JPH10223632A - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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- JPH10223632A JPH10223632A JP2146997A JP2146997A JPH10223632A JP H10223632 A JPH10223632 A JP H10223632A JP 2146997 A JP2146997 A JP 2146997A JP 2146997 A JP2146997 A JP 2146997A JP H10223632 A JPH10223632 A JP H10223632A
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- Japan
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- alloy
- titanium
- semiconductor device
- wiring layer
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 エレクトロマイグレーション耐性の高い、高
信頼性ＡｌまたはＡｌ合金を備えた半導体装置を提供す
ること。 【解決手段】 半導体基板上に、チタン及び／またはそ
の窒化物からなるバリアメタル層とＡｌまたはＡｌ合金
からなる配線層が形成された半導体装置において、Ａｌ
またはＡｌ合金からなる配線層のＸ線回折による（１１
１）面のピークのロッキングカーブの半値幅が１．５度
以下であることを特徴とする半導体装置。
信頼性ＡｌまたはＡｌ合金を備えた半導体装置を提供す
ること。 【解決手段】 半導体基板上に、チタン及び／またはそ
の窒化物からなるバリアメタル層とＡｌまたはＡｌ合金
からなる配線層が形成された半導体装置において、Ａｌ
またはＡｌ合金からなる配線層のＸ線回折による（１１
１）面のピークのロッキングカーブの半値幅が１．５度
以下であることを特徴とする半導体装置。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置に関し、
特に、エレクトロマイグレーション耐性やストレスマイ
グレーション耐性の高い、高信頼性のＡｌまたはＡｌ合
金配線を備えた半導体装置に関する。
特に、エレクトロマイグレーション耐性やストレスマイ
グレーション耐性の高い、高信頼性のＡｌまたはＡｌ合
金配線を備えた半導体装置に関する。
【０００２】
【先行技術及び発明が解決しようとする課題】近年ＬＳ
Ｉの集積度向上につれ、回路を構成する配線幅も微細化
が進んでいる。通常の配線は高融点金属やその化合物の
薄膜と多結晶のＡｌまたはＡｌ合金（以下、Ａｌ系）薄
膜とからなる積層薄膜をリソグラフィ技術によりパター
ニングしたものが用いられる。この様な多結晶薄膜から
微細幅の配線を加工すると、応力に起因するストレスマ
イグレーションや通電に起因するエレクトロマイグレー
ションという現象により、配線中に多数存在する粒界が
起点となって断線を生じ、半導体装置の信頼性を著しく
低下させる。
Ｉの集積度向上につれ、回路を構成する配線幅も微細化
が進んでいる。通常の配線は高融点金属やその化合物の
薄膜と多結晶のＡｌまたはＡｌ合金（以下、Ａｌ系）薄
膜とからなる積層薄膜をリソグラフィ技術によりパター
ニングしたものが用いられる。この様な多結晶薄膜から
微細幅の配線を加工すると、応力に起因するストレスマ
イグレーションや通電に起因するエレクトロマイグレー
ションという現象により、配線中に多数存在する粒界が
起点となって断線を生じ、半導体装置の信頼性を著しく
低下させる。
【０００３】これらの現象は、Ａｌ系薄膜において詳細
に検討・解析されている。
に検討・解析されている。
【０００４】エレクトロマイグレーションについては、
Ｓ．Ｖａｉｄｙａらは（１１１）配向性が強く、粒度分
布の揃った、粒径の大きなＡｌ系からなる配線ほど寿命
が長いと報告している(Thin Solid Films Vol. 75 (198
1) pp253−259)。
Ｓ．Ｖａｉｄｙａらは（１１１）配向性が強く、粒度分
布の揃った、粒径の大きなＡｌ系からなる配線ほど寿命
が長いと報告している(Thin Solid Films Vol. 75 (198
1) pp253−259)。
【０００５】ストレスマイグレーションについては、
Ｈ．Ｋａｎｅｋｏらは、以下のことを報告している(27t
h Annual Proc. IRPS(1989), pp194−199)。隣接する結
晶粒の粒界で最稠密面が対向する場合、Ａｌ系の場合は
（１１１）面が対向する場合粒界にスリット状の欠損を
生じ断線に至る。したがって（１１１）配向のＡｌ系薄
膜ではこの様な（１１１）面対向粒界を排除できるため
ストレスマイグレーション耐性が高くなる。
Ｈ．Ｋａｎｅｋｏらは、以下のことを報告している(27t
h Annual Proc. IRPS(1989), pp194−199)。隣接する結
晶粒の粒界で最稠密面が対向する場合、Ａｌ系の場合は
（１１１）面が対向する場合粒界にスリット状の欠損を
生じ断線に至る。したがって（１１１）配向のＡｌ系薄
膜ではこの様な（１１１）面対向粒界を排除できるため
ストレスマイグレーション耐性が高くなる。
【０００６】ＳｉＯ2 またはＴｉＮの下地上に形成した
Ａｌ系薄膜の場合、スパッタ法により形成されたもの
は、（１１１）面以外に配向した結晶粒が非常に少な
く、ほぼ（１１１）に配向した薄膜である。しかしなが
ら、このＡｌ系薄膜の配向性を評価すると必ずしも十分
なエレクトロマイグレーション耐性とストレスマイグレ
ーション耐性が期待される高い配向度とはなっていな
い。
Ａｌ系薄膜の場合、スパッタ法により形成されたもの
は、（１１１）面以外に配向した結晶粒が非常に少な
く、ほぼ（１１１）に配向した薄膜である。しかしなが
ら、このＡｌ系薄膜の配向性を評価すると必ずしも十分
なエレクトロマイグレーション耐性とストレスマイグレ
ーション耐性が期待される高い配向度とはなっていな
い。
【０００７】例えば、配向度をＸ線回折におけるロッキ
ングカーブの半値幅、すなわち、各結晶粒の（１１１）
面の基板垂直方向からのずれ、で見ると、３〜１０数度
である。Ａｌ系（１１１）面と格子間隔のミスマッチの
少ないＴｉＮ（１１１）配向バリアメタル膜を下地とし
て、Ａｌ系薄膜の配向性を高める工夫や（例えば、特開
平６−５６０４）、また、その際、Ｔｉ（００２）配向
膜をＴｉＮの下地としてＴｉＮを（１１１）配向させる
という工夫や、高い表面エネルギーの下地を利用した工
夫 (H.Toyodaら； 32nd Annual Proc. IRPS(1994), pp1
78−184)、等があるが、配向度がなお不十分であった
り、工程が増える、エッチング特性などＬＳＩ製造プロ
セスとの適合性に欠ける、などの課題がある。さらに信
頼性が高い高配向のＡｌ系配線膜を備えた半導体装置
と、簡便かつ現状のプロセスとの整合性の高い、その製
造方法が望まれているのが現状である。微細化に伴う高
電流密度化と半導体装置への要求故障率の水準の高まり
から、配線の加速評価における平均故障時間は数十倍〜
２桁の延長が望まれている。
ングカーブの半値幅、すなわち、各結晶粒の（１１１）
面の基板垂直方向からのずれ、で見ると、３〜１０数度
である。Ａｌ系（１１１）面と格子間隔のミスマッチの
少ないＴｉＮ（１１１）配向バリアメタル膜を下地とし
て、Ａｌ系薄膜の配向性を高める工夫や（例えば、特開
平６−５６０４）、また、その際、Ｔｉ（００２）配向
膜をＴｉＮの下地としてＴｉＮを（１１１）配向させる
という工夫や、高い表面エネルギーの下地を利用した工
夫 (H.Toyodaら； 32nd Annual Proc. IRPS(1994), pp1
78−184)、等があるが、配向度がなお不十分であった
り、工程が増える、エッチング特性などＬＳＩ製造プロ
セスとの適合性に欠ける、などの課題がある。さらに信
頼性が高い高配向のＡｌ系配線膜を備えた半導体装置
と、簡便かつ現状のプロセスとの整合性の高い、その製
造方法が望まれているのが現状である。微細化に伴う高
電流密度化と半導体装置への要求故障率の水準の高まり
から、配線の加速評価における平均故障時間は数十倍〜
２桁の延長が望まれている。
【０００８】
【課題を解決するための手段および発明の実施の形態】
本発明者は、マグネトロンスパッタリング法により形成
されるＡｌ系薄膜の配向性を詳細に調査し、Ａｌまたは
Ａｌ合金直下の下地として、（１０・０）面または（１
１・０）面に配向した、あるいは無配向のＴｉを用いる
ことで、Ａｌ系薄膜の配向度を飛躍的に向上できること
を見出した。すなわち、前述の配向度の指標、Ｘ線回折
のＡｌ系薄膜（１１１）ピークのロッキングカーブの半
値幅を１．５度以下とすることができ、よって配線寿命
も大幅に延長させることが可能となった。すなわち、積
層配線において、従来の下地であるＴｉＮ（１１１）配
向膜を用いるよりも、Ａｌ系薄膜の配向度を高めること
ができ、配線寿命を延長させることが可能であることを
見出し、本発明に到った。
本発明者は、マグネトロンスパッタリング法により形成
されるＡｌ系薄膜の配向性を詳細に調査し、Ａｌまたは
Ａｌ合金直下の下地として、（１０・０）面または（１
１・０）面に配向した、あるいは無配向のＴｉを用いる
ことで、Ａｌ系薄膜の配向度を飛躍的に向上できること
を見出した。すなわち、前述の配向度の指標、Ｘ線回折
のＡｌ系薄膜（１１１）ピークのロッキングカーブの半
値幅を１．５度以下とすることができ、よって配線寿命
も大幅に延長させることが可能となった。すなわち、積
層配線において、従来の下地であるＴｉＮ（１１１）配
向膜を用いるよりも、Ａｌ系薄膜の配向度を高めること
ができ、配線寿命を延長させることが可能であることを
見出し、本発明に到った。
【０００９】すなわち、本発明は、半導体基板上に、チ
タン及び／またはその窒化物からなるバリアメタル層と
ＡｌまたはＡｌ合金からなる配線層が形成された半導体
装置において、ＡｌまたはＡｌ合金からなる配線層の直
下にはチタン層が形成されており、ＡｌまたはＡｌ合金
からなる配線層のＸ線回折による（１１１）面のピーク
のロッキングカーブの半値幅が１．５度以下であること
を特徴とする半導体装置である。さらにＡｌ（１１１）
面のピークのロッキングカーブの半値幅が１．０度以下
であることが好ましい。但し、ここでいう半値幅は、平
行光学系のＸ線回折装置を用いたＡｌまたはＡｌ合金か
らなる配線層の厚さが５００ｎｍのものに対する評価結
果であり、通常、半値幅は厚さの対数にほぼ比例して減
少する。
タン及び／またはその窒化物からなるバリアメタル層と
ＡｌまたはＡｌ合金からなる配線層が形成された半導体
装置において、ＡｌまたはＡｌ合金からなる配線層の直
下にはチタン層が形成されており、ＡｌまたはＡｌ合金
からなる配線層のＸ線回折による（１１１）面のピーク
のロッキングカーブの半値幅が１．５度以下であること
を特徴とする半導体装置である。さらにＡｌ（１１１）
面のピークのロッキングカーブの半値幅が１．０度以下
であることが好ましい。但し、ここでいう半値幅は、平
行光学系のＸ線回折装置を用いたＡｌまたはＡｌ合金か
らなる配線層の厚さが５００ｎｍのものに対する評価結
果であり、通常、半値幅は厚さの対数にほぼ比例して減
少する。
【００１０】また、本発明は、半導体基板上に、チタン
及び／またはその窒化物からなるバリアメタル層とＡｌ
またはＡｌ合金からなる配線層が形成された半導体装置
において、ＡｌまたはＡｌ合金からなる配線層の直下に
はチタン層が形成されており、該チタン層の配向性が
（１０・０）配向または（１１・０）配向または無配向
であることを特徴とする半導体装置であり、Ａｌまたは
Ａｌ合金からなる配線層のＸ線回折による（１１１）面
のピークのロッキングカーブの半値幅が１．５度以下で
あることを特徴とする。但し、チタンが（００・２）面
配向であっても、ＡｌまたはＡｌ合金からなる配線層
は、Ｘ線回折による（１１１）面のピークのロッキング
カーブの半値幅が２．５〜１．５度程度の値を持つ配向
度とすることができ、エレクトロマイグレーション耐性
に関する要求仕様によっては、下地はＴｉ（００・２）
面配向でも差し支えない場合もある。本発明で述べるチ
タン層の配向性が（１０・０）配向または（１１・０）
配向であるとは、通常のＸ線回折による粉末ピーク強度
分布に対して、（１０・０）または（１１・０）が強く
現れることであり、（００・２）ピーク強度に対して
（１０・０）または（１１・０）のピーク強度が１倍以
上のものを指す。また、無配向とは（１０・１）のピー
クを１００とした（１０・０）、（００・２）、（１１
・０）それぞれの相対ピーク強度が、粉末試料の相対強
度分布（ＪＣＰＤＳカート゛４４−１２９４）に比べ
て、各々１／５〜５倍であるものをいう。
及び／またはその窒化物からなるバリアメタル層とＡｌ
またはＡｌ合金からなる配線層が形成された半導体装置
において、ＡｌまたはＡｌ合金からなる配線層の直下に
はチタン層が形成されており、該チタン層の配向性が
（１０・０）配向または（１１・０）配向または無配向
であることを特徴とする半導体装置であり、Ａｌまたは
Ａｌ合金からなる配線層のＸ線回折による（１１１）面
のピークのロッキングカーブの半値幅が１．５度以下で
あることを特徴とする。但し、チタンが（００・２）面
配向であっても、ＡｌまたはＡｌ合金からなる配線層
は、Ｘ線回折による（１１１）面のピークのロッキング
カーブの半値幅が２．５〜１．５度程度の値を持つ配向
度とすることができ、エレクトロマイグレーション耐性
に関する要求仕様によっては、下地はＴｉ（００・２）
面配向でも差し支えない場合もある。本発明で述べるチ
タン層の配向性が（１０・０）配向または（１１・０）
配向であるとは、通常のＸ線回折による粉末ピーク強度
分布に対して、（１０・０）または（１１・０）が強く
現れることであり、（００・２）ピーク強度に対して
（１０・０）または（１１・０）のピーク強度が１倍以
上のものを指す。また、無配向とは（１０・１）のピー
クを１００とした（１０・０）、（００・２）、（１１
・０）それぞれの相対ピーク強度が、粉末試料の相対強
度分布（ＪＣＰＤＳカート゛４４−１２９４）に比べ
て、各々１／５〜５倍であるものをいう。
【００１１】さらに、本発明は、半導体基板上に、チタ
ン及び／またはその窒化物からなるバリアメタル層とＡ
ｌまたはＡｌ合金からなる配線層が形成された半導体装
置において、ＡｌまたはＡｌ合金からなる配線層の直下
にはチタン層が形成されており、該チタン層の配向性が
（１０・０）配向または（１１・０）配向または無配向
であり、チタン／ＡｌまたはＡｌ合金、または、チタン
／窒化チタン／チタン／ＡｌまたはＡｌ合金の順に積層
された構造であることを特徴とする半導体装置であり、
ＡｌまたはＡｌ合金からなる配線層のＸ線回折による
（１１１）面のピークのロッキングカーブの半値幅が
１．５度以下であることを特徴とする。
ン及び／またはその窒化物からなるバリアメタル層とＡ
ｌまたはＡｌ合金からなる配線層が形成された半導体装
置において、ＡｌまたはＡｌ合金からなる配線層の直下
にはチタン層が形成されており、該チタン層の配向性が
（１０・０）配向または（１１・０）配向または無配向
であり、チタン／ＡｌまたはＡｌ合金、または、チタン
／窒化チタン／チタン／ＡｌまたはＡｌ合金の順に積層
された構造であることを特徴とする半導体装置であり、
ＡｌまたはＡｌ合金からなる配線層のＸ線回折による
（１１１）面のピークのロッキングカーブの半値幅が
１．５度以下であることを特徴とする。
【００１２】本発明によれば、Ａｌ系薄膜のＸ線回折に
よる（１１１）面のピークのロッキングカーブの半値幅
が１．５度以下、さらに半値幅が１．０度以下のものが
得られ、配線は十分な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示す。これにより、
配線の平均故障時間は数十倍〜２桁の延長が可能であ
る。
よる（１１１）面のピークのロッキングカーブの半値幅
が１．５度以下、さらに半値幅が１．０度以下のものが
得られ、配線は十分な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示す。これにより、
配線の平均故障時間は数十倍〜２桁の延長が可能であ
る。
【００１３】スパッタリング法によるＡｌ系薄膜の配向
性、粒径などは、下地、基板温度、放電ガス圧、放電電
力に依存する。このうち、粒径の制御は主に基板温度で
行われており、配向性は主に下地の材質・配向性により
制御されてきた。一般に、面心立方構造（ｆ．ｃ．
ｃ．）のＡｌ（１１１）とはＮａＣｌ構造のＴｉＮ（１
１１）や、稠密六方構造（ｈ．ｃ．ｐ．）のＴｉ（００
・２）が整合性の高い面であるとされ、下地をこれらの
配向とすることが一般的であった（Ｔｉ（００・２）は
（０００２）とも表記される）。しかしながら、稠密面
でないＴｉ（１０・０）または（１１・０）面とＡｌ
（１１１）との対称性を考える場合、面間隔が小さいた
め、稠密面Ｔｉ（００・２）の場合と異なり、原子層２
層を考慮する必要がある。
性、粒径などは、下地、基板温度、放電ガス圧、放電電
力に依存する。このうち、粒径の制御は主に基板温度で
行われており、配向性は主に下地の材質・配向性により
制御されてきた。一般に、面心立方構造（ｆ．ｃ．
ｃ．）のＡｌ（１１１）とはＮａＣｌ構造のＴｉＮ（１
１１）や、稠密六方構造（ｈ．ｃ．ｐ．）のＴｉ（００
・２）が整合性の高い面であるとされ、下地をこれらの
配向とすることが一般的であった（Ｔｉ（００・２）は
（０００２）とも表記される）。しかしながら、稠密面
でないＴｉ（１０・０）または（１１・０）面とＡｌ
（１１１）との対称性を考える場合、面間隔が小さいた
め、稠密面Ｔｉ（００・２）の場合と異なり、原子層２
層を考慮する必要がある。
【００１４】この様な観点から比較すると、Ａｌ（１１
１）との対称性の高さは、Ｔｉ（１０・０）＞Ｔｉ（１
１・０）＞Ｔｉ（００・２）、の順であり、対称性が高
いほどＡｌ（１１１）面の配向度は向上する。従って、
ＡｌまたはＡｌ合金の直下の下地として、Ｔｉ（１０・
０）または（１１・０）面の割合が多い、Ｔｉ（１０・
０）配向または（１１・０）配向または無配向とするこ
とで、Ａｌ（１１１）面を高配向化させることが可能で
ある。
１）との対称性の高さは、Ｔｉ（１０・０）＞Ｔｉ（１
１・０）＞Ｔｉ（００・２）、の順であり、対称性が高
いほどＡｌ（１１１）面の配向度は向上する。従って、
ＡｌまたはＡｌ合金の直下の下地として、Ｔｉ（１０・
０）または（１１・０）面の割合が多い、Ｔｉ（１０・
０）配向または（１１・０）配向または無配向とするこ
とで、Ａｌ（１１１）面を高配向化させることが可能で
ある。
【００１５】ＡｌまたはＡｌ合金の堆積条件としては、
放電ガス圧：０．５〜１０ｍＴｏｒｒ、スパッタ方式：
ＤＣまたはＲＦ、基板温度：室温〜５００℃、堆積速
度：２μｍ／分以下の範囲であることが望ましい。ま
た、到達真空度が１０-8Ｔｏｒｒ台以下とすることと、
残留ガス中の水分子の分圧を下げるために液体窒素トラ
ップなどを用いること、また、電子サイクロトロン共鳴
プラズマや誘導結合型プラズマなどの高密度プラズマに
よる低ダメージの下地エッチング洗浄処理が、高配向の
Ａｌ系配線の形成に有効である。
放電ガス圧：０．５〜１０ｍＴｏｒｒ、スパッタ方式：
ＤＣまたはＲＦ、基板温度：室温〜５００℃、堆積速
度：２μｍ／分以下の範囲であることが望ましい。ま
た、到達真空度が１０-8Ｔｏｒｒ台以下とすることと、
残留ガス中の水分子の分圧を下げるために液体窒素トラ
ップなどを用いること、また、電子サイクロトロン共鳴
プラズマや誘導結合型プラズマなどの高密度プラズマに
よる低ダメージの下地エッチング洗浄処理が、高配向の
Ａｌ系配線の形成に有効である。
【００１６】積層方法としては、ＡｌまたはＡｌ合金の
直下の下地が上記のものである限り、バリアメタル、Ａ
ｌ系薄膜、バリアメタル、Ａｌ系薄膜、キャップメタル
の順のようにＡｌ系薄膜の間に複数層バリアメタルを挟
んだ構造でも良い。
直下の下地が上記のものである限り、バリアメタル、Ａ
ｌ系薄膜、バリアメタル、Ａｌ系薄膜、キャップメタル
の順のようにＡｌ系薄膜の間に複数層バリアメタルを挟
んだ構造でも良い。
【００１７】配線として成膜する物質は、純Ａｌ、Ａｌ
合金であり、Ａｌ合金としては、Ａｌ−Ｓｉ合金、Ａｌ
−Ｃｕ合金、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ合金及びこれらに、Ｔ
ｉ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｐｄ、Ｈｆ、Ｂ、Ｓｃ、Ｓｍ、Ｙ等を
添加した物でも良い。
合金であり、Ａｌ合金としては、Ａｌ−Ｓｉ合金、Ａｌ
−Ｃｕ合金、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ合金及びこれらに、Ｔ
ｉ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｐｄ、Ｈｆ、Ｂ、Ｓｃ、Ｓｍ、Ｙ等を
添加した物でも良い。
【００１８】
【実施例】Ｓｉ基板表面に６００ｎｍのシリコン酸化膜
を周知の堆積技術で形成した後、洗浄処理を施し、続い
てスパッタリングにより、バリアメタル６０ｎｍ、Ａｌ
−１ｗｔ％Ｓｉ−０．５ｗｔ％Ｃｕ膜６００ｎｍ、キャ
ップメタル ＴｉＮ ５０ｎｍを形成した。バリアメタ
ルはＴｉ（１０・０）配向、Ｔｉ（１１・０）配向、Ｔ
ｉ無配向、Ｔｉ（００・２）配向、Ｔｉ（１０・０）／
ＴｉＮ（１１１）／Ｔｉ（００・２）［２０ｎｍ／２０
ｎｍ／２０ｎｍ］、Ｔｉ（１１・０）／ＴｉＮ（１１
１）／Ｔｉ（００・２）［２０ｎｍ／２０ｎｍ／２０ｎ
ｍ］、ＴｉＮ（１１１）／Ｔｉ（００・２）［４０ｎｍ
／２０ｎｍ］、の７種類とした。いずれの場合も、到達
真空度は５×１０-8Ｔｏｒｒ以下とした。Ｔｉについて
はＲＦマグネトロンスパッタリング、Ａｒ圧力０．５〜
１０ｍＴｏｒｒ、基板温度 室温〜３００℃、成膜速度
１〜５ｎｍ／ｓの条件範囲において条件を選び、配向性
を（１０・０）、（１１・０）、無配向、（００・２）
と制御した。（１０・０）面配向、（１１・０）面配
向、無配向はＡｒ圧力５ｍＴｏｒｒ以下で得られた。
を周知の堆積技術で形成した後、洗浄処理を施し、続い
てスパッタリングにより、バリアメタル６０ｎｍ、Ａｌ
−１ｗｔ％Ｓｉ−０．５ｗｔ％Ｃｕ膜６００ｎｍ、キャ
ップメタル ＴｉＮ ５０ｎｍを形成した。バリアメタ
ルはＴｉ（１０・０）配向、Ｔｉ（１１・０）配向、Ｔ
ｉ無配向、Ｔｉ（００・２）配向、Ｔｉ（１０・０）／
ＴｉＮ（１１１）／Ｔｉ（００・２）［２０ｎｍ／２０
ｎｍ／２０ｎｍ］、Ｔｉ（１１・０）／ＴｉＮ（１１
１）／Ｔｉ（００・２）［２０ｎｍ／２０ｎｍ／２０ｎ
ｍ］、ＴｉＮ（１１１）／Ｔｉ（００・２）［４０ｎｍ
／２０ｎｍ］、の７種類とした。いずれの場合も、到達
真空度は５×１０-8Ｔｏｒｒ以下とした。Ｔｉについて
はＲＦマグネトロンスパッタリング、Ａｒ圧力０．５〜
１０ｍＴｏｒｒ、基板温度 室温〜３００℃、成膜速度
１〜５ｎｍ／ｓの条件範囲において条件を選び、配向性
を（１０・０）、（１１・０）、無配向、（００・２）
と制御した。（１０・０）面配向、（１１・０）面配
向、無配向はＡｒ圧力５ｍＴｏｒｒ以下で得られた。
【００１９】Ｔｉの配向性の評価はＸ線回折のピーク強
度比を用いて行い、以下のような配向性のものを用い
た。 （１０・０）配向：（００・２）／（１０・０）が１以
下、 （１１・０）配向：（００・２）／（１１・０）が１以
下、 （００・２）配向：（００・２）／他のピークが３〜１
０、 無配向 ：（１０・１）を１００とした相対ピーク強
度が、ＪＣＰＤＳカード４４−１２９４に対して、（１
０・０）、（００・２）、（１１・０）各々が１／５〜
５倍の間に入るもの。
度比を用いて行い、以下のような配向性のものを用い
た。 （１０・０）配向：（００・２）／（１０・０）が１以
下、 （１１・０）配向：（００・２）／（１１・０）が１以
下、 （００・２）配向：（００・２）／他のピークが３〜１
０、 無配向 ：（１０・１）を１００とした相対ピーク強
度が、ＪＣＰＤＳカード４４−１２９４に対して、（１
０・０）、（００・２）、（１１・０）各々が１／５〜
５倍の間に入るもの。
【００２０】Ａｌの配向性の評価は、平行光学系のＸ線
回折装置を用いて、Ａｌ（１１１）ピークのロッキング
カーブをとり、その半値幅で行い、配向度を半値幅で表
現した。エレクトロマイグレーションおよびストレスマ
イグレーションに対する信頼性評価は、周知のリソグラ
フィ技術を用いて形成された幅０．８μｍ、長さ２ｍｍ
の配線に対して、５００ｎｍ厚さＳｉＯ2 膜と５００ｎ
ｍ厚さＳｉ3 Ｎ4 膜でパッシペートした後に行った。ス
トレスマイグレーションの場合は、キャップメタルを有
しない構造とした。
回折装置を用いて、Ａｌ（１１１）ピークのロッキング
カーブをとり、その半値幅で行い、配向度を半値幅で表
現した。エレクトロマイグレーションおよびストレスマ
イグレーションに対する信頼性評価は、周知のリソグラ
フィ技術を用いて形成された幅０．８μｍ、長さ２ｍｍ
の配線に対して、５００ｎｍ厚さＳｉＯ2 膜と５００ｎ
ｍ厚さＳｉ3 Ｎ4 膜でパッシペートした後に行った。ス
トレスマイグレーションの場合は、キャップメタルを有
しない構造とした。
【００２１】以下に、Ａｌ−１ｗｔ％Ｓｉ−０．５ｗｔ
％Ｃｕ膜のスパッタリング条件範囲を示す。 スパッタ方式：ＤＣ，ＲＦ、 基板温度 ：室温〜３５０℃ 放電ガス圧 ：０．４ｍＴｏｒｒ〜１０ｍＴｏｒｒ、 成膜速度 ：５〜２０ｎｍ／ｓ。
％Ｃｕ膜のスパッタリング条件範囲を示す。 スパッタ方式：ＤＣ，ＲＦ、 基板温度 ：室温〜３５０℃ 放電ガス圧 ：０．４ｍＴｏｒｒ〜１０ｍＴｏｒｒ、 成膜速度 ：５〜２０ｎｍ／ｓ。
【００２２】ＴｉＮ堆積時の放電ガスはＡｒとＮ2 の混
合ガスとし、Ａｒ：Ｎ2 ＝１：１の混合比で堆積させ
た。他の条件としては、ＲＦマグネトロンスパッタリン
グ、Ａｒ圧力０．５〜１０ｍＴｏｒｒ、基板温度 室温
〜３００℃、成膜速度１〜５ｎｍ／ｓの条件範囲におい
て条件を選び、配向性を（１１１）とした。（１１１）
配向とはＸ線回折のピーク強度比で（１１１）／（２０
０）＝５以上とした。ここで、配線寿命（エレクトロマ
イグレーション）は、配線温度２００℃、電流密度３Ｍ
Ａ／ｃｍ2 の条件での平均故障時間をＴｉＮ（１１１）
／Ｔｉ上のＡｌ−１ｗｔ％Ｓｉ−０．５ｗｔ％Ｃｕ膜の
配向度５．５度の試料の値を基準に相対値で示した。配
線寿命（ストレスマイグレーション）は、２００℃、最
大２０００時間の熱処理を行って評価を試みたが、本発
明の実施例では、故障が観察されなかった。評価結果を
表１に示す。
合ガスとし、Ａｒ：Ｎ2 ＝１：１の混合比で堆積させ
た。他の条件としては、ＲＦマグネトロンスパッタリン
グ、Ａｒ圧力０．５〜１０ｍＴｏｒｒ、基板温度 室温
〜３００℃、成膜速度１〜５ｎｍ／ｓの条件範囲におい
て条件を選び、配向性を（１１１）とした。（１１１）
配向とはＸ線回折のピーク強度比で（１１１）／（２０
０）＝５以上とした。ここで、配線寿命（エレクトロマ
イグレーション）は、配線温度２００℃、電流密度３Ｍ
Ａ／ｃｍ2 の条件での平均故障時間をＴｉＮ（１１１）
／Ｔｉ上のＡｌ−１ｗｔ％Ｓｉ−０．５ｗｔ％Ｃｕ膜の
配向度５．５度の試料の値を基準に相対値で示した。配
線寿命（ストレスマイグレーション）は、２００℃、最
大２０００時間の熱処理を行って評価を試みたが、本発
明の実施例では、故障が観察されなかった。評価結果を
表１に示す。
【００２３】
【表１】
【００２４】ここで実施例１〜５はバリアメタルとして
Ｔｉ（１０・０）配向、Ｔｉ（１１・０）配向、Ｔｉ
（１０・０）／ＴｉＮ（１１１）／Ｔｉ、Ｔｉ無配向、
Ｔｉ（１１・０）／ＴｉＮ（１１１）／Ｔｉ、としたも
の、比較例１はＴｉ（００・２）配向としたもの、比較
例２〜４はバリアメタルとしてＴｉＮ（１１１）／Ｔｉ
とし、Ａｌ−１ｗｔ％Ｓｉ−０．５ｗｔ％Ｃｕ膜の成膜
条件により配向度を制御したものである。表１より明ら
かな通り、配向度（半値幅）が１．５度以下、さらに好
ましくは１．０度以下である場合、従来法よりも高い信
頼性が得られることが分かる。また、この様に信頼性の
高い、高配向のＡｌ系配線はバリアメタルとしてＴｉ
（１０・０）配向、Ｔｉ（１１・０）配向、Ｔｉ無配
向、Ｔｉ（１０・０）／ＴｉＮ（１１１）／Ｔｉ、Ｔｉ
（１１・０）／ＴｉＮ（１１１）／Ｔｉ、としたもので
得られた。
Ｔｉ（１０・０）配向、Ｔｉ（１１・０）配向、Ｔｉ
（１０・０）／ＴｉＮ（１１１）／Ｔｉ、Ｔｉ無配向、
Ｔｉ（１１・０）／ＴｉＮ（１１１）／Ｔｉ、としたも
の、比較例１はＴｉ（００・２）配向としたもの、比較
例２〜４はバリアメタルとしてＴｉＮ（１１１）／Ｔｉ
とし、Ａｌ−１ｗｔ％Ｓｉ−０．５ｗｔ％Ｃｕ膜の成膜
条件により配向度を制御したものである。表１より明ら
かな通り、配向度（半値幅）が１．５度以下、さらに好
ましくは１．０度以下である場合、従来法よりも高い信
頼性が得られることが分かる。また、この様に信頼性の
高い、高配向のＡｌ系配線はバリアメタルとしてＴｉ
（１０・０）配向、Ｔｉ（１１・０）配向、Ｔｉ無配
向、Ｔｉ（１０・０）／ＴｉＮ（１１１）／Ｔｉ、Ｔｉ
（１１・０）／ＴｉＮ（１１１）／Ｔｉ、としたもので
得られた。
【００２５】以上の実施例において、本発明は、比較の
ための本発明の範囲外のＡｌ系薄膜配線に比べて、信頼
性が優れており、本発明の効果が現れていた。
ための本発明の範囲外のＡｌ系薄膜配線に比べて、信頼
性が優れており、本発明の効果が現れていた。
【００２６】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
エレクトロマイグレーションに対する耐性の高い、高信
頼性の半導体装置が提供される。
エレクトロマイグレーションに対する耐性の高い、高信
頼性の半導体装置が提供される。
Claims (3)
- 【請求項１】 半導体基板上に、チタン及び／またはそ
の窒化物からなるバリアメタル層と、ＡｌまたはＡｌ合
金からなる配線層が形成された半導体装置において、Ａ
ｌまたはＡｌ合金からなる配線層の直下にはチタン層が
形成され、ＡｌまたはＡｌ合金からなる配線層のＸ線回
折による（１１１）面のピークのロッキングカーブの半
値幅が１．５度以下であることを特徴とする半導体装
置。 - 【請求項２】 ＡｌまたはＡｌ合金からなる配線層の直
下の該チタン層の配向性が（１０・０）配向または（１
１・０）配向または無配向であることを特徴とする請求
項１記載の半導体装置。 - 【請求項３】 前記バリアメタル層がチタン／窒化チタ
ン／チタンの順に積層された構造であることを特徴とす
る請求項２記載の半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2146997A JPH10223632A (ja) | 1997-02-04 | 1997-02-04 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2146997A JPH10223632A (ja) | 1997-02-04 | 1997-02-04 | 半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10223632A true JPH10223632A (ja) | 1998-08-21 |
Family
ID=12055848
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2146997A Withdrawn JPH10223632A (ja) | 1997-02-04 | 1997-02-04 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10223632A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006066936A (ja) * | 2005-11-22 | 2006-03-09 | Fujitsu Ltd | 高誘電体キャパシタおよび半導体装置 |
| JPWO2022059277A1 (ja) * | 2020-09-16 | 2022-03-24 |
-
1997
- 1997-02-04 JP JP2146997A patent/JPH10223632A/ja not_active Withdrawn
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006066936A (ja) * | 2005-11-22 | 2006-03-09 | Fujitsu Ltd | 高誘電体キャパシタおよび半導体装置 |
| JPWO2022059277A1 (ja) * | 2020-09-16 | 2022-03-24 | ||
| WO2022059277A1 (ja) * | 2020-09-16 | 2022-03-24 | 株式会社アルバック | 積層構造体及び積層構造体の製造方法 |
| CN116056884A (zh) * | 2020-09-16 | 2023-05-02 | 株式会社爱发科 | 层积结构体及层积结构体的制造方法 |
| TWI808439B (zh) * | 2020-09-16 | 2023-07-11 | 日商愛發科股份有限公司 | 層積構造體及層積構造體之製造方法 |
| CN116056884B (zh) * | 2020-09-16 | 2024-05-31 | 株式会社爱发科 | 层积结构体及层积结构体的制造方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20040406 |