JP2021111757A - Formation method of metal wiring - Google Patents
Formation method of metal wiring Download PDFInfo
- Publication number
- JP2021111757A JP2021111757A JP2020004477A JP2020004477A JP2021111757A JP 2021111757 A JP2021111757 A JP 2021111757A JP 2020004477 A JP2020004477 A JP 2020004477A JP 2020004477 A JP2020004477 A JP 2020004477A JP 2021111757 A JP2021111757 A JP 2021111757A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- metal wiring
- layer
- copper
- aluminum
- opening
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 112
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 112
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 57
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 title abstract description 8
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims abstract description 236
- JRBRVDCKNXZZGH-UHFFFAOYSA-N alumane;copper Chemical compound [AlH3].[Cu] JRBRVDCKNXZZGH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 100
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 claims abstract description 76
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims abstract description 40
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 8
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 24
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 24
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 21
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 21
- -1 oxygen ions Chemical class 0.000 claims description 9
- 229910018565 CuAl Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 238000007747 plating Methods 0.000 claims description 4
- 238000003475 lamination Methods 0.000 abstract 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 15
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 12
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 description 11
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 8
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 7
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 7
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 4
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 4
- JHJNPOSPVGRIAN-SFHVURJKSA-N n-[3-[(1s)-1-[[6-(3,4-dimethoxyphenyl)pyrazin-2-yl]amino]ethyl]phenyl]-5-methylpyridine-3-carboxamide Chemical class C1=C(OC)C(OC)=CC=C1C1=CN=CC(N[C@@H](C)C=2C=C(NC(=O)C=3C=C(C)C=NC=3)C=CC=2)=N1 JHJNPOSPVGRIAN-SFHVURJKSA-N 0.000 description 4
- 238000009832 plasma treatment Methods 0.000 description 4
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 4
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 3
- 230000006870 function Effects 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 238000009751 slip forming Methods 0.000 description 2
- QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N Copper oxide Chemical compound [Cu]=O QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005751 Copper oxide Substances 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 229910000431 copper oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 150000002978 peroxides Chemical class 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000005477 sputtering target Methods 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
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等の開口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。開口への導電層の埋め込みは、開口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 an opening such as a via hole provided in the interlayer insulating layer, and the metal wiring layers between the layers are electrically connected by the conductive layer. The embedding of the conductive layer in the opening is performed by forming the conductive layer between the opening 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).
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、一般的には低密度な材料で構成されている。このため、開口に形成された導電層から層間絶縁層への金属拡散をいかにして防ぐかは重要な課題となる。例えば、導電層から層間絶縁層への金属拡散が生じると、層間絶縁層の誘電率が変化したり、層間絶縁層内での電気的リークが生じたりして、電子部品の信頼性が低減する可能性がある。 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. This Low-k material is generally composed of a low-density material. Therefore, how to prevent metal diffusion from the conductive layer formed in the opening to the interlayer insulating layer becomes an important issue. For example, when metal diffusion occurs from the conductive layer to the interlayer insulating layer, the dielectric constant of the interlayer insulating layer changes or electrical leakage occurs in the interlayer insulating layer, which reduces the reliability of electronic components. there is a possibility.
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、層間絶縁層の開口に形成した金属配線を含む電子部品において、その信頼性を低減させな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 method for forming a metal wiring that does not reduce the reliability of an electronic component including the metal wiring formed in the opening of the interlayer insulating layer.
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、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。
上記開口の側面に対して、酸素イオン及び酸素ラジカルが晒される。
スパッタリング法により上記開口の上記側面に沿って銅アルミニウム層が形成される。
In order to achieve the above object, in the method for forming a metal wiring according to an embodiment of the present invention, an opening that is laminated on a metal wiring layer containing copper and the metal wiring layer, and a part of the surface of the metal wiring layer is exposed. A laminated structure having an interlayer insulating layer provided with the above is prepared.
Oxygen ions and oxygen radicals are exposed to the side surfaces of the opening.
A copper-aluminum layer is formed along the side surface of the opening by the sputtering method.
このような金属配線の形成方法であれば、層間絶縁層と銅アルミニウム層との間に酸化物を含むバリア層が形成されて、信頼性の高い金属配線構造体が得られる。 With such a metal wiring forming method, a barrier layer containing an oxide is formed between the interlayer insulating layer and the copper-aluminum layer, and a highly reliable metal wiring structure can be obtained.
上記の金属配線の形成方法においては、上記側面に酸素ガスを含む上記プラズマを晒す前に、上記側面に対して、水素イオン及び水素ラジカルが晒されてもよい。 In the method for forming the metal wiring, hydrogen ions and hydrogen radicals may be exposed to the side surface before the plasma containing oxygen gas is exposed to the side surface.
このような金属配線の形成方法であれば、層間絶縁層と銅アルミニウム層との間に残渣がなくなり、信頼性の高い金属配線構造体が得られる。 With such a metal wiring forming method, there is no residue between the interlayer insulating layer and the copper-aluminum layer, and a highly reliable metal wiring structure can be obtained.
上記の金属配線の形成方法においては、上記側面に上記銅アルミニウム層が形成された後に、上記開口において露出する上記金属配線層の自然酸化膜が上記金属配線層から除去されてもよい。 In the method for forming the metal wiring, the natural oxide film of the metal wiring layer exposed at the opening may be removed from the metal wiring layer after the copper-aluminum layer is formed on the side surface.
このような金属配線の形成方法であれば、金属配線層から自然酸化膜が除去され、信頼性の高い金属配線構造体が得られる。 With such a metal wiring forming method, the natural oxide film is removed from the metal wiring layer, and a highly reliable metal wiring structure can be obtained.
上記の金属配線の形成方法においては、上記層間絶縁層として、Low−k層を用いてもよい。 In the method for forming the metal wiring, a Low-k layer may be used as the interlayer insulating layer.
このような金属配線の形成方法であれば、高速動作が可能で、信頼性の高い金属配線構造体が得られる。 With such a metal wiring forming method, high-speed operation is possible and a highly reliable metal wiring structure can be obtained.
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として、CuAl2層を用いてもよい。 In the method for forming the metal wiring, a CuAl 2 layer may be used as the copper-aluminum layer.
このような金属配線の形成方法であれば、狭小の開口に銅アルミニウムを含む金属配線が形成される。 With such a metal wiring forming method, a metal wiring containing copper aluminum is formed in a narrow opening.
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であれば、上記サイズの開口でも銅アルミニウムを含む金属配線が形成される。 With such a metal wiring forming method, a metal wiring containing copper aluminum can be formed even with an opening of the above size.
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、上記開口に上記銅アルミニウム層を介して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してもよい。 In the method for forming the metal wiring, after removing the natural oxide film, the copper-aluminum wiring may be formed in the opening through the copper-aluminum layer by a sputtering method or a plating method.
このような金属配線の形成方法であれば、開口に銅アルミニウム層を形成した後に、開口に銅アルミニウム配線が形成される。 In such a method of forming the metal wiring, the copper-aluminum wiring is formed in the opening after the copper-aluminum layer is formed in the opening.
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であれば、開口に同じ成分の銅アルミニウム層及び銅アルミニウム配線が形成される。 With such a metal wiring forming method, a copper-aluminum layer having the same composition and a copper-aluminum wiring are formed in the opening.
以上述べたように、本発明によれば、電子部品の信頼性を低減させな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 method for forming metal wiring that does not reduce the reliability of electronic components.
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、金属配線構造体としての層間絶縁層、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 as a metal wiring structure, a metal wiring, and a metal wiring 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. Layers are shown.
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20は、銅アルミニウム層200と、銅アルミニウム配線202とを有する。銅アルミニウム層200は、層間絶縁層21に接し、層間絶縁層21と銅アルミニウム配線202との間に設けられる。
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の銅アルミニウム層200、銅アルミニウム配線202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
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。なお、銅アルミニウム層200と銅アルミニウム配線202とは、同じ成分で構成されているため、銅アルミニウム層200と銅アルミニウム配線202との境界は、消滅してもよい。
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。
Further, in the laminated structure 2 shown in FIG. 1B, an
金属配線25は、銅アルミニウム層250と、銅アルミニウム配線252とを有する。銅アルミニウム層250は、層間絶縁層21、31に接し、層間絶縁層21、31と銅アルミニウム配線252との間に設けられる。銅アルミニウム層250と銅アルミニウム配線252とは、同じ成分で構成されている。例えば、銅アルミニウム層250及び銅アルミニウム配線252の材料は、CuAl2(CuAl2−θ層)等のCu合金である。このため、銅アルミニウム層250と銅アルミニウム配線252との境界は、消滅してもよい。
The
このような積層構造体2も本実施形態に含まれる。 Such a laminated structure 2 is also included in the present embodiment.
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(c)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 (c) 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の側面21wと、露出面101とに、水素イオン及び/又は水素ラジカルが晒される。水素イオン及び/又は水素ラジカルは、例えば、H2/Arガスが放電したプラズマを用いて晒される。これにより、積層構造体1aの製造過程中に、例えば、表面21s、側面21w、及び露出面101に残渣が付着・残存した場合、この水素プラズマによって表面21s、側面21w、及び露出面101から残渣が取り除かれる。残渣とは、例えば、層間絶縁層21の成分以外の異物、パーティクル(以下、異物等)であり、例えば、炭化物、水酸基、水、セラミック成分及び金属成分等が該当する。
Next, as shown in FIG. 2B, hydrogen ions and / or hydrogen radicals are exposed to the
水素表面処理では、表面21s、側面21w、及び露出面101に沿って満遍なく水素プラズマを晒す意図から、プラズマガスの指向性を緩和させた水素プラズマ処理が適用される。例えば、異方性プラズマよりも等方性プラズマを優先させた水素プラズマが適用される。あるいはイオン性を示さないラジカル状態の粒子によって水素ラジカルが晒されてもよく、例えば公知のリモートプラズマを採用することもできる。
In the hydrogen surface treatment, a hydrogen plasma treatment in which the directivity of the plasma gas is relaxed is applied with the intention of evenly exposing the hydrogen plasma along the
例えば、異方性プラズマとは、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、10−3Pa〜10−1Pa)のプラズマを利用する放電が該当し、等方性プラズマとは、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放電が該当する。プラズマ放電については、容量結合型、誘導結合型等の放電方式が採用される。
For example, the anisotropic plasma is a plasma in a low pressure region (for example, 10 -3 Pa to -1 Pa) in which a relatively long distance is set between the substrate including the
次に、図2(c)に示すように、表面21s、側面21w、及び露出面101に、酸素イオン及び/又は酸素ラジカルが晒される。酸素イオン及び/又は酸素ラジカルとしては、例えば、O2/Arガスが放電したプラズマを用いて晒される。これにより、異物等が取り除かれた後の表面21s、側面21w、及び露出面101が酸化されて、表面21s、側面21w、及び露出面101に極薄の酸化層が形成される。
Next, as shown in FIG. 2C, oxygen ions and / or oxygen radicals are exposed to the
酸素表面処理では、表面21s、側面21w、及び露出面101に沿って満遍なく酸素プラズマを晒す意図から、プラズマガスの指向性を緩和させた酸素プラズマ処理が適用される。例えば、異方性プラズマよりも等方性プラズマを優先させた酸素プラズマが適用される。あるいはイオン性を示さないラジカル状態の粒子によって酸素ラジカルが晒されてもよく、例えば公知のリモートプラズマを採用することもできる。
In the oxygen surface treatment, the oxygen plasma treatment in which the directivity of the plasma gas is relaxed is applied with the intention of evenly exposing the oxygen plasma along the
次に、図2(d)に示すように、スパッタリング成膜により、露出面101と、表面21s及び側面21wのそれぞれとに銅アルミニウム層200が形成される。
Next, as shown in FIG. 2D, a copper-
スパッタリング法としては、露出面101、表面21s及び側面21wに沿って銅アルミニウム層200を形成する意図から、スパッタリング粒子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、等方性スパッタリングよりも異方性スパッタリングを優先させたスパッタリング法が適用される。
As the sputtering method, a sputtering method in which the directivity of the sputtering particles is improved is applied from the intention of forming the copper-
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、10−3Pa〜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。異方性スパッタリグの例として、例えば、LTS(Long Through Sputtering)等のスパッタリング法が適用される。
For example, the anisotropic sputtering, for example, to set relatively long distance between the substrate and the target, including the
次に、図3(a)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200に、物理的エッチングが施される。
Next, as shown in FIG. 3A, the copper-
物理的エッチングでは、プラズマガスとして、Ar、He、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、基板バイアスを印加してプラズマイオンの指向性を向上させたスパッタエッチ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、10−2Pa〜10Pa)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, or Xe is used as the plasma gas. As the physical etching using this plasma, a sputtering etching method in which a substrate bias is applied to improve the directivity of plasma ions 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 a substrate comprising a
これにより、プラズマ中のイオンが層間絶縁層21の表面21sに堆積した銅アルミニウム層200のほか、露出面101に堆積した銅アルミニウム層200にも届きやすくなり、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200が同時にエッチングされる。
As a result, the ions in the plasma easily reach the copper-
但し、開口21hの開口幅が狭く、露出面101に堆積した銅アルミニウム層200の厚みよりも、表面21sに堆積した銅アルミニウム層200の厚みが厚く形成されるため、露出面101に堆積した銅アルミニウム層200が先に除去され、表面21sに堆積した銅アルミニウム層200は、表面21sに残存する。
However, since the opening width of the
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。
Further, the exposed
次に、図3(b)に示すように、開口21h及び銅アルミニウム層200上に、銅アルミニウム層200の成分と成分が同じとする銅アルミニウム配線層202Lがスパッタリング法または鍍金法により形成される。銅アルミニウム配線層202Lにおいては、開口21h及び銅アルミニウム層200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. 3B, a copper-
これにより、銅アルミニウム層200には実質的に加熱処理が施される。あるいは、銅アルミニウム層200を形成した直後に、200〜350℃で銅アルミニウム層200が加熱される工程が設けられてもよい。なお、銅アルミニウム配線層202Lをスパッタリング法で形成するときは、銅アルミニウム層200と、銅アルミニウム配線層202Lとをスパッタリング法で連続して形成してもよい。
As a result, the copper-
次に、図3(c)に示すように、層間絶縁層21上の銅アルミニウム配線層202L及び銅アルミニウム層200のそれぞれ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. 3C, the surpluses of the copper-
図4(a)〜図5(c)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 (c) 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31hの側面31wと、開口21hにおいて露出した層間絶縁層21の表面21sと、開口21hの側面21w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、水素プラズマが晒される。これにより、表面31s、側面31w、表面21s、側面21w、及び露出面101に残渣が付着・残存した場合、表面31s、側面31w、表面21s、側面21w、露出面101から残渣が取り除かれる。
Next, as shown in FIG. 4B, the
水素表面処理では、表面31s、側面31w、表面21s、側面21w、及び露出面101に沿って満遍なく水素プラズマを晒す意図から、積層構造体1aの製造過程と同様の水素プラズマが適用される。あるいはイオン性を示さないラジカル状態の粒子によって水素ラジカルが晒されてもよく、例えば公知のリモートプラズマを採用することもできる。
In the hydrogen surface treatment, the same hydrogen plasma as in the manufacturing process of the
次に、図4(c)に示すように、表面31s、側面31w、表面21s、側面21w、露出面101に、酸素プラズマが晒される。これにより、表面31s、側面31w、表面21s、側面21w、及び露出面101が酸化されて、表面31s、側面31w、表面21s、側面21w、及び露出面101に極薄の酸化層が形成される。
Next, as shown in FIG. 4C, the oxygen plasma is exposed to the
酸素表面処理では、表面31s、側面31w、表面21s、側面21w、及び露出面101に沿って満遍なく酸素プラズマを晒す意図から、プラズマガスの指向性を緩和させた酸素プラズマ処理が適用される。例えば、積層構造体1aの製造過程と同様の酸素プラズマが適用される。あるいはイオン性を示さないラジカル状態の粒子によって酸素ラジカルが晒されてもよく、例えば公知のリモートプラズマを採用することもできる。
In the oxygen surface treatment, the oxygen plasma treatment in which the directivity of the plasma gas is relaxed is applied with the intention of evenly exposing the oxygen plasma along the
次に、図4(d)に示すように、スパッタリング成膜により、露出面101、表面21s、側面21w、表面31s、及び側面31wのそれぞれに銅アルミニウム層250が形成される。
Next, as shown in FIG. 4D, a copper-
スパッタリング法としては、露出面101と、表面21s、側面21w、表面31s及び側面31wに沿って銅アルミニウム層250を形成する意図から、スパッタリング粒子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、等方性スパッタリングよりも異方性スパッタリングを優先させたスパッタリング法が適用される。
As the sputtering method, a sputtering method in which the directivity of the sputtering particles is improved is applied with the intention of forming the copper-
次に、図5(a)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250に、物理的エッチングが施される。
Next, as shown in FIG. 5A, the
物理的エッチングでは、プラズマガスとして、Ar、He、Xe等の不活性ガスが電離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、積層構造体1aの製造過程と同様に、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。
In physical etching, plasma obtained by ionizing an inert gas such as Ar, He, 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 as in the manufacturing process of the
これにより、プラズマ中のイオンが表面21s、31sに堆積した銅アルミニウム層250のほか、露出面101に堆積した銅アルミニウム層250にも届きやすくなり、表面21s、31s及び露出面101に堆積した、双方の銅アルミニウム層250が同時にエッチングされる。
As a result, the ions in the plasma easily reach the copper-
但し、開口21hの開口幅が狭く、露出面101に堆積した銅アルミニウム層250の厚みよりも、表面21s、31sに堆積した銅アルミニウム層250の厚みが厚く形成されるため、露出面101に堆積した銅アルミニウム層250が先に除去される。これにより、表面21s、31sに堆積した銅アルミニウム層250が表面21sに残存する。
However, since the opening width of the
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。
Further, the exposed
次に、図5(b)に示すように、開口21h、31h及び銅アルミニウム層250上に、銅アルミニウム層250の成分と成分が同じとする銅アルミニウム配線層252Lがスパッタリング法または鍍金法により形成される。銅アルミニウム配線層252Lにおいては、開口21h、31h及び銅アルミニウム層250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. 5B, a copper-
これにより、銅アルミニウム層250には実質的に加熱処理が施される。あるいは、銅アルミニウム層250を形成した直後に、200〜350℃で銅アルミニウム層250が加熱される工程が設けられてもよい。なお、銅アルミニウム配線層252Lをスパッタリング法で形成するときは、銅アルミニウム層250と、銅アルミニウム配線層252Lとをスパッタリング法で連続して形成してもよい。
As a result, the copper-
次に、図5(c)に示すように、層間絶縁層31上の銅アルミニウム配線層252L及び銅アルミニウム層250のそれぞれの余剰分が化学機械研磨によって除去されて、図1(b)に示す積層構造体2が形成される。
Next, as shown in FIG. 5 (c), the surpluses of the copper-
図1(a)の積層構造体1を例に本実施形態の作用について説明する。 The operation of the present embodiment will be described by taking the laminated structure 1 of FIG. 1A as an example.
本実施形態では、水素プラズマによって残渣が取り除かれた層間絶縁層21の開口21hに酸素プラズマが晒される。これにより、開口21hの側面21wに極薄の酸化層が形成される。この酸化層は、側面21wの表層が水素プラズマによって洗浄または還元された後に酸素プラズマによって再び酸化された、例えば、酸化活性層または過酸化層として機能する。
In the present embodiment, the oxygen plasma is exposed to the
これにより、CuAl2を含む銅アルミニウム層200が側面21wに形成されると、銅アルミニウム層200中のAlと酸化層との反応が起きて、層間絶縁層21と銅アルミニウム層200との間にアルミニウム酸化物層(AlOx層)が形成される。この反応は、銅アルミニウム層200がリフロー処理等の加熱処理されることでさらに促進する。
As a result, when the copper-aluminum layer 200 containing CuAl 2 is formed on the
アルミニウム酸化物層は、例えば、Cu、Alの層間絶縁層21への拡散を防ぐバリア層として機能し、金属配線20からのCu、Alの層間絶縁層21への拡散が確実に防止される。これにより、層間絶縁層21の特性が高い信頼性をもって維持される。
The aluminum oxide layer functions as, for example, a barrier layer for preventing the diffusion of Cu and Al into the
また、層間絶縁層21と酸化層とは、共に酸素を有し、銅アルミニウム層200と酸化層とは、共にアルミニウムを有する。これにより、銅アルミニウム層200と層間絶縁層21との間では、酸化層が密着層となって、銅アルミニウム層200と層間絶縁層21との間での高い密着力が発生する。図1(b)の積層構造体2においても同様の効果を奏する。
Further, the
(変形例) (Modification example)
図6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. 6 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200のスパッタリング成膜では、CuAl2を含むスパッタリングターゲットの法線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-
基板を回転することによい、開口21hにおけるスパッタリング膜の段差被覆性がますます向上する。これにより、銅アルミニウム層200は、より途切れることなく、且つ隙間なく層間絶縁層21に密着することになる。この結果、より信頼性の高い金属配線20が得られる。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。
The step coverage of the sputtering film at the
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、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
20d…下端
20u…上端
21h、31h…開口
21w、31w…側面
25a、25b…配線部
101…露出面
200、250…銅アルミニウム層
202、252…銅アルミニウム配線
202L、252L…銅アルミニウム配線層
1, 1a, 2, 2a ...
Claims (8)
前記開口の側面に対して、酸素イオン及び/又は酸素ラジカルを晒し、
スパッタリング法により前記開口の前記側面に沿って銅アルミニウム層を形成する
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.
The sides of the opening are exposed to oxygen ions and / or oxygen radicals.
A method for forming a metal wiring that forms a copper-aluminum layer along the side surface of the opening by a sputtering method.
前記側面に酸素ガスを含む前記酸素イオン及び/又は酸素ラジカルを晒す前に、前記側面に対して、水素イオン及び又は水素ラジカルが晒される
金属配線の形成方法。 The method for forming a metal wiring according to claim 1.
A method for forming a metal wiring to which hydrogen ions and / or hydrogen radicals are exposed to the side surfaces before the oxygen ions and / or oxygen radicals containing oxygen gas are exposed to the side surfaces.
前記側面に前記銅アルミニウム層が形成された後に、前記開口において露出する前記金属配線層の自然酸化膜が前記金属配線層から除去される The method for forming a metal wiring according to claim 1 or 2.
After the copper-aluminum layer is formed on the side surface, the natural oxide film of the metal wiring layer exposed at the opening is removed from the metal wiring layer.
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 3.
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 4.
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 5.
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、前記開口に前記銅アルミニウム層を介して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 6.
A method for forming a metal wiring by removing the natural oxide film and then forming a copper-aluminum wiring in the opening through the copper-aluminum layer by a sputtering method or a plating method.
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 7.
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.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020004477A JP7388932B2 (en) | 2020-01-15 | 2020-01-15 | How to form metal wiring |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020004477A JP7388932B2 (en) | 2020-01-15 | 2020-01-15 | How to form metal wiring |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2021111757A true JP2021111757A (en) | 2021-08-02 |
JP7388932B2 JP7388932B2 (en) | 2023-11-29 |
Family
ID=77060255
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2020004477A Active JP7388932B2 (en) | 2020-01-15 | 2020-01-15 | How to form metal wiring |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7388932B2 (en) |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6195517A (en) * | 1984-10-16 | 1986-05-14 | Toshiba Corp | Manufacture of semiconductor device |
JPH05218025A (en) * | 1992-02-05 | 1993-08-27 | Fujitsu Ltd | Method of manufacturing semiconductor device |
JPH08148499A (en) * | 1994-11-17 | 1996-06-07 | Sony Corp | Multilayer interconnection forming method |
JPH11204410A (en) * | 1998-01-16 | 1999-07-30 | Sony Corp | Manufacture of semiconductor device |
JP2005167122A (en) * | 2003-12-05 | 2005-06-23 | Kawasaki Microelectronics Kk | Manufacturing method of semiconductor device |
JP2009123886A (en) * | 2007-11-14 | 2009-06-04 | Nec Corp | Forming method of multilayer wiring |
JP2010192867A (en) * | 2009-01-20 | 2010-09-02 | Renesas Electronics Corp | Semiconductor integrated circuit device and semiconductor integrated circuit device manufacturing method |
JP2019212892A (en) * | 2018-06-04 | 2019-12-12 | 株式会社マテリアル・コンセプト | Wiring structure and semiconductor device |
-
2020
- 2020-01-15 JP JP2020004477A patent/JP7388932B2/en active Active
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6195517A (en) * | 1984-10-16 | 1986-05-14 | Toshiba Corp | Manufacture of semiconductor device |
JPH05218025A (en) * | 1992-02-05 | 1993-08-27 | Fujitsu Ltd | Method of manufacturing semiconductor device |
JPH08148499A (en) * | 1994-11-17 | 1996-06-07 | Sony Corp | Multilayer interconnection forming method |
JPH11204410A (en) * | 1998-01-16 | 1999-07-30 | Sony Corp | Manufacture of semiconductor device |
JP2005167122A (en) * | 2003-12-05 | 2005-06-23 | Kawasaki Microelectronics Kk | Manufacturing method of semiconductor device |
JP2009123886A (en) * | 2007-11-14 | 2009-06-04 | Nec Corp | Forming method of multilayer wiring |
JP2010192867A (en) * | 2009-01-20 | 2010-09-02 | Renesas Electronics Corp | Semiconductor integrated circuit device and semiconductor integrated circuit device manufacturing method |
JP2019212892A (en) * | 2018-06-04 | 2019-12-12 | 株式会社マテリアル・コンセプト | Wiring structure and semiconductor device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP7388932B2 (en) | 2023-11-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR20050018585A (en) | Interconnecting structure | |
JP4764606B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
JP5193542B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
JP5565570B2 (en) | Switching element, switching element manufacturing method, and semiconductor device | |
JPH11251316A (en) | Manufacture of multi-chip semiconductor device | |
JP3952271B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
JP2010045161A (en) | Semiconductor device and its manufacturing method | |
JP2007115980A (en) | Semiconductor device and manufacturing method therefor | |
JP3091026B2 (en) | Integrated circuit wiring | |
JPH09148431A (en) | Manufacture of semiconductor device | |
JP2006216809A (en) | Semiconductor device and its manufacturing method | |
JP2021111757A (en) | Formation method of metal wiring | |
JP5942867B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
JP7343407B2 (en) | Metal wiring formation method and metal wiring structure | |
JP7343406B2 (en) | How to form metal wiring | |
JP2004119698A (en) | Semiconductor device and its manufacturing method | |
JP2006196642A (en) | Semiconductor device and its manufacturing method | |
KR20050068889A (en) | Method for fabricating copper interconnect of semiconductor device | |
WO2006121129A1 (en) | Semiconductor device and method for manufacturing same | |
JP2005203568A (en) | Fabrication process of semiconductor device, and semiconductor device | |
JP3635483B2 (en) | Integrated circuit device | |
TW200406042A (en) | Method of reducing voiding in copper interconnects with copper alloys in the seed layer | |
JP2008060414A (en) | Semiconductor device and manufacturing method therefor | |
JP2005129745A (en) | Semiconductor device | |
JP2007214418A (en) | Semiconductor device manufacturing method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20221118 |
|
RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20221118 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20230817 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20230822 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20230922 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20231114 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20231116 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7388932 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |