JPH04207035A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

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JPH04207035A
JPH04207035A JP34034990A JP34034990A JPH04207035A JP H04207035 A JPH04207035 A JP H04207035A JP 34034990 A JP34034990 A JP 34034990A JP 34034990 A JP34034990 A JP 34034990A JP H04207035 A JPH04207035 A JP H04207035A
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JP
Japan
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layer
conductor layer
forming
conductor
base
Prior art date
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Pending
Application number
JP34034990A
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Japanese (ja)
Inventor
Shuichi Komatsu
小松 周一
Hisafumi Kaneko
尚史 金子
Atsuhito Sawabe
厚仁 澤邊
Masahiko Hasunuma
正彦 蓮沼
Takashi Kawanoue
川ノ上 孝
Yoshiko Kobanawa
小塙 佳子
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)

Abstract

PURPOSE:To further enhance an electromigration-resistant property and a stress migration-resistant property by a method wherein an insulating layer is formed on a P-type semiconductor substrate in which an N<+> impurity region is formed and, after that, a substratum conductor layer is applied and formed. CONSTITUTION:A silicon dioxide film 13 in a thickness of about 8000Angstrom is formed on a silicon (100) substrate 11. After that, TiN in a thickness of 1000Angstrom is deposited on the insulating film by a DC magnetron sputtering method. Rectangular grooves 17 whose width is at 0.5mum and whose depth is at 500Angstrom are formed in the TiN layer 16 at intervals of 1mum by a photolithographic operation. The TiN layer is etched by a reactive ion etching (RIE) operation. Aluminum in a thickness of 4000Angstrom is deposited, by a DC magnetron sputtering method, on the TiN layer in which the rectangular grooves are formed. The Al is deposited under the same conditions as when the TiN is formed; the aluminum layer is heat-treated at 500 deg.C for one minute by a rapid thermal process.

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、半導体装置の製造方法に係わり、より具体的
には、優れた耐エレクトロマイグレーション性および耐
ストレスマイグレーション性を有する配線層を備えた半
導体装置の製造方法に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Object of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more specifically, the present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more specifically, a semiconductor device having excellent electromigration resistance and stress migration resistance. The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device including a wiring layer.

(従来の技術) 近年、半導体装置特に、DRAMに代表されるメモリー
集積回路において、小型化、高集積化が著しく、これに
伴ない、各素子を接続する配線もさらに微細化されつつ
ある。一般に、配線層の形成は、所定の不純物領域が形
成された例えばシリコン等の半導体基板上に絶縁膜を形
成し、この絶縁膜に不純物領域を部分的に露出するコン
タクトホールを開孔し、コンタクトホールに電極材料を
埋め込んでコンタクト部を形成することを含む。
(Prior Art) In recent years, semiconductor devices, particularly memory integrated circuits typified by DRAM, have become significantly smaller and more highly integrated, and along with this, the wiring that connects each element is also becoming smaller. Generally, to form a wiring layer, an insulating film is formed on a semiconductor substrate, such as silicon, on which a predetermined impurity region has been formed, and a contact hole is formed in this insulating film to partially expose the impurity region. This includes filling the hole with an electrode material to form a contact portion.

コンタクト部および絶縁膜上に、配線材料層を形成し、
これを所定の配線形状に/くターンニングする。通常使
用されている配線材料は、アルミニウムまたはアルミニ
ウム合金である。
Forming a wiring material layer on the contact portion and the insulating film,
This is turned into a predetermined wiring shape. The commonly used wiring material is aluminum or aluminum alloy.

(発明が解決しようとする課題) しかしながら、配線の微細化が進むにつれ、配線に要求
される条件は、益々過酷になっている。
(Problems to be Solved by the Invention) However, as wiring becomes finer, the conditions required for wiring are becoming increasingly severe.

特に、近年、配線中を流れる電流の高密度化によるニレ
クトロマイグレーション、および配線を保護するために
被覆する保護膜との熱膨張差に起因するストレスマイグ
レーションによる配線の断線が問題となっている。従来
の方法で形成されたアルミニウムあるいはアルミニウム
合金配線層は、いわば多結晶体であり、各結晶の向きは
、ある程度揃っているが、全体として均一な配向性を持
っていないため、その粒界で破断しやすいのである。
In particular, in recent years, wire breakage has become a problem due to nielectromigration due to high density current flowing through the wires, and stress migration due to a difference in thermal expansion between the wires and a protective film covering the wires to protect them. Aluminum or aluminum alloy wiring layers formed by conventional methods are polycrystalline, and the orientation of each crystal is aligned to some extent, but because the orientation is not uniform as a whole, It is easy to break.

配線を構成する薄膜の結晶の<111>方位が配線の上
面に垂直方向に揃っていればいるほど、耐エレクトロマ
イグレーション性が向上することが知られている(ニス
・バイジャ(S、 Vaidya)他、Thjn So
目d FjlIIl、 75 (1981) 235)
か、その具体的手法については、なお満足できるもので
ない。
It is known that the more the <111> orientation of the crystals of the thin film constituting the wiring is aligned perpendicularly to the top surface of the wiring, the better the electromigration resistance is (Vaidya, S. et al. , Thjn So
d FjlIIl, 75 (1981) 235)
However, the specific method is still not satisfactory.

したがって、本発明の課題は、耐エレクトロマイグレー
ション性および耐ストレスマイグレーション性の優れた
配線層を備えた半導体装置の製造方法を提供することに
ある。
Therefore, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device including a wiring layer having excellent electromigration resistance and stress migration resistance.

[発明の構成] (課題を解決するための手段および作用)本発明者らは
、耐エレクトロマイグレーション性および耐ストレスマ
イグレーション性に優れた配線層を形成するための方法
を鋭意研究した結果、配線層の導電を支配する良導電体
(例えば、アルミニウム等)の1の結晶方位(特に立方
晶においては、<111>または<100>方位)が、
配線層平面に実質的に垂直に揃っていると、両射性が向
上することを見い出した。そして、結晶方位を揃えるた
めには、良導電体の形成前に、下地導電体層を、形成し
ておき、この下地導電体層の表面層に、所定の溝を周期
的かつ対称性を持って形成するか、および/またはこの
下地導電体層の表面層に周期的かつ対称性を持って画線
的にエネルギービームを照射し、しかる後、良導電体層
を被着・形成することが最も有効であることを見いaし
、本発明を完成するに至った。良導電体層を形成した後
、結晶方位を揃えるために、これを熱処理するが、その
ときの温度は、良導電体の融点よりも低い温度であり、
また、下地導電体層は、少なくともその表面層は、良導
電体の融点よりも高くなければならない。
[Structure of the Invention] (Means and Effects for Solving the Problems) As a result of intensive research into a method for forming a wiring layer with excellent electromigration resistance and stress migration resistance, the present inventors discovered that the wiring layer One crystal orientation (especially <111> or <100> orientation in cubic crystals) of a good conductor (such as aluminum) that governs the conductivity of
It has been found that when the wiring layers are aligned substantially perpendicularly to the plane of the wiring layer, the bidirectionality is improved. In order to align the crystal orientation, a base conductor layer is formed before forming a good conductor, and predetermined grooves are periodically and symmetrically formed in the surface layer of this base conductor layer. and/or irradiating the surface layer of this base conductor layer with an energy beam in a periodic and symmetrical pattern, and then depositing and forming a good conductor layer. We have found that this is the most effective method and have completed the present invention. After forming a good conductor layer, it is heat treated to align the crystal orientation, but the temperature at that time is lower than the melting point of the good conductor.
Furthermore, at least the surface layer of the base conductor layer must have a melting point higher than the melting point of the good conductor.

すなわち、本発明によれば、 半導体接合を有する素子が形成された基板上に、素子を
電気的に接続する第1の良導電体からなる最上層導電体
層を形成する工程を有し、該最上層導電体層を形成する
前に、少なくとも表面層が該第1の良導電体よりも高い
融点を有する第2の導電体で形成された下地導電層を形
成し、 該下地導電体層の表面層に、所定形状の溝を周期的かつ
対称性を持って形成し、 抜溝が形成された下地導電体層上に該最上層導電体層を
形成し、 該最上層導電体層を、その融点よりも低い温度で熱処理
し、 該最上層導電体層および下地導電体層を所定の配線形状
に加工する ことを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
That is, according to the present invention, there is a step of forming an uppermost conductor layer made of a first good conductor for electrically connecting the elements on a substrate on which an element having a semiconductor junction is formed; Before forming the uppermost conductor layer, form a base conductive layer in which at least the surface layer is made of a second conductor having a higher melting point than the first good conductor; Forming grooves of a predetermined shape periodically and symmetrically in the surface layer, forming the uppermost conductor layer on the base conductor layer in which the grooves have been formed, and forming the uppermost conductor layer, A method for manufacturing a semiconductor device is provided, which comprises heat-treating at a temperature lower than its melting point and processing the uppermost conductor layer and the underlying conductor layer into a predetermined wiring shape.

また、本発明によれば、 半導体接合を有する素子が形成されtコ基板上に、素子
を電気的に接続する第1の良導電体力・らなる最上層導
電体層を形成する工程を有し、該最上層導電体層を形成
する前に、少なくとも表面層が該第1の良導電体よりも
高(1融点を有する第2の導電体で形成された下地導電
層を形成し、 該下地導電層の表面層に、周期的かつ対称性を持って画
線的にエネルギービームを照射し、該エネルギービーム
が照射された下地導電体層上に該最上層導電体層を形成
し、 該最上層導電体層を、その融点よりも低0温度で熱処理
し、 該最上層導電体層および下地導電体層を所定の配線形状
に加工する ことを特徴とする半導体装置の製造方法力く提供される
Further, according to the present invention, there is a step of forming an uppermost conductive layer consisting of a first conductive material for electrically connecting the elements on the substrate on which the elements having the semiconductor junction are formed. , before forming the uppermost conductor layer, forming a base conductive layer made of a second conductor whose surface layer has a melting point higher than that of the first good conductor; irradiating the surface layer of the conductive layer with an energy beam periodically and symmetrically in streaks, forming the uppermost conductor layer on the base conductor layer irradiated with the energy beam; A method for manufacturing a semiconductor device, characterized in that the upper conductor layer is heat-treated at a temperature lower than its melting point, and the upper conductor layer and the base conductor layer are processed into a predetermined wiring shape. Ru.

本発明に従って下地導電層に形成された溝Ii、その隅
部が良導電体の結晶成長の開始点となり、その形状に対
応して良導電体の結晶方位が整列するものと考えられる
。良導電体層を熱処理することにより、結晶方位か、整
然と揃うようになる。
It is considered that the corner of the groove Ii formed in the base conductive layer according to the present invention becomes a starting point for crystal growth of the good conductor, and the crystal orientation of the good conductor is aligned in accordance with the shape. By heat-treating the good conductor layer, the crystal orientation can be aligned in an orderly manner.

下地導電層にエネルギービームを照射した場合も、その
照射された箇所が、良導電体の結晶成長の開始点となり
、その照射された部分の平面形状に応じて良導電体の結
晶方位が整列する。
Even when the underlying conductive layer is irradiated with an energy beam, the irradiated area becomes the starting point for crystal growth of the good conductor, and the crystal orientation of the good conductor is aligned according to the planar shape of the irradiated area. .

ところで、金属薄膜形成の際に、下地層に溝を形成し、
金属薄膜の結晶方位を揃える方法は、既に、M、 W、
ガイス(Gets)らによってJ、 Vac、 Sci
By the way, when forming a metal thin film, grooves are formed in the base layer,
Methods for aligning the crystal orientation of metal thin films are already available in M, W,
Gets et al. J, Vac, Sci
.

Technol、、 1B (1979)、 1640
に開示されている。
Technol, 1B (1979), 1640
has been disclosed.

しかしながら、この方法において、溝が形成されている
下地層は、二酸化シリコンで、結晶性を持たない非晶質
であり、半導体集積回路に要求される高度の耐ストレス
マイグレーション性および耐エレクトロマイグレーショ
ン特性を有する配線を提供することは、全く不可能であ
る。
However, in this method, the underlying layer in which the grooves are formed is silicon dioxide, which is amorphous and has no crystallinity, and has high stress migration resistance and electromigration resistance required for semiconductor integrated circuits. It is simply impossible to provide wiring with

以下、本発明を図面を参照してさらに詳しく説。The present invention will be explained in more detail below with reference to the drawings.

明する。全図中、同様の箇所は、同一符号で示されてい
る。
I will clarify. Similar parts are indicated by the same reference numerals throughout the figures.

第1八図ないし第1E図は、本発明の第1の態様による
半導体装置の製造方法を示すものである。
FIGS. 18 to 1E show a method for manufacturing a semiconductor device according to a first aspect of the present invention.

第1A図に示すように、例えばN十不純物領域12が形
成されたP型半導体基板11上に、絶縁層(例えば、二
酸化シリコン)13を形成する。
As shown in FIG. 1A, an insulating layer (for example, silicon dioxide) 13 is formed on a P-type semiconductor substrate 11 in which, for example, an N+ impurity region 12 is formed.

この絶縁層13に、不純物領域12を部分的に露出する
コンタクトホール14を形成し、これに導電材料を埋め
込んで、コンタクト部15を形成する。
A contact hole 14 that partially exposes the impurity region 12 is formed in this insulating layer 13, and a conductive material is filled in the contact hole 14 to form a contact portion 15.

しかる後、第1A図の構造の全面に下地導電体層16を
被着形成する。この下地導電体層16は、後に形成する
良導電体層よりも高い融点を有するものであり、例えば
、金属シリサイド、窒化物等で形成することができる。
Thereafter, a base conductor layer 16 is deposited over the entire structure of FIG. 1A. This base conductor layer 16 has a higher melting point than a good conductor layer to be formed later, and can be formed of, for example, metal silicide, nitride, or the like.

この下地導電体層16は、比抵抗の値が、200μΩC
ll1以下であることが好ましく、また、後に形成する
良導電体の結晶方位を整列させるため、使用する良導電
体と結晶系が同じであることが特に好ましい。具体的に
は、下地導電体層16は、窒化チタン、コバルトシリサ
イド、ニッケルシリサイド等・で形成することができる
This base conductor layer 16 has a specific resistance value of 200 μΩC.
It is preferably ll1 or less, and in order to align the crystal orientation of the good conductor to be formed later, it is particularly preferable that the crystal system is the same as that of the good conductor to be used. Specifically, the base conductor layer 16 can be formed of titanium nitride, cobalt silicide, nickel silicide, or the like.

下地導電体層16は、絶縁層上で結晶配向性の優れた下
地導電体層が得られる方法によって形成することが好ま
しい。これにより、その上に形成される良導電体の結晶
配向性が改善され、耐エレクトロマイグレーション性及
び耐ストレスマイグレーション性の一層の向上が図れる
からである。
The base conductor layer 16 is preferably formed by a method that allows a base conductor layer with excellent crystal orientation to be formed on the insulating layer. This is because the crystal orientation of the good conductor formed thereon is improved, and electromigration resistance and stress migration resistance can be further improved.

そのような形成方法は、スパッタ(反応性スパッタを含
む)、化学気相成長(CVD)、蒸着等いずれかの既知
の手段の中から選択することができる。
Such formation methods can be selected from any known means such as sputtering (including reactive sputtering), chemical vapor deposition (CVD), vapor deposition, and the like.

ついで、第1B図に示すように、下地導電体層16の表
面内に、所定形状の溝17を周期的かつ対称性を持って
形成する。同図には、断面形状が矩形の溝16が示され
ているが、これに限らず、断面が三角形(V溝)、台形
等の溝を形成してもよい。要するに、一定形状の溝を周
期的かつ対称性を持って形成するのである。好ましい溝
は、底面が半導体基板11の面と平行であり、側面と底
面とのなす角度が90度以下であるものである。
Next, as shown in FIG. 1B, grooves 17 of a predetermined shape are formed periodically and symmetrically in the surface of the base conductor layer 16. Although the figure shows a groove 16 having a rectangular cross-section, the present invention is not limited to this, and grooves having a triangular (V-groove), trapezoidal, etc. cross-section may be formed. In short, grooves of a certain shape are formed periodically and symmetrically. A preferable groove is one in which the bottom surface is parallel to the surface of the semiconductor substrate 11, and the angle between the side surface and the bottom surface is 90 degrees or less.

また、溝の幅、深さ、間隔に特に制限はないか、望まし
くは、幅は、0.5μm1深さは、500ないし150
0A、間隔は、0.5ないし1.5μmである。
Also, there are no particular restrictions on the width, depth, and spacing of the grooves; preferably, the width is 0.5 μm and the depth is 500 to 150 μm.
0A, the spacing is 0.5 to 1.5 μm.

既述のように、これら溝は、後に形成される良導電体の
結晶配向性を高めるものであるか、この効果ハ、溝にエ
ネルギービームを照射する(好ましくは、溝の隅部に沿
って)ことによりさらに高まる。従って、本発明のより
好ましい態様においては、第1D図に示すように、溝1
7を形成した後、溝17の隅部に沿ってエネルギービー
ム18を照射する。エネルギービームとしては、電子線
、X線等を用いることができる。
As mentioned above, these grooves improve the crystal orientation of the good conductor that will be formed later, or this effect can be achieved by irradiating the grooves with an energy beam (preferably along the corners of the grooves). ). Therefore, in a more preferred embodiment of the present invention, as shown in FIG.
7 is formed, an energy beam 18 is irradiated along the corner of the groove 17. As the energy beam, electron beams, X-rays, etc. can be used.

溝17を形成した後、エネルギービームを照射し、また
は照射しない下地導電体層16上に、第1E図に示すよ
うに、良導電体層19を形成する。
After forming the grooves 17, a good conductor layer 19 is formed on the base conductor layer 16 which is irradiated with or not irradiated with an energy beam, as shown in FIG. 1E.

良導電体層19は、例えば、アルミニウム、銀、金、銅
、またはその合金等で形成できる。良導電体層19も、
耐エレクトロマイグレーション性及び耐ストレスマイグ
レーション性の一層の向上を図るため、結晶配向性の優
れた導電体層か得られる方法によって形成することが好
ましい。そのような形成方法は、スパッタ(反応性スパ
ッタを含む)、化学気相成長(CVD) 、蒸着等いず
れもの既知の手段の中から選択することかできる。
The good conductor layer 19 can be formed of, for example, aluminum, silver, gold, copper, or an alloy thereof. The good conductor layer 19 also
In order to further improve electromigration resistance and stress migration resistance, it is preferable to form the conductive layer by a method that provides a conductive layer with excellent crystal orientation. Such a formation method may be selected from any known means such as sputtering (including reactive sputtering), chemical vapor deposition (CVD), vapor deposition, and the like.

こうして、良導電体層19を形成した後、その結晶方位
を揃えるために、これを熱処理に供する。
After forming the good conductor layer 19 in this manner, it is subjected to heat treatment in order to align its crystal orientation.

この熱処理は、良導電体の結晶配向を消失させないよう
に、その融点より低い温度でおこなうことが必要である
。特に、その融点よりも50℃ないし100℃低い温度
で熱処理すると、良好な結晶配向を達成することができ
る。熱処理の方法に特に制限はなく、熱処理時間は、採
用した熱処理方法によって異なる。例えば、ランプアニ
ールの場合には、30秒ないし5分、電気炉によるアニ
ールの場合では、20分ないし40分の熱処理時間が望
ましい。
This heat treatment must be performed at a temperature lower than the melting point of the good conductor so as not to lose its crystal orientation. In particular, good crystal orientation can be achieved by heat treatment at a temperature 50°C to 100°C lower than the melting point. There are no particular restrictions on the heat treatment method, and the heat treatment time varies depending on the heat treatment method employed. For example, in the case of lamp annealing, the heat treatment time is preferably 30 seconds to 5 minutes, and in the case of electric furnace annealing, the heat treatment time is preferably 20 minutes to 40 minutes.

この熱処理により、良導電体の1の結晶方位が、その層
19の面に垂直な方向に整列する。例えば、良導電体が
、アルミニウムのような立方晶系のものであれば、その
<111>またはく100〉方位が、層19の面に垂直
な方向に揃うようになる。
By this heat treatment, the crystal orientation of the good conductor 1 is aligned in the direction perpendicular to the plane of the layer 19. For example, if the good conductor is a cubic crystal system such as aluminum, its <111> or <100> orientation will be aligned in the direction perpendicular to the plane of the layer 19.

熱処理を行なった後は、常法により、良導電体層19お
よび下地導電体層16を配線形状に、<ターニングして
配線層とする。
After the heat treatment, the good conductor layer 19 and base conductor layer 16 are turned into a wiring shape by a conventional method to form a wiring layer.

第2A図ないし第2B図は、本発明の第2の態様による
半導体装置の製造方法を示すものである。
2A and 2B illustrate a method for manufacturing a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.

この態様では、溝を形成する代わりに、エネルギービー
ムを照射する。
In this embodiment, instead of forming grooves, an energy beam is irradiated.

すなわち、第2A図を参照すると、まず、第1A図およ
び第1B図に関して述べたように、N+型不純物領域1
2を有するP型半導体基板11に絶縁層13を形成し、
コンタクトホール14、およびコンタクト部15を形成
し、下地導電体層16を形成する。しかる後、周期的か
つ対称性を持って画線的にエネルギービーム21を照射
する。
That is, referring to FIG. 2A, first, as described with respect to FIGS. 1A and 1B, the N+ type impurity region 1 is
forming an insulating layer 13 on a P-type semiconductor substrate 11 having 2;
A contact hole 14 and a contact portion 15 are formed, and a base conductor layer 16 is formed. Thereafter, the energy beam 21 is irradiated periodically and symmetrically in a streak pattern.

例えば、エネルギービームは、第3A図に平面で示すよ
うに、3回対称軸を有するように画線的に(正三角形を
描くように)照射することができる。あるいは、第3B
図に平面で示すように、4回対称軸を有するように画線
的に(正方形を描くように)照射してもよい。これら画
線の平行線の間隔d1およびd2に特に制限はないが、
0.1μmないし0,5μmの間隔を有することが好ま
しい。
For example, the energy beam can be applied linearly (describing an equilateral triangle) with a three-fold axis of symmetry, as shown in plan in FIG. 3A. Or 3rd B
As shown in the plane in the figure, irradiation may be performed in a streakwise manner (as if drawing a square) so as to have a four-fold axis of symmetry. There are no particular restrictions on the distances d1 and d2 between the parallel lines of these drawings, but
Preferably, the spacing is between 0.1 μm and 0.5 μm.

次に、第2B図を参照して、エネルギービーム照射後、
第1E図に関して述べたように、下地導電体層16上に
、良導電体層19を形成し、これに熱処理を施す。する
と、エネルギービームが照射された部位が結晶配向制御
部として作用し、良導電体層は、1の結晶方位が、層1
9の面に垂直な方向に揃う。以後は、第1の態様と同様
に、層19および16を所定配線形状にバターニングす
る。
Next, referring to FIG. 2B, after energy beam irradiation,
As described with reference to FIG. 1E, a good conductor layer 19 is formed on the underlying conductor layer 16, and is subjected to heat treatment. Then, the part irradiated with the energy beam acts as a crystal orientation control part, and the crystal orientation of layer 1 of the good conductor layer is
Align in the direction perpendicular to the plane of 9. Thereafter, similarly to the first embodiment, layers 19 and 16 are patterned into a predetermined wiring shape.

なお、上記第1および第2の態様において、1層からな
る下地導電体層について説明したが、下地層は、複数の
層からなるものであってもよく、その場合その最上層(
すなわち、良導電体層が直接形成される層)に、上記下
地導電体層について述べた物性・条件・手段を適用すれ
ばよい。また、先に述べたように、立方晶系良導電体層
においては、<111>または<100>方位が、配線
の垂直方法に揃っていることが好ましいか、その中でも
、<100>方位が、垂直方向に揃っていることが特に
好ましい。このような結晶配向は、例えば、下地導電層
に、第3B図に示すように、4回対称軸を持つようにエ
ネルギービームを画線的に照射し、しかる後良導電体層
を被着することによって都合よく達成できる。
Note that in the first and second embodiments, the base conductor layer consists of one layer, but the base layer may consist of a plurality of layers, in which case the uppermost layer (
That is, the physical properties, conditions, and means described for the base conductor layer may be applied to the layer on which the good conductor layer is directly formed. In addition, as mentioned earlier, in the cubic crystal conductor layer, it is preferable that the <111> or <100> orientations are aligned perpendicular to the wiring, and among them, the <100> orientation is preferable. , are particularly preferably aligned vertically. Such crystal orientation can be achieved, for example, by irradiating the base conductive layer with an energy beam in a line-wise manner so as to have a 4-fold symmetry axis, as shown in FIG. 3B, and then depositing a good conductor layer. This can be conveniently achieved by

(実施例) 以下、本発明を実施例によりさらに詳しく説明する。以
下の実施例では、不純物領域およびコンタクトホールの
形成は、簡便のため、触れていない。
(Examples) Hereinafter, the present invention will be explained in more detail with reference to Examples. In the following examples, the formation of impurity regions and contact holes are not discussed for the sake of simplicity.

実施例 1 シリコン(100)基板に、熱酸化法により二酸化シリ
コン膜を約800OAの厚さに形成した。
Example 1 A silicon dioxide film was formed to a thickness of about 800 OA on a silicon (100) substrate by thermal oxidation.

しかる後、この絶縁膜上に、DCマグネトロンスパッタ
法により、TiN(立方晶)を100OAの厚さに堆積
した。この堆積は、窒素ガス中ての反応性スパッタ法に
より、スパッタ時の出力は、500W、圧力4 X 1
0−3Torrs堆積時間は20秒であった。
Thereafter, TiN (cubic crystal) was deposited to a thickness of 100 OA on this insulating film by DC magnetron sputtering. This deposition was performed by reactive sputtering in nitrogen gas, with a sputtering output of 500 W and a pressure of 4 x 1.
The 0-3 Torrs deposition time was 20 seconds.

こうして得たTiN膜の結晶配向性をX線回折により分
析したところ、このTiN膜は、<111〉方位が基板
面に対して垂直に配向していることがわかった。また、
θスキャン法により(111)回折線の半値幅を測定し
たところ、8〜10度であった。
When the crystal orientation of the thus obtained TiN film was analyzed by X-ray diffraction, it was found that the <111> orientation of this TiN film was oriented perpendicular to the substrate surface. Also,
When the half width of the (111) diffraction line was measured by the θ scan method, it was 8 to 10 degrees.

上記TiN層に、幅0.5μm、深さ500Aの矩形状
の溝を間隔1μmでフォトリソグラフにより形成した。
Rectangular grooves with a width of 0.5 μm and a depth of 500 A were formed in the TiN layer at intervals of 1 μm by photolithography.

TiN層のエツチングは、反応性イオンエツチング(R
I E)によりおこなった。
Etching of the TiN layer is performed using reactive ion etching (R
IE).

この矩形状の溝を形成したTiN層上に、アルミニウム
(立方晶)をDCマグネトロンスパッタ法により400
0Aの厚さに堆積した。この堆積条件は、TiN形成と
同じであり、ただし、堆積時間は、30秒であった。
On the TiN layer in which the rectangular grooves were formed, aluminum (cubic crystal) was deposited at 40% by DC magnetron sputtering.
It was deposited to a thickness of 0A. The deposition conditions were the same as for TiN formation, except that the deposition time was 30 seconds.

こうして得たアルミニウム層を、ラビッドサーマルプロ
セス(RTP)により、500℃で1分間熱処理した。
The aluminum layer thus obtained was heat treated at 500° C. for 1 minute by a rapid thermal process (RTP).

熱処理後のアルミニウム層の結晶配向性をX線回折によ
り測定したところ、(111)回折線の半値幅は、約0
.7度であり、非常に良好な配向性を示した。さらに、
TiN層の溝の幅と深さを変化させて同様の処理をおこ
ない、アルミニウム層の結晶配向性を調べた。その結果
、アルミニウムの結晶配向性は、TiN層に溝を形成し
ない場合に比べてはるかに改善されていることがわかっ
た。
When the crystal orientation of the aluminum layer after heat treatment was measured by X-ray diffraction, the half width of the (111) diffraction line was approximately 0.
.. 7 degrees, indicating very good orientation. moreover,
The same process was performed while changing the width and depth of the groove in the TiN layer, and the crystal orientation of the aluminum layer was investigated. As a result, it was found that the crystal orientation of aluminum was much improved compared to the case where no grooves were formed in the TiN layer.

ついで、アルミニウム層およびTiN層を幅1゜0μm
 % 0 、6μm、0.4μmにそれぞれ加工し、リ
ンケイ酸ガラス(P S G)を450℃で堆積させ、
ストレスマイグレーション測定用のTEG(テストエレ
メントグループ)を作製し、耐ストレスマイグレーショ
ン特性を評価した。結果を第4図に示す。第4図中、線
aは、本発明の配線層に係るもの、線すは、TiN層に
溝を形成しない以外は同様に得た配線層に係るものであ
る。この結果から、本発明の配線層は、優れた耐ストレ
スマイグレーション特性を示すことが明かである。
Next, the aluminum layer and the TiN layer were formed to a width of 1°0 μm.
% 0, 6 μm, and 0.4 μm, and deposited phosphosilicate glass (PSG) at 450°C.
A TEG (test element group) for measuring stress migration was prepared, and stress migration resistance characteristics were evaluated. The results are shown in Figure 4. In FIG. 4, line a refers to the wiring layer of the present invention, and line a refers to the wiring layer obtained in the same manner except that no grooves were formed in the TiN layer. From these results, it is clear that the wiring layer of the present invention exhibits excellent stress migration resistance.

また、0.3μmの幅に加工した本発明の配線について
、電流密度2 X 106A / c m 2.150
℃の条件で、エレクトロマイグレーション試験をおこな
った。その際の抵抗上昇の結果から、本発明の配線は、
従来のA I−81−Cu配線と比較して、約50倍の
寿命を持つことがわかった。
Furthermore, for the wiring of the present invention processed to a width of 0.3 μm, the current density was 2 × 106 A/cm 2.150
Electromigration tests were conducted under the conditions of ℃. From the result of the resistance increase at that time, the wiring of the present invention
It was found that the lifespan was approximately 50 times longer than that of conventional AI-81-Cu wiring.

実施例 2 実施例1と全く同じ条件、膜厚で、シリコン(100)
基板に、二酸化シリコン膜、およびTiN層を形成した
Example 2 Silicon (100) was prepared under exactly the same conditions and film thickness as in Example 1.
A silicon dioxide film and a TiN layer were formed on the substrate.

ついで、TiN層に、加速電圧20kVで、第3A図に
示すように、3回対称軸を有するように、電子線を画線
的に照射した。画線された正三角形の一辺は、0.3μ
mであった。
Next, the TiN layer was irradiated with an electron beam in a streakwise manner at an accelerating voltage of 20 kV so as to have a 3-fold symmetry axis, as shown in FIG. 3A. One side of the drawn equilateral triangle is 0.3μ
It was m.

しかる後、TiN層上に、実施例1と全く同じ条件、膜
厚で、アルミニウムを堆積した。ついで、TiN/AI
の2層膜をアルゴンガス雰囲気中電気炉内で、500℃
で1分間熱処理した。熱処理後のアルミニウム層の結晶
配向性をX線回折により測定したところ、(111)回
折線の半値幅は、約1.0度であり、非常に良好な配向
性を示した。
Thereafter, aluminum was deposited on the TiN layer under exactly the same conditions and thickness as in Example 1. Next, TiN/AI
The two-layer film was heated at 500°C in an electric furnace in an argon gas atmosphere.
The sample was heat-treated for 1 minute. When the crystal orientation of the aluminum layer after the heat treatment was measured by X-ray diffraction, the half width of the (111) diffraction line was about 1.0 degrees, indicating very good orientation.

さらに、TiN層に種々の加速電圧で電子線の照射をお
こない、アルミニウム層の結晶配向性を調べた。その結
果、アルミニウムの結晶配向性は、TiN層に電子線を
照射しない場合に比べてはるかに改善されていることが
わかった。
Furthermore, the TiN layer was irradiated with an electron beam at various accelerating voltages to examine the crystal orientation of the aluminum layer. As a result, it was found that the crystal orientation of aluminum was much improved compared to the case where the TiN layer was not irradiated with an electron beam.

ついで、実施例1と全く同様にして、ストレスマイグレ
ーション測定用のTEGを作製し、耐ストレスマイグレ
ーション特性を評価した。結果を第5図に示す。第5図
中、線Cは、本発明の配線層に係るもの、線dは、Ti
N層に電子線を照射しない以外は同様に得た配線層に係
るものである。
Then, in exactly the same manner as in Example 1, a TEG for stress migration measurement was produced, and the stress migration resistance characteristics were evaluated. The results are shown in Figure 5. In FIG. 5, line C is related to the wiring layer of the present invention, line d is Ti
This example relates to a wiring layer obtained in the same manner except that the N layer was not irradiated with an electron beam.

この結果から、本発明の配線層は、優れた耐ストレスマ
イグレーション特性を示すことが明かである。また、実
施例1と全く同じ条件で、本発明の配線について、エレ
クトロマイグレーション試験をおこなった。その際の抵
抗上昇の結果から、本発明の配線は、従来のAl−5i
−CuWi!、線と比較して、約20倍の寿命を持つこ
とがわかった。
From these results, it is clear that the wiring layer of the present invention exhibits excellent stress migration resistance. Furthermore, an electromigration test was conducted on the wiring of the present invention under exactly the same conditions as in Example 1. As a result of the increase in resistance at that time, the wiring of the present invention is different from the conventional Al-5i
-CuWi! It was found that the lifespan is approximately 20 times longer than that of wire.

実施例 3 TiN層に溝を形成した後、アルミニウム層の堆積前に
、TiN層の谷溝の隅部に沿って電子線を加速電圧20
kVで照射した以外は、実施例1と全く同様の操作をお
こなった。熱処理後のアルミニウム層の結晶配向性をX
線回折により測定したところ、(111)回折線の半値
幅は、約0゜7度であり、非常に良好な配向性を示した
。さらに、TiN層の溝の幅および深さを変化させた以
外は同様の処理を行ない、アルミニウム層の結晶配向性
を調べた。その結果、アルミニウムの結晶配向性は、T
iN層に電子線を照射しない場合に比べてはるかに改善
されていることかわかった。
Example 3 After forming grooves in the TiN layer and before depositing the aluminum layer, an electron beam was accelerated at a voltage of 20 along the corners of the grooves in the TiN layer.
The operation was exactly the same as in Example 1 except that irradiation was performed at kV. The crystal orientation of the aluminum layer after heat treatment is
When measured by line diffraction, the half width of the (111) diffraction line was about 0.7 degrees, indicating very good orientation. Furthermore, the same treatment was performed except that the width and depth of the groove in the TiN layer were changed, and the crystal orientation of the aluminum layer was investigated. As a result, the crystal orientation of aluminum is T
It was found that this was much improved compared to the case where the iN layer was not irradiated with an electron beam.

ついで、実施例1と全く同様にして、ストレスマイグレ
ーション測定用のTEGを作製し、耐ストレスマイグレ
ーション特性を評価した。結果を第5図に示す。第6図
中、線eは、本発明の配線層に係るもの、線fは、Ti
N層に溝を設けず、かつ電子線を照射しない以外は同様
に得た配線層に係るものである。この結果から、本発明
の配線層は、優れた耐ストレスマイグレーション特性を
示すことが明かである。また、実施例1と全く同じ条件
で、本発明の配線について、エレクトロマイグレーショ
ン試験をおこなった。その際の抵抗上昇の結果から、本
発明の配線は、従来のAl−5i−Cu配線と比較して
、約70倍の寿命を持つことがわかった。
Then, in exactly the same manner as in Example 1, a TEG for stress migration measurement was produced, and the stress migration resistance characteristics were evaluated. The results are shown in Figure 5. In FIG. 6, the line e is related to the wiring layer of the present invention, and the line f is related to the wiring layer of the present invention.
This is a wiring layer obtained in the same manner except that the N layer was not provided with a groove and was not irradiated with an electron beam. From these results, it is clear that the wiring layer of the present invention exhibits excellent stress migration resistance. Furthermore, an electromigration test was conducted on the wiring of the present invention under exactly the same conditions as in Example 1. The results of the increase in resistance showed that the wiring of the present invention had a lifespan approximately 70 times longer than that of conventional Al-5i-Cu wiring.

[発明の効果] 以上詳述したように、本発明の半導体装置の製造方法に
よれば、耐ストレスマイグレーション特性および耐エレ
クトロマイグレーション特性に優れた半導体装置を製造
することができる。
[Effects of the Invention] As detailed above, according to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, a semiconductor device having excellent stress migration resistance and electromigration resistance can be manufactured.

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

第1A図ないしslE図は、本発明の第1の態様に係る
半導体装置の製造方法を工程順に説明するための断面図
、第2A図ないし第2B図は、本発明の第2の態様に係
る半導体装置の製造方法を工程順に説明するための断面
図、第3A図ないし第3B図は、本発明の第2の態様に
おけるエネルギービームのそれぞれ異なる照射方法を説
明するための平面図、′1s4図ないし第6図は、本発
明に従って得た配線層の特性を比較例とともに示すグラ
フ図。 11・・・半導体基板、12・・・不純物領域、13・
・・絶縁層、14・・・コンタクトホール、15・・・
コンタクト部、16・・・下地導電体層、17・・・溝
、18、21・・・エネルギービーム、19・・・良導
電体層出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 第2B図
1A to SLE are cross-sectional views for explaining the method for manufacturing a semiconductor device according to the first aspect of the present invention in order of steps, and FIGS. 2A to 2B are sectional views according to the second aspect of the present invention. 3A and 3B are cross-sectional views for explaining the method for manufacturing a semiconductor device in the order of steps, and FIG. 6 through 6 are graphs showing characteristics of wiring layers obtained according to the present invention together with comparative examples. 11... Semiconductor substrate, 12... Impurity region, 13.
...Insulating layer, 14...Contact hole, 15...
Contact portion, 16... Base conductor layer, 17... Groove, 18, 21... Energy beam, 19... Good conductor layer Applicant's agent Patent attorney Takehiko Suzue Figure 2B

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)半導体接合を有する素子が形成された基板上に、
素子を電気的に接続する第1の良導電体からなる最上層
導電体層を形成する工程を有し、該最上層導電体層を形
成する前に、少なくとも表面層が該第1の良導電体より
も高い融点を有する第2の導電体で形成された下地導電
層を形成し、 該下地導電体層の表面層に、所定形状の溝を周期的かつ
対称性を持って形成し、 該溝が形成された下地導電体層上に該最上層導電体層を
形成し、 該最上層導電体層を、その融点よりも低い温度で熱処理
し、 該最上層導電体層および下地導電体層を所定の配線形状
に加工する ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
(1) On a substrate on which an element having a semiconductor junction is formed,
The step includes forming an uppermost conductor layer made of a first good conductor that electrically connects the elements, and before forming the uppermost conductor layer, at least the surface layer is made of the first good conductor. forming a base conductive layer made of a second conductor having a melting point higher than that of the base conductor layer; forming grooves of a predetermined shape periodically and symmetrically in the surface layer of the base conductor layer; forming the uppermost conductor layer on the base conductor layer in which the grooves are formed; heat-treating the uppermost conductor layer at a temperature lower than its melting point; and forming the uppermost conductor layer and the base conductor layer. 1. A method for manufacturing a semiconductor device, which comprises processing a semiconductor device into a predetermined wiring shape.
(2)半導体接合を有する素子が形成された基板上に、
素子を電気的に接続する第1の良導電体からなる最上層
導電体層を形成する工程を有し、該最上層導電体層を形
成する前に、少なくとも表面層が該第1の良導電体より
も高い融点を有する第2の導電体で形成された下地導電
層を形成し、 該下地導電層の表面層に、周期的かつ対称性を持って画
線的にエネルギービームを照射し、該エネルギービーム
が照射された下地導電体層上に該最上層導電体層を形成
し、 該最上層導電体層を、その融点よりも低い温度で熱処理
し、 該最上層導電体層および下地導電体層を所定の配線形状
に加工する ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
(2) On a substrate on which an element having a semiconductor junction is formed,
The step includes forming an uppermost conductor layer made of a first good conductor that electrically connects the elements, and before forming the uppermost conductor layer, at least the surface layer is made of the first good conductor. forming a base conductive layer made of a second conductor having a melting point higher than that of the body; irradiating the surface layer of the base conductive layer with an energy beam in a periodic and symmetrical pattern; forming the uppermost conductor layer on the base conductor layer irradiated with the energy beam; heat-treating the uppermost conductor layer at a temperature lower than its melting point; 1. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising processing a body layer into a predetermined wiring shape.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5472911A (en) * 1994-09-02 1995-12-05 Motorola, Inc. Method for controlling electromigration and electrically conductive interconnect structure therefor

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