JP2007329245A - Processing method and processing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば、半導体装置に用いられる金属の表面に形成された酸化物を除去する処理方法および処理装置に関する。 The present invention relates to a processing method and a processing apparatus for removing an oxide formed on a surface of a metal used for a semiconductor device, for example.
近時、半導体デバイスの高速化、配線パターンの微細化、高集積化の要求に対応して、配線間の容量の低下ならびに配線の導電性向上およびエレクトロマイグレーション耐性の向上が求められており、それに対応した技術として、配線材料にアルミニウム(Al)やタングステン(W)よりも導電性が高くかつエレクトロマイグレーション耐性に優れている銅(Cu)を用い、層間絶縁膜として低誘電率膜(Low−k膜)を用いたCu多層配線技術が注目されている。 Recently, in response to demands for higher speeds of semiconductor devices, finer wiring patterns, and higher integration, there has been a demand for lower capacitance between wirings, improved wiring conductivity, and improved electromigration resistance. As a corresponding technology, copper (Cu), which has higher conductivity than aluminum (Al) and tungsten (W) and has excellent electromigration resistance, is used as a wiring material, and a low dielectric constant film (Low-k) is used as an interlayer insulating film. Cu multilayer wiring technology using a film) has attracted attention.
Cu多層配線形成工程では、下層のCu配線にビアコンタクトをとるためにビアホールに金属を埋め込むが、Cuは酸化されやすいためその表面に容易に酸化物が形成される。表面に酸化物が存在したままでは良好なコンタクトをとることができないことからCuとのコンタクト形成前にはCuの表面酸化層を除去し、配線抵抗を低減する必要がある。 In the Cu multilayer wiring formation step, a metal is buried in the via hole in order to make a via contact with the lower Cu wiring. However, since Cu is easily oxidized, an oxide is easily formed on the surface thereof. Since a good contact cannot be obtained if the oxide remains on the surface, it is necessary to remove the Cu surface oxide layer and reduce the wiring resistance before forming the contact with Cu.
酸化銅を除去する技術として、特許文献1には水蒸気を用いる方法が開示されている。この技術では、酸化銅の標準生成ギプスエネルギーが水蒸気のそれよりも小さいことを利用して水蒸気により酸化銅を除去するとともに、表面に付着しているような炭素、フッ素などの除去を同時に行うことができる。
As a technique for removing copper oxide,
しかしながら、特許文献1に記載された技術では、処理対象である半導体ウエハを300℃以上の高温に加熱する必要があるため、Cu配線やLow−k膜にダメージを与えるおそれがある。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、水蒸気を含む処理ガスを用いて、下地の金属やその近傍の部位にダメージを与えない温度で金属の表面に形成された酸化物を除去することができる処理方法および処理装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and removes an oxide formed on the surface of a metal at a temperature that does not damage the underlying metal or its nearby portion by using a processing gas containing water vapor. It is an object of the present invention to provide a processing method and a processing apparatus that can be used.
上記課題を解決するため、本発明の第1の観点では、水蒸気と水蒸気よりも酸化膜に対する除去能の高い除去補助物質とを含む処理ガスを表面に酸化膜が形成された金属部分を有する被処理体に接触させ、前記酸化膜を除去することを特徴とする処理方法を提供する。 In order to solve the above problems, according to a first aspect of the present invention, a process gas containing water vapor and a removal auxiliary substance having a higher ability to remove oxide film than water vapor is coated with a metal portion having a metal portion on which an oxide film is formed. Provided is a processing method characterized by contacting the processing body and removing the oxide film.
上記第1の観点において、典型例として前記金属部分は銅からなり前記酸化膜は酸化銅であるものを挙げることができ、より具体的には前記被処理体は半導体ウエハを挙げることができる。 In the first aspect, as a typical example, the metal portion can be made of copper and the oxide film can be made of copper oxide. More specifically, the object to be processed can be a semiconductor wafer.
前記除去補助物質としては、炭素を挙げることができる。この場合に、前記処理ガスとしては、前記除去補助物質である炭素を水蒸気に曝露して生成させたものを挙げることができる。このような炭素を曝露する水蒸気は800℃以上であることが好ましい。また、前記炭素へ水蒸気をバブリングすることで、前記炭素を水蒸気に曝露することができる。前記処理ガスに含まれる除去補助物質は、アルケンを含むものを挙げることができ、この場合には、前記処理ガスとしては、さらに、ジボラン、過酸化水素、およびアンモニアまたはアミンを含むもの、または、さらに、オゾンを含むものを用いることができる。さらに、前記処理ガスに含まれる前記除去補助物質としては、アセタールを含むもの、エポキシドを含むもの、アルコキシドを含むもの、アルキンを含むものを用いることができる。 Examples of the removal auxiliary substance include carbon. In this case, examples of the processing gas include a gas produced by exposing carbon as the removal auxiliary substance to water vapor. It is preferable that the water vapor to which such carbon is exposed is 800 ° C. or higher. Moreover, the said carbon can be exposed to water vapor | steam by bubbling water vapor | steam to the said carbon. Examples of the removal auxiliary substance contained in the processing gas include those containing alkene. In this case, the processing gas further contains diborane, hydrogen peroxide, and ammonia or amine, or Furthermore, what contains ozone can be used. Furthermore, as the removal auxiliary substance contained in the processing gas, one containing acetal, one containing epoxide, one containing alkoxide, or one containing alkyne can be used.
本発明の第2の観点では、表面に酸化膜が形成された金属部分を有する被処理体を収容する処理容器と、前記処理容器内に水蒸気と水蒸気よりも酸化膜に対する除去能の高い除去補助物質とを含む処理ガスを供給する処理ガス供給機構とを具備し、前記処理容器内に前記処理ガスを供給して被処理体の金属部分の表面に形成された酸化膜に接触させることにより当該酸化膜を除去することを特徴とする処理装置を提供する。 In the second aspect of the present invention, a processing container containing a target object having a metal portion having an oxide film formed on the surface thereof, and removal assistance having a higher ability to remove oxide film than water vapor and water vapor in the processing container. A processing gas supply mechanism for supplying a processing gas containing a substance, and supplying the processing gas into the processing container to bring it into contact with an oxide film formed on the surface of the metal portion of the object to be processed A processing apparatus for removing an oxide film is provided.
上記第2の観点において、前記処理容器内を排気する排気機構をさらに具備し、前記処理容器内を排気して減圧雰囲気としつつ前記酸化膜の除去を行うようにすることができる。また、被処理体の金属部分の表面に形成された酸化膜が除去されるように、前記処理ガス供給部による処理ガスの供給を制御する制御部をさらに具備することができる。また、前記処理容器内で被処理体を加熱する加熱機構をさらに有してもよい。 In the second aspect, an exhaust mechanism for exhausting the inside of the processing container may be further provided, and the oxide film may be removed while exhausting the inside of the processing container to form a reduced pressure atmosphere. In addition, the apparatus may further include a control unit that controls the supply of the processing gas by the processing gas supply unit so that the oxide film formed on the surface of the metal portion of the object to be processed is removed. Moreover, you may further have a heating mechanism which heats a to-be-processed object within the said processing container.
本発明によれば、水蒸気と水蒸気よりも酸化膜に対する除去能の高い除去補助物質とを含む気体を金属表面に形成された酸化物に接触させるので、水蒸気による除去と除去補助物質による除去との相乗効果により、水蒸気単独の場合よりもより低温で金属酸化物を除去することができる。 According to the present invention, since the gas containing water vapor and the removal auxiliary substance having a higher ability to remove the oxide film than water vapor is brought into contact with the oxide formed on the metal surface, the removal by the water vapor and the removal by the removal auxiliary substance are performed. Due to the synergistic effect, the metal oxide can be removed at a lower temperature than in the case of water vapor alone.
以下、本発明の実施形態について説明する。
図1(a)〜(f)は、本発明の第1の実施形態に係る処理方法を示す工程断面図である。まず、Si基板1上に、層間絶縁膜として低誘電率膜(Low−k膜)3を形成し、このLow−k膜3の上にハードマスク膜6を形成した後、フォトリソグラフィによりパターン化したレジスト膜(図示せず)をマスクとしてハードマスク膜6をエッチングしてハードマスクを形成し、さらにレジスト膜およびハードマスクをエッチングマスクとしてLow−k膜3をエッチングして溝を形成し、その溝にバリアメタル膜4およびCu膜5を形成し、バリアメタル膜4、Cu膜5、ハードマスク膜6の上にエッチストッパ膜7、Low−k膜8およびハードマスク膜9を順次形成して図1の(a)に示す構造の半導体ウエハ(以下、単にウエハと記す)を形成する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
1A to 1F are process cross-sectional views illustrating a processing method according to the first embodiment of the present invention. First, a low dielectric constant film (Low-k film) 3 is formed on the
次に、フォトリソグラフィによりパターン化したレジスト膜(図示せず)をマスクとしてハードマスク膜9をエッチングしてハードマスクを形成し、さらにレジスト膜およびハードマスクをエッチングマスクとしてLow−k膜8およびエッチストッパ膜7をエッチングして図1の(b)に示すようなビアホール10を形成する。
Next, the
このようにビアホール10が開孔され、酸化雰囲気に曝されると、Cuは酸化されやすいことから、Cu膜5の上には直ちに図1の(c)に示すような表面酸化膜11が形成される。このように酸化膜が形成されると、良好なコンタクトをとることができないことからCuとのコンタクト形成前にはCu膜5の表面酸化膜11を除去し、配線抵抗を低減させる必要がある。
When the
そこで、本実施形態では、図1の(d)に示すように、この表面酸化膜11を以下に詳細に説明するように水蒸気および除去補助物質からなる処理ガスにより除去し、図1の(e)に示すように、酸化膜が存在しない状態とする。
Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 1D, the
その後、図1の(f)に示すように、ビアホール10にバリアメタル膜12を形成し、さらに埋め込み金属としてCu膜13を埋め込んでビアコンタクトを形成する。
Thereafter, as shown in FIG. 1F, a
次に、上記表面酸化膜の除去処理について具体的に説明する。
本実施形態では、図1の(c)のようにCu膜5に表面酸化膜11が形成された状態のウエハに対し、図1の(d)に示すように水蒸気と水蒸気よりも酸化膜に対する除去能の高い除去補助物質を含む処理ガスをその表面に接触させることにより、Cu膜5の表面に形成された表面酸化膜11を除去して表面酸化膜が存在しない状態とする。
Next, the removal process of the surface oxide film will be specifically described.
In this embodiment, a wafer in which the
ここで処理ガスに含まれる除去補助物質は、その物質自体が水蒸気よりも酸化銅に対する除去能が高いものであっても、水蒸気よりも酸化銅に対する除去能が高い物質を生成するものであってもよい。この場合には、反応によって生成された除去能が高い物質も除去補助物質として機能する。 Here, the removal auxiliary substance contained in the processing gas is a substance that generates a substance having a higher removal ability for copper oxide than water vapor, even if the substance itself has a higher removal ability for copper oxide than water vapor. Also good. In this case, a substance having a high removal ability produced by the reaction also functions as a removal auxiliary substance.
このような除去補助物質としては炭素が例示される。この場合に、処理ガスとしては、例えば、除去補助物質である炭素を水蒸気に曝露して生成させたガスを用いることができる。炭素を曝露する水蒸気は800℃以上であることが好ましい。また、この場合に、例えば、炭素へ水蒸気をバブリングすることで、炭素を水蒸気に曝露することが考えられる。これにより、水と炭素との反応により水蒸気よりも除去能の高い一酸化炭素ガスが生成され、これにより水蒸気による除去反応を補助して、水蒸気単独の場合よりも除去反応の反応性を高めることができ、300℃よりも低い温度で表面酸化膜11を除去することができる。この場合には、バブリングして生成されたガスが300℃よりも低い温度でウエハに供給されるように冷却すればよい。
An example of such a removal auxiliary substance is carbon. In this case, as the processing gas, for example, a gas generated by exposing carbon as a removal auxiliary substance to water vapor can be used. The water vapor to which carbon is exposed is preferably 800 ° C. or higher. In this case, for example, it is considered that carbon is exposed to water vapor by bubbling water vapor to carbon. As a result, the reaction between water and carbon produces carbon monoxide gas, which has a higher removal ability than water vapor, thereby assisting the removal reaction with water vapor and increasing the reactivity of the removal reaction over that of water vapor alone. The
このように表面酸化物を除去する際の反応性を高めることができる除去補助物質としては、アルケンを挙げることができる。具体的には、常温で気体であるエチレン、プロピレン、1−ブテン、cis−2−ブテン、trans−2−ブテン、イソブチレン、液体である1−ペンテン、1−ヘキセン、1−ヘプテン、1−オクテン、1−ノネン、1−デケン、cis−2−ペンテン、trans−2−ペンテン、3−メチルー1−ブテン、2−メチル−2−ブテン、2,3−ジメチル−2−ブテン等が適用可能である。これらも上述した炭素と同様に、水蒸気と共存することにより水蒸気よりも除去能の高い処理ガスを生成し、これにより水蒸気による除去反応を補助することができる。エチレン、プロピレン等のアルケンを挙げることができる。これらも同様に、水蒸気と共存することにより水蒸気よりも除去能の高い物質を生成し、これにより水蒸気による除去反応を補助することができる。この場合に、処理ガスとしては、水蒸気とアルケンのみであってもよいが、アルケンにさらにジボランと過酸化水素とアンモニアまたはアミンとを含むものや、アルケンにさらにオゾンを含むものであってもよい。この場合に用いられるアミンとしては、常温で気体であるメチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン、エチルアミンを適用することができ、その他、ジエチルアミン、トリエチルアミン、n−プロピルアミン、ジ−n−プロピルアミン、トリ−n−プロピルアミン、イソプロピルアミン、n−ブチルアミン、イソブチルアミン、sec−ブチルアミン、tert−ブチルアミン、シクロヘキシルアミン、ベンジルアミン、α−フェニルエチルアミン、β−フェニルエチルアミン、エチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、アニリン、メチルアニリン、ジメチルアニリン、ジフェニルアニリン、トリフェニルアニリン、o−トルイジン、m−トルイジン、p−トルイジン、o−アニシジン、m−アニシジン、p−アニシジン、o−フェニレンジアミン、m−フェニレンジアミン、p−フェニレンジアミン等を用いることもできる。 Alkene can be mentioned as a removal auxiliary substance which can improve the reactivity at the time of removing a surface oxide in this way. Specifically, ethylene, propylene, 1-butene, cis-2-butene, trans-2-butene, isobutylene, liquid 1-pentene, 1-hexene, 1-heptene, 1-octene, which are gases at room temperature 1-nonene, 1-decene, cis-2-pentene, trans-2-pentene, 3-methyl-1-butene, 2-methyl-2-butene, 2,3-dimethyl-2-butene, etc. are applicable. is there. In the same way as carbon described above, these coexist with water vapor to generate a treatment gas having a higher removing ability than water vapor, thereby assisting the removal reaction with water vapor. Alkenes such as ethylene and propylene can be mentioned. In the same manner, by coexisting with water vapor, a substance having higher removability than water vapor is generated, thereby assisting the removal reaction with water vapor. In this case, the processing gas may be only water vapor and alkene, but may contain diborane, hydrogen peroxide, ammonia or amine in addition to alkene, or may contain ozone in addition to alkene. . As the amine used in this case, methylamine, dimethylamine, trimethylamine and ethylamine which are gases at room temperature can be applied. In addition, diethylamine, triethylamine, n-propylamine, di-n-propylamine, tri- n-propylamine, isopropylamine, n-butylamine, isobutylamine, sec-butylamine, tert-butylamine, cyclohexylamine, benzylamine, α-phenylethylamine, β-phenylethylamine, ethylenediamine, tetramethylenediamine, hexamethylenediamine, aniline , Methylaniline, dimethylaniline, diphenylaniline, triphenylaniline, o-toluidine, m-toluidine, p-toluidine, o-anisidine, m-anisidine, p-a It can chlorhexidine, o- phenylenediamine, m- phenylenediamine, also be used p- phenylenediamine.
水蒸気に添加する除去補助物質としては、その他に、アセタールやアルキン、さらにはエポキシドや金属アルコキシドを用いることができる。これらも、水蒸気と共存することにより水蒸気よりも表面酸化物の除去能が高い処理ガスを生成し、これにより水蒸気による除去反応を補助することができる。アセタールとしては、アセトンジメチルアセタール、ジメチルアセタールが挙げられる。また、アルキンとしては、アセチレン、プロピン、1−ブチン、1−ペンチン、1−ヘキシン、1−へプチン、1−オクチン、1−ノニン、1−デシン、2−ブチン、2−ペンチン、3−メチル−1−ブチン、2−ヘキシン、3−ヘキシン、3,3−ジメチル−1−ブチン、4−オクチン、5−デシン等を挙げることができる。また、エポキシドとしては、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、ブチレンオキシド等を、金属アルコキシドとしては、TEOS(テトラエトキシシラン)、チタニウムテトラエトキシド等を用いることができる。 In addition, acetal and alkyne, as well as epoxide and metal alkoxide can be used as a removal auxiliary substance added to water vapor. By coexisting with water vapor, these also generate a processing gas having a higher surface oxide removal ability than water vapor, thereby assisting the removal reaction with water vapor. Examples of the acetal include acetone dimethyl acetal and dimethyl acetal. Moreover, as alkyne, acetylene, propyne, 1-butyne, 1-pentyne, 1-hexyne, 1-heptin, 1-octyne, 1-nonine, 1-decyne, 2-butyne, 2-pentyne, 3-methyl Examples include -1-butyne, 2-hexyne, 3-hexyne, 3,3-dimethyl-1-butyne, 4-octyne, and 5-decyne. Further, as the epoxide, ethylene oxide, propylene oxide, butylene oxide and the like can be used, and as the metal alkoxide, TEOS (tetraethoxysilane), titanium tetraethoxide and the like can be used.
このように、水蒸気と水蒸気よりも除去能の高い除去補助物質とを含有する処理ガスを用いることにより、従来の水蒸気単独で除去する場合と比較して低温で表面酸化膜11を除去することができるので、Cu膜5やLow−k膜3へのダメージを低減することができる。
As described above, the
次に、本発明のより具体的な実施形態について説明する。図2は、本発明の処理方法を実施するための処理装置の一例を示す概略断面図である。この処理装置100は、水蒸気と除去補助物質とからなる気体をウエハに供給してウエハW上のCu膜の表面酸化膜を除去させるように構成されている。
Next, more specific embodiments of the present invention will be described. FIG. 2 is a schematic sectional view showing an example of a processing apparatus for carrying out the processing method of the present invention. The
処理装置100は、気密に構成され、ウエハWが搬入されるチャンバー20を有している。このチャンバー20の底部には、被処理基板であるウエハWを載置するためのサセプタ21が設けられている。このサセプタ21にはウエハWを加熱するヒーター22が埋設されている。ヒーター22にはヒーター電源22aが接続されている。
The
サセプタ21の上方には、サセプタ21に対向してシャワーヘッド23が設けられている。シャワーヘッド23はチャンバー20の上部に支持されており、内部にガス拡散空間24を有するとともに、サセプタ21との対向面には処理ガスを吐出する複数の吐出孔25が形成されている。シャワーヘッド23の上面にはガス導入口26が設けられており、このガス導入口26には、後述する処理ガス供給部40からのガス供給配管41が接続されている。
A
チャンバー20の底壁20aには、排気口27が形成され、この排気口27には排気管28が接続されている。排気管28は真空ポンプを備えた排気装置29が接続されており、これによりチャンバー20内を所定の減圧雰囲気まで真空引きできるように構成されている。また、チャンバー20の側壁には、ウエハWの搬入出を行うための搬入出口30と、この搬入出口30を開閉するゲートバルブ31が設けられている。
An
上記処理ガス供給部40は、水素ガスを供給する水素ガス供給源42および酸素ガスを供給する酸素ガス供給源43を有し、これらが水蒸気発生器44に供給されて水蒸気が発生される。水素ガス供給源42からは水素ガス配管45が、また酸素ガス供給源43からは酸素ガス配管46が延びており、これらはそれぞれ水蒸気発生器44に接続されている。水素ガス配管45には、開閉バルブ47と流量制御のためのマスフローコントローラ(MFC)48が接続されている。また、酸素ガス配管46には、開閉バルブ49とマスフローコントローラ(MFC)50が接続されている。水蒸気発生器44としては、従来公知の種々のものを用いることができる。なお、水蒸気ガスの供給方法としては、水蒸気発生器44を使用する方法以外にもバブリング、ガス圧送、加熱気化等の方式が挙げられるが、以下は水蒸気発生器を使用する場合について説明する。
The processing
また、処理ガス供給部40は、除去補助物質供給機構51を有している。この除去補助物質供給機構51は、上述した除去補助物質に対応して、それに適した機構を有したものを用いる。例えば、バブリング、ガス圧送、加熱気化等の方法のうち適宜の方法が採用される。以下、加熱気化を用いた場合について説明する。水蒸気発生器44からの水蒸気と除去補助物質供給機構51で加熱気化された除去補助物質が反応促進室52に供給されてこれらの反応が促進される。反応促進室52は、ウエハ温度よりも高い温度に加熱する機構を有するもの、プラズマや光等の励起エネルギーを印加する機構を有するもの、金属や金属化合物の触媒を内部に有するもの等を用いることができる。水蒸気発生器44と反応促進室52との間は配管53で接続されており、除去補助物質供給機構51と反応促進室52の間は配管54で接続されている。配管54には開閉バルブ55およびマスフローコントローラ(MFC)56が設けられている。反応促進室52とシャワーヘッド23のガス導入口26との間は上述した配管41によって接続されている。水蒸気発生器44と反応促進室52とを接続している配管53は必須ではなく、水蒸気発生器44と反応促進室52は直接接続させてもよい。
Further, the processing
反応促進室52では、このように加熱、励起エネルギー、または触媒により水蒸気と除去促進物質の反応を促進するので、これらが混合された処理ガスをチャンバー20内に導入することによりCu膜の表面酸化物(酸化銅)の除去速度をより大きくすることができる。水蒸気および除去補助物質を独立してチャンバー20に供給しても反応性を確保することができる場合には、必ずしも反応促進室52を用いる必要はない。反応促進室52内で、除去補助物質が未反応の酸素ガスに曝されないように、水蒸気発生器44へ供給される酸素ガスの流量よりも水素ガスの流量を十分多くすることが好ましい。
In the
ガス供給部40は、さらに、不活性ガス供給源58を有している。不活性ガス供給源58には、不活性ガス供給配管59が接続されており、この不活性ガス供給配管59は、配管41に接続されていて、不活性ガスが圧力調整等のための希釈ガスとしてチャンバー20に供給されるようになっている。不活性ガス供給配管59には開閉バルブ60とマスフローコントローラ(MFC)61が設けられている。不活性ガスとしては、N2ガス、Arガス、Heガスを例示することができる。不活性ガスラインを配管45,46,54に接続してパージガスとして用いることもできる。なお、不活性ガス供給源は必須ではない。
The
また、上述の例では、除去補助物質を除去補助物質供給機構51から供給する構成を説明したが、反応促進室内に固体もしくは液体の除去補助物質を設置して、水蒸気を反応促進室に供給することで処理ガスを反応させてもよい。反応促進室内に除去補助物質を設置する具体的な方法の例としては、反応促進室内面に除去補助物質をコーティングする方法が挙げられる。あるいは、図3に示すように除去補助物質を水蒸気ガスでバブリングを行う構成の処理ガス供給部40′を用いてもよい。すなわち、処理ガス供給部40′は、粉末状もしくは液体状の除去補助物質の貯留容器81と、この貯留容器81内に貯留されている除去補助物質に水蒸気を供給してバブリングさせるバブリング機構として機能する水蒸気配管82と、除去補助物質へ水蒸気をバブリングすることで除去補助物質を水蒸気に曝露して生成された処理ガスをチャンバー20に供給する処理ガス供給配管83とを有する。水蒸気の供給機構は、特に制限はなく、図2に示す水蒸気発生器44を適用することができる。この場合においても、除去補助物質が未反応の酸素ガスに曝されないように、水蒸気発生器44へ供給される酸素ガスの流量よりも水素ガスの流量を十分多くすることが好ましい。このような処理ガス供給部40′において、除去補助物質が炭素である場合には、比較的容易に水蒸気と一酸化炭素ガスとを含む処理ガスを得ることができる。
In the above-described example, the configuration in which the removal auxiliary substance is supplied from the removal auxiliary
処理装置100におけるバルブ、マスフローコントローラ、ヒーター電源22a、排気装置29等の各構成部は、マイクロプロセッサを備えた制御部70により制御されるようになっている。また、制御部70はプロセスレシピを記憶した記憶部や、入力手段およびディスプレイ等を備えている。
Each component such as a valve, a mass flow controller, a
このように構成された処理装置においては、まず、ゲートバルブ31を開にして、図1の(a)に示す構造を有するウエハWを搬入出口30からチャンバー20内に搬入し、サセプタ21上に載置する。サセプタ21はヒーター22により300℃より低い所定の温度に保持される。そして、排気装置29により排気口27および排気管28を介してチャンバー20内を排気することによりチャンバー20内を所定の減圧状態にする。
In the processing apparatus configured as above, first, the
この状態で、ガス供給部40から水蒸気および上記いずれかの除去補助物質を反応促進室52に供給し、そこからこれらが混合された処理ガスをシャワーヘッド23を経てサセプタ21上のウエハWに供給する。この場合に、不活性ガス供給源58から希釈ガスとしてN2ガス、Arガス、Heガス等の不活性ガスを供給して圧力調整を行ってもよい。
In this state, water vapor and any one of the above-described removal auxiliary substances are supplied from the
このようにしてウエハWに水蒸気および除去補助物質からなる処理ガスをウエハWに接触させると、水蒸気による除去反応に加えて、それよりも酸化膜に対する除去能が大きく反応性が高い除去補助物質により酸化物の除去が促進されるので、これらの相乗効果により除去力が高まり、水蒸気単独の場合よりもより低温でCu膜5の表面酸化膜11を除去することができる。具体的には、水蒸気単独の場合には酸化物の除去反応を生じさせるためには300℃以上の温度が必要であったのに対し、300℃よりも低い温度で表面酸化膜11を除去することができ、下層配線であるCu膜5やLow−k膜3へのダメージを低減することができる。この場合に、制御部70により、Cu膜5の表面酸化膜11が適切に除去されるように、処理ガス供給部40等による処理ガスの供給を制御することができる。また、これに加えて制御部70により排気装置29により排気してチャンバー20内の雰囲気(圧力)を適切に制御することにより、Cu膜5の表面酸化膜11をより適切に除去することができる。
In this way, when the wafer W is brought into contact with the wafer W by a processing gas comprising water vapor and a removal auxiliary substance, in addition to the removal reaction by water vapor, the removal auxiliary substance having a higher ability to remove an oxide film and higher reactivity than that. Since the removal of the oxide is promoted, the removal power is enhanced by these synergistic effects, and the
また、チャンバー20内の圧力は、0.1〜10000Pa程度が好ましく、水蒸気と除去補助物質とからなる処理ガスの流量は1〜1000mL/min(sccm)程度であることが好ましい。
The pressure in the
また、Cu膜の再酸化を防止する観点から、このようにして酸化膜除去処理を行った後は、真空を破らずに次の工程に供することが好ましく、そのためには、真空搬送室に複数のユニット(チャンバー)が接続されたマルチチャンバータイプの処理装置を用い、その一つのユニットとして上記のような除去処理を行う処理装置を適用するようにすることが好ましい。 In addition, from the viewpoint of preventing re-oxidation of the Cu film, after performing the oxide film removal treatment in this way, it is preferable to use the next process without breaking the vacuum. It is preferable to use a multi-chamber type processing apparatus to which these units (chambers) are connected, and to apply a processing apparatus that performs the above-described removal processing as one unit.
なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々変形可能である。例えば、上記実施形態ではダマシン構造形成過程でビアホールの底に露出したCu膜表面の酸化膜を除去する場合について説明したが、CMP(chemical Mechanical Polishing)工程後に露出したCu膜表面の酸化膜を除去する場合にも適用することができるし、Cuに限らず、酸化物が水蒸気により除去可能な金属であれば適用可能である。また、上記実施形態では半導体装置に用いられる金属部分の表面酸化膜の除去に本発明を適用したが、これに限るものではない。さらに、上記処理装置は一例に過ぎず、本発明の方法を実施可能な種々の形態のものを用いることができる。 The present invention can be variously modified without being limited to the above embodiment. For example, in the above-described embodiment, the case of removing the oxide film on the surface of the Cu film exposed at the bottom of the via hole in the damascene structure forming process has been described. However, the oxide film on the surface of the Cu film exposed after the CMP (chemical mechanical polishing) process is removed. The present invention can also be applied to the case where the oxide is not limited to Cu, and any oxide can be used as long as the oxide can be removed by water vapor. In the above embodiment, the present invention is applied to the removal of the surface oxide film of the metal part used in the semiconductor device. However, the present invention is not limited to this. Furthermore, the processing apparatus is merely an example, and various types of apparatuses capable of implementing the method of the present invention can be used.
1;Si基板
3,8;Low−k膜
4,12;バリアメタル膜
5;Cu膜(Cu配線)
6,9;ハードマスク膜
7;エッチストッパ膜
10;ビアホール
11;表面酸化膜
13;Cu膜(埋め込み金属)
20;チャンバー
21;サセプタ
23;シャワーヘッド
24;ヒーター
29;排気装置
40;ガス供給部
44;水蒸気発生器
51;除去補助物質供給機構
70;制御部
100;処理装置
W…半導体ウエハ(被処理体)
1;
6, 9;
DESCRIPTION OF
Claims (18)
前記処理容器内に水蒸気と水蒸気よりも酸化膜に対する除去能の高い除去補助物質とを含む処理ガスを供給する処理ガス供給機構と
を具備し、
前記処理容器内に前記処理ガスを供給して被処理体の金属部分の表面に形成された酸化膜に接触させることにより当該酸化膜を除去することを特徴とする処理装置。 A processing container for containing a target object having a metal part with an oxide film formed on the surface;
A treatment gas supply mechanism for supplying a treatment gas containing water vapor and a removal auxiliary substance having a higher ability to remove the oxide film than water vapor in the treatment container;
A processing apparatus for removing the oxide film by supplying the processing gas into the processing container and bringing the processing gas into contact with an oxide film formed on a surface of a metal portion of an object to be processed.
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JP5537657B2 (en) * | 2010-06-24 | 2014-07-02 | 富士通株式会社 | Wiring structure forming method, semiconductor device manufacturing method, substrate processing apparatus |
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JP2001271192A (en) * | 2000-03-27 | 2001-10-02 | Jun Kikuchi | Surface treating method |
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- 2006-06-07 JP JP2006158440A patent/JP2007329245A/en active Pending
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