JP4751496B2

JP4751496B2 - （Ｃｕ−Ｃ）シード層の形成法

Info

Publication number: JP4751496B2
Application number: JP29979999A
Authority: JP
Inventors: 千晶田中; 正明平川; 裕彦村上; 洋幸山川
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 1999-10-21
Filing date: 1999-10-21
Publication date: 2011-08-17
Anticipated expiration: 2019-10-21
Also published as: JP2001118805A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＬＳＩ基板などの半導体基板上ヘの、スパッタ法、メッキ法、ＣＶＤ法等によるＣｕの埋め込みを容易にするために、該基板上に(Ｃｕ−Ｃ)シード層を形成する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の半導体産業におけるＬＳＩの高集積化及び高速化により、半導体基板の配線の微細化と多層化が進んでいる。そのために配線ピッチが狭まり、配線間容量や配線遅延によるＬＳＩの性能低下が起こる。これを防ぐために、抵抗率の低い配線材料と誘電率の低い層間絶縁膜を用いる必要に迫られ、配線材料として、従来のＡｌ合金等の代わりに抵抗率の低い、かつ、エレクトロマイグレーション（ＥＭ）耐性の高いＣｕを使用する動きが活発になってきている。Ｃｕ成膜技術としてはスパッタ法、ＣＶＤ法、メッキ法等があり、配線溝、ビアホール、コンタクトホール等に堆積させる方法が開発されている。メッキ法によりＣｕを成膜する際には、スパッタ法、ＣＶＤ法によりＣｕシード層を付ける必要がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
通常、Ｃｕメッキを行うには、Ｃｕシード層を必要とするが、従来のＣｕシード層の形成法において、次のような問題があった。Ｃｕシード層をスパッタ法を用いて作製すると、このシード層は配線溝、ビアホール、コンタクトホールの底に凸状あるいは平坦に形成されるため、配線溝やこれらのホールの底部のコーナーがメッキを行うための最適な形状にならない。また、アスペクト比の高い配線溝やこれらのホールにＣｕシード層を形成することは困難である。Ｃｕシード層をＣＶＤ法を用いて作製すると、膜質を制御することが困難であり、また、プロセスコストも非常に高価になる。
【０００４】
本発明は、この様な従来のＣｕ膜の形成技術の問題点を解決するためになされたものであり、膜質の制御が容易であること、プロセスコストが安価であることに加え、配線溝、ビアホール、コンタクトホール等の凹部を有する半導体基板に対し、凹部に(Ｃｕ−Ｃ)シード層を凹状に形成すること(図１)で、メッキ法によるＣｕの埋め込みを容易にすることを課題としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の(Ｃｕ−Ｃ)シード層形成法は、配線溝、ビアホール、コンタクトホールの凹部に配線に利用するＣｕを埋め込む前の半導体基板上に、(Ｃｕ−Ｃ)シード層を形成するものであり、該凹部にシード層が凹状に形成されるので、スパッタ法、メッキ法、ＣＶＤ法等によるＣｕの該凹部への埋め込みを容易に行うことができる。
【０００６】
この(Ｃｕ−Ｃ)シード層形成法は、配線溝、ビアホール、コンタクトホールの凹部の内表面を含む半導体基板上に、Ｃｕ微粒子を有機溶媒に分散させたＣｕ微粒子分散液またはＣｕ有機塩溶液を塗布し、塗布膜の形成された基板を焼成して有機物質を蒸発および燃焼せしめ、(Ｃｕ−Ｃ)シード層を形成することからなる。前記Ｃｕ微粒子は平均粒径０．１μｍ以下であることが望ましい。平均粒径が０．１μｍを超えると、該粒子が凹部内に入り込みにくくなるからである。前記焼成は、真空または還元ガス（例えば、Ｈ₂／Ｎ₂混合ガス等）雰囲気中で行うことが望ましく、１００〜４５０℃で、１〜３０分間行われる。焼成温度が１００℃未満だと有機物質が十分に蒸発または燃焼されず、また、４５０℃を超えると半導体素子に熱的ダメージを与えるという問題がある。
【０００７】
前記Ｃｕ有機塩は、ヘキサフルオロアセチルアセトン銅トリメチルビニルシラン｛(ｈｆａｃ)Ｃｕ(ｔｍｖｓ)｝、ヘキサフルオロアセチルアセトン銅ジメチル−１，５シクロオクタジエン｛(ｈｆａｃ)Ｃｕ(ＤＭＣＯＤ)｝、ヘキサフルオロアセチルアセトン銅トリエトキシビニルシラン｛(ｈｆａｃ)Ｃｕ(ｔｅｏｖｓ)｝、ビスジピバロイルメタン銅｛(ｄｐｍ)₂Ｃｕ｝、ビスヘキサフルオロアセチルアセトン銅｛(ｈｆａｃ)₂Ｃｕ｝、フタル酸銅、アセチルアセトン銅、ナフテン酸銅、およびオレイン酸銅から選ばれるものであることが望ましい。
【０００８】
また、前記Ｃｕ有機塩溶液に、界面活性剤として、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリエチレングリコールモノラウレート、ポリオキシエチレンラウリルアミンから選ばれる非イオン性界面活性剤を添加する。
【０００９】
本発明では、(Ｃｕ−Ｃ)シード層を形成する前処理として、配線溝、ビアホール、コンタクトホール等の凹部の内表面を含む基板表面に、指向性スパッタのようなスパッタによりＴｉＮ、Ｔａ、ＴａＮ、ＷＮ等のバリア膜を、またはＣＶＤでバリヤ膜を形成することができる。
【００１０】
本発明では、上記したように、(Ｃｕ−Ｃ)シード層を半導体基板上の配線溝等の凹部に凹状に作製することにより、半導体基板上の該凹部への、スパッタ法、メッキ法、ＣＶＤ法等による配線Ｃｕ材料の埋め込みを容易にすることができる。スパッタ法の場合は、作製された(Ｃｕ−Ｃ)シード層が凹状であり、しかもアスペクト比を減少させるように堆積させることが可能なので、スパッタ法でさらにＣｕを堆積させ続けても凸状になり難くなり、配線溝やホール等を完全に埋め込むことができる。また、メッキ法の場合は、凹部に対しコンフォーマルに形成された凹状シード層から等方的にメッキされていくため、ボイドが発生し難くなる。
【００１１】
本発明で用いる、Ｃｕ微粒子分散液としては、特に制限されないが、Ｃｕ微粒子が有機溶媒に分散した市販のＣｕ微粒子分散液（例えば、真空冶金株式会社製、パーフェクトカッパー（商品名））等がある。この市販のＣｕ微粒子分散液は、Ｃｕがコロイド粒子状態で存在しているものである。
【００１２】
本発明で用いることのできる市販のＣｕ微粒子分散液は、例えば上記したような製品であり、半導体基板上にＣｕ薄膜を形成する際の乾燥・焼成工程で蒸発するような有機溶媒、好ましくは１００℃以上で蒸発する有機溶媒と、平均粒径０．１μｍ以下のＣｕ金属微粒子、またはＣｕ金属含有微粒子とを混合してなり、該微粒子の表面が有機溶媒で覆われて個々に独立して分散している粘度が１００ｃＰ以下の分散液である。また、Ｃｕ微粒子の濃度は、５〜７０ｗｔ％、好ましくは１５〜５０ｗｔ％である。Ｃｕ含有微粒子は、Ｃｕ金属元素以外にＣｕへの溶解度が低く、かつ半導体基板の基材（絶縁層構成材料）と反応しやすい金属またはこれらの金属を含む化合物を少なくとも一種含有していてもよく、これにより基材との接着性が向上されうる。この金属元素の具体的な例としては、例えば、Ｍｇ、Ａｌ、Ｂ、Ｔａ、ＮｂおよびＶから選ばれる金属またはこれら金属を含む化合物が挙げられる。
【００１３】
本発明によれば、Ｃｕ微粒子、Ｃｕ含有微粒子は、該微粒子分散液の形態で、半導体基板上のアスペクト比の大きい配線溝、ビアホール、コンタクトホール等の凹部に対しても何らの問題もなく入り込み、そして、所定の雰囲気中、所定の温度・時間で加熱されることにより、該分散液の分散媒等が蒸発され、燃焼され、微粒子同士が融着して凹部内に凹状の(Ｃｕ−Ｃ)シード層を形成できる。この凹状のシード層は、基板の凹部に対してコンフォーマルな状態からアスペクト比を減少させる状態まで任意に制御できる。
【００１４】
【実施例】
次に、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定されるものではない。
参考例１
Ｃｕ微粒子分散液（真空冶金(株)製、商品名：パーフェクトカッパー）により、Ｓｉ基板上に設けられた配線溝等を処理した。このＳｉ基板には０．３〜５μｍの配線溝と０．１５〜２μｍのビアホール、コンタクトホールがあり、これらの配線溝等を含む基板表面にはスパッタにより、ＴｉＮのバリヤ層が厚さ７０ｎｍで形成されている。
【００１５】
上記の基板をスピンコーターにセットして１０００ｒｐｍで回転させ、その上方から上記のＣｕ微粒子分散液を滴下し、２０００ｒｐｍでスピンコートした。この基板を１０Ｐａの真空雰囲気中、３５０℃で１分間加熱して有機溶媒および残留有機成分を蒸発、燃焼させた。このようにして、図１に示すように、配線溝、ビアホール、コンタクトホール等の凹部内に凹状の(Ｃｕ−Ｃ)シード層を形成せしめた。(Ｃｕ−Ｃ)シード層をつけることにより、スパッタ法を用いてＣｕを配線溝、ビアホール、コンタクトホール等に埋め込みやすくなった。また、メッキ法の場合は、アスペクト比１０までの配線溝、ビアホール、コンタクトホール等にＣｕを埋め込むことができた。
実施例２
ナフテン酸銅、溶媒としてミネラルスピリット、そしてポリエチレングリコールモノラウレートを重量比２：２：１で混合したＣｕ有機塩溶液により、実施例１の場合と同じ基板上に設けられた配線溝、ビアホール、コンタクトホールを処理した。このＳｉ基板には０．３〜５μｍの配線溝と０．１５〜２μｍのビアホール、コンタクトホールがあり、配線溝およびこれらのホールを含む基板表面にはスパッタにより、ＴｉＮのバリヤ層が厚さ７０ｎｍで形成されている。
【００１６】
上記の基板をスピンコーターにセットして１０００ｒｐｍで回転させ、その上方から上記のＣｕ有機塩溶液を滴下し、２０００ｒｐｍでスピンコートした。この基板を１０Ｐａの真空雰囲気中、３５０℃で１分間加熱して有機溶媒および残留有機成分を蒸発、燃焼させた。このようにして、図１に示すように、配線溝、ビアホール、コンタクトホール等の凹部内に凹状の(Ｃｕ−Ｃ)シード層を形成せしめた。(Ｃｕ−Ｃ)シード層をつけることにより、スパッタ法を用いてＣｕを配線溝、ビアホール、コンタクトホール等に埋め込むことがたやすくなった。また、メッキ法の場合は、アスペクト比１０までの配線溝、ビアホール、コンタクトホール等にＣｕを埋め込むことができた。
実施例３
フタル酸銅、溶媒としてエタノール、そしてポリエチレングリコールモノラウレートを重量比２：２：１で混合したＣｕ有機塩溶液により、実施例１の場合と同じ基板上に設けられた配線溝等を処理した。このＳｉ基板には０．３〜５μｍの配線溝と０．１５〜２μｍのビアホール、コンタクトホールがあり、配線溝およびこれらのホールを含む基板表面にはスパッタにより、ＴｉＮのバリヤ層が厚さ７０ｎｍで形成されている。
【００１７】
上記の基板をスピンコーターにセットして１０００ｒｐｍで回転させ、その上方から上記のＣｕ有機塩溶液を滴下し、２０００ｒｐｍでスピンコートした。この基板を還元ガス（Ｈ₂／Ｎ₂混合ガス）雰囲気中、３５０℃で１分間加熱して有機溶媒および残留有機成分を蒸発、燃焼させた。このようにして、図１に示すように、配線溝、ビアホール、コンタクトホール等の凹部内に凹状の(Ｃｕ−Ｃ)シード層を形成せしめた。(Ｃｕ−Ｃ)シード層をつけることにより、スパッタ法を用いてＣｕを配線溝、ビアホール、コンタクトホール等に埋め込むことがたやすくなった。また、メッキ法の場合は、アスペクト比１０までの配線溝、ビアホール、コンタクトホール等にＣｕを埋め込むことができた。
【００１８】
【発明の効果】
本発明によれば、膜質の制御された、プロセスコストの低い(Ｃｕ−Ｃ)シード層の形成が可能となる。本発明により形成された凹状の(Ｃｕ−Ｃ)シード層を用いれば、半導体基板の配線溝、ビアホール、コンタクトホール等をスパッタ法、メッキ法等によりＣｕで埋め込むことが容易になり、好ましいＣｕ配線を形成しうる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明により形成された(Ｃｕ−Ｃ)シード層を模式的に示す半導体基板の断面図。
【符号の説明】
１ (Ｃｕ−Ｃ)シード層２パターン付きＳｉ基板

Claims

半導体基板上に形成された配線溝、ビアホール、コンタクトホールの凹部に、界面活性剤として、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリエチレングリコールモノラウレート、ポリオキシエチレンラウリルアミンから選ばれる非イオン性界面活性剤を添加された、Ｃｕ有機塩溶液を半導体基板上に塗布後、焼成して、塗布膜中の有機物質を蒸発および燃焼せしめ(Ｃｕ−Ｃ)シード層を形成することを特徴とする(Ｃｕ−Ｃ)シード層の形成法。
前記Ｃｕ有機塩は、ヘキサフルオロアセチルアセトン銅トリメチルビニルシラン｛(ｈｆａｃ)Ｃｕ(ｔｍｖｓ)｝、ヘキサフルオロアセチルアセトン銅ジメチル−１，５シクロオクタジエン｛(ｈｆａｃ)Ｃｕ(ＤＭＣＯＤ)｝、ヘキサフルオロアセチルアセトン銅トリエトキシビニルシラン｛(ｈｆａｃ)Ｃｕ(ｔｅｏｖｓ)｝、ビスジピバロイルメタン銅｛(ｄｐｍ)_２Ｃｕ｝、ビスヘキサフルオロアセチルアセトン銅｛(ｈｆａｃ)_２Ｃｕ｝、フタル酸銅、アセチルアセトン銅、ナフテン酸銅、またはオレイン酸銅であることを特徴とする請求項１記載の(Ｃｕ−Ｃ)シード層の形成法。
前記焼成を、真空または還元ガス雰囲気中、１００〜４５０℃で行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の(Ｃｕ−Ｃ)シード層の形成法。