JP2000068274A - 配線構造、及びその形成方法 - Google Patents
配線構造、及びその形成方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 Ｃｕを主成分とする配線材料を用いた信頼性
の高い配線構造を提供する。 【解決手段】 支持基板の主表面上に第１の絶縁膜が形
成されている。第１の絶縁膜に配線溝が形成されてい
る。配線溝内を、Ｃｕを主成分とする導電材料が埋め込
み、配線が形成されている。配線の上面を、拡散防止層
が覆っている。拡散防止層は、窒化硼素により形成され
ている。拡散防止層の上に第２の絶縁膜が配置されてい
る。
の高い配線構造を提供する。 【解決手段】 支持基板の主表面上に第１の絶縁膜が形
成されている。第１の絶縁膜に配線溝が形成されてい
る。配線溝内を、Ｃｕを主成分とする導電材料が埋め込
み、配線が形成されている。配線の上面を、拡散防止層
が覆っている。拡散防止層は、窒化硼素により形成され
ている。拡散防止層の上に第２の絶縁膜が配置されてい
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、配線構造及びその
形成方法に関し、特に、Ｃｕを主成分とする配線を用い
た配線構造及びその形成方法に関する。
形成方法に関し、特に、Ｃｕを主成分とする配線を用い
た配線構造及びその形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体集積回路の多層配線における信号
の伝搬速度は、配線抵抗と配線間の寄生容量により決定
される。半導体集積回路の高集積化により配線間隔が狭
くなり、配線間の寄生容量が増大している。同一配線層
内の配線間の寄生容量は、各配線を薄くすることにより
低減できるが、配線を薄くすると配線抵抗の増大を伴う
ため、半導体集積回路装置の動作速度の高速化には繋が
らない。
の伝搬速度は、配線抵抗と配線間の寄生容量により決定
される。半導体集積回路の高集積化により配線間隔が狭
くなり、配線間の寄生容量が増大している。同一配線層
内の配線間の寄生容量は、各配線を薄くすることにより
低減できるが、配線を薄くすると配線抵抗の増大を伴う
ため、半導体集積回路装置の動作速度の高速化には繋が
らない。
【０００３】配線抵抗を小さくするために、抵抗率の低
いＣｕを用いて配線を形成する技術が注目されている。
配線材料としてＣｕを用いることにより、配線を薄くし
ても十分小さな配線抵抗とすることが可能になる。
いＣｕを用いて配線を形成する技術が注目されている。
配線材料としてＣｕを用いることにより、配線を薄くし
ても十分小さな配線抵抗とすることが可能になる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】半導体集積回路装置に
使用される層間絶縁膜としては、化学気相成長（ＣＶ
Ｄ）によるシリコン酸化膜、フォスフォシリケートガラ
ス（ＰＳＧ）膜等が主流である。近年、分子内にＳｉ−
Ｈ結合を含むシリコーン樹脂が低誘電率の層間絶縁膜材
料として注目されている。配線材料としてＣｕを用いる
と、熱処理によりＣｕがこれらの層間絶縁膜中に拡散
し、絶縁不良を起こし易くなる。Ｃｕの拡散を防止する
ために、ＳｉＮ膜を拡散防止層として用いることが提案
されている。しかし、ＳｉＮの比誘電率は約８であり、
ＳｉＯ2 の比誘電率よりも高い。このため、配線間の寄
生容量低減の要請に反することになる。
使用される層間絶縁膜としては、化学気相成長（ＣＶ
Ｄ）によるシリコン酸化膜、フォスフォシリケートガラ
ス（ＰＳＧ）膜等が主流である。近年、分子内にＳｉ−
Ｈ結合を含むシリコーン樹脂が低誘電率の層間絶縁膜材
料として注目されている。配線材料としてＣｕを用いる
と、熱処理によりＣｕがこれらの層間絶縁膜中に拡散
し、絶縁不良を起こし易くなる。Ｃｕの拡散を防止する
ために、ＳｉＮ膜を拡散防止層として用いることが提案
されている。しかし、ＳｉＮの比誘電率は約８であり、
ＳｉＯ2 の比誘電率よりも高い。このため、配線間の寄
生容量低減の要請に反することになる。
【０００５】本発明の目的は、Ｃｕを主成分とする配線
材料を用いた信頼性の高い配線構造及びその形成方法を
提供することである。
材料を用いた信頼性の高い配線構造及びその形成方法を
提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の一観点による
と、支持基板の主表面上に形成された第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜に形成された配線溝と、前記配線溝内
を埋め込むように配置されたＣｕを主成分とする配線
と、前記配線の上面を覆うように配置され、窒化硼素に
より形成された拡散防止層と、前記拡散防止層の上に配
置された第２の絶縁膜とを有する配線構造が提供され
る。
と、支持基板の主表面上に形成された第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜に形成された配線溝と、前記配線溝内
を埋め込むように配置されたＣｕを主成分とする配線
と、前記配線の上面を覆うように配置され、窒化硼素に
より形成された拡散防止層と、前記拡散防止層の上に配
置された第２の絶縁膜とを有する配線構造が提供され
る。
【０００７】窒化硼素からなる拡散防止層が、配線中の
Ｃｕ原子の絶縁膜内への拡散を防止する。Ｃｕ原子の拡
散による絶縁不良等を防止することができる。
Ｃｕ原子の絶縁膜内への拡散を防止する。Ｃｕ原子の拡
散による絶縁不良等を防止することができる。
【０００８】本発明の他の観点によると、基板の主表面
上に第１の絶縁膜を形成する工程と、前記第１の絶縁膜
に配線溝を形成する工程と、前記配線溝内を、Ｃｕを主
成分とする導電材料で埋め込み、配線を形成する工程
と、前記第１の絶縁膜及び配線の上に、窒化硼素からな
る拡散防止層を形成する工程と、前記拡散防止層の上
に、第２の絶縁膜を形成する工程と、前記第２の絶縁膜
及び前記拡散防止層を貫通し、前記配線の上面の一部を
露出させるビアホールを形成する工程と、前記ビアホー
ル内を導電性プラグで埋め込む工程とを有する配線構造
の形成方法が提供される。
上に第１の絶縁膜を形成する工程と、前記第１の絶縁膜
に配線溝を形成する工程と、前記配線溝内を、Ｃｕを主
成分とする導電材料で埋め込み、配線を形成する工程
と、前記第１の絶縁膜及び配線の上に、窒化硼素からな
る拡散防止層を形成する工程と、前記拡散防止層の上
に、第２の絶縁膜を形成する工程と、前記第２の絶縁膜
及び前記拡散防止層を貫通し、前記配線の上面の一部を
露出させるビアホールを形成する工程と、前記ビアホー
ル内を導電性プラグで埋め込む工程とを有する配線構造
の形成方法が提供される。
【０００９】配線の上面が、窒化硼素からなる拡散防止
層で覆われる。このため、配線内のＣｕ原子の第２の絶
縁膜内への拡散を防止することができる。
層で覆われる。このため、配線内のＣｕ原子の第２の絶
縁膜内への拡散を防止することができる。
【００１０】本発明の他の観点によると、表面の一部に
導電性領域が形成された基板を準備する工程と、前記基
板の上に第１の絶縁膜を堆積する工程と、前記第１の絶
縁膜の上に、窒化硼素からなるエッチング停止層を堆積
する工程と、前記エッチング停止層の、前記導電性領域
に対応する領域に第１の開口を形成する工程と、前記エ
ッチング停止層及び前記第１の開口の上に、第２の絶縁
膜を形成する工程と、前記第２の絶縁膜上に、前記第１
の開口の上方を通過する配線模様に対応した第２の開口
を有するマスクパターンを形成する工程と、前記マスク
パターンをマスクとし、前記エッチング停止層のエッチ
ング速度が遅く、前記第１及び第２の絶縁膜を選択的に
エッチングする条件で、前記第１及び第２の絶縁膜を部
分的にエッチングし、前記第２の絶縁膜に前記第２の開
口に対応する配線溝を形成するとともに、前記第１の絶
縁膜に前記第１の開口に対応するビアホールを形成する
工程と、前記配線溝及びビアホール内に導電性材料を埋
め込む工程とを有する配線構造の形成方法が提供され
る。
導電性領域が形成された基板を準備する工程と、前記基
板の上に第１の絶縁膜を堆積する工程と、前記第１の絶
縁膜の上に、窒化硼素からなるエッチング停止層を堆積
する工程と、前記エッチング停止層の、前記導電性領域
に対応する領域に第１の開口を形成する工程と、前記エ
ッチング停止層及び前記第１の開口の上に、第２の絶縁
膜を形成する工程と、前記第２の絶縁膜上に、前記第１
の開口の上方を通過する配線模様に対応した第２の開口
を有するマスクパターンを形成する工程と、前記マスク
パターンをマスクとし、前記エッチング停止層のエッチ
ング速度が遅く、前記第１及び第２の絶縁膜を選択的に
エッチングする条件で、前記第１及び第２の絶縁膜を部
分的にエッチングし、前記第２の絶縁膜に前記第２の開
口に対応する配線溝を形成するとともに、前記第１の絶
縁膜に前記第１の開口に対応するビアホールを形成する
工程と、前記配線溝及びビアホール内に導電性材料を埋
め込む工程とを有する配線構造の形成方法が提供され
る。
【００１１】第１の絶縁膜と第２の絶縁膜との間に配置
されるエッチング停止層を窒化硼素で形成している。窒
化硼素は、ＳｉＮよりも低い誘電率を有する。このた
め、エッチング停止層をＳｉＮで形成する場合に比べ
て、配線間の寄生容量を低減することができる。
されるエッチング停止層を窒化硼素で形成している。窒
化硼素は、ＳｉＮよりも低い誘電率を有する。このた
め、エッチング停止層をＳｉＮで形成する場合に比べ
て、配線間の寄生容量を低減することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】図１〜図４を参照して、本発明の
実施例による配線形成方法について説明する。
実施例による配線形成方法について説明する。
【００１３】図１（Ａ）に示すように、シリコン基板１
の表面にフィールド酸化膜２が形成され、フィールド酸
化膜２により活性領域が画定されている。この活性領域
内に、ＭＯＳトランジスタ３が形成されている。ＭＯＳ
トランジスタ３は、ソース領域３Ｓ、ドレイン領域３
Ｄ、ゲート電極３Ｇを含んで構成される。
の表面にフィールド酸化膜２が形成され、フィールド酸
化膜２により活性領域が画定されている。この活性領域
内に、ＭＯＳトランジスタ３が形成されている。ＭＯＳ
トランジスタ３は、ソース領域３Ｓ、ドレイン領域３
Ｄ、ゲート電極３Ｇを含んで構成される。
【００１４】ＭＯＳトランジスタ３を覆うように、平行
平板型のプラズマ励起型化学気相成長（ＰＥ−ＣＶＤ）
装置を用いて、ＳｉＯ2 からなる厚さ１．５μｍの層間
絶縁膜５を堆積する。層間絶縁膜５の堆積条件は、例え
ば、基板温度３５０℃、圧力３．０Ｔｏｒｒ、高周波印
加電力３００Ｗ、電極間隔４００ｍｉｌｓ（約１ｃ
ｍ）、ＳｉＨ4 流量４０ｓｃｃｍ、Ｎ2 Ｏ流量４００ｓ
ｃｃｍ、及びＮ2 流量２０００ｓｃｃｍである。層間絶
縁膜５の表面を化学機械研磨（ＣＭＰ）により平坦化す
る。平坦化後の層間絶縁膜５の厚さは、約１．２μｍに
なる。
平板型のプラズマ励起型化学気相成長（ＰＥ−ＣＶＤ）
装置を用いて、ＳｉＯ2 からなる厚さ１．５μｍの層間
絶縁膜５を堆積する。層間絶縁膜５の堆積条件は、例え
ば、基板温度３５０℃、圧力３．０Ｔｏｒｒ、高周波印
加電力３００Ｗ、電極間隔４００ｍｉｌｓ（約１ｃ
ｍ）、ＳｉＨ4 流量４０ｓｃｃｍ、Ｎ2 Ｏ流量４００ｓ
ｃｃｍ、及びＮ2 流量２０００ｓｃｃｍである。層間絶
縁膜５の表面を化学機械研磨（ＣＭＰ）により平坦化す
る。平坦化後の層間絶縁膜５の厚さは、約１．２μｍに
なる。
【００１５】層間絶縁膜５の上に、窒化硼素（ＢＮ）か
らなる厚さ０．１μｍのエッチング停止層６を形成す
る。エッチング停止層６の堆積は、原料ガスとしてＢＣ
ｌ3 とＮＨ3 を用いたＣＶＤにより行う。堆積条件は、
ＢＣｌ3 とＮＨ3 の流量比１：２０、基板温度４５０
℃、圧力７６０Ｔｏｒｒ（常圧）である。この条件で堆
積したＢＮ膜の屈折率は、約１．７８になる。
らなる厚さ０．１μｍのエッチング停止層６を形成す
る。エッチング停止層６の堆積は、原料ガスとしてＢＣ
ｌ3 とＮＨ3 を用いたＣＶＤにより行う。堆積条件は、
ＢＣｌ3 とＮＨ3 の流量比１：２０、基板温度４５０
℃、圧力７６０Ｔｏｒｒ（常圧）である。この条件で堆
積したＢＮ膜の屈折率は、約１．７８になる。
【００１６】図１（Ｂ）に示すように、ソース領域３Ｓ
及びドレイン領域３Ｄに対応する領域に、それぞれエッ
チング停止層６と層間絶縁膜５を貫通するビアホール１
０Ｓ及び１０Ｄを形成する。エッチング停止層６のエッ
チングは、ＣＦ4 とＯ2 を用いたＲＩＥにより行い、層
間絶縁膜５のエッチングは、ＣＨＦ3 とＯ2 を用いたＲ
ＩＥにより行う。ビアホール１０Ｓ及び１０Ｄ内を、そ
れぞれ導電性プラグ１１Ｓ及び１１Ｄで埋め込む。
及びドレイン領域３Ｄに対応する領域に、それぞれエッ
チング停止層６と層間絶縁膜５を貫通するビアホール１
０Ｓ及び１０Ｄを形成する。エッチング停止層６のエッ
チングは、ＣＦ4 とＯ2 を用いたＲＩＥにより行い、層
間絶縁膜５のエッチングは、ＣＨＦ3 とＯ2 を用いたＲ
ＩＥにより行う。ビアホール１０Ｓ及び１０Ｄ内を、そ
れぞれ導電性プラグ１１Ｓ及び１１Ｄで埋め込む。
【００１７】導電性プラグ１１Ｓ及び１１Ｄの形成は、
ビアホール内面を覆うＴｉＮ膜を堆積し、その上にＷ膜
を堆積してビアホール内を埋め込み、その後ＣＭＰによ
りビアホール以外の領域に堆積しているＴｉＮ膜及びＷ
膜を除去することにより行う。ＢＮからなるエッチング
停止層６は高いＣＭＰ耐性を有するため、エッチング停
止層６が現れた時点でＣＭＰを再現性良く停止すること
ができる。ＴｉＮ膜の堆積は、例えば、Ｔｉターゲット
とＡｒ／Ｎ2 混合ガスを用いたＤＣマグネトロンスパッ
タリングにより、基板温度３００℃、ガス圧３ｍＴｏｒ
ｒの条件で行う。Ｗ膜の堆積は、例えば、原料ガスとし
てＷＦ6 、ＳｉＨ4 、及びＨ2 を用いた熱ＣＶＤによ
り、成長温度３８０℃の条件で行う。
ビアホール内面を覆うＴｉＮ膜を堆積し、その上にＷ膜
を堆積してビアホール内を埋め込み、その後ＣＭＰによ
りビアホール以外の領域に堆積しているＴｉＮ膜及びＷ
膜を除去することにより行う。ＢＮからなるエッチング
停止層６は高いＣＭＰ耐性を有するため、エッチング停
止層６が現れた時点でＣＭＰを再現性良く停止すること
ができる。ＴｉＮ膜の堆積は、例えば、Ｔｉターゲット
とＡｒ／Ｎ2 混合ガスを用いたＤＣマグネトロンスパッ
タリングにより、基板温度３００℃、ガス圧３ｍＴｏｒ
ｒの条件で行う。Ｗ膜の堆積は、例えば、原料ガスとし
てＷＦ6 、ＳｉＨ4 、及びＨ2 を用いた熱ＣＶＤによ
り、成長温度３８０℃の条件で行う。
【００１８】図１（Ｃ）に示すように、エッチング停止
層６の上に、ＢＮからなる厚さ０．１μｍのエッチング
停止層１５を、エッチング停止層６の堆積条件と同様の
条件で形成する。エッチング停止層１５の上に、水素シ
ルセキオキサン（ＨＳＱ）からなる厚さ０．６μｍの層
間絶縁膜１６を形成する。層間絶縁膜１６は、溶剤に溶
かしたＨＳＱ（ダウコーニング社の商品Ｆｏｘ）を基板
上にスピン塗布し、Ｎ 2 雰囲気中で基板温度を４００℃
とし、３０分間の熱処理を行うことにより形成される。
層６の上に、ＢＮからなる厚さ０．１μｍのエッチング
停止層１５を、エッチング停止層６の堆積条件と同様の
条件で形成する。エッチング停止層１５の上に、水素シ
ルセキオキサン（ＨＳＱ）からなる厚さ０．６μｍの層
間絶縁膜１６を形成する。層間絶縁膜１６は、溶剤に溶
かしたＨＳＱ（ダウコーニング社の商品Ｆｏｘ）を基板
上にスピン塗布し、Ｎ 2 雰囲気中で基板温度を４００℃
とし、３０分間の熱処理を行うことにより形成される。
【００１９】図２（Ａ）に示すように、層間絶縁膜１６
とエッチング停止層１５との２層に、複数の配線溝１７
を形成する。１本の配線溝１７の底面に導電性プラグ１
１Ｓの上面が露出し、他の１本の配線溝１７の底面に導
電性プラグ１１Ｄの上面が露出する。層間絶縁膜１６の
エッチングは、ＣＨＦ3 とＯ2 を用いたＲＩＥにより行
う。このとき、エッチング停止層１５によりエッチング
が自動的に停止する。エッチング停止層１５のエッチン
グは、ＣＦ4 とＯ2 を用いたＲＩＥにより行う。エッチ
ング停止層６の上にエッチング停止層１５を形成したの
は、導電性プラグ１１Ｓ及び１１Ｄを形成するときのＣ
ＭＰにより、エッチング停止層６がほとんど除去されて
しまう場合を考えたためである。
とエッチング停止層１５との２層に、複数の配線溝１７
を形成する。１本の配線溝１７の底面に導電性プラグ１
１Ｓの上面が露出し、他の１本の配線溝１７の底面に導
電性プラグ１１Ｄの上面が露出する。層間絶縁膜１６の
エッチングは、ＣＨＦ3 とＯ2 を用いたＲＩＥにより行
う。このとき、エッチング停止層１５によりエッチング
が自動的に停止する。エッチング停止層１５のエッチン
グは、ＣＦ4 とＯ2 を用いたＲＩＥにより行う。エッチ
ング停止層６の上にエッチング停止層１５を形成したの
は、導電性プラグ１１Ｓ及び１１Ｄを形成するときのＣ
ＭＰにより、エッチング停止層６がほとんど除去されて
しまう場合を考えたためである。
【００２０】層間絶縁膜１６の表面及び配線溝１７の内
面を覆うように、厚さ１０ｎｍのＴｉＮ膜２０を形成す
る。ＴｉＮ膜２０の表面上に、スパッタリングによりＣ
ｕからなる厚さ５００ｎｍのめっきシード層２１を形成
する。めっきシード層２１の表面上に、配線溝１７内を
埋め込むように、電解めっきによりＣｕ膜２２を形成す
る。
面を覆うように、厚さ１０ｎｍのＴｉＮ膜２０を形成す
る。ＴｉＮ膜２０の表面上に、スパッタリングによりＣ
ｕからなる厚さ５００ｎｍのめっきシード層２１を形成
する。めっきシード層２１の表面上に、配線溝１７内を
埋め込むように、電解めっきによりＣｕ膜２２を形成す
る。
【００２１】図２（Ｂ）に示すように、ＣＭＰにより層
間絶縁膜１６の上面よりも上に堆積しているＣｕ膜２
２、めっきシード層２１、及びＴｉＮ膜２０を除去す
る。配線溝１７内にめっきシード層２１とＣｕ膜２２と
からなるＣｕ配線２２ａが残る。Ｃｕ配線２２ａの側面
及び底面は、ＴｉＮ膜２０ａで覆われている。このた
め、Ｃｕ配線２２ａ内のＣｕ原子の層間絶縁膜５及び１
６内への拡散を防止することができる。層間絶縁膜１６
及び配線２２ａの上に、ＢＮからなる厚さ０．１μｍの
拡散防止層２５を形成する。
間絶縁膜１６の上面よりも上に堆積しているＣｕ膜２
２、めっきシード層２１、及びＴｉＮ膜２０を除去す
る。配線溝１７内にめっきシード層２１とＣｕ膜２２と
からなるＣｕ配線２２ａが残る。Ｃｕ配線２２ａの側面
及び底面は、ＴｉＮ膜２０ａで覆われている。このた
め、Ｃｕ配線２２ａ内のＣｕ原子の層間絶縁膜５及び１
６内への拡散を防止することができる。層間絶縁膜１６
及び配線２２ａの上に、ＢＮからなる厚さ０．１μｍの
拡散防止層２５を形成する。
【００２２】図３及び図４は、図２（Ｂ）以降の工程
を、Ｃｕ配線２２ａよりも上層の配線構造に着目して示
す。図３及び図４では、Ｃｕ配線２２ａのうち１本を代
表して表している。
を、Ｃｕ配線２２ａよりも上層の配線構造に着目して示
す。図３及び図４では、Ｃｕ配線２２ａのうち１本を代
表して表している。
【００２３】図３（Ａ）に示すように、拡散防止層２５
の上に、ＳｉＯ2 からなる厚さ１μｍの層間絶縁膜２６
を形成する。層間絶縁膜２６の上に、ＢＮからなる厚さ
０．１μｍのエッチング停止層２７を形成する。配線２
２ａの上方の一部の領域に、エッチング停止層２７を貫
通する開口２８を形成する。
の上に、ＳｉＯ2 からなる厚さ１μｍの層間絶縁膜２６
を形成する。層間絶縁膜２６の上に、ＢＮからなる厚さ
０．１μｍのエッチング停止層２７を形成する。配線２
２ａの上方の一部の領域に、エッチング停止層２７を貫
通する開口２８を形成する。
【００２４】図３（Ｂ）に示すように、エッチング停止
層２７の上に、ＨＳＱからなる厚さ０．６μｍの層間絶
縁膜３０を形成する。層間絶縁膜３０の上に、ＢＮから
なる厚さ０．１μｍのエッチング停止層３１を形成す
る。エッチング停止層３１の上に、フォトレジストによ
りマスクパターン３２を形成する。マスクパターン３２
には、開口２８の上方を通過する配線模様に対応した開
口３３が形成されている。
層２７の上に、ＨＳＱからなる厚さ０．６μｍの層間絶
縁膜３０を形成する。層間絶縁膜３０の上に、ＢＮから
なる厚さ０．１μｍのエッチング停止層３１を形成す
る。エッチング停止層３１の上に、フォトレジストによ
りマスクパターン３２を形成する。マスクパターン３２
には、開口２８の上方を通過する配線模様に対応した開
口３３が形成されている。
【００２５】マスクパターン３２をマスクとし、エッチ
ング停止層３１を部分的にエッチングする。エッチング
停止層３１に、配線模様に対応した開口が形成される。
ング停止層３１を部分的にエッチングする。エッチング
停止層３１に、配線模様に対応した開口が形成される。
【００２６】図３（Ｃ）に示すように、マスクパターン
３２をマスクとし、ＢＮからなるエッチング停止層２７
及び拡散防止層２５のエッチング速度が遅く、ＨＳＱか
らなる層間絶縁膜３０及びＳｉＯ2 からなる層間絶縁膜
２６を選択的にエッチングする条件で、層間絶縁膜３０
及び２６をエッチングする。このエッチングは、例え
ば、フッ素プラズマを用いたプラズマエッチングにより
行うことができる。
３２をマスクとし、ＢＮからなるエッチング停止層２７
及び拡散防止層２５のエッチング速度が遅く、ＨＳＱか
らなる層間絶縁膜３０及びＳｉＯ2 からなる層間絶縁膜
２６を選択的にエッチングする条件で、層間絶縁膜３０
及び２６をエッチングする。このエッチングは、例え
ば、フッ素プラズマを用いたプラズマエッチングにより
行うことができる。
【００２７】層間絶縁膜３０に、開口３３に対応する配
線溝３０ａが形成され、層間絶縁膜２６に、開口２８に
対応するビアホール２６ａが形成される。ビアホール２
６ａの底には、拡散防止層２５の一部が露出する。ビア
ホール２６ａの底に露出した拡散防止層２５を除去し、
配線２２ａの上面を露出させる。その後、マスクパター
ン３２を除去する。
線溝３０ａが形成され、層間絶縁膜２６に、開口２８に
対応するビアホール２６ａが形成される。ビアホール２
６ａの底には、拡散防止層２５の一部が露出する。ビア
ホール２６ａの底に露出した拡散防止層２５を除去し、
配線２２ａの上面を露出させる。その後、マスクパター
ン３２を除去する。
【００２８】図４（Ａ）に示すように、エッチング停止
層３１の上面、配線溝３０ａ及びビアホール２６ａの内
面上に、厚さ１０ｎｍのＴｉＮ膜３５を形成する。Ｔｉ
Ｎ膜３５の表面上に、Ｃｕからなる厚さ５００ｎｍのめ
っきシード層３６を形成する。めっきシード層３６の表
面上に、配線溝３０ａ及びビアホール２６ａ内を埋め込
むように、電解めっきによりＣｕ膜３７を形成する。
層３１の上面、配線溝３０ａ及びビアホール２６ａの内
面上に、厚さ１０ｎｍのＴｉＮ膜３５を形成する。Ｔｉ
Ｎ膜３５の表面上に、Ｃｕからなる厚さ５００ｎｍのめ
っきシード層３６を形成する。めっきシード層３６の表
面上に、配線溝３０ａ及びビアホール２６ａ内を埋め込
むように、電解めっきによりＣｕ膜３７を形成する。
【００２９】図４（Ｂ）に示すように、エッチング停止
層３１の上面よりも上に堆積しているＣｕ膜３７、めっ
きシード層３６、及びＴｉＮ膜３５をＣＭＰにより除去
する。配線溝３０ａ及びビアホール２６ａ内に、Ｃｕ膜
３７とめっきシード層３６からなるＣｕ配線及びＣｕプ
ラグ３７ａが残る。Ｃｕ配線及びＣｕプラグ３７ａの側
面と底面は、ＴｉＮ膜３５ａで覆われている。このよう
に、配線溝とビアホールとを同時に埋め込む方法は、デ
ュアルダマシン法と呼ばれる。
層３１の上面よりも上に堆積しているＣｕ膜３７、めっ
きシード層３６、及びＴｉＮ膜３５をＣＭＰにより除去
する。配線溝３０ａ及びビアホール２６ａ内に、Ｃｕ膜
３７とめっきシード層３６からなるＣｕ配線及びＣｕプ
ラグ３７ａが残る。Ｃｕ配線及びＣｕプラグ３７ａの側
面と底面は、ＴｉＮ膜３５ａで覆われている。このよう
に、配線溝とビアホールとを同時に埋め込む方法は、デ
ュアルダマシン法と呼ばれる。
【００３０】エッチング停止層３１及びＣｕ配線３７ａ
の上に、ＢＮからなる厚さ０．１μｍの拡散防止層４０
を形成する。Ｃｕ配線及びＣｕプラグ３７ａの表面が、
拡散防止層４０及びＴｉＮ膜３５ａで覆われるため、Ｃ
ｕ原子の層間絶縁膜中への拡散を防止することができ
る。また、配線２２ａの上面が拡散防止層２５で覆われ
ているため、配線２２ａ内のＣｕ原子の層間絶縁膜２６
内への拡散を防止することができる。
の上に、ＢＮからなる厚さ０．１μｍの拡散防止層４０
を形成する。Ｃｕ配線及びＣｕプラグ３７ａの表面が、
拡散防止層４０及びＴｉＮ膜３５ａで覆われるため、Ｃ
ｕ原子の層間絶縁膜中への拡散を防止することができ
る。また、配線２２ａの上面が拡散防止層２５で覆われ
ているため、配線２２ａ内のＣｕ原子の層間絶縁膜２６
内への拡散を防止することができる。
【００３１】図３（Ａ）から図４（Ｂ）までの工程を３
回繰り返し、配線２２ａを含めて４層の配線構造を形成
した。この配線構造に対し、４００℃で１０時間の熱処
理を行ったところ、リーク電流による絶縁不良の発生は
なかった。ＢＮからなる拡散防止層２５及び４０が、Ｃ
ｕ原子の層間絶縁膜中への拡散を防止しているものと考
えられる。
回繰り返し、配線２２ａを含めて４層の配線構造を形成
した。この配線構造に対し、４００℃で１０時間の熱処
理を行ったところ、リーク電流による絶縁不良の発生は
なかった。ＢＮからなる拡散防止層２５及び４０が、Ｃ
ｕ原子の層間絶縁膜中への拡散を防止しているものと考
えられる。
【００３２】次に、拡散防止層をＢＮで形成した場合の
寄生容量を評価した結果について説明する。
寄生容量を評価した結果について説明する。
【００３３】図５は、評価実験で作製したサンプルの断
面図を示す。シリコン基板上に形成されたＳｉＯ2 膜５
０の上に、厚さ５０ｎｍのＢＮ膜５１が形成されてい
る。ＢＮ膜５１の上に厚さ０．６μｍのＨＳＱ膜５２が
形成されている。ＨＳＱ膜５２に、図５の紙面に垂直な
方向に延在する複数の配線溝が形成され、この配線溝内
に、Ｃｕ配線５３が埋め込まれている。Ｃｕ配線５３の
側面及び底面は、厚さ１０ｎｍのＴｉＮ膜５４で覆われ
ている。ＨＳＱ膜５２及びＣｕ配線５３の上に、厚さ５
０ｎｍのＢＮ膜５５が形成されている。
面図を示す。シリコン基板上に形成されたＳｉＯ2 膜５
０の上に、厚さ５０ｎｍのＢＮ膜５１が形成されてい
る。ＢＮ膜５１の上に厚さ０．６μｍのＨＳＱ膜５２が
形成されている。ＨＳＱ膜５２に、図５の紙面に垂直な
方向に延在する複数の配線溝が形成され、この配線溝内
に、Ｃｕ配線５３が埋め込まれている。Ｃｕ配線５３の
側面及び底面は、厚さ１０ｎｍのＴｉＮ膜５４で覆われ
ている。ＨＳＱ膜５２及びＣｕ配線５３の上に、厚さ５
０ｎｍのＢＮ膜５５が形成されている。
【００３４】各配線５３の幅及び配線間の間隔は、共に
０．３μｍである。配線５５のうち１つおきに配置され
た配線が相互に接続されて一方の櫛歯電極を構成し、そ
の他の配線が相互に接続されて他方の櫛歯電極を構成す
る。１つの櫛歯電極の櫛歯は１００本であり、櫛歯の合
計の長さは５００μｍである。
０．３μｍである。配線５５のうち１つおきに配置され
た配線が相互に接続されて一方の櫛歯電極を構成し、そ
の他の配線が相互に接続されて他方の櫛歯電極を構成す
る。１つの櫛歯電極の櫛歯は１００本であり、櫛歯の合
計の長さは５００μｍである。
【００３５】図５のサンプルの一対の櫛歯電極間の寄生
容量は、ＢＮ膜５１及び５５の代わりにＳｉＮ膜を用い
た場合に比べて、約１０％小さくなった。拡散防止層と
して、ＳｉＮよりも比誘電率の低いＢＮを用いた効果が
現れている。
容量は、ＢＮ膜５１及び５５の代わりにＳｉＮ膜を用い
た場合に比べて、約１０％小さくなった。拡散防止層と
して、ＳｉＮよりも比誘電率の低いＢＮを用いた効果が
現れている。
【００３６】上記実施例で用いたＢＮからなる拡散防止
層として、ｃ軸配向したＢＮ膜を用いることが好まし
い。ｃ軸配向したＢＮ膜を用いることにより、拡散防止
層の誘電率を３．５〜４．０に低減でき、容量を下げる
効果が得られる。なお、上記実施例で説明したＣＶＤ条
件でＢＮ膜を形成すると、ｃ軸配向した膜が得られる。
層として、ｃ軸配向したＢＮ膜を用いることが好まし
い。ｃ軸配向したＢＮ膜を用いることにより、拡散防止
層の誘電率を３．５〜４．０に低減でき、容量を下げる
効果が得られる。なお、上記実施例で説明したＣＶＤ条
件でＢＮ膜を形成すると、ｃ軸配向した膜が得られる。
【００３７】上記実施例では、配線材料としてＣｕを用
いた場合を説明したが、Ｃｕを主成分とする材料、例え
ばＣｕにＳｎ、Ｚｒ、Ｐｄ等を０．１〜１．０重量％添
加したＣｕ合金を用いる場合にも同様の効果が得られ
る。
いた場合を説明したが、Ｃｕを主成分とする材料、例え
ばＣｕにＳｎ、Ｚｒ、Ｐｄ等を０．１〜１．０重量％添
加したＣｕ合金を用いる場合にも同様の効果が得られ
る。
【００３８】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。
【００３９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
Ｃｕを主成分とする配線をＢＮからなる拡散防止層で被
覆することにより、Ｃｕ原子の層間絶縁膜内への拡散を
防止することができる。また、ＢＮの比誘電率は、Ｓｉ
Ｎの比誘電率よりも小さいため、拡散防止層としてＳｉ
Ｎを用いる場合に比べて、配線間の寄生容量を低減する
ことができる。
Ｃｕを主成分とする配線をＢＮからなる拡散防止層で被
覆することにより、Ｃｕ原子の層間絶縁膜内への拡散を
防止することができる。また、ＢＮの比誘電率は、Ｓｉ
Ｎの比誘電率よりも小さいため、拡散防止層としてＳｉ
Ｎを用いる場合に比べて、配線間の寄生容量を低減する
ことができる。
【図１】本発明の実施例による配線構造を形成する方法
を説明するための配線構造の断面図（その１）である。
を説明するための配線構造の断面図（その１）である。
【図２】本発明の実施例による配線構造を形成する方法
を説明するための配線構造の断面図（その２）である。
を説明するための配線構造の断面図（その２）である。
【図３】本発明の実施例による配線構造を形成する方法
を説明するための配線構造の断面図（その３）である。
を説明するための配線構造の断面図（その３）である。
【図４】本発明の実施例による配線構造を形成する方法
を説明するための配線構造の断面図（その４）である。
を説明するための配線構造の断面図（その４）である。
【図５】評価実験で用いたサンプルの断面図である。
１ シリコン基板 ２ フィールド酸化膜 ３ ＭＯＳトランジスタ ５、２６ 層間絶縁膜（ＳｉＯ2 ） ６、１５、２７、３１ エッチング停止層（ＢＮ） １０Ｓ、１０Ｄ ビアホール １１Ｓ、１１Ｄ 導電性プラグ １６、３０ 層間絶縁膜（ＨＳＱ） １７、３０ａ 配線溝 ２０、３５ ＴｉＮ膜 ２１、３６ めっきシード層（Ｃｕ） ２２、３７ Ｃｕ膜 ２２ａ Ｃｕ配線 ２５、４０ 拡散防止層（ＢＮ） ２６ａ ビアホール ２８、３３ 開口 ３２ マスクパターン ３７ａ Ｃｕ配線とＣｕプラグ ５０ ＳｉＯ2 膜 ５１ ＢＮ膜 ５２ ＨＳＱ膜 ５３ Ｃｕ配線 ５４ ＴｉＮ膜 ５５ ＢＮ膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 片山 倫子 神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番 １号 富士通株式会社内 (72)発明者 山口 城 神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番 １号 富士通株式会社内 Ｆターム(参考） 5F033 AA04 AA05 AA15 AA19 AA28 AA29 AA61 AA64 BA04 BA15 BA17 BA25 BA35 BA37 BA45 BA46 CA09 DA04 DA06 DA07 DA08 DA15 DA34 DA36 DA38 EA02 EA03 EA06 EA19 EA25 EA28 EA29 EA32 FA05
Claims (11)
- 【請求項１】 支持基板の主表面上に形成された第１の
絶縁膜と、 前記第１の絶縁膜に形成された配線溝と、 前記配線溝内を埋め込むように配置されたＣｕを主成分
とする配線と、 前記配線の上面を覆うように配置され、窒化硼素により
形成された拡散防止層と、 前記拡散防止層の上に配置された第２の絶縁膜とを有す
る配線構造。 - 【請求項２】 前記拡散防止層が、ｃ軸配向した窒化硼
素膜である請求項１に記載の配線構造。 - 【請求項３】 さらに、前記第１の絶縁膜の下に配置さ
れ、窒化硼素により形成されたエッチング停止層であっ
て、該エッチング停止層の上面の一部が前記配線溝の底
面を構成する前記エッチング停止層を有する請求項１ま
たは２に記載の配線構造。 - 【請求項４】 前記エッチング停止層が、ｃ軸配向した
窒化硼素膜である請求項３に記載の配線構造。 - 【請求項５】 さらに、前記配線溝の底面及び側面を覆
うバリアメタル層を有し、 前記配線が、前記バリアメタル層の表面上に配置されて
いる請求項１〜４のいずれかに記載の配線構造。 - 【請求項６】 さらに、 前記エッチング停止層の下に配置された第３の絶縁膜
と、 前記第３の絶縁膜の一部の領域の下に配置された導電性
領域と、 前記配線溝の底面の一部の領域において、前記エッチン
グ停止層と前記第３の絶縁膜とを貫通し、前記導電性領
域の上面まで達するビアホールと、 前記ビアホール内を埋め込む導電性プラグとを有する請
求項１〜５のいずれかに記載の配線構造。 - 【請求項７】 前記バリアメタル層が前記ビアホールの
底面及び側面をも覆い、前記導電性プラグと前記配線と
が同一材料で一体成形されている請求項６に記載の配線
構造。 - 【請求項８】 基板の主表面上に第１の絶縁膜を形成す
る工程と、 前記第１の絶縁膜に配線溝を形成する工程と、 前記配線溝内を、Ｃｕを主成分とする導電材料で埋め込
み、配線を形成する工程と、 前記第１の絶縁膜及び配線の上に、窒化硼素からなる拡
散防止層を形成する工程と、 前記拡散防止層の上に、第２の絶縁膜を形成する工程
と、 前記第２の絶縁膜及び前記拡散防止層を貫通し、前記配
線の上面の一部を露出させるビアホールを形成する工程
と、 前記ビアホール内を導電性プラグで埋め込む工程とを有
する配線構造の形成方法。 - 【請求項９】 前記第１の絶縁膜を形成する工程の後、
前記配線溝を形成する工程の前に、さらに、前記第１の
絶縁膜の上に、窒化硼素からなる保護層を形成する工程
を含み、 前記配線溝を形成する工程において、前記保護層と前記
第１の絶縁膜を含む積層構造に前記配線溝を形成し、 前記配線を形成する工程が、 前記配線溝の内面及び前記基板の平坦面上にバリアメタ
ル層を堆積する工程と、 前記バリアメタル層の表面上に、前記配線溝内を埋め込
むように、Ｃｕを主成分とする導電膜を堆積する工程
と、 前記導電膜及びバリアメタル層のうち、前記配線溝内以
外に堆積した部分を除去する工程とを含む請求項８に記
載の配線構造の形成方法。 - 【請求項１０】 表面の一部に導電性領域が形成された
基板を準備する工程と、 前記基板の上に第１の絶縁膜を堆積する工程と、 前記第１の絶縁膜の上に、窒化硼素からなるエッチング
停止層を堆積する工程と、 前記エッチング停止層の、前記導電性領域に対応する領
域に第１の開口を形成する工程と、 前記エッチング停止層及び前記第１の開口の上に、第２
の絶縁膜を形成する工程と、 前記第２の絶縁膜上に、前記第１の開口の上方を通過す
る配線模様に対応した第２の開口を有するマスクパター
ンを形成する工程と、 前記マスクパターンをマスクとし、前記エッチング停止
層のエッチング速度が遅く、前記第１及び第２の絶縁膜
を選択的にエッチングする条件で、前記第１及び第２の
絶縁膜を部分的にエッチングし、前記第２の絶縁膜に前
記第２の開口に対応する配線溝を形成するとともに、前
記第１の絶縁膜に前記第１の開口に対応するビアホール
を形成する工程と、 前記配線溝及びビアホール内に導電性材料を埋め込む工
程とを有する配線構造の形成方法。 - 【請求項１１】 前記基板を準備する工程の後、前記第
１の絶縁膜を堆積する工程の前に、さらに、前記基板の
上に窒化硼素からなる拡散防止層を堆積する工程を含
み、 前記ビアホールを形成する工程が、さらに、該ビアホー
ルの底面に露出した前記拡散防止層を除去する工程を含
む請求項１０に記載の配線構造の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23610798A JP4108189B2 (ja) | 1998-08-21 | 1998-08-21 | 配線構造、及びその形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23610798A JP4108189B2 (ja) | 1998-08-21 | 1998-08-21 | 配線構造、及びその形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000068274A true JP2000068274A (ja) | 2000-03-03 |
| JP4108189B2 JP4108189B2 (ja) | 2008-06-25 |
Family
ID=16995847
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23610798A Expired - Fee Related JP4108189B2 (ja) | 1998-08-21 | 1998-08-21 | 配線構造、及びその形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4108189B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002083870A (ja) * | 2000-09-11 | 2002-03-22 | Tokyo Electron Ltd | 半導体装置及びその製造方法 |
| JP2006041519A (ja) * | 2004-07-29 | 2006-02-09 | Samsung Electronics Co Ltd | デュアルダマシン配線の製造方法 |
| JP2018056345A (ja) * | 2016-09-29 | 2018-04-05 | 東京エレクトロン株式会社 | ハードマスクおよびその製造方法 |
-
1998
- 1998-08-21 JP JP23610798A patent/JP4108189B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2006041519A (ja) * | 2004-07-29 | 2006-02-09 | Samsung Electronics Co Ltd | デュアルダマシン配線の製造方法 |
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| JP4108189B2 (ja) | 2008-06-25 |
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