JP3394155B2 - 金属薄膜形成方法 - Google Patents
金属薄膜形成方法Info
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Description
層配線構造の形成において、多層配線の電気抵抗や、エ
レクトロマイグレーション耐性の向上、加えて、製造コ
ストの低減に対する要求に合致する配線を形成するため
の、金属薄膜形成方法に関する。
て、より高密度な電子部品を実現するためには多層配線
技術は不可欠である。この多層配線において、配線金属
の主材料としてはアルミニウムまたはアルミニウムを主
成分とする合金が広く使用されている。また、アルミニ
ウムより低い電気抵抗と高いマイグレーション耐性を持
つ金属として、銅を用いた配線が一部検討されている
(文献1:特開平2−256238号公報)。しかし、
LSIのパターンサイズが微細化し、動作電流密度が高
くなるに従い、エレクトロマイグレーション効果による
配線の断線が深刻な問題になりつつある。金属配線のエ
レクトロマイグレーションに対する耐性は、金属の結晶
粒径、配向性に大きく左右される。結晶粒径が配線幅よ
り大きく、配向性のそろった金属薄膜が、エレクトロマ
イグレーションに対する耐性に優れていることは、よく
知られている(文献2:S.Vaidya and A.K.Shinha,Thin
Solid Films 75,253(1981))。
線に使用する金属は、通常スパッタリングもしくはCV
Dで形成される。また、銅薄膜の場合はメッキによる成
膜も可能である。これらの方法で成膜された金属薄膜の
結晶粒径は、成膜温度,成膜時のガス圧,成膜速度によ
って左右され、膜の段差被覆性や表面モフォロジーが良
好になる条件と結晶粒径や配向性が良好になる条件は、
必ずしも一致しない。すなわち、これらの金属薄膜で
は、エレクトロマイグレーション耐性があまり高くな
い。
の融点近くの高温でのアニールにより、大きくすること
が可能である。しかしながら、半導体装置の配線形成工
程における上限温度は400〜450℃程度であり、そ
れ以上の高温処理を行うことはできない。すなわち、従
来では、半導体装置製造工程における制限内では、マイ
グレーション耐性の高い金属薄膜を形成することが困難
であり、結果として、マイグレーション耐性の高い金属
配線を形成することが、非常に困難であるという問題が
あった。
るためになされたものであり、障害となるような高温処
理をすることなく、マイグレーション耐性の高い金属配
線が形成できるようにすることを目的とする。
方法は、まず、基体表面に金属薄膜を形成し、その金属
薄膜を加熱することで、結晶粒径を大きくする。そし
て、その基体と半導体基板とを、金属薄膜表面と半導体
基板表面とが向かい合うように貼り合わせ、引き続いて
加熱して、金属薄膜を半導体基板上に形成し、その後、
基体を金属薄膜より剥離するようにした。このようにし
たので、金属薄膜は、半導体基板上に形成される時点で
は、その結晶粒径が大きいものとなっている。また、こ
の発明の金属薄膜形成方法は、まず、基体表面に金属薄
膜を形成し、その金属薄膜を加熱することで、結晶粒径
を大きくする。加えて、金属薄膜表面に、酸化物が導電
性を有する金属からなる保護膜を形成する。そして、基
体と半導体基板とを、保護膜表面と半導体基板表面とが
向かい合うように貼り合わせ、引き続いて加熱して、半
導体基板上に保護膜を介して金属薄膜を形成し、その
後、基体を金属薄膜より剥離するようにした。このよう
にしたので、金属薄膜は、半導体基板上に形成される時
点では、その結晶粒径が大きいものとなっている。ま
た、金属薄膜を構成する金属の酸化物からなる膜が、金
属薄膜表面には形成されることがない。そして、この発
明の金属薄膜形成方法は、まず、基体表面に金属薄膜を
形成し、その金属薄膜を加熱することで、結晶粒径を大
きくする。加えて、金属薄膜表面に、低融点金属からな
る保護膜を形成する。そして、基体と半導体基板とを、
保護膜表面と半導体基板表面とが向かい合うように貼り
合わせ、引き続いて加熱して、半導体基板上に保護膜を
介して金属薄膜を形成する。そして、その後、基体を金
属薄膜より剥離してから、保護膜および金属薄膜を加熱
することで、保護膜を構成する低融点金属と金属薄膜を
構成する金属とを合金化させるようにした。このように
したので、金属薄膜は、半導体基板上に形成される時点
では、その結晶粒径が大きいものとなっている。また、
より低い温度で加熱しても、半導体基板上に保護膜を介
して金属薄膜を形成できる。
参照して説明する。 実施の形態1 図1は、この発明の第1の実施の形態における、金属薄
膜形成方法を示す説明図である。まず、図1に示すよう
に、SiO2 等の絶縁物で覆われた基体101の表面
に、アルミニウムまたは銅からなる金属薄膜102を形
成する。この金属薄膜102の形成は、例えば、スパッ
タリング等の公知の方法で成膜すればよい。また、基体
101は、例えば、アルミナ石英など、金属もしくは金
属酸化物からなる板のように、一定の強度と耐熱性を有
していればよい。また、この基体101は、ナトリウム
やカリウムなどのアルカリ金属を含まないものとする。
属薄膜102をアニールすることで、金属薄膜102を
構成する金属の結晶粒径を大粒径化する。次に、図1
(b)に示すように、半導体基板103表面に、窒化チ
タンなどからなるバリア膜104を形成し、その後、ア
ルミニウムまたは同からなる薄膜105を形成する。こ
こで、この半導体基板103表面には、図には示してい
ないが、すでにMOSトランジスタなどの素子が形成さ
れ、その上に層間絶縁膜などが形成され、次の段階とし
て、その素子に接続する配線層を形成しようとしている
状態のものとする。
01と半導体基板103とを、金属薄膜102と薄膜1
05とが向かい合うように貼り合わせる。そして、基体
101および半導体基板103裏面より加圧しながら、
それらを加熱する。この加熱温度は、少なくとも銅また
はアルミニウムの再結晶化温度(アルミニウムの場合1
50℃、銅200℃)以上とし、400℃から500℃
が最も望ましい。加圧は10kg〜100kgで行う。
加圧時間は10分前後とする。
01を金属薄膜102より剥がすことで、半導体基板1
03上に形成した薄膜105上に、金属薄膜106が形
成された状態が得られる。ここで、バリア膜104と薄
膜105を形成しておくことで、半導体基板103と金
属薄膜106との密着性を向上させることができる。次
に、図1(e)に示すように、半導体基板103上に形
成された金属薄膜106を、公知のフォトリソグラフィ
およびドライエッチング法で加工することで、配線層1
07を形成する。
2の表面が酸化すると、下部のコンタクト孔に埋め込ま
れているプラグなどの電極との接触抵抗が、大きくなっ
てしまう。この表面の酸化を防ぐため、金属薄膜の成膜
から貼り合わせまでを、同一の真空装置(真空容器)内
で行うことが望ましい。また、金属薄膜102に銅を用
いた場合、金属薄膜102を形成した基体101を、貼
り合わせる前に大気に暴露しても、貼り合わせを水素雰
囲気(還元性雰囲気)中で行うようにすればよい。銅の
酸化物は、水素雰囲気中の加熱で還元されるからであ
る。以上のことにより、この実施の形態1によれば、結
晶粒径が大きく、配向性のそろった金属組成からなる配
線層107が得られる。したがって、この実施の形態1
における配線層は、エレクトロマイグレーションに対す
る耐性に優れたものとなる。
いて説明する。この実施の形態2においては、上記実施
の形態1と異なり、大気中でも貼り合わせによる金属薄
膜の形成が行えるようにしたものである。まず、図2
(a)に示すように、上記実施の形態1と同様にして、
SiO2 等の絶縁物で覆われた基体201の表面に、ア
ルミニウムまたは銅からなる金属薄膜202を形成す
る。次いで、この基体201上に形成された金属薄膜2
02をアニールすることで、金属薄膜202を構成する
金属の結晶粒径を大粒径化する。
2(b)に示すように、金属薄膜202表面に、ルテニ
ウム,オスミウム,イリジウム,ロジウムのいずれかか
らなる保護膜208を形成する。これら金属は、その酸
化物が低抵抗の導電性を示す。したがって、空気中にお
いて、保護膜208表面に自然酸化膜が形成されても、
接触抵抗の増加を招くことがない。次に、図2(c)に
示すように、半導体基板203表面に、ルテニウム,オ
スミウム,イリジウム,ロジウムのいずれかからなる保
護膜209を形成する。ここで、この半導体基板203
表面においても、図には示していないが、すでにMOS
トランジスタなどの素子が形成され、その上に層間絶縁
膜などが形成され、次の段階として、その素子に接続す
る配線層を形成しようとしている状態のものとする。
で、基体201と半導体基板203とを、保護膜208
と保護膜209とが向かい合うように貼り合わせる。そ
して、基体201および半導体基板203裏面より加圧
しながら、それらを加熱する。この加熱温度は、400
℃から500℃とする。また、加圧は10kg〜100
kgで行う。加圧時間は10分前後とする。ここで、こ
の貼り合わせにおいて、貼り合わせに先立って、大気中
に暴露された保護膜208および保護膜209表面に
は、自然酸化膜が形成され、また、水分が吸着する。そ
して、この貼り合わせにおいて、保護膜208と保護膜
209は、その表面において脱水縮合が起こり、密着す
る。
剥がすことで、図2(e)に示すように、半導体基板2
03上に、保護膜209,208を介して金属薄膜20
2が形成された状態とする。次に、図2(f)に示すよ
うに、半導体基板203上に形成された金属薄膜202
を、公知のフォトリソグラフィおよびドライエッチング
法で加工することで、配線層207を形成する。以上の
ことにより、この実施の形態1によれば、結晶粒径が大
きく、配向性のそろった金属組成からなる配線層207
が得られる。したがって、この実施の形態2における配
線層も、エレクトロマイグレーションに対する耐性に優
れたものとなる。また、それに加えて、この実施の形態
2によれば、大気中での貼り合わせによる金属薄膜の形
成を可能としている。
いて説明する。この実施の形態3は、上記実施の形態
1,2と異なり、貼り合わせによる金属薄膜の形成が、
より低温で行えるようにしたものである。まず、上記実
施の形態1,2と同様にして、図3(a)に示すよう
に、基体301表面に結晶粒径を大粒径化した金属薄膜
302を形成する。そして、この実施の形態3では、図
3(b)に示すように、金属薄膜302表面に、スズ,
インジウム,カドミウムのいずれかの低融点の金属から
なる保護膜308を形成する。
板303表面に、窒化チタンなどからなるバリア膜30
4を形成する。このバリア膜304により、この後の貼
り合わせにおいて、保護膜308との接着性を向上させ
ることができる。なお、この実施の形態3においても、
この半導体基板303表面には、図には示していない
が、すでにMOSトランジスタなどの素子が形成され、
その上に層間絶縁膜などが形成され、次の段階として、
その素子に接続する配線層を形成しようとしている状態
のものとする。
1と半導体基板303とを、保護膜308表面とバリア
膜304表面とが向かい合うようにして、貼り合わせ
る。そして、基体301と半導体基板303裏面より加
圧し、加えてそれらを加熱する。加熱温度は200℃〜
300℃とする。加圧は5kg〜10kg,加熱時間は
10分前後とする。このとき、低融点金属からなる保護
膜308が形成されているので、加熱温度を低温下して
も、保護膜308が溶融してバリア膜304と密着す
る。
01を金属薄膜302より剥がすことで、半導体基板3
03上に形成したバリア膜304上に、保護膜308お
よび金属薄膜302が形成された状態が得られる。そし
て、これらを、400℃でアニールすることで、保護膜
308を構成する金属と金属薄膜302を構成する金属
とを相互に拡散させ、合金化された金属薄膜306を形
成する。次に、図3(f)に示すように、半導体基板3
03上に形成された金属薄膜306を、公知のフォトリ
ソグラフィおよびドライエッチング法で加工すること
で、配線層307を形成する。
いても、結晶粒径が大きく、配向性のそろった金属組成
からなる配線層107が得られる。したがって、この実
施の形態3における配線層も、エレクトロマイグレーシ
ョンに対する耐性に優れたものとなる。また、この実施
の形態3においては、前述した実施の形態1,2に比較
して、より低い温度で貼り合わせにより金属薄膜を半導
体基板上に形成できるようにした。このため、この実施
の形態3によれば、貼り合わせによる金属薄膜形成にお
ける、装置に対する負担を低減することができる。
ず、基体表面に金属薄膜を形成し、その金属薄膜を加熱
することで、結晶粒径を大きくする。そして、その基体
と半導体基板とを、金属薄膜表面と半導体基板表面とが
向かい合うように貼り合わせ、引き続いて加熱して、金
属薄膜を半導体基板上に形成し、その後、基体を金属薄
膜より剥離するようにした。このようにしたので、金属
薄膜は、半導体基板上に形成される時点では、その結晶
粒径が大きいものとなっている。この結果、この金属薄
膜を用いて配線を形成することで、この発明によれば、
エレクトロマイグレーションに対する耐性に優れた配線
が得られる。
ず、基体表面に金属薄膜を形成し、その金属薄膜を加熱
することで、結晶粒径を大きくする。加えて、金属薄膜
表面に、酸化物が導電性を有する金属からなる保護膜を
形成する。そして、基体と半導体基板とを、保護膜表面
と半導体基板表面とが向かい合うように貼り合わせ、引
き続いて加熱して、半導体基板上に保護膜を介して金属
薄膜を形成し、その後、基体を金属薄膜より剥離するよ
うにした。このようにしたので、この発明によれば、エ
レクトロマイグレーションに対する耐性に優れた配線が
得られる。それに加え、この場合においては、金属薄膜
表面には金属薄膜を構成する金属の酸化物からなる膜が
形成されることがないので、大気中での形成が可能とな
る。そして、この発明の金属薄膜形成方法は、まず、基
体表面に金属薄膜を形成し、その金属薄膜を加熱するこ
とで、結晶粒径を大きくする。加えて、金属薄膜表面
に、低融点金属からなる保護膜を形成する。そして、基
体と半導体基板とを、保護膜表面と半導体基板表面とが
向かい合うように貼り合わせ、引き続いて加熱して、半
導体基板上に保護膜を介して金属薄膜を形成する。そし
て、その後、基体を金属薄膜より剥離してから、保護膜
および金属薄膜を加熱することで、保護膜を構成する低
融点金属と金属薄膜を構成する金属とを合金化させるよ
うにした。このようにしたので、この発明によれば、エ
レクトロマイグレーションに対する耐性に優れた配線が
得られる。それに加え、この場合においては、より低い
温度で、貼り合わせにより半導体基板上に保護膜を介し
て金属薄膜を形成できる。
薄膜形成方法を示す説明図である。
薄膜形成方法を示す説明図である。
薄膜形成方法を示す説明図である。
板、104…バリア膜、105…薄膜、106…金属薄
膜、107…配線層。
Claims (6)
- 【請求項1】 半導体基板の上に金属薄膜を形成する金
属薄膜形成方法において、 基体表面に金属薄膜を形成する第1の工程と、 前記金属薄膜を加熱することで、その結晶粒径を大きく
する第2の工程と、 前記基体と前記半導体基板とを、前記金属薄膜表面と前
記半導体基板表面とが向かい合うように貼り合わせ、引
き続いて加熱して、前記金属薄膜を前記半導体基板上に
形成する第3の工程と、 前記基体を前記金属薄膜より剥離する第4の工程とを備
えたことを特徴とする金属薄膜形成方法。 - 【請求項2】 半導体基板の上に金属薄膜を形成する金
属薄膜形成方法において、 基体表面に金属薄膜を形成する第1の工程と、 前記金属薄膜を加熱することで、その結晶粒径を大きく
する第2の工程と、 前記金属薄膜表面に、酸化物が導電性を有する金属から
なる保護膜を形成する第3の工程と、 前記基体と前記半導体基板とを、前記保護膜表面と前記
半導体基板表面とが向かい合うように貼り合わせ、引き
続いて加熱して、前記半導体基板上に前記保護膜を介し
て前記金属薄膜を形成する第4の工程と、 前記基体を前記金属薄膜より剥離する第5の工程とを備
えたことを特徴とする金属薄膜形成方法。 - 【請求項3】 半導体基板の上に金属薄膜を形成する金
属薄膜形成方法において、 基体表面に金属薄膜を形成する第1の工程と、 前記金属薄膜を加熱することで、その結晶粒径を大きく
する第2の工程と、 前記金属薄膜表面に、低融点金属からなる保護膜を形成
する第3の工程と、 前記基体と前記半導体基板とを、前記保護膜表面と前記
半導体基板表面とが向かい合うように貼り合わせ、引き
続いて加熱して、前記半導体基板上に前記保護膜を介し
て前記金属薄膜を形成する第4の工程と、 前記基体を前記金属薄膜より剥離する第5の工程と、 前記保護膜および金属薄膜を加熱することで、前記保護
膜を構成する低融点金属と前記金属薄膜を構成する金属
とを合金化させる第6の工程とを備えたことを特徴とす
る金属薄膜形成方法。 - 【請求項4】 請求項1〜3いずれか1項記載の金属薄
膜形成方法において、 前記半導体基板表面に、あらかじめ高融点金属もしくは
その窒化物からなるバリア膜を形成しておくことを特徴
とする金属薄膜形成方法。 - 【請求項5】 請求項1または3記載の金属薄膜形成方
法において、 前記基体を前記金属薄膜より剥離する前までの工程を、
同一の真空容器中で行うことを特徴とする金属薄膜形成
方法。 - 【請求項6】 請求項1記載の金属薄膜形成方法におい
て、 前記第3の工程を、還元性の雰囲気で行うことを特徴と
する金属薄膜形成方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP12837097A JP3394155B2 (ja) | 1997-05-19 | 1997-05-19 | 金属薄膜形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP12837097A JP3394155B2 (ja) | 1997-05-19 | 1997-05-19 | 金属薄膜形成方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH10321621A JPH10321621A (ja) | 1998-12-04 |
JP3394155B2 true JP3394155B2 (ja) | 2003-04-07 |
Family
ID=14983153
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP12837097A Expired - Fee Related JP3394155B2 (ja) | 1997-05-19 | 1997-05-19 | 金属薄膜形成方法 |
Country Status (1)
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JP (1) | JP3394155B2 (ja) |
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FR2947570B1 (fr) * | 2009-07-03 | 2011-09-09 | Commissariat Energie Atomique | Procede de creation d'une zone cristalline de metal, notamment dans un circuit integre |
FR2947571B1 (fr) * | 2009-07-03 | 2011-09-09 | Commissariat Energie Atomique | Procede de restauration d'un element en cuivre |
-
1997
- 1997-05-19 JP JP12837097A patent/JP3394155B2/ja not_active Expired - Fee Related
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JPH10321621A (ja) | 1998-12-04 |
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