JPH03166731A - 銅又は銅合金の配線方法及び構造 - Google Patents
銅又は銅合金の配線方法及び構造Info
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- JPH03166731A JPH03166731A JP30462289A JP30462289A JPH03166731A JP H03166731 A JPH03166731 A JP H03166731A JP 30462289 A JP30462289 A JP 30462289A JP 30462289 A JP30462289 A JP 30462289A JP H03166731 A JPH03166731 A JP H03166731A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は銅合金配線の表面処理方法に関するものである
。本来銅は耐酸化性が低く微量の酸素雰囲気でも表面が
酸化され、銅配線の信頼性が低下する。そこで、この問
題を解決するために銅配線の表面処理法が必要となって
くる。
。本来銅は耐酸化性が低く微量の酸素雰囲気でも表面が
酸化され、銅配線の信頼性が低下する。そこで、この問
題を解決するために銅配線の表面処理法が必要となって
くる。
従来（特開昭６２− ２９０１５０号）はＣｎの耐酸化
性を向上させるために別の金属や合金で覆う構造が提案
されている。しかしプロセスが複雑であり、しかもその
後の熱履歴により、銅とその上に覆われた金属との反応
も懸念される。そのために配線抵抗の増大や酸化、腐食
の進行が進み配線の信頼性の低下を招くという問題もあ
った。
性を向上させるために別の金属や合金で覆う構造が提案
されている。しかしプロセスが複雑であり、しかもその
後の熱履歴により、銅とその上に覆われた金属との反応
も懸念される。そのために配線抵抗の増大や酸化、腐食
の進行が進み配線の信頼性の低下を招くという問題もあ
った。
本発明が解決しようとする問題点は、鋼の耐酸化性を向
上させるために、他の金属や合金で覆う方法や単に銅を
窒化処理する方法では、その後の熱履歴により銅が酸化
される懸念があった。銅膜は、通常スパッタリング法や
蒸着法により被着されるが，被着後の結晶粒径は通常０
．１〜０．２μｍであり微量酸素でも１００℃程度で酸
化が進行する。そのため，＃ｉ表面を他の金属で覆う選
択ＣＶＤ法や窒化法フッ化法の処理温度でも銅表面は酸
化されてしまう．その結果、金属や合金で覆うか又は窒
化フツ化処理しても、銅表面は残留酸素と反応し酸化銅
が形成されており、その上に耐酸化性膜が被着されてい
る構造であった．これでは、その後の熱履歴により銅表
面の酸化銅は膜中に進行し、配線の信頼性の低下を招く
という問題があった． また銅膜はＳ ｉ Ｏｚ膜との接着性が低く，上記に示
すように選択ＣＶＤ法窒化処理，フツ化処理さらにはパ
ターン形戒のためのエッチング処理時に、銅膜がはがれ
るという問題があった。
上させるために、他の金属や合金で覆う方法や単に銅を
窒化処理する方法では、その後の熱履歴により銅が酸化
される懸念があった。銅膜は、通常スパッタリング法や
蒸着法により被着されるが，被着後の結晶粒径は通常０
．１〜０．２μｍであり微量酸素でも１００℃程度で酸
化が進行する。そのため，＃ｉ表面を他の金属で覆う選
択ＣＶＤ法や窒化法フッ化法の処理温度でも銅表面は酸
化されてしまう．その結果、金属や合金で覆うか又は窒
化フツ化処理しても、銅表面は残留酸素と反応し酸化銅
が形成されており、その上に耐酸化性膜が被着されてい
る構造であった．これでは、その後の熱履歴により銅表
面の酸化銅は膜中に進行し、配線の信頼性の低下を招く
という問題があった． また銅膜はＳ ｉ Ｏｚ膜との接着性が低く，上記に示
すように選択ＣＶＤ法窒化処理，フツ化処理さらにはパ
ターン形戒のためのエッチング処理時に、銅膜がはがれ
るという問題があった。
上記問題点を解決するための本発明は、基板上に銅膜を
被着後、結晶粒径を巨大化し、さらには接着性を向上さ
せるためにアニール処理を施こすことにより達或される
。アニール条件としては，雰囲気中に酸素の巻き込みを
避けるために真空中で行なうか，不活性ガス，窒素，水
素で行なうことが望ましい．またこの場合，微量酸素を
還元する目的で数％の水素を不活性ガス，窒素中に添加
してもかまわない。
被着後、結晶粒径を巨大化し、さらには接着性を向上さ
せるためにアニール処理を施こすことにより達或される
。アニール条件としては，雰囲気中に酸素の巻き込みを
避けるために真空中で行なうか，不活性ガス，窒素，水
素で行なうことが望ましい．またこの場合，微量酸素を
還元する目的で数％の水素を不活性ガス，窒素中に添加
してもかまわない。
あるいは、銅膜を被着時に基板温度を上げ、結晶を或長
させながら被着してもかまわない。
させながら被着してもかまわない。
上記手段を施こすことにより、活性な銅膜は結晶粒径が
成長し、酸素の銅膜中への拡散速度が低下するため耐酸
化性が向上する．また銅膜は不活性化するため，その後
に耐酸化性を向上させる目的で、他の金属や合金を被着
しても、被着時の温度により銅表面が酸化されることは
ない。同様に窒化処理，フツ化処理を施こす場合でも、
銅表面には酸化銅が形成されていないので、安定な窒化
銅フツ化銅を形戒することができる。
成長し、酸素の銅膜中への拡散速度が低下するため耐酸
化性が向上する．また銅膜は不活性化するため，その後
に耐酸化性を向上させる目的で、他の金属や合金を被着
しても、被着時の温度により銅表面が酸化されることは
ない。同様に窒化処理，フツ化処理を施こす場合でも、
銅表面には酸化銅が形成されていないので、安定な窒化
銅フツ化銅を形戒することができる。
一方銅とＳｉＣ）ｚ界面の脱ガス反応が起こり、銅とＳ
ｉＯｚの接着性は向上する。
ｉＯｚの接着性は向上する。
以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。
第１図（ａ）は熱酸化膜２を形成したＳｉ基板上に、例
えばＤＣマグネトロンスパツタ法により銅を例えば５０
００Ａ被着させたものである．被着させたままの状態で
は、銅の結晶粒径は０．２μｍ程度の細かいものである
．それを例えば（ｂ）に示すように窒素雰囲気中で４０
０℃程度の温度でアニールする．それにより銅の結晶粒
径は戒長し，ｌμｍ程度になる。次に（ｃ）に示すよう
にレジスト４をマスクに銅をエッチングする。銅は周知
のように難エッチング性であり、高温で行なう必要があ
る。このとき鋼のグレインは既に巨大化しているため配
ＩＩＡ幅が例えば０．５μｍの場合、配線幅より結晶粒
径のほうが大きいため結晶粒界からの酸素の拡散は抑さ
えられる．その後レジストを酸素プラズマ中で除去する
場合でも、問題はない。次に（ｄ）に示すように層間絶
縁膜５を被着した場合でもある程度の高温に耐えること
ができる． 第２図は，本発明を用いない通常の方法で銅配線を形成
した場合の模式図である。（ａ）に示すように、銅を被
着後グレインを巨大化することなく，エッチングを行な
う場合を示す．レジスト４をマスクとして、エッチング
する場合、レジスト塗布前の加熱で結晶粒界からの酸素
の拡散により酸化される。その後のドライエッチング工
程でも、前記のように高温雰囲気で行なうため、エッチ
ング後は（ｂ）のように全面が酸化銅６で覆われさらに
膜中に酸素が拡散する。レジスト４を除去し、（ｃ）の
ように層間絶縁膜５を被着する。この場合でもある程度
の高温で銅１の酸化は進行し、実質的な銅１の断面積は
減少し、抵抗増加を招く。
えばＤＣマグネトロンスパツタ法により銅を例えば５０
００Ａ被着させたものである．被着させたままの状態で
は、銅の結晶粒径は０．２μｍ程度の細かいものである
．それを例えば（ｂ）に示すように窒素雰囲気中で４０
０℃程度の温度でアニールする．それにより銅の結晶粒
径は戒長し，ｌμｍ程度になる。次に（ｃ）に示すよう
にレジスト４をマスクに銅をエッチングする。銅は周知
のように難エッチング性であり、高温で行なう必要があ
る。このとき鋼のグレインは既に巨大化しているため配
ＩＩＡ幅が例えば０．５μｍの場合、配線幅より結晶粒
径のほうが大きいため結晶粒界からの酸素の拡散は抑さ
えられる．その後レジストを酸素プラズマ中で除去する
場合でも、問題はない。次に（ｄ）に示すように層間絶
縁膜５を被着した場合でもある程度の高温に耐えること
ができる． 第２図は，本発明を用いない通常の方法で銅配線を形成
した場合の模式図である。（ａ）に示すように、銅を被
着後グレインを巨大化することなく，エッチングを行な
う場合を示す．レジスト４をマスクとして、エッチング
する場合、レジスト塗布前の加熱で結晶粒界からの酸素
の拡散により酸化される。その後のドライエッチング工
程でも、前記のように高温雰囲気で行なうため、エッチ
ング後は（ｂ）のように全面が酸化銅６で覆われさらに
膜中に酸素が拡散する。レジスト４を除去し、（ｃ）の
ように層間絶縁膜５を被着する。この場合でもある程度
の高温で銅１の酸化は進行し、実質的な銅１の断面積は
減少し、抵抗増加を招く。
第３図，第４図は耐酸化性を向上させるための方法とし
て，銅表面を選択ＣＶＤ法により他の金属で覆う場合を
示す。第３図は，銅を被着後結晶粒径を巨大化すること
なくエッチングし、その後他の金属で覆う場合を示す。
て，銅表面を選択ＣＶＤ法により他の金属で覆う場合を
示す。第３図は，銅を被着後結晶粒径を巨大化すること
なくエッチングし、その後他の金属で覆う場合を示す。
（ａ）に示すようにエッチング後活性な銅ｌの全面は酸
化銅６で覆われている。その後（ｂ）に示すように例え
ば選択ＣＶＤ法により他の金属７例えばＭｏ，Ｗ等を被
着する。この場合、ある程度の高温例えばＯＯ℃にする
必要があり，残留酸素と銅１が反応し酸化が進行し、そ
の結果酸化銅６の膜厚が増え、酸化銅６の全面が金属７
で覆われている構造となり、耐酸化性の低い配線構造と
なる。一方、本発明を用いて同様な配線構造を形成した
ものが第４図である。第１図に示す様に、パターニング
前に不活性ガス中又は真空中又は窒素中又は水素を数％
含んだフオーミングガス中でアニールするか、被着時に
基板温度を上げ結晶粒径を巨大化したものは耐酸化性に
秀れており，第４図（ａ）に示すように表面は酸化され
ておらず、純粋な銅１のみである。その後金属７を選択
ＣＶＤ法により被着しても、被着時に酸化されず，銅１
の全面が金属７で覆われており、耐酸化性のみならず、
耐マイグレーション性にも秀れた配線構造となる。
化銅６で覆われている。その後（ｂ）に示すように例え
ば選択ＣＶＤ法により他の金属７例えばＭｏ，Ｗ等を被
着する。この場合、ある程度の高温例えばＯＯ℃にする
必要があり，残留酸素と銅１が反応し酸化が進行し、そ
の結果酸化銅６の膜厚が増え、酸化銅６の全面が金属７
で覆われている構造となり、耐酸化性の低い配線構造と
なる。一方、本発明を用いて同様な配線構造を形成した
ものが第４図である。第１図に示す様に、パターニング
前に不活性ガス中又は真空中又は窒素中又は水素を数％
含んだフオーミングガス中でアニールするか、被着時に
基板温度を上げ結晶粒径を巨大化したものは耐酸化性に
秀れており，第４図（ａ）に示すように表面は酸化され
ておらず、純粋な銅１のみである。その後金属７を選択
ＣＶＤ法により被着しても、被着時に酸化されず，銅１
の全面が金属７で覆われており、耐酸化性のみならず、
耐マイグレーション性にも秀れた配線構造となる。
第５図，第６図は耐酸化性を向上させるための他の方法
として、銅表面を窒化，フッ素化する場合を示す。第５
図は、銅を被着後結晶粒径を巨大化することなくエッチ
ングし，その後窒素又はアンモニア雰囲気中で窒化．Ｎ
Ｆａ又はＳＦｓ等のフツ化物雰囲気中でのフツ化処理す
る場合を示す。
として、銅表面を窒化，フッ素化する場合を示す。第５
図は、銅を被着後結晶粒径を巨大化することなくエッチ
ングし，その後窒素又はアンモニア雰囲気中で窒化．Ｎ
Ｆａ又はＳＦｓ等のフツ化物雰囲気中でのフツ化処理す
る場合を示す。
銅工は（ｂ）の様に酸化銅６で覆われているため，窒化
又はフツ化処理しても窒化銅又はフツ化銅は形成されず
、処理時の残留酸素の影響で酸化が進行する．そのため
窒化又はフツ化処理しても耐酸化性は向上しない。
又はフツ化処理しても窒化銅又はフツ化銅は形成されず
、処理時の残留酸素の影響で酸化が進行する．そのため
窒化又はフツ化処理しても耐酸化性は向上しない。
一方、本発明を用いて窒化又はフツ化処理する場合を第
６図に示す。第６図（ａ）は、第４図（ａ）と同様な方
法で形威したものである。その後（ｂ）に示すように窒
化又はフツ化処理を行なう。この時銅表面は酸化されな
いため、銅１と窒素又はフッ素は反応し、全面が窒化銅
又はフツ化銅８で覆われ、耐酸化性が向上する。
６図に示す。第６図（ａ）は、第４図（ａ）と同様な方
法で形威したものである。その後（ｂ）に示すように窒
化又はフツ化処理を行なう。この時銅表面は酸化されな
いため、銅１と窒素又はフッ素は反応し、全面が窒化銅
又はフツ化銅８で覆われ、耐酸化性が向上する。
第７図は第５図又は第６図で記述した様に、窒化処理前
にグレインを巨大化する一方法として水素を数％含有し
た窒素ベースのフオーミングガス中で４５０℃、工時間
アニールしたものと，アズデボの状態つまりアニールな
しのものを窒化処理し、その後酸化したものである。グ
ラフの横軸に酸化時間，後軸に酸化銅の膜厚をとったも
のである。明らかに、アニールを施こし、銅の結晶粒径
を巨大化したもののほうが、アニールを施こさず微細な
結晶粒径のものより銅の酸化される速度が遅く、例えば
１０分後でも酸化銅の膜厚は３００入程度である。この
ように、同じ窒化処理を施こす場合でも，グレインを巨
大化したもののほうが耐酸化性は向上する。さらには，
実質的な銅の断面積の減少もないので，電流密度は増加
することなく、耐マイグレーション性にも秀れた配線が
形成できる。
にグレインを巨大化する一方法として水素を数％含有し
た窒素ベースのフオーミングガス中で４５０℃、工時間
アニールしたものと，アズデボの状態つまりアニールな
しのものを窒化処理し、その後酸化したものである。グ
ラフの横軸に酸化時間，後軸に酸化銅の膜厚をとったも
のである。明らかに、アニールを施こし、銅の結晶粒径
を巨大化したもののほうが、アニールを施こさず微細な
結晶粒径のものより銅の酸化される速度が遅く、例えば
１０分後でも酸化銅の膜厚は３００入程度である。この
ように、同じ窒化処理を施こす場合でも，グレインを巨
大化したもののほうが耐酸化性は向上する。さらには，
実質的な銅の断面積の減少もないので，電流密度は増加
することなく、耐マイグレーション性にも秀れた配線が
形成できる。
第８図はアズデボ時．４００℃，５００℃ア二一ルした
銅膜をＸ線回折法により配向性を調べたものである。５
００℃アニール時の（１ １ １）強度を１とするとア
ズデポ時は約０．６ ５，４ ０ ０℃アニール時では
約０．８５ となっており配向性が高くなることも耐酸
化性を向上させている。
銅膜をＸ線回折法により配向性を調べたものである。５
００℃アニール時の（１ １ １）強度を１とするとア
ズデポ時は約０．６ ５，４ ０ ０℃アニール時では
約０．８５ となっており配向性が高くなることも耐酸
化性を向上させている。
アズデボ時と５００℃アニール時の表面の結晶粒径をＳ
ＥＭ観察によれば，アズデポ時の結晶粒径は０．１〜０
．２μｍであるのに対し、５００℃アニール時はｌ〜２
μｍと或長じており、この結果結晶粒界からの酸素の侵
入が，抑制される。
ＥＭ観察によれば，アズデポ時の結晶粒径は０．１〜０
．２μｍであるのに対し、５００℃アニール時はｌ〜２
μｍと或長じており、この結果結晶粒界からの酸素の侵
入が，抑制される。
以上説明したように、本発明によれば化学的に活性な銅
を不活性化し結晶粒径を巨大化することにより、銅の耐
酸化性は向上し信頼性の高い銅配線を形成することがで
きる。
を不活性化し結晶粒径を巨大化することにより、銅の耐
酸化性は向上し信頼性の高い銅配線を形成することがで
きる。
第ｌ図は本発明を用いて銅配線を形戒後、層間絶縁膜の
形成を示す図、第２図は従来の方法を示す図、第３図，
第４図は銅配線の全面に金属を被着した構造であり、第
３図は従来法を示す図、第４図は本発明法を示す図、第
５図，第６図は銅配線の全面を窒化又はフツ化処理した
構造であり、第５図は従来法を示す図、第６図は本発明
法を示す図、第７図は本発明を用いた場合に窒化処理し
た銅の酸化銅の膜厚増加を結晶粒径が０．２ μｍと
１μｍで比較した図、第８図はアニール処理による配向
性の変化図である。 １・・・銅、２・・・熱酸化膜、３・・・シリコン基板
、４・・・レジスト、５・・・層間絶縁膜，６・・・酸
化銅，７・・・金第 １ 図 第 ２ 図 第 ３ 図 階 ４ 図 ５−１÷ ５ 図 第６図 第７図 呈化人理俊／）ｍ教化・１生比較 アニー）ｖ１：よる＠の配句Ｉｔ生
形成を示す図、第２図は従来の方法を示す図、第３図，
第４図は銅配線の全面に金属を被着した構造であり、第
３図は従来法を示す図、第４図は本発明法を示す図、第
５図，第６図は銅配線の全面を窒化又はフツ化処理した
構造であり、第５図は従来法を示す図、第６図は本発明
法を示す図、第７図は本発明を用いた場合に窒化処理し
た銅の酸化銅の膜厚増加を結晶粒径が０．２ μｍと
１μｍで比較した図、第８図はアニール処理による配向
性の変化図である。 １・・・銅、２・・・熱酸化膜、３・・・シリコン基板
、４・・・レジスト、５・・・層間絶縁膜，６・・・酸
化銅，７・・・金第 １ 図 第 ２ 図 第 ３ 図 階 ４ 図 ５−１÷ ５ 図 第６図 第７図 呈化人理俊／）ｍ教化・１生比較 アニー）ｖ１：よる＠の配句Ｉｔ生
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、少なくとも銅を含む配線の構造において、その結晶
粒径は銅配線の配線幅以上であることを特徴とする銅又
は銅合金の配線構造。 ２、特許請求の範囲第１項において、銅配線の構造は、
２つの結晶が形成する結晶粒界は、銅配線の配線幅以上
かつ配線厚さ以上のものであることを特徴とする銅の配
線構造。 ３、少なくとも銅を含む配線の形成方法において、銅又
は銅合金の結晶粒径を巨大化する工程と、該工程後パタ
ーニングする工程と、該工程後耐酸化性処理を施こし、
該工程後層間絶縁膜を形成する工程を有することを特徴
とする銅又は銅合金の配線方法。 ４、特許請求の範囲第２項において、銅又は銅合金の結
晶粒径を巨大化する工程は、銅又は銅合金を被着後、ア
ニールするか、被着時に基板温度を高温にすることを特
徴とする銅又は銅合金の配線方法。 ５、特許請求の範囲第３項において、アニール雰囲気は
銅又は銅合金を酸化させない不活性ガス、窒素又はそれ
らと水素を含んだ混合ガス、水素ガス又は真空中で行な
うことを特徴とする銅又は銅合金の配線方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30462289A JPH03166731A (ja) | 1989-11-27 | 1989-11-27 | 銅又は銅合金の配線方法及び構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30462289A JPH03166731A (ja) | 1989-11-27 | 1989-11-27 | 銅又は銅合金の配線方法及び構造 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03166731A true JPH03166731A (ja) | 1991-07-18 |
Family
ID=17935243
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30462289A Pending JPH03166731A (ja) | 1989-11-27 | 1989-11-27 | 銅又は銅合金の配線方法及び構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03166731A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6670639B1 (en) | 1999-06-22 | 2003-12-30 | Nec Corporation | Copper interconnection |
| JP2006028642A (ja) * | 2005-07-22 | 2006-02-02 | Dowa Mining Co Ltd | 半導体内部配線 |
| JP2006216986A (ja) * | 2006-04-24 | 2006-08-17 | Dowa Mining Co Ltd | 半導体素子 |
| WO2009063930A1 (ja) * | 2007-11-15 | 2009-05-22 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | 内燃機関用スパークプラグ |
| WO2010143355A1 (ja) * | 2009-06-12 | 2010-12-16 | 三菱マテリアル株式会社 | 配線層構造及びその製造方法 |
-
1989
- 1989-11-27 JP JP30462289A patent/JPH03166731A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US8344604B2 (en) | 2007-11-15 | 2013-01-01 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Spark plug for internal combustion engine |
| JP5200013B2 (ja) * | 2007-11-15 | 2013-05-15 | 日本特殊陶業株式会社 | 内燃機関用スパークプラグ |
| WO2010143355A1 (ja) * | 2009-06-12 | 2010-12-16 | 三菱マテリアル株式会社 | 配線層構造及びその製造方法 |
| JP2010287791A (ja) * | 2009-06-12 | 2010-12-24 | Mitsubishi Materials Corp | 配線層構造及びその製造方法 |
| US8624397B2 (en) | 2009-06-12 | 2014-01-07 | Mitsubishi Materials Corporation | Electrode layer structure for a thin-film transistor and process for manufacture thereof |
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