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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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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