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JP2006249580A - Thin film laminate structure, method for formation thereof, film formation apparatus, and storage medium - Google Patents

Thin film laminate structure, method for formation thereof, film formation apparatus, and storage medium Download PDF

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JP2006249580A
JP2006249580A JP2006023612A JP2006023612A JP2006249580A JP 2006249580 A JP2006249580 A JP 2006249580A JP 2006023612 A JP2006023612 A JP 2006023612A JP 2006023612 A JP2006023612 A JP 2006023612A JP 2006249580 A JP2006249580 A JP 2006249580A
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Naoki Yoshii
Yasuhiko Kojima
康彦 小島
Hiroshi Sato
浩 佐藤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for thin film laminate structure formation that has high adhesion to a substrate and thus can suppress film separation, can satisfactorily enhance a step coverage even in the case of enhanced fineness, and can achieve satisfactory diffusion of alloying species elements. <P>SOLUTION: In this method, a plurality of thin films are deposited on a surface of an object within an evacuatable treatment vessel 4 to form a thin film laminate structure. In this case, an alloying species film formation step of forming a first metal alloy species film 104 using a starting material gas containing a first metal as an alloying species and a reducing gas and a base material film formation step of forming a second metal base material film 106, in a large thickness than the thickness of the alloying species film, using a starting material gas containing a second metal as a base material different from the first metal, and a reducing gas, are alternately carried out once or more. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、半導体ウエハ等の被処理体の表面に形成される薄膜の積層構造、その形成方法、この方法を実施する成膜装置及びこの成膜装置を制御するプログラムを記憶する記憶媒体に関する。   The present invention relates to a laminated structure of thin films formed on the surface of an object to be processed such as a semiconductor wafer, a method for forming the same, a film forming apparatus for executing the method, and a storage medium for storing a program for controlling the film forming apparatus.

一般に、ICやLSI等の半導体集積回路を製造するには、半導体ウエハ等の被処理体に対して成膜処理、エッチング処理、酸化拡散処理、アニール処理、改質処理等を繰り返し行うようになっている。そして、最近にあっては、高集積化、高微細化及び動作速度の更なる高速化等が求められていることから、配線層等に関してもより薄膜化及び線幅の微細化が推進されている。このような状況下で、従来のアルミニウムによる配線に代えて、より電気抵抗が少ない銅による配線が提案されている(例えば特許文献1)。この銅膜により配線等を形成するには、一般的には、スパッタ装置を用いてウエハ表面等に銅膜を形成し、そして、この銅膜の不要な部分を削り取るなどして所望の配線パターンを形成するようになっている。
ところで、銅配線は従来のアルミニウム配線とは異なって、他の材料、例えばシリコン等との境界部分において非常にエレクトロマイグレーションやストレスマイグレーションを引き起こし易く、このために下地との密着性が低下して膜剥がれが発生し易くなっている。特に微細化が進むに従って、この密着性の低下が無視し得ない状況になっている。
In general, in order to manufacture a semiconductor integrated circuit such as an IC or LSI, a film forming process, an etching process, an oxidation diffusion process, an annealing process, a modification process, and the like are repeatedly performed on an object to be processed such as a semiconductor wafer. ing. Recently, there has been a demand for higher integration, higher miniaturization, and higher speed of operation, and therefore, with regard to wiring layers, etc., further thinning and line width miniaturization have been promoted. Yes. Under such circumstances, instead of the conventional aluminum wiring, a copper wiring with lower electrical resistance has been proposed (for example, Patent Document 1). In order to form a wiring or the like with this copper film, generally a desired wiring pattern is formed by forming a copper film on the wafer surface or the like using a sputtering apparatus and scraping off an unnecessary portion of the copper film. Is supposed to form.
By the way, unlike conventional aluminum wiring, copper wiring is very susceptible to electromigration and stress migration at the boundary with other materials, such as silicon. Peeling easily occurs. In particular, as the miniaturization progresses, this decrease in adhesion cannot be ignored.

そこで、上記マイグレーションを低減させるために、銅膜中に合金種として他の金属、例えばTiやAl等を僅かに、例えば1%程度添加することにより形成される銅合金で配線パターンを作ることも提案されている。この場合には、Ti等の合金種が所望する濃度、例えば数%程度で予め添加された銅合金製のターゲットを作り、このターゲットを用いて例えばプラズマスパッタ処理により、銅合金よりなる薄膜をウエハ表面に形成するようになっている。   Therefore, in order to reduce the migration, it is also possible to make a wiring pattern with a copper alloy formed by adding, for example, about 1% of another metal, for example, Ti or Al, as an alloy species in the copper film. Proposed. In this case, a target made of a copper alloy in which an alloy species such as Ti is added at a desired concentration, for example, about several percent, is prepared, and a thin film made of a copper alloy is formed on the wafer by plasma sputtering using the target. It is designed to form on the surface.

特開2000−77365号公報JP 2000-77365 A

ところで、上述のように銅合金膜はスパッタ処理により形成されるが、このスパッタ処理による成膜では、特に線幅等がより微細化した今日の設計ルールに対しては、ステップカバレジが要求を満たすことが困難になり、ウエハ表面の凹部等を十分に埋め込むことができない、といった問題があった。
また堆積される銅合金膜においては、所望の部位例えば下地層との境界部分に、他の部分よりも合金種の濃度を上げた状態で成膜を行いたい場合があっても、銅合金膜中の合金種の濃度は予め製造されている金属ターゲット中の合金種の濃度により規定され、しかも、スパッタ成膜中において合金種の濃度を変更することができないので、銅合金膜中における合金種の濃度を、特定の部位だけ例えば高くする、というような濃度制御を行うことができなかった。このため、マイグレーションを十分に抑制することができないことから、密着性が十分に得られず、膜剥がれの発生を阻止できない場合もあった。
By the way, as described above, the copper alloy film is formed by the sputtering process. However, in the film formation by the sputtering process, the step coverage satisfies the requirements especially for today's design rules in which the line width and the like are further refined. This makes it difficult to fill the recesses on the wafer surface sufficiently.
Also, in the deposited copper alloy film, even if there is a case where it is desired to form the film in a state where the concentration of the alloy species is higher than the other part at the boundary part with the desired part, for example, the base layer, the copper alloy film The concentration of the alloy species in the copper alloy film is defined by the concentration of the alloy species in the metal target manufactured in advance, and the alloy species concentration cannot be changed during sputter deposition. It was not possible to perform concentration control such that, for example, the concentration of the liquid was increased only at a specific site. For this reason, since migration cannot be sufficiently suppressed, sufficient adhesion cannot be obtained, and in some cases, the occurrence of film peeling cannot be prevented.

そこで、スパッタ処理ではなく、CVD(Chemical Vapor Deposition)によって上記銅合金膜を形成することも考えられるが、この場合には、一度に一種の金属膜しか成膜することができず、単にCVD法を採用しただけでは合金種の金属原子を膜中全体に均一に混入、或いは分散させることができない、といった問題があった。
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、下地との密着性が高くて膜剥がれの発生を抑制でき、しかも、微細化が進んでもステップカバレジを十分に高くすることができ、更には合金種の元素を十分に拡散させることができる薄膜の積層構造、その形成方法、成膜装置及び記憶媒体を提供することにある。
Therefore, it is conceivable to form the copper alloy film by CVD (Chemical Vapor Deposition) instead of sputtering, but in this case, only one kind of metal film can be formed at a time, and the CVD method is simply used. However, there is a problem that the metal atoms of the alloy type cannot be uniformly mixed or dispersed throughout the film only by adopting.
The present invention has been devised to pay attention to the above problems and to effectively solve them. The object of the present invention is to have high adhesion to the substrate and suppress the occurrence of film peeling, and even if the miniaturization progresses, the step coverage can be made sufficiently high, and further the elements of the alloy species can be sufficiently diffused. An object of the present invention is to provide a laminated structure of thin films, a method for forming the same, a film forming apparatus, and a storage medium.

請求項1に係る発明は、真空引き可能になされた処理容器内で被処理体の表面に複数の薄膜を堆積して薄膜の積層構造を形成する方法において、合金種としての第1の金属を含む原料ガスと還元ガスとを用いて第1の金属よりなる合金種膜を形成する合金種膜形成工程と、前記第1の金属とは異なる母材としての第2の金属を含む原料ガスと還元ガスとを用いて第2の金属よりなる母材膜を前記合金種膜よりも厚く形成する母材膜形成工程とを、それぞれ1回以上交互に行うようにしたことを特徴とする薄膜の積層構造の形成方法である。   According to a first aspect of the present invention, there is provided a method of depositing a plurality of thin films on a surface of an object to be processed in a processing vessel that can be evacuated to form a laminated structure of thin films. An alloy seed film forming step of forming an alloy seed film made of a first metal using a source gas containing and a reducing gas; and a source gas containing a second metal as a base material different from the first metal; A base material film forming step of forming a base material film made of a second metal thicker than the alloy seed film using a reducing gas is alternately performed at least once each. This is a method of forming a laminated structure.

このように、合金種である第1の金属よりなる合金種膜を形成する合金種膜形成工程と、第2の金属よりなる母材膜を形成する母材膜形成工程とをそれぞれ1回以上交互に行うようにして合金層を形成するようにしたので、下地との密着性が高くて膜剥がれの発生を抑制でき、しかも、微細化が進んでもステップカバレジを十分に高くすることができ、更には合金種の元素を十分に拡散させることができる。   As described above, the alloy seed film forming step for forming the alloy seed film made of the first metal that is the alloy seed and the base material film forming step for forming the base material film made of the second metal are each performed once or more. Since the alloy layers are formed alternately, it is possible to suppress the occurrence of film peeling with high adhesion to the base, and to sufficiently increase the step coverage even if miniaturization progresses. Furthermore, it is possible to sufficiently diffuse the alloy species.

この場合、例えば請求項2に規定するように、前記合金種膜形成工程では、前記第1の金属を含む原料ガスと還元ガスとを交互に異なるタイミングで間欠的に前記処理容器内へ供給して成膜を行う間欠成膜法と、第1の金属を含む原料ガスと還元ガスとを同時に前記処理容器内へ供給して連続して成膜を行う連続成膜法との内のいずれか一方の成膜法を行う。
また例えば請求項3に規定するように、前記母材膜形成工程では、前記第2の金属を含む原料ガスと還元ガスとを交互に異なるタイミングで間欠的に前記処理容器内へ供給して成膜を行う間欠成膜法と、第2の金属を含む原料ガスと還元ガスとを同時に前記処理容器内へ供給して連続して成膜を行う連続成膜法との内のいずれか一方の成膜法を行う。
また例えば請求項4に規定するように、前記合金種膜形成工程と前記母材膜形成工程とをそれぞれ1回以上交互に行った後に、前記被処理体を所定の温度に加熱するアニール工程を行う。
In this case, for example, as defined in claim 2, in the alloy seed film forming step, the source gas containing the first metal and the reducing gas are intermittently supplied into the processing vessel at different timings. One of an intermittent film formation method in which film formation is performed and a continuous film formation method in which a source gas containing a first metal and a reducing gas are simultaneously supplied into the processing container to form a film continuously. One film forming method is performed.
Further, for example, as defined in claim 3, in the base material film forming step, the source gas containing the second metal and the reducing gas are alternately supplied into the processing vessel at different timings. One of an intermittent film forming method for forming a film and a continuous film forming method for continuously forming a film by supplying a source gas containing a second metal and a reducing gas into the processing vessel at the same time. A film forming method is performed.
Further, for example, as defined in claim 4, an annealing step of heating the workpiece to a predetermined temperature after alternately performing the alloy seed film forming step and the base material film forming step one or more times respectively. Do.

また例えば請求項5に規定するように、前記合金種膜形成工程と前記母材膜形成工程とを同一の処理容器内で行う。
また例えば請求項6に規定するように、前記合金種膜形成工程と前記母材膜形成工程とを交互に異なる処理容器内で行う。
また例えば請求項7に規定するように、前記合金種膜の1層の厚さは、1〜200Åの範囲内であり、前記母材膜の1層の厚さは5〜500Åの範囲内である。
また例えば請求項8に規定するように、前記第1の金属は、Ti、Sn、W、Ta、Mg、In、Al、Ag、Co、Nb、B、V、Mnよりなる群から選択される1つの金属である。
For example, as defined in claim 5, the alloy seed film forming step and the base material film forming step are performed in the same processing vessel.
Further, for example, as defined in claim 6, the alloy seed film forming step and the base material film forming step are performed alternately in different processing vessels.
Further, for example, as defined in claim 7, the thickness of one layer of the alloy seed film is in the range of 1 to 200 mm, and the thickness of one layer of the base material film is in the range of 5 to 500 mm. is there.
For example, as defined in claim 8, the first metal is selected from the group consisting of Ti, Sn, W, Ta, Mg, In, Al, Ag, Co, Nb, B, V, and Mn. One metal.

また例えば請求項9に規定するように、前記第2の金属は、Cu、Ag、Au、Wよりなる群から選択される1つの金属である。
また例えば請求項10に規定するように、前記還元ガスは、H 、NH 、N 、N [ヒドラジン]、NH(CH [エチルアミン]、N CH[メチルジアゼン]、N CH [メチルヒドラジン]よりなる群より選択される1以上のガスである。
For example, as defined in claim 9, the second metal is one metal selected from the group consisting of Cu, Ag, Au, and W.
Further, for example, as defined in claim 10, the reducing gas is H 2 , NH 3 , N 2 , N 2 H 4 [hydrazine], NH (CH 3 ) 2 [ethylamine], N 2 H 3 CH [methyldiazene. ], One or more gases selected from the group consisting of N 2 H 3 CH 3 [methylhydrazine].

請求項11に係る発明は、被処理体の表面に形成された薄膜の積層構造において、合金種としての第1の金属を含む原料ガスと還元ガスとを用いて形成された第1の金属より成る合金種膜と、前記第1の金属とは異なる母材としての第2の金属を含む原料ガスと還元ガスとを用いて前記合金種膜よりも厚く形成された第2の金属よりなる母材膜とを、それぞれ1層以上交互に積層するように構成したことを特徴とする薄膜の積層構造である。
この場合、例えば請求項12に規定するように、前記合金種膜の1層の厚さは、1〜200Åの範囲内であり、前記母材膜の1層の厚さは5〜500Åの範囲内である。
According to an eleventh aspect of the present invention, in the laminated structure of the thin film formed on the surface of the object to be processed, the first metal formed using the source gas containing the first metal as the alloy species and the reducing gas. And a base material made of a second metal thicker than the alloy seed film using a source gas containing a second metal as a base material different from the first metal and a reducing gas. It is a thin film laminated structure characterized in that one or more material films are alternately laminated.
In this case, for example, as defined in claim 12, the thickness of one layer of the alloy seed film is in the range of 1 to 200 mm, and the thickness of one layer of the base material film is in the range of 5 to 500 mm. Is within.

請求項13に係る発明は、被処理体の表面に薄膜を堆積させる成膜装置において、真空引き可能になされた処理容器と、前記被処理体を載置する載置台と、前記被処理体を加熱する加熱手段と、前記処理容器内にガスを導入するガス導入手段と、前記ガス導入手段へ合金種としての第1の金属を含む原料ガスを供給する第1の原料ガス供給手段と、前記ガス導入手段へ母材としての第2の金属を含む原料ガスを供給する第2の原料ガス供給手段と、前記ガス導入手段へ還元ガスを供給する還元ガス供給手段と、装置全体を動作させて、前記第1の金属より成る合金種膜と前記第2の金属よりなる母材膜とをそれぞれ1層以上交互に形成するように制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする成膜装置である。
この場合、例えば請求項14に規定するように、前記処理容器内へプラズマを立てるためのプラズマ形成手段が設けられる。
According to a thirteenth aspect of the present invention, there is provided a film forming apparatus for depositing a thin film on a surface of an object to be processed, a processing container that can be evacuated, a mounting table for mounting the object to be processed, Heating means for heating; gas introducing means for introducing gas into the processing vessel; first raw material gas supplying means for supplying a raw material gas containing a first metal as an alloy species to the gas introducing means; A second raw material gas supply means for supplying a raw material gas containing a second metal as a base material to the gas introduction means; a reducing gas supply means for supplying a reducing gas to the gas introduction means; And control means for controlling the alloy seed film made of the first metal and the base material film made of the second metal to alternately form one or more layers. Device.
In this case, for example, as defined in claim 14, a plasma forming means is provided for generating plasma in the processing container.

請求項15に係る発明は、真空引き可能になされた処理容器内で被処理体の表面に複数の薄膜を堆積して薄膜の積層構造を形成するに際して、合金種としての第1の金属を含む原料ガスと還元ガスとを用いて第1の金属よりなる合金種膜を形成する合金種膜形成工程と、前記第1の金属とは異なる母材としての第2の金属を含む原料ガスと還元ガスとを用いて第2の金属よりなる母材膜を前記合金種膜よりも厚く形成する母材膜形成工程とを、それぞれ1回以上交互に行うように成膜装置を制御するプログラムを記憶する記憶媒体である。   The invention according to claim 15 includes a first metal as an alloy seed when a plurality of thin films are deposited on the surface of an object to be processed in a processing vessel that can be evacuated to form a laminated structure of the thin films. An alloy seed film forming step of forming an alloy seed film made of a first metal using a source gas and a reducing gas, and a source gas containing a second metal as a base material different from the first metal and a reduction A program for controlling a film forming apparatus is stored so that a base material film forming step of forming a base material film made of a second metal thicker than the alloy seed film using gas is alternately performed at least once. Storage medium.

本発明に係る薄膜の積層構造、その形成方法、成膜装置及び記憶媒体によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
合金種である第1の金属よりなる合金種膜を形成する合金種膜形成工程と、第2の金属よりなる母材膜を形成する母材膜形成工程とをそれぞれ1回以上交互に行うようにして合金層を形成するようにしたので、下地との密着性が高くて膜剥がれの発生を抑制でき、しかも、微細化が進んでもステップカバレジを十分に高くすることができ、更には合金種の元素を十分に拡散させることができる。
According to the laminated structure of the thin film, the method for forming the thin film, the film forming apparatus, and the storage medium according to the present invention, the following excellent operational effects can be exhibited.
An alloy seed film forming step for forming an alloy seed film made of a first metal that is an alloy seed and a base material film forming step for forming a base material film made of a second metal are alternately performed at least once. Since the alloy layer is formed, the adhesion to the base is high and the occurrence of film peeling can be suppressed, and the step coverage can be sufficiently increased even if miniaturization progresses. This element can be sufficiently diffused.

以下に、本発明に係る薄膜の積層構造、その形成方法、成膜装置及び記憶媒体の一実施例について添付図面を参照して説明する。
図1は本発明に係る成膜装置の一例を示す概略構成図である。
まず本発明の成膜装置について説明すると、この成膜装置2は、例えばアルミニウム等により筒体状に成形された処理容器4を有している。この処理容器4は、接地されると共に、その底部に排気口6が形成されている。この排気口6には、途中に圧力制御弁8及び真空ポンプ10が介設された真空排気系12が接続されており、上記処理容器4内を真空引きして任意の圧力に設定できるようになっている。
Hereinafter, an embodiment of a thin film laminated structure, a method for forming the same, a film forming apparatus, and a storage medium according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of a film forming apparatus according to the present invention.
First, the film forming apparatus of the present invention will be described. The film forming apparatus 2 includes a processing container 4 formed into a cylindrical shape with, for example, aluminum. The processing container 4 is grounded, and an exhaust port 6 is formed at the bottom thereof. A vacuum exhaust system 12 having a pressure control valve 8 and a vacuum pump 10 interposed in the middle is connected to the exhaust port 6 so that the inside of the processing vessel 4 can be evacuated and set to an arbitrary pressure. It has become.

また上記処理容器4の側壁には、この内部へ被処理体である半導体ウエハ14を搬出入する時に開閉されるゲートバルブ16が設けられている。またこの処理容器4内には、その底部より起立させて下部電極と兼用される載置台18が設けられており、この載置台18の上面には、例えば薄い静電チャック20が設けられる。そして、静電チャック20上にウエハ14を静電力により吸着保持すると共に、この静電チャック20に高周波に対する導電性を持たせてこれを下部電極としている。また、この載置台18の内部には、上記ウエハWを所定の温度に加熱するための例えば加熱ヒータよりなる加熱手段22が設けられている。尚、加熱手段22として加熱ヒータに代えて加熱ランプを用いるようにしてもよい。   A gate valve 16 is provided on the side wall of the processing container 4 to be opened and closed when the semiconductor wafer 14 that is the object to be processed is carried into and out of the processing container 4. In addition, in the processing container 4, a mounting table 18 is provided which is erected from the bottom thereof and also serves as a lower electrode. A thin electrostatic chuck 20 is provided on the upper surface of the mounting table 18, for example. The wafer 14 is attracted and held on the electrostatic chuck 20 by an electrostatic force, and the electrostatic chuck 20 is made conductive with respect to a high frequency to serve as a lower electrode. Further, inside the mounting table 18 is provided a heating means 22 composed of, for example, a heater for heating the wafer W to a predetermined temperature. A heating lamp may be used as the heating means 22 instead of the heater.

また、この処理容器4の天井部には、この容器内へ所定の必要とするガスを導入するためのガス導入手段として、例えばシャワーヘッド24が絶縁部材26を介して設けられている。そして、このシャワーヘッド24の下面には、多数のガス噴射口24Aが設けられると共に、上部にはガス導入口24Bが設けられており、上記ガス噴射口24Aから必要なガスを容器内へ噴射できるようになっている。尚、上記ガス導入口24Bは、便宜上、代表して1つしか記載していないが、実際には、供給するガス種に対応して複数別個に設けられ、供給される各種ガスがシャワーヘッド24内で互いに混合してもよい場合には、シャワーヘッド24内で混合され、混合してはいけない場合には、シャワーヘッド24内は分離された状態で流れて、ガス噴射24Aから噴射された後に混合されることになる。   In addition, for example, a shower head 24 is provided on the ceiling portion of the processing container 4 via an insulating member 26 as gas introducing means for introducing a predetermined necessary gas into the container. A number of gas injection ports 24A are provided on the lower surface of the shower head 24, and a gas introduction port 24B is provided on the upper portion, so that necessary gas can be injected into the container from the gas injection ports 24A. It is like that. For convenience, only one gas inlet 24B is shown as a representative, but actually, a plurality of gas inlets 24B are separately provided corresponding to the type of gas to be supplied, and various types of supplied gas are supplied to the shower head 24. In the shower head 24, and in the case where it should not be mixed, the shower head 24 flows in a separated state and is injected from the gas injection 24 </ b> A. Will be mixed.

そして、このシャワーヘッド24にはプラズマ形成手段30が接続されており、この下方に対向配置される載置台18の下部電極に対する上部電極として兼用される。具体的には、このプラズマ形成手段30は、給電線36にマッチング回路32及び高周波電源34を順次介設してなり、この給電線36を上記シャワーヘッド24に接続して、高周波により処理容器4内にプラズマを立て得るようになっている。ここで高周波電源34としては、例えば13.56MHzの高周波を用いることができるが、この周波数は特に限定されない。   The shower head 24 is connected with a plasma forming means 30, and is also used as an upper electrode for the lower electrode of the mounting table 18 disposed to face the shower head 24. Specifically, the plasma forming means 30 is configured such that a matching circuit 32 and a high frequency power supply 34 are sequentially provided on a power supply line 36, and the power supply line 36 is connected to the shower head 24, so Plasma can be built inside. Here, as the high frequency power supply 34, for example, a high frequency of 13.56 MHz can be used, but this frequency is not particularly limited.

そして、上記シャワーヘッド24には、合金種としての第1の金属を含む原料ガスを供給する第1の原料ガス供給手段40と、母材としての第2の金属を含む原料ガスを供給する第2の原料ガス供給手段42と、還元ガスを供給する還元ガス供給手段44とが、それぞれ接続されている。ここでは上記両原料ガスは常温常圧で液体、或いは固体である原料を気化させることによってそれぞれの原料ガスを形成しているが、原料ガスの発生方法は特に限定されず、ガスボンベより直接、原料ガスを流すようにしてもよい。   The shower head 24 is supplied with a first source gas supply means 40 for supplying a source gas containing a first metal as an alloy species, and a first source gas containing a second metal as a base material. Two source gas supply means 42 and a reducing gas supply means 44 for supplying a reducing gas are connected to each other. Here, the raw material gases are formed by vaporizing raw materials that are liquid or solid at normal temperature and pressure, but the generation method of the raw material gas is not particularly limited, and the raw material gas is directly supplied from the gas cylinder. Gas may be allowed to flow.

まず、第1の原料ガス供給手段40は、合金種となる第1の金属を含む液体原料46を貯留する原料タンク48を有している。ここでは第1の金属としてTi(チタン)を用い、この液体原料46としてTiCl (四塩化チタン)を用いている。そして、この原料タンク48と上記シャワーヘッド24のガス導入口24Bとの間に原料流路49を設け、この原料流路49にその上流側から下流に向けて液体流量制御器50及び気化器52を順次介設しており、流量制御しつつ上記液体原料46を供給するようになっている。この場合、上記原料タンク48には、必要に応じて加圧された不活性ガス、例えばArガスを供給する圧送ガス路56が接続されており、この加圧されたArガスにより原料タンク48内の液体原料46を圧送するようになっている。また上記原料流路49の途中には、必要に応じて原料の流れを停止するための複数の開閉弁54が介設されている。 First, the first raw material gas supply means 40 has a raw material tank 48 for storing a liquid raw material 46 containing a first metal that is an alloy type. Here, Ti (titanium) is used as the first metal, and TiCl 4 (titanium tetrachloride) is used as the liquid raw material 46. A raw material channel 49 is provided between the raw material tank 48 and the gas inlet 24B of the shower head 24, and the liquid flow rate controller 50 and the vaporizer 52 are provided in the raw material channel 49 from the upstream side to the downstream side. The liquid raw material 46 is supplied while controlling the flow rate. In this case, the raw material tank 48 is connected to a pressurized gas passage 56 for supplying an inert gas pressurized as necessary, for example, Ar gas. The liquid raw material 46 is pumped. A plurality of on-off valves 54 are provided in the middle of the raw material flow path 49 to stop the flow of the raw material as necessary.

そして、上記気化器52には、途中にマスフローコントローラのような流量制御器58及び開閉弁60を介設したキャリアガス路62が接続されており、キャリアガスとして不活性ガス、例えばArガスを気化器52へ必要に応じて供給するようになっている。従って、気化器52で気化された原料ガスはキャリアガスと共に原料流路49を流れてシャワーヘッド24へ供給されることになる。尚、上記気化器52よりも下流側の原料流路49には、原料ガスの再液化防止のためのテープヒータを巻回するのが好ましい。   The vaporizer 52 is connected to a carrier gas passage 62 having a flow controller 58 such as a mass flow controller and an on-off valve 60 in the middle, and vaporizes an inert gas such as Ar gas as the carrier gas. It supplies to the container 52 as needed. Therefore, the source gas vaporized by the vaporizer 52 flows through the source channel 49 together with the carrier gas and is supplied to the shower head 24. Note that a tape heater for preventing re-liquefaction of the raw material gas is preferably wound around the raw material channel 49 downstream of the vaporizer 52.

また、第2の原料ガス供給手段42は、母材となる第2の金属を含む固体原料64を貯留する原料タンク66を有している。ここでは第2の金属としてCu(銅)を用い、この固体原料64としてCu(hfac) を用いている。また固体原料64を昇華するために原料タンク66はヒータ等により加熱されている。そして、この原料タンク66と上記シャワーヘッド24のガス導入口24Bとの間に原料流路68を設け、この原料流路68に流量制御器70を介設しており、流量制御しつつ上記固体原料64を供給するようになっている。この場合、上記原料流路68には、キャリアガスとして不活性ガス、例えばArガスを供給するガス路74が接続されており、このArガスにより原料タンク66内の固体原料64を昇華しつつシャワーヘッド24へ供給するようになっている。また上記原料流路68の途中には、必要に応じて原料の流れを停止するための複数の開閉弁76が介設されている。尚、上記原料タンク66よりも下流側の原料流路68には、原料ガスの液化防止のためのテープヒータを巻回するのが好ましい。 The second source gas supply means 42 has a source tank 66 for storing a solid source 64 containing a second metal as a base material. Here, Cu (copper) is used as the second metal, and Cu (hfac) 2 is used as the solid raw material 64. The raw material tank 66 is heated by a heater or the like in order to sublimate the solid raw material 64. A raw material flow path 68 is provided between the raw material tank 66 and the gas inlet port 24B of the shower head 24, and a flow rate controller 70 is provided in the raw material flow path 68. The raw material 64 is supplied. In this case, a gas path 74 for supplying an inert gas, for example, Ar gas, as a carrier gas is connected to the raw material flow path 68, and the solid raw material 64 in the raw material tank 66 is sublimated by this Ar gas while showering. The head 24 is supplied. In the middle of the raw material flow path 68, a plurality of on-off valves 76 are provided for stopping the flow of the raw material as necessary. Note that a tape heater for preventing the liquefaction of the raw material gas is preferably wound around the raw material channel 68 on the downstream side of the raw material tank 66.

また上記還元ガス供給手段44は、上記シャワーヘッド24のガス導入口24Bに接続された還元ガス路84を有しており、この還元ガス路84にマスフローコントローラのような流量制御器86及び開閉弁88を介設して還元ガスとして、例えばH ガスを流量制御しつつ供給できるようになっている。そして、この還元ガス路84は途中で分岐されており、この分岐路に流量制御器90及び開閉弁92を介設して不活性ガス、例えばArガスを必要に応じて供給できるようになっている。尚、必要ならば、他に不活性ガス、例えばN ガスを供給する手段も設けられるが、ここではその記載を省略する。 The reducing gas supply means 44 has a reducing gas path 84 connected to the gas inlet 24B of the shower head 24, and a flow rate controller 86 such as a mass flow controller and an on-off valve are connected to the reducing gas path 84. 88, for example, H 2 gas can be supplied as the reducing gas while controlling the flow rate. The reducing gas passage 84 is branched in the middle, and an inert gas, for example, Ar gas can be supplied to the branch passage through a flow controller 90 and an on-off valve 92 as necessary. Yes. If necessary, other means for supplying an inert gas such as N 2 gas may be provided, but the description thereof is omitted here.

そして、この成膜装置全体の動作、すなわち処理容器4内の圧力制御、温度制御、各種ガスの流量及び供給・供給停止の制御等を行うために、例えばコンピュータ等よりなる制御手段94が設けられており、この制御手段94は上記制御を行うためのプログラムを記憶する、例えばフロッピディスクやフラッシュメモリのような記憶媒体96を有している。   In order to control the operation of the entire film forming apparatus, that is, pressure control in the processing container 4, temperature control, flow rates of various gases, supply / supply stop control, and the like, a control means 94 such as a computer is provided. The control means 94 has a storage medium 96 such as a floppy disk or a flash memory for storing a program for performing the control.

次に、以上のように構成された成膜装置2を用いて行われる成膜方法について図2〜図5も参照して説明する。
図2は本発明方法の流れを示す工程図、図3は薄膜の積層構造の一例を示す断面図であり、図4は各ガスの供給のタイミングを示すタイミングチャート、図5はウエハ表面のTiとCuの濃度プロファイルを示す図である。
まず、本発明方法では、合金種としての第1の金属を含む原料ガスと還元ガスとを用いて第1の金属よりなる合金種膜を形成する合金種膜形成工程と、上記第1の金属とは異なる母材としての第2の金属を含む原料ガスと還元ガスとを用いて第2の金属よりなる母材膜を上記合金種膜よりも厚く形成する母材膜形成工程とを、それぞれ前記順序で1回以上交互に行うようにしている。
Next, a film forming method performed using the film forming apparatus 2 configured as described above will be described with reference to FIGS.
FIG. 2 is a process diagram showing the flow of the method of the present invention, FIG. 3 is a sectional view showing an example of a laminated structure of thin films, FIG. 4 is a timing chart showing the timing of supplying each gas, and FIG. It is a figure which shows the density | concentration profile of Cu and Cu.
First, in the method of the present invention, an alloy seed film forming step of forming an alloy seed film made of a first metal using a source gas containing a first metal as an alloy seed and a reducing gas, and the first metal A base material film forming step for forming a base material film made of the second metal thicker than the alloy seed film using a source gas containing a second metal as a base material different from the above and a reducing gas, respectively, In this order, it is alternately performed once or more.

具体的には、図2に示すように上記合金種膜形成工程を行うことにより第1の金属、ここではTiよりなる合金種膜を形成し(S1)、次に、上記母材膜形成工程を行うことにより、上記合金種膜上に母材膜を形成するようにしている(S2)。そして、上記各工程を、上記した順序で必要な回数、例えばn回(n:1以上の任意の正数を設定)繰り返して行う(S3)。ここでは上記2つの工程が同一の処理容器(成膜装置)4内で行われる。   Specifically, as shown in FIG. 2, the alloy seed film forming step is performed to form a first metal, here an alloy seed film made of Ti (S1), and then the base material film forming step. By performing this, a base material film is formed on the alloy seed film (S2). Then, the above steps are repeated in the above-described order for a necessary number of times, for example, n times (where n is an arbitrary positive number of 1 or more) (S3). Here, the above two steps are performed in the same processing container (film forming apparatus) 4.

この結果、図3に示すように、半導体ウエハ14上に積層構造の薄膜、すなわち合金層100、102がそれぞれ形成されることになる。すなわち、図3において、ウエハ14上に、Ti膜よりなる合金種膜104及びCu膜よりなる母材膜106が、この順序で1回、或いはそれ以上の回数だけ繰り返し成膜される。図3(A)の場合は、”n=1”の場合であり、各膜104、106はそれぞれ1層ずつ形成されている。図3(B)の場合は”n=3”の場合であり、各膜104、106はそれぞれ交互に3層ずつ形成されている。そして、母材膜106の一層の厚さt2は、合金種膜の一層の厚さt1よりも厚くなるように設定されており、Cu膜が合金の母材となるようにしている。ここで上記各膜が堆積される前の半導体ウエハ14の表面(下地)は、種々の状態が考えられ、シリコンの場合もあるし、何らかのバリヤ層等が形成されている場合もあり、いずれにしても下地の状態は問わない。   As a result, as shown in FIG. 3, thin films having a laminated structure, that is, alloy layers 100 and 102 are formed on the semiconductor wafer 14, respectively. That is, in FIG. 3, the alloy seed film 104 made of Ti film and the base material film 106 made of Cu film are repeatedly formed on the wafer 14 once or more times in this order. In the case of FIG. 3A, “n = 1”, and each of the films 104 and 106 is formed by one layer. In the case of FIG. 3B, “n = 3”, and each of the films 104 and 106 is alternately formed in three layers. The thickness t2 of the base material film 106 is set to be thicker than the thickness t1 of the alloy seed film, so that the Cu film becomes an alloy base material. Here, the surface (underlying) of the semiconductor wafer 14 before the above films are deposited may be in various states, which may be silicon or some barrier layer or the like. However, the state of the base is not questioned.

ここで、各膜104、106は積層構造になっているが、実際の成膜時には、このウエハ14はある程度の温度、例えば100〜400℃程度に加熱されており、このような温度下において、合金種膜104と母材膜106を形成する各金属の原子が相互に熱拡散することになる。従って、この2種類の金属膜の積層構造が、上記したように各金属の原子の熱拡散によって膜相互間に亘って移動して融合し、上述したように全体としてCuを母材とする合金層100、102となる。この結果、このCuを母材とする合金中のTi濃度は、当然のこととして合金種膜104の部分が一番高くて母材膜106の厚さ中心方向へ行くに従って、次第に低くなるプロファイル(分布)を描くことになる。   Here, each of the films 104 and 106 has a laminated structure. At the time of actual film formation, the wafer 14 is heated to a certain temperature, for example, about 100 to 400 ° C. Under such a temperature, The atoms of the respective metals forming the alloy seed film 104 and the base material film 106 are thermally diffused to each other. Therefore, the laminated structure of these two kinds of metal films moves and fuses between the films by thermal diffusion of atoms of each metal as described above, and as described above, the alloy having Cu as a whole as a whole. Layers 100 and 102 are formed. As a result, as a matter of course, the Ti concentration in the alloy containing Cu as a base material is the profile (in which the portion of the alloy seed film 104 is the highest and gradually decreases toward the center of the thickness of the base material film 106). Distribution).

このようなTi濃度の分布は、成膜時の温度にも依存するが、合金種膜104と母材膜106の各膜の厚さt1、t2に大きく依存する。そして、この合金層100、102の下地に対する密着性を十分に高めることができるような合金種濃度(Ti濃度)まで十分に熱拡散ができるように合金種膜104と母材膜106の各膜厚t1、t2はできるだけ薄い方がよく、例えば合金種膜104の厚さを1〜200Åの範囲内、より好ましくは5〜50Åの範囲内、母材膜106の膜厚t2を5〜500Åの範囲内にそれぞれ設定するのが好ましい。このように合金種膜104と母材膜106が薄い場合には、図2に示す場合とは異なり、まず母材膜106を形成し、次に上記母材膜106上に合金種膜104を形成するように積層の順序を逆にするようにしてもよい。   Such a Ti concentration distribution greatly depends on the thicknesses t1 and t2 of the alloy seed film 104 and the base material film 106, although it depends on the temperature at the time of film formation. Then, each film of the alloy seed film 104 and the base material film 106 is sufficiently thermally diffused to an alloy seed concentration (Ti concentration) that can sufficiently enhance the adhesion of the alloy layers 100 and 102 to the base. The thicknesses t1 and t2 are preferably as thin as possible. For example, the thickness of the alloy seed film 104 is in the range of 1 to 200 mm, more preferably in the range of 5 to 50 mm, and the thickness t2 of the base material film 106 is 5 to 500 mm. Each is preferably set within the range. Thus, when the alloy seed film 104 and the base material film 106 are thin, unlike the case shown in FIG. 2, the base material film 106 is first formed, and then the alloy seed film 104 is formed on the base material film 106. You may make it reverse the order of lamination | stacking so that it may form.

ここで上記各膜の成膜方法について説明する。
図1において、第1の金属であるTiの原料ガスを供給する時は、第1の原料ガス供給手段40の原料タンク48内から液体原料であるTiCl を流量制御しつつ圧送し、これを気化器52にて気化させることによりTiCl の原料ガスを形成し、この原料ガスをキャリアガスと共に原料流路49を介してシャワーヘッド24へ供給し、そして、この原料ガスをキャリアガスと共にシャワーヘッド24から処理容器4内へ導入する。
また、第2の金属であるCuの原料ガスを供給する時は、第2の原料ガス供給手段42の原料タンク66内から固体原料であるCu(hfac) を気化して原料ガスを発生させてこの原料ガスをキャリアガスと共に流量制御しつつ原料流路68内を圧送してシャワーヘッド24へ供給し、そして、この原料ガスをキャリアガスと共にシャワーヘッド24から処理容器4内へ導入する。
Here, a method of forming each of the above films will be described.
In FIG. 1, when supplying Ti source gas which is the first metal, TiCl 4 which is the liquid source is pumped from the source tank 48 of the first source gas supply means 40 while controlling the flow rate. The raw material gas of TiCl 4 is formed by vaporizing in the vaporizer 52, this raw material gas is supplied together with the carrier gas to the shower head 24 through the raw material flow path 49, and this raw material gas is supplied together with the carrier gas to the shower head. 24 is introduced into the processing container 4.
When supplying the source gas of Cu as the second metal, the source gas is generated by evaporating Cu (hfac) 2 as the solid source from the source tank 66 of the second source gas supply means 42. While controlling the flow rate of the raw material gas together with the carrier gas, the inside of the raw material flow path 68 is pumped and supplied to the shower head 24, and the raw material gas is introduced into the processing container 4 from the shower head 24 together with the carrier gas.

また還元ガスであるH ガスは還元ガス供給手段44において、H ガスを流量制御しつつ還元ガス路84に流して、これをシャワーヘッド24から処理容器4内へ供給する。そして、成膜処理中においては真空排気系12が連続的に駆動して処理容器4内が真空引きされて所定の圧力に維持され、また、載置台18上のウエハ14は、加熱手段22により所定の温度に加熱維持される。更に、プラズマ形成手段30により、上部電極であるシャワーヘッド24と下部電極である載置台18との間には、高周波電力が印加されて、必要に応じて処理容器4内にプラズマを発生して導入されたガスを活性化するようになっている。 In addition, the reducing gas supply means 44 supplies H 2 gas, which is a reducing gas, to the reducing gas passage 84 while controlling the flow rate of the H 2 gas. During the film forming process, the evacuation system 12 is continuously driven to evacuate the inside of the processing container 4 and maintain a predetermined pressure. The wafer 14 on the mounting table 18 is heated by the heating unit 22. Heating is maintained at a predetermined temperature. Further, the plasma forming means 30 applies high-frequency power between the shower head 24 that is the upper electrode and the mounting table 18 that is the lower electrode, and generates plasma in the processing container 4 as necessary. The introduced gas is activated.

図4(A)は合金種膜形成工程において、合金種膜としてTi膜を形成する際の各ガスの供給タイミングを示しており、ここでは原子レベルの厚さで1層毎にTi膜を成膜する、いわゆるALD(Atomic Layer Deposition)法を行っている。すなわち原料ガスであるTiCl ガスと還元ガスであるH ガスとを交互に異なるタイミングで間欠的に供給して成膜を行う間欠成膜法を行っている。この場合、原料ガスの供給時期と還元ガスの供給時期との間に、処理容器4内の残留ガスを排除するためにパージを行っている。このパージの時には、全てのガスの供給を停止して真空引きだけを継続して行うようにしてもよいし、真空引きを継続して行いつつ原料ガスと還元ガスとの供給を停止して、不活性ガスの供給は行うようにしてもよい。 FIG. 4A shows the supply timing of each gas when forming a Ti film as the alloy seed film in the alloy seed film forming step. Here, the Ti film is formed for each layer at an atomic level thickness. A so-called ALD (Atomic Layer Deposition) method is performed. That is, an intermittent film-forming method is performed in which TiCl 4 gas as a source gas and H 2 gas as a reducing gas are alternately supplied at different timings to form a film. In this case, purging is performed between the supply timing of the source gas and the supply timing of the reducing gas in order to eliminate the residual gas in the processing container 4. At the time of this purge, all the gas supply may be stopped and only the evacuation may be continuously performed, or the supply of the source gas and the reducing gas is stopped while the evacuation is continuously performed. The inert gas may be supplied.

またここでは還元ガスであるH ガスを供給する時のみにプラズマを立てて(ONにする)、H ガスを活性化しており、ウエハ温度が低くても反応を促進できるようになっている。この結果、原料ガスが供給された時にウエハ表面に付着していた原料ガスが、H ガスの導入により還元されて前述したような原子レベルの厚さのTi膜が堆積することになる。図示例では2サイクルの成膜処理を行っており、必要な膜厚を得るまでこのサイクルを繰り返し行うことになり、一般的には1〜10サイクル程度行う。この場合、1サイクルで形成される膜厚は1〜10Å程度である。また例えばTiCl ガスの1回の供給期間T1、H ガスの1回の供給期間T2及び1回のパージ期間T3は、それぞれ0.5〜5sec程度、0.5〜10sec程度及び0.5〜10sec程度である。またこの時のプロセス条件に関しては、プロセス温度が100〜400℃程度、プロセス圧力が13.3〜1330Pa(0.1〜10Torr)程度である。 Here, plasma is generated (turned ON) only when the reducing gas H 2 gas is supplied, and the H 2 gas is activated so that the reaction can be promoted even when the wafer temperature is low. . As a result, the source gas adhering to the wafer surface when the source gas is supplied is reduced by introducing the H 2 gas, and the Ti film having the atomic level as described above is deposited. In the illustrated example, two cycles of film formation are performed, and this cycle is repeated until a required film thickness is obtained. Generally, about 1 to 10 cycles are performed. In this case, the film thickness formed in one cycle is about 1 to 10 mm. For example, one supply period T1 of TiCl 4 gas, one supply period T2 of H 2 gas, and one purge period T3 are about 0.5 to 5 seconds, about 0.5 to 10 seconds, and 0.5 About 10 sec. Regarding the process conditions at this time, the process temperature is about 100 to 400 ° C., and the process pressure is about 13.3 to 1330 Pa (0.1 to 10 Torr).

図4(B)は母材膜形成工程において、母材膜としてCu膜を形成する際の各ガスの供給タイミングを示しており、ここでは原子レベルの厚さで1層毎にCu膜を成膜する、いわゆるALD(Atomic Layer Deposition)法を行っている。すなわち原料ガスであるCu(hfac) ガスと還元ガスであるH ガスとを交互に異なるタイミングで間欠的に供給して成膜を行う間欠成膜法を行っている。この場合、原料ガスの供給時期と還元ガスの供給時期との間に、処理容器4内の残留ガスを排除するためにパージを行っている。このパージの時には、全てのガスの供給を停止して真空引きだけを継続して行うようにしてもよいし、真空引きを継続して行いつつ原料ガスと還元ガスとの供給を停止して、不活性ガスの供給は行うようにしてもよい。 FIG. 4B shows the supply timing of each gas when forming a Cu film as a base material film in the base material film forming step. Here, the Cu film is formed for each layer at an atomic level thickness. A so-called ALD (Atomic Layer Deposition) method is performed. That is, an intermittent film formation method is performed in which Cu (hfac) 2 gas, which is a source gas, and H 2 gas, which is a reducing gas, are alternately supplied at different timings to form a film. In this case, purging is performed between the supply timing of the source gas and the supply timing of the reducing gas in order to eliminate the residual gas in the processing container 4. At the time of this purge, all the gas supply may be stopped and only the evacuation may be continuously performed, or the supply of the source gas and the reducing gas is stopped while the evacuation is continuously performed. The inert gas may be supplied.

またここでは還元ガスであるH ガスを供給する時のみにプラズマを立てて(ONにする)、H ガスを活性化しており、ウエハ温度が低くても反応を促進できるようになっている。この結果、原料ガスが供給された時にウエハ表面に付着していた原料ガスが、H ガスの導入により還元されて前述したような原子レベルの厚さのCu膜が堆積することになる。図示例では多数サイクルの成膜処理を行っており、必要な膜厚を得るまでこのサイクルを繰り返し行うことになり、一般的には数10〜数100サイクル程度行う。この場合、1サイクルで形成される膜厚は1〜2Å程度である。また例えばCu(hfac) ガスの1回の供給期間X1、H ガスの1回の供給期間X2及び1回のパージ期間X3は、それぞれ0.5〜5sec程度、0.5〜10sec程度及び0.5〜10sec程度である。またこの時のプロセス条件に関しては、プロセス温度が100〜400℃程度、プロセス圧力が13.3〜1330Pa(0.1〜10Torr)程度である。 Here, plasma is generated (turned ON) only when the reducing gas H 2 gas is supplied, and the H 2 gas is activated so that the reaction can be promoted even when the wafer temperature is low. . As a result, the source gas adhering to the wafer surface when the source gas is supplied is reduced by introducing the H 2 gas, and the Cu film having the atomic level as described above is deposited. In the illustrated example, many cycles of film formation are performed, and this cycle is repeated until a required film thickness is obtained. Generally, about several tens to several hundreds of cycles are performed. In this case, the film thickness formed in one cycle is about 1 to 2 mm. Further, for example, one supply period X1 of Cu (hfac) 2 gas, one supply period X2 of H 2 gas and one purge period X3 are about 0.5 to 5 seconds, about 0.5 to 10 seconds, and It is about 0.5 to 10 seconds. Regarding the process conditions at this time, the process temperature is about 100 to 400 ° C., and the process pressure is about 13.3 to 1330 Pa (0.1 to 10 Torr).

そして、上述のような合金種膜形成工程と母材膜形成工程が、それぞれ1回、或いはそれぞれ3回交互に繰り返されると図3に示したような積層構造がそれぞれできあがる。そして、この成膜を行っている時に、ウエハ自体も100〜400℃程度に加熱されているので、前述したように金属原子の熱拡散が生じ、全体で合金化されて最終的に合金層100、102(図3参照)が製造されることになる。ここで上記合金種膜104と母材膜106の各積層数は、1或いは3層に限定されず、必要な数だけ積層すればよいのは前述した通りである。
また合金種膜104及び母材膜106をそれぞれ図3(B)に示すように複数層形成する場合、同じ膜種でもその厚さを変えるようにしてもよい。例えば図3(B)中において、第1層目の母材膜106を30Åの厚さで成膜し、第2層目の母材膜106をその3倍の90Åの厚さで成膜するようにしてもよい。
Then, when the alloy seed film forming step and the base material film forming step as described above are repeated once or alternately three times, a laminated structure as shown in FIG. 3 is completed. During the film formation, since the wafer itself is also heated to about 100 to 400 ° C., as described above, thermal diffusion of metal atoms occurs, and the entire alloy layer 100 is finally alloyed. , 102 (see FIG. 3) will be manufactured. Here, the number of laminated layers of the alloy seed film 104 and the base material film 106 is not limited to one or three, and it is sufficient to stack the necessary number as described above.
Further, when a plurality of layers of the alloy seed film 104 and the base material film 106 are formed as shown in FIG. 3B, the thicknesses of the same film type may be changed. For example, in FIG. 3B, the first-layer base material film 106 is formed with a thickness of 30 mm, and the second-layer base material film 106 is formed with a thickness of 90 mm, which is three times that thickness. You may do it.

ここで実際に前述したように成膜を行って、その評価を行ったので、その評価結果について説明する。
ここでは、シリコンウエハの表面に直接的に前述したような成膜を行った時のウエハと合金層との元素濃度をXPSを用いて測定した。図5はその時のシリコンウエハの厚さ方向における各元素の濃度分布を示すグラフである。図5では横軸はスパッタ時間を示しており、スパッタによりウエハ表面が厚さ方向に少しずつ削られるのでその時の各元素の濃度が示されている。すなわちスパッタ時間が膜厚方向の寸法に対応している。ここではSiとCuとTiの各濃度を示しており、図から明らかなように、シリコンウエハとの境界部分はTi濃度がかなり高くなっており、そして、膜厚が浅くなる方向へ十分にTiが熱拡散してある程度のTi濃度になっているのが確認することができた。
Here, the film formation was actually performed as described above and the evaluation was performed, and the evaluation result will be described.
Here, the element concentration of the wafer and the alloy layer when the film formation as described above was performed directly on the surface of the silicon wafer was measured using XPS. FIG. 5 is a graph showing the concentration distribution of each element in the thickness direction of the silicon wafer at that time. In FIG. 5, the horizontal axis indicates the sputtering time, and the wafer surface is gradually scraped in the thickness direction by sputtering, and the concentration of each element at that time is shown. That is, the sputtering time corresponds to the dimension in the film thickness direction. Here, the respective concentrations of Si, Cu and Ti are shown. As is clear from the figure, the Ti concentration is considerably high in the boundary portion with the silicon wafer, and Ti is sufficiently reduced in the direction of decreasing the film thickness. It can be confirmed that the thermal diffusion has resulted in a certain Ti concentration.

この場合、上記したような薄膜の積層構造を製造した後、このウエハ全体を所定の温度に加熱するアニール工程を行うようにしてもよい。これによれば、Ti元素の拡散をより確実に行うことができる。
このように、合金層とウエハ表面との境界部分においてTi濃度を局部的に高くすることができるので、下地であるウエハ表面との密着性を高めることができる。また、積層構造全体、すなわち合金層100、102の全体に亘ってTi元素を十分に熱拡散させて分布させることができる。
In this case, after the thin film laminated structure as described above is manufactured, an annealing process for heating the entire wafer to a predetermined temperature may be performed. According to this, diffusion of Ti element can be performed more reliably.
As described above, since the Ti concentration can be locally increased at the boundary portion between the alloy layer and the wafer surface, the adhesion to the underlying wafer surface can be enhanced. Further, Ti element can be sufficiently thermally diffused and distributed over the entire laminated structure, that is, the entire alloy layers 100 and 102.

また、本発明方法は、従来方法のようなスパッタ成膜を用いないで、いわゆるALD成膜で行うようにしたので、ステップカバレジを十分に高くすることができる。
また上記実施例では、いわゆる原料ガスと還元ガスとを交互に間欠的に供給して成膜を行う、いわゆるALD成膜を用いた場合を例にとって説明したが、これに限定されず、CVD成膜によって成膜を行ってもよい。この場合、プラズマを用いたプラズマCVD成膜でもよく、またプラズマを用いない熱CVD成膜で行ってもよい。このCVD成膜では、原料ガスと還元ガスとを同時に処理容器内へ供給して連続して成膜を行う連続成膜法となる。
In addition, since the method of the present invention is performed by so-called ALD film formation without using the sputter film formation as in the conventional method, the step coverage can be sufficiently increased.
In the above embodiment, the case of using so-called ALD film formation in which film formation is performed by alternately supplying a so-called source gas and a reducing gas alternately is described, but the present invention is not limited to this. The film may be formed by a film. In this case, plasma CVD film formation using plasma or thermal CVD film formation without using plasma may be performed. This CVD film formation is a continuous film formation method in which a raw material gas and a reducing gas are simultaneously supplied into a processing container to continuously form a film.

図6はプラズマCVD成膜によって薄膜の積層構造を製造する時の各ガスの供給のタイミングを示すタイミングチャートである。図6(A)は合金種膜形成工程のタイミングチャートを示し、図6(B)は母材膜形成工程のタイミングチャートを示す。図6から明らかなように、原料ガスと還元ガスとを同時に供給し、更にこれに同期させてプラズマを立てており、プラズマCVDによりTi膜とCu膜とをそれぞれ形成するようになっている。尚、Cu膜の方が厚くなるので、図6(B)の成膜時間は図6(A)のTi膜の場合と比較して長くなっており、例えば合金種膜形成工程は10〜20sec程度行い、母材膜形成工程は200〜2000sec程度行う。この場合には、CVD成膜を用いているので、成膜レートが高くなって、その分、スループットを向上できるのみならず、埋め込み特性も向上してステップカバレジを一層向上させることができる。   FIG. 6 is a timing chart showing the supply timing of each gas when a thin film laminated structure is manufactured by plasma CVD film formation. FIG. 6A shows a timing chart of the alloy seed film forming step, and FIG. 6B shows a timing chart of the base material film forming step. As is clear from FIG. 6, the source gas and the reducing gas are supplied simultaneously, and plasma is generated in synchronization therewith, and a Ti film and a Cu film are formed by plasma CVD. Since the Cu film is thicker, the film formation time in FIG. 6B is longer than that in the case of the Ti film in FIG. 6A. For example, the alloy seed film forming process takes 10 to 20 seconds. The base material film forming step is performed for about 200 to 2000 seconds. In this case, since the CVD film formation is used, the film formation rate is increased, so that not only the throughput can be improved, but also the embedding characteristics can be improved and the step coverage can be further improved.

また上記したALD成膜とCVD成膜とを組み合わせて薄膜の積層構造を形成するようにしてもよい。例えば合金種膜形成工程はALD成膜を行い、母材膜形成工程はCVD成膜で行ったりするようにしてもよい。
また上記合金種膜形成工程と母材膜形成工程とを同一の処理容器、すなわち同一の成膜装置内で行うようにしたが、これに限定されず、いわゆる複数の成膜装置を例えばクラスタツールのように結合して、複数の成膜装置間でウエハを大気に晒すことなく搬送できるようにし、そして、合金種膜形成工程と母材膜形成工程とをそれぞれ互いに異なる専用の成膜装置で行うようにしてもよい。
A thin film laminated structure may be formed by combining the ALD film formation and the CVD film formation. For example, the alloy seed film formation step may be performed by ALD film formation, and the base material film formation step may be performed by CVD film formation.
In addition, the alloy seed film forming step and the base material film forming step are performed in the same processing container, that is, in the same film forming apparatus. However, the present invention is not limited to this. The wafers can be transported between a plurality of film forming apparatuses without being exposed to the atmosphere, and the alloy seed film forming process and the base material film forming process are respectively performed by different dedicated film forming apparatuses. You may make it perform.

上記実施例では、Ti金属を含む原料としてTiCl を用いたが、これに限定されず、TiF (四フッ化チタン)、TiBr (四臭化チタン)、TiI (四ヨウ化チタン)、Ti[N(C CH (TEMAT)(テトラキスエチルメチルアミノチタニウム)、Ti[N(CH (TDMAT)(テトラキスジメチルアミノチタニウム)、Ti[N(C (TDEAT)(テトラキスジエチルアミノチタニウム)等を用いることができる。 In the above embodiment, TiCl 4 was used as a raw material containing Ti metal, but the present invention is not limited to this. TiF 4 (titanium tetrafluoride), TiBr 4 (titanium tetrabromide), TiI 4 (titanium tetraiodide) Ti [N (C 2 H 5 CH 3 ] 4 (TEMAT) (tetrakisethylmethylaminotitanium), Ti [N (CH 3 ) 2 ] 4 (TDMAT) (tetrakisdimethylaminotitanium), Ti [N (C 2 H 5 ) 2 ] 4 (TDEAT) (tetrakisdiethylaminotitanium) or the like can be used.

また本実施例では、合金種である第1の金属としてTiを用いた場合を例にとって説明したが、これに限定されず、例えばTi、Sn、W、Ta、Mg、In、Al、Ag、Co、Nb、B、V、Mnよりなる群から選択される1つの金属を用いることができる。
また本実施例では、母材である第2の金属としてCuを用いた場合を例にとって説明したが、これに限定されず、例えばCu、Ag、Au、Wよりなる群から選択される1つの金属を用いることができる。
更に本実施例では還元ガスとしてH ガスを用いた場合を例にとって説明したが、これに限定されず、使用する原料ガスに応じて例えばH 、NH 、N 、N [ヒドラジン]、NH(CH [エチルアミン]、N CH[メチルジアゼン]、N CH [メチルヒドラジン]よりなる群より選択される1以上のガスを用いることができる。
また更に、ここでは被処理体として半導体ウエハを例にとって説明したが、これに限定されず、ガラス基板、LCD基板等を用いることができる。
In this embodiment, the case where Ti is used as the first metal that is an alloy type has been described as an example. However, the present invention is not limited to this. For example, Ti, Sn, W, Ta, Mg, In, Al, Ag, One metal selected from the group consisting of Co, Nb, B, V, and Mn can be used.
In this embodiment, the case where Cu is used as the second metal as the base material has been described as an example. However, the present invention is not limited to this. For example, one selected from the group consisting of Cu, Ag, Au, and W is used. Metal can be used.
Furthermore, in this embodiment, the case where H 2 gas is used as the reducing gas has been described as an example. However, the present invention is not limited to this. For example, H 2 , NH 3 , N 2 , N 2 H 4 [ One or more gases selected from the group consisting of hydrazine], NH (CH 3 ) 2 [ethylamine], N 2 H 3 CH [methyl diazene], N 2 H 3 CH 3 [methyl hydrazine] can be used.
Furthermore, although a semiconductor wafer has been described as an example of the object to be processed here, the present invention is not limited to this, and a glass substrate, an LCD substrate, or the like can be used.

本発明に係る成膜装置の一例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows an example of the film-forming apparatus which concerns on this invention. 本発明方法の流れを示す工程図である。It is process drawing which shows the flow of this invention method. 薄膜の積層構造の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the laminated structure of a thin film. 各ガスの供給のタイミングを示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the timing of supply of each gas. ウエハ表面のTiとCuの濃度プロファイルを示す図である。It is a figure which shows the density | concentration profile of Ti and Cu of a wafer surface. プラズマCVD成膜によって薄膜の積層構造を製造する時の各ガスの供給のタイミングを示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the supply timing of each gas at the time of manufacturing the laminated structure of a thin film by plasma CVD film-forming.

符号の説明Explanation of symbols

2 成膜装置
4 処理容器
12 真空排気系
14 半導体ウエハ(被処理体)
18 載置台
22 加熱手段
24 シャワーヘッド(ガス導入手段)
30 プラズマ形成手段
34 高周波電源
40 第1の原料ガス供給手段
42 第2の原料ガス供給手段
44 還元ガス供給手段
46 液体原料(第1の金属)
64 液体原料(第2の金属)
94 制御手段
96 記憶媒体
104 合金種膜
106 母材膜

2 Film deposition apparatus 4 Processing container 12 Vacuum exhaust system 14 Semiconductor wafer (object to be processed)
18 Mounting table 22 Heating means 24 Shower head (gas introduction means)
30 Plasma forming means 34 High frequency power supply 40 First raw material gas supply means 42 Second raw material gas supply means 44 Reducing gas supply means 46 Liquid raw material (first metal)
64 Liquid raw material (second metal)
94 Control means 96 Storage medium 104 Alloy seed film 106 Base material film

Claims (15)

真空引き可能になされた処理容器内で被処理体の表面に複数の薄膜を堆積して薄膜の積層構造を形成する方法において、
合金種としての第1の金属を含む原料ガスと還元ガスとを用いて第1の金属よりなる合金種膜を形成する合金種膜形成工程と、前記第1の金属とは異なる母材としての第2の金属を含む原料ガスと還元ガスとを用いて第2の金属よりなる母材膜を前記合金種膜よりも厚く形成する母材膜形成工程とを、それぞれ1回以上交互に行うようにしたことを特徴とする薄膜の積層構造の形成方法。
In a method for forming a laminated structure of thin films by depositing a plurality of thin films on the surface of an object to be processed in a processing container that is evacuated,
An alloy seed film forming step of forming an alloy seed film made of the first metal using a source gas containing the first metal as an alloy seed and a reducing gas, and a base material different from the first metal The base material film forming step of forming the base material film made of the second metal thicker than the alloy seed film using the source gas containing the second metal and the reducing gas is alternately performed at least once each. A method for forming a laminated structure of thin films.
前記合金種膜形成工程では、前記第1の金属を含む原料ガスと還元ガスとを交互に異なるタイミングで間欠的に前記処理容器内へ供給して成膜を行う間欠成膜法と、第1の金属を含む原料ガスと還元ガスとを同時に前記処理容器内へ供給して連続して成膜を行う連続成膜法との内のいずれか一方の成膜法を行うことを特徴とする請求項1記載の薄膜の積層構造の形成方法。   In the alloy seed film forming step, an intermittent film forming method in which film formation is performed by intermittently supplying the source gas containing the first metal and the reducing gas into the processing vessel at different timings; The film forming method is performed by any one of a continuous film forming method in which a source gas containing a metal and a reducing gas are simultaneously supplied into the processing vessel to continuously form a film. Item 8. A method for forming a laminated structure of thin films according to Item 1. 前記母材膜形成工程では、前記第2の金属を含む原料ガスと還元ガスとを交互に異なるタイミングで間欠的に前記処理容器内へ供給して成膜を行う間欠成膜法と、第2の金属を含む原料ガスと還元ガスとを同時に前記処理容器内へ供給して連続して成膜を行う連続成膜法との内のいずれか一方の成膜法を行うことを特徴とする請求項1記載の薄膜の積層構造の形成方法。   In the base material film forming step, an intermittent film forming method in which a source gas containing the second metal and a reducing gas are intermittently supplied into the processing container at different timings to form a film; The film forming method is performed by any one of a continuous film forming method in which a source gas containing a metal and a reducing gas are simultaneously supplied into the processing vessel to continuously form a film. Item 8. A method for forming a laminated structure of thin films according to Item 1. 前記合金種膜形成工程と前記母材膜形成工程とをそれぞれ1回以上交互に行った後に、前記被処理体を所定の温度に加熱するアニール工程を行うようにしたことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の薄膜の積層構造の形成方法。   The annealing process for heating the object to be processed to a predetermined temperature is performed after the alloy seed film forming process and the base material film forming process are alternately performed at least once. A method for forming a laminated structure of thin films according to any one of 1 to 3. 前記合金種膜形成工程と前記母材膜形成工程とを同一の処理容器内で行うことを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の薄膜の積層構造の形成方法。   5. The method for forming a laminated structure of thin films according to claim 1, wherein the alloy seed film forming step and the base material film forming step are performed in the same processing container. 前記合金種膜形成工程と前記母材膜形成工程とを交互に異なる処理容器内で行うことを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の薄膜の積層構造の形成方法。   5. The method for forming a laminated structure of thin films according to claim 1, wherein the alloy seed film forming step and the base material film forming step are alternately performed in different processing vessels. 前記合金種膜の1層の厚さは、1〜200Åの範囲内であり、前記母材膜の1層の厚さは5〜500Åの範囲内であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の薄膜の積層構造の形成方法。   The thickness of one layer of the alloy seed film is in the range of 1 to 200 mm, and the thickness of one layer of the base material film is in the range of 5 to 500 mm. A method for forming a laminated structure of thin films according to any one of the above. 前記第1の金属は、Ti、Sn、W、Ta、Mg、In、Al、Ag、Co、Nb、B、V、Mnよりなる群から選択される1つの金属であることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の薄膜の積層構造の形成方法。   The first metal is one metal selected from the group consisting of Ti, Sn, W, Ta, Mg, In, Al, Ag, Co, Nb, B, V, and Mn. Item 8. A method for forming a laminated structure of thin films according to any one of Items 1 to 7. 前記第2の金属は、Cu、Ag、Au、Wよりなる群から選択される1つの金属であることを特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載の薄膜の積層構造の形成方法。   9. The method of forming a thin film laminated structure according to claim 1, wherein the second metal is one metal selected from the group consisting of Cu, Ag, Au, and W. 前記還元ガスは、H 、NH 、N 、N [ヒドラジン]、NH(CH [エチルアミン]、N CH[メチルジアゼン]、N CH [メチルヒドラジン]よりなる群より選択される1以上のガスであることを特徴とする請求項1乃至9のいずれかに記載の薄膜の積層構造の形成方法。 The reducing gas is H 2 , NH 3 , N 2 , N 2 H 4 [hydrazine], NH (CH 3 ) 2 [ethylamine], N 2 H 3 CH [methyldiazene], N 2 H 3 CH 3 [methyl hydrazine 10. The method for forming a laminated structure of thin films according to any one of claims 1 to 9, wherein the gas is one or more gases selected from the group consisting of: 被処理体の表面に形成された薄膜の積層構造において、
合金種としての第1の金属を含む原料ガスと還元ガスとを用いて形成された第1の金属より成る合金種膜と、前記第1の金属とは異なる母材としての第2の金属を含む原料ガスと還元ガスとを用いて前記合金種膜よりも厚く形成された第2の金属よりなる母材膜とを、それぞれ1層以上交互に積層するように構成したことを特徴とする薄膜の積層構造。
In the laminated structure of the thin film formed on the surface of the workpiece,
An alloy seed film made of a first metal formed using a source gas containing a first metal as an alloy seed and a reducing gas, and a second metal as a base material different from the first metal A thin film characterized in that one or more layers of a base metal film made of a second metal formed thicker than the alloy seed film by using a source gas and a reducing gas are alternately stacked. Laminated structure.
前記合金種膜の1層の厚さは、1〜200Åの範囲内であり、前記母材膜の1層の厚さは5〜500Åの範囲内であることを特徴とする請求項11記載の薄膜の積層構造。   The thickness of one layer of the alloy seed film is in the range of 1 to 200 mm, and the thickness of one layer of the base material film is in the range of 5 to 500 mm. Thin film stack structure. 被処理体の表面に薄膜を堆積させる成膜装置において、
真空引き可能になされた処理容器と、
前記被処理体を載置する載置台と、
前記被処理体を加熱する加熱手段と、
前記処理容器内にガスを導入するガス導入手段と、
前記ガス導入手段へ合金種としての第1の金属を含む原料ガスを供給する第1の原料ガス供給手段と、
前記ガス導入手段へ母材としての第2の金属を含む原料ガスを供給する第2の原料ガス供給手段と、
前記ガス導入手段へ還元ガスを供給する還元ガス供給手段と、
装置全体を動作させて、前記第1の金属より成る合金種膜と前記第2の金属よりなる母材膜とをそれぞれ1層以上交互に形成するように制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする成膜装置。
In a film forming apparatus for depositing a thin film on the surface of an object to be processed,
A processing vessel that can be evacuated;
A mounting table for mounting the object to be processed;
Heating means for heating the object to be processed;
Gas introduction means for introducing gas into the processing vessel;
A first source gas supply means for supplying a source gas containing a first metal as an alloy species to the gas introduction means;
Second source gas supply means for supplying a source gas containing a second metal as a base material to the gas introduction means;
Reducing gas supply means for supplying a reducing gas to the gas introducing means;
Control means for operating the entire apparatus and controlling the alloy seed film made of the first metal and the base material film made of the second metal to alternately form one or more layers each;
A film forming apparatus comprising:
前記処理容器内へプラズマを立てるためのプラズマ形成手段が設けられることを特徴とする請求項13記載の成膜装置。   The film forming apparatus according to claim 13, further comprising plasma forming means for generating plasma in the processing container. 真空引き可能になされた処理容器内で被処理体の表面に複数の薄膜を堆積して薄膜の積層構造を形成するに際して、
合金種としての第1の金属を含む原料ガスと還元ガスとを用いて第1の金属よりなる合金種膜を形成する合金種膜形成工程と、前記第1の金属とは異なる母材としての第2の金属を含む原料ガスと還元ガスとを用いて第2の金属よりなる母材膜を前記合金種膜よりも厚く形成する母材膜形成工程とを、それぞれ1回以上交互に行うように成膜装置を制御するプログラムを記憶する記憶媒体。

When forming a laminated structure of thin films by depositing a plurality of thin films on the surface of an object to be processed in a processing vessel that can be evacuated,
An alloy seed film forming step of forming an alloy seed film made of the first metal using a source gas containing the first metal as an alloy seed and a reducing gas, and a base material different from the first metal The base material film forming step of forming the base material film made of the second metal thicker than the alloy seed film using the source gas containing the second metal and the reducing gas is alternately performed at least once each. A storage medium for storing a program for controlling the film forming apparatus.

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