JP2003093957A - 金属薄膜の形成方法及び金属薄膜形成装置 - Google Patents

金属薄膜の形成方法及び金属薄膜形成装置

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metal thin
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Kutouruku Aarippu
アーリップ・クトゥルク
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 基板に形成されているアスペクト比の大きい
孔又は溝にシード層を連続的、かつ均等な厚さで形成す
ること。 【解決手段】 表面に孔又は溝を有し、支持台(スピン
チャック27)に載置させた基板28を、前記支持台2
7に対し垂直な回転軸26により回転させながら、前記
表面の上に供給した金属分散液の薄膜を、前記孔又は溝
を含む表面に形成するようにした金属薄膜の形成方法に
おいて、前記支持台27を水平に対し、傾斜させるよう
にしたこと。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は金属薄膜の形成方法
及び金属薄膜形成装置に関し、特別には孔または溝を有
する基板の表面上に金属薄膜を形成する金属薄膜の形成
方法及び金属薄膜形成装置に関する。
【0002】
【従来の技術】最近、半導体基板にCu配線を行うのに
種々の方法が開発されている。例えば、電解メッキ法が
あるが、この場合、半導体基板に形成されている孔や溝
の内壁に予めシード層と呼ばれるCu膜を形成しておか
ねばならない。従来は、このためにスパッタ法が用いら
れているが、プロセスが複雑化するばかりでなく、高ア
スペクト比の孔や溝へのシード層形成が困難であるとい
う欠点がある。このプロセスを簡略化することが現在、
鋭意検討されている。そこで、特開2000−1579
1号公報に開示されているような塗布装置が着目され
た。図4に示すようにこれはいわゆるスピンコータと言
われる装置であるが、基板Gはスピンチャック1に真空
吸着されており、この外周囲には回転カップ2が配設さ
れている。上方から基板Gの中央部に塗布液が供給され
ると共に図示しない駆動装置により矢印P方向に高速回
転される。これにより、中央部から外周部へと塗布液が
広がる。この現象を利用して、本願発明者は半導体基板
に形成されているアスペクト比の大きい孔や溝に銅分散
液の薄膜を形成する実験を行った。すなわち、このよう
な装置を用いて銅配線を行うことが考えられる。この配
線基板Gには公知のように孔や溝が形成されているので
あるが、これらに銅を埋め込まなくてはならない。これ
に上述した電解メッキ法が用いられる。この場合には、
予め溝に銅のシード層が形成されなければならない。基
板Gの中央部の上方から、銅の超微粒子分散液Lが供給
される。基板Gの高速回転により、これは外方へと遠心
力で広がっていくのであるが、この時に孔や溝にシード
層形成のための銅分散液の薄膜Laが図6A、B、Cで
示すように形成される。Aは銅分散液Lが比較的低粘
度、Bは中程度、Cは比較的高粘度の場合である。低粘
度においては、銅分散液は孔の底部に近い周壁には図示
するように塗布されるが、その上方部では塗布されな
い。Bは中程度の粘性の場合であるが、孔の深さの約半
分までは銅分散液が塗布されるのであるが、その上端部
では内壁面に形成された銅膜の間でブリッジを形成し、
よって中空部が形成される。
【0003】比較的高粘度の銅分散液を供給した場合に
は、Cで示すように孔の全域に亘って内周壁面に薄膜L
aを形成させることができるが、その開口部で粘性が高
いためにブリッジをおこしBと同様にし中空部を形成す
る。これも不良品である。
【0004】そこで、これを改善すべく本願発明者は図
7で示すように装置全体をある角度傾斜させて、上記と
同様な実験を行った。その結果、ある程度改善はみられ
たが、分散液の粘度により孔や溝への分散液の進入が図
8A、B、Cのように変化した。すなわち、Aで示すよ
うに低粘度では滴状に内壁面に付着するのみで、焼成後
は不連続となる。Bで示すように中程度の粘性では、A
よりは連続的になるが、やはり不充分であり、到底、銅
配線として用いることができない。高粘度では、図Cに
示すように、連続性は得られるが、底部近く及び中間部
においブリッジを形成し、シード層を形成することがで
きない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上述の問題に
鑑みてなされ、金属分散液を用いてアスペクト比の大き
い孔や溝へのシード層形成や、一括埋め込み(バリヤレ
ス、シードレス)による配線形成に適する金属薄膜の形
成方法及び金属薄膜形成装置を提供することを課題とす
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】以上の課題は、表面に孔
又は溝を有し、支持台に載置させた基板を、前記支持台
に対し垂直な回転軸により回転させながら、前記表面の
上に供給した金属分散液の薄膜を、前記孔又は溝を含む
表面に形成するようにした金属薄膜の形成方法におい
て、前記支持台を水平に対し、傾斜させるようにしたこ
とを特徴とする金属薄膜の形成方法、によって解決され
る。
【0007】又は、表面に孔又は溝を有し、支持台に載
置させた基板を、前記支持台に対し垂直な回転軸を有す
るスピンコータにより回転させながら、前記表面の上に
供給した金属分散液の薄膜を、前記孔又は溝を含む表面
に形成するようにした金属薄膜の形成装置において、前
記支持台を水平に対し、傾斜させるようにしたことを特
徴とする金属薄膜の形成装置、によって解決される。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態による
金属薄膜形成装置について図1乃至図3を参照して説明
する。本実施の形態による金属薄膜形成装置20におい
ては、従来例の回転カップ2に代えてケース状の遮蔽体
21(これは回転しない)が設けられ、この底部の中央
孔に第2の回転軸22が挿通されていて、図示しない下
方に配設されたモータにより図1において矢印Aの方向
に高速で回転する。この第2の回転軸22の上端部に
は、図2で示すようにほぼ水平に配設された連結ロット
23が取り付けられており、この端部にはリンク29を
介して基板支持機構Qを支持するためのロッド24が図
示するような傾斜角αで固定されており、この上端部に
モータ25が取り付けられており、この回転軸(第1の
回転軸)26にスピンチャック27が取り付けられてい
る。スピンチャック27には、従来技術と同様に回転軸
26と同心的に真空吸着するための排気管が通ってお
り、これは図示せずとも排気装置に接続される。以上の
ようにして、半導体基板28には図示せずとも銅配線の
ための孔や溝が複数個形成されている。これらは図2か
ら明らかなように、第2回転軸22の方を向いている
(もしくは装置20の内方側に向いている)。第1回転
軸26は、モータ25により、図1に示すように矢印B
方向に高速回転する。このようにして基板28は第2回
転軸22の周りを公転すると共に、第1回転軸26の軸
心の周りの自転を行うように構成されている。
【0009】本発明の実施の形態は以上のように構成さ
れるが、次にこの作用について説明する。
【0010】図1又は図2で示す静止位置で、図示せず
とも例えば銅分散液を貯蔵する供給器から基板28の中
央部に有機溶媒に混合された銅超微粒子分散液を滴下さ
せる。これと同時に、第2回転軸22は回転せずとも第
1回転軸26は矢印B方向に高速で回転する。よって従
来技術と同様にこの分散液は基板28の表面全体に遠心
力により塗布される。所定時間第1回転軸26を回転さ
せると、図示しない供給機からの供給を停止し、第2回
転軸22も回転開始する。よって、図1において第2回
転軸22の周りに基板28は矢印A方向に高速で回転す
る。よって、基板28に形成されている孔又は溝へと基
板28の表面上に塗布された分散液が第2回転軸22よ
る回転の遠心力及び第1回転軸26による回転の遠心力
により、図3Aで示すように分散液Lが孔h内に進入
し、図示した状態で孔hの内周壁に塗布される。この状
態では、内周壁上で分散液Lは一応、連続的ではある
が、その膜厚に大きな変動がある。
【0011】本実施の形態では、第2の回転軸22の回
転速度を所定時間後、低速に切り替える。これにより図
3Aで示すような状態で塗布されていた分散液は、図3
Bで示すように重力作用も大きく寄与して、基板表面か
ら孔hの内周壁に沿って、分散液が一様な膜厚で進入す
るようになる。
【0012】この図3Bの状態で、基板28はスピンチ
ャック28から取り外され、所定の雰囲気下で所定温度
でこの分散液を焼成する。よって、連続的で一様な厚さ
の銅のシード層Laが形成される。その後、電解メッキ
法により、このシード層と同じ材質の銅をメッキさせ
る。よって、この孔hは銅で充填される。
【0013】以上、本発明の実施の形態について説明し
たが、勿論、本発明はこれに限定されることなく、本発
明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
【0014】例えば以上の実施の形態では、基板28に
形成される孔hにシード層Laが形成されるものとして
説明したが、これにバリヤ層、例えばTiNの層を形成
しておき、この上に上述のようにしてシード層を形成す
るようにしてもよい。また、銅の超微粒子分散液を用い
たが、銀や金など導電性のある金属超微粒子分散液を用
いてもよい。
【0015】また以上の実施の形態では、第2の回転軸
22は1本の連結ロッド23を介して1個の支持台とし
てのスピンチャック27を設けたが、図1において第2
の回転軸22の周りに等角度間隔で複数の、例えば12
0度おきに3個のスピンチャックを同様にして設け、そ
れぞれに基板を取り付けるようにしてもよい。
【0016】また以上の実施の形態では、第2の回転軸
22を所定時間、高速回転し、その後、低速回転に切り
替えたが、この切り替えをすることなく薄膜形成を行う
ようにしてもよい。また別の所定時間で多段階に速度を
切り替えるようにしてもよく、あるいは分散液の粘度、
又は第1回転軸26の連結ロッド23に対する傾斜角に
よっては、最初から所定の回転速度で回転させるように
してもよい。
【0017】また以上の実施の形態では、銅の分散液を
適用する場合について説明したが、近年、溝幅や孔径は
更に小さくなって、0.07μmにもならんとしてい
る。この場合には、孔の内壁に予めバリヤ層を形成して
おれば、この分、厚みが大きくなる。よって、バリヤ層
なしで配線を形成させたい。これに対し、例えばマグネ
シウムと銅との混合分散液を用いた場合には、これをア
ニールすることによりマグネシウムは界面に析出し、こ
れが銅と孔の内壁との間に介在してバリヤ効果を呈す
る。よって、バリヤの層の厚みをなくして、より配線密
度を大きくすることができる。また、図2で示す角度
α、すなわち水平状態の連結ロッド23と軸24とのな
す角αは、リンク29の周りで変更可能とするようにし
てもよい。これによって上述の第2回転軸22の回転の
制御をより簡単にして基板28上に形成させた孔又は溝
の配線の形成を容易とすることができる。そして配線プ
ロセスを簡略化できる。
【0018】
【発明の効果】以上述べたように本発明の金属薄膜の形
成方法及び金属薄膜形成装置によれば、基板の表面に形
成されたアスペクト比の大きい孔や溝にシード層を一様
な厚さで連続的に形成することができ、よって、良質の
配線を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態による金属薄膜形成装置の
平面図である。
【図2】横断面図である。
【図3】同実施の形態による作用を示す基板一部の断面
で、孔にシード層が形成される状況を示し、Aは前段
階、Bは後段階を示す。
【図4】従来例の塗膜装置の断面図である。
【図5】同平面図である。
【図6】同基板における孔の拡大断面図で、シード層を
形成するための分散液の塗布状況を示し、Aは分散液が
低粘度、Bは中程度の粘度、Cは高粘度の場合を示す。
【図7】本発明者が従来例に対して改良した塗布装置の
側面図である。
【図8】図7による塗布装置により得られる基板の孔に
おける分散液の塗布状況を示す図で、Aは分散液が比較
的低粘度、Bは中程度の粘度、Cは高粘度の場合を示
す。
【符号の説明】
20 薄膜形成装置 25 モータ 26 第1回転軸 27 スピンチャック 28 基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 21/288 H01L 21/288 E Z Fターム(参考) 4D075 AC64 AC66 BB14Z CA22 CA47 DA07 DA08 DA32 DC22 EA10 EC10 4F042 AA02 AA07 EB09 EB12 EB14 EB29 4K024 AA09 AB01 AB15 BA11 BB12 BC10 DA01 DA10 GA16 4K044 AA11 AB05 BA06 BB03 BC14 CA07 CA18 CA53 CA59 CA71 4M104 BB04 BB08 BB09 BB30 DD51 DD52 FF13 FF18 FF22 HH20

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 表面に孔又は溝を有し、支持台に載置さ
    せた基板を、前記支持台に対し垂直な回転軸により回転
    させながら、前記表面の上に供給した金属分散液の薄膜
    を、前記孔又は溝を含む表面に形成するようにした金属
    薄膜の形成方法において、前記支持台を水平に対し、傾
    斜させるようにしたことを特徴とする金属薄膜の形成方
    法。
  2. 【請求項2】 前記支持台を前記回転軸とは別の第2の
    回転軸の回転により、この第2の回転軸のまわりに公転
    させるようにし、前記支持台は前記第2の回転軸側に前
    記孔又は溝を向けるように傾斜させて前記基板を載置さ
    せていることを特徴とする請求項1に記載の金属薄膜の
    形成方法。
  3. 【請求項3】 前記基板は半導体基板であることを特徴
    とする請求項1又は2に記載の金属薄膜の形成方法。
  4. 【請求項4】 前記金属分散液は超微粒子分散液である
    ことを特徴とする請求項3に記載の金属薄膜の形成方
    法。
  5. 【請求項5】 前記傾斜の角度は調整可能であることを
    特徴とする請求項4に記載の金属薄膜の形成方法。
  6. 【請求項6】 前記回転軸及び前記第2の回転軸の回転
    速度は調整可能であることを特徴とする請求項4又は5
    に記載の金属薄膜の形成方法。
  7. 【請求項7】 表面に孔又は溝を有し、支持台に載置さ
    せた基板を、前記支持台に対し垂直な回転軸を有するス
    ピンコータにより回転させながら、前記表面の上に供給
    した金属分散液の薄膜を、前記孔又は溝を含む表面に形
    成するようにした金属薄膜の形成装置において、前記支
    持台を水平に対し、傾斜させるようにしたことを特徴と
    する金属薄膜の形成装置。
  8. 【請求項8】 前記支持台を前記回転軸とは別の第2の
    回転軸の回転により、この第2の回転軸のまわりに公転
    させるようにし、前記支持台は前記第2の回転軸側に前
    記孔又は溝を向けるように傾斜させて前記基板を載置さ
    せていることを特徴とする請求項7に記載の金属薄膜の
    形成装置。
  9. 【請求項9】 前記基板は半導体基板であることを特徴
    とする請求項7又は8に記載の金属薄膜の形成装置。
  10. 【請求項10】 前記金属分散液は超微粒子分散液であ
    ることを特徴とする請求項9に記載の金属薄膜の形成装
    置。
  11. 【請求項11】 前記傾斜の角度は調整可能であること
    を特徴とする請求項10に記載の金属薄膜の形成装置。
  12. 【請求項12】 前記回転軸及び前記第2の回転軸の回
    転速度は調整可能であることを特徴とする請求項10又
    は11に記載の金属薄膜の形成装置。
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