Cu膜的形成方法

2023-05-23 01:21:56

專利名稱：：Cu膜的形成方法
技術領域：
：本發明涉及Cu膜的形成方法，尤其涉及通過處理擴散阻擋金屬膜和Cu膜的界面使擴散阻擋金屬膜和Cu膜的附著性提高的Cu膜的形成方法。
背景技術：
：多年來，Cu膜的形成均是在基板上設置的絕緣膜(例如矽氧化物膜)上形成配線用的溝槽及通L，然後為防止Cu向絕緣膜中擴散，用濺射法及CVD法形成擴散阻擋金屬膜(TiN、TaN、WN等膜)之後，用CVD法形成Cu膜，並通過此法形成Cu配線膜的。如上所述，在用CVD法形成Cu膜的情況下，或用CVD法直接在擴散阻擋金屬膜上形成Cu膜，或使用有機鈦材料及有機鉭材料，用CVD法在擴散阻擋金屬膜上形成氮化鈦膜及氮化鉭膜之後，用CVD法在其上形成Cu膜(參照專利文獻l)，或者用濺射法在擴散阻擋金屬膜上形成薄Cu膜之後，再用CVD法在其上形成Cu膜(參照專利文獻2)。在上述現有技術中，存在擴散阻擋金屬膜和Cu膜的附著性不能滿足要求，無法經受其後的CMP工序等的問題。如上所述，當在擴散阻擋金屬膜上直接形成Cu膜的情況下，擴散阻擋金屬膜和Cu膜間的附著性差，尤其在Ta系擴散阻擋金屬膜中，即使在成膜後進行熱處理(退火處理)附著性也不能改善，而且，擴散阻擋金屬膜上的Cu的初始核生成密度低，難以獲得光滑的平面形狀。此外，如專利文獻1所述，用CVD法在擴散阻擋金屬膜上形成氮化鈦及氮化鉭之後，僅用CVD法形成Cu膜很難獲得足夠的附著性。此外，如專利文獻2所述，用濺射法在擴散阻擋金屬膜上形成薄薄的Cu膜後再用CVD法形成Cu膜的情況下，同樣存在附著性難以提高的問題。也就是說，用濺射法形成的Cu膜，由於其膜厚依賴於成膜的基板表面的幾何形狀，因而如果配線溝槽的寬度很窄，則在深的溝槽的側面部及底面部上成膜不全，不僅無法獲得可有效改善附著性的均勻膜厚，而且還存在溝槽以外的平坦部位膜厚變厚的問題。若Cu膜過厚，則在其後用CVD法形成Cu膜時，Cu核將在該平坦部位選擇性形成，從而使側面部及底面部上的敷層覆蓋度變得更差。專利文獻l:特開2004-40128號公報(權利要求範圍等)專利文獻2:特開平4-242937號公報(權利要求範圍等)
發明內容本發明的課題是解決上述現有技術中存在的問題，提供一種Cu膜的形成方法，其能使擴散阻擋金屬膜和Oi膜間的附著性提高。本發明人等發現，用濺射法形成的Ti及Ta等擴散阻擋金屬膜(下文Ti膜的情況下，也稱之為PVD-Ti膜)和用CVD法形成的Cu膜(下文也稱之為CVD-Cu膜)間的附著性低下的問題，可通過擴散阻擋金屬膜形成後的適當的後處理，或以適當的溫度實施後退火處理加以解決，進而實現本發明。在上述情況下，作為擴散阻擋金屬膜形成後的後處理，可通過在擴散阻擋金屬膜表面上形成氮化金屬膜，或使氮氣(N2氣)之類的含氮原子的氣體化學吸附到擴散阻擋金屬膜表面，以及低溫(40(TC以下)退火處理確保附著性。具體地說，可以認為由於氮化金屬膜及被化學吸附的氮分子層等佔有了活性的金屬吸附部位，抑制了與擴散阻擋金屬膜表面上的氧、氟化合物、水、氨等雜質的反應生成物層(例如當雜質為氧的情況下，由於與鈦的反應而生成的鈦氧化物之類的界面層)的形成，因而即使是低溫條件下的退火處理，擴散阻擋金屬(Ti及Ta等)和Cu的相互擴散變得很容易，從而使附著性提高。本發明的一種Cu膜形成方法，其用濺射法在基板上形成作為擴散阻擋金屬膜的Ti膜或Ta膜，用CVD法在該擴散阻擋金屬膜上形成Cu膜，其特徵在於在該方法中，在用濺射法在前述擴散阻擋金屬膜上形成氮化物膜，用CVD法在該氮化物膜上形成Cu膜之後，以100~400°C，優選以200350'C進行退火處理。若在該溫度範圍內進行退火處理，則可以在所形成的膜上消除應力遷移，提高耐久性。如果退火處理溫度低於IO(TC，即使形成氮化物膜，與CVD-Cu膜的界面附著性也很差，此外，如果超過40(TC，有可能在工藝過程中產生金屬膨脹，Cu膜斷裂。在進行了前述退火處理之後，用PVD法、電鍍法、CVD法或ALD法在CVD-Cu膜上再次形成Cu膜，然後根據需要以100~400°C，優選以20035(TC再次進行退火處理。本發明的另一種Cu膜形成方法，其用濺射法在基板上形成作為擴散阻擋金屬膜的Ti膜或Ta膜，用CVD法在該擴散阻擋金屬膜上形成Cu膜，其特徵在於在該方法之中，在用濺射法在前述擴散阻擋金屬膜上形成氮化物膜、用CVD法在該氮化物膜上形成Cu膜之後，用PVD法、電鍍法、CVD法或ALD法在該Cu膜上再次形成Cu膜，然後以100~400°C，優選以20035(TC進行退火處理。該退火處理溫度範圍可根據上述範圍進行選擇。其特徵在於在提供Ar氣的狀態下形成前述擴散阻擋金屬膜，此外，在提供Ar氣和N2氣的狀態下形成前述氮化物膜。本發明的另一種Cu膜形成方法，其用濺射法在基板上形成作為擴散阻擋金屬膜的Ti膜或Ta膜，用CVD法在該擴散阻擋金屬膜上形成Cu膜，其特徵在於在該方法之中，在通過使前述擴散阻擋金屬膜上吸附含氮原子氣體形成含氮原子的分子層、用CVD法在該含氮原子的分子層上形成Cu膜之後，以10040(TC，優選以200350'C進行退火處理。在該退火處理之後，用PVD法、電鍍法、CVD法或ALD法在Cu膜上再次形成Cu膜，然後根據需要以100~400°C，優選以200350'C再次進行退火處理。該退火處理溫度範圍也可根據上述範圍進行選擇。此外，採用該形成方法的情況下，擴散阻擋金屬膜也可在提供Ar氣狀態下形成。本發明的另一種Cu膜形成方法，其用濺射法在基板上形成作為擴散阻擋金屬膜的Ti膜或Ta膜，用CVD法在該擴散阻擋金屬膜上形成Cu膜，其特徵在於在該方法之中，在通過使前述擴散阻擋金屬膜上吸附含氮原子氣體形成含氮原子的分子層、用CVD法在該含氮原子的分子層上形成Cu膜之後，用PVD法、電鍍法、CVD法或ALD法在該Cu膜上再次形成Cu膜，然後以100~400°C，優選以20035(TC進行退火處理。該退火處理溫度範圍可根據上述範圍進行選擇。此外，採用該形成方法情況下，擴散阻擋金屬膜也可在提供Ar氣狀態下形成。對於前述含氮原子的氣體，可列舉的有N2氣、NH3氣，此外，對於所形成的含氮原子的分子層，可列舉的有與含氮原子的氣體種類對應的氮分子層、皿3分子層。發明效果若採用本發明，擴散阻擋通過設置薄薄的氮化物膜或含氮原子的分子層膜作為擴散阻擋金屬膜和Cu膜的界面層，即使是低溫退火處理，仍具有可改善擴散阻擋金屬膜和Cu膜間的附著性的效果。具體實施例方式若採用本發明的實施方式，在採用磁控管濺射法之類的濺射法，眾所周知的工藝條件下提供Ar氣邊形成的由Ti及Ta等構成的具有規定膜厚的擴散阻擋金屬膜上，採用磁控管濺射法之類的濺射法，在眾所周知的工藝條件下，邊提供Ar氣和N2氣邊形成具有規定膜厚的氮化物膜，用CVD法在該氮化物膜的上面，在眾所周知的工藝條件下用含銅的有機化合物原料形成具有規定膜厚的銅膜之後，以100400'C，優選以20035(TC進行退火處理，形成Cu膜。在此情況下，也可在進行退火處理之後，用PVD法、電鍍法、CVD法或ALD法，在CVD-Cu膜上再次形成具有規定膜厚的Cu膜，然後以100~400°C，優選以20035(TC再次進行退火處理。擴散阻擋金屬膜(Ti膜及Ta膜等)可用由擴散阻擋金屬膜的構成金屬(Ti及Ta等)構成的靶，在眾所周知的工藝條件下，例如，在Ar氣等惰性氣體流量510sccm，放電電壓300500V的條件下，以規定的膜厚形成。氮化物膜在擴散阻擋金屬膜上的形成，可在眾所周知的工藝條件下進行，例如可通過提供Ar氣和N2氣形成具有規定厚度的氮化鈦膜(下文稱之為TiN膜)。例如，可在Ar氣(510sccm、例如8sccm)以及Nz氣(規定量的N2氣，例如40sccm)、基板電壓(300500V，例如IOOV)，規定的陰極功率(例如5kW)的條件下進行。在此情況下，可通過該提供的Ar氣和N2氣的比例獲得Ti和N2的比例各不相同的膜構成的TiN膜。從附著性的角度而言，N2氣量越少，即TiN中的N的比例越小越好。CVD-Cu的形成可在眾所周知的工藝條件下進行。對於CVD-Cu膜的原料，並無特殊限制，可列舉的有含銅有機化合物，例如Cu(hfac)(tmvs)。該工藝可用Cu(hfac)(tmvs)作為原料，在成膜壓力100200Pa、成膜溫度180220。C的條件下進行。採用PVD法在CVD-Cu膜上形成Cu膜，可在眾所周知的條件下進行。例如可用PVD法在CVD-Cn膜上，在Ar氣流量510sccm、放電電壓400~600V的條件下，以規定的厚度形成Cu膜。此外，也可在眾所周知的工藝條件下用電鍍法及其它方法形成Cu膜。若採用本發明的另一種實施方式，也可僅在用PVD法、電鍍法、CVD法或ALD法形成Qi膜之後進行退火處理。若採用本發明的另一種實施方式，既可通過使擴散阻擋金屬膜上吸附例如N2氣或NH3氣，分別形成含氮原子的氮分子層或NH3分子層，在該含氮原子的分子層上採用上述方法形成CVD-Cu膜後，以上述溫度進行退火處理，也可在進行該退火處理之後，如上所述，用PVD法、電鍍法、CVD法或ALD法在CVD-Cu膜上再次形成Cu膜，然後以上述溫度再次進行退火處理。若採用本發明的另一種實施方式，既可通過使擴散阻擋金屬膜上吸附例如N2氣或NH3氣，分別形成含氮原子的氮分子層或NH3分子層，在該含氮原子的分子層上採用上述方法形成CVD-Cu膜後，如上所述，用PVD法、電鍍法、CVD法或ALD法在該Cu膜上再次形成Cu膜，然後以上述溫度進行退火處理。如上所述，若使用N2氣或NH3氣之類含氮原子的氣體，只帶有低能量的這些氣體分子在某種程度上保持其特性的狀態下與Ti等活潑金屬帶有的電子弱結合。因此可以認為在Ti金屬等的表面上已經吸附含氮原子分子層，例如氮分子層、氨分子層或它們的原子團層。在形成前述原子團層的情況下，可在外部預先生成原子團，把生成的原子團運送到用於形成含氮原子的分子層的容器內。生成該原子團的裝置及方法並無特殊限制，只要是能從含氮原子的氣體中生成原子團的裝置就行。例如可使用通過給特開2005-298851號公報中所述的催化劑收容容器提供含氮原子的氣體生成原子團。若使用該催化劑收容容器，通過使含氮原子的氣體與加熱的催化劑接觸並使之活性化，即可生成所需的原子團。該催化劑收容容器以內部空間的形狀呈朝活性化的氣體的出口方向逐漸變窄的形態，例如呈截頭錐形及螺旋形形成。通常作為擴散阻擋金屬採用的金屬是Ti及Ta及W之類的活潑金屬，如上所述，與氧、氟化合物、水、氨等雜質的反應性極強。因此，可在由這種擴散阻擋金屬構成的膜和CVD-Cu膜的界面上形成源於這些雜質的界面層(例如鈦氧化物等，可參照下述參考例。)對擴散阻擋金屬膜和Cu膜的附著性產生影響。通過控制該界面層的形成，可提高擴散阻擋金屬膜和Cu膜的附著性。也就是說，通過使之形成作為界面層的極薄的金屬氮化物膜或通過使擴散阻擋金屬表面化學性吸附氮氣等，形成含氮原子的分子層，即通過在較低的溫度(一般在100400°C，優選在200~350°C)條件下的退火處理，提高擴散阻擋金屬膜和CVD-Cu膜間的附著性。在眾所周知的條件下用濺射法(PVD法)形成Ti及Ta等擴散阻擋金屬膜，然後在眾所周知的條件下形成CVD-Cu膜的情況下，若不加任何處理，則擴散阻擋金屬膜和Cu膜的附著性未必良好。可以認為這是在濺射室內在晶片上形成擴散阻擋金屬膜之後，到該晶片運送到CVD室中之前，在CVD室內開始形成Cu膜之前，以及在CVD室內的成膜開始初始階段中任意一種或所有之中，擴散阻擋金屬膜表面變質，其結果是導致擴散阻擋金屬膜和CVD-Cu膜間的附著性惡化。此種膜特性的惡化正如下述實施例中所述，可通過實施擴散阻擋金屬/Cu界面的適當控制以及適當的熱處理，從附著性不良的狀態改善為附著性良好的狀態。為了實施本發明的方法而使用的成膜裝置，並無特殊限制，例如可使用圖1所示的工藝裝置。該工藝裝置由下述各部分構成濺射室1，其在從收容基板的室(未圖示)傳送來的基板上濺射形成擴散阻擋金屬膜；CVD成膜室2，其用於形成CVD-Cu膜；退火室3，其配置了電阻加熱式或燈絲加熱式等加熱手段；傳送室4，其安裝了用於傳送處理後的基板的真空機器人。這些濺射室l、CVD成膜室2以及退火室3在傳送室4的周圍經閘閥5連接，分別配置有真空排氣手段(未圖示)。濺射室1內設有承載基板的基板承載臺11，在與該承載臺相向的位置上設置了用與擴散阻擋金屬相同的金屬構成的靶12，濺射室的壁上連接著N2氣導入路徑13以及Ar導入路徑14，通過把Ar氣和/或N2導入濺射室，即可形成擴散阻擋金屬膜以及氮化物膜以及含氮原子的分子層。在CVD成膜室2內設有承載基板的基板承載臺21，通過將被處理基板承載於其上即可形成氮化物膜或在氮分子層上形成CVD-Cu膜。退火室3內設有配置了上述加熱手段的基板承載臺31。傳送室4內設有機器人41以及N2氣導入路徑42。而在形成CVD-Cu膜之後，在形成PVD-Cu膜的情況下，用未圖示的眾所周知的PVD裝置進行。在以下的實施例中，用圖l所示的成膜裝置實施工藝。用圖l所示的裝置實施本發明的Cu膜形成方法時，例如，首先把被處理基板承載到濺射室1內的基板承載臺11上，將室內真空排氣，經Ar氣導入路徑14把Ar氣導入濺射室內，在基板上承載臺形成具有規定膜厚的擴散阻擋金屬膜之後，經該Ar氣和N2氣導入路徑13把N2氣導入濺射室內，在擴散阻擋金屬膜上形成具有規定厚度的氮化金屬膜。然後利用傳送室4的機器人41把形成了氮化金屬膜的基板傳送到CVD成膜室2內之後承載到基板承載臺21上，在此處形成具有規定膜厚的CVD-Cu膜之後，利用機器人41把該基板傳送到退火室3內，安裝到基板承載臺31上；在此處加熱到規定溫度進行退火。然後，利用PVD法、電鍍法、CVD法或ALD法形成具有規定膜厚的Cu膜，根據需要進行退火處理後結束工藝。(參考例1)在本參考例中探討了PVD-Ti膜表面上形成了何種組分的膜。用Ti耙，利用濺射法在晶片上形成15nm厚的Ti膜之後，在真空容器內放置1分鐘，對該Ti膜表面進行SIMS(次級離子質譜法)分析。其結果示於圖2。從圖2可以清楚地看出，在Ti膜表面上形成了含O、N、F以及C的膜，F、C的濃度約為1%，因此膜的主要成分是O、N。由此可知，即使在真空容器內，Ti表面仍發生了氧化。(實施例1)使用帶有熱氧化膜的矽晶片作為晶片，在該晶片上採用使用Ti靶的磁控管濺射法，在Ar氣流量8sccm、放電電壓400V、室溫條件下，作為擴散阻擋金屬形成15nm厚的Ti膜。然後，在該PVD-Ti膜上，導入8sccm的Ar氣以及40sccm的N2氣，在基板電壓IOOV、陰極功率5kW的條件下形成TiN膜。然後在TiN膜上採用CVP法，以Cu(hfac)(tmvs)為原料，在成膜壓力150Pa、成膜溫度20(TC的條件下形成100nm的Cu膜之後，在該CVD-Cu膜上採用PVD法，在Ar流量8sccm、放電電壓500V的條件下形成1000nm厚的Cu膜(PVD-Cu膜)。然後在35(TC進行退火處理。對於這樣獲得的晶片，通過所謂膠帶測試進行擴散阻擋金屬膜和CVD-Cu膜的附著性測試。在該膠帶測試中，在PVD-Cu膜表面的中央部位及周邊部位的任意位置上用金剛石劃出刻紋，把膠帶粘貼到該帶傷的位置上之後，揭起膠帶，用附著在膠帶上的Cu膜量評價附著性。圖3(a)示出了該附著性測試結果，同時，圖3(b)中示出了與獲得的晶片剖面對應的透射電子顯微鏡(TEM)照片。圖3(a)是測試後的晶片的平面圖，放大顯示了從晶片的中央部位以及周邊部位揭下的膠帶上帶有粘附層的一側。此外，為了進行比較，除了未形成TiN膜的，對反覆進行上述工藝獲得的晶片同樣進行了附著性測試。圖4(a)示出了該附著性測試結果，同時，圖4(b)中示出了與獲得的晶片剖面對應的TEM照片。圖4(a)是測試後的晶片的平面圖；放大顯示了從晶片的中央部位以及周邊部位上揭下的膠帶上帶有粘附層的一側。從圖3(a)及(b)可清楚地看出，若在PVD-Ti膜和CVP-Cu膜之間設置TiN膜，與圖4所示的不設置TiN膜的情況相比，在晶片的中央部位及周邊部位的Ti膜與Cu的界面上均未出現膜脫落，附著性得到了改善，可以認為這是因為附著性依賴於該界面層(TiN)的厚度，圖3(b)的界面層厚度為1.52nm左右，而圖4(b)的界面層厚度為67nm左右。(實施例2)使用帶熱氧化膜的矽晶片作為晶片，在該晶片上以表1所示的條件形成作為擴散阻擋金屬膜的PVD-Ti膜、TiN膜以及氮分子層，並且CVD-Cu膜(膜厚100nm)形成之後不進行退火處理，或以35045(TC退火處理3分鐘，然後在形成PVD-Cu膜(膜厚1000nm)之後不進行退火處理或以35045(TC退火處理IO分鐘，製作出在擴散阻擋金屬膜上形成Cu膜的16種試料。對該16種試料進行與實施例1相同的膠帶測試。表1示出了各種工藝條件和測試結果。表1tableseeoriginaldocumentpage16表l所示的測試結果中的「NG」表示有脫落，「A」表示雖觀察到若干脫落但對實用幾乎無影響，「OK」表示未觀察到脫落。從表1的結果可知，形成作為配線膜的CVD—Cu膜之後以及形成PVD—Cu膜之後均未進行退火處理的試料(試料編號l)的情況下，以及形成CVD—Cu膜後雖未進行退火處理但在形成PVD—Cu膜後進行了35(TC的退火處理的試料(試料編號2)的情況下，以及在形成CVD—Cu膜後進行了350。C或400°C的退火處理，但在形成PVD—Cu膜後未進行退火處理的試料(試料編號5及7)的情況下，附著性均很差，觀察到了界面層的脫落。此外，在形成CVD—Cu膜後雖未進行退火處理但在形成PVD—Cu膜後進行了400'C或450'C的退火處理的試料(試料編號3、4)的情況下，在形成CVD—Cu膜後進行了45(TC的退火處理但在形成PVD—Cu膜後未進行退火處理的試料(試料編號9)的情況下，以及在形成CVD—Cu膜後進行了350°C、40(TC或45(TC的退火處理，同時在形成PVD—Cu後也進行350°C、400。C或450。C的退火處理的試料(試料編號6、8、以及1016)情況下，附著性均良好，未觀察到界面層的脫落。試料編號13及15是使用Ti耙，用導入Ar氣的磁控管濺射法形成15nm膜厚的PVD-Ti膜之後，使用Ti靶，用導入Ar氣和N2氣的磁控管濺射法形成lnm膜厚的TiN膜，然後實施了表1所述的工藝。此外，試料編號14及16是使用Ti靶形成15nm厚的通過導入Ar氣獲得的PVD-Ti膜之後，導入N2氣後不放電，在PVD-Ti膜上形成氮分子層，然後實施了表l所述的工藝。關於試料編號13及14，圖5(a)及圖6(a)分別示出對獲得的晶片進行了與實施例1相同的膠帶測試結果。此外，圖5(b)及圖6(b)示出與獲得的晶片的剖面對應的TEM照片。而圖5(a)及圖6(a)是測試後的晶片的平面圖，示出了從晶片的中央部位(圖5a(al)及圖6a(al))以及周邊部位(圖5b(bl)以及圖6b(bl)上揭下的膠帶上帶有粘附層的從該結果可以清楚地看出，通過形成PVD-Ti膜之後，在該Ti膜上形成TiN膜或氮分子層，即使以低溫退火，也不會出現Ti膜和Cu膜界面上的膜脫落，形成了具有良好附著性Cu配線膜。關於退火溫度，考慮到Cu的應力遷移，優選是可達到初始目的的儘可能低的低溫。因此，如試料編號13及14所示，通常為40(TC，優選在35(TC以下進行退火處理。而在上述表1中所示的試料情況下，擴散阻擋金屬膜和CVD—Cu膜的界面層的厚度與上述實施例1相同，在設置了TiN膜及氮分子層的情況下為L52nm左右，未設置TiN膜及氮分子層的情況下為6~7nm左右。(實施例3)在本實施例中，針對在擴散阻擋金屬膜上形成CVD-Cu膜的情況下，探討了這些膜的界面結構。使用帶熱氧化物膜的矽晶片作為晶片，在Ar氣流量8sccm、放電電壓400V的條件下，採用磁控管濺射法在該晶片上生成15nm厚的作為擴散阻擋金屬的Ti膜，並在Ar氣流量8sccm、放電電壓400V的條件下，在該Ti膜上形成0.5nm厚的TiN膜，在成膜溫度200°C的條件下，在該TiN膜上形成100nm厚的Cu膜，然後製作出以350。C退火後的試料。為了進行比較，製作出在上述PVD—Ti膜上直接形成上述CVD—Cu膜之後，經350°C退火處理後不形成TiN膜的試料。對採用此法獲得的試料，採用與實施例1相同的膠帶測試法分析PVD—Ti膜和CVD—Cu膜間的附著性，同時分析與試料的剖面對應的TEM照片。其結果與圖3(a)、(b)以及圖4(a)、(b)所示結果相同。也就是說，若在PVD—Ti膜和CVD—Cu間設置TiN膜，與未設置TiN膜時相比，晶片的中央部位及周邊部位均未發現Ti膜和Cu膜的界面上的膜脫落，由此可知附著性得到了改善。此外，界面層的厚度與實施例1相同，設置了TiN膜時的界面層厚度為1.52nm左右，未設置TiN膜時的界面層厚度為6~7nm左右。PVD—Ti膜和CVD—Cu膜的界面層通常可以認為是在晶片上形成Ti膜之後，把該晶片傳送到CVD室期間，以及在CVD室內到開始成膜期間，或者在CVD室內開始成膜的初始階段中的任意一種之中，Ti膜表面被氧化而形成的。在此情況下，可以認為是通過在Ti膜上設置TiN膜及含氮分子層抑制氧化物層(界面層)的形成，由於其厚度極薄，因而在退火處理時，Ti及Cu這二者容易相互擴散，從而改善了附著性的。(產業化前景)若採用本發明，由於通過在作為擴散阻擋金屬膜和Cu膜的界面層上設置薄薄的氮化物膜或含氮原子的分子層即可改善擴散阻擋金屬膜和Cu膜間的附著性，因而本發明是在半導體
技術領域：
內形成配線膜時可利用的有效技術。圖1是用於實施本發明的Cu膜形成方法的成膜裝置示意圖。圖2是參考例1中的Ti膜表面的SIMS分析頻譜圖。圖3是表示用實施例1得到的試料的附著性以及剖面結構的照片，(a)是表示附著性的膠帶測試結果的晶片的平面圖，放大顯示出從晶片的中央部位及周邊部位上揭下的膠帶上帶有粘附層的一側，此外，(b)是表示晶片剖面的TEM照片。圖4是表示用實施例1獲得的對照試料的附著性以及剖面結構的照片，(a)是表示附著性膠帶測試結果的晶片的平面圖，放大顯示出從晶片的中央部位及周邊部位上揭下的膠帶上帶有粘附層的一側，此外，(b)是表示晶片剖面的TEM照片。圖5是表示用實施例2獲得的試料號13的附著性以及剖面結構的照片，(a)是表示附著性的膠帶測試結果的晶片的平面圖，示出從晶片的中央部位(al)以及周邊部位(a2)上揭下的膠帶上帶有粘附層的一側，此外，(b)是表示晶片剖面的TEM照片。圖6是表示用實施例2獲得的試料號14的附著性以及剖面結構的照片，(a)是表示附著性的膠帶測試結果的晶片的平面圖，示出從晶片的中央部位(al)以及周邊部位(a2)上揭下的膠帶上帶有粘附層的一側，此外，(b)是表示晶片剖面的TEM照片。附圖標記說明1、濺射室，2、CVD成膜室，3、退火室、4、傳送室，5、閘閥，11、21、31、基板承載臺，12、靶，13、42、N2氣導入路徑，14、Ar導入路徑，41、機器人權利要求1、一種Cu膜的形成方法，其用濺射法在基板上形成作為擴散阻擋金屬膜的Ti膜或Ta膜，用CVD法在該擴散阻擋金屬膜上形成Cu膜，其特徵在於在該方法中，在用濺射法在前述擴散阻擋金屬膜上形成氮化物膜、用CVD法在該氮化物膜上形成Cu膜之後，以100～400℃進行退火處理。2、根據權利要求l所述的Cu膜的形成方法，其特徵在於在進行前述退火處理之後，用PVD法或電鍍法在前述Cu膜上再次形成Cu膜。3、根據權利要求2所述的Cu膜的形成方法，其特徵在於用前述PVD法或電鍍法形成Cu膜之後，再次以10040(TC進行退火處理。4、一種Cu膜的形成方法，其用濺射法在基板上形成作為擴散阻擋金屬膜的Ti膜或Ta膜，用CVD法在該擴散阻擋金屬膜上形成Cii膜，其特徵在於在該方法之中，在用濺射法在前述擴散阻擋金屬膜上形成氮化物膜、用CVD法在該氮化物膜上形成Cu膜之後，用PVD法或電鍍法在該Cu膜上再次形成Cu膜，然後以10040(TC進行退火處理。5、根據權利要求l4中任一項所述的Cu膜的形成方法，其特徵在於在提供Ar氣的狀態下形成前述擴散阻擋金屬膜，並且在提供Ar氣和N2的狀態下形成前述氮化物膜。6、一種Cu膜的形成方法，其用濺射法在基板上形成作為擴散阻擋金屬膜的Ti膜或Ta膜，用CVD法在該擴散阻擋金屬膜上形成Cu膜，其特徵在於在該方法之中，在通過使前述擴散阻擋金屬膜上吸附含氮原子的氣體形成含氮原子的分子層、用CVD法在該含氮原子的分子層上形成Cu膜之後，以10040(TC進行退火處理。7、根據權利要求6所述的Cu膜的形成方法，其特徵在於在進行前述退火處理之後，用PVD法或電鍍法在前述Cu膜上再次形成Cu膜。8、根據權利要求7所述的Cu膜的形成方法，其特徵在於在用前述PVD法或電鍍法形成Cu膜之後，再次以100-400"C進行退火處理。9、一種Cu膜的形成方法，其用濺射法在基板上形成作為擴散阻擋金屬膜的Ti膜或Ta膜，用CVD法在該擴散阻擋金屬膜上形成Cu膜，其特徵在於在該方法之中，在通過使前述擴散阻擋金屬膜上吸附含氮原子的氣體形成含氮原子的分子層、用CVD法在該含氮原子的分子層上形成Cu膜之後，用PVD法或電鍍法在該Cu膜上再次形成Cu膜，然後以10040(TC進行退火處理。10、根據權利要求69中任一項所述的Cu膜的形成方法，其特徵在於在提供Ar氣狀態下形成前述擴散阻擋金屬膜。11、根據權利要求610中任一項所述的CU膜的形成方法，其特徵在於前述含氮原子的氣體是N2氣或NH3氣，所形成的含氮原子的分子層是氮分子層或NH3分子層。全文摘要提供一種Cu膜的形成方法，在基板上用濺射法形成Ti或Ta擴散阻擋金屬膜，而後在該擴散阻擋金屬膜上以濺射法形成氮化物膜，在該氮化物膜上用CVD法形成Cu膜後，在100～400℃下進行退火處理。通過上述方法形成的Cu膜，可以提高擴散阻擋金屬膜與Cu膜間的附著性。文檔編號H01L23/52GK101317251SQ20068004474公開日2008年12月3日申請日期2006年12月4日優先權日2005年12月2日發明者豐田聰,原田雅通,吉濱知之,牛川治憲申請人:株式會社愛發科