[發明專利]Cu膜的形成方法

有效

• 申請號: 200680044745.1
• 申請日: 2006-12-04
• 公開（公告）號: CN101317251A
• 公開（公告）日: 2008-12-03
• 發明（設計）人: 吉濱知之;原田雅通;豐田聰;牛川治憲
• 申請（專利權）人: 株式會社愛發科
• 主分類號: H01L21/3205
• 分類號: H01L21/3205;H01L23/52;H01L21/285
• 代理公司: 北京英特普羅知識產權代理有限公司
• 代理人: 齊永紅

技術領域

本發明涉及Cu膜的形成方法，尤其涉及通過處理擴散阻擋金屬膜和 Cu膜的界面使擴散阻擋金屬膜和Cu膜的附著性提高的Cu膜的形成方法。

背景技術

多年來，Cu膜的形成均是在基板上設置的絕緣膜(例如硅氧化物膜) 上形成配線用的溝槽及通孔，然后為防止Cu向絕緣膜中擴散，用濺射法及 CVD法形成擴散阻擋金屬膜(TiN、TaN、WN等膜)之后，用CVD法形 成Cu膜，并通過此法形成Cu配線膜的。

如上所述，在用CVD法形成Cu膜的情況下，或用CVD法直接在擴 散阻擋金屬膜上形成Cu膜，或使用有機鈦材料及有機鉭材料，用CVD法 在擴散阻擋金屬膜上形成氮化鈦膜及氮化鉭膜之后，用CVD法在其上形成 Cu膜(參照專利文獻1)，或者用濺射法在擴散阻擋金屬膜上形成薄Cu膜 之后，再用CVD法在其上形成Cu膜(參照專利文獻2)。

在上述現有技術中，存在擴散阻擋金屬膜和Cu膜的附著性不能滿足要 求，無法經受其后的CMP工序等的問題。

如上所述，當在擴散阻擋金屬膜上直接形成Cu膜的情況下，擴散阻擋 金屬膜和Cu膜間的附著性差，尤其在Ta系擴散阻擋金屬膜中，即使在成 膜后進行熱處理(退火處理)附著性也不能改善，而且，擴散阻擋金屬膜 上的Cu的初始核生成密度低，難以獲得光滑的平面形狀。

此外，如專利文獻1所述，用CVD法在擴散阻擋金屬膜上形成氮化鈦 及氮化鉭之后，僅用CVD法形成Cu膜很難獲得足夠的附著性。

此外，如專利文獻2所述，用濺射法在擴散阻擋金屬膜上形成薄薄的 Cu膜后再用CVD法形成Cu膜的情況下，同樣存在附著性難以提高的問題。 也就是說，用濺射法形成的Cu膜，由于其膜厚依賴于成膜的基板表面的幾 何形狀，因而如果配線溝槽的寬度很窄，則在深的溝槽的側面部及底面部 上成膜不全，不僅無法獲得可有效改善附著性的均勻膜厚，而且還存在溝 槽以外的平坦部位膜厚變厚的問題。若Cu膜過厚，則在其后用CVD法形 成Cu膜時，Cu核將在該平坦部位選擇性形成，從而使側面部及底面部上 的敷層覆蓋度變得更差。

專利文獻1：特開2004-40128號公報(權利要求范圍等)

專利文獻2：特開平4-242937號公報(權利要求范圍等)

發明內容

本發明的課題是解決上述現有技術中存在的問題，提供一種Cu膜的形 成方法，其能使擴散阻擋金屬膜和Cu膜間的附著性提高。

本發明人等發現，用濺射法形成的Ti及Ta等擴散阻擋金屬膜(下文 Ti膜的情況下，也稱之為PVD-Ti膜)和用CVD法形成的Cu膜(下文也 稱之為CVD-Cu膜)間的附著性低下的問題，可通過擴散阻擋金屬膜形成 后的適當的后處理，或以適當的溫度實施后退火處理加以解決，進而實現 本發明。

在上述情況下，作為擴散阻擋金屬膜形成后的后處理，可通過在擴散 阻擋金屬膜表面上形成氮化金屬膜，或使氮氣(N₂氣)之類的含氮原子的 氣體化學吸附到擴散阻擋金屬膜表面，以及低溫(400℃以下)退火處理確 保附著性。具體地說，可以認為由于氮化金屬膜及被化學吸附的氮分子層 等占有了活性的金屬吸附部位，抑制了與擴散阻擋金屬膜表面上的氧、氟 化合物、水、氨等雜質的反應生成物層(例如當雜質為氧的情況下，由于 與鈦的反應而生成的鈦氧化物之類的界面層)的形成，因而即使是低溫條 件下的退火處理，擴散阻擋金屬(Ti及Ta等)和Cu的相互擴散變得很容 易，從而使附著性提高。

本發明的一種Cu膜形成方法，其用濺射法在基板上形成作為擴散阻擋 金屬膜的Ti膜或Ta膜，用CVD法在該擴散阻擋金屬膜上形成Cu膜，其 特征在于：在該方法中，在用濺射法在前述擴散阻擋金屬膜上形成氮化物 膜，用CVD法在該氮化物膜上形成Cu膜之后，以100～400℃，優選以 200～350℃進行退火處理。

若在該溫度范圍內進行退火處理，則可以在所形成的膜上消除應力遷 移，提高耐久性。如果退火處理溫度低于100℃，即使形成氮化物膜，與 CVD-Cu膜的界面附著性也很差，此外，如果超過400℃，有可能在工藝過 程中產生金屬膨脹，Cu膜斷裂。

在進行了前述退火處理之后，用PVD法、電鍍法、CVD法或ALD法 在CVD-Cu膜上再次形成Cu膜，然后根據需要以100～400℃，優選以 200～350℃再次進行退火處理。