JPH0445536A - 銅配線膜の形成方法 - 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】 以下の順序に従って本発明を説明する。

Ａ、産業上の利用分野 Ｂ０発明の概要 Ｃ０従来技術 り１発明が解決しようとする問題点 問題点を解決するための手段 作用 実施例［第１図、第２図］ 発明の効果 （Ａ、産業上の利用分野） 本発明は銅配線膜とその形成方法、特に配線膜となる銅
薄膜の酸化を防止することのできる銅配線膜とその形成
方法に関する。

（Ｂ、発明の概要） 本発明は、銅配線膜とその形成方法において、配線膜と
なる銅薄膜の酸化を防止して抵抗値の増大を防止するた
め、 銅薄膜とバリアメタルであるチタンオキシナイトライド
膜との間に酸素を含まない導電材料からなる酸化防止膜
を介在させ、 あるいは、銅薄膜の形成後大気に曝さないでその表面に
酸化防止膜を形成するものである。

（Ｃ，従来技術） ＬＳＩ、ＶＬＳ　Ｉの集積度は高まる一方であり、それ
に伴う素子の微細化によって配線パターンのルールも小
さくなる一方であり、現在ＤＲＡＭ等のメモリの配線幅
は０．５μｍになりつつあるが、メモリの記憶容量の増
大により将来は配線幅を０．３５μｍあるいはそれ以下
にすることが必要となる。

ところで、現在配線材料としてアルミニウムが使用され
ているが、アルミニウム配線の配線幅を０．５μｍ、０
．３５μｍというように狭くすると配線抵抗が無視でき
ない大きさになって（る。

そこで、線幅を狭（しても配線抵抗を所望値以下にする
には配線を厚（する必要があるが、配線を厚（すると配
線の断面のアスペクト比が太き（なり、配線の加工性が
悪くなる等種々の技術的問題が生じている。

そこで、最近注目を浴びているのは、例えば特開平１−
２３４５７８号公報に紹介されているように銅を配線材
料として使用することである。というのは、銅の比抵抗
は約１．４μΩ・ｃｍと低く、アルミニウムのそれ（約
２．８μΩ・ｃｍ）の約２分の１であり、従って、同じ
線幅で形成した場合配線の厚さは銅を用いた方がアルミ
ニウムを用いたよりも薄くて済み、加工性が良好だから
である。　また、銅を用いた場合エレクトロマイグレー
ションがアルミニウムを用いた場合よりも少なく、信頼
性が高いという利点も注目される所以の一つである。

ところで、銅を配線材料として用いる場合においてもア
ルミニウムを配線材料として用いた場合と同様にシリコ
ン半導体基板との間に相互シンターという問題が生じ、
下地側にバリアメタル層を設ける必要がある。そこで、
コンタクトメタルとしてのチタンＴｉ膜とその表面に形
成されたところのバリアメタルとしてのチタンオキシナ
イトライド膜とからなる二層構造のバリアメタル層を銅
薄膜の下地として設けることが検討されている。

（Ｄ、発明が解決しようとする問題点）ところで、銅に
は酸化され易（、表面が酸化されるとその表面の酸素が
銅の奥に徐々に進行して抵抗値が徐々に増大するという
問題がある。

元来、アルミニウムは酸化されると表面に薄いアルミナ
Ａ　ｌ　ｔ　Ｏｓが生じるが、このアルミナ膜が酸化の
進行を阻むので、アルミニウム全体が酸化されるという
ことは起きにくい、しかし、銅の場合、表面を酸化した
酸素はどんどん奥へ侵入する可能性を有しているので、
酸化についてはアルミニウムの場合よりも細かな配慮が
必要となるのである。

しかるに、それに対しての配慮が為されていないのが実
情である。そのため、形成した銅薄膜はその表面及び裏
面の両面から酸化される虞れがあった。というのは、銅
薄膜の裏面にはバリアメタルとして機能するチタンオキ
シナイトライドＴｉ０Ｎ膜が直接接しており、そのチタ
ンオキシナイトライド膜中の酸素が銅薄膜にその裏面か
ら侵入すると共に、銅薄膜形成後半導体ウェハを銅薄膜
を形成したＣＶＤ装置あるいはスパッタ装置から取り出
して大気に曝したとき銅薄膜の表面が大気中の酸素によ
って酸化されるからである。

本発明はこのような問題点を解決すべく為されたもので
あり、銅薄膜の酸化を防止して抵抗値の増大を防止する
ことを目的とする。

（Ｅ、問題点を解決するための手段） 本発明銅配線膜は上記問題点を解決するため、銅薄膜と
バリアメタルであるチタンオキシナイトライド膜との間
に酸素を含まない導電材料からなる酸化防止膜を介在さ
せたことを特徴とする。

本発明銅配線膜の形成方法は、銅薄膜の形成後大気に曝
さないでその表面に酸化防止膜を形成することを特徴と
する。

（Ｆ、作用） 本発明銅配線膜によれば、銅薄膜とチタンオキシナイト
ライド膜との間に介在させた酸素を含まない導電材料か
らなる酸化防止膜によってチタンオキシナイトライド膜
中の酸素が銅薄膜中に侵入することを阻止することがで
きる。従って、銅薄膜の裏面側からの酸化を防止するこ
とができ、延いては銅薄膜の抵抗値の増大を防止するこ
とができる。

本発明銅配線膜の形成方法によれば、銅薄膜形成後大気
に曝す前に酸化防止膜を形成するので、酸化防止膜によ
って銅薄膜の表面側からの酸化を防止することができ、
延いては銅薄膜の抵抗値の増大を防止することができる
。

（Ｇ、実施例）［第１図、第２図］ 以下、本発明銅配線膜とその形成方法を図示実施例に従
って詳細に説明する。

第１図は本発明銅配線膜の一つの実施例を示す断面図で
ある。

図面において、１は半導体基板、２は該半導体基板１の
表面部に選択的に形成された拡散層、３は絶縁膜、４は
該絶縁膜３に形成されたところの上記拡散層２を露出さ
せるコンタクトホールである。

５はバリアメタル層の最下層を成すところのコンタクト
メタルたるチタン（Ｔｉ）膜（厚さ例えば３００人）で
ある、６は該チタン層５上に形成されたバリアメタルと
して機能するチタンオキシナイトライドＴｉ０Ｎ膜（厚
さ例えば５００〜１５００人）であり、バリアメタル層
の中核を成す、即ち、後述する銅薄膜と半導体基板１と
の相互シンターはこのチタンオキシナイトライド膜６に
よって阻むことができるのである。

７はバリアメタル層の最上層を成すところの酸化防止膜
たるチタンＴｉ膜（厚さ１００〜５００人）で、チタン
オキシナイトライド膜６中の酸素が後述する銅薄膜内に
侵入して銅薄膜を酸化するのを阻む役割を果すのである
。

このように、銅薄膜とチタンオキシナイトライド膜６と
の間に銅薄膜の酸化を防止するところの酸素を含まない
導電材料からなる酸化防止膜を設けたことが本銅配線膜
の特徴である。

該チタン膜７はチタンオキシナイトライド膜６中の酸素
が上層の銅薄膜へ侵入するのを防止するものであるが、
良好な導電性も有している。

尚、ある程度以上の導電性を有しさえすれば酸化防止膜
の材料は必ずしもチタンに限定されず、例えばチタンナ
イトライドＴｉＮを用いても良−い。

８は上記チタンＴｉあるいはチタンナイトライドＴｉＮ
等からなる酸化防止膜７上に形成された銅薄膜で、膜厚
は例えば０．５〜１．０μｍ程度である。９は該銅薄膜
８の表面に形成された例えばチタンナイトライドＴｉＮ
からなる酸化防止膜で、１０００〜２０００人程度の膜
厚を有する。

上記酸化防止膜９は、第２図（Ａ）、（Ｂ）に示すよう
に、銅薄膜８の形成後半導体ウェハ１を大気に曝すこと
な（銅薄膜８上に形成したものである。即ち、同図（Ａ
）に示すように銅薄膜８をスパッタリングあるいはＣＶ
Ｄにより形成すると、その後半導体ウェハ１をスパッタ
装置あるいはＣＶＤ装置から大気中に取り出すことなく
同図（Ｂ）に示すようにチタンナイトライドかうなる酸
化防止膜９を形成する。この酸化防止膜９の形成は、例
えば、ＴｉＮをターゲットとしてのスパッタにより、あ
るいはＴｉのＮ、によるアクティブスパッタにより行う
ことができる。そして、この酸化防止膜９の形成を終え
るとはじめて装置から半導体ウェハを大気に取り出すの
である。

このように酸化防止膜９を形成すると、半導体ウェハ１
を大気に取り出しても銅薄膜８の表面が酸化防止膜９に
より保護されるので酸化膜が形成されない。

ちなみに、特開昭６４−７１１５１号公報には銅配線膜
のバターニング後、ＰＳＧ膜等で銅配線膜を保護する技
術が紹介されており、また、特開昭６３−７３６４５号
公報には銅配線膜のパターニング後バリアメタルで銅配
線膜を保護する技術が紹介されているが、しかし、これ
等の技術ではいずれも銅配線膜の形成後バターニング前
における銅薄膜の酸化を防止することができない、しか
し、本発明によれば、酸化防止膜９によってそれができ
るのである。

しかして、銅薄膜８の表面側からの大気による酸化は酸
化防止膜９によって阻むことができ、また、銅薄膜８の
裏面側からのチタンオキシナイトライド膜６中の酸素に
よる酸化は酸化防止膜７によって阻むことができるので
ある。従って、銅薄膜８が酸化によって抵抗値が徐々に
増大するのを防止することができる。

尚、チタンオキシナイトライド膜６と銅薄膜８との間に
介在させる酸化防止膜７の材料としてはチタンに代えて
チタンタングステンＴｉＷあるいはチタンナイトライド
ＴｉＮを用いることができる。

また、銅薄膜８の表面に形成する酸化防止膜９の材料と
してはチタンナイトライドＴｉＮが最適である。という
のは、銅薄膜８の酸化を防止できるだけでな（、銅薄膜
８形成後バターニングするためのレジスト膜の露光に際
して反射防止膜としての役割を果すからである。しかし
、銅薄膜９をチタンＴｉにより形成するようにしても良
いし、アモルファスシリコン、二酸化酸素Ｓｔｏｗ、シ
リコンナイトライドＳｉＮあるいはタングステンＷを用
いるようにしても良い。

（Ｈ，発明の効果） 以上に述べたように、本発明銅配線膜は、バリアメタル
となるチタンオキシナイトライド膜上に酸素を含まない
導電材料からなる酸化防止膜を介して銅薄膜を形成して
なることを特徴とするものである。

従って、本発明銅配線膜によれば、銅薄膜とチタンオキ
シナイトライド膜との間に介在させた酸素を含まない導
電材料からなる酸化防止膜によってチタンオキシナイト
ライド膜中の酸素が銅薄膜中に侵入することを阻止する
ことができる。依って、銅薄膜の裏面側からの酸化を防
止し、延いては銅薄膜の抵抗値の増大を防止することが
できる。

本発明銅配線膜の形成方法は、銅薄膜の形成後、大気に
曝すことな（銅薄膜の表面に酸化防止膜を形成すること
を特徴とするものである。

従って、本発明銅配線膜の形成方法によれば、銅薄膜形
成後大気に曝す前に酸化防止膜を形成するので、酸化防
止膜によって銅薄膜の表面側からの酸化を防止すること
ができ、延いては銅薄膜の抵抗値の増大を防止すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明銅配線膜の一つの実施例を示す断面図、
第２図（Ａ）、（Ｂ）は第１図の銅配線膜の形成方法を
工程順に示す断面図である。 符号の説明 １・・・半導体基板、 ６・・・チタンオキシナイトライド膜、７・・・酸化防
止膜、８・・・銅薄膜、９・・・酸化防止膜。 手続補正書 （自発） 平成 ２年 ９月 ４日 平成２年特許願第１５４８４０号 ２、発明の名称 銅配線膜とその形成方法 ３、補正をする者 事件との関係 住所　東京部品ｊ 名称　（２１８） ４、代理人 住所　東京都荒ｊ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）バリアメタルとなるチタンオキシナイトライド膜
   上に酸素を含まない導電材料からなる酸化防止膜を介し
   て銅薄膜を形成してなることを特徴とする銅配線膜
2. （２）銅薄膜の形成後、大気に曝すことなく銅薄膜の表
   面に酸化防止膜を形成することを特徴とする銅配線膜の
   形成方法