JPH11219953A - 銅配線の製造方法 - Google Patents
銅配線の製造方法Info
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- JPH11219953A JPH11219953A JP2171098A JP2171098A JPH11219953A JP H11219953 A JPH11219953 A JP H11219953A JP 2171098 A JP2171098 A JP 2171098A JP 2171098 A JP2171098 A JP 2171098A JP H11219953 A JPH11219953 A JP H11219953A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 銅配線と高融点金属材料等からなる拡散バリ
ア層との密着性が悪いために、拡散バリア層から銅配線
が剥がれるという問題を生じ、配線の性能および信頼性
に深刻な影響を与えている。 【解決手段】 柱状結晶を有する高融点金属材料または
柱状結晶を有する高融点金属化合物材料からなる下地膜
（例えば窒化チタン膜）１上に銅または銅合金からなる
配線材料層２を形成する工程を備えた銅配線の製造方法
において、下地膜２を形成した後で配線材料層２を形成
する前に、下地膜１の表面に対してスパッタエッチング
処理を行う。そのスパッタエッチング処理には、アルゴ
ンガスまたは少なくとも窒素ガスを含むガスを用いる。
ア層との密着性が悪いために、拡散バリア層から銅配線
が剥がれるという問題を生じ、配線の性能および信頼性
に深刻な影響を与えている。 【解決手段】 柱状結晶を有する高融点金属材料または
柱状結晶を有する高融点金属化合物材料からなる下地膜
（例えば窒化チタン膜）１上に銅または銅合金からなる
配線材料層２を形成する工程を備えた銅配線の製造方法
において、下地膜２を形成した後で配線材料層２を形成
する前に、下地膜１の表面に対してスパッタエッチング
処理を行う。そのスパッタエッチング処理には、アルゴ
ンガスまたは少なくとも窒素ガスを含むガスを用いる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、銅配線の製造方法
に関し、詳しくは銅配線の密着性を向上させる銅配線の
製造方法に関する。
に関し、詳しくは銅配線の密着性を向上させる銅配線の
製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来よりＬＳＩの配線材料としてはアル
ミニウム合金が広く用いられてきた。しかし、ＬＳＩの
微細化、高速化の要求が高まるにつれて、アルミニウム
合金配線では十分な配線の信頼性や低い配線抵抗の確保
が困難になってきている。この対策として、昨今アルミ
ニウム合金よりもエレクトロマイグレーション耐性に優
れ、かつ低抵抗である銅配線技術が高い注目を浴び、実
用化に向け鋭意検討されている。
ミニウム合金が広く用いられてきた。しかし、ＬＳＩの
微細化、高速化の要求が高まるにつれて、アルミニウム
合金配線では十分な配線の信頼性や低い配線抵抗の確保
が困難になってきている。この対策として、昨今アルミ
ニウム合金よりもエレクトロマイグレーション耐性に優
れ、かつ低抵抗である銅配線技術が高い注目を浴び、実
用化に向け鋭意検討されている。
【０００３】銅配線を加工する技術としては、一般に銅
のドライエッチングが容易でないこと等から、いわゆる
溝配線による方法が有望視されている。溝配線とは、酸
化シリコン等の層間絶縁膜に予め所定の溝を形成してお
き、その溝に配線材料を埋め込み、その後に溝外の余剰
な配線材料を化学的機械研磨（以下ＣＭＰという、ＣＭ
ＰはChemical Mechanical Polishing の略）等によって
除去することにより形成する配線をいう。配線材料を埋
め込む方法としては、スパッタ成膜した後にリフローす
る方法や、電界めっき法等が検討されている。
のドライエッチングが容易でないこと等から、いわゆる
溝配線による方法が有望視されている。溝配線とは、酸
化シリコン等の層間絶縁膜に予め所定の溝を形成してお
き、その溝に配線材料を埋め込み、その後に溝外の余剰
な配線材料を化学的機械研磨（以下ＣＭＰという、ＣＭ
ＰはChemical Mechanical Polishing の略）等によって
除去することにより形成する配線をいう。配線材料を埋
め込む方法としては、スパッタ成膜した後にリフローす
る方法や、電界めっき法等が検討されている。
【０００４】銅は熱処理により酸化シリコン中に拡散す
る性質を持つ。そのような銅の拡散を防ぐには、図４に
示すように、酸化シリコン膜１１１に形成された溝１１
２内の銅配線１２１とその酸化シリコン膜１１１との界
面部分に何らかの拡散バリア層１３１を形成することが
必要となる。その拡散バリア層１３１の材料としては、
一般に、窒化チタン（ＴｉＮ）、タンタル（Ｔａ）、タ
ンタル合金、タングステン（Ｗ）、タングステン合金等
から選択して用いられる。窒化チタンはアルミニウム合
金配線の時代から用いられてきた材料であるため、扱い
易いという利点があるが、拡散バリア性はタンタル合金
またはタングステン合金の方が高いとされている。また
上記拡散バリア材料は、酸化シリコンへの拡散防止機能
のみならず、リフロー法により銅を埋め込む際におい
て、埋め込み性を向上させる機能をも有する。
る性質を持つ。そのような銅の拡散を防ぐには、図４に
示すように、酸化シリコン膜１１１に形成された溝１１
２内の銅配線１２１とその酸化シリコン膜１１１との界
面部分に何らかの拡散バリア層１３１を形成することが
必要となる。その拡散バリア層１３１の材料としては、
一般に、窒化チタン（ＴｉＮ）、タンタル（Ｔａ）、タ
ンタル合金、タングステン（Ｗ）、タングステン合金等
から選択して用いられる。窒化チタンはアルミニウム合
金配線の時代から用いられてきた材料であるため、扱い
易いという利点があるが、拡散バリア性はタンタル合金
またはタングステン合金の方が高いとされている。また
上記拡散バリア材料は、酸化シリコンへの拡散防止機能
のみならず、リフロー法により銅を埋め込む際におい
て、埋め込み性を向上させる機能をも有する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、銅と拡
散バリア層との密着性が悪いために、図５に示すよう
に、拡散バリア層１３１から銅配線１２１が剥がれると
いう問題を生じる。例えば、ＣＭＰ工程時に密着性が不
十分な部分が剥がれてその剥がれた部分により銅表面に
スクラッチと呼ばれる傷を発生させる、また銅配線形成
後の製造プロセスに起因して銅配線自体が剥がれる等に
より、配線の性能および信頼性に深刻な影響を与えるこ
とになる。一方、例えば拡散バリア層を銅との密着性に
優れたチタン膜で形成した場合には、銅に対する拡散バ
リア性が不十分になり、また後の熱処理によりチタンと
銅とが反応して銅配線の抵抗を上昇させるという問題が
生じる。
散バリア層との密着性が悪いために、図５に示すよう
に、拡散バリア層１３１から銅配線１２１が剥がれると
いう問題を生じる。例えば、ＣＭＰ工程時に密着性が不
十分な部分が剥がれてその剥がれた部分により銅表面に
スクラッチと呼ばれる傷を発生させる、また銅配線形成
後の製造プロセスに起因して銅配線自体が剥がれる等に
より、配線の性能および信頼性に深刻な影響を与えるこ
とになる。一方、例えば拡散バリア層を銅との密着性に
優れたチタン膜で形成した場合には、銅に対する拡散バ
リア性が不十分になり、また後の熱処理によりチタンと
銅とが反応して銅配線の抵抗を上昇させるという問題が
生じる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するためになされた銅配線の製造方法である。すなわ
ち、柱状結晶を有する高融点金属材料または柱状結晶を
有する高融点金属化合物材料からなる下地膜上に銅また
は銅合金からなる配線材料層を形成する工程を備えた銅
配線の製造方法において、上記下地膜を形成した後で上
記配線材料層を形成する前に、上記下地膜の表面に対し
てスパッタエッチング処理を行うことを特徴とする。
決するためになされた銅配線の製造方法である。すなわ
ち、柱状結晶を有する高融点金属材料または柱状結晶を
有する高融点金属化合物材料からなる下地膜上に銅また
は銅合金からなる配線材料層を形成する工程を備えた銅
配線の製造方法において、上記下地膜を形成した後で上
記配線材料層を形成する前に、上記下地膜の表面に対し
てスパッタエッチング処理を行うことを特徴とする。
【０００７】上記銅配線の製造方法では、柱状結晶を有
する高融点金属材料または柱状結晶を有する高融点金属
化合物材料からなる下地膜の表面に対してスパッタエッ
チング処理を行うことから、下地膜の表面の結晶粒界付
近が優先的にエッチングされるため、下地膜の表面には
凹凸を呈する表面荒れが生じる。これは、粒界付近がエ
ッチングされやすいためである。この後、下地膜上に銅
を成膜した場合には、下地膜の表面が荒れることで銅と
の接触面積が増大するため、銅の密着性が向上する。こ
のように、銅に対する拡散バリア性を確保しつつ銅との
密着性の向上が図れる。
する高融点金属材料または柱状結晶を有する高融点金属
化合物材料からなる下地膜の表面に対してスパッタエッ
チング処理を行うことから、下地膜の表面の結晶粒界付
近が優先的にエッチングされるため、下地膜の表面には
凹凸を呈する表面荒れが生じる。これは、粒界付近がエ
ッチングされやすいためである。この後、下地膜上に銅
を成膜した場合には、下地膜の表面が荒れることで銅と
の接触面積が増大するため、銅の密着性が向上する。こ
のように、銅に対する拡散バリア性を確保しつつ銅との
密着性の向上が図れる。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明の実施形態の一例を、図１
の概略構成図によって説明する。
の概略構成図によって説明する。
【０００９】図１の（１）は、通常のＤＣマグネトロン
スパッタ法により形成された窒化チタンからなる下地膜
１の結晶構造を模式的に示したものである。一般に銅に
対する拡散バリア材料となる窒化チタン等の高融点金属
材料をスパッタ成膜した場合、繊維状の柱状構造を呈す
る結晶構造となる。この場合の結晶粒径は概ね１０ｎｍ
程度である。
スパッタ法により形成された窒化チタンからなる下地膜
１の結晶構造を模式的に示したものである。一般に銅に
対する拡散バリア材料となる窒化チタン等の高融点金属
材料をスパッタ成膜した場合、繊維状の柱状構造を呈す
る結晶構造となる。この場合の結晶粒径は概ね１０ｎｍ
程度である。
【００１０】次に、上記下地膜１の表面に対してアルゴ
ンスパッタエッチング処理を行う。その結果、図１の
（２）に示すように、アルゴンスパッタエッチング処理
により下地膜１の表面の結晶粒界１Ｇ付近が優先的にエ
ッチングされて、下地膜１の表面には凹凸を呈する表面
荒れが生じる。このように下地膜１の結晶粒界１Ｇ付近
がエッチングされやすいのは、下地膜１の窒化チタン結
晶中の粒界部分の原子結合が弱いからである。
ンスパッタエッチング処理を行う。その結果、図１の
（２）に示すように、アルゴンスパッタエッチング処理
により下地膜１の表面の結晶粒界１Ｇ付近が優先的にエ
ッチングされて、下地膜１の表面には凹凸を呈する表面
荒れが生じる。このように下地膜１の結晶粒界１Ｇ付近
がエッチングされやすいのは、下地膜１の窒化チタン結
晶中の粒界部分の原子結合が弱いからである。
【００１１】その後図１の（３）に示すように、下地膜
１上に銅または銅合金からなる配線材料層２を成膜した
場合には、下地膜１の表面にスパッタエッチング処理を
行わなかった場合に比較して、配線材料層２との密着性
が向上する。それは、スパッタエッチング処理により下
地膜１の表面が荒れることで、配線材料層２との接触面
積が増大するためである。
１上に銅または銅合金からなる配線材料層２を成膜した
場合には、下地膜１の表面にスパッタエッチング処理を
行わなかった場合に比較して、配線材料層２との密着性
が向上する。それは、スパッタエッチング処理により下
地膜１の表面が荒れることで、配線材料層２との接触面
積が増大するためである。
【００１２】次に上記実施形態を銅の溝配線を形成する
際に適用した一例を、図２の製造工程図によって以下に
説明する。
際に適用した一例を、図２の製造工程図によって以下に
説明する。
【００１３】図２の（１）に示すように、基板（図示省
略）上に素子（図示省略）を形成し、さらに下層配線１
１や絶縁膜１２等の形成を行い、平坦化プロセスによっ
てその絶縁膜１２の表面を平坦化して、上記下層配線１
１の上面を露出させる。そして例えばプラズマＣＶＤ
（ＣＶＤはChemical Vapor Deposition の略であり化学
的気相成長をいう）法により上記絶縁膜１２上に層間絶
縁膜として酸化シリコン（以下ＰＥ−ＳｉＯ2 と記す）
膜１３を例えば８００ｎｍの厚さに形成する。さらに窒
化シリコン（以下ＰＥ−ＳｉＮと記す）膜１４を例えば
５０ｎｍの厚さに形成する。
略）上に素子（図示省略）を形成し、さらに下層配線１
１や絶縁膜１２等の形成を行い、平坦化プロセスによっ
てその絶縁膜１２の表面を平坦化して、上記下層配線１
１の上面を露出させる。そして例えばプラズマＣＶＤ
（ＣＶＤはChemical Vapor Deposition の略であり化学
的気相成長をいう）法により上記絶縁膜１２上に層間絶
縁膜として酸化シリコン（以下ＰＥ−ＳｉＯ2 と記す）
膜１３を例えば８００ｎｍの厚さに形成する。さらに窒
化シリコン（以下ＰＥ−ＳｉＮと記す）膜１４を例えば
５０ｎｍの厚さに形成する。
【００１４】次に、通常のリソグラフィー技術および反
応性イオンエッチング（以下ＲＩＥという、ＲＩＥはRe
active Ion Etchingの略）技術により、ＰＥ−ＳｉＮ膜
１４およびＰＥ−ＳｉＯ2 膜１３に、例えば下層配線１
１に通じる接続孔１５を開口する。その孔径は、例えば
０，３μｍとした。
応性イオンエッチング（以下ＲＩＥという、ＲＩＥはRe
active Ion Etchingの略）技術により、ＰＥ−ＳｉＮ膜
１４およびＰＥ−ＳｉＯ2 膜１３に、例えば下層配線１
１に通じる接続孔１５を開口する。その孔径は、例えば
０，３μｍとした。
【００１５】次いで、通常のタングステンを用いたプラ
グの形成プロセスによって、上記接続孔１５内にプラグ
１６を例えばタングステンで形成する。このプラグ１６
の形成では、接続孔１５内にタングステンを埋め込む前
に窒化チタン（ＴｉＮ）膜１７を形成する。
グの形成プロセスによって、上記接続孔１５内にプラグ
１６を例えばタングステンで形成する。このプラグ１６
の形成では、接続孔１５内にタングステンを埋め込む前
に窒化チタン（ＴｉＮ）膜１７を形成する。
【００１６】次にプラズマＣＶＤ法によって、上記ＰＥ
−ＳｉＮ膜１４上にプラグ１６を覆う絶縁膜としてＰＥ
−ＳｉＯ2 膜１８を例えば５００ｎｍの厚さに形成す
る。そしてリソグラフィー技術とＲＩＥ技術によって、
上記ＰＥ−ＳｉＯ2 膜１８に溝１９を、例えば上記プラ
グ１６の上面がこの溝１９の底部に露出するように形成
する。この溝１９の幅は例えば０．４μｍとした。な
お、上記ＲＩＥの際には、ＰＥ−ＳｉＮ膜１４をエッチ
ングストッパとして機能させている。
−ＳｉＮ膜１４上にプラグ１６を覆う絶縁膜としてＰＥ
−ＳｉＯ2 膜１８を例えば５００ｎｍの厚さに形成す
る。そしてリソグラフィー技術とＲＩＥ技術によって、
上記ＰＥ−ＳｉＯ2 膜１８に溝１９を、例えば上記プラ
グ１６の上面がこの溝１９の底部に露出するように形成
する。この溝１９の幅は例えば０．４μｍとした。な
お、上記ＲＩＥの際には、ＰＥ−ＳｉＮ膜１４をエッチ
ングストッパとして機能させている。
【００１７】次に図２の（２）に示すように、通常のア
ルゴンスパッタエッチングによって、上記プラグ１６の
上部に形成されている自然酸化膜（図示省略）を除去す
る。その後、ＤＣマグネトロンスパッタ法によって、上
記溝１９の内壁に、チタン膜２０を例えば２０ｎｍの厚
さに形成した後、窒化チタン膜２１（前記図１によって
説明した窒化チタン膜１に相当）を例えば８０ｎｍの厚
さに形成して、下地膜を構成する。その際、ＰＥ−Ｓｉ
Ｏ2 膜１８上にも上記チタン膜２０および窒化チタン膜
２１が形成される。上記チタン膜２０は、下層のタング
ステンからなるプラグ１６との良好なる電気的接続を得
るために必要なものである。
ルゴンスパッタエッチングによって、上記プラグ１６の
上部に形成されている自然酸化膜（図示省略）を除去す
る。その後、ＤＣマグネトロンスパッタ法によって、上
記溝１９の内壁に、チタン膜２０を例えば２０ｎｍの厚
さに形成した後、窒化チタン膜２１（前記図１によって
説明した窒化チタン膜１に相当）を例えば８０ｎｍの厚
さに形成して、下地膜を構成する。その際、ＰＥ−Ｓｉ
Ｏ2 膜１８上にも上記チタン膜２０および窒化チタン膜
２１が形成される。上記チタン膜２０は、下層のタング
ステンからなるプラグ１６との良好なる電気的接続を得
るために必要なものである。
【００１８】以下に上記チタン膜２０および上記窒化チ
タン膜２１の成膜条件の一例を説明する。チタン膜２０
の成膜条件としては、プロセスガスにアルゴン（例えば
５０ｓｃｃｍ）〔以下、ｓｃｃｍは標準状態における体
積流量（ｃｍ3 ／分）を表す〕、ＤＣパワーを６ｋＷ、
スパッタ雰囲気の圧力を０．２Ｐａ、成膜温度を２００
℃に設定した。また窒化チタン膜２１の成膜条件として
は、プロセスガスにアルゴン（例えば２０ｓｃｃｍ）と
窒素（例えば７０ｓｃｃｍ）、ＤＣパワーを１２ｋＷ、
スパッタ雰囲気の圧力を０．３６Ｐａ、成膜温度を２０
０℃に設定した。通常、上記窒化チタン膜２１は柱状結
晶を有する膜となる。
タン膜２１の成膜条件の一例を説明する。チタン膜２０
の成膜条件としては、プロセスガスにアルゴン（例えば
５０ｓｃｃｍ）〔以下、ｓｃｃｍは標準状態における体
積流量（ｃｍ3 ／分）を表す〕、ＤＣパワーを６ｋＷ、
スパッタ雰囲気の圧力を０．２Ｐａ、成膜温度を２００
℃に設定した。また窒化チタン膜２１の成膜条件として
は、プロセスガスにアルゴン（例えば２０ｓｃｃｍ）と
窒素（例えば７０ｓｃｃｍ）、ＤＣパワーを１２ｋＷ、
スパッタ雰囲気の圧力を０．３６Ｐａ、成膜温度を２０
０℃に設定した。通常、上記窒化チタン膜２１は柱状結
晶を有する膜となる。
【００１９】次に窒化チタン膜２１の表面にアルゴンガ
スを用いたスパッタエッチング処理を行う。この処理に
より、窒化チタン膜２１の結晶粒界部分が優先的にエッ
チングされて、この窒化チタン膜２１の表面は凹凸に形
成される。このスパッタエッチング処理の条件として
は、一例として、ＤＣマグネトロンスパッタエッチング
装置を用い、プロセスガスにアルゴン（例えば５０ｓｃ
ｃｍ）を用いて、ＤＣパワーを１ｋＷ、スパッタ雰囲気
の圧力を０．２Ｐａ、処理温度を２００℃、スパッタエ
ッチング時間を３０秒間に設定した。
スを用いたスパッタエッチング処理を行う。この処理に
より、窒化チタン膜２１の結晶粒界部分が優先的にエッ
チングされて、この窒化チタン膜２１の表面は凹凸に形
成される。このスパッタエッチング処理の条件として
は、一例として、ＤＣマグネトロンスパッタエッチング
装置を用い、プロセスガスにアルゴン（例えば５０ｓｃ
ｃｍ）を用いて、ＤＣパワーを１ｋＷ、スパッタ雰囲気
の圧力を０．２Ｐａ、処理温度を２００℃、スパッタエ
ッチング時間を３０秒間に設定した。
【００２０】次いで、ＤＣマグネトロンスパッタ法によ
って、上記溝１９内を埋め込むように上記チタン膜２０
および窒化チタン膜２１を介して上記ＰＥ−ＳｉＯ2 膜
１８上に、配線材料層２２（前記図１によって説明した
配線材料層２に相当）を例えば銅を５００ｎｍの厚さに
堆積して形成する。引き続き４００℃の温度雰囲気で３
０分間の熱処理を行って、上記配線材料層２２によって
溝１９を埋め込む。この熱処理はアルゴンガス中の炉加
熱によって行った。次いで図２の（３）に示すように、
通常のＣＭＰ（ＣＭＰはChemical Mechanical Polishin
g の略で化学的機械研磨をいう）により溝１９の外部に
形成されている余分な配線材料層（図示省略）を除去し
て、溝１９内に上記チタン膜２０および窒化チタン膜２
１を介して銅からなる配線材料層２２からなる銅配線２
３を形成する。このＣＭＰでは、ＰＥ−ＳｉＯ2 膜１８
上の上記チタン膜２０および窒化チタン膜２１も除去さ
れる。
って、上記溝１９内を埋め込むように上記チタン膜２０
および窒化チタン膜２１を介して上記ＰＥ−ＳｉＯ2 膜
１８上に、配線材料層２２（前記図１によって説明した
配線材料層２に相当）を例えば銅を５００ｎｍの厚さに
堆積して形成する。引き続き４００℃の温度雰囲気で３
０分間の熱処理を行って、上記配線材料層２２によって
溝１９を埋め込む。この熱処理はアルゴンガス中の炉加
熱によって行った。次いで図２の（３）に示すように、
通常のＣＭＰ（ＣＭＰはChemical Mechanical Polishin
g の略で化学的機械研磨をいう）により溝１９の外部に
形成されている余分な配線材料層（図示省略）を除去し
て、溝１９内に上記チタン膜２０および窒化チタン膜２
１を介して銅からなる配線材料層２２からなる銅配線２
３を形成する。このＣＭＰでは、ＰＥ−ＳｉＯ2 膜１８
上の上記チタン膜２０および窒化チタン膜２１も除去さ
れる。
【００２１】上記銅配線の製造方法では、銅配線２３の
下地膜となる柱状結晶を有する窒化チタン膜２１の表面
に対してスパッタエッチング処理を行うことから、下地
膜の窒化チタン膜２１の表面の結晶粒界付近が優先的に
エッチングされる。そのため、窒化チタン膜２１の表面
には凹凸を呈する表面荒れが生じる。これは、窒化チタ
ン膜２１の表面の結晶粒界付近がエッチングされやすい
ためである。その後、溝１９内の窒化チタン膜２１上に
銅配線２３となる配線材料層２２を形成するので、配線
材料層２２と窒化チタン膜２１との接触面積が増大す
る。よって、銅配線２３の密着性が向上する。しかも銅
に対するバリア性も上記窒化チタン膜２１により確保さ
れる。
下地膜となる柱状結晶を有する窒化チタン膜２１の表面
に対してスパッタエッチング処理を行うことから、下地
膜の窒化チタン膜２１の表面の結晶粒界付近が優先的に
エッチングされる。そのため、窒化チタン膜２１の表面
には凹凸を呈する表面荒れが生じる。これは、窒化チタ
ン膜２１の表面の結晶粒界付近がエッチングされやすい
ためである。その後、溝１９内の窒化チタン膜２１上に
銅配線２３となる配線材料層２２を形成するので、配線
材料層２２と窒化チタン膜２１との接触面積が増大す
る。よって、銅配線２３の密着性が向上する。しかも銅
に対するバリア性も上記窒化チタン膜２１により確保さ
れる。
【００２２】なお、上記製造方法におけるスパッタエッ
チング処理から銅のスパッタ成膜までは、マルチチャン
バ装置により大気開放することなく工業的な真空中で連
続的に処理されることが望ましい。
チング処理から銅のスパッタ成膜までは、マルチチャン
バ装置により大気開放することなく工業的な真空中で連
続的に処理されることが望ましい。
【００２３】上記銅の溝配線の形成例では下地膜の一部
を構成する銅の拡散バリア材料として窒化チタン膜２１
を用いた場合を説明したが、その他に銅の拡散バリア材
料として、例えば、タンタル（Ｔａ）、タングステン
（Ｗ）等の高融点金属材料を用いることができ、また例
えば、窒化タンタル（ＴａＮ）、窒化ケイ化タンタル
（ＴａＳｉＮ）、窒化タングステン（ＷＮ）、窒化ケイ
化タングステン（ＷＳｉＮ）等の高融点金属化合物材料
を用いることも可能である。
を構成する銅の拡散バリア材料として窒化チタン膜２１
を用いた場合を説明したが、その他に銅の拡散バリア材
料として、例えば、タンタル（Ｔａ）、タングステン
（Ｗ）等の高融点金属材料を用いることができ、また例
えば、窒化タンタル（ＴａＮ）、窒化ケイ化タンタル
（ＴａＳｉＮ）、窒化タングステン（ＷＮ）、窒化ケイ
化タングステン（ＷＳｉＮ）等の高融点金属化合物材料
を用いることも可能である。
【００２４】上記スパッタエッチング処理方法では、Ｄ
Ｃマグネトロンスパッタ法を用いたが、ＩＣＰ（Induct
ive Coupled Plasma）誘導結合プラズマ方式、ＥＣＲ
（Electron Cycrotron Resonance）電子サイクロトロン
共鳴方式等、他のプラズマ発生方式によるスパッタエッ
チングにて行うことも可能である。
Ｃマグネトロンスパッタ法を用いたが、ＩＣＰ（Induct
ive Coupled Plasma）誘導結合プラズマ方式、ＥＣＲ
（Electron Cycrotron Resonance）電子サイクロトロン
共鳴方式等、他のプラズマ発生方式によるスパッタエッ
チングにて行うことも可能である。
【００２５】上記スパッタエッチングでは、アルゴンガ
スを用いたが、例えば窒素、アルゴンと窒素との混合ガ
ス等を用いることも可能である。このように窒素ガス、
窒素を含むガスを用いる場合、窒化チタン膜の表面の窒
化が進行することになり、銅の拡散バリア性が向上す
る。
スを用いたが、例えば窒素、アルゴンと窒素との混合ガ
ス等を用いることも可能である。このように窒素ガス、
窒素を含むガスを用いる場合、窒化チタン膜の表面の窒
化が進行することになり、銅の拡散バリア性が向上す
る。
【００２６】以下にアルゴンと窒素との混合ガスを用い
たスパッタエッチング処理条件の一例を説明する。処理
条件としては、ＤＣマグネトロンスパッタエッチング装
置を用い、プロセスガスにアルゴン（例えば５０ｓｃｃ
ｍ）と窒素（２０ｓｃｃｍ）との混合ガスを用いて、Ｄ
Ｃパワーを１ｋＷ、スパッタ雰囲気の圧力を０．２８Ｐ
ａ、処理温度を２００℃、スパッタエッチング時間を３
０秒間に設定した。
たスパッタエッチング処理条件の一例を説明する。処理
条件としては、ＤＣマグネトロンスパッタエッチング装
置を用い、プロセスガスにアルゴン（例えば５０ｓｃｃ
ｍ）と窒素（２０ｓｃｃｍ）との混合ガスを用いて、Ｄ
Ｃパワーを１ｋＷ、スパッタ雰囲気の圧力を０．２８Ｐ
ａ、処理温度を２００℃、スパッタエッチング時間を３
０秒間に設定した。
【００２７】また銅の埋め込み方法としては、上記方法
の他に、高圧リフロー法、電界めっき法等を用いること
も可能である。さらに配線材料としては、銅の他に、ジ
ルコニウム銅（ＺｒＣｕ）のような銅合金を用いること
も可能である。
の他に、高圧リフロー法、電界めっき法等を用いること
も可能である。さらに配線材料としては、銅の他に、ジ
ルコニウム銅（ＺｒＣｕ）のような銅合金を用いること
も可能である。
【００２８】次に第２実施形態を、図３の製造工程図に
よって以下に説明する。図３では、銅配線を通常のリソ
グラフィー技術とドライエッチング技術により形成する
場合を説明する。図３では、前記図２によて説明下のと
同様の構成部品には同一符号を付す。
よって以下に説明する。図３では、銅配線を通常のリソ
グラフィー技術とドライエッチング技術により形成する
場合を説明する。図３では、前記図２によて説明下のと
同様の構成部品には同一符号を付す。
【００２９】図３の（１）に示すように、半導体基板
（図示省略）上に素子（図示省略）を形成し、さらに下
層配線１１や絶縁膜１２等の形成を行い、平坦化プロセ
スによってその絶縁膜１２の表面を平坦化して、上記下
層配線１１の上面を露出させる。そして例えばプラズマ
ＣＶＤ法により上記絶縁膜１２上に層間絶縁膜となる酸
化シリコン（以下ＰＥ−ＳｉＯ2 と記す）膜１３を例え
ば８００ｎｍの厚さに形成する。
（図示省略）上に素子（図示省略）を形成し、さらに下
層配線１１や絶縁膜１２等の形成を行い、平坦化プロセ
スによってその絶縁膜１２の表面を平坦化して、上記下
層配線１１の上面を露出させる。そして例えばプラズマ
ＣＶＤ法により上記絶縁膜１２上に層間絶縁膜となる酸
化シリコン（以下ＰＥ−ＳｉＯ2 と記す）膜１３を例え
ば８００ｎｍの厚さに形成する。
【００３０】次に、通常のリソグラフィー技術および反
応性ＲＩＥ技術により、ＰＥ−ＳｉＯ2 膜１３に、例え
ば下層配線１１に通じる接続孔１５を開口する。その孔
径は、例えば０，３μｍとした。
応性ＲＩＥ技術により、ＰＥ−ＳｉＯ2 膜１３に、例え
ば下層配線１１に通じる接続孔１５を開口する。その孔
径は、例えば０，３μｍとした。
【００３１】次いで、通常のタングステンを用いたプラ
グの形成プロセスによって、上記接続孔１５内にプラグ
１６を例えばタングステンで形成する。このプラグ１６
の形成では、接続孔１５内にタングステンを埋め込む前
に窒化チタン（ＴｉＮ）膜１７を形成する。
グの形成プロセスによって、上記接続孔１５内にプラグ
１６を例えばタングステンで形成する。このプラグ１６
の形成では、接続孔１５内にタングステンを埋め込む前
に窒化チタン（ＴｉＮ）膜１７を形成する。
【００３２】次に通常のアルゴンスパッタエッチングに
よって、上記プラグ１６の上部に形成されている自然酸
化膜（図示省略）を除去する。その後、ＤＣマグネトロ
ンスパッタ法によって、上記ＰＥ−ＳｉＯ2 膜１３上に
上記プラグ１６を覆うチタン膜２０を例えば２０ｎｍの
厚さに形成した後、窒化チタン膜２１（前記図１によっ
て説明した窒化チタン膜１に相当）を例えば８０ｎｍの
厚さに形成して、下地膜を構成する。上記チタン膜２０
は、下層のタングステンからなるプラグ１６との良好な
る電気的接続を得るために必要なものである。
よって、上記プラグ１６の上部に形成されている自然酸
化膜（図示省略）を除去する。その後、ＤＣマグネトロ
ンスパッタ法によって、上記ＰＥ−ＳｉＯ2 膜１３上に
上記プラグ１６を覆うチタン膜２０を例えば２０ｎｍの
厚さに形成した後、窒化チタン膜２１（前記図１によっ
て説明した窒化チタン膜１に相当）を例えば８０ｎｍの
厚さに形成して、下地膜を構成する。上記チタン膜２０
は、下層のタングステンからなるプラグ１６との良好な
る電気的接続を得るために必要なものである。
【００３３】次いで、前記図２によって説明した製造方
法と同様にして、窒化チタン膜２１の表面にアルゴンガ
スを用いたスパッタエッチング処理を行った。この処理
により、窒化チタン膜２１の結晶粒界部分が優先的にエ
ッチングされて、窒化チタン膜２１の表面に凹凸が形成
される。
法と同様にして、窒化チタン膜２１の表面にアルゴンガ
スを用いたスパッタエッチング処理を行った。この処理
により、窒化チタン膜２１の結晶粒界部分が優先的にエ
ッチングされて、窒化チタン膜２１の表面に凹凸が形成
される。
【００３４】その後、ＤＣマグネトロンスパッタ法によ
って、窒化チタン膜２１上に配線材料層２２（前記図１
によって説明した銅膜２に相当）を例えば銅を５００ｎ
ｍの厚さに堆積して形成する。次に酸化シリコンをマス
クに用いたドライエッチング技術によって、上記配線材
料層２２を加工する。ここでは、例えばヘリコン波プラ
ズマ源を搭載したエッチング装置を用い、エッチングガ
スに塩素ガスを用いて配線材料層２２のエッチングを行
った。さらに上記窒化チタン膜２１およびチタン膜２０
もエッチング加工する。その結果、図３の（２）に示す
ように、プラグ１６に接続する配線材料層２２からなる
銅配線２３を得る。この銅配線２３の下部には上記窒化
チタン膜２１およびチタン膜２０を残す。
って、窒化チタン膜２１上に配線材料層２２（前記図１
によって説明した銅膜２に相当）を例えば銅を５００ｎ
ｍの厚さに堆積して形成する。次に酸化シリコンをマス
クに用いたドライエッチング技術によって、上記配線材
料層２２を加工する。ここでは、例えばヘリコン波プラ
ズマ源を搭載したエッチング装置を用い、エッチングガ
スに塩素ガスを用いて配線材料層２２のエッチングを行
った。さらに上記窒化チタン膜２１およびチタン膜２０
もエッチング加工する。その結果、図３の（２）に示す
ように、プラグ１６に接続する配線材料層２２からなる
銅配線２３を得る。この銅配線２３の下部には上記窒化
チタン膜２１およびチタン膜２０を残す。
【００３５】
【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
柱状結晶を有する高融点金属材料または柱状結晶を有す
る高融点金属化合物材料からなる下地膜の表面に対して
スパッタエッチング処理を行うので、下地膜の表面には
凹凸を呈する表面荒れを形成することができる。その
後、下地膜上に銅を成膜した場合には、下地膜の表面が
荒れていることで銅との接触面積が増大するため、銅の
密着性が向上する。このように下地膜の拡散バリア性を
劣化させることなく、銅膜と拡散バリア材料となる下地
膜との密着性を向上させることができる。よって、銅配
線の剥がれに起因する銅配線の性能、信頼性の低下等を
防ぐことができる。
柱状結晶を有する高融点金属材料または柱状結晶を有す
る高融点金属化合物材料からなる下地膜の表面に対して
スパッタエッチング処理を行うので、下地膜の表面には
凹凸を呈する表面荒れを形成することができる。その
後、下地膜上に銅を成膜した場合には、下地膜の表面が
荒れていることで銅との接触面積が増大するため、銅の
密着性が向上する。このように下地膜の拡散バリア性を
劣化させることなく、銅膜と拡散バリア材料となる下地
膜との密着性を向上させることができる。よって、銅配
線の剥がれに起因する銅配線の性能、信頼性の低下等を
防ぐことができる。
【図１】本発明の実施形態の一例を説明する概略構成図
である。
である。
【図２】実施形態を用いた銅配線の製造方法の製造工程
図である。
図である。
【図３】実施形態を用いた銅配線の別の製造方法の製造
工程図である。
工程図である。
【図４】従来の銅配線構造の説明図である。
【図５】銅配線の剥がれの説明図である。
１…下地膜、２…配線材料層
Claims (4)
- 【請求項１】 柱状結晶を有する高融点金属材料または
柱状結晶を有する高融点金属化合物材料からなる下地膜
上に銅または銅合金からなる配線材料層を形成する工程
を備えた銅配線の製造方法において、 前記下地膜を形成した後で前記配線材料層を形成する前
に、前記下地膜の表面に対してスパッタエッチング処理
を行うことを特徴とする銅配線の製造方法。 - 【請求項２】 請求項１記載の銅配線の製造方法におい
て、 前記スパッタエッチング処理に用いるガスはアルゴンガ
スであることを特徴とする銅配線の製造方法。 - 【請求項３】 請求項１記載の銅配線の製造方法におい
て、 前記スパッタエッチング処理に用いるガスには少なくと
も窒素ガスを含むことを特徴とする銅配線の製造方法。 - 【請求項４】 請求項２記載の銅配線の製造方法におい
て、 前記スパッタエッチング処理に用いるガスには少なくと
も窒素ガスを含むことを特徴とする銅配線の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2171098A JPH11219953A (ja) | 1998-02-03 | 1998-02-03 | 銅配線の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2171098A JPH11219953A (ja) | 1998-02-03 | 1998-02-03 | 銅配線の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11219953A true JPH11219953A (ja) | 1999-08-10 |
Family
ID=12062628
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2171098A Pending JPH11219953A (ja) | 1998-02-03 | 1998-02-03 | 銅配線の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11219953A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012204501A (ja) * | 2011-03-24 | 2012-10-22 | Sony Corp | 半導体装置、電子デバイス、及び、半導体装置の製造方法 |
| JP2017028117A (ja) * | 2015-07-23 | 2017-02-02 | 株式会社東芝 | 半導体装置の製造方法、半導体装置 |
| JP2024520855A (ja) * | 2021-06-30 | 2024-05-24 | 株式会社アルバック | Ｐｖｄ方法に基づいた低抵抗材料の比抵抗及び結晶性の制御方法 |
-
1998
- 1998-02-03 JP JP2171098A patent/JPH11219953A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012204501A (ja) * | 2011-03-24 | 2012-10-22 | Sony Corp | 半導体装置、電子デバイス、及び、半導体装置の製造方法 |
| JP2017028117A (ja) * | 2015-07-23 | 2017-02-02 | 株式会社東芝 | 半導体装置の製造方法、半導体装置 |
| JP2024520855A (ja) * | 2021-06-30 | 2024-05-24 | 株式会社アルバック | Ｐｖｄ方法に基づいた低抵抗材料の比抵抗及び結晶性の制御方法 |
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