JP2880274B2 - 銅配線の形成方法 - Google Patents
銅配線の形成方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は銅配線の形成方法に関するものである。銅は
耐酸化性に劣り、単体で用いることは困難である。この
問題を解決する手段として、配線の全体を高融点金属で
覆う方法が求められている。
耐酸化性に劣り、単体で用いることは困難である。この
問題を解決する手段として、配線の全体を高融点金属で
覆う方法が求められている。
〔従来の技術〕 従来の方法は、特開昭64−59938号に記載のように銅
合金としてチタン，ジルコニウム，アルミニウム，ほう
素の銅合金配線を形成後、加熱又はプラズマ中にさら
し、表面（上面及び側面）に拡散した上記合金を形成す
る物質が窒素雰囲気中で窒化物を作るというものであ
る。この窒化物が銅の耐酸化性を向上させ、銅合金は次
第に純粋になり純銅の抵抗に近づくと論じられている。
合金としてチタン，ジルコニウム，アルミニウム，ほう
素の銅合金配線を形成後、加熱又はプラズマ中にさら
し、表面（上面及び側面）に拡散した上記合金を形成す
る物質が窒素雰囲気中で窒化物を作るというものであ
る。この窒化物が銅の耐酸化性を向上させ、銅合金は次
第に純粋になり純銅の抵抗に近づくと論じられている。
本方法では、銅合金を熱処理し合金元素を表面に拡散
させるため、その拡散温度で他の半導体素子の特性も変
化してしまう。さらに銅は耐熱性に劣り微量酸素で酸化
されてしまうので高温プロセスは避けなければならな
い。よつて上記プロセスで銅表面に酸化銅が形成されて
おり、その後の窒化処理で信頼性の高い窒化物例えばTi
N等を形成することは困難である。
させるため、その拡散温度で他の半導体素子の特性も変
化してしまう。さらに銅は耐熱性に劣り微量酸素で酸化
されてしまうので高温プロセスは避けなければならな
い。よつて上記プロセスで銅表面に酸化銅が形成されて
おり、その後の窒化処理で信頼性の高い窒化物例えばTi
N等を形成することは困難である。
上記従来技術では、高温熱処理のプロセスを用いるた
め、銅の表面（上面及び側面）の酸化，窒化物の均一性
等の問題があり、銅のもつ低抵抗，高耐エレクトロマイ
グレーシヨン，ストレスマイグレーシヨン性が劣化する
可能性がある。
め、銅の表面（上面及び側面）の酸化，窒化物の均一性
等の問題があり、銅のもつ低抵抗，高耐エレクトロマイ
グレーシヨン，ストレスマイグレーシヨン性が劣化する
可能性がある。
さらに銅合金が熱処理により完全に表面に拡散するわ
けではなく一部銅配線中に固溶する。したがつて銅の表
面（上面及び側面）に安定な窒化物が形成されても内部
の銅合金の特性、抵抗及びマイグレーシヨン性、が問題
となる。
けではなく一部銅配線中に固溶する。したがつて銅の表
面（上面及び側面）に安定な窒化物が形成されても内部
の銅合金の特性、抵抗及びマイグレーシヨン性、が問題
となる。
以上のような技術課題に対処するためには、エツチン
グと同時に良好な側壁保護膜を形成することが考えられ
る。本発明の目的は、高温の熱履歴を加えずさらに工程
増がない銅の配線方法を提案することにある。
グと同時に良好な側壁保護膜を形成することが考えられ
る。本発明の目的は、高温の熱履歴を加えずさらに工程
増がない銅の配線方法を提案することにある。
銅の反応性イオンエツチングを達成するためには、銅
の塩化物を生成して昇華させることが必要である。この
エツチングガスに高融点金属を含む塩素系ガスを用い
る。このとき同時にヘリウム，窒素等のガスを導入して
もかまわない。銅の側壁保護膜としては、Mo,W,Ta,Ti,Z
r等が挙げられるのでそれらの塩素系ガスを用いること
により、塩素で銅をエツチングすると同時にMo,W等の高
融点金属を側壁に付着させることができる。これらの塩
素系ガスは通常液体であるが、エツチング室内を減圧に
することによりガスとして導入することができる。ドラ
イエツチング装置は、反応性イオンエツチングを達成で
きるものがよい。異方性エツチングのため側壁以外に付
着したMo,W等を塩素イオンでエツチングされ、エツチン
グ残渣として残ることはない。
の塩化物を生成して昇華させることが必要である。この
エツチングガスに高融点金属を含む塩素系ガスを用い
る。このとき同時にヘリウム，窒素等のガスを導入して
もかまわない。銅の側壁保護膜としては、Mo,W,Ta,Ti,Z
r等が挙げられるのでそれらの塩素系ガスを用いること
により、塩素で銅をエツチングすると同時にMo,W等の高
融点金属を側壁に付着させることができる。これらの塩
素系ガスは通常液体であるが、エツチング室内を減圧に
することによりガスとして導入することができる。ドラ
イエツチング装置は、反応性イオンエツチングを達成で
きるものがよい。異方性エツチングのため側壁以外に付
着したMo,W等を塩素イオンでエツチングされ、エツチン
グ残渣として残ることはない。
ドライエツチング装置内に導入された高融点金属の塩
素系ガス、例えばMoCl5は、高周波電圧を印加すること
によりプラズマ化する。プラズマ化したモリブデン，塩
素のうち塩素は銅と反応して塩化銅を形成し昇華する。
モリブデンは銅表面に付着するが塩素と反応し昇華す
る。このとき銅の側壁に付着したモリブデンは、塩素イ
オンが基板に垂直に当たるため塩素との化合物を生成し
ない。最終的に銅のパターンが形成されたときモリブデ
ンは、銅の側壁全体を覆うようになる。銅とモリブデン
は、銅の側壁全体を覆うようになる。銅とモリブデンは
固溶体を作らず熱的に安定なため、銅の抵抗変動、高エ
レクトロマイグレーシヨン，ストレスマイグレーシヨン
耐性を劣化させることはない。
素系ガス、例えばMoCl5は、高周波電圧を印加すること
によりプラズマ化する。プラズマ化したモリブデン，塩
素のうち塩素は銅と反応して塩化銅を形成し昇華する。
モリブデンは銅表面に付着するが塩素と反応し昇華す
る。このとき銅の側壁に付着したモリブデンは、塩素イ
オンが基板に垂直に当たるため塩素との化合物を生成し
ない。最終的に銅のパターンが形成されたときモリブデ
ンは、銅の側壁全体を覆うようになる。銅とモリブデン
は、銅の側壁全体を覆うようになる。銅とモリブデンは
固溶体を作らず熱的に安定なため、銅の抵抗変動、高エ
レクトロマイグレーシヨン，ストレスマイグレーシヨン
耐性を劣化させることはない。
以下、本発明の実施例を第１図により説明する。エツ
チングガスとしてMoCl5を用いた場合について説明す
る。シリコン基板４上にシリコン酸化膜３を成長させ、
その上に銅２を例えば500nm付着させる。銅２の付着方
法は例えばDCマグネトロンスパツタ法で、10mTorrのAr
ガス圧力で、DC4KWとする。その後通常の露光方法でレ
ジスト１をパターニングする（第１図（ａ））。DCマグ
ネトロンでスパツタリングする銅のターゲツトは、純銅
でも銅合金でもかまわない。このときの銅合金とは、銅
の耐エレクトロマイグレーシヨン性，耐ストレスマイグ
レーシヨン性、さらには耐腐食性，耐酸化性を向上させ
る元素が望ましい。一例として銀，アルミニウム，ニツ
ケル，鉄，亜鉛，ジルコニウム等が挙げられる。
チングガスとしてMoCl5を用いた場合について説明す
る。シリコン基板４上にシリコン酸化膜３を成長させ、
その上に銅２を例えば500nm付着させる。銅２の付着方
法は例えばDCマグネトロンスパツタ法で、10mTorrのAr
ガス圧力で、DC4KWとする。その後通常の露光方法でレ
ジスト１をパターニングする（第１図（ａ））。DCマグ
ネトロンでスパツタリングする銅のターゲツトは、純銅
でも銅合金でもかまわない。このときの銅合金とは、銅
の耐エレクトロマイグレーシヨン性，耐ストレスマイグ
レーシヨン性、さらには耐腐食性，耐酸化性を向上させ
る元素が望ましい。一例として銀，アルミニウム，ニツ
ケル，鉄，亜鉛，ジルコニウム等が挙げられる。
次に（ｂ）に示すように、高融点金属の塩素系ガス例
えばMoCl5６を導入し銅２を反応性イオンエツチングす
る。このとき基板上にRFを例えば100W印加する。MoCl5
６の流量は例えば20sccmとする。このときの圧力を例え
ば5paとする。エツチングガスには、プラズマの安定
性，熱伝導性，エツチング残渣等の問題を考慮するとヘ
リウム，窒素等を同時に導入することが望ましい。プラ
ズマ化したMo,ClはRFバイアスにより基板上に直進す
る。銅２は直進する塩素イオンの影響で異方性を帯びて
くる。モリブデン５は全面に付着するが、側壁以外に付
着したものは塩素イオンによりエツチングされる。側壁
のモリブデン５も等方的な塩素ラジカルにより数nmエツ
チングされるが大部分は残る。
えばMoCl5６を導入し銅２を反応性イオンエツチングす
る。このとき基板上にRFを例えば100W印加する。MoCl5
６の流量は例えば20sccmとする。このときの圧力を例え
ば5paとする。エツチングガスには、プラズマの安定
性，熱伝導性，エツチング残渣等の問題を考慮するとヘ
リウム，窒素等を同時に導入することが望ましい。プラ
ズマ化したMo,ClはRFバイアスにより基板上に直進す
る。銅２は直進する塩素イオンの影響で異方性を帯びて
くる。モリブデン５は全面に付着するが、側壁以外に付
着したものは塩素イオンによりエツチングされる。側壁
のモリブデン５も等方的な塩素ラジカルにより数nmエツ
チングされるが大部分は残る。
（ｃ）は銅２のエチツングが終了し側壁にモリブデン
５が付着し、レジスト１を除去した形状である。この方
法を用いることで、今まで課題であつた銅の耐酸化性，
耐腐食性がモリブデン５で保護されるので向上する。モ
リブデン５の側壁膜厚はエツチング時間，MoCl5流量等
により決まるが銅の保護効果，線幅等を考慮すると数十
nmが望ましい。
５が付着し、レジスト１を除去した形状である。この方
法を用いることで、今まで課題であつた銅の耐酸化性，
耐腐食性がモリブデン５で保護されるので向上する。モ
リブデン５の側壁膜厚はエツチング時間，MoCl5流量等
により決まるが銅の保護効果，線幅等を考慮すると数十
nmが望ましい。
次に第２図に示すように銅２の全面（上下面及び側
面）をモリブデン5,5a,5bで覆う場合を説明する。シリ
コン酸化膜３上に銅２との密着性及び銅２とシリコン基
板４との反応を防止するために、モリブデン5bを例えば
DCマグネトロンスパツタ法により例えば100nm被着す
る。このときのスパツタリング条件は例えば10m Torrの
Ar圧力でDC1KWとする。次に第１図（ａ）と同様な方法
で銅２を例えば500nm被着する。次に上記と同様な方法
でモリブデン5aを100nm被着する。この銅２の上面のモ
リブデン5aは、レジスト１と銅２との反応防止、パター
ニング後のレジスト１除去時の酸素プラズマによる銅２
の酸化防止、あるいは露光時の反射防止膜等に用いられ
る。その後レジスト１をパターニングする。このモリブ
デン5a/銅2/モリブデン5bの３層構造をエツチングす
る。
面）をモリブデン5,5a,5bで覆う場合を説明する。シリ
コン酸化膜３上に銅２との密着性及び銅２とシリコン基
板４との反応を防止するために、モリブデン5bを例えば
DCマグネトロンスパツタ法により例えば100nm被着す
る。このときのスパツタリング条件は例えば10m Torrの
Ar圧力でDC1KWとする。次に第１図（ａ）と同様な方法
で銅２を例えば500nm被着する。次に上記と同様な方法
でモリブデン5aを100nm被着する。この銅２の上面のモ
リブデン5aは、レジスト１と銅２との反応防止、パター
ニング後のレジスト１除去時の酸素プラズマによる銅２
の酸化防止、あるいは露光時の反射防止膜等に用いられ
る。その後レジスト１をパターニングする。このモリブ
デン5a/銅2/モリブデン5bの３層構造をエツチングす
る。
（ｂ）は第１図（ｂ）と同様な方法でMoCl5ガスによ
りモリブデン5a,銅2,モリブデン5bとエツチングする。
りモリブデン5a,銅2,モリブデン5bとエツチングする。
（ｃ）はエツチングが終了し、レジスト１を酸素プラ
ズマで除去した形状である。このとき銅２の上面はモリ
ブデン5aで覆っているので酸化の問題はない。このよう
に銅２の全面（上下面及び側面）をモリブデン5a,5,5b
で覆つているので外部からの腐食，酸化に強くさらに銅
２の耐エレクトロマイグレーシヨン性，耐ストレスマイ
グレーシヨン性にも強い構造となる。
ズマで除去した形状である。このとき銅２の上面はモリ
ブデン5aで覆っているので酸化の問題はない。このよう
に銅２の全面（上下面及び側面）をモリブデン5a,5,5b
で覆つているので外部からの腐食，酸化に強くさらに銅
２の耐エレクトロマイグレーシヨン性，耐ストレスマイ
グレーシヨン性にも強い構造となる。
その後（ｄ）に示すように通常のCVD法により層間絶
縁膜、例えばシリコン酸化膜６を被着しても、耐熱性の
高いモリブデンで全面で覆つているので銅２の酸化の問
題はない。
縁膜、例えばシリコン酸化膜６を被着しても、耐熱性の
高いモリブデンで全面で覆つているので銅２の酸化の問
題はない。
第３図は銅２の側壁の保護膜がない場合と全面をモリ
ブデン５で覆う場合幅２μm,長さ2mm,厚さ500nmの配線
を形成し両端の抵抗を測定するパターンを示す。（ａ）
がCl2でエツチングした場合、（ｂ）がMoCl5でエツチン
グした場合を示す。（ｃ）は上から見た（ａ）（ｂ）の
配線パターンである。
ブデン５で覆う場合幅２μm,長さ2mm,厚さ500nmの配線
を形成し両端の抵抗を測定するパターンを示す。（ａ）
がCl2でエツチングした場合、（ｂ）がMoCl5でエツチン
グした場合を示す。（ｃ）は上から見た（ａ）（ｂ）の
配線パターンである。
第４図は第３図の方法で形成した配線パターンの耐熱
性を評価した結果である。200℃に基板を加熱し、両端
の抵抗を測定した。保護膜のない配線は加熱時間と共に
抵抗が上昇する。一方保護膜のある配線では抵抗変化が
ほとんどない。例えば加熱時間２分では、保護膜ありの
場合0.3％保護膜なしの場合4.5％抵抗が上昇している。
側壁のモリブデンにより耐熱性が高くなつたことを示し
ている。
性を評価した結果である。200℃に基板を加熱し、両端
の抵抗を測定した。保護膜のない配線は加熱時間と共に
抵抗が上昇する。一方保護膜のある配線では抵抗変化が
ほとんどない。例えば加熱時間２分では、保護膜ありの
場合0.3％保護膜なしの場合4.5％抵抗が上昇している。
側壁のモリブデンにより耐熱性が高くなつたことを示し
ている。
第５図は第４図と同様のパターンを用い酸素プラズマ
中にさらした後の抵抗変化を調べたものである。酸素プ
ラズマ条件は100W,0.5Torr,2l/minとした。第４図は同
様に保護膜のない配線は徐々に抵抗が上昇するのに比べ
保護膜のある配線は、ほとんど変わらない。
中にさらした後の抵抗変化を調べたものである。酸素プ
ラズマ条件は100W,0.5Torr,2l/minとした。第４図は同
様に保護膜のない配線は徐々に抵抗が上昇するのに比べ
保護膜のある配線は、ほとんど変わらない。
以上第４図，第５図より側壁保護膜を設けることによ
り、銅の耐熱性，耐酸素プラズマ性が向上し信頼性の高
い銅配線を形成することができる。
り、銅の耐熱性，耐酸素プラズマ性が向上し信頼性の高
い銅配線を形成することができる。
本発明によれば銅のドライエツチングと同時に側壁の
保護膜を形成できるので工程の短縮につながる。さらに
形成方法がスパツタリング法なので他の半導体素子に与
える熱的影響も少ない。
保護膜を形成できるので工程の短縮につながる。さらに
形成方法がスパツタリング法なので他の半導体素子に与
える熱的影響も少ない。
また純銅を保護するプロセスなので、低抵抗，高耐マ
イグレーシヨン性を劣化させることがない。
イグレーシヨン性を劣化させることがない。
第１図は銅の単層膜をMoCl5でドライエツチングしたと
きの断面図、第２図は銅の上下面にMoを被着し、その後
MoCl5でドライエツチングしたときの断面図、第３図
（ａ）（ｂ）はドライエツチングガスに高融点金属の塩
素系ガスを用いたときと用いないときの断面図、（ｃ）
は抵抗測定用のパターンと測定方法を示す図、第４図は
第３図（ａ）（ｂ）構造のパターンの耐熱性を示す図、
第５図は耐酸素プラズマ性を示す図である。 １…レジスト、２…銅、３…シリコン酸化膜、４…シリ
コン基板、5,5a,5b…モリブデン、６…シリコン酸化
膜。
きの断面図、第２図は銅の上下面にMoを被着し、その後
MoCl5でドライエツチングしたときの断面図、第３図
（ａ）（ｂ）はドライエツチングガスに高融点金属の塩
素系ガスを用いたときと用いないときの断面図、（ｃ）
は抵抗測定用のパターンと測定方法を示す図、第４図は
第３図（ａ）（ｂ）構造のパターンの耐熱性を示す図、
第５図は耐酸素プラズマ性を示す図である。 １…レジスト、２…銅、３…シリコン酸化膜、４…シリ
コン基板、5,5a,5b…モリブデン、６…シリコン酸化
膜。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 21/3065 H01L 21/3205 H01L 21/3213
Claims (4)
- 【請求項１】少なくとも銅を含む配線を形成する方法に
おいて、シリコン酸化膜上に銅を被着させる工程と、該
工程を経たのちレジストをパターニングする工程と該工
程を経たのち高融点金属を含む塩素系ガスで銅をドライ
エッチングする工程とを具備することを特徴とする銅配
線の形成方法。 - 【請求項２】少なくとも銅を含む配線を形成する方法に
おいて、銅の拡散バリアメタル上に銅を被着させる工程
と、該工程を経たのち再び銅の拡散バリアメタルを被着
させる工程と該工程を経たのち、レジストをパターニン
グする工程と、該工程を経たのち高融点金属を含む塩素
系ガスで第３層膜をドライエッチングする工程とを具備
することを特徴とする銅配線の形成方法。 - 【請求項３】請求項１または２に記載の銅配線の形成方
法において、前記高融点金属を含む塩素系ガスは、MoCl
5，WCl5，TaCl4，TiCl4，ZrCl4のうち少なくとも１つで
あることを特徴とする銅配線の形成方法。 - 【請求項４】請求項１乃至３のいずれか１項に記載の銅
配線の形成方法において、エッチングガスには、前記高
融点金属を含む塩素系ガスとヘリウム，窒素のうち少な
くとも１つを用いることを特徴とする銅配線の形成方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22262290A JP2880274B2 (ja) | 1990-08-27 | 1990-08-27 | 銅配線の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22262290A JP2880274B2 (ja) | 1990-08-27 | 1990-08-27 | 銅配線の形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04106930A JPH04106930A (ja) | 1992-04-08 |
| JP2880274B2 true JP2880274B2 (ja) | 1999-04-05 |
Family
ID=16785340
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22262290A Expired - Fee Related JP2880274B2 (ja) | 1990-08-27 | 1990-08-27 | 銅配線の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2880274B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101544663B1 (ko) | 2012-01-26 | 2015-08-17 | 가부시키가이샤 제이올레드 | 박막 트랜지스터 어레이 장치 및 그것을 이용한 el 표시 장치 |
-
1990
- 1990-08-27 JP JP22262290A patent/JP2880274B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101544663B1 (ko) | 2012-01-26 | 2015-08-17 | 가부시키가이샤 제이올레드 | 박막 트랜지스터 어레이 장치 및 그것을 이용한 el 표시 장치 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04106930A (ja) | 1992-04-08 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |