JPH06140398A - 集積回路装置 - Google Patents
集積回路装置Info
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- JPH06140398A JPH06140398A JP28896492A JP28896492A JPH06140398A JP H06140398 A JPH06140398 A JP H06140398A JP 28896492 A JP28896492 A JP 28896492A JP 28896492 A JP28896492 A JP 28896492A JP H06140398 A JPH06140398 A JP H06140398A
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- Japan
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- wiring
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- barrier material
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- integrated circuit
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- Pending
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- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 基板上のCu配線表面から周辺へのCu拡散
を防止するバリア材料及びその配線構造を得ることを目
的とする。 【構成】 基板1上に形成されたCu配線4の全面、あ
るいはその一部として、特に、このCu配線の下地側を
被覆するバリア材料膜3(又は3、5)に、Mn膜、M
nの硼化物膜、あるいはMnの窒化物膜を用いること
で、CuとMnとの合金の結晶粒界を形成させ、このC
u配線表面から周辺へのCu拡散を防止する。
を防止するバリア材料及びその配線構造を得ることを目
的とする。 【構成】 基板1上に形成されたCu配線4の全面、あ
るいはその一部として、特に、このCu配線の下地側を
被覆するバリア材料膜3(又は3、5)に、Mn膜、M
nの硼化物膜、あるいはMnの窒化物膜を用いること
で、CuとMnとの合金の結晶粒界を形成させ、このC
u配線表面から周辺へのCu拡散を防止する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、基板上にCuあるい
はCu合金の配線を有する集積回路装置に関し、特に、
このCu配線の活性な表面から周辺へのCu拡散を防止
する技術に関するものである。
はCu合金の配線を有する集積回路装置に関し、特に、
このCu配線の活性な表面から周辺へのCu拡散を防止
する技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来から、例えば半導体等の集積回路装
置の配線材料としては、Alや、このAlとSi、Cu
等との合金が使用されている。
置の配線材料としては、Alや、このAlとSi、Cu
等との合金が使用されている。
【0003】まず、この配線材料としてAlを主材料と
して用いた場合、エレクトロマイグレーションによる断
線を防止するため、許容電流密度を(2〜3)×105
A/cm2 以下に制限しなければならなかった。
して用いた場合、エレクトロマイグレーションによる断
線を防止するため、許容電流密度を(2〜3)×105
A/cm2 以下に制限しなければならなかった。
【0004】また、より多くの電流を流すために、この
配線材料としてAl中に2〜5%のCuを含む合金を用
いる場合、許容しうる電流密度は改善される一方で、配
線の比抵抗が増加するので発熱に伴い信頼性が低下して
いた。
配線材料としてAl中に2〜5%のCuを含む合金を用
いる場合、許容しうる電流密度は改善される一方で、配
線の比抵抗が増加するので発熱に伴い信頼性が低下して
いた。
【0005】このことから、AlあるいはAl合金の配
線に代えて、比抵抗の低い配線材料として実質的にCu
を用いることが提案されているが、これについてもCu
は表面が科学的に活性で、拡散しやすく配線の周囲(例
えばSi基板や絶縁膜としてのSiO2 )が汚染されて
正常な回路動作が妨げられていた。
線に代えて、比抵抗の低い配線材料として実質的にCu
を用いることが提案されているが、これについてもCu
は表面が科学的に活性で、拡散しやすく配線の周囲(例
えばSi基板や絶縁膜としてのSiO2 )が汚染されて
正常な回路動作が妨げられていた。
【0006】そこで、例えば特開平1−202841号
公報に示されたように、Cu配線のバリア材料としてZ
r、Ti、Vなどの窒化物及び硼化物が利用可能である
ことが指摘されている。
公報に示されたように、Cu配線のバリア材料としてZ
r、Ti、Vなどの窒化物及び硼化物が利用可能である
ことが指摘されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】従来の集積回路装置は
以上のように、基板上に形成する配線材料としてCuあ
るいはCu合金を用いる場合、そのバリア材料としてZ
r、Ti、Vなどの窒化物及び硼化物を用いているが、
デバイスへの応用は検討されておらず、また、これらの
バリア材料は結晶粒径が比較的大きいため、Cu拡散を
十分に防止できないという課題があった。
以上のように、基板上に形成する配線材料としてCuあ
るいはCu合金を用いる場合、そのバリア材料としてZ
r、Ti、Vなどの窒化物及び硼化物を用いているが、
デバイスへの応用は検討されておらず、また、これらの
バリア材料は結晶粒径が比較的大きいため、Cu拡散を
十分に防止できないという課題があった。
【0008】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたもので、集積回路装置における基板上のC
u配線表面から周辺へのCu拡散を防止するバリア材料
及びその配線構造を得ることを目的とする。
めになされたもので、集積回路装置における基板上のC
u配線表面から周辺へのCu拡散を防止するバリア材料
及びその配線構造を得ることを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】この発明に係る集積回路
装置は、基板上に形成するCu配線表面の全面、あるい
は一部をバリア材料膜で被覆し、特に、一部を被覆する
場合はCu配線の下地側を被覆するように構成してお
り、このバリア材料としてはMn、Mnの硼化物、ある
いはMnの窒化物を用いることを特徴としている。
装置は、基板上に形成するCu配線表面の全面、あるい
は一部をバリア材料膜で被覆し、特に、一部を被覆する
場合はCu配線の下地側を被覆するように構成してお
り、このバリア材料としてはMn、Mnの硼化物、ある
いはMnの窒化物を用いることを特徴としている。
【0010】
【作用】この発明における集積回路装置は、Cu配線表
面の全面、あるいは一部をバリア材料で被覆するように
構成したので、基板上の平面配線のみならず、立体配線
の場合についてもCu拡散の影響を防止することができ
る。
面の全面、あるいは一部をバリア材料で被覆するように
構成したので、基板上の平面配線のみならず、立体配線
の場合についてもCu拡散の影響を防止することができ
る。
【0011】また、バリア材料としてMn、Mnの硼化
物、あるいはMnの窒化物を用い、Cu配線表面を被覆
することでCuとMn、CuとMnの硼化物(Mn−
B)、あるいはCuとMnの窒化物(Mn−N)の界面
に耐熱安定性が優れたCuとMnとの合金が極めて薄く
形成される。そして、このCuとMnの合金の結晶粒界
によりCu拡散が抑制されると考えられる。
物、あるいはMnの窒化物を用い、Cu配線表面を被覆
することでCuとMn、CuとMnの硼化物(Mn−
B)、あるいはCuとMnの窒化物(Mn−N)の界面
に耐熱安定性が優れたCuとMnとの合金が極めて薄く
形成される。そして、このCuとMnの合金の結晶粒界
によりCu拡散が抑制されると考えられる。
【0012】
【実施例】以下、この発明の一実施例を図1を用いて説
明する。なお、図中同一部分には同一符号を付して説明
を省略する。
明する。なお、図中同一部分には同一符号を付して説明
を省略する。
【0013】図1は、この発明に係る集積回路装置の配
線形成過程を説明する断面図であり、まず、図1(a)
に示すように、半導体基板1であるSi基板上にPSG
等の絶縁膜2を5000Åの膜厚で形成し、その表面に
RFマグネトロンスパッタリングによって膜厚600Å
のMn、Mnの硼化物、あるいはMnの窒化物をバリア
材料膜3(バリアメタル層)として成長させる。
線形成過程を説明する断面図であり、まず、図1(a)
に示すように、半導体基板1であるSi基板上にPSG
等の絶縁膜2を5000Åの膜厚で形成し、その表面に
RFマグネトロンスパッタリングによって膜厚600Å
のMn、Mnの硼化物、あるいはMnの窒化物をバリア
材料膜3(バリアメタル層)として成長させる。
【0014】なお、Mnの成膜には純Mnターゲット及
びArガスを用い、Mnの硼化物の成膜には組成式Mn
100-X BX でx=40〜95の合金ターゲット及びAr
ガスを用い、さらに、Mnの窒化物の成膜には純Mnタ
ーゲット及びスパッタリングガス圧比(N2 /Ar)を
1〜50とした混合ガスを用いて行った。
びArガスを用い、Mnの硼化物の成膜には組成式Mn
100-X BX でx=40〜95の合金ターゲット及びAr
ガスを用い、さらに、Mnの窒化物の成膜には純Mnタ
ーゲット及びスパッタリングガス圧比(N2 /Ar)を
1〜50とした混合ガスを用いて行った。
【0015】また、このスパッタリングガス圧は2mT
orrで、成膜速度は10Å/s、基板温度は70℃以
下とした。
orrで、成膜速度は10Å/s、基板温度は70℃以
下とした。
【0016】続いて、その表面(バリア材料膜3の表
面)に2mTorrのArガスを成膜速度60000Å
/min、基板温度200℃以下の成膜条件で、RFマ
グネトロンスパッタリングによってCu配線4になる膜
厚1μmの純Cu膜を成長させ、パターニングすること
でCu配線4を形成する(図1(b))。
面)に2mTorrのArガスを成膜速度60000Å
/min、基板温度200℃以下の成膜条件で、RFマ
グネトロンスパッタリングによってCu配線4になる膜
厚1μmの純Cu膜を成長させ、パターニングすること
でCu配線4を形成する(図1(b))。
【0017】そして、このバリア材料膜3の側面と、C
u配線4の表面(上部及び側面部)に選択CVD技術に
よってAl又はW等の被覆膜5を膜厚1000Åで成長
させる(図1(c))。
u配線4の表面(上部及び側面部)に選択CVD技術に
よってAl又はW等の被覆膜5を膜厚1000Åで成長
させる(図1(c))。
【0018】最後に、O3 −TEOS(Tetra-Ethoxy-O
rtho-Silicate )系のCVD技術により層間絶縁膜6
(SiO2 )を形成してCu配線構造を完成させる(図
1(d))。
rtho-Silicate )系のCVD技術により層間絶縁膜6
(SiO2 )を形成してCu配線構造を完成させる(図
1(d))。
【0019】次に、以上のように構成したCu配線4に
対するバリア材料膜3のバリア性のSIMSによる評価
実験について説明する。
対するバリア材料膜3のバリア性のSIMSによる評価
実験について説明する。
【0020】評価する試料はSi基板(半導体基板1)
上に熱酸化膜(絶縁膜2)を膜厚5000Åだけ成長さ
せ、その上に各種バリア材料をRFマグネトロンスパッ
タリングで膜厚600Å成長させて、Cu配線4として
のCu膜を2000Å積層したものを使用する。
上に熱酸化膜(絶縁膜2)を膜厚5000Åだけ成長さ
せ、その上に各種バリア材料をRFマグネトロンスパッ
タリングで膜厚600Å成長させて、Cu配線4として
のCu膜を2000Å積層したものを使用する。
【0021】そして、これらの試料を水素(H2 )ガス
雰囲気中で600℃×1hの熱処理(昇温速度:100
℃/h)した後に、SIMSを用いてCuのデプスプロ
ファイルを得て、Si基板中のCuの濃度(atom/
cc)についてそれぞれ比較した。その結果を以下の表
1に示す。
雰囲気中で600℃×1hの熱処理(昇温速度:100
℃/h)した後に、SIMSを用いてCuのデプスプロ
ファイルを得て、Si基板中のCuの濃度(atom/
cc)についてそれぞれ比較した。その結果を以下の表
1に示す。
【0022】
【表1】
【0023】この表1から、Zr、Ti、V、Ta、N
b、Crの金属、あるいはこれらの窒化物及び硼化物と
比べて、Mn、Mnの硼化物、あるいはMnの窒化物の
ほうがCu拡散の防止効果があることを、このSi基板
中のCu濃度から確認できる。
b、Crの金属、あるいはこれらの窒化物及び硼化物と
比べて、Mn、Mnの硼化物、あるいはMnの窒化物の
ほうがCu拡散の防止効果があることを、このSi基板
中のCu濃度から確認できる。
【0024】また、この発明に係るバリア材料を用い、
Cu配線4を配線幅0.8μmとして集積回路装置を作
成したが、このときの許容電流密度は1×106 A/c
m2であり、従来のAl配線と比較しても1桁程度の特
性向上が確認できた。
Cu配線4を配線幅0.8μmとして集積回路装置を作
成したが、このときの許容電流密度は1×106 A/c
m2であり、従来のAl配線と比較しても1桁程度の特
性向上が確認できた。
【0025】なお、この実施例では被覆膜5としてAl
又はW等を用いたが、バリア材料膜3のバリア材料その
ものを用いて被覆しても同様の効果を奏する。この場
合、図1(b)において、スパッタリングにより表面全
体にバリア材料(Mn、Mnの硼化物、あるいはMnの
窒化物)膜3を成膜させ、不必要部分をエッチングする
ことで図1(c)のようにCu配線4を被覆すれば良
い。
又はW等を用いたが、バリア材料膜3のバリア材料その
ものを用いて被覆しても同様の効果を奏する。この場
合、図1(b)において、スパッタリングにより表面全
体にバリア材料(Mn、Mnの硼化物、あるいはMnの
窒化物)膜3を成膜させ、不必要部分をエッチングする
ことで図1(c)のようにCu配線4を被覆すれば良
い。
【0026】
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、基板上
に形成するCu配線表面の全面、あるいは一部をバリア
材料膜で被覆し、特に、一部を被覆する場合はCu配線
の下地側を被覆するように構成し、このバリア材料とし
てはMn、Mnの硼化物、あるいはMnの窒化物を用い
たので、CuとMn、CuとMnの硼化物(Mn−
B)、あるいはCuとMnの窒化物(Mn−N)の界面
に耐熱安定性が優れたCuとMnとの合金が極めて薄く
形成され、このCuとMnの合金の結晶粒界によりCu
拡散が抑制することで、半導体等の微細な集積回路装置
の配線として利用できるという効果がある。
に形成するCu配線表面の全面、あるいは一部をバリア
材料膜で被覆し、特に、一部を被覆する場合はCu配線
の下地側を被覆するように構成し、このバリア材料とし
てはMn、Mnの硼化物、あるいはMnの窒化物を用い
たので、CuとMn、CuとMnの硼化物(Mn−
B)、あるいはCuとMnの窒化物(Mn−N)の界面
に耐熱安定性が優れたCuとMnとの合金が極めて薄く
形成され、このCuとMnの合金の結晶粒界によりCu
拡散が抑制することで、半導体等の微細な集積回路装置
の配線として利用できるという効果がある。
【図1】この発明に係る集積回路装置の配線形成過程を
説明する断面図である。
説明する断面図である。
1…半導体基板、2…絶縁膜、3…バリア材料膜、4…
Cu配線、5…被覆膜、6…層間絶縁膜。
Cu配線、5…被覆膜、6…層間絶縁膜。
Claims (2)
- 【請求項1】 基板上にCu配線を有する集積回路装置
において、 前記Cu配線表面の全面、あるいは該Cu配線表面の一
部を、バリア材料膜としてMn膜、Mnの硼化物膜、あ
るいはMnの窒化物膜で被覆したことを特徴とする集積
回路装置。 - 【請求項2】 前記バリア材料膜は、前記基板上に形成
するCu配線表面のうち、少なくとも該Cu配線表面の
下地側を被覆したことを特徴とする請求項1記載の集積
回路装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP28896492A JPH06140398A (ja) | 1992-10-27 | 1992-10-27 | 集積回路装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP28896492A JPH06140398A (ja) | 1992-10-27 | 1992-10-27 | 集積回路装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06140398A true JPH06140398A (ja) | 1994-05-20 |
Family
ID=17737083
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP28896492A Pending JPH06140398A (ja) | 1992-10-27 | 1992-10-27 | 集積回路装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH06140398A (ja) |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007096241A (ja) * | 2005-08-30 | 2007-04-12 | Fujitsu Ltd | 半導体装置の製造方法及び半導体装置 |
WO2007100125A1 (ja) * | 2006-02-28 | 2007-09-07 | Advanced Interconnect Materials, Llc | 半導体装置、その製造方法およびその製造方法に用いるスパッタリング用ターゲット材 |
WO2008041535A1 (en) | 2006-10-03 | 2008-04-10 | Nippon Mining & Metals Co., Ltd. | Cu-Mn ALLOY SPUTTERING TARGET AND SEMICONDUCTOR WIRING |
US7755192B2 (en) | 2008-03-25 | 2010-07-13 | Tohoku University | Copper interconnection structure, barrier layer including carbon and hydrogen |
US8169079B2 (en) | 2008-12-19 | 2012-05-01 | Advanced Interconnect Materials, Llc | Copper interconnection structures and semiconductor devices |
US8372745B2 (en) | 2006-02-28 | 2013-02-12 | Advanced Interconnect Materials, Llc | Semiconductor device, its manufacturing method, and sputtering target material for use in the method |
CN103526170A (zh) * | 2013-09-29 | 2014-01-22 | 上海理工大学 | 一种黑色装饰薄膜材料及其制备方法 |
US10665462B2 (en) | 2002-11-21 | 2020-05-26 | Jx Nippon Mining & Metals Corporation | Copper alloy sputtering target and semiconductor element wiring |
-
1992
- 1992-10-27 JP JP28896492A patent/JPH06140398A/ja active Pending
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10665462B2 (en) | 2002-11-21 | 2020-05-26 | Jx Nippon Mining & Metals Corporation | Copper alloy sputtering target and semiconductor element wiring |
JP2007096241A (ja) * | 2005-08-30 | 2007-04-12 | Fujitsu Ltd | 半導体装置の製造方法及び半導体装置 |
JP4523535B2 (ja) * | 2005-08-30 | 2010-08-11 | 富士通株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
WO2007100125A1 (ja) * | 2006-02-28 | 2007-09-07 | Advanced Interconnect Materials, Llc | 半導体装置、その製造方法およびその製造方法に用いるスパッタリング用ターゲット材 |
US8188599B2 (en) | 2006-02-28 | 2012-05-29 | Advanced Interconnect Materials, Llc | Semiconductor device, its manufacturing method, and sputtering target material for use in the method |
US8372745B2 (en) | 2006-02-28 | 2013-02-12 | Advanced Interconnect Materials, Llc | Semiconductor device, its manufacturing method, and sputtering target material for use in the method |
WO2008041535A1 (en) | 2006-10-03 | 2008-04-10 | Nippon Mining & Metals Co., Ltd. | Cu-Mn ALLOY SPUTTERING TARGET AND SEMICONDUCTOR WIRING |
US7755192B2 (en) | 2008-03-25 | 2010-07-13 | Tohoku University | Copper interconnection structure, barrier layer including carbon and hydrogen |
US8163649B2 (en) | 2008-03-25 | 2012-04-24 | Advanced Interconnect Materials, Llc | Copper interconnection structure, semiconductor device, and method for forming copper interconnection structure |
US8169079B2 (en) | 2008-12-19 | 2012-05-01 | Advanced Interconnect Materials, Llc | Copper interconnection structures and semiconductor devices |
US9082821B2 (en) | 2008-12-19 | 2015-07-14 | Advanced Interconnect Materials, Llc | Method for forming copper interconnection structures |
CN103526170A (zh) * | 2013-09-29 | 2014-01-22 | 上海理工大学 | 一种黑色装饰薄膜材料及其制备方法 |
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