JPH04242937A - 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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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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- H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
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- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
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
。
、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2A
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/m
in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3
00℃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2A
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/m
in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3
00℃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
。
。
【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1000Pa
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2
5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1000Pa
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2
5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
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 true JPH04242937A (ja) | 1992-08-31 |
JP2907236B2 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) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2002063666A1 (en) * | 2001-02-06 | 2002-08-15 | Genitech Co., Ltd. | A chemical vapor deposition method for depositing copper film using hydrogen plasma and surfactant |
EP2221864A2 (en) | 2005-12-02 | 2010-08-25 | Ulvac, Inc. | Method for forming Cu film |
-
1991
- 1991-01-07 JP JP19791A patent/JP2907236B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2002063666A1 (en) * | 2001-02-06 | 2002-08-15 | Genitech Co., Ltd. | A chemical vapor deposition method for depositing copper film using hydrogen plasma and surfactant |
EP2221864A2 (en) | 2005-12-02 | 2010-08-25 | Ulvac, Inc. | Method for forming Cu film |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2907236B2 (ja) | 1999-06-21 |
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