(57)【要約】【課題】金属膜の段差を効果的に緩和して、凹部内或いは開口内の金属膜の削れを低減させることができる配線形成方法を提供する。【解決手段】ウェハＷ上の層間絶縁膜１に配線溝２を形成し、その後、層間絶縁膜１上にバリア膜３、シード膜４、及び配線膜５を形成する。配線膜５が形成された後、段差を有する配線膜５上に、Ｃｕ微粒子分散液を塗布し、Ｃｕ微粒子分散液に含まれるエタノールを蒸発させて、Ｃｕ微粒子膜６を形成する。その後、配線溝２内の部分を除いた配線膜５及びＣｕ微粒子膜６を研磨により除去する。【選択図】　　　図１
2004134601.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に凹部又は開口部を有する基板上に金属膜を形成する工程と、
前記金属膜上に金属微粒子を溶媒に分散させた金属微粒子分散液を供給し、前記溶媒を蒸発させて、前記金属膜上に前記金属膜の段差を緩和する金属微粒子膜を形成する工程と、
前記凹部内又は開口部内の部分を除いた前記金属膜及び前記金属微粒子膜を除去する工程と、
を具備することを特徴とする配線形成方法。
【請求項２】
前記金属微粒子は、前記金属膜を構成している金属と同一の金属を含んでいることを特徴とする請求項１記載の配線形成方法。
【請求項３】
前記金属微粒子は、前記金属膜を構成している金属と同一の金属と、前記金属と異なる金属とから構成された合金を含んでいることを特徴とする請求項１又は２記載の配線形成方法。
【請求項４】
前記金属微粒子は、平均粒径が０．１μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の配線形成方法。
【請求項５】
前記溶媒は、揮発性液体を含んでいることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の配線形成方法。
【請求項６】
前記金属微粒子分散液の供給は、前記基板を略水平に維持し、かつ前記基板を回転させながら行われることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の配線形成方法。
【請求項７】
前記金属微粒子分散液の供給は、前記基板を略水平に維持し、かつノズルから前記金属微粒子分散液を滴下させることにより行われることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の配線形成方法。
【請求項８】
前記溶媒の蒸発は、前記基板を加熱することにより行われることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の配線形成方法。
【請求項９】
前記基板は半導体素子を備えており、前記基板の加熱は前記基板の温度が４５０℃以下に維持された状態で行われることを特徴とする請求項８記載の配線形成方法。
【請求項１０】
前記金属膜及び前記金属微粒子膜の除去は、化学的機械的研磨、電解研磨、或いはプラズマエッチングにより行われることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の配線形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、配線形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体装置の集積度向上により、半導体装置を構成する配線の微細化が進んでいる。それに伴い、微細加工技術及び信頼性確保が重要な課題になっている。この課題を解決する手段の一つとして、配線溝を有した層間絶縁膜上に配線膜を形成し、その後配線溝内の部分を除いた配線膜を除去して、配線を形成するダマシン法が注目されている。現在、このような配線膜を除去する方法としては化学的機械的研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：ＣＭＰ）及び電解研磨が利用されている。
【０００３】
ところで、配線溝を有した層間絶縁膜上に配線膜を形成すると、配線膜の表面に段差が形成される。具体的には、幅が大きい配線溝上の配線膜には凹部が形成され、幅が小さい配線溝上の配線膜には凸部が形成される。そして、このような段差が形成された状態で、配線溝内の部分を除いた配線膜を電解研磨により研磨すると、幅が大きい配線溝内の配線膜までもが削られてしまうという問題がある。このような配線溝内の配線膜の削れは、配線抵抗がばらつく原因となるので、低減させることが好ましい。
【０００４】
現在、配線膜の段差を緩和する方法としては、例えば、ＣＭＰにより配線膜を研磨する方法及び配線膜を配線溝の深さの２倍以上の厚さに形成する方法が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−３３８９２６号公報（第３−６頁、図１−図４）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＣＭＰにより研磨する場合においても上記したような問題が発生するので、効果的に段差が緩和されず、依然として配線溝内の配線膜までもが削られてしまう。また、配線膜を配線溝の深さの２倍以上の厚さに形成する場合であっても、効果的に段差は緩和されず、依然として配線溝内の配線膜までもが削られてしまう。
【０００７】
本発明は上記従来の問題を解決するためになされたものである。即ち、金属膜の段差を効果的に緩和して、凹部内或いは開口内の金属膜の削れを低減させることができる配線形成方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決しようとする手段】
本発明の配線形成方法は、表面に凹部又は開口部を有する基板上に金属膜を形成する工程と、金属膜上に金属微粒子を溶媒に分散させた金属微粒子分散液を供給し、溶媒を蒸発させて、金属膜上に金属膜の段差を緩和する金属微粒子膜を形成する工程と、凹部内又は開口部内の部分を除いた金属膜及び金属微粒子膜を除去する工程と、を具備することを特徴としている。本発明の配線形成方法は、金属膜上に金属膜の段差を緩和する金属微粒子膜を形成する工程を備えているので、凹部内又は開口部内の部分を除いた金属膜及び金属微粒子膜を除去する前に金属膜の段差を効果的に緩和することができる。それ故、凹部内又は開口部内の部分を除いた金属膜及び金属微粒子膜を除去しても、凹部内或いは開口内の金属膜の削れを低減させることができる。
【０００９】
上記金属微粒子は、金属膜を構成している金属と同一の金属を含んでいてもよい。このような金属を金属微粒子に含ませることにより、配線抵抗のばらつきを抑制することができる。
【００１０】
上記金属微粒子は、前記金属膜を構成している金属と同一の金属と、前記金属と異なる金属とから構成された合金を含んでいてもよい。このような合金を金属微粒子に含ませることにより、合金が金属膜に拡散し、凹部内或いは開口内に残された金属膜のエレクトロマイグレーションによる断線を抑制することができる。
【００１１】
上記金属微粒子は、平均粒径が０．１μｍ以下であることが好ましい。このような金属微粒子を使用することにより、金属膜の段差を確実に緩和することができる。
【００１２】
上記溶媒は、揮発性液体を含んでいることが好ましい。溶媒に揮発性液体を含ませることにより、溶媒を容易に蒸発させることができる。
【００１３】
上記金属微粒子分散液の供給は、基板を略水平に維持し、かつ基板を回転させながら行われることが好ましい。このような方法で金属微粒子分散液を供給することにより、金属膜の段差を効果的に緩和することができる。
【００１４】
上記金属微粒子分散液の供給は、基板を略水平に維持し、かつノズルから金属微粒子分散液を滴下させることにより行われてもよい。このような方法で金属微粒子分散液を供給することにより、供給場所及び供給量を容易に制御することができる。
【００１５】
上記溶媒の蒸発は、基板を加熱することにより行われることが好ましい。基板を加熱することにより、溶媒の蒸発のみならず、金属膜等のアニールをも行うことができる。
【００１６】
上記基板は半導体素子を備えており、基板の加熱は基板の温度が４５０℃以下に維持された状態で行われることが好ましい。基板の加熱をこのような状態で行うことにより、半導体素子の性能の変化を抑制することができる。
【００１７】
上記金属膜及び金属微粒子膜の除去は、化学的機械的研磨、電解研磨、或いはプラズマエッチングにより行われてもよい。金属膜及び金属微粒子膜の除去を化学的機械的研磨、電解研磨、或いはプラズマエッチングにより行う場合であっても、凹部内或いは開口内の金属膜の削れを低減させることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係る配線形成方法について説明する。図１は、本実施の形態に係る配線形成方法のフローを示したフローチャートであり、図２〜図３は本実施の形態に係る配線形成方法の各工程を模式的に示した模式図である。
【００１９】
図１及び図２（ａ）に示されるように、トランジスタ等のような半導体素子（図示せず）が形成された半導体ウェハＷ（以下、単に「ウェハ」という。）上に化学気相成長法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＣＶＤ）により、ＳｉＯＦの層間絶縁膜１を形成する（ステップ１）。なお、層間絶縁膜１をＳｉＯＦから構成する場合に限らず、その他の低誘電率絶縁物から層間絶縁膜１を構成してもよい。その他の低誘電率絶縁物としては、例えば、ＳｉＯＣ、或いは多孔質シリカ等が挙げられる。
【００２０】
ウェハＷ上に層間絶縁膜１を形成した後、図２（ｂ）に示されるように、フォトリソグラフィ技術により層間絶縁膜１に配線溝２を形成する（ステップ２）。具体的には、まず、ウェハＷを回転させながら層間絶縁膜１上に化学増幅型のフォトレジストを塗布する。フォトレジストを塗布した後、所定のパターンが形成されたマスクを使用して、ｉ線のような紫外線或いはＫｒＦのような遠紫外線で露光する。その後、現像液により現像して、層間絶縁膜１上にレジストパターンを形成する。層間絶縁膜１上にレジストパターンを形成した後、レジストパターンをマスクとして、ＣＦ４或いはＣＨＦ３のようなＣＦ系のガスにより層間絶縁膜１をドライエッチングし、層間絶縁膜１に配線溝２を形成する。最後に、層間絶縁膜１に配線溝２を形成した後、アッシングによりレジストパターンを取り除く。なお、本実施の形態では、配線溝２は幅の大きい配線溝２ａと幅の小さい複数の配線溝２ｂとから構成されている。
【００２１】
層間絶縁膜１に配線溝２を形成した後、図２（ｃ）に示されるように、層間絶縁膜１上に、スパッタリング或いはＣＶＤにより層間絶縁膜１へのＣｕの拡散を抑制するためのＴａＮのバリア膜３を形成する（ステップ３）。なお、バリア膜３をＴａＮから構成する場合に限らず、その他の物質でバリア膜３を構成してもよい。その他の物質としては、例えば、Ｔａ、ＴｉＮ、ＷＮ等が挙げられる。
【００２２】
層間絶縁膜１上にバリア膜３を約３０ｎｍ形成した後、図２（ｄ）に示されるように、バリア膜３上に、スパッタリングにより電解メッキ時に電流を流すためのシード膜４を形成する（ステップ４）。なお、シード膜４をＣｕから構成する場合に限らず、その他の金属でシード膜４を構成してもよい。
【００２３】
バリア膜３上にシード膜４を約１００ｎｍ形成した後、図３（ａ）に示されるように、シード膜４上に、電解メッキによりＣｕの配線膜５を形成する（ステップ５）。ここで、シード膜４上に配線膜５を形成すると、配線膜５の表面には段差が形成される。具体的には、配線溝２ａ上の配線膜５には凹部が形成され、配線溝２ｂ上の配線膜５には凸部が形成される。なお、配線膜５をＣｕから構成する場合に限らず、その他の金属から配線膜５を構成してもよい。その他の金属としては、例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、及びそれらの合金等が挙げられる。また、電解メッキにより配線膜５を形成する場合に限らず、その他の手法によって配線膜５を形成してもよい。その他の手法としては、スパッタリング、或いはＣＶＤ等が挙げられる。
【００２４】
シード膜４上に配線膜５を約０．５〜１μｍ形成し、かつ配線溝２内を配線膜５を埋め込んだ後、図３（ｂ）に示されるように、配線膜５上に配線膜５の段差を緩和するためのＣｕ微粒子膜６を形成する（ステップ６）。具体的には、まず、ウェハＷを略水平に維持した状態で、ウェハＷを回転させながら配線膜５上にＣｕ微粒子をエタノールに分散させたＣｕ微粒子分散液を塗布する。ここで、配線膜５の表面には段差が形成されているので、配線膜５の表面にＣｕ微粒子分散液を供給すると、Ｃｕ微粒子分散液が凹部に流れ込み、凸部の高さまでＣｕ微粒子分散液が溜まる。Ｃｕ微粒子分散液が凸部の高さまで溜められた後、ウェハＷを加熱し、エタノールを蒸発させる。これにより、配線膜５上にＣｕ微粒子膜６が形成される。なお、Ｃｕ微粒子分散液の塗布は、ノズルからＣｕ微粒子分散液を滴下することにより行われてもよい。ノズルを使用することにより、Ｃｕ微粒子分散液の供給場所及び供給量を容易に制御することができる。
【００２５】
Ｃｕ微粒子としては、平均粒径が約０．１μｍ以下のものを使用することが好ましい。Ｃｕ微粒子の平均粒径が約０．１μｍ以下のものが好ましいとしたのは、平均粒径が約０．１μｍを上回ると、凹部にＣｕ微粒子が十分に入り込まないからである。なお、Ｃｕ微粒子の平均粒径が小さいほど充填率は高くなるので、Ｃｕ微粒子の平均粒径は小さいほど好ましい。
【００２６】
ウェハＷの加熱は、４５０℃以下で行われることが好ましい。ウェハＷの加熱を４５０℃以下で行うことが好ましいとしたのは、ウェハＷの温度が４５０℃を上回ると、トランジスタ等の半導体素子の性能が変化してしまうからである。具体的には、例えば半導体素子がトランジスタの場合には、４５０℃を上回ると、ソース領域或いはドレイン領域のイオンが拡散することによりゲート長が変化し、トランジスタの性能が変化してしまうからである。
【００２７】
Ｃｕ微粒子膜６が形成された後、図３（ｃ）に示されるように、ＣＭＰにより研磨して、配線溝２内の部分を除いた配線膜５及びＣｕ微粒子膜６を除去する（ステップ７）。具体的には、ウェハＷを研磨パッド（図示せず）に接触させた状態で、ウェハＷ及び研磨パッドを回転させるとともにウェハＷ上にスラリ（図示せず）を供給して、配線膜５及びＣｕ微粒子膜６を研磨する。なお、ＣＭＰで研磨する場合に限らず、その他の手法で研磨してもよい。その他の手法としては、例えば電解研磨が挙げられる。電解研磨で研磨する場合には、例えば硫酸銅水溶液にウェハＷを浸漬させた状態で、ウェハＷの電位がカソード電極（図示せず）の電位より高くなるようにウェハＷとカソード電極との間に電圧を印加する。
【００２８】
本実施の形態では、配線膜５上に配線膜５の段差を緩和するためのＣｕ微粒子膜６を形成しているので、その後ＣＭＰで配線膜５を研磨した場合であっても、配線溝２ａ内の配線膜５の削れを十分に低減させることができる。即ち、配線膜５の表面には段差が形成されているが、配線膜５上にＣｕ微粒子分散液を塗布し、エタノールを蒸発させて、配線膜５上にＣｕ微粒子膜６を形成しているので、配線膜５の段差が効果的に緩和される。このため、その後ＣＭＰで研磨した場合であっても、平坦状態を維持しつつ配線膜５及びＣｕ微粒子膜６が研磨される。それ故、配線溝２ａ内の配線膜５の削れを低減させることができる。
【００２９】
本実施の形態では、配線膜５上にＣｕ微粒子膜６を形成しているので、配線膜５及び層間絶縁膜１の傷（スクラッチ）を低減させることができる。即ち、配線膜の段差が大きい状態で、ＣＭＰで配線膜を研磨すると、配線膜及び層間絶縁膜に傷が付き易い。これに対し、本実施の形態では、配線膜５上にＣｕ微粒子膜６を形成しているので、配線膜５の段差が効果的に緩和される。このため、その後ＣＭＰで研磨した場合であっても、配線膜及び層間絶縁膜１に傷が付き難い。それ故、配線膜５及び層間絶縁膜１の傷を低減させることができる。
【００３０】
本実施の形態では、ウェハＷを略水平に維持した状態で、ウェハＷを回転させながらＣｕ微粒子分散液を塗布しているので、配線膜５の段差を効果的に緩和することができる。即ち、ウェハＷを回転させながらＣｕ微粒子分散液を塗布すると、遠心力により高い位置に在るＣｕ微粒子分散液が低い位置に流れ込む。その結果、Ｃｕ微粒子分散液の表面の高さを均一にすることができる。それ故、配線膜５の段差を効果的に緩和することができる。
【００３１】
本実施の形態では、配線膜５上にＣｕ微粒子分散液を供給した後、ウェハＷを加熱しているので、エタノールの蒸発と配線膜５等のアニールとを一度に行うことができる。なお、配線膜５のアニールを長時間高温で行う場合には、エタノールの蒸発と配線膜５のアニールとを別々に行うことが望ましい。
【００３２】
なお、本発明は上記実施の形態の記載内容に限定されるものではなく、構造や材質、各部材の配置等は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。上記実施の形態では、配線溝２内に配線膜５を形成しているが、ビアホール内或いはコンタクトホール内に配線膜５を形成してもよい。
【００３３】
上記実施の形態では、金属微粒子としてＣｕ微粒子を使用しているが、その他の純金属微粒子、或いは合金微粒子を使用してもよい。その他の純金属微粒子としては、例えば、Ａｕ微粒子、Ａｇ微粒子、及びＰｔ微粒子等が挙げられる。また、合金微粒子としては、例えばＣｕ−Ｍｇ合金微粒子、Ｃｕ−Ｓｎ合金微粒子等が挙げられる。合金微粒子を使用した場合には、配線膜５のエレクトロマイグレーションによる断線を抑制することができる。例えば、合金微粒子としてＣｕ−Ｍｇ合金微粒子を使用した場合には、Ｃｕ−Ｍｇ合金微粒子を塗布して、加熱すると、配線膜５中にＭｇが拡散する。配線膜５中に拡散したＭｇは、配線膜５のＣｕグレイン間に介在し、Ｃｕ原子の移動を抑制する。それ故、配線膜５のエレクトロマイグレーションによる断線を抑制することができる。
【００３４】
上記実施の形態では、溶媒としてエタノールを使用しているが、その他のアルコールを使用してもよい。また、アルコールに限らず、その他の揮発性液体を使用してもよい。
【００３５】
上記実施の形態では、塗布によりＣｕ微粒子分散液を供給しているが、その他の供給方法によりＣｕ微粒子分散液を供給してもよい。その他の供給方法としては、例えば、噴霧等が挙げられる。また、ウェハＷを加熱してエタノールを蒸発させているが、自然乾燥によりエタノールを蒸発させてもよい。
【００３６】
【発明の効果】
以上詳説したように、本発明の配線形成方法によれば、金属膜の段差を効果的に緩和することができ、凹部内或いは開口内の金属膜の削れを低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は実施の形態に係る配線形成方法のフローを示したフローチャートである。
【図２】図２（ａ）〜図２（ｄ）は実施の形態に係る配線形成方法の各工程を模式的に示した模式図である。
【図３】図３（ａ）〜図３（ｃ）は実施の形態に係る配線形成方法の各工程を模式的に示した模式図である。
【符号の説明】
Ｗ…ウェハ
１…層間絶縁膜
２…配線溝
５…配線膜
６…Ｃｕ微粒子膜
【図１】
2004134601.tif 000003
【図２】
2004134601.tif 000004
【図３】
2004134601.tif 000005