JPH10209155A - Method for forming wiring of semiconductor device - Google Patents

Method for forming wiring of semiconductor device

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JPH10209155A
JPH10209155A JP870997A JP870997A JPH10209155A JP H10209155 A JPH10209155 A JP H10209155A JP 870997 A JP870997 A JP 870997A JP 870997 A JP870997 A JP 870997A JP H10209155 A JPH10209155 A JP H10209155A
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JP
Japan
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wiring
film
forming
ion implantation
alloy
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JP870997A
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Japanese (ja)
Inventor
Hajime Inoue
肇 井上
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Sony Corp
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Sony Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for forming a Cu-contg. Al alloy wiring, etc., which suppresses the Cu residue, without needing new facilities and without adding complicated steps. SOLUTION: On the entire surface of an insulation film 1 a Ti type barrier film 3 having a barrier and adhesion properties, Al film 5 and Ti type antireflective film 7 are formed so as to form the Al film sandwiched between the Ti type films. A resist is applied and a wiring pattern is transfer thereto by the photolithography. Using the resist as a mask, the wiring films 3, 5, 7 are processed to form conductive wires 11. After peeling off the resist, the entire substrate surface is implanted with Cu ions 13 to introduce Cu in the conductive wires. The substrate is heat treated to thermally diffuse Cu in the conductive wires to form a Cu-contg.-Al wiring 21.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の配線
形成方法に関し、特に、エレクトロ−マイグレーション
(Electro−Migration:以下、EMと
記す)耐性を向上するために、銅(Cu)を含有するア
ルミニウム(Al)の配線を、Cu残渣を抑制しつつ形
成する半導体装置の配線形成方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a wiring of a semiconductor device, and more particularly to an aluminum containing copper (Cu) in order to improve the resistance to electro-migration (hereinafter referred to as EM). The present invention relates to a method for forming a wiring of a semiconductor device in which a wiring of (Al) is formed while suppressing a Cu residue.

【0002】[0002]

【従来の技術】現在、半導体装置の配線材料として、A
l系の合金が広く用いられている。ところが、このよう
なAl系の合金により形成された配線では、半導体装置
の微細化が進むに連れて、配線中に流れる電流密度が高
くなり、EM現象が問題になるようになった。このた
め、EM耐性を向上させる目的で材料的な検討が進めら
れている。その中でも最近では、Cu含有のAl系の合
金(以下、Al−Cu系合金という)が多く用いられて
いる。
2. Description of the Related Art At present, A is used as a wiring material for a semiconductor device.
1-based alloys are widely used. However, in a wiring formed of such an Al-based alloy, the current density flowing in the wiring increases as the miniaturization of the semiconductor device progresses, and the EM phenomenon becomes a problem. For this reason, materials are being studied for the purpose of improving EM resistance. Among them, recently, Cu-containing Al-based alloys (hereinafter, referred to as Al-Cu-based alloys) are often used.

【0003】一方、リソグラフィ、エッチング等を用い
てAl−Cu系合金の加工を行う場合に、エッチングの
際に生じるCu残渣が問題となっている。この問題につ
いて、図5を用いて説明する。図5は、半導体基板50
上に形成された絶縁膜51上に、Al−Cu系合金の配
線を形成する場合を示した模式図である。バリア膜5
3、Al−Cu系合金膜55、反射防止膜57を、絶縁
膜51上にこの順に成膜する(図5(a))。次いで、
フォトリソグラフィ技術を用いて配線パターンをレジス
トに転写しエッチングして、配線59を形成する(図5
(b))。ところが、Al系の膜では、エッチングの際
に、主たるエッチングガスとして塩素(Cl2)を用い
るため、絶縁膜51上にCu残渣61が発生する。これ
は、エッチングガスのCl2とCuとの反応生成物とし
て蒸気圧が低いCuCl2が生じるために、これが絶縁
膜上に残渣として生じるのである。この残渣が配線R、
Lの間に形成されて、これらの配線間が電気的に短絡す
ると、半導体チップの歩留まりを落とすという不具合が
ある。
[0003] On the other hand, when processing an Al-Cu alloy using lithography, etching, or the like, there is a problem of a Cu residue generated at the time of etching. This problem will be described with reference to FIG. FIG. 5 shows a semiconductor substrate 50.
FIG. 3 is a schematic diagram showing a case where an Al-Cu-based alloy wiring is formed on an insulating film 51 formed thereon. Barrier film 5
3. An Al—Cu alloy film 55 and an antireflection film 57 are formed on the insulating film 51 in this order (FIG. 5A). Then
The wiring pattern is transferred to a resist by photolithography and etched to form the wiring 59 (FIG. 5).
(B)). However, in the case of the Al-based film, Cu residue 61 is generated on the insulating film 51 because chlorine (Cl 2 ) is used as a main etching gas during etching. This is because CuCl 2 having a low vapor pressure is generated as a reaction product of Cl 2 and Cu of the etching gas, and this is generated as a residue on the insulating film. This residue is the wiring R,
When the wirings are formed between the wirings L and these wirings are electrically short-circuited, the yield of semiconductor chips is reduced.

【0004】このような不具合を避けるために、特開平
4−356923号公報では、Cu残渣を硫酸銅に変化
させて除去する方法が提案されている。この方法では、
まず基板温度を200℃にした減圧下において、硫化水
素アンモニウム(NH4SH)雰囲気中に基板を置き、
Cu残渣を硫酸銅(CuS)に変化させ、次いでアンモ
ニア過水(NH4OH/H22)を用いてボイル処理
(80℃)を施して、硫酸銅を除去している(以下、従
来技術1という)。
In order to avoid such a problem, Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-356923 proposes a method of removing a Cu residue by changing it to copper sulfate. in this way,
First, the substrate is placed in an ammonium hydrogen sulfide (NH 4 SH) atmosphere under reduced pressure at a substrate temperature of 200 ° C.
The Cu residue is changed to copper sulfate (CuS), and then boiled (80 ° C.) using ammonia peroxide (NH 4 OH / H 2 O 2 ) to remove copper sulfate (hereinafter referred to as conventional). Technology 1).

【0005】また、特開平4−359427号公報で
は、塩素系ガスによりAl−Cu系合金をエッチングし
た後に、基板を250℃に加熱しつつNOx系ガスによ
りCu残渣をより蒸気圧の高いCu(NO32に変化さ
せて除去する方法が提案されている(以下、従来技術2
という)。
[0005] In the Japanese Patent 4-359427 discloses, after etching the Al-Cu-based alloy by a chlorine-based gas, having higher vapor pressure of Cu residue by NO x containing gas while heating the substrate to 250 ° C. Cu (NO 3 ) 2 has been proposed for removal (hereinafter referred to as prior art 2).
).

【0006】更に、特開平7−221079号公報で
は、ヘリコン波プラズマや誘導結合プラズマ等の高密度
プラズマを利用し、BCl3/Cl2等のエッチングガス
を用いて、エッチング反応生成物CuClxをAlClx
と反応させて、蒸気圧の高いクロロアルミニウム銅に変
化させて、Cu残渣を除く装置および方法が提案されて
いる(以下、従来技術3という)。
Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-221079 discloses that an etching reaction product CuCl x is produced by utilizing high-density plasma such as helicon wave plasma or inductively coupled plasma and using an etching gas such as BCl 3 / Cl 2. AlCl x
A device and a method for removing Cu residues by reacting with chloroaluminum copper having a high vapor pressure have been proposed (hereinafter referred to as prior art 3).

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術1では、レジストをアッシングにより除去した後に、
基板温度を200℃にして、減圧下で硫化水素アンモニ
ウム(NH4SH)雰囲気中に置き、アンモニア過水
(NH4OH/H22)によりボイル処理を行って、C
u残渣を除くため、温度管理等が必要な煩雑な工程を必
要としていた。
However, in the prior art 1, after the resist is removed by ashing,
The substrate temperature was set to 200 ° C., the substrate was placed in an ammonium hydrogen sulfide (NH 4 SH) atmosphere under reduced pressure, and boiled with ammonia peroxide (NH 4 OH / H 2 O 2 ).
In order to remove the u residue, a complicated process requiring temperature control or the like was required.

【0008】従来技術2では、Al系のエッチングガス
によりAl−Cu系合金をエッチングした後に、更に基
板を250℃にしてNOx系ガスによりCu残渣を取り
除くため、煩雑な工程を必要としていた。
[0008] In the prior art 2, after etching the Al-Cu-based alloy of Al-based etching gas, further to remove the Cu residue by NO x based gas to the substrate to 250 ° C., it has required complicated process.

【0009】また、これら従来技術1および従来技術2
は、発生したCu残渣を、その後に除去するという方法
であるため、残渣の除去に完全を期し難い。
In addition, these prior art 1 and prior art 2
Is a method of removing the generated Cu residue thereafter, and it is difficult to completely remove the residue.

【0010】従来技術3では、ヘリコン波プラズマや誘
導結合プラズマ等の高密度プラズマを発生させるため
に、従来のエッチング装置を改良したり、あるいは新た
なエッチング装置を導入しなくてはならない。
In the prior art 3, in order to generate high-density plasma such as helicon wave plasma or inductively coupled plasma, the conventional etching apparatus must be improved or a new etching apparatus must be introduced.

【0011】従って、本発明の目的は、新たな設備を必
要とせず、また煩雑な工程を追加せずに、Cu残渣を抑
制しつつ、Cuを含有したAlの配線を形成する半導体
装置の配線形成方法を提供することにある。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a wiring for a semiconductor device which forms an Al wiring containing Cu while suppressing Cu residues without requiring new equipment and without adding a complicated process. It is to provide a forming method.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】そこで、本発明は次のよ
うな構成とした。
Therefore, the present invention has the following configuration.

【0013】本発明に係わる半導体装置の配線形成方法
では、半導体基体上に形成された絶縁膜上に、少なくと
も銅を含有したアルミニウムの配線を形成する半導体装
置の配線形成方法において、アルミニウムまたはアルミ
ニウム合金のいずれかからなる導電膜を絶縁膜上に成膜
する成膜工程と、導電膜を加工して、配線の形状を形成
する加工工程と、加工工程の後に、半導体基体上に銅の
イオン注入を行うイオン注入工程と、イオン注入工程の
後に、熱処理を行って配線を形成する加熱工程と、を備
える。
In the method of forming a wiring of a semiconductor device according to the present invention, the method of forming a wiring of a semiconductor device in which an aluminum wiring containing at least copper is formed on an insulating film formed on a semiconductor substrate is preferably an aluminum or aluminum alloy. A conductive film made of any one of the above, on the insulating film, a processing step of processing the conductive film to form a wiring shape, and after the processing step, ion implantation of copper on the semiconductor substrate. And a heating step of forming a wiring by performing a heat treatment after the ion implantation step.

【0014】このように、Al、銅(Cu)を含まない
Al合金(Al合金等という)を成膜し、加工してこの
膜に配線の形状を形成するため、Cuを含むAl合金等
をエッチングする必要がない。このため、Cu残渣の発
生を抑制できる。また、配線の形状を形成した後にイオ
ン注入を行ってCuを導入し、次いで熱処理すると加工
した膜内をCuが拡散するので、少なくともCuを含有
したAl合金等の配線を形成できる。
As described above, an Al alloy containing no Al or copper (Cu) (referred to as an Al alloy or the like) is formed and processed to form a wiring shape on this film. No need to etch. For this reason, generation of Cu residue can be suppressed. In addition, Cu is introduced by ion implantation after the shape of the wiring is formed, and then Cu is diffused in the processed film when heat treatment is performed, so that a wiring made of an Al alloy or the like containing at least Cu can be formed.

【0015】本発明に係わる半導体装置の配線形成方法
では、イオン注入工程は、半導体基体の全面にイオン注
入を行うようにしてもよい。
In the method for forming a wiring of a semiconductor device according to the present invention, in the ion implantation step, ions may be implanted into the entire surface of the semiconductor substrate.

【0016】このように、基体全面にイオン注入を行う
ようにすれば、特定の領域等にのみイオン注入を行うの
ために必要なフォトリソグラフィ工程を省略できる。
As described above, if ion implantation is performed on the entire surface of the substrate, a photolithography step necessary for performing ion implantation only on a specific region or the like can be omitted.

【0017】本発明に係わる半導体装置の配線形成方法
では、イオン注入工程は、半導体基体の表面に対して角
度をもってイオン注入を行うようにしてもよい。
In the method for forming a wiring of a semiconductor device according to the present invention, in the ion implantation step, the ion implantation may be performed at an angle to the surface of the semiconductor substrate.

【0018】このように、基体表面に対して角度をつけ
てイオン注入を行えば、加工後の膜の上面ばかりでな
く、側面からもCuが導入される。
As described above, if the ion implantation is performed at an angle with respect to the substrate surface, Cu is introduced not only from the upper surface but also from the side surfaces of the processed film.

【0019】本発明に係わる半導体装置の配線形成方法
では、成膜工程で形成する膜は、アルミニウム、または
シリコンを含有するアルミニウム合金であるようにして
もよい。
In the method for forming a wiring of a semiconductor device according to the present invention, the film formed in the film forming step may be made of aluminum or an aluminum alloy containing silicon.

【0020】このように、アルミニウム、Siを含有す
るAl合金を成膜すれば、従来から実績ある材料とエッ
チング条件とを用いて、この膜に微細な加工が可能とな
る。
As described above, if an Al alloy containing aluminum and Si is formed into a film, fine processing can be performed on the film using a material and an etching condition which have been used in the past.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しながら本
発明を説明する。また、同一の部分には同一の符号を付
して、重複する説明は省略する。なお、以下、Al合金
というときは、Cuを含まないAlを主成分とする合金
をいう。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. In addition, the same portions are denoted by the same reference numerals, and overlapping description will be omitted. Hereinafter, the term “Al alloy” refers to an alloy containing Al as a main component and not containing Cu.

【0022】(第1の実施の形態)図1および図2は、
本発明に係わる半導体装置の配線形成方法の一実施態様
についての工程断面図である。以下、半導体基体の一例
として半導体基板100を用いる場合について、これら
の図面を用いて説明する。また、半導体基体として絶縁
基板上に半導体層を形成したもの等を用いてもよい。
(First Embodiment) FIG. 1 and FIG.
FIG. 4 is a process cross-sectional view of one embodiment of a method for forming a wiring of a semiconductor device according to the present invention. Hereinafter, a case where the semiconductor substrate 100 is used as an example of a semiconductor substrate will be described with reference to these drawings. In addition, a semiconductor substrate in which a semiconductor layer is formed over an insulating substrate or the like may be used.

【0023】なお、以下、各図面には示さないが、半導
体基板100上には半導体集積回路を構成するMIS−
FET(絶縁ゲート型電界効果トランジスタ)等の半導
体素子が形成され、この素子を覆って絶縁膜1が形成さ
れている。
Although not shown in the drawings, a MIS-forming semiconductor integrated circuit is formed on a semiconductor substrate 100.
A semiconductor element such as an FET (insulated gate field effect transistor) is formed, and an insulating film 1 is formed to cover the element.

【0024】下地の絶縁層1の材料としては、Si02
系、SiN系、SiON系またはこれらに他の元素(半
導体に不純物として添加する元素)を含有させた材料等
が、成膜が容易なので好ましい。また、これらの材料を
積層して絶縁膜1を構成してもよい。
The material of the underlying insulating layer 1 is SiO 2
A system, a SiN system, a SiON system, or a material containing these and other elements (elements to be added to a semiconductor as impurities) is preferable because film formation is easy. Further, the insulating film 1 may be formed by stacking these materials.

【0025】絶縁膜1の成膜は、CVD(Chemic
al Vaper Deposition:化学的気相
成長)法を用いることが好ましい。また、この方法によ
り成膜した後に、熱処理、CMP(Chemical
Mechanical Polishing:化学的機
械的研磨)法、SOG(Spin On Glass)
若しくはレジストを用いる方法によるエッチバック法等
により平坦化することが、上層配線を微細化する上で好
ましい。また、PVD(Physical Vaper
Deposition:物理的気相成長)法で成膜し
てもよい。絶縁膜1の形成法の一例を示せば、BPSG
(ボロン・リン・ドープシリケートガラス)膜をCVD
法で成膜した後に熱処理によりリフローして平坦化して
形成する方法がある。
The insulating film 1 is formed by CVD (Chemic).
It is preferable to use an al vapor deposition (chemical vapor deposition) method. After forming a film by this method, heat treatment and CMP (Chemical
Mechanical Polishing (chemical mechanical polishing) method, SOG (Spin On Glass)
Alternatively, planarization by an etch-back method or the like using a resist is preferable for miniaturization of the upper wiring. In addition, PVD (Physical Vapor)
The film may be formed by a Deposition method. An example of a method for forming the insulating film 1 is BPSG.
(Boron-phosphorus-doped silicate glass) film CVD
There is a method in which a film is formed by a method and then flattened by reflow by heat treatment.

【0026】[工程1−1]まず、絶縁膜1上の全面
に、導電性のバリア膜3を形成する。バリア膜3として
は、例えば、バリア性を確保する窒化チタン(TiN)
膜等を、チタン(Ti)膜等で挟み、あるいはTi膜等
と積層して密着性を確保した構造が好ましい。次いで、
AlまたはAl合金(以下、Al合金等という)の導電
膜5をバリア膜3上に成膜する(成膜工程)。続けて、
反射防止膜7を膜5上に形成する。反射防止膜7として
は、例えば、TiN等を用いることが好ましい。これら
バリア膜3、Al合金等の膜5および反射防止膜7は、
ステップカバリッジがよいスパッタリング法により形成
することが好ましい。これにより上面および下面からT
i系膜により挟まれたAl合金等の膜が形成される(図
1(a))。各膜の成膜条件の一例を示せば、 Ti層の成膜条件: プロセスガス:Ar=29[sccm] 圧力 :2[mTorr] DCパワー :3[kW] 成膜温度 :200[℃] 膜厚 :バリア膜20[nm] TiN層の成膜条件: プロセスガス:Ar/N2=28/56[sccm] 圧力 :2[mTorr] DCパワー :8[kW] 成膜温度 :200[℃] 膜厚 :Ti膜上にバリア膜20[nm] 膜厚 :反射防止膜100[nm] Al層の成膜条件: ターゲット :1%Siを含有したAl プロセスガス:Ar=70[sccm] 圧力 :1.7[mTorr] DCパワー :13[kW] 成膜温度 :300[℃] 膜厚 :500[nm] となる。なお、Al合金等は、高温成膜することもでき
る。
[Step 1-1] First, a conductive barrier film 3 is formed on the entire surface of the insulating film 1. As the barrier film 3, for example, titanium nitride (TiN) for securing a barrier property
A structure in which a film or the like is sandwiched by a titanium (Ti) film or the like or laminated with a Ti film or the like to secure adhesion is preferable. Then
A conductive film 5 of Al or an Al alloy (hereinafter, referred to as an Al alloy or the like) is formed on the barrier film 3 (film forming step). continue,
An antireflection film 7 is formed on the film 5. As the antireflection film 7, for example, it is preferable to use TiN or the like. These barrier film 3, film 5 of Al alloy or the like and antireflection film 7
It is preferable to form by a sputtering method with good step coverage. This allows T
A film of an Al alloy or the like sandwiched between the i-based films is formed (FIG. 1A). An example of film forming conditions of each film is as follows: Film forming conditions of Ti layer: Process gas: Ar = 29 [sccm] Pressure: 2 [mTorr] DC power: 3 [kW] Film forming temperature: 200 [° C.] Film Thickness: barrier film 20 [nm] TiN layer film forming condition: process gas: Ar / N 2 = 28/56 [sccm] pressure: 2 [mTorr] DC power: 8 [kW] film forming temperature: 200 [° C.] Film thickness: barrier film 20 [nm] on Ti film Film thickness: anti-reflection film 100 [nm] Al layer film formation conditions: target: Al containing 1% Si Process gas: Ar = 70 [sccm] Pressure: 1.7 [mTorr] DC power: 13 [kW] Film forming temperature: 300 [° C] Film thickness: 500 [nm] Note that an Al alloy or the like can be formed at a high temperature.

【0027】Al合金等としては、純アルミニウム(A
l)、Al−Si、Al−Ge等の種々のAlを主成分
とする合金や導電性材料が、加工が容易なので好まし
い。また、これらの材料の複数を積層して形成したもの
を用いてもよい。また、Ti、TiN膜に加えて、高融
点金属若しくは導電性を有するその化合物、例えば、T
iON:H、タングステン(W)等を適宜に形成して用
いてもよい。
As the Al alloy, pure aluminum (A
1), various alloys containing Al as a main component, such as Al-Si and Al-Ge, and conductive materials are preferable because they are easily processed. Alternatively, a material formed by stacking a plurality of these materials may be used. Further, in addition to the Ti and TiN films, a refractory metal or a compound having conductivity, for example, T
iON: H, tungsten (W), or the like may be appropriately formed and used.

【0028】Al合金等およびTi系膜の成膜は、PV
D法で成膜することが好ましい。PVD法としては、上
記のスパッタリング法に加えて、真空蒸着法等がある。
また、CVD法を用いて成膜してもよい。
The formation of the Al alloy or the like and the Ti-based film is performed by PV
It is preferable to form the film by the method D. As the PVD method, there is a vacuum evaporation method and the like in addition to the sputtering method.
Further, a film may be formed by a CVD method.

【0029】[工程1−2]次いで、レジストを塗布し
て、フォトリソグラフィ技術を用いて配線の平面的な形
状を転写したレジスト9を形成する(図1(b))。
[Step 1-2] Next, a resist is applied, and a resist 9 in which the planar shape of the wiring is transferred by photolithography is formed (FIG. 1B).

【0030】[工程1−3]続いて、導電線11を形成
する(加工工程)(図1(c))。導電線とは、絶縁膜
1上に成膜されたAl合金等からなる膜を加工して形成
された配線と同一の平面的な形状を有する導電体であ
り、まだCuが導入されていない。
[Step 1-3] Subsequently, the conductive line 11 is formed (processing step) (FIG. 1C). The conductive wire is a conductor having the same planar shape as a wiring formed by processing a film made of an Al alloy or the like formed on the insulating film 1 and has not yet introduced Cu.

【0031】導電線11の加工は、レジスト9をマスク
として配線用薄膜3、5、7をエッチングして行うこと
が好ましい。特に微細な導電線を形成する場合は、ドラ
イエッチング法を用い、更にエッチング方向に異方性を
有するRIE(Reactive Ion Etchi
ng:反応性イオンエッチング)法が好ましい。エッチ
ングガスとしては、塩素(Cl2)を主成分とするガス
を用いることが好ましい。詳述すれば、Cl2を主な成
分とし少なくともBCl3を含有するガス、あるいは少
なくともCl2、BCl3およびArを含むガス等を用い
ることが、Al合金等のエッチングするためには好まし
い。なお、エッチング条件の一例を下記に示す。エッチ
ングは2ステップに分けて行われ、 第1ステップ: 使用ガス :BCl3/Cl2/Ar =20/120/60[sccm] 圧力 :667[mPa] マイクロ波電流:200[mA] RFパワー :110[W] 第2ステップ: 使用ガス :BCl3/Cl2/Ar =20/80/100[sccm] 圧力 :667[mPa] マイクロ波電流:200[mA] RFパワー :110[W] となる。
The processing of the conductive wire 11 is preferably performed by etching the wiring thin films 3, 5, and 7 using the resist 9 as a mask. In particular, when a fine conductive line is formed, a dry etching method is used, and RIE (Reactive Ion Etchi) having anisotropy in an etching direction is used.
ng: reactive ion etching) method. It is preferable to use a gas containing chlorine (Cl 2 ) as a main component as an etching gas. More specifically, it is preferable to use a gas containing Cl 2 as a main component and containing at least BCl 3 , or a gas containing at least Cl 2 , BCl 3 and Ar, for etching an Al alloy or the like. An example of the etching conditions is shown below. The etching is performed in two steps. First step: Gas used: BCl 3 / Cl 2 / Ar = 20/120/60 [sccm] Pressure: 667 [mPa] Microwave current: 200 [mA] RF power: 110 [W] Second step: Gas used: BCl 3 / Cl 2 / Ar = 20/80/100 [sccm] Pressure: 667 [mPa] Microwave current: 200 [mA] RF power: 110 [W] .

【0032】[工程1−4]導電線11の形成後に、レ
ジストをプラズマアッシングし、ウエット洗浄して剥離
除去した後に、基板表面に対して全面にイオン注入を行
って、導電線にCuを導入する(イオン注入工程)(図
2)。イオン注入は、本実施の形態においては、基板表
面の法線方向に対し0度の角度、即ち基板表面に垂直方
向から全面にイオン注入する場合を例示した。全面に注
入すると、特定領域に限ってイオン注入する場合に比べ
てフォトリソグラフィ工程を削減できる。なお、イオン
注入条件の一例を下記に示すと、 加速エネルギー :200[kev] ドーズ量 :5×10+16[cmー2] となる。
[Step 1-4] After the conductive wires 11 are formed, the resist is plasma-ashed, wet-cleaned, and peeled off, and then ion implantation is performed on the entire surface of the substrate to introduce Cu into the conductive wires. (Ion implantation step) (FIG. 2). In the present embodiment, the ion implantation has been described as an example in which the ion implantation is performed at an angle of 0 degree with respect to the normal direction of the substrate surface, that is, in the direction perpendicular to the substrate surface. If the entire surface is implanted, the number of photolithography steps can be reduced as compared with the case where ion implantation is performed only in a specific region. An example of ion implantation conditions is as follows: acceleration energy: 200 [kev] dose: 5 × 10 +16 [cm −2 ].

【0033】また、イオン注入は、図3に示すように基
板方面の法線方向に対して所定の角度傾いた方向から行
うことが好ましい。このようにすると、配線の側面から
も導電線中にCuを導入できる。傾斜角度としては、A
l側壁にも注入されるように5度〜10度が好ましい。
The ion implantation is preferably performed from a direction inclined at a predetermined angle with respect to the normal direction of the substrate as shown in FIG. With this configuration, Cu can be introduced into the conductive line from the side surface of the wiring. As the inclination angle, A
The angle is preferably 5 to 10 degrees so as to be injected also into the side wall.

【0034】[工程1−5](図示せず) イオン注入後に、基板に熱処理を行う(加熱工程)。加
熱工程では、基板を熱処理炉へ入れて、導電線11内に
Cuを熱拡散させて配線21を形成する。このようにす
ると、Cuを含有したAl合金等の配線21を形成でき
る。熱処理条件の一例を示せば、炉の温度を400℃程
度とし、60[分]程度の時間で熱処理する方法があ
る。熱処理としては、シンター(sinter)または
アニール(anneal)であってもよい。特に、この
熱処理は、水素雰囲気中で行うことが好ましい。このよ
うにすると、半導体装置の最終工程近くで行われる水素
雰囲気中での熱処理と兼用できるからである。
[Step 1-5] (not shown) After the ion implantation, the substrate is subjected to a heat treatment (heating step). In the heating step, the substrate is placed in a heat treatment furnace, and Cu is thermally diffused into the conductive wires 11 to form the wiring 21. By doing so, the wiring 21 made of an Al alloy or the like containing Cu can be formed. As an example of the heat treatment conditions, there is a method in which the temperature of the furnace is set to about 400 ° C. and the heat treatment is performed for about 60 minutes. The heat treatment may be a sinter or an anneal. In particular, this heat treatment is preferably performed in a hydrogen atmosphere. This is because it can also serve as a heat treatment in a hydrogen atmosphere performed near the final step of the semiconductor device.

【0035】以上、単層の配線を形成する場合について
説明したが、この配線21は、絶縁膜1内に形成された
接続孔にCVD法により埋め込まれたW膜により、下地
の半導体素子および上層の配線層の少なくとも一方と接
続されている。更に、多層配線に適用する場合は、好ま
しくは平坦化された絶縁膜を挟んで、本発明に係わる半
導体装置の配線形成方法の[工程1−1]〜[工程1−
4]を各配線層について繰り返し適用すればよい。そし
て、所定の層の多層配線を形成した後に、[工程1−
5]の熱処理を行えばよい。
The case where a single-layer wiring is formed has been described above. However, the wiring 21 is formed by the W film embedded in the connection hole formed in the insulating film 1 by the CVD method, thereby forming the underlying semiconductor element and the upper layer. Is connected to at least one of the wiring layers. Further, when the present invention is applied to a multi-layer wiring, the [Step 1-1] to [Step 1] of the method for forming a wiring of a semiconductor device according to the present invention are preferably sandwiched by a flattened insulating film.
4] may be repeatedly applied to each wiring layer. Then, after forming a multilayer wiring of a predetermined layer, [Step 1-
5] may be performed.

【0036】(第2の実施の形態)図4は、本発明に係
わる半導体装置の配線形成方法の一実施態様についての
工程断面図である。本実施の態様では、導電線のみ、あ
るいは主に導電線の近傍にイオン注入を行う場合を説明
する。配線を形成するための膜5を加工し、導電線11
を形成するまでの工程は、第1の実施の形態に示した
[工程1−1]〜[工程1−3]と同じなので、説明を
省略する。
(Second Embodiment) FIG. 4 is a process sectional view showing one embodiment of a method for forming a wiring of a semiconductor device according to the present invention. In this embodiment mode, a case will be described in which ion implantation is performed only on the conductive line or mainly in the vicinity of the conductive line. The film 5 for forming the wiring is processed and the conductive line 11 is formed.
Are formed in the same manner as [Step 1-1] to [Step 1-3] shown in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.

【0037】図4は、図2の[工程1−4]に対応する
[工程2−4]を示し、塗布したレジストを露光して導
電線の上面を開口した後に、このレジスト17をマスク
材としてイオン注入を行う工程を示している。このよう
に、導電線11が存在する領域のみを開口してイオン注
入19を行うと、導電線11にのみCuがイオン注入さ
れる。
FIG. 4 shows [Step 2-4] corresponding to [Step 1-4] in FIG. 2. After exposing the applied resist to open the upper surface of the conductive wire, the resist 17 is used as a mask material. Shows a step of performing ion implantation. When the ion implantation 19 is performed by opening only the region where the conductive line 11 exists, Cu is ion-implanted only into the conductive line 11.

【0038】また、導電線11上およびその近傍のレジ
ストを開口した後にイオン注入19を行ってもよい。こ
のようにすると、導電線11およびその近傍にのみイオ
ン注入が行われる。
The ion implantation 19 may be performed after opening the resist on the conductive line 11 and the vicinity thereof. By doing so, ion implantation is performed only on conductive line 11 and its vicinity.

【0039】このように特定の領域に限ってCuが導入
するようにすると、導電線の近傍以外の領域にCuがイ
オン注入されため、Cuによって引き起こされ得る特性
上の不具合への懸念がなくなる。
If Cu is introduced only into a specific region as described above, Cu is ion-implanted into a region other than the vicinity of the conductive wire, so that there is no concern about a characteristic defect that may be caused by Cu.

【0040】イオン注入を行った後に、[工程1−5]
と同様な条件で熱処理を行うとCuを含有したAlの配
線21を形成できる。
After performing the ion implantation, [Step 1-5]
When heat treatment is performed under the same conditions as above, the Al wiring 21 containing Cu can be formed.

【0041】なお、イオン注入のエネルギー、ドーズ量
等の条件は、第1の実施の形態と同じ条件を適用でき
る。
The same conditions as in the first embodiment can be applied to the conditions such as the ion implantation energy and dose.

【0042】以上、第1の実施の形態および第2の実施
の形態において詳細に説明したように、本発明に係わる
半導体装置の配線形成方法によれば、Cuを含まないA
l合金等の膜を成膜し、加工して導電線を形成するの
で、Al合金等の膜の加工の際にCu残渣が発生しな
い。また、導電線を形成した後に、イオン注入を行って
Cuを導電線に導入し熱処理すると、CuがAl合金等
の導電線中に拡散するので、Cuを含有したAl合金等
からなる配線を形成できる。したがって、Cu残渣を発
生させることなく、且つEM耐性を有するAl配線を形
成できる。更に、Cuを導入前に配線の加工を行うの
で、配線中に含有されるCuの組成にかかわらず、Cu
残渣の発生を抑止できる。更に、また、配線に要求され
るEM耐性に応じて、Cuの導入量を変化させても、A
l合金等のエッチング条件等は変更する必要がない。
As described above in detail in the first embodiment and the second embodiment, according to the method for forming a wiring of a semiconductor device according to the present invention, A
Since a film of an alloy or the like is formed and processed to form a conductive wire, no Cu residue is generated when processing a film of an Al alloy or the like. Further, after the conductive wire is formed, Cu is introduced into the conductive wire by performing ion implantation and heat treatment is performed. Since Cu diffuses into the conductive wire such as an Al alloy, a wiring made of an Al alloy or the like containing Cu is formed. it can. Therefore, an Al wiring having EM resistance can be formed without generating a Cu residue. Further, since the wiring is processed before introducing Cu, regardless of the composition of Cu contained in the wiring, Cu
The generation of residues can be suppressed. Furthermore, even if the amount of Cu introduced is changed in accordance with the EM resistance required for the wiring, A
It is not necessary to change the etching conditions and the like for the 1 alloy.

【0043】加えて、配線形成用に成膜される膜にはC
uが含まれないため、成膜の際のCuの析出、例えば偏
析等、を成膜に際して懸念する必要がない。このため、
Al合金等の高温成膜プロセスの適用が容易になる。つ
まり、Al合金等の高温成膜プロセスを適用する際に、
本発明に係わる半導体装置の配線形成方法を併せて適用
すれば、コンタクトホール、ビアホールおよびスルーホ
ール等の埋め込み特性が向上する。
In addition, the film formed for forming the wiring includes C
Since u is not contained, there is no need to worry about Cu deposition during film formation, for example, segregation. For this reason,
It becomes easy to apply a high-temperature film forming process of an Al alloy or the like. In other words, when applying a high-temperature film forming process for Al alloy or the like,
When the method for forming a wiring of a semiconductor device according to the present invention is also applied, the filling characteristics of contact holes, via holes, through holes, and the like are improved.

【0044】[0044]

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よって、煩雑な工程を施すことなく、またエッチング装
置の変更等も行うことなく、Cu残渣の発生を抑止でき
る。すなわち、Cuを導入前に配線の形状を加工するの
で、エッチングを行う際にはCuを含まない。このた
め、エッチングによるCu残渣が発生しない。また、配
線の形状を形成した後にCuのイオン注入を行って熱処
理するので、Cuを含有したAlの配線を形成できる。
このため、EM耐性の優れた配線が形成できる。
As described above in detail, according to the present invention, generation of Cu residue can be suppressed without performing complicated steps and without changing the etching apparatus. That is, since the shape of the wiring is processed before introducing Cu, the etching does not include Cu. Therefore, no Cu residue is generated by the etching. In addition, since Cu ions are implanted after the wiring shape is formed and heat treatment is performed, an Al wiring containing Cu can be formed.
Therefore, a wiring having excellent EM resistance can be formed.

【0045】更に、Cu残渣による配線間の短絡が抑止
されるので、半導体チップの歩留まり低下を改善でき
る。
Further, since a short circuit between wirings due to Cu residue is suppressed, a decrease in the yield of semiconductor chips can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】図1(a)〜(c)は、本発明に係わる半導体
装置の配線形成方法の一実施態様を示した工程断面図で
ある。
FIGS. 1A to 1C are process sectional views showing one embodiment of a method for forming a wiring of a semiconductor device according to the present invention.

【図2】図2は、本発明に係わる半導体装置の配線形成
方法の一実施態様を示した工程断面図である。
FIG. 2 is a process sectional view showing one embodiment of a method for forming a wiring of a semiconductor device according to the present invention.

【図3】図3は、本発明に係わる半導体装置の配線形成
方法の一実施態様を示した工程断面図である。
FIG. 3 is a process sectional view showing one embodiment of a method for forming a wiring of a semiconductor device according to the present invention.

【図4】図4は、本発明に係わる半導体装置の配線形成
方法の一実施態様を示した工程断面図である。
FIG. 4 is a process sectional view showing one embodiment of a method for forming a wiring of a semiconductor device according to the present invention.

【図5】図5(a)、(b)は、従来の技術における配
線構造を示す工程断面図である。
FIGS. 5A and 5B are process cross-sectional views showing a wiring structure according to a conventional technique.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…絶縁膜、3…バリア膜、5…Al合金等、7…反射
防止膜、9、17…レジスト、11…配線、13、19
…基板に垂直方向から注入されるCuイオン、15…基
板に対して斜め方向から注入されるCuイオン、100
…半導体基板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Insulating film, 3 ... Barrier film, 5 ... Al alloy, etc. 7 ... Antireflection film, 9 and 17 ... Resist, 11 ... Wiring, 13 and 19
... Cu ions implanted into the substrate in a vertical direction, 15 ... Cu ions implanted in an oblique direction to the substrate, 100
... Semiconductor substrate

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基体上に形成された絶縁膜上に、
少なくとも銅を含有したアルミニウムの配線を形成する
半導体装置の配線形成方法において、 アルミニウムまたはアルミニウム合金のいずれかからな
る導電膜を前記絶縁膜上に成膜する成膜工程と、 前記導電膜を加工して、前記配線の形状を形成する加工
工程と、 前記加工工程の後に、半導体基体上に銅のイオン注入を
行うイオン注入工程と、 前記イオン注入工程の後に、熱処理を行って前記配線を
形成する加熱工程と、を備えることを特徴とする半導体
装置の配線形成方法。
1. An insulating film formed on a semiconductor substrate,
In a method of forming a wiring of a semiconductor device, wherein a wiring of aluminum containing at least copper is formed, a film forming step of forming a conductive film made of either aluminum or an aluminum alloy on the insulating film; A forming step of forming the shape of the wiring; an ion implanting step of performing copper ion implantation on the semiconductor substrate after the processing step; and performing a heat treatment after the ion implanting step to form the wiring. And a heating step.
【請求項2】 前記イオン注入工程は、前記半導体基体
の全面にイオン注入を行うことを特徴とする請求項1に
記載の半導体装置の配線形成方法。
2. The method according to claim 1, wherein in the ion implantation step, ion implantation is performed on an entire surface of the semiconductor substrate.
【請求項3】 前記イオン注入工程は、前記半導体基体
の表面に対して角度をもってイオン注入を行うことを特
徴とする請求項1に記載の半導体装置の配線形成方法。
3. The method according to claim 1, wherein in the ion implantation step, the ion implantation is performed at an angle to a surface of the semiconductor substrate.
【請求項4】 前記成膜工程で形成する膜は、アルミニ
ウム、またはシリコンを含有するアルミニウム合金であ
ることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の配線
形成方法。
4. The method according to claim 1, wherein the film formed in the film forming step is aluminum or an aluminum alloy containing silicon.
JP870997A 1997-01-21 1997-01-21 Method for forming wiring of semiconductor device Pending JPH10209155A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190073723A (en) * 2017-12-19 2019-06-27 삼성전자주식회사 Method for fabricating semiconductor device

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