JPH0697164A - 集積回路の配線及びその構造 - Google Patents
集積回路の配線及びその構造Info
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- JPH0697164A JPH0697164A JP24335092A JP24335092A JPH0697164A JP H0697164 A JPH0697164 A JP H0697164A JP 24335092 A JP24335092 A JP 24335092A JP 24335092 A JP24335092 A JP 24335092A JP H0697164 A JPH0697164 A JP H0697164A
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- oxide
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 Ａｌより比抵抗が低く、エレクトロマイグレ
−ション寿命が長く、機械特性に優れたＣｕを用い、か
つこのＣｕの酸化を抑制して、長寿命の集積回路の配線
及びその構造を得る。 【構成】 Ｃｕの酸化物標準生成自由エネルギーよりも
大きなエネルギーを有する元素のうちの少なくとも１種
類以上の元素をＣｕに添加した材料を配線基材１に用い
る。また、配線基材１がＣｕの酸化物と添加された元素
の酸化物の混合物による被覆層１０で被覆された構造を
有する。また、被覆層はＣｕよりも大きな酸化物標準生
成自由エネルギーを有する元素の酸化物、窒化物、Ｃｕ
よりも大きな酸化物標準生成自由エネルギーを有する金
属などで構成することもできる。
−ション寿命が長く、機械特性に優れたＣｕを用い、か
つこのＣｕの酸化を抑制して、長寿命の集積回路の配線
及びその構造を得る。 【構成】 Ｃｕの酸化物標準生成自由エネルギーよりも
大きなエネルギーを有する元素のうちの少なくとも１種
類以上の元素をＣｕに添加した材料を配線基材１に用い
る。また、配線基材１がＣｕの酸化物と添加された元素
の酸化物の混合物による被覆層１０で被覆された構造を
有する。また、被覆層はＣｕよりも大きな酸化物標準生
成自由エネルギーを有する元素の酸化物、窒化物、Ｃｕ
よりも大きな酸化物標準生成自由エネルギーを有する金
属などで構成することもできる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、集積回路を形成する
配線及びその構造に関するものである。
配線及びその構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図５は、例えば第５２回応用物理学会学
術講演会講演予稿集，第７１８頁に記載された従来の集
積回路の配線を示す断面図である。図において、２は配
線の下地でＳｉＯ2 である。３はプラズマＣＶＤ法によ
り形成した層間絶縁膜で、材料としてＳｉＯ2 を用いて
いる。７は配線基材でＡｌにＣｕを０．５％、Ｓｉを１
％添加したものである。８は反射防止膜でＴｉＷ、９は
バリアメタルでＴｉＷが用いられている。
術講演会講演予稿集，第７１８頁に記載された従来の集
積回路の配線を示す断面図である。図において、２は配
線の下地でＳｉＯ2 である。３はプラズマＣＶＤ法によ
り形成した層間絶縁膜で、材料としてＳｉＯ2 を用いて
いる。７は配線基材でＡｌにＣｕを０．５％、Ｓｉを１
％添加したものである。８は反射防止膜でＴｉＷ、９は
バリアメタルでＴｉＷが用いられている。
【０００３】次に動作について説明する。集積回路は多
数のトランジスタまたは容量で構成されている。これら
のトランジスタとトランジスタの間、またはトランジス
タと容量の間で電気信号をやりとりすることにより、集
積回路において論理動作や記憶が可能となる。集積回路
の配線は、このようなトランジスタとトランジスタの
間、またはトランジスタと容量の間を電気的に結合する
ものである。配線を伝送される電気信号の速度は、その
配線の抵抗と配線につながっている容量（主に浮遊容
量）に依存する。また、配線が断線していると電気信号
が伝送されず、集積回路は所定の動作を行わない。
数のトランジスタまたは容量で構成されている。これら
のトランジスタとトランジスタの間、またはトランジス
タと容量の間で電気信号をやりとりすることにより、集
積回路において論理動作や記憶が可能となる。集積回路
の配線は、このようなトランジスタとトランジスタの
間、またはトランジスタと容量の間を電気的に結合する
ものである。配線を伝送される電気信号の速度は、その
配線の抵抗と配線につながっている容量（主に浮遊容
量）に依存する。また、配線が断線していると電気信号
が伝送されず、集積回路は所定の動作を行わない。
【０００４】配線の断線の要因として、エレクトロマイ
グレ−ション、ストレスマイグレ−ションなどが挙げら
れる。エレクトロマイグレ−ションとは、配線中に大電
流を流し続けると、電子により配線を構成する金属原子
が動かされ、欠損が生じて断線に至るという現象であ
る。また、ストレスマイグレ−ションとは、配線に加わ
る応力により配線を構成する金属原子が移動し、欠損が
生じて断線に至るという現象である。
グレ−ション、ストレスマイグレ−ションなどが挙げら
れる。エレクトロマイグレ−ションとは、配線中に大電
流を流し続けると、電子により配線を構成する金属原子
が動かされ、欠損が生じて断線に至るという現象であ
る。また、ストレスマイグレ−ションとは、配線に加わ
る応力により配線を構成する金属原子が移動し、欠損が
生じて断線に至るという現象である。
【０００５】一方、集積回路の集積化が進むにつれ、集
積回路の配線の断面積は減少する。この結果、配線抵抗
の増加による電気信号の伝送遅延、電流密度の増加によ
るエレクトロマイグレ−ション寿命の低下、断面積の減
少によるストレスマイグレ−ション寿命の低下が引き起
こされる。現在の集積回路では配線基材７として上記の
ようなＡｌ合金を用いており、集積回路の配線の断面積
の減少によるこれらの問題点が極めて顕著になる。この
ため、Ａｌより比抵抗が低く、エレクトロマイグレ−シ
ョン寿命が長く、機械特性に優れたＣｕが集積回路の配
線基材に用いられつつある。
積回路の配線の断面積は減少する。この結果、配線抵抗
の増加による電気信号の伝送遅延、電流密度の増加によ
るエレクトロマイグレ−ション寿命の低下、断面積の減
少によるストレスマイグレ−ション寿命の低下が引き起
こされる。現在の集積回路では配線基材７として上記の
ようなＡｌ合金を用いており、集積回路の配線の断面積
の減少によるこれらの問題点が極めて顕著になる。この
ため、Ａｌより比抵抗が低く、エレクトロマイグレ−シ
ョン寿命が長く、機械特性に優れたＣｕが集積回路の配
線基材に用いられつつある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来の
集積回路の配線基材はＡｌ合金を用いており、配線の断
面積の減少に伴い配線抵抗の増加、エレクトロマイグレ
−ション寿命、ストレスマイグレ−ション寿命の低下が
顕著となる。また、Ａｌ合金に替わる材料としてＣｕを
用いた場合、上記のような問題点は解決できるが、Ｃｕ
は極めて酸化され易い。このために、レジスト灰化時や
ＳｉＯ2 膜形成時に配線が酸化され、抵抗が上昇した
り、エレクトロマイグレ−ション寿命やストレスマイグ
レ−ション寿命が短くなる等の問題点があった。
集積回路の配線基材はＡｌ合金を用いており、配線の断
面積の減少に伴い配線抵抗の増加、エレクトロマイグレ
−ション寿命、ストレスマイグレ−ション寿命の低下が
顕著となる。また、Ａｌ合金に替わる材料としてＣｕを
用いた場合、上記のような問題点は解決できるが、Ｃｕ
は極めて酸化され易い。このために、レジスト灰化時や
ＳｉＯ2 膜形成時に配線が酸化され、抵抗が上昇した
り、エレクトロマイグレ−ション寿命やストレスマイグ
レ−ション寿命が短くなる等の問題点があった。
【０００７】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、安定で長寿命の集積回路の配線
及びその構造を得ることを目的としている。
ためになされたもので、安定で長寿命の集積回路の配線
及びその構造を得ることを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る集
積回路の配線は、Ｃｕの酸化物標準生成自由エネルギー
よりも大きな酸化物標準生成自由エネルギーを有する元
素のうちの少なくとも１種類以上の元素をＣｕに添加し
て配線基材としたものである。
積回路の配線は、Ｃｕの酸化物標準生成自由エネルギー
よりも大きな酸化物標準生成自由エネルギーを有する元
素のうちの少なくとも１種類以上の元素をＣｕに添加し
て配線基材としたものである。
【０００９】また、請求項２の発明に係る集積回路の配
線は、請求項１の発明に加え、Ｃｕに添加された元素の
濃度を、各々Ａｌの場合１ａｔ％以下，Ｓｉの場合０．
５ａｔ％以下，Ｂｅの場合２ａｔ％以下，Ｃｒの場合２
ａｔ％以下，Ｍｇの場合２ａｔ％以下，Ｓｎの場合０．
５ａｔ％以下，Ｚｎの場合４ａｔ％以下，Ｃｅの場合２
ａｔ％以下としたものである。
線は、請求項１の発明に加え、Ｃｕに添加された元素の
濃度を、各々Ａｌの場合１ａｔ％以下，Ｓｉの場合０．
５ａｔ％以下，Ｂｅの場合２ａｔ％以下，Ｃｒの場合２
ａｔ％以下，Ｍｇの場合２ａｔ％以下，Ｓｎの場合０．
５ａｔ％以下，Ｚｎの場合４ａｔ％以下，Ｃｅの場合２
ａｔ％以下としたものである。
【００１０】また、請求項３の発明に係る集積回路の配
線構造は、Ｃｕの酸化物標準生成自由エネルギーよりも
大きな酸化物標準生成自由エネルギーを有する元素のう
ちの少なくとも１種類以上の元素をＣｕに添加して配線
基材とし、Ｃｕの酸化物と添加された元素の酸化物との
混合物で配線基材が被覆された構造を有するものであ
る。
線構造は、Ｃｕの酸化物標準生成自由エネルギーよりも
大きな酸化物標準生成自由エネルギーを有する元素のう
ちの少なくとも１種類以上の元素をＣｕに添加して配線
基材とし、Ｃｕの酸化物と添加された元素の酸化物との
混合物で配線基材が被覆された構造を有するものであ
る。
【００１１】また、請求項４の発明に係る集積回路の配
線は、Ｃｕ、またはＣｕの酸化物標準生成自由エネルギ
ーよりも大きな酸化物標準生成自由エネルギーを有する
元素のうちの少なくとも１種類以上の元素をＣｕに添加
した材料で構成する配線基材、及びこの配線基材を、Ｃ
ｕの酸化物標準生成自由エネルギーよりも大きな酸化物
標準生成自由エネルギーを有する元素の酸化物またはこ
の酸化物のうちの２種類以上の混合物で被覆する被覆層
を備えたものである。
線は、Ｃｕ、またはＣｕの酸化物標準生成自由エネルギ
ーよりも大きな酸化物標準生成自由エネルギーを有する
元素のうちの少なくとも１種類以上の元素をＣｕに添加
した材料で構成する配線基材、及びこの配線基材を、Ｃ
ｕの酸化物標準生成自由エネルギーよりも大きな酸化物
標準生成自由エネルギーを有する元素の酸化物またはこ
の酸化物のうちの２種類以上の混合物で被覆する被覆層
を備えたものである。
【００１２】また、請求項５の発明に係る集積回路の配
線は、Ｃｕ、またはＣｕの酸化物標準生成自由エネルギ
ーよりも大きな酸化物標準生成自由エネルギーを有する
元素のうちの少なくとも１種類以上の元素をＣｕに添加
した材料で構成する配線基材、及びこの配線基材を窒化
物で被覆する被覆層を備えたものである。
線は、Ｃｕ、またはＣｕの酸化物標準生成自由エネルギ
ーよりも大きな酸化物標準生成自由エネルギーを有する
元素のうちの少なくとも１種類以上の元素をＣｕに添加
した材料で構成する配線基材、及びこの配線基材を窒化
物で被覆する被覆層を備えたものである。
【００１３】また、請求項６の発明に係る集積回路の配
線は、Ｃｕ、またはＣｕの酸化物標準生成自由エネルギ
ーよりも大きな酸化物標準生成自由エネルギーを有する
元素をＣｕに添加した材料で構成する配線基材、及びこ
の配線基材を、Ｃｕの酸化物標準生成自由エネルギーよ
りも大きい金属で被覆する被覆層を備えたものである。
線は、Ｃｕ、またはＣｕの酸化物標準生成自由エネルギ
ーよりも大きな酸化物標準生成自由エネルギーを有する
元素をＣｕに添加した材料で構成する配線基材、及びこ
の配線基材を、Ｃｕの酸化物標準生成自由エネルギーよ
りも大きい金属で被覆する被覆層を備えたものである。
【００１４】また、請求項７の発明に係る集積回路の配
線は、Ｃｕ、またはＣｕの酸化物標準生成自由エネルギ
ーよりも大きな酸化物標準生成自由エネルギーを有する
元素のうちの少なくとも１種類以上の元素をＣｕに添加
した材料で構成する配線基材、及びこの配線基材をＡ
ｕ，Ｐｔ，Ｐｄ，及びＰｈのうちの少なくとも１種類以
上の金属で被覆する被覆層を備えたものである。
線は、Ｃｕ、またはＣｕの酸化物標準生成自由エネルギ
ーよりも大きな酸化物標準生成自由エネルギーを有する
元素のうちの少なくとも１種類以上の元素をＣｕに添加
した材料で構成する配線基材、及びこの配線基材をＡ
ｕ，Ｐｔ，Ｐｄ，及びＰｈのうちの少なくとも１種類以
上の金属で被覆する被覆層を備えたものである。
【００１５】
【作用】上記のように構成された集積回路の配線では、
Ａｌより比抵抗が低く、エレクトロマイグレ−ション寿
命が長く、機械特性に優れたＣｕを用い、かつこのＣｕ
の酸化を抑制しているので、安定で長寿命の集積回路の
配線が得られる。
Ａｌより比抵抗が低く、エレクトロマイグレ−ション寿
命が長く、機械特性に優れたＣｕを用い、かつこのＣｕ
の酸化を抑制しているので、安定で長寿命の集積回路の
配線が得られる。
【００１６】
【実施例】実施例１．図１はこの発明の実施例１による
集積回路の要部を示す断面図である。図において、１は
配線基材で、Ｃｕの酸化物標準生成自由エネルギーより
も大きな酸化物標準生成自由エネルギーを有する元素の
うちの少なくとも１種類以上の元素をＣｕに添加したも
のである。ここで酸化物標準生成自由エネルギーとは、
その元素の酸化物が生成される時に、放出されるエネル
ギ−をいう。この実施例では、Ｃｕに例えばＡｌを１ａ
ｔ％添加した物を用いる。１０は配線基材１の酸化され
た表面であり、Ａｌの酸化膜とＣｕの酸化膜の混合物で
構成されている。膜厚は例えば５００ｎｍであり、配線
幅は１μｍである。２は配線の下地でＳｉＯ2 である。
３はプラズマＣＶＤ法により形成した層間絶縁膜で、材
料としてＳｉＯ2を用いている。
集積回路の要部を示す断面図である。図において、１は
配線基材で、Ｃｕの酸化物標準生成自由エネルギーより
も大きな酸化物標準生成自由エネルギーを有する元素の
うちの少なくとも１種類以上の元素をＣｕに添加したも
のである。ここで酸化物標準生成自由エネルギーとは、
その元素の酸化物が生成される時に、放出されるエネル
ギ−をいう。この実施例では、Ｃｕに例えばＡｌを１ａ
ｔ％添加した物を用いる。１０は配線基材１の酸化され
た表面であり、Ａｌの酸化膜とＣｕの酸化膜の混合物で
構成されている。膜厚は例えば５００ｎｍであり、配線
幅は１μｍである。２は配線の下地でＳｉＯ2 である。
３はプラズマＣＶＤ法により形成した層間絶縁膜で、材
料としてＳｉＯ2を用いている。
【００１７】上記のように、ＣｕはＡｌより比抵抗が低
く、エレクトロマイグレ−ション寿命が長く、機械特性
に優れている。ところが、配線基材としてＣｕを用いた
場合、酸化膜形成時に配線基材が酸化されるため、酸化
膜形成前に比べ配線抵抗が約２０％上昇する。これに対
しこの実施例では配線基材１としてＣｕにＡｌを１ａｔ
％添加したものを用いる。これによると、配線抵抗は酸
化膜形成前に対し変化せず、酸化が抑えられていること
がわかる。表１に層間絶縁膜を形成する前の配線抵抗
（初期抵抗値）に対し、大気中３００℃で加熱した時の
配線抵抗の変化を示す。Ｃｕを配線基材に用いた場合、
３０分後に絶縁体となる。これに対しこの実施例のもの
は抵抗の変化は初期の５％上昇しただけである。
く、エレクトロマイグレ−ション寿命が長く、機械特性
に優れている。ところが、配線基材としてＣｕを用いた
場合、酸化膜形成時に配線基材が酸化されるため、酸化
膜形成前に比べ配線抵抗が約２０％上昇する。これに対
しこの実施例では配線基材１としてＣｕにＡｌを１ａｔ
％添加したものを用いる。これによると、配線抵抗は酸
化膜形成前に対し変化せず、酸化が抑えられていること
がわかる。表１に層間絶縁膜を形成する前の配線抵抗
（初期抵抗値）に対し、大気中３００℃で加熱した時の
配線抵抗の変化を示す。Ｃｕを配線基材に用いた場合、
３０分後に絶縁体となる。これに対しこの実施例のもの
は抵抗の変化は初期の５％上昇しただけである。
【００１８】この実施例では、ＣｕにＡｌの元素を添加
することにより、酸化膜形成時にＣｕの表面にＣｕの酸
化物とＡｌの酸化物の混合物による被覆層１０が形成さ
れる。この混合物中の添加物とＣｕの濃度比は、配線基
材１の濃度比より高くなり、酸化が内部に進行するのを
抑制する。このため比抵抗が低く、エレクトロマイグレ
−ション寿命が長く、機械特性に優れ、長寿命の集積回
路の配線及びその構造が得られる。
することにより、酸化膜形成時にＣｕの表面にＣｕの酸
化物とＡｌの酸化物の混合物による被覆層１０が形成さ
れる。この混合物中の添加物とＣｕの濃度比は、配線基
材１の濃度比より高くなり、酸化が内部に進行するのを
抑制する。このため比抵抗が低く、エレクトロマイグレ
−ション寿命が長く、機械特性に優れ、長寿命の集積回
路の配線及びその構造が得られる。
【００１９】
【表１】
【００２０】上記実施例１では、ＣｕにＡｌを添加して
配線基材１を構成しているが、Ｃｕの酸化物標準生成自
由エネルギーよりも大きな酸化物標準生成自由エネルギ
ーを有する元素のうちの少なくとも１種類以上の元素を
Ｃｕに添加した材料で構成すればよい。表２に酸化生成
物、各酸化生成物の添加元素、５００度Ｃと１０００度
Ｃの酸化物標準生成自由エネルギー（ｃａｌ／ｇ・ｍｏ
ｌＯ2 ）を示す。例えば、添加する材料はＳｉ，Ｂｅ，
Ｃｒ，Ｍｇ，Ｓｎ，Ｚｎ及びＣｅ等の希土類元素のいず
れか１種類であっても良く、また上記元素を数種類Ｃｕ
に添加しても、上記実施例と同様の効果を奏する。
配線基材１を構成しているが、Ｃｕの酸化物標準生成自
由エネルギーよりも大きな酸化物標準生成自由エネルギ
ーを有する元素のうちの少なくとも１種類以上の元素を
Ｃｕに添加した材料で構成すればよい。表２に酸化生成
物、各酸化生成物の添加元素、５００度Ｃと１０００度
Ｃの酸化物標準生成自由エネルギー（ｃａｌ／ｇ・ｍｏ
ｌＯ2 ）を示す。例えば、添加する材料はＳｉ，Ｂｅ，
Ｃｒ，Ｍｇ，Ｓｎ，Ｚｎ及びＣｅ等の希土類元素のいず
れか１種類であっても良く、また上記元素を数種類Ｃｕ
に添加しても、上記実施例と同様の効果を奏する。
【００２１】
【表２】
【００２２】なお、Ｃｕに添加された材料の濃度は各々
Ａｌの場合１ａｔ％以下，Ｓｉの場合０．５ａｔ％以
下，Ｂｅの場合２ａｔ％以下，Ｃｒの場合２ａｔ％以
下，Ｍｇの場合２ａｔ％以下，Ｓｎの場合０．５ａｔ％
以下，Ｚｎの場合４ａｔ％以下，Ｃｅの場合２ａｔ％以
下であることが望ましい。これは、添加する量が多すぎ
ると比抵抗が上がってしまい、配線抵抗が上昇するため
である。この抵抗上昇は配線基材１の膜厚を増すことで
小さくできるが、この場合、配線による凹凸が激しくな
り、好ましくない。従来使用しているＡｌ配線の比抵抗
は３μΩｃｍであり、比抵抗が３μΩｃｍ程度以上にな
ると、集積回路の配線として問題が生じる。図２にＣｕ
中の添加物濃度と比抵抗の関係を示す。このグラフは横
軸に添加物組成の濃度（％）、縦軸に比抵抗（μΩｃ
ｍ）をとり、Ａｌ，Ｂｅ，Ｍｇ，Ｓｉ，Ｓｎ，Ｚｎ，Ｃ
ｅの各元素の関係を表わしているものである。
Ａｌの場合１ａｔ％以下，Ｓｉの場合０．５ａｔ％以
下，Ｂｅの場合２ａｔ％以下，Ｃｒの場合２ａｔ％以
下，Ｍｇの場合２ａｔ％以下，Ｓｎの場合０．５ａｔ％
以下，Ｚｎの場合４ａｔ％以下，Ｃｅの場合２ａｔ％以
下であることが望ましい。これは、添加する量が多すぎ
ると比抵抗が上がってしまい、配線抵抗が上昇するため
である。この抵抗上昇は配線基材１の膜厚を増すことで
小さくできるが、この場合、配線による凹凸が激しくな
り、好ましくない。従来使用しているＡｌ配線の比抵抗
は３μΩｃｍであり、比抵抗が３μΩｃｍ程度以上にな
ると、集積回路の配線として問題が生じる。図２にＣｕ
中の添加物濃度と比抵抗の関係を示す。このグラフは横
軸に添加物組成の濃度（％）、縦軸に比抵抗（μΩｃ
ｍ）をとり、Ａｌ，Ｂｅ，Ｍｇ，Ｓｉ，Ｓｎ，Ｚｎ，Ｃ
ｅの各元素の関係を表わしているものである。
【００２３】実施例２．図３はこの発明の実施例２によ
る集積回路の要部を示す断面図である。図において、２
は配線の下地でＳｉＯ2 である。３はプラズマＣＶＤ法
により形成した層間絶縁膜で、材料としてＳｉＯ2 を用
いている。膜厚は５０ｎｍである。４は配線基材で、材
料としてＣｕを用いている。膜厚は５００ｎｍであり、
配線幅は１μｍである。５はＣｒによる被覆層で、配線
基材４を被覆するように形成されている。これはＣＶＤ
法やスパッタ法で形成できる。Ｃｒの被覆層５がない場
合、酸化膜形成時に配線材料が酸化されるため、酸化膜
形成前に比べ配線抵抗が約２０％上昇する。この実施例
では、配線抵抗は酸化膜形成前に対し変化せず、酸化が
抑えられていることがわかる。表３に層間絶縁膜を形成
する前の配線抵抗（初期抵抗）に対し、大気中３００℃
加熱した時の抵抗変化を示す。Ｃｒの被覆がない場合、
３０分後に配線は絶縁体となる。これに対しこの実施例
では抵抗はほとんど変化しない。
る集積回路の要部を示す断面図である。図において、２
は配線の下地でＳｉＯ2 である。３はプラズマＣＶＤ法
により形成した層間絶縁膜で、材料としてＳｉＯ2 を用
いている。膜厚は５０ｎｍである。４は配線基材で、材
料としてＣｕを用いている。膜厚は５００ｎｍであり、
配線幅は１μｍである。５はＣｒによる被覆層で、配線
基材４を被覆するように形成されている。これはＣＶＤ
法やスパッタ法で形成できる。Ｃｒの被覆層５がない場
合、酸化膜形成時に配線材料が酸化されるため、酸化膜
形成前に比べ配線抵抗が約２０％上昇する。この実施例
では、配線抵抗は酸化膜形成前に対し変化せず、酸化が
抑えられていることがわかる。表３に層間絶縁膜を形成
する前の配線抵抗（初期抵抗）に対し、大気中３００℃
加熱した時の抵抗変化を示す。Ｃｒの被覆がない場合、
３０分後に配線は絶縁体となる。これに対しこの実施例
では抵抗はほとんど変化しない。
【００２４】この実施例では、金属で配線基材４である
Ｃｕを被覆することにより、酸化膜形成時に酸化が内部
に進行するのを抑制していると考えらる。このため、比
抵抗が低く、エレクトロマイグレ−ション寿命が長く、
機械特性に優れ、長寿命の集積回路の配線及びその構造
が得られる。
Ｃｕを被覆することにより、酸化膜形成時に酸化が内部
に進行するのを抑制していると考えらる。このため、比
抵抗が低く、エレクトロマイグレ−ション寿命が長く、
機械特性に優れ、長寿命の集積回路の配線及びその構造
が得られる。
【００２５】
【表３】
【００２６】なお、上記実施例ではＣｕをＣｒで被覆し
た場合を示したが、Ａｌ，Ｔｉ，Ｔａ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｐ
ｄ，Ｐｈ等の金属で被覆しても良いし、Ａｌ2 Ｏ3 ，Ｃ
ｒ2Ｏ3 ，Ｔａ2 Ｏ5 ，ＴｉＯ2 ，ＭｏＯ3 ，ＷＯ3 等
の酸化物や、ＣｅＯ等の希土類の酸化物、ＴｉＮ，Ｗ
Ｎ，ＳｉＮ，ＢＮ，ＡｌＮ等の窒化物で被覆しても良
い。この被覆層５を形成するものは、安定で緻密なもの
が良い。また、金属で構成する場合には、Ｃｕの酸化物
標準生成自由エネルギーよりも大きい酸化物標準生成自
由エネルギーを有する金属、または酸化しない貴金属類
がよい。さらに、酸化物で構成する場合には、Ｃｕの酸
化物標準生成自由エネルギ−よりも大きな標準生成自由
エネルギ−を有する元素の酸化物が良い。また、配線基
材４がＣｕに他の元素を添加したものでも良い。実施例
２の場合には被覆する材料が金属であり、下地２に接触
する被覆層５をエッチングによって取り除いているが、
被覆する材料が絶縁体の場合、下地２に接触する被覆層
５をエッチングせずに残すこともできる。
た場合を示したが、Ａｌ，Ｔｉ，Ｔａ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｐ
ｄ，Ｐｈ等の金属で被覆しても良いし、Ａｌ2 Ｏ3 ，Ｃ
ｒ2Ｏ3 ，Ｔａ2 Ｏ5 ，ＴｉＯ2 ，ＭｏＯ3 ，ＷＯ3 等
の酸化物や、ＣｅＯ等の希土類の酸化物、ＴｉＮ，Ｗ
Ｎ，ＳｉＮ，ＢＮ，ＡｌＮ等の窒化物で被覆しても良
い。この被覆層５を形成するものは、安定で緻密なもの
が良い。また、金属で構成する場合には、Ｃｕの酸化物
標準生成自由エネルギーよりも大きい酸化物標準生成自
由エネルギーを有する金属、または酸化しない貴金属類
がよい。さらに、酸化物で構成する場合には、Ｃｕの酸
化物標準生成自由エネルギ−よりも大きな標準生成自由
エネルギ−を有する元素の酸化物が良い。また、配線基
材４がＣｕに他の元素を添加したものでも良い。実施例
２の場合には被覆する材料が金属であり、下地２に接触
する被覆層５をエッチングによって取り除いているが、
被覆する材料が絶縁体の場合、下地２に接触する被覆層
５をエッチングせずに残すこともできる。
【００２７】実施例３．図４はこの発明の実施例３によ
る集積回路の要部を示す断面図である。この実施例で
は、被覆する材料が絶縁体であり、下地２に接触する被
覆層をエッチングせずに残した例を示している。図にお
いて、１は配線基材で、材料としてＣｕを用いている。
膜厚は５００ｎｍであり、配線幅は１μｍである。２は
配線の下地でＳｉＯ2 である。３はプラズマＣＶＤ法に
より形成した層間絶縁膜で、材料としてＳｉＯ2 を用い
ている。６はＡｌの酸化物Ａｌ2 Ｏ3 による被覆層で、
配線材料であるＣｕを被覆するように形成されている。
膜厚は５０ｎｍである。
る集積回路の要部を示す断面図である。この実施例で
は、被覆する材料が絶縁体であり、下地２に接触する被
覆層をエッチングせずに残した例を示している。図にお
いて、１は配線基材で、材料としてＣｕを用いている。
膜厚は５００ｎｍであり、配線幅は１μｍである。２は
配線の下地でＳｉＯ2 である。３はプラズマＣＶＤ法に
より形成した層間絶縁膜で、材料としてＳｉＯ2 を用い
ている。６はＡｌの酸化物Ａｌ2 Ｏ3 による被覆層で、
配線材料であるＣｕを被覆するように形成されている。
膜厚は５０ｎｍである。
【００２８】この実施例においても、被覆層６によって
酸化が内部に進行するのが抑制され、抵抗が低く、エレ
クトロマイグレ−ション寿命、ストレスマイグレ−ショ
ン寿命の長いＣｕ配線が得られ、歩留まり及び信頼性を
向上させることができる。
酸化が内部に進行するのが抑制され、抵抗が低く、エレ
クトロマイグレ−ション寿命、ストレスマイグレ−ショ
ン寿命の長いＣｕ配線が得られ、歩留まり及び信頼性を
向上させることができる。
【００２９】なお、被覆層６を窒化物で構成した場合、
例えばＴｉＮ，ＷＮなどは導電性のものであり、金属と
同様、被覆層と下地２に接触する部分の被覆層を取り除
かなければならないが、ＳｉＮ，ＢＮ，ＡｌＮなどは絶
縁物であるので、実施例３のものと同様、取り除く必要
はない。
例えばＴｉＮ，ＷＮなどは導電性のものであり、金属と
同様、被覆層と下地２に接触する部分の被覆層を取り除
かなければならないが、ＳｉＮ，ＢＮ，ＡｌＮなどは絶
縁物であるので、実施例３のものと同様、取り除く必要
はない。
【００３０】
【発明の効果】以上のように、請求項１の発明によれ
ば、Ｃｕの酸化物標準生成自由エネルギーよりも大きな
酸化物標準生成自由エネルギーを有する元素のうちの少
なくとも１種類以上の元素をＣｕに添加して配線基材と
したことにより、安定で長寿命の集積回路の配線を得る
ことができる効果がある。
ば、Ｃｕの酸化物標準生成自由エネルギーよりも大きな
酸化物標準生成自由エネルギーを有する元素のうちの少
なくとも１種類以上の元素をＣｕに添加して配線基材と
したことにより、安定で長寿命の集積回路の配線を得る
ことができる効果がある。
【００３１】また、請求項２の発明によれば、Ｃｕに添
加された元素の濃度を、各々Ａｌの場合１ａｔ％以下，
Ｓｉの場合０．５ａｔ％以下，Ｂｅの場合２ａｔ％以
下，Ｃｒの場合２ａｔ％以下，Ｍｇの場合２ａｔ％以
下，Ｓｎの場合０．５ａｔ％以下，Ｚｎの場合４ａｔ％
以下，Ｃｅの場合２ａｔ％以下としたことにより、安定
で長寿命の集積回路の配線を得ることができる効果があ
る。
加された元素の濃度を、各々Ａｌの場合１ａｔ％以下，
Ｓｉの場合０．５ａｔ％以下，Ｂｅの場合２ａｔ％以
下，Ｃｒの場合２ａｔ％以下，Ｍｇの場合２ａｔ％以
下，Ｓｎの場合０．５ａｔ％以下，Ｚｎの場合４ａｔ％
以下，Ｃｅの場合２ａｔ％以下としたことにより、安定
で長寿命の集積回路の配線を得ることができる効果があ
る。
【００３２】また、請求項３の発明によれば、Ｃｕの酸
化物標準生成自由エネルギーよりも大きな酸化物標準生
成自由エネルギーを有する元素のうちの少なくとも１種
類以上の元素をＣｕに添加して配線基材とし、Ｃｕの酸
化物と添加された元素の酸化物との混合物で配線基材が
被覆された構造を有することにより、安定で長寿命の集
積回路の配線構造を得ることができる効果がある。
化物標準生成自由エネルギーよりも大きな酸化物標準生
成自由エネルギーを有する元素のうちの少なくとも１種
類以上の元素をＣｕに添加して配線基材とし、Ｃｕの酸
化物と添加された元素の酸化物との混合物で配線基材が
被覆された構造を有することにより、安定で長寿命の集
積回路の配線構造を得ることができる効果がある。
【００３３】また、請求項４の発明によれば、Ｃｕ、ま
たはＣｕの酸化物標準生成自由エネルギーよりも大きな
酸化物標準生成自由エネルギーを有する元素のうちの少
なくとも１種類以上の元素をＣｕに添加した材料で構成
する配線基材、及びこの配線基材を、Ｃｕの酸化物標準
生成自由エネルギーよりも大きな酸化物標準生成自由エ
ネルギーを有する元素の酸化物またはこの酸化物のうち
の２種類以上の混合物で被覆する被覆層を備えたことに
より、安定で長寿命の集積回路の配線を得ることができ
る効果がある。
たはＣｕの酸化物標準生成自由エネルギーよりも大きな
酸化物標準生成自由エネルギーを有する元素のうちの少
なくとも１種類以上の元素をＣｕに添加した材料で構成
する配線基材、及びこの配線基材を、Ｃｕの酸化物標準
生成自由エネルギーよりも大きな酸化物標準生成自由エ
ネルギーを有する元素の酸化物またはこの酸化物のうち
の２種類以上の混合物で被覆する被覆層を備えたことに
より、安定で長寿命の集積回路の配線を得ることができ
る効果がある。
【００３４】また、請求項５の発明によれば、Ｃｕ、ま
たはＣｕの酸化物標準生成自由エネルギーよりも大きな
酸化物標準生成自由エネルギーを有する元素のうちの少
なくとも１種類以上の元素をＣｕに添加した材料で構成
する配線基材、及びこの配線基材を窒化物で被覆する被
覆層を備えたことにより、安定で長寿命の集積回路の配
線を得ることができる効果がある。
たはＣｕの酸化物標準生成自由エネルギーよりも大きな
酸化物標準生成自由エネルギーを有する元素のうちの少
なくとも１種類以上の元素をＣｕに添加した材料で構成
する配線基材、及びこの配線基材を窒化物で被覆する被
覆層を備えたことにより、安定で長寿命の集積回路の配
線を得ることができる効果がある。
【００３５】また、請求項６の発明によれば、Ｃｕ、ま
たはＣｕの酸化物標準生成自由エネルギーよりも大きな
酸化物標準生成自由エネルギーを有する元素をＣｕに添
加した材料で構成する配線基材、及びこの配線基材を、
Ｃｕの酸化物標準生成自由エネルギーよりも大きい金属
で被覆する被覆層を備えたことにより、安定で長寿命の
集積回路の配線を得ることができる効果がある。
たはＣｕの酸化物標準生成自由エネルギーよりも大きな
酸化物標準生成自由エネルギーを有する元素をＣｕに添
加した材料で構成する配線基材、及びこの配線基材を、
Ｃｕの酸化物標準生成自由エネルギーよりも大きい金属
で被覆する被覆層を備えたことにより、安定で長寿命の
集積回路の配線を得ることができる効果がある。
【００３６】また、請求項７の発明によれば、Ｃｕ、ま
たはＣｕの酸化物標準生成自由エネルギーよりも大きな
酸化物標準生成自由エネルギーを有する元素のうちの少
なくとも１種類以上の元素をＣｕに添加した材料で構成
する配線基材、及びこの配線基材をＡｕ，Ｐｔ，Ｐｄ，
及びＰｈのうちの少なくとも１種類以上の金属で被覆す
る被覆層を備えたことにより、安定で長寿命の集積回路
の配線を得ることができる効果がある。
たはＣｕの酸化物標準生成自由エネルギーよりも大きな
酸化物標準生成自由エネルギーを有する元素のうちの少
なくとも１種類以上の元素をＣｕに添加した材料で構成
する配線基材、及びこの配線基材をＡｕ，Ｐｔ，Ｐｄ，
及びＰｈのうちの少なくとも１種類以上の金属で被覆す
る被覆層を備えたことにより、安定で長寿命の集積回路
の配線を得ることができる効果がある。
【図１】この発明の実施例１による集積回路の要部を示
す断面図である。
す断面図である。
【図２】この発明に係るＣｕ中の添加物濃度と比抵抗の
関係を示すグラフである。
関係を示すグラフである。
【図３】この発明の実施例２による集積回路の要部を示
す断面図である。
す断面図である。
【図４】この発明の実施例３による集積回路の要部を示
す断面図である。
す断面図である。
【図５】従来の集積回路の配線を示す断面図である。
１ ＣｕにＡｌを１ａｔ％添加した材料による配線基材 ４ Ｃｕによる配線基材 ５ Ｃｒによる被覆層 ６ Ａｌ酸化物による被覆層 １０ Ａｌの酸化膜とＣｕの酸化膜の混合物による被覆
層
層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長谷川 万希子 尼崎市塚口本町８丁目１番１号 三菱電機 株式会社材料デバイス研究所内
Claims (7)
- 【請求項１】 Ｃｕの酸化物標準生成自由エネルギーよ
りも大きな酸化物標準生成自由エネルギーを有する元素
のうちの少なくとも１種類以上の元素をＣｕに添加して
配線基材としたことを特徴とする集積回路の配線。 - 【請求項２】 Ｃｕに添加された元素の濃度を、各々Ａ
ｌの場合１ａｔ％以下，Ｓｉの場合０．５ａｔ％以下，
Ｂｅの場合２ａｔ％以下，Ｃｒの場合２ａｔ％以下，Ｍ
ｇの場合２ａｔ％以下，Ｓｎの場合０．５ａｔ％以下，
Ｚｎの場合４ａｔ％以下，Ｃｅの場合２ａｔ％以下とし
たことを特徴とする請求項第１項記載の集積回路の配
線。 - 【請求項３】 Ｃｕの酸化物標準生成自由エネルギーよ
りも大きな酸化物標準生成自由エネルギーを有する元素
のうちの少なくとも１種類以上の元素をＣｕに添加して
配線基材とし、Ｃｕの酸化物と上記添加された元素の酸
化物との混合物で上記配線基材が被覆された構造を有す
ることを特徴とする集積回路の配線構造。 - 【請求項４】 Ｃｕ、またはＣｕの酸化物標準生成自由
エネルギーよりも大きな酸化物標準生成自由エネルギー
を有する元素のうちの少なくとも１種類以上の元素をＣ
ｕに添加した材料で構成する配線基材、及びこの配線基
材を、Ｃｕの酸化物標準生成自由エネルギーよりも大き
な酸化物標準生成自由エネルギーを有する元素の酸化物
またはこの酸化物のうちの２種類以上の混合物で被覆す
る被覆層を備えたことを特徴とする集積回路の配線。 - 【請求項５】 Ｃｕ、またはＣｕの酸化物標準生成自由
エネルギーよりも大きな酸化物標準生成自由エネルギー
を有する元素のうちの少なくとも１種類以上の元素をＣ
ｕに添加した材料で構成する配線基材、及びこの配線基
材を窒化物で被覆する被覆層を備えたことを特徴とする
集積回路の配線。 - 【請求項６】 Ｃｕ、またはＣｕの酸化物標準生成自由
エネルギーよりも大きな酸化物標準生成自由エネルギー
を有する元素をＣｕに添加した材料で構成する配線基
材、及びこの配線基材を、Ｃｕの酸化物標準生成自由エ
ネルギーよりも大きい金属で被覆する被覆層を備えたこ
とを特徴とする集積回路の配線。 - 【請求項７】 Ｃｕ、またはＣｕの酸化物標準生成自由
エネルギーよりも大きな酸化物標準生成自由エネルギー
を有する元素のうちの少なくとも１種類以上の元素をＣ
ｕに添加した材料で構成する配線基材、及びこの配線基
材をＡｕ，Ｐｔ，Ｐｄ，及びＰｈのうちの少なくとも１
種類以上の金属で被覆する被覆層を備えたことを特徴と
する集積回路の配線。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04243350A JP3091026B2 (ja) | 1992-09-11 | 1992-09-11 | 集積回路の配線 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04243350A JP3091026B2 (ja) | 1992-09-11 | 1992-09-11 | 集積回路の配線 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0697164A true JPH0697164A (ja) | 1994-04-08 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Cited By (12)
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-
1992
- 1992-09-11 JP JP04243350A patent/JP3091026B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JPWO2015046261A1 (ja) * | 2013-09-27 | 2017-03-09 | Jsr株式会社 | タッチパネル、感放射線性樹脂組成物および硬化膜 |
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