膜をスバッタ形成後、
これを一旦取出して酸素プラズマ装置によってAl2o
,膜を形成し、その上に再度AI−Si−Cu膜を形成
した試料Bを作った。
For comparison, samples A1 and Al - were prepared by spatter-forming an Al-Si-Cu film, then exposing it to the atmosphere to form an A1203 film on the surface, and then forming an Al-Si-Cu film again on top of it. After forming the Si-Cu film by spatter,
Once this is taken out, it is treated with Al2o using an oxygen plasma device.
, a film was formed thereon, and then an AI-Si-Cu film was formed again to prepare sample B.

試料AでのA120sHは2〜6nmであり、試料Bで
のA120,膜は4〜8nflIであった。いずれも上
記実施例に比べて均一性が悪い。試料Bでは部分的に1
0nm以上の膜厚となっている箇所もあり、゛微細パタ
ーンを形成したところ、シート抵抗の非常に大きい部分
が認められた。またチェーンコンタクト抵抗を調べた結
果、3〜10倍という大きいコンタクト抵抗増大部が認
められた。以上から、この実施例のように基板を大気に
晒すことなく連続的に膜形成することが、薄くて均一性
の優れた障壁膜を形成する上で極めて重要であることが
分かる。
The A120sH in sample A was 2 to 6 nm, and the A120 in sample B was 4 to 8 nflI. In both cases, the uniformity is poorer than in the above embodiments. Partially 1 in sample B
There were some areas where the film thickness was 0 nm or more, and when a fine pattern was formed, there were areas where the sheet resistance was extremely large. Furthermore, as a result of examining the chain contact resistance, a large contact resistance increase of 3 to 10 times was observed. From the above, it can be seen that continuous film formation without exposing the substrate to the atmosphere as in this example is extremely important in forming a thin and highly uniform barrier film.

酸素プラズマ酸化以外の方法でも障壁膜のAβ20sH
を形成する事ができる。その様なA1203膜形成法の
実施例を幾つか説明する。
Aβ20sH of barrier film can be improved by methods other than oxygen plasma oxidation.
can be formed. Some examples of such an A1203 film forming method will be described.

膜形成装置全体の基本構成は第5図および第6図に示し
たものと変わらないが、第2の膜形成室1lbの具体的
構成が変わる。
Although the basic configuration of the entire film forming apparatus is the same as that shown in FIGS. 5 and 6, the specific configuration of the second film forming chamber 1lb is different.

一つの方法は、ランブアニールによる酸化を利用する。One method utilizes oxidation by lamb annealing.

第1の膜形成室11aでAll合金膜膜を形成した基板
を第2の膜形成室1lbに搬送し、1005CCMの酸
素ガスを導入して15Paとして、ランプ加熱により基
板を300℃で1分間加熱する。その後第3の膜形成室
11cで再度Afi合金膜を形成する。この方法で形成
される障壁膜としてのAN203膜は厚み3〜4nmと
なる。
The substrate on which the All alloy film has been formed in the first film forming chamber 11a is transferred to the second film forming chamber 1lb, where 1005 CCM of oxygen gas is introduced and the pressure is 15 Pa, and the substrate is heated at 300° C. for 1 minute by lamp heating. do. Thereafter, an Afi alloy film is formed again in the third film forming chamber 11c. The AN203 film as a barrier film formed by this method has a thickness of 3 to 4 nm.

次の方法は、イオンビーム酸化である。第2の膜形成室
1lbに基板を搬送した後、酸素イオンビームをArガ
スをキャリアガスとしたプラズマイオンガンで基板に照
射する。照射条件は、イオン電流10mA/印2 加速
電圧1kV,約1分間とする。これにより、2〜2.5
nmのAI’ 2 03膜が得られる。
The next method is ion beam oxidation. After the substrate is transferred to the second film forming chamber 1lb, the substrate is irradiated with an oxygen ion beam using a plasma ion gun using Ar gas as a carrier gas. The irradiation conditions are an ion current of 10 mA/mark 2, an acceleration voltage of 1 kV, and a duration of about 1 minute. This results in 2 to 2.5
A nanometer AI' 203 film is obtained.

次の方法は、低速のAgスパッタと同時に酸素イオンビ
ームを照射する方法である。第2の膜形成室1lbに基
板を搬送した後、A『ガスを30S C C M導入し
、99.999%の高純度Aρターゲットを低速でスバ
ッタしながら、酸素イオンビームを照射する。酸素イオ
ン電流を1〜5 m A / cm 2AN膜の堆積速
度を1〜2ns/IIin程度として、スバッタ特間に
よって薄いANzOi膜の膜厚制御が出来る。
The next method is to irradiate an oxygen ion beam at the same time as low-speed Ag sputtering. After the substrate is transferred to the second film forming chamber 1lb, 30 S CCM of A' gas is introduced, and an oxygen ion beam is irradiated while sputtering a 99.999% high purity Aρ target at a low speed. By setting the oxygen ion current to 1 to 5 mA/cm and the deposition rate of the 2AN film to about 1 to 2 ns/IIin, the thickness of the thin ANzOi film can be controlled by sputtering.

?の方法は、水蒸気酸化である。第2の膜形成室1lb
に基板を搬送した後、H20蒸気または02希釈のH2
0蒸気をIOSCCM程度の小流量で導入し、圧力20
Paにて基板を50〜100℃に加熱する。これにより
、1.5〜2.5nmのAR203膜を制御性よく得る
ことができる。
? The method is steam oxidation. Second film forming chamber 1lb
After transporting the substrate to the
0 steam is introduced at a small flow rate of about IOSCCM, and the pressure is 20
The substrate is heated to 50 to 100°C using Pa. Thereby, an AR203 film of 1.5 to 2.5 nm can be obtained with good controllability.

これらの方法以外に更に、Ar−0■混合ガスで1ター
ゲットをスパッタしてA#20i膜を形成する方法、A
l)zoiターゲットを用いてこれをA『ガスまたはA
r−02混合ガスでスパッタしてAN20i膜を形成す
る方法、等を利用することができる。
In addition to these methods, there is also a method of forming an A#20i film by sputtering one target with an Ar-0 mixed gas;
l) Use the zoi target to convert this to A'gas or A
A method of forming an AN20i film by sputtering with r-02 mixed gas, etc. can be used.

以上のようなAll 2 03膜形成法を、A,Q合金
/ A 1) 2 0 3 / A I合金の連続膜形
成法および装置に適用することによって、信頼性の高い
配線を得ることができる。
By applying the above-described All 2 03 film forming method to a continuous film forming method and apparatus for A, Q alloy/A 1) 2 0 3 / AI alloy, highly reliable wiring can be obtained. .

ここまでの連続膜形成の実施例においては、配線刊料と
してAρ合金膜を用いた場合を説明したが、他の金属膜
を用いた場合にも同様の連続膜形成法および装置は有効
である。具体的にCu膜を用いた実施例を説明する。装
置構或は基本的に第5図および第6図に示したものと変
わらない。素子が形成され酸化膜で覆われたシリコン基
板を第1の膜形成室11aに導入し、A『ガスを405
CCM導入して内部圧力を0.5Paとし、99.99
99%の高純度CuターゲットをDCマグネトロンスバ
ッタによりスパッタして、基板上に200n−のCu膜
を形成する。次いで第2の膜形成室1lbに基板を搬送
して、99.99’99%の高純度A#20iターゲッ
トをRFマグネトロンスパッタ法によりスパッタして、
Cu膜上に2〜3nsのAIl20*膜を形成する。更
に基板を第3の膜形成室11cに搬送して、第1の膜形
成室1. 1 aにおけると同様に200■のCu膜を
形成する。こうして基板上に積層形成されたCu/AN
20i/Cuの積層膜をパターニングして所望の配線を
得る。
In the examples of continuous film formation so far, the case where Aρ alloy film was used as the wiring material was explained, but the same continuous film formation method and apparatus are also effective when using other metal films. . An example using a Cu film will be specifically described. The device structure is basically the same as that shown in FIGS. 5 and 6. A silicon substrate on which an element has been formed and covered with an oxide film is introduced into the first film forming chamber 11a, and a
Introducing CCM and setting the internal pressure to 0.5 Pa to 99.99
A 200n- Cu film is formed on the substrate by sputtering a 99% high purity Cu target using a DC magnetron sputter. Next, the substrate was transferred to the second film forming chamber 1lb, and a 99.99'99% high purity A#20i target was sputtered by RF magnetron sputtering.
A 2-3 ns AIl20* film is formed on the Cu film. Further, the substrate is transported to the third film forming chamber 11c, and the substrate is transferred to the first film forming chamber 1. A Cu film of 200 μm is formed in the same manner as in 1a. Cu/AN thus laminated on the substrate
The 20i/Cu laminated film is patterned to obtain desired wiring.

第10図はこの丈施例により得られた配線構造を示して
いる。シリコン基板41の表面はシリコン酸化膜42に
覆われており、この上にM1層Cu膜43,A120i
膜44,第2層Cu膜45が積層されている。図示のよ
うに粒界46はAN203膜により分断され、バンブー
粒界はなくなる。
FIG. 10 shows the wiring structure obtained by this length embodiment. The surface of the silicon substrate 41 is covered with a silicon oxide film 42, on which an M1 layer Cu film 43, an A120i
A film 44 and a second layer Cu film 45 are laminated. As shown in the figure, the grain boundaries 46 are separated by the AN203 film, and the bamboo grain boundaries disappear.

この実施例により得られる金属配線は、先の実施例のA
l合金/Aff 2 0q /Aj)合金の積層配線よ
り更に長く、またシート抵抗0.045〜0.05Ω/
口という低抵抗配線が得られた。
The metal wiring obtained in this example is similar to A of the previous example.
l alloy/Aff20q/Aj) It is longer than the alloy laminated wiring, and the sheet resistance is 0.045 to 0.05Ω/
A low-resistance wiring called the mouth was obtained.

CuはAlやAN −S i, AI −S i−Cu
と比べて融点が350〜400℃高く、それ故自己拡散
係数も小さい。バルク中での拡散は遅いが表面拡散係数
は大きいため、障壁膜としてA120*膜を介在させて
粒界を分断することは、粒或長に伴うCuの表面増速拡
散を効果的に抑制する上で脊効である。したがって70
0〜800℃の高温ンンターに対しても安定な配線が得
られる。
Cu is Al, AN-S i, AI-S i-Cu
It has a melting point 350 to 400°C higher than that of , and therefore has a small self-diffusion coefficient. Diffusion in the bulk is slow, but the surface diffusion coefficient is large, so intervening an A120* film as a barrier film to divide the grain boundaries effectively suppresses the surface-enhanced diffusion of Cu that accompanies grain length. It is effective for the upper body. Therefore 70
Stable wiring can be obtained even at high temperatures of 0 to 800°C.

CuはAρに比べて酸化されやすいから、大気に晒すこ
となく連続膜形成によって障壁膜であるAl)zos膜
を中間に介在させる本発明の方法は、安定な配線を得る
上で非常に有効である。
Since Cu is more easily oxidized than Aρ, the method of the present invention in which an Al)zos film as a barrier film is interposed in the middle by continuous film formation without exposing it to the atmosphere is very effective in obtaining stable wiring. be.

なおこの実施例により得られる配線は、第2層Cu膜表
面および配線側面をA120s膜で覆うことにより、更
に信頼性の高いものとなる。
Note that the wiring obtained in this example can be made even more reliable by covering the surface of the second layer Cu film and the side surface of the wiring with an A120s film.

以上に説明した連続膜形成方法および装置の実施例にお
いて、金属膜形成はDCマグネトロンスバッタを利用し
たが、他の方法例えばECRプラズマスバッタ,イオン
ビームスバッタ,イオンビームアシストスバッタ,RF
スバッタ等を利用することができる。またCVD法等の
膜堆積法を用いることも可能である。
In the embodiments of the continuous film forming method and apparatus described above, DC magnetron scattering was used to form the metal film, but other methods such as ECR plasma scattering, ion beam scattering, ion beam assisted scattering, RF
Subatta etc. can be used. It is also possible to use a film deposition method such as a CVD method.

以上の実施例では、金属膜,障壁膜,金属膜の膜形成を
、それぞれ別の膜形成室でしかも大気に基板を晒すこと
なく行う場合を説明したが、本発明の配線構造を一つの
膜形成室で行うことも可能である。CVD装置を利用し
たそのような実施例を次に説明する。
In the above embodiments, the metal film, barrier film, and metal film are formed in separate film formation chambers without exposing the substrate to the atmosphere. It is also possible to perform this in a forming room. An example of such an embodiment using a CVD apparatus will be described below.

素子が形成され表面が酸化膜で覆われたシリコン話板を
CVD装置内にセットし、基板を400℃に保ち、Ar
ガスで希釈したトリイソブチルアルミニウムを250℃
に加熱した状態で装置内に導入して、装置内圧力を20
0Paに保って基板上に第1層AI膜を数100n一形
成する。そして原料ガスの導入を停止して、代りに酸素
ガスを導入し、第1層AII膜表面に数■のAI20s
膜を形成する。その後第1層Aj7膜形成と同様の条件
で、数100■の第2層Aj7膜を形成する。こうして
基板上に形成されたA.l! / AN 2 0 a 
/ Ai)積層膜をPEP工程を経てバターニングして
所望の配線を得る。
A silicon plate on which elements have been formed and whose surface is covered with an oxide film is set in a CVD equipment, the substrate is kept at 400°C, and Ar
Triisobutylaluminum diluted with gas at 250℃
Introduced into the equipment in a heated state to 20%
A first layer AI film having a thickness of several hundred nanometers is formed on the substrate while maintaining the pressure at 0 Pa. Then, the introduction of the raw material gas was stopped and oxygen gas was introduced instead, and several ■ AI20s were applied to the surface of the first layer AII film.
Forms a film. Thereafter, under the same conditions as in the formation of the first layer Aj7 film, several hundreds of second layer Aj7 films are formed. A. l! /AN20a
/Ai) The laminated film is patterned through a PEP process to obtain desired wiring.

この実施例によっても、エレクトロマイグレーションお
よびストレスマイグレーションに強いAp配線を得るこ
とができる。
This embodiment also makes it possible to obtain Ap wiring that is resistant to electromigration and stress migration.

次に選択CVD法を利用して金属膜形成を行う実施例を
説明する。第11図(a)〜(d)は、その膜形成工程
を示す断面図である。まず第11図(a)のように、素
子が形成され表面がシリコン酸化膜52で覆われたシリ
コン基板51を用意し、モノシランを原料ガスとして用
いたCVD法によって多結晶シリコン膜を堆積してこれ
をパターニングして、次の金属膜堆積の核となる配線の
芯53を形成する。次に上述の実施例と同じCVD装置
を用い、トリイソブチルアルミニウムを原料として用い
て、シリコン上に選択的にAII堆積が起こるように成
長条件を設定した選択CVD法によって、第11図(b
)に示すように芯53の表面に第1層Aj7膜54を数
100n園形成する。
Next, an example will be described in which a metal film is formed using a selective CVD method. FIGS. 11(a) to 11(d) are cross-sectional views showing the film forming process. First, as shown in FIG. 11(a), a silicon substrate 51 on which elements are formed and whose surface is covered with a silicon oxide film 52 is prepared, and a polycrystalline silicon film is deposited by CVD using monosilane as a source gas. This is patterned to form a wiring core 53 that will become the core of the next metal film deposition. Next, using the same CVD apparatus as in the above embodiment, a selective CVD method was performed using triisobutylaluminum as a raw material and setting growth conditions so that AII deposition occurred selectively on silicon, as shown in FIG. 11(b).
), a first layer Aj7 film 54 of several hundred nanometers is formed on the surface of the core 53.

そしてこの第1層Al)854の表面に上述の実施例と
同様にして、第11図(e)に示すようにAI?zOi
膜55を形成する。その後再び、トリイソブチルアルミ
ニウムを原料として用いて、A#20i膜上に選択的に
Aj)堆積が起こるように成長条件を設定した選択CV
D法によって、第11図(d)に示すようにAI!zo
i膜55の表面に第2層Aρ膜56を数100nm形成
する。第2層A9膜56の表面には更にAR20i膜5
7を形成する。
Then, as shown in FIG. 11(e), the surface of this first layer (Al) 854 is coated with AI? zOi
A film 55 is formed. Thereafter, selective CV was performed again using triisobutylaluminum as a raw material and setting the growth conditions so that Aj) deposition occurred selectively on the A#20i film.
By the D method, AI! as shown in FIG. 11(d). zo
A second layer Aρ film 56 with a thickness of several hundred nm is formed on the surface of the i film 55. Further, an AR20i film 5 is provided on the surface of the second layer A9 film 56.
form 7.

この実施例によっても、エレクトロマイグレーションお
よびストレスマイグレーションに強いAM配線を得るこ
とができる。またこの実施例による配線は、最終的に表
面全面をAR20a膜57により覆っており、ウィスカ
一による配線間の短絡事故を防止することができる。
This embodiment also makes it possible to obtain AM wiring that is resistant to electromigration and stress migration. Further, the entire surface of the wiring according to this embodiment is finally covered with an AR20a film 57, and it is possible to prevent short-circuit accidents between wirings due to whiskers.

[発明の効果〕 以上説明したように本発明によれば、エレクトロマイグ
レーションおよびストレスマイグレーションに強い金屈
配線を形成することができ、素子および配線が微細化さ
れ高密度集積化された半導体装置の信頼性を向上させる
ことができる。
[Effects of the Invention] As explained above, according to the present invention, it is possible to form a gold-flexible wiring that is resistant to electromigration and stress migration, thereby improving the reliability of semiconductor devices in which elements and wiring are miniaturized and highly integrated. can improve sex.

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

第1図は本発明の一実施例の配線構造を示す図、第2図
は他の実施例の配線構造を示す図、第3図(a) (b
)は、第1図の配線構造と従来の配線構逍での応力分布
を比較して示す図、第4図は配線のアスペクト比と配線
応力の関係を示す図、 第5図は本発明の膜形成装置の実施例の基本構成を示す
図、 第6図はより具体化した膜形成装置横或を示す図、 第7図は第6園の装置を用いた丈施例での配線断1ii
構逍を示す国、 第8園はその丈施例による配線のエレクトロマイグレー
シ=jンーJF命を従来例と比較して示す園、)′59
図はII−,J U <ストレスマイグレーションカ命
を従来例と比較してノ』ミず図、 ’As 1 0図は他の夫Si!1例の配線断面構造を
示す図、第11図(;I)〜(d)は史に他の丈施例の
配線形成王f呈を小す図、 第12図は木允明の尖施例を説明するための図、第13
図は本発明の丈施例を月くす断向図である。 ]・・シリコン2.(仮、2・・・絶縁膜、3・・・金
屈配線、3,・・・ws 1 1−金属膜、32・・・
第2層金属膜、3,・・・障聖股、lla・・・第1の
膜形成室、11b・・・第2の膜1]3成室、llc・
・・第3の膜形成室、11d・・・基板導入室、lle
・・・話板取出し室、12a〜12e・・・ケートハル
ブ、13a〜13e・・・ゲートバルブ、14a〜14
e・・・ターボ分子ポンプ、19a〜]Oe・・・ハル
ブ、20a〜2 L’) e・・・荒引きボ冫ブ、31
・・/リコン凰板、32・・・シリコン酸化膜、33・
・・第1層Afi合金膜、34・・・AIl20,膜(
障聖膜)、35・・・第2層A,Q合金膜、37・・・
粒昇、41・・・シリコン基板、42・・・シリコン酸
化膜、4゛う・・・第】jψCt直膜、44・・・A#
20i膜(障壁膜)、45・・・第2層Cu膜、51・
・・シリコン払板、52・・・シリコン酸化膜、5′3
・・・芯(多粘品シリコン膜)、54・・・第1層Al
l膜、55・・・AN , 0 3 1lκ(障聖股)
、56・・・第2層Ap膜、57・・・ADtOi膜。 出廚1人代理人
FIG. 1 is a diagram showing the wiring structure of one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing the wiring structure of another embodiment, and FIGS.
) is a diagram showing a comparison of the stress distribution in the wiring structure of Fig. 1 and the conventional wiring structure, Fig. 4 is a diagram showing the relationship between the aspect ratio of the wiring and the wiring stress, and Fig. 5 is a diagram showing the relationship between the wiring aspect ratio and the wiring stress of the present invention. A diagram showing the basic configuration of an embodiment of the film forming apparatus, FIG. 6 is a diagram showing a more specific side view of the film forming apparatus, and FIG.
A country that shows the structure of the country, and the 8th garden shows the electromigration of the wiring by its length example in comparison with the conventional example.)'59
The diagrams are II-, JU <Stress Migration Life compared with the conventional example, Mizu diagram, and As 10 diagram is another husband Si! Figures 11 (; I) to (d) are diagrams showing the wiring cross-sectional structure of one example; Figures 11 (; I) to (d) are diagrams showing the wiring formation structure of other examples in history; Diagram for explaining an example, No. 13
The figure is a cross-sectional view of a length embodiment of the present invention. ]...Silicon 2. (temporary, 2... insulating film, 3... metal bending wiring, 3,... ws 1 1-metal film, 32...
2nd layer metal film, 3, . . . barrier, lla . . . first film formation chamber, 11b . . . second film 1] 3 formation chamber, llc.
...Third film formation chamber, 11d...Substrate introduction chamber, lle
...Talk board extraction chamber, 12a-12e...Katehalb, 13a-13e...Gate valve, 14a-14
e...Turbo molecular pump, 19a~] Oe...Harb, 20a~2 L') e...Roughing pump, 31
... / Recon board, 32 ... silicon oxide film, 33.
...First layer Afi alloy film, 34...Al20, film (
35...Second layer A, Q alloy film, 37...
Grain elevation, 41...Silicon substrate, 42...Silicon oxide film, 4゛U...th]jψCt direct film, 44...A#
20i film (barrier film), 45... second layer Cu film, 51.
...Silicon removal plate, 52...Silicon oxide film, 5'3
... core (multiviscous silicone film), 54 ... first layer Al
l membrane, 55...AN, 0 3 1lκ (impaired saint)
, 56... second layer Ap film, 57... ADtOi film. One representative from the branch

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)素子が形成された半導体基板上に絶縁膜を介して
金属の電極または配線が形成された半導体装置において
、 前記金属の電極または配線は、その膜厚方向または幅方
向に内部を分断するように埋設された、前記金属の電極
または配線の材料と反応しない材料からなる厚み2〜1
0nmの障壁膜を有する、ことを特徴とする半導体装置
(1) In a semiconductor device in which a metal electrode or wiring is formed on a semiconductor substrate on which an element is formed via an insulating film, the metal electrode or wiring divides the inside in the film thickness direction or width direction. A thickness of 2 to 1, made of a material that does not react with the material of the metal electrode or wiring buried in the
A semiconductor device characterized by having a barrier film of 0 nm.
(2)素子が形成された半導体基板上に絶縁膜を介して
金属配線を形成する工程を有する半導体装置の製造方法
において、 前記金属配線の形成工程は、第1層金属膜、この金属膜
とは異種材料からなる障壁膜および第2層金属膜の少な
くとも三層を基板を大気に晒すことなく連続的に積層形
成する工程と、形成されたこの積層膜を所望の形状にパ
ターニングする工程とを有する、ことを特徴とする半導
体装置の製造方法。
(2) In a method for manufacturing a semiconductor device, which includes a step of forming a metal wiring via an insulating film on a semiconductor substrate on which an element is formed, the step of forming the metal wiring includes a step of forming a first layer metal film, this metal film and the like. The method includes a step of continuously forming at least three layers of a barrier film and a second layer metal film made of different materials without exposing the substrate to the atmosphere, and a step of patterning the formed layered film into a desired shape. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising:
(3)素子が形成された半導体基板上に絶縁膜を介して
金属配線を形成する工程を有する半導体装置の製造方法
において、 前記金属配線の形成工程は、基板上の配線形成領域に金
属膜堆積の核となる物質膜をパターン形成する工程と、
形成されたこの物質膜の表面に選択CVD法によって第
1層金属膜を堆積形成する工程と、形成されたこの第1
層金属膜表面にこれとは異種材料からなる障壁膜を形成
する工程と、形成されたこの障壁膜表面に選択CVD法
によって第2層金属膜を形成する工程とを有する、こと
を特徴とする半導体装置の製造方法。
(3) In a method for manufacturing a semiconductor device, which includes a step of forming a metal wiring via an insulating film on a semiconductor substrate on which an element is formed, the step of forming the metal wiring includes depositing a metal film on a wiring formation area on the substrate. a step of patterning a material film that will become the core of the
a step of depositing a first layer metal film on the surface of the formed material film by selective CVD;
The present invention is characterized by comprising a step of forming a barrier film made of a different material on the surface of the layer metal film, and a step of forming a second layer metal film on the surface of the formed barrier film by selective CVD. A method for manufacturing a semiconductor device.
(4)素子が形成され絶縁膜が表面に形成された半導体
基板上に金属配線を形成するための配線膜形成装置にお
いて、 基板上に第1層金属膜を形成する第1の膜形成室と、 この第1の膜形成室にゲートバルブを介して連結され、
第1の膜形成室で第1層金属膜が形成されて搬送されて
きた基板上に配線材料とは異種材料からなる障壁膜を形
成する第2の膜形成室と、この第2の膜形成室にゲート
バルブを介して連結され、第2の膜形成室で障壁膜が形
成されて搬送されてきた基板上に第2層金属膜を形成す
る第3の膜形成室と、 を有することを特徴とする配線膜形成装置。
(4) In a wiring film forming apparatus for forming metal wiring on a semiconductor substrate on which an element is formed and an insulating film is formed on the surface, a first film forming chamber for forming a first layer metal film on the substrate; , connected to this first film forming chamber via a gate valve,
a second film forming chamber for forming a barrier film made of a material different from the wiring material on the substrate on which the first layer metal film is formed and transported in the first film forming chamber; A third film forming chamber is connected to the chamber via a gate valve and forms a second layer metal film on the substrate on which the barrier film is formed in the second film forming chamber and is transported. Characteristic wiring film forming equipment.
(5)前記第1の膜形成室にゲートバルブを介して連結
された基板導入室が設けられ、前記第3の膜形成室にゲ
ートバルブを介して基板取出し室が設けられている請求
項4記載の配線膜形成装置。
(5) A substrate introducing chamber connected to the first film forming chamber via a gate valve is provided, and a substrate unloading chamber is provided to the third film forming chamber via a gate valve. The wiring film forming apparatus described above.
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