JPH11312655A - Ｃｕ合金膜の形成方法および半導体装置の製造方法 - Google Patents
Ｃｕ合金膜の形成方法および半導体装置の製造方法Info
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- JPH11312655A JPH11312655A JP12105198A JP12105198A JPH11312655A JP H11312655 A JPH11312655 A JP H11312655A JP 12105198 A JP12105198 A JP 12105198A JP 12105198 A JP12105198 A JP 12105198A JP H11312655 A JPH11312655 A JP H11312655A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 電解めっき法によりＣｕ合金膜を容易に形成
することができるＣｕ合金膜の形成方法およびこれを用
いた半導体装置の製造方法を提供する。 【解決手段】 ＣｕとＣｕ以外の遷移金属Ｍとからなる
Ｃｕ合金膜を、ＣｕＳＯ4 とＭX （ＳＯ4 ）Y （ただ
し、Ｘ，Ｙは整数）とを含むめっき液を用いた電解めっ
き法により形成する。遷移金属Ｍとしては、例えばＴ
ｉ，Ｚｒなどを用いる。このようにして形成されるＣｕ
合金膜を半導体装置の配線主材料として用いて配線を形
成する。
することができるＣｕ合金膜の形成方法およびこれを用
いた半導体装置の製造方法を提供する。 【解決手段】 ＣｕとＣｕ以外の遷移金属Ｍとからなる
Ｃｕ合金膜を、ＣｕＳＯ4 とＭX （ＳＯ4 ）Y （ただ
し、Ｘ，Ｙは整数）とを含むめっき液を用いた電解めっ
き法により形成する。遷移金属Ｍとしては、例えばＴ
ｉ，Ｚｒなどを用いる。このようにして形成されるＣｕ
合金膜を半導体装置の配線主材料として用いて配線を形
成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明はＣｕ合金膜の形成
方法および半導体装置の製造方法に関し、特に、車載用
ＩＣなどの高いエレクトロマイグレーション耐性が要求
される半導体装置の製造に適用して好適なものである。
方法および半導体装置の製造方法に関し、特に、車載用
ＩＣなどの高いエレクトロマイグレーション耐性が要求
される半導体装置の製造に適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】ＵＬＳＩ（Ultra Large Scale Integrat
ed-Circuit）のような高集積化の進んだ半導体装置で
は、処理速度の高速化と、消費電力の増大によって深刻
化するエレクトロマイグレーションに対する高い耐性と
がともに要求される。
ed-Circuit）のような高集積化の進んだ半導体装置で
は、処理速度の高速化と、消費電力の増大によって深刻
化するエレクトロマイグレーションに対する高い耐性と
がともに要求される。
【０００３】従来、ＬＳＩの配線材料としてはＡｌ合金
（Ａｌ−０．５％Ｃｕ、Ａｌ−１％Ｓｉ−０．５％Ｃｕ
など）がもっぱら用いられてきたが、ＬＳＩの高速化を
さらに進めるためには、配線材料として、より比抵抗の
低いＣｕやＡｇなどを用いる必要がある。特に、Ｃｕは
比抵抗が１．８μΩｃｍと低く、ＬＳＩの高速化に有利
な上に、エレクトロマイグレーション耐性がＡｌ合金に
比べて一桁程度高いため、Ａｌ合金に替わる次世代の配
線材料として期待されている。
（Ａｌ−０．５％Ｃｕ、Ａｌ−１％Ｓｉ−０．５％Ｃｕ
など）がもっぱら用いられてきたが、ＬＳＩの高速化を
さらに進めるためには、配線材料として、より比抵抗の
低いＣｕやＡｇなどを用いる必要がある。特に、Ｃｕは
比抵抗が１．８μΩｃｍと低く、ＬＳＩの高速化に有利
な上に、エレクトロマイグレーション耐性がＡｌ合金に
比べて一桁程度高いため、Ａｌ合金に替わる次世代の配
線材料として期待されている。
【０００４】Ｃｕ配線としては、これまで、Ｃｕの低比
抵抗性を１００％活用するために、他の元素を含まない
純Ｃｕ配線が検討されてきた。しかしながら、車載用Ｉ
Ｃなどの高温での高い信頼性が要求される半導体装置で
は、抵抗の低さよりも、エレクトロマイグレーション耐
性に対する要求が高い。純Ｃｕ配線のエレクトロマイグ
レーション現象は、Ａｌと同様に粒界拡散が支配的であ
るため、エレクトロマイグレーション耐性の向上のため
には、Ａｌ配線と同様に膜中に粒界拡散を抑止するよう
な他の元素を混入させることが効果的である。
抵抗性を１００％活用するために、他の元素を含まない
純Ｃｕ配線が検討されてきた。しかしながら、車載用Ｉ
Ｃなどの高温での高い信頼性が要求される半導体装置で
は、抵抗の低さよりも、エレクトロマイグレーション耐
性に対する要求が高い。純Ｃｕ配線のエレクトロマイグ
レーション現象は、Ａｌと同様に粒界拡散が支配的であ
るため、エレクトロマイグレーション耐性の向上のため
には、Ａｌ配線と同様に膜中に粒界拡散を抑止するよう
な他の元素を混入させることが効果的である。
【０００５】Ｃｕ膜に粒界拡散を抑止するＴｉ，Ｚｒな
どの金属を混入させる方法としてはスパッタリング法が
最も適している。これは、スパッタリング法では、ター
ゲット材料としてＣｕに所望の元素を混入させたものを
用いてスパッタリングを行えば、簡単にＣｕ合金膜が得
られるからである。
どの金属を混入させる方法としてはスパッタリング法が
最も適している。これは、スパッタリング法では、ター
ゲット材料としてＣｕに所望の元素を混入させたものを
用いてスパッタリングを行えば、簡単にＣｕ合金膜が得
られるからである。
【０００６】一方、Ｃｕ配線の加工方法としては、層間
絶縁膜に配線溝を形成し、この配線溝にＣｕを埋め込む
ことにより、Ｃｕ配線加工の課題であるドライエッチン
グを用いることなくＣｕ配線を埋め込み配線として形成
することができる、いわゆるダマシン（Damascene)配線
法が有望であるが、この方法においてＣｕ膜の形成にス
パッタリング法を用いると、埋め込み性が悪く、問題で
ある。
絶縁膜に配線溝を形成し、この配線溝にＣｕを埋め込む
ことにより、Ｃｕ配線加工の課題であるドライエッチン
グを用いることなくＣｕ配線を埋め込み配線として形成
することができる、いわゆるダマシン（Damascene)配線
法が有望であるが、この方法においてＣｕ膜の形成にス
パッタリング法を用いると、埋め込み性が悪く、問題で
ある。
【０００７】そこで、近年、配線溝にＣｕを埋め込む方
法として電解めっき法が注目されている。この電解めっ
き法によりＣｕ膜を形成すると、埋め込み性に優れ、結
晶粒径の大きな高品質の膜が得られる。
法として電解めっき法が注目されている。この電解めっ
き法によりＣｕ膜を形成すると、埋め込み性に優れ、結
晶粒径の大きな高品質の膜が得られる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電解め
っき法では、Ｃｕ合金膜を形成することが難しいという
問題がある。つまり、ＣｕＳＯ4 （硫酸銅）をめっき液
に用いた従来の電解めっき法では、純Ｃｕ膜を形成する
ことはできるが、Ｃｕ合金膜を形成することは困難であ
る。このため、電解めっき法を用いてＣｕ合金膜を形成
することができる方法が望まれていた。
っき法では、Ｃｕ合金膜を形成することが難しいという
問題がある。つまり、ＣｕＳＯ4 （硫酸銅）をめっき液
に用いた従来の電解めっき法では、純Ｃｕ膜を形成する
ことはできるが、Ｃｕ合金膜を形成することは困難であ
る。このため、電解めっき法を用いてＣｕ合金膜を形成
することができる方法が望まれていた。
【０００９】したがって、この発明の目的は、電解めっ
き法によりＣｕ合金膜を容易に形成することができるＣ
ｕ合金膜の形成方法およびこのＣｕ合金膜の形成方法を
用いた半導体装置の製造方法を提供することにある。
き法によりＣｕ合金膜を容易に形成することができるＣ
ｕ合金膜の形成方法およびこのＣｕ合金膜の形成方法を
用いた半導体装置の製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明の第１の発明は、基板上にＣｕとＣｕ以外
の遷移金属ＭとからなるＣｕ合金膜を形成するようにし
たＣｕ合金膜の形成方法であって、ＣｕＳＯ4 とＭ
X （ＳＯ4 ）Y （ただし、Ｘ，Ｙは整数）とを含むめっ
き液を用いて電解めっき法によりＣｕ合金膜を形成する
ようにしたことを特徴とするものである。
に、この発明の第１の発明は、基板上にＣｕとＣｕ以外
の遷移金属ＭとからなるＣｕ合金膜を形成するようにし
たＣｕ合金膜の形成方法であって、ＣｕＳＯ4 とＭ
X （ＳＯ4 ）Y （ただし、Ｘ，Ｙは整数）とを含むめっ
き液を用いて電解めっき法によりＣｕ合金膜を形成する
ようにしたことを特徴とするものである。
【００１１】この発明の第２の発明は、基板上にＣｕと
Ｃｕ以外の遷移金属ＭとからなるＣｕ合金膜を形成し、
このＣｕ合金膜を配線主材料として用いるようにした半
導体装置の製造方法であって、ＣｕＳＯ4 とＭX （ＳＯ
4 ）Y （ただし、Ｘ，Ｙは整数）とを含むめっき液を用
いて電解めっき法によりＣｕ合金膜を形成するようにし
たことを特徴とするものである。
Ｃｕ以外の遷移金属ＭとからなるＣｕ合金膜を形成し、
このＣｕ合金膜を配線主材料として用いるようにした半
導体装置の製造方法であって、ＣｕＳＯ4 とＭX （ＳＯ
4 ）Y （ただし、Ｘ，Ｙは整数）とを含むめっき液を用
いて電解めっき法によりＣｕ合金膜を形成するようにし
たことを特徴とするものである。
【００１２】この発明の第３の発明は、接続孔および／
または配線溝にＣｕとＣｕ以外の遷移金属Ｍとからなる
Ｃｕ合金膜を埋め込むようにした半導体装置の製造方法
であって、ＣｕＳＯ4 とＭX （ＳＯ4 ）Y （ただし、
Ｘ，Ｙは整数）とを含むめっき液を用いて電解めっき法
によりＣｕ合金膜を形成するようにしたことを特徴とす
るものである。
または配線溝にＣｕとＣｕ以外の遷移金属Ｍとからなる
Ｃｕ合金膜を埋め込むようにした半導体装置の製造方法
であって、ＣｕＳＯ4 とＭX （ＳＯ4 ）Y （ただし、
Ｘ，Ｙは整数）とを含むめっき液を用いて電解めっき法
によりＣｕ合金膜を形成するようにしたことを特徴とす
るものである。
【００１３】この発明において、Ｃｕ合金膜は、遷移金
属Ｍとして一種類の遷移金属を含むものであっても、二
種類以上の遷移金属を含むものであってもよく、これに
対応して、めっき液は一種類または二種類以上のＭ
X （ＳＯ4 ）Y を含む。このＭX（ＳＯ4 ）Y における
Ｘ，ＹはＭの種類に応じて決まる（例えば、ＭがＴｉの
場合は、Ｘ＝１、Ｙ＝１である）。
属Ｍとして一種類の遷移金属を含むものであっても、二
種類以上の遷移金属を含むものであってもよく、これに
対応して、めっき液は一種類または二種類以上のＭ
X （ＳＯ4 ）Y を含む。このＭX（ＳＯ4 ）Y における
Ｘ，ＹはＭの種類に応じて決まる（例えば、ＭがＴｉの
場合は、Ｘ＝１、Ｙ＝１である）。
【００１４】この発明において、遷移金属Ｍの具体例を
いくつか挙げると、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｍ
ｏ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｐｄなどである。これらのうち、Ｔ
ｉ，Ｚｒなどは、Ｃｕ合金膜における粒界拡散を抑止す
るのに好適に用いられる。また、Ｃｕ合金膜における遷
移金属Ｍの組成は、必要なエレクトロマイグレーション
耐性および比抵抗に応じて選ばれる。
いくつか挙げると、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｍ
ｏ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｐｄなどである。これらのうち、Ｔ
ｉ，Ｚｒなどは、Ｃｕ合金膜における粒界拡散を抑止す
るのに好適に用いられる。また、Ｃｕ合金膜における遷
移金属Ｍの組成は、必要なエレクトロマイグレーション
耐性および比抵抗に応じて選ばれる。
【００１５】この発明においては、典型的には、Ｃｕ合
金膜を形成する前にＣｕの拡散防止層を形成し、あるい
は、Ｃｕ合金膜を形成する前に密着層およびＣｕの拡散
防止層を順次形成する。ここで、拡散防止層は、例え
ば、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｗ，Ｈｆ，Ｍｏ，Ｎｉ，Ｚｎ，
Ｍｇまたはそれらの窒化物、炭化物もしくはホウ化物か
らなり、具体例を挙げると、ＴｉＮ，ＴｉＮ／Ｔｉなど
である。密着層は、例えば、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｗ，Ｈ
ｆ，Ｍｏ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｍｇまたはそれらのシリコン化
合物からなる。
金膜を形成する前にＣｕの拡散防止層を形成し、あるい
は、Ｃｕ合金膜を形成する前に密着層およびＣｕの拡散
防止層を順次形成する。ここで、拡散防止層は、例え
ば、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｗ，Ｈｆ，Ｍｏ，Ｎｉ，Ｚｎ，
Ｍｇまたはそれらの窒化物、炭化物もしくはホウ化物か
らなり、具体例を挙げると、ＴｉＮ，ＴｉＮ／Ｔｉなど
である。密着層は、例えば、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｗ，Ｈ
ｆ，Ｍｏ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｍｇまたはそれらのシリコン化
合物からなる。
【００１６】上述のように構成されたこの発明において
は、ＣｕＳＯ4 とＭX （ＳＯ4 ）Y（ただし、Ｘ，Ｙは
整数）とを含むめっき液を用いて電解めっきを行うこと
により、次のような原理でＣｕ合金膜を形成することが
できる。
は、ＣｕＳＯ4 とＭX （ＳＯ4 ）Y（ただし、Ｘ，Ｙは
整数）とを含むめっき液を用いて電解めっきを行うこと
により、次のような原理でＣｕ合金膜を形成することが
できる。
【００１７】めっき液中に含まれるＣｕＳＯ4 （硫酸
銅）は、 ＣｕＳＯ4 （５Ｈ2 Ｏ）→Ｃｕ2+＋Ｈ2 ＳＯ4 2-（＋５
Ｈ2 Ｏ） Ｈ2 ＳＯ4 →２Ｈ+ ＋ＳＯ4 2- のように解離し、イオンとなっている。
銅）は、 ＣｕＳＯ4 （５Ｈ2 Ｏ）→Ｃｕ2+＋Ｈ2 ＳＯ4 2-（＋５
Ｈ2 Ｏ） Ｈ2 ＳＯ4 →２Ｈ+ ＋ＳＯ4 2- のように解離し、イオンとなっている。
【００１８】このめっき液中にＣｕ合金膜を形成する基
板を浸し、この基板を陰極（カソード）、めっき液中の
電極板（Ｐｔ板など）を陽極（アノード）としてこれら
の間に通電を行うと、めっき液中のＣｕイオン（Ｃ
ｕ2+）は陰極である基板の表面に付着する。
板を浸し、この基板を陰極（カソード）、めっき液中の
電極板（Ｐｔ板など）を陽極（アノード）としてこれら
の間に通電を行うと、めっき液中のＣｕイオン（Ｃ
ｕ2+）は陰極である基板の表面に付着する。
【００１９】めっき液中に含まれるＭX （ＳＯ4 ）
Y も、ＣｕＳＯ4 と同様に解離してイオンとなってお
り、通電を行うと、めっき液中のＭイオンは、同様に基
板の表面に付着する。
Y も、ＣｕＳＯ4 と同様に解離してイオンとなってお
り、通電を行うと、めっき液中のＭイオンは、同様に基
板の表面に付着する。
【００２０】以上のようにして基板の表面にＣｕイオン
とＭイオンとが付着して、ＣｕとＭとからなるＣｕ合金
膜が形成される。この場合、ＭX （ＳＯ4 ）Y の選択に
より種々のＣｕ合金膜を形成することができ、また、め
っき液の組成を制御することによりこのＣｕ合金膜の組
成を制御することができる。
とＭイオンとが付着して、ＣｕとＭとからなるＣｕ合金
膜が形成される。この場合、ＭX （ＳＯ4 ）Y の選択に
より種々のＣｕ合金膜を形成することができ、また、め
っき液の組成を制御することによりこのＣｕ合金膜の組
成を制御することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態につい
て図面を参照しながら説明する。
て図面を参照しながら説明する。
【００２２】図１および図２はこの発明の第１の実施形
態によるＬＳＩの製造方法を示し、特にその配線形成工
程を示す。
態によるＬＳＩの製造方法を示し、特にその配線形成工
程を示す。
【００２３】この第１の実施形態においては、まず、図
１に示すように、通常のＬＳＩ製造工程によってあらか
じめトランジスタなどの素子（図示せず）が形成された
Ｓｉ基板のような半導体基板１上にＣＶＤ法や熱酸化法
などによりＳｉＯ2 膜のような層間絶縁膜２を形成した
後、この層間絶縁膜２の所定部分をエッチング除去して
接続孔（図示せず）を形成する。
１に示すように、通常のＬＳＩ製造工程によってあらか
じめトランジスタなどの素子（図示せず）が形成された
Ｓｉ基板のような半導体基板１上にＣＶＤ法や熱酸化法
などによりＳｉＯ2 膜のような層間絶縁膜２を形成した
後、この層間絶縁膜２の所定部分をエッチング除去して
接続孔（図示せず）を形成する。
【００２４】次に、例えばスパッタリング法により、基
板全面に密着層としてのＴｉ膜３、Ｃｕの拡散防止層と
してのＴｉＮ膜４および後述の電解めっき時にシードレ
イヤーとなるＣｕ膜５を順次形成する。これらの膜の膜
厚の一例を挙げると、Ｔｉ膜３は３０ｎｍ、ＴｉＮ膜４
は７０ｎｍ、Ｃｕ膜５は５０ｎｍである。また、これら
の膜の形成条件の一例を挙げると、Ｔｉ膜３は、プロセ
スガスとしてＡｒガスを用い、その流量を１２０ＳＣＣ
Ｍとし、圧力を０．６７Ｐａ、ＤＣ電力を４ｋＷ、温度
を１５０℃とし、ＴｉＮ膜４は、プロセスガスとしてＡ
ｒとＮ2 との混合ガスを用い、それらの流量をそれぞれ
５０ＳＣＣＭおよび１５０ＳＣＣＭとし、圧力を０．９
Ｐａ、ＤＣ電力を８ｋＷ、温度を１５０℃とし、Ｃｕ膜
５は、プロセスガスとしてＡｒガスを用い、その流量を
１２０ＳＣＣＭとし、圧力を０．６７Ｐａ、ＤＣ電力を
３ｋＷ、温度を１５０℃とする。
板全面に密着層としてのＴｉ膜３、Ｃｕの拡散防止層と
してのＴｉＮ膜４および後述の電解めっき時にシードレ
イヤーとなるＣｕ膜５を順次形成する。これらの膜の膜
厚の一例を挙げると、Ｔｉ膜３は３０ｎｍ、ＴｉＮ膜４
は７０ｎｍ、Ｃｕ膜５は５０ｎｍである。また、これら
の膜の形成条件の一例を挙げると、Ｔｉ膜３は、プロセ
スガスとしてＡｒガスを用い、その流量を１２０ＳＣＣ
Ｍとし、圧力を０．６７Ｐａ、ＤＣ電力を４ｋＷ、温度
を１５０℃とし、ＴｉＮ膜４は、プロセスガスとしてＡ
ｒとＮ2 との混合ガスを用い、それらの流量をそれぞれ
５０ＳＣＣＭおよび１５０ＳＣＣＭとし、圧力を０．９
Ｐａ、ＤＣ電力を８ｋＷ、温度を１５０℃とし、Ｃｕ膜
５は、プロセスガスとしてＡｒガスを用い、その流量を
１２０ＳＣＣＭとし、圧力を０．６７Ｐａ、ＤＣ電力を
３ｋＷ、温度を１５０℃とする。
【００２５】次に、図２に示すように、Ｃｕ膜５をシー
ドレイヤーとしてその全面に電解めっき法によりＣｕ−
Ｔｉ合金膜６を形成する。このＣｕ−Ｔｉ合金膜６の膜
厚は例えば１．５μｍである。このＣｕ−Ｔｉ合金膜６
の形成条件の一例を挙げると、めっき液としてＣｕＳＯ
4 （５Ｈ2 Ｏ）を９０％、ＴｉＳＯ4 （５Ｈ2 Ｏ）を１
０％含む混合液を用い、液温を３０℃、電圧を１０Ｖ、
電流密度を２０Ａ／ｄｍ2 とし、陽極板としてＣｕ板を
用いる。ここで、ＴｉはＣｕに比べて電着性が低いた
め、この組成のめっき液を用いた場合、Ｃｕ−Ｔｉ合金
膜６として、Ｔｉを約３％含むＣｕ−Ｔｉ合金膜、すな
わちＣｕ−３％Ｔｉ合金膜が得られる。なお、シードレ
イヤーであるＣｕ膜５は、電解めっきの際にＣｕ−Ｔｉ
合金膜６と一体化することにより、消滅する。
ドレイヤーとしてその全面に電解めっき法によりＣｕ−
Ｔｉ合金膜６を形成する。このＣｕ−Ｔｉ合金膜６の膜
厚は例えば１．５μｍである。このＣｕ−Ｔｉ合金膜６
の形成条件の一例を挙げると、めっき液としてＣｕＳＯ
4 （５Ｈ2 Ｏ）を９０％、ＴｉＳＯ4 （５Ｈ2 Ｏ）を１
０％含む混合液を用い、液温を３０℃、電圧を１０Ｖ、
電流密度を２０Ａ／ｄｍ2 とし、陽極板としてＣｕ板を
用いる。ここで、ＴｉはＣｕに比べて電着性が低いた
め、この組成のめっき液を用いた場合、Ｃｕ−Ｔｉ合金
膜６として、Ｔｉを約３％含むＣｕ−Ｔｉ合金膜、すな
わちＣｕ−３％Ｔｉ合金膜が得られる。なお、シードレ
イヤーであるＣｕ膜５は、電解めっきの際にＣｕ−Ｔｉ
合金膜６と一体化することにより、消滅する。
【００２６】次に、Ｔｉ膜３、ＴｉＮ膜４およびＣｕ−
Ｔｉ合金膜６を配線の形状にパターニングする。
Ｔｉ合金膜６を配線の形状にパターニングする。
【００２７】この後、通常のＬＳＩ製造工程により、層
間絶縁膜や配線保護膜などの形成工程を経て、目的とす
るＬＳＩが完成する。
間絶縁膜や配線保護膜などの形成工程を経て、目的とす
るＬＳＩが完成する。
【００２８】以上のように、この第１の実施形態によれ
ば、ＣｕＳＯ4 とＴｉＳＯ4 とからなるめっき液を用い
て電解めっきを行うことにより、Ｃｕ−Ｔｉ合金膜６を
容易に形成することができる。この場合、めっき液中の
ＣｕＳＯ4 およびＴｉＳＯ4の組成を制御することによ
り、所望の組成のＣｕ−Ｔｉ合金膜６を形成することが
できる。このようにして形成されるＣｕ−Ｔｉ合金膜６
は純Ｃｕ膜に比べて一桁以上高いエレクトロマイグレー
ション耐性を有し、また、比抵抗もＴｉ含有量を数％以
下とすることによりＣｕ膜とほぼ同程度の低い値が得ら
れることから、信頼性が高く、高速動作可能な高性能の
ＬＳＩを実現することができる。この第１の実施形態に
より製造されるＬＳＩは、例えば高温での信頼性が要求
される車載用ＩＣなどとして用いて好適なものである。
ば、ＣｕＳＯ4 とＴｉＳＯ4 とからなるめっき液を用い
て電解めっきを行うことにより、Ｃｕ−Ｔｉ合金膜６を
容易に形成することができる。この場合、めっき液中の
ＣｕＳＯ4 およびＴｉＳＯ4の組成を制御することによ
り、所望の組成のＣｕ−Ｔｉ合金膜６を形成することが
できる。このようにして形成されるＣｕ−Ｔｉ合金膜６
は純Ｃｕ膜に比べて一桁以上高いエレクトロマイグレー
ション耐性を有し、また、比抵抗もＴｉ含有量を数％以
下とすることによりＣｕ膜とほぼ同程度の低い値が得ら
れることから、信頼性が高く、高速動作可能な高性能の
ＬＳＩを実現することができる。この第１の実施形態に
より製造されるＬＳＩは、例えば高温での信頼性が要求
される車載用ＩＣなどとして用いて好適なものである。
【００２９】図３〜図５はこの発明の第２の実施形態に
よるＬＳＩの製造方法を示し、特にその配線形成工程を
示す。この第２の実施形態は、配線の形成と接続孔の埋
め込みとを同時に行う、いわゆるデュアルダマシン（Du
al Damascene）法を用いる例である。
よるＬＳＩの製造方法を示し、特にその配線形成工程を
示す。この第２の実施形態は、配線の形成と接続孔の埋
め込みとを同時に行う、いわゆるデュアルダマシン（Du
al Damascene）法を用いる例である。
【００３０】この第２の実施形態においては、まず、図
３に示すように、通常のＬＳＩ製造工程によりあらかじ
めトランジスタなどの素子（図示せず）が形成されたＳ
ｉ基板のような半導体基板１１上にＣＶＤ法や熱酸化法
などによりＳｉＯ2 膜のような層間絶縁膜１２を形成し
た後、この層間絶縁膜１２の所定部分をエッチング除去
して接続孔（図示せず）を形成する。次に、この層間絶
縁膜１２上に第１層目の配線を形成する。この第１層目
の配線は、例えば、Ｃｕの拡散防止層としてのＴｉＮ／
Ｔｉ膜１３、配線主材料であるＣｕ膜１４およびリソグ
ラフィー工程で必要な反射防止膜としてのＴｉＮ膜１５
が順次積層された構造を有する。次に、この第１層目の
配線上にＣＶＤ法などによりＳｉＯ2 膜のような層間絶
縁膜１６を形成した後、この層間絶縁膜１６の所定部分
をエッチング除去して配線溝１７および第１層目の配線
に達する接続孔１８を形成する。
３に示すように、通常のＬＳＩ製造工程によりあらかじ
めトランジスタなどの素子（図示せず）が形成されたＳ
ｉ基板のような半導体基板１１上にＣＶＤ法や熱酸化法
などによりＳｉＯ2 膜のような層間絶縁膜１２を形成し
た後、この層間絶縁膜１２の所定部分をエッチング除去
して接続孔（図示せず）を形成する。次に、この層間絶
縁膜１２上に第１層目の配線を形成する。この第１層目
の配線は、例えば、Ｃｕの拡散防止層としてのＴｉＮ／
Ｔｉ膜１３、配線主材料であるＣｕ膜１４およびリソグ
ラフィー工程で必要な反射防止膜としてのＴｉＮ膜１５
が順次積層された構造を有する。次に、この第１層目の
配線上にＣＶＤ法などによりＳｉＯ2 膜のような層間絶
縁膜１６を形成した後、この層間絶縁膜１６の所定部分
をエッチング除去して配線溝１７および第１層目の配線
に達する接続孔１８を形成する。
【００３１】次に、例えばスパッタリング法により、基
板全面にＣｕの拡散防止層としてのＴｉＮ膜１９および
後述の電解めっき時のシードレイヤーとなるＣｕ膜２０
を順次形成する。これらの膜の膜厚の一例を挙げると、
ＴｉＮ膜１９は５０ｎｍ、Ｃｕ膜２０は５０ｎｍであ
る。また、これらの膜の形成条件の一例を挙げると、Ｔ
ｉＮ膜１９は、プロセスガスとしてＡｒとＮ2 との混合
ガスを用い、それらの流量をそれぞれ６０ＳＣＣＭおよ
び１２０ＳＣＣＭとし、圧力を０．９Ｐａ、ＤＣ電力を
８ｋＷ、温度を１５０℃とし、Ｃｕ膜２０は、プロセス
ガスとしてＡｒガスを用い、その流量を１２０ＳＣＣＭ
とし、圧力を０．６７Ｐａ、ＤＣ電力を３ｋＷ、温度を
１５０℃とする。
板全面にＣｕの拡散防止層としてのＴｉＮ膜１９および
後述の電解めっき時のシードレイヤーとなるＣｕ膜２０
を順次形成する。これらの膜の膜厚の一例を挙げると、
ＴｉＮ膜１９は５０ｎｍ、Ｃｕ膜２０は５０ｎｍであ
る。また、これらの膜の形成条件の一例を挙げると、Ｔ
ｉＮ膜１９は、プロセスガスとしてＡｒとＮ2 との混合
ガスを用い、それらの流量をそれぞれ６０ＳＣＣＭおよ
び１２０ＳＣＣＭとし、圧力を０．９Ｐａ、ＤＣ電力を
８ｋＷ、温度を１５０℃とし、Ｃｕ膜２０は、プロセス
ガスとしてＡｒガスを用い、その流量を１２０ＳＣＣＭ
とし、圧力を０．６７Ｐａ、ＤＣ電力を３ｋＷ、温度を
１５０℃とする。
【００３２】次に、図４に示すように、Ｃｕ膜２０をシ
ードレイヤーとしてその全面に電解めっき法によりＣｕ
−Ｚｒ合金膜２１を接続孔１８および配線溝１７が完全
に埋め込まれるように十分に厚く形成する。このＣｕ−
Ｚｒ合金膜２１の膜厚は例えば１．５μｍである。この
Ｃｕ−Ｚｒ合金膜２１の形成条件の一例を挙げると、め
っき液としてＣｕＳＯ4 （５Ｈ2 Ｏ）を９０％、ＺｒＳ
Ｏ4 （５Ｈ2 Ｏ）を１０％含む混合液を用い、液温を３
０℃、電圧を１０Ｖ、電流密度を２０Ａ／ｄｍ2 とし、
陽極板としてＣｕ板を用いる。ここで、ＺｒはＣｕに比
べて電着性が低いため、この組成のめっき液を用いた場
合、Ｃｕ−Ｚｒ合金膜２１として、Ｚｒを約３％を含む
Ｃｕ−Ｚｒ合金膜、すなわちＣｕ−３％Ｚｒ合金膜が得
られる。なお、シードレイヤーであるＣｕ膜２０は、電
解めっきの際にＣｕ−Ｚｒ合金膜２１と一体化すること
により、消滅する。
ードレイヤーとしてその全面に電解めっき法によりＣｕ
−Ｚｒ合金膜２１を接続孔１８および配線溝１７が完全
に埋め込まれるように十分に厚く形成する。このＣｕ−
Ｚｒ合金膜２１の膜厚は例えば１．５μｍである。この
Ｃｕ−Ｚｒ合金膜２１の形成条件の一例を挙げると、め
っき液としてＣｕＳＯ4 （５Ｈ2 Ｏ）を９０％、ＺｒＳ
Ｏ4 （５Ｈ2 Ｏ）を１０％含む混合液を用い、液温を３
０℃、電圧を１０Ｖ、電流密度を２０Ａ／ｄｍ2 とし、
陽極板としてＣｕ板を用いる。ここで、ＺｒはＣｕに比
べて電着性が低いため、この組成のめっき液を用いた場
合、Ｃｕ−Ｚｒ合金膜２１として、Ｚｒを約３％を含む
Ｃｕ−Ｚｒ合金膜、すなわちＣｕ−３％Ｚｒ合金膜が得
られる。なお、シードレイヤーであるＣｕ膜２０は、電
解めっきの際にＣｕ−Ｚｒ合金膜２１と一体化すること
により、消滅する。
【００３３】次に、例えば化学機械研磨（ＣＭＰ）法に
より、Ｃｕ−Ｚｒ合金膜２１およびＴｉＮ膜１９を研磨
し、図５に示すように、配線溝１７および接続孔１８の
部分のみにこれらの膜を残す。
より、Ｃｕ−Ｚｒ合金膜２１およびＴｉＮ膜１９を研磨
し、図５に示すように、配線溝１７および接続孔１８の
部分のみにこれらの膜を残す。
【００３４】次に、Ｃｕ−Ｚｒ合金膜２１の結晶粒径を
増大させるために、還元性雰囲気中で熱処理を行う。
増大させるために、還元性雰囲気中で熱処理を行う。
【００３５】この後、通常のＬＳＩ製造工程により、配
線保護膜やボンディングパッドのコンタクト用の開口な
どの形成工程を経て、目的とするＬＳＩが完成する。
線保護膜やボンディングパッドのコンタクト用の開口な
どの形成工程を経て、目的とするＬＳＩが完成する。
【００３６】以上のように、この第２の実施形態によれ
ば、配線溝１７および接続孔１８を形成した基板の表面
にシードレイヤーとなるＣｕ膜２０を形成し、その上に
ＣｕＳＯ4 とＺｒＳＯ4 とからなるめっき液を用いて電
解めっきを行うことによりＣｕ−Ｚｒ合金膜２１を十分
な膜厚に形成しているので、配線溝１７および接続孔１
８をこのＣｕ−Ｚｒ合金膜２１により良好な埋め込み性
で高精度に埋め込むことができる。これによって、Ｃｕ
−Ｚｒ合金膜２１を配線主材料とする第２層目の配線
を、接続孔１８の内部および配線溝１７の内部がＣｕ−
Ｚｒ合金で完全に埋め込まれた構造のデュアルダマシン
配線として形成することができる。この場合、めっき液
中のＣｕＳＯ4 およびＺｒＳＯ4 の組成を制御すること
により、所望の組成のＣｕ−Ｚｒ合金膜２１を形成する
ことができる。このようにして形成されるＣｕ−Ｚｒ合
金膜２１は純Ｃｕ膜に比べて一桁以上高いエレクトロマ
イグレーション耐性を有し、また、比抵抗もＺｒ含有量
を数％以下とすることによりＣｕ膜とほぼ同程度の低い
値が得られることから、信頼性が高く、高速動作可能な
高性能のＬＳＩを実現することができる。この第２の実
施形態により製造されるＬＳＩは、例えば高温での信頼
性が要求される車載用ＩＣなどとして用いて好適なもの
である。
ば、配線溝１７および接続孔１８を形成した基板の表面
にシードレイヤーとなるＣｕ膜２０を形成し、その上に
ＣｕＳＯ4 とＺｒＳＯ4 とからなるめっき液を用いて電
解めっきを行うことによりＣｕ−Ｚｒ合金膜２１を十分
な膜厚に形成しているので、配線溝１７および接続孔１
８をこのＣｕ−Ｚｒ合金膜２１により良好な埋め込み性
で高精度に埋め込むことができる。これによって、Ｃｕ
−Ｚｒ合金膜２１を配線主材料とする第２層目の配線
を、接続孔１８の内部および配線溝１７の内部がＣｕ−
Ｚｒ合金で完全に埋め込まれた構造のデュアルダマシン
配線として形成することができる。この場合、めっき液
中のＣｕＳＯ4 およびＺｒＳＯ4 の組成を制御すること
により、所望の組成のＣｕ−Ｚｒ合金膜２１を形成する
ことができる。このようにして形成されるＣｕ−Ｚｒ合
金膜２１は純Ｃｕ膜に比べて一桁以上高いエレクトロマ
イグレーション耐性を有し、また、比抵抗もＺｒ含有量
を数％以下とすることによりＣｕ膜とほぼ同程度の低い
値が得られることから、信頼性が高く、高速動作可能な
高性能のＬＳＩを実現することができる。この第２の実
施形態により製造されるＬＳＩは、例えば高温での信頼
性が要求される車載用ＩＣなどとして用いて好適なもの
である。
【００３７】以上、この発明の実施形態について具体的
に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定され
るものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の
変形が可能である。
に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定され
るものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の
変形が可能である。
【００３８】例えば、上述の第１および第２の実施形態
において挙げた数値、構造、基板、原料、プロセスなど
はあくまでも例に過ぎず、必要に応じて、これらと異な
る数値、構造、基板、原料、プロセスなどを用いてもよ
い。
において挙げた数値、構造、基板、原料、プロセスなど
はあくまでも例に過ぎず、必要に応じて、これらと異な
る数値、構造、基板、原料、プロセスなどを用いてもよ
い。
【００３９】具体的には、上述の第１および第２の実施
形態においては、Ｔｉ膜３、ＴｉＮ膜４、Ｃｕ膜５、Ｔ
ｉＮ／Ｔｉ膜１３、ＴｉＮ膜１５、ＴｉＮ膜１８および
Ｃｕ膜２０はいずれもスパッタリング法により形成して
いるが、これらの膜は、必要に応じて、ＣＶＤ法、めっ
き法、蒸着法などの他の方法で形成してもよい。
形態においては、Ｔｉ膜３、ＴｉＮ膜４、Ｃｕ膜５、Ｔ
ｉＮ／Ｔｉ膜１３、ＴｉＮ膜１５、ＴｉＮ膜１８および
Ｃｕ膜２０はいずれもスパッタリング法により形成して
いるが、これらの膜は、必要に応じて、ＣＶＤ法、めっ
き法、蒸着法などの他の方法で形成してもよい。
【００４０】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によるＣ
ｕ合金膜の形成方法によれば、ＣｕＳＯ4 とＭX （ＳＯ
4 ）Y （ただし、Ｘ，Ｙは整数）とを含むめっき液を用
いて電解めっき法によりＣｕ合金膜を形成するようにし
ていることにより、Ｃｕ合金膜を電解めっき法により容
易に形成することができる。
ｕ合金膜の形成方法によれば、ＣｕＳＯ4 とＭX （ＳＯ
4 ）Y （ただし、Ｘ，Ｙは整数）とを含むめっき液を用
いて電解めっき法によりＣｕ合金膜を形成するようにし
ていることにより、Ｃｕ合金膜を電解めっき法により容
易に形成することができる。
【００４１】また、この発明による半導体装置の製造方
法によれば、ＣｕＳＯ4 とＭX （ＳＯ4 ）Y （ただし、
Ｘ，Ｙは整数）とを含むめっき液を用いて電解めっき法
によりＣｕ合金膜を形成するようにしていることによ
り、Ｃｕ合金膜を電解めっき法により容易に形成するこ
とができ、このＣｕ合金膜を配線主材料として用いて配
線を形成することができる。
法によれば、ＣｕＳＯ4 とＭX （ＳＯ4 ）Y （ただし、
Ｘ，Ｙは整数）とを含むめっき液を用いて電解めっき法
によりＣｕ合金膜を形成するようにしていることによ
り、Ｃｕ合金膜を電解めっき法により容易に形成するこ
とができ、このＣｕ合金膜を配線主材料として用いて配
線を形成することができる。
【００４２】また、この発明による半導体装置の製造方
法によれば、接続孔および／または配線溝に埋め込まれ
るＣｕ合金膜をＣｕＳＯ4 とＭX （ＳＯ4 ）Y （ただ
し、Ｘ，Ｙは整数）とを含むめっき液を用いて電解めっ
き法により形成するようにしていることにより、Ｃｕ合
金膜を電解めっき法により容易に形成することができ、
接続孔および／または配線溝をＣｕ合金膜により良好な
埋め込み性で高精度に埋め込むことができる。
法によれば、接続孔および／または配線溝に埋め込まれ
るＣｕ合金膜をＣｕＳＯ4 とＭX （ＳＯ4 ）Y （ただ
し、Ｘ，Ｙは整数）とを含むめっき液を用いて電解めっ
き法により形成するようにしていることにより、Ｃｕ合
金膜を電解めっき法により容易に形成することができ、
接続孔および／または配線溝をＣｕ合金膜により良好な
埋め込み性で高精度に埋め込むことができる。
【図１】この発明の第１の実施形態によるＬＳＩの製造
方法を説明するための断面図である。
方法を説明するための断面図である。
【図２】この発明の第１の実施形態によるＬＳＩの製造
方法を説明するための断面図である。
方法を説明するための断面図である。
【図３】この発明の第２の実施形態によるＬＳＩの製造
方法を説明するための断面図である。
方法を説明するための断面図である。
【図４】この発明の第２の実施形態によるＬＳＩの製造
方法を説明するための断面図である。
方法を説明するための断面図である。
【図５】この発明の第２の実施形態によるＬＳＩの製造
方法を説明するための断面図である。
方法を説明するための断面図である。
１、１１・・・半導体基板、２、１２、１６・・・層間
絶縁膜、３・・・Ｔｉ膜、４、１５、１９・・・ＴｉＮ
膜、５、１４、２０・・・Ｃｕ膜、６・・・Ｃｕ−Ｔｉ
合金膜、１３・・・ＴｉＮ／Ｔｉ膜、１７・・・配線
溝、１８・・・接続孔、２１・・・Ｃｕ−Ｚｒ合金膜
絶縁膜、３・・・Ｔｉ膜、４、１５、１９・・・ＴｉＮ
膜、５、１４、２０・・・Ｃｕ膜、６・・・Ｃｕ−Ｔｉ
合金膜、１３・・・ＴｉＮ／Ｔｉ膜、１７・・・配線
溝、１８・・・接続孔、２１・・・Ｃｕ−Ｚｒ合金膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 21/768 Ｈ０１Ｌ 21/90 Ａ
Claims (8)
- 【請求項１】 基板上にＣｕとＣｕ以外の遷移金属Ｍと
からなるＣｕ合金膜を形成するようにしたＣｕ合金膜の
形成方法であって、 ＣｕＳＯ4 とＭX （ＳＯ4 ）Y （ただし、Ｘ，Ｙは整
数）とを含むめっき液を用いて電解めっき法により上記
Ｃｕ合金膜を形成するようにしたことを特徴とするＣｕ
合金膜の形成方法。 - 【請求項２】 上記遷移金属Ｍは、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，
Ｔａ，Ｗ，Ｍｏ，Ｎｉ，ＣｏまたはＰｄであることを特
徴とする請求項１記載のＣｕ合金膜の形成方法。 - 【請求項３】 上記Ｃｕ合金膜を形成する前にＣｕの拡
散防止層を形成するようにしたことを特徴とする請求項
１記載のＣｕ合金膜の形成方法。 - 【請求項４】 上記Ｃｕ合金膜を形成する前に密着層お
よびＣｕの拡散防止層を順次形成するようにしたことを
特徴とする請求項１記載のＣｕ合金膜の形成方法。 - 【請求項５】 上記拡散防止層は、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｔａ，
Ｗ，Ｈｆ，Ｍｏ，Ｎｉ，ＺｎもしくはＭｇまたはそれら
の窒化物、炭化物もしくはホウ化物からなることを特徴
とする請求項３記載のＣｕ合金膜の形成方法。 - 【請求項６】 上記密着層は、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｗ，
Ｈｆ，Ｍｏ，Ｎｉ，ＺｎもしくはＭｇまたはそれらのシ
リコン化合物からなることを特徴とする請求項４記載の
Ｃｕ合金膜の形成方法。 - 【請求項７】 基板上にＣｕとＣｕ以外の遷移金属Ｍと
からなるＣｕ合金膜を形成し、このＣｕ合金膜を配線主
材料として用いるようにした半導体装置の製造方法であ
って、 ＣｕＳＯ4 とＭX （ＳＯ4 ）Y （ただし、Ｘ，Ｙは整
数）とを含むめっき液を用いて電解めっき法により上記
Ｃｕ合金膜を形成するようにしたことを特徴とする半導
体装置の製造方法。 - 【請求項８】 接続孔および／または配線溝にＣｕとＣ
ｕ以外の遷移金属ＭとからなるＣｕ合金膜を埋め込むよ
うにした半導体装置の製造方法であって、 ＣｕＳＯ4 とＭX （ＳＯ4 ）Y （ただし、Ｘ，Ｙは整
数）とを含むめっき液を用いて電解めっき法により上記
Ｃｕ合金膜を形成するようにした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 |
|---|---|---|---|
| JP12105198A JPH11312655A (ja) | 1998-04-30 | 1998-04-30 | Ｃｕ合金膜の形成方法および半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12105198A JPH11312655A (ja) | 1998-04-30 | 1998-04-30 | Ｃｕ合金膜の形成方法および半導体装置の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11312655A true JPH11312655A (ja) | 1999-11-09 |
Family
ID=14801627
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12105198A Pending JPH11312655A (ja) | 1998-04-30 | 1998-04-30 | Ｃｕ合金膜の形成方法および半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11312655A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001262391A (ja) * | 2000-03-14 | 2001-09-26 | Ishihara Chem Co Ltd | スズ−銅系合金メッキ浴並びに当該皮膜を形成した電子部品 |
| WO2003041145A1 (en) * | 2001-11-06 | 2003-05-15 | Ebara Corporation | Plating solution, semiconductor device and method for manufacturing the same |
| JP2003520450A (ja) * | 2000-01-18 | 2003-07-02 | マイクロン・テクノロジー・インコーポレーテッド | アルミニウム、銅、金及び銀の種層を設けるプロセス |
| CN104233409A (zh) * | 2014-09-17 | 2014-12-24 | 朱忠良 | 一种电镀工艺 |
-
1998
- 1998-04-30 JP JP12105198A patent/JPH11312655A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003520450A (ja) * | 2000-01-18 | 2003-07-02 | マイクロン・テクノロジー・インコーポレーテッド | アルミニウム、銅、金及び銀の種層を設けるプロセス |
| JP2001262391A (ja) * | 2000-03-14 | 2001-09-26 | Ishihara Chem Co Ltd | スズ−銅系合金メッキ浴並びに当該皮膜を形成した電子部品 |
| WO2003041145A1 (en) * | 2001-11-06 | 2003-05-15 | Ebara Corporation | Plating solution, semiconductor device and method for manufacturing the same |
| US7344986B2 (en) | 2001-11-06 | 2008-03-18 | Ebara Corporation | Plating solution, semiconductor device and method for manufacturing the same |
| CN104233409A (zh) * | 2014-09-17 | 2014-12-24 | 朱忠良 | 一种电镀工艺 |
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