JP5285898B2 - 銅拡散防止用バリア膜、同バリア膜の形成方法、ダマシン銅配線用シード層の形成方法及びダマシン銅配線を備えた半導体ウェハー - Google Patents
銅拡散防止用バリア膜、同バリア膜の形成方法、ダマシン銅配線用シード層の形成方法及びダマシン銅配線を備えた半導体ウェハー Download PDFInfo
- Publication number
- JP5285898B2 JP5285898B2 JP2007324421A JP2007324421A JP5285898B2 JP 5285898 B2 JP5285898 B2 JP 5285898B2 JP 2007324421 A JP2007324421 A JP 2007324421A JP 2007324421 A JP2007324421 A JP 2007324421A JP 5285898 B2 JP5285898 B2 JP 5285898B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- film
- copper
- tantalum
- titanium
- plating
- 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.)
- Active
Links
Description
例えば、銅配線を形成する溝の凹部に高純度タンタルターゲットでスパッタリングによりタンタル若しくは窒化タンタルを成膜して拡散バリア膜を形成し、次いで銅あるいは銅合金からなるシード層をスパッタリングにより成膜し、最後に電気めっきで銅を埋め込むことにより行われている。
従来、半導体ウェハーのような鏡面上に無電解めっきを行った場合、析出しためっき膜の密着性を得るのは困難であった。また、めっきの反応性が低く、基板全面に均一なめっきを行うことも困難であった。例えば、無電解銅めっき法を使用するにあたっての現状の問題点として、窒化タンタルなどのバリアメタル層上に銅を成膜した際のめっきの均一性や密着力の弱さが挙げられる。
しかし、実際にこれら触媒金属をダマシン配線形成に適用するためには銅拡散防止のためのバリア層が別に必要であり、銅を成膜する前に間に二層も入れることとなって、膜厚を厚くできない超微細配線では実用上適用が困難である。
1)タンタル又はチタンから選択した1成分以上の金属元素、無電解めっきに対する触媒能を持つ白金、金、銀、パラジウム、ルテニウム、ロジウム、イリジウムから選択した1成分以上の金属元素及び前記タンタル又はチタンとの窒化物の形態で含有する窒素からなる銅拡散防止用バリア膜
2)触媒能を持つ白金、金、銀、パラジウム、ルテニウム、ロジウム、イリジウムから選択した1成分以上の金属元素を12〜26at%、タンタル又はチタンから選択した1成分以上の金属元素を48〜52at%含有し、残余が窒素である前記1)記載の銅拡散防止用バリア膜
4)触媒能を持つ白金、金、銀、パラジウム、ルテニウム、ロジウム、イリジウムから選択した1成分以上の金属元素を12〜26at%、タンタル又はチタンから選択した1成分以上の金属元素を48〜52at%含有し、残余が窒素である前記3)記載の銅拡散防止用バリア膜の形成方法
6)触媒能を持つ白金、金、銀、パラジウム、ルテニウム、ロジウム、イリジウムから選択した1成分以上の金属元素を12〜26at%、タンタル又はチタンから選択した1成分以上の金属元素を48〜52at%含有し、残余が窒素である前記5)記載のダマシン銅配線用シード層の形成方法
8)銅拡散防止用バリア膜が、触媒能を持つ白金、金、銀、パラジウム、ルテニウム、ロジウム、イリジウムから選択した1成分以上の金属元素を12〜26at%、タンタル又はチタンから選択した1成分以上の金属元素を48〜52at%含有し、残余が窒素である前記7)記載の半導体ウェハー。
このことは高価な貴金属が多い触媒金属を使用したスパッタリングターゲット製造において、ターゲット中の触媒金属成分比率を大きく上げる必要がなくなるので、実用上極めて有効である。
触媒能を持つ金属としては白金、金、銀、パラジウム、ルテニウム、ロジウム、イリジウムを挙げることができるが、なかでも白金、パラジウム、ルテニウムの使用が好ましい。また、触媒能を持つこれらの金属の、2種類以上の同時使用も可能である。
また、めっき前にめっきする基材の酸処理、アルカリ処理、界面活性剤処理、超音波洗浄あるいはこれらを組み合わせた処理を実施することで、基材のクリーニング、濡れ性向上を図ることができる。
様々な組成比のタンタルとパラジウムのスパッタリング合金ターゲットを用いて、スパッタ時のチャンバー内のアルゴン・窒素ガス圧比を変化させて窒化タンタル・パラジウム合金膜を作製し、その上に銅をスパッタで成膜し、400℃×30分間の真空アニール処理後のバリア性を、AESデプスプロファイル測定により確認した。
50Wの出力でプラズマを発生させ、15分間のプレスパッタ後、本成膜を実施した。
無電解めっきによる銅の成膜は、以下の組成のめっき液を用いて、pH12.5、60℃×3〜5分の条件で実施した。めっき時の銅膜とタンタル合金膜の、界面の酸化状態の確認をAESデプスプロファイル測定により確認した。
この結果を、表1にまとめた。
硫酸銅:0.02mol/L
エチレンジアミン四酢酸塩:0.21mol/L
グリオキシル酸:0.1mol/L
2,2‘−ビピリジル:20mg/L
ポリエチレンイミン(Mw10,000):200mg/L
pH12.5(水酸化カリウム)
一方、タンタル比率は減ってバリア性が低下する。また、ターゲット中のタンタル比率が下がるほど、めっき時の銅膜とタンタル合金膜の界面の耐酸化性は向上する。
バリア性、めっき性、耐酸化性を兼ね備えた組成は窒素ガス未導入時には見出せなかったが、窒素ガスを適当量導入することにより、膜中パラジウム組成比13〜19at%、膜中タンタル組成比48〜50at%、膜中窒素組成比32〜39at%の範囲で適正条件を見出すことができた。表1において、この適正条件の総合評価を○として表示した。
表2に示す複数種の組成比のタンタルと白金のスパッタリング合金ターゲットを用いて、スパッタ時のチャンバー内のアルゴン・窒素ガス圧比を変化させて窒化タンタル・白金合金膜を作製し、その上に銅をスパッタで成膜し、400℃×30分間の真空アニール処理後のバリア性をAESデプスプロファイル測定により確認した。
また、めっき時の銅膜とタンタル合金膜の界面の酸化状態の確認を、AESデプスプロファイル測定により確認した。結果を表2にまとめた。
バリア性、めっき性、耐酸化性を兼ね備えた組成は窒素ガス未導入時には見出せなかったが、窒素ガスを適当量導入することにより、膜中白金組成比17〜25at%、膜中タンタル組成比49〜51at%、膜中窒素組成比24〜33at%の範囲で、適正条件を見出すことができた。表2において、この適正条件の総合評価を○として表示した。
表3に示す種々の組成比のチタンとルテニウムのスパッタリング合金ターゲットを用いて、スパッタ時のチャンバー内のアルゴン・窒素ガス圧比を変化させて窒化チタン・ルテニウム合金膜を作製し、その上に銅をスパッタで成膜し、400℃×30分間の真空アニール処理後のバリア性をAESデプスプロファイル測定により確認した。
また、めっき時の銅膜とチタン合金膜の界面の酸化状態の確認を、AESデプスプロファイル測定により確認した。結果を表3にまとめた。
バリア性、めっき性、耐酸化性を兼ね備えた組成は窒素ガス未導入時には見出せなかったが、窒素ガスを適当量導入することにより、膜中ルテニウム組成比15〜21at%、膜中チタン組成比49〜52at%、膜中窒素組成比30〜33at%の範囲で適正条件を見出すことができた。表3において、この適正条件の総合評価を○として表示した。実施例1と実施例2においては、タンタルを使用し、本実施例3においては、チタンを使用したが、タンタルとチタンは、同傾向があることが確認できた。
表4に示す種々の組成比のチタンと金のスパッタリング合金ターゲットを用いて、スパッタ時のチャンバー内のアルゴン・窒素ガス圧比を変化させて窒化チタン・金合金膜を作製し、その上に銅をスパッタで成膜し、400℃×30分間の真空アニール処理後のバリア性をAESデプスプロファイル測定により確認した。
また、めっき時の銅膜とチタン合金膜の界面の酸化状態の確認を、AESデプスプロファイル測定により確認した。結果を表4にまとめた。
バリア性、めっき性、耐酸化性を兼ね備えた組成は窒素ガス未導入時には見出せなかったが、窒素ガスを適当量導入することにより、膜中金組成比19〜23at%、膜中チタン組成比49〜50at%、膜中窒素組成比27〜32at%の範囲で適正条件を見出すことができた。表4において、この適正条件の総合評価を○として表示した。
表5に示す種々の組成比のタンタルと銀のスパッタリング合金ターゲットを用いて、スパッタ時のチャンバー内のアルゴン・窒素ガス圧比を変化させて窒化タンタル・銀合金膜を作製し、その上に銅をスパッタで成膜し、400℃×30分間の真空アニール処理後のバリア性をAESデプスプロファイル測定により確認した。
また、めっき時の銅膜とタンタル合金膜の界面の酸化状態の確認を、AESデプスプロファイル測定により確認した。結果を表5にまとめた。
バリア性、めっき性、耐酸化性を兼ね備えた組成は窒素ガス未導入時には見出せなかったが、窒素ガスを適当量導入することにより、膜中銀組成比13〜20at%、膜中タンタル組成比48〜51at%、膜中窒素組成比32〜36at%の範囲で適正条件を見出すことができた。表5において、この適正条件の総合評価を○として表示した。
表6に示す種々の組成比のタンタルとロジウムのスパッタリング合金ターゲットを用いて、スパッタ時のチャンバー内のアルゴン・窒素ガス圧比を変化させて窒化タンタル・ロジウム合金膜を作製し、その上に銅をスパッタで成膜し、400℃×30分間の真空アニール処理後のバリア性をAESデプスプロファイル測定により確認した。
また、めっき時の銅膜とタンタル合金膜の界面の酸化状態の確認を、AESデプスプロファイル測定により確認した。結果を表6にまとめた。
バリア性、めっき性、耐酸化性を兼ね備えた組成は、窒素ガス未導入時には見出せなかったが、窒素ガスを適当量導入することにより、膜中ロジウム組成比14〜22at%、膜中タンタル組成比49〜52at%、膜中窒素組成比29〜34at%の範囲で適正条件を見出すことができた。表6において、この適正条件の総合評価を○として表示した。
表7に示す種々の組成比のタンタルとイリジウムのスパッタリング合金ターゲットを用いて、スパッタ時のチャンバー内のアルゴン・窒素ガス圧比を変化させて窒化タンタル・イリジウム合金膜を作製し、その上に銅をスパッタで成膜し、400℃×30分間の真空アニール処理後のバリア性をAESデプスプロファイル測定により確認した。
また、めっき時の銅膜とタンタル合金膜の界面の酸化状態の確認を、AESデプスプロファイル測定により確認した。結果を表7にまとめた。
バリア性、めっき性、耐酸化性を兼ね備えた組成は、窒素ガス未導入時には見出せなかったが、窒素ガスを適当量導入することにより、膜中イリジウム組成比16〜21at%、膜中タンタル組成比49〜51at%、膜中窒素組成比30〜33at%の範囲で適正条件を見出すことができた。表7において、この適正条件の総合評価を○として表示した。
これによって、効率良く銅の絶縁膜への拡散を防ぐためのバリア層として機能する窒化合金膜、これらの合金膜を触媒層として無電解銅めっき膜を成膜するダマシン銅配線用シード層形成及びこの方法により形成した銅シード層を用いてダマシン銅配線を形成した半導体ウェハーを提供できる。
Claims (4)
- タンタルまたはチタンから選択した1成分以上の金属元素を48〜52at%、無電解めっきに対する触媒能を持つ白金、金、銀、パラジウム、ルテニウム、ロジウム、イリジウムから選択した1成分以上の金属元素を12〜26at%含有し、残余が前記タンタルまたはチタンとの窒化物の形態で含有する窒素からなる銅拡散防止用バリア膜。
- タンタルまたはチタンから選択した1成分以上の金属元素を48〜52at%、無電解めっきに対する触媒能を持つ白金、金、銀、パラジウム、ルテニウム、ロジウム、イリジウムから選択した1成分以上の金属元素を12〜26at%含有するターゲットを用いて窒素雰囲気中でスパッタリングし、これらの金属元素とタンタル又はチタンとの窒化物からなる銅拡散防止用バリア膜の形成方法。
- タンタル又はチタンから選択した1成分以上の金属元素を48〜52at%、無電解めっきに対する触媒能を持つ白金、金、銀、パラジウム、ルテニウム、ロジウム、イリジウムから選択した1成分以上の金属元素を12〜26at%、残余が前記タンタル又はチタンとの窒化物の形態で含有する窒素からなる銅拡散防止用バリア膜上に、前記触媒能を持つ金属元素を触媒として、無電解銅めっき膜を成膜することを特徴とするダマシン銅配線用シード層の形成方法。
- タンタル又はチタンから選択した1成分以上の金属元素を48〜52at%、無電解めっきに対する触媒能を持つ白金、金、銀、パラジウム、ルテニウム、ロジウム、イリジウムから選択した1成分以上の金属元素を12〜26at%及び残余が前記タンタル又はチタンとの窒化物の形態で含有する窒素からなる銅拡散防止用バリア膜上に、前記触媒能を持つ金属元素を触媒として無電解銅めっきにより形成された銅シード層を備え、さらに当該銅シード層上に形成されたダマシン銅配線を有する半導体ウェハー。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007324421A JP5285898B2 (ja) | 2007-12-17 | 2007-12-17 | 銅拡散防止用バリア膜、同バリア膜の形成方法、ダマシン銅配線用シード層の形成方法及びダマシン銅配線を備えた半導体ウェハー |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007324421A JP5285898B2 (ja) | 2007-12-17 | 2007-12-17 | 銅拡散防止用バリア膜、同バリア膜の形成方法、ダマシン銅配線用シード層の形成方法及びダマシン銅配線を備えた半導体ウェハー |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2009147195A JP2009147195A (ja) | 2009-07-02 |
JP5285898B2 true JP5285898B2 (ja) | 2013-09-11 |
Family
ID=40917449
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007324421A Active JP5285898B2 (ja) | 2007-12-17 | 2007-12-17 | 銅拡散防止用バリア膜、同バリア膜の形成方法、ダマシン銅配線用シード層の形成方法及びダマシン銅配線を備えた半導体ウェハー |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5285898B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9199334B2 (en) | 2009-02-03 | 2015-12-01 | Abbott Cardiovascular Systems Inc. | Multiple beam laser system for forming stents |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7951708B2 (en) * | 2009-06-03 | 2011-05-31 | International Business Machines Corporation | Copper interconnect structure with amorphous tantalum iridium diffusion barrier |
JP5701879B2 (ja) * | 2010-07-16 | 2015-04-15 | Jx日鉱日石金属株式会社 | タンタル基焼結体スパッタリングターゲットの製造方法 |
CN110767604B (zh) * | 2019-10-31 | 2022-03-18 | 厦门市三安集成电路有限公司 | 化合物半导体器件和化合物半导体器件的背面铜制程方法 |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4638140B2 (ja) * | 2003-07-09 | 2011-02-23 | マグナチップセミコンダクター有限会社 | 半導体素子の銅配線形成方法 |
JP2005072044A (ja) * | 2003-08-26 | 2005-03-17 | Ebara Corp | 配線形成装置 |
US20060251872A1 (en) * | 2005-05-05 | 2006-11-09 | Wang Jenn Y | Conductive barrier layer, especially an alloy of ruthenium and tantalum and sputter deposition thereof |
US7276796B1 (en) * | 2006-03-15 | 2007-10-02 | International Business Machines Corporation | Formation of oxidation-resistant seed layer for interconnect applications |
US20070259519A1 (en) * | 2006-05-02 | 2007-11-08 | International Business Machines Corporation | Interconnect metallization process with 100% or greater step coverage |
-
2007
- 2007-12-17 JP JP2007324421A patent/JP5285898B2/ja active Active
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9199334B2 (en) | 2009-02-03 | 2015-12-01 | Abbott Cardiovascular Systems Inc. | Multiple beam laser system for forming stents |
US9399267B2 (en) | 2009-02-03 | 2016-07-26 | Abbott Cardiovascular Systems Inc. | Multiple beam laser system for forming stents |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2009147195A (ja) | 2009-07-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4376959B2 (ja) | 無電解めっきにより金属薄膜を形成しためっき物およびその製造方法 | |
JP4376958B2 (ja) | 無電解めっきにより金属薄膜を形成しためっき物及びその製造方法 | |
JP5268159B2 (ja) | 基板、及びその製造方法 | |
JP2010037622A (ja) | 無電解置換めっきにより銅薄膜を形成しためっき物 | |
JP5285898B2 (ja) | 銅拡散防止用バリア膜、同バリア膜の形成方法、ダマシン銅配線用シード層の形成方法及びダマシン銅配線を備えた半導体ウェハー | |
JP5300156B2 (ja) | 無電解めっきにより銅薄膜を形成しためっき物 | |
JP6113692B2 (ja) | タンタル基焼結体スパッタリングターゲット | |
JP5268160B2 (ja) | 基板、及びその製造方法 | |
TWI384605B (zh) | 於基材上形成阻障兼種晶層的電子構件 | |
JP4531115B2 (ja) | 基材上にバリア兼シード層が形成された電子部材 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20100813 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20101021 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20130423 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20130509 |
|
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: 20130528 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20130603 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5285898 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |