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JP3315211B2 - Electronic components - Google Patents
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JP3315211B2 - Electronic components - Google Patents

Electronic components

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JP3315211B2
JP3315211B2 JP23096393A JP23096393A JP3315211B2 JP 3315211 B2 JP3315211 B2 JP 3315211B2 JP 23096393 A JP23096393 A JP 23096393A JP 23096393 A JP23096393 A JP 23096393A JP 3315211 B2 JP3315211 B2 JP 3315211B2
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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、IC等電子部品に係
り、特にエレクトロマイグレーション耐性等、金属配線
における信頼性の向上を図った電子部品に関する。
The present invention relates to relates to IC and other electronic parts, about the particular electromigration resistance and the like, electronic components with improved reliability in the metal wiring.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、電子部品、たとえばD−RAMに
代表されるようなメモリ−集積回路における高集積化は
著しく、これに伴って各素子間を電気的に結合する配線
の微細化が余儀無くされている。この微細化により、配
線にはより高い電流密度と動作温度とが要求されると同
時に、これに反比例するエレクトロマイグレーション耐
性を向上し、高い信頼性を確保することが要求される。
現在、この配線にはAlあるいはAl合金の金属薄膜が
最も頻繁に利用されている。このような金属配線のエレ
クトロマイグレーション耐性は、Cu、Ti等といった
遷移金属の微量添加や結晶粒成長による竹の節状の結晶
粒界構造(バンブー構造)化によって向上してきたが、
この耐性の向上だけでは、 0.1ミクロンレベルの配線の
信頼性を確保することが困難である。最近の研究によれ
ば、このエレクトロマイグレーション耐性あるいは配線
中に誘起される引っ張り応力によるストレスマイグレー
ションに対する耐性は、単結晶配線を用いることにより
著しく向上することが明らかとなり、金属薄膜の結晶性
をできる限り単結晶に近付けることが高い信頼性を実現
する手段として考えられている。
2. Description of the Related Art In recent years, the integration of electronic components, for example, memory-integrated circuits such as D-RAMs has been remarkably increased, and accordingly, miniaturization of wiring for electrically connecting each element has been inevitable. Has been lost. Due to this miniaturization, higher current density and higher operating temperature are required for wiring, and at the same time, it is required to improve electromigration resistance, which is inversely proportional thereto, and to ensure high reliability.
At present, a metal thin film of Al or an Al alloy is most frequently used for this wiring. Although the electromigration resistance of such a metal wiring has been improved by adding a trace amount of a transition metal such as Cu or Ti or by forming a knot-shaped grain boundary structure (bamboo structure) of bamboo by crystal grain growth,
It is difficult to secure the reliability of 0.1-micron level wiring only by improving this resistance. According to recent research, it has been clarified that the resistance to electromigration or the resistance to stress migration due to tensile stress induced in wiring is significantly improved by using single crystal wiring, and the crystallinity of the metal thin film is reduced as much as possible. Approaching a single crystal is considered as a means for realizing high reliability.

【0003】現在、メモリー集積回路などの電子部品に
おいては、金属配線はバリア層の有無はあるが、通常S
iO2 層間絶縁膜に代表される非晶質薄膜表面上に形成
される。したがって、下地結晶配列を引き継いで単結晶
薄膜を形成させるという、いわゆるエピタキシャル結晶
成長法を用いて、高い結晶性を有する金属薄膜を形成す
ることができず、結果として極めて優れたエレクトロマ
イグレーション耐性を有し、信頼性の高い金属配線を得
ることは困難であった。
At present, in electronic components such as a memory integrated circuit, metal wiring has a barrier layer or not.
It is formed on the surface of an amorphous thin film typified by an iO 2 interlayer insulating film. Therefore, it is not possible to form a metal thin film having high crystallinity by using a so-called epitaxial crystal growth method of forming a single crystal thin film by taking over the base crystal arrangement, and as a result, it has extremely excellent electromigration resistance. However, it has been difficult to obtain highly reliable metal wiring.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の電子部品においては、信頼性の高い金属配線を得るこ
とは困難であるという問題があった。
As described above, conventional electronic components have a problem that it is difficult to obtain highly reliable metal wiring.

【0005】本発明は、このような問題を解決するため
に、信頼性の高い金属配線を備えた電子部品を提供する
ことを目的とする。
The present invention, in order to solve such a problem, and an object thereof is to provide an electronic component having a high metal interconnect reliability.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段および作用】結晶性の高い
金属薄膜を得るために最も問題となる点は、堆積する下
地上に、堆積初期に薄膜の成長の起点となる多くの結晶
核が同時に形成されてしまうことである。これらの結晶
核は膜成長段階で堆積粒子の吸収、あるいは核と核との
合体によって結晶成長が進んでいくが、この機構で結晶
粒が成長できる大きさには限界があり、最終的に得られ
る薄膜は、各結晶粒ごとに方位配列の異なった多結晶と
なる。したがって、高い結晶性を有する薄膜を大きな領
域に形成するためには核の発生を極力抑制することが重
要となる。
The most problematic point in obtaining a metal thin film having high crystallinity is that many crystal nuclei, which are the starting points of the growth of the thin film at the initial stage of the deposition, are simultaneously formed on the base to be deposited. It is formed. Crystal growth of these crystal nuclei proceeds due to absorption of deposited particles or coalescence of nuclei during the film growth stage, but there is a limit to the size that crystal grains can grow by this mechanism, and ultimately The resulting thin film becomes a polycrystal having a different orientation arrangement for each crystal grain. Therefore, in order to form a thin film having high crystallinity in a large area, it is important to suppress generation of nuclei as much as possible.

【0007】古典的議論から核発生を考えてみると、
(1)式に表される堆積物質と下地物質との間の表面・
界面エネルギー相関、 γf≦γs−γi …(1) γf:堆積物質の表面エネルギー γs:下地物質の表面エネルギー γi:界面エネルギー が成立する(濡れ角がゼロ)場合には、いわゆる層状成
長が成立し、導かれる核発生密度がゼロとなる。
[0007] Considering nucleation from the classical discussion,
The surface between the deposited material represented by the formula (1) and the underlying material
Interfacial energy correlation, γf ≦ γs−γi (1) γf: Surface energy of deposited material γs: Surface energy of base material γi: Interfacial energy is established (wetting angle is zero), so-called layered growth is established. , The guided nucleation density becomes zero.

【0008】ここで、界面エネルギーγiは、結晶−結
晶において1.堆積物質と下地物質との格子整合、2.
堆積物質と下地物質との間の原子間の結合エネルギーに
支配される、と言われている。しかしながら、半導体装
置における金属配線形成時のように、下地物質として非
晶質物質が用いられる場合、この界面エネルギーや下地
物質の表面エネルギーが何に支配されるか明らかでなか
った。
[0008] Here, the interface energy γi is 1. 1. lattice matching between the deposited material and the underlying material;
It is said to be governed by the bond energy between atoms between the deposited material and the underlying material. However, when an amorphous material is used as a base material as in the case of forming a metal wiring in a semiconductor device, it is not clear what is governed by the interface energy and the surface energy of the base material.

【0009】そこで、本発明者らは鋭意研究を行い、界
面での原子配列相関を詳細に調べた結果、非晶質物質を
下地とする場合においても界面の原子あるいは分子配列
が、堆積物質の結晶配列に重要な影響を与えていること
を見出した。すなわち、非晶質物質においてもその構造
は完全に無秩序ではなく、短範囲の規則構造が成立して
いることがX線あるいは電子線等の回折現象により明ら
かにされている。前述のように、界面における原子配列
を決定する界面エネルギーの大小は、 2〜 3周期の格子
整合の度合いで定まり、ここでこの格子の大きさは非晶
質物質の回折測定で現れるハローパターンの頂点に対応
する原子間距離とほぼ等しい。したがって本発明におい
ては、この原子間距離を堆積物質の原子あるいは分子の
ある面間隔と一致させることにより界面エネルギーの減
少が実現され、結果として非常に結晶性の高い薄膜を形
成できるという知見が得られた。すなわち、本発明は、
基板上に形成された非晶質薄膜と、この表面上に形成さ
れた高配向の金属配線を備え、前記非晶質薄膜の回折測
定で現れるハローパターンのピークに対応する原子間距
離と、前記金属配線の第一隣接原子間距離で規定される
所定の結晶面の面間隔が略整合していることを特徴とす
る電子部品を提供するものである。
The inventors of the present invention have conducted intensive studies and have examined the atomic arrangement correlation at the interface in detail. As a result, even when the amorphous substance is used as the base, the atomic or molecular arrangement at the interface is not the same as that of the deposited substance. It was found that it had an important effect on the crystal arrangement. That is, it has been revealed by the diffraction phenomenon of an X-ray, an electron beam, or the like that the structure of an amorphous substance is not completely disordered, and a regular structure in a short range is established. As described above, the magnitude of the interfacial energy, which determines the atomic arrangement at the interface, is determined by the degree of lattice matching in two or three periods, where the size of this lattice is the size of the halo pattern that appears in diffraction measurements of amorphous materials. It is almost equal to the interatomic distance corresponding to the vertex. Therefore, in the present invention, it has been found that by making this interatomic distance coincide with a certain interplanar spacing of atoms or molecules of a deposited material, a reduction in interfacial energy is realized, and as a result, a thin film having extremely high crystallinity can be formed. Was done. That is, the present invention
An amorphous thin film formed on a substrate, comprising a highly oriented metal wiring formed on the surface, the interatomic distance corresponding to the peak of the halo pattern appearing in the diffraction measurement of the amorphous thin film, It is an object of the present invention to provide an electronic component in which predetermined crystal planes defined by a distance between first adjacent atoms of a metal wiring are substantially matched.

【0010】このとき、非晶質薄膜の原子間距離dsと
金属配線の面間隔dfが整合していることが最も好まし
いが多少のズレは許容でき、|df−ds|/ds≦0.
25であることが望ましい。また、金属配線の第一隣接原
子間距離で規定される特定結晶面は、たとえばfcc構
造であれば(111) 、(200) 、(220) 、bcc構造では(2
00) 、(110) 、六方晶構造では(002) 、(110) であり、
必ずしも配向面とは限らない。なお、非晶質薄膜の組成
により整合の度合は変化し、このとき、非晶質薄膜中に
金属配線を構成する主たる元素を含有することにより、
より整合させることができる。
At this time, it is most preferable that the interatomic distance ds of the amorphous thin film is matched with the plane distance df of the metal wiring, but a slight deviation can be tolerated, and | df−ds | / ds ≦ 0.
Desirably 25. The specific crystal plane defined by the distance between the first adjacent atoms of the metal wiring is, for example, (111), (200), (220) for the fcc structure, or (2) for the bcc structure.
(00), (110), (002), (110) in the hexagonal structure,
It is not necessarily the orientation plane. The degree of matching varies depending on the composition of the amorphous thin film. At this time, by containing the main elements constituting the metal wiring in the amorphous thin film,
More alignment can be achieved.

【0011】また、界面エネルギーを支配するもう一つ
の要素として、結晶−結晶系と同様に結合エネルギーが
挙げられる。すなわち、結合エネルギーを強くすること
により、界面エネルギーを低減することができる。その
ためには、やはり非晶質薄膜中に金属配線の主成分とな
る金属元素Mを含有させればよい。あるいは非晶質薄膜
中に、前記元素Mと金属間化合物を形成する元素Aを含
有する、または非晶質薄膜中に、前記元素Mと全率固溶
するか、完全固溶領域を有する元素Bを含有することが
望ましい。なお金属配線の主成分となる金属元素Mとし
ては、通常Al、Cu、Au、Ag、Wなどが用いられ
る。
Another factor that governs the interfacial energy is the binding energy as in the case of the crystal-crystal system. That is, the interface energy can be reduced by increasing the binding energy. For this purpose, the metal element M which is a main component of the metal wiring may be contained in the amorphous thin film. Alternatively, an element containing an element A that forms an intermetallic compound with the element M in an amorphous thin film, or an element having a full solid solution with the element M or having a completely solid solution region in the amorphous thin film It is desirable to contain B. As the metal element M which is a main component of the metal wiring, Al, Cu, Au, Ag, W, or the like is usually used.

【0012】一方、下地物質の表面エネルギーγsは、
大きい程堆積物質が層状成長し易い。しかしながら、表
面エネルギーは被測定物質の融点付近の状態で測定され
るため、結晶化温度<融点である非晶質物質の表面エネ
ルギーを測定することは実質不可能である。そこで、非
晶質物質の表面エネルギーが何に影響されているのかを
検討した結果、その結晶状態における表面エネルギーと
相関があることがわかった。すなわち、下地物質の表面
エネルギーγsを大きくするためには、非晶質薄膜を構
成する物質の結晶状態における表面エネルギーが、少な
くとも堆積物質である金属配線を構成する物質の表面エ
ネルギーより高いことが好ましく、そのため、表面エネ
ルギーと相関のある融点は高いことが望ましい。ただ
し、複数の元素から成る物質の表面エネルギーは、各構
成元素の表面エネルギーを原子比により平均した値とす
る。
On the other hand, the surface energy γs of the underlying material is
The larger the size, the easier it is for the deposited material to grow in layers. However, since the surface energy is measured near the melting point of the substance to be measured, it is practically impossible to measure the surface energy of the amorphous substance in which the crystallization temperature <the melting point. Then, as a result of examining what is affected by the surface energy of the amorphous material, it was found that there is a correlation with the surface energy in the crystalline state. That is, in order to increase the surface energy γs of the underlying material, it is preferable that the surface energy in the crystalline state of the material constituting the amorphous thin film is higher than the surface energy of at least the material constituting the metal wiring which is a deposited material. Therefore, it is desirable that the melting point correlated with the surface energy is high. However, the surface energy of a substance composed of a plurality of elements is a value obtained by averaging the surface energies of the respective constituent elements by the atomic ratio.

【0013】本発明における基板とは、特に規定される
ものではなく、通常のSi基板、GaAs基板等の半導
体基板、ITO等を具備したガラス基板等を用いること
ができる。その形状は平坦であっても溝を有していても
良い。
The substrate in the present invention is not particularly limited, and may be an ordinary semiconductor substrate such as a Si substrate or a GaAs substrate, or a glass substrate provided with ITO or the like. Its shape may be flat or have grooves.

【0014】基板上に形成される非晶質薄膜としては、
非晶質化可能な単金属、合金あるいは導電性を示す化合
物等が用いられる。さらに前述のように、元素M、A、
Bの少なくとも1種を含有する組成が望ましく、非晶質
形成能を考えると遷移金属、半金属(メタロイド)、半
導体の合金あるいは化合物であることがより好ましい。
具体的には、金属元素M、III B族元素(Sc、Y、
La系列)、IVB族元素(Ti、Zr、Hf)、VB族
元素(V、Nb、Ta)、VIB族元素(Cr、Mo、
W)、VIII族元素(Fe、Ru、Os、Co、Rh、I
r、Ni、Pd、Pt、)及びB、C、N、O、P、S
i、Geより選ばれた2種以上を含有する組成が挙げら
れる。また非晶質薄膜としてペロブスカイト型酸化物組
成を有する化合物を用いてもよい。
As the amorphous thin film formed on the substrate,
Amorphous single metal, alloy, conductive compound, or the like is used. Further, as described above, the elements M, A,
A composition containing at least one kind of B is desirable, and in view of the ability to form an amorphous phase, a transition metal, a metalloid (metalloid), a semiconductor alloy or a compound is more preferable.
Specifically, a metal element M, a group IIIB element (Sc, Y,
La series), Group IVB elements (Ti, Zr, Hf), Group VB elements (V, Nb, Ta), Group VIB elements (Cr, Mo,
W), Group VIII elements (Fe, Ru, Os, Co, Rh, I
r, Ni, Pd, Pt,) and B, C, N, O, P, S
i, a composition containing two or more types selected from Ge. Further, a compound having a perovskite oxide composition may be used as the amorphous thin film.

【0015】なお、本発明における非晶質薄膜は、RH
EED等の電子線回折やX線回折に代表される回折測定
で、散漫(ブロード)な回折強度、換言すればハローピ
ークが観測されるものであればよく、非晶質の不完全さ
に起因する金属間化合物等微結晶からの回折線が現れて
も何ら問題ない。さらに、全体が非晶質である必要もな
く、結晶質の薄膜の表面のみが非晶質化していてもよ
い。
In the present invention, the amorphous thin film is RH
Diffraction measurement typified by electron diffraction or X-ray diffraction such as EED, etc., may be sufficient as long as a diffuse diffraction intensity, in other words, a halo peak is observed. There is no problem even if diffraction lines from microcrystals such as intermetallic compounds appear. Furthermore, it is not necessary that the whole is amorphous, and only the surface of the crystalline thin film may be amorphous.

【0016】また、この厚さは薄い方がよいが、基板が
露出しない程度で、10〜1000オングストロームが望まし
い。ただしそれ以上であっても、この上に形成される金
属薄膜の結晶性を向上することは可能である。
The thickness is preferably thin, but is preferably in the range of 10 to 1000 Å so as not to expose the substrate. However, even if it is more than that, it is possible to improve the crystallinity of the metal thin film formed thereon.

【0017】また、図2に示すように、この非晶質薄膜
3は単層配線の下地として用いられるのみならず、多層
配線においても各配線層を構成する金属配線2の下地と
して用いられ、また、縦方向の導電接続部位、たとえば
ビア4あるいはスルーホールの下地としても用いられ
る。さらに、基板1上に直接形成されても、SiO2
酸化膜等の絶縁層5、Ti、TiN等のバリア層6、密
着層あるいは別の配線等の介在層を介して形成されてい
てもよい。このとき、これらの介在層は平坦であっても
溝を有していても良い。なお図中、5´は素子分離領域
となるSiO2 等の絶縁膜7はドープ層である。
As shown in FIG. 2, this amorphous thin film 3 is used not only as a base of a single layer wiring but also as a base of a metal wiring 2 constituting each wiring layer in a multilayer wiring. It is also used as a base for a vertical conductive connection portion, for example, a via 4 or a through hole. Further, it may be formed directly on the substrate 1 or may be formed via an insulating layer 5 such as a thermal oxide film of SiO 2 , a barrier layer 6 such as Ti or TiN, an adhesion layer or an intervening layer such as another wiring. Good. At this time, these intervening layers may be flat or have grooves. Note in the figure, 5'insulating film 7 of SiO 2 or the like serving as the element isolation region is doped layer.

【0018】さらに本発明においては、金属配線の下地
として非晶質薄膜を形成したことで、熱処理あるいはエ
レクトロマイグレーションによって発生するヒロック数
をも激減させることが出来る。
Further, in the present invention, the number of hillocks generated by heat treatment or electromigration can be drastically reduced by forming an amorphous thin film as a base of the metal wiring.

【0019】すなわち通常ヒロックは薄膜あるいは金属
配線中に誘起される圧縮応力によって発生すると考えら
れており、圧縮応力を発生する余剰な体積がヒロックと
して放出される。このときヒロックの発生点は応力集中
部であり、ここでの薄膜の変形に対する抵抗がヒロック
発生の有無を決定する。従来のWあるいはTiN薄膜の
被覆では、これら薄膜が多結晶よりなるため、どうして
も結晶粒界部が応力集中部となり亀裂を生じ、ここから
ヒロックが発生する。
That is, it is generally considered that a hillock is generated by a compressive stress induced in a thin film or a metal wiring, and an excess volume that generates a compressive stress is released as a hillock. At this time, the hillock generation point is the stress concentration portion, and the resistance to the deformation of the thin film here determines the presence or absence of the hillock. In the conventional W or TiN thin film coating, since these thin films are made of polycrystal, the crystal grain boundary portion becomes a stress concentration portion and cracks are generated, and hillocks are generated therefrom.

【0020】本発明者らは、多結晶体特有の上記弱点を
非晶質化することによって回避できることを見出した。
すなわち、非晶質薄膜を用いることによって、ヒロック
発生点である応力集中部での変形抵抗を上昇させ、ヒロ
ック発生を著しく抑止することが出来た。特にこの効果
は、非晶質薄膜中に先に述べた元素M、A、Bを含む場
合に顕著となる。何となればこの場合、金属配線を構成
する主たる元素と非晶質薄膜中の元素との結合力が増大
するため、金属配線に生じた圧縮応力集中を非晶質薄膜
に均一に分散させることが可能となり、結果としてヒロ
ックの発生頻度が激減すると考えられる。
The present inventors have found that the above-mentioned weaknesses specific to polycrystals can be avoided by making them amorphous.
That is, by using the amorphous thin film, the deformation resistance at the stress concentration portion, which is the hillock generation point, was increased, and the hillock generation was significantly suppressed. This effect is particularly remarkable when the above-described elements M, A, and B are contained in the amorphous thin film. In this case, since the bonding force between the main element constituting the metal wiring and the element in the amorphous thin film increases, the compressive stress concentration generated in the metal wiring can be uniformly dispersed in the amorphous thin film. It becomes possible, and as a result, it is considered that the frequency of occurrence of hillocks is drastically reduced.

【0021】なお、上述したようなヒロック発生防止の
観点からは、非晶質薄膜は特に金属配線の下地として形
成される必要はなく、金属配線の一部を被覆していれば
よい。例えば、図3(a)(b)(c)(d)に示され
るように、非晶質薄膜101を金属配線100の上部あ
るいは周囲等に形成してもよい。また、非晶質薄膜を金
属配線の上部に形成する場合、ヒロック発生防止の効果
は、前述のように非晶質薄膜と金属配線との原子間の結
合力に起因するために、当然この非晶質薄膜を形成する
前の金属配線の表面状態にも依存する。例えばAlを主
体とする金属配線の場合、通常その表面は反射型高速電
子線回折(RHEED)によって確認出来るようにAl
酸化物に覆われている。すなわち、一度大気に晒したA
l配線表面をRHEEDで観察すると、表面に生成した
非晶質の酸化被膜によって、非晶質特有のハローパター
ンしか得られない。これに対して、この表面層をArの
スパッタなどによって除去すると、Al薄膜に起因する
リングあるいは配向した回折パターンが得られるように
なる。従ってこのようなAl金属表面を実現した後に非
晶質薄膜を形成すると、ヒロック抑制能力はさらに向上
する。
From the viewpoint of preventing the occurrence of hillocks as described above, the amorphous thin film does not need to be particularly formed as a base of the metal wiring, but only needs to cover a part of the metal wiring. For example, as shown in FIGS. 3A, 3B, 3C, and 3D, the amorphous thin film 101 may be formed above or around the metal wiring 100. Further, when the amorphous thin film is formed on the metal wiring, the effect of preventing hillocks is caused by the bonding force between atoms between the amorphous thin film and the metal wiring as described above. It also depends on the surface state of the metal wiring before forming the crystalline thin film. For example, in the case of a metal wiring mainly composed of Al, the surface thereof is usually made of Al so that it can be confirmed by reflection high-speed electron diffraction (RHEED).
Covered with oxide. That is, A once exposed to the atmosphere
When the wiring surface is observed by RHEED, only a halo pattern peculiar to the amorphous is obtained due to the amorphous oxide film formed on the surface. On the other hand, if this surface layer is removed by Ar sputtering or the like, a ring or oriented diffraction pattern resulting from the Al thin film can be obtained. Therefore, when an amorphous thin film is formed after realizing such an Al metal surface, the ability to suppress hillocks is further improved.

【0022】さらに、低抵抗配線材料としてのCuを金
属配線に用いた場合には、レジスト除去工程におけるO
2 アッシャーに対する耐酸化性が問題となる。このと
き、特にTi、Zr、Hf、V、Ta、Nbを含有した
非晶質薄膜は、結晶粒界を経路とする酸素の膜内への拡
散を抑制し、Cuの耐酸化性を向上させる。
Further, when Cu as a low-resistance wiring material is used for metal wiring, O
(2) Oxidation resistance to asher is a problem. At this time, in particular, the amorphous thin film containing Ti, Zr, Hf, V, Ta, and Nb suppresses diffusion of oxygen through the crystal grain boundary into the film and improves the oxidation resistance of Cu. .

【0023】また本発明においては、基板と金属配線と
の間に非晶質薄膜を形成することによって従来技術で生
じていた粒界拡散による反応を抑制することができる。
なかでも非晶質薄膜としてAl非晶質合金は、Alを主
体とする金属配線との間で高抵抗の反応層を形成しない
ため、信頼性の高いコンタクト部を提供できる。さら
に、Al非晶質合金としてTa、Nb、V、Mo、Wの
うち1種を含む合金を用いることによりAlを主体とす
る金属配線と同時に微細加工が可能であり、他の非晶質
合金に比べて工程数を削減することができる。このと
き、Alの含有量は非晶質化を図る上で15at% 以上で
あることが好ましく、さらに非晶質薄膜の表面エネルギ
ーを高く保持するためより好ましくは15〜80at% が
よい。このようなAl非晶質合金としては、具体的には
Tax Al1-x (0.20≦x≦0.85)、Nbx
1-x (0.20≦x≦0.85)、Vx Al
1-x (0.20≦x≦0.60)、Wx Al1-x (0.
15≦x≦0.50)、Mox Al1-x(0.25≦x
≦0.80)が挙げられる。またCu非晶質合金は、C
uを主体とする金属配線との密着性が良好で信頼性の高
いコンタクト部を提供できる。このようなCu非晶質合
金としては具体的にはTix Cu1-x (0.18≦x≦
0.70)、Zrx Cu1-x (0.18≦x≦0.7
0)、Hfx Cu1-x (0.20≦x≦0.70)、Y
x Cu1-x (0.10≦x≦0.53)、Tax Cu
1-x (0.20≦x≦0.80)が挙げられる。さら
に、低抵抗が要求されるCuを主体とする金属配線にお
いては、Vx Co1-x (0.15≦x≦0.80)、N
x Cr1-x (0.25≦x≦0.45)、Nbx Co
1-x (0.22≦x≦0.55)、Tax Cr
1-x (0.25≦x≦0.40)、Tax Co1-x
(0.25≦x≦0.45)、Crx Co1-x (0.5
0≦x≦0.70)、Mox Co1-x (0.20≦x≦
0.60)、Wx Co1-x (0.20≦x≦0.60)
などの非晶質合金も、Cuを主体とする金属配線との間
で固溶体を生成することがなく、反応による抵抗上昇を
抑制でき好ましく用いることができる。また、これらの
非晶質合金においては、Si、Ge、P、B等のいわゆ
るメタロイド元素を含有することにより非晶質としての
安定性をさらに改善することができる。
Further, in the present invention, by forming an amorphous thin film between the substrate and the metal wiring, it is possible to suppress the reaction due to the grain boundary diffusion which occurs in the prior art.
Above all, since an Al amorphous alloy as an amorphous thin film does not form a high-resistance reaction layer with a metal wiring mainly composed of Al, a highly reliable contact portion can be provided. Furthermore, by using an alloy containing one of Ta, Nb, V, Mo, and W as an Al amorphous alloy, it is possible to perform fine processing simultaneously with metal wiring mainly composed of Al. Can reduce the number of steps. At this time, the content of Al is preferably 15 at% or more in order to achieve amorphousness, and more preferably 15 to 80 at% in order to keep the surface energy of the amorphous thin film high. Such Al amorphous alloy, in particular Ta x Al 1-x (0.20 ≦ x ≦ 0.85), Nb x A
l 1-x (0.20 ≦ x ≦ 0.85), V x Al
1-x (0.20 ≦ x ≦ 0.60), W x Al 1-x (0.
15 ≦ x ≦ 0.50), Mo x Al 1-x (0.25 ≦ x
≦ 0.80). The Cu amorphous alloy is C
A highly reliable contact portion having good adhesion to a metal wiring mainly composed of u can be provided. Specific examples of such Cu amorphous alloy include Ti x Cu 1-x (0.18 ≦ x ≦
0.70), Zr x Cu 1-x (0.18 ≦ x ≦ 0.7
0), Hf x Cu 1- x (0.20 ≦ x ≦ 0.70), Y
x Cu 1-x (0.10 ≦ x ≦ 0.53), Ta x Cu
1-x (0.20 ≦ x ≦ 0.80). Further, in a metal wiring mainly composed of Cu which requires a low resistance, V x Co 1-x (0.15 ≦ x ≦ 0.80), N x
b x Cr 1-x (0.25 ≦ x ≦ 0.45), Nb x Co
1-x (0.22 ≦ x ≦ 0.55), Ta x Cr
1-x (0.25 ≦ x ≦ 0.40), Ta x Co 1-x
(0.25 ≦ x ≦ 0.45), Cr x Co 1-x (0.5
0 ≦ x ≦ 0.70), Mo x Co 1-x (0.20 ≦ x ≦
0.60), W x Co 1-x (0.20 ≦ x ≦ 0.60)
Such an amorphous alloy can be preferably used because it does not generate a solid solution with a metal wiring mainly composed of Cu and can suppress an increase in resistance due to a reaction. In addition, the stability of the amorphous alloy can be further improved by containing a so-called metalloid element such as Si, Ge, P, and B in these amorphous alloys.

【0024】さらに、非晶質薄膜は、異なる非晶質物質
を積層した複層構造であってもよい。このとき、最表面
が上述したような表面エネルギーの高い非晶質合金等で
構成されることが好ましく、複層構造の下層側ではB、
Pを含むSiO2 、ポリイミド、TEOS、SiN等を
用いても構わない。
Further, the amorphous thin film may have a multilayer structure in which different amorphous substances are stacked. At this time, it is preferable that the outermost surface is made of an amorphous alloy or the like having a high surface energy as described above.
SiO 2 containing P, polyimide, TEOS, SiN or the like may be used.

【0025】上述したような非晶質薄膜上に形成される
金属配線は、特定の面方向に配向した結晶性の高い高配
向結晶からなるものであり、高配向結晶の場合、各結晶
粒の最稠密面の法線方向と金属配線の底面の法線方向と
の成す角が80°以内であることが好ましい。さらに単結
晶からなる場合は、最稠密面と配線長手方向との成す角
度が20°以下がよい。このとき金属配線の結晶構造がf
cc構造の場合は最稠密面である(111)面、bcc
構造の場合は(110)面、六方晶構造の場合は(00
01)面をそれぞれ配線長手方向と平行に近い形で金属
配線を形成する。また、配線の設計上の自由度を考えた
場合、最稠密面が上面、つまり、最稠密面配向の金属配
線を形成することが望ましい。
The metal wiring formed on the amorphous thin film as described above is composed of highly oriented crystals having a high crystallinity oriented in a specific plane direction. It is preferable that the angle between the normal direction of the densest surface and the normal direction of the bottom surface of the metal wiring is within 80 °. Further, in the case of a single crystal, the angle formed between the closest surface and the longitudinal direction of the wiring is preferably 20 ° or less. At this time, the crystal structure of the metal wiring is f
In the case of the cc structure, the (111) plane which is the densest plane, bcc
(110) plane in the case of the structure, and (00) plane in the case of the hexagonal structure.
01) A metal wiring is formed on each surface so as to be nearly parallel to the wiring longitudinal direction. Also, in consideration of the degree of freedom in wiring design, it is desirable to form a metal wiring with the densest surface being the upper surface, that is, the densest surface orientation.

【0026】この金属配線は単層配線のみならず多層配
線や、その縦方向の導電接続部位、すなわちビアあるい
はスルーホールにも用いることができる。特に縦方向の
導電接続部位とその上下の配線層が異なる材料のときで
も金属配線の結晶配向性の連続性を保つことができ、信
頼性を向上することができる。また、この金属配線は、
異種の金属や結晶状態の異なる金属を積層した複層構造
でもよい。
This metal wiring can be used not only for a single-layer wiring but also for a multi-layer wiring and a conductive connection portion in the vertical direction, that is, a via or a through hole. In particular, the continuity of the crystal orientation of the metal wiring can be maintained and the reliability can be improved even when the vertical conductive connection portion and the upper and lower wiring layers are made of different materials. Also, this metal wiring
A multilayer structure in which different kinds of metals or metals having different crystal states are stacked may be used.

【0027】このような金属配線の配線材料としては低
電気抵抗であり、fcc構造を有する純Al、純Cu、
純Au、純Ag、Al−Cu、Al−Ti、Al−C
r、Al−Ta、Al−Mg、Al−In、Al−L
i、Cu−Be、Cu−Ag、Au−Pt、Au−A
g、Au−Pd、Au−Cu、bcc構造を有する純W
等が挙げられ、合金の場合、その溶質添加量は完全固溶
範囲であることが望ましい。なお、この場合、Siを1w
t%程度まで含有していてもよい。また、合金化により、
金属配線の表面エネルギー(堆積物質の表面エネルギー
γf)を下げることもできる。
As a wiring material of such a metal wiring, pure Al, pure Cu,
Pure Au, pure Ag, Al-Cu, Al-Ti, Al-C
r, Al-Ta, Al-Mg, Al-In, Al-L
i, Cu-Be, Cu-Ag, Au-Pt, Au-A
g, Au-Pd, Au-Cu, pure W having a bcc structure
In the case of an alloy, the solute addition amount is desirably in the complete solid solution range. In this case, Si is 1w
It may be contained up to about t%. Also, by alloying,
It is also possible to reduce the surface energy of the metal wiring (surface energy γf of the deposited material).

【0028】また、このような金属配線中、例えば、そ
の粒界や上層、下層に、配線材料より低融点で、金属配
線を構成する元素と金属間化合物をつくらないもので、
かつ、基板あるいは介在層との親和力が金属配線を構成
する元素より小さい元素を含有してもよい。例えば、A
l又はAl合金を金属配線に用いる場合、Ga、In、
Cd、Bi、Pb、Sn、Tlのうち少なくとも一種の
元素、また、Cu又はCu合金のときにはPb、Tlの
うち少なくとも一種の元素が挙げられる。
Further, in such a metal wiring, for example, a material having a lower melting point than the wiring material and not forming an intermetallic compound with an element constituting the metal wiring at a grain boundary, an upper layer, and a lower layer thereof,
In addition, an element having an affinity with the substrate or the intervening layer may be smaller than the element constituting the metal wiring. For example, A
When using l or Al alloy for metal wiring, Ga, In,
At least one element of Cd, Bi, Pb, Sn, and Tl, and at least one element of Pb and Tl in the case of Cu or a Cu alloy.

【0029】さらに、金属配線の上を高融点金属もしく
は高融点金属の珪化物、窒化物、酸化物、炭化物で被覆
してもよい。
Further, the metal wiring may be covered with a high melting point metal or a silicide, nitride, oxide or carbide of the high melting point metal.

【0030】このような構造を有する本発明の電子部品
は以下のように製造することができる。
The electronic component of the present invention having such a structure can be manufactured as follows.

【0031】まず、基板上に必要に応じて絶縁層やバリ
ア層、密着層等を設けた後、スパッタ法等公知の堆積方
法により、この上に形成される金属配線の特定結晶面の
面間隔と整合するように非晶質薄膜を形成する。次に、
真空を破ることなく、金属配線を形成する。あるいは、
非晶質薄膜を形成後一度大気に晒した場合は、通常Ar
のバイアススパッタ等で表面をクリーニングした後、金
属配線を形成する。ただし、非晶質薄膜がB、C、N、
O等を含有し、非晶質薄膜の高い表面エネルギ−状態が
酸素あるいは窒素雰囲気中でも保持される場合は、非晶
質薄膜を大気に晒しても表面に酸化層等がほとんど形成
されないので、表面をクリ−ニングすることなく、金属
配線を形成してもよい。金属配線を形成するにあたって
の成膜方法は、物理蒸着としてはスパッタ成膜、バイア
ススパッタ成膜、イオンビーム成膜が望ましい。また、
化学蒸着としては、たとえばAlCVD法の場合は、T
IBAなどアルキルアルミニウムや、DMAHなどアル
キルアルミニウムハイドライドなどをソースガスとし、
熱CVD法により成膜することが望ましい。このとき、
SiやCu等を成膜中にソースガス中に混入させたり、
成膜後、イオンインプランテーションあるいはスパッタ
等で積層し熱処理することにより合金化を行っても構わ
ない。
First, an insulating layer, a barrier layer, an adhesion layer, and the like are provided on a substrate, if necessary, and then the plane spacing of a specific crystal plane of a metal wiring formed thereon is formed by a known deposition method such as a sputtering method. An amorphous thin film is formed so as to match with. next,
Form metal wiring without breaking vacuum. Or,
If the amorphous thin film is once exposed to the atmosphere after formation,
After cleaning the surface by bias sputtering or the like, a metal wiring is formed. However, when the amorphous thin films are B, C, N,
When the amorphous thin film contains O or the like and the high surface energy state of the amorphous thin film is maintained even in an oxygen or nitrogen atmosphere, an oxide layer or the like is hardly formed on the surface even when the amorphous thin film is exposed to the atmosphere. May be formed without cleaning. As the film forming method for forming the metal wiring, it is preferable that the physical vapor deposition be a sputter film, a bias sputter film, or an ion beam film. Also,
As the chemical vapor deposition, for example, in the case of the AlCVD method, T
Alkali aluminum such as IBA or alkyl aluminum hydride such as DMAH is used as a source gas,
It is desirable to form a film by a thermal CVD method. At this time,
Mixing Si or Cu into the source gas during film formation,
After the film formation, alloying may be performed by laminating by ion implantation or sputtering or the like and performing heat treatment.

【0032】さらに同様に、この上に絶縁層等を介して
非晶質薄膜及び金属配線を形成して多層配線としてもよ
い。また、このとき、成膜後熱処理を加え、シードから
結晶を成長させても良い。この場合、シードがたとえば
Siの場合、前処理として最終的に希HF処理を施した
後、水洗を行わないか、溶存酸素量が 10ppb以下の超純
水環境下で洗浄し、その後、露点が−90℃以下の窒素中
で乾燥することが望ましい。
Further, similarly, an amorphous thin film and metal wiring may be formed thereon via an insulating layer or the like to form a multilayer wiring. At this time, a crystal may be grown from the seed by applying a heat treatment after the film formation. In this case, when the seed is, for example, Si, after a dilute HF treatment is finally performed as a pretreatment, washing is not performed, or washing is performed in an ultrapure water environment having a dissolved oxygen content of 10 ppb or less. It is desirable to dry in nitrogen below -90 ° C.

【0033】また、成膜基板表面を加工しグラフォエピ
タキシー法を用いても良い。先に、本発明では表面エネ
ルギーの高い下地の非晶質薄膜上に成膜した金属薄膜の
結晶配向性が極めて高く、しかも特定の面方向に配向す
ることを述べた。これは下地の表面エネルギーが高いと
蒸着した核の下地との濡れ角が小さく、例えばAlの場
合エネルギーの低い(111)面が安定して成長するた
めと考える。しかしながらこの時成長核の面内方位はラ
ンダムであり、配線信頼性をさらに向上させるためには
さらに面内方位の制御が必須であった。これに対し本発
明では、表面に溝が形成された非晶質薄膜を下地とする
ことにより、成膜される金属薄膜の結晶配向性のみなら
ず面内方位の制御性が充分に向上する。ここで、非晶質
薄膜は溝の底部及び側壁部が同一の物質で構成されても
異なる物質で構成されてもよいが、特に溝の底部及び側
壁部を異なる物質で構成して、金属薄膜の成膜時にこれ
らの部分での表面エネルギ−の差を利用することが望ま
しい。何となればこのような構成によれば、溝の底部及
び側壁部のうち、表面エネルギ−がより高い部分に堆積
物質が優先的に核発生し配向成長する一方、他の表面エ
ネルギ−が低い部分との境界でもう一軸の方位制御を受
ける結果、単結晶に近い金属薄膜を成膜できるからであ
る。さらにこの場合は、金属薄膜の成膜前あるいは成膜
後に非晶質薄膜に熱処理を施して結晶化させても、高い
結晶性を有する金属薄膜を得ることが可能である。
Further, the surface of the film-forming substrate may be processed and a graphoepitaxy method may be used. In the present invention, it has been described that the metal thin film formed on the underlying amorphous thin film having a high surface energy has extremely high crystal orientation and is oriented in a specific plane direction. This is considered because if the surface energy of the base is high, the wetting angle of the deposited nucleus with the base is small. For example, in the case of Al, the (111) plane having a low energy is stably grown. However, at this time, the in-plane orientation of the growth nucleus was random, and further control of the in-plane orientation was essential to further improve the wiring reliability. On the other hand, in the present invention, by using the amorphous thin film having a groove formed on the surface as a base, not only the crystal orientation of the metal thin film to be formed but also the controllability of the in-plane orientation are sufficiently improved. Here, the amorphous thin film may have the bottom and side walls of the groove made of the same material or different materials. In particular, the bottom and side walls of the groove may be made of different materials to form a metal thin film. It is desirable to utilize the difference in surface energy between these parts during film formation. According to such a configuration, the deposited material preferentially nucleates and grows in a portion having a higher surface energy in the bottom and side wall portions of the groove, while the other portions have a lower surface energy. This is because, as a result of receiving another axis orientation control at the boundary with the above, a metal thin film close to a single crystal can be formed. Further, in this case, a metal thin film having high crystallinity can be obtained even if the amorphous thin film is crystallized by heat treatment before or after the metal thin film is formed.

【0034】この時、溝の形状は短冊状あるいは、長方
形、正方形、正三角形のいずれかあるいはその組み合わ
せが多数個並んだ状態が望ましく、しかもそれぞれの一
辺が±5度以内の精度で平行に並んでおり、また、各々
の溝の面積が、金属配線の平均結晶面積以下で、凸部の
面積も溝と同様に金属配線の平均結晶面積以下が良い。
なお、短冊状の溝の場合、溝幅、凸部幅が金属配線の平
均結晶粒径以下であることが望ましい。
At this time, the shape of the groove is desirably a strip shape, or a state in which any one of rectangles, squares and equilateral triangles or a combination thereof is arranged in a large number, and each side is arranged in parallel with an accuracy of ± 5 degrees or less. Also, the area of each groove is preferably equal to or less than the average crystal area of the metal wiring, and the area of the protrusion is preferably equal to or less than the average crystal area of the metal wiring like the groove.
In the case of a strip-shaped groove, it is desirable that the width of the groove and the width of the convex portion are not more than the average crystal grain size of the metal wiring.

【0035】非晶質薄膜上に金属配線を形成する場合、
前述のように非晶質薄膜に表面酸化膜が形成されていな
いことが重要である。非晶質薄膜の表面酸化膜を除去す
る方法としては金属薄膜成膜直前にプラズマエッチング
することが望ましく、エッチング後は真空度が1×10
-6Torr以下に保たれる事が重要である。金属薄膜の成膜
方法としてはCVD法、PVD法いずれでもかまわない
が、基板温度を上げて蒸着粒子のマイグレーションを促
進することが望ましく、抵抗加熱以外に電子線照射、レ
ーザービーム照射でも構わない。また、基板に対して斜
めに蒸着粒子流が入射する斜め蒸着法も望ましい。
When forming a metal wiring on an amorphous thin film,
It is important that no surface oxide film is formed on the amorphous thin film as described above. As a method for removing the surface oxide film of the amorphous thin film, it is desirable to perform plasma etching immediately before forming the metal thin film, and after the etching, the degree of vacuum is 1 × 10 5
It is important to keep it below -6 Torr. As a method for forming the metal thin film, any of a CVD method and a PVD method may be used, but it is desirable to increase the substrate temperature to promote the migration of the vapor-deposited particles. In addition to resistance heating, electron beam irradiation or laser beam irradiation may be used. Further, an oblique vapor deposition method in which a vaporized particle stream is incident on the substrate at an angle is also desirable.

【0036】さらに上述したような高配向結晶からなる
金属配線は、AlまたはAl合金あるいはCuまたはC
u合金からなる導電体層を堆積して金属薄膜を成膜する
に際し、前記導電体層の堆積前または堆積中に表面エネ
ルギ−の小さい元素を供給することによっても実現可能
である。
Further, the metal wiring made of highly oriented crystal as described above is made of Al or Al alloy, Cu or C
When depositing a conductor layer made of a u-alloy to form a metal thin film, it can also be realized by supplying an element having a small surface energy before or during the deposition of the conductor layer.

【0037】より具体的には、例えば、AlまたはAl
合金からなる金属配線を形成する場合には、Ga,I
n,Cd,Bi,Pb,Sn,Tlからなる群より選ば
れた1種類または2種類以上の元素、CuまたはCu合
金からなる金属配線を形成する場合には、Pb,Tlか
らなる群より選ばれた1種類または2種類の元素を供給
する。ここで、このような元素を供給して一原子層以上
の制御層を形成したときのγfとγiの相関関係を図1
を用いて考える。図1において1は基板、5は熱酸化膜
からなる絶縁層、50は制御層、2は金属配線を示す。
この場合には制御層を構成する元素の表面エネルギ−が
小さいことから、図1(a)の状態よりも(b)の状態
の方がγfとγiの和は小さくなる。従って上述したよ
うな元素を基板上に供給し、その上に金属配線となる導
電体層を堆積させると、自由エネルギ−を最小にするた
めに前記元素が導電体層表面に拡散する。この結果、堆
積物質の表面エネルギ−が見かけ上減少してその結晶成
長が層状成長に近づき、ひいては下地が基板上に形成さ
れた絶縁層、バリア層、密着層、非晶質薄膜層のいずれ
であっても、結晶性の高い金属薄膜を成膜することがで
きる。これは、特に導電体層の堆積中に前記元素を供給
する場合に著しく、前記元素の供給量は1/2原子層以
上あれば充分である。さらに前記元素を供給することに
より、堆積物質の表面拡散が著しく促進され、結晶の大
粒径化も併せて達成される。これを図28を用いて説明
する。図28(a)は、SiO2 絶縁層上にAlを50
0オングストローム蒸着したときの表面SEM写真であ
り、図28(b)はAlの蒸着時に1原子層のBiを供
給したときの表面SEM写真である。図に見られるよう
に、導電体層の堆積中にBiを供給すると、Biを供給
しない場合には、400℃、3時間の真空中熱処理で得
られる薄膜形態(膜凝集)が、基板を加熱することなく
しかも堆積直後に得ることができる。
More specifically, for example, Al or Al
When a metal wiring made of an alloy is formed, Ga, I
When forming a metal wiring made of one or more elements selected from the group consisting of n, Cd, Bi, Pb, Sn and Tl, Cu or Cu alloy, it is selected from the group consisting of Pb and Tl. One or two types of elements are supplied. Here, the correlation between γf and γi when one or more atomic layers are formed by supplying such an element is shown in FIG.
Think using. In FIG. 1, 1 is a substrate, 5 is an insulating layer made of a thermal oxide film, 50 is a control layer, and 2 is a metal wiring.
In this case, since the surface energy of the elements constituting the control layer is small, the sum of γf and γi is smaller in the state of FIG. 1B than in the state of FIG. Therefore, when the above-described element is supplied onto a substrate and a conductor layer serving as a metal wiring is deposited thereon, the element diffuses to the surface of the conductor layer in order to minimize free energy. As a result, the surface energy of the deposited material is apparently reduced, and the crystal growth approaches the layered growth. As a result, any of the insulating layer, the barrier layer, the adhesion layer, and the amorphous thin film layer whose base is formed on the substrate is formed. Even so, a metal thin film having high crystallinity can be formed. This is particularly remarkable when the element is supplied during the deposition of the conductor layer, and it is sufficient if the supply amount of the element is 以上 atomic layer or more. Further, by supplying the element, the surface diffusion of the deposited material is remarkably promoted, and the crystal grain size is also increased. This will be described with reference to FIG . FIG. 28 (a) shows that Al is deposited on the SiO 2 insulating layer by 50.
FIG. 28B is a surface SEM photograph when 0 angstrom is deposited, and FIG. 28B is a surface SEM photograph when one atomic layer of Bi is supplied during Al deposition. As shown in the figure, when Bi is supplied during the deposition of the conductor layer, when Bi is not supplied, the thin film form (film aggregation) obtained by heat treatment in a vacuum at 400 ° C. for 3 hours causes the substrate to be heated. And can be obtained immediately after deposition.

【0038】また、基板上の化合物や合金からなるバリ
ア層、密着層などを下地層として成膜し、さらに熱処理
をした後導電体層を堆積する場合、導電体層を堆積する
前処理として、前記化合物あるいは合金を構成する元素
を少なくとも一種類含有させたプラズマで下地層をエッ
チングすることによっても結晶性、配向性の高い金属薄
膜を成膜することが可能となる。この理由は前記エッチ
ングにより化合物や合金からなる下地層表面の酸化が防
止され、かつ表面の活性種をなくし安定な界面を形成で
きるためである。例えば、下地層が窒化物の場合、不活
性ガスに窒素を混合したプラズマで表面をエッチング
し、その上に導電体層を堆積することが望ましく、この
時導電体層の堆積は、真空中でエッチングに連続して行
うことが望ましいが、短時間大気に晒すことは構わな
い。またエッチングにあたって混合ガスによるエッチン
グ後、化合物あるいは合金を構成する元素のみのプラズ
マに晒すことは構わない。また、これらのエッチングは
基板にバイアス電位を印加した状態で行うことが望まし
く、その電圧は、−100V以下が望ましい。その後の
導電体層の堆積方法はスパッタ蒸着法、抵抗加熱蒸着法
を始めとした物理蒸着法に加え、各種CVD法など問わ
ない。また、このとき導電体層を形成する物質は、Si
またはWSi、MoSi、純Al、Al合金、純Cu、
Cu合金、W、Au、Agいずれでも良い。なお、Al
合金の場合Al−Cu合金、Al−Cr合金、Al−M
g合金がとくに望ましい。またはこれら物質を積層状に
成膜しても構わない。
When a barrier layer made of a compound or an alloy on a substrate, an adhesion layer, or the like is formed as a base layer, and then a heat treatment is performed to deposit a conductor layer, a pretreatment for depositing the conductor layer is as follows. By etching the underlayer with plasma containing at least one element constituting the compound or alloy, a metal thin film having high crystallinity and orientation can be formed. This is because the etching prevents the surface of the underlayer made of a compound or an alloy from being oxidized and eliminates active species on the surface to form a stable interface. For example, when the underlayer is a nitride, it is desirable to etch the surface with plasma in which nitrogen is mixed with an inert gas and deposit a conductor layer thereon, and at this time, the conductor layer is deposited in a vacuum. Although it is desirable to carry out the etching continuously, it may be exposed to the atmosphere for a short time. Further, in the etching, after the etching with the mixed gas, it may be exposed to plasma of only the elements constituting the compound or the alloy. Further, it is desirable that these etchings are performed with a bias potential applied to the substrate, and the voltage is desirably −100 V or less. The method of depositing the conductive layer thereafter is not limited to a physical vapor deposition method such as a sputter deposition method or a resistance heating vapor deposition method, and may be any of various CVD methods. At this time, the substance forming the conductor layer is Si
Or WSi, MoSi, pure Al, Al alloy, pure Cu,
Any of Cu alloy, W, Au, and Ag may be used. In addition, Al
For alloys: Al-Cu alloy, Al-Cr alloy, Al-M
A g alloy is particularly desirable. Alternatively, these materials may be formed in a layered manner.

【0039】例えばAlCVD法の場合は、TIBAな
どのアルキルアルミニウムやDMAHなどアルキルアル
ミニウムハイドライドをソースガスとし、熱CVD法に
より成膜することが望ましい。このときSiやCuなど
を成膜中にソースガス中に混入させたり、成膜後イオン
インプランテーションあるいはスパッタ等で積層し熱処
理することにより合金化を行っても構わない。
For example, in the case of the AlCVD method, it is desirable to form a film by a thermal CVD method using alkyl aluminum hydride such as TIBA or alkyl aluminum hydride such as DMAH as a source gas. At this time, alloying may be performed by mixing Si, Cu, or the like into the source gas during the film formation, or by laminating and heat-treating the film by ion implantation or sputtering after the film formation.

【0040】このようにして金属薄膜の結晶性を向上さ
せることにより、耐ストレスマイグレーションや耐エレ
クトロマイグレーション等、金属配線の信頼性に優れた
電子部品を得ることができる。
By improving the crystallinity of the metal thin film in this way, it is possible to obtain an electronic component having excellent metal wiring reliability such as anti-stress migration and anti-migration.

【0041】なお、本発明においては、上述したように
基板上に非晶質薄膜および金属配線を順次形成して本発
明の電子部品を製造した後に、高配向結晶からなる金属
配線でのさらなる結晶粒成長を目的として、所定の熱処
理を施してもよい。このとき、前記熱処理により非晶質
薄膜が結晶化あるいは消失しても何ら問題はなく、むし
ろ前記高配向結晶の粒成長に起因してその結晶性が高め
られるため、金属配線の信頼性を一段と向上することが
できる。
In the present invention, as described above, after the amorphous component and the metal wiring are sequentially formed on the substrate to manufacture the electronic component of the present invention, a further crystal using the metal wiring composed of highly oriented crystals is formed. A predetermined heat treatment may be performed for the purpose of grain growth. At this time, there is no problem even if the amorphous thin film is crystallized or disappears due to the heat treatment, but rather the crystallinity is enhanced due to the grain growth of the highly oriented crystal, so that the reliability of the metal wiring is further improved. Can be improved.

【0042】また、本発明は、前述のように金属配線の
信頼性向上に係るものであるが、同様の技術を電子部品
中のキャパシタや抵抗発熱体の電極部等にも応用するこ
とができる。
Although the present invention relates to improving the reliability of metal wiring as described above, the same technique can be applied to a capacitor in an electronic component, an electrode portion of a resistance heating element, and the like. .

【0043】たとえば、キャパシタの下部電極を形成す
る際、その下地となる非晶質薄膜の回折測定で現れるハ
ローパターンのピーク位置に対応する原子間距離と、下
部電極の第一隣接原子間距離で規定される特定結晶面の
面間隔が略整合していることにより、非晶質薄膜と下部
電極の間の界面エネルギーが減少され、非常に結晶性の
高い下部電極を形成できる。したがって、その上に形成
される誘電体薄膜の結晶性も向上する。
For example, when the lower electrode of the capacitor is formed, the distance between the atoms corresponding to the peak position of the halo pattern appearing in the diffraction measurement of the underlying amorphous thin film and the distance between the first adjacent atoms of the lower electrode are obtained. Since the specified interplanar spacing of the specific crystal planes is substantially matched, the interfacial energy between the amorphous thin film and the lower electrode is reduced, and a lower electrode having extremely high crystallinity can be formed. Therefore, the crystallinity of the dielectric thin film formed thereon is also improved.

【0044】また、抵抗発熱体として非晶質薄膜を用い
ることにより、均一かつ経時変化の少ない電気抵抗特性
が得られる。さらにこの非晶質薄膜上に非晶質薄膜の原
子間距離と電極の面間隔が略整合するように電極膜を堆
積すると、電極の結晶性が改善されて大電流印加時にも
劣化が抑えられる。
Further, by using an amorphous thin film as the resistance heating element, it is possible to obtain uniform electric resistance characteristics with little change over time. Further, when an electrode film is deposited on this amorphous thin film so that the interatomic distance of the amorphous thin film and the surface spacing of the electrode are substantially matched, the crystallinity of the electrode is improved, and the deterioration is suppressed even when a large current is applied. .

【0045】[0045]

【実施例】以下に本発明を実施例により詳細に説明す
る。
The present invention will be described below in detail with reference to examples.

【0046】(実施例1)図4図5を用いて本実施例
を説明する。
[0046] (Embodiment 1) FIG. 4, the present embodiment will be described with reference to FIG.

【0047】4000オングストローム熱酸化膜(Si
2 )からなる絶縁層5を有する6インチシリコンウェ
ハ基板1を用い、以下に示すように非晶質薄膜3及び金
属配線2を順次スパッタ形成した。すなわちまず、図4
に示すマルチターゲットスパッタ装置により非晶質薄膜
3としてAlTa膜を形成した。スパッタ条件を以下に
示す。図4において8は高周波電源、9は整合回路、1
0はマスフローコントローラ、11はターゲットを示
す。 スパッタ方式:RFマグネトロン方式 ターゲット : 100mmφのAlTaモザイクターゲット
(同心円状) 基板温度 :室温(25℃) スパッタガス:Arガス 圧力 :0.20Pa 印加電力 :10W/cm2 膜厚 :500 オングストローム
4000 Å thermal oxide film (Si
Using a 6-inch silicon wafer substrate 1 having an insulating layer 5 made of O 2 ), an amorphous thin film 3 and a metal wiring 2 were sequentially formed by sputtering as described below. That is, first, FIG.
An AlTa film was formed as the amorphous thin film 3 by the multi-target sputtering apparatus shown in FIG. The sputtering conditions are shown below. In FIG. 4 , 8 is a high frequency power supply, 9 is a matching circuit, 1
0 indicates a mass flow controller, and 11 indicates a target. Sputtering method: RF magnetron method Target: AlTa mosaic target of 100 mmφ (concentric) Substrate temperature: room temperature (25 ° C.) Sputtering gas: Ar gas Pressure: 0.20 Pa Applied power: 10 W / cm 2 Film thickness: 500 Å

【0048】組成分析の結果、形成された膜はAl40
60(数値は原子組成比で以下も同様とする)であっ
た。また、X線回折から膜は非晶質であり、ハローパタ
ーンの頂点に対応する原子間距離dsは2.34オングスト
ロームであった。一方、Alの(111) の面間隔dfは2.
34オングストロームであることから、|df−ds|/
ds=0 となり、金属配線を構成する主たる元素を非晶
質薄膜中に含有し、適当な組成とすることにより金属配
線の特定結晶面の面間隔と整合させることができること
がわかった。なお、本実施例ではモザイクターゲットを
用いたが、2元ターゲットを用いた同時スパッタ法や、
各元素を積層する等の方法で成膜しても同様に非晶質薄
膜が得られた。
As a result of the composition analysis, the formed film was Al 40 T
a 60 (the numerical values are the same in the atomic composition ratio hereinafter). X-ray diffraction showed that the film was amorphous, and the interatomic distance ds corresponding to the apex of the halo pattern was 2.34 angstroms. On the other hand, the spacing df of (111) in Al is 2.
Since it is 34 angstroms, | df-ds | /
ds = 0 was obtained, and it was found that the main element constituting the metal wiring was contained in the amorphous thin film and a proper composition could be matched with the plane spacing of the specific crystal plane of the metal wiring. In this example, a mosaic target was used, but a simultaneous sputtering method using a binary target,
Even when a film was formed by a method such as laminating each element, an amorphous thin film was similarly obtained.

【0049】次いで、真空を破ることなくAl40Ta60
膜上にAlをスパッタした。スパッタ条件を以下に示
す。 スパッタ方式:RFマグネトロン方式 ターゲット : 100mmφのAlターゲット 基板温度 :室温(25℃) スパッタガス:Ar ガス圧力 : 1Pa 印加電力 : 5W/cm2 膜厚 :4000オングストローム
Next, Al 40 Ta 60 without breaking vacuum.
Al was sputtered on the film. The sputtering conditions are shown below. Sputtering method: RF magnetron method Target: 100 mmφ Al target Substrate temperature: room temperature (25 ° C.) Sputtering gas: Ar gas pressure: 1 Pa Applied power: 5 W / cm 2 Film thickness: 4000 Å

【0050】こうして作成したAl膜をX線回折により
配向性および結晶性を評価したところ、(111) ロッキン
グ曲線の半値幅(配向半値幅)は1.2°であり、また
(hhh)反射以外のブラッグ反射(例えば(200) 、(2
20) 等)は、一切観測されなかった。
When the orientation and crystallinity of the Al film thus formed were evaluated by X-ray diffraction, the half width (orientation half width) of the (111) rocking curve was 1.2 °, and the (hhh) Bragg reflections (eg (200), (2
20) were not observed at all.

【0051】そして、このように作成された図5に示さ
れる層構造の膜を 0.5μm 幅、1mm長の四端子パターン
に加工し、エレクトロマイグレーション(EM)試験を
行った。試験条件は配線温度 200℃、電流密度 2×106
A/cm2 である。その結果、1000時間の通電後も破断す
ることなく、良好な信頼性が得られていることが確認さ
れた。なおここでは、EM加速試験中の電気抵抗が試験
開始直後の値の10%上昇した時点で、配線破断とみな
し、以下についても同様とする。
Then, the thus-formed film having the layer structure shown in FIG. 5 was processed into a four-terminal pattern having a width of 0.5 μm and a length of 1 mm, and an electromigration (EM) test was performed. The test conditions were a wiring temperature of 200 ° C and a current density of 2 × 10 6
A / cm 2 . As a result, it was confirmed that good reliability was obtained without breaking even after 1000 hours of energization. Here, when the electric resistance during the EM accelerated test rises by 10% of the value immediately after the start of the test, it is regarded as a wire breakage, and the same applies to the following.

【0052】同様にして(非晶質薄膜/金属配線)の組
合せとして(W7525/Al)、(Pt21Zr79/P
t)、(Cu50Ti50/Cu)、(Ag55Cu45/A
g)、(Fe8020/Fe)なるものを作成し、同様に
配向半値幅を評価したところ、Al、Pt、Cu、Ag
は(111) 配向で半値幅はれぞれ1.3 °、1.4 °、1.8
°、1.6 °であり、Feは(110) 配向で(110) 反射の配
向半値幅は1.7 °であった。
Similarly, as a combination of (amorphous thin film / metal wiring), (W 75 N 25 / Al), (Pt 21 Zr 79 / P
t), (Cu 50 Ti 50 / Cu), (Ag 55 Cu 45 / A
g) and (Fe 80 B 20 / Fe) were prepared, and the half-width values of orientation were evaluated in the same manner. Al, Pt, Cu, Ag
Are (111) orientations and half-widths are 1.3 °, 1.4 °, and 1.8 °, respectively.
° and 1.6 °, and Fe was (110) -oriented and the half-width at orientation of (110) reflection was 1.7 °.

【0053】(実施例2)実施例1と同様にしてNi30
Ta70(融点1500℃)から成る非晶質薄膜を形成し、こ
の上にAl(融点 660℃)から成る金属配線を形成し
た。すなわち、非晶質薄膜は金属配線より融点が高く、
金属配線を構成する主たる元素との間で金属間化合物を
形成し得る元素を含んでいる。このとき、Ni30Ta70
のハローパターンの頂点に対応する原子間距離dsは2.
33オングストロームで、Al(111) の面間隔df=2.34
オングストロームと略整合している。これを実施例1と
同様に評価したところ(111) 配向半値幅が0.9 °という
良好な結晶性が観測され、また、EM試験でも、1000時
間通電で破断することなく良好な信頼性が得られている
ことが確認された。
Example 2 In the same manner as in Example 1, Ni 30
An amorphous thin film made of Ta 70 (melting point 1500 ° C.) was formed, and a metal wiring made of Al (melting point 660 ° C.) was formed thereon. That is, the amorphous thin film has a higher melting point than the metal wiring,
It contains an element capable of forming an intermetallic compound with a main element constituting a metal wiring. At this time, Ni 30 Ta 70
The distance ds between atoms corresponding to the apex of the halo pattern of 2.
33 angstrom, Al (111) spacing df = 2.34
Approximately consistent with Angstrom. When this was evaluated in the same manner as in Example 1, good crystallinity with a (111) half-width at orientation of 0.9 ° was observed, and in the EM test, good reliability was obtained without breaking after 1000 hours of conduction. It was confirmed that.

【0054】同様にして(非晶質薄膜/金属配線)の組
合せとして(Pd80Si20/Al)、(Ag55Cu45
Al)、(W70Zr30/Al)なるものを作成し、同様
に評価したところ、(111)配向半値幅は、それぞれ
1.9 °、1.8 °、1.2 °であった。
Similarly, as a combination of (amorphous thin film / metal wiring), (Pd 80 Si 20 / Al), (Ag 55 Cu 45 /
Al) and (W 70 Zr 30 / Al) were prepared and evaluated in the same manner.
1.9 °, 1.8 °, and 1.2 °.

【0055】(実施例3)実施例1と同様にしてCo基
合金であるCo80Zr9 Nb11から成る非晶質薄膜を作
成し、この上にAlから成る金属配線を形成した。この
とき、Co80Zr9 Nb11のハローパターンの頂点に対
応する原子間距離dsは2.04オングストロームで、Al
( 200)面間隔距離df=2.02オングストロームと略整
合している。これを実施例1と同様に評価したところ、
(111) 配向および良好な結晶性が観測され、またEM試
験でも、1000時間通電で破断することなく良好な信頼性
が得られていることが確認された。同様にして(非晶質
薄膜/金属配線)の組合せとして(Co80Zr8 Nb12
/Al)、(Co85Zr6 Nb9 /Al)、(Co88
3 Ta9 /Al)、(Co90Hf6 Pd4 /Al)な
るものを作成し同様に評価したところ、いずれも(11
1)配向半値幅が1.2 °という良好な結晶性が得られて
いることが確認された。
Example 3 An amorphous thin film made of Co 80 Zr 9 Nb 11 which is a Co-based alloy was formed in the same manner as in Example 1, and a metal wiring made of Al was formed thereon. At this time, the interatomic distance ds corresponding to the apex of the halo pattern of Co 80 Zr 9 Nb 11 was 2.04 Å, and Al
(200) The distance between planes is substantially matched to the distance df = 2.02 angstroms. When this was evaluated in the same manner as in Example 1,
(111) Orientation and good crystallinity were observed, and it was also confirmed in the EM test that good reliability was obtained without breaking after 1000 hours of energization. Similarly, as a combination of (amorphous thin film / metal wiring), (Co 80 Zr 8 Nb 12
/ Al), (Co 85 Zr 6 Nb 9 / Al), (Co 88 Z
r 3 Ta 9 / Al) and (Co 90 Hf 6 Pd 4 / Al) were prepared and evaluated in the same manner.
1) It was confirmed that good crystallinity with an orientation half width of 1.2 ° was obtained.

【0056】また、図6に示すような、絶縁層5上にバ
リア層6として多結晶であるTiN/Ti層を形成した
後、この上に非晶質薄膜3(Co80Zr9 Nb11)を形
成したものや、さらには表1に示されるようにこの後一
旦大気に晒したもの、その後Arのバイアススパッタを
行ったもの等の上に、それぞれAl金属配線2を形成
し、これらの結晶配向性をCuKα線を用いたX線回折
によるAl(111) ロッキング曲線の半値幅で評価した。
表1に示すように、非晶質薄膜を設けないもの、大気に
晒してArバイアススパッタを行わなかったものは、結
晶配向が著しく低下している。
After forming a polycrystalline TiN / Ti layer as a barrier layer 6 on the insulating layer 5 as shown in FIG. 6 , an amorphous thin film 3 (Co 80 Zr 9 Nb 11 ) is formed thereon. Al metal wiring 2 is formed on each of the above-described structure, the structure once exposed to the air as shown in Table 1, and the structure after the bias sputtering of Ar, and the like. The orientation was evaluated by the half width of an Al (111) rocking curve by X-ray diffraction using CuKα radiation.
As shown in Table 1, those without an amorphous thin film and those without exposure to air and not subjected to Ar bias sputtering have significantly reduced crystal orientation.

【表1】 [Table 1]

【0057】(実施例4)実施例1と同様にして、表2
に示す非晶質薄膜および金属配線を形成した。表2に併
せて示すように、本実施例においては非晶質薄膜に結晶
状態において金属配線より表面エネルギーが大きいもの
を用いている。
(Example 4) As in Example 1, Table 2
The amorphous thin film and metal wiring shown in FIG. As shown in Table 2, in this embodiment, an amorphous thin film having a larger surface energy than a metal wiring in a crystalline state is used.

【表2】 [Table 2]

【0058】いずれも非晶質薄膜におけるハローパター
ンの頂点に対応する面間隔dsと、Alの格子間距離d
fとは略整合している。これらを実施例1と同様に評価
したところ、表2に示されるようにいずれも(111) 配向
および良好な結晶性が観測され、またEM試験でも、10
00時間通電で破断することなく良好な信頼性が得られて
いることが確認された。
In each case, the spacing ds corresponding to the apex of the halo pattern in the amorphous thin film and the distance d between the lattices of Al
It is substantially consistent with f. When these were evaluated in the same manner as in Example 1, as shown in Table 2, (111) orientation and good crystallinity were observed in all cases.
It was confirmed that good reliability was obtained without breaking during energization for 00 hours.

【0059】このとき、非晶質薄膜として用いているT
iB2 等のホウ化物、その他、炭化物、窒化物等は、そ
の表面エネルギーが大きいので好ましい。なお、このと
きの表面エネルギーは、近似式:△Esv=Yλ2 / 4π
20 △Esv:表面エネルギー Y :ヤング率 λ :原子間で力の及ぶ距離(X0 で近似) X0 :原子間距離 で求めることができる。
At this time, the T used as the amorphous thin film
Borides such as iB 2 , and others, such as carbides and nitrides, are preferable because of their high surface energy. The surface energy at this time is calculated by an approximate expression: ΔE sv = Yλ 2 / 4π
2 X 0 △ E sv: surface energy Y: Young's modulus lambda: (approximated by X 0) distance over which the force between atoms X 0: can be determined by interatomic distance.

【0060】同時に、比較例としてSiO2 上に直接金
属配線を実施例1と同様に形成した。SiO2 のハロー
パターンの頂点に対応する原子間距離dsと最も近いA
l(111) 面間隔dfとは略整合せず、また、SiO2
表面エネルギーはAlより小さい。これを実施例1と同
様に評価したところ、(111)配向半値幅は8.2 °と
大きく、また同条件のEM試験においても10時間以内で
配線破断となった。
At the same time, as a comparative example, a metal wiring was formed directly on SiO 2 in the same manner as in Example 1. A is the nearest distance between atoms ds corresponding to the top of the halo pattern of SiO 2 and A
It does not substantially match the l (111) plane distance df, and the surface energy of SiO 2 is smaller than that of Al. When this was evaluated in the same manner as in Example 1, the (111) orientation half width was as large as 8.2 °, and the wiring was broken within 10 hours in the EM test under the same conditions.

【0061】(実施例5)図7を用いて本実施例を説明
する。
[0061] The present embodiment will be described with reference to Example 5 FIG.

【0062】本実施例においては、図7に示すような縦
方向の導電接続部位、すなわちビア4が形成されてい
る。具体的にはまず、Si基板1上に膜厚1000オングス
トロームのSiO2 熱酸化膜を絶縁層5として形成した
後、下層金属配線2´としてAl、Cu、WあるいはM
oSi2 からなる薄膜を4000オングストローム堆積し
た。この薄膜上に熱CVDによりSiO2 層間絶縁膜5
´を3000オングストローム堆積した。この層間絶縁膜5
´に、通常のPEP、RIE工程により、径50μmのビ
ア4(あるいはスルーホール)を形成した。
In this embodiment, a vertical conductive connection portion, that is, a via 4 as shown in FIG. 7 is formed. Specifically, first, a 1000 angstrom thick SiO 2 thermal oxide film is formed as an insulating layer 5 on a Si substrate 1 and then Al, Cu, W or M is formed as a lower metal wiring 2 ′.
A thin film composed of oSi 2 was deposited at 4000 Å. An SiO 2 interlayer insulating film 5 is formed on this thin film by thermal CVD.
'Was deposited for 3000 Å. This interlayer insulating film 5
', A via 4 (or through hole) having a diameter of 50 μm was formed by a normal PEP and RIE process.

【0063】次にビア4中に、選択CVD法を用いてW
を埋め込み、エッチバックにより平坦化した後、本発明
による非晶質薄膜3としてCo80Zr9 Nb11薄膜をス
パッタにより200 オングストローム形成した。引き続
き、一度大気に晒されたCo80Zr9 Nb11表面につい
てArのRFプラズマクリーニングを行った後、スパッ
タにより金属配線2として純Al薄膜を4000オングスト
ローム堆積し、そのAl薄膜の結晶配向性をCuKα線
を用いて測定されたAl(111) ロッキング曲線の半値幅
により評価した。このとき入射X線をコリメータにより
φ50μm まで絞ってビア近傍の半値幅の変化とその分布
を調べたが、場所による変化はなく一様に半値幅は1.3
°と良好な結晶配向性を示した。
Next, W is formed in the via 4 by using the selective CVD method.
Was embedded and flattened by etch back, and then a Co 80 Zr 9 Nb 11 thin film was formed as an amorphous thin film 3 according to the present invention by 200 Å by sputtering. Subsequently, after performing RF plasma cleaning of Ar on the surface of the Co 80 Zr 9 Nb 11 once exposed to the atmosphere, a pure Al thin film was deposited as a metal wiring 2 by 4,000 Å by sputtering, and the crystal orientation of the Al thin film was changed to CuKα. The evaluation was made based on the half width of an Al (111) rocking curve measured using a line. At this time, the incident X-ray was narrowed down to φ50 μm by a collimator, and the change and distribution of the half width in the vicinity of the via were examined.
° and good crystal orientation.

【0064】(実施例6)図8を用いて本実施例を説明
する。
[0064] The present embodiment will be described with reference to (Example 6) FIG.

【0065】実施例5と同様に、ビア4を形成した後、
図8に示すように非晶質薄膜3としてNi62Nb38を 3
00オングストローム、スパッタにより形成した。その結
果、図8に示すようにビアの側壁が多少薄くなるが、コ
ンフォーマルにNiNb膜が形成された。この上に、連
続的にスパッタにより金属配線2として純Al薄膜を40
00オングストローム形成した。実施例5と同様に評価し
たところ、一様に半値幅1.35°が得られた。
After forming the vias 4 in the same manner as in the fifth embodiment,
As shown in FIG. 8 , Ni62Nb38
It was formed by sputtering at 00 angstrom. As a result, as shown in FIG. 8 , the side wall of the via was slightly thinned, but a NiNb film was formed conformally. On top of this, a pure Al thin film is continuously formed as a metal wiring 2 by sputtering.
00 angstrom was formed. When evaluated in the same manner as in Example 5, a half width of 1.35 ° was uniformly obtained.

【0066】(実施例7)図9を用いて本実施例を説明
する。
[0066] The present embodiment will be described with reference to Example 7 FIG.

【0067】実施例5と同様に、ビア4を形成した後、
図9に示すように非晶質薄膜3としてAl40Ta60をス
パッタにより形成した。このとき、ビア4を形成した基
板とターゲットの間に、コリメータを設けることによ
り、堆積粒子の直進性を向上させた結果、ビア4の側壁
にはほとんど非晶質層が形成されずに、ビア4の底面と
層間絶縁膜5´上に 100オングストロームのAlTa非
晶質薄膜3を形成することができた。一度大気に晒し、
ArのRFバイアススパッタクリーニングを行った後、
金属配線2として純Al薄膜をスパッタにより4000オン
グストローム堆積した。実施例5と同様に評価したとこ
ろ、一様に半値幅 1.1°が得られた。
After forming the via 4 in the same manner as in the fifth embodiment,
As shown in FIG. 9 , Al 40 Ta 60 was formed as an amorphous thin film 3 by sputtering. At this time, by providing a collimator between the substrate on which the via 4 is formed and the target, the straightness of the deposited particles is improved. As a result, almost no amorphous layer is formed on the side wall of the via 4 and the via A 100 Å AlTa amorphous thin film 3 was formed on the bottom surface of the substrate 4 and on the interlayer insulating film 5 '. Once exposed to the atmosphere,
After performing RF bias sputter cleaning of Ar,
A pure Al thin film was deposited as the metal wiring 2 by 4000 Å by sputtering. When evaluated in the same manner as in Example 5, a half value width of 1.1 ° was uniformly obtained.

【0068】(実施例8)図10を用いて本実施例を説
明する。
[0068] The present embodiment will be described with reference to Example 8 Fig.

【0069】図10に示すように下層の金属配線2´を
形成する際に、まずSiO2 熱酸化膜からなる絶縁層5
上に非晶質薄膜3´としてAl40Nb60を形成した後、
連続的に純Alから成る下層金属配線2′を4000オング
ストローム堆積した。この下層金属配線2′のロッキン
グ曲線の半値幅は 1.2°であった。このAl下層金属配
線2′の上に実施例5と同様にSiO2 層間絶縁膜5´
およびビア4を形成した。次に、TIBA(トリイソブ
チルアルミニウム)を原料ガスとした熱CVD法によ
り、このビア4をAlで選択的に埋め込んだ。このビア
4を埋め込んだAlは下にあるAlの結晶配向性を引き
継いで、下層金属配線2′と同じロッキング曲線の半値
幅を示した。引き続き、連続的に非晶質薄膜3としてA
40Nb60をスパッタにより 250オングストローム堆積
した。一度大気に晒し、ArのRFプラズマによるバイ
アスクリーニングを行った後、スパッタあるいはTIB
Aを用いた熱CVD法により金属配線2としてAl膜を
4000オングストローム堆積した。このAl膜の結晶配向
性の分布は一様であり、そのロッキング半値幅は 1.2°
であった。また、Al堆積する前に、通常のPEP工程
とイオンミリング工程により、ビア4の部分の非晶質薄
膜3を除去した後、Alを堆積したものにおいても、ビ
ア部分も含めて、やはり配向性は均一であり、半値幅も
1.2°と変わらなかった。
As shown in FIG . 10 , when forming the lower metal wiring 2 ′ , first, the insulating layer 5 made of a SiO 2 thermal oxide film is formed.
After forming Al40Nb60 as an amorphous thin film 3 'thereon,
A lower metal wiring 2 'made of pure Al was continuously deposited in a thickness of 4000 angstroms. The half width of the rocking curve of the lower metal wiring 2 ′ was 1.2 °. An SiO 2 interlayer insulating film 5 ′ is formed on the Al lower metal wiring 2 ′ in the same manner as in the fifth embodiment.
And via 4 were formed. Next, the via 4 was selectively filled with Al by a thermal CVD method using TIBA (triisobutylaluminum) as a source gas. The Al embedded in the via 4 inherits the crystal orientation of the underlying Al and exhibits the same half width of the rocking curve as that of the lower metal wiring 2 '. Subsequently, A was continuously formed as an amorphous thin film 3.
The l 40 Nb 60 was 250 Å is deposited by sputtering. After once exposing to the atmosphere and performing bias cleaning with RF plasma of Ar, sputtering or TIB
Al film as metal wiring 2 by thermal CVD method using A
4000 Å deposited. The crystal orientation distribution of this Al film is uniform, and its rocking half width is 1.2 °.
Met. Before the Al deposition, the amorphous thin film 3 at the via 4 is removed by a usual PEP process and ion milling process. Is uniform and the half width is
It was unchanged at 1.2 °.

【0070】一方、比較例として本発明による非晶質薄
膜を介在させない場合には、いずれの場合も、非晶質S
iO2 上のAlの半値幅は約 8°であり、また配向性の
均一性も悪く、特にビア部分での配向性の乱れが著しか
った。
On the other hand, as a comparative example, when the amorphous thin film according to the present invention was not interposed, the amorphous S
The half value width of Al on iO 2 was about 8 °, and the uniformity of the orientation was poor. In particular, the disorder of the orientation at the via portion was remarkable.

【0071】(実施例9)図11図12を用いて本実
施例を説明する。
[0071] (Embodiment 9) FIG. 11, the present embodiment will be described with reference to FIG. 12.

【0072】図11(a)に示すように、非晶質SiO
2 からなる絶縁層5が表面に形成されたSi基板1を用
意し、まず非晶質SiO2 上にスパッタ法により非晶質
薄膜3を1000オングストローム堆積した後(図11
(b))、配線を形成する部分を残して、残りの非晶質
薄膜3をエッチングにより取り除いた(図11
(c))。この上に5000オングストロームの膜厚を
有する非晶質SiO2 からなる絶縁層5を均一に堆積し
た(図11(d))。次に、非晶質薄膜3上のSiO2
のみをエッチングにて除去し、配線を埋め込むための溝
を形成した(図11(e))。この結果、溝の底面は非
晶質薄膜3となった。本実施例では、この溝の幅つまり
金属配線幅は 0.8μm とした。また溝の深さは4000
オングストロームとした。こうして用意した配線用の溝
を有する基板1上に、低エネルギーのイオンビームを照
射して非晶質薄膜3表面の酸化膜を除去した後、トリイ
ソブチルアルミニウム((C49 3 Al)を原料ガス
とする熱CVD法によりアルミニウムを堆積し、金属配
線4を得た(図11(f))。溝中にのみアルミニウム
が堆積する選択成長は基板温度を 300℃以下にすること
により実現した。表3に非晶質薄膜3としてAl非晶質
合金を溝底面に形成した場合の溝中のアルミニウム堆積
速度を基板温度に対して示す。Al非晶質合金としては
Al30Ta70、Al40Nb60、Al5050を選んだ。ま
た、選択成長を確認するために溝部以外のSiO2 との
選択成長の有無を表3に併せて示した。さらに比較例と
して溝底部に非晶質SiO2 、多結晶シリコン、多結晶
銀を形成した場合のアルミニウム堆積速度と選択成長の
有無を示す。Al非晶質合金上に比べ、非晶質SiO2
上、多結晶シリコン上では 300℃以下にて十分なアルミ
ニウム堆積速度が実現できず、埋め込まれたアルミニウ
ムの表面形状も悪い。また、多結晶銀上の堆積速度もA
l非晶質合金上に比べると小さく、また、配線長手方向
に対してアルミニウムの埋め込みが不連続になっている
箇所が見られた。
[0072]FIG.As shown in FIG.
Two Using an Si substrate 1 having an insulating layer 5 made of
First, amorphous SiOTwo Amorphous by sputtering on top
After depositing the thin film 3 for 1000 angstroms (FIG.
(B)) The remaining amorphous portion except for the portion where the wiring is formed
The thin film 3 was removed by etching (FIG.
(C)). On top of this, a 5000 angstrom film thickness
Having amorphous SiOTwo An insulating layer 5 made of
(FIG.(D)). Next, the SiO on the amorphous thin film 3Two
Groove for removing only by etching and embedding wiring
Formed (FIG.(E)). As a result, the bottom of the groove is not
The crystalline thin film 3 was obtained. In this embodiment, the width of the groove,
The metal wiring width was 0.8 μm. The depth of the groove is 4000
Angstrom. Groove for wiring prepared in this way
A low-energy ion beam on a substrate 1 having
After removing the oxide film on the surface of the amorphous thin film 3 by irradiation,
Sobutyl aluminum ((CFour H9)Three Al) as raw material gas
Aluminum is deposited by a thermal CVD method
Got line 4 (FIG.(F)). Aluminum only in grooves
Substrate growth should be kept below 300 ° C
Realized by Table 3 shows that the amorphous thin film 3 was made of Al amorphous
Aluminum deposition in trench when alloy is formed on the bottom of trench
Speed is shown against substrate temperature. As an Al amorphous alloy
Al30Ta70, Al40Nb60, Al50V50I chose. Ma
In order to confirm the selective growth, the SiOTwo With
Table 3 also shows the presence or absence of selective growth. Further comparative examples
Amorphous SiOTwo , Polycrystalline silicon, polycrystalline
Of aluminum deposition rate and selective growth with silver formation
Indicates presence / absence. Amorphous SiO compared to on Al amorphous alloyTwo 
Sufficient aluminum at 300 ° C or less on polycrystalline silicon
Embedded aluminum cannot be deposited
The surface shape of the unit is also bad. The deposition rate on polycrystalline silver is also A
l Smaller than on an amorphous alloy, and in the wiring longitudinal direction
Of aluminum is discontinuous with respect to
A spot was seen.

【0073】次に、選択的に埋め込まれたアルミニウム
の結晶性をX線回折によって調べた結果を表4に示す。
ここで、アルミニウムの配向性の評価はAl(111) 回折
ピークのロッキング曲線の半値幅を測定することにより
行った。Al非晶質合金を下地とする溝へ埋め込まれた
アルミニウムは、(111) 半値幅が約 1°の(111) 高配向
膜である。
Next, Table 4 shows the result of examining the crystallinity of the selectively embedded aluminum by X-ray diffraction.
Here, the orientation of aluminum was evaluated by measuring the half width of the rocking curve of the Al (111) diffraction peak. The aluminum buried in the grooves based on the Al amorphous alloy is a (111) highly oriented film with a (111) half width of about 1 °.

【0074】また、Al非晶質合金を底面とする溝に埋
め込まれたアルミニウムを透過電子顕微鏡により観察し
たところ、アルミニウム結晶粒径は配線幅とほぼ同じ 1
μm程度であり、配線長手方向にこれら(111) 結晶粒が
亜粒界(小角粒界)によって接した構造になっているこ
とがわかった。さらに、部分的ではあるが配線長手方向
に長さ10μm 以上にわたって 1個の結晶粒になっている
領域も存在することが確認された。これは、(111) 高配
向結晶からなるAl配線よりもさらにストレスマイグレ
ーション耐性、エレクトロマイグレーション耐性の優れ
た、単結晶からなるアルミニウム配線が部分的に実現さ
れていることを示している。
When the aluminum buried in the groove having the bottom surface of the Al amorphous alloy was observed with a transmission electron microscope, the aluminum crystal grain size was almost the same as the wiring width.
It was about μm, and it was found that these (111) crystal grains were in contact with each other in the longitudinal direction of the wiring by sub-grain boundaries (small-angle grain boundaries). Further, it was confirmed that there was a region where a single crystal grain was present over a length of 10 μm or more in the longitudinal direction of the wiring, though it was partial. This indicates that an aluminum wiring made of a single crystal, which is more excellent in stress migration resistance and electromigration resistance than an Al wiring made of a (111) highly oriented crystal, is partially realized.

【0075】最後に、本実施例にて形成したアルミニウ
ム埋め込み配線のエレクトロマイグレーション耐性を調
べるために行った加速試験の結果を図12に示す。試験
条件は基板温度 150℃、電流密度 1×10 7A/cm2 であ
る。抵抗変化率の経時変化から従来のアルミニウム配線
が1時間以内に破断するのに比べ非常に高い信頼性を有
していることが確認された。
Finally, FIG. 12 shows the results of an acceleration test performed to examine the electromigration resistance of the aluminum embedded wiring formed in this embodiment. The test conditions are a substrate temperature of 150 ° C. and a current density of 1 × 10 7 A / cm 2 . It was confirmed from the change over time in the rate of change in resistance that the conventional aluminum wiring had extremely high reliability compared to the case where the aluminum wiring was broken within one hour.

【表3】 [Table 3]

【表4】 [Table 4]

【0076】(実施例10)図13を用いて本実施例を
説明する。
[0076] The present embodiment will be described with reference to Example 10 FIG.

【0077】図13に示すように、機能素子31が形成
された半導体基板1上にCVD法を用いてSiO2 絶縁
層5を形成し、コンタクト部となるべき領域をエッチン
グにより除去して接続孔32を設ける。コンタクト特性
を良好にするため、接続孔底面の半導体基板1上に形成
された自然酸化膜をフッ酸洗浄により取り除き、再酸化
を防ぐために酸素含有量の低い超純水によりリンスし、
高純度窒素ガスパージにより乾燥する。この基板上にマ
ルチターゲットスパッタ装置によりAlTa非晶質薄膜
3を形成した。スパッタ条件を以下に示す。 スパッタ方式:RFマグネトロン方式 ターゲット:100mmφのAl−Taモザイクターゲッ
ト 基板温度:室温(25℃) スパッタガス:Ar ガス圧力:0.20Pa 印加電力:10W/cm2 膜厚:400オングストローム
As shown in FIG . 13 , a SiO 2 insulating layer 5 is formed on the semiconductor substrate 1 on which the functional element 31 is formed by using the CVD method, and a region to be a contact portion is removed by etching to form a connection hole. 32 are provided. In order to improve the contact characteristics, the natural oxide film formed on the semiconductor substrate 1 at the bottom of the connection hole is removed by hydrofluoric acid cleaning, and rinsed with ultrapure water having a low oxygen content to prevent re-oxidation,
Dry with high-purity nitrogen gas purge. An AlTa amorphous thin film 3 was formed on this substrate by a multi-target sputtering apparatus. The sputtering conditions are shown below. Sputtering method: RF magnetron method Target: 100 mmφ Al-Ta mosaic target Substrate temperature: room temperature (25 ° C.) Sputter gas: Ar gas pressure: 0.20 Pa Applied power: 10 W / cm 2 Film thickness: 400 Å

【0078】組成分析の結果、形成された膜はAl55
45であった。またX線回折から膜は非晶質であった。
なお、本実施例では非晶質薄膜3をスパッタ法により作
成したが、CVD法や蒸着法等によっても同様な非晶質
薄膜が形成できる。また非晶質薄膜3のスパッタにおい
てAlTaモザイクターゲットを用いたが、AlとTa
の2元ターゲットを用いた同時スパッタ法やAlおよび
Taを交互に薄く積層する等の方法によっても同様に非
晶質薄膜が得られる。
As a result of the composition analysis, the formed film was Al 55 T
a 45 . The film was amorphous from X-ray diffraction.
In this embodiment, the amorphous thin film 3 is formed by a sputtering method, but a similar amorphous thin film can be formed by a CVD method, a vapor deposition method, or the like. Although an AlTa mosaic target was used in the sputtering of the amorphous thin film 3, Al and Ta were used.
Similarly, an amorphous thin film can be obtained by a method such as a simultaneous sputtering method using a binary target or a method of alternately thinly stacking Al and Ta.

【0079】さらにこの上に真空を破ることなくAl膜
をスパッタ法により形成した。スパッタ条件を以下に示
す。 スパッタ方式:RFマグネトロン方式 ターゲット:100mmφのAlターゲット 基板温度:室温(25℃) スパッタガス:Ar ガス圧力:1Pa 印加電力:5W/cm2 膜厚:4000オングストローム
Further, an Al film was formed thereon by sputtering without breaking vacuum. The sputtering conditions are shown below. Sputtering method: RF magnetron method Target: Al target of 100 mmφ Substrate temperature: room temperature (25 ° C.) Sputtering gas: Ar Gas pressure: 1 Pa Applied power: 5 W / cm 2 Film thickness: 4000 Å

【0080】こうして作成したAl膜をX線回折により
配向性および結晶性を評価したところ、(111)ロッ
キング曲線の半値幅は1.0°であり、良好な配向性が
観測された。なお、本実施例ではAl膜をスパッタ法に
より形成したが、CVD法や蒸着法によって形成しても
同様な効果が得られる。
When the orientation and crystallinity of the thus formed Al film were evaluated by X-ray diffraction, the half value width of the (111) rocking curve was 1.0 °, and good orientation was observed. In this embodiment, the Al film is formed by the sputtering method, but the same effect can be obtained by forming the Al film by the CVD method or the vapor deposition method.

【0081】この後、通常のリソグラフィ技術により所
望のパターンにレジストを形成し、塩素を含むエッチン
グガスを用いてAl膜およびAlTa非晶質薄膜3のド
ライエッチングを同時に行い、Al膜を金属配線2に加
工した。加工後SEMによる観察を行ったが残渣も認め
られず、加工性は良好であった。この試料をフォーミン
グガス(N:H=9:1)中で450℃、15分熱
処理を施した後、接合部のリーク電流及びコンタクト抵
抗を測定したが、熱処理前と変化せず、良好なバリア性
が確認された。
Thereafter, a resist is formed in a desired pattern by a usual lithography technique, and the Al film and the AlTa amorphous thin film 3 are simultaneously dry-etched by using an etching gas containing chlorine, so that the Al film is Processed to. Observation by SEM after processing revealed no residue, and the workability was good. After subjecting this sample to heat treatment at 450 ° C. for 15 minutes in a forming gas (N 2 : H 2 = 9: 1), the leak current and contact resistance at the junction were measured. Barrier properties were confirmed.

【0082】(実施例11)図14を用いて本実施例を
説明する。
[0082] The present embodiment will be described with reference to Example 11 FIG 14.

【0083】Al金属配線のエレクトロマイグレーショ
ン耐性を調べるため、酸化膜の付いたシリコン基板上に
AlTa非晶質薄膜とAl膜を実施例10と同様の条件
で成膜し、これを用いて図14に示すような陽極21、
陰極22、及びこれらの各電極を接続し、0.8μmの
配線幅を有する配線部23を具備した試験基板24を作
成した。この試験基板のAl膜をX線回折により配向性
及び結晶性を評価したところ、実施例10と同様に(1
11)ロッキング曲線の半値幅は、1.0°であった。
In order to examine the electromigration resistance of the Al metal wiring, an AlTa amorphous thin film and an Al film were formed on a silicon substrate provided with an oxide film under the same conditions as in Example 10, and were used as shown in FIG. An anode 21 as shown in
A test substrate 24 having a cathode 22 and a wiring section 23 having a wiring width of 0.8 μm was prepared by connecting these electrodes. When the orientation and crystallinity of the Al film of this test substrate were evaluated by X-ray diffraction, (1) was obtained in the same manner as in Example 10.
11) The half width of the rocking curve was 1.0 °.

【0084】この試験基板24に対し、試験温度を20
0℃とし、電流密度が2×106A/cm2 に相当する
電流を流し、その平均故障時間を測定したところ、10
00時間以上の値を示し、高いエレクトロマイグレーシ
ョン耐性を有していることがわかった。
[0084] For this test substrate 24, the test temperature 20
At 0 ° C., a current having a current density of 2 × 10 6 A / cm 2 was passed, and the average failure time was measured.
It showed a value of 00 hours or more, indicating high electromigration resistance.

【0085】(実施例12)実施例10と同様の方法で
機能素子を形成した基板上にAlMo非晶質薄膜を形成
した。組成分析の結果、形成された膜はAl60Mo40
あった。またX線回折から膜は非晶質であった。この上
に作成したAl膜をX線回折により配向性及び結晶性を
評価したところ、(111)のロッキング曲線の半値幅
は1.1°であり、良好な配向性が観測された。
(Example 12) An AlMo amorphous thin film was formed on a substrate on which a functional element was formed in the same manner as in Example 10. As a result of composition analysis, the formed film was Al 60 Mo 40 . The film was amorphous from X-ray diffraction. When the orientation and crystallinity of the Al film formed thereon were evaluated by X-ray diffraction, the half width of the rocking curve of (111) was 1.1 °, and favorable orientation was observed.

【0086】この後、通常のリソグラフィ技術により所
望のパターンにレジストを形成し、塩素を含むエッチン
グガスを用いてAl膜およびAl−Mo非晶質薄膜のド
ライエッチングを同時に行い、Al膜を金属配線に加工
した。加工後SEMによる観察を行ったが残渣も認めら
れず、加工性は良好であった。この試料をフォーミング
ガス(N:H=9:1)中で450℃、15分熱処
理を施した後、接合部の断面を観察したところ、アロイ
スパイクは見られず良好なバリア性が確認された。
Thereafter, a resist is formed in a desired pattern by a usual lithography technique, and the Al film and the Al-Mo amorphous thin film are simultaneously dry-etched by using an etching gas containing chlorine, whereby the Al film is formed by metal wiring. Processed to. Observation by SEM after processing revealed no residue, and the workability was good. After subjecting this sample to a heat treatment at 450 ° C. for 15 minutes in a forming gas (N 2 : H 2 = 9: 1), when observing the cross section of the joint, no alloy spike was observed and good barrier properties were confirmed. Was done.

【0087】(実施例13)実施例10と同様の方法で
機能素子を形成した基板上にAlNbSi非晶質薄膜を
形成した。組成分析の結果、形成された膜は、Al40
55Si5 であった。またX線回折から膜は非晶質であ
った。この上に作成したAl膜をX線回折により配向性
及び結晶性を評価したところ、(111)ロッキング曲
線の半値幅は1.3°であり、良好な配向性が観測され
た。この後、通常のリソグラフィ技術により所望のパタ
ーンにレジストを形成し、塩素を含むエッチングガスを
用いてAl膜およびAlNbSi非晶質薄膜のドライエ
ッチングを同時に行い、Al膜を金属配線に加工した。
加工後SEMによる観察を行ったが残渣も認められず、
加工性は良好であった。この試料をフォーミングガス
(N:H=9:1)中で450℃、15分熱処理を
施した後、接合部の断面を観察したところ、アロイスパ
イクは見られず、良好なバリア性が確認された。またS
iを含むことにより非晶質薄膜の熱安定性は向上し、よ
り高温の熱処理によっても結晶化や反応は認められなか
った。なお、この効果はGe、P、Bでも同様であっ
た。
Example 13 An AlNbSi amorphous thin film was formed on a substrate on which a functional element was formed in the same manner as in Example 10. As a result of the composition analysis, the formed film was Al 40 N
b 55 Si 5 . The film was amorphous from X-ray diffraction. When the orientation and crystallinity of the Al film formed thereon were evaluated by X-ray diffraction, the half width of the (111) rocking curve was 1.3 °, and favorable orientation was observed. Thereafter, a resist was formed in a desired pattern by a usual lithography technique, and the Al film and the AlNbSi amorphous thin film were simultaneously dry-etched using an etching gas containing chlorine, thereby processing the Al film into a metal wiring.
After processing, observation by SEM showed no residue,
Workability was good. After subjecting this sample to a heat treatment at 450 ° C. for 15 minutes in a forming gas (N 2 : H 2 = 9: 1), when observing the cross section of the joint, no alloy spike was observed and good barrier properties were observed. confirmed. Also S
By containing i, the thermal stability of the amorphous thin film was improved, and no crystallization or reaction was observed even with a higher temperature heat treatment. This effect was the same for Ge, P, and B.

【0088】(実施例14)図15を用いて本実施例を
説明する。
[0088] The present embodiment will be described with reference to Example 14 Figure 15.

【0089】4000オングストローム熱酸化膜からな
る絶縁層5を有する6インチシリコンウェハ基板1を用
い、まず図4に示されるマルチターゲットスパッタ装置
によりPtZr非晶質薄膜3を形成した。スパッタ条件
を以下に示す。 スパッタ方式:RFマグネトロン方式 ターゲット:100mmφのPtZrモザイクターゲット 基板温度:室温(25℃) スパッタガス:Ar ガス圧力:0.20Pa 印加電力:10W/cm2 膜厚:500オングストローム
Using a 6-inch silicon wafer substrate 1 having an insulating layer 5 made of a 4000 Å thermal oxide film, a PtZr amorphous thin film 3 was first formed by a multi-target sputtering apparatus shown in FIG . The sputtering conditions are shown below. Sputtering method: RF magnetron method Target: 100 mmφ PtZr mosaic target Substrate temperature: room temperature (25 ° C.) Sputtering gas: Ar gas pressure: 0.20 Pa Applied power: 10 W / cm 2 Film thickness: 500 Å

【0090】組成分析の結果、形成された膜はPt21
79であった。またX線回折測定よりこの膜は非晶質で
あった。
As a result of the composition analysis, the formed film was Pt 21 Z
r 79 . The film was amorphous by X-ray diffraction measurement.

【0091】次いで、真空を破ることなくPtZr膜上
にPtをスパッタした。スパッタ条件を以下に示す。 スパッタ方式:RFマグネトロン方式 ターゲット:100mmφのPtターゲット 基板温度:室温(25℃) スパッタガス:Ar ガス圧力:1Pa 印加電力:5W/cm2 膜厚:1000オングストローム
Next, Pt was sputtered on the PtZr film without breaking the vacuum. The sputtering conditions are shown below. Sputtering method: RF magnetron method Target: Pt target of 100 mmφ Substrate temperature: room temperature (25 ° C.) Sputtering gas: Ar gas pressure: 1 Pa Applied power: 5 W / cm 2 Film thickness: 1000 Å

【0092】こうして作成した下部電極としてのPt膜
33をX線回折により配向性及び結晶性を評価したとこ
ろ、(111)配向半値幅が1.4 °と良好な結晶性が観
測された。
When the orientation and crystallinity of the Pt film 33 thus formed as a lower electrode were evaluated by X-ray diffraction, good crystallinity with a (111) orientation half width of 1.4 ° was observed.

【0093】次にこの下部電極上に、RFマグネトロン
スパッタ法により誘電体薄膜としてチタン酸ストロンチ
ウム膜34を形成した。ターゲットはチタン酸ストロン
チウム焼結体を用いた。スパッタ条件を以下に示す。 スパッタ方式:RFマグネトロン方式 ターゲット:100mmφのSrTiOターゲット 基板温度:500℃ スパッタガス:Ar/O ガス圧力:1Pa 印加電力:5W/cm2 膜厚:5000オングストローム
Next, a strontium titanate film 34 was formed as a dielectric thin film on the lower electrode by RF magnetron sputtering. A strontium titanate sintered body was used as a target. The sputtering conditions are shown below. Sputtering method: RF magnetron method Target: 100 mmφ SrTiO 3 target Substrate temperature: 500 ° C. Sputtering gas: Ar / O 2 gas pressure: 1 Pa Applied power: 5 W / cm 2 Film thickness: 5000 Å

【0094】X線回折により得られた誘電体薄膜の配向
性及び結晶性を評価したところ、Pt膜33の(11
1)配向を引継ぎ、(111)配向半値幅は1.5 °とな
った。この誘電体薄膜上に上部電極としてAu膜35を
蒸着し、キャパシタ特性を評価したところ比誘電率、漏
れ電流とも良好な値であった。一方、熱酸化膜上に直接
形成したPt膜の配向半値幅は9.2 °であり、この上に
上記と同条件でチタン酸ストロンチウム膜を形成した場
合、配向半値幅は9.5 °であった。
The orientation and crystallinity of the dielectric thin film obtained by X-ray diffraction were evaluated.
1) The orientation was taken over, and the half-width of the (111) orientation was 1.5 °. An Au film 35 was deposited as an upper electrode on this dielectric thin film, and the characteristics of the capacitor were evaluated. As a result, both the relative dielectric constant and the leakage current were good. On the other hand, the half-width of the orientation of the Pt film directly formed on the thermal oxide film was 9.2 °, and when the strontium titanate film was formed thereon under the same conditions as above, the half-width of the orientation was 9.5 °.

【0095】(実施例15)実施例14と同様に400
0オングストローム熱酸化膜の付いた6インチシリコン
ウェハ基板を用い、マルチターゲットスパッタ装置によ
り非晶質薄膜としてPt21Zr79膜を形成した。
(Embodiment 15) In the same manner as in Embodiment 14, 400
Using a 6-inch silicon wafer substrate provided with a 0 Å thermal oxide film, a Pt 21 Zr 79 film was formed as an amorphous thin film by a multi-target sputtering apparatus.

【0096】次いで真空を破ることなくこの非晶質Pt
21Zr79膜上にスパッタにより下部電極としてPtTi
膜を形成した。スパッタ条件を以下に示す。 スパッタ方式:RFマグネトロン方式 ターゲット:100mmφのPt/Ti2元ターゲット 基板温度:室温(25℃) スパッタガス:Ar ガス圧力:1Pa 印加電力:5W/cm2 膜厚:1000オングストローム
Next, this amorphous Pt is formed without breaking vacuum.
PtTi as lower electrode by sputtering on 21 Zr 79 film
A film was formed. The sputtering conditions are shown below. Sputtering method: RF magnetron method Target: Pt / Ti binary target of 100 mmφ Substrate temperature: room temperature (25 ° C.) Sputter gas: Ar gas pressure: 1 Pa Applied power: 5 W / cm 2 Film thickness: 1000 Å

【0097】こうして作成したPtTi膜を組成分析し
た結果、Pt88Ti12であった。X線回折により配向性
及び結晶性を評価したところ、(111)配向半値幅は
1.4°と良好な結晶性が観測された。
As a result of composition analysis of the PtTi film thus formed, it was Pt 88 Ti 12 . When the orientation and crystallinity were evaluated by X-ray diffraction, the (111) orientation half width was
Good crystallinity of 1.4 ° was observed.

【0098】次にこの下部電極上にRFマグネトロンス
パッタ法によりチタン酸ジルコン酸鉛の強誘電体薄膜を
成長させた。ターゲットは酸化鉛を10mol%過剰に
加えたチタン酸ジルコン酸鉛の粉末を1200℃で焼結
したものを用いた。スパッタ条件を以下に示す。 スパッタ方式:RFマグネトロン方式 ターゲット:100mmφのPb(ZrTi)Oターゲ
ット(PbO 10mol% RICH) 基板温度:600℃ スパッタガス:Ar/O ガス圧力:1Pa 印加電力:5W/cm2 膜厚:5000オングストローム
Next, a ferroelectric thin film of lead zirconate titanate was grown on the lower electrode by RF magnetron sputtering. The target used was a powder of lead zirconate titanate with an excess of 10 mol% of lead oxide sintered at 1200 ° C. The sputtering conditions are shown below. Sputtering method: RF magnetron method Target: 100 mmφ Pb (ZrTi) O 3 target (PbO 10 mol% RICH) Substrate temperature: 600 ° C. Sputter gas: Ar / O 2 gas pressure: 1 Pa Applied power: 5 W / cm 2 Film thickness: 5000 Angstrom

【0099】X線回折により得られた強誘電体薄膜の配
向性及び結晶性を評価したところ、PtTi膜の(11
1)配向を引継ぎ、(111)配向半値幅は1.9 °とな
った。一方熱酸化膜上に直接形成したPtTi膜の配向
半値幅は9.2 °であり、この上に上記と同条件でチタン
酸ジルコン酸鉛を形成した場合、配向半値幅は9.8 °で
あった。
When the orientation and crystallinity of the ferroelectric thin film obtained by X-ray diffraction were evaluated, (11)
1) The orientation was succeeded, and the half-width at (111) orientation was 1.9 °. On the other hand, the half-width of orientation of the PtTi film directly formed on the thermal oxide film was 9.2 °, and when lead zirconate titanate was formed thereon under the same conditions as above, the half-width of orientation was 9.8 °.

【0100】(実施例16)図16を用いて本実施例を
説明する。
[0100] The present embodiment will be described with reference to Example 16 FIG. 16.

【0101】ガラス基板1´上に図4に示すようなマル
チターゲットスパッタ装置により抵抗発熱体膜12とし
てAlTa非晶質薄膜を形成した。スパッタ条件を以下
に示す。 スパッタ方式:RFマグネトロン方式 ターゲット:100mmφのAlTa2元ターゲット 基板温度:室温(25℃) スパッタガス:Ar ガス圧力:0.20Pa 印加電力:10W/cm2
An amorphous AlTa thin film was formed as a resistance heating element film 12 on a glass substrate 1 'by a multi-target sputtering apparatus as shown in FIG . The sputtering conditions are shown below. Sputtering method: RF magnetron method Target: AlTa binary target of 100 mmφ Substrate temperature: room temperature (25 ° C.) Sputter gas: Ar gas pressure: 0.20 Pa Applied power: 10 W / cm 2

【0102】組成分析の結果、形成された膜はAl25
75であった。X線回折測定よりこの膜は非晶質であっ
た。この上に同一チャンバ内でAl薄膜をスパッタし
た。スパッタ条件を以下に示す。 スパッタ方式:RFマグネトロン方式 ターゲット:100mmφのAlターゲット 基板温度:室温(25℃) スパッタガス:Ar ガス圧力:1Pa 印加電力:5W/cm2
As a result of the composition analysis, the formed film was Al 25 T
a 75 . The film was amorphous according to the X-ray diffraction measurement. An Al thin film was sputtered thereon in the same chamber. The sputtering conditions are shown below. Sputtering method: RF magnetron method Target: Al target of 100 mmφ Substrate temperature: room temperature (25 ° C.) Sputtering gas: Ar Gas pressure: 1 Pa Applied power: 5 W / cm 2

【0103】作成したAl膜の結晶性をX線回折により
評価したところ、(111)ロッキング曲線の半値幅が
1.0°の配向膜であった。
When the crystallinity of the formed Al film was evaluated by X-ray diffraction, it was an oriented film having a (111) rocking curve half width of 1.0 °.

【0104】次にこのAl膜をリソグラフィ工程及びエ
ッチング工程により加工して電極13、13´とし、さ
らに酸化防止、耐摩耗性向上のためSiO2 絶縁膜14
をコーティングした。こうして作成したサーマルヘッド
を実際にプリンタに装着して記録実験を行ったところ、
微細なパターンにおいても記録濃度ゆらぎが従来に比べ
て小さかった。またAl電極も劣化が生じなかった。
Next, this Al film is processed by lithography and etching steps to form electrodes 13 and 13 ′, and a SiO 2 insulating film 14 for preventing oxidation and improving abrasion resistance.
Was coated. The thermal head created in this way was actually mounted on a printer and a recording experiment was performed.
Even in a fine pattern, the fluctuation of the recording density was smaller than that in the conventional case. Also, the Al electrode did not deteriorate.

【0105】(実施例17)図17を用いて本実施例を
説明する。
[0105] The present embodiment will be described with reference to Example 17 Figure 17.

【0106】凸部を有するガラス基板1´上に図4に示
すようなマルチターゲットスパッタ装置により抵抗発熱
体12としてAlNb非晶質薄膜を形成した。スパッタ
条件を以下に示す。 スパッタ方式:RFマグネトロン方式 ターゲット:100mmφのAlNb2元ターゲット 基板温度:室温(25℃) スパッタガス:Ar ガス圧力:0.20Pa 印加電力:10W/cm2
An AlNb amorphous thin film was formed as a resistance heating element 12 on a glass substrate 1 'having a projection by a multi-target sputtering apparatus as shown in FIG . The sputtering conditions are shown below. Sputtering method: RF magnetron method Target: 100 mmφ AlNb binary target Substrate temperature: room temperature (25 ° C.) Sputtering gas: Ar gas pressure: 0.20 Pa Applied power: 10 W / cm 2

【0107】組成分析の結果、形成された膜はAl40
60であった。またX線回折測定よりこの膜は非晶質で
あった。
As a result of the composition analysis, the formed film was Al 40 N
b 60 . The film was amorphous by X-ray diffraction measurement.

【0108】このAlNb膜をリソグラフィ工程及びエ
ッチング工程により加工して凸部とその周辺にのみ残し
た。再びチャンバ内に搬送しArバイアスクリーニング
を施した後、Al膜をスパッタした。スパッタ条件を以
下に示す。 スパッタ方式:RFマグネトロン方式 ターゲット:100mmφのAlターゲット 基板温度:室温(25℃) スパッタガス:Ar ガス圧力:1Pa 印加電力:5W/cm2
The AlNb film was processed by a lithography process and an etching process, and was left only on the convex portion and its periphery. After being transported again into the chamber and subjected to Ar bias cleaning, an Al film was sputtered. The sputtering conditions are shown below. Sputtering method: RF magnetron method Target: Al target of 100 mmφ Substrate temperature: room temperature (25 ° C.) Sputtering gas: Ar Gas pressure: 1 Pa Applied power: 5 W / cm 2

【0109】平坦部に形成されたAl膜の結晶性をX線
回折により評価したところ、(111)ロッキング曲線
の半値幅が1.2°の配向膜であった。
When the crystallinity of the Al film formed on the flat portion was evaluated by X-ray diffraction, it was an oriented film having a (111) rocking curve half-width of 1.2 °.

【0110】次にこのAl膜をリソグラフィ工程及びエ
ッチング工程により加工して電極13、13´とし、さ
らに酸化防止、耐摩耗向上のためSiO絶縁膜14を
コーティングした。こうして実施例16と同条件で記録
実験を行ったところ、優れた特性を示した。
Next, the Al film was processed by a lithography process and an etching process to obtain electrodes 13 and 13 ′, and a SiO 2 insulating film 14 was further coated to prevent oxidation and improve abrasion resistance. When a recording experiment was performed under the same conditions as in Example 16, excellent characteristics were shown.

【0111】(実施例18)図18を用いて本実施例を
説明する。
[0111] The present embodiment will be described with reference to Example 18 Figure 18.

【0112】4000オングストローム熱酸化膜からな
る絶縁層5を有する6インチシリコンウェハ基板1を用
い、まず図4に示すようなマルチターゲットスパッタ装
置によりAlTa非晶質薄膜3を形成した。スパッタ条
件を以下に示す。 スパッタ方式:RFマグネトロン方式 ターゲット:100mmφのAlTa2元ターゲット 基板温度:室温(25℃) スパッタガス:Ar ガス圧力:0.20Pa 印加電力:10W/cm2 膜厚:1000オングストローム
Using a 6-inch silicon wafer substrate 1 having an insulating layer 5 made of a 4000 Å thermal oxide film, an AlTa amorphous thin film 3 was first formed by a multi-target sputtering apparatus as shown in FIG . The sputtering conditions are shown below. Sputtering method: RF magnetron method Target: 100 mmφ AlTa binary target Substrate temperature: room temperature (25 ° C.) Sputter gas: Ar gas pressure: 0.20 Pa Applied power: 10 W / cm 2 Film thickness: 1000 Å

【0113】組成分析の結果、形成された膜はAl45
55であった。またX線回折測定よりこの膜は非晶質で
あった。
As a result of the composition analysis, the formed film was Al 45 T
a 55 . The film was amorphous by X-ray diffraction measurement.

【0114】次いで、このAlTa非晶質薄膜3表面に
通常のリソグラフィ工程及びRIE工程により、溝38
を形成した。溝38の深さは100オングストローム、
溝38の幅は1000オングストロームとした。
Next, a groove 38 is formed on the surface of the AlTa amorphous thin film 3 by a usual lithography process and an RIE process.
Was formed. The depth of the groove 38 is 100 angstroms,
The width of the groove 38 was 1000 angstroms.

【0115】次に溝38を加工したAlTa非晶質薄膜
3にArバイアスクリーニングを施した後、Al膜をス
パッタした。スパッタ条件を以下に示す。 スパッタ方式:RFマグネトロン方式 ターゲット:100mmφのAlターゲット 基板温度:室温(25℃) スパッタガス:Ar ガス圧力:1Pa 印加電力:5W/cm2 膜厚:4000オングストローム
Next, after performing Al bias cleaning on the AlTa amorphous thin film 3 in which the groove 38 was processed, an Al film was sputtered. The sputtering conditions are shown below. Sputtering method: RF magnetron method Target: Al target of 100 mmφ Substrate temperature: room temperature (25 ° C.) Sputtering gas: Ar Gas pressure: 1 Pa Applied power: 5 W / cm 2 Film thickness: 4000 Å

【0116】こうして作成したAl膜をX線回折により
配向性及び結晶性を評価したところ、(111)配向半
値幅は1.2 °と良好な結晶性が観測された。
When the orientation and crystallinity of the thus formed Al film were evaluated by X-ray diffraction, it was confirmed that the (111) half-width at orientation was 1.2 ° and good crystallinity was observed.

【0117】さらに、透過型電子顕微鏡(TEM)観察
によると、非晶質薄膜3に形成された溝38の長手方向
にAlの<211>方向が揃った結果、亜粒界のみを有
するAl膜となっていることがわかった。
Further, according to observation by a transmission electron microscope (TEM), as the <211> direction of Al was aligned in the longitudinal direction of the groove 38 formed in the amorphous thin film 3, an Al film having only sub-grain boundaries was obtained. It turned out that it became.

【0118】次にこのAl膜を加工して金属配線2と
し、EM試験を行った。具体的には、上記Al膜に対
し、通常のリソグラフィ工程及びRIE工程を適用し
て、図14に示すような陽極、陰極、及びこれらを接続
し、0.8μmの配線幅を有する配線部を具備した試験
基板を作成した。次いで、この試験基板の配線部に対
し、試験温度を200℃とし、電流密度が2×106
/cm2 に相当する電流を流したが、1000時間経過
後も破断は生じなかった。これはAl膜が高配向である
上に亜粒界のみが形成された膜のため、エレクトロマイ
グレーション耐性が飛躍的に向上したことを示してい
る。
Next, this Al film was processed into a metal wiring 2 and subjected to an EM test. Specifically, a normal lithography step and an RIE step are applied to the Al film to form an anode and a cathode as shown in FIG. 14 and a wiring part having a wiring width of 0.8 μm by connecting these anodes and cathodes. A test board was prepared. Next, the test temperature was set to 200 ° C. and the current density was 2 × 10 6 A for the wiring portion of the test board.
/ Cm 2 , but no break occurred after 1000 hours. This indicates that the electromigration resistance was dramatically improved because the Al film was highly oriented and only sub-grain boundaries were formed.

【0119】(実施例19)図19を用いて本実施例を
説明する。
[0119] The present embodiment will be described with reference to (Example 19) Figure 19.

【0120】4000オングストローム熱酸化膜からな
る絶縁層5を有する6インチシリコンウェハ基板1を用
い、通常のリソグラフィ工程及びRIE工程により、溝
を形成した。
Using a 6-inch silicon wafer substrate 1 having an insulating layer 5 made of a 4000 Å thermal oxide film, grooves were formed by ordinary lithography and RIE processes.

【0121】この基板1上に図4に示すようなマルチタ
ーゲットスパッタ装置によりNiTa非晶質薄膜3を形
成した。スパッタ条件を以下に示す。 スパッタ方式:RFマグネトロン方式 ターゲット:100mmφのNiTa2元ターゲット 基板温度:室温(25℃) スパッタガス:Ar ガス圧力:0.20Pa 印加電力:10W/cm2 膜厚:1000オングストローム
A NiTa amorphous thin film 3 was formed on the substrate 1 by a multi-target sputtering apparatus as shown in FIG . The sputtering conditions are shown below. Sputtering method: RF magnetron method Target: NiTa binary target of 100 mmφ Substrate temperature: room temperature (25 ° C.) Sputter gas: Ar gas pressure: 0.20 Pa Applied power: 10 W / cm 2 Film thickness: 1000 Å

【0122】組成分析の結果、形成された膜はNi50
50であった。X線回折測定よりこの膜は非晶質であっ
た。また、断面を走査型電子顕微鏡(SEM)により観
察したところ、NiTa非晶質薄膜3表面には溝30が
均一に形成されており、溝30の深さは100オングス
トローム、溝30の幅は1000オングストロームであ
った。
As a result of the composition analysis, the formed film was Ni 50 T
It was a 50. The film was amorphous according to the X-ray diffraction measurement. When the cross section was observed with a scanning electron microscope (SEM), the groove 30 was formed uniformly on the surface of the NiTa amorphous thin film 3, the depth of the groove 30 was 100 Å, and the width of the groove 30 was 1000 Angstrom.

【0123】次いで、溝30を有するNiTa非晶質薄
膜3にArバイアスクリーニングを施した後、実施例1
8と同様にAlをスパッタした。作成したAl膜をX線
回折により配向性及び結晶性を評価したところ、(11
1)配向半値幅は0.9 °と良好な結晶性が観測された。
Next, after performing Ar bias cleaning on the NiTa amorphous thin film 3 having the groove 30, the first embodiment is performed.
8, Al was sputtered. When the orientation and crystallinity of the formed Al film were evaluated by X-ray diffraction, (11
1) Good crystallinity with a half value width of 0.9 ° was observed.

【0124】さらに、透過型電子顕微鏡(TEM)観察
によると、非晶質薄膜3に形成された溝30の長手方向
にAlの<211>方向が揃った結果、亜粒界のみを有
するAl膜となっていることがわかった。
Further, according to transmission electron microscope (TEM) observation, the result was that the <211> direction of Al was aligned in the longitudinal direction of the groove 30 formed in the amorphous thin film 3, resulting in an Al film having only sub-grain boundaries. It turned out that it became.

【0125】(実施例20)4000オングストローム
熱酸化膜の付いた6インチシリコンウェハ基板を用い、
図4に示すようなマルチターゲットスパッタ装置により
AlNb非晶質薄膜を形成した。スパッタ条件を以下に
示す。 スパッタ方式:RFマグネトロン方式 ターゲット:100mmφのAlNb2元ターゲット 基板温度:室温(25℃) スパッタガス:Ar ガス圧力:0.20Pa 印加電力:10W/cm2 膜厚:1000オングストローム
Example 20 A 6-inch silicon wafer substrate provided with a 4000 Å thermal oxide film was used.
An AlNb amorphous thin film was formed by a multi-target sputtering apparatus as shown in FIG . The sputtering conditions are shown below. Sputtering method: RF magnetron method Target: AlNb binary target of 100 mmφ Substrate temperature: room temperature (25 ° C.) Sputter gas: Ar gas pressure: 0.20 Pa Applied power: 10 W / cm 2 Film thickness: 1000 Å

【0126】組成分析の結果、形成された膜はAl40
60であった。またX線回折測定よりこの膜は非晶質で
あった。
As a result of the composition analysis, the formed film was Al 40 N
b 60 . The film was amorphous by X-ray diffraction measurement.

【0127】次いで、このAlNb非晶質薄膜に通常の
リソグラフィ工程及びRIE工程により、溝を形成し
た。溝の深さは100オングストローム、膜の幅は10
00オングストロームとした。
Next, a groove was formed in the AlNb amorphous thin film by a usual lithography process and an RIE process. Groove depth 100 Å, film width 10
00 angstrom.

【0128】次に溝を加工したAlNb非晶質薄膜にA
rバイアスクリーニングを施した後、金属薄膜としてA
l−0.1 at%Cu合金をスパッタした。スパッタ条件
を以下に示す。 スパッタ方式:RFマグネトロン方式 ターゲット:100mmφのAlCu合金ターゲット 基板温度:室温(25℃) スパッタガス:Ar ガス圧力:1Pa 印加電力:5W/cm2 膜厚:4000オングストローム
Next, A was added to the AlNb amorphous thin film in which the groove was processed.
After the bias cleaning, A
A 1-0.1 at% Cu alloy was sputtered. The sputtering conditions are shown below. Sputtering method: RF magnetron method Target: AlCu alloy target of 100 mmφ Substrate temperature: room temperature (25 ° C.) Sputter gas: Ar gas pressure: 1 Pa Applied power: 5 W / cm 2 Film thickness: 4000 Å

【0129】こうして作成したAlCu膜をX線回折に
より配向性及び結晶性を評価したところ、(111)配
向半値幅は0.9 °と良好な結晶性が観測された。またこ
の膜に450℃、30分の熱処理を加えると(111)
配向はさらに向上し、(111)配向半値幅は0.7 °と
なった。
When the orientation and crystallinity of the thus formed AlCu film were evaluated by X-ray diffraction, it was confirmed that the (111) orientation half value width was 0.9 ° and good crystallinity was observed. When this film is subjected to heat treatment at 450 ° C. for 30 minutes, (111)
The orientation was further improved, and the (111) orientation half width was 0.7 °.

【0130】さらに透過型電子顕微鏡(TEM)観察に
よると、非晶質薄膜に形成された溝の長手方向にAlの
<211>方向が揃った結果、亜粒界のみを有するAl
Cu膜となっていることがわかった。また実施例18と
同条件で金属配線を形成しEM試験を行ったところ、1
000時間経過後も配線破断を生じなかった。
According to transmission electron microscope (TEM) observation, the <211> direction of Al was aligned with the longitudinal direction of the groove formed in the amorphous thin film, and as a result, Al having only sub-grain boundaries was obtained.
It turned out that it was a Cu film. In addition, a metal wiring was formed under the same conditions as in Example 18 and an EM test was performed.
No wiring breakage occurred even after lapse of 000 hours.

【0131】(実施例21)図20,22を用いて本実
施例を説明する。
[0131] (Example 21) The present embodiment will be described with reference to FIG. 20, 22.

【0132】Si(100)6インチ基板1上に熱酸化
膜を絶縁層5として1000オングストローム形成後、
以下に示す7試料を作成した。すなわちNo.1は、絶
縁層5としての非晶質SiO2 (表面エネルギー:605e
rg/cm 2 )についてリソグラフィー工程およびRIE工
程によりL/S(0.3/0.3μm)で溝の深さ20
0オングストロームに表面を加工した(図20
(a))。L/Sは図21に示す。No.2は、熱酸化
膜上に多結晶Ta(表面エネルギー:2150erg/cm 2)を
スパッタして500オングストロームのTa膜39を形
成し、さらに非晶質SiO2 をスパッタし200オング
ストロームのSiO2 膜43を形成後、SiO2膜43
をL/S(0.3/0.3μm)で溝の深さ200オン
グストロームに加工した(図20(b))。No.3
は、熱酸化膜上に多結晶Taをスパッタし200オング
ストロームのTa膜39を形成後、Ta膜39をL/S
(0.3/0.3μm)で溝の深さ200オングストロ
ームに加工した(図20(c))。No.4は、熱酸化
膜上に非晶質Ni62Nb38(表面エネルギー:1326erg/
cm 2)をスパッタし200オングストロームのNiNb
膜40を形成後、NiNb40膜をL/S(0.3/
0.3μm)で溝の深さ200オングストロームに加工
した(図20(d))。No.5は、熱酸化膜上に非晶
質Ta−60at%Al(表面エネルギー:1640erg/cm
2)をスパッタし200オングストロームのTaAl膜
41を形成後、TaAl膜41をL/S(0.3/0.
3μm)で溝の深さ200オングストロームに加工した
図20(e))。No.6は、熱酸化膜上に非晶質T
a−60at%Alをスパッタして100オングストロ
ームのTaAl膜41を形成し、さらに非晶質SiO2
をスパッタし100オングストロームのSiO2 膜43
を形成後、SiO2 膜43およびTaAl膜41をL/
S(0.3/0.3μm)で溝の深さ200オングスト
ロームに加工した(図20(f))。No.7は、熱酸
化膜上に200オングストロームの多結晶Si(表面エ
ネルギー:730erg/cm 2 )を堆積後、得られたSi膜4
2をL/S(o.3/0.3μm)で溝の深さ200オ
ングストロームに加工した(図20(g))。以上それ
ぞれの最終形状の断面図を図20に示す。次いで、以上
の下地の上にそれぞれ純Alを基板温度200℃で40
00オングストローム成膜後、四端子形状に加工を行
い、EM試験を行った。測定部配線幅は1μm、長さ2
000μmである。また、試験の条件は150℃、1×
107 A/cm2 とした。結果を表5に示す。
Thermal oxidation on Si (100) 6 inch substrate 1
After forming the film as an insulating layer 5 at 1000 Å,
The following seven samples were prepared. That is, No. 1 is perfect
Amorphous SiO as edge layer 5Two (Surface energy: 605e
rg / cmTwoLithography process and RIE process
Depending on the process, L / S (0.3 / 0.3 μm) and groove depth 20
The surface was machined to 0 Å (FIG.
(A)). L / S isFIG.Shown in No. 2 is thermal oxidation
Polycrystalline Ta (surface energy: 2150 erg / cm)Two)
Sputter to form a 500 Å Ta film 39
And then amorphous SiOTwo 200 Angstroms
Strom's SiOTwo After forming the film 43, the SiOTwoMembrane 43
With L / S (0.3 / 0.3μm) and groove depth 200 on
Processed into gustrom (FIG.(B)). No. 3
Is to sputter polycrystalline Ta on the thermal oxide film and
After forming the storm Ta film 39, the Ta film 39 is
(0.3 / 0.3μm) and groove depth 200 Å
Processed into aFIG.(C)). No. 4 is thermal oxidation
Amorphous Ni on film62Nb38(Surface energy: 1326erg /
cm Two) To 200 Å of NiNb
After forming the film 40, the NiNb40 film is changed to L / S (0.3 /
(0.3μm) with groove depth of 200 Å
did(FIG.(D)). No. 5 is amorphous on thermal oxide film
Quality Ta-60 at% Al (Surface energy: 1640 erg / cm
 2) Sputtered to 200 Å TaAl film
After the formation of the TaAl film 41, the TaAl film 41 is formed into an L / S (0.3 / 0.
3 μm) and processed to a groove depth of 200 Å
(FIG.(E)). No. 6 shows an amorphous T on the thermal oxide film.
a-60 at% Al sputtered to 100 Å
A TaAl film 41 is formed, and an amorphous SiOTwo 
Sputtered to 100 Å of SiOTwo Membrane 43
After forming, SiOTwo The film 43 and the TaAl film 41 are
S (0.3 / 0.3μm), groove depth 200 angst
Processed into loam (FIG.(F)). No. 7 is hot acid
200 angstroms of polycrystalline Si (surface
Energy: 730erg / cmTwo) Is deposited, and the resulting Si film 4
2 with L / S (o. 3 / 0.3 μm) and groove depth 200
Processed into ngstrom (FIG.(G)). Over it
The cross section of each final shapeFIG.Shown in Then,
Of pure Al on a substrate of 200.degree.
After depositing 00 angstrom, it is processed into a four-terminal shape.
An EM test was performed. Measurement part wiring width is 1μm, length 2
000 μm. The test conditions were 150 ° C and 1 ×
It was 107 A / cm2. Table 5 shows the results.

【表5】 [Table 5]

【0133】(実施例22)Si(100)6インチ基
板上に熱酸化膜を1000オングストローム形成後、T
a−40at%Alをスパッタにより200オングスト
ローム成膜し、それぞれ表6に示すL/SにRIEにて
加工し溝を形成した。これらについて、到達真空度10
-10 torr台の高真空スパッタ内でAlTa膜表面の表面
酸化膜をArプラズマエッチングにより除去後、続けて
純Alを4000オングストローム成膜した。この後E
M試験を実施例21と同様に行った。結果を表6に示
す。
(Example 22) After forming a thermal oxide film on a 6 inch Si (100) substrate at a thickness of 1000 angstroms,
a-40 at% Al was sputtered to form a 200 angstrom film, and each of the L / Ss shown in Table 6 was processed by RIE to form grooves. For these, the ultimate vacuum 10
After removing the surface oxide film on the surface of the AlTa film by Ar plasma etching in a high vacuum sputter of the order of -10 torr, pure Al was continuously formed in a thickness of 4000 Å. After this E
The M test was performed as in Example 21. Table 6 shows the results.

【表6】 [Table 6]

【0134】(実施例23)図22を用いて本実施例を
説明する。
[0134] The present embodiment will be described with reference to Example 23 Figure 22.

【0135】4000オングストローム熱酸化膜からな
る絶縁層5を有する6インチシリコンウェハ基板1を用
い(図22(a))、通常のリソグラフィ工程及びRI
E工程により、溝36を形成した(図22(b))。溝
36の深さは100オングストローム、溝36の幅は1
500オングストロームとした。
Using a 6-inch silicon wafer substrate 1 having an insulating layer 5 made of a 4000 Å thermal oxide film ( FIG. 22A ), a normal lithography process and RI
A groove 36 was formed in the E step ( FIG. 22B ). The depth of the groove 36 is 100 angstroms, and the width of the groove 36 is 1
The thickness was set to 500 angstroms.

【0136】この上に図4に示すようなマルチターゲッ
トスパッタ装置によりAlTa非晶質薄膜3を形成した
図22(c))。スパッタ条件を以下に示す。 スパッタ方式:RFマグネトロン方式 ターゲット:100mmφのAlTa2元ターゲット 基板温度:室温(25℃) スパッタガス:Ar ガス圧力:0.20Pa 印加電力:10W/cm2 膜厚:1000オングストローム
On this, an AlTa amorphous thin film 3 was formed by a multi-target sputtering apparatus as shown in FIG. 4 ( FIG . 22C). The sputtering conditions are shown below. Sputtering method: RF magnetron method Target: 100 mmφ AlTa binary target Substrate temperature: room temperature (25 ° C.) Sputter gas: Ar gas pressure: 0.20 Pa Applied power: 10 W / cm 2 Film thickness: 1000 Å

【0137】組成分析の結果、形成された膜はAl75
25であった。X線回折測定よりこの膜は非晶質であっ
た。続いて基板1を450℃、30分加熱したところ、
AlTa非晶質薄膜3は結晶化してAl3 Taの金属間
化合物を形成し、粒径1〜2μmで亜粒界を有する多結
晶膜37となった(図22(d))。この上に同一チャ
ンバ内で金属配線2としてのAl膜をスパッタした(
22(e))。スパッタ条件を以下に示す。 スパッタ方式:RFマグネトロン方式 ターゲット:100mmφのAlターゲット 基板温度:室温(25℃) スパッタガス:Ar ガス圧力:1Pa 印加電力:5W/cm2 膜厚:4000オングストローム
As a result of the composition analysis, the formed film was Al 75 T
a 25 . The film was amorphous according to the X-ray diffraction measurement. Subsequently, when the substrate 1 was heated at 450 ° C. for 30 minutes,
The AlTa amorphous thin film 3 crystallized to form an intermetallic compound of Al 3 Ta, and became a polycrystalline film 37 having a grain size of 1 to 2 μm and having sub-grain boundaries ( FIG . 22D). An Al film as the metal wiring 2 was sputtered thereon in the same chamber ( FIG.
22 (e)). The sputtering conditions are shown below. Sputtering method: RF magnetron method Target: Al target of 100 mmφ Substrate temperature: room temperature (25 ° C.) Sputtering gas: Ar Gas pressure: 1 Pa Applied power: 5 W / cm 2 Film thickness: 4000 Å

【0138】作成したAl膜についてX線回折により配
向性及び結晶性を評価したところ、(111)配向半値
幅は0.3 °まで向上し、かつAl膜中に残存する結晶粒
界はほとんどが亜粒界であった。
When the orientation and crystallinity of the formed Al film were evaluated by X-ray diffraction, the (111) orientation half width was improved to 0.3 °, and most of the crystal grain boundaries remaining in the Al film were subgrains. Was the world.

【0139】次にこのAl膜からなる金属配線2につい
て、EM試験を行った。具体的には、上記Al膜を通常
のリソグラフィ工程及びRIE工程により加工して作成
した、図14に示すような陽極、陰極、及びこれらを接
続し、0.8μmの配線幅を有する配線部を具備した試
験基板を用いた。この試験基板の配線部に対し、試験温
度を200℃とし、電流密度が2×106 A/cm2
相当する電流を流したが、1000時間経過後も破断は
生じなかった。これはAl膜の結晶性が単結晶に近いた
め、エレクトロマイグレーション耐性が飛躍的に向上し
たことを示している。
Next, an EM test was performed on the metal wiring 2 made of this Al film. More specifically, an anode and a cathode as shown in FIG. 14 were prepared by processing the Al film by a normal lithography process and an RIE process, and a wiring portion having a wiring width of 0.8 μm by connecting these was formed. The test board provided was used. A test was conducted at a test temperature of 200 ° C. and a current corresponding to a current density of 2 × 10 6 A / cm 2 was passed through the wiring portion of the test board. However, no break occurred even after 1000 hours. This indicates that the electromigration resistance has been dramatically improved because the crystallinity of the Al film is close to that of a single crystal.

【0140】(実施例24)4000オングストローム
熱酸化膜の付いた6インチシリコンウェハ基板を用い、
通常のリソグラフィ工程及びRIE工程により、溝を形
成した。溝の深さは500オングストローム、溝の幅は
5000オングストローム、溝と溝との間隔は3000
オングストロームとした。
(Example 24) A 6-inch silicon wafer substrate provided with a 4000 Å thermal oxide film was used.
A groove was formed by a normal lithography process and an RIE process. The depth of the groove is 500 angstroms, the width of the groove is 5000 angstroms, and the distance between the grooves is 3000
Angstrom.

【0141】この基板上に図4に示すようなマルチター
ゲットスパッタ装置によりAlNb非晶質薄膜を形成し
た。スパッタ条件を以下に示す。 スパッタ方式:RFマグネトロン方式 ターゲット:100mmφのAlNb2元ターゲット 基板温度:室温(25℃) スパッタガス:Ar ガス圧力:0.20Pa 印加電力:10W/cm2 膜厚:400オングストローム
An AlNb amorphous thin film was formed on this substrate by a multi-target sputtering apparatus as shown in FIG . The sputtering conditions are shown below. Sputtering method: RF magnetron method Target: AlNb binary target of 100 mmφ Substrate temperature: room temperature (25 ° C.) Sputtering gas: Ar gas pressure: 0.20 Pa Applied power: 10 W / cm 2 Film thickness: 400 Å

【0142】組成分析の結果、形成された膜はAl75
25であった。またX線回折測定よりこの膜は非晶質で
あった。続いて基板を450℃、30分加熱したとこ
ろ、AlNb非晶質薄膜は結晶化してAl3 Nbの金属
間化合物を形成するとともに溝の中に埋め込まれ、単結
晶となった。この後、基板表面をポリッシングにより平
坦化した。続いて再びチャンバ内に搬送し、Arバイア
スクリーニングを施した後、金属薄膜としてAl−0.1
at%Cu合金をスパッタした。スパッタ条件を以下に
示す。 スパッタ方式:RFマグネトロン方式 ターゲット:100mmφのAlCu合金ターゲット 基板温度:室温(25℃) スパッタガス:Ar ガス圧力:1Pa 印加電力:5W/cm2 膜厚:4000オングストローム
As a result of the composition analysis, the formed film was Al 75 N
b 25 . The film was amorphous by X-ray diffraction measurement. Subsequently, when the substrate was heated at 450 ° C. for 30 minutes, the AlNb amorphous thin film was crystallized to form an intermetallic compound of Al 3 Nb and was buried in the groove to become a single crystal. Thereafter, the substrate surface was flattened by polishing. Subsequently, the wafer is again transported into the chamber and subjected to Ar bias cleaning.
At% Cu alloy was sputtered. The sputtering conditions are shown below. Sputtering method: RF magnetron method Target: AlCu alloy target of 100 mmφ Substrate temperature: room temperature (25 ° C.) Sputter gas: Ar gas pressure: 1 Pa Applied power: 5 W / cm 2 Film thickness: 4000 Å

【0143】こうして作成したAlCu膜をRIE工程
により加工して金属配線を形成し、実施例23と同条件
でEM試験を行ったところ、1000時間後も配線破断
を生じなかった。
The thus formed AlCu film was processed by an RIE process to form a metal wiring, and an EM test was performed under the same conditions as in Example 23. As a result, no wiring breakage occurred even after 1000 hours.

【0144】(実施例25)図23を用いて本実施例を
説明する。
[0144] The present embodiment will be described with reference to (Example 25) Figure 23.

【0145】図23に示すように、絶縁層5として熱酸
化膜を1000オングストローム形成したSiウェハ基
板1上に、金属配線2となる純Al薄膜を4000オン
グストロームスパッタにより形成した。このAl薄膜を
形成後、連続的にAlTa非晶質薄膜3の厚さを10
0、300、500オングストロームと変えたものを、
それぞれAlとTaのモザイクよりなるターゲットを用
いたスパッタにより形成して取り出した。また、一部の
試料はAl薄膜を形成後、一度大気に晒し、再びスパッ
タ装置内にウェハを導き、AlTa非晶質薄膜3を純A
l薄膜上に形成した。この時、この大気に晒した試料は
非晶質薄膜3を形成する前に基板1側を電極としたRF
−Arプラズマにより表面酸化物を除去した。ただし表
面酸化物の除去にあたっては、RHEEDを用いて、A
l薄膜の明瞭な回折パターンが観測されるまでプラズマ
エッチングを行った。なお非晶質薄膜3の組成はAl20
Ta80であった。
As shown in FIG . 23 , a pure Al thin film to be a metal wiring 2 was formed on a Si wafer substrate 1 on which a thermal oxide film was formed as an insulating layer 5 by 1000 angstroms by 4000 angstroms sputtering. After forming this Al thin film, the thickness of the AlTa amorphous thin film 3 is continuously reduced to 10
What changed to 0, 300, 500 angstroms,
Each was formed by sputtering using a target composed of a mosaic of Al and Ta, and was taken out. In addition, after forming an Al thin film on some of the samples, the sample was once exposed to the atmosphere, and the wafer was guided again into the sputtering apparatus, and the AlTa amorphous thin film 3 was converted into pure A.
1 formed on the thin film. At this time, the sample exposed to the air was subjected to RF using the substrate 1 as an electrode before forming the amorphous thin film 3.
Surface oxide was removed by -Ar plasma. However, when removing the surface oxide, RHEED was used to remove A
Plasma etching was performed until a clear diffraction pattern of the thin film was observed. The composition of the amorphous thin film 3 is Al 20
Ta 80 .

【0146】この様にして形成した純Al薄膜からなる
金属配線2およびAlTa非晶質薄膜3の積層構造につ
いて、金属配線2でのヒロックの発生頻度を調べるため
に、これらの薄膜試料に対し450℃、30分の熱処理
をフォーミングガス(N2 −H2 )中で行った。光学顕
微鏡および触針式膜厚計を用いて測定したヒロック密度
を表7に示す。表7に示されるように、非晶質薄膜3の
存在によって、ヒロック数が著しく減少し、かつ非晶質
薄膜3の厚さが100オングストロームにおいても、こ
の効果が維持できることが分かった。
In order to examine the frequency of occurrence of hillocks in the metal wiring 2 with respect to the laminated structure of the metal wiring 2 and the AlTa amorphous thin film 3 made of the pure Al thin film formed in this manner, 450 samples of these thin film samples were used. A heat treatment at 30 DEG C. for 30 minutes was performed in a forming gas (N2-H2). Table 7 shows hillock densities measured using an optical microscope and a stylus-type film thickness meter. As shown in Table 7, it was found that the presence of the amorphous thin film 3 significantly reduced the number of hillocks and maintained this effect even when the thickness of the amorphous thin film 3 was 100 Å.

【表7】 [Table 7]

【0147】(実施例26)絶縁層として熱酸化膜を1
000オングストローム形成したSiウェハ基板上に、
金属配線となる純Cu薄膜を4000オングストローム
スパッタにより形成した。このCu薄膜を形成後、連続
的にCuZr非晶質薄膜を100、300、500オン
グストローム、あるいはNiNb非晶質薄膜を100、
300、500オングストローム2元スパッタ蒸着によ
り形成した。また、一部の試料はCu薄膜を形成後、一
度大気に晒し、再びスパッタ装置内にウェハを導き、C
uZrあるいはNiNb非晶質薄膜を純Cu薄膜上に形
成した。この時、この大気に晒した試料は非晶質薄膜を
形成する前に基板側を電極としたRF−Arプラズマに
より表面酸化物を除去した。ただし表面酸化物の除去に
あたっては、RHEEDにより、Cu薄膜の明瞭な回折
パターンが観測されるまでプラズマエッチングを行っ
た。なお非晶質薄膜の組成はCu50Zr50、あるいはN
65Nb35であった。
Example 26 One thermal oxide film was used as an insulating layer.
On a Si wafer substrate formed with 2,000 Å,
A pure Cu thin film serving as a metal wiring was formed by 4000 angstrom sputtering. After this Cu thin film is formed, the CuZr amorphous thin film is continuously 100, 300, and 500 Å, or the NiNb amorphous thin film is 100,
It was formed by 300, 500 angstroms binary sputter deposition. In addition, some of the samples were exposed to the atmosphere once after forming a Cu thin film, and the wafer was guided again into the sputtering apparatus,
A uZr or NiNb amorphous thin film was formed on a pure Cu thin film. At this time, the surface oxide of the sample exposed to the atmosphere was removed by RF-Ar plasma using the substrate as an electrode before forming the amorphous thin film. However, in removing the surface oxide, plasma etching was performed by RHEED until a clear diffraction pattern of the Cu thin film was observed. The composition of the amorphous thin film is Cu 50 Zr 50 or N
i 65 Nb 35 .

【0148】この様にして形成した純Cu薄膜からなる
金属配線およびCuZrあるいはNiNb非晶質薄膜の
積層構造について、薄膜の耐酸化性を調べるために、こ
れらの薄膜試料に対し500℃、30分の熱処理を大気
中で行った。なおここで、CuとNiは全率固溶する。
結果を表8に示す。表8に示されるように純Cu薄膜で
は、酸化の進行に伴う体積膨脹により薄膜表面に著しい
凹凸を生じるのに対して、CuZrあるいはNiNb非
晶質薄膜を積層したものは、触針式膜厚計を用いた表面
荒さの評価では表8に示すように、有為な差は生じなか
った。
In order to examine the oxidation resistance of the thin film of the metal wiring formed of the pure Cu thin film and the laminated structure of the CuZr or NiNb amorphous thin film formed as described above, these thin film samples were subjected to 500 ° C. for 30 minutes. Was performed in the air. Here, Cu and Ni are in a solid solution in all ratios.
Table 8 shows the results. As shown in Table 8, the pure Cu thin film has significant irregularities on the thin film surface due to volume expansion accompanying the progress of oxidation, whereas the CuZr or NiNb amorphous thin film is laminated with a stylus type thin film. As shown in Table 8, no significant difference occurred in the evaluation of the surface roughness using the meter.

【表8】 [Table 8]

【0149】(実施例27)図24を用いて本実施例を
説明する。
[0149] The present embodiment will be described with reference to Example 27 Figure 24.

【0150】4000オングストロームの熱酸化膜から
なる絶縁層5を有する6インチシリコンウェハ基板1を
用い、まずSnを1原子層(ML)基板上に蒸着しSn
膜51を堆積した。このときのKセル温度は1100
℃、基板温度は450℃である。次いで真空を破ること
なくSn膜51を堆積した基板1上に金属配線2として
のAl膜を1000オングストローム蒸着した。このと
きKセル温度は1050℃、基板温度は室温である。
Using a 6-inch silicon wafer substrate 1 having an insulating layer 5 made of a 4000 Å thermal oxide film, first, Sn was deposited on a one atomic layer (ML) substrate, and Sn was deposited.
Film 51 was deposited. The K cell temperature at this time is 1100
° C and the substrate temperature is 450 ° C. Then, an Al film as a metal wiring 2 was deposited on the substrate 1 on which the Sn film 51 was deposited without breaking the vacuum by 1000 angstroms. At this time, the K cell temperature is 1050 ° C., and the substrate temperature is room temperature.

【0151】こうして作成したAl膜についてX線回折
によって配向性を評価したところ、(111)配向半値
幅2.0 °の良好な結晶性が観測された。
When the orientation of the thus formed Al film was evaluated by X-ray diffraction, good crystallinity having a (111) orientation half width of 2.0 ° was observed.

【0152】Snの他、Ga,In,Cd,Bi,P
b,Tlについても同様の結果が得られた。
In addition to Sn, Ga, In, Cd, Bi, P
Similar results were obtained for b and Tl.

【0153】(実施例28)4000オングストローム
の熱酸化膜からなる絶縁層を有する6インチシリコンウ
ェハ基板を用い、まずPbを1原子層基板上に蒸着し
た。蒸着条件はKセル温度600℃、基板温度は室温で
ある。次いで、真空を破ることなくPbを蒸着した基板
上にCu膜を1000オングストローム蒸着した。この
ときのKセル温度は1200℃、基板温度は室温であ
る。
Example 28 Using a 6-inch silicon wafer substrate having an insulating layer composed of a 4000 Å thermal oxide film, first, Pb was vapor-deposited on a 1 atomic layer substrate. The deposition conditions are a K cell temperature of 600 ° C. and a substrate temperature of room temperature. Next, a 1000 Å Cu film was deposited on the substrate on which Pb was deposited without breaking vacuum. At this time, the K cell temperature is 1200 ° C., and the substrate temperature is room temperature.

【0154】こうして作成したCu膜についてX線回折
によって配向性を評価したところ、(111)配向半値
幅4.0 °の良好な結晶性が観測された。
When the orientation of the thus formed Cu film was evaluated by X-ray diffraction, good crystallinity with a (111) orientation half width of 4.0 ° was observed.

【0155】Pbの他、Tlについても同様の結果が得
られた。
Similar results were obtained for Tl in addition to Pb.

【0156】(実施例29)4000オングストローム
熱酸化膜からなる絶縁層を有する6インチシリコンウェ
ハ基板を用い、マルチターゲットスパッタ装置によりA
lTa非晶質薄膜層を形成した。スパッタ条件を以下に
示す。 スパッタ方式:RFマグネトロン方式 ターゲット:100mmφのAlTaモザイクターゲット 基板温度:室温(25℃) スパッタガス:Ar ガス圧力:0.20Pa 膜厚:400オングストローム
(Example 29) A 6-inch silicon wafer substrate having an insulating layer made of a 4000 Å thermal oxide film was used and a multi-target sputtering apparatus was used.
An lTa amorphous thin film layer was formed. The sputtering conditions are shown below. Sputtering method: RF magnetron method Target: 100 mmφ AlTa mosaic target Substrate temperature: room temperature (25 ° C.) Sputtering gas: Ar gas pressure: 0.20 Pa Film thickness: 400 Å

【0157】組成分析の結果、形成された膜はAl55
45であった。またX線回折から膜は非晶質であった。
As a result of the composition analysis, the formed film was Al 55 T
a 45 . The film was amorphous from X-ray diffraction.

【0158】次いで、この上に真空を破ることなくSn
を1原子層蒸着した。蒸着条件は実施例27と同様であ
る。さらに真空を破ることなくSnを蒸着した基板上に
Al膜を1000オングストローム蒸着した。このとき
のKセル温度は1050℃、基板温度は室温である。
[0158] Next, Sn was applied on this without breaking vacuum.
Was deposited in one atomic layer. The deposition conditions are the same as in Example 27. Further, an Al film was deposited on the substrate on which Sn was deposited without breaking vacuum by 1,000 angstroms. At this time, the K cell temperature is 1050 ° C., and the substrate temperature is room temperature.

【0159】こうして作成したAl膜についてX線回折
によって配向性を評価したところ、(111)配向半値
幅1.6 °の良好な結晶性が観測された。
The orientation of the thus formed Al film was evaluated by X-ray diffraction. As a result, good crystallinity with a (111) orientation half width of 1.6 ° was observed.

【0160】(実施例30)熱酸化膜からなる絶縁層を
有する(111)5インチシリコンウェハ基板を用い、
0.5 及び1原子層(ML)のBiをそれぞれ蒸着した。
このときのKセル温度は、600℃、基板温度は室温で
ある。次いでBiを蒸着したそれぞれの基板上に真空を
破ることなくAl膜を100オングストローム蒸着し
た。このときのKセル温度は1050℃、基板温度は室
温である。また比較のため、基板上に直ちにAl膜を蒸
着した試料も作成した。
Example 30 A (111) 5-inch silicon wafer substrate having an insulating layer made of a thermal oxide film was used.
0.5 and 1 atomic layer (ML) of Bi were deposited, respectively.
At this time, the K cell temperature is 600 ° C., and the substrate temperature is room temperature. Next, 100 Å of an Al film was deposited on each of the substrates on which Bi was deposited without breaking the vacuum. At this time, the K cell temperature is 1050 ° C., and the substrate temperature is room temperature. For comparison, a sample in which an Al film was immediately deposited on a substrate was also prepared.

【0161】こうして作成したAl膜についてRHEE
DおよびX線回折によって配向性および結晶性を評価し
た。図25にこれらの試料におけるRHEED写真を示
す。Biを蒸着しない試料においては、図25(a)に
示すように、(111)と(100)配向が混合したR
HEEDパターンとなった。一方Biを1原子層蒸着し
た試料においては、図25(b)に示すように(10
0)配向は観測されず、(111)配向半値幅0.3 °の
良好な結晶が得られた。また、Biを0.5 原子層蒸着し
た試料においては(111)配向半値幅は0.5 °であっ
たが、やはり(100)配向は観測されなかった。ま
た、Al膜の表面形状をSEMを用いて観察したとこ
ろ、Biを蒸着した試料では、高い表面平滑性を有する
ことが確かめられた。
The Al film thus formed was subjected to RHEE
The orientation and crystallinity were evaluated by D and X-ray diffraction. FIG. 25 shows RHEED photographs of these samples. In the sample in which Bi was not deposited, as shown in FIG. 25 (a), R (111) and (100) orientations were mixed.
HEED pattern was obtained. On the other hand, in the sample in which Bi was deposited by one atomic layer, as shown in FIG.
0) No orientation was observed, and a good crystal having a (111) orientation half width of 0.3 ° was obtained. In the sample on which 0.5 atomic layer of Bi was deposited, the half width at (111) orientation was 0.5 °, but the (100) orientation was not observed. In addition, when the surface shape of the Al film was observed using SEM, it was confirmed that the sample on which Bi was deposited had high surface smoothness.

【0162】なお、Al膜の組成をAESを用いて分析
したところ、BiがAl膜表面、Al膜の粒界、Al膜
と熱酸化膜の界面に存在していることがわかった。
When the composition of the Al film was analyzed using AES, it was found that Bi existed on the surface of the Al film, the grain boundary of the Al film, and the interface between the Al film and the thermal oxide film.

【0163】Biの他、Ga,In,Cd,Sn,P
b,Tlについても同様の結果が得られた。
In addition to Bi, Ga, In, Cd, Sn, P
Similar results were obtained for b and Tl.

【0164】(実施例31)4000オングストローム
の熱酸化膜からなる絶縁層を有する6インチシリコンウ
ェハ基板を用い、まずBiを1原子層蒸着した。このと
きのKセル温度は600℃、基板温度は室温である。次
いで、Biを蒸着したそれぞれの基板上に真空を破るこ
となくAl膜を500オングストローム蒸着した。この
ときのKセル温度は1050℃、基板温度は室温であ
る。また比較のため、基板上に直ちにAl膜を蒸着した
試料を作成した。
(Example 31) First, one atomic layer of Bi was vapor-deposited using a 6-inch silicon wafer substrate having an insulating layer made of a thermal oxide film of 4000 angstroms. At this time, the K cell temperature is 600 ° C., and the substrate temperature is room temperature. Next, 500 Å of an Al film was deposited on each of the substrates on which Bi was deposited without breaking vacuum. At this time, the K cell temperature is 1050 ° C., and the substrate temperature is room temperature. For comparison, a sample was prepared by immediately depositing an Al film on a substrate.

【0165】得られたAl膜をSEMを用いて観察した
ところ、Biを蒸着した試料では結晶粒が粒径1890
±20オングストロームまで粒成長しているのに対し、
Biを蒸着しない試料では、結晶粒の粒径は980±2
0オングストロームであった。 なお、Al膜の組成を
AESを用いて分析したところ、BiがAl膜表面、A
l膜の粒界、Al膜と熱酸化膜の界面に存在しているこ
とがわかった。
Observation of the obtained Al film using an SEM revealed that the crystal grain size of the sample on which Bi was deposited was 1890
While the grain has grown to ± 20 angstroms,
In the sample in which Bi was not deposited, the crystal grain size was 980 ± 2.
It was 0 angstroms. The composition of the Al film was analyzed using AES.
It was found that the film was present at the grain boundary of the l film and at the interface between the Al film and the thermal oxide film.

【0166】Biの他、Ga,In,Cd,Sn,P
b,Tlについても同様の結果が得られた。
In addition to Bi, Ga, In, Cd, Sn, P
Similar results were obtained for b and Tl.

【0167】(実施例32)4000オングストローム
の熱酸化膜からなる絶縁層を有する6インチシリコンウ
ェハ基板を用い、Biを1原子層基板上に蒸着した。蒸
着条件は実施例31と同様である。次いで、真空を破る
ことなくBiを蒸着した基板上にAl膜を500オング
ストローム蒸着した。このときのKセル温度は1050
℃、基板温度は400℃である。また比較のため基板上
に直ちにAl膜を蒸着した試料を作成した。
Example 32 Using a 6-inch silicon wafer substrate having an insulating layer made of a 4000 Å thermal oxide film, Bi was deposited on a monoatomic layer substrate. The deposition conditions are the same as in Example 31. Next, 500 Å of an Al film was deposited on the substrate on which Bi was deposited without breaking the vacuum. The K cell temperature at this time is 1050
° C and the substrate temperature is 400 ° C. For comparison, a sample was prepared by immediately depositing an Al film on the substrate.

【0168】得られたAl膜をSEMを用いて観察した
ところ、Biを蒸着した試料では結晶粒が粒径3130
±20オングストロームまで粒成長しているのに対し、
Biを蒸着しない試料では、結晶粒の粒径は1230±
15オングストロームであった。
When the obtained Al film was observed by using an SEM, the crystal grain size was 3130 in the sample on which Bi was deposited.
While the grain has grown to ± 20 angstroms,
In the sample in which Bi was not deposited, the crystal grain size was 1230 ±
It was 15 angstroms.

【0169】Biの他、Ga,In,Cd,Sn,P
b,Tlについても同様の結果が得られた。
In addition to Bi, Ga, In, Cd, Sn, P
Similar results were obtained for b and Tl.

【0170】(実施例33)4000オングストローム
熱酸化膜からなる絶縁層を有する6インチシリコンウェ
ハ基板を用い、まずマルチターゲットスパッタ装置によ
りAlTa非晶質薄膜層を形成した。スパッタ条件を以
下に示す。 スパッタ方式:RFマグネトロン方式 ターゲット:100mmφのAlTaモザイクターゲッ
ト 基板温度:室温(25℃) スパッタガス:Ar ガス圧力:0.20Pa 膜厚:400オングストローム
Example 33 Using a 6-inch silicon wafer substrate having an insulating layer made of a 4000 Å thermal oxide film, an AlTa amorphous thin film layer was first formed by a multi-target sputtering apparatus. The sputtering conditions are shown below. Sputtering method: RF magnetron method Target: 100 mmφ AlTa mosaic target Substrate temperature: room temperature (25 ° C.) Sputtering gas: Ar gas pressure: 0.20 Pa Film thickness: 400 Å

【0171】組成分析の結果、形成された膜はAl55
45であった。またX線回折から膜は非晶質であった。
As a result of the composition analysis, the formed film was Al 55 T
a 45 . The film was amorphous from X-ray diffraction.

【0172】次いで、この上に真空を破ることなくBi
を1原子層蒸着した。蒸着条件は実施例31と同様であ
る。さらに真空を破ることなく、Biを蒸着した基板上
にAl膜を500オングストローム蒸着した。このとき
のKセル温度は1050℃、基板温度は室温である。ま
た、比較のためAlTa非晶質薄膜層上に直ちにAl膜
を蒸着した試料を作成した。
Next, Bi is applied on this without breaking vacuum.
Was deposited in one atomic layer. The deposition conditions are the same as in Example 31. Further, without breaking the vacuum, an Al film was vapor-deposited on the substrate on which Bi was vapor-deposited by 500 Å. At this time, the K cell temperature is 1050 ° C., and the substrate temperature is room temperature. For comparison, a sample was prepared by immediately depositing an Al film on the AlTa amorphous thin film layer.

【0173】得られたAl膜をSEMを用いて観察した
ところ、Biを蒸着した試料では結晶粒が粒径2970
±20オングストロームまで粒成長しているのに対し、
Biを蒸着しない試料では、結晶粒の粒径は960±1
0オングストロームであった。
Observation of the obtained Al film using an SEM revealed that the crystal grain size of the Bi-deposited sample was 2970
While the grain has grown to ± 20 angstroms,
In the sample in which Bi was not deposited, the crystal grain size was 960 ± 1.
It was 0 angstroms.

【0174】(実施例34)高抵抗(111)シリコン
ウェハ基板上に、高真空スパッタにより(111)配向
のAl膜を4000オングストローム形成した。この時
の前処理として、1%HF処理後溶存酸素5ppbの超
純水で大気と遮断して水洗を行った。その後、幅0.5
μm、測定部の長さが1000μmの四端子パターンを
作成して金属配線を形成した。続いて150℃環境下で
表9に記した5種類の電流密度で通電を行った後、N
2 :H2 =8:2のフォーミングガス中で400℃、3
0分の熱処理を行った。その後、SEMにて配線内のピ
ット(Siスパイク)の発生の有無を調べた。また、L
/Sが1μm/1μmの配線パターンを作成し同様な処
理を行った後、X線にてAl(111)配向半値幅を調
べた結果も表9に示す。
EXAMPLE 34 A (111) -oriented Al film was formed on a high-resistance (111) silicon wafer substrate by high vacuum sputtering at 4000 Å. As a pre-treatment at this time, after the treatment with 1% HF, washing with water was performed by cutting off the atmosphere with ultrapure water having a dissolved oxygen of 5 ppb. Then, width 0.5
A four-terminal pattern having a size of μm and a length of a measuring portion of 1000 μm was formed to form a metal wiring. Then under 150 ℃ environment
After energizing at the five types of current densities shown in Table 9 , N
2 : 400 ° C., 3 in H 2 = 8: 2 forming gas
A heat treatment for 0 minutes was performed. Thereafter, the presence or absence of pits (Si spikes) in the wiring was examined by SEM. Also, L
Table 9 also shows the results of examining the Al (111) orientation half-width by X-rays after preparing a wiring pattern having a / S of 1 μm / 1 μm and performing the same processing.

【表9】 [Table 9]

【0175】(実施例35図26を用いて本実施例を
説明する。
[0175] The present embodiment will be described with reference to Example 35 Figure 26.

【0176】Si(100)基板1上に絶縁層5として
SiO2 熱酸化膜を1000オングストローム形成後、
非晶質薄膜としてAl30Ta70なる組成のAlTa膜5
2を300オングストローム二元同時スパッタにより成
膜した。成膜後リソグラフィーにてL/Sが1500オ
ングストローム/1500オングストロームで深さ30
0オングストロームの溝54を形成した。さらに、1×
10-8torr以下の真空に排気し、基板バイアス電圧−5
0Vを印加したバイアスクリーニングにて5分プラズマ
に晒すことによりAlTa膜52上の酸化膜を除去した
後、引き続いてAl膜を4000オングストローム成膜
した。一方比較材として、SiO2 上に直接Al膜を4
000オングストローム成膜したものを準備した。次
に、これらのAl膜を幅0.5μm、測定部の長さが1
000μmの四端子パターンに加工して金属配線2を形
成し、200℃環境下で1×107 A/cm2 の電流を
表10に示す時間通電後、N2 :H2 =8:2のフォー
ミングガス中で400℃、30分の熱処理を行った。そ
の後、SEMにて配線内のヒロックの発生の有無を調べ
た。結果を表10に示す。
After forming an SiO 2 thermal oxide film as an insulating layer 5 on the Si (100) substrate 1 by 1000 angstroms,
AlTa film 5 having a composition of Al 30 Ta 70 as an amorphous thin film
2 was formed by 300 angstrom dual simultaneous sputtering. L / S is 1500 angstrom / 1500 angstrom and depth 30 by lithography after film formation
A groove 54 of 0 Å was formed. Furthermore, 1 ×
Evacuate to a vacuum of 10 -8 torr or less, and set the substrate bias voltage to
The oxide film on the AlTa film 52 was removed by exposing to plasma for 5 minutes by bias cleaning with applied 0 V, and then an Al film was formed to 4000 angstroms. On the other hand as a comparative material, directly Al film on SiO 2 4
A film having a thickness of 000 angstroms was prepared. Next, these Al films were formed to have a width of 0.5 μm and a length of the measurement portion of 1 μm.
The metal wiring 2 is formed by processing into a four-terminal pattern of 000 μm, and a current of 1 × 10 7 A / cm 2 is applied in a 200 ° C. environment
After energization for the time shown in Table 10 , heat treatment was performed at 400 ° C. for 30 minutes in a forming gas of N 2 : H 2 = 8: 2. Thereafter, the presence or absence of hillocks in the wiring was examined by SEM. Table 10 shows the results.

【0177】また、これらの各試料についてL/Sが1
μm/1μmの配線パターンを作成し同様な処理を行っ
た後、X線にてAl(111)配向半値幅を調べた結果
10に併せて示す。
The L / S of each of these samples was 1
After forming a wiring pattern of μm / 1 μm and performing the same processing, the results of examining the Al (111) orientation half-value width by X-ray are also shown in Table 10 .

【表10】 [Table 10]

【0178】(実施例36)(100)Si基板に絶縁
層として熱酸化膜を1000オングストローム形成後、
化合物層としてTiN膜を形成し、N2 雰囲気で600
℃の熱処理を施した。続いて、Ar:N2 =1:1、ガ
ス圧力が1×10-3Torrのプラズマ中で基板に表11
示す各種バイアス電圧を印加し、TiN膜のスパッタエ
ッチングを行った。その後Al膜をスパッタで4000
オングストローム成膜した。このAl膜を0.5μm
幅、1mm長の四端子パターンに加工して金属配線を形
成し、EM試験を行った。試験条件は配線温度200
℃、電流密度2×106 A/cm2である。結果を表1
に示す。また、比較のために、TiN膜のスパッタエ
ッチングを行わなかったもの、スパッタエッチング後N
2 プラズマに晒したものの結果も表11に併記する。
( Example 36 ) After forming a thermal oxide film as an insulating layer on a (100) Si substrate at 1000 Å,
The TiN film is formed as the compound layer, 600 an N 2 atmosphere
The heat treatment of ° C was performed. Subsequently, various bias voltages shown in Table 11 were applied to the substrate in a plasma of Ar: N 2 = 1: 1 and gas pressure of 1 × 10 −3 Torr, and the TiN film was sputter-etched. After that, the Al film is sputtered to 4000
Angstrom was formed. This Al film is 0.5 μm
An EM test was performed by forming a metal wiring by processing into a four-terminal pattern having a width of 1 mm. The test condition is a wiring temperature of 200
° C and the current density is 2 × 10 6 A / cm 2 . Table 1 shows the results
It is shown in FIG. Also, for comparison, the TiN film was not subjected to sputter etching,
Table 11 also shows the results of exposure to the two plasmas.

【表11】 [Table 11]

【0179】(実施例37)Si(100)6インチ基
板上に絶縁層としてSiO2 熱酸化膜を1000オング
ストローム形成後、それぞれ表12に示す組成の非晶質
薄膜をモザイクターゲットを用いたスパッタ、あるいは
多元ターゲットを用いた同時スパッタにより成膜し、続
いてCu膜を4000オングストローム成膜した。この
とき、下地となる各種非晶質薄膜は一度大気に晒されて
いるため、表面の酸化膜除去を目的として、Cu膜を成
膜する前にスパッタエッチングにより非晶質薄膜の表面
クリーニングを施した。表面クリーニングの条件は、A
rガス圧:1.0×10-3Torr、100MHzのRF出
力:100W、基板バイアス電圧:−50V、クリーニ
ング時間:4分である。
( Example 37 ) After forming an SiO 2 thermal oxide film as an insulating layer on a 6 inch substrate of Si (100) at 1000 Å, an amorphous thin film having a composition shown in Table 12 was sputtered using a mosaic target. Alternatively, a film was formed by simultaneous sputtering using a multi-target, and then a Cu film was formed in a thickness of 4000 Å. At this time, since the various amorphous thin films to be the base are once exposed to the atmosphere, the surface of the amorphous thin film is cleaned by sputter etching before forming the Cu film in order to remove the oxide film on the surface. did. Surface cleaning conditions are A
r gas pressure: 1.0 × 10 −3 Torr, RF output at 100 MHz: 100 W, substrate bias voltage: −50 V, cleaning time: 4 minutes.

【0180】なお下地の結晶性はRHEEDでその都度
確認し、下地が非晶質薄膜であることを確認した。
The crystallinity of the underlayer was confirmed each time by RHEED, and it was confirmed that the underlayer was an amorphous thin film.

【0181】Cu膜の成膜は表面クリーニング後1×1
-8Torr以上に真空が悪化しない条件下で行われ、Ar
ガス圧:1.0×10-3Torr、100MHzのRF出
力:400W、カソードバイアス電圧:−300V、成
膜速度:40オングストローム/秒、の条件で行われ
た。
The Cu film was formed by 1 × 1 after surface cleaning.
It is performed under the condition that the vacuum does not deteriorate to 0 -8 Torr or more.
The gas pressure was 1.0 × 10 −3 Torr, the RF output at 100 MHz was 400 W, the cathode bias voltage was −300 V, and the deposition rate was 40 Å / sec.

【0182】成膜後X線でCu膜の結晶性を評価した。
また、エレクトロマイグレーション耐性を評価するた
め、配線幅:1μm、配線長:300μmの4端子パタ
ーンに加工し、金属配線を形成した後、配線温度300
℃、電流密度2×106 A/cm2 の条件で通電試験を行
った。以上の結果を表12に併記する。
After the film formation, the crystallinity of the Cu film was evaluated by X-rays.
Further, in order to evaluate the electromigration resistance, the wiring was processed into a four-terminal pattern having a wiring width of 1 μm and a wiring length of 300 μm to form a metal wiring.
An energization test was performed under the conditions of a temperature of 2 ° C. and a current density of 2 × 10 6 A / cm 2 . The above results are also shown in Table 12 .

【0183】また、比較例としてSiO2 熱酸化膜上に
直接Cu膜を成膜したものも同様に評価し、表12に示
す。
[0183] Further, also evaluated in the same manner that was deposited directly Cu film on SiO 2 thermal oxide film as a comparative example, shown in Table 12.

【0184】なお、下地は非晶質であれば、表12に示
した組成よりずれても同様の結果が得られる。また、耐
食性、加工性、バリア性などを向上させる目的で少量の
添加物を添加しても構わない。
If the base is amorphous, the same result can be obtained even if the composition is shifted from that shown in Table 12 . Also, a small amount of additives may be added for the purpose of improving corrosion resistance, workability, barrier properties, and the like.

【0185】また非晶質薄膜を成膜後1×10-8Torr以
下の真空で保持し、その後連続してCu膜を成膜する場
合は、表面クリーニングを特に必要としない。
When the amorphous thin film is kept at a vacuum of 1 × 10 −8 Torr or less after the film is formed, and then the Cu film is continuously formed, the surface cleaning is not particularly required.

【表12】 [Table 12]

【0186】(実施例38図27を用いて本実施例を
説明する。
[0186] The present embodiment will be described with reference to Example 38 Figure 27.

【0187】熱酸化膜からなる絶縁層5が1000オン
グストローム形成されてなるSi基板1上に、Arガス
を用いた多元同時スパッタ法により、それぞれ非晶質薄
膜としてTiNb、TiTa、ZrNb、ZrTa、T
iW、ZrMo、TiY、ZrYの合金薄膜56を10
0オングストローム形成した。この時合金薄膜56の組
成がそれぞれTi50Nb50、Ti50Ta50、Zr50Nb
50、Zr50Ta50、Ti5050、Zr50Mo50、Ti50
50、Zr5050となるように、各々のターゲットに投
入する電力を調整した。引き続き真空を保持したまま、
ガスを窒素ガスに置換し、基板1を電極としたRF放電
により、合金薄膜56の表面を窒素プラズマに晒した。
その後RHEEDにより合金薄膜56の結晶性を評価し
たところ、窒素プラズマに晒された後も合金薄膜56の
表面は非晶質であることが確認され、またオージェ電子
分光分析によれば、この合金薄膜56の表面には窒素元
素が含まれており、合金薄膜56において非晶質窒化物
からなる表面層が形成されていることが推測された。ま
た比較のために、窒素プラズマ処理を施さない試料も作
成した。
An amorphous thin film of TiNb, TiTa, ZrNb, ZrTa, T was formed on a Si substrate 1 on which an insulating layer 5 made of a thermal oxide film was formed in a thickness of 1000 angstroms by a multiple simultaneous sputtering method using Ar gas.
iW, ZrMo, TiY, ZrY alloy thin film 56
0 angstrom was formed. At this time, the composition of the alloy thin film 56 is Ti 50 Nb 50 , Ti 50 Ta 50 , and Zr 50 Nb, respectively.
50, Zr 50 Ta 50, Ti 50 W 50, Zr 50 Mo 50, Ti 50
Y 50, Zr 50 Y such that 50 was adjusted power applied to each target. While continuing to maintain the vacuum,
The gas was replaced with nitrogen gas, and the surface of the alloy thin film 56 was exposed to nitrogen plasma by RF discharge using the substrate 1 as an electrode.
After that, the crystallinity of the alloy thin film 56 was evaluated by RHEED. As a result, it was confirmed that the surface of the alloy thin film 56 was amorphous even after being exposed to nitrogen plasma. The surface of No. 56 contained nitrogen element, and it was presumed that a surface layer made of amorphous nitride was formed in the alloy thin film 56. For comparison, a sample not subjected to the nitrogen plasma treatment was also prepared.

【0188】次にこの様にして形成された合金薄膜56
を一度大気に晒した後、スパッタ法により純Alまたは
純Cu薄膜からなる金属配線2を4000オングストロ
ーム、合金薄膜56上に形成した。この時、金属配線2
を形成する前に、Arプラズマにより下地の合金薄膜5
6表面のエッチングを施したもの、及び施さなかったも
のを作成した。次いで、得られた純Al薄膜または純C
u薄膜の結晶配向性を、CuKα線を用いたX線回折法
によりAl及びCuの(111)ロッキング曲線の半値
幅を測定することで評価した。結果を表13に示す。そ
の結果、窒素プラズマ処理を施した合金薄膜56上で
は、この合金薄膜56を大気中に晒しても、予め表面の
Arプラズマによるエッチングを行うことなく、高い
(111)結晶配向性を有する純Alまたは純Cu薄膜
の金属配線2が形成されることが分かった。
Next, the alloy thin film 56 thus formed is formed.
Was once exposed to the atmosphere, and a metal wiring 2 made of a pure Al or pure Cu thin film was formed on the alloy thin film 56 at 4000 Å by a sputtering method. At this time, the metal wiring 2
Before the formation of the alloy thin film 5,
6 were prepared with and without surface etching. Then, the obtained pure Al thin film or pure C
The crystal orientation of the u thin film was evaluated by measuring the half width of the (111) rocking curve of Al and Cu by X-ray diffraction using CuKα radiation. Table 13 shows the results. As a result, even when the alloy thin film 56 is exposed to the atmosphere on the alloy thin film 56 subjected to the nitrogen plasma treatment, pure Al having a high (111) crystal orientation can be obtained without etching the surface by Ar plasma in advance. Or it turned out that the metal wiring 2 of a pure Cu thin film was formed.

【表13】 [Table 13]

【0189】(実施例39)熱酸化膜からなる絶縁層が
1000オングストローム形成されてなるSi基板上
に、金属ターゲットと炭素ターゲットを用いた多元同時
Arスパッタ法により表14に示す炭化物合金薄膜をそ
れぞれ100オングストローム形成した。この時炭化物
合金薄膜がそれぞれ表14に示した組成となるように各
々のターゲットに投入する電力を調整した。成膜後の薄
膜表面の結晶性をRHEEDにより評価したところ、非
晶質特有のハローパターンが得られた。次に、この様に
して形成された非晶質薄膜としての炭化物合金薄膜を一
度大気に晒した後、スパッタ法により純Alまたは純C
u薄膜からなる金属配線を4000オングストローム、
炭化物合金薄膜上に形成した。この時、金属配線を形成
する前に、Arプラズマにより下地の炭化物合金薄膜表
面のエッチングを施したもの、及び施さなかったものを
作成した。次いで、得られた純Al薄膜または純Cu薄
膜の結晶配向性を、CuKα線を用いたX線回折法によ
りAl及びCuの(111)ロッキング曲線の半値幅を
測定することで評価した。結果を表14に示す。その結
果、これら炭化物合金薄膜上には、大気に晒しても、予
め表面のArプラズマによるエッチングを行うことな
く、高い(111)結晶配向性を有する純Alまたは純
Cu薄膜の金属配線が形成されることが分かった。
Example 39 A carbide alloy thin film shown in Table 14 was formed on a Si substrate on which an insulating layer made of a thermal oxide film was formed to a thickness of 1000 angstroms by a multiple simultaneous Ar sputtering method using a metal target and a carbon target. 100 angstrom was formed. At this time, the power supplied to each target was adjusted so that the carbide alloy thin films had the compositions shown in Table 14 , respectively. When the crystallinity of the thin film surface after film formation was evaluated by RHEED, a halo pattern peculiar to amorphous was obtained. Next, after the carbide alloy thin film as an amorphous thin film thus formed is once exposed to the atmosphere, pure Al or pure C is formed by sputtering.
4000 angstrom metal wiring made of u thin film,
It was formed on a carbide alloy thin film. At this time, before the metal wiring was formed, the one where the surface of the underlying carbide alloy thin film was etched with Ar plasma and the one where the surface was not applied were prepared. Next, the crystal orientation of the obtained pure Al thin film or pure Cu thin film was evaluated by measuring the half width of the (111) rocking curve of Al and Cu by X-ray diffraction using CuKα radiation. Table 14 shows the results. As a result, a metal wiring of a pure Al or pure Cu thin film having a high (111) crystal orientation is formed on these carbide alloy thin films without exposing the surface by Ar plasma in advance even when exposed to the air. I found out.

【表14】 [Table 14]

【0190】(実施例40)1000オングストローム
の熱酸化膜の付いた6インチシリコンウェハを基板とし
て用い、Biを基板上に蒸着した。蒸着条件は実施例3
1と同様である。次いで、真空を破ることなくBiを蒸
着した基板上にAl膜を200オングストローム〜10
00オングストローム蒸着した。このときのKセル温度
は1200℃、基板温度は室温である。また比較のた
め、基板上に直ちにAl膜を蒸着した試料を作成した。
Al膜成膜後、基板温度を400℃まで昇温し、3時間
の熱処理を行った。
Example 40 A 6-inch silicon wafer provided with a 1000 Å thermal oxide film was used as a substrate, and Bi was deposited on the substrate. The deposition conditions were Example 3.
Same as 1. Then, an Al film was formed on the substrate on which Bi was deposited without breaking the vacuum by 200 Å to 10 Å.
00 Å was deposited. At this time, the K cell temperature is 1200 ° C., and the substrate temperature is room temperature. For comparison, a sample was prepared by immediately depositing an Al film on a substrate.
After the formation of the Al film, the substrate temperature was raised to 400 ° C., and heat treatment was performed for 3 hours.

【0191】堆積後のAl膜の表面形状をSEM及びT
EMを用いて観察したところ、Biが有る場合のAl膜
の粒径は、7810±30オングストロームであり、Biが無
い場合のAl膜の粒径は、1680±20オングストロームで
あった。すなわちBiが有る場合のAl膜の方が、Bi
が無い場合のAl膜より粒径が大きくなっていることが
確かめられた。
The surface shape of the deposited Al film was determined by SEM and T
Observation using EM revealed that the particle size of the Al film in the presence of Bi was 7810 ± 30 Å, and the particle size of the Al film in the absence of Bi was 1680 ± 20 Å. In other words, the Al film with Bi
It was confirmed that the grain size was larger than that of the Al film in the case where there was no.

【0192】Biの他、Ga、In、Cd、Sn、P
b、Tlについても同様の結果が得られた。
In addition to Bi, Ga, In, Cd, Sn, P
Similar results were obtained for b and Tl.

【0193】(実施例41)1000オングストローム
の熱酸化膜の付いた6インチシリコンウェハを基板とし
て用い、この基板を回転させながらAl200オングス
トローム〜1000オングストロームとBi1MLを基
板上にAl堆積の初期に同時に蒸着した。Biの蒸着条
件は実施例31と同様であり、Al蒸着のKセル温度は
1200℃、基板温度は室温である。また比較のため、
Biを供給せずAlのみを同条件で基板上に蒸着した試
料を作成した。
Example 41 A 6-inch silicon wafer provided with a 1000 Å thermal oxide film was used as a substrate, and 200 Å to 1000 Å of Al and Bi1ML were simultaneously vapor-deposited on the substrate at the initial stage of Al deposition while rotating the substrate. did. The deposition conditions for Bi are the same as those in Example 31, the K cell temperature for Al deposition is 1200 ° C., and the substrate temperature is room temperature. For comparison,
A sample was prepared by depositing only Al on the substrate under the same conditions without supplying Bi.

【0194】堆積後のAl膜の表面形状をSEM及びT
EMを用いて観察したところ、Biが有る場合のAl膜
の粒径は、4370±20オングストロームであり、Biが無
い場合のAl膜の粒径は、1170±15オングストロームで
あった。すなわちBiが有る場合のAl膜の方が、Bi
が無い場合のAl膜より粒径が大きくなっていることが
確かめられた。また、これらの試料におけるSEM写真
図28(a)、(b)に示す。図28(a)は熱酸化
膜上にAlを500オングストローム成膜した試料の表
面SEM写真であり、図28(b)は熱酸化膜上にAl
を500オングストロームとBiを1MLを同時に成膜
した試料の表面SEM写真である。また、同様の効果は
Alの堆積中の中期あるいは堆積終了前にBiを蒸着し
ても得られた。
The surface shape of the deposited Al film was determined by SEM and T
Observation using EM revealed that the particle size of the Al film in the presence of Bi was 4370 ± 20 Å, and the particle size of the Al film in the absence of Bi was 1170 ± 15 Å. In other words, the Al film with Bi
It was confirmed that the grain size was larger than that of the Al film in the case where there was no. FIGS. 28A and 28B show SEM photographs of these samples. FIG. 28A is a surface SEM photograph of a sample in which 500 Å of Al is formed on the thermal oxide film, and FIG.
5 is a surface SEM photograph of a sample on which 500 Å and Bi of 1 ML were simultaneously formed. The same effect was obtained even when Bi was deposited during the middle stage of Al deposition or before the end of deposition.

【0195】Biの他、Ga、In、Cd、Sn、P
b、Tlについても同様の結果が得られた。
In addition to Bi, Ga, In, Cd, Sn, P
Similar results were obtained for b and Tl.

【0196】(実施例42)1000オングストローム
の熱酸化膜の付いた6インチシリコンウェハを基板とし
て用い、この基板上に熱CVD装置を用いて、基板に対
し(111)配向をもつAl結晶粒を成長させた。条件
は以下の通りである。 原料ガス:トリイソブチルアルミニウム 原料ガス供給方法:Arによるバブリング方式 基板温度:400℃ Arガス流量:20sccm
Example 42 A 6-inch silicon wafer provided with a 1000 Å thermal oxide film was used as a substrate, and Al crystal grains having a (111) orientation with respect to the substrate were formed on the substrate using a thermal CVD apparatus. Grew. The conditions are as follows. Source gas: Triisobutylaluminum Source gas supply method: Bubbling method using Ar Substrate temperature: 400 ° C. Ar gas flow rate: 20 sccm

【0197】この条件において得られたAl結晶粒の密
度は5×107 〜1×108 個/cm2 であった。
The density of Al crystal grains obtained under these conditions was 5 × 10 7 to 1 × 10 8 / cm 2 .

【0198】この上にBiを実施例31と同様の条件で
蒸着した。次いで真空を破ることなくBiを蒸着した基
板上にAlを200オングストローム〜1000オング
ストローム蒸着した。Kセル温度は1200℃、基板温
度は室温である。また比較のため、Biを蒸着すること
なく直ちにAl膜を蒸着した試料を作成した。
On this, Bi was deposited under the same conditions as in Example 31. Next, Al was vapor-deposited on the substrate on which Bi was vapor-deposited in a thickness of 200 Å to 1000 Å without breaking vacuum. The K cell temperature is 1200 ° C. and the substrate temperature is room temperature. For comparison, a sample was prepared in which an Al film was immediately deposited without depositing Bi.

【0199】堆積後のAl膜の表面形状をSEM及びT
EMを用いて観察したところ、Biが有る場合のAl膜
の粒径は、3610±15オングストロームであり、Biが無
い場合のAl膜の粒径は、1140±20オングストロームで
あった。すなわちBiが有る場合のAl膜の方が、Bi
が無い場合のAl膜より粒径が大きくなっていることが
確かめられた。またこうして作成したAl膜の結晶性を
X線回折により評価したところ、(111)ロッキング
曲線の半値幅は1.0°であった。一方、Al結晶粒を
成長させていない基板上に、BiおよびAlを同条件で
蒸着した場合の半値幅は2.0°であり、Al結晶粒の
存在によりAl膜の結晶性が向上することが明らかとな
った。
The surface shape of the deposited Al film was determined by SEM and T
Observation using EM revealed that the particle size of the Al film with Bi was 3610 ± 15 Å, and the particle size of the Al film without Bi was 1140 ± 20 Å. In other words, the Al film with Bi
It was confirmed that the grain size was larger than that of the Al film in the case where there was no. When the crystallinity of the Al film thus formed was evaluated by X-ray diffraction, the half value width of the (111) rocking curve was 1.0 °. On the other hand, when Bi and Al are evaporated under the same conditions on a substrate on which no Al crystal grains are grown, the half width is 2.0 °, and the crystallinity of the Al film is improved by the presence of the Al crystal grains. Became clear.

【0200】Biの他、Ga、In、Cd、Sn、P
b、Tlについても同様の結果が得られた。
In addition to Bi, Ga, In, Cd, Sn, P
Similar results were obtained for b and Tl.

【0201】(実施例43図29を用いて本実施例を
説明する。
[0201] The present embodiment will be described with reference to Example 43 Figure 29.

【0202】4000オングストロームの熱酸化膜から
なる絶縁層5の付いた6インチシリコンウェハ基板1の
絶縁層5表面に図29(a)に示したような溝を形成し
た。次いでこの基板上にAlを200オングストローム
蒸着した。Al蒸着のKセル温度は1200℃、基板温
度は室温である。得られたAl膜の表面、断面形状をS
EMを用いて観察したところ、図29(b)に示したよ
うに、溝部分にも溝以外の熱酸化膜表面にもAl20は
一様に堆積されていた。
A groove as shown in FIG. 29A was formed on the surface of the insulating layer 5 of the 6-inch silicon wafer substrate 1 provided with the insulating layer 5 made of a 4000 Å thermal oxide film. Next, 200 Å of Al was deposited on the substrate. The K cell temperature of Al deposition is 1200 ° C., and the substrate temperature is room temperature. The surface and cross-sectional shape of the obtained Al film are S
Observation using EM showed that Al20 was uniformly deposited on both the groove portion and the surface of the thermal oxide film other than the groove, as shown in FIG. 29 (b).

【0203】また、同様の溝付き基板上に、上記と同じ
条件でAl膜を200オングストローム蒸着した。基板
温度は室温である。さらに真空を破ることなく400
℃、3時間の熱処理を行った。熱処理後のAl膜の表
面、断面形状をSEMを用いて観察したところ、図29
(c)に示したように、基板の溝部分はAlからなる金
属配線2によってほぼ完全に埋め込まれており、一方溝
以外の熱酸化膜表面にはAl20はほとんど堆積してい
ないことが確かめられた。
On the same grooved substrate, an Al film was deposited by 200 Å under the same conditions as described above. The substrate temperature is room temperature. 400 without breaking vacuum
C. for 3 hours. When the surface and cross-sectional shape of the Al film after the heat treatment were observed using an SEM, FIG.
As shown in (c), it was confirmed that the groove portion of the substrate was almost completely buried by the metal wiring 2 made of Al, while Al20 was hardly deposited on the surface of the thermal oxide film other than the groove. Was.

【0204】次に、同様の溝付き基板上に、Al200
オングストロームとBi1MLを、Al堆積の初期に同
時に蒸着した。Biの蒸着条件は実施例31と同様であ
り、Alの蒸着条件は上に示した通りである。基板温度
は同じく室温である。こうして作成したAl膜の表面、
及び断面形状をSEMを用いて観察したところ、図29
(d)に示したように、溝部分はAlからなる金属配線
2によってほぼ完全に埋め込まれており、一方溝以外の
熱酸化膜表面にはAl20がほとんど堆積していないこ
とが確かめられた。つまり、室温で成膜した直後である
にもかかわらず、Biの存在によって、成膜後に熱処理
した場合と同様の効果が得られた。
Next, on a similar grooved substrate, Al200
Angstrom and Bi1ML were co-evaporated early in the Al deposition. The conditions for depositing Bi are the same as those in Example 31, and the conditions for depositing Al are as described above. The substrate temperature is also room temperature. The surface of the Al film thus created,
When the cross-sectional shape was observed using an SEM, FIG.
As shown in (d), it was confirmed that the groove was almost completely buried by the metal wiring 2 made of Al, while Al20 was hardly deposited on the surface of the thermal oxide film other than the groove. In other words, although the film was formed immediately at room temperature, the same effect as in the case of heat treatment after film formation was obtained due to the presence of Bi.

【0205】Biの他、Ga、In、Cd、Sn、P
b、Tlについても同様の結果が得られた。
In addition to Bi, Ga, In, Cd, Sn, P
Similar results were obtained for b and Tl.

【0206】(実施例44)4000オングストローム
の熱酸化膜の付いた6インチシリコンウェハを基板とし
て用い、図4に示すようなマルチターゲットスパッタ装
置によりAlTa非晶質薄膜を形成した。スパッタ条件
を以下に示す。 スパッタ方式:RFマグネトロン方式 ターゲット:100mmφのAlTa2元ターゲット 基板温度:室温(25℃) スパッタガス:Ar ガス圧力:0.20Pa 印加電力:10W/cm2 膜厚:50オングストローム
Example 44 Using a 6-inch silicon wafer provided with a 4000 Å thermal oxide film as a substrate, an AlTa amorphous thin film was formed by a multi-target sputtering apparatus as shown in FIG . The sputtering conditions are shown below. Sputtering method: RF magnetron method Target: AlTa binary target of 100 mmφ Substrate temperature: room temperature (25 ° C.) Sputter gas: Ar gas pressure: 0.20 Pa Applied power: 10 W / cm 2 Film thickness: 50 Å

【0207】組成分析の結果、形成された膜はAl25
75であった。またX線回折測定よりこの膜は非晶質で
あった。
As a result of the composition analysis, the formed film was Al 25 T
a 75 . The film was amorphous by X-ray diffraction measurement.

【0208】このAlTa非晶質薄膜上にAl薄膜をス
パッタした。スパッタ条件を以下に示す。 スパッタ方式:RFマグネトロン方式 ターゲット:100mmφのAlターゲット 基板温度:室温(25℃) スパッタガス:Ar ガス圧力:1Pa 印加電力:5W/cm2 膜厚:4000オングストローム
An Al thin film was sputtered on this AlTa amorphous thin film. The sputtering conditions are shown below. Sputtering method: RF magnetron method Target: 100 mmφ Al target Substrate temperature: room temperature (25 ° C.) Sputtering gas: Ar Gas pressure: 1 Pa Applied power: 5 W / cm 2 Film thickness: 4000 Å

【0209】こうして作成したAl膜についてX線回折
により配向性を評価したところ、Al(111)ピーク
のロッキング曲線の半値幅は1.0°の(111)配向
膜であった。次いで、この薄膜に300℃、15分の熱
処理を加えると半値幅は0.8°に向上した。さらに5
00℃、15分の熱処理を施したところ、非晶質薄膜と
Al薄膜が反応してAl3 Ta相を形成し、非晶質薄膜
が消失した。しかし反応性の薄膜においては比抵抗は上
昇せず、配向はさらに向上し0.6°となり、熱酸化膜
上に高配向薄膜が形成されていることがわかった。
When the orientation of the thus formed Al film was evaluated by X-ray diffraction, the half width of the rocking curve of the Al (111) peak was (111) oriented film having a half value width of 1.0 °. Then, when the thin film was subjected to a heat treatment at 300 ° C. for 15 minutes, the half width was improved to 0.8 °. 5 more
When heat treatment was performed at 00 ° C. for 15 minutes, the amorphous thin film reacted with the Al thin film to form an Al 3 Ta phase, and the amorphous thin film disappeared. However, the specific resistance did not increase in the reactive thin film, and the orientation further improved to 0.6 °, indicating that a highly oriented thin film was formed on the thermal oxide film.

【0210】次にこの高配向薄膜を加工して金属配線と
し、EM試験を行った。具体的には、上記高配向薄膜に
対し、通常のリソグラフィ工程及びRIE工程を適用し
て、図14に示すような陽極、陰極、及びこれらを接続
し、0.8μmの配線幅を有する配線部を具備した試験
基板を作成した。次いで、この試験基板の配線部に対
し、試験温度を200℃とし、電流密度が2×106
/cm2 に相当する電流を流したが、1000時間経過後
も破断は生じなかった。これはAl薄膜の(111)配
向性が熱処理により向上したため、エレクトロマイグレ
ーション耐性が飛躍的に向上したことを示している。
Next, this highly oriented thin film was processed into a metal wiring, and an EM test was performed. More specifically, a normal lithography process and an RIE process are applied to the highly oriented thin film to connect an anode and a cathode as shown in FIG. 14 and a wiring portion having a wiring width of 0.8 μm. A test substrate provided with was prepared. Next, the test temperature was set to 200 ° C. and the current density was 2 × 10 6 A for the wiring portion of the test board.
/ Cm 2 , but no break occurred after 1000 hours. This indicates that the (111) orientation of the Al thin film was improved by the heat treatment, so that the electromigration resistance was dramatically improved.

【0211】(実施例45)4000オングストローム
熱酸化膜の付いた6インチシリコンウェハを基板として
用い、図4に示すようなマルチターゲットスパッタ装置
によりAlNb非晶質薄膜を形成した。スパッタ条件を
以下に示す。 スパッタ方式:RFマグネトロン方式 ターゲット:100mmφのAlNb2元ターゲット 基板温度:室温(25℃) スパッタガス:Ar ガス圧力:0.20Pa 印加電力:10W/cm2 膜厚:500オングストローム
Example 45 Using a 6-inch silicon wafer provided with a 4000 Å thermal oxide film as a substrate, an AlNb amorphous thin film was formed by a multi-target sputtering apparatus as shown in FIG . The sputtering conditions are shown below. Sputtering method: RF magnetron method Target: AlNb binary target of 100 mmφ Substrate temperature: room temperature (25 ° C.) Sputter gas: Ar gas pressure: 0.20 Pa Applied power: 10 W / cm 2 Film thickness: 500 Å

【0212】組成分析の結果、形成された膜はAl75
25であった。またX線回折測定よりこの膜は非晶質で
あった。このAlNb非晶質薄膜上に実施例44と同じ
条件でAl薄膜をスパッタした。こうして作成したAl
膜についてX線回折により配向性を評価したところ、ロ
ッキング曲線の半値幅1.5°の(111)配向膜であ
った。さらにこの薄膜12を400℃、15分の熱処理
を施したところ、非晶質薄膜が結晶化して消失するとと
もにAl薄膜の半値幅は0.9°に向上した。また実施
例44と全く同様に金属配線を形成した後、EM試験を
行ったところ、1000時間後も破断は生じなかった。
As a result of the composition analysis, the formed film was Al 75 N
b 25 . The film was amorphous by X-ray diffraction measurement. An Al thin film was sputtered on this AlNb amorphous thin film under the same conditions as in Example 44 . Al thus created
When the orientation of the film was evaluated by X-ray diffraction, it was a (111) oriented film having a rocking curve with a half width of 1.5 °. Further, when the thin film 12 was subjected to a heat treatment at 400 ° C. for 15 minutes, the amorphous thin film was crystallized and disappeared, and the half width of the Al thin film was improved to 0.9 °. Also implemented
An EM test was performed after forming a metal wiring in exactly the same manner as in Example 44. As a result , no break occurred even after 1000 hours.

【0213】(実施例46)4000オングストローム
熱酸化膜の付いた6インチシリコンウェハを基板として
用い、図4に示すようなマルチターゲットスパッタ装置
によりCuTi非晶質薄膜を形成した。スパッタ条件を
以下に示す。 スパッタ方式:RFマグネトロン方式 ターゲット:100mmφのCuTi2元ターゲット 基板温度:室温(25℃) スパッタガス:Ar ガス圧力:0.20Pa 印加電力:10W/cm2 膜厚:500オングストローム
Example 46 Using a 6-inch silicon wafer provided with a 4000 Å thermal oxide film as a substrate, a CuTi amorphous thin film was formed by a multi-target sputtering apparatus as shown in FIG . The sputtering conditions are shown below. Sputtering method: RF magnetron method Target: 100 mmφ CuTi binary target Substrate temperature: room temperature (25 ° C.) Sputter gas: Ar gas pressure: 0.20 Pa Applied power: 10 W / cm 2 Film thickness: 500 Å

【0214】組成分析の結果、形成された膜はCu50
50であった。またX線回折測定よりこの膜は非晶質で
あった。このCuTi非晶質薄膜を一旦大気にさらした
後、Arプラズマによるクリーニングを施し、AlCu
合金薄膜をスパッタした。スパッタ条件を以下に示す。 スパッタ方式:RFマグネトロン方式 ターゲット:100mmφのAlCu合金ターゲット(C
u0.1atm %) 基板温度:室温(25℃) スパッタガス:Ar ガス圧力:1Pa 印加電力:5W/cm2 膜厚:4000オングストローム
As a result of the composition analysis, the formed film was Cu 50 T
i 50 . The film was amorphous by X-ray diffraction measurement. After this CuTi amorphous thin film is once exposed to the atmosphere, it is cleaned by Ar plasma to remove AlCu.
An alloy thin film was sputtered. The sputtering conditions are shown below. Sputtering method: RF magnetron method Target: 100 mmφ AlCu alloy target (C
substrate temperature: room temperature (25 ° C.) sputtering gas: Ar gas pressure: 1 Pa applied power: 5 W / cm 2 film thickness: 4000 angstrom

【0215】こうして作成したAlCu膜についてX線
回折により配向性を評価したところ、ロッキング曲線の
半値幅0.9°の(111)配向膜であった。この薄膜
に400℃、15分の熱処理を加えると非晶質薄膜が結
晶化して消失するとともに、AlCu膜の(111)配
向はさらに向上し、半値幅は0.6°になった。
When the orientation of the thus formed AlCu film was evaluated by X-ray diffraction, it was a (111) oriented film having a rocking curve half width of 0.9 °. When the thin film was subjected to a heat treatment at 400 ° C. for 15 minutes, the amorphous thin film was crystallized and disappeared, and the (111) orientation of the AlCu film was further improved, and the half width became 0.6 °.

【0216】(実施例47)6インチシリコンウェハ基
板上に拡散防止層としてTiN/Ti層を形成し、この
上にスパッタによりAlTa非晶質薄膜を形成した。ス
パッタ条件を以下に示す。 スパッタ方式:RFマグネトロン方式 ターゲット:100mmφのAlTa2元ターゲット 基板温度:室温(25℃) スパッタガス:Ar ガス圧力:0.20Pa 印加電力:10W/cm2 膜厚:100オングストローム
Example 47 A TiN / Ti layer was formed as a diffusion preventing layer on a 6-inch silicon wafer substrate, and an AlTa amorphous thin film was formed thereon by sputtering. The sputtering conditions are shown below. Sputtering method: RF magnetron method Target: AlTa binary target with 100 mmφ Substrate temperature: room temperature (25 ° C.) Sputter gas: Ar gas pressure: 0.20 Pa Applied power: 10 W / cm 2 Film thickness: 100 Å

【0217】組成分析の結果、形成された膜はAl40
60であった。またX線回折測定よりこの膜は非晶質で
あった。このAlTa非晶質薄膜上に実施例44と同じ
条件でAl薄膜をスパッタした。こうして作成したAl
膜についてX線回折により配向性を評価したところ、ロ
ッキング曲線の半値幅1.3°の(111)配向膜であ
った。さらに500℃、15分の熱処理を施したとこ
ろ、非晶質薄膜とAl薄膜が反応してAl3 Ta相を形
成し、非晶質薄膜が消失した。しかし、反応後の薄膜に
おいては比抵抗は上昇せず、配向は向上し0.8°とな
り、TiN/Ti層によりシリコンとの反応が抑制され
ていることがわかった。また実施例44と全く同様に金
属配線を形成した後、EM試験を行ったところ、100
0時間後も破断は生じなかった。
As a result of the composition analysis, the film formed was Al 40 T
a 60 . The film was amorphous by X-ray diffraction measurement. An Al thin film was sputtered on this AlTa amorphous thin film under the same conditions as in Example 44 . Al thus created
When the orientation of the film was evaluated by X-ray diffraction, it was a (111) oriented film having a rocking curve half width of 1.3 °. Further, when heat treatment was performed at 500 ° C. for 15 minutes, the amorphous thin film and the Al thin film reacted to form an Al 3 Ta phase, and the amorphous thin film disappeared. However, in the thin film after the reaction, the specific resistance did not increase, the orientation was improved to 0.8 °, and it was found that the reaction with silicon was suppressed by the TiN / Ti layer. After forming a metal wiring exactly as in Example 44 , an EM test was performed.
No break occurred after 0 hours.

【0218】(実施例48)4000オングストローム
熱酸化膜の付いた6インチシリコンウェハ基板上に、
に示すようなマルチターゲットスパッタ装置を用い
て、Al及びV、Nb、Ta、Mo、Wのターゲットに
投入する電力を調整し、それぞれ表15表19に示す
組成のVx Al100-x 、Nbx Al100-x 、Tax Al
100-x 、MoxAl100-x 、Wx Al100-x 膜を100
オングストローム、スパッタした。このとき各々の試料
においてX線回折により非晶質薄膜が形成されているこ
とを確認した。なお表15表19に示すように、V、
Nb、Ta、Mo、Wの膜中における原子濃度が極端に
高いあるいは低い領域で、非晶質特有のハローピークが
観測されなくなった。次いで、これらの試料を再びスパ
ッタ装置内に導き、Arプラズマによるクリーニングを
施した後、純Al膜を4000オングストローム堆積し
た。このとき、堆積したAl薄膜の(111)配向半値
幅をX線により評価し、非晶質薄膜の(111)配向制
御性を確認した。結果を表15表19に示す。
[0218] (Example 48) with a 4000 Å thermal oxide film 6-inch silicon wafer substrate, FIG.
Using a multi-target sputtering apparatus as shown in FIG. 4 , the power supplied to the Al and V, Nb, Ta, Mo, and W targets was adjusted, and V x Al 100-x having the compositions shown in Tables 15 to 19 , respectively. , Nb x Al 100-x, Ta x Al
100-x , Mo x Al 100-x , W x Al 100-x
Angstrom, sputtered. At this time, it was confirmed by X-ray diffraction that an amorphous thin film was formed in each sample. As shown in Tables 15 to 19 , V,
A halo peak peculiar to amorphous was not observed in a region where the atomic concentration of Nb, Ta, Mo, and W was extremely high or low. Next, these samples were again introduced into the sputtering apparatus, and after cleaning with Ar plasma, a pure Al film was deposited to 4000 Å. At this time, the (111) orientation half width of the deposited Al thin film was evaluated by X-ray, and the (111) orientation controllability of the amorphous thin film was confirmed. The results are shown in Tables 15 to 19 .

【0219】引き続き、これらの薄膜を通常のPEP及
びRIE工程により、図14に示すような0.8μmの
配線幅を有するエレクトロマイグレーション(EM)加
速試験パターンに加工し、金属配線を形成した。この
後、配線温度200℃、電流密度2×106 A/cm2
条件でEM試験を行った。その結果表15表19に示
すように、非晶質薄膜上に形成されたAl金属配線は、
高いEM耐性を有することが明らかとなった。また比較
材として、非晶質薄膜を堆積せず熱酸化膜上に直接Al
を堆積し、以下同様にしてEM試験を行ったところ、1
0時間以内に配線破断に至った。
Subsequently, these thin films were processed into an electromigration (EM) accelerated test pattern having a wiring width of 0.8 μm as shown in FIG. 14 by ordinary PEP and RIE processes to form metal wirings. Thereafter, an EM test was performed under the conditions of a wiring temperature of 200 ° C. and a current density of 2 × 10 6 A / cm 2 . As a result, as shown in Tables 15 to 19 , the Al metal wiring formed on the amorphous thin film
It was found to have high EM resistance. As a comparative material, Al was directly deposited on the thermal oxide film without depositing an amorphous thin film.
Was deposited, and an EM test was performed in the same manner.
The wiring was broken within 0 hours.

【表15】 [Table 15]

【表16】 [Table 16]

【表17】 [Table 17]

【表18】 [Table 18]

【表19】 [Table 19]

【0220】(実施例49)Si(100)6インチ基
板上に熱酸化膜を1000オングストローム形成後、
20表33に示す各組成の合金薄膜をモザイクターゲ
ットあるいは多元同時スパッタにより1000オングス
トローム成膜した。次いで、真空を破らずに連続してC
u膜を4000オングストローム成膜し、さらに真空中
で450℃、30分の熱処理を施した。ここで、Cu膜
の成膜は、到達真空度1×10-7Torr以上に真空が悪化
しない条件下で行い、Arガス圧:1.0×10-3Tor
r、100MHzのRF出力:400W、カソードバイ
アス電圧:−300V、成膜速度:40オングストロー
ム/秒とした。また表32に示した試料では、Cu膜の
成膜時に基板に−30Vのバイアスを印加した。この
後、X線回折によりCu(111)のロッキング曲線の
半値幅を測定し、Cu膜の結晶配向性を評価した。結果
表20表33に示す。
[0220] (Example 49) Si (100) after a thermal oxide film a 6-inch substrate 1000 angstroms formed, Table
An alloy thin film having each composition shown in Tables 20 to 33 was formed to a thickness of 1000 angstroms by mosaic target or multi-element simultaneous sputtering. Next, C is continuously applied without breaking vacuum.
A u film was formed to a thickness of 4000 angstroms, and further subjected to a heat treatment at 450 ° C. for 30 minutes in a vacuum. Here, the Cu film is formed under the condition that the vacuum is not deteriorated to the ultimate vacuum degree of 1 × 10 −7 Torr or more, and the Ar gas pressure is 1.0 × 10 −3 Torr.
r, 100 MHz RF output: 400 W, cathode bias voltage: -300 V, film formation rate: 40 Å / sec. In the samples shown in Table 32 , a -30 V bias was applied to the substrate during the formation of the Cu film. Thereafter, the half width of the rocking curve of Cu (111) was measured by X-ray diffraction, and the crystal orientation of the Cu film was evaluated. The results are shown in Tables 20 to 33 .

【0221】また、合金薄膜の結晶性は別途合金薄膜の
成膜段階で取り出した試料をX線回折にて評価し、非晶
質特有のハローピークの有無を確認した。
The crystallinity of the alloy thin film was evaluated by X-ray diffraction of a sample separately taken at the stage of forming the alloy thin film, and the presence or absence of an amorphous halo peak was confirmed.

【0222】なお、合金薄膜の組成に関して、スパッタ
に用いたターゲットが純度の悪いものでは3Nであるた
め、特に不純物としては精製時に分離の難しい同族元素
(例えばNbに対してTa等)が主に含まれるが、その
結晶性が、その上のCu膜の結晶配向性には影響は見ら
れなかった。
Regarding the composition of the alloy thin film, since the target used for sputtering is 3N if the target has low purity, the impurity is mainly a homologous element which is difficult to separate at the time of purification (for example, Ta for Nb). However, the crystallinity did not affect the crystal orientation of the Cu film thereon.

【0223】さらに金属配線としての信頼性を調べるた
め、各種合金薄膜上に同様のCu膜からなる金属配線を
形成してEM試験を行った。図30にこの時用いた試験
片の平面図を示し、試験片を作成する工程を以下に説明
する。まず、Si基板上にSiO2 を3μm成膜後PE
P、RIE工程により加工して、図30に示す四端子電
気抵抗測定パターンの溝を形成した。ただし、抵抗測定
部の配線幅1.0μm、深さ4500オングストロー
ム、配線長1mmである。以上のSiO2 加工後、それぞ
れコリメーションスパッタにより表20表33に示す
各種合金薄膜を500オングストローム成膜し、引き続
き上述したような条件でCuを6000オングストロー
ム成膜し、450℃、30分の熱処理を施した。この
後、CMP(Chemical-Mechanical Polishing )により
余分なCuを除去し、試験片とした。
Further, in order to examine the reliability as a metal wiring, a metal wiring made of a similar Cu film was formed on various alloy thin films, and an EM test was performed. FIG. 30 is a plan view of the test piece used at this time, and the process of preparing the test piece will be described below. First, after forming 3 μm of SiO 2 on a Si substrate, PE
P and RIE processes were performed to form grooves of the four-terminal electrical resistance measurement pattern shown in FIG . However, the wiring width of the resistance measuring section was 1.0 μm, the depth was 4500 Å, and the wiring length was 1 mm. After the above-described SiO 2 processing, 500 Å of various alloy thin films shown in Tables 20 to 33 were formed by collimation sputtering, and 6000 Å of Cu was formed under the above-described conditions, followed by heat treatment at 450 ° C. for 30 minutes. Was given. Thereafter, excess Cu was removed by CMP (Chemical-Mechanical Polishing) to obtain a test piece.

【0224】EM試験は、配線温度300℃、電流密度
2×106 A/cm2 として真空中で行い、その結果を表
に記した。なお、合金配線の熱処理後の配線抵抗は比抵
抗値に換算して約1.7μΩcmであり、Cuのバルク値
とほぼ同等で、熱処理による合金薄膜とCu膜との反応
は見られなかった。また、熱処理方法は本実施例では真
空熱処理であるが、水素雰囲気あるいは水素と窒素の混
合ガス(フォーミングガス)中で行ってもかまわない。
また、合金薄膜成膜後Cu膜を連続して成膜したが、合
金薄膜成膜後一度大気に試料を晒した場合は、Cu成膜
前に真空中で下地表面をプラズマクリーニングし、自然
酸化膜を除去した後Cu膜を成膜すればよい。
The EM test was performed in a vacuum at a wiring temperature of 300 ° C. and a current density of 2 × 10 6 A / cm 2 , and the results are shown in the table. The wiring resistance of the alloy wiring after the heat treatment was about 1.7 μΩcm in terms of specific resistance, which was almost equal to the bulk value of Cu, and no reaction between the alloy thin film and the Cu film due to the heat treatment was observed. Although the heat treatment method is a vacuum heat treatment in this embodiment, the heat treatment may be performed in a hydrogen atmosphere or a mixed gas of hydrogen and nitrogen (forming gas).
Although a Cu film was continuously formed after the alloy thin film was formed, if the sample was once exposed to the atmosphere after the alloy thin film was formed, the surface of the underlayer was plasma-cleaned in a vacuum before the Cu film was formed, and the natural oxidation was performed. After removing the film, a Cu film may be formed.

【0225】さらに、本実施例で、下地の合金薄膜がT
i、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Crを含む組成であ
る場合は、Cu配線形成後の段階でNH3 あるいはN2
の雰囲気中で600〜750℃に加熱することによりC
u表面及び下地膜とCu膜との界面に窒化膜を形成する
と、その後のTEOS成膜後においても電気抵抗の上昇
は見られず、耐酸化性が極めて向上した。ただし、T
i、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Crを含まない組成
についても、合金薄膜中にTi、Zr、Hf、V、N
b、Ta、Crを1〜10at%添加すれば同様の結果
が得られる。
Further, in this embodiment, the underlying alloy thin film is made of T
In the case where the composition contains i, Zr, Hf, V, Nb, Ta, and Cr, NH 3 or N 2
By heating to 600 to 750 ° C in an atmosphere of C
When a nitride film was formed on the u surface and at the interface between the underlying film and the Cu film, no increase in electrical resistance was observed even after the subsequent TEOS film formation, and the oxidation resistance was extremely improved. Where T
Regarding compositions not containing i, Zr, Hf, V, Nb, Ta, and Cr, Ti, Zr, Hf, V, N
Similar results can be obtained by adding 1 to 10 at% of b, Ta, and Cr.

【0226】また、表32に示されるように、Cu成膜
時に基板に−20〜−50Vのバイアスを印加すること
によりCu膜の配向性が向上し、EM耐性の良好な組成
範囲も広げられる。
Further, as shown in Table 32 , by applying a bias of −20 to −50 V to the substrate during Cu film formation, the orientation of the Cu film is improved, and the composition range in which the EM resistance is good can be widened. .

【0227】なお、表31表32には比較材として下
地の合金薄膜がない場合のCu膜について同様に評価し
た結果を示した。
Tables 31 and 32 show the results of a similar evaluation of a Cu film having no underlying alloy thin film as a comparative material.

【0228】(実施例50)4000オングストローム
の熱酸化膜の付いた6インチシリコンウェハに、図29
(a)に示したものと同様の形状で、深さが2000オ
ングストローム、幅が1μmの溝を形成した。次いで、
この基板上にAlを2000オングストローム蒸着し
た。Al蒸着のKセル温度は1200℃、基板温度は室
温である。このAl膜の表面、断面形状をSEMを用い
て観察したところ、図29(b)に示したものと同様
に、溝部分にも溝以外の熱酸化膜表面にもAlは一様に
堆積されていた。
EXAMPLE 50 A 6-inch silicon wafer provided with a 4000 Å thermal oxide film was formed as shown in FIG.
A groove having a shape similar to that shown in (a) and a depth of 2000 Å and a width of 1 μm was formed. Then
2000 Å of Al was deposited on the substrate. The K cell temperature of Al deposition is 1200 ° C., and the substrate temperature is room temperature. Observation of the surface and cross-sectional shape of this Al film using an SEM revealed that Al was uniformly deposited on the groove portion and on the surface of the thermal oxide film other than the groove, as shown in FIG. I was

【0229】また、同様の溝付き基板上に、上記と同じ
条件でAl膜を2000オングストローム蒸着した。基
板温度は室温である。さらに真空を破ることなく、40
0℃、3時間の熱処理を行った。熱処理後のAl膜の表
面、断面形状をSEMを用いて観察したところ、図29
(c)に示したものと同様に、基板の溝部分はAlから
なる金属配線によってほぼ完全に埋め込まれており、一
方溝以外の熱酸化膜表面にはAlはほとんど堆積してい
ないことが確かめられた。
On the same grooved substrate, an Al film was deposited at 2,000 Å under the same conditions as described above. The substrate temperature is room temperature. 40 without breaking the vacuum
Heat treatment was performed at 0 ° C. for 3 hours. When the surface and cross-sectional shape of the Al film after the heat treatment were observed using an SEM, FIG.
As in the case of (c), it is confirmed that the groove portion of the substrate is almost completely buried by the metal wiring made of Al, while Al is hardly deposited on the surface of the thermal oxide film other than the groove. Was done.

【0230】次に、同様の溝付き基板上に、Al200
0オングストロームとBilMLをAl堆積の初期に同
時に蒸着した。Biの蒸着条件は実施例31と同様であ
り、Alの蒸着条件は上に示した通りである。基板温度
は同じく室温である。続いて、この試料について真空を
破ることなく200℃、3時間の熱処理を行った。熱処
理後のAl膜の表面、断面形状をSEMを用いて観察し
たところ、図29(d)に示したものと同様に、溝部分
はAlからなる金属配線によってほぼ完全に埋め込まれ
ており、一方溝以外の熱酸化膜表面にはAlがほとんど
堆積していないことが確かめられた。
Next, on a similar grooved substrate, Al200
0 Angstrom and BilML were co-deposited early in the Al deposition. The conditions for depositing Bi are the same as those in Example 31, and the conditions for depositing Al are as described above. The substrate temperature is also room temperature. Subsequently, the sample was heat-treated at 200 ° C. for 3 hours without breaking vacuum. When the surface and cross-sectional shape of the Al film after the heat treatment were observed by using an SEM, the groove portion was almost completely buried by the metal wiring made of Al, as shown in FIG. It was confirmed that Al was hardly deposited on the surface of the thermal oxide film other than the grooves.

【0231】Biの他、Ga、In、Cd、Sn、P
b、Tlについても同様の結果が得られた。
In addition to Bi, Ga, In, Cd, Sn, P
Similar results were obtained for b and Tl.

【表20】 [Table 20]

【表21】 [Table 21]

【表22】 [Table 22]

【表23】 [Table 23]

【表24】 [Table 24]

【表25】 [Table 25]

【表26】 [Table 26]

【表27】 [Table 27]

【表28】 [Table 28]

【表29】 [Table 29]

【表30】 [Table 30]

【表31】 [Table 31]

【表32】 [Table 32]

【表33】 [Table 33]

【0232】[0232]

【発明の効果】以上詳述したように、本発明により、高
い信頼性の金属配線を備えた電子部品を提供することが
できる。
As described above, according to the present invention, it is possible to provide an electronic component having highly reliable metal wiring.

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

【図1】 本発明の作用を説明する断面図。FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating the operation of the present invention.

【図2】 本発明の層構造を示す断面図。FIG. 2 is a sectional view showing a layer structure of the present invention.

【図3】 本発明の金属配線構造を示す断面図。FIG. 3 is a sectional view showing a metal wiring structure of the present invention.

【図4】 本発明に用いるマルチターゲットスパッタ装
置を示す図。
FIG. 4 is a diagram showing a multi-target sputtering apparatus used in the present invention.

【図5】 本発明の実施例1に係わる断面図。FIG. 5 is a sectional view according to the first embodiment of the present invention.

【図6】 本発明の実施例3に係わる断面図。FIG. 6 is a sectional view according to a third embodiment of the present invention.

【図7】 本発明の実施例5に係わる断面図。FIG. 7 is a sectional view according to a fifth embodiment of the present invention.

【図8】 本発明の実施例6に係わる断面図。FIG. 8 is a sectional view according to a sixth embodiment of the present invention.

【図9】 本発明の実施例7に係わる断面図。FIG. 9 is a sectional view according to a seventh embodiment of the present invention.

【図10】 本発明の実施例8に係わる断面図。FIG. 10 is a sectional view according to an eighth embodiment of the present invention.

【図11】 本発明の実施例9に係わる配線の製造プロ
セスを示す斜視図。
FIG. 11 is a perspective view showing a wiring manufacturing process according to a ninth embodiment of the present invention.

【図12】 本発明の実施例9に係わる加速試験の結果
を示す特性図。
FIG. 12 is a characteristic diagram showing a result of an acceleration test according to Example 9 of the present invention.

【図13】 本発明の実施例10に係わる断面図。FIG. 13 is a sectional view according to a tenth embodiment of the present invention.

【図14】 本発明の実施例11に係わる配線部を有す
る試験基板を示す平面図。
FIG. 14 is a plan view showing a test board having a wiring section according to Embodiment 11 of the present invention.

【図15】 本発明の実施例14に係わる断面図。FIG. 15 is a sectional view according to a fourteenth embodiment of the present invention.

【図16】 本発明の実施例16に係わる断面図。FIG. 16 is a sectional view according to a sixteenth embodiment of the present invention.

【図17】 本発明の実施例17に係わる断面図。FIG. 17 is a sectional view according to a seventeenth embodiment of the present invention.

【図18】 本発明の実施例18に係わる断面図。FIG. 18 is a sectional view according to Embodiment 18 of the present invention;

【図19】 本発明の実施例19に係わる断面図。FIG. 19 is a sectional view according to a nineteenth embodiment of the present invention.

【図20】 本発明の実施例21に係わる断面図。FIG. 20 is a sectional view according to a twenty-first embodiment of the present invention.

【図21】 本発明で定義されたL/Sを示す断面図。FIG. 21 is a sectional view showing L / S defined by the present invention.

【図22】 本発明の実施例23に係わる製造プロセス
を示す断面図。
FIG. 22 is a sectional view showing a manufacturing process according to Example 23 of the present invention.

【図23】 本発明の実施例25に係わる断面図。FIG. 23 is a sectional view according to a twenty-fifth embodiment of the present invention.

【図24】 本発明の実施例27に係わる断面図。FIG. 24 is a sectional view according to a twenty-seventh embodiment of the present invention.

【図25】 本発明の実施例30に係わるAl膜の結晶
構造を示すRHEED写真。
FIG. 25 is a RHEED photograph showing a crystal structure of an Al film according to Example 30 of the present invention.

【図26】 本発明の実施例35に係わる断面図。FIG. 26 is a cross-sectional view according to a working example 35 of the invention.

【図27】 本発明の実施例38に係わる断面図。FIG. 27 is a sectional view according to a working example 38 of the invention.

【図28】 本発明の実施例41に係わるAl膜の結晶
構造を示すSEM写真。
FIG. 28 is an SEM photograph showing a crystal structure of an Al film according to Example 41 of the present invention.

【図29】 本発明の実施例43に係わる斜視図。FIG. 29 is a perspective view according to Embodiment 43 of the present invention.

【図30】 本発明の実施例49に係わる四端子パター
ンを示す平面図。
FIG. 30 is a plan view showing a four-terminal pattern according to a working example 49 of the invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…基板、2…金属配線、3…非晶質薄膜、5…絶縁
層、6…バリア層、7…ドープ層、30,38…溝、3
7…多結晶膜、50…制御層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Substrate, 2 ... Metal wiring, 3 ... Amorphous thin film, 5 ... Insulating layer, 6 ... Barrier layer, 7 ... Doped layer, 30, 38 ... Groove, 3
7: polycrystalline film, 50: control layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 富田 宏 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株式会社東芝 研究開発センター内 (72)発明者 川ノ上 孝 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株式会社東芝 研究開発センター内 (72)発明者 梶田 明広 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株式会社東芝 研究開発センター内 (72)発明者 川久保 隆 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株式会社東芝 研究開発センター内 (72)発明者 宮内 正視 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株式会社東芝 研究開発センター内 (72)発明者 伊藤 祥代 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株式会社東芝 研究開発センター内 (56)参考文献 特開 平2−82651(JP,A) 特開 平5−90421(JP,A) 特開 平6−214255(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/3205 H01L 21/285 301 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Hiroshi Tomita 1 Toshiba-cho, Komukai-shi, Kawasaki-shi, Kanagawa Pref. Toshiba R & D Center (72) Inventor Takashi Kawanoue Komukai, Sachi-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa 1 Toshiba Town R & D Center, Toshiba Corporation (72) Inventor Akihiro Kajita 1 Koyuki Toshiba Town, Yuki-ku, Kawasaki, Kanagawa Prefecture Inside R & D Center Toshiba Corporation (72) Inventor Takashi Kawakubo, Yuki-ku, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture No. 1, Komukai Toshiba, Toshiba Corporation R & D Center (72) Inventor Masami Miyauchi No. 1, Komukai Toshiba, Yuki-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture Toshiba Corporation R & D Center (72) Inventor, Yoshiyo Ito Kawasaki, Kanagawa No. 1, Komukai Toshiba-cho, Sachi-ku Toshiba R & D Center (56) References JP-A-2-82651 (JP, A) JP-A-5-90421 (JP, A) JP-A-6-214255 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 21/3205 H01L 21/285 301

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 基板上に形成された非晶質薄膜と、この
非晶質薄膜表面上に形成された金属配線とを備え、前記
非晶質薄膜の回折測定で現れるハローパターンのピーク
に対応する原子間距離dsと、前記金属配線の第一隣接
原子間距離で規定される所定の結晶面の面間隔dfとが
略整合し|df−ds|/ds≦0.25であることを特徴
とする電子部品。
1. An amorphous thin film formed on a substrate, and a metal wiring formed on the surface of the amorphous thin film, wherein the metal wiring corresponds to a halo pattern peak appearing in a diffraction measurement of the amorphous thin film. characterized in that it is a /Ds≦0.25 | and interatomic distance ds of the surface interval df of a predetermined crystal plane defined by the first adjacent interatomic distance of the metal wiring is substantially aligned | df-ds Electronic components.
【請求項2】 前記金属配線が、fcc構造を有する純
Al、純Cu、純Au、純Ag、Al−Cu合金、Al
−Ti合金、Al−Cr合金、Al−Ta合金、Al−
Mg合金、Al−In合金、Al−Li合金、Cu−B
e合金、Cu−Ag合金、Au−Pt合金、Au−Ag
合金、Au−Pd合金、Au−Cu合金及びbcc構造
を有する純Wのいずれか1種を主体とすることを特徴と
する請求項1記載の電子部品。
2. The method according to claim 1, wherein the metal wiring has a fcc structure of pure Al, pure Cu, pure Au, pure Ag, Al—Cu alloy, Al
-Ti alloy, Al-Cr alloy, Al-Ta alloy, Al-
Mg alloy, Al-In alloy, Al-Li alloy, Cu-B
e alloy, Cu-Ag alloy, Au-Pt alloy, Au-Ag
2. The electronic component according to claim 1, wherein the electronic component is mainly one of an alloy, an Au-Pd alloy, an Au-Cu alloy, and pure W having a bcc structure.
【請求項3】 前記非晶質薄膜を構成する物質の結晶状
態における表面エネルギーが、前記金属配線を構成する
物質の表面エネルギーよりも大きいことを特徴とする請
求項1記載の電子部品。
3. The electronic component according to claim 1, wherein a surface energy of a substance constituting said amorphous thin film in a crystalline state is larger than a surface energy of a substance constituting said metal wiring.
【請求項4】 前記金属配線の主成分となる金属元素、
この金属元素と金属間化合物を形成し得る元素及び前記
金属元素に全率固溶し得る元素の少なくとも1種が前記
非晶質薄膜中に含有されることを特徴とする請求項1記
載の電子部品。
4. A metal element as a main component of the metal wiring,
The amorphous thin film comprises at least one of an element capable of forming an intermetallic compound with the metal element and an element capable of forming a solid solution with the metal element. Electronic component according to 1.
【請求項5】 前記非晶質薄膜は、Ti、TiNの少な5. The method according to claim 1, wherein the amorphous thin film has a low content of Ti and TiN.
くともいずれかからなるバリア層を介して前記基板上にOn the substrate via a barrier layer composed of at least one of
形成されていることを特徴とする請求項1記載の電子部The electronic part according to claim 1, wherein the electronic part is formed.
品。Goods.
【請求項6】 前記非晶質薄膜は、表面に溝が形成され6. A groove is formed on a surface of the amorphous thin film.
ていることを特徴とする請求項1記載の電子部品。The electronic component according to claim 1, wherein:
【請求項7】 前記金属配線は、複数の金属層を積層し7. The metal wiring is formed by stacking a plurality of metal layers.
た構造を有することを特徴とする請求項1記載の電子部The electronic part according to claim 1, wherein the electronic part has a bent structure.
品。Goods.
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