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(In Japanese)半導体集積回路装置及びその製造方法 meetings

Patent code P120007566
Posted date May 21, 2012
Application number P2010-541378
Patent number P5366270
Date of filing Dec 3, 2009
Date of registration Sep 20, 2013
International application number JP2009070637
International publication number WO2010064732
Date of international filing Dec 3, 2009
Date of international publication Jun 10, 2010
Priority data
  • P2008-309890 (Dec 4, 2008) JP
Inventor
  • (In Japanese)篠嶋 妥
  • (In Japanese)大貫 仁
  • (In Japanese)田代 優
  • (In Japanese)クウ キュウ ピン
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人茨城大学
Title (In Japanese)半導体集積回路装置及びその製造方法 meetings
Abstract (In Japanese)エレクトロマイグレーション耐性を向上と低抵抗化を図る線幅70nm以下の銅配線を実現し、それを使用した半導体集積回路装置を提供することにある。本発明は、線幅70nm以下の銅配線を昇温速度1~10K/secで加熱し、加熱直後の温度で所定時間恒温保持するアニール処理をする点に特徴がある。
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

半導体集積回路装置はムーアの法則で言われている3年で集積度が4倍になるというハイスピードで高集積度化が進められている。この集積度向上のための目安になっているのが国際半導体技術ロードマップ(International Technology Roadmap for Semiconductor)で、2005年版(ITRS 2005 Edition)のMPU(Micro Processing Unit)の配線を例に挙げると、集積度を向上するために配線幅の目標値が2005年は90nm、2007年は68nm、2010年は45nm、2013年は32nmとなっており、高速動作を確保するために抵抗率の目標値は夫々3.07μΩcm、3.43μΩcm、4.08μΩcm、4.83μΩcmとなっている。

半導体集積回路装置の配線材料としては、これまで安価で比較的抵抗率の低いアルミニウムまたはアルミニウム合金が広く使用されてきたが、集積度が向上する(配線幅が狭くなる)に従って抵抗率がアルミニウムの半分程度で許容電流がアルミニウムより2桁以上大きい銅または銅合金がアルミニウムに代わって使用される傾向にある。一方、半導体集積回路装置の配線には低抵抗率の他に高信頼性即ちエレクトロマイグレーション耐性が高いことが要求される。銅配線のエレクトロマイグレーション耐性を向上するために、低エネルギイオン(10~120eV)を照射しながら銅膜を形成し、180℃以上の温度で熱処理することにより、線幅(1μm以下)の10倍以上の粒径を有する銅配線を得る(特許文献1)、銅配線形成後に昇温速度20℃/分以下で300~500℃の範囲で加熱し、昇温後その温度で5~2000秒間保持するアニールを施して粒径を0.9μmから2.0μmに成長させる(特許文献2)、電解めっきの中期から後期にかけて電流密度を3mAから20mAに高くして銅膜形成速度を高くすることによって配線の中部及び上部の粒径を下部より大きくする(特許文献3)、等の方法が提案されている。

また、銅の微細な配線形成方法としては、ダマシン法と呼ばれている方法が周知である。このダマシン法においては、少なくとも配線を埋め込むための溝を形成する溝加工方法、金属拡散防止層、金属シード層、金属配線層及び研磨停止膜を形成するための成膜工程、フォトリソグラフィー工程、エッチング工程、研磨工程等が必要である。前記の金属配線層を形成するための成膜方法としては、スパッタリング法等のPVD(PHYSICAL VAPOR DEPOSITION)法、電解又は無電解メッキ法、又は有機金属材料を用いたCVD(CHEMICAL VAPOR DEPOSITION)法等の様々な手法が用いられている(特許文献2、特許文献3、特許文献4、特許文献5、特許文献6、特許文献7)。そして、特許文献2、4~7には、銅配線層の低抵抗率化と耐エレクトロマイグレーションを向上させるために、銅配線層の平均結晶粒径(グレインサイズ)を大きくすることが有効であることが開示されている。さらに、特許文献5には、スパッタリング法による銅配線の形成において、耐酸化性を向上させるために銅結晶の最緻密面である(111)面の含有率を多くした半導体装置及びグレインサイズを制御した半導体装置が開示されている。また、特許文献6には、金属の配向性を良くすることによって半導体素子の耐エレクトロマイグレーションを向上できることが開示されている。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は半導体集積回路装置、特に高耐久性を有する銅配線を備える半導体集積回路装置及びその製造方法に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
回路素子が形成された半導体基体と、前記半導体基体の主表面上に形成された絶縁層と、少なくとも前記絶縁層を利用して形成されたトレンチと、前記トレンチ内に形成され銅配線を備えた半導体集積回路装置において、
前記銅配線の平均結晶粒径が336nm以上であって、前記銅配線の平均結晶粒径をdavとし、最大結晶粒径dmaxと最小結晶粒径dminとの差を結晶粒径幅Δdとしたとき、Δd/davで表される前記銅配線の粒径分布幅が1.2から0.3の範囲にあることを特徴とする半導体集積回路装置。

【請求項2】
 
回路素子が形成された半導体基体と、前記半導体基体の主表面上に形成された絶縁層と、少なくとも前記絶縁層を利用して形成されたトレンチと、前記トレンチ内に形成され銅配線を備えた半導体集積回路装置の製造方法であって、前記銅配線をその底部と上面との間に30~55K/μmの温度勾配を有した状態で、1.3~6.3K/secの昇温速度で250~400℃のアニール温度まで昇温し、前記アニール温度で1~60分保持した後、常温まで降温するアニール処理工程を有することを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。

【請求項3】
 
前記半導体基体のトレンチ内に前記銅配線の配線層をメッキ法によって堆積させる工程と、前記の銅配線層を堆積させた半導体基体を常温雰囲気中に導入して1.3~4K/secの昇温速度で250~400℃のアニール温度まで昇温後、前記アニール温度において1~10分保持し、その後常温まで降温するアニール処理工程を有することを特徴とする請求項2に記載の半導体集積回路装置の製造方法。

【請求項4】
 
前記昇温を、ランプ処理及び/又はレーザ照射によって行うことを特徴とする請求項2又は3に記載の半導体集積回路装置の製造方法。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2010541378thum.jpg
State of application right Registered
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