JPH11340232A - 銅膜の埋め込み方法 - Google Patents
銅膜の埋め込み方法Info
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- JPH11340232A JPH11340232A JP14242998A JP14242998A JPH11340232A JP H11340232 A JPH11340232 A JP H11340232A JP 14242998 A JP14242998 A JP 14242998A JP 14242998 A JP14242998 A JP 14242998A JP H11340232 A JPH11340232 A JP H11340232A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 厚さが１００ｎｍ程度の窒化チタン膜では十
分な酸化防止効果が得られず、高圧リフロー処理時に銅
膜が酸化され、埋め込み不良を生じる。また窒化チタン
膜を厚膜化するとその後の窒化チタン膜の加工工程が困
難になる。 【解決手段】 凹部となる溝１７、接続孔１８が形成さ
れている基板上に成膜された銅を主成分とする銅膜２２
の表面に、酸化により不動態被膜を形成する金属を主成
分とする金属膜２３を形成する工程と、その金属膜２３
の表面を酸化して不動態被膜となる金属酸化膜２４を形
成する工程と、銅膜２２の一部を溝１７、接続孔１８内
に埋め込む工程とを備えた銅膜の埋め込み方法である。
分な酸化防止効果が得られず、高圧リフロー処理時に銅
膜が酸化され、埋め込み不良を生じる。また窒化チタン
膜を厚膜化するとその後の窒化チタン膜の加工工程が困
難になる。 【解決手段】 凹部となる溝１７、接続孔１８が形成さ
れている基板上に成膜された銅を主成分とする銅膜２２
の表面に、酸化により不動態被膜を形成する金属を主成
分とする金属膜２３を形成する工程と、その金属膜２３
の表面を酸化して不動態被膜となる金属酸化膜２４を形
成する工程と、銅膜２２の一部を溝１７、接続孔１８内
に埋め込む工程とを備えた銅膜の埋め込み方法である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、銅膜の埋め込み方
法に関し、詳しくは半導体装置の銅配線を形成する際に
用いる高圧リフロー法による銅膜の埋め込み方法に関す
る。
法に関し、詳しくは半導体装置の銅配線を形成する際に
用いる高圧リフロー法による銅膜の埋め込み方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来よりＬＳＩの配線材料としては、ア
ルミニウム合金が広く用いられてきた。しかし、ＬＳＩ
の微細化、高速化の要求が高まるにつれて、アルミニウ
ム合金配線では十分な配線の信頼性や、低い配線抵抗の
確保が困難になってきている。その対策として、アルミ
ニウム合金よりもエレクトロマイグレーション耐性に優
れ、かつ低抵抗である銅配線技術が高い注目を浴び、実
用化に向けて検討されている。
ルミニウム合金が広く用いられてきた。しかし、ＬＳＩ
の微細化、高速化の要求が高まるにつれて、アルミニウ
ム合金配線では十分な配線の信頼性や、低い配線抵抗の
確保が困難になってきている。その対策として、アルミ
ニウム合金よりもエレクトロマイグレーション耐性に優
れ、かつ低抵抗である銅配線技術が高い注目を浴び、実
用化に向けて検討されている。
【０００３】銅配線を形成する技術としては、従来通
り、銅のドライエッチングにより形成する方法の他に、
一般に銅のドライエッチングが容易でないこと等の理由
から、いわゆる溝配線による方法が検討されている。溝
配線とは、酸化シリコン等の層間絶縁膜に予め所定の溝
を形成しておき、その溝に配線材料を埋め込み、その後
に溝外の余剰な配線材料を化学的機械研磨（以下ＣＭＰ
という、ＣＭＰはChemical Mechanical Polishing の
略）等によって除去することにより形成する配線をい
う。
り、銅のドライエッチングにより形成する方法の他に、
一般に銅のドライエッチングが容易でないこと等の理由
から、いわゆる溝配線による方法が検討されている。溝
配線とは、酸化シリコン等の層間絶縁膜に予め所定の溝
を形成しておき、その溝に配線材料を埋め込み、その後
に溝外の余剰な配線材料を化学的機械研磨（以下ＣＭＰ
という、ＣＭＰはChemical Mechanical Polishing の
略）等によって除去することにより形成する配線をい
う。
【０００４】通常のリソグラフィーとエッチングとを用
いた配線の形成方法、上記説明した溝配線の形成方法の
いずれにおいても、微細な接続孔または溝に銅を埋め込
む技術が重要である。その埋め込み技術としては、電解
めっき法、ＣＶＤ法、スパッタリング後のリフロー法、
高圧リフロー法等が開示されている。そのなかで高圧リ
フロー法は、埋め込み能力が高いこと、従来より実績の
あるスパッタリング技術を基本としているために製造装
置の信頼性が高いことという点が有利となっている。
いた配線の形成方法、上記説明した溝配線の形成方法の
いずれにおいても、微細な接続孔または溝に銅を埋め込
む技術が重要である。その埋め込み技術としては、電解
めっき法、ＣＶＤ法、スパッタリング後のリフロー法、
高圧リフロー法等が開示されている。そのなかで高圧リ
フロー法は、埋め込み能力が高いこと、従来より実績の
あるスパッタリング技術を基本としているために製造装
置の信頼性が高いことという点が有利となっている。
【０００５】上記高圧リフロー法による埋め込み原理
を、図４によって以下に説明する。図４の（１）に示す
ように、基板（図示省略）上に素子等（図示省略）を形
成、さらに下層配線１１１や絶縁膜１１２等の形成を行
い、平坦化プロセスによってその絶縁膜１１２の表面を
平坦化して、上記下層配線１１１の上面を露出させる。
そして上記絶縁膜１１２上に層間絶縁膜１１３を形成す
る。次いでリソグラフィー技術とエッチングとにより、
この層間絶縁膜１１３に下層配線１１１に通じる接続孔
１１４を形成する。その後ＤＣマグネトロンスパッタ法
により、上記接続孔１１４の内壁および層間絶縁膜１１
３上に窒化チタン膜１１５および銅膜１１６を形成す
る。このとき、銅膜１１６は、接続孔１１４の凹部開口
部付近でつながり、接続孔１１４内にはボイド１１７が
残された形状となる。この状態を以下ブリッジという。
を、図４によって以下に説明する。図４の（１）に示す
ように、基板（図示省略）上に素子等（図示省略）を形
成、さらに下層配線１１１や絶縁膜１１２等の形成を行
い、平坦化プロセスによってその絶縁膜１１２の表面を
平坦化して、上記下層配線１１１の上面を露出させる。
そして上記絶縁膜１１２上に層間絶縁膜１１３を形成す
る。次いでリソグラフィー技術とエッチングとにより、
この層間絶縁膜１１３に下層配線１１１に通じる接続孔
１１４を形成する。その後ＤＣマグネトロンスパッタ法
により、上記接続孔１１４の内壁および層間絶縁膜１１
３上に窒化チタン膜１１５および銅膜１１６を形成す
る。このとき、銅膜１１６は、接続孔１１４の凹部開口
部付近でつながり、接続孔１１４内にはボイド１１７が
残された形状となる。この状態を以下ブリッジという。
【０００６】次に図４の（２）に示すように、基板を４
００℃に加熱した状態で高圧アルゴンガスを導入し、７
０ＭＰａ程度の気圧で銅膜１１６を圧して、接続孔１１
４内に銅膜１１６を押し込む。その結果、図４の（３）
に示すように、接続孔１１４内は銅膜１１６の一部によ
り完全に埋め込まれる。
００℃に加熱した状態で高圧アルゴンガスを導入し、７
０ＭＰａ程度の気圧で銅膜１１６を圧して、接続孔１１
４内に銅膜１１６を押し込む。その結果、図４の（３）
に示すように、接続孔１１４内は銅膜１１６の一部によ
り完全に埋め込まれる。
【０００７】上記埋め込み方法においては、高圧アルゴ
ンガス中に含まれている残留大気等の酸素が銅膜１１６
を酸化させ、埋め込み不良を生じる場合がある。これを
防止する手段として、銅膜１１６上に酸化防止層として
窒化チタン膜（図示省略）を１００ｎｍ程度の厚さに形
成した後、高圧埋め込みを行う方法が、応用物理学会秋
期大会予稿集，（１９９７）前川和義，大崎明彦，益子
洋治，ｐ７７６に開示されている。
ンガス中に含まれている残留大気等の酸素が銅膜１１６
を酸化させ、埋め込み不良を生じる場合がある。これを
防止する手段として、銅膜１１６上に酸化防止層として
窒化チタン膜（図示省略）を１００ｎｍ程度の厚さに形
成した後、高圧埋め込みを行う方法が、応用物理学会秋
期大会予稿集，（１９９７）前川和義，大崎明彦，益子
洋治，ｐ７７６に開示されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、銅膜上
に窒化チタン膜を形成する上記埋め込み方法には以下の
ような問題点がある。すなわち、厚さが１００ｎｍ程度
の窒化チタン膜では、必ずしも十分な酸化防止効果が得
られず、高圧アルゴンガスを導入したときに銅膜が酸化
され、埋め込み不良が生じる。この場合、高圧ガス中の
酸化作用を有するガスは、主に窒化チタン膜の柱状結晶
の粒界を拡散し、銅膜にまで達するものと考えられる。
そこで窒化チタン膜を厚膜化することで酸化防止効果の
増大を図ることもできるが、この場合、例えば溝配線の
形成においては、その後のＣＭＰ等により窒化チタンを
除去する工程に負担がかかる。また、ドライエッチング
により配線加工を行う場合には、厚い窒化チタンをエッ
チング加工することに困難を来す。さらにその後、配線
間へ層間絶縁膜を埋め込み工程にも負担がかかる。
に窒化チタン膜を形成する上記埋め込み方法には以下の
ような問題点がある。すなわち、厚さが１００ｎｍ程度
の窒化チタン膜では、必ずしも十分な酸化防止効果が得
られず、高圧アルゴンガスを導入したときに銅膜が酸化
され、埋め込み不良が生じる。この場合、高圧ガス中の
酸化作用を有するガスは、主に窒化チタン膜の柱状結晶
の粒界を拡散し、銅膜にまで達するものと考えられる。
そこで窒化チタン膜を厚膜化することで酸化防止効果の
増大を図ることもできるが、この場合、例えば溝配線の
形成においては、その後のＣＭＰ等により窒化チタンを
除去する工程に負担がかかる。また、ドライエッチング
により配線加工を行う場合には、厚い窒化チタンをエッ
チング加工することに困難を来す。さらにその後、配線
間へ層間絶縁膜を埋め込み工程にも負担がかかる。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するためになされた銅膜の埋め込み方法である。第１
の方法は、凹部が形成されている基板上に成膜された銅
を主成分とする銅膜の表面に、酸化により不動態被膜を
形成する金属を主成分とする金属膜を形成する工程と、
その金属膜の表面を酸化して不動態被膜となる金属酸化
膜を形成する工程と、上記銅膜の一部を凹部内に埋め込
む工程とを備えた銅膜の埋め込み方法である。
決するためになされた銅膜の埋め込み方法である。第１
の方法は、凹部が形成されている基板上に成膜された銅
を主成分とする銅膜の表面に、酸化により不動態被膜を
形成する金属を主成分とする金属膜を形成する工程と、
その金属膜の表面を酸化して不動態被膜となる金属酸化
膜を形成する工程と、上記銅膜の一部を凹部内に埋め込
む工程とを備えた銅膜の埋め込み方法である。
【００１０】上記第１の方法では、銅膜の表面に金属膜
を形成し、その金属膜の表面を酸化して不動態被膜とな
る金属酸化膜を形成することから、金属酸化膜は非常に
高い耐食性を有する膜となる。その後、金属酸化膜を形
成した状態で金属膜の一部を凹部内に埋め込むことか
ら、埋め込み時に用いられる高圧ガス中に含まれる酸化
作用を有するガスの拡散が金属酸化膜により阻止される
ので、そのガスが銅膜に達することはない。そのため、
銅膜の酸化が防止される。
を形成し、その金属膜の表面を酸化して不動態被膜とな
る金属酸化膜を形成することから、金属酸化膜は非常に
高い耐食性を有する膜となる。その後、金属酸化膜を形
成した状態で金属膜の一部を凹部内に埋め込むことか
ら、埋め込み時に用いられる高圧ガス中に含まれる酸化
作用を有するガスの拡散が金属酸化膜により阻止される
ので、そのガスが銅膜に達することはない。そのため、
銅膜の酸化が防止される。
【００１１】第２の方法は、凹部が形成されている基板
上に成膜された銅を主成分とする銅膜の表面に、酸化に
より不動態被膜を形成する金属を主成分とする金属膜を
形成する工程と、その金属膜の表面上に高圧ガスを導入
することで、金属膜の表面を酸化して不動態被膜となる
金属酸化膜を形成するとともに銅膜を凹部に埋め込む工
程とを備えた銅膜の埋め込み方法である。
上に成膜された銅を主成分とする銅膜の表面に、酸化に
より不動態被膜を形成する金属を主成分とする金属膜を
形成する工程と、その金属膜の表面上に高圧ガスを導入
することで、金属膜の表面を酸化して不動態被膜となる
金属酸化膜を形成するとともに銅膜を凹部に埋め込む工
程とを備えた銅膜の埋め込み方法である。
【００１２】上記第２の方法では、銅膜の表面に金属膜
を形成し、その金属膜の表面上に高圧ガスを導入するこ
とで、金属膜の表面を酸化して不動態被膜となる金属酸
化膜を形成することから、金属酸化膜は非常に高い耐食
性を有する膜となる。その金属酸化膜の形成とともに銅
膜の一部を凹部内に埋め込むことから、埋め込み時に用
いられる高圧ガス中に含まれる酸化作用を有するガスの
拡散が金属酸化膜により阻止されるので、そのガスが銅
膜に達することはない。そのため、銅膜の酸化が防止さ
れる。
を形成し、その金属膜の表面上に高圧ガスを導入するこ
とで、金属膜の表面を酸化して不動態被膜となる金属酸
化膜を形成することから、金属酸化膜は非常に高い耐食
性を有する膜となる。その金属酸化膜の形成とともに銅
膜の一部を凹部内に埋め込むことから、埋め込み時に用
いられる高圧ガス中に含まれる酸化作用を有するガスの
拡散が金属酸化膜により阻止されるので、そのガスが銅
膜に達することはない。そのため、銅膜の酸化が防止さ
れる。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明の第１の埋め込み方法に係
わる第１の実施の形態を、図１および図２の製造工程図
によって説明する。
わる第１の実施の形態を、図１および図２の製造工程図
によって説明する。
【００１４】図１の（１）に示すように、基板（図示省
略）上に素子（図示省略）を形成し、さらに下層配線１
１や絶縁膜１２等の形成を行い、平坦化プロセスによっ
てその絶縁膜１２の表面を平坦化して、上記下層配線１
１の上面を露出させる。そして例えばプラズマＣＶＤ法
により上記絶縁膜１２上に層間絶縁膜として酸化シリコ
ン（以下ＰＥ−ＳｉＯ2 と記す）膜１３を例えば８００
ｎｍの厚さに形成する。さらに窒化シリコン（以下ＰＥ
−ＳｉＮと記す）膜１４を例えば５０ｎｍの厚さに形成
する。
略）上に素子（図示省略）を形成し、さらに下層配線１
１や絶縁膜１２等の形成を行い、平坦化プロセスによっ
てその絶縁膜１２の表面を平坦化して、上記下層配線１
１の上面を露出させる。そして例えばプラズマＣＶＤ法
により上記絶縁膜１２上に層間絶縁膜として酸化シリコ
ン（以下ＰＥ−ＳｉＯ2 と記す）膜１３を例えば８００
ｎｍの厚さに形成する。さらに窒化シリコン（以下ＰＥ
−ＳｉＮと記す）膜１４を例えば５０ｎｍの厚さに形成
する。
【００１５】次に、通常のリソグラフィー技術および反
応性イオンエッチング（以下ＲＩＥという、ＲＩＥはRe
active Ion Etchingの略）技術により、ＰＥ−ＳｉＮ膜
１４に、例えば下層配線１１に通じる接続孔の一部とな
る開口部１５を形成する。上記開口部１５の口径は、例
えば０．３μｍとした。
応性イオンエッチング（以下ＲＩＥという、ＲＩＥはRe
active Ion Etchingの略）技術により、ＰＥ−ＳｉＮ膜
１４に、例えば下層配線１１に通じる接続孔の一部とな
る開口部１５を形成する。上記開口部１５の口径は、例
えば０．３μｍとした。
【００１６】さらに図１の（２）に示すように、プラズ
マＣＶＤ法によって、上記ＰＥ−ＳｉＮ膜１４上かつ上
記開口部１５上に絶縁膜としてＰＥ−ＳｉＯ2 膜１６を
例えば５００ｎｍの厚さに形成する。次いでリソグラフ
ィー技術とエッチングとにより、このＰＥ−ＳｉＯ2 膜
１６に溝１７を、この溝１７の底部に上記開口部１５が
存在するように形成する。したがって、この溝１７の幅
は例えば０．５μｍとした。さらに上記エッチングによ
り、上記ＰＥ−ＳｉＮ膜１４をマスクにして、上記ＰＥ
−ＳｉＯ2 膜１３に下層配線１１に通じる接続孔１８を
形成する。このため、接続孔１８の上記開口部１５の口
径とほぼ同等の０．３μｍとなる。
マＣＶＤ法によって、上記ＰＥ−ＳｉＮ膜１４上かつ上
記開口部１５上に絶縁膜としてＰＥ−ＳｉＯ2 膜１６を
例えば５００ｎｍの厚さに形成する。次いでリソグラフ
ィー技術とエッチングとにより、このＰＥ−ＳｉＯ2 膜
１６に溝１７を、この溝１７の底部に上記開口部１５が
存在するように形成する。したがって、この溝１７の幅
は例えば０．５μｍとした。さらに上記エッチングによ
り、上記ＰＥ−ＳｉＮ膜１４をマスクにして、上記ＰＥ
−ＳｉＯ2 膜１３に下層配線１１に通じる接続孔１８を
形成する。このため、接続孔１８の上記開口部１５の口
径とほぼ同等の０．３μｍとなる。
【００１７】次いで図１の（３）に示すように、ＤＣマ
グネトロンスパッタ法により、上記溝１７および接続孔
１８の各内壁に、窒化チタン膜２１を例えば８０ｎｍの
厚さに形成する。この窒化チタン膜２１の成膜条件の一
例としては、プロセスガスに、アルゴン（例えば供給流
量を２０ｓｃｃｍとする）と窒素（例えば供給流量を７
０ｓｃｃｍとする）とを用い、スパッタリング装置のＤ
Ｃパワーを１２ｋＷ、スパッタリング雰囲気の圧力を
０．３Ｐａ、成膜温度を４００℃に設定する。その結
果、窒化チタン膜２１が形成される。
グネトロンスパッタ法により、上記溝１７および接続孔
１８の各内壁に、窒化チタン膜２１を例えば８０ｎｍの
厚さに形成する。この窒化チタン膜２１の成膜条件の一
例としては、プロセスガスに、アルゴン（例えば供給流
量を２０ｓｃｃｍとする）と窒素（例えば供給流量を７
０ｓｃｃｍとする）とを用い、スパッタリング装置のＤ
Ｃパワーを１２ｋＷ、スパッタリング雰囲気の圧力を
０．３Ｐａ、成膜温度を４００℃に設定する。その結
果、窒化チタン膜２１が形成される。
【００１８】さらにＤＣマグネトロンスパッタ法によ
り、上記窒化チタン膜２１の表面に銅を例えば１．５μ
ｍの厚さに堆積して上記溝１７に対していわゆるブリッ
ジ状に銅膜２２を形成する。上記銅膜２２の成膜条件の
一例としては、プロセスガスに、アルゴン（例えば供給
流量を５０ｓｃｃｍとする）を用い、スパッタリング装
置のＤＣパワーを１２ｋＷ、スパッタリング雰囲気の圧
力を０．２Ｐａ、成膜温度を４００℃に設定する。
り、上記窒化チタン膜２１の表面に銅を例えば１．５μ
ｍの厚さに堆積して上記溝１７に対していわゆるブリッ
ジ状に銅膜２２を形成する。上記銅膜２２の成膜条件の
一例としては、プロセスガスに、アルゴン（例えば供給
流量を５０ｓｃｃｍとする）を用い、スパッタリング装
置のＤＣパワーを１２ｋＷ、スパッタリング雰囲気の圧
力を０．２Ｐａ、成膜温度を４００℃に設定する。
【００１９】引き続きＤＣマグネトロンスパッタ法によ
り、上記銅膜２２の表面にアルミニウムを例えば１００
ｎｍの厚さに堆積してアルミニウムを主成分とする金属
膜２３を形成する。上記金属膜２３の成膜条件の一例と
しては、プロセスガスに、アルゴン（例えば供給流量を
５０ｓｃｃｍとする）を用い、スパッタリング装置のＤ
Ｃパワーを１２ｋＷ、スパッタリング雰囲気の圧力を
０．２Ｐａ、成膜温度を１５０℃に設定する。
り、上記銅膜２２の表面にアルミニウムを例えば１００
ｎｍの厚さに堆積してアルミニウムを主成分とする金属
膜２３を形成する。上記金属膜２３の成膜条件の一例と
しては、プロセスガスに、アルゴン（例えば供給流量を
５０ｓｃｃｍとする）を用い、スパッタリング装置のＤ
Ｃパワーを１２ｋＷ、スパッタリング雰囲気の圧力を
０．２Ｐａ、成膜温度を１５０℃に設定する。
【００２０】次いで図１の（４）に示すように、上記金
属膜２３を大気に暴露し、金属膜２３の表面に酸化被膜
からなる金属酸化膜２４を形成する。この金属酸化膜２
４は、酸化アルミニウムからなる。大気に暴露する時間
を例えば１０分間に設定すると、およそ１０ｎｍの厚さ
の酸化アルミニウムが形成される。
属膜２３を大気に暴露し、金属膜２３の表面に酸化被膜
からなる金属酸化膜２４を形成する。この金属酸化膜２
４は、酸化アルミニウムからなる。大気に暴露する時間
を例えば１０分間に設定すると、およそ１０ｎｍの厚さ
の酸化アルミニウムが形成される。
【００２１】次に図１の（５）に示すように、高圧リフ
ロー処理を行って、溝１７内および接続孔１８内に銅膜
２２を埋め込む。上記高圧リフロー処理条件は、一例と
して、プロセスガスにアルゴンを用い、処理圧力を７０
ＭＰａ、処理温度を４５０℃、処理時間を５分に設定す
る。この高圧リフロー処理時にはアルミニウム中に銅は
拡散して、アルミニウム部分の金属膜２３はアルミニウ
ム銅合金になる。しかしながら、上記温度では、銅膜２
２中にアルミニウムの拡散はほとんど生じないので、銅
膜２２にアルミニウムが混入して、銅の純度を低下させ
るという問題は起こらない。
ロー処理を行って、溝１７内および接続孔１８内に銅膜
２２を埋め込む。上記高圧リフロー処理条件は、一例と
して、プロセスガスにアルゴンを用い、処理圧力を７０
ＭＰａ、処理温度を４５０℃、処理時間を５分に設定す
る。この高圧リフロー処理時にはアルミニウム中に銅は
拡散して、アルミニウム部分の金属膜２３はアルミニウ
ム銅合金になる。しかしながら、上記温度では、銅膜２
２中にアルミニウムの拡散はほとんど生じないので、銅
膜２２にアルミニウムが混入して、銅の純度を低下させ
るという問題は起こらない。
【００２２】その後、化学的機械研磨（以下ＣＭＰとい
う、ＣＭＰはChemical MechanicalPolishing の略）に
より、接続孔１８および溝１７の外にある余分な銅膜２
２および窒化チタン膜２１を除去する。その結果、図２
に示すように、接続孔１８および溝１７の各内部に銅膜
２２および窒化チタン膜２１が残されて、その銅膜２２
等により配線２５および下層配線１１に接続する接続プ
ラグ２６が形成される。なお、ＣＭＰの代わりに、リン
酸等を用いたエッチングにより、接続孔１８および溝１
７の外にある余分な銅膜２２および窒化チタン膜２１を
除去することも可能である。
う、ＣＭＰはChemical MechanicalPolishing の略）に
より、接続孔１８および溝１７の外にある余分な銅膜２
２および窒化チタン膜２１を除去する。その結果、図２
に示すように、接続孔１８および溝１７の各内部に銅膜
２２および窒化チタン膜２１が残されて、その銅膜２２
等により配線２５および下層配線１１に接続する接続プ
ラグ２６が形成される。なお、ＣＭＰの代わりに、リン
酸等を用いたエッチングにより、接続孔１８および溝１
７の外にある余分な銅膜２２および窒化チタン膜２１を
除去することも可能である。
【００２３】上記説明したように、本発明の銅膜の埋め
込み方法は、いわゆるデュアルダマシンプロセスに適用
することが可能である。当然のことながら、通常の溝配
線を形成するダマシンプロセスに適用することも可能で
あり、また接続孔に埋め込むとともに銅配線を形成する
プロセスにも適用することが可能である。
込み方法は、いわゆるデュアルダマシンプロセスに適用
することが可能である。当然のことながら、通常の溝配
線を形成するダマシンプロセスに適用することも可能で
あり、また接続孔に埋め込むとともに銅配線を形成する
プロセスにも適用することが可能である。
【００２４】上記図１によって説明した銅膜の埋め込み
方法では、銅膜２２の表面に金属膜２３を形成し、その
金属膜２３の表面を酸化して不動態被膜となる金属酸化
膜２４を形成することから、金属酸化膜２４は非常に高
い耐食性を有する膜となる。その後、金属酸化膜２４を
形成した状態で金属膜２２の一部を凹部である溝１７内
および接続孔１７内に埋め込むことから、埋め込み時に
用いられる高圧ガス中に含まれる酸化作用を有するガス
の拡散が金属酸化膜２４により阻止されるので、そのガ
スが銅膜２２に達することはない。そのため、銅膜２２
の酸化が防止される。
方法では、銅膜２２の表面に金属膜２３を形成し、その
金属膜２３の表面を酸化して不動態被膜となる金属酸化
膜２４を形成することから、金属酸化膜２４は非常に高
い耐食性を有する膜となる。その後、金属酸化膜２４を
形成した状態で金属膜２２の一部を凹部である溝１７内
および接続孔１７内に埋め込むことから、埋め込み時に
用いられる高圧ガス中に含まれる酸化作用を有するガス
の拡散が金属酸化膜２４により阻止されるので、そのガ
スが銅膜２２に達することはない。そのため、銅膜２２
の酸化が防止される。
【００２５】次に本発明の埋め込み方法に係わる第２の
実施の形態を、図３の製造工程図によって説明する。図
３では、一例として、リソグラフィー技術とエッチング
技術によりパターニングして形成する銅配線の製造工程
を示す。
実施の形態を、図３の製造工程図によって説明する。図
３では、一例として、リソグラフィー技術とエッチング
技術によりパターニングして形成する銅配線の製造工程
を示す。
【００２６】図３の（１）に示すように、基板（図示省
略）上に素子等（図示省略）を形成、さらに下層配線１
１や絶縁膜１２等の形成を行い、平坦化プロセスによっ
てその絶縁膜１２の表面を平坦化して、上記下層配線１
１の上面を露出させる。そして例えばプラズマＣＶＤ法
により上記絶縁膜１２上に層間絶縁膜としてＰＥ−Ｓｉ
Ｏ2 膜１３を例えば８００ｎｍの厚さに形成する。次い
でリソグラフィー技術とエッチングとにより、このＰＥ
−ＳｉＯ2 膜１３に下層配線１１に通じる接続孔１９を
形成する。この接続孔１９の口径は、例えば０．３μｍ
とした。
略）上に素子等（図示省略）を形成、さらに下層配線１
１や絶縁膜１２等の形成を行い、平坦化プロセスによっ
てその絶縁膜１２の表面を平坦化して、上記下層配線１
１の上面を露出させる。そして例えばプラズマＣＶＤ法
により上記絶縁膜１２上に層間絶縁膜としてＰＥ−Ｓｉ
Ｏ2 膜１３を例えば８００ｎｍの厚さに形成する。次い
でリソグラフィー技術とエッチングとにより、このＰＥ
−ＳｉＯ2 膜１３に下層配線１１に通じる接続孔１９を
形成する。この接続孔１９の口径は、例えば０．３μｍ
とした。
【００２７】次いで図３の（２）に示すように、ＤＣマ
グネトロンスパッタ法により、上記接続孔１９内壁およ
びＰＥ−ＳｉＯ2 膜１３上に、窒化チタン膜２１を例え
ば５０ｎｍの厚さに形成する。この窒化チタン膜２１の
成膜条件の一例としては、前記図１によって説明したの
と同様である。
グネトロンスパッタ法により、上記接続孔１９内壁およ
びＰＥ−ＳｉＯ2 膜１３上に、窒化チタン膜２１を例え
ば５０ｎｍの厚さに形成する。この窒化チタン膜２１の
成膜条件の一例としては、前記図１によって説明したの
と同様である。
【００２８】さらにＤＣマグネトロンスパッタ法によ
り、上記窒化チタン膜２１の表面に銅を例えば１．５μ
ｍの厚さに堆積して上記接続孔１９に対していわゆるブ
リッジ状に銅膜２２を形成する。上記銅膜２２の成膜条
件の一例としては、前記図１によって接続したのと同様
である。
り、上記窒化チタン膜２１の表面に銅を例えば１．５μ
ｍの厚さに堆積して上記接続孔１９に対していわゆるブ
リッジ状に銅膜２２を形成する。上記銅膜２２の成膜条
件の一例としては、前記図１によって接続したのと同様
である。
【００２９】さらに図３の（３）に示すように、ＤＣマ
グネトロンスパッタ法により、上記銅膜２２の表面にア
ルミニウムを例えば１００ｎｍの厚さに堆積してアルミ
ニウムを主成分とする金属膜２３を形成する。上記金属
膜２３の成膜条件の一例としては、前記図１によって説
明したのと同様である。
グネトロンスパッタ法により、上記銅膜２２の表面にア
ルミニウムを例えば１００ｎｍの厚さに堆積してアルミ
ニウムを主成分とする金属膜２３を形成する。上記金属
膜２３の成膜条件の一例としては、前記図１によって説
明したのと同様である。
【００３０】次いで図３の（４）に示すように、上記金
属膜２３を大気に暴露し、金属膜２３の表面に不動態被
膜となる金属酸化膜２４を形成する。この金属酸化膜２
４は、酸化アルミニウムからなる。大気に暴露する時間
を例えば１０分間に設定すると、およそ１０ｎｍの厚さ
の酸化アルミニウムが形成される。
属膜２３を大気に暴露し、金属膜２３の表面に不動態被
膜となる金属酸化膜２４を形成する。この金属酸化膜２
４は、酸化アルミニウムからなる。大気に暴露する時間
を例えば１０分間に設定すると、およそ１０ｎｍの厚さ
の酸化アルミニウムが形成される。
【００３１】次に図３の（５）に示すように、高圧リフ
ロー処理を行って、接続孔１９内に銅膜２２を埋め込
み、接続孔１９内にプラグ２０を形成する。上記高圧リ
フロー処理条件は、一例として、前記図１で接続したの
と同様である。またこの高圧リフロー処理時にはアルミ
ニウム中に銅は拡散して、アルミニウムからなる金属膜
２３はアルミニウム銅合金層になる。しかしながら、上
記温度では、銅膜２２中にアルミニウムの拡散はほとん
ど生じないので、銅膜２２にアルミニウムが混入して、
銅の純度を低下させるという問題は起こらない。
ロー処理を行って、接続孔１９内に銅膜２２を埋め込
み、接続孔１９内にプラグ２０を形成する。上記高圧リ
フロー処理条件は、一例として、前記図１で接続したの
と同様である。またこの高圧リフロー処理時にはアルミ
ニウム中に銅は拡散して、アルミニウムからなる金属膜
２３はアルミニウム銅合金層になる。しかしながら、上
記温度では、銅膜２２中にアルミニウムの拡散はほとん
ど生じないので、銅膜２２にアルミニウムが混入して、
銅の純度を低下させるという問題は起こらない。
【００３２】続いて、酸化シリコン膜（図示省略）を成
膜した後、リソグラフィー技術とエッチング技術とによ
り、その酸化シリコン膜をパターニングして無機マスク
（図示省略）を形成する。そしてその無機マスクをエッ
チングマスクに用いたドライエッチングにより、上記金
属酸化膜２４、金属膜２３、銅膜２２、窒化チタン膜２
１をパターニングして、図３の（６）に示すように、プ
ラグ２０に接続する銅配線２７を、金属膜２３、銅膜２
２、窒化チタン膜２１で形成する。ここでは、ドライエ
ッチングにヘリコン波プラグソース搭載のエッチング装
置を用い、またエッチングガスには塩素を用いた。
膜した後、リソグラフィー技術とエッチング技術とによ
り、その酸化シリコン膜をパターニングして無機マスク
（図示省略）を形成する。そしてその無機マスクをエッ
チングマスクに用いたドライエッチングにより、上記金
属酸化膜２４、金属膜２３、銅膜２２、窒化チタン膜２
１をパターニングして、図３の（６）に示すように、プ
ラグ２０に接続する銅配線２７を、金属膜２３、銅膜２
２、窒化チタン膜２１で形成する。ここでは、ドライエ
ッチングにヘリコン波プラグソース搭載のエッチング装
置を用い、またエッチングガスには塩素を用いた。
【００３３】なお、上記高圧リフロー処理による銅膜２
２の接続孔１９への埋め込み後、アルミニウム銅合金層
をリン酸によるエッチング等により除去し、その後上記
リソグラフィー技術とエッチング技術と同様の技術によ
り銅膜２２を銅配線２７に形成することも可能である。
２の接続孔１９への埋め込み後、アルミニウム銅合金層
をリン酸によるエッチング等により除去し、その後上記
リソグラフィー技術とエッチング技術と同様の技術によ
り銅膜２２を銅配線２７に形成することも可能である。
【００３４】上記図３によって説明した第２の実施の形
態では、前記第１の実施の形態と同様なる作用効果が得
られる。
態では、前記第１の実施の形態と同様なる作用効果が得
られる。
【００３５】上記各実施の形態では、金属酸化膜２４を
形成する材料である金属膜２３としては、純アルミニウ
ムを用いたが、それ以外に、アルミニウム−銅膜、アル
ミニウム−シリコン膜、アルミニウム−シリコン−銅膜
等を用いることも可能である。またアルミニウム以外に
は、ニオブ、ジルコニウムを主成分とする金属膜を用い
ることも可能である。
形成する材料である金属膜２３としては、純アルミニウ
ムを用いたが、それ以外に、アルミニウム−銅膜、アル
ミニウム−シリコン膜、アルミニウム−シリコン−銅膜
等を用いることも可能である。またアルミニウム以外に
は、ニオブ、ジルコニウムを主成分とする金属膜を用い
ることも可能である。
【００３６】上記各実施の形態では、銅膜２２の下地層
を窒化チタン膜２１で形成したが、この下地層は、窒化
チタン膜／チタン膜の積層構造で形成することも可能で
ある。また窒化チタン以外に、拡散バリア性を有する高
融点金属材料であれば窒化チタン以外の材料で形成する
ことが可能である。例えば、窒化チタンの他には、タン
タル、窒化タンタル、タングステン、窒化タングステ
ン、または窒化ケイ化タングステンを用いて形成するこ
とも可能である。
を窒化チタン膜２１で形成したが、この下地層は、窒化
チタン膜／チタン膜の積層構造で形成することも可能で
ある。また窒化チタン以外に、拡散バリア性を有する高
融点金属材料であれば窒化チタン以外の材料で形成する
ことが可能である。例えば、窒化チタンの他には、タン
タル、窒化タンタル、タングステン、窒化タングステ
ン、または窒化ケイ化タングステンを用いて形成するこ
とも可能である。
【００３７】また、配線材料としては、銅の他に、銅合
金を用いることも可能である。この銅合金の一例として
は、ジルコニウム銅がある。
金を用いることも可能である。この銅合金の一例として
は、ジルコニウム銅がある。
【００３８】また、上記各実施の形態では、金属酸化膜
２４を形成する手段としては、金属膜２３を成膜した
後、その金属膜２３を成膜したチャンバ内を真空にして
から酸素ガスを導入することにより、上記金属酸化膜２
４を形成することができる。この場合、金属酸化膜２４
の形成後、大気中にさらすことなく同一チャンバ内また
は連続したチャンバ内において、連続的に高圧埋め込み
法を行うことも可能である。
２４を形成する手段としては、金属膜２３を成膜した
後、その金属膜２３を成膜したチャンバ内を真空にして
から酸素ガスを導入することにより、上記金属酸化膜２
４を形成することができる。この場合、金属酸化膜２４
の形成後、大気中にさらすことなく同一チャンバ内また
は連続したチャンバ内において、連続的に高圧埋め込み
法を行うことも可能である。
【００３９】次に、本発明の第２の埋め込み方法を以下
に説明する。ここでの説明では、前記第１，第２に実施
の形態で説明したのと同様の構成部品には、同一符号を
付与して説明する。
に説明する。ここでの説明では、前記第１，第２に実施
の形態で説明したのと同様の構成部品には、同一符号を
付与して説明する。
【００４０】この第２の埋め込み方法は、上記各実施の
形態で説明したように上記金属膜２３を大気にさらすこ
とで酸化する工程は行わない。その代わりに、金属膜２
３を形成した後、金属膜２３および銅膜２２を圧する高
圧ガス、例えば高圧アルゴンガスを導入し、その高圧ガ
ス中に含まれている残留酸素によって、高圧埋め込みと
同時に金属膜２３を酸化して金属酸化膜２４を形成する
という方法である。
形態で説明したように上記金属膜２３を大気にさらすこ
とで酸化する工程は行わない。その代わりに、金属膜２
３を形成した後、金属膜２３および銅膜２２を圧する高
圧ガス、例えば高圧アルゴンガスを導入し、その高圧ガ
ス中に含まれている残留酸素によって、高圧埋め込みと
同時に金属膜２３を酸化して金属酸化膜２４を形成する
という方法である。
【００４１】上記第２の方法では、銅膜２２の表面に金
属膜２３を形成し、その金属膜２３の表面上に高圧ガス
を導入することで、金属膜２３の表面を酸化して不動態
被膜となる金属酸化膜２４を形成することから、金属酸
化膜２４は非常に高い耐食性を有する膜となる。その金
属酸化膜２４の形成と同時に銅膜２２の一部を凹部内に
埋め込むことから、埋め込み時に用いられる高圧ガス中
に含まれる酸化作用を有するガスの拡散が金属酸化膜２
４により阻止されるので、そのガスが銅膜２２に達する
ことはない。そのため、銅膜２２の酸化が防止される。
属膜２３を形成し、その金属膜２３の表面上に高圧ガス
を導入することで、金属膜２３の表面を酸化して不動態
被膜となる金属酸化膜２４を形成することから、金属酸
化膜２４は非常に高い耐食性を有する膜となる。その金
属酸化膜２４の形成と同時に銅膜２２の一部を凹部内に
埋め込むことから、埋め込み時に用いられる高圧ガス中
に含まれる酸化作用を有するガスの拡散が金属酸化膜２
４により阻止されるので、そのガスが銅膜２２に達する
ことはない。そのため、銅膜２２の酸化が防止される。
【００４２】
【発明の効果】以上、説明したように本発明の第１の埋
め込み方法によれば、銅膜の表面に金属膜を形成し、そ
の表面を酸化して不動態被膜となる金属酸化膜を形成す
るので、その後、高圧ガスによる埋め込みを行っても、
高圧ガス中に含まれる酸化作用を有するガスの拡散を金
属酸化膜により阻止することができる。そのため、酸化
作用を有するガスが銅膜に達しないので銅膜は酸化され
ることがない。よって、良好なる埋め込み性を得ること
ができる。
め込み方法によれば、銅膜の表面に金属膜を形成し、そ
の表面を酸化して不動態被膜となる金属酸化膜を形成す
るので、その後、高圧ガスによる埋め込みを行っても、
高圧ガス中に含まれる酸化作用を有するガスの拡散を金
属酸化膜により阻止することができる。そのため、酸化
作用を有するガスが銅膜に達しないので銅膜は酸化され
ることがない。よって、良好なる埋め込み性を得ること
ができる。
【００４３】本発明に第２の埋め込み方法によれば、銅
膜の表面に金属膜を形成し、その表面上に高圧ガスを導
入することで、金属膜の表面を酸化して不動態被膜とな
る金属酸化膜を形成すると同時に銅膜の一部を凹部内に
埋め込むので、高圧ガス中に含まれる酸化作用を有する
ガスの拡散を金属酸化膜により阻止することができる。
そのため、酸化作用を有するガスが銅膜に達しないので
銅膜は酸化されることがない。よって、良好なる埋め込
み性を得ることができる。
膜の表面に金属膜を形成し、その表面上に高圧ガスを導
入することで、金属膜の表面を酸化して不動態被膜とな
る金属酸化膜を形成すると同時に銅膜の一部を凹部内に
埋め込むので、高圧ガス中に含まれる酸化作用を有する
ガスの拡散を金属酸化膜により阻止することができる。
そのため、酸化作用を有するガスが銅膜に達しないので
銅膜は酸化されることがない。よって、良好なる埋め込
み性を得ることができる。
【図１】本発明の銅膜の埋め込み方法に係わる第１の実
施の形態を説明する製造工程図である。
施の形態を説明する製造工程図である。
【図２】本発明の銅膜の埋め込み方法に係わる第１の実
施の形態を説明する製造工程図（続き）である。
施の形態を説明する製造工程図（続き）である。
【図３】本発明の銅膜の埋め込み方法に係わる第２の実
施の形態を説明する製造工程図である。
施の形態を説明する製造工程図である。
【図４】従来の銅膜の埋め込み方法を説明する製造工程
図である。
図である。
１７…溝、１８…接続孔、２２…銅膜、２３…金属膜、
２４…金属酸化膜
２４…金属酸化膜
Claims (16)
- 【請求項１】 凹部が形成されている基板上に成膜され
た銅を主成分とする銅膜の表面に、酸化により不動態被
膜を形成する金属を主成分とする金属膜を形成する工程
と、 前記金属膜の表面を酸化して前記不動態被膜となる金属
酸化膜を形成する工程と、 前記銅膜の一部を前記凹部内に埋め込む工程とを備えた
ことを特徴とする銅膜の埋め込み方法。 - 【請求項２】 請求項１記載の銅膜の埋め込み方法にお
いて、 アルミニウム、ニオブまたはジルコニウムを主成分とす
る金属で前記金属膜を形成することを特徴とする銅膜の
埋め込み方法。 - 【請求項３】 請求項１記載の銅膜の埋め込み方法にお
いて、 前記金属膜の表面を大気または酸素雰囲気にさらして酸
化することにより前記金属酸化膜を形成することを特徴
とする銅膜の埋め込み方法。 - 【請求項４】 請求項２記載の銅膜の埋め込み方法にお
いて、 前記金属膜の表面を大気または酸素雰囲気にさらして酸
化することにより前記金属酸化膜を形成することを特徴
とする銅膜の埋め込み方法。 - 【請求項５】 請求項１記載の銅膜の埋め込み方法にお
いて、 前記凹部は、接続孔、溝、および溝とその溝の底部に形
成された接続孔のうちの少なくとも１種からなることを
特徴とする銅膜の埋め込み方法。 - 【請求項６】 請求項２記載の銅膜の埋め込み方法にお
いて、 前記凹部は、接続孔、溝、および溝とその溝の底部に形
成された接続孔のうちの少なくとも１種からなることを
特徴とする銅膜の埋め込み方法。 - 【請求項７】 請求項３記載の銅膜の埋め込み方法にお
いて、 前記凹部は、接続孔、溝、および溝とその溝の底部に形
成された接続孔のうちの少なくとも１種からなることを
特徴とする銅膜の埋め込み方法。 - 【請求項８】 請求項４記載の銅膜の埋め込み方法にお
いて、 前記凹部は、接続孔、溝、および溝とその溝の底部に形
成された接続孔のうちの少なくとも１種からなることを
特徴とする銅膜の埋め込み方法。 - 【請求項９】 凹部が形成されている基板上に成膜され
た銅を主成分とする銅膜の表面に、酸化により不動態被
膜を形成する金属を主成分とする金属膜を形成する工程
と、 前記金属膜の表面上に高圧ガスを導入することで、前記
金属膜の表面を酸化して前記不動態被膜となる金属酸化
膜を形成するとともに前記銅膜を圧して該銅膜の一部を
前記凹部に埋め込む工程とを備えたことを特徴とする銅
膜の埋め込み方法。 - 【請求項１０】 請求項９記載の銅膜の埋め込み方法に
おいて、 アルミニウム、ニオブまたはジルコニウムを主成分とす
る金属で前記金属膜を形成することを特徴とする銅膜の
埋め込み方法。 - 【請求項１１】 請求項９記載の銅膜の埋め込み方法に
おいて、 前記金属膜の表面を前記高圧ガス中に含まれる酸素にさ
らして酸化することにより前記金属酸化膜を形成するこ
とを特徴とする銅膜の埋め込み方法。 - 【請求項１２】 請求項１０記載の銅膜の埋め込み方法
において、 前記金属膜の表面を前記高圧ガス中に含まれる酸素にさ
らして酸化することにより前記金属酸化膜を形成するこ
とを特徴とする銅膜の埋め込み方法。 - 【請求項１３】 請求項９記載の銅膜の埋め込み方法に
おいて、 前記凹部は、接続孔、溝、および溝とその溝の底部に形
成された接続孔のうちの少なくとも１種からなることを
特徴とする銅膜の埋め込み方法。 - 【請求項１４】 請求項１０記載の銅膜の埋め込み方法
において、 前記凹部は、接続孔、溝、および溝とその溝の底部に形
成された接続孔のうちの少なくとも１種からなることを
特徴とする銅膜の埋め込み方法。 - 【請求項１５】 請求項１１記載の銅膜の埋め込み方法
において、 前記凹部は、接続孔、溝、および溝とその溝の底部に形
成された接続孔のうちの少なくとも１種からなることを
特徴とする銅膜の埋め込み方法。 - 【請求項１６】 請求項１２記載の銅膜の埋め込み方法
において、 前記凹部は、接続孔、溝、および溝とその溝の底部に形
成された接続孔のうちの少なくとも１種からなることを
特徴とする銅膜の埋め込み方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14242998A JPH11340232A (ja) | 1998-05-25 | 1998-05-25 | 銅膜の埋め込み方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14242998A JPH11340232A (ja) | 1998-05-25 | 1998-05-25 | 銅膜の埋め込み方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11340232A true JPH11340232A (ja) | 1999-12-10 |
Family
ID=15315123
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14242998A Pending JPH11340232A (ja) | 1998-05-25 | 1998-05-25 | 銅膜の埋め込み方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11340232A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5380838B2 (ja) * | 2005-06-22 | 2014-01-08 | 日本電気株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
-
1998
- 1998-05-25 JP JP14242998A patent/JPH11340232A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5380838B2 (ja) * | 2005-06-22 | 2014-01-08 | 日本電気株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
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