JPH04267331A - 銅薄膜の形成方法 - Google Patents

銅薄膜の形成方法

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JPH04267331A
JPH04267331A JP2835991A JP2835991A JPH04267331A JP H04267331 A JPH04267331 A JP H04267331A JP 2835991 A JP2835991 A JP 2835991A JP 2835991 A JP2835991 A JP 2835991A JP H04267331 A JPH04267331 A JP H04267331A
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JP
Japan
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copper
thin film
film
sample
forming
Prior art date
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Application number
JP2835991A
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English (en)
Inventor
Riyouichi Hazuki
巴月 良一
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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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]
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造方法に
係わり、特に銅薄膜を選択的に形成する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体装置の高集積化に伴い、配
線の微細化および多層化が進んできている。配線材料と
しては2.75μΩ・cmという低い比抵抗を有するア
ルミニウムを主成分とするアルミニウム合金がよく用い
られてきた。しかしながら、このアルミニウム合金から
なる配線にあっては、配線の微細化に伴う電流密度の増
加によってエレクトロマイグレーションが発生し、これ
により配線が断線するという問題が深刻となってきた。 また、配線に加わる熱ストレスによってストレスマイグ
レーションが生じ、これによっても断線不良の問題が生
じている。そこで、アルミニウムより低い比抵抗を有し
、かつアルミニウムより高い融点であり、さらに耐エレ
クトロマイグレーション及び耐ストレスマイグレーショ
ンに優れた銅、或いは銅を主成分とする配線が検討され
始めている。
【0003】この銅等の配線の形成は、従来から行われ
ているアルミニウム膜の形成と同様にスパッタ法を用い
た成膜法により行われてきた。しかしながら、このスパ
ッタ法では本質的に段差被覆性が悪いため、配線の微細
化および多層化がますます進んできた現状では、配線の
断線が生じ易くなり、このため半導体装置の信頼性が低
下するという問題があった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】このように従来のスパ
ッタ法を用いた銅薄膜の形成方法は、微細な段差部にお
いて被覆性良く薄膜形成することができず、このため、
形成された薄膜から製造される銅配線に断線不良などが
生じ配線の信頼性が低下するといった問題を抱えていた
。本発明は上記実情を鑑みてなされたもので、その目的
は銅薄膜を良好にかつ下地材料によって選択的に形成す
る銅薄膜の形成方法を提供することである。[発明の構
成]
【0005】
【課題を解決するための手段】前述した問題を解決する
ため、本発明は、表面部が異なる材料層から構成された
試料にシクロペンタジエニル系銅化合物を導入し、この
銅化合物を加熱により分解することにより、前記材料層
のうちの少なくとも1つの表面に銅薄膜を選択的に形成
することを特徴とする銅薄膜の形成方法を提供する。
【0006】
【作用】本発明による銅薄膜の形成方法であれば、表面
部が異なる材料層から構成された試料にシクロペンタジ
エニル系銅化合物を導入し、この銅化合物を分解するこ
とにより、前記材料層のうち少なくとも1つの表面に銅
薄膜を選択的に形成することができる。
【0007】この薄膜形成反応で用いられるシクロペン
タジエニル系銅化合物は粉末状の固体であり、例えば加
熱することにより昇華し、さらに加熱(例えば300℃
〜400℃程度)すると分解する。従って、例えば、上
記したシクロペンタジエニル系銅化合物を気体状態で導
入する場合、該銅化合物を昇華させて行えばよい。
【0008】また、前述したように上記銅化合物は加熱
により分解する性質があるので、例えば加熱した試料基
板上において該化合物の分解を行えばよい。この場合、
このシクロペンタジエニル系銅化合物は試料基板表面に
吸着し、この表面部分で分解することにより銅薄膜が形
成される。ここでの反応は表面吸着過程が律速となって
いるため、微細な段差溝でも良好な被覆性を示す。
【0009】さらに、前記銅化合物の表面吸着力は試料
表面の材料の種類、即ち表面の性質により大きく異なる
。例えば、極性を有する絶縁層、n型導電層、金属層で
は大きく、p型導電層、非極性絶縁層では小さい。前述
したようにシクロペンタジエニル系銅化合物の分解反応
は表面吸着過程が律速となっているので、表面吸着力の
大きな上記材料層では銅薄膜が形成され、これと反対に
表面吸着力の小さな上記材料層では銅薄膜が形成されな
いと思われる。以上のことから、銅薄膜の選択形成を良
好に行うことができ、この結果形成された薄膜から、信
頼性の良い銅配線を製造することが可能となる。
【0010】
【実施例】本発明による銅薄膜の形成方法に係わる一実
施例について図1〜図4の工程断面図を用いて説明する
。まず図1に示したようにシリコン基板11上に例えば
膜厚0.5μmのシリコン酸化膜12と、p型の不純物
として例えば砒素(As)を例えば1.0×1016c
m−3程度添加した膜厚0.5μmの多結晶シリコン膜
13を形成した後、溝幅と溝間隔が共に0.5μmのレ
ジストマスク14を形成した。
【0011】次に、図2に示すようにレジストマスク1
4を用いて前記多結晶シリコン膜13を例えば塩素系ガ
スを用いた反応性イオンエッチング法によりパターンに
エッチング加工した後、レジストマスク14を除去し、
これを試料とした。
【0012】次に、この試料を真空容器に配置するとと
もに、CVD用ソースとして例えばシクロペンタジエニ
ルトリエチルホスフィン銅(〔C5 H5 〕〔Cu〕
〔(C2H5 )3 P〕)の粉末原料を別に設けた容
器に入れた。さらに、該粉末原料を恒温槽内で例えば1
00℃に加熱して昇華(蒸発)せしめ、その蒸発物質1
5をN2 ,Ar,H2 等をキャリアガスとして前記
真空容器内に送り込み、前記試料に供給するとともに、
この試料を例えば400℃に加熱した。ここで蒸発物質
15の分圧を2〜3Torrとした。その結果、銅薄膜
16を多結晶シリコン膜13の形成されないシリコン酸
化膜12の露出部に、0.5μmの厚さで段切れ等なく
形成することができた(図3)。即ち、銅薄膜16をシ
リコン酸化膜12上だけに選択的に形成することができ
た。
【0013】この理由は次の通りである。即ち、シクロ
ペンタジエニルトリエチルホスフィン銅の蒸発物質15
はシリコン酸化膜12表面には吸着するが、p型の多結
晶シリコン膜13表面には吸着せず、シリコン酸化膜1
2表面でのみ薄膜形成反応が起こるからと考えられる。 ここで前述した蒸発物質15が下地材料の違いにより選
択吸着を起こす理由は、酸化シリコンは極性を有する材
料であるので、蒸発物質15を強く吸着するのに対し、
p型の多結晶シリコンは電子受容性が大きいので、蒸発
物質15中の酸化状態にある銅を還元することが困難で
あるからだと思われる。
【0014】このようにして形成した銅薄膜16は配線
として用いることができ、残存する多結晶シリコン膜1
3をケミカルドライエッチング法(CDE法)等で選択
的に除去することにより、極微細な銅配線を信頼性良く
形成することができた(図4)。
【0015】なお、シクロペンタジエニルトリエチルホ
スフィン銅の蒸発物質15が、p型の多結晶シリコン膜
上に吸着しないという現象は、p型の単結晶シリコンの
場合にも確認された。
【0016】次に、本発明による銅薄膜の形成方法に係
わる他の実施例について図5〜図7の工程断面図を用い
て説明する。まず、図5に示したようにシリコン基板2
1上に例えば膜厚0.5μmのアルミニウムナイトライ
ド膜22を形成し、さらにこのアルミニウムナイトライ
ド膜22上に膜厚0.3μmのアルミニウム膜23を形
成し、その後溝幅が0.7μmで溝間隔が0.3μmの
レジストマスクを24を形成した。次に、図6に示すよ
うにこのレジストマスク24を用いてアルミニウム膜2
3を例えば塩素系ガスを用いた反応性イオンエッチング
法により配線にエッチング加工した後、レジストマスク
24を除去し、これを試料とした。次に、この試料を真
空容器に配置するとともに、CVD用ソースとして例え
ばシクロペンタジエニルトリエチルホスフィン銅の粉末
原料を別に設けた容器に入れた。さらに、該粉末原料を
恒温槽内で例えば100℃に加熱して蒸発せしめ、その
蒸発物質25をN2 ,Ar,H2 等をキャリアガス
として前記真空容器内に送り込み、前記試料に供給する
とともにこの試料を例えば400℃に加熱した。ここで
、蒸発物質15の分圧を2〜3Torrとした。その結
果、図7に示すように薄膜26を0.2μmの厚さでア
ルミニウム配線23の上部及び側部に形成した。即ち、
銅薄膜26をアルミニウム配線23表面のみに被覆性良
くかつ選択的に形成することができた。この構造であれ
ば、銅薄膜26が被覆性良くアルミニウム配線23表面
に形成されるので、アルミニウム23がエレクトロマイ
グレーション等により断線しても、銅薄膜26を通じて
電流が流れ、信頼性を確保することができる。この理由
は次の通りである。即ち、シクロペンタジエニルトリエ
チルホスフィン銅の蒸発物質15はアルミニウム配線2
3表面には吸着するが、アルミニウムナイトライド膜2
2表面には吸着せず、アルミニウム配線23表面でのみ
薄膜形成反応が起こるからであると考えられる。ここで
前述した蒸発物質15が下地材料の違いにより選択吸着
を起こす理由は、アルミニウムナイトライドは非極性材
料であるので、蒸発物質15に対してほとんど吸着力を
及ぼさないのに対し、アルミニウムは金属であり電子供
与性が大きいので、蒸発物質15中の酸化状態にある銅
を容易に還元することができるからだと思われる。
【0017】なお、本発明は上述した実施例方法に限定
されるものではない。前者の実施例では、下地材料がシ
リコン酸化膜でこの酸化膜上に銅薄膜を形成する場合に
ついて述べたが、この場合、下地材料として他の極性を
有する絶縁膜、例えばシリコン窒化膜等の上にも形成さ
れた。
【0018】また後者の実施例では、アルミニウム配線
を銅薄膜で被覆する場合について述べたが、アルミニウ
ム配線の他に他の金属配線、例えばタングステン、モリ
ブデン、金、白金等の各金属の配線や、n型に不純物が
添加され自由電子が多く含まれ多結晶シリコンの配線上
にも銅薄膜は形成された。さらに、アルミニウムナイト
ライド膜の他に他の非極性絶縁膜、例えばボロンナイト
ライド膜やシリコンカーバイド膜を用いてもよく、これ
らの上にも銅薄膜は形成されなかった。要は、これらの
材料の組み合わせにおいて、電子供与性の材料の表面に
は銅薄膜が形成され、この材料と比較して相対的に電子
受容性の材料の表面には銅薄膜が形成されない。以上述
べた材料において、p型,n型の導電層としてp型,n
型の多結晶シリコン膜を挙げたが、他のp型,n型導電
層、例えばp型,n型の単結晶シリコン層やp型,n型
のGaAs層であってもかまわない。
【0019】さらに、シクロペンタジエニル系銅化合物
としてシクロペンタジエニルトリエチルホスフィン銅を
用いたが、この代わりに、ホスフィン(P)がAsやS
bやBiのような5族の元素に置き換わったものや、さ
らにはエチル基(C2 H5 )が他のアルキル基に置
き換わった様な材料でもよい。さらにまた、シクロペン
タジエニル(C5 H5 )2つが銅イオンに配位した
化合物であってもよい。さらに、シクロペンタジエニル
は5員環構造であるが、6員環構造のものに置き換わっ
た化合物であってもよい。また、実施例では反応温度を
400℃としたが、これに限られない。しかし、好まし
くは300℃〜450℃程度が良い。
【0020】その他シクロペンタジエニル系銅化合物の
蒸発物質を基板近傍で分解する際に、同時に水素プラズ
マを導入し、水素ラジカル等の反応を利用することによ
り分解を促進する方法を行うと、さらによい効果が得ら
れる。
【0021】また、基板を加熱する方法としては、抵抗
加熱による方法の他にイオンビームや電子ビーム等を照
射して加熱する方法等があり、いずれの方法を用いても
本発明は有効である。加熱をビーム等の照射により行う
場合は、ビームの照射された試料表面で局所的な分解反
応が起きるので、所望の微細領域にのみ選択的に銅薄膜
を形成することが可能である。
【0022】さらにまた、シクロペンタジエニル系銅化
合物の導入方法は実施例に示した方法以外に、該銅化合
物のアルコール溶液を用いる方法であってもよい。即ち
、この方法では上記アルコール溶液を試料表面に盛り3
00〜450℃に加熱することにより、アルコールを蒸
発させるとともにシクロペンタジエニル系銅化合物を分
解させる。この方法によっても、試料表面に銅薄膜を被
覆性良くかつ選択的に形成することができた。さらに他
にも、シクロペンタジエニル系銅化合物の粉末体やプレ
スによる成形体の薄膜を試料表面に形成し加熱を行って
も良く、この方法によっても同様に銅薄膜を被覆性良く
かつ選択的に形成することができた。その他、本発明の
要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することが
できる。
【0023】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、シ
クロペンタジエニル系銅化合物の分解により、試料表面
の少なくとも1つの材料層の表面に選択的に銅薄膜を被
覆性良く形成できる。従って、極微細な銅配線を信頼性
良く形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】  本発明による銅薄膜の形成方法の一実施例
を示す工程断面図。
【図2】  本発明による銅薄膜の形成方法の一実施例
を示す工程断面図。
【図3】  本発明による銅薄膜の形成方法の一実施例
を示す工程断面図。
【図4】  本発明による銅薄膜の形成方法の一実施例
を示す工程断面図。
【図5】  本発明による銅薄膜の形成方法の他の実施
例を示す工程断面図。
【図6】  本発明による銅薄膜の形成方法の他の実施
例を示す工程断面図。
【図7】  本発明による銅薄膜の形成方法の他の実施
例を示す工程断面図。
【符号の説明】
11,21…シリコン基板、12…シリコン酸化膜、1
3…p型の多結晶シリコン膜、14,24…レジストマ
スク、15,25…シクロペンタジエニルトリエチルホ
スフィン銅の蒸発物質、16,26…銅薄膜、22…ア
ルミニウムナイトライド膜、23…アルミニウム膜。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  表面部が異なる材料層から構成された
    試料にシクロペンタジエニル系銅化合物を導入し、この
    銅化合物を加熱により分解することにより、前記材料層
    のうちの少なくとも1つの表面に銅薄膜を選択的に形成
    することを特徴とする銅薄膜の形成方法。
  2. 【請求項2】  前記材料層のうち少なくとも1つの層
    は、極性を有する絶縁層又はn型導電層又は金属層であ
    り、それ以外の層は、p型導電層又は非極性絶縁層であ
    ることを特徴とする請求項1記載の銅薄膜の形成方法。
  3. 【請求項3】  前記極性を有する絶縁層はシリコン酸
    化物層、シリコン窒化物層であることを特徴とする請求
    項2記載の銅薄膜の形成方法。
  4. 【請求項4】  前記n型導電層はn型シリコン層であ
    り、前記p型導電層はp型シリコン層であることを特徴
    とする請求項2記載の銅薄膜の形成方法。
  5. 【請求項5】  前記シクロペンタジエニル系銅化合物
    はシクロペンタジエニルトリエチルホスフィン銅である
    ことを特徴とする請求項1記載の銅薄膜の形成方法。
JP2835991A 1991-02-22 1991-02-22 銅薄膜の形成方法 Pending JPH04267331A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009149998A (ja) * 2009-04-01 2009-07-09 Canon Anelva Corp 銅薄膜の気相成長装置
JP2009149999A (ja) * 2009-04-01 2009-07-09 Canon Anelva Corp 金属膜作製装置及び金属膜作製方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009149998A (ja) * 2009-04-01 2009-07-09 Canon Anelva Corp 銅薄膜の気相成長装置
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