JPH08102463A - 集積回路、その製造方法およびその薄膜形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 銅配線層を用い、低抵抗でエレクトロマイグ
レーション（ＥＭ）耐性に優れ、良好なステップカバレ
ッジ性、穴埋め性を有する高品質の集積回路を得ること
を目的とする。 【構成】 基板１上に複数の層から構成される下地層３
を介して配線層２が形成された集積回路において、配線
層２としては銅または銅合金を用い、下地層３は基板１
から配線層２に向かって、チタンなどからなる密着層３
１（ａ）、ＴｉＮ、ＴｉＷＮなどからなるバリア層３２
（ａ）、配線層２の銅と合金を形成しやすい金属からな
る配線下地層３３（ａ）から構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、基板上に複数の層か
ら構成される下地層を介して銅または銅合金からなる配
線層が形成された大規模集積回路、その製造方法及びそ
の薄膜形成装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から半導体集積回路の配線膜として
は、アルミニウム合金が用いられてきたが、集積度の高
密度化などにより、半導体の設計ルールがサブミクロン
になってくると、現状のアルミニウムを用いた配線膜で
は、配線抵抗が大きくなり、配線遅延の原因となる。そ
こで、抵抗の小さい銅を用いた配線膜の形成方法および
その製造装置が求められている。

【０００３】図２４は例えば『セミコン関西・京都技術
セミナー９０講演予稿集』（Ｊｕｎｅ２２．９０）に示
された従来の集積回路の構造を示す断面図である。図に
おいて、１はシリコン基板、４は絶縁層、５はコンタク
トホール、４１はアルミニウム・シリコン・銅合金の配
線層、４０は窒化チタンのバリア層である。上記集積回
路は、スパッタリング法、ＣＶＤ法などの方法により、
シリコン基板１上に形成されている。

【０００４】図２５は例えばJournal of Vacuum Scienc
e and Technology A Volume 3,No.2,1985に示された従
来のマグネトロン型スパッタ装置を示す概略構成図であ
る。図において、１は基板、２０１は真空槽、２０３は
基板１と対向して配設されたターゲット、２０６は基板
１とターゲット２０３との間に配設されたシャッター、
２０４は真空槽２０１内を排気する排気系、２０５はア
ルゴン等を真空槽２０１内に導入するガス導入系、２０
７は磁石が収納されたターゲットホルダーである。

【０００５】次に、上記構成の動作について説明する。
まず、真空槽２０１内のガスを排気系２０４により、排
出した後、ガス導入系２０５によって窒素ガスおよびア
ルゴン等のガスを真空槽２０１内に導入した後、チタン
等の蒸着材料で形成されているターゲット２０３に対し
て、配線用バリア膜が被覆される基板１に直流もしくは
高周波電圧を印加すると、ターゲット２０３と基板１と
の間にプラズマが形成される。この際、ターゲットホル
ダー２０７内の磁石は、プラズマ中の電子を螺旋回転さ
せ、プラズマ生成を促進する。このプラズマ中で生成さ
れるアルゴンイオンは、バイアス電圧によって加速さ
れ、ターゲット２０３に衝突して、ターゲット材料をス
パッタし、窒素ガス雰囲気で、チタン蒸着材料が基板１
上に付着して窒化チタン配線用バリア膜が形成される。

【０００６】また、図２６は前述した従来のマグネトロ
ン型スパッタ装置により高アスペクトコンタクトホール
にアルミニウムを蒸着したものの断面図で、図におい
て、２２０は穴径０．５μｍ、深さ２．０μｍのコンタ
クトホール、２２１、２２２、２２３はそれぞれチタ
ン、窒化チタンおよびアルミニウム合金によって蒸着形
成された配線密着層、配線バリア層および配線層であ
る。この図からわかるように、コンタクトホール底部に
おける膜厚は、コンタクトホール以外の平坦部の膜厚に
比較して、オーバーハングの成長により影ができるので
薄くなっている。このように現在実用されているマグネ
トロン型スパッタ装置の段差被覆性およびボトムカバレ
ッジ性（ウエハの表面膜厚に対するコンタクトホール底
部に蒸着された膜厚の比）は限界にきている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の集積回路は以上
のように構成されているので、配線膜材料であるアルミ
ニウムは、ＬＳＩの微細化・高集積度化に伴い、配線幅
が約１μｍ以下になると配線抵抗が無視できなくなり、
配線遅延が生じるといった課題、また微細化により電流
密度の増大するため、エレクトロマイグレーション（Ｅ
Ｍ）が問題となってくるなどの課題があった。また、Ｌ
ＳＩの微細化・高集積度化に伴い、コンタクトホール内
で良好なステップカバレッジを確保できなくなり、シリ
コン基板と配線層との相互拡散を抑制することができな
いといった課題、あるいは配線層をコンタクトホールに
埋め込むことができないといった課題があった。

【０００８】この発明は、上記のような課題を解消する
ためになされたもので、銅または銅合金配線層を用い、
低抵抗でエレクトロマイグレーション（ＥＭ）耐性に優
れ、良好なステップカバレッジ性、穴埋め性を有する高
品質の集積回路を得ることを目的とし、また、基板の表
面に効率良く、この銅配線層を形成できる製造方法およ
び薄膜形成装置を得ること目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
る集積回路は、配線層を銅または銅合金により構成し、
下地層を基板から配線層に向かって、密着層、バリア層
および前記配線層の銅または銅合金と合金を形成しやす
い金属からなる配線下地層から構成したものである。

【００１０】この発明の請求項２に係る集積回路は、配
線層を銅または銅合金により構成し、下地層に含まれた
配線下地層をチタン、シリコン、アルミニウムおよびゲ
ルマニウムからなる群から選ばれた少なくとも１種の金
属と銅とで形成される銅合金から構成したものである。

【００１１】この発明の請求項３に係る集積回路は、配
線層を銅または銅合金により構成し、下地層に含まれた
配線下地層をチタン、シリコン、アルミニウム、ゲルマ
ニウムからなる群から選ばれた少なくとも１種の金属と
銅とで形成される銅合金から構成するとともに、前記配
線層に接近するにつれてチタン、シリコン、アルミニウ
ム、ゲルマニウムの群から選ばれた少なくとも１種の金
属の組成が銅の組成に対して逓減する構造とされたもの
である。

【００１２】この発明の請求項４に係る集積回路は、請
求項１ないし請求項３のいずれかの記載の集積回路にお
いて、配線層を銅または銅合金により構成し、下地層に
含まれたバリア層を、基板から配線層に向かって、組成
Ｘが変化する窒化チタン（ＴｉＮ_X）薄膜層で構成した
ものである。

【００１３】この発明の請求項５に係る集積回路は、請
求項１ないし請求項３のいずれかの記載の集積回路にお
いて、配線層を銅または銅合金により構成し、下地層に
含まれたバリア層を、基板から配線層に向かって、チタ
ン層、窒化二チタン層および窒化チタン層の順序で形成
したものである。

【００１４】この発明の請求項６に係る集積回路は、請
求項１ないし請求項３のいずれかの記載の集積回路にお
いて、配線層を銅または銅合金により構成し、下地層に
含まれたバリア層を、基板から配線層に向かって、チタ
ン層、徐々に窒素組成がチタン組成に対して大きくなる
ようにした窒化チタン（ＴｉＮ_X）層そして最後に窒化
チタン（ＴｉＮ）層の順序で形成したものである。

【００１５】この発明の請求項７に係る集積回路の薄膜
形成装置は、銅または銅合金の配線層形成時にイオンビ
ーム源により１〜５００（μＡ／ｃｍ²）のイオン照射
を行うとともに、基板温度制御機構により昇温、降温の
温度サイクルを繰り返すことにより、銅および銅合金配
線層を形成するものである。

【００１６】この発明の請求項８に係る集積回路の薄膜
形成装置は、銅または銅合金からなる配線層の形成時に
ガスイオン源により不活性ガスイオンを照射しながら、
イオンビーム源によりイオン照射しながら銅および銅合
金の蒸着を行うとともに、基板温度制御機構により昇
温、降温の温度サイクルを繰り返すことにより、銅また
は銅合金の配線層を形成するものである。

【００１７】この発明の請求項９に係る集積回路の薄膜
形成装置は、請求項７または請求項８の集積回路の薄膜
形成装置において、イオンビーム源として磁界印加型イ
オンビーム源を用い、ガスイオン源として磁界印加型ガ
スイオン源を用いたものである。

【００１８】この発明の請求項１０に係る集積回路の薄
膜形成装置は、請求項７または請求項８の集積回路の薄
膜形成装置において、基板温度制御機構における基板加
熱機構および基板冷却機構は、それぞれ独立に上下移動
が可能な機構を備えるとともに、基板回転機構は、１回
転毎に回転方向を反転させる機構を備えたものである。

【００１９】この発明の請求項１１に係る集積回路の薄
膜形成装置は、請求項７または請求項８の集積回路の薄
膜形成装置において、基板搬送機構は、段差付き馬蹄型
基板ホルダーおよび段差付き基板搬送用フォークを備え
たものである。

【００２０】この発明の請求項１２に係る集積回路の薄
膜形成装置は、請求項１１の集積回路の薄膜形成装置に
おいて、基板搬送機構の基板搬送用フォークは、基板と
の接触部分を合成樹脂で被覆したものである。

【００２１】この発明の請求項１３に係る集積回路の薄
膜形成装置は、請求項１１の集積回路の薄膜形成装置に
おいて、基板搬送機構の基板搬送用フォークを、中空構
造としたものである。

【００２２】この発明の請求項１４に係る集積回路の製
造方法は、イオンビーム源により、銅と、合金元素であ
るチタン、シリコン、アルミニウム、ゲルマニウムから
なる群から選ばれた少なくとも１種の金属とを混合蒸着
しながら、銅合金からなる配線下地層を形成したもので
ある。

【００２３】この発明の請求項１５に係る集積回路の製
造方法は、真空槽中の基板近傍に窒素ガスを導入する量
を順次制御しながら、イオンビーム源によって、基板上
にイオンを照射しながらチタンを蒸着して、組成Ｘが変
化する窒化チタン(ＴｉＮ_X)薄膜層からなる下地層に含
まれたバリア層を形成したものである。

【００２４】この発明の請求項１６に係る集積回路の製
造方法は、真空槽中の基板近傍に窒素ガスの混合ガスも
しくは窒素元素を含む混合ガスを導入する量を順次制御
しながら、前記基板に不活性ガスイオンを照射してイオ
ンビーム源によって前記基板上にイオンを照射しながら
チタンを蒸着して、組成Ｘが変化する窒化チタン（Ｔｉ
Ｎ_X）薄膜層からなる下地層におけるバリア層を形成し
たものである。

【００２５】この発明の請求項１７に係る集積回路の製
造方法は、配線層形成時にはガスイオン源により不活性
ガスイオンを照射しながら、イオンビーム源によって、
基板上にイオンを照射して銅および銅合金を蒸着すると
ともに、配線層成膜時には基板温度を室温からリフロー
開始温度まで連続的に昇温することにより銅または銅合
金配線層を形成したものである。

【００２６】この発明の請求項１８に係る集積回路の製
造方法は、銅および銅合金配線層形成時にガスイオン源
により不活性ガスイオンを照射しながら、イオンビーム
源によって、基板上にイオンを照射して銅または銅合金
を蒸着するとともに、基板温度を室温で配線層を所定の
膜厚だけ堆積した後、リフロー開始温度まで昇温し、再
び、室温に冷却し、所定の膜厚を堆積するという周期を
繰り返すことにより前記銅または銅合金配線層を形成し
たものである。

【００２７】

【作用】この発明の請求項１記載の集積回路において
は、配線層として銅または銅合金を用いているので、低
抵抗でエレクトロマイグレーション（ＥＭ）耐性に優れ
た配線層が形成でき、また、集積回路の下地層における
密着層およびバリア層は薄膜化しても電気的コンタクト
およびバリア性が良い。また、下地層における配線下地
層は、配線層と合金を形成しやすい金属であるので、配
線層形成時に、配線層の銅または銅合金と反応して、合
金化することにより、配線層の融点を低下させる。

【００２８】この発明の請求項２または請求項３記載の
集積回路においては、集積回路の下地層における配線下
地層は、チタン、シリコン、アルミニウム、ゲルマニウ
ムからなる群から選ばれた少なくとも１種の金属と銅と
から形成される銅合金であるので、配線層形成時に、配
線層の銅と反応して、合金化することにより、配線層の
融点を低下させる。

【００２９】この発明の請求項４ないし請求項６のいず
れかに記載の集積回路においては、請求項１ないし請求
項３のいずれかの集積回路において、集積回路の下地層
におけるバリア層は、薄膜化しても電気的コンタクトお
よびバリア性が良い。

【００３０】こん発明の請求項７記載の薄膜形成装置に
おいては、基板温度制御機構は、基板加熱機構と基板冷
却機構とを備えることにより、成膜中の基板温度の昇降
温度制御性が高くなる。また、集積回路の薄膜形成装置
のイオンビーム源により、蒸着物質の蒸気をイオン化
し、かつ加速手段によりイオン化された蒸気に運動エネ
ルギーを付与しているので、低抵抗で、かつ低抵抗コン
タクトな銅配線層を形成できる。さらに、配線層形成時
にイオンビーム源により１〜５００（μＡ／ｃｍ²）の
イオン照射を行うとともに、基板温度制御機構により昇
温降温の温度サイクルを繰り返すことにより、配線材料
である銅または銅合金のリフローを促進し、微細なコン
タクトホールに対しても穴埋め性良く配線層を形成する
ことができ、さらに、反応性が高いので、良好な電気的
コンタクトおよびバリア性を有するＴｉＮなどのバリア
層を形成できる。

【００３１】この発明の請求項８記載の薄膜形成装置に
おいては、基板温度制御機構は、基板加熱機構と基板冷
却機構とを備えることにより、成膜中の基板温度の昇降
温度制御性が高くなる。また、集積回路の薄膜形成装置
のイオンビーム源により、蒸着物質の蒸気をイオン化
し、かつ加速手段によりイオン化された蒸気に運動エネ
ルギーを付与しているので、低抵抗で、かつ低抵抗コン
タクトな銅配線層を形成できる。また、配線層形成時に
ガスイオン源により不活性ガスイオンを照射しながらイ
オンビーム源によって基板上にイオン照射しながら銅お
よび銅合金の蒸着を行うとともに、基板温度制御機構に
より昇温降温の温度サイクルを繰り返すことにより、配
線材料である銅および銅合金のリフローを促進し、微細
なコンタクトホールに対しても穴埋め性良く配線層を形
成することができ、さらに、基板近傍に導入された窒素
ガスが前記ガスイオン源からの不活性ガスイオン照射に
より、活性化して基板に蒸着するので、蒸着物質の蒸気
との反応効率が向上し、良好な電気的コンタクトおよび
バリア性を有するＴｉＮなどのバリア層を形成できる。

【００３２】この発明の請求項９記載の集積回路の薄膜
形成装置によれば、請求項７また請求項８記載の集積回
路の薄膜形成装置において、集積回路の薄膜形成装置の
磁界印加型イオンビーム源は、イオン化手段として、グ
ロー放電のプラズマ密度を増加させる磁界印加手段を備
えるとともに、その配置として、磁界を与える磁石をイ
オン化部周囲およびイオン化部の中心軸上に配置するこ
とにより、電子が回転できるように数百ガウスの磁束密
度を電子ビーム放出フィラメントとるつぼとの間のイオ
ン化空間に効率良く印加できるため、蒸着物質の蒸気を
非常に高いイオン化効率でイオン化できる。また、磁界
印加型ガスイオン源は、ガスイオン化手段として、磁界
印加手段を備えるとともに、その配置として、磁界を与
える磁石をイオン化部周囲およびイオン化部の中心軸上
に配置することにより、電子ビームが回転運動できよう
に数百ガウス程度の磁束密度を電子ビーム引き出し電極
内部のイオン化空間に効率良く印加できるため、イオン
化効率を高めることができる。

【００３３】この発明の請求項１０記載の集積回路の薄
膜形成装置によれば、請求項７または請求項８記載の集
積回路の薄膜形成装置において、基板加熱機構および基
板冷却機構は、それぞれ独立に上下移動が可能な機構を
備えることにより、基板温度の昇温あるいは降温時に前
記基板加熱機構あるいは基板冷却機構を基板に対して接
近あるいは接触させることができ、基板温度の昇温降温
をより短時間に制御性良く行うことができる。また、基
板回転機構としては、１回転毎に回転方向を反転させる
機構を備えたことにより、基板加熱機構および基板冷却
機構を備えた場合でも、装置構造が複雑にならず、容易
に一方向に連続して回転した場合と同様の基板回転の効
果が得られる。

【００３４】この発明の請求項１１記載の集積回路の薄
膜形成装置によれば、請求項７または請求項８記載の集
積回路の薄膜形成装置において、段差付き馬蹄型基板ホ
ルダーおよび段差付き基板搬送用フォークを用いること
により、上下方向の運動のみにより容易に基板の受け渡
しができる。また、段差を形成することにより、搬送時
および受け渡し時の基板の墜落および位置ずれなどを抑
制でき、また、基板との接触面積を小さくできる。

【００３５】この発明の請求項１２記載の集積回路の薄
膜形成装置によれば、請求項１１記載の集積回路の薄膜
形成装置において、基板搬送機構の基板搬送用フォーク
は、基板との接触部分をテフロン、ポリピレンなどの合
成樹脂で被覆することにより、基板に対するダストの発
生を抑制することができ、集積回路形成時の歩留まりを
向上させることができる。

【００３６】この発明の請求項１３記載の集積回路の薄
膜形成装置によれば、請求項１１記載の集積回路の薄膜
形成装置において、基板搬送機構の基板搬送用フォーク
を中空構造とすることにより、基板搬送用フォークの自
重の軽量化が可能となり、基板搬送時の位置精度を向上
させることができる。

【００３７】この発明の請求項１４記載の集積回路の製
造方法によれば、集積回路の下地層における配線下地層
は、チタン、シリコン、アルミニウム、ゲルマニウムか
らなる群から選ばれた少なくとも１種の金属と銅とから
形成される銅合金であるので、配線層形成時に、配線層
の銅と反応して、合金化することにより、配線層の融点
を低下させる。

【００３８】この発明の請求項１５または請求項１６記
載の集積回路の製造方法によれば、集積回路の下地層に
おけるバリア層は、薄膜化しても電気的コンタクトおよ
びバリア性が良い。

【００３９】この発明の請求項１７記載の集積回路の製
造方法によれば、配線層形成時にガスイオン源により不
活性ガスイオンを照射しながら、イオンビーム源によっ
て、基板上にイオンを照射しながら銅または銅合金を蒸
着することにより、銅または銅合金配線膜の結晶粒成長
を抑制するとともに、配線材料である銅または銅合金が
リフローし易くなり、微細なコンタクトホールに対して
も穴埋め性良く配線膜を形成できる。また、配線層成膜
中に基板温度を室温からリフロー開始温度まで連続的に
昇温することにより、同様に配線材料である銅および銅
合金がリフローし易くなり、微細なコンタクトホールに
対しても穴埋め性良く配線膜を形成できる。

【００４０】この発明の請求項１８記載の集積回路の製
造方法によれば、銅または銅合金配線層形成時にガスイ
オン源により不活性ガスイオンを照射しながら、イオン
ビーム源によって、基板上にイオンを照射しながら銅ま
たは銅合金を蒸着することにより、銅または銅合金配線
膜の結晶粒成長が抑制されるとともに、配線材料である
銅または銅合金がリフローし易くなり、微細なコンタク
トホールに対しても穴埋め性良く配線膜を形成できる。
また、基板温度を室温で配線層を所定の膜厚だけ堆積し
た後、リフロー開始温度まで昇温し、再び室温に冷却
し、所定の膜厚を堆積するという周期を繰り返すことに
より、同様に配線材料である銅または銅合金がリフロー
し易くなり、微細なコンタクトホールに対しても穴埋め
性良く配線膜を形成できる。

【００４１】

【実施例】

実施例１．以下、この発明の実施例を図に基づいて説明
する。図１はこの発明の一実施例における集積回路の構
成を示す断面図である。１はシリコン基板、２は銅配線
層、４は絶縁層、５はコンタクトホール、３はシリコン
基板１と銅配線層２との間に形成された下地層であり、
この下地層３は、シリコン基板１側から銅配線層２側に
向かって順次配設されるチタン層からなる密着層３１
（ａ）、ＴｉＮ層からなるバリア層３２（ａ）、シリコ
ン層からなる配線下地層３３（ａ）から構成されてい
る。

【００４２】なお、上記実施例では、バリア層３２
（ａ）としてＴｉＮ層を適用したが、勿論これに限定さ
れるものではなく、ＴｉＮに替えてＴｉＷＮ、ＴｉＷ、
ＴｉＣＮ、ＴｉＯＮなどを適用しても同様の効果を得
る。また、配線下地層３３（ａ）としてシリコン層を適
用したが、勿論これに限定されるものではなく、シリコ
ンに替えてチタン、アルミニウム、ゲルマニウムなどを
適用しても同様の効果を得る。

【００４３】図７および８は本発明の集積回路を製造す
る場合に好適に用いられる薄膜形成装置の一例を模式的
に示す構成図である。特に、図８はイオン化手段として
磁界印加型イオン化手段１５９を用いたものである。図
において、８０は所定の真空度に保持された真空槽、１
はこの真空槽８０の上方に基板回転保持装置８１によっ
て回転可能に保持された基板、８２はこの基板１の温度
の昇温降温を制御する基板温度制御機構、８３は基板１
の表面近傍に流量の調整された窒素ガスを導入するガス
導入管、８４はこのガス導入管８３内を流れる窒素ガス
の流量を調整する流量調整バルブ、８５はガス導入管８
３および流量調整バルブ８４より構成される窒素ガス導
入手段、１００は基板１を真空槽８０内に搬入、搬出す
る基板搬送機構、８６は真空槽８０内の真空度を調整す
るための真空排気系である。

【００４４】８７（ａ）、８７（ｂ）、８７（ｃ）は各
蒸着物質の蒸気の流れを開閉するシャッター、５０
（ａ）、５０（ｂ）、５０（ｃ）は、各るつぼ５１
（ａ）、５１（ｂ）、５１（ｃ）に蒸着物質としてチタ
ン５２（ａ）、シリコン５２（ｂ）、銅５２（ｃ）をそ
れぞれ保有し、各蒸着物質５２（ａ）、５２（ｂ）、５
２（ｃ）のイオン化された蒸気を各シャッター８７
（ａ）、８７（ｂ）、８７（ｃ）を介し、基板１に向け
て照射する第１、第２および第３のイオンビーム源であ
り、図８の場合は、第１、第２および第３の磁界印加型
イオンビーム源１５０（ａ）、１５０（ｂ）、１５０
（ｃ）である。

【００４５】また、５３はるつぼ５１（ａ）の周囲に配
設された加熱用フィラメント、５４はこの加熱用フィラ
メント５３の周囲を覆うように配設された熱シールド板
で、これらるつぼ５１（ａ）、加熱用フィラメント５
３、熱シールド板５４で蒸気発生手段５５を構成してい
る。５６は電子ビームを放出する電子ビーム放出フィラ
メント、５７はこの電子ビーム放出フィラメント５６か
ら電子を引き出して加速する電子ビーム引き出し電極、
５８は電子ビーム放出フィラメント５６の周囲を覆うよ
うに配設された熱シールド板で、これら電子ビーム放出
フィラメント５６、電子ビーム引き出し電極５７、熱シ
ールド板５８によりイオン化手段５９を構成している。

【００４６】図８の場合は、電子ビームを放出する電子
ビーム放出フィラメント５６、この電子ビーム放出フィ
ラメント５６から電子を引き出して加速する電子ビーム
引き出し電極５７、電子ビーム放出フィラメント５６の
周囲を覆うように配設された熱シールド板５８の他に、
磁界を与える磁石をイオン化部周囲およびイオン化部の
中心軸上に配置したことを特徴とする磁界印加手段６０
および６１により磁界印加型イオン化手段１５９を構成
している。６２はイオン化手段５９あるいは磁界印加型
イオン化手段１５９によりイオン化された蒸着物質の蒸
気を電界で加速し、運動エネルギーを付与する加速電極
である。

【００４７】７０は加熱フィラメント５３用の第１の交
流電源、７１はるつぼ５１（ａ）の電位を加熱フィラメ
ント５３に対して正にバイアスする第１の直流電源、７
２は電子ビーム放出フィラメント５６用の第２の交流電
源、７３は電子ビーム放出フィラメント５６の電位を電
子ビーム引き出し電極５７に対して負にバイアスする第
２の直流電源、７４はるつぼ５１（ａ）および電子ビー
ム引き出し電極５７の電位を加速電極６２に対して正に
バイアスする第３の直流電源で、これら各電源７０〜７
４により電源装置７５は構成されている。そして、この
電源装置７５によって駆動される蒸気発生手段５５、イ
オン化手段５９もしくは磁界印加型イオン化手段１５９
および加速電極６２により前述の第１のイオンビーム源
５０（ａ）もしくは第１の磁界印加型イオンビーム源１
５０（ａ）は構成されている。なお、第２のイオンビー
ム源５０（ｂ）、および第３のイオンビーム源５０
（ｃ）もしくは第２の磁界印加型イオンビーム源１５０
（ｂ）、第３の磁界印加型イオンビーム源１５０（ｃ）
については、第１のイオンビーム源５０（ａ）もしくは
第１の磁界印加型イオンビーム源１５０（ａ）と同様の
構成なので説明は省略する。

【００４８】次に、上記のように構成された薄膜形成装
置の動作について説明する。例として、図１に示される
集積回路を形成する場合について説明を行う。まず、真
空排気系８６によって、真空槽８０内を１×１０^-6Ｔｏ
ｒｒ程度の真空度になるまで排気した後、基板搬送機構
１００により基板１を基板回転保持装置８１に配置す
る。次に、基板温度制御機構８２により基板温度を所定
の温度に設定し、基板回転保持装置８１により回転させ
る。次いで、各シャッター８７（ａ）、８７（ｂ）、８
７（ｃ）を閉の状態で、蒸着物質として、チタン５２
（ａ）、シリコン５２（ｂ）、銅５２（ｃ）がそれぞれ
充填された各るつぼ５１（ａ）、５１（ｂ）、５１
（ｃ）へ、すなわち、例えば第１のイオンビーム源５０
（ａ）もしくは第１の磁界印加型イオンビーム源１５０
（ａ）の場合は、加熱用フィラメント５３から放出され
る電子を、第１の直流電源７１から印加される電界によ
ってるつぼ５１（ａ）に向かって加速し、衝突させるこ
とにより、るつぼ５１（ａ)を加熱する。

【００４９】この加熱によって、るつぼ５１（ａ)内の
チタン５２（ａ）は蒸発して真空槽８０内に噴射され
る。このようにして噴射されたチタン５２（ａ）の蒸気
は電子ビーム放出フィラメント５６から放出される電子
ビームによって、イオン化される。この際、図８の場
合、磁界印加型イオン化手段１５９はグロー放電のプラ
ズマ密度を増加させる磁界印加手段６０、６１により電
子が回転できるように数百ガウスの磁束密度を電子ビー
ム放出フィラメント５６とるつぼ５１（ａ）との間のイ
オン化空間に効率良く印加できるため、非常に高いイオ
ン化効率でイオン化される。

【００５０】以上より、イオン化された蒸着物質の蒸気
は、イオン化されない残りの蒸着物質の蒸気とともに、
加速電極６２で形成される電界によって加速される。こ
の状態でシャッター８７（ａ）を開の状態に切り替える
と、これらイオン化された蒸着物質の蒸気およびイオン
化されない残りの蒸着物質の蒸気は、基板１表面に照射
され衝突することにより、基板１表面にはチタン５２
（ａ）の薄膜、すなわち、図１に示すように密着層であ
るチタン層３１（ａ）が形成される。

【００５１】次いで、流量調整バルブ８４を開き、真空
槽８０内にガス導入管８３より窒素ガスを基板１表面近
傍に導入し、この窒素ガスと照射されるイオン化された
蒸着物質の蒸気および蒸着物質の蒸気とを基板１上で反
応させて、図１に示すようにチタン層３１（ａ）の上に
バリア層である窒化チタン層３２（ａ）を形成する。

【００５２】次いで、シャッタ８７（ａ）を閉じるとと
もに流量調整バルブ８４を閉じて真空槽８０内への窒素
ガスの供給を停止した後、シャッター８７（ｂ）を開の
状態にすると、第１のイオンビーム源５０（ａ）もしく
は第１の磁界印加型イオンビーム源１５０（ａ）の場合
と同様の作用により、今度は第２のイオンビーム源５０
（ｂ）もしくは磁界印加型イオンビーム源１５０（ｂ）
からのシリコン５２（ｂ）のイオン化された蒸気および
蒸気が、基板１表面に照射され衝突ことにより、図１に
示すように窒化チタン層３２（ａ）上に配線下地層であ
るシリコン層３３（ａ）が形成され、これらチタン層３
１（ａ）、窒化チタン層３２（ａ）およびシリコン層３
３（ａ）で下地層３が構成される。

【００５３】その後、シャッター８７ｂを閉じるととも
にシャッター８７（ｃ）を開の状態にすると、第３のイ
オンビーム源５０（ｃ）もしくは磁界印加型イオンビー
ム源１５０（ｃ）からの銅５２（ｃ）のイオン化された
蒸気および蒸気が、基板１表面に照射され衝突すること
により、図１に示すように銅配線層２がシリコン層３３
（ａ）上に形成され、集積回路が構成される。

【００５４】ここで、銅配線層２の形成時にイオンビー
ム源５０（ｃ）もしくは磁界印加型イオンビーム源１５
０（ｃ）により１〜５００（μＡ／ｃｍ²）のイオン照
射を行いながら、銅を蒸着することにより、銅配線膜の
結晶粒成長を抑制するとともに、配線材料である銅のリ
フロー温度を低くすることができ、リフローし易くな
り、微細なコンタクトホールに対しても穴埋め性良く配
線膜を形成できる。また、銅配線層２の形成時の基板１
の温度を基板温度制御機構８２により、図１５に示すよ
うに、基板温度を室温Ｔ１で一定膜厚を堆積することに
より、結晶粒の成長を抑制しながら、コンタクトホール
側面および底面に連続膜形成を行うことができ、次い
で、基板温度Ｔ１からリフロー開始温度Ｔ２まで連続的
に昇温することにより、下地層３の最表層のシリコン層
３３（ａ）は銅配線層２の銅と反応し、合金化すること
によって銅配線層２の融点を低下せしめることができ、
リフローし易くなり、微細なコンタクトホールに対して
も埋め込み性良く配線膜が形成できる。

【００５５】また、同様に、銅配線層２の形成時にイオ
ンビーム源５０（ｃ）もしくは磁界印加型イオンビーム
源１５０（ｃ）により１〜５００（μＡ／ｃｍ²）のイ
オン照射を行いながら、銅を蒸着するとともに、銅配線
層２の形成時の基板温度を基板温度制御機構８２によ
り、図１６に示すように、基板温度を室温Ｔ１で配線膜
を所定の膜厚だけ堆積した後、リフロー開始温度Ｔ２ま
で昇温し、再び、室温Ｔ１に基板温度を冷却し、所定の
膜厚を堆積するという周期を繰り返すようにしてもよ
い。すなわち、室温Ｔ１である一定膜厚を堆積すること
により、結晶粒の成長を抑制しながら、コンタクトホー
ル側面および底面に連続膜形成を行うことができ、次の
段階として、室温Ｔ１からリフロー開始温度Ｔ２まで連
続的に昇温することにより、下地層３の最表層のシリコ
ン層３３（ａ）は銅配線層２の銅と反応し、合金化する
ことによって銅配線層２の融点を低下させるため、リフ
ローしやすくなり、微細なコンタクトホール中に銅が埋
め込まれる。再び、室温Ｔ１に基板温度を冷却し、所定
の膜厚を堆積することにより、前述のように、結晶粒の
成長を抑制しながら、コンタクトホール側面および底面
に連続膜形成を行うことができ、次の段階として、再
び、室温Ｔ１からリフロー開始温度Ｔ２まで連続的に昇
温することにより、前述のように、合金化することによ
って銅配線層２の融点を低下せしめることにより、リフ
ローしやすくなり、微細なコンタクトホール中に銅が埋
め込まれる。以上の周期を繰り返すことにより、基板表
面に堆積した銅配線層２が効率良くコンタクトホール内
に埋め込まれるため、アスペクト比の大きなコンタクト
ホールに対してもオーバーハングを抑制できるととも
に、ボイドの発生が抑制でき、基板表面での平坦性が向
上し、高品質の銅配線層２を歩留まり良く形成できる。

【００５６】上記のように構成されるこの発明の実施例
１における集積回路によれば、コンタクトホール５の長
さ方向に対して、シリコン基板１側からシリコンとのコ
ンタクト抵抗が小さく且つ密着性の高いチタン層３１
（ａ）を配設し、またその上にシリコンと銅配線材料と
のバリア性が良好な窒化チタン層３２（ａ）を配設し、
さらにその上に銅配線材料と密着性および濡れ性が良
く、銅と合金化しやすいシリコン層３３（ａ）をそれぞ
れ配設し、下地層３をこれら各層３１（ａ）、３２
（ａ）、３３（ａ）の３層構造としたので、銅配線層２
形成時に基板温度制御を行うことにより、下地層３の最
表層のシリコン層３３（ａ）は銅配線層２の銅と反応
し、合金化することによって銅配線層２の融点を低下せ
しめることができ、リフローしやすくなり、微細なコン
タクトホールに対しても埋め込み性が向上し、また、電
気的コンタクト性およびバリア性の良い集積回路が得ら
れる。

【００５７】以上より、低抵抗で、かつ低抵抗コンタク
トな銅配線層を形成でき、銅配線層２を用いた高品質の
集積回路を基板の表面に効率良く形成でき、耐エレクト
ロマイグレーション性に優れた超ＬＳＩの微細配線膜を
信頼性高く製造できる。

【００５８】なお、上記実施例では、バリア層３２
（ａ）としてＴｉＮ層を適用したが、勿論これに限定さ
れるものではなく、ＴｉＮに替えてＴｉＷＮ、ＴｉＷ、
ＴｉＣＮ、ＴｉＯＮなどを適用しても同様の効果を得
る。また、配線下地層３３（ａ）としてシリコン層を適
用したが、勿論これに限定されるものではなく、シリコ
ンに替えてチタン、アルミニウム、ゲルマニウムなどを
適用しても同様の効果を得る。

【００５９】実施例２．図９および図１０は本発明の集
積回路を製造する場合に好適に用いられる薄膜形成装置
の別の実施例を模式的に示す構成図である。特に、図１
０の場合、イオン化部に磁界を印加する磁界印加手段を
設けたものである。ここで、図７および８との同一部分
の説明は同一符号を付し、その説明は省略する。図にお
いて、８３は基板１近傍に窒素ガスを導入するガス導入
管、９０はアルゴンガスなどの不活性ガスの流量を調整
する流量調整弁、９１はガス導入管、９２は電子ビーム
放出手段であるフィラメント、９３は内部でプラズマを
形成する電子ビーム引き出し電極、９４はイオンを加速
制御して多孔電極９５を通して基板１に照射する加速手
段であり、１１０はガス導入管９１、電子ビーム放出手
段９２、電子ビーム引き出し電極９３、多孔電極９５お
よび加速手段９４により構成されるガスイオン源であ
る。

【００６０】図１０の場合は、ガス導入管９１、電子ビ
ーム放出手段９２、電子ビーム引き出し電極９３、多孔
電極９５、加速手段９４の他に、イオン化部に磁界を印
加する磁界印加手段９６からなる磁界印加型ガスイオン
源１２０を構成している。

【００６１】９７は電子ビーム放出手段であるフィラメ
ント９２を加熱するフィラメント加熱用電源、９８は電
子ビーム放出手段であるフィラメント９２に対して電子
ビーム引き出し電極９３を正の電位にバイアスする直流
電源、９９は加速手段９４に対して電子ビーム引き出し
電極９３を正の電位にバイアスする直流電源である。

【００６２】次に、上記のように構成された薄膜形成装
置の動作について説明する。例として、図１に示される
集積回路の銅配線層を形成する場合について説明を行
う。配線下地層であるシリコン層までは、実施例１と同
様に形成を行う。次いで、真空排気装置８６によって、
高真空に保持された真空槽８０内に、流量調整バルブ９
０を調整することにより、ガスイオン源１１０もしくは
磁界印加型ガスイオン源１２０の電子ビーム引き出し電
極９３内にガス導入管９１より不活性ガスであるアルゴ
ンガスを導入し、真空槽８０内のガス圧を１０^-5〜１０
^-3Ｔｏｒｒ程度になるように調整する。フィラメント加
熱電源９７により、電子ビーム放出手段である加熱され
たフィラメント９２から、電子ビーム引き出し電極９３
に向かって電子ビームが放出されるように直流電源９８
によってバイアス電圧を印加すると、放出された熱電子
が電子ビーム引き出し電極９３内のアルゴンガスと衝突
してプラズマを形成し、イオン化が行われる。

【００６３】この際、図１０の場合、磁界印加手段９６
は、磁界を与える磁石をイオン化部周囲およびイオン化
部の中心軸上に配置することにより、電子ビームが回転
運動できように数百ガウス程度の磁束密度を電子ビーム
引き出し電極９３内部のイオン化空間に効率良く印加で
きるため、イオン化効率を高めることができる。以上よ
り、生成したアルゴンイオンは、加速手段９４で形成さ
れる電界による加速を受けて、多孔電極９５により引き
出されて基板１に照射される。

【００６４】次に、ガスイオン源１１０もしくは磁界印
加型ガスイオン源１２０からアルゴンイオンが照射され
た状態で、実施例１の場合と同様にして、第３のイオン
ビーム源５０（ｃ）もしくは磁界印加型イオンビーム源
１５０（ｃ）から銅５２（ｃ）のイオン化された蒸気お
よび蒸気が基板１上に照射され衝突することにより、図
１に示すように銅配線層２が配線下地層３３（ａ）上に
形成され、集積回路が構成される。

【００６５】ここで、銅配線層２の形成時にイオンビー
ム源５０（ｃ）もしくは磁界印加型イオンビーム源１５
０（ｃ）およびガスイオン源１１０もしくは磁界印加型
ガスイオン源１２０により、１〜５００（μＡ／ｃ
ｍ²）のイオン照射を行いながら、銅を蒸着することに
より、銅配線膜の結晶粒成長を抑制するとともに、配線
材料である銅のリフロー温度を低くでき、リフローし易
くなり、微細なコンタクトホールに対しても穴埋め性良
く配線膜を形成でき、また、アルゴンイオンのスパッタ
リング効果により、基板表面の平坦性が向上する。

【００６６】また、実施例１と同様に銅配線層２の形成
時の基板温度を基板温度制御機構８２により、図１５に
示すように制御することにより、下地層３の最表層の配
線下地層３３（ａ）は銅配線層２の銅と反応し、合金化
することによって銅配線層２の融点を低下させるため、
リフローし易くなり、微細なコンタクトホールに対して
も埋め込み性良く銅配線層２が形成できる。さらに、図
１６に示すような基板温度の周期を繰り返すことによ
り、基板表面に堆積した銅配線層２が効率良くコンタク
トホール内に埋め込まれるため、アスペクト比の大きな
コンタクトホールに対してもオーバーハングを抑制でき
るとともに、ボイドの発生が抑制でき、基板表面での平
坦性が向上し、高品質の配線膜を歩留まり良く形成でき
る。以上より、低抵抗で、かつ低抵抗コンタクトな銅配
線層２を形成でき、銅配線層２を用いた高品質の集積回
路を基板の表面に効率良く形成でき、耐エレクトロマイ
グレーション性に優れた超ＬＳＩの微細配線膜を信頼性
高く製造できる。

【００６７】実施例３．図２は集積回路の他の実施例を
示す構成断面図である。１はシリコン基板、２は銅配線
層、４は絶縁層、５はコンタクトホール、３はシリコン
基板１と銅配線層２との間に形成された下地層であり、
この下地層３は、シリコン基板１側から銅配線層２側に
向かって順次配設されるチタン層からなる密着層３１
（ｄ）、ＴｉＮ層からなるバリア層３２（ｄ）、配線下
地層３３（ｄ）から構成されている。ここで、配線下地
層３３（ｄ）は例えばチタン、シリコン、ゲルマニウム
などの金属と銅との合金によって形成されてる。なお、
上記実施例では、バリア層３２（ｄ）としてＴｉＮ層を
適用したが、勿論これに限定されるものではなく、Ｔｉ
Ｎに替えてＴｉＷＮ、ＴｉＷ、ＴｉＣＮ、ＴｉＯＮなど
を適用しても同様の効果を得る。

【００６８】次に、上記のように構成された本実施例に
おける集積回路の薄膜形成を、図７および８に示す集積
回路の薄膜形成装置を用いて行う場合について説明す
る。まず、実施例１の場合と同様にして、チタン層から
なる密着層３１（ｄ）および窒化チタン層からなるバリ
ヤ層３２（ｄ）を形成した後、流量調整バルブ８４を閉
じて真空槽８０内への窒素ガスの供給を停止し、シャッ
ター８７（ａ）を閉じるとともに残りの両シャッター８
７（ｂ）、（ｃ）を開の状態にすると、第２のイオンビ
ーム源５０（ｂ）もしくは磁界印加型イオンビーム源１
５０（ｂ）からはシリコン５２（ｂ）のイオン化された
蒸気および蒸気が、また、第３のイオンビーム源５０
（ｃ）もしくは磁界印加型イオンビーム源１５０（ｃ）
からは銅５２（ｃ）のイオン化された蒸気および蒸気
が、それぞれ基板１上に照射され衝突することによっ
て、図２に示すように銅とシリコンの合金層３３（ｄ）
が窒化チタン層からなるバリヤ層３２（ｄ）上に形成さ
れて、下地層３が構成される。

【００６９】その後、第２のシャッター８７（ｂ）を閉
じて第３のシャッター８７（ｃ）のみを開とし、実施例
１の場合と同様にして、銅配線層の形成を行うことによ
り、合金層３３（ｄ）上に銅配線層２が形成されて集積
回路が構成される。

【００７０】上記のように構成された本実施例における
集積回路では、銅配線層２形成の際に、実施例１の場合
と同様の基板温度制御を行うことにより、合金層３３ｄ
と銅配線層２との反応により銅配線の融点を低下させ、
リフローしやすくするため、コンタクトホール５に対す
る埋め込み性は向上し、また残りの各層３１（ｄ）、３
２（ｄ）によって電気的コンタクト性およびバリア性も
向上する。

【００７１】実施例４．図３は集積回路のさらに他の実
施例を示す構成断面図である。１はシリコン基板、２は
銅配線層、４は絶縁層、５はコンタクトホール、３はシ
リコン基板１と銅配線層２との間に形成された下地層で
あり、この下地層３は、シリコン基板１側から銅配線層
２側に向かって順次配設されるチタン層からなる密着層
３１（ｅ）、ＴｉＮ層からなるバリア層３２（ｅ）、配
線下地層３３（ｅ）から構成されている。ここで、前記
配線下地層３３（ｅ）は例えばチタン、シリコン、ゲル
マニウムなどの金属と銅との合金によって形成されると
ともに銅配線層２に接近するにつれて、チタン、シリコ
ン、ゲルマニウムなどの金属の組成が銅の組成に対して
逓減するように形成されている。なお、上記実施例で
は、バリア層３２（ｅ）としてＴｉＮ層を適用したが、
勿論これに限定されるものではなく、ＴｉＮに替えてＴ
ｉＷＮ、ＴｉＷ、ＴｉＣＮ、ＴｉＯＮなどを適用しても
同様の効果を得る。

【００７２】次に、上記のように構成された本実施例に
おける集積回路の薄膜形成を、図７および８に示す集積
回路の薄膜形成装置を用いて行う場合について説明す
る。まず、実施例３の場合と同様にして、チタン層３１
（ｅ）からなる密着層および窒化チタン層からなるバリ
ア層３２（ｅ）を形成した後、第１のシャッター８７
（ａ）を閉じるとともに流量調整バルブ８４を閉じて真
空槽８０内への窒素ガスの供給を停止し、残りの両シャ
ッター８７（ｂ）、（ｃ）を開の状態にすると、第２の
イオンビーム源５０（ｂ）もしくは磁界印加型イオンビ
ーム源１５０（ｂ）からはシリコン５２（ｂ）のイオン
化された蒸気および蒸気が、また、第３のイオンビーム
源５０（ｃ）もしくは磁界印加型イオンビーム源１５０
（ｃ）からは銅５２（ｃ）のイオン化された蒸気および
蒸気が、それぞれ基板（１）上に照射され衝突すること
によって、図３に示すように銅とシリコンの合金層３３
（ｅ）がバリヤ層３２（ｅ）上に形成される。この際、
図１７（ａ）ないし図１７（ｊ）に示すように、蒸着が
進むにつれて、シリコンの蒸着量を逓減させるか、ある
いは銅の蒸着量を逓増させるようにすれば、銅配線層２
に接近するにつれて、シリコンの組成が銅の組成に対し
て逓減するような合金層が形成できる。

【００７３】その後、第２のシャッター８７（ｂ）を閉
じて第３のシャッター８７（ｃ）のみを開とし、実施例
１の場合と同様にして、銅配線層の形成を行うことによ
り、合金層３３（ｅ）上に銅配線層２が形成されて集積
回路が構成される。

【００７４】上記のように構成された本実施例における
集積回路では、銅配線層２形成の際に、実施例１の場合
と同様の基板温度制御を行うことにより、銅配線層２の
銅が合金層３３（ｅ）表面の合金と合金化して、銅配線
層２の銅の融点が低下し、その合金がコンタクトホール
５内で流動化して、銅配線層２をコンタクトホール５内
に迅速且つ容易に埋め込むことができる。また、残りの
各層３１（ｅ）、３２（ｅ）によって電気的コンタクト
性およびバリア性も向上する。

【００７５】実施例５．図４は集積回路のさらに他の実
施例を示す構成断面図である。１はシリコン基板、２は
銅配線層、４は絶縁層、５はコンタクトホール、３はシ
リコン基板１と銅配線層２との間に形成された下地層で
あり、この下地層３は、シリコン基板１側から銅配線層
２側に向かって順次配設される密着層３１（ｆ）、バリ
ア層３２（ｆ）、配線下地層３３（ｆ）から構成されて
いる。ここで、バリア層３２（ｆ）は、組成的に傾斜機
能を有しており、基板１から銅配線層２に向かって組成
Ｘが変化する窒化チタン（ＴｉＮｘ）薄膜層から形成さ
れている。

【００７６】図５は集積回路の他の実施例を示す構成断
面図である。１はシリコン基板、２は銅配線層、４は絶
縁層、５はコンタクトホール、３はシリコン基板１と銅
配線層との間に形成された下地層であり、この下地層３
は、シリコン基板１側から銅配線層２側に向かって順次
配設される密着層３１（ｇ）、バリア層３２（ｇ）、配
線下地層３３（ｇ）から構成されている。ここで、バリ
ア層３２（ｇ）は、組成的に傾斜機能を有しており、基
板１から銅配線層２に向かってチタン層１０（ｇ）、窒
化二チタン層１１（ｇ）、そして窒化チタン層１２
（ｇ）から形成されている。

【００７７】図６はさらに他の実施例を示す集積回路の
一実施例を示す構成断面図である。１はシリコン基板、
２は銅配線層、４は絶縁層、５はコンタクトホール、３
はシリコン基板１と銅配線層２との間に形成された下地
層であり、この下地層３は、シリコン基板１側から銅配
線層２側に向かって順次配設される密着層３１（ｈ）、
バリア層３２（ｈ）、配線下地層３３（ｈ）から構成さ
れている。ここで、バリア層３２（ｈ）は、組成的に傾
斜機能を有しており、基板１から銅配線層２に向かって
チタン層１０（ｈ）、徐々に窒素組成がチタン組成に対
して大きくなるようにした窒化チタン層１１（ｈ）、そ
して最後に窒化チタン層１２（ｈ）から形成されてい
る。

【００７８】次に、上記のように構成された本実施例に
おける集積回路の薄膜形成を図７および８に示す集積回
路の薄膜形成装置を用いて行う場合について説明する。
下地層３の密着層３１（ｆ）、３１（ｇ）、３１（ｈ）
までは実施例１の場合と同様にして形成を行う。次いで
第１のイオンビーム源５０（ａ）もしくは磁界印加型イ
オンビーム源１５０（ａ）から照射されるイオン化され
たチタンの蒸気およびチタン蒸気と、基板近傍に導入さ
れた反応性ガスである窒素ガスとの反応が基板上で進行
して窒化チタン薄膜が形成される。

【００７９】ここで、図１８は導入される窒素ガスの量
を変化させた場合に形成された窒化チタン層の結晶性を
Ｘ線回折法で分析した結果である。この図より、窒素ガ
ス分圧が４．０×１０^-6Ｔｏｒｒ以下ではチタン（Ｔ
ｉ）、１．０×１０^-5Ｔｏｒｒでは窒化二チタン（Ｔｉ
₂Ｎ）、１．７×１０^-5Ｔｏｒｒでは窒化二チタン（Ｔ
ｉ₂Ｎ）と窒化チタン（ＴｉＮ）との混晶、３．０×１
０^-5Ｔｏｒｒ以上では窒化チタン（ＴｉＮ）となってい
て、窒素ガス分圧によって結晶性と膜中の窒素とチタン
の組成が自由に制御することができる。また、図１９は
窒化チタンの比抵抗の窒化チタン組成依存性を示す。組
成的には窒素に対するチタンの比率が増加するほど比抵
抗が低いことがわかる。

【００８０】また、本実施例における集積回路の薄膜形
成を図９および１０に示す集積回路の薄膜形成装置を用
いて行う場合を以下に説明する。下地層３の密着層３１
（ｆ）、３１（ｇ）、３１（ｈ）までは、実施例１およ
び２の場合と同様にして形成を行う。

【００８１】次に、真空排気装置８６によって、高真空
に保持された真空槽８０内に、基板１近傍にガス導入管
８３によって窒素ガスを導入する一方、流量調整バルブ
９０を調整することにより、ガスイオン源の電子ビーム
引き出し電極９３内にガス導入管９０より不活性ガスで
あるアルゴンガスを導入し、真空槽８０内のガス圧をア
ルゴン分圧と窒素分圧を合わせて１０^-5〜１０^-3Ｔｏｒ
ｒ程度になるように調整する。ここで、基板１近傍に導
入するガスとしては窒素ガスを用いたが、窒素ガスの混
合ガスもしくは窒素元素を含む混合ガスを用いても同様
の効果を得る。

【００８２】次いで、フィラメント加熱電源９７によ
り、電子ビーム放出手段である加熱されたフィラメント
９２から、電子ビーム引き出し電極９３に向かって電子
ビームが放出されるように直流電源９８によってバイア
ス電圧を印加すると、放出された熱電子が電子ビーム引
き出し電極９３内のアルゴンガスと衝突してプラズマを
形成し、イオン化が行われる。この際、図１０の薄膜形
成装置の場合、磁界印加手段９６により、電子ビームが
回転運動できように数百ガウス程度の磁束密度を印加し
たので、イオン化効率を高めることができる。以上よ
り、生成したアルゴンイオンは、加速電極９４で形成さ
れる電界による加速を受けて、多孔電極９５により引き
出されて基板１に照射される。

【００８３】次いで、実施例１および実施例２の場合と
同様にして、第１のイオンビーム源５０（ａ）もしくは
磁界印加型イオンビーム源１５０（ａ）からチタン５２
（ａ）のイオン化された蒸気および蒸気を基板１上に照
射し、衝突させる。一方、基板１および基板１近傍には
ガス導入管８３より供給される窒素ガスが存在し、アル
ゴンイオン照射によって励起、解離もしくはイオン化さ
れた活性な状態にあり、この窒素ガスは蒸着物質のチタ
ン５２（ａ）のイオン化された蒸気および蒸気と衝突し
て、効率良く反応が進行し窒化チタン薄膜が基板１上に
形成される。この際、窒素ガス分圧あるいは、基板１に
照射するアルゴンイオンの量を変化させると、膜中のチ
タンと窒素の組成比が変化するため、自由に組成比を制
御することが可能となる。

【００８４】実施例６．図１１は集積回路の薄膜形成装
置の基板回転保持装置８１の一実施例を示す構成断面図
である。図において、１は基板、３０１は基板１を回転
保持する基板ホルダー、３０２は１回転毎に回転方向を
反転させることができる基板回転機構、３０３はランプ
加熱、高温ガスなどによる基板加熱機構、３０４は水、
液体窒素などによる基板冷却機構、３０５は基板加熱機
構３０３および基板冷却機構３０４をそれぞれ独立に上
下移動させることができる上下移動機構、８２は基板加
熱機構３０３、基板冷却機構３０４および上下移動機構
３０５より構成される基板温度制御機構である。

【００８５】次に、上記薄膜形成装置の動作について説
明する。例として、実施例１および２で銅配線層形成時
に行った温度制御を示す図１６について説明を行う。ま
ず、１回転毎に回転方向を反転させる機構を備えた基板
回転機構３０２により、基板回転を行うわけであるが、
この基板回転機構３０２の基板回転により、基板温度制
御機構８２として基板加熱機構３０３および基板冷却機
構３０４を備えた場合でも、配管、配線などのねじれを
１回転毎に緩和することができ、装置構造が複雑になら
ず、容易に一方向に連続して回転した場合と同様の基板
回転の効果が得られる。

【００８６】次いで、本基板温度制御機構８２による制
御方法であるが、基板加熱機構３０３および基板冷却機
構３０４をそれぞれ独立に上下移動させることができる
上下移動機構３０５により、必要とされる温度に対応し
て、基板加熱機構３０３あるいは基板冷却機構３０４を
基板１に対して接近あるいは接触させることにより、基
板加熱効果あるいは冷却効果が増大するので、必要とさ
れる基板温度に短時間にしかも精度良く設定することが
できる。

【００８７】例えば、図１６の場合は、上下移動機構３
０５により、基板冷却機構３０４を基板１に対して接近
あるいは接触させ、必要とされる温度Ｔ１まで基板温度
を冷却した後、膜形成を行う。所定の膜厚ｘ１形成中は
所定温度Ｔ１に保持する。次いで、上下移動機構３０５
により基板冷却機構３０４を基板１に対して遠ざけると
ともに、基板加熱機構３０３を基板１に対して接近ある
いは接触させ、基板温度をリフロー開始温度Ｔ２まで上
昇させ、所定時間保持した後、上下移動機構３０５によ
り基板加熱機構３０３を基板１に対して遠ざけるととも
に、基板冷却機構３０４を基板１に対して接近あるいは
接触させ、再び、必要とされる温度Ｔ１まで基板温度を
冷却し、所定の膜厚ｘ１形成中は所定温度Ｔ１に保持す
るという操作を繰り返す。

【００８８】以上の操作により、成膜中に基板温度の昇
温降温を短時間に精度良く制御することが可能となる。
従って、この基板回転保持装置８１によれば、基板温度
制御機構８２として基板加熱機構３０３および基板冷却
機構３０４を備えた場合でも、装置構造が複雑になら
ず、容易に一方向に連続して回転した場合と同様の基板
回転の効果が得られるとともに、成膜中に基板温度の昇
温降温をより短時間に制御性良く行うことができ、成膜
時の温度管理が精度良く行えるため、品質のばらつきが
少なくできるとともに、生産性を向上させことができ
る。

【００８９】実施例７．図１２は集積回路の薄膜形成装
置の基板搬送機構の一実施例を示す構成図である。図に
おいて、３１０は段差付き馬蹄型基板ホルダー、３１１
（ａ）は段差付き長方形の基板搬送用フォーク、３１２
（ａ）は基板との接触部である。

【００９０】図１３は集積回路の薄膜形成装置の基板搬
送機構の基板搬送用フォークの他の実施例を示す構成図
である。図において、３１１（ｂ）は段差付き長方形の
基板搬送用フォーク、３１２（ｂ）はテフロン、ポリピ
レンなどが被覆された基板との接触部であり、これらを
被覆することにより、基板１に対するダストの発生を抑
制することができ、集積回路製造時の歩留まりを向上さ
せることができる。

【００９１】図１４は集積回路の薄膜形成装置の基板搬
送機構の基板搬送用フォークの一実施例を示す構成図で
ある。図において、３１１（ｃ）は段差付き長方形の基
板搬送用フォーク、３１２（ｃ）は基板との接触部、３
１３は中空構造部であり、基板搬送用フォーク３１１
（ｃ）を中空とすることにより、基板搬送用フォークの
自重の軽量化が可能となり、基板搬送時の位置精度を向
上させることができる。

【００９２】次に動作について説明する。まず、段差付
き馬蹄型基板ホルダー３１０に基板を装着する場合につ
いて説明する。図２０に示すように、段差付き長方形の
基板搬送用フォーク３１１に載せられた基板１は水平方
向に移動することにより段差付き馬蹄型基板ホルダー３
１０の直上に搬送される（図２１参照）。

【００９３】次に、段差付き長方形の基板搬送用フォー
ク３１１を垂直方向に下降させるか、あるいは、段差付
き馬蹄型基板ホルダー３１０を垂直方向に上昇させるこ
とにより、基板の受け渡しを行う（図２２参照）。

【００９４】最後に、段差付き長方形の基板搬送用フォ
ーク３１１を水平方向に移動することにより段差付き馬
蹄型基板ホルダー３１０への基板１の装着は完了する
(図２３参照)。また、段差付き馬蹄型基板ホルダー３１
０から基板１を搬出する場合は上記の手順の逆を行えば
良い。

【００９５】以上の操作により、基板１搬入搬出が行わ
れるわけであるが、基板ホルダー３１０および基板搬送
用フォーク３１１の形状がそれぞれ馬蹄型および長方形
であるので、上下方向の運動のみにより容易に基板の受
け渡しが可能である。また、段差を形成することによ
り、搬送時および受け渡し時の基板１の墜落および位置
ずれなどを抑制でき、また、基板１との接触部３１２
（ａ）面積を小さくできる。

【００９６】

【発明の効果】以上のように、この発明の請求項１に係
る集積回路によれば、配線層として銅または銅合金を用
いているので、低抵抗でエレクトロマイグレーション
（ＥＭ）耐性に優れた配線層が形成でき、また、集積回
路の下地層における密着層およびバリア層は薄膜化して
も電気的コンタクトおよびバリア性が良く、さらに、下
地層における配線下地層は、配線層の銅または銅合金と
合金を形成しやすい金属であるので、配線層形成時に、
配線層の銅または銅合金と反応して、合金化することに
より、銅または銅合金から構成された配線層の融点を低
下させ、良好なステップカバレッジを確保でき、配線層
をコンタクトホール内へ良好に埋め込むことが可能な集
積回路を提供することができ、従って、銅または銅合金
からなる配線層を用いた高品質の集積回路を基板表面に
効率良く形成でき、低抵抗で耐エレクトロマイグレーシ
ョン性に優れた超ＬＳＩの微細配線膜を信頼性高く製造
できる。

【００９７】また、請求項２または請求項３に係る集積
回路によれば、集積回路の下地層における配線下地層
は、チタン、シリコン、アルミニウムおよびゲルマニウ
ムからなる群から選ばれた少なくとも１種の金属と銅と
から形成される銅合金であるので、配線層形成時に、配
線層の銅または銅合金と反応して、合金化することによ
り、銅または銅合金から構成された配線層の融点を低下
させ、良好なステップカバレッジを確保でき、配線層を
コンタクトホール内へ良好に埋め込むことが可能な集積
回路を提供することができ、従って、銅または銅合金配
線層を用いた高品質の集積回路を基板表面に効率良く形
成でき、低抵抗で耐エレクトロマイグレーション性に優
れた超ＬＳＩの微細配線膜を信頼性高く製造できる。

【００９８】また、請求項４ないし請求項６のいずれか
に記載の集積回路によれば、請求項１ないし請求項３の
いずれかに記載の集積回路において、集積回路の下地層
におけるバリア層は、チタンと窒素との組成を変化させ
た傾斜構造としたことによりバリア層を薄膜化しても電
気的コンタクトおよびバリア性が向上するという効果が
あり、従って、銅または銅合金配線層を用いた高品質の
集積回路を基板表面に効率良く形成でき、低抵抗で耐エ
レクトロマイグレーション性に優れた超ＬＳＩの微細配
線膜を信頼性高く製造できる。

【００９９】また、請求項７に係る集積回路の薄膜形成
装置によれば、基板回転保持装置の基板温度制御機構
を、基板加熱機構と基板冷却機構とを備えることによ
り、成膜中の基板温度の昇降温度制御性が高く、イオン
ビーム源により、蒸着物質の蒸気をイオン化し、かつ加
速手段によりイオン化された蒸気に運動エネルギーを付
与しているので、低抵抗で、かつ低抵抗コンタクトな銅
または銅合金配線層を形成でき、また、銅または銅合金
配線層形成時にイオンビーム源により１〜５００（μＡ
／ｃｍ²）のイオン照射を行うとともに、前記基板温度
制御機構により昇温降温の温度サイクルを繰り返すこと
により、配線材料である銅または銅合金のリフローを促
進し、微細なコンタクトホールに対しても穴埋め性良く
配線層を形成することができ、また、反応性が高いの
で、良好な電気的コンタクトおよびバリア性を有するＴ
ｉＮなどのバリア層を形成できる。さらに、チタンと窒
素の組成比が変化した傾斜構造のバリア層の形成も可能
である。さらに、集積回路の下地層における配線下地層
であるチタン、シリコン、アルミニウムおよびゲルマニ
ウムからなる群から選ばれたすくなくとも１種の金属と
銅とから形成される銅合金層を形成する場合、複数のイ
オンビーム源により、銅と合金元素を混合蒸着し、各蒸
着速度を制御することにより、銅と合金元素の組成比を
自由に変化でき、また、傾斜構造とすることもでき、従
って、銅または銅合金配線層を用いた高品質の集積回路
を基板の表面に効率良く形成でき、耐エレクトロマイグ
レーション性に優れた超ＬＳＩの微細配線膜を信頼性高
く製造できる製造装置を提供することができる。

【０１００】また、請求項８に係る集積回路の薄膜形成
装置によれば、基板温度制御機構は、基板加熱機構と基
板冷却機構とを備えることにより、成膜中の基板温度の
昇降温度制御性が高く、集積回路の薄膜形成装置のイオ
ンビーム源により、蒸着物質の蒸気をイオン化し、かつ
加速手段によりイオン化された蒸気に運動エネルギーを
付与しているので、低抵抗で、かつ低抵抗コンタクトな
銅または銅合金配線層を形成でき、また、銅または銅合
金配線層形成時にガスイオン源により不活性ガスイオン
を照射しながらイオンビーム源によって前記基板上にイ
オン照射しながら銅または銅合金の蒸着を行うととも
に、前記基板温度制御機構により昇温降温の温度サイク
ルを繰り返すことにより、配線材料である銅または銅合
金のリフローを促進し、微細なコンタクトホールに対し
ても穴埋め性良く配線層を形成することができ、また、
基板近傍に導入された窒素ガスが前記ガスイオン源から
の不活性ガスイオン照射により、活性化して基板に蒸着
するので、蒸着物質の蒸気との反応効率が向上し、良好
な電気的コンタクトおよびバリア性を有するＴｉＮなど
のバリア層を形成できる。さらに、チタンと窒素の組成
比が変化した傾斜構造のバリア層の形成も可能である。
さらに、集積回路の下地層における配線下地層であるチ
タン、シリコン、アルミニウムおよびゲルマニウムから
なる群からえらばれた少なくとも１種の金属と銅とから
形成される銅合金層を形成する場合、複数のイオンビー
ム源により、銅と合金元素とを混合蒸着し、各蒸着速度
を制御することにより、銅と合金元素との組成比を自由
に変化でき、また、傾斜構造とすることもできるという
効果があり、従って、銅または銅合金配線層を用いた高
品質の集積回路を基板の表面に効率良く形成でき、耐エ
レクトロマイグレーション性に優れた超ＬＳＩの微細配
線膜を信頼性高く製造できる製造装置を提供する。

【０１０１】また、請求項９に係る集積回路の薄膜形成
装置によれば、請求項７または請求項８記載の集積回路
の薄膜形成装置において、集積回路の薄膜形成装置の磁
界印加型イオンビーム源は、イオン化手段として、グロ
ー放電のプラズマ密度を増加させる磁界印加手段を備え
るとともに、その配置として、磁界を与える磁石をイオ
ン化部周囲およびイオン化部の中心軸上に配置すること
により、電子が回転できるように数百ガウスの磁束密度
を電子ビーム放出フィラメントとるつぼとの間のイオン
化空間に効率良く印加できるため、蒸着物質の蒸気を非
常に高いイオン化効率でイオン化でき、また、磁界印加
型ガスイオン源は、ガスイオン化手段として、磁界印加
手段を備えるとともに、その配置として、磁界を与える
磁石をイオン化部周囲およびイオン化部の中心軸上に配
置することにより、電子ビームが回転運動できように数
百ガウス程度の磁束密度を電子ビーム引き出し電極内部
のイオン化空間に効率良く印加できるため、イオン化効
率を高めることができ、従って、請求項７および８と同
様に、以下に示す効果がある。低抵抗で、かつ低抵抗コ
ンタクトな銅または銅合金配線層を形成でき、銅または
銅合金配線層形成時に磁界印加型イオンビーム源により
１〜５００（μＡ／ｃｍ²）のイオン照射を行うととも
に、基板温度制御機構により昇温降温の温度サイクルを
繰り返すことにより、配線材料である銅または銅合金の
リフローを促進し、微細なコンタクトホールに対しても
穴埋め性良く配線層を形成することができ、さらに、反
応性が高いので、良好な電気的コンタクトおよびバリア
性を有するＴｉＮなどのバリア層を形成できる。また、
銅または銅合金配線層形成時に磁界印加型ガスイオン源
により不活性ガスイオンを照射しながら磁界印加型イオ
ンビーム源によって前記基板上にイオン照射しながら銅
または銅合金の蒸着を行うとともに、前記基板温度制御
機構により昇温降温の温度サイクルを繰り返すことによ
り、配線材料である銅または銅合金のリフローを促進
し、微細なコンタクトホールに対しても穴埋め性良く配
線層を形成することができ、さらに、基板近傍に導入さ
れた窒素ガスが前記磁界印加型ガスイオン源からの不活
性ガスイオン照射により、活性化して基板に蒸着するの
で、蒸着物質の蒸気との反応効率が向上し、良好な電気
的コンタクトおよびバリア性を有するＴｉＮなどのバリ
ア層を形成できる。さらに、チタンと窒素の組成比が変
化した傾斜構造のバリア層の形成も可能である。さら
に、集積回路の下地層における配線下地層であるチタ
ン、シリコン、アルミニウムおよびゲルマニウムからな
る群から選ばれた少なくとも１種の金属と銅とから形成
される銅合金層を形成する場合、複数の磁界印加型イオ
ンビーム源により、銅と合金元素とを混合蒸着し、各蒸
着速度を制御することにより、銅と合金元素の組成比を
自由に変化でき、また、傾斜構造とすることもできると
いう効果がある。以上より、銅または銅合金配線層を用
いた高品質の集積回路を基板の表面に効率良く形成で
き、耐エレクトロマイグレーション性に優れた超ＬＳＩ
の微細配線膜を信頼性高く製造できる製造装置を提供す
る。

【０１０２】また、請求項１０に係る集積回路の薄膜形
成装置によれば、請求項７または請求項８記載の集積回
路の薄膜形成装置において、基板加熱機構および基板冷
却機構は、それぞれ独立に上下移動が可能な機構を備え
ることにより、基板温度の昇温あるいは降温時に前記基
板加熱機構あるいは基板冷却機構を基板に対して接近あ
るいは接触させることができ、基板温度の昇温降温をよ
り短時間に制御性良く行うことができる。また、基板回
転機構としては、１回転毎に回転方向を反転させる機構
を備えたことにより、前記基板加熱機構および基板冷却
機構を備えた場合でも、装置構造が複雑にならず、容易
に一方向に連続して回転した場合と同様の基板回転の効
果が得られる。

【０１０３】また、請求項１１に係る集積回路の薄膜形
成装置によれば、請求項７または請求項８記載の集積回
路の薄膜形成装置において、基板搬送機構は、段差付き
馬蹄型基板ホルダーおよび段差付き基板搬送用フォーク
を用いることにより、上下方向の運動のみにより容易に
基板の受け渡しができる。また、段差を形成することに
より、搬送時および受け渡し時の基板の墜落および位置
ずれなどを抑制でき、また、基板との接触面積を小さく
できるので、基板に対するダストの発生を抑制すること
ができる。

【０１０４】また、請求項１２に係る集積回路の薄膜形
成装置によれば、請求項１１の集積回路の薄膜形成装置
において、基板搬送用フォークは、基板との接触部分を
テフロン、ポリピレンなどの合成樹脂を被覆することに
より、基板に対するダストの発生を抑制することがで
き、集積回路形成時の歩留まりを向上させることができ
るという効果がある。

【０１０５】また、請求項１３に係る集積回路の薄膜形
成装置によれば、請求項１１の集積回路の薄膜形成装置
において、基板搬送用フォークは、中空構造とすること
により、基板搬送用フォークの自重の軽量化が可能とな
り、基板搬送時の位置精度を向上させることができると
いう効果がある。

【０１０６】また、請求項１４に係る集積回路の製造方
法によれば、集積回路の下地層における配線下地層であ
るチタン、シリコン、アルミニウムおよびゲルマニウム
からなる群から選ばれた少なくとも１種の金属と銅とか
ら形成される銅合金層を形成する場合、複数のイオンビ
ーム源もしくは磁界印加型イオンビーム源により、銅と
合金元素を混合蒸着し、各蒸着速度を制御することによ
り、銅と合金元素の組成比を自由に変化でき、また、傾
斜構造とすることもできるという効果がある。また、集
積回路の下地層における配線下地層は、チタン、シリコ
ン、アルミニウムおよびゲルマニウムからなる群から選
ばれた少なくとも１種の金属と銅とから形成される銅合
金であるので、銅または銅合金配線層形成時に、銅また
は銅合金配線層の銅または銅合金と反応して、合金化す
ることにより、配線層の融点を低下させ、良好なステッ
プカバレッジを確保でき、銅または銅合金配線層をコン
タクトホール内へ良好に埋め込むことできるという効果
がある。以上より、銅または銅合金配線層を用いた高品
質の集積回路を基板表面に効率良く形成でき、低抵抗で
耐エレクトロマイグレーション性に優れた超ＬＳＩの微
細配線膜を信頼性高く製造できる。

【０１０７】また、請求項１５または請求項１６に係る
集積回路の製造方法によれば、チタンと窒素との組成比
を変化させる傾斜構造を真空槽内に導入される窒素ガス
の量を制御することにより、容易に形成できるという効
果がある。また、集積回路の下地層におけるバリア層
は、チタンと窒素との組成を変化させた傾斜構造とした
ことによりバリア層を薄膜化しても電気的コンタクトお
よびバリア性が向上するという効果がある。以上より、
銅または銅合金配線層を用いた高品質の集積回路を基板
表面に効率良く形成でき、低抵抗で耐エレクトロマイグ
レーション性に優れた超ＬＳＩの微細配線膜を信頼性高
く製造できる。

【０１０８】また、請求項１７に係る集積回路の製造方
法によれば、集積回路の銅または銅合金配線層の製造方
法は、銅または銅合金配線層形成時にガスイオン源もし
くは磁界印加型ガスイオン源により不活性ガスイオンを
照射しながら、イオンビーム源もしくは磁界印加型イオ
ンビーム源によって、基板上にイオンを照射しながら銅
または銅合金を蒸着することにより、銅または銅合金配
線膜の結晶粒成長を抑制するとともに、配線材料である
銅または銅合金がリフローし易くなり、微細なコンタク
トホールに対しても穴埋め性良く配線膜を形成できる。
また、配線層成膜中に基板温度を室温からリフロー開始
温度まで連続的に昇温することにより、同様に配線材料
である銅または銅合金がリフローし易くなり、微細なコ
ンタクトホールに対しても穴埋め性良く配線膜を形成で
きるという効果がある。以上より、銅または銅合金配線
層を用いた高品質の集積回路を基板表面に効率良く形成
でき、低抵抗で耐エレクトロマイグレーション性に優れ
た超ＬＳＩの微細配線膜を信頼性高く製造できる。

【０１０９】また、請求項１８に係る集積回路の製造方
法によれば、銅または銅合金配線層形成時にガスイオン
源もしくは磁界印加型ガスイオン源により不活性ガスイ
オンを照射しながら、イオンビーム源もしくは磁界印加
型イオンビーム源によって、基板上にイオンを照射しな
がら銅または銅合金を蒸着することにより、銅または銅
合金配線膜の結晶粒成長が抑制されるとともに、配線材
料である銅または銅合金がリフローし易くなり、微細な
コンタクトホールに対しても穴埋め性良く配線膜を形成
できる。また、基板温度を室温で配線層を所定の膜厚だ
け堆積した後、リフロー開始温度まで昇温し、再び、室
温に冷却し、所定の膜厚を堆積するという周期を繰り返
すことにより、同様に配線材料である銅または銅合金が
リフローし易くなり、微細なコンタクトホールに対して
も穴埋め性良く配線膜を形成できるという効果がある。
以上より、銅または銅合金配線層を用いた高品質の集積
回路を基板表面に効率良く形成でき、低抵抗で耐エレク
トロマイグレーション性に優れた超ＬＳＩの微細配線膜
を信頼性高く製造できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の大規模集積回路の一実施例を示す
断面図である。

【図２】 この発明の大規模集積回路の他の実施例を示
す断面図である。

【図３】 この発明の大規模集積回路の更に他の実施例
を示す断面図である。

【図４】 この発明の大規模集積回路の更に他の実施例
を示す断面図である。

【図５】 この発明の大規模集積回路の更に他の実施例
を示す断面図である。

【図６】 この発明の大規模集積回路の更に他の実施例
を示す断面図である。

【図７】 この発明の大規模集積回路の薄膜形成装置の
一実施例を示す構成図である。

【図８】 この発明の大規模集積回路の薄膜形成装置の
他の実施例を示す構成図である。

【図９】 この発明の大規模集積回路の薄膜形成装置の
更に他の実施例を示す構成図である。

【図１０】 この発明の大規模集積回路の薄膜形成装置
の更に他の実施例を示す構成図である。

【図１１】 この発明の大規模集積回路の薄膜形成装置
の基板回転保持装置の一実施例を示す断面図である。

【図１２】 この発明の大規模集積回路の薄膜形成装置
の基板搬送機構の一実施例を示す図である。

【図１３】 この発明の大規模集積回路の薄膜形成装置
の基板搬送機構の基板搬送用フォークの一実施例を示す
図である。

【図１４】 この発明の大規模集積回路の薄膜形成装置
の基板搬送機構の基板搬送用フォークの他の実施例を示
す図である。

【図１５】 この発明の大規模集積回路の製造方法にお
ける基板温度制御プロセスの一実施例を示す図である。

【図１６】 この発明の大規模集積回路の製造方法にお
ける基板温度制御プロセスの他の実施例を示す図であ
る。

【図１７】 この発明の大規模集積回路の製造方法にお
ける銅合金からなる配線下地層の製造プロセスの各実施
例を示す図である。

【図１８】 窒化チタンの結晶性を示す図である。

【図１９】 窒化チタンの比抵抗を示す図である。

【図２０】 この発明の基板搬送機構の一実施態様を示
す図である。

【図２１】 この発明の基板搬送機構の別の実施態様を
示す図である。

【図２２】 この発明の基板搬送機構のさらに別の実施
態様を示す図である。

【図２３】 この発明の基板搬送機構のさらにまた別の
実施態様を示す図である。

【図２４】 従来の大規模集積回路の一例を示す断面図
である。

【図２５】 従来の大規模集積回路の薄膜形成装置の一
例を示す断面図である。

【図２６】 従来の大規模集積回路の他の例を示す断面
図である。

【符号の説明】

１ 基板、２ 銅配線層、３ 複数の層から構成される
下地層、３１ 密着層、３２ バリア層、３３ 配線下
地層、５０ イオンビーム源、５５ 蒸気発生手段、５
９ イオン化手段、７５ 電源装置、８１ 基板回転保
持装置、８２基板温度制御機構、８５ 窒素ガス導入手
段、１００ 基板搬送機構、１１０ガスイオン源、１２
０ 磁界印加型ガスイオン源、１５０ 磁界印加型イオ
ンビーム源、３０３ 基板加熱機構、３０４ 基板冷却
機構、３１０ 基板ホルダー、３１１ 基板搬送用フォ
ーク。

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に複数の層から構成される下地層
   を介して配線層が形成された集積回路において、前記配
   線層は銅または銅合金により構成され、前記下地層は、
   前記基板から配線層に向かって、密着層、バリア層およ
   び前記配線層の銅または銅合金と合金を形成しやすい金
   属からなる配線下地層から構成されることを特徴とする
   集積回路。
2. 【請求項２】 基板上に配線下地層を含む複数の層から
   構成された下地層を介して銅または銅合金から構成され
   た配線層が形成された集積回路において、前記配線下地
   層は、チタン、シリコン、アルミニウムおよびゲルマニ
   ウムからなる群から選ばれた少なくとも１種の金属と銅
   とで形成される銅合金からなることを特徴とする集積回
   路。
3. 【請求項３】 基板上に配線下地層を含む複数の層から
   構成された下地層を介して銅または銅合金から構成され
   た配線層が形成された集積回路において、前記配線下地
   層は、チタン、シリコン、アルミニウムおよびゲルマニ
   ウムからなる群から選ばれた少なくとも１種の金属と銅
   とで形成される銅合金から構成されるとともに、前記配
   線層に接近するにつれてチタン、シリコン、アルミニウ
   ムおよびゲルマニウムから選ばれた少なくとも１種の金
   属の組成が銅の組成に対して逓減することを特徴とする
   集積回路。
4. 【請求項４】 基板上に複数の層から構成された下地層
   を介して銅または銅合金から構成された配線層が形成さ
   れた集積回路において、前記下地層に含まれたバリア層
   は、前記基板から前記配線層に向かって組成Ｘが変化す
   る窒化チタン（ＴｉＮ_X）薄膜層であることを特徴とす
   る請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の集積回
   路。
5. 【請求項５】 基板上に複数の層から構成された下地層
   を介して銅または銅合金から構成された配線層が形成さ
   れた集積回路において、前記下地層に含まれたバリア層
   は、前記基板から前記配線層に向かってチタン層、窒化
   二チタン層および窒化チタン層の順序で形成されたこと
   を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載
   の集積回路。
6. 【請求項６】 基板上に複数の層から構成される下地層
   を介して銅または銅合金から構成された配線層が形成さ
   れた集積回路において、前記下地層に含まれたバリア層
   は、前記基板から前記配線層に向かって、チタン層、徐
   々に窒素組成がチタン組成に対して大きくなるようにし
   た窒化チタン（ＴｉＮ_X）層そして最後に窒化チタン
   （ＴｉＮ）層の順序で形成されたことを特徴とする請求
   項１ないし請求項３のいずれかに記載の集積回路。
7. 【請求項７】 所定の真空度に保持された真空槽内に基
   板の搬入、搬出を行う基板搬送機構と、前記基板上近傍
   に窒素ガスを導入する窒素ガス導入手段と、前記基板を
   回転する基板回転機構と、前記基板を加熱する基板加熱
   機構および前記基板を冷却する基板冷却機構とを有し成
   膜中の基板温度を制御する基板温度制御機構と、 前記基板に向けて蒸着物質の蒸気を発生させる蒸気発生
   手段と、前記蒸着物質の蒸気の一部をイオン化するイオ
   ン化手段と、イオン化された蒸気を加速制御して、イオ
   ン化されていない蒸着物質の蒸気とともに基板に輸送す
   る加速手段から構成されるイオンビーム源であって、蒸
   着物質である銅、チタンおよび銅合金の構成元素である
   チタン、シリコン、アルミニウムおよびゲルマニウムか
   らなる群から選ばれた金属を前記基板に供給するイオン
   ビーム源とを備え、 銅または銅合金から構成される配線層の形成時には、前
   記イオンビーム源により１〜５００（μＡ／ｃｍ²）の
   イオン照射を行うとともに、前記基板温度制御機構によ
   り昇温、降温の温度サイクルを繰り返すようにしたこと
   を特徴とする集積回路の薄膜形成装置。
8. 【請求項８】 所定の真空度に保持された真空槽内に基
   板の搬入搬出を行う基板搬送機構と、前記基板上近傍に
   流量を調整された窒素ガスの混合ガスもしくは窒素元素
   を含む混合ガスを導入するガス導入手段と、前記基板を
   回転する基板回転機構と、前記基板を加熱する基板加熱
   機構および前記基板を冷却する基板冷却機構を有し、成
   膜中の基板温度を制御する基板温度制御機構と、 前記基板に向けて蒸着物質の蒸気を発生させる蒸気発生
   手段と、前記蒸着物質の蒸気の一部をイオン化するイオ
   ン化手段と、イオン化された蒸気を加速制御して、イオ
   ン化されていない蒸着物質の蒸気とともに基板に輸送す
   る加速手段から構成されるイオンビーム源であって、蒸
   着物質である銅、チタンおよび銅合金の構成元素である
   チタン、シリコン、アルミニウムおよびゲルマニウムか
   らなる群から選ばれた金属を前記基板に供給するイオン
   ビーム源とを備えた集積回路の薄膜形成装置において、 前記真空槽内に設けられた不活性ガス導入手段と、不活
   性ガスの導入部分に配置され不活性ガスをイオン化する
   ガスイオン化手段と、このガスイオン化手段によりイオ
   ン化された不活性ガスを加速制御する加速手段から構成
   されるガスイオン源とを備えるとともに、 銅または銅合金から構成された配線層の形成時には、前
   記ガスイオン源により前記不活性ガスイオンを照射しな
   がら前記イオンビーム源によって前記基板上にイオン照
   射しながら銅または銅合金の蒸着を行うとともに、前記
   基板温度制御機構により昇温降温の温度サイクルを繰り
   返すようにしたことを特徴とする集積回路の薄膜形成装
   置。
9. 【請求項９】 イオンビーム源は、磁界を与える磁石を
   イオン化部周囲およびイオン化部の中心軸線上に配置し
   た磁界印加型イオン化手段を備える磁界印加型イオンビ
   ーム源であり、ガスイオン源は、磁界を与える磁石をイ
   オン化部周囲およびイオン化部の中心軸線上に配置した
   磁界印加型ガスイオン化手段を備える磁界印加型ガスイ
   オン源であることを特徴とする請求項７または請求項８
   記載の薄膜形成装置。
10. 【請求項１０】 基板温度制御機構は、基板加熱機構、
    基板冷却機構それぞれ独立に上下移動が可能な機構を備
    えるとともに、基板回転機構は、１回転毎に回転方向を
    反転させる機構を備えたことを特徴とする請求項７また
    は請求項８記載の集積回路の薄膜形成装置。
11. 【請求項１１】 基板搬送機構は、段差付き馬蹄型基板
    ホルダーおよび段差付き基板搬送用フォークを有するこ
    とを特徴とする請求項７または請求項８記載の集積回路
    の薄膜形成装置。
12. 【請求項１２】 基板搬送機構の基板搬送用フォーク
    は、基板との接触部分を合成樹脂で被覆したことを特徴
    とする請求項１１記載の集積回路の薄膜形成装置。
13. 【請求項１３】 基板搬送機構の基板搬送用フォーク
    は、中空構造としたことを特徴とする請求項１１記載の
    集積回路の薄膜形成装置。
14. 【請求項１４】 基板上に配線下地層を含む複数の層か
    ら構成された下地層を介して銅または銅合金から構成さ
    れた配線層が形成された集積回路であって、複数のイオ
    ンビーム源により、銅と合金元素であるチタン、シリコ
    ン、アルミニウム、ゲルマニウムからなる群から選ばれ
    た少なくとも１種の金属とを混合蒸着しながら銅合金か
    らなる前記配線下地層を形成することを特徴とする集積
    回路の製造方法。
15. 【請求項１５】 基板上に複数の層から構成される下地
    層を介して銅または銅合金から構成された配線層が形成
    される集積回路であって、真空槽中の前記基板に向かっ
    て窒素ガスを導入する量を順次制御しながら、イオンビ
    ーム源によって前記基板上にイオンを照射しながらチタ
    ンを蒸着して、組成Ｘが変化する窒化チタン（Ｔｉ
    Ｎ_X）薄膜層からなる前記下地層に含まれたバリア層を
    形成したことを特徴とする集積回路の製造方法。
16. 【請求項１６】 基板上にバリア層を含む複数の層から
    構成される下地層を介して銅または銅合金から構成され
    た配線層が形成される集積回路であって、真空槽中の基
    板近傍に窒素ガスの混合ガスもしくは窒素元素を含む混
    合ガスを導入する量を順次制御しながら、前記基板に不
    活性ガスイオンを照射してイオンビーム源によって前記
    基板上にイオンを照射しながらチタンを蒸着して、組成
    Ｘが変化する窒化チタン（ＴｉＮ_X）薄膜層からなる前
    記バリア層を形成したことを特徴とする集積回路の製造
    方法。
17. 【請求項１７】 基板上に複数の層から構成される下地
    層を介して銅または銅合金から構成された配線層が形成
    される集積回路であって、配線層形成時にはガスイオン
    源により不活性ガスイオンを照射しながら、イオンビー
    ム源によって、前記基板上にイオンを照射して銅または
    銅合金を蒸着するとともに、配線層成膜時には基板温度
    を室温からリフロー開始温度まで連続的に昇温しながら
    配線層を形成したことを特徴とする集積回路の製造方
    法。
18. 【請求項１８】 基板上に複数の層から構成される下地
    層を介して銅または銅合金配線層が形成される集積回路
    であって、配線層形成時にはガスイオン源により不活性
    ガスイオンを照射しながら、イオンビーム源によって、
    前記基板上にイオンを照射して銅または銅合金を蒸着す
    るとともに、基板温度を室温で配線層を所定の膜厚だけ
    堆積した後、リフロー開始温度まで昇温し、再び、室温
    に冷却し、所定の膜厚を堆積するという周期を繰り返す
    ことにより配線層を形成したことを特徴とする集積回路
    の製造方法。