JP2010287791A - 配線層構造及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】半導体又はガラス基板の下地基板1と、下地基板1上に形成された酸素含有Cu合金層2と、酸素含有Cu合金層2上に形成された、Al、Zr、Tiのうち少なくとも一種を含有する酸化物層3と、酸化物層3上に形成された、Al、Zr、Tiのうち少なくとも一種を含有するCu合金層4と、Cu合金層4上に形成された、Cu導電層5とを有する。
【選択図】図1
Description
まず、下地基板1として半導体基板またはガラス基板を準備し、その表面に銅を含有するターゲットを利用してO2雰囲気内でスパッタを行う。この時使用する銅を含有するターゲットは、Ca、Mg、Li、Al、Zr、Ti、Si、Mn、Cr、希土類からなる群より選択される少なくとも一種類の添加元素を含んでいてもよい。
以下、本発明に基づいて実際に配線層構造を形成し、その評価を行った結果を説明する。
次に、これをスパッタ装置に挿入し、溶解調整したCu−4原子%Alの成分組成を有するCu合金スパッタリングターゲットを用いて、
雰囲気:Ar+酸素(容量%でAr/酸素=90/10)の酸化雰囲気
雰囲気圧力0.4Pa
基板加熱温度100℃
の条件でスパッタを行い、膜厚50nmの酸素含有Cu合金層を形成した。
溶解調整したCu−4原子%Alの成分組成を有するCu合金スパッタリングターゲットを用いて、
雰囲気:Ar
雰囲気圧力0.4Pa
基板加熱温度100℃
の条件でスパッタを行い、膜厚300nmのCu合金層を形成した。
次に、
雰囲気:H2+N2(容量%でH2/N2=50/50)
雰囲気圧力0.1MPa(1気圧)
温度300℃
保持時間30分
の条件で水素アニールを行った。
オージェ電子分光分析により試料の深さ方向分析、および試料断面をTEM(透過電子顕微鏡)により観察した。その結果を図8に示す。図8の左側がオージェ電子分光分析による配線層構造の深さ方向分析、右側が膜断面の透過型電子顕微鏡像である。図8に示したように、深さ方向分析より、AlとOが、Cu合金層と酸素含有Cu合金層の境界に濃縮していることがわかった(スパッタ時間が50分付近〜60分付近に対応する部分)。また、膜断面のTEM像(倍率:50万倍以上)より、Cu合金層と酸素含有Cu合金層の間にあるAlとOの濃縮層は、Cu合金層や酸素含有Cu合金層と明らかに結晶構造が異なっており、厚さ約4nmの層であることがわかった。そこで、このCu合金層と酸素含有Cu合金層の間に生成した酸素と添加元素(この場合Al)が主成分となる異相の層が酸化物層であると判断した。本願請求項1に記載の「酸化物層」とは、オージェ電子分光分析及びTEM(透過電子顕微鏡)によって特定された、この異相の層を指している。また、四探針試験により、本発明によるCu合金層の比抵抗を測定したところ約5μΩcmであった。
以下の条件、
雰囲気:水素ガス
水素ガス流量:500sccm
水素ガス圧250Pa
処理温度:250℃
出力:0.1W/cm2
処理時間60秒
で水素プラズマ処理を行った。
上記水素プラズマ処理の前後において、以下の碁盤目付着試験を行った。JIS−5400に準じ、上記試料表面にそれぞれ0.5mm、1mm、1.5mmおよび2mmの間隔で縦横にそれぞれ11本の溝を、表面からガラス基板に達する深さで、かつ0.1mmの溝幅で切り込みをカッターで入れ、100個の升目を形成し、この升目全体にわたって3M社製スコッチテープ(登録商標)を密着して貼り付け、次いで一気に引き剥がし、試料表面の100個の升目のうちの剥離した升目の数(個/100)を測定した。その結果、剥離した升目はいずれも0個であった。
雰囲気:Ar+酸素(容量%でAr/酸素=90/10)の酸化雰囲気
雰囲気圧力0.4Pa
基板加熱温度100℃
であり、Cu合金層のスパッタ条件も前述同様、すなわち、
雰囲気:Ar
雰囲気圧力0.4Pa
基板加熱温度100℃
であるが、それぞれ、各層の組成と膜厚を変化させている。また、次工程の純銅層のスパッタ条件は、Cu合金層のスパッタ条件と同様、すなわち、
雰囲気:Ar
雰囲気圧力0.4Pa
基板加熱温度100℃
であるが、純銅スパッタリングターゲット(不可避不純物は1原子%未満)を用いており、膜厚を変化させている。さらに、水素アニールの条件、薄膜構造評価、水素プラズマ処理の条件、碁盤目付着試験の条件は、前述と同様である。
2 Cu−O層(酸素含有Cu層又は酸素含有Cu合金層)
3 Alを含有する酸化物層
4 Cu―Al合金層
5 Cu導電層
11 積層膜
12 配線層
13 半導体薄膜表面
105 トランジスタ
111 透明基板
112 ゲート電極
114 ゲート絶縁層
116 シリコン層
118 n型シリコン層
120a 金属配線層
120b 金属配線層
122 レジスト膜
127 ソース電極層
128 ドレイン電極層
131 ソース領域
132 ドレイン領域
134 パッシベーション層
136 透明電極層
137 コンタクトホール
151 酸素含有Cu合金層
152 Cu合金層
Claims (19)
- 半導体基板又はガラス基板の下地基板と、
該下地基板上に形成された酸素含有Cu層又は酸素含有Cu合金層と、
該酸素含有Cu層又は該酸素含有Cu合金層上に形成された、Al、Zr、Tiのうち少なくとも一種を含有する酸化物層と、
該酸化物層上に形成された、Al、Zr、Tiのうち少なくとも一種を含有するCu合金層と、
を備えたことを特徴とする配線層構造。 - 前記酸素含有Cu合金層は、Ca、Mg、Li、Al、Zr、Ti、Si、Mn、Cr、希土類からなる群より選択される少なくとも一種類の添加元素を含むことを特徴とする請求項1に記載の配線層構造。
- 前記酸素含有Cu合金層に含まれる添加元素は、20原子%以下であることを特徴とする請求項2に記載の配線層構造。
- 前記酸素含有Cu層又は酸素含有Cu合金層に含まれる酸素は、1原子%以上30原子%以下であることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の配線層構造。
- 前記Cu合金層は、さらにCa、Mg、Li、Si、Mn、Cr、希土類からなる群より選択される少なくとも一種類の添加元素を含むことを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の配線層構造。
- 前記Cu合金層に含まれるAl、Zr、Ti合計の添加元素は、1原子%以上15原子%以下であることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の配線層構造。
- 前記Cu合金層上に形成されたCu導電層をさらに備えたことを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の配線層構造。
- 前記Cu導電層が99原子%以上の純銅であることを特徴とする請求項7に記載の配線層構造。
- 前記酸素含有Cu層又は酸素含有Cu合金層は10nm〜100nmの厚みを有し、前記酸化物層は1nm〜20nmの厚みを有し、前記Cu合金層は10nm〜100nmの厚みを有し、前記Cu導電層は200nm〜10μmの厚みを有することを特徴とする請求項7または8に記載の配線層構造。
- 半導体基板又はガラス基板からなる下地基板上に、少なくともCuを含有するターゲットを利用してO2雰囲気にてスパッタする工程(a)と、
Al、Zr、Tiのうち少なくとも一種を含有するCu合金をターゲットとして不活性ガス雰囲気にてスパッタする工程(b)と、
前記工程(a)及び前記工程(b)によって形成された層にエッチングにより配線層パターンを形成して、前記下地基板の一部を露出させる工程(c)と、
水素プラズマ処理を施して露出した前記下地基板表面に存在するダングリングボンドを終端させる工程(d)と、
をこの順に備え、
前記工程(b)の後で前記工程(d)の前に、水素雰囲気中にてアニールを行う工程(e)を、さらに備えることを特徴とする配線層構造の製造方法。 - 前記工程(a)で使用される前記少なくともCuを含有するターゲットは、さらに、Ca、Mg、Li、Al、Zr、Ti、Si、Mn、Cr、希土類からなる群より選択される少なくとも一種類の添加元素を含むことを特徴とする請求項10に記載の配線層構造の製造方法。
- 前記工程(a)で使用される前記少なくともCuを含有するターゲットに含まれる添加元素は、20原子%以下であることを特徴とする請求項11に記載の配線層構造の製造方法。
- 前記工程(a)のスパッタで使用されるO2雰囲気は、体積分率で1%以上30%以下であることを特徴とする請求項10から12のいずれか一項に記載の配線層構造の製造方法。
- 前記Al、Zr、Tiのうち少なくとも一種を含有するCu合金ターゲットは、さらにCa、Mg、Li、Si、Mn、Cr、希土類からなる群より選択される少なくとも一種類の添加元素を含むことを特徴とする請求項10から13のいずれか一項に記載の配線層構造の製造方法。
- 前記Al、Zr、Tiのうち少なくとも一種を含有するCu合金ターゲットに含まれるAl、Zr、Tiの添加元素は、1原子%以上15原子%以下であることを特徴とする請求項10から14のいずれか一項に記載の配線層構造の製造方法。
- 前記工程(b)の後に、少なくともCuを含有するターゲットを利用して不活性ガス雰囲気にてスパッタする工程(f)を、さらに有することを特徴とする請求項10から15のいずれか一項に記載の配線層構造の製造方法。
- 前記工程(f)で使用される前記少なくともCuを含有するターゲットは、99原子%以上のCuを含有することを特徴とする請求項16に記載の配線層構造の製造方法。
- 半導体基板又はガラス基板の下地基板と、前記下地基板上に形成されたゲート電極と、前記ゲート電極を覆うゲート絶縁層と、前記ゲート絶縁層上に形成された半導体層と、前記半導体層上に形成されたソース領域およびドレイン領域と、前記ソース領域および前記ドレイン領域にそれぞれ接触して形成されたソース電極層およびドレイン電極層と、を有する薄膜トランジスタであって、前記ゲート電極、前記ソース電極層、及び前記ドレイン電極層の少なくとも1つが請求項1から9のいずれか一項に記載の配線層構造から形成されていることを特徴とする薄膜トランジスタ。
- 半導体基板又はガラス基板の下地基板上にゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極を覆ってゲート絶縁層を形成する工程と、前記ゲート絶縁層上に半導体層を形成する工程と、前記半導体層上に不純物を高濃度に添加した半導体層を形成する工程と、前記不純物を高濃度に添加した半導体層上に金属配線層を形成する工程と、前記金属配線層、前記不純物を高濃度に添加した半導体層、および前記半導体層をパターンニングする工程とを有し、請求項10から17のいずれか一項に記載の配線層構造の製造方法によって前記金属配線層を製造する薄膜トランジスタの製造方法であって、前記金属配線層を形成する工程は前記工程(a)および(b)であり、前記パターンニングする工程は前記工程(c)であることを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
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