JP2000114369A - Formation of metal film and manufacture of electronic device - Google Patents

Formation of metal film and manufacture of electronic device

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JP2000114369A
JP2000114369A JP10282940A JP28294098A JP2000114369A JP 2000114369 A JP2000114369 A JP 2000114369A JP 10282940 A JP10282940 A JP 10282940A JP 28294098 A JP28294098 A JP 28294098A JP 2000114369 A JP2000114369 A JP 2000114369A
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gas
metal
interlayer insulating
insulating film
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Takaaki Miyamoto
孝章 宮本
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a metal film which makes it possible to reduce film the formation temperature and further attain practical film formation speed, by adding carbonic gas to material gas containing metal halide gas and reducing gas. SOLUTION: A lower-layer interlayer insulating film 1 is formed on a semiconductor substrate, and lower-layer wiring 2 of Al alloy or the like is formed on the lower-layer interlayer insulating film 1. The lower-layer wiring 2 is subjected to spin coating, and subsequently to curing in an N2 atmosphere to form an organic polymeric material film 3 of polyarylether. An oxide film 4 is deposited thereon to form an interlayer insulating film 5. Connecting holes 6 facing on the lower-layer wiring is formed in the interlayer insulating film 5, and a barrier metal 7 film is formed on this structure. Thereafter, carbonic gas, such as CO and CH4, is added to reducing gas, such as metal halide and hydrogen, using a low-pressure CVD system to form a metal film 8.

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】本発明は金属膜の形成方法お
よび電子装置の製造方法に関し、さらに詳しくは、成膜
温度の低温化および成膜速度に特徴を有する金属膜の形
成方法およびこれを用いた高集積度半導体装置等の電子
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 for forming a metal film and a method for manufacturing an electronic device, and more particularly, to a method for forming a metal film characterized by lowering a film forming temperature and a film forming rate, and using the same. And a method of manufacturing an electronic device such as a highly integrated semiconductor device.

【0002】[0002]

【従来の技術】ULSI(Ultra Large Scale Integrate
d Circuits) 等の半導体装置の高集積度化が進展するに
伴い、配線幅および配線ピッチの微細化が必要となって
いる。また同時に、特に高速ロジック系の半導体装置を
はじめとする半導体装置の低消費電力化、動作速度の高
速化等の要求に応えるためには、配線間隔の微細化にと
もなって増大する配線間容量の抑制が必須であり、低誘
電率の層間絶縁膜材料の選択が要素技術の1つとして重
要性を増している。これは、半導体装置以外の各種高周
波微細電子装置においても同様に重要な問題である。
2. Description of the Related Art ULSI (Ultra Large Scale Integrate)
As the degree of integration of semiconductor devices such as d circuits increases, the wiring width and the wiring pitch need to be finer. At the same time, in order to meet the demands for lower power consumption and higher operating speed of semiconductor devices, especially semiconductor devices of high-speed logic type, the capacitance between wirings, which increases with the finer wiring spacing, is required. Suppression is essential, and selection of a low dielectric constant interlayer insulating film material is gaining importance as one of the elemental technologies. This is also an important problem in various high-frequency fine electronic devices other than semiconductor devices.

【0003】従来より半導体装置等の層間絶縁膜に採用
されてきた絶縁膜材料は、SiO2(比誘電率4)、S
iON(比誘電率4〜6)やSi3 4 (比誘電率6)
等の無機系材料が主体であった。高集積度半導体装置等
の配線間容量の低減方法として、これら一般的な無機系
材料よりも低誘電率の材料による層間絶縁膜の採用が有
効である。この低誘電率材料としては、フッ素原子を含
む酸化シリコン系絶縁膜(以下SiOFと記す)等の無
機系絶縁膜材料と、炭素原子を含む有機系絶縁膜材料が
代表的である。
[0003] Insulating film materials conventionally used for interlayer insulating films of semiconductor devices and the like include SiO 2 (dielectric constant 4), S
iON (relative permittivity 4 to 6) or Si 3 N 4 (relative permittivity 6)
And other inorganic materials. As a method of reducing the capacitance between wirings of a highly integrated semiconductor device or the like, it is effective to use an interlayer insulating film made of a material having a lower dielectric constant than these general inorganic materials. Representative examples of the low dielectric constant material include an inorganic insulating film material such as a silicon oxide insulating film containing fluorine atoms (hereinafter, referred to as SiOF) and an organic insulating film material containing carbon atoms.

【0004】SiOFは、SiO2 を構成するSi−O
−Si結合をF原子により終端することで、その密度が
低下すること、およびSi−F結合やO−F結合の分極
率が小さいこと等により、SiO2 より低誘電率が達成
される。このSiOFはその成膜やエッチングのプロセ
スが従来のSiO2 に類似したものであるので、現用の
製造装置でも容易に採用できる。また無機系材料である
ので耐熱性にも優れる。しかしながら、高濃度のフッ素
を含有するSiOFは、Si−F結合やO−F結合の他
にSi=F2 結合が発生し、吸湿性が高まる問題が発生
する。SiOF中の水分量が増大すると、コンタクトプ
ラグの形成工程等において金属層の埋め込み特性の低下
や、コンタクト抵抗の上昇等の不都合が発生する。した
がって、この方法により成膜されるSiOFの比誘電率
は、吸湿性の点から3.8程度が限界と報告されてい
る。
[0004] SiOF is Si-O constituting SiO 2.
By terminating the F atoms to -Si bonds, that the density decreases, and the Si-F bonds and that O-F bond polarizability is small or the like, a low dielectric constant can be achieved than SiO 2. Since this SiOF is similar in film formation and etching process to conventional SiO 2 , it can be easily adopted even in a current production apparatus. Also, since it is an inorganic material, it has excellent heat resistance. However, SiOF containing a high concentration of fluorine generates a Si = F 2 bond in addition to a Si—F bond and an OF bond, which causes a problem of increased hygroscopicity. When the amount of water in the SiOF increases, inconveniences such as a decrease in the embedding characteristics of the metal layer and an increase in the contact resistance occur in the step of forming the contact plug and the like. Therefore, it is reported that the relative dielectric constant of SiOF formed by this method is limited to about 3.8 from the viewpoint of hygroscopicity.

【0005】そこで、例えば0.18μm〜0.13μ
m以下のデザインルールが適用される半導体装置に要求
される、比誘電率3以下の層間絶縁膜材料として、有機
高分子材料が提案されている。これら有機高分子材料に
は、炭化水素系高分子やフッ化炭化水素系高分子等があ
るが、いずれもCH結合やCF結合を含むことにより、
材料自体の密度や分極率を下げて低誘電率を実現するも
のである。
Therefore, for example, 0.18 μm to 0.13 μm
An organic polymer material has been proposed as an interlayer insulating film material having a relative dielectric constant of 3 or less required for a semiconductor device to which a design rule of m or less is applied. These organic polymer materials include hydrocarbon-based polymers and fluorinated hydrocarbon-based polymers, all of which include a CH bond or a CF bond,
This is to realize a low dielectric constant by lowering the density and polarizability of the material itself.

【0006】この低誘電率の有機高分子材料を層間絶縁
膜とし、この層間絶縁膜に開口したビアホールやコンタ
クトホール等の接続孔に、低抵抗のCuをCMP (Chem
icalMechanical Polishing)法により平坦に埋め込む層
間接続 (Interconnection)方法が提案されている。Cu
をコンタクトプラグ材料として採用するためには、有機
高分子材料の層間絶縁膜へのCuの拡散や酸化を防止す
るため、バリアメタルの併用が重要である。
The organic polymer material having a low dielectric constant is used as an interlayer insulating film, and low-resistance Cu is applied to a connection hole such as a via hole or a contact hole formed in the interlayer insulating film by CMP (Chem.
An inter-layer connection (Interconnection) method of burying flat by an ical mechanical polishing method has been proposed. Cu
In order to use Cu as a contact plug material, it is important to use a barrier metal together in order to prevent diffusion and oxidation of Cu into an interlayer insulating film of an organic polymer material.

【0007】このバリアメタル材料としては、TaNや
WN等の高融点金属窒化物が有望である。しかしバリア
性に優れるこれら高融点金属窒化物はその硬度が極めて
高く、特にTaNはCMPの研磨レートが小さく長時間
を要する。またこれらバリアメタルはCVD (Chemical
Vapor Deposition)法による成膜がステップカバレッジ
等の点で望ましいが、WNではこのCVD法が確立され
ていない等、実用化に向けての問題点が残っている。
As the barrier metal material, a high melting point metal nitride such as TaN or WN is promising. However, these refractory metal nitrides having excellent barrier properties have extremely high hardness, and in particular, TaN has a low CMP polishing rate and requires a long time. In addition, these barrier metals are formed by CVD (Chemical
Although film formation by the vapor deposition method is desirable from the viewpoint of step coverage and the like, the problem for practical use remains, for example, the CVD method has not been established in WN.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】そこでCuに換えてW
等の高融点金属をCVD法により形成して、有機高分子
材料による低誘電率の層間絶縁膜に形成された接続孔を
埋め込む検討もなされている。W等の高融点金属は、無
機系の層間絶縁膜に形成された接続孔へのコンタクトプ
ラグとしては従来より用いられてきた材料である。Cu
よりはやや比抵抗が大きいが、耐酸化性や安定性の面で
は依然として優れた導電材料である。高融点金属の一例
としてのWのCVD法は、 WF6 +3H2 →W+6HF 標準生成熱 122kJ
/mol で表される吸熱反応であり、被処理基体上での水素の解
離反応(H2 →2H)が律速となっている。この水素の
解離反応は温度律速であるため、水素還元によるWのC
VD法も温度律速となっていた。このため、実用的な成
膜速度を得るため、従来より420〜470℃程度の成
膜温度が採用されている。
Therefore, instead of Cu, W
It has been studied to form a high-melting point metal such as the above by a CVD method and fill the connection hole formed in the low dielectric constant interlayer insulating film made of an organic polymer material. A high melting point metal such as W is a material that has been conventionally used as a contact plug for a connection hole formed in an inorganic interlayer insulating film. Cu
Although it has a slightly higher specific resistance than that, it is still an excellent conductive material in terms of oxidation resistance and stability. The CVD method of W as an example of the refractory metal is as follows: WF 6 + 3H 2 → W + 6HF Standard heat of formation 122 kJ
/ Mol and the rate of the hydrogen dissociation reaction (H 2 → 2H) on the substrate to be treated is determined. Since this hydrogen dissociation reaction is temperature-controlled, C of W by hydrogen reduction
The VD method was also temperature-controlled. For this reason, in order to obtain a practical film forming speed, a film forming temperature of about 420 to 470 ° C. is conventionally used.

【0009】しかしながら、この温度領域では通常の有
機高分子材料による低誘電率層間絶縁膜は熱分解するの
で、成膜温度を400℃以下、例えば350〜380℃
程度まで下げる試みがなされている。ところが、かかる
低温成膜では成膜速度が極端に低下し、実用的でない。
この様子を図2に示す。図2はWF6 のH2 還元法によ
る成膜速度のアレニウスプロットである。
However, in this temperature range, the low dielectric constant interlayer insulating film made of an ordinary organic polymer material is thermally decomposed, so that the film forming temperature is set to 400 ° C. or less, for example, 350 to 380 ° C.
Attempts have been made to lower this. However, such a low-temperature film formation is not practical because the film formation speed is extremely reduced.
This is shown in FIG. FIG. 2 is an Arrhenius plot of the film formation rate of WF 6 by the H 2 reduction method.

【0010】本発明はこのような背景技術の問題点に鑑
み提案するものである。すなわち本発明は、成膜温度の
低減および実用的な成膜速度を両立しうる金属膜の形成
方法、ならびにこの金属膜の形成方法により、低誘電率
の有機高分子材料を熱分解することなく、コンタクトプ
ラグ等の配線材料を成膜しうる、高集積度半導体装置等
の電子装置の製造方法を提供することを課題とする。
The present invention has been made in view of such problems of the background art. That is, the present invention provides a method for forming a metal film capable of achieving both a reduction in film forming temperature and a practical film forming rate, and a method for forming a metal film without thermally decomposing a low dielectric constant organic polymer material. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing an electronic device such as a highly integrated semiconductor device which can form a wiring material such as a contact plug.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上述した課題を達成する
ため、本発明の金属膜の形成方法は、金属ハロゲン化物
ガスおよび還元性ガスを含む原料ガスを用いた化学的気
相成長方法により、被処理基体上に金属膜を形成する金
属膜の形成方法であって、前記原料ガスに、さらに炭素
系ガスを添加することを特徴とする。
In order to achieve the above-mentioned object, a method for forming a metal film according to the present invention comprises a chemical vapor deposition method using a source gas containing a metal halide gas and a reducing gas. A method for forming a metal film on a substrate to be processed, wherein a carbon-based gas is further added to the source gas.

【0012】この炭素系ガスとしては、CO系ガス、C
H系ガスあるいはCHO系ガスが好ましく用いられる。
具体的には、CO,CO2 ,C3 2 ,CH4 ,C2
6 ,C3 8 ,C2 4 ,C2 2 ,HCHO,HCO
OH,CH3 OH,C2 5OH,CH3 OCH3 ,C
3 COCH3 ,CH3 OC2 5 あるいはCH3 CO
OC2 5 等、比較的蒸気圧の大きな低分子量のものが
望ましい。
As the carbon-based gas, a CO-based gas, C
H-based gas or CHO-based gas is preferably used.
Specifically, CO, CO 2 , C 3 O 2 , CH 4 , C 2 H
6, C 3 H 8, C 2 H 4, C 2 H 2, HCHO, HCO
OH, CH 3 OH, C 2 H 5 OH, CH 3 OCH 3 , C
H 3 COCH 3 , CH 3 OC 2 H 5 or CH 3 CO
Those having a relatively high vapor pressure and a low molecular weight such as OC 2 H 5 are desirable.

【0013】本発明の金属膜の形成方法は、被処理基体
として、有機高分子材料を含む場合に好ましく適用され
る。すなわち、有機高分子材料による低誘電率の層間絶
縁膜等が被処理基体に含まれる場合に、有機高分子材料
の熱分解温度以下で成膜する場合に好適である。
The method for forming a metal film according to the present invention is preferably applied when the substrate to be treated contains an organic polymer material. In other words, it is suitable for a case where a low dielectric constant interlayer insulating film or the like made of an organic polymer material is included in the substrate to be processed and the film is formed at a temperature lower than the thermal decomposition temperature of the organic polymer material.

【0014】本発明の電子装置の製造方法は、その製造
工程中に上述した金属膜の形成方法を含んで形成された
ものである。
The method of manufacturing an electronic device according to the present invention is formed by including the above-described method of forming a metal film during the manufacturing process.

【0015】本発明で適用される金属膜は、W,Mo,
TaあるいはTi等の高融点金属である。したがって、
金属ハロゲン化物としては、WF6 ,WCl6 ,MoF
6 ,MoCl5 等の比較的蒸気圧が高く気化しやすいフ
ッ化物、塩化物が選ばれる。
The metal film applied in the present invention is W, Mo,
It is a high melting point metal such as Ta or Ti. Therefore,
Metal halides include WF 6 , WCl 6 , MoF
6 , MoCl 5 and the like are selected from fluorides and chlorides having relatively high vapor pressure and being easily vaporized.

【0016】また本発明で用いる還元性ガスは、H2
SiH4 あるいはSi2 6 等が例示される。
The reducing gas used in the present invention is H 2 ,
Examples include SiH 4 and Si 2 H 6 .

【0017】〔作用〕WF6 のH2 還元法によるWの形
成法を例にとると、この反応系は前述したように、 WF6 +3H2 →W+6HF 標準生成熱 122kJ
/mol であらわされる吸熱反応である。この反応系にCOを添
加すると、 WF6 +6H2 +CO→W+6HF+CH4 +H2 O 標準生成熱 −899.65kJ/mol で表される発熱反応となる。したがって、反応は進行し
やすくなり、成膜温度を例えば400℃以下に下げて
も、従来の水素還元法と同等あるいは同等以上の成膜速
度が得られる。
[Action] Taking the method of forming W by the H 2 reduction method of WF 6 as an example, this reaction system is, as described above, WF 6 + 3H 2 → W + 6HF standard heat of formation 122 kJ
/ Mol endothermic reaction. When CO is added to this reaction system, an exothermic reaction represented by WF 6 + 6H 2 + CO → W + 6HF + CH 4 + H 2 O standard heat of formation −899.65 kJ / mol is obtained. Therefore, the reaction proceeds easily, and even if the film forming temperature is lowered to, for example, 400 ° C. or lower, a film forming rate equal to or higher than that of the conventional hydrogen reduction method can be obtained.

【0018】CO2 を添加した場合も、 WF6 +7H2 +CO2 →W+6HF+CH4 +2H2
O 標準生成熱 −857.29kJ/mol で表される発熱反応であり、COと同様の原理により成
膜温度の低減と実用的な成膜速度が得られる。
When CO 2 is added, WF 6 + 7H 2 + CO 2 → W + 6HF + CH 4 + 2H 2
O Standard heat of formation Exothermic reaction expressed by -857.29 kJ / mol, and a film formation temperature can be reduced and a practical film formation rate can be obtained by the same principle as that of CO.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】以下電子装置の一例として半導体
装置を採りあげ、低誘電率の有機高分子材料による層間
絶縁膜に開口された接続孔を、Wにより埋め込むコンタ
クトプラグ形成方法を例にとり、図1を参照して説明す
る。なお電子装置としては、半導体装置の他に、薄膜磁
気ヘッド、磁気抵抗効果型ヘッド、薄膜インダクタ、薄
膜コイル、マイクロマシン等の各種電子装置、特に高周
波帯域で使用される各種電子装置で、有機高分子材料に
よる絶縁膜を採用したものに適用することができる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A semiconductor device will be described below as an example of an electronic device, and a method of forming a contact plug in which a connection hole opened in an interlayer insulating film made of an organic polymer material having a low dielectric constant is filled with W will be described as an example. This will be described with reference to FIG. As electronic devices, in addition to semiconductor devices, various electronic devices such as thin-film magnetic heads, magnetoresistive heads, thin-film inductors, thin-film coils, micromachines, etc. The present invention can be applied to a device employing an insulating film made of a material.

【0020】〔実施形態例1〕図1(a)は本発明を適
用した半導体装置の要部を示す概略断面図である。すな
わち、半導体基板上にMOSトランジスタ等所定の素子
(不図示)を作り込み、下層層間絶縁膜1を形成する。
この下層層間絶縁膜1上に、Al合金やCu等による下
層配線2を形成する。本実施形態例ではAl−1%Cu
合金上にTiNをいずれもスパッタリング法により形成
し、これをRIE (Reactive Ion Etching) によりパタ
ーニングして下層配線2とした。
Embodiment 1 FIG. 1A is a schematic sectional view showing a main part of a semiconductor device to which the present invention is applied. That is, a predetermined element (not shown) such as a MOS transistor is formed on a semiconductor substrate, and the lower interlayer insulating film 1 is formed.
On this lower interlayer insulating film 1, a lower wiring 2 made of an Al alloy, Cu or the like is formed. In this embodiment, Al-1% Cu
TiN was formed on the alloy by sputtering, and this was patterned by RIE (Reactive Ion Etching) to form a lower wiring 2.

【0021】下層配線2を形成した構造体をスピンコー
タにセッティングし、有機高分子材料としてポリアリー
ルエーテルの有機溶媒溶液を3〜5cc滴下し、250
0〜3000rpmの回転速度でスピンコーティングす
る。続いて150℃で1分間と、250℃で1分間でベ
ーキングした後、さらにキュアリングオーブンに搬入
し、425℃で1時間、N2 雰囲気中でキュアリングす
る。ポリアリールエーテルによる有機高分子材料膜3の
厚さは、500nmとする。
The structure on which the lower wiring 2 is formed is set on a spin coater, and 3 to 5 cc of an organic solvent solution of a polyaryl ether as an organic polymer material is added dropwise to the structure.
Spin coating at a rotation speed of 0-3000 rpm. Subsequently, after baking at 150 ° C. for 1 minute and at 250 ° C. for 1 minute, it is further carried into a curing oven and cured at 425 ° C. for 1 hour in an N 2 atmosphere. The thickness of the organic polymer material film 3 made of polyaryl ether is 500 nm.

【0022】この有機高分子材料膜3上に、プラズマC
VD法でSiO2 からなる酸化膜4を600nmの厚さ
に形成する。 酸化膜4のプラズマCVD法 SiH4 50 sccm N2 O 1000 sccm 圧力 10 Torr RFパワー 0.5 kW(13.56MHz) 温度 350 ℃ 有機高分子材料膜3および酸化膜4の積層構造からなる
層間絶縁膜5が形成される。
On the organic polymer material film 3, a plasma C
An oxide film 4 made of SiO 2 is formed to a thickness of 600 nm by the VD method. Plasma CVD of oxide film 4 SiH 4 50 sccm N 2 O 1000 sccm Pressure 10 Torr RF power 0.5 kW (13.56 MHz) Temperature 350 ° C. Interlayer insulation consisting of a laminated structure of organic polymer material film 3 and oxide film 4 The film 5 is formed.

【0023】酸化膜4上にフォトレジストをコーティン
グし、ビアホールの開口形状にパターニングしてレジス
トマスク(不図示)を形成する。この被エッチング基板
をマグネトロンRIE装置に搬入し、酸化膜4をエッチ
ングする。酸化膜のエッチング条件 C4 8 14 sccm CO 250 sccm Ar 100 sccm O2 2 sccm 圧力 5.3 Pa RFパワー 1.6 kW 温度 20 ℃
A photoresist is coated on the oxide film 4 and is patterned into an opening shape of a via hole to form a resist mask (not shown). The substrate to be etched is carried into a magnetron RIE apparatus, and the oxide film 4 is etched. Oxide film etching conditions C 4 F 8 14 sccm CO 250 sccm Ar 100 sccm O 2 2 sccm Pressure 5.3 Pa RF power 1.6 kW Temperature 20 ° C.

【0024】この後、被エッチング基板をECR (Elec
tron Cyclotron Resonance) プラズマエッチング装置に
搬送し、有機高分子材料膜3をエッチングする。 有機高分子材料膜のエッチング条件 N2 40 sccm He 165 sccm 圧力 0.8 Pa μ波パワー 0.5 kW 基体バイアス0.1 kW 温度 −50 ℃ レジストマスクを剥離し、層間絶縁膜5に下層配線2に
臨む接続孔(ビアホール)6を完成する。図1(a)は
この状態を示す。
Thereafter, the substrate to be etched is placed in an ECR (Elec
(tron Cyclotron Resonance) The organic polymer material film 3 is transported to a plasma etching apparatus and etched. Etching conditions for organic polymer material film N 2 40 sccm He 165 sccm Pressure 0.8 Pa μ wave power 0.5 kW Base bias 0.1 kW Temperature −50 ° C. The resist mask is peeled off, and the lower wiring is formed on interlayer insulating film 5. A connection hole (via hole) 6 facing the semiconductor device 2 is completed. FIG. 1A shows this state.

【0025】図1(b): 図1(a)に示す構造体
を、スパッタリング装置に搬入し、バリアメタル7を成
膜する。このスパッタリング装置は、ターゲットと被処
理基体との間隔を広げ、スパッタリング粒子の垂直入射
成分を高めたロングスロースパッタリング装置である。
かかる装置の採用により、高アスペクト比の接続孔6底
部のボトムカバレッジを向上することができる。バリア
メタル7は、下層よりTiを30nm、TiNを70n
mの厚さに成膜する。
FIG. 1B: The structure shown in FIG. 1A is carried into a sputtering apparatus, and a barrier metal 7 is formed. This sputtering apparatus is a long throw sputtering apparatus in which a distance between a target and a substrate to be processed is widened and a vertical incident component of sputtered particles is increased.
By employing such an apparatus, the bottom coverage at the bottom of the connection hole 6 having a high aspect ratio can be improved. The barrier metal 7 has a thickness of 30 nm for Ti and 70 n for TiN from the lower layer.
m to form a film.

【0026】図1(c): 被処理基体を枚葉式の減圧
CVD装置に搬入し、接続孔6を埋め込むようにWから
なる金属膜8を形成する。この際、被処理基体中のポリ
アリールエーテルからなる有機高分子材料膜3の実質的
な耐熱温度以下の375℃〜400℃以下の成膜温度と
する。すなわち、成膜温度が400℃を超えると、ポリ
アリールエーテルの熱分解による炭素や酸素を含むアウ
トガスにより、金属膜8の埋め込み形状が悪化したり、
酸化によりコンタクト抵抗の上昇の虞があるからであ
る。
FIG. 1C: The substrate to be processed is carried into a single-wafer type low-pressure CVD apparatus, and a metal film 8 made of W is formed so as to fill the connection hole 6. At this time, the film forming temperature is set to 375 ° C. to 400 ° C. or lower, which is lower than the substantial heat-resistant temperature of the organic polymer material film 3 made of polyaryl ether in the substrate to be processed. That is, when the film formation temperature exceeds 400 ° C., the embedded shape of the metal film 8 deteriorates due to outgas containing carbon and oxygen due to thermal decomposition of the polyaryl ether,
This is because the oxidation may increase the contact resistance.

【0027】本実施形態例においては、成膜温度の低温
化によるデポジションレートの低下を防止するため、金
属膜8の化学的気相成長反応系にCOガスを添加する。
金属膜のCVD条件 WF6 80 sccm H2 2000 sccmCO 3〜10
sccm N2 100 sccm Ar 1900 sccm 圧力 350 Torr 温度 350〜375 ℃
In this embodiment, a CO gas is added to the chemical vapor deposition reaction system of the metal film 8 in order to prevent a decrease in the deposition rate due to a low film forming temperature.
Metal film CVD conditions WF 6 80 sccm H 2 2000 sccm CO 3 to 10
sccm N 2 100 sccm Ar 1900 sccm pressure 350 Torr temperature 350-375 ° C.

【0028】COガスの添加によるこの成膜条件による
Wの標準生成熱は、−899.65kJ/molの発熱
反応である。したがって、350〜375℃の成膜温度
であるにかかわらず反応は容易に進行し、成膜速度は3
00〜500nm/minの値が得られる。一方、従来
の水素還元法によるWの標準生成熱は、122kJ/m
olの吸熱反応であることから、成膜温度を350〜3
75℃にまで下げると、成膜速度は150〜230nm
/min程度に低下する。また、成膜速度を400nm
程度とするためには、420℃の成膜温度が必要である
(図2参照)。したがって、有機高分子材料の耐熱温度
以下に成膜温度を低減しても、従来の高温度条件による
水素還元法と同等程度あるいはそれ以上の成膜速度とす
ることが可能である。
The standard heat of formation of W under the film formation conditions by the addition of the CO gas is an exothermic reaction of -899.65 kJ / mol. Therefore, the reaction easily proceeds regardless of the film formation temperature of 350 to 375 ° C., and the film formation rate is 3
Values between 00 and 500 nm / min are obtained. On the other hand, the standard heat of formation of W by the conventional hydrogen reduction method is 122 kJ / m
Since the reaction is an endothermic reaction of
When the temperature is lowered to 75 ° C., the film forming speed is 150 to 230 nm.
/ Min. In addition, the deposition rate is 400 nm.
In order to achieve this, a film formation temperature of 420 ° C. is required (see FIG. 2). Therefore, even if the film formation temperature is reduced below the heat-resistant temperature of the organic polymer material, the film formation rate can be made equal to or higher than that of the conventional hydrogen reduction method under high temperature conditions.

【0029】図1(d): この後、層間絶縁膜5上の
金属膜8およびバリアメタル7をCMP (Chemical Mec
hanical Polishing)法あるいは全面エッチバック法によ
り除去して平坦化し、埋め込まれたコンタクトプラグ上
に上層配線9を形成する。この後の工程は、さらに上層
の配線構造を形成するには図1(a)に戻って図1
(a)〜図1(d)の工程を反復すればよい。最終的に
ファイナルパシベーション膜の形成およびパッド電極の
形成等を経て半導体装置を完成する。
FIG. 1D: After that, the metal film 8 and the barrier metal 7 on the interlayer insulating film 5 are removed by CMP (Chemical Mec.).
The upper wiring 9 is formed on the buried contact plug by removing and flattening by a hanical polishing method or an entire etch-back method. In the subsequent steps, the process returns to FIG. 1A to form an upper layer wiring structure.
The steps of (a) to FIG. 1 (d) may be repeated. Finally, a semiconductor device is completed through formation of a final passivation film, formation of a pad electrode, and the like.

【0030】〔実施形態例2〕本実施形態例は、金属膜
8の形成工程において、COにかえてCO2 ガスを添加
した例である。この金属膜の形成工程以外は前実施形態
例1に準じたものであるので、図1(c)に示す金属膜
8のCVD法のみの説明に止め、重複する説明を省略す
る。
Embodiment 2 This embodiment is an example in which CO 2 gas is added in place of CO in the process of forming the metal film 8. Since the steps other than the step of forming the metal film are the same as those of the first embodiment, the description will be limited to the CVD method of the metal film 8 shown in FIG.

【0031】 金属膜のCVD条件 WF6 80 sccm H2 2000 sccm CO2 3〜10 sccm N2 100 sccm Ar 1900 sccm 圧力 350 Torr 温度 350〜375 ℃[0031] CVD conditions WF 6 80 sccm H 2 2000 sccm CO 2 3~10 sccm N 2 100 sccm Ar 1900 sccm Pressure 350 Torr temperature three hundred and fifty to three hundred and seventy-five ° C. of the metal film

【0032】CO2 ガスの添加によるこの成膜条件によ
るWの標準生成熱は、−857.29kJ/molの発
熱反応である。したがって、350〜375℃の成膜温
度であるにかかわらず反応は容易に進行し、成膜速度は
実施形態例1と同様300〜500nm/minの値が
得られる。
The standard heat of formation of W under the film formation conditions due to the addition of CO 2 gas is an exothermic reaction of −857.29 kJ / mol. Therefore, the reaction easily proceeds regardless of the film formation temperature of 350 to 375 ° C., and a film formation rate of 300 to 500 nm / min is obtained as in the first embodiment.

【0033】〔実施形態例3〕本実施形態例は、金属膜
8の形成工程において、還元性ガスとしてH2 およびS
iH4 を採用し、ここにCOガスを添加した例であり、
この金属膜の形成工程以外は前実施形態例1に準じたも
のである。したがって、本実施形態例においても図1
(c)に示す金属膜8のCVD法のみの説明に止め、重
複する説明を省略する。
[Embodiment 3] In this embodiment, in the step of forming the metal film 8, H 2 and S
This is an example in which iH 4 is adopted and CO gas is added thereto.
The steps other than the step of forming the metal film are the same as those of the first embodiment. Therefore, FIG.
Only the description of the CVD method for the metal film 8 shown in FIG.

【0034】金属膜のCVD条件 WF6 80 sccm H2 2000 sccm CO 3〜10 sccm SiH4 3〜10 sccm N2 100 sccm Ar 1900 sccm 圧力 350 Torr 温度 350〜375 ℃Metal film CVD conditions WF 6 80 sccm H 2 2000 sccm CO 3 to 10 sccm SiH 4 3 to 10 sccm N 2 100 sccm Ar 1900 sccm Pressure 350 Torr Temperature 350 to 375 ° C.

【0035】この反応系は次の反応式で表される。 WF6 +2H2 +CO+SiH4 →W+SiF4 +CH
4 +H2 O+2HF 標準生成熱 −1464.55kJ/mol
This reaction system is represented by the following reaction formula. WF 6 + 2H 2 + CO + SiH 4 → W + SiF 4 + CH
4 + H 2 O + 2HF Standard heat of formation −1464.55 kJ / mol

【0036】一方、COを添加せず、H2 とSiH4
みによる還元反応は次式の通りである。 WF6 +SiH4 →W+SiF4 +2HF+H2 標準生成熱 −442.9kJ/mol
On the other hand, the reduction reaction using only H 2 and SiH 4 without adding CO is as follows. WF 6 + SiH 4 → W + SiF 4 + 2HF + H 2 Standard heat of formation -442.9 kJ / mol

【0037】したがって、シラン還元法の場合もCOの
添加により反応の進行が容易となり、本実施形態例にお
いても350〜375℃の成膜温度であるにかかわらず
成膜速度は実施形態例1と同様300〜500nm/m
inの値が得られる。
Therefore, even in the case of the silane reduction method, the reaction proceeds easily by the addition of CO. In this embodiment, the film formation rate is the same as that of Embodiment 1 regardless of the film formation temperature of 350 to 375 ° C. 300-500 nm / m
The value of in is obtained.

【0038】以上本発明を3例の実施形態例により説明
したが、金属ハロゲン化物としてWF6 の他にWC
6 ,MoF6 ,MoCl5 等の比較的蒸気圧が高く気
化しやすい化合物を採用できる。また還元性ガスとして
2 の他にSiH4 であってもよい。ただしシラン還元
法によるW膜の比抵抗は20μΩ/cm程度あり、水素
還元法によるW膜の比抵抗8〜10μΩ/cmに比して
2倍以上高抵抗であるので、配線抵抗の低減の目的には
水素還元法が望ましい。
Although the present invention has been described with reference to the three embodiments, the metal halide other than WF 6 may be WC.
The l 6, MoF 6, MoCl relatively vapor pressure is vaporized high tends compounds such as 5 can be adopted. In addition, SiH 4 may be used as the reducing gas in addition to H 2 . However, the specific resistance of the W film obtained by the silane reduction method is about 20 μΩ / cm, which is at least twice as high as the specific resistance of the W film obtained by the hydrogen reduction method of 8 to 10 μΩ / cm. Is preferably a hydrogen reduction method.

【0039】また有機高分子材料として、ポリアリール
エーテルを例示したが、ポリイミド、有機SOG、ベン
ゾシクロブテン、ポリナフタレン、ポリパラキシリレ
ン、テフロン(商標名)、サイトップ(商標名)等を用
いることができる。これらはいずれも高集積度の電子装
置の絶縁膜として望ましい低誘電率材料である。
As the organic polymer material, a polyaryl ether is exemplified, but polyimide, organic SOG, benzocyclobutene, polynaphthalene, polyparaxylylene, Teflon (trade name), Cytop (trade name) and the like are used. be able to. These are all low dielectric constant materials that are desirable as insulating films for highly integrated electronic devices.

【0040】本発明の金属膜の形成方法は、半導体装
置、特に低誘電率の有機高分子材料を層間絶縁膜に用い
た高集積度半導体装置の製造方法に好適に用いられる
が、前述したようにプロセス温度の低減や堆積速度の増
大が望まれる、薄膜磁気ヘッド、磁気抵抗効果型ヘッ
ド、薄膜インダクタ、薄膜コイル、マイクロマシン等の
各種電子装置の製造方法に適用して効果を奏する。
The method of forming a metal film according to the present invention is suitably used for a method of manufacturing a semiconductor device, particularly, a highly integrated semiconductor device using an organic polymer material having a low dielectric constant for an interlayer insulating film. The present invention is effective when applied to a method of manufacturing various electronic devices such as a thin film magnetic head, a magnetoresistive head, a thin film inductor, a thin film coil, and a micromachine, which require a lower process temperature and an increased deposition rate.

【0041】[0041]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の金属膜の形成方法によれば、成膜温度を350℃〜3
75℃にまで低減しても、従来の420℃程度の成膜温
度と同等程度以上の成膜速度を得ることができる。した
がって、この金属膜の形成方法を用いることにより、低
誘電率の有機高分子材料による層間絶縁膜を用いた微細
電子装置の配線構造を、低抵抗にかつ信頼性高く製造す
ることが可能となる。
As is clear from the above description, according to the metal film forming method of the present invention, the film forming temperature is set to 350 ° C. to 3 ° C.
Even if the temperature is reduced to 75 ° C., a film forming rate equal to or higher than the conventional film forming temperature of about 420 ° C. can be obtained. Therefore, by using this method of forming a metal film, it becomes possible to manufacture a wiring structure of a microelectronic device using an interlayer insulating film made of an organic polymer material having a low dielectric constant with low resistance and high reliability. .

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

【図1】本発明の電子装置の製造方法を、半導体装置の
製造方法に適用した一例の概略断面図である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an example in which an electronic device manufacturing method of the present invention is applied to a semiconductor device manufacturing method.

【図2】WF6 のH2 還元法による成膜速度のアレニウ
スプロットである。
FIG. 2 is an Arrhenius plot of a film formation rate of WF 6 by an H 2 reduction method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…下層層間絶縁膜、2…下層配線、3…有機高分子材
料膜、4…酸化膜、5…層間絶縁膜、6…接続孔、7…
バリアメタル、8…金属膜、9…上層配線
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Lower interlayer insulation film, 2 ... Lower wiring, 3 ... Organic polymer material film, 4 ... Oxide film, 5 ... Interlayer insulation film, 6 ... Connection hole, 7 ...
Barrier metal, 8: Metal film, 9: Upper wiring

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4K030 AA03 AA04 AA06 AA09 AA10 AA14 AA16 BA12 BA17 BA18 BA20 BA44 CA07 DA04 HA03 HA04 LA15 4M104 BB02 BB14 BB16 BB18 BB30 DD08 DD16 DD20 DD44 DD45 DD49 DD65 EE08 EE12 EE15 EE18 FF07 FF17 FF18 FF22 GG13 HH20 5F033 JJ18 JJ19 JJ20 JJ33 KK09 KK33 NN03 NN06 NN07 NN38 PP09 PP15 QQ08 QQ09 QQ10 QQ12 QQ13 QQ31 QQ37 QQ48 QQ74 QQ84 RR04 RR21 SS15 SS22 TT04 VV08 VV13 XX35 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 4K030 AA03 AA04 AA06 AA09 AA10 AA14 AA16 BA12 BA17 BA18 BA20 BA44 CA07 DA04 HA03 HA04 LA15 4M104 BB02 BB14 BB16 BB18 BB30 DD08 DD16 DD20 DD44 DD45 DD49 DD65 EE08 EE18 FF15 FF22 GG13 HH20 5F033 JJ18 JJ19 JJ20 JJ33 KK09 KK33 NN03 NN06 NN07 NN38 PP09 PP15 QQ08 QQ09 QQ10 QQ12 QQ13 QQ31 QQ37 QQ48 QQ74 QQ84 RR04 RR21 SS15 SS22 TT04 VV08 VVXXV

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 金属ハロゲン化物ガスおよび還元性ガス
を含む原料ガスを用いた化学的気相成長方法により、被
処理基体上に金属膜を形成する金属膜の形成方法であっ
て、 前記原料ガスに、さらに炭素系ガスを添加することを特
徴とする金属膜の形成方法。
1. A method for forming a metal film on a substrate to be processed by a chemical vapor deposition method using a source gas containing a metal halide gas and a reducing gas, the method comprising: A method of forming a metal film, further comprising adding a carbon-based gas.
【請求項2】 前記炭素系ガスは、 CO系ガス、CH系ガスおよびCHO系ガスのうちのい
ずれか少なくとも一種であることを特徴とする請求項1
記載の金属膜の形成方法。
2. The gas according to claim 1, wherein the carbon-based gas is at least one of a CO-based gas, a CH-based gas, and a CHO-based gas.
The method for forming a metal film according to the above.
【請求項3】 前記被処理基体は、有機高分子材料を含
むことを特徴とする請求項1記載の金属膜の形成方法。
3. The method according to claim 1, wherein the substrate to be processed contains an organic polymer material.
【請求項4】 金属ハロゲン化物ガスおよび還元性ガス
を含む原料ガスを用いた化学的気相成長方法により、被
処理基体上に金属膜を形成する工程を有する電子装置の
製造方法であって、 前記原料ガスに、さらに炭素系ガスを添加することを特
徴とする電子装置の製造方法。
4. A method for manufacturing an electronic device, comprising: forming a metal film on a substrate to be processed by a chemical vapor deposition method using a source gas containing a metal halide gas and a reducing gas. A method for manufacturing an electronic device, further comprising adding a carbon-based gas to the source gas.
【請求項5】 前記炭素系ガスは、 CO系ガス、CH系ガスおよびCHO系ガスのうちのい
ずれか少なくとも一種であることを特徴とする請求項4
記載の電子装置の製造方法。
5. The gas according to claim 4, wherein the carbon-based gas is at least one of a CO-based gas, a CH-based gas, and a CHO-based gas.
A manufacturing method of the electronic device according to the above.
【請求項6】 前記被処理基体は、有機高分子材料を含
むことを特徴とする請求項4記載の電子装置の製造方
法。
6. The method according to claim 4, wherein the substrate to be processed contains an organic polymer material.
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