JP7488127B2 - METHOD FOR FORMING METAL WIRING AND FILM DEPOSITION APPARATUS - Google Patents
METHOD FOR FORMING METAL WIRING AND FILM DEPOSITION APPARATUS Download PDFInfo
- Publication number
- JP7488127B2 JP7488127B2 JP2020109068A JP2020109068A JP7488127B2 JP 7488127 B2 JP7488127 B2 JP 7488127B2 JP 2020109068 A JP2020109068 A JP 2020109068A JP 2020109068 A JP2020109068 A JP 2020109068A JP 7488127 B2 JP7488127 B2 JP 7488127B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- metal material
- metal wiring
- substrate
- forming
- metal
- 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.)
- Active
Links
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims description 112
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims description 112
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 68
- 230000008021 deposition Effects 0.000 title description 21
- 239000007769 metal material Substances 0.000 claims description 163
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 84
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 57
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 55
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 54
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 54
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 51
- 229910018565 CuAl Inorganic materials 0.000 claims description 50
- 229910018563 CuAl2 Inorganic materials 0.000 claims description 48
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims description 34
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 30
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 30
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 8
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 106
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 56
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 24
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 19
- 230000008569 process Effects 0.000 description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 description 10
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 8
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 4
- JRBRVDCKNXZZGH-UHFFFAOYSA-N alumane;copper Chemical compound [AlH3].[Cu] JRBRVDCKNXZZGH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000000921 elemental analysis Methods 0.000 description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 3
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 3
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 3
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 2
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 2
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005477 sputtering target Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001111 Fine metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- WPPDFTBPZNZZRP-UHFFFAOYSA-N aluminum copper Chemical compound [Al].[Cu] WPPDFTBPZNZZRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 238000005513 bias potential Methods 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 1
- 230000003685 thermal hair damage Effects 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
Description
本発明は、金属配線の形成方法及び成膜装置に関する。 The present invention relates to a method for forming metal wiring and a film forming apparatus.
半導体デバイスの微細化に伴い、金属配線パターンが微細化は益々進行している。従来のデュアルダマシン法を用いた、バリア膜形成、シード層形成、及びCu鍍金等の製造プロセスでは、微細配線パターンに対する良好なカバレッジ特性を得るのが難しくなっている。また、配線パターンが微細になるほど、金属配線中のバリア膜の体積割合が大きくなり、金属配線の抵抗が増加する場合がある。 As semiconductor devices become finer, metal wiring patterns are becoming finer and finer. It is becoming more difficult to obtain good coverage characteristics for fine wiring patterns using manufacturing processes such as barrier film formation, seed layer formation, and Cu plating using conventional dual damascene methods. In addition, the finer the wiring pattern, the greater the volume ratio of the barrier film in the metal wiring, which can increase the resistance of the metal wiring.
このような状況の中、バリア層、シード層を必要とせず、微細な金属配線パターンの埋め込み特性に優れたCuとAlとを含む合金を用いる技術が注目されている(例えば、非特許文献参照)。 In this situation, a technology that uses an alloy containing Cu and Al, which does not require a barrier layer or seed layer and has excellent embedding properties for fine metal wiring patterns, is attracting attention (see, for example, non-patent literature).
しかしながら、CuとAlとを含む合金は、CuとAlとの比率に応じて、例えばα相を形成したり、あるいはη相を形成したりする。α相が金属配線に混在すると、エレクトロマイグレーション耐性が低いため、配線断線を引き起こす可能性がある。一方、η相が金属配線に混在すると、金属配線の抵抗増加を引き起こす可能性がある。従って、これらの相は極力、その形成を抑える必要がある。 However, alloys containing Cu and Al may form, for example, the α phase or the η phase depending on the ratio of Cu to Al. If the α phase is mixed into the metal wiring, it may cause wiring breaks due to its low electromigration resistance. On the other hand, if the η phase is mixed into the metal wiring, it may cause an increase in the resistance of the metal wiring. Therefore, it is necessary to suppress the formation of these phases as much as possible.
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、上記の相の形成を抑制し、信頼性の高い金属配線を形成する方法、及び該金属配線を形成する成膜装置を提供することにある。 In view of the above circumstances, the object of the present invention is to provide a method for forming highly reliable metal wiring that suppresses the formation of the above-mentioned phases, and a film formation apparatus for forming the metal wiring.
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る金属配線の形成方法では、減圧雰囲気下で、CuAl合金でありAl含有率が化学量論組成CuAl2のAl含有率よりも多い第1金属材料及びCuAl合金でありCu含有率が化学量論組成CuAl2のCu含有率よりも多い第2金属材料をそれぞれ少なくとも1回、基板に入射させることにより、上記基板にCuAl2合金を含む金属配線が形成される。 In order to achieve the above object, in a method for forming a metal wiring according to one embodiment of the present invention, a first metal material, which is a CuAl alloy and has an Al content greater than the Al content of stoichiometric composition CuAl2 , and a second metal material, which is a CuAl alloy and has a Cu content greater than the Cu content of stoichiometric composition CuAl2 , are each incident on a substrate at least once under a reduced pressure atmosphere, thereby forming a metal wiring containing a CuAl2 alloy on the substrate.
このような金属配線の形成方法によれば、アルミニウムを含む第1金属材料及び銅を含む第2金属材料をそれぞれ少なくとも1回、基板に入射されるので、基板に信頼性の高いCuAl2合金を含む金属配線が形成される。 According to this method for forming metal wiring, the first metal material containing aluminum and the second metal material containing copper are each incident on the substrate at least once, so that a highly reliable metal wiring containing a CuAl2 alloy is formed on the substrate.
上記の金属配線の形成方法においては、上記第1金属材料と上記第2金属材料とを上記基板に交互に入射させることにより、上記金属配線を形成してもよい。 In the method for forming the metal wiring, the first metal material and the second metal material may be alternately incident on the substrate to form the metal wiring.
このような金属配線の形成方法によれば、第1金属材料と第2金属材料とを基板に交互に入射させるので、信頼性の高いCuAl2合金を含む金属配線が形成される。 According to this method for forming metal wiring, the first metal material and the second metal material are alternately incident on the substrate, so that metal wiring containing a highly reliable CuAl2 alloy is formed.
上記の金属配線の形成方法においては、上記基板を加熱しながら、スパッタリング法によって上記金属配線を形成してもよい。 In the method for forming the metal wiring, the metal wiring may be formed by a sputtering method while heating the substrate.
このような金属配線の形成方法によれば、基板を加熱しながら、スパッタリング法によって金属配線を形成するので、信頼性の高いCuAl2合金を含む金属配線が形成される。 According to this method for forming metal wiring, the metal wiring is formed by sputtering while heating the substrate, so that metal wiring containing a highly reliable CuAl2 alloy is formed.
上記の金属配線の形成方法においては、上記第1金属材料を第1圧力の減圧雰囲気下で上記基板に入射させ、上記第2金属材料を上記第1圧力とは異なる第2圧力の減圧雰囲気下で上記基板に入射させてもよい。 In the above method for forming metal wiring, the first metal material may be injected into the substrate under a reduced pressure atmosphere at a first pressure, and the second metal material may be injected into the substrate under a reduced pressure atmosphere at a second pressure different from the first pressure.
このような金属配線の形成方法によれば、第1金属材料を第1圧力の減圧雰囲気下で基板に入射させ、第2金属材料を第1圧力とは異なる第2圧力の減圧雰囲気下で基板に入射させるので、信頼性の高いCuAl2合金を含む金属配線が形成される。 According to this method for forming metal wiring, a first metal material is injected into a substrate under a reduced pressure atmosphere of a first pressure, and a second metal material is injected into the substrate under a reduced pressure atmosphere of a second pressure different from the first pressure, so that a metal wiring containing a highly reliable CuAl2 alloy is formed.
上記の金属配線の形成方法においては、上記第2圧力を上記第1圧力よりも高く設定してもよい。 In the above method for forming metal wiring, the second pressure may be set higher than the first pressure.
このような金属配線の形成方法によれば、第2圧力を第1圧力よりも高く設定するので、信頼性の高いCuAl2合金を含む金属配線が形成される。 According to this method for forming a metal wiring, the second pressure is set higher than the first pressure, so that a metal wiring containing a highly reliable CuAl2 alloy is formed.
上記の金属配線の形成方法においては、上記第1金属材料を第1のバイアス電力を上記基板に印加して成膜し、上記第2金属材料を上記第1のバイアス電力とは異なる第2のバイアス電力を前記基板に印加して成膜してもよい。 In the above method for forming metal wiring, the first metal material may be deposited by applying a first bias power to the substrate, and the second metal material may be deposited by applying a second bias power different from the first bias power to the substrate.
このような金属配線の形成方法によれば、第1金属材料が第1のバイアス電力を基板に印加して成膜され、第2金属材料が第1のバイアス電力とは異なる第2のバイアス電力を基板に印加して成膜されるので、信頼性の高いCuAl2合金を含む金属配線が形成される。 According to this method for forming metal wiring, the first metal material is deposited by applying a first bias power to the substrate, and the second metal material is deposited by applying a second bias power different from the first bias power to the substrate, so that a highly reliable metal wiring containing a CuAl2 alloy is formed.
上記の金属配線の形成方法においては、上記第1のバイアス電力を上記第2のバイアス電力よりもよりも高く設定してもよい。 In the above method for forming metal wiring, the first bias power may be set higher than the second bias power.
このような金属配線の形成方法によれば、第1のバイアス電力が第2のバイアス電力よりもよりも高く設定されるので、信頼性の高いCuAl2合金を含む金属配線が形成される。 According to this method for forming a metal wiring, the first bias power is set higher than the second bias power, so that a highly reliable metal wiring containing a CuAl2 alloy is formed.
上記の金属配線の形成方法においては、上記基板に形成される上記金属配線の成膜源として、CuAl2合金ターゲットを用いてもよい。 In the method for forming the metal wiring, a CuAl2 alloy target may be used as a film-forming source for the metal wiring formed on the substrate.
このような金属配線の形成方法によれば、成膜源として、CuAl2合金ターゲットを用いるので、信頼性の高いCuAl2合金を含む金属配線が形成される。 According to this method for forming metal wiring, a CuAl 2 alloy target is used as a film formation source, so that metal wiring containing a highly reliable CuAl 2 alloy is formed.
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る成膜装置は、真空容器と、成膜源と、制御装置とを具備する。
上記真空容器は、減圧雰囲気を維持することができる。
上記成膜源は、アルミニウムと銅とを基板に向けて出射することができる。
上記制御装置は、成膜条件を変更することにより、アルミニウム及び銅を含む第1金属材料と、アルミニウム及び銅を含み上記第1金属材料に比べてアルミニウムの比率が低く銅の比率が高い第2金属材料とをそれぞれ少なくとも1回、上記基板に入射する制御を行う。
In order to achieve the above object, a film formation apparatus according to one aspect of the present invention includes a vacuum vessel, a film formation source, and a control device.
The vacuum vessel can maintain a reduced pressure atmosphere.
The deposition source is capable of directing aluminum and copper toward a substrate.
The control device controls the incidence of a first metal material containing aluminum and copper, and a second metal material containing aluminum and copper but having a lower aluminum ratio and a higher copper ratio than the first metal material, onto the substrate at least once each by changing the film formation conditions.
このような成膜装置によれば、アルミニウムを含む第1金属材料及び銅を含む第2金属材料をそれぞれ少なくとも1回、基板に入射されるので、基板に信頼性の高いCuAl2合金を含む金属配線が形成される。 According to such a film forming apparatus, the first metal material containing aluminum and the second metal material containing copper are each incident on the substrate at least once, so that a highly reliable metal wiring containing a CuAl2 alloy is formed on the substrate.
上記の成膜装置においては、上記制御装置は。上記第1金属材料と上記第2金属材料とを上記基板に交互に入射させる制御を行ってもよい。 In the above-mentioned film forming apparatus, the control device may perform control to alternately inject the first metal material and the second metal material onto the substrate.
このような成膜装置によれば、第1金属材料と第2金属材料とを基板に交互に入射させる制御を行うため、基板に信頼性の高いCuAl2合金を含む金属配線が形成される。 According to such a film forming apparatus, the first metal material and the second metal material are alternately incident on the substrate, so that a highly reliable metal wiring containing a CuAl2 alloy is formed on the substrate.
以上述べたように、本発明によれば、信頼性の高い金属配線を形成する方法、及び該金属配線を形成する成膜装置が提供される。 As described above, the present invention provides a method for forming highly reliable metal wiring and a deposition apparatus for forming the metal wiring.
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。各図面には、XYZ軸座標が導入される場合がある。また、同一の部材または同一の機能を有する部材には同一の符号を付す場合があり、その部材を説明した後には適宜説明を省略する場合がある。また、以下に示す数値は例示であり、この例に限らない。 Below, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. XYZ axis coordinates may be introduced in each drawing. In addition, the same reference numerals may be used for identical components or components having the same functions, and after the components have been described, the description may be omitted as appropriate. In addition, the numerical values shown below are examples and are not limited to these examples.
本実施形態の金属配線の形成では、大気圧よりも圧力が低い減圧雰囲気下で、アルミニウムを含む第1金属材料及び銅を含む第2金属材料をそれぞれ少なくとも1回、基板に入射させることにより、CuAl2合金を含む金属配線が基板に形成される。 In the formation of the metal wiring in this embodiment, a first metal material containing aluminum and a second metal material containing copper are each incident on a substrate at least once under a reduced pressure atmosphere lower than atmospheric pressure, thereby forming a metal wiring containing a CuAl2 alloy on the substrate.
また、本実施形態に係るCuAl2合金とは、主成分としてθ相のCuAl2合金を有する合金であることを意味する。例えば、本実施形態で形成されたCuAl2合金層を元素分析した場合、CuAlz(1.7≦Z≦2.3)の銅アルミニウム合金層を意味する。 In addition, the CuAl2 alloy according to this embodiment means an alloy having a θ-phase CuAl2 alloy as a main component. For example, when the CuAl2 alloy layer formed in this embodiment is subjected to elemental analysis, it means a copper-aluminum alloy layer of CuAlz (1.7≦Z≦2.3).
(第1実施形態) (First embodiment)
図1は、本実施形態の金属配線を形成する成膜装置の一例を示す模式図である。 Figure 1 is a schematic diagram showing an example of a film forming apparatus for forming metal wiring according to this embodiment.
本実施形態で使用される成膜装置200Aとして、スパッタリング成膜装置が例示される。成膜装置200Aは、真空容器201と、ターゲット(スパッタリングターゲット)202と、電源203と、ステージ204と、圧力計205と、ガス供給系206と、ガス流量計207と、排気系208と、制御装置210とを具備する。ステージ204上には、ウェーハ状の基板220が設置されている。基板220は、シリコン等の半導体材を含む。
The
真空容器201は、排気系208によって減圧雰囲気を維持する。真空容器201は、ターゲット202、ステージ204、及び基板220等を収容する。真空容器201には、真空容器201内の圧力を計測する圧力計205が取り付けられる。また、真空容器201には、放電ガス(例えば、Ar)を供給するガス供給系206が取り付けられる。真空容器201内に供給されるガス流量は、ガス流量計207で調整される。
The
ターゲット202は、成膜装置200Aの成膜源である。ターゲット202は、アルミニウム銅合金で構成されている。例えば、ターゲット202が真空容器201内に形成されるプラズマによってスパッタリングされると、アルミニウムと銅とがターゲット202から基板220に向けて出射される。
The
電源203は、ターゲット202に放電電力を供給する。電源203は、DC電源でもよく、RF、VHF等の高周波電源でもよい。ターゲット202に電源203から放電電力が供給されると、ターゲット202のスパッタリング面の近傍にプラズマが形成される。
The
ステージ204は、ターゲット202に対向する。ステージ204は、基板220を支持する。ステージ204には、温調機構が設けられている。ステージ204には、バイアス電位を印加することが可能になっている。
The
制御装置210は、成膜装置200Aを制御する。例えば、制御装置210は、電源203の電力、ガス流量計207の開度、ステージ204に印加されるバイアス電力、ステージ204の温度等を制御する。圧力計205で計測された圧力は、制御装置210に送られる。
The
制御装置210が成膜条件を変更することにより、アルミニウム及び銅を含む第1金属材料と、アルミニウム及び銅を含む別の第2金属材料とを基板220に入射することができる。例えば、ターゲット202として、1つのCuAl2合金ターゲットが成膜装置200A内に設置されたとしても、成膜条件を変更することにより、基板220上に第1金属材料と、第1金属材料とは組成比が異なる第2金属材料とを成膜することができる。
By changing the film formation conditions by the
ここで、第1金属材料と、第2金属材料とは、基板220に堆積した層の組成比が異なる金属である。例えば、第2金属材料においては、第1金属材料に比べてアルミニウムの比率が低く銅の比率が高い。制御装置210は、第1金属材料及び第2金属材料をそれぞれ少なくとも1回、基板220に入射する制御を行う。
Here, the first metal material and the second metal material are metals with different composition ratios in the layers deposited on the
成膜中の真空容器201内の圧力は。例えば、制御装置210がガス流量計207の開度を調整したり、排気系208に設けられたバルブの開度を調整したりすることで、所定値に維持される。
The pressure inside the
以下、成膜装置200Aによって形成される金属配線の形成方法を説明する。基板220には、室温状態で成膜処理が施され、その後に加熱処理が施されたり、あるいは、成膜処理中に加熱されながら、成膜処理が施されたりする。金属配線の形成条件は、制御装置210によって自動的に制御される。また、第1実施形態では、成膜源として1つの銅アルミニウム合金ターゲットが用いられる。以下、銅アルミニウム合金は、CuAl合金とする。CuAl合金ターゲットとは、CuAl2合金からなってもよく、CuAl2と異なる組成をもつ合金からなってもよい。例えばCuの組成は30at%以上40at%以下の範囲でもよく、33.3at%以上38at%以下の範囲であってよい。
Hereinafter, a method for forming metal wiring formed by the
(第1形成方法) (First formation method)
第1形成方法では、基板220が200以上400℃以下に加熱されながらスパッタリング成膜処理がなされる。
In the first formation method, a sputtering film formation process is performed while the
図2(a)~図3(c)は、第1形成方法での金属配線の形成方法を示す模式的断面図である。図2(a)~図3(c)には、基板220の上層に設けられた開口102に金属配線が形成される様子が示されている。
Figures 2(a) to 3(c) are schematic cross-sectional views showing a method for forming metal wiring using the first formation method. Figures 2(a) to 3(c) show how metal wiring is formed in an
図2(a)には、金属配線が埋設される絶縁層として、層間絶縁層10が例示されている。層間絶縁層10の表面101には、溝または孔で構成された開口102が形成されている。開口102が溝の場合、溝は、例えば、X軸方向に延在する。また、開口102が孔の場合、孔をZ軸方向から見た外形は、円形状または矩形状である。孔としては、ビアホール等が該当する。開口102は、層間絶縁層10において有底でもよく、無底でもよい。図2(a)では、無底の開口102が例示されている。すなわち、開口102は、層間絶縁層10をZ軸方向に貫通している。
2(a) illustrates an interlayer insulating
開口102において、底部における幅w1は、例えば、3nm以上30nm以下である。開口端における幅w2は、例えば、5nm以上50nm以下である。開口102の深さは、例えば、10nm以上140nm以下である。開口102は、ストレート型でもよく、底に向かうにつれ幅が広くなったり、あるいは逆に狭くなったりするテーパ型でもよい。
The width w1 of the
層間絶縁層10の下には、層間絶縁層11が設けられる。層間絶縁層11の内部には、例えば、金属配線層12が設けられている。金属配線層12の一部は、開口102の底部において露出されている。金属配線層12は、例えば、層間絶縁層11の下方に設けられた、トランジスタ、抵抗、コンデンサ、メモリ等(不図示)のいずれかに電気的に接続される。または、金属配線層12の電位は、浮遊してもよい。なお、金属配線層12を取り除き、金属配線層12が層間絶縁層11で置き換えられた構造体も本実施形態に含まれる。この場合、開口102の底部では、層間絶縁層11が露出されることになる。
An interlayer insulating
金属配線層12の材料は、Cu及びAlを含む金属間化合物である。例えば、金属配線層12の材料は、CuAl2合金である。ここで、CuAl2合金とは、主成分としてθ層のCuAl2合金を有する合金であることを意味する。例えば、本実施形態で形成されたCuAl2合金層を元素分析した場合、CuAlz(1.7≦Z≦2.3)の銅アルミニウム合金層を意味する。また、金属配線層12の材料はコンタクト材料であるW及びCoであることもある。層間絶縁層10、11は、シリコン酸化物を含む。層間絶縁層10、11の材料は、例えば、シリコン酸化物、または、比誘電率3以下のLow-k材(CVD-SiOC、CVD-SiO2等)である。
The material of the
次に、制御装置210によってスパッタリング条件が設定されて、層間絶縁層10の表面101及び開口102に金属材料20A(第1金属材料)が形成される。この状態を図2(b)に示す。金属材料20Aとして、アルミニウム含有率が化学量論組成CuAl2のアルミニウム含有率よりも多い金属材料が選定される。例えば、金属材料20Aの化学量論組成は、CuAlx(2<x<2.82)で表される。
Next, sputtering conditions are set by the
金属材料20Aは、基板220に成膜される際、例えば、スパッタリング粒子から運動エネルギーを得る。このため、基板220上での金属材料20Aのマイグレーションが促進されて、金属材料20Aの段差被覆性は良好になる。例えば、金属材料20Aは、表面101、開口102の内壁104、及び開口102の底部に沿って形成される。金属材料20Aの厚みは、5nm~50nmに設定される。
When the
次に、制御装置210によって金属材料20Aの成膜条件とは異なるスパッタリング条件が設定され、図2(c)に示すように、層間絶縁層10の表面101及び開口102に金属材料20Aを介して金属材料20C(第2金属材料)が形成される。
Next, the
例えば、金属材料20Aを第1圧力の減圧雰囲気下で基板220に入射させた場合、金属材料20Cについては、第1圧力とは異なる第2圧力の減圧雰囲気下で基板220に入射される。例えば、第2圧力は、第1圧力よりも高く設定され、第1圧力が、例えば、0.05Pa以上0.15Pa以下ならば、第2圧力は、0.25Pa以上0.35Pa以下に設定される。
For example, when
ここで、金属材料20Cとしては、銅含有率が化学量論組成CuAl2の銅含有率よりも多い金属材料が選定される。例えば、金属材料20Cの化学量論組成は、CuAly(0.6≦y<2)で表される。
Here, a metal material having a copper content greater than the copper content of the stoichiometric composition CuAl 2 is selected as the
また、金属材料20Cは、金属材料20A上に成膜される際、例えば、スパッタリング粒子から運動エネルギーを得る。このため、金属材料20A上での金属材料20Cのマイグレーションが促進されて、金属材料20Cの段差被覆性は良好になる。例えば、金属材料20Cは、金属材料20Aを介して、表面101、開口102の内壁104、及び開口102の底部に沿って形成される。金属材料20Cの厚みは、5nm~50nmに設定される。金属材料20Cの厚みは、金属材料20Aの厚みと異なってもよい。
When the
このように、第1圧力で金属材料20Aのスパッタリング成膜がなされ、続いて、第2圧力で金属材料20Cのスパッタリング成膜がなされる。スパッタリング成膜では、加熱スパッタリングが採用されることから、金属材料20Aの成膜と、金属材料20Aのリフロー処理とが同時に進行し、金属材料20Cの成膜と、金属材料20Cのリフロー処理とが同時に進行する。
In this way, the
ここで、金属材料20A及び金属材料20Cはともに加熱されていることから、金属材料20A上に金属材料20Cが成膜されると、金属材料20Aと金属材料20Cとの反応が起き、安定したθ相であって、化学量論組成CuAl2で構成された金属配線20が形成される。この状態を図3(a)に示す。
Here, since both the
続いて、金属材料20Aの加熱スパッタリング成膜と金属材料20Cの加熱スパッタリング成膜とが交互になされて、図3(b)に示すように、CuAl2で構成された金属配線20が表面101及び開口102に積層される。この後は、図3(c)に示すように、表面101から上方の金属配線20の余剰部分が化学的機械研磨法により除去される。このような方法によって、信頼性の高いθ相のCuAl2層(金属配線20)を安定して形成することができる。
Subsequently, the thermal sputtering deposition of the
本実施形態では、加熱スパッタリングが採用されていることから、基板220上での金属材料20A、20Cのマイグレーションがさらに促進されて、金属配線20の段差被覆性がさらに良好になる。
In this embodiment, thermal sputtering is used, which further promotes migration of the
金属配線20が開口102に形成された後、基板220がin-situによって、例えば、200℃~400℃、好ましくは250℃~350℃で、3分間~60分間、好ましくは20分間~40分間、リフロー処理される。この加熱は、真空容器201内で行われてもよく、真空容器201とは独立したアニール装置で行われてもよい。なお、金属配線20が開口102に形成された後のリフロー処理は、適宜省略することもできる。
After the
上記の例では、成膜時の圧力を変えて金属材料20Aと金属材料20Cとを形成したが、ステージ204に印加するバイアス電力を変えて金属材料20Aと金属材料20Cとを形成してもよく、ステージ204の設定温度を変えて金属材料20Aと金属材料20Cとを形成してもよい。
In the above example,
例えば、ステージ204に第1のバイアス電力を印加して金属材料20Aを基板220に入射させた場合、金属材料20Cについては、第1のバイアス電力とは異なる第2のバイアス電力で基板220に入射させてもよい。例えば、第1のバイアス電力は、第2のバイアス電力よりも高く設定される。
For example, when a first bias power is applied to the
また、金属材料20Aを成膜する成膜装置及び金属材料20Cを成膜する成膜装置のそれぞれのステージ温度は、異なる温度に設定されてよい。例えば、金属材料20Aを成膜する成膜装置のステージの温度は、金属材料20Cを成膜する成膜装置のステージの温度よりも高く設定される。
The stage temperatures of the deposition apparatus for depositing
さらに、金属材料20Aを基板220に入射させる専用の成膜装置と、金属材料20Cを基板220に入射させる専用の成膜装置とをそれぞれ独立して用意してもよい。それぞれの成膜装置は、同様の構成でもよく、それぞれが成膜装置200Aと同様の構成でもよい。これら独立した成膜装置のそれぞれのステージ温度を異なる温度に設定することもできる。
Furthermore, a dedicated film forming apparatus for injecting
(比較例) (Comparative Example)
ここで、図4(a)及び図4(b)は、比較例に係る金属配線の形成方法を示す模式的断面図である。 Here, FIG. 4(a) and FIG. 4(b) are schematic cross-sectional views showing a method for forming metal wiring according to a comparative example.
例えば、化学量論組成CuAl2のターゲットを用いて、スパッタリング成膜を行う場合、基板に形成される膜の化学量論組成比がターゲットの組成比と同様にCuAl2(θ相のCuAl2)になるとは限らない。すなわち、減圧雰囲気での成膜プロセスでは、ターゲットの組成比と、膜の組成比とのずれが生じる場合がある。 For example, when a sputtering film is formed using a target with a stoichiometric composition of CuAl 2 , the stoichiometric composition ratio of the film formed on the substrate is not necessarily the same as the composition ratio of the target, i.e., θ- phase CuAl 2. In other words, in a film formation process in a reduced pressure atmosphere, a deviation may occur between the composition ratio of the target and the composition ratio of the film.
例えば、CuAl2ターゲットを用いて所定の成膜条件で成膜を試みた場合、Al含有率が化学量論組成CuAl2のAl含有率よりも多い合金層300が基板220に形成される場合がある。この状態を図4(a)に示す。合金層300は、単層である。
For example, when a film is formed under a predetermined film forming condition using a CuAl2 target, an
この後、合金層300にウェーハプロセスの進行によって熱履歴が施されると、合金層300はCuAl2層に比べてAlを多く含むため、例えば、図4(b)に示すように、合金層300中にα相301が析出する可能性がある。このようなAl粒子301が金属配線中に析出すると、例えば、エレクトロマイグレーションによる断線が生じる可能性がある。
Thereafter, when the
一方、合金層300として、Cu含有率が化学量論組成CuAl2のCu含有率よりも多い合金層が形成された場合には、熱履歴によってη相のCuAl合金が金属配線中に析出し、配線抵抗の増加をもたらす。従って、比較例では、信頼性の高い金属配線が形成されない可能性がある。
On the other hand, when an alloy layer having a Cu content higher than that of the stoichiometric composition CuAl 2 is formed as the
このように、CuAl2ターゲットを用いて基板上にθ相のCuAl2層を形成する最適化条件を探索することは難しく、その最適化条件に成膜条件が縛られることになる。換言すれば、この狭いマージンの条件から成膜条件が逸れた場合、θ相のCuAl2層が得られないことになる。 In this way, it is difficult to find the optimum conditions for forming a θ-phase CuAl 2 layer on a substrate using a CuAl 2 target, and the film formation conditions are restricted to the optimum conditions. In other words, if the film formation conditions deviate from the narrow margin conditions, the θ-phase CuAl 2 layer cannot be obtained.
また、θ相のCuAl2層を形成する成膜条件ごとにターゲット組成比を変えたターゲットを複数準備する方法がある。しかし、この方法では、複数のターゲットを準備するための試行錯誤を繰り返すこととなり、ターゲットの高コスト化を招来する。 There is also a method of preparing multiple targets with different target composition ratios for each deposition condition for forming a θ-phase CuAl 2 layer, but this method requires repeated trial and error to prepare multiple targets, which leads to high target costs.
これに対して、本実施形態によれば、θ相のCuAl2層を狙って形成する成膜条件に設定する必要がない。また、成膜条件ごとにターゲット組成比を変えたターゲットを準備することを要しない。本実施形態では、CuAl2に比べてAlが比較的多い金属材料20Aと、CuAl2に比べてCuが比較的多い金属材料20Cとを積層し、金属材料20Aと金属材料20Cとを加熱することで、信頼性の高いθ相のCuAl2層(金属配線20)を安定して形成することができる。
In contrast, according to the present embodiment, it is not necessary to set the film formation conditions to form a θ-phase CuAl 2 layer. In addition, it is not necessary to prepare targets with different target composition ratios for each film formation condition. In this embodiment, a
また、成膜時のリフロー温度を200℃よりも低く設定すると、金属材料20Aと金属材料20Cとの反応が充分に進行しなくなるので好ましくない。また、リフロー温度を400℃よりも低く設定すると、金属配線20の結晶化が過剰に促進されて、金属配線20の表面粗さ(例えば、Ra)が大きくなるので好ましくない。あるいは、層間絶縁層10がLow-k材で構成されている場合、Low-k材が熱ダメージを受けやすくなるので好ましくない。
In addition, if the reflow temperature during film formation is set lower than 200°C, the reaction between
また、金属材料20Aと金属材料20Cとの反応を促進するには、金属材料20Aの厚み及び金属材料20Cの厚みが薄いほうが望ましい。例えば、金属材料20Aの厚み及び金属材料20Cの厚みを50nm以下とすることで、よりθ相のCuAl2を多く含む金属配線20が形成される。
In addition, in order to promote the reaction between the
(第2実施形態) (Second embodiment)
図5は、本実施形態の金属配線を形成する成膜装置の別の例を示す模式図である。 Figure 5 is a schematic diagram showing another example of a film forming apparatus for forming metal wiring according to this embodiment.
成膜装置200Bにおいては、スパッタリングターゲットとして、ターゲット202Aと、ターゲット202Cとが設けられている。ターゲット202A、202Cのそれぞれの外周には、防着板211が設けられている。成膜装置200Bは、二元スパッタリング装置(コスパッタリング装置)である。
In the
ターゲット202Aは、アルミニウムで構成されている。ターゲット202Cは、銅で構成されている。例えば、ターゲット202A、202Cが真空容器201内に形成されるプラズマによってスパッタリングされると、ターゲット202Aからは、アルミニウムが基板220に向けて出射され、ターゲット202Cからは、銅が基板220に向けて出射される。
電源203は、ターゲット202A、202Bのそれぞれに独立して放電電力を供給する。ターゲット202A、202Cのそれぞれに電源203から放電電力が供給されると、ターゲット202A、202Cのそれぞれのスパッタリング面の近傍にプラズマが形成される。制御装置210は、電源203が供給するターゲット202A、202BAのそれぞれの電力を制御する。
The
制御装置210が成膜条件を変更することにより、アルミニウムを含む金属材料と、銅を含む金属材料とを基板220に入射することができる。制御装置210は、アルミニウムを含む金属材料及び銅を含む金属材料をそれぞれ少なくとも1回、基板220に入射する制御を行う。以下、成膜装置200Bによって形成される金属配線の形成方法を説明する。
By changing the film formation conditions, the
(第2形成方法) (Second formation method)
図6(a)~図6(c)は、第2形成方法での金属配線の形成方法を示す模式的断面図である。第2形成方法では、基板220が200以上400℃以下に加熱されながらスパッタリング成膜処理がなされる。
Figures 6(a) to 6(c) are schematic cross-sectional views showing a method for forming metal wiring using the second formation method. In the second formation method, a sputtering film formation process is performed while the
図6(a)に示すように、制御装置210の制御により電源203によってターゲット202Aに放電電力が投入されて、層間絶縁層10の表面101及び開口102に金属材料21Aが形成される。金属材料21Aとして、アルミニウムを含む金属材料が選定される。例えば、金属材料21Aは、Al含有率が化学量論組成CuAl2のAl含有率よりも多い金属材料である。例えば、金属材料20Aの化学量論組成は、CuAlx(2<x<2.82)で表される。
6A, discharge power is applied to the
金属材料21AのAl含有量は、電源203が供給するターゲット202A、202Cのそれぞれの電力を制御することによって調整される。例えば、金属材料21Aの厚みは、5nm~50nmに設定される。また、成膜時の圧力は、0.01Pa~0.15Paに設定される。
The Al content of the
次に、制御装置210の制御により電源203によってターゲット202Cに放電電力が投入され、層間絶縁層10の表面101及び開口102に金属材料21Aを介して金属材料21Cが形成される。金属材料21Cとして、銅を含む金属材料が選定される。例えば、金属材料21Cは、Cu含有率が化学量論組成CuAl2のCu含有率よりも多い金属材料である。例えば、金属材料20Cの化学量論組成は、CuAly(0.6≦y<2)で表される。金属材料21CのCu含有量は、電源203が供給するターゲット202A、202Cのそれぞれの電力を制御することによって調整される。
Next, under the control of the
例えば、金属材料21Aを放出するときのターゲット202Aへの投入電力を第1電力、ターゲット202Cへの投入電力を第2電力とした場合、金属材料21Cを放出するときのターゲット202Aへの投入電力が第1電力よりも低く設定されてもよく、あるいは、ターゲット202Cへの投入電力が第2電力よりも高く設定されてもよい。金属材料21Cの厚みは、5nm~50nmに設定される。成膜時の圧力は、0.01Pa~0.15Paに設定される。
For example, if the power input to target 202A when releasing
このような金属材料21Aの成膜と金属材料21Cの成膜とが交互になされて、金属材料21Aと金属材料21Cとが基板220に交互に入射される。これにより、金属材料21Aと金属材料21Cとが交互に積層した積層体21Lが表面101及び開口102に形成される。なお、金属材料21Aと金属材料21Cとは、どちらが先に形成されてもよい。
The deposition of
加熱スパッタリングが採用されることから、金属材料21A上に金属材料21Cが成膜されると、金属材料21Aと金属材料21Cとの反応が起き、化学量論組成CuAl2で構成された金属配線20が形成される。この状態を図6(b)に示す。
Since thermal sputtering is employed, when the
続いて、金属材料21Aの加熱スパッタリング成膜と金属材料21Cの加熱スパッタリング成膜とが交互になされて、図6(c)に示すように、CuAl2で構成された金属配線20が表面101及び開口102に積層される。このような方法によっても、信頼性の高いθ相のCuAl2層(金属配線20)を形成することができる。
Subsequently, the thermal sputtering deposition of the
第2実施形態によれば、CuAl2ターゲットを用いることなく、より安価なAlターゲット及びCuターゲットでプロセスを進行させることができる。また、金属配線20の形成を金属材料21A、21Cのそれぞれの厚みの比率で制御できるのでプロセス条件が簡便になる。あるいは、組成の異なるCuAl合金ターゲットを組み合わせることもできる。
According to the second embodiment, the process can be carried out using cheaper Al and Cu targets without using a CuAl2 target. In addition, the formation of the
金属配線20が開口102に形成された後、基板220がin-situによって、例えば、200℃~400℃、好ましくは、250℃~350℃で、3分間~60分間、好ましくは、20分間~40分間、リフロー処理してもよい。これにより、信頼性の高いθ相のCuAl2層(金属配線20)を形成することができる。
After the
(実施例1) (Example 1)
スパッタリング成膜時の圧力を変えることにより、CuAl合金膜の組成比が変わることを確認した。サンプルとしては、Al含有率が化学量論組成CuAl2のAl含有率よりも多いサンプルAと、化学量論組成CuAl2に近似するサンプルBと、Cu含有率が化学量論組成CuAl2のCu含有率よりも多いサンプルCとを準備した。なお、CuAl2の化学量論組成比は、33.33%:66.66%である。基板は、Si基板である。 It was confirmed that the composition ratio of the CuAl alloy film changes by changing the pressure during sputtering film formation. As samples, sample A with an Al content higher than that of the stoichiometric composition CuAl2 , sample B with a Cu content close to the stoichiometric composition CuAl2 , and sample C with a Cu content higher than that of the stoichiometric composition CuAl2 were prepared. The stoichiometric composition ratio of CuAl2 was 33.33%:66.66%. The substrate was a Si substrate.
サンプルAのスパッタリング条件の一例を以下に示す。
ターゲット:CuAl2ターゲット
成膜圧力:0.033Pa
基板温度:室温
放電電力:0.48W/cm2
放電ガス:Ar
An example of the sputtering conditions for sample A is shown below.
Target: CuAl 2 target Film formation pressure: 0.033 Pa
Substrate temperature: room temperature Discharge power: 0.48 W/ cm2
Discharge gas: Ar
サンプルBのスパッタリング条件の一例を以下に示す。
ターゲット:CuAl2ターゲット
成膜圧力:0.1Pa
基板温度:室温
放電電力:0.48W/cm2
放電ガス:Ar
An example of the sputtering conditions for sample B is shown below.
Target: CuAl 2 target Film formation pressure: 0.1 Pa
Substrate temperature: room temperature Discharge power: 0.48 W/ cm2
Discharge gas: Ar
サンプルCのスパッタリング条件の一例を以下に示す。
ターゲット:CuAl2ターゲット
成膜圧力:0.3Pa
基板温度:室温
放電電力:0.48W/cm2
放電ガス:Ar
An example of the sputtering conditions for sample C is shown below.
Target: CuAl 2 target Film formation pressure: 0.3 Pa
Substrate temperature: room temperature Discharge power: 0.48 W/ cm2
Discharge gas: Ar
それぞれの組成比の結果を表1に示す。濃度は、元素XRF分析手段(株式会社Rigaku社製AZX400)に従った。 The composition ratios of each are shown in Table 1. The concentrations were determined using elemental XRF analysis (AZX400, manufactured by Rigaku Corporation).
表1に示すように、CuAl2ターゲットを用いて成膜時の圧力を変えることにより、0.1Pa以下のサンプルA、Bでは、Al含有率が化学量論組成CuAl2のAl含有率よりも多い膜が形成されることが分かる。また、圧力をサンプルA、Bに比べて高く設定したサンプルC(0.3Pa成膜)では、Cu含有率が化学量論組成CuAl2のCu含有率よりも多い膜が形成されることが分かる。 As shown in Table 1, by changing the pressure during film formation using a CuAl2 target, it can be seen that in samples A and B at 0.1 Pa or less, a film having an Al content higher than the Al content of the stoichiometric composition CuAl2 is formed. Also, in sample C (film formation at 0.3 Pa) where the pressure is set higher than that of samples A and B, it can be seen that a film having a Cu content higher than the Cu content of the stoichiometric composition CuAl2 is formed.
次に、CuAl合金の組成比が異なる、膜Aと膜Bとを交互に積層し、積層体を加熱処理した後のCuとAlとの濃度の変化を調査した。膜Aの成膜条件は、サンプルBの成膜条件、膜Bの成膜条件は、サンプルCの成膜条件に従った。 Next, films A and B, which have different composition ratios of CuAl alloys, were alternately stacked, and the changes in the concentrations of Cu and Al after the stack was heat-treated were investigated. The deposition conditions for film A were the same as those for sample B, and the deposition conditions for film B were the same as those for sample C.
約10nmの膜Aと、約10nm程度の膜Bとを同じ真空容器201内で交互に積層して積層膜を形成した。次いで、この積層膜を300℃で30分間、加熱処理した。加熱処理した後の膜Cの組成比を表2に示す。膜Aと膜Bとを積層中、膜Aを形成するときの圧力は、0.1Pa、膜Bを形成するときの圧力は、0.3Paである。
A laminated film was formed by alternately stacking film A of about 10 nm and film B of about 10 nm in the
表2に示すように、加熱処理した後の膜Cの組成比においては、いずれのサンプルにおいて、Al濃度が膜Aよりも下がり、Cu濃度が膜Bよりも下がることが確認された。これは、膜Cにおいて、膜Aと膜Bとの間での反応が起きたと考えられる。例えば、AlとCuとの組成比は、CuAl合金θ相の組成比(33.3%:66.6%)に近似している。 As shown in Table 2, in the composition ratio of film C after heat treatment, it was confirmed that in all samples, the Al concentration was lower than that of film A, and the Cu concentration was lower than that of film B. This is thought to be because a reaction occurred between films A and B in film C. For example, the composition ratio of Al and Cu is close to the composition ratio of the CuAl alloy θ phase (33.3%:66.6%).
図7(a)は、膜Aを300℃で30分間、加熱処理した後の膜Aの表面SEM像であり、図7(b)は、膜Bを300℃で30分間、加熱処理した後の膜Bの表面SEM像であり、図7(c)は、膜Cの表面SEM像である。 Figure 7(a) is a SEM image of the surface of film A after it was heat-treated at 300°C for 30 minutes, Figure 7(b) is a SEM image of the surface of film B after it was heat-treated at 300°C for 30 minutes, and Figure 7(c) is a SEM image of the surface of film C.
図7(a)に示す膜Aにおいては、SEM像において比較的黒い部分25が散見された。膜Aの元素分析をしたところ、部分25のAl濃度が部分25以外のAl濃度に比べて高いことが分かった。 In the SEM image of film A shown in FIG. 7(a), relatively black portions 25 were observed. Elemental analysis of film A revealed that the Al concentration in portions 25 was higher than the Al concentration in other portions.
図7(b)に示す膜Bにおいては、SEM像において比較的白い部分26が散見された。膜Bの元素分析をしたところ、部分26のCu濃度が部分26以外のCu濃度に比べて高いことが分かった。 In the SEM image of film B shown in FIG. 7(b), relatively white portions 26 were observed. Elemental analysis of film B revealed that the Cu concentration in portions 26 was higher than the Cu concentration in other areas.
これに対して、図7(c)に示す膜Cにおいては、黒い部分25及び白い部分26がともに観測されなかった。 In contrast, in film C shown in FIG. 7(c), neither the black portion 25 nor the white portion 26 was observed.
(実施例2) (Example 2)
スパッタリング成膜時のステージ204に印加するバイアス電力を変えることにより、CuAl合金膜の組成比が変わることを確認した。サンプルとしては、含有率が化学量論組成CuAl2の含有率よりも多いサンプルDと、Cu含有率が化学量論組成CuAl2のCu含有率よりも多いサンプルEとを準備した。なお、CuAl2の化学量論組成比は、33.33%:66.66%である。基板は、Si基板である。
It was confirmed that the composition ratio of the CuAl alloy film changes by changing the bias power applied to the
サンプルDのスパッタリング条件の一例を以下に示す。
ターゲット:CuAl2ターゲット
成膜圧力:0.1Pa
基板温度:室温
放電電力:0.48W/cm2
ステージバイアス電力:0W
放電ガス:Ar
An example of the sputtering conditions for sample D is shown below.
Target: CuAl 2 target Film formation pressure: 0.1 Pa
Substrate temperature: room temperature Discharge power: 0.48 W/ cm2
Stage bias power: 0 W
Discharge gas: Ar
サンプルEのスパッタリング条件の一例を以下に示す。
ターゲット:CuAl2ターゲット
成膜圧力:0.1Pa
基板温度:室温
放電電力:0.48W/cm2
ステージバイアス電力:50W
放電ガス:Ar
An example of the sputtering conditions for sample E is shown below.
Target: CuAl 2 target Film formation pressure: 0.1 Pa
Substrate temperature: room temperature Discharge power: 0.48 W/ cm2
Stage bias power: 50W
Discharge gas: Ar
それぞれの組成比の結果を表3に示す。濃度は、元素XRF分析手段(株式会社Rigaku社製AZX400)に従った。 The composition ratios of each are shown in Table 3. The concentrations were determined using elemental XRF analysis (AZX400, manufactured by Rigaku Corporation).
表3に示すように、CuAl2ターゲットを用いてステージ204に印加するバイアス電力を変えることにより、低バイアス成膜(0W)では、Al含有率が化学量論組成CuAl2のAl含有率よりも多い膜が形成され、高バイアス成膜(50W)では、Cu含有率が化学量論組成CuAl2のCu含有率よりも多い膜が形成されることが分かる。
As shown in Table 3, by changing the bias power applied to the
(実施例3) (Example 3)
Alターゲット及びCuターゲットのコスパッタリングにおいて各ターゲットに印加する電力を変えることにより、CuAl合金膜の組成比が変わることを確認した。サンプルとしては、Al含有率が化学量論組成CuAl2のAl含有率よりも多いサンプルFと、Cu含有率が化学量論組成CuAl2のCu含有率よりも多いサンプルGとを準備した。なお、CuAl2の化学量論組成比は、33.33%:66.66%である。基板は、Si基板である。 It was confirmed that the composition ratio of the CuAl alloy film changes by changing the power applied to each target in co-sputtering of an Al target and a Cu target. As samples, sample F, in which the Al content is higher than the Al content of the stoichiometric composition CuAl2 , and sample G, in which the Cu content is higher than the Cu content of the stoichiometric composition CuAl2 , were prepared. The stoichiometric composition ratio of CuAl2 was 33.33%:66.66%. The substrate was a Si substrate.
サンプルFのスパッタリング条件の一例を以下に示す。
ターゲットサイズ:φ125mm
成膜時のガス圧:0.03Pa
Alターゲット投入電力:1000W
Cuターゲット投入電力:130W
An example of the sputtering conditions for sample F is shown below.
Target size: φ125mm
Gas pressure during film formation: 0.03 Pa
Al target input power: 1000 W
Cu target input power: 130 W
サンプルGのスパッタリング条件の一例を以下に示す。
ターゲットサイズ:φ125mm
成膜時のガス圧:0.03Pa
Alターゲット投入電力:1000W
Cuターゲット投入電力:140W
An example of the sputtering conditions for sample G is shown below.
Target size: φ125mm
Gas pressure during film formation: 0.03 Pa
Al target input power: 1000 W
Cu target input power: 140 W
それぞれの組成比の結果を表4に示す。濃度は、元素XRF分析手段(株式会社Rigaku社製AZX400)に従った。 The composition ratios of each are shown in Table 4. The concentrations were determined using elemental XRF analysis (AZX400, manufactured by Rigaku Corporation).
表4に示すように、Alターゲット及びCuターゲットのコスパッタにより、各ターゲットに印加する電力を調整することで、Al含有率が化学量論組成CuAl2のAl含有率よりも多い膜及び、Cu含有率が化学量論組成CuAl2のCu含有率よりも多い膜が形成されることが分かる。 As shown in Table 4, by adjusting the power applied to each target by co-sputtering an Al target and a Cu target, a film having an Al content higher than the Al content of the stoichiometric composition CuAl2 and a film having a Cu content higher than the Cu content of the stoichiometric composition CuAl2 can be formed.
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。各実施形態は、独立の形態とは限らず、技術的に可能な限り複合することができる。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, and various modifications can be made. Each embodiment is not necessarily an independent form, and can be combined as far as technically possible.
また、本実施形態に係るCuとAlとを含む合金とは、化学式CuAl2で示される化学量論比の金属合金に限らず、CuとAlとの原子数の比が1:2から若干のずれが生じた合金も含まれる。このような若干のずれが生じた合金を金属配線に用いても、金属配線中に局部的なAl粒の形成が認められず、金属配線の抵抗の増加がなかった。 In addition, the alloy containing Cu and Al according to this embodiment is not limited to a metal alloy having a stoichiometric ratio represented by the chemical formula CuAl 2 , but also includes an alloy in which the ratio of the number of Cu and Al atoms is slightly deviated from 1: 2. Even when such an alloy having a slight deviation is used for metal wiring, no localized formation of Al particles is observed in the metal wiring, and there is no increase in the resistance of the metal wiring.
10…層間絶縁層
11…層間絶縁層
12…金属配線層
20…金属配線
20A、21A…金属材料
20C、21C…金属材料
20L、21L…積層体
101…表面
102…開口
104…内壁
200A、200B…成膜装置
201…真空容器
202、202A、202C…ターゲット
203…電源
204…ステージ
205…圧力計
206…ガス供給系
207…ガス流量計
208…排気系
210…制御装置
211…防着板
220…基板
300…合金層
301…α相
10...
Claims (10)
前記第1金属材料及び前記第2金属材料に対して加熱処理を施す
金属配線の形成方法。 A method for forming a metal wiring including a CuAl2 alloy on a substrate by irradiating a first metal material, which is a CuAl alloy and has an Al content greater than the Al content of stoichiometric composition CuAl2 , and a second metal material, which is a CuAl alloy and has a Cu content greater than the Cu content of stoichiometric composition CuAl2 , on the substrate at least once under a reduced pressure atmosphere, the method comprising:
The first metal material and the second metal material are subjected to a heat treatment.
A method for forming metal wiring.
前記第1金属材料と前記第2金属材料とを前記基板に交互に入射させることにより、前記金属配線を形成する
金属配線の形成方法。 2. The method for forming metal wiring according to claim 1,
the first metal material and the second metal material are alternately incident on the substrate to form the metal wiring.
前記基板を加熱しながら、スパッタリング法によって前記金属配線を形成する
金属配線の形成方法。 3. The method for forming metal wiring according to claim 1, further comprising the steps of:
forming the metal wiring by a sputtering method while heating the substrate.
前記第1金属材料を第1圧力の減圧雰囲気下で前記基板に入射させ、前記第2金属材料を前記第1圧力とは異なる第2圧力の減圧雰囲気下で前記基板に入射させる
金属配線の形成方法。 The method for forming a metal wiring according to any one of claims 1 to 3,
The method for forming metal wiring further comprises: causing the first metal material to be incident on the substrate under a reduced pressure atmosphere at a first pressure; and causing the second metal material to be incident on the substrate under a reduced pressure atmosphere at a second pressure different from the first pressure.
前記第2圧力を前記第1圧力よりも高く設定する
金属配線の形成方法。 The method for forming metal wiring according to claim 4,
The method for forming a metal wiring, further comprising setting the second pressure higher than the first pressure.
前記第1金属材料を第1のバイアス電力を前記基板に印加して成膜し、前記第2金属材料を前記第1のバイアス電力とは異なる第2のバイアス電力を前記基板に印加して成膜する
金属配線の形成方法。 The method for forming a metal wiring according to any one of claims 1 to 5,
a first metal material is deposited by applying a first bias power to the substrate, and a second metal material is deposited by applying a second bias power different from the first bias power to the substrate.
前記第1のバイアス電力を前記第2のバイアス電力よりもよりも高く設定する
金属配線の形成方法。 The method for forming metal wiring according to claim 6,
The method for forming a metal wiring, further comprising: setting the first bias power higher than the second bias power.
前記基板に形成される前記金属配線の成膜源として、CuAl2合金ターゲットを用いる
金属配線の形成方法。 The method for forming a metal wiring according to any one of claims 1 to 7,
A method for forming a metal wiring, comprising the steps of: forming a metal wiring on a substrate by using a CuAl2 alloy target as a film formation source for the metal wiring formed on the substrate;
アルミニウムと銅とを基板に向けて出射することが可能な成膜源と、
前記成膜源に印加する電力を変更することにより、アルミニウム及び銅を含む第1金属材料と、アルミニウム及び銅を含み前記第1金属材料に比べてアルミニウムの比率が低く銅の比率が高い第2金属材料とをそれぞれ少なくとも1回、前記基板に入射する制御を行う制御装置と
を具備する成膜装置。 a vacuum vessel capable of maintaining a reduced pressure atmosphere;
a film formation source capable of emitting aluminum and copper toward a substrate;
a control device that controls a first metal material containing aluminum and copper, and a second metal material containing aluminum and copper and having a lower aluminum ratio and a higher copper ratio than the first metal material, to be incident on the substrate at least once each by changing the power applied to the film formation source.
前記制御装置は。前記第1金属材料と前記第2金属材料とを前記基板に交互に入射させる制御を行う成膜装置。 The film forming apparatus according to claim 9 ,
The control device is a film forming device that performs control so that the first metal material and the second metal material are alternately incident on the substrate.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2020109068A JP7488127B2 (en) | 2020-06-24 | 2020-06-24 | METHOD FOR FORMING METAL WIRING AND FILM DEPOSITION APPARATUS |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2020109068A JP7488127B2 (en) | 2020-06-24 | 2020-06-24 | METHOD FOR FORMING METAL WIRING AND FILM DEPOSITION APPARATUS |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2022006690A JP2022006690A (en) | 2022-01-13 |
| JP7488127B2 true JP7488127B2 (en) | 2024-05-21 |
Family
ID=80110548
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2020109068A Active JP7488127B2 (en) | 2020-06-24 | 2020-06-24 | METHOD FOR FORMING METAL WIRING AND FILM DEPOSITION APPARATUS |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7488127B2 (en) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7713897B2 (en) * | 2022-02-25 | 2025-07-28 | Jx金属株式会社 | Sputtering target and method for producing same |
| WO2025164203A1 (en) * | 2024-01-29 | 2025-08-07 | 株式会社ジャパンディスプレイ | Film forming method and sputtering device |
| WO2025205506A1 (en) * | 2024-03-29 | 2025-10-02 | Jx金属株式会社 | Sputtering target, method for producing same, and film |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011236490A (en) | 2010-05-13 | 2011-11-24 | Ulvac Japan Ltd | Sputtering method and sputtering apparatus |
| US20150056385A1 (en) | 2013-08-22 | 2015-02-26 | Tokyo Electron Limited | Copper wiring structure forming method |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06264242A (en) * | 1993-03-16 | 1994-09-20 | Kawasaki Steel Corp | Alcu alloy metallic film and its formation |
-
2020
- 2020-06-24 JP JP2020109068A patent/JP7488127B2/en active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011236490A (en) | 2010-05-13 | 2011-11-24 | Ulvac Japan Ltd | Sputtering method and sputtering apparatus |
| US20150056385A1 (en) | 2013-08-22 | 2015-02-26 | Tokyo Electron Limited | Copper wiring structure forming method |
| JP2015041708A (en) | 2013-08-22 | 2015-03-02 | 東京エレクトロン株式会社 | Method for forming Cu wiring structure |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2022006690A (en) | 2022-01-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101532814B1 (en) | Method for forming ruthenium metal cap layers | |
| KR102436280B1 (en) | Process Integration Method for Tuning the Resistivity of Nickel Silicide | |
| JP3193875B2 (en) | Method and apparatus for low cost metal filling and planarization of contacts, vias and trenches in semiconductor wafers | |
| JP7488127B2 (en) | METHOD FOR FORMING METAL WIRING AND FILM DEPOSITION APPARATUS | |
| TW201841261A (en) | Method of manufacturing ruthenium wiring | |
| JP3337876B2 (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
| JP2010199601A (en) | Semiconductor device | |
| KR20140020203A (en) | Method for forming cu wiring and storage medium | |
| JP4498391B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
| JP4324617B2 (en) | Sputter deposition method and sputter deposition apparatus | |
| JP6723128B2 (en) | Nickel wiring manufacturing method | |
| EP2034517A1 (en) | Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method | |
| CN101689490B (en) | Filming method, and treating system | |
| JP5526189B2 (en) | Method for forming Cu film | |
| KR20180068328A (en) | METHOD OF MANUFACTURING Cu WIRING | |
| KR100365061B1 (en) | Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method | |
| TW201347089A (en) | Semiconductor device manufacturing method, memory medium, and semiconductor device | |
| JP2017135237A (en) | Cu wiring manufacturing method and Cu wiring manufacturing system | |
| JP2002329682A (en) | Cu thin film fabrication method | |
| JP7502120B2 (en) | Film forming apparatus and film forming method | |
| KR100258983B1 (en) | Thin Film Formation Method of Semiconductor Device | |
| JP7449790B2 (en) | Metal wiring formation method and metal wiring structure | |
| JP2009044056A (en) | Copper film production method | |
| JP5616605B2 (en) | Method for forming copper thin film | |
| KR102059324B1 (en) | Formation method of Cu film |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20230413 |
|
| RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20230413 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20231213 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20240130 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20240209 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20240430 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20240509 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7488127 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |