JPH0745613A - 銅配線層構造体の保護膜形成方法 - Google Patents

銅配線層構造体の保護膜形成方法

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JPH0745613A
JPH0745613A JP18645893A JP18645893A JPH0745613A JP H0745613 A JPH0745613 A JP H0745613A JP 18645893 A JP18645893 A JP 18645893A JP 18645893 A JP18645893 A JP 18645893A JP H0745613 A JPH0745613 A JP H0745613A
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JP
Japan
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copper wiring
wiring layer
layer
protective film
metal layer
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JP18645893A
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Koichi Tani
幸一 谷
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Oki Electric Industry Co Ltd
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Oki Electric Industry Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 製造工程の低減化を図り、また保護膜の表面
に凹凸がなく、膜厚の均一みも優れた銅配線層構造体の
保護膜を形成する。 【構成】 バリヤメタル層14a上に銅配線層16aを
積層して銅配線層用予備構造体17を形成する。また、
銅配線用予備構造体の露出面をタングステン含有VI族
ガスと水素ガスとの混合ガスを用いたCVD法により、
銅配線層予備構造体の保護膜としてタングステン層18
を形成する。このようにして、バリヤメタル層、銅配線
層及びタングステン層から成る銅配線層構造体19が形
成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体素子の配線層
構造体、特に、銅配線層構造体の保護膜の形成方法に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、半導体素子の微細化に伴い、配線
層としてアルミニウム配線が一般に用いられていた。し
かし、このアルミニウム配線は、ストレスマイグレーシ
ョンが発生しやすく、配線の断線原因となるという問題
がある。このため、近年、耐ストレスマイグレーション
性を有し、かつアルミニウムよりも電気抵抗の小さい銅
配線が注目されている。しかし、この銅配線は、酸化反
応を起こしやすく、この酸化反応によって抵抗も高くな
るという欠点を備えている。この問題を解決するための
一例として、銅配線層を保護膜によって覆う方法が、例
えば文献Iに開示されている(文献I:「Encaps
ulated Copper Interconnct
ion Divices Using Sidewal
l Barriers」、D.S.Gardner、J
in Onuki、Kazue Kudoo and
Yutaka Misawa、Proc.of VMI
C、1991、P.P99〜108)。
【0003】以下、文献Iに開示されている銅配線層の
形成方法につき、図3の(A)、(B)及び図4の
(A)、(B)を参照して簡単に説明する。
【0004】先ず、シリコン基板20上に層間絶縁膜2
2、下部バリヤメタル層24、銅配線層26及び上部バ
リヤメタル層28を順次積層させてある。その後、上部
バリヤメタル層28上にレジストパターン30a及び3
0bを形成する(図3の(A))。
【0005】次に、異方性エッチングを行って下部バリ
ヤメタル層24a及び24b、銅配線層26a及び26
b、上部バリヤメタル層28a及び28bをそれぞれ残
存させて図3の(B)の構造体を得る。
【0006】次に、サイドウォールを形成するため、図
3の(B)の構造体の上面をバリヤメタル層32で覆
う。この方法として、例えばスパッタリング法等を用い
る(図4の(A))。
【0007】続いて、全面エッチングによって図4の
(A)の構造体をエッチングし、銅配線層26a、26
b及び下部バリヤメタル層24a、24b、及び上部バ
リヤメタル層28a、28bの側面にバリヤメタル層
(サイドウォールともいう。)32a、32b、32c
及び32dを残存させる(図4の(B))。
【0008】上述した方法を用いて銅配線層の酸化を防
止するための保護膜が形成される。
【0009】このような方法で形成された銅配線層は、
抵抗が低く、かつストレスマイグレーションの耐性にも
優れていると報告されている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たスパッタリング法を用いて銅配線層の保護膜を形成し
た場合、銅配線層の部分ばかりでなく、層間絶縁膜上に
も保護膜が形成されてしまう。従って、後工程で層間絶
縁膜上にある保護膜をエッチング除去し、層間絶縁膜を
露出させる必要がある。このため、製造工程が増えるこ
とになり、コストアップにつながる。また、スパッタリ
ング法を用いた場合、垂直方向や斜め方向から角度を変
えてスパッタを行って保護膜を形成するため、保護膜の
膜厚が不均一になるという問題もある。
【0011】この発明は、上述した問題点に鑑み行われ
たものであり、従って、この発明の目的は、製造工程数
が低減でき、また、保護膜の膜厚が均一になる銅配線層
構造体の保護膜を形成する方法を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】この目的の達成を図るた
め、この発明の銅配線層構造体の保護膜形成方法では、
下地上に、第1絶縁膜とバリヤメタル層と銅配線層と保
護膜とを順次に積層して成る銅配線層構造体の保護膜を
形成するに当たり、(a)前記バリヤメタル層上に銅配
線層を積層して銅配線層用予備構造体を形成する工程
と、(b)前記銅配線層用予備構造体の露出面に、CV
D(化学的気相成長)法により、前記保護膜として金属
層を選択的に成膜する工程とを含むことを特徴とする。
【0013】また、この発明の実施に当たり、好ましく
は、(b)に記載の金属層を、タングステン(W)層と
するのが良い。
【0014】
【作用】上述したこの発明の銅配線層構造体の保護膜形
成方法によれば、下地上に第1絶縁膜とバリヤメタル層
と銅配線層とを順次積層させ、このバリヤメタル層と銅
配線層とで銅配線層用予備構造体を形成する。このよう
にして形成された銅配線層用予備構造体には、銅配線層
上に従来のような上部バリヤメタル層を積層して設ける
必要がなくなる。従って、製造工程の低減を図ることが
できる。
【0015】また、銅配線層用予備構造体の露出面に、
CVD法により、保護膜として金属層を形成する。この
金属層をタングステン層で形成するのが良い。このと
き、第1絶縁膜の表面には、タングステン層が形成され
ず、銅配線層用予備構造体にのみ選択的にタングステン
層を形成させることができる。従って、従来のように第
1絶縁膜上の保護膜部分をエッチングによって除去する
必要がなくなり、製造工程の低減を図ることができる。
また、CVD法でタングステン層を形成するため、従来
のスパッタリング法に比べ、銅配線層用予備構造体の上
面と側面のそれぞれの膜厚は均一になる。従って、半導
体素子の隣接配線間が狭くても、銅配線予備構造体に対
して十分な保護が可能になるため、半導体素子の微細化
を図ることができる。
【0016】
【実施例】以下、各図面を参照してこの発明の銅配線層
構造体の保護膜形成方法につき説明する。なお、各図
は、この発明が理解出来る程度に各構成成分の形状、配
置および寸法を概略的に示しているにすぎない。また、
以下に説明する実施例は単なる好適例にすぎず、従って
この発明の実施例のみに何ら限定されるものではないこ
とを理解されたい。
【0017】図1の(A)、(B)及び(C)と図2の
(A)及び(B)は、この発明の実施例を説明するため
の製造工程図である。
【0018】先ず、下地10としては、シリコン基板
(以下、基板と称する。)を用いる。この基板10上に
第1絶縁膜12を、例えば常圧CVD法を用いて形成す
る(図1の(A))。このとき形成された第1絶縁膜1
2を、例えばSiO2 膜とする。以下、ここでは、第1
絶縁膜のことをSiO2 膜と称する。
【0019】次に、SiO2 膜12上に、任意好適な方
法、例えばスパッタ法によって予備バリヤメタル層14
を形成する。この予備バリヤメタル層14を、例えばチ
タンナイトライド(TiN)とし、予備バリヤメタル層
14の膜厚を約500A°(A°の記号は、オングスト
ロームを表す。)とする。その後、任意好適は方法、例
えばスパッタ法を用いて予備バリヤメタル層14上に予
備銅配線層16を形成する(図1の(B))。この発明
では、このとき形成される予備銅配線層16の材料を、
銅(Cu)とし、膜厚を約7000A°とする。
【0020】次に、ホトリソグラフィ法を用いて予備銅
配線層16上にレジストパターン15を形成する(図1
の(C))。
【0021】次に、レジストパターン15をマスクとし
て任意好適な方法、例えば反応性イオンエッチングを用
いて異方性エッチングを行って図2の(A)の構造体を
得る。このときエッチングによって形成された14a及
び16aをそれぞれバリヤメタル層及び銅配線層と称す
る。また、バリヤメタル層14a及び銅配線層16aを
総称して銅配線層用予備構造体17と称する。
【0022】次に、銅配線層用予備構造体17の露出面
に、タングステン含有VI族ガスと水素ガスとの混合ガ
スを用いたCVD法により、保護膜として金属層18を
形成する(図2の(B))。この金属層18をタングス
テン層とも称する。このとき、タングステン(W)層1
8は、SiO2 膜12の表面には実質的に形成されず、
露出した銅配線層用予備構造体17の表面にのみ選択的
に形成される。このようにして、銅配線用予備構造体1
7の部分にのみ保護膜を形成する方法を選択成長法とい
う。また、このときのCVDの成膜条件は、以下の通り
である。
【0023】タングステン含有VI族ガスとしては、六
フッ化タングステン(WF6 )ガスを用いる。このWF
6 ガスガスと水素ガスを任意好適な混合ガスとなるよう
に濃度比を調整した後、反応炉(図示せず。)内を、例
えば約350℃に加熱する。
【0024】この実施例では、タングステン層18の膜
厚を約1000A°程度とする。このとき形成されたバ
リヤメタル層14a、銅配線層16a及びタングステン
層18を総称して銅配線層構造体19と称する。
【0025】なお、多層銅配線層を形成するときは、図
2の(B)の構造体の表面全体を例えばSiO2 膜で覆
い、更に、新たな銅配線層構造体を形成する。このとき
新たに形成された銅配線層構造体は、前に形成した銅配
線層構造体に電気的に接合させる。このような工程を順
次繰り返して多層銅配線層が形成される。
【0026】上述したこの発明の実施例の製造方法から
も理解できるように、従来の工程に比べて上部バリヤメ
タル層を形成する工程と保護膜を形成した後、エッチン
グしてSiO2 膜上の保護膜を除去する工程が必要なく
なる。
【0027】また、図2の(B)の断面図を電子顕微鏡
で観察した結果、タングステン層の表面には凹凸がな
く、かつ膜厚が均一であることがわかった。
【0028】また、上述した実施例の保護膜をタングス
テン層として形成したが、なんらこれに限定されるもの
ではなく、例えば、アルミニウム層で保護膜を形成して
も良いと考えられる。このとき使用するガスとしては、
例えばジメチルアミドハイドライト((CH3 2 Al
H)、トリイソブチルアルミニウム((C4 9 )A
l)、ジエチルアルミクロライド((C2 5 )Al2
Cl)のガス群の中から選ばれた1種類のガスまたは2
種類以上のガスを用いても良い。
【0029】また、この発明の実施例に用いた第1絶縁
膜にSiO2 膜を用いたが、例えば窒化シリコン(Si
N)を用いても良い。
【0030】
【発明の効果】上述した説明からも明らかなように、こ
の発明の銅配線層構造体の保護膜形成方法によれば、下
地上に第1絶縁膜とバリヤメタル層と銅配線層とを順次
積層させ、このバリヤメタル層と銅配線層とで銅配線層
用予備構造体を形成する。このとき、従来のように上部
バリヤメタル層を形成する必要がなくなるため、製造工
程の低減化を図ることができる。
【0031】また、銅配線層用予備構造体の露出面にC
VD法により、保護膜として金属層を形成する。このと
き、下地上の第1絶縁膜上には、金属層が形成されず、
銅配線層用予備構造体にのみ金属層は選択的に形成され
る。この金属層を、好ましくは、タングステン層とする
のが良い。従って、従来のように、第1絶縁膜上の保護
膜をエッチングで除去する必要がなくなる。このため、
製造工程の低減化を図ることができる。また、CVD法
により、タングステン層を形成するため、従来のスパッ
タリング法と比べ、銅配線層用予備構造体の露出面を覆
うタングステン層の表面の凹凸も少なくなり、かつ膜厚
を均一に形成することができる。従って、半導体素子の
著しい微細化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(A)〜(C)は、この発明の実施例の形成方
法の説明に供する製造工程図である。
【図2】(A)〜(B)は、図1から続く、この発明の
実施例の形成方法の説明に供する製造工程図である。
【図3】(A)〜(B)は、従来の実施例の形成方法の
説明に供する製造工程図である。
【図4】(A)〜(B)は、図3に続く、従来の実施例
の形成方法の説明に供する製造工程図である。
【符号の説明】
10:シリコン基板 12:第1絶縁膜(SiO2 膜) 14:予備バリヤメタル層 14a:バリヤメタル層 16:予備銅配線層 16a:銅配線層 17:銅配線層用予備構造体 18:タングステン層 19:銅配線層構造体

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 下地上に、第1絶縁膜とバリヤメタル層
    と銅配線層と保護漠とを順次に積層して成る銅配線層構
    造体の保護膜を形成するに当たり、(a)前記バリヤメ
    タル層上に前記銅配線層を積層して銅配線層用予備構造
    体を形成する工程と、(b)前記銅配線層用予備構造体
    の露出面に、CVD(化学的気相成長)法により、前記
    保護膜として金属層を選択的に成膜する工程とを含むこ
    とを特徴とする銅配線層構造体の保護膜形成方法。
  2. 【請求項2】前記請求項1の(b)に記載の前記金属層
    を、タングステン(W)層とすることを特徴とする銅配
    線構造体の保護膜形成方法。
JP18645893A 1993-07-28 1993-07-28 銅配線層構造体の保護膜形成方法 Withdrawn JPH0745613A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7192858B2 (en) 2002-09-25 2007-03-20 Oki Electric Industry Co., Ltd. Method of forming plug

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7192858B2 (en) 2002-09-25 2007-03-20 Oki Electric Industry Co., Ltd. Method of forming plug

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