JPH065604A - Wiring forming method and wiring structure of integrated circuit - Google Patents

Wiring forming method and wiring structure of integrated circuit

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JPH065604A
JPH065604A JP16258192A JP16258192A JPH065604A JP H065604 A JPH065604 A JP H065604A JP 16258192 A JP16258192 A JP 16258192A JP 16258192 A JP16258192 A JP 16258192A JP H065604 A JPH065604 A JP H065604A
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Japan
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wiring
titanium
titanium nitride
integrated circuit
target
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JP16258192A
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Japanese (ja)
Inventor
Kunichika Kubota
邦親 久保田
Akitoshi Hiraki
明敏 平木
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Hitachi Metals Ltd
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Abstract

PURPOSE:To provide a wiring forming method and a wiring structure for an integrated circuit with which the disconnection of integrated wirings generating due to stressmigration and the like can be prevented. CONSTITUTION:A sputtering process is conducted using the sputtering gas substantially composed of titanium and nitride in the N/Ti atomic ratio target of 0.2 to 0.9, a barrier metal layer, consisting of a nitride-titanium thin film substantially having NaCl type crystal structure and also having the nitride more than the above-mentioned nitride-titanium atom ratio, is formed and an integrated circuit wiring, with which a wiring layer mainly composed of aluminum will be formed, is formed on the barrier metal layer. It is desirable that the barrier medal layer is formed in such a manner that the ratio of X-ray diffraction intensity on the (200) crystal face and the (111) crystal face is set at 0.15 or smaller, and that the half power width of the peak of the (111) crystal face of aluminum of X-ray diffraction analysis of the wiring layer is set at 2.5 degree or smaller.

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、窒化チタン膜をバリア
メタル層とする集積回路の配線形成方法および集積回路
の配線構造に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an integrated circuit wiring forming method using a titanium nitride film as a barrier metal layer and an integrated circuit wiring structure.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年LSIの集積度向上にはめざましい
ものがあり、そのために回路を構成する配線幅もさらな
る微細化が進行中である。また、LSIには電極部であ
るアルミニウムと素子部であるシリコンの間の両元素の
反応拡散を防止するために、バリアメタル層と呼ばれる
拡散防止層が形成されている。このバリアメタル層も配
線幅の微細化にともない、より薄層化が要求され、高融
点で拡散防止効果も高いバリアメタル層が求められてい
る。
2. Description of the Related Art In recent years, there have been remarkable improvements in the degree of integration of LSIs, and for this reason, the wiring widths that make up circuits are being further miniaturized. In addition, a diffusion prevention layer called a barrier metal layer is formed in the LSI in order to prevent reaction diffusion of both elements between aluminum which is an electrode portion and silicon which is an element portion. This barrier metal layer is also required to be thinner as the wiring width becomes finer, and a barrier metal layer having a high melting point and a high diffusion preventing effect is also required.

【0003】また、このバリアメタル層は電極の一部と
なるため、比抵抗値のできるだけ低い材料が望ましい。
現在、高融点で比抵抗値が低いという特性を有し、極め
て優れた拡散防止効果を有する材料として窒化チタン膜
が注目されている。この窒化チタン膜は、H.Kageyamaら
のProc. of the 1991, IRPS P.677の論文に代表される
ように、配線層となるアルミニウムとの格子定数の差が
極めて少ないことから、配向性の高い窒化チタン膜上に
アルミニウム膜を形成すると、アルミニウム膜も配向性
が高くなるため、ストレスマイグレーション、エレクト
ロマイグレーション等による断線破壊の防止に効果ある
ことが知られている。
Further, since the barrier metal layer becomes a part of the electrode, it is desirable to use a material having a specific resistance value as low as possible.
At present, a titanium nitride film is attracting attention as a material having a characteristic of having a high melting point and a low specific resistance value and having an extremely excellent diffusion preventing effect. This titanium nitride film has an extremely small difference in the lattice constant from the aluminum used as the wiring layer, as typified by the paper by H. Kageyama et al., Proc. Of the 1991, IRPS P.677. It is known that when an aluminum film is formed on a high titanium nitride film, the orientation of the aluminum film also becomes high, and therefore it is effective in preventing disconnection breakage due to stress migration, electromigration and the like.

【0004】アルミニウム膜の配向性を高めると、アル
ミニウム膜はいわゆるバンブー状の結晶構造となる。そ
のため、ストレスや電界の勾配に沿った粒界が減少する
ことになり、結果としてマイグレーションによる断線破
壊を防止できる。この窒化チタン層は、通常純チタンを
ターゲットとした反応性スパッタリング法によって形成
される。この反応性スパッタリング法は、純チタンのタ
ーゲットをグロー放電により形成した窒素イオンおよび
アルゴンイオン等の荷電粒子で衝撃を与えることによっ
て、ターゲット表面を窒化するとともに、その衝撃力で
窒化チタン粒子を放出させて、ターゲットに対向して設
置したシリコンウェハーに窒化チタン膜を形成するもの
である。
When the orientation of the aluminum film is enhanced, the aluminum film has a so-called bamboo-like crystal structure. Therefore, the grain boundaries along the stress and the gradient of the electric field are reduced, and as a result, wire breakage due to migration can be prevented. This titanium nitride layer is usually formed by a reactive sputtering method targeting pure titanium. In this reactive sputtering method, a target of pure titanium is bombarded with charged particles such as nitrogen ions and argon ions formed by glow discharge to nitride the target surface and release the titanium nitride particles by the impact force. Then, a titanium nitride film is formed on the silicon wafer placed facing the target.

【0005】反応性スパッタリング法による利点は、ス
パッタリングガス中に含有させる窒素の濃度を制御する
ことにより、形成する薄膜の窒素とチタンの組成比を容
易に制御できること、およびターゲットが純チタンとい
う金属単体であるため、高密度、高純度のターゲットが
得られることである。窒化チタン層を反応性スパッタリ
ング法によって形成する理由は、化学両論的な窒素とチ
タンの原子比が1である窒化チタンでターゲットを構成
しようすると、化合物であるために非常に焼結しにく
く、スパッタリングターゲットとして密度の高いものが
得られないためである。このようにターゲットの密度が
低いと、スパッタリング中に異常放電が発生しやすく、
パーティクルの発生といった不良の原因になる。
The advantages of the reactive sputtering method are that the composition ratio of nitrogen and titanium in the thin film to be formed can be easily controlled by controlling the concentration of nitrogen contained in the sputtering gas, and that the target is pure titanium, which is a simple metal. Therefore, a high-density and high-purity target can be obtained. The reason for forming the titanium nitride layer by the reactive sputtering method is that if a target is made of titanium nitride having an atomic ratio of stoichiometric nitrogen and titanium of 1, the target is a compound, so it is very difficult to sinter, and sputtering is performed. This is because a dense target cannot be obtained. When the target density is low, abnormal discharge easily occurs during sputtering,
It causes defects such as generation of particles.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た純チタンをターゲットとして用いた反応性スパッタリ
ング法では、スパッタ装置に導入される窒素によって窒
化チタンが生成するが、薄膜上へスパッタリングガスに
含まれる窒素が吸着するため、薄膜上の窒化チタンの表
面拡散が阻害され薄膜の配向性が低くなり、結果として
配線層となるアルミニウムも配向性も低下するという問
題があった。上述したように配線層を形成するアルミニ
ウムの配向性が低いとストレスマイグレーションおよび
エレクトロマイグレーションの発生の原因となる。この
ようなマイグレーションの発生は集積回路配線の断線に
つながるため、配線層の配向性を高める解決策が求めら
れている。本発明の目的は、ストレスマイグレーション
およびエレクトロマイグレーションによる集積配線の断
線をふせぐことのできる集積回路の配線形成方法および
集積回路の配線構造を提供することである。
However, in the above-mentioned reactive sputtering method using pure titanium as a target, titanium nitride is produced by nitrogen introduced into the sputtering apparatus, but nitrogen contained in the sputtering gas is deposited on the thin film. Therefore, there is a problem in that the surface diffusion of titanium nitride on the thin film is hindered and the orientation of the thin film is lowered, resulting in a reduction in the orientation of aluminum and the wiring layer. As described above, the low orientation of aluminum forming the wiring layer causes stress migration and electromigration. Since the occurrence of such migration leads to disconnection of the integrated circuit wiring, a solution for increasing the orientation of the wiring layer is required. An object of the present invention is to provide a wiring forming method of an integrated circuit and a wiring structure of an integrated circuit capable of preventing disconnection of the integrated wiring due to stress migration and electromigration.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明者は、反応性スパ
ッタリングによる生成する窒化チタン薄膜の配向性を検
討し、反応性スパッタリングに使用するターゲットを純
チタンではなく、窒素とチタンの原子比(以下 N/Ti
と記す)が0.2ないし0.9であるターゲットを用いること
により、窒化チタンの配向性を高め、結果としてアルミ
ニウムあるいはアルミニウム合金の配向性を高めること
ができることを見いだし本発明に到達した。
The present inventor has examined the orientation of a titanium nitride thin film formed by reactive sputtering, and the target used for reactive sputtering is not pure titanium but an atomic ratio of nitrogen and titanium ( Below N / Ti
It was found that the orientation of titanium nitride can be enhanced, and as a result, the orientation of aluminum or aluminum alloy can be enhanced by using a target having a ratio of 0.2 to 0.9).

【0008】すなわち本発明は、実質的にチタンと窒素
で構成され、N/Tiが0.2ないし0.9のターゲットを窒
素を含むスパッタリングガスを用いてスパッタリングを
行い、前記ターゲットの窒素とチタンの原子比よりも窒
素の比が多く、かつ実質的にNaCl型の結晶構造を有
する窒化チタン薄膜でなるバリアメタル層を形成し、該
バリアメタル層の上にアルミニウムを主成分とする配線
層を形成することを特徴とする集積回路配線の形成方法
である。
That is, according to the present invention, a target consisting essentially of titanium and nitrogen and having N / Ti of 0.2 to 0.9 is sputtered using a sputtering gas containing nitrogen. In addition, a barrier metal layer formed of a titanium nitride thin film having a large nitrogen ratio and a substantially NaCl type crystal structure is formed, and a wiring layer containing aluminum as a main component is formed on the barrier metal layer. It is a method for forming a characteristic integrated circuit wiring.

【0009】この方法により、配向性の高い配線構造が
得られ、マイグレーションを防止できる配線構造が得ら
れた。すなわち本発明の集積回路の配線構造は(20
0)結晶面と(111)結晶面のX線回折強度の比(2
00)/(111)が0.15以下の実質的にNaCl
型の結晶構造を有する窒化チタン膜でなるバリアメタル
層の上に、X線回折分析によるアルミニウムの(11
1)結晶面のピークの半値幅が2.5度以下のアルミニ
ウムを主成分とする配線層が形成されていることを特徴
とするものである。
By this method, a wiring structure having a high orientation was obtained, and a wiring structure capable of preventing migration was obtained. That is, the wiring structure of the integrated circuit of the present invention is (20
The ratio of the X-ray diffraction intensities of the (0) crystal face and the (111) crystal face (2
(00) / (111) is substantially less than 0.15
On the barrier metal layer made of a titanium nitride film having a crystal structure of
1) It is characterized in that a wiring layer containing aluminum as a main component and having a half-value width of a peak of a crystal plane of 2.5 degrees or less is formed.

【0010】[0010]

【作用】本発明の特徴とするところは、純チタンのター
ゲットではなく、窒素とチタンの原子比 N/Tiが0.2
ないし0.9のターゲットを用いて反応性スパッタリング
を行うことにより、純チタンのターゲットでは達成でき
なかった窒化チタン薄膜の配向性を極めて高いものとす
ることができることである。発明の方法によれば、(2
00)結晶面と(111)結晶面のX線回折強度の比
(200)/(111)が0.15以下の実質的にNa
Cl型の結晶構造を有する窒化チタン膜が得られ、この
窒化チタン膜上にアルミニウムを主成分とする膜を形成
すればX線回折分析によるピークの半値幅が2.5度以
下のアルミニウムを主成分とする配線層が形成できる。
本発明の方法は反応性スパッタリングを行って窒化チタ
ン膜の形成を行う技術分野において、純チタンターゲッ
トでは達成できない高い配向性を持つ膜を形成できると
いう点で極めて優れた特徴を有するものである。
The feature of the present invention is that the target is not pure titanium but the atomic ratio N / Ti of nitrogen and titanium is 0.2.
By carrying out reactive sputtering with a target of 0.9 to 0.9, it is possible to make the orientation of the titanium nitride thin film extremely high, which could not be achieved with a pure titanium target. According to the method of the invention, (2
The ratio (200) / (111) of the X-ray diffraction intensities of the (00) crystal face and the (111) crystal face is substantially Na of 0.15 or less.
A titanium nitride film having a Cl-type crystal structure is obtained, and if a film containing aluminum as a main component is formed on this titanium nitride film, the half-width of the peak by X-ray diffraction analysis is mainly 2.5% or less. A wiring layer as a component can be formed.
The method of the present invention has an extremely excellent feature in the technical field of forming a titanium nitride film by performing reactive sputtering in that a film having a high orientation which cannot be achieved by a pure titanium target can be formed.

【0011】本発明において、窒素とチタンの原子比
N/Tiが0.2ないし0.9と規定したのはN/Tiが0.2未
満では、反応性スパッタにより、化学両論組成の窒化チ
タン組成に近づけるために導入するスパッタリングガス
中の窒素の量が多くなり、生成薄膜への窒素の吸着およ
び成膜原子の平均入射エネルギーの低下により、配向性
の低下を避けられず、純チタンをターゲットとする場合
に比較して大きな配向性の改善が期待できないためであ
る。またN/Tiが0.9を越えると、窒化チタンの化学
両論組成に近いため、ターゲット製造時の焼結性が極め
て悪くなり、95%以上の相対密度が得られないためであ
る。密度の低いターゲットはパーティクルの発生の原因
となり好ましくない。
In the present invention, the atomic ratio of nitrogen and titanium
N / Ti is specified to be 0.2 to 0.9. When N / Ti is less than 0.2, the amount of nitrogen in the sputtering gas introduced to bring the composition closer to the stoichiometric titanium nitride composition is increased due to the reactive sputtering. This is because the reduction of the orientation cannot be avoided due to the adsorption of nitrogen to the thin film and the reduction of the average incident energy of the film-forming atoms, and a large improvement in the orientation cannot be expected as compared with the case where pure titanium is used as the target. On the other hand, if N / Ti exceeds 0.9, it is close to the stoichiometric composition of titanium nitride, so the sinterability during target production becomes extremely poor, and a relative density of 95% or more cannot be obtained. A low-density target is not preferable because it causes the generation of particles.

【0012】なお、本発明でNaCl型と規定したのは
窒化チタン膜として低抵抗を示す膜の結晶型であるから
である。また、本発明はアルミニウム単体だけでなく、
Al-Si,Al-Cu,Al-Si-Cu系等のアルミニウム合金
でなる配線合金にも適用可能である。ただし、これらの
配線合金は、純アルミニウムと同様のFCC相単相を維
持するためにSi,Cu等の添加量は、10atm%以下とする
必要がある。なお、アルミニウムに対するSi,Cuの原
子半径差は小さいため、10atm%添加しても格子定数変化
は純アルミニウムに対し1%以下である。
The NaCl type is defined in the present invention because it is a crystal type of a titanium nitride film having a low resistance. Further, the present invention is not limited to aluminum alone,
It is also applicable to wiring alloys made of aluminum alloys such as Al-Si, Al-Cu, and Al-Si-Cu. However, in order to maintain the FCC phase single phase similar to pure aluminum in these wiring alloys, the addition amount of Si, Cu, etc. must be 10 atm% or less. Since the atomic radius difference between Si and Cu with respect to aluminum is small, the lattice constant change is 1% or less with respect to pure aluminum even if 10 atm% is added.

【0013】また、アルミニウムの成膜には、スパッタ
リング法や化学蒸着法(CVD)の適用が可能である。
特にスパッタリング法は装置が単純であり、使用しやす
いという利点がある。また、T.Kobayashiらの、Jpn.J.A
ppl.Phys.,27(1988) P.L1775の論文に掲載のようなエピ
タキシャルCVD法を適用してアルミニウムを成膜すれ
ば、更なる高信頼性薄膜形成が期待できる。本発明で使
用するターゲットは、窒化チタン粉末と純チタン粉末を
特定比率で混合し、焼結することにより得ることができ
る。また純チタンに変えて水素化チタン粉を用いて、混
合後、脱水素し、焼結する方法はチタンの酸化を防ぐこ
とができるため、純度を要求される集積回路の用途には
好ましい。また焼結には熱間静水圧プレス、ホットプレ
スなどの加圧焼結法が高密度のターゲットを得る上で好
ましい。
Further, a sputtering method or a chemical vapor deposition method (CVD) can be applied to the film formation of aluminum.
Particularly, the sputtering method has an advantage that the apparatus is simple and easy to use. In addition, Jpn.JA of T. Kobayashi et al.
Further high reliability thin film formation can be expected by applying an epitaxial CVD method as described in the paper of ppl. Phys., 27 (1988) P.L1775 to form a film of aluminum. The target used in the present invention can be obtained by mixing titanium nitride powder and pure titanium powder in a specific ratio and sintering. Further, a method of using titanium hydride powder instead of pure titanium, mixing, dehydrogenating, and sintering can prevent oxidation of titanium, and is therefore preferable for use in integrated circuits requiring high purity. For sintering, a pressure sintering method such as hot isostatic pressing or hot pressing is preferable for obtaining a high-density target.

【0014】[0014]

【実施例】(実施例1)N/Tiが1である窒素22.6重
量%、残部チタン、純度99.99%以上、平均粒径40μmの
窒化チタン粉末と、純度99.99%以上、平均粒径40μmの
純チタン粉末とをN/Tiが0〜1.0となる混合比で配合
し、V型ブレンダで混合した。なお、窒素とチタンの原
子比 0とはチタン粉末のみを原料とした場合であり、窒
素とチタンの原子比1とは、窒化チタン粉末のみを原料
とした場合である。得られた混合粉を内径φ400mmの熱
間静水圧プレス用のカプセルに充填した後、1250℃×5
時間、100MPaの条件で熱間静水圧プレスを行い、φ75mm
×6mmtのターゲットを得た。得られたターゲットのN
/Tiと相対密度の関係を図1に示す。
(Example 1) 22.6% by weight nitrogen having N / Ti of 1, balance titanium, purity 99.99% or more, titanium nitride powder having an average particle size of 40 μm, and purity 99.99% or more, pure particle having an average particle size of 40 μm Titanium powder was mixed in a mixing ratio such that N / Ti was 0 to 1.0, and mixed with a V-type blender. An atomic ratio of nitrogen to titanium of 0 means that only titanium powder was used as a raw material, and an atomic ratio of nitrogen to titanium of 1 means that only titanium nitride powder was used as a raw material. After filling the obtained mixed powder into a capsule for hot isostatic pressing with an inner diameter of φ400 mm, 1250 ° C × 5
Hot isostatic press under conditions of 100 MPa for 75 mm
A target of × 6 mmt was obtained. N of the obtained target
The relationship between / Ti and relative density is shown in FIG.

【0015】図1よりN/Tiが0.9を越えると急激な
密度低下が起こり好ましくないことがわかる。これらの
ターゲットをアルゴンと窒素の混合ガスよりなるスパッ
タリングガスを用いて、それぞれφ6インチウェハー上
に成膜した。各組成のターゲットに対して表1に示す条
件でスパッタリングを行ない10000Åの窒化チタン薄膜
を得た。またターゲット組成によらない共通の条件は表
2に示す。得られた窒化チタン薄膜のN/Tiとφ6イ
ンチウェハー上に発生した0.5μm以上のパーティクル数
も表3に示す。
From FIG. 1, it can be seen that if N / Ti exceeds 0.9, a rapid decrease in density occurs, which is not preferable. Films of these targets were formed on a φ6 inch wafer by using a sputtering gas composed of a mixed gas of argon and nitrogen. Sputtering was performed on the targets of the respective compositions under the conditions shown in Table 1 to obtain a titanium nitride thin film of 10,000 Å. Table 2 shows common conditions that do not depend on the target composition. Table 3 also shows N / Ti of the obtained titanium nitride thin film and the number of particles of 0.5 μm or more generated on the φ6 inch wafer.

【0016】[0016]

【表1】 [Table 1]

【0017】[0017]

【表2】 [Table 2]

【0018】[0018]

【表3】 [Table 3]

【0019】表3に示す得られた窒化チタンの薄膜はす
べてN/Ti=1の近傍の組成によって得られる黄金色
を示していた。図1と表3より、パーティクルの発生は
ターゲットの密度の低下とともに増加することがわか
る。特にN/Tiが0.9を越える本発明の組成範囲外の
ターゲットを使用すると、パーティクルの発生数は著し
く増加し、窒化チタンの薄膜として好ましくないもので
あることがわかった。また、N/Tiが0.2未満のター
ゲットを使用してもパーティクルの発生数が増加するこ
とが認められた。
The obtained titanium nitride thin films shown in Table 3 all showed a golden color obtained by the composition in the vicinity of N / Ti = 1. From FIG. 1 and Table 3, it can be seen that the generation of particles increases as the target density decreases. In particular, it was found that when a target having a composition ratio of N / Ti exceeding 0.9 and out of the composition range of the present invention was used, the number of particles generated remarkably increased, which is not preferable as a titanium nitride thin film. It was also confirmed that the number of particles generated increased even when a target having N / Ti of less than 0.2 was used.

【0020】表3に示す薄膜の表面を、線源をコバルト
のKα1として、加速電圧40KVのX線回折装置によ
り分析した。これにより得られたすべての窒化チタン薄
膜は実質的にNaCl型の窒化チタンのみであった。ま
たこのX線回折による回折角2θが40から100度の
間で確認された(200)結晶面および(220)結晶
面の回折強度を、最密面である(111)面回折強度に
対する回折強度比として図2に示す。図2より、使用す
るターゲットの組成のN/Tiが0.2以上であれば、
非最密面である(200)結晶面および(220)結晶
面の最密面である(111)結晶面との回折強度比がそ
れぞれ0.15%以下になり、N/Tiが0の純チタン
ターゲットを用いる場合よりも著しく結晶配向性が高い
ものとなることがわかった。また表3と図2よりパーテ
ィクルの発生を抑えて、結晶配向性の高い窒化チタンの
薄膜を得るには、反応性スパッタリング用ターゲットと
して、N/Tiが0.2ないし0.9の本発明で規定するター
ゲットを使用すれば良いことがわかる。
The surfaces of the thin films shown in Table 3 were analyzed by an X-ray diffractometer with an acceleration voltage of 40 KV using Kα1 of cobalt as the radiation source. All the titanium nitride thin films thus obtained were essentially only NaCl-type titanium nitride. Further, the diffraction intensity of the (200) crystal face and the (220) crystal face, which were confirmed when the diffraction angle 2θ by this X-ray diffraction was between 40 and 100 degrees, was calculated from the diffraction intensity with respect to the (111) face diffraction intensity which is the closest packed face. The ratio is shown in FIG. From FIG. 2, if N / Ti of the composition of the target used is 0.2 or more,
The diffraction intensity ratios of the non-closest (200) crystal face and the (220) crystal face to the closest (111) crystal face are each 0.15% or less, and N / Ti is 0. It was found that the crystal orientation was remarkably higher than that when the titanium target was used. Further, from Table 3 and FIG. 2, in order to suppress the generation of particles and obtain a titanium nitride thin film having a high crystal orientation, a target defined by the present invention with N / Ti of 0.2 to 0.9 is used as a reactive sputtering target. It turns out that you should use it.

【0021】次に、表3で示すφ6インチウエハに形成
した窒化チタン薄膜上に、表4に示す条件でアルミニウ
ムをスパッタリングした。
Next, aluminum was sputtered on the titanium nitride thin film formed on the φ6 inch wafer shown in Table 3 under the conditions shown in Table 4.

【0022】[0022]

【表4】 [Table 4]

【0023】得られたアルミニウム薄膜の表面を、線源
をコバルトのKα1として、加速電圧40KVのX線回
折装置により分析した。アルミニウムの配向性は、最密
面である(111)結晶面のピークの半値幅より評価し
た。この半値幅は最密面から数度傾いたいわゆる微傾斜
面の頻度と傾角の情報を含んだものであり、半値幅が小
さいほど結晶配向性が高いことを示すものである。結果
を図3に示す。図3よりN/Tiが0.2以上のターゲ
ットによって形成した窒化チタンの薄膜上に形成した得
たアルミニウム薄膜の半値幅は2.5度以下であり、N
/Tiが0の純チタンターゲットによって得た窒化チタ
ンの薄膜上に形成したアルミニウム薄膜よりも著しく結
晶配向性が高いものとなることがわかった。このように
本発明の方法で得られた窒化チタン薄膜上に形成した窒
化アルミニウム薄膜は配向性が高く、集積回路で問題と
なるマイグレーションを防ぐ上このましい配線構造を提
供できるものとなることがわかった。
The surface of the obtained aluminum thin film was analyzed by an X-ray diffractometer with an acceleration voltage of 40 KV using Kα1 of cobalt as the radiation source. The orientation of aluminum was evaluated from the half width of the peak of the (111) crystal plane, which is the closest packed plane. The full width at half maximum includes information on the frequency and the inclination angle of a so-called slightly inclined surface inclined by several degrees from the closest surface, and the smaller the full width at half maximum, the higher the crystal orientation. The results are shown in Fig. 3. From FIG. 3, the full width at half maximum of the obtained aluminum thin film formed on the titanium nitride thin film formed by the target having N / Ti of 0.2 or more is 2.5 degrees or less, and N
It was found that the crystal orientation was significantly higher than that of the aluminum thin film formed on the titanium nitride thin film obtained by the pure titanium target having / Ti of 0. As described above, the aluminum nitride thin film formed on the titanium nitride thin film obtained by the method of the present invention has a high orientation and can provide a preferable wiring structure in order to prevent migration which is a problem in an integrated circuit. all right.

【0024】[0024]

【発明の効果】本発明の方法は、反応性スパッタリング
に使用するターゲットをN/Tiが0.2ないし0.9の特定
の原子比を有するターゲットとしたため、パーティクル
の発生が少なく、かつ結晶配向性の高い窒化チタンでな
るバリアメタル層を形成できる。これによりパーティク
ルの発生による集積回路の断線等の不良の発生を抑える
ことができる。さらにバリアメタル層上にアルミニウム
を主成分とする膜を配線層として形成すれば、アルミニ
ウムと窒化チタンの最密面が同じことから、配線層の配
向性も高いものとすることができるため、集積回路の配
線で問題となる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の発生による断線などの発生しに
くい、信頼性の高い配線構造を提供することが可能とな
る。
According to the method of the present invention, since the target used for the reactive sputtering is a target having a specific atomic ratio of N / Ti of 0.2 to 0.9, the generation of particles is reduced and the nitriding with high crystal orientation is achieved. A barrier metal layer made of titanium can be formed. As a result, it is possible to suppress the occurrence of defects such as disconnection of the integrated circuit due to the generation of particles. Furthermore, if a film containing aluminum as a main component is formed as a wiring layer on the barrier metal layer, the orientation of the wiring layer can be made high because the close-packed surfaces of aluminum and titanium nitride are the same. It is possible to provide a highly reliable wiring structure in which disconnection or the like due to occurrence of electromigration and stress migration, which are problems in circuit wiring, does not easily occur.

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

【図1】ターゲット組成と得られたターゲットの相対密
度の関係を示した図である。
FIG. 1 is a diagram showing the relationship between the target composition and the relative density of the obtained target.

【図2】ターゲット組成と形成した窒化チタン膜のX線
回折強度の関係を示した図である。
FIG. 2 is a diagram showing a relationship between a target composition and an X-ray diffraction intensity of a formed titanium nitride film.

【図3】ターゲット組成と形成した窒化チタン膜上に形
成したアルミニウム膜のX回折分析による最密面の半値
幅を示した図である。
FIG. 3 is a diagram showing a half-value width of a close-packed surface of a target composition and an aluminum film formed on a formed titanium nitride film by X-ray diffraction analysis.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 実質的にチタンと窒素で構成され、窒素
とチタンの原子比N/Tiが0.2ないし0.9のターゲット
を窒素を含むスパッタリングガスを用いてスパッタリン
グを行い、前記ターゲットの窒素とチタンの原子比より
も窒素の比が多く、かつ実質的にNaCl型の結晶構造
を有する窒化チタン薄膜でなるバリアメタル層を形成
し、該バリアメタル層の上にアルミニウムを主成分とす
る配線層を形成することを特徴とする集積回路配線の形
成方法。
1. A target consisting essentially of titanium and nitrogen and having an atomic ratio N / Ti of nitrogen to titanium of 0.2 to 0.9 is sputtered using a sputtering gas containing nitrogen, and the target of nitrogen and titanium is A barrier metal layer formed of a titanium nitride thin film having a ratio of nitrogen to atomic ratio and having a substantially NaCl type crystal structure is formed, and a wiring layer containing aluminum as a main component is formed on the barrier metal layer. A method for forming an integrated circuit wiring, comprising:
【請求項2】 バリアメタル層は、(200)結晶面と
(111)結晶面のX線回折強度の比(200)/(1
11)が0.15以下の実質的にNaCl型の結晶構造
を有する窒化チタン膜であることを特徴とする請求項1
に記載の集積回路配線の形成方法。
2. The barrier metal layer has a ratio (200) / (1 of X-ray diffraction intensities of a (200) crystal face and a (111) crystal face.
11. The titanium nitride film 11) is a titanium nitride film having a substantially NaCl type crystal structure of 0.15 or less.
A method for forming an integrated circuit wiring according to claim 1.
【請求項3】 配線層は、X線回折分析によるアルミニ
ウムの(111)結晶面のピークの半値幅が2.5度以
下のアルミニウムを主成分とする層であることを特徴と
する請求項1ないし2に記載の集積回路配線の形成方
法。
3. The wiring layer is a layer containing aluminum as a main component, wherein a half value width of a peak of a (111) crystal plane of aluminum by X-ray diffraction analysis is 2.5 degrees or less. 3. The method for forming an integrated circuit wiring according to any one of items 1 to 2.
【請求項4】 (200)結晶面と(111)結晶面の
X線回折強度の比(200)/(111)が0.15以
下の実質的にNaCl型の結晶構造を有するスパッタリ
ングにより形成された窒化チタン膜でなるバリアメタル
層の上に、X線回折分析によるアルミニウムの(11
1)結晶面のピークの半値幅が2.5度以下のアルミニ
ウムを主成分とする配線層が形成されていることを特徴
とする集積回路の配線構造。
4. A sputtering method having a substantially NaCl-type crystal structure in which the ratio (200) / (111) of the X-ray diffraction intensities of the (200) crystal face and the (111) crystal face is 0.15 or less. On the barrier metal layer made of titanium nitride film
1) A wiring structure of an integrated circuit, wherein a wiring layer containing aluminum as a main component and having a peak half-width of a crystal plane of 2.5 degrees or less is formed.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6746962B2 (en) 2000-10-26 2004-06-08 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Method for fabricating a semi-conductor device having a tungsten film-filled via hole

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