DE102006039001B4 - Verfahren zum Herstellen einer mehrschichtigen Verbindungsstruktur - Google Patents

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Abstract

Ein Verfahren zum Herstellen einer mehrschichtigen Verbindungsstruktur, enthaltend:
Ausbilden eines Films auf einer Arbeitsoberfläche;
Ausbilden einer Verbindung; und
Unterziehen der Oberfläche der auf der Arbeitsoberfläche ausgebildeten Verbindung einer Reduktionsbehandlung unter Verwenden eines Verfahrens zum Reduzieren eines Metalloxids, welches Verfahrenumfaßt:Hydrolysieren eines Dampfs, der wenigstens einen Carbonsäureester enthält, durch einen Wasserdampf, um dadurch ein oxidiertes Metall zu reduzieren.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Bereich der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein zuverlässiges, effizientes Verfahren zum Reduzieren von oxidiertem Metall; eine mehrschichtige Verbindungsstruktur mit verkleinertem Verbindungswiderstand, bei dem parasitäre Kapazitäten zwischen Verbindungen durch das Verfahren verkleinert werden können, und ein effizientes Herstellungsverfahren dafür; und eine Halbleitervorrichtung mit hoher Geschwindigkeit und großer Zuverlässigkeit, die die mehrschichtige Verbindungsstruktur aufweist, und ein effizientes Herstellungsverfahren dafür. Genauer ausgedrückt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Reduzieren von Kupferoxid zum effizienten, zuverlässigen und kostengünstigen Reduzieren von Kupferverbindungen während der Ausbildung einer mehrschichtigen Verbindungsstruktur einer integrierten Halbleiterschaltung.
  • Beschreibung des Stands der Technik
  • Mit Zunahme des Integrationsgrads von integrierten Halbleiterschaltungen und der Chipdichte hat insbesondere auch eine Nachfrage danach zugenommen, eine mehrschichtige Struktur von Halbleiterchips bereit zu stellen. Vor diesem Hintergrund ist der Abstand zwischen benachbarten Verbindungen, oder Verbindungsabstand, kleiner und kleiner geworden, was zu einem Problem von Verbindungsverzögerung aufgrund von vergrößerten Kapazitäten zwischen Verbindungen führt. Hier wird die Verbindungsverzögerung (T) repräsentiert durch die Gleichung T ∝ RC, was bedeutet, dass (T) beeinflusst wird durch den Verbindungswiderstand (R) und die Kapazität zwischen benachbarten Verbindungen (C). Die Beziehung zwischen Permittivität (ε) und Kapazität (C) wird repräsentiert durch die Gleichung C = ε0εr·S/d (wobei S eine Elektrodenfläche ist, ε0 die Permittivität des Vakuums ist, εr die Permittivität eines Isolierfilms, und d der Verbindungsabstand ist). Die Verringerung der Kapazität (C) kann erzielt werden durch Verringern der Verbindungsdicke und Elektrodenfläche, jedoch verursacht Verringern der Verbindungsdicke eine Vergrößerung bei dem Verbindungswiderstand (R), was es unmöglich macht, eine Beschleunigung der Vorrichtung zu erzielen. Folglich ist Verringern sowohl der Permittivität von Isolierfilmen als auch des Verbindungswiderstands der wirksame Weg, um eine Beschleunigung durch Minimierung der Verbindungsverzögerung (T) zu erzielen.
  • In einer Halbleitervorrichtung mit einer mehrschichtigen Verbindungsstruktur wurde der Abstand zwischen benachbarten Verbindungen mit der jüngeren Entwicklung zu einem erhöhten Grad an Integration von integrierten Halbleiterschaltungen und größerer Chipdichte kleiner und kleiner, was somit zu einer vergrößerten Impedanz von Metallverbindungen aufgrund elektrostatischer Induktion führt. Aus diesem Grund gibt es große Bedenken dahin, dass sich die Antwortgeschwindigkeit verringern und der Energieverbrauch erhöhen wird. Um dieses Problem zu vermeiden ist es notwendig, die Permittivitäten von Zwischenschicht-Isolierfilmen auf so klein wie möglich zu verkleinern, die zwischen dem Halbleitersubstrat und metallischen Verbindungen oder zwischen Verbindungsschichten bereitgestellt sind.
  • Materialien für konventionelle Isolierfilme schließen anorganische Materialien, wie beispielsweise Siliciumdioxid (SiO2), Siliciumnitrid (SiN) und Phosphorsilikatglas (PSG), und hochmolekulare organische Materialien, wie beispielsweise Polyimide, ein. Der CVD-SiO2-Film, ein Isolierfilm, der häufig in Halbleitervorrichtungen verwendet wird, weist jedoch eine große Permittivität von 4 auf. Des Weiteren weist der SiOF-Film, ein Isolierfilm, der als ein Kandidat für einen CVD-Film mit kleiner Permittivität untersucht wurde, eine kleine Permittivität von 3,3 bis 3,5 auf, ist aber stark hygroskopisch; daher besitzt er das Problem, dass die Permittivität mit der Zeit größer wird.
  • Darüber hinaus ist zum Beispiel ein poröser, auf Siliciumdioxid basierender Film mit kleiner Permittivität als Film mit kleiner Permittivität vorgeschlagen worden (siehe offengelegte Japanische Patentanmeldung ( JP-A) Nr. 2004-153147 ). Das Herstellungsverfahren für diesen porösen Film beinhaltet einen Schritt zum Ausbilden von Poren, bei dem thermisch zersetzbare Komponenten (z. B. organische Harze, die durch Wärme verdampft oder zersetzt werden) einem Filmausbildungsmaterial zugegeben werden, und nach einem Aufbringen eines Films durch Wärme verdampft oder zersetzt werden, um dadurch Poren darin auszubilden. So ist es möglich, eine weitere Verkleinerung der Permittivität zu erzielen.
  • Die Porengröße dieser Art von porösem Film ist jedoch groß –10 nm oder größer, wenn er unter Verwendung der gegenwärtig verfügbaren Verfahren hergestellt wird. Aus diesem Grunde führt eine Vergrößerung der Porosität für eine verkleinerte Permittivität zu dem Problem einer vergrößerten Permittivität und/oder reduzierten Filmfestigkeit, die durch Feuchtigkeitsabsorption verursacht werden. Obwohl darüber hinaus organische Polymerfilme als Filme mit exzellenter Feuchtigkeitsbeständigkeit genannt werden können, weisen sie eine niedrige Glasübergangstemperatur von 200°C bis 350°C auf und ist ihr thermischer Ausdehnungskoeffizient groß. Aus diesem Grunde weisen sie ein Problem dahin auf, dass sie Verbindungen beschädigen können.
  • Da der Verbindungswiderstand umgekehrt zu dem Verbindungsvolumen kleiner wird, kann eine Vergrößerung des Verbindungswiderstands im Zusammenhang mit feineren Verbindungen nicht vermieden werden. In vergangenen Jahren sind jedoch Einflüsse des Kontaktwiderstands von Durchgängen, durch die vertikal benachbarte Verbindungen einer mehrschichtigen Verbindungsstruktur miteinander verbunden sind, ein größeres Problem geworden, als diese Vergrößerung des Verbindungswiderstands. Genauer ausgedrückt wird die Oberfläche der Verbindungen, die mit den Durchgängen verbunden werden sollen, in unvorteilhafter Weise oxidiert, wodurch ihr Kontaktwiderstand vergrößert ist.
  • Um dieses Problem zu lösen, muss an der Oberfläche der Verbindungen, die mit den Durchgängen verbunden werden sollen, vorhandenes Kupferoxid zu Kupfer reduziert werden. Jedoch können konventionelle Herangehensweisen mit Tempern unter reduzierender Gasatmosphäre (z. B. Ammoniakgas und Wasserstoffgas) keine zufrieden stellende Reduktion erzielen.
  • Auch können Reduktionsverfahren unter Verwenden von Ammoniakplasma oder Wasserstoffplasma verwendet werden; derartige Verfahren beschädigen jedoch Isolierfilme mit kleiner Permittivität, was eine vergrößerte Permittivität zur Folge hat.
  • Des Weiteren wurde ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem eine organische Säure, wie beispielsweise Ameisensäure oder Essigsäure vergast wird und das resultierende Gas als reduzierendes Gas verwendet wird.
  • Wenn Verbindungen ausgebildet werden durch Aufbringen von Metall, wie beispielsweise Kupfer auf der Oberfläche eines Siliciumwafers oder dergleichen, unter Verwenden einer CVD-Apparatur bei diesem Verfahren, wird auch ein dünner Metallfilm auf der Innenwand der Kammer ausgebildet. Dieser dünne Metallfilm wird durch das reduzierende Gas chelatiert, sublimiert und aus der Kammer abgeführt bzw. ausgeblasen.
  • Dieses Verfahren ist jedoch nur zur Entfernung des dünnen Metallfilms gedacht, der an der Innenwand der Kammer haftet; diese Patentliteratur offenbart nicht oder legt nicht ein Verfahren nahe zum Reduzieren der Oberfläche von oxidierten Verbindungen und seiner Wirkungen.
  • Im Gegensatz zu dem vorerwähnten Plasmareduktionsverfahren kann dieses Verfahren Reduktion der Oberfläche von Verbindungen erzielen, die auf einem Siliciumwafer oder dergleichen ausgebildet sind, ohne die Permittivitäten von Filmen zu vergrößern, obwohl es schwierig ist, die Reduktionsgeschwindigkeit zu steuern, da die Reduktionsreaktion rasch abläuft. Darüber hinaus hat dieses Verfahren ein Problem dahin, dass die vergaste organische Säure ein Dimer ausbildet, das mit Kupfer reagiert und es über die Oberfläche des Siliciumwafers oder dergleichen verstreut.
  • Aus der JP 2-36135 A ist ein Verfahren zum Reduzieren eines Metalloxids bekannt, wobei ein Dampf, der wenigstens einen Carbonsäureester enthält, durch einen Wasserdampf hydrolysiert wird. In der WO 01/88972 A1 wird die Reduktion von Metalloxiden bei der Halbleiterfertigung beschrieben.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorerwähnten Probleme zu lösen und das nachfolgend beschriebene Ziel zu erreichen.
  • Genauer ausgedrückt ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein zuverlässiges effizientes Verfahren zum Reduzieren von oxidiertem Metall zur Verfügung zu stellen; eine mehrschichtige Verbindungsstruktur mit verkleinertem Verbindungswiderstand, bei der parasitäre Kapazitäten zwischen Verbindungen durch das Verfahren verkleinert werden können, und ein effizientes Herstellungsverfahren dafür; und eine sehr schnelle, sehr zuverlässige Halbleitervorrichtung mit der mehrschichtigen Verbindungsstruktur, und ein effizientes Herstellungsverfahren dafür. Genauer ausgedrückt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Reduzieren von Kupferoxid zum effizienten, zuverlässigen und kostengünstigen Reduzieren von Kupferverbindungen während der Ausbildung einer mehrschichtigen Verbindungsstruktur einer integrierten Halbleiterschaltung.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die Mittel zum Lösen der vorerwähnten Probleme sind in den beigefügten Ansprüchen aufgelistet.
  • Das heißt, das erfindungsgemäße Verfahren zum Reduzieren eines Metalls ist gekennzeichnet durch Hydrolysieren eines Dampfs, der wenigstens einen Carbonsäureester enthält, durch einen Wasserdampf, um dadurch oxidiertes Metall zu reduzieren. Bei diesem Verfahren wird der Dampf, der wenigstens einen Carbonsäureester enthält, durch den Wasserdampf hydrolysiert, um eine Carbonsäure zu erzeugen, die zuverlässig in kurzer Zeit oxidiertes Metall zu Metall reduziert. Zusätzlich erleichtert die Verwendung von Wasserdampf die Steuerung der Reduktionsgeschwindigkeiten und ermöglicht die Realisierung einer kostengünstigen, effizienten Metallreduktion. Darüber hinaus kann Hydrolyse durch Wasserdampf Dimerisierung einer Carbonsäure verhindern, was das Auftreten von Kupferspritzern nach Reduktionsbehandlung verhindert.
  • Somit ermöglicht das Anwenden dieses Verfahrens zur Herstellung einer mehrschichtigen Verbindungsstruktur eine kostengünstige, zuverlässige Reduktion von oxidierter Verbindung, verkleinerten Verbindungswiderstand und eine Reduktionsbehandlung, die keine Verringerung bei den Permittivitäten von Isolierfilmen verursacht. Aus diesen Gründen kann dieses Verfahren parasitäre Kapazitäten zwischen Verbindungen verkleinern und ist insbesondere geeignet zur Herstellung der erfindungsgemäßen mehrschichtigen Verbindungsstruktur. Da die Permittivität des Isolierfilms klein belassen werden kann, sind darüber hinaus sowohl parasitäre Kapazitäten als auch Verbindungswiderstand klein, und es ist möglich, die Geschwindigkeit des Signallaufs zu vergrößern. Somit ist dieses Verfahren insbesondere zur Herstellung von hoch integrierten integrierten Halbleiterschaltungen, wie beispielsweise ICs und LSIs geeignet.
  • Herkömmlicher Weise ist es bekannt, dass vergrößerte parasitäre Kapazitäten in Isolierfilmen ein Verringerung bei der Geschwindigkeit des Signallaufs verursachen. In einer Halbleitervorrichtung mit einem Verbindungsabstand von 1 μm oder größer hat Verbindungsverzögerung jedoch eine geringere Auswirkung auf die Gesamtheit der Halbleitervorrichtung. In vergangenen Jahren sind Verbindungsbreite und Verbindungsabstand zusammen mit vergrößerten Packungsdichten von integrierten Halbleiterschaltungen und dem Aufkommen von mehrschichtigen Verbindungsstruktu ren kleiner und kleiner geworden; das Problem eines vergrößerten Verbindungswiderstands und vergrößerter parasitärer Kapazitäten ist insbesondere in Halbleitervorrichtungen mit einem Verbindungsabstand von 1 μm oder kleiner von Bedeutung. Da sowohl der Verbindungswiderstand als auch parasitäre Kapazitäten zwischen Verbindungen – wichtige Faktoren, die die Leistungsfähigkeit von Vorrichtungen, wie beispielsweise integrierte Halbleiterschaltungen, steuern – die Geschwindigkeit des Signallaufs in einer mehrschichtigen Verbindungsstruktur der integrierten Halbleiterschaltungen bestimmen, sind der vergrößerte Verbindungswiderstand und vergrößerte parasitäre Kapazitäten ein großes Problem, das als eine Ursache, die die Geschwindigkeit des Signallaufs verringert, überwunden werden muss. Für eine vergrößerte Geschwindigkeit des Signallaufs ist es notwendig, sowohl den Verbindungswiderstand als auch die parasitären Kapazitäten zwischen Verbindungen (oder die Permittivitäten der Isolierfilme) zu verkleinern. Zwar können die parasitären Kapazitäten zwischen Verbindungen verkleinert werden, indem man die Verbindungen dünn macht, um ihre Querschnittsflächen zu verkleinern, dünne Verbindungen verursachen aber eine Vergrößerung des Verbindungswiderstands. Dies bedeutet, dass das Erzielen einer vergrößerten Geschwindigkeit des Signallaufs ein Kompromiss zwischen verkleinerten parasitären Kapazitäten zwischen Verbindungen und verkleinertem Verbindungswiderstand ist.
  • In den vergangenen Jahren ist vergrößerter Kontaktwiderstand, der durch Oxidation von Verbindungsoberfläche verursacht wird, die verbunden ist mit einem Durchgang, durch den vertikal benachbarte Verbindungen einer mehrschichtigen Verbindungsstruktur miteinander verbunden sind, ein ernsthafteres Problem geworden, als Vergröße rung des Verbindungswiderstands aufgrund eines feineren Verbindungsmusters. Des Weiteren haben sich die folgenden Probleme gezeigt: Bisherige Reduktionsverfahren, die Wasserstofftempern beinhalten, vergrößern niemals die Permittivitäten der Isolierfilme, können aber die Verbindungen nicht vollständig reduzieren, und herkömmliche Reduktionsverfahren, die Wasserstoffplasmabehandlung oder dergleichen beinhalten, können eine exzellente Reduktion sicherstellen, vergrößern aber die Permittivität des Isolierfilms. Zusätzlich haben herkömmliche Reduktionsverfahren, die organische Säuren verwenden, das Problem von Metallspritzern, die aufgrund von Dimerisierung der organischen Säure verursacht werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Reduzieren eines Metalls kann jedoch kostengünstige, effiziente und zuverlässige Reduzierung von Verbindung realisieren, kann eine Vergrößerung von Verbindungswiderstand aufgrund von Oxidation verhindern, und kann einen verkleinerten Verbindungswiderstand und verkleinerte parasitäre Kapazitäten zwischen Verbindungen erzielen, ohne die Permittivitäten von Isolierfilmen zu vergrößern, was es möglich macht, die Geschwindigkeit des Signallaufs zu vergrößern.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen einer mehrschichtigen Verbindungsstruktur schließt wenigstens einen Filmausbildungsschritt mit Ausbilden eines Films auf einer Arbeitsoberfläche ein, einen Verbindungsausbildungsschritt mit Ausbilden einer Verbindung auf der Arbeitsoberfläche, und einen Reduktionsschritt mit Unterziehen der Oberfläche der Verbindung auf der Arbeitsoberfläche einer Reduktionsbehandlung unter Verwenden des erfindungsgemäßen Metallreduktionsverfahrens. Bei diesem Herstellungsverfahren wird der Film in dem Filmausbildungsschritt ausgebildet, die Verbindung in dem Verbin dungsausbildungsschritt ausgebildet, und oxidiertes Metall an der Oberfläche der Verbindung in dem Reduktionsschritt zu Metall reduziert. Durch Wiederholen einer Reihe von Schritten, die den Filmausbildungsschritt, Verbindungsausbildungs- und Reduktionsschritt einschließt, wird die erfindungsgemäße mehrschichtige Verbindungsstruktur effizient hergestellt, ohne ein Vergrößern des Widerstands aufgrund von Oxidation zu verursachen. Dieses Herstellungsverfahren ist insbesondere geeignet zur Herstellung der erfindungsgemäßen mehrschichtigen Verbindungsstruktur.
  • Die mehrschichtige Verbindungsstruktur wird ausgebildet unter Verwenden des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Ausbilden einer mehrschichtigen Verbindungsstruktur. In dieser mehrschichtigen Verbindungsstruktur wird die Oberfläche von Verbindungen einer Reduktionsbehandlung unterzogen, sobald sie ausgebildet sind. Somit ist es möglich, verkleinerten Verbindungswiderstand zur Verfügung zu stellen und parasitäre Kapazitäten zu verkleinern ohne die Permittivitäten der Isolierfilme zu vergrößern, was es möglich macht, die Geschwindigkeit des Signallaufs zu vergrößern. Die mehrschichtige Verbindungsstruktur ist daher geeignet für integrierte Halbleiterschaltungen und dergleichen, die eine große Antwortgeschwindigkeit erfordern.
  • Die Halbleitervorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie wenigstens die erfin dungsgemäß hergestellte mehrschichtige Verbindungsstruktur enthält.
  • In dieser Halbleitervorrichtung ist oxidiertes Metall auf den Verbindungen unter Verwenden des erfindungsgemäßen Metallreduktionsverfahrens zu Metall reduziert. Folglich kann diese Halbleitervorrichtung eine mehrschichtige Verbindungsstruktur mit verkleinertem Verbindungswiderstand enthalten, ohne die Permittivität des Isolierfilms zu vergrößern; daher ist es möglich, verkleinerte parasitäre Kapazitäten zwischen Verbindungen und verkleinerten Verbindungswiderstand zu erhalten. Somit ist die Halbleitervorrichtung zum Beispiel insbesondere geeignet für Flashspeicher, DRAMs, FRAMs und MOS-Transistoren, die sehr schnell und sehr zuverlässig sind.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass es wenigstens einen Filmausbildungsschritt mit Ausbilden eines Films auf einer Arbeitsoberfläche, einen Musterausbildungsschritt mit Versehen der Arbeitsoberfläche mit einem Muster durch ein Ätzverfahren unter Verwenden des Films als eine Maske, einen Verbindungsausbildungsschritt mit Ausbilden einer Verbindung auf der Arbeitsoberfläche, und einen Reduktionsschritt mit Unterziehen der Oberfläche der Verbindung, die auf der Arbeitsoberfläche ausgebildet ist, einer Reduktionsbehandlung unter Verwenden des erfindungsgemäßen Metallreduktionsverfahrens. Bei diesem Herstellungsverfahren wird ein Film auf einer Arbeitsoberfläche ausgebildet, bei der eine mehrschichtige Verbindungsstruktur ausgebildet werden soll, unter Verwenden eines Filmausbildungsmaterials in dem Filmausbildungsschritt, die Arbeitsoberfläche wird durch ein Ätzverfahren unter Verwenden des Films als eine Maske in dem Musterausbildungsschritt mit einem Muster versehen, eine Verbindung wird in dem Verbindungsausbildungsschritt ausgebildet, und oxidiertes Metall an der Oberfläche der Verbindung wird in dem Reduktionsschritt zu Metall reduziert. Somit ist es möglich, sowohl die parasitären Kapazitäten zwischen Verbindungen als auch den Verbindungs widerstand zu verkleinern, und effizient eine Hochleistungshalbleitervorrichtung herzustellen, die in der Lage ist, die Geschwindigkeit des Signallaufs zu vergrößern. Dieses Herstellungsverfahren ist insbesondere geeignet zur Herstellung der erfindungsgemäßen Halbleitervorrichtung.
  • In einem herkömmlichen Halbleiterherstellungsverfahren werden Schaltkreise ausgebildet durch Ausbilden eines Laminats aus alternierenden leitfähigen Schichten (Verbindungsschichten) und Isolierschichten (Filme). Ein derartiges Verfahren weist jedoch das folgende Problem auf: wenn Durchgänge, die vertikal benachbarte Verbindungen miteinander verbinden, ausgebildet werden sollen, wird die Oberfläche der Verbindungen unerwünschter Weise oxidiert, was den Kontaktwiderstand vergrößert. Gemäß dem erfindungsgemäßen Halbleiterherstellungsverfahren wird jedoch oxidiertes Metall an der Oberfläche der Verbindungen mittels des erfindungsgemäßen Metallreduktionsverfahrens zu Metall reduziert. Somit ist es möglich, zuverlässig zu verhindern, dass der durch Oxidation verursachte Verbindungswiderstand größer wird, verkleinerte parasitäre Kapazitäten ohne Vergrößern der Permittivität des Isolierfilms und verkleinerten Verbindungswiderstand zu erreichen, und die Geschwindigkeit des Signallaufs zu vergrößern.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 zeigt ein Beispiel einer Metallreduktionsvorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Reduzieren von Metall.
  • 2 ist eine Seitenansicht (1) und eine Draufsicht (2) eines Siliciumwafers, der bei Reduktionsbehandlungen von Beispielen und Vergleichsbeispielen verwendet wurde, die Seitenansicht (1) zeigt einen Zustand, bei dem ein mit Kupfer überzogener Siliciumwafer auf dem Siliciumwafer angeordnet ist, und die Draufsicht (2) zeigt die Messpunkte zum Feststellen der Anwesenheit von Kupferspritzern auf dem Siliciumwafer.
  • 3 ist eine graphische Darstellung, die das Ausmaß an Kupferspritzer zeigt, das beim Beispiel 4 und bei den Vergleichsbeispielen 5 und 6 gemessen wurde.
  • 4 ist eine Ansicht des ersten Schritts eines Beispiels des erfindungsgemäßen Halbleiterherstellungsverfahrens unter Verwendendes erfindungsgemäßen Metallreduktionsverfahrens.
  • 5 ist eine Ansicht des zweiten Schritts des Beispiels des erfindungsgemäßen Halbleiterherstellungsverfahrens unter Verwenden des erfindungsgemäßen Metallreduktionsverfahrens.
  • 6 ist eine Ansicht des dritten Schritts des Beispiels des erfindungsgemäßen Halbleiterherstellungsverfahrens unter Verwenden des erfindungsgemäßen Metallreduktionsverfahrens.
  • 7 ist eine Ansicht des vierten Schritts des Beispiels des erfindungsgemäßen Halbleiterherstellungsverfahrens unter Verwenden des erfindungsgemäßen Metallreduktionsverfahrens.
  • 8 ist eine Ansicht des fünften Schritts des Beispiels des erfindungsgemäßen Halbleiterherstellungsverfahrens unter Verwenden des erfindungsgemäßen Metallreduktionsverfahrens.
  • 9 ist eine Ansicht des sechsten Schritts des Beispiels des erfindungsgemäßen Halbleiterherstellungsverfahrens unter Verwenden des erfindungsgemäßen Metallreduktionsverfahrens.
  • 10 ist eine Ansicht des siebten Schritts des Beispiels des erfindungsgemäßen Halbleiterherstellungsverfahrens unter Verwenden des erfindungsgemäßen Metallreduktionsverfahrens.
  • 11 ist eine Ansicht des achten Schritts des Beispiels des erfindungsgemäßen Halbleiterherstellungsverfahrens unter Verwenden des erfindungsgemäßen Metallreduktionsverfahrens.
  • 12 ist eine Ansicht des neunten Schritts des Beispiels des erfindungsgemäßen Halbleiterherstellungsverfahrens unter Verwenden des erfindungsgemäßen Metallreduktionsverfahrens.
  • 13 ist eine Ansicht des zehnten Schritts des Beispiels des erfindungsgemäßen Halbleiterherstellungsverfahrens unter Verwenden des erfindungsgemäßen Metallreduktionsverfahrens.
  • 14 ist eine Ansicht des elften Schritts des Beispiels des erfindungsgemäßen Halbleiterherstellungsverfahrens unter Verwenden des erfindungsgemäßen Metallreduktionsverfahrens.
  • 15 ist eine Ansicht des zwölften Schritts des Beispiels des erfindungsgemäßen Halbleiterherstellungsverfahrens unter Verwenden des erfindungsgemäßen Metallreduktionsverfahrens.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • (Verfahren zum Reduzieren von Metall)
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Reduzieren von Metall wird durchgeführt durch Hydrolysieren eines Dampfs, der einen Carbonsäureester und, sofern erforderlich, zusätzliche(n) Bestandteil(e) enthält, unter Verwenden eines Wasserdampfs.
  • Metalle, die Reduktion durchmachen, sind nicht besonders beschränkt und können in geeigneter Weise in Abhängigkeit von dem beabsichtigten Zweck festgelegt werden; Beispiele schließen oxidiertes Metall ein. Spezielle Beispiele schließen Kupferoxid, Zinkoxid, Eisenoxid und Aluminiumoxid ein. Von diesen ist Kupferoxid bevorzugt.
  • Reduktionstargets können entweder die Metalle selbst sein oder metallhaltige Formen. Beispiele derartiger metallhaltiger Formen schließen Halbleitersubstrate mit ausgebildeten Verbindungen ein, wie beispielsweise einen Siliciumwafer und einen Gallium-Arsen-Wafer, Schaltkreissubstrate aus Harz oder Keramik, und Bump-Substrate. Von diesen sind zum Beispiel Halbleitersubstrate und Schaltkreissubstrate aus Harz oder Keramik bevorzugt.
  • <Carbonsäureester>
  • Carbonsäureester sind nicht besonders beschränkt und können in geeigneter Weise in Abhängigkeit von dem beabsichtigten Zweck festgelegt werden; geeignete Beispiele schließen ein, sind aber nicht beschränkt auf jene, die durch eine der folgenden allgemeinen Formeln (1) und (2) ausgedrückt sind: HCOOR1 Allgemeine Formel (1) CnHmCOOR2 Allgemeine Formel (2)(wobei R1 und R2 jeweils einen Kohlenwasserstoff mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen repräsentiert, n eine ganze Zahl von 1 bis 3 repräsentieren, und m eine ganze Zahl von 3 bis 7 repräsentiert)
  • Spezielle Beispiele von durch die allgemeine Formel (1) repräsentierten Verbindungen schließen Methylformiat, Ethylformiat, Propylformiat und Isopropylformiat ein. Von diesen sind zum Beispiel Methylformiat und Ethylformiat bevorzugt.
  • Spezielle Beispiele der durch die allgemeine Formel (2) repräsentierten Verbindungen schließen ein Methylacetat, Ethylacetat, Propylacetat, Isopropylacetat, Methylpropionat, Ethylpropionat, Propylpropionat und Isoprolylpropionat. Von diesen sind zum Beispiel Ethylacetat und Methylacetat bevorzugt.
  • <Zusätzlicher Bestandteil>
  • Beispiele des zusätzlichen Bestandteils schließen wasserlösliche Lösemittel, wie beispielsweise Methylalkohol, Ethylalkohol, Propylalkohol, Isopropylalkohol, Aceton, Tetrahydrofuran und Acetonitril ein. Von diesen sind zum Beispiel Methylalkohol und Ethylalkohol bevorzugt.
  • Derartige(r) zusätzliche(r) Bestandteil(e) wird/werden mit dem Carbonsäureester gemischt, und wird/werden verdampft, um die Hydrolyse des Carbonsäureester zu fördern.
  • <Hydrolyse von Carbonsäureester und Reduktion von Metall>
  • Der Carbonsäureester erzeugt einen Alkohol nach Hydrolyse durch einen Wasserdampf, und der Alkohol reagiert mit in einem oxidierten Metall vorhandenen Sauerstoff, wodurch es ermöglicht ist, dass das an der Metalloberfläche vorhandene oxidierte Metall effizient und zuverlässig zu Kupfer reduziert wird.
  • Steuerung der Reduktionsgeschwindigkeit ist bei diesem Verfahren leichter, das Hydrolyse des Carbonsäureesters beinhaltet, als mit Verfahren, die allein Gas einer organischen Säure verwenden. Mit diesem Verfahren ist es möglich, effiziente und kostengünstige Reduktion von Metall zu erzielen.
  • Darüber hinaus kann Dimerisierung einer Carbonsäure durch Verwenden von Wasserdampf zur Hydrolyse verhindert werden, wodurch verhindert wird, dass sich eine während des Reduktionsverfahrens gebildete Carbonsäure an Metall bindet, und wodurch Metallspritzer des an die Carbonsäure gebundenen Metalls verhindert werden.
  • Die Reduktionsbehandlung wird bevorzugt unter Bedin gungen mit erhöhter Temperatur durchgeführt. Genauer ausgedrückt wird ein oxidiertes Metall oder ein Substrat mit oxidiertem Metall durch Heizmittel erwärmt (z. B. Heizvorrichtung) zum Reduzieren des oxidierten Metalls. Auf diese Weise kann eine effizientere, zuverlässigere Reduktion erreicht werden.
  • Die Erwärmungstemperatur beträgt bevorzugt 50°C bis 400°C, noch bevorzugter 150°C bis 350°C. Wenn die Erwärmungstemperatur niedriger ist als 50°C kann dies zu einer schlechten Reduktionsleistung führen. Wenn die Erwärmungstemperatur höher ist als 400°C, kann dies zu einer verringerten Zuverlässigkeit der Verbindung aufgrund von Mobilisierung von Metallkörnen führen.
  • Die Reduktionsbehandlung wird bevorzugt unter Vakuum durchgeführt.
  • An diesem Punkt beträgt der Vakuumdruck bevorzugt 50 Pa bis 500 Pa, noch bevorzugter 100 Pa bis 300 Pa. Wenn der Vakuumdruck kleiner ist als 50 Pa, kann dies zu einer schlechten Reduktionsleistung führen. Wenn der Vakuumdruck größer ist als 500 Pa, kann Metall geätzt werden.
  • Die Reduktionsgeschwindigkeit kann durch Verändern der Hydrolysetemperatur und des Durchsatzes eines Wasserdampfs gesteuert werden. Das heißt, es ist möglich, die Reduktionsgeschwindigkeit durch Einstellen der Hydrolysetemperatur auf einen bestimmten Wert oder höher und durch Vergrößern der Fließgeschwindigkeit des Wasserdampfs zu vergrößern.
  • Die Hydrolysetemperatur beträgt bevorzugt 50°C bis 200°C, noch bevorzugter 80°C bis 150°C. Wenn die Hydrolysetemperatur kleiner ist als 50°C, schreitet die Hydrolysereaktion langsam voran, was die Reduktionsgeschwindigkeit in einigen Fällen verlangsamt. Wenn die Hydrolysetemperatur größer ist als 200°C, kann der Carbonsäureester thermisch zersetzt werden.
  • Das Verhältnis der Fließgeschwindigkeiten von Carbonsäureester und Wasserdampf beträgt bevorzugt 1:0,2 bis 1:2, noch bevorzugter 1:0,5 bis 1:1,5. Wenn das Verhältnis kleiner ist als 1:0,2, kann dies zu einer schlechten Hydrolyseleistung führen. Wenn dieses Verhältnis größer ist als 1:2, kann der Wasserdampf die Metalloberfläche oxidieren.
  • Die Dauer der Reduktionsbehandlung ist nicht besonders beschränkt und kann in geeigneter Weise in Abhängigkeit von dem beabsichtigten Zweck festgelegt werden, wird bevorzugt festgelegt in Abhängigkeit von der Oberfläche des oxidierten zu reduzierenden Metalls, und/oder von der Dicke des oxidierten Metalls; sie beträgt bevorzugt 5 Sekunden bis 600 Sekunden, noch bevorzugter 10 Sekunden bis 300 Sekunden. Wenn die Behandlungsdauer kürzer ist als 5 Sekunden, kann das oxidierte Metall nicht vollständig reduziert werden. Wenn die Behandlungsdauer länger ist als 600 Sekunden, kann Behandlungseffizienz reduziert sein.
  • Im Hinblick auf Bedienbarkeit und Effizienz bzw. Leistungsfähigkeit werden die Hydrolyse und Reduktionsbehandlungen bevorzugt in einer Kammer durchgeführt. Es kann jedoch die Hydrolyse eines Carbonsäureesters in der Kammer durchgeführt werden, oder sie kann durchgeführt werden, bevor er in die Kammer eingebracht wird.
  • Genauer ausgedrückt kann jeweils eine Verbindung, die wenigstens einen Carbonsäureester enthält, und Wasser durch Wärme verdampft werden, zum Beispiel in verschiedenen Öfen, und die resultierenden Dämpfe werden einer Vakuumkammer zugeführt, wo der Dampf, der wenigstens den Carbonsäureester enthält, und der Wasserdampf miteinander gemischt werden, um die Hydrolyse des Carbonsäureester zu fördern.
  • Alternativ dazu kann eine Mischung einer Verbindung, die einen Carbonsäureester enthält, und Wasser durch Erwärmen in einer Zuleitung verdampft werden, um zu veranlassen, dass eine Hydrolysereaktion stattfindet, gefolgt von Einführen des resultierenden Dampfs in die Kammer.
  • Um Dimerisierung der Carbonsäure zu verhindern, die aus dieser Hydrolysereaktion resultiert, ist es bevorzugt, dass der Dampf, der wenigstens den Carbonsäureester enthält, und der Wasserdampf einzeln zur Hydrolyse des Carbonsäureesters in die Kammer eingeführt werden. Noch bevorzugter ist ein Duschkopf zum Sprühen von Dampf auf ein Targetmetall in der Vakuumkammer bereitgestellt und unmittelbar bevor Dampf mittels des Duschkopfs gesprüht wird, wird der Dampf, der den Carbonsäureester enthält, und Wasserdampf zur Hydrolyse miteinander gemischt.
  • Ein Beispiel einer Metallreduktionsvorrichtung zum Implementieren des erfindungsgemäßen Metallreduktionsverfahrens wird unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
  • Wie in 1 gezeigt ist, ist in der Metallreduktionsvorrichtung innerhalb einer Kammer 20 für Reduktionsbehandlung eine Tragplatte 21 bereitgestellt, auf der ein Reduktionstarget (z. B. ein Siliciumwafer 1) platziert ist. Eine Heizvorrichtung 22, die die Kammer 20 erwärmt und ihre Temperatur konstant hält und/oder die ein Reduktionstarget erwärmt (z. B. den Siliciumwafer 1), ist in der Tragplatte 21 enthalten. Ein Duschkopf 23 ist an der oberen Seite der Kammer 20 bereitgestellt. Ein Ende einer Zuleitung 24 für einen Dampf, der wenigstens einen Carbonsäureester enthält, und ein Ende einer Zuleitung 25 für einen Wasserdampf sind mit dem Duschkopf 23 verbunden. Das andere Ende der Zuleitung 24 ist mit einem Vorratsbehälter 26 für Verbindungen verbunden, die wenigstens einen Carbonsäureester enthalten, und das andere Ende der Zuleitung 25 ist mit einem Vorratsbehälter 27 für Wasser verbunden.
  • Darüber hinaus sind die Zuleitungen 24 und 25 mit Massenstromsteuergeräten (MFC) 28 bzw. 29 versehen, durch die die Fließgeschwindigkeiten des Carbonsäureester-haltigen Dampfs und des Wasserdampfs in die Kammer 20 eingestellt werden können.
  • Zusätzlich ist die Kammer 20 mit einer Auslassöffnung 30 ausgestattet, die mit einer Vakuumpumpe (nicht gezeigt) verbunden ist, welche es ermöglicht, den Druck im Inneren der Kammer 20 zu verkleinern und Nebenprodukte der Reduktionsreaktion auszustoßen.
  • Obwohl die Metallreduktionsvorrichtung zum Implementieren des erfindungsgemäßen Metallreduktionsverfahrens neu hergestellt werden kann, kann eine solche Metallreduktionsvorrichtung erhalten werden durch Anordnen der vorerwähnten Zuleitungen und weiterer Komponenten in der Prozesskammer von irgendwelchen bekannten Vorrichtungen, wie beispielsweise CVD-Vorrichtung, PVD-Vorrichtung und Metallisierungs- bzw. Galvanisierungsvorrichtung. Die Vorrichtung dieser Art realisiert kontinuierliches Implementieren des erfindungsgemäßen Metallreduktionsverfahrens nach der Beendigung von CVD, PVD und Metallisierungs- bzw. Galvanisierungsbehandlungen, was eine effiziente Ver- bzw. Bearbeitung verwirklicht.
  • Das erfindungsgemäße Metallreduktionsverfahren kann kostengünstige, effiziente und zuverlässige Reduktion von oxidiertem Metall realisieren, und ist somit geeignet für mehrschichtige Verbindungsstrukturen und Halbleitervorrichtungen, wie beispielsweise integrierte Halbleiter schaltungen, die alle verkleinerte parasitäre Kapazitäten zwischen Verbindungen, verkleinerten Verbindungswiderstand und sehr schnelle Antwortgeschwindigkeit erfordern. Insbesondere ist das erfindungsgemäße Metallreduktionsverfahren geeignet für die erfindungsgemäße mehrschichtige Verbindungsstruktur und erfindungsgemäße Halbleitervorrichtung.
  • (Mehrschichtige Verbindungsstruktur und Herstellungsverfahren dafür)
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen einer mehrschichtigen Verbindungsstruktur ist das eine zum Herstellen der erfindungsgemäßen mehrschichtigen Verbindungsstruktur, und schließt wenigstens einen Filmausbildungsschritt, einen Verbindungsausbildungsschritt, und einen Reduktionsschritt ein, und schließt, sofern erforderlich, weitere(n) zusätzliche(n) Schritt(e) ein.
  • Die mehrschichtige Verbindungsstruktur wird mit diesem Verfahren hergestellt.
  • Durch Beschreibungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen einer mehrschichtigen Verbindungsstruktur werden auch Details der mehrschichtigen Verbindungsstruktur offenbart.
  • <Filmausbildungsschritt>
  • Der Filmausbildungsschritt ist der eine, bei dem ein Filmausbildungsmaterial auf einer Arbeitsoberfläche aufgebracht und erwärmt wird, um Filme auszubilden, wie beispielsweise Zwischenschicht-Isolierfilme und Schutzfilme.
  • Das Filmausbildungsmaterial enthält wenigstens Harz und, sofern erforderlich, ein organisches Lösemittel und zusätzliche(s) Bestandteil(e).
  • Das Harz ist nicht besonders beschränkt und kann in geeigneter Weise in Abhängigkeit von dem beabsichtigten Zweck festgelegt werden; Beispiele schließen Siloxanharze und organische Harze ein, die Filme mit kleiner Permittivität zur Verfügung stellen können.
  • Zum Beispiel sind durch Plasma-CVD ausgebildete CVD-Filme ein geeignetes Beispiel für derartige Filme.
  • Geeignete Beispiele der Siloxanharze schließen Polymere ein, die sich aus Polymerisation von als Monomereinheiten verwendeten Silanverbindungen ergeben.
  • Spezielle Beispiele derartiger Silanverbindungen schließen ein Tetraalkoxysilan, Trialkoxysilan, Methyltrialkoxysilan, Ethyltrialkoxysilan, Propyltrialkoxysilan, Phenyltrialkoxysilan, Vinyltrialkoxysilan, Allyltrialkoxysilan, Glycidyltrialkoxysilan, Dialkoxysilan, Dimethyldialkoxysilan, Diethyldialkoxysilan, Dipropyldialkoxysilan, Diphenyldialkoxysilan, Divinyldialkoxysilan, Diallyldialkoxysilan, Diglycidyldialkoxysilan, Phenylmethyldialkoxysilan, Phenylethyldialkoxysilan, Phenylpropyltrialkoxysilan, Phenylvinyldialkoxysilan, Phenylallyldialkoxysilan, Phenylglycidyldialkoxysilan, Methylvinyldialkoxysilan, Ethylvinyldialkoxysilan und Propylvinyldialkoxysilan. Diese Polymere können allein oder in Kombination verwendet werden.
  • Beispiele der organischen Harze schließen Polyarylether- und Benzocyclobutenpolymere ein.
  • Beispiele der durch Plasma-CVD ausgebildeten CVD-Filme schließen einen mit Kohlenstoff dotierten SiO2-Film, SiCH-Film und SiCN-Film ein.
  • Das organische Lösemittel ist nicht besonders beschränkt, so lange es die vorerwähnten Harze lösen kann, und kann in geeigneter Weise in Abhängigkeit von dem beabsichtigten Zweck ausgewählt werden; Beispiele schließen ein Alkohole, wie beispielsweise Methylalkohol, Ethylalkohol, Propylalkohol, Isopropylalkohol, Butylalkohol, Isobutylalkohol und tertiärer Butylalkohol; Phenole, wie beispielsweise Phenol, Kresol, Diethylphenol, Triethylphenol, Propylphenol, Nonylphenol, Vinylphenol und Allylphenol; Ketone, wie beispielsweise Cyclohexanon, Methylisobutylketon und Methylethylketon; Cellosolve, wie beispielsweise Methylcellosolve und Ethylcellosolve; Kohlenwasserstoffe, wie beispielsweise Hexan, Oktan und Decan; und Glycole, wie beispielsweise Propylenglycol, Propylenglycolmonoethylether und Propylenglycolmonoethyletheracetat. Diese organischen Lösemittel können allein oder in Kombination verwendet werden.
  • Der/Die zusätzliche(n) Bestandteil(e) ist/sind nicht besonders beschränkt, so lange die Wirkungen der vorliegenden Erfindung nicht beeinträchtigt werden, und kann/können in geeigneter Weise in Abhängigkeit von dem beabsichtigten Zweck festgelegt werden; Beispiele schließen Treibmittel ein, die verwendet werden, um Filme porös zu machen, und verschiedene bekannte Additive.
  • Beispiele von derartigen Treibmitteln schließen Acrylharze, Ethylenharze und Celluloseharze ein.
  • Der Gehalt des/der zusätzlichen Bestandteils/Bestandteile wird in geeigneter Weise entsprechend der Identität und/oder dem Gehalt des Harzes, organischen Lösemittels und dergleichen festgelegt.
  • Die Arbeitsoberfläche ist nicht besonders beschränkt und kann in geeigneter Weise in Abhängigkeit von dem beabsichtigten Zweck festgelegt werden. Wenn zum Beispiel der Film in einer Halbleitervorrichtung ausgebildet werden soll, ist die Oberfläche ihres Halbleitersubstrats ein Beispiel. Genauer ausgedrückt sind die Oberflächen von Substraten (z. B. Siliciumwafer), verschiedene Oxidfilme, und Filme mit kleiner Permittivität (z. B. poröse Isolierfilme) geeignete Beispiele.
  • Das Filmaufbringungsverfahren ist nicht besonders beschränkt und kann in geeigneter Weise in Abhängigkeit von dem beabsichtigten Zweck festgelegt werden. Beispiele schließen Spin-Beschichten, Tauchbeschichten, Knetbeschichten, Florstreichverfahren und Rakelstreichverfahren ein. Von diesen sind Spin-Beschichten, Tauchbeschichten oder dergleichen im Hinblick auf zum Beispiel ihre Beschichtungseffizienz bevorzugt. Im Fall von Spin-Beschichten sind die folgenden Bedingungen, unter denen Spin-Beschichten durchgeführt wird, bevorzugt: Drehgeschwindigkeit beträgt etwa 100 U/min bis 10.000 U/min, noch bevorzugter 800 U/min bis 5.000 U/min; Spin-Beschichtungsdauer beträgt in etwa 1 Sekunde bis 10 Minuten, noch bevorzugter 10 Sekunden bis 90 Sekunden.
  • Die Wärmebehandlung ist nicht besonders beschränkt und kann in geeigneter Weise in Abhängigkeit von dem beabsichtigten Zweck festgelegt werden; es ist bevorzugt, dass das organische Lösemittel getrocknet wird und dass das Filmausbildungsmaterial eingebrannt bzw. getrocknet wird. Durch diese Wärmebehandlung ist es möglich, Oxidation von Kohlenwasserstoffen und/oder aromatischen Kohlenwasserstoffen zu verhindern, die in die Polymergerüste und/oder Seitenketten von in dem Filmausbildungsmaterial vorhandenem Harz eingeführt worden sind.
  • Wärmebehandlungsbedingungen (z. B. Temperatur und Atmosphäre) können in Abhängigkeit von dem beabsichtigten Zweck geändert werden; die Wärmebehandlungstemperatur beträgt jedoch bevorzugt 50°C bis 400°C, noch bevorzugter 80°C bis 350°C.
  • Wenn die Wärmebehandlungstemperatur niedriger ist als 50°C, verbleibt das organische Lösemittel in dem Film eingeschlossen, wodurch in einigen Fällen die Filmfestigkeit verkleinert wird. Wenn die Wärmebehandlungstemperatur höher ist als 400°C, können Silicium-Kohlen wasserstoffbindungen in den Polymergerüsten und/oder Seitenketten des Harzes brechen.
  • Die Wärmebehandlung wird bevorzugt zum Beispiel in Gegenwart eines inerten Gases oder unter Vakuum durchgeführt, da wenn sie in der Atmosphäre durchgeführt wird, dies zu einer vergrößerten Permittivität aufgrund von Sauerstoffaufnahme führen kann. Geeignete Beispiele des inerten Gases schließen Stickstoffgas ein.
  • Es ist zu beachten, dass wenn die Trägerschicht des Films eine ist, die zum Beispiel durch Spin-Beschichten ausgebildet wird (z. B. ein Film mit kleiner Permittivität, wie beispielsweise ein poröser Siliciumdioxidfilm), Wärmebehandlung für das Material zum Ausbilden dieses Films mit kleiner Permittivität und für das Filmausbildungsmaterial zur gleichen Zeit durchgeführt werden kann (d. h. nach Bereitstellen des Materials zum Ausbilden des Films mit kleiner Permittivität und Trocknen des Lösemittels wird das Filmausbildungsmaterial auf dem Material platziert und es wird eine Wärmebehandlung durchgeführt). In diesem Fall ist es möglich, mit dem Filmaufbringen verbundene Kosten zu verringern.
  • <Verbindungsausbildungsschritt>
  • Der Verbindungsausbildungsschritt ist der eine zum Ausbilden von Verbindungen (mehrschichtige Verbindungsstruktur).
  • Für das Ausbilden der mehrschichtigen Verbindungsstruktur schließt der Verbindungsausbildungsschritt bevorzugt in geeigneter Weise ausgewählte zusätzliche Schritte ein, wie beispielsweise einen Durchgangslochausbildungsschritt und einen Leiteraufbringschritt.
  • -Durchgangslochausbildungsschritt-
  • Der Durchgangslochausbildungsschritt ist der eine, bei dem Durchgansglöcher ausgebildet werden, die mit den Verbindungen verbunden sind, die in der obersten Schicht des auf Siliciumdioxid basierenden Films ausgebildet sind, der auf der Arbeitsoberfläche ausgebildet ist.
  • Die Durchgangslöcher können zum Beispiel ausgebildet werden durch Anwenden von Laserlicht mit einem geeigneten Belichtungsniveau auf Abschnitte, an denen sie ausgebildet werden sollen.
  • Das Laserlicht ist nicht besonders beschränkt und kann in geeigneter Weise in Abhängigkeit von dem beabsichtigten Zweck festgelegt werden. Beispiele schließen CO2-Laser, Excimer-Laser und YAG-Laser ein.
  • -Leiteraufbringschritt-
  • Der Leiteraufbringschritt ist der eine, in dem ein Leiter, eine Verbindungsvorstufe, auf die gesamte Oberfläche des auf Siliciumdioxid basierenden Films aufgebracht wird, der auf der Arbeitsoberfläche ausgebildet ist, um eine Leiteraufbringschicht auszubilden.
  • Zum Beispiel können typische Aufbringverfahren, wie beispielsweise chemisches Beschichten und Galvanisieren zum Aufbringen von Leiter verwendet werden.
  • Das Ausbilden der Verbindungen kann erreicht werden durch Ätzen der Leiteraufbringschicht, die in dem Leiteraufbringschritt ausgebildet worden war, um ein erwünschtes Verbindungsmuster herzustellen.
  • Das Ätzverfahren ist nicht besonders beschränkt und kann in geeigneter Weise aus typischen Ätzverfahren entsprechend dem beabsichtigten Zweck ausgewählt werden.
  • Auf diese Weise werden die Verbindungen ausgebildet.
  • <Reduktionsschritt>
  • Der Reduktionsschritt ist der eine, in dem die Oberfläche von Verbindungen, die auf der Arbeitsoberfläche in dem Verbindungsausbildungsschritt ausgebildet wurden, einer Reduktionsbehandlung unter Verwenden des erfin dungsgemäßen Metallreduktionsverfahrens unterzogen wird.
  • Dieser Reduktionsschritt wird durchgeführt durch Hydrolysieren eines Dampfs, der wenigstens einen Carbonsäureester enthält, durch einen Wasserdampf. Details des Carbonsäureesters, der Hydrolyse und der Reduktionsreaktionen davon und dergleichen sind identisch mit jenen, die in der Beschreibung des erfindungsgemäßen Metallreduktionsverfahrens gemacht wurden.
  • An der Oberfläche der Verbindung vorhandenes oxidiertes Metall wird durch diese Schritte zu Metall reduziert.
  • Sofern es erforderlich ist, wird eine Reihe aus dem Filmausbildungsschritt, Verbindungsausbildungsschritt (einschließlich dem Durchgangslochausbildungsschritt und Leiteraufbringschritt) und Reduktionsschritt wiederholt. Somit ist es möglich, zum Beispiel den Widerstand einer mehrschichtigen Verbindungsstruktur und den Widerstand von Durchgangslöchern zu verkleinern, die vertikal benachbarte Verbindungen der mehrschichtigen Verbindungsstruktur miteinander verbinden, und eine mehrschichtige Verbindungsstruktur mit hoch integrierten Schaltungen herzustellen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen einer mehrschichtigen Verbindungsstruktur kann in geeigneter Weise auf verschiedenen Gebieten verwendet werden. Insbesondere kann dieses Verfahren in geeigneter Weise zur Herstellung der erfindungsgemäßen mehrschichtigen Verbindungsstruktur verwendet werden.
  • Da die Oberfläche von einer Verbindung durch das erfindungsgemäße Metallreduktionsverfahren reduziert wird, das kostengünstige, effiziente und zuverlässige Reduktion von oxidiertem Metall erzielen kann, kann die erfindungsgemäße mehrschichtige Verbindungsstruktur das folgende erzielen: verkleinerter Verbindungswiderstand, erzielt durch Vermeiden der Oxidation von Verbindungen; verkleinerte parasitäre Kapazitäten ohne Vergrößern der Permittivitäten von Filmen; und Hochgeschwindigkeits-Signallauf. Somit ist die erfindungsgemäße mehrschichtige Verbindungsstruktur für Halbleitervorrichtungen geeignet, wie beispielsweise integrierte Halbleiterschaltungen, die eine hohe Antwortgeschwindigkeit erfordern, insbesondere für die nachfolgend beschriebene erfindungsgemäße Halbleitervorrichtung.
  • (Halbleitervorrichtung und Herstellungsverfahren dafür)
  • Die Halbleitervorrichtung schließt wenigstens die erfindungsgemäß hergestellte mehrschichtige Verbindungsstruktur ein.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung ist das eine zum Herstellen der erfindungsgemäßen Halbleitervorrichtung; das Verfahren schließt wenigstens einen Filmausbildungsschritt, einen Musterausbildungsschritt, einen Verbindungsausbildungsschritt und einen Reduktionsschritt ein, und schließt, sofern erforderlich, zusätzliche(n) Schritt(e) ein.
  • Durch Beschreibungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung, werden auch Details der mehrschichtigen Halbleitervorrichtung offenbart.
  • <Filmausbildungsschritt>
  • Der Filmausbildungsschritt ist der eine, in dem auf der Arbeitsoberfläche unter Verwenden des Filmausbildungsmaterials ein Film ausgebildet wird.
  • Es ist zu beachten, dass Details der Arbeitsoberfläche, des Filmausbildungsmaterials und dergleichen mit jenen oben angegebenen identisch sind.
  • Der Filmausbildungsschritt schließt bevorzugt Auf bringen des Filmausbildungsmaterials auf der Arbeitsoberfläche und Wärmebehandlung dafür ein. Dies kann in geeigneter Weise in einem bekannten Herstellungsverfahren durchgeführt werden. Es ist zu beachten, dass die Beschreibung dieses Aufbringverfahrens mit jener identisch ist, die in der Beschreibung des Filmausbildungsschritts der mehrschichtigen Verbindungsstruktur angegeben wurde.
  • Die Wärmebehandlung ist nicht besonders beschränkt und kann in geeigneter Weise in Abhängigkeit von dem beabsichtigten Zweck festgelegt werden; es ist bevorzugt, dass das organische Lösemittel in dem Material getrocknet wird und dass das Filmausbildungsmaterial eingebrannt bzw. getrocknet wird. Durch diese Wärmebehandlung ist es möglich, Oxidation von Kohlenwasserstoffen und/oder aromatischen Kohlenwasserstoffen zu verhindern, die in die Polymergerüste und/oder Seitenketten von in dem Filmausbildungsmaterial vorhandenem Harz eingeführt worden sind.
  • Wärmebehandlungsbedingungen (z. B. Temperatur und Atmosphäre) können in Abhängigkeit von dem beabsichtigten Zweck verändert werden; die Wärmebehandlungstemperatur beträgt jedoch bevorzugt 50°C bis 400°C, noch bevorzugter 80°C bis 350°C.
  • Wenn die Wärmebehandlungstemperatur niedriger ist als 50°C, verbleibt das organische Lösemittel in dem Film eingeschlossen, wodurch in einigen Fällen die Filmfestigkeit verkleinert wird. Wenn die Wärmebehandlungstemperatur höher ist als 400°C, können Silicium-Kohlenwasserstoffbindungen in den Polymergerüsten und/oder Seitenketten des Harzes brechen.
  • Die Wärmebehandlung wird bevorzugt zum Beispiel in Gegenwart eines inerten Gases oder unter Vakuum durchgeführt, da wenn sie in der Atmosphäre durchgeführt wird, dies zu einer vergrößerten Permittivität aufgrund von Sauerstoffaufnahme führen kann. Geeignete Beispiele des inerten Gases schließen Stickstoffgas ein.
  • Es ist zu beachten, dass wenn die Trägerschicht des Films eine ist, die zum Beispiel durch Spin-Beschichten ausgebildet wird (z. B. ein Film mit kleiner Permittivität, wie beispielsweise ein poröser Siliciumdioxidfilm), Wärmebehandlung für das Material zum Ausbilden dieses Films mit kleiner Permittivität und für das Filmausbildungsmaterial zur gleichen Zeit durchgeführt werden kann (d. h. nach Bereitstellen des Materials zum Ausbilden des Films mit kleiner Permittivität und Trocknen des Lösemittels wird das Filmausbildungsmaterial auf dem Material platziert und es wird eine Wärmebehandlung durchgeführt). In diesem Fall ist es möglich, mit dem Filmaufbringen verbundene Kosten zu verringern.
  • <Musterausbildungsschritt>
  • Der Musterausbildungsschritt ist der eine, in dem die Arbeitsoberfläche durch ein Ätzverfahren mit einem Muster versehen wird unter Verwenden des vorerwähnten Films als eine Maske, der in dem Filmausbildungsschritt erhalten wurde.
  • In dem Musterausbildungsschritt ist es bevorzugt, dass die Arbeitsoberfläche unter Verwenden einer Maske geätzt wird, die ein gewünschtes Muster aufweist, das erhalten wurde durch selektives Belichten und Entwickeln des Films. In diesem Fall kann die Arbeitsoberfläche leicht in einem erwünschten Muster geätzt werden.
  • Dieses Muster kann gemäß einem bekannten Musterausbildungsverfahren hergestellt werden.
  • Um Reaktionen zu fördern, kann eine thermische Behandlung zwischen den Belichtungs- und Entwicklungstätigkeiten durchgeführt werden.
  • Das Ätzverfahren ist nicht besonders beschränkt und kann in geeigneter Weise in Abhängigkeit von dem beabsichtigten Zweck festgelegt werden; geeignete Beispiele schließen Trockenätzen und Nassätzen ein.
  • <Verbindungsausbildungsschritt>
  • Der Verbindungsausbildungsschritt ist der eine, in dem Verbindungen ausgebildet werden; Details davon sind mit jenen oben angegebenen identisch.
  • <Reduktionsschritt>
  • Der Reduktionsschritt ist der eine, in dem die Oberfläche von einer Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Metallreduktionsverfahren reduziert wird, und Details davon sind identisch mit jenen, die bei der Beschreibung des Metallreduktionsverfahrens angegeben wurden.
  • Sofern erforderlich wird eine Reihe mit dem Filmausbildungsschritt, Musterausbildungsschritt, Verbindungsausbildungsschritt (einschließlich des Durchgangslochausbildungsschritts und Leiteraufbringschritts) und Reduktionsschritt wiederholt. Somit kann eine Halbleitervorrichtung hergestellt werden, die eine mehrschichtige Verbindungsstruktur mit verkleinertem Verbindungswiderstand und hoch integrierte Schaltungen aufweist.
  • Ein Beispiel der erfindungsgemäße hergestellten Halbleitervorrichtung wird unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
  • Die Halbleitervorrichtung kann zum Beispiel auf die folgende Weise zur Verfügung gestellt werden. Wie in 4 gezeigt ist, wird zuerst ein Siliciumwafer 1 hergestellt, der mit einer Transistorschicht versehen ist, die mit einer Source-Diffusionsschicht 5a, einer Drain-Diffusionsschicht 5b und einer Gate-Elektrode 4 versehen ist, die einen Seitenwand-Isolierfilm 3 aufweist, wobei die Elemente durch einen Elementtrennfilm 2 getrennt sind. Wie in 5 gezeigt ist, werden dann ein Zwischenschicht-Isolierfilm 6 (Phosphorsilikatglas) und ein Sperrfilm 7 (SiC) auf dem Siliciumwafer 1 ausgebildet, gefolgt von Ausbildung eines Kontaktlochs für die Elektrode. Wie in 6 gezeigt ist, wird ein Barrierenfilm 8 (TiN) mit 50 nm Dicke durch Sputtern in dem Kontaktloch ausgebildet, und WF6-Gas wird mit Wasserstoff reduziert, um einen Anschlussstecker 9 (Decke) aus W in dem Kontaktloch auszubilden und einen Durchgang auszubilden, gefolgt von Entfernen von W von Bereichen, die von dem Durchgang verschieden sind, durch CMP (chemischmechanisches Polieren).
  • Wie in 7 gezeigt ist, wird ein SiC:O:H-Film 10 mit 30 nm Dicke auf dem Sperrfilm 7 ausgebildet, der mit dem Durchgang versehen ist, und ein poröser Siliciumdioxidfilm 11 (ein Film mit kleiner Permittivität, oder ein Isolierfilm zum Trennen von benachbarten Verbindungsschichten) mit 160 nm Dicke wird auf dem SiC:O:H-Film 10 angeordnet. Dann wird ein SiO2-Film 12 auf dem porösen Siliciumdioxidfilm 11 mit einer Dicke von 30 nm durch Plasma-CVD aufgebracht. Wie in 8 gezeigt ist, wird der SiO2-Film 12 durch ein F-Plasma bearbeitet, das aus CF4/CHF3-Gas erhalten wird, während eine Resistschicht als eine Maske verwendet wird, die ein First-Level-Verbindungsmuster mit 100 nm Verbindungsbreite und 100 nm Abständen aufweist. Auf diese Weise wird ein Verbindungsgraben ausgebildet. Wie in 9 gezeigt ist, wird danach ein Barrierenfilm 13 (TaN) mit 10 nm Dicke in dem Verbindungsgraben durch Sputtern ausgebildet, der Barrierenfilm 13 verhindert, dass Verbindungsmaterial (Kupfer) in den porösen Siliciumdioxidfilm 11 diffundiert. Eine Keimschicht (Cu), die als eine Elektrode nach galvanischem Beschichten dient, wird dann auf der Oberfläche des Barrierenfilms 13 mit einer Dicke von 10 nm ausgebildet. Eine Kupferverbindung 14 (Cu) wird auf dem Substrat mit einer Dicke von etwa 600 nm durch Galvanisieren aufgebracht, und Kupfer wird von Bereichen, die von dem Verbindungsgraben verschieden sind, mittels CMP (chemischmechanisches Polieren) entfernt. Danach wird ein SiC:O:H-Film mit 30 nm auf der First-Level-Verbindungsschicht (Kupfer) als ein Sperrfilm (Diffusionsschutzfilm) 15 ausgebildet, um die First-Level-Verbindungsschicht (Cu) fertig zu stellen. Der Zweck des zur Verfügung stellens des Sperrfilms (Diffusionsschutzfilm) 15 ist es, Diffusion von Verbindungsmaterial (Kupfer) in den porösen Siliciumdioxidfilm 11 zu verhindern. Der Sperrfilm 15 wird durch Plasma-CVD einer Silanverbindung unter Verwenden von Ammoniakgas ausgebildet.
  • Wie in 10 gezeigt ist, wird als nächstes ein poröser Siliciumdioxidfilm 16 (ein Film mit kleiner Permittivität; ein Isolierfilm zum Trennen von benachbarten Verbindungsschichten, ein SiOC-Film) mit 180 nm Dicke auf dem Sperrfilm (Diffusionsschutzfilm) 15 aufgebracht. Nach Ausbilden eines SiC:O:H-Films 17 mit 30 nm Dicke auf dem porösen Siliciumdioxidfilm 16 mittels Plasma-CVD, wird ein poröser Siliciumdioxidfilm (ein Film mit kleiner Permittivität) 18 mit 160 nm Dicke auf dem SiC:O:H-Film 17 ausgebildet, wie in 11 gezeigt ist, und ein SiO2-Film 19 mit 30 nm Dicke wird auf dem porösen Siliciumdioxidfilm 18 mittels Plasma-CVD ausgebildet.
  • Als nächstes werden unter Verwenden einer Resistschicht mit einem Durchgangsmuster als eine Maske, nacheinander der SiO2-Film 19, poröse Siliciumdioxidfilm 18, SiC:O:H-Film 17 und poröse Siliciumdioxidfilm 16 mittels eines aus CF4/CHF3-Gas erhaltenen F-Plasmas behandelt, um darin einen Durchgang auszubilden, wobei die Gaszusammensetzung und der Druck für jeden Film geändert wird, wie in 12 gezeigt ist. Unter Verwenden einer Resistschicht mit einem Second-Level-Verbindungsmuster als eine Maske wird dann ein Verbindungsgraben unter Verwenden von aus CF4/CHF3-Gas erhaltenem F-Plasma ausgebildet.
  • Danach werden sowohl der Durchgang als auch die Kupferverbindung 14, die so ausgebildet wurden, einer Reduktionsbehandlung unter Verwenden des erfindungsgemäßen Metallreduktionsverfahren unterzogen, wie in 13 gezeigt ist. Danach wird, wie in 14 gezeigt ist, ein Barrierenfilm 20 (TaN) mit 10 nm Dicke, der verhindert, dass Verbindungsmaterial (Kupfer) in den porösen Siliciumdioxidfilm 18 diffundiert, sowohl auf dem Durchgang als auch dem Verbindungsgraben mittels Sputtern ausgebildet. Durch Sputtern wird dann eine Keimschicht (Cu), die nach Galvanisieren als eine Elektrode dient, auf der Oberfläche des Barrierenfilms 20 mit einer Dicke von 10 nm ausgebildet. Eine Kupferverbindung 21 (Cu) wird auf dem Substrat mit einer Dicke von etwa 1.400 nm mittels Galvanisieren aufgebracht, und Kupfer wird mittels CMP (chemisch-mechanisches Polieren) von Bereichen entfernt, die von dem Verbindungsgraben verschieden sind. Danach wird, wie in 15 gezeigt ist, ein SiC:O:H-Film 22 mit 30 nm durch Dampfabscheiden aufgebracht, um Second-Level-Durchgänge und eine Second-Level-Verbindungsschicht (Cu) auszubilden.
  • Durch Ausbilden von Durchgängen und einer Verbindungsschicht (Kupfer), die identisch sind mit jenen in dem Second-Level, und indem sie einer Reduktionsbehandlung unterzogen werden, kann eine Halbleitervorrichtung mit drei Ebenen an Kupferverbindung hergestellt werden, die die Third-Level-Durchgänge und Third-Level-Verbin dungsschicht aufweist (diese Kupferverbindungsstruktur entspricht der erfindungsgemäßen mehrschichtigen Verbindungsstruktur).
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung kann in geeigneter Weise zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung mit einer mehrschichtigen Verbindungsstruktur verwendet werden. Mit diesem Verfahren ist es möglich, eine Vergrößerung bei dem Widerstand der mehrschichtigen Verbindungsstruktur und dem Widerstand von Durchgängen zu verhindern, die vertikal benachbarte Verbindungen verbinden, die auf Grund von Oxidation verursacht wird, um dadurch verkleinerte parasitäre Kapazitäten zwischen Verbindungen und verkleinerten Verbindungswiderstand zu erzielen, und um effizient eine Hochleistungshalbleitervorrichtung herzustellen, die in der Lage ist, die Geschwindigkeit des Signallaufs zu vergrößern. Dieses Verfahren ist insbesondere geeignet zur Herstellung der erfindungsgemäßen Halbleitervorrichtung mit der erfindungsgemäßen mehrschichtigen Verbindungsstruktur.
  • Die erfindungsgemäß hergestellte Halbleitervorrichtung schließt wenigstens die erfindungsgemäß hergestellte mehrschichtige Verbindungsstruktur ein, die hergestellt wurde unter Verwenden des erfindungsgemäßen Metallreduktionsverfahrens. In der mehrschichtigen Verbindungsstruktur haben Filme kleine Permittivitätswerte, ist der Verbindungswiderstand klein, und es können sowohl verkleinerte parasitäre Kapazitäten zwischen Verbindungen als auch ein verkleinerter Verbindungswiderstand erreicht werden, was die Bereitstellung einer Halbleitervorrichtung von großer Geschwindigkeit und großer Zuverlässigkeit ermöglicht.
  • Die Halbleitervorrichtung ist zum Beispiel insbesondere geeignet für Flashspeicher, DRAMs, FRAMs, und MOS-Transistoren.
  • Nachfolgend werden Beispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben, die jedoch nicht so verstanden werden dürfen, dass die Erfindung darauf beschränkt ist.
  • [Herstellung von Siliciumwafer]
  • -Herstellung von Beschichtungslösung für poröse Siliciumdioxidvorstufe (Filmausbildungsmaterial)-
  • Ein 200-ml Reaktionsbehälter wurde mit 20,8 g (0,1 mol) Tetraethoxysilan, 17,8 g (0,1 mol) Methyltriethoxysilan, 23,6 g (0,1 mol) Glycidoxypropyltrimethoxysilan und 39,6 g Methylisobutylketon befüllt, und es wurden innerhalb von 10 Minuten tropfenweise 16,2 g (0,9 mol) einer 1%-igen wässrigen Lösung von Tetramethylammoniumhydroxid dem Reaktionsbehälter zugegeben. Man lies den Reaktionsbehälter etwa 2 Stunden zum Altern stehen.
  • Es wurden fünf Gram Magnesiumsulfat in den Reaktionsbehälter gegeben, um überschüssiges Wasser zu entfernen. Danach wurde Ethanol, das von der Alterungsreaktion stammte, unter Verwenden eines Rotationsverdampfers entfernt, so dass das Endvolumen der Reaktionslösung 50 ml betrug. Zu der resultierenden Lösung wurden 20 ml Methylisobutylketon gegeben, um eine Beschichtungslösung für eine poröse Siliciumdioxidvorstufe herzustellen.
  • -Herstellung von porösem Siliciumdioxidfilm-
  • Die so hergestellte Beschichtungslösung für poröse Siliciumdioxidvorstufe wurde mit einer Dicke von 1 μm mittels Spin-Beschichten auf einem Siliciumwafer bei 3.000 U/min für 30 Sekunden aufgetragen. Der Siliciumwafer wurde für 3 Minuten auf eine heiße Platte mit 200°C unter Stickstoffgasatmosphäre platziert, um ein organisches Lösemittel zu entfernen. Des Weiteren wurde der Siliciumwafer in einen elektrischen Ofen mit 400°C platziert und für 30 Minuten unter Stickstoffgasatmo sphäre getrocknet, um einen porösen Siliciumdioxidfilm auszubilden.
  • [Bewertung der Permittivität von porösem Siliciumdioxidfilm]
  • <Permittivitätsmessung vor Reduktionsbehandlung>
  • Es wurde eine metallene Elektrode mit 1 mm Durchmesser auf dem resultierenden porösen Siliciumdioxidfilm hergestellt, und ihre Kapazität wurde unter Verwenden eines Probers gemessen, der mit einer Wechselstromquelle von 1 V und 1 MHz verbunden war. Die Permittivität des porösen Siliciumdioxidfilms, die bestimmt wurde durch Messen der Kapazität und Dicke, betrug 2,3.
  • Der poröse Siliciumdioxidfilm des Siliciumwafers wurde dann Umgebungen ausgesetzt, die für das erfindungsgemäße Metallreduktionsverfahren (Beispiele 1 bis 3) und für konventionelle Metallreduktionsverfahren (Vergleichsbeispiele 1 bis 4) verwendet werden, um die Suszeptibilität der Permittivität auf derartige Umgebungen zu bewerten.
  • (Beispiel 1)
  • <Reduktionsbehandlung>
  • Ein mit dem vorerwähnten porösen Siliciumdioxidfilm versehener Siliciumwafer 1 wurde auf eine Tragplatte 21 in einer Kammer 20 einer Metallreduktionsvorrichtung platziert, wie in 1 gezeigt ist. Danach wurde eine Reduktionsquelle (Ethylformiat) und eine Hydrolysequelle (Wasser) auf die nachfolgend beschriebenen Temperaturen erwärmt, verdampft, und in die Kammer 20 mit den nachfolgend beschriebenen Fließgeschwindigkeiten eingeführt. Auf diese Weise wurde der poröse Siliciumdioxidfilm auf dem Siliciumwafer 1 der nachfolgend beschriebenen Reduktionsbehandlungsumgebung ausgesetzt. Es ist zu beachten, dass die nachfolgend beschriebene Substrattemperatur die Tem peratur des Siliciumwafers 1 angibt, der durch eine in der Kammer 20 bereitgestellte Heizvorrichtung 22 erwärmt wurde. -Reduktionsquelle-
    Quelle: Ethylformiat
    Erwärmungstemperatur der Quelle: 80°C
    Fließgeschwindigkeit: 400 sccm
    -Hydrolysequelle-
    Quelle: Wasser
    Erwärmungstemperatur der Quelle: 80°C
    Fließgeschwindigkeit: 100 sccm
    -Expositionsatmosphäre-
    Substrattemperatur: 250°C
    Druck in Kammer: 100 Pa
    Behandlungsdauer: 180 Sekunden
  • <Messung der Permittivität>
  • Nachdem der poröse Siliciumdioxidfilm einer solchen Umgebung ausgesetzt worden war, wurde die Permittivität auf eine Weise gemessen, die ähnlich war wie jene, die für die Messung vor der Expositionsbehandlung verwendet worden war; Permittivität betrug unverändert 2,3.
  • (Beispiel 2)
  • <Reduktionsbehandlung>
  • Ein poröser Siliciumdioxidfilm auf einem Siliciumwafer, der auf eine ähnliche Weise erhalten worden war wie jener oben beschriebene, wurde der Reduktionsbehandlungsatmosphäre von Beispiel 2 ausgesetzt, unter Verwenden einer in 1 gezeigten Metallreduktionsvorrichtung, die jener von Beispiel 1 ähnlich war, auf eine ähnliche Weise, wie sie in Beispiel 1 beschrieben ist, mit der Ausnahme, dass die Reduktionsquelle zu den nachfolgend beschriebenen Spezies verändert worden war. -Reduktionsquelle-
    Quelle: Ethylacetat
    Erwärmungstemperatur der Quelle: 80°C
    Fließgeschwindigkeit: 400 sccm
    -Hydrolysequelle-
    Quelle: Wasser
    Erwärmungstemperatur der Quelle: 80°C
    Fließgeschwindigkeit: 100 sccm
    -Expositionsatmosphäre-
    Substrattemperatur: 250°C
    Druck in Kammer: 100 Pa
    Behandlungsdauer: 180 Sekunden
  • <Messung der Permittivität>
  • Nachdem der poröse Siliciumdioxidfilm einer solchen Umgebung ausgesetzt worden war, wurde die Permittivität auf eine Weise gemessen, die ähnlich war wie jene, die für die Messung vor der Expositionsbehandlung verwendet worden war; Permittivität betrug unverändert 2,3.
  • (Beispiel 3)
  • <Reduktionsbehandlung>
  • Ein poröser Siliciumdioxidfilm auf einem Siliciumwafer, der auf eine ähnliche Weise erhalten worden war wie jener oben beschriebene, wurde der Reduktionsbehandlungsatmosphäre von Beispiel 3 ausgesetzt, unter Verwenden einer in 1 gezeigten Metallreduktionsvorrichtung, die jener von Beispiel 1 ähnlich war, auf eine ähnliche Weise, wie sie in Beispiel 1 beschrieben ist, mit der Ausnahme, dass die Reduktionsquelle zu den nachfolgend beschriebenen Spezies verändert worden war. -Reduktionsquelle-
    Quelle: Methylpropionat
    Erwärmungstemperatur der Quelle: 80°C
    Fließgeschwindigkeit: 400 sccm
    -Hydrolysequelle-
    Quelle: Wasser
    Erwärmungstemperatur der Quelle: 80°C
    Fließgeschwindigkeit: 100 sccm
    -Expositionsatmosphäre-
    Substrattemperatur: 250°C
    Druck in Kammer: 100 Pa
    Behandlungsdauer: 180 Sekunden
  • <Messung der Permittivität>
  • Nachdem der poröse Siliciumdioxidfilm einer solchen Umgebung ausgesetzt worden war, wurde die Permittivität auf eine Weise gemessen, die ähnlich war wie jene, die für die Messung vor der Expositionsbehandlung verwendet worden war; Permittivität betrug unverändert 2,3.
  • (Vergleichsbeispiel 1)
  • <Reduktionsbehandlung>
  • Ein poröser Siliciumdioxidfilm auf einem Siliciumwafer, der auf eine ähnliche Weise erhalten worden war wie jener oben beschriebene, wurde einer konventionellen Wasserstoffplasmaatmosphäre ausgesetzt unter Verwenden einer in 1 gezeigten Metallreduktionsvorrichtung, die jener von Beispiel 1 ähnlich war. -Reduktionsquelle-
    Quelle: Wasserstoff
    Fließgeschwindigkeit: 100 sccm
    -Expositionsatmosphäre-
    Substrattemperatur: 250°C
    Druck in Kammer: 100 Pa
    Angelegte Spannung: 500 W
    Behandlungsdauer: 180 Sekunden
  • <Messung der Permittivität>
  • Nachdem der poröse Siliciumdioxidfilm einer solchen Umgebung ausgesetzt worden war, wurde die Permittivität auf eine Weise gemessen, die ähnlich war wie jene, die für die Messung vor der Expositionsbehandlung verwendet worden war; Permittivität war auf 3,4 angestiegen.
  • (Vergleichsbeispiel 2)
  • <Reduktionsbehandlung>
  • Ein poröser Siliciumdioxidfilm auf einem Siliciumwafer, der auf eine ähnliche Weise erhalten worden war wie jener oben beschriebene, wurde einer konventionellen Wasserstofftemperatmosphäre ausgesetzt unter Verwenden einer in 1 gezeigten Metallreduktionsvorrichtung, die jener von Beispiel 1 ähnlich war. -Reduktionsquelle-
    Quelle: Wasserstoff
    Fließgeschwindigkeit: 100 sccm
    -Expositionsatmosphäre-
    Substrattemperatur: 250°C
    Druck in Kammer: 100 Pa
    Behandlungsdauer: 180 Sekunden
  • <Messung der Permittivität>
  • Nachdem der poröse Siliciumdioxidfilm einer solchen Umgebung ausgesetzt worden war, wurde die Permittivität auf eine Weise gemessen, die ähnlich war wie jene, die für die Messung vor der Expositionsbehandlung verwendet worden war; Permittivität betrug unverändert 2,3.
  • (Vergleichsbeispiel 3)
  • <Reduktionsbehandlung>
  • Ein poröser Siliciumdioxidfilm auf einem Siliciumwafer, der auf eine ähnliche Weise erhalten worden war wie jener oben beschriebene, wurde der nachfolgend beschriebenen Reduktionsbehandlungsatmosphäre ausgesetzt, unter Verwenden einer in 1 gezeigten Metallreduktionsvorrichtung, die jener von Beispiel 1 ähnlich war.
  • Hier wurde als eine Reduktionsquelle nur Ameisensäure unter der nachfolgend beschriebenen Bedingung in die Apparatur eingeführt. -Reduktionsquelle-
    Quelle: Ameisensäure
    Erwärmungstemperatur der Quelle: 80°C
    Fließgeschwindigkeit: 500 sccm
    -Expositionsatmosphäre-
    Substrattemperatur: 250°C
    Druck in Kammer: 100 Pa
    Behandlungsdauer: 180 Sekunden
  • <Messung der Permittivität>
  • Nachdem der poröse Siliciumdioxidfilm einer solchen Umgebung ausgesetzt worden war, wurde die Permittivität auf eine Weise gemessen, die ähnlich war wie jene, die für die Messung vor der Expositionsbehandlung verwendet worden war; Permittivität betrug unverändert 2,3.
  • (Vergleichsbeispiel 4)
  • <Reduktionsbehandlung>
  • Ein poröser Siliciumdioxidfilm auf einem Siliciumwafer, der auf eine ähnliche Weise erhalten worden war wie jener oben beschriebene, wurde der nachfolgend beschriebenen Reduktionsbehandlungsatmosphäre ausgesetzt, unter Verwenden einer in 1 gezeigten Metallreduktionsvorrichtung, die jener von Beispiel 1 ähnlich war.
  • Hier wurde als eine Reduktionsquelle nur Ameisensäure unter der nachfolgend beschriebenen Bedingung in die Apparatur eingeführt. -Reduktionsquelle-
    Quelle: Ameisensäure
    Erwärmungstemperatur der Quelle: 80°C
    Fließgeschwindigkeit: 400 sccm
    -Hydrolysequelle-
    Quelle: Wasser
    Erwärmungstemperatur der Quelle: 80°C
    Fließgeschwindigkeit: 100 sccm
    -Expositionsatmosphäre-
    Substrattemperatur: 250°C
    Druck in Kammer: 100 Pa
    Behandlungsdauer: 180 Sekunden
  • <Messung der Permittivität>
  • Nachdem der poröse Siliciumdioxidfilm einer solchen Umgebung ausgesetzt worden war, wurde die Permittivität auf eine Weise gemessen, die ähnlich war wie jene, die für die Messung vor der Expositionsbehandlung verwendet worden war; Permittivität betrug unverändert 2,3.
  • [Bewertung der Anwesenheit von erzeugten Kupferspritzern nach Reduktionsbehandlung]
  • Die Anwesenheit von Kupferspritzern nach Durchführen des erfindungsgemäßen Metallreduktionsverfahrens (Beispiel 4) und des konventionellen Metallreduktionsverfahren (Vergleichsbeispiele 5 und 6) wurde bewertet.
  • (Beispiel 4)
  • Wie in der Seitenansicht (1) von 2 gezeigt ist, wurde ein Siliciumwafer 1b von 1 cm2, überzogen mit Kupfer von 1 μm Dicke, auf dem Zentrum eines Siliciumwafers 1a mit 8 Inch (20,32 cm) Durchmesser platziert, wodurch eine Probe hergestellt wurde. Unter Verwenden einer Metallreduktionsvorrichtung, die jener von Beispiel 1 ähnlich war, wurde diese Probe einer Reduktionsbehandlung unter Bedingungen unterzogen, die jenen von Beispiel 1 ähnlich waren (Reduktionsquelle: Ethylformiat), gefolgt von Bestimmung der Anwesenheit von Kupferspritzern auf die folgende Weise.
  • <Bestimmung der Anwesenheit von Kupferspritzern>
  • In der Draufsicht (2) von 2 durch "A" gekennzeichnete Punkte sind Messpunkte für Kupferspritzer.
  • Unter Verwenden von fluoreszierender Röntgenstrahlung erfolgte die Bestimmung der Anwesenheit von Kupferspritzern auf diesen fünf Punkten im Hinblick auf die Anzahl an Kupferatomen pro Flächeneinheit: Ein Punkt auf dem Zentrum des Siliciumwafers 1a; zwei Punkte auf jeder Seite des zentralen Punkts in einem Abstand von 25 mm; und zwei Punkte auf jeder Seite des zentralen Punkts in einem Abstand von 50 mm. Die Ergebnisse sind in der graphischen Darstellung von 3 gezeigt. In Beispiel 4 wurden keine Kupferspritzer nachgewiesen.
  • (Vergleichsbeispiel 5)
  • Unter Verwenden einer Metallreduktionsvorrichtung, die jener von Vergleichsbeispiel 3 ähnlich war, wurde eine Probe, die jener ähnlich war, die im Beispiel 4 hergestellt worden war, einer Reduktionsbehandlung unter Bedingungen unterzogen, die jenen ähnlich waren, die im Vergleichsbeispiel 3 beschrieben wurden (Reduktionsquelle: Ameisensäure).
  • Danach wurde eine Bestimmung der Anwesenheit von Kupferspritzern auf eine ähnliche Weise durchgeführt, wie jene, die in Beispiel 4 beschrieben wurde. Die Ergebnisse sind in der graphischen Darstellung von 3 gezeigt.
  • Wie aus dieser graphischen Darstellung entnommen werden kann, wurden bei dem Vergleichsbeispiel 5 viele Kupferspritzer nachgewiesen.
  • (Vergleichsbeispiel 6)
  • Unter Verwenden einer Metallreduktionsvorrichtung, die jener von Vergleichsbeispiel 4 ähnlich war, wurde eine Probe, die jener ähnlich war, die im Beispiel 4 hergestellt worden war, einer Reduktionsbehandlung unter Bedingungen unterzogen, die jenen ähnlich waren, die im Vergleichsbeispiel 4 beschrieben wurden (Reduktionsquelle: Ameisensäure, Hydrolysequelle: Wasser).
  • Danach wurde eine Bestimmung der Anwesenheit von Kupferspritzern auf eine ähnliche Weise durchgeführt, wie jene, die in Beispiel 4 beschrieben wurde. Die Ergebnisse sind in der graphischen Darstellung von 3 gezeigt.
  • Wie aus dieser graphischen Darstellung entnommen werden kann, wurden bei dem Vergleichsbeispiel 6 viele Kupferspritzer nachgewiesen.
  • [Bewertung des Widerstands der mehrschichtigen Verbindungsstruktur und Halbleitervorrichtung]
  • Mehrschichtige Verbindungsstrukturen und Halbleitervorrichtungen wurden mit dem erfindungsgemäßen und mit konventionellen Reduktionsverfahren hergestellt, und jede von ihnen wurde auf eine nachfolgend beschriebene Weise in Bezug auf ihre Leistungsfähigkeit hin bewertet.
  • (Beispiele 5 bis 20)
  • <Herstellen der mehrschichtigen Verbindungsstruktur und Halbleitervorrichtung>
  • Die mehrschichtigen Verbindungsstrukturen und Halbleitervorrichtungen von Beispielen 5 bis 20 wurden auf die folgende Weise hergestellt.
  • Wie in 4 gezeigt ist, wurde zuerst ein Siliciumwafer 1 hergestellt, der mit einer Transistorschicht versehen ist, die mit einer Source-Diffusionsschicht 5a, einer Drain-Diffusionsschicht 5b und einer Gate-Elektrode 4 versehen ist, die einen Seitenwand-Isolierfilm 3 aufweist, wobei die Elemente durch einen Elementtrennfilm 2 getrennt sind. Wie in 5 gezeigt ist, wurden dann ein Zwischenschicht-Isolierfilm 6 (Phosphorsilikatglas) und ein Sperrfilm 7 (SiC) auf dem Siliciumwafer 1 ausgebildet, gefolgt von Ausbildung eines Kontaktlochs für die Elektrode. Wie in 6 gezeigt ist, wurde ein Barrierenfilm 8 (TiN) mit 50 nm Dicke durch Sputtern in dem Kontaktloch ausgebildet, und WF6-Gas wurde mit Wasserstoff reduziert, um einen Anschlussstecker 9 (Decke) aus W in dem Kontaktloch auszubilden und einen Durchgang auszubilden, gefolgt von Entfernen von W von Bereichen, die von dem Durchgang verschieden sind, durch CMP (chemischmechanisches Polieren).
  • Wie in 7 gezeigt ist, wurde ein SiC:O:H-Film 10 mit 30 nm Dicke auf dem Sperrfilm 7 ausgebildet, der mit dem Durchgang bereitgestellt ist, und ein poröser Siliciumdioxidfilm 11 (ein Film mit kleiner Permittivität, oder ein Isolierfilm zum Trennen von benachbarten Verbindungsschichten) mit 160 nm Dicke wurde auf dem SiC:O:H-Film 10 angeordnet. Dann wurde ein SiO2-Film 12 auf dem porösen Siliciumdioxidfilm 11 mit einer Dicke von 30 nm durch Plasma-CVD aufgebracht. Wie in 8 gezeigt ist, wurde der SiO2-Film 12 dann durch ein F-Plasma bearbeitet, das aus CF4/CHF3-Gas erhalten wird, während eine Resistschicht als eine Maske verwendet wurde, die ein First-Level-Verbindungsmuster mit 100 nm Verbindungsbreite und 100 nm Abständen aufweist. Auf diese Weise wurde ein Verbindungsgraben ausgebildet. Wie in 9 gezeigt ist, wurde danach ein Barrierenfilm 13 (TaN) mit 10 nm Dicke in dem Verbindungsgraben durch Sputtern ausgebildet, der Barrierenfilm 13 verhindert, dass Verbindungsmaterial (Kupfer) in den porösen Siliciumdioxidfilm 11 diffundiert. Eine Keimschicht (Cu), die als eine Elektrode nach galvanischem Beschichten dient, wurde dann auf der Oberfläche des Barrierenfilms 13 mit einer Dicke von 10 nm ausgebildet. Eine Kupferverbindung 14 (Cu) wurde auf dem Substrat mit einer Dicke von etwa 600 nm durch Galvanisieren aufgebracht, und Kupfer wurde von Bereichen, die von dem Verbindungsgraben verschieden sind, mittels CMP (chemisch-mechanisches Polieren) entfernt. Danach wurde ein SiC:O:H-Film mit 30 nm Dicke auf der First-Level-Verbindungsschicht (Kupfer) als ein Sperrfilm (Diffusionsschutzfilm) 15 ausgebildet, um die First-Level-Verbindungsschicht (Cu) fertig zu stellen. Der Zweck des zur Verfügung stellens des Sperrfilms (Diffusionsschutzfilm) 15 ist es, Diffusion von Verbindungsmaterial (Kupfer) in den porösen Siliciumdioxidfilm 11 zu verhindern. Der Sperrfilm 15 wurde durch Plasma-CVD einer Silanverbindung unter Verwenden von Ammoniakgas ausgebildet.
  • Wie in 10 gezeigt ist, wurde als nächstes ein poröser Siliciumdioxidfilm 16 (ein Film mit kleiner Permittivität; ein Isolierfilm zum Trennen von benachbarten Verbindungsschichten, ein SiOC-Film) mit 180 nm Dicke auf dem Sperrfilm (Diffusionsschutzfilm) 15 aufgebracht. Nach Ausbilden eines SiC:O:H-Films 17 mit 30 nm Dicke auf dem porösen Siliciumdioxidfilm 16 mittels Plasma-CVD, wurde ein poröser Siliciumdioxidfilm (ein Film mit kleiner Permittivität) 18 mit 160 nm Dicke auf dem SiC:O:H-Film 17 ausgebildet, wie in 11 gezeigt ist, und ein SiO2-Film 19 mit 30 nm Dicke wurde auf dem porösen Siliciumdioxidfilm 18 mittels Plasma-CVD ausgebildet.
  • Als nächstes wurden unter Verwenden einer Resistschicht mit einem Durchgangsmuster als eine Maske, nacheinander der SiO2-Film 19, poröse Siliciumdioxidfilm 18, SiC:O:H-Film 17 und poröse Siliciumdioxidfilm 16 mittels eines aus CF9/CHF3-Gas erhaltenen F-Plasmas behandelt, um darin einen Durchgang auszubilden, wobei die Gaszusammensetzung und der Druck für jeden Film geändert wird, wie in 12 gezeigt ist. Unter Verwenden einer Resistschicht mit einem Second-Level-Verbindungsmuster als eine Maske wurde dann ein Verbindungsgraben unter Verwenden von aus CF9/CHF3-Gas erhaltenem F-Plasma ausgebildet.
  • Wie in 13 gezeigt ist, wurde danach jeder der so hergestellten Siliciumwafer 1 von Beispielen 5 bis 20 einer Reduktionsbehandlung zum Reduzieren des Durchgangs und der Kupferverbindung 14 unterzogen (Reduktionsquelle: Ethylformiat) unter Verwenden einer Metallreduktionsvorrichtung, die jener von Beispiel 1 ähnlich war, unter Bedingungen, die jenen in Beispiel 1 beschriebenen ähnlich waren, mit der Ausnahme, dass die Substrattemperatur und Behandlungsdauer zu jenen verändert wurden, die in Tabelle 1 gezeigt sind.
  • Danach wurde, wie in 14 gezeigt ist, ein Barrierenfilm 20 (TaN) mit 10 nm Dicke, der verhindert, dass Verbindungsmaterial (Kupfer) in den porösen Siliciumdioxidfilm 18 diffundiert, sowohl auf dem Durchgang als auch dem Verbindungsgraben mittels Sputtern ausgebildet. Durch Sputtern wurde dann eine Keimschicht (Cu), die nach Galvanisieren als eine Elektrode dient, auf der Oberfläche des Barrierenfilms 20 mit einer Dicke von 10 nm ausgebildet. Eine Kupferverbindung 21 (Cu) wurde auf dem Substrat mit einer Dicke von etwa 1.400 nm mittels Galvanisieren aufgebracht, und Kupfer wurde mittels CMP (chemisch-mechanisches Polieren) von Bereichen entfernt, die von dem Verbindungsgraben verschieden sind. Danach wurde, wie in 15 gezeigt ist, ein SiC:O:H-Film 22 mit 30 nm durch Dampfabscheiden aufgebracht, um Second-Level-Durchgänge und eine Second-Level-Verbindungsschicht (Cu) auszubilden.
  • Durch Ausbilden von Durchgängen und einer Verbindungsschicht (Kupfer), die identisch sind mit jenen in dem Second-Level, und indem sie einer Reduktionsbehandlung unterzogen werden, wurde eine Halbleitervorrichtung mit drei Ebenen an Kupferverbindung hergestellt, die die Third-Level-Durchgänge und Third-Level-Verbindungsschicht aufwies (diese Kupferverbindungsstruktur entspricht der mehrschichtigen Verbindungsstruktur).
  • <Bewertung der mehrschichtigen Verbindungsstruktur und Halbleitervorrichtung>
  • Auf diese Weise wurden eine Million Halbleitervorrichtungen mit Durchgängen hergestellt, die Verbindungen verbinden, und es wurde festgestellt, dass die Ausbeute an Durchgängen 95% betrug. Zusätzlich wurde der Widerstand pro Durchgang gemessen, und es wurde das Verhältnis zwischen diesem Widerstandswert und einem aus der Kontaktfläche berechneten theoretischen Widerstandswert ermittelt. Wie in Tabelle 1 gezeigt ist, liegt das Durchgangswiderstandsverhältnis in allen Fällen in einem Bereich von 1,0 bis 1,2, was zu der Schlussfolgerung führt, dass Reduktion vollständig durchgeführt worden war.
  • (Beispiele 21 bis 36)
  • Die mehrschichtigen Verbindungsstrukturen und Halbleitervorrichtungen von Beispielen 21 bis 36 wurden auf eine ähnliche Weise hergestellt wie jene, die in Beispiel 5 beschrieben wurde, mit der Ausnahme, dass eine Reduktionsbehandlung, die ähnlich jener von Beispiel 2 war, für die Reduktion des Durchgangs und der Kupferverbindung verwendet wurde (Reduktionsquelle: Ethylacetat).
  • Die für die Reduktionsbehandlungen von Beispielen 21 bis 36 angewandten Substrattemperaturen und Behandlungsdauern sind in Tabelle 2 gezeigt.
  • <Bewertung der mehrschichtigen Verbindungsstruktur und Halbleitervorrichtung>
  • Auf diese Weise wurden eine Million Halbleitervorrichtungen mit Durchgängen hergestellt, die Verbindungen verbinden, und es wurde festgestellt, dass die Ausbeute an Durchgängen 95% betrug. Zusätzlich wurde der Widerstand pro Durchgang gemessen, und es wurde das Verhältnis zwischen diesem Widerstandswert und einem aus der Kontaktfläche berechneten theoretischen Widerstandswert ermittelt. Wie in Tabelle 2 gezeigt ist, liegt das Durchgangswiderstandsverhältnis in allen Fällen in einem Bereich von 1,0 bis 1,2, was zu der Schlussfolgerung führt, dass Reduktion vollständig durchgeführt worden war.
  • (Beispiele 37 bis 52)
  • Die mehrschichtigen Verbindungsstrukturen und Halbleitervorrichtungen von Beispielen 37 bis 52 wurden auf eine ähnliche Weise hergestellt wie jene, die in Beispiel 5 beschrieben wurde, mit der Ausnahme, dass eine Reduktionsbehandlung, die ähnlich jener von Beispiel 3 war, für die Reduktion des Durchgangs und der Kupferverbindung verwendet wurde (Reduktionsquelle: Methylpropionat).
  • Die für die Reduktionsbehandlungen von Beispielen 37 bis 52 angewandten Substrattemperaturen und Behandlungsdauern sind in Tabelle 3 gezeigt.
  • <Bewertung der mehrschichtigen Verbindungsstruktur und Halbleitervorrichtung>
  • Auf diese Weise wurden eine Million Halbleitervorrichtungen mit Durchgängen hergestellt, die Verbindungen verbinden, und es wurde festgestellt, dass die Ausbeute an Durchgängen 95% betrug. Zusätzlich wurde der Widerstand pro Durchgang gemessen, und es wurde das Verhältnis zwischen diesem Widerstandswert und einem aus der Kontaktfläche berechneten theoretischen Widerstandswert ermittelt. Wie in Tabelle 3 gezeigt ist, liegt das Durchgangswiderstandsverhältnis in allen Fällen in einem Bereich von 1,0 bis 1,2, was zu der Schlussfolgerung führt, dass Reduktion vollständig durchgeführt worden war.
  • (Vergleichsbeispiele 7 bis 22)
  • Die mehrschichtigen Verbindungsstrukturen und Halbleitervorrichtungen der Vergleichsbeispiele 7 bis 22 wurden auf eine ähnliche Weise hergestellt wie jene, die in Beispiel 4 beschrieben wurde, mit der Ausnahme, dass eine Reduktionsbehandlung, die ähnlich jener von Vergleichsbeispiel 2 war (Wasserstofftempern), für die Reduktion des Durchgangs und der Kupferverbindung verwendet wurde.
  • Die für die Reduktionsbehandlungen von Vergleichsbeispielen 7 bis 22 angewandten Substrattemperaturen und Behandlungsdauern sind in Tabelle 4 gezeigt.
  • <Bewertung der mehrschichtigen Verbindungsstruktur und Halbleitervorrichtung>
  • Auf diese Weise wurden eine Million Halbleitervorrichtungen mit Durchgängen hergestellt, die Verbindungen verbinden, und es wurde festgestellt, dass die Ausbeute an Durchgängen 58% betrug. Zusätzlich wurde der Widerstand pro Durchgang gemessen, und es wurde das Verhältnis zwischen diesem Widerstandswert und einem aus der Kontaktfläche berechneten theoretischen Widerstandswert ermittelt. Wie in Tabelle 4 gezeigt ist, liegt das Durchgangswiderstandsverhältnis in allen Fällen in einem Bereich von 1,1 bis 1,8, was zu der Schlussfolgerung führt, dass Reduktion nicht vollständig durchgeführt worden war. Tabelle 1
    Substrattemperatur (°C) Behandlungsdauer (Sekunden) Durchgangswiderstandsverhältnis (ermittelter Wert/ theoretischer Wert)
    Bsp. 5 175 60 1,2
    Bsp. 6 175 120 1,2
    Bsp. 7 175 180 1,1
    Bsp. 8 175 600 1,1
    Bsp. 9 200 60 1,1
    Substrattemperatur (°C) Behandlungsdauer (Sekunden) Durchgangswiderstandsverhältnis (ermittelter Wert/ theoretischer Wert)
    Bsp. 10 200 120 1,1
    Bsp. 11 200 180 1,1
    Bsp. 12 200 600 1,0
    Bsp. 13 300 60 1,1
    Bsp. 14 300 120 1,1
    Bsp. 15 300 180 1,0
    Bsp. 16 300 600 1,1
    Bsp. 17 325 60 1,0
    Bsp. 18 325 120 1,1
    Bsp. 19 325 180 1,0
    Bsp. 20 325 600 1,0
    Tabelle 2
    Substrattemperatur (°C) Behandlungsdauer (Sekunden) Durchgangswiderstandsverhältnis (ermittelter Wert/ theoretischer Wert)
    Bsp. 21 175 60 1,1
    Bsp. 22 175 120 1,2
    Bsp. 23 175 180 1,1
    Bsp. 24 175 600 1,1
    Bsp. 25 200 60 1,2
    Bsp. 26 200 120 1,1
    Bsp. 27 200 180 1,1
    Bsp. 28 200 600 1,0
    Bsp. 29 300 60 1,1
    Bsp. 30 300 120 1,1
    Bsp. 31 300 180 1,1
    Bsp. 32 300 600 1,1
    Bsp. 33 325 60 1,1
    Bsp. 34 325 120 1,1
    Bsp. 35 325 180 1,0
    Bsp. 36 325 600 1,0
    Tabelle 3
    Substrattemperatur (°C) Behandlungsdauer (Sekunden) Durchgangswiderstandsverhältnis (ermittelter Wert/ theoretischer Wert)
    Bsp. 37 175 60 1,1
    Bsp. 38 175 120 1,2
    Bsp. 39 175 180 1,2
    Bsp. 40 175 600 1,1
    Bsp. 41 200 60 1,2
    Bsp. 42 200 120 1,2
    Bsp. 43 200 180 1,1
    Bsp. 44 200 600 1,1
    Bsp. 45 300 60 1,1
    Bsp. 46 300 120 1,2
    Bsp. 47 300 180 1,0
    Bsp. 48 300 600 1,1
    Bsp. 49 325 60 1,1
    Bsp. 50 325 120 1,1
    Bsp. 51 325 180 1,1
    Bsp. 52 325 600 1,0
    Tabelle 4
    Substrattemperatur (°C) Behandlungsdauer (Sekunden) Durchgangswiderstandsverhältnis (ermittelter Wert/ theoretischer Wert)
    Vergl. Bsp. 7 175 60 1,8
    Vergl. Bsp. 8 175 120 1,7
    Vergl. Bsp. 9 175 180 1,8
    Vergl. Bsp. 10 175 600 1,8
    Vergl. Bsp. 11 200 60 1,8
    Vergl. Bsp. 12 200 120 1,8
    Vergl. Bsp. 13 200 180 1,7
    Vergl. Bsp. 14 200 600 1,7
    Vergl. Bsp. 15 300 60 1,8
    Vergl. Bsp. 16 300 120 1,6
    Vergl. Bsp. 17 300 180 1,6
    Vergl. Bsp. 18 300 600 1,4
    Vergl. Bsp. 19 325 60 1,5
    Vergl. Bsp. 20 325 120 1,3
    Vergl. Bsp. 21 325 180 1,3
    Vergl. Bsp. 22 325 600 1,1
  • Aus den in den Tabellen gezeigten Ergebnissen wurde herausgefunden, dass das erfindungsgemäße Metallreduktionsverfahren in der Lage ist, Kupferoxid vollständig zu reduzieren, das Signallauf inhibiert, und auch die Antwortgeschwindigkeit in der erfindungsgemäßen mehrschichtige Verbindungsstruktur und erfindungsgemäßen Halbleitervorrichtung zu vergrößern.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die oben erwähnten, bisher bestehenden Probleme zu lösen und ein zuverlässiges, effizientes Verfahren zum Reduzieren von oxidiertem Metall zur Verfügung zu stellen; eine mehrschichtige Verbindungsstruktur mit verkleinertem Verbindungswiderstand, bei dem parasitäre Kapazitäten zwischen Verbindungen mit diesem Verfahren verkleinert werden können, und ein effizientes Herstellungsverfahren dafür; und eine Halbleitervorrichtung mit hoher Geschwindigkeit und großer Zuverlässigkeit, die die mehrschichtige Verbindungsstruktur aufweist, und ein effizientes Herstellungsverfahren dafür.
  • Das erfindungsgemäße Metallreduktionsverfahren kann kostengünstige, effiziente und zuverlässige Reduktion von oxidiertem Metall bereitstellen, und kann unter Verwenden von organischen Säuren in geeigneter Weise zum Trockenreinigen von Metallen und dergleichen verwendet werden. Insbesondere kann das erfindungsgemäße Metallreduktionsverfahren zum Herstellen der erfindungsgemäßen mehrschichtigen Verbindungsstruktur und erfindungsgemäßen Halbleitervorrichtung verwendet werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen einer mehrschichtige Verbindungsstruktur kann in geeigneter Weise zum Herstellen der erfindungsgemäßen mehrschichtigen Verbindungsstruktur verwendet werden.
  • Die erfindungsgemäß hergestellte mehrschichtige Verbindungs struktur kann parasitäre Kapazitäten zwischen Verbindungen verkleinern, um den Verbindungswiderstand zu verkleinern, und kann die Geschwindigkeit des Signallaufs vergrößern. Somit ist sie insbesondere geeignet für integrierte Halbleiterschaltungen und dergleichen, die eine große Antwortgeschwindigkeit erfordern.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung kann in geeigneter Weise zum Herstellen verschiedener Halbleitervorrichtungen verwendet werden, einschließlich Flashspeicher, DRAMs, FRAMs und MOS-Transistoren, insbesondere der erfindungsgemäßen Halbleitervorrichtung.
  • Die erfindungsgemäß hergestellte Halbleitervorrichtung verwirklicht kleine parasitäre Kapazitäten zwischen Verbindungen und kleinen Verbindungswiderstand, und besitzt somit eine große Geschwindigkeit und große Zuverlässigkeit.

Claims (17)

  1. Ein Verfahren zum Herstellen einer mehrschichtigen Verbindungsstruktur, enthaltend: Ausbilden eines Films auf einer Arbeitsoberfläche; Ausbilden einer Verbindung; und Unterziehen der Oberfläche der auf der Arbeitsoberfläche ausgebildeten Verbindung einer Reduktionsbehandlung unter Verwenden eines Verfahrens zum Reduzieren eines Metalloxids, welches Verfahrenumfaßt:Hydrolysieren eines Dampfs, der wenigstens einen Carbonsäureester enthält, durch einen Wasserdampf, um dadurch ein oxidiertes Metall zu reduzieren.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Carbonsäureester eine Verbindung ist, die durch eine der folgenden allgemeinen Formeln (1) und (2) ausgedrückt wird: HCOOR1 Allgemeine Formel (1) CnHmCOOR2 Allgemeine Formel (2)wobei R1 und R2 jeweils einen Kohlenwasserstoff mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen repräsentieren, n eine ganze Zahl von 1 bis 3 repräsentiert, und m eine ganze Zahl von 3 bis 7 repräsentiert.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, wobei das Verfahren zum Reduzieren eines Metalloxids unter Erwärmungsbedingungen durchgeführt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Erwärmungstemperatur 50°C bis 400°C beträgt.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Verfahren unter Vakuum durchgeführt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Vakuumdruck 50 Pa bis 500 Pa beträgt.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Hydrolysetemperatur 50°C bis 200°C beträgt.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 7, wobei die Behandlungsdauer 5 Sekunden bis 600 Sekunden beträgt.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Dampf, der wenigstens einen Carbonsäureester enthält, weiter wenigstens einen aus Methylalkohol, Ethylalkohol, Propylalkohol, Isopropylalkohol, Aceton, Tetrahydrofuran und Acetonitril enthält.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Verhältnis von Fließgeschwindigkeiten zwischen dem Dampf, der wenigstens einen Carbonsäureester enthält, und dem Wasserdampf 1:0,2 bis 1:2 beträgt.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Verfahren in einer Kammer durchgeführt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Dampf, der wenigstens einen Carbonsäureester enthält, und der Wasserdampf vor Einführung in die Kammer zur Hydrolyse miteinander gemischt werden.
  13. Verfahren Anspruch 11, wobei der Dampf, der wenigstens einen Carbonsäureester enthält, und der Wasserdampf einzeln zur Hydrolyse in die Kammer eingeführt werden.
  14. Verwendung des Verfahrens zum Herstellen einer mehrschichtigen Verbindungsstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 13 bei der Herstellung einer Verbindungsstruktur.
  15. Verwendung des Verfahrens zum Herstellen einer mehrschichtigen Verbindungsstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 13 bei der Herstellung einer Halbleitervorrichtung enthaltend eine Verbindungsstruktur.
  16. Ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung, enthaltend: Ausbilden eines Harzfilms auf einer Arbeitsoberfläche; Versehen der Arbeitsoberfläche mit einem Muster durch ein Ätzverfahren, das den Harzfilm als eine Maske verwendet; Ausbilden einer Verbindung auf der Arbeitsoberfläche, die mit einem Muster versehen wurde; und Unterziehen der Oberfläche der Verbindung, die auf der Arbeitsoberfläche ausgebildet wurde, einer Reduktionsbehandlung unter Verwenden eines Verfahrens zum Reduzieren eines Metalls nach einem der Ansprüche 1 bis 13.
  17. Das Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung nach Anspruch 16, wobei das Ätzverfahren irgendeines aus einem Trockenätzverfahren und einem Nassätzverfahren ist.
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