JP2907236B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造方法に
関し、特に銅の配線層または多層配線を有する半導体装
置の製造方法に関する。
関し、特に銅の配線層または多層配線を有する半導体装
置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】周知のシリコン半導体集積回路におい
て、アルミニウムに代わる配線材料として、電気抵抗が
低く、マイグレーション耐性を有する銅が注目されてい
る。
て、アルミニウムに代わる配線材料として、電気抵抗が
低く、マイグレーション耐性を有する銅が注目されてい
る。
【０００３】本発明者らは、すでに特願昭６３−１２４
００６号，特願昭６３−３２６０６３号，これらを基礎
とした国内優先出願である特願平１−１２４４４５号，
特願平２−５６５８６号および特願平２−１７９４６６
号において、シリコン酸化膜等をマスクにして、金属上
のみに選択的に金または銅を化学気相成長させコンタク
トホールおよびスルーホールを充填する技術を提案して
いる。この選択成長の要点は、金もしくは銅の有機錯体
または有機金属からなる原料を加熱して蒸発させ、金属
または金属シリサイドからなる第１の材料および酸化物
もしくは窒化物からなる第２の材料を表面に有する基板
を原料のガスの分解温度以上に加熱し、蒸発させた原料
のガスを、その分解温度より低い温度に保ったまま、加
熱された基板上に還元性ガスと共に供給し、金または銅
を第１の材料の表面上にのみ選択的に成長させることで
ある。基板全面に金属膜を有する下地基板では、上述し
た金または銅の選択堆積の条件で、当然基板全面に金ま
たは銅膜が成長する。
００６号，特願昭６３−３２６０６３号，これらを基礎
とした国内優先出願である特願平１−１２４４４５号，
特願平２−５６５８６号および特願平２−１７９４６６
号において、シリコン酸化膜等をマスクにして、金属上
のみに選択的に金または銅を化学気相成長させコンタク
トホールおよびスルーホールを充填する技術を提案して
いる。この選択成長の要点は、金もしくは銅の有機錯体
または有機金属からなる原料を加熱して蒸発させ、金属
または金属シリサイドからなる第１の材料および酸化物
もしくは窒化物からなる第２の材料を表面に有する基板
を原料のガスの分解温度以上に加熱し、蒸発させた原料
のガスを、その分解温度より低い温度に保ったまま、加
熱された基板上に還元性ガスと共に供給し、金または銅
を第１の材料の表面上にのみ選択的に成長させることで
ある。基板全面に金属膜を有する下地基板では、上述し
た金または銅の選択堆積の条件で、当然基板全面に金ま
たは銅膜が成長する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上に述べた方法におい
て、絶縁膜に対して密着性の良い金属として例えばクロ
ミウム、タンタルまたはジルコニウムをスパッタリング
で薄く堆積した後に上記の銅の化学気相成長を行えば、
形状的にはスルーホールやコンタクトホールを良好に埋
め込むことが可能だが、これらの金属の自然酸化膜のた
めスルーホール抵抗やコンタクトホールの抵抗を充分に
低減することは困難である。
て、絶縁膜に対して密着性の良い金属として例えばクロ
ミウム、タンタルまたはジルコニウムをスパッタリング
で薄く堆積した後に上記の銅の化学気相成長を行えば、
形状的にはスルーホールやコンタクトホールを良好に埋
め込むことが可能だが、これらの金属の自然酸化膜のた
めスルーホール抵抗やコンタクトホールの抵抗を充分に
低減することは困難である。
【０００５】本発明は、これらの課題を解決するために
行われたもので、スルーホールおよびコンタクトホール
を良好に充填し、かつ密着性が良好で、スルーホール抵
抗およびコンタクトホール抵抗も充分に低い膜形成が可
能な半導体装置の製造方法を提供することにある。
行われたもので、スルーホールおよびコンタクトホール
を良好に充填し、かつ密着性が良好で、スルーホール抵
抗およびコンタクトホール抵抗も充分に低い膜形成が可
能な半導体装置の製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、基板上に形成
する配線主材料として銅を用い、かつ層間絶縁膜と銅と
の密着性向上のための中間金属層を有する半導体装置の
配線形成工程において、半導体基板上に堆積した絶縁膜
を開孔する工程と、拡散バリア性および絶縁膜との密着
性を有する中間金属と銅をスパッタリングによって連続
的に堆積する工程と、銅の有機錯体と水素を用いた金属
ＣＶＤ法によって該スパッタ堆積した銅膜上に銅膜を成
長させ上記絶縁膜上に開孔した穴を充填する工程とを有
することを特徴とする。
する配線主材料として銅を用い、かつ層間絶縁膜と銅と
の密着性向上のための中間金属層を有する半導体装置の
配線形成工程において、半導体基板上に堆積した絶縁膜
を開孔する工程と、拡散バリア性および絶縁膜との密着
性を有する中間金属と銅をスパッタリングによって連続
的に堆積する工程と、銅の有機錯体と水素を用いた金属
ＣＶＤ法によって該スパッタ堆積した銅膜上に銅膜を成
長させ上記絶縁膜上に開孔した穴を充填する工程とを有
することを特徴とする。
【０００７】さらに本発明は、基板上に形成する配線主
材料として銅を用い、層間絶縁膜と銅との密着性向上の
ための中間金属層を有する半導体装置の配線形成工程に
おいて、第１の中間金属層，第１の銅層および第２の中
間金属層の積層構造からなる第１層配線層および層間絶
縁膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜を開孔してスル
ーホールを形成し、前記第２の中間金属層を露出する工
程と、スパッタリング装置内で逆スパッタにより該第２
の中間金属層上の自然酸化膜を除去する工程と、第３の
中間金属層と第２の銅層をスパッタリングで連続的に堆
積する工程と、銅の有機錯体と水素を用いた金属ＣＶＤ
法によって該スパッタ堆積された第２の銅膜上に銅膜を
成長させ前記絶縁膜上に開孔した穴を充填する工程とを
有することを特徴とする。
材料として銅を用い、層間絶縁膜と銅との密着性向上の
ための中間金属層を有する半導体装置の配線形成工程に
おいて、第１の中間金属層，第１の銅層および第２の中
間金属層の積層構造からなる第１層配線層および層間絶
縁膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜を開孔してスル
ーホールを形成し、前記第２の中間金属層を露出する工
程と、スパッタリング装置内で逆スパッタにより該第２
の中間金属層上の自然酸化膜を除去する工程と、第３の
中間金属層と第２の銅層をスパッタリングで連続的に堆
積する工程と、銅の有機錯体と水素を用いた金属ＣＶＤ
法によって該スパッタ堆積された第２の銅膜上に銅膜を
成長させ前記絶縁膜上に開孔した穴を充填する工程とを
有することを特徴とする。
【０００８】さらにまた本発明は、基板上に形成する配
線主材料として銅を用い、層間絶縁膜と銅との密着性向
上のための中間金属層を有する半導体装置の配線形成工
程において、第１の中間金属層，第１の銅層および第２
の中間金属層の積層構造からなる第１層配線層および層
間絶縁膜を形成する工程と、少なくとも前記第２の中間
金属層より厚い第３の中間金属層を堆積する工程と、前
記第３の中間金属層と前記層間絶縁膜を開孔してスルー
ホールを形成し、前記第２の中間金属層を露出する工程
と、第４の中間金属層を堆積する工程と、前記開孔の底
部の第２の中間層および第４の中間層を除去し、第１の
銅層を露出させる工程と、スパッタリングによって第２
の銅膜を堆積する工程と、銅の有機錯体と水素を用いた
金属ＣＶＤ法によって該スパッタによって堆積された第
２の銅膜上に銅膜を成長させ前記絶縁膜上に開孔した穴
を充填する工程とを有することを特徴とする。
線主材料として銅を用い、層間絶縁膜と銅との密着性向
上のための中間金属層を有する半導体装置の配線形成工
程において、第１の中間金属層，第１の銅層および第２
の中間金属層の積層構造からなる第１層配線層および層
間絶縁膜を形成する工程と、少なくとも前記第２の中間
金属層より厚い第３の中間金属層を堆積する工程と、前
記第３の中間金属層と前記層間絶縁膜を開孔してスルー
ホールを形成し、前記第２の中間金属層を露出する工程
と、第４の中間金属層を堆積する工程と、前記開孔の底
部の第２の中間層および第４の中間層を除去し、第１の
銅層を露出させる工程と、スパッタリングによって第２
の銅膜を堆積する工程と、銅の有機錯体と水素を用いた
金属ＣＶＤ法によって該スパッタによって堆積された第
２の銅膜上に銅膜を成長させ前記絶縁膜上に開孔した穴
を充填する工程とを有することを特徴とする。
【０００９】
【作用】本発明においては、絶縁膜との密着性の良い金
属と、水素雰囲気中の加熱によって容易に酸化膜を還元
できる銅膜を連続的に薄くスパッタリングで堆積した後
に化学気相成長で堆積する。そのために、スルーホール
およびコンタクトホールを良好に充填し、かつ密着性が
良好でスルーホール抵抗およびコンタクトホール抵抗も
充分に低い膜形成が可能になる。また選択成長に比べ、
穴の充填に要する時間も短縮することが可能になる。
属と、水素雰囲気中の加熱によって容易に酸化膜を還元
できる銅膜を連続的に薄くスパッタリングで堆積した後
に化学気相成長で堆積する。そのために、スルーホール
およびコンタクトホールを良好に充填し、かつ密着性が
良好でスルーホール抵抗およびコンタクトホール抵抗も
充分に低い膜形成が可能になる。また選択成長に比べ、
穴の充填に要する時間も短縮することが可能になる。
【００１０】
【実施例】以下、実施例によって本発明を説明する。
【００１１】堆積装置としては特願平２−５６５８６号
において示したものと同じ銅ＣＶＤ装置を用いた。図１
に装置の概略を示す。反応室１０１は排気孔１０２を通
して、図示しない排気系により排気可能である。試料基
板１０４を板ばね１０５で保持する基板ホルダ１０３が
反応室１０１内に設けられている。ヒータ１０６が基板
ホルダ１０３に内蔵され、基板１０４を所定の温度に加
熱できる。銅の有機錯体または有機金属化合物からなる
原料１０８を収容する原料容器１０７が反応室１０１の
外部に設置されている。反応室１０１内において基板ホ
ルタ１０３と対向するガス噴射板１０９がパイプ１１０
およびバルブ１１１を介して原料容器１０７に連結され
ている。ガス噴射板１０９には多数の微細なガス噴射孔
１１２が設けられている。原料容器１０７，パイプ１１
０およびバルブ１１１をヒータ１１３によって所定の温
度に加熱することができ、一方ガス噴射板１０９を内蔵
されているヒータ１１４によって所定の温度に加熱する
ことができる。還元性のキャリアガス、例えば水素がマ
スフローコントローラ１１７により、必要に応じてアル
コールがマスフローコントローラ１１８により、それぞ
れ流量を制御され、パイプ１１６を通って原料容器１０
７内に導入される。図中１１６は、Ｏリング、１１７は
支持台を示す。こうして原料容器１０７内で加熱され、
蒸発した原料ガスは水素とともに、または水素およびア
ルコールとともにガス噴射口１１２から噴射され、基板
ホルダ１０３に固定された試料基板１０４の表面上に供
給される。原料ガスは試料基板１０４の表面の材質に応
じ、ある特定の材質、アルミニウム，チタン，クロム，
ジルコニウム，タングステン，モリブデン，タンタル，
パナジウムまたはそれらのシリサイドの上では分解して
銅が成長し、他の特定の材質、酸化シリコンなどの金属
酸化物、窒化シリコン，窒化チタンなどの窒化物の上で
は分解せず、従って銅が成長しない。これは原料ガスが
還元性ガスによって還元され、分解する反応に対する各
種材質の触媒作用の差によるものである。従って試料基
板表面の材質を選ぶことによって、試料の全面に銅を成
長させることができ、さらに試料表面の特定の位置の材
質を他の位置の材質と変化させることによって、その特
定の位置上に金または銅を選択的に成長させることもで
きる。その際、ガス噴射口１１２、すなわちガス噴射板
１０９の温度および試料基板１０４の温度を正しく定め
ることが重要である。ガス噴射口１１２の温度が原料の
固化析出温度以下では、蒸発した原料ガスが噴射板１０
９上で固化し、ガス状で噴射されることはない。従って
この温度では試料基板の温度に関係なく、銅の成長は生
じない。ガス噴射口１１２の温度が原料ガスの分解温度
以上では、原料ガスが分解し、銅が原子または分子状態
となって試料基板の表面に到達し、従って試料基板の表
面の材質によらず、その全面に成長する。ガス噴射口１
１２の温度は、従って、原料ガスの固化析出温度より高
く、かつ蒸発した原料ガスの分解温度より低くなければ
ならない。一方試料基板の温度が、その上に銅を選択成
長させるべき特定材質上での原料ガスの分解温度より低
ければ、試料基板の表面に供給された原料ガスは分解せ
ず、従って銅は成長しない。ガス噴射口１１２の温度が
原料である有機錯体または有機金属の固化析出温度より
高く、かつ分解温度より低く、試料基板の温度がその上
に銅を選択成長させるべき材質上での原料ガスの分解温
度以上である場合においてのみ、銅を試料基板の表面の
特定の個所に選択成長させることができる。試料基板の
温度が高すぎると、選択成長した金または銅の結晶粒が
粗大化し、その表面が粗れるので好ましくない。試料基
板の温度は、その上に銅を選択成長させるべき材質上で
の原料ガスの分解温度を２００℃程度以上越えないこと
が好ましい。
において示したものと同じ銅ＣＶＤ装置を用いた。図１
に装置の概略を示す。反応室１０１は排気孔１０２を通
して、図示しない排気系により排気可能である。試料基
板１０４を板ばね１０５で保持する基板ホルダ１０３が
反応室１０１内に設けられている。ヒータ１０６が基板
ホルダ１０３に内蔵され、基板１０４を所定の温度に加
熱できる。銅の有機錯体または有機金属化合物からなる
原料１０８を収容する原料容器１０７が反応室１０１の
外部に設置されている。反応室１０１内において基板ホ
ルタ１０３と対向するガス噴射板１０９がパイプ１１０
およびバルブ１１１を介して原料容器１０７に連結され
ている。ガス噴射板１０９には多数の微細なガス噴射孔
１１２が設けられている。原料容器１０７，パイプ１１
０およびバルブ１１１をヒータ１１３によって所定の温
度に加熱することができ、一方ガス噴射板１０９を内蔵
されているヒータ１１４によって所定の温度に加熱する
ことができる。還元性のキャリアガス、例えば水素がマ
スフローコントローラ１１７により、必要に応じてアル
コールがマスフローコントローラ１１８により、それぞ
れ流量を制御され、パイプ１１６を通って原料容器１０
７内に導入される。図中１１６は、Ｏリング、１１７は
支持台を示す。こうして原料容器１０７内で加熱され、
蒸発した原料ガスは水素とともに、または水素およびア
ルコールとともにガス噴射口１１２から噴射され、基板
ホルダ１０３に固定された試料基板１０４の表面上に供
給される。原料ガスは試料基板１０４の表面の材質に応
じ、ある特定の材質、アルミニウム，チタン，クロム，
ジルコニウム，タングステン，モリブデン，タンタル，
パナジウムまたはそれらのシリサイドの上では分解して
銅が成長し、他の特定の材質、酸化シリコンなどの金属
酸化物、窒化シリコン，窒化チタンなどの窒化物の上で
は分解せず、従って銅が成長しない。これは原料ガスが
還元性ガスによって還元され、分解する反応に対する各
種材質の触媒作用の差によるものである。従って試料基
板表面の材質を選ぶことによって、試料の全面に銅を成
長させることができ、さらに試料表面の特定の位置の材
質を他の位置の材質と変化させることによって、その特
定の位置上に金または銅を選択的に成長させることもで
きる。その際、ガス噴射口１１２、すなわちガス噴射板
１０９の温度および試料基板１０４の温度を正しく定め
ることが重要である。ガス噴射口１１２の温度が原料の
固化析出温度以下では、蒸発した原料ガスが噴射板１０
９上で固化し、ガス状で噴射されることはない。従って
この温度では試料基板の温度に関係なく、銅の成長は生
じない。ガス噴射口１１２の温度が原料ガスの分解温度
以上では、原料ガスが分解し、銅が原子または分子状態
となって試料基板の表面に到達し、従って試料基板の表
面の材質によらず、その全面に成長する。ガス噴射口１
１２の温度は、従って、原料ガスの固化析出温度より高
く、かつ蒸発した原料ガスの分解温度より低くなければ
ならない。一方試料基板の温度が、その上に銅を選択成
長させるべき特定材質上での原料ガスの分解温度より低
ければ、試料基板の表面に供給された原料ガスは分解せ
ず、従って銅は成長しない。ガス噴射口１１２の温度が
原料である有機錯体または有機金属の固化析出温度より
高く、かつ分解温度より低く、試料基板の温度がその上
に銅を選択成長させるべき材質上での原料ガスの分解温
度以上である場合においてのみ、銅を試料基板の表面の
特定の個所に選択成長させることができる。試料基板の
温度が高すぎると、選択成長した金または銅の結晶粒が
粗大化し、その表面が粗れるので好ましくない。試料基
板の温度は、その上に銅を選択成長させるべき材質上で
の原料ガスの分解温度を２００℃程度以上越えないこと
が好ましい。
【００１２】出発原料としては、ビスアセチルアセトナ
ト銅，ビスヘキサフロロアセチルアセトナト銅，ビスジ
ピバロイルメタトナト銅などの銅のβ−ジケトナト化合
物またはシクロペンタジエニルトリエチルホスフィン銅
等の銅のシクロペンタジエニル化合物またはそれらの混
合物を用いることができる。
ト銅，ビスヘキサフロロアセチルアセトナト銅，ビスジ
ピバロイルメタトナト銅などの銅のβ−ジケトナト化合
物またはシクロペンタジエニルトリエチルホスフィン銅
等の銅のシクロペンタジエニル化合物またはそれらの混
合物を用いることができる。
【００１３】実施例１ 本発明を半導体基板から配線取り出しに適用した一例を
図２にしめす。本例はＭＯＳＦＥＴのソース（ドレイ
ン）からの配線取り出しを例としたものである。
図２にしめす。本例はＭＯＳＦＥＴのソース（ドレイ
ン）からの配線取り出しを例としたものである。
【００１４】予めソース（ドレイン）の不純物拡散領域
１Ａを有するシリコンなどの半導体基板１の上に絶縁
膜、例えば酸化シリコン２を形成し、通常のリソグラフ
法によって、絶縁膜に半導体基板１の表面に達する穴２
Ａを開けた（図２（Ａ））。続いて拡散バリア兼密着層
３として、タングステン、タンタル、窒化チタン等の膜
を堆積し、さらに連続して銅膜４をスパッタリングで堆
積した（図２（Ｂ））。この時バリア兼密着層３および
銅膜４の厚さは、孔２Ａの径に比べて１０分の１程度の
薄いものであることが望ましい。その後金属ＣＶＤ装置
内で１０００Ｐａから５０００Ｐａの水素中で、基板温
度２００℃から４００℃で銅膜４の表面の自然酸化膜を
還元した後、図１に示した銅のＣＶＤ装置で銅膜５を堆
積した。原料ガスとしては例えばビスヘキサフロロアセ
チルアセトナト銅を用い、原料容器内で約７０℃前後に
加熱し、キャリアガスとして水素を１００ｃｃ／ｍｉｎ
流すことで原料を反応室内に送った。この時、特願平２
−５６５８６号、特願平２−２７３２７４号にしめした
ように、水素にアルコールまたは水蒸気を０．５ｃｃ／
ｍｉｎから１０ｃｃ／ｍｉｎほど添加して堆積速度を向
上させる条件を用いても良い。反応室では試料基板温度
３００℃から３５０℃で加熱して銅を穴に充填した（図
２（Ｃ））。次にアルゴンスパッタエッチングで銅５を
エッチバックし穴に充填した銅のみを残した。こうして
充填された銅５の凹凸は平坦化された（図２（Ｄ））。
さらにスパッタリングにより銅６、密着層７を堆積した
後加工して配線パターンを形成した（図２（Ｅ））。
１Ａを有するシリコンなどの半導体基板１の上に絶縁
膜、例えば酸化シリコン２を形成し、通常のリソグラフ
法によって、絶縁膜に半導体基板１の表面に達する穴２
Ａを開けた（図２（Ａ））。続いて拡散バリア兼密着層
３として、タングステン、タンタル、窒化チタン等の膜
を堆積し、さらに連続して銅膜４をスパッタリングで堆
積した（図２（Ｂ））。この時バリア兼密着層３および
銅膜４の厚さは、孔２Ａの径に比べて１０分の１程度の
薄いものであることが望ましい。その後金属ＣＶＤ装置
内で１０００Ｐａから５０００Ｐａの水素中で、基板温
度２００℃から４００℃で銅膜４の表面の自然酸化膜を
還元した後、図１に示した銅のＣＶＤ装置で銅膜５を堆
積した。原料ガスとしては例えばビスヘキサフロロアセ
チルアセトナト銅を用い、原料容器内で約７０℃前後に
加熱し、キャリアガスとして水素を１００ｃｃ／ｍｉｎ
流すことで原料を反応室内に送った。この時、特願平２
−５６５８６号、特願平２−２７３２７４号にしめした
ように、水素にアルコールまたは水蒸気を０．５ｃｃ／
ｍｉｎから１０ｃｃ／ｍｉｎほど添加して堆積速度を向
上させる条件を用いても良い。反応室では試料基板温度
３００℃から３５０℃で加熱して銅を穴に充填した（図
２（Ｃ））。次にアルゴンスパッタエッチングで銅５を
エッチバックし穴に充填した銅のみを残した。こうして
充填された銅５の凹凸は平坦化された（図２（Ｄ））。
さらにスパッタリングにより銅６、密着層７を堆積した
後加工して配線パターンを形成した（図２（Ｅ））。
【００１５】このようにして、密着性が良く、かつ低抵
抗の配線を形成できた。
抗の配線を形成できた。
【００１６】さらに、図３に示すように、コンタクト抵
抗を低減するために、穴２Ａの底部にチタンシリサイド
等のシリサイド層８を設けることによって更に性能を向
上できた。
抗を低減するために、穴２Ａの底部にチタンシリサイド
等のシリサイド層８を設けることによって更に性能を向
上できた。
【００１７】実施例２ 図４に層間絶縁膜を間に挟む第１層の多結晶シリコン配
線と第２層の金属配線の間の接続に本発明の金属薄膜成
長法を用いた例を示す。
線と第２層の金属配線の間の接続に本発明の金属薄膜成
長法を用いた例を示す。
【００１８】まず半導体基板１のソース（ドレイン）１
Ａからの電極取り出しのための多結晶シリコン８を酸化
シリコン膜２上に堆積した後、シリコン膜９を通常のリ
ソグラフ法により加工し、酸化シリコン膜等の絶縁物１
０を堆積し開孔した（図４（Ａ））。続いて拡散バリア
兼密着層１１として、タングステン、タンタル、窒化チ
タン等の膜を堆積し、さらに連続して銅膜１２をスパッ
タリングで堆積した（図４（Ｂ））。その後金属ＣＶＤ
装置内で、１０００Ｐａから５０００Ｐａの水素中、基
板温度２００℃から４００℃で銅膜１２の表面の自然酸
化膜を還元した後、連続して実施例１と同様にして銅膜
１３を堆積し、穴を充填した（図４（Ｃ））。その後ア
ルゴンスパッタエッチングで銅１３をエッチバックし穴
に充填した銅のみを残した（図４（Ｄ））。さらにスパ
ッタリングで銅１４および密着層１５を堆積し、加工し
て金属配線パターンを形成した（図４（Ｅ））。
Ａからの電極取り出しのための多結晶シリコン８を酸化
シリコン膜２上に堆積した後、シリコン膜９を通常のリ
ソグラフ法により加工し、酸化シリコン膜等の絶縁物１
０を堆積し開孔した（図４（Ａ））。続いて拡散バリア
兼密着層１１として、タングステン、タンタル、窒化チ
タン等の膜を堆積し、さらに連続して銅膜１２をスパッ
タリングで堆積した（図４（Ｂ））。その後金属ＣＶＤ
装置内で、１０００Ｐａから５０００Ｐａの水素中、基
板温度２００℃から４００℃で銅膜１２の表面の自然酸
化膜を還元した後、連続して実施例１と同様にして銅膜
１３を堆積し、穴を充填した（図４（Ｃ））。その後ア
ルゴンスパッタエッチングで銅１３をエッチバックし穴
に充填した銅のみを残した（図４（Ｄ））。さらにスパ
ッタリングで銅１４および密着層１５を堆積し、加工し
て金属配線パターンを形成した（図４（Ｅ））。
【００１９】このようにして、密着性がよく、かつ、低
抵抗の配線を形成することができた。
抵抗の配線を形成することができた。
【００２０】実施例３ 図５に本発明を多層配線形成に適用した例を示す。
【００２１】図２の工程を終えた半導体基板１上の第１
層金属配線上に層間絶縁膜として例えば酸化シリコン１
６を堆積した後、絶縁膜１６を加工し開孔部１６Ａを形
成し、密着層６を露出した（図５（Ａ））。続いて拡散
バリア兼密着層１７として、タングステン、タンタル、
窒化チタン等の膜を堆積し、さらに連続して銅膜１８を
スパッタリングで堆積した（図５（Ｂ））。その後金属
ＣＶＤ装置内で１０００Ｐａから５０００Ｐａの水素
中、基板温度２００℃から４００℃で銅膜１８の表面の
自然酸化膜を還元した後、連続して実施例１と同様にし
て銅膜１９を堆積し、穴を充填した（図５（Ｃ））。そ
の後アルゴンスパッタエッチングで銅１９をエッチバッ
クし、穴に充填した銅のみを残した（図５（Ｄ））。さ
らにスパッタリングで銅２０および密着層２１を堆積
し、加工して金属配線パターンを形成した（図５
（Ｅ））。
層金属配線上に層間絶縁膜として例えば酸化シリコン１
６を堆積した後、絶縁膜１６を加工し開孔部１６Ａを形
成し、密着層６を露出した（図５（Ａ））。続いて拡散
バリア兼密着層１７として、タングステン、タンタル、
窒化チタン等の膜を堆積し、さらに連続して銅膜１８を
スパッタリングで堆積した（図５（Ｂ））。その後金属
ＣＶＤ装置内で１０００Ｐａから５０００Ｐａの水素
中、基板温度２００℃から４００℃で銅膜１８の表面の
自然酸化膜を還元した後、連続して実施例１と同様にし
て銅膜１９を堆積し、穴を充填した（図５（Ｃ））。そ
の後アルゴンスパッタエッチングで銅１９をエッチバッ
クし、穴に充填した銅のみを残した（図５（Ｄ））。さ
らにスパッタリングで銅２０および密着層２１を堆積
し、加工して金属配線パターンを形成した（図５
（Ｅ））。
【００２２】この様にして、良好な多層配線が形成でき
た。
た。
【００２３】実施例４ 図６に実施例３のプロセスの一部を変化させた例を示
す。
す。
【００２４】図２の工程を終えた半導体基板１上の第１
層金属配線上に層間絶縁膜として例えば酸化シリコン１
６を堆積した後、少なくても密着層６よりは厚い密着層
２２を堆積し、続いて絶縁層１６と密着層２２を加工
し、開孔部１６Ａを形成し密着層６を露出した（図６
（Ａ））。続いて拡散バリア兼密着層２３として、タン
グステン、タンタル、窒化チタン等の膜を堆積した。そ
の後リアクティブイオンエッチングまたはイオンミリン
グ等の異方性加工で密着層を加工し開孔部１６Ａの底部
に銅膜５を露出させた。（図６（Ｂ））。この時絶縁層
１６上の密着層２２が全部除去される前に異方性加工を
止めた。次にスパッタリングで銅膜２４を堆積した（図
６（Ｃ））。その後金属ＣＶＤ装置内で水素中１０００
Ｐａから５０００Ｐａ、基板温度２００℃から４００℃
で銅膜２４の表面の自然酸化膜を還元した後、連続して
実施例１と同様にして銅膜２５を堆積し、穴を充填した
（図６（Ｄ））。その後アルゴンスパッタエッチングで
銅２５をエッチングバックし穴に充填した銅のみを残し
た（図６（Ｅ））。さらにスパッタリングで銅２６およ
び密着層２７を堆積し、加工して金属配線パターンを形
成した（図６（Ｆ））。
層金属配線上に層間絶縁膜として例えば酸化シリコン１
６を堆積した後、少なくても密着層６よりは厚い密着層
２２を堆積し、続いて絶縁層１６と密着層２２を加工
し、開孔部１６Ａを形成し密着層６を露出した（図６
（Ａ））。続いて拡散バリア兼密着層２３として、タン
グステン、タンタル、窒化チタン等の膜を堆積した。そ
の後リアクティブイオンエッチングまたはイオンミリン
グ等の異方性加工で密着層を加工し開孔部１６Ａの底部
に銅膜５を露出させた。（図６（Ｂ））。この時絶縁層
１６上の密着層２２が全部除去される前に異方性加工を
止めた。次にスパッタリングで銅膜２４を堆積した（図
６（Ｃ））。その後金属ＣＶＤ装置内で水素中１０００
Ｐａから５０００Ｐａ、基板温度２００℃から４００℃
で銅膜２４の表面の自然酸化膜を還元した後、連続して
実施例１と同様にして銅膜２５を堆積し、穴を充填した
（図６（Ｄ））。その後アルゴンスパッタエッチングで
銅２５をエッチングバックし穴に充填した銅のみを残し
た（図６（Ｅ））。さらにスパッタリングで銅２６およ
び密着層２７を堆積し、加工して金属配線パターンを形
成した（図６（Ｆ））。
【００２５】形成された多層配線の密着性は良好で、か
つ低抵抗であった。
つ低抵抗であった。
【００２６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
低抵抗かつマイグレーション耐性の高い銅の微細多層配
線を形成することができる。特に多層配線の微細で深い
コンタクトホール、スルーホールに銅膜を完全に充填し
かつ低いコンタクト抵抗、スルーホール抵抗を得ること
ができる。また選択成長法に比べプロセス時間を短縮で
き製造コストを低減できる。
低抵抗かつマイグレーション耐性の高い銅の微細多層配
線を形成することができる。特に多層配線の微細で深い
コンタクトホール、スルーホールに銅膜を完全に充填し
かつ低いコンタクト抵抗、スルーホール抵抗を得ること
ができる。また選択成長法に比べプロセス時間を短縮で
き製造コストを低減できる。
【図１】本発明に用いた装置の模式的断面図である。
【図２】本発明を適用したコンタクト形成を説明する図
である。
である。
【図３】コンタクト部にシリサイドを形成した例の断面
図である。
図である。
【図４】多結晶シリコン配線引き出し部と第２層金属配
線との接続への本発明の適用を説明する図である。
線との接続への本発明の適用を説明する図である。
【図５】本発明による多層配線の形成を説明する図であ
る。
る。
【図６】実施例３のプロセスの一部を変化させた例を示
す図である。
す図である。
１ 半導体基板 １Ａ 拡散層 ２ 絶縁膜 ２Ａ コンタクトホール ３ 中間金属層 ４ 銅 ５ 銅 ６ 銅 ７ 中間金属層 ８ 金属シリサイド ９ 多結晶シリコン １０ 絶縁膜 １０Ａ スルーホール １１ 中間金属層 １２ 銅 １３ 銅 １４ 銅 １５ 中間金属層 １６ 絶縁膜 １６Ａ スルーホール １７ 中間金属層 １８ 銅 １９ 銅 ２０ 銅 ２１ 中間金属層 ２２ 中間金属層 ２３ 中間金属層 ２４ 銅 ２５ 銅 ２６ 銅 ２７ 中間金属層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 21/28 - 21/288 H01L 21/3205 H01L 21/3213 H01L 21/768
Claims (3)
- 【請求項１】 基板上に形成する配線主材料として銅を
用い、かつ層間絶縁膜と銅との密着性向上のための中間
金属層を有する半導体装置の配線形成工程において、半
導体基板上に堆積した絶縁膜を開孔する工程と、拡散バ
リア性および絶縁膜との密着性を有する中間金属と銅を
スパッタリングによって連続的に堆積する工程と、銅の
有機錯体と水素を用いた金属ＣＶＤ法によって該スパッ
タ堆積した銅膜上に銅膜を成長させ上記絶縁膜上に開孔
した穴を充填する工程とを有することを特徴とする半導
体装置の製造方法。 - 【請求項２】 基板上に形成する配線主材料として銅を
用い、層間絶縁膜と銅との密着性向上のための中間金属
層を有する半導体装置の配線形成工程において、第１の
中間金属層，第１の銅層および第２の中間金属層の積層
構造からなる第１層配線層および層間絶縁膜を形成する
工程と、前記層間絶縁膜を開孔してスルーホールを形成
し、前記第２の中間金属層を露出する工程と、スパッタ
リング装置内で逆スパッタにより該第２の中間金属層上
の自然酸化膜を除去する工程と、第３の中間金属層と第
２の銅層をスパッタリングで連続的に堆積する工程と、
銅の有機錯体と水素を用いた金属ＣＶＤ法によって該ス
パッタ堆積された第２の銅膜上に銅膜を成長させ前記絶
縁膜上に開孔した穴を充填する工程とを有することを特
徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項３】 基板上に形成する配線主材料として銅を
用い、層間絶縁膜と銅との密着性向上のための中間金属
層を有する半導体装置の配線形成工程において、第１の
中間金属層，第１の銅層および第２の中間金属層の積層
構造からなる第１層配線層および層間絶縁膜を形成する
工程と、少なくとも前記第２の中間金属層より厚い第３
の中間金属層を堆積する工程と、前記第３の中間金属層
と前記層間絶縁膜を開孔してスルーホールを形成し、前
記第２の中間金属層を露出する工程と、第４の中間金属
層を堆積する工程と、前記開孔の底部の第２の中間層お
よび第４の中間層を除去し、第１の銅層を露出させる工
程と、スパッタリングによって第２の銅膜を堆積する工
程と、銅の有機錯体と水素を用いた金属ＣＶＤ法によっ
て該スパッタによって堆積された第２の銅膜上に銅膜を
成長させ前記絶縁膜上に開孔した穴を充填する工程とを
有する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 |
|---|---|---|---|
| JP19791A JP2907236B2 (ja) | 1991-01-07 | 1991-01-07 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19791A JP2907236B2 (ja) | 1991-01-07 | 1991-01-07 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04242937A JPH04242937A (ja) | 1992-08-31 |
| JP2907236B2 true JP2907236B2 (ja) | 1999-06-21 |
Family
ID=11467268
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19791A Expired - Lifetime JP2907236B2 (ja) | 1991-01-07 | 1991-01-07 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2907236B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20020065230A (ko) * | 2001-02-06 | 2002-08-13 | 지니텍 주식회사 | 수소 플라즈마 처리와 표면 촉매를 이용한 구리 막의 화학증착 방법 |
| JPWO2007064012A1 (ja) | 2005-12-02 | 2009-05-07 | 株式会社アルバック | Ｃｕ膜の形成方法 |
-
1991
- 1991-01-07 JP JP19791A patent/JP2907236B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04242937A (ja) | 1992-08-31 |
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