JP2008140880A - Method of forming thin film, deposition apparatus and storage medium - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体ウエハ等の被処理体の表面に薄膜として銅膜を形成するための薄膜の形成方法、成膜装置及びこの制御用のプログラムを記憶する記憶媒体に関する。 The present invention relates to a thin film forming method for forming a copper film as a thin film on the surface of an object to be processed such as a semiconductor wafer, a film forming apparatus, and a storage medium for storing a control program.
一般に、半導体デバイスを製造するには、半導体ウエハ等の被処理体に成膜処理やパターンエッチング処理等の各種の処理を繰り返し行って所望のデバイスを製造するが、半導体デバイスの更なる高集積化及び高微細化の要請より、線幅やホール径が益々微細化されている。そして、配線材料や埋め込み材料としては、各種寸法の微細化により、より電気抵抗を小さくする必要から電気抵抗が非常に小さくて且つ安価である銅を用いる傾向にある(特許文献1、2、3)。
In general, in order to manufacture a semiconductor device, a desired device is manufactured by repeatedly performing various processes such as a film forming process and a pattern etching process on a target object such as a semiconductor wafer. In addition, line widths and hole diameters are becoming increasingly finer due to the demand for higher miniaturization. As the wiring material and the embedding material, there is a tendency to use copper that is very low in electrical resistance and inexpensive because the electrical resistance needs to be further reduced by miniaturization of various dimensions (
そして、このような銅を薄膜として堆積させるには、一般的には金属ターゲットとして銅を用いたプラズマスパッタリング処理によりシード膜を形成し、このシード膜に電気を通してメッキ処理を行うことにより銅の薄膜を形成することが行われている。
このメッキ処理による銅の薄膜の形成方法では、更なる微細化の傾向により溝幅や穴径が65nm、45nm、或いは32nmと、順次狭くなるにつれて、メッキ液が溝内や穴内へ入り難くなって、メッキ処理自体ができなくなる恐れがあった。そこで、最近にあっては、被覆性に優れ、また細い溝内や穴(ホール)内を埋め込む能力に優れていることから、上記銅の薄膜をCVD(Chemical Vapor Deposition)法により、成膜する方法も提案されている(特許文献4)。
In order to deposit such copper as a thin film, generally, a seed film is formed by a plasma sputtering process using copper as a metal target, and a plating process is performed by applying electricity to the seed film to thereby form a copper thin film. Has been made to form.
In this method of forming a copper thin film by plating, as the groove width and hole diameter become 65 nm, 45 nm, or 32 nm as the size of the groove gradually decreases, the plating solution becomes difficult to enter the groove or hole. The plating process itself could not be performed. Therefore, recently, since it has excellent covering properties and excellent ability to fill in narrow grooves and holes (holes), the copper thin film is formed by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method. A method has also been proposed (Patent Document 4).
このCVD法による銅膜の成法においては、例えばCu(I)hfacTMVS等のような常温で液体となる錯体の原料を用い、これをバブリング等することによって気化させ、CVD法により、半導体ウエハ上に銅の薄膜を堆積させるようになっている。 In this method of forming a copper film by the CVD method, for example, a raw material of a complex that becomes liquid at room temperature, such as Cu (I) hfacTMVS, is vaporized by bubbling or the like, and is formed on the semiconductor wafer by the CVD method. A copper thin film is deposited on the substrate.
ところで、上述したような銅の錯体原料は、非常に反応性に富み、熱的安定性が非常に低いことから、容易に分解してしまい、このため処理容器内で銅の凝集が起こり易く、銅膜を均一な厚さで制御性良く形成するのが困難であった。また、上記した理由により、錯体の原料ガスの搬送経路を理論的な熱分解温度以上に加熱維持しているにもかかわらず、搬送途中において熱分解してしまう、といった問題もあった。 By the way, the copper complex raw material as described above is very reactive and has a very low thermal stability, so it easily decomposes, and therefore, agglomeration of copper easily occurs in the processing vessel. It was difficult to form a copper film with a uniform thickness and good controllability. In addition, for the reasons described above, there has been a problem that the complex source gas is thermally decomposed in the middle of conveyance, although the conveyance path of the complex source gas is maintained at a temperature higher than the theoretical thermal decomposition temperature.
このため、プロセス温度をできるだけ低くして、容易に分解しないように制御することも行われているが、この場合には、成膜速度が非常に小さくなるのみならず、銅膜中に炭素成分が多く含まれることになり、結果的に銅膜の抵抗が大きくなるなどして物性が低下する、といった問題があった。 For this reason, the process temperature is controlled as low as possible so that it is not easily decomposed, but in this case, not only the film formation rate becomes very low but also the carbon component in the copper film. As a result, the resistance of the copper film increases and the physical properties deteriorate.
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、原料として有機酸銅を用いることにより、微細な凹部を埋め込みつつ銅の薄膜を膜厚の制御性良く、しかも高い成膜レートで堆積させることができる薄膜の形成方法、成膜装置及び記憶媒体を提供することにある。 The present invention has been devised to pay attention to the above problems and to effectively solve them. An object of the present invention is to provide a method for forming a thin film by using organic acid copper as a raw material so that a thin copper film can be deposited with high film thickness controllability while embedding fine recesses, and at a high film formation rate. It is to provide a membrane device and a storage medium.
本発明者は、銅膜の成膜方法について鋭意研究した結果、原料として酢酸銅に代表される有機酸銅を用いることにより、CVD法により銅膜を安定して制御性良く形成することができる、という知見を得ることにより本発明に至ったものである。
請求項1に係る発明は、被処理体の表面に薄膜を形成する方法において、有機酸銅を温度T1に加熱して気体にし、該気体を前記温度T1よりも高い温度T2に維持した前記被処理体上に供給し、前記被処理体の表面に前記薄膜として銅膜を形成するようにした銅膜形成工程を有することを特徴とする薄膜の形成方法である。
このように、原料として有機酸銅を用いることにより、微細な凹部を埋め込みつつ銅の薄膜を膜厚の制御性良く、しかも高い成膜レートで堆積させることができる。
As a result of earnest research on the film formation method of the copper film, the present inventor can stably form the copper film by the CVD method with good controllability by using organic acid copper typified by copper acetate as a raw material. This has led to the present invention.
The invention according to
As described above, by using organic acid copper as a raw material, a copper thin film can be deposited at a high film formation rate with good film thickness controllability while filling fine concave portions.
この場合、例えば請求項2に記載されたように、前記温度T1は、前記有機酸銅が分解しない温度である。
また例えば請求項3に記載されたように、前記温度T1は、300℃以下である。
また例えば請求項4に記載されたように、前記被処理体の表面には、予め絶縁層が形成されていると共に、該絶縁層には凹部が形成されている。
また例えば請求項5に記載されたように、前記凹部内の表面を含む前記絶縁層の表面には、予めバリヤ層が形成されている。
In this case, for example, as described in
For example, as described in
For example, as described in
For example, as described in
また例えば請求項6に記載されたように、前記銅膜形成工程の後に、前記凹部に形成した銅膜以外の銅膜を削り取ることによって前記バリヤ層の表面を露出させる銅膜除去工程を行う。
また例えば請求項7に記載されたように、前記銅膜除去工程は、前記被処理体を所定の温度T3に維持した状態で有機酸を用いたエッチング処理を行う。
このように、有機酸を用いたエッチング処理を行う場合には、同一の処理容器内で銅膜の形成処理からエッチング処理を連続的に行うことができる。
また例えば請求項8に記載されたように、前記各温度T2、T3の関係は、T2≦T3であり、それぞれ400℃以下である。
Further, for example, as described in claim 6, after the copper film forming step, a copper film removing step of exposing the surface of the barrier layer by removing a copper film other than the copper film formed in the concave portion is performed.
For example, as described in
Thus, when performing the etching process using an organic acid, the etching process can be continuously performed from the formation process of the copper film in the same processing container.
For example, as described in
また例えば請求項9に記載されたように、前記銅膜除去工程では、前記エッチング処理の前処理として前記銅膜の表面を粗化するプラズマスパッタ処理を行う。
また例えば請求項10に記載されたように、前記プラズマスパッタ処理では、前記銅膜の表面を酸化する酸化ガスが添加される。
また例えば請求項11に記載されたように、前記銅膜除去工程は、化学機械研磨処理(CMP:Chemical Mechanical Polishing)を行う。
また例えば請求項12に記載されたように、前記銅膜除去工程の後に、前記被処理体の表面に露出している前記バリヤ層を除去するバリヤ層除去工程を行う。
For example, as described in
Further, for example, in the plasma sputtering process, an oxidizing gas for oxidizing the surface of the copper film is added.
For example, as described in claim 11, the copper film removing step performs a chemical mechanical polishing (CMP) process.
For example, as described in
請求項13に係る発明によれば、被処理体の表面に薄膜を形成する方法において、前記被処理体の表面に絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、前記絶縁層に凹部を形成する凹部形成工程と、前記凹部内の表面を含む前記絶縁層の表面にバリヤ層を形成するバリヤ層形成工程と、前記凹部内の表面に形成されたバリヤ層以外の他のバリヤ層を除去して下層の絶縁層を露出させるバリヤ層除去工程と、前記被処理体の表面に加熱用の光を照射して前記露出している絶縁層に対して前記残留したバリヤ層を選択的に加熱して所定の温度T2に維持すると共に、有機酸銅を温度T1に加熱して気体にし、該気体を前記被処理体上に供給して前記凹部内を埋め込みつつ前記バリヤ層の表面に前記薄膜として銅膜を形成する銅膜形成工程と、を備えたことを特徴とする薄膜の形成方法である。 According to the invention of claim 13, in the method of forming a thin film on the surface of the object to be processed, an insulating layer forming step for forming an insulating layer on the surface of the object to be processed, and a recess for forming a recess in the insulating layer A barrier layer forming step of forming a barrier layer on the surface of the insulating layer including the surface in the recess, and removing a barrier layer other than the barrier layer formed on the surface in the recess to form a lower layer A barrier layer removing step for exposing the insulating layer, and heating the surface of the object to be processed to selectively heat the remaining barrier layer with respect to the exposed insulating layer. The organic acid copper is heated to a temperature T1 to form a gas, and the gas is supplied onto the object to be processed to fill the inside of the concave portion while the copper film is formed as the thin film on the surface of the barrier layer. A copper film forming step for forming A method for forming a thin film characterized.
この場合、例えば請求項14に記載されたように、前記温度T1は、前記有機酸銅が分解しない温度である。
また例えば請求項15に記載されたように、前記温度T1は、300℃以下である。
また例えば請求項16に記載されたように、前記銅膜形成工程の後に、余剰な銅膜を除去する銅膜除去工程を行う。
また例えば請求項17に記載されたように、前記銅膜除去工程は、前記被処理体を所定の温度T3に維持して有機酸を用いたエッチング処理を行う。
In this case, for example, as described in
For example, as described in claim 15, the temperature T1 is 300 ° C. or less.
Further, for example, as described in
Further, for example, as described in claim 17, in the copper film removing step, an etching process using an organic acid is performed while maintaining the object to be processed at a predetermined temperature T3.
また例えば請求項18に記載されたように、前記各温度T2、T3の関係は、T2≦T3であり、それぞれ400℃以下である。
また例えば請求項19に記載されたように、前記銅膜除去工程では、前記エッチング処理の前処理として前記銅膜の表面を粗化するプラズマスパッタ処理を行う。
また例えば請求項20に記載されたように、前記プラズマスパッタ処理では、前記銅膜の表面を酸化する酸化ガスが添加される。
また例えば請求項21に記載されたように、前記銅膜除去工程は、化学機械研磨処理(CMP:Chemical Mechanical Polishing)を行う。
For example, as described in claim 18, the relationship between the temperatures T2 and T3 is T2 ≦ T3, which is 400 ° C. or less.
Further, for example, in the copper film removing step, a plasma sputtering process for roughening the surface of the copper film is performed as a pre-process for the etching process.
For example, as described in
Further, for example, as described in claim 21, the copper film removing step performs chemical mechanical polishing (CMP).
また例えば請求項22に記載されたように、前記有機酸銅は、酢酸銅、ギ酸銅、プロピオン酸銅、2−エチルヘキ酸銅よりなる群より選択される1又は2以上の材料よりなる。
また例えば請求項23に記載されたように、前記有機酸は、酢酸、ギ酸、プロピオン酸、吉草酸、シュウ酸、マロン酸、2−エチルヘキ酸よりなる群より選択される1又は2以上の材料よりなる。
Further, for example, as described in
Further, for example, as described in claim 23, the organic acid is one or more materials selected from the group consisting of acetic acid, formic acid, propionic acid, valeric acid, oxalic acid, malonic acid, and 2-ethylhexic acid. It becomes more.
請求項24に係る発明によれば、被処理体の表面に薄膜を形成する成膜装置において、排気可能になされた処理容器と、前記被処理体を載置するための載置台と、前記被処理体を加熱するための加熱手段と、前記処理容器に設けられて、前記処理容器内へガスを導入するためのガス導入部と、前記ガス導入部へ気体の有機酸銅を供給する原料ガス供給手段と、装置全体の動作を制御する装置制御部とを備え、前記被処理体の表面に前記薄膜として銅膜を形成するように構成したことを特徴とする成膜装置である。
According to the invention of
この場合、例えば請求項25に記載されたように、前記加熱手段は、前記載置台に設けた抵抗加熱ヒータよりなる。
また例えば請求項26に記載されたように、前記加熱手段は、加熱用の光を放射する加熱ランプ部よりなる。
また例えば請求項27に記載されたように、前記加熱ランプ部は、前記被処理体の表面の材質に応じて選択的に加熱が可能な光を放射する。
また例えば請求項28に記載されたように、前記処理容器には、プラズマを発生させるためのプラズマ形成手段が設けられる。
In this case, as described in, for example, claim 25, the heating means includes a resistance heater provided on the mounting table.
In addition, for example, as described in
For example, as described in claim 27, the heating lamp section emits light that can be selectively heated according to the material of the surface of the object to be processed.
Further, for example, as described in
請求項29に係る発明によれば、排気可能になされた処理容器と、被処理体を載置するための載置台と、前記被処理体を加熱するための加熱手段と、前記処理容器に設けられて、前記処理容器内へガスを導入するためのガス導入部と、前記ガス導入部へ気体の有機酸銅を供給する原料ガス供給手段と、装置全体の動作を制御する装置制御部とを有する成膜装置を用いて前記被処理体の表面に薄膜を形成するに際して、有機酸銅を温度T1に加熱して気体にし、該気体を前記温度T1よりも高い温度T2に維持した前記被処理体上に供給し、前記被処理体の表面に前記薄膜として銅膜を形成するように前記成膜装置を制御するプログラムを記憶することを特徴とする記憶媒体である。 According to the 29th aspect of the present invention, a processing container that can be evacuated, a mounting table for mounting the object to be processed, a heating means for heating the object to be processed, and the processing container are provided. A gas introduction unit for introducing gas into the processing vessel, a raw material gas supply means for supplying gaseous organic acid copper to the gas introduction unit, and an apparatus control unit for controlling the operation of the entire apparatus. When forming a thin film on the surface of the object to be processed using the film forming apparatus, the organic acid copper is heated to a temperature T1 to form a gas, and the gas is maintained at a temperature T2 higher than the temperature T1. A storage medium storing a program for controlling the film forming apparatus to be supplied onto a body and to form a copper film as the thin film on the surface of the object to be processed.
本発明に係る薄膜の形成方法、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。
原料として有機酸銅を用いることにより、微細な凹部を埋め込みつつ銅の薄膜を膜厚の制御性良く、しかも高い成膜レートで堆積させることができる。
特に、請求項7に係る発明によれば、有機酸を用いたエッチング処理を行うので、同一の処理容器内で銅膜の形成処理からエッチング処理を連続的に行うことができる。
According to the thin film forming method, the film forming apparatus, and the storage medium according to the present invention, the following excellent operational effects can be exhibited.
By using organic acid copper as a raw material, a copper thin film can be deposited at a high film formation rate with good film thickness controllability while filling fine concave portions.
In particular, according to the invention according to
以下に、本発明に係る薄膜の形成方法、成膜装置及び記憶媒体の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図1は本発明に係る薄膜の形成方法の基本原理を説明するための原理的な成膜装置を示す概略説明図である。
In the following, an embodiment of the thin film forming method, film forming apparatus and storage medium according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic explanatory view showing a basic film forming apparatus for explaining a basic principle of a thin film forming method according to the present invention.
図1に示すように、この成膜装置は、例えば石英等の耐熱性材料よりなる筒体状の処理容器2を有している。この処理容器2の一端には、キャリアガスを供給するキャリアガスノズル4が設けられており、これよりキャリアガスとして例えばN2 ガスを流量制御しつつ供給できるようになっている。尚、このキャリアガスとしてAr、He等の希ガスを用いてもよいし、H2 ガスを用いてもよい。また、処理容器2の他端には排気口6が設けられており、図示しない真空ポンプ等により処理容器2内を排気できるようになっている。
As shown in FIG. 1, this film forming apparatus has a
また、上記処理容器2内のガス流の上流側には、加熱ヒータが内蔵された原料容器8が設けられており、この原料容器8内に成膜原料として有機酸銅10が収容されている。この有機酸銅10として例えば代表的に常温で固体の酢酸銅を用いることができる。そして、加熱システム12により上記原料容器8を、例えば250℃程度に加熱することにより上記有機酸銅10を昇華させて気体(ガス)にするようになっている。
A
また上記処理容器2の下流側には、加熱ヒータが内蔵された載置台14が設けられており、この上に、被処理体として例えば半導体ウエハWが載置されている。そして、この載置台14は加熱システム16により加熱されて、上記ウエハWを所望の温度、例えば300℃程度に加熱するようになっている。
このように構成された原理的な成膜装置において、原料容器8内の有機酸銅10を250℃程度で加熱することにより、この有機酸銅10は分解することなく昇華して気体(ガス)となり、キャリアガスノズル4より導入されるN2 ガスに随伴されて下流側に流れて行く。
Further, on the downstream side of the
In the fundamental film forming apparatus configured as described above, by heating the
この下流側に流れた有機酸銅10の気体は、載置台14上で例えば300℃程度に加熱維持されているウエハWの表面に付着し、ここで例えばCVD(Chemical Vapor Deposition)反応を生じて分解してCO2 やH2 O等を発生し、この結果、ウエハWの表面に銅の薄膜が堆積することになる。この時の成膜レートは比較的大きく、且つこの銅の薄膜は従来方法の成膜方法とは異なって偏って堆積することなくウエハWの表面に均一に形成される傾向を持っており、膜厚の面内均一性を高めることが可能となる。
The gas of the
また、この装置例において、有機酸銅10を取り外し、或いは昇華しないような低温に維持した状態で、N2 ガスに代えて有機酸、例えば酢酸を流すことにより、これが300℃程度に加熱されているウエハWの銅膜と接触すると、上記した反応とは逆反応が生じて有機酸銅(酢酸銅)が発生し、先に堆積した銅膜がエッチングされて不要な部分を除去することができる。これによりウエハW上に形成された溝や穴等の凹部の埋め込みとエッチング処理とを連続的に行うことができる。尚、上記有機酸による銅膜のエッチング処理を行う直前に、プラズマスパッタ等により銅膜の表面を粗化させておくことにより、上記エッチング処理時のエッチングレートを向上させることができる。
Further, in this example of the apparatus, the
<成膜装置の第1実施例>
次に、本発明に係る成膜装置の第1実施例について説明する。図2は本発明に係る成膜装置の第1実施例を示す構成図である。ここでは、熱CVD処理の他に、プラズマ処理も行えるようになされた成膜装置について説明する。
図示するように、この成膜装置20は例えばアルミニウム合金により筒体状に成形された処理容器22を有しており、この処理容器22は接地されている。この処理容器22内には、例えばアルミニウム合金製の載置台24が容器底部より起立させて設けられており、この載置台24の上面に被処理体として例えば半導体ウエハWを載置できるようになっている。
<First Example of Film Forming Apparatus>
Next, a first embodiment of the film forming apparatus according to the present invention will be described. FIG. 2 is a block diagram showing a first embodiment of the film forming apparatus according to the present invention. Here, a description will be given of a film forming apparatus that can perform plasma processing in addition to thermal CVD processing.
As shown in the figure, the
この載置台24内には、例えば抵抗加熱ヒータよりなる加熱手段26が埋め込まれており、この加熱手段26には給電ライン28を介して加熱用電源30が接続されている。これにより、上記載置台24上に載置されているウエハWを所望する温度に加熱するようになっている。
A
また、この載置台24には、その周方向に均等に配置された3つのピン挿通孔32(図示例では2つのみ示す)が設けられている。そして、載置台24の下方には上記各ピン挿通孔32に対応させて昇降ピン33が配置されており、上記各昇降ピン33はリング部材34により共通に連結されると共に、このリング部材34は、容器底部を貫通して設けられる昇降ロッド36により上下方向へ昇降可能になされている。従って、載置台24に対してウエハWを載置する際に、この昇降ピン33を上記ピン挿通孔32に挿通させて載置台24の上面から上方へ出没させることによってウエハWを持ち上げ、水平方向から侵入してくる図示しない搬送アームとの間でウエハWの移載を行い得るようになっている。
In addition, the mounting table 24 is provided with three pin insertion holes 32 (only two are shown in the illustrated example) that are equally arranged in the circumferential direction. Further, below the mounting table 24, lift pins 33 are arranged corresponding to the pin insertion holes 32. The lift pins 33 are connected in common by a
この場合、上記昇降ロッド36の下部には昇降用アクチュエータ38が設けられ、また、容器底部に対する昇降ロッド36の貫通部には、処理容器22内の気密性を維持しつつ上記昇降ロッド36の上下動を許容する金属製の伸縮ベローズ40が設けられている。
In this case, an elevating
また処理容器22の側壁には、ウエハWを搬出入するための開口部42が形成されており、この開口部42には、ゲートバルブ44が設けられている。また容器底部には排気口46が設けられており、この排気口46には、処理容器22内の雰囲気を排気する排気系48が設けられている。この排気系48は、上記排気口46に接続された排気通路50に圧力制御弁52及び排気ポンプ54等を順次介設して構成されており、上記排気ポンプ54として例えば真空ポンプを用いることにより、処理容器22内を真空排気可能としている。
An
また、この処理容器22には、この処理容器22内へ所定のガスを導入するためのガス導入部56が設けられている。具体的には、処理容器22の天井部には大きな開口58が形成されており、この開口58に上記ガス導入部56となる中空状になされたシャワーヘッド部60が絶縁部材62を介して設けられている。このシャワーヘッド部60の下面のガス噴射面には多数のガス噴射孔64が形成されており、このガス噴射孔64から下方の処理空間Sに向けてガスを噴射し得るようになっている。また、このシャワーヘッド部60の天井部には、これにガスを供給するガス供給口66が設けられている。
The
そして、このシャワーヘッド部60には、気体になされた有機酸銅を供給する原料ガス導入手段68が接続されている。具体的には、この原料ガス導入手段68は、上記ガス供給口66から延びるガス通路70を有しており、このガス通路70には開閉弁71が介設されると共に、このガス通路70の基端は原料タンク72に接続されている。この原料タンク72内には、銅膜を形成するための原料として有機酸銅74が収容されている。ここでは有機酸銅74の一種として酢酸銅74Aが用いられている。この酢酸銅74Aは常温では固体であるので、この固体を昇華させて気体にするために、原料タンク72には加熱ヒータ76が設けられている。また上記ガス通路70には、気体になって搬送される酢酸銅74Aが凝縮することを防止するテープヒータ78が巻回して設けられており、このガス通路70を所定の温度に加熱するようになっている。
The
また、この原料タンク72にはキャリアガス通路80が接続されると共に、このキャリアガス通路80には、開閉弁82及びマスフローコントローラのような流量制御器83が順次介設されており、キャリアガスを流量制御しつつ供給できるようになっている。このキャリアガスとしては、不活性ガスであるN2 ガスやAr、He等のような希ガス、更にはH2 ガス等も用いることができる。
A
また上記シャワーヘッド部60のガス供給口66には、他のガス通路84が接続されており、このガス通路84は途中で3つに分岐されている。そして、第1の分岐路84Aには、途中に開閉弁86及びマスフローコントローラのような流量制御器88を順次介設して有機酸を必要に応じて流量制御しつつ供給できるようになっている。上記有機酸としては、ここでは酢酸が用いられている。
Further, another
また第2の分岐路84Bには、途中に開閉弁90及びマスフローコントローラのような流量制御器92を順次介設してプラズマ用ガスを必要に応じて流量制御しつつ供給できるようになっている。上記プラズマ用ガスとしては、ここでは希ガスであるArガスが用いられているが、他のHe等の希ガスを用いてもよい。更に、第3の分岐路84Cには、途中に開閉弁94及びマスフローコントローラのような流量制御器96を順次介設して酸化ガスを必要に応じて流量制御しつつ供給できるようになっている。上記酸化ガスとしては、ここではO2 ガスが用いられている。
In addition, the
また上記絶縁部材62により処理容器22に対して絶縁されているシャワーヘッド部60には、例えば13.56MHzの高周波を発生する高周波発生源98が接続されている。これにより、このシャワーヘッド部60を上部電極とし、載置台24を下部電極として、両電極間に必要に応じて高周波を印加することによりプラズマを発生し得るようになっている。尚、プラズマ処理を行わない場合には、この高周波発生源98を設ける必要はない。
Further, a high
そして、装置各構成部の制御は、装置制御部100により行われ、例えば予め作成されたプログラムに基づいて制御されるようになっている。この際、例えばフレキシブルディスク、コンパクトディスク、フラッシュメモリ、ハードディスク等の記憶媒体102に、各構成部の制御を行うための命令を含むプログラムを格納しておく。
The control of each component of the device is performed by the
次に、以上のように構成された成膜装置20を用いて行われる本発明方法に係る薄膜の形成方法について他の図も参照して説明する。
図3は酢酸銅(無水)[Cu(CH3 COO)2 ]のTG(Thermogravimetry)曲線(熱重量分析曲線)を示すグラフ、図4は薄膜の形成方法の第1実施例を説明するための工程図、図5は薄膜の形成方法の第2実施例を説明するための工程図、図6は薄膜の形成方法の第3実施例を説明するための工程図、図7は銅膜の表面をスパッタリングした際の状態を示す図、図8は薄膜の形成方法の第1〜第3実施例を示すフローチャート、図9は銅膜除去工程の態様を示すフローチャートである。
Next, a method of forming a thin film according to the method of the present invention performed using the
FIG. 3 is a graph showing a TG (Thermogravimetry) curve (thermogravimetric analysis curve) of copper acetate (anhydrous) [Cu (CH 3 COO) 2 ], and FIG. 4 is for explaining a first embodiment of a thin film forming method. FIG. 5 is a process diagram for explaining the second embodiment of the thin film forming method, FIG. 6 is a process diagram for explaining the third embodiment of the thin film forming method, and FIG. 7 is the surface of the copper film. FIG. 8 is a flowchart showing first to third embodiments of the thin film forming method, and FIG. 9 is a flowchart showing an aspect of a copper film removing step.
<薄膜形成方法の第1実施例>
まず、薄膜の形成方法の第1実施例について説明する。
実際に、銅膜を形成する前に次の処理を半導体ウエハWに施しておく。まず、図4(A)に示すように、半導体ウエハWの表面には、例えば電気的な接続対象となる下層の配線層110が、パターン化されて形成されている。この配線層110は、トランジスタやコンデンサ等の素子の電極が対応する場合もある。
<First Example of Thin Film Forming Method>
First, a first embodiment of the thin film forming method will be described.
Actually, the following processing is performed on the semiconductor wafer W before forming the copper film. First, as shown in FIG. 4A, on the surface of the semiconductor wafer W, for example, a
そして、このようなウエハWの表面に、図4(B)に示すように所定の厚さで絶縁層112を形成する絶縁層形成工程を行う(図8のS1)。この絶縁層112は、例えばSiO2 やSiOC等よりなる。
次に、上記絶縁層112に、フォトリソグラフィー技術を用いて、図4(C)に示すように、下層の配線層110に対応させて凹部114を形成する凹部形成工程を行う(図8のS2)。この凹部114は溝状、或いは穴状に形成されており、その底部には配線層110が露出している。
Then, an insulating layer forming step for forming an insulating
Next, as shown in FIG. 4C, the insulating
次に、図4(D)に示すように、上記凹部114内の全表面を含んで絶縁層112の全表面に例えばスパッタ装置等を用いて所定の厚さでバリヤ層を形成するバリヤ層形成工程を行う(図4のS3)。このバリヤ層116は、TaN膜とTa膜とを順次積層してなる2層構造に形成されている。
このように、バリヤ層116を形成したならば、図2において説明した薄膜の成膜装置20を用いて図4(E)に示すように銅膜118を形成する銅膜形成工程を行う(図8のS4)。
Next, as shown in FIG. 4D, a barrier layer is formed by forming a barrier layer with a predetermined thickness on the entire surface of the insulating
When the
具体的には、上記バリヤ層116が形成されたウエハWを図2に示す成膜装置20の処理容器22内へ搬入して、このウエハWを載置台24上に載置し、処理容器22内を密閉状態にして銅膜の成膜処理を開始する。
上記処理容器22内は、排気系48の駆動により、例えば予め真空引きされて所定のプロセス圧力に維持されており、そして、ウエハWは載置台24に設けた加熱手段26により所定の温度T2に維持されている。
Specifically, the wafer W on which the
The inside of the
この状態で、原料ガス導入手段68の原料タンク72において加熱ヒータ76を駆動して、原料タンク72内に収容されている酢酸銅74を所定の温度T1に加熱することにより、この酢酸銅74Aを昇華させて気体(ガス)とし、この酢酸銅74Aの気体は、流量制御されつつ供給されるキャリアガス(N2 ガス)によりガス通路70内を搬送される。このキャリアガスにより搬送された酢酸銅74Aの気体は、ガス導入部56のシャワーヘッド部60内に供給され、このシャワーヘッド部60内を拡散して各ガス噴射孔64から処理空間Sに噴射されることになる。
In this state, the
そして、この気体の酢酸銅74Aは、ウエハWの表面に付着した後に分解してCO2 やH2 Oを発生し、ウエハWの表面に銅の薄膜(銅膜)が堆積することになる。すなわち、酢酸銅74Aを原料として熱CVDによりウエハWの表面に銅膜が堆積することになる。
The
ここで上記酢酸銅(無水)74AのTG曲線は図3に示すようになっており、固体の酢酸銅は200℃を越え始めた時点で昇華し初めて、250℃を越えてからは急激に昇華し、更に300℃に到達するまでにはその全量が昇華してしまう。この場合、従来の成膜方法で用いた銅錯体原料は蒸気化して気体になると比較的容易に他の物質に分解する傾向を有していたが、この有機酸銅である酢酸銅は、昇華により気体になっても、容易に分解することなく酢酸銅の分子状態を維持したまま搬送されて、ウエハWの表面に付着することになる。従って、安定的に成膜が行われているので膜が偏って堆積することがなく、高い膜厚均一性で銅膜118を形成することができる。
Here, the TG curve of the above-mentioned copper acetate (anhydrous) 74A is as shown in FIG. 3, and solid copper acetate begins to sublime when it begins to exceed 200 ° C., and then sublimes rapidly after exceeding 250 ° C. However, until the temperature reaches 300 ° C., the total amount thereof sublimates. In this case, the copper complex raw material used in the conventional film formation method had a tendency to decompose into other substances relatively easily when vaporized into a gas, but this organic acid copper acetate was sublimated. Even if it becomes a gas, it is transported while maintaining the molecular state of copper acetate without being easily decomposed, and adheres to the surface of the wafer W. Accordingly, since the film is stably formed, the film is not unevenly deposited, and the
また形成された銅膜118は、これに含有される炭素成分や酸素成分などの不純物が少なく、十分に低抵抗な状態であり、電気的特性が良好である。
また、酢酸銅は蒸気圧が比較的高く、N2 等の不活性ガスでの希釈率を大幅に変更できる、という理由から、この成膜レートも高く維持することができる。特に、銅膜がCVD法により形成されるので、溝幅が65nm以下といった微細な溝や直径が65nm以下といった微細な穴等の凹部114内も、ボイドを発生させることなく十分に埋め込むことができる。
In addition, the formed
In addition, copper acetate has a relatively high vapor pressure, and the deposition rate can be kept high because the dilution rate with an inert gas such as N 2 can be changed significantly. In particular, since the copper film is formed by the CVD method, the
ここで、上記原料タンク72内の酢酸銅74Aの加熱温度T1は、原料の昇華温度以上であって、この原料が熱分解しない温度であり、図3より判断すれば200〜300℃の範囲内、好ましくは200〜250℃の範囲内である。この温度T1を300℃より大きくすると、酢酸銅自体が分解する恐れが生ずるので好ましくない。
また、この銅膜の成膜時のウエハWの温度T2は、上記温度T1よりも高い温度に設定する。具体的には、250〜400℃の範囲内である。尚、ここでは熱CVDにより銅膜118を形成するようにしたが、この際、プラズマ用ガスとしてArガスを処理容器22内へ供給すると共に、高周波電源98を駆動させて処理空間Sにプラズマを発生させて、プラズマCVD処理によって、上記銅膜118を形成するようにしてもよい。
Here, the heating temperature T1 of the
Further, the temperature T2 of the wafer W at the time of forming the copper film is set to a temperature higher than the temperature T1. Specifically, it exists in the range of 250-400 degreeC. Here, the
以上のようにして銅膜形成工程を完了したならば、次に、図4(F)に示すように、凹部114内に埋め込まれた部分の銅膜を除いて、銅膜118の表面を削り取ってバリヤ層116の表面を露出させる銅膜除去工程を行う(図8のS5)。この工程により、凹部114内に埋め込まれた銅は残るが、バリヤ層116の表面に形成されていた銅膜118が削理取られて平面状態になる。
After completing the copper film formation process as described above, next, as shown in FIG. 4F, the surface of the
この場合、銅膜除去工程では、図9に示すように態様1と態様2の2つの方法を用いることができる。態様1は、高温状態の銅が有機酸と接触すると有機酸銅を形成して銅がエッチングされる反応を利用したものであり、上述した銅の成膜処理時とは反対の反応を利用している。具体的には、態様1の場合は、原料ガス導入手段68からの酢酸銅74Aの供給を停止し、これに代えて、有機酸である酢酸を流量制御しつつ供給し、これをシャワーヘッド部60から処理空間Sに供給する(図9のS5−A)。この時、ウエハWを所定の温度T3に維持する。この時の温度T3と先の成膜時の温度T2との関係は”T3≧T2”となるように設定しておく。ここでは上記温度T3は200〜300℃の範囲内である。これにより、加熱された銅と酢酸が接触すると、上記した銅成膜時とは逆反応を起こして酢酸銅が形成され、これが気体となって飛んで行くので、銅膜118が除去されてエッチング処理が施されることになる。
In this case, in the copper film removing step, two methods of
また態様2の場合には、態様1のようにウエハWを酢酸に晒す前に、プラズマスパッタ処理を行って、銅膜118の表面を粗化させる(図9のS5−B)。すなわち、原料ガス導入手段68からの原料ガスである酢酸銅の供給を停止し、代わりに、プラズマ用ガスとしてArガスを流量制御しつつ供給し、これをシャワーヘッド部60から処理空間Sに導入する。これと同時に、高周波発生源98を駆動して上下の両電極間、すなわちシャワーヘッド部60と載置台24との間に高周波電力を印加し、処理空間Sにプラズマを形成し、このプラズマにより上記銅膜118の表面にプラズマスパッタ処理を施す。これにより、図7に示すように銅膜118の表面に微細な凹凸120が形成される。
In the case of the
次に、先に説明したステップS5−Aと同じ内容の有機酸によるエッチング処理を行う(図9のS5−C)。これによれば、上記銅膜118の表面には微細な凹凸120が形成されているので、その分、エッチング速度を向上させることができる。
Next, an etching process using an organic acid having the same contents as in step S5-A described above is performed (S5-C in FIG. 9). According to this, since the
また、上記ステップS5−Bで示すプラズマスパッタ処理の際に、Arガスと共に酸化ガスとして微量のO2 ガスを流量制御しつつ処理空間Sに供給するようにすれば、銅が酸化されてエッチング速度を更に大きくすることができる。このように、本実施例では銅膜形成工程と銅膜除去工程とを同一の装置内で行うことができる。尚、上記プラズマスパッタ処理は、真空を破ることなくウエハWを搬送することができるようにして設けられた別のプラズマ装置内で行うようにしてもよい。この具体例としては、例えば成膜装置とプラズマ処理装置とを真空になされた搬送室に共通に接続して、ウエハを上記搬送室を介して相互の処理装置間で搬送するように構成した、いわゆるクラスタ装置を用いることができる。 Further, in the plasma sputtering process shown in step S5-B, if a small amount of O 2 gas is supplied as an oxidizing gas together with the Ar gas to the processing space S while controlling the flow rate, the copper is oxidized and the etching rate is increased. Can be further increased. Thus, in this embodiment, the copper film forming step and the copper film removing step can be performed in the same apparatus. The plasma sputtering process may be performed in another plasma apparatus provided so that the wafer W can be transferred without breaking the vacuum. As a specific example, for example, a film forming apparatus and a plasma processing apparatus are commonly connected to a transfer chamber that is evacuated, and the wafer is transferred between the processing apparatuses via the transfer chamber. A so-called cluster device can be used.
また、ここでは有機酸を用いて銅膜118を除去するようにしているが、これに代えてCMP(Chemical Mechanical Polishing:化学機械研磨)処理により銅膜118を除去するようにしてもよい。
このように、銅膜除去工程が完了したならば、次に、図4(G)に示すように、ウエハ表面に露出している不要なバリヤ層116を除去するバリヤ層除去工程を行う(図8のS6)。これにより、凹部114に埋め込まれた銅膜118の部分のみにバリヤ層116が残留することになる。このバリヤ層除去工程では、例えば上述したようなCMP処理を行えばよい。尚、上記銅膜除去工程でCMP処理を用いた場合には、このCMP処理で連続してバリヤ層除去工程を行うことができる。
Here, the
After the copper film removal process is completed in this way, next, as shown in FIG. 4G, a barrier layer removal process for removing the
このように、本発明によれば、原料として有機酸銅を用いることにより、微細な凹部を埋め込みつつ銅の薄膜を膜厚の制御性良く、しかも高い成膜レートで堆積させることができる。 Thus, according to the present invention, by using organic acid copper as a raw material, it is possible to deposit a copper thin film with high film thickness controllability while filling fine concave portions.
<薄膜形成方法の第2実施例>
次に、薄膜の形成方法の第2実施例について図5も参照して説明する。
この第2実施例では、図8に示すように第1実施例のステップS3のバリヤ層形成工程までは同様に適用され、図4(D)に示す構造と同じ構造である図5(A)に示すように、ウエハ表面全体にバリヤ層116が形成されている。
このように、バリヤ層116が形成されたならば、次に、図5(B)に示すように、ウエハ表面に露出している不要なバリヤ層116を除去するバリヤ層除去工程を行う(図8のS7)。これにより、凹部114内の表面に形成されたバリヤ層116のみが残留することになる。このバリヤ層除去工程では、例えば前述したようなCMP処理を行えばよい。
<Second Example of Thin Film Forming Method>
Next, a second embodiment of the thin film forming method will be described with reference to FIG.
In the second embodiment, as shown in FIG. 8, the same applies up to the barrier layer forming step of step S3 of the first embodiment, and the structure shown in FIG. 5A is the same as the structure shown in FIG. As shown, a
After the
次に、図5(C)に示すように銅膜形成工程(図8のS8)及び図5(D)に示す銅膜除去工程(図8のS9)を順次行えばよい。
この銅膜形成工程(図8のS8)及び銅膜除去工程(図8のS9)は、先の第1実施例の銅膜形成工程(図8のS4)及び銅膜除去工程(図8のS5)とそれぞれ同じ内容であり、ここではそのまま適用され、これにより成膜処理が完了する。この第2実施例の場合にも、先の第1実施例と同様な作用効果を発揮することができる。
Next, as shown in FIG. 5C, a copper film forming step (S8 in FIG. 8) and a copper film removing step (S9 in FIG. 8) shown in FIG.
The copper film forming step (S8 in FIG. 8) and the copper film removing step (S9 in FIG. 8) are the same as the copper film forming step (S4 in FIG. 8) and the copper film removing step (FIG. 8 in FIG. 8). The contents are the same as those in S5), and are applied as they are here, thereby completing the film forming process. In the case of the second embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be exhibited.
<薄膜形成方法の第3実施例>
次に、薄膜の形成方法の第3実施例について図6も参照して説明する。
この第3実施例では、図8に示すように第2実施例のステップS7のバリヤ層除去工程までは同様に適用され、図5(B)に示す構造と同じ構造である図6(A)に示すように、ウエハ表面のバリヤ層は除去されて、凹部114内の表面のバリヤ層116のみが残留して形成されている。
<Third embodiment of thin film forming method>
Next, a third embodiment of the thin film forming method will be described with reference to FIG.
In the third embodiment, as shown in FIG. 8, the same applies up to the barrier layer removing step of step S7 of the second embodiment, and the structure is the same as that shown in FIG. 5B. As shown in FIG. 5, the barrier layer on the wafer surface is removed, and only the
このようにバリヤ層除去工程が完了したならば、次に図6(B)に示すように銅膜形成工程を行う(図8のS10)。この場合の銅膜形成工程は、ウエハ表面の全面に銅膜118を形成した先の第1及び第2実施例とは異なり、残留したバリヤ層116の部分に選択的に形成する。すなわち、ウエハWの表面に加熱用の光を照射して、露出している絶縁層112に対して上記残留したバリヤ層116を選択的に加熱してこのバリヤ層116を所定の温度T2に加熱維持すると共に、酢酸銅を温度T1に加熱して気体にし、この気体をウエハWに供給して凹部114内を埋め込みつつバリヤ層116の表面に銅膜118を形成する。
When the barrier layer removing step is completed in this manner, a copper film forming step is then performed as shown in FIG. 6B (S10 in FIG. 8). The copper film forming step in this case is selectively formed on the remaining
具体的には、例えば図2に示す処理容器22の天井部分に、加熱手段として仮想線で示すように所定の波長の光を放射する加熱ランプ130を設けると共に、この加熱ランプ130を石英等の透明板132により処理空間Sから気密に区画する。この光の波長としてはバリヤ層116に対しては吸収し易く、絶縁層112に対しては吸収し難いような波長を用いる。これにより、加熱ランプ130から放射される光をウエハWの表面に照射し、ウエハ表面の絶縁層112とバリヤ層116との光吸収率の差を利用して、バリヤ層116のみを選択的に加熱し、この温度を成膜が可能な前述したと同様な温度T2に維持する。この際、絶縁層112はそれ程加熱されず、温度T2よりも低い成膜が不可能な温度程度にしか加熱されない。従って、この絶縁層112の表面には銅膜が形成されることはなく、温度T2に加熱されたバリヤ層116の表面のみに銅膜118が選択的に形成されるので、結果的に図6(B)に示すように凹部114内が銅膜118により埋め込まれることになる。
Specifically, for example, a
この場合、上記加熱ランプ130としては、例えば主として波長1000nm以上の光を放射する加熱ランプを用いるのがよい。尚、上記温度T1、T2の範囲は先に説明したと同様である。
そして、この場合、図6(B)に示すように銅膜118の上面には余剰な銅膜118Aが凸状に上方へ突出した状態で形成される傾向にあるので、次に、図6(C)に示すように余剰な銅膜118Aを除去して表面を平坦化する銅膜除去工程を行う(図8のS11)。
この銅膜除去工程(図8のS11)は、先の第1実施例の銅膜除去工程(図8のS5)と同じ内容であり、このまま適用されることになる。そして、これにより成膜処理が完了する。この第3実施例の場合も、先の第1実施例と同様な作用効果を発揮することができる。
In this case, as the
In this case, as shown in FIG. 6 (B), an
This copper film removing step (S11 in FIG. 8) has the same contents as the copper film removing step (S5 in FIG. 8) of the first embodiment, and is applied as it is. This completes the film forming process. In the case of the third embodiment, the same operational effects as those of the first embodiment can be exhibited.
この第3実施例で用いた成膜装置では、加熱ランプ130を設けているので載置台24に加熱手段26を設けなくてもよいし、設けてもよい。この加熱手段26を設けた場合には、ウエハWを補助的に加熱する補助加熱手段として用いることができる。更には、上記加熱ランプ130をウエハWの直上の天井部の中心部に設け、ガス導入部56としてシャワーヘッド部60に代えて容器側壁からガス導入ノズル等を挿入するように構成してもよい。
In the film forming apparatus used in the third embodiment, since the
<本発明の薄膜の形成方法の評価>
次に、上述したような本発明の薄膜の形成方法を用いて銅膜を形成したので、その評価結果について説明する。
図10は本発明の薄膜の形成方法の第1実施例で説明した銅膜形成工程を実施した時に堆積された銅膜の顕微鏡写真である。
ここで半導体ウエハWとしては、シリコン基板の上に絶縁層として厚さ100nmのSiO2 膜を形成したものを用いた。また原料である有機酸銅としては酢酸銅[Cu(CH3 COO)2 ]を用い、これを250℃(T1)に加熱してキャリアガスとしてHeガスを用い、基板を300℃(T2)に加熱して成膜を行った。プロセス圧力は200mTorrであり、成膜時間は1分である。
<Evaluation of Thin Film Formation Method of the Present Invention>
Next, since the copper film was formed using the thin film forming method of the present invention as described above, the evaluation result will be described.
FIG. 10 is a photomicrograph of the copper film deposited when the copper film forming step described in the first embodiment of the thin film forming method of the present invention is performed.
Here, as the semiconductor wafer W, a silicon substrate formed with an SiO 2 film having a thickness of 100 nm as an insulating layer was used. In addition, copper acetate [Cu (CH 3 COO) 2 ] is used as a raw material organic acid copper, which is heated to 250 ° C. (T1), He gas is used as a carrier gas, and the substrate is heated to 300 ° C. (T2). The film was formed by heating. The process pressure is 200 mTorr, and the film formation time is 1 minute.
この結果、図10に示すように、基板表面全体に銅膜が略均一な厚さで形成されており、また、200〜300nm/minの高い成膜レートを得られることを確認することができた。 As a result, as shown in FIG. 10, it can be confirmed that the copper film is formed on the entire substrate surface with a substantially uniform thickness, and that a high film formation rate of 200 to 300 nm / min can be obtained. It was.
<成膜装置の第2実施例>
図2に示した成膜装置では、シャワーヘッド部60から長いガス通路70を延ばし、これに原料タンク72を接続したが、これに限定されず、図11に示す成膜装置の第2実施例のように、シャワーヘッド部60の直上に原料タンク72を配置し、両者の途中に開閉弁71が介設された短いガス通路70で接続するようにしてもよい。尚、図11において、図2中で示す構成部分と同一構成部分については同一符号を付してその説明を省略している。
<Second Embodiment of Film Forming Apparatus>
In the film forming apparatus shown in FIG. 2, a
尚、ここでは原料である有機酸銅として酢酸銅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、例えば前記有機酸銅は、酢酸銅、ギ酸銅、プロピオン酸銅、2−エチルヘキ酸銅よりなる群より選択される1又は2以上の材料を用いることができる。特に、原料としてはカルボニル基を有する有機酸銅、例えば無水酢酸銅(II)(昇華温度:約200℃)、ギ酸銅(II)・4水和物(昇華温度:約60℃)、プロピオン酸銅(II)・1水和物(昇華温度:約100℃)、2−エチルヘキ酸銅(II)(昇華温度:約170℃)が好ましい。ここで前述した各温度T1、T2、T3は各原料の昇華温度を基準にして定められるのは勿論である。 Here, the case where copper acetate is used as an organic acid copper as a raw material has been described as an example. However, the present invention is not limited thereto. For example, the organic acid copper may be copper acetate, copper formate, copper propionate, 2-ethylhexene. One or more materials selected from the group consisting of acid copper can be used. In particular, as raw materials, organic acid copper having a carbonyl group, for example, anhydrous copper (II) acetate (sublimation temperature: about 200 ° C.), copper (II) formate tetrahydrate (sublimation temperature: about 60 ° C.), propionic acid Copper (II) monohydrate (sublimation temperature: about 100 ° C.) and copper (II) 2-ethylhexate (sublimation temperature: about 170 ° C.) are preferable. Of course, the temperatures T1, T2, and T3 described above are determined based on the sublimation temperature of each raw material.
また、本実施例では銅膜に対してエッチング処理を施す時に用いられる有機酸として、酢酸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、上記前記有機酸は、酢酸、ギ酸、プロピオン酸、吉草酸、シュウ酸、マロン酸、2−エチルヘキ酸よりなる群より選択される1又は2以上の材料を用いることができる。また、ここでは凹部114としては、一段の例えば溝状、或いは穴状の凹部を埋め込む場合を例にとって説明したが、これに限定されず、例えば溝状の凹部の底部に、更に穴状の凹部が形成された2段構造の凹部(この構造をデュアルダマシン構造とも称す)を埋め込む場合にも本発明を適用できるのは勿論である。
In the present embodiment, the case where acetic acid is used as the organic acid used when the copper film is etched is described as an example. However, the organic acid is not limited thereto, and the organic acid includes acetic acid, formic acid, One or two or more materials selected from the group consisting of propionic acid, valeric acid, oxalic acid, malonic acid, and 2-ethylhexanoic acid can be used. In addition, here, the
更には、ここでは上記各実施例においては、銅膜形成工程や有機酸を用いた銅膜除去工程は減圧(真空)雰囲気下で行うようにした場合を例にとって説明したが、これに限定されず、常圧雰囲気下で行うようにしてもよい。また、ここで説明した成膜装置は単に一例を示したに過ぎず、これに限定されないのは勿論であり、例えば薄い載置台24を用い、この下方に加熱手段26として加熱ランプ群を配置してウエハを加熱するようにした成膜装置を用いてもよい。
また、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、セラミック基板等にも本発明を適用することができる。
Furthermore, here, in each of the above embodiments, the case where the copper film forming step and the copper film removing step using an organic acid are performed in a reduced pressure (vacuum) atmosphere has been described as an example, but the present invention is not limited thereto. Instead, it may be carried out under a normal pressure atmosphere. Further, the film forming apparatus described here is merely an example, and it is needless to say that the film forming apparatus is not limited to this. For example, a thin mounting table 24 is used, and a heating lamp group is arranged as a heating means 26 below this. Alternatively, a film forming apparatus in which the wafer is heated may be used.
Although the semiconductor wafer is described as an example of the object to be processed here, the present invention is not limited thereto, and the present invention can be applied to a glass substrate, an LCD substrate, a ceramic substrate, and the like.
20 成膜装置
22 処理容器
24 載置台
26 加熱手段
48 排気系
54 排気ポンプ
56 ガス導入部
60 シャワーヘッド部
68 原料ガス導入手段
72 原料タンク
74 有機酸銅
74A 酢酸銅
76 加熱ヒータ
98 高周波発生源
100 装置制御部
102 記憶媒体
110 配線層
112 絶縁層
114 凹部
116 バリヤ層
118 銅膜
W 半導体ウエハ(被処理体)
DESCRIPTION OF
Claims (29)
有機酸銅を温度T1に加熱して気体にし、該気体を前記温度T1よりも高い温度T2に維持した前記被処理体上に供給し、前記被処理体の表面に前記薄膜として銅膜を形成するようにした銅膜形成工程を有することを特徴とする薄膜の形成方法。 In a method of forming a thin film on the surface of an object to be processed,
The organic acid copper is heated to a temperature T1 to form a gas, the gas is supplied onto the object to be processed maintained at a temperature T2 higher than the temperature T1, and a copper film is formed as the thin film on the surface of the object to be processed. A method for forming a thin film, comprising a step of forming a copper film.
前記被処理体の表面に絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、
前記絶縁層に凹部を形成する凹部形成工程と、
前記凹部内の表面を含む前記絶縁層の表面にバリヤ層を形成するバリヤ層形成工程と、
前記凹部内の表面に形成されたバリヤ層以外の他のバリヤ層を除去して下層の絶縁層を露出させるバリヤ層除去工程と、
前記被処理体の表面に加熱用の光を照射して前記露出している絶縁層に対して前記残留したバリヤ層を選択的に加熱して所定の温度T2に維持すると共に、有機酸銅を温度T1に加熱して気体にし、該気体を前記被処理体上に供給して前記凹部内を埋め込みつつ前記バリヤ層の表面に前記薄膜として銅膜を形成する銅膜形成工程と、
を備えたことを特徴とする薄膜の形成方法。 In a method of forming a thin film on the surface of an object to be processed,
An insulating layer forming step of forming an insulating layer on the surface of the object to be processed;
Forming a recess in the insulating layer;
A barrier layer forming step of forming a barrier layer on the surface of the insulating layer including the surface in the recess;
Removing a barrier layer other than the barrier layer formed on the surface in the recess to expose the underlying insulating layer; and
The surface of the object to be processed is irradiated with heating light, and the remaining barrier layer is selectively heated with respect to the exposed insulating layer and maintained at a predetermined temperature T2, and an organic acid copper is added. Forming a copper film as the thin film on the surface of the barrier layer while supplying the gas onto the object to be processed and filling the recess to fill the recess;
A method of forming a thin film, comprising:
排気可能になされた処理容器と、
前記被処理体を載置するための載置台と、
前記被処理体を加熱するための加熱手段と、
前記処理容器に設けられて、前記処理容器内へガスを導入するためのガス導入部と、
前記ガス導入部へ気体の有機酸銅を供給する原料ガス供給手段と、
装置全体の動作を制御する装置制御部とを備え、
前記被処理体の表面に前記薄膜として銅膜を形成するように構成したことを特徴とする成膜装置。 In a film forming apparatus for forming a thin film on the surface of an object to be processed,
A processing vessel made evacuable;
A mounting table for mounting the object to be processed;
Heating means for heating the object to be processed;
A gas introduction part provided in the processing container for introducing gas into the processing container;
Raw material gas supply means for supplying gaseous organic acid copper to the gas introduction part;
A device control unit for controlling the operation of the entire device,
A film forming apparatus, wherein a copper film is formed as the thin film on the surface of the object to be processed.
被処理体を載置するための載置台と、
前記被処理体を加熱するための加熱手段と、
前記処理容器に設けられて、前記処理容器内へガスを導入するためのガス導入部と、
前記ガス導入部へ気体の有機酸銅を供給する原料ガス供給手段と、
装置全体の動作を制御する装置制御部とを有する成膜装置を用いて前記被処理体の表面に薄膜を形成するに際して、
有機酸銅を温度T1に加熱して気体にし、該気体を前記温度T1よりも高い温度T2に維持した前記被処理体上に供給し、前記被処理体の表面に前記薄膜として銅膜を形成するように前記成膜装置を制御するプログラムを記憶することを特徴とする記憶媒体。
A processing vessel made evacuable;
A mounting table for mounting the object to be processed;
Heating means for heating the object to be processed;
A gas introduction part provided in the processing container for introducing gas into the processing container;
Raw material gas supply means for supplying gaseous organic acid copper to the gas introduction part;
When forming a thin film on the surface of the object to be processed using a film forming apparatus having an apparatus control unit that controls the operation of the entire apparatus,
The organic acid copper is heated to a temperature T1 to form a gas, the gas is supplied onto the object to be processed maintained at a temperature T2 higher than the temperature T1, and a copper film is formed as the thin film on the surface of the object to be processed. A storage medium for storing a program for controlling the film forming apparatus.
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|---|---|---|---|
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