JPH04350937A - 銅配線の処理方法 - Google Patents

銅配線の処理方法

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JPH04350937A
JPH04350937A JP12416791A JP12416791A JPH04350937A JP H04350937 A JPH04350937 A JP H04350937A JP 12416791 A JP12416791 A JP 12416791A JP 12416791 A JP12416791 A JP 12416791A JP H04350937 A JPH04350937 A JP H04350937A
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JP
Japan
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copper
wiring
copper wiring
layer
insulating film
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Application number
JP12416791A
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English (en)
Inventor
Junichi Sato
淳一 佐藤
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造プロ
セスで用いられる銅配線の処理方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、ULSIの高集積化に伴い、電極
配線は微細化傾向にある。電極配線材料としてはアルミ
ニウムあるいはアルミニウム系合金が多用されてきたが
、配線の線幅が減少するにつれて、エレクトロマイグレ
ーションが厳しく、信頼性を保証することが難しくなっ
てきている。そこで、アルミニウムに代る配線材料とし
てモリブデン(Mo),タングステン(W)などの高融
点金属が試されているが、その抵抗はバルクでアルミニ
ウムの2倍以上と高く、薄膜ではさらに高い。従ってエ
レクトロマイグレーションに強く、低抵抗な材料が求め
られている。そこで、アルミニウムに代わる配線材料と
して銅(Cu)を用いることが考えられている(月刊S
emiconductor  World  1988
.6  第89頁〜第93頁参照)。銅は、低抵抗でエ
レクトロマイグレーションに強く、微細デバイスへの形
成を可能にする。
【0003】しかしながら、銅配線がこれまでにデバイ
スに適用されなかった理由は、Cuが酸素を数%でも含
む雰囲気において、200℃程度の温度で酸化されるた
めであった。即ち、ウエハプロセスにおいては、CVD
法による絶縁膜形成・アニール等、Cu膜が高温で酸素
雰囲気に晒される工程を経るため、そこで酸化されてし
まうという問題を生じていた。例えば、Cu配線形成後
に絶縁膜としてCVD法によりSiO2膜を形成する場
合には、ウエハは例えばSiH4+N2Oガス中で基板
温度300℃〜400℃に晒される。このとき、反応ガ
スに含まれる酸素によってCuは酸化される。また、C
u配線形成後にアニールを行なう場合は、通常の電気炉
でN2を流して400℃〜700℃で行なわれるが、炉
内に存在する微量の残留酸素やSiO2膜中の酸素(O
)でCuは酸化されてしまう。Cuは、Alと異なり表
面に安定な酸化膜を作らないため、表面が酸素と反応す
ると膜中に酸素が拡散し、酸化銅となって電気抵抗は急
激に上昇し配線とし実用に適さないものとなってしまう
【0004】そこで、従来、銅配線の酸化防止方法とし
て特開昭63−299250号公報記載の技術が知られ
ている。この従来技術は、配線上にシリコンを堆積させ
、酸素雰囲気中で熱処理を施して銅−二酸化シリコン(
Cu−SiO2)合金とする方法であり、Cu配線の酸
化の防止を図ったものである。
【0005】また、この他に、特開平2−125447
号公報記載の従来方法が知られている。この方法は、銅
膜上面に数分子層のベンゾトリアゾールでなる酸化防止
膜を形成した後、その上にレジストパターンを形成して
イオンビームエッチングを行ない、その後加工された銅
膜の側面にもベンゾトリアゾールでなる酸化防止膜を形
成するという方法である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来方法の前者にあっては、Cu配線中にSiO2
が含まれる構造となることや、Cu配線上に堆積させた
シリコンを酸素雰囲気中で熱処理するため、Cuは酸素
と反応する機会が多くなり、完全にCuの酸化を防止し
得るものではなかった。
【0007】また、従来方法の後者にあっては、Cu配
線表面に被着された数分子層のベンゾトリアゾールでな
る酸化防止膜は、有機物膜であるため、CVD法による
絶縁膜の成長工程やアニール工程等の高温処理を経ると
部分的に膜が損なわれ易く、安定性を欠くため、有効な
酸化防止策となり得ないという問題点があった。
【0008】本発明は、このような従来の問題点に着目
して創案されたものであって、銅配線の酸化を確実に防
止すると共に、銅配線中の銅原子が絶縁膜中に入ること
による絶縁膜の誘電率の劣化並びにリーク電流発生を防
止する銅配線の処理方法を得んとするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明は、基板
上に選択的に形成された銅配線を、炭素を含むガス中で
処理し、前記銅配線表面に銅炭化物を形成することを、
その解決方法としている。
【0010】
【作用】基板上に選択的に形成された銅配線を、炭素を
含むガス中で処理することにより銅配線表面に薄く形成
された銅炭化物(炭化銅;CuCx)層は、銅配線の酸
化を防止する作用を有する。即ち、次工程で行なわれる
CVD法による絶縁膜形成あるいはアニール工程を経て
も、銅配線表面の炭化銅層が酸素と銅の反応を防止する
銅配線は酸化されることはない。また、炭化銅層は、銅
配線中の銅が、銅配線を覆う絶縁膜中へ拡散するのを防
ぐ作用がある。このため、絶縁膜の誘電率劣化やリーク
電流の発生を防止することが可能となる。
【0011】
【実施例】以下、本発明に係る銅配線の処理方法の詳細
を図面に示す実施例に基づいて説明する。
【0012】(第1実施例)本実施例は、銅配線を炭素
を含む雰囲気中に晒す工程においてプラズマ処理を用い
た例であり、図1〜図4を用いて説明する。
【0013】炭素を含む雰囲気中に晒す工程において、
プラズマに晒す工程を用いた実施例を図1〜図4を参照
して説明する。まず、図1に示すように、絶縁膜10上
に設けられているオーミック接触をとるための金属層1
1上に拡散バリアメタル層12を形成する。ここでオミ
ック接触をとるための金属層11としては、Ti,Al
,Pt,W,Co,Hf,Zr,Mo及びそれらのシリ
サイドから選ばれる。また、拡散バリアメタル層12と
してはTi,W,Ta,Zr,Hfの窒化物・炭化物・
ホウ化物あるいはW,Taから選ばれる。さらに拡散バ
リアメタル層12上に銅配線としてのCu合金層13を
形成する。Cu合金の形成方法は、Cu合金をターゲッ
トとするDCマグネトロンスパッタにより行われる。 Cuに添加する元素はTi,W,Zr,Ag,Au,A
l,Hf,Ta,Moから選ばれ、二種以上の元素を組
み合わせてもよい。あるいは添加元素を含まない純銅で
もよい。
【0014】以下に例としてオーミック接触をとるため
の金属層11、拡散バリアメタル層12、Cu合金層1
3の好ましい膜種,膜厚及び条件を記す。
【0015】まず、オーミック接触をとるための金属層
11は、チタン膜を膜厚150Åに形成する。その形成
方法は、DCマグネトロンスパッタ法を用いる。その条
件は、スパッタガスにアルゴン(Ar)を用い、その流
量を40SCCMとし、出力1kW,圧力5mTorr
に設定する。
【0016】次に、拡散バリアメタル層12は、上記金
属層と同様に、DCマグネトロンスパッタ法を用いて、
窒化チタン膜を1000Åの膜厚に形成する。その条件
は、スパッタガスとしてAr−60%N2を50SCC
Mで流し、出力5kW,圧力5mTorrに設定する。
【0017】また、Cu合金層13は、やはりDCマグ
ネトロンスパッタ法を用いて、Cu膜を4000Åの膜
厚に形成する。その条件は、スパッタガスとしアルゴン
(Ar)を40SCCMで流し、出力5kW,圧力5m
Torrに設定する。
【0018】次にフォトリソグラフィー技術を用いてC
u合金層13上に所定のレジストパターン14を形成す
る。続いて図2に示す様に反応性イオンエッチング技術
を用いて前記オーミック接触をとるための金属層11、
拡散バリアメタル層12、Cu合金層13を配線の形成
に加工する。Cuのエッチング条件としては例えば、反
応ガスにCCl4−50%Cl2を用いて圧力0.02
Torr,RFパワー200W,基板温度350℃で行
なう。続いてレジスト剥離工程でレジスト14を剥離す
ると図3に示すようになる。レジスト剥離工程ではCu
の酸化を防ぐために低温でレジスト剥離が可能なダウン
フローアッシャーあるいはRIE装置を用いる。レジス
トアッシング条件として例えばダウンフローアッシャー
を用いて、O2流量200SCCM,圧力1Torr,
μ波電力1.5kW,基板温度120℃で行なう。次に
、炭素雰囲気でプラズマに晒す工程を図5を参照して説
明する。
【0019】図5は、炭素雰囲気でプラズマを晒す工程
を行なうための装置である。図5において21は真空室
、22はウェーハ、23は対向電極、24は試料台、2
5はガス導入管、26はターボ分子ポンプ、27はRF
電源、28はヒータを示す。図3の基板(ウェーハ22
)を真空室21の試料台24にセットし真空排気を行な
い、ガスを導入し所定の圧力に設定した後、RF電源2
7をONにし対向電極23と試料台24の間にプラズマ
を発生する。このときの詳細な条件は一例として以下の
ようにする。
【0020】(プラズマ生成条件) ○導入ガス及びその流量 メタン(CH4)…100SCCM ○圧力…1Torr ○RFパワー…400W ○基板温度…250℃ 上記条件で約3分の処理を行なうと図4に示すようにC
u電線の表面はCuが炭素と反応し表面に炭化銅層15
(CuCx)を約150Å形成する。ここで表面に形成
したCuCxの厚さは処理時間とともに増加する。
【0021】(第2実施例)次に炭素を含む雰囲気中に
晒す工程において、加熱を行う第2実施例の説明をする
。図3に示したウェーハを真空アニール炉に導入し真空
ポンプで1×10−7Torrまで排気した後、以下の
条件で加熱処理を行なう。
【0022】(加熱条件) ○導入ガス…CH4 ○圧力…3Torr ○温度…700℃ 上記条件で約30分の加熱を行なうと第1実施例と同じ
く図4のようにCu電線の表面はCuが炭素と反応し表
面に炭化銅(CuCx)層を約150Å形成する。ここ
で表面に形成したCuCxの厚さは加熱時間とともに増
加する。加熱温度としては400℃〜900℃の範囲で
あればよいが、700℃位が好ましい。
【0023】なお、本実施例においては、熱処理手段と
して真空アニール炉を用いたが、このような炉加熱の他
RTA,ELA等の手段を用いることも可能である。
【0024】以上、第1,第2実施例について説明した
が、本発明は、これに限定されるものではなく、構成の
要旨に付随する各種の設計変更が可能である。
【0025】
【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
に係る銅配線の処理方法によれば、銅配線の表面に銅炭
化物である炭化銅層が形成されるため、銅配線の酸化を
防止できる効果がある。また、形成された炭化銅層によ
り、銅配線から絶縁膜側へ銅原子が拡散するのを防止で
き、絶縁膜の誘電率劣化やリーク電流の発生を防止する
効果がある。
【0026】このため、銅配線を超LSIの配線に適用
することが達成できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例の工程を示す断面図。
【図2】本発明の第1実施例の工程を示す断面図。
【図3】本発明の第1実施例の工程を示す断面図。
【図4】本発明の第1実施例の工程を示す断面図。
【図5】本発明の第1実施例に用いたプラズマ処理装置
の説明図。
【符号の説明】
10…絶縁膜、11…金属層、12…拡散バリアメタル
、13…Cu合金層、14…レジストパターン、15…
炭化銅層。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  基板上に選択的に形成された銅配線を
    、炭素を含むガス中で処理し、前記銅配線表面に銅炭化
    物を形成することを特徴とする銅配線の処理方法。
  2. 【請求項2】  前記処理は熱処理である請求項1記載
    に係る銅配線の処理方法。
  3. 【請求項3】  前記処理はプラズマ処理である請求項
    1記載に係る銅配線の処理方法。
JP12416791A 1991-05-29 1991-05-29 銅配線の処理方法 Pending JPH04350937A (ja)

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