JP2994934B2 - Wiring formation method - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、集積回路などに形成さ
れる配線の形成方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a wiring formed on an integrated circuit or the like.
【0002】[0002]
【従来の技術】集積回路の集積密度が上昇するにつれ
て、基板上に形成される配線における電流密度も高まる
傾向にある。配線としてAl(アルミニウム)膜を用い
た場合、いわゆるエレクトロマイグレーションという現
象によってAl膜中にボイドと称される欠陥が生じた
り、前記ボイドが拡大して配線が断線するという不都合
が生じる。前記エレクトロマイグレーションとは、Al
原子がAl膜中を拡散してゆく現象であり、Alの場合
拡散速度が比較的速いので、常温雰囲気中に放置してお
くだけでも前記ボイドが生じる。また、配線中を流れる
電流の密度が高まると、Al膜の温度が上昇する。Al
膜の温度が上昇すると前述した現象がさらに顕著なもの
となり、欠陥や断線の発生頻度が高くなる。上述したよ
うな不都合を解消するために、Alに代わってより低抵
抗で耐熱性が高く、エレクトロマイグレーションが生じ
にくいCu(銅)が用いられる。2. Description of the Related Art As the integration density of integrated circuits increases, the current density of wiring formed on a substrate tends to increase. When an Al (aluminum) film is used as a wiring, a defect called a void occurs in the Al film due to a phenomenon called so-called electromigration, or the void expands and the wiring breaks. The electromigration refers to Al
This is a phenomenon in which atoms diffuse in the Al film. In the case of Al, since the diffusion speed is relatively high, the voids are generated even when the Al is left alone in a normal temperature atmosphere. Further, when the density of the current flowing in the wiring increases, the temperature of the Al film increases. Al
When the temperature of the film increases, the above-mentioned phenomenon becomes more remarkable, and the frequency of occurrence of defects and disconnections increases. In order to solve the above-mentioned inconvenience, Cu (copper) having lower resistance, higher heat resistance and less likely to cause electromigration is used instead of Al.
【0003】図8は、第1の従来例であるCu配線1の
形成方法を段階的に示す断面図である。たとえばシリコ
ン基板で実現される基板2の一方表面には、図8(1)
に示されるように絶縁膜3が形成される。絶縁膜3の表
面には、図8(2)に示されるようにCu膜4が形成さ
れる。Cu膜4の表面にはレジスト膜5が形成される。
レジスト膜5は、Cu膜4の表面のほぼ全面に形成さ
れ、予め定められる配線パターン状に露光し、現像する
ことによって、図8(3)に示されるようにパターン形
成される。次に、露出したCu膜4をエッチングし、残
余のレジスト膜5を剥離することによって、図8(4)
に示されるCu配線1が形成される。FIG. 8 is a sectional view showing step by step a method of forming a Cu wiring 1 according to a first conventional example. For example, on one surface of a substrate 2 realized by a silicon substrate, FIG.
The insulating film 3 is formed as shown in FIG. On the surface of the insulating film 3, a Cu film 4 is formed as shown in FIG. A resist film 5 is formed on the surface of the Cu film 4.
The resist film 5 is formed on substantially the entire surface of the Cu film 4, and is exposed to a predetermined wiring pattern and developed to form a pattern as shown in FIG. 8C. Next, the exposed Cu film 4 is etched, and the remaining resist film 5 is peeled off, so that the Cu film 4 shown in FIG.
Is formed as shown in FIG.
【0004】前記Cu膜4をエッチングする際、従来技
術ではドライエッチング法が用いられる。これは、集積
回路などでは配線の幅や間隔をより小さくすることが要
求されるためであり、たとえば配線の幅を2.0μm以
下とする場合には、線幅の制御性や加工形状の制御性に
優れるドライエッチング法が用いられる。When etching the Cu film 4, a dry etching method is used in the prior art. This is because in an integrated circuit or the like, it is required to further reduce the width and the interval of the wiring. A dry etching method having excellent properties is used.
【0005】図9は、第2の従来例であるCu配線8の
形成方法を段階的に示す断面図である。第2の従来例
は、第1の従来例とほぼ同様に形成されるけれども、絶
縁膜3とCu配線8との間に拡散防止膜6が形成され、
さらにCu配線8の表面4aにも拡散防止膜7が形成さ
れることが異なる。すなわち、以下のようにしてCu配
線8が形成される。なお、図9において、前記第1の従
来例と同様の部材には同じ参照符を付している。FIG. 9 is a sectional view showing step by step a method of forming a Cu wiring 8 according to a second conventional example. The second conventional example is formed almost in the same manner as the first conventional example, except that a diffusion prevention film 6 is formed between the insulating film 3 and the Cu wiring 8.
Another difference is that the diffusion preventing film 7 is also formed on the surface 4a of the Cu wiring 8. That is, the Cu wiring 8 is formed as follows. In FIG. 9, the same members as those in the first conventional example are denoted by the same reference numerals.
【0006】基板2の一方表面には、図9(1)に示さ
れるように絶縁膜3が形成され、絶縁膜3の表面には、
図9(2)に示されるように拡散防止膜6が形成され
る。拡散防止膜6の表面には、図9(3)に示されるよ
うにCu膜4が形成され、Cu膜4の表面には、図9
(4)に示されるように拡散防止膜7が形成される。拡
散防止膜7の表面には、レジスト膜5が形成される。レ
ジスト膜5は、前述した第1の従来例と同様にして図9
(5)に示されるようにパターン形成される。次に、露
出した拡散防止膜7を、その直下に形成されたCu膜4
と拡散防止膜6とともにドライエッチング法によって除
去し、残余のレジスト膜5を剥離することによって、図
9(6)に示されるCu配線8が形成される。An insulating film 3 is formed on one surface of the substrate 2 as shown in FIG.
As shown in FIG. 9B, the diffusion preventing film 6 is formed. The Cu film 4 is formed on the surface of the diffusion prevention film 6 as shown in FIG.
As shown in (4), the diffusion prevention film 7 is formed. On the surface of the diffusion preventing film 7, a resist film 5 is formed. The resist film 5 is formed as shown in FIG.
The pattern is formed as shown in (5). Next, the exposed diffusion preventive film 7 is formed with the Cu film 4 formed immediately below.
By removing the resist film 5 together with the diffusion prevention film 6 and the dry etching method, and removing the remaining resist film 5, the Cu wiring 8 shown in FIG. 9 (6) is formed.
【0007】前記拡散防止膜6は、Cu原子が絶縁膜3
に拡散するのを防止するためのものであり、たとえばT
iN膜で実現される。また、前記拡散防止膜7は、Cu
配線8上にさらに絶縁膜を設けて多層配線構造とする場
合の、前記絶縁膜へのCu原子の拡散を防止するための
ものである。このため、前記拡散防止膜6と同様に、た
とえばTiN膜で実現される。Cu原子の拡散が生じる
と、Cu配線8に欠陥や断線が発生するため、Cu配線
としての性能が低下して信頼性が低下する。[0007] The diffusion preventing film 6 is composed of Cu
, For example, to prevent T
This is realized by an iN film. The diffusion preventing film 7 is made of Cu
This is to prevent diffusion of Cu atoms into the insulating film when an insulating film is further provided on the wiring 8 to form a multilayer wiring structure. For this reason, similarly to the diffusion prevention film 6, it is realized by, for example, a TiN film. When the diffusion of Cu atoms occurs, a defect or disconnection occurs in the Cu wiring 8, so that the performance as the Cu wiring is lowered and the reliability is lowered.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】上述したように従来の
Cu配線1,8では、Cu膜4がドライエッチング法に
よってパターン形成される。Cu膜4をドライエッチン
グ法によってパターン形成する際に生じる塩化銅などの
反応性生物は、その蒸気圧が低い。このため、該反応性
生物を除去するために、基板2を保持するステージの温
度を高くする必要がある。ステージの温度を高くする
と、ステージ内における温度均一性の制御が困難とな
る。温度均一性が悪いと、反応性生物が残存することと
なり、該反応性生物に起因する腐食が発生し、該腐食が
Cu配線1,8にまで広がるとCu配線としての性能が
低下するという問題が生じる。また、加熱や冷却に要す
る時間が長くなることから、製造に時間がかかる。As described above, in the conventional Cu wirings 1 and 8, the Cu film 4 is patterned by dry etching. Reactive products such as copper chloride generated when patterning the Cu film 4 by dry etching have a low vapor pressure. Therefore, it is necessary to increase the temperature of the stage holding the substrate 2 in order to remove the reactive products. If the temperature of the stage is increased, it becomes difficult to control the temperature uniformity in the stage. If the temperature uniformity is poor, reactive products will remain, corrosion due to the reactive products will occur, and if the corrosion spreads to the Cu wirings 1 and 8, the performance as Cu wiring will be reduced. Occurs. In addition, since the time required for heating and cooling becomes long, it takes time to manufacture.
【0009】さらに、第2の従来例によるとCu配線8
の側面には拡散防止膜が設けられていない。このため多
層配線構造とするために、Cu配線8上に絶縁膜を設け
た場合、前記側面から絶縁膜へCu原子が拡散してしま
う。Cu原子の拡散は、前述したような不都合によって
Cu配線としての性能が低下するので好ましくない。Further, according to the second conventional example, the Cu wiring 8
Is not provided with a diffusion prevention film. Therefore, when an insulating film is provided on the Cu wiring 8 in order to form a multilayer wiring structure, Cu atoms diffuse from the side surface into the insulating film. Diffusion of Cu atoms is not preferable because the performance as a Cu wiring is reduced due to the above-described inconvenience.
【0010】本発明の目的は、信頼性が高く、容易にか
つ効率よく形成することができる配線の形成方法を提供
することである。An object of the present invention is to provide a method for forming a wiring which is highly reliable, can be formed easily and efficiently.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】本発明は、基板表面に絶
縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜に予め定められる配
線パターン状に凹所を形成する工程と、前記絶縁膜表面
であって、前記凹所の形成されていない表面から所定の
厚さだけCuを堆積してCu膜を形成する工程と、前記
Cu膜を、該Cu膜の表面から前記絶縁膜の凹所の形成
されていない表面までの厚さだけ酸化する工程と、前記
酸化されたCu膜を除去する工程とを含むことを特徴と
する配線の形成方法である。According to the present invention, there is provided a method of forming an insulating film on a surface of a substrate, a step of forming a recess in a predetermined wiring pattern on the insulating film; Depositing Cu by a predetermined thickness from the surface where the recess is not formed to form a Cu film; and forming the Cu film into a recess of the insulating film from the surface of the Cu film. A method for forming a wiring, comprising: a step of oxidizing by a thickness up to a non-existing surface; and a step of removing the oxidized Cu film.
【0012】また本発明は、基板表面に絶縁膜を形成す
る工程と、前記絶縁膜に予め定められる配線パターン状
に凹所を形成する工程と、前記絶縁膜表面に沿って、C
uが前記絶縁膜に拡散するのを防止する拡散防止膜を形
成する工程と、前記拡散防止膜表面であって、前記絶縁
膜の凹所の形成されていない表面に形成された拡散防止
膜表面から所定の厚さだけCuを堆積してCu膜を形成
する工程と、前記Cu膜を、該Cu膜の表面から前記絶
縁膜の凹所の形成されていない表面までの厚さだけ酸化
する工程、前記酸化されたCu膜を除去する工程と、前
記酸化されたCu膜を除去することによって露出した拡
散防止膜を除去する工程とを含むことを特徴とする配線
の形成方法である。The present invention also provides a step of forming an insulating film on a substrate surface, a step of forming a recess in a predetermined wiring pattern on the insulating film, and a step of forming a C along the insulating film surface.
forming a diffusion barrier film for preventing u from diffusing into the insulating film; and a surface of the diffusion barrier film formed on the surface of the diffusion barrier film where no recess is formed in the insulating film. Depositing Cu by a predetermined thickness to form a Cu film, and oxidizing the Cu film by a thickness from a surface of the Cu film to a surface of the insulating film where no recess is formed. And removing the oxidized Cu film, and removing the diffusion barrier film exposed by removing the oxidized Cu film.
【0013】[0013]
【作用】本発明に従えば、基板表面に絶縁膜を形成し、
前記絶縁膜に予め定められる配線パターン状に凹所を形
成し、前記絶縁膜表面に前記凹所の形成されていない表
面から所定の厚さだけCuを堆積してCu膜を形成し、
前記Cu膜を該Cu膜の表面から前記絶縁膜の凹所の形
成されていない表面までの厚さだけ酸化し、前記酸化さ
れたCu膜を除去することによって配線が形成される。According to the present invention, an insulating film is formed on a substrate surface,
Forming a recess in a predetermined wiring pattern on the insulating film, forming a Cu film by depositing Cu by a predetermined thickness from the surface where the recess is not formed on the insulating film surface,
The Cu film is oxidized by a thickness from the surface of the Cu film to the surface of the insulating film where the recess is not formed, and the wiring is formed by removing the oxidized Cu film.
【0014】前記Cu膜は、従来のようにドライエッチ
ング法を用いることなくパターン形成される。このた
め、基板を保持するステージの温度均一性を考慮するこ
とがなくなり、温度均一性が悪いために残存する反応性
生物から腐食が発生し、配線としての性能が低下するこ
とはなくなる。また、ステージの加熱や冷却が不要とな
り、製造効率の向上を図ることが可能となる。したがっ
て、信頼性の高い配線を容易にかつ効率よく形成するこ
とができる。The Cu film is formed in a pattern without using a dry etching method as in the prior art. For this reason, it is not necessary to consider the temperature uniformity of the stage holding the substrate, and corrosion due to residual reactive organisms due to poor temperature uniformity does not occur, and the performance as a wiring does not decrease. Further, heating and cooling of the stage are not required, and it is possible to improve manufacturing efficiency. Therefore, highly reliable wiring can be easily and efficiently formed.
【0015】また本発明に従えば、基板表面に絶縁膜を
形成し、前記絶縁膜に予め定められる配線パターン状に
凹所を形成し、前記絶縁膜表面に沿ってCuが前記絶縁
膜に拡散するのを防止する拡散防止膜を形成し、前記拡
散防止膜表面に前記絶縁膜の凹所の形成されていない表
面に形成された拡散防止膜表面から所定の厚さだけCu
を堆積してCu膜を形成し、前記Cu膜を該Cu膜の表
面から前記絶縁膜の凹所の形成されていない表面までの
厚さだけ酸化し、前記酸化されたCu膜を除去し、前記
酸化されたCu膜を除去することによって露出した拡散
防止膜を除去することによって配線が形成される。According to the invention, an insulating film is formed on the surface of the substrate, a recess is formed in the insulating film in a predetermined wiring pattern, and Cu diffuses along the surface of the insulating film into the insulating film. Forming a diffusion prevention film for preventing diffusion, and a predetermined thickness of Cu from the surface of the diffusion prevention film formed on the surface of the diffusion prevention film where the recess of the insulating film is not formed.
Depositing a Cu film, oxidizing the Cu film by a thickness from the surface of the Cu film to the surface of the insulating film where the recess is not formed, removing the oxidized Cu film, Wiring is formed by removing the diffusion prevention film exposed by removing the oxidized Cu film.
【0016】前記Cu膜をパターン化して形成された配
線と絶縁膜との間には拡散防止膜が形成される。前記拡
散防止膜は、Cu原子が絶縁膜へ拡散するのを防止する
ものであるので、Cu原子が絶縁膜に拡散することによ
って生じる配線の欠陥や断線がなくなる。したがって、
配線の信頼性がさらに向上する。An anti-diffusion film is formed between the wiring formed by patterning the Cu film and the insulating film. Since the diffusion preventing film prevents Cu atoms from diffusing into the insulating film, wiring defects and disconnections caused by Cu atoms diffusing into the insulating film are eliminated. Therefore,
The reliability of the wiring is further improved.
【0017】[0017]
【実施例】図1は、本発明の第1の実施例であるCu配
線11の形成方法を示す工程図である。また、図2は前
記Cu配線11の形成方法を段階的に示す断面図であ
る。FIG. 1 is a process chart showing a method for forming a Cu wiring 11 according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a sectional view showing step by step the method of forming the Cu wiring 11.
【0018】工程a1では、図2(1)に示されるよう
に基板12の一方表面に絶縁膜13が形成される。基板
12は、たとえばコンデンサやトランジスタなどの所望
とする素子が形成されたシリコン基板で実現される。絶
縁膜13は、たとえばSiO2膜で実現され、CVD(C
hemical Vapor Deposition)法によって、1.5μmの
膜厚に形成される。In step a1, an insulating film 13 is formed on one surface of the substrate 12, as shown in FIG. The substrate 12 is realized by a silicon substrate on which desired elements such as capacitors and transistors are formed. The insulating film 13 is realized by, for example, a SiO 2 film and is formed by CVD (C
The film is formed to a thickness of 1.5 μm by a chemical vapor deposition method.
【0019】工程a2では、図2(2)に示されるよう
に絶縁膜13の表面に凹所であるトレンチ14が形成さ
れる。トレンチ14は、予め定められる配線パターン状
に形成され、たとえば絶縁膜13の表面にレジスト膜を
パターン形成し、絶縁膜13をドライエッチング法によ
ってエッチングした後、レジスト膜を除去することによ
って形成される。トレンチ14の深さd1は、たとえば
0.5μmに選ばれ、トレンチ14の幅d2は、たとえ
ば0.5μmに選ばれる。トレンチ14の深さd1や幅
d2は、形成する配線によって適宜選択される。In step a2, a trench 14 as a recess is formed on the surface of the insulating film 13 as shown in FIG. The trench 14 is formed in a predetermined wiring pattern shape, for example, by forming a resist film on the surface of the insulating film 13, etching the insulating film 13 by a dry etching method, and removing the resist film. . The depth d1 of the trench 14 is set to, for example, 0.5 μm, and the width d2 of the trench 14 is set to, for example, 0.5 μm. The depth d1 and the width d2 of the trench 14 are appropriately selected depending on the wiring to be formed.
【0020】工程a3では、図2(3)に示されるよう
に絶縁膜13の表面にCu膜16が形成される。本実施
例では、Cuをコールドウォール型CVD法によって、
前記絶縁膜13のトレンチ14の形成されていない表面
からCu膜16の表面までの厚さd3が0.6μmとな
るように堆積した。この方法によると、絶縁膜13の全
表面から均一にCuが堆積し、前記トレンチ14にもC
uが堆積する。堆積するCuの厚さ、すなわち前記厚さ
d3を前記トレンチ14の幅d2の半分以上の厚さに選
ぶことによって、形成されるCu膜16の表面がほぼ平
坦化される。これは、前述したようにCuが絶縁膜13
の全表面から均一に堆積してゆくためである。In step a3, a Cu film 16 is formed on the surface of the insulating film 13 as shown in FIG. In the present embodiment, Cu is formed by cold-wall CVD.
The insulating film 13 was deposited so that the thickness d3 from the surface where the trench 14 was not formed to the surface of the Cu film 16 was 0.6 μm. According to this method, Cu is uniformly deposited on the entire surface of the insulating film 13 and C
u is deposited. By selecting the thickness of Cu to be deposited, that is, the thickness d3 to be equal to or more than half the width d2 of the trench 14, the surface of the formed Cu film 16 is substantially flattened. This is because, as described above, Cu is the insulating film 13.
This is because they are uniformly deposited from the entire surface.
【0021】前記コールドウォール型CVD法とは、基
板のみの温度を上げ、チャンバ内の側壁などの温度は比
較的低い温度に保持する方法である。この方法による
と、基板のみにCu膜を形成することができ、厚みの制
御性などが向上する。ここで、Cu膜を形成するための
膜材料として、Cu(hfac)TMVS(Copperhexa
fluoroacetylacetonate trimethylvinylsilane)を用
い、キャリアガスとしてH2を用いた。また、基板温度
を200℃とし、H2流量を800cc/minとし、
圧力を40Torrとした。The cold-wall type CVD method is a method in which the temperature of only the substrate is increased and the temperature of the side walls in the chamber is kept at a relatively low temperature. According to this method, the Cu film can be formed only on the substrate, and the controllability of the thickness is improved. Here, Cu (hfac) TMVS (Copperhexa) is used as a film material for forming the Cu film.
Using fluoroacetylacetonate trimethylvinylsilane), H 2 is used as a carrier gas. Further, the substrate temperature was set to 200 ° C., the H 2 flow rate was set to 800 cc / min,
The pressure was set to 40 Torr.
【0022】工程a4では、Cu膜16を、該Cu膜1
6の表面から絶縁膜13のトレンチ14の形成されてい
ない表面までの厚さ、すなわち前記厚さd3だけ酸化す
る。本実施例では、Cu膜16が形成された基板12を
200℃とし、O2/N2混合ガス中に保持することによ
ってCu膜16を酸化した。この酸化は、Cu膜16の
表面から厚み方向に向かって進んでゆくので、前記厚さ
d3だけ酸化が進むと処理を終える。したがって、図2
(4)に示されるように絶縁膜13のトレンチ14が形
成されていない表面から上部に形成されたCu膜16の
みが酸化され、酸化銅膜17となる。In step a4, the Cu film 16 is
6 is oxidized by the thickness from the surface of the insulating film 13 to the surface of the insulating film 13 where the trench 14 is not formed, that is, the thickness d3. In this embodiment, the substrate 12 on which the Cu film 16 is formed is heated to 200 ° C., and is oxidized by holding the substrate 12 in an O 2 / N 2 mixed gas. Since this oxidation proceeds from the surface of the Cu film 16 in the thickness direction, the process ends when the oxidation proceeds by the thickness d3. Therefore, FIG.
As shown in (4), only the Cu film 16 formed above the surface of the insulating film 13 where the trenches 14 are not formed is oxidized to become the copper oxide film 17.
【0023】工程a5では、図2(5)に示されるよう
に酸化銅膜17が除去される。酸化銅膜17の除去は、
たとえばHCl水溶液やH2SO4水溶液などの酸性水溶
液に浸漬し、酸化銅を溶かすことによって除去される。
前記酸性水溶液には酸化銅のみが溶解するので、トレン
チ14に形成されたCu膜16は除去されることはな
い。このようにしてCu配線11が形成される。In step a5, the copper oxide film 17 is removed as shown in FIG. The removal of the copper oxide film 17
For example, it is removed by dipping in an acidic aqueous solution such as an aqueous solution of HCl or an aqueous solution of H 2 SO 4 and dissolving copper oxide.
Since only copper oxide dissolves in the acidic aqueous solution, the Cu film 16 formed in the trench 14 is not removed. Thus, the Cu wiring 11 is formed.
【0024】以上のように本実施例では、Cu膜16を
従来例のようにドライエッチング法を用いることなくパ
ターン形成するので、基板を保持するステージの温度均
一性を考慮することがなくなり、温度均一性が悪いため
に残存する反応性生物から腐食が発生し、配線としての
性能が低下することがなくなる。また、ステージの加熱
や冷却が不要となり、製造効率の向上を図ることが可能
となる。したがって、信頼性の高いCu配線11を容易
にかつ効率よく形成することが可能となる。As described above, in this embodiment, since the Cu film 16 is patterned without using a dry etching method as in the conventional example, it is not necessary to consider the temperature uniformity of the stage holding the substrate. Corrosion does not occur due to the remaining reactive products due to poor uniformity, and the performance as a wiring is not reduced. Further, heating and cooling of the stage are not required, and it is possible to improve manufacturing efficiency. Therefore, it is possible to easily and efficiently form the highly reliable Cu wiring 11.
【0025】なお、前記工程a5では酸化銅が酸性水溶
液中に溶解される。したがって、不要な銅を全量回収す
ることができる。In step a5, copper oxide is dissolved in an acidic aqueous solution. Therefore, all unnecessary copper can be recovered.
【0026】図3は、本発明の第2の実施例であるCu
配線19の形成方法を示す工程図である。また、図4
は、前記Cu配線19の形成方法を段階的に示す断面図
である。第2の実施例の形成方法は、第1の実施例の形
成方法とほぼ同様であるけれども、拡散防止膜15が形
成されることを特徴とする。なお、図4において、前記
第1の実施例と同様の部材には同じ参照符を付してい
る。FIG. 3 shows a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a process chart showing a method for forming a wiring 19. FIG.
Is a cross-sectional view showing step by step a method of forming the Cu wiring 19; The method of forming the second embodiment is substantially the same as the forming method of the first embodiment, but is characterized in that the diffusion preventing film 15 is formed. In FIG. 4, the same members as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals.
【0027】工程b1では、図4(1)に示されるよう
に基板12の一方表面に絶縁膜13が形成される。該絶
縁膜13は前記工程a1と同様にして形成される。In step b1, an insulating film 13 is formed on one surface of the substrate 12, as shown in FIG. The insulating film 13 is formed in the same manner as in the step a1.
【0028】工程b2では、図4(2)に示されるよう
に絶縁膜13の表面にトレンチ14が形成される。トレ
ンチ14は、前記工程a2と同様にして形成される。In step b2, a trench 14 is formed on the surface of the insulating film 13 as shown in FIG. The trench 14 is formed in the same manner as in the step a2.
【0029】工程b3では、図4(3)に示されるよう
にトレンチ14が形成された絶縁膜13の表面に拡散防
止膜15aが形成される。本実施例では、拡散防止膜1
5aとして、TiN膜を形成した。該TiN膜は、DC
(直流)マグネトロンスパッタ装置を用いた反応性スパ
ッタリング法によって、0.1μmの膜厚に形成した。
ここで、スパッタリング時に用いるガスとしてはArと
N2 との混合ガスを用い、Ar/N2 分圧比を2/3と
した。また、ターゲットとしてはチタン(Ti)を用い
た。さらに、DC電力を5000Wとし、基板温度を2
00℃とし、圧力を4mTorrとした。前記拡散防止
膜15aは、前記トレンチ14の形状に沿って形成され
る。In step b3, as shown in FIG. 4C, a diffusion preventing film 15a is formed on the surface of the insulating film 13 where the trench 14 has been formed. In this embodiment, the diffusion prevention film 1
As 5a, a TiN film was formed. The TiN film is DC
The film was formed to a thickness of 0.1 μm by a reactive sputtering method using a (direct current) magnetron sputtering apparatus.
Here, a mixed gas of Ar and N 2 was used as a gas used during sputtering, and the Ar / N 2 partial pressure ratio was set to 2/3. Titanium (Ti) was used as a target. Further, the DC power is set to 5000 W, and the substrate temperature is set to 2 W.
The temperature was set to 00 ° C., and the pressure was set to 4 mTorr. The diffusion preventing film 15a is formed along the shape of the trench 14.
【0030】工程b4では、図4(4)に示されるよう
に拡散防止膜15aの表面にCu膜16が形成される。
Cu膜16は、前記工程a3と同様にして形成され、前
記絶縁膜13のトレンチ14が形成されていない表面に
形成された拡散防止膜15aの表面からCu膜16の表
面までの厚さd3が0.6μmとなるように形成され
る。In step b4, a Cu film 16 is formed on the surface of the diffusion preventing film 15a as shown in FIG.
The Cu film 16 is formed in the same manner as in the step a3, and the thickness d3 from the surface of the diffusion prevention film 15a formed on the surface of the insulating film 13 where the trench 14 is not formed to the surface of the Cu film 16 is reduced. It is formed to have a thickness of 0.6 μm.
【0031】工程b5では、Cu膜16を、該Cu膜1
6の表面から絶縁膜13のトレンチ14の形成されてい
ない表面までの厚さd4だけ酸化する。この酸化は、前
記工程a4と同様にして行われ、図4(5)に示される
ように酸化銅膜17が形成される。In step b5, the Cu film 16 is
6 is oxidized by the thickness d4 from the surface of the insulating film 13 to the surface where the trench 14 is not formed. This oxidation is performed in the same manner as in the step a4, and a copper oxide film 17 is formed as shown in FIG.
【0032】工程b6では、図4(6)に示されるよう
に酸化銅膜17が除去される。酸化銅膜17の除去は、
前記工程a5と同様にして行われる。このようにして、
Cu配線19が形成される。In step b6, the copper oxide film 17 is removed as shown in FIG. The removal of the copper oxide film 17
This is performed in the same manner as in the step a5. In this way,
The Cu wiring 19 is formed.
【0033】工程b7では、図4(7)に示されるよう
に露出したCu配線19の表面に拡散防止膜15bが形
成される。拡散防止膜15bは、前記拡散防止膜15a
と同様にTiN膜で実現され、同様の方法によって0.
1μmの膜厚に形成される。なお、該拡散防止膜15b
は、本実施例のように露出したCu配線19の表面のみ
に形成してもよいし、露出したCu配線19の表面と拡
散防止膜15aの表面とに形成してもよい。拡散防止膜
15bと前記拡散防止膜15aとは、拡散防止膜15と
される。In step b7, a diffusion preventing film 15b is formed on the exposed surface of the Cu wiring 19 as shown in FIG. The anti-diffusion film 15b is formed of the anti-diffusion film 15a.
Is realized by a TiN film in the same manner as described above.
It is formed to a thickness of 1 μm. The diffusion preventing film 15b
May be formed only on the exposed surface of the Cu wiring 19 as in the present embodiment, or may be formed on the exposed surface of the Cu wiring 19 and the surface of the diffusion prevention film 15a. The diffusion prevention film 15b and the diffusion prevention film 15a serve as the diffusion prevention film 15.
【0034】工程b8では、Cu配線19を囲むように
拡散防止膜15がパターン形成される。すなわち、図4
(8)に示されるようにCu配線19上の拡散防止膜1
5の表面にレジスト膜18をパターン形成し、レジスト
膜18が形成されていない部分の拡散防止膜15が、た
とえばドライエッチング法によって除去される。さら
に、図4(9)に示されるようにレジスト膜18が除去
される。In step b 8, the diffusion preventing film 15 is patterned so as to surround the Cu wiring 19. That is, FIG.
As shown in (8), the diffusion prevention film 1 on the Cu wiring 19
The resist film 18 is patterned on the surface of the substrate 5, and the diffusion preventing film 15 where the resist film 18 is not formed is removed by, for example, a dry etching method. Further, the resist film 18 is removed as shown in FIG.
【0035】以上のように本実施例のCu配線19は、
拡散防止膜15に囲まれているので、Cu配線19のC
u原子が絶縁層13に拡散してゆくことを防止すること
ができる。したがって、欠陥や断線がなく、信頼性の高
いCu配線19を容易にかつ効率よく形成することが可
能となる。As described above, the Cu wiring 19 of this embodiment is
Since it is surrounded by the diffusion prevention film 15, the C
The diffusion of u atoms into the insulating layer 13 can be prevented. Therefore, it is possible to easily and efficiently form the highly reliable Cu wiring 19 without any defect or disconnection.
【0036】なお、前記拡散防止膜15とは、Cu原子
の拡散を防止するためのものであり、このような機能を
有する膜であればどのような材料を用いてもよく、たと
えば拡散防止膜15としてTiN膜の代りにタングステ
ン膜やタンタル膜を用いることも可能である。このよう
な拡散防止膜15の材料は、たとえば各材料の拡散係数
を基準として選択される。The diffusion preventing film 15 is for preventing the diffusion of Cu atoms, and any material having such a function may be used. As 15, a tungsten film or a tantalum film can be used instead of the TiN film. The material of the diffusion prevention film 15 is selected based on, for example, the diffusion coefficient of each material.
【0037】本実施例では、拡散防止膜15としてTi
N膜を用いた。TiNや前記タングステンおよびタンタ
ルは、Cuと比較して抵抗値が大きいけれども、導電性
を有しているので、本実施例ではCu配線19を囲むT
iN膜以外のTiN膜を除去した。In this embodiment, the diffusion preventing film 15 is made of Ti
An N film was used. Although TiN, tungsten and tantalum have a higher resistance value than Cu, they have conductivity, so in this embodiment, TN surrounding the Cu wiring 19 is used.
The TiN film other than the iN film was removed.
【0038】また前記Cu配線19が基板12上の最上
層に形成される配線であった場合、一般に配線やその他
の素子の水や酸素による劣化を防ぐためにパッシベーシ
ョン膜と称される保護膜が設けられる。本実施例では、
酸化銅膜17を除去することによって露出したCu配線
19の表面にも拡散防止膜15bを形成したけれども、
たとえば窒化ケイ素などの拡散防止膜の機能を兼ね備え
た材料をパッシベーション膜として使用する場合、拡散
防止膜15bを省略してもよい。When the Cu wiring 19 is a wiring formed on the uppermost layer on the substrate 12, a protective film called a passivation film is generally provided to prevent the wiring and other elements from being deteriorated by water or oxygen. Can be In this embodiment,
Although the diffusion preventing film 15b was formed also on the surface of the Cu wiring 19 exposed by removing the copper oxide film 17,
For example, when a material having a function of a diffusion prevention film such as silicon nitride is used as the passivation film, the diffusion prevention film 15b may be omitted.
【0039】また、前記Cu配線19上にさらに他の配
線を設ける場合、Cu配線19上には、層間絶縁膜が設
けられる。この場合、前記層間絶縁膜へのCu原子の拡
散を防止するために、本実施例のようにCu配線19上
に拡散防止膜15bが設けられる。When another wiring is provided on the Cu wiring 19, an interlayer insulating film is provided on the Cu wiring 19. In this case, in order to prevent the diffusion of Cu atoms into the interlayer insulating film, a diffusion preventing film 15b is provided on the Cu wiring 19 as in this embodiment.
【0040】図5は、P型シリコン基板25に形成され
る回路21の一例を示す回路図である。また、図6は前
記回路21が形成されたP型シリコン基板25上に本発
明に基づいて形成された配線26を示す断面図である。
回路21は、コンデンサ22、トランジスタ23、抵抗
24から構成される。P型シリコン基板25の一方表面
にN+層27、N層28、N+層29をこの順に積層して
形成し、前記コンデンサ22とする。また、N+層3
0、N層31、P層32、N+層33,34をこの順に
積層して形成し、前記トランジスタ23とする。さら
に、N+ 層35、N層36、P層37をこの順に積層し
て形成し、前記抵抗24とする。コンデンサ22、トラ
ンジスタ23、抵抗24が形成された前記基板25の一
方表面には、本実施例に基づいて絶縁膜38とCu配線
26とが形成される。FIG. 5 is a circuit diagram showing an example of the circuit 21 formed on the P-type silicon substrate 25. FIG. 6 is a sectional view showing a wiring 26 formed according to the present invention on a P-type silicon substrate 25 on which the circuit 21 is formed.
The circuit 21 includes a capacitor 22, a transistor 23, and a resistor 24. On one surface of the P-type silicon substrate 25, an N + layer 27, an N layer 28, and an N + layer 29 are laminated in this order to form the capacitor 22. Also, the N + layer 3
0, an N layer 31, a P layer 32, and N + layers 33 and 34 are laminated in this order to form the transistor 23. Further, an N + layer 35, an N layer 36, and a P layer 37 are laminated in this order to form the resistor 24. On one surface of the substrate 25 on which the capacitor 22, the transistor 23 and the resistor 24 are formed, an insulating film 38 and a Cu wiring 26 are formed based on the present embodiment.
【0041】図6に示されるCu配線26a〜26e
は、それぞれ図5に示される配線26a〜26eに対応
している。コンデンサ22とトランジスタ23とは、C
u配線26bによって接続されている。このとき、絶縁
膜38にはトレンチ39が形成されるとともに、さらに
スルーホール40が形成されて、コンデンサ22のN+
層29とトランジスタ23のP層32とがCu配線26
bによって接続される。また、トランジスタ23のN+
層33も絶縁膜38にスルーホール40を形成すること
によってCu配線26eと接続される。トランジスタ2
3と抵抗24との接続も同様にして行われ、また抵抗2
4のP層37もCu配線26cに同様にして接続され
る。The Cu wirings 26a to 26e shown in FIG.
Respectively correspond to the wirings 26a to 26e shown in FIG. The capacitor 22 and the transistor 23
They are connected by u wiring 26b. At this time, the trench 39 is formed in the insulating film 38, and is further through hole 40 is formed, the capacitor 22 N +
The layer 29 and the P layer 32 of the transistor 23 are
b. The N + of the transistor 23
The layer 33 is also connected to the Cu wiring 26e by forming a through hole 40 in the insulating film 38. Transistor 2
3 is connected to the resistor 24 in the same manner.
The fourth P layer 37 is similarly connected to the Cu wiring 26c.
【0042】図7は、本発明に基づいて形成された多層
配線構造41の一例を示す断面図である。前記多層配線
構造41は、3層の配線構造であり、たとえば図示しな
いシリコン基板上に第1配線層42、第2配線層43、
第3配線層44をこの順に積層して形成される。第1、
第2、第3配線層42〜44は、それぞれ層間絶縁膜4
5,47,49とCu配線46,48,50とから成
る。第1配線層42のCu配線46と第2配線層43の
Cu配線48とは層間絶縁膜47にスルーホール51を
形成することによって接続される。同様にして、層間絶
縁膜49にスルーホール52を形成することによって第
2配線層43のCu配線48と第3配線層44のCu配
線50とが接続される。FIG. 7 is a sectional view showing an example of a multilayer wiring structure 41 formed according to the present invention. The multilayer wiring structure 41 has a three-layer wiring structure. For example, a first wiring layer 42, a second wiring layer 43,
The third wiring layer 44 is formed by laminating in this order. First,
The second and third wiring layers 42 to 44 are each formed of an interlayer insulating film 4.
5, 47, 49 and Cu wirings 46, 48, 50. The Cu wiring 46 of the first wiring layer 42 and the Cu wiring 48 of the second wiring layer 43 are connected by forming a through hole 51 in the interlayer insulating film 47. Similarly, by forming a through hole 52 in the interlayer insulating film 49, the Cu wiring 48 of the second wiring layer 43 and the Cu wiring 50 of the third wiring layer 44 are connected.
【0043】[0043]
【発明の効果】以上のように本発明によれば、Cu膜を
ドライエッチング法を用いることなくパターン形成し
て、配線が形成される。このため、基板を保持するステ
ージの温度均一性を考慮することがなくなり、残存する
反応性生物から腐食が発生して配線としての性能が低下
することがなくなる。また、前記ステージの加熱や冷却
が不要となるので、製造効率の向上を図ることが可能と
なる。したがって、信頼性の高い配線を容易にかつ効率
よく形成することが可能となる。As described above, according to the present invention, a wiring is formed by patterning a Cu film without using a dry etching method. For this reason, it is not necessary to consider the temperature uniformity of the stage holding the substrate, and it is possible to prevent the remaining reactive organisms from corroding and deteriorating the performance as wiring. In addition, since heating and cooling of the stage are not required, it is possible to improve manufacturing efficiency. Therefore, a highly reliable wiring can be easily and efficiently formed.
【0044】また本発明によれば、配線と絶縁層との間
にはCu原子が前記絶縁膜へ拡散するのを防止する拡散
防止膜が設けられる。したがって、配線中に欠陥や断線
が発生することがなくなり、信頼性がさらに向上する。Further, according to the present invention, a diffusion preventing film for preventing Cu atoms from diffusing into the insulating film is provided between the wiring and the insulating layer. Therefore, no defect or disconnection occurs in the wiring, and the reliability is further improved.
【図1】本発明の第1の実施例であるCu配線11の形
成方法を示す工程図である。FIG. 1 is a process chart showing a method for forming a Cu wiring 11 according to a first embodiment of the present invention.
【図2】前記Cu配線11の形成方法を段階的に示す断
面図である。FIG. 2 is a sectional view showing step by step a method of forming the Cu wiring 11;
【図3】本発明の第2の実施例であるCu配線19の形
成方法を示す工程図である。FIG. 3 is a process chart showing a method for forming a Cu wiring 19 according to a second embodiment of the present invention.
【図4】前記Cu配線19の形成方法を段階的に示す断
面図である。FIG. 4 is a sectional view showing step by step a method of forming the Cu wiring 19;
【図5】P型シリコン基板25に形成される回路21の
一例を示す回路図である。FIG. 5 is a circuit diagram showing an example of a circuit 21 formed on a P-type silicon substrate 25.
【図6】前記回路21が形成されたP型シリコン基板2
5上に本発明に基づいて形成された配線26を示す断面
図である。FIG. 6 shows a P-type silicon substrate 2 on which the circuit 21 is formed.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a wiring 26 formed on the fifth embodiment according to the present invention.
【図7】本発明に基づいて形成された多層配線構造41
の一例を示す断面図である。FIG. 7 shows a multilayer wiring structure 41 formed according to the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing one example.
【図8】第1の従来例であるCu配線1の形成方法を段
階的に示す断面図である。FIG. 8 is a sectional view showing step by step a method of forming a Cu wiring 1 according to a first conventional example.
【図9】第2の従来例であるCu配線8の形成方法を段
階的に示す断面図である。FIG. 9 is a sectional view showing step by step a method of forming a Cu wiring 8, which is a second conventional example.
11,19,26,46,48,50 Cu配線 12 基板 13,38 絶縁膜 14,39 トレンチ 15,15a,15b 拡散防止膜 16 Cu膜 17 酸化銅膜 25 P型シリコン基板 45,47,49 層間絶縁膜 11, 19, 26, 46, 48, 50 Cu wiring 12 Substrate 13, 38 Insulating film 14, 39 Trench 15, 15a, 15b Diffusion preventing film 16 Cu film 17 Copper oxide film 25 P-type silicon substrate 45, 47, 49 interlayer Insulating film
Claims (2)
成する工程と、 前記絶縁膜表面であって、前記凹所の形成されていない
表面から所定の厚さだけCuを堆積してCu膜を形成す
る工程と、 前記Cu膜を、該Cu膜の表面から前記絶縁膜の凹所の
形成されていない表面までの厚さだけ酸化する工程と、 前記酸化されたCu膜を除去する工程とを含むことを特
徴とする配線の形成方法。A step of forming an insulating film on the surface of the substrate; a step of forming a recess in a predetermined wiring pattern on the insulating film; and forming the recess on the surface of the insulating film. Forming a Cu film by depositing Cu by a predetermined thickness from a non-existing surface; And a step of removing the oxidized Cu film.
成する工程と、 前記絶縁膜表面に沿って、Cuが前記絶縁膜に拡散する
のを防止する拡散防止膜を形成する工程と、 前記拡散防止膜表面であって、前記絶縁膜の凹所の形成
されていない表面に形成された拡散防止膜表面から所定
の厚さだけCuを堆積してCu膜を形成する工程と、 前記Cu膜を、該Cu膜の表面から前記絶縁膜の凹所の
形成されていない表面までの厚さだけ酸化する工程、 前記酸化されたCu膜を除去する工程と、 前記酸化されたCu膜を除去することによって露出した
拡散防止膜を除去する工程とを含むことを特徴とする配
線の形成方法。2. a step of forming an insulating film on the surface of the substrate; a step of forming a recess in a predetermined wiring pattern on the insulating film; and diffusing Cu into the insulating film along the surface of the insulating film. Forming a diffusion barrier film to prevent the diffusion barrier film from being cleaved by a predetermined thickness from the surface of the diffusion barrier film formed on the surface of the diffusion barrier film where the recess of the insulating film is not formed. Depositing a Cu film to form a Cu film; and oxidizing the Cu film by a thickness from a surface of the Cu film to a surface of the insulating film where the recess is not formed. The oxidized Cu film And removing the oxidized Cu film to remove the exposed diffusion barrier film.
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