JPH02174124A - 半導体装置および半導体装置の製造方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は半導体装置の配線形成法に関するものである。

［従来の技術］ シリコン半導体集積回路において、配線材料としては主
にアルミニウムが使用されているが、集積回路の微細化
にともない電流および応力によるアルミニウム原子の穆
動（マイグレーション）による配線の断線が大きな問題
になってきている。

またマイグレーションに対する耐性が強いタングステン
、モリブデンはその電気抵抗が大きく、微細化にともな
い配線における電圧降下、および遅延が問題になる。

そこでマイグレーション耐性が強く、抵抗が低い材料と
して銅を配線として用いることが検討されている。微細
なコンタクトホールへの銅の埋め込み法として既に金属
および金属シリサイド上における触媒活性の差を利用し
た銅薄膜の選択成長法（特願昭６３−１２４００６号）
が提案されている。

［発明が解決しようとする課題］ この方法では選択成長の下地および絶縁膜との密着性を
向上するために銅配線の上下を各種金属で挟むことも提
案されている。しかし挟まれる金属が純銅である場合、
ストレスおよびエレクトロマイグレーションに対する耐
性は十分ではない。

本発明は以上の点を鑑みてなされたもので、特に半導体
装置の多層配線において、層間の微細なコンタクト孔を
銅で良好に埋め込むこと、配線材料として耐マイグレー
ション性の強い銅合金を作ることの双方を満足する製法
を提供すること、および微細なコンタクトホールに銅が
良好に埋め込まれ、かつ耐マイグレーション性の強い配
線を有する半導体装置を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明半導体装置は少なくともその一面がジルコニウム
、クロム、カドミウムおよび銀の内の少なくとも１種の
金属に覆われ、内部に銅を主成分とし金属の内の少なく
とも１種を含有する金属を有する配線構造を具えたこと
を特徴とする。

本発明方法は半導体装置の多層配線形成工程において、
絶縁膜上にジルコニウム、クロム、カドミウムおよび銀
のうちの１種からなる第１の膜を形成した後、膜上に銅
を堆積し、さらにその上にジルコニウム、クロム、カド
ミウムおよび銀のうちの１種からなる第３の膜を堆積し
て多層膜を形成する工程と、多層膜を加工し、配線を形
成した後、その上に絶縁膜を形成し、開孔する工程と、
化学気相成長法によって、開孔した領域のみに銅を選択
的に形成した後、さらに上層の銅配線を形成する工程と
、熱処理により第１および第３の膜の金属の一部または
全てを鋼中に拡散させて合金化する工程を有することを
特徴とする。

［作　用］ 本発明においては絶縁物および銅との密着性が良好で、
銅との合金の導電率が大きく、かつ耐マイグレーション
性を持ち、さらに銅の選択成長の良好な下地となるジル
コニウム、クロム、カドミウムまたは銀を銅配線の上下
に形成し、それら金属を銅の選択成長の下地とするとと
もに熱処理で合金化するので従来法に比して、より高性
能な配線が可能になる。

［実施例］ 以下に図面を参照して本発明の詳細な説明する。

衷１０肚上 第１図に本発明による半導体装置製造工程の一例を示す
。単結晶シリコン１の拡散層２に金属シリサイドのバリ
ア３を形成したのちに、例えば特願昭５３−１２４００
６号に開示された触媒活性の差を利用する方法で、銅４
の選択ＣＶＯを行い、酸化シリコン５の孔から取り出す
。さらに１層目の配線の下地材料としてジルコニウムま
たはクロムまたはカドミウムまたは銀６を堆積した後、
銅７を堆積し、さらにその上にジルコニウムまたはクロ
ムまたはカドミウムまたは銀８を堆積する（第１図（Ａ
））。銅配線の下地としてのジルコニウム、クロム、カ
ドミウムまたは銀は下地絶縁材料との密着性を高め半導
体装置の信頼性を向上させる。

銅配線の上に堆積する上記金属はコンタクト孔に選択成
長する銅の下地として良好で良質の銅膜のコンタクト配
線を形成できる。

この多層膜をイオンミリングまたは塩素を含むガスの反
応性イオンエツチングで加工して配線を形成した後、絶
縁膜例えば酸化シリコン９を堆積し開孔する（第１図（
Ｂ））。

化学気相成長法により開孔部に触媒活性の差を利用して
選択的に銅１０を堆積する（第１図（Ｃ））。

化学気相成長の条件は、例えば減圧ＣＶＯ装置を用い、
６０℃に加熱したヘキサフロロアセチルアセトナト銅を
水素ガス１００ｃｃ／ｍｉｎで反応室中に輸送し、全ガ
ス圧力＋０００Ｐａ、試料温度３５０℃で堆積でざる。

さらに第２層配線として、再びジルコニウム。

クロム、銀またはカドミウムからなるｙ　１１．銅１２
、ジルコニウム、クロム、銀またはカドミウムからなる
膜１３からなる多層膜を構成し、加工する（第１図（Ｄ
））。

さらにこれを４００℃以上の不活性ガス雰囲気中で加熱
することにより、銅１２中に膜１１および１３の金属の
一部を拡散させ合金１４とする（第１図（Ｅ）　）。

第２図はこのようにして形成した多層配線を有する半導
体の例である。図中、１５は金属シリサイド、１６は多
結晶シリコン、　１７はゲート酸化６５，１８は分離酸
化膜、　１９は酸化シリコンである。

銅合金１４は銅にジルコニウム、クロム、銀またはカド
ミウムを拡散させて合金化したものであるが、導電率を
大きく低下させないように、合金組成は９５ａｔ！に以
上、より好ましくは９９　ａ　を零以上の銅が含まれる
ようにする。合金組成の制御は熱処理温度と時間の調整
によフて可能である。銅の表面はジルコニウム、クロム
、銀またはカドミウムで覆われているので、耐マイグレ
ーション性がすぐれている。

第３図は膜１１および１３の金属を完全に鋼中に拡散し
て銅合金１４とした場合の例である。

この場合にも、合金組成は９５ａｔ！（以上、より好ま
しくは９９ａｔ！６以上の銅が含まれるようにする。

金属層１１および１３と銅層１２の厚さを制御すること
によって、拡散によって形成される合金層の組成を制御
することができる。合金化によって、配線層の導電性を
大きく低下することなく、耐マイグレーション性を高め
ることができる。

銅配線の上に堆積する上記金属はコンタクト孔に選択成
長する銅の下地として良好で良質の銅膜のコンタクト配
線を形成できる。

金属が銅に拡散した場合、銅の導電率を大きく低下させ
ることなく、マイグレーション耐性を高めることができ
る。

以上のことにより、マイグレーション耐性を有する微細
な配線構造を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明製造法の実施例の工程図、第２図および
第３図はそれぞれ本発明実施例の断面図である。 ［発明の効果］ 以上の説明のように本発明は次のような効果がある。 銅配線の下地としてのジルコニウム、クロム。 銀、カドミウムは下地絶縁材料との密着性を高め半導体
装置の信頼性を向上させる。 １・・・単結晶シリコン、 ２・・・拡散層、 ３．１５・・・金属シリサイド、 ４．７，１０．１２・・・銅、 ５・・・酸化シリコン、 ６．８，１１．１３・・・金属（ジルコニウムクロム。 銀またはカドミウム） ９・・・酸化シリコン、 １４・・・銅合金、 １６・・・多結晶シリコン、 １７・・・ゲート酸化膜、 １８・・・分離酸化膜。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）少なくともその一面がジルコニウム、クロム、カド
   ミウムおよび銀の内の少なくとも１種の金属に覆われ、
   内部に銅を主成分とし前記金属の内の少なくとも１種を
   含有する金属を有する配線構造を具えたことを特徴とす
   る半導体装置。 ２）半導体装置の多層配線形成工程において、絶縁膜上
   にジルコニウム、クロム、カドミウムおよび銀のうちの
   １種からなる第１の膜を形成した後、該膜上に銅を堆積
   し、さらにその上にジルコニウム、クロム、カドミウム
   および銀のうちの１種からなる第３の膜を堆積して多層
   膜を形成する工程と、 該多層膜を加工し、配線を形成した後、その上に絶縁膜
   を形成し、開孔する工程と、 化学気相成長法によって、前記開孔した領域のみに銅を
   選択的に形成した後、さらに上層の銅配線を形成する工
   程と、 熱処理により前記第１および第３の膜の金属の一部また
   は全てを銅中に拡散させて合金化する工程を有すること
   を特徴とする半導体装置の製造方法。