JP2000223491A - Cu薄膜形成法 - Google Patents

Cu薄膜形成法

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JP2000223491A
JP2000223491A JP11022017A JP2201799A JP2000223491A JP 2000223491 A JP2000223491 A JP 2000223491A JP 11022017 A JP11022017 A JP 11022017A JP 2201799 A JP2201799 A JP 2201799A JP 2000223491 A JP2000223491 A JP 2000223491A
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JP
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thin film
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film
fine particles
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Masaaki Hirakawa
正明 平川
Hirohiko Murakami
村上  裕彦
Hiroyuki Yamakawa
洋幸 山川
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Ulvac Inc
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  • Prevention Of Electric Corrosion (AREA)
  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ダマシンプロセスにおけるCMP処理を
容易にするための方法を提供すること。 【解決手段】 スパッタ法、メッキ法、CVD法等によ
り配線溝、ビアホール、コンタクトホール等の凹部にC
uを埋め込んだ後の凹凸を有する半導体基板上に、Cu
微粒子を有機溶媒に分散させたCu分散液を塗布し、塗
布膜の形成された基板を、塗布膜中の有機物質を蒸発お
よび燃焼せしめるために焼成し、次いで該焼成により生
じたCuOを還元して、犠牲層としてCu薄膜を形成す
ることからなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、LSI等のIC製
造の際に、半導体基板上へスパッタ法、メッキ法、CV
D法等によりCuを埋め込んだ後、波状の、すなわち凹
凸を有する基板表面を平坦化し、CMP処理を行いやす
くするためにCu犠牲層を形成する方法に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】近年の半導体産業におけるLSIの高集
積化および高速化により、半導体基板の配線の微細化と
多層化が進んでいる。そのために配線ピッチが狭まり、
配線間容量や配線遅延によるLSIの性能低下が起こ
る。これを防ぐために、抵抗率の低い配線材料と誘電率
の低い層間絶縁膜を用いる必要にせまられ、配線材料と
して、従来のAl合金等の代わりに抵抗率の低い、か
つ、エレクトロマイグレーション(EM)耐性の高いC
uを使用する動きが活発になってきている。Cu成膜技
術としてはスパッタ法、メッキ法、CVD法等があり、
配線溝、ビアホール、コンタクトホール等にCuを堆積
させ、埋め込む方法が開発されている。そして、配線溝
やホール等を完全に埋め込んだ後、CMP処理を行い基
板表面を平坦化する方法を繰り返すダマシンプロセスも
開発されている。
【0003】このダマシンプロセスとしては、例えば、
Cu配線形成に際し、基板上に形成されたシリコン酸化
物(SiO2)絶縁膜中に配線溝を形成し、次いで絶縁
膜中へのCuの拡散を防止するためにバリアメタル(T
iN、TaN、WN等)膜をスパッタ法、メッキ法また
はCVD法にて形成し、その後、CVD−Cu薄膜を形
成するか、またはスパッタ−Cu薄膜を形成するか、ま
たはメッキ法によりCu薄膜を形成するかして、配線溝
を埋め込んだ後、不必要な部分をCMP研磨除去し、配
線溝中にCuのみを残して、配線を形成する方法が用い
られていた。このCMPに用いられる研磨液は、研磨微
粉と酸化剤と化学的エッチング溶剤とから構成されてお
り、この研磨液を用いると、まず酸化剤がCu表面を酸
化して、機械的に脆いCuOの層を形成し、研磨微粉が
このCuO層を機械的に研磨し、研磨された表面や研磨
屑を該溶媒がエッチングし、滑らかな表面が実現される
と考えられている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、スパッ
タ法、メッキ法、CVD法により、配線溝やホール等に
Cuの埋め込みを行うと、基板表面にCuが堆積し、表
面が凹凸状になる(図1(A))。図1中、1は基板上に
形成された絶縁膜、2はバリアメタル膜、3はCu膜を
示す。CMP処理を行うためには、基板表面に凹凸が存
在することは望ましくない。なぜなら、CMP処理の際
に基板表面から研磨を行うので、凹凸があると、凹部は
化学的エッチング剤に長時間曝されるので、その部分の
表面荒れが大きくなって、均一なCMP研磨ができなく
なるからであり(図1(B))、また、凸部の頂上を研磨
するときに何もない部分も研磨していることになり、無
駄な作業をせざるを得ないからである。その結果、配線
の寿命や信頼性低下の原因ともなる。そのため、CMP
処理する際の基板表面は平坦であることが求められてい
る。本発明は、このような従来技術の問題点を解決する
ためになされたものであり、凹凸を持つ基板表面を平坦
化し(図2)、CMP処理を容易にするために、犠牲層
としてCu薄膜を形成する方法を提供することを課題と
する。図2中、4は犠牲層を示す。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明のCu薄膜形成法
は、スパッタ法、メッキ法、CVD法等により配線溝、
ビアホール、コンタクトホール等の凹部にCuを埋め込
んだ後の凹凸を有する半導体基板上に、犠牲層としてC
u薄膜を形成して、該基板表面を平坦化し、表面荒れの
ない表面での容易なCMP処理を実現するものである。
【0006】このCu薄膜形成法は、上記のようにCu
の埋め込みを行った後の半導体基板上にCu微粒子を有
機溶媒に分散させたCu分散液を塗布し(分散液のレベ
リング現象により表面が平坦化する)、その後塗布膜中
の有機物質(有機溶媒および残留有機成分)を蒸発およ
び燃焼させるために焼成し、該焼成により生じたCuO
を還元して、Cu犠牲層を形成することからなる。前記
焼成を、真空雰囲気中、例えば10-2Torr以下、ま
たは大気中、または該真空雰囲気中と大気中との二段階
で行うことが望ましく、通常、100〜450℃で1〜
30分間行われる。焼成温度が100℃未満だと有機物
質が充分に蒸発、燃焼されず、また、450℃を超える
と半導体素子に熱的ダメージを与えるという問題があ
る。前記還元は、真空雰囲気中、またはほぼ4%以下の
水素を含んだ不活性ガス雰囲気中、または100%水素
雰囲気中で行うことが望ましく、通常、200〜450
℃で1〜60分間行われる。不活性ガス雰囲気中の水素
濃度に関しては、水素の爆発限界がほぼ4%であること
から、安全のために4%以下に希釈したガスとしてあ
る。還元温度が200℃未満だと還元が充分に行われな
いため、膜中に部分的にCuOが存在してしまい、45
0℃を超えると半導体素子に熱的ダメージを与えるとい
う問題がある。このような焼成−還元のプロセスを行う
ことで、Cu犠牲層が形成できる。
【0007】前記Cu微粒子の平均粒径は、該埋め込み
後の基板表面の凹部を充たすためには、できるだけ小さ
い方がよく、本発明で使用する分散液は、好ましくは
0.1μm以下のCu微粒子を有機溶媒に分散させたC
u分散液である。平均粒径が0.1μmを超えると基板
表面の凹部に入り込みにくくなるからである。本発明で
は、前処理として、配線溝、ビアホール、コンタクトホ
ール等の凹部の内表面を含む基板表面に、指向性スパッ
タのようなスパッタによりTiN,Ta、TaN、WN
等で、またはCVDでバリアメタル膜を形成することが
できる。
【0008】本発明で用いることのできるCu分散液
は、例えば半導体基板上にCu犠牲層を形成する際の乾
燥・焼成工程で蒸発、燃焼するような有機溶媒、好まし
くは100℃以上で蒸発する有機溶媒と、平均粒径0.
1μm以下のCu微粒子とを混合してなるものが望まし
く、該微粒子の表面が該有機溶媒で覆われて個々に独立
して分散している粘度が100cP以下の分散液である
ことが望ましい。また、前記微粒子の濃度は、5〜70
wt%、好ましくは15〜50wt%である。本発明で
は、Cu微粒子は、該分散液の形態で、配線溝等の埋め
込みを行った後の半導体基板上の凹部に対して何らの問
題もなく入り込むので、基板表面が平坦化され、そし
て、所定の雰囲気中、所定の温度・時間で加熱すること
により、該分散液の分散媒等が蒸発され、Cu等の金属
微粒子同士が融着して基板表面が凹凸のない状態にな
り、次のCMP処理を容易に行うことができるようにな
る。
【0009】本発明において犠牲層形成前に配線溝等へ
埋め込まれるCuには、Cu金属元素以外にCuへの溶
解度が低く、かつ半導体基板の基材と反応しやすい金属
又はこれらの金属を含む化合物を少なくとも一種含有し
ていてもよく、これにより基材との接着性が向上されう
る。このCu金属元素以外の具体的な例としては、例え
ば、Mg、Al、B、Ta、Nb及びVから選ばれれる
金属又はこれら金属を含む化合物が挙げられる。この場
合、犠牲層は、上記埋め込まれる金属材料と同様の組成
を有するCu金属含有微粒子からなる分散液を用いて形
成することが望ましい。
【0010】
【実施例】次に、実施例により本発明を説明するが、本
発明はこれらの例によって何ら限定されるものではな
い。 実施例1 Si基板上に形成したSiO2絶縁膜に0.3〜5μm
の配線溝と0.15〜2μmのビアホール、コンタクト
ホールが設けられた基板を用い、該配線溝およびホール
を含む基板表面にスパッタにより、TiNのバリアメタ
ル膜を厚さ70nmで形成し、次いでスパッタ法、メッ
キ法、またはCVD法により配線溝等にCuを埋め込ん
だ後の表面が凹凸を有する基板を以下のように処理し
た。上記基板をスピンコーターにセットして、1000
rpmで回転させ、その上方からCu微粒子を有機溶媒
に分散させたCu分散液(真空冶金株式会社製、パーフ
ェクトカッパー(商品名))を滴下し、2000rpm
でスピンコートした。基板表面に液膜のある状態の基板
を10Paの真空雰囲気中、350℃で1分間加熱して
有機溶媒および残留有機成分を蒸発、燃焼させた。次
に、1×10-6Paの真空雰囲気中、400℃で30分
間加熱して、前記燃焼により一部のCuがCuOになっ
てしまったものをCuに還元した。こうしてCu微粒子
が融着し、基板表面を平坦化するCu犠牲層を形成でき
た。Cu犠牲層を設けることにより、その後の、砥粒に
Al23、酸化剤にKIO3を用いるCMP処理を容易
に行うことができた。 実施例2 実施例1のように配線溝等にCuを埋め込んだ後の基板
をスピンコーターにセットして、1000rpmで回転
させ、その上方から実施例1のCu分散液を滴下し、2
000rpmでスピンコートした。基板表面に液膜のあ
る状態の基板を10Paの真空雰囲気中、350℃で1
分間加熱し、続けて大気中、300℃で3分間加熱して
有機溶媒および残留有機成分を蒸発、燃焼させた。次
に、4%程の水素を含んだ不活性ガス雰囲気中、250
℃で30分間加熱して、前記燃焼により一部のCuがC
uOになってしまったものをCuに還元した。こうして
Cu微粒子が融着し、基板表面を平坦化するCu犠牲層
を形成できた。Cu犠牲層を設けることにより、その後
の、砥粒にAl23、酸化剤にKIO3を用いるCMP
処理を容易に行うことができた。
【0011】
【発明の効果】本発明により犠牲層としてCu薄膜を形
成することにより、スパッタ法、メッキ法、CVD等に
よりCuの埋め込みを行った後の基板表面(凹凸を有す
る)を平坦化できるため、その後のCMP処理が容易に
なる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(A)スパッタ法、メッキ法、CVD法により
Cuの埋め込みを行った基板の模式的断面図。(B)C
uの埋め込みを行った後にCMP処理した基板の模式的
断面図。
【図2】本発明の方法により犠牲層としてのCu薄膜を
形成した基板の模式的断面図。
【符号の説明】
1 絶縁膜 2 バリアメタル
膜 3 Cu膜 4 犠牲層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山川 洋幸 茨城県つくば市東光台5−9−7 日本真 空技術株式会社筑波超材料研究所内 Fターム(参考) 4K044 AA11 BA02 BA06 BA10 BA12 BA13 BB02 CA13 CA14 CA18 CA22 CA62 4K060 AA10 BA12 BA33 DA01 EA20 EB04 5F033 HH11 HH33 JJ11 JJ33 MM01 MM12 MM13 NN06 NN07 PP06 PP15 PP26 PP27 PP28 QQ48 WW01 WW03 WW04 XX01

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 配線溝、ビアホール、コンタクトホール
    の凹部にCuを埋め込んだ後の凹凸を有する半導体基板
    上に、犠牲層としてCu薄膜を形成して、該基板表面を
    平坦化し、CMP処理を行いやすくすることを特徴とす
    るCu薄膜形成法。
  2. 【請求項2】 前記Cu埋め込み後の半導体基板上に、
    Cu微粒子を有機溶媒に分散させたCu分散液を塗布
    し、塗布膜の形成された基板を焼成して塗布膜中の有機
    物質を蒸発および燃焼せしめ、次いで該焼成により生じ
    たCuOを還元することにより、前記Cu薄膜を形成す
    ることを特徴とする請求項1記載のCu薄膜形成法。
  3. 【請求項3】 前記焼成を、真空雰囲気中、または大気
    中、または真空雰囲気中と大気中との二段階で、100
    〜450℃で行うことを特徴とする請求項2記載のCu
    薄膜形成法。
  4. 【請求項4】 前記還元を、4%以下の水素を含んだ不
    活性ガス雰囲気中、または水素雰囲気中、または真空雰
    囲気中で、200〜450℃で行うことを特徴とする請
    求項2または3記載のCu薄膜形成法。
  5. 【請求項5】 前記Cu微粒子が0.1μm以下の平均
    粒径を有するものであることを特徴とする請求項2〜4
    のいずれかに記載のCu薄膜形成法。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002050895A2 (en) * 2000-12-20 2002-06-27 Advanced Micro Devices, Inc. Controlled anneal conductors for integrated circuit interconnects
KR100407682B1 (ko) * 2000-06-26 2003-12-01 주식회사 하이닉스반도체 반도체 소자의 금속배선 형성방법
WO2004034456A1 (ja) * 2002-10-11 2004-04-22 Tokyo Electron Limited 配線形成方法
KR100523917B1 (ko) * 2003-07-18 2005-10-25 매그나칩 반도체 유한회사 반도체 소자의 인덕터 형성 방법
JP2007162068A (ja) * 2005-12-13 2007-06-28 Tokyo Electron Ltd 半導体製造装置及び半導体装置の製造方法

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100407682B1 (ko) * 2000-06-26 2003-12-01 주식회사 하이닉스반도체 반도체 소자의 금속배선 형성방법
WO2002050895A2 (en) * 2000-12-20 2002-06-27 Advanced Micro Devices, Inc. Controlled anneal conductors for integrated circuit interconnects
WO2002050895A3 (en) * 2000-12-20 2003-04-17 Advanced Micro Devices Inc Controlled anneal conductors for integrated circuit interconnects
WO2004034456A1 (ja) * 2002-10-11 2004-04-22 Tokyo Electron Limited 配線形成方法
KR100523917B1 (ko) * 2003-07-18 2005-10-25 매그나칩 반도체 유한회사 반도체 소자의 인덕터 형성 방법
JP2007162068A (ja) * 2005-12-13 2007-06-28 Tokyo Electron Ltd 半導体製造装置及び半導体装置の製造方法

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