专利名称：Cu配线的形成方法
技术领域：
本发明涉及Cu (铜)配线的形成方法。
背景技术：
最近，半导体器件的配线图案的微细化日益发展，与此相伴，因配线的RC延迟等的问题而对配线的低电阻化提出了要求，作为配线材料正在渐渐地使用比在现有技术中使用的铝(Al)和钨(W)更加低电阻的Cu。作为Cu配线的形成方法，已知的技术为在形成有沟槽或孔的层间绝缘膜，使用以喷镀为代表的物理淀积法(PVD)形成由Ta、TaN、Ti等构成的障壁膜，并在其上同样通过 PVD形成Cu晶种膜，接着，进一步在其上实施Cu镀层，填埋沟槽或孔以形成Cu配线(例如日本特开平11-340226号公报)。但是，在具有交叉点结构的存储元件的制造过程，或配线工序与配线工序之间或配线工序的后续工序中，当500°C以上的高温工艺为必要时，在作为配线使用通过上述方法形成的Cu配线的情况下，进行这样的高温处理时，发生Cu迁移(migration)使得Cu聚集， 导致在配线中形成空隙(void)，并导致配线的电阻值显著上升。因此，现状是，在配线形成后500°C以上的高温工艺为必要的用途中，重视热稳定性而使用电阻高的W。
发明内容
因为即使在这样的高温工艺为必要的情况下也存在RC延迟的问题，所以期望在这样的情况下也应用Cu配线。因此，本发明的目的在于，提供能够形成在配线形成后存在500°C以上的高温工艺的情况下能应用的Cu配线的，Cu配线的形成方法。根据本发明，提供一种Cu配线的形成方法，该Cu配线的形成方法实施有伴随 500°C以上的温度的处理的后续工序，在该Cu配线的形成方法中，包括在表面具有沟槽和 /或孔的基板上的至少所述沟槽和/或孔的底面和侧面形成密接膜的工序，其中，该密接膜包括具有与Cu的晶格面间距的差为10%以内的晶格面间距的金属；在所述密接膜上以填埋所述沟槽和/或孔的方式形成Cu膜的工序；在所述Cu膜形成后的基板进行350°C以上的退火处理的工序；研磨所述Cu膜，仅残留所述Cu膜的对应于所述沟槽和/或孔的部分的工序；和在研磨后的Cu膜形成盖而成为Cu配线的工序。
图1是表示本发明的一个实施方式的方法的流程图。图2是在图1的流程图中所示的本发明的一个实施方式的方法的工序截面图。图3是表示Cu膜的厚度为IOnm时的作为密接膜使用Ru膜的情况和使用Ta膜的情况的退火温度与Cu膜的相对的电阻变化率的关系的附图。图4是表示Cu膜的厚度是20nm时的作为密接膜使用Ru膜的情况和使用Ta膜的情况的退火温度与Cu膜的相对的电阻变化率的关系的附图。图5是表示在厚度3nm的Ru膜上形成厚度50nm的Cu膜的情况下的Cu膜的状态的SEM照片。图6是表示在厚度3nm的Ru膜上形成厚度50nm的Cu膜后，在Ar气氛中以650°C 进行30min (分钟)退火的情况下的Cu膜的状态的SEM照片。图7是表示在厚度3nm的Ru膜上形成厚度50nm的Cu膜，进而在其上形成厚度3nm 的Ru膜后，在Ar气氛中以650°C进行30min (分钟)退火的情况下的Cu膜的状态的SEM照片。
具体实施例方式以下，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。图1是用于说明包含本发明的一个实施方式的Cu配线的形成方法的半导体装置的制造工序的流程图，图2是其工序截面图。首先，准备在Si基板11上具有SiA膜等的层间绝缘膜12，在层间绝缘膜12形成有沟槽13的半导体晶片(以下简单地记作晶片)(步骤1，图2(a))。然后，在包含沟槽13 的整个面以1 lOnm，例如以4nm左右的厚度形成TaN、Ti等的障壁膜14 (步骤2，图2 (b))。 这时的成膜能够用喷镀等的PVD来进行。然后，至少在沟槽13的底面和侧面以1 5nm，例如以4nm的厚度形成密接膜 15 (步骤3，图2 (c))。密接膜15是用于确保在其上成膜的Cu膜的密接性的膜，作为该密接膜15，使用具有与Cu的晶格面间距的差为10%以内的晶格面间距的金属的膜。作为这样的金属有 V、Cr、Fe、Co、Ni、Mo、Ru、Rh、Pd、W、Re、Os、Ir、Pt。进一步优选与 Cu 的晶格面间距的差为5%以内，作为这样的金属有i^、Co、Ni、Ru、I h、0S。并且，在表1中表示主要金属的结晶型、晶格常数、米勒常数、晶格面间距、相对于Cu的晶格面间距的差(％ )。[表 1]
权利要求
1.一种Cu配线的形成方法，其实施伴随500°C以上的温度的处理的后续工序，所述Cu 配线的形成方法的特征在于，包括在表面具有沟槽和/或孔的基板上的至少所述沟槽和/或孔的底面和侧面形成密接膜，其中，该密接膜包括具有与Cu的晶格面间距的差为10%以内的晶格面间距的金属； 在所述密接膜上以填埋所述沟槽和/或孔的方式形成Cu膜； 在所述Cu膜形成后的基板进行350°C以上的退火处理； 研磨所述Cu膜，仅残留所述Cu膜的对应于所述沟槽和/或孔的部分；和在研磨后的Cu膜形成盖而成为Cu配线。
2.如权利要求1所述的Cu配线的形成方法，其特征在于构成所述密接膜的金属具有与Cu的晶格面间距的差为5%以内的晶格面间距。
3.如权利要求2所述的Cu配线的形成方法，其特征在于 所述密接膜是Ru膜，通过CVD形成。
4.如权利要求1所述的Cu配线的形成方法，其特征在于 形成所述Cu膜时，在形成Cu晶种后镀Cu。
5.如权利要求1所述的Cu配线的形成方法，其特征在于在形成所述盖时，在Cu膜上形成包括具有与Cu的晶格面间距的差为10%以内的晶格面间距的金属的密接膜，在其上形成由绝缘材料构成的盖膜。
6.如权利要求1所述的Cu配线的形成方法，其特征在于在所述基板上的至少所述沟槽和/或孔的底面和侧面形成密接膜之前，还形成障壁
全文摘要
一种实施有伴随500℃以上的温度的处理的后续工序的Cu配线的形成方法，其具有在表面具有沟槽和/或孔的基板上的至少沟槽和/或孔的底面和侧面，形成由具有与Cu的晶格面间距的差为10％以内的晶格面间距的金属构成的密接膜的工序；在密接膜上以填埋沟槽和/或孔的方式形成Cu膜的工序；在Cu膜形成后的基板进行350℃以上的退火处理的工序；研磨Cu膜仅使Cu膜的对应于沟槽和/或孔的部分残留的工序；和在研磨后的Cu膜形成盖而成为Cu配线的工序。
文档编号H01L21/3205GK102414804SQ20108001860
公开日2012年4月11日 申请日期2010年8月27日 优先权日2009年9月18日
发明者五味淳, 加藤多佳良, 安室千晃, 横山敦, 水泽宁, 波多野达夫, 石坂忠大 申请人:东京毅力科创株式会社