專利名稱：配線結(jié)構(gòu)和配線結(jié)構(gòu)的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及配線結(jié)構(gòu)和配線結(jié)構(gòu)的制造方法。本發(fā)明特別涉及銅(Cu)系的配線結(jié)構(gòu)和配線結(jié)構(gòu)的制造方法。

背景技術(shù)：
在液晶顯示裝置等顯示裝置中使用大量的電子設(shè)備。作為構(gòu)成電子設(shè)備的半導體，主要使用硅(Si)。這里，就對Si的接合電極來說，在包括加熱過程的電子設(shè)備的制造工序中，要求抑制構(gòu)成接合電極的電極材料向Si中擴散的功能。
以往，已知使用銅合金作為顯示裝置中使用的電極、配線層或端子電極的配線材料，所述銅合金添加有具有小于銅(Cu)的氧化物生成自由能的氧化物生成自由能并且在Cu中的擴散系數(shù)大于Cu的自擴散系數(shù)的元素(以下，在“背景技術(shù)”和“發(fā)明內(nèi)容”中稱為“添加元素”)。
根據(jù)專利文獻1記載的配線材料，銅合金中的添加元素移動到表面形成有SiO2膜的基板和銅合金的界面并氧化，形成由添加元素的氧化物構(gòu)成的氧化物層，因此，通過該氧化物層(相當于抑制銅向包含硅的基板中擴散的阻擋層)可以抑制銅向包含硅的基板中擴散。
專利文獻1日本特開2007-72428號公報

發(fā)明內(nèi)容
但是，就專利文獻1記載的配線材料來看，作為抑制元素向硅基板擴散的阻擋層，使用了Cu和添加在Cu中的添加元素的氧化物，要求隔著具有絕緣性的氧化物的阻擋層，確保硅基板和在阻擋層的硅基板的相反側(cè)設(shè)置的配線之間的導通。這時，為了在基板和阻擋層之間確保電流導通，要求形成膜厚極薄的阻擋層，通過隧道電流來確保導通。另外，為了使阻擋層發(fā)揮作為阻擋層的功能，阻擋層需要一定程度的厚度。
所以，就專利文獻1記載的配線材料來看，為了兼顧作為阻擋層的功能和確保硅基板和配線層之間的導通這兩方面，要求控制阻擋層的精確的膜厚。進而，就添加元素的氧化過程來說，有時在添加元素內(nèi)的晶界形成氧化物相。這時，如果電子設(shè)備的制造工序中包括蝕刻工序，則有時由于氧化物相溶出而會產(chǎn)生針孔。
所以，本發(fā)明的目的是，提供一種不僅能夠獲得向硅的歐姆接合而且可以抑制元素向硅中擴散的配線結(jié)構(gòu)和配線結(jié)構(gòu)的制造方法。
為了達到所述目的，本發(fā)明提供一種配線結(jié)構(gòu)，其具備硅層、設(shè)置于硅層上的由添加有錳(Mn)的銅合金構(gòu)成的基底層和設(shè)置于基底層上的銅層，在包括硅層和基底層的界面的區(qū)域中，通過Mn富集化從而形成具有導電性的擴散阻擋層。
另外，上述配線結(jié)構(gòu)中，擴散阻擋層也可以是，在硅層和基底層被加熱時，由構(gòu)成硅層的硅(Si)、基底層的銅(Cu)和移動到界面的所述Mn來形成。另外，擴散阻擋層也可以與硅層歐姆接觸。進而，基底層具有能夠形成發(fā)揮擴散阻擋性的擴散阻擋層的Mn濃度，并設(shè)置在硅層上。另外，銅層也可以由3N以上的純度的無氧銅形成。
另外，為了達到上述目的，本發(fā)明提供一種配線結(jié)構(gòu)的制造方法，其具備在無氧氛圍下，在硅層上形成由添加有錳(Mn)的銅合金構(gòu)成的基底層的基底層形成工序；在基底層上形成銅層的銅層形成工序；對硅層和基底層實施熱處理，在硅層和基底層的界面使所述Mn富集化，從而形成具有導電性的擴散阻擋層的擴散阻擋層形成工序。
另外，上述配線結(jié)構(gòu)的制造方法中，銅合金可以包含銅(Cu)、在所述銅中5at％以上添加的Mn和不可避免的雜質(zhì)。另外，在擴散阻擋層形成工序中可以對硅層和基底層實施200℃～300℃的熱處理。
根據(jù)本發(fā)明的配線結(jié)構(gòu)和配線結(jié)構(gòu)的制造方法，可以提供一種不僅能夠得到與硅的歐姆接合而且可以抑制元素向硅中擴散的配線結(jié)構(gòu)和配線結(jié)構(gòu)的制造方法。



圖1(a)和(b)是表示本發(fā)明的實施方式的配線結(jié)構(gòu)的縱截面的圖。
圖2表示本發(fā)明的實施方式的配線結(jié)構(gòu)的制造工序的流程。
圖3表示實施例的擴散阻擋性評價用樣品即層疊結(jié)構(gòu)體的縱截面的概況。
圖4表示實施例的電阻率評價用樣品即層疊結(jié)構(gòu)體的測定系統(tǒng)。
圖5表示電阻率隨著對電阻率評價用樣品實施的熱處理溫度的不同而變化。
圖6表示實施例的電阻率評價用樣品的熱處理后的XPS分析的結(jié)果。
圖7表示比較例的電阻率評價用樣品的熱處理后的XPS分析的結(jié)果。
圖8表示評價用樣品的歐姆接合性和銅層的電阻率的測定系統(tǒng)。
圖9表示實施例4的評價用樣品的歐姆接合性的評價結(jié)果。
符號說明 1、1a配線結(jié)構(gòu) 2、2a層疊結(jié)構(gòu)體 3、3a測定系統(tǒng) 10、12 硅層 20 基底層 22 銅合金層 25、26 擴散阻擋層 30 銅層 32 純銅層 40 玻璃基板 50 直流電源 52 探針 55 電壓計 57 數(shù)顯萬用表
具體實施例方式 實施方式 圖1(a)和(b)表示本發(fā)明的實施方式的配線結(jié)構(gòu)的縱截面。
具體講，圖1(a)為，作為實施方式的配線結(jié)構(gòu)的一個例子，表示沒有實施熱處理的狀態(tài)的配線結(jié)構(gòu)1；圖1(b)表示對配線結(jié)構(gòu)1實施了熱處理后的配線結(jié)構(gòu)1a。
首先，參照圖1(a)，作為配線結(jié)構(gòu)體的配線結(jié)構(gòu)1具備硅層10、在硅層10的一個面上形成的基底層20和在基底層20的與硅層10接觸的面相反的面上形成的銅(Cu)層30。本實施方式中，硅層10包括硅形成的薄膜和硅形成的基板兩者。硅層10是由單晶硅、多晶硅或非晶體硅的任一種形成的半導體層。另外，配線結(jié)構(gòu)1也可以設(shè)置在搭載電子部件的基板(例如，玻璃基板等)上。
基底層20由Cu、錳(Mn)和不可避免的雜質(zhì)形成。即，基底層20由添加有Mn的銅合金(Cu-Mn系合金)形成。Mn是抑制Cu向硅中擴散并且可以通過與Si和Cu的反應(yīng)形成阻擋層的添加元素。另外，銅層30由純度3N以上的無氧銅形成。銅層30應(yīng)用于電子設(shè)備的配線層。
接著，參照圖1(b)。在排除氧的狀態(tài)下在規(guī)定的溫度下對配線結(jié)構(gòu)1施加熱處理時，會在包括硅層10和基底層20的界面的區(qū)域形成擴散阻擋層25，制成配線結(jié)構(gòu)1a。擴散阻擋層25是如下形成的基底層20所含的Mn擴散到該界面，在包括該界面的區(qū)域中富集化，從而由構(gòu)成硅層10的Si、構(gòu)成基底層20的Cu和在該界面富集化的Mn形成擴散阻擋層。擴散阻擋層25不是氧化物，具有導電性。另外，擴散阻擋層25與硅層10和基底層20歐姆接觸。進而，擴散阻擋層25抑制構(gòu)成銅層30的Cu向硅層10擴散，并且抑制構(gòu)成硅層10的Si向銅層30擴散。
擴散阻擋層25是在具備配線結(jié)構(gòu)1的電子設(shè)備的制造工序的熱處理工序中，利用施加于該電子設(shè)備的熱而形成的。即，例如，通過配線結(jié)構(gòu)1形成對設(shè)置于基板上的電子部件間進行電連接的配線，，然后借助對形成有配線結(jié)構(gòu)1的基板實施熱處理時的熱量，在硅層10和基底層20的界面形成擴散阻擋層25。作為一個例子，形成液晶顯示器用的TFT配線的TFT配線工序中包括200℃～300℃溫度的熱處理工序。具體講，TFT配線如下形成將硅層10、基底層20和銅層30進行層疊后，通過CVD法在銅層30上形成SiN絕緣層膜。SiN絕緣層，在硅烷和氫氣的混合氣體氛圍中實施，并且經(jīng)過200℃～300℃的熱處理工序而形成。利用該TFT配線工序所包括的熱處理工序中的熱量，在由Cu-Mn系合金構(gòu)成的基底層20和硅層10的界面，形成抑制Cu向硅層10擴散的擴散阻擋層25。
另外，在例如對配線結(jié)構(gòu)1實施熱處理的溫度為200℃左右的情況下，在形成基底層20的Cu-Mn系合金中添加例如Mn濃度5at％以上的量的Mn。從而，形成擴散阻擋層25，其具有抑制Cu向硅層10擴散和Si向銅層30的擴散的擴散阻擋性。通過使Cu-Mn系合金中的Mn濃度高于5at％，更容易形成擴散阻擋層25，可以提高擴散阻擋性。另外，通過提高Mn濃度，即使在對配線結(jié)構(gòu)1實施的熱處理的溫度高于200℃的情況下，也可以形成發(fā)揮擴散阻擋性的擴散阻擋層25。
配線結(jié)構(gòu)1和配線結(jié)構(gòu)1a的制造方法 圖2表示本發(fā)明的實施方式的配線結(jié)構(gòu)的制造工序的流程的一個例子。
首先，在玻璃基板等基板上形成硅層10(硅層準備工序步驟10。以下，將步驟記作“S”)。接著，在硅層10上形成由Mn-Cu系合金構(gòu)成的基底層20(基底層形成工序S20)。接著，在基底層20上形成由純銅構(gòu)成的銅層30(銅層形成工序S30)。從而形成本實施方式的配線結(jié)構(gòu)1。這里，硅層10、基底層20和銅層30各自在無氧氛圍下形成。硅層10、基底層20和銅層30各自通過例如濺射法來形成。
另外，基底層20可以通過使用芯片靶(chip-on-target)或銅合金靶的濺射法來形成。所謂使用芯片靶的濺射法，是在主材料即銅靶材的表面上貼附有含添加元素(本實施方式中為Mn)的金屬芯片的狀態(tài)下，實施濺射的方法。即，所謂芯片靶，是指將含期望的元素的金屬芯片以規(guī)定量貼附在由主材料構(gòu)成的靶材(本實施方式中為Cu靶材)表面的規(guī)定位置而成的濺射靶。通過調(diào)整由主材料構(gòu)成的靶上貼附的金屬芯片的芯片尺寸、芯片相對于主材料構(gòu)成的靶的位置以及貼附的芯片的片數(shù)，可以控制主材料和金屬芯片的元素的比例(即，成膜的材料的組成)。
接著，通過對配線結(jié)構(gòu)1的至少硅層10和基底層20實施熱處理，在硅層10和基底層20的界面處形成界面反應(yīng)層，即形成擴散阻擋層25(擴散阻擋層形成工序S40)。從而，制成配線結(jié)構(gòu)1a，其具備包括銅層30/基底層20/擴散阻擋層25/硅層10的層疊結(jié)構(gòu)。就熱處理來說，作為一個例子，其可以在200℃～400℃的范圍內(nèi)實施。擴散阻擋層25所含的Mn的濃度，可以隨著對配線結(jié)構(gòu)1實施的熱處理的溫度升高而增加。這是因為由于熱處理，基底層20中所含的Mn擴散到基底層20和硅層10的界面，在該界面處形成包括Cu、Mn和Si的擴散阻擋層25，這時隨著熱處理溫度的升高，擴散到該界面的Mn的量增加。
熱處理是在排除了氧的氛圍中實施的。例如，熱處理在排除了氧的減壓狀態(tài)下(例如，1Pa程度的壓力的真空中)實施。通過該熱處理，基底層20中所含的Mn擴散到基底層20和硅層10的界面，在包括該界面的區(qū)域中發(fā)生富集化。于是，在包括該界面的區(qū)域中，構(gòu)成硅層10的Si、基底層20所含的Cu和富集化后的Mn發(fā)生反應(yīng)，從而形成擴散阻擋層25。
實施方式的效果 根據(jù)本實施方式的配線結(jié)構(gòu)1，如果對配線結(jié)構(gòu)1加熱，則會在硅層10和基底層20的界面形成擴散阻擋層25，制造出配線結(jié)構(gòu)1a。因而，本實施方式的配線結(jié)構(gòu)1不需要具備包含Mo等高熔點金屬材料的擴散阻擋層。另外，在硅層10和基底層20之間形成由氧化物構(gòu)成的絕緣性阻擋層的以往的方法中，需要形成可以確保隧道電流引起的導通并且具有使擴散阻擋性得以發(fā)揮的膜厚的阻擋層的精確的過程控制，而本發(fā)明不需要這樣的精確的過程控制，所以本發(fā)明可以實現(xiàn)制造過程的簡易化、低成本化。
另外，本實施方式中，基底層20中的Cu和Mn與硅層10的Si反應(yīng)，形成具有導電性且與硅層10和基底層20歐姆接觸的擴散阻擋層25時，氧沒有參與。因而，不會在硅層10和基底層20的界面生成氧化物，在硅層10和基底層20之間不形成絕緣層。從而，本實施方式中，使電流直接輸送到擴散阻擋層25，可以使硅層10和基底層20導通。
另外，根據(jù)本實施方式的配線結(jié)構(gòu)1和配線結(jié)構(gòu)1a，可以在擴散阻擋層25上隔著基底層20形成包含3N以上純度的純銅的銅層30，因此，例如即使在大型液晶面板具備的TFT顯示器基板等電子部件、硅太陽能電池等使用了硅的硅器件所用的配線的形成中，使用本實施方式的配線結(jié)構(gòu)1和配線結(jié)構(gòu)1a，也可以形成低電阻、可靠性高的銅配線。
進而，根據(jù)本實施方式的配線結(jié)構(gòu)1a，可以形成比擴散阻擋層25的厚度更厚的銅層30的厚度，因此可以降低形成擴散阻擋層25引起的配線結(jié)構(gòu)1a對配線電阻的影響。另外，由于配線結(jié)構(gòu)1a是銅層30/基底層20大致相同種類的金屬的層疊結(jié)構(gòu)(即，因為擴散阻擋層25由Si、Cu、Mn形成，所以構(gòu)成銅層30的Cu、基底層20的Cu-Mn系合金和構(gòu)成擴散阻擋層25的材料包含相同種類的金屬材料，由銅層30、基底層20和擴散阻擋層25構(gòu)成層疊結(jié)構(gòu))，所以，與Cu/Mo層疊結(jié)構(gòu)相比，電極的蝕刻加工變得容易。從而，可以降低制造成本。
實施例 實施例中，首先，制造擴散阻擋層25的擴散阻擋性評價用樣品(層疊結(jié)構(gòu)體2)。
擴散阻擋性評價樣品 圖3表示實施例的擴散阻擋性評價用樣品即層疊結(jié)構(gòu)體的縱截面的概況。
實施例中，制造了層疊結(jié)構(gòu)體2，其具備玻璃基板40、形成于玻璃基板40上的硅層12和形成于硅層12上的銅合金層22。層疊結(jié)構(gòu)體2如下形成在玻璃基板40上，使具有3mm方形開口的金屬掩模接觸，通過濺射法形成硅層12和銅合金層22?；讓蛹淬~合金層22是使用芯片靶形成的。
實施例的銅合金層22，是通過將Mn芯片貼附在主材料即Cu靶材的表面，進行濺射，在硅層12上形成的。濺射裝置使用的是高頻(Radio FrequencyRF)磁控濺射裝置。就濺射條件來說，硅層12和銅合金層22的形成都是在純氬(Ar)氣的等離子體、1Pa的腔內(nèi)壓力、300W的功率的條件下實施的。作為比較例1，將基底層即銅合金層22變?yōu)镃u-Mg系合金，制成層疊結(jié)構(gòu)體。表1中顯示了實施例和比較例的層疊結(jié)構(gòu)體的結(jié)構(gòu)的詳細情況和濺射條件。
表1
注1實施例的評價樣品的添加元素濃度為5、10。
注2M是添加元素。
注3數(shù)值是目標值。
濺射過程中，形成大致均勻地固溶有添加元素的銅合金層22。實施例中，對于as depo.(成膜的狀態(tài))膜，通過熒光X射線能譜分析裝置(energy dispersiveX-ray spectrometerEDX)對最上部的銅合金層22的組成進行分析。通過EDX測定的譜峰之中，將Cu和添加元素M(M是Mn或Mg)的合計設(shè)定為100at％，算出as depo.膜中的添加元素濃度(M/(Cu+M)at％)。結(jié)果是，實施例的評價樣品的as depo.膜即銅合金層22的添加元素濃度是5.1at％Mn(實施例1)和10.4at％Mn(實施例2)。另一方面，就比較例的評價樣品來看，為3.2at％Mn(比較例1)、3.4at％Mg(比較例2)、5.4at％Mg(比較例3)、10.2at％Mg(比較例4)。
銅合金層22的電阻率的測定 圖4表示實施例的電阻率評價用樣品即層疊結(jié)構(gòu)體的測定系統(tǒng)。
如圖4所示，使探針52接觸層疊結(jié)構(gòu)體2(電阻率評價用樣品)的最上層即銅合金層22的表面的四個角落。2根探針52連接直流電源50，同時剩下的2根探針52連接電壓計55，從而構(gòu)成測定系統(tǒng)3。
該層疊結(jié)構(gòu)體2的銅合金層22是as depo膜，俯視來看是3mm四方形的尺寸。使用范德堡(Van Der Pauw)法，測定銅合金層22的電阻率。測定電阻率之后，在真空中，200℃、250℃、300℃的各溫度下，對層疊結(jié)構(gòu)體2實施30分鐘的熱處理。使用范德堡法，再次測定熱處理后的銅合金層22的電阻率。
進而，準備以與層疊結(jié)構(gòu)體2(電阻率評價用樣品)相同的工序制造的其他層疊結(jié)構(gòu)體2。對于準備的層疊結(jié)構(gòu)體2，在真空中，在200℃、250℃、300℃的各溫度下，實施30分鐘的熱處理。接著，通過X射線電子分光法(X-rayphotoelectron spectroscopyXPS)進行銅合金層22/硅層12/玻璃基板40的深度方向的元素分布分析。
銅合金層22的電阻率的評價 圖5表示對電阻率評價用樣品實施的熱處理溫度的不同引起的電阻率的變化。
具體講，圖5表示銅合金層22的電阻率(以as depo.的銅合金層22的電阻率進行了標準化的值)相對于對電阻率評價用樣品實施的熱處理溫度的曲線。實施例1的評價用樣品的銅合金層22由Cu-5.1at％Mn構(gòu)成。另外，實施例2的評價用樣品的銅合金層22由Cu-10.4at％Mn構(gòu)成。比較例1的評價用樣品的銅合金層22由Cu-3.2at％Mn構(gòu)成。另外，比較例2的評價用樣品的銅合金層22由Cu-3.4at％Mg構(gòu)成。另外，比較例3的評價用樣品的銅合金層22由Cu-5.4at％Mg構(gòu)成。進而，比較例4的評價用樣品的銅合金層22由Cu-10.2at％Mg構(gòu)成。
實施例的評價樣品，即添加有Mn 5.1at％、10.4at％的實施例1和實施例2的評價用樣品中，添加10.4at％時(實施例2)，電阻率到300℃為止，有若干減少。另外，添加5.1at％的Mn時(實施例1)，到250℃為止，表現(xiàn)出大致橫向穩(wěn)定的電阻率，但300℃的電阻率與250℃的電阻率相比，有所升高。另一方面，比較例的評價樣品，即添加有Mn 3.2at％的評價樣品(比較例1的評價用樣品)和添加有Mg的評價樣品(比較例2至4的評價用樣品)，全部樣品從200℃開始電阻率升高。
電阻率相對于熱處理溫度的變化為橫向穩(wěn)定的區(qū)域表現(xiàn)出，即使對銅合金層22和硅層12的層疊結(jié)構(gòu)實施熱處理，Si向銅合金層22的擴散也非常少。另外，電阻率相對于熱處理溫度為升高的區(qū)域表現(xiàn)出，Si向銅合金層22中擴散。就實施例的評價用樣品來看，到200℃為止的熱處理溫度下，電阻率有若干減少。推測這是因為as depo.的層疊結(jié)構(gòu)是缺陷比較多的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，通過熱處理，缺陷被修復，并減少。以上，根據(jù)圖5所示，添加于銅合金層22的Mn的量優(yōu)選為5at％以上。
圖6表示實施例的電阻率評價用樣品的熱處理后的XPS分析的結(jié)果。
具體講，圖6表示在300℃的熱處理后，電阻率變化為橫向的Cu-10.4at％Mn(實施例2的評價用樣品)的XPS分析結(jié)果。圖6的橫軸方向是對測定對象的表面進行濺射的時間，對應(yīng)于膜厚方向。即，圖6中，從左側(cè)開始，對應(yīng)于銅合金層22、硅層12、玻璃基板40。另外，縱軸對應(yīng)于元素濃度。參照實施例2的Cu-10.4at％Mn評價用樣品的元素分布曲線，觀察到尖銳分離的Si的峰，認為銅合金層22的Cu向硅層12擴散所引起的侵蝕少。另外，在硅層12和銅合金層22的界面觀察到Mn富集化的狀態(tài)。即，認為在該Mn富集化的區(qū)域形成擴散阻擋層。
圖7表示比較例的電阻率評價用樣品的熱處理后的XPS分析的結(jié)果。
具體講，圖7表示電阻率從200℃開始上升的Cu-3.4at％Mg(比較例2的評價用樣品)的XPS分析結(jié)果。參照比較例2的評價用樣品的XPS分析的元素分布曲線，觀察到Si的峰為梯形，并且低于Cu的分布曲線，在Si的分布位置分布有Cu，顯示發(fā)生Si和Cu的相互擴散。對于實施例的其他評價用樣品，同樣地，電阻率顯示橫向的樣品觀察到尖銳分離的Si的峰。另一方面，電阻率升高的比較例的其他評價用樣品的Si的分布曲線，觀察到是梯形平緩的形狀。至少明確表示出，相對于具有含Mn合金層的評價用樣品，具有含Mg合金層的評價用樣品完全沒有形成阻擋層。
XPS分析，是用等離子將評價用樣品表面濺射，刮削，對露出的表面的原子進行定量分析的方法。評價用樣品的刮削后的表面上觀察到凹凸，分布曲線橫軸的深度位置上的分析值包括該位置前后的狀況。所以，關(guān)于分布曲線，觀察到與實際的元素的分布相比，在外觀上，看到元素擴散(拖尾)。
擴散阻擋層25的歐姆接合性和銅層30的電阻率評價 接著，制作擴散阻擋層25對硅層12的歐姆接合性和純銅層32的電阻率的評價用樣品(層疊結(jié)構(gòu)體2a)。層疊結(jié)構(gòu)體2a，除了在銅合金層22上形成由無氧銅(Oxygen Free CopperOFC)構(gòu)成的純銅層32之外，具備與實施例1和2以及比較例1至4的層疊結(jié)構(gòu)體2相同的結(jié)構(gòu)。因而，省略結(jié)構(gòu)的詳細說明。
圖8表示評價用樣品的歐姆接合性和銅層的電阻率的測定系統(tǒng)。
首先，制作層疊結(jié)構(gòu)體2a，其具備玻璃基板40、形成于玻璃基板40上的硅層12、在硅層12上離散形成且俯視來看是3mm四方形的多個銅合金層22、設(shè)置在多個銅合金層22的每個之上的純銅層32。實施例3的評價用樣品對應(yīng)于實施例1的評價用樣品。另外，實施例4的評價用樣品對應(yīng)于實施例2的評價用樣品。同樣地，比較例5～8的評價用樣品分別對應(yīng)于比較例1～4的評價用樣品。純銅層32是由3N的無氧銅構(gòu)成的層。
實施例3和4的銅合金層22，是通過將Mn芯片貼附在主材料即Cu靶材的表面，進行濺射，在硅層12上形成的。濺射裝置使用的是高頻(RF)磁控濺射裝置。就濺射條件來說，硅層12、銅合金層22和純銅層32的形成都是在純氬(Ar)氣的等離子體、1Pa的腔內(nèi)壓力、300W的功率的條件下實施的。作為比較例5，制作具備Mn組成與實施例3和4不同的銅合金層的層疊結(jié)構(gòu)體；作為比較例6～8，制作將基底層即銅合金層變?yōu)镃u-Mg系合金的的層疊結(jié)構(gòu)體。表2中顯示了實施例和比較例的層疊結(jié)構(gòu)體的結(jié)構(gòu)的詳細情況和濺射條件。
表2
注1實施例的評價樣品的添加元素濃度為5、10。
注2M是添加元素。
注3數(shù)值是目標值。
為了評價包含Cu-Mn合金的銅合金層22/硅層12之間的歐姆接合性，如圖8所示，使探針52接觸2個純銅層32的表面(以下，將包含銅合金層22和純銅層32的部分稱為“電極墊”)，進行測定。探針52分別與數(shù)顯萬用表57連接。
圖9表示實施例4的評價用樣品的歐姆接合性的評價結(jié)果。
就實施例4的評價用樣品(銅合金層22Cu-10.4at％Mn)來看，電流-電壓特性是大致直線性。所以，實施例4的評價用樣品表現(xiàn)出，在擴散阻擋層26和硅層12之間獲得歐姆接合。另外，其他評價用樣品(實施例3和比較例5～8的評價用樣品)均為，電流-電壓特性呈現(xiàn)大致直線，獲得了歐姆接合性。
另外，與圖4中說明的方法相同，使4根探針52與一個電極墊接觸，測定純銅層32/銅合金層22的電阻率。電阻率是基于純銅層32的膜厚算出的。其結(jié)果與擴散阻擋性、歐姆接合性一起示于表3。

擴散阻擋性的有無的評價為沒有觀測到熱處理導致的電阻率的升高，XPS分析中觀測到尖銳分離的Si的峰的情況，評價為有擴散阻擋性(○)。另外，觀測到熱處理導致的電阻率的升高或者XPS分析中沒有觀測到尖銳分離的Si的峰的任一情況，或者符合兩者的情況，評價為無擴散阻擋性(×)。
歐姆接合性的有無的評價為電流-電壓特性是大致直線性，沒有顯示拐點的情況，評價為有歐姆接合性(○)；顯示拐點的情況，評價為無歐姆接合性(×)。
結(jié)果是，比較例5～8的評價用樣品沒有獲得擴散阻擋性。由于沒有擴散阻擋性，比較例5～8的評價用樣品中，作為硅層12的半導體的特性惡化。另外，比較例6～8的評價用樣品中，由于Cu向硅層12的擴散，硅層12產(chǎn)生不可忽視的泄漏電流。所以，對于比較例6～8的評價用樣品，沒有測定純銅層32的電阻率。
另一方面，實施例3和4顯示，通過在銅合金層22中添加5.1at％以上的Mn，能夠獲得對于200℃發(fā)揮擴散阻擋性且可以維持純銅層32的低電阻率的層疊結(jié)構(gòu)。即，實施例3和4中，通過抑制Cu從銅合金層22向硅層12擴散，不僅可以抑制硅層12作為半導體的特性惡化，而且可以抑制泄漏電流。
就銅合金層22來說，為了有效抑制硅到達純銅層32，作為一個例子，具形成有40nm程度的厚度，優(yōu)選形成具有50nm以上的厚度。
以上說明了本發(fā)明的實施方式和實施例，但權(quán)利要求的范圍不限于上述記載的實施方式和實施例。并且，應(yīng)該注意實施方式和實施例中說明的特征的全部組合不是用于解決本發(fā)明的問題的手段所必須的。
權(quán)利要求
1.一種配線結(jié)構(gòu)，其具備硅層、設(shè)置于所述硅層上的由添加有錳(Mn)的銅合金構(gòu)成的基底層和設(shè)置于所述基底層上的銅層，通過使Mn在包括所述硅層和所述基底層之間的界面在內(nèi)的區(qū)域富集化從而形成具有導電性的擴散阻擋層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1記載的配線結(jié)構(gòu)，其中，所述擴散阻擋層在所述硅層和所述基底層被加熱時，由構(gòu)成所述硅層的硅(Si)、所述基底層的銅(Cu)和移動到所述界面的所述Mn形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2記載的配線結(jié)構(gòu)，其中，所述擴散阻擋層與所述硅層歐姆接觸。
4.根據(jù)權(quán)利要求3記載的配線結(jié)構(gòu)，其中，所述基底層具有能夠形成發(fā)揮擴散阻擋性的所述擴散阻擋層的Mn濃度，并被設(shè)置在所述硅層上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4記載的配線結(jié)構(gòu)，其中，所述銅層由3N以上的純度的無氧銅形成。
6.一種配線結(jié)構(gòu)的制造方法，其具備
在無氧氛圍下，在硅層上形成由添加有錳(Mn)的銅合金構(gòu)成的基底層的基底層形成工序；
在所述基底層上形成銅層的銅層形成工序；
對所述硅層和所述基底層實施熱處理，在所述硅層和所述基底層的界面使所述Mn富集化，從而形成具有導電性的擴散阻擋層的擴散阻擋層形成工序。
7.根據(jù)權(quán)利要求6記載的配線結(jié)構(gòu)的制造方法，其中，所述銅合金由銅(Cu)、在所述銅中添加的5at％以上的Mn和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。
8.根據(jù)權(quán)利要求7記載的配線結(jié)構(gòu)的制造方法，其中，在所述擴散阻擋層形成工序中對所述硅層和所述基底層實施200℃～300℃的所述熱處理。
全文摘要
本發(fā)明提供一種配線結(jié)構(gòu)和配線結(jié)構(gòu)的制造方法，其不僅能夠獲得與硅的歐姆接合而且可以抑制元素向硅中擴散。本發(fā)明的配線結(jié)構(gòu)(1a)具備硅層(10)、設(shè)置于硅層(10)上的由添加有錳(Mn)的銅合金構(gòu)成的基底層(20)和設(shè)置于基底層(20)上的銅層(30)，Mn在包括硅層(10)和基底層(20)的界面的區(qū)域富集化從而形成具有導電性的擴散阻擋層(25)。
文檔編號H01L23/52GK101728357SQ200910139400
公開日2010年6月9日 申請日期2009年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月17日
發(fā)明者辰巳憲之, 外木達也 申請人:日立電線株式會社