JPH11135461A - 銅配線ならびにその製造方法 - Google Patents
銅配線ならびにその製造方法Info
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- JPH11135461A JPH11135461A JP30116397A JP30116397A JPH11135461A JP H11135461 A JPH11135461 A JP H11135461A JP 30116397 A JP30116397 A JP 30116397A JP 30116397 A JP30116397 A JP 30116397A JP H11135461 A JPH11135461 A JP H11135461A
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Abstract
電気的特性に優れた銅薄膜の配線を提供することであ
る。また、そのような銅配線を可能とする製造方法を提
供することである。 【解決手段】 炭素及びフッ素からなる基を持つ有機銅
化合物を原料として用いたCVD法において、フッ素を
含有するガスを供給すると、このフッ素及び、原料ガス
供給用の水素が反応に寄与し、不純物は気体として表面
から脱離する。従って基板との界面付近における不純物
濃度の上昇が抑制され、得られる銅配線は、低電気抵抗
で信頼性が高い。特に微細化された配線においてその効
果が大きい。
Description
半導体集積回路に用いる銅配線及びその製造方法に関す
る。
すます高密度化され、配線に関してもその細密化、微細
化が進んでいる。それに伴って、従来用いられてきたア
ルミニウム(Al)合金配線においては、エレクトロマ
イグレーションやストレスマイグレーション等の問題が
生じていた。そこで、アルミニウム(Al)合金配線に
比較してより高い信頼性を有し、かつ低抵抗である銅を
もちいた配線に注目が集まり、種々の研究開発がなされ
てきた。
や酸化膜との反応を抑制して性能を維持するために、銅
配線の表面や基板との境界に高融点金属をコーティング
する方法がある。また、配線構造の微細化に関して、基
板に設けた溝中に配線を埋め込む構造が特開平7−29
7186号において開示されている。
銅の堆積方法としてはスパッタ、メッキ、化学気相成長
(CVD)等があるが、例えば前述の特開平7−297
186においてヘキサフルオロアセチルアセトナト銅
(I)トリメチルビニルシランを原料ガスとして用いて
いるように、有機銅化合物を原料としたCVD法を用い
ることが多い。この方法においては、下記の不均化反応
(1)によって銅が堆積する。 2Cu(hfac)(tmvs)→Cu+Cu(hfac)2 +(tmvs)2・・・(1) ここで(hfac)、(tmvs)はそれぞれヘキサフルオロアセチ
ルアセトン、トリメチルビニルシランを表す。この反応
では、図5(a)及び(b)に示されるように、原料ガ
ス11すなわち1価の銅化合物であるCu(hfac)(tmvs)
の2分子が相互に電子をやり取りし、銅の価電状態を0
価と2価に分配して、0価の銅は金属として堆積し、
2価の銅と(hfac)は揮発性の分子であるCu(hfac)2
を形成して表面から脱離し、(tmvs)は2個がくっつい
て同様に揮発性の分子となり脱離している。
均化反応(1)の初期においては、副反応として(hfac)
の分解が起こりやすいことが知られている。この副反応
の影響については、Chemistry of Metal CVD(VCH出
版、1994年)pp.273に次のように記載されている。
すなわち、図5(c)に示されるように375K以上の
温度において、基板10表面に吸着したヘキサフルオロ
アセチルアセトナ銅(Cu(hfac))のhfac基は一部分解
し、その結果、分解生成物に起因する炭素、酸素、フッ
素などの不純物元素が堆積した銅の中に残存するという
ものである。
を低下させ、その抵抗率を上昇させたり粒成長を阻害す
るなど、銅配線としての電気特性や信頼性を低下させる
要因となる。また、上記公知例特平7−297186号
に示された溝構造の配線等、微細化に配慮された配線に
おいて、配線の銅は極めて薄い膜状となる。このように
薄い銅膜の形成は、反応(1)初期すなわち上記副反応
が起こりやすい状況、下においてなされる。その結果、
堆積された銅の体積に占める不純物の割合が増加して銅
の純度が低下し、電気特性や信頼性を劣化させる原因と
なっていた。
高純度で電気的特性に優れた銅薄膜の配線を提供するこ
とである。また、そのような銅配線を可能とする製造方
法を提供することである。
めの、本発明の銅配線は、炭素及びフッ素からなる基を
持つ有機銅化合物を原料として用いたCVD法におい
て、フッ素を含有するガスを少なくとも成膜初期におい
て原料と同時に供給して得られることを特徴とする。
からなる基を持つ有機銅化合物を原料として用いたCV
D法において、フッ素を含有するガスを少なくとも成膜
初期において原料と交互に供給して得られることを特徴
とする。
料としてヘキサフルオロアセチルアセトナト銅(I)を
含む化合物を用いて得られることを特徴とする。
含有するガスを供給して得られることを特徴とする。
るガスとして、フッ化水素を供給して得られることを特
徴とする。
0〜200sccm供給して得られることを特徴とす
る。
及びフッ素からなる基を持つ有機銅化合物を原料として
用いたCVD法であって、フッ素を含有するガスを少な
くとも成膜初期において原料と同時に供給することを特
徴とする。
及びフッ素からなる基を持つ有機銅化合物を原料として
用いたCVD法であって、フッ素を含有するガスを少な
くとも成膜初期において原料と交互に供給することを特
徴とする。
銅化合物原料としてヘキサフルオロアセチルアセトナト
銅(I)を含む化合物を用いることを特徴とする。
なフッ素を含有するガスを供給することを特徴とする。
素を含有するガスとして、フッ化水素を供給することを
特徴とする。
化水素を10〜200sccm供給することを特徴とす
る。
フルオロアセチルアセトナ銅(I)トリメチルビニルシ
ラン(Cu(hfac)(tmvc))を用いたCVD法を例に、図
1に示すとともに以下に説明する。
わち(hfac)が分解する反応により、C−CO基、CF3
基等が基板10表面に吸着していると考えられる。これ
に対し、上記CVD法において原料ガス11と同時にフ
ッ素を含有するガスを供給すると、このフッ素及び、原
料ガス供給用の水素が反応に寄与する。すなわち、下記
(2)〜(4)に示す反応が起こる。 CF3 +F→CF4 ・・・(2) CF3 +H→CHF3 ・・・(3) C−CO+4H→CH4 +CO・・・(4) これらの反応生成物であるCF4 、CHF3 、CH4 、
COはいずれも揮発性の分子であって、気体として表面
から脱離する。従って、従来法における不純物の混入を
解消し、堆積した銅の純度を高め、銅配線の電気的特性
や信頼性を向上することが可能となる。
スあるいはプラズマを用いると、図1(c)に示される
ようにフッ化水素ガス12の分解によって活性なフッ素
ラジカル13、水素ラジカル14が生じる。その結果、
上述(2)〜(4)の反応が起こりやすくなり、より一
層の効果を上げることが可能となる。
る。
D装置の構造図である。CVDチャンバー20内に基板
10が保持されている。基板10は、Si基板状に酸
化シリコン膜を1μm 堆積し、通常のフォトリソグラ
フィー及びドライエッチング法を用いた加工により酸化
膜表面に深さ0.5μm の配線パターンの溝を形成し、
スパッタ法によってその上に50nmのTiN膜を堆
積させたものである。この基板10をCVD温度である
200℃に保持する。このときチャンバー20内は、ポ
ンプ21によって10-7Torr台まで真空排気されて
いる。次に、液体原料(Cu(hfac)(tmvs))22を気化
気23内で気化して原料ガス(Cu(hfac)(tmvs))11
とし、キャリアガスである水素ガス24とともにチャン
バー20内に導入する。液体原料22の供給速度は0.
4g/分であり、水素ガス24の流量は200sccm
である。このときポンプ21によって、チャンバー20
内の圧力が1Torrになるように調整する。さらに、
別系統よりフッ化水素(HF)ガス12をチャンバー2
0内に導入する。フッ化水素ガス12は、液体のフッ化
水素50%溶液25を入れた容器26から、バルブ(ニ
ードルバルブ)27を介してチャンバー20に接続され
た配管28から蒸気として導入される。フッ化水素ガス
12の流量は40sccmである。
線の銅膜中における不純物分布をSIMS(2次イオン
質量分析法)で測定し、その結果を図3に示した。ま
た、比較例として、従来法すなわちフッ化水素ガスを供
給しない方法で得られた銅配線についても同様に測定
し、その結果を図4に示した。比較例の銅配線において
は、下地金属であるTiNとの界面A付近の不純物濃度
が高く、界面から離れるに従って濃度が減少していた。
これに対し、本発明の銅配線においてはC、O、Fいず
れの不純物濃度も比較例より低くなっており、特に界面
A付近においてその差が顕著である。すなわち、本発明
においては、基板との界面付近の不純物の増加が抑制さ
れている。
厚にして50nm程度である。従って、微細化に留意し
た配線、例えば溝構造の配線において、溝幅が0.2μ
m 程度になると、溝内に堆積された銅のうち半分近くが
不純物の多い領域となり、製品の性能保持上好ましくな
い。しかし、本発明の銅配線においては、界面付近の不
純物濃度を低下することが可能であり、製品特性の向上
効果が大きい。
を40sccmとしたが、流量10sccm以上におい
て同様の効果が見られた。流量が増加するに従って銅中
の不純物は減少するが、200sccm以上では銅の膜
が白濁するという問題が生じた。従って、フッ化水素ガ
スの供給量は10〜200sccmとする。
間に限って行った場合においても同様に、界面付近の不
純物濃度は低下した。すなわち銅堆積反応継続中全般に
わたってではなく、少なくとも反応の初期においてフッ
化水素ガスを供給することによって、同様の効果が得ら
れる。
後、この供給を一次中断し、フッ化水素ガスを100s
ccmで30秒間供給するというシーケンスを繰り返し
た場合にも不純物濃度は低下した。すなわちフッ化水素
ガスを原料ガスを交互に供給する場合にも、同時に供給
する場合と同様の効果が得られる。
の界面付近における不純物濃度の上昇が抑制されるの
で、得られる銅配線は、低電気抵抗で信頼性が高い。ま
た、特に、微細化された配線においてその効果が大き
い。
す構成図である。
示す構成図である。
る。
Claims (12)
- 【請求項1】 炭素及びフッ素からなる基を持つ有機銅
化合物を原料として用いたCVD法において、フッ素を
含有するガスを少なくとも成膜初期において原料と同時
に供給して得られることを特徴とする銅配線。 - 【請求項2】 炭素及びフッ素からなる基を持つ有機銅
化合物を原料として用いたCVD法において、フッ素を
含有するガスを少なくとも成膜初期において原料と交互
に供給して得られることを特徴とする銅配線。 - 【請求項3】 有機銅化合物原料としてヘキサフルオロ
アセチルアセトナト銅(I)を含む化合物を用いて得ら
れることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の銅
配線。 - 【請求項4】 活性なフッ素を含有するガスを供給して
得られることを特徴とする請求項1から請求項3のいず
れか一に記載の銅配線。 - 【請求項5】 フッ素を含有するガスとして、フッ化水
素を供給して得られることを特徴とする請求項1から請
求項4のいずれか一に記載の銅配線。 - 【請求項6】 フッ化水素を10〜200sccm供給
して得られることを特徴とする請求項1から請求項5の
いずれか一に記載の銅配線。 - 【請求項7】 炭素及びフッ素からなる基を持つ有機銅
化合物を原料として用いたCVD法であって、フッ素を
含有するガスを少なくとも成膜初期において原料と同時
に供給することを特徴とする銅配線の製造方法。 - 【請求項8】 炭素及びフッ素からなる基を持つ有機銅
化合物を原料として用いたCVD法であって、フッ素を
含有するガスを少なくとも成膜初期において原料と交互
に供給することを特徴とする銅配線の製造方法。 - 【請求項9】 有機銅化合物原料としてヘキサフルオロ
アセチルアセトナト銅(I)を含む化合物を用いること
を特徴とする請求項7又は請求項8に記載の銅配線の製
造方法。 - 【請求項10】 活性なフッ素を含有するガスを供給す
ることを特徴とする請求項7から請求項9のいずれか一
に記載の銅配線の製造方法。 - 【請求項11】 フッ素を含有するガスとして、フッ化
水素を供給することを特徴とする請求項7から請求項1
0のいずれか一に記載の銅配線の製造方法。 - 【請求項12】 フッ化水素を10〜200sccm供
給することを特徴とする請求項7から請求項11のいず
れか一に記載の銅配線の製造方法。
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---|---|---|---|
JP30116397A JP3189767B2 (ja) | 1997-10-31 | 1997-10-31 | 銅配線の製造方法 |
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JPH11135461A true JPH11135461A (ja) | 1999-05-21 |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002057126A (ja) * | 2000-08-10 | 2002-02-22 | Fujitsu Ltd | 半導体装置とその製造方法 |
JP4680325B2 (ja) * | 2008-09-30 | 2011-05-11 | Jx日鉱日石金属株式会社 | 高純度銅又は高純度銅合金スパッタリングターゲット、同スパッタリングターゲットの製造方法及び高純度銅又は高純度銅合金スパッタ膜 |
US9476134B2 (en) | 2008-09-30 | 2016-10-25 | Jx Nippon Mining & Metals Corporation | High purity copper and method of producing high purity copper based on electrolysis |
-
1997
- 1997-10-31 JP JP30116397A patent/JP3189767B2/ja not_active Expired - Fee Related
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US9441289B2 (en) | 2008-09-30 | 2016-09-13 | Jx Nippon Mining & Metals Corporation | High-purity copper or high-purity copper alloy sputtering target, process for manufacturing the sputtering target, and high-purity copper or high-purity copper alloy sputtered film |
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