JPH0661224A - 銅配線の形成方法 - Google Patents

銅配線の形成方法

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JPH0661224A
JPH0661224A JP21296592A JP21296592A JPH0661224A JP H0661224 A JPH0661224 A JP H0661224A JP 21296592 A JP21296592 A JP 21296592A JP 21296592 A JP21296592 A JP 21296592A JP H0661224 A JPH0661224 A JP H0661224A
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JP
Japan
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copper
film
wiring
insulating film
copper wiring
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Application number
JP21296592A
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English (en)
Inventor
Nobuhiro Misawa
信裕 三沢
Takayuki Oba
隆之 大場
Shige Hara
樹 原
Hisaya Suzuki
寿哉 鈴木
Katsumi Kagami
克己 各務
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】半導体装置の製造などに用いられる銅配線の形
成方法に関し、エッチング工程を用いずに銅配線を形成
する方法を提供する。 【構成】絶縁膜12を露出する開口部14Aの周辺表面が
シリコン又はゲルマニウムを含む導電性膜14の表面に
て構成された基板の温度を400℃以上にし、銅の有機
化合物を含む反応ガスを用いて、露出した前記絶縁膜1
2上に銅膜13を堆積する工程と、前記導電性膜14を
選択的に除去して銅配線層13Aを形成する工程とを有す
ることを含み構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は配線の形成方法に関し、
更に詳しく言えば、半導体装置の製造などに用いられる
銅配線の形成方法に関する。
【0002】近年、半導体装置の高集積化にともない、
配線の微細化が進んでいる。この結果、エレクトロマイ
グレーションに強く、かつ低抵抗な配線材料が要求され
ている。銅はそのような条件を満たす配線材料として注
目されているが、ハロゲン化合物(例えばCuCl2 )の蒸
気圧が低いために、RIEなど、ハロゲン系エッチング
は困難である。そこで、エッチングを必要としない銅配
線の形成方法が要求されている。
【0003】
【従来の技術】従来の方法によれば、まず図5(a)に
示すように、シリコン基板1上にCVD法でシリコン酸
化膜2を形成する。
【0004】次に、銅薄膜3を全面に形成し、該銅薄膜
3上の配線を形成する領域にパターニングされたレジス
ト膜4をマスクにして、RIE(Reactive Ion Etchin
g: 反応性イオンエッチング)によって選択的にエッチ
ングする(図5(b))。これにより、シリコン酸化膜
2上に、銅配線層3Aが形成される(図5(c))。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の方法
では、銅薄膜3をシリコン酸化膜2の全面に形成したの
ちに、RIEなどにより該銅薄膜3をエッチングするこ
とで銅配線層3Aを形成していた。
【0006】しかし、銅のハロゲン化合物(例えばCuCl
2 )は、その蒸気圧が低いために、RIEなどによるハ
ロゲン系エッチングが非常に困難であった。このため、
銅配線を形成する方法として、化学気相成長法(以下C
VD法と称する。)により400℃以下の基板温度で、
予め設けられている金属薄膜(例えばタングステン等)
の上に銅薄膜の選択成長を行う方法が提案されている。
【0007】しかし、この方法を用いても、酸化膜上に
タングステンなどの金属薄膜を形成し、パターニングし
てタングステンによる配線を形成し、該タングステン配
線上に銅薄膜を選択的に成長させなければならず、ま
た、平坦化する際にはさらにその上に平坦化のための絶
縁膜を形成しなければならないので、工程数が増え、か
つ複雑になる。
【0008】また、この方法によると、銅のタングステ
ンに対する選択成長温度が400℃以下と比較的低いた
め、高純度の銅薄膜を得ることが困難であるという問題
が生じる。
【0009】本発明はかかる従来例の問題点に鑑みて創
作されたものであり、エッチング工程を用いずに、高純
度の銅膜から成る配線層を形成することが可能になる配
線の形成方法の提供を目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記課題は、図1,図2
に示すように、第1に、絶縁膜12を露出する開口部14
Aの周辺表面がシリコン又はゲルマニウムを含む導電性
膜14の表面にて構成された基板の温度を400℃以上
にし、銅の有機化合物を含む反応ガスを用いて、露出し
た前記絶縁膜12上に銅膜13を堆積する工程と、前記
導電性膜14を選択的に除去して銅配線層13Aを形成す
る工程とを有することを特徴とする銅配線の形成方法に
よって達成され、第2に、前記露出する絶縁膜12は、
絶縁膜12に形成された溝12Aの内面であることを特徴
とする第1の発明に記載の銅配線の形成方法によって達
成される。
【0011】
【作 用】本発明に係る配線の形成方法においては、図
1,図2に示すように、絶縁膜12を露出する開口部14
Aの周辺表面がシリコン又はゲルマニウムを含む導電性
膜の表面にて構成された基板の温度を400℃以上にし
て銅の有機化合物を含む反応ガスにより銅膜13を堆積
している。
【0012】ところで、銅の有機化合物を含む反応ガス
を用いて銅膜13を堆積する場合、基板11の温度を4
00℃以上に設定すると、絶縁膜12上にのみ銅が選択
的に付着する。これは200℃以上の温度で熱分解した
銅の有機化合物が分極し易い例えばSi−O−Siの構
造を有する絶縁膜に付着するためであると考えられる。
また、基板を400℃以上に加熱するのは、熱分解した
銅の有機化合物が再び元の銅の有機化合物に戻らないよ
うにして熱分解を促進するためである。
【0013】これにより、銅膜13は膜14の開口部1
4Aから露出している絶縁膜12の溝12A内にのみ選
択的に堆積するので、配線形成領域に膜14の開口部1
4Aを予め形成しておくことで、銅膜をエッチングする
ことなく銅配線層13Aを形成することが可能になる。
【0014】また、400℃以上の高温で銅膜13を成
長しているので、高純度な銅膜13を得ることができ
る。更に、溝12A内に銅配線層13Aを形成している
ので、表面の平坦化を図ることができる。
【0015】また、上記の方法は、溝が形成されていな
い絶縁膜上に銅配線層を形成する場合にも適用すること
が可能である。
【0016】
【実施例】以下で図面に基づいて本発明の実施例を説明
する。図3は、本発明の実施例に係る銅膜を形成するた
めのCVD法を実施する装置の構成図である。
【0017】図3において、反応ガス発生室21は、固
体ソースであるCu(HFA)2 をその内部で昇華させ
てソースガスとするものであり、第1のヒータ22は、
Cu(HFA)2 を加熱・昇華するものである。
【0018】キャリアガス導入口23は、キャリアガス
であるH2 ガスを反応ガス発生室21内に導入するもの
であり、反応ガス導入管24は、H2 ガスや、ソースガ
スとなるCu(HFA)2 ガスなどの反応ガスを反応室
25に導入するものである。
【0019】反応室25は、その内部でシリコン基板1
1上に銅の選択成長をさせるものであり、第2のヒータ
26は、その上にシリコン基板11を載置して加熱する
ものである。
【0020】熱電対27は、シリコン基板11の温度を
測定するものであり、制御装置28は、熱電対27の測
定結果に基づいて、第2のヒータ26の加熱温度を調整
するものである。また、排気口29は、反応室25内を
減圧するために排気するとともに、使用済みのガスを該
反応室25の外部に排出するものである。
【0021】当該装置の動作は、キャリアガス導入口2
3からキャリアガスであるH2 ガスが流量200SCCMで
反応ガス発生室21に導入され、第1のヒータ22によ
って90℃の温度でCu(HFA)2 が加熱・昇華され
ることで得られたソースガスとともに反応ガス導入管2
4を通って反応室25に導入される。
【0022】一方、反応室25内の第2のヒータ26上
に載置されているシリコン基板11は、該第2のヒータ
26によって加熱され、基板温度が400℃以上になる
ようにされる。このとき、熱電対27によってシリコン
基板11の温度が制御装置28に出力され、基板温度が
400℃以上になるように、第2のヒータ26が制御装
置28によって調整されている。
【0023】次に、図1(a)〜(c),図2(d),
(e)を参照しながら、本発明の実施例に係る銅配線層
の形成方法について説明する。まず、シリコン基板(基
板)11上に膜厚5000Åのシリコン酸化膜(絶縁
膜)12,膜厚700Åのアモルファスシリコン膜
(膜)14を順次CVD法によって堆積する(図1
(a))。
【0024】次に、配線を形成すべき領域のアモルファ
スシリコン膜14に、フォトリソグラフィ法によって開
口部14Aを形成し(図1(b))、シリコン酸化膜1
2を露出する。次いで、アモルファスシリコン膜14を
マスクにして、RIEにより、配線層を埋め込み、配線
層を形成した後の表面が平坦化されるような溝12Aを
シリコン酸化膜12に形成する(図1(c))。
【0025】さらに、固体のCu(HFA)2 を90℃
の温度で加熱し、昇華させて得たガスをソースガスとし
て、基板温度400℃以上の条件下でCVD法によって
溝12Aの中に、選択的に銅膜13を堆積させる(図2
(d))。
【0026】このとき、銅膜13の選択堆積は次のよう
にして起こるものと推定される。即ち、400℃以上の
温度にシリコン基板11が加熱されることで、シリコン
基板11表面上方、温度200℃以上の範囲内にあるC
u(HFA)2 ガスが、 Cu(HFA)2 →CuHFA+HFA なる熱分解反応を起こす。こうして生じたCuHFA
は、電気的に分極を起こしやすいSi−O−Siの構造
を有するシリコン酸化膜12が分極することにより、こ
のようなシリコン酸化膜12に選択的に付着する。従っ
て、シリコン酸化膜12上にのみ銅膜が選択的に堆積さ
れる。このとき、シリコン基板11の温度を400℃以
上としているのは、上記と逆の反応、即ち、CuHFA
+HFA→Cu(HFA)2 を抑制することにより、C
uHFA→Cu+HFAの反応による選択成長を促進さ
せるためである。
【0027】次に、図2(e)に示すように、HBr
(臭化水素)ガスをエッチングガスとして用い、周波数
13MHzのRF電力300Wを印加して常温のシリコ
ン基板11上のアモルファスシリコン膜14のみを選択
的にエッチングして除去する。以上により銅配線層13
Aが形成される。
【0028】なお、本実施例によれば、銅配線層13A
を形成した後の表面が平坦になるように、シリコン酸化
膜12に溝12Aを形成しているが、シリコン酸化膜1
2に溝12Aを形成せずに、平坦なシリコン酸化膜12
上にそのまま銅配線層13Aを形成してもよい。
【0029】以上のようにして形成された銅配線層13
Aは、例えば半導体装置の多層配線として用いられる。
図4は多層配線層を有する半導体装置の断面図である。
図4において、32はシリコン基板31上に形成された
シリコン酸化膜、32Aはシリコン酸化膜32の上にそ
のまま、本実施例の形成方法によって形成された銅から
なる下層配線である。
【0030】また、33は下層配線32Aを被覆するよ
うに形成されたシリコン酸化膜、34A,34Bは本実
施例の方法により形成された銅から成る上層配線で、下
層配線32Aの上方の領域に隣接する領域のシリコン酸
化膜33表面に、上層配線を埋め込むことにより上層配
線を形成した後の表面が平坦化されるような溝が設けら
れ、該溝を埋めるように形成されている。
【0031】更に、35は上層配線34A,34Bと下
層配線32Aとを接続するため、下層配線32A上のシ
リコン酸化膜33に形成されたビアホール36を介して
形成されたアルミニウムからなるコンタクト電極であ
る。
【0032】かくして、本発明の実施例によれば、図
1,図2に示すように、シリコン酸化膜12上に形成さ
れたアモルファスシリコン膜14を選択的に除去して、
配線形成領域のシリコン酸化膜12を露出し、かつシリ
コン基板11の温度を400℃以上にしてCu(HF
A)2 からなる反応ガスを用いたCVD法により溝12
A内に銅膜13を堆積している。
【0033】このため、熱分解したCuは、シリコン酸
化膜12にのみ選択的に付着し、シリコン酸化膜12上
にのみ選択的に銅膜13が形成される。これにより、銅
膜のエッチングを行わずに、アモルファスシリコン膜1
4の除去領域である配線形成領域の溝12A内にのみ選
択的に銅配線層13Aを形成することができる。
【0034】また、400℃以上の温度で銅膜13を成
長させているので、高純度な銅膜13を得ることが可能
になる。更に、溝12A内にのみ形成することができる
ので、表面の平坦化を図ることができる。
【0035】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る配線
の形成方法によれば、絶縁膜上に形成された、少なくと
もアモルファスシリコン,ゲルマニウム,ポリシリコン
又はシリコンのいずれかを含む膜を選択的に除去して、
配線形成領域の絶縁膜を露出し、かつ基板の温度を40
0℃以上にして銅の有機化合物を含む反応ガスにより銅
膜を堆積している。
【0036】このため、絶縁膜上にのみ選択的に銅膜が
形成されるので、銅膜のエッチングによらずに、銅配線
層を形成することが可能になる。しかも、400℃以上
の高温で銅膜を成長させているので、高純度な銅膜を得
ることができる。
【0037】以上により、高純度な銅配線層を簡単かつ
安定に形成する方法の提供に寄与するところ大である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係る配線の形成方法を説明す
る断面図(その1)である。
【図2】本発明の実施例に係る配線の形成方法を説明す
る断面図(その2)である。
【図3】本発明の実施例に係るCVD法を実施する装置
の構成図である。
【図4】本発明の実施例に係る配線の用途を説明する断
面図である。
【図5】従来例に係る配線の形成方法を説明する断面図
である。
【符号の説明】
11 シリコン基板(基板)、 12 シリコン酸化膜(絶縁膜)、 12A 溝、 13 銅膜、 13A 銅からなる配線層、 14 アモルファスシリコン膜(膜)、 14A 開口部、 20 Cu (HFA)2、 21 反応ガス発生室、 22 第1のヒータ、 23 キャリアガス導入口、 24 反応ガス導入管、 25 反応室、 26 第2のヒータ、 27 熱電対、 28 制御装置、 29 排気口、 31 シリコン基板、 32 シリコン酸化膜、 32A 下層配線、 33 絶縁膜、 34A,34B 上層配線、 35 コンタクト電極。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 寿哉 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 各務 克己 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 絶縁膜(12)を露出する開口部(14
    A)の周辺表面がシリコン又はゲルマニウムを含む導電
    性膜(14)の表面にて構成された基板の温度を400
    ℃以上にし、銅の有機化合物を含む反応ガスを用いて、
    露出した前記絶縁膜(12)上に銅膜(13)を堆積す
    る工程と、 前記導電性膜(14)を選択的に除去して銅配線層(13
    A)を形成する工程とを有することを特徴とする銅配線
    の形成方法。
  2. 【請求項2】 前記露出する絶縁膜(12)は、絶縁膜
    (12)に形成された溝(12A)の内面であることを特
    徴とする請求項1記載の銅配線の形成方法。
JP21296592A 1992-08-10 1992-08-10 銅配線の形成方法 Withdrawn JPH0661224A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5547901A (en) * 1994-05-24 1996-08-20 Lg Semicon Co., Ltd. Method for forming a copper metal wiring with aluminum containing oxidation barrier

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5547901A (en) * 1994-05-24 1996-08-20 Lg Semicon Co., Ltd. Method for forming a copper metal wiring with aluminum containing oxidation barrier

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Effective date: 19991102