JPH06140401A - 集積回路装置 - Google Patents
集積回路装置Info
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- JPH06140401A JPH06140401A JP4288965A JP28896592A JPH06140401A JP H06140401 A JPH06140401 A JP H06140401A JP 4288965 A JP4288965 A JP 4288965A JP 28896592 A JP28896592 A JP 28896592A JP H06140401 A JPH06140401 A JP H06140401A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 集積回路装置における基板上のＣｕ配線表面
から周辺へのＣｕ拡散を防止するバリア材料及びその配
線構造を得ることを目的とする。 【構成】 基板１上に形成するＣｕ配線４表面の全面、
あるいは一部を固体炭素のバリア材料膜３、５で被覆す
るように構成し、このバリア材料となる固体炭素として
は、ダイヤモンド、黒鉛、アモルファス状炭素、ダイヤ
モンド状炭素、又は水素原子を有する状態では水素化ア
モルファス炭素（水素含有固体炭素）などを用いること
で、Ｃｕ配線表面から周辺へのＣｕ拡散を防止する。
から周辺へのＣｕ拡散を防止するバリア材料及びその配
線構造を得ることを目的とする。 【構成】 基板１上に形成するＣｕ配線４表面の全面、
あるいは一部を固体炭素のバリア材料膜３、５で被覆す
るように構成し、このバリア材料となる固体炭素として
は、ダイヤモンド、黒鉛、アモルファス状炭素、ダイヤ
モンド状炭素、又は水素原子を有する状態では水素化ア
モルファス炭素（水素含有固体炭素）などを用いること
で、Ｃｕ配線表面から周辺へのＣｕ拡散を防止する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、基板上にＣｕあるい
はＣｕ合金の配線を有する集積回路装置に関し、特に、
このＣｕ配線の活性な表面から周辺へのＣｕ拡散を防止
する技術に関するものである。
はＣｕ合金の配線を有する集積回路装置に関し、特に、
このＣｕ配線の活性な表面から周辺へのＣｕ拡散を防止
する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来から一般に、例えば半導体等の集積
回路装置の配線材料として、Ａｌや、このＡｌの合金が
使用されているが、このＡｌを直接配線材料として用い
た場合、集積回路装置の集積度向上による配線幅の微細
化に伴って、配線や、その上下の絶縁層、保護層との間
の応力に起因するストレスマイグレーションによる配線
劣化・断線、あるいはエレクトロマイグレーション現象
による配線通電中の劣化、切断が発生していた。
回路装置の配線材料として、Ａｌや、このＡｌの合金が
使用されているが、このＡｌを直接配線材料として用い
た場合、集積回路装置の集積度向上による配線幅の微細
化に伴って、配線や、その上下の絶縁層、保護層との間
の応力に起因するストレスマイグレーションによる配線
劣化・断線、あるいはエレクトロマイグレーション現象
による配線通電中の劣化、切断が発生していた。
【０００３】そこで、従来は、例えば特開昭５８−２０
２５５１号公報にＡｌ中にＣｕ等の元素を加えてこのＡ
ｌ自身の耐性を向上させる方法が示されており、また、
特開平２−１１９１４０号公報にはＡｌ合金に代えてＣ
ｕあるいはＣｕ合金を配線材料として用いることが示さ
れている。
２５５１号公報にＡｌ中にＣｕ等の元素を加えてこのＡ
ｌ自身の耐性を向上させる方法が示されており、また、
特開平２−１１９１４０号公報にはＡｌ合金に代えてＣ
ｕあるいはＣｕ合金を配線材料として用いることが示さ
れている。
【０００４】これは、ＣｕのほうがＡｌに比べて、より
低抵抗であることによりジュール発熱による温度上昇が
小さい上に伝送遅延時間も小さく、より高融点であるこ
とにより温度強度が高く、さらに、より原子量が大きい
ことによりエレクトロマイグレーションやストレスマイ
グレーションが起こりにくいことによる。
低抵抗であることによりジュール発熱による温度上昇が
小さい上に伝送遅延時間も小さく、より高融点であるこ
とにより温度強度が高く、さらに、より原子量が大きい
ことによりエレクトロマイグレーションやストレスマイ
グレーションが起こりにくいことによる。
【０００５】しかし、Ｃｕを配線材料として用いる場
合、Ｃｕ拡散によりこの配線周囲（例えばＳｉ基板や絶
縁膜としてのＳｉＯ2 ）を汚染し、正常な回路動作が妨
げられるので、このＣｕ拡散を防止すべく、バリア材料
として、例えば特開昭６３−７３６４５号公報にはＴｉ
Ｎ、ＴｉＷ、特開平１−１０６４３５号公報にはＺｒ、
Ｖ、Ｔａ、Ｎｂ、特開平１−２０２８４１号公報にはＭ
ｏ、Ｃｒ、Ｗ、等の各種材料が提案されている。
合、Ｃｕ拡散によりこの配線周囲（例えばＳｉ基板や絶
縁膜としてのＳｉＯ2 ）を汚染し、正常な回路動作が妨
げられるので、このＣｕ拡散を防止すべく、バリア材料
として、例えば特開昭６３−７３６４５号公報にはＴｉ
Ｎ、ＴｉＷ、特開平１−１０６４３５号公報にはＺｒ、
Ｖ、Ｔａ、Ｎｂ、特開平１−２０２８４１号公報にはＭ
ｏ、Ｃｒ、Ｗ、等の各種材料が提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来の集積回路装置は
以上のように、基板上に形成する配線材料としてＣｕあ
るいはＣｕ合金を用いる場合、Ｃｕ拡散を防止すべく各
種バリア材料でこのＣｕ配線を被覆していたが、Ｃｕ原
子の原子半径が小さいためにすでに提案されているバリ
ア材料では十分なバリア性が確保できないなどの課題が
あった。
以上のように、基板上に形成する配線材料としてＣｕあ
るいはＣｕ合金を用いる場合、Ｃｕ拡散を防止すべく各
種バリア材料でこのＣｕ配線を被覆していたが、Ｃｕ原
子の原子半径が小さいためにすでに提案されているバリ
ア材料では十分なバリア性が確保できないなどの課題が
あった。
【０００７】また、最近の集積度の向上に伴う微細化に
対応するためには、ＰＶＤプロセスの適用には限界があ
るためＣＶＤプロセスの適用も可能であることが望まし
いが、多くの金属材料へのＣＶＤ技術の適用は困難であ
るなどの課題があった。
対応するためには、ＰＶＤプロセスの適用には限界があ
るためＣＶＤプロセスの適用も可能であることが望まし
いが、多くの金属材料へのＣＶＤ技術の適用は困難であ
るなどの課題があった。
【０００８】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたもので、集積回路装置における基板上のＣ
ｕ配線表面から周辺へのＣｕ拡散を防止するバリア材料
及びその配線構造を得ることを目的とする。
めになされたもので、集積回路装置における基板上のＣ
ｕ配線表面から周辺へのＣｕ拡散を防止するバリア材料
及びその配線構造を得ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この発明に係る集積回路
装置は、基板上に形成するＣｕ配線表面の全面、あるい
は一部を固体炭素のバリア材料膜で被覆するように構成
しており、このバリア材料となる固体炭素としては、ダ
イヤモンド、黒鉛、アモルファス状炭素、又はダイヤモ
ンド状炭素などを用いる。
装置は、基板上に形成するＣｕ配線表面の全面、あるい
は一部を固体炭素のバリア材料膜で被覆するように構成
しており、このバリア材料となる固体炭素としては、ダ
イヤモンド、黒鉛、アモルファス状炭素、又はダイヤモ
ンド状炭素などを用いる。
【００１０】また、この固体炭素は水素原子を有する状
態（水素含有固体炭素）も含み、水素化アモルファス炭
素などを用いる。
態（水素含有固体炭素）も含み、水素化アモルファス炭
素などを用いる。
【００１１】
【作用】この発明における集積回路装置は、Ｃｕ配線表
面の全面、あるいは一部をバリア材料で被覆するように
構成したので、基板上の平面配線のみならず、立体配線
の場合についてもＣｕ拡散の影響を防止することができ
る。
面の全面、あるいは一部をバリア材料で被覆するように
構成したので、基板上の平面配線のみならず、立体配線
の場合についてもＣｕ拡散の影響を防止することができ
る。
【００１２】また、バリア材料として用いるダイヤモン
ド、黒鉛、アモルファス状炭素、ダイヤモンド状炭素、
又は水素化アモルファス炭素などの固体炭素は、従来の
バリア材料と比較して原子間の結合距離が短く、その構
造も緻密であるので、Ｃｕ拡散を防止しやすいという特
性がある（なお、その他にも化学的に安定なので耐湿性
等の保護性も優れている）。
ド、黒鉛、アモルファス状炭素、ダイヤモンド状炭素、
又は水素化アモルファス炭素などの固体炭素は、従来の
バリア材料と比較して原子間の結合距離が短く、その構
造も緻密であるので、Ｃｕ拡散を防止しやすいという特
性がある（なお、その他にも化学的に安定なので耐湿性
等の保護性も優れている）。
【００１３】具体的には、ダイヤモンドは最も結晶構造
が緻密であり、アモルファス状炭素、ダイヤモンド状炭
素、又は水素化アモルファス炭素などは結晶粒界がない
ために、粒界拡散も防止できる。また、黒鉛は伝導性を
有するために半導体基板（例えばシリコン基板）へのコ
ンタクト部のバリア材料として用いることができる。
が緻密であり、アモルファス状炭素、ダイヤモンド状炭
素、又は水素化アモルファス炭素などは結晶粒界がない
ために、粒界拡散も防止できる。また、黒鉛は伝導性を
有するために半導体基板（例えばシリコン基板）へのコ
ンタクト部のバリア材料として用いることができる。
【００１４】
【実施例】以下、この発明の一実施例を図１を用いて説
明する。なお、図中同一部分には同一符号を付して説明
を省略する。
明する。なお、図中同一部分には同一符号を付して説明
を省略する。
【００１５】図１は、この発明に係る集積回路装置の配
線形成過程を説明する断面図であり、まず、半導体基板
１であるＳｉ基板上にＰＳＧ等の絶縁膜２を形成し、そ
の表面にＲＦプラズマＣＶＤ等によって固体炭素のバリ
ア材料膜３を成長させる。
線形成過程を説明する断面図であり、まず、半導体基板
１であるＳｉ基板上にＰＳＧ等の絶縁膜２を形成し、そ
の表面にＲＦプラズマＣＶＤ等によって固体炭素のバリ
ア材料膜３を成長させる。
【００１６】この固体炭素の堆積は、例えばダイヤモン
ド状炭素の場合、ＲＦプラズマＣＶＤにより、メタン１
０％、水素８０％、全圧１００ｍＴｏｒｒ、基板温度２
００℃の条件下で行う。また、ダイヤモンドの場合に
は、マイクロ波プラズマＣＶＤにより、メタン１％、水
素９９％、全圧４０Ｔｏｒｒ、基板温度７００℃の条件
下で行う。
ド状炭素の場合、ＲＦプラズマＣＶＤにより、メタン１
０％、水素８０％、全圧１００ｍＴｏｒｒ、基板温度２
００℃の条件下で行う。また、ダイヤモンドの場合に
は、マイクロ波プラズマＣＶＤにより、メタン１％、水
素９９％、全圧４０Ｔｏｒｒ、基板温度７００℃の条件
下で行う。
【００１７】続いて、その表面（バリア材料膜３の表
面）にＲＦマグネトロンスパッタリングによって配線材
料となる純Ｃｕ膜を成長させ、パターニングすることで
Ｃｕ配線４を形成する。
面）にＲＦマグネトロンスパッタリングによって配線材
料となる純Ｃｕ膜を成長させ、パターニングすることで
Ｃｕ配線４を形成する。
【００１８】そして、このバリア材料膜３の側面と、Ｃ
ｕ配線４の表面（上部及び側面部）にもバリア材料膜５
を被覆させ、最後に、層間絶縁膜６を形成してＣｕ配線
構造を完成させる。
ｕ配線４の表面（上部及び側面部）にもバリア材料膜５
を被覆させ、最後に、層間絶縁膜６を形成してＣｕ配線
構造を完成させる。
【００１９】ここで、形成されたＣｕ配線４に対するバ
リア性を検証するため、一実施例としてシリコン基板状
に膜厚１０００Åのダイヤモンド状炭素を積層し、さら
に膜厚１μｍのＣｕを積層して８５０℃の水素雰囲気中
で３時間アニールを行った後、このＣｕとダイヤモンド
状炭素を部分的に除去して露出されたシリコンをＳｅｃ
ｃｏエッチ（このＳｅｃｃｏはＳｉのエッチング試薬と
して一般的なもので、ＳｅｃｃｏエッチはこのＳｅｃｃ
ｏ試薬によるエッチングのことをいう）を行い、シリコ
ン基板表面をＳＥＭ観察した。
リア性を検証するため、一実施例としてシリコン基板状
に膜厚１０００Åのダイヤモンド状炭素を積層し、さら
に膜厚１μｍのＣｕを積層して８５０℃の水素雰囲気中
で３時間アニールを行った後、このＣｕとダイヤモンド
状炭素を部分的に除去して露出されたシリコンをＳｅｃ
ｃｏエッチ（このＳｅｃｃｏはＳｉのエッチング試薬と
して一般的なもので、ＳｅｃｃｏエッチはこのＳｅｃｃ
ｏ試薬によるエッチングのことをいう）を行い、シリコ
ン基板表面をＳＥＭ観察した。
【００２０】同様に、比較する従来技術としてはバリア
材料にＴｉＮを用いて試料を作成し、シリコン基板表面
をＳＥＭ観察した。
材料にＴｉＮを用いて試料を作成し、シリコン基板表面
をＳＥＭ観察した。
【００２１】この結果、本発明ではＣｕの析出に起因す
る欠陥は確認できなかったのに対し、従来技術では０．
３個／μｍ2 の高い密度でエッチピットが検出された。
る欠陥は確認できなかったのに対し、従来技術では０．
３個／μｍ2 の高い密度でエッチピットが検出された。
【００２２】なお、この実施例では図１に示すような集
積回路装置について、その構造と製造プロセスを説明し
たが、特にこの構造に限定されるものではなく、例えば
コンタクトやヴィア等にＣｕが用いられる場合には、そ
の構造が変更されるのは言うまでもない。
積回路装置について、その構造と製造プロセスを説明し
たが、特にこの構造に限定されるものではなく、例えば
コンタクトやヴィア等にＣｕが用いられる場合には、そ
の構造が変更されるのは言うまでもない。
【００２３】この実施例ではＣｕ配線４の表面全体を固
体炭素からなるバリア材料膜３、５で被覆したが、被覆
部位は特に限定されず、配線下地側のみであっても周辺
側のみであっても良い。
体炭素からなるバリア材料膜３、５で被覆したが、被覆
部位は特に限定されず、配線下地側のみであっても周辺
側のみであっても良い。
【００２４】この場合、シリコン基板１へのコンタクト
部では、このシリコン基板と接する部分にＮｂ、Ｍｏ、
Ｔａ、Ｗ、ＴｉＮ等の伝導性を有するバリア材料を用い
ることもでき、また、この発明に係るバリア材料である
固体炭素に、黒鉛、硼素（Ｂ）等をドープすることで適
当な伝導性を持たせても良い。
部では、このシリコン基板と接する部分にＮｂ、Ｍｏ、
Ｔａ、Ｗ、ＴｉＮ等の伝導性を有するバリア材料を用い
ることもでき、また、この発明に係るバリア材料である
固体炭素に、黒鉛、硼素（Ｂ）等をドープすることで適
当な伝導性を持たせても良い。
【００２５】また、この発明に係るバリア材料である固
体炭素（水素含有固体炭素を含む概念）の形成方法は特
に限定されず、公知の形成方法を用いることができる。
例えば特開昭５８−１１０４９４号公報に示されたよう
に、ダイヤモンド、ダイヤモンド状炭素、アモルファス
状炭素、水素化アモルファス炭素などは、いずれも炭化
水素と水素の混合物をプラズマ処理することで得られ、
また、スパッタ蒸着法、抵抗加熱蒸着法、電子ビーム蒸
着法、イオンビーム蒸着法等の物理気相蒸着法（ＰＶ
Ｄ）によっても蒸着できる。
体炭素（水素含有固体炭素を含む概念）の形成方法は特
に限定されず、公知の形成方法を用いることができる。
例えば特開昭５８−１１０４９４号公報に示されたよう
に、ダイヤモンド、ダイヤモンド状炭素、アモルファス
状炭素、水素化アモルファス炭素などは、いずれも炭化
水素と水素の混合物をプラズマ処理することで得られ、
また、スパッタ蒸着法、抵抗加熱蒸着法、電子ビーム蒸
着法、イオンビーム蒸着法等の物理気相蒸着法（ＰＶ
Ｄ）によっても蒸着できる。
【００２６】
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、基板上
に形成するＣｕ配線表面の全面、あるいは一部を固体炭
素のバリア材料膜で被覆するように構成しており、この
バリア材料となる固体炭素として、ダイヤモンド、黒
鉛、アモルファス状炭素、又はダイヤモンド状炭素など
を用い、さらに水素含有固体炭素として水素化アモルフ
ァス炭素などを用いるようにしたので、Ｃｕ拡散を有効
に防止し、配線の信頼性を向上させるとともに、当該集
積回路装置の寿命・信頼性を向上させるなどの効果があ
る。
に形成するＣｕ配線表面の全面、あるいは一部を固体炭
素のバリア材料膜で被覆するように構成しており、この
バリア材料となる固体炭素として、ダイヤモンド、黒
鉛、アモルファス状炭素、又はダイヤモンド状炭素など
を用い、さらに水素含有固体炭素として水素化アモルフ
ァス炭素などを用いるようにしたので、Ｃｕ拡散を有効
に防止し、配線の信頼性を向上させるとともに、当該集
積回路装置の寿命・信頼性を向上させるなどの効果があ
る。
【図１】この発明に係る集積回路装置の配線形成過程を
説明する断面図である。
説明する断面図である。
１…半導体基板、２…絶縁膜、３、５…バリア材料膜、
４…Ｃｕ配線、６…層間絶縁膜。
４…Ｃｕ配線、６…層間絶縁膜。
Claims (4)
- 【請求項１】 基板上にＣｕ配線を有する集積回路装置
において、 前記Ｃｕ配線表面の全面、あるいは該Ｃｕ配線表面の一
部を、バリア材料膜として固体炭素膜で被覆したことを
特徴とする集積回路装置。 - 【請求項２】 前記固体炭素膜は、水素含有固体炭素膜
であることを特徴とする請求項１記載の集積回路装置。 - 【請求項３】 前記固体炭素膜は、少なくともダイヤモ
ンド、黒鉛、アモルファス状炭素、あるいはダイヤモン
ド状炭素からなることを特徴とする請求項１記載の集積
回路装置。 - 【請求項４】 前記水素含有固体炭素膜は、少なくとも
水素化アモルファス炭素からなることを特徴とする請求
項２記載の集積回路装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4288965A JP2997371B2 (ja) | 1992-10-27 | 1992-10-27 | 集積回路装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4288965A JP2997371B2 (ja) | 1992-10-27 | 1992-10-27 | 集積回路装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06140401A true JPH06140401A (ja) | 1994-05-20 |
| JP2997371B2 JP2997371B2 (ja) | 2000-01-11 |
Family
ID=17737095
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4288965A Expired - Lifetime JP2997371B2 (ja) | 1992-10-27 | 1992-10-27 | 集積回路装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2997371B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100243286B1 (ko) * | 1997-03-05 | 2000-03-02 | 윤종용 | 반도체 장치의 제조방법 |
| US6482741B1 (en) | 1997-06-25 | 2002-11-19 | Nec Corporation | Copper wiring structure comprising a copper material buried in a hollow of an insulating film and a carbon layer between the hollow and the copper material in semiconductor device and method fabricating the same |
| JP2007173816A (ja) * | 2005-12-19 | 2007-07-05 | Samsung Electronics Co Ltd | 金属配線及びその製造方法とこれを具備した表示基板及びその製造方法 |
| JP2008182174A (ja) * | 2006-12-28 | 2008-08-07 | Tokyo Electron Ltd | 半導体装置およびその製造方法 |
| JP2015220348A (ja) * | 2014-05-19 | 2015-12-07 | サンケン電気株式会社 | 半導体装置 |
-
1992
- 1992-10-27 JP JP4288965A patent/JP2997371B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100243286B1 (ko) * | 1997-03-05 | 2000-03-02 | 윤종용 | 반도체 장치의 제조방법 |
| US6482741B1 (en) | 1997-06-25 | 2002-11-19 | Nec Corporation | Copper wiring structure comprising a copper material buried in a hollow of an insulating film and a carbon layer between the hollow and the copper material in semiconductor device and method fabricating the same |
| US6486559B1 (en) | 1997-06-25 | 2002-11-26 | Nec Corporation | Copper wiring structure comprising a copper material buried in a hollow of an insulating film and a carbon layer between the hollow and the copper material in semiconductor device and method of fabricating the same |
| JP2007173816A (ja) * | 2005-12-19 | 2007-07-05 | Samsung Electronics Co Ltd | 金属配線及びその製造方法とこれを具備した表示基板及びその製造方法 |
| KR101235135B1 (ko) * | 2005-12-19 | 2013-02-20 | 삼성디스플레이 주식회사 | 금속 배선, 이의 제조 방법, 이를 구비한 표시 기판 및표시 기판의 제조 방법 |
| JP2008182174A (ja) * | 2006-12-28 | 2008-08-07 | Tokyo Electron Ltd | 半導体装置およびその製造方法 |
| JP2015220348A (ja) * | 2014-05-19 | 2015-12-07 | サンケン電気株式会社 | 半導体装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2997371B2 (ja) | 2000-01-11 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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