JPH10321621A - Metallic thin film formation - Google Patents
Metallic thin film formationInfo
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- JPH10321621A JPH10321621A JP12837097A JP12837097A JPH10321621A JP H10321621 A JPH10321621 A JP H10321621A JP 12837097 A JP12837097 A JP 12837097A JP 12837097 A JP12837097 A JP 12837097A JP H10321621 A JPH10321621 A JP H10321621A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、半導体装置の多
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。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a multilayer wiring structure of a semiconductor device, which forms a wiring meeting the requirements for improving the electrical resistance and electromigration resistance of the multilayer wiring and reducing the manufacturing cost. For forming a metal thin film.
【０００２】[0002]
【従来の技術】シリコンを用いた半導体集積回路におい
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)）。2. Description of the Related Art In a semiconductor integrated circuit using silicon, a multilayer wiring technique is indispensable for realizing higher density electronic components. In this multilayer wiring, aluminum or an alloy containing aluminum as a main component is widely used as a main material of the wiring metal. In addition, as a metal having lower electric resistance and higher migration resistance than aluminum, a wiring using copper has been studied in part (Literature 1: JP-A-2-256238). But,
As the LSI pattern size becomes finer and the operating current density increases, disconnection of wiring due to the electromigration effect is becoming a serious problem. The resistance of a metal wiring to electromigration largely depends on the crystal grain size and orientation of the metal. It is well known that a metal thin film having a crystal grain size larger than the wiring width and uniform orientation is excellent in resistance to electromigration (Reference 2: S. Vaidya and AKShinha, Thin).
Solid Films 75,253 (1981)).
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した配
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。By the way, the metal used for the above-mentioned wiring is usually formed by sputtering or CV.
D is formed. In the case of a copper thin film, film formation by plating is also possible. The crystal grain size of the metal thin film formed by these methods depends on the film formation temperature, the gas pressure during the film formation, and the film formation rate, and the conditions and the conditions under which the film has good step coverage and surface morphology. Conditions under which the diameter and orientation are good are as follows:
Not necessarily. That is, these metal thin films do not have very high electromigration resistance.
【０００４】ここで、金属薄膜の結晶粒径は、その金属
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。Here, the crystal grain size of a metal thin film can be increased by annealing at a high temperature near the melting point of the metal. However, the upper limit temperature in the wiring forming process of the semiconductor device is about 400 to 450 ° C., and it is not possible to perform a higher temperature treatment. That is, conventionally, it is difficult to form a metal thin film having high migration resistance within the limits of the semiconductor device manufacturing process, and as a result, it is very difficult to form a metal wiring having high migration resistance. There was a problem.
【０００５】この発明は、以上のような問題点を解消す
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。The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to make it possible to form a metal wiring having high migration resistance without performing a high-temperature treatment that may cause an obstacle. Aim.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】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。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、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。According to the metal thin film forming method of the present invention, first, a metal thin film is formed on a substrate surface, and the metal thin film is heated to increase the crystal grain size. Then, the base and the semiconductor substrate are bonded so that the surface of the metal thin film and the surface of the semiconductor substrate face each other, and subsequently heated to form a metal thin film on the semiconductor substrate.
The substrate was peeled from the metal thin film. Because of this, the metal thin film has a large crystal grain size when formed on the semiconductor substrate. According to the metal thin film forming method of the present invention, first, a metal thin film is formed on a substrate surface, and the metal thin film is heated to increase the crystal grain size. In addition, a protective film made of a metal having oxide conductivity is formed on the surface of the metal thin film. Then, the base and the semiconductor substrate are bonded together such that the surface of the protective film faces the surface of the semiconductor substrate, and subsequently heated to form a metal thin film on the semiconductor substrate via the protective film. The film was separated from the thin film. Because of this, the metal thin film has a large crystal grain size when formed on the semiconductor substrate. Further, a film made of a metal oxide constituting the metal thin film is not formed on the surface of the metal thin film. According to the metal thin film forming method of the present invention, first, a metal thin film is formed on a substrate surface, and the metal thin film is heated to increase the crystal grain size. In addition, a protective film made of a low melting point metal is formed on the surface of the metal thin film. Then, the base and the semiconductor substrate are
The protective film surface and the semiconductor substrate surface are bonded to face each other, and subsequently heated to form a metal thin film on the semiconductor substrate via the protective film. Then, after the substrate is peeled off from the metal thin film, the low-melting-point metal forming the protective film and the metal forming the metal thin film are alloyed by heating the protective film and the metal thin film. Because of this, the metal thin film has a large crystal grain size when formed on the semiconductor substrate. Also,
Even when heating is performed at a lower temperature, a metal thin film can be formed on a semiconductor substrate via a protective film.
【０００７】[0007]
【発明の実施の形態】以下この発明の実施の形態を図を
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。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Embodiment 1 FIG. 1 is an explanatory diagram showing a method for forming a metal thin film according to a first embodiment of the present invention. First, as shown in FIG. 1, a metal thin film 102 made of aluminum or copper is formed on a surface of a base 101 covered with an insulator such as SiO 2 . The metal thin film 102 may be formed by a known method such as sputtering. The base 101 may have a certain strength and heat resistance, such as a plate made of metal or metal oxide such as alumina quartz. The base 101 does not contain an alkali metal such as sodium or potassium.
【０００８】次いで、この基体１０１上に形成された金
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。Next, the metal thin film 102 formed on the substrate 101 is annealed to increase the crystal grain size of the metal constituting the metal thin film 102. Next, FIG.
As shown in (b), a barrier film 104 made of titanium nitride or the like is formed on the surface of the semiconductor substrate 103, and then a thin film 105 made of aluminum or the like is formed. Here, although not shown, an element such as a MOS transistor is already formed on the surface of the semiconductor substrate 103, and an interlayer insulating film and the like are formed thereon, and as a next step, the element is connected to the element. It is assumed that a wiring layer is to be formed.
【０００９】次いで、図１（ｃ）に示すように、基体１
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。Next, as shown in FIG.
01 and the semiconductor substrate 103, the metal thin film 102 and the thin film 1
Paste so that 05 faces each other. Then, while pressurizing the base 101 and the back surface of the semiconductor substrate 103,
Heat them. The heating temperature is at least the recrystallization temperature of copper or aluminum (1 for aluminum).
50 ° C, copper 200 ° C) or more, and 400 ° C to 500 ° C
Is most desirable. Pressurization is performed at 10 kg to 100 kg.
The pressurization time is about 10 minutes.
【００１０】そして、図１（ｄ）に示すように、基体１
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。[0010] Then, as shown in FIG.
01 from the metal thin film 102, the semiconductor substrate 1
A state in which the metal thin film 106 is formed on the thin film 105 formed on 03 is obtained. Here, the adhesion between the semiconductor substrate 103 and the metal thin film 106 can be improved by forming the barrier film 104 and the thin film 105 in advance. Next, as shown in FIG. 1E, the metal thin film 106 formed on the semiconductor substrate 103 is processed by a known photolithography and dry etching method, so that the wiring layer 1 is formed.
07 is formed.
【００１１】なお、以上の工程において、金属薄膜１０
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。In the above steps, the metal thin film 10
If the surface of 2 is oxidized, the contact resistance with an electrode such as a plug embedded in the lower contact hole will increase. In order to prevent the oxidation of the surface, it is desirable that the steps from the formation of the metal thin film to the bonding are performed in the same vacuum apparatus (vacuum vessel). Further, when copper is used for the metal thin film 102, the bonding may be performed in a hydrogen atmosphere (reducing atmosphere) even if the substrate 101 on which the metal thin film 102 is formed is exposed to the air before bonding. Good. This is because copper oxide is reduced by heating in a hydrogen atmosphere. As described above, according to the first embodiment, wiring layer 107 having a large crystal grain size and a metal composition with uniform orientation can be obtained. Therefore, the first embodiment
Is excellent in resistance to electromigration.
【００１２】実施の形態２ 以下、この発明の第２の実施の形態について、図２を用
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。Embodiment 2 Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the second embodiment, unlike the first embodiment, a metal thin film can be formed by bonding even in the air. First, FIG.
As shown in (a), similar to the first embodiment,
A metal thin film 202 made of aluminum or copper is formed on a surface of a substrate 201 covered with an insulator such as SiO 2 . Next, the metal thin film 2 formed on the substrate 201
By annealing 02, the crystal grain size of the metal constituting the metal thin film 202 is increased.
【００１３】そして、この実施の形態２においては、図
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。In the second embodiment, as shown in FIG. 2B, a protective film 208 made of any one of ruthenium, osmium, iridium, and rhodium is formed on the surface of the metal thin film 202. For these metals, their oxides exhibit low resistance conductivity. Therefore, even if a natural oxide film is formed on the surface of the protective film 208 in the air,
There is no increase in contact resistance. Next, as shown in FIG. 2C, a protective film 209 made of any of ruthenium, osmium, iridium, and rhodium is formed on the surface of the semiconductor substrate 203. Here, the semiconductor substrate 203
Although not shown in the figure, the surface is already MOS
An element such as a transistor is formed, an interlayer insulating film and the like are formed thereon, and the next step is to form a wiring layer connected to the element.
【００１４】そして、図２（ｄ）に示すように、大気中
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。Then, as shown in FIG. 2D, the base 201 and the semiconductor substrate 203 are separated from each other by a protective film 208 in the air.
And the protective film 209 so as to face each other. Then, they are heated while being pressed from the back surfaces of the base 201 and the semiconductor substrate 203. The heating temperature is 400
C. to 500.degree. Pressurization is 10kg-100
Perform in kg. The pressurization time is about 10 minutes. Here, in this bonding, prior to bonding, a natural oxide film is formed on the surfaces of the protective film 208 and the protective film 209 exposed to the atmosphere, and moisture is adsorbed. Then, in this bonding, the protective film 208 and the protective film 209 are dehydrated and condensed on their surfaces and are brought into close contact.
【００１５】次いで、基体２０１を金属薄膜２０２より
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
３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。Next, the substrate 201 is peeled off from the metal thin film 202, as shown in FIG.
03 on the metal thin film 20 via protective films 209 and 208.
3 is formed. Next, as shown in FIG. 2F, a metal thin film 202 formed on a semiconductor substrate 203 is formed.
Is processed by a known photolithography and dry etching method to form a wiring layer 207. As described above, according to the first embodiment, the wiring layer 207 made of a metal composition having a large crystal grain size and uniform orientation can be obtained.
Is obtained. Therefore, the wiring layer according to the second embodiment also has excellent resistance to electromigration. In addition, according to the second embodiment, a metal thin film can be formed by bonding in the air.
【００１６】実施の形態３ 以下、この発明の第３の実施の形態について、図３を用
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。Embodiment 3 Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The third embodiment is different from the first and second embodiments in that a metal thin film is formed by bonding.
This can be performed at a lower temperature. First, in the same manner as in the first and second embodiments, as shown in FIG. 3A, a metal thin film 302 having a large crystal grain size is formed on the surface of the substrate 301. In the third embodiment, as shown in FIG. 3B, tin,
A protective film 308 made of a metal having a low melting point of either indium or cadmium is formed.
【００１７】次に、図３（ｃ）に示すように、半導体基
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。Next, as shown in FIG. 3C, a barrier film 30 made of titanium nitride or the like is formed on the surface of the semiconductor substrate 303.
4 is formed. The barrier film 304 can improve the adhesion with the protective film 308 in the subsequent bonding. Note that also in the third embodiment,
Although not shown in the figure, elements such as MOS transistors are already formed on the surface of the semiconductor substrate 303,
An interlayer insulating film and the like are formed thereon, and as the next stage,
It is assumed that a wiring layer to be connected to the element is to be formed.
【００１８】次に、図３（ｄ）に示すように、基体３０
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。Next, as shown in FIG.
1 and the semiconductor substrate 303 are bonded so that the surface of the protective film 308 and the surface of the barrier film 304 face each other. Then, pressure is applied from the back surface of the base 301 and the back surface of the semiconductor substrate 303, and they are additionally heated. Heating temperature is 200 ° C ~
300 ° C. The pressure is 5 kg to 10 kg, and the heating time is about 10 minutes. At this time, since the protective film 308 made of a low melting point metal is formed, the protective film 308 is melted and adheres to the barrier film 304 even when the heating temperature is lowered.
【００１９】そして、図３（ｅ）に示すように、基体３
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。Then, as shown in FIG.
01 from the metal thin film 302, the semiconductor substrate 3
A state in which the protective film 308 and the metal thin film 302 are formed on the barrier film 304 formed on the substrate 03 is obtained. Then, by annealing them at 400 ° C., the metal forming the protective film 308 and the metal forming the metal thin film 302 are mutually diffused to form an alloyed metal thin film 306. Next, as shown in FIG.
The wiring layer 307 is formed by processing the metal thin film 306 formed on the substrate 03 by known photolithography and dry etching.
【００２０】以上示したように、この実施の形態３にお
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。As described above, also in the third embodiment, the wiring layer 107 having a large crystal grain size and a metal composition having uniform orientation can be obtained. Therefore, the wiring layer according to the third embodiment also has excellent resistance to electromigration. In the third embodiment, a metal thin film can be formed on a semiconductor substrate by bonding at a lower temperature than in the first and second embodiments. Therefore, according to the third embodiment, it is possible to reduce the load on the device in forming a metal thin film by bonding.
【００２１】[0021]
【発明の効果】以上説明したように、この発明では、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。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。As described above, according to the present invention, first, a metal thin film is formed on the surface of a base, and the metal thin film is heated to increase the crystal grain size. Then, the base and the semiconductor substrate are bonded so that the surface of the metal thin film and the surface of the semiconductor substrate face each other, and subsequently heated to form a metal thin film on the semiconductor substrate, and then the base is peeled from the metal thin film. I did it. Because of this, the metal thin film has a large crystal grain size when formed on the semiconductor substrate. As a result, by forming a wiring using this metal thin film, according to the present invention,
A wiring having excellent resistance to electromigration can be obtained.
【００２２】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
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、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。According to the metal thin film forming method of the present invention, first, a metal thin film is formed on the surface of a substrate, and the metal thin film is heated to increase the crystal grain size. In addition, a protective film made of a metal having oxide conductivity is formed on the surface of the metal thin film. Then, the base and the semiconductor substrate are bonded together such that the surface of the protective film faces the surface of the semiconductor substrate, and subsequently heated to form a metal thin film on the semiconductor substrate via the protective film. The film was separated from the thin film. Thus, according to the present invention, a wiring having excellent resistance to electromigration can be obtained. In addition, in this case, since a film made of a metal oxide constituting the metal thin film is not formed on the surface of the metal thin film, formation in the air is possible. According to the metal thin film forming method of the present invention, first, a metal thin film is formed on a substrate surface, and the metal thin film is heated to increase the crystal grain size. In addition, a protective film made of a low melting point metal is formed on the surface of the metal thin film. Then, the base and the semiconductor substrate are bonded so that the surface of the protective film and the surface of the semiconductor substrate face each other, and subsequently heated to form a metal thin film on the semiconductor substrate via the protective film. Then, after the substrate is peeled off from the metal thin film, the low-melting-point metal forming the protective film and the metal forming the metal thin film are alloyed by heating the protective film and the metal thin film. Thus, according to the present invention, a wiring having excellent resistance to electromigration can be obtained. In addition, in this case, at a lower temperature, a metal thin film can be formed on the semiconductor substrate via the protective film by bonding.
【図１】 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。FIG. 1 is an explanatory diagram showing a metal thin film forming method according to a first embodiment of the present invention.
【図２】 この発明の第２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。FIG. 2 is an explanatory view showing a metal thin film forming method according to a second embodiment of the present invention.
【図３】 この発明の第３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。FIG. 3 is an explanatory view showing a metal thin film forming method according to a third embodiment of the present invention.
１０１…基体、１０２…金属薄膜、１０３…半導体基
板、１０４…バリア膜、１０５…薄膜、１０６…金属薄
膜、１０７…配線層。101: Base, 102: Metal thin film, 103: Semiconductor substrate, 104: Barrier film, 105: Thin film, 106: Metal thin film, 107: Wiring layer
フロントページの続き (72)発明者 久良木 億 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内 (72)発明者 枚田 明彦 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内Continuing on the front page (72) Inventor Kuragi Boku 3-192-2 Nishi-Shinjuku, Shinjuku-ku, Tokyo Japan Telegraph and Telephone Corporation (72) Inventor Akihiko Hirata 3-192-1, Nishi-Shinjuku, Shinjuku-ku, Tokyo Japan Telegraph and Telephone Corporation
Claims (6)
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。A first step of forming a metal thin film on the surface of the base; a second step of increasing the crystal grain size by heating the metal thin film; A third step of bonding the metal thin film surface and the semiconductor substrate surface so as to face each other and subsequently heating to form the metal thin film on the semiconductor substrate; and a step of peeling the base from the metal thin film. 4. A method for forming a metal thin film, comprising:
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。2. A first step of forming a metal thin film on the surface of a substrate, a second step of increasing the crystal grain size by heating the metal thin film, and forming an oxide on the surface of the metal thin film. A third step of forming a protective film made of a metal having conductivity, and bonding the base and the semiconductor substrate so that the surface of the protective film and the surface of the semiconductor substrate face each other, and subsequently heating, A method for forming a metal thin film, comprising: a fourth step of forming the metal thin film on the semiconductor substrate via the protective film; and a fifth step of peeling the base from the metal thin film.
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。3. A first step of forming a metal thin film on the surface of a base, a second step of heating the metal thin film to increase the crystal grain size, and forming a low melting point metal on the surface of the metal thin film. A third step of forming a protective film consisting of: bonding the base and the semiconductor substrate so that the surface of the protective film and the surface of the semiconductor substrate face each other, and subsequently heating the semiconductor substrate, A fourth step of forming the metal thin film via the protective film, a fifth step of peeling the base from the metal thin film, and forming the protective film by heating the protective film and the metal thin film A sixth step of alloying the low melting point metal to be formed and the metal constituting the metal thin film.
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。4. The method of forming a metal thin film according to claim 1, wherein a barrier film made of a high melting point metal or a nitride thereof is formed on the surface of the semiconductor substrate in advance. Metal thin film forming method.
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。5. The method for forming a metal thin film according to claim 1, wherein the steps before the substrate is separated from the metal thin film are:
A method for forming a metal thin film, which is performed in the same vacuum vessel.
て、 前記第４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。6. The method according to claim 1, wherein the fourth step is performed in a reducing atmosphere.
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|---|---|---|---|
| JP12837097A JP3394155B2 (en) | 1997-05-19 | 1997-05-19 | Metal thin film forming method |
Applications Claiming Priority (1)
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| JPH10321621A true JPH10321621A (en) | 1998-12-04 |
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| JP (1) | JP3394155B2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006180082A (en) * | 2004-12-21 | 2006-07-06 | Matsushita Electric Works Ltd | Pressure wave generating element and its manufacturing method |
| JP2012531731A (en) * | 2009-07-03 | 2012-12-10 | コミッサリア ア レネルジー アトミーク エ オ ゼネルジ ザルタナテイヴ | Method for modifying the crystal structure of copper elements |
| JP2012531732A (en) * | 2009-07-03 | 2012-12-10 | コミッサリア ア レネルジー アトミーク エ オ ゼネルジ ザルタナテイヴ | Method for generating metal crystal regions, particularly metal crystal regions in integrated circuits |
-
1997
- 1997-05-19 JP JP12837097A patent/JP3394155B2/en not_active Expired - Fee Related
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| JP4513546B2 (en) * | 2004-12-21 | 2010-07-28 | パナソニック電工株式会社 | Pressure wave generating element and manufacturing method thereof |
| JP2012531731A (en) * | 2009-07-03 | 2012-12-10 | コミッサリア ア レネルジー アトミーク エ オ ゼネルジ ザルタナテイヴ | Method for modifying the crystal structure of copper elements |
| JP2012531732A (en) * | 2009-07-03 | 2012-12-10 | コミッサリア ア レネルジー アトミーク エ オ ゼネルジ ザルタナテイヴ | Method for generating metal crystal regions, particularly metal crystal regions in integrated circuits |
| US9620412B2 (en) | 2009-07-03 | 2017-04-11 | Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives | Method for modifying the crystalline structure of a copper element |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3394155B2 (en) | 2003-04-07 |
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