專利名稱：在基材上形成有阻擋層兼種子層的電子構(gòu)件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在基材上形成有ULSI微細(xì)銅配線的阻擋層兼種子層的電子構(gòu)件。
背景技術(shù)：
作為ULSI (超大規(guī)模集成電路；ultra-large scale integration)微細(xì)銅配線 (大馬士革銅配線；damascene copper wiring)的銅的成膜方法，已知通過(guò)無(wú)電解鍍銅設(shè)置 種子層(籽晶層；seed layer)，通過(guò)電鍍銅來(lái)形成銅膜的方法。然而，在如半導(dǎo)體晶片那樣的鏡面上進(jìn)行無(wú)電解鍍銅的場(chǎng)合，析出的鍍膜難以獲 得充分的粘附性。并且，鍍層的反應(yīng)性低，也難以在基板整個(gè)面上進(jìn)行均勻的鍍覆。過(guò)去， 在采用例如無(wú)電解鍍法在氮化鉭等的阻擋金屬層上形成銅種子層的場(chǎng)合，存在難以均勻地 形成鍍層且粘附力不充分的問(wèn)題。本發(fā)明者們已發(fā)現(xiàn)在無(wú)電解鍍銅液中加入作為添加劑的重均分子量(Mw)小的 水溶性含氮聚合物，另一方面在鍍液浸漬前使催化劑金屬附著在被鍍物的基板上，或者預(yù) 先在最表面上將催化劑金屬進(jìn)行成膜后，通過(guò)浸漬在鍍液中借助于氮原子使聚合物吸附在 該催化劑金屬上可抑制鍍層的析出速度，并且晶體非常微細(xì)化，能夠在如晶片那樣的鏡面 上形成膜厚15nm以下的均勻薄膜(專利文獻(xiàn)1)。另外，本發(fā)明者在上述發(fā)明的實(shí)施例中還公開了 預(yù)先在最表面上將催化劑金屬 進(jìn)行成膜后，通過(guò)浸漬在鍍液中借助于氮原子使聚合物吸附在該催化劑金屬上可抑制鍍層 的析出速度，并且晶體非常微細(xì)化，能夠在如晶片那樣的鏡面上形成膜厚6nm以下的均勻 的薄膜。在這樣的方法中，即在大馬士革銅配線形成中，在將催化劑金屬進(jìn)行成膜后通過(guò) 無(wú)電解鍍?cè)O(shè)置銅種子層的場(chǎng)合，需要與催化劑金屬層不同地預(yù)先形成用于防止銅擴(kuò)散的阻 擋層，因此，在成膜出銅種子層前將形成阻擋層和催化劑金屬層這兩層的層，所以判明對(duì)于 不能夠增厚膜厚的超微細(xì)配線而言存在難以適用于實(shí)際工序的問(wèn)題。為了消除在這樣的銅種子層的成膜之前形成兩個(gè)層的煩雜問(wèn)題，本發(fā)明者們發(fā) 現(xiàn)，形成由兼具阻擋能力和催化能力的特定的合金薄膜構(gòu)成的單一層，進(jìn)而在無(wú)電解鍍時(shí) 將置換鍍和還原鍍并用，由此能夠膜厚度薄而均勻地形成在其上面形成的銅種子層，并且， 已申請(qǐng)了專利(專利文獻(xiàn)2、專利文獻(xiàn)3)。專利文獻(xiàn)1 日本特開2008-223100號(hào)報(bào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 國(guó)際公開第2009/016979號(hào)小冊(cè)子專利文獻(xiàn)3 國(guó)際公開第2009/016980號(hào)小冊(cè)子

發(fā)明內(nèi)容
然而，在該方法中，為了形成ULSI微細(xì)銅配線(大馬士革銅配線)，也需要兼具阻 擋能力和催化能力的合金薄膜的形成工序和經(jīng)由采用無(wú)電解鍍?cè)谄渖厦嫘纬煞N子層的工 序通過(guò)電鍍銅來(lái)形成銅配線的工序。
本發(fā)明的目的在于提供將上述方法更合理化，并采用更簡(jiǎn)易的方法形成ULSI微 細(xì)銅配線的技術(shù)。本發(fā)明者們潛心進(jìn)行研究的結(jié)果發(fā)現(xiàn)嘗試使該具有阻擋功能的合金薄膜本身作 為種子層而發(fā)揮作用，結(jié)果通過(guò)形成為具有阻擋功能的鎢與貴金屬的合金薄膜，能夠在該 合金薄膜上不進(jìn)行無(wú)電解鍍等的種子層形成而直接實(shí)施電鍍層，能夠形成ULSI微細(xì)銅配 線，從而完成了本發(fā)明。即，本發(fā)明包括以下的發(fā)明。(1) 一種電子構(gòu)件，是在基材上形成有作為ULSI微細(xì)銅配線的阻擋層兼種子層使 用的鎢與貴金屬的合金薄膜的電子構(gòu)件，該合金薄膜的組成是鎢為60原子％以上、貴金屬 為5原子％ 40原子％。(2)根據(jù)上述(1)所述的電子構(gòu)件，其中，所述合金薄膜還含有低于5原子％的電 阻率為20μ Ω · cm以下的金屬。(3)根據(jù)上述⑴或(2)所述的電子構(gòu)件，其中，所述貴金屬是選自鉬、金、銀、鈀中 的1種或2種以上的金屬。(4)根據(jù)上述⑴ (3)的任一項(xiàng)所述的電子構(gòu)件，其中，將所述合金薄膜作為阻 擋層兼種子層來(lái)成膜出電鍍銅膜，從而形成了 ULSI微細(xì)銅配線。(5)根據(jù)上述⑴ ⑷的任一項(xiàng)所述的電子構(gòu)件，其中，所述基材是半導(dǎo)體晶片。根據(jù)本發(fā)明，基材上的鎢與貴金屬的合金薄膜作為阻擋層兼種子層充分地發(fā)揮作 用，因此不需要在該合金薄膜層的上面形成現(xiàn)有的無(wú)電解鍍膜的工序，能夠通過(guò)直接實(shí)施 電鍍銅來(lái)形成ULSI微細(xì)銅配線。因此能夠減薄膜厚，能夠適用于越發(fā)微細(xì)化的大馬士革銅 配線。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明是在基材上形成鎢與貴金屬的合金薄膜來(lái)作為通過(guò)電鍍銅在基材上形成 ULSI微細(xì)銅配線時(shí)的阻擋層兼種子層的電子構(gòu)件。鎢具有對(duì)銅的阻擋功能，電阻率低為5. 65 μ Ω · cm，但在大氣中表面容易被氧化。 因此在形成為薄膜的場(chǎng)合，表面被氧化而電阻增高，作為電鍍用的種子層電阻過(guò)高而不能 夠均勻的電鍍銅，不能夠使用。通過(guò)形成為與貴金屬的合金，鎢表面的耐氧化性提高，阻擋 性提高，電阻減少，能夠直接進(jìn)行電鍍銅。作為貴金屬，可舉出鉬、金、銀、鈀等，使用選自這些金屬中的1種或2種以上的金 屬，其中，優(yōu)選使用鉬、鈀，特別優(yōu)選鈀。優(yōu)選鎢與貴金屬的合金薄膜中的鎢的組成比為60原子％以上，貴金屬的組成比 為5原子％ 40原子％。貴金屬小于5原子％時(shí)，抑制氧化的效果小，電阻不能充分地降 低，難以通過(guò)電鍍銅在合金薄膜上均勻地成膜出銅膜。而多于40原子％時(shí)，有可能貴金屬 混入到鍍銅膜中，該情況下鍍銅膜的電阻變高?；蛘撸捎阪u的組成比過(guò)少，因此作為阻擋 層的功能變得不充分。貴金屬的更優(yōu)選的組成比是10原子％ 30原子％，鎢的更優(yōu)選的 組成比是70原子％ 90原子％。鎢以外的具有阻擋性的金屬(鉭、鈦等)，表面氧化程度大，或者氧化膜鈍化，因此 電阻高，不適合于作為電鍍用種子層使用。
另外，上述合金薄膜只要是對(duì)阻擋性、鍍覆性沒(méi)有影響的范圍，還可以含有除了鎢 和貴金屬以外的金屬，例如，若是電阻率為20μ Ω ^m以下的金屬，則也可以含有低于5原 子％。通過(guò)含有這些的金屬，有時(shí)耐電子遷移性提高。作為電阻率為20 μ Ω ^m以下的金屬，例如，可舉出鋁(電阻率2. 655 μ Ω .Cm), 鎂(電阻率4. 45 μ Ω -cm)、錫(電阻率11. 0 μ Ω -cm)、銦(電阻率8. 37 μ Ω -cm)、鉬(電 阻率5. 2 μ Ω · cm)、鈮(電阻率12. 5μ Ω · cm)、鋅(電阻率5. 92 μ Ω · cm)、鎳(電阻率 6·84μ Ω · cm)、鈷(電阻率 6.24 μ Ω · cm)、鉻(電阻率 12. 9 μ Ω · cm)等。上述合金薄膜的厚度優(yōu)選為IOnm以下。通過(guò)減薄合金薄膜的膜厚，能夠適用于線 寬數(shù)十nm水平的大馬士革銅配線。上述合金薄膜，優(yōu)選通過(guò)合金膜組成控制容易的濺射來(lái)形成。通過(guò)使用含有鎢和 貴金屬的濺射合金靶，在基材上進(jìn)行濺射成膜，能夠形成鎢與貴金屬的合金薄膜。在本發(fā)明中待形成合金薄膜的基材，優(yōu)選Si晶片或在表面至少一部分形成有SiO2 的Si晶片等的半導(dǎo)體晶片，通過(guò)實(shí)施酸處理、堿處理、表面活性劑處理、超聲波清洗或?qū)⑦@ 些處理組合了的處理，能夠謀求基材的清潔、潤(rùn)濕性提高。在本發(fā)明中，能夠通過(guò)電鍍?cè)谏鲜龊辖鸨∧ど线M(jìn)而設(shè)置ULSI微細(xì)銅配線從而制 成為電子構(gòu)件。在將上述合金薄膜作為阻擋層兼種子層形成電鍍銅膜的場(chǎng)合，能夠得到不 發(fā)生空隙和縫等缺陷的電子構(gòu)件。配線部?jī)?yōu)選是銅或以銅為主成分的合金，更優(yōu)選是銅。電鍍銅液一般地只要是在 大馬士革銅配線埋入用途中使用的組成即可，沒(méi)有特別的限定，例如可以使用含有作為主 成分的硫酸銅和硫酸、作為微量成分的氯、聚乙二醇、二硫化雙(3-磺丙基)二鈉、煙魯綠等 的液體。另外，有關(guān)進(jìn)行電鍍銅時(shí)的溫度、PH值、電流密度等的條件，可以采用與通常的銅 配線用電鍍銅同樣的條件進(jìn)行。實(shí)施例以下通過(guò)實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明，但本發(fā)明不受這些實(shí)施例限定。實(shí)施例1在Si基板上形成SiO2,使用由貴金屬(鈀)與鎢構(gòu)成的濺射合金靶在其上面制作 表1所示組成的膜厚IOnm的合金薄膜，將該合金膜作為阻擋層兼種子層，通過(guò)電鍍形成了 銅配線。濺射成膜是在氬壓力0. 8Pa、50W的輸出功率下發(fā)生等離子體，預(yù)濺射15分鐘后進(jìn) 行實(shí)施。在電鍍液的組成為硫酸銅0. 25mol/L、硫酸1. 8mol/L、鹽酸1. 4mmol/L、微量添加劑 (二硫化雙(3-磺丙基)二鈉、聚乙二醇、煙魯綠)，鍍覆條件為浴溫25°C、電流密度0. 2A/ dm2下實(shí)施30分鐘，通過(guò)AES深度分布測(cè)定來(lái)確認(rèn)400°C X 30分鐘的真空退火處理后的阻 擋性以及貴金屬向銅鍍層中的擴(kuò)散。阻擋性的判定是通過(guò)有無(wú)銅向鎢合金膜中擴(kuò)散的現(xiàn)象 來(lái)進(jìn)行判定，貴金屬向銅鍍層的擴(kuò)散是通過(guò)有無(wú)貴金屬成分向銅膜中擴(kuò)散的現(xiàn)象來(lái)判定。 關(guān)于可否電鍍銅，在外觀上光澤銅鍍膜在整個(gè)面上均勻地析出的情形判定為可，可看到無(wú) 光澤的粗鍍膜的情形判定為析出不均勻，未析出膜的情形判定為不可。結(jié)果示于表1。實(shí)施例2 7、比較例1 3除了如表1所記載那樣改變實(shí)施例1中的合金薄膜的組成以外，與實(shí)施例1同樣 地形成了銅配線并進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果示于表1.
表 1 有無(wú)銅的擴(kuò)散通過(guò)AES深度分布測(cè)定來(lái)判定貴金屬擴(kuò)散通過(guò)AES深度分布測(cè)定來(lái)判定本發(fā)明中表示數(shù)值范圍的“以上”和“以下”均包括本數(shù)。
權(quán)利要求
一種電子構(gòu)件，是在基材上形成有作為ULSI微細(xì)銅配線的阻擋層兼種子層使用的鎢與貴金屬的合金薄膜的電子構(gòu)件，該合金薄膜的組成是鎢為60原子％以上、貴金屬為5原子％～40原子％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子構(gòu)件，其中，所述合金薄膜還含有低于5原子％的電阻率 為20μ Ω · cm以下的金屬。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電子構(gòu)件，其中，所述貴金屬是選自鉬、金、銀、鈀中的1 種或2種以上的金屬。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3的任一項(xiàng)所述的電子構(gòu)件，其中，將所述合金薄膜作為阻擋層兼 種子層來(lái)形成電鍍銅膜，從而形成了 ULSI微細(xì)銅配線。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 4的任一項(xiàng)所述的電子構(gòu)件，其中，所述基材是半導(dǎo)體晶片。
全文摘要
本發(fā)明的目的是提供采用更簡(jiǎn)易的方法形成ULSI微細(xì)銅配線的技術(shù)。一種電子構(gòu)件，是在基材上形成有作為ULSI微細(xì)銅配線的阻擋層兼種子層使用的鎢與貴金屬的合金薄膜的電子構(gòu)件，該合金薄膜的組成是鎢為60原子％以上、貴金屬為5原子％～40原子％。作為所述貴金屬，優(yōu)選是選自鉑、金、銀、鈀中的1種或2種以上的金屬。
文檔編號(hào)C23C14/14GK101911264SQ20098010158
公開日2010年12月8日 申請(qǐng)日期2009年2月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月19日
發(fā)明者伊森徹, 關(guān)口淳之輔 申請(qǐng)人:日礦金屬株式會(huì)社