[发明专利]Cu膜的形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及Cu膜的形成方法，尤其涉及通过处理扩散阻挡金属膜和 Cu膜的界面使扩散阻挡金属膜和Cu膜的附着性提高的Cu膜的形成方法。

背景技术

多年来，Cu膜的形成均是在基板上设置的绝缘膜(例如硅氧化物膜) 上形成配线用的沟槽及通孔，然后为防止Cu向绝缘膜中扩散，用溅射法及 CVD法形成扩散阻挡金属膜(TiN、TaN、WN等膜)之后，用CVD法形 成Cu膜，并通过此法形成Cu配线膜的。

如上所述，在用CVD法形成Cu膜的情况下，或用CVD法直接在扩 散阻挡金属膜上形成Cu膜，或使用有机钛材料及有机钽材料，用CVD法 在扩散阻挡金属膜上形成氮化钛膜及氮化钽膜之后，用CVD法在其上形成 Cu膜(参照专利文献1)，或者用溅射法在扩散阻挡金属膜上形成薄Cu膜 之后，再用CVD法在其上形成Cu膜(参照专利文献2)。

在上述现有技术中，存在扩散阻挡金属膜和Cu膜的附着性不能满足要 求，无法经受其后的CMP工序等的问题。

如上所述，当在扩散阻挡金属膜上直接形成Cu膜的情况下，扩散阻挡 金属膜和Cu膜间的附着性差，尤其在Ta系扩散阻挡金属膜中，即使在成 膜后进行热处理(退火处理)附着性也不能改善，而且，扩散阻挡金属膜 上的Cu的初始核生成密度低，难以获得光滑的平面形状。

此外，如专利文献1所述，用CVD法在扩散阻挡金属膜上形成氮化钛 及氮化钽之后，仅用CVD法形成Cu膜很难获得足够的附着性。

此外，如专利文献2所述，用溅射法在扩散阻挡金属膜上形成薄薄的 Cu膜后再用CVD法形成Cu膜的情况下，同样存在附着性难以提高的问题。 也就是说，用溅射法形成的Cu膜，由于其膜厚依赖于成膜的基板表面的几 何形状，因而如果配线沟槽的宽度很窄，则在深的沟槽的侧面部及底面部 上成膜不全，不仅无法获得可有效改善附着性的均匀膜厚，而且还存在沟 槽以外的平坦部位膜厚变厚的问题。若Cu膜过厚，则在其后用CVD法形 成Cu膜时，Cu核将在该平坦部位选择性形成，从而使侧面部及底面部上 的敷层覆盖度变得更差。

专利文献1：特开2004-40128号公报(权利要求范围等)

专利文献2：特开平4-242937号公报(权利要求范围等)

发明内容

本发明的课题是解决上述现有技术中存在的问题，提供一种Cu膜的形 成方法，其能使扩散阻挡金属膜和Cu膜间的附着性提高。

本发明人等发现，用溅射法形成的Ti及Ta等扩散阻挡金属膜(下文 Ti膜的情况下，也称之为PVD-Ti膜)和用CVD法形成的Cu膜(下文也 称之为CVD-Cu膜)间的附着性低下的问题，可通过扩散阻挡金属膜形成 后的适当的后处理，或以适当的温度实施后退火处理加以解决，进而实现 本发明。

在上述情况下，作为扩散阻挡金属膜形成后的后处理，可通过在扩散 阻挡金属膜表面上形成氮化金属膜，或使氮气(N₂气)之类的含氮原子的 气体化学吸附到扩散阻挡金属膜表面，以及低温(400℃以下)退火处理确 保附着性。具体地说，可以认为由于氮化金属膜及被化学吸附的氮分子层 等占有了活性的金属吸附部位，抑制了与扩散阻挡金属膜表面上的氧、氟 化合物、水、氨等杂质的反应生成物层(例如当杂质为氧的情况下，由于 与钛的反应而生成的钛氧化物之类的界面层)的形成，因而即使是低温条 件下的退火处理，扩散阻挡金属(Ti及Ta等)和Cu的相互扩散变得很容 易，从而使附着性提高。

本发明的一种Cu膜形成方法，其用溅射法在基板上形成作为扩散阻挡 金属膜的Ti膜或Ta膜，用CVD法在该扩散阻挡金属膜上形成Cu膜，其 特征在于：在该方法中，在用溅射法在前述扩散阻挡金属膜上形成氮化物 膜，用CVD法在该氮化物膜上形成Cu膜之后，以100～400℃，优选以 200～350℃进行退火处理。

若在该温度范围内进行退火处理，则可以在所形成的膜上消除应力迁 移，提高耐久性。如果退火处理温度低于100℃，即使形成氮化物膜，与 CVD-Cu膜的界面附着性也很差，此外，如果超过400℃，有可能在工艺过 程中产生金属膨胀，Cu膜断裂。

在进行了前述退火处理之后，用PVD法、电镀法、CVD法或ALD法 在CVD-Cu膜上再次形成Cu膜，然后根据需要以100～400℃，优选以 200～350℃再次进行退火处理。