JPH02132834A - 半導体装置の配線構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、特に微細化された配線パターンを有し、しか
もこの配線のエレクトロマイグレーションによる断線を
極力防止した半導体装置の配線構造に関する。

（従来の技術） 従来、ＬＳＩ等の微細化された薄膜の金属配線パターン
を有する半導体装置においては、その金属配線材料とし
て、主としてアルミニウムＣＡＲ）一シリコン（ＳＬ）
、或いはアルミニウムＣＡＤ）一シリコン（Ｓｉ）一銅
（Ｃｕ）等のアルミニウム合金が一般に使用されていた
。

しかしながらζこれらアルミニウム合金からなる薄膜配
線においては、配線の微細化に伴い、ここを流れる電流
密度が増大してエレクトロマイグレーションによる配線
の断線に繋がり易くなってしまうため、この配線の微細
化には一定の制限があるのが現状であった。

そこで、配線の微細化に対応するためには、アルミニウ
ム合金に代わる配線材料として、エレクトロマイグレー
ションによる耐久性を向上させるために融点が高く、か
つ高速動作を維持するために低抵抗を有する他の金属材
料が必要とされる。

このため、高融点（約１０８３℃）で、かつ低比抵抗（
約１．７２μΩ・ａｎ）である銅薄膜が、微細化配線の
将来有望な配線材料として注目され、ている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記銅薄膜は、一般に酸化性雰囲気に弱
く、これを配線材料として配線パターンを形成しようと
すると、銅薄膜上にレジストをパターニングし、イオン
ミリングで加工した後、銅配線上のレジストを灰化して
除去する際に、特に酸素ラジカル（０　）により、銅配
線の表面が酸化されてしまうばかりでなく、銅配線加工
後、この配線上にＳｉＯ４＋０２ガスを用いたプラズマ
ＣＶＤ膜を約４００℃で堆積しようとすると、上記と同
様に銅配線が酸化してしまう。このため、微小配線では
配線自身が消滅してしまうことがあるといった問題点が
あった。

このため、銅薄膜は上記のように、エレクトロマイグレ
ーションを防止し配線の微細化に適した配線材料として
有望視されながら、一般にはこの材料として使用するこ
とができないのが現状であった。

本発明は上記に鑑み、微細配線においても所望の加工形
状で、エレクトロマイグレーションの発生及び酸化を極
力防止して充分な信頼性を有するものを提供することを
目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明にかかる半導体装置は
、半導体チップの表面に、銅−ヒ素化合物または該合金
からなる銅−ヒ素薄膜、或いは銅薄膜を基材としてその
露出部表面を銅−ヒ素化合物または該合金からなる銅−
ヒ素薄膜で被覆した導体膜で配線パターンを形成したも
のである。

（作　用） 上記のように構成した本発明によれば、銅系合金の中で
、特に耐酸化性の秀れた合金として知られ、自然界でも
安定した状態で存在する銅−ヒ素系合金を配線材料、ま
たは銅配線の露出表面の被覆材料として配線パターンを
形成しているので、この表面を酸化等の化学変化から有
効に保護するとともに、エレクトロマイグレーションの
発生を極力防止して、化学的に安定でかつ信頼性の高い
配線を得ることができる。

（実施例） 以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

第１図は、第１の実施例を示すもので、半導体チップ１
のシリコン基板２の表面には、シリコン酸化膜３が形成
され、このシリコン酸化膜２の表面に、銅−ヒ索化合物
または該合金よりなる銅−ヒ素薄膜４からなる配線５が
バターニングされて半導体装置の配線構造が構成されて
いる。

この製造は、例えば銅−ヒ素合金または該化合物をター
ゲットとして用いたスパッタリング技術で、シリコン酸
化膜３の全表面に銅−ヒ素薄膜４を形成し、しかる後に
配線加工を施すことによって行うことができる。

即ち、第７図の銅−ヒ素二元系合金状態図に示すように
、この系にはヒ素の含有量が少ない方から、Ｃｕ８Ａｓ
，Ｃｕ３Ａｓ，Ｃｕ５ＡＳ２の３化合物が存在し、これ
らの化合物及び固溶体をタ一ゲットとして用いることが
できる。

例えば、Ｃｕ−２０％Ａｓの固溶体をターゲットとして
用い、スパッタリングによりシリコン酸化膜３の表面に
銅−ヒ素薄膜４を成膜し、バターニングした後にレジス
トを灰化して除去して、第１図に示す配線構造を得るこ
とができる。この時、銅−ヒ素薄膜４は酸化性雰囲気に
強いため、配線５の表面は酸化されずに所望の配線形状
を得ることができるのである。

更に、この時の銅−ヒ素合金の融点は６８５℃であるた
め、配線５を形成した後、この融点より若干高い温度、
例えば７００℃でＮ２の雰囲気でアニールすることによ
り、第２図に示すように、配線５の角部を丸めるように
することができる。

この場合、その後にバッシベーション膜を成膜した時の
応力が緩和され、配線５の信頼性を向上させることがで
きる。

第３図は第２の実施例を示すもので、半導体チップ１の
シリコン基板２の表面に、シリコン酸化膜３を形成し、
このシリコン酸化膜２の表面に、銅薄膜６を基材として
その上面及び側面の露出部表面を銅−ヒ素化合物または
該合金よりなる銅−ヒ素薄膜１４で被覆した導体膜゛７
で配線１５をパターン形成し、更にこの表面を、パッシ
ベーション８で被覆することにより、半導体装置の配線
構造を構成したものである。

この製造例は、例えば第４図に示すように、先ず半導体
チップ１のシリコン基板２の表面に酸化シリコン膜３を
形成し、続いてマグネトロンスパッタリング法により、
この表面に銅薄膜６を、例えば７０００Ａ程度堆積させ
、更に銅−ヒ素薄膜１４ａを、例えば１０００人程度堆
積させる（同図（ａ））。次に、銅−ヒ素薄膜１４ａ上
にフォトレジスト膜を堆積し、これをパターニングして
エッチングマスク９を形成し（同じ＜（ｂ））、イオン
ミリング法によりパターニングされた銅系配線１５′を
形成する（同じ＜（ｃ））。

しかる後、ヒ素水溶液中に浸すことによって、銅系配線
１５′の銅薄膜６の側面にヒ素を吸着させ、更に０２プ
ラズマでレジスト９を灰化するのであるが、この時に上
記銅薄膜６の側面に吸着されたヒ素が銅と一部反応して
、ここに銅−ヒ素薄膜１４ｂが形成される（同図（ｄ）
）。

これによって、銅薄膜６の露出部表面が全て銅−ヒ素薄
膜１４で覆われた導体膜７によって配線１５か形成され
、この配線１５は酸化性雰囲気で劣化されてしまうこと
はことはない。

なお、０　プラズマでレジスト９を灰化除去する代わり
に、フッ素ラジカルでこのレジスト９を除去するように
することもできる。この場合、酸素による銅薄膜６の劣
化をかなり緩和するようにすることができる。

そして、この配線１５を形成した後、必要に応シテ、Ａ
　ｓ　Ｈ　３ガスノ雰囲気で、６００　〜７００℃程度
の高温に晒してアニールを行い、配線１５の全表面を完
全に銅−ヒ素合金化するとともに、この配線１５の角部
を丸め、かつ表面を円滑化させる（同図（ｅ））。

なお、上記Ａ　ｓ　Ｈ　３ガスの雰囲気中のアニールの
代わりに、Ａｓイオン注入後、アニールを施すようにし
ても良い。

しかる後に、この上面にパッシベーション８を形成する
ことにより、第３図に示す配線構造を得るのであるが、
この場合、パッシベーション膜８による応力集中のない
、高信頼性の配！！１１５が形成されるのである。

第５図は第３の実施例を示すもので、半導体チップ１の
シリコン基板２の表面にシリコン酸化膜３を形成し、こ
のシリコン酸化膜２の表面に積層したパッシベーション
膜１８の内部に、銅薄膜１６を基材としこの上面に銅−
ヒ素化合物または該合金よりなる銅−ヒ素薄膜２４を被
覆させた導体膜１７からなる配線２５を、この上面を露
出させた状態で埋設するとともに、この導体膜１７とバ
ッシベーション膜１８との間に、Ｐｄ／Ｎｉ［１０を介
在させ、更にこの表面にパッシベーション膜２８を堆積
して、半導体装置の配線構造を構成したものである。

この製造例は、例えば第６図に示すように、先ず半導体
チップ１のシリコン基板２の表面に酸化シリコン膜３を
形成し、続いて絶縁膜としてのパッシベーション膜１８
を、常温のＣＶＤ法で、例えば８０００人程度堆積する
（同図（ａ））。次に、このパッシベーション膜１８の
配線パターンに対応する部分をエッチングにより除去し
、例えば幅５０００人、深さ８０００人程度の溝１８ａ
を形成する（同図（ｂ））。

そして、マグネトロンスパッタリング法で、Ｐｄ／Ｎｉ
　（＝５００人７５００人）膜１０を堆積した後、この
表面に無電解メッキ法で銅薄膜１６を堆槓し（同図（ｃ
））　、Ｌかる後、エッチングを施して溝１８ａの内部
の銅薄膜１６のみを残す（同図（ｄ））。

引き続いて、例えばＡ　ｓ　Ｈ　３ガスの雰囲気中でア
ニールを行うことにより、銅薄膜１６の表面に銅−ヒ素
薄膜２４を形成する（同図（ｅ））。

なお、上記のように、上記Ａ　ｓ　Ｈ　３ガスの雰囲気
中のアニールの代わりに、ＡＳイオン注入後、アニール
を施すようにしても良い。

しかる後、全面にパッシベーション膜２８を堆積させて
、第５図に示す配線構造を得るのであり、この場合、低
応力のバッシベーション膜２８で覆われた配線２５を形
成することができる。

なお、上記各実施例において、銅薄膜６，１６の堆積は
、マグネットスパッタリング法の他、真空蒸着法や誘導
加熱法等を使用することができることは勿論である。

〔発明の効果〕

本発明は、上記のような構成であるので、配線は銅−ヒ
素薄膜、或いは銅薄膜を基材としこの表面を銅−ヒ素薄
膜で被覆した導体膜で構成され、従って酸化性雰囲気に
強く、配線形成及びこの形成後の後工程において、酸化
性雰囲気の影響を受けることなく安定した配線を得るこ
とができる。

しかも、この銅薄膜及び銅−ヒ素薄膜は、高融点、低比
抵抗であるため、エレクトロマイグレーションの発生を
激減させた微細配線を構成することができるとともに、
半導体装置としての信頼性を向上させることができると
いった効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す断面図、第２図は
第１図に示すものにアニールを施した後の断面図、第３
図は第２の実施例を示す断面図、第４図はその製造例を
工程順に示す断面図、第５図は第３の実施例を示す断面
図、第６図はその製造例を工程順に示す断面図、第７図
は銅−ヒ素二元系合金状態図である。 １・・・半導体チップ、２・・・シリコン基板、４，１
４．２４・・・銅−ヒ素薄膜、５，１５．２５・・・配
線、７，１７・・・導体膜、８．１８．２８・・・パッ
シベーション膜、１０・・・Ｐｄ／Ｎｉ膜。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 半導体チップの表面に、銅−ヒ素化合物または該合金か
   らなる銅−ヒ素薄膜、或いは銅薄膜を基材としてその露
   出部表面を銅−ヒ素化合物または該合金からなる銅−ヒ
   素薄膜で被覆した導体膜で配線パターンを形成したこと
   を特徴とする半導体装置の配線構造。