JP2001217205A - 半導体素子の銅金属配線形成方法 - Google Patents
半導体素子の銅金属配線形成方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 銅装着装置の最適蒸着工程条件を見出して、
(hfac)Cu(DMB)を銅前駆体として用いる有機金属化学気
相蒸着工程技術を確立することにより、銅蒸着工程の高
度の再現性を実現するとともに、優れた膜質の銅薄膜を
得ることができる半導体素子の銅金属配線形成方法を提
供する。 【解決手段】 半導体素子を形成するための所定の要素
が形成された半導体基板上に層間絶縁膜を形成し、前記
層間絶縁膜にコンタクトホール及びトレンチを形成した
後、前記コンタクトホール及びトレンチを含む層間絶縁
膜の表面に拡散障壁層を形成する段階；反応チャンバを
備えたLDSにおいて、(hfac)Cu(DMB)を銅前駆体として用
いる有機金属化学気相蒸着法により前記拡散障壁層の蒸
着された前記コンタクトホール及びトレンチの表面に銅
層を蒸着する段階；化学的機械的研磨処理を行なって銅
金属配線を形成する段階を含む。
(hfac)Cu(DMB)を銅前駆体として用いる有機金属化学気
相蒸着工程技術を確立することにより、銅蒸着工程の高
度の再現性を実現するとともに、優れた膜質の銅薄膜を
得ることができる半導体素子の銅金属配線形成方法を提
供する。 【解決手段】 半導体素子を形成するための所定の要素
が形成された半導体基板上に層間絶縁膜を形成し、前記
層間絶縁膜にコンタクトホール及びトレンチを形成した
後、前記コンタクトホール及びトレンチを含む層間絶縁
膜の表面に拡散障壁層を形成する段階；反応チャンバを
備えたLDSにおいて、(hfac)Cu(DMB)を銅前駆体として用
いる有機金属化学気相蒸着法により前記拡散障壁層の蒸
着された前記コンタクトホール及びトレンチの表面に銅
層を蒸着する段階；化学的機械的研磨処理を行なって銅
金属配線を形成する段階を含む。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子の銅金
属配線形成方法に係り、特に1,1,1,5,5,5-ヘキサフルオ
ロ-2,4-ペンタジオネート(3,3-ジメチル-1-ブテン)-銅
（Ｉ）｛1,1,1,5,5,5,-hexafluoro-2,4-pentadionato
(3,3-dimethyl-1-butene)-copper(I) ;以下、「(hfac)C
u(DMB)」と称する｝を銅の前駆体(銅源)として用いる有
機金属化学気相蒸着(Metal Organic Chemical Vapor De
position；MOCVD)工程技術を確立して、銅蒸着工程の高
度の再現性を実現するとともに、優れた特性を備えた銅
薄膜を得ることができる半導体素子の銅金属配線形成方
法に関する。
属配線形成方法に係り、特に1,1,1,5,5,5-ヘキサフルオ
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（Ｉ）｛1,1,1,5,5,5,-hexafluoro-2,4-pentadionato
(3,3-dimethyl-1-butene)-copper(I) ;以下、「(hfac)C
u(DMB)」と称する｝を銅の前駆体(銅源)として用いる有
機金属化学気相蒸着(Metal Organic Chemical Vapor De
position；MOCVD)工程技術を確立して、銅蒸着工程の高
度の再現性を実現するとともに、優れた特性を備えた銅
薄膜を得ることができる半導体素子の銅金属配線形成方
法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体産業が超大規模集積回路(Ultra L
arge Scale Integration；ULSI)の製造に移行するに伴
って、半導体素子のジオメトリ(geometry)がサブハーフ
ミクロン(sub-half-micron)領域に縮小し続ける一方に
おいて、性能の向上及び信頼度に対するより高度の要求
に対応して、回路密度(circuit density)は増大しつつ
ある。このような厳しい技術的要求に応えるべく、半導
体素子に金属配線を形成する際に、一般に集積回路(int
egration circuit)に有用な相互連結材料(interconnect
ion material)として、銅薄膜が用いられている。これ
は、銅薄膜が、アルミニウム薄膜に比べて融点が高の
で、エレクトロマイグレーション(electro-migration：
EM)に対する抵抗が大きく、半導体素子の信頼性を向上
させることができるとともに、比抵抗が低いので、信号
伝達速度を増大させることができるからである。
arge Scale Integration；ULSI)の製造に移行するに伴
って、半導体素子のジオメトリ(geometry)がサブハーフ
ミクロン(sub-half-micron)領域に縮小し続ける一方に
おいて、性能の向上及び信頼度に対するより高度の要求
に対応して、回路密度(circuit density)は増大しつつ
ある。このような厳しい技術的要求に応えるべく、半導
体素子に金属配線を形成する際に、一般に集積回路(int
egration circuit)に有用な相互連結材料(interconnect
ion material)として、銅薄膜が用いられている。これ
は、銅薄膜が、アルミニウム薄膜に比べて融点が高の
で、エレクトロマイグレーション(electro-migration：
EM)に対する抵抗が大きく、半導体素子の信頼性を向上
させることができるとともに、比抵抗が低いので、信号
伝達速度を増大させることができるからである。
【０００３】銅金属配線形成方法において、銅薄膜形成
工程は、高速度素子及び高集積度素子の実現に重要な役
割を果たす工程であり、この工程においては、物理気相
蒸着(Physical Vapor Deposition; PVD)、電解めっき法
(Electroplating)、無電解めっき法(Electroless-plati
ng)、有機金属化学気相蒸着法(MOCVD)など様々な技術が
採用されている。このような銅薄膜形成技術の中でも、
有機金属化学気相蒸着法による銅蒸着は、銅前駆体であ
る有機金属化合物により大きく影響されるので、容易に
蒸着できる銅前駆体の開発が求められており、且つこの
ような銅前駆体を安定して供給できるデリバリシステム
(delivery system)の開発が必要である。
工程は、高速度素子及び高集積度素子の実現に重要な役
割を果たす工程であり、この工程においては、物理気相
蒸着(Physical Vapor Deposition; PVD)、電解めっき法
(Electroplating)、無電解めっき法(Electroless-plati
ng)、有機金属化学気相蒸着法(MOCVD)など様々な技術が
採用されている。このような銅薄膜形成技術の中でも、
有機金属化学気相蒸着法による銅蒸着は、銅前駆体であ
る有機金属化合物により大きく影響されるので、容易に
蒸着できる銅前駆体の開発が求められており、且つこの
ような銅前駆体を安定して供給できるデリバリシステム
(delivery system)の開発が必要である。
【０００４】有機金属化学気相蒸着法による銅蒸着は、
バブラー(bubbler)方式のリキットデリバリシステム(Li
quid Delivery System；以下、「LDS」という)を利用す
るか、ダイレクトリキットインジェクション(Direct Li
quid Injection ；以下、「DLI」という)のようなLDSを
使用するか、コントロールエバポレイションミキサ（Co
ntrol Evaporation Mixer；以下、「CEM」という）のよ
うなLDSを使用することができる。その他にも、オリフ
ィス方式またはスプレー方式のべイパライザ(vaporize
r)を有するLDSなどの種々のLDSも、使用されている。銅
蒸着は、このようなLDSにおいては、前駆体と呼ばれる
銅を含む化合物を分解させることにより、実施される。
有機金属化学気相蒸着用の銅前駆体は、蒸気圧の低い1,
1,1,5,5,5-ヘキサフルオロ-2,4-ペンタジオネート-銅(I
I)｛1,1,1,5,5,5,-hexafluoro-2,4-pentadionato-coppe
r(II) ；以下、「Cu(hfac)2」と称する｝化合物のよう
な銅II価（ＣｕII）化合物が開発された後に、銅II価化
合物に比べて蒸気圧が高いため蒸着速度が速く、150〜2
50℃の低温度域で高純度の銅薄膜蒸着を可能とする銅Ｉ
価（ＣｕＩ）化合物が開発された。現在まで開発されて
いる各種の銅Ｉ価化合物の中で、1,1,1,5,5,5-ヘキサフ
ルオロ-2,4-ペンタジオネート(トリメチルビニルシラ
ン)-銅(Ｉ)｛1,1,1,5,5,5,-hexafluoro-2,4-pentadiona
to(trimethylvinylsilane)-copper(Ｉ) :以下、「（hfa
c）Cu（TMVS）」と称する｝は、常温において液状であ
り、高純度銅薄膜を低温度で蒸着できるので、現在全世
界的に最も広く用いられている代表的な有機金属化学気
相蒸着用の銅前駆体である。しかしながら、（hfac）Cu
(TMVS)は、このような長所にもかかわらず、常温保管時
に次第に分解(degradation)するという問題を抱えてい
るので、半導体素子の製造工程への適用時に工程の再現
性が低い。さらに、上記（hfac）Cu(TMVS)は、開発され
た様々な銅前駆体の中では、蒸気圧の高い方であるが、
既存のLDSにおいて工程の良好な再現性を確保するため
には、蒸気圧が低すぎる。従って、安定して実施し得る
新しいLDSが開発されない限り、所望の再現性を確保す
ることは、困難である。また、（hfac）Cu（TMVS）は、
気化(vaporization)温度と液化(condensation)温度との
温度差が非常に小さいので、一定の温度を保持し続けな
ければならないという操作上の大きな問題がある。
バブラー(bubbler)方式のリキットデリバリシステム(Li
quid Delivery System；以下、「LDS」という)を利用す
るか、ダイレクトリキットインジェクション(Direct Li
quid Injection ；以下、「DLI」という)のようなLDSを
使用するか、コントロールエバポレイションミキサ（Co
ntrol Evaporation Mixer；以下、「CEM」という）のよ
うなLDSを使用することができる。その他にも、オリフ
ィス方式またはスプレー方式のべイパライザ(vaporize
r)を有するLDSなどの種々のLDSも、使用されている。銅
蒸着は、このようなLDSにおいては、前駆体と呼ばれる
銅を含む化合物を分解させることにより、実施される。
有機金属化学気相蒸着用の銅前駆体は、蒸気圧の低い1,
1,1,5,5,5-ヘキサフルオロ-2,4-ペンタジオネート-銅(I
I)｛1,1,1,5,5,5,-hexafluoro-2,4-pentadionato-coppe
r(II) ；以下、「Cu(hfac)2」と称する｝化合物のよう
な銅II価（ＣｕII）化合物が開発された後に、銅II価化
合物に比べて蒸気圧が高いため蒸着速度が速く、150〜2
50℃の低温度域で高純度の銅薄膜蒸着を可能とする銅Ｉ
価（ＣｕＩ）化合物が開発された。現在まで開発されて
いる各種の銅Ｉ価化合物の中で、1,1,1,5,5,5-ヘキサフ
ルオロ-2,4-ペンタジオネート(トリメチルビニルシラ
ン)-銅(Ｉ)｛1,1,1,5,5,5,-hexafluoro-2,4-pentadiona
to(trimethylvinylsilane)-copper(Ｉ) :以下、「（hfa
c）Cu（TMVS）」と称する｝は、常温において液状であ
り、高純度銅薄膜を低温度で蒸着できるので、現在全世
界的に最も広く用いられている代表的な有機金属化学気
相蒸着用の銅前駆体である。しかしながら、（hfac）Cu
(TMVS)は、このような長所にもかかわらず、常温保管時
に次第に分解(degradation)するという問題を抱えてい
るので、半導体素子の製造工程への適用時に工程の再現
性が低い。さらに、上記（hfac）Cu(TMVS)は、開発され
た様々な銅前駆体の中では、蒸気圧の高い方であるが、
既存のLDSにおいて工程の良好な再現性を確保するため
には、蒸気圧が低すぎる。従って、安定して実施し得る
新しいLDSが開発されない限り、所望の再現性を確保す
ることは、困難である。また、（hfac）Cu（TMVS）は、
気化(vaporization)温度と液化(condensation)温度との
温度差が非常に小さいので、一定の温度を保持し続けな
ければならないという操作上の大きな問題がある。
【０００５】前記（hfac）Cu(TMVS)に関連する問題点を
解決するために、銅前駆体として（hfac）Cu(DMB)が開
発された。（hfac）Cu(DMB)は、3,3-ジメチル-1-ブテン
（3,3-dimethyl-1-butene；以下、「DMB」という）をル
イス塩基配位子(Lewis base ligand)として開発された
新しい化合物であり、TMVSのメチル基に代えて、分子量
が低く且つ蒸気圧が高いDMBをルイス塩基配位子として
使用するため、（hfac）Cu(TMVS)よりも高い蒸気圧を有
する。従って、（hfac）Cu(DMB)は、MOCVDで使用する
銅前駆体の最も大きい問題点の一つである、きわめて低
い蒸着速度を大幅に改善することができるという大きい
長所をもつ銅前駆体である。しかしながら、現在まで既
存のLDSにおいて、（hfac）Cu(DMB)を銅前駆体として用
いた有機金属化学気相蒸着工程技術は確立されておら
ず、商業化には至っていないのが現状である。
解決するために、銅前駆体として（hfac）Cu(DMB)が開
発された。（hfac）Cu(DMB)は、3,3-ジメチル-1-ブテン
（3,3-dimethyl-1-butene；以下、「DMB」という）をル
イス塩基配位子(Lewis base ligand)として開発された
新しい化合物であり、TMVSのメチル基に代えて、分子量
が低く且つ蒸気圧が高いDMBをルイス塩基配位子として
使用するため、（hfac）Cu(TMVS)よりも高い蒸気圧を有
する。従って、（hfac）Cu(DMB)は、MOCVDで使用する
銅前駆体の最も大きい問題点の一つである、きわめて低
い蒸着速度を大幅に改善することができるという大きい
長所をもつ銅前駆体である。しかしながら、現在まで既
存のLDSにおいて、（hfac）Cu(DMB)を銅前駆体として用
いた有機金属化学気相蒸着工程技術は確立されておら
ず、商業化には至っていないのが現状である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の主な
目的は、銅蒸着装置の蒸着工程条件を最適に設定し、
（hfac）Cu(DMB)化合物を銅前駆体として用いる有機金
属化学気相蒸着技術を確立することにより、新しいLDS
を開発することなく、銅蒸着工程の高度の再現性を実現
することができるとともに、優れた膜質の銅薄膜を得る
ことができる半導体素子の銅金属配線形成方法を提供す
ることにある。
目的は、銅蒸着装置の蒸着工程条件を最適に設定し、
（hfac）Cu(DMB)化合物を銅前駆体として用いる有機金
属化学気相蒸着技術を確立することにより、新しいLDS
を開発することなく、銅蒸着工程の高度の再現性を実現
することができるとともに、優れた膜質の銅薄膜を得る
ことができる半導体素子の銅金属配線形成方法を提供す
ることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明に係る半導体素子の銅金属配線形成方法は、
半導体素子を形成するための所要の各要素が形成された
半導体基板上に層間絶縁膜を形成し、前記層間絶縁膜に
コンタクトホール及びトレンチを形成した後、前記コン
タクトホール及びトレンチを含む層間絶縁膜の表面に拡
散障壁層を形成する段階と、反応チャンバを備えたバブ
ラー、ダイレクトリキッドインジェクション、コントロ
ールエバポレイションミキサまたはオリフィス方式或い
はスプレー方式のベイポライザを有するLDSにおいて、
（hfac）Cu(DMB)を銅前駆体として用いる有機金属化学
気相蒸着法により、前記コンタクトホール及びトレンチ
が埋め込まれるように銅を蒸着する段階と、化学的機械
的研磨処理(Chemical Mechanical Polishing：以下
「CMP処理」という)を行なうことにより、銅金属配線を
形成する段階とを含むことを特徴とする。
に、本発明に係る半導体素子の銅金属配線形成方法は、
半導体素子を形成するための所要の各要素が形成された
半導体基板上に層間絶縁膜を形成し、前記層間絶縁膜に
コンタクトホール及びトレンチを形成した後、前記コン
タクトホール及びトレンチを含む層間絶縁膜の表面に拡
散障壁層を形成する段階と、反応チャンバを備えたバブ
ラー、ダイレクトリキッドインジェクション、コントロ
ールエバポレイションミキサまたはオリフィス方式或い
はスプレー方式のベイポライザを有するLDSにおいて、
（hfac）Cu(DMB)を銅前駆体として用いる有機金属化学
気相蒸着法により、前記コンタクトホール及びトレンチ
が埋め込まれるように銅を蒸着する段階と、化学的機械
的研磨処理(Chemical Mechanical Polishing：以下
「CMP処理」という)を行なうことにより、銅金属配線を
形成する段階とを含むことを特徴とする。
【０００８】反応チャンバを備えたバブラーを用いる場
合には、バブラーのキャニスタの温度を30〜70℃の範囲
内とし、バブラーのキャニスタに導入されるキャリアガ
スとしてヘリウム、水素及びアルゴンの少なくとも1種
を使用し、その流量を10〜700sccmの範囲内とし、バブ
ラーのキャニスタから前記反応チャンバに至るガスライ
ン及びソースラインの温度をバブラーのキャニスタの温
度と実質的に同一に維持し、反応チャンバの内部温度及
び前記反応チャンバのシャワーヘッドの温度を前記バブ
ラーのキャニスタの温度と実質的に同一に維持する。な
お、本明細書において、蒸着操作に関して、「実質的に
同一の温度である」とは、蒸着操作を阻害しない程度の
許容温度範囲内にあることを意味し、より具体的には、
±2℃程度の温度変動は、許容される。
合には、バブラーのキャニスタの温度を30〜70℃の範囲
内とし、バブラーのキャニスタに導入されるキャリアガ
スとしてヘリウム、水素及びアルゴンの少なくとも1種
を使用し、その流量を10〜700sccmの範囲内とし、バブ
ラーのキャニスタから前記反応チャンバに至るガスライ
ン及びソースラインの温度をバブラーのキャニスタの温
度と実質的に同一に維持し、反応チャンバの内部温度及
び前記反応チャンバのシャワーヘッドの温度を前記バブ
ラーのキャニスタの温度と実質的に同一に維持する。な
お、本明細書において、蒸着操作に関して、「実質的に
同一の温度である」とは、蒸着操作を阻害しない程度の
許容温度範囲内にあることを意味し、より具体的には、
±2℃程度の温度変動は、許容される。
【０００９】反応チャンバを備えたダイレクトリキッド
インジェクターを用いる場合には、ダイレクトリキッド
インジェクターのべイパライザの温度を40〜120℃の範
囲内とし、ダイレクトリキッドインジェクターのべイパ
ライザに流入するキャリアガスの温度を60〜140℃の温
度範囲に設定し、、キャリアガスとしてヘリウム、水素
及びアルゴンの少なくとも1種を使用し、その流量を100
〜700sccmの範囲内とし、ダイレクトリキッドインジェ
クターのべイパライザから前記反応チャンバに至るガス
ライン及びソースラインの温度を前記ベイパライザの温
度と実質的に同一に維持し、反応チャンバの内部温度及
び前記反応チャンバのシャワーヘッドの温度を前記ダイ
レクトリキッドインジェクターのベイパライザの温度と
実質的に同一に維持する。
インジェクターを用いる場合には、ダイレクトリキッド
インジェクターのべイパライザの温度を40〜120℃の範
囲内とし、ダイレクトリキッドインジェクターのべイパ
ライザに流入するキャリアガスの温度を60〜140℃の温
度範囲に設定し、、キャリアガスとしてヘリウム、水素
及びアルゴンの少なくとも1種を使用し、その流量を100
〜700sccmの範囲内とし、ダイレクトリキッドインジェ
クターのべイパライザから前記反応チャンバに至るガス
ライン及びソースラインの温度を前記ベイパライザの温
度と実質的に同一に維持し、反応チャンバの内部温度及
び前記反応チャンバのシャワーヘッドの温度を前記ダイ
レクトリキッドインジェクターのベイパライザの温度と
実質的に同一に維持する。
【００１０】反応チャンバを備えたコントロールエバポ
レイションミキサを用いる場合には、コントロールエバ
ポレイションミキサのべイパライザのコントロールバル
ブの温度を常温に維持し、ベイパライザの熱交換器の温
度を40〜120℃の範囲に維持し、コントロールエバポレ
イションミキサのべイパライザのコントロールバルブに
流入するキャリアガスの温度を20〜140℃の範囲内に制
御し、キャリアガスとしてヘリウム、水素及びアルゴン
の少なくとも1種を使用し、その流量を10〜700sccmの範
囲内とし、コントロールエバポレイションミキサのべイ
パライザから反応チャンバに至る全てのガスライン及び
ソースラインの温度をベイパライザの熱交換器の温度と
同一温度〜20℃高い温度までの温度範囲に維持し、反応
チャンバの内部温度及びシャワーヘッドの温度をコント
ロールエバポレイションミキサのべイパライザの熱交換
器の温度と実質的に同一に維持する。
レイションミキサを用いる場合には、コントロールエバ
ポレイションミキサのべイパライザのコントロールバル
ブの温度を常温に維持し、ベイパライザの熱交換器の温
度を40〜120℃の範囲に維持し、コントロールエバポレ
イションミキサのべイパライザのコントロールバルブに
流入するキャリアガスの温度を20〜140℃の範囲内に制
御し、キャリアガスとしてヘリウム、水素及びアルゴン
の少なくとも1種を使用し、その流量を10〜700sccmの範
囲内とし、コントロールエバポレイションミキサのべイ
パライザから反応チャンバに至る全てのガスライン及び
ソースラインの温度をベイパライザの熱交換器の温度と
同一温度〜20℃高い温度までの温度範囲に維持し、反応
チャンバの内部温度及びシャワーヘッドの温度をコント
ロールエバポレイションミキサのべイパライザの熱交換
器の温度と実質的に同一に維持する。
【００１１】反応チャンバを備え、かつオリフィス方式
またはスプレー方式のベイパライザを有するLDSを使用
する場合には、べイパライザの温度を20〜120℃の範囲
に維持し、べイパライザに流入するキャリアガスの温度
を40〜140℃の範囲内に制御し、キャリアガスとしてヘ
リウム、水素及びアルゴンの少なくとも1種を使用し、
その流量を10〜700sccmの範囲内とし、べイパライザか
ら前記反応チャンバに至る全てのガスライン及びソース
ラインの温度をベイパライザの温度と実質的に同一に維
持し、反応チャンバの内部温度及びシャワーヘッドの温
度をべイパライザの温度と実質的に同一に維持する。
またはスプレー方式のベイパライザを有するLDSを使用
する場合には、べイパライザの温度を20〜120℃の範囲
に維持し、べイパライザに流入するキャリアガスの温度
を40〜140℃の範囲内に制御し、キャリアガスとしてヘ
リウム、水素及びアルゴンの少なくとも1種を使用し、
その流量を10〜700sccmの範囲内とし、べイパライザか
ら前記反応チャンバに至る全てのガスライン及びソース
ラインの温度をベイパライザの温度と実質的に同一に維
持し、反応チャンバの内部温度及びシャワーヘッドの温
度をべイパライザの温度と実質的に同一に維持する。
【００１２】銅前駆体としての（hfac）Cu(DMB)は、添
加材を併用することなく使用することができる。添加材
を併用する場合には、DMBを0.1〜30％添加するか、Hhfa
cを0.1〜20％添加するか、或いは0.1〜10％のDMBと0.1
〜5％のHhfacとを組合せて添加することができる。
加材を併用することなく使用することができる。添加材
を併用する場合には、DMBを0.1〜30％添加するか、Hhfa
cを0.1〜20％添加するか、或いは0.1〜10％のDMBと0.1
〜5％のHhfacとを組合せて添加することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明を添付図面に基づい
てさらに詳細に説明する。各図面において、同一或いは
類似の構成要素は、同一符号により示す。図１は、本発
明に係る半導体素子の銅金属配線形成方法を説明するた
めの銅蒸着工程のフローチャートである。
てさらに詳細に説明する。各図面において、同一或いは
類似の構成要素は、同一符号により示す。図１は、本発
明に係る半導体素子の銅金属配線形成方法を説明するた
めの銅蒸着工程のフローチャートである。
【００１４】本発明に係る銅蒸着のための工程は、まず
銅蒸着装置を初期化する段階(100)を行ない、初期化段
階(100)が完了すると、銅を蒸着すべきウェーハを反応
チャンバに積載する段階(200)を行ない、ウェーハ積載
段階(200)が完了すると、銅蒸着装置の蒸着工程条件を
設定する段階(300)を行ない、工程条件設定段階(300)が
完了すると、銅前駆体である（hfac）Cu(DMB)を用いる
有機金属化学気相蒸着工程でウェーハに銅を蒸着する段
階(400)を行なうことにより、完了する。
銅蒸着装置を初期化する段階(100)を行ない、初期化段
階(100)が完了すると、銅を蒸着すべきウェーハを反応
チャンバに積載する段階(200)を行ない、ウェーハ積載
段階(200)が完了すると、銅蒸着装置の蒸着工程条件を
設定する段階(300)を行ない、工程条件設定段階(300)が
完了すると、銅前駆体である（hfac）Cu(DMB)を用いる
有機金属化学気相蒸着工程でウェーハに銅を蒸着する段
階(400)を行なうことにより、完了する。
【００１５】前記段階中でも、銅蒸着装置の蒸着工程条
件を設定する段階(300)は、本発明の目的を達成するた
めに重要な段階である。即ち、蒸着工程条件を最適に設
定しなければ、（hfac）Cu(DMB)を用いる有機金属化学
気相蒸着技術を確立できないからである。
件を設定する段階(300)は、本発明の目的を達成するた
めに重要な段階である。即ち、蒸着工程条件を最適に設
定しなければ、（hfac）Cu(DMB)を用いる有機金属化学
気相蒸着技術を確立できないからである。
【００１６】銅蒸着装置の蒸着工程条件を最適に設定す
るためには、銅前駆体である（hfac）Cu(DMB)の特性と
ともに、銅蒸着装置の特性を把握しなければならない。
るためには、銅前駆体である（hfac）Cu(DMB)の特性と
ともに、銅蒸着装置の特性を把握しなければならない。
【００１７】まず、銅前駆体である（hfac）Cu(DMB)の
特性は、次の通りである。
特性は、次の通りである。
【００１８】銅前駆体である（hfac）Cu(DMB)と（hfa
c）Cu(TMVS)とを構造的に比較すると、中性配位子の中
央において、後者のSiが前者ではCに置換されていると
いう差異があるだけで、他の構造的な差異はない。（hf
ac）Cu(TMVS) と（hfac）Cu(DMB)のTGA/DSC結果をみる
と、（hfac）Cu(TMVS)は63℃で分解されるのに対し、
（hfac）Cu(DMB)は、約90℃で分解されるので、（hfa
c）Cu(DMB)の方が熱的安定性に一層優れていることが分
かる。銅前駆体の特性を左右する熱的安定性とととも
に、重要な特性の一つは、蒸気圧である。蒸気圧測定結
果をみれば、（hfac）Cu(DMB)は、（hfac）Cu(TMVS)に
比して、ほぼ１桁(order)高い蒸気圧をもっていること
が分かる。即ち、（hfac）Cu(TMVS)の蒸気圧は、55℃で
0.67torrである。これに対し、（hfac）Cu(DMB)の蒸気
圧は、43.5℃で2.01torr、54℃で3.10torr、66℃で5.26
torr、78℃で8.75torr、88℃で12.93torrという非常に
高い蒸気圧を示す。また、（hfac）Cu(DMB)は、約96℃
で分解沈殿物を生成すると報告されているので、その分
解温度も、（hfac）Cu(TMVS)の分解温度より高いことが
分かる。これらの結果を総合的に考慮するならば、（hf
ac）Cu(DMB)の分解温度は、（hfac）Cu(TMVS)の分解温
度よりも著しく高いので、さらに高い気化温度を利用で
きる可能性がある。さらに、前者は、非常に高い蒸気圧
をもっているため、1000Å/min以上の高い蒸着速度を容
易に得ることができる。
c）Cu(TMVS)とを構造的に比較すると、中性配位子の中
央において、後者のSiが前者ではCに置換されていると
いう差異があるだけで、他の構造的な差異はない。（hf
ac）Cu(TMVS) と（hfac）Cu(DMB)のTGA/DSC結果をみる
と、（hfac）Cu(TMVS)は63℃で分解されるのに対し、
（hfac）Cu(DMB)は、約90℃で分解されるので、（hfa
c）Cu(DMB)の方が熱的安定性に一層優れていることが分
かる。銅前駆体の特性を左右する熱的安定性とととも
に、重要な特性の一つは、蒸気圧である。蒸気圧測定結
果をみれば、（hfac）Cu(DMB)は、（hfac）Cu(TMVS)に
比して、ほぼ１桁(order)高い蒸気圧をもっていること
が分かる。即ち、（hfac）Cu(TMVS)の蒸気圧は、55℃で
0.67torrである。これに対し、（hfac）Cu(DMB)の蒸気
圧は、43.5℃で2.01torr、54℃で3.10torr、66℃で5.26
torr、78℃で8.75torr、88℃で12.93torrという非常に
高い蒸気圧を示す。また、（hfac）Cu(DMB)は、約96℃
で分解沈殿物を生成すると報告されているので、その分
解温度も、（hfac）Cu(TMVS)の分解温度より高いことが
分かる。これらの結果を総合的に考慮するならば、（hf
ac）Cu(DMB)の分解温度は、（hfac）Cu(TMVS)の分解温
度よりも著しく高いので、さらに高い気化温度を利用で
きる可能性がある。さらに、前者は、非常に高い蒸気圧
をもっているため、1000Å/min以上の高い蒸着速度を容
易に得ることができる。
【００１９】このような（hfac）Cu(DMB)を用いて有機
金属化学気相蒸着工程を行なうための銅蒸着装置の特性
は、次の通りである。
金属化学気相蒸着工程を行なうための銅蒸着装置の特性
は、次の通りである。
【００２０】有機金属化学気相蒸着工程に用いられる銅
蒸着装置は、一般にLDSと反応チャンバとを備えてい
る。銅前駆体を移送するために現在使用されている代表
的なLDSには、バブラー、DLI、CEMなどがあり、その他
にもオリフィス方式又はスプレー方式のべイパライザを
有するLDSなど多くのLDSがある。
蒸着装置は、一般にLDSと反応チャンバとを備えてい
る。銅前駆体を移送するために現在使用されている代表
的なLDSには、バブラー、DLI、CEMなどがあり、その他
にもオリフィス方式又はスプレー方式のべイパライザを
有するLDSなど多くのLDSがある。
【００２１】図２は、本発明に係る半導体素子の銅金属
配線形成方法を説明するための、反応チャンバを備えた
バブラーの概略的な構成図である。
配線形成方法を説明するための、反応チャンバを備えた
バブラーの概略的な構成図である。
【００２２】バブラー１０は、キャリアガス流入ライン
(carrier gas inflow line)１１、キャニスタ(caniste
r)１２、気化ガス流出ライン(evaporation gas outflow
line)１４ を主要構成要素として構成されている。バ
ブラー１０を用いる有機金属化学気相蒸着工程において
は、キャリアガス流入ライン１１を経て、キャリアガス
がキャニスタ１２内に流入し、流入したキャリアガス
は、キャニスタ１２内に収容されている金属液体原料で
ある（hfac）Cu(DMB)１３と一定比率で混合された後、
気化ガス流出ライン１４を経て反応チャンバ８９０に流
入する。
(carrier gas inflow line)１１、キャニスタ(caniste
r)１２、気化ガス流出ライン(evaporation gas outflow
line)１４ を主要構成要素として構成されている。バ
ブラー１０を用いる有機金属化学気相蒸着工程において
は、キャリアガス流入ライン１１を経て、キャリアガス
がキャニスタ１２内に流入し、流入したキャリアガス
は、キャニスタ１２内に収容されている金属液体原料で
ある（hfac）Cu(DMB)１３と一定比率で混合された後、
気化ガス流出ライン１４を経て反応チャンバ８９０に流
入する。
【００２３】反応チャンバ８９０は、バブラー１０から
供給される気化原料を噴射するシャワーヘッド(shower
head)８０とウェーハ１１１を積載するサセプタプレー
ト(susceptor plate)９０とを備えている。
供給される気化原料を噴射するシャワーヘッド(shower
head)８０とウェーハ１１１を積載するサセプタプレー
ト(susceptor plate)９０とを備えている。
【００２４】前記バブラー１０において、キャリアガス
と金属液体原料との比率は、キャリアガスの流量、バブ
ラーの温度、バブラー内の圧力などに応じて定められ
る。このようなバブラーは、蒸気圧の非常に低い銅化合
物液体原料を使用するためには、適していない。特に、
蒸気圧の非常に低い銅化合物液体原料を使用する場合に
は、バブラーの温度を一定に保たなければならないた
め、銅化合物液体原料が分解され、パーティクル(parti
cle)が生成されて、半導体蒸着フィルムに悪影響を及ぼ
すだけではなく、工程の再現性を低下させ、また蒸着速
度を遅くするなどの問題を生ずる。これに対し、蒸気圧
の高い（hfac）Cu(DMB)を銅前駆体として使用する本発
明においては、この様な問題は大巾に軽減ないし実質的
に解消される。
と金属液体原料との比率は、キャリアガスの流量、バブ
ラーの温度、バブラー内の圧力などに応じて定められ
る。このようなバブラーは、蒸気圧の非常に低い銅化合
物液体原料を使用するためには、適していない。特に、
蒸気圧の非常に低い銅化合物液体原料を使用する場合に
は、バブラーの温度を一定に保たなければならないた
め、銅化合物液体原料が分解され、パーティクル(parti
cle)が生成されて、半導体蒸着フィルムに悪影響を及ぼ
すだけではなく、工程の再現性を低下させ、また蒸着速
度を遅くするなどの問題を生ずる。これに対し、蒸気圧
の高い（hfac）Cu(DMB)を銅前駆体として使用する本発
明においては、この様な問題は大巾に軽減ないし実質的
に解消される。
【００２５】図３は、本発明に係る半導体素子の銅金属
配線形成方法を説明するための、反応チャンバを備えた
DLIの概略的な構成図である。
配線形成方法を説明するための、反応チャンバを備えた
DLIの概略的な構成図である。
【００２６】DLI２３０は、マイクロポンプ２０とべイ
パライザ３０とを主な構成要素としており、メタルディ
スク(metal disc)３２により、液体原料を気化させる構
造をもつ。アンプル(ampule)１９内の液体原料は、所定
の圧力、例えば約20psiの圧力で加圧され、第１のバル
ブ(first valve)２１を経て、マイクロポンプ２０に送
給される。この際、第１のステッピングモータ(first s
tepping motor)２２によって、第１のピストン(first p
iston)２３が上昇するとともに、液体原料が第１のシリ
ンダ２４に供給される。次いで、第１のバルブ２１が閉
じている間に、第２のバルブ２５が開き、第１のピスト
ン２３の下降と第２のステッピングモータ２６による第
２のピストン２７の上昇とが同時に行なわれるととも
に、第１のシリンダ２４内に満たされた液体原料が、第
２のバルブ２５を通過して第２のシリンダ２８に入り、
第２のシリンダ２８を満たす。次いで、第２のバルブ２
５が閉じかつ第３のバルブ２９が開いた状態で、第２の
ピストン２７の下降により、第３のバルブ２９を通過し
てべイパライザ３０に液体原料が移送される。この時点
で、第１のバルブ２１が開き、第１のピストン２３が上
昇しつつ、第１のシリンダ２４内に再び液体原料が供給
される。このような操作が繰り返されることにより、液
体原料は、マイクロポンプ２０を経てべイパライザ３０
に供給される。流量制御は、第1及び第２のステッピン
グモータ２２及び２６のサイクル数により、行われる。
このようにしてマイクロポンプ２０から供給される液体
原料は、液体原料流入ライン３４に備えられたデリバリ
バルブ３１を介してメタルディスク３２上に流入し(デ
ィスクの枚数は、必要に応じて適宜定められるが、例え
ば、図示の装置においては99枚である)、ヒーティング
ゾーン(heating zone)３３において気化する。気化した
ガスは、キャリアガス流入ライン３５から流入するキャ
リアガスとともに、気化ガス流出ライン３６を通過し
て、反応チャンバ８９０に流入する。
パライザ３０とを主な構成要素としており、メタルディ
スク(metal disc)３２により、液体原料を気化させる構
造をもつ。アンプル(ampule)１９内の液体原料は、所定
の圧力、例えば約20psiの圧力で加圧され、第１のバル
ブ(first valve)２１を経て、マイクロポンプ２０に送
給される。この際、第１のステッピングモータ(first s
tepping motor)２２によって、第１のピストン(first p
iston)２３が上昇するとともに、液体原料が第１のシリ
ンダ２４に供給される。次いで、第１のバルブ２１が閉
じている間に、第２のバルブ２５が開き、第１のピスト
ン２３の下降と第２のステッピングモータ２６による第
２のピストン２７の上昇とが同時に行なわれるととも
に、第１のシリンダ２４内に満たされた液体原料が、第
２のバルブ２５を通過して第２のシリンダ２８に入り、
第２のシリンダ２８を満たす。次いで、第２のバルブ２
５が閉じかつ第３のバルブ２９が開いた状態で、第２の
ピストン２７の下降により、第３のバルブ２９を通過し
てべイパライザ３０に液体原料が移送される。この時点
で、第１のバルブ２１が開き、第１のピストン２３が上
昇しつつ、第１のシリンダ２４内に再び液体原料が供給
される。このような操作が繰り返されることにより、液
体原料は、マイクロポンプ２０を経てべイパライザ３０
に供給される。流量制御は、第1及び第２のステッピン
グモータ２２及び２６のサイクル数により、行われる。
このようにしてマイクロポンプ２０から供給される液体
原料は、液体原料流入ライン３４に備えられたデリバリ
バルブ３１を介してメタルディスク３２上に流入し(デ
ィスクの枚数は、必要に応じて適宜定められるが、例え
ば、図示の装置においては99枚である)、ヒーティング
ゾーン(heating zone)３３において気化する。気化した
ガスは、キャリアガス流入ライン３５から流入するキャ
リアガスとともに、気化ガス流出ライン３６を通過し
て、反応チャンバ８９０に流入する。
【００２７】反応チャンバ８９０は、DLI２３０からの
気化原料を噴射するシャワーヘッド８０とウェーハ１１
１を積載するサセプタプレート９０とを主要構成要素と
して、構成されている。
気化原料を噴射するシャワーヘッド８０とウェーハ１１
１を積載するサセプタプレート９０とを主要構成要素と
して、構成されている。
【００２８】前記DLI２３０では、べイパライザ３０内
において所定の間隔で99枚が積み上げられているメタル
ディスク３２の間に、液体原料が流入して気化する。DL
Iは、熱交換面積が非常に広く、熱交換効率に優れてい
るので、流入する液体原料を流量に応じて数十乃至数百
psiで移送することができる。一方、べイパライザ３０
の内部圧力は数torr程度という非常に低い圧力に保たれ
ているので、この圧力差による大きな体積膨張効果を得
ることができる。かくして、DLIは、気化効率を最大化
させ得るように構成されている。しかしながら、DLI
は、このような長所を備えているが、その一方で、メタ
ルディスク３２の駆動は流入する液体原料に依存し、マ
イクロポンプ２０が圧力を形成できる構造となっている
ので、液体原料の圧力を一定に維持させることが非常に
難しく、液体原料の圧力が平衡状態に達するまでに非常
に長い時間（数）がかかるという短所がある。さらに、
初期状態で液体原料が吸入(suction)される場合に、メ
タルディスク３２に流入する多量の液体原料が気化され
ることなく残留するため、べイパライザ３０に閉塞状態
(clogging)を生じるという問題もある。しかるに、銅蒸
着装置の蒸着工程条件を最適に設定し、 銅前駆体とし
て（hfac）Cu(DMB)を使用する本発明方法によれば、こ
の様な問題は、回避される。
において所定の間隔で99枚が積み上げられているメタル
ディスク３２の間に、液体原料が流入して気化する。DL
Iは、熱交換面積が非常に広く、熱交換効率に優れてい
るので、流入する液体原料を流量に応じて数十乃至数百
psiで移送することができる。一方、べイパライザ３０
の内部圧力は数torr程度という非常に低い圧力に保たれ
ているので、この圧力差による大きな体積膨張効果を得
ることができる。かくして、DLIは、気化効率を最大化
させ得るように構成されている。しかしながら、DLI
は、このような長所を備えているが、その一方で、メタ
ルディスク３２の駆動は流入する液体原料に依存し、マ
イクロポンプ２０が圧力を形成できる構造となっている
ので、液体原料の圧力を一定に維持させることが非常に
難しく、液体原料の圧力が平衡状態に達するまでに非常
に長い時間（数）がかかるという短所がある。さらに、
初期状態で液体原料が吸入(suction)される場合に、メ
タルディスク３２に流入する多量の液体原料が気化され
ることなく残留するため、べイパライザ３０に閉塞状態
(clogging)を生じるという問題もある。しかるに、銅蒸
着装置の蒸着工程条件を最適に設定し、 銅前駆体とし
て（hfac）Cu(DMB)を使用する本発明方法によれば、こ
の様な問題は、回避される。
【００２９】図４は、本発明に係る半導体素子の銅金属
配線形成方法を説明するための、反応チャンバを備えた
CEMの概略的な構成図である。
配線形成方法を説明するための、反応チャンバを備えた
CEMの概略的な構成図である。
【００３０】CEM５６７は、液体流量制御器(Liquid Mas
s Flow Controller ：以下、「LMFC」という)４９とべ
イパライザ５０とを主要構成要素としており、熱交換器
７０で液体原料を気化させる構造をもつ。べイパライザ
５０は、コントロールバルブ６０と熱交換器７０とを備
えている。コントロールバルブ６０は、オリフィス６
１、ミキサ６２及びアクチュエータ６３を有しており、
さらに液体原料を供給する液体流入ライン６４、キャリ
アガスを供給するキャリアガス流入ライン６５及び液体
ベントライン(liquid vent line)６６を備えている。熱
交換器７０は、螺旋管(spiral tube)７１を備えてい
る。
s Flow Controller ：以下、「LMFC」という)４９とべ
イパライザ５０とを主要構成要素としており、熱交換器
７０で液体原料を気化させる構造をもつ。べイパライザ
５０は、コントロールバルブ６０と熱交換器７０とを備
えている。コントロールバルブ６０は、オリフィス６
１、ミキサ６２及びアクチュエータ６３を有しており、
さらに液体原料を供給する液体流入ライン６４、キャリ
アガスを供給するキャリアガス流入ライン６５及び液体
ベントライン(liquid vent line)６６を備えている。熱
交換器７０は、螺旋管(spiral tube)７１を備えてい
る。
【００３１】キャリアガスがミキサ６２を通過する際
に、激しい渦流が形成されるので、オリフィス６１を通
過した液体原料は、ミストの形態で熱交換器７０に導入
される。ミキサ６２においてキャリアガスと混合された
液体原料は、螺旋管７１を通過しながら気化する。気化
したガスは、気化ガス流出ライン７２を通過して、反応
チャンバ８９０に流入する。
に、激しい渦流が形成されるので、オリフィス６１を通
過した液体原料は、ミストの形態で熱交換器７０に導入
される。ミキサ６２においてキャリアガスと混合された
液体原料は、螺旋管７１を通過しながら気化する。気化
したガスは、気化ガス流出ライン７２を通過して、反応
チャンバ８９０に流入する。
【００３２】反応チャンバ８９０は、CEM５６７からの
気化した原料を噴射するシャワーヘッド８０とウェーハ
１１１を積載するサセプタプレート９０とを備えてい
る。
気化した原料を噴射するシャワーヘッド８０とウェーハ
１１１を積載するサセプタプレート９０とを備えてい
る。
【００３３】CEM５６７のべイパライザ５０において
は、オリフィス６１は直接加熱されないので、オリフィ
ス６１がクロギングされる可能性は殆どない。しかしな
がら、オリフィスの熱伝導性(conductance)が非常に低
く、気化は長い螺旋管７１で生ずるので、液体原料の凝
縮と分解とによってパーティクルが形成されやすいとい
う問題がある。しかるに、銅蒸着装置の蒸着工程条件を
最適に設定し、蒸気圧が高い（hfac）Cu(DMB)を銅前駆
体として使用する本発明方法によれば、この様な問題
も、回避される。
は、オリフィス６１は直接加熱されないので、オリフィ
ス６１がクロギングされる可能性は殆どない。しかしな
がら、オリフィスの熱伝導性(conductance)が非常に低
く、気化は長い螺旋管７１で生ずるので、液体原料の凝
縮と分解とによってパーティクルが形成されやすいとい
う問題がある。しかるに、銅蒸着装置の蒸着工程条件を
最適に設定し、蒸気圧が高い（hfac）Cu(DMB)を銅前駆
体として使用する本発明方法によれば、この様な問題
も、回避される。
【００３４】銅前駆体として(hfac)Cu(DMB)を使用し、
図２に示す反応チャンバ８９０を備えたバブラー１０を
用いて有機金属化学気相蒸着法により銅を蒸着する場合
に、銅蒸着工程の高度の再現性を確実なものとするため
の条件は、次の通りである。
図２に示す反応チャンバ８９０を備えたバブラー１０を
用いて有機金属化学気相蒸着法により銅を蒸着する場合
に、銅蒸着工程の高度の再現性を確実なものとするため
の条件は、次の通りである。
【００３５】銅前駆体である(hfac)Cu(DMB)を気化させ
るために、キャニスタ１２の温度を30〜70℃の範囲内に
維持する。キャリアガス流入ライン１１を通過してキャ
ニスタ１２に導入するキャリアガスとしては、ヘリウ
ム、水素、アルゴンなどの少なくとも１種が使用可能で
あり、その流量は10〜700sccmの範囲内とする。キャニ
スタ１２で気化した(hfac)Cu(DMB)の分解及び凝縮を防
止し且つコンダクタンスを改善するために、キャニスタ
１２から反応チャンバ８９０に至る全てのガスライン及
びソースラインの温度をキャニスタ１２の温度と同一に
維持する。反応チャンバ８９０に流入する気化した(hfa
c)Cu(DMB)を完全に分解しつつ、不純物を完全に除去し
て、純銅のみをウェーハ１１１に蒸着させるために、反
応チャンバ８９０の内部温度及びシャワーヘッド８０の
温度をキャニスタ１２の温度と実質的に同一に維持す
る。この際、ウェーハ１１１が積載されたサセプタプレ
ート９０の温度を120〜280℃の範囲内に維持する。さら
に、反応チャンバ８９０の内部圧力を0.1〜5torrの範囲
内に維持する。シャワーヘッド８０とサセプタプレート
９０との間隔は、1〜50mmとする。銅前駆体としての(hf
ac)Cu(DMB)は、添加材を併用することなく使用すること
ができる。添加材を併用する場合には、DMBを0.1〜30％
添加するか、Hhfacを0.1〜20％添加するか、或いは0.1
〜10％のDMBと0.1〜5％のHhfaｃとを組合せて添加する
ことができる。
るために、キャニスタ１２の温度を30〜70℃の範囲内に
維持する。キャリアガス流入ライン１１を通過してキャ
ニスタ１２に導入するキャリアガスとしては、ヘリウ
ム、水素、アルゴンなどの少なくとも１種が使用可能で
あり、その流量は10〜700sccmの範囲内とする。キャニ
スタ１２で気化した(hfac)Cu(DMB)の分解及び凝縮を防
止し且つコンダクタンスを改善するために、キャニスタ
１２から反応チャンバ８９０に至る全てのガスライン及
びソースラインの温度をキャニスタ１２の温度と同一に
維持する。反応チャンバ８９０に流入する気化した(hfa
c)Cu(DMB)を完全に分解しつつ、不純物を完全に除去し
て、純銅のみをウェーハ１１１に蒸着させるために、反
応チャンバ８９０の内部温度及びシャワーヘッド８０の
温度をキャニスタ１２の温度と実質的に同一に維持す
る。この際、ウェーハ１１１が積載されたサセプタプレ
ート９０の温度を120〜280℃の範囲内に維持する。さら
に、反応チャンバ８９０の内部圧力を0.1〜5torrの範囲
内に維持する。シャワーヘッド８０とサセプタプレート
９０との間隔は、1〜50mmとする。銅前駆体としての(hf
ac)Cu(DMB)は、添加材を併用することなく使用すること
ができる。添加材を併用する場合には、DMBを0.1〜30％
添加するか、Hhfacを0.1〜20％添加するか、或いは0.1
〜10％のDMBと0.1〜5％のHhfaｃとを組合せて添加する
ことができる。
【００３６】銅前駆体として(hfac)Cu(DMB)を利用し、
図３に示す反応チャンバ８９０を備えたDLI２３０を用
いて有機金属化学気相蒸着法により、銅を蒸着する場合
において、銅蒸着工程の良好な再現性を確実なものとす
るための条件は、次の通りである。
図３に示す反応チャンバ８９０を備えたDLI２３０を用
いて有機金属化学気相蒸着法により、銅を蒸着する場合
において、銅蒸着工程の良好な再現性を確実なものとす
るための条件は、次の通りである。
【００３７】銅前駆体である(hfac)Cu(DMB)を気化させ
るためのべイパライザ３０の温度は、40〜120℃の範囲
内とする。べイパライザ３０に流入するキャリアガスの
温度は、60〜140℃程度の範囲内に制御して、化合物の
完全気化を可能とする。この際、使用可能なキャリアガ
スはヘリウム、水素、アルゴンなどの少なくとも１種で
あり、その流量は100〜700sccmの範囲内とする。べイパ
ライザ３０で気化した(hfac)Cu(DMB)の分解及び凝縮を
防止し且つコンダクタンスを改善するために、べイパラ
イザ３０から反応チャンバ８９０に至る全てのガスライ
ン及びソースラインの温度をべイパライザ３０の温度と
実質的に同一に維持する。反応チャンバ８９０に流入す
る気化した(hfac)Cu(DMB)を完全に分解しつつ、不純物
を除去して、純銅のみをウェーハ１１１に蒸着させるた
めに、反応チャンバ８９０の内部温度及びシャワーヘッ
ド８０の温度をべイパライザ３０の温度と実質的に同一
に維持する。この際、ウェーハ１１１が積載されたサセ
プタプレート９０の温度を150〜280℃の範囲内に維持す
る。さらに、反応チャンバ８９０の内部圧力を0.1〜5to
rrの範囲内に維持する。シャワーヘッド８０とサセプタ
プレート９０との間隔は、1〜50mmとする。銅前駆体で
ある(hfac)Cu(DMB)の流量比を0.1〜1.0sccmの範囲内と
する。前記工程において、銅前駆体としての(hfac)Cu(D
MB)は、添加材を併用することなく使用することができ
る。添加材を併用する場合には、DMBを0.1〜30％添加す
るか、Hhfaｃを0.1〜20％添加するか、或いは0.1〜10％
のDMBと0.1〜5％のHhfaｃとを組合せて添加することが
できる。
るためのべイパライザ３０の温度は、40〜120℃の範囲
内とする。べイパライザ３０に流入するキャリアガスの
温度は、60〜140℃程度の範囲内に制御して、化合物の
完全気化を可能とする。この際、使用可能なキャリアガ
スはヘリウム、水素、アルゴンなどの少なくとも１種で
あり、その流量は100〜700sccmの範囲内とする。べイパ
ライザ３０で気化した(hfac)Cu(DMB)の分解及び凝縮を
防止し且つコンダクタンスを改善するために、べイパラ
イザ３０から反応チャンバ８９０に至る全てのガスライ
ン及びソースラインの温度をべイパライザ３０の温度と
実質的に同一に維持する。反応チャンバ８９０に流入す
る気化した(hfac)Cu(DMB)を完全に分解しつつ、不純物
を除去して、純銅のみをウェーハ１１１に蒸着させるた
めに、反応チャンバ８９０の内部温度及びシャワーヘッ
ド８０の温度をべイパライザ３０の温度と実質的に同一
に維持する。この際、ウェーハ１１１が積載されたサセ
プタプレート９０の温度を150〜280℃の範囲内に維持す
る。さらに、反応チャンバ８９０の内部圧力を0.1〜5to
rrの範囲内に維持する。シャワーヘッド８０とサセプタ
プレート９０との間隔は、1〜50mmとする。銅前駆体で
ある(hfac)Cu(DMB)の流量比を0.1〜1.0sccmの範囲内と
する。前記工程において、銅前駆体としての(hfac)Cu(D
MB)は、添加材を併用することなく使用することができ
る。添加材を併用する場合には、DMBを0.1〜30％添加す
るか、Hhfaｃを0.1〜20％添加するか、或いは0.1〜10％
のDMBと0.1〜5％のHhfaｃとを組合せて添加することが
できる。
【００３８】銅前駆体として(hfac)Cu(DMB)を利用し、
図４に示す反応チャンバ８９０を備えたCEM５６７を用
いて、有機金属化学気相蒸着法により銅を蒸着する場合
において、銅蒸着工程の高度の再現性を確実なものとす
るための条件は、次の通りである。
図４に示す反応チャンバ８９０を備えたCEM５６７を用
いて、有機金属化学気相蒸着法により銅を蒸着する場合
において、銅蒸着工程の高度の再現性を確実なものとす
るための条件は、次の通りである。
【００３９】銅前駆体としての(hfac)Cu(DMB)を気化さ
せるためのべイパライザ５０において、キャリアガスが
ミキサ６２を通過する際に激しい渦流を形成して、オリ
フィス６１を通過した(hfac)Cu(DMB)をミスト状態で熱
交換器７０に流入させるために、コントロールバルブ６
０の温度を常温に維持させるとともに、熱交換器７０の
温度を40〜120℃の範囲内に維持する。べイパライザ５
０のコントロールバルブ６０に流入するキャリアガスの
温度は、20〜140℃の範囲内に制御する。この際、使用
可能なキャリアガスは、ヘリウム、水素、アルゴンなど
の少なくとも１種であり、その流量は10〜700sccmの範
囲内とする。べイパライザ５０の熱交換器７０で気化し
た(hfac)Cu(DMB)の分解及び凝縮を防止し且つコンダク
タンスを改善するために、べイパライザ５０から反応チ
ャンバ８９０に至る全てのガスライン及びソースライン
の温度をべイパライザ５０の熱交換器７０の温度と同一
温度〜20℃高い温度までの温度範囲内に維持する。反応
チャンバ８９０に流入する気化した(hfac)Cu(DMB)を完
全に分解しつつ、不純物を完全に除去し、純銅のみをウ
ェーハ１１１に蒸着させるために、反応チャンバ８９０
の内部温度及びシャワーヘッド８０の温度をべイパライ
ザ５０の熱交換器７０の温度と実質的に同一に維持す
る。この際、ウェーハ１１１が積載されたサセプタプレ
ート９０の温度を120〜280℃の範囲内に維持する。さら
に、反応チャンバ８９０の内部圧力を0.1〜5torrの範囲
内に維持する。シャワーヘッド８０とサセプタプレート
９０との間隔は、1〜50mmとする。銅前駆体である(hfa
c)Cu(DMB)の流量比は、0.1〜1.0sccmの範囲内とする。
前記工程において、銅前駆体として(hfac)Cu(DMB)は、
添加材を併用することなく使用することができる。添加
材を併用する場合には、DMBを0.1〜30％添加するか、Hh
faｃを0.1〜20％添加するか、或いは0.1〜10％のDMBと
0.1〜5％のHhfaｃとを組合せて添加することができる。
せるためのべイパライザ５０において、キャリアガスが
ミキサ６２を通過する際に激しい渦流を形成して、オリ
フィス６１を通過した(hfac)Cu(DMB)をミスト状態で熱
交換器７０に流入させるために、コントロールバルブ６
０の温度を常温に維持させるとともに、熱交換器７０の
温度を40〜120℃の範囲内に維持する。べイパライザ５
０のコントロールバルブ６０に流入するキャリアガスの
温度は、20〜140℃の範囲内に制御する。この際、使用
可能なキャリアガスは、ヘリウム、水素、アルゴンなど
の少なくとも１種であり、その流量は10〜700sccmの範
囲内とする。べイパライザ５０の熱交換器７０で気化し
た(hfac)Cu(DMB)の分解及び凝縮を防止し且つコンダク
タンスを改善するために、べイパライザ５０から反応チ
ャンバ８９０に至る全てのガスライン及びソースライン
の温度をべイパライザ５０の熱交換器７０の温度と同一
温度〜20℃高い温度までの温度範囲内に維持する。反応
チャンバ８９０に流入する気化した(hfac)Cu(DMB)を完
全に分解しつつ、不純物を完全に除去し、純銅のみをウ
ェーハ１１１に蒸着させるために、反応チャンバ８９０
の内部温度及びシャワーヘッド８０の温度をべイパライ
ザ５０の熱交換器７０の温度と実質的に同一に維持す
る。この際、ウェーハ１１１が積載されたサセプタプレ
ート９０の温度を120〜280℃の範囲内に維持する。さら
に、反応チャンバ８９０の内部圧力を0.1〜5torrの範囲
内に維持する。シャワーヘッド８０とサセプタプレート
９０との間隔は、1〜50mmとする。銅前駆体である(hfa
c)Cu(DMB)の流量比は、0.1〜1.0sccmの範囲内とする。
前記工程において、銅前駆体として(hfac)Cu(DMB)は、
添加材を併用することなく使用することができる。添加
材を併用する場合には、DMBを0.1〜30％添加するか、Hh
faｃを0.1〜20％添加するか、或いは0.1〜10％のDMBと
0.1〜5％のHhfaｃとを組合せて添加することができる。
【００４０】図示はしないが、銅前駆体として(hfac)Cu
(DMB)を使用し、反応チャンバを備えたオリフィス方式
又はスプレー方式のべイパライザを有するLDSを利用し
て、有機金属化学気相蒸着法により銅を蒸着する場合に
は、銅蒸着工程の再現性を確実なものとするための条件
は、次の通りである。
(DMB)を使用し、反応チャンバを備えたオリフィス方式
又はスプレー方式のべイパライザを有するLDSを利用し
て、有機金属化学気相蒸着法により銅を蒸着する場合に
は、銅蒸着工程の再現性を確実なものとするための条件
は、次の通りである。
【００４１】銅前駆体としての(hfac)Cu(DMB)を気化さ
せるためのべイパライザの温度は、20〜120℃の範囲内
とする。べイパライザに流入するキャリアガスの温度
は、40〜140℃の範囲内に制御して、化合物の完全気化
を可能とする。この際、使用可能なキャリアガスは、ヘ
リウム、水素、アルゴンなどの少なくとも１種であり、
その流量は10〜700sccmの範囲内とする。べイパライザ
で気化した(hfac)Cu(DMB)の分解及び凝縮を防止し且つ
コンダクタンスを改善するために、べイパライザから反
応チャンバに至る全てのガスライン及びソースラインの
温度をべイパライザの温度と実質的に同一に維持する。
反応チャンバに流入する気化した(hfac)Cu(DMB)を完全
に分解しつつ、不純物を除去して、純銅のみをウェーハ
に蒸着させるために、反応チャンバの内部温度及びシャ
ワーヘッドの温度をべイパライザの温度と同一に維持す
る。この際、ウェーハが積載されたサセプタプレートの
温度を120〜280℃の範囲内に維持する。さらに、反応チ
ャンバの内部圧力を0.1〜5torrの範囲内に維持する。シ
ャワーヘッドとサセプタプレートとの間隔は、1〜50mm
とする。銅前駆体である(hfac)Cu(DMB)の流量比は、0.1
〜1.0sccmの範囲内とする。前記工程において、銅前駆
体として使用する(hfac)Cu(DMB)は、添加材を併用する
ことなく使用することができる。添加材を併用する場合
には、DMBを0.1〜30％添加するか、Hhfaｃを0.1〜20％
添加するか、或いは0.1〜10％のDMBと0.1〜5％のHhfaｃ
とを組合せて添加することができる。
せるためのべイパライザの温度は、20〜120℃の範囲内
とする。べイパライザに流入するキャリアガスの温度
は、40〜140℃の範囲内に制御して、化合物の完全気化
を可能とする。この際、使用可能なキャリアガスは、ヘ
リウム、水素、アルゴンなどの少なくとも１種であり、
その流量は10〜700sccmの範囲内とする。べイパライザ
で気化した(hfac)Cu(DMB)の分解及び凝縮を防止し且つ
コンダクタンスを改善するために、べイパライザから反
応チャンバに至る全てのガスライン及びソースラインの
温度をべイパライザの温度と実質的に同一に維持する。
反応チャンバに流入する気化した(hfac)Cu(DMB)を完全
に分解しつつ、不純物を除去して、純銅のみをウェーハ
に蒸着させるために、反応チャンバの内部温度及びシャ
ワーヘッドの温度をべイパライザの温度と同一に維持す
る。この際、ウェーハが積載されたサセプタプレートの
温度を120〜280℃の範囲内に維持する。さらに、反応チ
ャンバの内部圧力を0.1〜5torrの範囲内に維持する。シ
ャワーヘッドとサセプタプレートとの間隔は、1〜50mm
とする。銅前駆体である(hfac)Cu(DMB)の流量比は、0.1
〜1.0sccmの範囲内とする。前記工程において、銅前駆
体として使用する(hfac)Cu(DMB)は、添加材を併用する
ことなく使用することができる。添加材を併用する場合
には、DMBを0.1〜30％添加するか、Hhfaｃを0.1〜20％
添加するか、或いは0.1〜10％のDMBと0.1〜5％のHhfaｃ
とを組合せて添加することができる。
【００４２】以下、前記の各銅蒸着条件に基づいて、半
導体素子の銅金属配線を形成する方法について、バブラ
ー、DLI、CEM、オリフィス方式及びスプレー方式のLDS
を使用する各実施例を説明する。
導体素子の銅金属配線を形成する方法について、バブラ
ー、DLI、CEM、オリフィス方式及びスプレー方式のLDS
を使用する各実施例を説明する。
【００４３】図２に示す反応チャンバを備えたバブラー
を使用し、銅前駆体として(hfac)Cu(DMB)を用いる有機
金属化学気相蒸着法により、銅配線用銅薄膜を形成する
場合には、本発明に係る半導体素子の銅金属配線形成方
法は、以下の様にして実施される。
を使用し、銅前駆体として(hfac)Cu(DMB)を用いる有機
金属化学気相蒸着法により、銅配線用銅薄膜を形成する
場合には、本発明に係る半導体素子の銅金属配線形成方
法は、以下の様にして実施される。
【００４４】半導体素子を形成するための所定の各要素
が形成された半導体基板上に層間絶縁膜を形成し、次い
で、マスクを用いて層間絶縁膜にコンタクトホール及び
トレンチを形成した後、クリーニングを行なう。次に、
コンタクトホール及びトレンチを含む層間絶縁膜の表面
に拡散障壁層を形成した後、反応チャンバを備えたバブ
ラーを使用して、(hfac)Cu(DMB) を銅前駆体として用い
る有機金属化学気相蒸着法により、コンタクトホール及
びトレンチが埋め込まれる様に、銅を蒸着させる。銅蒸
着操作の完了後、銅層を水素還元熱処理し、さらに化学
的機械的研磨(CMP)処理して、銅金属配線を形成させ
る。
が形成された半導体基板上に層間絶縁膜を形成し、次い
で、マスクを用いて層間絶縁膜にコンタクトホール及び
トレンチを形成した後、クリーニングを行なう。次に、
コンタクトホール及びトレンチを含む層間絶縁膜の表面
に拡散障壁層を形成した後、反応チャンバを備えたバブ
ラーを使用して、(hfac)Cu(DMB) を銅前駆体として用い
る有機金属化学気相蒸着法により、コンタクトホール及
びトレンチが埋め込まれる様に、銅を蒸着させる。銅蒸
着操作の完了後、銅層を水素還元熱処理し、さらに化学
的機械的研磨(CMP)処理して、銅金属配線を形成させ
る。
【００４５】ここで、層間絶縁膜は、2.7以下の低い誘
電率を有する絶縁膜で形成する。コンタクトホール及び
トレンチは、デュアルダマシン方式で形成する。クリー
ニング工程は、下地層がタングステン、アルミニウムな
どの金属で形成されている場合には、高周波プラズマ(R
F Plasma)を利用して行い、下地層が銅で形成されてい
る場合には、リアクティブクリーニング方式を適用す
る。拡散障壁層は、ionized PVD TiN、CVD TiN、MOCVD
TiN、ionized PVD Ta、ionized PVD TaN、CVD Ta、ＣVD
TaNおよびCVD WNの少なくとも１種により形成する。銅
蒸着工程は、銅前駆体である(hfac)Cu(DMB)を気化させ
るために、バブラー１０のキャニスタ１２の温度を30〜
70℃の範囲内に維持する。キャリアガス流入ライン１１
を通過してキャニスタ１２に導入するキャリアガスとし
ては、ヘリウム、水素、アルゴンなどの少なくとも１種
が使用可能であり、その流量は10〜700sccmの範囲内と
する。キャニスタ１２で気化した(hfac)Cu(DMB)の分解
及び凝縮を防止し且つコンダクタンスを改善するため
に、キャニスタ１２から反応チャンバ８９０に至る全て
のガスライン及びソースラインの温度をキャニスタ１２
の温度と実質的に同一に維持する。反応チャンバ８９０
に流入する気化した(hfac)Cu(DMB)を完全に分解しつ
つ、不純物を完全に除去して、純銅のみをウェーハ１１
１に蒸着させるために、反応チャンバ８９０の内部温度
及びシャワーヘッド８０の温度をキャニスタ１２の温度
と同一に維持する。この際、ウェーハ１１１が積載され
たサセプタプレート９０の温度を120〜280℃の範囲内に
維持する。さらに、反応チャンバ８９０の内部圧力を0.
1〜5torrの範囲内に維持する。シャワーヘッド８０とサ
セプタプレート９０との間隔は、1〜50mmとする。銅前
駆体としての(hfac)Cu(DMB)は、添加材を併用すること
なく使用することができる。添加材を併用する場合に
は、DMBを0.1〜30％添加するか、Hhfacを0.1〜20％添加
するか、或いは0.1〜10％のDMBと0.1〜5％のHhfaｃとを
組合せて添加することができる。水素還元熱処理工程
は、水素還元雰囲気中で常温〜350℃の範囲で30分〜3時
間熱処理することにより、銅メッキ層のグレーン形態(g
rain morphology)を変える。この際、水素還元雰囲気ガ
スは、水素のみにより形成するか、或いはH2+Ar(Ar含有
量=1〜95％)、H2+N2(N2含有量=1〜95％)などの水素混合
気体により形成する。CMP処理後、ポストクリーニング
(post-cleaning)を施すこともある。クリーニング工程
と拡散障壁形成工程とは、時間遅延なくインサイチュで
行なうことができる。また、銅蒸着工程及び水素還元熱
処理工程も、時間遅延なくインサイチュで行なうことが
できる。
電率を有する絶縁膜で形成する。コンタクトホール及び
トレンチは、デュアルダマシン方式で形成する。クリー
ニング工程は、下地層がタングステン、アルミニウムな
どの金属で形成されている場合には、高周波プラズマ(R
F Plasma)を利用して行い、下地層が銅で形成されてい
る場合には、リアクティブクリーニング方式を適用す
る。拡散障壁層は、ionized PVD TiN、CVD TiN、MOCVD
TiN、ionized PVD Ta、ionized PVD TaN、CVD Ta、ＣVD
TaNおよびCVD WNの少なくとも１種により形成する。銅
蒸着工程は、銅前駆体である(hfac)Cu(DMB)を気化させ
るために、バブラー１０のキャニスタ１２の温度を30〜
70℃の範囲内に維持する。キャリアガス流入ライン１１
を通過してキャニスタ１２に導入するキャリアガスとし
ては、ヘリウム、水素、アルゴンなどの少なくとも１種
が使用可能であり、その流量は10〜700sccmの範囲内と
する。キャニスタ１２で気化した(hfac)Cu(DMB)の分解
及び凝縮を防止し且つコンダクタンスを改善するため
に、キャニスタ１２から反応チャンバ８９０に至る全て
のガスライン及びソースラインの温度をキャニスタ１２
の温度と実質的に同一に維持する。反応チャンバ８９０
に流入する気化した(hfac)Cu(DMB)を完全に分解しつ
つ、不純物を完全に除去して、純銅のみをウェーハ１１
１に蒸着させるために、反応チャンバ８９０の内部温度
及びシャワーヘッド８０の温度をキャニスタ１２の温度
と同一に維持する。この際、ウェーハ１１１が積載され
たサセプタプレート９０の温度を120〜280℃の範囲内に
維持する。さらに、反応チャンバ８９０の内部圧力を0.
1〜5torrの範囲内に維持する。シャワーヘッド８０とサ
セプタプレート９０との間隔は、1〜50mmとする。銅前
駆体としての(hfac)Cu(DMB)は、添加材を併用すること
なく使用することができる。添加材を併用する場合に
は、DMBを0.1〜30％添加するか、Hhfacを0.1〜20％添加
するか、或いは0.1〜10％のDMBと0.1〜5％のHhfaｃとを
組合せて添加することができる。水素還元熱処理工程
は、水素還元雰囲気中で常温〜350℃の範囲で30分〜3時
間熱処理することにより、銅メッキ層のグレーン形態(g
rain morphology)を変える。この際、水素還元雰囲気ガ
スは、水素のみにより形成するか、或いはH2+Ar(Ar含有
量=1〜95％)、H2+N2(N2含有量=1〜95％)などの水素混合
気体により形成する。CMP処理後、ポストクリーニング
(post-cleaning)を施すこともある。クリーニング工程
と拡散障壁形成工程とは、時間遅延なくインサイチュで
行なうことができる。また、銅蒸着工程及び水素還元熱
処理工程も、時間遅延なくインサイチュで行なうことが
できる。
【００４６】図３に示す反応チャンバを備えたDLIを使
用し、銅前駆体として(hfac)Cu(DMB)を用いる有機金属
化学気相蒸着法により、銅配線用銅薄膜を形成する場合
には、本発明に係る半導体素子の銅金属配線形成方法
は、以下の様にして実施される。
用し、銅前駆体として(hfac)Cu(DMB)を用いる有機金属
化学気相蒸着法により、銅配線用銅薄膜を形成する場合
には、本発明に係る半導体素子の銅金属配線形成方法
は、以下の様にして実施される。
【００４７】半導体素子を形成するための所定の各要素
が形成された半導体基板上に層間絶縁膜を形成し、次い
で、マスクを用いて層間絶縁膜にコンタクトホール及び
トレンチを形成した後、クリーニングを行なう。次に、
コンタクトホール及びトレンチを含む層間絶縁膜の表面
に拡散障壁層を形成した後、反応チャンバをDLIを使用
して、(hfac)Cu(DMB) を銅前駆体として用いる有機金属
化学気相蒸着法により、コンタクトホール及びトレンチ
が埋め込まれる様に、銅を蒸着させる。銅蒸着操作の完
了後、銅層を水素還元熱処理し、さらにCMP処理して、
銅金属配線を形成させる。
が形成された半導体基板上に層間絶縁膜を形成し、次い
で、マスクを用いて層間絶縁膜にコンタクトホール及び
トレンチを形成した後、クリーニングを行なう。次に、
コンタクトホール及びトレンチを含む層間絶縁膜の表面
に拡散障壁層を形成した後、反応チャンバをDLIを使用
して、(hfac)Cu(DMB) を銅前駆体として用いる有機金属
化学気相蒸着法により、コンタクトホール及びトレンチ
が埋め込まれる様に、銅を蒸着させる。銅蒸着操作の完
了後、銅層を水素還元熱処理し、さらにCMP処理して、
銅金属配線を形成させる。
【００４８】ここで、層間絶縁膜は、2.7以下の低い誘
電率を有する絶縁膜で形成する。コンタクトホール及び
トレンチは、デュアルダマシン方式で形成する。クリー
ニング工程は、下地層がタングステン、アルミニウムな
どの金属で形成されている場合には、高周波プラズマを
利用して行い、下地層が銅で形成されている場合には、
リアクティブクリーニング方式を適用する。拡散障壁層
は、ionized PVD TiN、CVD TiN、MOCVD TiN、ionized P
VD Ta、ionized PVD TaN、CVD Ta、ＣVD TaNおよびCVD
WNの少なくとも１種により形成する。銅蒸着工程は、銅
前駆体である(hfac)Cu(DMB)を気化させるために、DLI２
３０のベイパライザ３０の温度を40〜120℃の範囲と
し、ベイパライザ３０に流入するキャリアガスの温度を
ベイパライザ３０の温度より約20℃高く設定して60〜14
0℃の範囲に制御する。この際、使用可能なキャリアガ
スは、ヘリウム、水素、アルゴンなどの少なくとも１種
であり、その流量は100〜700sccmの範囲内とする。ま
た、ベイパライザ３０で気化した銅前駆体である(hfac)
Cu(DMB)の分解及び凝縮を防止し且つコンダクタンスを
改善するために、ベイパライザ３０から反応チャンバ８
９０に至る全てのガスライン及びソースラインの温度を
ベイパライザ３０の温度と実質的に同一に維持する。反
応チャンバ８９０の内部温度及びシャワーヘッド８０の
温度をキャニスタ１２の温度と同一に維持し、ウェーハ
１１１が積載されたサセプタプレート９０の温度を150
〜280℃の範囲内に維持する。さらに、反応チャンバ８
９０の内部圧力を0.1〜5torrの範囲内に維持し、シャワ
ーヘッド８０とサセプタプレート９０との間隔を1〜50m
mとし、銅前駆体としての(hfac)Cu(DMB)の流量比を0.1
〜1.0sccmの範囲内とする。銅前駆体としての(hfac)Cu
(DMB)は、添加材を併用することなく使用することがで
きる。添加材を併用する場合には、DMBを0.1〜30％添加
するか、Hhfacを0.1〜20％添加するか、或いは0.1〜10
％のDMBと0.1〜5％のHhfaｃとを組合せて添加すること
ができる。水素還元熱処理工程は、水素還元雰囲気中で
常温〜350℃の範囲で30分〜3時間熱処理することによ
り、銅メッキ層のグレーン形態を変える。この際、水素
還元雰囲気ガスは、水素のみにより形成するか、或いは
H2+Ar(Ar含有量=1〜95％)、H2+ N2(N2含有量=1〜95％)
などの水素混合気体により形成する。CMP処理後、ポス
トクリーニングを施すこともある。クリーニング工程と
拡散障壁形成工程とは、時間遅延なくインサイチュで行
なうことができる。また、銅蒸着工程及び水素還元熱処
理工程も、時間遅延なくインサイチュで行なうことがで
きる。
電率を有する絶縁膜で形成する。コンタクトホール及び
トレンチは、デュアルダマシン方式で形成する。クリー
ニング工程は、下地層がタングステン、アルミニウムな
どの金属で形成されている場合には、高周波プラズマを
利用して行い、下地層が銅で形成されている場合には、
リアクティブクリーニング方式を適用する。拡散障壁層
は、ionized PVD TiN、CVD TiN、MOCVD TiN、ionized P
VD Ta、ionized PVD TaN、CVD Ta、ＣVD TaNおよびCVD
WNの少なくとも１種により形成する。銅蒸着工程は、銅
前駆体である(hfac)Cu(DMB)を気化させるために、DLI２
３０のベイパライザ３０の温度を40〜120℃の範囲と
し、ベイパライザ３０に流入するキャリアガスの温度を
ベイパライザ３０の温度より約20℃高く設定して60〜14
0℃の範囲に制御する。この際、使用可能なキャリアガ
スは、ヘリウム、水素、アルゴンなどの少なくとも１種
であり、その流量は100〜700sccmの範囲内とする。ま
た、ベイパライザ３０で気化した銅前駆体である(hfac)
Cu(DMB)の分解及び凝縮を防止し且つコンダクタンスを
改善するために、ベイパライザ３０から反応チャンバ８
９０に至る全てのガスライン及びソースラインの温度を
ベイパライザ３０の温度と実質的に同一に維持する。反
応チャンバ８９０の内部温度及びシャワーヘッド８０の
温度をキャニスタ１２の温度と同一に維持し、ウェーハ
１１１が積載されたサセプタプレート９０の温度を150
〜280℃の範囲内に維持する。さらに、反応チャンバ８
９０の内部圧力を0.1〜5torrの範囲内に維持し、シャワ
ーヘッド８０とサセプタプレート９０との間隔を1〜50m
mとし、銅前駆体としての(hfac)Cu(DMB)の流量比を0.1
〜1.0sccmの範囲内とする。銅前駆体としての(hfac)Cu
(DMB)は、添加材を併用することなく使用することがで
きる。添加材を併用する場合には、DMBを0.1〜30％添加
するか、Hhfacを0.1〜20％添加するか、或いは0.1〜10
％のDMBと0.1〜5％のHhfaｃとを組合せて添加すること
ができる。水素還元熱処理工程は、水素還元雰囲気中で
常温〜350℃の範囲で30分〜3時間熱処理することによ
り、銅メッキ層のグレーン形態を変える。この際、水素
還元雰囲気ガスは、水素のみにより形成するか、或いは
H2+Ar(Ar含有量=1〜95％)、H2+ N2(N2含有量=1〜95％)
などの水素混合気体により形成する。CMP処理後、ポス
トクリーニングを施すこともある。クリーニング工程と
拡散障壁形成工程とは、時間遅延なくインサイチュで行
なうことができる。また、銅蒸着工程及び水素還元熱処
理工程も、時間遅延なくインサイチュで行なうことがで
きる。
【００４９】図４に示す反応チャンバを備えたCEMを使
用し、銅前駆体として(hfac)Cu(DMB)を用いる有機金属
化学気相蒸着法により、銅配線用銅薄膜を蒸着する場合
には、本発明に係る半導体素子の銅金属配線形成方法
は、以下の様にして実施される。
用し、銅前駆体として(hfac)Cu(DMB)を用いる有機金属
化学気相蒸着法により、銅配線用銅薄膜を蒸着する場合
には、本発明に係る半導体素子の銅金属配線形成方法
は、以下の様にして実施される。
【００５０】半導体素子を形成するための所定の各要素
が形成された半導体基板上に層間絶縁膜を形成し、次い
でマスクを用いて層間絶縁膜にコンタクトホール及びト
レンチを形成した後、クリーニングを行なう。次に、コ
ンタクトホール及びトレンチを含む層間絶縁膜の表面に
拡散障壁層を形成した後、反応チャンバを備えたCEMを
使用して、(hfac)Cu(DMB)を銅の前駆体として使用する
有機金属化学気相蒸着法により、コンタクトホール及び
トレンチが埋め込まれる様に、銅層を形成する。銅層形
成操作完了後、水素還元熱処理し、さらにCMP処理し
て、コンタクトホール及びトレンチ内に銅金属配線を形
成させる。
が形成された半導体基板上に層間絶縁膜を形成し、次い
でマスクを用いて層間絶縁膜にコンタクトホール及びト
レンチを形成した後、クリーニングを行なう。次に、コ
ンタクトホール及びトレンチを含む層間絶縁膜の表面に
拡散障壁層を形成した後、反応チャンバを備えたCEMを
使用して、(hfac)Cu(DMB)を銅の前駆体として使用する
有機金属化学気相蒸着法により、コンタクトホール及び
トレンチが埋め込まれる様に、銅層を形成する。銅層形
成操作完了後、水素還元熱処理し、さらにCMP処理し
て、コンタクトホール及びトレンチ内に銅金属配線を形
成させる。
【００５１】ここで、層間絶縁膜は、2.7以下の低い誘
電率を有する絶縁膜で形成する。コンタクトホール及び
トレンチは、デュアルダマシン方式で形成する。クリー
ニング工程は、下地層がタングステン、アルミニウムな
どの金属で形成されている場合には、高周波プラズマを
利用して行い、下地層が銅で形成されている場合には、
リアクティブクリーニング方式を適用する。
電率を有する絶縁膜で形成する。コンタクトホール及び
トレンチは、デュアルダマシン方式で形成する。クリー
ニング工程は、下地層がタングステン、アルミニウムな
どの金属で形成されている場合には、高周波プラズマを
利用して行い、下地層が銅で形成されている場合には、
リアクティブクリーニング方式を適用する。
【００５２】拡散障壁層はionized PVD TiN、CVD TiN、
MOCVD TiN、ionized PVD Ta、ionized PVD TaN、CVD T
a、ＣVD TaNおよびCVD WNの少なくとも１種により、形
成する。銅蒸着工程において、反応チャンバを備えたCE
Mの操作条件は、前述の通りである。
MOCVD TiN、ionized PVD Ta、ionized PVD TaN、CVD T
a、ＣVD TaNおよびCVD WNの少なくとも１種により、形
成する。銅蒸着工程において、反応チャンバを備えたCE
Mの操作条件は、前述の通りである。
【００５３】水素還元熱処理工程は、水素還元雰囲気中
で常温〜350℃の範囲で30分〜3時間熱処理することによ
り、銅層のグレーン形態を変える。この際、水素還元雰
囲気ガスは、水素のみにより形成するか、或いはH2+Ar
(Ar含有量=1〜95％)、H2+ N2(N2含有量=1〜95％)などの
水素混合気体により形成する。CMP処理後、ポストクリ
ーニングを施すこともある。クリーニング工程と拡散障
壁形成工程とは、時間遅延なくインサイチュで行なうこ
とができる。また、銅蒸着工程及び水素還元熱処理工程
も、時間遅延なくインサイチュで行なうことができる。
で常温〜350℃の範囲で30分〜3時間熱処理することによ
り、銅層のグレーン形態を変える。この際、水素還元雰
囲気ガスは、水素のみにより形成するか、或いはH2+Ar
(Ar含有量=1〜95％)、H2+ N2(N2含有量=1〜95％)などの
水素混合気体により形成する。CMP処理後、ポストクリ
ーニングを施すこともある。クリーニング工程と拡散障
壁形成工程とは、時間遅延なくインサイチュで行なうこ
とができる。また、銅蒸着工程及び水素還元熱処理工程
も、時間遅延なくインサイチュで行なうことができる。
【００５４】反応チャンバを備え、オリフィス方式また
はスプレー方式のベイパライザを有する任意のLDSを使
用し、銅前駆体として(hfac)Cu(DMB)を用いる有機金属
化学気相蒸着法により、銅配線用銅薄膜を蒸着する場合
には、本発明に係る半導体素子の銅金属配線形成方法
は、以下の様にして実施される。
はスプレー方式のベイパライザを有する任意のLDSを使
用し、銅前駆体として(hfac)Cu(DMB)を用いる有機金属
化学気相蒸着法により、銅配線用銅薄膜を蒸着する場合
には、本発明に係る半導体素子の銅金属配線形成方法
は、以下の様にして実施される。
【００５５】半導体素子を形成するための所定の各要素
が形成された半導体基板上に層間絶縁膜を形成し、次い
でマスクを用いて層間絶縁膜にコンタクトホール及びト
レンチを形成した後、クリーニングを行なう。次に、コ
ンタクトホール及びトレンチを含む層間絶縁膜の表面に
拡散障壁層を形成した後、反応チャンバを備えたオリフ
ィス方式またはスプレー方式のベイパライザを有するLD
Sを使用して、(hfac)Cu(DMB)を銅の前駆体として使用す
る有機金属化学気相蒸着法により、コンタクトホール及
びトレンチが埋め込まれる様に、銅層を形成する。銅層
形成操作完了後、水素還元熱処理し、さらにCMP処理し
て、コンタクトホール及びトレンチ内に銅金属配線を形
成させる。
が形成された半導体基板上に層間絶縁膜を形成し、次い
でマスクを用いて層間絶縁膜にコンタクトホール及びト
レンチを形成した後、クリーニングを行なう。次に、コ
ンタクトホール及びトレンチを含む層間絶縁膜の表面に
拡散障壁層を形成した後、反応チャンバを備えたオリフ
ィス方式またはスプレー方式のベイパライザを有するLD
Sを使用して、(hfac)Cu(DMB)を銅の前駆体として使用す
る有機金属化学気相蒸着法により、コンタクトホール及
びトレンチが埋め込まれる様に、銅層を形成する。銅層
形成操作完了後、水素還元熱処理し、さらにCMP処理し
て、コンタクトホール及びトレンチ内に銅金属配線を形
成させる。
【００５６】ここで、層間絶縁膜は、2.7以下の低い誘
電率を有する絶縁膜で形成する。コンタクトホール及び
トレンチは、デュアルダマシン方式で形成する。クリー
ニング工程は、下地層がタングステン、アルミニウムな
どの金属で形成されている場合には、高周波プラズマを
利用して行い、下地層が銅で形成されている場合には、
リアクティブクリーニング方式を適用する。拡散障壁層
はionized PVD TiN、CVD TiN、MOCVD TiN、ionized PVD
Ta、ionized PVD TaN、CVD Ta、ＣVD TaNおよびCVD WN
の少なくとも１種により、形成する。銅蒸着工程におい
て、反応チャンバを備えたオリフィス方式またはスプレ
ー方式のベイパライザ操作条件は、前述の通りである。
水素還元熱処理工程は、水素還元雰囲気中で常温〜350
℃の範囲で30分〜3時間熱処理することにより、銅層の
グレーン形態を変える。この際、水素還元雰囲気ガス
は、水素のみにより形成するか、或いはH2+Ar(Ar含有量
=1〜95％)、H2+ N2(N2含有量=1〜95％)などの水素混合
気体により形成する。CMP処理後、ポストクリーニング
を施すこともある。クリーニング工程と拡散障壁形成工
程とは、時間遅延なくインサイチュで行なうことができ
る。また、銅蒸着工程及び水素還元熱処理工程も、時間
遅延なくインサイチュで行なうことができる。
電率を有する絶縁膜で形成する。コンタクトホール及び
トレンチは、デュアルダマシン方式で形成する。クリー
ニング工程は、下地層がタングステン、アルミニウムな
どの金属で形成されている場合には、高周波プラズマを
利用して行い、下地層が銅で形成されている場合には、
リアクティブクリーニング方式を適用する。拡散障壁層
はionized PVD TiN、CVD TiN、MOCVD TiN、ionized PVD
Ta、ionized PVD TaN、CVD Ta、ＣVD TaNおよびCVD WN
の少なくとも１種により、形成する。銅蒸着工程におい
て、反応チャンバを備えたオリフィス方式またはスプレ
ー方式のベイパライザ操作条件は、前述の通りである。
水素還元熱処理工程は、水素還元雰囲気中で常温〜350
℃の範囲で30分〜3時間熱処理することにより、銅層の
グレーン形態を変える。この際、水素還元雰囲気ガス
は、水素のみにより形成するか、或いはH2+Ar(Ar含有量
=1〜95％)、H2+ N2(N2含有量=1〜95％)などの水素混合
気体により形成する。CMP処理後、ポストクリーニング
を施すこともある。クリーニング工程と拡散障壁形成工
程とは、時間遅延なくインサイチュで行なうことができ
る。また、銅蒸着工程及び水素還元熱処理工程も、時間
遅延なくインサイチュで行なうことができる。
【００５７】
【発明の効果】上述したように、本発明は、銅蒸着装置
の蒸着工程条件を最適に設定して、(hfac)Cu(DMB)を銅
前駆体として用いる有機金属化学気相蒸着工程技術を確
立することに成功した。その結果、本発明によれば、銅
蒸着工程の高度の再現性を達成し得るので、優れた膜質
の銅薄膜を得ることができる。
の蒸着工程条件を最適に設定して、(hfac)Cu(DMB)を銅
前駆体として用いる有機金属化学気相蒸着工程技術を確
立することに成功した。その結果、本発明によれば、銅
蒸着工程の高度の再現性を達成し得るので、優れた膜質
の銅薄膜を得ることができる。
【図１】本発明に係る半導体素子の銅金属配線形成方法
において行なう銅蒸着工程の具体的な一例を示すフロー
チャートである。
において行なう銅蒸着工程の具体的な一例を示すフロー
チャートである。
【図２】本発明に係る半導体素子の銅金属配線形成方法
において使用する反応チャンバを備えたバブラーの概略
的な構成図である。
において使用する反応チャンバを備えたバブラーの概略
的な構成図である。
【図３】本発明に係る半導体素子の銅金属配線形成方法
において使用する反応チャンバを備えたDLIの概略的な
構成図である。
において使用する反応チャンバを備えたDLIの概略的な
構成図である。
【図４】本発明に係る半導体素子の銅金属配線形成方法
において使用する反応チャンバを備えたCEMの概略的な
構成図である。
において使用する反応チャンバを備えたCEMの概略的な
構成図である。
１０ バブラー １１ キャリアガス流入ライン １２ キャニスタ １３ 金属液体原料 １４ 気化ガス流出ライン ２３０ ダイレクトリキッドインジェクター（DLI） １９ アンプル ２０ マイクロポンプ ２１ 第１のバルブ ２２ 第１のステッピングモータ ２３ 第１のピストン ２４ 第１のシリンダ ２５ 第２のバルブ ２６ 第２のステッピングモータ ２７ 第２のピストン ２８ 第２のシリンダ ２９ 第３のバルブ ３０ べイパライザ ３１ デリバリバルブ ３２ メタルディスク ３３ ヒーティングゾーン ３４ 液体原料流入ライン ３５ キャリアガス流入ライン ３６ 気化ガス流出ライン ５６７ コントロールエバポレイションミキサ(CEM) ４９ 液体流量制御器 ５０ べイパライザ ６０ コントロールバルブ ６２ ミキサ ６３ アクチュエータ ６４ 液体流入ライン ６５ キャリアガス流入ライン ６６ 液体ベントライン ７０ 熱交換器 ７１ 螺旋管 ７２ 気化ガス流出ライン ８９０ 反応チャンバ ８０ シャワーヘッド ９０ サセプタプレート １１１ ウェーハ
Claims (61)
- 【請求項１】 半導体素子を形成するための各種の要素
が形成された半導体基板上に層間絶縁膜を形成し、前記
層間絶縁膜にコンタクトホール及びトレンチを形成した
後、前記コンタクトホール及びトレンチを含む層間絶縁
膜の表面に拡散障壁層を形成する段階と、 反応チャンバを備えたバブラー内で (hfac)Cu(DMB)を銅
前駆体として用いる有機金属化学気相蒸着法により、前
記コンタクトホール及びトレンチが埋め込まれるように
銅を蒸着する段階と、 化学的機械的研磨処理して銅金属配線を形成する段階と
を含むことを特徴とする半導体素子の銅金属配線形成方
法。 - 【請求項２】 前記コンタクトホール及びトレンチを、
デュアルダマシン方式で形成することを特徴とする請求
項１記載の半導体素子の銅金属配線形成方法。 - 【請求項３】 前記拡散障壁層を、ionized PVD TiN、
CVD TiN、MOCVD TiN、ionized PVD Ta、ionized PVD Ta
N、CVD Ta、ＣVD TaNおよびCVD WNの少なくとも1種によ
り形成することを特徴とする請求項１記載の半導体素子
の銅金属配線形成方法。 - 【請求項４】 前記バブラーのキャニスタの温度を30
〜70℃の範囲内とすることを特徴とする請求項１記載の
半導体素子の銅金属配線形成方法。 - 【請求項５】 前記バブラーのキャニスタに導入される
キャリアガスとしてヘリウム、水素及びアルゴンの少な
くとも1種を使用し、その流量を10〜700sccmの範囲内と
することを特徴とする請求項１記載の半導体素子の銅金
属配線形成方法。 - 【請求項６】 前記バブラーのキャニスタから前記反応
チャンバに至るガスライン及びソースラインの温度を前
記バブラーのキャニスタの温度と実質的に同一に維持す
ることを特徴とする請求項１記載の半導体素子の銅金属
配線形成方法。 - 【請求項７】 前記反応チャンバの内部温度及び前記反
応チャンバのシャワーヘッドの温度を前記バブラーのキ
ャニスタの温度と実質的に同一に維持することを特徴と
する請求項１記載の半導体素子の銅金属配線形成方法。 - 【請求項８】 前記反応チャンバのサセプタプレート温
度を120〜280℃の範囲内とすることを特徴とする請求項
１記載の半導体素子の銅金属配線形成方法。 - 【請求項９】 前記反応チャンバの内部圧力を0.1〜5to
rrの範囲内とすることを特徴とする請求項１記載の半導
体素子の銅金属配線形成方法。 - 【請求項１０】 前記反応チャンバのシャワーヘッドと
前記反応チャンバのサセプタプレートとの間隔を1〜50m
mの範囲内とすることを特徴とする請求項１記載の半導
体素子の銅金属配線形成方法。 - 【請求項１１】 前記銅前駆体としての(hfac)Cu(DMB)
に対し、添加材として、DMBを0.1〜30％添加するか、Hh
facを0.1〜20％添加するか、或いは0.1〜10％のDMBと0.
1〜5％のHhfacとを組合せて添加することを特徴とする
請求項１記載の半導体素子の銅金属配線形成方法。 - 【請求項１２】 前記銅蒸着工程後に、時間遅延なくイ
ンサイチュで、水素還元雰囲気中常温乃至350℃の範囲
内で30分〜3時間熱処理することにより、水素還元熱処
理工程を行なうことを特徴とする請求項１記載の半導体
素子の銅金属配線形成方法。 - 【請求項１３】 前記水素還元雰囲気が、H2、H2＋Ar(A
r=1〜95％)及びH2＋N2(N2=１〜95％)のいずれか1種から
なることを特徴とする請求項１２記載の半導体素子の銅
金属配線形成方法。 - 【請求項１４】 前記拡散障壁層形成工程後に、時間遅
延なくインサイチュで、クリーニング工程を行なうこと
を特徴とする請求項１記載の半導体素子の銅金属配線形
成方法。 - 【請求項１５】 半導体素子を形成するための各種の要
素が形成された半導体基板上に層間絶縁膜を形成し、前
記層間絶縁膜にコンタクトホール及びトレンチを形成し
た後、前記コンタクトホール及びトレンチを含む層間絶
縁膜の表面に拡散障壁層を形成する段階と、 反応チャンバを備えたダイレクトリキッドインジェクタ
ーにおいて (hfac)Cu(DMB)を銅前駆体として用いる有
機金属化学気相蒸着法により、前記コンタクトホール及
びトレンチが埋め込まれるように銅を蒸着する段階と、 化学的機械的研磨処理して銅金属配線を形成する段階と
を含むことを特徴とする半導体素子の銅金属配線形成方
法。 - 【請求項１６】 前記コンタクトホール及びトレンチ
を、デュアルダマシン方式で形成することを特徴とする
請求項１５記載の半導体素子の銅金属配線形成方法。 - 【請求項１７】 前記拡散障壁層を、ionized PVD Ti
N、CVD TiN、MOCVD TiN、ionized PVD Ta、ionized PVD
TaN、CVD Ta、ＣVD TaN、CVD WNの少なくとも1種によ
り形成することを特徴とする請求項１５記載の半導体素
子の銅金属配線形成方法。 - 【請求項１８】 前記ダイレクトリキッドインジェクタ
ーのべイパライザの温度を40〜120℃の範囲内とするこ
とを特徴とする請求項１５記載の半導体素子の銅金属配
線形成方法。 - 【請求項１９】 前記ダイレクトリキッドインジェクタ
ーのべイパライザに流入するキャリアガスの温度を60〜
140℃の範囲内に制御することを特徴とする請求項１５
記載の半導体素子の銅金属配線形成方法。 - 【請求項２０】 前記キャリアガスとしてヘリウム、水
素及びアルゴンの少なくとも1種を使用し、その流量を1
00〜700sccmの範囲内とすることを特徴とする請求項１
９記載の半導体素子の銅金属配線形成方法。 - 【請求項２１】 前記ダイレクトリキッドインジェクタ
ーのべイパライザから前記反応チャンバに至るガスライ
ン及びソースラインの温度を前記ベイパライザの温度と
実質的に同一に維持することを特徴とする請求項１５記
載の半導体素子の銅金属配線形成方法。 - 【請求項２２】 前記反応チャンバの内部温度及び前記
反応チャンバのシャワーヘッドの温度を前記ダイレクト
リキッドインジェクターのベイパライザの温度と実質的
に同一に維持することを特徴とする請求項１５記載の半
導体素子の銅金属配線形成方法。 - 【請求項２３】 前記反応チャンバのサセプタプレート
温度を150〜280℃の範囲内とすることを特徴とする請求
項１５記載の半導体素子の銅金属配線形成方法。 - 【請求項２４】 前記反応チャンバの内部圧力を0.1〜5
torrの範囲内とすることを特徴とする請求項１５記載の
半導体素子の銅金属配線形成方法。 - 【請求項２５】 前記反応チャンバのシャワーヘッドと
前記反応チャンバのサセプタプレートとの間隔を1〜50m
mの範囲内とすることを特徴とする請求項１５記載の半
導体素子の銅金属配線形成方法。 - 【請求項２６】 前記銅前駆体としての(hfac)Cu(DMB)
の流量比を、０.1〜1.0sccmの範囲内とすることを特徴
とする請求項１５記載の半導体素子の銅金属配線形成方
法。 - 【請求項２７】 前記銅前駆体としての(hfac)Cu(DMB)
に対し、添加材として、DMBを0.1〜30％添加するか、Hh
facを0.1〜20％添加するか、或いは0.1〜10％のDMBと0.
1〜5％のHhfacとを組合せて添加することを特徴とする
請求項１５記載の半導体素子の銅金属配線形成方法。 - 【請求項２８】 前記銅蒸着工程後に、時間遅延なくイ
ンサイチュで、水素還元雰囲気中常温乃至350℃の範囲
内で30分〜3時間熱処理することにより、水素還元熱処
理工程を行なうことを特徴とする請求項１５記載の半導
体素子の銅金属配線形成方法。 - 【請求項２９】 前記水素還元雰囲気が、H2、H2＋Ar(A
r=1〜95％)及びH2＋N2(N2=１〜95％)のいずれか1種から
なることを特徴とする請求項２８記載の半導体素子の銅
金属配線形成方法。 - 【請求項３０】 前記拡散障壁層形成工程後に、時間遅
延なくインサイチュで、クリーニング工程を行なうこと
を特徴とする請求項１５記載の半導体素子の銅金属配線
形成方法。 - 【請求項３１】 半導体素子を形成するための各種の要
素が形成された半導体基板上に層間絶縁膜を形成し、前
記層間絶縁膜にコンタクトホール及びトレンチを形成し
た後、前記コンタクトホール及びトレンチを含む層間絶
縁膜の表面に拡散障壁層を形成する段階と、 反応チャンバを備えたコントロールエバポレイションミ
キサにおいて (hfac)Cu(DMB)を銅前駆体として用いる
有機金属化学気相蒸着法により、前記コンタクトホール
及びトレンチが埋め込まれるように銅層を形成する段階
と、 化学的機械的研磨処理して銅金属配線を形成する段階と
を含むことを特徴とする半導体素子の銅金属配線形成方
法。 - 【請求項３２】 前記コンタクトホール及びトレンチ
を、デュアルダマシン方式で形成することを特徴とする
請求項３１記載の半導体素子の銅金属配線形成方法。 - 【請求項３３】 前記拡散障壁層を、ionized PVD Ti
N、CVD TiN、MOCVD TiN、ionized PVD Ta、ionized PVD
TaN、CVD Ta、ＣVD TaN、CVD WNの少なくとも1種によ
り形成することを特徴とする請求項３１記載の半導体素
子の銅金属配線形成方法。 - 【請求項３４】 前記コントロールエバポレイションミ
キサのべイパライザのコントロールバルブの温度を常温
に維持し、ベイパライザの熱交換器の温度を40〜120℃
の範囲に維持することを特徴とする請求項３１記載の半
導体素子の銅金属配線形成方法。 - 【請求項３５】 前記コントロールエバポレイションミ
キサのべイパライザのコントロールバルブに流入するキ
ャリアガスの温度を20〜140℃の範囲内に制御すること
を特徴とする請求項３１記載の半導体素子の銅金属配線
形成方法。 - 【請求項３６】 前記キャリアガスとしてヘリウム、水
素及びアルゴンの少なくとも1種を使用し、その流量を1
0〜700sccmの範囲内とすることを特徴とする請求項３５
記載の半導体素子の銅金属配線形成方法。 - 【請求項３７】 前記コントロールエバポレイションミ
キサのべイパライザから前記反応チャンバに至るガスラ
イン及びソースラインの温度を前記ベイパライザの熱交
換器の温度と同一温度〜20℃高い温度までの範囲内に維
持することを特徴とする請求項３１記載の半導体素子の
銅金属配線形成方法。 - 【請求項３８】 前記反応チャンバの内部温度及びシャ
ワーヘッドの温度を前記コントロールエバポレイション
ミキサのべイパライザの熱交換器の温度と実質的に同一
に維持することを特徴とする請求項３１記載の半導体素
子の銅金属配線形成方法。 - 【請求項３９】 前記反応チャンバのサセプタプレート
温度を120〜280℃の範囲内とすることを特徴とする請求
項３１記載の半導体素子の銅金属配線形成方法。 - 【請求項４０】 前記反応チャンバの内部圧力を0.1〜5
torrの範囲内とすることを特徴とする請求項３１記載の
半導体素子の銅金属配線形成方法。 - 【請求項４１】 前記反応チャンバのシャワーヘッドと
前記反応チャンバのサセプタプレートとの間隔を1〜50m
mの範囲内とすることを特徴とする請求項３１記載の半
導体素子の銅金属配線形成方法。 - 【請求項４２】 前記銅前駆体としての(hfac)Cu(DMB)
に対し、添加材として、DMBを0.1〜30％添加するか、Hh
facを0.1〜20％添加するか、或いは0.1〜10％のDMBと0.
1〜5％のHhfacとを組合せて添加することを特徴とする
請求項３１記載の半導体素子の銅金属配線形成方法。 - 【請求項４３】 前記銅蒸着工程後に、時間遅延なくイ
ンサイチュで、水素還元雰囲気中常温乃至350℃の範囲
内で30分〜3時間熱処理することにより、水素還元熱処
理工程を行なうことを特徴とする請求項３１記載の半導
体素子の銅金属配線形成方法。 - 【請求項４４】 前記水素還元雰囲気が、H2、H2＋Ar(A
r=1〜95％)及びH2＋N2(N2=１〜95％)のいずれか1種から
なることを特徴とする請求項４３記載の半導体素子の銅
金属配線形成方法。 - 【請求項４５】 前記拡散障壁層形成工程後に、時間遅
延なくインサイチュで、クリーニング工程を行なうこと
を特徴とする請求項３１記載の半導体素子の銅金属配線
形成方法。 - 【請求項４６】 半導体素子を形成するための各種の要
素が形成された半導体基板上に層間絶縁膜を形成し、前
記層間絶縁膜にコンタクトホール及びトレンチを形成し
た後、前記コンタクトホール及びトレンチを含む層間絶
縁膜の表面に拡散障壁層を形成する段階と、 反応チャンバを備え、かつオリフィス方式またはスプレ
ー方式のベイパライザを有するリキッドデリバリシステ
ムにおいて、(hfac)Cu(DMB)を銅前駆体として用いる有
機金属化学気相蒸着法により、前記コンタクトホール及
びトレンチが埋め込まれるように銅層を形成する段階
と、 化学的機械的研磨処理して銅金属配線を形成する段階と
を含むことを特徴とする半導体素子の銅金属配線形成方
法。 - 【請求項４７】 前記コンタクトホール及びトレンチ
を、デュアルダマシン方式で形成することを特徴とする
請求項４６記載の半導体素子の銅金属配線形成方法。 - 【請求項４８】 前記拡散障壁層を、ionized PVD Ti
N、CVD TiN、MOCVD TiN、ionized PVD Ta、ionized PVD
TaN、CVD Ta、ＣVD TaN、CVD WNの少なくとも1種によ
り形成することを特徴とする請求項４６記載の半導体素
子の銅金属配線形成方法。 - 【請求項４９】 前記べイパライザの温度を20〜120℃
の範囲内に維持することを特徴とする請求項４６記載の
半導体素子の銅金属配線形成方法。 - 【請求項５０】 前記べイパライザのコントロールバル
ブに流入するキャリアガスの温度を40〜140℃の範囲内
に制御することを特徴とする請求項４６記載の半導体素
子の銅金属配線形成方法。 - 【請求項５１】 前記キャリアガスとしてヘリウム、水
素及びアルゴンの少なくとも1種を使用し、その流量を1
0〜700sccmの範囲内とすることを特徴とする請求項５０
記載の半導体素子の銅金属配線形成方法。 - 【請求項５２】 前記べイパライザから前記反応チャン
バに至るガスライン及びソースラインの温度を前記ベイ
パライザの温度と実質的に同一に維持することを特徴と
する請求項４６記載の半導体素子の銅金属配線形成方
法。 - 【請求項５３】 前記反応チャンバの内部温度及びシャ
ワーヘッドの温度を前記べイパライザの温度と実質的に
同一に維持することを特徴とする請求項４６記載の半導
体素子の銅金属配線形成方法。 - 【請求項５４】 前記反応チャンバのサセプタプレート
温度を120〜280℃の範囲内とすることを特徴とする請求
項４６記載の半導体素子の銅金属配線形成方法。 - 【請求項５５】 前記反応チャンバの内部圧力を0.1〜5
torrの範囲内とすることを特徴とする請求項３１記載の
半導体素子の銅金属配線形成方法。 - 【請求項５６】 前記反応チャンバのシャワーヘッドと
前記反応チャンバのサセプタプレートとの間隔を1〜50m
mの範囲内とすることを特徴とする請求項４６記載の半
導体素子の銅金属配線形成方法。 - 【請求項５７】 前記銅前駆体としての(hfac)Cu(DMB)
の流量比を、０.1〜1.0sccmの範囲内とすることを特徴
とする請求項４６記載の半導体素子の銅金属配線形成方
法。 - 【請求項５８】 前記銅前駆体としての(hfac)Cu(DMB)
に対し、添加材として、DMBを0.1〜30％添加するか、Hh
facを0.1〜20％添加するか、或いは0.1〜10％のDMBと0.
1〜5％のHhfacとを組合せて添加することを特徴とする
請求項３１記載の半導体素子の銅金属配線形成方法。 - 【請求項５９】 前記銅蒸着工程後に、時間遅延なくイ
ンサイチュで、水素還元雰囲気中常温乃至350℃の範囲
内で30分〜3時間熱処理することにより、水素還元熱処
理工程を行なうことを特徴とする請求項４６記載の半導
体素子の銅金属配線形成方法。 - 【請求項６０】 前記水素還元雰囲気が、H2、H2＋Ar(A
r=1〜95％)及びH2＋N2(N2=１〜95％)のいずれか1種から
なることを特徴とする請求項５９記載の半導体素子の銅
金属配線形成方法。 - 【請求項６１】 前記拡散障壁層形成工程後に、時間遅
延なくインサイチュで、クリーニング工程を行なうこと
を特徴とする請求項４６記載の半導体素子の銅金属配線
形成方法。
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