JP2003507888A - 半導体ウェーハ上に銅の特徴を生じさせる方法 - Google Patents

半導体ウェーハ上に銅の特徴を生じさせる方法

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ツィー フー ヤオ
シャランパニ ラフール
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Abstract

(57)【要約】 銅又は銅含有の化合物は、基板中のホール又はくぼみ中に堆積され、かつ銅材料は酸化されて銅材料中のボイド及び欠陥が充填され、ついで還元されて元素状の銅によるくぼみの均一な充填が生じる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 発明の技術分野 本発明の分野は、基板表面のグルーブ及びホールに銅でできた特徴を生じさせ
る分野である。本発明は、半導体処理の分野において、及び半導体基板上に銅線
及びビアを設けることに特に有益である。
【０００２】 発明の背景技術 半導体処理の主流はこれまで、ケイ素処理に関係しており、その際、ｐ及びｎ
形にドープしたケイ素のデバイスが導電ワイヤにより多数で相互接続される。こ
れらのワイヤは典型的には、金属のエレクトロマイグレーションを防止するため
に、ケイ素又は他の材料の僅かな混合物を有するアルミニウムでできている。不
運にも、アルミニウムの導電率は小さすぎて、ますます細い線のために必要とさ
れる低い抵抗を提供できない。最近、銅は、大いに効果的に使用されている、そ
れというのも、研究により、銅がケイ素を汚染しないようにする障壁層を設ける
方法が導かれているからである。しかしながら、細く、深いトレンチ及びホール
を金属で充填する十分公知の問題は、抵抗を上昇させかつ導電線の安定性を低下
させるボイド及び欠陥に乏しい材料を提供する上で問題をなお有する。
【０００３】 図１は、ここで半導体、例えばケイ素、ヒ化ガリウム若しくは窒化ガリウム又
は他の電子材料であってもよく、又は絶縁物若しくは金属又は埋め込まれた金属
ワイヤ又はビアを有する絶縁物の完成した層であってもよい基板１０の構成の典
型的な横断面図の見取り図を示す。層１２は、層１０の上部にかぶせられた一例
として示されており、その際、層１２は、基板中に伸びているワイヤであってよ
い。絶縁物１４、例えば二酸化ケイ素又は半導体処理の当工業界で公知の任意の
他の絶縁物は、層１２上に形成されて示されており、かつ絶縁物１４は、エッチ
ングされて、層１４の上部中でトレンチ１６をとびとびに形成する。プラグ１８
は、層１２と、更なる工程で蓄積されるべき金属の次の層との間での導電接続を
示すために略示的に示されている。
【０００４】 図２は、金属２０で図１のトレンチ１６を充填した結果を略示的に示す。材料
２０が材料１４を通して拡散すること及び材料１４の下に置かれた半導体材料に
悪影響を及ぼすことを防止するために拡散障壁として使用される、異なる材料、
例えば窒化タンタル及び窒化チタンの層は、図２中に示されていない。しばしば
金属２０のトレンチ１６を完全に充填するのに失敗したために形成されるボイド
２２は、略示的に示される。先行技術の技法は、パルスレーザーを用いて金属２
０を急速に溶融させてもよく、これは、トレンチ１６中を充填しかつボイド２２
の消失をもたらす作用を有する。しかしながら、そのようなシステムの費用及び
複雑さ並びにレーザーからのエネルギーフルエンスを調節する難しさが、そのよ
うな計画を製造において非実用的にする。
【０００５】 関連した特許及び応用 ＲＴＰ原理に基づくリアクタはしばしば、ウェーハ処理プロセスの間にリアク
タチャンバの一端が開いた全断面積を有する。この構成は確立されている、それ
というのも、かなりより大きな寸法を有しかつウェーハよりも薄くてもよい多様
なウェーハホルダ、ガードリング及びガス分配板が、またチャンバ中へ導入され
なければならず、かつプロセスが交換される場合又は異なるウェーハサイズが、
例えば使用される場合には、簡単にかつ迅速に交換されなければならないからで
ある。反応チャンバ寸法は、これらの付属部品を想定してつくられている。米国
特許第5,580,830号明細書には、ガスフローの重要性及びプロセスチャンバ中の
ガスフローを調節しかつ不純物を制御するためのドア中の開口部の使用が教示さ
れている。
【０００６】 極めて幅広いスペクトル応答の高温計を用いるウェーハの温度を測定する重要
性は、米国特許第5,628,564号明細書に教示されている。
【０００７】 常用のＲＴＰシステム中で加熱すべきウェーハは典型的には、ウェーハを、シ
ステムのリフレクタ壁と正確に平行に保持する多数の石英ピンの上に載せる。先
行技術のシステムは、備え付けられたサセプタ上にウェーハ、典型的には均一な
ケイ素ウェーハを載せた。同時係属特許出願第08/537,409号には、ウェーハから
分離されたサセプタプレートの重要性が教示されている。
【０００８】 ＩＩＩ-ＩＶ半導体の高速昇降温処理は、ケイ素のＲＴＰと同じようには成功
しなかった。このための１つの理由は、表面が、例えば、ヒ化ガリウム（ＧａＡ
ｓ）の場合のヒ素（Ａｓ）の相対的に高い蒸気圧を有することである。表面領域
は、Ａｓが涸渇するようになり、かつ材料品質を損なう。同時係属特許出願第08
/631,265号には、この問題を克服するための方法及び装置が提供されている。
【０００９】 軽くドープされ、相対的に低い温度のウェーハの放射率を、ウェーハを光のパ
ルスで局所的に加熱することにより上昇させる方法は、同時係属出願第08/632,3
64号に開示されている。
【００１０】 ＲＴＰのための方法、装置及びシステム並びに物体は、Lerch他による1997年1
0月17日出願の同時係属出願第08/953,590号に開示されている。
【００１１】 少量の反応性ガスが酸化物又は半導体のエッチングを制御するのに使用される
基板のＲＴＰ方法が、Nenyei他による1997年7月1日出願の同時係属出願第08/886
215号に開示されている。
【００１２】 ケイ素の蒸発が制御される基板のＲＴＰ方法が、Marcus他による1998年1月29
日出願の同時係属出願第09/015,441号に開示されている。
【００１３】 酸窒化ケイ素膜を生じさせる方法は、Kwong他による1998年12月15日出願の出
願明細書第09/212,495号に開示されている。
【００１４】 ＲＴＰシステム中でウェーハを回転させる方法は、 Blersch他及びAschner他
によるそれぞれ1997年10月29日出願の出願明細書第08/960,150号及び1997年11月
24日出願の第08/977,019号並びにAschner他による1998年12月11日出願の出願明
細書第09/209,735号に開示されている。
【００１５】 ＲＴＰ用途のための冷却シャワーヘッドは、Walk他による1999年2月4日出願の
出願明細書第09/245,139号に開示されている。
【００１６】 上記の関連づけられた出願明細書は、本発明の譲受人に譲渡され、かつこれに
より参照により本明細書中に取り込まれる。
【００１７】 発明の対象 本発明の対象は、基板、例えば半導体基板又は絶縁膜若しくは導電膜の１つ又
はそれ以上の層で覆われた半導体基板中のくぼみ、ホール及びトレンチに、金属
導電線及びビア及び他の特徴を生じさせることである。
【００１８】 本発明の対象は、基板、例えば半導体基板又は絶縁膜若しくは導電膜の１つ又
はそれ以上の層で覆われた半導体基板中のくぼみ、ホール及びトレンチに、金属
導電線及びビア及び他の特徴を生じさせるための装置及びシステムを製造するこ
とである。
【００１９】 発明の要約 導電金属又は金属含有化合物は、基板中のホール又はトレンチ中に堆積され、
かつ金属又は金属含有化合物が酸化され、ついで還元される。金属は、最も有利
に銅である。
【００２０】 発明の詳細な記載 本発明の最も好ましい実施態様は、集積回路を相互接続する目的のために半導
体ウェーハ上に銅薄膜をコーティングすることである。銅は、低い抵抗及び高信
頼性の相互接続材料として、高度メタライゼーション計画に集積されることが期
待される。Ｃｕは、Ａｌ及びその合金と比較して、低いバルク抵抗率及びエレク
トロマイグレーションに対する高い抵抗のために、ＵＬＳＩデバイスにおける相
互接続のための有望な材料である。最近、Ｃｕメタライゼーションに関する多く
の研究により、多様な堆積技術、例えば有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）、
スパッタリング、無電解メッキ、電気化学的堆積(electrochemical deposition)
（ＥＣＤ）等を用いて導かれている。ＣＶＤは将来、殊にデバイスの特徴が収縮
するので有望であるが、しかし物理蒸着（ＰＶＤ）及びＥＣＤは現在、費用に対
し最も効率がよい。ＰＶＤは、特徴のアスペクト比により完全な充填を達成する
のが制限されるが、しかしより低いアスペクト比で及びＥＣＤ銅のための薄い障
壁及び銅シード層の堆積のために首尾よく使用されることができる。ＥＣＤは、
アグレッシブアスペクト比及び０．２５μｍ未満の特徴サイズでの完全な充填を
達成するのに有効である。しかしながら、小さなトレンチ及びビアの中心の小さ
なボイド及びシームはなお、この技術にとっての努力目標である。銅のイオンア
シスト蒸着は、最近、銅を深くトレンチ中へ置くのを援助するために導入されて
、次の無電解メッキのための銅を有するトレンチの底部をシーディングする。有
向イオンフロー（普通、基板の平均表面に対して垂直）及び荷電していない銅原
子のランダムウォークフローの組合せは、トレンチに対して多量の銅を供給する
。
【００２１】 図３は、図２中に示された先行技術の堆積された銅堆積２０が酸化されて酸化
銅材料３０を形成する、本発明の最も好ましい方法の１つの工程を示す。酸化銅
の密度は、元素状の銅の８．９６ｇ／ｃｍ３と比較して、それぞれＣｕ２Ｏ ６
．０ｇ／ｃｍ３及びＣｕＯ ６．３ｇ／ｃｍ３であるので、銅中のボイド２２及
び欠陥は、“絞り出され(squeezed out)”、かつ表面中のトレンチ１６及びホー
ルは、材料の膨張により充填される。引き続く銅還元工程の良好な結果を達成す
るために、欠陥又はボイド２２より下の深さまで、かつトレンチ１６の底部では
ない深さで、銅材料２０を酸化させることだけが必要である。
【００２２】 酸化銅材料３０が還元工程中で還元される場合には、元素状の銅４０は、図４
中に示されるように残留し、かつトレンチ１６をボイド又は甚だしい欠陥なしに
充填する。酸化銅還元は発熱を伴い、その際、Ｃｕ２Ｏ及びＣｕＯについてそれ
ぞれエネルギー７６．９７ｋＪ／mol及び８９．４３ｋＪ／molを生じる。温度が
室温から銅の融点まで上昇するので、銅の熱容量は、５．８４から７．６cal/mo
l °Ｋまで変化する。従って、酸化銅の自立膜は、熱伝達の不在で銅に還元され
る場合に加熱される。そのような加熱は、銅をアニールし、かつ電子工学の操作
のために優れた材料を生じる。周囲への放射、対流及び伝導による熱伝達が考慮
される場合には、元素状の銅４０への酸化銅材料３０の還元は、還元からの熱発
生速度が、生じる膜からの熱損失速度よりも大きいように十分に速くなされなけ
ればならない。
【００２３】 図５は、トレンチ１６が銅又は銅含有材料５０で部分的に充填された本発明の
選択的な好ましい実施態様を示している。材料５０は、図３中に示されるものと
類似の酸化工程で、図６の酸化銅６０に変換される。トレンチを部分的に充填す
る酸化銅材料６０は、図７中に示されるように元素状の銅７０に還元され、かつ
新たな銅含有材料８０は、銅材料５０の上部に堆積される。堆積、酸化及び還元
の連続サイクルは、最終的にトレンチ１６中を充填し、かつ図９中に示されるよ
うなボイドフリー銅９０で充填されたトレンチを生じさせる。この実施態様にお
いて、予め銅層を完全に酸化する必要はない。銅含有材料は、任意の先行技術の
プロセスに従って堆積された銅であってもよく、又は有機材料含有銅であっても
よく、又は酸化銅若しくは銅粉末であってもよい。
【００２４】 Ｃｕ酸化は、ウェット又はドライの酸素含有ガス中で実施されることができる
。反応は次の通りである： ４Ｃｕ＋Ｏ２ → ２Ｃｕ２Ｏ ２Ｃｕ＋Ｏ２ → ２ＣｕＯ 有機Ｃｕ化合物は、特定の溶剤中に溶解されてもよい。これらの低粘度の液体
溶液は、深いサブミクロン技術に極めて有用でありうる。例えば、銅エチルヘキ
サノ−イソプロポキシド（Ｃｕ（ＯＯＣ８Ｈ１５）（ＯＣ３Ｈ７ ｉ））がイソプ
ロパノール中に溶解されていてもよく；銅２−メトキシエトキシド（Ｃｕ（ＯＣ
Ｈ２ＣＨ２ＯＣＨ３）２）が２−メトキシエタノール中に溶解されていてもよく
、かつ銅（ＩＩ）２-エチルヘキサノエート（Ｃｕ（ＯＯＣＣ７Ｈ１５）２）が
トルエン中に溶解されていてもよい。低粘度材料は、噴霧されてもよく、浸漬さ
れてもよく、又は基板表面上にスピニングされてもよく、かつトレンチ及びホー
ルを充填する。これらの材料のための酸化及び還元反応は次の通りである： Ｃｕ酸化 Ｃｕ（ＯＯＣ８Ｈ１５）（ＯＣ３Ｈ７ ｉ） → ＣｕＯ（Ｏ２又はオゾン中、
４００℃で） Ｃｕ（ＯＣＨ２ＣＨ２ＯＣＨ３）２ → ＣｕＯ（Ｏ２又はオゾン中、４００
℃で） Ｃｕ酸化物の還元 Ｃｕ２Ｏ（ｓ）＋Ｈ２＝２Ｃｕ（ｓ）＋Ｈ２Ｏ（ｇ）＋熱（７６．９７ｋＪ／
mol） ＣｕＯ（ｓ）＋Ｈ２＝Ｃｕ＋Ｈ２Ｏ（ｇ）＋熱（８９．４３ｋＪ／mol） 図１０は、本発明の方法を実施するためのシステムを示す。銅コーティング装
置１００は、銅含有物質の層で基板をコーティングするのに使用される。そのよ
うな装置は、基板上に元素状の銅を堆積させるための、システム、例えば有機金
属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）、スパッタリング、無電解メッキ、電気化学的堆
積（ＥＣＤ）、イオンアシスト銅蒸着の任意の１つ又は組合せである。液体の形
の銅含有物質を施与するための装置は、これらに制限されないが、ジェット噴霧
、電気泳動、噴霧、電気噴霧(electrospraying)、浸漬、スピンコーティング、
静電荷電された液滴コーティング等を含む。ドライコーティングのための装置は
、これらに制限されないが、ドライパウダーコーティングのための装置、静電ド
ライパウダー施与装置等を含む。基板は、ウェーハ処理システム１０２により装
置１００及び酸化／還元装置１０４の間を移送される。ウェーハは、矢印１０７
により表されているように、ウェーハ処理システム１０２へと装填されかつこれ
から取り出される。典型的には、２５枚のウェーハを含むカセットは、システム
１０２中へと装填され、かつメカニカルアームがウェーハの１つずつ取り除き、
かつそれらをシステム１００中に導入する。ウェーハが、銅含有材料でコーティ
ングされる場合には、矢印１０５により示されるようにシステム１０２により取
り除かれ、かつ矢印１０６に示されるように、酸化工程、引き続き還元工程のた
めのシステム１０４に移送される。還元工程後に、ウェーハは、矢印１０６によ
り示されるようにシステム１０２により、システム１０４から取り除かれる。ウ
ェーハは、銅含有材料の更なるコーティングのためにシステム１００中へと戻さ
れて再挿入されてもよいか、又は次の処理工程への場合による除去のためのカセ
ット中へと戻されて装填されてもよい。図１０中に示されたシステムは、本発明
の堆積、酸化及び還元の実施態様の繰返し操作に必要である。酸化及び還元操作
は、最高度の清浄度が要求され、かつ堆積装置として使用される装置の難しさの
みを伴って実施されることができる。
【００２５】 酸化及び還元のための好ましい装置は、高速昇降温処理（ＲＴＰ）装置である
。管形炉が還元及び酸化工程にとって有利に使用されることができるのに対して
、ウェーハは、多数のコーティング工程が必要である場合には発明の実施に極め
て重要であるＲＴＰシステムにより１つずつ処理されてもよい。その上、ＲＴＰ
システムは、基板の温度を、酸化銅膜の極めて急速な還元及び引き続き生じる銅
膜の急速加熱をもたらす１０００℃／秒までの速度で上昇させてもよい。本発明
の最も好ましい実施態様は、酸化銅膜の温度を少なくとも５０℃／秒だけ上昇さ
せる。少し好ましくない実施態様は、酸化銅膜の温度を２０℃／秒及び５℃／秒
だけ上昇させる。
【００２６】 図１１は、エッチングされて幅約０．３μｍ及び深さ０．５μｍのトレンチ１
１２を与える二酸化ケイ素膜１１０で覆われた基板（８インチウェーハ）から分
解された試験片のＳＥＭ顕微鏡写真を示す。銅１１４は、二酸化ケイ素膜上に堆
積されている。ボイド１１６は、トレンチの左側に示されている。図１１中に示
されている試験片は、一連の試験を実行するために切り分けられた。
【００２７】 図１２は、図１１の材料を酸化した結果を示す。酸化は、３３０℃で６０秒間
、ドライ酸素中で実施された。ウェーハの平らな部分上での膜の楕円偏光計測定
は、全銅膜が酸化物に変換されたことを指摘するが、しかし図１２のＳＥＭ写真
は、酸化物１２０材料が、トレンチの底部に達していないかもしれず、かつトレ
ンチの底部中の材料１２２が銅であってよいことを指摘している。酸化銅材料１
２０中に残留しているボイド１１６の兆候がないこと、及び材料１２０が堆積さ
れた銅金属よりも、上部でずっと「平ら」であることが注目される。
【００２８】 図１３及び図１４は、還元雰囲気が１０％水素ガスのみを有している形成する
ガス雰囲気である場合の工程中で図１２の膜を還元した結果を示す。４００℃の
温度及び１８０秒の時間は、酸化銅が完全に還元されることが保証するように選
択された。還元工程のための時間は、酸化物を還元するのに必要な最小限の時間
を見出すのに公知であるような還元及び実験のための水素のより高い百分率を使
用してかなり変化させることもできた。しかしながら、高い水素分圧のための安
全なシステムは、報告された試験には利用できなかった。図１４中に示された試
験片は、湿式酸化物プロセスで酸化された。評価できる差異は、湿式酸化及び乾
式酸化からの結果で注目されなかった。
【００２９】 明らかに、この発明の多くの修正及び変更が可能なことは前述に徴して明らか
である。従って、添付された特許請求の範囲内で、発明が、他に特に記載されな
い限り実施することができることがで理解されうる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 先行技術のトレンチのある基板の見取り図。
【図２】 金属で図１のトレンチを充填した先行技術の結果を示す略示図。
【図３】 酸化されて金属酸化物材料を形成する図２の金属を示す略示図。
【図４】 還元されて金属を形成する図3の金属酸化物材料を示す略示図。
【図５】 本発明の選択的な好ましい実施態様の第一工程の結果を示す略示図。
【図６】 図５後の第二工程の結果を示す略示図。
【図７】 図６後の第三工程の結果を示す略示図。
【図８】 図７後の第四工程の結果を示す略示図。
【図９】 図８後の第五工程の結果を示す略示図。
【図１０】 本発明の方法を実施するためのシステムを示すフロー図。
【図１１】 試験片の対照試料のＳＥＭ顕微鏡写真。
【図１２】 図１１の材料を酸化した結果を示す顕微鏡写真。
【図１３】 乾式酸化物膜を還元した結果を示す顕微鏡写真。
【図１４】 湿式酸化物膜を還元した結果を示す。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１３年９月１５日（２００１．９．１５）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項４】 基板（１０）のまわりの周囲ガス雰囲気を非還元雰囲気から
還元雰囲気へと迅速に切り替えることにより、酸化銅を元素状の銅に還元する、
請求項１記載の方法。
【請求項５】 高速昇降温処理システム（１０４）のチャンバ中で酸化銅を
元素状の銅に還元する、請求項１記載の方法。
【請求項６】 酸化銅を堆積させる工程が、次の工程： 銅を基板（１０）表面のくぼみ（１６）中に堆積させ；かつ 銅を酸化させる工程を含む、請求項１記載の方法。
【請求項７】 銅を堆積させる工程を、有機金属化学気相成長（ＭＯ-ＣＶ
Ｄ）により実施する、請求項６記載の方法。
【請求項８】 銅を堆積させる工程を、スパッタリングにより実施する、請
求項６記載の方法。
【請求項９】 銅を堆積させる工程を、無電解メッキにより実施する、請求
項６記載の方法。
【請求項１０】 銅を堆積させる工程を、電気化学的堆積（ＥＣＤ）により
実施する、請求項６記載の方法。
【請求項１１】 銅を堆積させる工程を、物理蒸着（ＰＶＤ）により実施す
る、請求項６記載の方法。
【請求項１２】 銅を堆積させる工程を、化学気相成長（ＣＶＤ）により実
施する、請求項６記載の方法。
【請求項１３】 銅を堆積させる工程を、イオンアシスト蒸着により実施す
る、請求項６記載の方法。
【請求項１４】 基板（１０）表面のくぼみ（１６）を、予め部分的に銅で
充填させる、請求項１記載の方法。
【請求項１５】 堆積及び還元の工程を複数回繰り返す、請求項１４記載の
方法。
【請求項１６】 酸化銅を、液体の有機銅化合物溶液からの銅含有化合物の
堆積、引き続き酸化工程によりくぼみ（１６）中に堆積させる、請求項１記載の
方法。
【請求項１７】 液体の有機銅化合物溶液が銅エチルヘキサノ-イソプロポ
キシド（Ｃｕ（ＯＯＣ８Ｈ１５）（ＯＣ３Ｈ７ ｉ））の溶液である、請求項１６ 記載の方法。
【請求項１８】 液体の有機銅化合物溶液が銅２−メトキシエトキシド（Ｃ
ｕ（ＯＣＨ２ＣＨ２ＯＣＨ３）２）の溶液であり、酸化工程が続く、請求項１６ 記載の方法。
【請求項１９】 液体の有機銅化合物溶液が銅（ＩＩ）２-エチルヘキサノ
エート（Ｃｕ（ＯＯＣＣ７Ｈ１５）２）の溶液であり、酸化工程が続く、請求項 １６ 記載の方法。
【請求項２０】 基板（１０）表面のくぼみ（１６）を充填するためのシス
テムにおいて、次のもの： 銅含有材料をくぼみ（１６）中に堆積させるためのシステム（１００）； 基板（１０）を酸化雰囲気中で加熱することにより銅含有材料を酸化銅に逐次酸
化させ、ついで基板（１０）の温度を急速に上昇させかつ酸化銅を還元雰囲気中
で加熱することにより１０秒未満の時間で酸化銅を元素状の銅に還元するための
高速昇降温処理（ＲＴＰ）システム（１０４）；及び 基板（１０）を堆積させるためのシステム（１００）からＲＴＰシステム（１０ ４） へと移送するための手段（１０２） を含むことを特徴とする、基板（１０）表面のくぼみ（１６）を充填するための
システム。
【請求項２１】 基板（１０）が特有の幅ｗ及び深さｄのくぼみ（１６）を
有する半導体基板（１０）であり、その際ｄがｗよりも大きい、請求項２０記載
のシステム。
【請求項２２】 ｄが３ｗより大きい、請求項２１記載のシステム。
【請求項２３】 基板（１０）のまわりの周囲ガス雰囲気を非還元雰囲気か
ら還元雰囲気へと急速に切り替えることにより、酸化銅を元素状の銅に還元する
、請求項２０記載のシステム。
【請求項２４】 堆積させる工程を、銅の有機金属化学気相成長（ＭＯ-Ｃ
ＶＤ）により実施する、請求項２０記載のシステム。
【請求項２５】 堆積させる工程を、銅のスパッタリングにより実施する、
請求項２０記載のシステム。
【請求項２６】 堆積させる工程を、銅の無電解メッキにより実施する、請
求項２０記載のシステム。
【請求項２７】 堆積させる工程を、銅の電気化学的堆積（ＥＣＤ）により
実施する、請求項２０記載のシステム。
【請求項２８】 堆積させる工程を、銅の物理蒸着（ＰＶＤ）により実施す
る、請求項２０記載のシステム。
【請求項２９】 堆積させる工程を、銅の化学気相成長（ＣＶＤ）により実
施する、請求項２０記載のシステム。
【請求項３０】 堆積させる工程を、銅のイオンアシスト蒸着により実施す
る、請求項２０記載のシステム。
【請求項３１】 堆積及び還元の工程を複数回繰り返す、請求項２０記載の
システム。
【請求項３２】 基板（１０）表面のくぼみ（１６）を充填するためのシス
テムにおいて、次のもの： 酸化銅をくぼみ（１６）中に堆積させるためのシステム（１００）；基板（１０）の温度を急速に上昇させかつ 酸化銅を還元雰囲気中で加熱すること
により、１０秒未満の時間で酸化銅を元素状の銅に還元するための高速昇降温処
理（ＲＴＰ）システム（１０４）；及び 酸化銅を堆積させるためのシステム（１００）から基板（１０）をＲＴＰシステ
ム（１０４）へと移送するための手段（１０２） を含むことを特徴とする、基板（１０）表面のくぼみ（１６）を充填するための
システム。
【請求項３３】 基板（１０）表面のくぼみ（１６）を充填するためのシス
テムにおいて、次のもの： 銅有機化合物をくぼみ（１６）中に堆積させるためのシステム（１００）；
基板（１０）を酸化雰囲気中で加熱することにより銅有機化合物を酸化銅に逐次
酸化させ、ついで基板（１０）の温度を急速に上昇させかつ酸化銅を還元雰囲気
中で加熱することにより１０秒未満の時間で酸化銅を元素状の銅に還元するため
の高速昇降温処理（ＲＴＰ）システム（１０４）；及び 堆積させるためのシステム（１００）から基板（１０）をＲＴＰシステム（１０ ４） へと移送するための手段（１０２） を含むことを特徴とする、基板（１０）表面のくぼみ（１６）を充填するための
システム。
【請求項３４】 堆積させるためのシステム（１００）がスピンコータであ
る、請求項３３記載のシステム。
【請求項３５】 堆積させるためのシステム（１００）がジェットスプレー
コータである、請求項３３記載のシステム。
【請求項３６】 堆積させるためのシステム（１００）がプリントコータで
ある、請求項３３記載のシステム。
【請求項３７】 堆積させるためのシステム（１００）が静電気スプレーコ
ータである、請求項３３記載のシステム。
【請求項３８】 堆積させるためのシステム（１００）が電気泳動コータで
ある、請求項３３記載のシステム。
【請求項３９】 銅有機化合物が液体の有機銅化合物溶液からの堆積により
くぼみ（１６）中に堆積される、請求項３３記載のシステム。
【請求項４０】 液体の有機銅化合物溶液が、銅エチルヘキサノ−イソプロ
ポキシド（Ｃｕ（ＯＯＣ８Ｈ１５）（ＯＣ３Ｈ７ ｉ））の溶液である、請求項３ ９ 記載のシステム。
【請求項４１】 液体の有機銅化合物溶液が、銅２−メトキシエトキシド（
Ｃｕ（ＯＣＨ２ＣＨ２ＯＣＨ３）２）の溶液であり、酸化工程が続く、請求項３ ９ 記載のシステム。
【請求項４２】 液体の有機銅化合物溶液が、銅（ＩＩ）２-エチルヘキサ
ノエート（Ｃｕ（ＯＯＣＣ７Ｈ１５）２）の溶液である、請求項３９記載のシス
テム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】 関連した特許及び応用 米国特許第5,728,626号明細書には、液体中に懸濁された導体材料の懸濁液が
、基板上に塗られている非平面の基板を平坦化する、例えばビア及びコンタクト
ホールを充填する方法が記載されている。懸濁液は、有利に、重合したスズ又は
インジウムアルコキシドのパーティクルを有する有機金属材料を含む。材料は、
懸濁液を施与した後に、基板をスピニングすることにより散布される。担持液体
及び有機群は高められた温度での焼成及び硬化により除去され、それにより基板
上に基板よりも平らにしかつ多少の厚さの領域を有する層中で導体材料を堆積さ
せる。 電極又は配線層を形成させる方法は、当工業界で公知である。酸化銅が、還元
されるため及び元素状の銅を形成するためにアニールされる一例は、米国特許第
5,424,246号明細書に記載されている。 ＲＴＰ原理に基づくリアクタはしばしば、ウェーハ処理プロセスの間にリアク
タチャンバの一端が開いた全断面積を有する。この構成は確立されている、それ
というのも、かなりより大きな寸法を有しかつウェーハよりも薄くてもよい多様
なウェーハホルダ、ガードリング及びガス分配板が、またチャンバ中へ導入され
なければならず、かつプロセスが交換される場合又は異なるウェーハサイズが、
例えば使用される場合には、簡単にかつ迅速に交換されなければならないからで
ある。反応チャンバ寸法は、これらの付属部品を想定してつくられている。米国
特許第5,580,830号明細書には、ガスフローの重要性及びプロセスチャンバ中の
ガスフローを調節しかつ不純物を制御するためのドア中の開口部の使用が教示さ
れている。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ラフール シャランパニ アメリカ合衆国 カリフォルニア フレモ ント ハイ ストリート 103 40640 Ｆターム(参考） 4M104 BB04 DD33 DD36 DD37 DD43 DD51 DD52 DD53 DD78 DD88 HH13 5F033 HH11 MM01 PP11 PP14 PP15 PP19 PP20 PP26 PP27 PP28 PP35 QQ73 WW00 WW01 XX10 XX34

Claims (46)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基板表面のくぼみを充填する方法において、 酸化銅をくぼみ中に堆積させ；かつ 酸化銅を還元雰囲気中で加熱することにより、酸化銅を元素状の銅に還元するこ
    とを特徴とする、基板表面のくぼみを充填する方法。
  2. 【請求項２】 基板が特有の幅ｗ及び深さｄのくぼみを有する半導体基板で
    あり、その際ｄがｗよりも大きい、請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 ｄが３ｗより大きい、請求項２記載の方法。
  4. 【請求項４】 酸化銅を、１０秒未満の時間で元素状の銅に還元する、請求
    項１記載の方法。
  5. 【請求項５】 基板のまわりの周囲ガス雰囲気を非還元雰囲気から還元雰囲
    気へと迅速に切り替えることにより、酸化銅を元素状の銅に還元する、請求項４
    記載の方法。
  6. 【請求項６】 基板の温度を急速に上昇させることにより、酸化銅を元素状
    の銅に還元する、請求項４記載の方法。
  7. 【請求項７】 高速昇降温処理システムのチャンバ中で酸化銅を元素状の銅
    に還元する、請求項１記載の方法。
  8. 【請求項８】 酸化銅を堆積させる工程が、次の工程： 銅を基板表面のくぼみ中に堆積させ；かつ 銅を酸化させる工程を含む、請求項１記載の方法。
  9. 【請求項９】 銅を堆積させる工程を、有機金属化学気相成長（ＭＯ-ＣＶ
    Ｄ）により実施する、請求項８記載の方法。
  10. 【請求項１０】 銅を堆積させる工程を、スパッタリングにより実施する、
    請求項８記載の方法。
  11. 【請求項１１】 銅を堆積させる工程を、無電解メッキにより実施する、請
    求項８記載の方法。
  12. 【請求項１２】 銅を堆積させる工程を、電気化学的堆積（ＥＣＤ）により
    実施する、請求項８記載の方法。
  13. 【請求項１３】 銅を堆積させる工程を、物理蒸着（ＰＶＤ）により実施す
    る、請求項８記載の方法。
  14. 【請求項１４】 銅を堆積させる工程を、化学気相成長（ＣＶＤ）により実
    施する、請求項８記載の方法。
  15. 【請求項１５】 銅を堆積させる工程を、イオンアシスト蒸着により実施す
    る、請求項８記載の方法。
  16. 【請求項１６】 基板表面のくぼみを、予め部分的に銅で充填させる、請求
    項１記載の方法。
  17. 【請求項１７】 堆積及び還元の工程を複数回繰り返す、請求項１６記載の
    方法。
  18. 【請求項１８】 酸化銅を、液体の有機銅化合物溶液からの銅含有化合物の
    堆積、引き続き酸化工程によりくぼみ中に堆積させる、請求項１記載の方法。
  19. 【請求項１９】 液体の有機銅化合物溶液が銅エチルヘキサノ-イソプロポ
    キシド（Ｃｕ（ＯＯＣ８Ｈ１５）（ＯＣ３Ｈ７ ｉ））の溶液である、請求項１８
    記載の方法。
  20. 【請求項２０】 液体の有機銅化合物溶液が銅２−メトキシエトキシド（Ｃ
    ｕ（ＯＣＨ２ＣＨ２ＯＣＨ３）２）の溶液であり、酸化工程が続く、請求項１８
    記載の方法。
  21. 【請求項２１】 液体の有機銅化合物溶液が銅（ＩＩ）２-エチルヘキサノ
    エート（Ｃｕ（ＯＯＣＣ７Ｈ１５）２）の溶液であり、酸化工程が続く、請求項
    １８記載の方法。
  22. 【請求項２２】 基板表面のくぼみを充填するためのシステムにおいて、次
    のもの： 銅含有材料をくぼみ中に堆積させるためのシステム； 基板を酸化雰囲気中で加熱することにより銅含有材料を酸化銅に逐次酸化させ、
    ついで酸化銅を還元雰囲気中で加熱することにより酸化銅を元素状の銅に還元す
    るための高速昇降温処理（ＲＴＰ）システム；及び 基板を堆積させるためのシステムからＲＴＰシステムへと移送するための手段 を含むことを特徴とする、基板表面のくぼみを充填するためのシステム。
  23. 【請求項２３】 基板が特有の幅ｗ及び深さｄのくぼみを有する半導体基板
    であり、その際ｄがｗよりも大きい、請求項２２記載のシステム。
  24. 【請求項２４】 ｄが３ｗより大きい、請求項２３記載のシステム。
  25. 【請求項２５】 酸化銅を、１０秒未満の時間で元素状の銅に還元する、請
    求項２２記載のシステム。
  26. 【請求項２６】 基板のまわりの周囲ガス雰囲気を非還元雰囲気から還元雰
    囲気へと急速に切り替えることにより、酸化銅を元素状の銅に還元する、請求項
    ２５記載のシステム。
  27. 【請求項２７】 基板の温度を急速に上昇させることにより、酸化銅を元素
    状の銅に還元する、請求項２５記載のシステム。
  28. 【請求項２８】 堆積させる工程を、銅の有機金属化学気相成長（ＭＯ-Ｃ
    ＶＤ）により実施する、請求項２２記載のシステム。
  29. 【請求項２９】 堆積させる工程を、銅のスパッタリングにより実施する、
    請求項２２記載のシステム。
  30. 【請求項３０】 堆積させる工程を、銅の無電解メッキにより実施する、請
    求項２２記載のシステム。
  31. 【請求項３１】 堆積させる工程を、銅の電気化学的堆積（ＥＣＤ）により
    実施する、請求項２２記載のシステム。
  32. 【請求項３２】 堆積させる工程を、銅の物理蒸着（ＰＶＤ）により実施す
    る、請求項２２記載のシステム。
  33. 【請求項３３】 堆積させる工程を、銅の化学気相成長（ＣＶＤ）により実
    施する、請求項２２記載のシステム。
  34. 【請求項３４】 堆積させる工程を、銅のイオンアシスト蒸着により実施す
    る、請求項２２記載のシステム。
  35. 【請求項３５】 堆積及び還元の工程を複数回繰り返す、請求項２２記載の
    システム。
  36. 【請求項３６】 基板表面のくぼみを充填するためのシステムにおいて、次
    のもの： 酸化銅をくぼみ中に堆積させるためのシステム； 酸化銅を還元雰囲気中で加熱することにより、酸化銅を元素状の銅に還元するた
    めの高速昇降温処理（ＲＴＰ）システム；及び 酸化銅を堆積させるためのシステムから基板をＲＴＰシステムへと移送するため
    の手段 を含むことを特徴とする、基板表面のくぼみを充填するためのシステム。
  37. 【請求項３７】 基板表面のくぼみを充填するためのシステムにおいて、次
    のもの： 銅有機化合物をくぼみ中に堆積させるためのシステム； 基板を酸化雰囲気中で加熱することにより銅有機化合物を酸化銅に逐次酸化させ
    、ついで酸化銅を還元雰囲気中で加熱することにより酸化銅を元素状の銅に還元
    するための高速昇降温処理（ＲＴＰ）システム；及び 堆積させるためのシステムから基板をＲＴＰシステムへと移送するための手段 を含むことを特徴とする、基板表面のくぼみを充填するためのシステム。
  38. 【請求項３８】 堆積させるためのシステムがスピンコータである、請求項
    ３７記載のシステム。
  39. 【請求項３９】 堆積させるためのシステムがジェットスプレーコータであ
    る、請求項３７記載のシステム。
  40. 【請求項４０】 堆積させるためのシステムがプリントコータである、請求
    項３７記載のシステム。
  41. 【請求項４１】 そのためのシステムが静電気スプレーコータである、請求
    項３７記載のシステム。
  42. 【請求項４２】 堆積させるためのシステムが電気泳動コータである、請求
    項３７記載のシステム。
  43. 【請求項４３】 銅有機化合物が液体の有機銅化合物溶液からの堆積により
    くぼみ中に堆積される、請求項３７記載のシステム。
  44. 【請求項４４】 液体の有機銅化合物溶液が、銅エチルヘキサノ−イソプロ
    ポキシド（Ｃｕ（ＯＯＣ８Ｈ１５）（ＯＣ３Ｈ７ ｉ））の溶液である、請求項４
    ３記載のシステム。
  45. 【請求項４５】 液体の有機銅化合物溶液が、銅２−メトキシエトキシド（
    Ｃｕ（ＯＣＨ２ＣＨ２ＯＣＨ３）２）の溶液である、請求項４３記載のシステム
    。
  46. 【請求項４６】 液体の有機銅化合物溶液が、銅（ＩＩ）２-エチルヘキサ
    ノエート（Ｃｕ（ＯＯＣＣ７Ｈ１５）２）の溶液である、請求項４３記載のシス
    テム。
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