JPH0790546A - Semiconductor device and its production - Google Patents
Semiconductor device and its productionInfo
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- JPH0790546A JPH0790546A JP23826293A JP23826293A JPH0790546A JP H0790546 A JPH0790546 A JP H0790546A JP 23826293 A JP23826293 A JP 23826293A JP 23826293 A JP23826293 A JP 23826293A JP H0790546 A JPH0790546 A JP H0790546A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、銅を主成分とする薄膜
もしくは配線を有する半導体装置及びその製造方法に関
する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device having a thin film or wiring containing copper as a main component and a method for manufacturing the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、ＬＳＩの配線材料として、アルミ
ニウムまたはアルミニウム合金が用いられている（以
下、特に理由のないかぎり、アルミニウムまたはアルミ
ニウム合金をアルミニウムと記すことにする）。しかし
近年、ＬＳＩの高集積化が進むにつれてアルミニウム配
線にさまざまな問題が生じてきている。中でも、エレク
トロマイグレ−ション、ストレスマイグレ−ション等ア
ルミニウム配線の信頼性が問題となってきている。この
ため、アルミニウムに代わる高信頼性を有する配線材料
が求められている。2. Description of the Related Art Conventionally, aluminum or aluminum alloy has been used as a wiring material for LSI (hereinafter, aluminum or aluminum alloy will be referred to as aluminum unless otherwise specified). However, in recent years, various problems have arisen in aluminum wiring as the degree of integration of LSI has increased. Above all, reliability of aluminum wiring such as electromigration and stress migration has become a problem. Therefore, there is a demand for a highly reliable wiring material that can replace aluminum.
【０００３】アルミニウムに代わる配線材料として現在
もっとも有力視されているのは、銅である（月刊NIKKEI
MICRODEVICE 1993 年 2月号 48 頁〜58頁）。配線材料
として銅を用いれば、アルミニウムを用いる場合に比
べ、比抵抗は約1/2 となり、エレクトロマイグレ−ショ
ン耐性は約２桁改善される。しかしながら、配線材料と
して銅を用いる場合にも問題点がある。Copper is currently regarded as the most promising wiring material to replace aluminum (monthly NIKKEI
MICRODEVICE February 1993 page 48-58). When copper is used as the wiring material, the specific resistance is about 1/2 and the electromigration resistance is improved by about two orders of magnitude as compared with the case where aluminum is used. However, there is a problem when copper is used as the wiring material.
【０００４】銅は薄膜中に酸素を取り込み易く、耐酸化
性が悪い。銅薄膜中に酸素が取り込まれると比抵抗値が
上昇する。これに対処することを目的として、銅薄膜に
窒素プラズマ処理を施して表面に窒化層を形成したり
（第51回秋季応用物理学会予稿集 27p-E-16）、自己保
護膜としてＮｂＮ膜（第３９回春季応用物理学会予稿集
30p-ZH-8）またはＴｉＮ膜（信学技報 Vol.89 No.174
25頁〜29頁）を表面に形成したりして銅薄膜の耐酸化性
を改善することが提案されている。Copper easily absorbs oxygen in the thin film and has poor oxidation resistance. When oxygen is taken into the copper thin film, the specific resistance value rises. In order to deal with this, a copper thin film is subjected to nitrogen plasma treatment to form a nitride layer on the surface (51st Autumn Applied Physics Society of Japan Proceedings 27p-E-16), or a NbN film ( Proceedings of the 39th JSAP Spring Meeting
30p-ZH-8) or TiN film (Technical Report, Vol.89 No.174)
It has been proposed to improve the oxidation resistance of the copper thin film by forming (Pages 25 to 29) on the surface.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記提案にお
いても以下のような問題点がある。すなわち、上記窒化
層や自己保護膜を形成するための工程が必要となるとい
う問題がある。また、配線形成時においては、銅薄膜を
エッチング処理して配線パタ−ンを形成するので、エッ
チングされた断面は保護層を有さなくなる。このため、
前記断面から酸素が銅配線中に取り込まれ、銅配線の比
抵抗値が上昇するという問題がある。特に最近では、配
線の形成にＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing ）
プロセス、すなわち、絶縁層にエッチング等によって所
定のパタ−ンの孔あるいは溝を形成し、この後、この絶
縁層上に銅薄膜を形成し、絶縁層より上の部分にある銅
薄膜を研磨により除去し、配線を形成するプロセスが用
いられようとしており、前記窒化層及び自己保護膜等の
保護層を形成することにより銅配線の酸化を防止すると
いう方法は適用が困難となりつつある。However, the above proposal also has the following problems. That is, there is a problem that a step for forming the nitride layer and the self-protection film is required. In addition, since the copper thin film is etched to form the wiring pattern when the wiring is formed, the etched cross section has no protective layer. For this reason,
There is a problem that oxygen is taken into the copper wiring from the cross section and the specific resistance value of the copper wiring rises. Especially recently, CMP (Chemical Mechanical Polishing) is used for the formation of wiring.
Process, that is, forming holes or grooves of a predetermined pattern in the insulating layer by etching, etc., then forming a copper thin film on this insulating layer, and polishing the copper thin film above the insulating layer. Since a process of removing and forming a wiring is about to be used, it is becoming difficult to apply the method of preventing the oxidation of the copper wiring by forming the protective layer such as the nitride layer and the self-protection film.
【０００６】本発明は上記課題に鑑みなされたものであ
り、耐酸化性の良好な銅配線もしくは銅薄膜を有する半
導体装置及びその製造方法を提供することを目的として
いる。The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor device having a copper wiring or a copper thin film having good oxidation resistance and a method of manufacturing the same.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係る半導体装置は、窒素を０．２％〜１７％
含む銅または銅合金により形成された配線を有すること
を特徴としている。In order to achieve the above object, a semiconductor device according to the present invention has a nitrogen content of 0.2% to 17%.
It is characterized by having a wiring formed of copper or a copper alloy containing it.
【０００８】また、本発明に係る半導体装置の製造方法
は、銅または銅合金により形成されたタ−ゲットと不活
性ガスと窒素を含有するガスとを用いてスパッタ法によ
って試料上に窒素を含有する銅または銅合金薄膜を形成
することを特徴としている。In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, a target formed of copper or a copper alloy, an inert gas, and a gas containing nitrogen are used to contain nitrogen on a sample by a sputtering method. And a copper alloy thin film is formed.
【０００９】また、本発明に係る半導体装置の製造方法
は、窒素を含む銅または銅合金により形成されたタ−ゲ
ットを用いてスパッタ法によって試料上に窒素を含有す
る銅または銅合金薄膜を形成することを特徴としてい
る。Further, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, a nitrogen-containing copper or copper alloy thin film is formed on a sample by a sputtering method using a target formed of nitrogen-containing copper or copper alloy. It is characterized by doing.
【００１０】[0010]
【作用】上記構成に係る半導体装置に用いられる配線
は、窒素を０．２％〜１７％含む銅または銅合金により
形成されるので、配線そのものが耐酸化性を有する。こ
れにより、エッチング処理で配線の一部が露出しても該
配線の酸化を抑えることが可能になる。Since the wiring used in the semiconductor device having the above structure is made of copper or copper alloy containing 0.2% to 17% of nitrogen, the wiring itself has oxidation resistance. This makes it possible to suppress the oxidation of the wiring even if a part of the wiring is exposed by the etching process.
【００１１】従来、銅または銅合金に窒素を含有させる
と比抵抗値が非常に高くなるとされていたが、窒素含有
量を１７％以下に抑えておけば、比抵抗値はさほど上昇
しない。むしろ少量の窒素（０．２％以上の窒素）を添
加することで耐酸化性に優れた銅または銅合金による配
線を形成することが可能になる。Conventionally, it was said that when copper or a copper alloy contains nitrogen, the specific resistance value becomes very high. However, if the nitrogen content is suppressed to 17% or less, the specific resistance value does not increase so much. Rather, by adding a small amount of nitrogen (0.2% or more of nitrogen), it becomes possible to form a wiring made of copper or copper alloy having excellent oxidation resistance.
【００１２】また、上記方法に係る半導体装置の製造方
法にあっては、銅または銅合金により形成されたタ−ゲ
ットと不活性ガスと窒素を含有するガスとを用いてスパ
ッタ法によって試料上に窒素を含有する銅または銅合金
薄膜を形成するので、不活性ガスと窒素を含有するガス
との流量比を変化させることにより、窒素の添加量を制
御し、耐酸化性に優れた薄膜が形成される。これによ
り、配線を形成する際に前記薄膜がエッチングされてエ
ッチング断面が露出しても、前記薄膜の酸化を抑えるこ
とが可能になる。Further, in the method for manufacturing a semiconductor device according to the above method, a target formed of copper or a copper alloy, a gas containing an inert gas and nitrogen are used to sputter a sample on a sample. Since a copper or copper alloy thin film containing nitrogen is formed, the amount of nitrogen added is controlled by changing the flow rate ratio of the inert gas and the gas containing nitrogen, and a thin film with excellent oxidation resistance is formed. To be done. This makes it possible to suppress the oxidation of the thin film even if the thin film is etched and the etching cross section is exposed when the wiring is formed.
【００１３】また、上記方法に係る半導体装置の製造方
法において、窒素を含む銅または銅合金により形成され
たタ−ゲットを用いてスパッタ法によって試料上に窒素
を含有する銅または銅合金薄膜を形成する場合も同様
に、耐酸化性に優れた薄膜が形成される。これにより、
配線を形成する際に前記薄膜がエッチングされてエッチ
ング断面が露出しても、前記薄膜の酸化を抑えることが
可能になる。In the method of manufacturing a semiconductor device according to the above method, a nitrogen-containing copper or copper alloy thin film is formed on a sample by a sputtering method using a target formed of nitrogen-containing copper or copper alloy. Similarly, a thin film having excellent oxidation resistance is also formed. This allows
Even if the thin film is etched when the wiring is formed and the etching cross section is exposed, it is possible to suppress the oxidation of the thin film.
【００１４】[0014]
【実施例】以下、本発明に係る半導体装置及びその製造
方法に関する実施例を図面に基づいて説明する。最初に
図１に基づいて、本発明に係る半導体装置の製造方法を
実施するための装置を説明する。図１は該装置を示した
模式的縦断面図である。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of a semiconductor device and a method of manufacturing the same according to the present invention will be described below with reference to the drawings. First, an apparatus for carrying out the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic vertical sectional view showing the device.
【００１５】図１において、１はチャンバ（反応室）を
示しており、反応室１は内部にプラズマ発生領域２と反
応領域３とを備えている。プラズマ発生領域２の上部に
は導波管５を介してマイクロ波発生源６が接続されてい
る。プラズマ発生領域２の外周には、図示しない直流電
源に接続された励磁コイル７が周設されている。またプ
ラズマ発生領域２に対するガス導入系８が反応室１上部
に接続されている。In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a chamber (reaction chamber), and the reaction chamber 1 has a plasma generation region 2 and a reaction region 3 therein. A microwave generation source 6 is connected to the upper portion of the plasma generation region 2 via a waveguide 5. An excitation coil 7 connected to a DC power source (not shown) is provided around the plasma generation region 2. A gas introduction system 8 for the plasma generation region 2 is connected to the upper part of the reaction chamber 1.
【００１６】一方、反応領域３内には、試料台１１上に
基板Ｓが載置されており、基板Ｓの中心部上方の反応領
域３及び前記プラズマ発生領域２との境界部分にはタ−
ゲット４が配設されており、これに直流電圧電源１０が
接続されている。そして反応領域３に対するガス導入系
９が、反応領域３側面部に設けられている。On the other hand, in the reaction region 3, a substrate S is placed on a sample table 11, and a boundary portion between the reaction region 3 above the central portion of the substrate S and the plasma generation region 2 is a target.
The get 4 is provided, and the DC voltage power supply 10 is connected to the get 4. A gas introduction system 9 for the reaction region 3 is provided on the side surface of the reaction region 3.
【００１７】このような装置を用いて本発明に係る半導
体装置の製造方法を実施するためには、反応室１内を真
空排気し、Arガスをガス導入系８よりプラズマ発生領域
２に導入して、プラズマ発生領域２内の圧力を1 ×10-3
Torr程度に設定した後、励磁コイル７に直流電流を流
し、プラズマ発生領域２内に電子サイクロトロン共鳴
（ＥＣＲ）に必要な磁場を発生させる。In order to carry out the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention using such an apparatus, the reaction chamber 1 is evacuated and Ar gas is introduced into the plasma generation region 2 from the gas introduction system 8. The pressure in the plasma generation region 2 to 1 × 10 -3
After setting to about Torr, a direct current is passed through the exciting coil 7 to generate a magnetic field necessary for electron cyclotron resonance (ECR) in the plasma generation region 2.
【００１８】そして、マイクロ波発生源６からのマイク
ロ波を導波管５を介してプラズマ発生領域２に導入し、
Arプラズマを生成させる。生成させたArプラズマを励磁
コイル７で発生させた発散磁界により反応領域３へ導
き、直流電圧電源１０によりタ−ゲット４に負の電圧を
印加し、Arイオンをタ−ゲット４に引き込みタ−ゲット
４をスパッタする。Then, the microwave from the microwave generation source 6 is introduced into the plasma generation region 2 through the waveguide 5.
Generates Ar plasma. The generated Ar plasma is guided to the reaction region 3 by the divergent magnetic field generated by the exciting coil 7, a negative voltage is applied to the target 4 by the DC voltage power supply 10, and Ar ions are drawn into the target 4 and the target is drawn. Get 4 is sputtered.
【００１９】次に、窒素を含んだ銅薄膜・銅配線の形成
例を、具体的数値を挙げて説明する。 （実施例１）上記方法において、タ−ゲット４として銅
タ−ゲットを用い、基板Ｓとして表面に絶縁膜層である
ＳｉＯ2 膜が1000Å形成されたＳｉ基板を用い、ガス導
入系９からＮ2 ガスを導入することにより、基板Ｓの前
記絶縁膜上に銅と窒素との反応生成物を堆積させる。ま
ず、反応室１内を真空排気し、ガス導入系８よりArガス
を48sccmの流量でプラズマ発生領域２に導入し、プラズ
マ発生領域２内の圧力を1 ×10-3 Torr に設定した後、
プラズマ発生領域２内に電子サイクロトロン共鳴に必要
な磁場を発生させる。Next, an example of forming a copper thin film / copper wiring containing nitrogen will be described with specific numerical values. (Embodiment 1) In the above method, a copper target is used as the target 4 and a Si substrate having an SiO 2 film as an insulating film layer of 1000 liters is used as the substrate S. By introducing the 2 gas, a reaction product of copper and nitrogen is deposited on the insulating film of the substrate S. First, the reaction chamber 1 was evacuated, Ar gas was introduced into the plasma generation region 2 from the gas introduction system 8 at a flow rate of 48 sccm, and the pressure in the plasma generation region 2 was set to 1 × 10 −3 Torr.
A magnetic field required for electron cyclotron resonance is generated in the plasma generation region 2.
【００２０】そして、周波数2.45GHz 、パワ−2.0kw の
マイクロ波をプラズマ発生領域２に導入し、電子サイク
ロトロン共鳴を利用して、Arプラズマを発生させる。そ
して、銅タ−ゲット４には直流電圧電源１０により−６
００Ｖの電圧を印加し、ガス導入系９から添加量4 ％の
Ｎ2 ガスを２sccmの流量で反応室１内に導入して、4000
Åのスパッタ成膜を行なった。さらに、この薄膜にパタ
−ニング及びエッチング処理を施して配線を形成した。
なお、Ｎ2 ガス添加量は、［Ｎ2 ガス流量／（Ｎ2 ガス
流量）＋（Ａｒガス流量）］で示される。このようにし
て形成したＣｕを含有する配線近傍の断面を図２に示
す。図中２０はＳｉ基板を示しており、Ｓｉ基板２０上
にはＳｉＯ2 膜２１が形成され、ＳｉＯ2 膜２１上には
配線パタ−ン２２が形成されている。Then, a microwave having a frequency of 2.45 GHz and a power of 2.0 kw is introduced into the plasma generation region 2, and Ar plasma is generated by utilizing electron cyclotron resonance. Then, the copper target 4 is -6 by the DC voltage power source 10.
A voltage of 00 V is applied, and N 2 gas with an addition amount of 4% is introduced from the gas introduction system 9 into the reaction chamber 1 at a flow rate of 2 sccm to obtain 4000
Å Sputter film formation was performed. Further, this thin film was subjected to patterning and etching treatment to form wiring.
The amount of N 2 gas added is represented by [N 2 gas flow rate / (N 2 gas flow rate) + (Ar gas flow rate)]. FIG. 2 shows a cross section in the vicinity of the wiring containing Cu thus formed. In the figure, reference numeral 20 denotes a Si substrate. An SiO 2 film 21 is formed on the Si substrate 20, and a wiring pattern 22 is formed on the SiO 2 film 21.
【００２１】上記方法によって絶縁膜上に配線を形成す
るのであるが、絶縁膜がＳｉＯ2 であるので、この下地
絶縁膜により配線が酸化されるおそれがある。そこで、
配線の耐酸化性を調べるためにＳｉ基板上に直接配線を
形成した。条件は上記のものと同じである。この方法で
形成された配線に酸素（Ｏ2 ）雰囲気で300 ℃、30分間
の熱処理を行なった後、２次イオン質量分析（SIMS）に
よる深さ方向の分析を行なった。その結果を図３に示
す。また、図４に窒素Ｎを含有するガスを添加しない従
来法によって得られた配線に上記と同様の処理を行なっ
た時のSIMS結果を示す。図３および図４において、縦軸
は強度（任意単位）、横軸は深さ（Å）を示しており、
破線は銅Ｃｕの分布、一点鎖線はＮの分布、二点鎖線は
Ｓｉの分布、実線は酸素の分布をそれぞれ示している。
図３と図４とを比べれば明らかであるように、スパッタ
成膜時にＮ2 ガスを添加することで配線中への酸素の混
入を防ぐことができ、耐酸化性に優れた配線を形成する
ことができる。The wiring is formed on the insulating film by the above method. However, since the insulating film is SiO 2 , the wiring may be oxidized by the underlying insulating film. Therefore,
Wiring was formed directly on the Si substrate in order to examine the oxidation resistance of the wiring. The conditions are the same as above. The wiring formed by this method was heat-treated at 300 ° C. for 30 minutes in an oxygen (O 2 ) atmosphere, and then analyzed in the depth direction by secondary ion mass spectrometry (SIMS). The result is shown in FIG. Further, FIG. 4 shows SIMS results when the same treatment as described above was applied to the wiring obtained by the conventional method in which the gas containing nitrogen N was not added. 3 and 4, the vertical axis represents strength (arbitrary unit), the horizontal axis represents depth (Å),
The broken line shows the distribution of copper Cu, the one-dot chain line shows the distribution of N, the two-dot chain line shows the distribution of Si, and the solid line shows the distribution of oxygen.
As is clear from comparison between FIG. 3 and FIG. 4, by adding N 2 gas during sputtering film formation, it is possible to prevent oxygen from being mixed into the wiring and form a wiring excellent in oxidation resistance. be able to.
【００２２】また、実施例１におけるＮ2 ガスの添加量
を変えた時の配線の深さ500 Åにおける酸素濃度（atom
s%）変化の様子及び比抵抗値（μΩcm）の変化の様子を
図５に示す。図５において、破線は比抵抗値を示し、実
線は酸素濃度を示している。図５から、Ｎ2 ガスの添加
量が20％以下の時、アルミニウムに比べて低抵抗であ
り、耐酸化性も優れていることが解る。さらに、Ｎ2 ガ
スの添加量と配線中のＮ濃度（atoms ％）との関係を図
６に示す。図６から、Ｎ2 ガスの添加量を多くすると配
線中のＮ濃度が増加することが解る。そして、Ｎ濃度が
17atoms ％以下であれば、図５から膜質に影響を与えな
いことが解る。Further, the oxygen concentration (atom) at a wiring depth of 500 Å when the amount of N 2 gas added in Example 1 was changed.
FIG. 5 shows how the s%) changes and the specific resistance value (μΩcm) changes. In FIG. 5, the broken line shows the specific resistance value, and the solid line shows the oxygen concentration. From FIG. 5, it can be seen that when the amount of N 2 gas added is 20% or less, the resistance is lower than that of aluminum and the oxidation resistance is excellent. Further, FIG. 6 shows the relationship between the amount of N 2 gas added and the N concentration (atoms%) in the wiring. It can be seen from FIG. 6 that the N concentration in the wiring increases as the amount of N 2 gas added increases. And the N concentration is
From 17 atoms% or less, it can be seen from FIG. 5 that the film quality is not affected.
【００２３】（実施例２）実施例２に係る半導体装置の
製造方法が上記した実施例１に係る半導体装置の製造方
法と異なっている点は、ガス導入系９から導入されるＮ
2 ガスの添加量を時間の経過とともに変化させる点であ
る。その他の製造方法はＡｒガスの導入量を含め同一で
ある。実施例２では、図７に示した添加量でＮ2 ガスが
導入される。このように導入するＮ2 ガスの添加量を時
間とともに変化させることで、Ｃｕを主成分とし深さ方
向にＮ含有量が変化している薄膜もしくは配線を形成す
ることができる。このようにして形成したＣｕを含有す
る配線近傍の断面を図８に示す。図８において、ＳｉＯ
2 膜２１上に配線パタ−ン２３が形成されている。配線
パタ−ン２３はＮ含有量が異なった多層構造となってい
る。(Second Embodiment) A semiconductor device manufacturing method according to a second embodiment is different from the semiconductor device manufacturing method according to the first embodiment described above in that N introduced from a gas introduction system 9 is used.
The point is to change the addition amount of the two gases with the passage of time. The other manufacturing methods are the same, including the amount of Ar gas introduced. In Example 2, N 2 gas was introduced at the addition amount shown in FIG. 7. By changing the addition amount of the N 2 gas introduced as described above with time, it is possible to form a thin film or a wiring whose main component is Cu and whose N content changes in the depth direction. FIG. 8 shows a cross section in the vicinity of the wiring containing Cu thus formed. In FIG. 8, SiO
A wiring pattern 23 is formed on the two films 21. The wiring pattern 23 has a multilayer structure with different N contents.
【００２４】ここでも、配線の耐酸化性を調べるため、
Ｓｉ基板上に直接配線を形成した。条件は上記と同じく
図７に示した添加量でＮ2 ガスが導入される条件であ
る。この製造方法で形成された配線にＯ2 雰囲気で300
℃、30分間の熱処理を行なった後、SIMSによる深さ方向
の分析を行なった。その結果を図９に示す。図９におけ
る各グラフの意味は、図３に示した各グラフの意味と同
じである。図９から、実施例２に係る製造方法の場合に
おいても、Ｎ2 ガスの添加により配線中への酸素の混入
を防ぐことができ、配線の耐酸化性を向上させることが
できることが解る。Here again, in order to investigate the oxidation resistance of the wiring,
Wiring was directly formed on the Si substrate. The conditions are the same as those described above, in which N 2 gas is introduced with the addition amount shown in FIG. 7. The wiring formed by this manufacturing method is heated to 300 in an O 2 atmosphere.
After heat treatment at ℃ for 30 minutes, SIMS analysis in the depth direction was performed. The result is shown in FIG. The meaning of each graph in FIG. 9 is the same as the meaning of each graph shown in FIG. It can be seen from FIG. 9 that even in the case of the manufacturing method according to the second embodiment, the addition of N 2 gas can prevent oxygen from being mixed into the wiring and improve the oxidation resistance of the wiring.
【００２５】（実施例３）実施例３に係る半導体装置の
製造方法が実施例１に係る半導体装置の製造方法と異な
っている点は、タ−ゲット４としてＣｕを主成分として
Ｎが含まれているもの、例えば、Ｃｕを主成分としてＮ
が15atoms ％含有されたものを用い、Ａｒイオンで該タ
−ゲット４をスパッタすることで基板Ｓ上にスパッタさ
れたＣｕとＮとの反応生成物を堆積させる点である。し
たがって、実施例３の場合、ガス導入系９からＮ2 ガス
は導入されない。その他の製造方法は同じである。この
ようにして形成したＣｕを含有する配線の構造は、図２
に示した配線構造と同様である。(Third Embodiment) A semiconductor device manufacturing method according to the third embodiment is different from the semiconductor device manufacturing method according to the first embodiment in that the target 4 contains Cu as a main component and N is contained. The main component is, for example, Cu containing N as a main component.
Is used to deposit the reaction product of Cu and N sputtered on the substrate S by sputtering the target 4 with Ar ions. Therefore, in the case of Example 3, N 2 gas is not introduced from the gas introduction system 9. The other manufacturing methods are the same. The structure of the wiring containing Cu thus formed is shown in FIG.
It is similar to the wiring structure shown in FIG.
【００２６】実施例３に係る製造方法で形成された配線
におけるＮ濃度とタ−ゲット４中に含まれるＮ濃度との
関係を図１０に示す。図１０から、タ−ゲット４中に含
まれているＮ濃度と配線中に含まれているＮ濃度とに直
線的相関関係があることが解る。したがって、タ−ゲッ
ト４中に含有されるＮ濃度を変化させることで配線中に
含有されるＮ濃度を制御することができる。FIG. 10 shows the relationship between the N concentration in the wiring formed by the manufacturing method according to the third embodiment and the N concentration contained in the target 4. It can be seen from FIG. 10 that there is a linear correlation between the N concentration contained in the target 4 and the N concentration contained in the wiring. Therefore, the N concentration contained in the wiring can be controlled by changing the N concentration contained in the target 4.
【００２７】以上説明したように、実施例１〜実施例３
に係る半導体装置の製造方法を用いれば、配線中に少量
のＮを含有させることにより、比抵抗値を増大させずに
Ｃｕ配線もしくはＣｕ薄膜の耐酸化性を向上させること
ができる。従来、Ｃｕ3 Ｎは比抵抗値が１０2 〜１０3
ΩｃｍとＣｕの比抵抗値１．７２×１０-6Ωｃｍに比べ
て異常に高く、配線に用いることはできなかった。しか
し、実施例１〜実施例３で示したようにＮの含有量を
０．２％〜１７％程度に抑えておけば比抵抗値をほとん
ど上昇させなくてすむ。図５に示したように上記範囲内
にＮの含有量を抑えておけば、比抵抗値を２．５×１０
-6Ωｃｍ以下に抑えることができる。As described above, the first to third embodiments
With the method for manufacturing a semiconductor device according to the above aspect, by including a small amount of N in the wiring, it is possible to improve the oxidation resistance of the Cu wiring or the Cu thin film without increasing the specific resistance value. Conventionally, Cu 3 N has a specific resistance value of 10 2 to 10 3
The specific resistance values of Ωcm and Cu were 1.72 × 10 −6 Ωcm, which were abnormally high and could not be used for wiring. However, as shown in Examples 1 to 3, if the N content is suppressed to about 0.2% to 17%, the specific resistance value can be hardly increased. As shown in FIG. 5, if the content of N is suppressed within the above range, the specific resistance value is 2.5 × 10 5.
It can be suppressed to -6 Ωcm or less.
【００２８】なお、上記実施例１〜実施例３をそれぞれ
単独ではなしに、実施例１と実施例３とを組み合わせて
も良いし、実施例２と実施例３とを組み合わせても良
い。いずれも、上記実施例１〜３と同様の効果を得るこ
とができる。The above-described first to third embodiments may not be used alone, but the first and third embodiments may be combined, or the second and third embodiments may be combined. In any case, the same effects as those of Examples 1 to 3 above can be obtained.
【００２９】また、上記実施例１及び実施例２において
はＮを含有するガスとしてＮ2 ガスを用いる場合を示し
たが、Ｎ2 ガスに限られることはなく、別の実施例で
は、ＮＨ2 、ＮＨ3 、ＮＯ、ＮＯ2 、Ｎ2 Ｈ2 、ＨＮ
3 、ＮＦ、ＮＯＦ、ＦＮＯ3 、Ｎ（ＣＨ3 ）3 、ＮＨ
（ＣＨ3 ）2 、ＣＮ、（ＣＮ）2 等、Ｎが含有されてい
るガスであれば良い。また、これらのガスを２種類以上
同時に添加しても良い。Further, although the case where N 2 gas is used as the gas containing N has been shown in the above-mentioned Embodiments 1 and 2, it is not limited to N 2 gas, and in another embodiment, NH 2 gas is used. , NH 3 , NO, NO 2 , N 2 H 2 , HN
3 , NF, NOF, FNO 3 , N (CH 3 ) 3 , NH
Any gas containing N, such as (CH 3 ) 2 , CN, or (CN) 2 , may be used. Further, two or more kinds of these gases may be added at the same time.
【００３０】また、上記実施例１〜実施例３においては
ＥＣＲスパッタ法を用いたが、別の実施例では、ＲＦス
パッタ法、ＤＣスパッタ法、マグネトロンスパッタ法等
のスパッタ法を用いてもよい。また、スパッタ法だけで
なく蒸着法を用いてもスパッタ法と同様に成膜すること
ができる。Although the ECR sputtering method is used in the above-mentioned first to third embodiments, in another embodiment, a sputtering method such as an RF sputtering method, a DC sputtering method, or a magnetron sputtering method may be used. Further, not only the sputtering method but also the vapor deposition method can be used to form a film in the same manner as the sputtering method.
【００３１】[0031]
【発明の効果】以上詳述したように、本発明に係る半導
体装置にあっては、窒素を０．２％〜１７％含む銅また
は銅合金により形成された配線を有しているので、比抵
抗が小さく耐エレクトロマイグレ−ションに優れた配線
とすることができる。また本発明に係る半導体装置の製
造方法を用いれば、比抵抗値を増大させることなく、耐
酸化性に優れた銅配線もしくは銅薄膜を容易にかつ確実
に形成することができる。As described above in detail, since the semiconductor device according to the present invention has the wiring formed of copper or copper alloy containing 0.2% to 17% of nitrogen, Wiring with low resistance and excellent electromigration resistance can be obtained. Further, by using the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, a copper wiring or a copper thin film having excellent oxidation resistance can be easily and reliably formed without increasing the specific resistance value.
【図１】本発明に係る半導体装置の製造方法を実施する
ための装置を模式的に示した縦断面図である。FIG. 1 is a vertical cross-sectional view schematically showing an apparatus for carrying out a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention.
【図２】実施例１に係る製造方法によって形成された配
線を概略的に示した断面図である。FIG. 2 is a sectional view schematically showing a wiring formed by the manufacturing method according to the first embodiment.
【図３】実施例１に係る製造方法によって形成された配
線のＳＩＭＳによる深さ方向の分析結果を示したグラフ
である。FIG. 3 is a graph showing an analysis result in the depth direction by SIMS of a wiring formed by the manufacturing method according to the first embodiment.
【図４】従来法によって形成された配線のＳＩＭＳによ
る深さ方向の分析結果であるを示したグラフである。FIG. 4 is a graph showing a result of SIMS analysis of a wiring formed by a conventional method in a depth direction.
【図５】実施例１に係る製造方法によって形成された配
線のＮ2 ガス添加量と酸素濃度及び比抵抗値との関係を
示したグラフである。FIG. 5 is a graph showing the relationship between the amount of N 2 gas added, the oxygen concentration, and the specific resistance value of the wiring formed by the manufacturing method according to Example 1.
【図６】実施例１に係る製造方法によって形成された配
線のＮ2 ガス添加量とＮ濃度との関係を示したグラフで
ある。FIG. 6 is a graph showing the relationship between the N 2 gas addition amount and the N concentration of the wiring formed by the manufacturing method according to the first embodiment.
【図７】実施例２に係る製造方法において、Ｎ2 ガスの
添加量の時間的変化を示したグラフである。FIG. 7 is a graph showing changes over time in the amount of N 2 gas added in the manufacturing method according to Example 2.
【図８】実施例２に係る製造方法によって形成された配
線を概略的に示した断面図である。FIG. 8 is a sectional view schematically showing a wiring formed by a manufacturing method according to a second embodiment.
【図９】実施例２に係る製造方法によって形成された配
線のＳＩＭＳによる深さ方向の分析結果を示したグラフ
である。FIG. 9 is a graph showing the results of SIMS analysis in the depth direction of the wiring formed by the manufacturing method according to the second embodiment.
【図１０】実施例３に係る製造方法において、タ−ゲッ
ト中のＮ含有量と配線中のＮ濃度との関係を示したグラ
フである。FIG. 10 is a graph showing the relationship between the N content in the target and the N concentration in the wiring in the manufacturing method according to the third embodiment.
１ 反応室 ２ プラズマ発生領域 ３ 反応領域 ４ タ−ゲット ８ ガス導入系 ９ ガス導入系 ２２、２３ 配線パタ−ン Ｓ 基板 1 Reaction Chamber 2 Plasma Generation Area 3 Reaction Area 4 Target 8 Gas Introduction System 9 Gas Introduction System 22, 23 Wiring Pattern S Substrate
Claims (3)
合金により形成された配線を有することを特徴とする半
導体装置。1. A semiconductor device having a wiring formed of copper or a copper alloy containing 0.2% to 17% of nitrogen.
ットと不活性ガスと窒素を含有するガスとを用いてスパ
ッタ法によって試料上に窒素を含有する銅または銅合金
薄膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方
法。2. A method for forming a nitrogen-containing copper or copper alloy thin film on a sample by a sputtering method using a target formed of copper or a copper alloy, an inert gas and a gas containing nitrogen. A method for manufacturing a characteristic semiconductor device.
れたタ−ゲットを用いてスパッタ法によって試料上に窒
素を含有する銅または銅合金薄膜を形成することを特徴
とする半導体装置の製造方法。3. A method of manufacturing a semiconductor device, which comprises forming a nitrogen-containing copper or copper alloy thin film on a sample by a sputtering method using a target formed of nitrogen-containing copper or a copper alloy. .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23826293A JPH0790546A (en) | 1993-09-24 | 1993-09-24 | Semiconductor device and its production |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23826293A JPH0790546A (en) | 1993-09-24 | 1993-09-24 | Semiconductor device and its production |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0790546A true JPH0790546A (en) | 1995-04-04 |
Family
ID=17027573
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23826293A Pending JPH0790546A (en) | 1993-09-24 | 1993-09-24 | Semiconductor device and its production |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0790546A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007180173A (en) * | 2005-12-27 | 2007-07-12 | Kobe Steel Ltd | Wiring of semiconductor device, metal thin film therefor, and these manufacturing methods |
| JPWO2008044757A1 (en) * | 2006-10-12 | 2010-02-18 | 株式会社アルバック | Conductive film forming method, thin film transistor, thin film transistor panel, and thin film transistor manufacturing method |
-
1993
- 1993-09-24 JP JP23826293A patent/JPH0790546A/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007180173A (en) * | 2005-12-27 | 2007-07-12 | Kobe Steel Ltd | Wiring of semiconductor device, metal thin film therefor, and these manufacturing methods |
| JP4485466B2 (en) * | 2005-12-27 | 2010-06-23 | 株式会社神戸製鋼所 | Metal thin film for wiring of semiconductor device and wiring for semiconductor device |
| JPWO2008044757A1 (en) * | 2006-10-12 | 2010-02-18 | 株式会社アルバック | Conductive film forming method, thin film transistor, thin film transistor panel, and thin film transistor manufacturing method |
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