WO2006046386A1

WO2006046386A1 - 成膜方法、半導体装置の製造方法、半導体装置、プログラムおよび記録媒体

Info

Publication number: WO2006046386A1
Application number: PCT/JP2005/018287
Authority: WO
Inventors: Yasuhiko Kojima; Naoki Yoshii
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2004-10-27
Filing date: 2005-10-03
Publication date: 2006-05-04
Anticipated expiration: 2007-04-27
Also published as: CN100477119C; KR100922905B1; JP2006128288A; US7846839B2; CN101065836A; KR20080106373A; KR20070058667A; KR100889401B1; US20090032950A1

Abstract

　本発明は、半導体装置のＣｕ拡散防止膜とＣｕ配線との密着力を良好とし、半導体装置の信頼性を良好とすることを目的としている。　そのため、本発明では、被処理基板上にＣｕ膜を成膜する成膜方法であって、前記被処理基板上に形成されたＣｕ拡散防止膜上に密着膜を形成する第１の工程と、前記密着膜上にＣｕ膜を成膜する第２の工程と、を有し、前記密着膜はＰｄを含むことを特徴とする成膜方法を用いる。

Description

明細書

成膜方法、半導体装置の製造方法、半導体装置、プログラムおよび記録媒体

技術分野

[0001] 本発明は、被処理基板上の Cu拡散防止膜上に Cu膜を形成する成膜方法と、これを用いた半導体装置の製造方法および半導体装置、また当該成膜方法を動作させるプログラム、および当該プログラムを記録した記憶媒体に関する。

背景技術

[0002] 近年、半導体装置の高性能化に伴!、、半導体デバイスの高集積ィヒが進んで微細化の要求が著しくなつており、配線ルールは 0. 1 m以下の領域へと開発が進んでいる。また、配線材料は配線遅延の影響の少ない、抵抗値の低い Cuが用いられている。

[0003] そのため、 Cu成膜技術と微細配線技術の組み合わせ力近年の微細化した多層配線技術の重要なキーテクノロジーとなって、る。

[0004] 例えば、半導体装置などの配線に、 Cu配線を用いる場合には、 Cu配線の周囲に形成された絶縁層中に Cuが拡散してしまう懸念があるため、 Cu配線と絶縁層の間に

Cu拡散防止膜 (またはノリア膜、下地膜などと呼ばれる場合も有る）を形成することが一般的となっている。

特許文献 1 :特開 2004— 193499号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0005] しかし、この場合、 Cu配線は、従来用いられてきた Cu拡散防止膜、例えば Ta膜や TaN膜などとの密着性が悪ぐ Cu配線と Cu拡散防止膜の間で剥離が生じる場合があり、例えば半導体装置の信頼性の低下などの問題が生じていた。

[0006] また、例えば、半導体装置の製造工程において、膜剥がれの他にも、特に熱工程後に Cuの凝集が生じる場合があり、また、このように密着性が悪ぐ凝集が生じる状態で形成された Cu配線では、 Cu配線中を流れる電流密度が高くなつた場合に、電子の界面拡散に起因するエレクト口マイグレーションによる配線の劣化が生じ、またストレスマイグレーションによって配線劣化、または破損してしまう懸念が生じて、た。

[0007] このため、例えば Cu拡散防止膜と Cu配線との間に Ruよりなる密着膜を形成する方法が試みられているが、 Cu拡散防止膜と Cu配線との間で充分な密着力を保持するには至っておらず、また Cuの凝集性の改善も充分ではなぐ実用レベルには達していない。

[0008] そこで、本発明では上記の問題を解決した、新規で有用な成膜方法と、これを用いた半導体装置の製造方法および半導体装置、また当該成膜方法を動作させるプログラム、および当該プログラムを記録した記憶媒体を提供することを目的として!/ヽる。

[0009] 本発明の具体的な課題は、 Cu拡散防止膜と Cu配線との密着力を良好とする成膜方法と、これを用いた半導体装置の製造方法および半導体装置、また当該成膜方法を動作させるプログラム、および当該プログラムを記録した記憶媒体を提供することである。

課題を解決するための手段

[0010] 本発明の第 1の観点では、上記の課題を、被処理基板上に Cu膜を成膜する成膜方法であって、前記被処理基板上に形成された Cu拡散防止膜上に密着膜を形成する第 1の工程と、前記密着膜上に前記 Cu膜を成膜する第 2の工程と、を有し、前記密着膜は Pdを含むことを特徴とする成膜方法。により、解決する。

[0011] また、本発明の第 2の観点では、上記の課題を、 Cu配線部を有する半導体装置の製造方法であって、被処理基板上の絶縁層に形成されたパターン形状にそって形成された Cu拡散防止膜上に、密着膜を形成する第 1の工程と、前記密着膜上に前記 Cu配線部を形成する第 2の工程と、を有し、前記密着膜は Pdを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法により、解決する。

[0012] また、本発明の第 3の観点では、上記の課題を、被処理基板上に形成された絶縁層と、前記絶縁層中に形成された Cu配線部と、前記絶縁層と前記 Cu配線部の間に形成された Cu拡散防止膜と、を有する半導体装置であって、前記 Cu配線部と前記 Cu拡散防止膜の間に Pdを含む密着膜を有することを特徴とする半導体装置により、解決する。 [0013] また、本発明の第 4の観点では、上記の課題を、被処理基板上に形成された Cu拡散防止膜と Cu配線部との間に、 Pdを含む密着膜を形成する、成膜装置による成膜方法をコンピュータに動作させるプログラムであって、前記被処理基板上に成膜ガスを供給する成膜ガス工程と、前記被処理基板上から当該成膜ガスを除去する成膜ガス除去工程と、前記被処理基板上に還元ガスを供給する還元ガス工程と、前記被処理基板上から当該還元ガスを除去する還元ガス除去工程と、を有することを特徴とするプログラムにより、解決する。

[0014] また、本発明の第 5の観点では、上記の課題を、被処理基板上に形成された Cu拡散防止膜と Cu配線部との間に、 Pdを含む密着膜を形成する、成膜装置であって、前記被処理基板上に成膜ガスを供給する成膜ガス工程と、前記被処理基板上から当該成膜ガスを除去する成膜ガス除去工程と、前記被処理基板上に還元ガスを供給する還元ガス工程と、前記被処理基板上から当該還元ガスを除去する還元ガス除去工程と、を実行する制御装置を備えた成膜装置により、解決する。

発明の効果

[0015] 本発明によれば、半導体装置の Cu拡散防止膜と Cu配線との密着力を良好とすることが可能となり、半導体装置の信頼性を良好とすることが可能となる。

図面の簡単な説明

[0016] [図 1]実施例 1による成膜方法を示すフローチャート (その 1)である。

[図 2A]実施例 1による半導体装置の製造方法を手順を追って示した図 (その 1)である。

[図 2B]実施例 1による半導体装置の製造方法を手順を追って示した図 (その 2)である。

[図 2C]実施例 1による半導体装置の製造方法を手順を追って示した図 (その 3)である。

[図 2D]実施例 1による半導体装置の製造方法を手順を追って示した図 (その 4)である。

[図 2E]実施例 1による半導体装置の製造方法を手順を追って示した図 (その 5)である。 [図 3]実施例 1による成膜方法を実施可能な CVD成膜装置の一例を示す図である。

[図 4]実施例 1による成膜方法を実施可能な ALD成膜装置の一例を示す図である。

[図 5]図 4の装置に用いる制御装置の構成を模式的に示した図である。

[図 6]図 4の装置を用いて成膜を行う方法を示すフローチャート（その 1)である。

[図 7]図 4の装置を用いて成膜を行う方法を示すフローチャート（その 2)である。

[図 8A]Cu拡散防止膜上に Cu膜を形成した状態を示す SEM写真 (その 1)である。

[図 8B]Cu拡散防止膜上に Cu膜を形成した状態を示す SEM写真 (その 2)である。

[図 9A]Cu拡散防止膜上に Cu膜を形成した状態を示す SEM写真 (その 3)である。

[図 9B]Cu拡散防止膜上に Cu膜を形成した状態を示す SEM写真 (その 4)である。

[図 10A]Cu拡散防止膜上に Cu膜を形成した状態を示す SEM写真 (その 5)である。

[図 10B]Cu拡散防止膜上に Cu膜を形成した状態を示す SEM写真 (その 6)である。符号の説明

10 CVD成膜装置

20 ALD成膜装置

11, 21 処理容器

12, 22 保持台

12A, 22A 加熱手段

13 供給部

13A ガス孔

23 シャワーヘッド部

23A, 23B, 24a, 29a インシユレータ

28 原料容器

28A 原料

32 高周波電源

10S, 20S 制御装置

HD1, HD2 記録媒体

15,16, 17,24,25, 26, 27, 29, 30, 31 ライン

15A, 16A, 17A, 25A, 25B, 26A, 26B, 27A, 30A, 30B, 31A, 31B ノルブ

25C, 26D, 30C, 31C 質量流量コントローラ

26C 気化器

101 シリコン酸ィ匕膜

102 配線層層

103, 106 絶縁層

104, 107 配線部

104a, 107a 溝部

104b, 107b ホール部

104A, 107A Cu拡散防止膜

104B, 107B 密着膜

発明を実施するための最良の形態

[0018] 次に、本発明の実施の形態に関して図面に基づき、以下に説明する。

実施例 1

[0019] 図 1は、本発明の実施例 1による成膜方法を示すフローチャートである。

[0020] 図 1を参照するに、まず、処理が開始されると、ステップ 1 (図中 S1と表記、以下同様）において被処理基板上に形成された、 Cu拡散防止膜上に、密着膜を形成する。例えば、当該 Cu拡散防止膜は、被処理基板上に形成された絶縁層のパターユング形状にそって形成されている。当該密着膜は、 Cu拡散防止膜と密着性が良好であつて、さらに後の工程で形成される、 Cu膜との密着性が良好である特徴を有している

[0021] 次に、ステップ 2で、前記ステップ 1で形成された密着膜上に Cu膜を形成し、例えば Cu配線を形成する。本ステップで Cu膜を形成して Cu配線を形成した後、必要に応じて、例えば CMP (化学機機械研磨）工程や、さらに CMP工程後にさらに上層の配線構造を形成するなどの工程を実施して、例えば多層配線構造を有する半導体装置を形成する。

[0022] 前記密着膜を構成する材料としては、 Ruを用いる場合があつたが、 Cu拡散防止膜と Cu膜との密着性を充分に改善するには至らず、また Cuの凝集を充分に抑制することが困難となっていた。

[0023] そこで、本実施例による成膜方法では、密着膜に Pdを含む膜を用いている。密着膜が Pdを含むようにすると、おもに密着膜と Cuの界面近傍において、活性な金属である Pdと Cuとの合金化が促進し、その結果当該密着膜と Cuの密着性が良好となると考えられる。また、密着膜に、特に Pdを用いた場合には、他の材料を用いた場合に比べてより密着性が良好となることが本発明の発明者により、見出された。この場合、 Cuの凝集が抑制され、エレクト口マイグレーション、ストレスマイグレーションが抑制されると考えられる。

[0024] また、本実施例による成膜方法を用いた場合、 Cu拡散防止膜の表面が Pdを含む密着膜で保護されるため、例えば Cu配線を形成する前に被処理基板が酸素を含む雰囲気に曝された場合に、 Cu拡散防止膜の酸ィ匕を防止することが可能となる。例えば、 Cu拡散防止膜に Taを含む膜を用いた場合、 Cu拡散防止膜が露出した状態で酸素を含む雰囲気に放置されると Taは容易に酸化され、 Cu拡散防止膜上には、 Ta の酸化物が形成されてしまう。 Taの酸化物は、 Cu膜との密着性が悪ぐ Cu膜を形成した場合に剥離の原因となってしまう懸念があり、また Taの酸ィ匕物が形成されることで Cu拡散防止膜の比抵抗が増大する場合がある。

[0025] 一方、 Pdを含む密着膜は、例えば Taと比べると酸化されにくぐまた、仮に酸化された場合でも、 Pdの酸ィ匕物は Taの酸ィ匕物に比べて比抵抗が小さいため、密着膜を含む Cu拡散防止膜の比抵抗の増大が抑制され、デバイス特性の劣化が抑制される効果を奏する。

[0026] 次に、本実施例による成膜方法を用いて、半導体装置を製造する一例を以下に示す。

[0027] 図 2A〜図 2Eは、図 1に示した成膜方法を用いて半導体装置を製造する一例を、手順を追つて示したものである。

[0028] まず、図 2Aを参照するに、シリコンからなる半導体基板 (被処理基板)上に形成された MOSトランジスタなどの素子（図示せず)を覆うように絶縁膜、例えばシリコン酸化膜 101が形成されている。当該素子に電気的に接続されている、例えばタンダステンカもなる配線層（図示せず）と、これに接続された、例えば Cuからなる配線層 102 が形成されている。

[0029] また、前記シリコン酸ィ匕膜 101上には、配線層 102を覆うように、第 1の絶縁層 103 が形成されている。前記絶縁層 103には、パターン形状である、例えば溝部 104aおよびホール部 104bが形成されている。前記溝部 104aおよびホール部 104bには、 C uにより形成された、トレンチ配線とビア配線カゝらなる配線部 104が形成され、これが前述の配線層 102と電気的に接続された構成となってヽる。

[0030] また、前記第 1の絶縁層 103と前記配線部 104の間には、当該第 1の絶縁層 103 の側には Cu拡散防止膜 104Aが、また前記配線部 104の側には Pdを含む密着膜 1 04Bが形成されている。前記 Cu拡散防止膜 104Aは、前記配線部 104から前記第 1 の絶縁層 103へ Cuが拡散するのを防止する機能を有する。さらに、前記配線部 104 および前記第 1の絶縁層 103の上を覆うように第 2の絶縁層 106が形成されて、る。本実施例では、前記第 2の絶縁層 106に、本発明による成膜方法を適用して、密着膜および Cu膜を形成する方法を示す。なお、前記配線部 104と前記密着膜 104B に関しても、以下に示す実施例に記載した方法で同様に形成することが可能である

[0031] 図 2Bに示す工程では、前記第 2の絶縁層 106に、パターン形状、例えば、溝部 10 7aおよびホール部 107bを、例えばドライエッチング法などによって形成する。

[0032] 次に図 2Cに示す工程において、前記溝部 107aおよび前記ホール部 107bの内壁面にそって前記第 2の絶縁層 106上、および前記配線部 104の露出面に、 Cu拡散防止膜 107Aの成膜を行う。前記 Cu拡散防止膜 107Aは、例えばこの場合 TaN膜よりなり、例えばスパッタ法などの方法により、形成することが可能である。

[0033] 次に、図 2Dに示す工程において、前記溝部 107aおよび前記ホール部 107bの内壁面にそって、前記 Cu拡散防止膜 107A上に、例えばスパッタ法などの PVD法により、 Pdを含む密着膜 107Bを形成する。また、当該密着膜 107Bは、 Pdに加えて、 Cu を含むようにしてもよぐ当該密着膜 107Bが Pdと Cuとを含むと、さらに当該密着膜 1 07Bと当該密着膜 107B上に形成される後述する Cu配線部との密着性が良好となる

[0034] また、当該密着膜 107Bは、様々な成膜方法で形成することが可能であり、 PVD法のほかに CVD法、被処理基板上に複数のガスを交互に供給する方法 (このような成膜方法を ALD法、 Atomic Layer Deposition法と呼ぶ場合もある）などによって形成することが可能である。このような前記密着膜 107Bを形成する装置や具体的な成膜方法の詳細に関しては図 3以下で後述する。

[0035] 次に図 2Eに示す工程において、 Cu膜を成膜し、前記溝部 107aおよび前記ホール部 107bを含む、前記密着膜 107Bの上に、前記溝部 107aおよび前記ホール部 1 07bを埋設するようにして、 Cuよりなる配線部 107を形成する。また、当該配線部 10 7は、様々な成膜方法で形成することが可能であり、 PVD法や CVD法、被処理基板上に複数のガスを交互に供給する方法 (ALD法）、もしくは、メツキ法によって、またはこれらのいずれかの方法を組み合わせることによって形成することが可能である。

[0036] この場合、前記密着膜 107B上に、まずシード層となる Cu膜を形成し、次に当該シード層上に Cu膜を埋設するようにして形成する方法がある。また、シード層を形成せずに Cu膜を埋設するようにして形成する方法もある。

[0037] また、当該シード層を形成する方法としては、例えば PVD法を用いることが可能であり、また CVD法を用いた場合にはカバレッジが良好となり好適であり、また被処理基板上に複数のガスを交互に供給する方法 (ALD法)を用いた場合にはカバレッジ力 Sさらに良好となり、さらに好適である。また、当該シード層を形成した後に Cu膜を埋設するように形成する方法としては、例えば、 PVD法、 CVD法、被処理基板上に複数のガスを交互に供給する方法 (ALD法)の他に、メツキ法を用いることも可能である。また、シード層を形成せずに、 Cu膜を埋設するようにして形成する方法を用いる場合、 PVD法、 CVD法、被処理基板上に複数のガスを交互に供給する方法 (ALD法 )の、ずれかの方法を用いることが可能である。

[0038] 従来は、 Cu拡散防止膜と Cu膜の密着性が悪いという問題があつたが、本実施例では当該問題を解決し、 Cuよりなる配線部の剥離の可能性が低ぐ信頼性の高い多層配線構造を形成することが可能となり、信頼性の高い半導体装置を形成することが可能となる。

[0039] また、本工程の後に、さらに前記第 2の絶縁層 106の上部に第 2+n(nは自然数）の絶縁層を形成し、それぞれの絶縁層に本発明による成膜方法を適用して Cuよりなる配線部などを形成することが可能である。

[0040] また、本実施例では、 Cu拡散防止膜には TaN力もなる積層膜を用いている力これに限定されるものではなぐ様々な Cu拡散防止膜を用いることが可能であり、例えば、 Taゝ TaN、 TaCNx、 W、 WN、 WCNx、 TiN、 TaSiN、および TiSiNよりなる群より選択されるヽずれかの材料を含む膜や、またはこれらの積層膜などを組み合わせて Cu拡散防止膜として用いることが可能である。これらの Cu拡散防止膜を用いた場合に、本実施例による Pdを含む密着膜は、 Cu配線部と当該 Cu拡散防止膜の密着力を良好とする効果を奏する。

[0041] また、前記第 1の絶縁層 103または前記第 2の絶縁層 106には、様々な材料を用いることが可能であり、例えば、シリコン酸ィ匕膜 (SiO膜)、フッ素添加シリコン酸ィ匕膜 (S

2

iOF膜)、 SiCO膜、ポリマー膜などの有機高分子膜、またはこれらの膜を多孔質とした多孔質膜 (ポーラス膜)などを用いることが可能である。

[0042] 次に、前記密着膜 107Bを成膜する成膜装置の例について、図 3〜図 4に基づき、説明する。

[0043] 図 3は、本実施例による密着膜を成膜することが可能な成膜装置の一例である、 C

VD成膜装置 10を模式的に示した図である。

[0044] 図 3を参照するに、 CVD成膜装置 10は、例えば、上部が開口した、略円筒形の処理容器 11と、当該処理容器 11の開口部を塞ぐように、当該処理容器 11上に設置された、例えば、いわゆるシャワーヘッド構造を有する供給部 13を有している。

[0045] 前記処理容器 11と前記供給部 13によって画成される、前記処理容器 11内部の空間である処理空間 11Aの底部には、例えば半導体ウェハなどの被処理基板 Wを保持する保持台 12が設置されている。前記保持台 12は、例えばヒータなどの加熱手段

12Aを有し、被処理基板を加熱する構造となっている。

[0046] 前記処理容器 11の底部には、排気口 11Bに接続された、例えば真空ポンプなどの排気手段 14が設置され、前記処理空間を排気することが可能に構成され、前記処理空間は、例えば、減圧状態となるように排気される。

[0047] 前記供給部 13には、バルブ 15Aが付された供給ライン 15が接続され、さらに当該供給ライン 15には、バルブ 16Aが付され、成膜ガス源 16Bに接続された成膜ガス供給ライン 16と、バルブ 17Aが付され、還元ガス源 17Bに接続された還元ガスライン 1 7とがそれぞれ接続されて、る。

[0048] 例えば、前記処理空間 11Aに成膜ガスを供給する場合には、前記バルブ 16A、 1 5Aを開放して、前記成膜ガス源 16Bから前記供給部 13を介して成膜ガスを供給する。同様に、前記処理空間 11Aに還元ガスを供給する場合には、前記ノレブ 17A, 15 Aを開放して、前記還元ガス源 17Bから前記供給部 13を介して還元ガスを供給する。

[0049] このようにして供給された成膜ガスと還元ガスが、加熱された被処理基板上で反応し、当該被処理基板上に密着膜を形成することが可能となる。

[0050] また、例えば、前記供給部 13や前記保持台 12には、高周波電力が印加されるようにしてもよい。

[0051] 例えば、被処理基板上の Cu拡散防止膜上に Pdを含む密着膜の一例として、例えば、 Pd膜を形成する場合、前記成膜ガスとして、 Pd(Mac) 、 (C H ) Pd(allyl)、お

2 5 5

よび Pd(allyl) のいずれか、また、例えば還元ガスとしては、 Hを用いることが可能

2 2

である。また、 CVD成膜装置にて用いる成膜ガスは、常温 ·常圧では液体のものや固体のものを気化または昇華して用いることが可能であり、これらの成膜に係る原料をプリカーサと呼ぶ場合がある。

[0052] また、上記の成膜ガスと還元ガスを用いて形成された Pd膜は、僅かな不純物（例えば僅かな有機物など)を含む場合もあるが、このような場合も含めて本実施例では Pd 膜と定義している。また、当該 Pd膜に必要に応じて様々な添加物を添加して用いることも可能である力 Cu配線部との密着力を確保するためには、密着膜は Pdを主成分とすることが好ましい。

[0053] また、前記 CVD成膜装置 10の、成膜に係る動作は、図示を省略する記憶媒体とコンピュータを内蔵した制御装置 10Sにより、制御される。例えば、バルブ 15A, 16A, 17Aなどの開閉や、前記加熱手段 12Aの温度制御などの動作などは、前記制御装置 10Sによって制御される。

[0054] また、このような CVD成膜装置は、例えば Cu拡散防止膜や、 Cu膜を形成する場合にも用いることが可能である。 [0055] 例えば、 Cu膜を形成する場合には、成膜ガスとして、 Cu(Mac) 、 Cu(acac) 、 Cu

2 2

(dpm)、 Cu (dibm)、 Cu(ibpm) 、 Cu (edmdd) 、 Cu (hfac)TMVSゝおよび、 Cu

2 2 2 2

(Mac) CODよりなる群より選択されるいずれかを用いることが可能である。例えば前記 CVD装置 10では、 Cu配線部を形成する場合に、シード層の形成や、シード層形成後の埋め込みに用いることが可能でありまたはシード層を形成する事無く埋め込みにより Cu配線部を形成することもできる。

[0056] 次に、図 4には、本実施例による密着膜を成膜することが可能な成膜装置の一例である、 ALD成膜装置 20を模式的に示す。

[0057] 図 4を参照するに、 ALD成膜装置 20の概略は、内部に被処理基板 Wを収納する処理容器 21を有し、当該処理容器 21内に形成される処理空間 21Aの被処理基板上に、ガスライン 24およびガスライン 29を介して、それぞれ成膜ガスおよび還元ガスが供給される構造になって、る。

[0058] 前記処理空間 21Aには、ガスライン 24とガスライン 29より、成膜ガスと還元ガスを交互に供給することで、被処理基板の反応表面への吸着を経由して原子層'分子層に近いレベルで成膜を行ない、これらの工程を繰り返し、いわゆる ALD法により、被処理基板 W上に所定の厚さの薄膜を形成することが可能となっている。このような ALD 法で形成された膜は、成膜温度が低温でありながら、不純物が少なく高品質な膜質が得られると同時に、微細パターンに成膜するにあたっては、良好なカバレッジ特性を得ることができる。

[0059] 次に、当該成膜装置 20の詳細についてみると、前記処理容器 21の内部には略円板状の基板保持台 22が設置され、前記基板保持台 22の中心には被処理基板である半導体被処理基板 Wが載置される。前記基板保持台 22には例えばヒータよりなる加熱手段 22Aが内蔵されて前記被処理基板 Wを所望の温度に加熱することが可能な構造となっている。

[0060] 前記基板処理容器 21内の処理空間 21Aは、排気口 21Bに接続される、図示しない排気手段により真空排気され、前記処理空間 21Aを減圧状態とすることが可能である。また、前記被処理基板 Wは、前記処理容器 21に設置された図示しないゲートバルブより前記処理容器 21内に搬入もしくは搬出される。 [0061] また、前記処理容器 21内には、前記基板保持台 22に対向するように、例えばニッケルゃアルミニウムなど力もなる略円筒状のシャワーヘッド部 23が設置されており、前記シャワーヘッド部 23の側壁面および当該シャワーヘッド部 23と前記処理容器 2 1の間には、例えば石英や SiN、 A1Nなどのセラミックなどからなるインシユレータ 23 Aが設けられている。

[0062] また、前記シャワーヘッド部 23上の、前記処理容器 21の壁面には開口部が設けられて、絶縁体からなるインシユレータ 23Bが設置されている。前記インシユレータ 23B には、高周波電源 32に接続された導入線 32Aが挿通され、前記導入線 32Aは前記シャワーヘッド部 23に接続されて、前記導入線 32Aによって前記シャワーヘッド部 2 3には高周波電源が印加される構造となっている。

[0063] また、前記処理空間 21Aに、成膜ガスを供給する前記ガスライン 24と、前記処理空間 21 Aに、還元ガスを供給するガスライン 29は、前記シャワーヘッド部 23に接続され、成膜ガスと還元ガスは、当該シャワーヘッド部 23を介して前記処理空間 21Aに供給される構造になっている。また、前記ガスライン 24およびガスライン 29にはそれぞれ、インシユレータ 24aおよび 29aが挿入されており、ガスラインが高周波電力から隔絶される構造になっている。

[0064] また、前記ガスライン 24には、当該ガスライン 24に成膜ガスを供給するライン 26と、当該ガスライン 24に、例えばパージガスまたはキャリアガスなどを供給するガスライン 25が接続されている。

[0065] 一方、前記ガスライン 29には、当該ガスライン 29に還元ガスを供給するガスライン 3 0と、当該ガスライン 29に、例えばパージガスなどを供給するガスライン 31が接続されている。

[0066] まず、前記ガスライン 26についてみると、当該ガスライン 26は、例えば、 Pd (Hfac) などの、原料 (プリカーサ） 28Aが保持された原料容器 28に接続されており、また前

2

記ガスライン 26には、例えば液体質量流量コントローラ 26Dと、気ィ匕器 26C、バルブ 26 A、バルブ 26Bが設置されている。当該原料容器 28には、バルブ 27Aが付されたガスライン 27が接続され、例えば Heなどの不活性ガスを前記原料容器 28に導入し、原料 28Aを前記ガスライン 26側に押し出すことが可能になっている。前記ライン 26 に供給された、例えば液体よりなる原料は、前記液体質量流量コントローラ 26Dによつて流量が制御され、さらに前記気化器 26Cによって気化され、成膜ガスとなる。

[0067] また、前記ガスライン 25には、質量流量コントローラ 25Cと、バルブ 25A、 25Bが付され、図示を省略する、例えば Arなどのガス供給源に接続されている。前記ガスライン 24からは、前記ガスライン 25から供給される Arなどのキャリアガスと共に、前記ガスライン 26から供給される成膜ガス力前記シャワーヘッド部 23を介して前記処理空間 21 Aに供給される構造になっている。

[0068] 一方、前記ガスライン 29に接続された、前記ガスライン 30には、図示を省略する、還元ガスである例えば Hガスの供給源が接続され、質量流量コントローラ 30Cと、バ

2

ルブ 30A、 30Bが付されて、前記ガスライン 29に供給される還元ガスの流量が制御される構造になっている。

[0069] また、前記ガスライン 29にパージガスを供給するための前記ガスライン 31には、パージガスである、例えば、 Arガスの供給源が接続され、質量流量コントローラ 31Cと、バルブ 31 A, 31Bが付され、供給されるパージガスの流量が制御される構造になつている。

[0070] また、被処理基板上の Cu拡散防止膜上に形成される密着膜の一例として、例えば、 Pd膜を形成する場合、前記成膜ガスとして、 Pd(Mac) 、 (C H ) Pd (allyl)、およ

2 5 5

び Pd (allyl) のいずれか、また、例えば還元ガスとしては、 Hを用いることが可能で

2 2 ある。また、 ALD成膜装置にて用いる成膜ガスは、常温 ·常圧では液体のものや固体のものを気化または昇華して用いることが可能であり、これらの成膜に係る原料をプリカーサと呼ぶ場合がある。この場合、必要に応じてプリカーサを気化または昇華して用いればよい。

[0071] また、このような ALD成膜装置は、例えば Cu拡散防止膜や、 Cu膜を形成する場合にも用いることが可能である。

[0072] 例えば、 Cu膜を形成する場合には、成膜ガスとして、 Cu(Mac) 、 Cu(acac) 、 Cu

2 2

2 2 2 2

(Mac) CODよりなる群より選択されるいずれかを用いることが可能である。例えば前記成膜装置 20では、 Cu配線部を形成する場合に、シード層を形成することや、またはシード層を形成する事無く埋め込みにより Cu配線部を形成することが可能である。

[0073] また、前記成膜装置 20の、成膜に係る動作は、記憶媒体と、コンピュータ (CPU)を内蔵した制御装置 20Sにより、制御される。例えば、バルブ 25A, 25B, 26A, 26B , 27A, 30A, 30B, 31A, 31Bの開閉や、前記加熱手段 22Aの温度制御や前記高周波電源 32の動作などは、前記制御装置 20Sによって制御される。また、前記制御装置 20Sの動作は記憶媒体に記憶されたプログラムにより行われる構造になっている。

[0074] 図 5は、前記制御装置 20Sの構造を模式的に示した図である。図 5を参照するに、前記制御装置 20Sは、 CPU (コンピュータ） Cと、メモリ M、例えばノヽードディスクなどの記憶媒体 H、取り外し可能な記憶媒体である記憶媒体 R、およびネットワーク接続手段 Nを有し、さらにこれらが接続されるバス Buを有しており、当該バス Buは、例えばバルブや加熱手段と接続される構造となっている。前記記憶媒体 Hには、成膜装置を動作させるプログラムが記録されている力当該プログラムは、例えば記憶媒体 R,またはネットワーク接続手段 NTを介して入力することも可能である。

[0075] 例えば、前記 ALD成膜装置 20を用いて、密着膜や Cu膜などの成膜を行う場合には、前記記憶媒体 Hに記録されたプログラム (これをレシピと呼ぶ場合がある）によつて前記制御装置 20Sが ALD成膜装置 20を、以下に示すように動作させる。

[0076] 例えば、前記 ALD成膜装置 20によって、密着膜を形成する場合の、具体的な動作を示すフローチャートを、図 6および図 7に示す。

[0077] まず、図 6を参照するに、成膜処理が開始されると、ステップ 100おいて、前記バルブ 25A, 25B, 26A, 26B, 27Aが開放され、気化した前記原料 28A力前記ガスライン 25から供給される Arと共に、前記ガスライン 24を介して、前記処理空間 21Aに供給される。

[0078] 本ステップにおいて、成膜ガスである、例えば Pd (Mac) が被処理基板上に供給さ

2

れることで、被処理基板上に前記成膜ガスが吸着される。

[0079] 次に、ステップ 200で、前記バルブ 25A, 25B, 26A, 26B, 27Aを閉じて前記処理空間 21 Aへの成膜ガスの供給を停止し、前記被処理基板上に吸着して!/ヽな、、未吸着で前記処理空間 21Aに残留して、た成膜ガスを、前記排気口 21Bより前記処理容器 21Aの外へと排出する。この場合、前記ノレブ 25A, 25B、および前記バルブ 31A, 31B、を開放して、それぞれ前記ガスライン 24およびガスライン 29からパージガスとして Arを導入して、前記処理空間 21Aをパージしてもよい。この場合、速やかに残留した成膜ガスが処理空間より排出される。所定の時間のパージが終了後、前記バルブ 25A, 25B、および前記バルブ 31 A、 3 IBを閉じる。

[0080] 次に、ステップ 300において、前記バルブ 30A, 30Bを開放し、前記質量流量コントローラ 30Cで流量を制御することで、還元ガスである Hガスが前記ガスライン 29より

2

前記処理空間 21 Aに供給され、被処理基板 W上に吸着してヽる前記成膜ガス (Pd ( hfac) )と反応し、例えば被処理基板上に形成された Cu拡散防止膜上に Pd膜が形

2

成される。

[0081] 次に、ステップ 400で、前記バルブ 30A, 30Bを閉じて前記処理空間 21Aへの還元ガスの供給を停止し、前記被処理基板上の前記成膜ガスと反応して!/ヽな、前記処理空間 21Aに残留していた還元ガスを、前記排気口 21Bより前記処理容器 21 Aの外へと排出する。この場合、前記バルブ 25A, 25B、および前記バルブ 31 A, 31B、を開放して、それぞれ前記ガスライン 24およびガスライン 29からパージガスとして Ar を導入して、前記処理空間 21 Aをパージしてもよい。この場合、速やかに残留した還元ガスや、または副生成物など力処理空間より排出される。所定の時間のパージが終了後、前記バルブ 25A, 25B、および前記バルブ 31A, 31Bを閉じる。

[0082] 次に、ステップ 500にお、ては、被処理基板上に必要な膜厚の薄膜を形成するために、必要に応じて成膜工程を再びステップ 100に戻し、所望の膜厚となるまでステップ 100〜400力らなる、いわゆる ALD法による成膜工程である工程を繰り返した後に、成膜を終了する。

[0083] このような ALD法によって形成された膜は、膜中不純物が少なく膜質が良好であり、またパターン形状に成膜する場合のカバレッジが良好である特長を有して、る。

[0084] また、上記の図 6に示した成膜方法は、図 7に示すように変更することも可能である。図 7は、図 6に示した成膜方法の変更例を示したフローチャートである。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。

[0085] 図 7を参照するに、本図に示す成膜方法では、図 6のステップ 300に相当するステップ 300Aにおいて、ステップ 300で行われる動作に加えてさらに、前記高周波電源 32より前記シャワーヘッド部 23に高周波電力を印加して、前記処理空間 21Aにてプラズマ励起を行っている。この場合、前記処理空間の Hが解離されて、 H+ZH* (水

2

素イオンと水素ラジカル）となるため、被処理基板 W上に吸着している前記成膜ガス（ Pd (hfac) )との反応が促進され、効率よく Pd膜を形成することが可能となる。このよ

2

うに、必要に応じて前記高周波電力 32より高周波電力を印加し、処理空間にプラズマを励起することでガスが解離されるようにしてもょ、。

[0086] 次に、本実施例による成膜方法を用いて、 Cu拡散防止膜上に Cu膜を形成した場合の SEM (走査型電子顕微鏡)写真を示す。

[0087] 図 8Aは、シリコン酸ィ匕膜 (SiO膜)上に Cu拡散防止膜である TaN膜を形成し、当

2

該 TaN膜上に、本実施例による成膜方法を用いて、プリカーサに Pd (Mac) を用い

2 て、密着膜である Pd膜を形成し、当該密着膜上に Cu膜を形成した場合の断面 SEM 写真であり、図 8Bは、図 8Aに示す構造を斜め方向（Cu膜側)からみた SEM写真である。

[0088] 図 8A,図 8Bを参照するに、 Cu拡散防止膜上に、剥がれや凝集が抑制されて、良好に Cu膜が形成されて、る様子がわかる。

[0089] また、図 9Aはシリコン酸ィ匕膜上に Cu拡散防止膜である TaZTaN膜を形成し、当該 TaZTaN膜上に、 Cu膜を形成した場合の、すなわち密着膜を形成しない場合の断面 SEM写真であり、図 9Bは、図 9Aに示す構造を斜め方向（Cu膜側)からみた S

EM写真である。

[0090] 図 9A,図 9Bを参照するに、 Cu拡散防止膜上に密着膜が形成されていない場合には、例えば当該 SEM写真にみられるように Cuの凝集が生じる場合があり、また Cu 拡散防止膜と Cu膜の密着性を確保することが困難であることがわかる。また、この場合には、エレクト口マイグレーション耐性に問題が生じる場合がある。

[0091] また、図 10Aは、シリコン酸ィ匕膜上に Cu拡散防止膜である TaN膜を形成し、当該 T aN膜上に、 Ru膜を形成し、当該 Ru膜上に Cu膜を形成した場合の断面 SEM写真であり、図 10Bは、図 10Aに示す構造を斜め方向（Cu膜側）からみた SEM写真である。 [0092] 図 10A,図 10Bを参照するに、 Cu拡散防止膜上に Ru膜が形成され、当該 Ru膜上に Cu膜が形成されて、る場合、密着膜が形成されて、な、場合にくらベて Cuの凝集が改善しているもののその効果は充分ではなぐ凝集により島状に形成された Cu が観察され、このような状態では Cu拡散防止膜と Cu膜の密着性を確保することが困難であることが容易に推測できる。また、このように形成された Cu膜の場合、エレクト口マイグレーション耐性に問題が生じる可能性がある。

[0093] 上記の図 8A,図 8B,図 9A,図 9B,図 10A,および図 10Bからわかるように、本実施例による成膜方法によって Pdを含む密着膜を形成することにより、 Cu拡散防止膜に Cu膜を形成する場合の Cuの凝集が抑制され、そのために Cu膜と Cu拡散防止膜の密着性が良好となる効果を奏することがわかる。また、この場合、エレクト口マイダレーシヨンやストレスマイグレーションに対する耐性も改善されると推察される。

[0094] 以上、本発明を好ましい実施例について説明したが、本発明は上記の特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内にお、て様々な変形 ·変更が可能である。

産業上の利用可能性

[0095] 本発明によれば、半導体装置の Cu拡散防止膜と Cu配線との密着力を良好とすることが可能となり、半導体装置の信頼性を良好とすることが可能となる。

Claims

請求の範囲

[I] 被処理基板上に Cu膜を成膜する成膜方法であって、

前記被処理基板上に形成された Cu拡散防止膜上に密着膜を形成する第 1の工程と、

前記密着膜上に前記 Cu膜を成膜する第 2の工程と、を有し、

前記密着膜は Pdを含むことを特徴とする成膜方法。

[2] 前記密着膜は、 Cuを含むことを特徴とする請求項 1記載の成膜方法。

[3] 前記 Cu拡散防止膜は、前記被処理基板上に形成された絶縁膜を覆うように形成されて!ヽることを特徴とする請求項 1記載の成膜方法。

[4] 前記絶縁膜にはパターン形状が形成されており、前記 Cu拡散防止膜は当該バターン形状にそって形成されていることを特徴とする請求項 3記載の成膜方法。

[5] 前記密着膜は、 PVD法により成膜されることを特徴とする請求項 1記載の成膜方法

[6] 前記密着膜は、成膜ガスと還元ガスを用いた CVD法により成膜されることを特徴とする請求項 1記載の成膜方法。

[7] 前記成膜ガスは、 Pd(Mac) 、 (C H ) Pd(allyl)、および Pd (alM)のいずれかで

2 5 5 2

あることを特徴とする請求項 6記載の成膜方法。

[8] 前記第 1の工程は、

前記被処理基板上に成膜ガスを供給する成膜ガス工程と、

前記被処理基板上カゝら当該成膜ガスを除去する成膜ガス除去工程と、前記被処理基板上に還元ガスを供給する還元ガス工程と、

前記被処理基板上力当該還元ガスを除去する還元ガス除去工程と、を有することを特徴とする請求項 1記載の成膜方法。

[9] 前記成膜ガスは、 Pd(Mac) 、 (C H ) Pd(allyl)、および Pd (alM) のいずれかで

2 5 5 2

あることを特徴とする請求項 8記載の成膜方法。

[10] 前記還元ガスは、プラズマ励起して用いられることを特徴とする請求項 8記載の成膜方法。

[II] 前記第 2の工程は、前記被処理基板上に Cu成膜ガスを供給する Cu成膜ガス工程と、前記被処理基板上カゝら当該 Cu成膜ガスを除去する Cu成膜ガス除去工程と、前記被処理基板上に Cu還元ガスを供給する Cu還元ガス工程と、

前記被処理基板上から当該 Cu還元ガスを除去する Cu還元ガス除去工程と、を有することを特徴とする、請求項 1記載の成膜方法。

[12] 前記 Cu成膜ガスは、 Cu (Mac) 、 Cu (acac) 、 Cu (dpm)、 Cu(dibm) 、 Cu (ibp

2 2 2 2 m) 、Cu (edmdd) 、 Cu (Mac)TMVS、および、 Cu (Mac) CODよりなる群より選

2 2

択されることを特徴とする請求項 11記載の成膜方法。

[13] 前記 Cu還元ガスは、プラズマ励起して用いられることを特徴とする請求項 11記載の成膜方法。

[14] Cu配線部を有する半導体装置の製造方法であって、

被処理基板上の絶縁層に形成されたパターン形状にそって形成された Cu拡散防止膜上に、密着膜を形成する第 1の工程と、

前記密着膜上に前記 Cu配線部を形成する第 2の工程と、を有し、

前記密着膜は Pdを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。

[15] 前記密着膜は、 Cuを含むことを特徴とする請求項 14記載の半導体装置の製造方法。

[16] 前記密着膜は、 PVD法により成膜されることを特徴とする請求項 14記載の半導体装置の製造方法。

[17] 前記密着膜は、成膜ガスと還元ガスを用いた CVD法により成膜されることを特徴とする請求項 14記載の半導体装置の製造方法。

[18] 前記成膜ガスは、 Pd(Mac) 、 (C H ) Pd(allyl)、および Pd (alM) のいずれかで

2 5 5 2

あることを特徴とする請求項 17記載の半導体装置の製造方法。

[19] 前記第 1の工程は、

前記被処理基板上に成膜ガスを供給する成膜ガス工程と、

前記被処理基板上力当該還元ガスを除去する還元ガス除去工程と、を有することを特徴とする請求項 14記載の半導体装置の製造方法。

[20] 前記成膜ガスは、 Pd(Mac) 、 (C H ) Pd(allyl)、および Pd (allyl) のいずれかで

2 5 5 2

あることを特徴とする請求項 19記載の半導体装置の製造方法。

[21] 前記還元ガスは、プラズマ励起して用いられることを特徴とする請求項 19記載の半導体装置の製造方法。

[22] 前記第 2の工程は、

前記被処理基板上に Cu成膜ガスを供給する Cu成膜ガス工程と、

前記被処理基板上カゝら当該 Cu成膜ガスを除去する Cu成膜ガス除去工程と、前記被処理基板上に Cu還元ガスを供給する Cu還元ガス工程と、

前記被処理基板上から当該 Cu還元ガスを除去する Cu還元ガス除去工程と、を有することを特徴とする、請求項 14記載の半導体装置の製造方法。

[23] 前記 Cu成膜ガスは、 Cu (Mac) 、 Cu (acac) 、 Cu (dpm)、 Cu(dibm) 、 Cu (ibp

2 2

択されることを特徴とする請求項 22記載の半導体装置の製造方法。

[24] 前記 Cu還元ガスは、プラズマ励起して用いられることを特徴とする請求項 22記載の半導体装置の製造方法。

[25] 被処理基板上に形成された絶縁層と、

前記絶縁層中に形成された Cu配線部と、

前記絶縁層と前記 Cu配線部の間に形成された Cu拡散防止膜と、を有する半導体装置であって、

前記 Cu配線部と前記 Cu拡散防止膜の間に Pdを含む密着膜を有することを特徴とする半導体装置。

[26] 前記密着膜は、 Cuを含むことを特徴とする請求項 25記載の半導体装置。

[27] 前記 Cu拡散防止膜は、 Ta、 TaN、 TaCNx、 W、 WN、 WCNx、 TiN、 TaSiN、および TiSiNよりなる群より選択されるいずれかの材料を含むことを特徴とする請求項 2

5記載の半導体装置。

[28] 前記絶縁層は、シリコン酸ィ匕膜、フッ素添加シリコン酸ィ匕膜、 SiOC膜、有機高分子膜、および多孔質膜の!ヽずれかを含むことを特徴とする請求項 25記載の半導体装置。

[29] 被処理基板上に形成された Cu拡散防止膜と Cu配線部との間に、 Pdを含む密着膜を形成する、成膜装置による成膜方法をコンピュータに動作させるプログラムであつて、

前記被処理基板上に成膜ガスを供給する成膜ガス工程と、

前記被処理基板上力当該還元ガスを除去する還元ガス除去工程と、を有することを特徴とするプログラム。

[30] 前記成膜ガスは、 Pd(Mac) 、 (C H ) Pd(allyl)、および Pd (alM)のいずれかで

2 5 5 2

あることを特徴とする請求項 29記載のプログラム。

[31] 前記還元ガスは、プラズマ励起して用いられることを特徴とする請求項 29記載のプログラム。

[32] 請求項 29記載のプログラムを記憶した記録媒体。

[33] 被処理基板上に形成された Cu拡散防止膜と Cu配線部との間に、 Pdを含む密着膜を形成する、成膜装置であって、

前記被処理基板上に成膜ガスを供給する成膜ガス工程と、

前記被処理基板上力当該還元ガスを除去する還元ガス除去工程と、を実行する制御装置を備えた成膜装置。