JP2005203569A - Fabrication process of semiconductor device and semiconductor device - Google Patents
Fabrication process of semiconductor device and semiconductor device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2005203569A JP2005203569A JP2004008418A JP2004008418A JP2005203569A JP 2005203569 A JP2005203569 A JP 2005203569A JP 2004008418 A JP2004008418 A JP 2004008418A JP 2004008418 A JP2004008418 A JP 2004008418A JP 2005203569 A JP2005203569 A JP 2005203569A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- barrier metal
- film
- thin film
- metal thin
- gas
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
Abstract
Description
本発明は、半導体装置或いは半導体装置の製造方法に関し、特に、層間絶縁膜を有しCu(銅)配線を用いる半導体素子装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device or a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor element device having an interlayer insulating film and using Cu (copper) wiring.
65nmノード世代に代表される近年の半導体装置においては、配線での信号伝搬の遅延が素子動作を律速している。配線での遅延定数は、配線抵抗と配線間容量との積により表される。このため、配線抵抗を下げて素子動作を高速化するために、層間絶縁膜の材料として従来のSiO2よりも比誘電率の小さい材料が用いられ、配線材料として比抵抗の小さいCu(銅)が用いられつつある。 In recent semiconductor devices typified by the 65 nm node generation, the delay of signal propagation in the wiring determines the device operation. The delay constant in wiring is represented by the product of wiring resistance and wiring capacitance. For this reason, in order to reduce the wiring resistance and speed up the device operation, a material having a relative dielectric constant smaller than that of conventional SiO 2 is used as the material of the interlayer insulating film, and Cu (copper) having a small specific resistance as the wiring material. Is being used.
Cu多層配線は、ダマシン(damascene)法により形成されることが多い。 Cu multilayer wiring is often formed by a damascene method.
図15、ダマシン法の要部を表す工程断面図である。
すなわち、まず、同図(a)に表したように、シリコン(Si)基板などの基体200の上に、層間絶縁膜220を形成する。次に、図15(b)に表したように、層間絶縁膜220に開口部Hを形成する。開口部Hは、配線層のための配線溝や、ビア(via)のためのビア孔としての役割を有する。次に、図15(c)に表したように、開口部Hの内壁にバリアメタル層240を形成する。さらに、図15(d)に表したように、配線材料としてCu層260を埋め込む。ここで、Cu層260の埋め込みにあたっては、まず物理気相成長法(physical vapor deposition:PVD)法などの方法によってCuを薄膜状に堆積し、そのCu薄膜をカソード電極として電解鍍金法などにより埋め込みを実施する場合が多い。
FIG. 15 is a process cross-sectional view illustrating a main part of the damascene method.
That is, first, as shown in FIG. 2A, an interlayer
また、ダマシン法においては、バリアメタル層240やCu層260を堆積した後に、開口部Hの外に堆積したバリアメタル層240及びCu層260を化学機械研磨(ケミカル・メカニカル・ポリッシング:chemical mechanical polishing:CMP)によって除去することにより、図15(d)に表したような埋め込み構造を形成する。
In the damascene method, after depositing the
ここで、バリアメタル層240は、シリコン基板などの基体200に対するCuの拡散を防止し、層間絶縁膜220とCu層260との密着性を向上させ、Cu層260の酸化を防止する役割を有する。
以上説明したような、層間絶縁膜を用いた配線構造を開示した文献として、例えば、非特許文献1及び2、或いは特許文献1を挙げることができる。
近年、バリアメタルを薄膜化して配線抵抗やビア抵抗を低減することが検討されている。現在、最も多く検討されているバリアメタルの形成方法は、PVDにより非晶質のTaN(窒化タンタル)上に多結晶のTa(タンタル)を形成する積層膜である。Cuの高速拡散経路となる結晶粒界がない非晶質のTaNでCuによる層間絶縁膜への拡散を防止し、TaでCuとの密着性を確保している。PVD法は、バリアメタルの形成方法として現在主流であるが、最小寸法でのパターン側壁における被覆率が30%以下と悪く、また、フィールド上の膜厚は、TaNとTaとでそれぞれ10nm以上となることが多い。すなわち、膜厚が10nmより小さなバリアメタルを形成することが困難である。仮に、バリアメタルを薄膜化するにしても、PVD法を用いた場合、被覆率が悪く、現状でも配線溝やビア孔の側壁での膜厚が薄いため、これ以上の薄膜化をおこなうとバリア性や密着性を確保できなくなる。 In recent years, it has been studied to reduce the wiring resistance and via resistance by thinning the barrier metal. Currently, the most frequently studied method for forming a barrier metal is a laminated film in which polycrystalline Ta (tantalum) is formed on amorphous TaN (tantalum nitride) by PVD. Amorphous TaN which does not have a grain boundary which becomes a high-speed diffusion path of Cu prevents diffusion of Cu into the interlayer insulating film, and ensures adhesion with Cu by Ta. The PVD method is currently the mainstream as a barrier metal forming method, but the coverage on the pattern side wall at the minimum dimension is as bad as 30% or less, and the film thickness on the field is 10 nm or more for TaN and Ta, respectively. Often becomes. That is, it is difficult to form a barrier metal having a film thickness smaller than 10 nm. Even if the barrier metal is thinned, when the PVD method is used, the coverage is poor and the film thickness on the side wall of the wiring groove or via hole is still thin. It becomes impossible to secure the property and adhesion.
そのため、PVD法よりも薄膜を被覆率良く形成するのが容易な化学気相成長(chemical vapor deposition:CVD)法によりバリアメタルを形成することが求められている。近年、CVD法の一種で従来のCVD法よりも均一かつ被膜性の良い膜が得やすい原子層気相成長(atomic layer deposition:ALD)法によるバリアメタル開発がおこなわれている。ALD法は、例えば、元素Aを含む原料1を基板上に照射して飽和吸着させた後、元素Bを含む原料2を基板に照射して飽和吸着させて元素Aと元素Bとの化合物ABを形成する方法であるため、従来のCVD法よりも膜厚均一性、組成均一性、膜厚制御性及び被膜性に優れている。このため、従来のCVD法では難しかった被膜率90%以上かつ膜厚10nmより小さなバリアメタルを形成することが可能である。現在、ALD法により形成されるバリアメタルとして、TaN(窒化タンタル)、TaCN(炭化窒化タンタル)、WN(窒化タングステン)、WCN(炭化窒化タングステン)、TiN(窒化チタン)等の高融点金属の窒化膜或いは窒化炭素膜が報告されている。
Therefore, it is required to form a barrier metal by a chemical vapor deposition (CVD) method, which can easily form a thin film with a higher coverage than the PVD method. In recent years, barrier metals have been developed by an atomic layer deposition (ALD) method, which is a kind of CVD method, and is easier to obtain a film having a uniform and better film property than conventional CVD methods. In the ALD method, for example, a
しかしながら、ALD法により形成される高融点金属の窒化膜は、Cuの拡散防止性に優れる一方で、密着性が乏しいといった問題がある。密着性が乏しいため、配線形成を困難にしている。したがって、配線信頼性を低下させてしまう。単層膜で密着性と拡散防止性を両立することは困難である。密着性と拡散防止性を両立するためには、膜厚方向での組成を制御して多層膜とすることが望ましいが、ALD法は、飽和吸着機構により形成するため、上述したようにある決まった組成の膜を得るのは容易であるが、異なった組成の膜を得ることが困難である。すなわち、ALD法では、金属元素と窒素との組成比を制御した薄膜の形成が困難であるため、積層構造薄膜の形成が難しいことが課題である。
したがって、ALD法により形成したバリアメタルにおいて膜厚方向の組成を制御することが膜厚10nmより小さな超薄膜バリアメタル開発の課題となる。
However, a refractory metal nitride film formed by the ALD method has a problem of poor adhesion while being excellent in Cu diffusion prevention. Wiring formation is difficult because of poor adhesion. Therefore, the wiring reliability is lowered. It is difficult to achieve both adhesion and diffusion prevention with a single layer film. In order to achieve both adhesion and anti-diffusion properties, it is desirable to control the composition in the film thickness direction to form a multilayer film. However, since the ALD method is formed by a saturated adsorption mechanism, it is determined as described above. It is easy to obtain films with different compositions, but it is difficult to obtain films with different compositions. That is, in the ALD method, since it is difficult to form a thin film in which the composition ratio of the metal element and nitrogen is controlled, it is difficult to form a laminated structure thin film.
Therefore, controlling the composition in the film thickness direction in a barrier metal formed by the ALD method is an issue in developing an ultra-thin barrier metal having a film thickness smaller than 10 nm.
本発明は、バリアメタルの密着性と拡散防止性とを両立させることを目的とする。また、膜厚方向での組成の制御性を改善することを目的とする。
また、バリアメタルの密着性と拡散防止性とを両立させた半導体装置を提供することを目的とする。
An object of this invention is to make the adhesiveness and diffusion prevention property of a barrier metal compatible. Another object of the present invention is to improve the controllability of the composition in the film thickness direction.
It is another object of the present invention to provide a semiconductor device that achieves both barrier metal adhesion and diffusion prevention.
本発明に係る半導体装置の製造方法は、
第1のガスと前記第1のガスを還元する第2のガスとを用いて第1のバリアメタル薄膜を前記基体に形成する第1のバリアメタル薄膜形成工程と、
前記基体を大気に暴露することなく、前記第1のバリアメタル薄膜形成工程により形成された第1のバリアメタル薄膜の上に、第3のガスと前記第3のガスを還元する第4のガスとを用いて第2のバリアメタル薄膜を形成する第2のバリアメタル薄膜形成工程と
を備えたことを特徴とする。
A method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes:
A first barrier metal thin film forming step of forming a first barrier metal thin film on the substrate using a first gas and a second gas for reducing the first gas;
A fourth gas that reduces the third gas and the third gas on the first barrier metal thin film formed by the first barrier metal thin film forming step without exposing the substrate to the atmosphere. And a second barrier metal thin film forming step of forming a second barrier metal thin film using
第1のバリアメタル薄膜の上に、第3のガスと前記第3のガスを還元する第4のガスとを用いて第2のバリアメタル薄膜を形成することで、バリアメタルの膜厚方向での組成を制御して多層膜とする。また、前記基体を大気に暴露することなく、第2のバリアメタル薄膜を形成することで、第1のバリアメタル薄膜を酸化させない。 By forming the second barrier metal thin film on the first barrier metal thin film using the third gas and the fourth gas for reducing the third gas, the thickness of the barrier metal is increased. The composition is controlled to form a multilayer film. In addition, the first barrier metal thin film is not oxidized by forming the second barrier metal thin film without exposing the substrate to the atmosphere.
また、前記第1のバリアメタル薄膜形成工程は、
前記基体に、前記第1のガスを供給する第1のガス供給工程と、
前記第1のガス供給工程の後に、前記第2のガスを前記基体に供給する第2のガス供給工程と
を有し、
前記第1のバリアメタル薄膜形成工程において、前記第1のガス供給工程と第2のガス供給工程とを繰り返すことにより、所定の膜厚の第1のバリアメタル薄膜を形成し、
前記第2のバリアメタル薄膜形成工程は、
前記第2のガス供給工程の後に、前記第3のガスを前記基体に供給する第3のガス供給工程と、
前記第3のガス供給工程の後に、前記第4のガスを前記基体に供給する第4のガス供給工程と
を有し、
前記第2のバリアメタル薄膜形成工程において、前記第3のガス供給工程と第4のガス供給工程とを繰り返すことにより、前記所定の膜厚の第1のバリアメタル薄膜よりも大きい膜厚の第2のバリアメタル薄膜を形成することを特徴とする。
In addition, the first barrier metal thin film forming step includes
A first gas supply step of supplying the first gas to the substrate;
A second gas supply step for supplying the second gas to the substrate after the first gas supply step;
In the first barrier metal thin film forming step, by repeating the first gas supply step and the second gas supply step, a first barrier metal thin film having a predetermined thickness is formed,
The second barrier metal thin film forming step includes
A third gas supply step for supplying the third gas to the substrate after the second gas supply step;
A fourth gas supply step for supplying the fourth gas to the substrate after the third gas supply step;
In the second barrier metal thin film forming step, by repeating the third gas supply step and the fourth gas supply step, the first barrier metal thin film having a thickness larger than that of the first barrier metal thin film having the predetermined thickness is obtained. 2 barrier metal thin films are formed.
第1のガス供給工程の後に、前記第1のガスを還元する前記第2のガスを前記基体に供給し、原子層レベルの薄膜の形成を行い、繰り返すことで第1のバリアメタル薄膜を所望する膜厚に形成することが可能となる。また、前記第2のガス供給工程の後に、すなわち、第1のバリアメタル薄膜形成後に、前記第3のガスを前記基体に供給し、その後に、前記第4のガスを前記基体に供給し、原子層レベルの薄膜の形成を行い、繰り返すことで第1のバリアメタル薄膜の上に組成の異なる第2のバリアメタル薄膜を所望する膜厚に形成することが可能となる。また、前記所定の膜厚の第1のバリアメタル薄膜よりも大きい膜厚の第2のバリアメタル薄膜を形成することで、第1のバリアメタル薄膜をCuとの拡散防止に、第2のバリアメタル薄膜をCuとの密着性向上に使用する。 After the first gas supply step, the second gas for reducing the first gas is supplied to the substrate, a thin film at an atomic layer level is formed, and the first barrier metal thin film is desired by repeating. It becomes possible to form in the film thickness which does. Further, after the second gas supply step, that is, after the formation of the first barrier metal thin film, the third gas is supplied to the base, and then the fourth gas is supplied to the base. By forming and repeating a thin film at the atomic layer level, a second barrier metal thin film having a different composition can be formed on the first barrier metal thin film in a desired film thickness. Further, by forming a second barrier metal thin film having a thickness larger than that of the first barrier metal thin film having the predetermined thickness, the first barrier metal thin film can be prevented from diffusing with Cu, and the second barrier metal thin film can be prevented. A metal thin film is used for improving adhesion with Cu.
また、前記第1と第2のバリアメタル薄膜形成工程は、原子層気相成長法を用いて前記第1と第2のバリアメタル薄膜を形成することを特徴とする。 In the first and second barrier metal thin film forming steps, the first and second barrier metal thin films are formed using atomic layer vapor deposition.
原子層気相成長法を用いたことから原子層レベルの第1のバリアメタル薄膜の上に組成の異なる原子層レベルの第2のバリアメタル薄膜の形成が可能となる。 Since the atomic layer vapor deposition method is used, it is possible to form the second barrier metal thin film at the atomic layer level having a different composition on the first barrier metal thin film at the atomic layer level.
また、前記第2のバリアメタル薄膜形成工程において、前記第4のガス供給工程により供給された第4のガスのプラズマ雰囲気に前記基体を晒すことを特徴とする。第4のガスのプラズマ雰囲気に前記基体を晒すことで、第4のガスのラジカルにより第3のガスを還元する。 In the second barrier metal thin film forming step, the substrate is exposed to a plasma atmosphere of the fourth gas supplied in the fourth gas supply step. By exposing the substrate to a plasma atmosphere of a fourth gas, the third gas is reduced by radicals of the fourth gas.
また、前記基体には、多孔質の絶縁性材料を用いた絶縁膜が形成され、
前記第1のバリアメタル薄膜形成工程において、前記絶縁膜の表面に前記第1のバリアメタル薄膜を形成することを特徴とする。
In addition, an insulating film using a porous insulating material is formed on the base,
In the first barrier metal thin film forming step, the first barrier metal thin film is formed on a surface of the insulating film.
多孔質の絶縁性材料という孔への拡散防止が必要となる絶縁膜に対し、第1のバリアメタル薄膜を形成する。 A first barrier metal thin film is formed on an insulating film which needs to be prevented from diffusing into a hole, which is a porous insulating material.
また、前記第1のバリアメタル薄膜形成工程において、前記第1のバリアメタル薄膜として金属窒化膜を形成し、
前記第2のバリアメタル薄膜形成工程において、前記第2のバリアメタル薄膜として、前記第1のバリアメタル薄膜よりも窒素濃度が低い金属膜を形成することを特徴とする。
In the first barrier metal thin film forming step, a metal nitride film is formed as the first barrier metal thin film,
In the second barrier metal thin film forming step, a metal film having a nitrogen concentration lower than that of the first barrier metal thin film is formed as the second barrier metal thin film.
前記第2のバリアメタル薄膜として、前記第1のバリアメタル薄膜よりも窒素濃度が低い金属膜を形成することで、窒素濃度が高い前記第1のバリアメタル薄膜よりもその後に形成される導電性材料との密着性が向上する。 By forming a metal film having a lower nitrogen concentration than the first barrier metal thin film as the second barrier metal thin film, the conductivity is formed after the first barrier metal thin film having a higher nitrogen concentration. Adhesion with the material is improved.
本発明に係る半導体装置は、
基体の上に配置された絶縁性材料を用いた絶縁層と、
前記絶縁層に配置された配線材料を用いた配線部と、
前記配線部と前記絶縁性材料との間に配置された、各膜厚の最小寸法が10nmよりも小さく形成された第1と第2のバリアメタル薄膜部と
を備えたことを特徴とする
A semiconductor device according to the present invention includes:
An insulating layer using an insulating material disposed on the substrate;
A wiring portion using a wiring material disposed in the insulating layer;
It is provided with the 1st and 2nd barrier metal thin film part with which the minimum dimension of each film thickness arrange | positioned between the said wiring part and the said insulating material was formed smaller than 10 nm.
第1と第2のバリアメタル薄膜部を備えたことからバリアメタルの膜厚方向での組成が多層膜となる。また、第1と第2のバリアメタル薄膜部の各膜厚の最小寸法が10nmよりも小さいことから従来と比べ配線抵抗やビア抵抗を低減させる。 Since the first and second barrier metal thin film portions are provided, the composition of the barrier metal in the film thickness direction is a multilayer film. In addition, since the minimum dimension of each film thickness of the first and second barrier metal thin film portions is smaller than 10 nm, wiring resistance and via resistance are reduced as compared with the conventional case.
本発明によれば、バリアメタルの膜厚方向での組成を制御して多層膜とすることができ、密着性と拡散防止性を備えたバリアメタルを形成することができる。また、第1のバリアメタル薄膜が酸化することにより絶縁性を帯びることを防止し、第1のバリアメタル薄膜を導電膜として形成することができる。 According to the present invention, the composition of the barrier metal in the film thickness direction can be controlled to form a multilayer film, and a barrier metal having adhesion and diffusion prevention can be formed. Further, it is possible to prevent the first barrier metal thin film from being insulative due to oxidation, and to form the first barrier metal thin film as a conductive film.
後述するように、Cuとの密着性を向上させるために必要な膜厚の方が、Cuとの拡散防止のために必要な膜厚より大きい膜厚が必要となる。本発明によれば、第1のバリアメタル薄膜の上に組成の異なる第2のバリアメタル薄膜の形成を可能とし、第1のバリアメタル薄膜をCuとの拡散防止のために用い、第2のバリアメタル薄膜をCuとの密着性を向上させるために用いることができる。 As will be described later, the film thickness necessary for improving the adhesion with Cu is larger than the film thickness necessary for preventing diffusion with Cu. According to the present invention, a second barrier metal thin film having a different composition can be formed on the first barrier metal thin film, the first barrier metal thin film is used for preventing diffusion with Cu, and the second barrier metal thin film is used. A barrier metal thin film can be used to improve adhesion to Cu.
本発明によれば、原子層気相成長法を用いたことから、原子層レベルの第1のバリアメタル薄膜の上に組成の異なる原子層レベルの第2のバリアメタル薄膜の形成が可能とすることができ、超薄膜バリアメタルを形成することができる。さらに、従来のCVD法よりも膜厚均一性、組成均一性、膜厚制御性及び被膜性に優れている。このため、従来のCVD法では難しかった被膜率90%以上かつ膜厚10nmより小さなバリアメタル各層を形成することができる。 According to the present invention, since the atomic layer vapor deposition method is used, it is possible to form the second barrier metal thin film at the atomic layer level having a different composition on the first barrier metal thin film at the atomic layer level. And an ultra-thin barrier metal can be formed. Furthermore, it is superior in film thickness uniformity, composition uniformity, film thickness controllability, and coating properties as compared with conventional CVD methods. For this reason, it is possible to form each barrier metal layer having a coating rate of 90% or more and a film thickness smaller than 10 nm, which is difficult with the conventional CVD method.
本発明によれば、プラズマを用いることで、第3のガスに有機金属化合物を用いた場合でも第4のガスのラジカルにより従来ALD法において困難であった窒化成分あるいは炭化成分を除いた膜を得ることができる。さらに、第4のガスに窒素が含有されていた場合でも第2のバリアメタル薄膜中への第3と第4のガスによる窒化成分の進入割合を小さくし、窒化成分を押さえた膜を得ることができる。 According to the present invention, by using plasma, a film in which a nitriding component or a carbonizing component, which has been difficult in the conventional ALD method, is removed by the radical of the fourth gas even when an organometallic compound is used as the third gas, can be obtained. Can be obtained. Furthermore, even when nitrogen is contained in the fourth gas, the ratio of the nitriding component entering into the second barrier metal thin film by the third and fourth gases is reduced to obtain a film that suppresses the nitriding component. Can do.
本発明によれば、多孔質の絶縁性材料という孔への拡散防止が必要となる絶縁膜に対し、第1と第2のバリアメタル薄膜を形成し、第1と第2のバリアメタル薄膜でCuの密着性と拡散防止性を向上できれば、低誘電率の多孔質の絶縁性材料を絶縁膜に用いることができるようになる。低誘電率の多孔質の絶縁性材料を絶縁膜に用いることができるようになることから配線間容量を小さくすることができる。配線間容量を小さくすることができることから配線での遅延定数を小さくすることができる。よって、素子動作を高速化することができる。 According to the present invention, the first and second barrier metal thin films are formed on the insulating film which needs to be prevented from diffusing into the holes, which is a porous insulating material. If Cu adhesion and diffusion prevention can be improved, a porous dielectric material having a low dielectric constant can be used for the insulating film. Since a porous dielectric material having a low dielectric constant can be used for the insulating film, the capacitance between wirings can be reduced. Since the inter-wiring capacitance can be reduced, the delay constant in the wiring can be reduced. Therefore, the device operation can be speeded up.
本発明によれば、前記第2のバリアメタル薄膜として、前記第1のバリアメタル薄膜よりも窒素濃度が低い金属膜を形成することで、窒素濃度が高い前記第1のバリアメタル薄膜で拡散防止性を向上させ、前記第2のバリアメタル薄膜で密着性を向上させることができる。 According to the present invention, as the second barrier metal thin film, a metal film having a nitrogen concentration lower than that of the first barrier metal thin film is formed, thereby preventing diffusion with the first barrier metal thin film having a high nitrogen concentration. And the adhesion can be improved with the second barrier metal thin film.
本発明によれば、密着性と拡散防止性を有する多層膜とすることで、密着性と拡散防止性を有するバリアメタルを備えた半導体装置を得ることができる。また、第1と第2のバリアメタル薄膜部の各膜厚の最小寸法が10nmよりも小さいことから従来と比べ配線抵抗やビア抵抗を低減させることができる。 According to the present invention, it is possible to obtain a semiconductor device provided with a barrier metal having adhesion and diffusion prevention by using a multilayer film having adhesion and diffusion prevention. Moreover, since the minimum dimension of each film thickness of the 1st and 2nd barrier metal thin film part is smaller than 10 nm, wiring resistance and via | veer resistance can be reduced compared with the past.
まず、発明者等は、第1のバリアメタル膜をALD法にて成膜後、有機金属化合物を基板に照射することで組成制御をおこなう手法を試みたが、かかる手法では炭素系の不純物が多く十分に密着性が改善しない場合が存在することを見出した。密着性が改善しないため導電性も悪くなってしまう。また、ALD法に用いる有機金属原料は、還元性或いは酸化性原料を照射しない限り基板上で安定して1分子層以上が吸着しないため、所望する膜厚に厚膜化することが困難であることを見出した。また、酸化性原料を照射すると、絶縁膜になってしまい、導電膜として使用したいバリアメタル膜を得ることができないことを見出した。 First, the inventors tried a method of controlling the composition by irradiating the substrate with an organometallic compound after forming the first barrier metal film by the ALD method. It has been found that there are cases where adhesion is not sufficiently improved. Since the adhesion is not improved, the conductivity is also deteriorated. In addition, since the organometallic raw material used for the ALD method does not adsorb one or more molecular layers stably on the substrate unless it is irradiated with a reducing or oxidizing raw material, it is difficult to increase the film thickness to a desired thickness. I found out. Moreover, when an oxidizing raw material was irradiated, it became an insulating film, and it discovered that the barrier metal film which it would like to use as a electrically conductive film cannot be obtained.
実施の形態1.
図1は、実施の形態1における半導体装置の製造方法の要部を表すフローチャートである。図1では、特に、バリアメタルを形成するための工程を示している。
図1において、本実施の形態では、第1のバリアメタル膜としてのTaN膜を形成するために、Ta[N(CH3)2]5(ペンタジメチルアミドタタリウム)とAr(アルゴン)とを供給するTa[N(CH3)2]5,Ar供給工程(S102)、Arを供給するAr供給工程(S104)、NH3(アンモニア)を供給するNH3供給工程(S106)、Arを供給するAr供給工程(S108)という一連の工程を1巡回或いは2巡回以上の複数回実施する。すなわち前記一連の工程を少なくとも1巡回実施する。
そして、第2のバリアメタル膜としてのTa膜を形成するために、Ta[N(CH3)2]5とArとを供給するTa[N(CH3)2]5,Ar供給工程(S110)、Arを供給するAr供給工程(S112)、He(ヘリウム)とH2(水素)とを供給するHe/H2供給工程(S114),Arを供給するAr供給工程(S116)という一連の工程を1巡回或いは2巡回以上の複数回実施する。すなわち前記一連の工程を少なくとも1巡回実施する。
FIG. 1 is a flowchart showing the main part of the semiconductor device manufacturing method according to the first embodiment. FIG. 1 particularly shows a process for forming a barrier metal.
In FIG. 1, in the present embodiment, Ta [N (CH 3 ) 2 ] 5 (pentadimethylamidotalium) and Ar (argon) are used to form a TaN film as a first barrier metal film. supplying Ta [N (CH 3) 2 ] 5, Ar supplying step (S102), Ar supplying step of supplying an Ar (S104), NH 3 supply step (S106) for supplying the NH 3 (ammonia), supplying Ar A series of steps called Ar supply step (S108) is performed one round or two or more rounds. That is, the series of steps is performed at least once.
Then, in order to form a Ta film as the second barrier metal film, Ta [N (CH 3 ) 2 ] 5 and Ar [N (CH 3 ) 2 ] 5 and Ar supply step (S110) are supplied. ), Ar supply process for supplying Ar (S112), He / H 2 supply process for supplying He (helium) and H 2 (hydrogen) (S114), Ar supply process for supplying Ar (S116) The process is carried out a plurality of times such as one round or two rounds. That is, the series of steps is performed at least once.
図2は、図1のフローチャートに対応して実施される工程を表す工程断面図である。
図2では、図1におけるTaN膜(第1のバリアメタル薄膜の一例である)を形成するための第1のバリアメタル薄膜形成工程として、Ta[N(CH3)2]5,Ar供給工程(S102)からAr供給工程(S108)までを示している。それ以降の工程は後述する。前記第1のバリアメタル薄膜形成工程は、原子層気相成長を用いておこなう。
FIG. 2 is a process sectional view showing a process performed corresponding to the flowchart of FIG.
In FIG. 2, a Ta [N (CH 3 ) 2 ] 5 , Ar supply process is used as a first barrier metal thin film forming process for forming the TaN film (which is an example of the first barrier metal thin film) in FIG. The process from (S102) to the Ar supply process (S108) is shown. Subsequent steps will be described later. The first barrier metal thin film forming step is performed using atomic layer vapor deposition.
まず、前提として、基体10の上に、絶縁性材料の一例としてSiCを用いたSiC絶縁膜11と前記SiC絶縁膜11の上に形成された多孔質の絶縁性材料(絶縁性材料の一例である)を用いた多孔質絶縁膜12と多孔質絶縁膜12の上に形成されたSiO2(絶縁性材料の一例である)を用いたSiO2絶縁膜13とからなる絶縁膜15を形成する。
また、基体10には、後述する導電性材料が堆積するための開口部50が形成されている。開口部50の形成方法としては、例えば、図示しないレジストマスクを形成し、露出した絶縁膜をエッチングした後に、レジストマスクをアッシングなどの方法により除去すればよい。
First, as a premise, an
Further, an
SiCを用いたSiC絶縁膜11を形成することで、開口部50を形成する際のエッチングストッパとなる。また、多孔質絶縁膜12の材料としては、例えば、比誘電率の低い多孔質のメチルシルセスキオキサン(methyl silsequioxane:MSQ)を用いることができる。また、その形成方法としては、例えば、溶液をスピンコートし熱処理して薄膜を形成するスピン・オン・グラス(spin on glass:SOG)法を用いることができる。MSQの材料や形成条件などを適宜調節することにより、所定の物性値を有する多孔質の絶縁膜が得られる。例えば、以下の物性値を有する多孔質絶縁膜12が得られる。
密度 :0.68g/cm3
空孔率 :54%
空孔の径の分布の最大値:1.9nm
比誘電率 :1.81
弾性率 :1.6GPa
硬度 :0.1GPa
By forming the
Density: 0.68 g / cm 3
Porosity: 54%
Maximum value of pore diameter distribution: 1.9 nm
Relative permittivity: 1.81
Elastic modulus: 1.6 GPa
Hardness: 0.1 GPa
図2(a)において、Ta[N(CH3)2]5,Ar供給工程(第1のガス供給工程の一例である)として、前記絶縁膜15が上面に形成された基体10に前記Ta[N(CH3)2]5とArとの混合ガス(第1のガスの一例である)を供給する。前記Ta[N(CH3)2]5とArとの混合ガスの基体10への供給は、基体10の上部から基体10へ照射するようにおこなう。前記Ta[N(CH3)2]5とArとの混合ガスが基体10に照射されることで、基体10表面及び開口部50の内面側(内壁)にTa[N(CH3)2]5が吸着する。吸着は、飽和吸着させる。
In FIG. 2A, as the Ta [N (CH 3 ) 2 ] 5 , Ar supply process (which is an example of the first gas supply process), the
図2(b)において、Ar供給工程として、基体10に前記Arガスを供給する。前記Arガスの基体10への供給は、基体10の上部から基体10へ照射するようにおこなう。前記Arガスが基体10に照射されることで、基体10表面及び開口部50付近の雰囲気を置換する。置換することで必要以上のTa[N(CH3)2]5を除去することができる。
In FIG. 2B, the Ar gas is supplied to the
図2(c)において、NH3供給工程(第2のガス供給工程の一例である)として、Ta[N(CH3)2]5,Ar供給工程の後に、前記Ta[N(CH3)2]5が飽和吸着した基体10にTa[N(CH3)2]5を還元する前記NH3ガス(第2のガスの一例である)を供給する。前記NH3ガスの基体10への供給は、基体10の上部から基体10へ照射するようにおこなう。前記NH3ガスが基体10に照射されることで、NH3が基体10表面及び開口部50の内面側(内壁)に飽和吸着されたTa[N(CH3)2]5を還元して、基体10表面及び開口部50の内面側(内壁)に非晶質のTaN膜20を形成する。
In FIG. 2C, as the NH 3 supply step (which is an example of the second gas supply step), the Ta [N (CH 3 ) 2 ] 5 , Ar supply step is followed by the Ta [N (CH 3 ) 2 ] The NH 3 gas (which is an example of the second gas) for reducing Ta [N (CH 3 ) 2 ] 5 is supplied to the
図2(d)において、Ar供給工程として、基体10に前記Arガスを供給する。前記Arガスの基体10への供給は、基体10の上部から基体10へ照射するようにおこなう。前記Arガスが基体10に照射されることで、基体10表面及び開口部50付近の雰囲気を置換する。置換することで必要以上のNH3を除去することができる。
以上のように、Ta[N(CH3)2]5,Ar供給工程の後に、前記Ta[N(CH3)2]5を還元する前記NH3ガスを前記基体10に供給するALD法を用いて行われるため、原子層レベルのTaNの薄膜を基体10上に、特に、前記絶縁膜15表面(その中でも特に多孔質絶縁膜12表面)に被膜性良く(例えば、90%以上)、そして均一に形成することが可能となる。
In FIG. 2D, the Ar gas is supplied to the
As described above, the ALD method of supplying the NH 3 gas for reducing the Ta [N (CH 3 ) 2 ] 5 to the
かかる図2(a)から図2(d)を少なくとも1巡回以上繰り返すことで、膜厚が1〜5nmのTaN膜20を形成することができる。
The
図3は、図1のフローチャートに対応して実施される工程を表す工程断面図である。
図3では、図1におけるTa膜(第2のバリアメタル薄膜の一例である)を形成するための第2のバリアメタル薄膜形成工程として、Ta[N(CH3)2]5,Ar供給工程(S110)からAr供給工程(S116)までを示している。前記第2のバリアメタル薄膜形成工程は、前記第1のバリアメタル薄膜形成工程と同様に、原子層気相成長を用いておこなう。
FIG. 3 is a process sectional view showing a process performed corresponding to the flowchart of FIG.
In FIG. 3, a Ta [N (CH 3 ) 2 ] 5 , Ar supply process is performed as a second barrier metal thin film forming process for forming the Ta film (which is an example of the second barrier metal thin film) in FIG. The process from (S110) to the Ar supply process (S116) is shown. The second barrier metal thin film forming step is performed using atomic layer vapor deposition, as in the first barrier metal thin film forming step.
図3(e)において、Ta[N(CH3)2]5,Ar供給工程(第3のガス供給工程の一例である)として、前記TaN膜20が形成された基体10に前記Ta[N(CH3)2]5とArとの混合ガス(第3のガスの一例である)を供給する。前記Ta[N(CH3)2]5とArとの混合ガスの基体10への供給は、基体10の上部から基体10へ照射するようにおこなう。前記Ta[N(CH3)2]5とArとの混合ガスが基体10に照射されることで、基体10表面及び開口部50の内面側(内壁)にTa[N(CH3)2]5が吸着する。吸着は、飽和吸着させる。
In FIG. 3E, as a Ta [N (CH 3 ) 2 ] 5 , Ar supply process (which is an example of a third gas supply process), the Ta [N (CH 3 ) 2 ] 5 and Ar mixed gas (an example of a third gas) is supplied. The mixed gas of Ta [N (CH 3 ) 2 ] 5 and Ar is supplied to the
図3(f)において、Ar供給工程として、基体10に前記Arガスを供給する。前記Arガスの基体10への供給は、基体10の上部から基体10へ照射するようにおこなう。前記Arガスが基体10に照射されることで、基体10表面及び開口部50付近の雰囲気を置換する。置換することで必要以上のTa[N(CH3)2]5を除去することができる。
In FIG. 3F, the Ar gas is supplied to the
図3(g)において、He/H2供給工程(第4ガス供給工程の一例である)として、Ta[N(CH3)2]5,Ar供給工程の後に、前記Ta[N(CH3)2]5が飽和吸着した基体10にTa[N(CH3)2]5を還元する前記He/H2の混合ガス(第4のガスの一例である)を供給する。前記He/H2ガスの基体10への供給は、基体10の上部から基体10へ照射するようにおこなう。ここでは、He/H2ガスのプラズマ雰囲気に前記基体10を晒す。He/H2ガスのプラズマ雰囲気に前記基体10を晒すことで、He/H2ガスのラジカルが基体10の上部から基体10へ照射する。前記He/H2ガスのラジカルが基体10に照射されることで、H2ラジカルが基体10表面及び開口部50の内面側(内壁)に飽和吸着されたTa[N(CH3)2]5を還元して、基体10表面及び開口部50の内面側(内壁)に多結晶のTa膜25を形成する。プラズマを用いることで、He/H2のガスのラジカルにより従来ALD法において困難であったTa[N(CH3)2]5のガスを還元して窒化成分及び炭化成分を除いた膜を得ることができる。
In FIG. 3G, as the He / H 2 supply step (an example of the fourth gas supply step), after the Ta [N (CH 3 ) 2 ] 5 , Ar supply step, the Ta [N (CH 3 ) The mixed gas of He / H 2 (which is an example of the fourth gas) that reduces Ta [N (CH 3 ) 2 ] 5 is supplied to the
図3(h)において、Ar供給工程として、基体10に前記Arガスを供給する。前記Arガスの基体10への供給は、基体10の上部から基体10へ照射するようにおこなう。前記Arガスが基体10に照射されることで、基体10表面及び開口部50付近の雰囲気を置換する。置換することで必要以上のHe及びH2を除去することができる。
In FIG. 3H, the Ar gas is supplied to the
図4は、ALD法によるバリアメタル膜形成をおこなう装置の概念図である。
図4において、装置350では、チャンバ300の内部にて、下部電極310を兼ねた所定の温度に制御された基板ホルダの上に基体10を設置する。そして、チャンバ300の内部に上部電極320内部からガスを供給する。また、真空ポンプ330によりチャンバ300の内部が所定の成膜圧力になるように真空引きされる。そして、He/H2供給工程の際には、チャンバ300の内部の上記上部電極320と下部電極310との間に高周波電源を用いてプラズマを生成させる。そして、基体10をガスのプラズマの雰囲気に晒し、原子層気相成長させることで開口部50内面及び基体10の上面に多結晶のTa膜25を形成する。そして、He/H2供給工程以外のALD法によるガス供給工程では、プラズマを生成させずに各ガスの供給が行なわれる。
FIG. 4 is a conceptual diagram of an apparatus for forming a barrier metal film by the ALD method.
In FIG. 4, in the
以上のように、Ta[N(CH3)2]5供給の後に、前記Ta[N(CH3)2]5の還元を、ALD法を用いて前記基体10に供給する前記He/H2ガスのプラズマ雰囲気で形成された特に水素ラジカルにより行なうため、原子層レベルのTaの薄膜を基体10上に被膜性良く(例えば、90%以上)、そして均一に形成することが可能となる。
As described above, Ta [N (CH 3) 2] after 5 supply, said Ta [N (CH 3) 2 ] 5 reduction of the supply to the
かかる図3(e)から図3(h)を少なくとも1巡回以上繰り返すことで、膜厚が1〜5nmのTa膜25を形成することができる。
The
図5は、Ta[N(CH3)2]5,Ar供給工程(S102,S110)によるTa[N(CH3)2]5とArとの混合ガスを供給する手法の一例を示す図である。
図5において、容器に入った固体のTa[N(CH3)2]5を50〜90℃に加熱して暖める。暖められ溶融したTa[N(CH3)2]5内にArガスを供給することで、Arと共にガス化したTa[N(CH3)2]5を一種のバブリング法によりチャンバ300に供給することができる。
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a method of supplying a mixed gas of Ta [N (CH 3 ) 2 ] 5 and Ar in the Ta [N (CH 3 ) 2 ] 5 , Ar supply step (S102, S110). is there.
In FIG. 5, solid Ta [N (CH 3 ) 2 ] 5 contained in a container is heated to 50 to 90 ° C. and warmed. Warmed melted Ta [N (CH 3) 2 ] By supplying Ar gas into 5, and supplies to the chamber 300 by the gasified Ta [N (CH 3) 2 ] 5 the kind of bubbling with Ar be able to.
図6は、TaN膜形成工程における各ガスの供給フローを示す図である。
上述したように、各工程(S102〜S108)を1サイクルとして繰り返すことで、所望する膜厚のTaNを得ることができる。
FIG. 6 is a diagram showing a supply flow of each gas in the TaN film formation step.
As described above, TaN having a desired film thickness can be obtained by repeating each step (S102 to S108) as one cycle.
本実施の形態におけるTaN膜形成工程の条件は、一例として、以下のようにした。
まず、基板ホルダの上に設置された基体10を所定の温度として250〜300℃に制御する。また、各工程(S102〜S108)にて各ガスが供給されている際のチャンバ300内の成膜圧力は、真空ポンプ330により133Pa(1Torr)以上1333Pa(10Torr)とする。
The conditions of the TaN film forming process in the present embodiment are as follows as an example.
First, the
Ta[N(CH3)2]5,Ar供給工程(S102)においては、Ta[N(CH3)2]5とArとの混合ガスとして、Arの流量を0.17Pa・m3/s(100sccm)〜1.7Pa・m3/s(1000sccm)として、0.25s〜2s間供給する。また、供給されたArと共にガス化したTa[N(CH3)2]5をチャンバ300に供給する。 In the Ta [N (CH 3 ) 2 ] 5 , Ar supply step (S102), the flow rate of Ar is 0.17 Pa · m 3 / s as a mixed gas of Ta [N (CH 3 ) 2 ] 5 and Ar. (100 sccm) to 1.7 Pa · m 3 / s (1000 sccm) is supplied for 0.25 s to 2 s. Further, Ta [N (CH 3 ) 2 ] 5 gasified together with the supplied Ar is supplied to the chamber 300.
次に、Ar供給工程(S104,S108)においては、Arの流量を0.84Pa・m3/s(500sccm)〜5.1Pa・m3/s(3000sccm)として、0.25s〜2s間供給する。Arの流量をTa[N(CH3)2]5より多くすることで、基板表面を十分置換することができる。基板表面を十分置換することで形成されるTaN膜の不純物を少なくすることができる。 Then, in the Ar supply step (S104, S108), the flow rate of Ar as 0.84Pa · m 3 /s(500sccm)~5.1Pa · m 3 / s (3000sccm), supplied between 0.25s~2s To do. By making the flow rate of Ar more than Ta [N (CH 3 ) 2 ] 5 , the substrate surface can be sufficiently replaced. By sufficiently replacing the substrate surface, impurities in the TaN film formed can be reduced.
NH3供給工程(S106)においては、NH3の流量を0.84Pa・m3/s(500sccm)〜5.1Pa・m3/s(3000sccm)として、0.25s〜2s間供給する。NH3の流量をTa[N(CH3)2]5より多くすることで、還元作用を促進し、形成されるTaN膜の不純物を少なくすることができる。 NH 3 in the supplying step (S106), the flow rate of NH 3 as 0.84Pa · m 3 /s(500sccm)~5.1Pa · m 3 / s (3000sccm), supplied between 0.25S~2s. By making the flow rate of NH 3 higher than Ta [N (CH 3 ) 2 ] 5 , the reduction action can be promoted and impurities in the formed TaN film can be reduced.
係る各工程(S102〜S108)を1サイクルとして20サイクル〜100サイクル繰り返すことで、1〜5nmの膜厚のTaN膜を得ることができる。 By repeating each of the steps (S102 to S108) as 20 cycles to 100 cycles, a TaN film having a thickness of 1 to 5 nm can be obtained.
図7は、ALD法において、TaN膜が形成される様子を説明するための概念図である。
図7(a)において、TaR20(Ta化合物)(本実施の形態では、Ta[N(CH3)2]5)を供給することにより、基体10にTaR20(Ta化合物)が吸着する。また、基体10の周辺には、吸着していないTaR20が浮遊する。
図7(b)において、Arを供給することにより、浮遊するTaR20が置換される。
図7(c)において、NH3を供給することにより基体10に吸着されたTaR20を還元してTaN膜22が形成される。
FIG. 7 is a conceptual diagram for explaining how a TaN film is formed in the ALD method.
In FIG. 7A, TaR20 (Ta compound) is adsorbed on the
In FIG. 7B, the floating
In FIG. 7C, by supplying NH 3 ,
図8は、Ta膜形成工程における各ガスの供給フローを示す図である。
上述したように、各工程(S110〜S116)を1サイクルとして繰り返すことで、所望する膜厚のTa膜を得ることができる。
FIG. 8 is a diagram showing a supply flow of each gas in the Ta film forming step.
As described above, a Ta film having a desired thickness can be obtained by repeating each step (S110 to S116) as one cycle.
本実施の形態におけるTaN膜形成工程の条件は、一例として、以下のようにした。
まず、基板ホルダの上に設置された基体10を所定の温度として250〜300℃に制御する。また、Ta[N(CH3)2]5,Ar供給工程(S110)とAr供給工程(S112,S116)との各工程では、各ガスが供給されている際のチャンバ300内の成膜圧力は、真空ポンプ330により133Pa(1Torr)以上1333Pa(10Torr)とする。
The conditions of the TaN film forming process in the present embodiment are as follows as an example.
First, the
Ta[N(CH3)2]5,Ar供給工程(S110)においては、Ta[N(CH3)2]5とArとの混合ガスとして、Arの流量を0.17Pa・m3/s(100sccm)〜1.7Pa・m3/s(1000sccm)として、0.25s〜2s間供給する。また、TaN膜の形成と同様に、暖められ溶融したTa[N(CH3)2]5内にArガスを供給することで、供給されたArと共にガス化したTa[N(CH3)2]5をチャンバ300に供給する。 In the Ta [N (CH 3 ) 2 ] 5 , Ar supply step (S110), the flow rate of Ar is 0.17 Pa · m 3 / s as a mixed gas of Ta [N (CH 3 ) 2 ] 5 and Ar. (100 sccm) to 1.7 Pa · m 3 / s (1000 sccm) is supplied for 0.25 s to 2 s. Similarly to the formation of the TaN film, by supplying Ar gas into the heated and melted Ta [N (CH 3 ) 2 ] 5 , gasified Ta [N (CH 3 ) 2 together with the supplied Ar. ] 5 is supplied to the chamber 300.
次に、Ar供給工程(S112,S116)においては、Arの流量を0.84Pa・m3/s(500sccm)〜5.1Pa・m3/s(3000sccm)として、0.25s〜2s間供給する。Arの流量をTa[N(CH3)2]5より多くすることで、基板表面を十分置換することができる。基板表面を十分置換することで形成されるTaN膜の不純物を少なくすることができる。 Then, in the Ar supply step (S112, S116), the flow rate of Ar as 0.84Pa · m 3 /s(500sccm)~5.1Pa · m 3 / s (3000sccm), supplied between 0.25s~2s To do. By making the flow rate of Ar more than Ta [N (CH 3 ) 2 ] 5 , the substrate surface can be sufficiently replaced. By sufficiently replacing the substrate surface, impurities in the TaN film formed can be reduced.
He/H2供給工程(S114)においては、Heが2〜10%、H2が90〜98%の混合ガスの流量を0.084Pa・m3/s(50sccm)〜0.84Pa・m3/s(500sccm)として、0.25s〜2s間供給する。また、ガスが供給されている際のチャンバ300内の成膜圧力は、真空ポンプ330により0.13Pa(10mTorr)以上1.3Pa(100mTorr)とする。プラズマ電力を300〜3000Wとする。He含有する混合ガスを流すことでプラズマを生成し、プラズマによりラジカルとなり還元作用が強くなったH2ラジカルによりTa[N(CH3)2]5を還元することができる。
In the He / H 2 supply step (S114), the flow rate of the mixed gas in which He is 2 to 10% and H 2 is 90 to 98% is 0.084 Pa · m 3 / s (50 sccm) to 0.84 Pa · m 3. / S (500 sccm) is supplied for 0.25 s to 2 s. The film forming pressure in the chamber 300 when the gas is supplied is set to 0.13 Pa (10 mTorr) or more and 1.3 Pa (100 mTorr) by the
係る各工程(S110〜S116)を1サイクルとして繰り返すことで、1〜5nmの膜厚のTa膜を得ることができる。 By repeating each step (S110 to S116) as one cycle, a Ta film having a thickness of 1 to 5 nm can be obtained.
図9は、ALD法において、Ta膜が形成される様子を説明するための概念図である。
図9(a)において、TaR20(Ta化合物)(本実施の形態では、Ta[N(CH3)2]5)を供給することにより、基体10にTaR20(Ta化合物)が吸着する。また、基体10の周辺には、吸着していないTaR20が浮遊する。
図9(b)において、Arを供給することにより、浮遊するTaR20が置換される。
図9(c)において、He/H2混合ガスを供給することにより基体10に吸着されたTaR20を還元してTa膜32が形成される。
FIG. 9 is a conceptual diagram for explaining how a Ta film is formed in the ALD method.
In FIG. 9A, TaR20 (Ta compound) is adsorbed on the
In FIG. 9B, the floating
In FIG. 9C, the
しかがって、上記工程により図3におけるTaN膜20の上に組成の異なるTa膜25が形成された10nm以下の超薄膜の積層膜を基板上に被膜性良く均一に形成することができる。言い換えれば、TaN膜20の上に、Ta[N(CH3)2]5のガスと前記Ta[N(CH3)2]5のガスを還元するHe/H2ガスとを用いてTa膜25を形成することで、バリアメタルの膜厚方向での組成を制御して多層膜とすることができる。そして、TaN膜20の上に、前記TaN膜20よりも窒素濃度が低い金属膜の一例であるTa膜25を形成することで、後述するその後に形成される導電性材料に対し、窒素濃度が高い前記TaN膜20で拡散防止性を向上させ、前記Ta膜25で密着性を向上させることができる。ここで、TaN膜20の形成工程とTa膜25の形成工程は連続しておこなうことが望ましい。大気に触れることで酸化するのを防止することができる。連続しておこなうには、チャンバ300から基体10を取り出すことなく、続けてTaN膜20の形成工程とTa膜25の形成工程をおこなうことが望ましい。チャンバ300から基体10を取り出さないことにより大気に暴露しないようにすることができる。
Accordingly, an ultra-thin laminated film having a thickness of 10 nm or less in which the
また、発明者等は、TaN膜20でCuの拡散防止を図るためには、1nm以上が望ましいことを見出した。また、Ta膜25でCuの密着性向上を図るためには、2〜5nm以上が望ましいことを見出した。よって、本実施の形態では、Ta膜25を1〜5nm形成するとしているが、2〜5nm形成する方がより望ましい。したがって、最小膜厚にすることによりできるだけバリアメタル膜全体を薄くするためには、Ta膜25とTaN膜20との比が2〜5倍になるように、Ta膜25の膜厚をTaN膜20の膜厚より大きく形成するのがより望ましい。しかしながら、これに限るものではなく、TaN膜20がCuの拡散防止ができる膜厚で形成されれば、その他の比率であっても構わない。例えば、TaN膜20が2nmの膜厚に対してTa膜25の膜厚を1〜2倍にしてもよい。だたし、できるだけバリアメタル膜全体を薄くするように形成することが望ましい。
The inventors have also found that 1 nm or more is desirable in order to prevent diffusion of Cu in the
図10は、図1のフローチャートに対応して実施される工程の後に実施される工程の要部を表す工程断面図である。
図10では、図3(h)に示すAr供給工程に続く、シード層形成工程から平坦化工程までを示している。
FIG. 10 is a process cross-sectional view illustrating a main part of a process performed after the process performed corresponding to the flowchart of FIG. 1.
FIG. 10 shows from the seed layer formation step to the planarization step following the Ar supply step shown in FIG.
図10(i)において、導電性材料堆積工程の一部としてのシード層形成工程として、スパッタ等の物理気相成長(PVD)法により、次の工程である電解めっき工程のカソード極となるCu薄膜をシード層30としてバリアメタル膜であるTa膜25が形成された開口部50内壁及び基体10表面に堆積(形成)させる。
In FIG. 10 (i), as a seed layer forming step as a part of the conductive material deposition step, Cu serving as a cathode electrode in the next electrolytic plating step is performed by physical vapor deposition (PVD) method such as sputtering. A thin film is deposited (formed) on the inner wall of the
図10(j)において、導電性材料堆積工程の一部としてのめっき工程として、シード層としてのCu薄膜をカソード極として、電解めっき等の電気気相成長(Electro chemical deposition:ECD法)により導電性材料からなる導電部としてのCu35を開口部50及び基体10表面に堆積させる。
In FIG. 10 (j), as a plating process as a part of the conductive material deposition process, a conductive film is formed by electro chemical deposition (ECD method) such as electrolytic plating using a Cu thin film as a seed layer as a cathode electrode.
図10(k)において、平坦化工程として、CMP法によってSiO2絶縁膜13の表面に堆積された導電部としての配線層となるCu35及びシード層30と、その下のバリアメタル層となるTa膜25とTaN膜20とを研磨除去することにより、図5(k)に表したような埋め込み構造を形成する。
In FIG. 10 (k), as a planarization step,
以上のように、本実施の形態に係る半導体装置は、基体10の上に配置された絶縁性材料を用いた絶縁層となる絶縁膜15と、前記絶縁層に配置された導電性材料Cuを用いた導電部となるCu35及びシード層30と、前記シード層30と前記絶縁性材料との間に配置された、各膜厚の最小寸法が10nmよりも小さく形成された第1と第2のバリアメタル薄膜部となるTa膜25とTaN膜20とを備えた。そして、Ta膜25とTaN膜20とを備え、密着性と拡散防止性を有する多層膜とすることで、密着性と拡散防止性を有するバリアメタルを備えた半導体装置を得ることができる。また、Ta膜25とTaN膜20との各膜厚の最小寸法が10nmよりも小さいことから従来と比べ配線抵抗やビア抵抗を低減させることができる。
As described above, the semiconductor device according to the present embodiment includes the insulating
本実施の形態では、Ta膜25の形成にHe/H2プラズマを用いているが、これに限るものではなく、例えば、Ar/H2プラズマ、ネオン(Ne)/H2プラズマ、クリプトン(Kr)/H2プラズマ、キセノン(Xe/H2プラズマ)、ラドン(Rn)/H2プラズマ等、他の不活性ガスを用いたプラズマでも同様の効果を期待できる。ただし、不活性ガスに用いる元素が重いとTa膜25にその元素が打ち込まれてしまう場合があるので、不活性ガスに用いる元素は、Heのように、より軽い元素の方が望ましい。
In the present embodiment, He / H 2 plasma is used to form the
また、本実施の形態では、拡散防止性を高める金属窒化膜として、TaN膜20を挙げたが、これに限るものではなく、例えば、WN膜、TiN膜、ZrN(窒化ジルコニウム)膜、MoN(窒化モリブデン)膜、TaCN膜、WCN膜、ZrCN(炭化窒化ジルコニウム)膜、MoCN(炭化窒化モリブデン)膜等の他の高融点金属窒化膜でも同様の効果を得ることができる。また、密着性を高める金属膜として、Ta膜25を挙げたが、これに限るものではなく、例えば、W(タングステン)膜、Ti(チタン)膜、Zr(ジルコニウム)膜、Mo(モリブデン)膜等のほかの高融点金属膜でも同様の効果を得ることができる。
In the present embodiment, the
さらに、金属窒化膜の金属と金属膜の金属とが異なる金属であっても同様の効果を得ることができる場合がある。 Further, the same effect may be obtained even if the metal of the metal nitride film is different from the metal of the metal film.
以上のように、本実施の形態では、ALD法を用いて、第1の金属を含む化合物とその化合物に対し還元性を有し窒素を含む化合物とを用いて、第1の金属の窒化物(ここでは、Cuに対する拡散防止性に優れるが密着性に乏しい高融点金属の窒素化合物)の薄膜を形成し、第1の金属の窒化物の薄膜の上に、第2の金属を含む化合物とその化合物に対し還元性を有するプラズマとを用いて、第2の金属の単元素(ここでは、乏しい密着性を補う高融点金属の単元素)の薄膜を形成する積層膜構造とすることで、金属元素と窒素との組成比を制御した積層構造薄膜を形成する。 As described above, in the present embodiment, a nitride of the first metal is used by using the ALD method and the compound containing the first metal and the compound that has a reducing property to the compound and contains nitrogen. A thin film of (a high melting point metal nitrogen compound having excellent anti-diffusion properties for Cu but poor adhesion), and a compound containing a second metal on the first metal nitride thin film; By using a plasma having reducibility with respect to the compound, a laminated film structure that forms a thin film of a single element of a second metal (here, a single element of a refractory metal that supplements poor adhesion), A laminated structure thin film in which the composition ratio of the metal element and nitrogen is controlled is formed.
実施の形態2.
図11は、実施の形態2における半導体装置の製造方法の要部を表すフローチャートである。図11では、実施の形態1と同様、特に、バリアメタルを形成するための工程を示している。
図11において、本実施の形態では、第1のバリアメタル膜としてのTaN膜を形成するために、Ta[N(CH3)2]5とArとを供給するTa[N(CH3)2]5,Ar供給工程(S102)、Arを供給するAr供給工程(S104)、NH3を供給するNH3供給工程(S106)、Arを供給するAr供給工程(S108)という一連の工程を1巡回或いは2巡回以上の複数回実施する。すなわち前記一連の工程を少なくとも1巡回実施する。
FIG. 11 is a flowchart showing a main part of the method of manufacturing a semiconductor device in the second embodiment. FIG. 11 shows a process for forming a barrier metal, in particular, as in the first embodiment.
In FIG. 11, in the present embodiment, Ta [N (CH 3 ) 2 that supplies Ta [N (CH 3 ) 2 ] 5 and Ar to form a TaN film as a first barrier metal film. ] 5, Ar supplying step (S102), Ar supply step of supplying a Ar (S104), NH supplies NH 3 3 supply step (S106), 1 a series of steps that Ar supply step of supplying a Ar (S108) Carry out multiple rounds of two or more rounds. That is, the series of steps is performed at least once.
そして、第2のバリアメタル膜としてのTaNx膜(ただし、x<1)を形成するために、Ta[N(CH3)2]5とArとを供給するTa[N(CH3)2]5,Ar供給工程(S110)、Arを供給するAr供給工程(S112)、N2(窒素)とH2(水素)とを供給するN2/H2供給工程(S214),Arを供給するAr供給工程(S116)という一連の工程を1巡回或いは2巡回以上の複数回実施する。すなわち前記一連の工程を少なくとも1巡回実施する。図11は、実施の形態1の図1におけるHe/H2供給工程(S114)が、N2/H2供給工程(S214)に代わった以外は図1と同様である。 Then, Ta [N (CH 3 ) 2 ] that supplies Ta [N (CH 3 ) 2 ] 5 and Ar to form a TaNx film (where x <1) is used as the second barrier metal film. 5 , Ar supply step (S110), Ar supply step (S112) for supplying Ar, N 2 / H 2 supply step (S214) for supplying N 2 (nitrogen) and H 2 (hydrogen), Ar is supplied A series of steps called Ar supply step (S116) is carried out a plurality of times, one round or two rounds. That is, the series of steps is performed at least once. FIG. 11 is the same as FIG. 1 except that the He / H 2 supply step (S114) in FIG. 1 of the first embodiment is replaced with an N 2 / H 2 supply step (S214).
図12は、図11のフローチャートに対応して実施される工程を表す工程断面図である。
ここで、図11におけるTaN膜(第1のバリアメタル薄膜の一例である)を形成するための第1のバリアメタル薄膜形成工程としてのTa[N(CH3)2]5,Ar供給工程(S102)からAr供給工程(S108)までは、図2と同様であるため省略する。
図12では、図11におけるTaNx膜(ただし、x<1)(第2のバリアメタル薄膜の一例である)を形成するための第2のバリアメタル薄膜形成工程として、Ta[N(CH3)2]5,Ar供給工程(S110)からAr供給工程(S116)までを示している。前記第2のバリアメタル薄膜形成工程は、前記第1のバリアメタル薄膜形成工程と同様に、原子層気相成長を用いておこなう。
また、図12(e)と図12(f)も図3(e)と図3(f)と同様であるため省略する。
FIG. 12 is a process sectional view showing a process performed corresponding to the flowchart of FIG.
Here, a Ta [N (CH 3 ) 2 ] 5 , Ar supply step (first barrier metal thin film forming step for forming the TaN film (an example of the first barrier metal thin film) in FIG. 11 ( The steps from S102) to Ar supply step (S108) are the same as those in FIG.
In FIG. 12, as a second barrier metal thin film formation step for forming the TaNx film (where x <1) (which is an example of the second barrier metal thin film) in FIG. 11, Ta [N (CH 3 ) 2 ] 5 , Ar supply process (S110) to Ar supply process (S116). The second barrier metal thin film forming step is performed using atomic layer vapor deposition, as in the first barrier metal thin film forming step.
Also, FIG. 12E and FIG. 12F are the same as FIG. 3E and FIG.
図12(g)において、N2/H2供給工程(第4ガス供給工程の一例である)として、Ta[N(CH3)2]5供給の後に、前記Ta[N(CH3)2]5が飽和吸着した基体10にTa[N(CH3)2]5を還元する前記N2/H2の混合ガス(第4のガスの一例である)を供給する。前記N2/H2ガスの基体10への供給は、基体10の上部から基体10へ照射するようにおこなう。ここでは、N2/H2ガスのプラズマ雰囲気に前記基体10を晒す。N2/H2ガスのプラズマ雰囲気に前記基体10を晒すことで、N2/H2ガスのラジカルが基体10の上部から基体10へ照射する。前記N2/H2ガスのラジカルが基体10に照射されることで、基体10表面及び開口部50の内面側(内壁)にN2/H2が吸着する。吸着は、飽和吸着させる。そして、飽和吸着されたN2ラジカルとH2ラジカルとが基体10表面及び開口部50の内面側(内壁)に飽和吸着されたTa[N(CH3)2]5を還元して、基体10表面及び開口部50の内面側(内壁)に多結晶に近いTaNx膜125(ただし、x<1)を形成する。
In FIG. 12 (g), N a 2 / H 2 supply process (fourth, which is an example of a gas supply step), Ta [N (CH 3 ) 2] after 5 supply, said Ta [N (CH 3) 2 ] The mixed gas of N 2 / H 2 (which is an example of the fourth gas) for reducing Ta [N (CH 3 ) 2 ] 5 is supplied to the
図12(h)において、Ar供給工程として、基体10に前記Arガスを供給する。前記Arガスの基体10への供給は、基体10の上部から基体10へ照射するようにおこなう。前記Arガスが基体10に照射されることで、基体10表面及び開口部50付近の雰囲気を置換する。置換することで必要以上のN2及びH2を除去することができる。
In FIG. 12H, the Ar gas is supplied to the
以上のように、Ta[N(CH3)2]5供給の後に、前記Ta[N(CH3)2]5の還元を前記基体10に供給する前記N2/H2ガスのプラズマ雰囲気で形成された窒素ラジカルと水素ラジカルとにより行なうALD法を用いて行われるため、Taに対する窒素の比が1以下の原子層レベルのTaNx(ただし、x<1)の薄膜を基体10上に被膜性良く(例えば、90%以上)、そして均一に形成することが可能となる。ここで、プラズマを用いないALD法の場合、実施の形態1及び本実施の形態2におけるTaN膜20を形成するような場合、還元をNH3のみで行なっているため窒化だけが生じる。しかしながら、プラズマを用いるALD法において本実施の形態2のように還元を窒素ラジカルと水素ラジカルとの2種類のラジカルにより行なう場合、窒素ラジカルによる窒化と、実施の形態1における水素ラジカルによる還元という窒化以外の反応も生じるため窒素の混入量をプラズマを用いないALD法の場合に比べ少なくすることができる。窒素の濃度は、窒素分圧、プラズマ電力、窒素供給流量等を制御することで任意の値に制御することができる。すなわち、従来ALD法において困難とされていた金属元素と窒素の組成比を制御した薄膜を形成することができる。
As described above, Ta [N (CH 3) 2] after 5 supply, said Ta [N (CH 3) 2 ] 5 reduced in the plasma atmosphere of the N 2 / H 2 gas supplied to the
本実施の形態におけるTa膜形成工程の条件は、一例として、以下のようにした。N2/H2供給工程(S214)以外は、実施の形態1と同様のため省略する。 As an example, the conditions of the Ta film forming step in the present embodiment are as follows. The steps other than the N 2 / H 2 supply step (S214) are the same as those in the first embodiment, and will be omitted.
N2/H2供給工程(S214)においては、N2が20〜50%、H2が50〜80%の混合ガスの流量を0.084Pa・m3/s(50sccm)〜0.84Pa・m3/s(500sccm)として、0.25s〜2s間供給する。また、ガスが供給されている際のチャンバ300内の成膜圧力は、真空ポンプ330により0.13Pa(10mTorr)以上1.3Pa(100mTorr)とする。プラズマ電力を300〜3000Wとする。He含有する混合ガスを流すことでプラズマを生成し、プラズマによりラジカルとなり還元作用が強くなったN2ラジカルとH2ラジカルによりTa[N(CH3)2]5を還元することができる。
In the N 2 / H 2 supply step (S214), the flow rate of the mixed gas in which N 2 is 20 to 50% and H 2 is 50 to 80% is set to 0.084 Pa · m 3 / s (50 sccm) to 0.84 Pa ·. as m 3 / s (500sccm), supplied between 0.25S~2s. The film forming pressure in the chamber 300 when the gas is supplied is set to 0.13 Pa (10 mTorr) or more and 1.3 Pa (100 mTorr) by the
図11における各工程(S110〜S116)を1サイクルとして繰り返すことで、膜厚が1〜5nmのTaNx膜125(ただし、x<1)を形成することができる。
しかがって、上記工程によりTaN膜20の上に組成の異なるTaNx膜125(ただし、x<1)が形成された10nm以下の超薄膜の積層膜を基板上に被膜性良く均一に形成することができる。言い換えれば、TaN膜20の上に、Ta[N(CH3)2]5のガスと前記Ta[N(CH3)2]5のガスを還元するN2/H2ガスとを用いてTaNx膜125(ただし、x<1)を形成することで、バリアメタルの膜厚方向での組成を制御して多層膜とすることができる。そして、TaN膜20の上に、前記TaN膜20よりも窒素濃度が低い金属膜の一例であるTaNx膜125(ただし、x<1)を形成することで、後述するその後に形成される導電性材料に対し、窒素濃度が高い前記TaN膜20で拡散防止性を向上させ、前記TaNx膜125(ただし、x<1)で密着性を向上させることができる。
By repeating each step (S110 to S116) in FIG. 11 as one cycle, a TaNx film 125 (where x <1) having a film thickness of 1 to 5 nm can be formed.
Therefore, an ultra-thin laminated film of 10 nm or less in which a TaNx film 125 (where x <1) having a different composition is formed on the
図13は、図11のフローチャートに対応して実施される工程の後に実施される工程の要部を表す工程断面図である。
図13では、図12(h)に示すAr供給工程に続く、シード層形成工程から平坦化工程までを示している。
FIG. 13 is a process cross-sectional view illustrating a main part of a process performed after the process performed corresponding to the flowchart of FIG. 11.
FIG. 13 shows from the seed layer formation step to the planarization step following the Ar supply step shown in FIG.
図13(i)において、導電性材料堆積工程の一部としてのシード層形成工程として、スパッタ等の物理気相成長(PVD)法により、次の工程である電解めっき工程のカソード極となるCu薄膜をシード層30としてバリアメタル膜であるTaNx膜125(ただし、x<1)が形成された開口部50内壁及び基体10表面に堆積(形成)させる。
In FIG. 13 (i), as a seed layer forming step as a part of the conductive material deposition step, Cu serving as a cathode electrode in the next electrolytic plating step is performed by physical vapor deposition (PVD) method such as sputtering. A thin film is deposited (formed) on the inner wall of the
図13(j)において、導電性材料堆積工程の一部としてのめっき工程として、シード層としてのCu薄膜をカソード極として、電解めっき等の電気気相成長により導電性材料からなる導電部としてのCu35を開口部50及び基体10表面に堆積させる。
In FIG. 13 (j), as a plating process as a part of the conductive material deposition process, a Cu thin film as a seed layer is used as a cathode electrode, and a conductive part made of a conductive material by electro-vapor deposition such as electrolytic plating.
図13(k)において、平坦化工程として、CMP法によってSiO2絶縁膜13の表面に堆積された導電部としての配線層となるCu35及びシード層30と、その下のバリアメタル層となるTaNx膜125(ただし、x<1)とTaN膜20とを研磨除去することにより、図13(k)に表したような埋め込み構造を形成する。
In FIG. 13 (k), as a planarization step,
以上のように、本実施の形態に係る半導体装置は、基体10の上に配置された絶縁性材料を用いた絶縁層となる絶縁膜15と、前記絶縁層に配置された導電性材料Cuを用いた導電部となるCu35及びシード層30と、前記シード層30と前記絶縁性材料との間に配置された、各膜厚の最小寸法が10nmよりも小さく形成された第1と第2のバリアメタル薄膜部となるTaNx膜125(ただし、x<1)とTaN膜20とを備えた。そして、TaNx膜125(ただし、x<1)とTaN膜20とを備え、密着性と拡散防止性を有する多層膜とすることで、密着性と拡散防止性を有するバリアメタルを備えた半導体装置を得ることができる。また、TaNx膜125(ただし、x<1)とTaN膜20との各膜厚の最小寸法が10nmよりも小さいことから従来と比べ配線抵抗やビア抵抗を低減させることができる。
As described above, the semiconductor device according to the present embodiment includes the insulating
実施の形態3.
上記各実施の形態では、図4に示す平行平板型の装置350により成膜しているが、かかる装置に限られず、他のプラズマ成膜装置であってもよい。
図14は、リモートプラズマ装置の概念図である。
図4に示す装置350では、基体10表面に近い位置でプラズマが生成されるが、基体10表面に近い位置でプラズマが生成されるとラジカルが基体10表面に強く衝突し、基体10に損傷を与えるおそれもある。これに対し、図14示す装置450では、基板ホルダー410に配置された基体10表面から遠く、チャンバ400にガスが供給される前の位置でプラズマが生成されるため、ラジカルが基体10に与える損傷を小さくすることができる。
Embodiment 3 FIG.
In each of the above embodiments, the film is formed by the parallel
FIG. 14 is a conceptual diagram of a remote plasma apparatus.
In the
以上のように、多孔質の絶縁性材料という孔への拡散防止が必要となる絶縁膜に対し、TaN膜20とTa膜25或いはTaNx膜125(ただし、x<1)とを形成し、TaN膜20とTa膜25或いはTaNx膜125(ただし、x<1)とでCuの密着性と拡散防止性を向上できれば、低誘電率の多孔質の絶縁性材料を絶縁膜に用いることができるようになる。低誘電率の多孔質の絶縁性材料を絶縁膜に用いることができるようになることから配線間容量を小さくすることができる。配線間容量を小さくすることができることから配線での遅延定数を小さくすることができる。よって、素子動作を高速化することができる。
As described above, the
ここで、上記各実施の形態における配線層の材料として、Cu35以外に、Cu−Sn合金、Cu−Ti合金、Cu−Al合金等の、半導体産業で用いられるCuを主成分とする材料を用いて同様の効果が得られる。またさらに、Cu系材料ではなく、アルミニウム(Al)やタングステン(W)等を主成分とする半導体産業で用いられる他の金属材料を用いた場合も、同様の効果が得られる。 Here, as a material for the wiring layer in each of the above embodiments, a material mainly composed of Cu used in the semiconductor industry, such as a Cu—Sn alloy, a Cu—Ti alloy, a Cu—Al alloy, etc., is used in addition to Cu35. The same effect can be obtained. Furthermore, the same effect can be obtained by using other metal materials used in the semiconductor industry whose main components are aluminum (Al), tungsten (W), etc., instead of Cu-based materials.
なお、多層配線構造などを形成する場合には、図2、図3、図5、図7、図8において基体10は、下層の配線層と絶縁膜とが形成されたものである。
In the case of forming a multilayer wiring structure or the like, the
上記実施の形態においては、配線溝或いはビア孔をダマシン法によりCu配線を形成する手法を記載したが、配線溝及び配線溝の下部のビア孔に一度で配線材料となるCuを堆積(埋め込み)させるデュアルダマシン法においても、同様の効果を得ることができる。 In the above embodiment, a method of forming a Cu wiring in a wiring groove or a via hole by a damascene method has been described. However, Cu serving as a wiring material is deposited (embedded) in the wiring groove and a via hole under the wiring groove at a time. Similar effects can be obtained in the dual damascene method.
上記各実施の形態においては、多孔質絶縁膜12の材料としては、多孔質誘電体薄膜材料としてのMSQに限らず、他の多孔質無機絶縁体膜材料、多孔質有機絶縁体膜材料を用いても同様の効果を得ることができる。
特に、多孔質の低誘電率材料に上記各実施の形態を適用した場合には、上述の如く顕著な効果が得られる。上記各実施の形態において多孔質絶縁膜12の材料として用いることができるものとしては、例えば、各種のシルセスキオキサン化合物、ポリイミド、炭化フッ素(fluorocarbon)、パリレン(parylene)、ベンゾシクロブテンをはじめとする各種の絶縁性材料を挙げることができる。
In each of the above embodiments, the material of the porous insulating
In particular, when the above-described embodiments are applied to a porous low dielectric constant material, a remarkable effect can be obtained as described above. Examples of materials that can be used as the material of the porous insulating
以上、具体例を参照しつつ各実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。 The embodiments have been described above with reference to specific examples. However, the present invention is not limited to these specific examples.
例えば、各実施の形態で層間絶縁膜が形成された基体10は、図示しない各種の半導体素子あるいは構造を有するものとすることができる。また、半導体基板ではなく、層間絶縁膜と配線層とを有する配線構造の上に、さらに層間絶縁膜を形成してもよい。開口部も半導体基板が露出するように形成してもよいし、配線構造の上に形成してもよい。
For example, the
さらに、層間絶縁膜の膜厚や、開口部50のサイズ、形状、数などについても、半導体集積回路や各種の半導体素子において必要とされるものを適宜選択して用いることができる。
Furthermore, as for the film thickness of the interlayer insulating film and the size, shape, number, and the like of the
その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての半導体装置の製造方法は、本発明の範囲に包含される。 In addition, any semiconductor device manufacturing method that includes the elements of the present invention and whose design can be changed as appropriate by those skilled in the art is included in the scope of the present invention.
また、説明の簡便化のために、半導体産業で通常用いられる手法、例えば、フォトリソグラフィプロセス、処理前後のクリーニング等は省略しているが、それらの手法が含まれることは言うまでもない。 In addition, for the sake of simplicity of explanation, techniques usually used in the semiconductor industry, such as a photolithography process, cleaning before and after processing, are omitted, but it goes without saying that these techniques are included.
10 基体
11 SiC絶縁膜
12 多孔質絶縁膜
13 SiO2絶縁膜
15 絶縁膜
20,22 TaN膜
25,32 Ta膜
30 シード層
35 Cu
50 開口部
125 TaNx膜
200 基体
220 層間絶縁膜
240 バリアメタル層
260 Cu層
300 チャンバ
310 下部電極
320 上部電極
330 真空ポンプ
350 装置
400 チャンバ
410 基板ホルダー
450 装置
10
50
Claims (7)
前記基体を大気に暴露することなく、前記第1のバリアメタル薄膜形成工程により形成された第1のバリアメタル薄膜の上に、第3のガスと前記第3のガスを還元する第4のガスとを用いて第2のバリアメタル薄膜を形成する第2のバリアメタル薄膜形成工程と、
を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。 A first barrier metal thin film forming step of forming a first barrier metal thin film on a substrate using a first gas and a second gas for reducing the first gas;
A fourth gas that reduces the third gas and the third gas on the first barrier metal thin film formed by the first barrier metal thin film forming step without exposing the substrate to the atmosphere. A second barrier metal thin film forming step of forming a second barrier metal thin film using
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記基体に、前記第1のガスを供給する第1のガス供給工程と、
前記第1のガス供給工程の後に、前記第2のガスを前記基体に供給する第2のガス供給工程と
を有し、
前記第1のバリアメタル薄膜形成工程において、前記第1のガス供給工程と第2のガス供給工程とを繰り返すことにより、所定の膜厚の第1のバリアメタル薄膜を形成し、
前記第2のバリアメタル薄膜形成工程は、
前記第2のガス供給工程の後に、前記第3のガスを前記基体に供給する第3のガス供給工程と、
前記第3のガス供給工程の後に、前記第4のガスを前記基体に供給する第4のガス供給工程と、
を有し、
前記第2のバリアメタル薄膜形成工程において、前記第3のガス供給工程と第4のガス供給工程とを繰り返すことにより、前記所定の膜厚の第1のバリアメタル薄膜よりも大きい膜厚の第2のバリアメタル薄膜を形成することを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。 The first barrier metal thin film forming step includes:
A first gas supply step of supplying the first gas to the substrate;
A second gas supply step for supplying the second gas to the substrate after the first gas supply step;
In the first barrier metal thin film forming step, by repeating the first gas supply step and the second gas supply step, a first barrier metal thin film having a predetermined thickness is formed,
The second barrier metal thin film forming step includes
A third gas supply step for supplying the third gas to the substrate after the second gas supply step;
A fourth gas supply step for supplying the fourth gas to the substrate after the third gas supply step;
Have
In the second barrier metal thin film forming step, by repeating the third gas supply step and the fourth gas supply step, the first barrier metal thin film having a thickness larger than that of the first barrier metal thin film having the predetermined thickness is obtained. 2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein two barrier metal thin films are formed.
前記第2のバリアメタル薄膜形成工程において、原子層気相成長法を用いて前記2のバリアメタル薄膜を形成することを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。 In the first barrier metal thin film formation step, the first barrier metal thin film is formed using atomic layer vapor deposition.
2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the second barrier metal thin film is formed by atomic layer vapor deposition in the second barrier metal thin film forming step.
前記第1のバリアメタル薄膜形成工程は、前記絶縁膜の表面に前記第1のバリアメタル薄膜を形成することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法。 The base is provided with an insulating film using a porous insulating material,
5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein in the first barrier metal thin film forming step, the first barrier metal thin film is formed on a surface of the insulating film. .
前記第2のバリアメタル薄膜形成工程において、前記第2のバリアメタル薄膜として、前記第1のバリアメタル薄膜よりも窒素濃度が低い金属膜を形成することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法。 In the first barrier metal thin film forming step, a metal nitride film is formed as the first barrier metal thin film,
6. The metal film having a nitrogen concentration lower than that of the first barrier metal thin film is formed as the second barrier metal thin film in the second barrier metal thin film forming step. A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1.
前記絶縁層に配置された配線材料を用いた配線部と、
前記配線部と前記絶縁性材料との間に配置された、各膜厚の最小寸法が10nmよりも小さく形成された第1と第2のバリアメタル薄膜部と、
を備えたことを特徴とする半導体装置。
An insulating layer using an insulating material disposed on the substrate;
A wiring portion using a wiring material disposed in the insulating layer;
First and second barrier metal thin film portions disposed between the wiring portion and the insulating material and having a minimum dimension of each film thickness smaller than 10 nm;
A semiconductor device comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004008418A JP2005203569A (en) | 2004-01-15 | 2004-01-15 | Fabrication process of semiconductor device and semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004008418A JP2005203569A (en) | 2004-01-15 | 2004-01-15 | Fabrication process of semiconductor device and semiconductor device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005203569A true JP2005203569A (en) | 2005-07-28 |
JP2005203569A5 JP2005203569A5 (en) | 2006-10-19 |
Family
ID=34821765
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004008418A Pending JP2005203569A (en) | 2004-01-15 | 2004-01-15 | Fabrication process of semiconductor device and semiconductor device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2005203569A (en) |
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2006093258A1 (en) * | 2005-03-03 | 2006-09-08 | Ulvac, Inc. | Method for forming tantalum nitride film |
WO2006093260A1 (en) * | 2005-03-03 | 2006-09-08 | Ulvac, Inc. | Method for forming tantalum nitride film |
WO2006093263A1 (en) * | 2005-03-03 | 2006-09-08 | Ulvac, Inc. | Method for forming tantalum nitride film |
WO2006093261A1 (en) * | 2005-03-03 | 2006-09-08 | Ulvac, Inc. | Method for forming tantalum nitride film |
WO2006093259A1 (en) * | 2005-03-03 | 2006-09-08 | Ulvac, Inc. | Method for forming tantalum nitride film |
WO2006093262A1 (en) * | 2005-03-03 | 2006-09-08 | Ulvac, Inc. | Method for forming tantalum nitride film |
JP2007211326A (en) * | 2006-02-13 | 2007-08-23 | Nec Electronics Corp | Film deposition apparatus and film deposition method |
JP2010153487A (en) * | 2008-12-24 | 2010-07-08 | Panasonic Corp | Semiconductor device, and method for manufacturing the same |
KR20110104989A (en) * | 2009-02-02 | 2011-09-23 | 에이에스엠 아메리카, 인코포레이티드 | Plasma-enhanced atomic layer deposition of conductive material over dielectric layers |
JP2012074714A (en) * | 2011-11-14 | 2012-04-12 | Toshiba Corp | Method of manufacturing semiconductor device |
US8158197B2 (en) | 2005-03-03 | 2012-04-17 | Ulvac, Inc. | Method for forming tantalum nitride film |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001053077A (en) * | 1999-08-13 | 2001-02-23 | Hitachi Ltd | Semiconductor integrated circuit device and its manufacture |
JP2002329680A (en) * | 2001-03-27 | 2002-11-15 | Sharp Corp | Multilayered barrier-metal thin film for copper interconnect by alcvd |
JP2007502551A (en) * | 2003-06-13 | 2007-02-08 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | Integration of ALD tantalum nitride for copper metallization |
-
2004
- 2004-01-15 JP JP2004008418A patent/JP2005203569A/en active Pending
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001053077A (en) * | 1999-08-13 | 2001-02-23 | Hitachi Ltd | Semiconductor integrated circuit device and its manufacture |
JP2002329680A (en) * | 2001-03-27 | 2002-11-15 | Sharp Corp | Multilayered barrier-metal thin film for copper interconnect by alcvd |
JP2007502551A (en) * | 2003-06-13 | 2007-02-08 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | Integration of ALD tantalum nitride for copper metallization |
Cited By (26)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8158198B2 (en) | 2005-03-03 | 2012-04-17 | Ulvac, Inc. | Method for forming tantalum nitride film |
WO2006093263A1 (en) * | 2005-03-03 | 2006-09-08 | Ulvac, Inc. | Method for forming tantalum nitride film |
US8796142B2 (en) | 2005-03-03 | 2014-08-05 | Ulvac, Inc. | Method for forming tantalum nitride film |
WO2006093258A1 (en) * | 2005-03-03 | 2006-09-08 | Ulvac, Inc. | Method for forming tantalum nitride film |
WO2006093259A1 (en) * | 2005-03-03 | 2006-09-08 | Ulvac, Inc. | Method for forming tantalum nitride film |
WO2006093262A1 (en) * | 2005-03-03 | 2006-09-08 | Ulvac, Inc. | Method for forming tantalum nitride film |
JP2006241524A (en) * | 2005-03-03 | 2006-09-14 | Ulvac Japan Ltd | Method for depositing tantalum nitride film |
JP2006241523A (en) * | 2005-03-03 | 2006-09-14 | Ulvac Japan Ltd | Method for depositing tantalum nitride film |
JP2006241521A (en) * | 2005-03-03 | 2006-09-14 | Ulvac Japan Ltd | Method for depositing tantalum nitride film |
JP2006241520A (en) * | 2005-03-03 | 2006-09-14 | Ulvac Japan Ltd | Method for depositing tantalum nitride film |
JP2006241522A (en) * | 2005-03-03 | 2006-09-14 | Ulvac Japan Ltd | Method for depositing tantalum nitride film |
JP2006241525A (en) * | 2005-03-03 | 2006-09-14 | Ulvac Japan Ltd | Method for depositing tantalum nitride film |
US8158197B2 (en) | 2005-03-03 | 2012-04-17 | Ulvac, Inc. | Method for forming tantalum nitride film |
WO2006093260A1 (en) * | 2005-03-03 | 2006-09-08 | Ulvac, Inc. | Method for forming tantalum nitride film |
WO2006093261A1 (en) * | 2005-03-03 | 2006-09-08 | Ulvac, Inc. | Method for forming tantalum nitride film |
US8105468B2 (en) | 2005-03-03 | 2012-01-31 | Ulvac, Inc. | Method for forming tantalum nitride film |
US8679253B2 (en) | 2006-02-13 | 2014-03-25 | Renesas Electronics Corporation | Deposition apparatus and method for depositing film |
JP2007211326A (en) * | 2006-02-13 | 2007-08-23 | Nec Electronics Corp | Film deposition apparatus and film deposition method |
US8310052B2 (en) | 2008-12-24 | 2012-11-13 | Panasonic Corporation | Semiconductor device and method for manufacturing same |
JP2010153487A (en) * | 2008-12-24 | 2010-07-08 | Panasonic Corp | Semiconductor device, and method for manufacturing the same |
US9466574B2 (en) | 2009-02-02 | 2016-10-11 | Asm America, Inc. | Plasma-enhanced atomic layer deposition of conductive material over dielectric layers |
KR20110104989A (en) * | 2009-02-02 | 2011-09-23 | 에이에스엠 아메리카, 인코포레이티드 | Plasma-enhanced atomic layer deposition of conductive material over dielectric layers |
JP2012517101A (en) * | 2009-02-02 | 2012-07-26 | エーエスエム アメリカ インコーポレイテッド | Plasma-enhanced atomic layer deposition on dielectric layers of conducting materials |
TWI508175B (en) * | 2009-02-02 | 2015-11-11 | Asm Inc | Method of forming integrated circuit and method of forming gate electrode |
KR101648062B1 (en) | 2009-02-02 | 2016-08-12 | 에이에스엠 아메리카, 인코포레이티드 | Plasma-enhanced atomic layer deposition of conductive material over dielectric layers |
JP2012074714A (en) * | 2011-11-14 | 2012-04-12 | Toshiba Corp | Method of manufacturing semiconductor device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10056328B2 (en) | Ruthenium metal feature fill for interconnects | |
KR102036245B1 (en) | Doped tantalum nitride for copper barrier applications | |
TWI827553B (en) | Ruthenium metal feature fill for interconnects | |
JP2008187072A (en) | Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device | |
JP2009231497A (en) | Semiconductor device and manufacturing method therefor | |
US10224275B2 (en) | Copper interconnect structures | |
JP2009194072A (en) | Method of manufacturing semiconductor device | |
JP2010199601A (en) | Semiconductor device | |
JP2023182638A (en) | Seed layers for copper interconnection | |
JP2005203569A (en) | Fabrication process of semiconductor device and semiconductor device | |
JP5025679B2 (en) | Semiconductor device | |
JP3271756B2 (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
JP2014041946A (en) | Method of manufacturing semiconductor device and semiconductor device | |
JP2006024668A (en) | Process for fabricating semiconductor device | |
JP2009010016A (en) | Wiring forming method, and semiconductor device manufacturing method | |
KR20070066426A (en) | Method of forming metal line in semiconductor device | |
JP4447433B2 (en) | Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device | |
JP2011252218A (en) | Method for fabricating electronic component and electro-plating apparatus | |
JP2005203568A (en) | Fabrication process of semiconductor device, and semiconductor device | |
JP2006060011A (en) | Method of manufacturing semiconductor device | |
JP2009117673A (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
JP2006147895A (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
JP2012074714A (en) | Method of manufacturing semiconductor device | |
JP2005311087A (en) | Formation method of aluminum wiring | |
JP2006024666A (en) | Process for fabricating semiconductor device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20050509 |
|
RD01 | Notification of change of attorney |
Effective date: 20050621 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421 |
|
A521 | Written amendment |
Effective date: 20060831 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20061208 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20080416 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Effective date: 20100831 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20101028 |
|
A02 | Decision of refusal |
Effective date: 20110913 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |