JPH05267299A - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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- JPH05267299A JPH05267299A JP6359292A JP6359292A JPH05267299A JP H05267299 A JPH05267299 A JP H05267299A JP 6359292 A JP6359292 A JP 6359292A JP 6359292 A JP6359292 A JP 6359292A JP H05267299 A JPH05267299 A JP H05267299A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は半導体装置に関し、低抵抗でかつ高
信頼性の電極配線を提供することにある。 【構成】 銅配線１表面上に、耐酸化性あるいは耐食性
に優れた銅の化合物（Ｃｕ−Ｎｉ、Ｃｕ−Ｎ）を、銅の
電気的特性あるいは熱的特性を損なわない量形成したも
の。
信頼性の電極配線を提供することにある。 【構成】 銅配線１表面上に、耐酸化性あるいは耐食性
に優れた銅の化合物（Ｃｕ−Ｎｉ、Ｃｕ−Ｎ）を、銅の
電気的特性あるいは熱的特性を損なわない量形成したも
の。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体チップ内の回路
配線および／または電極の材料が銅又は銅合金である半
導体装置銅及びその電極又は配線の形成方法に関する。
配線および／または電極の材料が銅又は銅合金である半
導体装置銅及びその電極又は配線の形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、半導体素子の回路配線や電極材料
には、アルミニウム合金が用いられてきた。近年、半導
体素子の高集積化に伴い、配線パタ−ンの微細化が進行
し、配線幅として０．５μｍ以下が要求されてきてい
る。しかし、配線断面積の減少に伴い、配線遅延時間の
増加による回路応答速度の低下、および発熱量の増加や
電流密度の増加によるエレクトロマイグレ−ションの進
行による配線寿命の低下等の問題が懸念されている。こ
の問題を回避するために、特開昭６１−２９４８３８号
公報、特開平６３−２４８５３８号公報又は特開昭６２
−２９０１５０号公報に記載のように、アルミニウム系
配線材料よりも電気伝導性、耐熱性、耐エレクトロマイ
グレ−ション性に優れた銅あるいは銅合金を用いた配線
材料が開発されている。すなわち、銅はアルミニウムに
比べ、電気抵抗が３分の２、融点が４００℃以上高く、
またエレクトロマイグレ−ションの進行による配線寿命
も１０倍以上優れているので、半導体装置を形成した場
合、その高速応答性および信頼性向上が図れる。
には、アルミニウム合金が用いられてきた。近年、半導
体素子の高集積化に伴い、配線パタ−ンの微細化が進行
し、配線幅として０．５μｍ以下が要求されてきてい
る。しかし、配線断面積の減少に伴い、配線遅延時間の
増加による回路応答速度の低下、および発熱量の増加や
電流密度の増加によるエレクトロマイグレ−ションの進
行による配線寿命の低下等の問題が懸念されている。こ
の問題を回避するために、特開昭６１−２９４８３８号
公報、特開平６３−２４８５３８号公報又は特開昭６２
−２９０１５０号公報に記載のように、アルミニウム系
配線材料よりも電気伝導性、耐熱性、耐エレクトロマイ
グレ−ション性に優れた銅あるいは銅合金を用いた配線
材料が開発されている。すなわち、銅はアルミニウムに
比べ、電気抵抗が３分の２、融点が４００℃以上高く、
またエレクトロマイグレ−ションの進行による配線寿命
も１０倍以上優れているので、半導体装置を形成した場
合、その高速応答性および信頼性向上が図れる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、銅は耐酸化性
および耐食性の点で、銅合金では電気伝導性の点で問題
がある。すなわち、銅はアルミニウムに比べ、その表面
に生成する酸化皮膜の保護性が低いため、高温酸化を受
けやすく、また酸性溶液中では腐食しやすい。配線材料
はその製造工程において高温ガス雰囲気や硝フッ酸溶液
のような酸化性水溶液環境に曝されたり、組立後の検査
工程において体湿信頼性が試験されるので、高い耐食性
が要求される。
および耐食性の点で、銅合金では電気伝導性の点で問題
がある。すなわち、銅はアルミニウムに比べ、その表面
に生成する酸化皮膜の保護性が低いため、高温酸化を受
けやすく、また酸性溶液中では腐食しやすい。配線材料
はその製造工程において高温ガス雰囲気や硝フッ酸溶液
のような酸化性水溶液環境に曝されたり、組立後の検査
工程において体湿信頼性が試験されるので、高い耐食性
が要求される。
【０００４】また耐酸化性および耐食性の向上を図った
銅合金では、合金化元素の添加量の増加に伴って電気伝
導性が低下するといった問題点がある。したがって、配
線材料としての電気伝導性、耐熱性、耐エレクトロマイ
グレ−ション性を満足し、さらに耐酸化性および耐食性
の向上を図ることが重要な技術課題である。
銅合金では、合金化元素の添加量の増加に伴って電気伝
導性が低下するといった問題点がある。したがって、配
線材料としての電気伝導性、耐熱性、耐エレクトロマイ
グレ−ション性を満足し、さらに耐酸化性および耐食性
の向上を図ることが重要な技術課題である。
【０００５】本発明の目的は、電気伝導性、耐熱性、耐
エレクトロマイグレ−ション性および、耐酸化性や耐食
性に優れた配線材料を用いることにより、高速応答性と
信頼性に優れた半導体装置及びその配線又は電極の形成
方法を提供することにある。
エレクトロマイグレ−ション性および、耐酸化性や耐食
性に優れた配線材料を用いることにより、高速応答性と
信頼性に優れた半導体装置及びその配線又は電極の形成
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】上記目的は、銅の表面上
に導電性、および耐酸化性あるいは耐食性に優れた銅の
合金あるいは金属間化合物を形成した配線材料を用いた
半導体装置により達成される。
に導電性、および耐酸化性あるいは耐食性に優れた銅の
合金あるいは金属間化合物を形成した配線材料を用いた
半導体装置により達成される。
【０００７】すなわち本発明は、半導体チップ内の回路
配線および／または電極の材料が銅又は銅合金である半
導体装置において、銅より相対酸化量が５０％以下の高
い耐食性を有する銅の化合物がその表面に被設されたこ
とを特徴とするものである。
配線および／または電極の材料が銅又は銅合金である半
導体装置において、銅より相対酸化量が５０％以下の高
い耐食性を有する銅の化合物がその表面に被設されたこ
とを特徴とするものである。
【０００８】また本発明は、半導体チップ内の回路配線
および／または電極の材料が銅又は銅合金である半導体
装置において、銅とＡｇ，Ｂｅ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｍｇ，Ｎ
ｉ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｓｉ，Ｓｎ，Ｔｉ，Ｚｎ，Ｚｒの少な
くとも１種類以上の金属元素との合金がその表面に被設
されたことを特徴とするものである。ここで、金属元素
の含有量が、重量％にして、Ａｇ；０．２〜５０％，Ｂ
ｅ；０．０５〜１０％，Ｃｒ；０．０５〜５０％，Ｆ
ｅ；０．０３〜２０％，Ｍｇ；０．５〜２０％，Ｎｉ；
０．２〜５０％，Ｐｄ；０．１〜５０％，Ｐｔ；０．１
〜５０％，Ｓｉ；０．０４〜１０％，Ｓｎ；０．１〜５
０％，Ｔｉ；０．５〜５０％，Ｚｎ；０．１〜５０％，
Ｚｒ；０．０１〜５０％であるものがよい。
および／または電極の材料が銅又は銅合金である半導体
装置において、銅とＡｇ，Ｂｅ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｍｇ，Ｎ
ｉ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｓｉ，Ｓｎ，Ｔｉ，Ｚｎ，Ｚｒの少な
くとも１種類以上の金属元素との合金がその表面に被設
されたことを特徴とするものである。ここで、金属元素
の含有量が、重量％にして、Ａｇ；０．２〜５０％，Ｂ
ｅ；０．０５〜１０％，Ｃｒ；０．０５〜５０％，Ｆ
ｅ；０．０３〜２０％，Ｍｇ；０．５〜２０％，Ｎｉ；
０．２〜５０％，Ｐｄ；０．１〜５０％，Ｐｔ；０．１
〜５０％，Ｓｉ；０．０４〜１０％，Ｓｎ；０．１〜５
０％，Ｔｉ；０．５〜５０％，Ｚｎ；０．１〜５０％，
Ｚｒ；０．０１〜５０％であるものがよい。
【０００９】また本発明は、半導体チップ内の回路配線
および／または電極の材料が銅又は銅合金である半導体
装置において、銅とＮ又はＰの非金属元素との化合物が
その表面に被設されたことを特徴とするものである。こ
こで、非金属元素の含有量が、重量％にして、Ｎ；０．
００５〜１０％，Ｐ；０．０１〜１０％であるものがよ
い。
および／または電極の材料が銅又は銅合金である半導体
装置において、銅とＮ又はＰの非金属元素との化合物が
その表面に被設されたことを特徴とするものである。こ
こで、非金属元素の含有量が、重量％にして、Ｎ；０．
００５〜１０％，Ｐ；０．０１〜１０％であるものがよ
い。
【００１０】また本発明は、半導体膜と銅又は銅合金と
のオ−ミックコンタクト用の金属膜と、銅又は銅合金に
対するバリア金属と、銅又は銅合金とを順次重ねて形成
する工程と、前記各膜上にホトレジストにより回路を描
写し、その描写パターンに従ってドライエッチングする
工程と、ドライエッチング後に露出した銅又は銅合金表
面上に選択的にその銅又は銅合金よりも高い耐食性を有
する銅の化合物を形成する工程と、ホトレジストを除去
する工程と、ホトレジスト除去後に露出した銅又は銅合
金表面上に選択的にその銅又は銅合金よりも高い耐食性
を有する銅の化合物を形成する工程と、を有することを
特徴とする半導体チップ内の回路配線および／または電
極の形成方法である。
のオ−ミックコンタクト用の金属膜と、銅又は銅合金に
対するバリア金属と、銅又は銅合金とを順次重ねて形成
する工程と、前記各膜上にホトレジストにより回路を描
写し、その描写パターンに従ってドライエッチングする
工程と、ドライエッチング後に露出した銅又は銅合金表
面上に選択的にその銅又は銅合金よりも高い耐食性を有
する銅の化合物を形成する工程と、ホトレジストを除去
する工程と、ホトレジスト除去後に露出した銅又は銅合
金表面上に選択的にその銅又は銅合金よりも高い耐食性
を有する銅の化合物を形成する工程と、を有することを
特徴とする半導体チップ内の回路配線および／または電
極の形成方法である。
【００１１】また本発明は、半導体膜と銅又は銅合金と
のオ−ミックコンタクト用の金属膜と、銅又は銅合金に
対するバリア金属と、銅又は銅合金とを順次重ねて形成
する工程と、前記各膜をパタ−ンニングして配線パタ−
ンを形成する工程と、その銅又は銅合金よりも高い耐食
性を有する銅の化合物を形成する工程と、その銅の化合
物をパタ−ンニングして配線パタ−ンを形成する工程
と、を有することを特徴とする半導体チップ内の回路配
線および／または電極の形成方法である。
のオ−ミックコンタクト用の金属膜と、銅又は銅合金に
対するバリア金属と、銅又は銅合金とを順次重ねて形成
する工程と、前記各膜をパタ−ンニングして配線パタ−
ンを形成する工程と、その銅又は銅合金よりも高い耐食
性を有する銅の化合物を形成する工程と、その銅の化合
物をパタ−ンニングして配線パタ−ンを形成する工程
と、を有することを特徴とする半導体チップ内の回路配
線および／または電極の形成方法である。
【００１２】また本発明は、半導体膜と銅又は銅合金と
のオ−ミックコンタクト用の金属膜と、銅又は銅合金の
バリア金属と、銅又は銅合金とを順次重ねて形成する工
程と、前記各膜をパタ−ンニングして配線パタ−ンを形
成する工程と、銅又は銅合金表面上に選択的にその銅又
は銅合金よりも高い耐食性を有する銅の化合物を形成す
る工程と、を有することを特徴とする半導体チップ内の
回路配線および／または電極の形成方法である。
のオ−ミックコンタクト用の金属膜と、銅又は銅合金の
バリア金属と、銅又は銅合金とを順次重ねて形成する工
程と、前記各膜をパタ−ンニングして配線パタ−ンを形
成する工程と、銅又は銅合金表面上に選択的にその銅又
は銅合金よりも高い耐食性を有する銅の化合物を形成す
る工程と、を有することを特徴とする半導体チップ内の
回路配線および／または電極の形成方法である。
【００１３】
【作用】本発明によれば、電気伝導性、耐熱性、耐エレ
クトロマイグレ−ション性に優れた銅配線表面上に、耐
酸化性や耐食性に優れた銅の化合物を形成することによ
り、銅の持つ電気伝導性、耐熱性、耐エレクトロマイグ
レ−ション性と銅の化合物の持つ耐酸化性や耐食性を兼
ね備えた配線材料が得られる。
クトロマイグレ−ション性に優れた銅配線表面上に、耐
酸化性や耐食性に優れた銅の化合物を形成することによ
り、銅の持つ電気伝導性、耐熱性、耐エレクトロマイグ
レ−ション性と銅の化合物の持つ耐酸化性や耐食性を兼
ね備えた配線材料が得られる。
【００１４】形成される銅の化合物としては、例えば銅
−チタン、銅−ニッケル、銅−銀のような高耐食性の合
金、あるいは銅の窒化物等があり、その厚さは耐食性が
保たれるならば極力薄い方が良い。なぜならば、これら
の化合物は銅に比べて電気伝導率が低いため、厚くなる
と高速応答性が劣化するからである。このようなことか
ら銅の化合物の厚さとしては０．００１〜０．１μｍが
好ましい。
−チタン、銅−ニッケル、銅−銀のような高耐食性の合
金、あるいは銅の窒化物等があり、その厚さは耐食性が
保たれるならば極力薄い方が良い。なぜならば、これら
の化合物は銅に比べて電気伝導率が低いため、厚くなる
と高速応答性が劣化するからである。このようなことか
ら銅の化合物の厚さとしては０．００１〜０．１μｍが
好ましい。
【００１５】添加元素の添加量は、その上限はその合金
の電気的及び機械的特性により規定され、その下限は酸
化抑制効果が現れるようにすることから規定される。そ
こで各元素の添加量は以下の範囲がよい。金属元素の含
有量は、重量％にして、Ａｇ；０．２〜５０％，Ｂｅ；
０．０５〜１０％，Ｃｒ；０．０５〜５０％，Ｆｅ；
０．０３〜２０％，Ｍｇ；０．５〜２０％，Ｎｉ；０．
２〜５０％，Ｐｄ；０．１〜５０％，Ｐｔ；０．１〜５
０％，Ｓｉ；０．０４〜１０％，Ｓｎ；０．１〜５０
％，Ｔｉ；０．５〜５０％，Ｚｎ；０．１〜５０％，Ｚ
ｒ；０．０１〜５０％である。また、非金属元素の含有
量は、重量％にして、Ｎ；０．００５〜１０％，Ｐ；
０．０１〜１０％である。
の電気的及び機械的特性により規定され、その下限は酸
化抑制効果が現れるようにすることから規定される。そ
こで各元素の添加量は以下の範囲がよい。金属元素の含
有量は、重量％にして、Ａｇ；０．２〜５０％，Ｂｅ；
０．０５〜１０％，Ｃｒ；０．０５〜５０％，Ｆｅ；
０．０３〜２０％，Ｍｇ；０．５〜２０％，Ｎｉ；０．
２〜５０％，Ｐｄ；０．１〜５０％，Ｐｔ；０．１〜５
０％，Ｓｉ；０．０４〜１０％，Ｓｎ；０．１〜５０
％，Ｔｉ；０．５〜５０％，Ｚｎ；０．１〜５０％，Ｚ
ｒ；０．０１〜５０％である。また、非金属元素の含有
量は、重量％にして、Ｎ；０．００５〜１０％，Ｐ；
０．０１〜１０％である。
【００１６】Ｃｕ−金属元素合金は、表面に生成する酸
化物皮膜の保護作用により酸化を抑制する。すなわち、
金属表面は酸化を抑制するに必要な最低限の量だけの酸
化物で覆われている。一方、表面に生成したＣｕ−Ｎ及
びＣｕ−Ｐは、それ自体が酸化に対して安定な化合物で
あり、この化合物により酸素と金属とが隔絶されている
ので金属の酸化が進行しない。
化物皮膜の保護作用により酸化を抑制する。すなわち、
金属表面は酸化を抑制するに必要な最低限の量だけの酸
化物で覆われている。一方、表面に生成したＣｕ−Ｎ及
びＣｕ−Ｐは、それ自体が酸化に対して安定な化合物で
あり、この化合物により酸素と金属とが隔絶されている
ので金属の酸化が進行しない。
【００１７】銅の化合物は、真空蒸着法、スパッタ法、
イオンプレ−ティング法、イオンクラスタビ−ム法、プ
ラズマ反応法、化学的気相成長法等のような物理的ある
いは化学的な方法により形成される。
イオンプレ−ティング法、イオンクラスタビ−ム法、プ
ラズマ反応法、化学的気相成長法等のような物理的ある
いは化学的な方法により形成される。
【００１８】
【実施例】図１に本発明を施した半導体装置の断面図を
示す。本発明により、銅配線１の表面は耐食性の高い銅
−ニッケル合金２で覆われているので、その後のプロセ
スにおいても銅配線１の腐食は抑制される。図におい
て、３は二酸化ケイ素、４はシリコンウエハ、５はオー
ミックコンタクトを取るための金属層、６はバリア金属
を示す。図２は、ＣｕにＮｉを添加した場合のニツケル
濃度に対する銅配線の相対酸化量をプロットした図であ
る。図２から、０．２重量％以上のＮｉを添加すると酸
化抑制効果が現れることがわかる。形成された銅−ニッ
ケル合金２は極めて薄いため、電気的特性、あるいは熱
的特性は銅配線１の特性と同等である。本発明により耐
食信頼性に優れて、銅と同様の電気伝導性、耐熱性、耐
エレクトロマイグレ−ション性を有する半導体装置を提
供することができる。
示す。本発明により、銅配線１の表面は耐食性の高い銅
−ニッケル合金２で覆われているので、その後のプロセ
スにおいても銅配線１の腐食は抑制される。図におい
て、３は二酸化ケイ素、４はシリコンウエハ、５はオー
ミックコンタクトを取るための金属層、６はバリア金属
を示す。図２は、ＣｕにＮｉを添加した場合のニツケル
濃度に対する銅配線の相対酸化量をプロットした図であ
る。図２から、０．２重量％以上のＮｉを添加すると酸
化抑制効果が現れることがわかる。形成された銅−ニッ
ケル合金２は極めて薄いため、電気的特性、あるいは熱
的特性は銅配線１の特性と同等である。本発明により耐
食信頼性に優れて、銅と同様の電気伝導性、耐熱性、耐
エレクトロマイグレ−ション性を有する半導体装置を提
供することができる。
【００１９】図３に、本発明を施した各種の銅配線の酸
素プラズマによる酸化試験の結果を示す。本発明を施し
た銅配線を一定時間酸素プラズマ中に曝し、酸化させ
る。酸化量は試験後の酸化銅の量を電気化学的方法によ
り定量化した。本発明の処理を施さない銅配線（Ｃｕ）
の酸化量に比べ、銀、鉄、ニッケル、亜鉛又はジルコニ
ウム合金を形成した銅配線（Ｃｕ−１Ａｇ、Ｃｕ−１Ｆ
ｅ、Ｃｕ−１Ｎｉ、Ｃｕ−１Ｚｎ、Ｃｕ−１Ｚｒ）、ま
たは窒化銅を形成した銅配線（Ｃｕ−Ｎ）の方が５０％
以下に低減していることがわかる。これより本発明を施
した銅配線が、従来の銅配線に比べて高い耐酸化性を有
することが明らかになった。
素プラズマによる酸化試験の結果を示す。本発明を施し
た銅配線を一定時間酸素プラズマ中に曝し、酸化させ
る。酸化量は試験後の酸化銅の量を電気化学的方法によ
り定量化した。本発明の処理を施さない銅配線（Ｃｕ）
の酸化量に比べ、銀、鉄、ニッケル、亜鉛又はジルコニ
ウム合金を形成した銅配線（Ｃｕ−１Ａｇ、Ｃｕ−１Ｆ
ｅ、Ｃｕ−１Ｎｉ、Ｃｕ−１Ｚｎ、Ｃｕ−１Ｚｒ）、ま
たは窒化銅を形成した銅配線（Ｃｕ−Ｎ）の方が５０％
以下に低減していることがわかる。これより本発明を施
した銅配線が、従来の銅配線に比べて高い耐酸化性を有
することが明らかになった。
【００２０】尚、図３の中にＣｕ−１Ａｌ合金（特開昭
６２−２９０１５０号公報）の相対酸化量を示したが、
この図からＣｕ−１Ａｌ合金はＣｕの６０％程度であっ
て５０％を超えており、酸化抑制効果としては充分とは
言えないことがわかる。合金化による耐酸化性の向上に
は２つの手法がある。 貴金属等の酸化されにくい金
属を添加する（Ａｇ）。 酸化されやすい金属を添加
し、保護性の酸化皮膜を表面に形成させ合金を保護する
（Ｎｉ等）。ＡｌはＣｕよりも酸素との親和性が高く、
さらに酸化物自体の酸化抑制効果は高い。しかしＣｕ合
金中におけるＡｌの移動速度が小さいために、Ｃｕ合金
表面に保護性の酸化物が形成するのに充分な量のＡｌが
移動しないので、充分な酸化抑制効果が得られないもの
と思われる。
６２−２９０１５０号公報）の相対酸化量を示したが、
この図からＣｕ−１Ａｌ合金はＣｕの６０％程度であっ
て５０％を超えており、酸化抑制効果としては充分とは
言えないことがわかる。合金化による耐酸化性の向上に
は２つの手法がある。 貴金属等の酸化されにくい金
属を添加する（Ａｇ）。 酸化されやすい金属を添加
し、保護性の酸化皮膜を表面に形成させ合金を保護する
（Ｎｉ等）。ＡｌはＣｕよりも酸素との親和性が高く、
さらに酸化物自体の酸化抑制効果は高い。しかしＣｕ合
金中におけるＡｌの移動速度が小さいために、Ｃｕ合金
表面に保護性の酸化物が形成するのに充分な量のＡｌが
移動しないので、充分な酸化抑制効果が得られないもの
と思われる。
【００２１】図４に本発明による銅配線表面への窒化銅
の形成方法を示す。二酸化ケイ素３の形成されたシリコ
ンウエハ４上に、オ−ミックコンタクトを取るための金
属５および銅とケイ素との拡散を防ぐためのバリア金属
６を介して銅配線１がホトレジスト７のパタ−ンに従っ
てドライエッチングにより形成されている（ａ）。通常
は、酸素プラズマによりホトレジストを酸化し除去す
る。しかし、この時配線側面は銅が露出しているため、
銅も同時に酸化されてしまい、配線の信頼性は著しく低
下する。
の形成方法を示す。二酸化ケイ素３の形成されたシリコ
ンウエハ４上に、オ−ミックコンタクトを取るための金
属５および銅とケイ素との拡散を防ぐためのバリア金属
６を介して銅配線１がホトレジスト７のパタ−ンに従っ
てドライエッチングにより形成されている（ａ）。通常
は、酸素プラズマによりホトレジストを酸化し除去す
る。しかし、この時配線側面は銅が露出しているため、
銅も同時に酸化されてしまい、配線の信頼性は著しく低
下する。
【００２２】そこで、減圧下の反応容器内に窒素ガスを
導入し、マイクロ波により窒素プラズマを生成させ、こ
の窒素プラズマと銅を選択的に反応させることにより、
配線側面に窒化銅（Ｃｕ−Ｎ）２１を形成する（ｂ）。
ここで形成された窒化銅２１は耐酸化性に優れているの
で、後の酸素プラズマによりホトレジストを炭化し除去
するプロセス（ｃ）においても露出している銅配線は酸
化されない。さらに、ホトレジストを除去した後、銅が
露出した配線の上部と窒素プラズマと選択的に反応させ
ることにより、配線上部に窒化銅２２を形成する
（ｄ）。
導入し、マイクロ波により窒素プラズマを生成させ、こ
の窒素プラズマと銅を選択的に反応させることにより、
配線側面に窒化銅（Ｃｕ−Ｎ）２１を形成する（ｂ）。
ここで形成された窒化銅２１は耐酸化性に優れているの
で、後の酸素プラズマによりホトレジストを炭化し除去
するプロセス（ｃ）においても露出している銅配線は酸
化されない。さらに、ホトレジストを除去した後、銅が
露出した配線の上部と窒素プラズマと選択的に反応させ
ることにより、配線上部に窒化銅２２を形成する
（ｄ）。
【００２３】以上の工程により銅配線１の表面は耐酸化
性に優れる窒化銅２１，２２で覆われているために、そ
の後のプロセスにおける銅配線の腐食は抑制される。ま
た形成された窒化銅の厚さは２〜３ｎｍであるので、電
気的特性、あるいは熱的特性に影響を与えない。本実施
例により配線をパタ−ンニングする工程およびその後の
工程における銅の酸化を抑制し、耐酸化性に優れた配線
を形成する手段を提供できる。
性に優れる窒化銅２１，２２で覆われているために、そ
の後のプロセスにおける銅配線の腐食は抑制される。ま
た形成された窒化銅の厚さは２〜３ｎｍであるので、電
気的特性、あるいは熱的特性に影響を与えない。本実施
例により配線をパタ−ンニングする工程およびその後の
工程における銅の酸化を抑制し、耐酸化性に優れた配線
を形成する手段を提供できる。
【００２４】図５に本発明の他の実施例である銅配線表
面への銅の化合物の形成方法を示す。二酸化ケイ素３の
形成されたシリコンウエハ４上に、オ−ミックコンタク
トを取るための金属５および銅とケイ素との拡散を防ぐ
ためのバリア金属６を介して銅配線１が形成されている
（ａ）。この配線が形成されているシリコンウエハ上全
面に、銅−ニッケル合金２３をスパッタ法により堆積さ
せる（ｂ）。そして、ホトレジスト７により配線パタ−
ン描写（ｃ）後、塩素−アンモニア−窒素系ガスでエッ
チングすることにより配線を形成する（ｄ）。これによ
り銅配線は耐食性に優れる銅−ニッケル合金２３で被覆
されるので、その後のプロセスにおいて銅配線は腐食さ
れない。本実施例により耐食性の優れ、銅と同様の電気
伝導性、耐熱性、耐エレクトロマイグレ−ション性を有
する化合物を形成する方法を提供できる。
面への銅の化合物の形成方法を示す。二酸化ケイ素３の
形成されたシリコンウエハ４上に、オ−ミックコンタク
トを取るための金属５および銅とケイ素との拡散を防ぐ
ためのバリア金属６を介して銅配線１が形成されている
（ａ）。この配線が形成されているシリコンウエハ上全
面に、銅−ニッケル合金２３をスパッタ法により堆積さ
せる（ｂ）。そして、ホトレジスト７により配線パタ−
ン描写（ｃ）後、塩素−アンモニア−窒素系ガスでエッ
チングすることにより配線を形成する（ｄ）。これによ
り銅配線は耐食性に優れる銅−ニッケル合金２３で被覆
されるので、その後のプロセスにおいて銅配線は腐食さ
れない。本実施例により耐食性の優れ、銅と同様の電気
伝導性、耐熱性、耐エレクトロマイグレ−ション性を有
する化合物を形成する方法を提供できる。
【００２５】図６に本発明による銅配線表面への銅の化
合物の形成方法を示す。二酸化ケイ素３の形成されたシ
リコンウエハ４上に、オ−ミックコンタクトを取るため
の金属５および銅とケイ素との拡散を防ぐためのバリア
金属６を介いて銅配線１が形成されている（ａ）。この
銅配線上にＣＶＤ法（化学的気相成長法）により銅−銀
合金２４を形成する（ｂ）。ここで形成された銅−銀合
金２４は耐酸化性に優れているので、その後のプロセス
においても銅配線は酸化されない。また形成された銅−
銀合金の厚さは２〜３ｎｍであるので、電気的特性、あ
るいは熱的特性に影響を与えない。本実施例により耐酸
化性の優れ、銅と同様の電気伝導性、耐熱性、耐エレク
トロマイグレ−ション性を有する化合物を形成する方法
を提供できる。
合物の形成方法を示す。二酸化ケイ素３の形成されたシ
リコンウエハ４上に、オ−ミックコンタクトを取るため
の金属５および銅とケイ素との拡散を防ぐためのバリア
金属６を介いて銅配線１が形成されている（ａ）。この
銅配線上にＣＶＤ法（化学的気相成長法）により銅−銀
合金２４を形成する（ｂ）。ここで形成された銅−銀合
金２４は耐酸化性に優れているので、その後のプロセス
においても銅配線は酸化されない。また形成された銅−
銀合金の厚さは２〜３ｎｍであるので、電気的特性、あ
るいは熱的特性に影響を与えない。本実施例により耐酸
化性の優れ、銅と同様の電気伝導性、耐熱性、耐エレク
トロマイグレ−ション性を有する化合物を形成する方法
を提供できる。
【００２６】
【発明の効果】本発明によれば、銅配線の酸化、あるい
は腐食を抑制し、しかも銅の持つ優れた電気的特性や熱
的特性を維持できるので、耐酸化性あるいは耐食性さら
に、電気伝導性、耐熱性、耐エレクトロマイグレ−ショ
ン性に優れた銅配線を有する信頼性の高い半導体装置を
提供することができる。
は腐食を抑制し、しかも銅の持つ優れた電気的特性や熱
的特性を維持できるので、耐酸化性あるいは耐食性さら
に、電気伝導性、耐熱性、耐エレクトロマイグレ−ショ
ン性に優れた銅配線を有する信頼性の高い半導体装置を
提供することができる。
【図１】本発明に係る半導体装置の一実施例の構造を示
した要部断面図である。
した要部断面図である。
【図２】本発明を施した銅配線の酸化量に及ぼすニッケ
ル添加量の影響を示した図である。
ル添加量の影響を示した図である。
【図３】本発明を施した銅配線の酸化量を比較した図で
ある。
ある。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は本発明の実施例による銅配線
の形成方法を示す図である。
の形成方法を示す図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は本発明の他の実施例の形成方
法を示す図である。
法を示す図である。
【図６】（ａ）及び（ｂ）は本発明の他の実施例の形成
方法を示す図である。
方法を示す図である。
１ 銅配線 ２ 銅合金 ３ 二酸化ケイ素 ４ シリコウエハ ５ オ−ミックコンタクト用金属 ６ バリア金属 ７ ホトレジスト
Claims (8)
- 【請求項１】 半導体チップ内の回路配線および／また
は電極の材料が銅又は銅合金である半導体装置におい
て、銅より相対酸化量が５０％以下の高い耐食性を有す
る銅の化合物がその表面に被設されたことを特徴とする
半導体装置。 - 【請求項２】 半導体チップ内の回路配線および／また
は電極の材料が銅又は銅合金である半導体装置におい
て、銅とＡｇ，Ｂｅ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｍｇ，Ｎｉ，Ｐｄ，
Ｐｔ，Ｓｉ，Ｓｎ，Ｔｉ，Ｚｎ，Ｚｒの少なくとも１種
類以上の金属元素との合金がその表面に被設されたこと
を特徴とする半導体装置。 - 【請求項３】 請求項２に記載の半導体装置において、
金属元素の含有量が、重量％にして、Ａｇ；０．２〜５
０％，Ｂｅ；０．０５〜１０％，Ｃｒ；０．０５〜５０
％，Ｆｅ；０．０３〜２０％，Ｍｇ；０．５〜２０％，
Ｎｉ；０．２〜５０％，Ｐｄ；０．１〜５０％，Ｐｔ；
０．１〜５０％，Ｓｉ；０．０４〜１０％，Ｓｎ；０．
１〜５０％，Ｔｉ；０．５〜５０％，Ｚｎ；０．１〜５
０％，Ｚｒ；０．０１〜５０％であることを特徴とする
半導体装置。 - 【請求項４】 半導体チップ内の回路配線および／また
は電極の材料が銅又は銅合金である半導体装置におい
て、銅とＮ又はＰの非金属元素との化合物がその表面に
被設されたことを特徴とする半導体装置。 - 【請求項５】 請求項４に記載の半導体装置において、
非金属元素の含有量が、重量％にして、Ｎ；０．００５
〜１０％，Ｐ；０．０１〜１０％であることを特徴とす
る半導体装置。 - 【請求項６】 半導体膜と銅又は銅合金とのオ−ミック
コンタクト用の金属膜と、銅又は銅合金に対するバリア
金属と、銅又は銅合金とを順次重ねて形成する工程と、
前記各膜上にホトレジストにより回路を描写し、その描
写パターンに従ってドライエッチングする工程と、ドラ
イエッチング後に露出した銅又は銅合金表面上に選択的
にその銅又は銅合金よりも高い耐食性を有する銅の化合
物を形成する工程と、ホトレジストを除去する工程と、
ホトレジスト除去後に露出した銅又は銅合金表面上に選
択的にその銅又は銅合金よりも高い耐食性を有する銅の
化合物を形成する工程と、を有することを特徴とする半
導体チップ内の回路配線および／または電極の形成方
法。 - 【請求項７】 半導体膜と銅又は銅合金とのオ−ミック
コンタクト用の金属膜と、銅又は銅合金に対するバリア
金属と、銅又は銅合金とを順次重ねて形成する工程と、
前記各膜をパタ−ンニングして配線パタ−ンを形成する
工程と、その銅又は銅合金よりも高い耐食性を有する銅
の化合物を形成する工程と、その銅の化合物をパタ−ン
ニングして配線パタ−ンを形成する工程と、を有するこ
とを特徴とする半導体チップ内の回路配線および／また
は電極の形成方法。 - 【請求項８】 半導体膜と銅又は銅合金とのオ−ミック
コンタクト用の金属膜と、銅又は銅合金のバリア金属
と、銅又は銅合金とを順次重ねて形成する工程と、前記
各膜をパタ−ンニングして配線パタ−ンを形成する工程
と、銅又は銅合金表面上に選択的にその銅又は銅合金よ
りも高い耐食性を有する銅の化合物を形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体チップ内の回路配線お
よび／または電極の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06359292A JP3220760B2 (ja) | 1992-03-19 | 1992-03-19 | 半導体装置 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06359292A JP3220760B2 (ja) | 1992-03-19 | 1992-03-19 | 半導体装置 |
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|---|---|---|---|
| JP2001159041A Division JP3498094B2 (ja) | 2001-05-28 | 2001-05-28 | 半導体チップ内の回路配線または電極の形成方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05267299A true JPH05267299A (ja) | 1993-10-15 |
| JP3220760B2 JP3220760B2 (ja) | 2001-10-22 |
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| JP06359292A Expired - Fee Related JP3220760B2 (ja) | 1992-03-19 | 1992-03-19 | 半導体装置 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0621056A (ja) * | 1992-04-30 | 1994-01-28 | Internatl Business Mach Corp <Ibm> | 耐酸化性化合物およびその製造方法 |
| WO1997011485A1 (fr) * | 1995-09-18 | 1997-03-27 | Hitachi, Ltd. | Dispositif a semiconducteur et son procede de fabrication |
| US5891802A (en) * | 1997-07-23 | 1999-04-06 | Advanced Micro Devices, Inc. | Method for fabricating a metallization stack structure to improve electromigration resistance and keep low resistivity of ULSI interconnects |
| US6162366A (en) * | 1997-12-25 | 2000-12-19 | Canon Kabushiki Kaisha | Etching process |
| US6432819B1 (en) * | 1999-09-27 | 2002-08-13 | Applied Materials, Inc. | Method and apparatus of forming a sputtered doped seed layer |
| JP2002353375A (ja) * | 2001-05-25 | 2002-12-06 | Kyocera Corp | 配線基板 |
| US6818991B1 (en) | 1999-06-01 | 2004-11-16 | Nec Electronics Corporation | Copper-alloy interconnection layer |
| US7782433B2 (en) | 2004-08-31 | 2010-08-24 | Tohoku University | Copper alloy and liquid-crystal display device |
| US7940361B2 (en) | 2004-08-31 | 2011-05-10 | Advanced Interconnect Materials, Llc | Copper alloy and liquid-crystal display device |
| US7988908B2 (en) * | 2009-09-08 | 2011-08-02 | Korea Bundy Co., Ltd. | Filler metal alloy compositions |
| US8021798B2 (en) * | 2002-03-06 | 2011-09-20 | Freeslate, Inc. | Fuel cell electrocatalyst of Pt-Zn-Ni/Fe |
| JP5039859B2 (ja) * | 2010-07-14 | 2012-10-03 | アルプス電気株式会社 | 入力装置及びその製造方法 |
| US8349514B2 (en) | 2009-03-27 | 2013-01-08 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Electrode catalyst for fuel cells, method of preparing the electrode catalyst, and fuel cell including electrode containing the electrode catalyst |
| CN114941085A (zh) * | 2021-03-08 | 2022-08-26 | 苏州列治埃盟新材料技术转移有限公司 | 一种电机设备用的铜合金材料及其制备方法 |
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1992
- 1992-03-19 JP JP06359292A patent/JP3220760B2/ja not_active Expired - Fee Related
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