JP2000114369A - 金属膜の形成方法および電子装置の製造方法 - Google Patents
金属膜の形成方法および電子装置の製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 有機高分子材料膜を層間絶縁膜等に用いた被
処理基体上に、Ｗ等の金属膜を低温度かつ高デポジショ
ンレートで形成する。 【解決手段】 化学的気相成長方法の原料ガスとして、
金属ハロゲン化物および水素等の還元性ガスに、さらに
ＣＯやＣＨ4 等の炭素系ガスを添加して金属膜８を形成
する。
処理基体上に、Ｗ等の金属膜を低温度かつ高デポジショ
ンレートで形成する。 【解決手段】 化学的気相成長方法の原料ガスとして、
金属ハロゲン化物および水素等の還元性ガスに、さらに
ＣＯやＣＨ4 等の炭素系ガスを添加して金属膜８を形成
する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は金属膜の形成方法お
よび電子装置の製造方法に関し、さらに詳しくは、成膜
温度の低温化および成膜速度に特徴を有する金属膜の形
成方法およびこれを用いた高集積度半導体装置等の電子
装置の製造方法に関する。
よび電子装置の製造方法に関し、さらに詳しくは、成膜
温度の低温化および成膜速度に特徴を有する金属膜の形
成方法およびこれを用いた高集積度半導体装置等の電子
装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＵＬＳＩ(Ultra Large Scale Integrate
d Circuits) 等の半導体装置の高集積度化が進展するに
伴い、配線幅および配線ピッチの微細化が必要となって
いる。また同時に、特に高速ロジック系の半導体装置を
はじめとする半導体装置の低消費電力化、動作速度の高
速化等の要求に応えるためには、配線間隔の微細化にと
もなって増大する配線間容量の抑制が必須であり、低誘
電率の層間絶縁膜材料の選択が要素技術の１つとして重
要性を増している。これは、半導体装置以外の各種高周
波微細電子装置においても同様に重要な問題である。
d Circuits) 等の半導体装置の高集積度化が進展するに
伴い、配線幅および配線ピッチの微細化が必要となって
いる。また同時に、特に高速ロジック系の半導体装置を
はじめとする半導体装置の低消費電力化、動作速度の高
速化等の要求に応えるためには、配線間隔の微細化にと
もなって増大する配線間容量の抑制が必須であり、低誘
電率の層間絶縁膜材料の選択が要素技術の１つとして重
要性を増している。これは、半導体装置以外の各種高周
波微細電子装置においても同様に重要な問題である。
【０００３】従来より半導体装置等の層間絶縁膜に採用
されてきた絶縁膜材料は、ＳｉＯ2（比誘電率４）、Ｓ
ｉＯＮ（比誘電率４〜６）やＳｉ3 Ｎ4 （比誘電率６）
等の無機系材料が主体であった。高集積度半導体装置等
の配線間容量の低減方法として、これら一般的な無機系
材料よりも低誘電率の材料による層間絶縁膜の採用が有
効である。この低誘電率材料としては、フッ素原子を含
む酸化シリコン系絶縁膜（以下ＳｉＯＦと記す）等の無
機系絶縁膜材料と、炭素原子を含む有機系絶縁膜材料が
代表的である。
されてきた絶縁膜材料は、ＳｉＯ2（比誘電率４）、Ｓ
ｉＯＮ（比誘電率４〜６）やＳｉ3 Ｎ4 （比誘電率６）
等の無機系材料が主体であった。高集積度半導体装置等
の配線間容量の低減方法として、これら一般的な無機系
材料よりも低誘電率の材料による層間絶縁膜の採用が有
効である。この低誘電率材料としては、フッ素原子を含
む酸化シリコン系絶縁膜（以下ＳｉＯＦと記す）等の無
機系絶縁膜材料と、炭素原子を含む有機系絶縁膜材料が
代表的である。
【０００４】ＳｉＯＦは、ＳｉＯ2 を構成するＳｉ−Ｏ
−Ｓｉ結合をＦ原子により終端することで、その密度が
低下すること、およびＳｉ−Ｆ結合やＯ−Ｆ結合の分極
率が小さいこと等により、ＳｉＯ2 より低誘電率が達成
される。このＳｉＯＦはその成膜やエッチングのプロセ
スが従来のＳｉＯ2 に類似したものであるので、現用の
製造装置でも容易に採用できる。また無機系材料である
ので耐熱性にも優れる。しかしながら、高濃度のフッ素
を含有するＳｉＯＦは、Ｓｉ−Ｆ結合やＯ−Ｆ結合の他
にＳｉ＝Ｆ2 結合が発生し、吸湿性が高まる問題が発生
する。ＳｉＯＦ中の水分量が増大すると、コンタクトプ
ラグの形成工程等において金属層の埋め込み特性の低下
や、コンタクト抵抗の上昇等の不都合が発生する。した
がって、この方法により成膜されるＳｉＯＦの比誘電率
は、吸湿性の点から３．８程度が限界と報告されてい
る。
−Ｓｉ結合をＦ原子により終端することで、その密度が
低下すること、およびＳｉ−Ｆ結合やＯ−Ｆ結合の分極
率が小さいこと等により、ＳｉＯ2 より低誘電率が達成
される。このＳｉＯＦはその成膜やエッチングのプロセ
スが従来のＳｉＯ2 に類似したものであるので、現用の
製造装置でも容易に採用できる。また無機系材料である
ので耐熱性にも優れる。しかしながら、高濃度のフッ素
を含有するＳｉＯＦは、Ｓｉ−Ｆ結合やＯ−Ｆ結合の他
にＳｉ＝Ｆ2 結合が発生し、吸湿性が高まる問題が発生
する。ＳｉＯＦ中の水分量が増大すると、コンタクトプ
ラグの形成工程等において金属層の埋め込み特性の低下
や、コンタクト抵抗の上昇等の不都合が発生する。した
がって、この方法により成膜されるＳｉＯＦの比誘電率
は、吸湿性の点から３．８程度が限界と報告されてい
る。
【０００５】そこで、例えば０．１８μｍ〜０．１３μ
ｍ以下のデザインルールが適用される半導体装置に要求
される、比誘電率３以下の層間絶縁膜材料として、有機
高分子材料が提案されている。これら有機高分子材料に
は、炭化水素系高分子やフッ化炭化水素系高分子等があ
るが、いずれもＣＨ結合やＣＦ結合を含むことにより、
材料自体の密度や分極率を下げて低誘電率を実現するも
のである。
ｍ以下のデザインルールが適用される半導体装置に要求
される、比誘電率３以下の層間絶縁膜材料として、有機
高分子材料が提案されている。これら有機高分子材料に
は、炭化水素系高分子やフッ化炭化水素系高分子等があ
るが、いずれもＣＨ結合やＣＦ結合を含むことにより、
材料自体の密度や分極率を下げて低誘電率を実現するも
のである。
【０００６】この低誘電率の有機高分子材料を層間絶縁
膜とし、この層間絶縁膜に開口したビアホールやコンタ
クトホール等の接続孔に、低抵抗のＣｕをＣＭＰ (Chem
icalMechanical Polishing)法により平坦に埋め込む層
間接続 (Interconnection)方法が提案されている。Ｃｕ
をコンタクトプラグ材料として採用するためには、有機
高分子材料の層間絶縁膜へのＣｕの拡散や酸化を防止す
るため、バリアメタルの併用が重要である。
膜とし、この層間絶縁膜に開口したビアホールやコンタ
クトホール等の接続孔に、低抵抗のＣｕをＣＭＰ (Chem
icalMechanical Polishing)法により平坦に埋め込む層
間接続 (Interconnection)方法が提案されている。Ｃｕ
をコンタクトプラグ材料として採用するためには、有機
高分子材料の層間絶縁膜へのＣｕの拡散や酸化を防止す
るため、バリアメタルの併用が重要である。
【０００７】このバリアメタル材料としては、ＴａＮや
ＷＮ等の高融点金属窒化物が有望である。しかしバリア
性に優れるこれら高融点金属窒化物はその硬度が極めて
高く、特にＴａＮはＣＭＰの研磨レートが小さく長時間
を要する。またこれらバリアメタルはＣＶＤ (Chemical
Vapor Deposition)法による成膜がステップカバレッジ
等の点で望ましいが、ＷＮではこのＣＶＤ法が確立され
ていない等、実用化に向けての問題点が残っている。
ＷＮ等の高融点金属窒化物が有望である。しかしバリア
性に優れるこれら高融点金属窒化物はその硬度が極めて
高く、特にＴａＮはＣＭＰの研磨レートが小さく長時間
を要する。またこれらバリアメタルはＣＶＤ (Chemical
Vapor Deposition)法による成膜がステップカバレッジ
等の点で望ましいが、ＷＮではこのＣＶＤ法が確立され
ていない等、実用化に向けての問題点が残っている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】そこでＣｕに換えてＷ
等の高融点金属をＣＶＤ法により形成して、有機高分子
材料による低誘電率の層間絶縁膜に形成された接続孔を
埋め込む検討もなされている。Ｗ等の高融点金属は、無
機系の層間絶縁膜に形成された接続孔へのコンタクトプ
ラグとしては従来より用いられてきた材料である。Ｃｕ
よりはやや比抵抗が大きいが、耐酸化性や安定性の面で
は依然として優れた導電材料である。高融点金属の一例
としてのＷのＣＶＤ法は、 ＷＦ6 ＋３Ｈ2 →Ｗ＋６ＨＦ 標準生成熱 １２２ｋＪ
／ｍｏｌ で表される吸熱反応であり、被処理基体上での水素の解
離反応（Ｈ2 →２Ｈ）が律速となっている。この水素の
解離反応は温度律速であるため、水素還元によるＷのＣ
ＶＤ法も温度律速となっていた。このため、実用的な成
膜速度を得るため、従来より４２０〜４７０℃程度の成
膜温度が採用されている。
等の高融点金属をＣＶＤ法により形成して、有機高分子
材料による低誘電率の層間絶縁膜に形成された接続孔を
埋め込む検討もなされている。Ｗ等の高融点金属は、無
機系の層間絶縁膜に形成された接続孔へのコンタクトプ
ラグとしては従来より用いられてきた材料である。Ｃｕ
よりはやや比抵抗が大きいが、耐酸化性や安定性の面で
は依然として優れた導電材料である。高融点金属の一例
としてのＷのＣＶＤ法は、 ＷＦ6 ＋３Ｈ2 →Ｗ＋６ＨＦ 標準生成熱 １２２ｋＪ
／ｍｏｌ で表される吸熱反応であり、被処理基体上での水素の解
離反応（Ｈ2 →２Ｈ）が律速となっている。この水素の
解離反応は温度律速であるため、水素還元によるＷのＣ
ＶＤ法も温度律速となっていた。このため、実用的な成
膜速度を得るため、従来より４２０〜４７０℃程度の成
膜温度が採用されている。
【０００９】しかしながら、この温度領域では通常の有
機高分子材料による低誘電率層間絶縁膜は熱分解するの
で、成膜温度を４００℃以下、例えば３５０〜３８０℃
程度まで下げる試みがなされている。ところが、かかる
低温成膜では成膜速度が極端に低下し、実用的でない。
この様子を図２に示す。図２はＷＦ6 のＨ2 還元法によ
る成膜速度のアレニウスプロットである。
機高分子材料による低誘電率層間絶縁膜は熱分解するの
で、成膜温度を４００℃以下、例えば３５０〜３８０℃
程度まで下げる試みがなされている。ところが、かかる
低温成膜では成膜速度が極端に低下し、実用的でない。
この様子を図２に示す。図２はＷＦ6 のＨ2 還元法によ
る成膜速度のアレニウスプロットである。
【００１０】本発明はこのような背景技術の問題点に鑑
み提案するものである。すなわち本発明は、成膜温度の
低減および実用的な成膜速度を両立しうる金属膜の形成
方法、ならびにこの金属膜の形成方法により、低誘電率
の有機高分子材料を熱分解することなく、コンタクトプ
ラグ等の配線材料を成膜しうる、高集積度半導体装置等
の電子装置の製造方法を提供することを課題とする。
み提案するものである。すなわち本発明は、成膜温度の
低減および実用的な成膜速度を両立しうる金属膜の形成
方法、ならびにこの金属膜の形成方法により、低誘電率
の有機高分子材料を熱分解することなく、コンタクトプ
ラグ等の配線材料を成膜しうる、高集積度半導体装置等
の電子装置の製造方法を提供することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上述した課題を達成する
ため、本発明の金属膜の形成方法は、金属ハロゲン化物
ガスおよび還元性ガスを含む原料ガスを用いた化学的気
相成長方法により、被処理基体上に金属膜を形成する金
属膜の形成方法であって、前記原料ガスに、さらに炭素
系ガスを添加することを特徴とする。
ため、本発明の金属膜の形成方法は、金属ハロゲン化物
ガスおよび還元性ガスを含む原料ガスを用いた化学的気
相成長方法により、被処理基体上に金属膜を形成する金
属膜の形成方法であって、前記原料ガスに、さらに炭素
系ガスを添加することを特徴とする。
【００１２】この炭素系ガスとしては、ＣＯ系ガス、Ｃ
Ｈ系ガスあるいはＣＨＯ系ガスが好ましく用いられる。
具体的には、ＣＯ，ＣＯ2 ，Ｃ3 Ｏ2 ，ＣＨ4 ，Ｃ2 Ｈ
6 ，Ｃ3 Ｈ8 ，Ｃ2 Ｈ4 ，Ｃ2 Ｈ2 ，ＨＣＨＯ，ＨＣＯ
ＯＨ，ＣＨ3 ＯＨ，Ｃ2 Ｈ5ＯＨ，ＣＨ3 ＯＣＨ3 ，Ｃ
Ｈ3 ＣＯＣＨ3 ，ＣＨ3 ＯＣ2 Ｈ5 あるいはＣＨ3 ＣＯ
ＯＣ2 Ｈ5 等、比較的蒸気圧の大きな低分子量のものが
望ましい。
Ｈ系ガスあるいはＣＨＯ系ガスが好ましく用いられる。
具体的には、ＣＯ，ＣＯ2 ，Ｃ3 Ｏ2 ，ＣＨ4 ，Ｃ2 Ｈ
6 ，Ｃ3 Ｈ8 ，Ｃ2 Ｈ4 ，Ｃ2 Ｈ2 ，ＨＣＨＯ，ＨＣＯ
ＯＨ，ＣＨ3 ＯＨ，Ｃ2 Ｈ5ＯＨ，ＣＨ3 ＯＣＨ3 ，Ｃ
Ｈ3 ＣＯＣＨ3 ，ＣＨ3 ＯＣ2 Ｈ5 あるいはＣＨ3 ＣＯ
ＯＣ2 Ｈ5 等、比較的蒸気圧の大きな低分子量のものが
望ましい。
【００１３】本発明の金属膜の形成方法は、被処理基体
として、有機高分子材料を含む場合に好ましく適用され
る。すなわち、有機高分子材料による低誘電率の層間絶
縁膜等が被処理基体に含まれる場合に、有機高分子材料
の熱分解温度以下で成膜する場合に好適である。
として、有機高分子材料を含む場合に好ましく適用され
る。すなわち、有機高分子材料による低誘電率の層間絶
縁膜等が被処理基体に含まれる場合に、有機高分子材料
の熱分解温度以下で成膜する場合に好適である。
【００１４】本発明の電子装置の製造方法は、その製造
工程中に上述した金属膜の形成方法を含んで形成された
ものである。
工程中に上述した金属膜の形成方法を含んで形成された
ものである。
【００１５】本発明で適用される金属膜は、Ｗ，Ｍｏ，
ＴａあるいはＴｉ等の高融点金属である。したがって、
金属ハロゲン化物としては、ＷＦ6 ，ＷＣｌ6 ，ＭｏＦ
6 ，ＭｏＣｌ5 等の比較的蒸気圧が高く気化しやすいフ
ッ化物、塩化物が選ばれる。
ＴａあるいはＴｉ等の高融点金属である。したがって、
金属ハロゲン化物としては、ＷＦ6 ，ＷＣｌ6 ，ＭｏＦ
6 ，ＭｏＣｌ5 等の比較的蒸気圧が高く気化しやすいフ
ッ化物、塩化物が選ばれる。
【００１６】また本発明で用いる還元性ガスは、Ｈ2 、
ＳｉＨ4 あるいはＳｉ2 Ｈ6 等が例示される。
ＳｉＨ4 あるいはＳｉ2 Ｈ6 等が例示される。
【００１７】〔作用〕ＷＦ6 のＨ2 還元法によるＷの形
成法を例にとると、この反応系は前述したように、 ＷＦ6 ＋３Ｈ2 →Ｗ＋６ＨＦ 標準生成熱 １２２ｋＪ
／ｍｏｌ であらわされる吸熱反応である。この反応系にＣＯを添
加すると、 ＷＦ6 ＋６Ｈ2 ＋ＣＯ→Ｗ＋６ＨＦ＋ＣＨ4 ＋Ｈ2 Ｏ 標準生成熱 −８９９．６５ｋＪ／ｍｏｌ で表される発熱反応となる。したがって、反応は進行し
やすくなり、成膜温度を例えば４００℃以下に下げて
も、従来の水素還元法と同等あるいは同等以上の成膜速
度が得られる。
成法を例にとると、この反応系は前述したように、 ＷＦ6 ＋３Ｈ2 →Ｗ＋６ＨＦ 標準生成熱 １２２ｋＪ
／ｍｏｌ であらわされる吸熱反応である。この反応系にＣＯを添
加すると、 ＷＦ6 ＋６Ｈ2 ＋ＣＯ→Ｗ＋６ＨＦ＋ＣＨ4 ＋Ｈ2 Ｏ 標準生成熱 −８９９．６５ｋＪ／ｍｏｌ で表される発熱反応となる。したがって、反応は進行し
やすくなり、成膜温度を例えば４００℃以下に下げて
も、従来の水素還元法と同等あるいは同等以上の成膜速
度が得られる。
【００１８】ＣＯ2 を添加した場合も、 ＷＦ6 ＋７Ｈ2 ＋ＣＯ2 →Ｗ＋６ＨＦ＋ＣＨ4 ＋２Ｈ2
Ｏ 標準生成熱 −８５７．２９ｋＪ／ｍｏｌ で表される発熱反応であり、ＣＯと同様の原理により成
膜温度の低減と実用的な成膜速度が得られる。
Ｏ 標準生成熱 −８５７．２９ｋＪ／ｍｏｌ で表される発熱反応であり、ＣＯと同様の原理により成
膜温度の低減と実用的な成膜速度が得られる。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下電子装置の一例として半導体
装置を採りあげ、低誘電率の有機高分子材料による層間
絶縁膜に開口された接続孔を、Ｗにより埋め込むコンタ
クトプラグ形成方法を例にとり、図１を参照して説明す
る。なお電子装置としては、半導体装置の他に、薄膜磁
気ヘッド、磁気抵抗効果型ヘッド、薄膜インダクタ、薄
膜コイル、マイクロマシン等の各種電子装置、特に高周
波帯域で使用される各種電子装置で、有機高分子材料に
よる絶縁膜を採用したものに適用することができる。
装置を採りあげ、低誘電率の有機高分子材料による層間
絶縁膜に開口された接続孔を、Ｗにより埋め込むコンタ
クトプラグ形成方法を例にとり、図１を参照して説明す
る。なお電子装置としては、半導体装置の他に、薄膜磁
気ヘッド、磁気抵抗効果型ヘッド、薄膜インダクタ、薄
膜コイル、マイクロマシン等の各種電子装置、特に高周
波帯域で使用される各種電子装置で、有機高分子材料に
よる絶縁膜を採用したものに適用することができる。
【００２０】〔実施形態例１〕図１（ａ）は本発明を適
用した半導体装置の要部を示す概略断面図である。すな
わち、半導体基板上にＭＯＳトランジスタ等所定の素子
（不図示）を作り込み、下層層間絶縁膜１を形成する。
この下層層間絶縁膜１上に、Ａｌ合金やＣｕ等による下
層配線２を形成する。本実施形態例ではＡｌ−１％Ｃｕ
合金上にＴｉＮをいずれもスパッタリング法により形成
し、これをＲＩＥ (Reactive Ion Etching) によりパタ
ーニングして下層配線２とした。
用した半導体装置の要部を示す概略断面図である。すな
わち、半導体基板上にＭＯＳトランジスタ等所定の素子
（不図示）を作り込み、下層層間絶縁膜１を形成する。
この下層層間絶縁膜１上に、Ａｌ合金やＣｕ等による下
層配線２を形成する。本実施形態例ではＡｌ−１％Ｃｕ
合金上にＴｉＮをいずれもスパッタリング法により形成
し、これをＲＩＥ (Reactive Ion Etching) によりパタ
ーニングして下層配線２とした。
【００２１】下層配線２を形成した構造体をスピンコー
タにセッティングし、有機高分子材料としてポリアリー
ルエーテルの有機溶媒溶液を３〜５ｃｃ滴下し、２５０
０〜３０００ｒｐｍの回転速度でスピンコーティングす
る。続いて１５０℃で１分間と、２５０℃で１分間でベ
ーキングした後、さらにキュアリングオーブンに搬入
し、４２５℃で１時間、Ｎ2 雰囲気中でキュアリングす
る。ポリアリールエーテルによる有機高分子材料膜３の
厚さは、５００ｎｍとする。
タにセッティングし、有機高分子材料としてポリアリー
ルエーテルの有機溶媒溶液を３〜５ｃｃ滴下し、２５０
０〜３０００ｒｐｍの回転速度でスピンコーティングす
る。続いて１５０℃で１分間と、２５０℃で１分間でベ
ーキングした後、さらにキュアリングオーブンに搬入
し、４２５℃で１時間、Ｎ2 雰囲気中でキュアリングす
る。ポリアリールエーテルによる有機高分子材料膜３の
厚さは、５００ｎｍとする。
【００２２】この有機高分子材料膜３上に、プラズマＣ
ＶＤ法でＳｉＯ2 からなる酸化膜４を６００ｎｍの厚さ
に形成する。 酸化膜４のプラズマＣＶＤ法 ＳｉＨ4 ５０ ｓｃｃｍ Ｎ2 Ｏ １０００ ｓｃｃｍ 圧力 １０ Ｔｏｒｒ ＲＦパワー ０．５ ｋＷ（１３．５６ＭＨｚ） 温度 ３５０ ℃ 有機高分子材料膜３および酸化膜４の積層構造からなる
層間絶縁膜５が形成される。
ＶＤ法でＳｉＯ2 からなる酸化膜４を６００ｎｍの厚さ
に形成する。 酸化膜４のプラズマＣＶＤ法 ＳｉＨ4 ５０ ｓｃｃｍ Ｎ2 Ｏ １０００ ｓｃｃｍ 圧力 １０ Ｔｏｒｒ ＲＦパワー ０．５ ｋＷ（１３．５６ＭＨｚ） 温度 ３５０ ℃ 有機高分子材料膜３および酸化膜４の積層構造からなる
層間絶縁膜５が形成される。
【００２３】酸化膜４上にフォトレジストをコーティン
グし、ビアホールの開口形状にパターニングしてレジス
トマスク（不図示）を形成する。この被エッチング基板
をマグネトロンＲＩＥ装置に搬入し、酸化膜４をエッチ
ングする。酸化膜のエッチング条件 Ｃ4 Ｆ8 １４ ｓｃｃｍ ＣＯ ２５０ ｓｃｃｍ Ａｒ １００ ｓｃｃｍ Ｏ2 ２ ｓｃｃｍ 圧力 ５．３ Ｐａ ＲＦパワー １．６ ｋＷ 温度 ２０ ℃
グし、ビアホールの開口形状にパターニングしてレジス
トマスク（不図示）を形成する。この被エッチング基板
をマグネトロンＲＩＥ装置に搬入し、酸化膜４をエッチ
ングする。酸化膜のエッチング条件 Ｃ4 Ｆ8 １４ ｓｃｃｍ ＣＯ ２５０ ｓｃｃｍ Ａｒ １００ ｓｃｃｍ Ｏ2 ２ ｓｃｃｍ 圧力 ５．３ Ｐａ ＲＦパワー １．６ ｋＷ 温度 ２０ ℃
【００２４】この後、被エッチング基板をＥＣＲ (Elec
tron Cyclotron Resonance) プラズマエッチング装置に
搬送し、有機高分子材料膜３をエッチングする。 有機高分子材料膜のエッチング条件 Ｎ2 ４０ ｓｃｃｍ Ｈｅ １６５ ｓｃｃｍ 圧力 ０．８ Ｐａ μ波パワー ０．５ ｋＷ 基体バイアス０．１ ｋＷ 温度 −５０ ℃ レジストマスクを剥離し、層間絶縁膜５に下層配線２に
臨む接続孔（ビアホール）６を完成する。図１（ａ）は
この状態を示す。
tron Cyclotron Resonance) プラズマエッチング装置に
搬送し、有機高分子材料膜３をエッチングする。 有機高分子材料膜のエッチング条件 Ｎ2 ４０ ｓｃｃｍ Ｈｅ １６５ ｓｃｃｍ 圧力 ０．８ Ｐａ μ波パワー ０．５ ｋＷ 基体バイアス０．１ ｋＷ 温度 −５０ ℃ レジストマスクを剥離し、層間絶縁膜５に下層配線２に
臨む接続孔（ビアホール）６を完成する。図１（ａ）は
この状態を示す。
【００２５】図１（ｂ）： 図１（ａ）に示す構造体
を、スパッタリング装置に搬入し、バリアメタル７を成
膜する。このスパッタリング装置は、ターゲットと被処
理基体との間隔を広げ、スパッタリング粒子の垂直入射
成分を高めたロングスロースパッタリング装置である。
かかる装置の採用により、高アスペクト比の接続孔６底
部のボトムカバレッジを向上することができる。バリア
メタル７は、下層よりＴｉを３０ｎｍ、ＴｉＮを７０ｎ
ｍの厚さに成膜する。
を、スパッタリング装置に搬入し、バリアメタル７を成
膜する。このスパッタリング装置は、ターゲットと被処
理基体との間隔を広げ、スパッタリング粒子の垂直入射
成分を高めたロングスロースパッタリング装置である。
かかる装置の採用により、高アスペクト比の接続孔６底
部のボトムカバレッジを向上することができる。バリア
メタル７は、下層よりＴｉを３０ｎｍ、ＴｉＮを７０ｎ
ｍの厚さに成膜する。
【００２６】図１（ｃ）： 被処理基体を枚葉式の減圧
ＣＶＤ装置に搬入し、接続孔６を埋め込むようにＷから
なる金属膜８を形成する。この際、被処理基体中のポリ
アリールエーテルからなる有機高分子材料膜３の実質的
な耐熱温度以下の３７５℃〜４００℃以下の成膜温度と
する。すなわち、成膜温度が４００℃を超えると、ポリ
アリールエーテルの熱分解による炭素や酸素を含むアウ
トガスにより、金属膜８の埋め込み形状が悪化したり、
酸化によりコンタクト抵抗の上昇の虞があるからであ
る。
ＣＶＤ装置に搬入し、接続孔６を埋め込むようにＷから
なる金属膜８を形成する。この際、被処理基体中のポリ
アリールエーテルからなる有機高分子材料膜３の実質的
な耐熱温度以下の３７５℃〜４００℃以下の成膜温度と
する。すなわち、成膜温度が４００℃を超えると、ポリ
アリールエーテルの熱分解による炭素や酸素を含むアウ
トガスにより、金属膜８の埋め込み形状が悪化したり、
酸化によりコンタクト抵抗の上昇の虞があるからであ
る。
【００２７】本実施形態例においては、成膜温度の低温
化によるデポジションレートの低下を防止するため、金
属膜８の化学的気相成長反応系にＣＯガスを添加する。
金属膜のＣＶＤ条件 ＷＦ6 ８０ ｓｃｃｍ Ｈ2 ２０００ ｓｃｃｍＣＯ ３〜１０
ｓｃｃｍ Ｎ2 １００ ｓｃｃｍ Ａｒ １９００ ｓｃｃｍ 圧力 ３５０ Ｔｏｒｒ 温度 ３５０〜３７５ ℃
化によるデポジションレートの低下を防止するため、金
属膜８の化学的気相成長反応系にＣＯガスを添加する。
金属膜のＣＶＤ条件 ＷＦ6 ８０ ｓｃｃｍ Ｈ2 ２０００ ｓｃｃｍＣＯ ３〜１０
ｓｃｃｍ Ｎ2 １００ ｓｃｃｍ Ａｒ １９００ ｓｃｃｍ 圧力 ３５０ Ｔｏｒｒ 温度 ３５０〜３７５ ℃
【００２８】ＣＯガスの添加によるこの成膜条件による
Ｗの標準生成熱は、−８９９．６５ｋＪ／ｍｏｌの発熱
反応である。したがって、３５０〜３７５℃の成膜温度
であるにかかわらず反応は容易に進行し、成膜速度は３
００〜５００ｎｍ／ｍｉｎの値が得られる。一方、従来
の水素還元法によるＷの標準生成熱は、１２２ｋＪ／ｍ
ｏｌの吸熱反応であることから、成膜温度を３５０〜３
７５℃にまで下げると、成膜速度は１５０〜２３０ｎｍ
／ｍｉｎ程度に低下する。また、成膜速度を４００ｎｍ
程度とするためには、４２０℃の成膜温度が必要である
（図２参照）。したがって、有機高分子材料の耐熱温度
以下に成膜温度を低減しても、従来の高温度条件による
水素還元法と同等程度あるいはそれ以上の成膜速度とす
ることが可能である。
Ｗの標準生成熱は、−８９９．６５ｋＪ／ｍｏｌの発熱
反応である。したがって、３５０〜３７５℃の成膜温度
であるにかかわらず反応は容易に進行し、成膜速度は３
００〜５００ｎｍ／ｍｉｎの値が得られる。一方、従来
の水素還元法によるＷの標準生成熱は、１２２ｋＪ／ｍ
ｏｌの吸熱反応であることから、成膜温度を３５０〜３
７５℃にまで下げると、成膜速度は１５０〜２３０ｎｍ
／ｍｉｎ程度に低下する。また、成膜速度を４００ｎｍ
程度とするためには、４２０℃の成膜温度が必要である
（図２参照）。したがって、有機高分子材料の耐熱温度
以下に成膜温度を低減しても、従来の高温度条件による
水素還元法と同等程度あるいはそれ以上の成膜速度とす
ることが可能である。
【００２９】図１（ｄ）： この後、層間絶縁膜５上の
金属膜８およびバリアメタル７をＣＭＰ (Chemical Mec
hanical Polishing)法あるいは全面エッチバック法によ
り除去して平坦化し、埋め込まれたコンタクトプラグ上
に上層配線９を形成する。この後の工程は、さらに上層
の配線構造を形成するには図１（ａ）に戻って図１
（ａ）〜図１（ｄ）の工程を反復すればよい。最終的に
ファイナルパシベーション膜の形成およびパッド電極の
形成等を経て半導体装置を完成する。
金属膜８およびバリアメタル７をＣＭＰ (Chemical Mec
hanical Polishing)法あるいは全面エッチバック法によ
り除去して平坦化し、埋め込まれたコンタクトプラグ上
に上層配線９を形成する。この後の工程は、さらに上層
の配線構造を形成するには図１（ａ）に戻って図１
（ａ）〜図１（ｄ）の工程を反復すればよい。最終的に
ファイナルパシベーション膜の形成およびパッド電極の
形成等を経て半導体装置を完成する。
【００３０】〔実施形態例２〕本実施形態例は、金属膜
８の形成工程において、ＣＯにかえてＣＯ2 ガスを添加
した例である。この金属膜の形成工程以外は前実施形態
例１に準じたものであるので、図１（ｃ）に示す金属膜
８のＣＶＤ法のみの説明に止め、重複する説明を省略す
る。
８の形成工程において、ＣＯにかえてＣＯ2 ガスを添加
した例である。この金属膜の形成工程以外は前実施形態
例１に準じたものであるので、図１（ｃ）に示す金属膜
８のＣＶＤ法のみの説明に止め、重複する説明を省略す
る。
【００３１】 金属膜のＣＶＤ条件 ＷＦ6 ８０ ｓｃｃｍ Ｈ2 ２０００ ｓｃｃｍ ＣＯ2 ３〜１０ ｓｃｃｍ Ｎ2 １００ ｓｃｃｍ Ａｒ １９００ ｓｃｃｍ 圧力 ３５０ Ｔｏｒｒ 温度 ３５０〜３７５ ℃
【００３２】ＣＯ2 ガスの添加によるこの成膜条件によ
るＷの標準生成熱は、−８５７．２９ｋＪ／ｍｏｌの発
熱反応である。したがって、３５０〜３７５℃の成膜温
度であるにかかわらず反応は容易に進行し、成膜速度は
実施形態例１と同様３００〜５００ｎｍ／ｍｉｎの値が
得られる。
るＷの標準生成熱は、−８５７．２９ｋＪ／ｍｏｌの発
熱反応である。したがって、３５０〜３７５℃の成膜温
度であるにかかわらず反応は容易に進行し、成膜速度は
実施形態例１と同様３００〜５００ｎｍ／ｍｉｎの値が
得られる。
【００３３】〔実施形態例３〕本実施形態例は、金属膜
８の形成工程において、還元性ガスとしてＨ2 およびＳ
ｉＨ4 を採用し、ここにＣＯガスを添加した例であり、
この金属膜の形成工程以外は前実施形態例１に準じたも
のである。したがって、本実施形態例においても図１
（ｃ）に示す金属膜８のＣＶＤ法のみの説明に止め、重
複する説明を省略する。
８の形成工程において、還元性ガスとしてＨ2 およびＳ
ｉＨ4 を採用し、ここにＣＯガスを添加した例であり、
この金属膜の形成工程以外は前実施形態例１に準じたも
のである。したがって、本実施形態例においても図１
（ｃ）に示す金属膜８のＣＶＤ法のみの説明に止め、重
複する説明を省略する。
【００３４】金属膜のＣＶＤ条件 ＷＦ6 ８０ ｓｃｃｍ Ｈ2 ２０００ ｓｃｃｍ ＣＯ ３〜１０ ｓｃｃｍ ＳｉＨ4 ３〜１０ ｓｃｃｍ Ｎ2 １００ ｓｃｃｍ Ａｒ １９００ ｓｃｃｍ 圧力 ３５０ Ｔｏｒｒ 温度 ３５０〜３７５ ℃
【００３５】この反応系は次の反応式で表される。 ＷＦ6 ＋２Ｈ2 ＋ＣＯ＋ＳｉＨ4 →Ｗ＋ＳｉＦ4 ＋ＣＨ
4 ＋Ｈ2 Ｏ＋２ＨＦ 標準生成熱 −１４６４．５５ｋＪ／ｍｏｌ
4 ＋Ｈ2 Ｏ＋２ＨＦ 標準生成熱 −１４６４．５５ｋＪ／ｍｏｌ
【００３６】一方、ＣＯを添加せず、Ｈ2 とＳｉＨ4 の
みによる還元反応は次式の通りである。 ＷＦ6 ＋ＳｉＨ4 →Ｗ＋ＳｉＦ4 ＋２ＨＦ＋Ｈ2 標準生成熱 −４４２．９ｋＪ／ｍｏｌ
みによる還元反応は次式の通りである。 ＷＦ6 ＋ＳｉＨ4 →Ｗ＋ＳｉＦ4 ＋２ＨＦ＋Ｈ2 標準生成熱 −４４２．９ｋＪ／ｍｏｌ
【００３７】したがって、シラン還元法の場合もＣＯの
添加により反応の進行が容易となり、本実施形態例にお
いても３５０〜３７５℃の成膜温度であるにかかわらず
成膜速度は実施形態例１と同様３００〜５００ｎｍ／ｍ
ｉｎの値が得られる。
添加により反応の進行が容易となり、本実施形態例にお
いても３５０〜３７５℃の成膜温度であるにかかわらず
成膜速度は実施形態例１と同様３００〜５００ｎｍ／ｍ
ｉｎの値が得られる。
【００３８】以上本発明を３例の実施形態例により説明
したが、金属ハロゲン化物としてＷＦ6 の他にＷＣ
ｌ6 ，ＭｏＦ6 ，ＭｏＣｌ5 等の比較的蒸気圧が高く気
化しやすい化合物を採用できる。また還元性ガスとして
Ｈ2 の他にＳｉＨ4 であってもよい。ただしシラン還元
法によるＷ膜の比抵抗は２０μΩ／ｃｍ程度あり、水素
還元法によるＷ膜の比抵抗８〜１０μΩ／ｃｍに比して
２倍以上高抵抗であるので、配線抵抗の低減の目的には
水素還元法が望ましい。
したが、金属ハロゲン化物としてＷＦ6 の他にＷＣ
ｌ6 ，ＭｏＦ6 ，ＭｏＣｌ5 等の比較的蒸気圧が高く気
化しやすい化合物を採用できる。また還元性ガスとして
Ｈ2 の他にＳｉＨ4 であってもよい。ただしシラン還元
法によるＷ膜の比抵抗は２０μΩ／ｃｍ程度あり、水素
還元法によるＷ膜の比抵抗８〜１０μΩ／ｃｍに比して
２倍以上高抵抗であるので、配線抵抗の低減の目的には
水素還元法が望ましい。
【００３９】また有機高分子材料として、ポリアリール
エーテルを例示したが、ポリイミド、有機ＳＯＧ、ベン
ゾシクロブテン、ポリナフタレン、ポリパラキシリレ
ン、テフロン（商標名）、サイトップ（商標名）等を用
いることができる。これらはいずれも高集積度の電子装
置の絶縁膜として望ましい低誘電率材料である。
エーテルを例示したが、ポリイミド、有機ＳＯＧ、ベン
ゾシクロブテン、ポリナフタレン、ポリパラキシリレ
ン、テフロン（商標名）、サイトップ（商標名）等を用
いることができる。これらはいずれも高集積度の電子装
置の絶縁膜として望ましい低誘電率材料である。
【００４０】本発明の金属膜の形成方法は、半導体装
置、特に低誘電率の有機高分子材料を層間絶縁膜に用い
た高集積度半導体装置の製造方法に好適に用いられる
が、前述したようにプロセス温度の低減や堆積速度の増
大が望まれる、薄膜磁気ヘッド、磁気抵抗効果型ヘッ
ド、薄膜インダクタ、薄膜コイル、マイクロマシン等の
各種電子装置の製造方法に適用して効果を奏する。
置、特に低誘電率の有機高分子材料を層間絶縁膜に用い
た高集積度半導体装置の製造方法に好適に用いられる
が、前述したようにプロセス温度の低減や堆積速度の増
大が望まれる、薄膜磁気ヘッド、磁気抵抗効果型ヘッ
ド、薄膜インダクタ、薄膜コイル、マイクロマシン等の
各種電子装置の製造方法に適用して効果を奏する。
【００４１】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の金属膜の形成方法によれば、成膜温度を３５０℃〜３
７５℃にまで低減しても、従来の４２０℃程度の成膜温
度と同等程度以上の成膜速度を得ることができる。した
がって、この金属膜の形成方法を用いることにより、低
誘電率の有機高分子材料による層間絶縁膜を用いた微細
電子装置の配線構造を、低抵抗にかつ信頼性高く製造す
ることが可能となる。
の金属膜の形成方法によれば、成膜温度を３５０℃〜３
７５℃にまで低減しても、従来の４２０℃程度の成膜温
度と同等程度以上の成膜速度を得ることができる。した
がって、この金属膜の形成方法を用いることにより、低
誘電率の有機高分子材料による層間絶縁膜を用いた微細
電子装置の配線構造を、低抵抗にかつ信頼性高く製造す
ることが可能となる。
【図１】本発明の電子装置の製造方法を、半導体装置の
製造方法に適用した一例の概略断面図である。
製造方法に適用した一例の概略断面図である。
【図２】ＷＦ6 のＨ2 還元法による成膜速度のアレニウ
スプロットである。
スプロットである。
１…下層層間絶縁膜、２…下層配線、３…有機高分子材
料膜、４…酸化膜、５…層間絶縁膜、６…接続孔、７…
バリアメタル、８…金属膜、９…上層配線
料膜、４…酸化膜、５…層間絶縁膜、６…接続孔、７…
バリアメタル、８…金属膜、９…上層配線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4K030 AA03 AA04 AA06 AA09 AA10 AA14 AA16 BA12 BA17 BA18 BA20 BA44 CA07 DA04 HA03 HA04 LA15 4M104 BB02 BB14 BB16 BB18 BB30 DD08 DD16 DD20 DD44 DD45 DD49 DD65 EE08 EE12 EE15 EE18 FF07 FF17 FF18 FF22 GG13 HH20 5F033 JJ18 JJ19 JJ20 JJ33 KK09 KK33 NN03 NN06 NN07 NN38 PP09 PP15 QQ08 QQ09 QQ10 QQ12 QQ13 QQ31 QQ37 QQ48 QQ74 QQ84 RR04 RR21 SS15 SS22 TT04 VV08 VV13 XX35
Claims (6)
- 【請求項１】 金属ハロゲン化物ガスおよび還元性ガス
を含む原料ガスを用いた化学的気相成長方法により、被
処理基体上に金属膜を形成する金属膜の形成方法であっ
て、 前記原料ガスに、さらに炭素系ガスを添加することを特
徴とする金属膜の形成方法。 - 【請求項２】 前記炭素系ガスは、 ＣＯ系ガス、ＣＨ系ガスおよびＣＨＯ系ガスのうちのい
ずれか少なくとも一種であることを特徴とする請求項１
記載の金属膜の形成方法。 - 【請求項３】 前記被処理基体は、有機高分子材料を含
むことを特徴とする請求項１記載の金属膜の形成方法。 - 【請求項４】 金属ハロゲン化物ガスおよび還元性ガス
を含む原料ガスを用いた化学的気相成長方法により、被
処理基体上に金属膜を形成する工程を有する電子装置の
製造方法であって、 前記原料ガスに、さらに炭素系ガスを添加することを特
徴とする電子装置の製造方法。 - 【請求項５】 前記炭素系ガスは、 ＣＯ系ガス、ＣＨ系ガスおよびＣＨＯ系ガスのうちのい
ずれか少なくとも一種であることを特徴とする請求項４
記載の電子装置の製造方法。 - 【請求項６】 前記被処理基体は、有機高分子材料を含
むことを特徴とする請求項４記載の電子装置の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10282940A JP2000114369A (ja) | 1998-10-05 | 1998-10-05 | 金属膜の形成方法および電子装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10282940A JP2000114369A (ja) | 1998-10-05 | 1998-10-05 | 金属膜の形成方法および電子装置の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000114369A true JP2000114369A (ja) | 2000-04-21 |
Family
ID=17659091
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10282940A Pending JP2000114369A (ja) | 1998-10-05 | 1998-10-05 | 金属膜の形成方法および電子装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000114369A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002151435A (ja) * | 2000-10-31 | 2002-05-24 | Applied Materials Inc | 導電部の形成方法 |
| JP2005500644A (ja) * | 2001-08-20 | 2005-01-06 | ハネウェル・インターナショナル・インコーポレーテッド | 磁気フィルムを堆積させる方法および装置 |
| JP2007009298A (ja) * | 2005-07-01 | 2007-01-18 | Tokyo Electron Ltd | タングステン膜の形成方法、成膜装置、記憶媒体及び半導体装置 |
| CN106024719A (zh) * | 2016-06-24 | 2016-10-12 | 武汉新芯集成电路制造有限公司 | 一种金属钨的沉积方法 |
| JP2022008195A (ja) * | 2020-06-24 | 2022-01-13 | エーエスエム・アイピー・ホールディング・ベー・フェー | モリブデンを含む膜の蒸着 |
| WO2022187616A1 (en) * | 2020-03-05 | 2022-09-09 | L'air Liquide Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude | Reagents to remove oxygen from metal oxyhalide precursors in thin film deposition processes |
-
1998
- 1998-10-05 JP JP10282940A patent/JP2000114369A/ja active Pending
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002151435A (ja) * | 2000-10-31 | 2002-05-24 | Applied Materials Inc | 導電部の形成方法 |
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| CN106024719A (zh) * | 2016-06-24 | 2016-10-12 | 武汉新芯集成电路制造有限公司 | 一种金属钨的沉积方法 |
| CN106024719B (zh) * | 2016-06-24 | 2019-09-27 | 武汉新芯集成电路制造有限公司 | 一种金属钨的沉积方法 |
| WO2022187616A1 (en) * | 2020-03-05 | 2022-09-09 | L'air Liquide Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude | Reagents to remove oxygen from metal oxyhalide precursors in thin film deposition processes |
| US11821080B2 (en) | 2020-03-05 | 2023-11-21 | L'air Liquide Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude | Reagents to remove oxygen from metal oxyhalide precursors in thin film deposition processes |
| CN117120660A (zh) * | 2020-03-05 | 2023-11-24 | 乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司 | 在薄膜沉积工艺中从金属卤氧化物前体中除去氧的试剂 |
| JP2024508881A (ja) * | 2020-03-05 | 2024-02-28 | レール・リキード－ソシエテ・アノニム・プール・レテュード・エ・レクスプロワタシオン・デ・プロセデ・ジョルジュ・クロード | 薄膜堆積プロセスで金属オキシハロゲン化物前駆体から酸素を除去するための試薬 |
| JP7642846B2 (ja) | 2020-03-05 | 2025-03-10 | レール・リキード－ソシエテ・アノニム・プール・レテュード・エ・レクスプロワタシオン・デ・プロセデ・ジョルジュ・クロード | 薄膜堆積プロセスで金属オキシハロゲン化物前駆体から酸素を除去するための試薬 |
| JP2022008195A (ja) * | 2020-06-24 | 2022-01-13 | エーエスエム・アイピー・ホールディング・ベー・フェー | モリブデンを含む膜の蒸着 |
| JP7807200B2 (ja) | 2020-06-24 | 2026-01-27 | エーエスエム・アイピー・ホールディング・ベー・フェー | モリブデンを含む膜の蒸着 |
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