JPH08102463A - Integrated circuit, its manufacture and its thin film forming equipment - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、基板上に複数の層か
ら構成される下地層を介して銅または銅合金からなる配
線層が形成された大規模集積回路、その製造方法及びそ
の薄膜形成装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a large-scale integrated circuit in which a wiring layer made of copper or a copper alloy is formed on a substrate through an underlayer composed of a plurality of layers, a manufacturing method thereof, and a thin film formation thereof. It relates to the device.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来から半導体集積回路の配線膜として
は、アルミニウム合金が用いられてきたが、集積度の高
密度化などにより、半導体の設計ルールがサブミクロン
になってくると、現状のアルミニウムを用いた配線膜で
は、配線抵抗が大きくなり、配線遅延の原因となる。そ
こで、抵抗の小さい銅を用いた配線膜の形成方法および
その製造装置が求められている。2. Description of the Related Art Conventionally, aluminum alloys have been used as wiring films for semiconductor integrated circuits. However, when the design rule of semiconductors becomes submicron due to higher integration density, the current aluminum In the wiring film using, the wiring resistance becomes large, which causes a wiring delay. Therefore, there is a demand for a method for forming a wiring film using copper, which has low resistance, and a manufacturing apparatus therefor.
【0003】図24は例えば『セミコン関西・京都技術
セミナー90講演予稿集』(June22.90)に示
された従来の集積回路の構造を示す断面図である。図に
おいて、1はシリコン基板、4は絶縁層、5はコンタク
トホール、41はアルミニウム・シリコン・銅合金の配
線層、40は窒化チタンのバリア層である。上記集積回
路は、スパッタリング法、CVD法などの方法により、
シリコン基板1上に形成されている。FIG. 24 is a sectional view showing the structure of a conventional integrated circuit shown in, for example, "Semicon Kansai-Kyoto Technical Seminar 90 Lecture Proceedings" (June 22.90). In the figure, 1 is a silicon substrate, 4 is an insulating layer, 5 is a contact hole, 41 is a wiring layer of aluminum-silicon-copper alloy, and 40 is a barrier layer of titanium nitride. The integrated circuit is formed by a method such as a sputtering method or a CVD method.
It is formed on the silicon substrate 1.
【0004】図25は例えばJournal of Vacuum Scienc
e and Technology A Volume 3,No.2,1985に示された従
来のマグネトロン型スパッタ装置を示す概略構成図であ
る。図において、1は基板、201は真空槽、203は
基板1と対向して配設されたターゲット、206は基板
1とターゲット203との間に配設されたシャッター、
204は真空槽201内を排気する排気系、205はア
ルゴン等を真空槽201内に導入するガス導入系、20
7は磁石が収納されたターゲットホルダーである。FIG. 25 shows, for example, the Journal of Vacuum Scienc.
FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing a conventional magnetron type sputtering apparatus shown in e and Technology A Volume 3, No. 2, 1985. In the figure, 1 is a substrate, 201 is a vacuum chamber, 203 is a target arranged to face the substrate 1, 206 is a shutter arranged between the substrate 1 and the target 203,
Reference numeral 204 is an exhaust system for exhausting the inside of the vacuum chamber 201, 205 is a gas introducing system for introducing argon or the like into the vacuum chamber 201, 20
Reference numeral 7 is a target holder that houses a magnet.
【0005】次に、上記構成の動作について説明する。
まず、真空槽201内のガスを排気系204により、排
出した後、ガス導入系205によって窒素ガスおよびア
ルゴン等のガスを真空槽201内に導入した後、チタン
等の蒸着材料で形成されているターゲット203に対し
て、配線用バリア膜が被覆される基板1に直流もしくは
高周波電圧を印加すると、ターゲット203と基板1と
の間にプラズマが形成される。この際、ターゲットホル
ダー207内の磁石は、プラズマ中の電子を螺旋回転さ
せ、プラズマ生成を促進する。このプラズマ中で生成さ
れるアルゴンイオンは、バイアス電圧によって加速さ
れ、ターゲット203に衝突して、ターゲット材料をス
パッタし、窒素ガス雰囲気で、チタン蒸着材料が基板1
上に付着して窒化チタン配線用バリア膜が形成される。Next, the operation of the above configuration will be described.
First, after the gas in the vacuum chamber 201 is exhausted by the exhaust system 204, a gas such as nitrogen gas and argon is introduced into the vacuum chamber 201 by the gas introduction system 205, and then formed of a vapor deposition material such as titanium. When a direct current or a high frequency voltage is applied to the target 203 on the substrate 1 covered with the wiring barrier film, plasma is formed between the target 203 and the substrate 1. At this time, the magnet in the target holder 207 spirally rotates the electrons in the plasma to promote plasma generation. The argon ions generated in this plasma are accelerated by the bias voltage and collide with the target 203 to sputter the target material, and the titanium vapor deposition material is used as the substrate 1 in the nitrogen gas atmosphere.
A barrier film for titanium nitride wiring is formed by adhering to the above.
【0006】また、図26は前述した従来のマグネトロ
ン型スパッタ装置により高アスペクトコンタクトホール
にアルミニウムを蒸着したものの断面図で、図におい
て、220は穴径0.5μm、深さ2.0μmのコンタ
クトホール、221、222、223はそれぞれチタ
ン、窒化チタンおよびアルミニウム合金によって蒸着形
成された配線密着層、配線バリア層および配線層であ
る。この図からわかるように、コンタクトホール底部に
おける膜厚は、コンタクトホール以外の平坦部の膜厚に
比較して、オーバーハングの成長により影ができるので
薄くなっている。このように現在実用されているマグネ
トロン型スパッタ装置の段差被覆性およびボトムカバレ
ッジ性(ウエハの表面膜厚に対するコンタクトホール底
部に蒸着された膜厚の比)は限界にきている。FIG. 26 is a cross-sectional view of a high aspect contact hole having aluminum vapor-deposited by the above-mentioned conventional magnetron type sputtering apparatus. In the figure, 220 is a contact hole having a hole diameter of 0.5 μm and a depth of 2.0 μm. 221, 222, and 223 are a wiring adhesion layer, a wiring barrier layer, and a wiring layer, which are formed by vapor deposition of titanium, titanium nitride, and aluminum alloy, respectively. As can be seen from this figure, the film thickness at the bottom of the contact hole is thinner than the film thickness of the flat part other than the contact hole because shadows are formed by the growth of overhangs. As described above, the step coverage and bottom coverage (ratio of the film thickness deposited on the bottom of the contact hole to the surface film thickness of the wafer) of the magnetron type sputtering apparatus currently in practical use are reaching their limits.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】従来の集積回路は以上
のように構成されているので、配線膜材料であるアルミ
ニウムは、LSIの微細化・高集積度化に伴い、配線幅
が約1μm以下になると配線抵抗が無視できなくなり、
配線遅延が生じるといった課題、また微細化により電流
密度の増大するため、エレクトロマイグレーション(E
M)が問題となってくるなどの課題があった。また、L
SIの微細化・高集積度化に伴い、コンタクトホール内
で良好なステップカバレッジを確保できなくなり、シリ
コン基板と配線層との相互拡散を抑制することができな
いといった課題、あるいは配線層をコンタクトホールに
埋め込むことができないといった課題があった。Since the conventional integrated circuit is constructed as described above, aluminum, which is a wiring film material, has a wiring width of about 1 μm or less with the miniaturization and high integration of LSI. , The wiring resistance cannot be ignored,
Electromigration (E) is a problem in that wiring delay occurs and current density increases due to miniaturization.
There was a problem that M) became a problem. Also, L
With the miniaturization and high integration of the SI, it becomes impossible to secure good step coverage in the contact hole, and it is impossible to suppress the mutual diffusion between the silicon substrate and the wiring layer. There was a problem that it could not be embedded.
【0008】この発明は、上記のような課題を解消する
ためになされたもので、銅または銅合金配線層を用い、
低抵抗でエレクトロマイグレーション(EM)耐性に優
れ、良好なステップカバレッジ性、穴埋め性を有する高
品質の集積回路を得ることを目的とし、また、基板の表
面に効率良く、この銅配線層を形成できる製造方法およ
び薄膜形成装置を得ること目的とする。The present invention has been made to solve the above problems and uses a copper or copper alloy wiring layer,
The purpose is to obtain a high-quality integrated circuit having low resistance, excellent electromigration (EM) resistance, good step coverage, and hole filling, and this copper wiring layer can be formed efficiently on the surface of the substrate. It is an object to obtain a manufacturing method and a thin film forming apparatus.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】この発明の請求項1に係
る集積回路は、配線層を銅または銅合金により構成し、
下地層を基板から配線層に向かって、密着層、バリア層
および前記配線層の銅または銅合金と合金を形成しやす
い金属からなる配線下地層から構成したものである。In the integrated circuit according to claim 1 of the present invention, the wiring layer is made of copper or a copper alloy,
The underlayer is composed of an adhesion layer, a barrier layer, and a wiring underlayer made of a metal that easily forms an alloy with copper or a copper alloy of the wiring layer from the substrate toward the wiring layer.
【0010】この発明の請求項2に係る集積回路は、配
線層を銅または銅合金により構成し、下地層に含まれた
配線下地層をチタン、シリコン、アルミニウムおよびゲ
ルマニウムからなる群から選ばれた少なくとも1種の金
属と銅とで形成される銅合金から構成したものである。In the integrated circuit according to claim 2 of the present invention, the wiring layer is made of copper or a copper alloy, and the wiring underlayer contained in the underlayer is selected from the group consisting of titanium, silicon, aluminum and germanium. It is composed of a copper alloy formed of at least one metal and copper.
【0011】この発明の請求項3に係る集積回路は、配
線層を銅または銅合金により構成し、下地層に含まれた
配線下地層をチタン、シリコン、アルミニウム、ゲルマ
ニウムからなる群から選ばれた少なくとも1種の金属と
銅とで形成される銅合金から構成するとともに、前記配
線層に接近するにつれてチタン、シリコン、アルミニウ
ム、ゲルマニウムの群から選ばれた少なくとも1種の金
属の組成が銅の組成に対して逓減する構造とされたもの
である。In the integrated circuit according to claim 3 of the present invention, the wiring layer is made of copper or a copper alloy, and the wiring underlayer contained in the underlayer is selected from the group consisting of titanium, silicon, aluminum and germanium. It is composed of a copper alloy formed of at least one metal and copper, and the composition of at least one metal selected from the group of titanium, silicon, aluminum, and germanium is copper as it approaches the wiring layer. It has a structure that gradually decreases with respect to.
【0012】この発明の請求項4に係る集積回路は、請
求項1ないし請求項3のいずれかの記載の集積回路にお
いて、配線層を銅または銅合金により構成し、下地層に
含まれたバリア層を、基板から配線層に向かって、組成
Xが変化する窒化チタン(TiNX)薄膜層で構成した
ものである。An integrated circuit according to a fourth aspect of the present invention is the integrated circuit according to any one of the first to third aspects, in which the wiring layer is made of copper or a copper alloy and the barrier layer is included in the underlayer. The layer is composed of a titanium nitride (TiN x ) thin film layer in which the composition X changes from the substrate toward the wiring layer.
【0013】この発明の請求項5に係る集積回路は、請
求項1ないし請求項3のいずれかの記載の集積回路にお
いて、配線層を銅または銅合金により構成し、下地層に
含まれたバリア層を、基板から配線層に向かって、チタ
ン層、窒化二チタン層および窒化チタン層の順序で形成
したものである。An integrated circuit according to a fifth aspect of the present invention is the integrated circuit according to any one of the first to third aspects, in which the wiring layer is made of copper or a copper alloy and the barrier layer is included in the underlayer. The layers are formed in the order of a titanium layer, a dititanium nitride layer, and a titanium nitride layer from the substrate toward the wiring layer.
【0014】この発明の請求項6に係る集積回路は、請
求項1ないし請求項3のいずれかの記載の集積回路にお
いて、配線層を銅または銅合金により構成し、下地層に
含まれたバリア層を、基板から配線層に向かって、チタ
ン層、徐々に窒素組成がチタン組成に対して大きくなる
ようにした窒化チタン(TiNX)層そして最後に窒化
チタン(TiN)層の順序で形成したものである。According to a sixth aspect of the present invention, in the integrated circuit according to any one of the first to third aspects, the wiring layer is made of copper or a copper alloy, and the barrier included in the underlayer. The layers were formed in this order from the substrate toward the wiring layer: a titanium layer, a titanium nitride (TiN x ) layer in which the nitrogen composition was gradually increased relative to the titanium composition, and finally a titanium nitride (TiN) layer. It is a thing.
【0015】この発明の請求項7に係る集積回路の薄膜
形成装置は、銅または銅合金の配線層形成時にイオンビ
ーム源により1〜500(μA/cm2)のイオン照射
を行うとともに、基板温度制御機構により昇温、降温の
温度サイクルを繰り返すことにより、銅および銅合金配
線層を形成するものである。According to a seventh aspect of the present invention, in a thin film forming apparatus for an integrated circuit, an ion beam source irradiates ions of 1 to 500 (μA / cm 2 ) at the time of forming a wiring layer of copper or copper alloy, and the substrate temperature is By repeating a temperature cycle of temperature increase and temperature decrease by the control mechanism, the copper and copper alloy wiring layers are formed.
【0016】この発明の請求項8に係る集積回路の薄膜
形成装置は、銅または銅合金からなる配線層の形成時に
ガスイオン源により不活性ガスイオンを照射しながら、
イオンビーム源によりイオン照射しながら銅および銅合
金の蒸着を行うとともに、基板温度制御機構により昇
温、降温の温度サイクルを繰り返すことにより、銅また
は銅合金の配線層を形成するものである。According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a thin film forming apparatus for an integrated circuit, wherein an inert gas ion is irradiated from a gas ion source when a wiring layer made of copper or a copper alloy is formed,
Copper and copper alloys are vapor-deposited while irradiating ions with an ion beam source, and a substrate temperature control mechanism repeats a temperature cycle of heating and cooling to form a wiring layer of copper or a copper alloy.
【0017】この発明の請求項9に係る集積回路の薄膜
形成装置は、請求項7または請求項8の集積回路の薄膜
形成装置において、イオンビーム源として磁界印加型イ
オンビーム源を用い、ガスイオン源として磁界印加型ガ
スイオン源を用いたものである。A thin film forming apparatus for an integrated circuit according to claim 9 of the present invention is the thin film forming apparatus for an integrated circuit according to claim 7 or 8, wherein a magnetic field application type ion beam source is used as an ion beam source, A magnetic field application type gas ion source is used as the source.
【0018】この発明の請求項10に係る集積回路の薄
膜形成装置は、請求項7または請求項8の集積回路の薄
膜形成装置において、基板温度制御機構における基板加
熱機構および基板冷却機構は、それぞれ独立に上下移動
が可能な機構を備えるとともに、基板回転機構は、1回
転毎に回転方向を反転させる機構を備えたものである。A thin film forming apparatus for an integrated circuit according to a tenth aspect of the present invention is the thin film forming apparatus for an integrated circuit according to the seventh or eighth aspect, wherein the substrate heating mechanism and the substrate cooling mechanism in the substrate temperature control mechanism are respectively The substrate rotating mechanism is provided with a mechanism that can move up and down independently, and a mechanism that reverses the rotation direction for each rotation.
【0019】この発明の請求項11に係る集積回路の薄
膜形成装置は、請求項7または請求項8の集積回路の薄
膜形成装置において、基板搬送機構は、段差付き馬蹄型
基板ホルダーおよび段差付き基板搬送用フォークを備え
たものである。The thin film forming apparatus for an integrated circuit according to claim 11 of the present invention is the thin film forming apparatus for an integrated circuit according to claim 7 or 8, wherein the substrate transfer mechanism is a stepped horseshoe-shaped substrate holder and a stepped substrate. It is equipped with a carrying fork.
【0020】この発明の請求項12に係る集積回路の薄
膜形成装置は、請求項11の集積回路の薄膜形成装置に
おいて、基板搬送機構の基板搬送用フォークは、基板と
の接触部分を合成樹脂で被覆したものである。A thin film forming apparatus for an integrated circuit according to a twelfth aspect of the present invention is the thin film forming apparatus for an integrated circuit according to the eleventh aspect, wherein the substrate transfer fork of the substrate transfer mechanism is made of synthetic resin at a contact portion with the substrate. It is coated.
【0021】この発明の請求項13に係る集積回路の薄
膜形成装置は、請求項11の集積回路の薄膜形成装置に
おいて、基板搬送機構の基板搬送用フォークを、中空構
造としたものである。A thin film forming apparatus for an integrated circuit according to a thirteenth aspect of the present invention is the thin film forming apparatus for an integrated circuit according to the eleventh aspect, wherein the substrate carrying fork of the substrate carrying mechanism has a hollow structure.
【0022】この発明の請求項14に係る集積回路の製
造方法は、イオンビーム源により、銅と、合金元素であ
るチタン、シリコン、アルミニウム、ゲルマニウムから
なる群から選ばれた少なくとも1種の金属とを混合蒸着
しながら、銅合金からなる配線下地層を形成したもので
ある。According to a fourteenth aspect of the present invention, in an integrated circuit manufacturing method, an ion beam source is used to produce copper and at least one metal selected from the group consisting of alloy elements titanium, silicon, aluminum and germanium. A wiring underlayer made of a copper alloy is formed while mixed vapor deposition is performed.
【0023】この発明の請求項15に係る集積回路の製
造方法は、真空槽中の基板近傍に窒素ガスを導入する量
を順次制御しながら、イオンビーム源によって、基板上
にイオンを照射しながらチタンを蒸着して、組成Xが変
化する窒化チタン(TiNX)薄膜層からなる下地層に含
まれたバリア層を形成したものである。According to a fifteenth aspect of the present invention, in the method of manufacturing an integrated circuit, while sequentially controlling the amount of nitrogen gas introduced in the vicinity of the substrate in the vacuum chamber, the substrate is irradiated with ions by the ion beam source. Titanium is vapor-deposited to form a barrier layer included in an underlayer made of a titanium nitride (TiN x ) thin film layer in which the composition X changes.
【0024】この発明の請求項16に係る集積回路の製
造方法は、真空槽中の基板近傍に窒素ガスの混合ガスも
しくは窒素元素を含む混合ガスを導入する量を順次制御
しながら、前記基板に不活性ガスイオンを照射してイオ
ンビーム源によって前記基板上にイオンを照射しながら
チタンを蒸着して、組成Xが変化する窒化チタン(Ti
NX)薄膜層からなる下地層におけるバリア層を形成し
たものである。According to a sixteenth aspect of the present invention, in the method of manufacturing an integrated circuit, the amount of the mixed gas of nitrogen gas or the mixed gas containing nitrogen element introduced into the vicinity of the substrate in the vacuum chamber is sequentially controlled, and the substrate is added to the substrate. Titanium nitride (Ti) whose composition X changes by irradiating an inert gas ion and irradiating the substrate with ions by an ion beam source while depositing titanium.
N X ) The barrier layer is formed in the underlayer composed of a thin film layer.
【0025】この発明の請求項17に係る集積回路の製
造方法は、配線層形成時にはガスイオン源により不活性
ガスイオンを照射しながら、イオンビーム源によって、
基板上にイオンを照射して銅および銅合金を蒸着すると
ともに、配線層成膜時には基板温度を室温からリフロー
開始温度まで連続的に昇温することにより銅または銅合
金配線層を形成したものである。In the integrated circuit manufacturing method according to the seventeenth aspect of the present invention, the ion beam source is used to irradiate the gas layer with the inert gas ions when the wiring layer is formed.
A copper or copper alloy wiring layer is formed by irradiating ions on a substrate to deposit copper and a copper alloy, and continuously raising the substrate temperature from room temperature to the reflow start temperature when forming the wiring layer. is there.
【0026】この発明の請求項18に係る集積回路の製
造方法は、銅および銅合金配線層形成時にガスイオン源
により不活性ガスイオンを照射しながら、イオンビーム
源によって、基板上にイオンを照射して銅または銅合金
を蒸着するとともに、基板温度を室温で配線層を所定の
膜厚だけ堆積した後、リフロー開始温度まで昇温し、再
び、室温に冷却し、所定の膜厚を堆積するという周期を
繰り返すことにより前記銅または銅合金配線層を形成し
たものである。According to the eighteenth aspect of the present invention, in the method of manufacturing an integrated circuit, the substrate is irradiated with ions by the ion beam source while the inert gas ions are irradiated by the gas ion source during the formation of the copper and copper alloy wiring layers. Then, copper or copper alloy is vapor-deposited, and the wiring layer is deposited to a predetermined film thickness at room temperature, then heated to the reflow start temperature, cooled to room temperature again, and deposited to a predetermined film thickness. The copper or copper alloy wiring layer is formed by repeating the above cycle.
【0027】[0027]
【作用】この発明の請求項1記載の集積回路において
は、配線層として銅または銅合金を用いているので、低
抵抗でエレクトロマイグレーション(EM)耐性に優れ
た配線層が形成でき、また、集積回路の下地層における
密着層およびバリア層は薄膜化しても電気的コンタクト
およびバリア性が良い。また、下地層における配線下地
層は、配線層と合金を形成しやすい金属であるので、配
線層形成時に、配線層の銅または銅合金と反応して、合
金化することにより、配線層の融点を低下させる。In the integrated circuit according to the first aspect of the present invention, since copper or a copper alloy is used as the wiring layer, a wiring layer having low resistance and excellent electromigration (EM) resistance can be formed, and the integrated circuit is integrated. Even if the adhesion layer and the barrier layer in the underlayer of the circuit are thinned, they have good electrical contact and barrier properties. In addition, since the wiring underlayer in the underlayer is a metal that easily forms an alloy with the wiring layer, when the wiring layer is formed, it reacts with copper or a copper alloy in the wiring layer to form an alloy, thereby melting the melting point of the wiring layer. Lower.
【0028】この発明の請求項2または請求項3記載の
集積回路においては、集積回路の下地層における配線下
地層は、チタン、シリコン、アルミニウム、ゲルマニウ
ムからなる群から選ばれた少なくとも1種の金属と銅と
から形成される銅合金であるので、配線層形成時に、配
線層の銅と反応して、合金化することにより、配線層の
融点を低下させる。In the integrated circuit according to claim 2 or claim 3 of the present invention, the wiring underlayer in the underlayer of the integrated circuit is at least one metal selected from the group consisting of titanium, silicon, aluminum and germanium. Since it is a copper alloy formed of copper and copper, it reacts with copper in the wiring layer to form an alloy when the wiring layer is formed, thereby lowering the melting point of the wiring layer.
【0029】この発明の請求項4ないし請求項6のいず
れかに記載の集積回路においては、請求項1ないし請求
項3のいずれかの集積回路において、集積回路の下地層
におけるバリア層は、薄膜化しても電気的コンタクトお
よびバリア性が良い。In the integrated circuit according to any one of claims 4 to 6 of the present invention, in the integrated circuit according to any one of claims 1 to 3, the barrier layer in the underlayer of the integrated circuit is a thin film. Electrical contact and barrier properties are good
【0030】こん発明の請求項7記載の薄膜形成装置に
おいては、基板温度制御機構は、基板加熱機構と基板冷
却機構とを備えることにより、成膜中の基板温度の昇降
温度制御性が高くなる。また、集積回路の薄膜形成装置
のイオンビーム源により、蒸着物質の蒸気をイオン化
し、かつ加速手段によりイオン化された蒸気に運動エネ
ルギーを付与しているので、低抵抗で、かつ低抵抗コン
タクトな銅配線層を形成できる。さらに、配線層形成時
にイオンビーム源により1〜500(μA/cm2)の
イオン照射を行うとともに、基板温度制御機構により昇
温降温の温度サイクルを繰り返すことにより、配線材料
である銅または銅合金のリフローを促進し、微細なコン
タクトホールに対しても穴埋め性良く配線層を形成する
ことができ、さらに、反応性が高いので、良好な電気的
コンタクトおよびバリア性を有するTiNなどのバリア
層を形成できる。In the thin film forming apparatus according to the seventh aspect of the present invention, the substrate temperature control mechanism includes the substrate heating mechanism and the substrate cooling mechanism, so that the temperature controllability of the substrate temperature during film formation is enhanced. . Further, since the vapor of the vapor deposition material is ionized by the ion beam source of the thin film forming apparatus of the integrated circuit and the kinetic energy is given to the vaporized vapor by the accelerating means, the copper having a low resistance and a low resistance contact is provided. A wiring layer can be formed. Furthermore, by irradiating 1 to 500 (μA / cm 2 ) of ions with an ion beam source at the time of forming the wiring layer, and repeating a temperature cycle of raising and lowering the temperature by a substrate temperature control mechanism, copper or a copper alloy which is a wiring material. Reflow can be promoted, a wiring layer can be formed with good filling properties even for fine contact holes, and since it has high reactivity, a barrier layer such as TiN having good electrical contact and barrier properties can be formed. Can be formed.
【0031】この発明の請求項8記載の薄膜形成装置に
おいては、基板温度制御機構は、基板加熱機構と基板冷
却機構とを備えることにより、成膜中の基板温度の昇降
温度制御性が高くなる。また、集積回路の薄膜形成装置
のイオンビーム源により、蒸着物質の蒸気をイオン化
し、かつ加速手段によりイオン化された蒸気に運動エネ
ルギーを付与しているので、低抵抗で、かつ低抵抗コン
タクトな銅配線層を形成できる。また、配線層形成時に
ガスイオン源により不活性ガスイオンを照射しながらイ
オンビーム源によって基板上にイオン照射しながら銅お
よび銅合金の蒸着を行うとともに、基板温度制御機構に
より昇温降温の温度サイクルを繰り返すことにより、配
線材料である銅および銅合金のリフローを促進し、微細
なコンタクトホールに対しても穴埋め性良く配線層を形
成することができ、さらに、基板近傍に導入された窒素
ガスが前記ガスイオン源からの不活性ガスイオン照射に
より、活性化して基板に蒸着するので、蒸着物質の蒸気
との反応効率が向上し、良好な電気的コンタクトおよび
バリア性を有するTiNなどのバリア層を形成できる。In the thin film forming apparatus according to the eighth aspect of the present invention, the substrate temperature control mechanism includes the substrate heating mechanism and the substrate cooling mechanism, so that the temperature controllability of the substrate temperature during film formation is enhanced. . Further, since the vapor of the vapor deposition material is ionized by the ion beam source of the thin film forming apparatus of the integrated circuit and the kinetic energy is given to the vaporized vapor by the accelerating means, the copper having a low resistance and a low resistance contact is provided. A wiring layer can be formed. Also, during the formation of the wiring layer, copper and copper alloys are vapor-deposited while irradiating the substrate with the ion beam source while irradiating the inert gas ions with the gas ion source, and the substrate temperature control mechanism heats and lowers the temperature cycle. By repeating the above, it is possible to promote reflow of the wiring material copper and copper alloy, form a wiring layer with a good filling property even for a fine contact hole, and further to prevent nitrogen gas introduced in the vicinity of the substrate. By irradiating inert gas ions from the gas ion source to activate and deposit on the substrate, the reaction efficiency with vapor of the deposition material is improved, and a barrier layer such as TiN having good electrical contact and barrier properties is formed. Can be formed.
【0032】この発明の請求項9記載の集積回路の薄膜
形成装置によれば、請求項7また請求項8記載の集積回
路の薄膜形成装置において、集積回路の薄膜形成装置の
磁界印加型イオンビーム源は、イオン化手段として、グ
ロー放電のプラズマ密度を増加させる磁界印加手段を備
えるとともに、その配置として、磁界を与える磁石をイ
オン化部周囲およびイオン化部の中心軸上に配置するこ
とにより、電子が回転できるように数百ガウスの磁束密
度を電子ビーム放出フィラメントとるつぼとの間のイオ
ン化空間に効率良く印加できるため、蒸着物質の蒸気を
非常に高いイオン化効率でイオン化できる。また、磁界
印加型ガスイオン源は、ガスイオン化手段として、磁界
印加手段を備えるとともに、その配置として、磁界を与
える磁石をイオン化部周囲およびイオン化部の中心軸上
に配置することにより、電子ビームが回転運動できよう
に数百ガウス程度の磁束密度を電子ビーム引き出し電極
内部のイオン化空間に効率良く印加できるため、イオン
化効率を高めることができる。According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a thin film forming apparatus for an integrated circuit according to the seventh aspect, wherein the thin film forming apparatus for the integrated circuit comprises a magnetic field application type ion beam. The source is provided with a magnetic field applying means for increasing the plasma density of glow discharge as an ionizing means, and as the arrangement thereof, a magnet for giving a magnetic field is arranged around the ionization part and on the central axis of the ionization part to rotate electrons. Since a magnetic flux density of several hundred Gauss can be efficiently applied to the ionization space between the electron beam emitting filament and the crucible, the vapor of the vapor deposition material can be ionized with extremely high ionization efficiency. Further, the magnetic field application type gas ion source is provided with a magnetic field application means as a gas ionization means, and as the arrangement thereof, a magnet for applying a magnetic field is arranged around the ionization part and on the central axis of the ionization part, whereby an electron beam is generated. Since a magnetic flux density of about several hundred Gauss can be efficiently applied to the ionization space inside the electron beam extraction electrode so as to allow rotational movement, the ionization efficiency can be increased.
【0033】この発明の請求項10記載の集積回路の薄
膜形成装置によれば、請求項7または請求項8記載の集
積回路の薄膜形成装置において、基板加熱機構および基
板冷却機構は、それぞれ独立に上下移動が可能な機構を
備えることにより、基板温度の昇温あるいは降温時に前
記基板加熱機構あるいは基板冷却機構を基板に対して接
近あるいは接触させることができ、基板温度の昇温降温
をより短時間に制御性良く行うことができる。また、基
板回転機構としては、1回転毎に回転方向を反転させる
機構を備えたことにより、基板加熱機構および基板冷却
機構を備えた場合でも、装置構造が複雑にならず、容易
に一方向に連続して回転した場合と同様の基板回転の効
果が得られる。According to the thin film forming apparatus for an integrated circuit of the tenth aspect of the present invention, in the thin film forming apparatus for the integrated circuit according to the seventh or eighth aspect, the substrate heating mechanism and the substrate cooling mechanism are independent of each other. By providing a mechanism that can move up and down, the substrate heating mechanism or the substrate cooling mechanism can be brought close to or in contact with the substrate when the substrate temperature is raised or lowered, and the substrate temperature can be raised or lowered in a shorter time. It can be performed with good controllability. Further, since the substrate rotating mechanism is provided with a mechanism for reversing the rotating direction for each rotation, even if the substrate heating mechanism and the substrate cooling mechanism are provided, the device structure does not become complicated, and the device can be easily rotated in one direction. The same effect of substrate rotation as in the case of continuous rotation can be obtained.
【0034】この発明の請求項11記載の集積回路の薄
膜形成装置によれば、請求項7または請求項8記載の集
積回路の薄膜形成装置において、段差付き馬蹄型基板ホ
ルダーおよび段差付き基板搬送用フォークを用いること
により、上下方向の運動のみにより容易に基板の受け渡
しができる。また、段差を形成することにより、搬送時
および受け渡し時の基板の墜落および位置ずれなどを抑
制でき、また、基板との接触面積を小さくできる。According to an eleventh aspect of the present invention, there is provided a thin film forming apparatus for an integrated circuit according to the seventh or eighth aspect, wherein the stepped horseshoe-shaped substrate holder and the stepped substrate transfer are used. By using the fork, it is possible to easily transfer the substrate only by the vertical movement. Further, by forming the step, it is possible to prevent the substrate from falling and being displaced during transportation and delivery, and to reduce the contact area with the substrate.
【0035】この発明の請求項12記載の集積回路の薄
膜形成装置によれば、請求項11記載の集積回路の薄膜
形成装置において、基板搬送機構の基板搬送用フォーク
は、基板との接触部分をテフロン、ポリピレンなどの合
成樹脂で被覆することにより、基板に対するダストの発
生を抑制することができ、集積回路形成時の歩留まりを
向上させることができる。According to a twelfth aspect of the present invention, there is provided an integrated circuit thin film forming apparatus according to the eleventh aspect of the present invention, in which the substrate carrying fork of the substrate carrying mechanism has a contact portion with the substrate. By covering with a synthetic resin such as Teflon or polypropylene, generation of dust on the substrate can be suppressed, and the yield at the time of forming an integrated circuit can be improved.
【0036】この発明の請求項13記載の集積回路の薄
膜形成装置によれば、請求項11記載の集積回路の薄膜
形成装置において、基板搬送機構の基板搬送用フォーク
を中空構造とすることにより、基板搬送用フォークの自
重の軽量化が可能となり、基板搬送時の位置精度を向上
させることができる。According to a thirteenth aspect of the present invention, there is provided a thin film forming apparatus for an integrated circuit according to the eleventh aspect, wherein the substrate carrying fork of the substrate carrying mechanism has a hollow structure. It is possible to reduce the weight of the substrate transfer fork and reduce the positional accuracy when the substrate is transferred.
【0037】この発明の請求項14記載の集積回路の製
造方法によれば、集積回路の下地層における配線下地層
は、チタン、シリコン、アルミニウム、ゲルマニウムか
らなる群から選ばれた少なくとも1種の金属と銅とから
形成される銅合金であるので、配線層形成時に、配線層
の銅と反応して、合金化することにより、配線層の融点
を低下させる。According to the integrated circuit manufacturing method of the fourteenth aspect of the present invention, the wiring underlayer in the underlayer of the integrated circuit is at least one metal selected from the group consisting of titanium, silicon, aluminum and germanium. Since it is a copper alloy formed of copper and copper, it reacts with copper in the wiring layer to form an alloy when the wiring layer is formed, thereby lowering the melting point of the wiring layer.
【0038】この発明の請求項15または請求項16記
載の集積回路の製造方法によれば、集積回路の下地層に
おけるバリア層は、薄膜化しても電気的コンタクトおよ
びバリア性が良い。According to the integrated circuit manufacturing method of the fifteenth or sixteenth aspect of the present invention, the barrier layer in the base layer of the integrated circuit has good electrical contact and barrier properties even when it is thinned.
【0039】この発明の請求項17記載の集積回路の製
造方法によれば、配線層形成時にガスイオン源により不
活性ガスイオンを照射しながら、イオンビーム源によっ
て、基板上にイオンを照射しながら銅または銅合金を蒸
着することにより、銅または銅合金配線膜の結晶粒成長
を抑制するとともに、配線材料である銅または銅合金が
リフローし易くなり、微細なコンタクトホールに対して
も穴埋め性良く配線膜を形成できる。また、配線層成膜
中に基板温度を室温からリフロー開始温度まで連続的に
昇温することにより、同様に配線材料である銅および銅
合金がリフローし易くなり、微細なコンタクトホールに
対しても穴埋め性良く配線膜を形成できる。According to the method of manufacturing an integrated circuit according to claim 17 of the present invention, while irradiating the gas ion source with the inert gas ions at the time of forming the wiring layer and irradiating the substrate with the ion beam source. By depositing copper or copper alloy, it suppresses the crystal grain growth of the copper or copper alloy wiring film, and the wiring material copper or copper alloy easily reflows, making it easy to fill even minute contact holes. A wiring film can be formed. Further, by continuously raising the substrate temperature from room temperature to the reflow start temperature during the formation of the wiring layer, copper and copper alloy, which are also wiring materials, easily reflow, and even for fine contact holes. A wiring film can be formed with good filling properties.
【0040】この発明の請求項18記載の集積回路の製
造方法によれば、銅または銅合金配線層形成時にガスイ
オン源により不活性ガスイオンを照射しながら、イオン
ビーム源によって、基板上にイオンを照射しながら銅ま
たは銅合金を蒸着することにより、銅または銅合金配線
膜の結晶粒成長が抑制されるとともに、配線材料である
銅または銅合金がリフローし易くなり、微細なコンタク
トホールに対しても穴埋め性良く配線膜を形成できる。
また、基板温度を室温で配線層を所定の膜厚だけ堆積し
た後、リフロー開始温度まで昇温し、再び室温に冷却
し、所定の膜厚を堆積するという周期を繰り返すことに
より、同様に配線材料である銅または銅合金がリフロー
し易くなり、微細なコンタクトホールに対しても穴埋め
性良く配線膜を形成できる。According to the method of manufacturing an integrated circuit according to claim 18 of the present invention, while the copper or copper alloy wiring layer is formed, the ion beam source irradiates the substrate with the inert gas ions while the ion source irradiates the ions on the substrate. By depositing copper or a copper alloy while irradiating with, the crystal grain growth of the copper or copper alloy wiring film is suppressed, and the wiring material copper or copper alloy easily reflows. However, the wiring film can be formed with good filling properties.
In addition, by repeating the cycle of depositing a wiring layer with a predetermined film thickness at the substrate temperature, then raising the temperature to the reflow start temperature, cooling to room temperature again, and depositing a predetermined film thickness The material copper or copper alloy easily reflows, and a wiring film can be formed with good filling properties even for fine contact holes.
【0041】[0041]
実施例1.以下、この発明の実施例を図に基づいて説明
する。図1はこの発明の一実施例における集積回路の構
成を示す断面図である。1はシリコン基板、2は銅配線
層、4は絶縁層、5はコンタクトホール、3はシリコン
基板1と銅配線層2との間に形成された下地層であり、
この下地層3は、シリコン基板1側から銅配線層2側に
向かって順次配設されるチタン層からなる密着層31
(a)、TiN層からなるバリア層32(a)、シリコ
ン層からなる配線下地層33(a)から構成されてい
る。Example 1. An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view showing the structure of an integrated circuit according to an embodiment of the present invention. 1 is a silicon substrate, 2 is a copper wiring layer, 4 is an insulating layer, 5 is a contact hole, 3 is a base layer formed between the silicon substrate 1 and the copper wiring layer 2,
The underlayer 3 is an adhesion layer 31 made of a titanium layer which is sequentially arranged from the silicon substrate 1 side toward the copper wiring layer 2 side.
(A), a barrier layer 32 (a) made of a TiN layer, and a wiring base layer 33 (a) made of a silicon layer.
【0042】なお、上記実施例では、バリア層32
(a)としてTiN層を適用したが、勿論これに限定さ
れるものではなく、TiNに替えてTiWN、TiW、
TiCN、TiONなどを適用しても同様の効果を得
る。また、配線下地層33(a)としてシリコン層を適
用したが、勿論これに限定されるものではなく、シリコ
ンに替えてチタン、アルミニウム、ゲルマニウムなどを
適用しても同様の効果を得る。In the above embodiment, the barrier layer 32
Although the TiN layer is applied as (a), the present invention is not limited to this, and TiWN, TiW,
The same effect can be obtained by applying TiCN, TiON or the like. Further, although the silicon layer is applied as the wiring base layer 33 (a), it is not limited to this, and titanium, aluminum, germanium or the like may be applied instead of silicon to obtain the same effect.
【0043】図7および8は本発明の集積回路を製造す
る場合に好適に用いられる薄膜形成装置の一例を模式的
に示す構成図である。特に、図8はイオン化手段として
磁界印加型イオン化手段159を用いたものである。図
において、80は所定の真空度に保持された真空槽、1
はこの真空槽80の上方に基板回転保持装置81によっ
て回転可能に保持された基板、82はこの基板1の温度
の昇温降温を制御する基板温度制御機構、83は基板1
の表面近傍に流量の調整された窒素ガスを導入するガス
導入管、84はこのガス導入管83内を流れる窒素ガス
の流量を調整する流量調整バルブ、85はガス導入管8
3および流量調整バルブ84より構成される窒素ガス導
入手段、100は基板1を真空槽80内に搬入、搬出す
る基板搬送機構、86は真空槽80内の真空度を調整す
るための真空排気系である。FIGS. 7 and 8 are schematic views showing an example of a thin film forming apparatus preferably used for manufacturing the integrated circuit of the present invention. In particular, FIG. 8 uses the magnetic field application type ionization means 159 as the ionization means. In the figure, 80 is a vacuum chamber which is maintained at a predetermined vacuum degree, 1
Is a substrate rotatably held above the vacuum chamber 80 by a substrate rotation holding device 81, 82 is a substrate temperature control mechanism for controlling the temperature rise / fall of the substrate 1, and 83 is the substrate 1
Of the nitrogen gas whose flow rate is adjusted near the surface of the gas introduction pipe, 84 is a flow rate adjusting valve for adjusting the flow rate of the nitrogen gas flowing in the gas introduction pipe 83, and 85 is the gas introduction pipe 8
3 and a flow rate adjusting valve 84, a nitrogen gas introducing means 100, a substrate transfer mechanism 100 for loading and unloading the substrate 1 into and from the vacuum chamber 80, and 86 a vacuum exhaust system for adjusting the degree of vacuum in the vacuum chamber 80. Is.
【0044】87(a)、87(b)、87(c)は各
蒸着物質の蒸気の流れを開閉するシャッター、50
(a)、50(b)、50(c)は、各るつぼ51
(a)、51(b)、51(c)に蒸着物質としてチタ
ン52(a)、シリコン52(b)、銅52(c)をそ
れぞれ保有し、各蒸着物質52(a)、52(b)、5
2(c)のイオン化された蒸気を各シャッター87
(a)、87(b)、87(c)を介し、基板1に向け
て照射する第1、第2および第3のイオンビーム源であ
り、図8の場合は、第1、第2および第3の磁界印加型
イオンビーム源150(a)、150(b)、150
(c)である。87 (a), 87 (b) and 87 (c) are shutters for opening and closing the flow of vapor of each vapor deposition material, and 50.
(A), 50 (b), 50 (c) are each crucible 51
Titanium 52 (a), silicon 52 (b), and copper 52 (c) are respectively held as vapor deposition substances in (a), 51 (b), and 51 (c), and each vapor deposition substance 52 (a), 52 (b) is held. ), 5
2 (c) of the ionized vapor is applied to each shutter 87.
First, second and third ion beam sources for irradiating the substrate 1 via (a), 87 (b) and 87 (c). In the case of FIG. 8, the first, second and third ion beam sources are provided. Third magnetic field application type ion beam source 150 (a), 150 (b), 150
It is (c).
【0045】また、53はるつぼ51(a)の周囲に配
設された加熱用フィラメント、54はこの加熱用フィラ
メント53の周囲を覆うように配設された熱シールド板
で、これらるつぼ51(a)、加熱用フィラメント5
3、熱シールド板54で蒸気発生手段55を構成してい
る。56は電子ビームを放出する電子ビーム放出フィラ
メント、57はこの電子ビーム放出フィラメント56か
ら電子を引き出して加速する電子ビーム引き出し電極、
58は電子ビーム放出フィラメント56の周囲を覆うよ
うに配設された熱シールド板で、これら電子ビーム放出
フィラメント56、電子ビーム引き出し電極57、熱シ
ールド板58によりイオン化手段59を構成している。Further, 53 is a heating filament arranged around the crucible 51 (a), 54 is a heat shield plate arranged so as to cover the circumference of the heating filament 53, and these crucible 51 (a) ), Heating filament 5
3. The heat shield plate 54 constitutes the steam generating means 55. Reference numeral 56 is an electron beam emitting filament for emitting an electron beam, 57 is an electron beam extracting electrode for extracting and accelerating electrons from the electron beam emitting filament 56,
Reference numeral 58 denotes a heat shield plate arranged so as to cover the periphery of the electron beam emission filament 56, and the electron beam emission filament 56, the electron beam extraction electrode 57, and the heat shield plate 58 constitute an ionization means 59.
【0046】図8の場合は、電子ビームを放出する電子
ビーム放出フィラメント56、この電子ビーム放出フィ
ラメント56から電子を引き出して加速する電子ビーム
引き出し電極57、電子ビーム放出フィラメント56の
周囲を覆うように配設された熱シールド板58の他に、
磁界を与える磁石をイオン化部周囲およびイオン化部の
中心軸上に配置したことを特徴とする磁界印加手段60
および61により磁界印加型イオン化手段159を構成
している。62はイオン化手段59あるいは磁界印加型
イオン化手段159によりイオン化された蒸着物質の蒸
気を電界で加速し、運動エネルギーを付与する加速電極
である。In the case of FIG. 8, the electron beam emitting filament 56 for emitting an electron beam, the electron beam extracting electrode 57 for extracting and accelerating the electrons from the electron beam emitting filament 56, and the periphery of the electron beam emitting filament 56 are covered. In addition to the arranged heat shield plate 58,
A magnetic field applying means 60 characterized in that a magnet for giving a magnetic field is arranged around the ionization section and on the central axis of the ionization section.
And 61 constitute a magnetic field application type ionization means 159. Reference numeral 62 denotes an accelerating electrode for accelerating the vapor of the vapor deposition material ionized by the ionization means 59 or the magnetic field application type ionization means 159 with an electric field to give kinetic energy.
【0047】70は加熱フィラメント53用の第1の交
流電源、71はるつぼ51(a)の電位を加熱フィラメ
ント53に対して正にバイアスする第1の直流電源、7
2は電子ビーム放出フィラメント56用の第2の交流電
源、73は電子ビーム放出フィラメント56の電位を電
子ビーム引き出し電極57に対して負にバイアスする第
2の直流電源、74はるつぼ51(a)および電子ビー
ム引き出し電極57の電位を加速電極62に対して正に
バイアスする第3の直流電源で、これら各電源70〜7
4により電源装置75は構成されている。そして、この
電源装置75によって駆動される蒸気発生手段55、イ
オン化手段59もしくは磁界印加型イオン化手段159
および加速電極62により前述の第1のイオンビーム源
50(a)もしくは第1の磁界印加型イオンビーム源1
50(a)は構成されている。なお、第2のイオンビー
ム源50(b)、および第3のイオンビーム源50
(c)もしくは第2の磁界印加型イオンビーム源150
(b)、第3の磁界印加型イオンビーム源150(c)
については、第1のイオンビーム源50(a)もしくは
第1の磁界印加型イオンビーム源150(a)と同様の
構成なので説明は省略する。Reference numeral 70 is a first AC power source for the heating filament 53, 71 is a first DC power source for positively biasing the potential of the crucible 51 (a) with respect to the heating filament 53, 7
2 is a second AC power source for the electron beam emitting filament 56, 73 is a second DC power source for biasing the potential of the electron beam emitting filament 56 negatively with respect to the electron beam extraction electrode 57, 74 Crucible 51 (a) And a third DC power supply that positively biases the potential of the electron beam extraction electrode 57 with respect to the acceleration electrode 62.
4, the power supply device 75 is configured. Then, the steam generation means 55, the ionization means 59 or the magnetic field application type ionization means 159 driven by the power supply device 75.
And the accelerating electrode 62, the first ion beam source 50 (a) or the first magnetic field application type ion beam source 1 described above.
50 (a) is configured. The second ion beam source 50 (b) and the third ion beam source 50
(C) Or second magnetic field application type ion beam source 150
(B), third magnetic field application type ion beam source 150 (c)
The configuration is the same as that of the first ion beam source 50 (a) or the first magnetic field application type ion beam source 150 (a), and a description thereof will be omitted.
【0048】次に、上記のように構成された薄膜形成装
置の動作について説明する。例として、図1に示される
集積回路を形成する場合について説明を行う。まず、真
空排気系86によって、真空槽80内を1×10-6To
rr程度の真空度になるまで排気した後、基板搬送機構
100により基板1を基板回転保持装置81に配置す
る。次に、基板温度制御機構82により基板温度を所定
の温度に設定し、基板回転保持装置81により回転させ
る。次いで、各シャッター87(a)、87(b)、8
7(c)を閉の状態で、蒸着物質として、チタン52
(a)、シリコン52(b)、銅52(c)がそれぞれ
充填された各るつぼ51(a)、51(b)、51
(c)へ、すなわち、例えば第1のイオンビーム源50
(a)もしくは第1の磁界印加型イオンビーム源150
(a)の場合は、加熱用フィラメント53から放出され
る電子を、第1の直流電源71から印加される電界によ
ってるつぼ51(a)に向かって加速し、衝突させるこ
とにより、るつぼ51(a)を加熱する。Next, the operation of the thin film forming apparatus configured as described above will be described. As an example, a case of forming the integrated circuit shown in FIG. 1 will be described. First, the inside of the vacuum chamber 80 is 1 × 10 −6 To by the vacuum exhaust system 86.
After exhausting to a vacuum degree of about rr, the substrate 1 is placed on the substrate rotation holding device 81 by the substrate transfer mechanism 100. Next, the substrate temperature control mechanism 82 sets the substrate temperature to a predetermined temperature, and the substrate rotation holding device 81 rotates the substrate temperature. Next, each shutter 87 (a), 87 (b), 8
With 7 (c) closed, titanium 52
Crucibles 51 (a), 51 (b), 51 filled with (a), silicon 52 (b), and copper 52 (c), respectively.
To (c), that is, for example, the first ion beam source 50
(A) or the first magnetic field application type ion beam source 150
In the case of (a), the electrons emitted from the heating filament 53 are accelerated toward the crucible 51 (a) by the electric field applied from the first DC power supply 71 and collided, whereby the crucible 51 (a) is collided. ) Is heated.
【0049】この加熱によって、るつぼ51(a)内の
チタン52(a)は蒸発して真空槽80内に噴射され
る。このようにして噴射されたチタン52(a)の蒸気
は電子ビーム放出フィラメント56から放出される電子
ビームによって、イオン化される。この際、図8の場
合、磁界印加型イオン化手段159はグロー放電のプラ
ズマ密度を増加させる磁界印加手段60、61により電
子が回転できるように数百ガウスの磁束密度を電子ビー
ム放出フィラメント56とるつぼ51(a)との間のイ
オン化空間に効率良く印加できるため、非常に高いイオ
ン化効率でイオン化される。By this heating, the titanium 52 (a) in the crucible 51 (a) is vaporized and injected into the vacuum chamber 80. The vapor of titanium 52 (a) thus injected is ionized by the electron beam emitted from the electron beam emitting filament 56. At this time, in the case of FIG. 8, the magnetic field application type ionization means 159 has a flux density of several hundred gausses for the electron beam emitting filament 56 so that the electrons can be rotated by the magnetic field application means 60, 61 for increasing the plasma density of the glow discharge. Since it can be efficiently applied to the ionization space between 51 (a), it is ionized with a very high ionization efficiency.
【0050】以上より、イオン化された蒸着物質の蒸気
は、イオン化されない残りの蒸着物質の蒸気とともに、
加速電極62で形成される電界によって加速される。こ
の状態でシャッター87(a)を開の状態に切り替える
と、これらイオン化された蒸着物質の蒸気およびイオン
化されない残りの蒸着物質の蒸気は、基板1表面に照射
され衝突することにより、基板1表面にはチタン52
(a)の薄膜、すなわち、図1に示すように密着層であ
るチタン層31(a)が形成される。From the above, the vaporized vaporized vapor deposition material is vaporized together with the vaporized vaporized vapor deposition material which is not ionized.
It is accelerated by the electric field formed by the acceleration electrode 62. When the shutter 87 (a) is switched to the open state in this state, the vaporized vaporized deposition material and the vaporized vaporized residual vaporization material are applied to the surface of the substrate 1 and collide with each other so that the surface of the substrate 1 is collided. Is titanium 52
The thin film of (a), that is, the titanium layer 31 (a) as an adhesion layer is formed as shown in FIG.
【0051】次いで、流量調整バルブ84を開き、真空
槽80内にガス導入管83より窒素ガスを基板1表面近
傍に導入し、この窒素ガスと照射されるイオン化された
蒸着物質の蒸気および蒸着物質の蒸気とを基板1上で反
応させて、図1に示すようにチタン層31(a)の上に
バリア層である窒化チタン層32(a)を形成する。Then, the flow rate adjusting valve 84 is opened, and nitrogen gas is introduced into the vacuum chamber 80 through the gas introducing pipe 83 near the surface of the substrate 1. The vapor of the ionized vapor deposition material and the vapor deposition material which are irradiated with this nitrogen gas are introduced. To react on the substrate 1 to form a titanium nitride layer 32 (a) as a barrier layer on the titanium layer 31 (a) as shown in FIG.
【0052】次いで、シャッタ87(a)を閉じるとと
もに流量調整バルブ84を閉じて真空槽80内への窒素
ガスの供給を停止した後、シャッター87(b)を開の
状態にすると、第1のイオンビーム源50(a)もしく
は第1の磁界印加型イオンビーム源150(a)の場合
と同様の作用により、今度は第2のイオンビーム源50
(b)もしくは磁界印加型イオンビーム源150(b)
からのシリコン52(b)のイオン化された蒸気および
蒸気が、基板1表面に照射され衝突ことにより、図1に
示すように窒化チタン層32(a)上に配線下地層であ
るシリコン層33(a)が形成され、これらチタン層3
1(a)、窒化チタン層32(a)およびシリコン層3
3(a)で下地層3が構成される。Then, the shutter 87 (a) is closed and the flow rate adjusting valve 84 is closed to stop the supply of the nitrogen gas into the vacuum chamber 80, and then the shutter 87 (b) is opened. By the same action as in the case of the ion beam source 50 (a) or the first magnetic field application type ion beam source 150 (a), this time the second ion beam source 50
(B) or magnetic field application type ion beam source 150 (b)
As shown in FIG. 1, the ionized vapor and vapor of silicon 52 (b) from the substrate are irradiated to the surface of the substrate 1 and collide with each other. As a result, as shown in FIG. a) is formed and these titanium layers 3
1 (a), titanium nitride layer 32 (a) and silicon layer 3
The underlayer 3 is composed of 3 (a).
【0053】その後、シャッター87bを閉じるととも
にシャッター87(c)を開の状態にすると、第3のイ
オンビーム源50(c)もしくは磁界印加型イオンビー
ム源150(c)からの銅52(c)のイオン化された
蒸気および蒸気が、基板1表面に照射され衝突すること
により、図1に示すように銅配線層2がシリコン層33
(a)上に形成され、集積回路が構成される。Thereafter, when the shutter 87b is closed and the shutter 87 (c) is opened, the copper 52 (c) from the third ion beam source 50 (c) or the magnetic field application type ion beam source 150 (c). The ionized vapor and the vapor of the above are radiated and collide with the surface of the substrate 1, so that the copper wiring layer 2 becomes the silicon layer 33 as shown in FIG.
(A) is formed on the integrated circuit to form an integrated circuit.
【0054】ここで、銅配線層2の形成時にイオンビー
ム源50(c)もしくは磁界印加型イオンビーム源15
0(c)により1〜500(μA/cm2)のイオン照
射を行いながら、銅を蒸着することにより、銅配線膜の
結晶粒成長を抑制するとともに、配線材料である銅のリ
フロー温度を低くすることができ、リフローし易くな
り、微細なコンタクトホールに対しても穴埋め性良く配
線膜を形成できる。また、銅配線層2の形成時の基板1
の温度を基板温度制御機構82により、図15に示すよ
うに、基板温度を室温T1で一定膜厚を堆積することに
より、結晶粒の成長を抑制しながら、コンタクトホール
側面および底面に連続膜形成を行うことができ、次い
で、基板温度T1からリフロー開始温度T2まで連続的
に昇温することにより、下地層3の最表層のシリコン層
33(a)は銅配線層2の銅と反応し、合金化すること
によって銅配線層2の融点を低下せしめることができ、
リフローし易くなり、微細なコンタクトホールに対して
も埋め込み性良く配線膜が形成できる。Here, when the copper wiring layer 2 is formed, the ion beam source 50 (c) or the magnetic field application type ion beam source 15 is used.
By depositing copper while performing ion irradiation of 1 to 500 (μA / cm 2 ) with 0 (c), crystal grain growth of the copper wiring film is suppressed and the reflow temperature of copper, which is a wiring material, is lowered. Therefore, the reflow is facilitated, and the wiring film can be formed with good filling property even for a fine contact hole. In addition, the substrate 1 when the copper wiring layer 2 is formed
15, the substrate temperature control mechanism 82 deposits a constant film thickness at a substrate temperature of room temperature T1 to suppress the growth of crystal grains and form a continuous film on the side surface and the bottom surface of the contact hole. Then, by continuously increasing the temperature from the substrate temperature T1 to the reflow starting temperature T2, the outermost silicon layer 33 (a) of the underlayer 3 reacts with the copper of the copper wiring layer 2, By alloying, the melting point of the copper wiring layer 2 can be lowered,
Reflow is facilitated, and a wiring film can be formed with a good filling property even in a fine contact hole.
【0055】また、同様に、銅配線層2の形成時にイオ
ンビーム源50(c)もしくは磁界印加型イオンビーム
源150(c)により1〜500(μA/cm2)のイ
オン照射を行いながら、銅を蒸着するとともに、銅配線
層2の形成時の基板温度を基板温度制御機構82によ
り、図16に示すように、基板温度を室温T1で配線膜
を所定の膜厚だけ堆積した後、リフロー開始温度T2ま
で昇温し、再び、室温T1に基板温度を冷却し、所定の
膜厚を堆積するという周期を繰り返すようにしてもよ
い。すなわち、室温T1である一定膜厚を堆積すること
により、結晶粒の成長を抑制しながら、コンタクトホー
ル側面および底面に連続膜形成を行うことができ、次の
段階として、室温T1からリフロー開始温度T2まで連
続的に昇温することにより、下地層3の最表層のシリコ
ン層33(a)は銅配線層2の銅と反応し、合金化する
ことによって銅配線層2の融点を低下させるため、リフ
ローしやすくなり、微細なコンタクトホール中に銅が埋
め込まれる。再び、室温T1に基板温度を冷却し、所定
の膜厚を堆積することにより、前述のように、結晶粒の
成長を抑制しながら、コンタクトホール側面および底面
に連続膜形成を行うことができ、次の段階として、再
び、室温T1からリフロー開始温度T2まで連続的に昇
温することにより、前述のように、合金化することによ
って銅配線層2の融点を低下せしめることにより、リフ
ローしやすくなり、微細なコンタクトホール中に銅が埋
め込まれる。以上の周期を繰り返すことにより、基板表
面に堆積した銅配線層2が効率良くコンタクトホール内
に埋め込まれるため、アスペクト比の大きなコンタクト
ホールに対してもオーバーハングを抑制できるととも
に、ボイドの発生が抑制でき、基板表面での平坦性が向
上し、高品質の銅配線層2を歩留まり良く形成できる。Similarly, at the time of forming the copper wiring layer 2, 1 to 500 (μA / cm 2 ) of ion irradiation is performed by the ion beam source 50 (c) or the magnetic field application type ion beam source 150 (c), After depositing copper, the substrate temperature at the time of forming the copper wiring layer 2 is controlled by the substrate temperature control mechanism 82, as shown in FIG. The cycle of raising the temperature to the starting temperature T2, cooling the substrate temperature to the room temperature T1 again, and depositing a predetermined film thickness may be repeated. That is, by depositing a constant film thickness that is room temperature T1, continuous film formation can be performed on the side surface and the bottom surface of the contact hole while suppressing the growth of crystal grains. By continuously raising the temperature to T2, the outermost silicon layer 33 (a) of the underlayer 3 reacts with the copper of the copper wiring layer 2 and alloys to lower the melting point of the copper wiring layer 2. , Reflow becomes easier, and copper is embedded in the fine contact hole. By cooling the substrate temperature to room temperature T1 again and depositing a predetermined film thickness, it is possible to form a continuous film on the side surface and the bottom surface of the contact hole while suppressing the growth of crystal grains as described above. In the next step, by continuously raising the temperature from the room temperature T1 to the reflow starting temperature T2 again, as described above, the melting point of the copper wiring layer 2 is lowered by alloying, which facilitates reflow. , Copper is embedded in the fine contact holes. By repeating the above cycle, the copper wiring layer 2 deposited on the surface of the substrate is efficiently embedded in the contact hole, so that overhang can be suppressed even in a contact hole having a large aspect ratio and generation of voids can be suppressed. Therefore, the flatness on the substrate surface is improved, and the high-quality copper wiring layer 2 can be formed with a high yield.
【0056】上記のように構成されるこの発明の実施例
1における集積回路によれば、コンタクトホール5の長
さ方向に対して、シリコン基板1側からシリコンとのコ
ンタクト抵抗が小さく且つ密着性の高いチタン層31
(a)を配設し、またその上にシリコンと銅配線材料と
のバリア性が良好な窒化チタン層32(a)を配設し、
さらにその上に銅配線材料と密着性および濡れ性が良
く、銅と合金化しやすいシリコン層33(a)をそれぞ
れ配設し、下地層3をこれら各層31(a)、32
(a)、33(a)の3層構造としたので、銅配線層2
形成時に基板温度制御を行うことにより、下地層3の最
表層のシリコン層33(a)は銅配線層2の銅と反応
し、合金化することによって銅配線層2の融点を低下せ
しめることができ、リフローしやすくなり、微細なコン
タクトホールに対しても埋め込み性が向上し、また、電
気的コンタクト性およびバリア性の良い集積回路が得ら
れる。According to the integrated circuit of the first embodiment of the present invention configured as described above, the contact resistance from the silicon substrate 1 side to silicon is small and the adhesion is high in the length direction of the contact hole 5. High titanium layer 31
(A) is provided, and a titanium nitride layer 32 (a) having a good barrier property between silicon and a copper wiring material is provided thereon.
Furthermore, a silicon layer 33 (a) which has good adhesion and wettability with a copper wiring material and is easily alloyed with copper is provided thereon, and the underlayer 3 is provided with each of these layers 31 (a), 32.
Since the three-layer structure of (a) and 33 (a) is adopted, the copper wiring layer 2
By controlling the substrate temperature during formation, the outermost silicon layer 33 (a) of the underlayer 3 reacts with the copper of the copper wiring layer 2 and is alloyed to lower the melting point of the copper wiring layer 2. Therefore, it is easy to reflow, the burying property is improved even in a fine contact hole, and an integrated circuit having a good electrical contact property and a good barrier property can be obtained.
【0057】以上より、低抵抗で、かつ低抵抗コンタク
トな銅配線層を形成でき、銅配線層2を用いた高品質の
集積回路を基板の表面に効率良く形成でき、耐エレクト
ロマイグレーション性に優れた超LSIの微細配線膜を
信頼性高く製造できる。As described above, a copper wiring layer having a low resistance and a low resistance contact can be formed, a high quality integrated circuit using the copper wiring layer 2 can be efficiently formed on the surface of the substrate, and the electromigration resistance is excellent. It is possible to manufacture a fine wiring film of a super LSI with high reliability.
【0058】なお、上記実施例では、バリア層32
(a)としてTiN層を適用したが、勿論これに限定さ
れるものではなく、TiNに替えてTiWN、TiW、
TiCN、TiONなどを適用しても同様の効果を得
る。また、配線下地層33(a)としてシリコン層を適
用したが、勿論これに限定されるものではなく、シリコ
ンに替えてチタン、アルミニウム、ゲルマニウムなどを
適用しても同様の効果を得る。In the above embodiment, the barrier layer 32
Although the TiN layer is applied as (a), the present invention is not limited to this, and TiWN, TiW,
The same effect can be obtained by applying TiCN, TiON or the like. Further, although the silicon layer is applied as the wiring base layer 33 (a), it is not limited to this, and titanium, aluminum, germanium or the like may be applied instead of silicon to obtain the same effect.
【0059】実施例2.図9および図10は本発明の集
積回路を製造する場合に好適に用いられる薄膜形成装置
の別の実施例を模式的に示す構成図である。特に、図1
0の場合、イオン化部に磁界を印加する磁界印加手段を
設けたものである。ここで、図7および8との同一部分
の説明は同一符号を付し、その説明は省略する。図にお
いて、83は基板1近傍に窒素ガスを導入するガス導入
管、90はアルゴンガスなどの不活性ガスの流量を調整
する流量調整弁、91はガス導入管、92は電子ビーム
放出手段であるフィラメント、93は内部でプラズマを
形成する電子ビーム引き出し電極、94はイオンを加速
制御して多孔電極95を通して基板1に照射する加速手
段であり、110はガス導入管91、電子ビーム放出手
段92、電子ビーム引き出し電極93、多孔電極95お
よび加速手段94により構成されるガスイオン源であ
る。Example 2. 9 and 10 are schematic views showing another embodiment of the thin film forming apparatus preferably used when manufacturing the integrated circuit of the present invention. In particular,
In the case of 0, a magnetic field applying means for applying a magnetic field is provided in the ionization section. Here, the same parts as those in FIGS. 7 and 8 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. In the figure, 83 is a gas introducing pipe for introducing nitrogen gas into the vicinity of the substrate 1, 90 is a flow rate adjusting valve for adjusting the flow rate of an inert gas such as argon gas, 91 is a gas introducing pipe, and 92 is an electron beam emitting means. Filament 93 is an electron beam extraction electrode for forming plasma inside, 94 is an accelerating means for accelerating and irradiating ions to substrate 1 through porous electrode 95, 110 is gas introducing tube 91, electron beam emitting means 92, The gas ion source is composed of an electron beam extraction electrode 93, a porous electrode 95 and an acceleration means 94.
【0060】図10の場合は、ガス導入管91、電子ビ
ーム放出手段92、電子ビーム引き出し電極93、多孔
電極95、加速手段94の他に、イオン化部に磁界を印
加する磁界印加手段96からなる磁界印加型ガスイオン
源120を構成している。In the case of FIG. 10, in addition to the gas introduction tube 91, the electron beam emission means 92, the electron beam extraction electrode 93, the porous electrode 95, the acceleration means 94, a magnetic field application means 96 for applying a magnetic field to the ionization section. A magnetic field application type gas ion source 120 is configured.
【0061】97は電子ビーム放出手段であるフィラメ
ント92を加熱するフィラメント加熱用電源、98は電
子ビーム放出手段であるフィラメント92に対して電子
ビーム引き出し電極93を正の電位にバイアスする直流
電源、99は加速手段94に対して電子ビーム引き出し
電極93を正の電位にバイアスする直流電源である。Reference numeral 97 is a filament heating power source for heating the filament 92 serving as an electron beam emitting means, 98 is a DC power source for biasing the electron beam extraction electrode 93 to a positive potential with respect to the filament 92 serving as an electron beam emitting means, 99 Is a DC power source for biasing the electron beam extraction electrode 93 to a positive potential with respect to the acceleration means 94.
【0062】次に、上記のように構成された薄膜形成装
置の動作について説明する。例として、図1に示される
集積回路の銅配線層を形成する場合について説明を行
う。配線下地層であるシリコン層までは、実施例1と同
様に形成を行う。次いで、真空排気装置86によって、
高真空に保持された真空槽80内に、流量調整バルブ9
0を調整することにより、ガスイオン源110もしくは
磁界印加型ガスイオン源120の電子ビーム引き出し電
極93内にガス導入管91より不活性ガスであるアルゴ
ンガスを導入し、真空槽80内のガス圧を10-5〜10
-3Torr程度になるように調整する。フィラメント加
熱電源97により、電子ビーム放出手段である加熱され
たフィラメント92から、電子ビーム引き出し電極93
に向かって電子ビームが放出されるように直流電源98
によってバイアス電圧を印加すると、放出された熱電子
が電子ビーム引き出し電極93内のアルゴンガスと衝突
してプラズマを形成し、イオン化が行われる。Next, the operation of the thin film forming apparatus configured as described above will be described. As an example, a case of forming a copper wiring layer of the integrated circuit shown in FIG. 1 will be described. Up to the silicon layer which is the wiring base layer, formation is performed in the same manner as in the first embodiment. Then, by the vacuum exhaust device 86,
A flow rate adjusting valve 9 is provided in a vacuum chamber 80 maintained at a high vacuum.
By adjusting 0, the argon gas which is an inert gas is introduced from the gas introduction pipe 91 into the electron beam extraction electrode 93 of the gas ion source 110 or the magnetic field application type gas ion source 120, and the gas pressure in the vacuum chamber 80 is adjusted. 10 -5 to 10
-3 Adjust to about Torr. An electron beam extraction electrode 93 is supplied from a heated filament 92, which is an electron beam emitting means, by a filament heating power source 97.
Direct current power source 98 so that the electron beam is emitted toward
When a bias voltage is applied by, the emitted thermoelectrons collide with the argon gas in the electron beam extraction electrode 93 to form plasma, and ionization is performed.
【0063】この際、図10の場合、磁界印加手段96
は、磁界を与える磁石をイオン化部周囲およびイオン化
部の中心軸上に配置することにより、電子ビームが回転
運動できように数百ガウス程度の磁束密度を電子ビーム
引き出し電極93内部のイオン化空間に効率良く印加で
きるため、イオン化効率を高めることができる。以上よ
り、生成したアルゴンイオンは、加速手段94で形成さ
れる電界による加速を受けて、多孔電極95により引き
出されて基板1に照射される。At this time, in the case of FIG. 10, the magnetic field applying means 96
By arranging a magnet that gives a magnetic field around the ionization part and on the central axis of the ionization part, a magnetic flux density of about several hundred gauss is efficiently transferred to the ionization space inside the electron beam extraction electrode 93 so that the electron beam can rotate. Since it can be applied well, the ionization efficiency can be increased. As described above, the generated argon ions are accelerated by the electric field formed by the accelerating means 94, extracted by the porous electrode 95, and irradiated on the substrate 1.
【0064】次に、ガスイオン源110もしくは磁界印
加型ガスイオン源120からアルゴンイオンが照射され
た状態で、実施例1の場合と同様にして、第3のイオン
ビーム源50(c)もしくは磁界印加型イオンビーム源
150(c)から銅52(c)のイオン化された蒸気お
よび蒸気が基板1上に照射され衝突することにより、図
1に示すように銅配線層2が配線下地層33(a)上に
形成され、集積回路が構成される。Next, in a state where argon ions are irradiated from the gas ion source 110 or the magnetic field application type gas ion source 120, the third ion beam source 50 (c) or the magnetic field is generated in the same manner as in the first embodiment. As the ionized vapor of the copper 52 (c) and vapor are radiated and collide with the substrate 1 from the application type ion beam source 150 (c), the copper wiring layer 2 causes the wiring underlying layer 33 ( a) is formed on the integrated circuit.
【0065】ここで、銅配線層2の形成時にイオンビー
ム源50(c)もしくは磁界印加型イオンビーム源15
0(c)およびガスイオン源110もしくは磁界印加型
ガスイオン源120により、1〜500(μA/c
m2)のイオン照射を行いながら、銅を蒸着することに
より、銅配線膜の結晶粒成長を抑制するとともに、配線
材料である銅のリフロー温度を低くでき、リフローし易
くなり、微細なコンタクトホールに対しても穴埋め性良
く配線膜を形成でき、また、アルゴンイオンのスパッタ
リング効果により、基板表面の平坦性が向上する。Here, when the copper wiring layer 2 is formed, the ion beam source 50 (c) or the magnetic field application type ion beam source 15 is used.
0 (c) and the gas ion source 110 or the magnetic field application-type gas ion source 120, 1 to 500 (μA / c
By depositing copper while performing ion irradiation of m 2 ), the crystal grain growth of the copper wiring film can be suppressed and the reflow temperature of copper, which is the wiring material, can be lowered, which facilitates reflow, thus providing a fine contact hole. However, the wiring film can be formed with good filling properties, and the flatness of the substrate surface is improved by the sputtering effect of argon ions.
【0066】また、実施例1と同様に銅配線層2の形成
時の基板温度を基板温度制御機構82により、図15に
示すように制御することにより、下地層3の最表層の配
線下地層33(a)は銅配線層2の銅と反応し、合金化
することによって銅配線層2の融点を低下させるため、
リフローし易くなり、微細なコンタクトホールに対して
も埋め込み性良く銅配線層2が形成できる。さらに、図
16に示すような基板温度の周期を繰り返すことによ
り、基板表面に堆積した銅配線層2が効率良くコンタク
トホール内に埋め込まれるため、アスペクト比の大きな
コンタクトホールに対してもオーバーハングを抑制でき
るとともに、ボイドの発生が抑制でき、基板表面での平
坦性が向上し、高品質の配線膜を歩留まり良く形成でき
る。以上より、低抵抗で、かつ低抵抗コンタクトな銅配
線層2を形成でき、銅配線層2を用いた高品質の集積回
路を基板の表面に効率良く形成でき、耐エレクトロマイ
グレーション性に優れた超LSIの微細配線膜を信頼性
高く製造できる。As in the first embodiment, the substrate temperature at the time of forming the copper wiring layer 2 is controlled by the substrate temperature control mechanism 82 as shown in FIG. 33 (a) reacts with copper in the copper wiring layer 2 and alloys to lower the melting point of the copper wiring layer 2,
Reflow is facilitated, and the copper wiring layer 2 can be formed with good burying property even in a fine contact hole. Further, by repeating the cycle of the substrate temperature as shown in FIG. 16, the copper wiring layer 2 deposited on the surface of the substrate is efficiently embedded in the contact holes, so that an overhang is caused even for a contact hole having a large aspect ratio. It is possible to suppress the occurrence of voids, improve the flatness on the substrate surface, and form a high-quality wiring film with a high yield. As described above, the copper wiring layer 2 having low resistance and low resistance contact can be formed, a high-quality integrated circuit using the copper wiring layer 2 can be efficiently formed on the surface of the substrate, and the electromigration resistance is excellent. The fine wiring film of LSI can be manufactured with high reliability.
【0067】実施例3.図2は集積回路の他の実施例を
示す構成断面図である。1はシリコン基板、2は銅配線
層、4は絶縁層、5はコンタクトホール、3はシリコン
基板1と銅配線層2との間に形成された下地層であり、
この下地層3は、シリコン基板1側から銅配線層2側に
向かって順次配設されるチタン層からなる密着層31
(d)、TiN層からなるバリア層32(d)、配線下
地層33(d)から構成されている。ここで、配線下地
層33(d)は例えばチタン、シリコン、ゲルマニウム
などの金属と銅との合金によって形成されてる。なお、
上記実施例では、バリア層32(d)としてTiN層を
適用したが、勿論これに限定されるものではなく、Ti
Nに替えてTiWN、TiW、TiCN、TiONなど
を適用しても同様の効果を得る。Example 3. FIG. 2 is a sectional view showing the configuration of another embodiment of the integrated circuit. 1 is a silicon substrate, 2 is a copper wiring layer, 4 is an insulating layer, 5 is a contact hole, 3 is a base layer formed between the silicon substrate 1 and the copper wiring layer 2,
The underlayer 3 is an adhesion layer 31 made of a titanium layer which is sequentially arranged from the silicon substrate 1 side toward the copper wiring layer 2 side.
(D), a barrier layer 32 (d) made of a TiN layer, and a wiring foundation layer 33 (d). Here, the wiring underlayer 33 (d) is formed of an alloy of copper with a metal such as titanium, silicon, or germanium. In addition,
Although the TiN layer is applied as the barrier layer 32 (d) in the above embodiment, the barrier layer 32 (d) is not limited to the TiN layer.
Similar effects can be obtained by applying TiWN, TiW, TiCN, TiON or the like instead of N.
【0068】次に、上記のように構成された本実施例に
おける集積回路の薄膜形成を、図7および8に示す集積
回路の薄膜形成装置を用いて行う場合について説明す
る。まず、実施例1の場合と同様にして、チタン層から
なる密着層31(d)および窒化チタン層からなるバリ
ヤ層32(d)を形成した後、流量調整バルブ84を閉
じて真空槽80内への窒素ガスの供給を停止し、シャッ
ター87(a)を閉じるとともに残りの両シャッター8
7(b)、(c)を開の状態にすると、第2のイオンビ
ーム源50(b)もしくは磁界印加型イオンビーム源1
50(b)からはシリコン52(b)のイオン化された
蒸気および蒸気が、また、第3のイオンビーム源50
(c)もしくは磁界印加型イオンビーム源150(c)
からは銅52(c)のイオン化された蒸気および蒸気
が、それぞれ基板1上に照射され衝突することによっ
て、図2に示すように銅とシリコンの合金層33(d)
が窒化チタン層からなるバリヤ層32(d)上に形成さ
れて、下地層3が構成される。Next, a case will be described in which the thin film formation of the integrated circuit in the present embodiment having the above-mentioned structure is carried out by using the thin film forming apparatus for the integrated circuit shown in FIGS. First, in the same manner as in Example 1, after forming the adhesion layer 31 (d) made of a titanium layer and the barrier layer 32 (d) made of a titanium nitride layer, the flow rate adjusting valve 84 is closed and the inside of the vacuum chamber 80 is closed. The supply of nitrogen gas to the shutter is stopped, the shutter 87 (a) is closed, and the remaining shutters 8
When 7 (b) and (c) are opened, the second ion beam source 50 (b) or the magnetic field application type ion beam source 1
Ionized vapor of silicon 52 (b) and vapor from 50 (b) and also a third ion beam source 50
(C) Or magnetic field application type ion beam source 150 (c)
As shown in FIG. 2, the ionized vapor and vapor of copper 52 (c) are irradiated onto the substrate 1 and collide with each other, whereby an alloy layer 33 (d) of copper and silicon is formed.
Are formed on the barrier layer 32 (d) made of a titanium nitride layer to form the underlayer 3.
【0069】その後、第2のシャッター87(b)を閉
じて第3のシャッター87(c)のみを開とし、実施例
1の場合と同様にして、銅配線層の形成を行うことによ
り、合金層33(d)上に銅配線層2が形成されて集積
回路が構成される。After that, the second shutter 87 (b) is closed and only the third shutter 87 (c) is opened, and the copper wiring layer is formed in the same manner as in the first embodiment, whereby the alloy is formed. The copper wiring layer 2 is formed on the layer 33 (d) to form an integrated circuit.
【0070】上記のように構成された本実施例における
集積回路では、銅配線層2形成の際に、実施例1の場合
と同様の基板温度制御を行うことにより、合金層33d
と銅配線層2との反応により銅配線の融点を低下させ、
リフローしやすくするため、コンタクトホール5に対す
る埋め込み性は向上し、また残りの各層31(d)、3
2(d)によって電気的コンタクト性およびバリア性も
向上する。In the integrated circuit of this embodiment constructed as described above, when the copper wiring layer 2 is formed, the same substrate temperature control as in the case of Embodiment 1 is performed, so that the alloy layer 33d is formed.
The melting point of the copper wiring is lowered by the reaction between the copper wiring layer 2 and
In order to facilitate reflow, the filling property in the contact hole 5 is improved, and the remaining layers 31 (d), 3
2 (d) also improves electrical contact properties and barrier properties.
【0071】実施例4.図3は集積回路のさらに他の実
施例を示す構成断面図である。1はシリコン基板、2は
銅配線層、4は絶縁層、5はコンタクトホール、3はシ
リコン基板1と銅配線層2との間に形成された下地層で
あり、この下地層3は、シリコン基板1側から銅配線層
2側に向かって順次配設されるチタン層からなる密着層
31(e)、TiN層からなるバリア層32(e)、配
線下地層33(e)から構成されている。ここで、前記
配線下地層33(e)は例えばチタン、シリコン、ゲル
マニウムなどの金属と銅との合金によって形成されると
ともに銅配線層2に接近するにつれて、チタン、シリコ
ン、ゲルマニウムなどの金属の組成が銅の組成に対して
逓減するように形成されている。なお、上記実施例で
は、バリア層32(e)としてTiN層を適用したが、
勿論これに限定されるものではなく、TiNに替えてT
iWN、TiW、TiCN、TiONなどを適用しても
同様の効果を得る。Example 4. FIG. 3 is a sectional view showing the structure of a further embodiment of the integrated circuit. Reference numeral 1 is a silicon substrate, 2 is a copper wiring layer, 4 is an insulating layer, 5 is a contact hole, 3 is a base layer formed between the silicon substrate 1 and the copper wiring layer 2, and this base layer 3 is made of silicon. It is composed of an adhesion layer 31 (e) made of a titanium layer, a barrier layer 32 (e) made of a TiN layer, and a wiring foundation layer 33 (e) which are sequentially arranged from the substrate 1 side to the copper wiring layer 2 side. There is. Here, the wiring underlayer 33 (e) is formed of an alloy of copper with a metal such as titanium, silicon or germanium, and the composition of the metal such as titanium, silicon or germanium becomes closer to the copper wiring layer 2. Are formed so as to decrease with respect to the composition of copper. In addition, in the above embodiment, the TiN layer is applied as the barrier layer 32 (e),
Of course, it is not limited to this.
The same effect can be obtained by applying iWN, TiW, TiCN, TiON or the like.
【0072】次に、上記のように構成された本実施例に
おける集積回路の薄膜形成を、図7および8に示す集積
回路の薄膜形成装置を用いて行う場合について説明す
る。まず、実施例3の場合と同様にして、チタン層31
(e)からなる密着層および窒化チタン層からなるバリ
ア層32(e)を形成した後、第1のシャッター87
(a)を閉じるとともに流量調整バルブ84を閉じて真
空槽80内への窒素ガスの供給を停止し、残りの両シャ
ッター87(b)、(c)を開の状態にすると、第2の
イオンビーム源50(b)もしくは磁界印加型イオンビ
ーム源150(b)からはシリコン52(b)のイオン
化された蒸気および蒸気が、また、第3のイオンビーム
源50(c)もしくは磁界印加型イオンビーム源150
(c)からは銅52(c)のイオン化された蒸気および
蒸気が、それぞれ基板(1)上に照射され衝突すること
によって、図3に示すように銅とシリコンの合金層33
(e)がバリヤ層32(e)上に形成される。この際、
図17(a)ないし図17(j)に示すように、蒸着が
進むにつれて、シリコンの蒸着量を逓減させるか、ある
いは銅の蒸着量を逓増させるようにすれば、銅配線層2
に接近するにつれて、シリコンの組成が銅の組成に対し
て逓減するような合金層が形成できる。Next, a case will be described in which the thin film formation of the integrated circuit in the present embodiment having the above-mentioned structure is carried out by using the thin film forming apparatus for the integrated circuit shown in FIGS. First, in the same manner as in Example 3, the titanium layer 31
After forming the adhesion layer made of (e) and the barrier layer 32 (e) made of a titanium nitride layer, the first shutter 87 is formed.
When (a) is closed and the flow rate adjusting valve 84 is closed to stop the supply of nitrogen gas into the vacuum chamber 80 and the remaining shutters 87 (b) and (c) are opened, the second ion The ionized vapor and vapor of silicon 52 (b) from the beam source 50 (b) or the magnetic field application type ion beam source 150 (b), and the third ion beam source 50 (c) or the magnetic field application type ion. Beam source 150
From (c), the ionized vapor and vapor of copper 52 (c) are irradiated and collide with the substrate (1), respectively, so that an alloy layer 33 of copper and silicon is formed as shown in FIG.
(E) is formed on the barrier layer 32 (e). On this occasion,
As shown in FIGS. 17 (a) to 17 (j), as the vapor deposition progresses, the amount of silicon vapor deposited is gradually reduced or the amount of copper vapor deposited is gradually increased.
An alloy layer can be formed in which the composition of silicon gradually decreases with respect to the composition of copper.
【0073】その後、第2のシャッター87(b)を閉
じて第3のシャッター87(c)のみを開とし、実施例
1の場合と同様にして、銅配線層の形成を行うことによ
り、合金層33(e)上に銅配線層2が形成されて集積
回路が構成される。After that, the second shutter 87 (b) is closed and only the third shutter 87 (c) is opened, and the copper wiring layer is formed in the same manner as in the first embodiment. The copper wiring layer 2 is formed on the layer 33 (e) to form an integrated circuit.
【0074】上記のように構成された本実施例における
集積回路では、銅配線層2形成の際に、実施例1の場合
と同様の基板温度制御を行うことにより、銅配線層2の
銅が合金層33(e)表面の合金と合金化して、銅配線
層2の銅の融点が低下し、その合金がコンタクトホール
5内で流動化して、銅配線層2をコンタクトホール5内
に迅速且つ容易に埋め込むことができる。また、残りの
各層31(e)、32(e)によって電気的コンタクト
性およびバリア性も向上する。In the integrated circuit of the present embodiment having the above-described structure, when the copper wiring layer 2 is formed, the same substrate temperature control as in the case of the first embodiment is performed so that the copper of the copper wiring layer 2 is removed. By alloying with the alloy on the surface of the alloy layer 33 (e), the melting point of copper in the copper wiring layer 2 is lowered, and the alloy is fluidized in the contact hole 5, so that the copper wiring layer 2 can be quickly and quickly moved into the contact hole 5. Can be easily embedded. Further, the electric contact property and the barrier property are also improved by the remaining layers 31 (e) and 32 (e).
【0075】実施例5.図4は集積回路のさらに他の実
施例を示す構成断面図である。1はシリコン基板、2は
銅配線層、4は絶縁層、5はコンタクトホール、3はシ
リコン基板1と銅配線層2との間に形成された下地層で
あり、この下地層3は、シリコン基板1側から銅配線層
2側に向かって順次配設される密着層31(f)、バリ
ア層32(f)、配線下地層33(f)から構成されて
いる。ここで、バリア層32(f)は、組成的に傾斜機
能を有しており、基板1から銅配線層2に向かって組成
Xが変化する窒化チタン(TiNx)薄膜層から形成さ
れている。Example 5. FIG. 4 is a sectional view showing the structure of a further embodiment of the integrated circuit. Reference numeral 1 is a silicon substrate, 2 is a copper wiring layer, 4 is an insulating layer, 5 is a contact hole, 3 is a base layer formed between the silicon substrate 1 and the copper wiring layer 2, and this base layer 3 is made of silicon. It is composed of an adhesion layer 31 (f), a barrier layer 32 (f), and a wiring foundation layer 33 (f) which are sequentially arranged from the substrate 1 side toward the copper wiring layer 2 side. Here, the barrier layer 32 (f) has a compositionally graded function and is formed of a titanium nitride (TiNx) thin film layer in which the composition X changes from the substrate 1 toward the copper wiring layer 2.
【0076】図5は集積回路の他の実施例を示す構成断
面図である。1はシリコン基板、2は銅配線層、4は絶
縁層、5はコンタクトホール、3はシリコン基板1と銅
配線層との間に形成された下地層であり、この下地層3
は、シリコン基板1側から銅配線層2側に向かって順次
配設される密着層31(g)、バリア層32(g)、配
線下地層33(g)から構成されている。ここで、バリ
ア層32(g)は、組成的に傾斜機能を有しており、基
板1から銅配線層2に向かってチタン層10(g)、窒
化二チタン層11(g)、そして窒化チタン層12
(g)から形成されている。FIG. 5 is a sectional view showing the structure of another embodiment of the integrated circuit. Reference numeral 1 is a silicon substrate, 2 is a copper wiring layer, 4 is an insulating layer, 5 is a contact hole, and 3 is a base layer formed between the silicon substrate 1 and the copper wiring layer.
Is composed of an adhesion layer 31 (g), a barrier layer 32 (g), and a wiring foundation layer 33 (g) which are sequentially arranged from the silicon substrate 1 side toward the copper wiring layer 2 side. Here, the barrier layer 32 (g) has a compositionally graded function, and the titanium layer 10 (g), the dititanium nitride layer 11 (g), and the nitriding layer are formed from the substrate 1 toward the copper wiring layer 2. Titanium layer 12
(G).
【0077】図6はさらに他の実施例を示す集積回路の
一実施例を示す構成断面図である。1はシリコン基板、
2は銅配線層、4は絶縁層、5はコンタクトホール、3
はシリコン基板1と銅配線層2との間に形成された下地
層であり、この下地層3は、シリコン基板1側から銅配
線層2側に向かって順次配設される密着層31(h)、
バリア層32(h)、配線下地層33(h)から構成さ
れている。ここで、バリア層32(h)は、組成的に傾
斜機能を有しており、基板1から銅配線層2に向かって
チタン層10(h)、徐々に窒素組成がチタン組成に対
して大きくなるようにした窒化チタン層11(h)、そ
して最後に窒化チタン層12(h)から形成されてい
る。FIG. 6 is a sectional view showing the configuration of an embodiment of an integrated circuit showing still another embodiment. 1 is a silicon substrate,
2 is a copper wiring layer, 4 is an insulating layer, 5 is a contact hole, 3
Is an underlayer formed between the silicon substrate 1 and the copper wiring layer 2, and the underlayer 3 is an adhesion layer 31 (h) sequentially arranged from the silicon substrate 1 side toward the copper wiring layer 2 side. ),
The barrier layer 32 (h) and the wiring underlying layer 33 (h) are included. Here, the barrier layer 32 (h) has a compositionally graded function, and the titanium layer 10 (h) gradually increases from the substrate 1 toward the copper wiring layer 2, and the nitrogen composition gradually increases with respect to the titanium composition. The titanium nitride layer 11 (h) is formed, and finally the titanium nitride layer 12 (h) is formed.
【0078】次に、上記のように構成された本実施例に
おける集積回路の薄膜形成を図7および8に示す集積回
路の薄膜形成装置を用いて行う場合について説明する。
下地層3の密着層31(f)、31(g)、31(h)
までは実施例1の場合と同様にして形成を行う。次いで
第1のイオンビーム源50(a)もしくは磁界印加型イ
オンビーム源150(a)から照射されるイオン化され
たチタンの蒸気およびチタン蒸気と、基板近傍に導入さ
れた反応性ガスである窒素ガスとの反応が基板上で進行
して窒化チタン薄膜が形成される。Next, a case will be described in which the thin film formation of the integrated circuit in the present embodiment having the above-described structure is performed using the thin film forming apparatus for the integrated circuit shown in FIGS.
Adhesion layers 31 (f), 31 (g), 31 (h) of the underlayer 3
Up to this, the formation is performed in the same manner as in the case of the first embodiment. Next, ionized titanium vapor and titanium vapor irradiated from the first ion beam source 50 (a) or the magnetic field application type ion beam source 150 (a) and nitrogen gas which is a reactive gas introduced in the vicinity of the substrate. And the reaction proceeds on the substrate to form a titanium nitride thin film.
【0079】ここで、図18は導入される窒素ガスの量
を変化させた場合に形成された窒化チタン層の結晶性を
X線回折法で分析した結果である。この図より、窒素ガ
ス分圧が4.0×10-6Torr以下ではチタン(T
i)、1.0×10-5Torrでは窒化二チタン(Ti
2N)、1.7×10-5Torrでは窒化二チタン(T
i2N)と窒化チタン(TiN)との混晶、3.0×1
0-5Torr以上では窒化チタン(TiN)となってい
て、窒素ガス分圧によって結晶性と膜中の窒素とチタン
の組成が自由に制御することができる。また、図19は
窒化チタンの比抵抗の窒化チタン組成依存性を示す。組
成的には窒素に対するチタンの比率が増加するほど比抵
抗が低いことがわかる。Here, FIG. 18 shows the results of an X-ray diffraction analysis of the crystallinity of the titanium nitride layer formed when the amount of nitrogen gas introduced was changed. From this figure, when the nitrogen gas partial pressure is 4.0 × 10 −6 Torr or less, titanium (T
i) at 1.0 × 10 −5 Torr, dititanium nitride (Ti
2 N), at 1.7 × 10 −5 Torr, dititanium nitride (T
mixed crystal of i 2 N) and titanium nitride (TiN), 3.0 × 1
Above 0 -5 Torr, titanium nitride (TiN) is formed, and the crystallinity and the composition of nitrogen and titanium in the film can be freely controlled by the partial pressure of nitrogen gas. Further, FIG. 19 shows the titanium nitride composition dependency of the specific resistance of titanium nitride. From the composition perspective, it can be seen that the specific resistance decreases as the ratio of titanium to nitrogen increases.
【0080】また、本実施例における集積回路の薄膜形
成を図9および10に示す集積回路の薄膜形成装置を用
いて行う場合を以下に説明する。下地層3の密着層31
(f)、31(g)、31(h)までは、実施例1およ
び2の場合と同様にして形成を行う。Further, a case where the thin film formation of the integrated circuit in this embodiment is carried out by using the thin film forming apparatus for the integrated circuit shown in FIGS. 9 and 10 will be described below. Adhesion layer 31 of underlying layer 3
Up to (f), 31 (g), and 31 (h), formation is performed in the same manner as in the first and second embodiments.
【0081】次に、真空排気装置86によって、高真空
に保持された真空槽80内に、基板1近傍にガス導入管
83によって窒素ガスを導入する一方、流量調整バルブ
90を調整することにより、ガスイオン源の電子ビーム
引き出し電極93内にガス導入管90より不活性ガスで
あるアルゴンガスを導入し、真空槽80内のガス圧をア
ルゴン分圧と窒素分圧を合わせて10-5〜10-3Tor
r程度になるように調整する。ここで、基板1近傍に導
入するガスとしては窒素ガスを用いたが、窒素ガスの混
合ガスもしくは窒素元素を含む混合ガスを用いても同様
の効果を得る。Next, the vacuum gas exhaust system 86 introduces nitrogen gas into the vicinity of the substrate 1 through the gas introduction pipe 83 into the vacuum chamber 80 maintained at a high vacuum, and the flow rate adjusting valve 90 is adjusted to adjust the flow rate. Argon gas, which is an inert gas, is introduced into the electron beam extraction electrode 93 of the gas ion source through the gas introduction pipe 90, and the gas pressure in the vacuum chamber 80 is adjusted to 10 −5 to 10 by combining the argon partial pressure and the nitrogen partial pressure. -3 Tor
Adjust to be around r. Here, although nitrogen gas was used as the gas introduced in the vicinity of the substrate 1, the same effect can be obtained by using a mixed gas of nitrogen gas or a mixed gas containing nitrogen element.
【0082】次いで、フィラメント加熱電源97によ
り、電子ビーム放出手段である加熱されたフィラメント
92から、電子ビーム引き出し電極93に向かって電子
ビームが放出されるように直流電源98によってバイア
ス電圧を印加すると、放出された熱電子が電子ビーム引
き出し電極93内のアルゴンガスと衝突してプラズマを
形成し、イオン化が行われる。この際、図10の薄膜形
成装置の場合、磁界印加手段96により、電子ビームが
回転運動できように数百ガウス程度の磁束密度を印加し
たので、イオン化効率を高めることができる。以上よ
り、生成したアルゴンイオンは、加速電極94で形成さ
れる電界による加速を受けて、多孔電極95により引き
出されて基板1に照射される。Then, a bias voltage is applied by the DC power source 98 so that the filament heating power source 97 emits an electron beam from the heated filament 92 which is the electron beam emitting means toward the electron beam extraction electrode 93. The emitted thermoelectrons collide with the argon gas in the electron beam extraction electrode 93 to form plasma, which is ionized. At this time, in the case of the thin film forming apparatus of FIG. 10, since the magnetic field applying means 96 applies a magnetic flux density of about several hundred gauss so that the electron beam can rotate, the ionization efficiency can be improved. As described above, the generated argon ions are accelerated by the electric field formed by the acceleration electrode 94, extracted by the porous electrode 95, and irradiated on the substrate 1.
【0083】次いで、実施例1および実施例2の場合と
同様にして、第1のイオンビーム源50(a)もしくは
磁界印加型イオンビーム源150(a)からチタン52
(a)のイオン化された蒸気および蒸気を基板1上に照
射し、衝突させる。一方、基板1および基板1近傍には
ガス導入管83より供給される窒素ガスが存在し、アル
ゴンイオン照射によって励起、解離もしくはイオン化さ
れた活性な状態にあり、この窒素ガスは蒸着物質のチタ
ン52(a)のイオン化された蒸気および蒸気と衝突し
て、効率良く反応が進行し窒化チタン薄膜が基板1上に
形成される。この際、窒素ガス分圧あるいは、基板1に
照射するアルゴンイオンの量を変化させると、膜中のチ
タンと窒素の組成比が変化するため、自由に組成比を制
御することが可能となる。Then, in the same manner as in Embodiments 1 and 2, the first ion beam source 50 (a) or the magnetic field application type ion beam source 150 (a) is used to form titanium 52.
The substrate 1 is irradiated with the ionized vapor and vapor of (a) and collides with them. On the other hand, the nitrogen gas supplied from the gas introduction pipe 83 is present in the substrate 1 and the vicinity of the substrate 1, and is in an active state where it is excited, dissociated or ionized by the irradiation of argon ions. By colliding with the ionized vapor and vapor of (a), the reaction proceeds efficiently and a titanium nitride thin film is formed on the substrate 1. At this time, if the partial pressure of nitrogen gas or the amount of argon ions with which the substrate 1 is irradiated is changed, the composition ratio of titanium and nitrogen in the film changes, so that the composition ratio can be freely controlled.
【0084】実施例6.図11は集積回路の薄膜形成装
置の基板回転保持装置81の一実施例を示す構成断面図
である。図において、1は基板、301は基板1を回転
保持する基板ホルダー、302は1回転毎に回転方向を
反転させることができる基板回転機構、303はランプ
加熱、高温ガスなどによる基板加熱機構、304は水、
液体窒素などによる基板冷却機構、305は基板加熱機
構303および基板冷却機構304をそれぞれ独立に上
下移動させることができる上下移動機構、82は基板加
熱機構303、基板冷却機構304および上下移動機構
305より構成される基板温度制御機構である。Example 6. FIG. 11 is a sectional view showing the configuration of an embodiment of the substrate rotation holding device 81 of the thin film forming apparatus for integrated circuits. In the figure, 1 is a substrate, 301 is a substrate holder for rotating and holding the substrate 1, 302 is a substrate rotating mechanism capable of reversing the rotation direction for each rotation, 303 is a substrate heating mechanism by lamp heating, high temperature gas, etc., 304 Is water,
A substrate cooling mechanism using liquid nitrogen or the like, 305 is a vertical movement mechanism that can independently move the substrate heating mechanism 303 and the substrate cooling mechanism 304 up and down, and 82 is from the substrate heating mechanism 303, the substrate cooling mechanism 304, and the vertical movement mechanism 305. It is a substrate temperature control mechanism configured.
【0085】次に、上記薄膜形成装置の動作について説
明する。例として、実施例1および2で銅配線層形成時
に行った温度制御を示す図16について説明を行う。ま
ず、1回転毎に回転方向を反転させる機構を備えた基板
回転機構302により、基板回転を行うわけであるが、
この基板回転機構302の基板回転により、基板温度制
御機構82として基板加熱機構303および基板冷却機
構304を備えた場合でも、配管、配線などのねじれを
1回転毎に緩和することができ、装置構造が複雑になら
ず、容易に一方向に連続して回転した場合と同様の基板
回転の効果が得られる。Next, the operation of the thin film forming apparatus will be described. As an example, FIG. 16 showing the temperature control performed in forming the copper wiring layer in Examples 1 and 2 will be described. First, the substrate is rotated by the substrate rotating mechanism 302 having a mechanism that reverses the rotation direction for each rotation.
By rotating the substrate of the substrate rotating mechanism 302, even if the substrate heating mechanism 303 and the substrate cooling mechanism 304 are provided as the substrate temperature control mechanism 82, the twist of the piping, wiring, etc. can be alleviated for each rotation, and the apparatus structure Does not become complicated, and the same substrate rotation effect as when rotating continuously in one direction is easily obtained.
【0086】次いで、本基板温度制御機構82による制
御方法であるが、基板加熱機構303および基板冷却機
構304をそれぞれ独立に上下移動させることができる
上下移動機構305により、必要とされる温度に対応し
て、基板加熱機構303あるいは基板冷却機構304を
基板1に対して接近あるいは接触させることにより、基
板加熱効果あるいは冷却効果が増大するので、必要とさ
れる基板温度に短時間にしかも精度良く設定することが
できる。Next, regarding the control method by the present substrate temperature control mechanism 82, the vertical movement mechanism 305 capable of independently moving the substrate heating mechanism 303 and the substrate cooling mechanism 304 up and down can handle the required temperature. Then, by bringing the substrate heating mechanism 303 or the substrate cooling mechanism 304 close to or in contact with the substrate 1, the substrate heating effect or the cooling effect is increased, so that the required substrate temperature can be accurately set in a short time. can do.
【0087】例えば、図16の場合は、上下移動機構3
05により、基板冷却機構304を基板1に対して接近
あるいは接触させ、必要とされる温度T1まで基板温度
を冷却した後、膜形成を行う。所定の膜厚x1形成中は
所定温度T1に保持する。次いで、上下移動機構305
により基板冷却機構304を基板1に対して遠ざけると
ともに、基板加熱機構303を基板1に対して接近ある
いは接触させ、基板温度をリフロー開始温度T2まで上
昇させ、所定時間保持した後、上下移動機構305によ
り基板加熱機構303を基板1に対して遠ざけるととも
に、基板冷却機構304を基板1に対して接近あるいは
接触させ、再び、必要とされる温度T1まで基板温度を
冷却し、所定の膜厚x1形成中は所定温度T1に保持す
るという操作を繰り返す。For example, in the case of FIG. 16, the vertical movement mechanism 3
By 05, the substrate cooling mechanism 304 is brought close to or in contact with the substrate 1 to cool the substrate temperature to the required temperature T1, and then film formation is performed. The film is kept at the predetermined temperature T1 during the formation of the predetermined film thickness x1. Then, the vertical movement mechanism 305
The substrate cooling mechanism 304 is moved away from the substrate 1, and the substrate heating mechanism 303 is moved closer to or in contact with the substrate 1 to raise the substrate temperature to the reflow start temperature T2 and hold for a predetermined time, and then the vertical movement mechanism 305. Thereby moving the substrate heating mechanism 303 away from the substrate 1 and bringing the substrate cooling mechanism 304 close to or in contact with the substrate 1 to cool the substrate temperature to the required temperature T1 again to form a predetermined film thickness x1. The operation of maintaining the temperature at the predetermined temperature T1 is repeated.
【0088】以上の操作により、成膜中に基板温度の昇
温降温を短時間に精度良く制御することが可能となる。
従って、この基板回転保持装置81によれば、基板温度
制御機構82として基板加熱機構303および基板冷却
機構304を備えた場合でも、装置構造が複雑になら
ず、容易に一方向に連続して回転した場合と同様の基板
回転の効果が得られるとともに、成膜中に基板温度の昇
温降温をより短時間に制御性良く行うことができ、成膜
時の温度管理が精度良く行えるため、品質のばらつきが
少なくできるとともに、生産性を向上させことができ
る。By the above operation, it becomes possible to accurately control the temperature rise and fall of the substrate temperature in a short time during the film formation.
Therefore, according to the substrate rotation holding device 81, even when the substrate heating mechanism 303 and the substrate cooling mechanism 304 are provided as the substrate temperature control mechanism 82, the device structure does not become complicated, and the substrate can be easily rotated continuously in one direction. The same effect of rotating the substrate can be obtained, and the temperature of the substrate can be raised and lowered during film formation in a shorter time with good controllability, and the temperature control during film formation can be performed with high accuracy. Can be reduced and productivity can be improved.
【0089】実施例7.図12は集積回路の薄膜形成装
置の基板搬送機構の一実施例を示す構成図である。図に
おいて、310は段差付き馬蹄型基板ホルダー、311
(a)は段差付き長方形の基板搬送用フォーク、312
(a)は基板との接触部である。Example 7. FIG. 12 is a configuration diagram showing an embodiment of a substrate transfer mechanism of a thin film forming apparatus for an integrated circuit. In the figure, 310 is a stepped horseshoe substrate holder, 311
(A) is a rectangular substrate transfer fork with steps, 312
(A) is a contact portion with the substrate.
【0090】図13は集積回路の薄膜形成装置の基板搬
送機構の基板搬送用フォークの他の実施例を示す構成図
である。図において、311(b)は段差付き長方形の
基板搬送用フォーク、312(b)はテフロン、ポリピ
レンなどが被覆された基板との接触部であり、これらを
被覆することにより、基板1に対するダストの発生を抑
制することができ、集積回路製造時の歩留まりを向上さ
せることができる。FIG. 13 is a constitutional view showing another embodiment of the substrate carrying fork of the substrate carrying mechanism of the integrated circuit thin film forming apparatus. In the figure, 311 (b) is a rectangular substrate transfer fork with a step, and 312 (b) is a contact portion with a substrate coated with Teflon, polypropylene, etc. By coating these, dust on the substrate 1 is prevented. The generation can be suppressed, and the yield at the time of manufacturing an integrated circuit can be improved.
【0091】図14は集積回路の薄膜形成装置の基板搬
送機構の基板搬送用フォークの一実施例を示す構成図で
ある。図において、311(c)は段差付き長方形の基
板搬送用フォーク、312(c)は基板との接触部、3
13は中空構造部であり、基板搬送用フォーク311
(c)を中空とすることにより、基板搬送用フォークの
自重の軽量化が可能となり、基板搬送時の位置精度を向
上させることができる。FIG. 14 is a block diagram showing an embodiment of a substrate carrying fork of a substrate carrying mechanism of an integrated circuit thin film forming apparatus. In the figure, 311 (c) is a rectangular substrate transfer fork with a step, 312 (c) is a contact portion with the substrate, 3
Reference numeral 13 denotes a hollow structure portion, which is a substrate transfer fork 311.
By making (c) hollow, the weight of the substrate transfer fork can be reduced, and the positional accuracy during substrate transfer can be improved.
【0092】次に動作について説明する。まず、段差付
き馬蹄型基板ホルダー310に基板を装着する場合につ
いて説明する。図20に示すように、段差付き長方形の
基板搬送用フォーク311に載せられた基板1は水平方
向に移動することにより段差付き馬蹄型基板ホルダー3
10の直上に搬送される(図21参照)。Next, the operation will be described. First, a case where a substrate is mounted on the stepped horseshoe substrate holder 310 will be described. As shown in FIG. 20, the board 1 placed on the stepped rectangular board transfer fork 311 is moved in the horizontal direction, whereby the stepped horseshoe board holder 3 is moved.
It is conveyed directly above 10 (see FIG. 21).
【0093】次に、段差付き長方形の基板搬送用フォー
ク311を垂直方向に下降させるか、あるいは、段差付
き馬蹄型基板ホルダー310を垂直方向に上昇させるこ
とにより、基板の受け渡しを行う(図22参照)。Next, the substrate is transferred by vertically lowering the stepped rectangular substrate carrying fork 311 or vertically raising the stepped horseshoe-shaped substrate holder 310 (see FIG. 22). ).
【0094】最後に、段差付き長方形の基板搬送用フォ
ーク311を水平方向に移動することにより段差付き馬
蹄型基板ホルダー310への基板1の装着は完了する
(図23参照)。また、段差付き馬蹄型基板ホルダー31
0から基板1を搬出する場合は上記の手順の逆を行えば
良い。Finally, the mounting of the substrate 1 on the stepped horseshoe substrate holder 310 is completed by moving the stepped rectangular substrate transfer fork 311 in the horizontal direction.
(See FIG. 23). Also, a horseshoe-shaped substrate holder 31 with steps
When unloading the substrate 1 from 0, the above procedure may be reversed.
【0095】以上の操作により、基板1搬入搬出が行わ
れるわけであるが、基板ホルダー310および基板搬送
用フォーク311の形状がそれぞれ馬蹄型および長方形
であるので、上下方向の運動のみにより容易に基板の受
け渡しが可能である。また、段差を形成することによ
り、搬送時および受け渡し時の基板1の墜落および位置
ずれなどを抑制でき、また、基板1との接触部312
(a)面積を小さくできる。By the above operation, the substrate 1 is loaded and unloaded, but since the substrate holder 310 and the substrate transporting fork 311 are horseshoe-shaped and rectangular, respectively, the substrate can be easily moved only by the vertical movement. Can be delivered. In addition, by forming the step, it is possible to prevent the substrate 1 from falling and being displaced during the transportation and the delivery, and the contact portion 312 with the substrate 1 can be suppressed.
(A) The area can be reduced.
【0096】[0096]
【発明の効果】以上のように、この発明の請求項1に係
る集積回路によれば、配線層として銅または銅合金を用
いているので、低抵抗でエレクトロマイグレーション
(EM)耐性に優れた配線層が形成でき、また、集積回
路の下地層における密着層およびバリア層は薄膜化して
も電気的コンタクトおよびバリア性が良く、さらに、下
地層における配線下地層は、配線層の銅または銅合金と
合金を形成しやすい金属であるので、配線層形成時に、
配線層の銅または銅合金と反応して、合金化することに
より、銅または銅合金から構成された配線層の融点を低
下させ、良好なステップカバレッジを確保でき、配線層
をコンタクトホール内へ良好に埋め込むことが可能な集
積回路を提供することができ、従って、銅または銅合金
からなる配線層を用いた高品質の集積回路を基板表面に
効率良く形成でき、低抵抗で耐エレクトロマイグレーシ
ョン性に優れた超LSIの微細配線膜を信頼性高く製造
できる。As described above, according to the integrated circuit of claim 1 of the present invention, since copper or copper alloy is used as the wiring layer, the wiring having low resistance and excellent electromigration (EM) resistance is provided. Layer can be formed, and the adhesion layer and the barrier layer in the underlayer of the integrated circuit have good electrical contact and barrier properties even if they are thinned. Furthermore, the wiring underlayer in the underlayer is the same as the copper or copper alloy of the wiring layer. Since it is a metal that easily forms an alloy,
By reacting with the copper or copper alloy in the wiring layer to form an alloy, the melting point of the wiring layer made of copper or copper alloy can be lowered, good step coverage can be secured, and the wiring layer can be placed in the contact hole well. Therefore, it is possible to provide an integrated circuit that can be embedded in a substrate, and thus a high-quality integrated circuit using a wiring layer made of copper or a copper alloy can be efficiently formed on a substrate surface, and low resistance and electromigration resistance can be provided. An excellent micro LSI fine wiring film can be manufactured with high reliability.
【0097】また、請求項2または請求項3に係る集積
回路によれば、集積回路の下地層における配線下地層
は、チタン、シリコン、アルミニウムおよびゲルマニウ
ムからなる群から選ばれた少なくとも1種の金属と銅と
から形成される銅合金であるので、配線層形成時に、配
線層の銅または銅合金と反応して、合金化することによ
り、銅または銅合金から構成された配線層の融点を低下
させ、良好なステップカバレッジを確保でき、配線層を
コンタクトホール内へ良好に埋め込むことが可能な集積
回路を提供することができ、従って、銅または銅合金配
線層を用いた高品質の集積回路を基板表面に効率良く形
成でき、低抵抗で耐エレクトロマイグレーション性に優
れた超LSIの微細配線膜を信頼性高く製造できる。According to the integrated circuit of the second or third aspect, the wiring underlayer in the underlayer of the integrated circuit is at least one metal selected from the group consisting of titanium, silicon, aluminum and germanium. Since it is a copper alloy formed from copper and copper, it lowers the melting point of the wiring layer composed of copper or a copper alloy by reacting with the copper or the copper alloy of the wiring layer to form an alloy when the wiring layer is formed. Therefore, it is possible to provide an integrated circuit which can secure good step coverage and can satisfactorily embed a wiring layer in a contact hole. Therefore, a high quality integrated circuit using a copper or copper alloy wiring layer can be provided. It is possible to efficiently form a fine wiring film of VLSI, which can be efficiently formed on the substrate surface and has low resistance and excellent electromigration resistance.
【0098】また、請求項4ないし請求項6のいずれか
に記載の集積回路によれば、請求項1ないし請求項3の
いずれかに記載の集積回路において、集積回路の下地層
におけるバリア層は、チタンと窒素との組成を変化させ
た傾斜構造としたことによりバリア層を薄膜化しても電
気的コンタクトおよびバリア性が向上するという効果が
あり、従って、銅または銅合金配線層を用いた高品質の
集積回路を基板表面に効率良く形成でき、低抵抗で耐エ
レクトロマイグレーション性に優れた超LSIの微細配
線膜を信頼性高く製造できる。According to the integrated circuit of any one of claims 4 to 6, in the integrated circuit of any one of claims 1 to 3, the barrier layer in the base layer of the integrated circuit is The use of a graded structure in which the composition of titanium and nitrogen is changed has the effect of improving the electrical contact and barrier properties even if the barrier layer is thinned. A high quality integrated circuit can be efficiently formed on the surface of a substrate, and a fine wiring film of VLSI with low resistance and excellent electromigration resistance can be manufactured with high reliability.
【0099】また、請求項7に係る集積回路の薄膜形成
装置によれば、基板回転保持装置の基板温度制御機構
を、基板加熱機構と基板冷却機構とを備えることによ
り、成膜中の基板温度の昇降温度制御性が高く、イオン
ビーム源により、蒸着物質の蒸気をイオン化し、かつ加
速手段によりイオン化された蒸気に運動エネルギーを付
与しているので、低抵抗で、かつ低抵抗コンタクトな銅
または銅合金配線層を形成でき、また、銅または銅合金
配線層形成時にイオンビーム源により1〜500(μA
/cm2)のイオン照射を行うとともに、前記基板温度
制御機構により昇温降温の温度サイクルを繰り返すこと
により、配線材料である銅または銅合金のリフローを促
進し、微細なコンタクトホールに対しても穴埋め性良く
配線層を形成することができ、また、反応性が高いの
で、良好な電気的コンタクトおよびバリア性を有するT
iNなどのバリア層を形成できる。さらに、チタンと窒
素の組成比が変化した傾斜構造のバリア層の形成も可能
である。さらに、集積回路の下地層における配線下地層
であるチタン、シリコン、アルミニウムおよびゲルマニ
ウムからなる群から選ばれたすくなくとも1種の金属と
銅とから形成される銅合金層を形成する場合、複数のイ
オンビーム源により、銅と合金元素を混合蒸着し、各蒸
着速度を制御することにより、銅と合金元素の組成比を
自由に変化でき、また、傾斜構造とすることもでき、従
って、銅または銅合金配線層を用いた高品質の集積回路
を基板の表面に効率良く形成でき、耐エレクトロマイグ
レーション性に優れた超LSIの微細配線膜を信頼性高
く製造できる製造装置を提供することができる。Further, according to the thin film forming apparatus for an integrated circuit of the seventh aspect, the substrate temperature control mechanism of the substrate rotation holding device is provided with the substrate heating mechanism and the substrate cooling mechanism, so that the substrate temperature during film formation is reduced. The temperature controllability is high, the vapor of the vapor deposition material is ionized by the ion beam source, and the kinetic energy is applied to the vaporized vapor by the accelerating means. A copper alloy wiring layer can be formed, and the copper or copper alloy wiring layer can be formed with an ion beam source at 1 to 500 (μA
/ Cm 2 ) ion irradiation, and by repeating the temperature cycle of raising and lowering the temperature by the substrate temperature control mechanism, reflow of copper or copper alloy, which is a wiring material, is promoted, and even for fine contact holes. Since the wiring layer can be formed with a good filling property and the reactivity is high, the T having good electrical contact and barrier properties can be obtained.
A barrier layer such as iN can be formed. Furthermore, it is possible to form a barrier layer having a graded structure in which the composition ratio of titanium and nitrogen is changed. Further, when forming a copper alloy layer formed of at least one metal selected from the group consisting of titanium, silicon, aluminum and germanium, which is a wiring underlayer in the underlayer of an integrated circuit, and copper, a plurality of ions are formed. By mixing and depositing copper and alloying elements with a beam source and controlling each deposition rate, the composition ratio of copper and alloying elements can be freely changed, and a graded structure can be obtained. It is possible to provide a manufacturing apparatus capable of efficiently forming a high-quality integrated circuit using an alloy wiring layer on the surface of a substrate, and capable of reliably manufacturing a micro wiring film of VLSI having excellent electromigration resistance.
【0100】また、請求項8に係る集積回路の薄膜形成
装置によれば、基板温度制御機構は、基板加熱機構と基
板冷却機構とを備えることにより、成膜中の基板温度の
昇降温度制御性が高く、集積回路の薄膜形成装置のイオ
ンビーム源により、蒸着物質の蒸気をイオン化し、かつ
加速手段によりイオン化された蒸気に運動エネルギーを
付与しているので、低抵抗で、かつ低抵抗コンタクトな
銅または銅合金配線層を形成でき、また、銅または銅合
金配線層形成時にガスイオン源により不活性ガスイオン
を照射しながらイオンビーム源によって前記基板上にイ
オン照射しながら銅または銅合金の蒸着を行うととも
に、前記基板温度制御機構により昇温降温の温度サイク
ルを繰り返すことにより、配線材料である銅または銅合
金のリフローを促進し、微細なコンタクトホールに対し
ても穴埋め性良く配線層を形成することができ、また、
基板近傍に導入された窒素ガスが前記ガスイオン源から
の不活性ガスイオン照射により、活性化して基板に蒸着
するので、蒸着物質の蒸気との反応効率が向上し、良好
な電気的コンタクトおよびバリア性を有するTiNなど
のバリア層を形成できる。さらに、チタンと窒素の組成
比が変化した傾斜構造のバリア層の形成も可能である。
さらに、集積回路の下地層における配線下地層であるチ
タン、シリコン、アルミニウムおよびゲルマニウムから
なる群からえらばれた少なくとも1種の金属と銅とから
形成される銅合金層を形成する場合、複数のイオンビー
ム源により、銅と合金元素とを混合蒸着し、各蒸着速度
を制御することにより、銅と合金元素との組成比を自由
に変化でき、また、傾斜構造とすることもできるという
効果があり、従って、銅または銅合金配線層を用いた高
品質の集積回路を基板の表面に効率良く形成でき、耐エ
レクトロマイグレーション性に優れた超LSIの微細配
線膜を信頼性高く製造できる製造装置を提供する。Further, according to the thin film forming apparatus of the integrated circuit of the eighth aspect, the substrate temperature control mechanism is provided with the substrate heating mechanism and the substrate cooling mechanism, so that the temperature controllability of the substrate temperature during film formation is controlled. Since the vapor of the vapor deposition material is ionized by the ion beam source of the thin film forming apparatus of the integrated circuit and the kinetic energy is given to the vaporized vapor by the accelerating means, it has a low resistance and a low resistance contact. A copper or copper alloy wiring layer can be formed, and copper or copper alloy is vapor-deposited while irradiating the substrate with an ion beam source while irradiating inert gas ions with a gas ion source when forming the copper or copper alloy wiring layer. In addition to repeating the temperature cycle of raising and lowering the temperature by the substrate temperature control mechanism, the reflow of copper or copper alloy, which is the wiring material, is promoted. , Can also form a filling good wiring layer with respect to a fine contact hole, also,
Nitrogen gas introduced in the vicinity of the substrate is activated by the irradiation of inert gas ions from the gas ion source to be vapor-deposited on the substrate, so that the reaction efficiency with vapor of the vapor deposition substance is improved, and good electrical contact and barrier are achieved. A barrier layer of TiN or the like having a property can be formed. Furthermore, it is possible to form a barrier layer having a graded structure in which the composition ratio of titanium and nitrogen is changed.
Further, when forming a copper alloy layer formed of copper and at least one metal selected from the group consisting of titanium, silicon, aluminum and germanium, which is a wiring underlayer in an underlayer of an integrated circuit, a plurality of ions are formed. By the beam source, copper and alloy elements are mixed and vapor-deposited, and by controlling each vapor deposition rate, the composition ratio of copper and alloy elements can be freely changed, and there is also an effect that a graded structure can be formed. Therefore, it is possible to efficiently form a high-quality integrated circuit using a copper or copper alloy wiring layer on the surface of a substrate, and to provide a manufacturing apparatus capable of reliably manufacturing a micro wiring film of VLSI with excellent electromigration resistance. To do.
【0101】また、請求項9に係る集積回路の薄膜形成
装置によれば、請求項7または請求項8記載の集積回路
の薄膜形成装置において、集積回路の薄膜形成装置の磁
界印加型イオンビーム源は、イオン化手段として、グロ
ー放電のプラズマ密度を増加させる磁界印加手段を備え
るとともに、その配置として、磁界を与える磁石をイオ
ン化部周囲およびイオン化部の中心軸上に配置すること
により、電子が回転できるように数百ガウスの磁束密度
を電子ビーム放出フィラメントとるつぼとの間のイオン
化空間に効率良く印加できるため、蒸着物質の蒸気を非
常に高いイオン化効率でイオン化でき、また、磁界印加
型ガスイオン源は、ガスイオン化手段として、磁界印加
手段を備えるとともに、その配置として、磁界を与える
磁石をイオン化部周囲およびイオン化部の中心軸上に配
置することにより、電子ビームが回転運動できように数
百ガウス程度の磁束密度を電子ビーム引き出し電極内部
のイオン化空間に効率良く印加できるため、イオン化効
率を高めることができ、従って、請求項7および8と同
様に、以下に示す効果がある。低抵抗で、かつ低抵抗コ
ンタクトな銅または銅合金配線層を形成でき、銅または
銅合金配線層形成時に磁界印加型イオンビーム源により
1〜500(μA/cm2)のイオン照射を行うととも
に、基板温度制御機構により昇温降温の温度サイクルを
繰り返すことにより、配線材料である銅または銅合金の
リフローを促進し、微細なコンタクトホールに対しても
穴埋め性良く配線層を形成することができ、さらに、反
応性が高いので、良好な電気的コンタクトおよびバリア
性を有するTiNなどのバリア層を形成できる。また、
銅または銅合金配線層形成時に磁界印加型ガスイオン源
により不活性ガスイオンを照射しながら磁界印加型イオ
ンビーム源によって前記基板上にイオン照射しながら銅
または銅合金の蒸着を行うとともに、前記基板温度制御
機構により昇温降温の温度サイクルを繰り返すことによ
り、配線材料である銅または銅合金のリフローを促進
し、微細なコンタクトホールに対しても穴埋め性良く配
線層を形成することができ、さらに、基板近傍に導入さ
れた窒素ガスが前記磁界印加型ガスイオン源からの不活
性ガスイオン照射により、活性化して基板に蒸着するの
で、蒸着物質の蒸気との反応効率が向上し、良好な電気
的コンタクトおよびバリア性を有するTiNなどのバリ
ア層を形成できる。さらに、チタンと窒素の組成比が変
化した傾斜構造のバリア層の形成も可能である。さら
に、集積回路の下地層における配線下地層であるチタ
ン、シリコン、アルミニウムおよびゲルマニウムからな
る群から選ばれた少なくとも1種の金属と銅とから形成
される銅合金層を形成する場合、複数の磁界印加型イオ
ンビーム源により、銅と合金元素とを混合蒸着し、各蒸
着速度を制御することにより、銅と合金元素の組成比を
自由に変化でき、また、傾斜構造とすることもできると
いう効果がある。以上より、銅または銅合金配線層を用
いた高品質の集積回路を基板の表面に効率良く形成で
き、耐エレクトロマイグレーション性に優れた超LSI
の微細配線膜を信頼性高く製造できる製造装置を提供す
る。According to the integrated circuit thin film forming apparatus of the ninth aspect, in the thin film forming apparatus of the integrated circuit according to the seventh or the eighth aspect, the magnetic field application type ion beam source of the thin film forming apparatus of the integrated circuit is used. Is equipped with a magnetic field applying means for increasing the plasma density of glow discharge as an ionizing means, and by arranging a magnet for giving a magnetic field around the ionization part and on the central axis of the ionization part, electrons can rotate. Since a magnetic flux density of several hundred Gauss can be efficiently applied to the ionization space between the electron beam emitting filament and the crucible, the vapor of the vapor deposition material can be ionized with extremely high ionization efficiency, and a magnetic field application type gas ion source Is equipped with a magnetic field applying means as a gas ionizing means, and as its arrangement, a magnet for applying a magnetic field is used as an ionizing part. By arranging it on the central axis of the enclosure and the ionization part, it is possible to efficiently apply a magnetic flux density of about several hundred gauss to the ionization space inside the electron beam extraction electrode so that the electron beam can rotate, thus improving the ionization efficiency. Therefore, the following effects can be obtained as in claims 7 and 8. A low resistance and low resistance contact copper or copper alloy wiring layer can be formed, and at the time of forming the copper or copper alloy wiring layer, ion irradiation of 1 to 500 (μA / cm 2 ) is performed by a magnetic field application type ion beam source, By repeating the temperature cycle of raising and lowering the temperature by the substrate temperature control mechanism, it is possible to promote the reflow of the wiring material copper or copper alloy, and to form a wiring layer with a good filling property even for a fine contact hole, Furthermore, since the reactivity is high, it is possible to form a barrier layer such as TiN having good electrical contact and barrier properties. Also,
The copper or copper alloy is vapor-deposited while ion-irradiating the substrate with the magnetic field-applying ion beam source while irradiating the inert gas ions with the magnetic field-applying gas ion source when forming the copper or copper alloy wiring layer. By repeating the temperature raising and lowering temperature cycle by the temperature control mechanism, the reflow of the wiring material copper or copper alloy can be promoted, and the wiring layer can be formed well even in the fine contact hole. Since the nitrogen gas introduced in the vicinity of the substrate is activated and vapor-deposited on the substrate by the inert gas ion irradiation from the magnetic field application type gas ion source, the reaction efficiency with the vapor of the vapor deposition material is improved, and good electrical conductivity is obtained. It is possible to form a barrier layer such as TiN having a physical contact and a barrier property. Furthermore, it is possible to form a barrier layer having a graded structure in which the composition ratio of titanium and nitrogen is changed. Further, when forming a copper alloy layer formed of copper and at least one metal selected from the group consisting of titanium, silicon, aluminum and germanium, which is a wiring underlayer in the underlayer of an integrated circuit, a plurality of magnetic fields are used. The effect of being able to freely change the composition ratio of copper and alloy elements by controlling the deposition rate by mixing and depositing copper and alloy elements by an application type ion beam source, and also having an inclined structure There is. From the above, it is possible to efficiently form a high-quality integrated circuit using a copper or copper alloy wiring layer on the surface of a substrate, and a VLSI with excellent electromigration resistance.
To provide a manufacturing apparatus capable of manufacturing the above-mentioned fine wiring film with high reliability.
【0102】また、請求項10に係る集積回路の薄膜形
成装置によれば、請求項7または請求項8記載の集積回
路の薄膜形成装置において、基板加熱機構および基板冷
却機構は、それぞれ独立に上下移動が可能な機構を備え
ることにより、基板温度の昇温あるいは降温時に前記基
板加熱機構あるいは基板冷却機構を基板に対して接近あ
るいは接触させることができ、基板温度の昇温降温をよ
り短時間に制御性良く行うことができる。また、基板回
転機構としては、1回転毎に回転方向を反転させる機構
を備えたことにより、前記基板加熱機構および基板冷却
機構を備えた場合でも、装置構造が複雑にならず、容易
に一方向に連続して回転した場合と同様の基板回転の効
果が得られる。According to the thin film forming apparatus for an integrated circuit of the tenth aspect, in the thin film forming apparatus for the integrated circuit according to the seventh or eighth aspect, the substrate heating mechanism and the substrate cooling mechanism are independently moved up and down. By providing the movable mechanism, the substrate heating mechanism or the substrate cooling mechanism can be brought close to or in contact with the substrate when the substrate temperature is raised or lowered, and the substrate temperature can be raised or lowered in a shorter time. It can be performed with good controllability. Further, since the substrate rotating mechanism is provided with a mechanism for reversing the rotating direction for each rotation, even if the substrate heating mechanism and the substrate cooling mechanism are provided, the device structure does not become complicated, and the one direction can be easily performed. The same effect of rotating the substrate can be obtained as when rotating continuously.
【0103】また、請求項11に係る集積回路の薄膜形
成装置によれば、請求項7または請求項8記載の集積回
路の薄膜形成装置において、基板搬送機構は、段差付き
馬蹄型基板ホルダーおよび段差付き基板搬送用フォーク
を用いることにより、上下方向の運動のみにより容易に
基板の受け渡しができる。また、段差を形成することに
より、搬送時および受け渡し時の基板の墜落および位置
ずれなどを抑制でき、また、基板との接触面積を小さく
できるので、基板に対するダストの発生を抑制すること
ができる。According to the integrated circuit thin film forming apparatus of the eleventh aspect, in the thin film forming apparatus of the integrated circuit according to the seventh or eighth aspect, the substrate transfer mechanism includes the stepped horseshoe-shaped substrate holder and the step. By using the attached substrate transfer fork, the substrate can be easily delivered only by the vertical movement. Further, by forming the step, it is possible to prevent the substrate from falling and being displaced during transportation and delivery, and since the contact area with the substrate can be reduced, it is possible to suppress the generation of dust on the substrate.
【0104】また、請求項12に係る集積回路の薄膜形
成装置によれば、請求項11の集積回路の薄膜形成装置
において、基板搬送用フォークは、基板との接触部分を
テフロン、ポリピレンなどの合成樹脂を被覆することに
より、基板に対するダストの発生を抑制することがで
き、集積回路形成時の歩留まりを向上させることができ
るという効果がある。According to a twelfth aspect of the thin film forming apparatus for an integrated circuit of the eleventh aspect, in the thin film forming apparatus for an integrated circuit according to the eleventh aspect, the contact portion of the substrate carrying fork is made of Teflon, polypyrene or the like. By coating the resin, it is possible to suppress the generation of dust on the substrate and to improve the yield at the time of forming an integrated circuit.
【0105】また、請求項13に係る集積回路の薄膜形
成装置によれば、請求項11の集積回路の薄膜形成装置
において、基板搬送用フォークは、中空構造とすること
により、基板搬送用フォークの自重の軽量化が可能とな
り、基板搬送時の位置精度を向上させることができると
いう効果がある。According to the thin film forming apparatus for an integrated circuit of the thirteenth aspect, in the thin film forming apparatus for the integrated circuit according to the eleventh aspect, the fork for transferring the substrate has a hollow structure. It is possible to reduce the weight of the device itself, and it is possible to improve the positional accuracy when the substrate is transported.
【0106】また、請求項14に係る集積回路の製造方
法によれば、集積回路の下地層における配線下地層であ
るチタン、シリコン、アルミニウムおよびゲルマニウム
からなる群から選ばれた少なくとも1種の金属と銅とか
ら形成される銅合金層を形成する場合、複数のイオンビ
ーム源もしくは磁界印加型イオンビーム源により、銅と
合金元素を混合蒸着し、各蒸着速度を制御することによ
り、銅と合金元素の組成比を自由に変化でき、また、傾
斜構造とすることもできるという効果がある。また、集
積回路の下地層における配線下地層は、チタン、シリコ
ン、アルミニウムおよびゲルマニウムからなる群から選
ばれた少なくとも1種の金属と銅とから形成される銅合
金であるので、銅または銅合金配線層形成時に、銅また
は銅合金配線層の銅または銅合金と反応して、合金化す
ることにより、配線層の融点を低下させ、良好なステッ
プカバレッジを確保でき、銅または銅合金配線層をコン
タクトホール内へ良好に埋め込むことできるという効果
がある。以上より、銅または銅合金配線層を用いた高品
質の集積回路を基板表面に効率良く形成でき、低抵抗で
耐エレクトロマイグレーション性に優れた超LSIの微
細配線膜を信頼性高く製造できる。According to the integrated circuit manufacturing method of the fourteenth aspect, at least one metal selected from the group consisting of titanium, silicon, aluminum and germanium, which is the wiring underlayer in the underlayer of the integrated circuit, is used. When a copper alloy layer formed of copper is formed, copper and alloy elements are mixed and vapor-deposited with a plurality of ion beam sources or a magnetic field application type ion beam source, and each vapor deposition rate is controlled. There is an effect that the composition ratio of can be freely changed and a graded structure can be formed. Further, since the wiring underlayer in the underlayer of the integrated circuit is a copper alloy formed from at least one metal selected from the group consisting of titanium, silicon, aluminum and germanium, copper or a copper alloy wiring. When the layer is formed, it reacts with the copper or copper alloy in the copper or copper alloy wiring layer to form an alloy, which lowers the melting point of the wiring layer and ensures good step coverage. There is an effect that it can be well embedded in the hole. As described above, a high-quality integrated circuit using a copper or copper alloy wiring layer can be efficiently formed on the substrate surface, and a VLSI fine wiring film having low resistance and excellent electromigration resistance can be manufactured with high reliability.
【0107】また、請求項15または請求項16に係る
集積回路の製造方法によれば、チタンと窒素との組成比
を変化させる傾斜構造を真空槽内に導入される窒素ガス
の量を制御することにより、容易に形成できるという効
果がある。また、集積回路の下地層におけるバリア層
は、チタンと窒素との組成を変化させた傾斜構造とした
ことによりバリア層を薄膜化しても電気的コンタクトお
よびバリア性が向上するという効果がある。以上より、
銅または銅合金配線層を用いた高品質の集積回路を基板
表面に効率良く形成でき、低抵抗で耐エレクトロマイグ
レーション性に優れた超LSIの微細配線膜を信頼性高
く製造できる。Further, according to the integrated circuit manufacturing method of the fifteenth or sixteenth aspect, the amount of the nitrogen gas introduced into the vacuum chamber is controlled by the inclined structure for changing the composition ratio of titanium and nitrogen. This has the effect that it can be easily formed. Further, since the barrier layer in the base layer of the integrated circuit has a graded structure in which the composition of titanium and nitrogen is changed, there is an effect that electrical contact and barrier properties are improved even if the barrier layer is thinned. From the above,
It is possible to efficiently form a high-quality integrated circuit using a copper or copper alloy wiring layer on the surface of a substrate, and it is possible to reliably manufacture a fine wiring film of VLSI having low resistance and excellent electromigration resistance.
【0108】また、請求項17に係る集積回路の製造方
法によれば、集積回路の銅または銅合金配線層の製造方
法は、銅または銅合金配線層形成時にガスイオン源もし
くは磁界印加型ガスイオン源により不活性ガスイオンを
照射しながら、イオンビーム源もしくは磁界印加型イオ
ンビーム源によって、基板上にイオンを照射しながら銅
または銅合金を蒸着することにより、銅または銅合金配
線膜の結晶粒成長を抑制するとともに、配線材料である
銅または銅合金がリフローし易くなり、微細なコンタク
トホールに対しても穴埋め性良く配線膜を形成できる。
また、配線層成膜中に基板温度を室温からリフロー開始
温度まで連続的に昇温することにより、同様に配線材料
である銅または銅合金がリフローし易くなり、微細なコ
ンタクトホールに対しても穴埋め性良く配線膜を形成で
きるという効果がある。以上より、銅または銅合金配線
層を用いた高品質の集積回路を基板表面に効率良く形成
でき、低抵抗で耐エレクトロマイグレーション性に優れ
た超LSIの微細配線膜を信頼性高く製造できる。According to the method of manufacturing an integrated circuit according to claim 17, the method of manufacturing a copper or copper alloy wiring layer of the integrated circuit is such that a gas ion source or a magnetic field application type gas ion is formed at the time of forming the copper or copper alloy wiring layer. Crystal particles of the copper or copper alloy wiring film by depositing copper or copper alloy while irradiating ions on the substrate with an ion beam source or a magnetic field application type ion beam source while irradiating inert gas ions with a source In addition to suppressing the growth, the wiring material copper or copper alloy easily reflows, and a wiring film can be formed with a good filling property even for a fine contact hole.
Further, by continuously raising the substrate temperature from room temperature to the reflow start temperature during the wiring layer formation, similarly copper or copper alloy, which is a wiring material, easily reflows, and even for fine contact holes. There is an effect that a wiring film can be formed with good filling properties. As described above, a high-quality integrated circuit using a copper or copper alloy wiring layer can be efficiently formed on the substrate surface, and a VLSI fine wiring film having low resistance and excellent electromigration resistance can be manufactured with high reliability.
【0109】また、請求項18に係る集積回路の製造方
法によれば、銅または銅合金配線層形成時にガスイオン
源もしくは磁界印加型ガスイオン源により不活性ガスイ
オンを照射しながら、イオンビーム源もしくは磁界印加
型イオンビーム源によって、基板上にイオンを照射しな
がら銅または銅合金を蒸着することにより、銅または銅
合金配線膜の結晶粒成長が抑制されるとともに、配線材
料である銅または銅合金がリフローし易くなり、微細な
コンタクトホールに対しても穴埋め性良く配線膜を形成
できる。また、基板温度を室温で配線層を所定の膜厚だ
け堆積した後、リフロー開始温度まで昇温し、再び、室
温に冷却し、所定の膜厚を堆積するという周期を繰り返
すことにより、同様に配線材料である銅または銅合金が
リフローし易くなり、微細なコンタクトホールに対して
も穴埋め性良く配線膜を形成できるという効果がある。
以上より、銅または銅合金配線層を用いた高品質の集積
回路を基板表面に効率良く形成でき、低抵抗で耐エレク
トロマイグレーション性に優れた超LSIの微細配線膜
を信頼性高く製造できる。According to the integrated circuit manufacturing method of the eighteenth aspect, the ion beam source is irradiated with the inert gas ions by the gas ion source or the magnetic field application type gas ion source when the copper or copper alloy wiring layer is formed. Alternatively, by using a magnetic field application type ion beam source to deposit copper or a copper alloy while irradiating ions onto the substrate, crystal grain growth of the copper or copper alloy wiring film is suppressed and copper or copper which is a wiring material is suppressed. The alloy easily reflows, and the wiring film can be formed with good filling properties even for fine contact holes. In addition, by repeating the cycle of depositing the wiring layer to a predetermined film thickness at the substrate temperature, then increasing the temperature to the reflow start temperature, cooling to room temperature again, and depositing the predetermined film thickness, in the same manner. Copper or a copper alloy, which is a wiring material, is easily reflowed, and there is an effect that a wiring film can be formed with a good filling property even in a fine contact hole.
As described above, a high-quality integrated circuit using a copper or copper alloy wiring layer can be efficiently formed on the substrate surface, and a VLSI fine wiring film having low resistance and excellent electromigration resistance can be manufactured with high reliability.
【図1】 この発明の大規模集積回路の一実施例を示す
断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of a large scale integrated circuit of the present invention.
【図2】 この発明の大規模集積回路の他の実施例を示
す断面図である。FIG. 2 is a sectional view showing another embodiment of the large scale integrated circuit of the present invention.
【図3】 この発明の大規模集積回路の更に他の実施例
を示す断面図である。FIG. 3 is a sectional view showing still another embodiment of the large-scale integrated circuit of the present invention.
【図4】 この発明の大規模集積回路の更に他の実施例
を示す断面図である。FIG. 4 is a sectional view showing still another embodiment of the large-scale integrated circuit of the present invention.
【図5】 この発明の大規模集積回路の更に他の実施例
を示す断面図である。FIG. 5 is a sectional view showing still another embodiment of the large-scale integrated circuit of the present invention.
【図6】 この発明の大規模集積回路の更に他の実施例
を示す断面図である。FIG. 6 is a sectional view showing still another embodiment of the large-scale integrated circuit of the present invention.
【図7】 この発明の大規模集積回路の薄膜形成装置の
一実施例を示す構成図である。FIG. 7 is a configuration diagram showing an embodiment of a thin film forming apparatus for a large scale integrated circuit according to the present invention.
【図8】 この発明の大規模集積回路の薄膜形成装置の
他の実施例を示す構成図である。FIG. 8 is a configuration diagram showing another embodiment of a thin film forming apparatus for a large scale integrated circuit according to the present invention.
【図9】 この発明の大規模集積回路の薄膜形成装置の
更に他の実施例を示す構成図である。FIG. 9 is a configuration diagram showing still another embodiment of a thin film forming apparatus for a large scale integrated circuit according to the present invention.
【図10】 この発明の大規模集積回路の薄膜形成装置
の更に他の実施例を示す構成図である。FIG. 10 is a configuration diagram showing still another embodiment of a thin film forming apparatus for a large scale integrated circuit according to the present invention.
【図11】 この発明の大規模集積回路の薄膜形成装置
の基板回転保持装置の一実施例を示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing one embodiment of the substrate rotation holding device of the thin film forming apparatus for a large scale integrated circuit of the present invention.
【図12】 この発明の大規模集積回路の薄膜形成装置
の基板搬送機構の一実施例を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing an embodiment of a substrate transfer mechanism of a thin film forming apparatus for a large scale integrated circuit according to the present invention.
【図13】 この発明の大規模集積回路の薄膜形成装置
の基板搬送機構の基板搬送用フォークの一実施例を示す
図である。FIG. 13 is a diagram showing an embodiment of a substrate carrying fork of the substrate carrying mechanism of the thin film forming apparatus for a large scale integrated circuit of the present invention.
【図14】 この発明の大規模集積回路の薄膜形成装置
の基板搬送機構の基板搬送用フォークの他の実施例を示
す図である。FIG. 14 is a diagram showing another embodiment of the substrate carrying fork of the substrate carrying mechanism of the thin film forming apparatus for a large scale integrated circuit of the present invention.
【図15】 この発明の大規模集積回路の製造方法にお
ける基板温度制御プロセスの一実施例を示す図である。FIG. 15 is a diagram showing an example of a substrate temperature control process in the method of manufacturing a large scale integrated circuit according to the present invention.
【図16】 この発明の大規模集積回路の製造方法にお
ける基板温度制御プロセスの他の実施例を示す図であ
る。FIG. 16 is a diagram showing another embodiment of the substrate temperature control process in the method of manufacturing a large scale integrated circuit according to the present invention.
【図17】 この発明の大規模集積回路の製造方法にお
ける銅合金からなる配線下地層の製造プロセスの各実施
例を示す図である。FIG. 17 is a diagram showing each embodiment of the manufacturing process of the wiring underlayer made of a copper alloy in the manufacturing method of the large-scale integrated circuit of the present invention.
【図18】 窒化チタンの結晶性を示す図である。FIG. 18 is a diagram showing crystallinity of titanium nitride.
【図19】 窒化チタンの比抵抗を示す図である。FIG. 19 is a diagram showing the specific resistance of titanium nitride.
【図20】 この発明の基板搬送機構の一実施態様を示
す図である。FIG. 20 is a view showing one embodiment of the substrate transfer mechanism of the present invention.
【図21】 この発明の基板搬送機構の別の実施態様を
示す図である。FIG. 21 is a view showing another embodiment of the substrate transfer mechanism of the present invention.
【図22】 この発明の基板搬送機構のさらに別の実施
態様を示す図である。FIG. 22 is a view showing still another embodiment of the substrate transfer mechanism of the present invention.
【図23】 この発明の基板搬送機構のさらにまた別の
実施態様を示す図である。FIG. 23 is a view showing still another embodiment of the substrate transfer mechanism of the present invention.
【図24】 従来の大規模集積回路の一例を示す断面図
である。FIG. 24 is a sectional view showing an example of a conventional large-scale integrated circuit.
【図25】 従来の大規模集積回路の薄膜形成装置の一
例を示す断面図である。FIG. 25 is a sectional view showing an example of a conventional thin film forming apparatus for a large scale integrated circuit.
【図26】 従来の大規模集積回路の他の例を示す断面
図である。FIG. 26 is a sectional view showing another example of a conventional large-scale integrated circuit.
1 基板、2 銅配線層、3 複数の層から構成される
下地層、31 密着層、32 バリア層、33 配線下
地層、50 イオンビーム源、55 蒸気発生手段、5
9 イオン化手段、75 電源装置、81 基板回転保
持装置、82基板温度制御機構、85 窒素ガス導入手
段、100 基板搬送機構、110ガスイオン源、12
0 磁界印加型ガスイオン源、150 磁界印加型イオ
ンビーム源、303 基板加熱機構、304 基板冷却
機構、310 基板ホルダー、311 基板搬送用フォ
ーク。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 substrate, 2 copper wiring layer, underlayer composed of a plurality of layers, 31 adhesion layer, 32 barrier layer, 33 wiring underlayer, 50 ion beam source, 55 vapor generating means, 5
9 ionization means, 75 power supply device, 81 substrate rotation holding device, 82 substrate temperature control mechanism, 85 nitrogen gas introducing means, 100 substrate transfer mechanism, 110 gas ion source, 12
0 magnetic field application type gas ion source, 150 magnetic field application type ion beam source, 303 substrate heating mechanism, 304 substrate cooling mechanism, 310 substrate holder, 311 substrate transfer fork.
Claims (18)
を介して配線層が形成された集積回路において、前記配
線層は銅または銅合金により構成され、前記下地層は、
前記基板から配線層に向かって、密着層、バリア層およ
び前記配線層の銅または銅合金と合金を形成しやすい金
属からなる配線下地層から構成されることを特徴とする
集積回路。1. In an integrated circuit in which a wiring layer is formed on a substrate through an underlayer composed of a plurality of layers, the wiring layer is made of copper or a copper alloy, and the underlayer is
An integrated circuit comprising an adhesion layer, a barrier layer, and a wiring base layer made of a metal that easily forms an alloy with copper or a copper alloy of the wiring layer from the substrate toward the wiring layer.
構成された下地層を介して銅または銅合金から構成され
た配線層が形成された集積回路において、前記配線下地
層は、チタン、シリコン、アルミニウムおよびゲルマニ
ウムからなる群から選ばれた少なくとも1種の金属と銅
とで形成される銅合金からなることを特徴とする集積回
路。2. An integrated circuit in which a wiring layer made of copper or a copper alloy is formed on a substrate through an underlayer made up of a plurality of layers including a wiring underlayer, and the wiring underlayer is titanium. An integrated circuit comprising a copper alloy formed of copper and at least one metal selected from the group consisting of silicon, aluminum and germanium.
構成された下地層を介して銅または銅合金から構成され
た配線層が形成された集積回路において、前記配線下地
層は、チタン、シリコン、アルミニウムおよびゲルマニ
ウムからなる群から選ばれた少なくとも1種の金属と銅
とで形成される銅合金から構成されるとともに、前記配
線層に接近するにつれてチタン、シリコン、アルミニウ
ムおよびゲルマニウムから選ばれた少なくとも1種の金
属の組成が銅の組成に対して逓減することを特徴とする
集積回路。3. In an integrated circuit in which a wiring layer made of copper or a copper alloy is formed on a substrate through an underlayer made of a plurality of layers including a wiring underlayer, the wiring underlayer is titanium. , A copper alloy formed of at least one metal selected from the group consisting of silicon, aluminum and germanium and copper, and selected from titanium, silicon, aluminum and germanium as they approach the wiring layer. An integrated circuit characterized in that the composition of at least one metal is gradually reduced with respect to the composition of copper.
を介して銅または銅合金から構成された配線層が形成さ
れた集積回路において、前記下地層に含まれたバリア層
は、前記基板から前記配線層に向かって組成Xが変化す
る窒化チタン(TiNX)薄膜層であることを特徴とす
る請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の集積回
路。4. In an integrated circuit in which a wiring layer made of copper or a copper alloy is formed on a substrate via an underlayer made up of a plurality of layers, the barrier layer included in the underlayer is integrated circuit according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the composition X from the substrate toward the wiring layer is titanium nitride (TiN X) thin film layer varies.
を介して銅または銅合金から構成された配線層が形成さ
れた集積回路において、前記下地層に含まれたバリア層
は、前記基板から前記配線層に向かってチタン層、窒化
二チタン層および窒化チタン層の順序で形成されたこと
を特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれかに記載
の集積回路。5. In an integrated circuit in which a wiring layer made of copper or a copper alloy is formed on a substrate via an underlayer made up of a plurality of layers, the barrier layer included in the underlayer is 4. The integrated circuit according to claim 1, wherein a titanium layer, a dititanium nitride layer, and a titanium nitride layer are formed in this order from a substrate toward the wiring layer.
を介して銅または銅合金から構成された配線層が形成さ
れた集積回路において、前記下地層に含まれたバリア層
は、前記基板から前記配線層に向かって、チタン層、徐
々に窒素組成がチタン組成に対して大きくなるようにし
た窒化チタン(TiNX)層そして最後に窒化チタン
(TiN)層の順序で形成されたことを特徴とする請求
項1ないし請求項3のいずれかに記載の集積回路。6. In an integrated circuit in which a wiring layer made of copper or a copper alloy is formed on a substrate via an underlayer made up of a plurality of layers, the barrier layer included in the underlayer is From the substrate toward the wiring layer, a titanium layer, a titanium nitride (TiN x ) layer whose nitrogen composition is gradually increased relative to the titanium composition, and finally a titanium nitride (TiN) layer are formed in this order. The integrated circuit according to any one of claims 1 to 3, wherein:
板の搬入、搬出を行う基板搬送機構と、前記基板上近傍
に窒素ガスを導入する窒素ガス導入手段と、前記基板を
回転する基板回転機構と、前記基板を加熱する基板加熱
機構および前記基板を冷却する基板冷却機構とを有し成
膜中の基板温度を制御する基板温度制御機構と、 前記基板に向けて蒸着物質の蒸気を発生させる蒸気発生
手段と、前記蒸着物質の蒸気の一部をイオン化するイオ
ン化手段と、イオン化された蒸気を加速制御して、イオ
ン化されていない蒸着物質の蒸気とともに基板に輸送す
る加速手段から構成されるイオンビーム源であって、蒸
着物質である銅、チタンおよび銅合金の構成元素である
チタン、シリコン、アルミニウムおよびゲルマニウムか
らなる群から選ばれた金属を前記基板に供給するイオン
ビーム源とを備え、 銅または銅合金から構成される配線層の形成時には、前
記イオンビーム源により1〜500(μA/cm2)の
イオン照射を行うとともに、前記基板温度制御機構によ
り昇温、降温の温度サイクルを繰り返すようにしたこと
を特徴とする集積回路の薄膜形成装置。7. A substrate transfer mechanism for loading and unloading a substrate into and out of a vacuum chamber maintained at a predetermined degree of vacuum, a nitrogen gas introducing means for introducing nitrogen gas into the vicinity of the substrate, and rotating the substrate. A substrate temperature control mechanism that has a substrate rotation mechanism, a substrate heating mechanism that heats the substrate, and a substrate cooling mechanism that cools the substrate, and a vapor of a vapor deposition material toward the substrate. And an ionization unit for ionizing a part of the vapor of the vapor deposition material, and an acceleration means for accelerating and controlling the ionized vapor and transporting the vaporized vapor of the non-ionized vapor to the substrate. An ion beam source that is selected from the group consisting of the vapor deposition materials copper, titanium and the constituent elements of titanium and copper alloys, titanium, silicon, aluminum and germanium. The a ion beam source to be supplied to the substrate, during formation of the copper or the wiring layer formed of copper alloy, with an ion irradiation 1~500 (μA / cm 2) by the ion beam source, the substrate A thin film forming apparatus for an integrated circuit, characterized in that a temperature control mechanism repeats a temperature cycle of raising and lowering the temperature.
板の搬入搬出を行う基板搬送機構と、前記基板上近傍に
流量を調整された窒素ガスの混合ガスもしくは窒素元素
を含む混合ガスを導入するガス導入手段と、前記基板を
回転する基板回転機構と、前記基板を加熱する基板加熱
機構および前記基板を冷却する基板冷却機構を有し、成
膜中の基板温度を制御する基板温度制御機構と、 前記基板に向けて蒸着物質の蒸気を発生させる蒸気発生
手段と、前記蒸着物質の蒸気の一部をイオン化するイオ
ン化手段と、イオン化された蒸気を加速制御して、イオ
ン化されていない蒸着物質の蒸気とともに基板に輸送す
る加速手段から構成されるイオンビーム源であって、蒸
着物質である銅、チタンおよび銅合金の構成元素である
チタン、シリコン、アルミニウムおよびゲルマニウムか
らなる群から選ばれた金属を前記基板に供給するイオン
ビーム源とを備えた集積回路の薄膜形成装置において、 前記真空槽内に設けられた不活性ガス導入手段と、不活
性ガスの導入部分に配置され不活性ガスをイオン化する
ガスイオン化手段と、このガスイオン化手段によりイオ
ン化された不活性ガスを加速制御する加速手段から構成
されるガスイオン源とを備えるとともに、 銅または銅合金から構成された配線層の形成時には、前
記ガスイオン源により前記不活性ガスイオンを照射しな
がら前記イオンビーム源によって前記基板上にイオン照
射しながら銅または銅合金の蒸着を行うとともに、前記
基板温度制御機構により昇温降温の温度サイクルを繰り
返すようにしたことを特徴とする集積回路の薄膜形成装
置。8. A substrate transfer mechanism for loading and unloading a substrate into and out of a vacuum chamber maintained at a predetermined vacuum degree, and a mixed gas of nitrogen gas or a mixed gas containing nitrogen element, the flow rate of which is adjusted near the substrate. A substrate temperature for controlling the substrate temperature during film formation, which has a gas introducing means for introducing a substrate, a substrate rotating mechanism for rotating the substrate, a substrate heating mechanism for heating the substrate, and a substrate cooling mechanism for cooling the substrate. A control mechanism, a vapor generating means for generating vapor of the vapor deposition material toward the substrate, an ionizing means for ionizing a part of the vapor of the vapor deposition material, and an acceleration control of the ionized vapor, which is not ionized. An ion beam source composed of an accelerating means for transporting the vapor of a vapor deposition material to a substrate, wherein titanium, silicon, and Al, which are constituent elements of the vapor deposition material, copper, titanium, and a copper alloy. In a thin film forming apparatus for an integrated circuit, which comprises an ion beam source for supplying a metal selected from the group consisting of aluminum and germanium to the substrate, an inert gas introducing means provided in the vacuum chamber, and an inert gas. In addition to the gas ionization means arranged in the introduction part of the ionization means for ionizing the inert gas, and the gas ion source composed of the acceleration means for accelerating and controlling the inert gas ionized by the gas ionization means, copper or copper alloy When forming the wiring layer composed of, the copper or copper alloy is vapor-deposited while irradiating the substrate with ions by the ion beam source while irradiating the inert gas ions with the gas ion source. A thin film forming apparatus for an integrated circuit, characterized in that the temperature cycle of raising and lowering temperature is repeated by a control mechanism. .
イオン化部周囲およびイオン化部の中心軸線上に配置し
た磁界印加型イオン化手段を備える磁界印加型イオンビ
ーム源であり、ガスイオン源は、磁界を与える磁石をイ
オン化部周囲およびイオン化部の中心軸線上に配置した
磁界印加型ガスイオン化手段を備える磁界印加型ガスイ
オン源であることを特徴とする請求項7または請求項8
記載の薄膜形成装置。9. The ion beam source is a magnetic field application type ion beam source comprising magnetic field application type ionization means in which a magnet for applying a magnetic field is arranged around the ionization section and on the central axis of the ionization section, and the gas ion source is a magnetic field 9. A magnetic field application type gas ion source comprising a magnetic field application type gas ionization means in which a magnet for giving a magnetic field is arranged around the ionization section and on the central axis of the ionization section.
The thin film forming apparatus described.
基板冷却機構それぞれ独立に上下移動が可能な機構を備
えるとともに、基板回転機構は、1回転毎に回転方向を
反転させる機構を備えたことを特徴とする請求項7また
は請求項8記載の集積回路の薄膜形成装置。10. The substrate temperature control mechanism is a substrate heating mechanism,
9. The integrated circuit according to claim 7, wherein the substrate cooling mechanism includes a mechanism that can move up and down independently of each other, and the substrate rotation mechanism includes a mechanism that reverses the rotation direction for each rotation. Thin film forming equipment.
ホルダーおよび段差付き基板搬送用フォークを有するこ
とを特徴とする請求項7または請求項8記載の集積回路
の薄膜形成装置。11. The thin film forming apparatus for an integrated circuit according to claim 7, wherein the substrate transfer mechanism has a stepped horseshoe-shaped substrate holder and a stepped substrate transfer fork.
は、基板との接触部分を合成樹脂で被覆したことを特徴
とする請求項11記載の集積回路の薄膜形成装置。12. The thin film forming apparatus for an integrated circuit according to claim 11, wherein the substrate carrying fork of the substrate carrying mechanism has a contact portion with the substrate coated with a synthetic resin.
は、中空構造としたことを特徴とする請求項11記載の
集積回路の薄膜形成装置。13. The thin film forming apparatus for an integrated circuit according to claim 11, wherein the substrate carrying fork of the substrate carrying mechanism has a hollow structure.
ら構成された下地層を介して銅または銅合金から構成さ
れた配線層が形成された集積回路であって、複数のイオ
ンビーム源により、銅と合金元素であるチタン、シリコ
ン、アルミニウム、ゲルマニウムからなる群から選ばれ
た少なくとも1種の金属とを混合蒸着しながら銅合金か
らなる前記配線下地層を形成することを特徴とする集積
回路の製造方法。14. An integrated circuit in which a wiring layer made of copper or a copper alloy is formed on a substrate via an underlayer made up of a plurality of layers including a wiring underlayer, and a plurality of ion beam sources are provided. The above method is characterized in that the wiring underlayer made of a copper alloy is formed by mixed vapor deposition of copper and at least one metal selected from the group consisting of titanium, silicon, aluminum, and germanium which are alloy elements. Circuit manufacturing method.
層を介して銅または銅合金から構成された配線層が形成
される集積回路であって、真空槽中の前記基板に向かっ
て窒素ガスを導入する量を順次制御しながら、イオンビ
ーム源によって前記基板上にイオンを照射しながらチタ
ンを蒸着して、組成Xが変化する窒化チタン(Ti
NX)薄膜層からなる前記下地層に含まれたバリア層を
形成したことを特徴とする集積回路の製造方法。15. An integrated circuit in which a wiring layer made of copper or a copper alloy is formed on a substrate via an underlayer made of a plurality of layers, wherein nitrogen is directed toward the substrate in a vacuum chamber. While sequentially controlling the amount of gas to be introduced, titanium is vapor-deposited while irradiating the substrate with ions by an ion beam source, and titanium nitride (Ti
N X ) A method for manufacturing an integrated circuit, wherein a barrier layer included in the underlayer composed of a thin film layer is formed.
構成される下地層を介して銅または銅合金から構成され
た配線層が形成される集積回路であって、真空槽中の基
板近傍に窒素ガスの混合ガスもしくは窒素元素を含む混
合ガスを導入する量を順次制御しながら、前記基板に不
活性ガスイオンを照射してイオンビーム源によって前記
基板上にイオンを照射しながらチタンを蒸着して、組成
Xが変化する窒化チタン(TiNX)薄膜層からなる前
記バリア層を形成したことを特徴とする集積回路の製造
方法。16. An integrated circuit in which a wiring layer made of copper or a copper alloy is formed on a substrate via an underlayer made up of a plurality of layers including a barrier layer, which is in the vicinity of the substrate in a vacuum chamber. Deposition of titanium while irradiating the substrate with inert gas ions and irradiating the substrate with ions by an ion beam source while sequentially controlling the amount of the mixed gas of nitrogen gas or the mixed gas containing nitrogen element introduced into Then, the barrier layer composed of a titanium nitride (TiN x ) thin film layer in which the composition X changes is formed, and a method of manufacturing an integrated circuit.
層を介して銅または銅合金から構成された配線層が形成
される集積回路であって、配線層形成時にはガスイオン
源により不活性ガスイオンを照射しながら、イオンビー
ム源によって、前記基板上にイオンを照射して銅または
銅合金を蒸着するとともに、配線層成膜時には基板温度
を室温からリフロー開始温度まで連続的に昇温しながら
配線層を形成したことを特徴とする集積回路の製造方
法。17. An integrated circuit in which a wiring layer made of copper or a copper alloy is formed on a substrate via an underlayer made of a plurality of layers, and the wiring layer is inert by a gas ion source when the wiring layer is formed. While irradiating gas ions, the ion beam source irradiates ions onto the substrate to deposit copper or copper alloy, and continuously raises the substrate temperature from room temperature to the reflow start temperature during the wiring layer formation. A method of manufacturing an integrated circuit, characterized in that a wiring layer is formed.
層を介して銅または銅合金配線層が形成される集積回路
であって、配線層形成時にはガスイオン源により不活性
ガスイオンを照射しながら、イオンビーム源によって、
前記基板上にイオンを照射して銅または銅合金を蒸着す
るとともに、基板温度を室温で配線層を所定の膜厚だけ
堆積した後、リフロー開始温度まで昇温し、再び、室温
に冷却し、所定の膜厚を堆積するという周期を繰り返す
ことにより配線層を形成したことを特徴とする集積回路
の製造方法。18. An integrated circuit in which a copper or copper alloy wiring layer is formed on a substrate through an underlayer composed of a plurality of layers, wherein inert gas ions are irradiated from a gas ion source when the wiring layer is formed. While, by the ion beam source,
While irradiating copper or copper alloy by irradiating ions on the substrate, after depositing a predetermined thickness of the wiring layer at the substrate temperature at room temperature, the temperature is raised to the reflow start temperature, and again cooled to room temperature, A method of manufacturing an integrated circuit, wherein a wiring layer is formed by repeating a cycle of depositing a predetermined film thickness.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23781594A JPH08102463A (en) | 1994-09-30 | 1994-09-30 | Integrated circuit, its manufacture and its thin film forming equipment |
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- 1994-09-30 JP JP23781594A patent/JPH08102463A/en active Pending
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