JP2021111755A - Formation method of metal wiring - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、金属配線の形成方法に関する。 The present invention relates to a method for forming metal wiring.
LSI等の電子部品では、層間絶縁層に設けられたビアホールに導電層が埋め込まれ、導電層によって層間の金属配線層同士が電気的に接続される。ビアホールへの導電層の埋め込みは、ビアホールと層間絶縁層の表面とに導電層が形成された後に、層間絶縁層上の導電層が化学機械研磨法によって除去されることでなされる(例えば、特許文献1参照)。 In electronic components such as LSIs, a conductive layer is embedded in a via hole provided in an interlayer insulating layer, and the metal wiring layers between the layers are electrically connected by the conductive layer. The conductive layer is embedded in the via hole by forming the conductive layer between the via hole and the surface of the interlayer insulating layer, and then removing the conductive layer on the interlayer insulating layer by a chemical mechanical polishing method (for example, patent). Reference 1).
ここで、ビアホール内の導電層と金属配線との接触不良は、電子部品の歩留まりを低下させるため、接触不良を抑制することは、重要な課題となっている。特に、ビアホールのノードが狭くなるほど、導電層と金属配線との接触抵抗は、配線抵抗の増大を招来する。 Here, poor contact between the conductive layer in the via hole and the metal wiring reduces the yield of electronic components, so suppressing poor contact has become an important issue. In particular, as the via hole node becomes narrower, the contact resistance between the conductive layer and the metal wiring causes an increase in wiring resistance.
例えば、ビアホールに導電層を埋め込む工程前の金属配線表面には、通常、自然酸化膜が形成されている。この自然酸化膜をビアホールに導電層を埋め込む前にドライプロセスで除去する工程は、電子部品の製造工程では重要な工程になっている。 For example, a natural oxide film is usually formed on the surface of the metal wiring before the step of embedding the conductive layer in the via hole. The step of removing the natural oxide film by a dry process before embedding the conductive layer in the via hole is an important step in the manufacturing process of electronic parts.
ところで近年の電子部品の高速化にともない、層間絶縁層としては寄生容量の少ないLow−k材が用いられている。このLow−k材は、一般的には低密度で構成されていることから、ドライプロセスで自然酸化膜を除去する際、層間絶縁層がプラズマに晒されると、層間絶縁層がプラズマによるダメージを受ける可能性がある。 By the way, with the recent increase in speed of electronic components, a Low-k material having a small parasitic capacitance is used as an interlayer insulating layer. Since this Low-k material is generally composed of a low density, when the interlayer insulating layer is exposed to plasma when the natural oxide film is removed by a dry process, the interlayer insulating layer is damaged by the plasma. There is a possibility of receiving it.
また、自然酸化膜を除去した後に自然酸化膜に含まれる金属成分が層間絶縁層のビアホール内壁に再付着すると、再付着した金属が製造工程の熱履歴によって層間絶縁層内へ拡散する可能性もある。 In addition, if the metal component contained in the natural oxide film reattaches to the inner wall of the via hole of the interlayer insulating layer after removing the natural oxide film, the reattached metal may diffuse into the interlayer insulating layer due to the thermal history of the manufacturing process. be.
上記のような現象が起きると、層間絶縁層がLow−k材として機能を失い、電子部品の信頼性が低減する可能性がある。 When the above phenomenon occurs, the interlayer insulating layer loses its function as a low-k material, and the reliability of electronic components may be reduced.
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、電子部品に含まれる金属配線において、信頼性の高い金属配線の形成方法を提供することにある。 In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a highly reliable method for forming a metal wiring in a metal wiring included in an electronic component.
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る金属配線の形成方法では、以下の形成方法が適用される。
銅を含む金属配線層と、上記金属配線層に積層され、上記金属配線層の表面の一部が露出する開口が設けられた層間絶縁層とを有する積層構造体が準備される。
スパッタリング法により上記層間絶縁層の表面と上記開口において露出した上記金属配線層の露出面とに、上記露出面に堆積する上記銅アルミニウム層の厚みよりも上記層間絶縁層の上記表面に堆積する上記銅アルミニウム層の厚みが厚くなるように、上記銅アルミニウム層が形成される。
上記層間絶縁層の上記表面及び上記露出面に堆積した上記銅アルミニウム層にプラズマを晒すことにより、上記表面に堆積した上記銅アルミニウム層の厚みを減少させ、上記露出面に堆積した上記銅アルミニウム層については上記露出面から除去するとともに上記露出面に形成されている上記金属配線層の自然酸化膜が上記露出面から除去される。
In order to achieve the above object, the following forming method is applied to the metal wiring forming method according to one embodiment of the present invention.
A laminated structure having a metal wiring layer containing copper and an interlayer insulating layer laminated on the metal wiring layer and provided with an opening in which a part of the surface of the metal wiring layer is exposed is prepared.
The above, which is deposited on the surface of the interlayer insulating layer and the exposed surface of the metal wiring layer exposed at the opening by the sputtering method, on the surface of the interlayer insulating layer rather than the thickness of the copper-aluminum layer deposited on the exposed surface. The copper-aluminum layer is formed so that the thickness of the copper-aluminum layer is increased.
By exposing the surface of the interlayer insulating layer and the copper-aluminum layer deposited on the exposed surface to plasma, the thickness of the copper-aluminum layer deposited on the surface is reduced, and the copper-aluminum layer deposited on the exposed surface is reduced. Is removed from the exposed surface, and the natural oxide film of the metal wiring layer formed on the exposed surface is removed from the exposed surface.
このような金属配線の形成方法によれば、層間絶縁層の機能が損なわれることなく、信頼性の高い金属配線を備えた電子部品が提供される。 According to such a method of forming a metal wiring, an electronic component having a highly reliable metal wiring is provided without impairing the function of the interlayer insulating layer.
上記の金属配線の形成方法においては、上記スパッタリング法として、異方性スパッタリングよりも等方性スパッタリングを優先させたスパッタリング法、または、スパッタリングターゲットの法線と上記層間絶縁層の法線とを非平行にして実行するスパッタリング法が採用されてもよい。 In the method for forming the metal wiring, as the sputtering method, a sputtering method in which isotropic sputtering is prioritized over anisotropic sputtering, or a normal of the sputtering target and a normal of the interlayer insulating layer are not used. A sputtering method may be adopted in which the sputtering method is performed in parallel.
このような金属配線の形成方法によれば、層間絶縁層の表面及び露出面のそれぞれに堆積した銅アルミニウム層の厚みの差を確実に取ることができ、信頼性の高い金属配線を備えた電子部品が提供される。 According to such a method of forming the metal wiring, the difference in the thickness of the copper-aluminum layer deposited on each of the surface and the exposed surface of the interlayer insulating layer can be surely taken, and the electron provided with the highly reliable metal wiring can be surely taken. Parts are provided.
上記の金属配線の形成方法においては、上記プラズマは、不活性ガスが放電したプラズマであり、上記プラズマを用いた物理的エッチングにより、上記表面に堆積した上記銅アルミニウム層の厚みを減少させ、上記露出面に堆積した上記銅アルミニウム層及び上記自然酸化膜が除去されてもよい。 In the method for forming the metal wiring, the plasma is a plasma in which an inert gas is discharged, and the thickness of the copper-aluminum layer deposited on the surface is reduced by physical etching using the plasma to reduce the thickness of the copper-aluminum layer. The copper-aluminum layer and the natural oxide film deposited on the exposed surface may be removed.
このような金属配線の形成方法によれば、層間絶縁層の機能が損なわれることなく、自然酸化膜が除去され、信頼性の高い金属配線を備えた電子部品が提供される。 According to such a method of forming the metal wiring, the natural oxide film is removed without impairing the function of the interlayer insulating layer, and an electronic component having a highly reliable metal wiring is provided.
上記の金属配線の形成方法においては、上記物理的エッチングとして、等方性エッチングよりも異方性エッチングを優先させたエッチング法が採用されてもよい。 In the above-mentioned metal wiring forming method, as the above-mentioned physical etching, an etching method in which anisotropic etching is prioritized over isotropic etching may be adopted.
このような金属配線の形成方法によれば、層間絶縁層の機能が損なわれることなく、自然酸化膜が除去され、信頼性の高い金属配線を備えた電子部品が提供される。 According to such a method of forming the metal wiring, the natural oxide film is removed without impairing the function of the interlayer insulating layer, and an electronic component having a highly reliable metal wiring is provided.
上記の金属配線の形成方法においては、上記層間絶縁層は、Low−k層であってもよい。 In the method for forming the metal wiring, the interlayer insulating layer may be a Low-k layer.
このような金属配線の形成方法によれば、層間絶縁層としてのLow−k層の機能が損なわれることなく、信頼性の高い金属配線を備えた電子部品が提供される。 According to such a method of forming a metal wiring, an electronic component having a highly reliable metal wiring is provided without impairing the function of the Low-k layer as an interlayer insulating layer.
上記の金属配線の形成方法においては、上記銅アルミニウム層は、CuAl2層であってもよい。 In the method for forming the metal wiring, the copper-aluminum layer may be a CuAl 2 layer.
このような金属配線の形成方法によれば、層間絶縁層の開口の側面に酸化物のバリア膜が形成され、Low−k層の機能が損なわれることなく、信頼性の高い金属配線を備えた電子部品が提供される。 According to such a metal wiring forming method, an oxide barrier film is formed on the side surface of the opening of the interlayer insulating layer, and a highly reliable metal wiring is provided without impairing the function of the Low-k layer. Electronic components are provided.
上記の金属配線の形成方法においては、上記開口は、上記層間絶縁層に設けられた、ビアホールまたはトレンチであり、上記ビアホールの開口幅または上記トレンチの線幅は、20nm以下であってもよい。 In the method for forming the metal wiring, the opening is a via hole or a trench provided in the interlayer insulating layer, and the opening width of the via hole or the line width of the trench may be 20 nm or less.
このような金属配線の形成方法によれば、上記の開口幅、または線幅であっても、層間絶縁層の機能が損なわれることなく、信頼性の高い金属配線を備えた電子部品が提供される。 According to such a method for forming a metal wiring, an electronic component having a highly reliable metal wiring is provided without impairing the function of the interlayer insulating layer even if the opening width or the line width is as described above. NS.
上記の金属配線の形成方法においては、上記自然酸化膜を除去した後、上記開口に銅アルミニウム配線をスパッタリング法または鍍金法により形成されてもよい。 In the method for forming the metal wiring, after removing the natural oxide film, the copper-aluminum wiring may be formed in the opening by a sputtering method or a plating method.
このような金属配線の形成方法によれば、信頼性の高い金属配線を備えた電子部品が提供される。 According to such a method of forming a metal wiring, an electronic component having a highly reliable metal wiring is provided.
上記の金属配線の形成方法においては、上記銅アルミニウム層の成分は、上記銅アルミニウム配線の成分と同じであってもよい。 In the method for forming the metal wiring, the component of the copper-aluminum layer may be the same as the component of the copper-aluminum wiring.
このような金属配線の形成方法によれば、銅アルミニウム層を除去する工程が不要になり、金属配線の製造プロセスが簡略化される。 According to such a method of forming the metal wiring, the step of removing the copper-aluminum layer becomes unnecessary, and the manufacturing process of the metal wiring is simplified.
以上述べたように、本発明によれば、電子部品に含まれる金属配線において、信頼性の高い金属配線の形成方法が提供される。 As described above, according to the present invention, there is provided a highly reliable method for forming a metal wiring in a metal wiring included in an electronic component.
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。各図面には、XYZ軸座標が導入される場合がある。また、同一の部材または同一の機能を有する部材には同一の符号を付す場合があり、その部材を説明した後には適宜説明を省略する場合がある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. XYZ axis coordinates may be introduced in each drawing. Further, the same member or a member having the same function may be designated by the same reference numeral, and the description may be omitted as appropriate after the description of the member.
図1(a)及び図1(b)は、電子部品の上層における、層間絶縁層、金属配線、及び金属配線層の積層構造の一部を示す模式的断面図である。 1 (a) and 1 (b) are schematic cross-sectional views showing a part of a laminated structure of an interlayer insulating layer, a metal wiring, and a metal wiring layer in an upper layer of an electronic component.
図1(a)、(b)には、トランジスタ、抵抗、コンデンサ、メモリ等を含む電子部品(例えば、半導体装置)の上層における、層間絶縁層、金属配線、及び金属配線層が示されている。 1 (a) and 1 (b) show an interlayer insulating layer, a metal wiring, and a metal wiring layer in an upper layer of an electronic component (for example, a semiconductor device) including a transistor, a resistor, a capacitor, a memory, and the like. ..
図1(a)に示す積層構造体1は、金属配線層10、30と、層間絶縁層11、21、31と、金属配線20とを具備する。
The laminated structure 1 shown in FIG. 1A includes
金属配線層10は、例えば、積層構造体1の下方に設けられた、トランジスタ、抵抗、コンデンサ、メモリ等(不図示)のいずれかに電気的に接続された配線層である。または、金属配線層10の電位は、浮遊していてもよい。金属配線層10の外周には、層間絶縁層11が設けられている。
The
金属配線20は、その下端20dが金属配線層10に電気的に接続され、その上端20uが金属配線層30に接続されている。層間絶縁層21は、金属配線層10及び層間絶縁層11に積層され、金属配線20の外周が層間絶縁層21によって囲まれている。例えば、金属配線20は、層間絶縁層21に設けられたビアホール等の開口21hに埋設されている。開口21hは、ビアホールのほか、例えば、トレンチであってもよい。
The
金属配線層30は、金属配線20の上端20uに電気的に接続されている。層間絶縁層31は、層間絶縁層21に積層され、金属配線層30の外周に層間絶縁層31が設けられている。
The
金属配線層10、30及び金属配線20の材料は、Cuを含む材料である。例えば、金属配線層10、30及び金属配線20の材料は、Cu合金である。ここで、Cu合金とは、CuAl2(CuAl2−θ層)等の金属間化合物である。層間絶縁層11、21、31の材料は、例えば、比誘電率2以下のLow−k材(CVD−SiOC、CVD−SiO2等)である。
The materials of the metal wiring layers 10 and 30 and the
金属配線層30の材料が純Cuのとき、金属配線層30と、層間絶縁層21、31との間にもバリア層が設けられてよい。
When the material of the
また、図1(b)に示す積層構造体2においては、層間絶縁層21上にさらに層間絶縁層31が設けられ、層間絶縁層31に、開口21hよりも開口幅の広い開口31hが形成されている。開口21hには、金属配線25の配線部25aが設けられ、開口31hには、配線部25aよりも線幅の広い、金属配線25の配線部25bが設けられている。すなわち、金属配線25は、配線部25aと配線部25bとを有する。換言すれば、配線部25aは、ビア配線であり、配線部25bは、電極である。このような積層構造体も本実施形態に含まれる。金属配線25の材料は、CuAl2(CuAl2−θ層)等のCu合金である。
Further, in the laminated structure 2 shown in FIG. 1B, an
図1(a)に示す積層構造体1の製造過程について説明する。 The manufacturing process of the laminated structure 1 shown in FIG. 1A will be described.
図2(a)〜図3(b)は、図1(a)に例示された積層構造体1の製造過程を示す模式的断面図である。 2 (a) to 3 (b) are schematic cross-sectional views showing a manufacturing process of the laminated structure 1 illustrated in FIG. 1 (a).
図2(a)に示すように、まず、金属配線層10と、層間絶縁層11、21とを有する積層構造体1aが準備される。積層構造体1aにおいては、金属配線層10の外周に層間絶縁層11が設けられ、金属配線層10及び層間絶縁層11には、層間絶縁層21が積層されている。層間絶縁層21には、金属配線層10の表面10sの一部が露出する開口21hが設けられている。
As shown in FIG. 2A, first, a
開口21hは、層間絶縁層21の上下の主面間を貫通するビアホールでもよく、層間絶縁層21の主面と平行な方向に延在するトレンチでもよい。例えば、開口21hの開口幅(トレンチの場合は線幅)が5〜15nmのとき、開口21hの深さは、20〜40nmである。
The
積層構造体1aは、例えば、CVD、スパッタリング等の成膜技術、ドライ式またはウェット式によるエッチング技術、フォトリソグラフィ等の製造工程が組み合わされて形成される。ここで、開口21hが層間絶縁層21に形成され、金属配線層10の一部が露出すると、金属配線層10の露出面101には、自然酸化膜(例えば、酸化銅)が形成される場合がある。
The
次に、図2(b)に示すように、層間絶縁層21の表面21sと、開口21hにおいて露出した金属配線層10の露出面101とに、銅アルミニウム層201が形成される。銅アルミニウム層201の成分は、金属配線20の成分と同じである。例えば、銅アルミニウム層201は、CuAl2層(CuAl2−θ層)等のCu合金である。銅アルミニウム層201は、減圧雰囲気において、CuAl2等のCu合金ターゲットを用いたスパッタリング法により形成される。
Next, as shown in FIG. 2B, a copper-
ここで、スパッタリング法としては、スパッタリング粒子の指向性を緩和したスパッタリング法が適用される。例えば、異方性スパッタリングよりも等方性スパッタリングを優先したスパッタリング法が適用されて、露出面101に堆積する銅アルミニウム層201の厚みよりも、層間絶縁層21の表面21sに堆積する銅アルミニウム層201の厚みが厚くなるように銅アルミニウム層201が形成される。
Here, as the sputtering method, a sputtering method in which the directivity of the sputtering particles is relaxed is applied. For example, a sputtering method that prioritizes isotropic sputtering over anisotropic sputtering is applied, and the copper-aluminum layer deposited on the
例えば、異方性スパッタリングとは、例えば、積層構造体1aを含む基板とターゲットとの間の距離を比較的長く設定し、低圧領域(例えば、10−6Pa〜10−1Pa)のプラズマを利用するスパッタリング法が該当し、等方性スパッタリングとは、基板とターゲットとの間の距離を比較的短く設定し、中圧領域から高圧領域(例えば、10−1Pa〜10Pa)のプラズマを利用するスパッタリング法が該当する。プラズマ放電については、ミラー磁場を用いたプラズマ閉じ込め方式によるマグネトロン放電方式、及び、それと合わせた材料自体に高電圧を印加することにより、プラズマ状態を自己保持する放電方式が採用される。
For example, the anisotropic sputtering, for example, to set relatively long distance between the substrate and the target, including the
このような段差被覆性が抑制されたスパッタリング法を採用することにより、表面21sに比べて露出面101にスパッタリング粒子が届きにくくなり、露出面101に堆積する銅アルミニウム層201の厚みよりも、層間絶縁層21の表面21sに堆積する銅アルミニウム層201の厚みが厚くなる。例えば、表面21sには、2nm〜5nmの銅アルミニウム層201が形成され、露出面101には、0.5nm〜1.5nmの銅アルミニウム層201が形成される。
By adopting such a sputtering method in which the step covering property is suppressed, the sputtering particles are less likely to reach the exposed
次に、図2(c)に示すように、層間絶縁層21の表面21s及び露出面101に堆積した銅アルミニウム層201に、例えば、プラズマが晒されて物理的エッチングが施される。
Next, as shown in FIG. 2C, for example, plasma is exposed to the copper-
物理的エッチングでは、プラズマガスとして、Ar、He、Ne、Xe等の不活性ガスが放電したプラズマが用いられる。このプラズマを用いた物理的エッチングとしては、プラズマイオンの指向性を向上させたスパッタリング法が適用される。例えば、等方性エッチングよりも異方性エッチングを優先させたエッチング法が適用される。例えば、積層構造体1aを含む基板に負電位バイアスが重畳され、低圧領域(例えば、10−3Pa〜10−1Pa)でのプラズマ処理が施される。
In physical etching, plasma discharged from an inert gas such as Ar, He, Ne, or Xe is used as the plasma gas. As the physical etching using this plasma, a sputtering method in which the directivity of plasma ions is improved is applied. For example, an etching method in which anisotropic etching is prioritized over isotropic etching is applied. For example, a negative potential bias is superimposed on the substrate including the
これにより、プラズマ中のイオンは、層間絶縁層21の表面21sに堆積した銅アルミニウム層201のほか、露出面101に堆積した銅アルミニウム層201にも届きやすくなり、層間絶縁層21の表面21s及び露出面101に堆積した、双方の銅アルミニウム層201が同時にエッチングされる。但し、露出面101に堆積した銅アルミニウム層201の厚みよりも、表面21sに堆積した銅アルミニウム層201の厚みが厚いため、露出面101に堆積した銅アルミニウム層201が先に除去され、表面21sに堆積した銅アルミニウム層201は、表面21sに残存する。
As a result, the ions in the plasma can easily reach not only the copper-
この結果、表面21sに堆積した銅アルミニウム層201の厚みは減少し、露出面101に堆積した銅アルミニウム層201については露出面101から除去される。さらに、露出面101については、物理的エッチングによるオーバーエッチングが施され、露出面101に形成されている金属配線層10の自然酸化膜が露出面101から除去される。
As a result, the thickness of the copper-
次に、図3(a)に示すように、露出面101における自然酸化膜が除去された後、開口21h及び銅アルミニウム層201上に、CuAl2を材料とする金属配線層20Lがスパッタリング法または鍍金法により形成される。金属配線層20Lにおいては、開口21h及び銅アルミニウム層201上に形成された後に、必要に応じて200〜350℃のリフロー処理が施されてもよい。
Next, as shown in FIG. 3A, after the natural oxide film on the exposed
次に、図3(b)に示すように、層間絶縁層21上の金属配線層20Lの余剰分が化学機械研磨によって除去されて、開口21hに該余剰分が除去され残された金属配線20が形成される。この後、図1(a)に示すように、層間絶縁層21上に層間絶縁層31が形成され、さらに、層間絶縁層31内に、金属配線20に電気的に接続される金属配線層30が形成される。
Next, as shown in FIG. 3B, the surplus of the
図1(b)に示す積層構造体2の製造過程について説明する。 The manufacturing process of the laminated structure 2 shown in FIG. 1B will be described.
図4(a)〜図5(b)は、図1(b)に例示された積層構造体2の製造過程を示す模式的断面図である。 4 (a) to 5 (b) are schematic cross-sectional views showing a manufacturing process of the laminated structure 2 illustrated in FIG. 1 (b).
図4(a)に示すように、金属配線層10と、層間絶縁層11、21、31とを有する積層構造体2aが準備される。積層構造体2aにおいては、層間絶縁層21に開口21hが設けられ、層間絶縁層31に、開口21hに連通する開口31hが設けられている。開口31hの開口幅は、開口21hの開口幅よりも広く形成される。
As shown in FIG. 4A, a
積層構造体2aは、例えば、CVD、スパッタリング等の成膜方法、ドライ式またはウェット式によるエッチング方法、フォトリソグラフィ等のウェーハプロセスが組み合わされて形成される。開口21hが層間絶縁層21に形成された後、金属配線層10の露出面101には、自然酸化膜が形成される場合がある。
The
次に、図4(b)に示すように、層間絶縁層31の表面31sと、開口21hにおいて露出した層間絶縁層21の層間絶縁層21の表面21sと、開口21hにおいて露出した金属配線層10の露出面101とに、銅アルミニウム層201が形成される。
Next, as shown in FIG. 4B, the
ここで、スパッタリング法としては、スパッタリング粒子の指向性を緩和したスパッタリング法が適用される。例えば、積層構造体1aの製造過程と同様に異方性スパッタリングよりも等方性スパッタリングを優先したスパッタリング法が適用される。これにより、露出面101に堆積する銅アルミニウム層201の厚みよりも、層間絶縁層31の表面31s及び層間絶縁層21の表面21sに堆積する銅アルミニウム層201の厚みが厚くなる。なお、開口31hの開口幅は、開口21hの開口幅よりも広いため、層間絶縁層31の表面31sに堆積する銅アルミニウム層201の厚みは、層間絶縁層21の表面21sに堆積する銅アルミニウム層201の厚みよりも厚く形成される。
Here, as the sputtering method, a sputtering method in which the directivity of the sputtering particles is relaxed is applied. For example, a sputtering method that prioritizes isotropic sputtering over anisotropic sputtering is applied as in the manufacturing process of the
次に、図4(c)に示すように、層間絶縁層31の表面31s、層間絶縁層21の表面21s及び露出面101に堆積した銅アルミニウム層201に、例えば、積層構造体1aの製造過程と同様に指向性を向上させた物理的エッチングが施される。
Next, as shown in FIG. 4C, a manufacturing process of, for example, a
この結果、表面31s、21sに堆積した銅アルミニウム層201の厚みは減少し、露出面101に堆積した銅アルミニウム層201については露出面101から除去される。さらに、露出面101については、物理的エッチングによるオーバーエッチングが施され、露出面101に形成されている金属配線層10の自然酸化膜が露出面101から除去される。
As a result, the thickness of the copper-
次に、図5(a)に示すように、開口31h、21h及び銅アルミニウム層201上にCuAl2を材料とする金属配線層25Lがスパッタリング法または鍍金法により形成される。金属配線層25Lにおいては、必要に応じて200〜350℃のリフロー処理が施されてもよい。
Next, as shown in FIG. 5A, a metal wiring layer 25L made of CuAl 2 as a material is formed on the
次に、図5(b)に示すように、層間絶縁層31上の金属配線層25Lの余剰分が化学機械研磨によって除去されて、開口31h、21hに、該余剰分が除去され残された金属配線25が形成される。すなわち、図1(b)に示すように、開口31hには金属配線25の配線部25bが形成され、開口21hには金属配線25の配線部25aが形成される。これにより、積層構造体2が形成される。表面21s上の銅アルミニウム層201は、金属配線25の一部となって組み込まれる。
Next, as shown in FIG. 5B, the surplus of the
本実施形態の作用について説明する。 The operation of this embodiment will be described.
図6は、本実施形態の作用の一例を示す模式的断面図である。 FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing an example of the operation of the present embodiment.
本実施形態では、物理的エッチングによる、露出面101に堆積した銅アルミニウム層201の除去、並びに露出面101に形成されている金属配線層10の自然酸化膜を除去する際に、層間絶縁層21の表面21sが銅アルミニウム層201によって被覆されている。すなわち、表面21sに堆積した銅アルミニウム層201は、物理的エッチングの際、層間絶縁層21の保護層として機能する。
In the present embodiment, the
これにより、層間絶縁層21の表面21sは、プラズマによるダメージを受けにくく、Low−k材としての機能を維持する。
As a result, the
さらに、銅アルミニウム層201中のアルミニウムと、層間絶縁層21中の酸素との反応性の高さから、保護層と層間絶縁層21との界面には、例えば、考えられ得る層として、極薄の酸化アルミニウム(AlOx)層が形成される。この酸化アルミニウム層は、金属成分のバリア層として機能し、保護層中のCu、Alの層間絶縁層21への拡散を抑制する。
Further, due to the high reactivity between the aluminum in the
また、露出面101には、自然酸化膜が除去される際に、銅アルミニウム層201が形成されている。この銅アルミニウム層201の一部は、物理的エッチングの際、開口21hの側面21wに再付着する。
Further, a copper-
これにより、銅アルミニウム層201中のアルミニウムと、層間絶縁層21中の酸素との反応性の高さから、金属配線20と層間絶縁層21との界面にも極薄の酸化アルミニウム層が形成されると考えられる。酸化アルミニウム層のバリア性により、金属配線20中のCu、Alの層間絶縁層21への拡散を抑制する。
As a result, due to the high reactivity between the aluminum in the
また、銅アルミニウム層201の成分と金属配線20の成分とが同じであることから、側面21wに再付着した銅アルミニウムの介在によって、金属配線20と層間絶縁層21との間で優れた密着力が得られる。
Further, since the components of the copper-
また、銅アルミニウム層201の成分と金属配線20の成分とが同じであることから、側面21wに再付着した銅アルミニウムを除去する工程が不要になり、製造過程の簡略化が図れる。側面21wに再付着した銅アルミニウムを除去する工程が不要になることから層間絶縁層21へのダメージが抑制される。
Further, since the component of the copper-
さらに、積層構造体2aの製造工程では、層間絶縁層21の表面21sに銅アルミニウム層201が残存するものの、開口31h、21hに埋め込まれる金属配線25の成分は、銅アルミニウム層201と同じであることから、銅アルミニウム層201は、金属配線25の一部に組み込まれる。これにより、表面21sに残存した銅アルミニウム層201を除去する工程は不要になる。
Further, in the manufacturing process of the
なお、スパッタリング条件によっては、銅アルミニウム層201が露出面101のほか、開口21hの側面、または、開口31hの側面に堆積する場合がある。開口21hの側面または開口31hの側面に堆積した銅アルミニウム層201は、物理的スパッタリングによって除去されてもよく、物理的スパッタリングの後、開口21hの側面または開口31hの側面に残存してもよい。銅アルミニウム層201が開口21hの側面または開口31hの側面に残存しても、露出面101上の銅アルミニウム層201が開口21hの側面または開口31hの側面に再付着する場合と同様の効果を奏する。
Depending on the sputtering conditions, the copper-
図7は、積層構造体の製造過程の変形例を示す模式的断面図である。 FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing a modified example of the manufacturing process of the laminated structure.
銅アルミニウム層201のスパッタリング成膜では、スパッタリングターゲットとして用いるCu合金ターゲット40の法線40nと、層間絶縁層21の法線21nとを非平行にしてスパッタリング成膜を実行してもよい。スパッタリング成膜の際、積層構造体1aを含む基板は、表面21sと平行な方向に適宜回転してもよい。
In the sputtering film formation of the copper-
このような方法によれば、スパッタリング粒子の指向性がますます緩和され、露出面101に堆積する銅アルミニウム層201の厚みよりも、層間絶縁層21の表面21sに堆積する銅アルミニウム層201の厚みがより厚くなりやすくなる。これにより、露出面101に堆積する銅アルミニウム層201の厚みと、層間絶縁層21の表面21sに堆積する銅アルミニウム層201の厚みとの差をより確実に設けることができる。なお、該変形例は、積層構造体2aの製造過程に適用してもよい。
According to such a method, the directivity of the sputtering particles is further relaxed, and the thickness of the copper-
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。各実施形態は、独立の形態とは限らず、技術的に可能な限り複合することができる。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and it goes without saying that various modifications can be made. Each embodiment is not limited to an independent form, and can be combined as technically as possible.
1、1a、2、2a…積層構造体
10、20L、25L、30…金属配線層
10s、21s、31s…表面
11、21、31…層間絶縁層
20、25…金属配線
20u…上端
20d…下端
21h、31h…開口
21w…側面
21n、40n…法線
25a、25b…配線部
40…Cu合金ターゲット
101…露出面
201…銅アルミニウム層
1, 1a, 2, 2a ...
Claims (9)
スパッタリング法により前記層間絶縁層の表面と前記開口において露出した前記金属配線層の露出面とに形成する銅アルミニウム層について、前記露出面に堆積する前記銅アルミニウム層の厚みよりも前記層間絶縁層の前記表面に堆積する前記銅アルミニウム層の厚みが厚くなるように、前記銅アルミニウム層を形成し、
前記層間絶縁層の前記表面及び前記露出面に堆積した前記銅アルミニウム層にプラズマを晒すことにより、前記表面に堆積した前記銅アルミニウム層の厚みを減少させ、前記露出面に堆積した前記銅アルミニウム層については前記露出面から除去するとともに前記露出面に形成されている前記金属配線層の自然酸化膜を前記露出面から除去する
金属配線の形成方法。 A laminated structure having a metal wiring layer containing copper and an interlayer insulating layer laminated on the metal wiring layer and provided with an opening in which a part of the surface of the metal wiring layer is exposed is prepared.
Regarding the copper-aluminum layer formed on the surface of the interlayer insulating layer and the exposed surface of the metal wiring layer exposed at the opening by the sputtering method, the thickness of the interlayer insulating layer is larger than the thickness of the copper-aluminum layer deposited on the exposed surface. The copper-aluminum layer is formed so that the thickness of the copper-aluminum layer deposited on the surface is increased.
By exposing the surface of the interlayer insulating layer and the copper-aluminum layer deposited on the exposed surface to plasma, the thickness of the copper-aluminum layer deposited on the surface is reduced, and the copper-aluminum layer deposited on the exposed surface is reduced. A method for forming a metal wiring, which removes the natural oxide film of the metal wiring layer formed on the exposed surface from the exposed surface and removes the natural oxide film of the metal wiring layer from the exposed surface.
前記スパッタリング法として、異方性スパッタリングよりも等方性スパッタリングを優先させたスパッタリング法、または、スパッタリングターゲットの法線と前記層間絶縁層の法線とを非平行にして実行するスパッタリング法を採用する
金属配線の形成方法。 The method for forming a metal wiring according to claim 1.
As the sputtering method, a sputtering method in which isotropic sputtering is prioritized over anisotropic sputtering, or a sputtering method in which the normal of the sputtering target and the normal of the interlayer insulating layer are not parallel to each other is adopted. How to form metal wiring.
前記プラズマは、不活性ガスが放電したプラズマであり、前記プラズマを用いた物理的エッチングにより、前記表面に堆積した前記銅アルミニウム層の厚みを減少させ、前記露出面に堆積した前記銅アルミニウム層及び前記自然酸化膜を除去する
金属配線の形成方法。 The method for forming a metal wiring according to claim 1 or 2.
The plasma is a plasma in which an inert gas is discharged, and the thickness of the copper-aluminum layer deposited on the surface is reduced by physical etching using the plasma, and the copper-aluminum layer deposited on the exposed surface and the plasma. A method for forming a metal wiring for removing the natural oxide film.
前記物理的エッチングとして、等方性エッチングよりも異方性エッチングを優先させたエッチング法を採用する
金属配線の形成方法。 The method for forming a metal wiring according to claim 3.
A method for forming a metal wiring, which employs an etching method in which anisotropic etching is prioritized over isotropic etching as the physical etching.
前記層間絶縁層として、Low−k層を用いる
金属配線の形成方法。 The method for forming a metal wiring according to any one of claims 1 to 4.
A method for forming a metal wiring using a Low-k layer as the interlayer insulating layer.
前記銅アルミニウム層として、CuAl2層を用いる
金属配線の形成方法。 The method for forming a metal wiring according to any one of claims 1 to 5.
A method for forming a metal wiring using two CuAl layers as the copper-aluminum layer.
前記開口は、前記層間絶縁層に設けられた、ビアホールまたはトレンチであり、前記ビアホールの開口幅または前記トレンチの線幅は、20nm以下である
金属配線の形成方法。 The method for forming a metal wiring according to any one of claims 1 to 6.
A method for forming a metal wiring, wherein the opening is a via hole or a trench provided in the interlayer insulating layer, and the opening width of the via hole or the line width of the trench is 20 nm or less.
前記自然酸化膜を除去した後、前記開口に銅アルミニウム配線をスパッタリング法または鍍金法により形成する
金属配線の形成方法。 The method for forming a metal wiring according to any one of claims 1 to 7.
A method for forming a metal wiring in which a copper-aluminum wiring is formed in the opening by a sputtering method or a plating method after removing the natural oxide film.
前記銅アルミニウム層の成分は、前記銅アルミニウム配線の成分と同じである
金属配線の形成方法。 The method for forming a metal wiring according to claim 8.
A method for forming a metal wiring in which the components of the copper-aluminum layer are the same as the components of the copper-aluminum wiring.
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