JP2590738B2 - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
半導体装置及びその製造方法Info
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- JP2590738B2 JP2590738B2 JP14634094A JP14634094A JP2590738B2 JP 2590738 B2 JP2590738 B2 JP 2590738B2 JP 14634094 A JP14634094 A JP 14634094A JP 14634094 A JP14634094 A JP 14634094A JP 2590738 B2 JP2590738 B2 JP 2590738B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置及びその製造
方法に関する。
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、半導体装置の配線材料としてＡｌ
あるいはＡｌ合金が広く用いられている。しかし、ＬＳ
Ｉの高集積化に伴い今後更に微細化が進むとＡｌ配線あ
るいはＡｌ合金配線では抵抗値の高さによる信号伝達速
度の遅れやマイグレーション耐性の低さによる信頼性の
低下が問題になってくる。それに対して、Ｃｕは低抵
抗、高マイグレーション耐性を実現できるためＡｌに代
わる配線材料として期待されているが、解決すべき課題
も多い。
あるいはＡｌ合金が広く用いられている。しかし、ＬＳ
Ｉの高集積化に伴い今後更に微細化が進むとＡｌ配線あ
るいはＡｌ合金配線では抵抗値の高さによる信号伝達速
度の遅れやマイグレーション耐性の低さによる信頼性の
低下が問題になってくる。それに対して、Ｃｕは低抵
抗、高マイグレーション耐性を実現できるためＡｌに代
わる配線材料として期待されているが、解決すべき課題
も多い。
【０００３】Ｃｕ配線を用いる場合の課題の一つのＣｕ
の拡散防止がある。そこで、Ｃｕ配線に於いてはＣｕ層
の下地に拡散防止層としてＴｉＮ層やＴｉＷ層を形成し
た構造が用いられている。
の拡散防止がある。そこで、Ｃｕ配線に於いてはＣｕ層
の下地に拡散防止層としてＴｉＮ層やＴｉＷ層を形成し
た構造が用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】この従来の半導体装置
は、拡散防止層であるＴｉＮ層やＴｉＷ層と配線の主体
であるＣｕ層との間の付着力が弱く、エッチングの際に
Ｃｕ層の剥がれが生じるため、実用化の障害となってい
た。
は、拡散防止層であるＴｉＮ層やＴｉＷ層と配線の主体
であるＣｕ層との間の付着力が弱く、エッチングの際に
Ｃｕ層の剥がれが生じるため、実用化の障害となってい
た。
【０００５】本発明の目的は、拡散防止層上に形成する
Ｃｕ層の剥れを無くして低抵抗、高マイグレーション耐
性の微細化配線を有する半導体装置を提供することにあ
る。
Ｃｕ層の剥れを無くして低抵抗、高マイグレーション耐
性の微細化配線を有する半導体装置を提供することにあ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
半導体基板上に形成した絶縁膜の上に順次積層して形成
したＴｉＷ層，Ｔｉ層，Ｃｕ−Ｔｉ層，Ｃｕ層からなる
積層構造と、前記積層構造の上面および側面を被覆して
形成したＴｉＮ層とを有する配線を備えている。
半導体基板上に形成した絶縁膜の上に順次積層して形成
したＴｉＷ層，Ｔｉ層，Ｃｕ−Ｔｉ層，Ｃｕ層からなる
積層構造と、前記積層構造の上面および側面を被覆して
形成したＴｉＮ層とを有する配線を備えている。
【０００７】本発明の半導体装置の製造方法は、半導体
基板上に形成した絶縁膜の上にＷ（又はＴｉＷ）層，Ｔ
ｉ層，Ｃｕ層を順次堆積して積層する工程と、前記Ｃｕ
層，Ｔｉ層，Ｗ（又はＴｉＷ）層を選択的に順次異方性
エッチングして配線パターンを有する第１の積層構造を
形成する工程と、前記第１の積層構造を窒素ガスを含む
雰囲気中で熱処理し相互拡散により形成されて基板側か
ら順次積層されたＴｉＷ層，Ｔｉ層，Ｃｕ−Ｔｉ層，Ｃ
ｕ層からなる第２の積層構造および前記第２の積層構造
の表面に拡散されたＴｉ原子と窒素との反応により形成
され前記第２の積層構造の上面および側面を被覆するＴ
ｉＮ層を形成する工程とを含んで構成される。
基板上に形成した絶縁膜の上にＷ（又はＴｉＷ）層，Ｔ
ｉ層，Ｃｕ層を順次堆積して積層する工程と、前記Ｃｕ
層，Ｔｉ層，Ｗ（又はＴｉＷ）層を選択的に順次異方性
エッチングして配線パターンを有する第１の積層構造を
形成する工程と、前記第１の積層構造を窒素ガスを含む
雰囲気中で熱処理し相互拡散により形成されて基板側か
ら順次積層されたＴｉＷ層，Ｔｉ層，Ｃｕ−Ｔｉ層，Ｃ
ｕ層からなる第２の積層構造および前記第２の積層構造
の表面に拡散されたＴｉ原子と窒素との反応により形成
され前記第２の積層構造の上面および側面を被覆するＴ
ｉＮ層を形成する工程とを含んで構成される。
【０００８】
【作用】本発明ではＣｕ層と拡散防止層の間に付着力の
強い材料を挿入した構造となっている。付着力は界面で
の分子の結合エネルギーと界面構造に強く依存する。従
来試みられてきたのは拡散防止層の材料を変えることで
界面での分子の結合エネルギーを強くすることである。
しかし、Ｃｕ層と拡散防止層との界面においては結合は
多くの場合分子間力であり、現在のところ実用に十分な
高い付着力を持つ材料は見つかっていない。
強い材料を挿入した構造となっている。付着力は界面で
の分子の結合エネルギーと界面構造に強く依存する。従
来試みられてきたのは拡散防止層の材料を変えることで
界面での分子の結合エネルギーを強くすることである。
しかし、Ｃｕ層と拡散防止層との界面においては結合は
多くの場合分子間力であり、現在のところ実用に十分な
高い付着力を持つ材料は見つかっていない。
【０００９】本発明では、付着力の高いＣｕ−Ｔｉ合金
層及びＴｉ層をＣｕ層と拡散防止層であるＴｉＷ層との
間に挿入することにより、高い付着力を持ち且つ基板中
へのＣｕの拡散を防止する配線を得ることが出来る。
層及びＴｉ層をＣｕ層と拡散防止層であるＴｉＷ層との
間に挿入することにより、高い付着力を持ち且つ基板中
へのＣｕの拡散を防止する配線を得ることが出来る。
【００１０】また本発明では、Ｔｉ層及びＣｕ層を堆積
してパターニングした後にＮ2 またはＮ2 ＋Ｈ2 雰囲気
中で熱処理を行い、Ｃｕ−Ｔｉ層の形成と上面及び側面
へのＴｉＮ層の形成を同時に行うことができるので工程
が簡単になる。Ｃｕ−Ｔｉ層の形成はＣｕ層とＴｉ層と
の界面で若干の相互拡散が生じることにより、また、上
面及び側面のＴｉＮ層の形成はＴｉがＣｕ層の上面及び
側面に拡散することにより生じる。従来の様に拡散防止
層のみが下地である場合、相互拡散が出来ないため付着
力は分子間力のみに頼っていたが、本発明では、付着層
であるＴｉ層に拡散防止という制限がないため、分子の
結合エネルギーだけでなく拡散による界面構造の変化に
よっても付着力の増加を行うことが出来る。
してパターニングした後にＮ2 またはＮ2 ＋Ｈ2 雰囲気
中で熱処理を行い、Ｃｕ−Ｔｉ層の形成と上面及び側面
へのＴｉＮ層の形成を同時に行うことができるので工程
が簡単になる。Ｃｕ−Ｔｉ層の形成はＣｕ層とＴｉ層と
の界面で若干の相互拡散が生じることにより、また、上
面及び側面のＴｉＮ層の形成はＴｉがＣｕ層の上面及び
側面に拡散することにより生じる。従来の様に拡散防止
層のみが下地である場合、相互拡散が出来ないため付着
力は分子間力のみに頼っていたが、本発明では、付着層
であるＴｉ層に拡散防止という制限がないため、分子の
結合エネルギーだけでなく拡散による界面構造の変化に
よっても付着力の増加を行うことが出来る。
【００１１】Ｔｉの拡散による配線の比抵抗の増加が懸
念されるが、ＴｉのＣｕ層の上面及び側面への拡散に関
してはＣｕ粒界中の拡散であるため、またＣｕ−Ｔｉ層
の形成に関しては形成される層はＣｕ層に比して薄いた
め、どちらの場合も比抵抗に実用レベルでの影響は及ば
ない。
念されるが、ＴｉのＣｕ層の上面及び側面への拡散に関
してはＣｕ粒界中の拡散であるため、またＣｕ−Ｔｉ層
の形成に関しては形成される層はＣｕ層に比して薄いた
め、どちらの場合も比抵抗に実用レベルでの影響は及ば
ない。
【００１２】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
て説明する。
【００１３】図１（ａ）〜（ｃ）は本発明の第１の実施
例の製造方法を説明するための工程順に示した半導体チ
ップの断面図である。
例の製造方法を説明するための工程順に示した半導体チ
ップの断面図である。
【００１４】まず、図１（ａ）に示すように、Ｓｉ基板
１の一主面に熱酸化法又はＣＶＤ法によりＳｉＯ2 膜２
を１０〜１０００μｍの厚さに形成した後、ＳｉＯ2 膜
２の上に厚さ１０〜１００μｍのＷ層３，厚さ１０〜２
００μｍのＴｉ層４，厚さ１０〜５００μｍのＣｕ層５
をスパッタ法又はＣＶＤ法により順次堆積して積層す
る。
１の一主面に熱酸化法又はＣＶＤ法によりＳｉＯ2 膜２
を１０〜１０００μｍの厚さに形成した後、ＳｉＯ2 膜
２の上に厚さ１０〜１００μｍのＷ層３，厚さ１０〜２
００μｍのＴｉ層４，厚さ１０〜５００μｍのＣｕ層５
をスパッタ法又はＣＶＤ法により順次堆積して積層す
る。
【００１５】次に、図１（ｂ）に示すように、Ｃｕ層
５，Ｔｉ層４およびＷ層３をイオンミリング法により選
択的に順次エッチングして配線パターンの第１の積層構
造を形成する。
５，Ｔｉ層４およびＷ層３をイオンミリング法により選
択的に順次エッチングして配線パターンの第１の積層構
造を形成する。
【００１６】次に、図１（ｃ）に示すように、Ｎ2 ガス
又はＮ2 ＋Ｈ2 ガス雰囲気中で６００〜１０００℃，１
０分〜２時間の熱処理を行うと、Ｔｉ層４からＣｕ層
５，Ｗ層３の表面まで拡散されたＴｉ原子がＮ2 ガスと
反応し積層構造の上面および側面を被覆するＴｉＮ層６
が形成されると同時にＷ層３とＴｉ層４の相互拡散によ
りＴｉＷ層７が形成され、Ｔｉ層４とＣｕ層５との相互
拡散によりＣｕ−Ｔｉ層８が形成され、ＴｉＮ層６で被
覆された内部に基板側から順にＴｉＷ層７，Ｔｉ層４，
Ｃｕ−Ｔｉ層８，Ｃｕ層５が積層された第２の積層構造
を有する配線が形成され、付着力が高くかつＣｕの拡散
防止能力の高い微細配線が得られる。
又はＮ2 ＋Ｈ2 ガス雰囲気中で６００〜１０００℃，１
０分〜２時間の熱処理を行うと、Ｔｉ層４からＣｕ層
５，Ｗ層３の表面まで拡散されたＴｉ原子がＮ2 ガスと
反応し積層構造の上面および側面を被覆するＴｉＮ層６
が形成されると同時にＷ層３とＴｉ層４の相互拡散によ
りＴｉＷ層７が形成され、Ｔｉ層４とＣｕ層５との相互
拡散によりＣｕ−Ｔｉ層８が形成され、ＴｉＮ層６で被
覆された内部に基板側から順にＴｉＷ層７，Ｔｉ層４，
Ｃｕ−Ｔｉ層８，Ｃｕ層５が積層された第２の積層構造
を有する配線が形成され、付着力が高くかつＣｕの拡散
防止能力の高い微細配線が得られる。
【００１７】図２（ａ）〜（ｃ）は本発明の第２の実施
例の製造方法を説明するための工程順に示した半導体チ
ップの断面図である。
例の製造方法を説明するための工程順に示した半導体チ
ップの断面図である。
【００１８】まず、図２（ａ）に示すように、第１の実
施例と同様の工程でＳｉ基板１の上に形成した厚さ１０
〜１０００μｍのＳｉＯ2 膜２の上にスパッタ法又はＣ
ＶＤ法により厚さ１０〜１００μｍのＴｉＷ膜９，厚さ
５〜１００μｍのＴｉ層４，厚さ１００〜５００μｍの
Ｃｕ層５を順次堆積して積層する。
施例と同様の工程でＳｉ基板１の上に形成した厚さ１０
〜１０００μｍのＳｉＯ2 膜２の上にスパッタ法又はＣ
ＶＤ法により厚さ１０〜１００μｍのＴｉＷ膜９，厚さ
５〜１００μｍのＴｉ層４，厚さ１００〜５００μｍの
Ｃｕ層５を順次堆積して積層する。
【００１９】次に、図２（ｂ）に示すように、Ｃｕ層
５，Ｔｉ層４およびＴｉＷ層９を選択的に順次エッチン
グし、配線パターンを有する積層構造を形成する。
５，Ｔｉ層４およびＴｉＷ層９を選択的に順次エッチン
グし、配線パターンを有する積層構造を形成する。
【００２０】次に、図２（ｃ）に示すように、Ｎ2 ガス
又はＮ2 ＋Ｈ2 ガス雰囲気中で５００〜１０００℃、１
０分〜２時間の熱処理を行うと、第１の実施例と同様に
基板側から順にＴｉＷ層９，Ｔｉ層４，Ｃｕ−Ｔｉ層
８，Ｃｕ層５が積層され、且つその上面および側面をＴ
ｉＮ層６で被覆された配線が形成され、第１の実施例よ
りも熱処理の下限温度を下げることができるという利点
がある。
又はＮ2 ＋Ｈ2 ガス雰囲気中で５００〜１０００℃、１
０分〜２時間の熱処理を行うと、第１の実施例と同様に
基板側から順にＴｉＷ層９，Ｔｉ層４，Ｃｕ−Ｔｉ層
８，Ｃｕ層５が積層され、且つその上面および側面をＴ
ｉＮ層６で被覆された配線が形成され、第１の実施例よ
りも熱処理の下限温度を下げることができるという利点
がある。
【００２１】なお、Ｓｉ基板１の代りにＧａＡｓ，Ｉｎ
Ｐ，ＡｌＧａＡｓまたはＳｉＧｅ等からなる半導体基板
を用いても良く、またＳｉＯ2 膜２の代りにＳｉx Ｎ
1-x 膜，ＰＳＧ膜，ＢＰＳＧ等の誘電体膜を用いても良
い。
Ｐ，ＡｌＧａＡｓまたはＳｉＧｅ等からなる半導体基板
を用いても良く、またＳｉＯ2 膜２の代りにＳｉx Ｎ
1-x 膜，ＰＳＧ膜，ＢＰＳＧ等の誘電体膜を用いても良
い。
【００２２】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、Ｃｕ層と
下地の拡散層防止層との間にＴｉ層を介在させ、且つ熱
処理によりＣｕ−Ｔｉ層を形成させることでＣｕ層の付
着力を増大させエッチング工程等におけるＣｕ層の剥が
れを防止することができ、また、表面を被覆するＴｉＮ
層によりＣｕ層の酸化や層間絶縁膜との反応を防止する
ことができ、低抵抗で信頼性の高い微細配線が得られる
という効果を有する。
下地の拡散層防止層との間にＴｉ層を介在させ、且つ熱
処理によりＣｕ−Ｔｉ層を形成させることでＣｕ層の付
着力を増大させエッチング工程等におけるＣｕ層の剥が
れを防止することができ、また、表面を被覆するＴｉＮ
層によりＣｕ層の酸化や層間絶縁膜との反応を防止する
ことができ、低抵抗で信頼性の高い微細配線が得られる
という効果を有する。
【図１】本発明の第１の実施例の製造方法を説明するた
めの工程順に示した半導体チップの断面図。
めの工程順に示した半導体チップの断面図。
【図２】本発明の第２の実施例の製造方法を説明するた
めの工程順に示した半導体チップの断面図。
めの工程順に示した半導体チップの断面図。
１ Ｓｉ基板 ２ ＳｉＯ2 膜 ３ Ｗ層 ４ Ｔｉ層 ５ Ｃｕ層 ６ ＴｉＮ層 ７，９ ＴｉＷ層 ８ Ｃｕ−Ｔｉ層
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 23/12 Ｎ
Claims (2)
- 【請求項１】 半導体基板上に形成した絶縁膜の上に順
次積層して形成したＴｉＷ層，Ｔｉ層，Ｃｕ−Ｔｉ層，
Ｃｕ層からなる積層構造と、前記積層構造の上面および
側面を被覆して形成したＴｉＮ層とを有する配線を備え
たことを特徴とする半導体装置。 - 【請求項２】 半導体基板上に形成した絶縁膜の上にＷ
（又はＴｉＷ）層，Ｔｉ層，Ｃｕ層を順次堆積して積層
する工程と、前記Ｃｕ層，Ｔｉ層，Ｗ（又はＴｉＷ）層
を選択的に順次異方性エッチングして配線パターンを有
する第１の積層構造を形成する工程と、前記第１の積層
構造を窒素ガスを含む雰囲気中で熱処理し相互拡散によ
り形成されて基板側から順次積層されたＴｉＷ層，Ｔｉ
層，Ｃｕ−Ｔｉ層，Ｃｕ層からなる第２の積層構造およ
び前記第２の積層構造の表面に拡散されたＴｉ原子と窒
素との反応により形成され前記第２の積層構造の上面お
よび側面を被覆するＴｉＮ層を形成する工程とを含むこ
とを特徴とする半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14634094A JP2590738B2 (ja) | 1994-06-28 | 1994-06-28 | 半導体装置及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14634094A JP2590738B2 (ja) | 1994-06-28 | 1994-06-28 | 半導体装置及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0817824A JPH0817824A (ja) | 1996-01-19 |
| JP2590738B2 true JP2590738B2 (ja) | 1997-03-12 |
Family
ID=15405491
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14634094A Expired - Lifetime JP2590738B2 (ja) | 1994-06-28 | 1994-06-28 | 半導体装置及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2590738B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3694512B2 (ja) | 2003-04-18 | 2005-09-14 | 沖電気工業株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
| JP2006156910A (ja) * | 2004-12-01 | 2006-06-15 | Denso Corp | 半導体装置 |
-
1994
- 1994-06-28 JP JP14634094A patent/JP2590738B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0817824A (ja) | 1996-01-19 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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