JPH0936113A - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor device

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JPH0936113A
JPH0936113A JP18162895A JP18162895A JPH0936113A JP H0936113 A JPH0936113 A JP H0936113A JP 18162895 A JP18162895 A JP 18162895A JP 18162895 A JP18162895 A JP 18162895A JP H0936113 A JPH0936113 A JP H0936113A
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JP
Japan
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conductive layer
film
wiring
lower conductive
semiconductor device
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Application number
JP18162895A
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Japanese (ja)
Inventor
Kazuhiro Hoshino
和弘 星野
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 配線の冗長性に優れ、しかもエレクトロマイ
グレーション(EM)耐性およびストレスマイグレーシ
ョン(SM)耐性に優れた配線を有する半導体装置の製
造方法を提供すること。 【構成】 タングステン(W)膜から成る下部導電層1
4の表面に、Ne、Ar、Kr、Xeなどの不活性ガス
種またはSiなどの不純物をイオン注入し、この不純物
がイオン注入された下部導電層14の表面に、Al、C
u、Ag、Auもしくはそれらを基とした合金層から成
る上部導電層16を積層して、積層配線を形成する。い
ったん形成されたW膜などで構成される下部導電層の少
なくとも表面の結晶が、イオン注入により壊され、アモ
ルファス構造に変化する。アモルファス膜上に、Al等
の上部導電層をスパッタリングなどで形成すると、下地
の結晶の配向の影響を受けなくなり、Al等の上部導電
層は、優先配向面に揃うようになる。
(57) [Abstract] [PROBLEMS] To provide a method for manufacturing a semiconductor device having a wiring having excellent wiring redundancy and excellent electromigration (EM) resistance and stress migration (SM) resistance. [Structure] Lower conductive layer 1 made of a tungsten (W) film
4 is ion-implanted with an inert gas species such as Ne, Ar, Kr, Xe or an impurity such as Si, and Al, C
The upper conductive layer 16 made of u, Ag, Au or an alloy layer based on them is laminated to form a laminated wiring. At least the crystal on the surface of the lower conductive layer formed of the W film or the like once formed is destroyed by ion implantation and changed to an amorphous structure. When an upper conductive layer of Al or the like is formed on the amorphous film by sputtering or the like, it is not affected by the orientation of the underlying crystal, and the upper conductive layer of Al or the like is aligned with the preferentially oriented plane.

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、半導体装置の製造方法
に係り、さらに詳しくは、半導体集積回路の配線形成法
に関し、特にエレクトロマイグレーション(EM)耐性
およびストレスマイグレーション(SM)耐性に優れた
配線を提供する方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method of forming a wiring of a semiconductor integrated circuit, and particularly to a wiring excellent in electromigration (EM) resistance and stress migration (SM) resistance. Regarding how to provide.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体集積回路においては、Al合金配
線が一般的に用いられているが、素子の高密度化により
配線幅も0.5μm を切るまでになってきている。この
ため配線においても、より高い信頼性が要求されてきて
いる。配線の信頼性上問題となるエレクトロマイグレー
ション(EM)やストレスマイグレーション(SM)による
断線不良については、以下のような対策がこれまでにな
されてきた。
2. Description of the Related Art In a semiconductor integrated circuit, Al alloy wiring is generally used, but the wiring width has become less than 0.5 μm due to high density of elements. For this reason, higher reliability has been required in wiring. The following measures have been taken up to now for disconnection defects due to electromigration (EM) and stress migration (SM), which are problems in reliability of wiring.

【0003】第1の対策として、不純物添加によりAl
自身の材質を改質する方法がある。この方法では、Al
に対して、Cu、Ti、Scなどを添加する。第2の対
策として、Al配線の積層化により冗長効果を利用して
オープン不良(OPEN不良:断線など)を防ぐ方法があ
る。たとえば、Al配線に対して、TiN/Ti、T
i、TiW、またはWなどを積層させる。
As a first measure, Al is added by adding impurities.
There is a method of modifying the material itself. In this method, Al
On the other hand, Cu, Ti, Sc, etc. are added. As a second measure, there is a method of preventing an open defect (OPEN defect: disconnection, etc.) by utilizing a redundant effect by stacking Al wiring. For example, for Al wiring, TiN / Ti, T
i, TiW, W or the like is laminated.

【0004】第3の対策として、Al成膜法を改良して
Alの結晶性を向上する方法がある。たとえば、ICB
(イオンクラスタービーム)法により単結晶Alを成膜
する方法、または化学気相成長(CVD)法によりAl
を成膜する方法が例示できる。
As a third measure, there is a method of improving the Al crystallinity by improving the Al film forming method. For example, ICB
(Ion cluster beam) method for forming a single crystal Al film, or chemical vapor deposition (CVD) method for forming Al film
A method for forming a film can be exemplified.

【0005】このうち、第2の対策である積層化方法に
よる配線の信頼性の向上は、第1の対策である不純物添
加と組み合わせて用いられることが多い。第2の対策の
中でもWとの積層化は、W自体のEM耐性が導電材料の
うち最も高いことと、WがTiNやTi等に比べて低抵
抗であるということから、信頼性向上の点で有効と考え
られる。
Of these, the improvement of the reliability of the wiring by the stacking method which is the second measure is often used in combination with the impurity addition which is the first measure. Among the second measures, stacking with W is a point of improving reliability because W itself has the highest EM resistance among conductive materials and W has lower resistance than TiN or Ti. Considered to be effective.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、通常の
スパッタ法でAl/Wの積層膜を形成すると、Alの配
向性が悪くなると言う問題が生じる。また、酸化膜等の
アモルファス構造膜上にAlを形成した場合に比べて、
Alの結晶粒が小さくなるという問題がある。すなわ
ち、従来の通常スパッタでAl/Wの積層膜を形成する
とAlの配向性が劣化し、粒径も小さいためAlのEM
耐性が劣化してしまう。このため、Alが断線すると下
層のWに高電流が集中し、高いジュール発熱を生じるよ
うになり、Alのマイグレーションがさらに加速され不
良に至ってしまう。
However, when the Al / W laminated film is formed by the usual sputtering method, the problem that the orientation of Al deteriorates occurs. Further, compared to the case where Al is formed on an amorphous structure film such as an oxide film,
There is a problem that the crystal grains of Al become small. That is, when an Al / W laminated film is formed by conventional normal sputtering, the orientation of Al is deteriorated and the grain size is small, so EM of Al is used.
Resistance will deteriorate. For this reason, when Al breaks, a high current concentrates on W in the lower layer, high Joule heat is generated, and the migration of Al is further accelerated, leading to defects.

【0007】前述のように、Al/Wの積層配線ではW
上のAlの配向性が劣化することと、結晶粒が微細にな
ることから、Al自身のEM耐性が劣化してしまう。そ
こで、W膜上にAlを(111)に高配向でかつ粒径を大
きくする方法が求められていた。また、Cu、Ag配線
等についてもAlと同様に、高配向、大粒径の膜が必要
になる。
As described above, in the laminated wiring of Al / W, W
Since the orientation of Al above deteriorates and the crystal grains become finer, the EM resistance of Al itself deteriorates. Therefore, there has been a demand for a method in which Al is (111) highly oriented on the W film and the grain size is increased. Further, for Cu, Ag wiring, etc., similarly to Al, a film with high orientation and large grain size is required.

【0008】本発明は、このような実情に鑑みてなさ
れ、配線の冗長性に優れ、しかもエレクトロマイグレー
ション(EM)耐性およびストレスマイグレーション
(SM)耐性に優れた配線を有する半導体装置の製造方
法を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a method of manufacturing a semiconductor device having wiring excellent in redundancy and excellent in electromigration (EM) resistance and stress migration (SM) resistance. The purpose is to do.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る半導体装置の製造方法は、下部導電層
の表面に不純物をイオン注入する工程と、この不純物が
イオン注入された下部導電層の表面に上部導電層を積層
する工程とを有する。
In order to achieve the above object, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention comprises a step of ion-implanting impurities into the surface of a lower conductive layer, and a step of ion-implanting the impurities. Stacking an upper conductive layer on the surface of the conductive layer.

【0010】前記下部導電層は、たとえばタングステン
(W)あるいはモリブデン(Mo)などで構成すること
ができるが、Wで構成されることが好ましい。Wは、そ
れ自体で、EM耐性が高く、TiあるいはTiNなどと
比べて、低抵抗であるからである。
The lower conductive layer can be made of, for example, tungsten (W) or molybdenum (Mo), but is preferably made of W. This is because W has a high EM resistance by itself, and has a lower resistance than Ti or TiN.

【0011】前記下部導電層に打ち込まれる不純物が、
下部導電層と反応し難い不純物であることが好ましい。
たとえば、前記不純物として、Ne、Ar、Kr、Xe
などの不活性ガス種またはSiなどを例示することがで
きる。これらの不純物を下部導電層の表面にイオン注入
することで、少なくともその表面がアモルファス化す
る。
Impurities implanted in the lower conductive layer are
It is preferable that the impurities are hard to react with the lower conductive layer.
For example, as the impurities, Ne, Ar, Kr, Xe
Inert gas species such as or Si and the like can be exemplified. By ion-implanting these impurities into the surface of the lower conductive layer, at least the surface becomes amorphous.

【0012】前記上部導電層は、Al、Cu、Ag、A
uもしくはそれらを基とした合金層であることが好まし
い。前記下部導電層は、スパッタリング法もしくは化学
気相成長法により成膜されることが好ましい。
The upper conductive layer is made of Al, Cu, Ag, A
u or an alloy layer based on them is preferable. The lower conductive layer is preferably formed by a sputtering method or a chemical vapor deposition method.

【0013】前記上部導電層は、スパッタリング法もし
くは化学気相成長法により成膜されることが好ましい。
The upper conductive layer is preferably formed by a sputtering method or a chemical vapor deposition method.

【0014】[0014]

【作用】本発明のイオン注入法を用いた積層配線を有す
る半導体装置の製造方法では、いったん形成されたW膜
などで構成される下部導電層の少なくとも表面の結晶
が、イオン注入により壊され、アモルファス構造に変化
する。アモルファス膜上に、Al等の上部導電層をスパ
ッタリングなどで形成すると、下地の結晶の配向の影響
を受けなくなり、Al等の上部導電層は、優先配向面に
揃うようになる。例えばfcc構造を有するAl、Cu膜
では、最も緻密な(111)に配向するようになる。さら
に、Alの粒径成長を抑止する下地の結晶格子との整合
性の影響を受けなくなるため、粒が大きく成長すること
ができる。以上の効果によって、Al、Cu等の上部導
電層の配向性が向上し、結晶粒の粒径も大きくなるため
粒界の数も減少し、原子の移動が起きにくくなるため配
線としての信頼性が向上する。
In the method of manufacturing a semiconductor device having a laminated wiring using the ion implantation method of the present invention, at least the crystal on the surface of the lower conductive layer formed by the W film or the like is destroyed by the ion implantation, Change to an amorphous structure. When an upper conductive layer of Al or the like is formed on the amorphous film by sputtering or the like, it is not affected by the orientation of the underlying crystal, and the upper conductive layer of Al or the like is aligned with the preferentially oriented plane. For example, in an Al or Cu film having an fcc structure, the finest (111) orientation is achieved. Further, since it is not affected by the conformity with the underlying crystal lattice that suppresses the grain size growth of Al, the grains can grow large. Due to the above effects, the orientation of the upper conductive layer of Al, Cu, etc. is improved, the grain size of the crystal grains is increased, the number of grain boundaries is reduced, and it is difficult for atoms to move. Is improved.

【0015】また、本発明では、基本的には積層配線構
造であるので、一方の導電層に断線などが生じても他方
の導電層により導通を補い、好適な冗長作用を奏する。
Further, since the present invention basically has a laminated wiring structure, even if a disconnection or the like occurs in one conductive layer, conduction is supplemented by the other conductive layer, and a preferable redundant action is exhibited.

【0016】[0016]

【実施例】以下、本発明に係わる半導体装置の製造方法
について具体的に説明する。半導体装置の製造過程で
は、半導体基板の表面に形成された不純物拡散層(また
は下層側の配線層)と、層間絶縁膜に形成されたコンタ
クトホールを通して上層側の配線層とを接続したい場合
がある。本発明は、その上層側の配線層の形成方法に関
し、その配線層を積層構造としている。以下詳述する。
EXAMPLES A method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be specifically described below. In the process of manufacturing a semiconductor device, it may be desired to connect an impurity diffusion layer (or a lower wiring layer) formed on the surface of a semiconductor substrate and an upper wiring layer through a contact hole formed in an interlayer insulating film. . The present invention relates to a method of forming a wiring layer on the upper side thereof, and the wiring layer has a laminated structure. The details will be described below.

【0017】実施例 1 本実施例では、Al-0.5%CuとWの積層配線にお
いて、Arをイオン注入する例を示す。始めに、図1
(A)に示すように、半導体基板2として、シリコン基
板を準備し、このシリコン基板上に、所定の素子を形成
した後、層間絶縁膜6としてBPSG(ボロンおよびリ
ン含有ガラス)膜を700nm形成する。層間絶縁膜6
としては、BPSG膜以外に、PSG(リン含有ガラ
ス)膜、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜を用いること
ができる。
EXAMPLE 1 In this example, Ar is ion-implanted in a laminated wiring of Al-0.5% Cu and W. First, Figure 1
As shown in (A), a silicon substrate is prepared as the semiconductor substrate 2, a predetermined element is formed on the silicon substrate, and then a BPSG (boron and phosphorus-containing glass) film is formed to 700 nm as an interlayer insulating film 6. To do. Interlayer insulation film 6
Other than the BPSG film, a PSG (phosphorus-containing glass) film, a silicon oxide film, and a silicon nitride film can be used as the film.

【0018】次いで、この層間絶縁膜6に、基板2の表
面の不純物拡散層4の表面を露出させるコンタクトホー
ル8を形成する。次いで、図1(B)に示すように、下
地膜およびバリア膜として、Ti膜10を30nm、T
iN膜12を70nmの膜厚で、この順にスパッタ法で
形成する。Ti膜のスパッタ条件は、以下の表1の通り
である。
Next, a contact hole 8 for exposing the surface of the impurity diffusion layer 4 on the surface of the substrate 2 is formed in the interlayer insulating film 6. Then, as shown in FIG. 1B, a Ti film 10 having a thickness of 30 nm and a T film are used as a base film and a barrier film.
The iN film 12 is formed with a film thickness of 70 nm in this order by a sputtering method. The sputtering conditions for the Ti film are as shown in Table 1 below.

【0019】[0019]

【表1】 ガス Ar=100sccm 圧力 0.4Pa DC電力 5kW 基板加熱温度 150°C TiN膜のスパッタ条件は、以下の表2通りである。Table 1 Gas Ar = 100 sccm Pressure 0.4 Pa DC power 5 kW Substrate heating temperature 150 ° C. The sputtering conditions for the TiN film are as shown in Table 2 below.

【0020】[0020]

【表2】 ガス Ar/N2 =30/80sccm 圧力 0.4Pa DC電力 5kW 基板加熱温度 150°C 次いで、図1(C)に示すように、下部導電層14とし
てブランケットタングステン(Blk-W)を、コンタクト
ホール8内に入り込むように、600nm形成する。Bl
k−Wの成膜条件は、以下の表3の通りである。
[Table 2] Gas Ar / N 2 = 30/80 sccm Pressure 0.4Pa DC power 5kW Substrate heating temperature 150 ° C Then, as shown in FIG. 1C, a blanket tungsten (Blk-W) is used as the lower conductive layer 14. Is formed to have a thickness of 600 nm so as to enter the contact hole 8. Bl
The k-W film forming conditions are as shown in Table 3 below.

【0021】[0021]

【表3】 ガス WF6 /H2 /Ar=75/500/2800sccm 圧力 10640Pa 成膜温度 450°C ここでは、Wをエッチバッグせずに配線層の一部として
用いる。Blk-W成膜後、図1(D)に示すように、イオ
ン注入によりArを、下部導電層14であるW膜に打ち
込む。このときのイン注入条件は、注入エネルギーが6
0keV、ドーズ量が8×1015/cm2 とする。この
イオン注入条件は、下部導電層14の少なくとも表面を
アモルファス化することができれば、その他の条件でも
良い。
Table 3 Gas WF 6 / H 2 / Ar = 75/500/2800 sccm Pressure 10640 Pa Film formation temperature 450 ° C. Here, W is used as a part of the wiring layer without etching bag. After forming the Blk-W film, Ar is implanted into the W film which is the lower conductive layer 14 by ion implantation, as shown in FIG. The implantation energy at this time is that the implantation energy is 6
The dose is 8 keV and the dose is 8 × 10 15 / cm 2 . The ion implantation conditions may be other conditions as long as at least the surface of the lower conductive layer 14 can be made amorphous.

【0022】次いで、図2に示すように、下部導電層1
4の表面に、Al−0.5%Cuから成る上部導電層1
6をスパッタリングにより形成し、積層配線層を得る。
Al−0.5%Cuのスパッタリング条件は、以下の表
4の通りである。
Next, as shown in FIG. 2, the lower conductive layer 1
On the surface of No. 4, the upper conductive layer 1 made of Al-0.5% Cu
6 is formed by sputtering to obtain a laminated wiring layer.
The sputtering conditions for Al-0.5% Cu are as shown in Table 4 below.

【0023】[0023]

【表4】 ガス Ar=100sccm 圧力 0.4Pa DC電力 5kW 基板加熱温度 150°C この後、通常の加工工程を経て、配線形状にする。[Table 4] Gas Ar = 100 sccm Pressure 0.4 Pa DC power 5 kW Substrate heating temperature 150 ° C. After that, a wiring pattern is formed through a normal processing step.

【0024】本実施例において、上部導電層としてのA
l−0.5%Cuを、XRD(X線回折)により調べた
結果、下記の表5に示すように、半値幅が5〜10°で
あり、Al(111)に良好に配向していることが確認
された。また、Al−0.5%Cuの粒径を調べたとこ
ろ、1μm 程度であった。配向性が良好であり、粒径が
大きいほど、EM耐性およびSM耐性に優れている。
In this embodiment, A as the upper conductive layer
As a result of investigating 1-0.5% Cu by XRD (X-ray diffraction), as shown in Table 5 below, the half-value width is 5 to 10 °, and it is well oriented to Al (111). It was confirmed. The grain size of Al-0.5% Cu was examined and found to be about 1 μm. The better the orientation and the larger the particle size, the better the EM resistance and SM resistance.

【0025】また、本実施例では、配線層が、上部導電
層16と下部導電層14との積層構造になるので、冗長
性も良好である。
Further, in this embodiment, since the wiring layer has a laminated structure of the upper conductive layer 16 and the lower conductive layer 14, the redundancy is also good.

【0026】[0026]

【表5】 [Table 5]

【0027】比較例 1 下部導電層14としてのW膜の表面にイオン注入しない
以外は、前記実施例1と同様にして積層構造の配線層を
形成した。前記実施例1と同様にして、上部導電層16
としてのAl−0.5%Cuを、XRD(X線回折)に
より調べた結果、前記表5に示すように、半値幅の計測
が不可能であり、配向性の点で前記実施例1に比較して
劣ることが確認された。また、Al−0.5%Cuの粒
径を調べたところ、0.3μm 以下であり、粒径の点で
も、前記実施例1に比較して劣ることが確認された。
Comparative Example 1 A wiring layer having a laminated structure was formed in the same manner as in Example 1 except that ions were not implanted into the surface of the W film as the lower conductive layer 14. Similar to the first embodiment, the upper conductive layer 16
As a result of investigating Al-0.5% Cu as XRD by XRD (X-ray diffraction), as shown in Table 5 above, it is impossible to measure the full width at half maximum. It was confirmed to be inferior in comparison. Further, when the grain size of Al-0.5% Cu was examined, it was 0.3 μm or less, and it was confirmed that the grain size was also inferior to that of Example 1.

【0028】比較例 2 下部導電層14として、TiN膜を用い、その表面にイ
オン注入しない以外は、前記実施例1と同様にして積層
構造の配線層を形成した。前記実施例1と同様にして、
上部導電層16としてのAl−0.5%Cuを、XRD
(X線回折)により調べた結果、前記表5に示すよう
に、半値幅は5〜10°であり、Al(111)に良好
に配向していることが確認された。また、Al−0.5
%Cuの粒径を調べたところ、0.5μm 以下であり、
粒径の点で、前記実施例1に比較して劣ることが確認さ
れた。また、TiNは、導電性の点で、実施例1のWに
比べ劣る。
Comparative Example 2 A wiring layer having a laminated structure was formed in the same manner as in Example 1 except that a TiN film was used as the lower conductive layer 14 and the surface thereof was not ion-implanted. In the same manner as in Example 1,
Al-0.5% Cu as the upper conductive layer 16 is XRD
As a result of examination by (X-ray diffraction), as shown in Table 5, the full width at half maximum was 5 to 10 °, and it was confirmed that the Al (111) was well oriented. Also, Al-0.5
When the particle size of% Cu was examined, it was 0.5 μm or less,
It was confirmed that the particle size was inferior to that of Example 1. In addition, TiN is inferior to W of Example 1 in terms of conductivity.

【0029】比較例 3 酸化シリコン(SiO2 )膜の上に、実施例1と同様に
して、Al−0.5%Cuを成膜した。前記実施例1と
同様にして、上部導電層16としてのAl−0.5%C
uを、XRD(X線回折)により調べた結果、前記表5
に示すように、半値幅は5°であり、Al(111)に
良好に配向していることが確認された。また、Al−
0.5%Cuの粒径を調べたところ、1μm 程度であ
り、Al−0.5%Cu単独では、前記実施例1と同様
なEM耐性およびSM耐性が得られることが予想され
る。
Comparative Example 3 An Al-0.5% Cu film was formed on the silicon oxide (SiO 2 ) film in the same manner as in Example 1. In the same manner as in Example 1, Al-0.5% C as the upper conductive layer 16 was used.
As a result of investigating u by XRD (X-ray diffraction),
As shown in (1), the full width at half maximum was 5 °, and it was confirmed that it was well oriented to Al (111). Al-
When the particle size of 0.5% Cu was examined, it was about 1 μm, and it is expected that the same EM resistance and SM resistance as in Example 1 can be obtained with Al-0.5% Cu alone.

【0030】しかしながら、酸化シリコン膜は絶縁膜な
どで、実施例1に比較して、冗長性の点で劣る。実施例 2 本実施例では、Al−0.5%CuとWとの積層配線に
おいて、下部導電層14の表面にSiをイオン注入した
以外は、前記実施例1と同様にして、積層構造の配線層
を形成した。前記実施例1と共通する部分の説明は省略
し、相違点のみ説明する。
However, the silicon oxide film is an insulating film or the like and is inferior in redundancy as compared with the first embodiment. Example 2 In this example, a laminated wiring of Al-0.5% Cu and W was formed in the same manner as in Example 1 except that Si was ion-implanted into the surface of the lower conductive layer 14. A wiring layer was formed. Descriptions of parts common to the first embodiment will be omitted, and only different points will be described.

【0031】本実施例では、図1(C)に示すように、
Blk-Wから成る下部導電層14を前記実施例1と同一の
条件で成膜後、図1(D)に示すように、イオン注入に
よりSiを、下部導電層14であるW膜に打ち込む。こ
のときのイン注入条件は、注入エネルギーが60ke
V、ドーズ量が8×1015/cm2 とする。このイオン
注入条件は、下部導電層14の少なくとも表面をアモル
ファス化することができれば、その他の条件でも良い。
In this embodiment, as shown in FIG.
After the lower conductive layer 14 made of Blk-W is formed under the same conditions as in the first embodiment, Si is implanted into the W film which is the lower conductive layer 14 by ion implantation, as shown in FIG. The implantation energy at this time is that the implantation energy is 60 ke.
V and dose amount is 8 × 10 15 / cm 2 . The ion implantation conditions may be other conditions as long as at least the surface of the lower conductive layer 14 can be made amorphous.

【0032】その後の工程は、前記実施例1と同様であ
る。本実施例において、上部導電層としてのAl−0.
5%Cuを、XRD(X線回折)により調べた結果、前
記表5に示すように、半値幅が5〜10°であり、Al
(111)に良好に配向していることが確認された。ま
た、Al−0.5%Cuの粒径を調べたところ、1μm
程度であった。配向性が良好であり、粒径が大きいほ
ど、EM耐性およびSM耐性に優れている。すなわち、
本実施例に係る積層配線は、前記比較例1,2に比較し
て、EM耐性およびSM耐性に優れている。
The subsequent steps are the same as in the first embodiment. In this example, Al-0.
As a result of investigating 5% Cu by XRD (X-ray diffraction), as shown in Table 5, the full width at half maximum is 5 to 10 ° and Al
It was confirmed that the orientation was good in (111). Moreover, when the particle size of Al-0.5% Cu was examined, it was 1 μm.
It was about. The better the orientation and the larger the particle size, the better the EM resistance and SM resistance. That is,
The laminated wiring according to this example is superior to the comparative examples 1 and 2 in EM resistance and SM resistance.

【0033】また、本実施例では、配線層が、上部導電
層16と下部導電層14との積層構造になるので、比較
例3に比較し、冗長性も良好である。実施例 3 本実施例では、上部導電層16として、Cuを用いた以
外は、前記実施例1と同様にして、積層構造の配線層を
形成した。前記実施例1と共通する部分の説明は省略
し、相違点のみ説明する。
Further, in this embodiment, the wiring layer has a laminated structure of the upper conductive layer 16 and the lower conductive layer 14, so that the redundancy is better than that of Comparative Example 3. Example 3 In this example, a wiring layer having a laminated structure was formed in the same manner as in Example 1 except that Cu was used as the upper conductive layer 16. Descriptions of parts common to the first embodiment will be omitted, and only different points will be described.

【0034】本実施例では、図1(D)に示すように、
イオン注入によりArを、下部導電層14であるW膜に
打ち込んだ後、図3に示すように、Cuをスパッタリン
グ法により成膜し、上部導電層16aを成膜した。Cu
のスパッタリング条件は、以下の表6の通りである。
In this embodiment, as shown in FIG.
After Ar was implanted into the W film which is the lower conductive layer 14 by ion implantation, Cu was deposited by the sputtering method to form the upper conductive layer 16a as shown in FIG. Cu
The sputtering conditions are as shown in Table 6 below.

【0035】[0035]

【表6】 ガス Ar=100sccm 圧力 0.4Pa DC電力 8kW 基板加熱温度 300°C この後、通常の加工工程を経て、配線形状にする。[Table 6] Gas Ar = 100 sccm Pressure 0.4 Pa DC power 8 kW Substrate heating temperature 300 ° C. Then, a wiring pattern is formed through a normal processing step.

【0036】本実施例において、上部導電層としてのC
uを、XRD(X線回折)により調べた結果、良好に配
向していることが確認された。また、Cuの粒径を調べ
たところ、1μm 程度であった。配向性が良好であり、
粒径が大きいほど、EM耐性およびSM耐性に優れてい
る。すなわち、本実施例に係る積層配線は、前記比較例
1,2に比較して、EM耐性およびSM耐性に優れてい
る。
In this embodiment, C as the upper conductive layer
As a result of investigating u by XRD (X-ray diffraction), it was confirmed that the orientation was good. Also, when the particle size of Cu was examined, it was about 1 μm. Orientation is good,
The larger the particle size, the better the EM resistance and SM resistance. That is, the laminated wiring according to this example is superior to the comparative examples 1 and 2 in EM resistance and SM resistance.

【0037】また、本実施例では、配線層が、上部導電
層16と下部導電層14との積層構造になるので、比較
例3に比較し、冗長性も良好である。実施例 4 本実施例では、Al−0.5%CuとWとの積層配線に
おいて、下部導電層14の表面にKrをイオン注入した
以外は、前記実施例1と同様にして、積層構造の配線層
を形成した。前記実施例1と共通する部分の説明は省略
し、相違点のみ説明する。
Further, in this embodiment, the wiring layer has a laminated structure of the upper conductive layer 16 and the lower conductive layer 14, so that the redundancy is better than in Comparative Example 3. Example 4 In this example, in a laminated wiring of Al-0.5% Cu and W, a laminated structure was formed in the same manner as in Example 1 except that Kr was ion-implanted into the surface of the lower conductive layer 14. A wiring layer was formed. Descriptions of parts common to the first embodiment will be omitted, and only different points will be described.

【0038】本実施例では、図1(C)に示すように、
Blk-Wから成る下部導電層14を前記実施例1と同一の
条件で成膜後、図1(D)に示すように、イオン注入に
よりKrを、下部導電層14であるW膜に打ち込む。こ
のときのイン注入条件は、注入エネルギーが50ke
V、ドーズ量が5×1015/cm2 とする。このイオン
注入条件は、下部導電層14の少なくとも表面をアモル
ファス化することができれば、その他の条件でも良い。
In this embodiment, as shown in FIG.
After forming the lower conductive layer 14 made of Blk-W under the same conditions as in the first embodiment, Kr is implanted into the W film which is the lower conductive layer 14 by ion implantation, as shown in FIG. The implantation energy at this time is that the implantation energy is 50 ke.
V and dose amount are 5 × 10 15 / cm 2 . The ion implantation conditions may be other conditions as long as at least the surface of the lower conductive layer 14 can be made amorphous.

【0039】その後の工程は、前記実施例1と同様であ
る。本実施例において、上部導電層としてのAl−0.
5%Cuを、XRD(X線回折)により調べた結果、前
記表5に示すように、半値幅が5〜10°であり、Al
(111)に良好に配向していることが確認された。ま
た、Al−0.5%Cuの粒径を調べたところ、1μm
程度であった。配向性が良好であり、粒径が大きいほ
ど、EM耐性およびSM耐性に優れている。すなわち、
本実施例に係る積層配線は、前記比較例1,2に比較し
て、EM耐性およびSM耐性に優れている。
The subsequent steps are the same as in the first embodiment. In this example, Al-0.
As a result of investigating 5% Cu by XRD (X-ray diffraction), as shown in Table 5, the full width at half maximum is 5 to 10 ° and Al
It was confirmed that the orientation was good in (111). Moreover, when the particle size of Al-0.5% Cu was examined, it was 1 μm.
It was about. The better the orientation and the larger the particle size, the better the EM resistance and SM resistance. That is,
The laminated wiring according to this example is superior to the comparative examples 1 and 2 in EM resistance and SM resistance.

【0040】また、本実施例では、配線層が、上部導電
層16と下部導電層14との積層構造になるので、比較
例3に比較し、冗長性も良好である。実施例 5 本実施例では、上部導電層16として、Agを用い、下
部導電層14の表面にXeをイオン注入した以外は、前
記実施例1と同様にして、積層構造の配線層を形成し
た。前記実施例1と共通する部分の説明は省略し、相違
点のみ説明する。
Further, in this embodiment, the wiring layer has a laminated structure of the upper conductive layer 16 and the lower conductive layer 14, so that the redundancy is better than that of Comparative Example 3. Example 5 In this example, a wiring layer having a laminated structure was formed in the same manner as in Example 1 except that Ag was used as the upper conductive layer 16 and Xe was ion-implanted into the surface of the lower conductive layer 14. . Descriptions of parts common to the first embodiment will be omitted, and only different points will be described.

【0041】本実施例では、図1(D)に示すように、
Blk-Wから成る下部導電層14を前記実施例1と同一の
条件で成膜後、図1(D)に示すように、イオン注入に
よりXeを、下部導電層14であるW膜に打ち込む。こ
のときのイン注入条件は、注入エネルギーが50ke
V、ドーズ量が8×1015/cm2 とする。このイオン
注入条件は、下部導電層14の少なくとも表面をアモル
ファス化することができれば、その他の条件でも良い。
In this embodiment, as shown in FIG.
After forming the lower conductive layer 14 made of Blk-W under the same conditions as in the first embodiment, as shown in FIG. 1D, Xe is implanted into the W film, which is the lower conductive layer 14, by ion implantation. The implantation energy at this time is that the implantation energy is 50 ke.
V and dose amount is 8 × 10 15 / cm 2 . The ion implantation conditions may be other conditions as long as at least the surface of the lower conductive layer 14 can be made amorphous.

【0042】次に、図4に示すように、Agをスパッタ
リング法により成膜し、上部導電層16bを成膜した。
Agのスパッタリング条件は、以下の表7の通りであ
る。
Next, as shown in FIG. 4, Ag was deposited by the sputtering method to deposit the upper conductive layer 16b.
The Ag sputtering conditions are as shown in Table 7 below.

【0043】[0043]

【表7】 ガス Ar=100sccm 圧力 0.4Pa DC電力 10kW 基板加熱温度 350°C この後、通常の加工工程を経て、配線形状にする。[Table 7] Gas Ar = 100 sccm Pressure 0.4 Pa DC power 10 kW Substrate heating temperature 350 ° C. After that, a wiring shape is formed through a normal processing step.

【0044】本実施例において、上部導電層としてのA
gを、XRD(X線回折)により調べた結果、良好に配
向していることが確認された。また、Agの粒径を調べ
たところ、1μm 程度であった。配向性が良好であり、
粒径が大きいほど、EM耐性およびSM耐性に優れてい
る。すなわち、本実施例に係る積層配線は、前記比較例
1,2に比較して、EM耐性およびSM耐性に優れてい
る。
In this embodiment, A as the upper conductive layer
As a result of examining g by XRD (X-ray diffraction), it was confirmed that the g was well oriented. Further, when the particle size of Ag was examined, it was about 1 μm. Orientation is good,
The larger the particle size, the better the EM resistance and SM resistance. That is, the laminated wiring according to this example is superior to the comparative examples 1 and 2 in EM resistance and SM resistance.

【0045】また、本実施例では、配線層が、上部導電
層16と下部導電層14との積層構造になるので、比較
例3に比較し、冗長性も良好である。なお、本発明は、
上記実施例に限定されるものではなく、本発明の範囲内
で種々に改変することができる。
Further, in this embodiment, the wiring layer has a laminated structure of the upper conductive layer 16 and the lower conductive layer 14, so that the redundancy is better than that of Comparative Example 3. In addition, the present invention
The present invention is not limited to the above examples, and various modifications can be made within the scope of the present invention.

【0046】[0046]

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明に係る
半導体装置の製造方法によれば、以下の効果が得られ
る。 1.実質的に配線抵抗を支配している高導電層であるA
l膜、Cu膜、Ag膜などで構成される上部導電層の結
晶配向性の向上および大粒径化が実現され、積層構造の
配線で構成される配線層のEM耐性が向上する。
As described above, according to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, the following effects can be obtained. 1. A is a highly conductive layer that substantially controls the wiring resistance.
The crystal orientation of the upper conductive layer composed of the l film, the Cu film, the Ag film, etc. is improved and the grain size is increased, and the EM resistance of the wiring layer composed of the wiring of the laminated structure is improved.

【0047】2.下部導電層として、Wを用いた場合に
は、W自体の高いEM耐性により、配線全体としての信
頼性は、従来のTiN等を用いた積層構造配線に比べて
大幅に高まる。 3.線幅の低下に伴い、よりEM耐性の向上に効果が上
がり、今後の高密度デバイスへの適用に効果が高い。
2. When W is used as the lower conductive layer, the reliability of the wiring as a whole is significantly higher than that of the conventional laminated structure wiring using TiN or the like due to the high EM resistance of W itself. 3. As the line width is reduced, the effect of improving the EM resistance is improved, and the effect is expected to be applied to high density devices in the future.

【0048】4.本発明では、基本的には積層配線構造
であるので、一方の導電層に断線などが生じても他方の
導電層により導通を補い、好適な冗長効果を奏する。
4. Since the present invention basically has a laminated wiring structure, even if a disconnection or the like occurs in one conductive layer, conduction is supplemented by the other conductive layer, and a preferable redundancy effect is achieved.

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

【図1】図1(A)〜(D)は本発明の一実施例に係る
半導体装置の製造過程を示す要部概略断面図である。
1A to 1D are schematic cross-sectional views of a main part showing a manufacturing process of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

【図2】図2は図1(D)の続きの工程を示す要部概略
断面図である。
FIG. 2 is a schematic sectional view of a key portion showing a step following that shown in FIG.

【図3】図3は本発明の他の実施例に係る図1(D)の
続きの工程を示す要部概略断面図である。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a main part showing a step following that shown in FIG. 1D according to another embodiment of the present invention.

【図4】図4は本発明のさらに他の実施例に係る図1
(D)の続きの工程を示す要部概略断面図である。
FIG. 4 is a schematic view of another embodiment of the present invention, FIG.
FIG. 8 is a schematic sectional view of a key portion showing a step following that shown in FIG.

【符号の説明】 2… 半導体基板 4… 不純物拡散層 6… 層間絶縁膜 8… コンタクトホール 10… Ti膜 12… TiN膜 14… 下部導電層 16,16a,16b… 上部導電層[Explanation of reference numerals] 2 ... Semiconductor substrate 4 ... Impurity diffusion layer 6 ... Interlayer insulating film 8 ... Contact hole 10 ... Ti film 12 ... TiN film 14 ... Lower conductive layer 16, 16a, 16b ... Upper conductive layer

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 下部導電層と上部導電層とから成る積層
配線を有する半導体装置の製造方法であって、 前記下部導電層の表面に不純物をイオン注入する工程
と、 この不純物がイオン注入された下部導電層の表面に上部
導電層を積層する工程とを有する半導体装置の製造方
法。
1. A method of manufacturing a semiconductor device having a laminated wiring composed of a lower conductive layer and an upper conductive layer, comprising a step of ion-implanting an impurity into a surface of the lower conductive layer, and the ion-implanting of the impurity. And a step of stacking an upper conductive layer on the surface of the lower conductive layer.
【請求項2】 前記下部導電層が、タングステンで構成
される請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the lower conductive layer is made of tungsten.
【請求項3】 前記下部導電層に打ち込まれる不純物
が、下部導電層と反応し難い不純物である請求項1また
は2に記載の半導体装置の製造方法。
3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the impurities implanted into the lower conductive layer are impurities that are difficult to react with the lower conductive layer.
【請求項4】 前記不純物が、Ne、Ar、Kr、Xe
などの不活性ガス種またはSiである請求項3に記載の
半導体装置の製造方法。
4. The impurity is Ne, Ar, Kr, Xe.
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein the inert gas species is Si or Si.
【請求項5】 前記上部導電層が、Al、Cu、Ag、
Auもしくはそれらを基とした合金層である請求項1〜
4のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
5. The upper conductive layer comprises Al, Cu, Ag,
It is Au or an alloy layer based on them,
5. The method of manufacturing a semiconductor device according to any one of 4.
【請求項6】 前記下部導電層は、スパッタリング法も
しくは化学気相成長法により成膜される請求項1〜5の
いずれかに記載の半導体装置の製造方法。
6. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the lower conductive layer is formed by a sputtering method or a chemical vapor deposition method.
【請求項7】 前記上部導電層は、スパッタリング法も
しくは化学気相成長法により成膜される請求項1〜6の
いずれかに記載の半導体装置の製造方法。
7. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the upper conductive layer is formed by a sputtering method or a chemical vapor deposition method.
【請求項8】 前記不純物のイオン注入により、下部導
電層の少なくとも表面の結晶状態がアモルファス構造と
なることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の
半導体装置の製造方法。
8. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the crystalline state of at least the surface of the lower conductive layer becomes an amorphous structure by the ion implantation of the impurities.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6159848A (en) * 1999-02-02 2000-12-12 Oki Electric Industry Co., Ltd. Method of manufacturing a semiconductor device having a high melting point metal film
JP2013182961A (en) * 2012-02-29 2013-09-12 Toshiba Corp Semiconductor manufacturing device and method of manufacturing semiconductor device

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