Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP3359538B2 - Metal thin film forming method - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP3359538B2 - Metal thin film forming method - Google Patents

Metal thin film forming method

Info

Publication number
JP3359538B2
JP3359538B2 JP12402597A JP12402597A JP3359538B2 JP 3359538 B2 JP3359538 B2 JP 3359538B2 JP 12402597 A JP12402597 A JP 12402597A JP 12402597 A JP12402597 A JP 12402597A JP 3359538 B2 JP3359538 B2 JP 3359538B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
thin film
metal thin
metal
copper
forming
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP12402597A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH10313007A (en
Inventor
信義 粟屋
敏夫 小林
克之 町田
億 久良木
明彦 枚田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NTT Inc
NTT Inc USA
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
NTT Inc USA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp, NTT Inc USA filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP12402597A priority Critical patent/JP3359538B2/en
Publication of JPH10313007A publication Critical patent/JPH10313007A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3359538B2 publication Critical patent/JP3359538B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体装置にお
いて多層配線の構造に用いられる銅合金からなる金属薄
膜を形成する金属薄膜形成方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a metal thin film forming method for forming a metal thin film made of a copper alloy used for a multilayer wiring structure in a semiconductor device.

【0002】[0002]

【従来の技術】シリコンを用いた半導体集積回路におい
て、より高密度な電子部品を実現するためには多層配線
技術は不可欠である。この多層配線において、配線金属
の主材料としてはアルミニウムまたはアルミニウムを主
成分とする合金が広く使用されている。しかしながら、
アルミ配線を用いたシリコン半導体集積回路において、
配線遅延の回路性能への影響や、配線のエレクトロマイ
グレーションによる信頼性の低下が深刻化している。
2. Description of the Related Art In a semiconductor integrated circuit using silicon, a multilayer wiring technique is indispensable for realizing higher density electronic components. In this multilayer wiring, aluminum or an alloy containing aluminum as a main component is widely used as a main material of the wiring metal. However,
In silicon semiconductor integrated circuits using aluminum wiring,
The influence of wiring delay on circuit performance and the decrease in reliability due to wiring electromigration have become serious.

【0003】まず、配線による信号の遅延としては、配
線抵抗に起因するものがある。また、信号遅延として、
配線容量に起因するものがある。これは、高密度に集積
された配線間における配線容量に起因する遅延である。
この配線容量の低減のためには、配線の横だけでなく厚
さ方向の微細化が必要となる。したがって、配線容量に
起因する信号遅延を抑制しようとすると、配線に流れる
電流が増大することになり、エレクトロマイグレーショ
ンが起きやすい状態となる。以上の問題点を解消するた
めに、アルミニウムに変わる配線材料として、電気抵抗
が低くマイグレーション耐性を有する銅が有望とされて
いる(特開平2−256238号公報)。
First, as a signal delay due to wiring, there is a signal delay caused by wiring resistance. Also, as the signal delay,
Some are caused by wiring capacitance. This is a delay caused by the wiring capacitance between the wirings integrated at a high density.
In order to reduce the wiring capacitance, it is necessary to miniaturize not only the wiring but also the thickness direction. Therefore, if an attempt is made to suppress the signal delay caused by the wiring capacitance, the current flowing through the wiring increases, and electromigration is likely to occur. In order to solve the above-mentioned problems, copper having low electric resistance and migration resistance is expected to be used as a wiring material instead of aluminum (Japanese Patent Laid-Open No. 2-256238).

【0004】このように、銅もしくはその合金を配線に
用いて配線層などを形成するときに、銅もしくはその合
金からなる薄膜を形成することになるが、この薄膜形成
には、例えば、スパッタリング法や化学気相成長法(C
VD法)やメッキ法などがある。また、スパッタリング
法では微細な孔部に成膜材料を完全に埋め込むことがで
きないので、新たに、スパッタリングの後に高圧中で加
熱して金属膜を接続孔に埋め込む方法(文献2:A.J.Ma
cgeown,Extended Abstract of Advanced Metallization
in l995, Material Research Society,p.635 )が、接
続孔への金属充填方法として検討されている。この、ス
パッタ法と高圧処理の組み合わせは、原理的には押し出
し加工と同様であり、金属が軟化する温度で高圧により
金属を接続孔に押し入れる方法である。
As described above, when a wiring layer or the like is formed by using copper or an alloy thereof for wiring, a thin film made of copper or an alloy thereof is formed. And chemical vapor deposition (C
VD method) and a plating method. In addition, since a film-forming material cannot be completely embedded in a fine hole by the sputtering method, a method of newly embedding a metal film in a connection hole by heating under a high pressure after sputtering (Reference 2: AJMa
cgeown, Extended Abstract of Advanced Metallization
in l995, Material Research Society, p. 635) is being studied as a method for filling the connection holes with metal. This combination of the sputtering method and the high-pressure treatment is similar to the extrusion processing in principle, and is a method in which the metal is pushed into the connection hole by high pressure at a temperature at which the metal softens.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、それら
従来の金属充填方法には、以下に示すように問題点があ
った。まず、CVD法は原料コストが高いという問題が
ある。また、メッキ法はLSIプロセスにおいて実績が
なく、廃液処理にコストがかかる。また、スパッタ法と
高圧処理の組み合わせにおいて、銅を用いた場合、押し
出し加工の温度は700℃〜800℃であり、(金属デ
ータブック、日本金属学会編、p.322)LSI配線
形成工程に許容される温度(450℃以下)による埋め
込みは困難である。
However, these conventional metal filling methods have the following problems. First, the CVD method has a problem that the raw material cost is high. Further, the plating method has no track record in the LSI process, and costs for waste liquid treatment are high. When copper is used in the combination of the sputtering method and the high-pressure treatment, the temperature of the extrusion processing is 700 ° C. to 800 ° C. (Metal Data Book, edited by The Japan Institute of Metals, p. 322). It is difficult to bury at a temperature (450 ° C. or lower).

【0006】この発明は、以上のような問題点を解消す
るためになされたものであり、LSIの配線形成工程で
許容できる範囲の温度圧力で、銅合金からなる金属薄膜
が低コストで形成できるようにすることを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and a metal thin film made of a copper alloy can be formed at low cost at a temperature and pressure within an allowable range in an LSI wiring forming process. The purpose is to be.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】この発明の金属薄膜形成
方法は、凹部が形成された基板上に、スズ,インジウ
ム,カドミウムのいずれか、もしくはその銅合金から構
成された金属材料からなる金属薄膜を形成し、金属薄膜
をその融点以下の温度に加熱しながら金属薄膜を加圧す
ることで、凹部に金属薄膜が充填された状態とし、続い
て、金属薄膜上に銅からなる薄膜を形成し、金属薄膜お
よび銅からなる薄膜を加熱することでそれぞれ相互拡散
させ、この後で銅からなる薄膜を除去するようにした。
このように金属薄膜を形成するようにしたので、形成さ
れる金属薄膜は、銅合金から構成されるようになる。ま
た、この発明の金属薄膜形成方法は、凹部が形成された
基板上に、スズ,インジウム,カドミウムのいずれか、
もしくはその銅合金から構成された金属材料からなる金
属薄膜を形成し、金属薄膜をその融点以下の温度に加熱
することで凹部に金属薄膜が充填された状態とし、続い
て、金属薄膜上に銅からなる薄膜を形成し、金属薄膜お
よび銅からなる薄膜を加熱することでそれぞれ相互拡散
させ、この後で銅からなる薄膜を除去するようにした。
このように金属薄膜を形成するようにしたので、形成さ
れる金属薄膜は、銅合金から構成されるようになる。
According to the present invention, there is provided a metal thin film forming method comprising the steps of: forming a metal thin film made of a metal material composed of tin, indium, cadmium, or a copper alloy thereof on a substrate having a recess formed thereon; Is formed, and by pressing the metal thin film while heating the metal thin film to a temperature equal to or lower than its melting point, the concave portion is filled with the metal thin film, and subsequently, a thin film made of copper is formed on the metal thin film, The metal thin film and the thin film made of copper were mutually diffused by heating, and thereafter, the thin film made of copper was removed.
Since the metal thin film is formed as described above, the formed metal thin film is made of a copper alloy. Further, according to the metal thin film forming method of the present invention, any one of tin, indium, and cadmium is
Alternatively, a metal thin film made of a metal material composed of the copper alloy is formed, and the metal thin film is heated to a temperature equal to or lower than its melting point so that the concave portion is filled with the metal thin film. Is formed, and the metal thin film and the copper thin film are heated to cause mutual diffusion, and thereafter, the copper thin film is removed.
Since the metal thin film is formed as described above, the formed metal thin film is made of a copper alloy.

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】以下この発明の実施の形態を図を
参照して説明する。まず、概要について説明すると、こ
の発明においては、材料としてアルミニウムなどのかわ
りに、融点が200℃〜300℃の低融点金属もしくは
その銅合金を金属薄膜の材料として用いるようにした。
そして、まず、それら低融点金属からなる金属材料によ
る金属薄膜を、接続孔などの凹部にその金属材料が充填
された状態で形成するようにした。それら低融点金属は
低温度で軟化するため、凹部がある基板上にその金属薄
膜を形成すれば、凹部に対して小さい力で金属材料を押
し込むことが可能である。その押し込む方法としては、
前述したように、低融点金属からなる金属薄膜が形成さ
れた状態で、高圧中でそれら金属材料の融点以下の温度
に加熱することで、その金属材料を凹部に埋め込む方法
がある。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. First, an overview will be given. In the present invention, a low melting point metal having a melting point of 200 ° C. to 300 ° C. or a copper alloy thereof is used as a metal thin film material instead of aluminum or the like as a material.
Then, first, a metal thin film made of a metal material made of such a low melting point metal was formed in a state where the metal material was filled in a concave portion such as a connection hole. Since these low-melting metals soften at a low temperature, if a metal thin film is formed on a substrate having a concave portion, it is possible to push the metal material into the concave portion with a small force. As a way to push it,
As described above, there is a method in which a metal thin film made of a low melting point metal is formed, and the metal material is buried in the concave portion by heating the metal thin film to a temperature equal to or lower than the melting point of the metal material under high pressure.

【0009】また、シートフィルムなどの基材上にそれ
ら低融点金属からなる金属薄膜を形成しておき、これを
凹部が形成された基板上に貼り合わせ、加熱しながら加
圧することで、凹部に金属材料が埋め込まれた状態で低
融点金属からなる金属薄膜を形成する方法がある。ま
た、下地材料との濡れ性がよい低融点金属材料を用いれ
ば、例えば、融点程度にその金属材料を加熱溶融するこ
とで、凹部に金属材料が充填された状態で金属薄膜が形
成できる。このとき、低融点金属としては、銅と合金に
した時に、100℃以下では銅中の固溶度が低く、40
0℃前後で銅中の固溶度が数%以上あることが望まし
い。また銅中にそれら低融点金属を1%前後含んだ銅合
金が析出硬化型であると、エレクトロマイグレーション
耐性も強化できる。以上の低融点金属としては、スズ,
インジウム,カドミウムが上げられる。
Further, a metal thin film made of such a low melting point metal is formed on a base material such as a sheet film, and the thin metal film is bonded to a substrate having a concave portion formed thereon, and is pressed while being heated. There is a method of forming a metal thin film made of a low melting point metal in a state where a metal material is embedded. In addition, if a low-melting metal material having good wettability with the underlying material is used, for example, a metal thin film can be formed in a state where the concave portion is filled with the metal material by heating and melting the metal material to about the melting point. At this time, when the low melting point metal is formed into an alloy with copper, the solid solubility in copper is low at 100 ° C. or less,
It is desirable that the solid solubility in copper at about 0 ° C. is several percent or more. Further, when a copper alloy containing about 1% of these low-melting metals in copper is a precipitation hardening type, the electromigration resistance can be enhanced. The above low melting point metals include tin,
Indium and cadmium are raised.

【0010】そして、低融点金属からなる金属薄膜を半
導体基板の溝や凹部が埋め込まれた状態で形成した後、
その上に銅薄膜を形成する。この時の銅の総量は、銅薄
膜下に存在する低融点金属の総量の100倍前後にす
る。その後で基板を加熱し、低融点金属と銅を相互拡散
させる。銅箔膜下に形成されていた金属薄膜を構成する
低融点金属は、400℃前後の温度で銅中で固溶限界以
下となり均一に拡散される。このため、もともと低融点
金属で充填されていた溝や凹部は銅を主成分とする合金
に置き換わる。その後、基板を室温まで冷却する仮定
で、結晶粒界に金属間化合物が析出し硬化する。以上の
ようにすることで、LSI配線形成工程に許容される温
度や圧力以下で、溝や凹部が埋め込まれた状態で、銅合
金による金属薄膜を形成することができる。 また、そ
れら銅合金からなる金属薄膜を微細加工することで配線
層を形成すれば、その配線層は、マイグレーション耐性
が高く低抵抗であるなど、より高い信頼性を有するもの
となる。
Then, after forming a metal thin film made of a low melting point metal in a state in which the grooves and recesses of the semiconductor substrate are buried,
A copper thin film is formed thereon. At this time, the total amount of copper is set to be about 100 times the total amount of the low melting point metal existing under the copper thin film. Thereafter, the substrate is heated to cause the low melting point metal and copper to interdiffuse. The low melting point metal constituting the metal thin film formed under the copper foil film becomes less than the solid solution limit in copper at a temperature of about 400 ° C. and is uniformly diffused. For this reason, the grooves and recesses originally filled with the low melting point metal are replaced with an alloy containing copper as a main component. Thereafter, assuming that the substrate is cooled to room temperature, the intermetallic compound precipitates at the crystal grain boundaries and hardens. As described above, a metal thin film made of a copper alloy can be formed in a state in which the groove or the concave portion is buried at a temperature or a pressure that is allowed in an LSI wiring forming step. Further, if a wiring layer is formed by finely processing a metal thin film made of such a copper alloy, the wiring layer has higher reliability such as high migration resistance and low resistance.

【0011】実施の形態1 以下、この発明の第1の実施の形態について説明する。
図1は、この発明の実施の形態1における金属薄膜の形
成方法を示す説明図である。まず、図1(a)に示すよ
うに、ポリイミド等の耐熱性のシートフィルム(基材)
101上に、例えばスズからなる金属薄膜102を形成
する。なお、シートフィルム101の代わりに、金属板
や金属酸化物からなる板などの、一定の強度と耐熱性を
有する基材の上に、金属薄膜102を形成するようにし
てもよい。なお、この金属薄膜102は、スズに限るも
のではなく、例えば、インジウムやカドミウムのいずれ
かの低融点の金属を用いるようにすればよい。また、そ
れらの銅合金を用いるようにすればよい。
Embodiment 1 Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described.
FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating a method for forming a metal thin film according to the first embodiment of the present invention. First, as shown in FIG. 1A, a heat-resistant sheet film (substrate) such as polyimide is used.
A metal thin film 102 made of, for example, tin is formed on 101. Instead of the sheet film 101, the metal thin film 102 may be formed on a base material having a certain strength and heat resistance, such as a metal plate or a plate made of a metal oxide. The metal thin film 102 is not limited to tin, and may be made of, for example, a metal having a low melting point such as indium or cadmium. Further, those copper alloys may be used.

【0012】次に、図1(b)に示すように、半導体基
板103上に形成された層間絶縁膜104上の配線形成
位置に、幅0.25μm深さ0.5〜1μm程度の反転
パターン(凹部)105を形成する。次いで、その上に
窒化チタンからなる膜厚100nm程度のバリア層10
6を、スパッタ法などにより堆積形成する。そして、シ
ートフィルム101の金属薄膜102形成面と、半導体
基板103のバリア層106形成面とが向かい合うよう
に、シートフィルム101と半導体基板103とを貼り
合わせる。
Next, as shown in FIG. 1B, an inverted pattern having a width of 0.25 μm and a depth of about 0.5 to 1 μm is formed at a wiring formation position on an interlayer insulating film 104 formed on the semiconductor substrate 103. (Recess) 105 is formed. Next, a barrier layer 10 made of titanium nitride and having a thickness of about 100 nm is formed thereon.
6 is deposited and formed by a sputtering method or the like. Then, the sheet film 101 and the semiconductor substrate 103 are bonded together such that the surface of the sheet film 101 on which the metal thin film 102 is formed faces the surface of the semiconductor substrate 103 on which the barrier layer 106 is formed.

【0013】次いで、図1(c)に示すように、シート
フィルム101裏面および半導体基板103裏面より加
圧し、同時に加熱する。このとき、加熱温度は100〜
200℃とし、加圧の圧力は10〜100kgとすれば
よい。この加熱により金属薄膜102を軟化させ、加圧
により軟化した金属薄膜102を反転パターン105に
充填させる。そして、シートフィルム101を金属薄膜
102より剥がせば、層間絶縁膜104上には、反転パ
ターン105の凹部を埋め込むように金属薄膜102が
形成され、また、金属薄膜102表面は平坦に形成され
る。
Next, as shown in FIG. 1C, pressure is applied from the back surface of the sheet film 101 and the back surface of the semiconductor substrate 103, and heating is performed at the same time. At this time, the heating temperature is 100 ~
The temperature may be 200 ° C. and the pressure may be 10 to 100 kg. This heating softens the metal thin film 102, and fills the inverted pattern 105 with the metal thin film 102 softened by pressing. Then, when the sheet film 101 is peeled off from the metal thin film 102, the metal thin film 102 is formed on the interlayer insulating film 104 so as to fill the concave portion of the inversion pattern 105, and the surface of the metal thin film 102 is formed flat. .

【0014】次に、図1(d)に示すように、化学的機
械研磨により、金属薄膜102を除去し、反転パターン
105の凹部にのみ金属部分102aを残すようにす
る。次いで、図1(e)に示すように、それらの上に、
銅をスパッタ法などにより堆積することで、銅薄膜10
7を形成する。次いで、それらを400℃で30分以上
加熱することで、図1(f)に示すように、金属部分1
02aと銅薄膜107とを反応させて相互拡散させる。
この結果、銅合金からなる金属薄膜による、銅合金配線
108が形成されたことになる。
Next, as shown in FIG. 1D, the metal thin film 102 is removed by chemical mechanical polishing so that the metal portion 102a is left only in the concave portion of the inverted pattern 105. Then, as shown in FIG.
By depositing copper by sputtering or the like, the copper thin film 10
7 is formed. Then, by heating them at 400 ° C. for 30 minutes or more, as shown in FIG.
02a and the copper thin film 107 react with each other to cause mutual diffusion.
As a result, the copper alloy wiring 108 is formed by the metal thin film made of the copper alloy.

【0015】そして、化学的機械研磨により銅薄膜10
7を除去することで、層間絶縁膜104上に、バリア層
106を介して銅合金配線108が形成された状態を得
る。以上説明したように、この実施の形態1によれば、
最大で400℃程度の加熱温度が加わる程度で、銅合金
からなる配線層を形成することが可能となる。すなわ
ち、この実施の形態1によれば、LSI配線形成工程に
許容される温度(450℃以下)以上となることなく、
また、100MPと高い圧力をかけることなく、銅合金
からなる配線層を形成することが可能となる。なお、銅
はシリコン酸化物中を拡散してトランジスタ素子に悪影
響を与えたり、絶縁膜との密着性が弱い等のことがあ
る。しかし、上述したように、その下地にバリア層を配
置するようにしたので、銅の拡散が防止され、絶縁膜と
の密着性も向上する。なお、バリア層として、タンタル
や窒化タンタルを用いるようにしてもよい。
Then, the copper thin film 10 is formed by chemical mechanical polishing.
By removing 7, a state where copper alloy wiring 108 is formed on interlayer insulating film 104 via barrier layer 106 is obtained. As described above, according to the first embodiment,
A wiring layer made of a copper alloy can be formed at a heating temperature of about 400 ° C. at the maximum. That is, according to the first embodiment, the temperature does not become higher than the temperature (450 ° C. or less) permitted in the LSI wiring forming step,
Further, it is possible to form a wiring layer made of a copper alloy without applying a high pressure of 100 MP. Note that copper may diffuse into silicon oxide to adversely affect a transistor element, or may have poor adhesion to an insulating film. However, as described above, since the barrier layer is disposed on the underlayer, diffusion of copper is prevented, and adhesion to the insulating film is improved. Note that tantalum or tantalum nitride may be used as the barrier layer.

【0016】実施の形態2 以下、この発明の第2の実施の形態について説明する。
図2は、この発明の実施の形態2における金属薄膜の形
成方法を示す説明図である。まず、図2(a)に示すよ
うに、半導体基板201上に形成された層間絶縁膜20
2上の所定位置に、直径が0.2μm深さ1μm程度の
孔203を形成する。次いで、その上に窒化チタンから
なる膜厚100nm程度のバリア層204を、スパッタ
法などにより堆積形成する。
Embodiment 2 Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a method for forming a metal thin film according to Embodiment 2 of the present invention. First, as shown in FIG. 2A, an interlayer insulating film 20 formed on a semiconductor substrate 201 is formed.
A hole 203 having a diameter of 0.2 μm and a depth of about 1 μm is formed at a predetermined position on 2. Next, a barrier layer 204 made of titanium nitride and having a thickness of about 100 nm is formed thereon by sputtering or the like.

【0017】そして、その上に、例えばスズからなる金
属薄膜205を、例えばスパッタ法などにより形成す
る。このとき、スパッタ法により金属薄膜205を形成
すると、図2(a)に示すように、孔203内部に空間
205aが形成された状態となる。これは、スパッタ法
による成膜のためであり、CVD法などによれば、この
空間205aは形成されない。なお、この金属薄膜20
5は、スズに限るものではなく、例えば、インジウムや
カドミウムのいずれかの低融点の金属を用いるようにす
ればよい。また、それらの銅合金を用いるようにすれば
よい。
Then, a metal thin film 205 made of, for example, tin is formed thereon by, for example, a sputtering method. At this time, when the metal thin film 205 is formed by the sputtering method, a space 205a is formed inside the hole 203 as shown in FIG. This is because the film is formed by the sputtering method, and the space 205a is not formed by the CVD method or the like. The metal thin film 20
5 is not limited to tin, and for example, any low-melting metal such as indium or cadmium may be used. Further, those copper alloys may be used.

【0018】次に、図2(b)に示すように、半導体基
板201を加熱しながら、金属薄膜205をその上より
平坦な加圧板206を用いて加圧することで、金属薄膜
205を孔203内に押し込む。加熱温度は100〜2
00℃程度とする。これは、金属薄膜205が溶融しな
い程度の温度とする。また、加圧の圧力は20〜100
kgとする。次いで、図2(c)に示すように、化学的
機械研磨により金属薄膜205を研磨し、孔203内に
金属薄膜205からなる金属部分205bが形成された
状態とする。
Next, as shown in FIG. 2B, while heating the semiconductor substrate 201, the metal thin film 205 is pressed using a flattened pressing plate 206 on the metal thin film 205 so that the metal thin film 205 is Push in. Heating temperature is 100-2
It should be about 00 ° C. This is a temperature at which the metal thin film 205 does not melt. The pressure for pressurization is 20 to 100.
kg. Next, as shown in FIG. 2C, the metal thin film 205 is polished by chemical mechanical polishing, so that a metal portion 205b made of the metal thin film 205 is formed in the hole 203.

【0019】次に、図2(d)に示すように、この上に
銅をスパッタ法などにより堆積することで、銅薄膜20
7を形成する。次いで、それらを400℃で30分以上
加熱することで、図2(e)に示すように、金属部分2
05bと銅薄膜207とを反応させて相互拡散させ、銅
合金による孔充填部208を形成する。そして、化学的
機械研磨により銅薄膜207を除去することで、孔20
3内部に、バリア層204を介して銅合金からなる孔充
填部208が形成され、その上面が露出した状態を得
る。この孔充填部208は、例えば、上下の配線層を接
続するプラグとして用いることができる。
Next, as shown in FIG. 2D, copper is deposited thereon by sputtering or the like to form a copper thin film 20.
7 is formed. Then, by heating them at 400 ° C. for 30 minutes or more, as shown in FIG.
05b and the copper thin film 207 are caused to react and diffuse with each other to form a hole filling portion 208 made of a copper alloy. Then, by removing the copper thin film 207 by chemical mechanical polishing, the holes 20 are removed.
3, a hole filling portion 208 made of a copper alloy is formed via the barrier layer 204, and the upper surface thereof is exposed. The hole filling portion 208 can be used, for example, as a plug for connecting upper and lower wiring layers.

【0020】以上説明したように、この実施の形態1に
よれば、最大で400℃程度の加熱温度が加わるのみ
で、銅合金からなる金属薄膜を形成することができ、こ
れによる銅合金からなるプラグなどを形成することが可
能となる。すなわち、この実施の形態1によれば、LS
I配線形成工程に許容される温度(450℃以下)以上
となることなく、また、100MPと高い圧力をかける
ことなく、銅合金からなる金属薄膜を形成することが可
能となる。そして、この銅合金からなる金属薄膜によ
り、例えばプラグを形成することが可能となる。この、
配線層間を接続するプラグには、マイグレーション耐性
が要求されるが、銅合金から構成されることで、よりマ
イグレーション耐性を高めることができる。
As described above, according to the first embodiment, a metal thin film made of a copper alloy can be formed only by applying a heating temperature of about 400 ° C. at the maximum. Plugs and the like can be formed. That is, according to the first embodiment, LS
A metal thin film made of a copper alloy can be formed without a temperature higher than the temperature (450 ° C. or lower) permitted for the I wiring formation step and without applying a high pressure of 100 MPa. Then, for example, a plug can be formed by the metal thin film made of the copper alloy. this,
Migration resistance is required for the plug connecting the wiring layers, but the migration resistance can be further improved by using a copper alloy.

【0021】実施の形態3 以下、この発明の第3の実施の形態について説明する。
図3は、この発明の実施の形態3における金属薄膜の形
成方法を示す説明図である。まず、図3(a)に示すよ
うに、半導体基板301上に形成された層間絶縁膜30
2上の所定位置に、直径が0.2μm深さ1μm程度の
孔303を形成する。次いで、その上に窒化チタンから
なる膜厚100nm程度のバリア層304を、スパッタ
法などにより堆積形成する。
Embodiment 3 Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described.
FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating a method for forming a metal thin film according to the third embodiment of the present invention. First, as shown in FIG. 3A, an interlayer insulating film 30 formed on a semiconductor substrate 301 is formed.
A hole 303 having a diameter of about 0.2 μm and a depth of about 1 μm is formed at a predetermined position on 2. Next, a barrier layer 304 made of titanium nitride and having a thickness of about 100 nm is formed thereon by sputtering or the like.

【0022】そして、その上に、例えばスズからなる金
属薄膜305を、例えばスパッタ法などにより形成す
る。このとき、金属薄膜305は約100〜200nm
程度の膜厚に形成する。ここで、スパッタ法により金属
薄膜205を形成すると、図3(a)に示すように、孔
303内部には金属薄膜305が完全には充填されてい
ない状態となる。なお、この金属薄膜305は、スズに
限るものではなく、例えば、インジウムやカドミウムの
いずれかの低融点の金属を用いるようにすればよい。ま
た、それらの銅合金を用いるようにすればよい。
Then, a metal thin film 305 made of, for example, tin is formed thereon by, for example, a sputtering method. At this time, the metal thin film 305 has a thickness of about 100 to 200 nm.
It is formed to a film thickness of about. Here, when the metal thin film 205 is formed by the sputtering method, as shown in FIG. 3A, the inside of the hole 303 is not completely filled with the metal thin film 305. The metal thin film 305 is not limited to tin, and may be made of, for example, a metal having a low melting point such as indium or cadmium. Further, those copper alloys may be used.

【0023】次に、この半導体基板301を加熱するこ
とで、図3(b)に示すように、金属薄膜305を溶融
もしくは表面拡散状態とし、孔303内部が金属薄膜3
05で充填された状態とする。この後は、上記実施の形
態2と同様にし、銅薄膜を形成して相互拡散させること
で、孔303内が銅合金からなる孔充填部で充填された
状態を得る。この結果、この実施の形態3においても、
上記実施の形態2と同様の効果を得ることができる。
Next, by heating the semiconductor substrate 301, the metal thin film 305 is melted or surface-diffused as shown in FIG.
05 is assumed to be filled. Thereafter, in the same manner as in the second embodiment, a state in which the inside of the hole 303 is filled with a hole filling portion made of a copper alloy is obtained by forming a copper thin film and interdiffusing it. As a result, also in the third embodiment,
The same effect as in the second embodiment can be obtained.

【0024】実施の形態4 以下、この発明の第4の実施の形態について説明する。
図4は、この発明の実施の形態4における金属薄膜の形
成方法を示す説明図である。まず、図4(a)に示すよ
うに、半導体基板401上に形成された層間絶縁膜40
2上の所定位置に、直径が0.2μm深さ1μm程度の
孔403を形成する。次いで、その上に窒化チタンから
なる膜厚100nm程度のバリア層404を、スパッタ
法などにより堆積形成する。
Embodiment 4 Hereinafter, a fourth embodiment of the present invention will be described.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a method for forming a metal thin film according to the fourth embodiment of the present invention. First, as shown in FIG. 4A, an interlayer insulating film 40 formed on a semiconductor substrate 401 is formed.
A hole 403 having a diameter of about 0.2 μm and a depth of about 1 μm is formed at a predetermined position on 2. Next, a barrier layer 404 made of titanium nitride and having a thickness of about 100 nm is formed thereon by sputtering or the like.

【0025】そして、その上に、例えばスズからなる金
属薄膜405を、例えばスパッタ法などにより形成す
る。このとき、スパッタ法により金属薄膜405を形成
すると、図3(a)に示すように、孔403内部に空間
405aが形成された状態となる。なお、この金属薄膜
405は、スズに限るものではなく、例えば、インジウ
ムやカドミウムのいずれかの低融点の金属を用いるよう
にすればよい。また、それらの銅合金を用いるようにす
ればよい。
Then, a metal thin film 405 made of, for example, tin is formed thereon by, for example, a sputtering method. At this time, when the metal thin film 405 is formed by the sputtering method, a space 405a is formed inside the hole 403 as shown in FIG. The metal thin film 405 is not limited to tin, and may be made of, for example, a metal having a low melting point such as indium or cadmium. Further, those copper alloys may be used.

【0026】次に、この半導体基板401を、アルゴン
などの不活性ガスによる高圧中で加熱することで、図4
(b)に示すように、金属薄膜405を溶融もしくは表
面拡散状態とし、孔403内部が金属薄膜405で充填
された状態とする。この不活性ガスによる高圧は、10
気圧以上とする。この後は、上記実施の形態2,3と同
様にし、銅薄膜を形成して相互拡散させることで、孔4
03内が銅合金からなる孔充填部で充填された状態を得
る。この結果、この実施の形態4においても、上記実施
の形態2,3と同様の効果を得ることができる。
Next, the semiconductor substrate 401 is heated at a high pressure with an inert gas such as argon, so that the semiconductor substrate 401 shown in FIG.
As shown in (b), the metal thin film 405 is in a molten or surface-diffused state, and the inside of the hole 403 is filled with the metal thin film 405. The high pressure of this inert gas is 10
Atmospheric pressure or higher. Thereafter, in the same manner as in Embodiments 2 and 3, a copper thin film is formed and interdiffused to form holes 4.
03 is filled with a hole filling portion made of a copper alloy. As a result, also in the fourth embodiment, the same effects as in the second and third embodiments can be obtained.

【0027】[0027]

【発明の効果】以上説明したように、この発明では、凹
部が形成された基板上に、スズ,インジウム,カドミウ
ムのいずれか、もしくはその銅合金から構成された金属
材料からなる金属薄膜を形成し、金属薄膜をその融点以
下の温度に加熱しながら金属薄膜を加圧することで、凹
部に金属薄膜が充填された状態とし、続いて、金属薄膜
上に銅からなる薄膜を形成し、金属薄膜および銅からな
る薄膜を加熱することでそれぞれ相互拡散させ、この後
で銅からなる薄膜を除去するようにした。また、この発
明の金属薄膜形成方法は、凹部が形成された基板上に、
スズ,インジウム,カドミウムのいずれか、もしくはそ
の銅合金から構成された金属材料からなる金属薄膜を形
成し、金属薄膜をその融点以下の温度に加熱することで
凹部に金属薄膜が充填された状態とし、続いて、金属薄
膜上に銅からなる薄膜を形成し、金属薄膜および銅から
なる薄膜を加熱することでそれぞれ相互拡散させ、この
後で銅からなる薄膜を除去するようにした。このように
金属薄膜を形成するようにしたので、この発明によれ
ば、LSI配線形成工程で許容できる範囲の温度圧力
で、コストをかけることなく銅合金からなる金属薄膜が
形成できるという効果がある。
As described above, according to the present invention, a metal thin film made of a metal material composed of any one of tin, indium, and cadmium or a copper alloy thereof is formed on a substrate having a concave portion. By pressing the metal thin film while heating the metal thin film to a temperature equal to or lower than its melting point, the concave portion is filled with the metal thin film, and subsequently, a thin film made of copper is formed on the metal thin film, and the metal thin film and The thin film made of copper was mutually diffused by heating, and thereafter, the thin film made of copper was removed. Further, the method for forming a metal thin film of the present invention includes the steps of:
A metal thin film made of a metal material composed of tin, indium, cadmium or its copper alloy is formed, and the metal thin film is heated to a temperature lower than its melting point so that the concave portion is filled with the metal thin film. Subsequently, a thin film made of copper was formed on the metal thin film, and the metal thin film and the thin film made of copper were mutually diffused by heating, and thereafter, the thin film made of copper was removed. Since the metal thin film is formed as described above, according to the present invention, there is an effect that a metal thin film made of a copper alloy can be formed at a temperature and a pressure within an allowable range in an LSI wiring forming process without increasing costs. .

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 この発明の実施の形態における金属薄膜の形
成方法を示す説明図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating a method for forming a metal thin film according to an embodiment of the present invention.

【図2】 この発明の実施の形態2における金属薄膜の
形成方法を示す説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a method for forming a metal thin film according to a second embodiment of the present invention.

【図3】 この発明の実施の形態3における金属薄膜の
形成方法を示す説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating a method for forming a metal thin film according to a third embodiment of the present invention.

【図4】 この発明の実施の形態4における金属薄膜の
形成方法を示す説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a method for forming a metal thin film according to a fourth embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101…シートフィルム(基材)、102…金属薄膜、
103…半導体基板、104…層間絶縁膜、105…反
転パターン(凹部)、106…バリア層、107…銅薄
膜、108…銅合金配線。
101: sheet film (substrate), 102: metal thin film,
Reference numeral 103 denotes a semiconductor substrate, 104 denotes an interlayer insulating film, 105 denotes an inverted pattern (recess), 106 denotes a barrier layer, 107 denotes a copper thin film, and 108 denotes a copper alloy wiring.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 久良木 億 東京都新宿区西新宿三丁目19番2号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 枚田 明彦 東京都新宿区西新宿三丁目19番2号 日 本電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 平6−326100(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/3205 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Kuragi Billion 3-9-1-2 Nishi-Shinjuku, Shinjuku-ku, Tokyo Nippon Telegraph and Telephone Corporation (72) Inventor Akihiko Hirata 3-19 Nishishinjuku, Shinjuku-ku, Tokyo No. 2 Within Nippon Telegraph and Telephone Corporation (56) References JP-A-6-326100 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 21/3205

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 凹部が形成された基板上に、スズ,イン
ジウム,カドミウムのいずれか、もしくはそれらの銅合
金から構成された金属材料からなる金属薄膜を形成する
第1の工程と、 前記金属薄膜を前記金属材料の融点以下の温度に加熱し
ながら前記金属薄膜を加圧することで、前記凹部に前記
金属薄膜が充填された状態とする第2の工程と、 前記金属薄膜上に銅からなる薄膜を形成する第3の工程
と、 前記金属薄膜および銅からなる薄膜を加熱することでそ
れぞれ相互拡散させる第4の工程と、 前記銅からなる薄膜を除去する第5の工程とを備えたこ
とを特徴とする金属薄膜形成方法。
A first step of forming a metal thin film made of a metal material made of any one of tin, indium, and cadmium or a copper alloy thereof on a substrate having a recess formed therein; A second step of pressing the metal thin film while heating the metal thin film to a temperature equal to or lower than the melting point of the metal material so that the concave portion is filled with the metal thin film; and a thin film made of copper on the metal thin film. A fourth step of heating the metal thin film and the thin film made of copper to interdiffuse each other, and a fifth step of removing the thin film made of copper. Characteristic metal thin film forming method.
【請求項2】 凹部が形成された基板上に、スズ,イン
ジウム,カドミウムのいずれか、もしくはそれらの銅合
金から構成された金属材料からなる金属薄膜を形成する
第1の工程と、 前記金属薄膜を前記金属材料の融点以下の温度に加熱す
ることで、前記凹部に前記金属薄膜が充填された状態と
する第2の工程と、 前記金属薄膜上に銅からなる薄膜を形成する第3の工程
と、 前記金属薄膜および銅からなる薄膜を加熱することでそ
れぞれ相互拡散させる第4の工程と、 前記銅からなる薄膜を除去する第5の工程とを備えたこ
とを特徴とする金属薄膜形成方法。
2. A first step of forming a metal thin film made of a metal material composed of any one of tin, indium, and cadmium or a copper alloy thereof on a substrate having a recess formed thereon, and the metal thin film A second step of heating the substrate to a temperature equal to or lower than the melting point of the metal material so that the concave portion is filled with the metal thin film; and a third step of forming a thin film made of copper on the metal thin film. A fourth step of mutually diffusing the metal thin film and the thin film made of copper by heating, and a fifth step of removing the thin film made of copper. .
【請求項3】 請求項1または2記載の金属薄膜形成方
法において、 前記第3の工程前に、前記金属薄膜の前記溝内部に充填
された部分を残すように、前記金属薄膜の一部を除去す
ることを特徴とする金属薄膜の形成方法。
3. The metal thin film forming method according to claim 1, wherein a part of the metal thin film is left before the third step so as to leave a portion of the metal thin film filled inside the groove. A method for forming a metal thin film, comprising: removing the metal thin film.
【請求項4】 請求項1〜3いずれか1項記載の金属薄
膜形成方法において、 前記金属薄膜が形成された基材と前記基板とを、前記金
属薄膜と前記基板の前記凹部が形成された面が向かい合
うように貼り合わせることで、前記金属薄膜を前記基板
上に形成することを特徴とする金属薄膜の形成方法。
4. The metal thin film forming method according to claim 1, wherein the substrate on which the metal thin film is formed and the substrate are formed, and the concave portion of the metal thin film and the substrate are formed. A method for forming a metal thin film, wherein the metal thin film is formed on the substrate by bonding together such that the surfaces face each other.
JP12402597A 1997-05-14 1997-05-14 Metal thin film forming method Expired - Fee Related JP3359538B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP12402597A JP3359538B2 (en) 1997-05-14 1997-05-14 Metal thin film forming method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP12402597A JP3359538B2 (en) 1997-05-14 1997-05-14 Metal thin film forming method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH10313007A JPH10313007A (en) 1998-11-24
JP3359538B2 true JP3359538B2 (en) 2002-12-24

Family

ID=14875178

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP12402597A Expired - Fee Related JP3359538B2 (en) 1997-05-14 1997-05-14 Metal thin film forming method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3359538B2 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
JPH10313007A (en) 1998-11-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5734199A (en) Semiconductor device having improved test electrodes
US6114244A (en) Method for manufacturing a semiconductor device having fine contact hole with high aspect ratio
JP3559432B2 (en) Method of forming a semiconductor metallization system and its structure
TW201944500A (en) Low temperature bonded structures
JP3177968B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
TW406313B (en) Semiconductor device and manufacturing method of the same
JPS6039866A (en) Integrated semiconductor circuit
KR20000012027A (en) Method for manufacturing a semiconductor device
US6331482B1 (en) Method of VLSI contact, trench, and via filling using a germanium underlayer with metallization
JP3029395B2 (en) Semiconductor element wiring forming method
JP3359538B2 (en) Metal thin film forming method
US20050025942A1 (en) Method of bonding semiconductor devices
JPH07283220A (en) Electrode device for semiconductor device
JPH1098039A (en) Method for manufacturing semiconductor device
JPH03192768A (en) Semiconductor device
JP2002190490A (en) Electronic components with bumps
JP3325628B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JPH10321621A (en) Metal thin film forming method
KR100807065B1 (en) METHOD FOR FORMING METAL WIRING OF SEMICONDUCTOR
JP2842528B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JPH01196852A (en) Electrode wiring of semiconductor integrated circuit device
JPS63220549A (en) Integrated circuit device
JPH06151607A (en) Semiconductor device and manufacture thereof
KR950005265B1 (en) Metal wiring layer formation method
JP3326800B2 (en) Al-based multilayer wiring forming method and semiconductor device

Legal Events

Date Code Title Description
FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20071011

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081011

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091011

Year of fee payment: 7

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees