JPH04116829A - Semiconductor device and manufacture thereof - Google Patents

Semiconductor device and manufacture thereof

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JPH04116829A
JPH04116829A JP23448490A JP23448490A JPH04116829A JP H04116829 A JPH04116829 A JP H04116829A JP 23448490 A JP23448490 A JP 23448490A JP 23448490 A JP23448490 A JP 23448490A JP H04116829 A JPH04116829 A JP H04116829A
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JP
Japan
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film
wiring
metal
semiconductor device
oxide film
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Application number
JP23448490A
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Japanese (ja)
Inventor
Shohei Shima
昇平 嶋
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 JPH04116829A publication Critical patent/JPH04116829A/en
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Abstract

PURPOSE:To make it possible to obtain a metal wiring, which is superior in electro-migration resistance and stress migration resistance, by a method wherein a metal oxide film, which is insertedly provided in such a way as to divide the interior of the metal wiring, is different from the metal films of the metal wiring and consists of a conductive material which does not react with a metal material, is formed. CONSTITUTION:A desired element is formed on a silicon substrate 1, the surface of the element is covered with an insulating film 3, such as a silicon oxide film or the like, a necessary contact hole is opened in the film 3 and a metal wiring 5 is formed on this hole. The wiring 5 is formed into a laminated structure, in which a very thin barrier film 5c is buried between first and second metal films 5a and 5b. The film 5a and the film 5b are constituted of an Al film or an Al alloy film and the film 5c is constituted of an RuO2 film which is a conductive metal oxide film. A laminated film of the films 5a, 5c and 5b is continuously formed without exposing the substrate 1 to the atmosphere and moreover, the film 5c is formed in a low-concentration oxygen atmosphere.

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に係り、特に
その金属配線構造とその形成方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the same, and particularly to a metal wiring structure and a method for forming the same.

(従来の技術) 従来から半導体装置の電極・配線材料としてAllが多
く用いられている。これは、AIが電気抵抗が銀などの
貴金属の次に低く、経済的に優れた金属材料であり、し
かもAlはその成膜、加工およびシリコン基板とのコン
タクト形成が容易で、化学的にも安定であるなど電極・
配線材料としての利点を多くもっているからである。
(Prior Art) Al has been widely used as an electrode/wiring material for semiconductor devices. This is because AI has the lowest electrical resistance next to noble metals such as silver, making it an economically superior metal material.Moreover, Al is easy to deposit, process, and form contact with silicon substrates, and is chemically Electrodes such as stable
This is because it has many advantages as a wiring material.

しかしなか、ら、近年の急速な半導体集積回路の高密度
化、高速化に伴いAI配線に起因する信頼性の低下が表
面化してきた。すなわち、半導体集積回路の高密度化、
高速化は主として素子の微細化によって実現され、その
結果、配線幅の狭小化。
However, with the rapid increase in density and speed of semiconductor integrated circuits in recent years, a decrease in reliability due to AI wiring has come to the fore. In other words, increasing the density of semiconductor integrated circuits,
Higher speeds are primarily achieved by miniaturizing elements, resulting in narrower interconnect widths.

配線中の電流密度の増加、金属配線とその保護膜との膨
脹係数の差の増大等が起こり、これが原因してエレクト
ロマイグレーション、ストレスマイグレーションなどが
発生して断線、短絡等の配線不良が生じる。これら二つ
のマイグレーションは半導体装置の微細化で起こる2大
不良発生モードである。
The current density in the wiring increases, the difference in expansion coefficient between the metal wiring and its protective film increases, and this causes electromigration, stress migration, etc., resulting in wiring defects such as disconnections and short circuits. These two migrations are the two major failure modes that occur due to the miniaturization of semiconductor devices.

エレクトロマイグレーションとは、金属に大電流ストレ
スを与えた時に、電子と原子との衝突による運動量転位
で電子の流れる方向に原子が移動する現象をいう。半導
体の配線として多く用いられているAll配線の場合、
AfIは低融点性のために原子移動の活性化エネルギー
が小さいので、高速動作のためにAl配線中の電流密度
が高くなるとエレクトロマイグレーションが顕著になる
。またAl配線中のAj)は多結晶であるので粒界が多
く存在する。したがってエレクトロマイグレーションに
よって19原子が移動し粒界に沿って流れると、移動す
るAN原子の流れは粒界の3重点、粒径の変化等により
不均一になり、AM原子が不足する場所と過剰になる場
所とができる。その結果、不足する場所ではボイドが生
じ、これが成長して断線に至り開放故障が起こる。また
過剰な場所ではヒロックが生じ、これが成長して短絡故
障が起こる。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乗に反比例する。例えば、配線幅が
172になると、電流密度は2倍になるので、配線寿命
は1/4になってしまう。
Electromigration is a phenomenon in which when a large current stress is applied to a metal, atoms move in the direction of electron flow due to momentum dislocation caused by collisions between electrons and atoms. In the case of All wiring, which is often used as semiconductor wiring,
Since AfI has a low activation energy for atomic movement due to its low melting point, electromigration becomes noticeable when the current density in the Al wiring increases for high-speed operation. Furthermore, since Aj) in the Al wiring is polycrystalline, there are many grain boundaries. Therefore, when 19 atoms move due to electromigration and flow along grain boundaries, the flow of moving AN atoms becomes uneven due to the triple points of the grain boundaries, changes in grain size, etc., and there are places where AM atoms are insufficient and places where there are excess. You can find a place where you can become. As a result, voids occur where there is a shortage, which grow and lead to disconnection, resulting in an open failure. In addition, hillocks occur where there is too much, and these grow to cause short-circuit failures. The life of wiring due to electromigration is inversely proportional to the square of the current density. For example, when the wiring width becomes 172 mm, the current density doubles, so the wiring life becomes 1/4.

ストレスマイグレーションとは、配線に機械的応力が加
わ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配線金属との
熱膨脹係数の差が生成原因となっており、配線幅の微細
化に伴って大きくなる傾向にある。Al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。
Stress migration is a creep failure mode that occurs due to mechanical stress being applied to wiring. This mechanical stress is caused by the difference in coefficient of thermal expansion between an insulating film for protecting the wiring and the metal wiring, and tends to increase as the width of the wiring becomes finer. In the case of Al wiring, when the wiring width is reduced to 1/2, the stress applied to the wiring is approximately doubled.

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。
The life of the wiring due to this stress migration is proportional to the n-th power (n-3 to 4) of the wiring width, and miniaturization of the wiring width significantly reduces the wiring life.

上述の如く、Al配線は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
ようなAI微細配線の信頼性低下に対して、従来より以
下の対策が提案されている。
As mentioned above, Al wiring has low resistance to electromigration and stress migration. Conventionally, the following countermeasures have been proposed to deal with such deterioration in reliability of AI fine wiring.

従来の方法は、支部等により提案されたもので配線をA
l膜またはA1合金膜とAI酸化物薄膜との積層構造に
することである(例えば特開昭64−13740号公報
)。
The conventional method was proposed by branch offices and others, and the wiring was A.
The method is to use a laminated structure of an Al film or an Al alloy film and an AI oxide thin film (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 13740/1983).

このようなAl配線を形成するには、最初、薄膜堆積装
置で基板上にAN薄膜を堆積し、次にこの基板を薄膜堆
積装置から取り出し、これを大気に晒す、大気中で加熱
する、あるいは純水中で洗浄するといった方法でAJ?
酸化物膜を表面に形成し、この後、再度その上にAll
膜を堆積して完成する。
To form such an Al wiring, first, an AN thin film is deposited on a substrate using a thin film deposition device, and then the substrate is taken out from the thin film deposition device and exposed to the atmosphere, heated in the atmosphere, or AJ by washing in pure water?
An oxide film is formed on the surface, and then All
Complete by depositing a film.

第7図にはこのようにして形成された積層An)配線の
寿命と単層Al配線の寿命との測定結果が示されている
。この図から分かるように純水中で洗浄してAi)酸化
物膜を形成した積層配線の寿命(図中、・印)は、単層
Al配線の寿命(図中、△印)より大幅に延びているこ
とが分かる。これはAll配線をAfI膜とAl酸化膜
とAll膜の積層構造にすることにより機械的強度が強
くなるからだと考えられている。
FIG. 7 shows the results of measuring the lifetime of the laminated An) wiring formed in this way and the lifetime of the single-layer Al wiring. As can be seen from this figure, the lifespan of the laminated wiring that has been washed in pure water to form an Ai) oxide film (in the figure, marked .) is significantly longer than the lifespan of single-layer Al wiring (indicated by △ in the figure). You can see that it is extending. This is thought to be because mechanical strength is increased by forming the All wiring into a laminated structure of an AfI film, an Al oxide film, and an All film.

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、中間にAll酸化膜を
介在させるために、ANの単層配線方法に比べてさらに
配線抵抗が高くなるという難点がある。またコンタクト
部ではコンタクト抵抗が増大する。更にAll膜形成後
に一旦大気に晒す上述のようなAl酸化物膜の形成方法
では、Al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All酸化物膜を得ることが困難で、しか
も配線の形成工程数が増大するとい実用上の問題もあっ
た。
This method is certainly effective for electromigration. However, this method has the disadvantage that the intervening All oxide film increases the wiring resistance compared to the AN single layer wiring method. Further, contact resistance increases in the contact portion. Furthermore, in the above-mentioned method of forming an Al oxide film, in which the Al oxide film is exposed to the atmosphere once after the All film is formed, the film thickness controllability of the Al oxide film is not sufficient, and it is difficult to obtain an All oxide film with a thin and uniform thickness. This is difficult and also poses a practical problem in that it increases the number of wiring formation steps.

そこで基板を大気に晒すことに起因する不都合や、工程
数の増加を解決するために、複数の薄膜堆積室を持つロ
ードロック式スパッタ装置を用いた形成方法が開発され
た。
Therefore, in order to solve the inconvenience caused by exposing the substrate to the atmosphere and the increase in the number of steps, a formation method using a load-lock type sputtering apparatus having multiple thin film deposition chambers was developed.

第8図にはロードロック式スパッタ装置の概略構成図が
示されている。
FIG. 8 shows a schematic configuration diagram of a load-lock type sputtering apparatus.

第1の膜形成室81a、第2の膜形成室81bおよび第
3の膜形成室81cはゲートバルブ83a、83bを介
して連結されている。また、第1の膜形成室81aにゲ
ートバルブ83cを介して基板装填室85が設けられ、
第3の膜形成室81cに対してゲートバルブ83dを介
して基板取出し室87が設けられている。このように基
板装填室85と基板取出し室87を設けることによッテ
、各膜形成室81a、81b、81c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。
The first film formation chamber 81a, the second film formation chamber 81b, and the third film formation chamber 81c are connected via gate valves 83a and 83b. Further, a substrate loading chamber 85 is provided in the first film forming chamber 81a via a gate valve 83c,
A substrate unloading chamber 87 is provided to the third film forming chamber 81c via a gate valve 83d. By providing the substrate loading chamber 85 and the substrate unloading chamber 87 in this way, the film forming chambers 81a, 81b, 81c are not exposed to the atmosphere when loading and unloading substrates, and high vacuum can be maintained.

このスパッタ装置を用いて積層配線を形成方法するには
、最初、基板装填室85内の半導体基板を第1の薄膜堆
積室81a内に搬入し、そこで半導体基板上に第1のA
l薄膜を堆積する。次にこの半導体基板を第2の薄膜堆
積室81b内に搬入すると共に、酸化性雰囲気を導入し
、この中にこの半導体基板を数秒ないし数10秒間放置
してAl薄膜の表面にAfI酸化膜を形成する。次に表
面にAll薄膜、Al酸化膜が形成された半導体基板を
第3の薄膜形成室81cに搬入し、第2のAll薄膜を
Al酸化膜の表面に形成する。最後にこのようにして形
成された積層膜を所定の配線パターンにエツチングして
積層配線が完成する。
To form a laminated wiring using this sputtering apparatus, first, a semiconductor substrate in the substrate loading chamber 85 is carried into the first thin film deposition chamber 81a, and there, a first A layer is deposited on the semiconductor substrate.
l Deposit a thin film. Next, this semiconductor substrate is carried into the second thin film deposition chamber 81b, an oxidizing atmosphere is introduced, and the semiconductor substrate is left in this atmosphere for several seconds to several tens of seconds to form an AfI oxide film on the surface of the Al thin film. Form. Next, the semiconductor substrate on which an All thin film and an Al oxide film are formed is carried into the third thin film forming chamber 81c, and a second All thin film is formed on the surface of the Al oxide film. Finally, the laminated film thus formed is etched into a predetermined wiring pattern to complete the laminated wiring.

この形成方法は、工程数の増加という実用上の問題点を
解決しているが、第7図中○印で示されるように薄膜堆
積室81bに導入する酸素分圧の増加に伴い配線寿命が
短くなり、信頼性が低下するという問題があることが分
かった。配線寿命の低下の原因は、薄膜堆積室81b内
の酸素ガスが薄膜堆積室81a、81c内に拡散混入し
、Al薄膜形成時の酸素ガス汚染によるAl膜質の劣化
だと考えられている。
Although this formation method solves the practical problem of an increase in the number of steps, as shown by the circle in FIG. It was found that there was a problem that the length became shorter and the reliability decreased. It is believed that the cause of the reduction in the lifespan of the wiring is that the oxygen gas in the thin film deposition chamber 81b diffuses into the thin film deposition chambers 81a and 81c, and the quality of the Al film deteriorates due to oxygen gas contamination during the formation of the Al thin film.

このように上記各種の方法にはそれなりの効果が観測さ
れ有望視されるが、その欠点も顕著になり、本命視され
るものはまだない。
As described above, the above-mentioned various methods have been observed to have certain effects and are considered promising, but their drawbacks have also become noticeable, and none of them has been considered a favorite yet.

(発明が解決しようとする課題) 上述の如く、従来の半導体装置におけるAl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な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ないと
い問題があった。
(Problems to be Solved by the Invention) As mentioned above, in the Al wiring in the conventional semiconductor device,
Electromigration and stress migration have become major problems with the miniaturization of devices, but none of the countermeasures proposed so far have been sufficient.

例えば、1合金膜配線はエレクトロマイグレーションに
対しては有効であるがストレスマイグレーションに対す
る効果は十分ではない。また、A、9膜またはA1合金
膜とAll酸化物薄膜との積層配線の場合には、l酸化
膜の形成時にわざわざ酸化性ガスを導入するため、Al
薄膜形成時にまで残留したこの酸化性ガスが汚染源とな
り、Al膜質が劣化し、配線寿命が短くなり、信頼性が
低下するという問題があった。
For example, 1-alloy film wiring is effective against electromigration, but is not sufficiently effective against stress migration. In addition, in the case of laminated wiring of an A, 9 film or an A1 alloy film and an All oxide thin film, an oxidizing gas is purposely introduced when forming the L oxide film, so the Al
This oxidizing gas, which remained until the thin film was formed, became a source of contamination, resulting in deterioration of the quality of the Al film, shortening the life of the wiring, and lowering reliability.

本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目
的とするところは、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。
The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a semiconductor device having a metal wiring having 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
よび耐スー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提供することに
ある。
Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device having a metal wiring formation process that is excellent in electromigration resistance and sootless migration resistance.

[発明の構成コ (課題を解決するための手段) 上記の目的を達成するために、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が或いはこの基板上
に絶縁膜を介して金属配線が形成された半導体装置にお
いて、その内部を分断するように挿設された、前記金属
配線と異なり且つ前記金属材料と反応しない導電性材料
からなる金属酸化膜を有することを特徴とする。
[Structure of the Invention (Means for Solving the Problems)] In order to achieve the above object, the semiconductor device according to the present invention has a structure in which a semiconductor substrate on which an element is formed, or a structure in which an insulating film is provided on this substrate. A semiconductor device in which a metal wiring is formed is characterized by having a metal oxide film made of a conductive material that is different from the metal wiring and does not react with the metal material, inserted so as to divide the inside of the semiconductor device.

本発明に係る半導体装置の製造方法は、素子が形成され
た半導体基板上か或いはこの基板上に絶縁膜を介して金
属配線を形成する際に、第1の金属膜、熱酸化膜と第2
の金属膜とからなる少くとも3層の積層膜を、前記半導
体基板大気に晒すことなく且つ低濃度の酸素雰囲気中で
連続的に形成した後、前記積層膜を所望の形状にパター
ニングすることを特徴とする特 (作用) 本発明に係る半導体装置は、金属酸化膜により分断され
たそれぞれの金属配線中の粒界は、互いに無関係に生じ
るので、金属配線全体を横断するような粒界が生じる可
能性は低い。その結果、金属配線に作用する引っ張り応
力は分散されるので耐ストレスマイグレーションが向上
する。また、金属配線中にボイドが生じても、挿設され
た金属酸化膜により金属配線を横断するようなボイドは
形成され難い。その結果、耐エレクトロマイグレーショ
ンが向上する。更に、金属酸化膜は導電性を有し且つ金
属配線と反応しない材料からなるので金属酸化膜と金属
配線とからなる配線全体の電気抵抗の増大は防止される
In the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, a first metal film, a thermal oxide film and a second metal wiring are formed on a semiconductor substrate on which an element is formed or on this substrate via an insulating film.
After continuously forming a laminated film of at least three layers consisting of a metal film on the semiconductor substrate in a low concentration oxygen atmosphere without exposing the semiconductor substrate to the atmosphere, patterning the laminated film into a desired shape. Characteristic Features (Function) In the semiconductor device according to the present invention, grain boundaries in each metal wiring separated by a metal oxide film occur independently of each other, so grain boundaries that cross the entire metal wiring occur. Unlikely. As a result, the tensile stress acting on the metal wiring is dispersed, improving stress migration resistance. Further, even if a void occurs in the metal wiring, the inserted metal oxide film makes it difficult to form a void that crosses the metal wiring. As a result, electromigration resistance is improved. Furthermore, since the metal oxide film is made of a material that has conductivity and does not react with the metal wiring, an increase in the electrical resistance of the entire wiring consisting of the metal oxide film and the metal wiring is prevented.

本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板を大
気に晒すことなく連続的に金属膜、熱酸化膜と金属電膜
との積層膜を形成し、しかも熱酸化膜は低濃度の酸素雰
囲気中で形成するので、この酸素が他の膜形成室に拡散
混入してもその影響は非常に低い。その結果、積層膜相
互間の密着性。
The method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention continuously forms a laminated film of a metal film, a thermal oxide film, and a metal electric film without exposing the semiconductor substrate to the atmosphere, and the thermal oxide film is formed in a low concentration oxygen atmosphere. Since it is formed inside the film, even if this oxygen diffuses into other film forming chambers, the effect is very small. As a result, the adhesion between the laminated films.

膜厚制御性に優れた信頼性の高い金属配線を得ることが
できる。
Highly reliable metal wiring with excellent film thickness controllability can be obtained.

(実施例) 以下、図面を参照しながら実施例を説明する。(Example) Examples will be described below with reference to the drawings.

第1図には本発明の第1の実施例に係る半導体装置の配
線構造が示されている。
FIG. 1 shows a wiring structure of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.

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3により覆われている。絶縁
膜3には必要なコンタクト孔が開けられ、この上に金属
配線5が形成されている。
Desired elements are formed on a silicon substrate 1, and its surface is covered with an insulating film 3 such as a silicon oxide film. Necessary contact holes are made in the insulating film 3, and metal wiring 5 is formed thereon.

金属配線5は、第1層金属膜5aと第2層金属膜5bの
中間に非常に薄い障壁膜5Cが埋設された積層構造を有
する。第1層金属膜5aおよび第2層金属膜5bはAi
l膜またはA1合金膜からなり、障壁膜5cは導電性の
金属酸化膜であるRuO2からなる。障壁膜5cの厚み
D3は、1100n以下が好ましい。
The metal wiring 5 has a laminated structure in which a very thin barrier film 5C is buried between a first metal film 5a and a second metal film 5b. The first layer metal film 5a and the second layer metal film 5b are made of Ai.
The barrier film 5c is made of RuO2, which is a conductive metal oxide film. The thickness D3 of the barrier film 5c is preferably 1100n or less.

第2図(a)、(b)にはそれぞれ本実施例の積層Al
配線と従来の単層AI配線との配線長方向に平行な断面
の様子が示されている。
FIGS. 2(a) and 2(b) show the laminated aluminum of this example, respectively.
A cross section of the wiring and a conventional single-layer AI wiring parallel to the wiring length direction is shown.

従来の単層AI配線には、同図(b)に示すように膜厚
方向に配線6を横断するバンブー粒界7が生じる。この
ようなAI配線に配線長方向の引っ張り応力9がかかっ
た場合を考えると、配線内部では引っ張り応力9aがバ
ンブー粒界5に集中して負荷されるため、バンブー粒界
7でクリープが生じる。その結果、ストレスマイグレー
シランが発生してバンブー粒界7で断線が起こる。
In the conventional single-layer AI wiring, bamboo grain boundaries 7 are generated which cross the wiring 6 in the film thickness direction, as shown in FIG. 2(b). Considering the case where such an AI wiring is subjected to tensile stress 9 in the wiring length direction, creep occurs at the bamboo grain boundaries 7 because the tensile stress 9a is concentrated and loaded on the bamboo grain boundaries 5 inside the wiring. As a result, stress migration silane is generated and wire breakage occurs at the bamboo grain boundary 7.

一方、本実施例の積層Ap配線の場合には、同図(a)
に示すように第1.第2層金属膜5a。
On the other hand, in the case of the laminated Ap wiring of this example, as shown in FIG.
As shown in 1st. Second layer metal film 5a.

5bは粒界障壁膜5Cを介して接合されているので、第
1.第2層金属膜5g、5bは互いに無関係にそれぞれ
金属膜を横断する粒界11を形成する。したがって、第
1.第2層金属膜5a、5bの粒界11が膜厚方向にそ
ろう確率は低い。また、障壁膜5Cの存在によって第1
.第2層金属膜5g、5bの平均粒径が小さくなり、多
くの粒界が形成される。このようなAll積層配線に配
線長方向の引っ張り応力がかかった場合を考えると、同
図(a)に示すように配線内部では分散された引っ張り
応力9bが作用するので機械的強度が向上することにな
る。その結果、このAll積層配線はストレスマイグレ
ーションに対して強い耐性を示すことになる。
5b is bonded via the grain boundary barrier film 5C, so the first. The second layer metal films 5g and 5b each form a grain boundary 11 that crosses the metal film independently of each other. Therefore, the first. The probability that the grain boundaries 11 of the second layer metal films 5a and 5b are aligned in the film thickness direction is low. Also, due to the presence of the barrier film 5C, the first
.. The average grain size of the second layer metal films 5g and 5b becomes smaller, and many grain boundaries are formed. Considering the case where tensile stress in the wiring length direction is applied to such an All laminated wiring, as shown in Figure (a), distributed tensile stress 9b acts inside the wiring, improving mechanical strength. become. As a result, this All-layered wiring exhibits strong resistance to stress migration.

このように応力が分散されて機械的強度が向上する現象
は、ポール・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。ボー
ル譬ペツ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、−σ + kd−1/2 なる関係を有するというものである。
The phenomenon in which mechanical strength is improved by dispersing stress in this way is similar to that expressed by the relationship between the strength of structural materials and grain boundaries, known as the Paul-Bettsch equation. Ball's equation is an empirical equation, and the yield strength σ of the material is
and the particle size d of the material have the following relationship: σ, -σ + kd-1/2.

粒径dは、この場合、第1.第2層金属膜5a。In this case, the particle size d is 1. Second layer metal film 5a.

5b中の平均粒界径に対応し、上述したように障壁H5
cにより粒界数が多くなるのでdが小さくなり、配線強
度が強くなることが分かる。
5b, the barrier H5 corresponds to the average grain boundary diameter in
It can be seen that c increases the number of grain boundaries, thereby decreasing d and increasing the interconnect strength.

また、このAI積層配線は、前述のように第1第2層金
属膜5a、5bが障壁膜5Cにより上下に分断された構
成をしているので、ボイドが発生しても膜厚方向につな
がる確率は低くい。その結果、エレクトロマイグレーシ
ョン耐性が向上する。
In addition, as described above, this AI stacked wiring has a structure in which the first and second layer metal films 5a and 5b are vertically divided by the barrier film 5C, so that even if voids occur, they are connected in the film thickness direction. The probability is low. As a result, electromigration resistance is improved.

また、障壁膜5cは金属酸化膜であるので、W。Further, since the barrier film 5c is a metal oxide film, W.

Cr、Tiなどの金属膜や、最近、多く用いれているT
iN、TiWなどのような金属バリア膜に比べても、金
属膜5a、5bとの反応性が小さいので、金属膜5a、
5bがそれぞれ障壁膜5cと反応して不良を起こすとい
問題を回避することができる。更に上層の金属膜5aの
粒径が小さくなることがないので金属膜5aのエレクト
ロマイグレーション耐性が低下することがない。しかも
、障壁膜5cは導電性を有し且つその膜厚は非常に薄い
ので、障壁膜5cを介在させたことに起因する配線抵抗
の増大、コンタクト抵抗等の電気抵抗の増大は、無視で
きる程度に抑えられる。
Metal films such as Cr and Ti, and T, which has been widely used recently.
Compared to metal barrier films such as iN and TiW, the reactivity with the metal films 5a and 5b is low, so the metal films 5a and
It is possible to avoid the problem that the film 5b reacts with the barrier film 5c and causes defects. Furthermore, since the grain size of the upper metal film 5a does not become small, the electromigration resistance of the metal film 5a does not deteriorate. Moreover, since the barrier film 5c has conductivity and is very thin, increases in electrical resistance such as wiring resistance and contact resistance due to the interposition of the barrier film 5c are negligible. can be suppressed to

なお、障壁膜5cを設ける位置については、第1層金属
膜5aと第2層金属膜5bのそれぞれのアスペクト比D
 r / 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。それは、単層配線の場合、
アスペクト比と応力との関係を調べると、第3図に示す
ような関係があり、アスペクト比が1の点で配線応力が
極大値を示すからである。
Note that the position where the barrier film 5c is provided depends on the aspect ratio D of each of the first layer metal film 5a and the second layer metal film 5b.
It is desirable to select such that r/W and D2/W do not become 1. In the case of single layer wiring,
This is because when examining the relationship between aspect ratio and stress, there is a relationship as shown in FIG. 3, and the wiring stress exhibits a maximum value at the point where the aspect ratio is 1.

従って配線全体として見たときアスペクト比が1あるい
はこれに近い値である場合に、障壁膜を介在させること
で上下各層のアスペクト比を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。
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.

発明者等は、第1図に示される構成の積層配線と従来の
単層配線との耐ストレス性を実際の配線を用いて調べて
みた。
The inventors investigated the stress resistance of the laminated wiring having the structure shown in FIG. 1 and the conventional single-layer wiring using actual wiring.

具体的には、酸化膜で覆われたシリコン基板上に、第1
.第2層の金属膜5a、5bとして、All−5i−C
u膜を用い、障壁膜5Cとして50n■のRuO2金属
酸化膜を用いて、全体として膜厚400 ns、配線幅
1μm、配線長6mのAj)積層配線と、シリコン基板
上にAfl−5t −Cu膜が形成された単層配線とを
150℃の雰囲気に5000時間放置するストレス試験
を行った。
Specifically, a first layer is placed on a silicon substrate covered with an oxide film.
.. As the second layer metal films 5a and 5b, All-5i-C
Aj) Laminated wiring with a film thickness of 400 ns, a wiring width of 1 μm, and a wiring length of 6 m, using a RuO2 metal oxide film of 50 nm as the barrier film 5C, and Afl-5t-Cu on the silicon substrate. A stress test was conducted in which the single-layer wiring on which the film was formed was left in an atmosphere at 150° C. for 5000 hours.

その結果、単層配線の不良率は80%であるのに対し、
この実施例のAll積層配線の不良率はゼロであった。
As a result, while the defect rate of single-layer wiring is 80%,
The defect rate of the All laminated wiring of this example was zero.

第4図には本発明の第2の実施例に係る半導体装置の配
線構造が示されている。なお、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。
FIG. 4 shows a wiring structure of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention. Note that parts corresponding to those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals as in FIG. 1, and detailed description thereof will be omitted.

第1図の実施例では金属配線5を膜厚方向に分断するよ
うに障壁膜5C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壁膜5cを介在させている。
In the embodiment shown in FIG. 1, a barrier film 5C is interposed so as to divide the metal wiring 5 in the thickness direction, whereas in this embodiment, a barrier film 5c is interposed so as to divide it in the width direction.

この実施例の場合も、障壁膜5cの厚み(横方向に測る
)W3を1100n以下が好ましい。また障壁膜5Cの
位置は、やはり分割される二つの金属膜5g、5bのそ
れぞれのアスペクト比D/W、、D/W2が1にならな
いように選ぶことが望ましい。
In this embodiment as well, the thickness W3 (measured in the lateral direction) of the barrier film 5c is preferably 1100 nm or less. Further, the position of the barrier film 5C is desirably selected so that the aspect ratios D/W, D/W2 of the two metal films 5g and 5b to be divided are not equal to 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.

次に第5図(a)〜(d)には本発明の第3の実施例に
係る半導体装置の配線形成工程断面図が示されている。
Next, FIGS. 5(a) to 5(d) show cross-sectional views of wiring formation steps of a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention.

この方法は先に説明したロードロック式スパッタ装!(
第8図)を用いて形成する。
This method uses the load-lock sputtering method explained earlier! (
8).

これを形成工程に従い説明すると、最初、第5図(a)
に示すように素子が形成され、その表面に酸化膜等の絶
縁膜が形成されこれにコンタクト孔が形成されたシリコ
ン基板21を用意し、これを第8図に示されたロードロ
ック式スパッタ装置の基板装填室85に装填した後、シ
リコン基板21を第1の薄膜堆積室81aに搬送する。
To explain this according to the forming process, first, Fig. 5(a)
A silicon substrate 21 is prepared in which an element is formed as shown in FIG. 8, an insulating film such as an oxide film is formed on the surface of the silicon substrate 21, and a contact hole is formed therein. After loading the silicon substrate 21 into the substrate loading chamber 85, the silicon substrate 21 is transported to the first thin film deposition chamber 81a.

この時、第1〜第3の薄膜堆積室81a〜81cは既に
lXl0−6Pa程度まで減圧され、この後、第1、第
3の薄膜堆積室gla、81cにはArガスが導入され
0.5Pa程に減圧される。そしてスパッタ法を用いて
厚さ約200nm程度のAllまたはA1合金膜からな
る第1層金属膜23aをシリコン基板21上に堆積する
At this time, the pressure in the first to third thin film deposition chambers 81a to 81c has already been reduced to about 1X10-6 Pa, and then Ar gas is introduced into the first and third thin film deposition chambers gla and 81c to a pressure of 0.5 Pa. The pressure is reduced to a certain extent. Then, a first layer metal film 23a made of an All or Al alloy film with a thickness of about 200 nm is deposited on the silicon substrate 21 using a sputtering method.

次に同図(b)に示すように、第1層金属膜23aが形
成されたシリコン基板21を第2の薄膜堆積室81bに
搬送し、ランプ加熱等の熱処理を用いてシリコン基板2
1の表面に厚さ約3nm程度の酸化膜からなる障壁膜2
3cを形成する。
Next, as shown in FIG. 6B, the silicon substrate 21 on which the first layer metal film 23a is formed is transferred to the second thin film deposition chamber 81b, and the silicon substrate 21 is heated using a heat treatment such as lamp heating.
Barrier film 2 made of an oxide film with a thickness of about 3 nm on the surface of 1.
Form 3c.

このように10−’Pa程度に減圧されている薄膜堆積
室81b内で酸化膜が形成されるのは、AIやAN合金
膜は10−’Pa程度の高真空中でも残留酸素による酸
化が起こるという事実に基づいている。なお、この時同
時に金属薄膜23aの結晶粒成長を行う。
The reason why an oxide film is formed in the thin film deposition chamber 81b where the pressure is reduced to about 10-'Pa is because AI and AN alloy films are oxidized by residual oxygen even in a high vacuum of about 10-'Pa. Based on facts. Note that, at the same time, crystal grain growth of the metal thin film 23a is performed.

次に同図(C)に示すように、これら膜23a。Next, as shown in the same figure (C), these films 23a.

23cが形成されたシリコン基板21を第3の薄膜体積
室81cに搬送し、スパッタ法を用いて厚さ約200n
m程度のANまたはAN合金膜からなる第2層金属膜2
3bを障壁膜23C上に堆積する。このようなシーケン
スによって、金属膜23a (200nm)/障壁膜2
3c (3層m)/金属膜23a (200nm)の3
層構造の積層膜が得られる。
The silicon substrate 21 on which 23c is formed is transferred to the third thin film volume chamber 81c, and the silicon substrate 21 having a thickness of about 200 nm is deposited using a sputtering method.
Second layer metal film 2 made of AN or AN alloy film of about m
3b is deposited on the barrier film 23C. Through such a sequence, the metal film 23a (200 nm)/barrier film 2
3c (3 layers m)/metal film 23a (200 nm) 3
A laminated film with a layered structure is obtained.

最後に同図(d)に示すように、この積層膜をPEP工
程を経てパターニングすることにより、所望の金属配線
23が完成する。
Finally, as shown in FIG. 2D, this laminated film is patterned through a PEP process, thereby completing the desired metal wiring 23.

このような金属配線23の形成方法は、従来のそれとは
異なり、第2の薄膜堆積室81bの室圧を減圧して障壁
膜23cとなる酸化膜を形成するので、第2の薄膜堆積
室81b中の酸素が仕切りゲートバルブ81a、81b
を介して第1.第3の薄膜堆積室81a、81cに拡散
混入したとしてもその量は極わずかである。その結果、
金属膜23a、23cの形成中にこの漏れた酸素による
汚染の影響によるは非常に少なる。したがって、耐スト
レスマイグレーション、耐エレクトロマイグレーション
に優れ、配線寿命が長い金属配線を形成できるので信頼
性の高い半導体装置を得ることができる。
This method of forming the metal wiring 23 differs from the conventional method in that the chamber pressure in the second thin film deposition chamber 81b is reduced to form an oxide film that becomes the barrier film 23c. Oxygen inside is separated by gate valves 81a and 81b.
via the 1st. Even if it diffuses into the third thin film deposition chambers 81a and 81c, the amount thereof is extremely small. the result,
The influence of contamination due to this leaked oxygen during the formation of the metal films 23a and 23c is extremely small. Therefore, it is possible to form a metal wiring that has excellent resistance to stress migration and electromigration and has a long wiring life, so that a highly reliable semiconductor device can be obtained.

次に本発明の第4の実施例に係る半導体装置の製造方法
を説明する。
Next, a method for manufacturing a semiconductor device according to a fourth embodiment of the present invention will be described.

この実施例が先に説明した第3の実施例と異なる点は、
1つの薄膜堆積室で金属配線を形成することにある。
This embodiment differs from the third embodiment described above as follows:
The objective is to form metal wiring in one thin film deposition chamber.

これを形成工程に従い説明すると、最初、約10−6程
度まで減圧された薄膜堆積室に、素子が形成され、その
表面に酸化膜等の絶縁膜が形成されこれにコンタクト孔
が形成されたシリコン基板を搬送する。
To explain this according to the formation process, an element is first formed in a thin film deposition chamber whose pressure is reduced to about 10-6, an insulating film such as an oxide film is formed on the surface of the silicon film, and a contact hole is formed in this. Transport the board.

次に約40SCCM程度のArガスを薄膜堆積室に導入
し、スパッタ法を用いて厚さ約200nm程度のAIま
たはA1合金膜からなる第1の金属膜をシリコン基板上
に堆積する。
Next, about 40 SCCM of Ar gas is introduced into the thin film deposition chamber, and a first metal film made of an AI or A1 alloy film with a thickness of about 200 nm is deposited on the silicon substrate using a sputtering method.

次に同じ雰囲気中でランプ加熱等の熱処理により厚さ約
3nm程度の酸化膜を第1の金属膜の表面に形成する。
Next, an oxide film with a thickness of about 3 nm is formed on the surface of the first metal film by heat treatment such as lamp heating in the same atmosphere.

この時同時に第1の金属膜の結晶粒成長を行う。At this time, crystal grain growth of the first metal film is simultaneously performed.

次にスパッタ法を用いて厚さ約200nm程度のAIま
たは1合金膜からなる第2の金属膜を酸化膜上に堆積し
、3層からなる積層膜を形成する。
Next, using a sputtering method, a second metal film of about 200 nm thick made of AI or 1 alloy film is deposited on the oxide film to form a laminated film made of three layers.

最後にこのようにして形成された積層膜上に所定のフォ
トレジストパターンを形成し、これをマスクとして不要
な積層膜をエツチング除去して金属配線が完成する。
Finally, a predetermined photoresist pattern is formed on the laminated film thus formed, and using this as a mask, unnecessary laminated films are removed by etching to complete metal wiring.

このような形成方法でも第3の実施例と同様な効果を得
ることができるのは勿論のこと、1つの薄膜堆積室で金
属配線の形成を行っているので薄膜堆積室間の移動がな
いので形成工程が簡略化するという利点がある。
Of course, this formation method can also achieve the same effect as the third embodiment, and since the metal wiring is formed in one thin film deposition chamber, there is no movement between thin film deposition chambers. This has the advantage that the formation process is simplified.

第6図には本発明の第5の実施例に係る半導体装置の配
線形成工程断面図が示されている。この方法も先に説明
したロードロック式スパッタ装置(第8図)を用いて形
成する。
FIG. 6 shows a cross-sectional view of the wiring formation process of a semiconductor device according to a fifth embodiment of the present invention. This method is also performed using the load-lock type sputtering apparatus (FIG. 8) described above.

これを形成工程に従い説明すると、最初、第1゜第2.
第3の薄膜堆積室81g、81b、81cを約1O−6
Pa程度に減圧し、この後、これら薄膜堆積室81a、
81b、81c内にArガス等の不活性ガスを導入し約
0.5Pa程度に保つ。
This will be explained according to the forming steps: first, first, second.
The third thin film deposition chamber 81g, 81b, 81c is approximately 1O-6
After reducing the pressure to about Pa, these thin film deposition chambers 81a,
Inert gas such as Ar gas is introduced into 81b and 81c to maintain the pressure at about 0.5 Pa.

次に同図(a)に示すように、素子が形成され表面が酸
化膜で覆われたシリコン基板31を第1の薄膜堆積室8
1gに搬送し、スパッタ法によりシリコン基板31表面
に厚さ約200nm程度のANまたはAl1合金膜から
なる第1層金属膜33aを堆積する。
Next, as shown in FIG. 3A, the silicon substrate 31 on which elements are formed and whose surface is covered with an oxide film is transferred to the first thin film deposition chamber 8.
1g, and a first layer metal film 33a made of an AN or Al1 alloy film having a thickness of about 200 nm is deposited on the surface of the silicon substrate 31 by sputtering.

次に同図(b)に示すように、こうして金属膜331が
形成されたシリコン基板31を第2の薄膜堆積室81b
に搬送し、スパッタ法等を用いて厚さ約10nm程度の
Cr膜からなる第1層金属膜33aを′!s1層金属膜
33a上に堆積する。
Next, as shown in FIG. 3B, the silicon substrate 31 with the metal film 331 formed thereon is transferred to the second thin film deposition chamber 81b.
The first layer metal film 33a made of a Cr film with a thickness of about 10 nm is deposited using a sputtering method or the like. The s1 layer is deposited on the metal film 33a.

次に同図(C)に示すように、ランブアニールにより金
属膜33a、33bが形成されたシリコン基板31を2
00〜300℃に加熱し、厚さ約200nm程度の酸化
クロム膜33dからなる第2層障壁膜33dを第1層障
壁膜33cの表面に形成する。
Next, as shown in FIG.
A second barrier film 33d made of a chromium oxide film 33d with a thickness of about 200 nm is formed on the surface of the first barrier film 33c by heating to 00 to 300°C.

次に同図(d)に示すように、こうして酸化クロム膜が
形成されたシリコン基板41を第3の薄膜堆積室81c
に搬送し、スパッタ法等を用いて厚さ約200nm程度
のAllまたはA1合金膜からなる第2層金属膜33b
を第2層障壁膜33c上に堆積する。
Next, as shown in FIG. 4(d), the silicon substrate 41 on which the chromium oxide film has been formed is transferred to the third thin film deposition chamber 81c.
A second layer metal film 33b made of an All or A1 alloy film with a thickness of approximately 200 nm is formed using a sputtering method or the like.
is deposited on the second layer barrier film 33c.

最後に同図(e)に示すように、フォトリソグラフイエ
程、エッチング工程を経て所定パターンの金属配線33
が完成する。
Finally, as shown in FIG.
is completed.

このような形成方法でも第3の実施例と同様な効果を得
られるのは勿論のこと、第2層障壁膜33dは金属酸化
膜であるので第2層金属膜33bと反応し難くなり、ま
た金属酸化膜として若干の導電性のあるクロム酸化膜を
用いたので、配線33の垂直方向の電気抵抗が改善され
るという利点がある。
Of course, even with this formation method, the same effect as in the third embodiment can be obtained, and since the second layer barrier film 33d is a metal oxide film, it is difficult to react with the second layer metal film 33b, and Since a slightly conductive chromium oxide film is used as the metal oxide film, there is an advantage that the electrical resistance of the wiring 33 in the vertical direction is improved.

なお、本発明は上述した実施例に限定さ、れるものでは
ない。例えば、第1.第2の実施例では、AII配線の
場合について述べたが、他の金属、例えばCu、W、A
u等の配線に対しても本発明は有効である。また、第1
.第2の実施例では、障壁膜として金属酸化物、例えば
RuO□を用いたが、これに代えてReO2,Cro2
.5n02゜I r02 、RhO2,0$02 、N
b2O5等のようにANとの反応性が低い化合物を用い
ることもできる。またこれら実施例では、障壁膜5Cを
金属配線5中に一層設ける例を示したが、基板1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、あるいは金属配線5の膜厚等に応じて二
層以上設けてもよい。更には、基板にSiを用いたが絶
縁割基板、例えばInP。
Note that the present invention is not limited to the embodiments described above. For example, 1st. In the second embodiment, the case of AII wiring was described, but other metals such as Cu, W, A
The present invention is also effective for wiring such as u. Also, the first
.. In the second embodiment, a metal oxide such as RuO□ was used as the barrier film, but instead of this, ReO2, Cro2
.. 5n02゜I r02 , RhO2,0$02 , N
Compounds with low reactivity with AN such as b2O5 can also be used. Further, in these embodiments, an example in which the barrier film 5C is provided in one layer in the metal wiring 5 has been shown, but it may also be formed in a contact electrode that contacts an impurity layer formed on the surface of the substrate 1, or in a layer of the metal wiring 5. Two or more layers may be provided depending on the thickness etc. Furthermore, although Si is used for the substrate, an insulating substrate such as InP may be used.

GaAs等を採用しても良い。この場合には配線は直接
基板上に形成する。
GaAs or the like may also be used. In this case, the wiring is formed directly on the substrate.

なお、第3.第4.第5の実施例では、酸化膜を形成す
る薄膜定積室を約lXl0−6Pa程度まで減圧したが
、酸化膜を形成する薄膜定積室の真空度は、lXl0−
’Pa以下であれば同様な効果を得ることができる。
In addition, 3rd. 4th. In the fifth embodiment, the pressure in the thin film constant volume chamber where the oxide film is formed was reduced to about 1Xl0-6Pa, but the degree of vacuum in the thin film constant volume chamber where the oxide film is formed is 1X10-6Pa.
'Pa or less, similar effects can be obtained.

また、第3.第4の実施例では、スパッタ法により金属
配線膜の堆積を行ったが、CVD法やイオンクラスタビ
ーム法などの他の方法を用いても可能である。また、第
1.第2の金属配線として膜AI!またはAl1合金薄
膜を用いたが、第1.第2の実施例と同様に他の金属あ
るいは金属合金膜を用いることも可能である。
Also, 3rd. In the fourth embodiment, the metal wiring film was deposited by the sputtering method, but other methods such as the CVD method or the ion cluster beam method may also be used. Also, 1st. Film AI as second metal wiring! Alternatively, an Al1 alloy thin film was used; Similar to the second embodiment, it is also possible to use other metal or metal alloy films.

更にまた、第5の実施例では、第1層障壁膜としてC「
を用いたがRe、Ir等の金属の用いても良い。その他
、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施
できる。
Furthermore, in the fifth embodiment, C' is used as the first layer barrier film.
However, metals such as Re and Ir may also be used. In addition, various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.

[発明の効果] 本発明の半導体装置によれば、金属配線中に金属酸化膜
を挿設したので、第1の導電膜を横断するような粒界、
ボイドは生じ難くなるので耐ストレスマイグレーション
、耐エレクトロマイグレーションに優れた金属配線を形
成できる。その結果、信頼性の高い半導体装置を得るこ
とができる。
[Effects of the Invention] According to the semiconductor device of the present invention, since the metal oxide film is inserted into the metal wiring, grain boundaries that cross the first conductive film,
Since voids are less likely to occur, metal wiring with excellent stress migration resistance and electromigration resistance can be formed. As a result, a highly reliable semiconductor device can be obtained.

本発明の半導体装置の製造方法によれば、半導体基板を
大気に晒さらさず且つ低濃度の酸素雰囲気中で、第1の
金属膜、酸化膜、第2の金属膜を連続成膜するので、耐
ストレスマイグレーション。
According to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, the first metal film, oxide film, and second metal film are sequentially formed in a low concentration oxygen atmosphere without exposing the semiconductor substrate to the atmosphere. Stress resistant migration.

耐エレクトロマイグレーションに優れた構成の金属配線
を形成できると供に、製造工程中における酸素汚染も防
止できる。その結果、信頼性の高い半導体装置を得るこ
とができる。
It is possible to form metal wiring having a structure with excellent electromigration resistance, and also to prevent oxygen contamination during the manufacturing process. As a result, a highly reliable semiconductor device can be obtained.

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

第1図は本発明の第1の実施例に係る半導体装置の配線
構造を示す図、第2図(a)、(b)は第1図の配線構
造と従来の配線構造との応力分布を比較して示す図、第
3図は配線のアスペクト比と配線応力の関係を示す図、
第4図は本発明の第2の実施例に係る半導体装置の配線
構造を示す図、第5図(a)〜(d)は本発明の第3の
実施例に係る半導体装置の配線形成工程断面図、第6図
(a)〜(e)は本発明の第5の実施例に係る半導体装
置の配線形成工程断面図、第7図は積層配第8図はロー
ドロック式スバ・ツタ装置の概略構成を示す図である。 1・・・シリコン基板、3・・絶縁膜、5・・・金属配
線、5a・・・第1層金属膜、5b・・・第2層金属膜
、5C・・・障壁膜、6・・・金属配線、7・・・バン
ブー粒界、9゜9a、9b・・・引っ張り応力、11・
・・粒界、21・・・シリコン基板、23・・・金属配
線、23a・・・第1層金属膜、23b・・・第2層金
属膜、23C・・・障壁膜、31・・・シリコン基板、
33・・・金属配線、33a・・・第1層金属膜、33
b・・・第2層金属配線、33c・・・第1層障壁膜、
33d・・・第2層障壁膜。 出願代理人 弁理士 鈴 江 武 彦 アスペクトに 第3図 ら 第 第 図 獣素分汗(10−2Pa) 第7図 第 図
FIG. 1 shows the wiring structure of a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, and FIGS. 2(a) and 2(b) show the stress distribution between the wiring structure of FIG. 1 and the conventional wiring structure. Figure 3 is a diagram showing the relationship between wiring aspect ratio and wiring stress.
FIG. 4 is a diagram showing a wiring structure of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention, and FIGS. 5(a) to (d) are wiring forming steps of a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention. 6(a) to 6(e) are cross-sectional views of the wiring forming process of a semiconductor device according to the fifth embodiment of the present invention. FIG. It is a figure showing a schematic structure of. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Silicon substrate, 3... Insulating film, 5... Metal wiring, 5a... First layer metal film, 5b... Second layer metal film, 5C... Barrier film, 6...・Metal wiring, 7... Bamboo grain boundary, 9° 9a, 9b... Tensile stress, 11.
... Grain boundary, 21... Silicon substrate, 23... Metal wiring, 23a... First layer metal film, 23b... Second layer metal film, 23C... Barrier film, 31... silicon substrate,
33... Metal wiring, 33a... First layer metal film, 33
b... Second layer metal wiring, 33c... First layer barrier film,
33d...Second layer barrier film. Application agent: Patent attorney Takehiko Suzue Aspect: Figures 3 and 3 (10-2Pa) Figure 7

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)素子が形成された半導体基板上か或いはこの基板
上に絶縁膜を介して金属配線が形成された半導体装置に
おいて、 前記金属配線は、その内部を分断するように挿設された
、前記金属配線と異なり且つ前記金属材料と反応しない
導電性材料からなる金属酸化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 wiring is formed on a semiconductor substrate on which an element is formed or on this substrate via an insulating film, the metal wiring is inserted so as to divide the inside of the semiconductor device. A semiconductor device comprising a metal oxide film made of a conductive material that is different from metal wiring and does not react with the metal material.
(2)素子が形成された半導体基板上か或いはこの基板
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の金属膜、熱酸化膜と第2の金属膜とからなる少く
とも3層構造の積層膜を、前記半導体基板を大気に晒す
ことなく且つ低濃度の酸素雰囲気中で連続的に形成する
工程と、 前記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 on a semiconductor substrate on which an element is formed or on this substrate via an insulating film, the step of forming the metal wiring includes the step of forming a first metal film. , a step of continuously forming a laminated film having at least a three-layer structure consisting of a thermal oxide film and a second metal film in a low concentration oxygen atmosphere without exposing the semiconductor substrate to the atmosphere; A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: patterning a film into a desired shape.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6597067B1 (en) 1994-02-28 2003-07-22 International Business Machines Corporation Self-aligned, lateral diffusion barrier in metal lines to eliminate electromigration
SG118219A1 (en) * 2002-12-19 2006-01-27 Kobe Steel Ltd Electronic device method of manufacture of the same and sputtering target
JP2007298659A (en) * 2006-04-28 2007-11-15 Japan Aviation Electronics Industry Ltd Neutral density filter
JP2014082461A (en) * 2012-10-17 2014-05-08 Cree Inc Using stress reduction barrier sub-layers in semiconductor die

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6597067B1 (en) 1994-02-28 2003-07-22 International Business Machines Corporation Self-aligned, lateral diffusion barrier in metal lines to eliminate electromigration
SG118219A1 (en) * 2002-12-19 2006-01-27 Kobe Steel Ltd Electronic device method of manufacture of the same and sputtering target
JP2007298659A (en) * 2006-04-28 2007-11-15 Japan Aviation Electronics Industry Ltd Neutral density filter
JP2014082461A (en) * 2012-10-17 2014-05-08 Cree Inc Using stress reduction barrier sub-layers in semiconductor die
US9269662B2 (en) 2012-10-17 2016-02-23 Cree, Inc. Using stress reduction barrier sub-layers in a semiconductor die

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