JPH11340232A - Embedding method for copper film - Google Patents
Embedding method for copper filmInfo
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- JPH11340232A JPH11340232A JP14242998A JP14242998A JPH11340232A JP H11340232 A JPH11340232 A JP H11340232A JP 14242998 A JP14242998 A JP 14242998A JP 14242998 A JP14242998 A JP 14242998A JP H11340232 A JPH11340232 A JP H11340232A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、銅膜の埋め込み方
法に関し、詳しくは半導体装置の銅配線を形成する際に
用いる高圧リフロー法による銅膜の埋め込み方法に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for burying a copper film, and more particularly to a method for burying a copper film by a high-pressure reflow method used when forming copper wiring of a semiconductor device.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来よりＬＳＩの配線材料としては、ア
ルミニウム合金が広く用いられてきた。しかし、ＬＳＩ
の微細化、高速化の要求が高まるにつれて、アルミニウ
ム合金配線では十分な配線の信頼性や、低い配線抵抗の
確保が困難になってきている。その対策として、アルミ
ニウム合金よりもエレクトロマイグレーション耐性に優
れ、かつ低抵抗である銅配線技術が高い注目を浴び、実
用化に向けて検討されている。2. Description of the Related Art Conventionally, aluminum alloys have been widely used as wiring materials for LSIs. However, LSI
As the demand for miniaturization and high-speed wiring increases, it has become difficult to secure sufficient wiring reliability and low wiring resistance with aluminum alloy wiring. As a countermeasure, copper wiring technology, which has better electromigration resistance and lower resistance than aluminum alloys, has received a great deal of attention and is being studied for practical use.
【０００３】銅配線を形成する技術としては、従来通
り、銅のドライエッチングにより形成する方法の他に、
一般に銅のドライエッチングが容易でないこと等の理由
から、いわゆる溝配線による方法が検討されている。溝
配線とは、酸化シリコン等の層間絶縁膜に予め所定の溝
を形成しておき、その溝に配線材料を埋め込み、その後
に溝外の余剰な配線材料を化学的機械研磨（以下ＣＭＰ
という、ＣＭＰはChemical Mechanical Polishing の
略）等によって除去することにより形成する配線をい
う。[0003] As a technique for forming a copper wiring, in addition to a conventional method of forming by copper dry etching,
In general, a method using so-called grooved wiring has been studied because, for example, dry etching of copper is not easy. The groove wiring is a method in which a predetermined groove is formed in an interlayer insulating film such as silicon oxide in advance, a wiring material is buried in the groove, and then an excess wiring material outside the groove is subjected to chemical mechanical polishing (hereinafter referred to as CMP).
CMP is an abbreviation of Chemical Mechanical Polishing) and refers to a wiring formed by removal by CMP or the like.
【０００４】通常のリソグラフィーとエッチングとを用
いた配線の形成方法、上記説明した溝配線の形成方法の
いずれにおいても、微細な接続孔または溝に銅を埋め込
む技術が重要である。その埋め込み技術としては、電解
めっき法、ＣＶＤ法、スパッタリング後のリフロー法、
高圧リフロー法等が開示されている。そのなかで高圧リ
フロー法は、埋め込み能力が高いこと、従来より実績の
あるスパッタリング技術を基本としているために製造装
置の信頼性が高いことという点が有利となっている。[0004] In both the method of forming wiring using ordinary lithography and etching and the method of forming groove wiring described above, the technique of embedding copper in minute connection holes or grooves is important. The embedding techniques include electrolytic plating, CVD, reflow after sputtering,
A high-pressure reflow method and the like are disclosed. Among them, the high-pressure reflow method is advantageous in that the embedding ability is high and that the reliability of the manufacturing apparatus is high because it is based on a sputtering technique that has been proven in the past.
【０００５】上記高圧リフロー法による埋め込み原理
を、図４によって以下に説明する。図４の（１）に示す
ように、基板（図示省略）上に素子等（図示省略）を形
成、さらに下層配線１１１や絶縁膜１１２等の形成を行
い、平坦化プロセスによってその絶縁膜１１２の表面を
平坦化して、上記下層配線１１１の上面を露出させる。
そして上記絶縁膜１１２上に層間絶縁膜１１３を形成す
る。次いでリソグラフィー技術とエッチングとにより、
この層間絶縁膜１１３に下層配線１１１に通じる接続孔
１１４を形成する。その後ＤＣマグネトロンスパッタ法
により、上記接続孔１１４の内壁および層間絶縁膜１１
３上に窒化チタン膜１１５および銅膜１１６を形成す
る。このとき、銅膜１１６は、接続孔１１４の凹部開口
部付近でつながり、接続孔１１４内にはボイド１１７が
残された形状となる。この状態を以下ブリッジという。The principle of embedding by the high-pressure reflow method will be described below with reference to FIG. As shown in FIG. 4A, an element (not shown) is formed on a substrate (not shown), and a lower wiring 111 and an insulating film 112 are formed. The upper surface of the lower wiring 111 is exposed by flattening the surface.
Then, an interlayer insulating film 113 is formed on the insulating film 112. Then, by lithography technology and etching,
A connection hole 114 communicating with the lower wiring 111 is formed in the interlayer insulating film 113. Thereafter, the inner wall of the connection hole 114 and the interlayer insulating film 11 are formed by DC magnetron sputtering.
On top of this, a titanium nitride film 115 and a copper film 116 are formed. At this time, the copper film 116 is connected in the vicinity of the opening of the concave portion of the connection hole 114, and has a shape in which the void 117 is left in the connection hole 114. This state is hereinafter referred to as a bridge.
【０００６】次に図４の（２）に示すように、基板を４
００℃に加熱した状態で高圧アルゴンガスを導入し、７
０ＭＰａ程度の気圧で銅膜１１６を圧して、接続孔１１
４内に銅膜１１６を押し込む。その結果、図４の（３）
に示すように、接続孔１１４内は銅膜１１６の一部によ
り完全に埋め込まれる。Next, as shown in FIG.
While heating to 00 ° C, high-pressure argon gas was introduced,
The copper film 116 is pressed at a pressure of about 0 MPa to
4 is pressed into the copper film 116. As a result, (3) in FIG.
As shown in (1), the inside of the connection hole 114 is completely buried by a part of the copper film 116.
【０００７】上記埋め込み方法においては、高圧アルゴ
ンガス中に含まれている残留大気等の酸素が銅膜１１６
を酸化させ、埋め込み不良を生じる場合がある。これを
防止する手段として、銅膜１１６上に酸化防止層として
窒化チタン膜（図示省略）を１００ｎｍ程度の厚さに形
成した後、高圧埋め込みを行う方法が、応用物理学会秋
期大会予稿集，（１９９７）前川和義，大崎明彦，益子
洋治，ｐ７７６に開示されている。In the above embedding method, oxygen such as residual air contained in high-pressure argon gas is removed from the copper film 116.
May be oxidized to cause poor filling. As a means for preventing this, a method of forming a titanium nitride film (not shown) as an antioxidant layer on the copper film 116 to a thickness of about 100 nm and then performing high-pressure embedding is disclosed in the JSAP Fall Meeting, ( 1997) Kazuyoshi Maekawa, Akihiko Osaki, Yoji Mashiko, p. 776.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、銅膜上
に窒化チタン膜を形成する上記埋め込み方法には以下の
ような問題点がある。すなわち、厚さが１００ｎｍ程度
の窒化チタン膜では、必ずしも十分な酸化防止効果が得
られず、高圧アルゴンガスを導入したときに銅膜が酸化
され、埋め込み不良が生じる。この場合、高圧ガス中の
酸化作用を有するガスは、主に窒化チタン膜の柱状結晶
の粒界を拡散し、銅膜にまで達するものと考えられる。
そこで窒化チタン膜を厚膜化することで酸化防止効果の
増大を図ることもできるが、この場合、例えば溝配線の
形成においては、その後のＣＭＰ等により窒化チタンを
除去する工程に負担がかかる。また、ドライエッチング
により配線加工を行う場合には、厚い窒化チタンをエッ
チング加工することに困難を来す。さらにその後、配線
間へ層間絶縁膜を埋め込み工程にも負担がかかる。However, the embedding method for forming a titanium nitride film on a copper film has the following problems. That is, with a titanium nitride film having a thickness of about 100 nm, a sufficient antioxidant effect is not necessarily obtained, and when a high-pressure argon gas is introduced, the copper film is oxidized, resulting in poor filling. In this case, it is considered that the gas having an oxidizing action in the high-pressure gas mainly diffuses through the grain boundaries of the columnar crystals of the titanium nitride film and reaches the copper film.
Therefore, the oxidation prevention effect can be increased by increasing the thickness of the titanium nitride film. However, in this case, for example, in the formation of the trench wiring, a burden is imposed on the subsequent step of removing the titanium nitride by CMP or the like. In the case of performing wiring processing by dry etching, it is difficult to etch thick titanium nitride. Further, thereafter, a burden is imposed on the step of embedding the interlayer insulating film between the wirings.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するためになされた銅膜の埋め込み方法である。第１
の方法は、凹部が形成されている基板上に成膜された銅
を主成分とする銅膜の表面に、酸化により不動態被膜を
形成する金属を主成分とする金属膜を形成する工程と、
その金属膜の表面を酸化して不動態被膜となる金属酸化
膜を形成する工程と、上記銅膜の一部を凹部内に埋め込
む工程とを備えた銅膜の埋め込み方法である。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is a method for embedding a copper film to solve the above problems. First
Forming a metal film mainly composed of a metal that forms a passivation film by oxidation on a surface of a copper film mainly composed of copper formed on the substrate on which the concave portion is formed; and ,
A method of embedding a copper film, comprising: a step of forming a metal oxide film that becomes a passivation film by oxidizing a surface of the metal film; and a step of embedding a part of the copper film in a concave portion.
【００１０】上記第１の方法では、銅膜の表面に金属膜
を形成し、その金属膜の表面を酸化して不動態被膜とな
る金属酸化膜を形成することから、金属酸化膜は非常に
高い耐食性を有する膜となる。その後、金属酸化膜を形
成した状態で金属膜の一部を凹部内に埋め込むことか
ら、埋め込み時に用いられる高圧ガス中に含まれる酸化
作用を有するガスの拡散が金属酸化膜により阻止される
ので、そのガスが銅膜に達することはない。そのため、
銅膜の酸化が防止される。In the first method, a metal film is formed on the surface of a copper film, and the surface of the metal film is oxidized to form a metal oxide film serving as a passivation film. This results in a film having high corrosion resistance. Thereafter, since a part of the metal film is buried in the concave portion in a state where the metal oxide film is formed, diffusion of a gas having an oxidizing effect contained in the high-pressure gas used at the time of the burying is prevented by the metal oxide film. The gas does not reach the copper film. for that reason,
The oxidation of the copper film is prevented.
【００１１】第２の方法は、凹部が形成されている基板
上に成膜された銅を主成分とする銅膜の表面に、酸化に
より不動態被膜を形成する金属を主成分とする金属膜を
形成する工程と、その金属膜の表面上に高圧ガスを導入
することで、金属膜の表面を酸化して不動態被膜となる
金属酸化膜を形成するとともに銅膜を凹部に埋め込む工
程とを備えた銅膜の埋め込み方法である。In a second method, a metal film mainly composed of a metal which forms a passivation film by oxidation is formed on the surface of a copper film mainly composed of copper formed on a substrate having a concave portion formed thereon. And a step of oxidizing the surface of the metal film to form a metal oxide film serving as a passive film by introducing a high-pressure gas onto the surface of the metal film, and embedding the copper film in the concave portion. This is a method of embedding the provided copper film.
【００１２】上記第２の方法では、銅膜の表面に金属膜
を形成し、その金属膜の表面上に高圧ガスを導入するこ
とで、金属膜の表面を酸化して不動態被膜となる金属酸
化膜を形成することから、金属酸化膜は非常に高い耐食
性を有する膜となる。その金属酸化膜の形成とともに銅
膜の一部を凹部内に埋め込むことから、埋め込み時に用
いられる高圧ガス中に含まれる酸化作用を有するガスの
拡散が金属酸化膜により阻止されるので、そのガスが銅
膜に達することはない。そのため、銅膜の酸化が防止さ
れる。In the second method, a metal film is formed on a surface of a copper film, and a high-pressure gas is introduced onto the surface of the metal film, whereby the surface of the metal film is oxidized to become a passive film. Since the oxide film is formed, the metal oxide film has a very high corrosion resistance. Since a part of the copper film is buried in the concave portion together with the formation of the metal oxide film, diffusion of the oxidizing gas contained in the high-pressure gas used at the time of the burying is prevented by the metal oxide film. It does not reach the copper film. Therefore, oxidation of the copper film is prevented.
【００１３】[0013]
【発明の実施の形態】本発明の第１の埋め込み方法に係
わる第１の実施の形態を、図１および図２の製造工程図
によって説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A first embodiment according to a first embedding method of the present invention will be described with reference to FIGS.
【００１４】図１の（１）に示すように、基板（図示省
略）上に素子（図示省略）を形成し、さらに下層配線１
１や絶縁膜１２等の形成を行い、平坦化プロセスによっ
てその絶縁膜１２の表面を平坦化して、上記下層配線１
１の上面を露出させる。そして例えばプラズマＣＶＤ法
により上記絶縁膜１２上に層間絶縁膜として酸化シリコ
ン（以下ＰＥ−ＳｉＯ2 と記す）膜１３を例えば８００
ｎｍの厚さに形成する。さらに窒化シリコン（以下ＰＥ
−ＳｉＮと記す）膜１４を例えば５０ｎｍの厚さに形成
する。As shown in FIG. 1A, an element (not shown) is formed on a substrate (not shown), and a lower wiring 1 is formed.
1 and the insulating film 12 are formed, and the surface of the insulating film 12 is flattened by a flattening process.
1 is exposed. Then, for example, a silicon oxide (hereinafter, referred to as PE-SiO 2 ) film 13 is formed as an interlayer insulating film on the insulating film 12 by, eg,
It is formed to a thickness of nm. In addition, silicon nitride (hereinafter PE
The film 14 is formed to a thickness of, for example, 50 nm.
【００１５】次に、通常のリソグラフィー技術および反
応性イオンエッチング（以下ＲＩＥという、ＲＩＥはRe
active Ion Etchingの略）技術により、ＰＥ−ＳｉＮ膜
１４に、例えば下層配線１１に通じる接続孔の一部とな
る開口部１５を形成する。上記開口部１５の口径は、例
えば０．３μｍとした。Next, a conventional lithography technique and reactive ion etching (hereinafter referred to as RIE)
An opening 15 that becomes a part of a connection hole that communicates with, for example, the lower wiring 11 is formed in the PE-SiN film 14 by an active ion etching technique. The aperture 15 has a diameter of, for example, 0.3 μm.
【００１６】さらに図１の（２）に示すように、プラズ
マＣＶＤ法によって、上記ＰＥ−ＳｉＮ膜１４上かつ上
記開口部１５上に絶縁膜としてＰＥ−ＳｉＯ2 膜１６を
例えば５００ｎｍの厚さに形成する。次いでリソグラフ
ィー技術とエッチングとにより、このＰＥ−ＳｉＯ2 膜
１６に溝１７を、この溝１７の底部に上記開口部１５が
存在するように形成する。したがって、この溝１７の幅
は例えば０．５μｍとした。さらに上記エッチングによ
り、上記ＰＥ−ＳｉＮ膜１４をマスクにして、上記ＰＥ
−ＳｉＯ2 膜１３に下層配線１１に通じる接続孔１８を
形成する。このため、接続孔１８の上記開口部１５の口
径とほぼ同等の０．３μｍとなる。Further, as shown in FIG. 1B, a PE-SiO 2 film 16 having a thickness of, for example, 500 nm is formed as an insulating film on the PE-SiN film 14 and the opening 15 by a plasma CVD method. Form. Next, a groove 17 is formed in the PE-SiO 2 film 16 by lithography and etching so that the opening 15 exists at the bottom of the groove 17. Therefore, the width of the groove 17 is, for example, 0.5 μm. Further, by the etching, the PE-SiN film 14 is used as a mask, and the PE
Forming a connection hole 18 communicating with the lower wiring 11 in the SiO 2 film 13; Therefore, the diameter is 0.3 μm, which is substantially equal to the diameter of the opening 15 of the connection hole 18.
【００１７】次いで図１の（３）に示すように、ＤＣマ
グネトロンスパッタ法により、上記溝１７および接続孔
１８の各内壁に、窒化チタン膜２１を例えば８０ｎｍの
厚さに形成する。この窒化チタン膜２１の成膜条件の一
例としては、プロセスガスに、アルゴン（例えば供給流
量を２０ｓｃｃｍとする）と窒素（例えば供給流量を７
０ｓｃｃｍとする）とを用い、スパッタリング装置のＤ
Ｃパワーを１２ｋＷ、スパッタリング雰囲気の圧力を
０．３Ｐａ、成膜温度を４００℃に設定する。その結
果、窒化チタン膜２１が形成される。Next, as shown in FIG. 1C, a titanium nitride film 21 is formed to a thickness of, for example, 80 nm on each inner wall of the groove 17 and the connection hole 18 by DC magnetron sputtering. As an example of conditions for forming the titanium nitride film 21, argon (for example, a supply flow rate is set to 20 sccm) and nitrogen (for example, a supply flow rate of 7
0 sccm) and D of the sputtering apparatus.
The C power is set to 12 kW, the pressure of the sputtering atmosphere is set to 0.3 Pa, and the film forming temperature is set to 400 ° C. As a result, a titanium nitride film 21 is formed.
【００１８】さらにＤＣマグネトロンスパッタ法によ
り、上記窒化チタン膜２１の表面に銅を例えば１．５μ
ｍの厚さに堆積して上記溝１７に対していわゆるブリッ
ジ状に銅膜２２を形成する。上記銅膜２２の成膜条件の
一例としては、プロセスガスに、アルゴン（例えば供給
流量を５０ｓｃｃｍとする）を用い、スパッタリング装
置のＤＣパワーを１２ｋＷ、スパッタリング雰囲気の圧
力を０．２Ｐａ、成膜温度を４００℃に設定する。Further, copper is applied to the surface of the titanium nitride film 21 by, for example, 1.5 μm by DC magnetron sputtering.
Then, the copper film 22 is formed in a so-called bridge shape with respect to the groove 17 by depositing the copper film 22 with a thickness of m. As an example of the film forming conditions of the copper film 22, as a process gas, argon (for example, a supply flow rate is set to 50 sccm), a DC power of a sputtering apparatus is 12 kW, a pressure of a sputtering atmosphere is 0.2 Pa, and a film forming temperature is set. Is set to 400 ° C.
【００１９】引き続きＤＣマグネトロンスパッタ法によ
り、上記銅膜２２の表面にアルミニウムを例えば１００
ｎｍの厚さに堆積してアルミニウムを主成分とする金属
膜２３を形成する。上記金属膜２３の成膜条件の一例と
しては、プロセスガスに、アルゴン（例えば供給流量を
５０ｓｃｃｍとする）を用い、スパッタリング装置のＤ
Ｃパワーを１２ｋＷ、スパッタリング雰囲気の圧力を
０．２Ｐａ、成膜温度を１５０℃に設定する。Subsequently, aluminum is applied to the surface of the copper film 22 by, for example, 100 magnetism by DC magnetron sputtering.
A metal film 23 containing aluminum as a main component is formed by deposition to a thickness of nm. As an example of the film forming conditions of the metal film 23, argon (for example, a supply flow rate is set to 50 sccm) is used as a process gas, and D
The C power is set to 12 kW, the pressure of the sputtering atmosphere is set to 0.2 Pa, and the film forming temperature is set to 150 ° C.
【００２０】次いで図１の（４）に示すように、上記金
属膜２３を大気に暴露し、金属膜２３の表面に酸化被膜
からなる金属酸化膜２４を形成する。この金属酸化膜２
４は、酸化アルミニウムからなる。大気に暴露する時間
を例えば１０分間に設定すると、およそ１０ｎｍの厚さ
の酸化アルミニウムが形成される。Next, as shown in FIG. 1D, the metal film 23 is exposed to the air, and a metal oxide film 24 made of an oxide film is formed on the surface of the metal film 23. This metal oxide film 2
4 is made of aluminum oxide. When the time of exposure to the atmosphere is set to, for example, 10 minutes, aluminum oxide having a thickness of about 10 nm is formed.
【００２１】次に図１の（５）に示すように、高圧リフ
ロー処理を行って、溝１７内および接続孔１８内に銅膜
２２を埋め込む。上記高圧リフロー処理条件は、一例と
して、プロセスガスにアルゴンを用い、処理圧力を７０
ＭＰａ、処理温度を４５０℃、処理時間を５分に設定す
る。この高圧リフロー処理時にはアルミニウム中に銅は
拡散して、アルミニウム部分の金属膜２３はアルミニウ
ム銅合金になる。しかしながら、上記温度では、銅膜２
２中にアルミニウムの拡散はほとんど生じないので、銅
膜２２にアルミニウムが混入して、銅の純度を低下させ
るという問題は起こらない。Next, as shown in FIG. 1 (5), a high-pressure reflow process is performed to bury a copper film 22 in the trench 17 and the connection hole 18. The high-pressure reflow processing conditions are, for example, as follows.
MPa, the processing temperature is set to 450 ° C., and the processing time is set to 5 minutes. At the time of this high-pressure reflow treatment, copper diffuses into aluminum, and the metal film 23 in the aluminum part becomes an aluminum-copper alloy. However, at the above temperature, the copper film 2
Since almost no diffusion of aluminum occurs in 2, there is no problem that aluminum is mixed into the copper film 22 to lower the purity of copper.
【００２２】その後、化学的機械研磨（以下ＣＭＰとい
う、ＣＭＰはChemical MechanicalPolishing の略）に
より、接続孔１８および溝１７の外にある余分な銅膜２
２および窒化チタン膜２１を除去する。その結果、図２
に示すように、接続孔１８および溝１７の各内部に銅膜
２２および窒化チタン膜２１が残されて、その銅膜２２
等により配線２５および下層配線１１に接続する接続プ
ラグ２６が形成される。なお、ＣＭＰの代わりに、リン
酸等を用いたエッチングにより、接続孔１８および溝１
７の外にある余分な銅膜２２および窒化チタン膜２１を
除去することも可能である。Thereafter, the excess copper film 2 outside the connection holes 18 and the trenches 17 is removed by chemical mechanical polishing (hereinafter, referred to as CMP, which stands for Chemical Mechanical Polishing).
2 and the titanium nitride film 21 are removed. As a result, FIG.
As shown in FIG. 5, the copper film 22 and the titanium nitride film 21 are left inside each of the connection holes 18 and the trenches 17, and the copper film 22
Thus, a connection plug 26 connected to the wiring 25 and the lower wiring 11 is formed. Note that, instead of the CMP, the connection holes 18 and the grooves 1 are etched by using phosphoric acid or the like.
It is also possible to remove the extra copper film 22 and titanium nitride film 21 outside the region 7.
【００２３】上記説明したように、本発明の銅膜の埋め
込み方法は、いわゆるデュアルダマシンプロセスに適用
することが可能である。当然のことながら、通常の溝配
線を形成するダマシンプロセスに適用することも可能で
あり、また接続孔に埋め込むとともに銅配線を形成する
プロセスにも適用することが可能である。As described above, the copper film embedding method of the present invention can be applied to a so-called dual damascene process. As a matter of course, the present invention can be applied to a damascene process of forming a normal trench wiring, and can also be applied to a process of forming a copper wiring while embedding in a connection hole.
【００２４】上記図１によって説明した銅膜の埋め込み
方法では、銅膜２２の表面に金属膜２３を形成し、その
金属膜２３の表面を酸化して不動態被膜となる金属酸化
膜２４を形成することから、金属酸化膜２４は非常に高
い耐食性を有する膜となる。その後、金属酸化膜２４を
形成した状態で金属膜２２の一部を凹部である溝１７内
および接続孔１７内に埋め込むことから、埋め込み時に
用いられる高圧ガス中に含まれる酸化作用を有するガス
の拡散が金属酸化膜２４により阻止されるので、そのガ
スが銅膜２２に達することはない。そのため、銅膜２２
の酸化が防止される。In the method of embedding the copper film described with reference to FIG. 1, a metal film 23 is formed on the surface of the copper film 22, and the surface of the metal film 23 is oxidized to form a metal oxide film 24 serving as a passive film. Therefore, the metal oxide film 24 has a very high corrosion resistance. Thereafter, a part of the metal film 22 is buried in the groove 17 and the connection hole 17 which are the concave portions in a state where the metal oxide film 24 is formed. Since the diffusion is prevented by the metal oxide film 24, the gas does not reach the copper film 22. Therefore, the copper film 22
Oxidation is prevented.
【００２５】次に本発明の埋め込み方法に係わる第２の
実施の形態を、図３の製造工程図によって説明する。図
３では、一例として、リソグラフィー技術とエッチング
技術によりパターニングして形成する銅配線の製造工程
を示す。Next, a second embodiment relating to the embedding method of the present invention will be described with reference to the manufacturing process diagram of FIG. FIG. 3 shows, as an example, a manufacturing process of a copper wiring formed by patterning using a lithography technique and an etching technique.
【００２６】図３の（１）に示すように、基板（図示省
略）上に素子等（図示省略）を形成、さらに下層配線１
１や絶縁膜１２等の形成を行い、平坦化プロセスによっ
てその絶縁膜１２の表面を平坦化して、上記下層配線１
１の上面を露出させる。そして例えばプラズマＣＶＤ法
により上記絶縁膜１２上に層間絶縁膜としてＰＥ−Ｓｉ
Ｏ2 膜１３を例えば８００ｎｍの厚さに形成する。次い
でリソグラフィー技術とエッチングとにより、このＰＥ
−ＳｉＯ2 膜１３に下層配線１１に通じる接続孔１９を
形成する。この接続孔１９の口径は、例えば０．３μｍ
とした。As shown in FIG. 3A, elements and the like (not shown) are formed on a substrate (not shown).
1 and the insulating film 12 are formed, and the surface of the insulating film 12 is flattened by a flattening process.
1 is exposed. Then, PE-Si is used as an interlayer insulating film on the insulating film 12 by, for example, a plasma CVD method.
The O 2 film 13 is formed to a thickness of, for example, 800 nm. Then, by lithography and etching, this PE
Forming a connection hole 19 communicating with the lower wiring 11 in the SiO 2 film 13; The diameter of the connection hole 19 is, for example, 0.3 μm.
And
【００２７】次いで図３の（２）に示すように、ＤＣマ
グネトロンスパッタ法により、上記接続孔１９内壁およ
びＰＥ−ＳｉＯ2 膜１３上に、窒化チタン膜２１を例え
ば５０ｎｍの厚さに形成する。この窒化チタン膜２１の
成膜条件の一例としては、前記図１によって説明したの
と同様である。Next, as shown in FIG. 3B, a titanium nitride film 21 is formed to a thickness of, for example, 50 nm on the inner wall of the connection hole 19 and the PE-SiO 2 film 13 by DC magnetron sputtering. An example of conditions for forming the titanium nitride film 21 is the same as that described with reference to FIG.
【００２８】さらにＤＣマグネトロンスパッタ法によ
り、上記窒化チタン膜２１の表面に銅を例えば１．５μ
ｍの厚さに堆積して上記接続孔１９に対していわゆるブ
リッジ状に銅膜２２を形成する。上記銅膜２２の成膜条
件の一例としては、前記図１によって接続したのと同様
である。Further, copper is applied to the surface of the titanium nitride film 21 by, for example, 1.5 μm by DC magnetron sputtering.
Then, a copper film 22 is formed in a so-called bridge shape with respect to the connection hole 19 by depositing a thickness of m. An example of the conditions for forming the copper film 22 is the same as the connection shown in FIG.
【００２９】さらに図３の（３）に示すように、ＤＣマ
グネトロンスパッタ法により、上記銅膜２２の表面にア
ルミニウムを例えば１００ｎｍの厚さに堆積してアルミ
ニウムを主成分とする金属膜２３を形成する。上記金属
膜２３の成膜条件の一例としては、前記図１によって説
明したのと同様である。Further, as shown in FIG. 3C, aluminum is deposited to a thickness of, for example, 100 nm on the surface of the copper film 22 by DC magnetron sputtering to form a metal film 23 containing aluminum as a main component. I do. An example of the conditions for forming the metal film 23 is the same as that described with reference to FIG.
【００３０】次いで図３の（４）に示すように、上記金
属膜２３を大気に暴露し、金属膜２３の表面に不動態被
膜となる金属酸化膜２４を形成する。この金属酸化膜２
４は、酸化アルミニウムからなる。大気に暴露する時間
を例えば１０分間に設定すると、およそ１０ｎｍの厚さ
の酸化アルミニウムが形成される。Next, as shown in FIG. 3D, the metal film 23 is exposed to the air, and a metal oxide film 24 serving as a passive film is formed on the surface of the metal film 23. This metal oxide film 2
4 is made of aluminum oxide. When the time of exposure to the atmosphere is set to, for example, 10 minutes, aluminum oxide having a thickness of about 10 nm is formed.
【００３１】次に図３の（５）に示すように、高圧リフ
ロー処理を行って、接続孔１９内に銅膜２２を埋め込
み、接続孔１９内にプラグ２０を形成する。上記高圧リ
フロー処理条件は、一例として、前記図１で接続したの
と同様である。またこの高圧リフロー処理時にはアルミ
ニウム中に銅は拡散して、アルミニウムからなる金属膜
２３はアルミニウム銅合金層になる。しかしながら、上
記温度では、銅膜２２中にアルミニウムの拡散はほとん
ど生じないので、銅膜２２にアルミニウムが混入して、
銅の純度を低下させるという問題は起こらない。Next, as shown in FIG. 3 (5), a copper film 22 is buried in the connection hole 19 by performing a high-pressure reflow treatment, and a plug 20 is formed in the connection hole 19. The high-pressure reflow processing conditions are, for example, the same as those connected in FIG. At the time of this high-pressure reflow treatment, copper diffuses into aluminum, and the metal film 23 made of aluminum becomes an aluminum copper alloy layer. However, at the above-described temperature, aluminum hardly diffuses into the copper film 22, so that aluminum is mixed into the copper film 22,
The problem of reducing the purity of copper does not occur.
【００３２】続いて、酸化シリコン膜（図示省略）を成
膜した後、リソグラフィー技術とエッチング技術とによ
り、その酸化シリコン膜をパターニングして無機マスク
（図示省略）を形成する。そしてその無機マスクをエッ
チングマスクに用いたドライエッチングにより、上記金
属酸化膜２４、金属膜２３、銅膜２２、窒化チタン膜２
１をパターニングして、図３の（６）に示すように、プ
ラグ２０に接続する銅配線２７を、金属膜２３、銅膜２
２、窒化チタン膜２１で形成する。ここでは、ドライエ
ッチングにヘリコン波プラグソース搭載のエッチング装
置を用い、またエッチングガスには塩素を用いた。Subsequently, after forming a silicon oxide film (not shown), the silicon oxide film is patterned by a lithography technique and an etching technique to form an inorganic mask (not shown). Then, the metal oxide film 24, the metal film 23, the copper film 22, the titanium nitride film 2 are formed by dry etching using the inorganic mask as an etching mask.
3 is patterned to form a copper wiring 27 connected to the plug 20 with the metal film 23 and the copper film 2 as shown in FIG.
2. It is formed of the titanium nitride film 21. Here, an etching apparatus equipped with a helicon wave plug source was used for dry etching, and chlorine was used as an etching gas.
【００３３】なお、上記高圧リフロー処理による銅膜２
２の接続孔１９への埋め込み後、アルミニウム銅合金層
をリン酸によるエッチング等により除去し、その後上記
リソグラフィー技術とエッチング技術と同様の技術によ
り銅膜２２を銅配線２７に形成することも可能である。The copper film 2 formed by the high-pressure reflow process is used.
2, the aluminum copper alloy layer is removed by etching with phosphoric acid or the like, and then the copper film 22 can be formed on the copper wiring 27 by a technique similar to the lithography technique and the etching technique. is there.
【００３４】上記図３によって説明した第２の実施の形
態では、前記第１の実施の形態と同様なる作用効果が得
られる。In the second embodiment described with reference to FIG. 3, the same operation and effect as in the first embodiment can be obtained.
【００３５】上記各実施の形態では、金属酸化膜２４を
形成する材料である金属膜２３としては、純アルミニウ
ムを用いたが、それ以外に、アルミニウム−銅膜、アル
ミニウム−シリコン膜、アルミニウム−シリコン−銅膜
等を用いることも可能である。またアルミニウム以外に
は、ニオブ、ジルコニウムを主成分とする金属膜を用い
ることも可能である。In each of the above embodiments, pure aluminum is used as the metal film 23 which is a material for forming the metal oxide film 24. However, other than that, an aluminum-copper film, an aluminum-silicon film, and an aluminum-silicon film are used. -It is also possible to use a copper film or the like. Further, other than aluminum, a metal film containing niobium or zirconium as a main component can be used.
【００３６】上記各実施の形態では、銅膜２２の下地層
を窒化チタン膜２１で形成したが、この下地層は、窒化
チタン膜／チタン膜の積層構造で形成することも可能で
ある。また窒化チタン以外に、拡散バリア性を有する高
融点金属材料であれば窒化チタン以外の材料で形成する
ことが可能である。例えば、窒化チタンの他には、タン
タル、窒化タンタル、タングステン、窒化タングステ
ン、または窒化ケイ化タングステンを用いて形成するこ
とも可能である。In each of the above embodiments, the underlying layer of the copper film 22 is formed of the titanium nitride film 21, but the underlying layer may be formed of a laminated structure of a titanium nitride film / titanium film. In addition, other than titanium nitride, a high melting point metal material having a diffusion barrier property can be formed of a material other than titanium nitride. For example, in addition to titanium nitride, it can be formed using tantalum, tantalum nitride, tungsten, tungsten nitride, or tungsten silicide.
【００３７】また、配線材料としては、銅の他に、銅合
金を用いることも可能である。この銅合金の一例として
は、ジルコニウム銅がある。As the wiring material, a copper alloy may be used in addition to copper. One example of this copper alloy is zirconium copper.
【００３８】また、上記各実施の形態では、金属酸化膜
２４を形成する手段としては、金属膜２３を成膜した
後、その金属膜２３を成膜したチャンバ内を真空にして
から酸素ガスを導入することにより、上記金属酸化膜２
４を形成することができる。この場合、金属酸化膜２４
の形成後、大気中にさらすことなく同一チャンバ内また
は連続したチャンバ内において、連続的に高圧埋め込み
法を行うことも可能である。In each of the above embodiments, as a means for forming the metal oxide film 24, after forming the metal film 23, the chamber in which the metal film 23 is formed is evacuated, and then the oxygen gas is supplied. By introducing the metal oxide film 2
4 can be formed. In this case, the metal oxide film 24
After the formation, the high-pressure embedding method can be continuously performed in the same chamber or in a continuous chamber without exposure to the atmosphere.
【００３９】次に、本発明の第２の埋め込み方法を以下
に説明する。ここでの説明では、前記第１，第２に実施
の形態で説明したのと同様の構成部品には、同一符号を
付与して説明する。Next, a second embedding method of the present invention will be described below. In the description here, the same components as those described in the first and second embodiments will be denoted by the same reference numerals.
【００４０】この第２の埋め込み方法は、上記各実施の
形態で説明したように上記金属膜２３を大気にさらすこ
とで酸化する工程は行わない。その代わりに、金属膜２
３を形成した後、金属膜２３および銅膜２２を圧する高
圧ガス、例えば高圧アルゴンガスを導入し、その高圧ガ
ス中に含まれている残留酸素によって、高圧埋め込みと
同時に金属膜２３を酸化して金属酸化膜２４を形成する
という方法である。In the second embedding method, the step of oxidizing the metal film 23 by exposing it to the air is not performed as described in the above embodiments. Instead, metal film 2
After the formation of 3, the high-pressure gas for pressurizing the metal film 23 and the copper film 22, for example, a high-pressure argon gas is introduced, and the residual oxygen contained in the high-pressure gas oxidizes the metal film 23 simultaneously with the high-pressure embedding. This is a method of forming a metal oxide film 24.
【００４１】上記第２の方法では、銅膜２２の表面に金
属膜２３を形成し、その金属膜２３の表面上に高圧ガス
を導入することで、金属膜２３の表面を酸化して不動態
被膜となる金属酸化膜２４を形成することから、金属酸
化膜２４は非常に高い耐食性を有する膜となる。その金
属酸化膜２４の形成と同時に銅膜２２の一部を凹部内に
埋め込むことから、埋め込み時に用いられる高圧ガス中
に含まれる酸化作用を有するガスの拡散が金属酸化膜２
４により阻止されるので、そのガスが銅膜２２に達する
ことはない。そのため、銅膜２２の酸化が防止される。In the second method, the metal film 23 is formed on the surface of the copper film 22 and a high-pressure gas is introduced onto the surface of the metal film 23 to oxidize the surface of the metal film 23 to passivate it. Since the metal oxide film 24 serving as a film is formed, the metal oxide film 24 has a very high corrosion resistance. Since a part of the copper film 22 is buried in the recess at the same time as the formation of the metal oxide film 24, the diffusion of the oxidizing gas contained in the high-pressure gas used for the burying is reduced.
4 prevents the gas from reaching the copper film 22. Therefore, oxidation of the copper film 22 is prevented.
【００４２】[0042]
【発明の効果】以上、説明したように本発明の第１の埋
め込み方法によれば、銅膜の表面に金属膜を形成し、そ
の表面を酸化して不動態被膜となる金属酸化膜を形成す
るので、その後、高圧ガスによる埋め込みを行っても、
高圧ガス中に含まれる酸化作用を有するガスの拡散を金
属酸化膜により阻止することができる。そのため、酸化
作用を有するガスが銅膜に達しないので銅膜は酸化され
ることがない。よって、良好なる埋め込み性を得ること
ができる。As described above, according to the first embedding method of the present invention, a metal film is formed on the surface of a copper film and the surface is oxidized to form a metal oxide film serving as a passive film. After that, even if embedding with high-pressure gas is performed,
The diffusion of the oxidizing gas contained in the high-pressure gas can be prevented by the metal oxide film. Therefore, the gas having an oxidizing action does not reach the copper film, so that the copper film is not oxidized. Therefore, good embedding properties can be obtained.
【００４３】本発明に第２の埋め込み方法によれば、銅
膜の表面に金属膜を形成し、その表面上に高圧ガスを導
入することで、金属膜の表面を酸化して不動態被膜とな
る金属酸化膜を形成すると同時に銅膜の一部を凹部内に
埋め込むので、高圧ガス中に含まれる酸化作用を有する
ガスの拡散を金属酸化膜により阻止することができる。
そのため、酸化作用を有するガスが銅膜に達しないので
銅膜は酸化されることがない。よって、良好なる埋め込
み性を得ることができる。According to the second embedding method of the present invention, a metal film is formed on the surface of a copper film, and a high-pressure gas is introduced on the surface to oxidize the surface of the metal film to form a passive film. Since a part of the copper film is buried in the recess at the same time as the formation of the metal oxide film, diffusion of the oxidizing gas contained in the high-pressure gas can be prevented by the metal oxide film.
Therefore, the gas having an oxidizing action does not reach the copper film, so that the copper film is not oxidized. Therefore, good embedding properties can be obtained.
【図１】本発明の銅膜の埋め込み方法に係わる第１の実
施の形態を説明する製造工程図である。FIG. 1 is a manufacturing process diagram for explaining a first embodiment according to a copper film embedding method of the present invention.
【図２】本発明の銅膜の埋め込み方法に係わる第１の実
施の形態を説明する製造工程図（続き）である。FIG. 2 is a manufacturing process diagram (continued) illustrating a first embodiment of the copper film embedding method of the present invention.
【図３】本発明の銅膜の埋め込み方法に係わる第２の実
施の形態を説明する製造工程図である。FIG. 3 is a manufacturing process diagram for explaining a second embodiment according to the copper film embedding method of the present invention.
【図４】従来の銅膜の埋め込み方法を説明する製造工程
図である。FIG. 4 is a manufacturing process diagram for explaining a conventional copper film embedding method.
１７…溝、１８…接続孔、２２…銅膜、２３…金属膜、
２４…金属酸化膜17 groove, 18 connection hole, 22 copper film, 23 metal film,
24 ... Metal oxide film
Claims (16)
た銅を主成分とする銅膜の表面に、酸化により不動態被
膜を形成する金属を主成分とする金属膜を形成する工程
と、 前記金属膜の表面を酸化して前記不動態被膜となる金属
酸化膜を形成する工程と、 前記銅膜の一部を前記凹部内に埋め込む工程とを備えた
ことを特徴とする銅膜の埋め込み方法。1. A step of forming a metal film mainly composed of a metal which forms a passivation film by oxidation on a surface of a copper film mainly composed of copper formed on a substrate having a concave portion formed thereon. Forming a metal oxide film that becomes the passivation film by oxidizing the surface of the metal film; and burying a part of the copper film in the concave portion. How to embed.
いて、 アルミニウム、ニオブまたはジルコニウムを主成分とす
る金属で前記金属膜を形成することを特徴とする銅膜の
埋め込み方法。2. The method according to claim 1, wherein said metal film is formed of a metal containing aluminum, niobium or zirconium as a main component.
いて、 前記金属膜の表面を大気または酸素雰囲気にさらして酸
化することにより前記金属酸化膜を形成することを特徴
とする銅膜の埋め込み方法。3. The method of embedding a copper film according to claim 1, wherein said metal oxide film is formed by exposing a surface of said metal film to an atmosphere or an oxygen atmosphere to oxidize said metal film. Method.
いて、 前記金属膜の表面を大気または酸素雰囲気にさらして酸
化することにより前記金属酸化膜を形成することを特徴
とする銅膜の埋め込み方法。4. The method of embedding a copper film according to claim 2, wherein the metal oxide film is formed by exposing a surface of the metal film to an atmosphere or an oxygen atmosphere to oxidize the metal film. Method.
いて、 前記凹部は、接続孔、溝、および溝とその溝の底部に形
成された接続孔のうちの少なくとも１種からなることを
特徴とする銅膜の埋め込み方法。5. The method of embedding a copper film according to claim 1, wherein the recess is formed of at least one of a connection hole, a groove, and a connection hole formed at a bottom of the groove. Method of embedding a copper film.
いて、 前記凹部は、接続孔、溝、および溝とその溝の底部に形
成された接続孔のうちの少なくとも１種からなることを
特徴とする銅膜の埋め込み方法。6. The method of embedding a copper film according to claim 2, wherein the recess is made of at least one of a connection hole, a groove, and a connection hole formed at a bottom of the groove. Method of embedding a copper film.
いて、 前記凹部は、接続孔、溝、および溝とその溝の底部に形
成された接続孔のうちの少なくとも１種からなることを
特徴とする銅膜の埋め込み方法。7. The method of embedding a copper film according to claim 3, wherein the recess is formed of at least one of a connection hole, a groove, and a connection hole formed at a bottom of the groove. Method of embedding a copper film.
いて、 前記凹部は、接続孔、溝、および溝とその溝の底部に形
成された接続孔のうちの少なくとも１種からなることを
特徴とする銅膜の埋め込み方法。8. The method of embedding a copper film according to claim 4, wherein the recess is formed of at least one of a connection hole, a groove, and a connection hole formed at a bottom of the groove. Method of embedding a copper film.
た銅を主成分とする銅膜の表面に、酸化により不動態被
膜を形成する金属を主成分とする金属膜を形成する工程
と、 前記金属膜の表面上に高圧ガスを導入することで、前記
金属膜の表面を酸化して前記不動態被膜となる金属酸化
膜を形成するとともに前記銅膜を圧して該銅膜の一部を
前記凹部に埋め込む工程とを備えたことを特徴とする銅
膜の埋め込み方法。9. A step of forming a metal film mainly composed of a metal forming a passivation film by oxidation on a surface of a copper film mainly composed of copper formed on a substrate having a concave portion formed thereon. Introducing a high-pressure gas onto the surface of the metal film to oxidize the surface of the metal film to form a metal oxide film serving as the passivation film, and pressurizing the copper film to form one of the copper films. Embedding a portion in the concave portion.
おいて、 アルミニウム、ニオブまたはジルコニウムを主成分とす
る金属で前記金属膜を形成することを特徴とする銅膜の
埋め込み方法。10. The method of embedding a copper film according to claim 9, wherein said metal film is formed of a metal containing aluminum, niobium or zirconium as a main component.
おいて、 前記金属膜の表面を前記高圧ガス中に含まれる酸素にさ
らして酸化することにより前記金属酸化膜を形成するこ
とを特徴とする銅膜の埋め込み方法。11. The method according to claim 9, wherein the metal oxide film is formed by exposing a surface of the metal film to oxygen contained in the high-pressure gas to oxidize the surface. A method for embedding a copper film.
において、 前記金属膜の表面を前記高圧ガス中に含まれる酸素にさ
らして酸化することにより前記金属酸化膜を形成するこ
とを特徴とする銅膜の埋め込み方法。12. The method of embedding a copper film according to claim 10, wherein the metal oxide film is formed by exposing a surface of the metal film to oxygen contained in the high-pressure gas to oxidize the surface. A method for embedding a copper film.
おいて、 前記凹部は、接続孔、溝、および溝とその溝の底部に形
成された接続孔のうちの少なくとも１種からなることを
特徴とする銅膜の埋め込み方法。13. The method of embedding a copper film according to claim 9, wherein the recess is formed of at least one of a connection hole, a groove, and a connection hole formed at a bottom of the groove. Method of embedding a copper film.
において、 前記凹部は、接続孔、溝、および溝とその溝の底部に形
成された接続孔のうちの少なくとも１種からなることを
特徴とする銅膜の埋め込み方法。14. The method of embedding a copper film according to claim 10, wherein the recess is made of at least one of a connection hole, a groove, and a connection hole formed at a bottom of the groove. Method of embedding a copper film.
において、 前記凹部は、接続孔、溝、および溝とその溝の底部に形
成された接続孔のうちの少なくとも１種からなることを
特徴とする銅膜の埋め込み方法。15. The method of embedding a copper film according to claim 11, wherein the recess is formed of at least one of a connection hole, a groove, and a connection hole formed at a bottom of the groove. Method of embedding a copper film.
において、 前記凹部は、接続孔、溝、および溝とその溝の底部に形
成された接続孔のうちの少なくとも１種からなることを
特徴とする銅膜の埋め込み方法。16. The method of embedding a copper film according to claim 12, wherein the recess is formed of at least one of a connection hole, a groove, and a connection hole formed at a bottom of the groove. Method of embedding a copper film.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14242998A JPH11340232A (en) | 1998-05-25 | 1998-05-25 | Embedding method for copper film |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14242998A JPH11340232A (en) | 1998-05-25 | 1998-05-25 | Embedding method for copper film |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11340232A true JPH11340232A (en) | 1999-12-10 |
Family
ID=15315123
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14242998A Pending JPH11340232A (en) | 1998-05-25 | 1998-05-25 | Embedding method for copper film |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11340232A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5380838B2 (en) * | 2005-06-22 | 2014-01-08 | 日本電気株式会社 | Manufacturing method of semiconductor device |
-
1998
- 1998-05-25 JP JP14242998A patent/JPH11340232A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5380838B2 (en) * | 2005-06-22 | 2014-01-08 | 日本電気株式会社 | Manufacturing method of semiconductor device |
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