JP2000349086A - Manufacture and apparatus for semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[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。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device and a technology of a manufacturing apparatus therefor, and more particularly, to a technology of forming a metal as an electrode material in a fine contact hole or a via hole and a metal as an electrode material. The present invention relates to a technique for performing heat treatment.
【0002】[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。2. Description of the Related Art Conventionally, an aluminum alloy has often been mainly used as a wiring material for a semiconductor element. However, in recent years, the wiring material of aluminum alloy has a concern that the operating speed may be reduced due to an increase in current density accompanying the miniaturization of wiring, particularly for a semiconductor element which requires formation of an ultra-fine pattern or ultra-high-speed operation. I have. For this reason, it has been attempted to use a wiring made of Cu or the like having high resistance to electromigration and having a lower electric resistance than aluminum. However, when forming wiring with Cu, there is no compound having a low vapor pressure and it is difficult to perform dry etching, so that a method of manufacturing with wiring having a buried structure is often used.
【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。[0003] There are roughly two methods of fabricating a wiring having a buried structure. The first method is to form a Cu film on a patterned insulating film by a sputtering method and irradiate the film with an excimer laser beam. This is a laser melt method in which a film is melted and embedded in a wiring groove. FIGS. 8A to 8D show a process flow of this laser melt method.
【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。[0004] First, as shown in FIG. 8A, a wiring groove 42 is formed in an insulating film 41 formed on a silicon substrate (wafer) 40, for example. Next, FIG.
As shown in FIG. 3, a Cu film 43 having a thickness of 0.3 μm is formed on the insulating film 41 by a sputtering method. Next, FIG.
As shown in the figure, the Xe-Cl excimer laser was
By irradiating and melting a part of the
Embed At this time, the melting point of Cu is 1083 ° C., and the laser irradiation temperature is 1100 ° C. or higher and 2500 ° C.
【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。[0005] Next, as shown in FIG.
(Chemical mechanical polishing) by Cu wiring 43, 4 in wiring groove
3a, and the Cu film 43a on the other insulating film is polished. Remove.
【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。[0006] The second method of forming a wiring having a buried structure is a plating method. First, a Cu film is formed on a patterned insulating substrate by a plating method. By plating, Cu can be buried in holes and grooves at the same time by forming a film. However, the film obtained by the plating method is the S in the plating solution.
And additives are contained in the film, and the crystal grain size is 0.1.
Since it is as small as about 2 μm, it is not enough for wiring. Therefore, some heat treatment (lamp annealing, electric furnace annealing, laser annealing) is performed to grow crystal grains to make them suitable for wiring.
【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。[0007] In any of these methods,
When heating Cu by the energy of laser irradiation,
A relationship is established in which the energy of laser irradiation is proportional to the thickness of the Cu film.
【0008】[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。However, when heating Cu by laser irradiation as described above, FIG.
As shown in (2), in the melting region (1083 ° C. to 2570 ° C.), the energy of the laser irradiation is proportional to the thickness of the Cu film. Heat treatment (heating of Cu) cannot be performed.
【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。That is, in order to increase the energy of laser irradiation, (a) a method of increasing the laser output from the laser oscillator, narrowing down the laser light, and reducing the laser light irradiation area on the Cu film. (B) Techniques such as a method of reducing the loss of a transmission optical system for transmitting laser light from the oscillator to the surface of the Cu film are required. In general, to increase the laser output from the laser oscillator, Since it is necessary to increase the size, the area occupied by the entire laser heat treatment apparatus is increased, and the running cost of the laser apparatus is undesirably increased.
【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。[0010] Further, the laser irradiation area can be reduced by increasing the reduction magnification of the imaging lens of the laser heat treatment apparatus. However, the tact time for processing wafers per unit quantity is increased and the production efficiency is reduced. Is not preferred for reasons. Also, it is technically difficult to reduce the loss that occurs during optical transmission of the transmission optical system in the laser heat treatment apparatus, exceeding the current level.
【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。The present invention has been made based on these circumstances. Even if the thickness of a Cu film, which is a wiring material of a semiconductor device, becomes large, the laser heat treatment apparatus can be changed without changing the portion.
It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a semiconductor element and a manufacturing apparatus for the semiconductor element, which can reliably perform a predetermined heat treatment on a Cu film.
【0012】[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。According to the first aspect of the present invention, after forming a wiring groove in an insulating film on a semiconductor substrate, a Cu film is formed on the insulating film. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising irradiating a laser beam and thereafter performing a flattening process, wherein the surface of the Cu film is oxidized in advance before the Cu film is irradiated with the laser beam. It is a manufacturing method of.
【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。According to the second aspect of the present invention,
The oxidation treatment on the surface of the Cu film is performed by subjecting the semiconductor substrate to 2
This is a method for manufacturing a semiconductor device, characterized in that lamp annealing or heating in an electric furnace is performed at a temperature of not less than 00 ° C. and not more than 500 ° C., and the resultant is exposed to an oxygen gas atmosphere.
【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。According to the third aspect of the present invention,
A method of manufacturing a semiconductor device, characterized in that the formation of a Cu film on the insulating film is performed by sputtering Cu.
【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。According to a fourth aspect of the present invention,
A method of manufacturing a semiconductor device, characterized in that formation of a Cu film on the insulating film is performed by plating.
【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。According to the fifth aspect of the present invention,
A method of manufacturing a semiconductor device, characterized in that Cu is buried in a wiring groove by irradiating the Cu film with the laser beam to melt the Cu film.
【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。Further, according to the means of the present invention,
A method for manufacturing a semiconductor element, comprising: forming a Cu film in a hole or a groove formed on the semiconductor substrate in a state suitable for buried wiring by laser annealing by irradiating the Cu film with laser light. It is.
【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。According to the means of the invention of claim 7,
After a wiring groove is formed in an insulating film on a semiconductor substrate, a Cu film is formed on the insulating film, and the Cu film is irradiated with laser light in a semiconductor device manufacturing apparatus. Laser irradiation chamber to be
An apparatus for manufacturing a semiconductor device, comprising: a Cu film oxidation forming chamber for performing an oxidation treatment on a surface of a u film.
【0019】[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。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1A to 1E show a sectional structure of a wafer in a manufacturing process according to a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention.
【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。First, as shown in FIG. 1A, for example, a wiring groove 12 (having a width of, for example, about 0.6 μm and a depth of, for example, about 0.2 μm) is formed in an insulating film 11 formed on a silicon substrate (wafer) 10. 3 μm, with a total extension of, for example, about 50 cm).
Next, as shown in FIG. 1B, a Cu film 13 having a thickness of 0.3 μm is formed on the insulating film 11 by a sputtering method.
【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。Next, as shown in FIG. 1C, Xe-C
The excimer laser is irradiated to a part of the Cu film 13 to melt it.
By doing so, Cu is embedded in the wiring groove. This laser
During the irradiation process, the laser beam irradiation temperature is the melting point of Cu
(1083 ° C), which is higher than about 1100 ° C.
Of reducing gas to oxidizing gas in natural atmosphere
Laser irradiation is performed while controlling the partial pressure ratio to a predetermined value. An example
For example, H as an oxidizing gas 2When using O, reducing gas
H2And H2O partial pressure is about 102Pa
H in a vacuum2Introduced so that the partial pressure of
Keep it.
【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。Next, as shown in FIG.
By (chemical mechanical polishing), the Cu wiring 13 in the wiring groove is left, and the Cu film 13 on the other insulating film is polished and removed.
【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。Next, as shown in FIG.
Thereby, an interlayer insulating film 14 is formed on the entire surface of the substrate. this
At this time, the temperature of the CVD process is about 350 ° C. and the process atmosphere
The partial pressure ratio of reducing gas to oxidizing gas
The CVD process is performed in a state where it is controlled to a constant value. For example, oxidation
H as a neutral gas2O, H as reducing gas2And H
2O partial pressure is about 10-1H in a vacuum of Pa2Partial pressure of
Is about 10-1Pa and then SiH
4Gas and O2By introducing gas, the interlayer insulation
SiO as the film 142To form
【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。Thereafter, although not shown, a via contact hole (interlayer connection hole) is opened in the interlayer insulating film,
A second layer Cu wiring is formed thereon, and a passivation film is formed thereon to form a pad.
【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。According to the method of forming a Cu wiring of the above-described embodiment, H 2 in an atmosphere for heat treatment of Cu is used.
The / H 2 O partial pressure ratio is appropriately controlled according to the processing temperature. This can prevent the formation of a high-resistance altered layer containing a Cu oxide such as CuO or Cu 2 O, and can prevent an increase in wiring resistance.
【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。As in the above embodiment, the width is about 0.6 μm, the depth is about 0.3 μm, and the total extension is about 50 cm.
A voltage was applied between both ends of the Cu wiring 13a buried in the wiring groove 12 in the longitudinal direction, and a current flowing through the voltage was measured to obtain a resistance value of about 47 KΩ.
(Substantially the original low resistance value of Cu). This is two orders of magnitude lower than the resistance of a Cu wiring formed to the same size as the above by the conventional method of forming a Cu wiring was about 5.7 MΩ.
【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。FIGS. 2A to 2E show a modification of the above embodiment. In the above embodiment, a 0.3 μm thick Cu film is formed on an insulating film by a sputtering method. However, in this case, a Cu film is formed by a plating method. Therefore, except for FIG. 2B and FIG. 2C, other parts are the same as FIG. 1A to FIG. 1E. The description is omitted.
【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。In FIG. 2B, a Cu film 1 is formed on the insulating pattern 11 'patterned by the method shown in FIG.
Next, as shown in FIG. 2C, a Cu film 13 'is buried in holes and grooves by laser annealing to make it suitable for wiring.
【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。Next, a semiconductor device manufacturing apparatus used in each of the above embodiments will be described. FIG. 3 is a plan view showing a configuration of a semiconductor device manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
【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。The inside of the sealed space is kept at a vacuum, and a transfer robot 19 is built in the inside of the sealed space.
An unloader 21, a heating chamber 23 with a built-in ceramic heater 22, a Cu film oxidation forming chamber 24, and a laser beam irradiation chamber 25 are installed to form a multi-chamber. The transfer robot 19 has a support shaft (not shown) to which an arm for holding a rotatable wafer that expands and contracts is attached, and this arm has a structure capable of entering and exiting each of the chambers 23, 24, and 25.
【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。An XY table 31 is built in the laser beam irradiation chamber 25. The XY table 31 has an optical system 30 for uniformizing the spatial intensity distribution of the laser beam and the transmission mirror 2.
9a is mounted. The transmission mirror 29a is provided at a position for receiving the laser beam from the laser oscillator 26 via the transmission mirrors 29b to 29d and the optical element (variable attenuator) 28.
【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。With these configurations, the wafers after the Cu film formation are transferred to the transfer robot 19 in the vacuum chamber 20 one by one by the loader / unloader 21 in the wafer cassette. The transfer robot 19 transfers the wafer into the heating chamber 23 for forming a Cu oxide film. In the heating chamber 23, the wafer is heated to 400 ° C. by the ceramic heater 22.
【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。Next, the transfer robot 19 is operated to transfer the heated wafer to the Cu oxide film forming chamber 24,
Oxygen gas is sealed in the u oxide film forming chamber 24, and a very surface layer of Cu is oxidized to a predetermined level.
【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。Thereafter, the transfer robot 19 is operated to transfer the wafer 25 from the Cu oxide film forming chamber 24 to the laser beam irradiation chamber. In the laser beam irradiation chamber 25, the laser beam emitted from the laser oscillator 26 to the wafer passes through an optical element 28 (variable attenuator) for controlling the laser intensity and transmission mirrors 29a to 29d, and a laser beam spatial intensity distribution uniforming optics. The light is collected and irradiated by the system 30. In this irradiation, since the laser irradiation beam size on the wafer is 2.0 mm square, the wafer is scanned by the XY table 19 so as to cover the entire surface of the wafer.
【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。As for the laser light irradiation, assuming that the output of one pulse of the laser oscillator 26 is 300 mJ, the transmission loss of the transmission optical system is 50%, and the irradiation size of the laser light to the wafer is 2.0 mm. The laser irradiation energy density on the wafer is 3.75 J / cm 2 at the maximum.
Here, as shown in FIG. 8, if the heat treatment is to be performed to the upper limit of the melting region in the normal Cu, the Cu film thickness becomes 2.5
Up to μm is possible. Therefore, the thickness of the Cu film is 2.
For a film thickness greater than 5 μm, the size of the laser irradiation on the wafer must be reduced.
【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。However, in the method according to the invention, C
Since only the very surface layer of the u film was oxidized, the reflectance spectrum was measured by 5 ° reflection with a spectrophotometer. As a result, FIG.
The Cu reflectance spectrum up to 90 nm is shown in FIG.
According to the present invention, the reflectivity of the Cu film was lowered as shown in the reflection spectrum obtained by exposing the surface layer of Cu to an oxygen atmosphere after heating at ℃.
【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。Thus, the oscillation wavelength 308n of the laser beam
The absorption rate of the Cu film with respect to m is 65%, and the absorption rate is 8 when the Cu film is oxidized by exposure to an oxygen atmosphere after heating at 400 ° C.
0%. That is, in the formation of an oxide film at 400 ° C., the reflectance is reduced to 20%, so that it is possible to perform a heat treatment up to a Cu film thickness of 3.2 μm at 3.75 J / cm 2 under the same conditions.
【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。As for the oxide film on the surface of the Cu film,
Cu-CM after forming Cu film oxide film and after laser heat treatment
P (Chemical Mechanical1 Pol)
FIGS. 6 and 7 show the results of XPS analysis of the surface after the ising) treatment.
【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。FIG. 6 shows the case where the surface layer of the Cu film was oxidized as in the present invention. The peak of the component ratio of CuO was observed, from which it was also seen that the Cu film was oxidized.
【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。FIG. 7 shows that even when the oxidized Cu film is subjected to laser heat treatment and then subjected to the CMP treatment, the peak of CuO is not observed. It is determined that the film does not cause any particular increase in the resistance value of the wiring.
【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。Therefore, according to the configuration and method of the present invention, the laser irradiation energy intensity with respect to the target heat treatment temperature of the Cu film can be reduced, and even when the Cu film thickness is large, the specifications of the laser heat treatment apparatus can be reduced. A desired heat treatment can be performed without any change.
【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。In a normal case or when the Cu film thickness is small, the laser irradiation area can be widened.
The tact time of wafer processing can be shortened.
【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。Although a Cu film is used in each of the above embodiments, it goes without saying that a Cu alloy film is included in the Cu film.
【0044】[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。According to the method for manufacturing a semiconductor device and the apparatus for manufacturing the same according to the present invention, it is possible to provide a method for improving the energy efficiency in heat treatment, which is intended in a laser heat treatment apparatus.
【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。1A to 1E are cross-sectional structural views of a wafer in a manufacturing process according to a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention.
【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。FIGS. 2A to 2E are cross-sectional structural views of a wafer in a manufacturing process according to a modified example of the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention.
【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。FIG. 3 is a plan view showing a configuration of a semiconductor device manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
【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。FIG. 4 shows a wavelength of 700 nm before oxidation of a Cu layer;
Graph of Cu reflectance spectrum up to 90 nm.
【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。FIG. 5 is a graph of a reflection spectrum obtained by heating a Cu layer at 400 ° C. and then oxidizing a very surface layer of Cu.
【図6】Cu膜を極く表層を酸化させた場合のXPS分
析結果。FIG. 6 shows an XPS analysis result when a surface layer of a Cu film is extremely oxidized.
【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。FIG. 7 shows a CM film subjected to laser heat treatment of a Cu film having an oxidized surface layer.
XPS analysis result when P processing was performed.
【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。8 (a) to 8 (d) are cross-sectional structural views of a wafer by a process flow of a conventional laser melt method.
【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。FIG. 9 is a graph showing a relationship between a Cu film thickness and an energy density related to laser irradiation.
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10, 10 '... silicon substrate, 11, 11' ... insulating film,
12, 12 '... wiring groove, 13, 13' ... Cu film, 23 ...
Heating chamber, 24 ... Cu film oxidation forming chamber, 25 ...
Laser light irradiation chamber
Claims (7)
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。2. A semiconductor device comprising: forming a wiring groove in an insulating film on a semiconductor substrate; forming a Cu film on the insulating film; irradiating the Cu film with a laser beam; The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the surface of the Cu film is oxidized before the laser light is irradiated on the Cu film.
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。2. The oxidation treatment of the surface of the Cu film, wherein the semiconductor substrate is heated to a temperature of 200 ° C. or more and 500 ° C. or less by lamp annealing or an electric furnace and exposed to an oxygen gas atmosphere. Item 2. A method for manufacturing a semiconductor device according to Item 1.
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。3. The method according to claim 1, wherein the forming of the Cu film on the insulating film is performed by
2. The method according to claim 1, wherein the sputtering is performed by sputtering u.
A method for manufacturing a semiconductor device as described in the above.
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。4. The method according to claim 1, wherein the Cu film is formed on the insulating film by plating.
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。5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein said Cu film is irradiated with said laser beam to melt said Cu film to bury Cu in a wiring groove.
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。6. The method according to claim 1, wherein the Cu film is formed in a hole or a groove formed on the semiconductor substrate in a state suitable for buried wiring by laser annealing by irradiating the Cu film with laser light. A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 4.
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。7. An apparatus for manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a wiring groove in an insulating film on a semiconductor substrate, forming a Cu film on the insulating film, and irradiating the Cu film with laser light. An apparatus for manufacturing a semiconductor device, comprising: a laser beam irradiation chamber for irradiating a laser beam to a substrate; and a Cu film oxidation forming chamber for previously oxidizing the surface of the Cu film.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11156693A JP2000349086A (en) | 1999-06-03 | 1999-06-03 | Manufacture and apparatus for semiconductor device |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109545737A (en) * | 2017-09-22 | 2019-03-29 | 株式会社斯库林集团 | Substrate processing method using same and substrate board treatment |
-
1999
- 1999-06-03 JP JP11156693A patent/JP2000349086A/en active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN109545737A (en) * | 2017-09-22 | 2019-03-29 | 株式会社斯库林集团 | Substrate processing method using same and substrate board treatment |
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US10892177B2 (en) | 2017-09-22 | 2021-01-12 | SCREEN Holdings Co., Ltd. | Substrate processing method and substrate processing apparatus |
KR102243108B1 (en) | 2017-09-22 | 2021-04-21 | 가부시키가이샤 스크린 홀딩스 | Substrate processing method and substrate processing apparatus |
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