JPH11191556A - 半導体装置の製造方法および銅または銅合金パターンの形成方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法および銅または銅合金パターンの形成方法Info
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- JPH11191556A JPH11191556A JP36028397A JP36028397A JPH11191556A JP H11191556 A JPH11191556 A JP H11191556A JP 36028397 A JP36028397 A JP 36028397A JP 36028397 A JP36028397 A JP 36028397A JP H11191556 A JPH11191556 A JP H11191556A
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Abstract
防止することができる半導体装置の製造方法および銅ま
たは銅合金パターンの形成方法の提供。 【解決手段】 Si基板1上に層間絶縁膜2を形成し、
所定パターンの配線溝3を形成した後、全面にTiN/
Ti膜4及びCu膜を順次形成し、Cu膜をリフローさ
せる。次に、CMP法により接続孔(図示せず)及び配
線溝3の内部以外の部分のCu膜及びTiN/Ti膜4
を順次除去し、溝配線6を形成する。次に、溝配線6上
に層間絶縁膜7を形成し、この層間絶縁膜7に溝配線6
の表面の少なくとも一部が露出するように、RIE法に
より接続孔8、9を形成する。この接続孔8、9の形成
の際に、接続孔8、9に露出した溝配線6の表面に酸化
層10が形成される。還元雰囲気中において、Si基板
1を加熱することにより接続孔8、9に露出した溝配線
6の表面を還元し、酸化層10を除去する。
Description
造方法および銅または銅合金パターンの形成方法に関
し、特に、銅または銅合金からなる溝配線および接続孔
プラグの形成に適用して好適なものである。
内部配線の微細化、多層化が進んでおり、これに伴って
配線形成時の平坦化技術や微細配線の加工、および配線
の信頼性確保が重要な課題となっている。これらの問題
点の解決手段のひとつとして、銅(Cu)を用いた埋め
込み配線技術が検討されている。
術の一例を図18〜図21に示す。すなわち、まず、図
18に示すように、あらかじめトランジスタなどの素子
や素子分離領域(図示せず)が形成された半導体基板1
01上にSiO2 膜などの層間絶縁膜102を形成し、
この層間絶縁膜102に配線パターンの配線溝103を
形成する。ここで、接続孔も形成されるが、図示は省略
する。次に、図19に示すように、高真空中においてス
パッタリング法により全面にTi膜とTiN膜とを順次
形成することにより、下地バリアメタルとしてのTiN
/Ti膜104を形成し、引き続いて、高真空中におい
てスパッタリング法により、全面にCu膜105を形成
する。次に、図20に示すように、半導体基板101を
加熱することによって、Cu膜105をリフローさせ、
配線溝103の内部にCuを埋め込んだ後、図21に示
すように、配線溝103の内部以外の部分のCu膜10
5およびTiN/Ti膜104をエッチバック法や化学
的機械研磨(CMP)法などによって除去することによ
り、配線溝103の部分にTiN/Ti膜104を下地
バリアメタルとした溝配線106を形成する。
は、配線の部分が層間絶縁膜に埋め込まれた形状になる
ため、その後の工程における層間絶縁膜の平坦化が容易
になるという利点がある。
Cuからなる溝配線106上に層間絶縁膜を形成し、こ
の層間絶縁膜に接続孔を形成する場合には、溝配線10
6の表面が酸化されてしまうという問題があった。この
問題について以下に詳細に説明する。
配線106を形成した後、全面に層間絶縁膜107を形
成する。次に、図23に示すように、層間絶縁膜107
上に所定形状のレジストパターン108を形成する。次
に、図24に示すように、レジストパターン108をマ
スクとして、反応性イオンエッチング(RIE)法など
のドライエッチング法により層間絶縁膜107を溝配線
106の表面が露出するまでエッチングすることによ
り、接続孔109を形成した後、酸素プラズマによりレ
ジストパターン108を除去する。このとき、図24に
示すように、接続孔109の底部に露出した溝配線10
6の表面が、層間絶縁膜107のエッチング時や、レジ
ストパターン108を除去する際に酸化され、その表面
に酸化層106aが形成されてしまうといった問題があ
った。
や接続孔プラグの形成の際にも、それらの露出した表面
が酸化されてしまうという、上述と同様の問題があっ
た。
以外の余剰部分のCu膜105およびTiN/Ti膜1
04の除去は、プラズマを用いたエッチバック法やCM
P法などにより行われる。ところが、図25に示すよう
に、エッチバックで使用されるプラズマによって、ある
いはCMP法による研磨の際に使用される薬液などによ
って、溝配線106の表面は酸化され、そこに酸化層1
06bが形成されてしまう。
ニウム(Al)やAl合金が用いられている。そして、
AlやAl合金からなる配線などの膜の表面にもやはり
酸化膜は形成される。しかしながら、一般に、Al膜や
Al合金膜の表面に形成される酸化膜は、厚さが数nm
以下と薄く、しかもアルミナ(Al2 O3 )などからな
る強固な酸化膜であるため、Al膜やAl合金膜の表面
の酸化が配線の内部にまで進行することはなかった。
l膜やAl合金膜の表面に形成されるAl2 O3 膜のよ
うな強固な酸化膜は形成されないので、Cu膜やCu合
金膜の表面が酸化されると、その酸化はCu膜やCu合
金膜の内部にまで進行してしまう。
時や、レジストパターン108の除去の際の溝配線10
6の表面の酸化は、溝配線106の内部にまで進行して
しまう。そして、図24に示す酸化層106aが溝配線
106中に残ってしまうと、溝配線106の実効的な配
線断面積が減少してしまい、溝配線106の抵抗が上昇
してしまうなどといった不具合が生じ、溝配線106の
配線信頼性の低下につながってしまう。
接続孔プラグ(図示せず)を埋め込み、層間絶縁膜10
7上に上層配線(図示せず)を形成する場合において
も、酸化層106aが溝配線106中に残ることによる
次のような問題があった。すなわち、溝配線106中に
酸化層106aが残された状態で接続孔109に接続孔
プラグを埋め込むと、接続孔プラグと溝配線106のう
ちの実効的な配線部分との間に高抵抗の酸化層106a
が介在することになる。そのため、溝配線106と接続
孔プラグとの接触部分における抵抗が上昇してしまい、
上層配線と溝配線106との間の抵抗が上昇してしまう
といった不具合が生じてしまう。この不具合は配線、特
に多層配線の接続信頼性の低下につながってしまう。
は、溝配線106の形成におけるエッチバック時や、C
MP法による研磨の際に形成された酸化層106bが溝
配線106中に残された状態で、溝配線106上に層間
絶縁膜107および接続孔110を形成し、この接続孔
110に接続孔プラグ(図示せず)を埋め込み、層間絶
縁膜107上に上層配線を形成して接続孔プラグを通じ
て上層配線と溝配線106とを接続する場合においても
同様に生じる問題である。さらに、接続孔プラグとし
て、接続孔110にCuやCu合金を埋め込んだ場合、
接続孔110からはみ出した部分をCMP法やエッチバ
ック法で除去すると、接続孔プラグの上面には酸化層が
形成され、やはり接続孔110の部分におけるさらなる
抵抗上昇につながり、接続信頼性はより一層低下してし
まう。
銅合金膜の表面に形成された酸化層を効率よく除去する
ことにより、銅または銅合金膜から構成される配線の実
効的な断面積の減少を防ぎ、配線の抵抗上昇を防止する
ことができ、その配線信頼性の低下を防止することがで
きるとともに、その配線に対する上層配線の接続信頼性
の低下を防止することができる半導体装置の製造方法を
提供することにある。
孔に埋め込まれた銅または銅合金パターンの表面に形成
された酸化層を効率よく除去することにより、この銅ま
たは銅合金パターンからなる溝配線や接続孔プラグにお
いて、その実効的な断面積の減少を防ぎ、抵抗の上昇を
防止することができ、溝配線や接続孔プラグにおける配
線信頼性および接続信頼性の低下を防止することができ
る銅または銅合金パターンの形成方法を提供することに
ある。
に、この発明の第1の発明は、銅または銅合金膜を形成
し、銅または銅合金膜上に絶縁膜を形成した後、絶縁膜
に銅または銅合金膜の表面の少なくとも一部が露出する
ように開口部を形成するようにした半導体装置の製造方
法において、開口部に露出した銅または銅合金膜の表面
を還元するようにしたことを特徴とするものである。
素ガス雰囲気中において加熱処理を行うことにより銅ま
たは銅合金膜の表面を還元する。
ば電子サイクロトロン共鳴により生成された還元作用を
有する水素プラズマを銅または銅合金膜の表面に照射す
ることにより、銅または銅合金膜の表面を還元する。
または銅合金膜の表面を還元した後、開口部に埋め込む
ようにして導電膜を形成する。また、この第1の発明に
おいて、好適には、銅または銅合金膜の表面を還元する
工程と導電膜を形成する工程とを真空中で連続的に行
う。
開口部の形成を、典型的には、ドライエッチング法によ
り行い、具体的には、反応性イオンエッチング法により
行う。
または銅合金膜は溝配線を構成し、開口部はこの溝配線
と接続する接続孔プラグを埋め込むための接続孔であ
る。
は孔に埋め込むようにして銅または銅合金膜を形成した
後、銅または銅合金膜の溝および/または孔の内部以外
の部分を除去するようにした銅または銅合金パターンの
形成方法において、露出した銅または銅合金パターンの
表面を還元するようにしたことを特徴とするものであ
る。
素ガス雰囲気中において加熱処理を行うことにより、銅
または銅合金パターンの表面を還元する。
サイクロトロン共鳴により生成された還元作用を有する
水素プラズマを銅または銅合金パターンの表面に照射す
ることにより、銅または銅合金パターンの表面を還元す
る。
および/または孔の内部以外の部分の銅または銅合金膜
を、化学的機械研磨法またはエッチバック法により除去
する。
雰囲気中において、銅または銅合金パターンの表面にレ
ーザー光を照射することにより銅または銅合金パターン
の表面を還元する。
膜の形成は、典型的には、化学気相成長法、めっき法ま
たはスパッタリング法により行い、スパッタリング法と
しては、好適には、カバレッジに優れた遠距離スパッタ
リング法を用いる。また、典型的には、スパッタリング
法により形成された銅または銅合金膜は、リフロー法に
よりリフローされ、溝および/または孔の内部に埋め込
まれる。
または銅合金パターンは溝配線を構成し、必要に応じ
て、銅または銅合金パターンは接続孔プラグを構成す
る。
発明によれば、絶縁膜に形成された開口部に露出した銅
または銅合金膜の表面を還元するようにしていることに
より、開口部の形成の際に銅または銅合金膜の表面に形
成される酸化層を、効率よく除去することができる。
および/または孔の内部以外の部分の銅または銅合金膜
を除去した後、露出した銅または銅合金パターンの表面
を還元するようにしていることにより、この銅または銅
合金パターンの形成の際にその表面に形成される酸化層
を、効率よく除去することができる。
て図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態
の全図においては、同一または対応する部分には同一の
符号を付す。
導体装置の製造方法について説明する。図1から図6
は、この第1の実施形態による半導体装置の製造方法を
示す。
ロセスにより例えばトランジスタなどの素子や素子分離
領域(図示せず)などを形成したSi基板1上に、例え
ばSiO2 膜からなる層間絶縁膜2を形成する。次に、
層間絶縁膜2上にリソグラフィ工程により所定形状のレ
ジストパターン(図示せず)を形成した後、このレジス
トパターンをマスクとして例えばRIE法によりエッチ
ングを行うことにより配線溝3を形成する。ここで、こ
の配線溝3の幅は例えば0.4μmであり、深さは例え
ば0.5μmである。
て、例えばマグネトロンスパッタリング法により全面に
例えばTi膜とTiN膜とを順次形成することにより、
下地バリアメタルとしてのTiN/Ti膜4を形成す
る。これらのTi膜およびTiN膜の膜厚は、それぞれ
例えば20nmおよび50nmである。ここで、TiN
/Ti膜4の形成におけるスパッタ条件の一例を挙げる
と、Ti膜の形成においては、プロセスガスとしてAr
ガスを用い、その流量を100sccmとし、DCパワ
ーを5kW、圧力を0.4Pa、基板加熱温度を150
℃とし、TiN膜の形成においては、プロセスガスとし
てArとN2 との混合ガスを用い、それらの流量をそれ
ぞれ30sccm、80sccmとし、DCパワーを1
0kW、圧力を0.4Pa、基板加熱温度を150℃と
する。
トロンスパッタリング法により、TiN/Ti膜4上に
Cu膜5を形成する。このCu膜5の膜厚は例えば10
00nmである。ここで、このCu膜5の形成における
スパッタ条件の一例を挙げると、プロセスガスとしてA
rガスを用い、その流量を100sccmとし、DCパ
ワーを15kW、圧力を0.4Pa、基板加熱温度を1
50℃とする。
せるが、このときに、Cu膜5が配線溝3の部分でつな
がり、内部にボイドが残された、いわゆるブリッジ形状
になるのを避けるために、このCu膜5の形成のための
マグネトロンスパッタリング法としては、Si基板1と
ターゲットとの間の距離を例えば250mmと通常の距
離より長くして、カバレッジの向上を図った遠距離スパ
ッタリング法を用いる。また、このCu膜5の形成にお
ける基板加熱温度を、150℃と低くしていることによ
り、Cuのマイグレーションを防止し、Cu膜5がブリ
ッジ形状になるのを防止することができる。
てリフロー装置の真空チャンバー(図示せず)内に搬入
する。Si基板1を真空チャンバー内に搬入した後、S
i基板1をCuの再結晶温度に近い例えば400℃程度
の温度で加熱し、Cu膜5を例えば10-5Pa以下の圧
力で、例えば5分間リフローさせる。このように、Si
基板1をCuの再結晶温度に近い例えば400℃程度の
温度で加熱するようにしていることにより、Cu膜5の
リフロー特性を向上させることができる。
せず)および配線溝3の内部以外の部分のCu膜5およ
びTiN/Ti膜4を順次研磨することにより除去す
る。ここで、このCMP法における研磨の条件の一例を
挙げると、過酸化水素(H2 O2 )ベースでアルミナ含
有のスラリーを用いて、研磨圧力を100g/cm2 、
流量を100cc/min、温度を25〜30℃とし、
回転数については定盤を30rpm、研磨ヘッドを30
rpmとする。
間絶縁膜2にTiN/Ti膜4を下地バリアメタルとし
た溝配線6が形成される。
された層間絶縁膜2上に例えばSiO2 膜などの層間絶
縁膜7を形成する。次に、リソグラフィ工程により層間
絶縁膜7上に所定形状のレジストパターン(図示せず)
を形成した後、このレジストパターンをマスクとして例
えばRIE法によりエッチングを行うことにより、接続
孔8、9を形成する。その後、レジストパターンを除去
する。
法によるエッチングで用いられるプラズマや、接続孔
8、9の形成後におけるレジストパターンの除去に用い
られる酸素プラズマなどによって、溝配線6の表面は酸
化され、さらにこの酸化が溝配線6の内部に進行して、
酸化層10が形成される。
などの還元作用を有するガス中においてSi基板1を加
熱することにより、このH2 ガスが接続孔8、9を通じ
て溝配線6の表面から還元し、溝配線6の表面に形成さ
れた酸化層10を除去する。ここで、この酸化層10の
還元除去のための熱処理条件の一例を挙げると、H2ガ
スの流量を500sccmとし、圧力を67Pa、基板
加熱温度を400℃、加熱時間を5分間とする。
8、9への接続孔プラグ(図示せず)の埋め込みや上層
配線(図示せず)の形成を順次行うことにより、所望の
半導体装置を完成させる。
によれば、Cuからなる溝配線6を形成し、その上に層
間絶縁膜7を形成し、この層間絶縁膜7に接続孔8、9
を形成した後、これらの接続孔8、9の底部の溝配線6
の表面を還元することによってこの表面に形成された酸
化層10を除去するようにしていることにより、溝配線
6の実効的な断面積の減少を防ぐことができるので、溝
配線6の抵抗の上昇を防ぐことができる。また、接続孔
8、9に接続孔プラグ(図示せず)を埋め込み、この接
続孔プラグを用いて上層配線(図示せず)と溝配線6と
を接続する場合においても、接続孔プラグと溝配線6と
の間に高抵抗の酸化層が介在するのを防ぐことができる
ので、この酸化層の存在による接続孔における抵抗の上
昇を防ぐことができ、接続孔8、9における接続信頼性
を向上させることができる。
導体装置の製造方法について説明する。
施形態と同様にして、図7に示すように、接続孔8、9
まで形成する。ここで、溝配線6の表面には酸化層10
が形成されている。
に接続孔8、9を通じて、例えば電子サイクロトロン共
鳴(ECR)により生成された還元作用を有する例えば
水素プラズマを照射することによって、溝配線6の表面
を還元し、酸化層10を除去する。この酸化層10の除
去された状態を図9に示す。ここで、この酸化層10の
還元除去における熱処理条件の一例を挙げると、プロセ
スガスとして、H2 とArとの混合ガスを用い、それら
の流量をそれぞれ100sccm、170sccmと
し、圧力を0.4Pa、基板加熱温度を400℃、加熱
時間を1分間、マイクロ波パワーを2.8kW(2.4
5GHz)とする。
8、9への接続孔プラグ(図示せず)の埋め込みや上層
配線(図示せず)の形成を順次行うことにより、所望の
半導体装置を完成させる。
形態と同様の効果を得ることができる。
導体装置の製造方法について説明する。まず、この第3
の実施形態において用いられる成膜装置について説明す
る。図10は、クラスターツール化された成膜装置の構
成を示す。
ては、ウェーハ移動室11およびウェーハ交換室12が
一対のウェーハ受け渡し室13、14をはさんで設けら
れている。また、ウェーハ移動室11の周辺部には、カ
セット室15、16および脱ガス装置17がウェーハ移
動室11に取り付けられている。また、ウェーハ交換室
12の周辺部には、還元前処理チャンバー18、バリア
メタル成膜チャンバー19、20およびCu成膜チャン
バー21がウェーハ交換室12に取り付けられている。
ウェーハ移動室11およびウェーハ交換室12の内部に
はそれぞれロボット搬送アーム22、23が設けられて
いる。
の製造方法について説明する。
造方法においては、まず、図11に示すように、第1の
実施形態と同様にして、接続孔8、9まで形成した後、
層間絶縁膜7に所定パターンの配線溝31を形成する。
ここで、接続孔8、9の底部の溝配線6の表面には、接
続孔8、9や配線溝31の形成におけるエッチング時
や、レジストパターンの除去の際に酸化層10が形成さ
れている。
のカセット室15に搬入する。次に、Si基板1をロボ
ット搬送アーム22によってカセット室15から取り出
した後、真空ポンプ(図示せず)によってウェーハ移動
室11の内部を真空にしつつ、Si基板1を脱ガス装置
17に搬入する。この脱ガス装置17において、Si基
板1の脱ガスを行う。次に、Si基板1を、ロボット搬
送アーム22によって脱ガス装置17からウェーハ受け
渡し室13に搬送し、真空を破ることなく、このウェー
ハ受け渡し室13においてロボット搬送アーム23に受
け渡す。
Si基板1を還元前処理チャンバー18に搬入する。こ
こで、第1の実施形態と同様にして、接続孔8、9の底
部の溝配線6の表面の酸化層10を還元除去する。
Si基板1を還元前処理チャンバー18から搬出し、続
いてバリアメタル成膜チャンバー19に搬送する。この
バリアメタル成膜チャンバー19において、例えばマグ
ネトロンスパッタリング法により、Si基板1上の層間
絶縁膜7上の全面にTi膜を形成する。次に、ロボット
搬送アーム23によりSi基板1をバリアメタル成膜チ
ャンバー19から取り出し、続いてバリアメタル成膜チ
ャンバー20に搬送する。このバリアメタル成膜チャン
バー20において、Ti膜上の全面に例えばTiN膜を
形成し、図12に示すように、層間絶縁膜7上に下地バ
リアメタルとしてのTiN/Ti膜32が形成される。
Si基板1をバリアメタル成膜チャンバー20からCu
成膜チャンバー21に搬送した後、図13に示すよう
に、このCu成膜チャンバー21において、TiN/T
i膜32上に例えば遠距離スパッタリング法によりCu
膜33を形成する。
酸化層10の還元除去の工程から、Cu成膜チャンバー
21におけるCu膜33の形成までは、真空中で連続的
に行われる。
23によってCu成膜チャンバー21から搬出し、ウェ
ーハ受け渡し室14において、ロボット搬送アーム22
に受け渡す。次に、Si基板1をロボット搬送アーム2
2によってカセット室16まで搬送する。
取り出し、リフロー装置の真空チャンバー(図示せず)
に搬送した後、第1の実施形態と同様にして、Cu膜3
3のリフローを行う。ここで、Cu膜33のリフローの
際に、必要に応じてCu膜33の表面に還元作用を有す
る例えば水素プラズマを照射するようにしてもよい。
による研磨や層間絶縁膜の形成などを順次行うことによ
り、所望の半導体装置を完成させる。
によれば、成膜装置の還元前処理チェンバー18におい
て、還元雰囲気中において、溝配線6の表面に形成され
た酸化層10を還元除去するようにしていることによ
り、第1の実施形態と同様の効果を得ることができると
ともに、酸化層10の還元除去の工程からCu膜33の
形成の工程までを、クラスターツール化された成膜装置
において真空中で連続的に行うようにしていることによ
り、清浄な溝配線6の表面を大気と接触させることな
く、溝配線6の表面を清浄な状態に保ったままで、Cu
を配線溝31および接続孔8、9に埋め込むことがで
き、良質なCuの溝配線からなり、かつ低抵抗で信頼性
の高い多層配線を有する半導体装置を得ることができ
る。
導体装置の製造方法について説明する。
1の実施形態と同様にして、図3に示すCu膜5の配線
溝3および接続孔(図示せず)の内部への埋め込みまで
行う。次に、例えばCMP法により配線溝3および接続
孔(図示せず)の内部以外の部分のCu膜5およびTi
N/Ti膜4を順次研磨することにより除去する。ここ
で、このCMP法における研磨の条件の一例を挙げる
と、H2 O2 ベースでアルミナ含有のスラリーを用い
て、研磨圧力を100g/cm2 、流量を100cc/
min、温度を25〜30℃とし、回転数については定
盤を30rpm、研磨ヘッドを30rpmとする。
層間絶縁膜2にTiN/Ti膜4を下地バリアメタルと
した溝配線6が形成される。
液によって酸化させながら研磨する方法である。そのた
め、CMP法による研磨が終了した後の溝配線6の表面
は酸化されており、その表面には酸化層41が形成され
ている。そこで、例えばH2ガス雰囲気などの還元雰囲
気中でSi基板1を例えば400℃の温度で、例えば5
分間加熱する。これによって、溝配線6の表面は還元さ
れ、酸化層41が除去される。この酸化層41の還元除
去においては、例えば、H2 ガスの流量を500scc
mとし、圧力を67Paとする。
縁膜、接続孔、配線溝および上層配線(いずれも図示せ
ず)などを順次形成することにより、所望の半導体装置
を完成させる。
によれば、配線溝3および接続孔の内部以外の部分のC
u膜5およびTiN/Ti膜4をCMP法により除去し
た後、還元雰囲気中において加熱処理を行うことで溝配
線6の表面を還元するようにしていることにより、CM
P法による研磨の際に溝配線6の表面に形成された酸化
層41を除去することができ、酸化層41の存在による
溝配線6の実効的な断面積の減少を防ぐことができるの
で、溝配線6の高抵抗化を防止することができ、配線信
頼性の低下を防ぐことができる。
導体装置の製造方法について説明する。
1の実施形態と同様にして、図2に示すCu膜5の形成
まで行う。
し、続いてプラズマリフロー装置の真空チャンバー(図
示せず)内に搬入する。このとき、Si基板1が大気中
に取り出されることにより、図15に示すように、Cu
膜5の表面が酸化されて自然酸化層42が形成されてい
る。Si基板1を真空チャンバー内に搬入した後、水素
プラズマをCu膜5の表面に照射しつつ、Si基板1を
Cuの再結晶温度に近い、例えば400℃程度の温度で
加熱し、Cu膜5を例えば1分間リフローさせる。ここ
で、この水素プラズマは、電子サイクロトロン共鳴によ
り生成されたものである。このように、Si基板1をC
uの再結晶温度に近い例えば400℃程度の温度で加熱
するようにしていることにより、Cu膜5のリフロー特
性を向上させることができる。また、Cu膜5の表面に
水素プラズマを照射していることにより、Cu膜5の表
面の自然酸化層42が効率よく還元除去されるので、C
u膜5の表面マイグレーションを助長することができ、
その配線溝3への埋め込み特性を向上させることができ
る。ここで、このCu膜5のリフローにおいては、例え
ば、雰囲気ガスとしてH2 とArとの混合ガスを用い、
それらの流量をそれぞれ100sccmおよび170s
ccmとし、圧力を0.4Pa、マイクロ波パワーを
2.8kW(2.45GHz)とする。
ばCMP法により接続孔および配線溝3の内部以外の部
分のCu膜5およびTiN/Ti膜4を順次研磨するこ
とにより除去する。ここで、第4の実施形態において詳
細に述べたように、配線溝3の内部以外の部分のCu膜
5およびTiN/Ti膜4の除去をCMP法により行っ
ていることにより、溝配線6の表面には図14に示す酸
化層41が形成されている。
ロー装置の真空チャンバー(図示せず)内に搬入する。
ここで、この真空チャンバーの内部は先に行われたCu
膜5のリフローの場合と同様に、還元雰囲気となってい
る。次に、H2 ガス雰囲気などの還元雰囲気中でSi基
板1を例えば1分間例えば400℃の温度で加熱しつ
つ、溝配線6および層間絶縁膜2の表面に例えば電子サ
イクロトロン共鳴により生成された水素プラズマを照射
する。これによって、酸化層41が還元除去される。こ
の酸化層41の還元除去においては、例えば、雰囲気ガ
スとしてH2 とArの混合ガスを用い、流量をそれぞれ
100sccm、170sccmとし、圧力を0.4P
a、マイクロ波出力を2.8kW(2.45GHz)と
する。その後、Si基板1をプラズマリフロー装置の真
空チャンバーから搬出する。
膜、接続孔、配線溝および上層配線(いずれも図示せ
ず)などを順次形成することにより、所望の半導体装置
を完成させる。
形態と同様の効果を得ることができる。
導体装置の製造方法について説明する。
1の実施形態と同様にして、図1に示す配線溝3の形成
まで行った後、例えばマグネトロンスパッタリング法に
よりTiN/Ti膜4を形成する。
膜4の全面に、例えば、原料ガスとして、1価の銅錯体
であるCu(hfac)(tmvs)(hexafluoro-acetyl-acetonate
copper-I trimethyl-vinyl-silane) をガス化させたも
のを用いたCVD法によりCu膜51を形成する。この
Cu膜51の膜厚は例えば1000nmである。ここ
で、このCu膜51の形成におけるCVD条件の一例を
挙げると、Cu(hfac)(tmvs)の流量を0.68g/mi
nとし、原料ガスとともに導入されるガスとして水素を
用い、その流量を1000sccmとし、圧力を0.3
Pa、基板加熱温度を170℃とする。
態と同様にして、CMP法により配線溝3および接続孔
(図示せず)の内部以外の部分のCu膜51およびTi
N/Ti膜4を研磨することにより除去する。
地バリアメタルとした溝配線6が形成される。ここで、
第4の実施形態において詳細に述べたように、配線溝3
の内部以外の部分のCu膜51およびTiN/Ti膜4
の除去をCMP法により行っていることにより、溝配線
6の表面には酸化層52が形成されている。
の真空チャンバー(図示せず)に搬入し、H2 ガス雰囲
気などの還元雰囲気中で減圧下において、レーザー光5
3を、走査しながら溝配線6の表面に照射する。この溝
配線6へのレーザー光53の照射およびその走査にした
がって、溝配線6の表面は図17中左側から順次還元さ
れ、酸化層52が順次除去される。ここで、このレーザ
ー光53の照射条件の一例を挙げると、プロセスガスと
して、H2 ガスを用い、その流量を500sccmと
し、圧力を67Pa、基板加熱温度を400℃、レーザ
ー光53としてはXeClエキシマレーザーによる波長
308nmのレーザー光を用い、レーザー出力を667
mJとする。
上に層間絶縁膜、接続孔、配線溝および上層配線(いず
れも図示せず)などを順次形成することにより、所望の
半導体装置を完成させる。
によれば、CMP法によるCu膜51およびTiN/T
i膜4の研磨後に、H2 ガス雰囲気中で溝配線6の表面
にレーザー孔53を照射するようにしていることによ
り、溝配線6の表面のみを効率よく加熱し、還元するこ
とができ、酸化層51の除去を効率よく行うことができ
るので、第4の実施形態と同様の効果を得ることができ
る。
導体装置の製造方法について説明する。
1の形成を電解めっき法により行うこと以外のことは第
6の実施形態と同様である。このCu膜51の膜厚は例
えば1000nmである。ここで、この電解めっき法に
よるCu膜51の形成条件の一例を挙げると、硫酸銅
(CuSO4 )、硫酸(H2 SO4 )および塩酸(HC
l)からなる薬液(電解液)を用い、それらの濃度をそ
れぞれ67g/l、170g/lおよび70ppmと
し、形成温度を25℃、印加電流を9Aとする。
形態と同様の効果を得ることができる。
に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定され
るものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の
変形が可能である。
値および成膜方法はあくまでも例に過ぎず、必要に応じ
てこれと異なる数値および成膜方法を用いてもよい。
ては、H2 ガス雰囲気中においてSi基板1を加熱する
ことにより溝配線6の表面を還元し、酸化層10を除去
するようにしているが、第6の実施形態におけると同様
に、表面にレーザー光53を照射することにより、酸化
層10を除去するようにしてもよい。
態においては、この発明を溝配線の形成に適用している
が、この発明を、溝配線の代わりに、接続孔プラグの形
成に適用するようにしてもよい。
ては、Cu膜5を形成するためのスパッタリング法とし
て、遠距離スパッタリング法を用いたが、例えばコリメ
ートスパッタリング法やイオン化スパッタリング法など
のカバレッジの良い他のスパッタリング法を用いること
も可能である。
施形態においては、水素プラズマを電子サイクロトロン
共鳴により生成しているが、必要に応じて、水素プラズ
マを、例えば、平行平板方式、誘導結合方式などによっ
て生成するようにしてもよい。
発明によれば、銅または銅合金膜上の絶縁膜に開口部を
形成し、この開口部に露出した銅または銅合金膜の表面
を還元するようにしていることにより、銅または銅合金
膜の表面に形成される酸化層を効率よく除去することが
できるので、銅または銅合金からなる配線の抵抗上昇を
防止することができ、その配線信頼性の低下を防止する
ことができる。
および/または孔に埋め込むようにして銅または銅合金
膜を形成し、銅または銅合金膜の溝および/または孔の
内部以外の部分を除去した後、露出した銅または銅合金
パターンの表面を還元するようにしていることにより、
溝や孔に埋め込まれた銅または銅合金パターンの表面に
形成される酸化層を効率よく除去することができるの
で、この銅または銅合金パターンからなる溝配線におい
て、その実効的な断面積の減少を防ぎ、抵抗の上昇を防
止することができ、溝配線や接続孔プラグにおける配線
信頼性および接続信頼性の低下を防止することができ
る。
製造方法を説明するための断面図である。
製造方法を説明するための断面図である。
製造方法を説明するための断面図である。
製造方法を説明するための断面図である。
製造方法を説明するための断面図である。
製造方法を説明するための断面図である。
製造方法を説明するための断面図である。
製造方法を説明するための断面図である。
製造方法を説明するための断面図である。
膜装置を示す断面図である。
の製造方法を説明するための断面図である。
の製造方法を説明するための断面図である。
の製造方法を説明するための断面図である。
の製造方法を説明するための断面図である。
の製造方法を説明するための断面図である。
の製造方法を説明するための断面図である。
の製造方法を説明するための断面図である。
断面図である。
断面図である。
断面図である。
断面図である。
説明するための断面図である。
説明するための断面図である。
説明するための断面図である。
説明するための断面図である。
説明するための断面図である。
・・Cu膜、6・・・溝配線、8、9・・・接続孔、1
0、41、52・・・酸化層
Claims (16)
- 【請求項1】 銅または銅合金膜を形成し、上記銅また
は銅合金膜上に絶縁膜を形成した後、上記絶縁膜に上記
銅または銅合金膜の表面の少なくとも一部が露出するよ
うに開口部を形成するようにした半導体装置の製造方法
において、 上記開口部に露出した上記銅または銅合金膜の表面を還
元するようにしたことを特徴とする半導体装置の製造方
法。 - 【請求項2】 水素ガス雰囲気中において加熱処理を行
うことにより上記銅または銅合金膜の表面を還元するよ
うにしたことを特徴とする請求項1記載の半導体装置の
製造方法。 - 【請求項3】 水素プラズマ中において上記銅または銅
合金膜の表面を還元するようにしたことを特徴とする請
求項1記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項4】 上記水素プラズマを電子サイクロトロン
共鳴により生成することを特徴とする請求項3記載の半
導体装置の製造方法。 - 【請求項5】 上記銅または銅合金膜の表面を還元した
後、上記開口部に埋め込むようにして導電膜を形成する
ようにしたことを特徴とする請求項1記載の半導体装置
の製造方法。 - 【請求項6】 上記銅または銅合金膜の表面を還元する
工程と上記導電膜を形成する工程とを真空中で連続的に
行うようにしたことを特徴とする請求項5記載の半導体
装置の製造方法。 - 【請求項7】 上記開口部を、ドライエッチング法によ
り形成するようにしたことを特徴とする請求項1記載の
半導体装置の製造方法。 - 【請求項8】 上記銅または銅合金膜が溝配線を構成
し、上記開口部が接続孔であることを特徴とする請求項
1記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項9】 溝および/または孔に埋め込むようにし
て銅または銅合金膜を形成した後、上記銅または銅合金
膜の上記溝および/または孔の内部以外の部分を除去す
るようにした銅または銅合金パターンの形成方法におい
て、 露出した上記銅または銅合金パターンの表面を還元する
ようにしたことを特徴とする銅または銅合金パターンの
形成方法。 - 【請求項10】 水素ガス雰囲気中において加熱処理を
行うことにより上記銅または銅合金パターンの表面を還
元するようにしたことを特徴とする請求項9記載の銅ま
たは銅合金パターンの形成方法。 - 【請求項11】 水素プラズマ中において上記銅または
銅合金パターンの表面を還元するようにしたことを特徴
とする請求項9記載の銅または銅合金パターンの形成方
法。 - 【請求項12】 上記水素プラズマを電子サイクロトロ
ン共鳴により生成することを特徴とする請求項11記載
の銅または銅合金パターンの形成方法。 - 【請求項13】 上記溝および/または孔の内部以外の
部分の上記銅または銅合金膜を化学的機械研磨法または
エッチバック法により除去するようにしたことを特徴と
する請求項9記載の銅または銅合金パターンの形成方
法。 - 【請求項14】 還元雰囲気中において、上記銅または
銅合金パターンの表面にレーザー光を照射することによ
り上記銅または銅合金パターンの表面を還元するように
したことを特徴とする請求項9記載の銅または銅合金パ
ターンの形成方法。 - 【請求項15】 上記銅または銅合金膜を、化学気相成
長法、めっき法またはスパッタリング法により形成する
ようにしたことを特徴とする請求項9記載の銅または銅
合金パターンの形成方法。 - 【請求項16】 上記銅または銅合金パターンが溝配線
を構成することを特徴とする請求項9記載の銅または銅
合金パターンの形成方法。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP36028397A JPH11191556A (ja) | 1997-12-26 | 1997-12-26 | 半導体装置の製造方法および銅または銅合金パターンの形成方法 |
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Publication Number | Publication Date |
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JP36028397A Abandoned JPH11191556A (ja) | 1997-12-26 | 1997-12-26 | 半導体装置の製造方法および銅または銅合金パターンの形成方法 |
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Country | Link |
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JP (1) | JPH11191556A (ja) |
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-
1997
- 1997-12-26 JP JP36028397A patent/JPH11191556A/ja not_active Abandoned
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