JP2000349086A - 半導体素子の製造方法とその製造装置 - Google Patents
半導体素子の製造方法とその製造装置Info
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- JP2000349086A JP2000349086A JP11156693A JP15669399A JP2000349086A JP 2000349086 A JP2000349086 A JP 2000349086A JP 11156693 A JP11156693 A JP 11156693A JP 15669399 A JP15669399 A JP 15669399A JP 2000349086 A JP2000349086 A JP 2000349086A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 半導体素子の配線材であるＣｕ膜厚が厚くな
っても、レーザ熱処理装置を変更しなくて、Ｃｕ膜に対
して所定の熱処理が確実に実施できる半導体素子の製造
方法とその装置。 【解決手段】 半導体基板１０上の絶縁膜１１に配線溝
１２を形成した後に、Ｃｕ膜１３を形成し、このＣｕ膜
１３のごく表面を酸化させ、レーザー光の反射率を低下
させレーザー照射エネルギーの効率を向上した後、レー
ザー光を照射し、Ｃｕ膜１３を溶融させることにより、
配線溝１２へＣｕ１３を埋め込む。
っても、レーザ熱処理装置を変更しなくて、Ｃｕ膜に対
して所定の熱処理が確実に実施できる半導体素子の製造
方法とその装置。 【解決手段】 半導体基板１０上の絶縁膜１１に配線溝
１２を形成した後に、Ｃｕ膜１３を形成し、このＣｕ膜
１３のごく表面を酸化させ、レーザー光の反射率を低下
させレーザー照射エネルギーの効率を向上した後、レー
ザー光を照射し、Ｃｕ膜１３を溶融させることにより、
配線溝１２へＣｕ１３を埋め込む。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体素子の製造方
法とその製造装置の技術に関し、特に、微細なコンタク
トホールやビアホールに電極材となる金属を埋込み配線
を形成する技術や電極材となる金属の熱処理を行なう技
術に関する。
法とその製造装置の技術に関し、特に、微細なコンタク
トホールやビアホールに電極材となる金属を埋込み配線
を形成する技術や電極材となる金属の熱処理を行なう技
術に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から半導体素子の配線材として主に
アルミニウム合金が使用されている場合が多い。しか
し、近年、アルミニウム合金の配線材は、特に超微細化
パターンの形成や、超高速動作が要求される半導体素子
については、配線の微細化に伴う電流密度増大による動
作速度の低下が懸念されている。このためエレクトロマ
イグレーションへの耐性が高くアルミニウムより電気抵
抗の低いＣｕ等の配線を使用することが試みられてい
る。ただ、Ｃｕで配線を形成する際、Ｃｕは蒸気圧の低
い化合物がなく、ドライエッチングが難しいので埋込み
構造の配線により製作する方法がとられる場合が多い。
アルミニウム合金が使用されている場合が多い。しか
し、近年、アルミニウム合金の配線材は、特に超微細化
パターンの形成や、超高速動作が要求される半導体素子
については、配線の微細化に伴う電流密度増大による動
作速度の低下が懸念されている。このためエレクトロマ
イグレーションへの耐性が高くアルミニウムより電気抵
抗の低いＣｕ等の配線を使用することが試みられてい
る。ただ、Ｃｕで配線を形成する際、Ｃｕは蒸気圧の低
い化合物がなく、ドライエッチングが難しいので埋込み
構造の配線により製作する方法がとられる場合が多い。
【０００３】埋込み構造の配線の製作方法は大別すると
２つの方法があり、第１の方法は、パターン形成された
絶縁膜上にスパッタ法でＣｕ膜を形成し、エキシマレー
ザ光を照射しＣｕ膜を溶融させ配線溝内に埋め込むレー
ザメルト法である。図８（ａ）〜（ｄ）にこのレーザメ
ルト法のプロセスフローを示す。
２つの方法があり、第１の方法は、パターン形成された
絶縁膜上にスパッタ法でＣｕ膜を形成し、エキシマレー
ザ光を照射しＣｕ膜を溶融させ配線溝内に埋め込むレー
ザメルト法である。図８（ａ）〜（ｄ）にこのレーザメ
ルト法のプロセスフローを示す。
【０００４】すなわち、まず、図８（ａ）に示すよう
に、例えばシリコン基板（ウエハ）４０上に形成された
絶縁膜４１に配線溝４２を形成する。次に、図８（ｂ）
に示すように、スパッタ法により絶縁膜４１上に厚さが
０．３μｍのＣｕ膜４３を形成する。次に、図８（ｃ）
に示すように、Ｘｅ−ＣｌエキシマレーザをＣｕ膜４３
の一部に照射して溶融させることにより配線溝内にＣｕ
を埋め込む。この際、Ｃｕの融点は１０８３℃、レーザ
の照射温度は１１００℃以上で２５００℃いかである。
に、例えばシリコン基板（ウエハ）４０上に形成された
絶縁膜４１に配線溝４２を形成する。次に、図８（ｂ）
に示すように、スパッタ法により絶縁膜４１上に厚さが
０．３μｍのＣｕ膜４３を形成する。次に、図８（ｃ）
に示すように、Ｘｅ−ＣｌエキシマレーザをＣｕ膜４３
の一部に照射して溶融させることにより配線溝内にＣｕ
を埋め込む。この際、Ｃｕの融点は１０８３℃、レーザ
の照射温度は１１００℃以上で２５００℃いかである。
【０００５】次に、図８（ｄ）に示すように、ＣＭＰ
（化学的機械研磨）により配線溝内のＣｕ配線４３、４
３ａを残し、それ以外の絶縁膜上のＣｕ膜４３ａを研
磨．除去する。
（化学的機械研磨）により配線溝内のＣｕ配線４３、４
３ａを残し、それ以外の絶縁膜上のＣｕ膜４３ａを研
磨．除去する。
【０００６】また、第２の埋込み構造の配線形成方法は
めっき法であり、まず、パターン形成された絶縁模上に
めっき法でＣｕ膜を形成する。めっき法では成膜するこ
とにより、同時にホールや溝にＣｕを埋め込むことがで
きる。ただし、めっき法で得られた膜はめっき液中のＳ
や添加剤が膜中に含まれており、また、結晶粒径が０．
２μｍ程度と小さいために配線として十分な状態ではな
い。そこで何らかの熱処理（ランプアニール、電気炉ア
ニール、レーザアニール）を施して結晶粒を成長させて
配線に適した状態にしている。
めっき法であり、まず、パターン形成された絶縁模上に
めっき法でＣｕ膜を形成する。めっき法では成膜するこ
とにより、同時にホールや溝にＣｕを埋め込むことがで
きる。ただし、めっき法で得られた膜はめっき液中のＳ
や添加剤が膜中に含まれており、また、結晶粒径が０．
２μｍ程度と小さいために配線として十分な状態ではな
い。そこで何らかの熱処理（ランプアニール、電気炉ア
ニール、レーザアニール）を施して結晶粒を成長させて
配線に適した状態にしている。
【０００７】なお、これらのいずれの方法においても、
レーザ照射のエネルギーによりＣｕを加熱させる際は、
レーザ照射のエネルギーがＣｕ膜の厚みに比例する関係
が成立している。
レーザ照射のエネルギーによりＣｕを加熱させる際は、
レーザ照射のエネルギーがＣｕ膜の厚みに比例する関係
が成立している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たようにレーザ照射によりＣｕを加熱する場合、、図９
に示すように、溶融領域（１０８３℃〜２５７０℃）で
は、レーザ照射のエネルギーがＣｕ膜の厚みに比例する
ので、Ｃｕの膜厚が厚くなるとレーザ照射のエネルギー
を高くしなければ、目的とする熱処理（Ｃｕの加熱）を
行なうことができなくなる。
たようにレーザ照射によりＣｕを加熱する場合、、図９
に示すように、溶融領域（１０８３℃〜２５７０℃）で
は、レーザ照射のエネルギーがＣｕ膜の厚みに比例する
ので、Ｃｕの膜厚が厚くなるとレーザ照射のエネルギー
を高くしなければ、目的とする熱処理（Ｃｕの加熱）を
行なうことができなくなる。
【０００９】すなわち、レーザ照射のエネルギーを高く
するためには、（イ）レーザ発振器からのレーザ出力を
高くすると共にレーザ光を絞り込み、Ｃｕ膜へのレーザ
光の照射エリアを小さくする方法。（ロ）レーザ光を発
振器からＣｕ膜表面まで伝送する伝送光学系のロスを低
減させる方法等の手法等が必要になるが、一般に、レー
ザ発振器からのレーザ出力を高くするには、レーザ発振
器を大きくする必要があるため、レーザ熱処理装置全体
の占有面積が広くなるとともに、レーザ装置のランニン
グコストが上昇して好ましくない。
するためには、（イ）レーザ発振器からのレーザ出力を
高くすると共にレーザ光を絞り込み、Ｃｕ膜へのレーザ
光の照射エリアを小さくする方法。（ロ）レーザ光を発
振器からＣｕ膜表面まで伝送する伝送光学系のロスを低
減させる方法等の手法等が必要になるが、一般に、レー
ザ発振器からのレーザ出力を高くするには、レーザ発振
器を大きくする必要があるため、レーザ熱処理装置全体
の占有面積が広くなるとともに、レーザ装置のランニン
グコストが上昇して好ましくない。
【００１０】また、レーザ照射するエリアを小さくする
には、レーザ熱処理装置の結像レンズの縮小倍率をあげ
ることで実現できるが、単位数量当たりのウエハを処理
するタクトタイムが増加して生産効率上の理由から好ま
しくない。また、レーザ熱処理装置での伝送光学系の光
伝送中に起こるロスの低減も、技術的に現状レべルを上
回ることは困難である。
には、レーザ熱処理装置の結像レンズの縮小倍率をあげ
ることで実現できるが、単位数量当たりのウエハを処理
するタクトタイムが増加して生産効率上の理由から好ま
しくない。また、レーザ熱処理装置での伝送光学系の光
伝送中に起こるロスの低減も、技術的に現状レべルを上
回ることは困難である。
【００１１】本発明はこれらの事情にもとづいて成され
たもので、半導体素子の配線材であるＣｕ膜の膜厚が厚
くなっても、レーザ熱処理装置の部分を変更しなくて、
Ｃｕ膜に対して所定の熱処理が確実に実施できる半導体
素子の製造方法とその製造装置を提供することを目的と
している。
たもので、半導体素子の配線材であるＣｕ膜の膜厚が厚
くなっても、レーザ熱処理装置の部分を変更しなくて、
Ｃｕ膜に対して所定の熱処理が確実に実施できる半導体
素子の製造方法とその製造装置を提供することを目的と
している。
【００１２】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明による手
段によれば、半導体基板上の絶縁膜に配線溝を形成した
後に、前記絶縁膜の上にＣｕ膜を形成し、このＣｕ膜に
レーザ光を照射し、その後に平坦化処理を施す半導体素
子の製造方法において、前記Ｃｕ膜にレーザ光を照射す
る前に予めＣｕ膜の表面に酸化処理を施しておくことを
特徴とする半導体素子の製造方法である。
段によれば、半導体基板上の絶縁膜に配線溝を形成した
後に、前記絶縁膜の上にＣｕ膜を形成し、このＣｕ膜に
レーザ光を照射し、その後に平坦化処理を施す半導体素
子の製造方法において、前記Ｃｕ膜にレーザ光を照射す
る前に予めＣｕ膜の表面に酸化処理を施しておくことを
特徴とする半導体素子の製造方法である。
【００１３】また請求項２の発明による手段によれば、
前記Ｃｕ膜の表面への酸化処理は、前記半導体基板を２
００℃以上で５００℃以下の温度にランプアニール又は
電気炉で加熱し、酸素ガス雰囲気にさらすことを特徴と
する半導体素子の製造方法である。
前記Ｃｕ膜の表面への酸化処理は、前記半導体基板を２
００℃以上で５００℃以下の温度にランプアニール又は
電気炉で加熱し、酸素ガス雰囲気にさらすことを特徴と
する半導体素子の製造方法である。
【００１４】また請求項３の発明による手段によれば、
前記絶縁膜の上へのＣｕ膜の形成は、Ｃｕをスパッタす
ることで行うことを特徴とする半導体素子の製造方法で
ある。
前記絶縁膜の上へのＣｕ膜の形成は、Ｃｕをスパッタす
ることで行うことを特徴とする半導体素子の製造方法で
ある。
【００１５】また請求項４の発明による手段によれば、
前記絶縁膜の上へのＣｕ膜の形成は、めっきすることで
行うことを特徴とする半導体素子の製造方法である。
前記絶縁膜の上へのＣｕ膜の形成は、めっきすることで
行うことを特徴とする半導体素子の製造方法である。
【００１６】また請求項５の発明による手段によれば、
前記Ｃｕ膜へ前記レーザ光を照射して前記Ｃｕ膜を溶融
させることにより配線溝内にＣｕを埋め込むことを特徴
とする半導体素子の製造方法である。
前記Ｃｕ膜へ前記レーザ光を照射して前記Ｃｕ膜を溶融
させることにより配線溝内にＣｕを埋め込むことを特徴
とする半導体素子の製造方法である。
【００１７】また請求項６の発明による手段によれば、
前記Ｃｕ膜へのレーザ光の照射によるレーザアニールに
より、前記半導体基板上に形成されているホールや溝に
前記Ｃｕ膜を埋め込み配線に適した状態に形成すること
を特徴とする半導体素子の製造方法である。
前記Ｃｕ膜へのレーザ光の照射によるレーザアニールに
より、前記半導体基板上に形成されているホールや溝に
前記Ｃｕ膜を埋め込み配線に適した状態に形成すること
を特徴とする半導体素子の製造方法である。
【００１８】また請求項７の発明による手段によれば、
半導体基板上の絶縁膜に配線溝を形成した後に、前記絶
縁膜の上にＣｕ膜を形成し、このＣｕ膜にレーザ光を照
射する半導体素子の製造装置において、前記Ｃｕ膜にレ
ーザ光を照射するレーザ光照射チャンバと、予め前記Ｃ
ｕ膜の表面に酸化処理を施すＣｕ膜酸化形成チャンバと
を有することを特徴とする半導体素子の製造装置であ
る。
半導体基板上の絶縁膜に配線溝を形成した後に、前記絶
縁膜の上にＣｕ膜を形成し、このＣｕ膜にレーザ光を照
射する半導体素子の製造装置において、前記Ｃｕ膜にレ
ーザ光を照射するレーザ光照射チャンバと、予め前記Ｃ
ｕ膜の表面に酸化処理を施すＣｕ膜酸化形成チャンバと
を有することを特徴とする半導体素子の製造装置であ
る。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１（ａ）〜（ｅ）は、本発明の
半導体素子の製造方法に係る製造工程におけるウエハの
断面構造を示している。
を参照して説明する。図１（ａ）〜（ｅ）は、本発明の
半導体素子の製造方法に係る製造工程におけるウエハの
断面構造を示している。
【００２０】まず、図１（ａ）に示すように、例えばシ
リコン基板（ウエハ）１０上に形成された絶縁膜１１に
配線溝１２（幅が例えば約０．６μｍ、深さが例えば約
０．３μｍ、総延長が例えば約５０ｃｍ）を形成する。
次に、図１（ｂ）に示すように、スパッタ法により絶縁
膜１１上に厚さが０．３μｍのＣｕ膜１３を形成する。
リコン基板（ウエハ）１０上に形成された絶縁膜１１に
配線溝１２（幅が例えば約０．６μｍ、深さが例えば約
０．３μｍ、総延長が例えば約５０ｃｍ）を形成する。
次に、図１（ｂ）に示すように、スパッタ法により絶縁
膜１１上に厚さが０．３μｍのＣｕ膜１３を形成する。
【００２１】次に、図１（ｃ）に示すように、Ｘｅ−Ｃ
ｌエキシマレーザをＣｕ膜１３の一部に照射して溶融さ
せることにより配線溝内にＣｕを埋め込む。このレーザ
照射処理に際して、レーザ光の照射温度はＣｕの融点
（１０８３℃）より高い１１００℃程度であり、照射処
理の雰囲気中における還元性ガスの酸化性ガスに対する
分圧比を所定値に制御した状態でレーザ照射を行う。例
えば酸化性ガスとしてＨ ２Ｏを用いる場合には還元性ガ
スとしてＨ２を用い、Ｈ２Ｏの分圧が約１０２Ｐａであ
る真空中にＨ２の分圧が約１０２Ｐａとなるように導入
しておく。
ｌエキシマレーザをＣｕ膜１３の一部に照射して溶融さ
せることにより配線溝内にＣｕを埋め込む。このレーザ
照射処理に際して、レーザ光の照射温度はＣｕの融点
（１０８３℃）より高い１１００℃程度であり、照射処
理の雰囲気中における還元性ガスの酸化性ガスに対する
分圧比を所定値に制御した状態でレーザ照射を行う。例
えば酸化性ガスとしてＨ ２Ｏを用いる場合には還元性ガ
スとしてＨ２を用い、Ｈ２Ｏの分圧が約１０２Ｐａであ
る真空中にＨ２の分圧が約１０２Ｐａとなるように導入
しておく。
【００２２】次に、図１（ｄ）に示すように、ＣＭＰ
（化学的機械研磨）により、配線溝内のＣｕ配線１３を
残し、それ以外の絶縁膜上のＣｕ膜１３を研磨・除去す
る。
（化学的機械研磨）により、配線溝内のＣｕ配線１３を
残し、それ以外の絶縁膜上のＣｕ膜１３を研磨・除去す
る。
【００２３】次に、図１（ｅ）に示すように、ＣＶＤ法
により基板上全面に層間絶縁膜１４を形成する。この
際、ＣＶＤ処理の温度は約３５０℃であり、処理雰囲気
中における還元性ガスの酸化性ガスに対する分圧比を所
定値に制御した状態でＣＶＤ処理を行う。例えば、酸化
性ガスとしてＨ２Ｏ、還元性ガスとしてＨ２を用い、Ｈ
２Ｏの分圧が約１０−１Ｐａである真空中にＨ２の分圧
が約１０−１Ｐａとなるように導入し、さらに、ＳｉＨ
４ガスとＯ２ガスを導入することにより、前記層間絶縁
膜１４としてＳｉＯ２を形成する。
により基板上全面に層間絶縁膜１４を形成する。この
際、ＣＶＤ処理の温度は約３５０℃であり、処理雰囲気
中における還元性ガスの酸化性ガスに対する分圧比を所
定値に制御した状態でＣＶＤ処理を行う。例えば、酸化
性ガスとしてＨ２Ｏ、還元性ガスとしてＨ２を用い、Ｈ
２Ｏの分圧が約１０−１Ｐａである真空中にＨ２の分圧
が約１０−１Ｐａとなるように導入し、さらに、ＳｉＨ
４ガスとＯ２ガスを導入することにより、前記層間絶縁
膜１４としてＳｉＯ２を形成する。
【００２４】その後は、図示しないが、上記層間絶縁膜
にビア・コンタクト・ホール（層間接続孔）を開口し、
この上に第２層目のＣｕ配線を形成し、さらに、この上
にパッシべーション膜を形成してパッドを形成する。
にビア・コンタクト・ホール（層間接続孔）を開口し、
この上に第２層目のＣｕ配線を形成し、さらに、この上
にパッシべーション膜を形成してパッドを形成する。
【００２５】上記の実施の形態のＣｕ配線の形成方法に
よれば、Ｃｕを加熱処理する際の雰囲気中におけるＨ２
／Ｈ２Ｏの分圧比を処理温度に応じて適切に制御してい
る。これにより、ＣｕＯやＣｕ２ＯなどのＣｕ酸化物を
含んだ高抵抗の変質層の発生を防止でき、配線抵抗の増
大を防止することができる。
よれば、Ｃｕを加熱処理する際の雰囲気中におけるＨ２
／Ｈ２Ｏの分圧比を処理温度に応じて適切に制御してい
る。これにより、ＣｕＯやＣｕ２ＯなどのＣｕ酸化物を
含んだ高抵抗の変質層の発生を防止でき、配線抵抗の増
大を防止することができる。
【００２６】なお、上記の実施の形態のように幅が約
０．６μｍ、深さが約０．３μｍ、総延長が約５０ｃｍ
の配線溝１２内に埋め込み形成されたＣｕ配線１３ａの
長さ方向の両端間に電圧を印加し、それに流れる電流を
測定することにより抵抗値を実測した値は、約４７ＫΩ
（ほぼＣｕ本来の低い抵抗値）であった。これは、従来
の技術でのＣｕ配線の形成方法により上記と同じ大きさ
に形成されたＣｕ配線の抵抗値が約５．７ＭΩであった
ことと比較すると２桁低くなっている。
０．６μｍ、深さが約０．３μｍ、総延長が約５０ｃｍ
の配線溝１２内に埋め込み形成されたＣｕ配線１３ａの
長さ方向の両端間に電圧を印加し、それに流れる電流を
測定することにより抵抗値を実測した値は、約４７ＫΩ
（ほぼＣｕ本来の低い抵抗値）であった。これは、従来
の技術でのＣｕ配線の形成方法により上記と同じ大きさ
に形成されたＣｕ配線の抵抗値が約５．７ＭΩであった
ことと比較すると２桁低くなっている。
【００２７】また、図２（ａ）〜（ｅ）は上述の実施の
形態の変形例で、上述の実施の形態ではではスパッタ法
により絶縁膜上に厚さが０．３μｍのＣｕ膜を形成した
が、この場合はめっき法でＣｕ膜を形成する。したがっ
て、図２（ｂ）および図２（ｃ）を除くとその他の部分
は図１（ａ）〜（ｅ）と同じであるので、その部分には
図１の符号に「´」を付しその説明は省略する。
形態の変形例で、上述の実施の形態ではではスパッタ法
により絶縁膜上に厚さが０．３μｍのＣｕ膜を形成した
が、この場合はめっき法でＣｕ膜を形成する。したがっ
て、図２（ｂ）および図２（ｃ）を除くとその他の部分
は図１（ａ）〜（ｅ）と同じであるので、その部分には
図１の符号に「´」を付しその説明は省略する。
【００２８】図２（ｂ）においては、図２（ａ）でパタ
ーン形成された絶縁模１１´上に、めっき法でＣｕ膜１
３´を成膜し、次に、図２（ｃ）に示すようにレーザア
ニールによりホールや溝にＣｕ膜１３´を埋め込み配線
に適した状態にしている。
ーン形成された絶縁模１１´上に、めっき法でＣｕ膜１
３´を成膜し、次に、図２（ｃ）に示すようにレーザア
ニールによりホールや溝にＣｕ膜１３´を埋め込み配線
に適した状態にしている。
【００２９】次に、上述の各実施の形態で用いた半導体
素子の製造装置について説明する。図３は本発明の実施
の形態である半導体素子の製造装置の構成を示す平面図
である。
素子の製造装置について説明する。図３は本発明の実施
の形態である半導体素子の製造装置の構成を示す平面図
である。
【００３０】密閉空間の内部が真空に保たれ、かつ、内
部に搬送ロボット１９を内蔵し、平面形状が略５角形の
真空室２０の各面に、順次、ウエハカセットのローダ／
アンローダ２１、セラミックヒータ２２を内蔵した加熱
チャンバ２３、Ｃｕ膜酸化形成チャンバ２４およびレー
ザ光照射チャンバ２５が設置されマルチチャンバを構成
している。なお、搬送ロボット１９は図示しない支軸に
回転自在に伸縮するウエハを保持するアームが取り付け
られ、このアームは各チャンバ２３、２４、２５の内部
に入出自在な構造である。
部に搬送ロボット１９を内蔵し、平面形状が略５角形の
真空室２０の各面に、順次、ウエハカセットのローダ／
アンローダ２１、セラミックヒータ２２を内蔵した加熱
チャンバ２３、Ｃｕ膜酸化形成チャンバ２４およびレー
ザ光照射チャンバ２５が設置されマルチチャンバを構成
している。なお、搬送ロボット１９は図示しない支軸に
回転自在に伸縮するウエハを保持するアームが取り付け
られ、このアームは各チャンバ２３、２４、２５の内部
に入出自在な構造である。
【００３１】レーザ光照射チャンバ２５には、ＸＹテー
ブル３１が内蔵されこのＸＹテーブル３１には、レーザ
光の空間的強度分布の均一化光学系３０と伝送ミラー２
９ａが搭載されている。なお、この伝送ミラー２９ａは
伝送ミラー２９ｂ〜２９ｄと光学素子（バリアブルアッ
テネータ）２８を経由してレーザ発振器２６からのレー
ザ光を受光する位置に設置されている。
ブル３１が内蔵されこのＸＹテーブル３１には、レーザ
光の空間的強度分布の均一化光学系３０と伝送ミラー２
９ａが搭載されている。なお、この伝送ミラー２９ａは
伝送ミラー２９ｂ〜２９ｄと光学素子（バリアブルアッ
テネータ）２８を経由してレーザ発振器２６からのレー
ザ光を受光する位置に設置されている。
【００３２】これらの構成により、ウエハカセットはロ
ーダ／アンローダ２１によってＣｕ成膜後のウエハが一
枚づつ真空室２０内の搬送ロボット１９に受け渡され
る。搬送ロボット１９はウエハをＣｕ酸化膜形成の加熱
チャンバ２３の内部に搬送する。加熱チャンバ２３で
は、セラミックヒータ２２によりウエハは４００℃まで
加熱される。
ーダ／アンローダ２１によってＣｕ成膜後のウエハが一
枚づつ真空室２０内の搬送ロボット１９に受け渡され
る。搬送ロボット１９はウエハをＣｕ酸化膜形成の加熱
チャンバ２３の内部に搬送する。加熱チャンバ２３で
は、セラミックヒータ２２によりウエハは４００℃まで
加熱される。
【００３３】次に、搬送ロボット１９が作動して加熱さ
れたウエハをＣｕ酸化膜形成チャンバ２４に搬送し、Ｃ
ｕ酸化膜形成チャンバ２４で酸素ガスを封入し、Ｃｕの
ごく表層を所定のレベルまで酸化させる。
れたウエハをＣｕ酸化膜形成チャンバ２４に搬送し、Ｃ
ｕ酸化膜形成チャンバ２４で酸素ガスを封入し、Ｃｕの
ごく表層を所定のレベルまで酸化させる。
【００３４】その後、搬送ロボット１９が作動してウエ
ハをＣｕ酸化膜形成チャンバ２４からレーザ光照射チャ
ンバに２５搬送させる。レーザ光照射チャンバ２５で
は、ウエハに対してレーザ発振器２６より出射したレー
ザ光がレーザ強度を制御する光学素子２８（バリアブル
アッテネータ）および伝送ミラー２９ａ〜２９ｄを介
し、レーザ光空間的強度分布均一化光学系３０により集
光されて照射される。この照射はウエハへのレーザ照射
ビ−ムサイズが２．０ｍｍ□であるので、ＸＹテーブル
１９によりウエハ全面をカバーできるように走査させ
る。
ハをＣｕ酸化膜形成チャンバ２４からレーザ光照射チャ
ンバに２５搬送させる。レーザ光照射チャンバ２５で
は、ウエハに対してレーザ発振器２６より出射したレー
ザ光がレーザ強度を制御する光学素子２８（バリアブル
アッテネータ）および伝送ミラー２９ａ〜２９ｄを介
し、レーザ光空間的強度分布均一化光学系３０により集
光されて照射される。この照射はウエハへのレーザ照射
ビ−ムサイズが２．０ｍｍ□であるので、ＸＹテーブル
１９によりウエハ全面をカバーできるように走査させ
る。
【００３５】なお、レーザ光の照射については、レーザ
発振器２６の１パルスでの出力は３００ｍＪとし、伝送
光学系の伝送ロスが５０％、ウエハへのレーザ光の照射
サイズを２．０ｍｍとすると、ウエハ上でのレーザ照射
エネルギー密度は、最大で３．７５Ｊ／ｃｍ２となる。
ここで、通常のＣｕでは図８に示したように溶融領域の
上限まで熱処理を行なおうとすると、Ｃｕ膜厚が２．５
μｍまでが可能となる。そのため、Ｃｕ膜の膜厚が２．
５μｍより厚い膜厚に対しては、ウエハ上でのレーザ照
射サイズを小さくしなければならない。
発振器２６の１パルスでの出力は３００ｍＪとし、伝送
光学系の伝送ロスが５０％、ウエハへのレーザ光の照射
サイズを２．０ｍｍとすると、ウエハ上でのレーザ照射
エネルギー密度は、最大で３．７５Ｊ／ｃｍ２となる。
ここで、通常のＣｕでは図８に示したように溶融領域の
上限まで熱処理を行なおうとすると、Ｃｕ膜厚が２．５
μｍまでが可能となる。そのため、Ｃｕ膜の膜厚が２．
５μｍより厚い膜厚に対しては、ウエハ上でのレーザ照
射サイズを小さくしなければならない。
【００３６】しかしながら、本発明による方法では、Ｃ
ｕ膜のごく表層である表面のみを酸化させたために、反
射率スペクトルを分光光度計により５°反射により測定
した結果、図４に酸化させる前の波長７００ｎｍから１
９０ｎｍまでのＣｕ反射率スぺクトルを、図５に４００
℃加熱後に本発明により酸素雰囲気に暴露しＣｕの極く
表層を酸化させた反射スぺクトルをそれぞれ示すすよう
にＣｕ膜の反射率を低下することがきた。
ｕ膜のごく表層である表面のみを酸化させたために、反
射率スペクトルを分光光度計により５°反射により測定
した結果、図４に酸化させる前の波長７００ｎｍから１
９０ｎｍまでのＣｕ反射率スぺクトルを、図５に４００
℃加熱後に本発明により酸素雰囲気に暴露しＣｕの極く
表層を酸化させた反射スぺクトルをそれぞれ示すすよう
にＣｕ膜の反射率を低下することがきた。
【００３７】これにより、レーザ光の発振波長３０８ｎ
ｍに対するＣｕ膜の吸収率は６５％、４００℃加熱後に
酸素雰囲気に暴露しＣｕ膜を酸化させた場合吸収率は８
０％となる。つまり、４００℃における酸化膜形成で
は、反射率が２０％に低下することから、上記同条件の
３．７５Ｊ／ｃｍ２でＣｕ膜厚３．２μｍまで熱処理を
行なうことが可能となった。
ｍに対するＣｕ膜の吸収率は６５％、４００℃加熱後に
酸素雰囲気に暴露しＣｕ膜を酸化させた場合吸収率は８
０％となる。つまり、４００℃における酸化膜形成で
は、反射率が２０％に低下することから、上記同条件の
３．７５Ｊ／ｃｍ２でＣｕ膜厚３．２μｍまで熱処理を
行なうことが可能となった。
【００３８】また、Ｃｕ膜の表層の酸化膜に関しては、
Ｃｕ膜酸化膜を形成後及びレーザ熱処理後のＣｕ−ＣＭ
Ｐ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａ１ Ｐｏｌ
ｉｓｈｉｎｇ）処理後の表面をＸＰＳ分析した結果を図
６及び図７に示す。
Ｃｕ膜酸化膜を形成後及びレーザ熱処理後のＣｕ−ＣＭ
Ｐ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａ１ Ｐｏｌ
ｉｓｈｉｎｇ）処理後の表面をＸＰＳ分析した結果を図
６及び図７に示す。
【００３９】図６は本発明のようにＣｕ膜をごく表層を
酸化させた場合で、ＣｕＯの成分比率のピークが観測さ
れており、それからもＣｕ膜が酸化していることが見ら
れた。
酸化させた場合で、ＣｕＯの成分比率のピークが観測さ
れており、それからもＣｕ膜が酸化していることが見ら
れた。
【００４０】図７は酸化させたＣｕ膜をレーザ熱処理
し、ＣＭＰ処理をした場合でも、ＣｕＯのピークが見ら
れないことから、レーザ熱処理後のＣＭＰ処理によりご
く表層を酸化させることにより形成した酸化膜は、配線
において抵抗値を上昇させる要因とは、特にならないと
判断される。
し、ＣＭＰ処理をした場合でも、ＣｕＯのピークが見ら
れないことから、レーザ熱処理後のＣＭＰ処理によりご
く表層を酸化させることにより形成した酸化膜は、配線
において抵抗値を上昇させる要因とは、特にならないと
判断される。
【００４１】したがって、本発明の構成及び方法によれ
ば、目的とするＣｕ膜の熱処理温度に対するレーザ照射
エネルギー強度を低減化することができ、Ｃｕ膜厚が大
きい場合でも、レーザ熱処理装置の仕様を変更しなくて
も所望の熱処理を行なうことができる。
ば、目的とするＣｕ膜の熱処理温度に対するレーザ照射
エネルギー強度を低減化することができ、Ｃｕ膜厚が大
きい場合でも、レーザ熱処理装置の仕様を変更しなくて
も所望の熱処理を行なうことができる。
【００４２】また、通常の場合やＣｕ膜厚が小さい場合
にはレーザ照射のエリアを広くすることができるので、
ウエハ処理のタクトタイムを短くすることが可能とな
る。
にはレーザ照射のエリアを広くすることができるので、
ウエハ処理のタクトタイムを短くすることが可能とな
る。
【００４３】なお、上述の各実施の形態ではＣｕ膜を用
いたが、Ｃｕ膜の中にはＣｕ合金膜も含まれることは言
うまでもない。
いたが、Ｃｕ膜の中にはＣｕ合金膜も含まれることは言
うまでもない。
【００４４】
【発明の効果】本発明の半導体素子の製造方法とその製
造装置によれば、レーザ熱処理装置で目的とする、熱処
理でのエネルギー効率を向上する方法を提供することが
可能になった。
造装置によれば、レーザ熱処理装置で目的とする、熱処
理でのエネルギー効率を向上する方法を提供することが
可能になった。
【図１】（ａ）〜（ｅ）は、本発明の半導体素子の製造
方法に係る製造工程におけるウエハの断面構造図。
方法に係る製造工程におけるウエハの断面構造図。
【図２】（ａ）〜（ｅ）は、本発明の半導体素子の製造
方法の変形例に係る製造工程におけるウエハの断面構造
図。
方法の変形例に係る製造工程におけるウエハの断面構造
図。
【図３】本発明の実施の形態である半導体素子の製造装
置の構成を示す平面図。
置の構成を示す平面図。
【図４】Ｃｕ層を酸化させる前の波長７００ｎｍから１
９０ｎｍまでのＣｕ反射率スぺクトルのグラフ。
９０ｎｍまでのＣｕ反射率スぺクトルのグラフ。
【図５】Ｃｕ層を４００℃加熱後にＣｕの極く表層を酸
化させた反射スぺクトルのグラフ。
化させた反射スぺクトルのグラフ。
【図６】Ｃｕ膜を極く表層を酸化させた場合のＸＰＳ分
析結果。
析結果。
【図７】表層を酸化させたＣｕ膜をレーザ熱処理しＣＭ
Ｐ処理をした場合のＸＰＳ分析結果。
Ｐ処理をした場合のＸＰＳ分析結果。
【図８】（ａ）〜（ｄ）従来のレーザメルト法のプロセ
スフローによるウエハの断面構造図。
スフローによるウエハの断面構造図。
【図９】Ｃｕ膜厚に対するレーザ照射に係るエネルギー
密度の関係図。
密度の関係図。
１０、１０´…シリコン基板、１１、１１´…絶縁膜、
１２、１２´…配線溝、１３、１３´…Ｃｕ膜、２３…
加熱チャンバ、２４…Ｃｕ膜酸化形成チャンバ、２５…
レーザ光照射チャンバ
１２、１２´…配線溝、１３、１３´…Ｃｕ膜、２３…
加熱チャンバ、２４…Ｃｕ膜酸化形成チャンバ、２５…
レーザ光照射チャンバ
Claims (7)
- 【請求項１】 半導体基板上の絶縁膜に配線溝を形成し
た後に、前記絶縁膜の上にＣｕ膜を形成し、このＣｕ膜
にレーザ光を照射し、その後に平坦化処理を施す半導体
素子の製造方法において、 前記Ｃｕ膜にレーザ光を照射する前に予めＣｕ膜の表面
に酸化処理を施しておくことを特徴とする半導体素子の
製造方法。 - 【請求項２】 前記Ｃｕ膜の表面への酸化処理は、前記
半導体基板を２００℃以上で５００℃以下の温度にラン
プアニール又は電気炉で加熱し、酸素ガス雰囲気にさら
すことを特徴とする請求項１記載の半導体素子の製造方
法。 - 【請求項３】 前記絶縁膜の上へのＣｕ膜の形成は、Ｃ
ｕをスパッタすることで行うことを特徴とする請求項１
記載の半導体素子の製造方法。 - 【請求項４】 前記絶縁膜の上へのＣｕ膜の形成は、め
っきすることで行うことを特徴とする請求項１記載の半
導体素子の製造方法。 - 【請求項５】 前記Ｃｕ膜へ前記レーザ光を照射して前
記Ｃｕ膜を溶融させることにより配線溝内にＣｕを埋め
込むことを特徴とする請求項３記載の半導体素子の製造
方法。 - 【請求項６】 前記Ｃｕ膜へのレーザ光の照射によるレ
ーザアニールにより、前記半導体基板上に形成されてい
るホールや溝に前記Ｃｕ膜を埋め込み配線に適した状態
に形成することを特徴とする請求項４記載の半導体素子
の製造方法。 - 【請求項７】 半導体基板上の絶縁膜に配線溝を形成し
た後に、前記絶縁膜の上にＣｕ膜を形成し、このＣｕ膜
にレーザ光を照射する半導体素子の製造装置において、 前記Ｃｕ膜にレーザ光を照射するレーザ光照射チャンバ
と、予め前記Ｃｕ膜の表面に酸化処理を施すＣｕ膜酸化
形成チャンバとを有することを特徴とする半導体素子の
製造装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11156693A JP2000349086A (ja) | 1999-06-03 | 1999-06-03 | 半導体素子の製造方法とその製造装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11156693A JP2000349086A (ja) | 1999-06-03 | 1999-06-03 | 半導体素子の製造方法とその製造装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000349086A true JP2000349086A (ja) | 2000-12-15 |
Family
ID=15633284
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11156693A Pending JP2000349086A (ja) | 1999-06-03 | 1999-06-03 | 半導体素子の製造方法とその製造装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000349086A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109545737A (zh) * | 2017-09-22 | 2019-03-29 | 株式会社斯库林集团 | 基板处理方法及基板处理装置 |
| JP2022047759A (ja) * | 2020-09-14 | 2022-03-25 | 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス | 金属配線形成方法 |
-
1999
- 1999-06-03 JP JP11156693A patent/JP2000349086A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109545737A (zh) * | 2017-09-22 | 2019-03-29 | 株式会社斯库林集团 | 基板处理方法及基板处理装置 |
| KR20190034080A (ko) * | 2017-09-22 | 2019-04-01 | 가부시키가이샤 스크린 홀딩스 | 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치 |
| KR102179673B1 (ko) * | 2017-09-22 | 2020-11-17 | 가부시키가이샤 스크린 홀딩스 | 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치 |
| KR20200131199A (ko) * | 2017-09-22 | 2020-11-23 | 가부시키가이샤 스크린 홀딩스 | 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치 |
| US10892177B2 (en) | 2017-09-22 | 2021-01-12 | SCREEN Holdings Co., Ltd. | Substrate processing method and substrate processing apparatus |
| KR102243108B1 (ko) | 2017-09-22 | 2021-04-21 | 가부시키가이샤 스크린 홀딩스 | 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치 |
| JP2022047759A (ja) * | 2020-09-14 | 2022-03-25 | 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス | 金属配線形成方法 |
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