JPH0778815A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
半導体装置及びその製造方法Info
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- JPH0778815A JPH0778815A JP16082693A JP16082693A JPH0778815A JP H0778815 A JPH0778815 A JP H0778815A JP 16082693 A JP16082693 A JP 16082693A JP 16082693 A JP16082693 A JP 16082693A JP H0778815 A JPH0778815 A JP H0778815A
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- wiring
- semiconductor device
- wiring groove
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- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】微細デバイスの段差部における被覆性を充分確
保し、しかも、配線形成工程の単純化が達成できると共
に低抵抗で信頼性の高い配線を有する半導体装置及びそ
の製造方法を提供する。 【構成】イオン注入法により配線溝１４の底部１４ａに
Ｗイオンを打ち込む。このイオン注入は、配線溝１４を
形成した時に塗布したレジスト１６をそのままマスクに
して行う。この結果、配線溝１４の底部１４ａにＷを含
んだ層が形成される。
保し、しかも、配線形成工程の単純化が達成できると共
に低抵抗で信頼性の高い配線を有する半導体装置及びそ
の製造方法を提供する。 【構成】イオン注入法により配線溝１４の底部１４ａに
Ｗイオンを打ち込む。このイオン注入は、配線溝１４を
形成した時に塗布したレジスト１６をそのままマスクに
して行う。この結果、配線溝１４の底部１４ａにＷを含
んだ層が形成される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ＣｕやＣｕ合金を配線
材料として用いたＣｕ系配線が形成された半導体装置及
びその製造方法に関する。
材料として用いたＣｕ系配線が形成された半導体装置及
びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＡｌやＡｌ合金は、加工の容易さ、電気
抵抗、及びシリコン基板との接触抵抗等の点から配線材
料として有利であることが知られている。このため、従
来から、半導体装置の配線材料としては、ＡｌやＡｌ合
金が一般的に用いられている。しかし、半導体素子が更
に集積化されてくると、ＡｌやＡｌ合金を配線材料とし
て用いたＡｌ系配線の抵抗よりもさらに低抵抗の配線が
要求される。また、Ａｌ系配線は配線断面積が小さくな
ると、エレクトロマイグレーション、ストレスマイグレ
ーションにより断線を生じやすい等の信頼性上の問題が
あり、このためこれらマイグレーションに対して耐性の
強い配線が要求される。
抵抗、及びシリコン基板との接触抵抗等の点から配線材
料として有利であることが知られている。このため、従
来から、半導体装置の配線材料としては、ＡｌやＡｌ合
金が一般的に用いられている。しかし、半導体素子が更
に集積化されてくると、ＡｌやＡｌ合金を配線材料とし
て用いたＡｌ系配線の抵抗よりもさらに低抵抗の配線が
要求される。また、Ａｌ系配線は配線断面積が小さくな
ると、エレクトロマイグレーション、ストレスマイグレ
ーションにより断線を生じやすい等の信頼性上の問題が
あり、このためこれらマイグレーションに対して耐性の
強い配線が要求される。
【０００３】そこで、低抵抗の配線として、Ｃｕ系配線
の利用が検討されている。また、このＣｕ系配線はＡｌ
系配線に比べ耐エレクトロマイグレーション性、耐スト
レスマイグレーション性に優れており、高い信頼性が期
待される。また、従来から、配線の形成には、ＰＶＤ法
（物理的気相成長法）の一つであるスパッタリング法や
蒸着法等が用いられている。しかし、デバイスの微細化
が進むにつれ、コンタクト孔のアスペクト比も増大して
おり、ＰＶＤ法ではこのようなアスペクト比の大きいコ
ンタクト孔内を十分な段差被覆性をもって成膜すること
が困難である。この結果、アスペクト比の大きいコンタ
クト孔内あるいは段差部では、断線が発生する可能性が
高い。
の利用が検討されている。また、このＣｕ系配線はＡｌ
系配線に比べ耐エレクトロマイグレーション性、耐スト
レスマイグレーション性に優れており、高い信頼性が期
待される。また、従来から、配線の形成には、ＰＶＤ法
（物理的気相成長法）の一つであるスパッタリング法や
蒸着法等が用いられている。しかし、デバイスの微細化
が進むにつれ、コンタクト孔のアスペクト比も増大して
おり、ＰＶＤ法ではこのようなアスペクト比の大きいコ
ンタクト孔内を十分な段差被覆性をもって成膜すること
が困難である。この結果、アスペクト比の大きいコンタ
クト孔内あるいは段差部では、断線が発生する可能性が
高い。
【０００４】そこで、ＣＶＤ法を用いたコンタクト孔埋
め込み方法が検討され、導電材料としてタングステンを
用いた、ＷＣＶＤ法によるコンタクト孔埋め込み技術が
一部実用化されてきている。
め込み方法が検討され、導電材料としてタングステンを
用いた、ＷＣＶＤ法によるコンタクト孔埋め込み技術が
一部実用化されてきている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、コンタ
クト孔の埋め込みだけをＣＶＤ法により形成すること
は、プロセスの複雑化・冗長化につながりコストアップ
が生じるという問題がある。また、配線抵抗を下げ、か
つ、耐エレクトロマイグレーション性、耐ストレスマイ
グレーション性に優れた配線を形成するために、Ｃｕや
Ｃｕ合金を配線材料として用いると、Ｃｕ系配線は加工
が困難であるため、実用化の障壁となるという問題があ
る。
クト孔の埋め込みだけをＣＶＤ法により形成すること
は、プロセスの複雑化・冗長化につながりコストアップ
が生じるという問題がある。また、配線抵抗を下げ、か
つ、耐エレクトロマイグレーション性、耐ストレスマイ
グレーション性に優れた配線を形成するために、Ｃｕや
Ｃｕ合金を配線材料として用いると、Ｃｕ系配線は加工
が困難であるため、実用化の障壁となるという問題があ
る。
【０００６】本発明は、上記事情に鑑み、微細デバイス
の段差部における被覆性を充分確保し、しかも、配線形
成工程の単純化が達成できると共に低抵抗で信頼性の高
い配線を有する半導体装置及びその製造方法を提供する
ことを目的とする。
の段差部における被覆性を充分確保し、しかも、配線形
成工程の単純化が達成できると共に低抵抗で信頼性の高
い配線を有する半導体装置及びそ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】上記目的を達成するため
の本発明の半導体装置は、 （１）半導体基板に形成された、配線溝及びコンタクト
孔を有する絶縁膜 （２）配線溝の底部に形成された、ＣｕもしくはＣｕ合
金を選択成長させるための種金属を含む層 （３）配線溝及びコンタクト孔に形成されたＣｕ系配線
を備えたことを特徴とするものである。
の本発明の半導体装置は、 （１）半導体基板に形成された、配線溝及びコンタクト
孔を有する絶縁膜 （２）配線溝の底部に形成された、ＣｕもしくはＣｕ合
金を選択成長させるための種金属を含む層 （３）配線溝及びコンタクト孔に形成されたＣｕ系配線
を備えたことを特徴とするものである。
【０００８】また、本発明の半導体装置の製造方法は、 （４）半導体基板に絶縁膜を形成する工程 （５）絶縁膜に配線溝及びコンタクト孔を形成する工程 （６）配線溝の底部に、ＣｕもしくはＣｕ合金を選択成
長させるための種金属を含む層を形成する工程 （７）コンタクト孔及び種金属を含む層が形成された前
記配線溝に、ＣｕもしくはＣｕ合金を選択成長させるこ
とによりＣｕ系配線を形成する工程を含むことを特徴と
するものである。
長させるための種金属を含む層を形成する工程 （７）コンタクト孔及び種金属を含む層が形成された前
記配線溝に、ＣｕもしくはＣｕ合金を選択成長させるこ
とによりＣｕ系配線を形成する工程を含むことを特徴と
するものである。
【０００９】ここで、上記の種金属として、Ｗ、Ｍｏ、
Ｃｕ、Ａｌ等の遷移金属や金属性の強い典型元素を用い
ることが好ましい。また、配線溝の底部に種金属を含む
層を形成する方法としては、イオン注入法により上記種
金属を打ち込む方法、ＷＦ6 等のガスを利用した表面処
理法、またはウェット処理による表面処理法などがあ
り、いずれの方法でも配線溝の底部に電子が密な状態を
つくることにより種金属を含む層とすることができる。
Ｃｕ、Ａｌ等の遷移金属や金属性の強い典型元素を用い
ることが好ましい。また、配線溝の底部に種金属を含む
層を形成する方法としては、イオン注入法により上記種
金属を打ち込む方法、ＷＦ6 等のガスを利用した表面処
理法、またはウェット処理による表面処理法などがあ
り、いずれの方法でも配線溝の底部に電子が密な状態を
つくることにより種金属を含む層とすることができる。
【００１０】
【作用】本発明の半導体装置ではＣｕ系配線にしたた
め、Ａｌ系配線に比べ低抵抗でしかも耐エレクトロマイ
グレーション性、耐ストレスマイグレーション性に優れ
る。また、配線を囲む絶縁膜が、配線上部を除いて配線
形成前に形成されているため、配線後に絶縁膜を形成す
る方法に比べ絶縁膜から受ける応力が小さくなり、半導
体装置の信頼性を向上させることができる。
め、Ａｌ系配線に比べ低抵抗でしかも耐エレクトロマイ
グレーション性、耐ストレスマイグレーション性に優れ
る。また、配線を囲む絶縁膜が、配線上部を除いて配線
形成前に形成されているため、配線後に絶縁膜を形成す
る方法に比べ絶縁膜から受ける応力が小さくなり、半導
体装置の信頼性を向上させることができる。
【００１１】また、本発明の半導体装置の製造方法によ
れば、コンタクト孔と配線溝にＣｕやＣｕ合金を選択成
長させてＣｕ系配線を形成するため、段差被覆性のよい
配線が形成でき、段差部における局所的な電流密度の上
昇などによる配線信頼性の低下を防止できる。また、予
め配線溝を形成し、この配線溝の底部に、ＣｕやＣｕ合
金の成長核になる種金属を含む層を形成することによ
り、配線溝にＣｕやＣｕ合金を選択成長させてＣｕ系配
線を形成する。このため、Ｃｕの困難な配線加工を行う
必要がなく、ばらつきが小さい安定な線幅を有する配線
を形成することができる。
れば、コンタクト孔と配線溝にＣｕやＣｕ合金を選択成
長させてＣｕ系配線を形成するため、段差被覆性のよい
配線が形成でき、段差部における局所的な電流密度の上
昇などによる配線信頼性の低下を防止できる。また、予
め配線溝を形成し、この配線溝の底部に、ＣｕやＣｕ合
金の成長核になる種金属を含む層を形成することによ
り、配線溝にＣｕやＣｕ合金を選択成長させてＣｕ系配
線を形成する。このため、Ｃｕの困難な配線加工を行う
必要がなく、ばらつきが小さい安定な線幅を有する配線
を形成することができる。
【００１２】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の半導体装置及
びその製造方法の一実施例を説明する。図１は、半導体
装置の製造方法を示す部分断面図である。先ず、図１
（ａ）に示されるように、周知の方法で半導体基板１０
上に絶縁膜とするＳｉＯ2 膜１２を形成し、コンタクト
孔（図示せず）を形成する。その後、周知の写真食刻法
により配線溝１４を形成する。この配線溝の深さは、設
計による配線厚と同等にし、３０００〜６０００Å程度
の深さとする。
びその製造方法の一実施例を説明する。図１は、半導体
装置の製造方法を示す部分断面図である。先ず、図１
（ａ）に示されるように、周知の方法で半導体基板１０
上に絶縁膜とするＳｉＯ2 膜１２を形成し、コンタクト
孔（図示せず）を形成する。その後、周知の写真食刻法
により配線溝１４を形成する。この配線溝の深さは、設
計による配線厚と同等にし、３０００〜６０００Å程度
の深さとする。
【００１３】次に、図１（ｂ）に示されるように、イオ
ン注入法により配線溝１４の底部１４ａにＷ（タングス
テン）イオンを打ち込む。このイオン注入は、配線溝１
４を形成した時に塗布したレジスト１６をそのままマス
クとして行う。この結果、配線溝１４の底部１４ａにＷ
を含んだ層が形成される。次に、半導体基板１０を、反
応炉内温度が２００〜３５０℃のＣＶＤ装置（図示せ
ず）に挿入し、このＣＶＤ装置内に、原料ガスとしてＣ
ｕ（Ｈｆａ）２−ヘキサフロルアセチルアセトネイト銅
及びＨ2 ガスを導入、２０〜８０ｍｍＴｏｒｒにし、２
〜４分間の処理を行う。これにより、図１（ｃ）に示さ
れるように、３０００〜６０００Å程度のＣｕ層１８が
配線溝１４に選択的に形成される。この工程では、図１
（ｂ）に示される工程において配線溝１４の底部１４ａ
に打ち込まれたＷがＣｕの成長核として働くため、配線
溝１４にＣｕが選択的に成長する。また、コンタクト孔
（図示せず）の底部は、Ｃｕ配線か半導体基板１０が露
出しているため、Ｗを注入しなくても、Ｃｕが選択的に
成長する。
ン注入法により配線溝１４の底部１４ａにＷ（タングス
テン）イオンを打ち込む。このイオン注入は、配線溝１
４を形成した時に塗布したレジスト１６をそのままマス
クとして行う。この結果、配線溝１４の底部１４ａにＷ
を含んだ層が形成される。次に、半導体基板１０を、反
応炉内温度が２００〜３５０℃のＣＶＤ装置（図示せ
ず）に挿入し、このＣＶＤ装置内に、原料ガスとしてＣ
ｕ（Ｈｆａ）２−ヘキサフロルアセチルアセトネイト銅
及びＨ2 ガスを導入、２０〜８０ｍｍＴｏｒｒにし、２
〜４分間の処理を行う。これにより、図１（ｃ）に示さ
れるように、３０００〜６０００Å程度のＣｕ層１８が
配線溝１４に選択的に形成される。この工程では、図１
（ｂ）に示される工程において配線溝１４の底部１４ａ
に打ち込まれたＷがＣｕの成長核として働くため、配線
溝１４にＣｕが選択的に成長する。また、コンタクト孔
（図示せず）の底部は、Ｃｕ配線か半導体基板１０が露
出しているため、Ｗを注入しなくても、Ｃｕが選択的に
成長する。
【００１４】以上の工程後、絶縁膜を形成し、さらに図
１に示される工程を繰り返すことにより、多層配線構造
を有する半導体装置を形成することができる。上記の方
法で製造された半導体装置は、従来のＡｌ系配線の半導
体装置に比べ配線抵抗を３０〜４０％下げることができ
る。例えば純Ａｌで配線を形成した場合の抵抗３．３μ
Ωｃｍに対し、純Ｃｕで配線を形成すると抵抗２．６μ
Ωｃｍとなる。さらに、配線幅０．８μｍ、配線厚み
０．６μｍ、電流密度５×１０6Ａ／ｃｍ2 の条件で寿
命試験をすると、Ａｌ合金（Ａｌ−０．５ｗｔ％Ｃｕ）
で形成されたＡｌ配線に比べ数１０倍〜１００倍配線寿
命が向上する。また、銅の加工工程を伴わないため、ば
らつきの小さい均一な配線幅を得ることができる。
１に示される工程を繰り返すことにより、多層配線構造
を有する半導体装置を形成することができる。上記の方
法で製造された半導体装置は、従来のＡｌ系配線の半導
体装置に比べ配線抵抗を３０〜４０％下げることができ
る。例えば純Ａｌで配線を形成した場合の抵抗３．３μ
Ωｃｍに対し、純Ｃｕで配線を形成すると抵抗２．６μ
Ωｃｍとなる。さらに、配線幅０．８μｍ、配線厚み
０．６μｍ、電流密度５×１０6Ａ／ｃｍ2 の条件で寿
命試験をすると、Ａｌ合金（Ａｌ−０．５ｗｔ％Ｃｕ）
で形成されたＡｌ配線に比べ数１０倍〜１００倍配線寿
命が向上する。また、銅の加工工程を伴わないため、ば
らつきの小さい均一な配線幅を得ることができる。
【００１５】本実施例では、図１（ｂ）に示す工程で、
銅の成長核として、Ｗを用いたが、Ｍｏ、Ｃｕ、Ａｌ等
の遷移金属及び金属性の強い典型元素を用いてもよい。
また、イオン注入により金属を打ち込んだが、イオン注
入法のみならずＷＦ6 等のガスを利用した表面処理法、
ウェット処理による表面処理等により表面状態を変える
ことによる方法を用いてもよい。
銅の成長核として、Ｗを用いたが、Ｍｏ、Ｃｕ、Ａｌ等
の遷移金属及び金属性の強い典型元素を用いてもよい。
また、イオン注入により金属を打ち込んだが、イオン注
入法のみならずＷＦ6 等のガスを利用した表面処理法、
ウェット処理による表面処理等により表面状態を変える
ことによる方法を用いてもよい。
【００１６】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、配
線溝の底部に種金属を含む層を形成することにより、コ
ンタクト孔だけではなく配線全部を、ＣｕもしくはＣｕ
合金を選択成長させて形成したため、Ｃｕの配線加工の
問題を排除し高信頼性の低抵抗Ｃｕ系配線を得ることが
でき、しかも微細デバイスの段差部における被覆性を充
分確保できる。
線溝の底部に種金属を含む層を形成することにより、コ
ンタクト孔だけではなく配線全部を、ＣｕもしくはＣｕ
合金を選択成長させて形成したため、Ｃｕの配線加工の
問題を排除し高信頼性の低抵抗Ｃｕ系配線を得ることが
でき、しかも微細デバイスの段差部における被覆性を充
分確保できる。
【図１】本発明の一実施例の半導体装置の製造方法を示
す部分断面図である。
す部分断面図である。
１０ 半導体基板 １２ ＳｉＯ2 膜 １４ 配線溝 １４ａ 底部 １６ レジスト １８ Ｃｕ層
Claims (2)
- 【請求項１】 半導体基板に形成された、配線溝及びコ
ンタクト孔を有する絶縁膜と、 前記配線溝の底部に形成された、ＣｕもしくはＣｕ合金
を選択成長させるための種金属を含む層と、 前記配線溝及び前記コンタクト孔に形成されたＣｕ系配
線とを備えたことを特徴とする半導体装置。 - 【請求項２】 半導体基板に絶縁膜を形成する工程と、 該絶縁膜に配線溝及びコンタクト孔を形成する工程と、 前記配線溝の底部に、ＣｕもしくはＣｕ合金を選択成長
させるための種金属を含む層を形成する工程と、 前記コンタクト孔及び前記種金属を含む層が形成された
前記配線溝に、ＣｕもしくはＣｕ合金を選択成長させる
ことによりＣｕ配線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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16082693A JPH0778815A (ja) | 1993-06-30 | 1993-06-30 | 半導体装置及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16082693A JPH0778815A (ja) | 1993-06-30 | 1993-06-30 | 半導体装置及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0778815A true JPH0778815A (ja) | 1995-03-20 |
Family
ID=15723249
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16082693A Withdrawn JPH0778815A (ja) | 1993-06-30 | 1993-06-30 | 半導体装置及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0778815A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5670420A (en) * | 1994-12-05 | 1997-09-23 | Hyundai Electronics Industries Co., Ltd. | Method of forming metal interconnection layer of semiconductor device |
| WO2001054192A1 (en) * | 2000-01-18 | 2001-07-26 | Micron Technology, Inc. | Process for providing seed layers for aluminium, copper, gold and silver metallurgy |
| US6429120B1 (en) | 2000-01-18 | 2002-08-06 | Micron Technology, Inc. | Methods and apparatus for making integrated-circuit wiring from copper, silver, gold, and other metals |
-
1993
- 1993-06-30 JP JP16082693A patent/JPH0778815A/ja not_active Withdrawn
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5670420A (en) * | 1994-12-05 | 1997-09-23 | Hyundai Electronics Industries Co., Ltd. | Method of forming metal interconnection layer of semiconductor device |
| WO2001054192A1 (en) * | 2000-01-18 | 2001-07-26 | Micron Technology, Inc. | Process for providing seed layers for aluminium, copper, gold and silver metallurgy |
| US6376370B1 (en) | 2000-01-18 | 2002-04-23 | Micron Technology, Inc. | Process for providing seed layers for using aluminum, copper, gold and silver metallurgy process for providing seed layers for using aluminum, copper, gold and silver metallurgy |
| US6429120B1 (en) | 2000-01-18 | 2002-08-06 | Micron Technology, Inc. | Methods and apparatus for making integrated-circuit wiring from copper, silver, gold, and other metals |
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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: 20000905 |