JP3435061B2 - 金属配線膜の形成方法 - Google Patents
金属配線膜の形成方法Info
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/04—Coating on selected surface areas, e.g. using masks
- C23C14/046—Coating cavities or hollow spaces, e.g. interior of tubes; Infiltration of porous substrates
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- H—ELECTRICITY
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- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
- H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
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- H01L21/76877—Filling of holes, grooves or trenches, e.g. vias, with conductive material
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- H01L21/2855—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers on semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table by physical means, e.g. sputtering, evaporation
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＵＬＳＩに代表さ
れる半導体の製造工程における配線膜の形成と平滑化
（平坦化）に関するものであり、とくに、物理蒸着法
（ＰＶＤ法）、ＣＶＤ法、メッキ法等により配線材料被
膜を形成して、これを高圧ガス処理することで平滑化を
達成する方法に関するものである。
れる半導体の製造工程における配線膜の形成と平滑化
（平坦化）に関するものであり、とくに、物理蒸着法
（ＰＶＤ法）、ＣＶＤ法、メッキ法等により配線材料被
膜を形成して、これを高圧ガス処理することで平滑化を
達成する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来技術
特許第２６６００４０号公報（平成９年１０月８日発
行）には、「スパッタリング法、ＣＶＤ法、真空蒸着法
等の真空薄膜形成法により、凹状部を有する基板上に金
属薄膜を形成する工程と、基板上に形成された金属薄膜
全体を加熱して流動化させる工程と、流動化した金属薄
膜の金属を気体で加圧して、凹状部内に金属薄膜の金属
を凹状部内で空洞の発生しないように埋め込む工程とを
含むことを特徴とする真空成膜方法」が開示されてい
る。
行）には、「スパッタリング法、ＣＶＤ法、真空蒸着法
等の真空薄膜形成法により、凹状部を有する基板上に金
属薄膜を形成する工程と、基板上に形成された金属薄膜
全体を加熱して流動化させる工程と、流動化した金属薄
膜の金属を気体で加圧して、凹状部内に金属薄膜の金属
を凹状部内で空洞の発生しないように埋め込む工程とを
含むことを特徴とする真空成膜方法」が開示されてい
る。
【０００３】従来技術
また、特開平７−１９３０６３号公報には、「物品の処
理方法であって、該物品は表面を有し、該表面は表面内
に少なくとも一つの凹部を有する物品の処理方法におい
て、該表面の少なくとも一部の上に層を形成することを
含み、該層は該凹部の上方を延びており、更に、該物品
および該層を、該層の一部が該凹部を埋めるように変形
せしめられるのに十分な高い圧力および高い温度にさら
すことを含む、物品の処理方法」が開示されている。本
公知資料には、該物品が半導体ウェーハで、該凹部が半
導体ウェーハに形成された穴、溝およびヴィア等で、該
層がアルミなどの金属からなることが記載されている。
また、該層がアルミニウムの場合には温度として３５０
〜６５０℃、圧力３，０００ｐｓｉ以上で加圧にはガス
も使用できること、穴あるいは溝の上に形成される層の
厚さは少なくとも穴の幅と等しい厚さが必要なことが、
開示されている。さらに、半導体ウェーハ自体は複数個
の特性の異なった層を含んでいる場合であっても、これ
を形成するために複数の段階を含む製造プロセスの結果
として製造が可能であることが記載されている。
理方法であって、該物品は表面を有し、該表面は表面内
に少なくとも一つの凹部を有する物品の処理方法におい
て、該表面の少なくとも一部の上に層を形成することを
含み、該層は該凹部の上方を延びており、更に、該物品
および該層を、該層の一部が該凹部を埋めるように変形
せしめられるのに十分な高い圧力および高い温度にさら
すことを含む、物品の処理方法」が開示されている。本
公知資料には、該物品が半導体ウェーハで、該凹部が半
導体ウェーハに形成された穴、溝およびヴィア等で、該
層がアルミなどの金属からなることが記載されている。
また、該層がアルミニウムの場合には温度として３５０
〜６５０℃、圧力３，０００ｐｓｉ以上で加圧にはガス
も使用できること、穴あるいは溝の上に形成される層の
厚さは少なくとも穴の幅と等しい厚さが必要なことが、
開示されている。さらに、半導体ウェーハ自体は複数個
の特性の異なった層を含んでいる場合であっても、これ
を形成するために複数の段階を含む製造プロセスの結果
として製造が可能であることが記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】図１（ａ）（ｂ）
（ｃ）において、孔・溝部２Ａが形成されたＳｉ基板で
示す被処理基板１はＳｉＯ２絶縁膜層２の表面をＴｉＮ
バリア層３を介して金属配線膜４で覆われている。まず
従来技術の第１の問題は、加圧埋込処理により穴や溝部
２Ａに気孔のない組織（図１（ｂ））を形成するには、
図１（ａ）に示すように、成膜時点で成膜材料がこれら
の穴や溝を完全に覆った状態にしておかねばならないこ
とということである。これが、必要条件であることが、
上記従来技術の明細書の中に明記されており、その厚
さについても記載のあることは上述の通りである。しか
し、実際の溝や孔の形状には種々あり、とくに、溝の
幅、あるいは孔の径が、０．５μｍあるいは、それ以上
になってくると、ＰＶＤ法（一般的にはスパッタリング
法）やＣＶＤ法、メッキ法で、溝や孔の空隙を残したま
ま、開口部を塞ぐような成膜は困難なのが実情である。
実際にこのような溝や孔の形成された部分にこれら技術
で成膜処理を行うと、図１（ｃ）のように金属配線膜４
に凹部４Ａが形成された状態になってしまう。こういう
状態の溝や孔は従来技術では埋込不可能とされている
が、全ての溝や孔が図１（ａ）のような状態のウェーハ
ならともかく、大きな幅あるいは径の溝や孔をもつウェ
ーハの処理をどうするかは、実際の生産では大きな問題
である。
（ｃ）において、孔・溝部２Ａが形成されたＳｉ基板で
示す被処理基板１はＳｉＯ２絶縁膜層２の表面をＴｉＮ
バリア層３を介して金属配線膜４で覆われている。まず
従来技術の第１の問題は、加圧埋込処理により穴や溝部
２Ａに気孔のない組織（図１（ｂ））を形成するには、
図１（ａ）に示すように、成膜時点で成膜材料がこれら
の穴や溝を完全に覆った状態にしておかねばならないこ
とということである。これが、必要条件であることが、
上記従来技術の明細書の中に明記されており、その厚
さについても記載のあることは上述の通りである。しか
し、実際の溝や孔の形状には種々あり、とくに、溝の
幅、あるいは孔の径が、０．５μｍあるいは、それ以上
になってくると、ＰＶＤ法（一般的にはスパッタリング
法）やＣＶＤ法、メッキ法で、溝や孔の空隙を残したま
ま、開口部を塞ぐような成膜は困難なのが実情である。
実際にこのような溝や孔の形成された部分にこれら技術
で成膜処理を行うと、図１（ｃ）のように金属配線膜４
に凹部４Ａが形成された状態になってしまう。こういう
状態の溝や孔は従来技術では埋込不可能とされている
が、全ての溝や孔が図１（ａ）のような状態のウェーハ
ならともかく、大きな幅あるいは径の溝や孔をもつウェ
ーハの処理をどうするかは、実際の生産では大きな問題
である。
【０００５】このように、これらの公知技術には、主と
してＡｌ配線膜を対象として、半導体の配線膜の導電性
改善のために前記の穴や溝に形成された配線膜の下に形
成された空隙を埋める方法として、高温下で高い圧力に
より押しつぶす、もしくは流入させることが効果的であ
ることが示されている。しかし、これら公知の資料に示
されたＡｌ配線膜は、配線材料として、今後のＵＬＳＩ
の微細化に伴なって要求されている、対ＥＭ（Ｅｌｅｃ
ｔｒｏｎ Ｍｉｇｒａｔｉｏｎ）性や、低電気抵抗化の
点で限界に来ている。最近では、これらの点でＡｌに勝
るとされているＣｕに期待が寄せられているが、Ｃｕに
ついては、成膜の条件、成膜後の膜の組織がＡｌと大き
く異なることもあり、溝の幅あるいは孔の径が０．５μ
ｍ以上になると、図１（ａ）に示すような状態を得難い
ことから、前記の従来技術を同じように適用しても同等
の結果は得られない。
してＡｌ配線膜を対象として、半導体の配線膜の導電性
改善のために前記の穴や溝に形成された配線膜の下に形
成された空隙を埋める方法として、高温下で高い圧力に
より押しつぶす、もしくは流入させることが効果的であ
ることが示されている。しかし、これら公知の資料に示
されたＡｌ配線膜は、配線材料として、今後のＵＬＳＩ
の微細化に伴なって要求されている、対ＥＭ（Ｅｌｅｃ
ｔｒｏｎ Ｍｉｇｒａｔｉｏｎ）性や、低電気抵抗化の
点で限界に来ている。最近では、これらの点でＡｌに勝
るとされているＣｕに期待が寄せられているが、Ｃｕに
ついては、成膜の条件、成膜後の膜の組織がＡｌと大き
く異なることもあり、溝の幅あるいは孔の径が０．５μ
ｍ以上になると、図１（ａ）に示すような状態を得難い
ことから、前記の従来技術を同じように適用しても同等
の結果は得られない。
【０００６】本発明者らは、これら公知技術を主として
スパッタリング法により形成した銅系の配線膜に適用し
た実験等により検討した結果、上記の問題点があること
を見出すとともに、この問題点の解決法について検討を
行い本発明に至ったものである。
スパッタリング法により形成した銅系の配線膜に適用し
た実験等により検討した結果、上記の問題点があること
を見出すとともに、この問題点の解決法について検討を
行い本発明に至ったものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、孔・溝が形成
された被処理基板の絶縁膜の表面を、銅系の金属材料で
成膜して覆うことにより、孔・溝内部を該金属材料で充
填して、配線構造を形成する方法において、孔・溝の内
面の輪郭に沿って連続的に前記金属材料で成膜して覆う
方法がスパッタリング法であって、該スパッタリング時
の被処理基板の温度を２００℃以上の高温とするととも
に、スパッタリング時の被処理基板とターゲットの距離
を１００ｍｍ以上として成膜して覆ったのち、該被処理
基板を高圧ガス雰囲気下で高温に晒すような高圧ガスに
よる加圧処理を行うことで前記金属材料の表面拡散現象
を促進して、該金属材料の膜の表面積が小さくなるよう
な膜構造に改質することを特徴とする金属配線膜の形成
方法を提供するのである（請求項１）。
された被処理基板の絶縁膜の表面を、銅系の金属材料で
成膜して覆うことにより、孔・溝内部を該金属材料で充
填して、配線構造を形成する方法において、孔・溝の内
面の輪郭に沿って連続的に前記金属材料で成膜して覆う
方法がスパッタリング法であって、該スパッタリング時
の被処理基板の温度を２００℃以上の高温とするととも
に、スパッタリング時の被処理基板とターゲットの距離
を１００ｍｍ以上として成膜して覆ったのち、該被処理
基板を高圧ガス雰囲気下で高温に晒すような高圧ガスに
よる加圧処理を行うことで前記金属材料の表面拡散現象
を促進して、該金属材料の膜の表面積が小さくなるよう
な膜構造に改質することを特徴とする金属配線膜の形成
方法を提供するのである（請求項１）。
【０００８】また、本発明は、成膜を少なくとも２回の
スパッタリング操作で行い、１回目のスパッタリングで
大きな開口を有する孔・溝の内面の輪郭に沿って連続的
に銅 系の金属材料で成膜して覆ったのち、２回目のスパ
ッタリングで小さな開口を有する孔・溝の開口部を塞ぐ
ように成膜して覆い、次いで被処理基板を高圧ガス雰囲
気下で高温に晒すような高圧ガスによる加圧処理を行っ
て、該金属材料の表面拡散現象を促進して、前記大きな
開口部内に充填された該金属材料の膜を表面積が小さく
なるような膜構造に改質するとともに、小さな開口部の
上を塞いでいる金属材料の膜を塑性流動、拡散現象を利
用して孔・溝の内部に充填することを特徴とする金属配
線膜の形成方法を提供するのである（請求項２）。
スパッタリング操作で行い、１回目のスパッタリングで
大きな開口を有する孔・溝の内面の輪郭に沿って連続的
に銅 系の金属材料で成膜して覆ったのち、２回目のスパ
ッタリングで小さな開口を有する孔・溝の開口部を塞ぐ
ように成膜して覆い、次いで被処理基板を高圧ガス雰囲
気下で高温に晒すような高圧ガスによる加圧処理を行っ
て、該金属材料の表面拡散現象を促進して、前記大きな
開口部内に充填された該金属材料の膜を表面積が小さく
なるような膜構造に改質するとともに、小さな開口部の
上を塞いでいる金属材料の膜を塑性流動、拡散現象を利
用して孔・溝の内部に充填することを特徴とする金属配
線膜の形成方法を提供するのである（請求項２）。
【０００９】また、本発明は、前記請求項２において、
１回目のスパッタリング時の被処理基板とターゲットの
距離に対して２回目以降の該距離を小さくしていること
を特徴とする方法を提供するのである（請求項３）。
１回目のスパッタリング時の被処理基板とターゲットの
距離に対して２回目以降の該距離を小さくしていること
を特徴とする方法を提供するのである（請求項３）。
【００１０】また、本発明は、孔・溝が形成された被処
理基板の絶縁膜の表面を、銅系の金属材料で成膜して覆
うことにより、孔・溝内部を該金属材料で充填して、配
線構造を形成する方法において、孔・溝の内面の輪郭に
沿って連続的に前記金属材料で成膜して覆う方法がメッ
キ法であって、被処理基板にＣＶＤ法で銅系の金属材料
の核を形成させたのちにメッキにて該被処理基板に成膜
して覆い、その後該被処理基板を３５０℃以上の高温に
晒し、高圧ガス雰囲気下で高圧ガスによる加圧処理を行
うことで前記金属材料の表面拡散現象を促進して、該金
属材料の膜の表面積が小さくなるような膜構造に改質す
ることを特徴とする。
理基板の絶縁膜の表面を、銅系の金属材料で成膜して覆
うことにより、孔・溝内部を該金属材料で充填して、配
線構造を形成する方法において、孔・溝の内面の輪郭に
沿って連続的に前記金属材料で成膜して覆う方法がメッ
キ法であって、被処理基板にＣＶＤ法で銅系の金属材料
の核を形成させたのちにメッキにて該被処理基板に成膜
して覆い、その後該被処理基板を３５０℃以上の高温に
晒し、高圧ガス雰囲気下で高圧ガスによる加圧処理を行
うことで前記金属材料の表面拡散現象を促進して、該金
属材料の膜の表面積が小さくなるような膜構造に改質す
ることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、図を参照して本発明の実施
の形態について説明する。なお、図２（ａ）（ｂ）、図
４（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）、図５および図６（ａ）
（ｂ）（ｃ）においては、図１（ａ）（ｂ）（ｃ）と共
通する部分には共通符号を示している。
の形態について説明する。なお、図２（ａ）（ｂ）、図
４（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）、図５および図６（ａ）
（ｂ）（ｃ）においては、図１（ａ）（ｂ）（ｃ）と共
通する部分には共通符号を示している。
【００１２】まず、図２（ａ）は、図１（ｃ）に示した
のと同様の孔とその近傍を覆う金属配線膜の状況を示し
たもので、図２（ｂ）は金属配線膜が孔を埋めた状態を
模式的に示したものである。孔の径は０．５μｍ〜数μ
ｍのオーダで、その深さもほぼ同等である。本発明の対
象となるようなＳｉＯ２絶縁膜層に形成されたコンタク
トホール、あるいは上の層に設けられたビアホールと称
する孔、とくに径で０．５μｍ以上の孔に、ＴｉＮバリ
ア膜を下地として形成した後、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法、メ
ッキ法等により、銅配線膜材料をデポジットさせた状態
は図２（ａ）のような状態である。図２の（ａ）と
（ｂ）とを比較すると、（ａ）の状態の方が、（ｂ）の
状態よりも、金属材料の表面積が大きい。このことは、
（ｂ）の状態の方が表面エネルギーが小さく安定である
ことを意味している。したがって、（ａ）の状態の膜
を、構成原子が移動（拡散）しうるような温度で長時間
おいておくと、最終的には（ｂ）の状態となる。
のと同様の孔とその近傍を覆う金属配線膜の状況を示し
たもので、図２（ｂ）は金属配線膜が孔を埋めた状態を
模式的に示したものである。孔の径は０．５μｍ〜数μ
ｍのオーダで、その深さもほぼ同等である。本発明の対
象となるようなＳｉＯ２絶縁膜層に形成されたコンタク
トホール、あるいは上の層に設けられたビアホールと称
する孔、とくに径で０．５μｍ以上の孔に、ＴｉＮバリ
ア膜を下地として形成した後、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法、メ
ッキ法等により、銅配線膜材料をデポジットさせた状態
は図２（ａ）のような状態である。図２の（ａ）と
（ｂ）とを比較すると、（ａ）の状態の方が、（ｂ）の
状態よりも、金属材料の表面積が大きい。このことは、
（ｂ）の状態の方が表面エネルギーが小さく安定である
ことを意味している。したがって、（ａ）の状態の膜
を、構成原子が移動（拡散）しうるような温度で長時間
おいておくと、最終的には（ｂ）の状態となる。
【００１３】このような現象は、これらの孔や溝の寸法
が、構成原子の大きさと比較して、極端に大きくなく、
原子の移動が構成物の形状に影響を及ぼす程度の大きさ
であることに起因している。実際、Ｓｉウェーハの上の
配線膜材料を平滑化（平坦化）する手法としてリフロー
と称して、融点以下の温度、すなわち溶融して液体状態
にならないような温度域の高温下で処理をすることが行
われているが、これもこのような、形状に依存したエネ
ルギー的な安定状態への原子の拡散現象を利用したもの
である。
が、構成原子の大きさと比較して、極端に大きくなく、
原子の移動が構成物の形状に影響を及ぼす程度の大きさ
であることに起因している。実際、Ｓｉウェーハの上の
配線膜材料を平滑化（平坦化）する手法としてリフロー
と称して、融点以下の温度、すなわち溶融して液体状態
にならないような温度域の高温下で処理をすることが行
われているが、これもこのような、形状に依存したエネ
ルギー的な安定状態への原子の拡散現象を利用したもの
である。
【００１４】同様の現象は、粉末の焼結分野でも利用さ
れており、表面積の大きな微細な粉末を成形して温度を
上げると、小さな粉末粒子は大きな粉末粒子に結合・合
体して表面積が小さい状態へと変化していくことを利用
して焼結がなされている。このような焼結における現象
は、最初の状態と安定な状態とのエネルギー差を駆動力
として、拡散現象により進行するが、この中の拡散現
象、とくに材料粒子の表面を移動する構成原子の移動、
すなわち表面拡散現象が高圧のガス雰囲気下で大きく促
進されることが知られるようになった。たとえば、粉末
の焼結現象におけるこのような効果については、石崎ら
が、高圧のアルゴンを主体とする雰囲気と大気圧雰囲気
において、ＴｉＯ２粉末の焼結現象を比較解析すること
によって調査し、表面拡散の拡散係数が、１００ＭＰａ
の高圧ガス雰囲気では、大気圧雰囲気と比較して約３０
倍大きくなることを見出している（Ｐｈｙｓｉｃａｌ
Ｒｅｖｉｅｗ Ｂ，Ｖｏｌ．５６，Ｎｏ．１１，ｐ２６
〜３０）。
れており、表面積の大きな微細な粉末を成形して温度を
上げると、小さな粉末粒子は大きな粉末粒子に結合・合
体して表面積が小さい状態へと変化していくことを利用
して焼結がなされている。このような焼結における現象
は、最初の状態と安定な状態とのエネルギー差を駆動力
として、拡散現象により進行するが、この中の拡散現
象、とくに材料粒子の表面を移動する構成原子の移動、
すなわち表面拡散現象が高圧のガス雰囲気下で大きく促
進されることが知られるようになった。たとえば、粉末
の焼結現象におけるこのような効果については、石崎ら
が、高圧のアルゴンを主体とする雰囲気と大気圧雰囲気
において、ＴｉＯ２粉末の焼結現象を比較解析すること
によって調査し、表面拡散の拡散係数が、１００ＭＰａ
の高圧ガス雰囲気では、大気圧雰囲気と比較して約３０
倍大きくなることを見出している（Ｐｈｙｓｉｃａｌ
Ｒｅｖｉｅｗ Ｂ，Ｖｏｌ．５６，Ｎｏ．１１，ｐ２６
〜３０）。
【００１５】本発明者らは、本発明の対象となる、上述
の孔や溝およびその近傍を覆う金属配線膜においても同
様の現象が生じること、すなわち、大気圧下における前
記のリフローよりもはるかに効率よく孔や溝を含む配線
膜構造物の配線膜の表面を平滑化できることを見出し、
本発明にいたったものである。とくに、配線膜の場合、
銅配線であれば、現状純銅が主体であり、この場合、前
述のＴｉＯ２とは異なって、化合物ではなく、単一原子
から構成されることから、高圧の不活性ガス雰囲気に晒
すことによる表面拡散の促進は、１００ＭＰａ近傍で１
００倍以上にもなっているものと推定される。結果とし
て、リフローという表現を用いれば、リフロー処理の温
度を低減する、もしくはリフロー処理の時間を短くする
ことが可能となる。
の孔や溝およびその近傍を覆う金属配線膜においても同
様の現象が生じること、すなわち、大気圧下における前
記のリフローよりもはるかに効率よく孔や溝を含む配線
膜構造物の配線膜の表面を平滑化できることを見出し、
本発明にいたったものである。とくに、配線膜の場合、
銅配線であれば、現状純銅が主体であり、この場合、前
述のＴｉＯ２とは異なって、化合物ではなく、単一原子
から構成されることから、高圧の不活性ガス雰囲気に晒
すことによる表面拡散の促進は、１００ＭＰａ近傍で１
００倍以上にもなっているものと推定される。結果とし
て、リフローという表現を用いれば、リフロー処理の温
度を低減する、もしくはリフロー処理の時間を短くする
ことが可能となる。
【００１６】この現象のメカニズムを模式的に示したの
が図３である。図３（ａ）は大気圧での結晶表面の状況
を大気中の気体元素（酸素，窒素）との関係で示したも
のである。金属の表面の元素は、系全体が安定な状態に
向かうように自分自身の熱振動により表面を移動する
が、同時に大気成分である気体元素の熱運動による衝突
によっても移動する。これが、高圧ガスに晒された状態
では、図３の（ｂ）に示したように、雰囲気を形成して
いる気体元素の粒子数は、１００ＭＰａでは、大気圧の
１０００倍もあることになり、これらの気体元素粒子が
表面の金属元素に衝突する頻度は桁違いに大きく、結果
として表面拡散が促進されると考えられる。
が図３である。図３（ａ）は大気圧での結晶表面の状況
を大気中の気体元素（酸素，窒素）との関係で示したも
のである。金属の表面の元素は、系全体が安定な状態に
向かうように自分自身の熱振動により表面を移動する
が、同時に大気成分である気体元素の熱運動による衝突
によっても移動する。これが、高圧ガスに晒された状態
では、図３の（ｂ）に示したように、雰囲気を形成して
いる気体元素の粒子数は、１００ＭＰａでは、大気圧の
１０００倍もあることになり、これらの気体元素粒子が
表面の金属元素に衝突する頻度は桁違いに大きく、結果
として表面拡散が促進されると考えられる。
【００１７】ただし、このような表面拡散現象を促進し
て、孔や溝部の内部まで金属配線膜で充填されるように
するには、表面拡散現象を妨げるようなバリアが存在し
ないことが必要である。たとえば、表面に酸化物膜４Ｂ
が形成されていたり（図４（ａ）、膜自体が完全に連続
で途中で欠損（図４（ｂ））したりしていないことが求
められる。
て、孔や溝部の内部まで金属配線膜で充填されるように
するには、表面拡散現象を妨げるようなバリアが存在し
ないことが必要である。たとえば、表面に酸化物膜４Ｂ
が形成されていたり（図４（ａ）、膜自体が完全に連続
で途中で欠損（図４（ｂ））したりしていないことが求
められる。
【００１８】また、あまりに、小さな結晶粒からなるよ
うな組織では結晶粒界４Ｃが表面拡散を阻害することも
ある（図４（ｃ））。ただし、膜の状態が一部図４
（ｄ）に示すように膜自体は完全に連続で孔や溝の一部
に閉塞状態の空孔４Ｄが残っているような組織は、従来
技術と同様のメカニズムにより、すなわちガス圧力によ
りこの空孔（残留気孔）４Ｄは押しつぶされて消滅する
ので、問題はない。
うな組織では結晶粒界４Ｃが表面拡散を阻害することも
ある（図４（ｃ））。ただし、膜の状態が一部図４
（ｄ）に示すように膜自体は完全に連続で孔や溝の一部
に閉塞状態の空孔４Ｄが残っているような組織は、従来
技術と同様のメカニズムにより、すなわちガス圧力によ
りこの空孔（残留気孔）４Ｄは押しつぶされて消滅する
ので、問題はない。
【００１９】しかし、最近、注目されている、純銅の配
線膜の場合には、酸化物であるＣｕ２ＯやＣｕＯは比較
的還元されやすく、不活性ガス雰囲気下で加熱すると比
較的容易に酸素が離脱する。また、結晶粒が小さくても
３００℃程度の高温に晒すだけで体積拡散や粒界拡散が
活発となり、小さな結晶粒が容易に成長して大きな結晶
粒となり結晶粒界の少ない組織を得やすい、など、前述
のような表面拡散が起こり易いような組織への改質が比
較的簡単であり、本発明の適用に好適な材料といえる。
線膜の場合には、酸化物であるＣｕ２ＯやＣｕＯは比較
的還元されやすく、不活性ガス雰囲気下で加熱すると比
較的容易に酸素が離脱する。また、結晶粒が小さくても
３００℃程度の高温に晒すだけで体積拡散や粒界拡散が
活発となり、小さな結晶粒が容易に成長して大きな結晶
粒となり結晶粒界の少ない組織を得やすい、など、前述
のような表面拡散が起こり易いような組織への改質が比
較的簡単であり、本発明の適用に好適な材料といえる。
【００２０】本発明を実施するための成膜方法は、従来
から一般的に用いられているスパッタリング法を適用す
ることが工業的には好ましいといえる。この場合、１）
孔や溝の奥部にも連続的な膜を形成するため、被処理品
であるウェーハとターゲットの距離を通常の３５〜４０
ｍｍより長く、１００ｍｍ以上にすること、２）成膜後
の膜の組織が大きな結晶粒、できれば、孔や溝内部から
ウェーハ表面部までが、一つの結晶粒となるような状態
とするために、被処理基板（対象部材）の温度を２００
℃以上、すなわち、２００〜４００℃とし、かつスパッ
タリング時の圧力を１Ｐａ以下と低めにすることが推奨
される。
から一般的に用いられているスパッタリング法を適用す
ることが工業的には好ましいといえる。この場合、１）
孔や溝の奥部にも連続的な膜を形成するため、被処理品
であるウェーハとターゲットの距離を通常の３５〜４０
ｍｍより長く、１００ｍｍ以上にすること、２）成膜後
の膜の組織が大きな結晶粒、できれば、孔や溝内部から
ウェーハ表面部までが、一つの結晶粒となるような状態
とするために、被処理基板（対象部材）の温度を２００
℃以上、すなわち、２００〜４００℃とし、かつスパッ
タリング時の圧力を１Ｐａ以下と低めにすることが推奨
される。
【００２１】このスパッタリング法を用いて、本発明を
実施する場合、上述のような径もしくは幅が０．５μｍ
以上の大きな孔や溝は上述の方法でスパッタリングすれ
ば得られるが、実際のＵＬＳＩはこれより径や幅の小さ
な孔や溝が混在し、今後、この傾向はますます強くなる
ことが予想される。このような半導体の孔や溝のすべて
に金属配線膜材料を充填しかつ表面の平滑化を達成する
には、以下の方法が推奨される。すなわち、スパッタリ
ングによる金属配線膜の成膜を２回以上に分け、一回目
で径や幅が大きな孔や溝に金属配線膜を連続的な膜にな
るように付与し（図５）、２回目で径や幅が小さな孔や
溝の開口部を覆うような成膜（図６）を行い、その後
で、高温高圧のガス雰囲気下で処理する方法である。こ
の順序は逆になると、本発明の効果が低下する。
実施する場合、上述のような径もしくは幅が０．５μｍ
以上の大きな孔や溝は上述の方法でスパッタリングすれ
ば得られるが、実際のＵＬＳＩはこれより径や幅の小さ
な孔や溝が混在し、今後、この傾向はますます強くなる
ことが予想される。このような半導体の孔や溝のすべて
に金属配線膜材料を充填しかつ表面の平滑化を達成する
には、以下の方法が推奨される。すなわち、スパッタリ
ングによる金属配線膜の成膜を２回以上に分け、一回目
で径や幅が大きな孔や溝に金属配線膜を連続的な膜にな
るように付与し（図５）、２回目で径や幅が小さな孔や
溝の開口部を覆うような成膜（図６）を行い、その後
で、高温高圧のガス雰囲気下で処理する方法である。こ
の順序は逆になると、本発明の効果が低下する。
【００２２】すなわち、１回目の距離に対して２回目以
降の距離を小さくすることが推奨されるのである。ま
た、ＣＶＤ法の場合も同様で、被処理品であるウェーハ
温度を３００℃以上として、金属配線膜材料が気相から
析出する際に、一つの結晶粒子にエピタキシャル成長す
るような条件とすることが推奨される。メッキ法の場合
も同様であるが、メッキ後の熱処理を３５０℃以上とし
て一旦液相から析出した金属配線結晶粒を粒成長させ
て、大きな結晶粒としておくことが推奨される。
降の距離を小さくすることが推奨されるのである。ま
た、ＣＶＤ法の場合も同様で、被処理品であるウェーハ
温度を３００℃以上として、金属配線膜材料が気相から
析出する際に、一つの結晶粒子にエピタキシャル成長す
るような条件とすることが推奨される。メッキ法の場合
も同様であるが、メッキ後の熱処理を３５０℃以上とし
て一旦液相から析出した金属配線結晶粒を粒成長させ
て、大きな結晶粒としておくことが推奨される。
【００２３】なお、高圧ガスによる加圧については、温
度・圧力のいずれを先に上げるかは、結果に大きな影響
は及ぼさないので、とくに制約はないが、先に圧力をあ
る程度あげておくことが、次の理由から好ましい。通常
最終的に保持する圧力は数１０ＭＰａ〜２００ＭＰａで
あるが、処理を行う装置に被処理基板であるウェーハを
装入したのち、装置内の空気を排除して、不活性ガスを
数ＭＰａ〜２０ＭＰａ程度充填してから、温度圧力をプ
ログラム制御して処理を行う。最初のウェーハは室温で
あっても、本処理の前の工程での余熱で１００〜２００
℃の温度であっても良い。上記圧力は、通常用いられる
高圧ガス源が１０〜２０ＭＰａの通称ガスボンベであ
り、これから、処理する装置に差圧により注入できるよ
うなレベルである。このように、最初からガス圧力を付
与しておくことにより、金属配線膜と下の基板あるいは
その上に形成された酸化物絶縁材料との密着状態が良く
なり、成膜材料が加圧処理過程で剥離するような現象が
発生することを回避することが可能となる。また、高圧
の不活性ガス雰囲気の方がガスの自然対流による均熱性
の確保が容易となることから、装置内の位置による温度
履歴差が出にくくなり、品質確保が容易となる。
度・圧力のいずれを先に上げるかは、結果に大きな影響
は及ぼさないので、とくに制約はないが、先に圧力をあ
る程度あげておくことが、次の理由から好ましい。通常
最終的に保持する圧力は数１０ＭＰａ〜２００ＭＰａで
あるが、処理を行う装置に被処理基板であるウェーハを
装入したのち、装置内の空気を排除して、不活性ガスを
数ＭＰａ〜２０ＭＰａ程度充填してから、温度圧力をプ
ログラム制御して処理を行う。最初のウェーハは室温で
あっても、本処理の前の工程での余熱で１００〜２００
℃の温度であっても良い。上記圧力は、通常用いられる
高圧ガス源が１０〜２０ＭＰａの通称ガスボンベであ
り、これから、処理する装置に差圧により注入できるよ
うなレベルである。このように、最初からガス圧力を付
与しておくことにより、金属配線膜と下の基板あるいは
その上に形成された酸化物絶縁材料との密着状態が良く
なり、成膜材料が加圧処理過程で剥離するような現象が
発生することを回避することが可能となる。また、高圧
の不活性ガス雰囲気の方がガスの自然対流による均熱性
の確保が容易となることから、装置内の位置による温度
履歴差が出にくくなり、品質確保が容易となる。
【００２４】
【実施例】以下に、実施例を参照しつつ、本発明をさら
に詳細に説明する。
に詳細に説明する。
【００２５】
【表１】
【００２６】
【表２】
【００２７】表１および表２は、配線膜材料にＣｕ，Ｃ
ｕ系合金、を用いて、直径２００ｍｍのＳｉウェーハ上
に形成されたコンタクトホールもしくはさらにダマシン
法による配線溝の上にスパッタリング法により配線膜を
形成した後、高圧ガス雰囲気下高温で処理を行った結果
を、大気圧下で熱処理したもの等と比較して示したもの
である。表中Ａ，Ｒ，（Ａｓｐｅｃｔ Ｒａｉｔｏ）は
コンタクトホールの深さと穴径の比を示す。また、埋込
結果の欄に示した記号は、◎がコンタクトホールが完全
に配線膜材料で充填されて表面がほぼ平滑（平坦）であ
ったことを、×は大きな窪みがそのまま残存していたこ
とを、また、△はコンタクトホール内にかなり金属配線
膜材料が充填されてはいたものの表面が平滑（平坦）に
なるまでには至っておらず、信頼性の観点から生産に使
用できる状態ではなかったことを示す。
ｕ系合金、を用いて、直径２００ｍｍのＳｉウェーハ上
に形成されたコンタクトホールもしくはさらにダマシン
法による配線溝の上にスパッタリング法により配線膜を
形成した後、高圧ガス雰囲気下高温で処理を行った結果
を、大気圧下で熱処理したもの等と比較して示したもの
である。表中Ａ，Ｒ，（Ａｓｐｅｃｔ Ｒａｉｔｏ）は
コンタクトホールの深さと穴径の比を示す。また、埋込
結果の欄に示した記号は、◎がコンタクトホールが完全
に配線膜材料で充填されて表面がほぼ平滑（平坦）であ
ったことを、×は大きな窪みがそのまま残存していたこ
とを、また、△はコンタクトホール内にかなり金属配線
膜材料が充填されてはいたものの表面が平滑（平坦）に
なるまでには至っておらず、信頼性の観点から生産に使
用できる状態ではなかったことを示す。
【００２８】成膜にはスパッタリング装置を用い、本発
明の要点であるターゲットと被処理基板との距離は、３
８ｍｍ、８０ｍｍ、１００ｍｍおよび３００ｍｍの４種
類を用いた。加圧処理時のガスには、この種の処理で用
いられているアルゴンおよび窒素（実施例４）を用い
た。装置には、最高圧力２００ＭＰａ、最高処理温度２
０００℃のＨＩＰ装置を用いた。
明の要点であるターゲットと被処理基板との距離は、３
８ｍｍ、８０ｍｍ、１００ｍｍおよび３００ｍｍの４種
類を用いた。加圧処理時のガスには、この種の処理で用
いられているアルゴンおよび窒素（実施例４）を用い
た。装置には、最高圧力２００ＭＰａ、最高処理温度２
０００℃のＨＩＰ装置を用いた。
【００２９】実施例１および比較例１−Ａ〜１−Ｃは、
直径０．５μｍ、Ａ．Ｒ．＝２のコンタクトホールの形
成されたＳｉウェーハにＴｉＮバリア層を５〜１０ｎｍ
のオーダで付与した後、純銅配線膜をスパッタリング法
により厚さ約０．９μｍで形成して、処理を行ったもの
である。圧力は実施例１、比較例１−Ｂ，１−Ｃでは１
２０ＭＰａ、比較例１−Ａでは大気圧とした。実施例１
と比較例１−Ａでは、スパッタリング時の条件は同じで
ある。比較例１−Ｂおよび１−Ｃではスパッタリング時
のターゲットの距離または、温度変化させた。
直径０．５μｍ、Ａ．Ｒ．＝２のコンタクトホールの形
成されたＳｉウェーハにＴｉＮバリア層を５〜１０ｎｍ
のオーダで付与した後、純銅配線膜をスパッタリング法
により厚さ約０．９μｍで形成して、処理を行ったもの
である。圧力は実施例１、比較例１−Ｂ，１−Ｃでは１
２０ＭＰａ、比較例１−Ａでは大気圧とした。実施例１
と比較例１−Ａでは、スパッタリング時の条件は同じで
ある。比較例１−Ｂおよび１−Ｃではスパッタリング時
のターゲットの距離または、温度変化させた。
【００３０】実施例１では、金属配線膜のＣｕはコンタ
クトホールを美麗に充填し表面も平滑（平坦）であっ
た。すなわち、金属膜の表面積が小さくなるような膜構
造に改質された。一方、大気圧下でのリフローを試みた
比較例１−Ａでは、初期に存在した孔はほとんどそのま
まの状態であった。また、比較例１−Ｂでは、スパッタ
リング条件のうち被処理物である基板の温度を室温とし
たが、金属配線膜の組織が細かい結晶粒が多く、結晶粒
界が多く銅原子の表面拡散を阻害した模様で孔の凹みの
状況が少し変化はしたものの完全に銅で充填されるには
至らなかった。また、ターゲットと被処理基板の距離を
短く（３８ｍｍ）した比較例１−Ｃでは、ウェーハの中
央部の孔では、銅が十分に充填されているものもあった
が、外周部等では充填されておらず、孔の断面を見る
と、孔の側面に十分に銅が付着しておらず、初期から銅
の膜が連続状態でなかったことが判明した。なお、実施
例１では、配線膜の電気抵抗も、体積固有抵抗で約１．
７とほぼ銅の１．５〜１．６に近い値がえられた。
クトホールを美麗に充填し表面も平滑（平坦）であっ
た。すなわち、金属膜の表面積が小さくなるような膜構
造に改質された。一方、大気圧下でのリフローを試みた
比較例１−Ａでは、初期に存在した孔はほとんどそのま
まの状態であった。また、比較例１−Ｂでは、スパッタ
リング条件のうち被処理物である基板の温度を室温とし
たが、金属配線膜の組織が細かい結晶粒が多く、結晶粒
界が多く銅原子の表面拡散を阻害した模様で孔の凹みの
状況が少し変化はしたものの完全に銅で充填されるには
至らなかった。また、ターゲットと被処理基板の距離を
短く（３８ｍｍ）した比較例１−Ｃでは、ウェーハの中
央部の孔では、銅が十分に充填されているものもあった
が、外周部等では充填されておらず、孔の断面を見る
と、孔の側面に十分に銅が付着しておらず、初期から銅
の膜が連続状態でなかったことが判明した。なお、実施
例１では、配線膜の電気抵抗も、体積固有抵抗で約１．
７とほぼ銅の１．５〜１．６に近い値がえられた。
【００３１】実施例２および比較例２は、幅０．５μ
ｍ、深さ１μｍのトレンチ（溝）の銅による充填を試み
たもので、比較例２は大気圧下でリフローを試みたもの
である。結果は実施例１および比較例１−Ａの場合と同
じであった。大気圧下では、温度を上げても５分程度の
保持では、銅原子はほとんど表面拡散を起こさないよう
である。
ｍ、深さ１μｍのトレンチ（溝）の銅による充填を試み
たもので、比較例２は大気圧下でリフローを試みたもの
である。結果は実施例１および比較例１−Ａの場合と同
じであった。大気圧下では、温度を上げても５分程度の
保持では、銅原子はほとんど表面拡散を起こさないよう
である。
【００３２】実施例３および比較例３は、純銅の金属配
線膜をトレンチ（溝）の底部にコンタクトホールが形成
されたもので、両方を同時に配線膜材料で充填するいわ
ゆるデュアルダマシン構造に適用したものである。この
場合には、比較例では、スパッタリングの条件を変化さ
せた。とくに、スパッタリング時の温度を実施例の３０
０℃に対して室温としたところが大きな違いである。比
較例１−Ｂの場合と同様、配線膜の結晶粒が小さくて結
晶粒界が多い組織であったことが主因で、高温高圧で
も、トレンチとコンタクトホールを充填することはでき
なかった。
線膜をトレンチ（溝）の底部にコンタクトホールが形成
されたもので、両方を同時に配線膜材料で充填するいわ
ゆるデュアルダマシン構造に適用したものである。この
場合には、比較例では、スパッタリングの条件を変化さ
せた。とくに、スパッタリング時の温度を実施例の３０
０℃に対して室温としたところが大きな違いである。比
較例１−Ｂの場合と同様、配線膜の結晶粒が小さくて結
晶粒界が多い組織であったことが主因で、高温高圧で
も、トレンチとコンタクトホールを充填することはでき
なかった。
【００３３】実施例４および比較例４は２％Ｓｉを含む
銅合金膜を対象としたもので、ガスにはアルゴンより安
価な窒素を用いた。窒素の方が分子量が小さいため、銅
原子（一部Ｓｉ原子を含む）の表面拡散にあたえる効力
はアルゴンより小さいと考えられるが、結果的には実施
例４では、とくに問題なく孔の充填ができた。比較例４
ではスパッタリング時の温度を室温としたことと、銅合
金（Ｃｕ−２Ｓｉ）であることが災いして、高温高圧処
理時にもほとんど結晶粒の成長が生じていなかったよう
で、孔部はほとんど形状の変化も認められなかった。
銅合金膜を対象としたもので、ガスにはアルゴンより安
価な窒素を用いた。窒素の方が分子量が小さいため、銅
原子（一部Ｓｉ原子を含む）の表面拡散にあたえる効力
はアルゴンより小さいと考えられるが、結果的には実施
例４では、とくに問題なく孔の充填ができた。比較例４
ではスパッタリング時の温度を室温としたことと、銅合
金（Ｃｕ−２Ｓｉ）であることが災いして、高温高圧処
理時にもほとんど結晶粒の成長が生じていなかったよう
で、孔部はほとんど形状の変化も認められなかった。
【００３４】実施例５および比較例５は、メッキにより
実施例１とほぼ同じ寸法形状のコンタクトホールを持つ
被処理基板に形成した銅配線膜に本発明を適用したもの
である。メッキに先立っては、銅の核形成層を形成する
ために、ＣＶＤ法により銅を１０ｎｍ弱の量堆積させ
た。メッキ処理後は付着残存するメッキ液を除去し、か
つ結晶粒子を大きくする目的で３５０℃で１時間の熱処
理を行い、更に１２０Ｍｐａもの高圧ガス雰囲気下で、
且つ４２５℃もの高温で加圧処理を行った。その結果、
本発明による高温高圧の処理では、電気抵抗値は若干悪
く２μΩｃｍ程度であったが、スパッタリングにより形
成した膜の場合とほぼ同様に、孔の銅による充填ができ
た。比較例５では充填されていなかった。
実施例１とほぼ同じ寸法形状のコンタクトホールを持つ
被処理基板に形成した銅配線膜に本発明を適用したもの
である。メッキに先立っては、銅の核形成層を形成する
ために、ＣＶＤ法により銅を１０ｎｍ弱の量堆積させ
た。メッキ処理後は付着残存するメッキ液を除去し、か
つ結晶粒子を大きくする目的で３５０℃で１時間の熱処
理を行い、更に１２０Ｍｐａもの高圧ガス雰囲気下で、
且つ４２５℃もの高温で加圧処理を行った。その結果、
本発明による高温高圧の処理では、電気抵抗値は若干悪
く２μΩｃｍ程度であったが、スパッタリングにより形
成した膜の場合とほぼ同様に、孔の銅による充填ができ
た。比較例５では充填されていなかった。
【００３５】実施例６および比較例６は、実施例３と同
様のデュアルダマシン構造の被処理基板を対象として、
２回のスパッタリング操作を行い、この時に１回目は純
銅、２回目はＣｕ２％Ｓｉ合金としたものである。本発
明による実施例６では、孔および溝両方とも充填が十分
で表面の平滑性（平坦性）も確保されたが、大気圧下で
の熱処理に相当する比較例６では全く充填されていなか
った。
様のデュアルダマシン構造の被処理基板を対象として、
２回のスパッタリング操作を行い、この時に１回目は純
銅、２回目はＣｕ２％Ｓｉ合金としたものである。本発
明による実施例６では、孔および溝両方とも充填が十分
で表面の平滑性（平坦性）も確保されたが、大気圧下で
の熱処理に相当する比較例６では全く充填されていなか
った。
【００３６】実施例７、比較例７は、細い溝で、深さが
溝幅とほぼ同等のものに適用した例で、ターゲットの距
離を３００ｍｍとした場合と、１００ｍｍ以下の８０ｍ
ｍの場合を比較したものである。その他の条件はほぼ同
じである。本発明によった実施例７では、幅が狭くかつ
深さが幅とほぼ同じ長い溝についても、銅配線膜は美麗
に充填され、電気抵抗値も極めて純銅の値に近い値が得
られた。このサンプルのスパッタリング後の溝の断面の
組織は、図１（ｃ）で連続的となった銅配線膜の厚さが
溝幅の１／３程で、上面にデポジットした銅配線膜の厚
さがかなり厚い状況であった。ターゲットの距離を短く
（８０ｍｍ）した比較例７では、充填された溝も散見さ
れたものの、コーナ曲がり部分を含めて充填がされてい
ないばかりか、大きな凹み状の孔が観察され、電気抵抗
値の評価も不可能な状況であった。こちらのサンプルの
スパッタリング直後の溝断面の組織は、部分的には連続
的となっているものの、ところどころ溝の上が半分塞が
ったような形態であり、膜がかならずしも連続的にはな
っておらず、高圧処理を行っても中途半端な充填状態に
しかならなかったものと推察される。
溝幅とほぼ同等のものに適用した例で、ターゲットの距
離を３００ｍｍとした場合と、１００ｍｍ以下の８０ｍ
ｍの場合を比較したものである。その他の条件はほぼ同
じである。本発明によった実施例７では、幅が狭くかつ
深さが幅とほぼ同じ長い溝についても、銅配線膜は美麗
に充填され、電気抵抗値も極めて純銅の値に近い値が得
られた。このサンプルのスパッタリング後の溝の断面の
組織は、図１（ｃ）で連続的となった銅配線膜の厚さが
溝幅の１／３程で、上面にデポジットした銅配線膜の厚
さがかなり厚い状況であった。ターゲットの距離を短く
（８０ｍｍ）した比較例７では、充填された溝も散見さ
れたものの、コーナ曲がり部分を含めて充填がされてい
ないばかりか、大きな凹み状の孔が観察され、電気抵抗
値の評価も不可能な状況であった。こちらのサンプルの
スパッタリング直後の溝断面の組織は、部分的には連続
的となっているものの、ところどころ溝の上が半分塞が
ったような形態であり、膜がかならずしも連続的にはな
っておらず、高圧処理を行っても中途半端な充填状態に
しかならなかったものと推察される。
【００３７】
【発明の効果】以上述べたように、本発明により、今
後、ますます微細化と多層化が進むＵＬＳＩ半導体の製
造において大きな課題となりつつある微細な径のコンタ
クトホールと、これより幅が広い溝の配線膜材料による
充填の両方が可能となり、とくに低電気抵抗および対Ｅ
Ｍ性の点で注目を浴びている銅系合金配線膜の製造を、
従来から用いられているスパッタリング技術とガス圧に
よる高圧処理技術の組合せで実現できることが実証され
た。このことは、Ａｌ配線膜用に設置された既存のスパ
ッタリング設備をそのまま用いてＡｌ以外の低電気抵抗
の金属配線膜構造を持ったＵＬＳＩを製造できることを
意味しており、多大な設備投資を行わずに高集積化に対
応可能であることは、処理コストの問題への対応を含め
て、今後のＵＬＳＩの工業生産に寄与するところ極めて
大きいと考える。
後、ますます微細化と多層化が進むＵＬＳＩ半導体の製
造において大きな課題となりつつある微細な径のコンタ
クトホールと、これより幅が広い溝の配線膜材料による
充填の両方が可能となり、とくに低電気抵抗および対Ｅ
Ｍ性の点で注目を浴びている銅系合金配線膜の製造を、
従来から用いられているスパッタリング技術とガス圧に
よる高圧処理技術の組合せで実現できることが実証され
た。このことは、Ａｌ配線膜用に設置された既存のスパ
ッタリング設備をそのまま用いてＡｌ以外の低電気抵抗
の金属配線膜構造を持ったＵＬＳＩを製造できることを
意味しており、多大な設備投資を行わずに高集積化に対
応可能であることは、処理コストの問題への対応を含め
て、今後のＵＬＳＩの工業生産に寄与するところ極めて
大きいと考える。
【図１】（ａ）は成膜状態の、（ｂ）は成膜後の加圧埋
込みの、（ｃ）は（ｂ）と同様の金属配線膜構造を示し
ている。
込みの、（ｃ）は（ｂ）と同様の金属配線膜構造を示し
ている。
【図２】（ａ）は比較例、（ｂ）は本発明による金属配
線膜構造を示している。
線膜構造を示している。
【図３】気体原子（元素）と金属原子との挙動を示し、
（ａ）は大気圧近傍、（ｂ）は高圧ガス雰囲気を示して
いる。
（ａ）は大気圧近傍、（ｂ）は高圧ガス雰囲気を示して
いる。
【図４】成膜後で加圧埋込前の４例（ａ）（ｂ）（ｃ）
（ｄ）を示している。
（ｄ）を示している。
【図５】スパッタリングの状況を示している。
【図６】スパッタリング時の３例（ａ）（ｂ）（ｃ）を
示している。
示している。
１ 被処理基板
２ 絶縁膜層
２Ａ 溝部
４ 金属配線膜
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 成川 裕
兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目３番１号
株式会社神戸製鋼所 高砂製作所内
(72)発明者 門口 誠
兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目３番１号
株式会社神戸製鋼所 高砂製作所内
(72)発明者 水澤 寧
静岡県裾野市須山1220−14 日本真空技
術株式会社 富士裾野工場内
(72)発明者 近藤 智保
静岡県裾野市須山1220−14 日本真空技
術株式会社 富士裾野工場内
(72)発明者 田口 洋治
静岡県裾野市須山1220−14 日本真空技
術株式会社 富士裾野工場内
(56)参考文献 特開 平８−293552（ＪＰ，Ａ)
特開 平９−260377（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 21/28
H01L 21/768
Claims (4)
- 【請求項１】 孔・溝が形成された被処理基板の絶縁
膜の表面を、銅系の金属材料で成膜して覆うことによ
り、孔・溝内部を該金属材料で充填して、配線構造を形
成する方法において、 孔・溝の内面の輪郭に沿って連続的に前記金属材料で成
膜して覆う方法がスパッタリング法であって、該スパッ
タリング時の被処理基板の温度を２００℃以上の高温と
するとともに、スパッタリング時の被処理基板とターゲ
ットの距離を１００ｍｍ以上として成膜して覆ったの
ち、該被処理基板を高圧ガス雰囲気下で高温に晒すよう
な高圧ガスによる加圧処理を行うことで前記金属材料の
表面拡散現象を促進して、該金属材料の膜の表面積が小
さくなるような膜構造に改質することを特徴とする金属
配線膜の形成方法。 - 【請求項２】 成膜を少なくとも２回のスパッタリン
グ操作で行い、１回目のスパッタリングで大きな開口を
有する孔・溝の内面の輪郭に沿って連続的に銅系の金属
材料で成膜して覆ったのち、２回目のスパッタリングで
小さな開口を有する孔・溝の開口部を塞ぐように成膜し
て覆い、次いで被処理基板を高圧ガス雰囲気下で高温に
晒すような高圧ガスによる加圧処理を行って、該金属材
料の表面拡散現象を促進して、前記大きな開口部内に充
填された該金属材料の膜を表面積が小さくなるような膜
構造に改質するとともに、小さな開口部の上を塞いでい
る金属材料の膜を塑性流動、拡散現象を利用して孔・溝
の内部に充填することを特徴とする金属配線膜の形成方
法。 - 【請求項３】 １回目のスパッタリング時の被処理基
板とターゲットの距離に対して２回目以降の該距離を小
さくしていることを特徴とする請求項２記載の金属配線
膜の形成方法。 - 【請求項４】 孔・溝が形成された被処理基板の絶縁
膜の表面を、銅系の金属材料で成膜して覆うことによ
り、孔・溝内部を該金属材料で充填して、配線構造を形
成する方法において、 孔・溝の内面の輪郭に沿って連続的に前記金属材料で成
膜して覆う方法がメッキ 法であって、被処理基板にＣＶ
Ｄ法で銅系の金属材料の核を形成させたのちにメッキに
て該被処理基板に成膜して覆い、その後該被処理基板を
３５０℃以上の高温に晒し、更に高圧ガス雰囲気下で高
圧ガスによる加圧処理を行うことで前記金属材料の表面
拡散現象を促進して、該金属材料の膜の表面積が小さく
なるような膜構造に改質することを特徴とする金属配線
膜の形成方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11364998A JP3435061B2 (ja) | 1998-04-23 | 1998-04-23 | 金属配線膜の形成方法 |
| US09/294,031 US6299739B1 (en) | 1998-04-23 | 1999-04-20 | Method of forming metal wiring film |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11364998A JP3435061B2 (ja) | 1998-04-23 | 1998-04-23 | 金属配線膜の形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11307477A JPH11307477A (ja) | 1999-11-05 |
| JP3435061B2 true JP3435061B2 (ja) | 2003-08-11 |
Family
ID=14617624
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11364998A Expired - Fee Related JP3435061B2 (ja) | 1998-04-23 | 1998-04-23 | 金属配線膜の形成方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6299739B1 (ja) |
| JP (1) | JP3435061B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3892621B2 (ja) * | 1999-04-19 | 2007-03-14 | 株式会社神戸製鋼所 | 配線膜の形成方法 |
| JP5023505B2 (ja) * | 2006-02-09 | 2012-09-12 | 東京エレクトロン株式会社 | 成膜方法、プラズマ成膜装置及び記憶媒体 |
| CN104789926B (zh) * | 2015-03-10 | 2017-06-09 | 电子科技大学 | 一种金属基薄膜传感器的制备方法 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS583977A (ja) * | 1981-06-29 | 1983-01-10 | Fujitsu Ltd | スパツタリング装置 |
| JPH01222451A (ja) * | 1988-03-01 | 1989-09-05 | Nec Corp | スパッタリング装置 |
| JP2780838B2 (ja) | 1990-01-26 | 1998-07-30 | 富士通株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
| US5011793A (en) | 1990-06-19 | 1991-04-30 | Nihon Shinku Gijutsu Kabushiki Kaisha | Vacuum deposition using pressurized reflow process |
| US5527561A (en) * | 1991-05-28 | 1996-06-18 | Electrotech Limited | Method for filing substrate recesses using elevated temperature and pressure |
| US5747360A (en) * | 1993-09-17 | 1998-05-05 | Applied Materials, Inc. | Method of metalizing a semiconductor wafer |
| JP3382031B2 (ja) * | 1993-11-16 | 2003-03-04 | 株式会社東芝 | 半導体装置の製造方法 |
-
1998
- 1998-04-23 JP JP11364998A patent/JP3435061B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1999
- 1999-04-20 US US09/294,031 patent/US6299739B1/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US6299739B1 (en) | 2001-10-09 |
| JPH11307477A (ja) | 1999-11-05 |
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