JPH11186260A

JPH11186260A - 半導体装置及びその製造方法

Info

Publication number: JPH11186260A
Application number: JP34887597A
Authority: JP
Inventors: Hideki Kitada; 秀樹北田; Noriyoshi Shimizu; 紀嘉清水
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1997-12-18
Filing date: 1997-12-18
Publication date: 1999-07-09

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体装置及びその製造方法に関し、層間絶
縁膜上に形成されるＡｌ或いはＡｌ合金配線積層構造中
のＡｌ或いはＡｌ合金配線が（１１１）に高配向するよ
うにして、エレクトロマイグレーションに対する耐性を
向上する手段を開示しようとする。【解決手段】Ａｌ合金からなる配線膜１５の下地であ
るバリヤ・メタル膜積層構造が絶縁膜などのアモルファ
ス膜上に順に積層形成された少なくともＴｉ（００２）
からなるバリヤ・メタル膜１１及びＴｉＮ（１１１）か
らなるバリヤ・メタル膜１２及びＴｉ（００２）からな
るバリヤ・メタル膜１３を含んでなることを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エレクトロマイグ
レーション耐性を向上したＡｌ或いはＡｌ合金配線を有
する半導体装置及びそれを製造するのに好適な方法に関
する。

【０００２】半導体装置は、依然、高集積化を指向して
いて、その配線幅に余裕をとれない状態が存在し続けて
いる為、配線に於けるエレクトロマイグレーションの耐
性向上は、古く且つ新しい問題であり、本発明では、そ
のエレクトロマイグレーション耐性を向上する一手段を
開示する。

【０００３】

【従来の技術】図５は半導体集積回路に多用されている
Ａｌ配線構造を表す要部横断面図であって、１はＴｉか
らなるバリヤ・メタル膜、２はＴｉＮからなるバリヤ・
メタル膜、３はＡｌ合金からなる配線膜、４はＴｉＮか
らなる反射防止膜をそれぞれ示している。尚、反射防止
膜４は、リソグラフィ工程で露光を行なう場合の反射を
防止して微細パターンを実現する為に必要である。

【０００４】ところで、Ａｌ配線では、Ａｌ膜が（１１
１）面に配向している場合、エレクトロマイグレーショ
ン耐性は高くなることが知られている（要すれば、
「Ｓ．ＶａｉｄａｙａａｎｄＡ．Ｋ．Ｓｈｉｎｈ
ａ，ＴｈｉｎＳｏｌｉｄＦｉｌｍ７５，２５３
（１９８１）」、を参照）。

【０００５】また、下地にＴｉ膜を用いたＴｉ／ＴｉＮ
／Ａｌ積層構造では、下地Ｔｉ膜の結晶性は、その上の
ＴｉＮ膜に引き継がれ、更にＡｌ膜へと引き継がれるこ
とも報告されている（要すれば、「Ｈ．Ｓｈｂａｔａ，
“Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｉｓ．Ｖｏｌ，３２（１
９９３）４４９７−４４８４」、を参照）。尚、本明細
書に於いて、積層構成は、下側／・・・・／上側、の順
に表すことにする。

【０００６】具体的には、Ｔｉ（００２）膜〜ＴｉＮ
（１１１）膜〜Ａｌ（１１１）膜、なる配向性の引き継
ぎをする。

【０００７】ＴｉＮ（１１１）膜の格子間隔（ａ√２／
２＝０．２９９９５〔ｎｍ〕）は、Ｔｉ（００２）膜の
格子間隔（ａ＝０．２９５０３〔ｎｍ〕）と極めて近い
為、ＴｉＮ膜は、下地Ｔｉ（００２）膜に格子面を揃
え、（１１１）に優勢的に成長すると考えられ、そし
て、Ａｌ（１１１）膜に於ける格子間隔（ａ√２／２＝
０．２８６３１〔ｎｍ〕）は、ＴｉＮ（１１１）膜に於
ける格子間隔と近い為、同様に優勢的な配向性をもって
成長すると考えられる。

【０００８】図６はＴｉＮ（１１１）膜のＸＲＤ（Ｘ−
ｒａｙｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）測定結果を示す表で
あり、（Ａ）には、熱酸化膜／Ｔｉ膜（５０〔ｎｍ〕）
積層構造、並びに、熱酸化膜／Ｔｉ膜（５０〔ｎｍ〕）
／ＴｉＮ膜（５０〔ｎｍ〕）積層構造についてＴｉＮ
（１１１）ＸＲＤ強度を示してある。

【０００９】ＴｉＮ膜は、層間絶縁膜のようなアモルフ
ァス膜上では（１１１）配向は弱いが、Ｔｉ膜上では
（１１１）配向が強くなり、アモルファス膜上に比較
し、２桁程度も（１１１）配向が強くなる。

【００１０】ＴｉＮ（１１１）膜の配向強度は、下地Ｔ
ｉ（００２）膜の配向強度と対応していて、（００２）
配向が強いＴｉ膜上ほどＴｉＮ膜は（１１１）に強く配
向することが知られている（要すれば、「北田他、第５
７回応用物理学会７ａＮ５／ＩＩ（１９９６秋）」、を
参照）。

【００１１】このようなことから、Ａｌ積層配線構造に
於けるＡｌ（１１１）膜配向性を向上する為には、最下
層のＴｉ膜に於ける（００２）配向を高くしたＴｉ膜／
ＴｉＮ膜積層構造とすることが好ましい。

【００１２】また、近年、膜厚が増加するにつれ、Ｔｉ
（００２）膜配向は高くなることが判り、Ａｌ（１１
１）膜配向性を高くする為、下地のバリヤ・メタル膜で
あるＴｉ膜の膜厚を厚くすることが行なわれている。

【００１３】図６（Ｂ）にはＴｉ膜／ＴｉＮ膜積層構造
体のＴｉＮ（１１１）膜に於ける配向強度のＴｉ膜依存
性を示してあり、下地のＴｉ膜が厚いほど、その上のＴ
ｉＮ膜に於ける（１１１）配向が高いことが看取され
る。

【００１４】これは、Ｔｉ膜は、膜厚が増加すると共に
Ｔｉ膜表面側の（００２）配向が強くなる為であり、従
って、Ｔｉ膜の厚膜化は、Ａｌ（１１１）高配向化に効
果がある。

【００１５】更にまた、最近、バリヤ・メタル膜に於け
るバリヤ性と配線の配向性を向上させる為、膜の積層構
造や結晶配向性を変える手段が幾つか報告されている。

【００１６】例えば、アプライドマテリアルインコ
ーポレイテッドは、Ｓｉ表面にＴｉ／ＴｉＮ／Ｔｉの積
層構造を形成した後、上部Ｔｉ膜をＮ₂中でアニールし
て、ＴｉＳｉ₂／ＴｉＮ（１１１）としている（要すれ
ば、「特開平５−１９０４９３号公報」、を参照）。

【００１７】ソニー株式会社は、Ｔｉ（１１０）／Ｔｉ
Ｎ（２００）構造、Ｔｉ（１１０）／Ｔｉ（００２）／
ＴｉＮ（１１１）／Ｔｉ（００２）構造、Ｔｉ（１１
０）／ＴｉＮ（２００）／ＴｉＮ（２００）／Ｔｉ（０
０２）構造などを用い、バリヤ性及び配線の配向性を向
上しようとしている（要すれば、「特開平７−２９７３
８０号公報」、を参照）。

【００１８】同じく、ソニー株式会社は、ＴｉＮ（２０
０）上にＴｉＮ（１１１）を積層して、バリヤ性を向上
させようとしている（要すれば、「特開平６−２６０４
４５号公報」、を参照）。

【００１９】前記特開平５−１９０４９３号公報に見ら
れる発明では、ＴｉＮ膜上のＴｉをＮ₂中でアニールし
てＴｉＮに変える場合に初期のＴｉ膜はＴｉＮ（１１
１）に充分に配向されるような面配向をもって成膜され
ることが必要であり、その為には、下地のＴｉＮ膜は充
分に（１１１）に配向していなければならず、ランダム
な配向成分をもった多結晶ＴｉＮ膜上では、Ｔｉ膜の配
向性は良くならない。従って、この公知技術に依って
は、充分に配向されたＴｉＮ膜の形成は難しい。然しな
がら、この発明は、配線に於けるバリヤ性を重視したも
のである為、配向性について問題があるのは止むを得な
いと思われる。

【００２０】前記特開平７−２９７３８０号公報に見ら
れる発明では、配線のバリヤ性、及び、配線の配向性を
向上させる為、両者に効果があると考えられる構造を採
用したことになってはいるが、積層構造に於ける配向性
の引き継ぎは弱いものと認識される。

【００２１】例えば、一例として、Ｔｉ（１１０）／Ｔ
ｉ（００２）／ＴｉＮ（１１１）／Ｔｉ（００２）なる
積層構造が挙げられているが、Ｔｉ膜の成長は、下地結
晶の表面配向性に影響される為、Ｔｉ（１１０）膜上に
はＴｉ（２００）膜は成長させ難く、その結果、それよ
りも表面側に積層されているＴｉＮ（１１１）／Ｔｉ
（００２）の配向強度はそれほど大きくはならない筈で
ある。

【００２２】また、前記説明した積層構造の他に、Ｔｉ
（１１０）／Ｔｉ（２００）／ＴｉＮ（１１１）／Ｔｉ
（００２）なる積層構造も挙げられているが、ＴｉＮ
（２００）膜上では、ＴｉＮ（１１１）の配向は低い。

【００２３】前記特開平６−２６０４４５号公報に見ら
れる発明では、同じく、配線のバリヤ性や配線の配向性
を向上させる為、ＴｉＮ（２００）／ＴｉＮ（１１１）
積層構造を採用しているが、表面側であるＴｉ（１１
１）膜に於ける配向強度は、下地がＴｉＮ（２００）で
あるから、Ａｌ（１１１）の高配向に寄与するほど高く
はならない。

【００２４】エレクトロマイグレーションを防ぐ為、Ａ
ｌ積層配線構造に於けるＡｌ（１１１）配向性を向上す
る為には、最下層のバリヤ・メタル膜から成膜を始め
て、その上に積層されるバリヤ・メタル膜の配向強度が
高くなるように考慮された積層配線構造が必要であり、
その意味からすると、前記説明した何れの発明に於いて
も、電極がコンタクトするＳｉ表面を含めて考慮した構
成になっている為、開示された技術をそのまま、Ａｌ配
線積層構造、即ち、アモルファス膜である層間絶縁膜上
に移しても、Ａｌ（１１１）高配向に有効とはならな
い。

【００２５】

【発明が解決しようとする課題】本発明に於いては、層
間絶縁膜上に形成されるＡｌ或いはＡｌ合金配線積層構
造中のＡｌ或いはＡｌ合金配線が（１１１）に高配向す
るようにして、エレクトロマイグレーションに対する耐
性を向上する手段を開示しようとする。

【００２６】

【課題を解決するための手段】本発明が基本とするとこ
ろは簡単であり、Ｔｉ膜の成膜初期から（００２）配向
し易い表面状態、或いは、結晶性を実現することであ
り、その為には、Ｔｉ膜の下地に（１１１）配向したＴ
ｉＮ膜を形成すること、そして、（１１１）配向したＴ
ｉＮ膜を形成するには、ＴｉＮ膜の下地に（００２）配
向したＴｉ膜を形成することである。

【００２７】図１は本発明の原理を説明するためのＡｌ
配線構造を表す要部横断面図であって、１１はＴｉから
なるバリヤ・メタル膜、１２はＴｉＮからなるバリヤ・
メタル膜、１３はＴｉからなるバリヤ・メタル膜、１４
はＴｉＮからなるバリヤ・メタル膜、１５はＡｌ合金か
らなる配線膜、１６はＴｉＮからなる反射防止膜をそれ
ぞれ示している。尚、以下の記述では、必要に応じ、バ
リヤ・メタル膜１１のＴｉに（Ａ）を、バリヤ・メタル
膜１２のＴｉＮに（Ｂ）を、バリヤ・メタル膜１３のＴ
ｉに（Ｃ）を、バリヤ・メタル膜１４のＴｉＮに（Ｄ）
を付記して区別することとする。

【００２８】この構造に依れば、バリヤ・メタル膜の最
上層であるＴｉＮ（Ｄ）からなるバリヤ・メタル膜１４
は、（１１１）に高配向した膜となり、従って、その上
に成膜したＡｌ合金からなる配線膜１５は更に強く（１
１１）に配向されたものとなる。

【００２９】本発明に於けるＴｉ（Ａ）／ＴｉＮ（Ｂ）
／Ｔｉ（Ｃ）／ＴｉＮ（Ｄ）からなるバリヤ・メタル膜
積層構造に於いては、Ｔｉ（Ｃ）からなるバリヤ・メタ
ル膜１４はＴｉＮ（Ｂ）からなるバリヤ・メタル膜１２
の（１１１）配向した結晶性を引き継ぎ、成膜の初期か
ら（００２）配向の膜となるので、熱酸化膜のようなア
モルファス膜上に成膜したＴｉ（Ａ）からなるバリヤ・
メタル膜１１に比較して強く（００２）配向し、従っ
て、Ｔｉ（Ｃ）からなるバリヤ・メタル膜１３の（００
２）配向が高い為、ＴｉＮ（Ｄ）は（１１１）に更に強
く配向する。

【００３０】図２は各種データを示す表であり、図２
（Ａ）は各種の下地に対するＴｉ膜の（００２）配向強
度を表す表であって、図では、熱酸化膜上、熱酸化膜／
ＴｉＮ膜上、熱酸化膜／Ｔｉ膜／ＴｉＮ膜上それぞれの
Ｔｉ膜に於ける（００２）配向強度が示されている。

【００３１】ここで、Ｔｉ膜並びにＴｉＮ膜は、何れも
同じ膜厚、即ち、５０〔ｎｍ〕にして、ＸＲＤに依る配
向強度を判り易く比較できるようにしてある。

【００３２】図２（Ａ）からすると、熱酸化膜／ＴｉＮ
膜上のＴｉ膜は熱酸化膜上に比較して（００２）配向し
難いことが看取され、これは、熱酸化膜上のＴｉＮ膜
は、前記したように、下地がアモルファス膜であること
から、ランダムな配向成分を多くもつ配向性が良くない
膜であることに起因している。

【００３３】ところが、Ｔｉ膜／ＴｉＮ膜のように（１
１１）に強く配向したＴｉＮ膜上のＴｉ（００２）配向
強度は、熱酸化膜上に比較して約２倍程度強くなるの
で、このことから、Ｔｉ（００２）配向強度を強くする
には、下地の配向性を良くすることが必要である旨を理
解できる。

【００３４】図２（Ｂ）はＴｉ膜／ＴｉＮ膜の２層構造
とＴｉ（Ａ）膜／ＴｉＮ（Ｂ）膜／Ｔｉ（Ｃ）膜／Ｔｉ
Ｎ（Ｄ）膜の４層構造に於ける最上層であるＴｉＮ膜の
ＸＲＤの測定結果を示す表である。

【００３５】図に見られる各膜厚は、ＸＲＤ測定の結果
を判り易くする為に５０〔ｎｍ〕に統一してあり、そし
て、Ｔｉ（Ａ）膜／ＴｉＮ（Ｂ）膜／Ｔｉ（Ｃ）膜／Ｔ
ｉＮ（Ｄ）膜からなる積層構造に於ける上層であるＴｉ
Ｎ（Ｄ）の配向強度は、ＴｉＮ（Ｂ）の配向強度を差分
した値になっている。

【００３６】中間層であるＴｉ（Ｃ）膜の（００２）高
配向を反映して、Ｔｉ膜／ＴｉＮ膜の構造よりも、Ｔｉ
（Ａ）膜／ＴｉＮ（Ｂ）膜／Ｔｉ（Ｃ）膜／ＴｉＮ
（Ｄ）膜の構造の方がＴｉＮ（Ｄ）に於ける（１１１）
配向は２倍程度高く、下地の表面配向性を反映して成膜
方向に徐々にそれぞれの配向強度が強くなることが判
る。

【００３７】前記したところから明らかなとおり、本発
明では、バリヤ・メタル膜を多層に積層した構造を採用
しているのであるが、一般に、配線に於けるバリヤ・メ
タル全体の膜厚は、設計面からみて限定されたものにな
る為、本発明のバリヤ・メタル膜積層構造では、各バリ
ヤ・メタル膜の膜厚を最適化する必要がある。

【００３８】従って、バリヤ・メタル全体の膜厚を一定
とし、本発明に於けるバリヤ・メタル膜積層構造に於け
るＡｌ（１１１）配向と従来のバリヤ・メタル膜構造に
於けるＡｌ（１１１）配向とを比較検討することは有意
義である。

【００３９】図２（Ｃ）はバリヤ・メタル全体の膜厚を
７０〔ｎｍ〕一定にした場合のＴｉ膜／ＴｉＮ膜の２層
構造とＴｉ（Ａ）膜／ＴｉＮ（Ｂ）膜／Ｔｉ（Ｃ）膜／
ＴｉＮ（Ｄ）膜の４層構造に於ける最上層であるＴｉＮ
膜のＸＲＤの測定結果を示す表である。

【００４０】ここで、Ｔｉ膜／ＴｉＮ膜の２層構造で
は、Ｔｉ膜が２０〔ｎｍ〕、ＴｉＮ膜が５０〔ｎｍ〕で
あり、また、Ｔｉ（Ａ）膜／ＴｉＮ（Ｂ）膜／Ｔｉ
（Ｃ）膜／ＴｉＮ（Ｄ）膜の４層構造では、Ｔｉ（Ａ）
膜が２０〔ｎｍ〕、ＴｉＮ（Ｂ）膜が１０〔ｎｍ〕、Ｔ
ｉ（Ｃ）膜が２０〔ｎｍ〕、ＴｉＮ（Ｄ）膜が２０〔ｎ
ｍ〕であって、何れも、全体で７０〔ｎｍ〕である。

【００４１】バリヤ・メタルに於ける上層であるＴｉＮ
膜に於ける（１１１）配向を比較すると、ＴｉＮ（Ｄ）
膜が１．３２倍高くなっていることが看取される。

【００４２】前記したところから、Ｔｉ膜を厚膜化する
よりも、中間にＴｉＮ膜を介挿した場合の効果が大きい
ことが理解でき、従って、本発明では、バリヤ・メタル
全体の厚さを増加させることなく、バリヤ・メタル膜を
多層積層することでＡｌ（１１１）高配向を実現するこ
とにした。

【００４３】前記したところから、本発明に依る半導体
装置及びその製造方法に於いては、（１）Ａｌ或いはＡｌ合金からなる配線（例えばＡｌ合
金からなる配線膜１５）の下地であるバリヤ・メタル膜
積層構造が絶縁膜などのアモルファス膜上に順に積層形
成された少なくともＴｉ（００２）膜（例えばＴｉ
（Ａ）からなるバリヤ・メタル膜１１）及びＴｉＮ（１
１１）膜（例えばＴｉＮ（Ｂ）からなるバリヤ・メタル
膜１２）及びＴｉ（００２）膜（例えばＴｉ（Ｃ）から
なるバリヤ・メタル膜１３）を含んでなることを特徴と
するか、或いは、

【００４４】（２）前記（１）に於いて、バリヤ・メタ
ル膜積層構造が順に積層形成された少なくともＴｉ（０
０２）膜（バリヤ・メタル膜１１）及びＴｉＮ（１１
１）膜（バリヤ・メタル膜１２）及びＴｉ（００２）膜
（バリヤ・メタル膜１３）及びＴｉＮ（１１１）膜（例
えばＴｉＮ（Ｄ）からなるバリヤ・メタル膜１４）を含
んでなることを特徴とするか、或いは、

【００４５】（３）Ａｌ或いはＡｌ合金からなる配線
（配線膜１５）の下地となるバリヤ・メタル膜積層構造
として絶縁膜などのアモルファス膜上に少なくともＴｉ
（００２）膜（バリヤ・メタル膜１１）及びＴｉＮ（１
１１）膜（バリヤ・メタル膜１２）及びＴｉ（００２）
膜（バリヤ・メタル膜１３）を順に積層形成する工程が
含まれてなることを特徴とするか、或いは、

【００４６】（４）Ａｌ或いはＡｌ合金からなる配線
（配線膜１５）の下地となるバリヤ・メタル膜積層構造
として絶縁膜などのアモルファス膜上に少なくともＴｉ
（００２）膜（バリヤ・メタル膜１１）及びＴｉＮ（１
１１）膜（バリヤ・メタル膜１２）及びＴｉ（００２）
膜（バリヤ・メタル膜１３）及びＴｉＮ（１１１）膜
（バリヤ・メタル膜１４）を順に積層形成する工程が含
まれてなることを特徴とするか、或いは、

【００４７】（５）前記（３）又は（４）に於いて、Ｔ
ｉ（００２）膜の成膜温度を２００〔℃〕以下とするこ
とを特徴とするか、或いは、

【００４８】（６）前記（３）乃至（５）の何れか１に
於いて、ＴｉＮ（１１１）膜を成膜する際に於けるＡｒ
・Ｎ₂流量比［Ｎ₂／（Ａｒ＋Ｎ₂）］を１０〔％〕以
上且つ５０〔％〕以下とすることを特徴とする。

【００４９】前記手段を採ることに依り、バリヤ・メタ
ル膜多層積層構造に於ける最上層のＴｉＮ膜に於ける
（１１１）配向を高めることが可能となり、従って、当
然のことながら、その上のＡｌ膜の（１１１）配向も向
上し、エレクトロマイグレーション耐性が高い配線を実
現することができ、今後、更に高集積化されようとして
いる半導体装置に好適である。

【００５０】また、ＬＳＩ（ｌａｒｇｅｓｃａｌｅ
ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｃｉｒｃｕｉｔ）或いはＵＬＳ
Ｉ（ｕｌｔｒａｌａｒｇｅｓｃａｌｅｉｎｔｅｇｒ
ａｔｅｄｃｉｒｃｕｉｔ）などの配線に於いて、厳し
く制限された配線厚設計値の範囲内で、前記のようなエ
レクトロマイグレーション耐性が高い配線を形成するこ
とが可能であるから、配線の信頼性、延いては、半導体
装置の信頼性を高めることに大きく寄与することができ
る。

【００５１】

【発明の実施の形態】実施の形態その１（４層構造と２
層構造の全膜厚を同じにして比較）（１）熱酸化法を適用することに依って、Ｓｉ基板に
厚さが例えば１００〔ｎｍ〕である熱酸化膜を形成す
る。（２）ＤＣマグネトロン・スパッタリング装置を用
い、前記熱酸化膜を形成したＳｉ基板を温度４００
〔℃〕で加熱して脱ガスを行なう。（３）真空度が１×１０^-8〔Ｔｏｒｒ〕以下となるよ
うに排気した後、熱酸化膜上に厚さが２０〔ｎｍ〕のＴ
ｉ（Ａ）膜、１０〔ｎｍ〕のＴｉＮ（Ｂ）膜、２０〔ｎ
ｍ〕のＴｉ（Ｃ）膜、２０〔ｎｍ〕のＴｉＮ（Ｄ）膜、
厚さが４００〔ｎｍ〕のＡｌ合金からなる配線膜を形成
する。尚、この後、必要あれば、ＴｉＮ、或いは、Ｔｉ
Ｎ・Ｔｉなどの反射防止膜を成膜する。

【００５２】図３は本発明に於ける実施の形態その１で
説明したＡｌ合金配線膜のＸＲＤの測定結果と配線平均
寿命ＭＴＦ（ｍｅａｎｔｉｍｅｆａｉｌｕｒｅ）を
従来例と比較して示す表である。

【００５３】図から明らかなように、本発明に依るバリ
ヤ・メタル膜多層積層構造にした場合、Ａｌ（１１１）
配向は１．３６倍程度も向上している。尚、この場合、
ＴｉＮ（Ｄ）の（１１１）配向は、図２（Ｃ）について
説明した通り、１．３２倍程度向上している。

【００５４】ＭＴＦの試験は、電流密度を１×１０
⁶〔Ａ／ｃｍ²〕とし、また、環境温度を２００〔℃〕
として行なったものであり、約１．８倍も長寿命化して
いることが看取される。

【００５５】実施の形態その２（Ｔｉ膜及びＴｉＮ膜に
関する成膜条件の最適化）図４は各種データを示す表であり、図４（Ａ）には、熱
酸化膜上に於けるＴｉ（００２）配向強度の成膜温度依
存性が示されている。

【００５６】図からすると、成膜温度が低いと（００
２）配向強度が高くなることが看取され、Ｔｉ成膜温度
が２００〔℃〕以下に於いて、（００２）配向が高くな
っていることが明らかである。

【００５７】図４（Ｂ）には、熱酸化膜上に於けるＴｉ
Ｎ（１１１）配向強度のＴｉＮ成膜条件、即ち、Ａｒ・
Ｎ₂流量比依存性が示されている。

【００５８】このデータを得た試料に於いて、ＴｉＮ膜
は、反応性スパッタリング法を成膜し、膜厚を５０〔ｎ
ｍ〕としたものであり、図には、Ａｒ・Ｎ₂流量比、即
ち、Ｎ₂／（Ａｒ＋Ｎ₂）が３０〔％〕である場合、及
び、８０〔％〕である場合それぞれに於けるＴｉＮ（１
１１）強度が示されている。

【００５９】何れもＳｉＯ₂上、従って、アモルファス
上での回折強度であって、その場合には、Ｎ₂流量比３
０〔％〕では（１１１）配向が強く、また、８０〔％〕
では（２００）配向が強い。

【００６０】反応性スパッタリング法に依るＴｉＮ膜の
成膜では、成膜モードがＮ₂流量比に依って異なり、Ｎ
₂流量比が低い場合、ターゲットからスパッタリングさ
れたＴｉが途中で窒化するメタリック・モード、及び、
Ｎ₂流量比が高い場合、ターゲット表面でＴｉが窒化す
るナイトライド・モードが存在する。

【００６１】ＴｉＮは、メタリック・モードでは（１１
１）配向が高くなり、また、ナイトライド・モードでは
（２００）配向が高くなるのであるが、そのメカニズム
については、現在、研究中であるが、未だ、不分明であ
る。

【００６２】図４（Ｃ）には、Ｔｉ膜上にＴｉＮ膜を成
膜する際にＮ₂流量比を変えて得られたＴｉＮ（１１
１）配向強度及びＡｌ（１１１）配向強度を示してい
る。

【００６３】この場合、試料に於ける積層構造は、熱酸
化膜、Ｔｉ（５０〔ｎｍ〕）、ＴｉＮ（５０〔ｎ
ｍ〕）、Ａｌ（５００〔ｎｍ〕）であり、Ｔｉ膜及びＡ
ｌ膜の成膜条件は同じであって、ＴｉＮ膜の成膜時に於
けるＮ₂流量比は３０〔％〕と８０〔％〕にした。

【００６４】図からすると、図４（Ｂ）について説明し
たアモルファス膜上で（１１１）配向し易い条件、即
ち、Ｎ₂流量比を３０〔％〕にするという条件と同じに
した場合、ＴｉＮ膜に於ける（１１１）配向がより高く
なっているので、Ｔｉ膜上に於いては、ＴｉＮ膜をメタ
リック・モードで成膜することが好ましく、また、Ａｌ
（１１１）配向強度もＴｉＮ（１１１）配向強度に応じ
て高くなっていることが看取され、Ａｌ（１１１）配向
はＴｉＮ成膜条件に依存することが判る。

【００６５】

【発明の効果】本発明に依る半導体装置及びその製造方
法に於いては、Ａｌ系配線の下地であるバリヤ・メタル
膜積層構造が絶縁膜などのアモルファス膜上に順に積層
形成された少なくともＴｉ（００２）膜及びＴｉＮ（１
１１）膜及びＴｉ（００２）膜を含んでなるか、或い
は、少なくともＴｉ（００２）膜及びＴｉＮ（１１１）
膜及びＴｉ（００２）膜及びＴｉＮ（１１１）膜を含ん
でなる。

【００６６】前記構成を採ることに依り、バリヤ・メタ
ル膜多層積層構造に於ける最上層のＴｉＮ膜に於ける
（１１１）配向を高めることが可能となり、従って、当
然のことながら、その上のＡｌ膜の（１１１）配向も向
上し、エレクトロマイグレーション耐性が高い配線を実
現することができ、今後、更に高集積化されようとして
いる半導体装置に好適である。

【００６７】また、ＬＳＩ或いはＵＬＳＩなどの配線に
於いて、厳しく制限された配線厚設計値の範囲内で、前
記のようなエレクトロマイグレーション耐性が高い配線
を形成することが可能であるから、配線の信頼性、延い
ては、半導体装置の信頼性を高めることに大きく寄与す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理を説明するためのＡｌ配線構造を
表す要部横断面図である。

【図２】各種データを示す表である。

【図３】本発明に於ける実施の形態その１で説明したＡ
ｌ合金配線膜のＸＲＤの測定結果と配線平均寿命ＭＴＦ
を従来例と比較して示す表である。

【図４】各種データを示す表である。

【図５】半導体集積回路に多用されているＡｌ配線構造
を表す要部横断面図である。

【図６】ＴｉＮ（１１１）膜のＸＲＤ測定結果を示す表
である。

【符号の説明】

１１Ｔｉからなるバリヤ・メタル膜１２ＴｉＮからなるバリヤ・メタル膜１３Ｔｉからなるバリヤ・メタル膜１４ＴｉＮからなるバリヤ・メタル膜１５Ａｌ合金からなる配線膜１６ＴｉＮからなる反射防止膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ａｌ或いはＡｌ合金からなる配線の下地で
あるバリヤ・メタル膜積層構造が絶縁膜などのアモルフ
ァス膜上に順に積層形成された少なくともＴｉ（００
２）膜及びＴｉＮ（１１１）膜及びＴｉ（００２）膜を
含んでなることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】バリヤ・メタル膜積層構造が順に積層形成
された少なくともＴｉ（００２）膜及びＴｉＮ（１１
１）膜及びＴｉ（００２）膜及びＴｉＮ（１１１）膜を
含んでな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】Ａｌ或いはＡｌ合金からなる配線の下地と
なるバリヤ・メタル膜積層構造として絶縁膜などのアモ
ルファス膜上に少なくともＴｉ（００２）膜及びＴｉＮ
（１１１）膜及びＴｉ（００２）膜を順に積層形成する
工程が含まれてなることを特徴とする半導体装置の製造
方法。
【請求項４】Ａｌ或いはＡｌ合金からなる配線の下地と
なるバリヤ・メタル膜積層構造として絶縁膜などのアモ
ルファス膜上に少なくともＴｉ（００２）膜及びＴｉＮ
（１１１）膜及びＴｉ（００２）膜及びＴｉＮ（１１
１）膜を順に積層形成する工程が含まれてなることを特
徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】Ｔｉ（００２）膜の成膜温度を２００
〔℃〕以下とすることを特徴とする請求項３或いは４記
載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】ＴｉＮ（１１１）膜を成膜する際に於ける
Ａｒ・Ｎ₂流量比［Ｎ₂／（Ａｒ＋Ｎ₂）］を１０
〔％〕以上且つ５０〔％〕以下とすることを特徴とする
請求項３乃至５の何れか１記載の半導体装置の製造方
法。