JPH03196620A - 銅配線の形成法とそれに使用するターゲット - Google Patents

銅配線の形成法とそれに使用するターゲット

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JPH03196620A
JPH03196620A JP33776289A JP33776289A JPH03196620A JP H03196620 A JPH03196620 A JP H03196620A JP 33776289 A JP33776289 A JP 33776289A JP 33776289 A JP33776289 A JP 33776289A JP H03196620 A JPH03196620 A JP H03196620A
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JP
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copper wiring
copper
layer
sputtering
gas
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Application number
JP33776289A
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English (en)
Inventor
Susumu Sawada
澤田 進
Shiyuuichi Irumada
修一 入間田
Takeo Ohashi
建夫 大橋
Hideaki Fukuyo
秀秋 福世
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Eneos Corp
Original Assignee
Nippon Mining Co Ltd
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、LSI等における銅配線を形成する方法、
及びその際に使用する銅合金スパッタリングターゲット
に関するものである。
〈従来技術とその課題〉 従来、LSIの製造においては、配線材料としてM又は
M合金を使用し、スパッタリング被覆法並びにイオンエ
ツチング法によって基板上に所望パターンの配線を形成
するのが一般的であったが、VLS I−?’ULS 
Iの出現に象徴されるように半導体装置に対する高集積
化要求は止まるところを知らず、それに伴ってより一層
微細な配線が必要となってきたことから、最近では該配
線材料としてCuを使用することが検討されている。な
ぜなら、CuはM又はM合金に比べて耐エレクトロンマ
イグレーション性や耐ストレスマイグレーション性に優
れているため断線の危険が少なく、しかも低抵抗である
と言う好ましい特性を有しているためである。
しかし、上記配線材料としてCuの通用を考えた場合、
CuにはStやSi0g膜に拡散し昌いことからP−N
接合のリーク電流を引き起こす原因となり易いとの問題
が指摘され、更に耐酸化性も十分でないため熱処理を施
すとCuの酸化による配線抵抗の上昇が生じるとの問題
もあって、その実用化が今−歩躊躇されていた。ただ、
最近、銅配線層とシリコン基板との間にTiN膜、W膜
、 Mo膜、 Ta膜。
Cr膜等のバリア層を設けて両者の相互拡散を防止する
手段が提案されたこともあり (例えば特開昭63−1
56341号公報や特開昭63−174336号公報等
を参照されたい)、上記拡散に起因したP−N接合のリ
ーク電流を防止する道については先が見透せるになって
きたが、銅配線を形成する工程で必要な熱処理時におけ
る銅配線層の酸化防止については十分な対策が見出され
ていなかった。
ところが、このような状況の中で、下地上への配線用C
u層の形成を“Cu上にTiを配置したモザイクターゲ
ット“を用いたスパッタリングにて行い、続いて形成さ
れたCu−Ti合金薄膜配線層を窒素雰囲気中でアニー
ルして該配線層表面にTiN層を形成させ、これによっ
て耐酸化性を向上させようとの提案がなされた(19B
8年(昭和63年)秋季第49回応用物理学会学術講演
会講演予稿集第2分冊。
第434頁参照〕。
しかしながら、該提案になる方法では、Cu−Ti合金
薄膜層の表面にTiN層を形成させるための所要窒化温
度が800℃程度と高温であるのでLSIの製造に現在
使用されている装置の利用が出来ない上、Cu−Ti合
金自体の比抵抗が高いために窒化処理によってCu中の
Tiの殆んどをTiNとして表面に出さないと十分に低
い比抵抗が得られないとの不都合があり、更にはCu−
Ti合金薄膜層の形成が“Cu上にTi片を置いたター
ゲソビをスパッタする手法で実施されるため作業性の点
でも問題があって工業上十分に満足できるものとは言え
なかった。
このようなことから、本発明が目的としたのは、「耐酸
化性に優れ十分な導電性を発揮する細密銅配線を、格別
に新規な設備を要することなく工業的規模で簡単かつ安
価に形成できる手段」を確立することである。
(課題を解決するための手段) そこで、本発明者等は上記目的を達成すべく数多くの実
験を重ねながら研究を行った結果、「窒化処理によって
“スパッタリング被覆法で形成した銅配線層”の表面に
窒化物層を生成させ銅配線層の酸化防止を図るに当り、
銅配線層中に原子半径の小さなりを含有させておくと、
Tiを含有させた場合よりも格段に低い窒化温度で酸化
防止に有効な窒化物層の形成が可能となる上、“耐酸化
性を発揮するのに十分な厚さのホウ素窒化物層”を形成
させるのに必要なり量がCu中に含まれていても比抵抗
の上昇が小さいので、B含有量が適当範囲に規制されて
おれば銅配線の性能が劣化する虞れもない、しかも、B
含有銅配線層の形成は“Cu−8合金ターゲツトを使用
したスパッタリング被覆法”を通用することにより安定
して実施でき、“Cu上にTi片を置いたモザイクター
ゲット”使用する前記従来提案法のような“スパッタ処
理時のハンドリング性悪化“を招くこともない、」との
新しい知見を得ることができた。
本発明は、上記知見事項等に基づいてなされたものであ
り、 「スパッタリング被覆法を通用して下地の上に銅配線部
を形成するに当って、スパッタリングターゲットとして
Bを0.5〜5%(以降、成分割合を表わす%は重量%
とする)の割合で含有する銅合金ターゲットを用いると
共に、形成された銅配線部をN、ガス又はN Hs含有
雰囲気中で300℃以上に加熱処理して該銅配線部表面
にホウ素窒化物層を形成させることにより、その耐酸化
性を顕著に改善できるようにした点」 に特徴を有し、更には 「耐酸化性銅配線を形成するためのスパッタリングター
ゲットを、Bを0.5〜5%の割合で含有すると共に残
部が実質的にCuから成る銅合金で構成した点」 をも特徴とするものである。
以下、本発明においてスパッタリングターゲットの化学
組成及び処理条件を前記の如くに限定した理由を、その
作用並びに効果と共に詳述する。
く作用及び効果〉 まず、本発明に係るCu−8合金スパツタリングターゲ
ットにおけるB含有量を0.5〜5%と定めたのは、タ
ーゲットのB含有量が0.5%未満であると“スパッタ
処理によって得られるCu−B合金配線層”を窒化処理
してもその表面に十分な厚さの耐酸化保護性を有するホ
ウ素窒化物層が形成されず、一方、5%を超えてBを含
有させると“スパッタ処理によって得られるCu−B合
金配線層“の導電性に悪影響が出るようになるためであ
る。
そして、銅合金配線層を形成させるためのスパッタリン
グターゲットを上記の如き合金形態としたことにより、
スパッタ処理時のハンドリング性に困難が伴うのを防止
できることは先に述べた通りである。
また、上記Cu−8合金スパツタリングターゲットを使
用して形成されたCu−B合金配線層はその後耐酸化性
向上のために窒化処理されるが、該窒化処理は工業的に
極めて容易なN2ガス又はNH。
ガス含有雰囲気中での加熱によって実施される。
この場合、Cu−Ti合金配線層では800℃程度に加
熱しないと形成されなかった“耐酸化保護性に優れる窒
化物表面層″は、Cu−B合金配線層においては300
℃以上程度の非常に低い温度においても形成されるため
、LSIの製造に従来から使用されてきた装置を利用す
ることも十分に可能である。ただ、本発明に係るCu−
B合金配線層であっても、窒化処理温度が300℃を下
回ると“十分な耐酸化保護性を有する窒化ホウ素表面層
”の安定形成が困難となるため、N2ガス又はNH3ガ
ス含有雰囲気中での加熱温度は300℃以上と定めたが
、好ましくは400℃程度以上とするのが良い。なお、
窒化処理雰囲気中の窒素圧は高ければ高いほど良好であ
ることは言うまでもなく、加熱保持時間は加熱温度やC
u−B合金配線層のB含有量等によって適宜調整すれば
良い。
そして、上述のような工程を含んで製造された銅配線は
、その後に熱処理等が施されるようなことがあっても酸
化による性能劣化(導電性の低下や断線の発生)を生じ
ることがなく、半導体装置等の信頬性維持に大きく寄与
することができる。
続いて、本発明を実施例によって更に具体的に説明する
〈実施例〉 Cu−2,5χB合金製のスパッタリングターゲットを
使用したスパッタ処理によりSiO□製基板上基板上1
rts厚のCu−B薄膜(B含有割合は2.5%であっ
た)を形成した後、これを100 P、1の窒素圧雰囲
気中で400℃(基板温度)に加熱し、2時間保持した
次いで、このように窒化処理されたCu−BFI膜の表
層部、並びに該表層部にArイオンエツチング(加速電
圧:1kV)をそれぞれ15分、30分、45分、60
分施したものについて、BとNのピーク付近のxps分
析(X線光電子分光分析)を行ったが、その結果をエツ
チング時間毎に第1乃至5図で示す。
第1乃至5図に示される結果からも明らかなように、C
u−8合金製のスパッタリングターゲットを使用して得
られた銅薄膜では、400℃と言う比較的低い温度の窒
化処理であっても88表面層が形成されることが分かる
そして、上記窒化処理後の銅薄膜を銅配線に予想される
酸化性状態(大気中、450℃)に60分間保持しその
後に導電性の測定を行ったが、この場合でもLSI配線
として十分満足できる値を示し、上記88表面層が優れ
た酸化保護性を有していることが確認された。
なお、これとは別に、それぞれB含有量が0.6%、1
.1%、2.0%、4.2%、4.9%の各Cu−B合
金製スパッタリングターゲットを使用した以外は上記と
同じ条件の処理で得られた窒化処理Cu−BFil膜に
ついても同様の調査を実施したが、この場合にもほぼ同
様の良好な結果を得ることができた。
く効果の総括〉 以上に説明した如(、この発明によれば、性能の優れた
細密銅配線を作業性良く低コストで量産することが可能
となるなど、産業上極めて有用な効果がもたらされる。
4、
【図面の簡単な説明】
第1乃至5図は、 実施例で得られた窒化処理Cu −B*Wj!表面についてのXPS分析の結果をエツチ
ング時間毎にまとめて互いに別に示したものである。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)スパッタリング被覆法を通用して下地の上に銅配
    線部を形成するに際し、スパッタリングターゲットとし
    てBを0.5〜5重量%の割合で含有する銅合金ターゲ
    ットを用いると共に、形成された銅配線部をN_2ガス
    又はNH_3ガス含有雰囲気中で300℃以上に加熱処
    理して該銅配線部表面にホウ素窒化物層を形成させるこ
    とを特徴とする、耐酸化性銅配線の形成方法。
  2. (2)Bを0.5〜5重量%の割合で含有すると共に残
    部が実質的にCuから成ることを特徴とする、耐酸化性
    銅配線を形成するための銅合金スパッタリングターゲッ
    ト。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5953628A (en) * 1997-01-28 1999-09-14 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Method for forming wiring for a semiconductor device
JP2001220667A (ja) * 1999-09-27 2001-08-14 Applied Materials Inc スパッタされたドープ済みのシード層を形成する方法及び装置

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6459938A (en) * 1987-08-31 1989-03-07 Fujitsu Ltd Manufacture of semiconductor device

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