JP2002141352A - Method of heat treatment - Google Patents

Method of heat treatment

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JP2002141352A JP2000334259A JP2000334259A JP2002141352A JP 2002141352 A JP2002141352 A JP 2002141352A JP 2000334259 A JP2000334259 A JP 2000334259A JP 2000334259 A JP2000334259 A JP 2000334259A JP 2002141352 A JP2002141352 A JP 2002141352A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To perform heat treatment without oxidizing a metal thin film. SOLUTION: The heat treatment method has first and second heating steps. In the first heating step, since a wafer 10 (an object to be treated) is heated to a first heating temperature in the range between 100 deg.C and 200 deg.C inclusive, moisture of the wafer 10 is completely removed while crystal grains of a copper thin film hardly grow. In the second step, not only moisture of the wafer 10 is removed, but the partial pressure of the moisture in an atmosphere in which the wafer 10 is placed is made 5×10-5 Pa or lower. Accordingly, even when the wafer 10 is heated to a second heating temperature, crystal grains grow without oxidizing the copper thin film. Thus, according to the heat treatment method, crystal grains sufficiently grow and a copper thin film whose mean grain size is uniform can be obtained.

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】本発明は薄膜製造方法に関
し、特に、半導体の配線膜となる金属薄膜の熱処理技術
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a thin film, and more particularly to a technique for heat-treating a metal thin film to be a wiring film of a semiconductor.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、半導体の配線膜の製造方法と
して、基板表面に電解メッキにより配線膜となる銅薄膜
を形成する電解メッキ法が用いられている。電解メッキ
法により形成された銅薄膜を室温に放置した場合、時間
の経過と共に、銅薄膜中で銅の結晶粒が成長する現象
(セルフアニ−リング現象)が知られており、結晶粒が
成長するとともに、銅薄膜の抵抗値は低下し、通常、1
00時間程度室温に放置すると、配線膜の抵抗値が銅本
来の抵抗値とほぼ等しくなる。このような配線膜はアル
ミニウムから成る配線膜に比べ、エレクトロマイグレー
ションの寿命が10倍以上長いという長所がある。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a method of manufacturing a semiconductor wiring film, an electrolytic plating method of forming a copper thin film serving as a wiring film on a substrate surface by electrolytic plating has been used. When a copper thin film formed by an electrolytic plating method is left at room temperature, a phenomenon in which copper crystal grains grow in the copper thin film over time (self-annealing phenomenon) is known, and the crystal grains grow. At the same time, the resistance of the copper thin film decreases,
When left at room temperature for about 00 hours, the resistance value of the wiring film becomes substantially equal to the original resistance value of copper. Such a wiring film has an advantage that the lifetime of electromigration is ten times or more longer than that of a wiring film made of aluminum.

【0003】しかしながら、配線膜中の結晶粒が経時的
に成長することは、半導体を製造する上で好ましくな
い。そこで、特開平2000−77527で公知のよう
に、一般には基板表面に電解メッキ法によって銅薄膜を
形成した後、全体を加熱して銅薄膜中の結晶粒を成長さ
せる熱処理が行われている(特開平2000−7752
7)。
However, it is not preferable that the crystal grains in the wiring film grow with time in manufacturing a semiconductor. Therefore, as is known in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-77527, a heat treatment for forming a copper thin film on a substrate surface by an electrolytic plating method and then heating the whole to grow crystal grains in the copper thin film is generally performed ( JP-A-2000-7752
7).

【0004】図6の符号100は、このような銅薄膜の
熱処理に用いられる熱処理装置を示している。この熱処
理装置100は石英チューブ113を有しており、この
石英チューブ113の周囲には、石英チューブ113を
加熱する加熱機構115が配置されている。また、石英
チューブ113には不図示の真空ポンプが接続されてお
り、この真空ポンプによって石英チューブ113内が真
空排気されるよう構成されている。
[0004] Reference numeral 100 in FIG. 6 indicates a heat treatment apparatus used for heat treatment of such a copper thin film. The heat treatment apparatus 100 has a quartz tube 113, and a heating mechanism 115 for heating the quartz tube 113 is arranged around the quartz tube 113. A vacuum pump (not shown) is connected to the quartz tube 113, and the inside of the quartz tube 113 is evacuated by the vacuum pump.

【0005】このような熱処理装置100を用いて処理
対象物を加熱するには、先ず、石英チューブ113内を
真空排気しながら、加熱機構115を用いて石英チュー
ブ113内を所定温度まで昇温させる。次いで、処理対
象物を複数枚石英ボートに搭載し、石英チューブ113
の真空雰囲気を維持したまま、石英ボートを石英チュー
ブ113内に搬入する。
In order to heat an object to be processed using such a heat treatment apparatus 100, first, the inside of the quartz tube 113 is heated to a predetermined temperature using a heating mechanism 115 while the inside of the quartz tube 113 is evacuated. . Next, a plurality of objects to be treated are mounted on a quartz boat, and a quartz tube 113 is mounted.
The quartz boat is carried into the quartz tube 113 while the vacuum atmosphere is maintained.

【0006】図6の符号110は石英ボートと共に石英
チューブ113内に搬入された処理対象物を示してお
り、同図111はその石英ボートを示している。処理対
象物110はその表面に電解メッキ法によって形成され
た銅薄膜を有しており、結晶粒の成長速度は温度が高い
ほど速いので、処理対象物110が石英チューブ113
内で所定温度まで加熱されると、銅薄膜の結晶粒が短時
間で成長する。
[0006] Reference numeral 110 in FIG. 6 indicates an object to be processed carried into the quartz tube 113 together with the quartz boat, and FIG. 111 shows the quartz boat. The processing object 110 has a copper thin film formed by an electrolytic plating method on its surface, and the growth rate of crystal grains is higher as the temperature is higher.
When heated to a predetermined temperature inside, the crystal grains of the copper thin film grow in a short time.

【0007】しかしながらウェーハ110を加熱する
と、ウェーハ110の基板や配線膜の表面、及び、真空
槽113内壁に吸着した水分が蒸発し、蒸発した水分に
よって配線膜が酸化される。
However, when the wafer 110 is heated, moisture adsorbed on the surface of the substrate and the wiring film of the wafer 110 and the inner wall of the vacuum chamber 113 evaporates, and the evaporated moisture oxidizes the wiring film.

【0008】ウェーハ110を加熱する前に、予め、真
空槽113内に窒素やアルゴンなどの不活性ガスを導入
しておけば、配線膜の酸化をある程度抑制することが可
能であるが、加熱温度が高温(数百℃)の場合には、不
活性ガスが導入されていても、吸着水分によって配線膜
表面が酸化されてしまう。特に、電解メッキ法で配線膜
となる銅薄膜を形成した場合には、ウェーハ110の表
面に多量の水分が付着しているため、銅薄膜の酸化がよ
り深刻になる。
If an inert gas such as nitrogen or argon is introduced into the vacuum chamber 113 before heating the wafer 110, oxidation of the wiring film can be suppressed to some extent. When the temperature is high (several hundred degrees Celsius), even if an inert gas is introduced, the surface of the wiring film is oxidized by the adsorbed moisture. In particular, when a copper thin film serving as a wiring film is formed by an electrolytic plating method, a large amount of moisture adheres to the surface of the wafer 110, so that oxidation of the copper thin film becomes more serious.

【0009】銅薄膜の酸化を防止するためには、水素の
ような還元性の高いガスを真空槽113内に導入して加
熱処理を行い、銅薄膜表面に生じる酸化銅を還元する方
法が容易に考案される。しかしながら、一旦酸化された
後還元された部分はそうでない部分に比べて、結晶粒の
成長が遅くなるため、銅薄膜の結晶粒サイズが一定にな
らないという問題がある。
In order to prevent oxidation of the copper thin film, it is easy to introduce a highly reducing gas such as hydrogen into the vacuum chamber 113 and perform a heat treatment to reduce copper oxide generated on the surface of the copper thin film. Invented. However, the portion that has been oxidized and then reduced has a problem that the crystal grain size of the copper thin film is not constant because the growth of crystal grains is slower than that of the portion that is not oxidized.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記従来技術
の不都合を解決するために創作されたものであり、配線
膜表面の酸化を防止し、且つ、熱処理を迅速に行うこと
を目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned disadvantages of the prior art, and has as its object to prevent the oxidation of the surface of a wiring film and to quickly perform a heat treatment. .

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明者等は基板を加熱
する加熱条件として、真空槽内の水分分圧と加熱温度に
着目し、これらの加熱条件と酸化との関係について実験
調査を行った。図3はその結果を示しており、縦軸は水
分分圧(Pa)を、横軸は温度(℃)をそれぞれ示して
いる。図2の直線Lは銅薄膜表面が酸化される境界を示
しており、基板を200℃に加熱した場合には、水分分
圧が5×10-5Pa以下でないと、銅薄膜表面が酸化さ
れてしまうことが判明した。
Means for Solving the Problems The present inventors have paid attention to the partial pressure of water in a vacuum chamber and the heating temperature as heating conditions for heating a substrate, and conducted an experimental investigation on the relationship between these heating conditions and oxidation. Was. FIG. 3 shows the results, in which the vertical axis represents the water partial pressure (Pa) and the horizontal axis represents the temperature (° C.). The straight line L in FIG. 2 shows the boundary where the surface of the copper thin film is oxidized. When the substrate is heated to 200 ° C., the surface of the copper thin film is oxidized unless the water partial pressure is 5 × 10 −5 Pa or less. It turned out to be.

【0012】更に、本発明者等は電解メッキ法により形
成された膜厚400nmの銅薄膜を異なる加熱温度で3
0分間加熱し、加熱後の結晶粒の成長を観察した。図4
はその結果を示しており、加熱温度200℃以下、加熱
時間30分の条件では、結晶粒が殆ど成長しないことが
確認された。
Further, the present inventors have proposed that a 400 nm-thick copper thin film formed by an electrolytic plating method be treated at different heating temperatures.
After heating for 0 minutes, the growth of crystal grains after heating was observed. FIG.
Shows the results, and it was confirmed that under the conditions of a heating temperature of 200 ° C. or less and a heating time of 30 minutes, crystal grains hardly grow.

【0013】本発明は上記知見に基づいて創作されたも
のであり、請求項1記載の発明は表面に金属薄膜を有す
る処理対象物を加熱する熱処理方法であって、前記処理
対象物が置かれた雰囲気を真空排気、又は、置換しなが
ら、前記処理対象物を100℃以上200℃以下の範囲
にある第一の加熱温度まで昇温させる第一の加熱工程
と、前記処理対象物の置かれた雰囲気の水分分圧を測定
する測定工程と、前記水分分圧の測定値が5×10-5
a以下になった後、前記処理対象物を前記第一の加熱温
度よりも高温の第二の加熱温度まで昇温させる第二の加
熱工程とを有する熱処理方法である。請求項2記載の発
明は、請求項1記載の熱処理方法であって、前記処理対
象物の置かれた雰囲気の圧力が1Pa以下である熱処理
方法である。請求項3記載の発明は、請求項1記載の発
明であって、前記処理対象物の置かれた雰囲気は、不活
性ガスが充填され、前記不活性ガスによって前記雰囲気
の圧力が1気圧以下にされた熱処理方法である。請求項
4記載の発明は、請求項1乃至請求項3のいずれか1項
記載の熱処理方法であって、前記第一の加熱工程が第一
の処理室内で行われ、前記第二の加熱工程は、前記第一
の処理室とは別の第二の処理室で行われ、前記処理対象
物は前記第一の処理室と前記第二の処理室との間を大気
にさらされないで搬送される熱処理方法である。請求項
5記載の発明は、請求項4記載の熱処理方法であって、
前記第一の処理室は前記処理対象物を大気雰囲気中から
搬入する搬出入室である熱処理方法である。請求項6記
載の発明は、請求項5記載の熱処理方法であって、前記
処理対象物を前記第一の処理室に搬入する前に、前記第
一の処理室に予め窒素ガスを充填させておく熱処理方法
である。請求項7記載の発明は、請求項1乃至請求項6
のいずれか1項記載の熱処理方法であって、前記金属薄
膜が、電解メッキ法により形成された銅薄膜からなる熱
処理方法である。
The present invention has been created based on the above findings, and the invention according to claim 1 is a heat treatment method for heating a processing object having a metal thin film on a surface, wherein the processing object is placed. A first heating step of elevating the temperature of the processing object to a first heating temperature in the range of 100 ° C. or more and 200 ° C. or less while evacuating or replacing the atmosphere, and placing the processing object. A measuring step of measuring the moisture partial pressure of the atmosphere, and measuring the moisture partial pressure of 5 × 10 −5 P
a), and after the temperature has become equal to or less than a, a second heating step of raising the temperature of the object to be processed to a second heating temperature higher than the first heating temperature. The invention according to claim 2 is the heat treatment method according to claim 1, wherein the pressure of the atmosphere in which the object to be treated is placed is 1 Pa or less. The invention according to claim 3 is the invention according to claim 1, wherein the atmosphere in which the object to be treated is placed is filled with an inert gas, and the pressure of the atmosphere is reduced to 1 atm or less by the inert gas. This is the heat treatment method performed. The invention according to claim 4 is the heat treatment method according to any one of claims 1 to 3, wherein the first heating step is performed in a first processing chamber, and the second heating step is performed. Is performed in a second processing chamber separate from the first processing chamber, and the object to be processed is transported between the first processing chamber and the second processing chamber without being exposed to the atmosphere. Heat treatment method. The invention according to claim 5 is the heat treatment method according to claim 4, wherein
The first processing chamber is a heat treatment method in which the processing object is a loading / unloading chamber for loading / unloading the processing target from the air atmosphere. The invention according to claim 6 is the heat treatment method according to claim 5, wherein the first processing chamber is filled with nitrogen gas before carrying the processing object into the first processing chamber. This is a heat treatment method. The invention according to claim 7 is the invention according to claims 1 to 6.
4. The heat treatment method according to claim 1, wherein the metal thin film is a copper thin film formed by an electrolytic plating method.

【0014】本発明は上記のように構成されており、本
発明の熱処理方法によれば、先ず、第一の加熱工程で処
理対象物が第一の加熱温度まで昇温される。第一の加熱
温度は100℃以上200℃以下の範囲にあり、第一の
加熱工程で処理対象物を処理する雰囲気が1気圧にされ
ている場合でも、水分の蒸発が起こるので、第一の加熱
工程で処理対象物から水分を除去することができる。
According to the heat treatment method of the present invention, the object to be treated is first heated to the first heating temperature in the first heating step. The first heating temperature is in the range of 100 ° C. or more and 200 ° C. or less, and even when the atmosphere for treating the object to be treated in the first heating step is set to 1 atm, the evaporation of water occurs. Water can be removed from the processing object in the heating step.

【0015】また、上記図4のグラフに示したように、
200℃以下では銅の結晶粒の成長速度が極端に遅いの
で、第一の加熱工程で銅薄膜の酸化還元反応が起こるよ
うな場合でも、銅薄膜に結晶粒が成長した部分とそうで
ない部分が生じることがない。
Further, as shown in the graph of FIG.
At 200 ° C. or lower, the growth rate of copper crystal grains is extremely slow. Therefore, even when the oxidation-reduction reaction of the copper thin film occurs in the first heating step, the portion where the crystal grains have grown in the copper thin film and the portion where it is not, Will not occur.

【0016】また、第一の加熱工程で、処理対象物が置
かれる雰囲気は真空排気されており、処理対象物から蒸
発した水分は真空排気によって除去されるので、その雰
囲気の水分分圧が上昇しない。
In the first heating step, the atmosphere in which the object is placed is evacuated, and the moisture evaporated from the object is removed by evacuation, so that the partial pressure of the atmosphere increases. do not do.

【0017】従って、第一の加熱工程後、処理対象物は
水分分圧が十分に低い(水分分圧5×10-5Pa以下)
雰囲気に置かれており、この状態で処理対象物を第一の
加熱温度よりも高い温度に昇温させれば(第二の加熱工
程)、処理対象物の銅薄膜が酸化されることなく結晶粒
が均一に成長するので、結晶粒の平均粒子径が均一な銅
薄膜を得ることができる。
Therefore, after the first heating step, the object to be treated has a sufficiently low water partial pressure (water partial pressure of 5 × 10 −5 Pa or less).
In this state, if the object to be treated is heated to a temperature higher than the first heating temperature (second heating step), the copper thin film of the object to be treated is crystallized without being oxidized. Since the grains grow uniformly, a copper thin film having a uniform average grain size of crystal grains can be obtained.

【0018】第一、第二の加熱工程での雰囲気が1Pa
以下となるように、真空排気の排気速度を大きくする
と、処理対象物から脱離した水分が再吸着することな
く、速やかに処理雰囲気から除去される。また、第一、
第二の加熱工程が行われる雰囲気が、それぞれ不活性ガ
スが充填されている場合も、同様の効果が得られる。
The atmosphere in the first and second heating steps is 1 Pa
When the evacuation speed of the vacuum evacuation is increased as described below, moisture desorbed from the processing object is quickly removed from the processing atmosphere without being re-adsorbed. Also, first,
Similar effects can be obtained when the atmosphere in which the second heating step is performed is filled with an inert gas.

【0019】本発明では、金属の酸化反応を阻害するガ
スを不活性ガスと定義している。即ち、本発明では、一
般に不活性ガスと称される希ガスだけでは無く、窒素ガ
スのような反応性の低いガスや、水素などの還元性の高
いガスも用いることができる。この場合、不活性ガスと
して水分を殆ど含まないものを用いることが好ましく、
例えば、処理対象物が置かれる雰囲気に不活性ガスを充
填した場合、その水分分圧が5×10-5Pa以下になる
ものが適している。
In the present invention, a gas that inhibits a metal oxidation reaction is defined as an inert gas. That is, in the present invention, not only a rare gas generally called an inert gas but also a gas having a low reactivity such as a nitrogen gas or a gas having a high reducibility such as hydrogen can be used. In this case, it is preferable to use an inert gas containing almost no water,
For example, when the atmosphere in which the object to be treated is placed is filled with an inert gas, a material having a water partial pressure of 5 × 10 −5 Pa or less is suitable.

【0020】第一の処理室を搬出入室として用い、第一
の処理室に処理対象物を搬入後、所定の真空度まで真空
排気後、第二の処理室へ処理対象物を移送するようにす
れば、第二の処理室を常に真空雰囲気に維持しておくこ
とができる。この場合、第一の加熱工程を、第一の処理
室で行えば、より効率良く処理対象物を加熱処理するこ
とができる。尚、第二の加熱温度は第一の加熱温度以上
の温度であれば良いが、処理対象物が銅薄膜を有する場
合は、200℃以上であることが望ましい。
The first processing chamber is used as a loading / unloading chamber. After the processing target is loaded into the first processing chamber, the processing target is evacuated to a predetermined degree of vacuum and then transferred to the second processing chamber. By doing so, the second processing chamber can always be maintained in a vacuum atmosphere. In this case, if the first heating step is performed in the first processing chamber, the object to be processed can be more efficiently heat-treated. The second heating temperature may be higher than the first heating temperature, but is preferably 200 ° C. or higher when the object to be processed has a copper thin film.

【0021】第二の加熱温度の上限は、本発明では特に
限定されるものでは無い。第二の加熱温度は、熱処理の
目的に応じて異なり、例えば、シリコン基板表面に形成
されたチタン薄膜を熱処理によってシリサイド化させる
ような場合には、第二の加熱温度が600℃以上である
ことが好ましい。
The upper limit of the second heating temperature is not particularly limited in the present invention. The second heating temperature differs depending on the purpose of the heat treatment. For example, when the titanium thin film formed on the silicon substrate surface is silicided by the heat treatment, the second heating temperature is 600 ° C. or more. Is preferred.

【0022】また、半導体のウェーハ表面には、通常、
樹脂から成る絶縁層が形成されている場合もあり、この
ような絶縁層は500℃以上に加熱されると劣化するの
で、半導体ウェーハを熱処理するような場合には、第二
の加熱工程の温度を500℃未満にすると良い。
On the surface of a semiconductor wafer,
In some cases, an insulating layer made of a resin is formed, and such an insulating layer deteriorates when heated to 500 ° C. or higher. Is preferably less than 500 ° C.

【0023】また、処理対象物が加熱される雰囲気の水
分分圧は5×10-5Pa以下に限定されるものでは無
く、処理対象物が銅薄膜を有する場合は、加熱される雰
囲気の水分分圧が、加熱温度に対して、上記図3のグラ
フに示した「酸化の無い領域」にあれば良い。しかしな
がら、第二の加熱工程で処理対象物が置かれる雰囲気の
水分分圧は5×10-5Pa以下、より好ましくは、1×
10-5Pa以下の範囲にあることが好ましい。
Further, the moisture partial pressure of the atmosphere in which the object to be processed is heated is not limited to 5 × 10 −5 Pa or less. The partial pressure only needs to be in the “region without oxidation” shown in the graph of FIG. 3 with respect to the heating temperature. However, the moisture partial pressure of the atmosphere in which the object to be treated is placed in the second heating step is 5 × 10 −5 Pa or less, more preferably 1 × 10 −5 Pa.
It is preferably in the range of 10 −5 Pa or less.

【0024】[0024]

【発明の実施の形態】本発明者等は、直径20.32c
mの円板状のシリコン基板表面に、膜厚400nmの銅
薄膜を電解メッキ法によって形成したウェーハを作成
し、そのウェーハに吸着する不純物について昇温脱離法
(Thermal Desorption Spectoroscopy)による分析を行
った。ここではウェーハから切り出した3cm四方の試
料片について分析を行った。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A 400-nm thick copper thin film is formed on the surface of a disc-shaped silicon substrate by electrolytic plating, and impurities adsorbed on the wafer are analyzed by thermal desorption spectroscopy (Thermal Desorption Spectoroscopy). Was. Here, a 3 cm square sample piece cut out from the wafer was analyzed.

【0025】図5はその分析結果を示す図であり、縦軸
は測定温度と各気体の分圧をそれぞれ示し、横軸は加熱
時間を示している。また、曲線a、b、cはそれぞれ水
(水蒸気)、一酸化炭素、水素の分圧を、曲線dは試料
片の温度を示している。
FIG. 5 is a diagram showing the results of the analysis. The vertical axis shows the measured temperature and the partial pressure of each gas, and the horizontal axis shows the heating time. Curves a, b, and c show partial pressures of water (steam), carbon monoxide, and hydrogen, respectively, and curve d shows the temperature of the sample piece.

【0026】図5から明らかなように、試料片を200
0秒かけて20℃(室温)から200℃まで昇温させた
場合、その水分分圧は曲線aの最大値である3×10-8
Paであり、4000秒かけて試料片を20℃(室温)
から400℃まで昇温させた場合の水分分圧は1×10
-8Paであった。
As is clear from FIG.
When the temperature is raised from 20 ° C. (room temperature) to 200 ° C. in 0 seconds, the water partial pressure is 3 × 10 −8 which is the maximum value of the curve a.
Pa, and the specimen was taken at 4000C for 20 seconds (room temperature).
The water partial pressure when the temperature is raised from
-8 Pa.

【0027】更に、試料片を加熱した場合の水分分圧か
ら、同一の真空槽内で100枚のウェーハを加熱した場
合の水分分圧を求めると、200℃における水分分圧は
1×10-4Pa、400℃における水分分圧は3×10
-5Paとなり、電解メッキ法により銅薄膜を形成した場
合、ウェーハ表面に多量の水が吸着していることが確認
された。
Further, when the moisture partial pressure when 100 wafers are heated in the same vacuum chamber is determined from the moisture partial pressure when the sample piece is heated, the moisture partial pressure at 200 ° C. is 1 × 10 −. The water partial pressure at 4 Pa and 400 ° C. is 3 × 10
−5 Pa, and it was confirmed that a large amount of water was adsorbed on the wafer surface when the copper thin film was formed by the electrolytic plating method.

【0028】以下で図面を参照し、本発明の熱処理方法
で上記のようなウェーハを処理対象物として熱処理する
工程について説明する。図1の符号1は、本発明の熱処
理方法に用いられる縦型真空熱処理装置の第一の例を示
している。
Referring to the drawings, a description will be given of a process of heat-treating the above-mentioned wafer as a processing object by the heat-treating method of the present invention. 1 indicates a first example of a vertical vacuum heat treatment apparatus used in the heat treatment method of the present invention.

【0029】この縦型真空熱処理装置1は、第一の処理
室12と、第二の処理室13とを有している。第一の処
理室12と第二の処理室13の間には真空バルブ28が
設けられており、真空バルブ28を開けると第一の処理
室13と第二の処理室13とが接続されるよう構成され
ている。図1では、真空バルブ28が開けられた状態が
示されている。
The vertical vacuum heat treatment apparatus 1 has a first processing chamber 12 and a second processing chamber 13. A vacuum valve 28 is provided between the first processing chamber 12 and the second processing chamber 13. When the vacuum valve 28 is opened, the first processing chamber 13 and the second processing chamber 13 are connected. It is configured as follows. FIG. 1 shows a state in which the vacuum valve 28 is opened.

【0030】第一の処理室12の側面には扉14が設け
られており、この扉14を開けると、第一の処理室12
が大気雰囲気と接続される。第一、第二の処理室12、
13には、それぞれ真空ポンプ17、18が接続されて
おり、扉14と真空バルブ28を閉めた状態で、これら
真空ポンプ17、18を起動すれば、第一、第二の処理
室12、13内が真空排気されるよう構成されている。
A door 14 is provided on the side of the first processing chamber 12. When the door 14 is opened, the first processing chamber 12
Are connected to the atmosphere. First and second processing chambers 12,
13 are connected to vacuum pumps 17 and 18, respectively, and when these vacuum pumps 17 and 18 are started with the door 14 and the vacuum valve 28 closed, the first and second processing chambers 12 and 13 are started. The inside is evacuated.

【0031】また、第一の処理室12にはガス導入系2
5が接続されており、扉14を閉めた状態でガス導入系
25を起動すると、第一の処理室12が窒素ガスで充填
されるよう構成されている。第二の処理室13は細長の
石英チューブから成り、細長の一端が封止され、他端が
第二の処理室に真空バルブ28を介して接続されてい
る。第二の処理室13の周囲には、加熱機構15が設け
られており、この加熱機構15によって第二の処理室1
3の壁全体が加熱され、その内壁が100℃以上500
℃以下の範囲で昇温するよう構成されている。
The first processing chamber 12 has a gas introduction system 2.
5 is connected, and when the gas introduction system 25 is started with the door 14 closed, the first processing chamber 12 is filled with nitrogen gas. The second processing chamber 13 is formed of an elongated quartz tube, one end of which is sealed, and the other end of which is connected to the second processing chamber via a vacuum valve 28. A heating mechanism 15 is provided around the second processing chamber 13.
The entire wall of No. 3 is heated and its inner wall is 100 ° C. or more and 500
It is configured to raise the temperature in the range of not more than ° C.

【0032】第一、第二の処理室12、13の外部に
は、それらの内部の全圧を測定する圧力計21、22が
それぞれ設けられている。また、第二の処理室13の内
部雰囲気にはガス分析装置24が接続されており、この
ガス分析装置24によって第二の処理室13内に存する
ガス種と、各ガス種の圧力の比率が求められ、更に、そ
れらの測定結果と、圧力計22によって測定される全圧
とから各ガスの分圧が求められる。
Outside the first and second processing chambers 12 and 13, pressure gauges 21 and 22 for measuring the total pressure inside them are provided, respectively. Further, a gas analyzer 24 is connected to the internal atmosphere of the second processing chamber 13, and the ratio of the gas species present in the second processing chamber 13 to the pressure of each gas species is controlled by the gas analyzer 24. Then, the partial pressure of each gas is determined from the measurement results and the total pressure measured by the pressure gauge 22.

【0033】上記の構成の縦型真空熱処理装置1を用い
て、ウェーハの加熱処理を行うには、先ず、扉14と真
空バルブ28を閉めた状態で、真空ポンプ17、18を
起動して第一、第二の処理室12、13を所定の真空度
(ここでは1Pa以下)まで真空排気し、第二の処理室
13周囲の加熱機構15に通電し、第二の処理室13の
内壁を昇温させると、その内壁表面に吸着した水分が蒸
発し、蒸発した水分が真空排気によって除去される。
In order to heat the wafer using the vertical vacuum heat treatment apparatus 1 having the above structure, first, the vacuum pumps 17 and 18 are started with the door 14 and the vacuum valve 28 closed, and the vacuum pumps 17 and 18 are activated. First, the second processing chambers 12 and 13 are evacuated to a predetermined degree of vacuum (here, 1 Pa or less), a heating mechanism 15 around the second processing chamber 13 is energized, and the inner wall of the second processing chamber 13 is cleaned. When the temperature is increased, the moisture adsorbed on the inner wall surface evaporates, and the evaporated moisture is removed by evacuation.

【0034】第二の処理室13の内壁温度が第一の加熱
温度(ここでは第一の加熱温度を200℃とした)に達
したところで加熱機構15への通電量を調整し、その温
度を維持した状態で真空排気を続けると、第二の処理室
13内の圧力が1Pa以下となり、その水分分圧が銅薄
膜が酸化しない程度まで低下する(ここでは水分分圧が
5×10-5Pa以下まで低下する)。
When the inner wall temperature of the second processing chamber 13 reaches the first heating temperature (here, the first heating temperature is 200 ° C.), the amount of electricity supplied to the heating mechanism 15 is adjusted, and the temperature is adjusted. If the vacuum evacuation is continued while maintaining the pressure, the pressure in the second processing chamber 13 becomes 1 Pa or less, and the water partial pressure is reduced to such a degree that the copper thin film is not oxidized (here, the water partial pressure is 5 × 10 -5 Pa or lower).

【0035】次いで、第一の処理室の真空排気を停止
し、ガス導入系25によって第一の処理室12内を窒素
ガスで充填する。第一の処理室12内の圧力が1気圧と
なったところで窒素ガスの導入を止めて扉14を開け、
処理対象物であるウェーハ(ここではシリコン基板表面
に電解メッキ法により銅薄膜が形成された直後のものを
用いた)が複数枚搭載された石英ボートを搬入する。こ
のとき、第一の処理室12内には窒素ガスが流されてい
るため、第一の処理室内に大気が浸入しない。
Next, the evacuation of the first processing chamber is stopped, and the inside of the first processing chamber 12 is filled with nitrogen gas by the gas introduction system 25. When the pressure in the first processing chamber 12 became 1 atm, the introduction of nitrogen gas was stopped and the door 14 was opened,
A quartz boat on which a plurality of wafers to be processed (here, a wafer immediately after a copper thin film is formed on a silicon substrate surface by an electrolytic plating method) is loaded is loaded. At this time, since the nitrogen gas is flowing in the first processing chamber 12, the air does not enter the first processing chamber.

【0036】石英ボートの搬入後、扉14を閉め、第一
の処理室12の真空排気を再開し、第一の処理室12内
の圧力を1Paとし、次いで、真空バルブ28を開け、
第一、第二の処理室12、13を接続する。このとき、
第一の処理室12内の圧力は、第二の処理室13内の圧
力と同じ1Paにされているので、第二の処理室13に
第一の処理室12内の残留ガス(窒素ガス)が混入しな
い。
After the quartz boat is loaded, the door 14 is closed, the evacuation of the first processing chamber 12 is resumed, the pressure in the first processing chamber 12 is set to 1 Pa, and then the vacuum valve 28 is opened.
The first and second processing chambers 12 and 13 are connected. At this time,
Since the pressure in the first processing chamber 12 is 1 Pa, which is the same as the pressure in the second processing chamber 13, the residual gas (nitrogen gas) in the first processing chamber 12 is supplied to the second processing chamber 13. Does not mix.

【0037】この状態で、石英ボートを第一、第二の処
理室12、13間を移動させるための機構であるボート
ローダー29によって、石英ボートを第一の処理室12
から第二の処理室13内へ移載すると、ボートローダー
29の底部が第一の処理室12の内壁に当接され、ボー
トローダー29自体で第一、第二の処理室12、13が
遮断される。
In this state, the quartz boat is moved to the first processing chamber 12 by a boat loader 29 which is a mechanism for moving the quartz boat between the first and second processing chambers 12 and 13.
Is transferred from the first processing chamber 13 to the second processing chamber 13, the bottom of the boat loader 29 abuts against the inner wall of the first processing chamber 12, and the first and second processing chambers 12 and 13 are shut off by the boat loader 29 itself. Is done.

【0038】図1はその状態を示しており、第二の処理
室13の内壁が加熱機構15によってが第一の加熱温度
に加熱されているため、第二の処理室13に搬入された
石英ボート11とウェーハ10が第二の処理室13内壁
からの放射熱によって第一の加熱温度まで昇温される。
FIG. 1 shows this state. Since the inner wall of the second processing chamber 13 is heated to the first heating temperature by the heating mechanism 15, the quartz carried into the second processing chamber 13 is The boat 11 and the wafer 10 are heated to the first heating temperature by the radiant heat from the inner wall of the second processing chamber 13.

【0039】このとき、石英ボート11とウェーハ10
の表面に吸着した水分が蒸発し、蒸発した水分が真空排
気によって除去されるので、第二の処理室13内の水分
分圧が上昇しない。従って、ここでは、ウェーハの銅薄
膜内で結晶粒が成長しないだけでは無く、銅薄膜の酸化
が殆ど起こらない。
At this time, the quartz boat 11 and the wafer 10
Since the water adsorbed on the surface of the second processing chamber evaporates and the evaporated water is removed by vacuum evacuation, the water partial pressure in the second processing chamber 13 does not increase. Therefore, here, not only do the crystal grains not grow in the copper thin film of the wafer, but also little oxidation of the copper thin film occurs.

【0040】その状態で30分間加熱を続け(第一の加
熱工程)、ガス分析装置によって第二の処理室13内の
水分分圧が十分に低い(ここでは5×10-5Pa以下)
ことを確認した後、加熱機構15への通電量を増加させ
て第二の処理室13内壁の温度を更に昇温させ、その内
壁の温度を第二の加熱温度(ここでは第二の加熱温度を
500℃とした)にする。
In this state, heating is continued for 30 minutes (first heating step), and the partial pressure of water in the second processing chamber 13 is sufficiently low by the gas analyzer (here, 5 × 10 −5 Pa or less).
After confirming that, the amount of electricity to the heating mechanism 15 is increased to further raise the temperature of the inner wall of the second processing chamber 13, and the temperature of the inner wall is raised to the second heating temperature (here, the second heating temperature). Was set to 500 ° C.).

【0041】第二の処理室13内壁の昇温に伴って、ウ
ェーハ10も昇温し、ウェーハ10の温度が第一の加熱
温度よりも高くなると、ウェーハ10の銅薄膜内で結晶
粒が成長する。このとき、第二の処理室13内は真空排
気が続けられており、第二の処理室13内の水分分圧が
十分に低くされているので、銅薄膜が酸化しない。
As the temperature of the inner wall of the second processing chamber 13 rises, the temperature of the wafer 10 also rises. When the temperature of the wafer 10 becomes higher than the first heating temperature, crystal grains grow in the copper thin film of the wafer 10. I do. At this time, the inside of the second processing chamber 13 is continuously evacuated, and the partial pressure of water in the second processing chamber 13 is sufficiently reduced, so that the copper thin film is not oxidized.

【0042】ウェーハ10の温度が500℃に昇温され
た状態で30分間加熱を続け、その銅薄膜の結晶粒が十
分に成長(平均粒子径が1.8μm程度)したところで
加熱を終了する(第二の加熱工程)。
Heating is continued for 30 minutes while the temperature of the wafer 10 is raised to 500 ° C. When the crystal grains of the copper thin film have sufficiently grown (the average particle diameter is about 1.8 μm), the heating is terminated ( Second heating step).

【0043】次いで、ボートローダー29を用いて石英
ボート11を第一の処理室12へ戻すと、ボートローダ
ー29の底部が第一の処理室12の内壁から離れる。次
いで、真空バルブ28を閉じ、再び第一の処理室12と
第二の処理室13とを遮断した後、大気雰囲気と同じ圧
力になるまでアルゴンガス、又は、窒素ガスを充填す
る。次いで扉14を開ければ第一、第二の加熱工程終了
後のウェーハ10を石英ボート11と共に、縦型真空熱
処理装置1外へ取り出すことができる。
Next, when the quartz boat 11 is returned to the first processing chamber 12 using the boat loader 29, the bottom of the boat loader 29 is separated from the inner wall of the first processing chamber 12. Next, the vacuum valve 28 is closed, the first processing chamber 12 and the second processing chamber 13 are shut off again, and then the chamber is filled with an argon gas or a nitrogen gas until the pressure becomes the same as the atmospheric pressure. Next, if the door 14 is opened, the wafer 10 after the first and second heating steps can be taken out of the vertical vacuum heat treatment apparatus 1 together with the quartz boat 11.

【0044】以上は第一、第二の加熱工程を予め所定の
真空度(1Pa)以下にされた第二の処理室13で行う
方法について説明したが本発明はこれに限定されるもの
では無い。図2の符号51は本発明の熱処理方法に用い
られる縦型真空熱処理装置の第二の例を示している。
The method of performing the first and second heating steps in the second processing chamber 13 in which the degree of vacuum is set to a predetermined degree of vacuum (1 Pa) or less has been described above, but the present invention is not limited to this. . Reference numeral 51 in FIG. 2 indicates a second example of a vertical vacuum heat treatment apparatus used in the heat treatment method of the present invention.

【0045】この縦型真空熱処理装置51は第一例の縦
型真空熱処理装置1と同様に、真空バルブ28を介して
接続された第一、第二の処理室12、13を有してい
る。これらのうち、第一の処理室12には、真空ポンプ
18、ガス導入系25、圧力計21とは別に、第二の処
理室13に接続されたものと同様のガス分析装置23が
接続されており、このガス分析装置23と圧力計21に
よって、第二の処理室13内に存するガス種と、各ガス
の分圧が測定されるよう構成されている。また、第一の
処理室12内には加熱機構19が設けられている。
The vertical vacuum heat treatment apparatus 51 has first and second processing chambers 12 and 13 connected via a vacuum valve 28, similarly to the vertical vacuum heat treatment apparatus 1 of the first example. . Among these, a gas analyzer 23 similar to that connected to the second processing chamber 13 is connected to the first processing chamber 12 separately from the vacuum pump 18, the gas introduction system 25, and the pressure gauge 21. The gas analyzer 23 and the pressure gauge 21 are configured to measure the type of gas existing in the second processing chamber 13 and the partial pressure of each gas. Further, a heating mechanism 19 is provided in the first processing chamber 12.

【0046】このような縦型真空熱処理装置51を用い
てウェーハ(処理対象物)の熱処理を行うには、先ず、
扉14と真空バルブ28を閉じた状態で、第一、第二の
処理室12、13内を所定の真空度(ここでは1Pa以
下)まで真空排気した後、第二の処理室13周囲の加熱
機構15に通電して、第二の処理室13の内壁を昇温さ
せる。このとき、第二の処理室13の内壁表面に吸着す
る水分が蒸発し、蒸発した水分が真空排気によって除去
される。
In order to heat-treat a wafer (object to be processed) using such a vertical vacuum heat treatment apparatus 51, first,
With the door 14 and the vacuum valve 28 closed, the inside of the first and second processing chambers 12 and 13 is evacuated to a predetermined degree of vacuum (here, 1 Pa or less) and then heated around the second processing chamber 13. The mechanism 15 is energized to raise the temperature of the inner wall of the second processing chamber 13. At this time, the moisture adsorbed on the inner wall surface of the second processing chamber 13 evaporates, and the evaporated moisture is removed by evacuation.

【0047】第二の処理室13の内壁の温度が第二の加
熱温度(ここでは第二の加熱温度を500℃とした)に
達したところで加熱機構15の通電量を調整し、第二の
処理室13の内壁温度をその温度で維持した状態で、真
空排気を続けると、第二の処理室13内の圧力が1Pa
以下になり、水分分圧が十分に低下する。ここでは第二
の処理室13内の水分分圧を5×10-5Pa以下にし
た。
When the temperature of the inner wall of the second processing chamber 13 reaches the second heating temperature (here, the second heating temperature is set to 500 ° C.), the amount of electricity supplied to the heating mechanism 15 is adjusted. If the evacuation is continued while maintaining the inner wall temperature of the processing chamber 13 at that temperature, the pressure in the second processing chamber 13 becomes 1 Pa
And the water partial pressure is sufficiently reduced. Here, the water partial pressure in the second processing chamber 13 was set to 5 × 10 −5 Pa or less.

【0048】次いで、第一の処理室12の真空排気を停
止し、ガス導入系25によって第一の処理室12内に窒
素ガスを導入する。第一の処理室12内の圧力が1気圧
になったところで窒素ガスを流しながら扉14を開け、
上記第一例の縦型真空熱処理装置1の場合と同様に、石
英ボートに載置したウェーハを第一の処理室12内に搬
入して扉14を閉じる。このとき、第一の処理室12内
は窒素ガスで充填されているため、第一の処理室12内
には大気が殆ど浸入しない。
Next, the evacuation of the first processing chamber 12 is stopped, and nitrogen gas is introduced into the first processing chamber 12 by the gas introduction system 25. When the pressure in the first processing chamber 12 becomes 1 atm, the door 14 is opened while flowing nitrogen gas,
As in the case of the vertical vacuum heat treatment apparatus 1 of the first example, the wafer placed on the quartz boat is carried into the first processing chamber 12 and the door 14 is closed. At this time, since the inside of the first processing chamber 12 is filled with the nitrogen gas, the atmosphere hardly enters the first processing chamber 12.

【0049】次いで、真空排気を再開し、第一の処理室
12内の圧力の低下が所定の真空度まで低下したところ
で、加熱機構19に通電し、加熱機構19からの放射熱
によってウェーハを昇温させる。
Next, the vacuum evacuation is resumed, and when the decrease in the pressure in the first processing chamber 12 decreases to a predetermined degree of vacuum, the heating mechanism 19 is energized, and the wafer is raised by the radiant heat from the heating mechanism 19. Let warm.

【0050】このとき、ウェーハと共に、石英ボートや
第一の処理室12の内壁も昇温し、ウェーハと石英ボー
トの表面、及び、第一の処理室12の内壁に吸着した水
分が蒸発し、蒸発した水分が真空排気によって除去され
る。
At this time, the temperature of the quartz boat and the inner wall of the first processing chamber 12 rises together with the wafer, and the water adsorbed on the surface of the wafer and the quartz boat and the inner wall of the first processing chamber 12 evaporates. The evaporated water is removed by evacuation.

【0051】第一の処理室12の内壁温度が第二の加熱
温度よりも低い第一の加熱温度(ここでは第一の加熱温
度を200℃とした)に達したところで加熱機構19へ
の通電量を調整し、その温度を維持した状態で真空排気
を続けると、第一の処理室12内の圧力が1Pa以下と
なり、水分分圧が銅薄膜が酸化されない程度に低下す
る。ここでは水分分圧を5×10-5Pa以下に低下させ
た。この状態では、銅薄膜内で結晶粒が殆ど成長しな
い。
When the inner wall temperature of the first processing chamber 12 reaches a first heating temperature lower than the second heating temperature (here, the first heating temperature is set to 200 ° C.), power is supplied to the heating mechanism 19. If the evacuation is continued while adjusting the amount and maintaining the temperature, the pressure in the first processing chamber 12 becomes 1 Pa or less, and the water partial pressure is reduced to such an extent that the copper thin film is not oxidized. Here, the water partial pressure was reduced to 5 × 10 −5 Pa or less. In this state, crystal grains hardly grow in the copper thin film.

【0052】ウェーハと石英ボートから水分を完全に除
去した後、真空バルブ28を開けて第一の処理室12と
第二の処理室13とを接続し、ボートローダー29を用
いて石英ボートを第一の処理室12から、第二の処理室
13へ搬送する。
After completely removing the moisture from the wafer and the quartz boat, the first processing chamber 12 and the second processing chamber 13 are connected by opening the vacuum valve 28, and the quartz boat is moved using the boat loader 29. It is transported from one processing chamber 12 to a second processing chamber 13.

【0053】図2はその状態を示している。ウェーハ1
0及び石英ボート11の表面に吸着されていた水分は第
一の加熱工程で完全に除去されており、第二の処理室1
3内も予め水分分圧が5×10-5Pa以下にされている
ので、ウェーハ10は、その表面の銅薄膜が酸化するこ
となく第二の処理室13で第二の加熱温度まで昇温し、
銅薄膜で銅の結晶粒が成長する(第二の加熱工程)。銅
薄膜の結晶粒を十分に成長させた後、第一例の縦型真空
熱処理装置1の場合と同じ工程でウェーハ10を縦型真
空熱処理装置51外へ取り出すことができる。
FIG. 2 shows this state. Wafer 1
The water adsorbed on the surfaces of the quartz boat 11 and the quartz boat 11 has been completely removed in the first heating step.
Since the water partial pressure is also set to 5 × 10 −5 Pa or less in advance, the wafer 10 is heated to the second heating temperature in the second processing chamber 13 without oxidizing the copper thin film on the surface. And
Copper crystal grains grow in the copper thin film (second heating step). After the crystal grains of the copper thin film are sufficiently grown, the wafer 10 can be taken out of the vertical vacuum heat treatment apparatus 51 in the same process as in the case of the vertical vacuum heat treatment apparatus 1 of the first example.

【0054】以上は、第一、第二の処理室12、13内
の圧力が1Pa以下になるよう真空排気しながら熱処理
を行う場合について説明したが、本発明はこれに限定さ
れるものでは無い。例えば、第一、第二の処理室に、水
分分圧が5×10-5Pa以下の不活性ガスを導入し、第
一、第二の処理室内にその不活性ガスが充填した状態で
熱処理を行ってもよい。
The case where the heat treatment is carried out while evacuating the first and second processing chambers 12 and 13 to 1 Pa or less has been described above, but the present invention is not limited to this. . For example, an inert gas having a water partial pressure of 5 × 10 −5 Pa or less is introduced into the first and second processing chambers, and heat treatment is performed in a state where the first and second processing chambers are filled with the inert gas. May be performed.

【0055】この場合は、熱処理の工程で不活性ガスの
導入を続けながら真空排気をすれば、第一、第二の処理
室内が水分分圧5×10-5Pa以下の不活性ガスに置換
されるので、銅薄膜が酸化されない。不活性ガスとして
は、例えば、アルゴン等の希ガスや、窒素などの反応性
の低いガスなどが用いることができる。更に、本発明で
は、不活性ガスとして水素などの還元性の高い気体も用
いることができる。
In this case, if the evacuation is performed while continuously introducing the inert gas in the heat treatment step, the first and second processing chambers are replaced with an inert gas having a water partial pressure of 5 × 10 −5 Pa or less. Therefore, the copper thin film is not oxidized. As the inert gas, for example, a rare gas such as argon or a gas having low reactivity such as nitrogen can be used. Further, in the present invention, a highly reducing gas such as hydrogen can be used as the inert gas.

【0056】上記のような不活性ガスを用いる場合は、
第一、第二の処理室12、13内が真空雰囲気である必
要が無く、その内部圧力が大気圧以下(大気圧も含む)
であれば良い。しかしながら、不活性ガスとして、水素
等の可燃ガスを使用する場合や、第一の加熱工程におい
て短時間でウェーハの水分を除去するような場合には、
減圧しながら熱処理を行う方が望ましい。
When the above-mentioned inert gas is used,
The first and second processing chambers 12 and 13 do not need to be in a vacuum atmosphere, and the internal pressure is equal to or lower than the atmospheric pressure (including the atmospheric pressure).
Is fine. However, when a combustible gas such as hydrogen is used as the inert gas, or when moisture in the wafer is removed in a short time in the first heating step,
It is desirable to perform the heat treatment while reducing the pressure.

【0057】また、以上は、電解メッキ法により形成さ
れた銅薄膜を熱処理し、銅薄膜の結晶粒を成長させる場
合について説明したが、本発明はこれに限定されるもの
では無く、種々の金属薄膜を種々の目的で熱処理をする
ことができる。例えば、ウェーハ上にCVD法やスパッ
タリングによって銅薄膜を形成した場合に、本発明の熱
処理方法によってその銅薄膜のリフロー等の熱処理を行
うことができる。
Further, the case where the copper thin film formed by the electrolytic plating method is heat-treated to grow the crystal grains of the copper thin film has been described above. However, the present invention is not limited to this, and various metal The thin film can be heat treated for various purposes. For example, when a copper thin film is formed on a wafer by CVD or sputtering, heat treatment such as reflow of the copper thin film can be performed by the heat treatment method of the present invention.

【0058】また、他の例として、シリコン基板上にチ
タンから成る薄膜を形成し、このウェーハについて本発
明の熱処理方法によって熱処理を行えば、チタン薄膜を
酸化させることなくシリサイド化することができる。ま
た、基板の材質もシリコンに限定されるものでは無く、
耐熱性を有する物質であれば、種々のものを用いること
ができる。また、ウェーハの銅薄膜が形成された面に絶
縁層を設けることもできる。この場合の絶縁層の材質は
耐熱性の樹脂が好ましい。
As another example, if a thin film made of titanium is formed on a silicon substrate and the wafer is subjected to a heat treatment by the heat treatment method of the present invention, the titanium thin film can be silicided without being oxidized. Also, the material of the substrate is not limited to silicon,
Various substances can be used as long as they have heat resistance. Further, an insulating layer can be provided on the surface of the wafer on which the copper thin film is formed. In this case, the material of the insulating layer is preferably a heat-resistant resin.

【0059】以上は、第一の加熱温度を200℃とした
場合について説明したが、本発明はこれに限定されるも
のでは無く、100℃以上200℃以下の範囲にあれば
良い。また、処理対象物が電解メッキ法に形成された銅
薄膜を有する場合、第一の加熱工程で処理対象物が置か
れる水分分圧は、図3のグラフに示した酸化の無い領域
にあれば良く、例えば、第一の加熱温度が100℃の場
合は、6×10-5Pa以下であれば良い。
Although the case where the first heating temperature is set to 200 ° C. has been described above, the present invention is not limited to this, and may be in the range of 100 ° C. to 200 ° C. When the object to be treated has a copper thin film formed by the electroplating method, the partial pressure of water at which the object to be treated is placed in the first heating step is in the region without oxidation shown in the graph of FIG. For example, when the first heating temperature is 100 ° C., it may be 6 × 10 −5 Pa or less.

【0060】また、第二の加熱工程においても、処理対
象物が置かれる雰囲気の水分分圧が5×10-5Pa以下
に限定されるものではない。第二の加熱工程における水
分分圧は第一の加熱工程における水分分圧よりも低い方
が好ましく、上記図3のグラフに示したように、例え
ば、第二の加熱温度が500℃の場合は、水分分圧が2
×10-5Pa以下、より好ましくは2×10-6Pa以下
の範囲にあれば、処理対象物の金属薄膜の酸化を十分に
防止できる。
Also in the second heating step, the moisture partial pressure of the atmosphere in which the object to be treated is placed is not limited to 5 × 10 −5 Pa or less. The water partial pressure in the second heating step is preferably lower than the water partial pressure in the first heating step. As shown in the graph of FIG. 3, for example, when the second heating temperature is 500 ° C. , Moisture partial pressure is 2
When it is in the range of × 10 −5 Pa or less, more preferably 2 × 10 −6 Pa or less, the oxidation of the metal thin film to be processed can be sufficiently prevented.

【0061】[0061]

【発明の効果】本発明によれば、複数の処理対象物を短
時間で効率良く熱処理することができる。処理対象物が
水分を多く含んでいる場合でも、加熱時に酸化されるこ
とが無い。
According to the present invention, a plurality of processing objects can be heat-treated efficiently in a short time. Even when the object to be treated contains a large amount of water, it is not oxidized during heating.

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

【図1】本発明の実施形態に用いられる第一例の縦型真
空熱処理装置を説明する断面図
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a first example of a vertical vacuum heat treatment apparatus used in an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施形態に用いられる第二例の縦型真
空熱処理装置を説明するための図
FIG. 2 is a view for explaining a second example of a vertical vacuum heat treatment apparatus used in the embodiment of the present invention.

【図3】銅薄膜の酸化と、加熱雰囲気の水分分圧と、加
熱温度との関係を説明するためのグラフ
FIG. 3 is a graph for explaining a relationship among oxidation of a copper thin film, a partial pressure of water in a heating atmosphere, and a heating temperature.

【図4】銅薄膜中での結晶粒の成長と加熱温度との関係
を説明するためのグラフ
FIG. 4 is a graph for explaining the relationship between the growth of crystal grains in a copper thin film and the heating temperature.

【図5】ウェーハについて行った昇温脱離ガス分析の測
定結果を示すグラフ
FIG. 5 is a graph showing measurement results of a thermal desorption gas analysis performed on a wafer.

【図6】従来技術によるウェーハの熱処理工程を説明す
るための図
FIG. 6 is a diagram for explaining a wafer heat treatment process according to the related art.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10……処理対象物(ウェーハ) 12……第一の処理室(搬出入室) 13……第二の処理室 10: processing object (wafer) 12: first processing chamber (load-in / out chamber) 13: second processing chamber

フロントページの続き (72)発明者 小松 孝 千葉県山武郡山武町横田523番地 日本真 空技術株式会社半導体技術研究所内 (72)発明者 小泉 一幸 千葉県山武郡山武町横田523番地 日本真 空技術株式会社半導体技術研究所内 Fターム(参考) 4K061 AA01 BA11 FA07 FA13 GA03 GA04 4K063 AA05 AA15 BA12 CA03 CA06 DA05 DA22 DA32 DA33 DA34 4M104 BB04 BB25 DD52 DD78 DD84 HH20 5F033 HH11 HH27 PP27 QQ70 QQ73 QQ84 QQ85 WW05 XX20 Continued on the front page (72) Inventor Takashi Komatsu 523 Yokota, Yamatake-cho, Yamatake-gun, Chiba Japan Semiconductor Technology Laboratory (72) Inventor Kazuyuki Koizumi 523 Yokota, Yamatake-cho, Yamatake-gun, Chiba Pref. F-term (reference) in Semiconductor Technology Laboratory Co., Ltd.

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】表面に金属薄膜を有する処理対象物を加熱
する熱処理方法であって、 前記処理対象物が置かれた雰囲気を真空排気、又は、置
換しながら、前記処理対象物を100℃以上200℃以
下の範囲にある第一の加熱温度まで昇温させる第一の加
熱工程と、 前記処理対象物の置かれた雰囲気の水分分圧を測定する
測定工程と、 前記水分分圧の測定値が5×10-5Pa以下になった
後、前記処理対象物を前記第一の加熱温度よりも高温の
第二の加熱温度まで昇温させる第二の加熱工程とを有す
る熱処理方法。
1. A heat treatment method for heating a processing object having a metal thin film on its surface, wherein the processing object is heated to 100 ° C. or higher while evacuating or replacing an atmosphere in which the processing object is placed. A first heating step of raising the temperature to a first heating temperature in a range of 200 ° C. or less, a measuring step of measuring a moisture partial pressure of an atmosphere in which the object to be treated is placed, and a measured value of the moisture partial pressure A heating step of raising the temperature of the object to be processed to a second heating temperature higher than the first heating temperature after the pressure becomes 5 × 10 −5 Pa or less.
【請求項2】前記処理対象物の置かれた雰囲気の圧力が
1Pa以下である請求項1記載の熱処理方法。
2. The heat treatment method according to claim 1, wherein the pressure of the atmosphere in which the object to be treated is placed is 1 Pa or less.
【請求項3】前記処理対象物の置かれた雰囲気は、不活
性ガスが充填され、前記不活性ガスによって前記雰囲気
の圧力が1気圧以下にされた請求項1記載の熱処理方
法。
3. The heat treatment method according to claim 1, wherein the atmosphere in which the processing object is placed is filled with an inert gas, and the pressure of the atmosphere is reduced to 1 atm or less by the inert gas.
【請求項4】前記第一の加熱工程が第一の処理室内で行
われ、前記第二の加熱工程は、前記第一の処理室とは別
の第二の処理室で行われ、前記処理対象物は前記第一の
処理室と前記第二の処理室との間を大気にさらされない
で搬送される請求項1乃至請求項3のいずれか1項記載
の熱処理方法。
4. The first heating step is performed in a first processing chamber, and the second heating step is performed in a second processing chamber separate from the first processing chamber. The heat treatment method according to any one of claims 1 to 3, wherein the object is transported between the first processing chamber and the second processing chamber without being exposed to the atmosphere.
【請求項5】前記第一の処理室は前記処理対象物を大気
雰囲気中から搬入する搬出入室である請求項4記載の熱
処理方法。
5. The heat treatment method according to claim 4, wherein the first processing chamber is a loading / unloading chamber for loading the object to be processed from the atmosphere.
【請求項6】前記処理対象物を前記第一の処理室に搬入
する前に、前記第一の処理室に予め窒素ガスを充填させ
ておく請求項5記載の熱処理方法。
6. The heat treatment method according to claim 5, wherein the first processing chamber is filled with nitrogen gas before the object to be processed is carried into the first processing chamber.
【請求項7】前記金属薄膜が、電解メッキ法により形成
された銅薄膜からなる請求項1乃至請求項6のいずれか
1項記載の熱処理方法。
7. The heat treatment method according to claim 1, wherein the metal thin film comprises a copper thin film formed by an electrolytic plating method.
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