JPH05129224A - Ｃｕ−Ｚｒ配線パターンの形成方法 - Google Patents
Ｃｕ−Ｚｒ配線パターンの形成方法Info
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- JPH05129224A JPH05129224A JP28883291A JP28883291A JPH05129224A JP H05129224 A JPH05129224 A JP H05129224A JP 28883291 A JP28883291 A JP 28883291A JP 28883291 A JP28883291 A JP 28883291A JP H05129224 A JPH05129224 A JP H05129224A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ストレス及びエレクトロマイグレーションに
強く酸化されにくい配線パターンを形成する。 【構成】 下地10上にＣｕ−Ｚｒ合金膜22を積層する。
次に合金膜22をパターニングし、パターニングした合金
膜22から成るＣｕ−Ｚｒ配線パターン24を得る。次に配
線パターン24を窒素雰囲気中で加熱し配線パターン24の
表層にＺｒＮ膜26を形成する。ＺｒＮ膜26形成後のＣｕ
−Ｚｒ配線パターン24がＺｒを０．０２ｗｔ％以上含む
ように、配線パターン24の加熱処理条件を設定し、また
合金膜22のＺｒ含有量を定めておく。Ｚｒを０．０２ｗ
ｔ％以上含む配線パターン24は再結晶化温度が５４０℃
以上となりマイグレーションに対する耐性が高い。また
ＺｒＮ膜26は酸化されにくいので配線パターン24の酸化
を防止できる。
強く酸化されにくい配線パターンを形成する。 【構成】 下地10上にＣｕ−Ｚｒ合金膜22を積層する。
次に合金膜22をパターニングし、パターニングした合金
膜22から成るＣｕ−Ｚｒ配線パターン24を得る。次に配
線パターン24を窒素雰囲気中で加熱し配線パターン24の
表層にＺｒＮ膜26を形成する。ＺｒＮ膜26形成後のＣｕ
−Ｚｒ配線パターン24がＺｒを０．０２ｗｔ％以上含む
ように、配線パターン24の加熱処理条件を設定し、また
合金膜22のＺｒ含有量を定めておく。Ｚｒを０．０２ｗ
ｔ％以上含む配線パターン24は再結晶化温度が５４０℃
以上となりマイグレーションに対する耐性が高い。また
ＺｒＮ膜26は酸化されにくいので配線パターン24の酸化
を防止できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明はＣｕ−Ｚｒ配線パター
ンの形成方法に関する。
ンの形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体デバイスの高集積化に適し
た微細配線パターンの形成材料としてＣｕが注目されて
いる。その理由として、Ｃｕの抵抗がＡｌの抵抗の約
０．７倍程度と低いこと、またＣｕはエレクトロマイグ
レーションに対する耐性（ＥＭ耐性）が比較的に高いこ
とが挙げられる。
た微細配線パターンの形成材料としてＣｕが注目されて
いる。その理由として、Ｃｕの抵抗がＡｌの抵抗の約
０．７倍程度と低いこと、またＣｕはエレクトロマイグ
レーションに対する耐性（ＥＭ耐性）が比較的に高いこ
とが挙げられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながらＣｕは酸
化され易いという問題点を有する。またＣｕの再結晶化
温度は２００℃程度と比較的低いため、配線パターンを
微細化した場合にストレスマイグレーションに対する耐
性（ＳＭ耐性）が低くなることが考えられる。
化され易いという問題点を有する。またＣｕの再結晶化
温度は２００℃程度と比較的低いため、配線パターンを
微細化した場合にストレスマイグレーションに対する耐
性（ＳＭ耐性）が低くなることが考えられる。
【０００４】この発明は上述の点に鑑み成されたもので
あり、この発明の主たる目的は酸化されにくいＣｕ−Ｚ
ｒ配線パターンの形成方法を提供することにある。
あり、この発明の主たる目的は酸化されにくいＣｕ−Ｚ
ｒ配線パターンの形成方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この目的の達成を図るた
め、この発明のＣｕ−Ｚｒ配線パターンの形成方法は、
下地上にＣｕ−Ｚｒ配線パターンを形成し、Ｃｕ−Ｚｒ
配線パターンを窒化ガス雰囲気中で加熱して、Ｃｕ−Ｚ
ｒ配線パターンの表層にＺｒＮ膜を形成することを特徴
とする。
め、この発明のＣｕ−Ｚｒ配線パターンの形成方法は、
下地上にＣｕ−Ｚｒ配線パターンを形成し、Ｃｕ−Ｚｒ
配線パターンを窒化ガス雰囲気中で加熱して、Ｃｕ−Ｚ
ｒ配線パターンの表層にＺｒＮ膜を形成することを特徴
とする。
【０００６】
【作用】このような形成方法によれば、Ｃｕ−Ｚｒ配線
パターンの表層に酸化されにくいＺｒＮ膜を形成するの
で、Ｃｕ−Ｚｒ配線パターンの酸化を防止できる。
パターンの表層に酸化されにくいＺｒＮ膜を形成するの
で、Ｃｕ−Ｚｒ配線パターンの酸化を防止できる。
【０００７】
【実施例】以下、図面を参照し、この発明の実施例につ
き説明する。尚、図面はこの発明が理解できる程度に概
略的に示してあるにすぎず、従ってこの発明を図示例に
限定するものではない。
き説明する。尚、図面はこの発明が理解できる程度に概
略的に示してあるにすぎず、従ってこの発明を図示例に
限定するものではない。
【０００８】図１（Ａ）〜（Ｄ）はこの発明の実施例の
説明に供する工程図である。まず図１（Ａ）にも示すよ
うに、下地１０を形成する。下地１０の構成は後述する
Ｃｕ−Ｚｒ配線パターンの形成に適した任意好適な構成
とすることができるが、この実施例では下地１０を半導
体基板例えばＳｉ基板１２とこの基板１２上に積層した
層間絶縁膜１４とから構成する。Ｓｉ基板１２には図示
せずも半導体素子が既に形成済みであり、この半導体素
子はコンタクト用の不純物拡散層１６を有する。不純物
拡散層１６はＳｉ基板１２の基板面１２ａ表層に形成さ
れている。
説明に供する工程図である。まず図１（Ａ）にも示すよ
うに、下地１０を形成する。下地１０の構成は後述する
Ｃｕ−Ｚｒ配線パターンの形成に適した任意好適な構成
とすることができるが、この実施例では下地１０を半導
体基板例えばＳｉ基板１２とこの基板１２上に積層した
層間絶縁膜１４とから構成する。Ｓｉ基板１２には図示
せずも半導体素子が既に形成済みであり、この半導体素
子はコンタクト用の不純物拡散層１６を有する。不純物
拡散層１６はＳｉ基板１２の基板面１２ａ表層に形成さ
れている。
【０００９】この基板面１２ａ上に層間絶縁膜１４を積
層し、次いで層間絶縁膜１４に不純物拡散層１６を露出
するコンタクトホール１８を形成する。
層し、次いで層間絶縁膜１４に不純物拡散層１６を露出
するコンタクトホール１８を形成する。
【００１０】次に図１（Ｂ）にも示すように、層間絶縁
膜１４上にバリアメタル２０を積層する。バリアメタル
２０は層間絶縁膜１４とＣｕ−Ｚｒ配線パターンとの間
の密着性を確保し、またＣｕ−Ｚｒ配線パターンのＣｕ
がＳｉ基板１２の不純物拡散層１６中へ拡散するのを防
止するためのものである。バリアメタル２０は既知の従
来技術によって形成され、例えば、反応性スパッタリン
グ法によって形成した膜厚１０００Ａ°（オングストロ
ーム）程度のＴｉＮ膜である。
膜１４上にバリアメタル２０を積層する。バリアメタル
２０は層間絶縁膜１４とＣｕ−Ｚｒ配線パターンとの間
の密着性を確保し、またＣｕ−Ｚｒ配線パターンのＣｕ
がＳｉ基板１２の不純物拡散層１６中へ拡散するのを防
止するためのものである。バリアメタル２０は既知の従
来技術によって形成され、例えば、反応性スパッタリン
グ法によって形成した膜厚１０００Ａ°（オングストロ
ーム）程度のＴｉＮ膜である。
【００１１】次に図１（Ｃ）にも示すように、バリアメ
タル２０上にＣｕ−Ｚｒ合金膜２２を積層する。Ｃｕ−
Ｚｒ合金膜２２は、例えば、Ｃｕ及びＺｒを任意好適な
組成で含むＣｕ−Ｚｒ合金ターゲットを用いスパッタ法
により５０００Ａ°程度の膜厚まで積層した膜である。
タル２０上にＣｕ−Ｚｒ合金膜２２を積層する。Ｃｕ−
Ｚｒ合金膜２２は、例えば、Ｃｕ及びＺｒを任意好適な
組成で含むＣｕ−Ｚｒ合金ターゲットを用いスパッタ法
により５０００Ａ°程度の膜厚まで積層した膜である。
【００１２】次に図１（Ｄ）にも示すように、Ｃｕ−Ｚ
ｒ合金膜２２を、例えばフォトリソ及びドライエッチン
グ技術により、所定形状にパターニングし、パターニン
グしたＣｕ−Ｚｒ合金膜２２から成るＣｕ−Ｚｒ配線パ
ターン２４を得る。
ｒ合金膜２２を、例えばフォトリソ及びドライエッチン
グ技術により、所定形状にパターニングし、パターニン
グしたＣｕ−Ｚｒ合金膜２２から成るＣｕ−Ｚｒ配線パ
ターン２４を得る。
【００１３】Ｃｕの異方性エッチングは難しいと言われ
ているが、文献１：電子情報通信学会技術報告 ＳＤＭ
８９−８５ ｐ２５〜２９に示されるように、基板温度
を３５０℃以上としエッチングガスをＣＣｌ2 及びＮ2
の混合ガスとして、例えば反応性イオンエッチングを行
うことにより、Ｃｕの異方性エッチングが可能であるこ
とが報告されている。そこでこの実施例では、基板温度
を３５０℃以上としエッチングガスをＣＣｌ2 及びＮ2
の混合ガスとして、反応性イオンエッチングその他のド
ライエッチングによりＣｕ−Ｚｒ合金膜２２をパターニ
ングし、Ｃｕ−Ｚｒ配線パターン２４を形成する。
ているが、文献１：電子情報通信学会技術報告 ＳＤＭ
８９−８５ ｐ２５〜２９に示されるように、基板温度
を３５０℃以上としエッチングガスをＣＣｌ2 及びＮ2
の混合ガスとして、例えば反応性イオンエッチングを行
うことにより、Ｃｕの異方性エッチングが可能であるこ
とが報告されている。そこでこの実施例では、基板温度
を３５０℃以上としエッチングガスをＣＣｌ2 及びＮ2
の混合ガスとして、反応性イオンエッチングその他のド
ライエッチングによりＣｕ−Ｚｒ合金膜２２をパターニ
ングし、Ｃｕ−Ｚｒ配線パターン２４を形成する。
【００１４】次に図１（Ｄ）にも示すように、Ｃｕ−Ｚ
ｒ配線パターン２４を窒化ガス例えばＮ2 ガス雰囲気中
に保持した状態で、Ｃｕ−Ｚｒ配線パターン２４を加熱
する。この加熱により、Ｃｕ−Ｚｒ配線パターン２４中
のＺｒをこのパターン２４表層に拡散させ、よってＣｕ
−Ｚｒ配線パターン２４の表層にＺｒＮ膜２６を形成す
る。例えば加熱温度８００℃及び加熱時間３０分として
加熱処理を行えばよい。好ましくは、この加熱処理後の
Ｚｒ−Ｃｕ配線パターン２４がＺｒを最低限度０．０２
ｗｔ％含むように（加熱処理後のＣｕ−Ｚｒ配線パター
ン２４が少なくとも０．０２ｗｔ％以上のＺｒを含むよ
うに）、加熱処理条件を設定しまた前述のＣｕ−Ｚｒ合
金膜２２のＺｒ含有量を調整しておく。ＺｒＮ膜２６は
抵抗率が５００μΩ・ｃｍ以下でありまた耐酸化性を有
し、Ｃｕ−Ｚｒ配線パターン２４の酸化を防ぐのに適し
ている。
ｒ配線パターン２４を窒化ガス例えばＮ2 ガス雰囲気中
に保持した状態で、Ｃｕ−Ｚｒ配線パターン２４を加熱
する。この加熱により、Ｃｕ−Ｚｒ配線パターン２４中
のＺｒをこのパターン２４表層に拡散させ、よってＣｕ
−Ｚｒ配線パターン２４の表層にＺｒＮ膜２６を形成す
る。例えば加熱温度８００℃及び加熱時間３０分として
加熱処理を行えばよい。好ましくは、この加熱処理後の
Ｚｒ−Ｃｕ配線パターン２４がＺｒを最低限度０．０２
ｗｔ％含むように（加熱処理後のＣｕ−Ｚｒ配線パター
ン２４が少なくとも０．０２ｗｔ％以上のＺｒを含むよ
うに）、加熱処理条件を設定しまた前述のＣｕ−Ｚｒ合
金膜２２のＺｒ含有量を調整しておく。ＺｒＮ膜２６は
抵抗率が５００μΩ・ｃｍ以下でありまた耐酸化性を有
し、Ｃｕ−Ｚｒ配線パターン２４の酸化を防ぐのに適し
ている。
【００１５】次に図２を参照し、加熱処理後のＣｕ−Ｚ
ｒ配線パターン２４のＺｒ含有量とＥＭ耐性及びＳＭ耐
性との関係につき説明する。
ｒ配線パターン２４のＺｒ含有量とＥＭ耐性及びＳＭ耐
性との関係につき説明する。
【００１６】図２はＣｕ合金の再結晶化温度と合金元素
の添加量との関係を示す図であり、合金元素Ｚｒ、Ｃ
ｄ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｔｅ、Ａｓ、Ｓｉ、Ｚ
ｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、或はＮｉを純Ｃｕに添加してＣｕ合金
を形成した場合において、これら各種のＣｕ合金の再結
晶化温度が合金元素の不純物濃度（すなわち合金元素の
添加量）の変化と共にどのように変化するかを示す。同
図の縦軸はＣｕ合金の再結晶化温度（℃）及び横軸はＣ
ｕ合金が含む不純物の濃度（合金元素の添加量）（ｗｔ
％）を示す。尚、図２においてＺｒを除く残りの合金元
素に関しては、不純物濃度がほぼ０．０１ｗｔ％以下の
再結晶化温度の変化の様子を図面の理解を助けるため省
略して示した。図２の詳細は文献２：日本銅センター
銅と技術 ６，Ｎｏ．５（１９７０），１を参照された
い。
の添加量との関係を示す図であり、合金元素Ｚｒ、Ｃ
ｄ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｔｅ、Ａｓ、Ｓｉ、Ｚ
ｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、或はＮｉを純Ｃｕに添加してＣｕ合金
を形成した場合において、これら各種のＣｕ合金の再結
晶化温度が合金元素の不純物濃度（すなわち合金元素の
添加量）の変化と共にどのように変化するかを示す。同
図の縦軸はＣｕ合金の再結晶化温度（℃）及び横軸はＣ
ｕ合金が含む不純物の濃度（合金元素の添加量）（ｗｔ
％）を示す。尚、図２においてＺｒを除く残りの合金元
素に関しては、不純物濃度がほぼ０．０１ｗｔ％以下の
再結晶化温度の変化の様子を図面の理解を助けるため省
略して示した。図２の詳細は文献２：日本銅センター
銅と技術 ６，Ｎｏ．５（１９７０），１を参照された
い。
【００１７】純Ｃｕの再結晶化温度はほぼ１５０℃であ
るが、図２からも理解できるように、不純物元素（合金
元素）としてＺｒを０．０２ｗｔ％以上添加することに
より再結晶化温度はほぼ５４０℃以上となり、しかも上
述した不純物元素のうちＺｒを除く元素を添加した場合
よりもＺｒを添加した場合のほうがＣｕの再結晶化温度
は高くなる。
るが、図２からも理解できるように、不純物元素（合金
元素）としてＺｒを０．０２ｗｔ％以上添加することに
より再結晶化温度はほぼ５４０℃以上となり、しかも上
述した不純物元素のうちＺｒを除く元素を添加した場合
よりもＺｒを添加した場合のほうがＣｕの再結晶化温度
は高くなる。
【００１８】Ｃｕの再結晶化は、Ｃｕ原子が動いてＣｕ
の結晶粒に達し結晶粒に達したＣｕ原子が結晶粒の原子
位置（格子点）に収まることによって、生じる。つまり
Ｃｕ原子のマイグレーションによって、Ｃｕの再結晶化
が進む。従って純Ｃｕに不純物としてＺｒを０．０２ｗ
ｔ％以上含有させたＣｕ合金は、上述した不純物元素の
うちＺｒを除く元素を添加したＣｕ合金よりも、再結晶
化しにくくマイグレーションが生じにくいことがわか
る。この結果、Ｚｒを０．０２ｗｔ％以上含有させたＣ
ｕ合金（Ｚｒを最低限度０．０２ｗｔ％含むＺｒ−Ｃｕ
合金）は、既に報告されているエレクトロマイグレーシ
ョンに対する耐性（ＥＭ耐性）に加え、ストレスマイグ
レーションに対する耐性（ＳＭ耐性）も高いことがわか
る。
の結晶粒に達し結晶粒に達したＣｕ原子が結晶粒の原子
位置（格子点）に収まることによって、生じる。つまり
Ｃｕ原子のマイグレーションによって、Ｃｕの再結晶化
が進む。従って純Ｃｕに不純物としてＺｒを０．０２ｗ
ｔ％以上含有させたＣｕ合金は、上述した不純物元素の
うちＺｒを除く元素を添加したＣｕ合金よりも、再結晶
化しにくくマイグレーションが生じにくいことがわか
る。この結果、Ｚｒを０．０２ｗｔ％以上含有させたＣ
ｕ合金（Ｚｒを最低限度０．０２ｗｔ％含むＺｒ−Ｃｕ
合金）は、既に報告されているエレクトロマイグレーシ
ョンに対する耐性（ＥＭ耐性）に加え、ストレスマイグ
レーションに対する耐性（ＳＭ耐性）も高いことがわか
る。
【００１９】このことから加熱処理後のＣｕ−Ｚｒ配線
パターン２４のＺｒ含有量を任意好適に調整することに
より、エレクトロマイグレーションに対する耐性（ＥＭ
耐性）及びストレスマイグレーションに対する耐性（Ｓ
Ｍ耐性）を有し、かつ低抵抗のＣｕ−Ｚｒ配線パターン
２４を形成できると考えられる。
パターン２４のＺｒ含有量を任意好適に調整することに
より、エレクトロマイグレーションに対する耐性（ＥＭ
耐性）及びストレスマイグレーションに対する耐性（Ｓ
Ｍ耐性）を有し、かつ低抵抗のＣｕ−Ｚｒ配線パターン
２４を形成できると考えられる。
【００２０】この発明は、上述した実施例にのみ限定さ
れるものではなく、従って各構成成分の構成、形状、材
料、形成方法、数値的条件及びそのほかを任意好適に変
更することができる。
れるものではなく、従って各構成成分の構成、形状、材
料、形成方法、数値的条件及びそのほかを任意好適に変
更することができる。
【００２１】
【発明の効果】上述した説明からも明らかなように、こ
の発明のＣｕ−Ｚｒ配線パターンの形成方法によれば、
Ｃｕ−Ｚｒ配線パターンの表層に酸化されにくいＺｒＮ
膜を形成するので、Ｃｕ−Ｚｒ配線パターンの酸化を防
止できる。
の発明のＣｕ−Ｚｒ配線パターンの形成方法によれば、
Ｃｕ−Ｚｒ配線パターンの表層に酸化されにくいＺｒＮ
膜を形成するので、Ｃｕ−Ｚｒ配線パターンの酸化を防
止できる。
【図１】（Ａ）〜（Ｄ）はこの発明の実施例の説明に供
する工程図である。
する工程図である。
【図２】Ｃｕ合金の再結晶化温度と合金元素添加量との
関係を示す図である。
関係を示す図である。
１０：下地 ２２：バリアメタル ２４：Ｃｕ−Ｚｒ配線パターン ２６：ＺｒＮ膜
Claims (2)
- 【請求項１】 下地上にＣｕ−Ｚｒ配線パターンを形成
し、 前記Ｃｕ−Ｚｒ配線パターンを窒化ガス雰囲気中で加熱
して、前記Ｃｕ−Ｚｒ配線パターンの表層にＺｒＮ膜を
形成することを特徴とするＣｕ−Ｚｒ配線パターンの形
成方法。 - 【請求項２】 ＺｒＮ膜を形成後のＣｕ−Ｚｒ配線パタ
ーンは、Ｚｒを最低限度０．０２ｗｔ％含むことを特徴
とする請求項１に記載のＣｕ−Ｚｒ配線パターンの形成
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28883291A JPH05129224A (ja) | 1991-11-05 | 1991-11-05 | Ｃｕ−Ｚｒ配線パターンの形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28883291A JPH05129224A (ja) | 1991-11-05 | 1991-11-05 | Ｃｕ−Ｚｒ配線パターンの形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05129224A true JPH05129224A (ja) | 1993-05-25 |
Family
ID=17735327
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28883291A Pending JPH05129224A (ja) | 1991-11-05 | 1991-11-05 | Ｃｕ−Ｚｒ配線パターンの形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05129224A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR19990003484A (ko) * | 1997-06-25 | 1999-01-15 | 김영환 | 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법 |
| US6750541B2 (en) | 2001-04-27 | 2004-06-15 | Fujitsu Limited | Semiconductor device |
| WO2018123955A1 (ja) * | 2016-12-28 | 2018-07-05 | 三井金属鉱業株式会社 | 配線構造及びその製造方法、スパッタリングターゲット材、並びに酸化防止方法 |
| WO2018147136A1 (ja) * | 2017-02-08 | 2018-08-16 | 三井金属鉱業株式会社 | 配線構造及びその製造方法、スパッタリングターゲット材、並びに酸化防止方法 |
-
1991
- 1991-11-05 JP JP28883291A patent/JPH05129224A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR19990003484A (ko) * | 1997-06-25 | 1999-01-15 | 김영환 | 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법 |
| US6750541B2 (en) | 2001-04-27 | 2004-06-15 | Fujitsu Limited | Semiconductor device |
| US6992005B2 (en) | 2001-04-27 | 2006-01-31 | Fujitsu Limited | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
| DE10218155B4 (de) * | 2001-04-27 | 2012-03-29 | Fujitsu Semiconductor Ltd. | Halbleitervorrichtung und Verfahren zum Herstellen derselben |
| WO2018123955A1 (ja) * | 2016-12-28 | 2018-07-05 | 三井金属鉱業株式会社 | 配線構造及びその製造方法、スパッタリングターゲット材、並びに酸化防止方法 |
| WO2018147136A1 (ja) * | 2017-02-08 | 2018-08-16 | 三井金属鉱業株式会社 | 配線構造及びその製造方法、スパッタリングターゲット材、並びに酸化防止方法 |
| JPWO2018147136A1 (ja) * | 2017-02-08 | 2019-06-27 | 三井金属鉱業株式会社 | 配線構造及びその製造方法、スパッタリングターゲット材、並びに酸化防止方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20000125 |