JP2000091269A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

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JP2000091269A
JP2000091269A JP10256729A JP25672998A JP2000091269A JP 2000091269 A JP2000091269 A JP 2000091269A JP 10256729 A JP10256729 A JP 10256729A JP 25672998 A JP25672998 A JP 25672998A JP 2000091269 A JP2000091269 A JP 2000091269A
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JP
Japan
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opening
film
metal film
metal
insulating film
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JP10256729A
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Japanese (ja)
Inventor
Seiichirou Oohira
請一郎 大平
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent generation of voids in an aperture, obtaining excellent adherence of a metal film and a barrier metal film, and increasing controllability of the growth time of the metal film, by growing the metal film in the aperture by a vapor growth method after nucleuses of metal are grown in the bottom of the aperture and on insulating films by light irradiation. SOLUTION: Metal nucleuses 22 are grown in the bottom part of an aperture and on insulating films 17, 18 in an atmosphere of metal seed source gas. After that, a metal film 23 is grown in the aperture by a vapor growth method. In the case that the diameter of the aperture is small and the depth of the bottom part is deep, the growth speed of the metal film 23 in the bottom part of the aperture in which the metal nucleuses 22 exist becomes high, the metal film 23 becomes thick, and the aspect ratio becomes small, so that voids are not generated in the metal film 23 in the aperture. Adherence of the metal film 23 and a barrier metal film under the metal film 23 is improved by the metal nucleuses 22. On account of existance of the metal nucleuses 22, growth of the metal film 23 becomes easy, and the metal film growth time can be shortened.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法に関し、より詳しくは、配線又はビアの材料として
使用される銅などの導電膜を気相成長法により形成する
工程を含む半導体装置の製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method of manufacturing a semiconductor device including a step of forming a conductive film such as copper used as a material of a wiring or a via by a vapor deposition method. It relates to a manufacturing method.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体素子の高集積化とチップサイズの
縮小化にともない、配線の微細化及び多層配線化が加速
的に進められている。こうした多層配線を有する素子に
おいては、配線の抵抗、配線間容量がデバイス信号遅延
の支配的な要因となる。デバイスの信号遅延は配線抵抗
と配線間容量の積、和などに比例しており、配線遅延の
改善のためには配線抵抗及び配線間容量の軽減が重要と
なってくる。
2. Description of the Related Art With the increase in the degree of integration of semiconductor devices and the reduction in chip size, finer wiring and multilayer wiring are being accelerated. In an element having such a multilayer wiring, the resistance of the wiring and the capacitance between the wirings are dominant factors of the device signal delay. The signal delay of the device is proportional to the product, sum, or the like of the wiring resistance and the capacitance between wirings, and it is important to reduce the wiring resistance and the capacitance between wirings in order to improve the wiring delay.

【0003】そこで、配線容量を低減し、電気抵抗を低
減するために、アルミニウム配線の他に、低抵抗の銅配
線などが用いられようとしている。多層配線形成技術に
おいては、ドライエッチングによる銅のパターニングが
困難であるために、今後ダマシンプロセスが多用される
と考えられる。ダマシンプロセスは、絶縁膜に形成され
た配線用溝やビアホールの中に導電材を埋め込んだ後
に、その絶縁膜の上に形成された導電材を研磨によって
除去する工程を含むものである。例えば、導電材である
銅を形成する方法として、従来ではスパッタ法、電解メ
ッキ法が主流であったが、最近になって銅化合物ガスを
用いる気相成長法の開発が進んでいる。
Therefore, in order to reduce the wiring capacity and the electrical resistance, low-resistance copper wiring and the like are being used in addition to aluminum wiring. In the multilayer wiring forming technology, it is considered that the damascene process is frequently used in the future because it is difficult to pattern copper by dry etching. The damascene process includes a step of embedding a conductive material in a wiring groove or a via hole formed in an insulating film and then removing the conductive material formed on the insulating film by polishing. For example, as a method for forming copper, which is a conductive material, conventionally, a sputtering method and an electrolytic plating method have been mainly used, but recently, a vapor phase growth method using a copper compound gas has been developed.

【0004】気相成長法によりビアを形成する場合に
は、例えば図1に示すような工程を経ることになる。ま
ず、図1(a) に示すように、半導体基板1の上に第1の
絶縁膜2を介して形成された第2の絶縁膜3中に第一の
配線4を埋め込み、続いて、第2の絶縁膜3と第一の配
線4の上に第3の絶縁膜5を形成した後に、第3の絶縁
膜5にビアホール5aをフォトリソグラフィー法により
形成する。ついで、図1(b) に示すように、第3の絶縁
膜5の上面とビアホール5aの内面に沿ってバリアメタ
ル膜6を形成し、続いてバリアメタル膜6の上に気相成
長法により銅7を成長することにより、その銅7をビア
ホール5aの中に埋め込む。その後に、図1(c) に示す
ように、第3の絶縁膜5の上にある銅7とバリアメタル
膜6を研磨して除去し、ビアホール5a内に残った銅7
をビア8として使用する。
When a via is formed by a vapor growth method, for example, a process shown in FIG. 1 is performed. First, as shown in FIG. 1A, a first wiring 4 is buried in a second insulating film 3 formed on a semiconductor substrate 1 with a first insulating film 2 interposed therebetween. After forming the third insulating film 5 on the second insulating film 3 and the first wiring 4, a via hole 5a is formed in the third insulating film 5 by a photolithography method. Next, as shown in FIG. 1 (b), a barrier metal film 6 is formed along the upper surface of the third insulating film 5 and the inner surface of the via hole 5a. By growing the copper 7, the copper 7 is embedded in the via hole 5a. Thereafter, as shown in FIG. 1C, the copper 7 and the barrier metal film 6 on the third insulating film 5 are removed by polishing, and the copper 7 remaining in the via hole 5a is removed.
Are used as vias 8.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかし、将来的に、ビ
アホール5aの径が例えば0.25μmと小さくなり且
つアスペクト比が例えば6以上と大きくなると、バリア
メタル膜6の上にそのまま銅7を成長しただけではビア
の信頼性が十分に確保できなくなる。即ち、アスペクト
比が大きなビアホール5aの底部では、CVDによる銅
7の成長速度が遅いために、図2(a) に示すように、ビ
アホール5a内に埋め込まれた銅7内にはボイド9が発
生して、ビア8の抵抗が大きくなったりコンタクト不良
が発生してしまうおそれがある。
However, in the future, when the diameter of the via hole 5a is reduced to, for example, 0.25 μm and the aspect ratio is increased to, for example, 6 or more, the copper 7 grows on the barrier metal film 6 as it is. This alone does not ensure sufficient via reliability. That is, at the bottom of the via hole 5a having a large aspect ratio, since the growth rate of the copper 7 by CVD is low, the void 9 is generated in the copper 7 embedded in the via hole 5a as shown in FIG. As a result, there is a possibility that the resistance of the via 8 becomes large or a contact failure occurs.

【0006】さらに、バリアメタル6と銅7の密着性が
低下して、プロセスにおいて銅膜が剥がれ易くなる。し
かも、従来技術によれば、図2(b) に示すように、銅7
の成長に使用する反応ガスをビアホール5a内に供給し
てから成長が開始するまでの時間t0 、即ちインキュベ
ーション時間t0 が存在するために、銅成長のプロセス
管理がしにくく、しかも、インキュベーション時間はバ
リアメタル膜6の表面状態に依存するために再現性が乏
しい。
Further, the adhesion between the barrier metal 6 and the copper 7 is reduced, and the copper film is easily peeled off in the process. Moreover, according to the prior art, as shown in FIG.
The time t 0 from the supply of the reaction gas used for the growth into the via hole 5a to the start of the growth, that is, the incubation time t 0 , makes it difficult to control the copper growth process, and furthermore, the incubation time Is poor in reproducibility because it depends on the surface state of the barrier metal film 6.

【0007】本発明の目的は、ホールや溝内での導電膜
にボイドが発生することを防止し、導電膜とバリアメタ
ル膜の密着性を向上するとともに、導電膜成長時間の制
御を容易にすることができる導電膜の埋め込み工程を有
する半導体装置の製造方法を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to prevent the occurrence of voids in a conductive film in a hole or a groove, improve the adhesion between the conductive film and the barrier metal film, and easily control the conductive film growth time. It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a semiconductor device having a conductive film burying step that can be performed.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記した課題は、図3〜
図6に例示するように、導電層15又は半導体層の上に
絶縁膜17,18を形成する工程と、底部で前記導電層
15又は前記半導体層を露出させる開口19を前記絶縁
膜17,18に形成する工程と、前記開口19の底部も
含め、前記絶縁膜17,18を金属種ソースガスの雰囲
気中に曝しながら、前記開口19の底部と前記絶縁膜1
7,18の上に向けて光を照射することにより、前記開
口19の底部と前記絶縁膜17,18の上に金属核22
(20a)を生成する工程と、気相成長法によって前記
開口19内に、前記金属核22(20a)をなす元素と
同一の元素からなる金属膜23を成長する工程とを有す
ることを特徴とする半導体装置の製造方法によって解決
する。
Means for Solving the Problems The above-mentioned problems are described with reference to FIGS.
As illustrated in FIG. 6, a step of forming insulating films 17 and 18 on the conductive layer 15 or the semiconductor layer, and an opening 19 exposing the conductive layer 15 or the semiconductor layer at the bottom is formed by the insulating films 17 and 18. And exposing the insulating films 17 and 18 including the bottom of the opening 19 to an atmosphere of a source gas of a metal species, and forming the bottom of the opening 19 and the insulating film 1.
By irradiating light toward the tops 7 and 18, metal nuclei 22 are formed on the bottoms of the openings 19 and the insulating films 17 and 18.
(20a) and a step of growing a metal film 23 made of the same element as the metal nucleus 22 (20a) in the opening 19 by a vapor phase growth method. The problem is solved by a method of manufacturing a semiconductor device.

【0009】上記した半導体装置の製造方法において、
前記核22を形成する前に、前記開口19の内面にはバ
リアメタル膜20が形成されていることを特徴とする。
上記した半導体装置の製造方法において、前記金属膜2
3は前記金属種ソースガスを用いて形成されることを特
徴とする。上記した半導体装置の製造方法において、前
記光を照射する際には前記絶縁膜を所定の温度に加熱
し、該温度と前記光の総エネルギーは、前記金属種ソー
スガスの活性化エネルギーに等しいことを特徴とする。
In the method of manufacturing a semiconductor device described above,
Before forming the core 22, a barrier metal film 20 is formed on the inner surface of the opening 19.
In the above-described method for manufacturing a semiconductor device, the metal film 2
No. 3 is characterized by being formed using the metal seed source gas. In the method of manufacturing a semiconductor device described above, when irradiating the light, the insulating film is heated to a predetermined temperature, and the temperature and the total energy of the light are equal to the activation energy of the metal species source gas. It is characterized by.

【0010】上記した半導体装置の製造方法において、
前記光の照射時間は、1ビコ秒から10秒の範囲から選
択されることを特徴とする。上記した半導体装置の製造
方法において、前記光は、進行方向の揃った単一周波数
又は数種類の周波数であり、前記半導体基板11の面に
対して垂直方向であることを特徴とする。
In the above-described method for manufacturing a semiconductor device,
The light irradiation time is selected from the range of 1 bsec to 10 sec. In the above-described method for manufacturing a semiconductor device, the light is a single frequency or several kinds of frequencies aligned in a traveling direction, and is perpendicular to a surface of the semiconductor substrate 11.

【0011】上記した半導体装置の製造方法において、
前記核22は、1〜10原子層であるか島状に形成され
た膜であることを特徴とする。上記した半導体装置の製
造方法において、前記核22の成長は、前記開口19の
内側をガスを用いてクリーニングした後に連続して形成
されることを特徴とする。この場合、前記ガスを用いる
クリーニングは、前記開口の前記内側をHfac(C
u)+TMVSに室温でさらし、又は、前記半導体基板
にバイアス電極を印加しながら水素の高密度プラズマに
前記開口の前記内側にさらし、又は、水素ダウンフロー
プラズマに前記開口の前記内側をさらすことによって行
なわれるようにしてもよい。
In the above-described method for manufacturing a semiconductor device,
The nucleus 22 is a film having 1 to 10 atomic layers or a film formed in an island shape. In the method of manufacturing a semiconductor device described above, the growth of the nucleus 22 is continuously formed after the inside of the opening 19 is cleaned using a gas. In this case, the cleaning using the gas is performed by cleaning the inside of the opening with Hfac (C
u) by exposing to + TMVS at room temperature, or by exposing the inside of the opening to a high-density plasma of hydrogen while applying a bias electrode to the semiconductor substrate, or exposing the inside of the opening to a hydrogen downflow plasma. It may be performed.

【0012】上記した半導体装置の製造方法において、
前記絶縁膜17,18は、誘電率が1.1〜3.5の低
誘電率材料により形成され、又は、誘電率が8〜600
の高誘電率材料により形成されることを特徴とする。上
記した半導体装置の製造方法において、前記核2を構成
する前記金属は、銅、窒化チタン、窒化タングステン、
窒化タンタル、アルミニウム、モリブデン、窒化モリブ
デンの何れかから構成されることを特徴とする。
In the above-described method of manufacturing a semiconductor device,
The insulating films 17 and 18 are formed of a low dielectric constant material having a dielectric constant of 1.1 to 3.5, or a dielectric constant of 8 to 600.
Characterized by being formed of a high dielectric constant material. In the method of manufacturing a semiconductor device described above, the metal constituting the core 2 is copper, titanium nitride, tungsten nitride,
It is characterized by being composed of any of tantalum nitride, aluminum, molybdenum, and molybdenum nitride.

【0013】上記した半導体装置の製造方法において、
前記開口内に成長される前記金属膜は、銅、銅合金、窒
化チタン、窒化タングステン、窒化タンタル、アルミニ
ウム、モリブデン、窒化モリブデン、タンタル、ゲルマ
ニウム、窒化ゲルマニウム、ルテニウム、窒化ルテニウ
ムのいずれかであることを特徴とする。なお、上記した
図番、符号は発明の理解を容易にするために引用したも
ので、本発明はこれらの限定されるものではない。
In the method of manufacturing a semiconductor device described above,
The metal film grown in the opening is any one of copper, copper alloy, titanium nitride, tungsten nitride, tantalum nitride, aluminum, molybdenum, molybdenum nitride, tantalum, germanium, germanium nitride, ruthenium, and ruthenium nitride It is characterized by. It should be noted that the above-described figure numbers and reference numerals are cited for facilitating the understanding of the present invention, and the present invention is not limited thereto.

【0014】次に、本発明の作用について説明する。本
発明によれば、絶縁膜に形成された開口を金属種ソース
ガスの雰囲気中に曝しながら、開口の底部と前記絶縁膜
の上に向けて光を照射することにより、開口の底部と絶
縁膜の上に金属核を生成し、その後に、気相成長法によ
って開口内に金属膜を成長するようにしている。また、
光のみによって金属核成長が不十分な場合には、開口内
を加熱して、その加熱温度と光の総エネルギーが開口の
底部で金属種ソースガスの活性化エネルギーに等しくな
るようにしている。
Next, the operation of the present invention will be described. According to the present invention, while exposing the opening formed in the insulating film to the atmosphere of the metal source gas while irradiating light toward the bottom of the opening and the insulating film, the bottom of the opening and the insulating film Then, a metal nucleus is generated on the substrate, and thereafter, a metal film is grown in the opening by a vapor phase growth method. Also,
When the growth of metal nuclei is insufficient by light alone, the inside of the opening is heated so that the heating temperature and the total energy of the light are equal to the activation energy of the metal species source gas at the bottom of the opening.

【0015】したがって、開口の径が小さく且つその底
部が深い場合であっても、金属核が存在する開口の底部
での金属膜の成長速度が従来よりも高くなり、その金属
膜の成長の最中では、開口の底部での金属膜が厚くなっ
て実質的な開口のアスペクト比が徐々に小さくなるの
で、開口内の金属膜にはボイドが発生しなくなる。ま
た、開口の底部と絶縁膜の上に形成される金属核によっ
て金属膜とその下の膜との密着性が向上する。
Therefore, even when the diameter of the opening is small and the bottom is deep, the growth rate of the metal film at the bottom of the opening where the metal nuclei are present becomes higher than in the past, and the growth of the metal film becomes the maximum. Inside, the metal film at the bottom of the opening becomes thicker and the substantial aspect ratio of the opening gradually decreases, so that voids are not generated in the metal film in the opening. In addition, the adhesion between the metal film and the film below the metal film is improved by the metal nuclei formed on the bottom of the opening and the insulating film.

【0016】さらに、金属核の存在によって金属膜が成
長し易くなってインキュベーション時間を短くすること
ができ、これにより金属膜の成長プロセスの再現性が向
上する。その開口内に金属を埋め込む前に、開口の内面
と絶縁膜上にバリアメタルを形成することがあり、この
場合には、開口の底部に存在するバリアメタルの上と絶
縁膜上に存在するバリアメタルの上に金属核を成長させ
ることになる。
Further, the presence of the metal nuclei facilitates the growth of the metal film, thereby shortening the incubation time, thereby improving the reproducibility of the growth process of the metal film. Before embedding a metal in the opening, a barrier metal may be formed on the inner surface of the opening and on the insulating film. In this case, the barrier metal on the bottom of the opening and the barrier metal on the insulating film may be formed. A metal nucleus grows on the metal.

【0017】バリアメタルを有機金属気相成長法により
成長する場合には、その表面に有機汚染物が付着した
り、その表面に凹凸が生じることがあるので、このよう
な場合には、金属が成長しない程度の低い温度状態で開
口内に金属種ソースガスを供給することによって、バリ
アメタル上の汚染物を低減したり、バリアメタルの表面
の平坦性を向上することができる。
When a barrier metal is grown by metalorganic vapor phase epitaxy, organic contaminants may adhere to the surface or irregularities may occur on the surface. By supplying the metal species source gas into the opening at a temperature low enough to prevent growth, contaminants on the barrier metal can be reduced and the surface flatness of the barrier metal can be improved.

【0018】なお、金属核を成長するために用いる金属
種ソースガスは、そのまま金属膜を成長するために使用
することができるので、金属核の成長から金属膜の成長
を同一場所で行なうことができ、作業性が大幅に低減す
ることはない。
The source gas of the metal seed used for growing the metal nucleus can be used as it is for growing the metal film. Therefore, the growth of the metal film from the growth of the metal nucleus can be performed in the same place. The workability is not greatly reduced.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】そこで、以下に本発明の実施形態
を図面に基づいて説明する。 (第1の実施の形態)図3〜図7は、本発明の実施の形
態を示すダマシン法によるビアの形成を示す断面図であ
る。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention. (First Embodiment) FIGS. 3 to 7 are cross-sectional views showing formation of vias by a damascene method according to an embodiment of the present invention.

【0020】まず、図3(a) に示すように、シリコン基
板11上にSiO2よりなる第一の絶縁膜12とSiO2よりな
る第二の絶縁膜13を形成した後に、第二の絶縁膜13
にコンタクトホール13aを形成し、そのコンタクトホ
ール13a内面に第一のバリアメタル膜14を形成す
る。さらに、コンタクトホール13a内に銅膜15を埋
め込んで第一の配線を形成する。なお、第二の絶縁膜1
3の上面に成長した第一のバリアメタル膜14と銅膜1
5は、それぞれ研磨によって除去される。
[0020] First, as shown in FIG. 3 (a), after forming the first insulating film 12 and the second insulating film 13 made of SiO 2 made of SiO 2 on the silicon substrate 11, a second insulating Membrane 13
Then, a contact hole 13a is formed, and a first barrier metal film 14 is formed on the inner surface of the contact hole 13a. Further, the first wiring is formed by burying the copper film 15 in the contact hole 13a. The second insulating film 1
3 and the first barrier metal film 14 and the copper film 1
5 are each removed by polishing.

【0021】続いて、第二の絶縁膜13と第一の配線の
上に、SiOFよりなる第三の絶縁膜17と低誘電率有機材
よりなる第四の絶縁膜18をそれぞれ500nm、800
nmの厚さに順に形成する。低誘電率有機材として誘電率
が1.1〜3.5の範囲内であることが好ましく、例え
ばパリレン(Parylene: poly tetrafluoro-p-xylylene
s)、α-C-F(アモルファスカーボンフロライド)等が
ある。
Subsequently, a third insulating film 17 made of SiOF and a fourth insulating film 18 made of an organic material having a low dielectric constant are formed on the second insulating film 13 and the first wiring, respectively, at 500 nm and 800 nm.
It is formed in order of nm thickness. The low dielectric constant organic material preferably has a dielectric constant in the range of 1.1 to 3.5, for example, parylene (polytetrafluoro-p-xylylene).
s) and α-CF (amorphous carbon fluoride).

【0022】次に、第四の絶縁膜18の上にレジスト1
0を塗布し、これを露光、現像して第一の配線15の一
部の上方に直径が約0.25μmの窓10aを形成す
る。続いて、図3(b) に示すように、レジスト10をマ
スクに使用して、と第三の絶縁膜17と第四の絶縁膜1
8をエッチングしてアスペクト比が6以上のビアホール
19を形成する。
Next, a resist 1 is formed on the fourth insulating film 18.
0 is applied, exposed and developed to form a window 10a having a diameter of about 0.25 μm above a part of the first wiring 15. Subsequently, as shown in FIG. 3B, using the resist 10 as a mask, the third insulating film 17 and the fourth insulating film 1 are used.
8 is etched to form a via hole 19 having an aspect ratio of 6 or more.

【0023】レジスト10を除去した後に、図4(a) に
示すように、PVD法又はCVD法により第二のバリア
メタル膜20をビアホール19の内面と第四の絶縁膜1
8の上面に沿って形成する。第二のバリアメタル膜20
としては、CVD法、PVD法により形成した窒化タン
タル、窒化タングステン(WN)或いは窒化チタン(TiN)
を用いる。
After the resist 10 is removed, as shown in FIG. 4A, a second barrier metal film 20 is formed on the inner surface of the via hole 19 and the fourth insulating film 1 by PVD or CVD.
8 is formed along the upper surface. Second barrier metal film 20
May be tantalum nitride, tungsten nitride (WN) or titanium nitride (TiN) formed by CVD or PVD.
Is used.

【0024】第二のバリアメタル膜20の表面には汚染
となる有機生成物21が付着するとともに、その表面に
は凹凸が存在し、これらは次に形成しようとする銅膜と
の密着性を低下させる原因となる。そこで、そのような
有機生成物21を除去し、さらに凹凸を少なくするため
に、第二のバリアメタル膜20を25℃以上90℃以下
の温度に設定し、さらに図4(b) に示すように、銅成長
用ガス、例えばシューマッカー社製の商品名キュプラセ
レクト(Cupra Select)を気化して得られ
るHfacCu+TMVS(trimethylvinysilane)から
なる有機ガスに第二のバリアメタル膜20の表面をさら
す。これにより、図5(a) に示すように、第二のバリア
メタル膜20の表面は清浄化され、さらに平坦化され
る。
The contaminant organic product 21 adheres to the surface of the second barrier metal film 20 and has irregularities on the surface thereof, and these contaminate the copper film to be formed next. May cause a decrease. Therefore, in order to remove such organic products 21 and further reduce unevenness, the second barrier metal film 20 is set at a temperature of 25 ° C. or more and 90 ° C. or less, and as shown in FIG. Then, the surface of the second barrier metal film 20 is exposed to a copper growth gas, for example, an organic gas composed of HfacCu + TMVS (trimethylvinysilane) obtained by vaporizing Cupra Select (trade name, manufactured by Shoe Macker). As a result, as shown in FIG. 5A, the surface of the second barrier metal film 20 is cleaned and further flattened.

【0025】第二のバリアメタル膜20を銅成長用ガス
に曝す処理は、シリコン基板11を気相成長用チャンバ
(不図示)内に入れた状態で行なう。そして、その銅成
長用ガスを気相成長チャンバからパージした後に、気相
成長用チャンバ内を減圧し、さらにシリコン基板11を
25℃〜90℃の温度に加熱した後に、図5(b) に示す
ように、再びHfacCu+TMVSよりなる銅成長用
液体を流量0.6ml/minで気化した後に気相成長用チャ
ンバ(不図示)に導入する。
The process of exposing the second barrier metal film 20 to a copper growth gas is performed with the silicon substrate 11 placed in a vapor growth chamber (not shown). Then, after purging the gas for copper growth from the vapor phase growth chamber, the inside of the chamber for vapor phase growth is decompressed, and the silicon substrate 11 is further heated to a temperature of 25 ° C. to 90 ° C., as shown in FIG. As shown in the figure, a copper growth liquid composed of HfacCu + TMVS is vaporized again at a flow rate of 0.6 ml / min, and then introduced into a vapor growth chamber (not shown).

【0026】そのガスが気相成長用チャンバ内に定常的
に流れるようになった状態で、図6(a) に示すように、
ビアホール19の底と第四の絶縁膜18の上面に向けて
コヒーレント光、例えば波長248nmのKrFレーザを
約10nsec(ナノ秒)の時間で照射する。その光の照射
方向は、基板面に対して略垂直方向である。その銅成長
用ガスの、不均化(disproportionation)反応の活性化エ
ネルギーは約0.68eVであるため、25℃〜90℃の
基板加熱だけでは反応が進まず、また、波長248nmの
光だけでも反応は進まない。そして、加熱によるエネル
ギーと光によるエネルギーの両方が存在する領域のみで
選択的に反応が進行する。
With the gas flowing constantly into the chamber for vapor phase growth, as shown in FIG.
Coherent light, for example, a KrF laser having a wavelength of 248 nm is irradiated toward the bottom of the via hole 19 and the upper surface of the fourth insulating film 18 for about 10 nsec (nanosecond). The light irradiation direction is substantially perpendicular to the substrate surface. Since the activation energy of the disproportionation reaction of the copper growth gas is about 0.68 eV, the reaction does not proceed only by heating the substrate at 25 ° C. to 90 ° C., and the light having a wavelength of 248 nm alone. The reaction does not progress. Then, the reaction selectively proceeds only in a region where both energy by heating and energy by light are present.

【0027】ただし、気相成長チャンバ内に置かれた基
板温度と光照射エネルギーの総和が不均化反応の活性化
エネルギーに等しい場合には、積極的にビアホール19
内を加熱する必要はない。そのような反応は、主に、第
二のバリアメタル膜20の表面のうち光が照射されるビ
アホール19の底の領域と光が照射される第四の絶縁膜
18の上方の領域で進み、それらの領域では選択的に核
22が生成され、その核生成の量は光の照射時間によっ
て制御でき、核22が最適な大きさになるためには、そ
の光照射の時間は1ピコ秒から10秒の範囲にあること
が好ましい。
However, if the sum of the temperature of the substrate placed in the vapor phase growth chamber and the energy of light irradiation is equal to the activation energy of the disproportionation reaction, the via hole 19 is positively activated.
There is no need to heat the inside. Such a reaction mainly proceeds in the region of the surface of the second barrier metal film 20 at the bottom of the via hole 19 to be irradiated with light and the region above the fourth insulating film 18 to be irradiated with light, In those regions, nuclei 22 are selectively generated, and the amount of the nucleation can be controlled by the irradiation time of light, and in order for the nuclei 22 to have an optimal size, the irradiation time is from 1 picosecond to 1 ps. Preferably it is in the range of 10 seconds.

【0028】その核22は、1〜10原子層又は島状の
膜として形成したものを含む概念である。なお、上記し
た銅の核成長の反応式は、次のように表される。
The concept of the nucleus 22 is a concept including one formed as a 1 to 10 atomic layer or an island-like film. The reaction equation for the above-described nucleus growth of copper is expressed as follows.

【0029】[0029]

【化1】 Embedded image

【0030】次に、光照射を停止した後に、図6(b) に
示すように、第二のバリアメタル膜20の上にCVD法
により銅を成長すると、第二のバリアメタル膜20のう
ち核22が存在するビアホール10の底の領域と第四の
絶縁膜18の上方の領域で銅の成長速度が速くなる一
方、ビアホール10の内周面の上では銅の成長速度が遅
くなる。従って、銅の成長過程では、図6(b) の破線に
示すように銅膜23が成長するために、ビアホール10
のアスペクト比は実質的に小さくなって、ビアホール1
0内で形成された銅膜23にはボイドが発生しない。
Next, after the light irradiation is stopped, copper is grown on the second barrier metal film 20 by the CVD method as shown in FIG. The growth rate of copper is higher in the region at the bottom of the via hole 10 where the nucleus 22 exists and in the region above the fourth insulating film 18, while the growth speed of copper is lower on the inner peripheral surface of the via hole 10. Accordingly, during the copper growth process, the copper film 23 grows as shown by the broken line in FIG.
Of the via hole 1 is substantially reduced.
No void is generated in the copper film 23 formed in the area 0.

【0031】その銅膜23の成長条件は、基板温度を1
85℃とし、成長雰囲気の圧力を50 mTorr、銅成長ガ
スとして上記した商品名キュブラセレクトを気化したガ
スを使用する。なお、商品名キュブラセレクトの気化温
度は60℃以上であり、160℃以上になると分解し、
銅形成されてしまう。第二のバリアメタル膜20の表面
洗浄化から銅膜23の成長までは、以上のように同じ場
所(in-situ )で処理するのが好ましい。
The growth condition of the copper film 23 is as follows.
The temperature was set to 85 ° C., the pressure of the growth atmosphere was set to 50 mTorr, and a gas obtained by vaporizing the above-mentioned Cubra Select as the copper growth gas was used. In addition, the vaporization temperature of the product name Cubra Select is 60 ° C or higher, and it decomposes at 160 ° C or higher,
Copper is formed. As described above, the processing from the surface cleaning of the second barrier metal film 20 to the growth of the copper film 23 is preferably performed in the same place (in-situ).

【0032】次に、図7に示すように、第四の絶縁膜1
8の上に存在する銅膜23と第二のバリアメタル膜20
を化学機械研磨(CMP)法によって除去する。そし
て、ビアホール19内に残った銅膜23をビアとして使
用する。なお、図3(b) に示すように、ビアホール19
の内部に第二のバリアメタル膜20を成長する前に、バ
リアメタル膜20を構成する材料からなる核20aをビ
アホール19の底の領域に成長すると、ビアホール19
の底でのバリアメタル膜20の成長がし易くなる。
Next, as shown in FIG. 7, a fourth insulating film 1 is formed.
Copper film 23 and second barrier metal film 20 existing on
Is removed by a chemical mechanical polishing (CMP) method. Then, the copper film 23 remaining in the via hole 19 is used as a via. In addition, as shown in FIG.
When a nucleus 20a made of a material constituting the barrier metal film 20 is grown in a region at the bottom of the via hole 19 before the second barrier metal film 20 is grown inside the via hole 19,
The growth of the barrier metal film 20 at the bottom of the substrate becomes easy.

【0033】なお、銅膜23の成長は電解メッキ法を用
いて行なってもよく、この場合でも核22の存在によっ
て銅膜23が成長しすくなる。 (第2の実施の形態)上記した第1の実施の形態では、
ビアを形成する工程について説明したが、本実施の形態
では、デュアルダマシン法により配線とビアを同時に形
成する方法について図8、図9に基づいて説明する。な
お、図8、図9において、図3と同じ符号は、同じ要素
を示している。
The copper film 23 may be grown by electrolytic plating. Even in this case, the growth of the copper film 23 is facilitated by the presence of the nucleus 22. (Second Embodiment) In the first embodiment described above,
Although the step of forming a via has been described, in the present embodiment, a method of simultaneously forming a wiring and a via by a dual damascene method will be described with reference to FIGS. 8 and 9, the same reference numerals as those in FIG. 3 indicate the same elements.

【0034】まず、図8(a) に示すような状態になるま
での工程を説明する。シリコン基板11の上には、第一
の絶縁膜12、第二の絶縁膜13が順に形成され、第二
の絶縁膜13には第一の配線15が埋め込まれている。
この状態で第二の絶縁膜13と第一の配線15の上に、
有機材料よりなる第三の絶縁膜膜30、SiO2よりなる第
四の絶縁膜31、有機材料よりなる第五の絶縁膜32、
SiO2よりなる第六の絶縁膜33をCVDにより順に形成
した後に、これらの絶縁膜30〜33をフォトリソグラ
フィー法によりパターニグして、第六の絶縁膜33から
第一の配線15に達する第一のビアホール34を形成す
るとともに第六の絶縁膜33と第五の絶縁膜32に配線
溝36を形成し、その直下に第二のビアホール35を形
成する。
First, steps required until a state as shown in FIG. A first insulating film 12 and a second insulating film 13 are sequentially formed on a silicon substrate 11, and a first wiring 15 is embedded in the second insulating film 13.
In this state, on the second insulating film 13 and the first wiring 15,
A third insulating film 30 made of an organic material, a fourth insulating film 31 made of SiO 2 , a fifth insulating film 32 made of an organic material,
After sequentially forming a sixth insulating film 33 made of SiO 2 by CVD, these insulating films 30 to 33 are patterned by a photolithography method, and the first insulating film 33 reaching the first wiring 15 from the sixth insulating film 33 is formed. And a wiring groove 36 is formed in the sixth insulating film 33 and the fifth insulating film 32, and a second via hole 35 is formed immediately below the wiring groove 36.

【0035】このような状態で、第1の実施の形態と同
様な方法により、第一のビアホール34の内面と第二の
ビアホール35の内面と配線用溝36の内面と第六の絶
縁膜33の上面に沿って第二のバリアメタル膜37を形
成する。第二のバリアメタルを構成する材料は、第一の
実施形態と同様に、タンタル又は窒化タンタルなどから
構成する。
In this state, the inner surface of the first via hole 34, the inner surface of the second via hole 35, the inner surface of the wiring groove 36, and the sixth insulating film 33 are formed in the same manner as in the first embodiment. A second barrier metal film 37 is formed along the upper surface of the substrate. The material forming the second barrier metal is made of tantalum or tantalum nitride, as in the first embodiment.

【0036】次に、図8(b) に示すように、シリコン基
板11を25℃以上で加熱しながら銅を形成するための
ソースガスを第一及び第二のビアホール34,35と配
線用溝36に供給する。その状態で、図8(b) に示すよ
うに、KrF レーザを基板に垂直な方向で第二のバリアメ
タル膜37の上に照射すると、銅よりなる核38が第一
及び第二のビアホール34,35の底の領域と第六の絶
縁膜33の上の領域にある第二のバリアメタル膜37の
上に形成する。
Next, as shown in FIG. 8B, a source gas for forming copper is supplied to the first and second via holes 34 and 35 and the wiring groove while heating the silicon substrate 11 at 25 ° C. or more. 36. In this state, as shown in FIG. 8B, when a KrF laser is irradiated on the second barrier metal film 37 in a direction perpendicular to the substrate, a nucleus 38 made of copper causes the first and second via holes 34 to be formed. , 35 and on the second barrier metal film 37 in the region above the sixth insulating film 33.

【0037】続いて、図9(a) に示すように、銅成長用
のソースガスを用いてCVD法により第二のバリアメタ
ル膜37の上に銅膜39を形成する。この銅膜39は、
核38の多い領域では成長速度が高い一方、核38のあ
まり存在しない領域では成長速度が低くなる。したがっ
て、図9(a) の一点鎖線で示すように、銅の成長過程で
は、第一及び第二のビアホール34,35の底の領域と
第六の絶縁膜33の上の領域では、第二のバリアメタル
膜37の表面で厚く成長するので、実質的に第一及び第
二のビアホール34,35のアスペクト比が小さくなっ
て銅膜39が第一及び第二のビアホール34,35と配
線用溝36内に埋め込み易くなる。
Subsequently, as shown in FIG. 9A, a copper film 39 is formed on the second barrier metal film 37 by a CVD method using a source gas for copper growth. This copper film 39
The growth rate is high in the region with many nuclei 38, while the growth speed is low in the region where there are few nuclei 38. Therefore, as shown by the dashed line in FIG. 9A, in the copper growth process, the second region is formed in the bottom region of the first and second via holes 34 and 35 and in the region above the sixth insulating film 33. Is grown thick on the surface of the barrier metal film 37, the aspect ratio of the first and second via holes 34 and 35 is substantially reduced, and the copper film 39 is formed between the first and second via holes 34 and 35 and It becomes easy to embed in the groove 36.

【0038】このようにして成長した銅膜39のうち第
六の絶縁膜33の上の部分は化学機械研磨法によって除
去され、第一のビアホール34に残った銅膜39はビア
41として使用され、第二のビアホール35に残った銅
膜39は第二のビア42として使用され、さらに、配線
用溝36内に残った銅膜39は第二の配線40として使
用される。 (その他の実施の形態)第1及び第2の実施の形態で説
明した核22、38や銅膜23、39を形成するために
ソースガスとして、上記したものの他に、例えば Cu(HF
A)+H2、CpCuCp(C2H5)3 +H2、Cu(FOD)2+H2又はCu(DP
M)2+H2があり、そのいずれかを上記した銅成長用ガス
の代わりに用いてもよい。
The portion of the copper film 39 thus grown on the sixth insulating film 33 is removed by a chemical mechanical polishing method, and the copper film 39 remaining in the first via hole 34 is used as a via 41. The copper film 39 remaining in the second via hole 35 is used as a second via 42, and the copper film 39 remaining in the wiring groove 36 is used as a second wiring 40. (Other Embodiments) As a source gas for forming the nuclei 22 and 38 and the copper films 23 and 39 described in the first and second embodiments, for example, Cu (HF
A) + H 2, CpCuCp ( C 2 H 5) 3 + H 2, Cu (FOD) 2 + H 2 or Cu (DP
M) 2 + H 2 , one of which may be used in place of the copper growth gas described above.

【0039】また、ビアや配線となる導電材は、特に銅
に限定されるものではなく、窒化チタン(TiN )、窒化
タングステン(WN)、窒化タンタル(TaN)、アルミニウ
ム(Al)、モリブデン(Mo)、窒化モリブデン(MoN)な
どであってもよい。この場合、窒化チタンを成長するた
めのソースガスとして、TiCl4 とNH3 の混合ガス、TD
MAT(Ti(N(CH3)2)4)、C5H5Ti(N3)2 などがある。こ
れらのガスは、TiN よりなる核を成長する際にも使用
し、基板を加熱しながら光を照射することによって核を
成長することになる。
The conductive material used as vias and wirings is not particularly limited to copper, but may be titanium nitride (TiN), tungsten nitride (WN), tantalum nitride (TaN), aluminum (Al), molybdenum (Mo). ) And molybdenum nitride (MoN). In this case, as a source gas for growing titanium nitride, a mixed gas of TiCl 4 and NH 3 , TD
MAT (Ti (N (CH 3 ) 2 ) 4 ), C 5 H 5 Ti (N 3 ) 2 and the like. These gases are also used for growing a nucleus made of TiN, and the nucleus grows by irradiating light while heating the substrate.

【0040】また、窒化タングステンを成長するための
ソースガスとして、WF6 とH2の混合ガス、WF6 とH2とSi
H4の混合ガスがある。これらのガスは、WNよりなる核を
成長する際にも使用し、基板を加熱しながら光を照射す
ることによって核を成長することになる。窒化タンタル
を成長するためのソースガスとして、TaCl5 とSiH2Cl2
とH2の混合ガス、TaCl5 とSiH4とH2の混合ガス、TaCl5
とSiH4とH2とHCl とArの混合ガスがある。これらのガス
は、TaN よりなる核を成長する際にも使用し、基板を加
熱しながら光を第二のバリアメタル膜20に照射するこ
とによって核を成長することになる。
Further, as a source gas for growing tungsten nitride, a mixed gas of WF 6 and H 2, WF 6 and H 2 and Si
There is a mixed gas of H 4. These gases are also used when growing nuclei made of WN, and grow the nuclei by irradiating light while heating the substrate. TaCl 5 and SiH 2 Cl 2 as source gases for growing tantalum nitride
A mixed gas of H 2, a mixed gas of TaCl 5 and SiH 4 and H 2, TaCl 5
That there is a mixed gas of SiH 4 and H 2 and HCl and Ar. These gases are also used when growing nuclei made of TaN, and the nuclei are grown by irradiating the second barrier metal film 20 with light while heating the substrate.

【0041】アルミニウムを成長するためのソースガス
として、DMAH(AlH(CH3)2 )とH2の混合ガス、AlNH
3(CH3)3 、Al2(CH3)6 、Al(C4H9)3 、AlCl3 とH2の混合
ガスなどがある。これらのガスは、Alよりなる核を成長
する際にも使用し、基板を加熱しながら光を第二のバリ
アメタル膜20に照射することによって核を成長するこ
とになる。
As a source gas for growing aluminum, a mixed gas of DMAH (AlH (CH 3 ) 2 ) and H 2 , AlNH
3 (CH 3 ) 3 , Al 2 (CH 3 ) 6 , Al (C 4 H 9 ) 3 , and a mixed gas of AlCl 3 and H 2 . These gases are also used for growing nuclei made of Al, and the nuclei are grown by irradiating the second barrier metal film 20 with light while heating the substrate.

【0042】モリブデンを成長するためのソースガスと
してMoF6とH2の混合ガス、Mo(CO)6、MoCl5 とH2の混合
ガスなどがある。これらのガスは、Moよりなる核を成長
する際にも使用し、基板を加熱しながら光を第二のバリ
アメタル膜20に照射することによって核を成長するこ
とになる。窒化モリブデンを成長するためのソースガス
として、MoF6とジメチルヒドラジンとH2の混合ガス、Mo
(Co)6 、MoCl5 とH2の混合ガスがある。これらのガス
は、MoN よりなる成長核を成長する際にも使用し、基板
を加熱しながら光を第二のバリアメタル膜20に照射す
ることによって核を成長することになる。
As a source gas for growing molybdenum, there are a mixed gas of MoF 6 and H 2, a mixed gas of Mo (CO) 6 , a mixed gas of MoCl 5 and H 2 , and the like. These gases are also used for growing nuclei made of Mo, and the nuclei are grown by irradiating the second barrier metal film 20 with light while heating the substrate. As a source gas for growing the molybdenum nitride, a mixed gas of MoF 6 and dimethylhydrazine and H 2, Mo
There is a mixed gas of (Co) 6 , MoCl 5 and H 2 . These gases are also used for growing a growth nucleus made of MoN, and the nucleus grows by irradiating the second barrier metal film 20 with light while heating the substrate.

【0043】上記したTiN 、WN、TaN 、Al、Mo又はMoN
を成長するための上記したソースガスは、第二のバリア
メタル膜20の表面をクリーニングするために用いても
よく、この場合には、ソースガスを第二のバリアメタル
膜20の表面クリーニングに使用した後に、同じソース
ガスを使用して第二のバリアメタル膜20の表面に核を
成長し、さらに、同じソースガスを使用してコンタクト
ホール19の底の領域及び第四の絶縁膜18の上の領域
に存在する第二のバリアメタル膜20の上で成長速度の
速い導電膜を形成することになる。
The above-mentioned TiN, WN, TaN, Al, Mo or MoN
May be used to clean the surface of the second barrier metal film 20. In this case, the source gas is used for cleaning the surface of the second barrier metal film 20. After that, a nucleus is grown on the surface of the second barrier metal film 20 using the same source gas, and further, on the bottom region of the contact hole 19 and on the fourth insulating film 18 using the same source gas. A conductive film having a high growth rate is formed on the second barrier metal film 20 existing in the region.

【0044】なお、表面クリーニングは、それらのソー
スガスを使用するこはなく、例えば基板にバイアスを印
加しながら第二のバリアメタル膜20を水素高密度プラ
ズマに曝して行なってもよいし、或いは水素ダウンフロ
ープラズマに第二のバリアメタル膜20を曝すことによ
って行なってもよい。ソースガスを選択して核を成長さ
せるためには、ソースガスの活性化エネルギーを予め調
査し、照射光の波長と基板温度のエネルギーがその活性
化エネルギーに等しくなるように調整して、光だけで活
性化エネルギーを与えないことが必要となる。
The surface cleaning may be performed by exposing the second barrier metal film 20 to a hydrogen high-density plasma while applying a bias to the substrate, without using the source gas. This may be performed by exposing the second barrier metal film 20 to hydrogen downflow plasma. In order to select the source gas and grow the nuclei, the activation energy of the source gas is investigated in advance, and the wavelength of the irradiation light and the energy of the substrate temperature are adjusted to be equal to the activation energy. It is necessary not to give activation energy.

【0045】なお、照射光は進行方向が揃ったもので
っ、単一集は数あるいは波長の特定できている数種類の
光を基板面に対して垂直に照射するのが好ましい。ビア
又は配線となる導電膜の材料としては、上記した銅の他
に、タンタル、ゲルマニウム、窒化ゲルマニウム、ルテ
ニウム、窒化ルテニウム、銅合金(例えばCuSz、CuCr)
などをがある。
It is to be noted that the irradiation light has a uniform traveling direction, and it is preferable to irradiate a single beam perpendicularly to the substrate surface with several types of light whose number or wavelength can be specified. As a material of a conductive film to be a via or a wiring, in addition to the above-mentioned copper, tantalum, germanium, germanium nitride, ruthenium, ruthenium nitride, copper alloy (eg, CuSz, CuCr)
And so on.

【0046】また、上記した実施形態では、ビア、配線
を形成する場合について説明したが、例えば溝の中にキ
ャパシタを形成するような場合には、絶縁膜の開口に蓄
積電極を形成し、その上に誘電体膜を形成した後に、そ
の誘電体膜を加熱しながらソースガスを誘電体膜に供給
してその表面に光を照射すると、開口の底部で成長核が
形成される。光の照射方向は基板面に垂直な方向であ
る。その後に、開口内の誘電体膜上に対向電極を形成す
ると、開口の底での対向電極の成長速度が速いので、開
口部の中でボイドが発生することなしに対向電極が形成
される。その誘電体膜は、例えば誘電率が8〜600の
誘電体材料、例えばTax O y 、PZT、BST、タンタ
ル酸ストロンチウムビスマス等から形成される。
In the above embodiment, the case where vias and wirings are formed has been described. However, for example, when a capacitor is formed in a trench, a storage electrode is formed in an opening of an insulating film. After a dielectric film is formed thereon, a source gas is supplied to the dielectric film while heating the dielectric film to irradiate the surface with light, whereby a growth nucleus is formed at the bottom of the opening. The light irradiation direction is a direction perpendicular to the substrate surface. Thereafter, when a counter electrode is formed on the dielectric film in the opening, the growth rate of the counter electrode at the bottom of the opening is high, so that the counter electrode is formed without generating voids in the opening. Its dielectric film, for example, dielectric constant of the dielectric material of 8-600, for example, Ta x O y, PZT, BST , is formed from a strontium bismuth tantalate or the like.

【0047】さらに、上記した実施形態では、ビアホー
ル内に銅膜を埋め込むことについて説明したが、半導体
基板(シリコン基板、GaAs基板、InP 基板など)を覆う
絶縁膜にコンタクトホールを形成し、その中に銅膜を埋
め込む場合にも同様に適用できる。さらに、上記した核
成長とその後の金属膜成長は、半導体装置の開口のみな
らず、プリント基板、液晶表示装置、プラズマディスプ
レイ、MCM(multi chipmodule)などにおける絶縁膜
の開口を金属で埋める場合にも適用できる。
Further, in the above-described embodiment, the copper film is buried in the via hole. However, a contact hole is formed in an insulating film covering a semiconductor substrate (silicon substrate, GaAs substrate, InP substrate, etc.), and the contact hole is formed therein. The same can be applied to the case where a copper film is embedded in the substrate. Further, the above-described nucleus growth and subsequent metal film growth can be performed not only when the openings in the semiconductor device are filled, but also when the openings in the insulating film in a printed circuit board, a liquid crystal display, a plasma display, an MCM (multi chip module), or the like are filled with metal. Applicable.

【0048】[0048]

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、絶縁
膜に形成された開口を金属種ソースガスの雰囲気中にさ
らしながら、その開口内を所定の温度に設定し且つ開口
の底と前記絶縁膜の上に光を照射することにより、開口
の底と絶縁膜の上に金属の核を生成し、その後に、気相
成長法によって開口内に金属膜を成長するようにしてい
るので、開口のアスペクト比が大きい場合であっても、
核が存在する開口の底部での金属膜の成長速度が従来よ
りも高くなるので、その金属膜の成長の最中では、開口
の底部での金属膜が厚くなって実質的な開口のアスペク
ト比を徐々に小さくすることができるので、開口内の金
属膜内でのボイドの発生を防止できる。
As described above, according to the present invention, while the opening formed in the insulating film is exposed to the atmosphere of the source gas of the metal species, the inside of the opening is set to a predetermined temperature, and the bottom of the opening is formed. By irradiating light on the insulating film, a metal nucleus is generated on the bottom of the opening and on the insulating film, and thereafter, the metal film is grown in the opening by a vapor phase growth method. , Even if the aperture has a large aspect ratio,
Since the growth rate of the metal film at the bottom of the opening where the nucleus exists is higher than before, during the growth of the metal film, the metal film at the bottom of the opening becomes thicker and the substantial aspect ratio of the opening Can be gradually reduced, so that generation of voids in the metal film in the opening can be prevented.

【0049】また、開口の底部と絶縁膜の上に形成され
る核によって金属膜とその下の膜との密着性を向上させ
ることができ、半導体製造装置のプロセスインテグレー
ションがし易くなる。さらに、核の存在によって金属膜
が成長し易くなり、インキュベーション時間を短くする
ことができ、これにより、金属膜の成長プロセスの再現
性を向上することができる。
Further, the adhesion between the metal film and the film under the metal film can be improved by the nucleus formed on the bottom of the opening and the insulating film, and the process integration of the semiconductor manufacturing apparatus can be easily performed. Further, the presence of the nucleus facilitates the growth of the metal film, shortens the incubation time, and thereby improves the reproducibility of the growth process of the metal film.

【0050】その開口に金属膜を形成する前に、開口の
内面と絶縁膜上にバリアメタルを形成することがあり、
この場合には、開口の底部に存在するバリアメタルの上
と絶縁膜上に存在するバリアメタルの上に核を成長させ
ることになる。バリアメタルを気相成長法により成長す
る場合には、その表面に有機汚染物が付着したり、その
表面に凹凸が生じることがあるので、このような場合に
は、、金属種ソースガスを低温状態で開口内に供給する
ことによって、バリアメタル上の汚染物を低減したり、
バリアメタルの表面の平坦性を向上することができる。
Before forming a metal film in the opening, a barrier metal may be formed on the inner surface of the opening and on the insulating film.
In this case, nuclei are grown on the barrier metal existing on the bottom of the opening and on the barrier metal existing on the insulating film. When the barrier metal is grown by the vapor phase growth method, organic contaminants may adhere to the surface or irregularities may occur on the surface. By supplying in the opening in the state, contaminants on the barrier metal can be reduced,
The flatness of the surface of the barrier metal can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】図1は、従来のビア形成の工程を示す断面図で
ある。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a conventional via forming process.

【図2】図2(a) は、従来方法により形成されたビアに
ボイドが発生した状態を示す断面図、図2(b) は、従来
方法によりビアホール内に導電膜を埋め込む際の導電膜
の成長開始時間と導電膜の膜厚との関係を示す図であ
る。
FIG. 2A is a cross-sectional view showing a state in which a void is generated in a via formed by a conventional method, and FIG. 2B is a conductive film when a conductive film is embedded in a via hole by a conventional method. FIG. 4 is a diagram showing a relationship between a growth start time of a semiconductor device and the thickness of a conductive film.

【図3】図3(a),(b) は、本発明の第1の実施の形態に
係るビアの形成方法を示す断面図(その1)である。
FIGS. 3A and 3B are cross-sectional views (part 1) illustrating a via forming method according to the first embodiment of the present invention.

【図4】図4(a),(b) は、本発明の第1の実施の形態に
係るビアの形成方法を示す断面図(その2)である。
FIGS. 4A and 4B are cross-sectional views (part 2) illustrating a via forming method according to the first embodiment of the present invention.

【図5】図5(a),(b) は、本発明の第1の実施の形態に
係るビアの形成方法を示す断面図(その3)である。
FIGS. 5A and 5B are cross-sectional views (part 3) illustrating a via forming method according to the first embodiment of the present invention.

【図6】図6(a),(b) は、本発明の第1の実施の形態に
係るビアの形成方法を示す断面図(その4)である。
FIGS. 6A and 6B are cross-sectional views (part 4) illustrating a via forming method according to the first embodiment of the present invention.

【図7】図7は、本発明の第1の実施の形態に係るビア
の形成方法を示す断面図(その5)である。
FIG. 7 is a sectional view (part 5) illustrating the method for forming a via according to the first embodiment of the present invention.

【図8】図8(a),(b) は、本発明の第2の実施の形態に
係るビアの形成方法を示す断面図(その1)である。
FIGS. 8A and 8B are cross-sectional views (part 1) illustrating a via forming method according to a second embodiment of the present invention.

【図9】図9(a),(b) は、本発明の第2の実施の形態に
係るビアの形成方法を示す断面図(その2)である。
FIGS. 9A and 9B are cross-sectional views illustrating a via forming method according to a second embodiment of the present invention (part 2).

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…レジスト、11…シリコン基板、12,13,1
7,18…絶縁膜、14…第一のバリアメタル膜、15
…銅膜(第一の配線)、19…ビアホール、20…第二
のバリアメタル膜、21…有機生成物、22…核、23
…銅膜、24…ビア、30,31,32,33…絶縁
膜、34,35…ビアホール、36…配線用溝、37…
第二のバリアメタル膜、38…核、39…銅膜、40…
第二の配線、41,42…ビア。
10 resist, 11 silicon substrate, 12, 13, 1
7, 18 ... insulating film, 14 ... first barrier metal film, 15
... copper film (first wiring), 19 ... via hole, 20 ... second barrier metal film, 21 ... organic product, 22 ... nucleus, 23
... copper film, 24 ... via, 30, 31, 32, 33 ... insulating film, 34, 35 ... via hole, 36 ... wiring groove, 37 ...
Second barrier metal film, 38: core, 39: copper film, 40:
Second wiring, 41, 42... Vias.

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Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】導電層又は半導体層の上に絶縁膜を形成す
る工程と、 底部で前記導電層又は前記半導体層を露出させる開口を
前記絶縁膜に形成する工程と、 前記開口の底部も含め、前記絶縁膜を金属種ソースガス
の雰囲気中に曝しながら、前記開口の底部と前記絶縁膜
の上に向けて光を照射することにより、前記開口の底部
と前記絶縁膜の上に金属核を生成する工程と、 気相成長法によって前記開口内に、前記金属核をなす元
素と同一の元素からなる金属膜を成長する工程とを有す
ることを特徴とする半導体装置の製造方法。
A step of forming an insulating film on the conductive layer or the semiconductor layer; a step of forming an opening in the insulating film at the bottom to expose the conductive layer or the semiconductor layer; Irradiating light toward the bottom of the opening and the insulating film while exposing the insulating film to an atmosphere of a metal species source gas, thereby forming a metal nucleus on the bottom of the opening and the insulating film. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: a step of forming; and a step of growing a metal film made of the same element as the metal nucleus in the opening by a vapor phase growth method.
【請求項2】前記核を形成する前に、前記開口の内面に
はバリアメタル膜が形成されていることを特徴とする請
求項1に記載の半導体装置の製造方法。
2. The method according to claim 1, wherein a barrier metal film is formed on an inner surface of the opening before forming the nucleus.
【請求項3】前記金属膜は前記金属種ソースガスを用い
て形成されることを特徴とする請求項1に記載の半導体
装置の製造方法。
3. The method according to claim 1, wherein the metal film is formed using the metal species source gas.
【請求項4】前記光を照射する際には前記絶縁膜を所定
の温度に加熱し、 該温度と前記光の総エネルギーは、前記金属種ソースガ
スの活性化エネルギーに等しいことを特徴とする請求項
1に記載の半導体装置の製造方法。
4. When irradiating the light, the insulating film is heated to a predetermined temperature, and the temperature and the total energy of the light are equal to the activation energy of the metal species source gas. A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1.
【請求項5】前記光の照射時間は、1ビコ秒から10秒
の範囲から選択されることを特徴とする請求項1に記載
の半導体装置の製造方法。
5. The method according to claim 1, wherein the light irradiation time is selected from a range of 1 bsec to 10 seconds.
【請求項6】前記光は、進行方向の揃った単一周波数又
は数種類の周波数であり、前記半導体基板の面に対して
垂直方向であることを特徴とする請求項1に記載の半導
体装置の製造方法。
6. The semiconductor device according to claim 1, wherein the light has a single frequency or several kinds of frequencies aligned in a traveling direction and is perpendicular to a surface of the semiconductor substrate. Production method.
【請求項7】前記核は、1〜10原子層であるか島状に
形成された膜であることを特徴とする請求項1に記載の
半導体装置の製造方法。
7. The method according to claim 1, wherein the nucleus is a film having 1 to 10 atomic layers or a film formed in an island shape.
【請求項8】前記核の成長は、前記開口の内側をガスを
用いてクリーニングした後に連続して形成されることを
特徴とする請求項1又は請求項2に記載の半導体装置の
製造方法。
8. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the growth of the nucleus is continuously formed after cleaning the inside of the opening with a gas.
【請求項9】前記ガスを用いるクリーニングは、前記開
口の前記内側をHfac(Cu)+TMVSに室温でさ
らし、又は、前記半導体基板にバイアス電極を印加しな
がら水素の高密度プラズマに前記開口の前記内側にさら
し、又は、水素ダウンフロープラズマに前記開口の前記
内側をさらすことによって行なわれることを特徴とする
請求項8記載の半導体装置の製造方法。
9. The cleaning using the gas may include exposing the inside of the opening to Hfac (Cu) + TMVS at room temperature, or applying a bias electrode to the semiconductor substrate to apply a high-density plasma of hydrogen to the opening of the opening. 9. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 8, wherein the method is performed by exposing the inside of the opening or exposing the inside of the opening to hydrogen downflow plasma.
【請求項10】前記絶縁膜は、誘電率が1.1〜3.5
の低誘電率材料により形成され、又は、誘電率が8〜6
00の高誘電率材料により形成されることを特徴とする
請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
10. The insulating film has a dielectric constant of 1.1 to 3.5.
Formed of a low dielectric constant material having a dielectric constant of 8 to 6
2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is formed of a high dielectric constant material.
【請求項11】前記核を構成する前記金属は、銅、窒化
チタン、窒化タングステン、窒化タンタル、アルミニウ
ム、モリブデン、窒化モリブデンの何れかから構成され
ることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造
方法。
11. The semiconductor according to claim 1, wherein said metal constituting said nucleus is made of any one of copper, titanium nitride, tungsten nitride, tantalum nitride, aluminum, molybdenum, and molybdenum nitride. Device manufacturing method.
【請求項12】前記開口内に成長される前記金属膜は、
銅、銅合金、窒化チタン、窒化タングステン、窒化タン
タル、アルミニウム、モリブデン、窒化モリブデン、タ
ンタル、ゲルマニウム、窒化ゲルマニウム、ルテニウ
ム、窒化ルテニウムのいずれかであることを特徴とする
請求項1記載の半導体装置の製造方法。
12. The metal film grown in the opening,
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is any one of copper, copper alloy, titanium nitride, tungsten nitride, tantalum nitride, aluminum, molybdenum, molybdenum nitride, tantalum, germanium, germanium nitride, ruthenium, and ruthenium nitride. Production method.
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