JPH07230991A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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- JPH07230991A JPH07230991A JP1974994A JP1974994A JPH07230991A JP H07230991 A JPH07230991 A JP H07230991A JP 1974994 A JP1974994 A JP 1974994A JP 1974994 A JP1974994 A JP 1974994A JP H07230991 A JPH07230991 A JP H07230991A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 Cu合金膜表面に低温で窒化物膜を形成する
ことができ、熱による配線ダメージを生じ難くすること
ができる等、素子特性の劣化を抑えることができる。 【構成】 半導体基板1上にCu合金膜4を形成する工
程と、次いで、ヒドラジン化合物、アミド化合物、アジ
ド化合物及び窒素環状化合物のうち少なくとも一つをソ
ースガスとして該基板1上に供給し、基板温度を上げる
ことによって、該Cu合金膜4表面に窒化物膜6を形成
する工程とを含む。
ことができ、熱による配線ダメージを生じ難くすること
ができる等、素子特性の劣化を抑えることができる。 【構成】 半導体基板1上にCu合金膜4を形成する工
程と、次いで、ヒドラジン化合物、アミド化合物、アジ
ド化合物及び窒素環状化合物のうち少なくとも一つをソ
ースガスとして該基板1上に供給し、基板温度を上げる
ことによって、該Cu合金膜4表面に窒化物膜6を形成
する工程とを含む。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造方法
に係り、詳しくは、Cu配線の表面の安定化及び拡散防
止技術に適用することができ、特に、Cu合金膜表面に
低温で窒化物膜を形成することができ、熱による配線ダ
メージを生じ難くすることができる等、素子特性の劣化
を抑えることができる半導体装置の製造方法に関する。
に係り、詳しくは、Cu配線の表面の安定化及び拡散防
止技術に適用することができ、特に、Cu合金膜表面に
低温で窒化物膜を形成することができ、熱による配線ダ
メージを生じ難くすることができる等、素子特性の劣化
を抑えることができる半導体装置の製造方法に関する。
【0002】近年、LSIの高集積化に伴う配線の微細
化によってAL配線にエレクトロマイグレーション及び
ストレスマイグレーション等の障害が起こっている。こ
のため、次代の配線材料としてエレクトロマイグレーシ
ョン耐性及びストレスマイグレーション耐性に優れ、し
かも低抵抗であるCuが使用されるようになってきてい
る。しかしながら、CuはSiやSiO2 に拡散し易
く、酸化され易いという欠点を有しており、半導体プロ
セスにおいては、取り扱い難い配線材料となっている。
そこで、そのCu表面の安定化及び拡散防止を実現する
ことができる半導体装置の製造方法が要求されている。
化によってAL配線にエレクトロマイグレーション及び
ストレスマイグレーション等の障害が起こっている。こ
のため、次代の配線材料としてエレクトロマイグレーシ
ョン耐性及びストレスマイグレーション耐性に優れ、し
かも低抵抗であるCuが使用されるようになってきてい
る。しかしながら、CuはSiやSiO2 に拡散し易
く、酸化され易いという欠点を有しており、半導体プロ
セスにおいては、取り扱い難い配線材料となっている。
そこで、そのCu表面の安定化及び拡散防止を実現する
ことができる半導体装置の製造方法が要求されている。
【0003】
【従来の技術】一般に、Cuはエレクトロマイグレーシ
ョン耐性及びストレスマイグレーション耐性に優れ、し
かも低抵抗であるため、次世代の配線材料として使用さ
れるようになってきている。しかしながら、Cuは酸化
し易いため、エッチングした後数時間大気中に放置した
だけでその表面が酸化してしまう他、プロセス中にかか
る熱によってSiやSiO2 と簡単に反応してしまい、
その優れた特性が損なわれてしまうという問題が生じて
いる。仮に、酸化が生じていない場合においても、カバ
ー膜との界面で反応して徐々に酸化したり、拡散したり
して、結局上記と同様の問題が生じている。
ョン耐性及びストレスマイグレーション耐性に優れ、し
かも低抵抗であるため、次世代の配線材料として使用さ
れるようになってきている。しかしながら、Cuは酸化
し易いため、エッチングした後数時間大気中に放置した
だけでその表面が酸化してしまう他、プロセス中にかか
る熱によってSiやSiO2 と簡単に反応してしまい、
その優れた特性が損なわれてしまうという問題が生じて
いる。仮に、酸化が生じていない場合においても、カバ
ー膜との界面で反応して徐々に酸化したり、拡散したり
して、結局上記と同様の問題が生じている。
【0004】そこで、拡散と酸化を防止する安定な膜で
Cu配線の表面(周囲)を被覆する方法が検討されてい
る。このCu配線を被覆する方法には、まずCu合金で
配線を形成し、N2 又はNH3 の雰囲気中で550〜8
00℃の高温でアニールを行い、Cu合金中の添加元素
をCu表面に拡散させて添加元素の窒化物を形成する方
法が知られている。これについては、例えば、1989
PROCEEDINGS VLSI MULTILE
VEL INTERCONNECTION CONFE
RENCE K.Hoshino,H.Yagi,an
d H.Tsuchikawa:“TiN−ENCAP
SULIZED COPPER INTERCONNE
CTS FOR ULSI APPLICATION
S”や、Appl.Phys.Lett.60(2
4),15 June 1992 Jian Li a
nd J.W.Mayer,Y.Shacham−Di
amand,E.G.Colgan:“Formati
on of TiN−encapsulated co
pper structures in a NH3
ambient”等の文献で報告されている。
Cu配線の表面(周囲)を被覆する方法が検討されてい
る。このCu配線を被覆する方法には、まずCu合金で
配線を形成し、N2 又はNH3 の雰囲気中で550〜8
00℃の高温でアニールを行い、Cu合金中の添加元素
をCu表面に拡散させて添加元素の窒化物を形成する方
法が知られている。これについては、例えば、1989
PROCEEDINGS VLSI MULTILE
VEL INTERCONNECTION CONFE
RENCE K.Hoshino,H.Yagi,an
d H.Tsuchikawa:“TiN−ENCAP
SULIZED COPPER INTERCONNE
CTS FOR ULSI APPLICATION
S”や、Appl.Phys.Lett.60(2
4),15 June 1992 Jian Li a
nd J.W.Mayer,Y.Shacham−Di
amand,E.G.Colgan:“Formati
on of TiN−encapsulated co
pper structures in a NH3
ambient”等の文献で報告されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たように、従来の半導体装置の製造方法では、Cu合金
配線表面に窒化物膜を形成する際、550〜800℃も
の高温でアニールしていたため、Cu合金配線や他の配
線に熱によるダメージを生じ易く、配線のコンタクト抵
抗やバリア性が劣化し易い他、ジャンクションリークも
生じ易く、素子特性が劣化し易いという問題があった。
たように、従来の半導体装置の製造方法では、Cu合金
配線表面に窒化物膜を形成する際、550〜800℃も
の高温でアニールしていたため、Cu合金配線や他の配
線に熱によるダメージを生じ易く、配線のコンタクト抵
抗やバリア性が劣化し易い他、ジャンクションリークも
生じ易く、素子特性が劣化し易いという問題があった。
【0006】例えば上記の如く、窒化物膜のバリア性が
劣化すると、Cu合金配線表面がSiやSiO2 等と反
応して、Cu合金配線の内部まで酸化が進行してしま
い、長所であるCu合金配線の優れた特性が損なわれて
しまうことがあった。そこで、本発明は、Cu合金膜表
面に低温で窒化物膜を形成することができ、熱による配
線ダメージを生じ難くすることができる等、素子特性の
劣化を抑えることができる半導体装置の製造方法を提供
することを目的とする。
劣化すると、Cu合金配線表面がSiやSiO2 等と反
応して、Cu合金配線の内部まで酸化が進行してしま
い、長所であるCu合金配線の優れた特性が損なわれて
しまうことがあった。そこで、本発明は、Cu合金膜表
面に低温で窒化物膜を形成することができ、熱による配
線ダメージを生じ難くすることができる等、素子特性の
劣化を抑えることができる半導体装置の製造方法を提供
することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
半導体基板上にCu合金膜を形成する工程と、次いで、
ヒドラジン化合物、アミド化合物、アジド化合物及び窒
素環状化合物のうち少なくとも一つをソースガスとして
該基板上に供給し、基板温度を上げることによって、該
Cu合金膜表面に窒化物膜を形成する工程とを含むこと
を特徴とするものである。
半導体基板上にCu合金膜を形成する工程と、次いで、
ヒドラジン化合物、アミド化合物、アジド化合物及び窒
素環状化合物のうち少なくとも一つをソースガスとして
該基板上に供給し、基板温度を上げることによって、該
Cu合金膜表面に窒化物膜を形成する工程とを含むこと
を特徴とするものである。
【0008】請求項2記載の発明は、上記請求項1記載
の発明において、前記窒化物膜の形成工程では、前記C
u合金膜中に含まれる添加元素を前記Cu合金膜表面に
拡散させ、該元素を窒化することを特徴とするものであ
る。請求項3記載の発明は、上記請求項1,2記載の発
明において、前記半導体基板と前記Cu合金膜間に、前
記Cu合金膜のCuの酸化と拡散を防止する膜を形成す
ることを特徴とするものである。
の発明において、前記窒化物膜の形成工程では、前記C
u合金膜中に含まれる添加元素を前記Cu合金膜表面に
拡散させ、該元素を窒化することを特徴とするものであ
る。請求項3記載の発明は、上記請求項1,2記載の発
明において、前記半導体基板と前記Cu合金膜間に、前
記Cu合金膜のCuの酸化と拡散を防止する膜を形成す
ることを特徴とするものである。
【0009】請求項4記載の発明は、上記請求項3記載
の発明において、前記Cu酸化拡散防止膜は、前記半導
体基板と前記Cu合金膜との密着性を向上させるもので
あることを特徴とするものである。請求項5記載の発明
は、上記請求項3,4記載の発明において、前記Cu酸
化拡散防止膜は、高融点金属又は高融点金属化合物から
なることを特徴とするものである。
の発明において、前記Cu酸化拡散防止膜は、前記半導
体基板と前記Cu合金膜との密着性を向上させるもので
あることを特徴とするものである。請求項5記載の発明
は、上記請求項3,4記載の発明において、前記Cu酸
化拡散防止膜は、高融点金属又は高融点金属化合物から
なることを特徴とするものである。
【0010】請求項6記載の発明は、半導体基板上に窒
化膜形成用元素含有膜及びCu膜を順次形成する工程
と、次いで、ヒドラジン化合物、アミド化合物、アジド
化合物及び窒素環状化合物のうち少なくとも一つをソー
スガスとして該基板上に供給し、基板温度を上げること
によって、該Cu膜表面に窒化物膜を形成する工程とを
含むことを特徴とするものである。
化膜形成用元素含有膜及びCu膜を順次形成する工程
と、次いで、ヒドラジン化合物、アミド化合物、アジド
化合物及び窒素環状化合物のうち少なくとも一つをソー
スガスとして該基板上に供給し、基板温度を上げること
によって、該Cu膜表面に窒化物膜を形成する工程とを
含むことを特徴とするものである。
【0011】請求項7記載の発明は、上記請求項6記載
の発明において、前記窒化膜形成用元素含有膜に含まれ
る窒化膜形成用元素を前記Cu膜表面に拡散させ、該元
素を窒化することを特徴とするものである。請求項8記
載の発明は、半導体基板上に窒化膜形成用元素含有膜及
び窒化膜形成用元素含有Cu合金膜を順次形成する工程
と、次いで、ヒドラジン化合物、アミド化合物、アジド
化合物及び窒素環状化合物のうち少なくとも一つをソー
スガスとして該基板上に供給し、基板温度を上げること
によって、該Cu合金膜表面に窒化物膜を形成する工程
とを含むことを特徴とするものである。
の発明において、前記窒化膜形成用元素含有膜に含まれ
る窒化膜形成用元素を前記Cu膜表面に拡散させ、該元
素を窒化することを特徴とするものである。請求項8記
載の発明は、半導体基板上に窒化膜形成用元素含有膜及
び窒化膜形成用元素含有Cu合金膜を順次形成する工程
と、次いで、ヒドラジン化合物、アミド化合物、アジド
化合物及び窒素環状化合物のうち少なくとも一つをソー
スガスとして該基板上に供給し、基板温度を上げること
によって、該Cu合金膜表面に窒化物膜を形成する工程
とを含むことを特徴とするものである。
【0012】請求項9記載の発明は、上記請求項8記載
の発明において、前記窒化膜形成用元素含有膜及び前記
Cu合金膜に含まれる窒化膜形成用元素を前記Cu合金
膜表面に拡散させ、該元素を窒化することを特徴とする
ものである。請求項10記載の発明は、上記請求項1乃
至9記載の発明において、前記ヒドラジン化合物は、ジ
メチルヒドラジン、メチルヒドラジンのうち少なくとも
1種であることを特徴とするものである。
の発明において、前記窒化膜形成用元素含有膜及び前記
Cu合金膜に含まれる窒化膜形成用元素を前記Cu合金
膜表面に拡散させ、該元素を窒化することを特徴とする
ものである。請求項10記載の発明は、上記請求項1乃
至9記載の発明において、前記ヒドラジン化合物は、ジ
メチルヒドラジン、メチルヒドラジンのうち少なくとも
1種であることを特徴とするものである。
【0013】請求項11記載の発明は、上記請求項1乃
至10記載の発明において、前記アミド化合物は、ジエ
チルアミン、ジメチルアミンのうち少なくとも1種であ
ることを特徴とするものである。請求項12記載の発明
は、上記請求項1乃至11記載の発明において、前記ア
ジド化合物は、ジエチルアジド、ジメチルアジドのうち
少なくとも1種であることを特徴とするものである。
至10記載の発明において、前記アミド化合物は、ジエ
チルアミン、ジメチルアミンのうち少なくとも1種であ
ることを特徴とするものである。請求項12記載の発明
は、上記請求項1乃至11記載の発明において、前記ア
ジド化合物は、ジエチルアジド、ジメチルアジドのうち
少なくとも1種であることを特徴とするものである。
【0014】請求項13記載の発明は、上記請求項1乃
至12記載の発明において、前記窒素環状化合物は、ト
リアジン、エチルアミン、ピロールのうち少なくとも1
種であることを特徴とするものである。請求項14記載
の発明は、上記請求項5記載の発明において、前記高融
点金属は、Ti,Ta,W,Mo及びNbのうち1種で
あることを特徴とするものである。
至12記載の発明において、前記窒素環状化合物は、ト
リアジン、エチルアミン、ピロールのうち少なくとも1
種であることを特徴とするものである。請求項14記載
の発明は、上記請求項5記載の発明において、前記高融
点金属は、Ti,Ta,W,Mo及びNbのうち1種で
あることを特徴とするものである。
【0015】請求項15記載の発明は、上記請求項5記
載の発明において、前記高融点金属化合物は、TiN、
NbN、MoNのうち1種であることを特徴とするもの
である。請求項16記載の発明は、上記請求項1乃至1
5記載の発明において、前記窒化膜形成用元素は、Cu
中の拡散が速く、かつ容易に窒化物を形成する元素であ
ることを特徴とするものである。
載の発明において、前記高融点金属化合物は、TiN、
NbN、MoNのうち1種であることを特徴とするもの
である。請求項16記載の発明は、上記請求項1乃至1
5記載の発明において、前記窒化膜形成用元素は、Cu
中の拡散が速く、かつ容易に窒化物を形成する元素であ
ることを特徴とするものである。
【0016】請求項17記載の発明は、上記請求項1乃
至16記載の発明において、前記窒化膜形成用元素は、
Ti、Nb、Moのうち1種であることを特徴とするも
のである。請求項18記載の発明は、上記請求項1乃至
17記載の発明において、前記窒化方法は、熱、プラズ
マ及び光のうち少なくとも1つを用いることを特徴とす
るものである。
至16記載の発明において、前記窒化膜形成用元素は、
Ti、Nb、Moのうち1種であることを特徴とするも
のである。請求項18記載の発明は、上記請求項1乃至
17記載の発明において、前記窒化方法は、熱、プラズ
マ及び光のうち少なくとも1つを用いることを特徴とす
るものである。
【0017】
【作用】N2 やNH3 雰囲気で熱をかけてCu合金配線
表面に窒化物膜を形成する従来の方法では、N2 ,NH
3 が極めて安定な分子構造を取っているため、N2 ,N
H3 からNを解離させるのは550〜800℃もの高温
熱処理を加えなければならないため、上記のような問題
が生じてしまう。そこで、本発明者等は、鋭意検討した
結果、低温で化合物からNを解離することができるソー
スガスを用いればよいことに着目し、ヒドラジン化合
物、アジド化合物、アジド化合物、窒素環状化合物をソ
ースガスとして、基板温度を上げてTi等を含有させた
Cu合金膜表面の窒化を行ったところ、基板温度350
℃程度と従来の550〜800℃よりも著しく低温でC
u合金膜面にTiN等のCuの酸化、拡散防止用の窒化
物膜を形成することができ、熱による配線ダメージを生
じ難くすることができる等、素子特性の劣化を抑えるこ
とができた。以下、具体的に図面を用いて説明する。
表面に窒化物膜を形成する従来の方法では、N2 ,NH
3 が極めて安定な分子構造を取っているため、N2 ,N
H3 からNを解離させるのは550〜800℃もの高温
熱処理を加えなければならないため、上記のような問題
が生じてしまう。そこで、本発明者等は、鋭意検討した
結果、低温で化合物からNを解離することができるソー
スガスを用いればよいことに着目し、ヒドラジン化合
物、アジド化合物、アジド化合物、窒素環状化合物をソ
ースガスとして、基板温度を上げてTi等を含有させた
Cu合金膜表面の窒化を行ったところ、基板温度350
℃程度と従来の550〜800℃よりも著しく低温でC
u合金膜面にTiN等のCuの酸化、拡散防止用の窒化
物膜を形成することができ、熱による配線ダメージを生
じ難くすることができる等、素子特性の劣化を抑えるこ
とができた。以下、具体的に図面を用いて説明する。
【0018】図1は本発明に係る半導体装置の製造方法
を示す図である。まず、図1(a)に示す如く、基板1
上に層間絶縁膜2を形成し、層間絶縁膜2上に高融点金
属又は高融点金属化合物膜3を形成し、高融点金属又は
高融点金属化合物膜3上にCu合金膜4を形成した後、
配線マスク5を形成する。次に、配線マスク5を用い、
反応性イオンエッチングによりCu合金膜4をエッチン
グしてCu合金配線4aを形成した後、配線マスク5を
剥離する(図1(b))。次に、ヒドラジン化合物、ア
ミド化合物、アジド化合物、窒素環状化合物のうち、少
なくとも1つをソースガスとして用い、熱窒化、プラズ
マ窒化及び光窒化等を行うことによって、Cu合金配線
4aに含まれるTi等をCu合金配線4a表面に拡散さ
せ、表面に拡散させたTi等を窒化してCu合金配線4
a表面にTiN等の窒化物膜6を形成する(図1
(c))。
を示す図である。まず、図1(a)に示す如く、基板1
上に層間絶縁膜2を形成し、層間絶縁膜2上に高融点金
属又は高融点金属化合物膜3を形成し、高融点金属又は
高融点金属化合物膜3上にCu合金膜4を形成した後、
配線マスク5を形成する。次に、配線マスク5を用い、
反応性イオンエッチングによりCu合金膜4をエッチン
グしてCu合金配線4aを形成した後、配線マスク5を
剥離する(図1(b))。次に、ヒドラジン化合物、ア
ミド化合物、アジド化合物、窒素環状化合物のうち、少
なくとも1つをソースガスとして用い、熱窒化、プラズ
マ窒化及び光窒化等を行うことによって、Cu合金配線
4aに含まれるTi等をCu合金配線4a表面に拡散さ
せ、表面に拡散させたTi等を窒化してCu合金配線4
a表面にTiN等の窒化物膜6を形成する(図1
(c))。
【0019】本発明では、上記のソースガスからNを解
離させて窒化反応させなければならないので、窒化の際
には、従来と同様基板温度を上げるが、その温度は従来
のN 2 やNH3 でアニールする時のように基板温度を5
50〜800℃と高温にする必要はなく、熱窒化の場合
には、基板温度を350℃前後、プラズマ、光窒化の場
合は基板温度を100℃位からと低温で済ませることが
できる。これにより、従来のような高温処理で発生する
問題を解決することができる。
離させて窒化反応させなければならないので、窒化の際
には、従来と同様基板温度を上げるが、その温度は従来
のN 2 やNH3 でアニールする時のように基板温度を5
50〜800℃と高温にする必要はなく、熱窒化の場合
には、基板温度を350℃前後、プラズマ、光窒化の場
合は基板温度を100℃位からと低温で済ませることが
できる。これにより、従来のような高温処理で発生する
問題を解決することができる。
【0020】前述の如く、窒化処理を行うと、Cu合金
配線4a中に含まれるTi等の添加元素が配線表面に拡
散して行き、そこでN2 と反応してTiN等の窒化物膜
6を形成する。この時、Cu合金配線4aは、添加元素
が拡散されてしまうため、殆どCu膜に近い状態にな
る。本発明によれば、窒化物膜6はCu合金配線4aの
表面を覆い、Cuの酸化、及び窒化物膜6上に形成され
るSi,SiO2 等の膜との拡散を防ぐことができる
他、層間絶縁膜2とCu合金配線4aのCuの界面に高
融点金属又は高融点金属化合物膜3を形成するため、C
u合金配線4aの層間絶縁膜2との反応も防ぐことがで
きる。
配線4a中に含まれるTi等の添加元素が配線表面に拡
散して行き、そこでN2 と反応してTiN等の窒化物膜
6を形成する。この時、Cu合金配線4aは、添加元素
が拡散されてしまうため、殆どCu膜に近い状態にな
る。本発明によれば、窒化物膜6はCu合金配線4aの
表面を覆い、Cuの酸化、及び窒化物膜6上に形成され
るSi,SiO2 等の膜との拡散を防ぐことができる
他、層間絶縁膜2とCu合金配線4aのCuの界面に高
融点金属又は高融点金属化合物膜3を形成するため、C
u合金配線4aの層間絶縁膜2との反応も防ぐことがで
きる。
【0021】また、本発明では、Cu合金配線4a中の
添加元素が配線表面へ拡散して窒化物膜6を形成する
と、拡散後のCu合金配線4aは、拡散前のCu合金配
線4aよりも低抵抗にすることができる。これについて
は、図2に示す如く、CH3 HNNH2 (ジメチルヒド
ラジン)をソースガスに用いた本発明とHeをソースガ
スに用いた比較例における、Cu−10%Ti配線の熱
窒化前後の抵抗変化結果から判るように、本発明の方が
比較例よりも熱窒化後の配線の抵抗が著しく下がってい
る。これから、本発明の方が比較例よりも熱窒化後、T
iがより拡散して窒化したことを証明している。なお、
この図2では、配線構造にCu−10%Ti(800n
m)/SiO2 (400nm)を用いた場合の結果であ
る。
添加元素が配線表面へ拡散して窒化物膜6を形成する
と、拡散後のCu合金配線4aは、拡散前のCu合金配
線4aよりも低抵抗にすることができる。これについて
は、図2に示す如く、CH3 HNNH2 (ジメチルヒド
ラジン)をソースガスに用いた本発明とHeをソースガ
スに用いた比較例における、Cu−10%Ti配線の熱
窒化前後の抵抗変化結果から判るように、本発明の方が
比較例よりも熱窒化後の配線の抵抗が著しく下がってい
る。これから、本発明の方が比較例よりも熱窒化後、T
iがより拡散して窒化したことを証明している。なお、
この図2では、配線構造にCu−10%Ti(800n
m)/SiO2 (400nm)を用いた場合の結果であ
る。
【0022】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。本実施例を図1を用いて説明する。まず、CVD
法等により基板1上に膜厚400nm程度の層間絶縁膜
2を形成する。この時、絶縁膜2には、例えばSiO 2
やPSG,Si3 N4 を用いる。その後、スパッタ法等
により層間絶縁膜2上にTiN等の高融点金属化合物膜
3を膜厚50nm程度形成する。この時、スパッタは、
例えば3.8mTorr,Ar/N2 雰囲気、Powe
r 4KWの条件下で行う。次に、スパッタ法等により
TiN高融点金属化合物膜3上にCu−10%Ti等か
らなるCu合金膜4を膜厚800nm程度形成する。こ
の時、スパッタは、例えば7.2mTorr、Ar雰囲
気、Power 4KWの条件下で行う。なお、本実施
例では、CuにTiを添加した合金膜を一例として使用
したが、本発明はこれに限定されるものではなく、Cu
中の拡散速度が速く、かつ窒化物を容易に形成するもの
であれば他の元素でもよく、例えばNb等でも構わな
い。次に、形成したCu−10%TiからなるCu合金
膜4上に配線マスク5を形成するために、SiO2 膜や
SiN膜等を形成する。本実施例では、例えばバイアス
ECR−CVD−SiO2 膜400nmを形成する。な
お、成膜方法は、P−CVDで形成しても構わない。こ
のSiO2 膜成膜後、通常のフォトプロセスでSiO2
膜上にレジストパターンを形成し、このレジストパター
ンをマスクとしてSiO2 膜をエッチングして配線マス
ク5を形成した後、レジストパターンを剥離する(図1
(a))。
する。本実施例を図1を用いて説明する。まず、CVD
法等により基板1上に膜厚400nm程度の層間絶縁膜
2を形成する。この時、絶縁膜2には、例えばSiO 2
やPSG,Si3 N4 を用いる。その後、スパッタ法等
により層間絶縁膜2上にTiN等の高融点金属化合物膜
3を膜厚50nm程度形成する。この時、スパッタは、
例えば3.8mTorr,Ar/N2 雰囲気、Powe
r 4KWの条件下で行う。次に、スパッタ法等により
TiN高融点金属化合物膜3上にCu−10%Ti等か
らなるCu合金膜4を膜厚800nm程度形成する。こ
の時、スパッタは、例えば7.2mTorr、Ar雰囲
気、Power 4KWの条件下で行う。なお、本実施
例では、CuにTiを添加した合金膜を一例として使用
したが、本発明はこれに限定されるものではなく、Cu
中の拡散速度が速く、かつ窒化物を容易に形成するもの
であれば他の元素でもよく、例えばNb等でも構わな
い。次に、形成したCu−10%TiからなるCu合金
膜4上に配線マスク5を形成するために、SiO2 膜や
SiN膜等を形成する。本実施例では、例えばバイアス
ECR−CVD−SiO2 膜400nmを形成する。な
お、成膜方法は、P−CVDで形成しても構わない。こ
のSiO2 膜成膜後、通常のフォトプロセスでSiO2
膜上にレジストパターンを形成し、このレジストパター
ンをマスクとしてSiO2 膜をエッチングして配線マス
ク5を形成した後、レジストパターンを剥離する(図1
(a))。
【0023】次に、配線マスク5を用い、反応性イオン
エッチングによりCu合金膜4をエッチングしてCu合
金配線4aを形成する。この時、エッチングは、例えば
基板温度250℃、SiCl4 ,N2 ,CH4 の混合ガ
ス、2.6×10-2Torrの条件下で、高周波電力4
00Wを印加してエッチングを行う。この後、配線マス
ク5を剥離する(図1(b))。
エッチングによりCu合金膜4をエッチングしてCu合
金配線4aを形成する。この時、エッチングは、例えば
基板温度250℃、SiCl4 ,N2 ,CH4 の混合ガ
ス、2.6×10-2Torrの条件下で、高周波電力4
00Wを印加してエッチングを行う。この後、配線マス
ク5を剥離する(図1(b))。
【0024】この後、CH3 HNNH2 (ジメチルヒド
ラジン)10sccm,He 100sccm,1To
rrの条件下で、基板温度を350℃に上げ、15分間
の熱処理を行う。この熱処理によって、Cu−10%T
iからなるCu合金配線4a中のTiが配線表面に拡散
して行き、そこで雰囲気中のN2 と反応してTiの窒化
物であるTiN膜6を形成する(図1(c))。この
時、Cu合金配線4a中のTiは殆どが表面に拡散して
しまうので、配線4aはほぼCu単体に近い状態にな
る。Tiの拡散は、図2で前述したように、その比抵抗
が下がることからも判るし、図3〜図5に示す如く、表
面の深さ方向元素分析(AES)を用いてCu合金配線
4aの表面層の深さ方向元素分布を調査した結果からも
判る。ここで、図3は堆積後のCu合金配線におけるA
ESによる表面層の深さ方向元素分析結果を示してお
り、図4は本発明のジメチルヒドラジン処理(500
℃,15分,1Torr)したCu合金配線におけるA
ESによる表面層の深さ方向元素分析結果を示してお
り、図5は比較例のHe処理(500℃,15分,1T
orr)したCu合金配線におけるAESによる表面層
の深さ方向元素分析結果を示している。このように、本
実施例では、Cu配線4aの周囲をTiN高融点金属化
合物膜3及びTiN窒化物膜6で囲んだ配線構造を形成
することができるため、Cu配線4aのCuを酸化され
難くすることができるとともに、絶縁膜2や窒化物膜6
上に形成される絶縁膜と反応したり、その中に拡散した
りし難くすることができる。
ラジン)10sccm,He 100sccm,1To
rrの条件下で、基板温度を350℃に上げ、15分間
の熱処理を行う。この熱処理によって、Cu−10%T
iからなるCu合金配線4a中のTiが配線表面に拡散
して行き、そこで雰囲気中のN2 と反応してTiの窒化
物であるTiN膜6を形成する(図1(c))。この
時、Cu合金配線4a中のTiは殆どが表面に拡散して
しまうので、配線4aはほぼCu単体に近い状態にな
る。Tiの拡散は、図2で前述したように、その比抵抗
が下がることからも判るし、図3〜図5に示す如く、表
面の深さ方向元素分析(AES)を用いてCu合金配線
4aの表面層の深さ方向元素分布を調査した結果からも
判る。ここで、図3は堆積後のCu合金配線におけるA
ESによる表面層の深さ方向元素分析結果を示してお
り、図4は本発明のジメチルヒドラジン処理(500
℃,15分,1Torr)したCu合金配線におけるA
ESによる表面層の深さ方向元素分析結果を示してお
り、図5は比較例のHe処理(500℃,15分,1T
orr)したCu合金配線におけるAESによる表面層
の深さ方向元素分析結果を示している。このように、本
実施例では、Cu配線4aの周囲をTiN高融点金属化
合物膜3及びTiN窒化物膜6で囲んだ配線構造を形成
することができるため、Cu配線4aのCuを酸化され
難くすることができるとともに、絶縁膜2や窒化物膜6
上に形成される絶縁膜と反応したり、その中に拡散した
りし難くすることができる。
【0025】また、本実施例では、エッチングも窒化も
かなり低温で行うことができるため、熱処理による配線
ダメージとして考えられるコンタクト不良やバリア性の
不良、ジャンクションリークを防ぐことができる他、配
線4a及び窒化物膜6をカバーする絶縁膜も低温で形成
することができる、例えばPSG,P−SiO2 、スパ
ッタSiO2 を使えば、トータルのプロセスで低温化す
ることができる。
かなり低温で行うことができるため、熱処理による配線
ダメージとして考えられるコンタクト不良やバリア性の
不良、ジャンクションリークを防ぐことができる他、配
線4a及び窒化物膜6をカバーする絶縁膜も低温で形成
することができる、例えばPSG,P−SiO2 、スパ
ッタSiO2 を使えば、トータルのプロセスで低温化す
ることができる。
【0026】なお、上記実施例では、Cu合金配線4a
の窒化処理のソースガスにジメチルヒドラジン等のヒド
ラジン化合物を用いる場合について説明したが、ジエチ
ルアミン等のアミド化合物、ジエチルアジド等のアジド
化合物、トリアジン等の窒素環状化合物を用いてもよ
く、要は、ヒドラジン化合物、アミド化合物、アジド化
合物及び窒素環状化合物のうち少なくとも1つを用いれ
ばよい。
の窒化処理のソースガスにジメチルヒドラジン等のヒド
ラジン化合物を用いる場合について説明したが、ジエチ
ルアミン等のアミド化合物、ジエチルアジド等のアジド
化合物、トリアジン等の窒素環状化合物を用いてもよ
く、要は、ヒドラジン化合物、アミド化合物、アジド化
合物及び窒素環状化合物のうち少なくとも1つを用いれ
ばよい。
【0027】上記実施例は、Ti等を含有させたCu合
金膜4中のTi等を拡散させて、TiN等の窒化物膜6
を形成する場合について説明したが、窒化膜形成用元素
を含有しないCu膜の下にTi等の窒化膜形成用元素含
有膜を形成して、この窒化膜形成用元素含有膜からTi
等をCu膜を介してCu膜表面にまで拡散させてTiN
等の窒化物膜6を形成するように構成してもよい。ま
た、窒化膜形成用元素を含有するCu合金膜4下に窒化
膜形成用元素含有膜を形成し、この両方の膜からTi等
の窒化膜形成用元素をCu合金配線4aの表面に拡散さ
せてTiN等の窒化物膜6を形成するように構成しても
よい。
金膜4中のTi等を拡散させて、TiN等の窒化物膜6
を形成する場合について説明したが、窒化膜形成用元素
を含有しないCu膜の下にTi等の窒化膜形成用元素含
有膜を形成して、この窒化膜形成用元素含有膜からTi
等をCu膜を介してCu膜表面にまで拡散させてTiN
等の窒化物膜6を形成するように構成してもよい。ま
た、窒化膜形成用元素を含有するCu合金膜4下に窒化
膜形成用元素含有膜を形成し、この両方の膜からTi等
の窒化膜形成用元素をCu合金配線4aの表面に拡散さ
せてTiN等の窒化物膜6を形成するように構成しても
よい。
【0028】上記実施例は、Cu合金膜4下にTiNか
らなる高融点金属化合物膜3を形成したが、Ti,T
a,W,Mo,Nb等の高融点金属膜を形成してもよ
い。また、窒化物膜6形成用元素には、Tiを用いた
が、Cu中の拡散が速く、かつ容易に窒化物膜6を形成
する元素が好ましく、Nb、Mo等でもよい。また、窒
化方法には、熱窒化法を用いたが、プラズマ窒化法や光
窒化法等を用いてもよく、これらを適宜組み合わせて行
ってもよい。
らなる高融点金属化合物膜3を形成したが、Ti,T
a,W,Mo,Nb等の高融点金属膜を形成してもよ
い。また、窒化物膜6形成用元素には、Tiを用いた
が、Cu中の拡散が速く、かつ容易に窒化物膜6を形成
する元素が好ましく、Nb、Mo等でもよい。また、窒
化方法には、熱窒化法を用いたが、プラズマ窒化法や光
窒化法等を用いてもよく、これらを適宜組み合わせて行
ってもよい。
【0029】
【発明の効果】本発明によれば、Cu合金配線表面に低
温で窒化物膜を形成することができ、熱による配線ダメ
ージを生じ難くすることができる等、素子特性の劣化を
抑えることができるという効果がある。
温で窒化物膜を形成することができ、熱による配線ダメ
ージを生じ難くすることができる等、素子特性の劣化を
抑えることができるという効果がある。
【図1】本発明に係る半導体装置の製造方法を示す図で
ある。
ある。
【図2】ソースガスにジメチルヒドラジンを用いた本発
明とHeをソースガスに用いた比較例におけるCu合金
配線のアニール前後の抵抗変化を示す図である。
明とHeをソースガスに用いた比較例におけるCu合金
配線のアニール前後の抵抗変化を示す図である。
【図3】堆積後のCu合金配線におけるAESによる表
面層の深さ方向元素分析結果を示す図である。
面層の深さ方向元素分析結果を示す図である。
【図4】本発明のジメチルヒドラジン処理したCu合金
配線におけるAESによる表面層の深さ方向元素分析結
果を示す図である。
配線におけるAESによる表面層の深さ方向元素分析結
果を示す図である。
【図5】比較例のHe処理したCu合金配線におけるA
ESによる表面層の深さ方向元素分析結果を示す図であ
る。
ESによる表面層の深さ方向元素分析結果を示す図であ
る。
1 基板 2 層間絶縁膜 3 高融点金属又は高融点金属化合物膜 4 Cu合金膜 4a Cu合金配線 5 配線マスク 6 窒化物膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 克英 愛知県春日井市高蔵寺町二丁目1844番2 富士通ヴィエルエスアイ株式会社内
Claims (18)
- 【請求項1】半導体基板(1)上にCu合金膜(4)を
形成する工程と、次いで、ヒドラジン化合物、アミド化
合物、アジド化合物及び窒素環状化合物のうち少なくと
も一つをソースガスとして該基板(1)上に供給し、基
板温度を上げることによって、該Cu合金膜(4)表面
に窒化物膜(6)を形成する工程とを含むことを特徴と
する半導体装置の製造方法。 - 【請求項2】前記窒化物膜(6)の形成工程では、前記
Cu合金膜(4)中に含まれる添加元素を前記Cu合金
膜(4)表面に拡散させ、該元素を窒化することを特徴
とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項3】前記半導体基板(1)と前記Cu合金膜
(4)間に、前記Cu合金膜(4)のCuの酸化と拡散
を防止する膜(3)を形成することを特徴とする請求項
1,2記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項4】前記Cu酸化拡散防止膜は、前記半導体基
板(1)と前記Cu合金膜(4)との密着性を向上させ
るものであることを特徴とする請求項3記載の半導体装
置の製造方法。 - 【請求項5】前記Cu酸化拡散防止膜(3)は、高融点
金属又は高融点金属化合物からなることを特徴とする請
求項3,4記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項6】半導体基板(1)上に窒化膜形成用元素含
有膜(3)及びCu膜(4)を順次形成する工程と、次
いで、ヒドラジン化合物、アミド化合物、アジド化合物
及び窒素環状化合物のうち少なくとも一つをソースガス
として該基板(1)上に供給し、基板温度を上げること
によって、該Cu膜(4)表面に窒化物膜(6)を形成
する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方
法。 - 【請求項7】前記窒化膜形成用元素含有膜(3)に含ま
れる窒化膜形成用元素を前記Cu膜(4)表面に拡散さ
せ、該元素を窒化することを特徴とする請求項6記載の
半導体装置の製造方法。 - 【請求項8】半導体基板(1)上に窒化膜形成用元素含
有膜(3)及び窒化膜形成用元素含有Cu合金膜(4)
を順次形成する工程と、次いで、ヒドラジン化合物、ア
ミド化合物、アジド化合物及び窒素環状化合物のうち少
なくとも一つをソースガスとして該基板(1)上に供給
し、基板温度を上げることによって、該Cu合金膜
(4)表面に窒化物膜(6)を形成する工程とを含むこ
とを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項9】前記窒化膜形成用元素含有膜(3)及び前
記Cu合金膜(4)に含まれる窒化膜形成用元素を前記
Cu合金膜(4)表面に拡散させ、該元素を窒化するこ
とを特徴とする請求項8記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項10】前記ヒドラジン化合物は、ジメチルヒド
ラジン、メチルヒドラジンのうち少なくとも1種である
ことを特徴とする請求項1乃至9記載の半導体装置の製
造方法。 - 【請求項11】前記アミド化合物は、ジエチルアミン、
ジメチルアミンのうち少なくとも1種であることを特徴
とする請求項1乃至10記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項12】前記アジド化合物は、ジエチルアジド、
ジメチルアジドのうち少なくとも1種であることを特徴
とする請求項1乃至11記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項13】前記窒素環状化合物は、トリアジン、エ
チルアミン、ピロールのうち少なくとも1種であること
を特徴とする請求項1乃至12記載の半導体装置の製造
方法。 - 【請求項14】前記高融点金属は、Ti,Ta,W,M
o及びNbのうち1種であることを特徴とする請求項5
記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項15】前記高融点金属化合物は、TiN、Nb
N、MoNのうち1種であることを特徴とする請求項5
記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項16】前記窒化膜形成用元素は、Cu中の拡散
が速く、かつ容易に窒化物を形成する元素であることを
特徴とする請求項1乃至15記載の半導体装置の製造方
法。 - 【請求項17】前記窒化膜形成用元素は、Ti、Nb、
Moのうち1種であることを特徴とする請求項16記載
の半導体装置の製造方法。 - 【請求項18】前記窒化方法は、熱、プラズマ及び光の
うち少なくとも1つを用いることを特徴とする請求項1
乃至17記載の半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1974994A JPH07230991A (ja) | 1994-02-17 | 1994-02-17 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1974994A JPH07230991A (ja) | 1994-02-17 | 1994-02-17 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07230991A true JPH07230991A (ja) | 1995-08-29 |
Family
ID=12007998
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1974994A Withdrawn JPH07230991A (ja) | 1994-02-17 | 1994-02-17 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH07230991A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000165002A (ja) * | 1998-11-26 | 2000-06-16 | Furontekku:Kk | 電子機器用基板及びその製造方法と電子機器 |
US6911405B2 (en) | 2000-11-30 | 2005-06-28 | Canon Sales Co., Inc. | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
JP2007065689A (ja) * | 2006-11-15 | 2007-03-15 | Lg Philips Lcd Co Ltd | 電子機器用基板及びその製造方法と電子機器 |
US11488998B2 (en) | 2019-04-25 | 2022-11-01 | Canon Kabushiki Kaisha | Semiconductor apparatus and equipment |
-
1994
- 1994-02-17 JP JP1974994A patent/JPH07230991A/ja not_active Withdrawn
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000165002A (ja) * | 1998-11-26 | 2000-06-16 | Furontekku:Kk | 電子機器用基板及びその製造方法と電子機器 |
US6911405B2 (en) | 2000-11-30 | 2005-06-28 | Canon Sales Co., Inc. | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
JP2007065689A (ja) * | 2006-11-15 | 2007-03-15 | Lg Philips Lcd Co Ltd | 電子機器用基板及びその製造方法と電子機器 |
JP4593551B2 (ja) * | 2006-11-15 | 2010-12-08 | エルジー ディスプレイ カンパニー リミテッド | 電子機器用基板及びその製造方法と電子機器 |
US11488998B2 (en) | 2019-04-25 | 2022-11-01 | Canon Kabushiki Kaisha | Semiconductor apparatus and equipment |
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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: 20010508 |