專利名稱：布線結(jié)構(gòu)的形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在半導(dǎo)體裝置等的電子器件中的布線結(jié)構(gòu)的形成方法。


圖13(a)～(e)是表示以往例的布線結(jié)構(gòu)的形成方法的各工序的剖面圖。
首先如圖13(a)所示，在硅基板11上利用等離子CVD(chemical vapordeposition)法沉積底層氧化模12，接著以同樣的方法依次沉積SiN膜13和首先如圖13(a)所示，在硅基板11上利用等離子CVD(chemical vapordeposition)法沉積底層氧化模12，接著以同樣的方法依次沉積SiN膜13和SiO2膜14。接著，將抗蝕層圖形(省略圖示)作為掩模，通過對(duì)SiO2膜14進(jìn)行蝕刻，在形成達(dá)到SiN膜13的凹部后，通過除去該抗蝕層圖形和SiN膜13的露出部分，形成布線用槽15。
然后，如圖13(b)所示，在形成布線用槽15的SiO2膜14上，通過濺射法使勢壘金屬TaN膜16沉積后，在其上面沉積Cu晶種(seed)膜17。
之后，如圖13(c)所示，利用電解電鍍法在SiO2膜14上使布線用槽15完全埋入地沉積Cu電鍍層18。
接著，如圖13(d)所示，通過CMP法分別除去布線用槽15的外側(cè)的Cu電鍍層18、Cu晶種膜17和勢壘層金屬TaN膜16，使SiO2膜14得表面露出。由此，埋入布線用槽15中并形成布線層19。
接著，通過將溫度設(shè)為300～500℃，保持時(shí)間設(shè)在5～2000秒進(jìn)行退火處理，如圖13(e)所示，在將Cu埋入布線層19中含有的水分、氫和二氧化碳等除去的同時(shí)，使Cu埋入布線層19的晶粒尺寸變大。
通過以下工序，可以形成半導(dǎo)體裝置的銅布線。
但是，在所述的以往例中具有以下說明的問題點(diǎn)。
圖14是用于說明以往例中問題點(diǎn)的圖。
如圖14所示，在埋入下部布線層42的絕緣膜41上依次形成SiN膜43、SiO2膜44和FSG膜(添加氟的硅氧化膜)45。在SiN膜43、SiO2膜44和FSG膜45上設(shè)置凹部46和布線槽47。詳細(xì)地說，凹部46，由在SiN膜43和SiO2膜44上形成并且到達(dá)下部布線槽42的貫穿孔46a、在FSG膜45上形成并且和貫穿孔46a連接的布線槽46b構(gòu)成。另外，布線槽47和布線槽46b相同也在FSG膜45上形成。在凹部46和布線槽47中分別埋入包圍在阻擋膜48中的銅膜(上部布線層用導(dǎo)電膜)49。另外，在FSG膜45和銅膜49上形成SiN膜50。
但是，在以往例中，一旦在布線形成過程中的CMP工序[參照圖13(d)]后對(duì)于銅膜49進(jìn)行退火，如圖14所示，例如存在埋入凹部46中的銅膜49的表面上產(chǎn)生表面裂痕51或龜裂52等表面的缺陷的問題。
為達(dá)到本發(fā)明的目的，本發(fā)明人探討了在“CMP工序后”進(jìn)行“退火“的以往例中產(chǎn)生表面裂痕51或龜裂52的原因，結(jié)果發(fā)現(xiàn)以下見解。即在以往例中，對(duì)以埋入凹部46等狀態(tài)的銅膜49進(jìn)行退火并由此使銅膜49的結(jié)晶成長結(jié)束。所以在已經(jīng)平整化的銅膜49的表面上該膜中的缺陷(例如沿著晶間存在的原子水平的空穴)聚集，同時(shí)，由于在銅膜49中產(chǎn)生不均勻的收縮，所以如圖14所示，產(chǎn)生表面裂痕51或龜裂52。另外，在以往例中，在形成由銅膜49構(gòu)成的布線結(jié)構(gòu)后，在其整個(gè)上面沉積SiN膜50，但是，SiN膜50由于階差覆蓋性低，所以通過SiN膜50不能埋入表面裂痕51或龜裂52。其結(jié)果，由于作為布線的銅膜49表面的表面裂痕59等的表面缺陷被放置，這就成為了銅原子的表面擴(kuò)散路徑，而導(dǎo)致電遷移耐性顯著惡化。
所以，為了將退火處理時(shí)在布線用導(dǎo)電膜中產(chǎn)生的表面缺陷和布線用導(dǎo)電膜的表面一起除去，本發(fā)明人想到了在“CMP工序前后”分別進(jìn)行“CMP工序“并由此形成可靠性高的布線結(jié)構(gòu)的方法。
具體地說，本發(fā)明的布線結(jié)構(gòu)的形成方法，包括在絕緣膜上形成凹部的工序；在絕緣膜上使凹部埋入地沉積導(dǎo)電膜的工序；對(duì)于導(dǎo)電膜進(jìn)行熱處理的工序；在進(jìn)行熱處理前和后部分除去導(dǎo)電膜的工序。
根據(jù)本發(fā)明的布線結(jié)構(gòu)形成方法，在使設(shè)置于絕緣膜上的凹部埋入地沉積絕緣膜后，對(duì)于該導(dǎo)電膜進(jìn)行熱處理同時(shí)，在該熱處理前后分別除去部分導(dǎo)電膜。即，在熱處理前，由于部分除去導(dǎo)電膜并對(duì)殘存的導(dǎo)電膜進(jìn)行熱處理，所以能夠確保導(dǎo)電膜的硬度，以便在熱處理后的除去工序中能夠除去比較均勻的導(dǎo)電膜。另外，在由于在熱處理后也進(jìn)行部分除去導(dǎo)電膜，所以可以同時(shí)除去在熱處理時(shí)在導(dǎo)電膜中產(chǎn)生的表面裂痕或龜裂等。其結(jié)果，由于不產(chǎn)生構(gòu)成導(dǎo)電膜的原子進(jìn)行表面擴(kuò)散的路徑，所以可以防止布線結(jié)構(gòu)的電遷移耐性的惡化，由此可以以高的成品率制造具有可靠性高的布線結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置等的電子器件。
另外，根據(jù)本發(fā)明的布線結(jié)構(gòu)的形成方法，通過在熱處理后進(jìn)行部分除去導(dǎo)電膜的工序(例如CMP工序)，可以一次性地除去導(dǎo)電膜中產(chǎn)生的表面裂痕等的表面缺陷。換言之，由于不進(jìn)行熱處理?xiàng)l件的特別調(diào)整而能夠除去表面缺陷，所以，不需要增加工序數(shù)就能夠形成可靠性高的布線結(jié)構(gòu)。
在本發(fā)明的布線結(jié)構(gòu)的形成方法中，在形成凹部工序和沉積導(dǎo)電膜工序之間，可以再包括在絕緣膜上使凹部埋入中途為止地沉積阻擋膜的工序，在進(jìn)行熱處理的工序前部分除去導(dǎo)電膜的工序，可以包括除去凹部外側(cè)的導(dǎo)電膜并由此使凹部外側(cè)的阻擋膜露出的工序，在進(jìn)行熱處理的工序后部分除去導(dǎo)電膜的工序，可以包括除去凹部外側(cè)的阻擋膜和殘存的導(dǎo)電膜的表面的工序。
若通過這種方式，例如在熱處理前的工序中，在利用適合導(dǎo)電膜研磨的條件，同時(shí)在熱處理后的工序中，利用適合阻擋膜的研磨條件等，由于在工序中能夠根據(jù)被研磨膜而利用適宜的條件，所以，就不容易引起研磨不充分或者研磨過剩。其結(jié)果，可以進(jìn)行精度更好地研磨，同時(shí)由于能夠使研磨時(shí)必要的余裕(margin)變小，所以能夠進(jìn)行有余裕的工序設(shè)計(jì)。
另外，此時(shí)，若導(dǎo)電膜由銅或含銅合金構(gòu)成，阻擋膜由Ta或者TaN構(gòu)成，可以實(shí)現(xiàn)具有高可靠性的埋入銅布線。
在本發(fā)明的布線結(jié)構(gòu)的形成方法中，在形成凹部工序和沉積導(dǎo)電膜工序之間，可以再包括在絕緣膜上使凹部埋入中途為止地沉積阻擋膜的工序，在進(jìn)行熱處理的工序前部分除去導(dǎo)電膜的工序，可以包括除去凹部外側(cè)的導(dǎo)電膜的工序，在進(jìn)行熱處理的工序后部分除去導(dǎo)電膜的工序，可以包括除去凹部外側(cè)殘存的導(dǎo)電膜的凹部外側(cè)阻擋膜的工序。
若通過這種方式，即使在由于導(dǎo)電膜的膜質(zhì)引起的表面裂痕或龜裂變大時(shí)，由于在熱處理后的除去工序中的導(dǎo)電膜的除去量被設(shè)定很大，所以可以對(duì)導(dǎo)電膜的表面進(jìn)行進(jìn)一步的平整化。
另外，此時(shí)，若導(dǎo)電膜由銅或含銅合金構(gòu)成，阻擋膜由Ta或者TaN構(gòu)成，可以實(shí)現(xiàn)具有高可靠性的埋入銅布線。
在本發(fā)明的布線結(jié)構(gòu)的形成方法中，在形成凹部工序和沉積導(dǎo)電膜工序之間，可以再包括在絕緣膜上使凹部埋入中途為止地沉積阻擋膜的工序，在進(jìn)行熱處理的工序前部分除去導(dǎo)電膜的工序，可以包括除去凹部外側(cè)的導(dǎo)電膜和凹部外側(cè)阻擋膜的工序，在進(jìn)行熱處理的工序后部分除去導(dǎo)電膜的工序，可以包括除去殘存導(dǎo)電膜的表面部的工序。
若通過這種方式，在熱處理后的工序(除去殘存導(dǎo)電膜的表面部的工序)中，除適合導(dǎo)電膜除去的條件和適合阻擋膜除去的條件之外，例如即使利用適合氧化膜等絕緣膜的除去的條件，也可以獲得使導(dǎo)電膜表面平整化的效果，具體地說，通過利用適合氧化膜除去的條件的CMP，在除去布線周圍的氧化膜時(shí)，由于在布線用導(dǎo)電膜中也施加強(qiáng)的力，所以在除去氧化膜的同時(shí)，也能夠?qū)?dǎo)電膜表面進(jìn)行平整化。
另外，此時(shí)，若導(dǎo)電膜由銅或含銅合金構(gòu)成，阻擋膜由Ta或者TaN構(gòu)成，可以實(shí)現(xiàn)具有高可靠性的埋入銅布線。
在本發(fā)明的布線結(jié)構(gòu)的形成方法中，凹部，可以由貫穿孔和在貫穿孔上形成并且和貫穿孔連接的布線槽構(gòu)成，由此可以實(shí)現(xiàn)具有重波形花紋結(jié)構(gòu)并且具有高可靠性的布線結(jié)構(gòu)。
在本發(fā)明的布線結(jié)構(gòu)的形成方法中，熱處理優(yōu)選在200℃以上并且低于500℃的溫度下進(jìn)行。
由此，可以使凹部內(nèi)的導(dǎo)電膜的結(jié)晶充分地成長并且使該導(dǎo)電膜致密化。所以，在形成布線結(jié)構(gòu)后進(jìn)行的熱處理中，由于可以防止在凹部內(nèi)的導(dǎo)電膜中進(jìn)一步引起結(jié)晶成長，所以可以防止該導(dǎo)電膜的收縮和由此引起的表面裂痕等的發(fā)生。
在本發(fā)明的布線結(jié)構(gòu)的形成方法中，一旦凹部的寬度在0.25μm以下，就可以顯著地獲得所述效果。
在本發(fā)明的布線結(jié)構(gòu)的形成方法中，若導(dǎo)電膜若由銅或含銅合金構(gòu)成，就可以實(shí)現(xiàn)具有高可靠性的埋入銅布線。
在本發(fā)明的布線結(jié)構(gòu)的形成方法中，在除去導(dǎo)電膜工序中，若使用化學(xué)機(jī)械研磨法，可以確實(shí)除去凹部外側(cè)的導(dǎo)電膜。
本發(fā)明的電子器件的制造方法，是以具有第1布線結(jié)構(gòu)和第2布線結(jié)構(gòu)的電子器件的制造方法為前提。具體地說，第1布線結(jié)構(gòu)的形成方法，包括在基板的第1絕緣膜上形成第1凹部的工序；在第1絕緣膜上使第1凹部埋入地沉積第1導(dǎo)電膜的工序；對(duì)于第1導(dǎo)電膜進(jìn)行熱處理的工序；在進(jìn)行熱處理前和后分別部分除去第1導(dǎo)電膜的工序。另外，第2布線結(jié)構(gòu)的形成方法，包括在基板上的第2絕緣膜上形成第2凹部的工序；在第2絕緣膜上使第2凹部埋入地沉積第2導(dǎo)電膜的工序；對(duì)于第2導(dǎo)電膜進(jìn)行熱處理的工序；除去第2凹部外側(cè)的第2導(dǎo)電膜工序。另外，在本發(fā)明的電子電子器件的制造方法中，第2凹部的寬度比第1凹部的寬度大。另外，在第2布線結(jié)構(gòu)的形成方法中，可以在對(duì)第2導(dǎo)電膜進(jìn)行熱處理前進(jìn)行第2凹部外側(cè)的第2導(dǎo)電膜的除去，也可以在該熱處理后進(jìn)行。
根據(jù)本發(fā)明的電子器件的制造方法，例如在具有0.25μm以下的比較窄的寬度的第1凹部上形成第1布線結(jié)構(gòu)時(shí)，由于使用本發(fā)明的布線結(jié)構(gòu)的形成方法，所以可以獲得根據(jù)該方法的所述效果。另一方面，例如在具有0.25μm以上的比較寬的寬度的第2凹部上形成第2布線結(jié)構(gòu)時(shí)，考慮到容易從具有寬度寬的的凹部內(nèi)的導(dǎo)電膜放出缺陷，所以在“CMP工序前”或“CMP工序后”只進(jìn)行一次“退火”。由此能夠在抑制工序復(fù)雜化的同時(shí)實(shí)現(xiàn)沒有表面裂痕等表面缺陷的布線結(jié)構(gòu)。
即，根據(jù)本發(fā)明的電子器件的制造方法，根據(jù)凹部的寬度即布線寬度，通過選擇地設(shè)定用于布線結(jié)構(gòu)形成的CMP工序的實(shí)施時(shí)間和次數(shù)，可以無須增加必要以上的工序數(shù)而能夠形成所需的布線結(jié)構(gòu)。
圖2是表示實(shí)施例1的電子器件的制造方法的一工序的剖面圖。
圖3是表示實(shí)施例1的電子器件的制造方法的一工序的剖面圖。
圖4是表示實(shí)施例1的電子器件的制造方法的一工序的剖面圖。
圖5是表示實(shí)施例1的電子器件的制造方法的一工序的剖面圖。
圖6是表示實(shí)施例1的電子器件的制造方法的一工序的剖面圖。
圖7是表示實(shí)施例1的電子器件的制造方法的一工序的剖面圖。
圖8是表示比較例的電子器件的制造方法的一工序的剖面圖。
圖9表示比較例的電子器件的制造方法的一工序的剖面圖。
圖10(a)～(d)是表示實(shí)施例2的電子器件的制造方法的各工序的剖面圖。
圖11(a)～(d)是表示實(shí)施例3的電子器件的制造方法的的各工序的剖面圖。
圖12是表示本發(fā)明實(shí)施例4的電子器件的制造方法的流程圖。
圖13(a)～(e)是表示以往的布線結(jié)構(gòu)的形成方法的各工序的剖面圖。
圖14是用于說明以往布線結(jié)構(gòu)的形成方法中的問題點(diǎn)的圖。
圖中101-絕緣膜，102-下部布線層，103-SiN膜，104-SiO2膜，105-FSG膜，106-凹部，106a-貫穿孔，106b-布線槽，107-布線槽，108-阻擋膜，109-Cu晶種膜，110-Cu電鍍膜，111-Cu膜，112-表面裂痕，113-龜裂，114-SiN膜。
圖1～圖7是表示實(shí)施例1的電子器件的制造方法的各工序的剖面圖。
首先，如圖1所示，例如在沉積于半導(dǎo)體基板(圖示省略)上的絕緣膜101內(nèi)部形成下部布線層102后，對(duì)埋入下部布線層102的絕緣膜101的表面進(jìn)行平整化。然后分別在平整化的絕緣膜101和下部布線層102上例如通過CVD法依次沉積SiN膜103、SiO2膜104以及FSG膜105。
接著如圖2所示，利用石印法和干腐蝕法在SiN膜103、SiO2膜104以及FSG膜105內(nèi)部形成凹部106和布線槽107。具體地說，凹部106，由在SiN膜103和SiO2膜104上形成并且到達(dá)下部布線層102的貫穿孔106a、在FSG膜105上形成并且和貫穿孔106a連接的布線槽106b構(gòu)成。即凹部106具有重波花紋結(jié)構(gòu)。布線槽107和布線槽106b相同在FSG膜105上形成。
之后，如圖3所示，例如通過PVD(physical vapor deposition)法在FSG膜105的表面、凹部106和布線槽107的壁面及底面上使凹部106和布線槽107埋入至中途為止地沉積阻擋膜108和Cu晶種膜109。接著例如通過電鍍法在整個(gè)Cu晶種膜109上使凹部106和布線槽107完全埋入地沉積Cu電鍍膜110。
之后，如圖4所示，例如利用CMP法除去從布線槽106b和107露出(即位于比阻擋膜108的上面還向上的位置)的銅晶種膜109和Cu電鍍膜110并使布線槽106b和107外側(cè)的阻擋膜108露出。由此，在凹部106和布線槽107上形成由阻擋膜108和Cu晶種膜109包圍的Cu電鍍膜110。此時(shí)，適當(dāng)?shù)卦O(shè)定研磨布線盤(pad)的旋轉(zhuǎn)速度、壓力和漿料的成分等，使阻擋膜108過剩地被研磨并不消失。具體地說，作為漿料例如可以使用含有硅類的固形成分(5質(zhì)量％濃度)并且以過氧化氫水作為氧化劑的中性漿料，研磨時(shí)的旋轉(zhuǎn)次數(shù)[研磨布線盤的相對(duì)于單晶片表面的相對(duì)速度(時(shí)間平均值)以下相同]和壓力(將研磨布線盤按壓在單晶片上的壓力以下相同)分別設(shè)定為例如1015mm/sec和17.7kPa。
接著，對(duì)于殘存的Cu晶種膜109和Cu電鍍膜110進(jìn)行退火處理。此時(shí)將退火溫度例如設(shè)定在400℃，在該溫度狀態(tài)下將退火時(shí)間設(shè)定為120分鐘。由此，如圖5所示，由于Cu晶種膜109和Cu電鍍膜110的交界消失，形成兩者一體化的Cu膜111。另外，通過該退火處理，在Cu膜111的結(jié)晶成長結(jié)束的同時(shí)，例如也可以提高由TaN構(gòu)成的阻擋膜108的結(jié)晶性。其結(jié)果，在該退火處理后進(jìn)行的CMP工序中，由于可以更容易地削去阻擋膜108，所以可以降低CMP工序中的扭矩。
但是，該退火處理，由于以較高的溫度長時(shí)間進(jìn)行，所以，如圖5所示，隨著Cu膜111的結(jié)晶的成長，Cu膜中存在的缺陷，在相對(duì)于結(jié)晶成長的周邊的阻礙少的Cu膜111的表面上聚集。其結(jié)果，在Cu膜111的表面形成表面裂痕112或龜裂113。
接著，如圖6所示，例如利用CMP法除去從布線槽106b和107露出(即位于比FSG膜105的上面還向上的位置)的阻擋膜108并使布線槽106b和107外側(cè)的FSG膜105露出。此時(shí)，適當(dāng)?shù)卦O(shè)定研磨布線盤的旋轉(zhuǎn)速度、壓力和漿料的成分等，使Cu膜111的表面上產(chǎn)生的表面裂痕112或龜裂113也能夠以與阻擋膜108相同的速度除去。具體地說，作為漿料例如可以使用含有硅類的固形成分(5質(zhì)量％濃度)并且以過氧化氫水作為氧化劑的中性漿料(但是，固形成分或中性成分的材料與Cu膜用漿料不同)，研磨時(shí)的旋轉(zhuǎn)次數(shù)和壓力分別設(shè)定為例如761mm/sec和13.7kPa。由此可以在研磨阻擋膜108時(shí)一起除去在Cu膜111表面上形成的表面表面裂痕112或龜裂113。即，可以獲得平整并且沒有表面缺陷的Cu膜111。
最后，為防止Cu膜111的表面的氧化，如圖7所示，例如通過CVD法，在FSG膜105和Cu膜111的上面形成SiN膜114。此時(shí)，在阻擋膜108的研磨工序(參照圖6)中，由于Cu膜111的表面缺陷被除去，所以，能夠與Cu膜111密接性良好地沉積SiN膜114。通過以上的工序，形成具有下部布線層102和由埋入布線槽106b和107中的Cu膜111構(gòu)成的上部布線層的多層布線結(jié)構(gòu)。這里所述的該上部布線層和下部布線層102，通過由在貫穿孔106a中埋入的Cu膜111構(gòu)成的針形接頭(plug)連接。另外，通過反復(fù)進(jìn)行和以上所述相同的工序(參照圖1～圖7)，可以制造具有所需層數(shù)的多層布線結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置的電子器件。
如以上所述，根據(jù)實(shí)施例1，依次沉積阻擋膜108、Cu晶種膜109和Cu電鍍膜110，以便使設(shè)置于絕緣膜中的貫穿孔106a、布線槽106b和107埋入。之后，在除去從布線槽106b和107露出的Cu膜109和Cu電鍍膜110后，進(jìn)行退火處理，形成由殘存的Cu膜109和110構(gòu)成的Cu膜111。即，由于在退火處理前，部分除去Cu膜并對(duì)殘存的Cu膜進(jìn)行退火處理，所以，在退火處理后的除去工序中，可以確保Cu膜的硬度，以便能夠進(jìn)行比較均勻的Cu膜的除去(在本實(shí)施方式中是殘存的Cu膜表面部的除去)。另外，在退火處理后，由于除去從布線槽106b和107露出的Cu膜109和阻擋膜108，所以，退火處理過程中，可以與阻擋膜108一起同時(shí)除去在Cu膜111表面上產(chǎn)生的表面裂痕112或龜裂113。其結(jié)果，由于不產(chǎn)生構(gòu)成Cu膜111的Cu原子表面擴(kuò)散的路徑，所以可以防止布線結(jié)構(gòu)的電遷移耐性的惡化，由此可以以高的成品率制造具有高可靠性的布線結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置等的電子器件。
另外，根據(jù)實(shí)施例1，可以通過退火處理后的阻擋膜108的CMP工序一次性除去在Cu膜111上產(chǎn)生的表面裂痕112等的表面缺陷。換言之，由于不進(jìn)行熱處理?xiàng)l件的特別調(diào)整而能夠除去表面缺陷，所以，不需要增加工序數(shù)就能夠形成可靠性高的布線結(jié)構(gòu)。
另外，若根據(jù)實(shí)施方式1，例如在退火處理前的CMP工序中，在利用適合Cu膜研磨的條件，同時(shí)在退火處理后的CMP工序中，利用適合阻擋膜的研磨條件等，由于在各CMP工序中能夠根據(jù)被研磨膜而利用適宜的條件，所以，就不容易引起研磨不充分或者研磨過剩。其結(jié)果，可以進(jìn)行精度更好地研磨，同時(shí)由于能夠使研磨時(shí)必要的余裕(margin)變小，所以能夠進(jìn)行有余裕的工序設(shè)計(jì)。
另外，隨著貫穿孔或布線槽等的涉及尺寸變小，由于作為布線的Cu膜變得含有很多的缺陷，所以作為Cu膜埋入對(duì)象的布線槽或孔的寬度一旦與0.25μm等同或比0.25μm還小，則實(shí)施例1的所述效果發(fā)揮得更顯著。但是，考慮電鍍法等埋入能力的限制時(shí)，作為埋入對(duì)象的凹部的寬度優(yōu)選在0.05μm以上。
另外，在實(shí)施例1中，作為布線用導(dǎo)電膜使用Cu膜，但是即使使用Al膜或Ag膜或含有Cu、Al或Ag的合金膜來代替Cu膜也能夠得到同樣的效果。另外，阻擋膜的種類不限定，例如可以使用TaN阻擋膜或TaN阻擋膜。
另外，在實(shí)施例1中，對(duì)于銅膜的退火處理，優(yōu)選在200℃以上并且低于500℃的溫度下進(jìn)行。由此，由于能夠使布線槽等的內(nèi)部的Cu膜的結(jié)晶充分地成長并使Cu膜致密化，所以在布線結(jié)構(gòu)形成后進(jìn)行的熱處理中，由于可以防止在該Cu膜中進(jìn)一步引起結(jié)晶的成長，所以可以防止該Cu膜的收縮和由此引起的表面裂痕等的發(fā)生。
比較例以下參照附圖對(duì)比較例的電子器件的制造方法進(jìn)行說明。本比較例特征(即與實(shí)施例1不同的)在于，在作為布線的銅(Cu)膜的CMP工序前對(duì)Cu膜進(jìn)行退火處理。
圖8是表示比較例的電子器件的制造方法的各工序的剖面圖。
如圖8所示，在埋入下部布線層102的絕緣膜101上依次形成SiN膜103、SiO2膜104以及FSG膜105。在SiN膜103、SiO2膜104以及FSG膜105上設(shè)置凹部106和布線槽107。凹部106，由在SiN膜103和在SiO2膜104上形成并且到達(dá)下部布線層102的貫穿孔106a、在FSG膜105上形成并且和貫穿孔106a連接的布線槽106b構(gòu)成。布線槽107和布線槽106b相同也在FSG膜105上形成。在FSG膜105上使凹部106和布線槽107埋入至中途為止地形成阻擋膜108的同時(shí)，在阻擋膜108上使凹部106和布線槽107完全埋入地形成Cu膜(上部布線層用導(dǎo)電膜)111。
在本比較例中，在“CMP工序前”進(jìn)行“退火”。即在進(jìn)行除去從凹部106和布線槽107露出的銅膜111的CMP工序前進(jìn)行退火。但是，在比較例中，一旦對(duì)于銅膜111進(jìn)行退火，如圖8所示，存在在作為金屬布線層的銅膜部分上產(chǎn)生空洞121的問題。
產(chǎn)生空洞121的原因可以作如下考慮。即，在“CMP工序前”進(jìn)行“退火”的比較例中，以銅膜111的體積大的狀態(tài)，在CMP工序前以250～400℃的比較高的溫度進(jìn)行退火。由此，在退后銅膜111中含有的缺陷(例如沿著晶間存在的原子水平的空穴)聚集在貫穿孔106a中，同時(shí)在不能完全除去這些欠缺的情況下直接完成了銅膜111的結(jié)晶生長。由此，圖8所示，在寬度比較窄的地方產(chǎn)生如貫通孔式的空洞121。其結(jié)果，由于布線電阻升高，半導(dǎo)體裝置的成品率下降，同時(shí)半導(dǎo)體裝置的可靠性降低。這種現(xiàn)象在布線槽或貫通孔等的凹部寬度在0.25μm以下時(shí)更加顯著。
另外，在比較例中，為了防止空洞的產(chǎn)生，在低溫下(例如150℃左右)進(jìn)行退火處理時(shí)，如圖9所示，產(chǎn)生別的問題。即，此時(shí)，在退火處理后，通過CMP法除去從布線槽106b和107露出的Cu膜111，如圖9所示，可以無空洞地形成由Cu膜111構(gòu)成的上部布線層。另外，在此時(shí)在Cu膜111的表面上不存在裂痕等的缺陷。但是，由于在低溫下進(jìn)行Cu膜111的退火處理，所以此時(shí)Cu膜111的結(jié)晶成長和從Cu膜111中除去缺陷都不充分。其結(jié)果，在上部布線層形成后或保護(hù)上部布線層的SiN膜114形成后進(jìn)行的熱處理中，在已經(jīng)平整化的Cu膜111的表面上聚集該膜中的缺陷的同時(shí)，由于在Cu膜111上產(chǎn)生不均勻的收縮，所以如圖9所示，產(chǎn)生表面裂痕122或龜裂123。
實(shí)施例2以下參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例2的電子器件的制造方法進(jìn)行說明。本實(shí)施例的特征在于，分兩次進(jìn)行作為布線的Cu膜的CMP(Cu-CMP)工序，同時(shí)，在各Cu-CMP工序之間對(duì)Cu膜進(jìn)行退火處理。
圖10(a)～(d)是表示實(shí)施例2的電子器件的制造方法的各工序的剖面圖。
首先，和實(shí)施例1(參照圖1～3)相同，如圖10(a)所示，例如在沉積于半導(dǎo)體基板(圖示省略)上的絕緣膜101內(nèi)部形成下部布線層102后，對(duì)埋入下部布線層102的絕緣膜101的表面進(jìn)行平整化。然后分別在平整化的絕緣膜101和下部布線層102上，例如通過CVD法依次沉積SiN膜103、SiO2膜104以及FSG膜105。接著，利用石印法和干腐蝕法在SiN膜103、SiO2膜104以及FSG膜105內(nèi)部形成凹部106和布線槽107。凹部106，由在SiN膜103和在SiO2膜104上形成并且到達(dá)下部布線層102的貫穿孔106a、在FSG膜105上形成并且和貫穿孔106a連接的布線槽106b構(gòu)成。即，凹部106具有重波花紋結(jié)構(gòu)。另外，布線槽107和布線槽106b相同也在FSG膜105上形成。之后，例如通過PVD法在FSG膜105的表面、凹部106和布線槽107的壁面及底面上使凹部106和布線槽107埋入至中途為止地沉積阻擋膜108和Cu晶種膜109。接著例如通過電鍍法在整個(gè)Cu晶種膜109上使凹部106和布線槽107完全埋入地沉積Cu電鍍膜110。
之后，如圖10(b)所示，例如利用CMP法除去從布線槽106b和107露出(即位于比阻擋膜108的上面還向上的位置)的Cu電鍍膜110。此時(shí)，作為漿料例如可以使用含有硅類的固形成分(5質(zhì)量％濃度)并且以過氧化氫水作為氧化劑的中性漿料，研磨時(shí)的旋轉(zhuǎn)次數(shù)和壓力分別設(shè)定為例如1015mm/sec和17.7kPa。
接著，對(duì)于Cu晶種膜109和殘存的Cu電鍍膜110進(jìn)行退火處理。此時(shí)將退火溫度例如設(shè)定在400℃，在該溫度狀態(tài)下將退火時(shí)間設(shè)定為120分鐘。由此，如圖10(c)所示，由于Cu晶種膜109和Cu電鍍膜110的交界消失，形成兩者一體化的Cu膜111。另外，通過該退火處理，在Cu膜111的結(jié)晶成長結(jié)束。
接著，如圖10(d)所示，例如利用CMP法除去從布線槽106b和107露出(即位于比FSG膜105的上面還向上的位置)的Cu膜111和阻擋膜108并使FSG膜105露出，同時(shí)將FSG膜105的表面進(jìn)行平整化。此時(shí)，具體地CMP條件如下。在Cu膜111的CMP中，作為漿料例如可以使用含有硅類的固形成分(5質(zhì)量％濃度)并且以過氧化氫水作為氧化劑的中性漿料，研磨時(shí)的旋轉(zhuǎn)次數(shù)和壓力分別設(shè)定為例如1015mm/sec和17.7kPa。另外，在阻擋膜108的CMP中，作為漿料例如可以使用含有硅類的固形成分(5質(zhì)量％濃度)并且以過氧化氫水作為氧化劑的中性漿料(但是，固形成分或中性成分的材料與Cu膜用漿料不同)，研磨時(shí)的旋轉(zhuǎn)次數(shù)和壓力分別設(shè)定為例如761mm/sec和13.7kPa。
最后，與實(shí)施例1(參照圖7)相同，為防止Cu膜111的表面的氧化，例如通過CVD法，在FSG膜105和Cu膜111的上面形成SiN膜114。
如以上所述，根據(jù)實(shí)施例2，依次沉積阻擋膜108、Cu晶種膜109和Cu電鍍膜110，以便使設(shè)置于絕緣膜中的貫穿孔106a、布線槽106b和107埋入。之后，在部分除去從布線槽106b和107露出的Cu膜110后，進(jìn)行退火處理，形成由Cu膜109和殘存的Cu膜110構(gòu)成的Cu膜111。即，由于在退火處理前，部分除去Cu膜并對(duì)殘存的Cu膜進(jìn)行退火處理，所以，在退火處理后的除去工序中，可以確保Cu膜的硬度，以便能夠進(jìn)行比較均勻的Cu膜的除去。另外，在退火處理后，由于除去從布線槽106b和107露出的Cu膜111和阻擋膜108，所以，在退火處理過程中，即使在Cu膜111表面上產(chǎn)生表面裂痕等的表面缺陷時(shí)，也可以與Cu膜111一起同時(shí)除去。其結(jié)果，由于不產(chǎn)生構(gòu)成Cu膜111的Cu原子表面擴(kuò)散的路徑，所以可以防止布線結(jié)構(gòu)的電遷移耐性的惡化，由此可以以高的成品率制造具有高可靠性的布線結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置等的電子器件。
另外，根據(jù)實(shí)施例2，即使在Cu膜111表面上產(chǎn)生表面裂痕等的表面缺陷時(shí)，可以通過退火處理后的CMP工序一次性除去。換言之，由于不進(jìn)行熱處理?xiàng)l件的特別調(diào)整而能夠除去表面缺陷，所以，不需要增加工序數(shù)就能夠形成可靠性高的布線結(jié)構(gòu)。
另外，根據(jù)實(shí)施方式2，即使在由于Cu膜的膜質(zhì)引起的表面裂痕或龜裂變大時(shí)，由于在退火處理后的CMP工序中的Cu膜的除去量被設(shè)定很大，所以，能夠進(jìn)一步對(duì)Cu膜的表面進(jìn)行平整化。
另外，隨著貫穿孔或布線槽等的涉及尺寸變小，由于作為布線的Cu膜變得含有很多的缺陷，所以作為Cu膜埋入對(duì)象的布線槽或孔的寬度一旦與0.25μm等同或比0.25μm還小，則比所述本實(shí)施例的效果發(fā)揮得更顯著。但是，考慮電鍍法等埋入能力的限制時(shí)，作為埋入對(duì)象的凹部的寬度優(yōu)選在0.05μm以上。
另外，在實(shí)施例2中，作為布線用導(dǎo)電膜使用Cu膜，但是即使使用Al膜或Ag膜或含有Cu、Al或Ag的合金膜來代替Cu膜也能夠得到同樣的效果。另外，阻擋膜的種類不限定，例如可以使用TaN阻擋膜或TaN阻擋膜。
另外，在實(shí)施例2中，對(duì)于銅膜的退火處理，優(yōu)選在200℃以上并且低于500℃的溫度下進(jìn)行。由此，由于能夠使布線槽等的內(nèi)部的Cu膜的結(jié)晶充分地成長并使Cu膜致密化，所以在布線結(jié)構(gòu)形成后進(jìn)行的熱處理中，由于可以防止在該Cu膜中進(jìn)一步引起結(jié)晶的成長，所以可以防止該Cu膜的收縮和由此引起的表面裂痕等的發(fā)生。
實(shí)施例3
以下參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例3的電子器件的制造方法進(jìn)行說明。本實(shí)施例的特征在于，在分別對(duì)于作為布線的Cu膜和阻擋膜的CMP工序后，對(duì)Cu膜進(jìn)行退火處理，之后，再進(jìn)行1次至少能夠削去Cu膜的CMP工序。
圖11(a)～(d)是表示實(shí)施例3的電子器件的制造方法的各工序的剖面圖。
首先，和實(shí)施例1(參照圖1～3)相同，如圖11(a)所示，例如在沉積于半導(dǎo)體基板(圖示省略)上的絕緣膜101內(nèi)部形成下部布線層102后，對(duì)埋入下部布線層102的絕緣膜101的表面進(jìn)行平整化。然后，分別在平整化的絕緣膜101和下部布線層102上，例如通過CVD法依次沉積SiN膜103、SiO2膜104以及FSG膜105。接著，利用石印法和干腐蝕法在SiN膜103、SiO2膜104以及FSG膜105內(nèi)部形成凹部106和布線槽107。凹部106，由在SiN膜103和在SiO2膜104上形成并且到達(dá)下部布線層102的貫穿孔106a、在FSG膜105上形成并且和貫穿孔106a連接的布線槽106b構(gòu)成。即，凹部106具有重波花紋結(jié)構(gòu)。另外，布線槽107和布線槽106b相同也在FSG膜105上形成。之后，例如通過PVD法在FSG膜105的表面、凹部106和布線槽107的壁面及底面上使凹部106和布線槽107埋入至中途為止地沉積阻擋膜108和Cu晶種膜109。接著例如通過電鍍法在整個(gè)Cu晶種膜109上使凹部106和布線槽107完全埋入地沉積Cu電鍍膜110。
接著，如圖11(b)所示，例如利用CMP法除去從布線槽106b和107露出(即位于比FSG膜105的上面還向上的位置)的Cu晶種膜109、Cu電鍍膜110和阻擋膜108并使FSG膜105的表面露出，同時(shí)將FSG膜105的表面進(jìn)行平整化。此時(shí)，具體的CMP條件如下。在Cu膜109和110的CMP中，作為漿料例如可以使用含有硅類的固形成分(5質(zhì)量％濃度)并且以過氧化氫水作為氧化劑的中性漿料，研磨時(shí)的旋轉(zhuǎn)次數(shù)和壓力分別設(shè)定為例如1015mm/sec和17.7kPa。另外，在阻擋膜108的CMP中，作為漿料例如可以使用含有硅類的固形成分(5質(zhì)量％濃度)并且以過氧化氫水作為氧化劑的中性漿料(但是，固形成分或中性成分的材料與Cu膜用漿料不同)，研磨時(shí)的旋轉(zhuǎn)次數(shù)和壓力分別設(shè)定為例如761mm/sec和13.7kPa。
接著，對(duì)于殘存的Cu晶種膜109和Cu電鍍膜110進(jìn)行退火處理。此時(shí)將退火溫度例如設(shè)定在400℃，在該溫度狀態(tài)下將退火時(shí)間設(shè)定為120分鐘。由此，如圖11(c)所示，由于Cu晶種膜109和Cu電鍍膜110的交界消失，形成兩者一體化的Cu膜111。另外，通過該退火處理，在Cu膜111的結(jié)晶成長結(jié)束。
但是，該退火處理，由于以較高的溫度長時(shí)間進(jìn)行，所以，如圖11(c)所示，隨著Cu膜111的結(jié)晶的成長，Cu膜111中存在的缺陷，在相對(duì)于結(jié)晶成長的周邊的阻礙少的Cu膜111的表面上聚集。其結(jié)果，在Cu膜111的表面形成表面裂痕112或龜裂113。
接著，如圖11(d)所示，例如利用CMP法與Cu膜111的表面一起除去表面裂痕112或龜裂113。此時(shí)，CMP的條件，只要是至少能夠削去Cu膜的條件，就沒有特別限制。具體地說，例如可以使用圖11(b)所示的CMP工序中的Cu膜109和110的CMP條件或阻擋膜108的CMP條件等。
另外，在除去Cu膜111的表面的工序中，除適合Cu膜除去的條件和適合阻擋膜除去的條件之外，例如即使利用適合氧化膜等絕緣膜的除去的條件，也可以獲得使Cu膜111的表面平整化的效果，具體地說，通過利用適合氧化膜除去的條件的CMP，在除去作為布線的Cu膜111周圍的絕緣膜(在本實(shí)施方式中為FSG膜105)時(shí)，由于在Cu膜111中也施加強(qiáng)的力，所以在除去FSG膜105的同時(shí)，也能夠?qū)u膜111表面進(jìn)行平整化。
如以上所述，根據(jù)實(shí)施例3，依次沉積阻擋膜108、Cu晶種膜109和Cu電鍍膜110，以便使設(shè)置于絕緣膜中的貫穿孔106a、布線槽106b和107埋入。之后，在除去從布線槽106b和107露出的Cu膜109和110后，進(jìn)行退火處理，形成由殘存的Cu膜109和110構(gòu)成的Cu膜111。即，由于在退火處理前除去部分Cu膜并對(duì)殘存的Cu膜進(jìn)行退火處理，所以可以確保Cu膜的硬度，以便在退火處理后的各除去工序中，能夠進(jìn)行比較均勻的Cu膜的除去(在本實(shí)施方式中是除去殘存的Cu膜的表面部)。另外，在退火處理后，由于除去Cu膜111的表面部，所以，在退火處理過程中，可以除去在Cu膜111表面上產(chǎn)生的表面裂痕112或龜裂113。其結(jié)果，由于不產(chǎn)生構(gòu)成Cu膜111的Cu原子表面擴(kuò)散的路徑，所以可以防止布線結(jié)構(gòu)的電遷移耐性的惡化，由此可以以高的成品率制造具有高可靠性的布線結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置等的電子器件。
另外，根據(jù)實(shí)施例3，可以通過退火處理后的CMP工序一次性除去在Cu膜111表面上產(chǎn)生的表面裂痕112等的表面缺陷。換言之，由于不進(jìn)行熱處理?xiàng)l件的特別調(diào)整而能夠除去表面缺陷，所以，不需要增加工序數(shù)就能夠形成可靠性高的布線結(jié)構(gòu)。
另外，隨著貫穿孔或布線槽等的涉及尺寸變小，由于作為布線的Cu膜變得含有很多的缺陷，所以作為Cu膜埋入對(duì)象的布線槽或孔的寬度一旦與0.25μm等同或比0.25μm還小，則比本實(shí)施例的所述效果發(fā)揮得更顯著。但是，考慮電鍍法等埋入能力的限制時(shí)，作為埋入對(duì)象的凹部的寬度優(yōu)選在0.05μm以上。
另外，在實(shí)施例3中，作為布線用導(dǎo)電膜使用Cu膜，但是即使使用Al膜或Ag膜或含有Cu、Al或Ag的合金膜來代替Cu膜也能夠得到同樣的效果。另外，阻擋膜的種類不限定，例如可以使用TaN阻擋膜或TaN阻擋膜。
另外，在實(shí)施例3中，對(duì)于銅膜的退火處理，優(yōu)選在200℃以上并且低于500℃的溫度下進(jìn)行。由此，由于能夠使布線槽等的內(nèi)部的Cu膜的結(jié)晶充分地成長并使Cu膜致密化，所以在布線結(jié)構(gòu)形成后進(jìn)行的熱處理中，由于可以防止在該Cu膜中進(jìn)一步引起結(jié)晶的成長，所以可以防止該Cu膜的收縮和由此引起的表面裂痕等的發(fā)生。
實(shí)施例4參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例4的電子器件的制造方法進(jìn)行說明。本實(shí)施例的特征在于，根據(jù)作為布線槽等凹部的寬度選擇性地設(shè)定用于布線槽結(jié)構(gòu)形成的CMP工序的實(shí)施時(shí)間和次數(shù)。本實(shí)施例中含有這種特征的理由如下所述。
即，在多層布線結(jié)構(gòu)中，一般越是下層布線布線寬度越窄，另一方面在上層布線中多存在比較寬的布線。所以，在通過將導(dǎo)電膜埋入布線槽等中進(jìn)行布線形成時(shí)，越是布線槽等的窄的下層布線越容易產(chǎn)生空洞等不合適的情況。另外，由于在各上層布線的形成時(shí)進(jìn)行退火處理，所以對(duì)于下層布線，通過在其形成后進(jìn)行多次退火處理，其每次熱負(fù)荷都附加給下層布線。即，由于越位于下層的布線附加熱負(fù)荷的次數(shù)越增加，所以由于其影響，越容易使布線用導(dǎo)電膜變化并使不適情況產(chǎn)生的比率增大?？紤]以上的狀況，在本實(shí)施例中，在布線槽等窄的布線或位于下層的布線的形成中，與實(shí)施例1相同，在作為布線的Cu膜的CMP工序和阻擋膜的工序之間，對(duì)Cu膜進(jìn)行退火處理。與此相反，在位于布線槽等的寬的布線或位于上層的布線的形成中，重視工序簡單化，僅在“退火前”進(jìn)行“CMP工序”。
以下以形成埋入銅布線的多層結(jié)構(gòu)的情況為例，參照圖12所示的流程圖進(jìn)行具體說明。
首先，在步驟S10中，判斷形成對(duì)象的布線寬度(即布線槽的寬度或貫穿孔或接觸孔的直徑)是否在0.25μm以下。
在布線寬度為0.25μm以下時(shí)，通過利用與實(shí)施例1相同的方法(參照圖1～圖7)，即通過在Cu膜的CMP工序和阻擋膜的CMP工序之間進(jìn)行退火處理，形成布線。
具體地說，在步驟S101中，在基板上例如沉積SiO2膜后，在步驟S102中，在SiO2膜上例如沉積FSG膜，之后，在步驟S103中在兩膜中形成孔。
然后，在步驟S104中，在FSG膜上形成與孔連接的布線槽，之后，在步驟S105或S106中，在整個(gè)FSG膜表面上依次沉積阻擋膜和Cu晶種膜，由此將孔埋入至中途為止。接著在步驟S107中，在Cu晶種膜上沉積Cu電鍍膜，由此完全埋入孔及布線槽。
接著，在步驟S108(Cu-CMP)中，利用CMP法除去從布線槽露出的Cu電鍍膜和Cu晶種膜，同時(shí)，使從布線槽露出的阻擋膜露出。然后，在步驟S109中，對(duì)殘存的各Cu膜進(jìn)行退火處理。由此Cu晶種膜和Cu電鍍膜一體化，同時(shí)該一體化Cu膜結(jié)晶化結(jié)束。即，作為布線的Cu膜致密化。
接著，在步驟S110(勢壘CMP)中，利用CMP法除去從布線槽露出的阻擋膜，由此在FSG膜中形成埋入Cu布線的同時(shí)，對(duì)FSG膜進(jìn)行平整化。然后，在步驟S111中，在Cu布線埋入并且被平整化的FSG膜上沉積SiN膜，由此，可以防止Cu布線的氧化。
另外，若孔的直徑或布線槽的寬度在0.25μm以下時(shí)，換言之，在布線圖形為微細(xì)的情況時(shí)，在退火處理(步驟S109)中，Cu膜中含有的缺陷在該Cu膜的表面聚集，其結(jié)果，以產(chǎn)生表面裂痕或龜裂的狀態(tài)Cu膜的結(jié)晶成長結(jié)束。與此相反，在本實(shí)施例中，在退火處理后，作為第二次的CMP工序，通過進(jìn)行阻擋膜的CMP工序(步驟S110)，可以與阻擋膜一起除去Cu膜表面產(chǎn)生的表面裂痕或龜裂。
另一方面，在步驟S10中，在判斷形成對(duì)象的布線的寬度比0.25μm大時(shí)，例如在退火處理前，通過進(jìn)行Cu-CMP工序和阻擋膜CMP工序(通過連續(xù)除去Cu電鍍膜、Cu晶種膜和阻擋膜)形成布線圖形。換言之，在孔的直徑或者布線槽的寬度比0.25μm大時(shí)，在布線結(jié)構(gòu)的形成中，設(shè)定為不進(jìn)行退火處理后的CMP工序。
具體地說，在步驟S201～S207中，與步驟S101～S107相同，在基板上例如依次沉積SiO2膜和FSG膜后，在兩膜中形成孔，之后，在FSG膜中形成與孔連接的布線槽。接著，在使孔和布線槽能夠埋入至中途為止地在整個(gè)FSG膜表面上依次沉積阻擋膜和Cu晶種膜后，使孔和布線槽完全埋入地在Cu晶種膜上沉積Cu電鍍膜。
接著，在步驟S208中和S209(CMP工序)中，利用CMP法依次除去從布線槽露出的Cu電鍍膜、Cu晶種膜和阻擋膜，由此在FSG膜中形成埋入Cu布線的同時(shí)，使FSG膜平整化。之后，在步驟S210中，對(duì)殘存的Cu膜進(jìn)行退火處理。由此，在使Cu晶種膜和Cu電鍍膜一體化的同時(shí)，使一體化的整個(gè)Cu膜的結(jié)晶化結(jié)束。即，作為布線的Cu膜致密化。之后在步驟S211中在Cu布線埋入并且平整化的FSG膜上沉積SiN膜。由此可以防止Cu布線的氧化。
另外，若孔的直徑或布線槽的寬度一旦大于0.25μm時(shí)，即，布線槽寬度一旦變大，能夠放出布線用導(dǎo)電膜(Cu膜)中的缺陷的面也變大。所以，僅因?yàn)椴季€寬度變大，Cu膜中含有的缺陷量變多，另一方面，由于布線表面的面積也變大，所以使放出Cu膜中的缺陷也變得容易。其結(jié)果，即使以高的溫度進(jìn)行退火處理(步驟S210)，由于在作為布線的整個(gè)Cu膜的結(jié)晶成長結(jié)束前，Cu膜中的缺陷放出，所以，在Cu膜即布線中幾乎不產(chǎn)生表面裂痕或龜裂。即，若孔的直徑或布線槽的寬度比0.25μm大時(shí)，在退火處理后，不必進(jìn)行用于除去表面缺陷的第二次的CMP工序。
在步驟S101～S111或步驟S201～S211的處理結(jié)束后，在步驟S20中，判斷整個(gè)布線層形成是否結(jié)束。在存在未形成的布線層時(shí)，返回步驟S10中。在整個(gè)布線層形成結(jié)束時(shí)，前進(jìn)至步驟S30，在最上層的布線層上形成布線盤的同時(shí)，進(jìn)行加工的熱處理。
如以上所述，根據(jù)實(shí)施例4，例如在具有0.25μm以下的寬度比較窄的凹部中形成布線時(shí)，由于使用實(shí)施例1的方法，所以可以獲得與實(shí)施例1相同的效果。另一方面，例如在具有0.25μm以上的寬度比較寬的凹部中形成布線時(shí)，考慮容易從具有較大寬度的凹部內(nèi)的導(dǎo)電膜放出缺陷，所以僅在“退火前”進(jìn)行“CMP工序”。由此，能夠在抑制工序復(fù)雜化的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)沒有空洞或表面裂痕的布線結(jié)構(gòu)。
即，根據(jù)實(shí)施例4，根據(jù)布線寬度，通過選擇地設(shè)定用于形成布線結(jié)構(gòu)的CMP工序的實(shí)施時(shí)間和次數(shù)，可以不增加必要以上的工序數(shù)并且能夠形成所需的布線結(jié)構(gòu)。
另外，在實(shí)施例4中，在具有較大寬度的凹部中形成布線時(shí)，僅在“退火前”進(jìn)行“CMP工序”，但是也可以取代之，僅在“退火后”進(jìn)行“CMP工序”。
另外，在實(shí)施例4中，作為布線用導(dǎo)電膜使用Cu膜，但是即使使用Al膜或Ag膜或含有Cu、Al或Ag的合金膜來代替Cu膜也能夠得到同樣的效果。另外，阻擋膜的種類不限定，例如可以使用TaN阻擋膜或TaN阻擋膜。
在實(shí)施例4中，在布線槽等窄的布線或位于下層的布線的形成中，可以用實(shí)施例1，取而代之，也可以用實(shí)施例1或?qū)嵤├?。
根據(jù)本發(fā)明，在使設(shè)置于絕緣膜上的凹部埋入地沉積導(dǎo)電膜后，對(duì)該導(dǎo)電膜進(jìn)行熱處理，同時(shí)，在熱處理前后，分別除去部分導(dǎo)電膜。即，在熱處理前部分除去導(dǎo)電膜使導(dǎo)電膜的體積降低后，由于對(duì)于殘存的導(dǎo)電膜進(jìn)行熱處理，所以能夠使該導(dǎo)電膜充分地結(jié)晶化。另外，由于在熱處理后也進(jìn)行部分除去導(dǎo)電膜，所以可以除去在熱處理時(shí)在導(dǎo)電膜中產(chǎn)生的表面裂痕或龜裂等。其結(jié)果，由于不產(chǎn)生構(gòu)成導(dǎo)電膜的原子表面擴(kuò)散的路徑，所以可以防止布線結(jié)構(gòu)的電遷移耐性的惡化，所以可以以高的成品率制造可靠性高的半導(dǎo)體裝置的電子器件。
權(quán)利要求
1.一種布線結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，包括在絕緣膜上形成凹部的工序；在所述絕緣膜上使所述凹部埋入地沉積導(dǎo)電膜的工序；對(duì)于所述導(dǎo)電膜進(jìn)行熱處理的工序；在進(jìn)行所述熱處理前和后除去部分所述導(dǎo)電膜的工序。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的布線結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，在沉積所述導(dǎo)電膜的工序前，還包括在所述絕緣膜上使所述凹部埋入中途為止地沉積阻擋膜的工序；在進(jìn)行所述熱處理的工序前部分除去所述導(dǎo)電膜的工序，包括除去所述凹部外側(cè)的所述導(dǎo)電膜并由此使所述凹部外側(cè)的所述阻擋膜露出的工序；在進(jìn)行所述熱處理的工序后部分除去導(dǎo)電膜的工序，包括除去所述凹部外側(cè)的所述阻擋膜和殘存的所述導(dǎo)電膜的表面部的工序。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的布線結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述導(dǎo)電膜，由銅或含銅合金構(gòu)成，所述阻擋膜由Ta或TaN構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的布線結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，在沉積所述導(dǎo)電膜的工序前，還包括在所述絕緣膜上使所述凹部埋入中途為止地沉積阻擋膜的工序；在進(jìn)行所述熱處理的工序前部分除去所述導(dǎo)電膜的工序，包括部分除去所述凹部外側(cè)的所述導(dǎo)電膜的工序；在進(jìn)行所述熱處理的工序后部分除去導(dǎo)電膜的工序，包括除去所述凹部外側(cè)殘存的所述導(dǎo)電膜和所述凹部外側(cè)的所述阻擋膜的工序。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的布線結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述導(dǎo)電膜，由銅或含銅合金構(gòu)成，所述阻擋膜由Ta或TaN構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的布線結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，在沉積所述導(dǎo)電膜的工序前，還包括在所述絕緣膜上使所述凹部埋入中途為止地沉積阻擋膜的工序；在進(jìn)行所述熱處理的工序前部分除去所述導(dǎo)電膜的工序，包括除去所述凹部外側(cè)的所述導(dǎo)電膜和所述凹部外側(cè)的所述阻擋膜的工序；在進(jìn)行所述熱處理的工序后部分除去導(dǎo)電膜的工序，包括除去殘存的所述導(dǎo)電膜的表面部的工序。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的布線結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述導(dǎo)電膜，由銅或含銅合金構(gòu)成，所述阻擋膜由Ta或TaN構(gòu)成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的布線結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述凹部，由貫穿孔和在所述貫穿孔上形成并與所述貫穿孔連接的布線槽構(gòu)成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的布線結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述熱處理以200℃以上并且低于500℃的溫度進(jìn)行。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的布線結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述凹部的寬度在0.25μm以下。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的布線結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述導(dǎo)電膜由銅或含銅合金構(gòu)成。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的布線結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，在除去所述所述導(dǎo)電膜的工序中使用化學(xué)機(jī)械研磨法。
13.一種電子器件的制造方法，是具有第1布線結(jié)構(gòu)和第2布線結(jié)構(gòu)的電子器件的制造方法，其特征在于，所述第1布線結(jié)構(gòu)的形成方法，包括在第1絕緣膜上形成第1凹部的工序；在所述第1絕緣膜上使所述第1凹部埋入地沉積第1導(dǎo)電膜的工序；對(duì)于所述第1導(dǎo)電膜進(jìn)行熱處理的工序；在進(jìn)行所述熱處理的前和后部分除去所述第1導(dǎo)電膜的工序，第2布線結(jié)構(gòu)的形成方法，包括在第2絕緣膜上形成第2凹部的工序；在所述第2絕緣膜上使所述第2凹部埋入地沉積第2導(dǎo)電膜的工序；對(duì)于所述第2導(dǎo)電膜進(jìn)行熱處理的工序；除去所述第2凹部外側(cè)的所述第2導(dǎo)電膜的工序，而，所述第2凹部的寬度比所述第1凹部的寬度大。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的電子器件的制造方法，其特征在于，所述第1凹部的寬度在0.25μm以下，所述第2凹部的寬度比0.25μm大。
全文摘要
本發(fā)明提供一種在半導(dǎo)體裝置等的電子器件中的布線結(jié)構(gòu)的形成方法。在FSG膜(105)等的絕緣膜上形成凹部(106)后，在FSG膜(105)上使凹部(106)等埋入地沉積阻擋膜(108)和Cu膜(111)。之后在除去凹部(106)外側(cè)的Cu膜(111)后，進(jìn)行熱處理，之后除去凹部(106)外側(cè)的阻擋膜(108)。根據(jù)本發(fā)明，由于可以實(shí)現(xiàn)沒有空洞或表面裂痕的布線結(jié)構(gòu)，所以可以以高的成品率制造可靠性高的半導(dǎo)體裝置的電子器件。
文檔編號(hào)H01L21/321GK1467820SQ0313823
公開日2004年1月14日 申請日期2003年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月13日
發(fā)明者原田剛史 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社