JP2757797B2 - 配線層形成方法およびその装置 - Google Patents

配線層形成方法およびその装置

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、配線層形成方法および
そのための装置に関し、特にCuを主体とする配線層の
形成方法とそのための装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来より半導体集積回路装置の配線材料
にはAlあるいはAl合金が用いられてきた。しかし、
今後微細化が一層進行した場合にはAlあるいはAl合
金では抵抗値の高さによる信号伝達速度の遅れが問題と
なり、また、マイグレーション耐性が低いため信頼性の
低下が深刻化する。そこで、比抵抗がAlの2/3と低
くかつマイグレーション耐性の高いCuがAlに代わる
配線材料として期待されている。
【0003】Cuを配線材料として用いた従来の配線層
の構造は、下地に拡散防止膜を設けその上にCu層を形
成するものであった。Cuはシリコンに拡散しやすいの
で、Cu層が直接シリコンと接触している場合にはCu
原子がシリコン基板内に拡散してデバイスの特性を劣化
させる。したがって、配線層をCu系の材料により形成
する場合には、Cu層の下層に拡散防止膜を設けること
が必要となる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の配線構
造では、Cu層は拡散防止膜との間に高い付着力が得ら
れていないので、その後のエッチング工程や熱処理によ
り簡単に剥離してしまうという問題点があり、このこと
が実用化の障壁となっている。特に、従来は拡散防止膜
の成膜後、この膜が大気に曝されていたためその表面に
薄い酸化膜が形成されてしまい、この酸化膜のために付
着力は一段と低下していた。
【0005】また、拡散防止膜上に形成された薄い酸化
膜は配線抵抗を増大させる。特に、コンタクトホール部
においては拡散防止膜上の酸化膜が直列抵抗となるた
め、コンタクトホールの微細化による配線抵抗への影響
は大きくなる。
【0006】本発明はこの点に鑑みてなされたものであ
って、その目的は、第1に、Cuを主体とする材料を用
いた配線において、基板中へのCu原子の拡散を防止し
つつCuを主体とする材料層の付着力を向上させること
であり、第2に、配線抵抗をより低下させることであ
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明によれば、半導体基板上に、Cuに対する拡
散防止能力の高い材料からなる拡散防止膜、該拡散防止
膜およびCuに対する付着力の高い材料からなる付着
層、Cuを主体とする材料からなる低抵抗金属層をこの
順に、若しくは、これらの拡散防止膜、付着層、低抵抗
金属層の外に酸化防止膜をこの順に堆積する配線層形成
方法であって、拡散防止膜、付着層、低抵抗金属層をそ
れぞれ異なる堆積室において成膜を行い、各膜の堆積工
程間において半導体基板を大気に曝すことなく成膜を続
けることを特徴とする配線層形成方法、が提供される。
【0008】ここで、低抵抗金属層は、Cu単独、ある
いは、CuにAl、Mg、Ni、Fe、Zn、Si等の
金属類が1種または複数種微量に添加されたものにより
形成される。また、拡散防止膜はTiW、TaIrのよ
うな高融点金属間合金や、TiN、TiWN、TaIr
Si、MoSi、WSi等の高融点金属の窒化物または
珪化物により形成される。さらに、付着層は、500℃
以下でCuと相互拡散しかつ酸素と結合して不動態皮膜
を形成しうる材料、すなわち、Al、Ti、Fe、N
i、Co、Cr、Nb、Taを用いて形成される。
【0009】また、本発明によれば、Cuに対する拡散
防止能力の高い材料からなる拡散防止膜を堆積する拡散
防止膜堆積室と、前記拡散防止膜およびCuに対する付
着力の高い材料からなる付着層を堆積する付着層堆積室
と、Cuを主体とする材料からなる低抵抗金属層を堆積
するCu層堆積室と、がこの順に配置され、被処理基板
を、前記拡散防止膜堆積室と前記付着層堆積室との間お
よび前記付着層堆積室と前記Cu層堆積室との間を大気
に触れさせることなく移動させる手段を備えた配線層形
成装置、が提供される。
【0010】
【作用】本発明により形成された配線層では、Cu層と
拡散防止膜との間に両者に対し強い付着力を持つ材料を
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ところ、Cu層
と付着層との界面では、分子間の結合エネルギーが高く
かつ両者が相互に拡散しあっているため、高い結合力が
得られる。また、付着層と拡散防止膜との界面において
も、Cuと拡散防止膜との界面と異なって高い分子間結
合力が得られる。
【0011】さらに、各膜の成膜後に半導体基板を真空
を破ることなく次の成膜装置内に搬送しているため、拡
散防止膜や付着層上に酸化膜が形成されない状態で次の
成膜を行うことができ、膜間に酸化膜が介在することに
よる付着力の低下を防止することができる。また、各膜
間に酸化膜が介在しなくなったことにより配線抵抗を一
層低下させることができるようになる。
【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。 [第1の実施例]図1は、本発明の第1の実施例におい
て用いられる成膜装置の概略構成図である。同図におい
て、21は拡散防止膜堆積室、22は付着層堆積室、2
3はCu層堆積室であって、これらの各堆積室はスパッ
タリング装置により構成されている。31、32は、各
堆積室間に配置されたゲートバルブ、41は、被処理基
板を搬送するための搬送棒である。
【0013】図2は、本発明の第1の実施例により形成
された配線層の構造を示す断面図である。同図に示され
るように、シリコン基板11上には熱酸化法あるいはC
VD法によりシリコン酸化膜12が形成されている。こ
の半導体基板を搬送棒41を介して拡散防止膜堆積室2
1内に搬入し、TiWをターゲットとするスパッタ法に
より、シリコン酸化膜12上に拡散防止膜13を成長さ
せる。
【0014】拡散防止膜13の膜厚が300Åになった
段階でスパッタを中止する。そしてゲートバルブ31を
開いて搬送棒41により半導体基板を付着層堆積室22
内に搬入する。付着層堆積室22において、Alをスパ
ッタして、拡散防止膜13上に付着層14を堆積する。
膜厚100Åに付着層14を成長させた段階でスパッタ
を中止し、ゲートバルブ32を開いて搬送棒41により
半導体基板をCu層堆積室23内に搬入する。
【0015】Cu層堆積室内において、スパッタ法によ
り膜厚3000ÅのCu層15を成長させる。その後、
再びゲートバルブ31、32を開き、搬送棒41により
半導体基板を拡散防止膜堆積室21に搬入する。そし
て、スパッタ法により膜厚100ÅにTiWを堆積して
酸化防止膜16を形成する。
【0016】以上の成膜工程の終了後、、結晶性および
付着性向上のための熱処理を400〜800℃で10分
〜1時間行い、付着層(Al)とCu層との間に相互拡
散を生じさせて両者間の付着力を増大させるとともに付
着層(Al)と拡散防止膜(TiW)との間の結合を強
化させる。その後、フォトリソグラフィ法およびドライ
エッチング法を適用して所望の形状にパターニングして
配線層を形成する。
【0017】以上のように、全成膜工程において真空が
破られることがなく、したがって、拡散防止膜13、付
着層14およびCu層15上に酸化膜が形成されること
はない。そのため、各膜間の密着性が高まり剥離が生じ
にくくなる。さらに、酸化膜が形成されることがなくな
ったため、配線抵抗およびコンタクト抵抗を低減化する
ことができる。
【0018】なお、本発明者の実験によれば、半導体基
板搬送中および成膜開始前の堆積室内の真空度は、1×
10-3Paよりよい真空度が維持されていれば、実用上
問題のない程度に酸化膜の形成を抑え得る。
【0019】[第2の実施例]図3は、本発明の第2の
実施例において用いられる成膜装置の概略構成図であ
る。同図において、21は拡散防止膜堆積室、22は付
着層堆積室、23はCu層堆積室、51は入口バッファ
室、52は出口バッファ室、61、62は、半導体基板
を堆積室から他の堆積室へ移動させる搬送用ロボットを
内部に収容する搬送チャンバである。
【0020】図4は、本発明の第2の実施例により形成
された配線層の構造を示す断面図である。表面にシリコ
ン酸化膜12が形成されたシリコン基板11を、入口バ
ッファ室を通して拡散防止膜堆積室21内に搬入する。
拡散防止膜堆積室21内において、Tiをターゲットと
する反応性スパッタ法により、シリコン酸化膜12上に
TiNを400Åの膜厚に堆積して拡散防止膜13を形
成する。
【0021】拡散防止膜13の成膜が終了した後、搬送
チャンバ61内の搬送用ロボットにより半導体基板を拡
散防止膜堆積室21から付着層堆積室22に移送する。
そして、付着層堆積室22において、Tiをスパッタし
て、拡散防止膜13上に付着層14を膜厚100Åに堆
積する。付着層14の成膜が終了した後、搬送チャンバ
62内の搬送用ロボットにより半導体基板を付着層堆積
室22からCu層堆積室23に移送する。Cu層堆積室
23内において、スパッタ法により膜厚4000ÅのC
u層15を成長させる。その後、出口バッファ室52を
通して半導体基板を成膜装置外に搬出する。
【0022】成膜工程の終了後、結晶性および付着性向
上のための熱処理を400〜800℃で10分〜1時間
行い、付着層(Ti)とCu層との間に相互拡散を生じ
させて両者間の付着力を増大させるとともに付着層(T
i)と拡散防止膜(TiN)との間の結合を強化させ
る。その後、フォトリソグラフィ法およびドライエッチ
ング法を適用して所望の形状にパターニングして配線層
を形成する。本実施例によれば、複数の半導体基板に対
して同時に並行して成膜を行うことができるため、第1
の実施例の場合よりもスループットを向上させることが
できる。以上により、付着力が強く、シリコン基板を拡
散によって汚染させることがないLSI用の配線構造を
得ることができる。
【0023】なお、以上の実施例では、スパッタ法にて
各膜を成膜していたが、本発明は特定の成膜技術に限定
されるものではなく、CVD法、蒸着法、イオンプレー
ティング法等他の成膜技術も適宜使用しうるものであ
る。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、配線層
の主体となるCu層とCu原子の拡散を防止する拡散防
止膜との間に両者に対し強い結合力を持つ付着層を介在
させるものであり、そしてこれらの膜を真空を破ること
なく連続的に成膜するものであるので、本発明によれ
ば、各膜間に酸化膜が介在することがないようにするこ
とができ、各膜間の密着性が高くかつ高い拡散防止能力
をもつ低抵抗の配線を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例において用いられる成膜
装置の概略構成図。
【図2】本発明の第1の実施例により形成された半導体
装置の断面図。
【図3】本発明の第2の実施例において用いられる成膜
装置の概略構成図。
【図4】本発明の第2の実施例により形成された半導体
装置の断面図。
【符号の説明】
11 シリコン基板 12 シリコン酸化膜 13 拡散防止膜 14 付着層 15 Cu層 16 酸化防止膜 21 拡散防止膜堆積室 22 付着層堆積室 23 Cu層堆積室 31、32 ゲートバルブ 41 搬送棒 51 入口バッファ室 52 出口バッファ室 61、62 搬送チャンバ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/3205 H01L 21/3213 H01L 21/768 H01L 21/28 - 21/288 H01L 29/40 - 29/51

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上に、Cuに対する拡散防止
    能力の高い材料からなる拡散防止膜、該拡散防止膜およ
    びCuに対する付着力の高い材料からなる付着層、Cu
    を主体とする材料からなる低抵抗金属層をこの順に、若
    しくは、これらの拡散防止膜、付着層、低抵抗金属層の
    外に酸化防止膜をこの順に堆積する配線層形成方法にお
    いて、拡散防止膜、付着層、低抵抗金属層をそれぞれ異
    なる堆積室において成膜を行い、各膜の堆積工程間にお
    いて半導体基板を大気に曝すことなく成膜を続けること
    を特徴とする配線層形成方法。
  2. 【請求項2】 半導体基板の搬送中および成膜開始前の
    堆積室での真空度が1×10-3Paより良い真空度に保
    たれていることを特徴とする請求項1記載の配線層形成
    方法。
  3. 【請求項3】 Cuに対する拡散防止能力の高い材料か
    らなる拡散防止膜を堆積する拡散防止膜堆積室と、前記
    拡散防止膜およびCuに対する付着力の高い材料からな
    る付着層を堆積する付着層堆積室と、Cuを主体とする
    材料からなる低抵抗金属層を堆積するCu層堆積室と、
    がこの順に配置され、被処理基板を、前記拡散防止膜堆
    積室と前記付着層堆積室との間および前記付着層堆積室
    と前記Cu層堆積室との間を大気に触れさせることなく
    移動させる手段を備えたことを特徴とする配線層形成装
    置。
  4. 【請求項4】 前記被処理基板を大気に触れさせること
    なく堆積室間を移動させる手段が、堆積室間に配置され
    た、搬送ロボットを内部に有する搬送チャンバであるこ
    とを特徴とする請求項3記載の配線層形成装置。
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JP2009130288A (ja) * 2007-11-27 2009-06-11 Ulvac Japan Ltd 薄膜形成方法
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JPH0611048B2 (ja) * 1986-08-19 1994-02-09 日本電気株式会社 半導体製造装置
JPS63302538A (ja) * 1987-06-01 1988-12-09 Nec Corp 半導体装置
JPH01202841A (ja) * 1988-02-08 1989-08-15 Hitachi Ltd 半導体集積回路装置及びその製造方法
JPH04268748A (ja) * 1991-02-25 1992-09-24 Fujitsu Ltd 半導体装置の製造方法
JPH06326105A (ja) * 1993-05-14 1994-11-25 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 半導体装置の積層配線構造

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