銅配線製造方法、その方法で製造された銅配線、及びＣＶＤ装置
【課題】 ＣＶＤ法を用いて幅の異なる凹部に銅配線を形成できる技術を提供する。
【解決手段】 基板上１０に形成され、凹部１３1、１３2が設けられた絶縁膜１２上にＣＶＤ法によって銅薄膜を形成し、凹部１３1、１３2内をその銅薄膜の銅材料で充填する際、銅薄膜を形成するＣＶＤ工程を２回以上に分割し、分割されたＣＶＤ工程の間に熱処理工程を設ける。熱処理により流動化し、断面すり鉢状の窪みが形成された銅薄膜上に銅薄膜を形成でき、また、１回のＣＶＤ工程で形成する銅薄膜が薄くなり、表面が滑らかになるので、幅の広い凹部１３2内にも空洞が形成されなくなる。
【解決手段】 基板上１０に形成され、凹部１３1、１３2が設けられた絶縁膜１２上にＣＶＤ法によって銅薄膜を形成し、凹部１３1、１３2内をその銅薄膜の銅材料で充填する際、銅薄膜を形成するＣＶＤ工程を２回以上に分割し、分割されたＣＶＤ工程の間に熱処理工程を設ける。熱処理により流動化し、断面すり鉢状の窪みが形成された銅薄膜上に銅薄膜を形成でき、また、１回のＣＶＤ工程で形成する銅薄膜が薄くなり、表面が滑らかになるので、幅の広い凹部１３2内にも空洞が形成されなくなる。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、絶縁膜表面の微細な凹部に銅材料を充填して銅配線を形成する技術にかかり、特に、ＣＶＤ法を用いて銅配線を形成する銅配線製造方法、その方法により形成される銅配線、及び、その方法に適したＣＶＤ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】現在、半導体集積回路では、加工の容易性等から、主にアルミニウム(Ａｌ)を主成分とする電極配線材料が使用されている。
【０００３】しかし、アルミニウムで構成した電極配線では、エレクトロマイグレーションやストレスマイグレーションに対する耐性が弱いため、半導体集積回路の微細化が進むに連れ、不良が多発して問題となっている。
【０００４】そこで従来より、アルミニウムを主成分とする電極配線材料に替え、エレクトロマイグレーションやストレスマイグレーションに対する耐性が高いタングステン(Ｗ)やモリブデン(Ｍｏ)を用いることが提案されている。しかし、それらの材料はアルミニウムに比較して抵抗値が大きいため、微細な配線パターンに適用した場合には、大きな電圧降下による信号遅延が新たな問題として生じている。
【０００５】その解決のため、抵抗値が小さく、しかもエレクトロマイグレーション耐性やストレスマイグレーション耐性に優れた銅(Ｃｕ)を電極配線材料として用いることが検討されており、種々の銅配線製造方法が提案されている。
【０００６】そのような、銅配線製造方法のうち、ＣＭＰ法(化学的機械研磨法)を用いた従来技術の方法の工程を説明する。図５(ａ)〜(ｃ)を参照し、符号１１１は配線対象物であり、基板１１０とその表面に形成された絶縁膜１１２上と、ドライエッチング法により、絶縁膜１１２に設けられた凹部１１３1、１１３2と、絶縁膜１１２の表面に全面成膜された拡散防止膜１１４とを有している(図５(ａ))。
【０００７】この配線対象物１１１に対し、ＣＶＤ法を用い、凹部１１３1、１１３2内で銅を等方的に成長させて銅薄膜１１６を形成し(同図(ｂ))、銅薄膜１１６を構成する銅材料によって凹部１１３1、１１３2内充填し、表面の銅薄膜１１６をＣＭＰ法によって研磨除去すると、銅配線１２５1、１２５2が得られる(同図(ｃ))。
【０００８】しかしながら、上述のような銅配線製造方法では、溝幅の狭い凹部１１３1(溝幅が０．２５μｍ以下)内は比較的良好な埋込が完成されているのにもかかわらず、溝幅が広い凹部１１３2内には、空洞１２０が生じてしまっている場合がある。このような銅配線１２５2内の空洞１２０は、配線を高抵抗にする他、断線等の種々の不良を引き起こす原因となり、特性や信頼性を低下させてしまう。
【０００９】実際に配線パターンを形成しようとする場合、同じ絶縁膜に形成された種々のアスペクト比の溝やホール等の凹部を銅材料で完全に充填する必要があるため、比較的幅の広い凹部１１３2内に空洞が形成されることは、配線パターン設計の自由度に大きな制約を与えることになるため、その解決が望まれていた。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技術の不都合を解決するために創作されたもので、その目的は、ＣＶＤ法を用いて幅の異なる凹部に銅配線を形成できる技術を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するために、請求項１記載の発明方法は、基板上に形成され、凹部が設けられた絶縁膜上にＣＶＤ法によって銅薄膜を形成し、前記凹部を前記銅薄膜の銅材料で充填する銅配線製造方法において、前記銅薄膜を形成するＣＶＤ工程を２回以上に分割し、分割されたＣＶＤ工程の間に熱処理工程を設けたことを特徴とする。
【００１２】この場合には、請求項２記載の発明のように、前記基板上に拡散防止膜を設けておくことよい。
【００１３】また、請求項３記載の発明のように、前記基板上の銅薄膜を化学的機械研磨法で除去し、前記凹部内に充填された銅材料で銅配線を形成することもできる。
【００１４】他方、請求項４記載の発明は、基板上の絶縁膜に形成された凹部内に、銅薄膜の銅材料が充填されて成る銅配線であって、前記銅薄膜は少なくとも下層の銅薄膜と上層の銅薄膜とを有し、前記下層の銅薄膜が熱処理により流動化された後、その上に上層の銅薄膜が形成されたことを特徴とする。
【００１５】更に、請求項５記載の発明は、真空排気可能な反応槽を有し、該反応槽内に設けられた成膜領域内に基板を配置し、ＣＶＤ反応を生じさせて前記基板表面に薄膜を形成できるように構成されたＣＶＤ装置であって、前記反応槽内で前記成膜領域とは異なる場所に加熱領域が設けられ、前記基板を前記ＣＶＤ領域から前記加熱領域に移動させて、その基板を加熱できるように構成されたことを特徴とする。
【００１６】その場合、請求項６記載の発明のように、前記成膜領域内と前記加熱領域内には真空排気口を設け、前記成膜領域内に前記ＣＶＤ反応の原料ガスを導入し、前記加熱領域内にパージガスとを導入したときに、前記各領域内の前記真空排気孔から前記原料ガスと前記パージガスとを排気すると、それぞれの領域に導入されたガスが他の領域に侵入しないように構成しておくことができる。
【００１７】一般に、ＣＶＤ法によって銅薄膜を形成する場合は、凹部内に銅が等方的に成長し、凹部側面に形成された銅薄膜同士が密着し、その凹部内を銅薄膜で充填できるとされている。
【００１８】しかしながら、例えば図５(ａ)に示すような、幅の狭い凹部１１３1と幅の広い凹部１１３2とをＣＶＤ法によって銅材料で一緒に充填しようとする場合には、幅の狭い凹部１１３1内は充填できるが、幅の広い凹部１１３2内には、空洞１２０が生じてしまうという不都合がある。
【００１９】本発明の発明者等がＣＶＤ法によって形成した銅薄膜表面を調査したところ、ＣＶＤ法を用いて銅薄膜を厚く形成した場合には、その銅薄膜表面に大きな荒れが生じ、窪みや突起が発生していることを見出した。そのため、幅の狭い凹部１１３1内では、銅の成長初期で側面に形成された滑らかな銅薄膜１１６同士が密着するので充填が完了するが、幅の広い凹部１１３2内では、その段階では充填は完了しておらず、更に銅を成長させて充填させようとした場合、荒れている銅薄膜１１６の大きく荒れている表面１１７の突起部分が閉塞し、その下に空洞１２０が発生してしまうことを突き止めた(図５(ｂ))。
【００２０】一旦空洞１２０が発生した場合は、それ以上ＣＶＤ反応を進めても空洞１２０内には銅は成長せず、そのような銅薄膜１１６をＣＭＰ法によって研磨し、銅配線１２５2を形成した場合、その内部に空洞１２０が残ってしまう。
【００２１】ところで、そのような空洞がアルミニウム薄膜で発生した場合には、リフローイング法によって消滅させられることが知られているが、銅薄膜はアルミニウム薄膜と異なって、熱処理をしてもリフローされないと言われている。実際、スパッタ法によって拡散防止膜上に形成した銅薄膜を熱処理したが、流動化は観察されなかった。
【００２２】しかしながら本発明の発明者等は、ＣＶＤ法によって形成された銅薄膜は、一旦内部に生じた空洞を消滅さることはできないものの、低温の熱処理で銅薄膜表面を容易に流動化させられることを見出した。
【００２３】本発明は上記各知見に基いて創作されたものである。即ち、ＣＶＤ法によって銅薄膜を厚く形成した場合に、幅の狭い凹部内が銅材料で充填され、幅の広い凹部内に空洞が形成されてしまうのであるから、その空洞の発生を防止するためには、銅薄膜を形成するＣＶＤ工程を２回以上に分割し、一度に厚い銅薄膜を形成しないようにすると共に、各ＣＶＤ工程の間に熱処理工程を設け、熱処理によって流動化し、滑らかになった銅薄膜上に、更にＣＶＤ法によって銅薄膜を形成するようにすれば空洞を形成することなく凹部内を銅材料で充填できるので、銅配線内に空洞を発生させないですむようになる。
【００２４】このような銅配線製造方法においては、銅の拡散を防止するために、基板上に拡散防止膜を設けておくとよい。
【００２５】また、凹部内に充填された銅材料を残し、他の部分の銅材料を化学的機械研磨法で除去すれば、前述したような銅薄膜を形成することにより、凹部内に銅配線を形成することができる。このように形成された銅配線では、下層の銅薄膜が熱処理により流動化された後、その上に上層の銅薄膜が形成されていることになる。
【００２６】以上説明した銅配線製造方法を行うためのＣＶＤ装置では、真空排気可能な反応槽を有し、その反応槽内に成膜領域を設けて基板を配置し、ＣＶＤ反応を生じさせ、基板表面への薄膜形成を行うように構成されており、その反応槽内で成膜領域とは異なる場所に加熱領域を設け、基板をＣＶＤ領域から加熱領域に移動させて加熱できるように構成しておくと、基板を大気に曝さないで連続的に処理を行うことが可能となる。
【００２７】その場合、成膜領域内と加熱領域内とにそれぞれ排気口を設けておき、成膜領域内にＣＶＤ反応の原料ガスを導入し、加熱領域内にパージガスを導入したときに、各領域内の真空排気孔から原料ガスとパージガスを排気し、それぞれの領域に導入されたガスが他の領域に侵入しないように構成しておけば、膜厚制御が容易となり、また、汚染が生じることがないので好ましい。
【００２８】
【発明の実施の形態】本発明方法の実施の形態を本発明装置の実施の形態と共に図面を用いて説明する。図１の符号３は、本発明のＣＶＤ装置の一例を示しており、搬出入室５１と、反応槽５２と、搬送室５３とを有している。搬出入室５１と反応槽５２とは、それぞれゲートバルブ５８1、５８2を介して搬送室５３に気密に接続されている。
【００２９】反応槽５２内には、基板移動機構５６を中心として、基板受け渡し領域９０と、第１の成膜領域３０と、加熱領域４０と、第２の成膜領域８０とが、基板受け渡し領域９０をゲートバルブ５８2の正面にし、時計回りでこの順に設けられており、基板移動機構５６を動作させて各領域内にある配線対象物を順次移動させると、第１の成膜領域３０で最初のＣＶＤ工程を行って１層目の銅薄膜(下層の銅薄膜)を形成し、加熱領域４０でその１層目の銅薄膜の流動化を行い、第２の成膜領域８０で次のＣＶＤ工程を行ってその表面に２層目の銅薄膜(上層の銅薄膜)を形成できるように構成されている。
【００３０】このような反応槽５２を有するＣＶＤ装置３を用い、図４の符号１１に示す配線対象物に銅配線を形成する工程を説明する。
【００３１】この配線対象物１１は、シリコン単結晶から成る基板１０と、該基板１２上に形成されたシリコン酸化膜から成る絶縁物１２と、ドライエッチング法によって絶縁物１２表面に設けられた凹部１３1、１３2と、絶縁膜１２上に全面成膜された拡散防止膜１４とを有している。絶縁膜１２は、膜厚１．０μｍに形成されており、前記凹部１３1、１３2底面には、僅かに絶縁膜１２が残され、基板１０表面が露出しないようにされている。
【００３２】先ず、ＣＶＤ装置３のゲートバルブ５８1を閉じた状態で配線対象物１１を搬出入室５１内に納め、その内部を真空排気した後、ゲートバルブ５８1を開け、搬送室５３内に配置された搬送ロボット５４を動作させ、アーム５５によって配線対象物１１を反応槽５２内に搬入し、基板受け渡し領域９０上に載置した。
【００３３】次いで、基板搬送機構５６を動作させ、基板受け渡し領域９０内の配線対象物１１を第１の成膜領域３０まで移動させた。
【００３４】第１の成膜領域３０とその隣の加熱領域４０の部分の概略構造を図３に示す。第１の成膜領域３０内と加熱領域４０内には、底面にそれぞれ基板支持台３１、４２が設けられており、各基板支持台３１、４１の上方には、それぞれガス拡散板３３、４３が設けられている。反応槽５２の底面には、基板支持台３１、４１を囲うようにして拡散防止板３２、４２が設けられており、また、反応槽５２の天井には、ガス拡散板３３、４３を囲うようにして、拡散防止板３４、４４が設けられている。このような拡散防止板３２、３４によって第１の成膜領域３０の境界が形成され、拡散防止板４２、４４によって加熱領域４０の境界が形成されている。
【００３５】第１の成膜領域３０内と加熱領域４０内の天井には、それぞれガス導入口３６、４６が設けられており、第１の成膜領域３０内のガス導入口３６は、マスフローコントローラー３８1、３８2が設けられたガスパイプ３７を介して、水素ガスボンベと原料ガスボンベに接続されている。また、加熱領域４０内のガス導入口４６は、マスフローコントローラー４８1が設けられたガスパイプ４７を介して水素ガスボンベに接続されている。
【００３６】反応槽５２底面のうち、拡散防止板３２、４２内には、排気口３９、４９がそれぞれ設けられており、各排気口３９、４９は、バルブ７１、７２を介して同じ排気パイプ７３に接続されている。そのバルブ７１、７２を開状態にし、排気パイプ７３に接続された図示しない真空ポンプを起動すると各排気口３９、４９から反応槽５２内を真空排気できるように構成されている。
【００３７】反応領域３０の拡散防止板３２、３４の間と、加熱領域４０の拡散防止板３２、３４の間には、それぞれ隙間が設けられ、配線対象物１１はその隙間を通って搬出入できるように構成されており、前述の基板搬送機構５６によって移動された配線対象物１１を、拡散防止板３２、３４間の隙間から第１の成膜領域３０内に搬入し、基板支持台３１上に載置した。
【００３８】その基板支持台３１内には図示しないヒーターが設けられており、ゲートバルブ５８1を閉じ、そのヒーターに通電し、配線対象物１１の温度を１７０℃にした状態で、拡散防止板３４内にガス導入口３６からキャリアガスと原料ガスとを導入し、拡散板３３に多数設けられたシャワー孔３５から配線対象物１１上に散布すると共に、配線対象物１１上から拡散防止板３２内に流れ込んだ原料ガスとキャリアガスとを排気口３９から排気した。
【００３９】この例では、キャリアガスには水素ガスを用い、原料ガスには、銅・ヘキサフルオロアセチルアセトン・ビニルトリメチルシラン(HexafluoroacetylacetonateCu(I) vinyltrimetylsilane)([Cu(hfac)(vtms)]と略されている)ガスを用いた。
【００４０】導入するキャリアガスと原料ガスの流量はマスフローコントローラー３８1、３８2によって制御し、また、排気速度をコントロールバルブ７４によって制御し、キャリアガス流量は６００sccm、原料ガス供給量は０．５ｇ／分、成膜圧力は３．０Torrになるようにした。
【００４１】その条件でＣＶＤ反応を行ったところ、配線対象物１１の表面に膜厚１５００Åの１層目の銅薄膜１６が形成された(図４(ｂ))。このときの成膜速度は３００Å／分であった。
【００４２】１層目の銅薄膜１６の表面を観察すると、凹部１３1、１３2上の部分には、それらの形状を反映した断面細溝形状の空間２１1、２１2が形成されていた。但し、ＣＶＤ反応の時間が短く、銅薄膜１６の膜厚が薄いため、表面荒れは小さく、凹部１３1、１３2内には閉塞した空洞は形成されていなかった。
【００４３】次に、その銅薄膜１６が形成された配線対象物１１を第１の成膜領域３０から加熱領域４０内に搬送し、基板支持台４１上に載置した。このとき、基板受け渡し領域９０内に既に搬入されていた次の配線対象物は第１の成膜領域３０内に搬入されている。
【００４４】配線対象物１１を基板支持台４１上に載置した後、ガス導入口４６からパージガスを導入し、拡散板４３に設けられたシャワー孔４５から配線対象物１１上に散布すると共に、配線対象物１１表面から拡散防止板４２内に流れ込んだパージガスを排気口４９から排気し、そのパージガスが加熱領域４０外へ流出しないようにして、基板支持台４１に設けられた図示しないヒーターに通電し、配線対象物１１を４００℃に加熱した。
【００４５】このような熱処理(アニール処理)を１０分間行ったところ、配線対象物１１上の銅薄膜１６が流動化し、凹部１３1、１３2内に銅薄膜１６を構成する銅材料が流れ込み、前述の空間２１1、２１2が変形し、底面が狭く、開口部が広い断面すり鉢形状の窪み２２1、２２2が形成された(図４(ｃ))。
【００４６】このとき、第１の成膜領域３０内に搬入された次の配線対象物上には原料ガスとキャリアガスとが導入され、ＣＶＤ反応が行われているが、原料ガスとキャリアガスとは排気口３９から排気され、また、加熱領域４０にはキャリアガスが供給されると共に、加熱領域内の排気口４９から排気されているので、熱処理中の配線対象物１１表面に、原料ガスやキャリアガスが侵入することはない。成膜領域３０と加熱領域４０内の排気速度については、コントロールバルブ７４によって調節し、バランスが保たれている。
【００４７】熱処理の終了後、基板搬送機構５６によって配線対象物１１を加熱領域４０から第２の成膜領域８０内に搬送した。それと同時に、第１の成膜領域３０内での銅薄膜形成が終了した配線対象物を加熱領域４０へ搬送し、また、基板受け渡し領域９０内上に載置されていた配線対象物を第１の成膜領域３０へ搬送した。
【００４８】第２の成膜領域８０内では、第１の成膜領域３０におけるＣＶＤ反応と同じ条件でＣＶＤ工程を行い、流動化後の銅薄膜１６上に２層目の銅薄膜１８を形成した。この２回目のＣＶＤ工程により、流動化後の銅薄膜１６に形成されていた窪み２２1、２２2内は２層目の銅薄膜１８の銅材料で充填され、空洞が生じることはなかった(図４(ｄ))。
【００４９】このとき、加熱領域４０では、第１の成膜領域３０で銅薄膜が形成された配線対象物の熱処理が行われており、第１の成膜領域３０では絶縁膜に設けられた凹部表面に拡散防止膜を介して１層目の銅薄膜形成が行われている。このように、各領域で配線対象物の処理が同時に行われている場合でも、各領域に導入されたガスは他の領域に侵入することはない。
【００５０】２層目の銅薄膜１８が形成された配線対象物１１を、第２の成膜領域８０から基板受け渡し領域９０に搬送した後、搬送室５３を介して反応槽５２から搬出入室５１に搬出し、ゲートバルブ５８1を閉じた状態にして搬出入室５１内に大気を導入し、ＣＶＤ装置３から取り出した。
【００５１】その配線対象物１１の表面をＣＭＰ法で研磨したところ、凹部１３1、１３2内には、１層目の銅薄膜１６と２層目の銅薄膜１８の銅材料で充分充填され、空洞の無い銅配線５1、５2が得られた(図４(ｅ))。
【００５２】以上は、ＣＶＤ工程を２回に分割し、その間に熱処理工程を設けた場合を説明したが、厚い銅薄膜を形成したい場合等には、ＣＶＤ工程を３回以上に分割し、各工程の間に熱処理工程を設け、一つのＣＶＤ工程では薄い銅薄膜を形成するようにするとよい。
【００５３】ＣＶＤ工程を３回に分割する場合を例にとると、図２の符号６２で示す反応槽のように、基板受け渡し領域７１をゲートバルブ７８2の正面に置き、基板搬送機構７９を中心として、成膜領域７２、７４、７６と、加熱領域７３、７５とを、時計回りで交互に配置したものを用いてＣＶＤ装置を構成し、配線対象物を、各領域で順番に処理することができる。
【００５４】他方、上述の反応槽５２や反応槽６２を用いず、従来のマルチチャンバー型真空成膜装置のように、各々独立して真空排気できるＣＶＤ室と加熱室とを複数有するＣＶＤ装置を用いて配線対象物を処理してもよい。また、同じＣＶＤ室と加熱室との間で配線対象物を繰り返し移動させて処理してもよい。要するに、本発明方法は、ＣＶＤ工程を複数に分割し、その間に熱処理工程を設けて配線対象物を処理すればよい。その熱処理工程は、分割されたＣＶＤ工程の間の全てに設ける場合に限定されるものではなく、ＣＶＤ反応により銅を堆積する際に、空洞が形成される前に銅薄膜を流動化させ、その上に更にＣＶＤ法により銅薄膜を形成できればよい。
【００５５】また、以上説明した配線対象物は、絶縁膜中に形成した凹部１３1、１３2が細溝形状を成していたが、凹部の形状はそれに限定されるものではない。更に、上述の凹部１３1、１３2底面の拡散防止膜１４下には絶縁膜１２があり、拡散防止膜１４と基板１０表面とは接触していなかったが、基板表面が露出するコンタクトホールや、下層の金属配線表面が露出するビアホールに対しても、必要に応じて拡散防止膜を形成した後、本発明方法を適用して銅配線を形成することができる。
【００５６】その拡散防止膜は、上記実施例ではＴｉＮ薄膜を用いたが、本発明に用いることができる拡散防止膜はそれに限定されるものではない。拡散防止膜としては、絶縁膜や酸化膜中への銅の拡散を防止できる薄膜で、例えば、ＴｉＷ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ等の高融点金属や、それら高融点金属の化合物を用いることができる。それらの単層膜で拡散防止膜を構成してもよく、多層膜を形成して拡散防止膜を構成してもよい。拡散防止膜の形成は、スパッタリング法に限定されず、ＣＶＤ法等の種々の薄膜形成方法を用いることができる。
【００５７】また、本発明に言う絶縁膜はシリコン酸化膜に限定されるものではなく、窒化シリコン膜等各種の絶縁性の薄膜が含まれる。基板についてもシリコン基板に限定されるものではない。銅薄膜や銅材料については、銅を主成分とする金属薄膜や金属材料を広く含む。例えば、ＣＶＤ法によって銅薄膜を成長させる際、他の金属を含有するガスを添加し、特性を改善させた銅薄膜や、その銅薄膜が流動化された銅薄膜も含まれる。
【００５８】そのような銅薄膜を形成するＣＶＤ法については、基板温度を１７０℃にする場合に限定されるものではないが、本実施例で用いた銅薄膜の原料ガスでは、高温になると成膜反応が供給律速状態となり、等方的な銅薄膜の成長を行えなくなり、凹部開口端でオーバーハングを生じやすくなるので、１８０℃以下の基板温度でＣＶＤ法を行うことが望ましい。
【００５９】銅薄膜を加熱する熱処理工程の温度については、上述した４００℃に限定されるものではない。高温で行った場合、処理時間が短くなり、コスト面からは望ましいが、絶縁膜や基板中に銅が拡散しない温度で行う必要がある。拡散防止膜としてＴｉＮを用いた場合、６００℃を超える温度になるとバリア性が低下してしまうので、その温度以下にする必要がある。但し、ＴｉＮ膜等の拡散防止膜は、膜質によっては６００℃以下の温度でバリア性が低下してしまう場合もあるため、温度範囲としては３００℃以上４５０℃以下が実用的である。
【００６０】熱処理の際に用いるパージガスは必ずしも水素ガスに限定されるものではなく、各種のガスを用いることができる。また、パージガスを用いず、真空中で加熱するだけでも銅薄膜を流動化させることができる。
【００６１】なお、上記実施例では、ＣＭＰ法による表面研磨を行う場合について説明したが、凹部内の銅材料を残して絶縁膜表面の銅薄膜を除去できる研磨法、エッチング法を広く用いることができる。
【００６２】
【発明の効果】本発明方法によれば、高アスペクト比の凹部と低アスペクト比の凹部とを銅材料で充填できる。また、銅配線の中に空洞がなくなるので、特性に優れ、信頼性が高い銅配線を得ることができる。
【００６３】本発明のＣＶＤ装置によれば、銅薄膜界面が大気に曝されず、不純物による汚染が生じないので銅配線の信頼性が向上する。また、連続してＣＶＤ反応と熱処理とを行えるので、銅配線製造工程の効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のＣＶＤ装置の一例
【図２】 そのＣＶＤ装置の反応槽の他の例
【図３】 本発明のＣＶＤ装置の反応槽の内部構造を説明するための図
【図４】(ａ)〜(ｅ)：本発明の銅配線製造工程を説明するための図
【図５】(ａ)〜(ｃ)：従来技術の銅配線製造工程を説明するための図
【符号の説明】
３……ＣＶＤ装置 ５1、５2……銅配線 １０……基板
１２……絶縁膜 １３1、１３2……凹部 １４……拡散防止膜
１６、１８……銅薄膜 ５２、６２……反応槽
３０、８０；７２、７４、７６……成膜領域
４０；７３、７５……加熱領域
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、絶縁膜表面の微細な凹部に銅材料を充填して銅配線を形成する技術にかかり、特に、ＣＶＤ法を用いて銅配線を形成する銅配線製造方法、その方法により形成される銅配線、及び、その方法に適したＣＶＤ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】現在、半導体集積回路では、加工の容易性等から、主にアルミニウム(Ａｌ)を主成分とする電極配線材料が使用されている。
【０００３】しかし、アルミニウムで構成した電極配線では、エレクトロマイグレーションやストレスマイグレーションに対する耐性が弱いため、半導体集積回路の微細化が進むに連れ、不良が多発して問題となっている。
【０００４】そこで従来より、アルミニウムを主成分とする電極配線材料に替え、エレクトロマイグレーションやストレスマイグレーションに対する耐性が高いタングステン(Ｗ)やモリブデン(Ｍｏ)を用いることが提案されている。しかし、それらの材料はアルミニウムに比較して抵抗値が大きいため、微細な配線パターンに適用した場合には、大きな電圧降下による信号遅延が新たな問題として生じている。
【０００５】その解決のため、抵抗値が小さく、しかもエレクトロマイグレーション耐性やストレスマイグレーション耐性に優れた銅(Ｃｕ)を電極配線材料として用いることが検討されており、種々の銅配線製造方法が提案されている。
【０００６】そのような、銅配線製造方法のうち、ＣＭＰ法(化学的機械研磨法)を用いた従来技術の方法の工程を説明する。図５(ａ)〜(ｃ)を参照し、符号１１１は配線対象物であり、基板１１０とその表面に形成された絶縁膜１１２上と、ドライエッチング法により、絶縁膜１１２に設けられた凹部１１３1、１１３2と、絶縁膜１１２の表面に全面成膜された拡散防止膜１１４とを有している(図５(ａ))。
【０００７】この配線対象物１１１に対し、ＣＶＤ法を用い、凹部１１３1、１１３2内で銅を等方的に成長させて銅薄膜１１６を形成し(同図(ｂ))、銅薄膜１１６を構成する銅材料によって凹部１１３1、１１３2内充填し、表面の銅薄膜１１６をＣＭＰ法によって研磨除去すると、銅配線１２５1、１２５2が得られる(同図(ｃ))。
【０００８】しかしながら、上述のような銅配線製造方法では、溝幅の狭い凹部１１３1(溝幅が０．２５μｍ以下)内は比較的良好な埋込が完成されているのにもかかわらず、溝幅が広い凹部１１３2内には、空洞１２０が生じてしまっている場合がある。このような銅配線１２５2内の空洞１２０は、配線を高抵抗にする他、断線等の種々の不良を引き起こす原因となり、特性や信頼性を低下させてしまう。
【０００９】実際に配線パターンを形成しようとする場合、同じ絶縁膜に形成された種々のアスペクト比の溝やホール等の凹部を銅材料で完全に充填する必要があるため、比較的幅の広い凹部１１３2内に空洞が形成されることは、配線パターン設計の自由度に大きな制約を与えることになるため、その解決が望まれていた。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技術の不都合を解決するために創作されたもので、その目的は、ＣＶＤ法を用いて幅の異なる凹部に銅配線を形成できる技術を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するために、請求項１記載の発明方法は、基板上に形成され、凹部が設けられた絶縁膜上にＣＶＤ法によって銅薄膜を形成し、前記凹部を前記銅薄膜の銅材料で充填する銅配線製造方法において、前記銅薄膜を形成するＣＶＤ工程を２回以上に分割し、分割されたＣＶＤ工程の間に熱処理工程を設けたことを特徴とする。
【００１２】この場合には、請求項２記載の発明のように、前記基板上に拡散防止膜を設けておくことよい。
【００１３】また、請求項３記載の発明のように、前記基板上の銅薄膜を化学的機械研磨法で除去し、前記凹部内に充填された銅材料で銅配線を形成することもできる。
【００１４】他方、請求項４記載の発明は、基板上の絶縁膜に形成された凹部内に、銅薄膜の銅材料が充填されて成る銅配線であって、前記銅薄膜は少なくとも下層の銅薄膜と上層の銅薄膜とを有し、前記下層の銅薄膜が熱処理により流動化された後、その上に上層の銅薄膜が形成されたことを特徴とする。
【００１５】更に、請求項５記載の発明は、真空排気可能な反応槽を有し、該反応槽内に設けられた成膜領域内に基板を配置し、ＣＶＤ反応を生じさせて前記基板表面に薄膜を形成できるように構成されたＣＶＤ装置であって、前記反応槽内で前記成膜領域とは異なる場所に加熱領域が設けられ、前記基板を前記ＣＶＤ領域から前記加熱領域に移動させて、その基板を加熱できるように構成されたことを特徴とする。
【００１６】その場合、請求項６記載の発明のように、前記成膜領域内と前記加熱領域内には真空排気口を設け、前記成膜領域内に前記ＣＶＤ反応の原料ガスを導入し、前記加熱領域内にパージガスとを導入したときに、前記各領域内の前記真空排気孔から前記原料ガスと前記パージガスとを排気すると、それぞれの領域に導入されたガスが他の領域に侵入しないように構成しておくことができる。
【００１７】一般に、ＣＶＤ法によって銅薄膜を形成する場合は、凹部内に銅が等方的に成長し、凹部側面に形成された銅薄膜同士が密着し、その凹部内を銅薄膜で充填できるとされている。
【００１８】しかしながら、例えば図５(ａ)に示すような、幅の狭い凹部１１３1と幅の広い凹部１１３2とをＣＶＤ法によって銅材料で一緒に充填しようとする場合には、幅の狭い凹部１１３1内は充填できるが、幅の広い凹部１１３2内には、空洞１２０が生じてしまうという不都合がある。
【００１９】本発明の発明者等がＣＶＤ法によって形成した銅薄膜表面を調査したところ、ＣＶＤ法を用いて銅薄膜を厚く形成した場合には、その銅薄膜表面に大きな荒れが生じ、窪みや突起が発生していることを見出した。そのため、幅の狭い凹部１１３1内では、銅の成長初期で側面に形成された滑らかな銅薄膜１１６同士が密着するので充填が完了するが、幅の広い凹部１１３2内では、その段階では充填は完了しておらず、更に銅を成長させて充填させようとした場合、荒れている銅薄膜１１６の大きく荒れている表面１１７の突起部分が閉塞し、その下に空洞１２０が発生してしまうことを突き止めた(図５(ｂ))。
【００２０】一旦空洞１２０が発生した場合は、それ以上ＣＶＤ反応を進めても空洞１２０内には銅は成長せず、そのような銅薄膜１１６をＣＭＰ法によって研磨し、銅配線１２５2を形成した場合、その内部に空洞１２０が残ってしまう。
【００２１】ところで、そのような空洞がアルミニウム薄膜で発生した場合には、リフローイング法によって消滅させられることが知られているが、銅薄膜はアルミニウム薄膜と異なって、熱処理をしてもリフローされないと言われている。実際、スパッタ法によって拡散防止膜上に形成した銅薄膜を熱処理したが、流動化は観察されなかった。
【００２２】しかしながら本発明の発明者等は、ＣＶＤ法によって形成された銅薄膜は、一旦内部に生じた空洞を消滅さることはできないものの、低温の熱処理で銅薄膜表面を容易に流動化させられることを見出した。
【００２３】本発明は上記各知見に基いて創作されたものである。即ち、ＣＶＤ法によって銅薄膜を厚く形成した場合に、幅の狭い凹部内が銅材料で充填され、幅の広い凹部内に空洞が形成されてしまうのであるから、その空洞の発生を防止するためには、銅薄膜を形成するＣＶＤ工程を２回以上に分割し、一度に厚い銅薄膜を形成しないようにすると共に、各ＣＶＤ工程の間に熱処理工程を設け、熱処理によって流動化し、滑らかになった銅薄膜上に、更にＣＶＤ法によって銅薄膜を形成するようにすれば空洞を形成することなく凹部内を銅材料で充填できるので、銅配線内に空洞を発生させないですむようになる。
【００２４】このような銅配線製造方法においては、銅の拡散を防止するために、基板上に拡散防止膜を設けておくとよい。
【００２５】また、凹部内に充填された銅材料を残し、他の部分の銅材料を化学的機械研磨法で除去すれば、前述したような銅薄膜を形成することにより、凹部内に銅配線を形成することができる。このように形成された銅配線では、下層の銅薄膜が熱処理により流動化された後、その上に上層の銅薄膜が形成されていることになる。
【００２６】以上説明した銅配線製造方法を行うためのＣＶＤ装置では、真空排気可能な反応槽を有し、その反応槽内に成膜領域を設けて基板を配置し、ＣＶＤ反応を生じさせ、基板表面への薄膜形成を行うように構成されており、その反応槽内で成膜領域とは異なる場所に加熱領域を設け、基板をＣＶＤ領域から加熱領域に移動させて加熱できるように構成しておくと、基板を大気に曝さないで連続的に処理を行うことが可能となる。
【００２７】その場合、成膜領域内と加熱領域内とにそれぞれ排気口を設けておき、成膜領域内にＣＶＤ反応の原料ガスを導入し、加熱領域内にパージガスを導入したときに、各領域内の真空排気孔から原料ガスとパージガスを排気し、それぞれの領域に導入されたガスが他の領域に侵入しないように構成しておけば、膜厚制御が容易となり、また、汚染が生じることがないので好ましい。
【００２８】
【発明の実施の形態】本発明方法の実施の形態を本発明装置の実施の形態と共に図面を用いて説明する。図１の符号３は、本発明のＣＶＤ装置の一例を示しており、搬出入室５１と、反応槽５２と、搬送室５３とを有している。搬出入室５１と反応槽５２とは、それぞれゲートバルブ５８1、５８2を介して搬送室５３に気密に接続されている。
【００２９】反応槽５２内には、基板移動機構５６を中心として、基板受け渡し領域９０と、第１の成膜領域３０と、加熱領域４０と、第２の成膜領域８０とが、基板受け渡し領域９０をゲートバルブ５８2の正面にし、時計回りでこの順に設けられており、基板移動機構５６を動作させて各領域内にある配線対象物を順次移動させると、第１の成膜領域３０で最初のＣＶＤ工程を行って１層目の銅薄膜(下層の銅薄膜)を形成し、加熱領域４０でその１層目の銅薄膜の流動化を行い、第２の成膜領域８０で次のＣＶＤ工程を行ってその表面に２層目の銅薄膜(上層の銅薄膜)を形成できるように構成されている。
【００３０】このような反応槽５２を有するＣＶＤ装置３を用い、図４の符号１１に示す配線対象物に銅配線を形成する工程を説明する。
【００３１】この配線対象物１１は、シリコン単結晶から成る基板１０と、該基板１２上に形成されたシリコン酸化膜から成る絶縁物１２と、ドライエッチング法によって絶縁物１２表面に設けられた凹部１３1、１３2と、絶縁膜１２上に全面成膜された拡散防止膜１４とを有している。絶縁膜１２は、膜厚１．０μｍに形成されており、前記凹部１３1、１３2底面には、僅かに絶縁膜１２が残され、基板１０表面が露出しないようにされている。
【００３２】先ず、ＣＶＤ装置３のゲートバルブ５８1を閉じた状態で配線対象物１１を搬出入室５１内に納め、その内部を真空排気した後、ゲートバルブ５８1を開け、搬送室５３内に配置された搬送ロボット５４を動作させ、アーム５５によって配線対象物１１を反応槽５２内に搬入し、基板受け渡し領域９０上に載置した。
【００３３】次いで、基板搬送機構５６を動作させ、基板受け渡し領域９０内の配線対象物１１を第１の成膜領域３０まで移動させた。
【００３４】第１の成膜領域３０とその隣の加熱領域４０の部分の概略構造を図３に示す。第１の成膜領域３０内と加熱領域４０内には、底面にそれぞれ基板支持台３１、４２が設けられており、各基板支持台３１、４１の上方には、それぞれガス拡散板３３、４３が設けられている。反応槽５２の底面には、基板支持台３１、４１を囲うようにして拡散防止板３２、４２が設けられており、また、反応槽５２の天井には、ガス拡散板３３、４３を囲うようにして、拡散防止板３４、４４が設けられている。このような拡散防止板３２、３４によって第１の成膜領域３０の境界が形成され、拡散防止板４２、４４によって加熱領域４０の境界が形成されている。
【００３５】第１の成膜領域３０内と加熱領域４０内の天井には、それぞれガス導入口３６、４６が設けられており、第１の成膜領域３０内のガス導入口３６は、マスフローコントローラー３８1、３８2が設けられたガスパイプ３７を介して、水素ガスボンベと原料ガスボンベに接続されている。また、加熱領域４０内のガス導入口４６は、マスフローコントローラー４８1が設けられたガスパイプ４７を介して水素ガスボンベに接続されている。
【００３６】反応槽５２底面のうち、拡散防止板３２、４２内には、排気口３９、４９がそれぞれ設けられており、各排気口３９、４９は、バルブ７１、７２を介して同じ排気パイプ７３に接続されている。そのバルブ７１、７２を開状態にし、排気パイプ７３に接続された図示しない真空ポンプを起動すると各排気口３９、４９から反応槽５２内を真空排気できるように構成されている。
【００３７】反応領域３０の拡散防止板３２、３４の間と、加熱領域４０の拡散防止板３２、３４の間には、それぞれ隙間が設けられ、配線対象物１１はその隙間を通って搬出入できるように構成されており、前述の基板搬送機構５６によって移動された配線対象物１１を、拡散防止板３２、３４間の隙間から第１の成膜領域３０内に搬入し、基板支持台３１上に載置した。
【００３８】その基板支持台３１内には図示しないヒーターが設けられており、ゲートバルブ５８1を閉じ、そのヒーターに通電し、配線対象物１１の温度を１７０℃にした状態で、拡散防止板３４内にガス導入口３６からキャリアガスと原料ガスとを導入し、拡散板３３に多数設けられたシャワー孔３５から配線対象物１１上に散布すると共に、配線対象物１１上から拡散防止板３２内に流れ込んだ原料ガスとキャリアガスとを排気口３９から排気した。
【００３９】この例では、キャリアガスには水素ガスを用い、原料ガスには、銅・ヘキサフルオロアセチルアセトン・ビニルトリメチルシラン(HexafluoroacetylacetonateCu(I) vinyltrimetylsilane)([Cu(hfac)(vtms)]と略されている)ガスを用いた。
【００４０】導入するキャリアガスと原料ガスの流量はマスフローコントローラー３８1、３８2によって制御し、また、排気速度をコントロールバルブ７４によって制御し、キャリアガス流量は６００sccm、原料ガス供給量は０．５ｇ／分、成膜圧力は３．０Torrになるようにした。
【００４１】その条件でＣＶＤ反応を行ったところ、配線対象物１１の表面に膜厚１５００Åの１層目の銅薄膜１６が形成された(図４(ｂ))。このときの成膜速度は３００Å／分であった。
【００４２】１層目の銅薄膜１６の表面を観察すると、凹部１３1、１３2上の部分には、それらの形状を反映した断面細溝形状の空間２１1、２１2が形成されていた。但し、ＣＶＤ反応の時間が短く、銅薄膜１６の膜厚が薄いため、表面荒れは小さく、凹部１３1、１３2内には閉塞した空洞は形成されていなかった。
【００４３】次に、その銅薄膜１６が形成された配線対象物１１を第１の成膜領域３０から加熱領域４０内に搬送し、基板支持台４１上に載置した。このとき、基板受け渡し領域９０内に既に搬入されていた次の配線対象物は第１の成膜領域３０内に搬入されている。
【００４４】配線対象物１１を基板支持台４１上に載置した後、ガス導入口４６からパージガスを導入し、拡散板４３に設けられたシャワー孔４５から配線対象物１１上に散布すると共に、配線対象物１１表面から拡散防止板４２内に流れ込んだパージガスを排気口４９から排気し、そのパージガスが加熱領域４０外へ流出しないようにして、基板支持台４１に設けられた図示しないヒーターに通電し、配線対象物１１を４００℃に加熱した。
【００４５】このような熱処理(アニール処理)を１０分間行ったところ、配線対象物１１上の銅薄膜１６が流動化し、凹部１３1、１３2内に銅薄膜１６を構成する銅材料が流れ込み、前述の空間２１1、２１2が変形し、底面が狭く、開口部が広い断面すり鉢形状の窪み２２1、２２2が形成された(図４(ｃ))。
【００４６】このとき、第１の成膜領域３０内に搬入された次の配線対象物上には原料ガスとキャリアガスとが導入され、ＣＶＤ反応が行われているが、原料ガスとキャリアガスとは排気口３９から排気され、また、加熱領域４０にはキャリアガスが供給されると共に、加熱領域内の排気口４９から排気されているので、熱処理中の配線対象物１１表面に、原料ガスやキャリアガスが侵入することはない。成膜領域３０と加熱領域４０内の排気速度については、コントロールバルブ７４によって調節し、バランスが保たれている。
【００４７】熱処理の終了後、基板搬送機構５６によって配線対象物１１を加熱領域４０から第２の成膜領域８０内に搬送した。それと同時に、第１の成膜領域３０内での銅薄膜形成が終了した配線対象物を加熱領域４０へ搬送し、また、基板受け渡し領域９０内上に載置されていた配線対象物を第１の成膜領域３０へ搬送した。
【００４８】第２の成膜領域８０内では、第１の成膜領域３０におけるＣＶＤ反応と同じ条件でＣＶＤ工程を行い、流動化後の銅薄膜１６上に２層目の銅薄膜１８を形成した。この２回目のＣＶＤ工程により、流動化後の銅薄膜１６に形成されていた窪み２２1、２２2内は２層目の銅薄膜１８の銅材料で充填され、空洞が生じることはなかった(図４(ｄ))。
【００４９】このとき、加熱領域４０では、第１の成膜領域３０で銅薄膜が形成された配線対象物の熱処理が行われており、第１の成膜領域３０では絶縁膜に設けられた凹部表面に拡散防止膜を介して１層目の銅薄膜形成が行われている。このように、各領域で配線対象物の処理が同時に行われている場合でも、各領域に導入されたガスは他の領域に侵入することはない。
【００５０】２層目の銅薄膜１８が形成された配線対象物１１を、第２の成膜領域８０から基板受け渡し領域９０に搬送した後、搬送室５３を介して反応槽５２から搬出入室５１に搬出し、ゲートバルブ５８1を閉じた状態にして搬出入室５１内に大気を導入し、ＣＶＤ装置３から取り出した。
【００５１】その配線対象物１１の表面をＣＭＰ法で研磨したところ、凹部１３1、１３2内には、１層目の銅薄膜１６と２層目の銅薄膜１８の銅材料で充分充填され、空洞の無い銅配線５1、５2が得られた(図４(ｅ))。
【００５２】以上は、ＣＶＤ工程を２回に分割し、その間に熱処理工程を設けた場合を説明したが、厚い銅薄膜を形成したい場合等には、ＣＶＤ工程を３回以上に分割し、各工程の間に熱処理工程を設け、一つのＣＶＤ工程では薄い銅薄膜を形成するようにするとよい。
【００５３】ＣＶＤ工程を３回に分割する場合を例にとると、図２の符号６２で示す反応槽のように、基板受け渡し領域７１をゲートバルブ７８2の正面に置き、基板搬送機構７９を中心として、成膜領域７２、７４、７６と、加熱領域７３、７５とを、時計回りで交互に配置したものを用いてＣＶＤ装置を構成し、配線対象物を、各領域で順番に処理することができる。
【００５４】他方、上述の反応槽５２や反応槽６２を用いず、従来のマルチチャンバー型真空成膜装置のように、各々独立して真空排気できるＣＶＤ室と加熱室とを複数有するＣＶＤ装置を用いて配線対象物を処理してもよい。また、同じＣＶＤ室と加熱室との間で配線対象物を繰り返し移動させて処理してもよい。要するに、本発明方法は、ＣＶＤ工程を複数に分割し、その間に熱処理工程を設けて配線対象物を処理すればよい。その熱処理工程は、分割されたＣＶＤ工程の間の全てに設ける場合に限定されるものではなく、ＣＶＤ反応により銅を堆積する際に、空洞が形成される前に銅薄膜を流動化させ、その上に更にＣＶＤ法により銅薄膜を形成できればよい。
【００５５】また、以上説明した配線対象物は、絶縁膜中に形成した凹部１３1、１３2が細溝形状を成していたが、凹部の形状はそれに限定されるものではない。更に、上述の凹部１３1、１３2底面の拡散防止膜１４下には絶縁膜１２があり、拡散防止膜１４と基板１０表面とは接触していなかったが、基板表面が露出するコンタクトホールや、下層の金属配線表面が露出するビアホールに対しても、必要に応じて拡散防止膜を形成した後、本発明方法を適用して銅配線を形成することができる。
【００５６】その拡散防止膜は、上記実施例ではＴｉＮ薄膜を用いたが、本発明に用いることができる拡散防止膜はそれに限定されるものではない。拡散防止膜としては、絶縁膜や酸化膜中への銅の拡散を防止できる薄膜で、例えば、ＴｉＷ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ等の高融点金属や、それら高融点金属の化合物を用いることができる。それらの単層膜で拡散防止膜を構成してもよく、多層膜を形成して拡散防止膜を構成してもよい。拡散防止膜の形成は、スパッタリング法に限定されず、ＣＶＤ法等の種々の薄膜形成方法を用いることができる。
【００５７】また、本発明に言う絶縁膜はシリコン酸化膜に限定されるものではなく、窒化シリコン膜等各種の絶縁性の薄膜が含まれる。基板についてもシリコン基板に限定されるものではない。銅薄膜や銅材料については、銅を主成分とする金属薄膜や金属材料を広く含む。例えば、ＣＶＤ法によって銅薄膜を成長させる際、他の金属を含有するガスを添加し、特性を改善させた銅薄膜や、その銅薄膜が流動化された銅薄膜も含まれる。
【００５８】そのような銅薄膜を形成するＣＶＤ法については、基板温度を１７０℃にする場合に限定されるものではないが、本実施例で用いた銅薄膜の原料ガスでは、高温になると成膜反応が供給律速状態となり、等方的な銅薄膜の成長を行えなくなり、凹部開口端でオーバーハングを生じやすくなるので、１８０℃以下の基板温度でＣＶＤ法を行うことが望ましい。
【００５９】銅薄膜を加熱する熱処理工程の温度については、上述した４００℃に限定されるものではない。高温で行った場合、処理時間が短くなり、コスト面からは望ましいが、絶縁膜や基板中に銅が拡散しない温度で行う必要がある。拡散防止膜としてＴｉＮを用いた場合、６００℃を超える温度になるとバリア性が低下してしまうので、その温度以下にする必要がある。但し、ＴｉＮ膜等の拡散防止膜は、膜質によっては６００℃以下の温度でバリア性が低下してしまう場合もあるため、温度範囲としては３００℃以上４５０℃以下が実用的である。
【００６０】熱処理の際に用いるパージガスは必ずしも水素ガスに限定されるものではなく、各種のガスを用いることができる。また、パージガスを用いず、真空中で加熱するだけでも銅薄膜を流動化させることができる。
【００６１】なお、上記実施例では、ＣＭＰ法による表面研磨を行う場合について説明したが、凹部内の銅材料を残して絶縁膜表面の銅薄膜を除去できる研磨法、エッチング法を広く用いることができる。
【００６２】
【発明の効果】本発明方法によれば、高アスペクト比の凹部と低アスペクト比の凹部とを銅材料で充填できる。また、銅配線の中に空洞がなくなるので、特性に優れ、信頼性が高い銅配線を得ることができる。
【００６３】本発明のＣＶＤ装置によれば、銅薄膜界面が大気に曝されず、不純物による汚染が生じないので銅配線の信頼性が向上する。また、連続してＣＶＤ反応と熱処理とを行えるので、銅配線製造工程の効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のＣＶＤ装置の一例
【図２】 そのＣＶＤ装置の反応槽の他の例
【図３】 本発明のＣＶＤ装置の反応槽の内部構造を説明するための図
【図４】(ａ)〜(ｅ)：本発明の銅配線製造工程を説明するための図
【図５】(ａ)〜(ｃ)：従来技術の銅配線製造工程を説明するための図
【符号の説明】
３……ＣＶＤ装置 ５1、５2……銅配線 １０……基板
１２……絶縁膜 １３1、１３2……凹部 １４……拡散防止膜
１６、１８……銅薄膜 ５２、６２……反応槽
３０、８０；７２、７４、７６……成膜領域
４０；７３、７５……加熱領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】 基板上に形成され、凹部が設けられた絶縁膜上にＣＶＤ法によって銅薄膜を形成し、前記凹部を前記銅薄膜の銅材料で充填する銅配線製造方法において、前記銅薄膜を形成するＣＶＤ工程を２回以上に分割し、分割されたＣＶＤ工程の間に熱処理工程を設けたことを特徴とする銅配線製造方法。
【請求項２】 前記基板上に拡散防止膜を設けることを特徴とする請求項１記載の銅配線製造方法。
【請求項３】 前記基板上の銅薄膜を化学的機械研磨法で除去し、前記凹部内に充填された銅材料で銅配線を形成することを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれか１項記載の銅配線製造方法。
【請求項４】 基板上の絶縁膜に形成された凹部内に、銅薄膜の銅材料が充填されて成る銅配線であって、前記銅薄膜は少なくとも下層の銅薄膜と上層の銅薄膜とを有し、前記下層の銅薄膜が熱処理により流動化された後、その上に上層の銅薄膜が形成されたことを特徴とする銅配線。
【請求項５】 真空排気可能な反応槽を有し、該反応槽内に設けられた成膜領域内に基板を配置し、ＣＶＤ反応を生じさせて前記基板表面に薄膜を形成できるように構成されたＣＶＤ装置であって、前記反応槽内で前記成膜領域とは異なる場所に加熱領域が設けられ、前記基板を前記ＣＶＤ領域から前記加熱領域に移動させて、その基板を加熱できるように構成されたことを特徴とするＣＶＤ装置。
【請求項６】 前記成膜領域内と前記加熱領域内には真空排気口が設けられ、前記成膜領域内に前記ＣＶＤ反応の原料ガスを導入し、前記加熱領域内にパージガスとを導入したときに、前記各領域内の前記真空排気孔から前記原料ガスと前記パージガスとを排気し、それぞれの領域に導入されたガスが他の領域に侵入しないように構成されたことを特徴とする請求項５記載のＣＶＤ装置。
【請求項１】 基板上に形成され、凹部が設けられた絶縁膜上にＣＶＤ法によって銅薄膜を形成し、前記凹部を前記銅薄膜の銅材料で充填する銅配線製造方法において、前記銅薄膜を形成するＣＶＤ工程を２回以上に分割し、分割されたＣＶＤ工程の間に熱処理工程を設けたことを特徴とする銅配線製造方法。
【請求項２】 前記基板上に拡散防止膜を設けることを特徴とする請求項１記載の銅配線製造方法。
【請求項３】 前記基板上の銅薄膜を化学的機械研磨法で除去し、前記凹部内に充填された銅材料で銅配線を形成することを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれか１項記載の銅配線製造方法。
【請求項４】 基板上の絶縁膜に形成された凹部内に、銅薄膜の銅材料が充填されて成る銅配線であって、前記銅薄膜は少なくとも下層の銅薄膜と上層の銅薄膜とを有し、前記下層の銅薄膜が熱処理により流動化された後、その上に上層の銅薄膜が形成されたことを特徴とする銅配線。
【請求項５】 真空排気可能な反応槽を有し、該反応槽内に設けられた成膜領域内に基板を配置し、ＣＶＤ反応を生じさせて前記基板表面に薄膜を形成できるように構成されたＣＶＤ装置であって、前記反応槽内で前記成膜領域とは異なる場所に加熱領域が設けられ、前記基板を前記ＣＶＤ領域から前記加熱領域に移動させて、その基板を加熱できるように構成されたことを特徴とするＣＶＤ装置。
【請求項６】 前記成膜領域内と前記加熱領域内には真空排気口が設けられ、前記成膜領域内に前記ＣＶＤ反応の原料ガスを導入し、前記加熱領域内にパージガスとを導入したときに、前記各領域内の前記真空排気孔から前記原料ガスと前記パージガスとを排気し、それぞれの領域に導入されたガスが他の領域に侵入しないように構成されたことを特徴とする請求項５記載のＣＶＤ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開平１０−７９３８９
【公開日】平成１０年（１９９８）３月２４日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平８−２５０９６８
【出願日】平成８年（１９９６）９月２日
【出願人】（０００２３１４６４）日本真空技術株式会社 (1,740)
【公開日】平成１０年（１９９８）３月２４日
【国際特許分類】
【出願日】平成８年（１９９６）９月２日
【出願人】（０００２３１４６４）日本真空技術株式会社 (1,740)
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