JPH05190548A - Metal wiring and formation thereof - Google Patents

Metal wiring and formation thereof

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JPH05190548A
JPH05190548A JP19693992A JP19693992A JPH05190548A JP H05190548 A JPH05190548 A JP H05190548A JP 19693992 A JP19693992 A JP 19693992A JP 19693992 A JP19693992 A JP 19693992A JP H05190548 A JPH05190548 A JP H05190548A
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靖 中崎
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仁 伊藤
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Abstract

PURPOSE:To enable a metal wiring to be enhanced in reliability by a method wherein a lower wiring which contains at least one of metal elements of groups and VI, is formed on a board, and has a crystal face orientation of (110) and another wiring which contains at least one of copper, silver, and gold as a main component and is formed on the lower wiring are provided. CONSTITUTION:A semiconductor substrate 1 where an interlayer isolation film 3 has been formed is set in a magnetron sputtering device, a Ti target is sputtered with argon plasma to form a Ti layer 7 on the interlayer isolation film 3. Then, an Mo target is sputtered with argon plasma to deposit arm Mo layer 9 on the Ti layer 7. In succession, a Cu target is sputtered with argon plasma to lay a Cu layer 11 on the Mo layer 9. A mask pattern 13 is formed on the Cu layer 11, the layers 7, 9, and 11 are etched through an RIE method, and then the mask pattern 13 is removed. By this setup, a metal wiring high in reliability can be obtained.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、積層構造の金属配線及
びその形成方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a metal wiring having a laminated structure and a method for forming the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、半導体装置の高集積化に伴い、配
線幅,配線膜厚の縮小化や多層配線化が進められてきて
いる。配線材料としてはアルミニウム(Al)を主成分
とするAl合金が用いられてきた。
2. Description of the Related Art In recent years, with the high integration of semiconductor devices, the width of wiring and the thickness of wiring have been reduced and multilayer wiring has been advanced. An Al alloy containing aluminum (Al) as a main component has been used as a wiring material.

【0003】しかしながら、配線断面積が縮小化しても
信号電流は低減化されないため、電流密度は増加し、エ
レクトロマイグレ−ションによる断線が問題となってい
る。また、多層配線化に伴い、配線は複雑な熱履歴を受
けるため、配線に加わる熱ストレスによるストレスマイ
グレ−ション(SM)での断線も問題になっている。そ
こで、次世代配線材料として銅(Cu)の検討が始めら
れた。EM,SMの問題の主要因は、強電界あるいは熱
ストレスのクリ−プ緩和によって、AlあるいはCu原
子の拡散、即ち、結晶粒内、結晶粒界、配線表面を経路
とする原子拡散が起こることにある。
However, since the signal current is not reduced even if the wiring cross-sectional area is reduced, the current density is increased and disconnection due to electromigration poses a problem. Further, with the multi-layered wiring, the wiring is subjected to a complicated thermal history, so that the disconnection in the stress migration (SM) due to the thermal stress applied to the wiring is also a problem. Therefore, studies on copper (Cu) as a next-generation wiring material have begun. The main cause of the problems of EM and SM is that, due to creep relaxation of a strong electric field or thermal stress, diffusion of Al or Cu atoms, that is, atomic diffusion through a crystal grain, a crystal grain boundary, or a wiring surface as a route occurs. It is in.

【0004】CuはAlよりも結晶粒内、結晶粒界、配
線表面を経路とする原子拡散の活性化エネルギが約1.
5倍以上あるため、Cu原子拡散はAlに比べ十分遅
く、例えば、EM信頼性は約1桁向上する。しかしなが
ら、許容電力密度増加の要請はさらに厳しくなる一方で
あり、さらなる信頼性向上が要求される。
Cu has an activation energy of about 1. that of atomic diffusion in the crystal grains, crystal grain boundaries, and the wiring surface as routes than that of Al.
Since it is 5 times or more, Cu atom diffusion is sufficiently slower than that of Al, and, for example, EM reliability is improved by about one digit. However, the demand for increasing the permissible power density is becoming stricter, and further improvement in reliability is required.

【0005】EM,SMの問題の主要因である原子拡散
は、配線メタルの結晶性と密接に関係している。配線の
EM,SM信頼性と配線メタルの結晶性との関係は、近
年の実験的・論理的研究により解明されつつある。Al
配線についてのこれらの結果は、以下の刊行物に開示さ
れている。 (1)経験的にEM-MTFはS/σ2 *3*log(I 111/I
200 ) に比例する。(S.Vaidya et al.,Thin Solid Fi
lms, 75,p253,(1981)) (2)SM不良は“熱力学的に”(111) 面の対向する粒
界で発生する。(H.Kaneko et al.,Proc.28th IRPS,p19
4,(1990) (3)Al配向性は下地の配向性に依存する。(M.Kagey
ama et al.,SDM90-180,p25,(1991))
Atomic diffusion, which is the main cause of the problems of EM and SM, is closely related to the crystallinity of the wiring metal. The relationship between the EM and SM reliability of wiring and the crystallinity of wiring metal is being clarified by recent experimental and logical studies. Al
These results for wiring are disclosed in the following publications. (1) Empirically, EM-MTF is S / σ 2 * 3 * log (I 111 / I
200 ). (S.Vaidya et al., Thin Solid Fi
lms, 75, p253, (1981)) (2) SM defects occur "thermodynamically" at opposite grain boundaries of the (111) plane. (H.Kaneko et al., Proc. 28th IRPS, p19
4, (1990) (3) Al orientation depends on the orientation of the base. (M.Kagey
ama et al., SDM90-180, p25, (1991))

【0006】その結果、Al系配線においては大粒径化
及び高配向化の両面から、“準単結晶”“単結晶”配線
実現のための研究が注力されている。特に高配向化に関
しては、ミスフィットが小さいメタル(結晶面)同志の
界面の形成という観点から、現在Alの下地として用い
られているチタニウム系積層膜、具体的には、窒化チタ
ン/チタン積層膜の高配向化が研究開発されている。
As a result, research has been focused on the realization of "quasi-single crystal" and "single crystal" wirings from the viewpoint of both increasing the grain size and increasing the orientation of Al-based wirings. Particularly for high orientation, from the viewpoint of forming an interface between metals (crystal planes) having a small misfit, a titanium-based laminated film currently used as a base of Al, specifically, a titanium nitride / titanium laminated film. Has been researched and developed.

【0007】しかしながら、Al/窒化チタン構造ある
いはAl/チタン界面の幾何学的原子配列から計算され
る界面エネルギは、最も低いものではなかった。また、
Cu/窒化チタン構造におけるCuの配向性は、Al/
窒化チタン構造に比べて極めて悪いにもかかわらず、C
u系配線の高配向化についての報告が全くなかった。
However, the interfacial energy calculated from the geometrical atomic arrangement of the Al / titanium nitride structure or the Al / titanium interface was not the lowest. Also,
The Cu orientation in the Cu / titanium nitride structure is Al /
Despite being extremely worse than the titanium nitride structure, C
There has been no report on highly oriented u-based wiring.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】上述の如く、エレクト
ロマイグレ−ション耐性,ストレスマイグレ−ション耐
性の向上には、配線の高配向化が有効であることが知ら
れていたが、Al配線やCu配線についての検討は不十
分であった。
As described above, it has been known that a high orientation of wiring is effective for improving electromigration resistance and stress migration resistance. The study on wiring was insufficient.

【0009】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、半導体装置が高集積
化、微細化しても信頼性が十分に得られる高配向の金属
配線及びその形成方法を提供することにある。
The present invention has been made in consideration of the above circumstances. An object of the present invention is to provide a highly-oriented metal wiring and a highly-oriented metal wiring capable of sufficiently obtaining reliability even if the semiconductor device is highly integrated and miniaturized. It is to provide a forming method.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明の骨子は、主たる
金属配線と、この主たる配線との界面エネルギ−が小さ
い下層配線との積層構造にしたことにある。
The essence of the present invention is to have a laminated structure of a main metal wiring and a lower wiring having a small interfacial energy with the main wiring.

【0011】即ち、上記の目的を達成するために、本発
明の金属配線は、基板上に形成された金属V族及び金属
VI族の元素に少なくとも1つを含む結晶面方位が(1
10)の下層配線と、この下層配線上に形成された銅,
銀,金の少なくとも1つを主成分とする配線とを備えた
ことを特徴とする。
In other words, in order to achieve the above object, the metal wiring of the present invention has a crystal plane orientation (1) which contains at least one element of the metal V group and the metal VI group formed on the substrate.
10) Lower layer wiring and copper formed on this lower layer wiring,
And a wiring containing at least one of silver and gold as a main component.

【0012】また、上記銅,銀,金の少なくとも1つを
主成分とする配線配線の代わりに、アルミニウムを主成
分とする配線を用いる場合には、下層配線の材料として
窒化バナジウム,窒化クロム,窒化ニオブ,窒化モリブ
デン,窒化タングステンのうち少なくとも1つを含むも
のを用いることが望ましい。
When a wiring containing aluminum as the main component is used instead of the wiring containing at least one of copper, silver and gold as the main component, vanadium nitride, chromium nitride, It is desirable to use one containing at least one of niobium nitride, molybdenum nitride, and tungsten nitride.

【0013】また、本発明の他の金属配線は、シリコン
を主成分とする半導体層上に形成された珪化バナジウム
層と、この珪化バナジウム層上に形成された結晶面方位
が(111)の窒化バナジウム層と、この窒化バナジウ
ム層上に形成されたアルミニウムを主成分とする配線と
を備えていることを特徴とする。
In another metal wiring of the present invention, a vanadium silicide layer formed on a semiconductor layer containing silicon as a main component and a nitride having a crystal plane orientation of (111) formed on the vanadium silicide layer. It is characterized by including a vanadium layer and a wiring containing aluminum as a main component formed on the vanadium nitride layer.

【0014】また、本発明の金属配線の形成方法は、基
板上に、金属V族及び金属VI族の元素の少なくとも1
つを含む結晶面方位が(110)の下層配線を形成する
工程と、この下層配線上に銅,銀,金にうち少なくとも
1つを主成分とする配線を形成する工程とを備えている
ことを特徴とする。
Further, in the method for forming a metal wiring of the present invention, at least one element of the metal V group and the metal VI group is formed on the substrate.
And a step of forming a lower layer wiring having a crystal plane orientation of (110) including one and a wiring having at least one of copper, silver, and gold as a main component on the lower layer wiring. Is characterized by.

【0015】また、本発明の他の金属配線の形成方法
は、基板上に、窒化バナジウム,窒化クロム,窒化ニオ
ブ,窒化モリブデン,窒化タングステンのうち少なくと
も1つを含む下層配線を形成する工程と、この下層配線
上にアルミニウムを主成分とする配線を形成する工程と
を備えていることを特徴とする。
Another method of forming a metal wiring according to the present invention comprises a step of forming a lower layer wiring containing at least one of vanadium nitride, chromium nitride, niobium nitride, molybdenum nitride and tungsten nitride on a substrate, And a step of forming a wiring containing aluminum as a main component on the lower layer wiring.

【0016】また、本発明の他の金属配線は、シリコン
を主成分とする半導体層上に形成された珪化バナジウム
層と、この珪化バナジウム層上に形成された結晶面方位
が(111)の窒化バナジウム層と、この窒化バナジウ
ム層上に形成されたアルミニウムを主成分とする配線と
を備えていることを特徴とする。ここで、半導体層とは
拡散層のようなもの以外に基板を含む。
Further, according to another metal wiring of the present invention, a vanadium silicide layer formed on a semiconductor layer containing silicon as a main component and a nitride having a crystal plane orientation (111) formed on the vanadium silicide layer. It is characterized by including a vanadium layer and a wiring containing aluminum as a main component formed on the vanadium nitride layer. Here, the semiconductor layer includes the substrate in addition to the diffusion layer.

【0017】また、本発明の他の金属配線の形成方法
は、シリコンを主成分とする半導体層上に結晶面方位が
(111)のバナジウム層を形成する工程と、窒素を含
むガス雰囲気中の熱処理によって、前記バナジウム層
を、前記半導体層に接する珪化バナジウム層と、この珪
化バナジウム層に接する窒化バナジウム層とからなる積
層構造のバナジウム化合物層にする工程と、前記窒化バ
ナジウム層上にアルミニウムを主成分とする配線を形成
する工程とを備えていることを特徴とする。
Another method of forming a metal wiring according to the present invention is a step of forming a vanadium layer having a crystal plane orientation of (111) on a semiconductor layer containing silicon as a main component, and a step of forming a vanadium layer in a gas atmosphere containing nitrogen. A step of heat-treating the vanadium layer to a vanadium compound layer having a laminated structure consisting of a vanadium silicide layer in contact with the semiconductor layer and a vanadium nitride layer in contact with the vanadium silicide layer; and aluminum mainly on the vanadium nitride layer. And a step of forming a wiring as a component.

【0018】また、本発明の他の金属配線の形成方法
は、シリコンを主成分とする半導体層上に結晶面方位が
(111)のバナジウム層を形成する工程と、このバナ
ジウム層上に窒化バナジウム層を形成する工程と、熱処
理によって、前記バナジウム層を珪化バナジウム層にす
る工程と、前記珪化バナジウム層上にアルミニウムを主
成分とする配線を形成する工程とを備えていることを特
徴とする。
Another method of forming a metal wiring of the present invention is a step of forming a vanadium layer having a crystal plane orientation of (111) on a semiconductor layer containing silicon as a main component, and vanadium nitride on the vanadium layer. The method is characterized by including a step of forming a layer, a step of converting the vanadium layer into a vanadium silicide layer by heat treatment, and a step of forming a wiring containing aluminum as a main component on the vanadium silicide layer.

【0019】[0019]

【作用】本発明の金属配線(請求項1,2)では、銅,
銀,金にうち少なくとも1つを主成分とする配線が金属
V族及び金属VI族の元素に少なくとも1つを含む結晶
面方位が(110)の下層配線上に形成されているた
め、主たる配線と下層配線との界面エネルギ−が十分小
さくなる。この結果、主たる配線の配向性が高くなり、
これによりエレクトロマイグレ−ション耐性,ストレス
マイグレ−ション耐性の改善が図れる。
In the metal wiring of the present invention (claims 1 and 2), copper,
Since the wiring containing at least one of silver and gold as a main component is formed on the lower wiring of (110) having a crystal plane orientation containing at least one of the elements of the metal V group and the metal VI group, the main wiring And the interfacial energy between the lower wiring and the lower wiring is sufficiently small. As a result, the orientation of the main wiring becomes high,
This can improve electromigration resistance and stress migration resistance.

【0020】また、本発明者等の研究によると、主たる
配線の材料として銅を用いた場合、下層配線の材料とし
て金属V族又は金属VI族の元素を用いると、主たる配
線と下層配線との界面エネルギ−を十分小さくでき、主
たる配線の配向性が向上することが分かった。
Further, according to the research conducted by the present inventors, when copper is used as the material of the main wiring and the metal group V or metal VI element is used as the material of the lower wiring, the main wiring and the lower wiring are separated. It has been found that the interface energy can be made sufficiently small and the orientation of the main wiring is improved.

【0021】また、主たる配線の材料としてアルミニウ
ムを主成分とするものを用いた場合、下層配線の材料と
して窒化バナジウム,窒化クロム,窒化ニオブ,窒化モ
リブデン,窒化タングステンのうち少なくとも1つを含
むものを用いると、主たる配線と下層配線との界面エネ
ルギ−を十分小さくでき、主たる配線の配向性が向上す
ることが分かった。また、本発明の金属配線の形成方法
(請求項3)では、金属V族及び金属VI族の元素の少
なくとも1つを含む(110)面の下層配線を形成して
いる。銅,金,銀の結晶構造は体心立方構造であるた
め、表面エネルギ−が最も低い面は最稠密面である(1
11)面となる。
When a material mainly containing aluminum is used as the material of the main wiring, a material containing at least one of vanadium nitride, chromium nitride, niobium nitride, molybdenum nitride and tungsten nitride is used as the material of the lower layer wiring. It was found that when used, the interface energy between the main wiring and the lower wiring can be made sufficiently small and the orientation of the main wiring is improved. Further, in the method for forming a metal wiring of the present invention (claim 3), the lower layer wiring of the (110) plane containing at least one of the elements of the metal V group and the metal VI group is formed. Since the crystal structure of copper, gold, and silver is a body-centered cubic structure, the surface with the lowest surface energy is the densest surface (1
11) Face.

【0022】本発明者等は、銅の(111)面に対して
界面エネルギ−が十分低くなる結晶面が、金属V族元素
及び金属VI族元素の少なくとも1つを含む下層配線の
結晶面が(110)面であることを確認した。したがっ
て、下層配線とエピタキシャル関係が強い主たる配線を
形成でき、もって高配向の配線を得ることができる。
The inventors of the present invention have found that the crystal plane of which the interface energy is sufficiently lower than that of the (111) plane of copper is the crystal plane of the lower layer wiring containing at least one of the metal V group element and the metal VI group element. It was confirmed to be a (110) plane. Therefore, a main wiring having a strong epitaxial relationship with the lower layer wiring can be formed, and thus a highly oriented wiring can be obtained.

【0023】また、本発明の他の金属配線の形成方法
(請求項4)では、窒化バナジウム,窒化クロム,窒化
ニオブ,窒化モリブデン,窒化タングステンのうち少な
くとも1つを含む下層配線を形成している。アルミニウ
ムの結晶構造は面心立方構造であるため、表面エネルギ
−が最も低い面は最稠密面である(111)面となる。
Further, according to another method of forming a metal wiring of the present invention (claim 4), a lower layer wiring containing at least one of vanadium nitride, chromium nitride, niobium nitride, molybdenum nitride and tungsten nitride is formed. .. Since the crystal structure of aluminum is a face-centered cubic structure, the surface with the lowest surface energy is the (111) plane, which is the densest surface.

【0024】本発明者等は、アルミニウムの(111)
面に対して界面エネルギ−が十分低くなる結晶面を有す
る材料が窒化バナジウム窒化クロム,窒化ニオブ,窒化
モリブデン,窒化タングステンのうち少なくとも1つを
含む材料であることを見い出した。特に、バナジウムの
窒化物からなる下層配線の結晶面が(111)面である
場合に効果が大きいことを確認した。したがって、下層
配線とエピタキシャル関係が強い主たる配線を形成で
き、もって高配向のアルミニウムを主成分とする配線を
得ることができる。
The present inventors have found that aluminum (111)
It has been found that a material having a crystal plane whose interface energy is sufficiently low with respect to the plane is a material containing at least one of vanadium chromium nitride, niobium nitride, molybdenum nitride, and tungsten nitride. In particular, it was confirmed that the effect is large when the crystal plane of the lower layer wiring made of vanadium nitride is the (111) plane. Therefore, a main wiring having a strong epitaxial relationship with the lower layer wiring can be formed, and thus a wiring mainly composed of highly oriented aluminum can be obtained.

【0025】また、本発明の他の金属配線(請求項5)
では、珪化シリコン層によってコンタクト抵抗を低減で
きると共に、結晶面方位が(111)の窒化バナジウム
層上にアルミニウムを主成分とする配線を形成している
ので、この配線の高配向化を実現でき、EM,SM信頼
性を改善できる。
Further, another metal wiring of the present invention (claim 5).
In addition, since the contact resistance can be reduced by the silicon silicide layer and the wiring containing aluminum as a main component is formed on the vanadium nitride layer having a crystal plane orientation of (111), a high orientation of this wiring can be realized. EM and SM reliability can be improved.

【0026】また、本発明の他の金属配線の形成方法
(請求項6)では、窒素を含むガス雰囲気中での熱処理
によって、(110)面のバナジウム層を、珪化バナジ
ウム層と窒化バナジウム層との積層構造のバナジウム化
合物に変換している。ここで、(110)面のバナジウ
ム層と(111)面の窒化バナジウム層との界面エネル
ギーは十分低いので、上記窒化バナジウム層の結晶面方
位は(111)面となる。(111)面のアルミニウム
と(111)面の窒化バナジウムとの界面エネルギーは
十分低いので、窒化バナジウム層上には結晶面方位が
(111)面のアルミニウムを主成分とする配線が形成
される。したがって、配向性の改善によってEM,SM
信頼性に優れた金属配線を容易に形成できると共に、珪
化バナジウム層によってコンタクト抵抗を低減できる。
Further, in another method for forming a metal wiring of the present invention (claim 6), the vanadium layer on the (110) plane is converted into a vanadium silicide layer and a vanadium nitride layer by heat treatment in a gas atmosphere containing nitrogen. Is converted to a vanadium compound having a laminated structure of. Since the interface energy between the (110) plane vanadium layer and the (111) plane vanadium nitride layer is sufficiently low, the crystal plane orientation of the vanadium nitride layer is the (111) plane. Since the interfacial energy between the aluminum of the (111) plane and the vanadium nitride of the (111) plane is sufficiently low, a wiring mainly composed of aluminum having a (111) plane crystal plane orientation is formed on the vanadium nitride layer. Therefore, by improving the orientation, EM, SM
A highly reliable metal wiring can be easily formed, and the vanadium silicide layer can reduce the contact resistance.

【0027】[0027]

【実施例】以下、図面を参照しながら実施例を説明す
る。第1図は本発明の第1の実施例に係る金属配線の構
造を示す図であり、図2,図3は同金属配線の形成工程
断面図である。
Embodiments will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a view showing the structure of a metal wiring according to the first embodiment of the present invention, and FIGS. 2 and 3 are sectional views of the same metal wiring forming process.

【0028】半導体基板1上には素子が形成され、その
表面は層間絶縁膜3により覆われている。層間絶縁膜3
には必要なコンタクト孔が開けられ、この上に銅合金積
層配線5が形成されている。この銅合金積層配線5は、
チタン層7とモリブデン層9と銅層11とで構成されて
いる。銅合金積層配線5を形成するには、図2(a)に
示すように、最初、素子が形成された半導体基板1上に
層間絶縁膜3を形成する。
An element is formed on the semiconductor substrate 1, and the surface thereof is covered with the interlayer insulating film 3. Interlayer insulation film 3
Necessary contact holes are formed in the substrate, and the copper alloy laminated wiring 5 is formed thereon. This copper alloy laminated wiring 5 is
It is composed of a titanium layer 7, a molybdenum layer 9 and a copper layer 11. In order to form the copper alloy laminated wiring 5, as shown in FIG. 2A, first, the interlayer insulating film 3 is formed on the semiconductor substrate 1 on which the element is formed.

【0029】次に層間絶縁膜3が形成された半導体基板
1を、周知のマグネトロンスパッタリング装置にセット
する。そして、このスパッタリング装置のチャンバ−内
を20×10-5Pa以下の真空に排気した後、チャンバ
−内に40cm3 /minの流量のアルゴンガスを導入
する。このときチャンバ−内圧力が3.7×10-1Pa
に保たれるようにしておく。
Next, the semiconductor substrate 1 on which the interlayer insulating film 3 is formed is set in a known magnetron sputtering device. Then, the chamber of this sputtering apparatus was evacuated to a vacuum of 20 × 10 −5 Pa or less, and then 40 cm 3 Introduce argon gas at a flow rate of / min. At this time, the pressure inside the chamber was 3.7 × 10 −1 Pa.
Be kept at.

【0030】次に図2(b)に示すように、チタン(T
i)のタ−ゲットを、アルゴンプラズマによってスパッ
タし、層間絶縁膜3上に厚さ30nm程度のチタン層7
を形成する。次いでチャンバ−内に20cm3 /min
の流量のアルゴンガスと20cm3 /minの流量の窒
素ガスとを導入して、チャンバ−内の圧力を3.7×1
-1Paに保っておく。
Next, as shown in FIG. 2B, titanium (T
The target of i) is sputtered by argon plasma to form a titanium layer 7 having a thickness of about 30 nm on the interlayer insulating film 3.
To form. Then in the chamber 20 cm 3 / Min
Flow rate of argon gas and 20 cm 3 / Min flow rate of nitrogen gas was introduced to increase the pressure in the chamber to 3.7 × 1.
Keep it at 0 -1 Pa.

【0031】次に図2(c)に示すように、モリブデン
(Mo)タ−ゲットを用い、600Vの印加電圧で発生
させたアルゴンプラズマ雰囲気中で、タ−ゲット電流5
Aにより上記モリブデンタ−ゲットをスパッタし、チタ
ン層7上にモリブデン層9を例えば30nmの膜厚に堆
積する。このときモリブデン層9の結晶構造は体心立方
(bcc)構造で、結晶方位は半導体基板1の法線方向
にその〈110〉方向が優先的に配向していた。なお、
このモリブデン層9の厚さは、10nmから50nmで
あることが望ましい。次いで上記チャンバ−内に40c
3 /minの流量のアルゴンガスを導入する。このと
きチャンバ−内の圧力が3.7×10-1Paに保たれる
ようにしておく。
Next, as shown in FIG. 2C, a molybdenum (Mo) target is used and a target current of 5 is applied in an argon plasma atmosphere generated at an applied voltage of 600V.
The molybdenum target is sputtered with A, and a molybdenum layer 9 is deposited on the titanium layer 7 to have a film thickness of, for example, 30 nm. At this time, the crystal structure of the molybdenum layer 9 was a body-centered cubic (bcc) structure, and the crystal orientation was preferentially oriented in the <110> direction in the normal direction of the semiconductor substrate 1. In addition,
The molybdenum layer 9 preferably has a thickness of 10 nm to 50 nm. Then 40c in the chamber
m 3 Introduce argon gas at a flow rate of / min. At this time, the pressure in the chamber is kept at 3.7 × 10 −1 Pa.

【0032】次に図3(a)に示すように、Cuのタ−
ゲットを、アルゴンプラズマによってスパッタリング
し、モリブデン層9上に厚さ400nm程度の銅層11
を堆積する。なお、この銅層11の厚さは、200nm
から800nmであることが望ましい。
Next, as shown in FIG.
The get is sputtered by argon plasma to form a copper layer 11 having a thickness of about 400 nm on the molybdenum layer 9.
Deposit. The thickness of this copper layer 11 is 200 nm.
To 800 nm is desirable.

【0033】次に図3(b)に示すように、銅層11上
にフォトレジストパタ−ン13を形成し、これをマスク
にして反応性イオンエッチング(RIE)法で層7,
9,11を所定のパタ−ンにエッチングする。最後に、
フォトレジストパタ−ン13を除去して、図1に示す銅
合金積層配線5が完成する。
Next, as shown in FIG. 3B, a photoresist pattern 13 is formed on the copper layer 11 and is used as a mask to form the layers 7 and 7 by reactive ion etching (RIE).
9 and 11 are etched into a predetermined pattern. Finally,
By removing the photoresist pattern 13, the copper alloy laminated wiring 5 shown in FIG. 1 is completed.

【0034】以上のようにして得られた銅合金積層配線
5は、Cu/Mo界面エネルギ−がCu/TiN界面エ
ネルギ−より低くなるため、従来の銅・窒素・チタン積
層配線より配向性が良くなり、エレクトロマイグレ−シ
ョン耐性,ストレスマイグレ−ション耐性が向上す
る。。
Since the Cu / Mo interfacial energy is lower than the Cu / TiN interfacial energy, the copper alloy laminated wiring 5 thus obtained has a better orientation than the conventional copper / nitrogen / titanium laminated wiring. Therefore, resistance to electromigration and resistance to stress migration are improved. .

【0035】図4,図5はそのことを示す図である。図
4はCu(111)/Mo界面エネルギ−の面方位依存
性を示す図であり、図5はCu(111)/TiN(1
11)界面エネルギ−の面方位依存性を示す図である。
なお、これらの図において、横軸は重ね合わせる結晶面
の相対的な位置関係を示しており、ON TOPは片方
の結晶面のある原子に注目した場合、その原子の垂直上
方向又は下方に他の結晶面の原子が位置している状態で
あり、BRIDGEは前記注目原子とその最近接原子の
中点の上方又は下方に他の結晶面が位置している状態、
HOLLOWは前記注目原子とその2つの最近接原子の
3つの原子の重心の上又は下方に他の結晶面の原子が位
置している状態である。以下の図においても同様であ
る。なお、これらの特性図において面内回転角を0°に
調整してある。
4 and 5 are diagrams showing this. FIG. 4 is a diagram showing the plane orientation dependence of Cu (111) / Mo interface energy, and FIG. 5 is Cu (111) / TiN (1
11) It is a figure which shows the surface orientation dependence of interface energy.
In these figures, the horizontal axis shows the relative positional relationship of the crystal planes to be superposed, and ON TOP is, when attention is paid to an atom on one of the crystal planes, when the atom is vertically above or below the atom. BRIDGE is a state in which the atoms of the crystal plane are located, and BRIDGE is a state in which another crystal plane is located above or below the midpoint of the atom of interest and its closest atom.
HOLLOW is a state in which atoms of other crystal planes are located above or below the center of gravity of the atom of interest and the three atoms closest to it. The same applies to the following figures. The in-plane rotation angle is adjusted to 0 ° in these characteristic diagrams.

【0036】図4からCu(111)/Mo界面エネル
ギ−は、Moの低指数面(111),(110),(1
00)のうち、(110)の場合が最も低くなることが
分かる。また、図4,5からCu(111)/Mo(1
10)界面エネルギ−の最小値は、Cu(111)/T
iN(111)界面エネルギ−のそれより、約1.3〜
3倍(ランダムな配列の場合の界面エネルギから計った
極小値の深さでは約27倍)まで低下させることができ
る。
From FIG. 4, the Cu (111) / Mo interfacial energy is calculated as the low index planes (111), (110), (1) of Mo.
It can be seen that of (00), (110) is the lowest. Also, from FIGS. 4 and 5, Cu (111) / Mo (1
10) The minimum value of interface energy is Cu (111) / T
From the iN (111) interfacial energy, about 1.3-
It can be reduced to 3 times (about 27 times at the minimum depth measured from the interface energy in the case of random arrangement).

【0037】図6,図7はそれぞれ室温(20℃)にお
けるCu(111)/Mo(110)界面エネルギ−の
面内回転角依存性を示す図,Cu(111)/TiN
(111)界面エネルギ−の面内回転角依存性を示す図
である。
6 and 7 are views showing the in-plane rotation angle dependence of Cu (111) / Mo (110) interface energy at room temperature (20 ° C.), respectively, and Cu (111) / TiN.
It is a figure which shows the in-plane rotation angle dependence of (111) interface energy.

【0038】図6からCu(111)/Mo(110)
界面エネルギ−は、面内回転角0°の場合に、界面エネ
ルギ−が極小値(約−0.4[a.u])になることが
分かる。しかしながら、Cu(111)/TiN(11
1)界面エネルギ一は、図7から面内回転角に依存せ
ず、ほぼ−0.15[a.u]であることが分かる。
From FIG. 6, Cu (111) / Mo (110)
It can be seen that the interface energy has a minimum value (about -0.4 [au]) when the in-plane rotation angle is 0 °. However, Cu (111) / TiN (11
1) The interface energy 1 does not depend on the in-plane rotation angle from FIG. 7, and is approximately −0.15 [a. u].

【0039】したがって、モリブデン層9と銅層11と
の界面をCu(111)/Mo(110)とし、面内回
転角を0°とすることで配向性に非常に優れた銅合金積
層配線5を得ることができる。なお、この条件を結晶方
位関係で表せば、Mo(110)〈001〉//Cu
(111)〈1−10〉となる。
Therefore, the interface between the molybdenum layer 9 and the copper layer 11 is made of Cu (111) / Mo (110), and the in-plane rotation angle is set to 0 °, so that the copper alloy laminated wiring 5 having excellent orientation is obtained. Can be obtained. If this condition is expressed by a crystal orientation relationship, Mo (110) <001> // Cu
(111) <1-10>.

【0040】また、金属V族あるいは金属VI族の元素
は、Cuと金属間化合物を形成せず、Cu中への固溶限
もクロムの0.9原子%を除くと、他の5元素は0.1
原子%以下であり、Cu中に固溶限まで固溶してもCu
の比抵抗の上昇は抑制されるという利点がある。したが
って、窒化雰囲気アニ−ルを用いて上記V族,VI族元
素を外方拡散させることで自己整合的に被覆層を形成で
きる。図8,図9は本発明の第2の実施例に係る銅合金
積層配線の形成工程断面図である。
The elements of the metal V group or the metal VI group do not form an intermetallic compound with Cu, and the solid solubility limit in Cu is 5 other elements except for 0.9 atom% of chromium. 0.1
The atomic percentage is less than or equal to Cu, even if it is dissolved in Cu to the solid solubility limit.
There is an advantage that the increase in the specific resistance is suppressed. Therefore, the coating layer can be formed in a self-aligned manner by outwardly diffusing the above-mentioned group V and group VI elements using an annealing atmosphere anneal. 8 and 9 are cross-sectional views of the steps of forming a copper alloy laminated wiring according to the second embodiment of the present invention.

【0041】先ず、図8(a)に示すように、素子が形
成された半導体基板15上に第1の層間絶縁膜17,下
層配線19,第2の層間絶縁膜21を形成した後、ヴィ
ア(スル−)ホ−ル23と埋め込み配線パタ−ン25を
形成する。次いで半導体基板15を、コ−ルドウォ−ル
型CVD装置にセットし、このCVD装置のチャンバ−
内の圧力を2.0×10-5Pa以下に減圧する。そして
半導体基板15を450℃まで昇温すると供に、チャン
バ−内に1000cm3 /minの流量の水素ガスと2
00cm3 /minの流量のチタンクロライド(TiC
4 )ガスを導入する。このときチャンバ−内圧力が
3.7×10-3Paに保たれるようにしておく。この条
件で図8(b)に示すように、ヴィアホ−ル23と埋め
込み配線パタ−ン25上に厚さ30nm程度のチタン層
27を堆積する。
First, as shown in FIG. 8A, a first interlayer insulating film 17, a lower wiring 19, and a second interlayer insulating film 21 are formed on a semiconductor substrate 15 on which elements are formed, and then vias are formed. A (through) hole 23 and an embedded wiring pattern 25 are formed. Then, the semiconductor substrate 15 is set in a cold wall type CVD apparatus, and the chamber of this CVD apparatus is set.
The internal pressure is reduced to 2.0 × 10 −5 Pa or less. Then, as the semiconductor substrate 15 is heated to 450 ° C., 1000 cm 3 is placed in the chamber. 2 with hydrogen gas at a flow rate of / min
00 cm 3 / Min flow rate of titanium chloride (TiC
l 4 ) Introduce gas. At this time, the pressure inside the chamber is kept at 3.7 × 10 −3 Pa. Under this condition, as shown in FIG. 8B, a titanium layer 27 having a thickness of about 30 nm is deposited on the via hole 23 and the embedded wiring pattern 25.

【0042】次いでCVD装置のチャンバ−内の圧力を
2.0×10-5Pa以下に減圧し、半導体基板15を2
70℃まで降温する。そしてチャンバ−内の圧力を2.
0×10-5Pa以下に減圧すると共に、チャンバ−内に
500cm3 /minの流量の水素ガスと200cm3
/minの流量の六弗化タングステン(WF6 )ガスと
を導入する。このときチャンバ−内の圧力が3.7×1
-3Paに保たれるようにしておく。この条件で次に図
9(a)に示すように、チタン層27上に選択的にタン
グステン層29を例えば30nmの膜厚に堆積する。こ
のときタングステン層29の結晶構造は体心立方(bc
c)構造で、結晶方位は半導体基板の法線方向にその
〈110〉方向が優先的に配向していた。なお、このタ
ングステン層29の厚さは、10nmから50nm程度
が望ましい。
Next, the pressure in the chamber of the CVD apparatus is reduced to 2.0 × 10 -5 Pa or less, and the semiconductor substrate 15 is set to 2
Cool down to 70 ° C. The pressure inside the chamber is set to 2.
The pressure was reduced to 0 × 10 −5 Pa or less, and 500 cm 3 in the chamber. Hydrogen gas at a flow rate of / min and 200 cm 3
And a flow rate of tungsten hexafluoride (WF 6 ) gas is introduced. At this time, the pressure inside the chamber is 3.7 × 1.
It should be kept at 0 -3 Pa. Under this condition, as shown in FIG. 9A, a tungsten layer 29 is selectively deposited on the titanium layer 27 to have a film thickness of 30 nm, for example. At this time, the crystal structure of the tungsten layer 29 has a body-centered cubic (bc
In the c) structure, the crystal orientation was preferentially oriented in the <110> direction in the direction normal to the semiconductor substrate. The thickness of the tungsten layer 29 is preferably about 10 nm to 50 nm.

【0043】次いで半導体基板15を270℃に保持し
たまま、チャンバ−内の圧力を2.0×10-5Pa以下
に減圧した後、このチャンバ−内に1000cm3 /m
inの流量の水素ガスと3cm3 /minの流量のアセ
チルアセト銅ガスとを導入して、チャンバ−内の圧力が
1.5×10-3Paに保たれるようにしておく。そして
図9(b)に示すように、タングステン層29上に選択
的に厚さ400nm程度の銅層31を堆積して銅合金積
層配線33が完成する。なお、この銅層31の厚さは、
200nmから800nm程度であることが望ましい。
Next, while maintaining the semiconductor substrate 15 at 270 ° C., the pressure inside the chamber was reduced to 2.0 × 10 −5 Pa or less, and then 1000 cm 3 was placed inside this chamber. / M
Hydrogen gas with a flow rate of 3 cm 3 Acetylacetocopper gas at a flow rate of / min is introduced so that the pressure in the chamber is maintained at 1.5 × 10 −3 Pa. Then, as shown in FIG. 9B, a copper layer 31 having a thickness of about 400 nm is selectively deposited on the tungsten layer 29 to complete the copper alloy laminated wiring 33. The thickness of the copper layer 31 is
It is desirable that the thickness is about 200 nm to 800 nm.

【0044】このようにして得られた銅合金積層配線3
3でも、銅層31が金属VI族の元素からなる層、つま
り、タングステン層29上に形成されているので、銅層
31の配向性が高くなり、エレクトロマイグレ−ション
耐性,ストレスマイグレ−ション耐性が改善される。な
お、本実施例では、半導体基板15を450℃に昇温し
たが、500℃以下であれば、同様な効果が得られる。
図10はこのことを説明するための、Cu(111)/
Mo(110)界面エネルギ−の堆積温度依存性を示す
図である。
Copper alloy laminated wiring 3 thus obtained
Also in No. 3, since the copper layer 31 is formed on the layer made of the metal VI group element, that is, the tungsten layer 29, the orientation of the copper layer 31 becomes high, and the electromigration resistance and the stress migration resistance are high. Is improved. Although the semiconductor substrate 15 is heated to 450 ° C. in this embodiment, the same effect can be obtained if the temperature is 500 ° C. or lower.
FIG. 10 illustrates Cu (111) /
It is a figure which shows the deposition temperature dependence of Mo (110) interface energy.

【0045】この図から、堆積温度が上昇するにしたが
って界面エネルギの極小値はわずかに低下することが分
かる。しかしながら、500℃では極小点からずれた場
合の界面エネルギが大きくなり、不安定になる。また、
堆積温度が500℃を越えると銅合金積層中のMo原子
の外方拡散速度が速くなり、後工程における銅合金の結
晶粒成長が抑制される。したがって、銅合金積層温度は
20℃から500℃の間とすることが望ましい。図11
〜図13は本発明の第3の実施例に係る銅合金積層配線
の形成工程断面図である。
From this figure, it can be seen that the minimum value of the interface energy decreases slightly as the deposition temperature increases. However, at 500 ° C., the interface energy becomes large when it deviates from the minimum point, and it becomes unstable. Also,
If the deposition temperature exceeds 500 ° C., the outward diffusion rate of Mo atoms in the copper alloy stack increases, and the crystal grain growth of the copper alloy in the subsequent step is suppressed. Therefore, it is desirable that the copper alloy laminating temperature be between 20 ° C and 500 ° C. 11
13A to 13C are sectional views of a copper alloy laminated wiring forming process according to the third embodiment of the present invention.

【0046】先ず、図11(a)に示すように、素子が
形成された半導体基板35上に第1の層間絶縁膜37,
下層配線39を形成する。次いで第2の層間絶縁膜41
を形成した後、ヴィアホ−ル43と埋め込み配線パタ−
ン45を形成する。次いで半導体基板35を、コ−ルド
ウォ−ル型電子線励起プラズマCVD装置にセットす
る。そしてこのCVD装置のチャンバ−内を2.0×1
-5Pa以下の真空に排気した後、半導体基板35を2
70℃まで昇温する。そして半導体基板35に−60〜
−80Vの電圧を印加すると共に、チャンバ−内に30
cm3 /minの流量の水素ガスと10cm3 /min
の流量のチタンクロライド(TiCl4 )ガスとを導入
し、90〜100eVのエネルギ−の電子線を照射し、
プラズマを発生させる。このときチャンバ−内圧力が
3.7×10-2Paに保たれるようにしておく。この条
件で図11(b)に示すように、第2の層間絶縁膜4
1,ヴィアホ−ル43及び埋め込み配線パタ−ン45上
に異方的にチタン層47を30nmの膜厚で堆積する。
First, as shown in FIG. 11A, the first interlayer insulating film 37, is formed on the semiconductor substrate 35 on which the elements are formed.
The lower layer wiring 39 is formed. Then, the second interlayer insulating film 41
After forming the via hole 43 and the embedded wiring pattern
45 is formed. Then, the semiconductor substrate 35 is set in a cold wall type electron beam excited plasma CVD apparatus. And the inside of the chamber of this CVD apparatus is 2.0 × 1.
After evacuating to a vacuum of 0 -5 Pa or less, the semiconductor substrate 35 is set to 2
Heat up to 70 ° C. -60 to the semiconductor substrate 35
A voltage of -80 V is applied and 30
cm 3 Hydrogen gas with a flow rate of 10 / min and 10 cm 3 / Min
Introducing titanium chloride (TiCl 4 ) gas at a flow rate of, and irradiating an electron beam with energy of 90 to 100 eV,
Generate plasma. At this time, the pressure inside the chamber is kept at 3.7 × 10 -2 Pa. Under this condition, as shown in FIG. 11B, the second interlayer insulating film 4
1, a titanium layer 47 is anisotropically deposited to a thickness of 30 nm on the via hole 43 and the embedded wiring pattern 45.

【0047】次いで半導体基板35を270℃に降温
し、−60〜−80Vの電圧を印加した状態に保持した
まま、チャンバ−内を2.0×10-5Pa以下の真空に
排気する。そしてチャンバ−内に30cm3 /minの
流量の水素ガスと30cm3 /minの流量の窒素ガス
と10cm3 /minの流量の六弗化タングステン(W
6 )ガスとを導入し、90〜100eVのエネルギ−
の電子線を照射し、プラズマを発生させる。このときチ
ャンバ−内の圧力が3.7×10-2Paに保たれるよう
にしておく。そして図12(a)に示すように、チタン
層47上に異方的にタングステン層49を例えば30n
mの膜厚に堆積する。このときタングステン層49の結
晶構造は体心立方(bcc)構造で、結晶方位は半導体
基板35の法線方向にその〈110〉方向が優先的に配
向していた。なお、タングステン層49の厚さは、10
nmから50nmであることが望ましい。
Then, the temperature of the semiconductor substrate 35 is lowered to 270 ° C., and the chamber is evacuated to a vacuum of 2.0 × 10 -5 Pa or less while the voltage of -60 to -80 V is maintained. And 30 cm 3 in the chamber Hydrogen gas at a flow rate of / min and 30 cm 3 / Min flow rate of nitrogen gas and 10 cm 3 / Min flow rate tungsten hexafluoride (W
F 6) introducing a gas, energy 90~100EV -
To generate plasma. At this time, the pressure in the chamber is kept at 3.7 × 10 -2 Pa. Then, as shown in FIG. 12A, a tungsten layer 49 is anisotropically formed on the titanium layer 47, for example, 30 n.
deposited to a film thickness of m. At this time, the crystal structure of the tungsten layer 49 was a body-centered cubic (bcc) structure, and the crystal orientation was preferentially oriented in the <110> direction in the normal direction of the semiconductor substrate 35. The thickness of the tungsten layer 49 is 10
It is desirable that the thickness is from 50 nm to 50 nm.

【0048】次いでチャンバ−内を2.0×10-5Pa
以下の真空に排気し、半導体基板35を270℃に保持
したまま、チャンバ−内に1000cm3 /minの流
量の水素ガスと3cm3 /minの流量のアセチルアセ
ト銅ガスとを導入して、チャンバ−内の圧力が1.5×
10-3Paに保たれるようにしておく。この条件で図1
2(b)に示すように、タングステン層49上に選択的
に銅層51を400nmの膜厚で堆積する。なお、この
銅層51の厚さは、200nmから800nmであるこ
とが望ましい。最後に、図13に示すように、エッチバ
ック法によって余分な配線材料を除去して銅合金積層配
線53が完成する。
Then, the inside of the chamber was 2.0 × 10 −5 Pa.
Evacuated to a vacuum below, while holding the semiconductor substrate 35 to 270 ° C., the chamber - 1000 cm within 3 Hydrogen gas at a flow rate of / min and 3 cm 3 Acetylacetocopper gas at a flow rate of / min is introduced, and the pressure in the chamber is 1.5 ×
It should be kept at 10 −3 Pa. Figure 1
As shown in FIG. 2B, the copper layer 51 is selectively deposited on the tungsten layer 49 to a thickness of 400 nm. The thickness of the copper layer 51 is preferably 200 nm to 800 nm. Finally, as shown in FIG. 13, excess wiring material is removed by the etch back method to complete the copper alloy laminated wiring 53.

【0049】以上のように本実施例によれば、銅層51
の下地層としてタングステン層49を用いることによ
り、Cuの結晶方位として半導体基板35の法線方向に
その〈111〉方向がより優先的に配向している銅合金
積層配線51を形成でき、もってエレクトロマイグレ−
ション,ストレスマイグレ−ション耐性が改善される。
なお、上記第1〜第3の実施例では、主配線材料として
銅を用いたが、銅と他の金属とからなる金属材料を用い
てもよい。例えば、銅と、チタン(Ti),バナジウム
(V),ニオブ(Nb),タンタル(Ta),クロム
(Cr),モリブデン(Mo),タングステン(W),
ニッケル(Ni),パラジウム(Pd)のうち1つ又は
複数の元素とからなる合金を用いても良い。また、主配
線材料として、銅以外の金属も用いることもできる。例
えば、銀(Ag),金(Au)を用いても良い。更にま
た、下層配線としてMo,W以外にNb,V,Ta,C
r等の金属及びこれらの合金又は化合物を用いることが
できる。この場合、これらの材料の下層配線の結晶面方
位は(110)面とすればよい。ここで面内回転角を0
°とすれば、配向性は更に向上する。CVD原料ガスに
ついても、上記実施例のガスに限定されるものではな
い。また、上記実施例では、プラズマCVD法を用いて
銅合金積層配線を形成したが、他のCVD法、例えば、
熱CVD法や光CVD法を用いても良い。
As described above, according to this embodiment, the copper layer 51
By using the tungsten layer 49 as the underlying layer of the copper alloy laminated wiring 51 having the <111> direction more preferentially oriented in the normal direction of the semiconductor substrate 35 as the crystal orientation of Cu, it is possible to form the electro-deposition. My Gray
Resistance to stress migration and stress migration is improved.
Although copper is used as the main wiring material in the first to third embodiments, a metal material made of copper and another metal may be used. For example, copper and titanium (Ti), vanadium (V), niobium (Nb), tantalum (Ta), chromium (Cr), molybdenum (Mo), tungsten (W),
An alloy made of one or more elements of nickel (Ni) and palladium (Pd) may be used. Further, as the main wiring material, a metal other than copper can be used. For example, silver (Ag) or gold (Au) may be used. Furthermore, in addition to Mo and W, Nb, V, Ta, and C are used as the lower layer wiring.
Metals such as r and alloys or compounds thereof can be used. In this case, the crystal plane orientation of the lower wiring of these materials may be the (110) plane. Where the in-plane rotation angle is 0
If the angle is °, the orientation will be further improved. The CVD source gas is also not limited to the gas of the above embodiment. Further, in the above embodiment, the copper alloy laminated wiring is formed by using the plasma CVD method, but other CVD methods, for example,
A thermal CVD method or an optical CVD method may be used.

【0050】図14,15は銅合金積層配線中のCuの
配向性を示すX線回析図であり、図14(a),図15
(b)は本発明の方法により得られたCu/Nb積層配
線のX線回析図、図14(b),図15(a)は従来法
により得られたCu/TiN積層配線のX線回析図を示
している。
FIGS. 14 and 15 are X-ray diffraction diagrams showing the orientation of Cu in the copper alloy laminated wiring. FIGS.
FIG. 14 (b) is an X-ray diffraction diagram of the Cu / Nb laminated wiring obtained by the method of the present invention, and FIGS. 14 (b) and 15 (a) are X-rays of the Cu / TiN laminated wiring obtained by the conventional method. A diffraction diagram is shown.

【0051】図14において、Cu(111)回析ピ−
クのCu(220)回析ピ−クに対する相対強度比を3
log(I111 /I200 )で示すと、堆積直後でも、C
u/TiN積層配線での4.16に対し、Cu/Nb積
層配線では8.46まで高配向化されたことが分かる。
また、450℃程度のアニ−ル後には、Cu/TiN積
層配線では4.53であるのに対し、Cu/Nb積層配
線ではCu(220)回析ピ−クはすでに検出限界にな
ってしまった。
In FIG. 14, the Cu (111) diffraction peak
Relative intensity ratio of Cu to Cu (220) diffraction peak is 3
When expressed as log (I 111 / I 200 ), C
It can be seen that the Cu / Nb laminated wiring was highly oriented up to 8.46, while the u / TiN laminated wiring was 4.16.
Further, after annealing at about 450 ° C., the Cu / TiN laminated wiring has a value of 4.53, whereas the Cu / Nb laminated wiring has already reached the detection limit of the Cu (220) diffraction peak. It was

【0052】また、図15から、Cu(111)面の半
導体基板の法線方向に対するロッキング角度分布の半値
幅は、Cu/TiN積層配線の12.60°に対し、C
u/Nb積層配線では3.81°まで高配向化されたこ
とが分かる。また、450℃程度のアニ−ル後には、C
u/TiN積層配線の12.04°に対し、Cu/Nb
積層配線では2.28°に下がった。なお、この場合、
面内回転角は0°である。以上のX線回析図から、Cu
の結晶方位は、半導体基板の法線方向にその〈111〉
方向がより優先的に配向していることが分かる。図16
は本発明の第4の実施例に係る金属配線の配線構造を示
す図であり、図17,図18は同金属配線の形成工程断
面図である。
Further, from FIG. 15, the half-width of the rocking angle distribution of the Cu (111) plane with respect to the normal direction of the semiconductor substrate is C with respect to 12.60 ° of the Cu / TiN laminated wiring.
It can be seen that the u / Nb laminated wiring was highly oriented up to 3.81 °. Also, after annealing at about 450 ° C., C
Compared to 12.04 ° of u / TiN laminated wiring, Cu / Nb
In the laminated wiring, it fell to 2.28 °. In this case,
The in-plane rotation angle is 0 °. From the above X-ray diffraction diagram, Cu
Has a crystal orientation of <111> in the direction normal to the semiconductor substrate.
It can be seen that the directions are oriented more preferentially. FIG.
FIG. 18 is a diagram showing a wiring structure of a metal wiring according to a fourth embodiment of the present invention, and FIGS. 17 and 18 are sectional views of the same metal wiring forming process.

【0053】半導体基板55上には所望の素子が形成さ
れ、その表面は層間絶縁膜57により覆われている。層
間絶縁膜57には必要なコンタクト孔が開けられ、この
上にアルミニウム合金積層配線59が形成されている。
このアルミニウム合金積層配線59は、チタン層61と
窒化バナジウム層63とアルミニウム合金層65とで構
成されている。
A desired element is formed on the semiconductor substrate 55, and the surface thereof is covered with an interlayer insulating film 57. A necessary contact hole is formed in the interlayer insulating film 57, and an aluminum alloy laminated wiring 59 is formed thereon.
The aluminum alloy laminated wiring 59 includes a titanium layer 61, a vanadium nitride layer 63, and an aluminum alloy layer 65.

【0054】アルミニウム合金積層配線59を形成する
には、図17(a)に示すように、最初、素子が形成さ
れた半導体基板55上に層間絶縁膜57を形成する。次
いで層間絶縁膜57が形成された半導体基板55を、周
知のマグネトロンスパッタリング装置にセットする。そ
して、このスパッタリング装置のチャンバ−内を2.0
×10-5Pa以下の真空に排気した後、チャンバ−内に
40cm3 /minの流量のアルゴンガスを導入する。
このときチャンバ−内圧力が3.7×10-1Paに保た
れるようにしておく。
To form the aluminum alloy laminated wiring 59, first, as shown in FIG. 17A, the interlayer insulating film 57 is formed on the semiconductor substrate 55 on which the elements are formed. Next, the semiconductor substrate 55 on which the interlayer insulating film 57 is formed is set in a known magnetron sputtering device. Then, the inside of the chamber of this sputtering apparatus is set to 2.0.
After evacuating to a vacuum of × 10 -5 Pa or less, 40 cm 3 in the chamber. Introduce argon gas at a flow rate of / min.
At this time, the internal pressure of the chamber is kept at 3.7 × 10 −1 Pa.

【0055】次に図17(b)に示すように、チタン
(Ti)のタ−ゲットを、アルゴンプラズマによってス
パッタし、層間絶縁膜57上に厚さ30nm程度のチタ
ン層61を形成する。次いでチャンバ−内に20cm3
/minの流量のアルゴンガスと20cm3 /minの
流量の窒素ガスとを導入して、チャンバ−内の圧力を
3.7×10-1Paに保っておく。
Next, as shown in FIG. 17B, a titanium (Ti) target is sputtered by argon plasma to form a titanium layer 61 having a thickness of about 30 nm on the interlayer insulating film 57. Then in the chamber 20 cm 3
Argon gas with a flow rate of / min and 20 cm 3 Nitrogen gas at a flow rate of / min is introduced to keep the pressure in the chamber at 3.7 × 10 -1 Pa.

【0056】次に図17(c)に示すように、バナジウ
ム(V)のタ−ゲットを用いて、600Vの印加電圧で
発生させたアルゴン・窒素混合プラズマ雰囲気中でタ−
ゲット電流5Aによりバナジウムのタ−ゲットをスパッ
タし、チタン層61上に窒化バナジウム層63を例えば
30nmの膜厚に堆積する。このとき、窒化バナジウム
(VNX )層63の組成xは0.71、結晶構造は岩塩
型構造、格子定数aは0.407nmであった。なお、
この窒化バナジウム層63の膜厚は、10nm〜50n
mが好ましい。次いで上記チャンバ−内に40cm3
minの流量のアルゴンガスを導入する。このときチャ
ンバ−内の圧力が3.7×10-1Paに保たれるように
しておく。
Next, as shown in FIG. 17 (c), a target of vanadium (V) was used to target it in an argon / nitrogen mixed plasma atmosphere generated at an applied voltage of 600V.
A vanadium target is sputtered with a get current of 5 A to deposit a vanadium nitride layer 63 on the titanium layer 61 to a film thickness of 30 nm, for example. At this time, the composition x of the vanadium nitride (VN x ) layer 63 was 0.71, the crystal structure was rock salt type structure, and the lattice constant a was 0.407 nm. In addition,
The vanadium nitride layer 63 has a thickness of 10 nm to 50 n.
m is preferred. Then 40 cm 3 in the chamber /
Argon gas having a flow rate of min is introduced. At this time, the pressure in the chamber is kept at 3.7 × 10 −1 Pa.

【0057】次に図18(a)に示すように、Al−1
重量%Si−0.2重量%Cuのタ−ゲットを、アルゴ
ンプラズマによってスパッタし、窒化バナジウム層63
上に厚さ400nm程度のアルミニウム合金層65を堆
積する。なお、このアルミニウム合金層65の厚さは、
200nmから800nmであることが望ましい。
Next, as shown in FIG. 18A, Al-1
A target of wt% Si-0.2 wt% Cu was sputtered by argon plasma to form a vanadium nitride layer 63.
An aluminum alloy layer 65 having a thickness of about 400 nm is deposited on top. The thickness of the aluminum alloy layer 65 is
It is preferably 200 nm to 800 nm.

【0058】次に図18(b)に示すように、アルミニ
ウム合金層65上にフォトレジストパタ−ン67を形成
し、これをマスクにして反応性イオンエッチング(RI
E)法で層61,63,65を所定のパタ−ンにエッチ
ングする。最後に、フォトレジストパタ−ン67を除去
して、図16に示すアルミニウム合金積層配線59が完
成する。
Next, as shown in FIG. 18B, a photoresist pattern 67 is formed on the aluminum alloy layer 65, and this is used as a mask for reactive ion etching (RI).
By the method E), the layers 61, 63 and 65 are etched into a predetermined pattern. Finally, the photoresist pattern 67 is removed to complete the aluminum alloy laminated wiring 59 shown in FIG.

【0059】以上のようにして得られたアルミニウム合
金積層配線59では、Al/VNX界面エネルギ−が、
Al/TiN界面エネルギ−より低くなるため、従来の
アルミニウム・窒化チタン積層配線より配向性が良くな
り、エレクトロマイグレ−ション耐性,ストレスマイグ
レ−ション耐性が向上する。図19〜図22はその特性
を示す図である。
In the aluminum alloy laminated wiring 59 thus obtained, the Al / VN x interface energy is
Since it is lower than the Al / TiN interface energy, the orientation is better than that of the conventional aluminum / titanium nitride laminated wiring, and the electromigration resistance and stress migration resistance are improved. 19 to 22 are diagrams showing the characteristics.

【0060】図19はAl/VN0.71(111)界面エ
ネルギ−の面方位依存性を示す図であり、図20はAl
/TiN(111)界面エネルギ−の面方位依存性を示
す図である。なお、図中、←印はランダム配列の界面エ
ネルギ−(=−0.140[a.u])を示している。
なお、図19のAlとVN0.71との結晶方位関係,図2
0のAlとTiNとの結晶方位関係は、それぞれ図32
(a),図32(b)に示すようになっている。
FIG. 19 is a diagram showing the plane orientation dependence of Al / VN 0.71 (111) interface energy, and FIG.
It is a figure which shows the surface orientation dependence of / TiN (111) interface energy-. In the figure, the symbol ← indicates the interface energy − (= − 0.140 [au]) of a random array.
The crystal orientation relationship between Al and VN 0.71 in FIG.
The crystal orientation relationship between Al and TiN of 0 is shown in FIG.
(A) and FIG. 32 (b).

【0061】図19からAl/VN0.71(111)界面
エネルギ−は、Alの低指数面(111),(11
0),(100)のうち、(111)の場合が最も低く
なることが分かる。また、図20からAl(111)/
VN0.71(111)界面エネルギ−の最小値は、Al/
TiN(111)界面エネルギ−のそれより、約3倍
(ランダムな配列の場合の界面エネルギから計った極小
値の深さでは約5倍)まで低下させることができる。
From FIG. 19, the Al / VN 0.71 (111) interfacial energy is calculated as follows.
It can be seen that, of 0) and (100), the case of (111) is the lowest. Also, from FIG. 20, Al (111) /
The minimum value of VN 0.71 (111) interface energy is Al /
It can be reduced to about 3 times (about 5 times at the minimum depth measured from the interface energy in the case of random arrangement) than that of TiN (111) interface energy.

【0062】また、図21,図22はそれぞれ室温(2
0℃)におけるAl(111)/VN0.71(111)界
面エネルギ−の面内回転角依存性を示す図,Al(11
1)/TiN(111)界面エネルギ−の面内回転角依
存性を示す図である。なお、図中、←印はランダム配列
の界面エネルギ−(=−0.140[a.u])を示し
ている。なお、AlとVN0.71との結晶方位関係,Al
とTiNとの結晶方位関係は、それぞれ図32(c),
図32(d)に示すようになっている。
Further, FIGS. 21 and 22 show room temperature (2
Diagram showing the in-plane rotation angle dependence of Al (111) / VN 0.71 (111) interface energy at 0 ° C, Al (11
It is a figure which shows the in-plane rotation angle dependence of 1) / TiN (111) interface energy. In the figure, the symbol ← indicates the interface energy − (= − 0.140 [au]) of a random array. The crystal orientation relationship between Al and VN 0.71
And the crystal orientation relationship between TiN and TiN are shown in FIG.
It is as shown in FIG.

【0063】図21からAl(111)/VN0.71(1
11)界面エネルギ−は、面内回転角0°の場合に、界
面エネルギ−が極小値(約−0.7[a.u])とるこ
とが分かる。しかしながら、Al(111)/TiN
(111)界面エネルギ一は、面内回転角に依存せず、
ほぼ−0.15[a.u]である。
From FIG. 21, Al (111) / VN 0.71 (1
11) It can be seen that the interfacial energy takes a minimum value (about -0.7 [au]) when the in-plane rotation angle is 0 °. However, Al (111) / TiN
The (111) interface energy does not depend on the in-plane rotation angle,
Approximately -0.15 [a. u].

【0064】したがって、アルミニウム合金層65と窒
化バナジウム層63との界面をAl(111)/VN
0.71(111)とし、面内回転角を0°とすることで配
向性に非常に優れたアルミニウム合金積層配線59を得
ることができる。なお、この条件を結晶方位関係で表せ
ば、VN0.71(111)〈1−10〉//Al(11
1)〈1−10〉となる。
Therefore, the interface between the aluminum alloy layer 65 and the vanadium nitride layer 63 is formed by Al (111) / VN.
By setting 0.71 (111) and setting the in-plane rotation angle to 0 °, it is possible to obtain the aluminum alloy laminated wiring 59 having extremely excellent orientation. If this condition is expressed in terms of crystal orientation, VN 0.71 (111) <1-10> // Al (11
1) <1-10>.

【0065】なお、VNX の組成比xは、0.68〜
1.00の範囲にすることが望ましい。これを図23を
用いて説明する。図23はVNX の組成比xと格子定数
aとの関係を示す図である。VNX はその組成比xが
0.68〜1.00の間では、組成比xと格子定数aと
が線形関係にあることが知られており(N.Kieda et al.,
J.Less-Common Met., 99,p131,(1984))、a=0.40
61nmから0.4133nmまで変化する。この格子
定数の値と、a(Al)=0.40494nm,a(T
i)×21/2 =0.4176nmとのそれぞれの不整合
は、1%以下と極めて小さいことがわかる。
[0065] The composition ratio x of VN X is, 0.68~
It is desirable to set it in the range of 1.00. This will be described with reference to FIG. Figure 23 is a view showing the relationship between the composition ratio x and the lattice constant a of VN X. VN X is known to have a linear relationship between the composition ratio x and the lattice constant a when the composition ratio x is between 0.68 and 1.00 (N. Kieda et al.,
J. Less-Common Met., 99, p131, (1984)), a = 0.40.
It varies from 61 nm to 0.4133 nm. The value of this lattice constant and a (Al) = 0.40494 nm, a (T
i) x 2 1/2 It can be seen that the respective mismatches with = 0.4176 nm are extremely small, being 1% or less.

【0066】したがって、膜厚方向に組成比xを0.6
8〜1.00まで変化させれば、Al(111)面から
Ti(001)面まで連続的に格子定数も変化させうる
ため、VNX 層の上下層をVNX 層中の格子歪みの発生
を抑制しながら極めて整合良く接合できるという利点が
ある。また、図24はVNX の組成比xと結晶構造との
関係を示す図であり、表1は図24の各相におけるV‐
N結晶の構造を示すデ−タである。
Therefore, the composition ratio x is 0.6 in the film thickness direction.
Be changed to from 8 to 1.00, Al (111) for can continuously lattice constant is changed to Ti (001) plane from the surface, generating a vertical layer of VN X layer lattice strain of VN X layer There is an advantage that bonding can be performed with extremely good matching while suppressing the above. Further, FIG. 24 is a diagram showing the relation between the composition ratio x and the crystal structure of VN X, Table 1 in each phase of Fig. 24 V-
It is data showing the structure of N crystal.

【0067】[0067]

【表1】 [Table 1]

【0068】これらから組成比xが0.68〜1.00
の間では、VNX の結晶構造は岩塩型構造である。岩塩
型構造の(111)面の原子配列は、面心立方(fc
c)構造の(111)面と相似であり、各々の格子定数
が近い場合には、界面の整合性が極めて良くなる。この
観点からも、組成比xを0.68〜1.00にすること
が望ましい。図25,図26は本発明の第5の実施例に
係るアルミニウム合金積層配線の形成工程断面図であ
る。
From these, the composition ratio x is 0.68 to 1.00.
In between, the crystal structure of VN x is rock salt type structure. The atomic arrangement of the (111) plane of the rock-salt structure is the face-centered cubic (fc
c) It is similar to the (111) plane of the structure, and when the lattice constants are close to each other, the interface matching becomes extremely good. From this viewpoint as well, it is desirable that the composition ratio x be 0.68 to 1.00. 25 and 26 are sectional views of the aluminum alloy laminated wiring forming process according to the fifth embodiment of the present invention.

【0069】先ず、図25(a)に示すように、所望の
素子が形成された半導体基板69上に第1の層間絶縁膜
71,下層配線73,第2の層間絶縁膜75を形成した
後、ヴィアホ−ル77と埋め込み配線パタ−ン79とを
形成する。次いで半導体基板69を、コ−ルドウォ−ル
型CVD装置にセットし、このCVD装置のチャンバ−
内の圧力を2.0×10-5Pa以下に減圧する。そして
半導体基板69を450℃まで昇温すると供に、チャン
バ−内に1000cm3 /minの流量の水素ガスと2
00cm3 /minの流量のチタンクロライド(TiC
4 )ガスを導入する。このときチャンバ−内圧力が
3.7×10-3Paに保たれるようにしておく。この条
件で図25(b)に示すように、ヴィアホ−ル77と埋
め込み配線パタ−ン79上に厚さ30nm程度のチタン
層81とを堆積する。
First, as shown in FIG. 25A, after forming a first interlayer insulating film 71, a lower layer wiring 73, and a second interlayer insulating film 75 on a semiconductor substrate 69 on which a desired element is formed, , A via hole 77 and an embedded wiring pattern 79 are formed. Then, the semiconductor substrate 69 is set in a cold wall type CVD apparatus, and the chamber of the CVD apparatus is set.
The internal pressure is reduced to 2.0 × 10 −5 Pa or less. Then, as the temperature of the semiconductor substrate 69 is raised to 450 ° C., 1000 cm 3 2 with hydrogen gas at a flow rate of / min
00 cm 3 / Min flow rate of titanium chloride (TiC
l 4 ) Introduce gas. At this time, the pressure inside the chamber is kept at 3.7 × 10 −3 Pa. Under this condition, as shown in FIG. 25B, a titanium layer 81 having a thickness of about 30 nm is deposited on the via hole 77 and the embedded wiring pattern 79.

【0070】次いで半導体基板69を450℃に保持し
たまま、CVD装置のチャンバ−内の圧力を2.0×1
-5Pa以下に減圧した後に、チェンバ−内に500c
3 /minの流量の水素ガスと500cm3 /min
の流量の窒素ガスと200cm3 /minの流量のオキ
シ塩化バナジウム(VOCl3 )ガスを導入して、チャ
ンバ−内の圧力が3.7×10-3Paに保たれるように
する。この条件で図26(a)に示すように、チタン層
81上に選択的に窒化バナジウム層83を例えば30n
mの膜厚に堆積する。このとき窒化バナジウム(V
X )層83の組成比xは0.71であり、結晶構造は
岩塩型構造、格子定数aは0.407nmであった。な
お、この窒化バナジウム(VNx)層83の厚さは、1
0nmから50nm程度が望ましい。
Next, the semiconductor substrate 69 is kept at 450 ° C.
Keep the pressure inside the chamber of the CVD device at 2.0 × 1.
0-FiveAfter reducing the pressure to less than Pa, 500c in the chamber
m3 Hydrogen gas with a flow rate of / min and 500 cm3 / Min
Flow rate of nitrogen gas and 200cm3 / Ki of flow rate of / min
Vanadium chlorochloride (VOCl3) Introduce gas and
Pressure in the chamber is 3.7 × 10-3To be kept at Pa
To do. Under this condition, as shown in FIG. 26A, the titanium layer
A vanadium nitride layer 83 is selectively formed on the substrate 81, for example, 30 n.
deposited to a film thickness of m. At this time, vanadium nitride (V
NX) The composition ratio x of the layer 83 is 0.71 and the crystal structure is
The rock salt structure and the lattice constant a were 0.407 nm. Na
The thickness of the vanadium nitride (VNx) layer 83 is 1
About 0 nm to 50 nm is desirable.

【0071】次いで半導体基板69を降温した後、チャ
ンバ−内に1000cm3 /minの流量の水素ガスと
3cm3 /minの流量のジメチルアルミニウムハイラ
イドAlH(CH3 2 ガスとを導入して、チャンバ−
内の圧力が1.5×10-3Paに保たれるようにしてお
く。この条件で図26(b)に示すように、窒化バナジ
ウム層83上に選択的に厚さ400nm程度のアルミニ
ウム層85を堆積してアルミニウム合金積層配線87が
完成する。なお、このアルミニウム層85の厚さは、2
00nmから800nm程度であることが望ましい。
Next, after lowering the temperature of the semiconductor substrate 69, 1000 cm 3 is placed in the chamber. Hydrogen gas at a flow rate of / min and 3 cm 3 / Flow dimethyl aluminum high ride AlH in min (CH 3) introducing the 2 gas, the chamber -
The pressure inside is kept at 1.5 × 10 −3 Pa. Under this condition, as shown in FIG. 26B, the aluminum layer 85 having a thickness of about 400 nm is selectively deposited on the vanadium nitride layer 83 to complete the aluminum alloy laminated wiring 87. The thickness of the aluminum layer 85 is 2
It is desirable that the thickness is about 00 nm to 800 nm.

【0072】このようにして得られたアルミニウム合金
積層配線87でも、アルミニウム層85が窒化バナジウ
ム層83上に形成されているので、アルミニウム層85
の配向性が高くなり、エレクトロマイグレ−ション耐
性,ストレスマイグレ−ション耐性が改善される。
Also in the aluminum alloy laminated wiring 87 thus obtained, since the aluminum layer 85 is formed on the vanadium nitride layer 83, the aluminum layer 85 is formed.
Orientation is improved, and electromigration resistance and stress migration resistance are improved.

【0073】なお、窒化バナジウム層83の形成は、1
3.56MHz、800Wの高周波電力を印加してRF
放電を行うことにより、窒素プラズマを発生させて行な
っても良い。
The formation of the vanadium nitride layer 83 is 1
RF by applying high frequency power of 3.56MHz, 800W
Nitrogen plasma may be generated by discharging.

【0074】なお、本実施例では、半導体基板15を2
70℃に設定してアルミニウム層85の形成を行なった
が、20℃〜400℃の範囲であれば、同様な効果が得
られる。
In this embodiment, the semiconductor substrate 15 is 2
Although the aluminum layer 85 was formed at 70 ° C., the same effect can be obtained in the range of 20 ° C. to 400 ° C.

【0075】図27はこのことを説明するための図であ
り、Al(111)/VN0.71(111)界面エネルギ
−の堆積温度依存性を示している。なお、図中、←印は
ランダム配列の界面エネルギ−(=−0.140[a.
u])を示している。また、図32(e)はAl(11
1)とVN0.71(111)との結晶方位関係を示す図で
ある。
FIG. 27 is a diagram for explaining this, showing the dependency of Al (111) / VN 0.71 (111) interface energy on the deposition temperature. In the figure, the symbol ← indicates the interface energy of a random array − (= − 0.140 [a.
u]) is shown. Further, FIG. 32 (e) shows Al (11
It is a figure which shows the crystal orientation relationship between 1) and VN 0.71 (111).

【0076】この図から、堆積温度が上昇するにしたが
って界面エネルギの極小値は低下し、300℃近傍で最
小となり、更に堆積温度が上昇すると極小値は再び増加
し、400℃での界面エネルギ−は200℃のそれとほ
ぼ等しくなることが分かる。したがって、アルミニウム
合金積層温度は20℃から500℃の間とすることが望
ましい。図28〜図30は本発明の第6の実施例に係る
アルミニウム合金積層配線の形成工程断面図である。
From this figure, the minimum value of the interfacial energy decreases as the deposition temperature rises, reaches its minimum near 300 ° C., and the minimum value increases again when the deposition temperature further rises, and the interface energy at 400 ° C. It can be seen that is approximately equal to that at 200 ° C. Therefore, it is desirable that the aluminum alloy stacking temperature be between 20 ° C and 500 ° C. 28 to 30 are sectional views of the aluminum alloy laminated wiring forming process according to the sixth embodiment of the present invention.

【0077】先ず、図28(a)に示すように、素子が
形成された半導体基板89上に第1の層間絶縁膜91,
下層配線93を形成する。次いで第2の層間絶縁膜95
を形成した後、ヴィアホ−ル97と埋め込み配線パタ−
ン99を形成する。次いで半導体基板89を、コ−ルド
ウォ−ル型電子線励起プラズマCVD装置にセットす
る。そしてこのCVD装置のチャンバ−内を2.0×1
-5Pa以下の真空に排気した後、半導体基板89を2
70℃まで昇温する。そして半導体基板89に−60〜
−80Vの電圧を印加すると共に、チャンバ−内に30
cm3 /minの流量の水素ガスと10cm3 /min
の流量のチタンクロライド(TiCl4 )ガスを導入
し、90〜100eVのエネルギ−の電子線を照射し、
プラズマを発生させる。このときチャンバ−内圧力が
3.7×10-2Paに保たれるようにしておく。この条
件で図28(b)に示すように、第2の層間絶縁膜9
5,ヴィアホ−ル97及び埋め込み配線パタ−ン99上
に異方的にチタン層101を30nmの膜厚で堆積す
る。
First, as shown in FIG. 28A, a first interlayer insulating film 91, is formed on a semiconductor substrate 89 on which elements are formed.
The lower layer wiring 93 is formed. Then, the second interlayer insulating film 95
After forming the via hole 97 and the embedded wiring pattern
To form 99. Then, the semiconductor substrate 89 is set in a cold wall type electron beam excited plasma CVD apparatus. And the inside of the chamber of this CVD apparatus is 2.0 × 1.
After evacuation to a vacuum of 0 -5 Pa or less, the semiconductor substrate 89 is set to 2
Heat up to 70 ° C. -60 to the semiconductor substrate 89
A voltage of -80 V is applied and 30
cm 3 Hydrogen gas with a flow rate of 10 / min and 10 cm 3 / Min
Introducing titanium chloride (TiCl 4 ) gas at a flow rate of, and irradiating an electron beam with energy of 90 to 100 eV,
Generate plasma. At this time, the pressure inside the chamber is kept at 3.7 × 10 -2 Pa. Under this condition, as shown in FIG. 28B, the second interlayer insulating film 9
5, A titanium layer 101 is anisotropically deposited to a thickness of 30 nm on the via hole 97 and the embedded wiring pattern 99.

【0078】次いで半導体基板89を270℃に降温
し、−60〜−80Vの電圧を印加した状態に保持した
まま、チャンバ−内を2.0×10-5Pa以下の真空に
排気する。そしてチャンバ−内に30cm3 /minの
流量の水素ガスと30cm3 /minの流量の窒素ガス
と10cm3 /minの流量のオキシ塩化バナジウム
(VOCl3 )ガスとを導入し、90〜100eVのエ
ネルギ−の電子線を照射してプラズマを発生させる。こ
のときチャンバ−内の圧力が3.7×10-2Paに保た
れるようにしておく。この条件で図29(a)に示すよ
うに、チタン層101上に異方的に窒化バナジウム(V
X )層103を例えば30nmの膜厚に堆積する。こ
のとき窒化バナジウム層103の組成xは0.71、結
晶構造は岩塩型構造で、格子定数は0.407nmであ
った。なお、窒化バナジウム層103の厚さは、10n
mから50nmであることが望ましい。
Next, the temperature of the semiconductor substrate 89 is lowered to 270 ° C., and the chamber is evacuated to a vacuum of 2.0 × 10 −5 Pa or less while the voltage of −60 to −80 V is maintained. And 30 cm 3 in the chamber Hydrogen gas at a flow rate of / min and 30 cm 3 / Min flow rate of nitrogen gas and 10 cm 3 / Min of introducing a flow of vanadium oxychloride (VOCl 3) gas, energy 90~100EV - by irradiation with electron beam to generate plasma. At this time, the pressure in the chamber is kept at 3.7 × 10 -2 Pa. Under this condition, as shown in FIG. 29A, vanadium nitride (V
N X) layer 103 is deposited to a thickness of, for example, 30 nm. At this time, the composition x of the vanadium nitride layer 103 was 0.71, the crystal structure was rock salt type structure, and the lattice constant was 0.407 nm. The thickness of the vanadium nitride layer 103 is 10n.
It is desirable that the thickness is from m to 50 nm.

【0079】次いでチャンバ−内を2.0×10-5Pa
以下の真空に排気し、半導体基板89を270℃に保持
したまま、チャンバ−内に1000cm3 /minの流
量の水素ガスと3cm3 /minの流量のジメチルアル
ミニウムハイド(AlH(CH3 2 ガスとを導入し
て、チャンバ−内圧力が1.5×10-3Paに保たれる
ようにしておく。そして図29(b)に示すように、窒
化バナジウム層103上に選択的にアルミニウム層10
5を400nmの膜厚で堆積する。なお、このアルミニ
ウム層105の厚さは、200nmから800nmであ
ることが望ましい。最後に、図30に示すように、エッ
チバック法によって余分な配線材料を除去してアルミニ
ウム合金積層配線107が完成する。
Next, the inside of the chamber was 2.0 × 10 −5 Pa.
Evacuated to a vacuum below, while holding the semiconductor substrate 89 to 270 ° C., the chamber - 1000 cm within 3 Hydrogen gas at a flow rate of / min and 3 cm 3 Dimethyl aluminum hydride (AlH (CH 3 ) 2 gas at a flow rate of / min is introduced to keep the chamber internal pressure at 1.5 × 10 −3 Pa. And FIG. As shown in, the aluminum layer 10 is selectively formed on the vanadium nitride layer 103.
5 is deposited to a film thickness of 400 nm. The aluminum layer 105 preferably has a thickness of 200 nm to 800 nm. Finally, as shown in FIG. 30, the excess wiring material is removed by the etch back method to complete the aluminum alloy laminated wiring 107.

【0080】以上のように本実施例によれば、アルミニ
ウム層105の下地層として窒化バナジウム層103を
用いることにより、Alの結晶方位が半導体基板89の
法線方向にその〈111〉方向がより優先的に配向して
いるアルミニウム合金積層配線107を形成でき、もっ
てEM,SM耐性が改善される。本発明者等は、X線回
析法により、従来法で得られたAl/TiN/Ti積層
配線及び本発明の方法で得られたAl/VN0.71/Ti
積層配線を調べた。
As described above, according to the present embodiment, by using the vanadium nitride layer 103 as the underlayer of the aluminum layer 105, the crystal orientation of Al is in the direction normal to the semiconductor substrate 89 and its <111> direction is more oriented. The aluminum alloy laminated wiring 107 which is preferentially oriented can be formed, so that the EM and SM resistance is improved. The inventors of the present invention have found that the X-ray diffraction method is used for the Al / TiN / Ti laminated wiring obtained by the conventional method and the Al / VN 0.71 / Ti obtained by the method of the present invention.
The laminated wiring was examined.

【0081】図31はその結果を示し、同図(a)はA
l/TiN/Ti積層配線中のAlの配向性を示すX線
回析図、同図(b)はAl/VN0.71/Ti積層配線の
それである。
FIG. 31 shows the result, and FIG.
An X-ray diffraction diagram showing the orientation of Al in the 1 / TiN / Ti laminated wiring is shown in FIG. 6B for the Al / VN 0.71 / Ti laminated wiring.

【0082】この図から、Al(111)面の半導体基
板の法線方向に対するロッキング角度分布の半値幅は、
Al/TiN/Ti積層配線の1.5に対し、Al/V
X/Ti積層配線では0.3°まで高配向化している
ことが分かる。これはAlの結晶方位が、半導体基板の
法線方向にその〈111〉方向がより優先的に配向して
いることを示している。なお、この場合面内回転角は0
°に調整してある。
From this figure, the half-value width of the rocking angle distribution of the Al (111) plane with respect to the normal direction of the semiconductor substrate is
Al / V vs. 1.5 for Al / TiN / Ti laminated wiring
It can be seen that the N x / Ti laminated wiring is highly oriented up to 0.3 °. This indicates that the crystal orientation of Al is preferentially oriented in the <111> direction with respect to the normal direction of the semiconductor substrate. In this case, the in-plane rotation angle is 0.
It is adjusted to °.

【0083】また、Al(111)回析ピ−クのAl
(220)回析ピ−クに対する相対強度比を3log
(I111 /I200 )で示すと、Al/TiN/Ti積層
配線での9.2に対し、Al/VN0.71/Ti積層配線
では12まで高配向化されていることが分かった。
Al (111) diffraction peak Al
(220) Relative intensity ratio to diffraction peak is 3 log
When indicated by (I 111 / I 200), to 9.2 at Al / TiN / Ti layered interconnection, the Al / VN 0.71 / Ti layered interconnection was found to be high orientation to 12.

【0084】なお、上記第4〜第6の実施例では、主配
線材料としてアルミニウムを用いたが、アルミニウムと
他の金属との合金、例えば、アルミニウムと、シリコン
(Si),銅(Cu),チタン(Ti),バナジウム
(V),ニオブ(Nb),タンタル(Ta),クロム
(Cr),モリブデン(Mo),タングステン(W),
ニッケル(Ni)のうち1つ又は複数の元素との合金を
用いても良い。
Although aluminum is used as the main wiring material in the fourth to sixth embodiments, an alloy of aluminum and another metal, such as aluminum, silicon (Si), copper (Cu), Titanium (Ti), vanadium (V), niobium (Nb), tantalum (Ta), chromium (Cr), molybdenum (Mo), tungsten (W),
An alloy with one or more elements of nickel (Ni) may be used.

【0085】更にまた、下層配線の材料として窒化バナ
ジウムの他に窒化クロム,窒化ニオブ,窒化モリブデ
ン,窒化タングステンを用いても良く。また、これらの
うち少なくとも1つを含む材料を用いても良い。ここ
で、窒化クロムを用いる場合は岩塩型構造の結晶で且つ
結晶面方位を(111)面とすれば良く、窒化ニオブ,
窒化モリブデン,窒化タングステンを用いる場合は6方
最密充填構造の結晶構造で且つ結晶面方位を(001)
面とすればよい。更に、面内回転角を0°とすれば、配
向性はより向上する。
Furthermore, as the material for the lower layer wiring, chromium nitride, niobium nitride, molybdenum nitride, or tungsten nitride may be used instead of vanadium nitride. A material containing at least one of these may be used. Here, when chromium nitride is used, it may be a crystal of rock salt type structure and the crystal plane orientation may be (111) plane.
When molybdenum nitride or tungsten nitride is used, it has a hexagonal close-packed structure and a crystal plane orientation of (001).
It should be a face. Furthermore, if the in-plane rotation angle is 0 °, the orientation is further improved.

【0086】また、CVD原料ガスについても、上記実
施例のガスに限定されるものではなく、例えば、窒素ガ
スの代わりに、アンモニアガスを用いても良い。更に、
バナジウムの原料ガスとしては、VOCl3 の代わり
に、VCl5 ,VHX y ,VNX y を用いても同様
な効果が期待できる。なお、RはCH3 等のアルキル基
を示している。更にまた、プラズマCVD法の代わり
に、他のCVD法、例えば、光CVD法、熱CVD法を
用いてアルミニウム合金積層配線を形成しても良い。図
33,図34は本発明の第7の実施例に係るアルミニウ
ム合金積層配線の形成工程断面図である。
Further, the CVD source gas is not limited to the gas of the above embodiment, and for example, ammonia gas may be used instead of nitrogen gas. Furthermore,
Similar effects can be expected even if VCl 5 , VH X R y , or VN X R y is used as the vanadium source gas instead of VOCl 3 . R represents an alkyl group such as CH 3 . Furthermore, instead of the plasma CVD method, another CVD method, for example, an optical CVD method or a thermal CVD method may be used to form the aluminum alloy laminated wiring. 33 and 34 are sectional views of the aluminum alloy laminated wiring forming process according to the seventh embodiment of the present invention.

【0087】まず、図33(a)に示すように、表面に
拡散層113が形成された半導体基板111上に第1の
層間絶縁膜115を形成し、この層間絶縁膜115上の
所定の領域にアルミニウム等からなる下層配線117を
形成する。次いで全面に第2の層間絶縁膜119を堆積
した後、ヴィアホール(スルーホール)121を形成し
て埋め込み配線パターンを形成する。次いでマグネトロ
ンスパッタリング装置に半導体基板111をセットす
る。そいてこのスパッタリング装置のチャンバー内を
2.0×10-5Pa以下の真空に排気した後、チャンバ
ー内に40cm3 /minの流量のアルゴンガスを導入
する。このとき、チャンバー内圧力が3.7×10-1
aに保たれるようにしておく。
First, as shown in FIG. 33A, a first interlayer insulating film 115 is formed on a semiconductor substrate 111 having a surface on which a diffusion layer 113 is formed, and a predetermined region on the interlayer insulating film 115 is formed. Then, a lower layer wiring 117 made of aluminum or the like is formed. Next, after depositing a second interlayer insulating film 119 on the entire surface, a via hole (through hole) 121 is formed to form a buried wiring pattern. Next, the semiconductor substrate 111 is set in the magnetron sputtering device. Then, the chamber of this sputtering apparatus was evacuated to a vacuum of 2.0 × 10 −5 Pa or less, and then 40 cm 3 in the chamber. Introduce argon gas at a flow rate of / min. At this time, the pressure in the chamber is 3.7 × 10 -1 P
be kept at a.

【0088】次に図33(b)に示すように、バナジウ
ムのターゲットを用い、印加電圧600V、ターゲット
電流5Aの条件でアルゴンプラズマを発生させて、第2
の層間絶縁膜119上に厚さ60nmのバナジウム層1
23をスパッタ堆積する。バナジウムは(110)配向
が強いので、バナジウム層123の結晶面方位は(11
0)となる。
Next, as shown in FIG. 33 (b), a vanadium target is used to generate argon plasma under the conditions of an applied voltage of 600 V and a target current of 5 A, and the second plasma is generated.
A vanadium layer 1 having a thickness of 60 nm on the interlayer insulating film 119 of
23 is sputter deposited. Since vanadium has a strong (110) orientation, the crystal plane orientation of the vanadium layer 123 is (11).
0).

【0089】次に図33(c)に示すように、チェンバ
ー内に100cm3 /minの流量の窒素ガスを導入し
てチャンバー内の圧力を3.7×10-1Paに保持した
状態で、半導体基板111の裏面側に設置したタングス
テンハロゲンランプを用いて半導体基板111に600
℃、15秒の熱処理を施し、結晶面方位が(111)の
窒化バナジウム層125、珪化バナジウム層126を形
成する。即ち、この熱処理によって、コンタクト部のバ
ナジウム層123は窒化バナジウム層125/珪化バナ
ジウム層126の積層構造のバナジウム化合物層に変換
され、コンタクト部以外のバナジウム層123は窒化バ
ナジウム層125/バナジウム層123の積層構造のバ
ナジウム化合物・バナジウム層に変換される。
Next, as shown in FIG. 33 (c), 100 cm 3 is placed in the chamber. A nitrogen gas having a flow rate of / min was introduced and the pressure inside the chamber was maintained at 3.7 × 10 −1 Pa.
Heat treatment is performed at 15 ° C. for 15 seconds to form a vanadium nitride layer 125 and a vanadium silicide layer 126 having a crystal plane orientation of (111). That is, by this heat treatment, the vanadium layer 123 in the contact portion is converted into a vanadium compound layer having a laminated structure of the vanadium nitride layer 125 / vanadium silicide layer 126, and the vanadium layer 123 other than the contact portion is converted into the vanadium nitride layer 125 / vanadium layer 123. It is converted to a vanadium compound / vanadium layer having a laminated structure.

【0090】ここで、結晶面方位が(111)の窒化バ
ナジウム層125が形成されるのは結晶面方位が(11
1)の窒化バナジウムと結晶面方位が(110)のバナ
ジウムとの界面エネルギーが十分小さいからである。
Here, the vanadium nitride layer 125 having a crystal plane orientation of (111) is formed by the crystal plane orientation of (11).
This is because the interface energy between vanadium nitride of 1) and vanadium having a crystal plane orientation of (110) is sufficiently small.

【0091】この窒化バナジウム層(VNx)125を
調べたところ、その組成比xは0.71で、結晶構造は
岩塩型構造、そして格子定数は0.407nmであっ
た。また、珪化バナジウム(VSix)126の組成比
xは2であった。なお、窒化バナジウム層125の膜厚
は10〜50nm、珪化バナジウム層126の膜圧は2
0〜80nm程度であることが望ましい。
When the vanadium nitride layer (VN x ) 125 was examined, the composition ratio x was 0.71, the crystal structure was rock salt type structure, and the lattice constant was 0.407 nm. Further, the composition ratio x of the silicide vanadium (VSi x) 126 was 2. The vanadium nitride layer 125 has a thickness of 10 to 50 nm, and the vanadium silicide layer 126 has a thickness of 2 nm.
It is desirable that it is about 0 to 80 nm.

【0092】次に図34(a)に示すように、チェンバ
ー内に40cm3 /minの流量のアルゴンガスを導入
してチェンバー内の圧力を3.7×10-1Paに保った
状態で、Al−1重量%Si−0.2重量%Cuのター
ゲットをアルゴンプラズマでスパッタすることで、窒化
バナジウム層125上に厚さ400nmのアルミニウム
合金層127を堆積する。なお、このアルミニウム合金
層127の膜圧は200〜800nmであることが望ま
しい。また、アルミニウム合金層127の形成時の温度
は室温(20℃)〜400℃程度であることが望まし
い。
Next, as shown in FIG. 34 (a), 40 cm 3 is placed in the chamber. / Armin gas of a flow rate of / min was introduced, and the pressure inside the chamber was kept at 3.7 × 10 -1 Pa, and a target of Al-1 wt% Si-0.2 wt% Cu was sputtered with argon plasma. By doing so, an aluminum alloy layer 127 having a thickness of 400 nm is deposited on the vanadium nitride layer 125. The film pressure of the aluminum alloy layer 127 is preferably 200 to 800 nm. The temperature at the time of forming the aluminum alloy layer 127 is preferably room temperature (20 ° C.) to 400 ° C.

【0093】最後に、図34(b)に示すように、フォ
トリソグラフィ法と反応性イオンエッチング(RIE)
法とを用いてアルミニウム合金層127を所定の形状に
パターニングすることで、アルミニウム合金積層配線が
完成する。
Finally, as shown in FIG. 34B, photolithography and reactive ion etching (RIE) are performed.
By patterning the aluminum alloy layer 127 into a predetermined shape by using the above method, the aluminum alloy laminated wiring is completed.

【0094】以上述べた方法によれば、自己整合的に窒
化バナジウム層125及び珪化バナジウム層126を形
成できる。また、結晶面方位が(110)面のバナジウ
ム層123上に窒素の組成比が0.71の窒化バナジウ
ム層125を形成しているので、窒化バナジウム層12
5の結晶面方位は(111)面となる。(111)面の
窒化バナジウムと(111)面のアルミニウムとの界面
エネルギーは十分低いので、窒化バナジウム層126上
には結晶面方位が(111)面の高配向のアルミニウム
合金層127が形成される。
According to the method described above, the vanadium nitride layer 125 and the vanadium silicide layer 126 can be formed in a self-aligned manner. Further, since the vanadium nitride layer 125 having a nitrogen composition ratio of 0.71 is formed on the vanadium layer 123 having a crystal plane orientation of (110) plane, the vanadium nitride layer 12
The crystal plane orientation of No. 5 is the (111) plane. Since the interface energy between vanadium nitride on the (111) plane and aluminum on the (111) plane is sufficiently low, a highly oriented aluminum alloy layer 127 having a crystal plane orientation of the (111) plane is formed on the vanadium nitride layer 126. ..

【0095】したがって、本実施例によれば、珪化バナ
ジウム層126によってコンタクト抵抗を低減できると
共に、高配向のアルミニウム合金層127によってE
M,SM信頼性の改善も図ることができる。
Therefore, according to the present embodiment, the contact resistance can be reduced by the vanadium silicide layer 126, and E can be reduced by the highly oriented aluminum alloy layer 127.
It is also possible to improve the reliability of M and SM.

【0096】なお、図34(c)に示すように、図33
(c)の工程で説明した熱処理を行なう前に、チェンバ
ー内に20cm3 /minの流量のアルゴンガス40c
3 と20cm3 /minの流量の窒素ガスとを導入し
てチェンバー内の圧力を3.7×10-1Paに保った状
態で、バナジウムのターゲットを用い、印加電圧600
V、ターゲット電流5Aの条件でアルゴン・窒素プラズ
マを発生させて、バナジウム層123上に厚さ20nm
の窒化バナジウム層125aをスパッタ堆積しても良
い。この後、上記実施例と同様に熱処理を行なって、窒
化バナジウム層125a/珪化バナジウム層126、窒
化バナジウム層125a/バナジウム層123の積層構
造を形成する。また、この窒化バナジウム層125aを
調べたところ、その窒素の組成比xは0.71で、結晶
構造は岩塩型構造、そして格子定数は0.407nmで
あった。
As shown in FIG. 34 (c), as shown in FIG.
Before performing the heat treatment described in the step (c), the chamber
ー 20 cm inside3 / Min flow rate of argon gas 40c
m3 And 20 cm3 Nitrogen gas at a flow rate of
Pressure in the chamber is 3.7 × 10-1State kept at Pa
In this state, using a vanadium target, the applied voltage 600
Argon / nitrogen plasma under the conditions of V and target current 5A
And a thickness of 20 nm is formed on the vanadium layer 123.
The vanadium nitride layer 125a may be sputter deposited.
Yes. After that, heat treatment is performed in the same manner as in the above-mentioned embodiment to remove nitrogen.
Vanadium silicide layer 125a / vanadium silicide layer 126, nitrogen
Laminated structure of vanadium bromide layer 125a / vanadium layer 123
Form a structure. In addition, the vanadium nitride layer 125a
As a result of investigation, the composition ratio x of nitrogen was 0.71 and
The structure is rock salt type, and the lattice constant is 0.407 nm.
there were.

【0097】なお、窒化バナジウム層125aの膜厚は
10〜50nm、珪化バナジウム層126の膜厚は20
〜80nm程度であることが望ましい。また、窒素ガス
の代わりにアンモニアガスを用いても良い。図35,図
36は本発明の第8の実施例に係るアルミニウム合金積
層配線の形成工程断面図である。
The vanadium nitride layer 125a has a thickness of 10 to 50 nm, and the vanadium silicide layer 126 has a thickness of 20 nm.
It is desirable that the thickness is about 80 nm. Ammonia gas may be used instead of nitrogen gas. 35 and 36 are sectional views of the aluminum alloy laminated wiring forming process according to the eighth embodiment of the present invention.

【0098】まず、図35(a)に示すように、拡散層
133が表面に形成された半導体基板131上に第1の
層間絶縁膜135、下層配線137を形成する。次いで
全面に第2の層間絶縁膜139を堆積した後、ヴィアホ
ール(スルーホール)141を形成して埋め込み配線パ
ターンを形成する。
First, as shown in FIG. 35A, the first interlayer insulating film 135 and the lower layer wiring 137 are formed on the semiconductor substrate 131 having the diffusion layer 133 formed on the surface thereof. Then, after depositing a second interlayer insulating film 139 on the entire surface, a via hole (through hole) 141 is formed to form a buried wiring pattern.

【0099】次に図35(b)に示すように、コールド
ウォール型CVD装置に半導体基板131をセットした
後、このCVD装置のチャンバー内を2.0×10-5
a以下の真空にし、半導体基板131を450℃まで昇
温すると共に、チャンバー内に1000cm3 /min
の流量の水素ガス及び200cm3 /minの流量のバ
ナジウムクロライド(VCl5 )を導入することによ
り、ヴィアホール141内の拡散層133及び下層配線
137上に結晶面方位が(110)のバナジウム層14
3を選択的に形成する。
Next, as shown in FIG. 35B, after setting the semiconductor substrate 131 in the cold wall type CVD apparatus, the inside of the chamber of this CVD apparatus is 2.0 × 10 −5 P.
The semiconductor substrate 131 is heated to 450 ° C. under a vacuum of a or less, and 1000 cm 3 in the chamber. / Min
Flow rate of hydrogen gas and 200 cm 3 By introducing vanadium chloride (VCl 5 ) at a flow rate of / min, the vanadium layer 14 having a crystal plane orientation (110) is formed on the diffusion layer 133 and the lower wiring 137 in the via hole 141.
3 is selectively formed.

【0100】次に図35(c)に示すように、チェンバ
ー内に200cm3 /minの流量の窒素ガスを導入し
てチャンバー内の圧力を3.7×10-1Paに保ち、こ
の状態で半導体基板131の裏面側に設置したタングス
テンハロゲンランプを用いて半導体基板131に600
℃、15秒の熱処理を施し、結晶面方位が(111)の
窒化バナジウム層145、珪化バナジウム層147を形
成する。即ち、この熱処理によって、コンタクト部のバ
ナジウム層143は窒化バナジウム層145/珪化バナ
ジウム層147の積層構造のバナジウム化合物層に変換
され、コンタクト部以外のバナジウム層143は窒化バ
ナジウム層145/バナジウム層143の積層構造のバ
ナジウム化合物層・バナジウム層に変換される。
Next, as shown in FIG. 35 (c), 200 cm 3 is placed in the chamber. Nitrogen gas at a flow rate of / min is introduced to maintain the pressure in the chamber at 3.7 × 10 −1 Pa, and in this state, a tungsten halogen lamp installed on the back surface side of the semiconductor substrate 131
Heat treatment is performed at 15 ° C. for 15 seconds to form a vanadium nitride layer 145 and a vanadium silicide layer 147 having a crystal plane orientation of (111). That is, by this heat treatment, the vanadium layer 143 at the contact portion is converted into a vanadium compound layer having a laminated structure of the vanadium nitride layer 145 / vanadium silicide layer 147, and the vanadium layer 143 other than the contact portion becomes the vanadium nitride layer 145 / vanadium layer 143. It is converted to a vanadium compound layer / vanadium layer having a laminated structure.

【0101】この窒化バナジウム層(VNx)145を
調べたところ、その組成比xは0.71で、結晶構造は
岩塩型構造、そして格子定数は0.407nmであっ
た。また、珪化バナジウム(VSix )147の組成比
xは2であった。なお、窒化バナジウム層145の膜厚
は10〜50nm程度、珪化バナジウム層147の膜厚
は20〜80nm程度であることが望ましい。また、ア
ルミニウム合金層149の形成時の温度は室温(20
℃)〜400℃程度であることが望ましい。
When the vanadium nitride layer (VN x ) 145 was examined, the composition ratio x was 0.71, the crystal structure was rock salt type structure, and the lattice constant was 0.407 nm. Further, the composition ratio x of the silicide vanadium (VSi x) 147 was 2. The vanadium nitride layer 145 preferably has a thickness of about 10 to 50 nm, and the vanadium silicide layer 147 preferably has a thickness of about 20 to 80 nm. The temperature at the time of forming the aluminum alloy layer 149 is room temperature (20
C.) to 400.degree. C. is desirable.

【0102】次に図36(a)に示すように、チェンバ
ー内の圧力を2.0×10-5Pa以下の真空にし、半導
体基板131を270℃まで降温した後、チェンバー内
に1000cm3 /minの流量の水素ガス及び3cm
3 /minの流量のジメチルアルミニウムハイドライド
(AlH(CH3 2 )ガスを導入してチェンバー内の
圧力を1.5×103 Paに保った状態で、窒化バナジ
ウム層145上に厚さ400nmのアルミニウム層14
9を選択的に形成する。このとき、結晶面方位が(11
1)の窒化バナジウムと結晶面方位が(111)のアル
ミニウムとの界面エネルギーが十分低いので、アルミニ
ウム層149の結晶面方位は(111)となる。なお、
このアルミニウム層149の膜厚は200〜800nm
程度であることが望ましい。最後に、図36(b)に示
すように、全面に絶縁膜150を堆積した後、エッチバ
ックを行なってアルミニウム合金積層配線が完成する。
Next, as shown in FIG. 36 (a), the pressure inside the chamber is set to a vacuum of 2.0 × 10 −5 Pa or less, the semiconductor substrate 131 is cooled to 270 ° C., and then 1000 cm 3 inside the chamber. / Min flow rate of hydrogen gas and 3 cm
3 Dimethyl aluminum hydride (AlH (CH 3 ) 2 ) gas at a flow rate of / min was introduced to increase the pressure in the chamber to 1.5 × 10 3. The aluminum layer 14 having a thickness of 400 nm is formed on the vanadium nitride layer 145 while being kept at Pa.
9 is selectively formed. At this time, the crystal plane orientation is (11
Since the interface energy between vanadium nitride of 1) and aluminum having a crystal plane orientation of (111) is sufficiently low, the crystal plane orientation of the aluminum layer 149 is (111). In addition,
The film thickness of the aluminum layer 149 is 200 to 800 nm.
It is desirable that it is a degree. Finally, as shown in FIG. 36B, an insulating film 150 is deposited on the entire surface, and then etched back to complete the aluminum alloy laminated wiring.

【0103】なお、図36(c)に示すように、図35
(c)の工程で説明した熱処理を行なう前に、半導体基
板131を450℃に保持し、チェンバー内の圧力を
2.0×10-5Pa以下に真空に排気した後、チェンバ
ー内に500cm3 /minの流量の水素ガスと500
cm3 /minの流量の窒素ガスと200cm3 /mi
nの流量のバナジウムクロライド(VCl5 )ガスを導
入してチェンバー内の圧力を3.7×10-1Paに保っ
た状態で、バナジウム層143上に厚さ20nmの窒化
バナジウム層145aを形成しても良い。この窒化バナ
ジウム層145aを調べたところ、その窒素の組成比x
は0.71で、結晶構造は岩塩型構造、そして格子定数
は0.407nmであった。窒化バナジウム層145a
の膜厚は10〜50nm程度であることが望ましい。な
お、窒化バナジウム層を形成する工程で、13.56M
Hz、800Wの高周波電力を印加してRF放電を行な
うことにより窒素プラズマを発生させても良い。また、
窒素ガスの代わりにアンモニアガスを用いても良い。以
上述べた方法でも先の実施例と同様に低コンタクト抵抗
で高信頼のアルミニウム合金積層を形成できる。図3
7,図38は本発明の第9の実施例に係るアルミニウム
積層配線の形成工程断面図である。
Note that, as shown in FIG.
Before performing the heat treatment described in the step (c), the semiconductor substrate 131 is held at 450 ° C., the pressure inside the chamber is evacuated to 2.0 × 10 −5 Pa or less, and then 500 cm 3 inside the chamber. Hydrogen gas with a flow rate of / min and 500
cm 3 / Min flow rate of nitrogen gas and 200 cm 3 / Mi
A vanadium nitride layer 145a having a thickness of 20 nm is formed on the vanadium layer 143 while introducing a vanadium chloride (VCl 5 ) gas at a flow rate of n and keeping the pressure inside the chamber at 3.7 × 10 −1 Pa. May be. When the vanadium nitride layer 145a was examined, the nitrogen composition ratio x
Was 0.71, the crystal structure was rock salt type structure, and the lattice constant was 0.407 nm. Vanadium nitride layer 145a
The film thickness of is preferably about 10 to 50 nm. In the step of forming the vanadium nitride layer, 13.56M
Nitrogen plasma may be generated by applying high-frequency power of Hz and 800 W to perform RF discharge. Also,
Ammonia gas may be used instead of nitrogen gas. With the method described above, it is possible to form a highly reliable aluminum alloy laminate with low contact resistance as in the previous embodiment. Figure 3
7 and 38 are sectional views of the aluminum laminated wiring forming process according to the ninth embodiment of the present invention.

【0104】まず、図37(a)に示すように、先の実
施例と同様に半導体基板151の表面に拡散層153を
形成した後、第1の層間絶縁膜155、下層配線15
7、第2の層間絶縁膜159及びヴィアホール(スルー
ホール)161を形成する。次いでコールドウォール型
電子線励起プラズマCVD装置に半導体基板151をセ
ットした後、このCVD装置のチャンバー内を2.0×
10-5Pa以下の真空に排気した後、半導体基板151
を270℃まで昇温する。
First, as shown in FIG. 37A, after forming the diffusion layer 153 on the surface of the semiconductor substrate 151 as in the previous embodiment, the first interlayer insulating film 155 and the lower layer wiring 15 are formed.
7. A second interlayer insulating film 159 and a via hole (through hole) 161 are formed. Next, after setting the semiconductor substrate 151 in the cold wall type electron beam excited plasma CVD apparatus, the inside of the chamber of this CVD apparatus is set to 2.0 ×.
After evacuating to a vacuum of 10 −5 Pa or less, the semiconductor substrate 151
Is heated to 270 ° C.

【0105】次に図37(b)に示すように、半導体基
板151に−60〜−80V程度の電圧を印加した後、
チェンバー内の圧力を3.7×10-2Paに保った状態
のままで、チャンバー内に30cm3 /minの流量の
水素ガス及び10cm3 /minの流量のバナジウムク
ロライド(VCl5 )を導入すると共に、90〜100
eV程度のエネルギーの電子線を照射してプラズマを発
生させることにより、ヴィアホール161内の拡散層1
53及び下層配線157、並びに第2の絶縁膜(埋め込
み配線パターン)159上に厚さ60nmの結晶面方位
が(110)のバナジウム層163を形成する。
Next, as shown in FIG. 37 (b), after applying a voltage of about -60 to -80 V to the semiconductor substrate 151,
With the pressure inside the chamber kept at 3.7 × 10 -2 Pa, 30 cm 3 inside the chamber. / Min flow rate of hydrogen gas and 10 cm 3 90 to 100 while introducing vanadium chloride (VCl 5 ) at a flow rate of / min.
The diffusion layer 1 in the via hole 161 is generated by irradiating an electron beam with energy of about eV to generate plasma.
A vanadium layer 163 having a crystal plane orientation of (110) and a thickness of 60 nm is formed on the lower wiring 53, the lower wiring 157, and the second insulating film (embedded wiring pattern) 159.

【0106】次に図37(c)に示すように、半導体基
板151に270℃の条件下で−60〜−80V程度の
電圧を印加した状態で、上記CVD装置のチェンバー内
の圧力を2.0×10-5Pa以下の真空にした後、上記
チャンバー内に200cm3 /min流量の窒素ガスを
導入して、チャンバー内の圧力が3.7×103 Paに
保たれるようにする。次いで半導体基板151の裏面側
に設置したタングステンハロゲンランプを用いて半導体
基板151に600℃、15秒の熱処理を施し、結晶面
方位が(111)の窒化バナジウム層165、珪化バナ
ジウム層167を形成する。即ち、この熱処理によっ
て、コンタクト部のバナジウム層163は窒化バナジウ
ム層165/珪化バナジウム層167の積層構造のバナ
ジウム化合物に変換され、コンタクト部以外のバナジウ
ム層163は窒化バナジウム層165/バナジウム層1
63の積層構造のバナジウム化合物・バナジウム層に変
換される。
Next, as shown in FIG. 37 (c), a semiconductor substrate
The plate 151, under the condition of 270 ° C, the voltage of about -60 to -80V
Inside the chamber of the above CVD apparatus with voltage applied
Pressure of 2.0 × 10-FiveAfter applying a vacuum of Pa or less,
200 cm in the chamber3 / Min flow rate of nitrogen gas
When introduced, the pressure in the chamber is 3.7 x 103 To Pa
To be kept. Next, the back surface side of the semiconductor substrate 151
Semiconductor using a tungsten halogen lamp installed in
The substrate 151 is heat-treated at 600 ° C. for 15 seconds to form a crystal plane.
Vanadium nitride layer 165 with (111) orientation, silicified vana
The dium layer 167 is formed. That is, this heat treatment
The vanadium layer 163 of the contact portion is made of vanadium nitride.
Of the laminated structure of the aluminum layer 165 / the vanadium silicide layer 167
It is converted to a dium compound, and
The aluminum layer 163 is a vanadium nitride layer 165 / vanadium layer 1
Change to a vanadium compound / vanadium layer with a laminated structure of 63
Will be replaced.

【0107】この窒化バナジウム層(VNx)165を
調べたところ、その組成比xは0.71で、結晶構造は
岩塩型構造、そして格子定数は0.407nmであっ
た。また、珪化バナジウム166(VSix)の組成比
xは2であった。なお、窒化バナジウム層165の膜厚
は10〜50nm値度、珪化バナジウム層166の膜厚
は20〜80nm程度であることが望ましい。
When the vanadium nitride layer (VN x ) 165 was examined, the composition ratio x was 0.71, the crystal structure was rock salt structure, and the lattice constant was 0.407 nm. Further, the composition ratio x of the silicide vanadium 166 (VSi x) was 2. The vanadium nitride layer 165 preferably has a thickness of 10 to 50 nm, and the vanadium silicide layer 166 preferably has a thickness of about 20 to 80 nm.

【0108】次に図38(a)に示すように、チェンバ
ー内の圧力を2.0×10-5Pa以下の真空にし、半導
体基板151を270℃に保持した後、チェンバー内に
1000cm3 /minの流量の水素ガス及び3cm3
/minの流量のジメチルアルミニウムハイドライド
(AlH(CH3 2 )ガスを導入してチェンバー内の
圧力を1.5×103 Paにし、この状態で窒化バナジ
ウム層165上に結晶面方位が(111)の厚さ400
nmのアルミニウム層169を選択的に形成する。な
お、このアルミニウム層169の膜厚は200〜800
nmであることが望ましい。アルミニウム層169の形
成時の温度は室温(20℃)〜400℃程度であること
が望ましい。最後に、図38(b)に示すように、全面
に絶縁膜170を堆積し、これをエッチバックしてアル
ミニウム積層配線が完成する。以上述べた方法でも先の
実施例と同様な効果が得られる。
Next, as shown in FIG. 38 (a), the pressure inside the chamber is set to a vacuum of 2.0 × 10 −5 Pa or less, the semiconductor substrate 151 is held at 270 ° C., and then 1000 cm 3 inside the chamber. / Min flow rate of hydrogen gas and 3 cm 3
Dimethyl aluminum hydride (AlH (CH 3 ) 2 ) gas at a flow rate of / min was introduced to increase the pressure in the chamber to 1.5 × 10 3. Pa, and in this state, a thickness of 400 with a crystal plane orientation of (111) on the vanadium nitride layer 165.
An aluminum layer 169 having a thickness of 1 nm is selectively formed. The thickness of the aluminum layer 169 is 200 to 800.
nm is desirable. The temperature at the time of forming the aluminum layer 169 is preferably room temperature (20 ° C.) to about 400 ° C. Finally, as shown in FIG. 38B, an insulating film 170 is deposited on the entire surface and is etched back to complete an aluminum laminated wiring. With the method described above, the same effect as that of the previous embodiment can be obtained.

【0109】なお、図38(c)に示すように、図37
(c)の工程で説明した熱処理を行なう前に、270℃
の半導体基板131に−60〜−80Vの電圧を印加
し、チェンバー内の圧力を2.0×10-5Pa以下に真
空に排気した後、チェンバー内に30cm3 /minの
流量の窒素ガスと30cm3 /minの流量の水素ガス
と10cm3 /minの流量のバナジウムクロライド
(VCl5 )ガスを導入してチェンバー内の圧力を3.
7×10-1Paに保ち、この状態で90〜100eVの
エネルギーの電子線を照射してプラズマを発生させるこ
とにより、バナジウム層163上に厚さ20nmの窒化
バナジウム層165aを堆積しても良い。
As shown in FIG. 38 (c), FIG.
270 ° C. before performing the heat treatment described in the step (c).
After applying a voltage of −60 to −80 V to the semiconductor substrate 131 of No. 1 and evacuating the pressure in the chamber to 2.0 × 10 −5 Pa or less, 30 cm 3 in the chamber. / Min flow rate of nitrogen gas and 30 cm 3 Hydrogen gas with a flow rate of 10 / min and 10 cm 3 2. Vanadium chloride (VCl 5 ) gas at a flow rate of / min was introduced to increase the pressure in the chamber to 3.
The vanadium nitride layer 165a having a thickness of 20 nm may be deposited on the vanadium layer 163 by maintaining the pressure at 7 × 10 −1 Pa and irradiating an electron beam with an energy of 90 to 100 eV in this state to generate plasma. ..

【0110】この窒化バナジウム層165aを調べたと
ころ、その窒素の組成比xは0.71で、結晶構造は岩
塩型構造、そして格子定数は0.407nmであった。
窒化バナジウム層165aの膜厚は10〜50nm程
度、珪化バナジウム層126の膜厚は20〜80nm程
度であることが望ましい。また、窒素ガスの代わりにア
ンモニアガスを用いても良い。
When the vanadium nitride layer 165a was examined, the composition ratio x of nitrogen was 0.71, the crystal structure was rock salt type structure, and the lattice constant was 0.407 nm.
It is desirable that the vanadium nitride layer 165a has a thickness of about 10 to 50 nm, and the vanadium silicide layer 126 has a thickness of about 20 to 80 nm. Ammonia gas may be used instead of nitrogen gas.

【0111】なお、上述した実施例では拡散層について
特に限定しなかったが、例えば、本発明はMOSトラン
ジスタのソース,ドレインとなる拡散層への適用が可能
である。また、拡散層でなくても、シリコンを主成分と
する半導体層、例えば、シリコン基板自身でも良い。
Although the diffusion layer is not particularly limited in the above-mentioned embodiments, for example, the present invention can be applied to the diffusion layer serving as the source and drain of the MOS transistor. Further, instead of the diffusion layer, a semiconductor layer containing silicon as a main component, for example, the silicon substrate itself may be used.

【0112】[0112]

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、配
向性に優れた積層金属配線を形成できるので、エレクト
ロマイグレーション耐性、ストレスマイグレーション耐
性を改善でき、もって半導体装置が高集積化、微細化し
ても信頼性が十分に得られる金属配線を得ることができ
る。
As described above in detail, according to the present invention, a laminated metal wiring having an excellent orientation can be formed, so that electromigration resistance and stress migration resistance can be improved, and therefore, a semiconductor device can be highly integrated and fine. It is possible to obtain a metal wiring having sufficient reliability even if it is made into a metal.

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

【図1】本発明の第1の実施例に係る積層金属配線の構
造を示す図。
FIG. 1 is a diagram showing a structure of a laminated metal wiring according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1の積層金属配線の前半の形成工程断面図。FIG. 2 is a sectional view of a forming process of the first half of the laminated metal wiring shown in FIG.

【図3】図1の積層金属配線の後半の形成工程断面図。3 is a sectional view of the latter half of the forming process of the laminated metal wiring of FIG.

【図4】Cu(111)/Mo界面エネルギーの面方位
依存性を示す図。
FIG. 4 is a diagram showing the plane orientation dependence of Cu (111) / Mo interface energy.

【図5】Cu(111)/TiN(111)界面エネル
ギーの面方位依存性を示す図。
FIG. 5 is a diagram showing the plane orientation dependence of Cu (111) / TiN (111) interface energy.

【図6】Cu(111)/Mo(110)界面エネルギ
ーの面内回転角依存性を示す図。
FIG. 6 is a diagram showing in-plane rotation angle dependence of Cu (111) / Mo (110) interface energy.

【図7】Cu(111)/TiN(111)界面エネル
ギーの面内回転角依存性を示す図。
FIG. 7 is a diagram showing in-plane rotation angle dependence of Cu (111) / TiN (111) interface energy.

【図8】本発明の第2の実施例に係る積層金属配線の前
半の形成工程断面図。
FIG. 8 is a sectional view of a forming process of the first half of the laminated metal wiring according to the second embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第2の実施例に係る積層金属配線の後
半の形成工程断面図。
FIG. 9 is a sectional view of a second half of the forming process of the laminated metal wiring according to the second embodiment of the present invention.

【図10】Cu(111)/Mo(110)界面エネル
ギーの堆積温度依存性を示す図。
FIG. 10 is a diagram showing the deposition temperature dependence of Cu (111) / Mo (110) interface energy.

【図11】本発明の第3の実施例に係る積層金属配線の
第1の形成工程断面図。
FIG. 11 is a sectional view of the first forming process of the laminated metal wiring according to the third embodiment of the present invention.

【図12】本発明の第3の実施例に係る積層金属配線の
第2の形成工程断面図。
FIG. 12 is a sectional view of the second forming step of the laminated metal wiring according to the third embodiment of the present invention.

【図13】本発明の第3の実施例に係る積層金属配線の
第3の形成工程断面図。
FIG. 13 is a sectional view of a third step of forming a laminated metal wiring according to the third embodiment of the present invention.

【図14】積層金属配線中のCuの配向性を示すX線回
析図。
FIG. 14 is an X-ray diffraction diagram showing the orientation of Cu in the laminated metal wiring.

【図15】積層金属配線中のCuの配向性を示すX線回
析図。
FIG. 15 is an X-ray diffraction diagram showing the orientation of Cu in the laminated metal wiring.

【図16】本発明の第4の実施例に係る積層金属配線の
構造を示す図。
FIG. 16 is a diagram showing a structure of a laminated metal wiring according to a fourth embodiment of the present invention.

【図17】図16の積層金属配線の前半の形成工程断面
図。
FIG. 17 is a sectional view of a forming process of the first half of the laminated metal wiring shown in FIG. 16;

【図18】図16の積層金属配線の後半の形成工程断面
図。
FIG. 18 is a sectional view of a forming process of the latter half of the laminated metal wiring of FIG.

【図19】Al/VN0.71(111)界面エネルギーの
面方位依存性を示す図。
FIG. 19 is a diagram showing the plane orientation dependence of Al / VN 0.71 (111) interface energy.

【図20】Al/TiN(111)界面エネルギーの面
方位依存性を示す図。
FIG. 20 is a diagram showing the plane orientation dependence of Al / TiN (111) interface energy.

【図21】Al(111)/VN0.71(111)界面エ
ネルギーの面内回転角依存性を示す図。
FIG. 21 is a diagram showing in-plane rotation angle dependence of Al (111) / VN 0.71 (111) interface energy.

【図22】Al(111)/TiN(111)界面エネ
ルギーの面内回転角依存性を示す図。
FIG. 22 is a diagram showing in-plane rotation angle dependence of Al (111) / TiN (111) interface energy.

【図23】VNxの組成比xと格子定数aとの関係を示
す図。
FIG. 23 is a diagram showing a relationship between a composition ratio x of VN x and a lattice constant a.

【図24】VNxの組成比xと結晶構造との関係を示す
図。
FIG. 24 is a diagram showing a relationship between a composition ratio x of VN x and a crystal structure.

【図25】本発明の第5の実施例に係る積層金属配線の
前半の形成工程断面図。
FIG. 25 is a sectional view of a forming process of the first half of a laminated metal wiring according to a fifth embodiment of the present invention.

【図26】本発明の第5の実施例に係る積層金属配線の
後半の形成工程断面図。
FIG. 26 is a sectional view of the second half of the forming steps of the laminated metal wiring according to the fifth embodiment of the present invention.

【図27】Al(111)/VN0.71(111)界面エ
ネルギーの堆積温度依存性を示す図。
FIG. 27 is a diagram showing the deposition temperature dependence of Al (111) / VN 0.71 (111) interface energy.

【図28】本発明の第6の実施例に係る積層金属配線の
第1の形成工程断面図。
FIG. 28 is a sectional view of the first forming process of the laminated metal wiring according to the sixth embodiment of the present invention.

【図29】本発明の第6の実施例に係る積層金属配線の
第2の形成工程断面図。
FIG. 29 is a sectional view of the second forming step of the laminated metal wiring according to the sixth embodiment of the present invention.

【図30】本発明の第6の実施例に係る積層金属配線の
第3の形成工程断面図。
FIG. 30 is a sectional view of a third forming step of the laminated metal wiring according to the sixth embodiment of the present invention.

【図31】積層金属配線中のAlの配向性を示すX線回
析図。
FIG. 31 is an X-ray diffraction diagram showing the orientation of Al in the laminated metal wiring.

【図32】結晶方位関係を示す図。FIG. 32 is a view showing a crystal orientation relationship.

【図33】本発明の第7の実施例に係るアルミニウム合
金積層配線の前半の形成工程断面図。
FIG. 33 is a sectional view of a forming process of the first half of the aluminum alloy laminated wiring according to the seventh embodiment of the present invention.

【図34】本発明の第7の実施例に係るアルミニウム合
金積層配線の後半の形成工程断面図。
FIG. 34 is a sectional view of the second half of the formation steps of the aluminum alloy laminated wiring according to the seventh embodiment of the present invention.

【図35】本発明の第8の実施例に係るアルミニウム合
金積層配線の前半の形成工程断面図。
FIG. 35 is a sectional view of a forming process of the first half of the aluminum alloy laminated wiring according to the eighth embodiment of the present invention.

【図36】本発明の第8の実施例に係るアルミニウム合
金積層配線の後半の形成工程断面図。
FIG. 36 is a sectional view of the second half of the formation steps of the aluminum alloy laminated wiring according to the eighth embodiment of the present invention.

【図37】本発明の第9の実施例に係るアルミニウム合
金積層配線の前半の形成工程断面図。
FIG. 37 is a sectional view of the forming process of the first half of the aluminum alloy laminated wiring according to the ninth embodiment of the present invention.

【図38】本発明の第9の実施例に係るアルミニウム合
金積層配線の後半の形成工程断面図。
FIG. 38 is a sectional view of the second half of the formation steps of the aluminum alloy laminated wiring according to the ninth embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,15,35,55,69,89,111,131,
151…半導体基板、3,17,21,37,41,5
7,71,75,91,95,115,119,13
5,139,155,159…層間絶縁膜、5,33,
53…銅合金積層配線、7,27,47…チタン層、9
…モリブデン層、11,31,51…銅層、13,67
…フォトレジストパターン、19,39,73,93,
117,137,157…下層配線、23,43,7
7,97,121,141,161…ヴィアホール、2
5,45,79,99…埋め込み配線パターン、29,
49…タングステン層、65,87,107…アルミニ
ウム合金積層配線、61,81,101…チタン層、6
3.83,103,125,125a,145,145
a,165,165a…窒化バナジウム層、59,8
5,105…アルミニウム層、113,133,153
…拡散層、123,143,163…バナジウム層、1
26,147,167…珪化バナジウム層、127…ア
ルミニウム合金層、149,168…アルミニウム層、
150…絶縁膜。
1, 15, 35, 55, 69, 89, 111, 131,
151 ... Semiconductor substrate, 3, 17, 21, 37, 41, 5
7, 71, 75, 91, 95, 115, 119, 13
5, 139, 155, 159 ... Interlayer insulating film, 5, 33,
53 ... Copper alloy laminated wiring, 7, 27, 47 ... Titanium layer, 9
... Molybdenum layer, 11, 31, 51 ... Copper layer, 13, 67
... Photoresist pattern, 19, 39, 73, 93,
117, 137, 157 ... Lower layer wiring, 23, 43, 7
7,97,121,141,161 ... Via holes, 2
5, 45, 79, 99 ... Embedded wiring pattern, 29,
49 ... Tungsten layer, 65, 87, 107 ... Aluminum alloy laminated wiring, 61, 81, 101 ... Titanium layer, 6
3.83, 103, 125, 125a, 145, 145
a, 165, 165a ... Vanadium nitride layer, 59, 8
5, 105 ... Aluminum layer, 113, 133, 153
... Diffusion layer, 123, 143, 163 ... Vanadium layer, 1
26, 147, 167 ... Vanadium silicide layer, 127 ... Aluminum alloy layer, 149, 168 ... Aluminum layer,
150 ... Insulating film.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 須黒 恭一 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝総合研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Kyoichi Suguro 1 Komukai Toshiba-cho, Kouki-ku, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture Toshiba Research Institute Co., Ltd.

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】基板上に形成された金属V族及び金属VI
族の元素の少なくとも1つを含む結晶面方位が(11
0)の下層配線と、 この下層配線上に形成された銅,銀,金のうち少なくと
も1つを主成分とする配線とを有することを特徴とする
金属配線。
1. A metal group V and a metal VI formed on a substrate.
The crystal plane orientation containing at least one element of the group is (11
0) A lower layer wiring, and a metal wiring having at least one of copper, silver, and gold as a main component formed on the lower layer wiring.
【請求項2】基板上に形成された窒化バナジウム,窒化
クロム,窒化ニオブ,窒化モリブデン,窒化タングステ
ンのうち少なくとも1つを含む下層配線と、 この下層配線上に形成されたアルミニウムを主成分とす
る配線とを有することを特徴とする金属配線。
2. A lower layer wiring containing at least one of vanadium nitride, chromium nitride, niobium nitride, molybdenum nitride, and tungsten nitride formed on a substrate, and aluminum formed on the lower layer wiring as a main component. A metal wiring having a wiring.
【請求項3】基板上に、金属V族及び金属VI族の元素
の少なくとも1つを含む結晶面方位が(110)の下層
配線を形成する工程と、 この下層配線上に銅,銀,金の少なくとも1つを主成分
とする配線を形成する工程とを有することを特徴とする
金属配線の形成方法。
3. A step of forming a lower layer wiring having a crystal plane orientation of (110) containing at least one element of a metal V group and a metal VI group on a substrate, and copper, silver, gold on the lower layer wiring. And a step of forming a wiring containing at least one of the above as a main component.
【請求項4】基板上に、窒化バナジウム,窒化クロム,
窒化ニオブ,窒化モリブデン,窒化タングステンのうち
少なくとも1つを含む下層配線を形成する工程と、 この下層配線上にアルミニウムを主成分とする配線を形
成する工程とを有することを特徴とする金属配線の形成
方法。
4. Vanadium nitride, chromium nitride, and
A metal wiring comprising: a step of forming a lower layer wiring containing at least one of niobium nitride, molybdenum nitride, and tungsten nitride; and a step of forming a wiring containing aluminum as a main component on the lower layer wiring. Forming method.
【請求項5】シリコンを主成分とする半導体層上に形成
された珪化バナジウム層と、 この珪化バナジウム層上に形成された結晶面方位が(1
11)の窒化バナジウム層と、 この窒化バナジウム層上に形成されたアルミニウムを主
成分とする配線とを有することを特徴とする金属配線。
5. A vanadium silicide layer formed on a semiconductor layer containing silicon as a main component, and a crystal plane orientation formed on the vanadium silicide layer is (1).
11) A metal wiring having a vanadium nitride layer and a wiring containing aluminum as a main component formed on the vanadium nitride layer.
【請求項6】シリコンを主成分とする半導体層上に結晶
面方位が(111)のバナジウム層を形成する工程と、 窒素を含むガス雰囲気中の熱処理によって、前記バナジ
ウム層を、前記半導体層に接する珪化バナジウム層と、
この珪化バナジウム層に接する窒化バナジウム層とから
なる積層構造のバナジウム化合物層にする工程と、 前記窒化バナジウム層上にアルミニウムを主成分とする
配線を形成する工程とを有することを特徴とする金属配
線の形成方法。
6. A step of forming a vanadium layer having a crystal plane orientation of (111) on a semiconductor layer containing silicon as a main component, and a heat treatment in a gas atmosphere containing nitrogen to turn the vanadium layer into the semiconductor layer. A contacting vanadium silicide layer,
Metal wiring comprising: a step of forming a vanadium compound layer having a laminated structure including a vanadium nitride layer in contact with the vanadium silicide layer; and a step of forming a wiring containing aluminum as a main component on the vanadium nitride layer. Forming method.
【請求項7】シリコンを主成分とする半導体層上に結晶
面方位が(111)のバナジウム層を形成する工程と、 このバナジウム層上に窒化バナジウム層を形成する工程
と、 熱処理によって、前記バナジウム層を珪化バナジウム層
にする工程と、 前記珪化バナジウム層上にアルミニウムを主成分とする
配線を形成する工程とを有することを特徴とする金属配
線の形成方法。
7. A step of forming a vanadium layer having a crystal plane orientation of (111) on a semiconductor layer containing silicon as a main component, a step of forming a vanadium nitride layer on the vanadium layer, and a step of heat-treating the vanadium layer. A method of forming a metal wiring, comprising: a step of forming a layer of vanadium silicide layer; and a step of forming a wiring containing aluminum as a main component on the vanadium silicide layer.
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