JPH06283606A - Semiconductor device and its manufacture - Google Patents

Semiconductor device and its manufacture

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JPH06283606A
JPH06283606A JP5068780A JP6878093A JPH06283606A JP H06283606 A JPH06283606 A JP H06283606A JP 5068780 A JP5068780 A JP 5068780A JP 6878093 A JP6878093 A JP 6878093A JP H06283606 A JPH06283606 A JP H06283606A
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titanium nitride
film
wiring
nitride film
oriented
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Hiroshi Jinriki
力 博 神
Kenji Kaizuka
塚 健 志 貝
Tomohiro Oota
田 与 洋 太
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Abstract

PURPOSE:To control preferential crystal orientation of an upper layer wiring, flatten a wiring layer, realize a wiring of high reliability, and simplify a process, by a method wherein a titanium nitride film which turns to barrier metal, is excellent in coverage, and has specific orientation is formed, while filling connection holes in order to connect a lower layer wiring with the upper layer wiring. CONSTITUTION:In a conductive region on a semiconductor substrate 1 or in a contact part containing connection holes for connecting a lower layer wiring with an upper layer wiring, a titanium nitride film 4 which is excellent in coverage and oriented in (200) is formed with an excellent coverage to the contact part. After that, on the surface of (200) oriented titanium nitride 4, a thin film layer 7 for changing the orientation of TiN from (200) to (111) is formed with a coverage of 50% or larger, and a (111) oriented TiN film 5 is again formed. Thereby an Al based alloy wiring excellent in EM resistance and flatness 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、半導体装置およびその
製造方法に関し、特に半導体基板または下層配線と上層
配線との間の接続孔を埋め込みながら、上層配線の優先
結晶配向性を制御しつつ上下層を接続する半導体装置お
よびその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a semiconductor substrate or a lower layer wiring and a connection hole between the upper layer wiring and the upper layer wiring while controlling the preferential crystal orientation of the upper layer wiring. The present invention relates to a semiconductor device that connects lower layers and a manufacturing method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、半導体基板または下層配線
(以下、代表的に下層配線という)と上層配線とを接続
するために両層間に介在する層間絶縁膜に接続孔(コン
タクトホールまたはビュア)を開口し、この接続孔を直
接上層配線材料で埋め込んだり、あるいは導電膜で埋め
込んだ後に上層配線を積層することが行われている。こ
こで配線材料としてはアルミニウムが(Al)がよく用
いられている。
2. Description of the Related Art Conventionally, in order to connect a semiconductor substrate or a lower layer wiring (hereinafter, typically referred to as a lower layer wiring) and an upper layer wiring, a connection hole (contact hole or viewer) is formed in an interlayer insulating film interposed between both layers. It has been practiced to open and directly bury this connection hole with an upper layer wiring material, or to bury an upper layer wiring after burying with a conductive film. Here, aluminum (Al) is often used as a wiring material.

【0003】一方、半導体装置の微細化、高集積化が進
むにつれて浅い拡散層において配線材料であるアルミニ
ウムの拡散層へのスパイクや基板シリコンのアルミニウ
ム配線への析出などの問題が生じてきている。そのた
め、電極配線材料としてアルミニウム中にあらかじめ1
%程度のシリコンが混入されたアルミニウム合金の使
用、および、アルミニウム合金とシリコン拡散層のコン
タクト部にアルミニウムとシリコンの相互拡散を防ぐた
めに拡散バリア層(バリアメタルと呼ぶ)を用いるよう
になっている。これは、接続孔の埋め込み、すなわちプ
ラグを形成する際においても同様である。
On the other hand, as semiconductor devices become finer and more highly integrated, problems such as spikes of aluminum, which is a wiring material, in the diffusion layer and deposition of substrate silicon on aluminum wiring have arisen in shallow diffusion layers. Therefore, it is necessary to use 1
%, An aluminum alloy mixed with silicon is used, and a diffusion barrier layer (called a barrier metal) is used to prevent mutual diffusion of aluminum and silicon in a contact portion between the aluminum alloy and the silicon diffusion layer. . This is the same when burying the connection hole, that is, when forming the plug.

【0004】バリアメタルとして現在最も有望な材料と
考えられているのが窒化チタン(チタンナイトライド)
である。チタンナイトライド(TiN)は、バリア性に
優れているのみならず比較的低抵抗であること、および
同じチタン化合物であるチタンシリサイドによりシリコ
ン基板との低抵抗コンタクトを容易に実現できるため成
膜に連続性がもてること、さらにコンタクト孔にタング
ステンプラグを適用する場合タングステンとの密着性に
優れていること等がその理由である。
Titanium nitride (titanium nitride) is currently considered to be the most promising material for barrier metals.
Is. Titanium nitride (TiN) has not only excellent barrier properties but also relatively low resistance, and titanium silicide, which is the same titanium compound, can easily realize low resistance contact with a silicon substrate for film formation. The reason is that it has continuity and that it has excellent adhesion to tungsten when a tungsten plug is applied to the contact hole.

【0005】アルミニウムまたはアルミニウム合金配線
のエレクトロマイグレーション(EM)耐性には(11
1)に配向した膜が優れているといわれており、そのた
めの方法として特開平3−262127号公報には、T
iN膜を(111)に配向させてその上に(111)配
向のAl配線層を形成させる方法が開示されている。
The electromigration (EM) resistance of aluminum or aluminum alloy wiring is (11)
It is said that the film oriented in 1) is excellent, and as a method therefor, JP-A-3-262127 discloses T film.
A method is disclosed in which the iN film is oriented in (111) and an Al wiring layer having (111) orientation is formed thereon.

【0006】一方、接続孔を埋め込むためのコンタクト
プラグとして、バリアメタルにTiNを用いたタングス
テン(W)プラグの代わりにCVD−TiNプラグを単
に埋め込む技術がAbstract of the 1991 International
Conference on Solid StateDevices and Materials, Y
okohama, 1991, pp.210−212に開示されてい
る。
On the other hand, as a contact plug for burying a connection hole, a technique of simply burying a CVD-TiN plug instead of a tungsten (W) plug using TiN as a barrier metal is Abstract of the 1991 International.
Conference on Solid State Devices and Materials, Y
okohama, 1991, pp. 210-212.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】ところで、特開平3−
262127号公報においては、バリア性と高信頼性を
持つバリアメタルである(111)配向のTiN膜は、
Tiをスパッタ法で直接堆積することにより成膜した後
に窒化することにより、あるいは反応性スパッタリング
法によって成膜されており、コンタクトプラグ形成には
不向きであるという問題があった。
By the way, JP-A-3-
In Japanese Patent Laid-Open No. 262127, a (111) -oriented TiN film, which is a barrier metal having barrier properties and high reliability, is disclosed as follows.
There is a problem that it is not suitable for forming a contact plug because it is formed by directly depositing Ti by sputtering and then nitriding it or by reactive sputtering.

【0008】しかしながら、チタンナイトライドを従来
のCVD法で成膜した場合、配線に利用できるような膜
質が得られるのは(200)に配向した場合であり、
(111)に配向したチタンナイトライド膜はバリアメ
タルの本質的な目的である拡散バリア層として機能が悪
くなることが報告されている。
However, when titanium nitride is formed by the conventional CVD method, the film quality that can be used for wiring is obtained when it is oriented in (200).
It has been reported that a titanium nitride film oriented in (111) has a poor function as a diffusion barrier layer which is an essential purpose of a barrier metal.

【0009】上述のCVD−TiNでコンタクトホール
を埋め込む方法では、埋め込み材料であるTiNの配向
性について何ら考慮されていないため、被覆性を考慮す
ると従来のCVD−TiNでは(200)に配向したT
iNで埋め込むこととなり、膜質は良好で配線に適した
ものとなるが、上層の配線材料であるAlの配向性も
(200)となってしまい、(111)に配向しないた
め配線の信頼性が低下するという問題があった。一方、
CVD法によって(111)に配向したTiNを形成
し、コンタクトホールを埋め込む場合、CVD−TiN
(111)は膜質が十分とはいえず、配線抵抗の上昇や
バリア性の低下を招く等の問題があった。
In the above-mentioned method of filling a contact hole with CVD-TiN, no consideration is given to the orientation of TiN, which is the filling material. Therefore, considering the coating property, the conventional CVD-TiN has a T orientation of (200).
Since it is embedded with iN, the film quality is good and it is suitable for wiring, but the orientation of Al, which is the wiring material in the upper layer, is also (200), and the orientation of (111) does not occur, so the reliability of the wiring is improved. There was a problem of lowering. on the other hand,
When TiN oriented to (111) is formed by the CVD method and the contact hole is filled, CVD-TiN
The film quality of (111) cannot be said to be sufficient, and there was a problem that the wiring resistance increased and the barrier property deteriorated.

【0010】すなわち、従来のコンタクト用のCVD−
TiN技術では、積層するAlのEM耐性が良好な配向
膜の形成性を考慮した技術となっていなかった。この原
因は、Alの(111)配向性膜形成に有利な、(11
1)配向のCVD−TiNを実現する場合には、一般に
被覆性が劣化する傾向に有るからである。従って、(1
11)配向性のCVD−TiNにより良好な被覆性を実
現することは困難であった。
That is, the conventional CVD for contact-
The TiN technique has not been a technique that takes into consideration the formability of an alignment film in which Al to be stacked has good EM resistance. This cause is advantageous for the formation of a (111) oriented film of Al.
1) When the oriented CVD-TiN is realized, the covering property generally tends to deteriorate. Therefore, (1
11) It was difficult to achieve good coverage with oriented CVD-TiN.

【0011】本発明の目的は、上記従来技術の問題点を
解消し、半導体基板もしくは下層配線と上層配線とを接
続するために、上下配線層間の接続孔を埋め込みなが
ら、アルミニウムまたはその合金からなる上層配線の下
地として拡散バリア性と配線の高信頼性を併せ持つバリ
アメタルとなる被覆性の良い(111)配向窒化チタン
膜を形成することにより、上層配線の優先結晶配向性を
制御して、配線層を平坦化するとともに高信頼の配線の
実現と工程の簡略化を図った半導体装置およびその製造
方法を提供するにある。
An object of the present invention is to eliminate the above-mentioned problems of the prior art and to connect a semiconductor substrate or a lower layer wiring to an upper layer wiring, by filling the connection hole between the upper and lower wiring layers with aluminum or its alloy. By forming a (111) oriented titanium nitride film having good coverage as a barrier metal having both a diffusion barrier property and a high reliability of the wiring as a base of the upper wiring, the preferential crystal orientation of the upper wiring is controlled to It is an object of the present invention to provide a semiconductor device in which a layer is flattened, highly reliable wiring is realized, and a process is simplified, and a manufacturing method thereof.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明者らは、上層のアルミニウムまたはその合金
配線の下地にバリアメタルとして用いられる窒化チタン
の配向性と被覆性について鋭意研究した結果、被覆性を
支配する表面反応と供給反応に於いて、表面反応領域の
プロセス条件に於いても、従来のシリコン、酸化シリコ
ン上では(200)配向となるが、Ti(002)上で
は(111)配向となることを見いだし、本発明に至っ
たものである。
In order to achieve the above-mentioned object, the present inventors diligently studied the orientation and the covering property of titanium nitride used as a barrier metal under the aluminum or its alloy wiring in the upper layer. As a result, in the surface reaction and the supply reaction that control the coating property, even under the process conditions of the surface reaction region, the conventional silicon or silicon oxide has a (200) orientation, but on the Ti (002) ( The present invention has been completed by finding that the (111) orientation is achieved.

【0013】すなわち、本発明の第1の態様は、半導体
基板上の導電性領域または下層配線と上層配線を接続す
る接続孔において、この接続孔の底面の導電性領域また
は下層配線上に形成された(200)に配向した第1の
窒化チタン膜と、この第1の窒化チタン膜上に表面被覆
率50%以上で形成された第2の窒化チタン膜の結晶配
向性を制御する薄膜もしくは粒と、この薄膜もしくは粒
上に積層されたこの薄膜もしくは粒によって(111)
に配向した第2の窒化チタン膜と、この第2の窒化チタ
ン膜上に積層された、前記上層配線層を構成するアルミ
ニウムまたはその合金膜とを有することを特徴とする半
導体装置を提供するものである。
That is, the first aspect of the present invention is to form a conductive region on a semiconductor substrate or a connection hole for connecting a lower layer wiring and an upper layer wiring on the conductive region or the lower layer wiring on the bottom surface of the connection hole. (200) oriented first titanium nitride film and a thin film or grain for controlling the crystal orientation of the second titanium nitride film formed on the first titanium nitride film with a surface coverage of 50% or more. And (111) by this thin film or grain laminated on this thin film or grain
A semiconductor device comprising: a second titanium nitride film oriented in a vertical direction; and an aluminum film or an alloy film thereof which composes the upper wiring layer and is laminated on the second titanium nitride film. Is.

【0014】また、本発明の第2の態様は、半導体基板
上の導電性領域または下層配線とアルミニウムまたはそ
の合金からなる上層配線との間の接続孔を介して前記半
導体基板または下層配線と上層配線とを接続して半導体
装置を製造するに際し、まず、前記接続孔の底面の前記
半導体基板の導電性領域または下層配線上に(200)
に配向する条件で(200)に配向した窒化チタンをC
VD法により堆積して、前記接続孔の全部を埋め込むま
たは前記接続孔の底表面および側表面を覆う、(20
0)に配向した第1の窒化チタン膜を形成し、次いで、
この第1の窒化チタン膜上に(111)に配向した第2
の窒化チタン膜の形成に有効な薄膜もしくは前記第1の
窒化チタン膜上に散在する第2の窒化チタン膜の核成長
中心となる粒を表面被覆率50%以上で被覆し、次い
で、CVD法により同一の条件で、上層配線層を構成す
るアルミニウムまたはその合金の配向性を(111)と
させるのに有効な(111)に配向した第2の窒化チタ
ン膜を形成した後、この第2の窒化チタン膜の上に前記
上層配線層を構成するアルミニウムまたはその合金膜を
積層することを特徴とする半導体装置の製造方法を提供
するものである。
In a second aspect of the present invention, the semiconductor substrate or the lower layer wiring and the upper layer wiring are connected through a connection hole between the conductive region or the lower layer wiring on the semiconductor substrate and the upper layer wiring made of aluminum or an alloy thereof. In manufacturing a semiconductor device by connecting with wiring, first, on a conductive region of the semiconductor substrate on the bottom surface of the connection hole or on a lower wiring (200).
(200) oriented titanium nitride under the condition of
Deposited by the VD method to fill the whole of the contact hole or cover the bottom surface and side surface of the contact hole;
0) oriented first titanium nitride film is formed, and then
A second (111) -oriented second film is formed on the first titanium nitride film.
Of the thin film effective for forming the titanium nitride film or the second titanium nitride film scattered on the first titanium nitride film as a nucleus growth center is coated with a surface coverage of 50% or more, and then the CVD method is used. Under the same conditions, after forming a second titanium nitride film oriented to (111) effective for making the orientation of aluminum or its alloy forming the upper wiring layer to be (111), the second titanium nitride film is formed. The present invention provides a method for manufacturing a semiconductor device, which comprises laminating aluminum or an alloy film thereof that constitutes the upper wiring layer on a titanium nitride film.

【0015】また、本発明の第3の態様は、半導体基板
上の導電性領域または下層配線とアルミニウムまたはそ
の合金からなる上層配線との間の接続孔を介して前記半
導体基板または下層配線と上層配線とを接続して半導体
装置を製造するに際し、まず、前記接続孔の底面の前記
半導体基板の導電性領域または下層配線上に(200)
に配向する条件でCVD法により(200)に配向した
窒化チタンを堆積して、前記接続孔の上縁部を超えて
(200)に配向した第1の窒化チタン膜を形成し、次
いで、前記接続孔の上縁上に積層された第1の窒化チタ
ン膜をエッチバックした後、続いて、この第1の窒化チ
タン膜上に(111)に配向した第2の窒化チタン膜の
形成に有効な薄膜あるいは散在する第2の窒化チタン膜
の核成長中心となる粒を表面被覆率50%以上で被覆
し、次いで、上層配線層を構成するアルミニウムまたは
その合金の配向性を(111)とさせるのに有効な(1
11)に配向した第2の窒化チタン膜を形成した後、こ
の第2の窒化チタン膜の上に前記上層配線を構成するア
ルミニウムまたはその合金膜を積層することを特徴とす
る半導体装置の製造方法を提供するものである。
Further, a third aspect of the present invention is that the semiconductor substrate or the lower layer wiring and the upper layer wiring are connected via a connection hole between the conductive region or the lower layer wiring on the semiconductor substrate and the upper layer wiring made of aluminum or its alloy. In manufacturing a semiconductor device by connecting with wiring, first, on a conductive region of the semiconductor substrate on the bottom surface of the connection hole or on a lower wiring (200).
(200) -oriented titanium nitride is deposited by a CVD method under the condition of orienting to form a first titanium nitride film oriented to (200) beyond the upper edge of the connection hole, and then, After etching back the first titanium nitride film laminated on the upper edge of the contact hole, subsequently, it is effective for forming a (111) -oriented second titanium nitride film on this first titanium nitride film. A thin film or a grain of the second titanium nitride film which is scattered and becomes the nucleus growth center with a surface coverage of 50% or more, and then the orientation of the aluminum or its alloy forming the upper wiring layer is set to (111). Valid for (1
11) A second titanium nitride film oriented to form a second titanium nitride film, and thereafter, aluminum or an alloy film forming the upper wiring is laminated on the second titanium nitride film, and a method of manufacturing a semiconductor device. Is provided.

【0016】ここで、前記薄膜あるいは粒、前記第2の
窒化チタン膜およびアルミニウムまたはその合金膜は、
スパッター法により形成されるのが好ましい。また、上
記各態様において、前記薄膜あるいは粒は、チタンであ
るのが好ましい。
Here, the thin film or grain, the second titanium nitride film and aluminum or its alloy film are
It is preferably formed by the sputter method. Further, in each of the above aspects, it is preferable that the thin film or grain is titanium.

【0017】また、本発明の第4の態様は、半導体基板
上の導電性領域または下層配線とアルミニウムまたはそ
の合金からなる上層配線との間の接続孔を介して前記半
導体基板または下層配線と上層配線とを接続半導体装置
の製造するに際し、まず、前記接続孔の底面の前記半導
体基板の導電性領域または下層配線上に(200)に配
向する条件で(200)に配向した窒化チタンをCVD
法により堆積して、前記接続孔の全部を埋め込むまたは
前記接続孔の底表面および側表面を覆う、(200)に
配向した第1の窒化チタン膜を形成し、次いで、この第
1の窒化チタン膜上に(111)に配向した第2の窒化
チタン膜の形成に有効なチタン膜を形成し、続いて、こ
のチタン膜の一部を窒化処理して(111)に配向した
第2の窒化チタン膜を形成した後、この第2の窒化チタ
ン膜の上に前記上層配線層を構成するアルミニウムまた
はその合金膜を積層することを特徴とする半導体装置の
製造方法を提供するものである。
A fourth aspect of the present invention is that the semiconductor substrate or the lower layer wiring and the upper layer wiring are connected via a connection hole between the conductive region or the lower layer wiring on the semiconductor substrate and the upper layer wiring made of aluminum or an alloy thereof. In manufacturing a connection semiconductor device with wiring, first, titanium nitride oriented in (200) is CVD on a conductive region of the semiconductor substrate on the bottom surface of the connection hole or on lower wiring under the condition of (200) orientation.
To form a (200) -oriented first titanium nitride film that is deposited by a method to fill the entire connection hole or cover the bottom surface and side surface of the connection hole, and then form the first titanium nitride film. A titanium film effective for forming a (111) -oriented second titanium nitride film is formed on the film, and then a part of the titanium film is subjected to a nitriding treatment to form a (111) -oriented second nitride film. A method for manufacturing a semiconductor device is provided, which comprises forming a titanium film and then laminating aluminum or its alloy film forming the upper wiring layer on the second titanium nitride film.

【0018】[0018]

【発明の作用】本発明の半導体装置およびその製造方法
は、半導体基板上の導電性領域もしくは下層配線と上層
配線とを接続する接続孔を含むコンタクト部において、
予め被覆性に優れた(200)に配向した窒化チタン
(TiN)膜をコンタクト部分に被覆性良く形成した
後、TiNの配向性を(111)に変えるための薄膜層
を一旦形成し、再び、TiN(111)配向膜を形成す
ることにより、コンタクト部を埋め込み、上層のアルミ
ニウム(Al)またはその合金(以下、Al系合金とい
う)配線を形成することによりなる配線接続構造を持つ
半導体装置およびその製造方法である。この際、Al系
合金配線は(111)に配向する結果、優れたEM耐性
を実現することができる。このTiNの配向性を変える
ための薄膜層は表面被覆率50%以上であれば、薄膜状
のチタンでもよいし、チタン粒子(原子)が散在して被
着している場合でもよい。本発明は半導体基板とのコン
タクトだけでなく、多層金属配線間にも適用することが
できる。また、半導体基板表面がシリサイド化されてい
る場合にも、同様な効果がえられる。
According to the semiconductor device and the method of manufacturing the same of the present invention, in the contact region including the conductive region on the semiconductor substrate or the connection hole for connecting the lower wiring and the upper wiring,
After forming a (200) oriented titanium nitride (TiN) film having excellent covering properties on the contact portion with good covering properties, a thin film layer for changing the TiN orientation property to (111) is formed once, and again, A semiconductor device having a wiring connection structure formed by forming a TiN (111) orientation film to fill a contact portion and form an upper layer aluminum (Al) or its alloy (hereinafter referred to as Al alloy) wiring It is a manufacturing method. At this time, since the Al-based alloy wiring is oriented in (111), excellent EM resistance can be realized. The thin film layer for changing the orientation of TiN may be thin film titanium as long as the surface coverage is 50% or more, or titanium particles (atoms) may be scattered and deposited. The present invention can be applied not only to the contact with the semiconductor substrate but also between the multilayer metal wirings. Similar effects can be obtained even when the surface of the semiconductor substrate is silicidized.

【0019】本発明の第2の態様の半導体装置の製造方
法においては、コンタクト部の一部または全部をCVD
法によりTiN(200)で被覆または埋め込んだ後に
TiNの配向性を変える薄膜層を表面被覆率50%以上
で被覆し、再びCVD法により同一条件下でTiN(1
11)配向膜を形成し、例えば、CVD法またはスパッ
タ法によって上層Al系合金配線層を形成する。また、
本発明の第3の態様においては、コンタクト部の全部を
CVD法によりTiN(200)で埋め込んだ後、エッ
チバックして平坦化し、例えば、スパッター法等によっ
て、TiN配向性制御薄膜層、TiN(111)および
Al系合金配線層を形成する。さらに本発明の第4の態
様では、コンタクト部へのCVD法によるTiN(20
0)の堆積後、Ti膜を積層後、このTi膜の表面側の
一部を窒化処理してTiN(111)を形成後、Al系
合金配線層を堆積する。
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the second aspect of the present invention, a part or all of the contact portion is formed by CVD.
Thin film layer that changes the orientation of TiN after being coated or embedded with TiN (200) by the CVD method at a surface coverage of 50% or more, and again by the CVD method under the same conditions.
11) An alignment film is formed, and an upper Al-based alloy wiring layer is formed by, for example, a CVD method or a sputtering method. Also,
In the third aspect of the present invention, the contact portion is entirely filled with TiN (200) by a CVD method, and then etched back to be flattened, and the TiN orientation control thin film layer, TiN ( 111) and an Al-based alloy wiring layer are formed. Furthermore, in the fourth aspect of the present invention, TiN (20
After depositing (0), a Ti film is laminated, a part of the front surface side of the Ti film is nitrided to form TiN (111), and then an Al-based alloy wiring layer is deposited.

【0020】[0020]

【実施例】本発明に係る半導体装置およびその製造方法
を添付の図面に示す好適実施例に基づいて詳細に説明す
る。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A semiconductor device and a method of manufacturing the same according to the present invention will be described in detail with reference to the preferred embodiments shown in the accompanying drawings.

【0021】図1(a),(b),(c)および(d)
は、それぞれ本発明の第1の態様の半導体装置の実施例
を示す断面構造模式図である。以下の実施例において
は、下層の半導体基板として第一導電型シリコン基板、
TiNの配向性を(111)に変える薄膜の材料として
チタン(Ti)、上層配線としてアルミニウム(Al)
を用いる場合を代表例として説明するが、本発明はこれ
に限定されないことはいうまでもない。
1 (a), (b), (c) and (d)
3A and 3B are schematic cross-sectional structure diagrams illustrating examples of the semiconductor device according to the first aspect of the present invention. In the following examples, the first conductivity type silicon substrate as the lower semiconductor substrate,
Titanium (Ti) as the material of the thin film that changes the orientation of TiN to (111), and aluminum (Al) as the upper wiring.
The case of using is described as a representative example, but it goes without saying that the present invention is not limited to this.

【0022】図1(a)に示す本発明の半導体装置の一
実施例のコンタクト部の構造は、本発明の第2の態様の
半導体装置の製造方法によって得られるもので、この実
施例においては、第一導電型のシリコン基板1上に形成
された反対導電型の高濃度拡散層領域2があり、この高
濃度拡散層領域2上の層間絶縁膜(例えば、BPSGな
ど)3を開孔して、アルミニウム6と窒化チタン(11
1)5とチタン7と窒化チタン(200)4とを構成要
素とする上層配線層と高濃度拡散層2を電気的に接続す
るための接続孔がある。この接続孔の底面のシリコン高
濃度拡散層2および側面ならびに周辺の絶縁膜3表面上
には被覆性がよく、膜質が良好でバリア性が有効な(2
00)配向窒化チタン4が被覆、積層されている。ま
た、この接続孔は主に(111)に優先配向した窒化チ
タン5により埋め込まれており、接続孔部から絶縁膜3
上にわたって形成されている。この窒化チタン5上に
(111)配向のアルミニウム6が形成されている。ま
た、(200)配向窒化チタン4の上で、窒化チタン5
の下地には窒化チタンの(111)優先配向を促進する
のに有効なチタン7が少なくとも、(200)配向窒化
チタン4の表面上に少なくとも50%以上の被覆率で存
在する。ここでは、高濃度拡散層2について示したが、
あらかじめ、基板表面がシリサイド化されていても同様
な効果を得ることができる。また、チタン層7が連続す
る膜となっている場合には(002)結晶配向している
と、より窒化チタンの(111)結晶配向を促進する効
果がある。
The structure of the contact portion of one embodiment of the semiconductor device of the present invention shown in FIG. 1A is obtained by the method of manufacturing a semiconductor device of the second aspect of the present invention. , There is a high-concentration diffusion layer region 2 of the opposite conductivity type formed on the first-conductivity-type silicon substrate 1, and an interlayer insulating film (for example, BPSG) 3 on this high-concentration diffusion layer region 2 is opened. Aluminum 6 and titanium nitride (11
1) There is a connection hole for electrically connecting the high-concentration diffusion layer 2 and the upper wiring layer having the elements 5, 5, 7 and titanium nitride (200) 4. The silicon high-concentration diffusion layer 2 on the bottom surface of the connection hole, the side surface, and the peripheral surface of the insulating film 3 have good coverage, good film quality, and effective barrier properties (2
00) Oriented titanium nitride 4 is coated and laminated. Further, this connection hole is mainly filled with titanium nitride 5 preferentially oriented in (111), and the insulating film 3 is formed from the connection hole portion.
It is formed over. Aluminum 6 having a (111) orientation is formed on the titanium nitride 5. Also, on the (200) oriented titanium nitride 4, titanium nitride 5
At least titanium 7, which is effective for promoting the (111) preferential orientation of titanium nitride, exists on the surface of the (200) oriented titanium nitride 4 at a coverage of at least 50% or more. Although the high-concentration diffusion layer 2 is shown here,
Similar effects can be obtained even if the substrate surface is silicidized in advance. Further, when the titanium layer 7 is a continuous film, the (002) crystal orientation has the effect of further promoting the (111) crystal orientation of titanium nitride.

【0023】図1(b)に示す本発明の半導体装置のコ
ンタクト部の構造は、本発明の第2および第4の態様の
半導体装置の製造方法によって得られるもので、この実
施例においては、第一導電型のシリコン基板1上に形成
された反対導電型の高濃度拡散層領域2があり、この高
濃度拡散層領域2上の絶縁膜3を開孔して、アルミニウ
ム6と窒化チタン(111)5とチタン7と窒化チタン
(200)4とを構成要素とする上層配線層と高濃度拡
散層2を電気的に接続するための接続孔がある。この接
続孔の底面のシリコン高濃度拡散層2および側面ならび
に周辺の絶縁膜3表面上には被覆性がよく、膜質が良好
でバリア性が有効な(200)配向窒化チタン4が被
覆、積層されている。この接続孔は主に(111)に優
先配向したアルミニウム6により埋め込まれており、接
続孔部から絶縁膜3上にわたって形成されている。この
アルミニウム6の下地には(111)配向の窒化チタン
5が形成されている。また、窒化チタン5の下地には窒
化チタンの(111)優先配向を促進するのに有効なチ
タン7が少なくとも、(200)配向窒化チタン4の表
面上に少なくとも50%以上の被覆率で存在する。ここ
では、高濃度拡散層2について示したが、あらかじめ、
基板表面がシリサイド化されていても同様な効果を得る
ことができる。また、チタン層7が連続する膜となって
いる場合には(002)結晶配向していると、より窒化
チタンの(111)結晶配向を促進する効果がある。
The structure of the contact portion of the semiconductor device of the present invention shown in FIG. 1B is obtained by the method of manufacturing a semiconductor device according to the second and fourth aspects of the present invention. In this embodiment, There is a high-concentration diffusion layer region 2 of the opposite conductivity type formed on a first-conductivity-type silicon substrate 1. An insulating film 3 on this high-concentration diffusion layer region 2 is opened to form aluminum 6 and titanium nitride ( 111) 5, titanium 7 and titanium nitride (200) 4 are provided as connection holes for electrically connecting the upper wiring layer and the high concentration diffusion layer 2. The (200) oriented titanium nitride 4 having good coverage, good film quality, and effective barrier properties is coated and laminated on the silicon high-concentration diffusion layer 2 on the bottom surface of the connection hole, the side surface, and the peripheral surface of the insulating film 3. ing. The connection hole is mainly filled with (6 1 1) -oriented aluminum 6 and is formed from the connection hole portion to the insulating film 3. Titanium nitride 5 having a (111) orientation is formed on the base of this aluminum 6. Further, at least titanium 7, which is effective for promoting the (111) preferred orientation of titanium nitride, is present on the surface of the titanium nitride 5 on the surface of the (200) oriented titanium nitride 4 at a coverage of at least 50% or more. . Here, the high-concentration diffusion layer 2 is shown, but in advance,
Similar effects can be obtained even if the substrate surface is silicidized. Further, when the titanium layer 7 is a continuous film, the (002) crystal orientation has the effect of further promoting the (111) crystal orientation of titanium nitride.

【0024】図1(c)に示すコンタクト部の構造は、
本発明の第2および第4の態様の半導体装置の製造方法
によって得られるもので、この実施例においては、第一
導電型のシリコン基板1上に形成された反対導電型の高
濃度拡散層領域2があり、この高濃度拡散層領域2上の
層間絶縁膜(例えば、BPSなど)3を開孔して、アル
ミニウム6と窒化チタン(111)5とチタン7と窒化
チタン(200)4を構成要素とする上層配線層と高濃
度拡散層2を電気的に接続するための接続孔があり、そ
の底面のシリコン高濃度拡散層2および側面および周辺
の絶縁膜3の表面上に対し被覆性がよく、膜質が良好で
バリア性が有効な(200)に配向した窒化チタン4に
より完全に埋め込まれており、接続孔部から絶縁膜3上
にわたって形成されている。また、窒化チタン(20
0)4の上には窒化チタン(111)5の下地として窒
化チタンの(111)優先配向を促進するのに有効なチ
タン7が少なくとも、(200)配向窒化チタン4の表
面上に少なくとも50%以上の被覆率で存在している。
このチタン7の上には(111)に優先配向した窒化チ
タン5が形成され、この窒化チタン(111)5上に
(111)配向のアルミニウム6が形成されている。こ
こでは、高濃度拡散層について示したが、あらかじめ、
基板表面がシリサイド化されていても同様な効果を得る
ことができる。また、チタン層7が連続する膜となって
いる場合には(002)結晶配向していると、より窒化
チタンの(111)結晶配向を促進する効果がある。
The structure of the contact portion shown in FIG.
It is obtained by the method for manufacturing a semiconductor device according to the second and fourth aspects of the present invention, and in this embodiment, a high-concentration diffusion layer region of the opposite conductivity type formed on the silicon substrate 1 of the first conductivity type. 2 and the interlayer insulating film (for example, BPS) 3 on this high-concentration diffusion layer region 2 is opened to form aluminum 6, titanium nitride (111) 5, titanium 7, and titanium nitride (200) 4. There is a connection hole for electrically connecting the upper wiring layer as an element and the high-concentration diffusion layer 2, and the coverage on the surface of the silicon high-concentration diffusion layer 2 on the bottom surface and the side surface and the peripheral insulating film 3 is high. Well, it is completely filled with (200) oriented titanium nitride 4 having good film quality and effective barrier property, and is formed from the connection hole portion to the insulating film 3. In addition, titanium nitride (20
0) 4 is at least titanium 7 effective as a base of titanium nitride (111) 5 for promoting the (111) preferential orientation of titanium nitride, and at least 50% of titanium 7 on the surface of (200) oriented titanium nitride 4. It exists with the above coverage.
The titanium nitride 5 preferentially oriented in (111) is formed on the titanium 7, and the aluminum 6 oriented in (111) is formed on the titanium nitride (111) 5. Although the high-concentration diffusion layer is shown here, in advance,
Similar effects can be obtained even if the substrate surface is silicidized. Further, when the titanium layer 7 is a continuous film, the (002) crystal orientation has the effect of further promoting the (111) crystal orientation of titanium nitride.

【0025】次に、図1(a),(b),(c)および
(d)に示すコンタクト部の構造を持つ本発明の半導体
装置の各実施例についての製造方法の具体的実施例につ
いて、図2および図3に示す工程図を用いて具体的に説
明する。
Next, specific examples of the manufacturing method for each example of the semiconductor device of the present invention having the contact portion structure shown in FIGS. 1 (a), 1 (b), 1 (c) and 1 (d) will be described. 2, which will be specifically described with reference to the process charts shown in FIGS.

【0026】図2(a)〜(d)および(e)は、図1
(a)に示すコンタクト部の構造を得るための本発明の
第2の態様の半導体装置の製造方法の一実施例につい
て、各工程をコンタクト部の断面構造模式図により示し
たものである。図2(a)に示すように、第一導電型の
シリコン基板1上には反対導電型の高濃度拡散層領域2
が形成されていた。酸化シリコンからなる層間絶縁膜3
を基板1上に約1μm形成し、この高濃度拡散層領域2
上の絶縁膜3をパターニングした後、ドライエッチング
により除去し、0.2μm径の接続孔を開孔した。
2A to 2D and 2E are shown in FIG.
FIG. 6 is a schematic sectional view of a contact portion showing each step in one embodiment of the method for manufacturing a semiconductor device according to the second aspect of the present invention for obtaining the contact portion structure shown in FIG. As shown in FIG. 2A, a high-concentration diffusion layer region 2 of the opposite conductivity type is formed on the silicon substrate 1 of the first conductivity type.
Had been formed. Interlayer insulating film 3 made of silicon oxide
Is formed on the substrate 1 to a thickness of about 1 μm, and the high concentration diffusion layer region 2 is formed.
After the upper insulating film 3 was patterned, it was removed by dry etching, and a 0.2 μm diameter connection hole was opened.

【0027】次いで、図2(b)に示すように、CVD
法により(200)に配向した窒化チタン4を、接続孔
の底面の高濃度拡散層2および接続孔側面の絶縁膜3の
表面ならびに接続孔外の絶縁膜3の上表面上に膜厚0.
02μmだけ形成した。この時窒化チタン5の成膜条件
は、真空度0.1Torr、基板加熱温度650℃、T
iCl4 蒸気が2sccm、アンモニアガスおよび水素
ガスの流量が共に10sccmであった。この条件はシ
リコン、酸化シリコン上に形成すると窒化チタン4の優
先結晶配向が(200)となる条件であった。(20
0)配向窒化チタン4の被覆性は良好であった。ところ
で、CVD法による(200)配向窒化チタン膜の膜厚
は5nm以上あればよい。続いて、図2(c)に示すよ
うに、スパッターによりチタン膜7を窒化チタン(20
0)4上に形成した。チタン7は接続孔外の平坦部では
窒化チタン(200)4上に膜厚5nmだけ形成した。
また、高濃度拡散層2上に相当する接続孔の底面部分で
は、チタン7は50%以上の被覆率で形成されていた。
Next, as shown in FIG. 2B, CVD
Titanium nitride 4 oriented to (200) by the method is formed on the surface of the high-concentration diffusion layer 2 on the bottom surface of the connection hole and on the side surface of the insulation film 3 on the side surface of the connection hole and on the upper surface of the insulation film 3 outside the connection hole.
Only the thickness of 02 μm was formed. At this time, the film formation conditions of the titanium nitride 5 are as follows: vacuum degree 0.1 Torr, substrate heating temperature 650 ° C., T
The iCl 4 vapor was 2 sccm, and the flow rates of ammonia gas and hydrogen gas were both 10 sccm. This condition was a condition that the preferential crystal orientation of titanium nitride 4 was (200) when formed on silicon or silicon oxide. (20
0) The coverage of the oriented titanium nitride 4 was good. By the way, the film thickness of the (200) oriented titanium nitride film formed by the CVD method may be 5 nm or more. Then, as shown in FIG. 2C, the titanium film 7 is sputtered to form titanium nitride (20
0) formed on 4. Titanium 7 was formed on titanium nitride (200) 4 in a flat portion outside the connection hole to a thickness of 5 nm.
Further, titanium 7 was formed with a coverage of 50% or more on the bottom surface of the connection hole corresponding to the high-concentration diffusion layer 2.

【0028】続いて、図2(d)では窒化チタン5をチ
タン7上に形成した。この時の窒化チタン5の成膜条件
は真空度0.1Torr、基板加熱温度650℃、Ti
Cl 4 蒸気が2sccm、アンモニアガスおよび水素ガ
スの流量が共に10sccmであった。この条件は、酸
化シリコン上に形成すると窒化チタン5の優先結晶配向
が(200)となる条件であるが、予めチタン7を形成
しているので、チタン7の影響により(111)に優先
結晶配向した。また、被覆性は良好であり、形成膜厚を
0.1μmとすることにより、接続孔は窒化チタン5に
より埋め込むことができた。最後に、図2(d)ではア
ルミニウム6をスパッター法により窒化チタン5上に約
0.8μm形成した。窒化チタン5は(111)に優先
結晶配向しており、アルミニウム6は同様に(111)
に優先結晶配向した。このアルミニウム6/窒化チタン
5/チタン7からなる上層配線層はパターニングされ
て、上層配線となった。ここで、チタン7は連続膜でな
くても、上述の一定(50%)以上の被覆性を持って形
成されているならば、同様に窒化チタン5は(111)
に優先結晶配向する。
Then, in FIG. 2D, titanium nitride 5 is removed.
Formed on tongue 7. Film forming conditions of titanium nitride 5 at this time
Is vacuum 0.1 Torr, substrate heating temperature 650 ° C., Ti
Cl Four2 sccm of vapor, ammonia gas and hydrogen gas
The flow rate of the gas was 10 sccm. This condition is
Preferred crystal orientation of titanium nitride 5 when formed on silicon nitride
Is titanium (200), but titanium 7 is formed in advance.
As a result, due to the effect of titanium 7, (111) has priority.
The crystal was oriented. In addition, the coverage is good and the formed film thickness is
By setting the thickness to 0.1 μm, the connection hole is made of titanium nitride 5.
I was able to embed more. Finally, in FIG.
Luminium 6 is sputtered on titanium nitride 5
0.8 μm was formed. Titanium nitride 5 has priority over (111)
Crystallographically oriented, aluminum 6 is also (111)
Preferred crystal orientation. This aluminum 6 / titanium nitride
5 / Titanium 7 upper wiring layer is patterned
And became the upper layer wiring. Here, titanium 7 is not a continuous film.
At least, it has a certain degree of coverage (50%) or more.
If it is made of titanium nitride 5 (111),
Preferred crystal orientation.

【0029】ここで、前記薄膜、もしくは核成長中心粒
または原子を前記半導体基板の導電性領域もしくは下層
配線上に被覆率50%以上で被覆するのは、50%以上
の被覆において、TiN(111)の良好な優先結晶配
向が得られるという理由による。
Here, the conductive region of the semiconductor substrate or the lower layer wiring is coated with the thin film or the nucleus growth center grain or atom at a coverage of 50% or more when the TiN (111) is coated at a coverage of 50% or more. The reason is that a good preferential crystal orientation of (1) can be obtained.

【0030】ここでは、高濃度拡散層2上について示し
たが、あらかじめ、基板表面がシリサイド化されていて
も同様な効果を得ることができる。また、チタン層が連
続する膜となっている場合には(002)結晶配向して
いると、より窒化チタンの(111)結晶配向を促進す
る効果がある。なお、アルミニウム6はCVD法によっ
て形成することができ、この場合にも(111)配向窒
化チタン5を下地としているので、(111)に配向す
る。
Here, the high-concentration diffusion layer 2 is shown, but the same effect can be obtained even if the substrate surface is silicidized in advance. Further, when the titanium layer is a continuous film, the (002) crystal orientation has the effect of further promoting the (111) crystal orientation of titanium nitride. The aluminum 6 can be formed by the CVD method, and in this case as well, since the (111) oriented titanium nitride 5 is used as the base, it is oriented in (111).

【0031】なお、図2(e)に示すように、本発明の
第2の態様においては、図2(c)に示すチタン7を形
成後、同一成膜条件でCVD法によって形成される窒化
チタン(111)5の膜厚を0.05μmとすること
で、十分な優先結晶配向を得ることができ、アルミニウ
ム6をCVD法により窒化チタン5上に全圧1Torr
で250℃(CH3 2 AlHをH2 キャリアーでチャ
ンバーに導入して約0.8μm形成し、接続孔をアルミ
ニウム6により完全に埋め込むことができた。この場合
にも、0.05μmの膜厚の窒化チタン5は十分に(1
11)に優先結晶配向しており、アルミニウム6は同様
に(111)に優先結晶配向した。このアルミニウム6
/窒化チタン5/チタン7からなる上層配線層をパター
ニングして、上層配線とすることができた。こうして、
図1(b)に示すコンタクト部の構造を得ることができ
た。なお、この場合には、(111)配向窒化チタン5
をスパッタ法によって成膜してもよい。
As shown in FIG. 2E, in the second embodiment of the present invention, after the titanium 7 shown in FIG. 2C is formed, nitriding is performed by the CVD method under the same film forming conditions. By setting the film thickness of titanium (111) 5 to 0.05 μm, a sufficient preferential crystal orientation can be obtained, and aluminum 6 is deposited on titanium nitride 5 by a CVD method at a total pressure of 1 Torr.
At 250 ° C. (CH 3 ) 2 AlH was introduced into the chamber with H 2 carrier to form about 0.8 μm, and the connection hole could be completely filled with aluminum 6. Also in this case, the titanium nitride 5 having a thickness of 0.05 μm is sufficiently (1
11) is preferentially crystallized, and aluminum 6 is similarly preferentially crystallized in (111). This aluminum 6
The upper wiring layer composed of / titanium nitride 5 / titanium 7 could be patterned to form an upper wiring. Thus
The structure of the contact portion shown in FIG. 1B was obtained. In this case, (111) oriented titanium nitride 5
May be formed by a sputtering method.

【0032】図3(a)〜(d)は、図1(c)に示す
コンタクト部の構造を得るための本発明の第1の配線接
続方法の別の実施例について、各工程をコンタクト部の
断面構造模式図により示したものである。図3(a)に
示すように、第一導電型のシリコン基板1上には反対導
電型の高濃度拡散層領域2が形成されていた。酸化シリ
コンからなる層間絶縁膜3を基板1上に約1ミクロン形
成し、この高濃度拡散層領域2上の絶縁膜3をパターニ
ングした後、ドライエッチングにより除去し、0.2μ
m径の接続孔を開孔した。
FIGS. 3 (a) to 3 (d) show the steps of a contact portion in another embodiment of the first wiring connection method of the present invention for obtaining the structure of the contact portion shown in FIG. 1 (c). It is shown by the schematic cross-sectional structure diagram of FIG. As shown in FIG. 3A, a high-concentration diffusion layer region 2 of the opposite conductivity type was formed on the silicon substrate 1 of the first conductivity type. An interlayer insulating film 3 made of silicon oxide is formed on the substrate 1 to a thickness of about 1 μm, and the insulating film 3 on the high-concentration diffusion layer region 2 is patterned and then removed by dry etching.
A m-diameter connection hole was opened.

【0033】次いで、図3(b)に示すように、CVD
法により(200)に配向した窒化チタン4を、接続孔
の底面の高濃度拡散層2および接続孔側面の絶縁膜3の
表面ならびに接続外の絶縁膜3の上表面上に形成した。
膜厚0.1μmとすることにより、接続孔を完全に埋め
込むことができた。この時窒化チタン5の成膜条件は、
真空度0.1Torr、基板加熱温度650℃、TiC
4 蒸気が2sccm、アンモニアガスおよび水素ガス
の流量が共に10sccmであった。この条件はシリコ
ン、酸化シリコン上に形成すると窒化チタン4の優先結
晶配向が(200)となる条件であった。(200)配
向窒化チタン4の被覆性は良好であった。続いて、図3
(c)に示すように、スパッターによりチタン膜7を
(200)配向窒化チタン4上に形成した。チタン7は
窒化チタン4上に膜厚が5nmだけ形成した。ここで、
チタン7は接続孔底面においても50%以上の被覆率で
形成されていた。
Next, as shown in FIG. 3B, CVD
By the method, titanium nitride 4 oriented in (200) was formed on the surface of the high-concentration diffusion layer 2 on the bottom surface of the connection hole, the surface of the insulating film 3 on the side surface of the connection hole, and the upper surface of the insulating film 3 outside the connection.
By setting the film thickness to 0.1 μm, the connection hole could be completely filled. At this time, the titanium nitride 5 film formation conditions are as follows:
Vacuum degree 0.1 Torr, substrate heating temperature 650 ° C, TiC
The l 4 vapor was 2 sccm, and the flow rates of ammonia gas and hydrogen gas were both 10 sccm. This condition was a condition that the preferential crystal orientation of titanium nitride 4 was (200) when formed on silicon or silicon oxide. The coverage of the (200) oriented titanium nitride 4 was good. Then, FIG.
As shown in (c), a titanium film 7 was formed on the (200) oriented titanium nitride 4 by sputtering. Titanium 7 was formed on titanium nitride 4 in a thickness of 5 nm. here,
Titanium 7 was also formed on the bottom surface of the connection hole with a coverage of 50% or more.

【0034】次いで、図3(d)では窒化チタン5をチ
タン7上に形成した。この時の窒化チタン5の成膜条件
は真空度0.1Torr、基板加熱温度650℃、Ti
Cl 4 蒸気が2sccm、アンモニアガスおよび水素ガ
スの流量が共に10sccmであった。この条件は、酸
化シリコン上に形成すると窒化チタン5の優先結晶配向
が(200)となる条件であるが、予めチタン7を形成
しているので、チタン7の影響により(111)に優先
結晶配向した。また、被覆性は良好であり、形成膜厚を
0.05ミクロンとした。0.05ミクロンとすること
で十分な(111)優先結晶配向となった。図3(d)
ではアルミニウム6をスパッター法により窒化チタン5
上に約0.8ミクロン形成した。窒化チタン5は(11
1)に優先結晶配向しており、アルミニウム6は同様に
(111)に優先結晶配向した。このアルミニウム6/
窒化チタン5/チタン7からなる上層配線層はパターニ
ングされて、上層配線となった。ここで、チタン7は連
続膜でなくても、上述の一定(50%)以上の被覆性を
持って形成されているならば、同様に窒化チタン5は
(111)に優先結晶配向する。
Next, in FIG. 3 (d), titanium nitride 5 is checked.
Formed on tongue 7. Film forming conditions of titanium nitride 5 at this time
Is vacuum 0.1 Torr, substrate heating temperature 650 ° C., Ti
Cl Four2 sccm of vapor, ammonia gas and hydrogen gas
The flow rate of the gas was 10 sccm. This condition is
Preferred crystal orientation of titanium nitride 5 when formed on silicon nitride
Is titanium (200), but titanium 7 is formed in advance.
As a result, due to the effect of titanium 7, (111) has priority.
The crystal was oriented. In addition, the coverage is good and the formed film thickness is
It was 0.05 micron. 0.05 micron
Was sufficient (111) preferential crystal orientation. Figure 3 (d)
Then aluminum 6 is sputtered to titanium nitride 5
Formed about 0.8 microns on top. Titanium nitride 5 is (11
The preferred crystal orientation is 1), and aluminum 6 is
The preferred crystal orientation was (111). This aluminum 6 /
The upper wiring layer consisting of titanium nitride 5 / titanium 7 is a pattern
And became an upper layer wiring. Here, titanium 7 is
Even if it is not a continuous film, the above-mentioned constant (50%) or more coverage
If it is formed by holding, the titanium nitride 5
Preferential crystal orientation is (111).

【0035】ここでは、高濃度拡散層2上について示し
たが、あらかじめ、基板表面がシリサイド化されていて
も同様な効果を得ることができる。また、チタン層が連
続する膜となっている場合には(002)結晶配向して
いると、より窒化チタンの(111)結晶配向を促進す
る効果がある。
Here, the high-concentration diffusion layer 2 is shown, but the same effect can be obtained even if the substrate surface is silicidized in advance. Further, when the titanium layer is a continuous film, the (002) crystal orientation has the effect of further promoting the (111) crystal orientation of titanium nitride.

【0036】図3(a),(b),(e),(f)は、
図1(d)に示すコンタクト部の構造を得るための本発
明の第3の態様の配線接続方法の別の実施例について、
各工程をコンタクト部の断面構造模式図により示したも
のである。図3(a)および図3(b)に示す工程は、
本発明の第2の態様の配線接続方法において、説明した
ので省略する。図3(b)に示すように(200)配向
窒化チタン4を用いて接続孔を完全に穴埋めした後、図
3(e)に示すように窒化チタン4をCl2 ガスにより
エッチバックした後、スパッター法によりTi8/Ti
N9/Al10を積層した。スパッターTi8上のスパ
ッターTiN9は(111)に優先結晶配向しており、
スパッターAl(アルミニウム)10は同様に(11
1)に優先結晶配向した。このアルミニウム10/窒化
チタン9/チタン8からなる上層配線層11はパターニ
ングされて、上層配線となる。ここで、チタン8は連続
膜でなくても、50%以上の被覆性を持って形成されて
いるならば、窒化チタン9は(111)に優先結晶配向
する。
3 (a), (b), (e) and (f),
Another embodiment of the wiring connection method according to the third aspect of the present invention for obtaining the structure of the contact portion shown in FIG.
Each step is shown by a schematic sectional structure of a contact portion. The steps shown in FIG. 3A and FIG.
Since the wiring connection method of the second aspect of the present invention has been described, the description thereof will be omitted. As shown in FIG. 3B, the (200) oriented titanium nitride 4 was used to completely fill the contact hole, and then the titanium nitride 4 was etched back with Cl 2 gas as shown in FIG. Ti8 / Ti by sputter method
N9 / Al10 was laminated. The sputtered TiN9 on the sputter Ti8 has a (111) preferential crystal orientation,
Similarly, spatter Al (aluminum) 10 (11
The preferred crystal orientation was 1). The upper wiring layer 11 made of aluminum 10 / titanium nitride 9 / titanium 8 is patterned to be an upper wiring. Here, if the titanium 8 is not a continuous film but is formed with a coverage of 50% or more, the titanium nitride 9 is preferentially crystallized in (111).

【0037】ここでは、高濃度拡散層2上について示し
たが、あらかじめ、基板表面がシリサイド化されていて
も同様な効果を得ることができる。また、チタン層8が
連続する膜となっている場合には(002)結晶配向し
ていると、より窒化チタン9の(111)結晶配向を促
進する効果がある。
Here, the high-concentration diffusion layer 2 is shown, but the same effect can be obtained even if the substrate surface is previously silicidized. Further, in the case where the titanium layer 8 is a continuous film, the (002) crystal orientation has the effect of further promoting the (111) crystal orientation of the titanium nitride 9.

【0038】なお、本発明の第4の態様の配線接続方法
は、図2(c)および図3(c)の工程において、チタ
ン膜7を0.05μmに成膜した後で、その表面側の一
部を窒化処理(窒素ガス中でRTA処理(急速加熱処
理))することにより、(111)配向窒化チタン5を
形成するもので、図2(e)すなわち図1(b)および
図3(d)すなわち図1(c)に示す構造のコンタクト
部を得ることができる。ここで、この窒化処理条件はN
3 1000sccm、800℃、30secのランプ
アニールとすることができる。
In the wiring connecting method of the fourth aspect of the present invention, after the titanium film 7 is formed to a thickness of 0.05 μm in the steps of FIGS. 2 is formed by performing a nitriding treatment (RTA treatment (rapid heating treatment) in nitrogen gas) on a part of the (111) oriented titanium nitride 5, as shown in FIG. 2E, that is, FIG. 1B and FIG. (D) That is, the contact portion having the structure shown in FIG. 1C can be obtained. Here, this nitriding treatment condition is N
A lamp anneal of H 3 1000 sccm, 800 ° C., 30 sec can be performed.

【0039】上述した実施例においては、半導体基板1
の導電性領域2と上層配線層を構成するアルミニウム6
または10との間の接続孔における配線接続方法につい
て説明したが、本発明はこれに限定されず、Al等から
なる多属金属配線における下層配線と上層配線間の接続
孔に適用するものであってもよい。また、上層配線およ
び下層配線を構成する金属としてAlを代表例として説
明したが、本発明はこれに限定されず、Al合金、C
u、Cu合金などを用いてもよい。
In the embodiment described above, the semiconductor substrate 1
Of the conductive region 2 and the upper wiring layer of aluminum 6
Although the wiring connection method in the connection hole between the upper layer wiring and the lower layer wiring has been described, the present invention is not limited to this, and is applied to the connection hole between the lower layer wiring and the upper layer wiring in the multi-genus metal wiring made of Al or the like. May be. Further, although Al has been described as a typical example of the metal constituting the upper layer wiring and the lower layer wiring, the present invention is not limited to this, and an Al alloy, C
You may use u, Cu alloy, etc.

【0040】上記実施例においては、第1および第2の
TiN膜をCVD法によって成膜し、そのCVDの原料
系として、TiCl4 /NH3 /H2 系を用いている
が、本発明はこれに限定されず、TiN膜の成膜におい
ても、その原料系は、チタン化合物を含む系であれば、
特に制限的ではなく、例えば、TiBr4 、TiI4
どのハロゲン化チタンを用いるものやジエチルアミノチ
タンなどの有機化合物なども用いることができる。また
CVDのTiN成膜条件も、上記実施例に限定されず、
半導体基板上に直接成膜した時に膜質の良好なTiNを
成膜する条件であればよく、例えばTiCl4 /NH3
/H2 系で、基板温度を650〜750℃、TiCl4
とNH3 の分圧比を1:1〜1:25、NH3 とH2
分圧比を1:0〜1:1、全圧を10mTorr〜10
Torrとすることができる。また、CVD−Al(1
11)の成膜条件も上記実施例に限定されない。
In the above embodiment, the first and second TiN films are formed by the CVD method, and the TiCl 4 / NH 3 / H 2 system is used as the raw material system for the CVD. The present invention is not limited to this, and even in the formation of the TiN film, if the raw material system is a system containing a titanium compound,
There is no particular limitation, and for example, titanium halides such as TiBr 4 and TiI 4 and organic compounds such as diethylamino titanium can be used. Further, the TiN film forming conditions of CVD are not limited to those in the above-mentioned embodiment,
Any conditions may be used as long as TiN having a good film quality is directly formed on the semiconductor substrate, for example, TiCl 4 / NH 3
/ H 2 system, substrate temperature 650 to 750 ℃, TiCl 4
And NH 3 partial pressure ratio of 1: 1 to 1:25, NH 3 and H 2 partial pressure ratio of 1: 0 to 1: 1 and total pressure of 10 mTorr to 10
It can be Torr. In addition, CVD-Al (1
The film forming conditions of 11) are not limited to those in the above embodiment.

【0041】上記実施例においては、(111)配向T
iN膜5および9の下地に薄膜としてスパッタ法によっ
てTi7および8を被覆したけれども、Ti7および8
を被覆する方法は、特に制限されず、(002)配向T
i7および8を(200)配向TiN膜4上に表面被覆
率50%以上に被覆できればどのような方法であっても
よい。また、上記実施例においては、この(002)配
向Ti7は、CVD−TiN5の配向性を決定する成膜
初期の核形成、すなわち将来(111)配向となるTi
Nの核形成に用いられるものである。
In the above embodiment, the (111) orientation T
Although Ti7 and 8 were coated as a thin film on the underlayer of the iN films 5 and 9 by the sputtering method,
There is no particular limitation on the method of coating the (002) orientation T
Any method may be used as long as i7 and i8 can be coated on the (200) oriented TiN film 4 at a surface coverage of 50% or more. Further, in the above-mentioned embodiment, the (002) oriented Ti7 is the nucleation at the initial stage of film formation that determines the orientation of the CVD-TiN5, that is, Ti which becomes the (111) oriented in the future.
It is used for nucleation of N.

【0042】また、上述の例では、上記薄膜の材料とし
て、Tiを挙げているが、本発明はこれに限定されず、
TiN5または9の膜の配向性がアルミニウム系合金配
線の配向性を良好に制御する配向性となるようにするこ
とができれば、どのような材料であってもよい。
In the above example, Ti is used as the material of the thin film, but the present invention is not limited to this.
Any material may be used as long as the orientation of the TiN 5 or 9 film can be controlled to favorably control the orientation of the aluminum alloy wiring.

【0043】[0043]

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の半導体装
置およびその製造方法によれば、半導体基板または下層
配線と上層配線との間の接続孔を埋め込みながら、バリ
ア性の有効な(200)配向窒化チタン膜と上層アルミ
ニウム系合金配線の(111)配向を促進する(11
1)配向窒化チタン膜(特に、CVD−TiN(11
1)膜)を積層することができるので配線の平坦化がで
きるばかりか、高信頼性の極めて優れた配線を形成する
ことができる。
As described above in detail, according to the semiconductor device and the method of manufacturing the same of the present invention, the barrier property is effective while filling the connection hole between the semiconductor substrate or the lower layer wiring and the upper layer wiring (200). ) Promote the (111) orientation of the oriented titanium nitride film and the upper aluminum-based alloy wiring (11)
1) Oriented titanium nitride film (especially CVD-TiN (11
Since 1) films can be laminated, not only the wiring can be flattened, but also highly reliable wiring can be formed.

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

【図1】 (a),(b),(c)および(d)は、本
発明に係る半導体装置の接続孔部の各実施例の構造を示
す断面図である。
1 (a), (b), (c) and (d) are cross-sectional views showing a structure of each embodiment of a connection hole portion of a semiconductor device according to the present invention.

【図2】 (a)〜(d)および(e)は、本発明の半
導体装置の製造方法の実施例の工程図である。
2A to 2D are process diagrams of an embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention.

【図3】 (a)〜(d)および(e),(f)は、本
発明の半導体装置の製造方法の別の実施例の工程図であ
る。
3A to 3D are process diagrams of another embodiment of the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 第1導電型シリコン基板 2 反対導電型高濃度拡散層 3 層間絶縁膜 4 CVD−TiN(200) 5 CVD−TiN(111) 6 Al(111) 7 Ti 8 スパッタTi 9 スパッタTiN 10 スパッタAl 11 上層配線(Ti/TiN/Al積層配線) 1 1st conductivity type silicon substrate 2 Opposite conductivity type high concentration diffusion layer 3 Interlayer insulation film 4 CVD-TiN (200) 5 CVD-TiN (111) 6 Al (111) 7 Ti 8 Sputtered Ti 9 Sputtered TiN 10 Sputtered Al 11 Upper layer wiring (Ti / TiN / Al laminated wiring)

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】半導体基板上の導電性領域または下層配線
と上層配線を接続する接続孔において、この接続孔の底
面の導電性領域または下層配線上に形成された(20
0)に配向した第1の窒化チタン膜と、この第1の窒化
チタン膜上に表面被覆率50%以上で形成された第2の
窒化チタン膜の結晶配向性を制御する薄膜もしくは粒
と、この薄膜もしくは粒上に積層されたこの薄膜もしく
は粒によって(111)に配向した第2の窒化チタン膜
と、この第2の窒化チタン膜上に積層された、前記上層
配線層を構成するアルミニウムまたはその合金膜とを有
することを特徴とする半導体装置。
1. A connection hole for connecting a conductive region on a semiconductor substrate or a lower layer wiring to an upper layer wiring is formed on the conductive region or the lower layer wiring on the bottom surface of the connection hole (20).
0) oriented first titanium nitride film, and a thin film or grain for controlling the crystal orientation of the second titanium nitride film formed on the first titanium nitride film with a surface coverage of 50% or more, A second titanium nitride film oriented in (111) by the thin film or grains laminated on the thin film or grains, and aluminum constituting the upper wiring layer laminated on the second titanium nitride film, or A semiconductor device having the alloy film.
【請求項2】半導体基板上の導電性領域または下層配線
とアルミニウムまたはその合金からなる上層配線との間
の接続孔を介して前記半導体基板または下層配線と上層
配線とを接続して半導体装置を製造するに際し、 まず、前記接続孔の底面の前記半導体基板の導電性領域
または下層配線上に(200)に配向する条件で(20
0)に配向した窒化チタンをCVD法により堆積して、
前記接続孔の全部を埋め込むまたは前記接続孔の底表面
および側表面を覆う、(200)に配向した第1の窒化
チタン膜を形成し、 次いで、この第1の窒化チタン膜上に(111)に配向
した第2の窒化チタン膜の形成に有効な薄膜もしくは前
記第1の窒化チタン膜上に散在する第2の窒化チタン膜
の核成長中心となる粒を表面被覆率50%以上で被覆
し、 次いで、CVD法により同一の条件で、上層配線層を構
成するアルミニウムまたはその合金の配向性を(11
1)とさせるのに有効な(111)に配向した第2の窒
化チタン膜を形成した後、 この第2の窒化チタン膜の上に前記上層配線層を構成す
るアルミニウムまたはその合金膜を積層することを特徴
とする半導体装置の製造方法。
2. A semiconductor device in which the semiconductor substrate or the lower layer wiring is connected to the upper layer wiring through a connection hole between a conductive region or a lower layer wiring on the semiconductor substrate and an upper layer wiring made of aluminum or its alloy. In manufacturing, first, under the condition of (20) orientation on the conductive region of the semiconductor substrate on the bottom surface of the connection hole or on the lower wiring (20)
0) oriented titanium nitride is deposited by the CVD method,
A (200) -oriented first titanium nitride film is formed which fills the whole of the connection hole or covers the bottom surface and side surface of the connection hole, and then forms (111) on the first titanium nitride film. A thin film effective for forming the second titanium nitride film oriented in the direction of or a grain serving as a nucleus growth center of the second titanium nitride film scattered on the first titanium nitride film is coated with a surface coverage of 50% or more. Then, the orientation of aluminum or its alloy forming the upper wiring layer is changed to (11
After forming a second titanium nitride film oriented in (111) effective for 1), aluminum or its alloy film forming the upper wiring layer is laminated on the second titanium nitride film. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising:
【請求項3】半導体基板上の導電性領域または下層配線
とアルミニウムまたはその合金からなる上層配線との間
の接続孔を介して前記半導体基板または下層配線と上層
配線とを接続して半導体装置を製造するに際し、 まず、前記接続孔の底面の前記半導体基板の導電性領域
または下層配線上に(200)に配向する条件でCVD
法により(200)に配向した窒化チタンを堆積して、
前記接続孔の上縁部を超えて(200)に配向した第1
の窒化チタン膜を形成し、 次いで、前記接続孔の上縁上に積層された第1の窒化チ
タン膜をエッチバックした後、 続いて、この第1の窒化チタン膜上に(111)に配向
した第2の窒化チタン膜の形成に有効な薄膜あるいは散
在する第2の窒化チタン膜の核成長中心となる粒を表面
被覆率50%以上で被覆し、 次いで、上層配線層を構成するアルミニウムまたはその
合金の配向性を(111)とさせるのに有効な(11
1)に配向した第2の窒化チタン膜を形成した後、 この第2の窒化チタン膜の上に前記上層配線を構成する
アルミニウムまたはその合金膜を積層することを特徴と
する半導体装置の製造方法。
3. A semiconductor device in which the semiconductor substrate or the lower layer wiring is connected to the upper layer wiring through a connection hole between a conductive region or the lower layer wiring on the semiconductor substrate and the upper layer wiring made of aluminum or its alloy. In manufacturing, first, CVD is performed under the condition of (200) orientation on the conductive region of the semiconductor substrate on the bottom surface of the connection hole or on the lower wiring.
Deposition of titanium nitride oriented in (200),
A first (200) oriented beyond the upper edge of the connection hole
Of the titanium nitride film is formed, and then the first titanium nitride film laminated on the upper edge of the connection hole is etched back. Subsequently, the (111) orientation is formed on the first titanium nitride film. The thin film effective for forming the second titanium nitride film described above or the grains serving as the nucleus growth centers of the scattered second titanium nitride film are coated with a surface coverage of 50% or more, and then aluminum or the upper wiring layer is formed. It is effective to make the orientation of the alloy to (111) (11
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising forming a second titanium nitride film oriented in 1) and then laminating aluminum or an alloy film thereof forming the upper wiring on the second titanium nitride film. .
【請求項4】前記薄膜あるいは粒、前記第2の窒化チタ
ン膜およびアルミニウムまたはその合金膜は、スパッタ
ー法により形成される請求項3に記載の半導体装置の製
造方法。
4. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein the thin film or grain, the second titanium nitride film and the aluminum or its alloy film are formed by a sputtering method.
【請求項5】前記薄膜あるいは粒は、チタンである請求
項1〜4のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the thin film or grain is titanium.
【請求項6】半導体基板上の導電性領域または下層配線
とアルミニウムまたはその合金からなる上層配線との間
の接続孔を介して前記半導体基板または下層配線と上層
配線とを接続半導体装置の製造するに際し、 まず、前記接続孔の底面の前記半導体基板の導電性領域
または下層配線上に(200)に配向する条件で(20
0)に配向した窒化チタンをCVD法により堆積して、
前記接続孔の全部を埋め込むまたは前記接続孔の底表面
および側表面を覆う、(200)に配向した第1の窒化
チタン膜を形成し、 次いで、この第1の窒化チタン膜上に(111)に配向
した第2の窒化チタン膜の形成に有効なチタン膜を形成
し、 続いて、このチタン膜の一部を窒化処理して(111)
に配向した第2の窒化チタン膜を形成した後、 この第2の窒化チタン膜の上に前記上層配線層を構成す
るアルミニウムまたはその合金膜を積層することを特徴
とする半導体装置の製造方法。
6. A semiconductor device in which the semiconductor substrate or the lower layer wiring and the upper layer wiring are connected through a connection hole between a conductive region or a lower layer wiring on the semiconductor substrate and an upper layer wiring made of aluminum or an alloy thereof. At this time, first, under the condition of (20) orientation on the conductive region of the semiconductor substrate on the bottom surface of the connection hole or on the lower wiring,
0) oriented titanium nitride is deposited by the CVD method,
A (200) -oriented first titanium nitride film is formed which fills the whole of the connection hole or covers the bottom surface and side surface of the connection hole, and then forms (111) on the first titanium nitride film. A titanium film effective for forming the second titanium nitride film oriented in the direction is formed, and then a part of the titanium film is nitrided (111).
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising forming a second titanium nitride film oriented in the above manner, and laminating aluminum or its alloy film constituting the upper wiring layer on the second titanium nitride film.
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