JPH06163544A - 半導体集積回路配線構造体及び製造方法 - Google Patents
半導体集積回路配線構造体及び製造方法Info
- Publication number
- JPH06163544A JPH06163544A JP31063392A JP31063392A JPH06163544A JP H06163544 A JPH06163544 A JP H06163544A JP 31063392 A JP31063392 A JP 31063392A JP 31063392 A JP31063392 A JP 31063392A JP H06163544 A JPH06163544 A JP H06163544A
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- Japan
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- wiring
- film
- semiconductor integrated
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- wiring structure
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- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】微細な半導体集積回路の配線構造においてＡｌ
配線に比べて比抵抗が低くエレクトロマイグレーション
に優れた半導体の配線構造を実現する。 【構成】Ｓｉ基板１の表面に５０００ÅのＢＰＳＧの絶
縁膜２を設け、その表面にＣｕ膜の下地としてバリアメ
タル層３を２ｍＴｏｒｒのＡｒ雰囲気中でＲＦマグネト
ロンスパッタリングによって成膜速度１０Å／ｓで６０
０Å成長させる。次に、その表面にＣｕ層４をＲＦマグ
ネトロンスパッタリングによって２ｍＴｏｒｒのＡｒ雰
囲気中で成膜速度６００００Å／ｍｉｎで１μｍ成長さ
せる。次いで、これをパターニングしてＣｕ配線５を形
成する。さらに、無電解メッキ法によってＣｕ配線５及
びバリアメタル層３の周囲に選択的に厚さ５００ÅのＡ
ｕ被覆６を形成してＣｕ配線５を被覆する。
配線に比べて比抵抗が低くエレクトロマイグレーション
に優れた半導体の配線構造を実現する。 【構成】Ｓｉ基板１の表面に５０００ÅのＢＰＳＧの絶
縁膜２を設け、その表面にＣｕ膜の下地としてバリアメ
タル層３を２ｍＴｏｒｒのＡｒ雰囲気中でＲＦマグネト
ロンスパッタリングによって成膜速度１０Å／ｓで６０
０Å成長させる。次に、その表面にＣｕ層４をＲＦマグ
ネトロンスパッタリングによって２ｍＴｏｒｒのＡｒ雰
囲気中で成膜速度６００００Å／ｍｉｎで１μｍ成長さ
せる。次いで、これをパターニングしてＣｕ配線５を形
成する。さらに、無電解メッキ法によってＣｕ配線５及
びバリアメタル層３の周囲に選択的に厚さ５００ÅのＡ
ｕ被覆６を形成してＣｕ配線５を被覆する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、Ｃｕ配線を有する半導
体集積回路（ＬＳＩ）に関するものである。
体集積回路（ＬＳＩ）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】現在、半導体集積回路の配線材料として
はＡｌあるいはＡｌとＳｉもしくはＣｕなどの合金が使
用されている。このような配線においては、Ａｌを主材
料として用いているため、許容電流密度は（２〜３）×
１０5 Ａ／ｃｍ2 以下に制限されていた。その理由は、
これを越える電流を流した場合にはエレクトロマイグレ
ーションによって配線が断線してしまうためである。よ
り多くの電流を流すために、配線の材料としてＡｌ中に
２〜５％のＣｕを含む合金を用いることがある。このよ
うな合金では、許容電流密度は改善されるものの、配線
の比抵抗が増加し、発熱に伴う信頼性低下の問題が生じ
る。従って、Ａｌ配線にかわって、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。
ところが、Ｃｕは表面が化学的に活性で、Ｃｕ配線構造
の酸化による比抵抗の上昇が問題となっている。
はＡｌあるいはＡｌとＳｉもしくはＣｕなどの合金が使
用されている。このような配線においては、Ａｌを主材
料として用いているため、許容電流密度は（２〜３）×
１０5 Ａ／ｃｍ2 以下に制限されていた。その理由は、
これを越える電流を流した場合にはエレクトロマイグレ
ーションによって配線が断線してしまうためである。よ
り多くの電流を流すために、配線の材料としてＡｌ中に
２〜５％のＣｕを含む合金を用いることがある。このよ
うな合金では、許容電流密度は改善されるものの、配線
の比抵抗が増加し、発熱に伴う信頼性低下の問題が生じ
る。従って、Ａｌ配線にかわって、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。
ところが、Ｃｕは表面が化学的に活性で、Ｃｕ配線構造
の酸化による比抵抗の上昇が問題となっている。
【０００３】そこで、例えば、特開平１−２０２８４１
号公報などにおいてスパッタリング法によってＣｕ配線
の周囲を金属膜で被覆し、Ｃｕ配線の酸化を防止するこ
とが試みられているが、これらの被覆膜は選択的にＣｕ
配線の周囲に成膜することはできず、成膜後に他の部分
の皮膜を除去するなど製造工程を多くしなければならな
い。また、被覆膜のピンホール等の欠陥や膜厚不均一性
のために、十分な酸化防止効果があげられていないのが
現状である。
号公報などにおいてスパッタリング法によってＣｕ配線
の周囲を金属膜で被覆し、Ｃｕ配線の酸化を防止するこ
とが試みられているが、これらの被覆膜は選択的にＣｕ
配線の周囲に成膜することはできず、成膜後に他の部分
の皮膜を除去するなど製造工程を多くしなければならな
い。また、被覆膜のピンホール等の欠陥や膜厚不均一性
のために、十分な酸化防止効果があげられていないのが
現状である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】したがって、Ｃｕ配線
の酸化を効果的に防止できる緻密で均一な被覆膜を有す
る半導体集積回路の配線構造及びその製造方法の開発が
急務である。
の酸化を効果的に防止できる緻密で均一な被覆膜を有す
る半導体集積回路の配線構造及びその製造方法の開発が
急務である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記問題点を
解決するためになされたものであって、Ａｌ配線にかわ
って、配線材料として実質的にＣｕを用い耐酸化性無電
解メッキ金属膜を外面に有するＣｕ配線を備えたことを
特徴とする半導体集積回路配線構造体である。このよう
な配線構造体は、配線材料としてＣｕを用い、このＣｕ
配線の周囲に無電解メッキ法によって選択的にＣｕ配線
の周囲だけ均一で緻密な金属膜を被覆することによって
製造することができるものである。
解決するためになされたものであって、Ａｌ配線にかわ
って、配線材料として実質的にＣｕを用い耐酸化性無電
解メッキ金属膜を外面に有するＣｕ配線を備えたことを
特徴とする半導体集積回路配線構造体である。このよう
な配線構造体は、配線材料としてＣｕを用い、このＣｕ
配線の周囲に無電解メッキ法によって選択的にＣｕ配線
の周囲だけ均一で緻密な金属膜を被覆することによって
製造することができるものである。
【０００６】
【作用】本発明によれば、Ｃｕを配線材料として用いる
のでエレクトロマイグレーションの問題がなくなり、無
電解メッキ法によって、金属膜を用いてＣｕ配線を被覆
するために、Ｃｕ配線の酸化を効果的に抑制することが
可能となった。無電解メッキ法は材料表面の接触作用に
よる還元を利用したあるいは、材料金属とメッキ液中の
金属イオンとの間のイオン化傾向の差による置換折出を
応用した化学メッキ法である。印刷回路の銅、金メッキ
等の薄膜製造にも応用されている。無電解メッキ法によ
って作製される金属膜は、パターニングされたＣｕ配線
の表面に選択的に堆積することが可能であり、その後の
配線構造作製工程を大幅に減少することができる。ま
た、スパッタリング膜に比べてピンホールなどの欠陥の
発生が少ないので、Ｃｕ配線の耐酸化効率が飛躍的に向
上する。さらにＣＶＤ膜に比べて膜表面の平坦性に優れ
るので、その上に成膜する各種薄膜との密着性向上が期
待できる。
のでエレクトロマイグレーションの問題がなくなり、無
電解メッキ法によって、金属膜を用いてＣｕ配線を被覆
するために、Ｃｕ配線の酸化を効果的に抑制することが
可能となった。無電解メッキ法は材料表面の接触作用に
よる還元を利用したあるいは、材料金属とメッキ液中の
金属イオンとの間のイオン化傾向の差による置換折出を
応用した化学メッキ法である。印刷回路の銅、金メッキ
等の薄膜製造にも応用されている。無電解メッキ法によ
って作製される金属膜は、パターニングされたＣｕ配線
の表面に選択的に堆積することが可能であり、その後の
配線構造作製工程を大幅に減少することができる。ま
た、スパッタリング膜に比べてピンホールなどの欠陥の
発生が少ないので、Ｃｕ配線の耐酸化効率が飛躍的に向
上する。さらにＣＶＤ膜に比べて膜表面の平坦性に優れ
るので、その上に成膜する各種薄膜との密着性向上が期
待できる。
【０００７】金属膜としては特に限定されないが、効果
的に利用可能なものとしてはＡｕ、Ｐｔ及びＮｉがあげ
られる。Ｃｕ配線の周囲を被覆するこれらの緻密で均一
な無電解メッキ膜は高温においても安定で優れた耐食性
を有しており、Ｃｕの酸化を防止する効果が大きい。
的に利用可能なものとしてはＡｕ、Ｐｔ及びＮｉがあげ
られる。Ｃｕ配線の周囲を被覆するこれらの緻密で均一
な無電解メッキ膜は高温においても安定で優れた耐食性
を有しており、Ｃｕの酸化を防止する効果が大きい。
【０００８】
【実施例】図１は、本発明によるＣｕ配線構造の製造工
程を示す断面図である。図１（ａ）のように、Ｓｉ基板
１の表面に５０００ÅのＢＰＳＧの絶縁膜２を設け、そ
の表面にＣｕ膜の下地としてバリアメタル層３を２ｍＴ
ｏｒｒのＡｒ雰囲気中でＲＦマグネトロンスパッタリン
グによって成膜速度１０Å／ｓで６００Å成長させる。
このバリアメタル層３には、密着性に優れたＣｒを用い
た。次に、その表面にＣｕ層４をＲＦマグネトロンスパ
ッタリングによって２ｍＴｏｒｒのＡｒ雰囲気中で成膜
速度６００００Å／ｍｉｎで１μｍ成長させる。次い
で、図１（ｂ）に示すように、これをパターニングして
Ｃｕ配線５を形成する。さらに、図１（ｃ）に示すよう
に、無電解メッキ法によってＣｕ配線５及びバリアメタ
ル層３の周囲に選択的に厚さ５００ÅのＡｕ被覆６を形
成してＣｕ配線５を被覆する。このときの被覆された配
線の断面形状を走査型電子顕微鏡を用いて観察し、Ｃｕ
配線５及びバリアメタル層３の表面に選択的に均一なＡ
ｕ層が成長していることを確認した。さらに多層配線構
造を作製する場合には、Ａｕ被覆６上にＳｉＯ2 等の絶
縁膜を設けて、その上にバリアメタル３、Ｃｕ配線５、
Ａｕ被覆６から成る配線構造を同様に作製すればよい。
程を示す断面図である。図１（ａ）のように、Ｓｉ基板
１の表面に５０００ÅのＢＰＳＧの絶縁膜２を設け、そ
の表面にＣｕ膜の下地としてバリアメタル層３を２ｍＴ
ｏｒｒのＡｒ雰囲気中でＲＦマグネトロンスパッタリン
グによって成膜速度１０Å／ｓで６００Å成長させる。
このバリアメタル層３には、密着性に優れたＣｒを用い
た。次に、その表面にＣｕ層４をＲＦマグネトロンスパ
ッタリングによって２ｍＴｏｒｒのＡｒ雰囲気中で成膜
速度６００００Å／ｍｉｎで１μｍ成長させる。次い
で、図１（ｂ）に示すように、これをパターニングして
Ｃｕ配線５を形成する。さらに、図１（ｃ）に示すよう
に、無電解メッキ法によってＣｕ配線５及びバリアメタ
ル層３の周囲に選択的に厚さ５００ÅのＡｕ被覆６を形
成してＣｕ配線５を被覆する。このときの被覆された配
線の断面形状を走査型電子顕微鏡を用いて観察し、Ｃｕ
配線５及びバリアメタル層３の表面に選択的に均一なＡ
ｕ層が成長していることを確認した。さらに多層配線構
造を作製する場合には、Ａｕ被覆６上にＳｉＯ2 等の絶
縁膜を設けて、その上にバリアメタル３、Ｃｕ配線５、
Ａｕ被覆６から成る配線構造を同様に作製すればよい。
【０００９】表１は、上記と同様に作製した各種の被覆
材料を被覆膜として用いたＣｕ配線構造を空気中で４０
０℃×３０ｍｉｎの酸化処理した後のシート抵抗の上昇
率（％）を示したものである。この場合、上昇率が小さ
い方が耐酸化性に優れている。表１に示すように、被覆
処理を行っていないＣｕ配線では熱処理後の比抵抗の上
昇が認められるが、これはＣｕが酸化されたためである
と考えられる。これに比べて無電解メッキ膜を被覆した
場合には、比抵抗の上昇はほとんど観察されず優れた酸
化防止効果を示していることが分かる。
材料を被覆膜として用いたＣｕ配線構造を空気中で４０
０℃×３０ｍｉｎの酸化処理した後のシート抵抗の上昇
率（％）を示したものである。この場合、上昇率が小さ
い方が耐酸化性に優れている。表１に示すように、被覆
処理を行っていないＣｕ配線では熱処理後の比抵抗の上
昇が認められるが、これはＣｕが酸化されたためである
と考えられる。これに比べて無電解メッキ膜を被覆した
場合には、比抵抗の上昇はほとんど観察されず優れた酸
化防止効果を示していることが分かる。
【００１０】
【表１】
【００１１】
【発明の効果】このように、微細な半導体集積回路の配
線構造において無電解メッキ膜でＣｕ配線を取り囲んだ
構造を作製することによって、Ｃｕ配線は酸化されるこ
とがなく、Ａｌ配線に比べて比抵抗が低くエレクトロマ
イグレーションに優れた半導体の配線構造を実現するこ
とができた。従って、Ｃｕ配線の半導体集積回路の配線
としての利用が可能となり、本技術の工業的価値は非常
に大きい。
線構造において無電解メッキ膜でＣｕ配線を取り囲んだ
構造を作製することによって、Ｃｕ配線は酸化されるこ
とがなく、Ａｌ配線に比べて比抵抗が低くエレクトロマ
イグレーションに優れた半導体の配線構造を実現するこ
とができた。従って、Ｃｕ配線の半導体集積回路の配線
としての利用が可能となり、本技術の工業的価値は非常
に大きい。
【図１】Ｃｕ配線構造の製造工程を示す断面図である。
１ Ｓｉ基板 ２ 絶縁膜 ３ バリアメタル層 ４ Ｃｕ層 ５ Ｃｕ配線 ６ Ａｕ被覆
Claims (2)
- 【請求項１】 耐酸化性無電解メッキ金属膜を外面に有
するＣｕ配線を備えたことを特徴とする半導体集積回路
配線構造体。 - 【請求項２】 配線材料としてＣｕを用い、該Ｃｕ配線
の周囲に無電解メッキ法によって金属膜を選択的に被覆
することを特徴とする半導体集積回路配線構造体の製造
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31063392A JPH06163544A (ja) | 1992-11-19 | 1992-11-19 | 半導体集積回路配線構造体及び製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31063392A JPH06163544A (ja) | 1992-11-19 | 1992-11-19 | 半導体集積回路配線構造体及び製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06163544A true JPH06163544A (ja) | 1994-06-10 |
Family
ID=18007607
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31063392A Withdrawn JPH06163544A (ja) | 1992-11-19 | 1992-11-19 | 半導体集積回路配線構造体及び製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06163544A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009123979A (ja) * | 2007-11-16 | 2009-06-04 | Renesas Technology Corp | 半導体集積回路装置の製造方法 |
| JP2009535837A (ja) * | 2006-05-02 | 2009-10-01 | コリア リサーチ インスティテュート オブ スタンダーズ アンド サイエンス | ナノギャップ電極の製造方法及びこれを用いて製造されたナノギャップ素子 |
-
1992
- 1992-11-19 JP JP31063392A patent/JPH06163544A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009535837A (ja) * | 2006-05-02 | 2009-10-01 | コリア リサーチ インスティテュート オブ スタンダーズ アンド サイエンス | ナノギャップ電極の製造方法及びこれを用いて製造されたナノギャップ素子 |
| JP2009123979A (ja) * | 2007-11-16 | 2009-06-04 | Renesas Technology Corp | 半導体集積回路装置の製造方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20000201 |