半導体装置およびその製造方法
【課題】アルミ膜を用いて生産コストの低減を図りながら、歩留りおよび信頼性を両立できる半導体装置およびその製造方法を提供する。
【解決手段】半導体基板１上に形成された酸化膜３上に指向性スパッタによってチタン膜４１が形成される。このチタン膜４１上に通常のスパッタによって窒化チタン膜４２が形成される。さらに、窒化チタン膜４２上に、通常のスパッタによってアルミ膜４３が形成される。チタン膜４１は、（００２）配向し、アルミ膜４３は（１１１）配向する。
【解決手段】半導体基板１上に形成された酸化膜３上に指向性スパッタによってチタン膜４１が形成される。このチタン膜４１上に通常のスパッタによって窒化チタン膜４２が形成される。さらに、窒化チタン膜４２上に、通常のスパッタによってアルミ膜４３が形成される。チタン膜４１は、（００２）配向し、アルミ膜４３は（１１１）配向する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、酸化膜上にアルミ膜を有する半導体装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置に備えられる微細幅および微細間隔の配線（たとえば幅および間隔が１３０ｎｍ以下の配線）は、通常、銅配線によって形成される。銅配線の形成は、層間絶縁膜に形成された配線溝に銅配線層を埋め込むダマシンプロセスによって行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１２４２７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ダマシンプロセスは、高価なプロセスであり、それに応じて生産コストが高くなる。一方、アルミニウムを主成分とする材料（たとえばＡｌＣｕ）からなるアルミ膜は、ドライエッチングによるパターニングが可能であるが、パターニングのためには薄膜化が必要である。これは、主として、ドライエッチングのマスクとして用いるレジストのエッチング耐性に起因する要求である。十分に薄いアルミ膜を用いなければ、配線間ショート等の不具合が生じ、歩留りが悪くなる。しかし、薄いアルミ配線は、ＥＭ（ElectroMigration）寿命の低下を招くので、半導体装置の信頼性が問題となる。
【０００５】
そこで、この発明の目的は、アルミ膜を用いて生産コストの低減を図りながら、歩留りおよび信頼性を両立できる半導体装置およびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に形成された酸化膜上に指向性スパッタによってチタン膜を成膜する工程と、前記チタン膜の上にスパッタによってアルミ膜を成膜する工程とを含む（請求項１）。アルミ膜とは、アルミニウムを主成分とする金属材料からなる膜であり、たとえば、ＡｌＣｕ（たとえばＣｕ組成が０．５％程度のもの）からなる膜が該当する。
【０００７】
この方法によれば、指向性スパッタによってチタン膜が形成されることによって、チタン膜は配向性を有する膜となる。この配向性を有するチタン膜上にスパッタによってアルミ膜を形成すると、このアルミ膜はチタン膜と同様な配向性を有する。つまり、アルミ膜を構成するアルミグレインの配向が揃うことになる。このようなアルミ膜で配線膜を形成すると、エレクトロマイグレーションが生じ難い。したがって、ドライエッチングによるパターニングを考慮してアルミ膜を薄く形成しても、ＥＭ寿命が長くなる。これにより、アルミ膜を用いて生産コストの低減を図りながら、半導体装置の歩留りおよび信頼性を両立できる。
【０００８】
請求項２記載の発明は、前記チタン膜を成膜する工程が、（００２）配向のチタン膜を成膜する工程である、請求項１に記載の半導体装置の製造方法である。（００２）配向とは、たとえば、Ｘ線回折スペクトルにおける（００２）面の回折ピークが、無指向性スパッタ（通常のスパッタ）によって形成されたチタン膜の（００２）面の回折ピークの２倍以上であることをいう。
【０００９】
請求項３記載の発明は、前記アルミ膜を成膜する工程が、（１１１）配向のアルミ膜を成膜する工程である、請求項２に記載の半導体装置の製造方法である。（１１１）配向とは、たとえば、Ｘ線回折スペクトルにおける（１１１）面の回折ピークが、他の面方位の回折スペクトルの２０倍以上であることをいう。
指向性スパッタによってチタン膜を成膜すると、（００２）配向のチタン膜が得られる。この上に通常のスパッタでアルミ膜を形成すると、チタン膜と原子間距離が整合するように、（１１１）配向のアルミ膜が形成される。アルミニウムグレインの（１１１）配向面は、電子の移動を妨げる。（１１１）配向のアルミ膜で配線膜を形成すると、（１１１）配向面が電子の移動方向と平行（膜主面と平行）であるので、エレクトロマイグレーションが生じ難い。したがって、ドライエッチングによるパターニングを考慮してアルミ膜を薄く形成しても、ＥＭ寿命が長くなる。これにより、アルミ膜を用いて生産コストの低減を図りながら、半導体装置の歩留りおよび信頼性を両立できる。
【００１０】
請求項４記載の発明は、前記アルミ膜およびチタン膜をエッチングして、配線を形成する工程をさらに含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法である。このようにエッチング（より具体的にはドライエッチング）によって配線を形成できるので、配線形成のためのコストを低減できる。特に、１３０ｎｍ幅以下および１３０ｎｍ間隔以下の配線（請求項５）であっても、高価なダマシンプロセスを伴う銅配線によらずに形成できるので、半導体装置の生産コストを大幅に低減できる。
【００１１】
エッチングによる配線形成を正確に行って歩留りを向上するためには、前記アルミ膜は厚さが１７５ｎｍ以下であることが好ましい（請求項６）。このような薄いアルミ膜であっても、ＥＭ寿命を２００年以上にできる。チタン膜が配向性の膜でない場合には、２００年のＥＭ寿命達成のために必要とされるアルミ膜の膜厚は２００ｎｍを超える。このような厚いアルミ膜のエッチングが困難であることは前述のとおりである。
【００１２】
請求項７記載の発明は、前記チタン膜の上にスパッタによって窒化チタン膜を成膜する工程をさらに含み、前記アルミ膜を成膜する工程は、前記窒化チタン膜の上にアルミ膜を成膜する工程である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法である。
チタン膜上に直接アルミ膜を成膜すると、チタンとアルミとが反応して、チタンアルミを形成する。この物質は高抵抗であり、しかも反応が半導体基板面内で一様に生じないので、抵抗ばらつきも生じる。そこで、チタン膜上に窒化チタン膜を成膜し、その上にアルミ膜を成膜することにより、上記の不具合を回避できる。窒化チタン膜が間に介在されても、チタン膜の配向性と整合するように配向したアルミ膜が成膜されるので、指向性スパッタによるチタン膜形成の効果は失われない。
【００１３】
請求項８に記載されているように、前記酸化膜は、アモルファス酸化膜であってもよい。たとえば、半導体基板上にトランジスタ素子のゲートを形成した後に酸化膜を形成する場合、熱酸化膜を形成することはできないから、プラズマＣＶＤ（化学的気相成長）法等の堆積法によって酸化膜が形成される。このような場合、形成される酸化膜は、アモルファス酸化膜となる。
【００１４】
この発明の半導体装置は、半導体基板と、前記半導体基板上に形成された酸化膜と、前記酸化膜上に成膜された（００２）配向のチタン膜と、前記チタン膜上に成膜された（１１１）配向のアルミ膜とを含む（請求項９）。
請求項１０に記載されているように、前記チタン膜およびアルミ膜が配線を形成していてもよい。すなわち、チタン膜およびアルミ膜が配線パターンにパターニングされていてもよい。前記配線は、１３０ｎｍ幅以下および１３０ｎｍ間隔以下で形成されていてもよい（請求項１１）。また、前記アルミ膜は厚さが１７５ｎｍ以下であることが好ましい（請求項１２）。
【００１５】
また、請求項１３に記載されているように、前記半導体装置は、前記チタン膜と前記アルミ膜との間に成膜された窒化チタン層をさらに含むことが好ましい。
また、請求項１４に記載されているように、前記酸化膜が、アモルファス酸化膜であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、この発明の一実施形態に係る半導体装置の構成を説明するための図解的な部分斜視図である。
【図２】図２Ａ〜２Ｅは、前記半導体装置の製造工程を説明するための図解的な断面図である。
【図３】図３Ａは、酸化シリコン膜（ＵＳＧ膜）上に指向性スパッタによって形成されたチタン膜の配向性の測定結果（Ｘ線回折スペクトル）を示す図である。図３Ｂは、酸化シリコン膜（ＵＳＧ膜）上に通常のスパッタによって形成されたチタン膜の配向性の測定結果（Ｘ線回折スペクトル）を示す図である。
【図４】図４Ａ（実施例）は、酸化シリコン膜（ＵＳＧ膜）上に指向性スパッタによって（００２）配向したチタン膜を形成し、その上に通常のスパッタで窒化チタン膜を形成し、さらにその上に通常のスパッタでアルミ膜（ＡｌＣｕ膜）を形成し、そのアルミ膜の配向性を測定した結果（Ｘ線回折スペクトル）を示す図である。図４Ｂ（比較例）は、酸化シリコン膜（ＵＳＧ膜）上に通常のスパッタによってチタン膜を形成し、その上に通常のスパッタで窒化チタン膜を形成し、さらにその上に通常のスパッタでアルミ膜（ＡｌＣｕ膜）を形成し、そのアルミ膜の配向性を測定した結果（Ｘ線回折スペクトル）を示す図である。
【図５】図５Ａは、（００２）配向したチタン膜の膜厚を変化させた場合における、図４Ａと同様のＸ線回折スペクトルを示す。また、図５Ｂは、（００２）配向チタン膜の膜厚と、Ａｌ（１１１）のピーク強度との関係を示す。
【図６】図６は、チタン膜上に窒化チタン膜を形成し、その上にアルミ膜（ＡｌＣｕ膜）を形成して配線膜として用いた場合における歩留りおよびＥＭ寿命を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る半導体装置の構成を説明するための図解的な部分斜視図である。この半導体装置は、半導体基板１と、半導体基板１に形成された素子２と、素子２を覆うように形成された層間絶縁膜３と、層間絶縁膜３上に形成された配線膜４とを含む。素子２は、たとえば、トランジスタ素子であり、半導体基板１の表層部に形成されたソース・ドレイン層２１，２２と、ソース・ドレイン層２１，２２の間の半導体層にゲート絶縁膜２５を挟んで対向するゲート電極２３とを含む。ゲート絶縁膜２５は、半導体基板１の表面に形成された熱酸化膜からなる。層間絶縁膜３は、酸化膜からなり、たとえば酸化シリコンで構成されている。この層間絶縁膜３は、プラズマＣＶＤ法等の熱酸化以外の低温成長法で形成された酸化膜（たとえばＵＳＧ(Undoped Silicate Glass)）である。このような酸化膜は、アモルファス酸化膜となる。
【００１８】
配線膜４は、層間絶縁膜３の表面から順に積層されたチタン（Ｔｉ）膜４１と、窒化チタン（ＴｉＮ）膜４２と、アルミ膜４３とを含む。チタン膜４１および窒化チタン膜４２の積層膜はライナー膜と呼ばれることもある。アルミ膜４３は、アルミニウムを主成分とする金属膜であり、たとえば、ＡｌＣｕ膜（たとえばＣｕ組成が０．５％程度）からなっていてもよい。配線膜４は、この実施形態では、平行ストライプ状に形成されている。配線幅Ｗはたとえば１３０ｎｍ以下であり、隣接する配線間の間隔Ｉはたとえば１３０ｎｍ以下である。このような微小幅および微小間隔の配線は、通常では、ダマシンプロセスによって作製される銅配線によって形成されるが、この実施形態では、いわゆるアルミ配線によって形成されている。
【００１９】
チタン膜４１は、ライナー膜の下層を構成しており、この実施形態では、（００２）配向のチタン膜である。すなわち、大部分のグレインの（００２）面が膜主面に平行になって揃っているチタン膜である。このような（００２）配向のチタン膜は、指向性スパッタによって形成することができる。
窒化チタン膜４２は、ライナー膜の上層を構成しており、通常のスパッタ（無指向性スパッタ）によって形成された膜であってもよい。窒化チタン膜４２は、チタン膜４１を構成するチタン原子とアルミ膜４３を構成するアルミニウム原子との反応によるチタンアルミ生成を防ぐバリア層として機能する。
【００２０】
アルミ膜４３は、通常のスパッタ（無指向性スパッタ）によって形成された膜であってもよい。チタン膜４１が（００２）配向しているので、アルミ膜４３は、その影響を受けて、（１１１）配向している。すなわち、アルミ膜４３は、大部分のグレインの（１１１）面が膜主面に平行になって揃っているアルミ膜である。チタングレインの（００２）面とアルミグレインの（１１１）面とは、格子定数が近似しているので、（００２）配向したチタン膜上にアルミ膜を成膜すると、（１１１）配向したアルミ膜が得られる。アルミグレインの（１１１）面は、電子の移動を妨げるので、（１１１）面が電子の移動方向に対して垂直であると、エレクトロマイグレーションが生じやすい。これに対して、この実施形態では、アルミ膜４３が（１１１）配向しているため、大多数のアルミグレインの（１１１）面は、膜主面に平行であり、したがって、電子の移動方向に対して平行である。そのため、エレクトロマイグレーションが生じ難い。
【００２１】
図２Ａ〜２Ｅは、前記半導体装置の製造工程を説明するための図解的な断面図であり、配線膜４の形成工程が示されている。
まず、図２Ａに示すように、たとえば、プラズマＣＶＤによってＵＳＧからなる層間絶縁膜３が形成される。こうして形成された層間絶縁膜３は、アモルファス酸化膜からなる。この層間絶縁膜３上に、指向性スパッタによってチタン膜４１が形成される。指向性スパッタとは、チタン膜４１を構成するチタングレインの方向が揃う条件で行われるスパッタである。指向性スパッタの一つの例は、低圧下で行うロング・スロー・スパッタ（長距離スパッタ）である。また、指向性スパッタの他の例は、ＰＣＭ(Point Cusp Magnetron)方式等のイオン化スパッタである。このような指向性スパッタを行うことによって、（００２）配向したチタン膜４１が形成される。
【００２２】
次に、図２Ｂに示すように、通常のスパッタによって、窒化チタン膜４２が形成される。
その後、図２Ｃに示すように、通常のスパッタによって、アルミ膜４３（たとえばＡｌＣｕ膜）が形成される。アルミ膜４３の膜厚は、１７５ｎｍ以下とされる。
次に、図２Ｄに示すように、配線パターンに対応したパターンのレジストマスク７がアルミ膜４３上に形成される。そして、このレジストマスク７をマスクとしたエッチング（ドライエッチング）によって、レジストマスク７によって覆われていない領域のアルミ膜４３、窒化チタン膜４２およびチタン膜４１が除去される。アルミ膜４３の膜厚が１７５ｎｍ以下であるので、レジストマスク７で覆われていない領域のアルミ膜４３、窒化チタン膜４２およびチタン膜４１は、エッチングによって確実に取り除くことができる。このエッチングの後、レジストマスク７を剥離すると、図２Ｅに示す状態となり、層間絶縁膜３の表面に順に積層されたチタン膜４１、窒化チタン膜４２およびアルミ膜４３からなる配線膜４が形成される。
【００２３】
図３Ａは、酸化シリコン膜（ＵＳＧ膜）上に指向性スパッタによって形成されたチタン膜の配向性の測定結果を示す図であり、Ｘ線回折スペクトルが示されている。また、図３Ｂは、酸化シリコン膜（ＵＳＧ膜）上に通常のスパッタによって形成されたチタン膜の配向性の測定結果を示す図であり、Ｘ線回折スペクトルが示されている。図３Ａおよび図３Ｂにおいて、縦軸は強度（intensity）であり、光電子倍増管による計数結果（cps: count per second）を示す。横軸は、回折角２θ（Ｘ線の回折方向と入射方向の角度差）を示す。
【００２４】
図３Ａ（指向性スパッタ）のスペクトルでは、（００２）配向したＴｉの明瞭なピークが表れており、そのピーク強度は図３Ｂ（通常のスパッタ）のスペクトルにおける対応するピーク強度の２倍以上である。また、図３Ａ（指向性スパッタ）のスペクトルにおいて、（００２）配向したＴｉに対応するピーク強度は、（１００）配向および（１０１）配向のＴｉのピーク強度の２倍以上である。通常のスパッタ（図３Ｂ）では、Ｔｉ（００２）のピーク強度が小さく、アモルファス酸化膜上に（００２）配向したチタン膜を形成できないことが分かる。
【００２５】
図４Ａ（実施例）は、酸化シリコン膜（ＵＳＧ膜）上に指向性スパッタによって（００２）配向したチタン膜を形成し、その上に通常のスパッタで窒化チタン膜を形成し、さらにその上に通常のスパッタでアルミ膜（ＡｌＣｕ膜）を形成し、そのアルミ膜の配向性を測定した結果を示す図である。また、図４Ｂ（比較例）は、酸化シリコン膜（ＵＳＧ膜）上に通常のスパッタによってチタン膜を形成し、その上に通常のスパッタで窒化チタン膜を形成し、さらにその上に通常のスパッタでアルミ膜（ＡｌＣｕ膜）を形成し、そのアルミ膜の配向性を測定した結果を示す図である。図４Ａおよび図４Ｂには、Ｘ線回折スペクトルがそれぞれ示されている。図４Ａおよび図４Ｂにおいて、縦軸は強度（intensity）であり、光電子倍増管による計数結果（cps: count per second）を示す。横軸は、回折角２θ（Ｘ線の回折方向と入射方向の角度差）を示す。
【００２６】
図４Ａ（実施例）のスペクトルでは、（１１１）配向したＡｌの明瞭なピークが表れており、そのピーク強度は図４Ｂ（比較例）のスペクトルにおける対応するピーク強度の２０倍以上である。また、図４Ａ（実施例）のスペクトルでは、（１１１）配向したＡｌに対応するピーク強度は、（２００）配向のＡｌのピーク強度の２０倍以上である。このように、（００２）配向したチタン膜上に通常のスパッタで窒化チタン膜を形成し、この窒化チタン膜上に通常のスパッタでアルミ膜を形成した場合に、そのアルミ膜は（１１１）配向していることが確認された。
【００２７】
図５Ａは、（００２）配向したチタン膜の膜厚を変化させた場合における、図４Ａと同様のＸ線回折スペクトルを示す。また、図５Ｂは、（００２）配向チタン膜の膜厚と、Ａｌ（１１１）のピーク強度との関係を示す。これらの図から、チタン膜の膜厚を大きくするほど、アルミ膜の配向が揃う（配向性が強くなる）ことが分かる。したがって、チタン膜の膜厚を大きくすることにより、アルミ膜からなる配線のＥＭ寿命を長くできる。ＥＭ寿命の長期化の観点では、たとえば、チタン膜の膜厚を１０ｎｍ厚くすることにより、アルミ膜の膜厚を３５〜４０ｎｍ厚くするのと同等の効果がある。
【００２８】
図６は、チタン膜上に窒化チタン膜を形成し、その上にアルミ膜（この例ではＡｌＣｕ膜）を形成して配線膜として用いた場合における歩留りおよびＥＭ寿命を示す。
線Ｌ６１は、アルミ膜の膜厚（横軸）と歩留り（配線短絡故障のない良品比率）との関係を示す。この線Ｌ６１から、アルミ膜の膜厚を厚くするほど歩留りが悪くなることが分かる。これは、アルミ膜の膜厚が厚くなると、エッチング（ドライエッチング）によるパターニングが不良になる確率が高くなるからである。したがって、歩留りの観点からは、アルミ膜の膜厚は、たとえば１７５ｎｍ以下とすることが好ましい。
【００２９】
線Ｌ６２（比較例）は、通常のスパッタで形成したチタン膜上に通常のスパッタで窒化チタン膜を形成し、さらにその上に通常のスパッタでアルミ膜を形成した場合におけるＥＭ寿命の測定結果を示し、アルミ膜の膜厚との関係が示されている。線Ｌ６２から、アルミ膜の膜厚を大きくするほどＥＭ寿命が長くなることが分かる。これは、配線断面積が大きくなり、抵抗が小さくなるからである。したがって、ＥＭ寿命の観点からは、アルミ膜の膜厚は、たとえば２００ｎｍ以上として１００年程度のＥＭ寿命を確保することが好ましい。線Ｌ６２から導かれるアルミ膜の膜厚の好ましい範囲は、線Ｌ６１から導かれるアルミ膜の膜厚の好ましい範囲から離れており、これらは重複範囲を有していない。
【００３０】
線Ｌ６３（実施例）は、指向性スパッタで形成したチタン膜上に通常のスパッタで窒化チタン膜を形成し、さらにその上に通常のスパッタでアルミ膜を形成した場合におけるＥＭ寿命の測定結果を示し、アルミ膜の膜厚との関係が示されている。線Ｌ６２，Ｌ６３の比較から、指向性スパッタでチタン膜を形成することによって、ＥＭ寿命が飛躍的に改善でき、１７５ｎｍ以下の膜厚でも、１００年をはるかに超え、２００年以上のＥＭ寿命を実現できることが分かる。したがって、ＥＭ寿命と歩留りとを両立できる。
【００３１】
以上のように、この実施形態によれば、半導体基板１上に形成された酸化膜からなる層間絶縁膜３上に、指向性スパッタによってチタン膜４１が成膜される。そして、このチタン膜４１上に通常のスパッタによって窒化チタン膜４２が成膜され、その上に通常のスパッタによってアルミ膜４３が成膜される。そして、これらのチタン膜４１、窒化チタン膜４２およびアルミ膜４３が、レジストマスク７を用いたエッチングによって配線パターンにパターニングされることによって、配線膜４が形成される。
【００３２】
指向性スパッタによって成膜されたチタン膜４１は、（００２）配向しているので、この上に窒化チタン膜４２を介して通常のスパッタで形成されるアルミ膜４３は、チタン膜４１と原子間距離が整合するように、（１１１）配向するように形成される。これにより、電子の移動を妨げるアルミニウムグレインの（１１１）配向面が電子の移動方向と平行（膜主面と平行）になるので、エレクトロマイグレーションが生じ難い。これにより、ドライエッチングによるパターニングを考慮してアルミ膜４３を１７５ｎｍ以下の薄膜としても、十分なＥＭ寿命を確保できる。しかも、ダマシンプロセスによって形成される銅配線に比較して、エッチングプロセスで形成できるアルミ配線は、コストが格段に低い。これにより、アルミ膜４３を用いて生産コストの低減を図りながら、１３０ｎｍ幅以下および１３０ｎｍ間隔以下の配線を有する半導体装置の歩留りおよび信頼性を両立できる。
【００３３】
また、この実施形態では、チタン膜４１と、アルミ膜４３との間に窒化チタン膜４２が介在しているので、チタンとアルミとが反応して高抵抗のチタンアルミが形成されることが防がれる。これにより、配線抵抗を低減でき、かつチタンとアルミの反応のばらつきに起因する配線抵抗のばらつきを回避できる。
この実施形態においては、層間絶縁膜３は、アモルファス酸化膜からなる。これは、ゲート電極２３の形成後に形成される酸化膜であるので、熱酸化法による形成を行えず、プラズマＣＶＤ法によって形成されることに起因する。このようなアモルファス酸化膜上であっても、この実施形態により、（１１１）配向したアルミ膜４３を形成できる。
【００３４】
以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明は、さらに他の形態で実施することもできる。たとえば、前述の実施形態では、配線層が一層の構造を示したが、むろん、半導体基板上に複数層の配線層を有する多層配線構造を有する半導体装置にこの発明を適用してもよい。この場合、下層配線ほどアルミ膜を薄く、上層配線ほどアルミ膜を厚く形成してもよい。そして、アルミ膜が薄いほどチタン膜を厚く、アルミ膜が厚いほどチタン膜を薄く形成することが好ましい。これにより、膜厚の小さなアルミ膜の（１１１）配向性を強めることができるので（図５Ａおよび図５Ｂ参照）、薄いアルミ膜を用いた配線であっても、その抵抗を十分に低くすることができる。前述のとおり、アルミ膜の抵抗値低減に関して、チタン膜の膜厚を１０ｎｍ増加するのと、アルミ膜の膜厚を３５〜４０ｎｍ増加するのとが同等の効果を有するので、チタン膜の膜厚を増やすことによって、低抵抗を維持しながら、アルミ膜の膜厚および配線膜全体の膜厚を効果的に低減することができる。これにより、配線膜の薄膜化および微細化（幅および間隔の減少）が可能になる。
【００３５】
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【符号の説明】
【００３６】
１ 半導体基板
２ 素子
２１，２２ ソース・ドレイン層
２３ ゲート電極
２５ ゲート絶縁膜
３ 層間絶縁膜
４ 配線膜
４１ チタン膜
４２ 窒化チタン膜
４３ アルミ膜
７ レジストマスク
Ｉ 配線間隔
Ｗ 配線幅
Ｌ６１ 線（歩留り）
Ｌ６２ 線（比較例：ＥＭ寿命）
Ｌ６３ 線（実施例：ＥＭ寿命）
【技術分野】
【０００１】
この発明は、酸化膜上にアルミ膜を有する半導体装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置に備えられる微細幅および微細間隔の配線（たとえば幅および間隔が１３０ｎｍ以下の配線）は、通常、銅配線によって形成される。銅配線の形成は、層間絶縁膜に形成された配線溝に銅配線層を埋め込むダマシンプロセスによって行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１２４２７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ダマシンプロセスは、高価なプロセスであり、それに応じて生産コストが高くなる。一方、アルミニウムを主成分とする材料（たとえばＡｌＣｕ）からなるアルミ膜は、ドライエッチングによるパターニングが可能であるが、パターニングのためには薄膜化が必要である。これは、主として、ドライエッチングのマスクとして用いるレジストのエッチング耐性に起因する要求である。十分に薄いアルミ膜を用いなければ、配線間ショート等の不具合が生じ、歩留りが悪くなる。しかし、薄いアルミ配線は、ＥＭ（ElectroMigration）寿命の低下を招くので、半導体装置の信頼性が問題となる。
【０００５】
そこで、この発明の目的は、アルミ膜を用いて生産コストの低減を図りながら、歩留りおよび信頼性を両立できる半導体装置およびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に形成された酸化膜上に指向性スパッタによってチタン膜を成膜する工程と、前記チタン膜の上にスパッタによってアルミ膜を成膜する工程とを含む（請求項１）。アルミ膜とは、アルミニウムを主成分とする金属材料からなる膜であり、たとえば、ＡｌＣｕ（たとえばＣｕ組成が０．５％程度のもの）からなる膜が該当する。
【０００７】
この方法によれば、指向性スパッタによってチタン膜が形成されることによって、チタン膜は配向性を有する膜となる。この配向性を有するチタン膜上にスパッタによってアルミ膜を形成すると、このアルミ膜はチタン膜と同様な配向性を有する。つまり、アルミ膜を構成するアルミグレインの配向が揃うことになる。このようなアルミ膜で配線膜を形成すると、エレクトロマイグレーションが生じ難い。したがって、ドライエッチングによるパターニングを考慮してアルミ膜を薄く形成しても、ＥＭ寿命が長くなる。これにより、アルミ膜を用いて生産コストの低減を図りながら、半導体装置の歩留りおよび信頼性を両立できる。
【０００８】
請求項２記載の発明は、前記チタン膜を成膜する工程が、（００２）配向のチタン膜を成膜する工程である、請求項１に記載の半導体装置の製造方法である。（００２）配向とは、たとえば、Ｘ線回折スペクトルにおける（００２）面の回折ピークが、無指向性スパッタ（通常のスパッタ）によって形成されたチタン膜の（００２）面の回折ピークの２倍以上であることをいう。
【０００９】
請求項３記載の発明は、前記アルミ膜を成膜する工程が、（１１１）配向のアルミ膜を成膜する工程である、請求項２に記載の半導体装置の製造方法である。（１１１）配向とは、たとえば、Ｘ線回折スペクトルにおける（１１１）面の回折ピークが、他の面方位の回折スペクトルの２０倍以上であることをいう。
指向性スパッタによってチタン膜を成膜すると、（００２）配向のチタン膜が得られる。この上に通常のスパッタでアルミ膜を形成すると、チタン膜と原子間距離が整合するように、（１１１）配向のアルミ膜が形成される。アルミニウムグレインの（１１１）配向面は、電子の移動を妨げる。（１１１）配向のアルミ膜で配線膜を形成すると、（１１１）配向面が電子の移動方向と平行（膜主面と平行）であるので、エレクトロマイグレーションが生じ難い。したがって、ドライエッチングによるパターニングを考慮してアルミ膜を薄く形成しても、ＥＭ寿命が長くなる。これにより、アルミ膜を用いて生産コストの低減を図りながら、半導体装置の歩留りおよび信頼性を両立できる。
【００１０】
請求項４記載の発明は、前記アルミ膜およびチタン膜をエッチングして、配線を形成する工程をさらに含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法である。このようにエッチング（より具体的にはドライエッチング）によって配線を形成できるので、配線形成のためのコストを低減できる。特に、１３０ｎｍ幅以下および１３０ｎｍ間隔以下の配線（請求項５）であっても、高価なダマシンプロセスを伴う銅配線によらずに形成できるので、半導体装置の生産コストを大幅に低減できる。
【００１１】
エッチングによる配線形成を正確に行って歩留りを向上するためには、前記アルミ膜は厚さが１７５ｎｍ以下であることが好ましい（請求項６）。このような薄いアルミ膜であっても、ＥＭ寿命を２００年以上にできる。チタン膜が配向性の膜でない場合には、２００年のＥＭ寿命達成のために必要とされるアルミ膜の膜厚は２００ｎｍを超える。このような厚いアルミ膜のエッチングが困難であることは前述のとおりである。
【００１２】
請求項７記載の発明は、前記チタン膜の上にスパッタによって窒化チタン膜を成膜する工程をさらに含み、前記アルミ膜を成膜する工程は、前記窒化チタン膜の上にアルミ膜を成膜する工程である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法である。
チタン膜上に直接アルミ膜を成膜すると、チタンとアルミとが反応して、チタンアルミを形成する。この物質は高抵抗であり、しかも反応が半導体基板面内で一様に生じないので、抵抗ばらつきも生じる。そこで、チタン膜上に窒化チタン膜を成膜し、その上にアルミ膜を成膜することにより、上記の不具合を回避できる。窒化チタン膜が間に介在されても、チタン膜の配向性と整合するように配向したアルミ膜が成膜されるので、指向性スパッタによるチタン膜形成の効果は失われない。
【００１３】
請求項８に記載されているように、前記酸化膜は、アモルファス酸化膜であってもよい。たとえば、半導体基板上にトランジスタ素子のゲートを形成した後に酸化膜を形成する場合、熱酸化膜を形成することはできないから、プラズマＣＶＤ（化学的気相成長）法等の堆積法によって酸化膜が形成される。このような場合、形成される酸化膜は、アモルファス酸化膜となる。
【００１４】
この発明の半導体装置は、半導体基板と、前記半導体基板上に形成された酸化膜と、前記酸化膜上に成膜された（００２）配向のチタン膜と、前記チタン膜上に成膜された（１１１）配向のアルミ膜とを含む（請求項９）。
請求項１０に記載されているように、前記チタン膜およびアルミ膜が配線を形成していてもよい。すなわち、チタン膜およびアルミ膜が配線パターンにパターニングされていてもよい。前記配線は、１３０ｎｍ幅以下および１３０ｎｍ間隔以下で形成されていてもよい（請求項１１）。また、前記アルミ膜は厚さが１７５ｎｍ以下であることが好ましい（請求項１２）。
【００１５】
また、請求項１３に記載されているように、前記半導体装置は、前記チタン膜と前記アルミ膜との間に成膜された窒化チタン層をさらに含むことが好ましい。
また、請求項１４に記載されているように、前記酸化膜が、アモルファス酸化膜であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、この発明の一実施形態に係る半導体装置の構成を説明するための図解的な部分斜視図である。
【図２】図２Ａ〜２Ｅは、前記半導体装置の製造工程を説明するための図解的な断面図である。
【図３】図３Ａは、酸化シリコン膜（ＵＳＧ膜）上に指向性スパッタによって形成されたチタン膜の配向性の測定結果（Ｘ線回折スペクトル）を示す図である。図３Ｂは、酸化シリコン膜（ＵＳＧ膜）上に通常のスパッタによって形成されたチタン膜の配向性の測定結果（Ｘ線回折スペクトル）を示す図である。
【図４】図４Ａ（実施例）は、酸化シリコン膜（ＵＳＧ膜）上に指向性スパッタによって（００２）配向したチタン膜を形成し、その上に通常のスパッタで窒化チタン膜を形成し、さらにその上に通常のスパッタでアルミ膜（ＡｌＣｕ膜）を形成し、そのアルミ膜の配向性を測定した結果（Ｘ線回折スペクトル）を示す図である。図４Ｂ（比較例）は、酸化シリコン膜（ＵＳＧ膜）上に通常のスパッタによってチタン膜を形成し、その上に通常のスパッタで窒化チタン膜を形成し、さらにその上に通常のスパッタでアルミ膜（ＡｌＣｕ膜）を形成し、そのアルミ膜の配向性を測定した結果（Ｘ線回折スペクトル）を示す図である。
【図５】図５Ａは、（００２）配向したチタン膜の膜厚を変化させた場合における、図４Ａと同様のＸ線回折スペクトルを示す。また、図５Ｂは、（００２）配向チタン膜の膜厚と、Ａｌ（１１１）のピーク強度との関係を示す。
【図６】図６は、チタン膜上に窒化チタン膜を形成し、その上にアルミ膜（ＡｌＣｕ膜）を形成して配線膜として用いた場合における歩留りおよびＥＭ寿命を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る半導体装置の構成を説明するための図解的な部分斜視図である。この半導体装置は、半導体基板１と、半導体基板１に形成された素子２と、素子２を覆うように形成された層間絶縁膜３と、層間絶縁膜３上に形成された配線膜４とを含む。素子２は、たとえば、トランジスタ素子であり、半導体基板１の表層部に形成されたソース・ドレイン層２１，２２と、ソース・ドレイン層２１，２２の間の半導体層にゲート絶縁膜２５を挟んで対向するゲート電極２３とを含む。ゲート絶縁膜２５は、半導体基板１の表面に形成された熱酸化膜からなる。層間絶縁膜３は、酸化膜からなり、たとえば酸化シリコンで構成されている。この層間絶縁膜３は、プラズマＣＶＤ法等の熱酸化以外の低温成長法で形成された酸化膜（たとえばＵＳＧ(Undoped Silicate Glass)）である。このような酸化膜は、アモルファス酸化膜となる。
【００１８】
配線膜４は、層間絶縁膜３の表面から順に積層されたチタン（Ｔｉ）膜４１と、窒化チタン（ＴｉＮ）膜４２と、アルミ膜４３とを含む。チタン膜４１および窒化チタン膜４２の積層膜はライナー膜と呼ばれることもある。アルミ膜４３は、アルミニウムを主成分とする金属膜であり、たとえば、ＡｌＣｕ膜（たとえばＣｕ組成が０．５％程度）からなっていてもよい。配線膜４は、この実施形態では、平行ストライプ状に形成されている。配線幅Ｗはたとえば１３０ｎｍ以下であり、隣接する配線間の間隔Ｉはたとえば１３０ｎｍ以下である。このような微小幅および微小間隔の配線は、通常では、ダマシンプロセスによって作製される銅配線によって形成されるが、この実施形態では、いわゆるアルミ配線によって形成されている。
【００１９】
チタン膜４１は、ライナー膜の下層を構成しており、この実施形態では、（００２）配向のチタン膜である。すなわち、大部分のグレインの（００２）面が膜主面に平行になって揃っているチタン膜である。このような（００２）配向のチタン膜は、指向性スパッタによって形成することができる。
窒化チタン膜４２は、ライナー膜の上層を構成しており、通常のスパッタ（無指向性スパッタ）によって形成された膜であってもよい。窒化チタン膜４２は、チタン膜４１を構成するチタン原子とアルミ膜４３を構成するアルミニウム原子との反応によるチタンアルミ生成を防ぐバリア層として機能する。
【００２０】
アルミ膜４３は、通常のスパッタ（無指向性スパッタ）によって形成された膜であってもよい。チタン膜４１が（００２）配向しているので、アルミ膜４３は、その影響を受けて、（１１１）配向している。すなわち、アルミ膜４３は、大部分のグレインの（１１１）面が膜主面に平行になって揃っているアルミ膜である。チタングレインの（００２）面とアルミグレインの（１１１）面とは、格子定数が近似しているので、（００２）配向したチタン膜上にアルミ膜を成膜すると、（１１１）配向したアルミ膜が得られる。アルミグレインの（１１１）面は、電子の移動を妨げるので、（１１１）面が電子の移動方向に対して垂直であると、エレクトロマイグレーションが生じやすい。これに対して、この実施形態では、アルミ膜４３が（１１１）配向しているため、大多数のアルミグレインの（１１１）面は、膜主面に平行であり、したがって、電子の移動方向に対して平行である。そのため、エレクトロマイグレーションが生じ難い。
【００２１】
図２Ａ〜２Ｅは、前記半導体装置の製造工程を説明するための図解的な断面図であり、配線膜４の形成工程が示されている。
まず、図２Ａに示すように、たとえば、プラズマＣＶＤによってＵＳＧからなる層間絶縁膜３が形成される。こうして形成された層間絶縁膜３は、アモルファス酸化膜からなる。この層間絶縁膜３上に、指向性スパッタによってチタン膜４１が形成される。指向性スパッタとは、チタン膜４１を構成するチタングレインの方向が揃う条件で行われるスパッタである。指向性スパッタの一つの例は、低圧下で行うロング・スロー・スパッタ（長距離スパッタ）である。また、指向性スパッタの他の例は、ＰＣＭ(Point Cusp Magnetron)方式等のイオン化スパッタである。このような指向性スパッタを行うことによって、（００２）配向したチタン膜４１が形成される。
【００２２】
次に、図２Ｂに示すように、通常のスパッタによって、窒化チタン膜４２が形成される。
その後、図２Ｃに示すように、通常のスパッタによって、アルミ膜４３（たとえばＡｌＣｕ膜）が形成される。アルミ膜４３の膜厚は、１７５ｎｍ以下とされる。
次に、図２Ｄに示すように、配線パターンに対応したパターンのレジストマスク７がアルミ膜４３上に形成される。そして、このレジストマスク７をマスクとしたエッチング（ドライエッチング）によって、レジストマスク７によって覆われていない領域のアルミ膜４３、窒化チタン膜４２およびチタン膜４１が除去される。アルミ膜４３の膜厚が１７５ｎｍ以下であるので、レジストマスク７で覆われていない領域のアルミ膜４３、窒化チタン膜４２およびチタン膜４１は、エッチングによって確実に取り除くことができる。このエッチングの後、レジストマスク７を剥離すると、図２Ｅに示す状態となり、層間絶縁膜３の表面に順に積層されたチタン膜４１、窒化チタン膜４２およびアルミ膜４３からなる配線膜４が形成される。
【００２３】
図３Ａは、酸化シリコン膜（ＵＳＧ膜）上に指向性スパッタによって形成されたチタン膜の配向性の測定結果を示す図であり、Ｘ線回折スペクトルが示されている。また、図３Ｂは、酸化シリコン膜（ＵＳＧ膜）上に通常のスパッタによって形成されたチタン膜の配向性の測定結果を示す図であり、Ｘ線回折スペクトルが示されている。図３Ａおよび図３Ｂにおいて、縦軸は強度（intensity）であり、光電子倍増管による計数結果（cps: count per second）を示す。横軸は、回折角２θ（Ｘ線の回折方向と入射方向の角度差）を示す。
【００２４】
図３Ａ（指向性スパッタ）のスペクトルでは、（００２）配向したＴｉの明瞭なピークが表れており、そのピーク強度は図３Ｂ（通常のスパッタ）のスペクトルにおける対応するピーク強度の２倍以上である。また、図３Ａ（指向性スパッタ）のスペクトルにおいて、（００２）配向したＴｉに対応するピーク強度は、（１００）配向および（１０１）配向のＴｉのピーク強度の２倍以上である。通常のスパッタ（図３Ｂ）では、Ｔｉ（００２）のピーク強度が小さく、アモルファス酸化膜上に（００２）配向したチタン膜を形成できないことが分かる。
【００２５】
図４Ａ（実施例）は、酸化シリコン膜（ＵＳＧ膜）上に指向性スパッタによって（００２）配向したチタン膜を形成し、その上に通常のスパッタで窒化チタン膜を形成し、さらにその上に通常のスパッタでアルミ膜（ＡｌＣｕ膜）を形成し、そのアルミ膜の配向性を測定した結果を示す図である。また、図４Ｂ（比較例）は、酸化シリコン膜（ＵＳＧ膜）上に通常のスパッタによってチタン膜を形成し、その上に通常のスパッタで窒化チタン膜を形成し、さらにその上に通常のスパッタでアルミ膜（ＡｌＣｕ膜）を形成し、そのアルミ膜の配向性を測定した結果を示す図である。図４Ａおよび図４Ｂには、Ｘ線回折スペクトルがそれぞれ示されている。図４Ａおよび図４Ｂにおいて、縦軸は強度（intensity）であり、光電子倍増管による計数結果（cps: count per second）を示す。横軸は、回折角２θ（Ｘ線の回折方向と入射方向の角度差）を示す。
【００２６】
図４Ａ（実施例）のスペクトルでは、（１１１）配向したＡｌの明瞭なピークが表れており、そのピーク強度は図４Ｂ（比較例）のスペクトルにおける対応するピーク強度の２０倍以上である。また、図４Ａ（実施例）のスペクトルでは、（１１１）配向したＡｌに対応するピーク強度は、（２００）配向のＡｌのピーク強度の２０倍以上である。このように、（００２）配向したチタン膜上に通常のスパッタで窒化チタン膜を形成し、この窒化チタン膜上に通常のスパッタでアルミ膜を形成した場合に、そのアルミ膜は（１１１）配向していることが確認された。
【００２７】
図５Ａは、（００２）配向したチタン膜の膜厚を変化させた場合における、図４Ａと同様のＸ線回折スペクトルを示す。また、図５Ｂは、（００２）配向チタン膜の膜厚と、Ａｌ（１１１）のピーク強度との関係を示す。これらの図から、チタン膜の膜厚を大きくするほど、アルミ膜の配向が揃う（配向性が強くなる）ことが分かる。したがって、チタン膜の膜厚を大きくすることにより、アルミ膜からなる配線のＥＭ寿命を長くできる。ＥＭ寿命の長期化の観点では、たとえば、チタン膜の膜厚を１０ｎｍ厚くすることにより、アルミ膜の膜厚を３５〜４０ｎｍ厚くするのと同等の効果がある。
【００２８】
図６は、チタン膜上に窒化チタン膜を形成し、その上にアルミ膜（この例ではＡｌＣｕ膜）を形成して配線膜として用いた場合における歩留りおよびＥＭ寿命を示す。
線Ｌ６１は、アルミ膜の膜厚（横軸）と歩留り（配線短絡故障のない良品比率）との関係を示す。この線Ｌ６１から、アルミ膜の膜厚を厚くするほど歩留りが悪くなることが分かる。これは、アルミ膜の膜厚が厚くなると、エッチング（ドライエッチング）によるパターニングが不良になる確率が高くなるからである。したがって、歩留りの観点からは、アルミ膜の膜厚は、たとえば１７５ｎｍ以下とすることが好ましい。
【００２９】
線Ｌ６２（比較例）は、通常のスパッタで形成したチタン膜上に通常のスパッタで窒化チタン膜を形成し、さらにその上に通常のスパッタでアルミ膜を形成した場合におけるＥＭ寿命の測定結果を示し、アルミ膜の膜厚との関係が示されている。線Ｌ６２から、アルミ膜の膜厚を大きくするほどＥＭ寿命が長くなることが分かる。これは、配線断面積が大きくなり、抵抗が小さくなるからである。したがって、ＥＭ寿命の観点からは、アルミ膜の膜厚は、たとえば２００ｎｍ以上として１００年程度のＥＭ寿命を確保することが好ましい。線Ｌ６２から導かれるアルミ膜の膜厚の好ましい範囲は、線Ｌ６１から導かれるアルミ膜の膜厚の好ましい範囲から離れており、これらは重複範囲を有していない。
【００３０】
線Ｌ６３（実施例）は、指向性スパッタで形成したチタン膜上に通常のスパッタで窒化チタン膜を形成し、さらにその上に通常のスパッタでアルミ膜を形成した場合におけるＥＭ寿命の測定結果を示し、アルミ膜の膜厚との関係が示されている。線Ｌ６２，Ｌ６３の比較から、指向性スパッタでチタン膜を形成することによって、ＥＭ寿命が飛躍的に改善でき、１７５ｎｍ以下の膜厚でも、１００年をはるかに超え、２００年以上のＥＭ寿命を実現できることが分かる。したがって、ＥＭ寿命と歩留りとを両立できる。
【００３１】
以上のように、この実施形態によれば、半導体基板１上に形成された酸化膜からなる層間絶縁膜３上に、指向性スパッタによってチタン膜４１が成膜される。そして、このチタン膜４１上に通常のスパッタによって窒化チタン膜４２が成膜され、その上に通常のスパッタによってアルミ膜４３が成膜される。そして、これらのチタン膜４１、窒化チタン膜４２およびアルミ膜４３が、レジストマスク７を用いたエッチングによって配線パターンにパターニングされることによって、配線膜４が形成される。
【００３２】
指向性スパッタによって成膜されたチタン膜４１は、（００２）配向しているので、この上に窒化チタン膜４２を介して通常のスパッタで形成されるアルミ膜４３は、チタン膜４１と原子間距離が整合するように、（１１１）配向するように形成される。これにより、電子の移動を妨げるアルミニウムグレインの（１１１）配向面が電子の移動方向と平行（膜主面と平行）になるので、エレクトロマイグレーションが生じ難い。これにより、ドライエッチングによるパターニングを考慮してアルミ膜４３を１７５ｎｍ以下の薄膜としても、十分なＥＭ寿命を確保できる。しかも、ダマシンプロセスによって形成される銅配線に比較して、エッチングプロセスで形成できるアルミ配線は、コストが格段に低い。これにより、アルミ膜４３を用いて生産コストの低減を図りながら、１３０ｎｍ幅以下および１３０ｎｍ間隔以下の配線を有する半導体装置の歩留りおよび信頼性を両立できる。
【００３３】
また、この実施形態では、チタン膜４１と、アルミ膜４３との間に窒化チタン膜４２が介在しているので、チタンとアルミとが反応して高抵抗のチタンアルミが形成されることが防がれる。これにより、配線抵抗を低減でき、かつチタンとアルミの反応のばらつきに起因する配線抵抗のばらつきを回避できる。
この実施形態においては、層間絶縁膜３は、アモルファス酸化膜からなる。これは、ゲート電極２３の形成後に形成される酸化膜であるので、熱酸化法による形成を行えず、プラズマＣＶＤ法によって形成されることに起因する。このようなアモルファス酸化膜上であっても、この実施形態により、（１１１）配向したアルミ膜４３を形成できる。
【００３４】
以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明は、さらに他の形態で実施することもできる。たとえば、前述の実施形態では、配線層が一層の構造を示したが、むろん、半導体基板上に複数層の配線層を有する多層配線構造を有する半導体装置にこの発明を適用してもよい。この場合、下層配線ほどアルミ膜を薄く、上層配線ほどアルミ膜を厚く形成してもよい。そして、アルミ膜が薄いほどチタン膜を厚く、アルミ膜が厚いほどチタン膜を薄く形成することが好ましい。これにより、膜厚の小さなアルミ膜の（１１１）配向性を強めることができるので（図５Ａおよび図５Ｂ参照）、薄いアルミ膜を用いた配線であっても、その抵抗を十分に低くすることができる。前述のとおり、アルミ膜の抵抗値低減に関して、チタン膜の膜厚を１０ｎｍ増加するのと、アルミ膜の膜厚を３５〜４０ｎｍ増加するのとが同等の効果を有するので、チタン膜の膜厚を増やすことによって、低抵抗を維持しながら、アルミ膜の膜厚および配線膜全体の膜厚を効果的に低減することができる。これにより、配線膜の薄膜化および微細化（幅および間隔の減少）が可能になる。
【００３５】
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【符号の説明】
【００３６】
１ 半導体基板
２ 素子
２１，２２ ソース・ドレイン層
２３ ゲート電極
２５ ゲート絶縁膜
３ 層間絶縁膜
４ 配線膜
４１ チタン膜
４２ 窒化チタン膜
４３ アルミ膜
７ レジストマスク
Ｉ 配線間隔
Ｗ 配線幅
Ｌ６１ 線（歩留り）
Ｌ６２ 線（比較例：ＥＭ寿命）
Ｌ６３ 線（実施例：ＥＭ寿命）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に形成された酸化膜上に指向性スパッタによってチタン膜を成膜する工程と、
前記チタン膜の上にスパッタによってアルミ膜を成膜する工程とを含む、半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記チタン膜を成膜する工程が、（００２）配向のチタン膜を成膜する工程である、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記アルミ膜を成膜する工程が、（１１１）配向のアルミ膜を成膜する工程である、請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記アルミ膜およびチタン膜をエッチングして、配線を形成する工程をさらに含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記配線の幅が１３０ｎｍ以下であり、前記配線間の間隔が１３０ｎｍ以下であるように、前記配線が形成される、請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記アルミ膜が、１７５ｎｍ以下の膜厚に形成される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記チタン膜の上にスパッタによって窒化チタン膜を成膜する工程をさらに含み、
前記アルミ膜を成膜する工程は、前記窒化チタン膜の上にアルミ膜を成膜する工程である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記酸化膜が、アモルファス酸化膜である、請求項１〜７のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
半導体基板と、
前記半導体基板上に形成された酸化膜と、
前記酸化膜上に成膜された（００２）配向のチタン膜と、
前記チタン膜上に成膜された（１１１）配向のアルミ膜とを含む、半導体装置。
【請求項１０】
前記チタン膜およびアルミ膜が配線を形成している、請求項９に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記配線の幅が１３０ｎｍ以下であり、前記配線間の間隔が１３０ｎｍ以下である、請求項１０に記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記アルミ膜の膜厚が１７５ｎｍ以下である、請求項９〜１１のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１３】
前記チタン膜と前記アルミ膜との間に成膜された窒化チタン層をさらに含む、請求項９〜１２のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１４】
前記酸化膜が、アモルファス酸化膜である、請求項９〜１３のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１】
半導体基板上に形成された酸化膜上に指向性スパッタによってチタン膜を成膜する工程と、
前記チタン膜の上にスパッタによってアルミ膜を成膜する工程とを含む、半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記チタン膜を成膜する工程が、（００２）配向のチタン膜を成膜する工程である、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記アルミ膜を成膜する工程が、（１１１）配向のアルミ膜を成膜する工程である、請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記アルミ膜およびチタン膜をエッチングして、配線を形成する工程をさらに含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記配線の幅が１３０ｎｍ以下であり、前記配線間の間隔が１３０ｎｍ以下であるように、前記配線が形成される、請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記アルミ膜が、１７５ｎｍ以下の膜厚に形成される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記チタン膜の上にスパッタによって窒化チタン膜を成膜する工程をさらに含み、
前記アルミ膜を成膜する工程は、前記窒化チタン膜の上にアルミ膜を成膜する工程である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記酸化膜が、アモルファス酸化膜である、請求項１〜７のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
半導体基板と、
前記半導体基板上に形成された酸化膜と、
前記酸化膜上に成膜された（００２）配向のチタン膜と、
前記チタン膜上に成膜された（１１１）配向のアルミ膜とを含む、半導体装置。
【請求項１０】
前記チタン膜およびアルミ膜が配線を形成している、請求項９に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記配線の幅が１３０ｎｍ以下であり、前記配線間の間隔が１３０ｎｍ以下である、請求項１０に記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記アルミ膜の膜厚が１７５ｎｍ以下である、請求項９〜１１のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１３】
前記チタン膜と前記アルミ膜との間に成膜された窒化チタン層をさらに含む、請求項９〜１２のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１４】
前記酸化膜が、アモルファス酸化膜である、請求項９〜１３のいずれか一項に記載の半導体装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１６４９４０（Ｐ２０１２−１６４９４０Ａ）
【公開日】平成２４年８月３０日（２０１２．８．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２６３０７（Ｐ２０１１−２６３０７）
【出願日】平成２３年２月９日（２０１１．２．９）
【出願人】（０００１１６０２４）ローム株式会社 (3,539)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月３０日（２０１２．８．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月９日（２０１１．２．９）
【出願人】（０００１１６０２４）ローム株式会社 (3,539)
【Ｆターム（参考）】
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