JPH06140400A - 集積回路装置 - Google Patents
集積回路装置Info
- Publication number
- JPH06140400A JPH06140400A JP28896292A JP28896292A JPH06140400A JP H06140400 A JPH06140400 A JP H06140400A JP 28896292 A JP28896292 A JP 28896292A JP 28896292 A JP28896292 A JP 28896292A JP H06140400 A JPH06140400 A JP H06140400A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- wiring
- film
- integrated circuit
- circuit device
- substrate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
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上に形成される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（または３、５）に、ＩＶａ、
Ｖａ、ＶＩａ、ＶＩＩａ属元素のうちの、いずれか１つ
の炭化物膜を用いることで、このＣｕ配線４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上に形成される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（または３、５）に、ＩＶａ、
Ｖａ、ＶＩａ、ＶＩＩａ属元素のうちの、いずれか１つ
の炭化物膜を用いることで、このＣｕ配線４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ＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ、Ｖ
ＩＩａ属元素のうちの、いずれか１つの炭化物を用いる
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ＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ、Ｖ
ＩＩａ属元素のうちの、いずれか１つの炭化物を用いる
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、バリア材料として用いるＩＶａ、Ｖ
ａ、ＶＩａ、ＶＩＩａ属元素の各炭化物は、従来からバ
リア材料として用いられてきたＺｒ、Ｔｉ、Ｖなどの窒
化物及び硼化物と比較してより微細な結晶粒子を有して
おり、Ｃｕ配線のＣｕ拡散をこの無数の結晶粒界で抑制
するものと考えられる。
ａ、ＶＩａ、ＶＩＩａ属元素の各炭化物は、従来からバ
リア材料として用いられてきたＺｒ、Ｔｉ、Ｖなどの窒
化物及び硼化物と比較してより微細な結晶粒子を有して
おり、Ｃｕ配線のＣｕ拡散をこの無数の結晶粒界で抑制
するものと考えられる。
【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ＮｂＣ膜をバリア材料膜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ＮｂＣ膜をバリア材料膜３（バリアメタル層）として
成長させる。
【００１４】なお、この成膜時のスパッタリングガス圧
は２ｍＴｏｒｒのＡｒガスで行い、Ｎｂ50Ｃ50の成膜速
度は１０Å／ｓ、基板温度は７０℃以下であり、スパッ
タリングターゲットはＮｂ50Ｃ50組成の合金ターゲット
を用いた。
は２ｍＴｏｒｒのＡｒガスで行い、Ｎｂ50Ｃ50の成膜速
度は１０Å／ｓ、基板温度は７０℃以下であり、スパッ
タリングターゲットはＮｂ50Ｃ50組成の合金ターゲット
を用いた。
【００１５】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））。
【００１６】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））。
【００１７】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））。
【００１８】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。
【００１９】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。
【００２０】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、合わせてＸ線回折パタ
ーンのピーク幅を用いてシェラーの式から求めたそれぞ
れのバリア材料の平均の結晶粒径（Å）を求める。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、合わせてＸ線回折パタ
ーンのピーク幅を用いてシェラーの式から求めたそれぞ
れのバリア材料の平均の結晶粒径（Å）を求める。その
結果を以下の表１に示す。
【００２１】
【表１】
【００２２】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、これらの炭化物のほうが結晶粒径が小さいため
に、Ｃｕ配線４のＣｕ拡散を無数の結晶粒界で抑制でき
ることが、このＳｉ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、これらの炭化物のほうが結晶粒径が小さいため
に、Ｃｕ配線４のＣｕ拡散を無数の結晶粒界で抑制でき
ることが、このＳｉ中のＣｕ濃度から確認できる。
【００２３】特に、この表１のよるとＮｂ、Ｔｉ、及び
Ｔａの炭化物に高いバリア効果があることが分かる。
Ｔａの炭化物に高いバリア効果があることが分かる。
【００２４】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
体にバリア材料膜３（例えばＮｂＣ）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を被覆すればよい。
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
体にバリア材料膜３（例えばＮｂＣ）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を被覆すればよい。
【００２５】
【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ＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ、ＶＩＩａ属元素のうちの、
いずれか１つの炭化物を用いたので、より微細な結晶粒
子によりＣｕ配線の周囲へのＣｕ拡散を無数の結晶粒界
で抑制することで、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ＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ、ＶＩＩａ属元素のうちの、
いずれか１つの炭化物を用いたので、より微細な結晶粒
子によりＣｕ配線の周囲へのＣｕ拡散を無数の結晶粒界
で抑制することで、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ＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ、ＶＩ
Ｉａ属元素のうちの、いずれか１つの炭化物膜で被覆し
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 |
|---|---|---|---|
| JP28896292A JPH06140400A (ja) | 1992-10-27 | 1992-10-27 | 集積回路装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28896292A JPH06140400A (ja) | 1992-10-27 | 1992-10-27 | 集積回路装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06140400A true JPH06140400A (ja) | 1994-05-20 |
Family
ID=17737057
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28896292A Pending JPH06140400A (ja) | 1992-10-27 | 1992-10-27 | 集積回路装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06140400A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002524837A (ja) * | 1997-12-19 | 2002-08-06 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | 銅相互接続の電気移動耐性が改善されるように調整されたバリヤー層 |
-
1992
- 1992-10-27 JP JP28896292A patent/JPH06140400A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002524837A (ja) * | 1997-12-19 | 2002-08-06 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | 銅相互接続の電気移動耐性が改善されるように調整されたバリヤー層 |
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