JP2003163174A - 良好な密着性およびトレンチ充填特性を有する高品質銅膜を堆積する、銅ｍｏｃｖｄの初期段階における熱高密度化 - Google Patents
良好な密着性およびトレンチ充填特性を有する高品質銅膜を堆積する、銅ｍｏｃｖｄの初期段階における熱高密度化Info
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-
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
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- H01L21/768—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
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- H01L21/76877—Filling of holes, grooves or trenches, e.g. vias, with conductive material
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 良好な密着性およびトレンチ充填特性を有す
る高品質銅膜を堆積することができる、銅ＭＯＣＶＤプ
ロセスの初期段階における熱高密度化の方法を提供する
こと。 【解決手段】 本発明の方法は、窒化物成分を有する集
積回路基板上で銅薄膜を形成する方法であって、基板を
調製する工程と、銅堆積の前に基板を処理する工程と、
約１０秒〜４０秒間持続する、持続時間が非常に短い銅
堆積工程の間、銅を堆積する工程と、基板および堆積さ
れた銅を、約１分〜１０分間、３８５℃より高い温度で
ベーキングする工程と、所望の厚さまで銅を堆積するた
め、持続時間が長い銅堆積工程の間、銅を堆積する工程
とを包含する。
る高品質銅膜を堆積することができる、銅ＭＯＣＶＤプ
ロセスの初期段階における熱高密度化の方法を提供する
こと。 【解決手段】 本発明の方法は、窒化物成分を有する集
積回路基板上で銅薄膜を形成する方法であって、基板を
調製する工程と、銅堆積の前に基板を処理する工程と、
約１０秒〜４０秒間持続する、持続時間が非常に短い銅
堆積工程の間、銅を堆積する工程と、基板および堆積さ
れた銅を、約１分〜１０分間、３８５℃より高い温度で
ベーキングする工程と、所望の厚さまで銅を堆積するた
め、持続時間が長い銅堆積工程の間、銅を堆積する工程
とを包含する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、集積回路プロセス
における有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）によるイン
ターレイヤ金属導電体の堆積、特に、良好な密着性およ
びトレンチ充填特性を有する銅のインターレイヤを堆積
する方法に関する。
における有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）によるイン
ターレイヤ金属導電体の堆積、特に、良好な密着性およ
びトレンチ充填特性を有する銅のインターレイヤを堆積
する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】電子産業において利用される、金属銅薄
膜を大量生産することが必要とされている。当業者にと
って、各種の金属銅薄膜堆積の実験室方式が公知であ
る。このような実験室方式には、各種の銅前駆物質、例
えば、Ｃｕ（Ｃ５Ｈ５）（ＰＲ３）（ただし、Ｒ＝メチ
ル、エチル、またはブチル）、Ｃｕ（ｈｆａｃ）（ＣＨ
３Ｃ≡ＣＣＨ３）（ただし、ｈｆａｃ＝ヘキサフルオロ
アセチルアセトネート）、Ｃｕ（ｈｆａｃ）（ｔｍｖ
ｓ）（ただしｔｍｖｓ＝トリメチルビニルシラン）など
の使用が含まれる。さらに、各種の堆積技術の使用が説
明されてきた。
膜を大量生産することが必要とされている。当業者にと
って、各種の金属銅薄膜堆積の実験室方式が公知であ
る。このような実験室方式には、各種の銅前駆物質、例
えば、Ｃｕ（Ｃ５Ｈ５）（ＰＲ３）（ただし、Ｒ＝メチ
ル、エチル、またはブチル）、Ｃｕ（ｈｆａｃ）（ＣＨ
３Ｃ≡ＣＣＨ３）（ただし、ｈｆａｃ＝ヘキサフルオロ
アセチルアセトネート）、Ｃｕ（ｈｆａｃ）（ｔｍｖ
ｓ）（ただしｔｍｖｓ＝トリメチルビニルシラン）など
の使用が含まれる。さらに、各種の堆積技術の使用が説
明されてきた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、銅薄膜を大量
生産するため、実験室方式を商業的な製造に適応させる
必要がある。例えば、Ｃｕ（Ｃ５Ｈ５）（ＰＲ３）は、
炭素およびリン酸が銅薄膜を汚染するので、商業的な銅
化学気相成長（ＣＶＤ）プロセスの良好なソースではな
い。さらに、Ｃｕ（ｈｆａｃ）（ｔｍｖｓ）およびＣｕ
（ｈｆａｃ）（ａｌｋｅｎｅ）前駆物質のコストは極端
に高い。さらに、純粋かつ汚染のない銅の高速ＣＶＤを
提供する公知のプロセスは存在しない。従来技術におい
て、銅薄膜の速やかな堆積は、各種の銅前駆物質を用い
て達成されるが、堆積された銅薄膜は、金属基板および
／または金属窒化物基板に付与される場合に密着性が低
く、このような従来技術による速やかな堆積は、許容で
きないほど抵抗が高くなる結果を生じ得る。
生産するため、実験室方式を商業的な製造に適応させる
必要がある。例えば、Ｃｕ（Ｃ５Ｈ５）（ＰＲ３）は、
炭素およびリン酸が銅薄膜を汚染するので、商業的な銅
化学気相成長（ＣＶＤ）プロセスの良好なソースではな
い。さらに、Ｃｕ（ｈｆａｃ）（ｔｍｖｓ）およびＣｕ
（ｈｆａｃ）（ａｌｋｅｎｅ）前駆物質のコストは極端
に高い。さらに、純粋かつ汚染のない銅の高速ＣＶＤを
提供する公知のプロセスは存在しない。従来技術におい
て、銅薄膜の速やかな堆積は、各種の銅前駆物質を用い
て達成されるが、堆積された銅薄膜は、金属基板および
／または金属窒化物基板に付与される場合に密着性が低
く、このような従来技術による速やかな堆積は、許容で
きないほど抵抗が高くなる結果を生じ得る。
【０００４】銅薄膜をＣＶＤで作製する際の水の使用
は、密着性を高めるための周知の手段である。水蒸気を
Ｃｕ（ｈｆａｃ）（ｔｍｖｓ）に加える方法は、銅の堆
積速度を改善し、堆積された銅薄膜の抵抗率を上げる。
銅の堆積速度は上げられるが、堆積された銅の抵抗率は
不十分である。
は、密着性を高めるための周知の手段である。水蒸気を
Ｃｕ（ｈｆａｃ）（ｔｍｖｓ）に加える方法は、銅の堆
積速度を改善し、堆積された銅薄膜の抵抗率を上げる。
銅の堆積速度は上げられるが、堆積された銅の抵抗率は
不十分である。
【０００５】銅のＣＶＤ前駆物質を用いることによっ
て、例えば、ＣｕｐｒａＳｅｌｅｃｔおよび類似の前駆
物質のような銅の前駆物質において見られる界面の炭素
およびフッ素によって、しばしば、得られた銅層が汚染
される結果を生じる。このような汚染によって、下にあ
るバリア金属への堆積された銅薄膜の密着性が低くなり
得る。界面汚染は、良好な密着性および充分なトレンチ
充填の達成にとって、主な障害である。
て、例えば、ＣｕｐｒａＳｅｌｅｃｔおよび類似の前駆
物質のような銅の前駆物質において見られる界面の炭素
およびフッ素によって、しばしば、得られた銅層が汚染
される結果を生じる。このような汚染によって、下にあ
るバリア金属への堆積された銅薄膜の密着性が低くなり
得る。界面汚染は、良好な密着性および充分なトレンチ
充填の達成にとって、主な障害である。
【０００６】銅の抵抗率が低く（１．７μΩ−ｃｍ）、
エレクトロマイグレーション抵抗が高いので、金属銅薄
膜のＣＶＤ処理には多大な関心が寄せられてきた。金属
銅薄膜は、集積回路デバイスにおいて金属相互接続とし
て用いられる理想的な材料であると考えられている。
エレクトロマイグレーション抵抗が高いので、金属銅薄
膜のＣＶＤ処理には多大な関心が寄せられてきた。金属
銅薄膜は、集積回路デバイスにおいて金属相互接続とし
て用いられる理想的な材料であると考えられている。
【０００７】しかし、銅薄膜を金属窒化物基板上に接着
することは困難であり、概して、膜が低い密着性を示
し、純粋な銅の導電率よりも低い導電率を示す結果を生
じ得る。銅相互接続線は、銅をデュアルダマシントレン
チまたはシングルダマシントレンチのいずれかに堆積す
ることによって形成される。このトレンチは、金属窒化
物、すなわち、窒化チタンまたは窒化タンタルのような
バリア金属によって配線されている。銅の相互接続線
は、典型的には、化学的機械研磨によって描かれる。
することは困難であり、概して、膜が低い密着性を示
し、純粋な銅の導電率よりも低い導電率を示す結果を生
じ得る。銅相互接続線は、銅をデュアルダマシントレン
チまたはシングルダマシントレンチのいずれかに堆積す
ることによって形成される。このトレンチは、金属窒化
物、すなわち、窒化チタンまたは窒化タンタルのような
バリア金属によって配線されている。銅の相互接続線
は、典型的には、化学的機械研磨によって描かれる。
【０００８】堆積方法には、物理蒸着法（ＰＶＤ）、有
機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、および電気化学的堆
積（ＥＣＤ)が含まれ得る。しかし、ＰＶＤは、ステッ
プカバレッジが充分ではなく、ＥＣＤは、銅のシード層
の初期の堆積を必要とする。この銅のシード層は、当然
ＰＶＤまたはＭＯＣＶＤによって堆積される必要があ
る。ＰＶＤ技術によるステップカバレッジが小さいの
で、ＰＶＤは、相互接続を形成するために非常に狭い
（すなわち、１００ｎｍより狭い）トレンチが用いられ
る用途には適さない。ＭＯＣＶＤは、サブミクロンオー
ダーの深いトレンチ／バイアの銅充填における銅の堆積
により適する。しかし、ＥＣＤのシード層を設けるた
め、公知のＭＯＣＶＤプロセスは、銅層と金属バリア層
（例えば、窒化物層）との間に充分な密着性を有する銅
層を生成しない。１つの解決法として、ＣＶＤまたはＭ
ＯＣＶＤの前に、フラッシュＰＶＤを用いて非常に薄い
シード層を形成すること、または、少量のケイ素をバリ
ア金属窒素化合物に加えることがある。このようなプロ
セスによって充分な密着性および導電性特性が銅層に与
えられるので、プロセスが大幅に複雑になり、その結
果、製造コストがより高くなり、スループットがより低
くなり、バリア金属の銅への接触抵抗が高くなり得る。
機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、および電気化学的堆
積（ＥＣＤ)が含まれ得る。しかし、ＰＶＤは、ステッ
プカバレッジが充分ではなく、ＥＣＤは、銅のシード層
の初期の堆積を必要とする。この銅のシード層は、当然
ＰＶＤまたはＭＯＣＶＤによって堆積される必要があ
る。ＰＶＤ技術によるステップカバレッジが小さいの
で、ＰＶＤは、相互接続を形成するために非常に狭い
（すなわち、１００ｎｍより狭い）トレンチが用いられ
る用途には適さない。ＭＯＣＶＤは、サブミクロンオー
ダーの深いトレンチ／バイアの銅充填における銅の堆積
により適する。しかし、ＥＣＤのシード層を設けるた
め、公知のＭＯＣＶＤプロセスは、銅層と金属バリア層
（例えば、窒化物層）との間に充分な密着性を有する銅
層を生成しない。１つの解決法として、ＣＶＤまたはＭ
ＯＣＶＤの前に、フラッシュＰＶＤを用いて非常に薄い
シード層を形成すること、または、少量のケイ素をバリ
ア金属窒素化合物に加えることがある。このようなプロ
セスによって充分な密着性および導電性特性が銅層に与
えられるので、プロセスが大幅に複雑になり、その結
果、製造コストがより高くなり、スループットがより低
くなり、バリア金属の銅への接触抵抗が高くなり得る。
【０００９】銅前駆物質組成は、銅薄膜密着性を高める
ための試みにおいて、変更されてきた。ＣｕｐｒａＳｅ
ｌｅｃｔ（Ｃｕ（ｈｆａｃ）（ｔｍｖｓ）、またはＣｕ
ｐｒａＳｅｌｅｃｔ Ｂｌｅｎｄ（Ｃｕ（ｈｆａｃ）
（ｔｍｖｓ）＋Ｈ（ｈｆａｃ）・２Ｈ２Ｏ）は、銅薄膜
のＴｉＮ基板上での密着性を高めることが発見された前
駆物質である。しかし、このような前駆物質は、ＴａＮ
基板上での密着性を高めるという性質を示していない。
ための試みにおいて、変更されてきた。ＣｕｐｒａＳｅ
ｌｅｃｔ（Ｃｕ（ｈｆａｃ）（ｔｍｖｓ）、またはＣｕ
ｐｒａＳｅｌｅｃｔ Ｂｌｅｎｄ（Ｃｕ（ｈｆａｃ）
（ｔｍｖｓ）＋Ｈ（ｈｆａｃ）・２Ｈ２Ｏ）は、銅薄膜
のＴｉＮ基板上での密着性を高めることが発見された前
駆物質である。しかし、このような前駆物質は、ＴａＮ
基板上での密着性を高めるという性質を示していない。
【００１０】Ｎｏｒｍａｎらによる、１９９４年６月２
１日に特許付与された、Ｐｒｏｃｅｓｓ ｆｏｒ Ｉｍ
ｐｒｏｖｅｄ Ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ＣＶＤ Ｃｏｐ
ｐｅｒ Ｆｉｌｍｓという名称の米国特許第５，３２
２，７１２号には、揮発性配位子を有する、有機金属銅
前駆物質および銅錯体蒸気、あるいは、水和物の導入が
記載されている。
１日に特許付与された、Ｐｒｏｃｅｓｓ ｆｏｒ Ｉｍ
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ｐｅｒ Ｆｉｌｍｓという名称の米国特許第５，３２
２，７１２号には、揮発性配位子を有する、有機金属銅
前駆物質および銅錯体蒸気、あるいは、水和物の導入が
記載されている。
【００１１】Ｎｇｕｙｅｎらによる、１９９８年４月２
８日に特許付与された、Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｕｓｉｎ
ｇ Ｗａｔｅｒ Ｖａｐｏｒ ｔｏ Ｉｎｃｒｅａｓｅ
ｔｈｅ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ Ｃｏｐｐ
ｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｅｄｗｉｔｈ Ｃｕ（ｈｆａｃ）
（ｔｍｖｓ）という名称の米国特許第５，７４４，１９
２号には、銅層の導電性を高めるために０．３〜３％の
Ｈ２Ｏを用いることが記載されている。
８日に特許付与された、Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｕｓｉｎ
ｇ Ｗａｔｅｒ Ｖａｐｏｒ ｔｏ Ｉｎｃｒｅａｓｅ
ｔｈｅ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ Ｃｏｐｐ
ｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｅｄｗｉｔｈ Ｃｕ（ｈｆａｃ）
（ｔｍｖｓ）という名称の米国特許第５，７４４，１９
２号には、銅層の導電性を高めるために０．３〜３％の
Ｈ２Ｏを用いることが記載されている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明の方法は、窒化物
成分を有する集積回路基板上で銅薄膜を形成する方法で
あって、該基板を調製する工程と、銅堆積の前に該基板
を処理する工程と、約１０秒〜４０秒間持続する、持続
時間が非常に短い銅堆積工程の間、銅を堆積する工程
と、該基板および該堆積された銅を、約１分〜１０分
間、３８５℃より高い温度でベーキングする工程と、所
望の厚さまで銅を堆積するため、持続時間が長い銅堆積
工程の間、銅を堆積する工程とを包含する。
成分を有する集積回路基板上で銅薄膜を形成する方法で
あって、該基板を調製する工程と、銅堆積の前に該基板
を処理する工程と、約１０秒〜４０秒間持続する、持続
時間が非常に短い銅堆積工程の間、銅を堆積する工程
と、該基板および該堆積された銅を、約１分〜１０分
間、３８５℃より高い温度でベーキングする工程と、所
望の厚さまで銅を堆積するため、持続時間が長い銅堆積
工程の間、銅を堆積する工程とを包含する。
【００１３】本発明の方法は、前記基板を処理する工程
が、該基板を、水素雰囲気およびアルゴン雰囲気からな
る雰囲気の群から選択される雰囲気下、約１００ｍＴｏ
ｒｒ〜１Ｔｏｒｒの圧力で、約３０秒〜６０秒間、約２
００℃〜３００℃の温度で加熱する工程を包含してもよ
い。
が、該基板を、水素雰囲気およびアルゴン雰囲気からな
る雰囲気の群から選択される雰囲気下、約１００ｍＴｏ
ｒｒ〜１Ｔｏｒｒの圧力で、約３０秒〜６０秒間、約２
００℃〜３００℃の温度で加熱する工程を包含してもよ
い。
【００１４】本発明の方法は、前記持続時間が短い銅堆
積工程が、約１８０℃〜２００℃のウェハ温度で、銅前
駆物質ガスフローが約０．２ｍｌ／分〜０．６ｍｌ／分
になり、キャリヤーガスフローが約５０ｓｃｃｍ〜２０
ｓｃｃｍになるような状態で行われてもよい。
積工程が、約１８０℃〜２００℃のウェハ温度で、銅前
駆物質ガスフローが約０．２ｍｌ／分〜０．６ｍｌ／分
になり、キャリヤーガスフローが約５０ｓｃｃｍ〜２０
ｓｃｃｍになるような状態で行われてもよい。
【００１５】本発明の方法は、前記ベーキング工程が、
アルゴン雰囲気下、約１０ｍＴｏｒｒ〜５０ｍＴｏｒｒ
の圧力の不完全な真空中で行われてもよい。
アルゴン雰囲気下、約１０ｍＴｏｒｒ〜５０ｍＴｏｒｒ
の圧力の不完全な真空中で行われてもよい。
【００１６】本発明の方法は、前記持続時間が非常に短
い銅堆積工程の間、銅を堆積する工程と前記基板をベー
キングする工程とが、前記持続時間が長い堆積工程の前
に繰り返されてもよい。
い銅堆積工程の間、銅を堆積する工程と前記基板をベー
キングする工程とが、前記持続時間が長い堆積工程の前
に繰り返されてもよい。
【００１７】本発明の方法は、窒化物成分を有する集積
回路基板上で銅薄膜を形成する方法であって、該基板を
調製する工程と、銅堆積の前に該基板を処理する工程で
あって、該基板を、水素雰囲気およびアルゴン雰囲気か
らなる雰囲気の群から選択される雰囲気下、約１００ｍ
Ｔｏｒｒ〜１Ｔｏｒｒの圧力で、約３０秒〜６０秒間、
約２００℃〜３００℃の温度で加熱する工程を包含す
る、工程と、約１０秒〜４０秒間持続する、持続時間が
非常に短い銅堆積工程の間、約１８０〜２００℃のウェ
ハ温度で、銅前駆物質ガスフローが約０．２ｍｌ／分〜
０．６ｍｌ／分、キャリヤーガスフローが約５０ｓｃｃ
ｍ〜２０ｓｃｃｍで銅を堆積する工程と、該基板および
該堆積された銅を、約１分〜１０分間、３８５℃より高
い温度でベーキングする工程と、所望の厚さまで銅を堆
積するため、持続時間が長い銅堆積工程の間、銅を堆積
する工程とを包含する。
回路基板上で銅薄膜を形成する方法であって、該基板を
調製する工程と、銅堆積の前に該基板を処理する工程で
あって、該基板を、水素雰囲気およびアルゴン雰囲気か
らなる雰囲気の群から選択される雰囲気下、約１００ｍ
Ｔｏｒｒ〜１Ｔｏｒｒの圧力で、約３０秒〜６０秒間、
約２００℃〜３００℃の温度で加熱する工程を包含す
る、工程と、約１０秒〜４０秒間持続する、持続時間が
非常に短い銅堆積工程の間、約１８０〜２００℃のウェ
ハ温度で、銅前駆物質ガスフローが約０．２ｍｌ／分〜
０．６ｍｌ／分、キャリヤーガスフローが約５０ｓｃｃ
ｍ〜２０ｓｃｃｍで銅を堆積する工程と、該基板および
該堆積された銅を、約１分〜１０分間、３８５℃より高
い温度でベーキングする工程と、所望の厚さまで銅を堆
積するため、持続時間が長い銅堆積工程の間、銅を堆積
する工程とを包含する。
【００１８】本発明の方法は、前記ベーキング工程が、
アルゴン雰囲気下、約１０ｍＴｏｒｒ〜５０ｍＴｏｒｒ
の圧力の不完全な真空中で行われてもよい。
アルゴン雰囲気下、約１０ｍＴｏｒｒ〜５０ｍＴｏｒｒ
の圧力の不完全な真空中で行われてもよい。
【００１９】本発明の方法は、前記持続時間が非常に短
い銅堆積工程の間、銅を堆積する工程と前記基板をベー
キングする工程とが、前記持続時間が長い堆積工程の前
に繰り返されてもよい。
い銅堆積工程の間、銅を堆積する工程と前記基板をベー
キングする工程とが、前記持続時間が長い堆積工程の前
に繰り返されてもよい。
【００２０】本発明の方法は、窒化物成分を有する集積
回路基板上で銅薄膜を形成する方法であって、該基板を
調製する工程と、銅堆積の前に該基板を処理する工程で
あって、該基板を、水素雰囲気およびアルゴン雰囲気か
らなる雰囲気の群から選択される雰囲気下、約１００ｍ
Ｔｏｒｒ〜１Ｔｏｒｒの圧力で、約３０秒〜６０秒間、
約２００℃〜３００℃の温度で加熱する工程を包含す
る、工程と、約１０秒〜４０秒間持続する、持続時間が
非常に短い銅堆積工程の間、約１８０℃〜２００℃のウ
ェハ温度で、銅前駆物質ガスフローが約０．２ｍｌ／分
〜０．６ｍｌ／分、キャリヤーガスフローが約５０ｓｃ
ｃｍ〜２０ｓｃｃｍで銅を堆積する工程と、該基板およ
び該堆積された銅を、約１分〜１０分間、３８５℃より
高い温度で、約１０ｍＴｏｒｒ〜５０ｍＴｏｒｒのアル
ゴン雰囲気下、真空熱ベーキングする工程と、所望の厚
さまで銅を堆積するため、持続時間が長い銅堆積工程の
間、銅を堆積する工程とを包含する。
回路基板上で銅薄膜を形成する方法であって、該基板を
調製する工程と、銅堆積の前に該基板を処理する工程で
あって、該基板を、水素雰囲気およびアルゴン雰囲気か
らなる雰囲気の群から選択される雰囲気下、約１００ｍ
Ｔｏｒｒ〜１Ｔｏｒｒの圧力で、約３０秒〜６０秒間、
約２００℃〜３００℃の温度で加熱する工程を包含す
る、工程と、約１０秒〜４０秒間持続する、持続時間が
非常に短い銅堆積工程の間、約１８０℃〜２００℃のウ
ェハ温度で、銅前駆物質ガスフローが約０．２ｍｌ／分
〜０．６ｍｌ／分、キャリヤーガスフローが約５０ｓｃ
ｃｍ〜２０ｓｃｃｍで銅を堆積する工程と、該基板およ
び該堆積された銅を、約１分〜１０分間、３８５℃より
高い温度で、約１０ｍＴｏｒｒ〜５０ｍＴｏｒｒのアル
ゴン雰囲気下、真空熱ベーキングする工程と、所望の厚
さまで銅を堆積するため、持続時間が長い銅堆積工程の
間、銅を堆積する工程とを包含する。
【００２１】本発明の方法は、前記持続時間が非常に短
い銅堆積工程の間、銅を堆積する工程と、前記基板をベ
ーキングする工程とが、前記持続時間が長い堆積工程の
前に繰り返されてもよい。
い銅堆積工程の間、銅を堆積する工程と、前記基板をベ
ーキングする工程とが、前記持続時間が長い堆積工程の
前に繰り返されてもよい。
【００２２】窒化物成分を有する集積回路基板上で銅薄
膜を形成する方法であって、基板を調製する工程と、銅
堆積の前に基板を処理する工程と、約１０〜４０秒間持
続する、持続時間が非常に短い銅堆積工程の間、銅を堆
積する工程と、基板および堆積された銅を、約１〜１０
分間、３８５℃より高い温度でベーキングする工程と、
所望の厚さまで銅を堆積するため、持続時間が長い銅堆
積工程の間、銅を堆積する工程とを包含する。
膜を形成する方法であって、基板を調製する工程と、銅
堆積の前に基板を処理する工程と、約１０〜４０秒間持
続する、持続時間が非常に短い銅堆積工程の間、銅を堆
積する工程と、基板および堆積された銅を、約１〜１０
分間、３８５℃より高い温度でベーキングする工程と、
所望の厚さまで銅を堆積するため、持続時間が長い銅堆
積工程の間、銅を堆積する工程とを包含する。
【００２３】本発明の目的は、集積回路においてインタ
ーレイヤ金属導電体を形成するプロセスを提供すること
である。
ーレイヤ金属導電体を形成するプロセスを提供すること
である。
【００２４】本発明の他の目的は、窒化物基板上での高
い密着性を有する銅相互接続を提供することである。
い密着性を有する銅相互接続を提供することである。
【００２５】上記の本発明の要旨および目的は、本発明
の特徴を速やかに理解することを可能にするために提供
される。本発明は、以下の本発明の好適な実施形態の詳
細な説明を図面とともに参照することによってより良く
理解され得る。
の特徴を速やかに理解することを可能にするために提供
される。本発明は、以下の本発明の好適な実施形態の詳
細な説明を図面とともに参照することによってより良く
理解され得る。
【００２６】
【発明の実施の形態】本発明の方法は、集積回路におけ
るインターレイヤ金属導電体のために、有機金属気相成
長法（ＭＯＣＶＤ）によって銅を堆積する方法である。
本発明の方法による初期段階熱高密度化は、下にあるバ
リア金属膜への銅の密着性を高めるだけではなく、非常
に優れたトレンチ充填特性をも提供する。
るインターレイヤ金属導電体のために、有機金属気相成
長法（ＭＯＣＶＤ）によって銅を堆積する方法である。
本発明の方法による初期段階熱高密度化は、下にあるバ
リア金属膜への銅の密着性を高めるだけではなく、非常
に優れたトレンチ充填特性をも提供する。
【００２７】本発明の方法による熱高密度化プロセス
は、ＣｕｐｒａＳｅｌｅｃｔ（Ｃｕ（ｈｆａｃ）（ｔｍ
ｖｓ）、またはＣｕｐｒａＳｅｌｅｃｔ Ｂｌｅｎｄ
（Ｃｕ（ｈｆａｃ）（ｔｍｖｓ）＋Ｈ（ｈｆａｃ）・２
Ｈ２Ｏ）、ならびに類似の前駆物質のような銅前駆物質
のＣＶＤによって引き起こされる界面の炭素およびフッ
素汚染を除去し、そのことにより、下にあるバリア金属
への堆積された銅薄膜の密着性を高める。界面汚染は、
良好な密着性およびより良いトレンチ充填の達成にとっ
て大きな障害であったが、本発明の方法によって除去さ
れる。
は、ＣｕｐｒａＳｅｌｅｃｔ（Ｃｕ（ｈｆａｃ）（ｔｍ
ｖｓ）、またはＣｕｐｒａＳｅｌｅｃｔ Ｂｌｅｎｄ
（Ｃｕ（ｈｆａｃ）（ｔｍｖｓ）＋Ｈ（ｈｆａｃ）・２
Ｈ２Ｏ）、ならびに類似の前駆物質のような銅前駆物質
のＣＶＤによって引き起こされる界面の炭素およびフッ
素汚染を除去し、そのことにより、下にあるバリア金属
への堆積された銅薄膜の密着性を高める。界面汚染は、
良好な密着性およびより良いトレンチ充填の達成にとっ
て大きな障害であったが、本発明の方法によって除去さ
れる。
【００２８】本発明の方法による熱高密度化プロセス
は、１）インサイチュでの堆積前処理工程、２）通常の
銅ＣＶＤ条件下で行われる持続時間が非常に短い銅堆積
工程、３）インサイチュでの真空熱ベーキング工程、お
よび、４）所望の厚さまで銅を堆積する、持続時間が長
い銅堆積工程を必要とする。工程２および３は、すでに
高められた密着性をさらに向上させるために、複数回繰
り返され得る。
は、１）インサイチュでの堆積前処理工程、２）通常の
銅ＣＶＤ条件下で行われる持続時間が非常に短い銅堆積
工程、３）インサイチュでの真空熱ベーキング工程、お
よび、４）所望の厚さまで銅を堆積する、持続時間が長
い銅堆積工程を必要とする。工程２および３は、すでに
高められた密着性をさらに向上させるために、複数回繰
り返され得る。
【００２９】堆積前処理工程は、ウェハを、水素または
アルゴン雰囲気下、約１００ｍＴｏｒｒ〜１Ｔｏｒｒの
圧力で、約３０〜６０秒間、約２００〜３００℃の温度
で加熱することを必要とする。持続時間が短い銅堆積工
程は、約１０〜４０秒間、通常のＣＶＤ条件下、約１８
０〜２００℃のウェハ温度で、銅前駆物質ガスフローが
約０．２〜０．６ｍｌ／分、キャリヤーガスフローが約
５０〜２０ｓｃｃｍで行われる。
アルゴン雰囲気下、約１００ｍＴｏｒｒ〜１Ｔｏｒｒの
圧力で、約３０〜６０秒間、約２００〜３００℃の温度
で加熱することを必要とする。持続時間が短い銅堆積工
程は、約１０〜４０秒間、通常のＣＶＤ条件下、約１８
０〜２００℃のウェハ温度で、銅前駆物質ガスフローが
約０．２〜０．６ｍｌ／分、キャリヤーガスフローが約
５０〜２０ｓｃｃｍで行われる。
【００３０】真空熱ベーキング工程は、アルゴン雰囲気
下、約１０〜５０ｍＴｏｒｒの圧力で、約１〜１０分
間、約３８５℃より高いウェハ温度で行われる。持続時
間が長い銅堆積工程は、持続時間が短い工程と同じＣＶ
Ｄ条件下で行われるが、所望の厚さの銅が堆積するまで
継続する。
下、約１０〜５０ｍＴｏｒｒの圧力で、約１〜１０分
間、約３８５℃より高いウェハ温度で行われる。持続時
間が長い銅堆積工程は、持続時間が短い工程と同じＣＶ
Ｄ条件下で行われるが、所望の厚さの銅が堆積するまで
継続する。
【００３１】図１のグラフに、本発明の方法による結果
を表す。図１に示すように、熱高密度化プロセスが行わ
れない膜に密着性はない（線１２）。それに対し、本発
明の方法に従って処理された薄膜の密着性は、大幅に高
められる（線１４）。薄膜を高密度化プロセスによって
２回処理することによって（点１６）、薄膜の密着性が
さらに向上する。膜の密着性は、スクラッチ−テープ−
ピーリングテストを用いて試験される。値４は、良好な
密着性を表し、値１は、テープピーリングテストでは密
着性がないこと表す。
を表す。図１に示すように、熱高密度化プロセスが行わ
れない膜に密着性はない（線１２）。それに対し、本発
明の方法に従って処理された薄膜の密着性は、大幅に高
められる（線１４）。薄膜を高密度化プロセスによって
２回処理することによって（点１６）、薄膜の密着性が
さらに向上する。膜の密着性は、スクラッチ−テープ−
ピーリングテストを用いて試験される。値４は、良好な
密着性を表し、値１は、テープピーリングテストでは密
着性がないこと表す。
【００３２】このように、良好な密着性およびトレンチ
充填特性を有する高品質銅膜を堆積する、銅ＭＯＣＶＤ
の初期段階における熱高密度化の方法が開示されてき
た。特許請求の範囲によって規定された本発明の範囲か
ら逸脱することなく、この方法に対するさらなる変更お
よび改変が行われ得ることを理解されたい。
充填特性を有する高品質銅膜を堆積する、銅ＭＯＣＶＤ
の初期段階における熱高密度化の方法が開示されてき
た。特許請求の範囲によって規定された本発明の範囲か
ら逸脱することなく、この方法に対するさらなる変更お
よび改変が行われ得ることを理解されたい。
【００３３】
【発明の効果】本発明の方法は、窒化物成分を有する集
積回路基板上で銅薄膜を形成する方法であって、基板を
調製する工程と、銅堆積の前に基板を処理する工程と、
約１０秒〜４０秒間持続する、持続時間が非常に短い銅
堆積工程の間、銅を堆積する工程と、基板および堆積さ
れた銅を、約１分〜１０分間、３８５℃より高い温度で
ベーキングする工程と、所望の厚さまで銅を堆積するた
め、持続時間が長い銅堆積工程の間、銅を堆積する工程
とを包含し、これによって、銅ＭＯＣＶＤの初期段階に
おける熱高密度化の方法を提供することができ、良好な
密着性およびトレンチ充填特性を有する高品質銅膜を堆
積する方法を提供することができる。
積回路基板上で銅薄膜を形成する方法であって、基板を
調製する工程と、銅堆積の前に基板を処理する工程と、
約１０秒〜４０秒間持続する、持続時間が非常に短い銅
堆積工程の間、銅を堆積する工程と、基板および堆積さ
れた銅を、約１分〜１０分間、３８５℃より高い温度で
ベーキングする工程と、所望の厚さまで銅を堆積するた
め、持続時間が長い銅堆積工程の間、銅を堆積する工程
とを包含し、これによって、銅ＭＯＣＶＤの初期段階に
おける熱高密度化の方法を提供することができ、良好な
密着性およびトレンチ充填特性を有する高品質銅膜を堆
積する方法を提供することができる。
【図１】図１は、本発明の方法によって処理された後の
銅相互接続の密着性を表す図である。
銅相互接続の密着性を表す図である。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 ダビット ラッセル エバンス
アメリカ合衆国 オレゴン 97007， ビ
ーバートン， エスダブリュー 179ティ
ーエイチ ストリート 7574
(72)発明者 シェン テン スー
アメリカ合衆国 ワシントン 98607，
ケイマス， エヌダブリュー トラウト
コート 2216
Ｆターム(参考） 4K030 AA11 BA01 DA02 DA09 JA05
JA10 JA11 LA15
4M104 BB04 DD22 DD43 HH08
Claims (10)
- 【請求項１】 窒化物成分を有する集積回路基板上で銅
薄膜を形成する方法であって、 該基板を調製する工程と、 銅堆積の前に該基板を処理する工程と、 約１０秒〜４０秒間持続する、持続時間が非常に短い銅
堆積工程の間、銅を堆積する工程と、 該基板および該堆積された銅を、約１分〜１０分間、３
８５℃より高い温度でベーキングする工程と、 所望の厚さまで銅を堆積するため、持続時間が長い銅堆
積工程の間、銅を堆積する工程とを包含する、方法。 - 【請求項２】 前記基板を処理する工程が、該基板を、
水素雰囲気およびアルゴン雰囲気からなる雰囲気の群か
ら選択される雰囲気下、約１００ｍＴｏｒｒ〜１Ｔｏｒ
ｒの圧力で、約３０秒〜６０秒間、約２００℃〜３００
℃の温度で加熱する工程を包含する、請求項１に記載の
方法。 - 【請求項３】 前記持続時間が短い銅堆積工程が、約１
８０℃〜２００℃のウェハ温度で、銅前駆物質ガスフロ
ーが約０．２ｍｌ／分〜０．６ｍｌ／分、キャリヤーガ
スフローが約５０ｓｃｃｍ〜２０ｓｃｃｍで行われる、
請求項１に記載の方法。 - 【請求項４】 前記ベーキング工程が、アルゴン雰囲気
下、約１０ｍＴｏｒｒ〜５０ｍＴｏｒｒの圧力の不完全
な真空中で行われる、請求項１に記載の方法。 - 【請求項５】 前記持続時間が非常に短い銅堆積工程の
間、銅を堆積する工程と前記基板をベーキングする工程
とが、前記持続時間が長い堆積工程の前に繰り返され
る、請求項１に記載の方法。 - 【請求項６】 窒化物成分を有する集積回路基板上で銅
薄膜を形成する方法であって、 該基板を調製する工程と、 銅堆積の前に該基板を処理する工程であって、該基板
を、水素雰囲気およびアルゴン雰囲気からなる雰囲気の
群から選択される雰囲気下、約１００ｍＴｏｒｒ〜１Ｔ
ｏｒｒの圧力で、約３０秒〜６０秒間、約２００℃〜３
００℃の温度で加熱する工程を包含する、工程と、 約１０秒〜４０秒間持続する、持続時間が非常に短い銅
堆積工程の間、約１８０〜２００℃のウェハ温度で、銅
前駆物質ガスフローが約０．２ｍｌ／分〜０．６ｍｌ／
分、キャリヤーガスフローが約５０ｓｃｃｍ〜２０ｓｃ
ｃｍで銅を堆積する工程と、 該基板および該堆積された銅を、約１分〜１０分間、３
８５℃より高い温度でベーキングする工程と、 所望の厚さまで銅を堆積するため、持続時間が長い銅堆
積工程の間、銅を堆積する工程とを包含する、方法。 - 【請求項７】 前記ベーキング工程が、アルゴン雰囲気
下、約１０ｍＴｏｒｒ〜５０ｍＴｏｒｒの圧力の不完全
な真空中で行われる、請求項６に記載の方法。 - 【請求項８】 前記持続時間が非常に短い銅堆積工程の
間、銅を堆積する工程と前記基板をベーキングする工程
とが、前記持続時間が長い堆積工程の前に繰り返され
る、請求項６に記載の方法。 - 【請求項９】 窒化物成分を有する集積回路基板上で銅
薄膜を形成する方法であって、 該基板を調製する工程と、 銅堆積の前に該基板を処理する工程であって、該基板
を、水素雰囲気およびアルゴン雰囲気からなる雰囲気の
群から選択される雰囲気下、約１００ｍＴｏｒｒ〜１Ｔ
ｏｒｒの圧力で、約３０秒〜６０秒間、約２００℃〜３
００℃の温度で加熱する工程を包含する、工程と、 約１０秒〜４０秒間持続する、持続時間が非常に短い銅
堆積工程の間、約１８０℃〜２００℃のウェハ温度で、
銅前駆物質ガスフローが約０．２ｍｌ／分〜０．６ｍｌ
／分、キャリヤーガスフローが約５０ｓｃｃｍ〜２０ｓ
ｃｃｍで銅を堆積する工程と、 該基板および該堆積された銅を、約１分〜１０分間、３
８５℃より高い温度で、約１０ｍＴｏｒｒ〜５０ｍＴｏ
ｒｒのアルゴン雰囲気下、真空熱ベーキングする工程
と、 所望の厚さまで銅を堆積するため、持続時間が長い銅堆
積工程の間、銅を堆積する工程とを包含する、方法。 - 【請求項１０】 前記持続時間が非常に短い銅堆積工程
の間、銅を堆積する工程と前記基板をベーキングする工
程とが、前記持続時間が長い堆積工程の前に繰り返され
る、請求項９に記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/940,739 US6509268B1 (en) | 2001-08-27 | 2001-08-27 | Thermal densification in the early stages of copper MOCVD for depositing high quality Cu films with good adhesion and trench filling characteristics |
| US09/940,739 | 2001-08-27 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003163174A true JP2003163174A (ja) | 2003-06-06 |
Family
ID=25475342
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002242729A Pending JP2003163174A (ja) | 2001-08-27 | 2002-08-22 | 良好な密着性およびトレンチ充填特性を有する高品質銅膜を堆積する、銅ｍｏｃｖｄの初期段階における熱高密度化 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6509268B1 (ja) |
| JP (1) | JP2003163174A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010103879A1 (ja) * | 2009-03-10 | 2010-09-16 | 東京エレクトロン株式会社 | Ｃｕ膜の成膜方法および記憶媒体 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5322712A (en) | 1993-05-18 | 1994-06-21 | Air Products And Chemicals, Inc. | Process for improved quality of CVD copper films |
| US5918150A (en) * | 1996-10-11 | 1999-06-29 | Sharp Microelectronics Technology, Inc. | Method for a chemical vapor deposition of copper on an ion prepared conductive surface |
| US5744192A (en) | 1996-11-08 | 1998-04-28 | Sharp Microelectronics Technology, Inc. | Method of using water vapor to increase the conductivity of cooper desposited with cu(hfac)TMVS |
| KR100256669B1 (ko) * | 1997-12-23 | 2000-05-15 | 정선종 | 화학기상증착 장치 및 그를 이용한 구리 박막 형성 방법 |
| US6171661B1 (en) * | 1998-02-25 | 2001-01-09 | Applied Materials, Inc. | Deposition of copper with increased adhesion |
| US6319728B1 (en) * | 1998-06-05 | 2001-11-20 | Applied Materials, Inc. | Method for treating a deposited film for resistivity reduction |
-
2001
- 2001-08-27 US US09/940,739 patent/US6509268B1/en not_active Expired - Fee Related
-
2002
- 2002-08-22 JP JP2002242729A patent/JP2003163174A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010103879A1 (ja) * | 2009-03-10 | 2010-09-16 | 東京エレクトロン株式会社 | Ｃｕ膜の成膜方法および記憶媒体 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US6509268B1 (en) | 2003-01-21 |
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