[發明專利]Cu配線的形成方法

無效

• 申請號: 201080018603.4
• 申請日: 2010-08-27
• 公開（公告）號: CN102414804A
• 公開（公告）日: 2012-04-11
• 發明（設計）人: 五味淳;水澤寧;波多野達夫;橫山敦;石坂忠大;安室千晃;加藤多佳良
• 申請（專利權）人: 東京毅力科創株式會社
• 主分類號: H01L21/3205
• 分類號: H01L21/3205;H01L23/52
• 代理公司: 北京尚誠知識產權代理有限公司 11322
• 代理人: 龍淳

技術領域

本發明涉及Cu(銅)配線的形成方法。

背景技術

最近，半導體器件的配線圖案的微細化日益發展，與此相伴，因配線的RC延遲等的問題而對配線的低電阻化提出了要求，作為配線材料正在漸漸地使用比在現有技術中使用的鋁(Al)和鎢(W)更加低電阻的Cu。

作為Cu配線的形成方法，已知的技術為：在形成有溝槽或孔的層間絕緣膜，使用以噴鍍為代表的物理淀積法(PVD)形成由Ta、TaN、Ti等構成的障壁膜，并在其上同樣通過PVD形成Cu晶種膜，接著，進一步在其上實施Cu鍍層，填埋溝槽或孔以形成Cu配線(例如日本特開平11-340226號公報)。

但是，在具有交叉點結構的存儲元件的制造過程，或配線工序與配線工序之間或配線工序的后續工序中，當500℃以上的高溫工藝為必要時，在作為配線使用通過上述方法形成的Cu配線的情況下，進行這樣的高溫處理時，發生Cu遷移(migration)使得Cu聚集，導致在配線中形成空隙(void)，并導致配線的電阻值顯著上升。因此，現狀是，在配線形成后500℃以上的高溫工藝為必要的用途中，重視熱穩定性而使用電阻高的W。

發明內容

因為即使在這樣的高溫工藝為必要的情況下也存在RC延遲的問題，所以期望在這樣的情況下也應用Cu配線。

因此，本發明的目的在于，提供能夠形成在配線形成后存在500℃以上的高溫工藝的情況下能應用的Cu配線的，Cu配線的形成方法。

根據本發明，提供一種Cu配線的形成方法，該Cu配線的形成方法實施有伴隨500℃以上的溫度的處理的后續工序，在該Cu配線的形成方法中，包括：在表面具有溝槽和/或孔的基板上的至少所述溝槽和/或孔的底面和側面形成密接膜的工序，其中，該密接膜包括具有與Cu的晶格面間距的差為10％以內的晶格面間距的金屬；在所述密接膜上以填埋所述溝槽和/或孔的方式形成Cu膜的工序；在所述Cu膜形成后的基板進行350℃以上的退火處理的工序；研磨所述Cu膜，僅殘留所述Cu膜的對應于所述溝槽和/或孔的部分的工序；和在研磨后的Cu膜形成蓋而成為Cu配線的工序。

附圖說明

圖1是表示本發明的一個實施方式的方法的流程圖。

圖2是在圖1的流程圖中所示的本發明的一個實施方式的方法的工序截面圖。

圖3是表示Cu膜的厚度為10nm時的作為密接膜使用Ru膜的情況和使用Ta膜的情況的退火溫度與Cu膜的相對的電阻變化率的關系的附圖。

圖4是表示Cu膜的厚度是20nm時的作為密接膜使用Ru膜的情況和使用Ta膜的情況的退火溫度與Cu膜的相對的電阻變化率的關系的附圖。

圖5是表示在厚度3nm的Ru膜上形成厚度50nm的Cu膜的情況下的Cu膜的狀態的SEM照片。

圖6是表示在厚度3nm的Ru膜上形成厚度50nm的Cu膜后，在Ar氣氛中以650℃進行30min(分鐘)退火的情況下的Cu膜的狀態的SEM照片。

圖7是表示在厚度3nm的Ru膜上形成厚度50nm的Cu膜，進而在其上形成厚度3nm的Ru膜后，在Ar氣氛中以650℃進行30min(分鐘)退火的情況下的Cu膜的狀態的SEM照片。

具體實施方式

以下，參照附圖，對本發明的實施方式進行說明。

圖1是用于說明包含本發明的一個實施方式的Cu配線的形成方法的半導體裝置的制造工序的流程圖，圖2是其工序截面圖。

首先，準備在Si基板11上具有SiO₂膜等的層間絕緣膜12，在層間絕緣膜12形成有溝槽13的半導體晶片(以下簡單地記作晶片)(步驟1，圖2(a))。然后，在包含溝槽13的整個面以1～10nm，例如以4nm左右的厚度形成TaN、Ti等的障壁膜14(步驟2，圖2(b))。這時的成膜能夠用噴鍍等的PVD來進行。

然后，至少在溝槽13的底面和側面以1～5nm，例如以4nm的厚度形成密接膜15(步驟3，圖2(c))。密接膜15是用于確保在其上成膜的Cu膜的密接性的膜，作為該密接膜15，使用具有與Cu的晶格面間距的差為10％以內的晶格面間距的金屬的膜。作為這樣的金屬有V、Cr、Fe、Co、Ni、Mo、Ru、Rh、Pd、W、Re、Os、Ir、Pt。進一步優選與Cu的晶格面間距的差為5％以內，作為這樣的金屬有Fe、Co、Ni、Ru、Rh、Os。并且，在表1中表示主要金屬的結晶型、晶格常數、米勒常數、晶格面間距、相對于Cu的晶格面間距的差(％)。

[表1]