JP2003282572A - 銅配線膜形成方法 - Google Patents
銅配線膜形成方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 銅配線形成方法において、密着性の改善に有
効なＣｕシード膜のアニール処理を行っても、半導体基
板上のホールやトレンチパターンの上角部（開口部近
傍）といった基板表面において、Ｃｕシード膜が弾かれ
その下の拡散バリア用下地膜が露出する現象を起こさず
にアニール処理が行える方法を提供する。 【解決手段】 半導体基板上に形成され、凹部が設けら
れた絶縁膜上に拡散バリア用下地膜を形成し、さらにそ
の上にＣＶＤ法によって、第１の銅膜が形成される工程
と、当該第１の銅膜を電極とした電解メッキ法により第
２の銅膜が形成される銅配線膜形成方法において、前記
拡散バリア用下地膜を形成する工程と第１の銅膜形成工
程の間に、当該拡散バリア用下地膜を、到達真空度で１
×１０-4Ｐａ以下の真空状態にしてから加熱する工程が
設けられていることを特徴とする銅配線膜形成方法によ
って課題を解決した。
効なＣｕシード膜のアニール処理を行っても、半導体基
板上のホールやトレンチパターンの上角部（開口部近
傍）といった基板表面において、Ｃｕシード膜が弾かれ
その下の拡散バリア用下地膜が露出する現象を起こさず
にアニール処理が行える方法を提供する。 【解決手段】 半導体基板上に形成され、凹部が設けら
れた絶縁膜上に拡散バリア用下地膜を形成し、さらにそ
の上にＣＶＤ法によって、第１の銅膜が形成される工程
と、当該第１の銅膜を電極とした電解メッキ法により第
２の銅膜が形成される銅配線膜形成方法において、前記
拡散バリア用下地膜を形成する工程と第１の銅膜形成工
程の間に、当該拡散バリア用下地膜を、到達真空度で１
×１０-4Ｐａ以下の真空状態にしてから加熱する工程が
設けられていることを特徴とする銅配線膜形成方法によ
って課題を解決した。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、被処理基板上に形
成され、凹部が設けられている絶縁膜上に形成した拡散
バリア用下地膜上に銅膜を形成し、前記凹部を銅材料で
充填する銅配線形成方法において、拡散バリア用下地膜
と銅膜との間の密着性が高められたＣｕ（銅）配線膜の
形成方法に関する。
成され、凹部が設けられている絶縁膜上に形成した拡散
バリア用下地膜上に銅膜を形成し、前記凹部を銅材料で
充填する銅配線形成方法において、拡散バリア用下地膜
と銅膜との間の密着性が高められたＣｕ（銅）配線膜の
形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体デバイスの高性能化にとも
ない、配線材料としてＣｕ（銅）が使用されている。そ
の理由は、Ｃｕは、Ａｌ（アルミニウム）に比較して低
抵抗であり、ストレスマイグレイションやエレクトロマ
イグレイションという配線を構成する金属原子の拡散挙
動が支配する現象に対して、高い耐性をもっているから
である。
ない、配線材料としてＣｕ（銅）が使用されている。そ
の理由は、Ｃｕは、Ａｌ（アルミニウム）に比較して低
抵抗であり、ストレスマイグレイションやエレクトロマ
イグレイションという配線を構成する金属原子の拡散挙
動が支配する現象に対して、高い耐性をもっているから
である。
【０００３】このようなＣｕ（銅）を用いた配線の形成
方法の中に、半導体基板上の絶縁膜に配線及び接続孔
（ビアホール、またはコンタクトホール）のパターンを
形成し、その後、拡散バリア用下地膜を成膜、さらに銅
（Ｃｕ）膜を凹部パターンに埋め込み、ＣＭＰ（化学的
機械研磨法）により余分な銅膜等を除去して行う方法が
用いられている。
方法の中に、半導体基板上の絶縁膜に配線及び接続孔
（ビアホール、またはコンタクトホール）のパターンを
形成し、その後、拡散バリア用下地膜を成膜、さらに銅
（Ｃｕ）膜を凹部パターンに埋め込み、ＣＭＰ（化学的
機械研磨法）により余分な銅膜等を除去して行う方法が
用いられている。
【０００４】このような拡散バリア用下地膜や銅（Ｃ
ｕ）膜の形成方法は、半導体デバイスの高集積化がさら
に進み、ビアホール等のアスペクト比（ビアホールの深
さ／ビアホールの開口径）はさらに大きくなり、ビアホ
ール等の開口内部を完全に被覆することが困難になりつ
つある。
ｕ）膜の形成方法は、半導体デバイスの高集積化がさら
に進み、ビアホール等のアスペクト比（ビアホールの深
さ／ビアホールの開口径）はさらに大きくなり、ビアホ
ール等の開口内部を完全に被覆することが困難になりつ
つある。
【０００５】また、配線及び接続孔の凹部パターンヘの
銅による埋め込みについては、コストのかからない技術
として電解銅メッキ法による銅の埋めこみが広く採用さ
れているが、予め、電極として拡散バリア用下地膜上に
Ｃｕシード膜と呼ばれる第１の銅膜を形成しておく必要
がある。このような技術的な背景の中で、Ｃｕシード膜
の形成方法として被覆性（カバレッジ）の優れた化学気
相成長法（本明細書において「ＣＶＤ法」と表す）が有
力な候補として上げられている。
銅による埋め込みについては、コストのかからない技術
として電解銅メッキ法による銅の埋めこみが広く採用さ
れているが、予め、電極として拡散バリア用下地膜上に
Ｃｕシード膜と呼ばれる第１の銅膜を形成しておく必要
がある。このような技術的な背景の中で、Ｃｕシード膜
の形成方法として被覆性（カバレッジ）の優れた化学気
相成長法（本明細書において「ＣＶＤ法」と表す）が有
力な候補として上げられている。
【０００６】しかし、上述のようなＣＶＤ法によってＣ
ｕシード膜として第１の銅膜を形成し、第１の銅膜を電
極とした電解銅メッキ法により第２の銅薄膜が形成され
る半導体デバイスの製造方法では、従来からＴｉＮ等の
拡散防止用の下地膜と界面をなす銅（Ｃｕ）膜の密着性
が弱いという課題があり、実用化には密着力の強化が不
可欠であった。
ｕシード膜として第１の銅膜を形成し、第１の銅膜を電
極とした電解銅メッキ法により第２の銅薄膜が形成され
る半導体デバイスの製造方法では、従来からＴｉＮ等の
拡散防止用の下地膜と界面をなす銅（Ｃｕ）膜の密着性
が弱いという課題があり、実用化には密着力の強化が不
可欠であった。
【０００７】そのため、ＣＶＤ法による銅配線形成後
（電解銅メッキ法による第２の銅膜形成後）の研磨工程
（ＣＭＰ工程）では、銅膜（第１の銅膜、Ｃｕシード
膜）がＴｉＮ等の拡散バリア用下地膜から剥がれてしま
うという不具合が発生することがあった。
（電解銅メッキ法による第２の銅膜形成後）の研磨工程
（ＣＭＰ工程）では、銅膜（第１の銅膜、Ｃｕシード
膜）がＴｉＮ等の拡散バリア用下地膜から剥がれてしま
うという不具合が発生することがあった。
【０００８】そこで、例えば、本願出願人による先の特
許出願である特願２００１−１３６２１では、拡散バリ
ア用下地膜とＣｕシード膜の密着性の改善に関して、Ｃ
ｕシード膜をアニールすることの重要性を見出し、提案
している。
許出願である特願２００１−１３６２１では、拡散バリ
ア用下地膜とＣｕシード膜の密着性の改善に関して、Ｃ
ｕシード膜をアニールすることの重要性を見出し、提案
している。
【０００９】この発明では、ＣＶＤ法による第１の銅膜
（Ｃｕシード膜）形成工程と当該第１の銅膜を電極とし
た電解銅メッキ法による第２の銅膜を形成する工程の間
に、第１の銅膜（Ｃｕシード膜）を２００〜５００℃の
温度範囲にて加熱する工程を設けることで、第１の銅膜
と拡散バリア用下地膜との密着性が改善され、半導体製
造工程におけるＣＭＰ（化学的機械研磨法）工程におい
ても膜剥がれが起きない信頼性の高いＣｕ膜配線を形成
する銅配線膜形成方法を提案した。
（Ｃｕシード膜）形成工程と当該第１の銅膜を電極とし
た電解銅メッキ法による第２の銅膜を形成する工程の間
に、第１の銅膜（Ｃｕシード膜）を２００〜５００℃の
温度範囲にて加熱する工程を設けることで、第１の銅膜
と拡散バリア用下地膜との密着性が改善され、半導体製
造工程におけるＣＭＰ（化学的機械研磨法）工程におい
ても膜剥がれが起きない信頼性の高いＣｕ膜配線を形成
する銅配線膜形成方法を提案した。
【００１０】しかし、密着性の改善効果は確認されるも
のの、Ｃｕシード膜の膜厚やその成膜条件、または、Ｃ
ｕシード膜のアニール時間等の条件によっては、半導体
基板上のホールやトレンチパターンの上角部（開口部近
傍）といった基板表面の一部分において、Ｃｕシード膜
が弾かれその下の拡散バリア用下地膜が露出する現象が
見られた。この現象は、半導体基板の大部分を占めてい
る平坦部（半導体基板と水平な表面部）に見られるもの
ではなく、ホールやトレンチパターンの上角部に限られ
ていた。
のの、Ｃｕシード膜の膜厚やその成膜条件、または、Ｃ
ｕシード膜のアニール時間等の条件によっては、半導体
基板上のホールやトレンチパターンの上角部（開口部近
傍）といった基板表面の一部分において、Ｃｕシード膜
が弾かれその下の拡散バリア用下地膜が露出する現象が
見られた。この現象は、半導体基板の大部分を占めてい
る平坦部（半導体基板と水平な表面部）に見られるもの
ではなく、ホールやトレンチパターンの上角部に限られ
ていた。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】上述のとおり、特願２
００１−１３６２１で提案された銅配線形成方法では、
拡散バリア用下地膜とＣｕシード膜の密着性の改善につ
いては、その有効性が確認されているが、半導体基板上
のホールやトレンチパターンの上角部（開口部近傍）と
いった基板表面の一部分において、Ｃｕシード膜が弾か
れその下の拡散バリア用下地膜が露出する現象が見られ
た。このようなＣｕシード膜が完全に拡散バリア用下地
膜を被覆することなく露出箇所がある場合、Ｃｕシード
膜を電極とする電解銅メッキ工程において、露出箇所で
は銅（Ｃｕ）膜が成長できず、電解銅メッキ工程後、そ
の箇所は空洞となってしまう。
００１−１３６２１で提案された銅配線形成方法では、
拡散バリア用下地膜とＣｕシード膜の密着性の改善につ
いては、その有効性が確認されているが、半導体基板上
のホールやトレンチパターンの上角部（開口部近傍）と
いった基板表面の一部分において、Ｃｕシード膜が弾か
れその下の拡散バリア用下地膜が露出する現象が見られ
た。このようなＣｕシード膜が完全に拡散バリア用下地
膜を被覆することなく露出箇所がある場合、Ｃｕシード
膜を電極とする電解銅メッキ工程において、露出箇所で
は銅（Ｃｕ）膜が成長できず、電解銅メッキ工程後、そ
の箇所は空洞となってしまう。
【００１２】上角部（開口部近傍）に空洞部分が存在し
ているホールの配線抵抗は高く、マイグレーション耐性
が弱くなり、銅配線に電気を長時間流すと断線不良を発
生する可能性が高くなるという信頼性の問題が発生して
しまう。
ているホールの配線抵抗は高く、マイグレーション耐性
が弱くなり、銅配線に電気を長時間流すと断線不良を発
生する可能性が高くなるという信頼性の問題が発生して
しまう。
【００１３】したがって本発明は、かかる状況に鑑み、
銅配線形成方法において、密着性の改善に有効なＣｕシ
ード膜のアニール処理を行っても、半導体基板上のホー
ルやトレンチパターンの上角部（開口部近傍）といった
基板表面において、Ｃｕシード膜が弾かれその下の拡散
バリア用下地膜が露出する現象を起こさずにアニール処
理が行える方法を提供するものである。
銅配線形成方法において、密着性の改善に有効なＣｕシ
ード膜のアニール処理を行っても、半導体基板上のホー
ルやトレンチパターンの上角部（開口部近傍）といった
基板表面において、Ｃｕシード膜が弾かれその下の拡散
バリア用下地膜が露出する現象を起こさずにアニール処
理が行える方法を提供するものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、この発明が提案する銅配線膜形成方法は、半導体基
板上に形成され、凹部が設けられた絶縁膜上に拡散バリ
ア用下地膜を形成し、さらにその上にＣＶＤ法によっ
て、第１の銅膜が形成される工程と、当該第１の銅膜を
電極とした電解メッキ法により第２の銅膜が形成される
銅配線膜形成方法において、前記拡散バリア用下地膜を
形成する工程と第１の銅膜形成工程の間に、当該拡散バ
リア用下地膜を、到達真空度で１×１０-4Ｐａ以下の真
空状態にしてから加熱する工程が設けられていることを
特徴とするものである。
め、この発明が提案する銅配線膜形成方法は、半導体基
板上に形成され、凹部が設けられた絶縁膜上に拡散バリ
ア用下地膜を形成し、さらにその上にＣＶＤ法によっ
て、第１の銅膜が形成される工程と、当該第１の銅膜を
電極とした電解メッキ法により第２の銅膜が形成される
銅配線膜形成方法において、前記拡散バリア用下地膜を
形成する工程と第１の銅膜形成工程の間に、当該拡散バ
リア用下地膜を、到達真空度で１×１０-4Ｐａ以下の真
空状態にしてから加熱する工程が設けられていることを
特徴とするものである。
【００１５】第１の銅膜（Ｃｕシード膜）と拡散バリア
用下地膜との密着性を改善させるべく、ＣＶＤ法による
第１の銅膜形成工程と当該第１の銅膜を電極とした電解
銅メッキ法による第２の銅膜を形成する工程の間に、第
１の銅膜（Ｃｕシード膜）を加熱する工程を設ける場合
であっても、前記本発明の銅配線膜形成方法のように、
拡散バリア用下地膜を形成する工程と第１の銅膜形成工
程の間に、当該拡散バリア用下地膜を、到達真空度で１
×１０-4Ｐａ以下の真空状態にしてから加熱する工程を
設けておくことにより、半導体基板上のホールやトレン
チパターンの上角部（開口部近傍）といった基板表面に
おいて、Ｃｕシード膜が弾かれその下の拡散バリア用下
地膜が露出する現象が発生することを防止できる。
用下地膜との密着性を改善させるべく、ＣＶＤ法による
第１の銅膜形成工程と当該第１の銅膜を電極とした電解
銅メッキ法による第２の銅膜を形成する工程の間に、第
１の銅膜（Ｃｕシード膜）を加熱する工程を設ける場合
であっても、前記本発明の銅配線膜形成方法のように、
拡散バリア用下地膜を形成する工程と第１の銅膜形成工
程の間に、当該拡散バリア用下地膜を、到達真空度で１
×１０-4Ｐａ以下の真空状態にしてから加熱する工程を
設けておくことにより、半導体基板上のホールやトレン
チパターンの上角部（開口部近傍）といった基板表面に
おいて、Ｃｕシード膜が弾かれその下の拡散バリア用下
地膜が露出する現象が発生することを防止できる。
【００１６】前記において、半導体基板上に形成され、
凹部が設けられた絶縁膜上に拡散バリア用下地膜が形成
された後、当該拡散バリア用下地膜を、到達真空度で１
×１０-4Ｐａ以下の真空状態にしてから加熱し、その上
にＣＶＤ法によって第１の銅膜が形成されるまでの工程
は、前記半導体基板を大気に晒すことなく真空一貫の状
態で行われることが望ましい。
凹部が設けられた絶縁膜上に拡散バリア用下地膜が形成
された後、当該拡散バリア用下地膜を、到達真空度で１
×１０-4Ｐａ以下の真空状態にしてから加熱し、その上
にＣＶＤ法によって第１の銅膜が形成されるまでの工程
は、前記半導体基板を大気に晒すことなく真空一貫の状
態で行われることが望ましい。
【００１７】拡散バリア用下地膜が大気に晒されてしま
うと、大気中の酸素が拡散バリア用下地膜の中に取り込
まれてしまう。拡散バリア用下地膜を形成している間に
残留したガスを前記の加熱工程によって放出させること
は容易であるが、大気に晒すことによって取り込んだ酸
素を放出させることは困難である。大気に晒すことによ
って取り込まれた酸素が拡散バリア用下地膜中に残留し
ていると、この上にＣＶＤ法によって形成される第１の
銅膜との間の密着性に悪影響が及ぼされる。そこで、前
述したように、第１の銅膜が形成されまでの工程は、半
導体基板を大気に晒すことなく真空一貫の状態で行われ
ることが望ましい。
うと、大気中の酸素が拡散バリア用下地膜の中に取り込
まれてしまう。拡散バリア用下地膜を形成している間に
残留したガスを前記の加熱工程によって放出させること
は容易であるが、大気に晒すことによって取り込んだ酸
素を放出させることは困難である。大気に晒すことによ
って取り込まれた酸素が拡散バリア用下地膜中に残留し
ていると、この上にＣＶＤ法によって形成される第１の
銅膜との間の密着性に悪影響が及ぼされる。そこで、前
述したように、第１の銅膜が形成されまでの工程は、半
導体基板を大気に晒すことなく真空一貫の状態で行われ
ることが望ましい。
【００１８】また、前記において、拡散バリア用下地膜
を加熱する工程は、アニールの効果が現われる拡散バリ
ア用下地膜の成膜温度以上、すなわち、３００℃以上で
行うことが望ましい。ただし、半導体基板に熱的にダメ
ージを与えない温度領域、せいぜい６００℃くらいまで
で行うことが望ましい。
を加熱する工程は、アニールの効果が現われる拡散バリ
ア用下地膜の成膜温度以上、すなわち、３００℃以上で
行うことが望ましい。ただし、半導体基板に熱的にダメ
ージを与えない温度領域、せいぜい６００℃くらいまで
で行うことが望ましい。
【００１９】なお、前記において、拡散バリア用下地膜
の形成は、原料ガスとしてテトラキスジアルキルアミノ
チタン（本明細書において「ＴＤＡＡＴ」と表すことが
ある）を用いて行うことができる。
の形成は、原料ガスとしてテトラキスジアルキルアミノ
チタン（本明細書において「ＴＤＡＡＴ」と表すことが
ある）を用いて行うことができる。
【００２０】本願出願人は、ＭＯＣＶＤ（Metal Organi
c Chemical Vapor Deposition ）法により、原料として
ＴＤＡＡＴを用いて拡散バリア用下地膜としてのＴｉＮ
膜を形成し、この上にＣｕ膜を形成するＣｕ配線膜形成
方法において、拡散バリア用下地膜（ＴｉＮ膜）とＣｕ
配線膜との密着性を高めるために、拡散バリア用下地膜
（ＴｉＮ膜）の成膜工程と、Ｃｕ膜の成膜工程との間
に、拡散バリア用下地膜（ＴｉＮ膜）の成膜工程後、大
気に晒すことなく真空一貫の状態で、１Ｐａ〜１０ＫＰ
ａの圧力範囲、２００〜５００℃の温度範囲で加熱する
アニール工程を設けたＣｕ配線膜形成方法を提案してい
る（特開２０００−３３１９５７号）。
c Chemical Vapor Deposition ）法により、原料として
ＴＤＡＡＴを用いて拡散バリア用下地膜としてのＴｉＮ
膜を形成し、この上にＣｕ膜を形成するＣｕ配線膜形成
方法において、拡散バリア用下地膜（ＴｉＮ膜）とＣｕ
配線膜との密着性を高めるために、拡散バリア用下地膜
（ＴｉＮ膜）の成膜工程と、Ｃｕ膜の成膜工程との間
に、拡散バリア用下地膜（ＴｉＮ膜）の成膜工程後、大
気に晒すことなく真空一貫の状態で、１Ｐａ〜１０ＫＰ
ａの圧力範囲、２００〜５００℃の温度範囲で加熱する
アニール工程を設けたＣｕ配線膜形成方法を提案してい
る（特開２０００−３３１９５７号）。
【００２１】この特開２０００−３３１９５７号で提案
したＣｕ配線膜形成方法により、拡散バリア用下地膜
（ＴｉＮ膜）とＣｕ膜との間の密着性が良好なＣｕ配線
膜を形成することができている。
したＣｕ配線膜形成方法により、拡散バリア用下地膜
（ＴｉＮ膜）とＣｕ膜との間の密着性が良好なＣｕ配線
膜を形成することができている。
【００２２】本発明は、この特開２０００−３３１９５
７号や、前述した特願２００１−１３６２１で提案した
銅配線形成方法に更に検討と改良を加えて完成されたも
のである。
７号や、前述した特願２００１−１３６２１で提案した
銅配線形成方法に更に検討と改良を加えて完成されたも
のである。
【００２３】すなわち、本発明は、拡散バリア用下地膜
を成膜しその上にＣｕ膜を成膜する前に拡散バリア用下
地膜を所定の条件の下でアニール処理する工程を含むも
のであるが、特開２０００−３３１９５７号で提案され
ている発明とは異なり、拡散バリア用下地膜上に形成す
る第１の銅膜はＣｕシード膜とされ、この上に電解銅メ
ッキ法によって第２の銅膜が形成される銅配線膜形成方
法に関するものである。特に、このような銅配線膜形成
方法において、第１の銅膜（Ｃｕシード膜）と拡散バリ
ア用下地膜との密着性を改善すべく、第１の銅膜を電極
とした電解銅メッキ法による第２の銅膜形成の前に、第
１の銅膜をアニール処理する場合であっても、半導体基
板上のホールやトレンチパターンの上角部（開口部近
傍）といった基板表面の一部分において、Ｃｕシード膜
が弾かれその下の拡散バリア用下地膜が露出する現象が
生じないようにすることを目的として研究し、完成され
たものである。
を成膜しその上にＣｕ膜を成膜する前に拡散バリア用下
地膜を所定の条件の下でアニール処理する工程を含むも
のであるが、特開２０００−３３１９５７号で提案され
ている発明とは異なり、拡散バリア用下地膜上に形成す
る第１の銅膜はＣｕシード膜とされ、この上に電解銅メ
ッキ法によって第２の銅膜が形成される銅配線膜形成方
法に関するものである。特に、このような銅配線膜形成
方法において、第１の銅膜（Ｃｕシード膜）と拡散バリ
ア用下地膜との密着性を改善すべく、第１の銅膜を電極
とした電解銅メッキ法による第２の銅膜形成の前に、第
１の銅膜をアニール処理する場合であっても、半導体基
板上のホールやトレンチパターンの上角部（開口部近
傍）といった基板表面の一部分において、Ｃｕシード膜
が弾かれその下の拡散バリア用下地膜が露出する現象が
生じないようにすることを目的として研究し、完成され
たものである。
【００２４】本発明は、Ｃｕシード膜とされる第１の銅
膜を拡散バリア用下地膜の上に形成する前に拡散バリア
用下地膜をアニール処理することとし、この際の最も好
ましい条件を特定することにより完成されたものであ
る。
膜を拡散バリア用下地膜の上に形成する前に拡散バリア
用下地膜をアニール処理することとし、この際の最も好
ましい条件を特定することにより完成されたものであ
る。
【００２５】この本発明の方法によれば、拡散バリア用
下地膜上に形成した第１の銅膜をＣｕシード膜とし、こ
の上に、電解銅メッキ法によって第２の銅膜が形成され
る銅配線膜形成において、拡散バリア用下地膜とＣｕシ
ード膜との密着性の改善を図るべく第１の銅膜（Ｃｕシ
ード膜）を電極とした電解銅メッキ法による第２の銅膜
形成の前に第１の銅膜をアニール処理することとして
も、半導体基板上のホールやトレンチパターンの上角部
（開口部近傍）といった基板表面の一部分において、Ｃ
ｕシード膜が弾かれその下の拡散バリア用下地膜が露出
する現象が生じないようにできる。すなわち、拡散バリ
ア用下地膜上にＣＶＤ法によって第１の銅膜を形成し、
この上に第１の銅膜を電極として電解銅メッキ法により
第２の銅膜を形成する銅配線膜形成方法において、第１
の銅膜（Ｃｕシード膜）と拡散バリア用下地膜との密着
性を改善すべく、例えば、第１の銅膜の形成工程と第２
の銅膜形成工程との間に、２００〜５００℃の温度範囲
で、より好ましくは３５０〜４５０℃の温度範囲で、ま
たこの加熱工程における圧力雰囲気を１０ＫＰａ以上と
して第１の銅膜を加熱する工程を設けるようにしても、
本発明の方法を併用することによって、半導体基板上の
ホールやトレンチパターンの上角部（開口部近傍）とい
った基板表面の一部分において、Ｃｕシード膜が弾かれ
その下の拡散バリア用下地膜が露出する現象が生じない
ようにできる。
下地膜上に形成した第１の銅膜をＣｕシード膜とし、こ
の上に、電解銅メッキ法によって第２の銅膜が形成され
る銅配線膜形成において、拡散バリア用下地膜とＣｕシ
ード膜との密着性の改善を図るべく第１の銅膜（Ｃｕシ
ード膜）を電極とした電解銅メッキ法による第２の銅膜
形成の前に第１の銅膜をアニール処理することとして
も、半導体基板上のホールやトレンチパターンの上角部
（開口部近傍）といった基板表面の一部分において、Ｃ
ｕシード膜が弾かれその下の拡散バリア用下地膜が露出
する現象が生じないようにできる。すなわち、拡散バリ
ア用下地膜上にＣＶＤ法によって第１の銅膜を形成し、
この上に第１の銅膜を電極として電解銅メッキ法により
第２の銅膜を形成する銅配線膜形成方法において、第１
の銅膜（Ｃｕシード膜）と拡散バリア用下地膜との密着
性を改善すべく、例えば、第１の銅膜の形成工程と第２
の銅膜形成工程との間に、２００〜５００℃の温度範囲
で、より好ましくは３５０〜４５０℃の温度範囲で、ま
たこの加熱工程における圧力雰囲気を１０ＫＰａ以上と
して第１の銅膜を加熱する工程を設けるようにしても、
本発明の方法を併用することによって、半導体基板上の
ホールやトレンチパターンの上角部（開口部近傍）とい
った基板表面の一部分において、Ｃｕシード膜が弾かれ
その下の拡散バリア用下地膜が露出する現象が生じない
ようにできる。
【００２６】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の好適な実施形態
を添付図面に基づいて説明する。
を添付図面に基づいて説明する。
【００２７】図１は、本発明の銅配線膜形成方法に使用
される銅配線膜形成装置の一例の概略構成を表すもので
ある。
される銅配線膜形成装置の一例の概略構成を表すもので
ある。
【００２８】図１図示の装置は、図２図示のように、半
導体基板１上に形成され、凹部が設けられた絶縁膜２上
に、拡散バリア用下地膜としてＴｉＮ膜３がＭＯＣＶＤ
（Metal Organic Chemical Vapor Deposition ）で成膜
され、このＴｉＮ膜３を加熱（アニール）した後、ＣＶ
Ｄ法によって第一の銅膜４を当該アニール処理後のＴｉ
Ｎ膜３の上に形成し、次いで、この第一の銅膜４を加熱
（アニール）する工程を行うまでのシステムの一例を表
すものである。
導体基板１上に形成され、凹部が設けられた絶縁膜２上
に、拡散バリア用下地膜としてＴｉＮ膜３がＭＯＣＶＤ
（Metal Organic Chemical Vapor Deposition ）で成膜
され、このＴｉＮ膜３を加熱（アニール）した後、ＣＶ
Ｄ法によって第一の銅膜４を当該アニール処理後のＴｉ
Ｎ膜３の上に形成し、次いで、この第一の銅膜４を加熱
（アニール）する工程を行うまでのシステムの一例を表
すものである。
【００２９】この場合、絶縁膜２が、例えば有機低誘電
率膜であってもかまわない。しかも、拡散バリア用下地
膜は、ＴｉＮ膜に限られることなく、Ｔａ、ＴａＮ、Ｗ
ｘＮや、ＴｉＳｉＮ等の高融点金属膜でも可能であり、
また、この拡散バリア用下地膜の成膜方法もＣＶＤ法に
限られず、スパッタリングなどを用いてもかまわない。
また、拡散バリア用下地膜は、成膜後、膜質の改善のた
め、水素やＡｒガスなどのプラズマにさらされていても
かまわない。
率膜であってもかまわない。しかも、拡散バリア用下地
膜は、ＴｉＮ膜に限られることなく、Ｔａ、ＴａＮ、Ｗ
ｘＮや、ＴｉＳｉＮ等の高融点金属膜でも可能であり、
また、この拡散バリア用下地膜の成膜方法もＣＶＤ法に
限られず、スパッタリングなどを用いてもかまわない。
また、拡散バリア用下地膜は、成膜後、膜質の改善のた
め、水素やＡｒガスなどのプラズマにさらされていても
かまわない。
【００３０】図１図示の銅配線膜形成装置は、一例とし
てマルチチャンバ方式の装置として構成され、搬送ロボ
ット（基板搬送機構）１８を内蔵したセパレーションチ
ャンバ（トランスファーチャンバ）１４が中央に設けら
れ、セパレーションチャンバ１４の周囲に３つのプロセ
スチャンバ、すなわち拡散バリア用ＴｉＮＣＶＤチャン
バ１１、銅膜用ＣＶＤチャンバ１２、アニールチャンバ
１３を配し、さらに、２つのロード／アンロード・ロッ
クモジュール１５、１６が付設されているものである。
各チャンバ等には、ゲートバルブ１７が設けられてい
る。
てマルチチャンバ方式の装置として構成され、搬送ロボ
ット（基板搬送機構）１８を内蔵したセパレーションチ
ャンバ（トランスファーチャンバ）１４が中央に設けら
れ、セパレーションチャンバ１４の周囲に３つのプロセ
スチャンバ、すなわち拡散バリア用ＴｉＮＣＶＤチャン
バ１１、銅膜用ＣＶＤチャンバ１２、アニールチャンバ
１３を配し、さらに、２つのロード／アンロード・ロッ
クモジュール１５、１６が付設されているものである。
各チャンバ等には、ゲートバルブ１７が設けられてい
る。
【００３１】なお、ここで「モジュール」とは、装置・
機械・システムを構成する部分で、機能的にまとまった
部分を意味する。したがって、前記の３つのプロセスチ
ャンバ（拡散バリア用ＴｉＮＣＶＤチャンバ１１、銅膜
用ＣＶＤチャンバ１２、アニールチャンバ１３）も当
然、モジュールとして構成されており、これらのプロセ
スが実施される場所を指す用語としてチャンバが使用さ
れる。
機械・システムを構成する部分で、機能的にまとまった
部分を意味する。したがって、前記の３つのプロセスチ
ャンバ（拡散バリア用ＴｉＮＣＶＤチャンバ１１、銅膜
用ＣＶＤチャンバ１２、アニールチャンバ１３）も当
然、モジュールとして構成されており、これらのプロセ
スが実施される場所を指す用語としてチャンバが使用さ
れる。
【００３２】セパレーションチャンバ１４の内部には、
搬送ロボット（基板搬送機構）１８が設けられ、搬送ロ
ボット１８は、そのハンドで基板１９を各チャンバ等に
搬入、又は、各チャンバ等から搬出する。上記装置にお
いて、カセット（図示せず）にセットされた１枚の基板
１９は、図面左側のロード／アンロード・ロック・モジ
ュール１５から搬送ロボット１８によってセパレーショ
ンチャンバ１４内に搬入される。
搬送ロボット（基板搬送機構）１８が設けられ、搬送ロ
ボット１８は、そのハンドで基板１９を各チャンバ等に
搬入、又は、各チャンバ等から搬出する。上記装置にお
いて、カセット（図示せず）にセットされた１枚の基板
１９は、図面左側のロード／アンロード・ロック・モジ
ュール１５から搬送ロボット１８によってセパレーショ
ンチャンバ１４内に搬入される。
【００３３】拡散バリア用ＴｉＮＣＶＤチャンバ１１、
銅膜用ＣＶＤチャンバ１２、アニールチャンバ１３のそ
れぞれのチャンバで所定のプロセスが行われる。まず、
図２（ａ）図示のように、半導体基板１上に形成され、
凹部が設けられた絶縁膜２上に、拡散バリア用下地膜と
してＴｉＮ膜３がＭＯＣＶＤ法で成膜される。次に、こ
のＴｉＮ膜３を加熱（アニール）する工程が行われる
（図２（ｂ））。次いで、このアニール処理後のＴｉＮ
膜３の上にＣＶＤ法によって第一の銅膜４が形成される
（図２（ｃ））。そして、図２（ｄ）図示のように、こ
の第一の銅膜４を加熱（アニール）する工程が行われ
る。これらの一連の処理が施された基板１９は、搬送ロ
ボット１８によってロード／アンロード・ロックモジュ
ール１６に戻されて搬出される。上記の構成において、
プロセスチャンバについてもう少し詳細に述べる。
銅膜用ＣＶＤチャンバ１２、アニールチャンバ１３のそ
れぞれのチャンバで所定のプロセスが行われる。まず、
図２（ａ）図示のように、半導体基板１上に形成され、
凹部が設けられた絶縁膜２上に、拡散バリア用下地膜と
してＴｉＮ膜３がＭＯＣＶＤ法で成膜される。次に、こ
のＴｉＮ膜３を加熱（アニール）する工程が行われる
（図２（ｂ））。次いで、このアニール処理後のＴｉＮ
膜３の上にＣＶＤ法によって第一の銅膜４が形成される
（図２（ｃ））。そして、図２（ｄ）図示のように、こ
の第一の銅膜４を加熱（アニール）する工程が行われ
る。これらの一連の処理が施された基板１９は、搬送ロ
ボット１８によってロード／アンロード・ロックモジュ
ール１６に戻されて搬出される。上記の構成において、
プロセスチャンバについてもう少し詳細に述べる。
【００３４】拡散バリア用ＴｉＮＣＶＤチャンバ１１、
銅膜用ＣＶＤチャンバ１２、アニールチャンバ１３は、
それぞれ真空排気機構１１ａ、１２ａ、１３ａを備えて
いる。各プロセスチャンバは、その真空排気機構１１
ａ、１２ａ、１３ａによって内部を適宜、減圧状態、す
なわち所望の真空状態に保持される。真空排気機構１１
ａ、１２ａ、１３ａの動作はコントローラ２０によって
制御される。
銅膜用ＣＶＤチャンバ１２、アニールチャンバ１３は、
それぞれ真空排気機構１１ａ、１２ａ、１３ａを備えて
いる。各プロセスチャンバは、その真空排気機構１１
ａ、１２ａ、１３ａによって内部を適宜、減圧状態、す
なわち所望の真空状態に保持される。真空排気機構１１
ａ、１２ａ、１３ａの動作はコントローラ２０によって
制御される。
【００３５】拡散バリア用ＴｉＮＣＶＤチャンバ１１、
銅膜用ＣＶＤチャンバ１２、アニールチャンバ１３の各
プロセスチャンバは、搬送ロボット１８により各プロセ
スチャンバ内に搬入される基板１９を配置できる基板支
持機構（不図示）を具備し、その上で各工程のプロセス
が進行し、しかも、基板１９を所定の温度に加熱できる
基板加熱機構（不図示）も設置されている。
銅膜用ＣＶＤチャンバ１２、アニールチャンバ１３の各
プロセスチャンバは、搬送ロボット１８により各プロセ
スチャンバ内に搬入される基板１９を配置できる基板支
持機構（不図示）を具備し、その上で各工程のプロセス
が進行し、しかも、基板１９を所定の温度に加熱できる
基板加熱機構（不図示）も設置されている。
【００３６】アニールチャンバ１３で使用されるガス
（主にＡｒが使用されるが、Ｎ2、Ｈ2も使用可能）は、
主にＭＦＣ（マスフローコントローラ）と配管より構成
されるガス供給系（図示せず）により、アニールチャン
バ１３内へ導入される。なお、その他のチャンバで使用
されるプロセスガスの流量制御も上記コントローラ２０
によって行われる。
（主にＡｒが使用されるが、Ｎ2、Ｈ2も使用可能）は、
主にＭＦＣ（マスフローコントローラ）と配管より構成
されるガス供給系（図示せず）により、アニールチャン
バ１３内へ導入される。なお、その他のチャンバで使用
されるプロセスガスの流量制御も上記コントローラ２０
によって行われる。
【００３７】本発明に係るＣｕ配線膜形成方法は、前述
のように、基板１９が、拡散バリア用ＴｉＮＣＶＤチャ
ンバ１１、アニールチャンバ１３、銅膜用ＣＶＤチャン
バ１２、アニールチャンバ１３の順に搬送され、それぞ
れ拡散バリア用のＴｉＮ膜３が成膜された後に、アニー
ル処理が行われ、次いで、第一の銅膜４が成膜され、次
に第一の銅膜４をアニール処理するという各工程の順序
を特徴としている。図１図示の装置を用いて行われるこ
れらの各工程のプロセス条件の一例を以下に説明する。
のように、基板１９が、拡散バリア用ＴｉＮＣＶＤチャ
ンバ１１、アニールチャンバ１３、銅膜用ＣＶＤチャン
バ１２、アニールチャンバ１３の順に搬送され、それぞ
れ拡散バリア用のＴｉＮ膜３が成膜された後に、アニー
ル処理が行われ、次いで、第一の銅膜４が成膜され、次
に第一の銅膜４をアニール処理するという各工程の順序
を特徴としている。図１図示の装置を用いて行われるこ
れらの各工程のプロセス条件の一例を以下に説明する。
【００３８】まず、半導体基板１上に形成され、凹部が
設けられた絶縁膜２上に、拡散バリア用ＴｉＮＣＶＤチ
ャンバ１１によって、拡散バリア用下地膜としてＴｉＮ
膜３がＭＯＣＶＤで成膜される（図２（ａ）図示）。具
体的な成膜工程は次のように行われる。
設けられた絶縁膜２上に、拡散バリア用ＴｉＮＣＶＤチ
ャンバ１１によって、拡散バリア用下地膜としてＴｉＮ
膜３がＭＯＣＶＤで成膜される（図２（ａ）図示）。具
体的な成膜工程は次のように行われる。
【００３９】拡散バリア用ＴｉＮＣＶＤチャンバ１１内
の内部圧力は、例えば、０．１〜１５Ｐａの範囲で、基
板１９の温度は、約３００〜４００℃となるように加熱
される。この状態で、まず原料ガスとしてＴＤＡＡＴ
（テトラキスジアルキルアミノチタン）を、例えば、
０．００４〜０．２ｇ／ｍｉｎの範囲で供給する。この
とき、配管内で原料ガスの流動性を良くするために添加
するキャリアガス（Ａｒ：アルゴンガス）は、約０．０
５〜３．０ｇ／ｍｉｎ（約３０〜１７０ｍｌ／ｍｉｎ）
の流量範囲とする。添加ガス（ＮＨ３ ：アンモニアガ
ス）は、例えば、０．７６〜３８０ｍｇ／ｍｉｎの流量
範囲で供給される。上記の条件で、拡散バリア膜３を、
１０ｎｍの膜厚で成膜した（図２（ａ））。
の内部圧力は、例えば、０．１〜１５Ｐａの範囲で、基
板１９の温度は、約３００〜４００℃となるように加熱
される。この状態で、まず原料ガスとしてＴＤＡＡＴ
（テトラキスジアルキルアミノチタン）を、例えば、
０．００４〜０．２ｇ／ｍｉｎの範囲で供給する。この
とき、配管内で原料ガスの流動性を良くするために添加
するキャリアガス（Ａｒ：アルゴンガス）は、約０．０
５〜３．０ｇ／ｍｉｎ（約３０〜１７０ｍｌ／ｍｉｎ）
の流量範囲とする。添加ガス（ＮＨ３ ：アンモニアガ
ス）は、例えば、０．７６〜３８０ｍｇ／ｍｉｎの流量
範囲で供給される。上記の条件で、拡散バリア膜３を、
１０ｎｍの膜厚で成膜した（図２（ａ））。
【００４０】次に、上記拡散バリア用下地膜（ＴｉＮ
膜）の成膜工程を終えた基板１９は、アニールチャンバ
１３内に搬入され、ここで、図２（ｂ）図示のようにＴ
ｉＮ膜３を加熱（アニール）する工程が行われる。
膜）の成膜工程を終えた基板１９は、アニールチャンバ
１３内に搬入され、ここで、図２（ｂ）図示のようにＴ
ｉＮ膜３を加熱（アニール）する工程が行われる。
【００４１】アニールの条件は、アニールチャンバ１３
の内部圧力を到達真空度で１×１０ -4Ｐａ以下の真空状
態に一旦した後行われる。
の内部圧力を到達真空度で１×１０ -4Ｐａ以下の真空状
態に一旦した後行われる。
【００４２】このとき、０2（酸素）やＨ2０（水）の分
圧が到達真空度と同等レベル以上に充分低い値であるこ
とがより好ましい。つまり、このアニールの際には、Ｈ
2０の分圧を下げ、酸化を防止することがＣｕシード膜
の凝集防止により有効であると考えられるからである。
圧が到達真空度と同等レベル以上に充分低い値であるこ
とがより好ましい。つまり、このアニールの際には、Ｈ
2０の分圧を下げ、酸化を防止することがＣｕシード膜
の凝集防止により有効であると考えられるからである。
【００４３】基板１９の加熱温度は、アニールの効果が
現われる拡散バリア用下地膜であるＴｉＮ膜３の成膜温
度以上、つまり、３００℃以上が好ましい。アニール温
度の上限は、基板１９に熱的にダメージを与えない温度
領域、せいぜい６００℃くらいまでが望ましい。
現われる拡散バリア用下地膜であるＴｉＮ膜３の成膜温
度以上、つまり、３００℃以上が好ましい。アニール温
度の上限は、基板１９に熱的にダメージを与えない温度
領域、せいぜい６００℃くらいまでが望ましい。
【００４４】アニール時間は、少なくとも拡散バリア用
下地膜であるＴｉＮ膜３の下限である３００℃に達する
までの昇温時間が、加熱として費やされていれば効果が
現れる。
下地膜であるＴｉＮ膜３の下限である３００℃に達する
までの昇温時間が、加熱として費やされていれば効果が
現れる。
【００４５】次に、上記ＴｉＮの成膜工程とアニール処
理工程とを終えた基板１９は、銅膜用ＣＶＤチャンバ１
２内に搬入され、ここで、拡散バリア用下地膜としての
ＴｉＮ膜３の上に、ＣＶＤ法によって第一の銅膜４が形
成されて図２（ｃ）図示の状態となる銅薄膜の成膜工程
が行われる。
理工程とを終えた基板１９は、銅膜用ＣＶＤチャンバ１
２内に搬入され、ここで、拡散バリア用下地膜としての
ＴｉＮ膜３の上に、ＣＶＤ法によって第一の銅膜４が形
成されて図２（ｃ）図示の状態となる銅薄膜の成膜工程
が行われる。
【００４６】銅膜用ＣＶＤチャンバ１２内の内部圧力は
例えば１．０ＫＰａに保持され、基板１９の温度は約１
７０℃に設定されている。この状態で、原料ガスとして
Ｃｕ（ｈｆａｃ）（ｔｍｖｓ）（トリメチルビニルシリ
ルヘキサフルオロアセチルアセトナト酸塩銅Ｉ）を使用
し、第一の銅膜４の成膜を行った（図２（ｃ））。
例えば１．０ＫＰａに保持され、基板１９の温度は約１
７０℃に設定されている。この状態で、原料ガスとして
Ｃｕ（ｈｆａｃ）（ｔｍｖｓ）（トリメチルビニルシリ
ルヘキサフルオロアセチルアセトナト酸塩銅Ｉ）を使用
し、第一の銅膜４の成膜を行った（図２（ｃ））。
【００４７】最後に、第１の銅膜４の成膜工程を終えた
基板１９は、アニールチャンバ１３内に搬入され、ここ
で、図２（ｄ）図示のように、第１の銅膜４を加熱（ア
ニール）する工程が行われる。アニールの条件は、例え
ば、アニールチャンバ１３内にアルゴンガス（Ａｒ）を
導入し、内部圧力を０．００８〜４０ＫＰａに保持して
行う。使用されるガスは、Ａｒ以外に窒素（Ｎ2）もし
くは水素のいずれかでもよく、２種類以上の混合ガスで
行ってもかまわない。基板１９の温度は、３００〜５０
０℃であり、加熱時間は、例えば３０分である。
基板１９は、アニールチャンバ１３内に搬入され、ここ
で、図２（ｄ）図示のように、第１の銅膜４を加熱（ア
ニール）する工程が行われる。アニールの条件は、例え
ば、アニールチャンバ１３内にアルゴンガス（Ａｒ）を
導入し、内部圧力を０．００８〜４０ＫＰａに保持して
行う。使用されるガスは、Ａｒ以外に窒素（Ｎ2）もし
くは水素のいずれかでもよく、２種類以上の混合ガスで
行ってもかまわない。基板１９の温度は、３００〜５０
０℃であり、加熱時間は、例えば３０分である。
【００４８】ここで、銅膜用ＣＶＤチャンバ１２までの
工程、つまり、バリア用下地膜（ＴｉＮ膜３）に第１の
銅膜４を形成するまでの工程（図２（ａ）〜図２（ｃ）
の工程）は、処理中の基板１９を大気に晒すことなく、
真空の雰囲気で連続的に進行されることが望ましい。し
かし、第１の銅膜４が形成された基板１９は、第１の銅
膜４に対するアニール工程の前に大気に晒してもかまわ
ない。したがって、例えば、図１図示のマルチチャンバ
方式におけるアニールチャンバ１３のように、真空の状
態を維持したままで一連の工程の中で連続的に第１の銅
膜４に対するアニール工程を行ってもよく、図示してい
ないが、第１の銅膜４を大気に晒して、例えば、電気炉
でアニール工程を行ってもよい。
工程、つまり、バリア用下地膜（ＴｉＮ膜３）に第１の
銅膜４を形成するまでの工程（図２（ａ）〜図２（ｃ）
の工程）は、処理中の基板１９を大気に晒すことなく、
真空の雰囲気で連続的に進行されることが望ましい。し
かし、第１の銅膜４が形成された基板１９は、第１の銅
膜４に対するアニール工程の前に大気に晒してもかまわ
ない。したがって、例えば、図１図示のマルチチャンバ
方式におけるアニールチャンバ１３のように、真空の状
態を維持したままで一連の工程の中で連続的に第１の銅
膜４に対するアニール工程を行ってもよく、図示してい
ないが、第１の銅膜４を大気に晒して、例えば、電気炉
でアニール工程を行ってもよい。
【００４９】第１の銅膜４に対するアニール工程後は、
第１の銅膜４を電解銅メッキの電極（Ｃｕシード膜）に
して基板１９の凹部を第２の銅膜５で埋め込む（図２
（ｅ）の工程）。
第１の銅膜４を電解銅メッキの電極（Ｃｕシード膜）に
して基板１９の凹部を第２の銅膜５で埋め込む（図２
（ｅ）の工程）。
【００５０】
【実験例１】以下の条件で、図２（ａ）〜図２（ｄ）の
工程を行ってＣｕシード膜を形成し、これを実験例とし
た。 ＴｉＮ膜（拡散バリア用下地膜）の成膜条件 原料ガス（ＴＤＡＡＴ）流量：０．０４ｇ／ｍｉｎ キャリアガス（Ｎ2）流量：５０〜３００ｍｌ／ｍｉｎ
で調整 添加ガス（ＮＨ3）流量：１．１ｍｌ／ｍｉｎ 加熱温度：３００℃ 内部圧力：１０Ｐａ 膜厚：１０ｎｍ ＴｉＮ膜のアニール条件 到達真空度：１×１０-4Ｐａ（アニール開始前の到達真
空度） 加熱温度：４００℃ 加熱時間：１０分 Ｃｕシード膜（第１の銅膜）の成膜条件 原料ガス（Ｃｕ（ｈｆａｃ）（ｔｍｖｓ））流量：１ｇ
／ｍｉｎ キャリアガス（Ａｒ）流量：１００〜１０００ｍｌ／ｍ
ｉｎで調整 加熱温度：２００℃ 内部圧力：５００Ｐａ 膜厚：５０ｎｍ Ｃｕシード膜（第１の銅膜）のアニール条件 内部圧力：４００Ｐａ 加熱温度：４００℃ 加熱時間：３０分
工程を行ってＣｕシード膜を形成し、これを実験例とし
た。 ＴｉＮ膜（拡散バリア用下地膜）の成膜条件 原料ガス（ＴＤＡＡＴ）流量：０．０４ｇ／ｍｉｎ キャリアガス（Ｎ2）流量：５０〜３００ｍｌ／ｍｉｎ
で調整 添加ガス（ＮＨ3）流量：１．１ｍｌ／ｍｉｎ 加熱温度：３００℃ 内部圧力：１０Ｐａ 膜厚：１０ｎｍ ＴｉＮ膜のアニール条件 到達真空度：１×１０-4Ｐａ（アニール開始前の到達真
空度） 加熱温度：４００℃ 加熱時間：１０分 Ｃｕシード膜（第１の銅膜）の成膜条件 原料ガス（Ｃｕ（ｈｆａｃ）（ｔｍｖｓ））流量：１ｇ
／ｍｉｎ キャリアガス（Ａｒ）流量：１００〜１０００ｍｌ／ｍ
ｉｎで調整 加熱温度：２００℃ 内部圧力：５００Ｐａ 膜厚：５０ｎｍ Ｃｕシード膜（第１の銅膜）のアニール条件 内部圧力：４００Ｐａ 加熱温度：４００℃ 加熱時間：３０分
【００５１】一方、ＴｉＮ膜のアニール開始前の到達真
空度を１×１０-3Ｐａとした以外は前記と同一の条件に
して、図２（ａ）〜図２（ｄ）の工程を行ってＣｕシー
ド膜を形成し、これを比較例とした。
空度を１×１０-3Ｐａとした以外は前記と同一の条件に
して、図２（ａ）〜図２（ｄ）の工程を行ってＣｕシー
ド膜を形成し、これを比較例とした。
【００５２】実験例と比較例についてそれぞれ表面をＳ
ＥＭ（走査型電子顕微鏡）で観察したところ、図３
（ａ）（実験例：ＴｉＮ膜のアニールの際、到達真空度
で１×１０-4Ｐａの真空状態としてからアニールを開始
した）、図３（ｂ）（比較例：ＴｉＮ膜のアニールの
際、到達真空度で１×１０-3Ｐａの真空状態としてから
アニールを開始した）の結果が得られた。
ＥＭ（走査型電子顕微鏡）で観察したところ、図３
（ａ）（実験例：ＴｉＮ膜のアニールの際、到達真空度
で１×１０-4Ｐａの真空状態としてからアニールを開始
した）、図３（ｂ）（比較例：ＴｉＮ膜のアニールの
際、到達真空度で１×１０-3Ｐａの真空状態としてから
アニールを開始した）の結果が得られた。
【００５３】比較例（図３（ｂ））の場合、孔の入り口
部の上角部（開口部近傍）でＣｕシード膜が拡散バリア
用下地膜に弾かれ、拡散バリア用下地膜が一部露出して
いた。一方、実験例（図３（ａ））の場合、Ｃｕシード
膜は拡散バリア用下地膜に弾かれることなく連続であっ
た。
部の上角部（開口部近傍）でＣｕシード膜が拡散バリア
用下地膜に弾かれ、拡散バリア用下地膜が一部露出して
いた。一方、実験例（図３（ａ））の場合、Ｃｕシード
膜は拡散バリア用下地膜に弾かれることなく連続であっ
た。
【００５４】この実験結果から、本発明の銅配線形成方
法によれば、密着性の改善に有効なＣｕシード膜のアニ
ール処理を行っても、半導体基板上のホールの上角部
（開口部近傍）といった基板表面において、Ｃｕシード
膜が弾かれその下の拡散バリア用下地膜が露出する現象
を起こさずにアニール処理を行うことができることを確
認できた。
法によれば、密着性の改善に有効なＣｕシード膜のアニ
ール処理を行っても、半導体基板上のホールの上角部
（開口部近傍）といった基板表面において、Ｃｕシード
膜が弾かれその下の拡散バリア用下地膜が露出する現象
を起こさずにアニール処理を行うことができることを確
認できた。
【００５５】
【実験例２】図２（ｂ）図示の加熱（アニール）工程に
おけるアニールチャンバ１３の到達圧力と、ホール上角
部被覆率（％）との関係に関する実験を以下のように行
ったところ、図４図示の結果が得られた。
おけるアニールチャンバ１３の到達圧力と、ホール上角
部被覆率（％）との関係に関する実験を以下のように行
ったところ、図４図示の結果が得られた。
【００５６】実験は、凹部（ホール）が設けられている
８インチウェハ上の絶縁膜に拡散バリア用下地膜を形成
した後、当該拡散バリア用下地膜をアニール処理し、次
いで、この上に、ＣｕＣＶＤ法によってＣｕシード膜
（第１の銅膜）を形成するにあたり、拡散バリア用下地
膜をアニール処理する際の、アニールチャンバ１３の到
達圧力を変更した以外の条件を一定にしてＣｕシード膜
を形成し、８インチウェハの中心部の所定領域における
試験パターンでの被覆状況をＳＥＭで確認したものであ
る。
８インチウェハ上の絶縁膜に拡散バリア用下地膜を形成
した後、当該拡散バリア用下地膜をアニール処理し、次
いで、この上に、ＣｕＣＶＤ法によってＣｕシード膜
（第１の銅膜）を形成するにあたり、拡散バリア用下地
膜をアニール処理する際の、アニールチャンバ１３の到
達圧力を変更した以外の条件を一定にしてＣｕシード膜
を形成し、８インチウェハの中心部の所定領域における
試験パターンでの被覆状況をＳＥＭで確認したものであ
る。
【００５７】所定領域の全ホール数に対し、ホールの上
角部で拡散バリア用下地膜が露出されることなく完全に
被覆されていたホール数の割合（ホール上角部被覆率）
を算出した。ホール上角部被覆率：１００％は、所定領
域のホールすべてが、ホール上角部で拡散バリア用下地
膜が露出されることなく完全に被覆されていたことを示
す。
角部で拡散バリア用下地膜が露出されることなく完全に
被覆されていたホール数の割合（ホール上角部被覆率）
を算出した。ホール上角部被覆率：１００％は、所定領
域のホールすべてが、ホール上角部で拡散バリア用下地
膜が露出されることなく完全に被覆されていたことを示
す。
【００５８】図４中、横軸は、図２（ｂ）図示の拡散バ
リア用下地膜を加熱する工程が開始される前のアニール
チャンバ１３の到達圧力、縦軸は、ホール上角部被覆率
を表している。図４に示された実験結果から、アニール
チャンバ１３の到達圧力を１×１０-4Ｐａ以下の真空状
態に一旦した後に、図２（ｂ）図示の拡散バリア用下地
膜を加熱する工程を行うことにより、密着性の改善に有
効なＣｕシード膜のアニール処理を行っても、半導体基
板上のホールの上角部（開口部近傍）といった基板表面
において、Ｃｕシード膜が弾かれその下の拡散バリア用
下地膜が露出する現象を起こさずにアニール処理を行う
ことができることを確認できた。
リア用下地膜を加熱する工程が開始される前のアニール
チャンバ１３の到達圧力、縦軸は、ホール上角部被覆率
を表している。図４に示された実験結果から、アニール
チャンバ１３の到達圧力を１×１０-4Ｐａ以下の真空状
態に一旦した後に、図２（ｂ）図示の拡散バリア用下地
膜を加熱する工程を行うことにより、密着性の改善に有
効なＣｕシード膜のアニール処理を行っても、半導体基
板上のホールの上角部（開口部近傍）といった基板表面
において、Ｃｕシード膜が弾かれその下の拡散バリア用
下地膜が露出する現象を起こさずにアニール処理を行う
ことができることを確認できた。
【００５９】以上、添付図面を参照して本発明の好まし
い実施形態を説明したが、本発明はかかる実施形態に限
定されるものではなく、特許請求の範囲の記載から把握
される技術的範囲において種々の形態に変更可能であ
る。
い実施形態を説明したが、本発明はかかる実施形態に限
定されるものではなく、特許請求の範囲の記載から把握
される技術的範囲において種々の形態に変更可能であ
る。
【００６０】
【発明の効果】本発明の銅配線形成方法によれば、密着
性の改善に有効なＣｕシード膜のアニール処理を行って
も、半導体基板上のホールやトレンチパターンの上角部
（開口部近傍）といった基板表面において、Ｃｕシード
膜が弾かれその下の拡散バリア用下地膜が露出する現象
を起こさずにアニール処理を行うことができ、銅配線と
しての信頼性を確保した上で、密着性の改善を図ること
ができる。
性の改善に有効なＣｕシード膜のアニール処理を行って
も、半導体基板上のホールやトレンチパターンの上角部
（開口部近傍）といった基板表面において、Ｃｕシード
膜が弾かれその下の拡散バリア用下地膜が露出する現象
を起こさずにアニール処理を行うことができ、銅配線と
しての信頼性を確保した上で、密着性の改善を図ること
ができる。
【図１】 本発明の銅配線膜形成方法に使用される銅配
線膜形成装置の一例の概略構成を表す図。
線膜形成装置の一例の概略構成を表す図。
【図２】 本発明の銅配線膜形成方法の工程を説明する
図であって、（ａ）は半導体基板上に形成され、凹部が
設けられた絶縁膜上に、拡散バリア用下地膜が成膜され
た状態の一部断面図、（ｂ）は図２（ａ）図示の工程の
後に加熱処理が施されている状態を説明する一部断面
図、（ｃ）は、更に第一の銅膜が形成された状態の一部
断面図、（ｄ）は図２（ｃ）図示の工程の後に加熱処理
が施されている状態を説明する一部断面図、（ｅ）は第
二の銅膜が形成された状態の一部断面図。
図であって、（ａ）は半導体基板上に形成され、凹部が
設けられた絶縁膜上に、拡散バリア用下地膜が成膜され
た状態の一部断面図、（ｂ）は図２（ａ）図示の工程の
後に加熱処理が施されている状態を説明する一部断面
図、（ｃ）は、更に第一の銅膜が形成された状態の一部
断面図、（ｄ）は図２（ｃ）図示の工程の後に加熱処理
が施されている状態を説明する一部断面図、（ｅ）は第
二の銅膜が形成された状態の一部断面図。
【図３】 （ａ）本発明の銅配線膜形成方法によって形
成されたＣｕシード膜（アニールチャンバの到達真空度
を１×１０-4Ｐａの真空状態としてから拡散バリア用下
地膜のアニールを開始）におけるＣｕシード膜アニール
後の表面のＳＥＭ写真、（ｂ）本発明の銅配線膜形成方
法によらないＣｕシード膜（アニールチャンバの到達真
空度を１×１０−３Ｐａの真空状態としてから拡散バリ
ア用下地膜のアニールを開始）におけるＣｕシード膜ア
ニール後の表面のＳＥＭ写真。
成されたＣｕシード膜（アニールチャンバの到達真空度
を１×１０-4Ｐａの真空状態としてから拡散バリア用下
地膜のアニールを開始）におけるＣｕシード膜アニール
後の表面のＳＥＭ写真、（ｂ）本発明の銅配線膜形成方
法によらないＣｕシード膜（アニールチャンバの到達真
空度を１×１０−３Ｐａの真空状態としてから拡散バリ
ア用下地膜のアニールを開始）におけるＣｕシード膜ア
ニール後の表面のＳＥＭ写真。
【図４】 拡散バリア用下地膜アニール開始前のアニー
ルチャンバ到達圧力と、Ｃｕシード膜アニール後のホー
ル上角部被覆率との実験結果を表すグラフ。
ルチャンバ到達圧力と、Ｃｕシード膜アニール後のホー
ル上角部被覆率との実験結果を表すグラフ。
１ 半導体基板
２ 絶縁膜
３ ＴｉＮ膜（拡散バリア用下地膜）
４ 第一の銅膜
５ 第二の銅膜
１１ 拡散バリア用ＴｉＮＣＶＤチャンバ
１１ａ、１２ａ、１３ａ 真空排気機構
１２ 銅膜用ＣＶＤチャンバ
１３ アニールチャンバ
１４ セパレーションチャンバ（トランスファーチャン
バ） １５、１６ ロード／アンロード・ロックモジュール １７ ゲートバルブ １８ 搬送ロボット（基板搬送機構） １９ 基板 ２０ コントローラ
バ） １５、１６ ロード／アンロード・ロックモジュール １７ ゲートバルブ １８ 搬送ロボット（基板搬送機構） １９ 基板 ２０ コントローラ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 國信 隆史
東京都府中市四谷５−８−１ アネルバ株
式会社内
(72)発明者 小出 知昭
東京都府中市四谷５−８−１ アネルバ株
式会社内
(72)発明者 大塚 喜隆
東京都府中市四谷５−８−１ アネルバ株
式会社内
(72)発明者 関口 敦
東京都府中市四谷５−８−１ アネルバ株
式会社内
Ｆターム(参考） 5F033 HH11 HH21 HH27 HH32 HH33
HH34 MM01 MM12 MM13 PP02
PP11 PP15 PP27 QQ73 QQ85
RR21 WW03 WW05 XX13 XX24
Claims (4)
- 【請求項１】 半導体基板上に形成され、凹部が設けら
れた絶縁膜上に拡散バリア用下地膜を形成し、さらにそ
の上にＣＶＤ法によって、第１の銅膜が形成される工程
と、当該第１の銅膜を電極とした電解メッキ法により第
２の銅膜が形成される銅配線膜形成方法において、前記
拡散バリア用下地膜を形成する工程と第１の銅膜形成工
程の間に、当該拡散バリア用下地膜を、到達真空度で１
×１０ -4Ｐａ以下の真空状態にしてから加熱する工程が
設けられていることを特徴とする銅配線膜形成方法。 - 【請求項２】 半導体基板上に形成され、凹部が設けら
れた絶縁膜上に拡散バリア用下地膜が形成された後、当
該拡散バリア用下地膜を、到達真空度で１×１０-4Ｐａ
以下の真空状態にしてから加熱し、その上にＣＶＤ法に
よって第１の銅膜が形成されるまでの工程は、前記半導
体基板を大気に晒すことなく真空一貫の状態で行われる
ことを特徴とする請求項１項記載の銅配線膜形成方法。 - 【請求項３】 拡散バリア用下地膜を加熱する工程は３
００℃以上で加熱するものであることを特徴とする請求
項１又は２記載の銅配線膜形成方法。 - 【請求項４】 拡散バリア用下地膜の形成は、原料ガス
としてテトラキスジアルキルアミノチタンを用いて行わ
れることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項記
載の銅配線膜形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002085757A JP4327407B2 (ja) | 2002-03-26 | 2002-03-26 | 銅配線膜形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002085757A JP4327407B2 (ja) | 2002-03-26 | 2002-03-26 | 銅配線膜形成方法 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2007122001A Division JP2007214593A (ja) | 2007-05-07 | 2007-05-07 | 銅配線膜形成方法及び配線膜 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003282572A true JP2003282572A (ja) | 2003-10-03 |
| JP4327407B2 JP4327407B2 (ja) | 2009-09-09 |
Family
ID=29232600
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002085757A Expired - Fee Related JP4327407B2 (ja) | 2002-03-26 | 2002-03-26 | 銅配線膜形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4327407B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009242825A (ja) * | 2008-03-28 | 2009-10-22 | Ulvac Japan Ltd | 同軸型真空アーク蒸着源を用いた金属材料の埋め込み方法 |
| US9076849B2 (en) | 2012-12-06 | 2015-07-07 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Semiconductor devices and methods of fabricating the same |
| CN110190152A (zh) * | 2019-05-30 | 2019-08-30 | 广东拓斯达科技股份有限公司 | 一种铜线压膜机、电机转速控制装置和方法 |
-
2002
- 2002-03-26 JP JP2002085757A patent/JP4327407B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009242825A (ja) * | 2008-03-28 | 2009-10-22 | Ulvac Japan Ltd | 同軸型真空アーク蒸着源を用いた金属材料の埋め込み方法 |
| US9076849B2 (en) | 2012-12-06 | 2015-07-07 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Semiconductor devices and methods of fabricating the same |
| US9543250B2 (en) | 2012-12-06 | 2017-01-10 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Semiconductor devices including through-silicon via |
| CN110190152A (zh) * | 2019-05-30 | 2019-08-30 | 广东拓斯达科技股份有限公司 | 一种铜线压膜机、电机转速控制装置和方法 |
| CN110190152B (zh) * | 2019-05-30 | 2021-09-03 | 广东拓斯达科技股份有限公司 | 一种铜线压膜机、电机转速控制装置和方法 |
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| JP4327407B2 (ja) | 2009-09-09 |
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