(57)【要約】【課題】ダマシン法により基板に配線パターンを形成する配線形成方法であって、配線形成時にボイド等の不具合発生が無く、信号遅延を低減することのできるダマシン配線の形成方法を提供する。【解決手段】基板に配線パターンを形成するダマシン配線の形成方法であって、前記基板に形成された絶縁膜２に配線パターンとする溝部２ａを形成するステップと、分散剤６に溶かした炭素ナノ物質７の分散溶液５を前記絶縁膜２上に塗布し、該分散溶液５を前記溝部２ａに埋め込むステップと、前記分散溶液５の溶媒を蒸発させるベーク処理を行うステップと、前記分散剤６を蒸発させ、炭素ナノ物質７の膜を焼成するアニール処理を行うステップと、前記溝部２ａ上の余分な炭素ナノ物質７の膜を除去し前記溝部２ａに沿った配線パターンを形成するステップとを実行する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に配線パターンを形成するダマシン配線の形成方法であって、
前記基板に形成された絶縁膜に配線パターンとする溝部を形成するステップと、
分散剤に溶かした炭素ナノ物質の分散溶液を前記絶縁膜上に塗布し、該分散溶液を前記溝部に埋め込むステップと、
前記分散溶液の溶媒を蒸発させるベーク処理を行うステップと、
前記分散剤を蒸発させ、炭素ナノ物質の膜を焼成するアニール処理を行うステップと、
前記溝部上の余分な炭素ナノ物質の膜を除去し前記溝部に沿った配線パターンを形成するステップとを実行することを特徴とするダマシン配線の形成方法。
【請求項２】
前記炭素ナノ物質は、金属内包フラーレンまたはカーボンナノチューブであることを特徴とする請求項１に記載されたダマシン配線の形成方法。
【請求項３】
前記分散剤は、硫酸ドデシルナトリウムまたはデオキシリボ核酸であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載されたダマシン配線の形成方法。
【請求項４】
前記分散溶液において、前記炭素ナノ物質の濃度は、０．１〜１．０ｗｔ％であることを特徴とする請求項３に記載されたダマシン配線の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に配線パターンを形成するダマシン配線の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの高集積化、高性能化に伴い、デバイス中の配線の抵抗（Ｒ）と配線間の絶縁体による容量（Ｃ）で決まる信号遅延（ＲＣ遅延）を低減する必要がある。
このため、従来のアルミニウム（Ａｌ）配線よりも電気抵抗率の低い銅（Ｃｕ）配線の適用が検討されている。この銅配線は、基板上へのドライエッチングによる配線処理が困難であることから、絶縁素材の基板に形成された溝部に銅配線を埋め込むダマシン法が主流である。
【０００３】
ダマシン法では、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（ＣＭＰプロセス）等によって除去する。
銅ダマシン法の具体的手順を図４に示す。多層膜配線基板２００において、先ず、銅配線２００ｂが形成された絶縁基板２００ｃ上に絶縁膜２００ｄが成膜され、この絶縁膜２００ｄにおける銅配線２００ｂの上方に溝部２００ａが形成される。そして溝部２００ａの内壁にタンタル系バリアメタル２０１をスパッタ成膜する（図４（ａ）参照）。
【０００４】
次いで、バリアメタル膜２０１の表面に銅シード層２０２をスパッタ成膜する（図４（ｂ）参照）。そして、電解めっき法により溝部２００ａにおいて銅を成長させ、溝部２００ａを銅めっき２０３で埋め込んだ後（図４（ｃ）参照）、ＣＭＰプロセスによって余剰な配線材料を除去する（図４（ｄ）参照）。尚、このようなダマシン法による銅配線技術については、例えば特許文献１に記載されている。
【特許文献１】特開２００２−１１８１０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、前記ダマシン法において、タンタル系バリアメタル膜及び銅シード層は、ｉＰＶＤ（イオン物理蒸着）と呼ばれるスパッタ技術によって成膜されているが、配線パターンの微細化が進むと、成膜後のカバレッジ（被膜状態）が悪化することが予想されている。
【０００６】
例えば、図５（ａ）に示すように、銅シード層２０２を形成しても、トレンチ等の溝部のボトム周辺において、金属膜（銅膜）により被膜されない、或いは被膜が薄い箇所２０４が生じる虞があった。その結果、電解めっき時に銅が安定的に成長しないだけでなく、銅シード層２０２が剥がれ易い等の不具合が生じていた。
【０００７】
さらに、このように銅シード層２０２のカバレッジが悪い場合、電解めっき時に電流が流れず、図５（ｂ）に示すように銅めっき２０３中にボイド（空隙）２０５が生じ、その結果、断線などの故障が発生し易くなっていた。
このようにダマシン法により銅配線を形成する場合、銅シード層のカバレッジが悪くなる虞が高く、配線に不具合が発生しやすいという課題があった。即ち、従来のアルミニウム（Ａｌ）に代わる配線材料として銅（Ｃｕ）を用いる場合、ダマシン法が主流であるにも拘らず、決して歩留まりがよい方法とはいえなかった。
【０００８】
しかしながら、ダマシン法を用いれば、配線形成と同時に平坦化も行うことができ、半導体集積回路を多層化しやすいという利点がある。このため、溝部への配線形成時に前記したような問題が発生せず、且つ信号遅延（ＲＣ遅延）を低減することのできる配線材料を用いた配線形成方法が望まれている。
【０００９】
本発明は、前記したような事情の下になされたものであり、ダマシン法により基板に配線パターンを形成する配線形成方法であって、配線形成時にボイド等の不具合発生が無く、信号遅延を低減することのできるダマシン配線の形成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記した課題を解決するために、本発明に係るダマシン配線の形成方法は、基板に配線パターンを形成するダマシン配線の形成方法であって、前記基板に形成された絶縁膜に配線パターンとする溝部を形成するステップと、分散剤に溶かした炭素ナノ物質の分散溶液を前記絶縁膜上に塗布し、該分散溶液を前記溝部に埋め込むステップと、前記分散溶液の溶媒を蒸発させるベーク処理を行うステップと、前記分散剤を蒸発させ、炭素ナノ物質の膜を焼成するアニール処理を行うステップと、前記溝部上の余分な炭素ナノ物質の膜を除去し前記溝部に沿った配線パターンを形成するステップとを実行することに特徴を有する。
尚、前記炭素ナノ物質は、金属内包フラーレンまたはカーボンナノチューブであることが望ましい。また、前記分散剤は、硫酸ドデシルナトリウムまたはデオキシリボ核酸であることが望ましい。また、前記分散溶液において、前記炭素ナノ物質の濃度は、０．１〜１．０ｗｔ％であることが好ましい。
【００１１】
このような方法によれば、配線パターンとする溝部に炭素ナノ物質である金属内包フラーレンまたはカーボンナノチューブからなる配線を容易に形成することができる。金属内包フラーレンやカーボンナノチューブは熱伝導性に優れ、低電気抵抗という特性を有するため、従来の金属配線よりも、蓄熱性が無く、信号遅延（ＲＣ遅延）の少ない配線を得ることができる。また、従来、銅ダマシン配線形成で行っていたバリアメタル成膜工程、シード膜形成工程、電解めっき工程等が必要ないため、ボイド等の不具合が生じることが無く、より少ない工程数で、優れた電気特性を有する配線パターンを得ることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ダマシン法により基板に配線パターンを形成する配線形成方法であって、配線形成時にボイド等の不具合発生が無く、信号遅延を低減することのできるダマシン配線の形成方法を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明にかかる実施の形態につき、図に基づいて説明する。図１は、本発明に係るダマシン配線の形成方法の全体の流れを示すフロー図である。図２、図３は、図１のフローに対応する状態を示す基板の断面図である。
【００１４】
図１のフローに沿って、対応する図２、図３の断面図を用いながらダマシン配線全体のプロセスを説明する。
先ず、図２（ａ）に示すように半導体基板１（以下、基板１と称呼する）上に絶縁膜２（例えば酸化シリコン膜）を成長させる（図１のステップＳ１）。次いで絶縁膜２上にフォトレジスト４を塗布し、露光、現像により、図２（ｂ）に示すようにビアや配線パターン４ａを形成する（図１のステップＳ２）。尚、配線パターン４ａは、この例では基板１上に形成された配線３の上方に形成されている。
【００１５】
そして、ステップＳ２で形成したパターン４ａをマスクとして、ビアや配線となる絶縁膜部分をエッチングする（図１のステップＳ３）。これにより、図２（ｃ）に示すように配線パターンの溝部２ａが形成される。尚、溝部２ａは、異なる幅のパターン４ａを用いて２回エッチングを行うことにより、段差を有する形状を示している。
【００１６】
次いで図３（ａ）に示すように、基板１上の配線パターンの溝部２ａに対し、炭素ナノ物質である金属内包フラーレン（またはカーボンナノチューブ）の分散溶液５をスピンコーティング法により塗布する。尚、この分散溶液５は、硫酸ドデシルナトリウム（ＳＤＳ）またはデオキシリボ核酸（ＤＮＡ）等の分散剤６（図中○印で示す）に金属内包フラーレン７（図中×印で示す）（またはカーボンナノチューブ）を溶かしたもの（濃度０．１〜１．０ｗｔ％）が用いられる（図１のステップＳ４）。
【００１７】
分散溶液５の塗布後、窒素（Ｎ2）もしくはアルゴン（Ａｒ）の雰囲気中、５０℃〜２５０℃の温度でベーク処理が施される（図１のステップＳ５）。この処理により分散剤の溶媒が蒸発され、図３（ｂ）に示すように分散剤６及び金属内包フラーレン７（またはカーボンナノチューブ）が定着する。
そして、さらに窒素（Ｎ2）もしくはアルゴン（Ａｒ）雰囲気中、４００℃の温度で、分散剤６を蒸発／分解除去し、図３（ｃ）に示すように金属内包フラーレン７（またはカーボンナノチューブ）のみの膜を焼成するためのアニール処理（熱処理）が行われる（図１のステップＳ６）。
【００１８】
そして最後に、図３（ｄ）に示すように、余分な金属内包フラーレン７（またはカーボンナノチューブ）の層をＣＭＰ法により除去し平坦化する処理が行われ、金属内包フラーレン７（またはカーボンナノチューブ）を配線材料とする配線パターンが形成される（図１のステップＳ７）。ここで、金属内包フラーレン７（またはカーボンナノチューブ）は熱伝導性に優れ、低電気抵抗という特性を有するため、蓄熱性が無く、信号遅延（ＲＣ遅延）の少ない配線が形成される。
【００１９】
以上説明した本発明に係る実施の形態によれば、配線パターンとする溝部に炭素ナノ物質である金属内包フラーレン（またはカーボンナノチューブ）を溶かした分散溶液を塗布して埋め込み、溶媒、分散剤を除去することにより、溝部に金属内包フラーレン（またはカーボンナノチューブ）からなる配線が形成される。これにより、蓄熱性が無く、信号遅延（ＲＣ遅延）の少ない配線を容易に得ることができる。
また、従来、銅ダマシン配線形成で行っていたバリアメタル成膜工程、シード膜形成工程、電解めっき工程等が必要ないため、シードカバレッジに起因するボイド等の不具合が生じることが無く、より少ない工程数で、優れた電気特性を有する配線パターンを得ることができる。
【００２０】
尚、前記実施の形態において、配線材料としての炭素ナノ物質をカーボンナノチューブとする場合、その直径、螺旋度等を調整することにより金属特性を有する状態になされたものが使用される。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
本発明は、半導体基板におけるダマシン配線の形成方法に適用でき、半導体製造業界、電子デバイス製造業界等において好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、本発明に係るダマシン配線の形成方法の全体の流れを示すフロー図である。
【図２】図２は、図１のフローに対応する状態を示す基板の断面図である。
【図３】図３は、図１のフローに対応する状態を示す基板の断面図である。
【図４】図４は、ダマシン配線方法を説明するための図である。
【図５】図５は、従来の課題を説明するための図である。
【符号の説明】
【００２３】
１        半導体基板
２        絶縁膜
２ａ      溝部
３        銅配線
４        フォトレジスト
４ａ      配線パターン
５        分散溶液
６        分散剤
７        金属内包フラーレン（またはカーボンナノチューブ）
【図１】
2007188926.tif 000003
【図２】
2007188926.tif 000004
【図３】
2007188926.tif 000005
【図４】
2007188926.tif 000006
【図５】
2007188926.tif 000007