JPH02301907A - Metal circuit and its manufacture - Google Patents

Metal circuit and its manufacture

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JPH02301907A
JPH02301907A JP12338689A JP12338689A JPH02301907A JP H02301907 A JPH02301907 A JP H02301907A JP 12338689 A JP12338689 A JP 12338689A JP 12338689 A JP12338689 A JP 12338689A JP H02301907 A JPH02301907 A JP H02301907A
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JP
Japan
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gas
copper
wiring
metal wiring
metal
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Application number
JP12338689A
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Japanese (ja)
Inventor
Takuya Fukuda
福田 琢也
Michio Ogami
大上 三千男
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Publication of JPH02301907A publication Critical patent/JPH02301907A/en
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Abstract

PURPOSE:To obtain a metal circuit with high durability and resistance to environments by nitriding the surface of a circuit of copper or a copper alloy. CONSTITUTION:A substrate 6 bearing a metal thin film on which a mask pattern is formed is set in a vacuum container 3, a reaction gas containing nitrogen element is introduced into the container and excited, and the surface of the metal thin film is nitrided by the nitrogen element-containing reaction gas. A sputtering gas is subsequently introduced into the vacuum container 3 and excited and a circuit is formed by sputter-etching the copper nitride formed by nitridation with the excited sputtering gas. After that, nitridation of the circuit is carried out in a way similar to the previous process to form a metal circuit bearing copper nitride on a part of the surface.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、プリント基板用のパターン配線、IC5LS
I等に用いられる微細配線、あるいはワイヤボンディン
グ等に用いられるリードワイヤなどの、銅ないし銅を含
有した金属配線およびその製造方法に係り、特に、表面
を窒化することによって耐久性を向上させ、さらには表
面に被着される絶縁材との密着性を向上させた金属配線
およびその製造方法に関するものである。
Detailed Description of the Invention (Industrial Application Field) The present invention relates to pattern wiring for printed circuit boards, IC5LS
It relates to copper or copper-containing metal wiring, such as fine wiring used in I, etc. or lead wire used in wire bonding, etc., and its manufacturing method, and in particular, improves durability by nitriding the surface, and further improves durability. The present invention relates to a metal wiring with improved adhesion to an insulating material applied to the surface thereof, and a method for manufacturing the same.

(従来の技術) 従来技術における銅ないし銅を含有した銅合金の配線の
耐久性を向上させる方法としては、例えば特願昭61−
154042号、特願昭62−99843号に記載され
るように、配線の表面を酸化して酸化銅(1) Cu2
0としたり、あるいはa機系腐蝕抑制剤で表面処理する
方法が提案されている。
(Prior art) As a method for improving the durability of copper or copper alloy wiring containing copper in the prior art, for example, Japanese Patent Application No. 1982-
As described in No. 154042 and Japanese Patent Application No. 62-99843, the surface of the wiring is oxidized to form copper oxide (1) Cu2.
0, or a method of surface treatment with an a-type corrosion inhibitor has been proposed.

また、銅ないし銅を含有した金属薄膜をエツチングする
方法は、ジャーナル・エレクトロケミカル・ソサエティ
、130(8)、(1983年)第1777頁から第1
779頁(J、EleetrOeheIIl。
Further, methods for etching copper or copper-containing metal thin films are described in Journal Electrochemical Society, 130(8), (1983) pp. 1777 to 1.
Page 779 (J, EleetrOeheIIl.

Soc、 、130(8) 、(1983)PP177
7−17791において論じられているように、ハロゲ
ン系のガスを用いるものであった。
Soc, 130(8), (1983) PP177
As discussed in No. 7-17791, a halogen-based gas was used.

(発明が解決しようとする課題) 上記した従来技術では、前記酸化銅(I)Cu 20が
経時的に酸化銅(II)CuOに変化することによる強
度劣化や、その配線を絶縁膜で被覆する際の、該配線と
絶縁材との密着性の劣化に関して考慮されておらず、特
に、金属を薄膜化あるいは微細化して用いる場合には、
信頼性に欠けるという問題があった。
(Problems to be Solved by the Invention) In the above-mentioned conventional technology, strength deterioration occurs due to the copper (I) oxide Cu 20 changing to copper oxide (II) CuO over time, and the wiring is coated with an insulating film. No consideration is given to the deterioration of the adhesion between the wiring and the insulating material, especially when using thinner or finer metals.
There was a problem with lack of reliability.

また、銅を含有した金属材は高導電性を有し、エレクト
ロマイグレーション耐性が優れていることから、集積回
路の配線に用いられつつある。
In addition, metal materials containing copper have high conductivity and excellent electromigration resistance, and are therefore increasingly being used for wiring in integrated circuits.

しかし、前記したハロゲン系ガスを用いたりアクティブ
イオンエツチング方法は、マスク材と下地材との選択性
が悪く、また、マスクの寸法通りに強異方性エツチング
ができないために、高集積回路での銅ないし銅を含有し
た金属薄膜のエツチングに用いることができなかった。
However, the above-described active ion etching methods using halogen gases have poor selectivity between the mask material and the underlying material, and also cannot perform strong anisotropic etching according to the dimensions of the mask, making them difficult to use in highly integrated circuits. It could not be used for etching copper or metal thin films containing copper.

(課題を解決するための手段) 前記の問題点を解決するために、本発明は以下のような
手段を講じた。
(Means for Solving the Problems) In order to solve the above problems, the present invention takes the following measures.

(1)銅または銅合金からなる配線の表面の少なくとも
一部を窒化することによって、前記配線を、表面の少な
くとも一部に窒化銅を有する金属配線と、した。
(1) By nitriding at least a portion of the surface of a wiring made of copper or a copper alloy, the wiring is made into a metal wiring having copper nitride on at least a portion of the surface.

(2)銅または銅合金からなる配線が収納°された真空
容器内に少なくとも窒素原子を含む反応ガスを導入し、
この窒素原子を励起して前記配線の表面を窒化すること
によって、表面の少なくとも一部に窒化銅を有する金属
配線を形成するようにした。
(2) introducing a reactive gas containing at least nitrogen atoms into a vacuum container containing wiring made of copper or copper alloy;
By exciting the nitrogen atoms and nitriding the surface of the wiring, a metal wiring having copper nitride on at least a portion of the surface is formed.

(3)表面の金属薄膜上にマスクパターンが形成された
基板を真空容器内に収容し、該真空容器内に少なくとも
窒素原子を含む反応ガスを導入すると共にこれを励起し
、窒素原子を含む反応ガスによって金属薄膜表面を窒化
し、続いて前記真空容器内にスパッタ用のガスを導入す
ると共にこれを励起し、前記窒化によって生成された窒
化銅を前記励起されたスパッタ用ガスによってスパッタ
エツチングして配線を形成し、この後に該配線に対して
前記(2)による窒化を施すことによって、表面の少な
くとも一部に窒化銅を有する金属配線を形成するように
した。
(3) A substrate with a mask pattern formed on the metal thin film on the surface is housed in a vacuum container, and a reaction gas containing at least nitrogen atoms is introduced into the vacuum container and excited to cause a reaction containing nitrogen atoms. Nitriding the surface of the metal thin film with gas, then introducing and exciting a sputtering gas into the vacuum chamber, and sputter etching the copper nitride produced by the nitriding with the excited sputtering gas. By forming a wiring and then subjecting the wiring to nitridation according to (2) above, a metal wiring having copper nitride on at least a portion of the surface was formed.

(4)表面の金属薄膜上にマスクパターンが形成された
基板を真空容器内に収容し、該真空容器内に少なくとも
窒素原子を含む反応ガスとスパッタ用ガスとを導入する
と共にこれらを励起し、窒素原子を含む反応ガスによる
金属薄膜表面の窒化と、その結果生成された窒化銅の、
前記スパッタ用ガスによるスパッタエツチングとを同時
に行なって配線を形成し、この後に該配線に対して前記
(2)による窒化を施すことによって、表面の少なくと
も一部に窒化銅を有する金属配線を形成するようにした
(4) A substrate with a mask pattern formed on the metal thin film on the surface is housed in a vacuum container, and a reaction gas containing at least nitrogen atoms and a sputtering gas are introduced into the vacuum container and excited. Nitriding the surface of a metal thin film with a reactive gas containing nitrogen atoms and the resulting copper nitride.
Sputter etching using the sputtering gas is performed simultaneously to form a wiring, and then the wiring is nitrided according to (2) above to form a metal wiring having copper nitride on at least a portion of the surface. I did it like that.

(作用) 上記した構成によれば、以下のような作用効果が達成さ
れる。
(Function) According to the configuration described above, the following effects are achieved.

(1)窒化銅は、純銅あるいは酸化銅に比較して強靭で
あり、界面での銅との密着性も高く、さらに窒化鋼は酸
化銅と異なり酸素の透過を妨げるので、銅の耐酸化性を
向上させることができる。
(1) Copper nitride is stronger than pure copper or copper oxide, and has high adhesion with copper at the interface.Furthermore, unlike copper oxide, nitride steel prevents oxygen from permeating, so it has excellent oxidation resistance. can be improved.

したがって、耐久性の優れた金属配線を提供できるよう
になる。
Therefore, it becomes possible to provide metal wiring with excellent durability.

(2)窒化銅中の窒素原子は、絶縁膜として用いられる
酸化珪素、ポリイミド等の主成分である酸素、珪素、炭
素、水素と強く結合する。
(2) Nitrogen atoms in copper nitride strongly bond with oxygen, silicon, carbon, and hydrogen, which are the main components of silicon oxide, polyimide, and the like used as insulating films.

したがって、表面が窒化された金属配線を絶縁膜で被覆
すると、窒化銅と絶縁膜との界面でtll離が発生せず
、IC,LSI等に用いれば高い信頼性が得られる。
Therefore, when a metal wiring whose surface is nitrided is covered with an insulating film, no tll separation occurs at the interface between the copper nitride and the insulating film, and high reliability can be obtained when used in ICs, LSIs, etc.

(3)エツチングの際に、銅を窒化して窒化銅とし、そ
の後でスパッタ用ガスを用いてスパッタエツチングを行
えば、窒化銅は昇華温度が低いので、容易にスパッタリ
ングすることができるようになる。
(3) During etching, if copper is nitrided to form copper nitride, and then sputter etching is performed using sputtering gas, copper nitride has a low sublimation temperature, so it can be easily sputtered. .

(4)また、窒素ガスによる窒化とスパッタ用ガスによ
るスパッタエツチングとを同時に行うようにすれば、短
時間で、かつサイドエツチングの少ないスパッタリング
を行えるようになる。
(4) Furthermore, if nitriding using nitrogen gas and sputter etching using sputtering gas are performed simultaneously, sputtering can be performed in a short time and with less side etching.

(実施例) 以下に、図面を参照して本発明の詳細な説明する。(Example) The present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

第1図は本発明の金属配線を製造するのに好適なプラズ
マ処理装置の断面図であり、真空容器3、発振器(図示
せず)から出力されたマイクロ波1を前記真空容器3内
に導入する導波管2、反応ガス供給管4、排気口5、基
板6を載置する基板ホルダ7、基板5にバイアス電圧を
印加するための高周波電源8、真空容器3内の適所に電
子サイクロトロン共鳴を引き起こさせるのに充分な磁界
を発生させる磁界コイル9によって構成されている。
FIG. 1 is a sectional view of a plasma processing apparatus suitable for manufacturing metal wiring of the present invention, in which a vacuum vessel 3 and a microwave 1 output from an oscillator (not shown) are introduced into the vacuum vessel 3. A waveguide 2 to carry out the reaction, a reaction gas supply pipe 4, an exhaust port 5, a substrate holder 7 on which the substrate 6 is placed, a high frequency power source 8 for applying a bias voltage to the substrate 5, and an electron cyclotron resonance installed at a suitable place in the vacuum container 3. It is constituted by a magnetic field coil 9 that generates a magnetic field sufficient to cause .

[第1実施例] 本実施例では、上記した構成を有するプラズマ処理装置
を用い、基板6としては、モリブデン膜を表面に形成し
たシリコン基板上にスパッタ法によって銅を1μm堆積
させたものを使用した。
[First Example] In this example, a plasma processing apparatus having the above-mentioned configuration is used, and the substrate 6 is a silicon substrate with a molybdenum film formed on the surface, on which copper is deposited to a thickness of 1 μm by sputtering. did.

[実験1] 磁界コイル9によって真空容器3内に8750auss
以上の磁界を発生させ、反応ガス供給管4より窒素ガス
を70 ml/winで導入し、排気量を調整すること
によって真空容器3内の圧力を0.2Paとし、周波数
2.45G)lz、出力300Wのマイクロ波を導入し
て前記窒素ガスをプラズマ化し、これによって銅薄膜の
表面を窒化した。
[Experiment 1] 8750auss was generated in the vacuum container 3 by the magnetic field coil 9.
By generating the above magnetic field, introducing nitrogen gas at 70 ml/win from the reaction gas supply pipe 4, and adjusting the exhaust volume, the pressure inside the vacuum container 3 was set to 0.2 Pa, and the frequency was set to 2.45 G)lz, Microwaves with an output of 300 W were introduced to turn the nitrogen gas into plasma, thereby nitriding the surface of the copper thin film.

このときの反応時間と窒化鋼の膜厚との関係を第2図に
実線で示す。
The relationship between the reaction time and the film thickness of the nitrided steel at this time is shown by a solid line in FIG.

本実験結果から、窒素によるプラズマ処理によって、銅
薄膜の表面が窒化されることがわかる。
The results of this experiment show that the surface of the copper thin film is nitrided by plasma treatment with nitrogen.

[実験2] 次に、反応ガス供給管4より窒素ガスを50m1/ll
1in、水素ガスを2011/[l1jn同時に導入し
、真空容器3内の圧力およびマイクロ波の諸条件を前記
と同様にして銅薄膜の表面を窒化した。
[Experiment 2] Next, 50 ml/ll of nitrogen gas was supplied from the reaction gas supply pipe 4.
1 inch of hydrogen gas was introduced at the same time, and the pressure inside the vacuum vessel 3 and the microwave conditions were the same as above to nitridize the surface of the copper thin film.

このときの反応時間と窒化銅の膜厚との関係を第2図に
破線で示す。
The relationship between the reaction time and the copper nitride film thickness at this time is shown by the broken line in FIG.

実験1の結果と実験2の結果とを比較すると、還元剤で
ある水素ガスを同時−導入した方が、銅の窒化速度が速
いことが分かる。
Comparing the results of Experiment 1 and Experiment 2, it can be seen that the copper nitridation rate is faster when hydrogen gas, which is a reducing agent, is simultaneously introduced.

[実験3] 次いで、上記した条件で表面を窒化した鋼材の耐久性を
調べた。
[Experiment 3] Next, the durability of the steel material whose surface was nitrided was investigated under the above conditions.

試料としては、表面を前記実験工、2の条件で20分間
窒化した試料A、Bと、比較用として、銅に10%の銀
を含有した金属の表面を前記実験1の方法で20分間窒
化した試料りと、未処理の銅から成る試料C(以下に示
す全ての図において同様)とを用いた。
The samples were Samples A and B whose surfaces were nitrided for 20 minutes under the conditions of Experiment 2, and for comparison, the surface of a metal containing copper containing 10% silver was nitrided for 20 minutes using the method of Experiment 1. Sample C made of untreated copper (same in all figures shown below) was used.

鋼材の耐久性は、表面の酸化処理によって形成される酸
化銅の深さく膜厚)に依存することから、耐久性試験に
は酸素を用いたアッシャ−装置を用い、反応圧力100
 Pa、周波数13.56GHzかつ出力200Wのマ
イクロ波を用いて酸素プラズマを生じさせて試料表面を
酸化し、その結果表面に形成される酸化銅の膜厚に基づ
いて判断するものとした。
Since the durability of steel depends on the depth and thickness of the copper oxide film formed by surface oxidation treatment, an asher device using oxygen was used for the durability test, and a reaction pressure of 100
Microwaves with a frequency of 13.56 GHz and an output of 200 W were used to generate oxygen plasma to oxidize the surface of the sample, and the results were judged based on the thickness of the copper oxide film formed on the surface.

このときの酸化銅の膜厚とアッシャ一時間との関係を第
3図に示す。
The relationship between the copper oxide film thickness and the asher time at this time is shown in FIG.

同図より、窒化処理した試料A、BSDは、未処理の試
料Cに比較して、著しく耐酸化性が優れていることが分
かる。
From the figure, it can be seen that the nitrided samples A and BSD have significantly better oxidation resistance than the untreated sample C.

また、純粋な銅よりも他の金属を含有させた試料りの方
が、耐酸化性が優れていることが分かる。
It is also clear that samples containing other metals have better oxidation resistance than pure copper.

[第2実施例] 第4図は本発明の金属配線を製造するのに好適な他の基
板処理装置の断面図であり、第1図と同一の符号は同一
または同等部分を表している。
[Second Embodiment] FIG. 4 is a sectional view of another substrate processing apparatus suitable for manufacturing the metal wiring of the present invention, and the same reference numerals as in FIG. 1 represent the same or equivalent parts.

本装置は、ガスの励起をランプハウス11内に収納され
た低圧水銀ランプによる光エネルギを用いて行うもので
ある。
This device excites gas using light energy from a low-pressure mercury lamp housed in a lamp house 11.

[実験4] 本実施例においては、窒化のための反応ガスとして、窒
素ガス(N2 ) 、窒素ガスと還元ガスである水素ガ
スとの混合ガス(N2 +H2) 、または還元性原子
を含むアンモニアガス(NH3)を用い、反応圧力10
0Paにおいて鋼材の表面を窒化した。第5図に、この
ときの反応時間と窒化銅の膜厚との関係を示す。
[Experiment 4] In this example, nitrogen gas (N2), a mixed gas of nitrogen gas and hydrogen gas (reducing gas) (N2 + H2), or ammonia gas containing reducing atoms was used as the reaction gas for nitriding. (NH3), reaction pressure 10
The surface of the steel material was nitrided at 0 Pa. FIG. 5 shows the relationship between the reaction time and the copper nitride film thickness.

本実験結果から、窒素原子を含んだガスを光励起するこ
とによっても銅表面が窒化されることがわかる。
The results of this experiment show that the copper surface can also be nitrided by photoexciting a gas containing nitrogen atoms.

さらに、還元ガスとの混合ガスや、還元性原子を含んだ
化合物ガスを用いた方が、窒素ガス単独のときよりも窒
化速度が速いことが分かる。
Furthermore, it can be seen that the nitriding rate is faster when a mixed gas with a reducing gas or a compound gas containing reducing atoms is used than when nitrogen gas is used alone.

[実験5] 第6図は、上記した条件で200nmの深さまで窒化し
た試料をアッシングによって酸化した場合の、アッシン
グによる酸化時間とシート抵抗との関係を示した図であ
り、窒素ガス単独で窒化された試料E、窒素ガスと水素
ガスとの混合ガスで窒化された試料F、アンモニアガス
で窒化された試料Gのそれぞれの実験結果を示している
[Experiment 5] Figure 6 shows the relationship between oxidation time by ashing and sheet resistance when a sample nitrided to a depth of 200 nm under the above conditions was oxidized by ashing. The experimental results are shown for Sample E, which was nitrided with a mixed gas of nitrogen gas and hydrogen gas, and Sample G, which was nitrided with ammonia gas.

本実験結果から、窒化された試料は未処理の試料に比較
して耐酸化性が強く、高導電性が維持されることがわか
る。
The experimental results show that the nitrided sample has stronger oxidation resistance and maintains high electrical conductivity than the untreated sample.

なお、反応ガスの励起が光の代わりに加熱によって行わ
れる場合であっても、窒化速度が多少遅くなるものの、
銅の窒化が可能であることが確認された。
Note that even if the reaction gas is excited by heating instead of light, the nitriding rate will be somewhat slower;
It was confirmed that copper nitridation is possible.

また、反応ガスとして、上記の他に、アンモニアガスと
窒素ガスとの混合ガス、アンモニアガスと水素ガスとの
混合ガス、またはアンモニアガスと窒素ガスと水素ガス
との混合ガス等を用いても、同様に銅の窒化が可能であ
ることを確認した。
In addition to the above, as the reaction gas, a mixed gas of ammonia gas and nitrogen gas, a mixed gas of ammonia gas and hydrogen gas, or a mixed gas of ammonia gas, nitrogen gas, and hydrogen gas, etc. may be used. It was confirmed that copper nitridation is also possible.

[第3実施例コ 被処理基板として、シリコン基板上に窒化珪素を形成し
、この上に銅を1μ0堆積させ、その上に厚さ1μmの
レジストパターンを形成したものを用いて以下のような
実験を行った。
[Third Example] As a substrate to be processed, silicon nitride was formed on a silicon substrate, copper was deposited on this by 1 μm, and a resist pattern with a thickness of 1 μm was formed on it. We conducted an experiment.

[実験6] 前記第1図に示したプラズマ処理装置を用いて、ガス供
給管より窒素ガスを70 ml/minで導入する場合
(H)と、窒素ガス50 ml/minとアルゴンガス
2Q arl/mInとの混合ガスを導入する場合(1
)と、窒素ガス35 ml/minとアルゴンガス35
m1/minとの混合ガスを導入する場合(J)と、ア
ルゴンガスを70 ml/n+inで導入する場合(K
)とについて、エツチング速度を比較した。
[Experiment 6] Using the plasma processing apparatus shown in FIG. 1, nitrogen gas was introduced at 70 ml/min from the gas supply pipe (H), nitrogen gas was introduced at 50 ml/min, and argon gas was introduced at 2Q arl/min. When introducing a mixed gas with mIn (1
), nitrogen gas 35 ml/min, and argon gas 35 ml/min
When introducing a mixed gas with m1/min (J) and when introducing argon gas at 70 ml/n+in (K
), the etching speed was compared.

なお、この時の反応圧力はQ、2Pa、マイクロ波パワ
ーは400Wて、基板に印加するRF印加パワーを異な
らせてエツチング速度を測定した。
The reaction pressure at this time was Q, 2 Pa, the microwave power was 400 W, and the etching rate was measured by varying the RF power applied to the substrate.

第7図は、反応ガスごとの、RF印加ノくワーとエツチ
ング速度との関係を示した図である。
FIG. 7 is a diagram showing the relationship between RF application power and etching rate for each reaction gas.

本実験結果から、アルゴンガスのみをスノく・lり用ガ
スとして用いると銅はほとんど工・ソチングされないが
、窒素ガスによる窒化を行いなから、基板にバイアス電
位を誘起することでス1<・ツク効果−を加えると銅が
エツチングされることが分かる。
From the results of this experiment, we found that when only argon gas is used as the scorching and irrigating gas, copper is hardly etched or soothed, but without nitriding with nitrogen gas, by inducing a bias potential on the substrate, It can be seen that when the etching effect is added, the copper is etched.

これは、例えばノλロゲンガスのみを導入して銅をハロ
ゲン化すると、ノ10ゲン化銅の昇華温度が高いために
容易にはエツチングされないが、窒素ガスを導入して窒
化銅とすると、窒化銅の昇華温度はハロゲン化銅のそれ
に比べて十分に低いので、昇華が容易に行われることに
よる。
For example, if copper is halogenated by introducing only halogen gas, copper nitride will not be etched easily due to its high sublimation temperature, but if copper nitride is produced by introducing nitrogen gas, copper nitride will be etched. This is because the sublimation temperature of copper halide is sufficiently lower than that of copper halide, so sublimation is easily carried out.

さらに、本実験結果から、工・ンチング速度はアルゴン
ガスの混合比を高めると速くなることが分かるが、これ
は、RFパワーの印加によってスパッタリングが行われ
ると、窒素原子より重いアルゴン原子を多く含む方が、
スパッタ効果が増すことによる。
Furthermore, from the results of this experiment, it can be seen that the etching/etching speed becomes faster when the mixing ratio of argon gas is increased. Better,
This is due to the increased sputtering effect.

なお、窒化のために用いるガスは窒素ガスに限定されず
、窒素原子を含むアンモニアガス等であっても良く、ま
た、前記と同様に還元ガスを併用しても良い。
Note that the gas used for nitriding is not limited to nitrogen gas, and may be ammonia gas containing nitrogen atoms, or may be used in combination with a reducing gas as described above.

[実験7] 第8図は、RFパワーを300Wとし、前記(H)、(
1)、(J)の条件でエツチングした場合の断面形状を
模式的に示した図であり、12はレジスト、13は銅を
示す。
[Experiment 7] In Fig. 8, the RF power was 300W, and the above (H), (
1) is a diagram schematically showing the cross-sectional shape when etched under the conditions of (J), 12 is a resist, and 13 is copper.

このように、アルゴンガスの混合比を高めるとレジスト
の損傷が低減され、サイドエツチングの少ない高精度の
エツチングが可能になる。
In this way, increasing the mixing ratio of argon gas reduces damage to the resist and enables highly accurate etching with less side etching.

これは、重いアルゴン原子を含むと、金属配線に対して
垂直方向に作用するエネルギが、窒素ガスのみの場合よ
り大きくなるためである。
This is because when heavy argon atoms are included, the energy that acts perpendicularly to the metal wiring becomes greater than when only nitrogen gas is used.

このようにして所望する配線が形成されたならば、前記
第1および第2実施例のようにして該配線の表面を窒化
することによって、耐酸化性に優れた金属配線を得るこ
とができる。
Once the desired wiring has been formed in this manner, the surface of the wiring is nitrided as in the first and second embodiments, whereby a metal wiring with excellent oxidation resistance can be obtained.

なお、本実施例においては、配線材の窒化と窒化された
部分のスパッタリングとが同時に行われるものとして説
明したが、前記したように窒化銅の昇華温度が十分に低
いことから、初めに窒素ガスのみを導入してエツチング
したい部分を窒化して窒化銅とし、その後、スパッタ用
のガスのみを導入して前記窒化銅をスパッタリングする
ようにしても良い。
In addition, in this example, the nitriding of the wiring material and the sputtering of the nitrided part were described as being performed simultaneously, but as mentioned above, since the sublimation temperature of copper nitride is sufficiently low, the nitrogen gas is Alternatively, the portion to be etched may be nitrided to copper nitride by introducing only a sputtering gas, and then only a sputtering gas may be introduced to sputter the copper nitride.

また、このような、窒化した後あるいは窒化しなからス
パッタリングすることによる工・ソチング方法は、金属
薄膜をエツチングして配線を形成する場合のみに適用さ
れるものではなく、銅または銅合金から成るあらゆる物
をエツチング(加工)する場合に適用できる。
Furthermore, this etching/sotting method, which involves sputtering after nitriding or without nitriding, is not only applied to forming wiring by etching thin metal films, but also to etching metal thin films made of copper or copper alloys. It can be applied to etching (processing) all sorts of things.

[第4実施例1 [実験8] 前記第3実施例で用いた基板表面の銅薄膜を、窒素ガス
とアルゴンガスとの混合ガスを用いてエツチングして配
線幅1μmの配線を2mの長さに形成し、レジストを除
去後、その表面を第1実施例において説明した実験1(
L)および実験2(M)方法で窒化した。
[Fourth Example 1 [Experiment 8] The copper thin film on the surface of the substrate used in the third example was etched using a mixed gas of nitrogen gas and argon gas to form a wiring with a wiring width of 1 μm and a length of 2 m. After removing the resist, the surface was subjected to Experiment 1 (
L) and Experiment 2 (M) were nitrided.

次いで、この配線の上にCVD法によって酸化珪素膜を
2μm彼着し、その後、600°Cのアニール試験にお
ける配線抵抗と、20℃−200℃のヒートサイクル試
験(24サイクル/日)における断線率とを調べた。
Next, a 2 μm silicon oxide film was deposited on this wiring by CVD method, and then the wiring resistance in a 600°C annealing test and the disconnection rate in a 20°C-200°C heat cycle test (24 cycles/day) were measured. I looked into it.

第9図はアニーリング時間と配線抵抗との関係を示した
図であり、第10図はヒートサイクル試験の日数と断線
率との関係を示した図である。
FIG. 9 is a diagram showing the relationship between annealing time and wiring resistance, and FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the number of days of a heat cycle test and wire breakage rate.

本実験結果から、窒化を施した配線の抵抗増加率は、未
処理のものに比較して約100分の1、断線率は約30
分の1になっていることが分かる。
From the results of this experiment, the rate of increase in resistance of nitrided wiring is approximately 1/100 of that of untreated wiring, and the rate of disconnection is approximately 30%.
You can see that it is 1/1.

これらの実験結果より、集積回路等のように、金属配線
上に酸化珪素膜等の絶縁膜を形成する必要のあるものに
おいては、表面を窒化した銅配線を用いると、信頼性が
著しく向上することが分かる。
These experimental results show that in devices such as integrated circuits that require the formation of an insulating film such as a silicon oxide film on metal wiring, using copper wiring with a nitrided surface significantly improves reliability. I understand that.

[第5実施例〕 本実施例では、ポリイミドを塗布、硬化させた基板に幅
0.1mm、厚さ0.1μmの銅配線を形成し、その表
面を窒化する。このとき、前記実験1の方法によって窒
化した部分を試料P、実験2の方法によって窒化した部
分を試料Qとする。
[Fifth Example] In this example, a copper wiring having a width of 0.1 mm and a thickness of 0.1 μm is formed on a substrate coated with polyimide and cured, and its surface is nitrided. At this time, the portion nitrided by the method of Experiment 1 is referred to as Sample P, and the portion nitrided by the method of Experiment 2 is referred to as Sample Q.

[実験9コ 試料表面にポリイミドを塗布、硬化した基板において、
それぞれの試料とポリイミドとの剥離率および信頼性と
を調べた。
[Experiment 9] Polyimide was applied to the sample surface, and on the cured substrate,
The peeling rate and reliability between each sample and polyimide were investigated.

第11図は前記実験8の場合と同様の20℃−200°
Cのヒートサイクル試験の日数と剥離率との関係を示し
た図であり、第12図は前記実験8の場合と同様のアニ
ーリング時間と抵抗値との関係を示した図である。
Figure 11 shows the same temperature as in Experiment 8, 20°C-200°.
12 is a diagram showing the relationship between the number of days of the heat cycle test and the peeling rate of C. FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the annealing time and the resistance value similar to that in Experiment 8.

本実験結果から、窒化した試料PSQは、未処理の試料
Cに比べてポリイミドとの接着性が高いことが分かる。
From the results of this experiment, it can be seen that the nitrided sample PSQ has higher adhesion to polyimide than the untreated sample C.

これは、窒化胴中の窒素原子が、ポリイミドの主成分で
ある炭素、酸素、水素等と強く結合するからである。
This is because the nitrogen atoms in the nitrided shell strongly bond with carbon, oxygen, hydrogen, etc., which are the main components of polyimide.

また、抵抗増加率が小さいことから、ポリイミドからの
水分、酸素等の浸蝕に対して強く、酸化されにくいこと
も分かる。
Furthermore, since the resistance increase rate is small, it can be seen that it is resistant to corrosion by moisture, oxygen, etc. from polyimide, and is resistant to oxidation.

したがって、表面を窒化した鋼材をプリント基板や積層
回路基板用の配線材に用いると、耐久性が向上すること
が分かる。
Therefore, it can be seen that durability is improved when a steel material whose surface is nitrided is used as a wiring material for a printed circuit board or a laminated circuit board.

[第6実施例] [実験10] 集積回路とリードフレームとを銅製のリードワイヤによ
ってワイヤボンディングした後に、リードワイヤの表面
を窒化し、これを樹脂封入したものの耐久性を調べた。
[Sixth Example] [Experiment 10] After wire-bonding an integrated circuit and a lead frame using copper lead wires, the surface of the lead wires was nitrided and the wires were encapsulated in resin, and the durability was investigated.

このときの窒化条件は前記第1実施例において説明した
実験1(R)および実験2(S)の方法である。
The nitriding conditions at this time were the methods of Experiment 1 (R) and Experiment 2 (S) described in the first embodiment.

第13図は、このような構成のICに対して前記第4実
施例に示したヒートサイクル試験を行った場合の試験時
間と不良率との関係を示した図である。
FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the test time and the defective rate when the heat cycle test shown in the fourth embodiment was performed on an IC having such a configuration.

本実験結果から、リードワイヤも表面の窒化によって耐
久性が著しく向上することが分かる。
From the results of this experiment, it can be seen that the durability of the lead wire is significantly improved by nitriding the surface.

上記したそれぞれの実験結果から、銅ないし銅を含有し
た金属配線の表面を窒化すると、金属材料そのものの耐
久性や耐環境性が向上するので、その金属材料をプリン
ト基板に用いられるパターン配線、IC,LSI等に用
いられる微細配線、あるいはボンディングワイヤ等に用
いれば、その耐久性が著しく向上する。
From the above experimental results, it has been found that nitriding the surface of copper or copper-containing metal wiring improves the durability and environmental resistance of the metal material itself. , fine wiring used in LSIs, or bonding wires, the durability thereof is significantly improved.

さらに、窒化された部分は絶縁材との密着性が強くなる
ので、特に、配線の表面に絶縁膜を被着して用いるよう
なIC,LSI等において、その信頼性を向上させるこ
とができるようになる。
Furthermore, since the nitrided portion has stronger adhesion with the insulating material, it is possible to improve the reliability of ICs, LSIs, etc. that use an insulating film on the surface of the wiring. become.

なお、耐久性を向上させるためには、金属配線の表面に
形成される窒化銅の膜厚を10nm以上ないしは配線の
厚さの1%以上とすることが望ましい。
Note that in order to improve durability, it is desirable that the thickness of the copper nitride formed on the surface of the metal wiring be 10 nm or more or 1% or more of the thickness of the wiring.

また、上記した実施例においては、本発明を、電気伝導
用の配線を窒化する場合を例にして説明したが、窒化鋼
が耐酸化性、絶縁膜との密着性に優れていることから、
本発明は、金属配線以外の用途に用いられ、耐酸化性、
絶縁膜との高密着性が要求されるあらゆる銅または銅合
金にも適用できることは明らかであろう。
In addition, in the above-described embodiments, the present invention was explained using an example in which electrically conductive wiring is nitrided, but since nitrided steel has excellent oxidation resistance and adhesion with an insulating film,
The present invention can be used for applications other than metal wiring, and has oxidation resistance,
It is obvious that the present invention can be applied to any copper or copper alloy that requires high adhesion to an insulating film.

(発明の効果) 以上の説明から明らかなように、本発明によれば次のよ
うな効果が達成される。
(Effects of the Invention) As is clear from the above description, the following effects are achieved according to the present invention.

(1)表面を窒化された鋼材は耐久性や耐環境性が優れ
ているので、これを配線材として用いれば信頼性の高い
金属配線が得られる。
(1) A steel material whose surface is nitrided has excellent durability and environmental resistance, so if it is used as a wiring material, highly reliable metal wiring can be obtained.

(2)窒化銅は絶縁材との密着性が強いので、配線材と
絶縁材との剥離の発生が減少し、信頼性の高い金属配線
が得られる。
(2) Since copper nitride has strong adhesion to the insulating material, the occurrence of peeling between the wiring material and the insulating material is reduced, and highly reliable metal wiring can be obtained.

(3)窒化銅は酸素の透過を妨ぐので、銅配線の耐酸化
性を向上させることができる。
(3) Since copper nitride prevents the permeation of oxygen, the oxidation resistance of copper wiring can be improved.

(4)配線材を窒化した後、あるいは窒化しなから  
   ″スパッタリングを行えば、短時間で、かつサイ
ドエツチングの少ない高精彩なエツチングが可能となる
(4) After or without nitriding the wiring material
``Sputtering enables high-definition etching in a short time and with less side etching.

【図面の簡単な説明】 第1図は本発明の金属配線を製造するのに好適なプラズ
マ処理装置の断面図である。 第2図は窒化の反応時間と窒化銅の膜厚との関係を示し
た図である。 第3図は酸化銅の膜厚とアッシャ一時間との関係を示し
た図である。 第4図は本発明の金属配線を製造するのに好適な基板処
理装置の断面図である。 第5図は反応時間と窒化銅の膜厚との関係を示した図で
ある。 第6図はアッシングによる酸化時曲とシート抵抗との関
係を示した図である。 第7図はRF印加パワーとエツチング速度との関係を示
した図である。 第8図はエツチングした場合の断面形状を模式的に示し
た図である。 第9図はアニーリング時間と配線抵抗との関係を示した
図である。 第10図はヒートサイクル試験の日数と断線率との関係
を示した図である。 第11図はヒートサイクル試験の日数と剥離率との関係
を示した図である。 第12図はアニーリング時間と抵抗値との関係を示した
図である。 第13図はヒートサイクル試験の口数と不良率との関係
を示した図である。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a sectional view of a plasma processing apparatus suitable for manufacturing the metal wiring of the present invention. FIG. 2 is a diagram showing the relationship between nitriding reaction time and copper nitride film thickness. FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the copper oxide film thickness and the asher time. FIG. 4 is a sectional view of a substrate processing apparatus suitable for manufacturing the metal wiring of the present invention. FIG. 5 is a diagram showing the relationship between reaction time and copper nitride film thickness. FIG. 6 is a diagram showing the relationship between oxidation curve due to ashing and sheet resistance. FIG. 7 is a diagram showing the relationship between RF applied power and etching rate. FIG. 8 is a diagram schematically showing the cross-sectional shape when etched. FIG. 9 is a diagram showing the relationship between annealing time and wiring resistance. FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the number of days of the heat cycle test and the wire breakage rate. FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the number of days of the heat cycle test and the peeling rate. FIG. 12 is a diagram showing the relationship between annealing time and resistance value. FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the number of heat cycle tests and the defective rate.

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)銅または銅合金からなる電気伝導用の金属配線で
あって、その表面の少なくとも一部に窒化銅が形成され
たことを特徴とする金属配線。
(1) A metal wiring for electrical conduction made of copper or a copper alloy, characterized in that copper nitride is formed on at least a portion of its surface.
(2)前記金属配線は、絶縁性基板上にプリント技術に
よって形成されるプリント配線であることを特徴とする
特許請求の範囲第1項記載の金属配線。
(2) The metal wiring according to claim 1, wherein the metal wiring is a printed wiring formed on an insulating substrate by a printing technique.
(3)前記金属配線は、半導体基板上にエッチング技術
によって形成される微細配線であることを特徴とする特
許請求の範囲第1項記載の金属配線。
(3) The metal wiring according to claim 1, wherein the metal wiring is a fine wiring formed on a semiconductor substrate by an etching technique.
(4)前記金属配線は、半導体装置とリードフレームと
を接続するリードワイヤであることを特徴とする特許請
求の範囲第1項記載の金属配線。
(4) The metal wiring according to claim 1, wherein the metal wiring is a lead wire that connects a semiconductor device and a lead frame.
(5)電気伝導用の銅または銅合金配線の表面を窒化し
て、表面の少なくとも一部に窒化銅を有する金属配線を
製造する方法であって、 銅または銅合金配線を真空容器内に収容し、該真空容器
内に少なくとも窒素原子を含む反応ガスを導入する工程
と、 前記窒素ガスを励起して前記配線の表面を窒化する工程
とからなることを特徴とする金属配線の製造方法。
(5) A method for manufacturing metal wiring having copper nitride on at least a portion of the surface by nitriding the surface of copper or copper alloy wiring for electrical conduction, the copper or copper alloy wiring being housed in a vacuum container. A method for manufacturing a metal wiring, comprising the steps of: introducing a reaction gas containing at least nitrogen atoms into the vacuum container; and exciting the nitrogen gas to nitrid the surface of the wiring.
(6)基板上に形成された銅または銅合金から成る金属
薄膜をエッチングして金属配線を製造する方法であって
、前記特許請求の範囲第5項記載の銅または銅合金配線
は、 金属薄膜上にマスクパターンが形成された基板を真空容
器内に収容し、該真空容器内に少なくとも窒素原子を含
む反応ガスを導入する工程と、反応ガスによる金属薄膜
表面の窒化が終了した後に、真空容器内にスパッタ用の
ガスを導入し、これを励起する工程と、 窒化によって生成された窒化銅を、前記励起されたガス
によってスパッタエッチングする工程とによって形成さ
れることを特徴とする金属配線の製造方法。
(6) A method of manufacturing a metal wiring by etching a metal thin film made of copper or a copper alloy formed on a substrate, wherein the copper or copper alloy wiring according to claim 5 comprises: a metal thin film After the step of accommodating the substrate on which the mask pattern is formed in a vacuum container, introducing a reaction gas containing at least nitrogen atoms into the vacuum container, and nitriding the surface of the metal thin film with the reaction gas, the vacuum container is manufacturing a metal wiring characterized in that it is formed by a step of introducing a sputtering gas into a sputtering chamber and exciting it; and a step of sputter etching copper nitride produced by nitriding with the excited gas. Method.
(7)基板上に形成された銅または銅合金からなる金属
薄膜をエッチングして金属配線を製造する方法であって
、前記特許請求の範囲第5項記載の銅または銅合金配線
は、 金属薄膜上にマスクパターンが形成された基板を真空容
器内に収容し、該真空容器内に少なくとも窒素原子を含
む反応ガスとスパッタ用のガスとを導入し、これらを励
起する工程と、 窒素原子を含む反応ガスによる金属薄膜表面の窒化と、
その結果生成された窒化銅の、前記スパッタ用ガスによ
るスパッタエッチングとを同時に行なう工程とによって
形成されることを特徴とする金属配線の製造方法。
(7) A method of manufacturing a metal wiring by etching a metal thin film made of copper or a copper alloy formed on a substrate, wherein the copper or copper alloy wiring according to claim 5 comprises: a metal thin film a step of accommodating a substrate on which a mask pattern is formed in a vacuum container, introducing into the vacuum container a reaction gas containing at least nitrogen atoms and a sputtering gas to excite them; Nitriding the surface of the metal thin film with a reactive gas,
A method of manufacturing a metal wiring, characterized in that the metal wiring is formed by a step of simultaneously performing sputter etching of copper nitride produced as a result using the sputtering gas.
(8)前記窒素原子を含む反応ガスは、窒素ガス、窒素
ガスと還元性ガスとの混合ガス、および窒素原子と還元
性原子とを含む化合物ガスの少なくとも一つ、または前
記混合ガスと化合物ガスとの組み合わせガス、化合物ガ
スと窒素ガスとの組み合わせガス、および化合物ガスと
還元性ガスとの組み合わせガスの少なくとも一つである
ことを特徴とする特許請求の範囲第5項ないし第7項の
いずれかに記載の金属配線の製造方法。
(8) The reaction gas containing nitrogen atoms is at least one of nitrogen gas, a mixed gas of nitrogen gas and a reducing gas, and a compound gas containing nitrogen atoms and reducing atoms, or the mixed gas and a compound gas. , a combination gas of a compound gas and nitrogen gas, and a combination gas of a compound gas and a reducing gas, according to any one of claims 5 to 7. The method for manufacturing metal wiring described in .
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