JP2008244420A - Apparatus for forming conductor, method for forming conductor, and method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an apparatus for forming a conductor, which can improve its controllability when forming a conductor in a fine hole, groove, recess, or the like with a high aspect ratio by the use of a supercritical fluid. <P>SOLUTION: A conductor forming apparatus 1 is composed of a reaction container 2, a supply device 3, a discharge device 4, and the like. A process target having a recess, in which a conductor is to be provided, formed on its surface is housed in the reaction container; and a supercritical fluid dissolved with a metal compound containing a metal as a raw material for the conductor is supplied into the reaction container. A supply device supplies the supercritical fluid to the inside of the reaction container continuously. A discharge device discharges the fluid, which does not contribute to the process of forming the conductor in the recess, to the outside of the reaction container to adjust the amount of the supercritical fluid in the reaction container, and the metal compound dissolved in the supercritical fluid is introduced into the recess in contact with the surface of the process target. The metal compound in the recess is aggregated. Thereby, a metal is deposited and solidified from the metal compound, to form the conductor in the recess. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、凹部内に導電体を設ける技術に係り、特に微細でアスペクト比の高い孔や溝等の内部にいわゆる超臨界流体を用いて導電体を設けるための導電体の形成装置および形成方法、ならびにこれらの装置または方法を用いて微細な配線やプラグ、あるいは電極等を半導体基板上に設けるための半導体装置の製造方法に関する。   The present invention relates to a technique for providing a conductor in a recess, and in particular, a conductor forming apparatus and a forming method for providing a conductor using a so-called supercritical fluid inside a hole or groove having a fine aspect ratio and a high aspect ratio. The present invention also relates to a method of manufacturing a semiconductor device for providing fine wirings, plugs, electrodes or the like on a semiconductor substrate using these devices or methods.

集積回路やマイクロエレクトロニクス素子等の微細な構造物を形成するためには、微細な配線やプラグ、あるいは電極等を形成しなければならない。このためには、配線形成用溝やプラグ形成用孔、あるいは電極形成用凹部などの微細でアスペクト比の高い凹部の内部に金属等の導電体を充填する工程が実質的に必須である。現在、このような埋め込み工程においては、例えば蒸着法、めっき法、CVD法、あるいはPVD法等を用いて金属薄膜を凹部内に埋め込む方法が一般的である。その一方で、近年、LSI等の半導体装置をはじめとする様々な電子デバイスの微細化および高集積化が著しく進んでいる。そして、近い将来には100nm以下の超微細なサイズの構造物を形成する必要に迫られることは必至である。ところが、前述した各埋め込み方法は既に埋め込み性の限界に近づいており、100nm以下の超微細な凹部内を隙間なく埋め込むことは極めて困難であることが明らかになっている。   In order to form a fine structure such as an integrated circuit or a microelectronic element, fine wiring, plugs, electrodes, or the like must be formed. For this purpose, a step of filling a conductor such as a metal into a minute recess having a high aspect ratio, such as a wiring formation groove, a plug formation hole, or an electrode formation recess, is substantially essential. At present, in such an embedding process, for example, a method of embedding a metal thin film in a recess using, for example, a vapor deposition method, a plating method, a CVD method, or a PVD method is generally used. On the other hand, in recent years, miniaturization and high integration of various electronic devices including semiconductor devices such as LSI have been remarkably advanced. In the near future, it will inevitably be necessary to form a structure with an ultrafine size of 100 nm or less. However, each of the above-described embedding methods has already approached the limit of embedding properties, and it has become clear that it is extremely difficult to embed an ultrafine concave portion of 100 nm or less without a gap.

このような問題を克服するために、最近、いわゆる超臨界流体を用いて金属薄膜を凹部内に埋め込む方法が提案されている。このような技術は、例えば非特許文献1、2に開示されている。超臨界流体とは、一般的には気体(気相)とも液体(液相)とも区別がつかない状態の高密度流体を指す。例えば二酸化炭素(CO2 )の場合、圧力が約7.4MPa、温度が約31℃以上で超臨界流体となる。超臨界流体は、溶媒能やナノレベルの浸透性など様々な特徴を有している。このような超臨界流体中に金属薄膜の原料となる有機金属錯体を溶解させた後、必要に応じて例えばガス状の反応補助剤と反応させて金属を析出させることにより、金属薄膜を堆積させることができる。ひいては、超臨界流体の浸透性や高密度性を利用して微細構造内に金属薄膜を充填することができる。ただし、超臨界流体を用いる埋め込みプロセスは前述したように高圧下で行われるのが一般的である。このため、通常は金属薄膜が埋め込まれる部材を収容した封止容器内に金属薄膜の原料を超臨界流体に溶解させた状態で充填して反応を完結させる。このような密閉された雰囲気の中で行われる処理は、バッチ式処理とも称される。
クリーンテクノロジー 2004.6 日本工業出版(2004)、55〜58ページ Semiconductor FPD World 2004.8, p.44-47
In order to overcome such problems, recently, a method of embedding a metal thin film in a recess using a so-called supercritical fluid has been proposed. Such a technique is disclosed in Non-Patent Documents 1 and 2, for example. A supercritical fluid generally refers to a high-density fluid that is indistinguishable from gas (gas phase) and liquid (liquid phase). For example, carbon dioxide (CO 2 ) becomes a supercritical fluid when the pressure is about 7.4 MPa and the temperature is about 31 ° C. or higher. Supercritical fluids have various characteristics such as solvent ability and nano-level permeability. After dissolving the organometallic complex that is the raw material of the metal thin film in such a supercritical fluid, the metal thin film is deposited by, for example, reacting with a gaseous reaction aid as necessary to precipitate the metal. be able to. As a result, the metal thin film can be filled in the microstructure using the permeability and high density of the supercritical fluid. However, the embedding process using the supercritical fluid is generally performed under high pressure as described above. For this reason, the reaction is completed by filling the raw material of the metal thin film in a state in which the raw material of the metal thin film is dissolved in the supercritical fluid in a sealed container containing a member in which the metal thin film is embedded. Processing performed in such a sealed atmosphere is also referred to as batch processing.
Clean Technology 2004.4 Nippon Kogyo Publishing (2004), 55-58 pages Semiconductor FPD World 2004.8, p.44-47

しかし、前述したバッチ式処理では、原料の流入経路を除いては容器が密閉されているため反応が進行している最中の反応容器内の状態が不安定になり易く、成膜する金属薄膜の膜厚や膜質の制御性に乏しい、という欠点がある。具体的には、バッチ式処理では、反応容器内の温度、圧力、原料濃度、あるいは成膜反応を助ける各種添加剤の濃度等、成膜反応に寄与する各種の成膜パラメータの制御が困難である。このため、バッチ式処理では、反応容器内で成膜される金属薄膜の膜厚や膜質を所望の状態に設定することが困難である。また、反応容器の容積が不変であるため反応容器内への原料の連続供給および被成膜部材上への金属薄膜の連続堆積について原理的に限界があり、成膜する金属薄膜の膜厚にも自ずと上限が設定されてしまう、という欠点もある。さらには、固体原料を用いる場合には超臨界流体への溶解度の制御性が困難である、という欠点もある。   However, in the batch processing described above, since the container is sealed except for the inflow path of the raw material, the state in the reaction container during the reaction is likely to become unstable, and the metal thin film to be deposited There is a disadvantage that the controllability of the film thickness and film quality is poor. Specifically, in batch processing, it is difficult to control various film formation parameters that contribute to the film formation reaction, such as the temperature, pressure, raw material concentration in the reaction vessel, or the concentration of various additives that assist the film formation reaction. is there. For this reason, in batch processing, it is difficult to set the film thickness and film quality of the metal thin film formed in the reaction vessel to a desired state. In addition, since the volume of the reaction vessel is unchanged, there is a limit in principle for the continuous supply of the raw material into the reaction vessel and the continuous deposition of the metal thin film on the deposition target member. However, there is a drawback that the upper limit is set by itself. Furthermore, when using a solid raw material, there is also a drawback that it is difficult to control the solubility in a supercritical fluid.

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、微細でアスペクト比の高い孔や溝あるいは凹部等の内部に超臨界流体を用いて導電体を設ける際にその制御性を向上させることができる導電体の形成装置および形成方法を提供することにある。それとともに、そのような装置または方法を用いて微細な配線やプラグ、あるいは電極等を半導体基板上に設ける際にその制御性を向上させることができる半導体装置の製造方法を提供することにある。   The present invention has been made in order to solve such problems. The object of the present invention is to provide a conductor using a supercritical fluid inside a hole, groove or recess having a fine aspect ratio and a high aspect ratio. An object of the present invention is to provide a conductor forming apparatus and a forming method capable of improving the controllability when it is provided. At the same time, it is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor device that can improve controllability when a fine wiring, a plug, an electrode, or the like is provided on a semiconductor substrate using such an apparatus or method.

前記課題を解決するために、本発明の一態様に係る導電体の形成装置は、導電体が設けられる凹部が表面に少なくとも一個形成された被処理体が内部に収容されるとともに前記導電体の原料となる金属を含む金属化合物が溶解した超臨界流体が前記内部に供給されて前記凹部内に前記導電体を設けるプロセスが行われる反応容器と、前記超臨界流体を前記反応容器の外部から内部に供給する供給装置と、前記プロセスに供しない前記超臨界流体を前記反応容器の内部から外部に排出する排出装置と、を具備してなり、前記供給装置により前記超臨界流体を前記反応容器の内部に連続的に供給するとともに前記排出装置により前記プロセスに供しない前記超臨界流体を前記反応容器の外部に連続的に排出することにより前記反応容器内の前記超臨界流体の量を調整しつつ、前記超臨界流体中に溶解した前記金属化合物を前記被処理体の表面に接触させて前記凹部内に導入し、前記凹部内に導入された前記金属化合物を前記凹部内で凝集させて前記金属化合物から前記金属を析出させ、さらに前記凹部内に析出した前記金属を固化させることにより前記凹部内に前記導電体を設けることを特徴とするものである。   In order to solve the above problems, an apparatus for forming a conductor according to one embodiment of the present invention includes an object to be processed in which at least one concave portion provided with a conductor is formed on the surface and accommodates the object. A reaction vessel in which a supercritical fluid in which a metal compound containing a metal as a raw material is dissolved is supplied to the inside and the conductor is provided in the recess; and the supercritical fluid is introduced from the outside of the reaction vessel to the inside. And a discharge device that discharges the supercritical fluid that is not subjected to the process from the inside of the reaction vessel to the outside, and the supply device supplies the supercritical fluid to the reaction vessel. The supercritical fluid that is continuously supplied to the inside and not subjected to the process by the discharge device is continuously discharged to the outside of the reaction vessel, whereby the supercritical fluid in the reaction vessel is discharged. While adjusting the amount of the field fluid, the metal compound dissolved in the supercritical fluid is brought into contact with the surface of the object to be treated and introduced into the concave portion, and the metal compound introduced into the concave portion is introduced into the concave portion. The conductor is provided in the recess by agglomerating in the recess to deposit the metal from the metal compound, and further solidifying the metal deposited in the recess.

この導電体の形成装置においては、被処理体の表面に形成された凹部内に設けられる導電体の原料となる金属を含む金属化合物を、超臨界流体中に溶解させて流動性に富んでいる状態で被処理体の表面に接触させる。これにより、金属化合物を被処理体の表面上で滑らかに流動させて、被処理体の表面よりも低い位置に下げられた構造からなる凹部内に優先的に導入することができる。また、超臨界流体中に溶解している金属化合物は、その流動性により、凹部が微細でアスペクト比が高くても、その内側に空洞を作ることなく底部から上部に向けて順次凹部内に導入される。さらに、超臨界流体中に溶解している金属化合物は、凹部の内側の表面の材質に拘らず、被処理体の表面上から凹部内に優先的に流れ込む。これにより、導電体の原料となる金属は、その下地の材質に拘らず、凹部内で優先的に析出して固化されて導電体を形成する。したがって、本発明の一態様に係る導電体の形成装置によれば、導電体を、その下地の材質に拘らず、微細でアスペクト比の高い孔や凹部あるいは溝等の内部に効率よく選択的に、かつ、容易に設けることができる。   In this conductor forming apparatus, a metal compound containing a metal that is a raw material of a conductor provided in a recess formed on the surface of the object to be processed is dissolved in a supercritical fluid and has high fluidity. In contact with the surface of the object to be processed. Thereby, a metal compound can be smoothly flowed on the surface of a to-be-processed object, and can be preferentially introduce | transduced in the recessed part which consists of a structure lowered | hung to the position lower than the surface of a to-be-processed object. In addition, the metal compound dissolved in the supercritical fluid is introduced into the recess sequentially from the bottom to the top without creating a cavity inside even if the recess is fine and the aspect ratio is high due to its fluidity. Is done. Further, the metal compound dissolved in the supercritical fluid flows preferentially from the surface of the object to be processed into the recess regardless of the material on the inner surface of the recess. Thereby, the metal used as the raw material of the conductor is preferentially precipitated and solidified in the recesses to form the conductor regardless of the material of the base. Therefore, according to the conductor forming apparatus according to one aspect of the present invention, the conductor can be efficiently and selectively placed inside a hole, a recess, a groove, or the like that is fine and has a high aspect ratio, regardless of the material of the base. And can be easily provided.

また、この導電体の形成装置においては、前述した導電体形成プロセスを行う際に、供給装置により金属化合物が溶解した超臨界流体を反応容器の内部に連続的に供給するとともに排出装置により導電体形成プロセスに供しない超臨界流体を反応容器の外部に連続的に排出することにより、反応容器の内部の超臨界流体の量を調整する。これにより、導電体形成プロセスが進行している間、その進行状況に応じて所望の状態に設定された超臨界流体によって反応容器の内部を満たすことができるので、導電体形成プロセスの制御性を向上させることができる。   Further, in this conductor forming apparatus, when the above-described conductor forming process is performed, a supercritical fluid in which a metal compound is dissolved is continuously supplied to the inside of the reaction vessel by the supply device, and the conductor is supplied by the discharge device. The amount of supercritical fluid inside the reaction vessel is adjusted by continuously discharging the supercritical fluid not subjected to the forming process to the outside of the reaction vessel. As a result, while the conductor formation process is in progress, the inside of the reaction vessel can be filled with the supercritical fluid set to a desired state according to the progress of the process. Can be improved.

また、前記課題を解決するために、本発明の他の態様に係る導電体の形成方法は、導電体が設けられる凹部が表面に少なくとも一個形成された被処理体に向けて前記導電体の原料となる金属を含む金属化合物が溶解した超臨界流体を連続的に供給するとともに、前記凹部内に前記導電体を設けるプロセスに供しない前記超臨界流体を前記被処理体の周囲から連続的に排除することにより、前記被処理体の周囲の前記超臨界流体の量を調整し、前記超臨界流体中に溶解した前記金属化合物を前記被処理体の表面に接触させて前記凹部内に選択的に導入するとともに、前記凹部内に導入された前記金属化合物を前記凹部内で凝集させて前記金属化合物から前記金属を析出させ、前記凹部内に析出した前記金属を固化させることにより前記凹部内に前記導電体を設ける、ことを特徴とするものである。   In addition, in order to solve the above-described problem, a method for forming a conductor according to another aspect of the present invention provides a material for the conductor toward a target object in which at least one recess is provided on the surface. The supercritical fluid in which the metal compound containing the metal to be dissolved is continuously supplied, and the supercritical fluid not subjected to the process of providing the conductor in the recess is continuously excluded from the periphery of the object to be processed. By adjusting the amount of the supercritical fluid around the object to be processed, the metal compound dissolved in the supercritical fluid is brought into contact with the surface of the object to be processed, and selectively in the recess. The metal compound introduced into the recess is aggregated in the recess to precipitate the metal from the metal compound, and the metal deposited in the recess is solidified in the recess. Provided Kishirube conductors, it is characterized in.

この導電体の形成方法においては、被処理体の表面に形成された凹部内に設けられる導電体の原料となる金属を含む金属化合物を、超臨界流体中に溶解させて流動性に富んでいる状態で被処理体の表面に接触させる。これにより、金属化合物を被処理体の表面上で滑らかに流動させて、被処理体の表面よりも低い位置に下げられた構造からなる凹部内に優先的に導入することができる。また、超臨界流体中に溶解している金属化合物は、その流動性により、凹部が微細でアスペクト比が高くても、その内側に空洞を作ることなく底部から上部に向けて順次凹部内に導入される。さらに、超臨界流体中に溶解している金属化合物は、凹部の内側の表面の材質に拘らず、被処理体の表面上から凹部内に優先的に流れ込む。これにより、導電体の原料となる金属は、その下地の材質に拘らず、凹部内で優先的に析出して固化されて導電体を形成する。したがって、本発明の他の態様に係る導電体の形成方法によれば、導電体を、その下地の材質に拘らず、微細でアスペクト比の高い孔や凹部あるいは溝等の内部に効率よく選択的に、かつ、容易に設けることができる。   In this method of forming a conductor, a metal compound containing a metal that is a raw material of a conductor provided in a recess formed on the surface of the object to be processed is dissolved in a supercritical fluid and has high fluidity. In contact with the surface of the object to be processed. Thereby, a metal compound can be smoothly flowed on the surface of a to-be-processed object, and can be preferentially introduce | transduced in the recessed part which consists of a structure lowered | hung to the position lower than the surface of a to-be-processed object. In addition, the metal compound dissolved in the supercritical fluid is introduced into the recess sequentially from the bottom to the top without creating a cavity inside even if the recess is fine and the aspect ratio is high due to its fluidity. Is done. Further, the metal compound dissolved in the supercritical fluid flows preferentially from the surface of the object to be processed into the recess regardless of the material on the inner surface of the recess. Thereby, the metal used as the raw material of the conductor is preferentially precipitated and solidified in the recesses to form the conductor regardless of the material of the base. Therefore, according to the method of forming a conductor according to another aspect of the present invention, the conductor is efficiently and selectively placed inside a hole, a recess, a groove, or the like that is fine and has a high aspect ratio, regardless of the underlying material. And can be provided easily.

また、この導電体の形成方法においては、前述した導電体形成プロセスを行う際に、金属化合物が溶解した超臨界流体を被処理体に向けて連続的に供給するとともに導電体形成プロセスに供しない超臨界流体を被処理体の周囲から連続的に排除することにより、被処理体の周囲の超臨界流体の量を調整する。これにより、導電体形成プロセスが進行している間、その進行状況に応じて所望の状態に設定された超臨界流体によって被処理体を包むことができるので、導電体形成プロセスの制御性を向上させることができる。   Further, in this conductor formation method, when the above-described conductor formation process is performed, the supercritical fluid in which the metal compound is dissolved is continuously supplied toward the object to be processed and is not subjected to the conductor formation process. By continuously removing the supercritical fluid from the periphery of the object to be processed, the amount of the supercritical fluid around the object to be processed is adjusted. As a result, while the conductor formation process is in progress, the object to be processed can be wrapped with a supercritical fluid set in a desired state according to the progress of the process, thereby improving the controllability of the conductor formation process. Can be made.

さらに、前記課題を解決するために、本発明のまた他の態様に係る半導体装置の製造方法は、基板本体およびこの基板本体の上方に設けられた絶縁膜のうちの少なくとも一方に導電体が設けられる凹部が少なくとも一個形成された半導体基板に向けて前記導電体の原料となる金属を含む金属化合物が溶解した超臨界流体を連続的に供給するとともに、前記凹部内に前記導電体を設けるプロセスに供しない前記超臨界流体を前記半導体基板の周囲から連続的に排除することにより、前記半導体基板の周囲の前記超臨界流体の量を調整し、前記超臨界流体中に溶解した前記金属化合物を前記半導体基板の表面に接触させて前記凹部内に選択的に導入するとともに、前記凹部内に導入された前記金属化合物を前記凹部内で凝集させて前記金属化合物から前記金属を析出させ、前記凹部内に析出した前記金属を固化させることにより前記凹部内に前記導電体を設ける、ことを特徴とするものである。   Furthermore, in order to solve the above-described problem, a method of manufacturing a semiconductor device according to still another aspect of the present invention includes providing a conductor on at least one of a substrate body and an insulating film provided above the substrate body. A process of continuously supplying a supercritical fluid in which a metal compound containing a metal serving as a raw material of the conductor is dissolved toward a semiconductor substrate on which at least one recess is formed, and providing the conductor in the recess. The amount of the supercritical fluid around the semiconductor substrate is adjusted by continuously removing the supercritical fluid that is not provided from the periphery of the semiconductor substrate, and the metal compound dissolved in the supercritical fluid is The metal compound is selectively introduced into the recess by being brought into contact with the surface of the semiconductor substrate, and the metal compound introduced into the recess is aggregated in the recess. Et the metal to deposit, the provision of the conductor in the recess by solidifying the metal deposited in the recess, it is characterized in.

この半導体装置の製造方法においては、半導体基板の基板本体およびこの基板本体の上方に設けられた絶縁膜のうちの少なくとも一方に形成された凹部内に設けられる導電体の原料となる金属を含む金属化合物を、超臨界流体中に溶解させて流動性に富んでいる状態で半導体基板の表面に接触させる。これにより、金属化合物を半導体基板の表面上で滑らかに流動させて、半導体基板の表面よりも低い位置に下げられた構造からなる凹部内に優先的に導入することができる。また、超臨界流体中に溶解している金属化合物は、その流動性により、凹部が微細でアスペクト比が高くても、その内側に空洞を作ることなく底部から上部に向けて順次凹部内に導入される。さらに、超臨界流体中に溶解している金属化合物は、凹部の内側の表面の材質に拘らず、半導体基板の表面上から凹部内に優先的に流れ込む。これにより、導電体の原料となる金属は、その下地の材質に拘らず、凹部内で優先的に析出して固化されて導電体を形成する。したがって、本発明のまた他の態様に係る半導体装置の製造方法によれば、微細な配線やプラグ、あるいは電極等を効率よく、かつ、容易に設けることができる。   In this method of manufacturing a semiconductor device, a metal including a metal that is a raw material for a conductor provided in a recess formed in at least one of a substrate body of a semiconductor substrate and an insulating film provided above the substrate body The compound is dissolved in a supercritical fluid and brought into contact with the surface of the semiconductor substrate in a state where the compound is rich in fluidity. As a result, the metal compound can flow smoothly on the surface of the semiconductor substrate, and can be preferentially introduced into the concave portion having a structure lowered to a position lower than the surface of the semiconductor substrate. In addition, the metal compound dissolved in the supercritical fluid is introduced into the recess sequentially from the bottom to the top without creating a cavity inside even if the recess is fine and the aspect ratio is high due to its fluidity. Is done. Further, the metal compound dissolved in the supercritical fluid flows preferentially into the recess from the surface of the semiconductor substrate regardless of the material of the inner surface of the recess. Thereby, the metal used as the raw material of the conductor is preferentially precipitated and solidified in the recesses to form the conductor regardless of the material of the base. Therefore, according to the method for manufacturing a semiconductor device according to still another aspect of the present invention, fine wirings, plugs, electrodes, and the like can be provided efficiently and easily.

また、この半導体装置の製造方法においては、前述した導電体形成プロセスを行う際に、金属化合物が溶解した超臨界流体を半導体基板に向けて連続的に供給するとともに導電体形成プロセスに供しない超臨界流体を半導体基板の周囲から連続的に排除することにより、半導体基板の周囲の超臨界流体の量を調整する。これにより、導電体形成プロセスが進行している間、その進行状況に応じて所望の状態に設定された超臨界流体によって半導体基板を包むことができるので、導電体形成プロセスの制御性を向上させることができる。   Further, in this method of manufacturing a semiconductor device, when performing the above-described conductor formation process, a supercritical fluid in which a metal compound is dissolved is continuously supplied toward the semiconductor substrate and is not subjected to the conductor formation process. The amount of supercritical fluid around the semiconductor substrate is adjusted by continuously removing the critical fluid from the periphery of the semiconductor substrate. Thereby, while the conductor formation process is in progress, the semiconductor substrate can be wrapped with the supercritical fluid set in a desired state according to the progress of the process, thereby improving the controllability of the conductor formation process. be able to.

本発明の一態様に係る金属体の形成装置によれば、微細でアスペクト比の高い孔や溝あるいは凹部等の内部に超臨界流体を用いて導電体を設ける際にその制御性を向上させることができる。   According to the metal body forming apparatus according to one aspect of the present invention, when a conductor is provided using a supercritical fluid inside a hole, groove, or recess having a fine and high aspect ratio, the controllability is improved. Can do.

また、本発明の他の態様に係る金属体の形成方法によれば、微細でアスペクト比の高い孔や溝あるいは凹部等の内部に超臨界流体を用いて導電体を設ける際にその制御性を向上させることができる。   In addition, according to the method for forming a metal body according to another aspect of the present invention, when a conductor is provided using a supercritical fluid inside a hole, groove, or recess having a fine and high aspect ratio, the controllability is improved. Can be improved.

さらに、本発明のまた他の態様に係る半導体装置の製造方法によれば、微細な配線やプラグ、あるいは電極等を半導体基板上に設ける際にその制御性を向上させることができる。   Furthermore, according to the method for manufacturing a semiconductor device according to another aspect of the present invention, it is possible to improve controllability when fine wiring, plugs, electrodes, or the like are provided on a semiconductor substrate.

以下、本発明に係る各実施形態を図面を参照しつつ説明する。   Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings.

(第1の実施の形態)
先ず、本発明に係る第1実施形態について図1〜図9を参照しつつ説明する。本実施形態においては、気体とも液体とも区別がつかない流体の一種である、いわゆる超臨界流体を用いて、微細でアスペクト比の高い凹部の内部に導電体を優先的に設ける技術について説明する。以下、具体的かつ詳細に説明する。
(First embodiment)
First, a first embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, a technique for preferentially providing a conductor inside a recess having a fine and high aspect ratio using a so-called supercritical fluid, which is a kind of fluid that cannot be distinguished from gas and liquid, will be described. Hereinafter, it demonstrates concretely and in detail.

先ず、図1〜図3を参照しつつ、本実施形態に係る導電体の形成装置1について説明する。   First, a conductor forming apparatus 1 according to this embodiment will be described with reference to FIGS.

図1に示すように、導電体の形成装置1は、大別して反応容器2、供給装置3、および排出装置4などから構成されている。   As shown in FIG. 1, the conductor forming apparatus 1 is roughly composed of a reaction vessel 2, a supply device 3, a discharge device 4, and the like.

図2に示すように、反応容器2の内部には、後述する導電体33が設けられる微細かつ高アスペクト比の凹部5が表面6aに複数個形成された被処理体6が収容される。被処理体6は、耐圧反応容器2の内部に設けられている図示しない被処理体支持部の上に各凹部5を上方に向けた姿勢で配置される。それとともに、反応容器2の内部には、導電体33の原料となる金属32を含む金属化合物7が溶解した超臨界流体8が供給装置3から供給される。これにより、反応容器2の内部において超臨界流体8を用いて凹部5内に導電体33を設けるプロセスが行われる。以下の説明において、このプロセスを単に導電体形成プロセスと称することとする。   As shown in FIG. 2, a target object 6 in which a plurality of fine and high aspect ratio concave portions 5 on which a conductor 33 described later is provided is formed on the surface 6 a is accommodated in the reaction vessel 2. The target object 6 is disposed on a target object support part (not shown) provided inside the pressure-resistant reaction vessel 2 in a posture in which each concave portion 5 faces upward. At the same time, a supercritical fluid 8 in which a metal compound 7 containing a metal 32 as a raw material of the conductor 33 is dissolved is supplied from the supply device 3 into the reaction vessel 2. Thereby, the process of providing the conductor 33 in the recess 5 using the supercritical fluid 8 inside the reaction vessel 2 is performed. In the following description, this process is simply referred to as a conductor formation process.

超臨界状態は、一般的には大気圧よりも高圧の環境下で実現される。このため、反応容器2には、そのような高圧に耐えることができるように耐圧性を高められた構造からなる耐圧容器が用いられる。また、導電体形成プロセスは、一般的には室温よりも高温の環境下で実現される。このため、反応容器2には、そのような高温に耐えることができるように耐熱性および断熱性を高められたホットウォールタイプの容器が用いられる。また、反応容器2には、その内部が全体的に万遍なく加熱されるように、いわゆる管状炉型の容器が用いられる。なお、図示は省略するが、耐圧反応容器2にはその内部を観察するための覗き窓が設けられている。   The supercritical state is generally realized in an environment at a pressure higher than atmospheric pressure. For this reason, as the reaction vessel 2, a pressure vessel having a structure with improved pressure resistance so as to withstand such high pressure is used. The conductor forming process is generally realized in an environment at a temperature higher than room temperature. For this reason, the reaction vessel 2 is a hot wall type vessel with improved heat resistance and heat insulation so as to withstand such high temperatures. Moreover, what is called a tubular furnace type | mold is used for the reaction container 2 so that the inside may be heated uniformly throughout. In addition, although illustration is abbreviate | omitted, the pressure-resistant reaction container 2 is provided with the observation window for observing the inside.

また、図2中実線矢印で示すように、供給装置3から供給される超臨界流体8は、供給口9を介して耐圧反応容器2の外部から内部に供給される。それとともに、導電体形成プロセスに供しない耐圧反応容器2内の超臨界流体8は、同じく図2中実線矢印で示すように、供給口9とは別体に設けられている排出口10を介して排出装置4により耐圧反応容器2の内部から外部に排出される。このような構成によれば、耐圧反応容器2内への金属化合物7および超臨界流体8の供給と耐圧反応容器2内からの金属化合物7および超臨界流体8の排出とを、供給装置3および排出装置4を用いて連続して行うことができる。   Further, as indicated by solid line arrows in FIG. 2, the supercritical fluid 8 supplied from the supply device 3 is supplied from the outside to the inside of the pressure-resistant reaction vessel 2 through the supply port 9. At the same time, the supercritical fluid 8 in the pressure-resistant reaction vessel 2 that is not subjected to the conductor formation process passes through a discharge port 10 provided separately from the supply port 9 as shown by a solid line arrow in FIG. Then, the discharge device 4 discharges the inside of the pressure-resistant reaction vessel 2 to the outside. According to such a configuration, the supply of the metal compound 7 and the supercritical fluid 8 into the pressure-resistant reaction vessel 2 and the discharge of the metal compound 7 and the supercritical fluid 8 from the pressure-resistant reaction vessel 2 are connected to the supply device 3 and It can carry out continuously using the discharge device 4.

また、排出口10は、供給口9を経て耐圧反応容器2内に導入された超臨界流体8の流れに沿って供給口9の下流側に設けられることが好ましい。より好ましくは、図2に示すように、排出口10は、供給口9を経て耐圧反応容器2内に導入された超臨界流体8の流れに沿って供給口9と一直線上に位置して設けられるとよい。さらに好ましくは、図2に示すように、被処理体6は、供給口9と排出口10とを結ぶ直線上に乗らない位置に配置されるとよい。このような構成によれば、超臨界流体8の流れが被処理体6により遮られるおそれを無くして超臨界流体8を耐圧反応容器2に円滑に出入りさせることができる。これにより、反応容器2内の雰囲気を迅速かつ容易に全体的に均一な状態に設定したり、あるいは安定した状態に設定したりすることができる。この結果、導電体形成プロセスを行う際に、その制御性を向上させることができる。   The discharge port 10 is preferably provided on the downstream side of the supply port 9 along the flow of the supercritical fluid 8 introduced into the pressure-resistant reaction vessel 2 through the supply port 9. More preferably, as shown in FIG. 2, the discharge port 10 is provided so as to be aligned with the supply port 9 along the flow of the supercritical fluid 8 introduced into the pressure-resistant reaction vessel 2 through the supply port 9. It should be done. More preferably, as shown in FIG. 2, the object to be processed 6 may be disposed at a position not on a straight line connecting the supply port 9 and the discharge port 10. According to such a configuration, there is no possibility that the flow of the supercritical fluid 8 is blocked by the workpiece 6, and the supercritical fluid 8 can smoothly enter and exit the pressure-resistant reaction vessel 2. Thereby, the atmosphere in the reaction vessel 2 can be quickly and easily set to a uniform state as a whole or set to a stable state. As a result, the controllability can be improved when performing the conductor formation process.

また、図1および図2に示すように、耐圧反応容器2の周囲には、耐圧反応容器2の内部温度を導電体形成プロセスが進行し易い温度に調節するための第1の温度調節装置11が設けられている。導電体形成プロセスは、前述したように一般的には室温よりも高温の環境下で実現される。このため、第1の温度調節装置11には、耐圧反応容器2の内部を加熱する加熱装置として、例えばマントルヒータユニットが用いられる。マントルヒータユニット11は、耐圧反応容器2の内部をその上方から加熱する上部マントルヒータ11a、および耐圧反応容器2の内部をその下方から加熱する下部マントルヒータ11bの2つのヒータから構成されている。上部マントルヒータ11aおよび下部マントルヒータ11bは互いに独立に作動して、耐圧反応容器2の内部をその上部または下部から個別に加熱することができる。   As shown in FIGS. 1 and 2, a first temperature control device 11 for adjusting the internal temperature of the pressure-resistant reaction vessel 2 to a temperature at which the conductor formation process easily proceeds is provided around the pressure-resistant reaction vessel 2. Is provided. As described above, the conductor forming process is generally realized in an environment at a temperature higher than room temperature. For this reason, for example, a mantle heater unit is used for the first temperature control device 11 as a heating device for heating the inside of the pressure-resistant reaction vessel 2. The mantle heater unit 11 includes two heaters: an upper mantle heater 11a that heats the inside of the pressure-resistant reaction vessel 2 from above, and a lower mantle heater 11b that heats the inside of the pressure-resistant reaction vessel 2 from below. The upper mantle heater 11a and the lower mantle heater 11b operate independently of each other and can individually heat the inside of the pressure-resistant reaction vessel 2 from the upper part or the lower part thereof.

例えば、上下各マントルヒータ11a,11bのうち上部マントルヒータ11aだけを所定の間隔で周期的に作動させる。すると、耐圧反応容器2の内部は、その上側から所定の間隔で周期的に偏って加熱される。すると、耐圧反応容器2の内部はその上部が下部よりも所定の間隔で周期的に高温となり、耐圧反応容器2の内部に温度むらが生じる。耐圧反応容器2の内部温度が所定の間隔で周期的に不均一になると、耐圧反応容器2内の雰囲気の温度および圧力も所定の間隔で周期的に不均一になる。すると、耐圧反応容器2内の雰囲気に所定の間隔で周期的に対流が生じ、耐圧反応容器2内の雰囲気の上部および下部に所定の間隔で周期的に密度の差が生じる。すなわち、耐圧反応容器2内の雰囲気にパルス状の密度の揺らぎが生じる。この結果、耐圧反応容器2内に供給された超臨界流体8の密度にパルス状の揺らぎを生じさせることができる。   For example, only the upper mantle heater 11a among the upper and lower mantle heaters 11a and 11b is periodically operated at a predetermined interval. Then, the inside of the pressure | voltage resistant reaction container 2 is heated by biasing periodically with the predetermined space | interval from the upper side. Then, the inside of the pressure-resistant reaction vessel 2 is periodically heated to a higher temperature at a predetermined interval than the lower portion, and temperature unevenness occurs inside the pressure-resistant reaction vessel 2. When the internal temperature of the pressure-resistant reaction vessel 2 becomes periodically non-uniform at a predetermined interval, the temperature and pressure of the atmosphere in the pressure-resistant reaction vessel 2 also become non-uniform periodically at a predetermined interval. Then, convection is periodically generated at a predetermined interval in the atmosphere in the pressure resistant reaction vessel 2, and a density difference is periodically generated at a predetermined interval in the upper and lower portions of the atmosphere in the pressure resistant reaction vessel 2. That is, pulse-shaped density fluctuations occur in the atmosphere in the pressure resistant reactor 2. As a result, pulse-like fluctuations can be generated in the density of the supercritical fluid 8 supplied into the pressure resistant reactor 2.

超臨界流体8の密度に揺らぎが生じると、超臨界流体8を溶媒としてこれに溶解する溶質としての金属化合物7の溶解度が増大する。したがって、上部マントルヒータ5aだけを所定の間隔で周期的に作動させることにより、供給装置3からの金属化合物7の供給量を増やすことなく、耐圧反応容器2内における金属化合物7の濃度を実質的に高めることができる。この結果、導電体形成プロセスを行う際に、その制御性を向上させることができる。ひいては、金属化合物7の無駄な消費を抑制して、省原料、省エネルギー、省コストを図ることができるとともに、環境に優しいプロセスを実現することができる。なお、このような現象は、上部マントルヒータ11aのみならず、下部マントルヒータ11bだけを断続的に作動させることによっても実現させることができるのはもちろんである。あるいは、上下各マントルヒータ11a,11bを交互に、かつ、断続的に作動させることによっても同様の現象を実現させることができる。すなわち、上下各マントルヒータ11a,11bを個別に、かつ、断続的に作動させることによって、耐圧反応容器2内の雰囲気の状態を部分的に所定の間隔で周期的に不均一にして、耐圧反応容器2内の雰囲気にパルス状の密度の揺らぎを生じさせることができる。   When the density of the supercritical fluid 8 fluctuates, the solubility of the metal compound 7 as a solute that dissolves in the supercritical fluid 8 as a solvent increases. Therefore, the concentration of the metal compound 7 in the pressure-resistant reaction vessel 2 is substantially increased without increasing the supply amount of the metal compound 7 from the supply device 3 by periodically operating only the upper mantle heater 5a at a predetermined interval. Can be increased. As a result, the controllability can be improved when performing the conductor formation process. As a result, wasteful consumption of the metal compound 7 can be suppressed to save raw materials, energy and cost, and an environment-friendly process can be realized. Of course, such a phenomenon can be realized by intermittently operating not only the upper mantle heater 11a but also the lower mantle heater 11b. Alternatively, the same phenomenon can be realized by alternately and intermittently operating the upper and lower mantle heaters 11a and 11b. That is, by operating each of the upper and lower mantle heaters 11a and 11b individually and intermittently, the atmosphere in the pressure resistant reaction vessel 2 is partially non-uniform periodically at a predetermined interval, and the pressure resistant reaction is performed. Pulsed density fluctuations can be generated in the atmosphere in the container 2.

これに対して、上下各マントルヒータ11a,11bを共に作動させると、耐圧反応容器2内の雰囲気はその上下から均等に加熱されるので、加熱むらは殆ど生じない。すなわち、上下各マントルヒータ11a,11bを共に作動させると、耐圧反応容器2内の雰囲気は全体的に万遍なく加熱されるので、その密度にパルス状の揺らぎは殆ど生じない。また、上下各マントルヒータ11a,11bを共に作動させることにより、耐圧反応容器2内の雰囲気の温度や圧力を全体的に所定の値で安定させて保持することができる。   On the other hand, when the upper and lower mantle heaters 11a and 11b are operated together, the atmosphere in the pressure-resistant reaction vessel 2 is heated uniformly from the upper and lower sides, so that heating unevenness hardly occurs. That is, when the upper and lower mantle heaters 11a and 11b are operated together, the atmosphere in the pressure-resistant reaction vessel 2 is heated evenly as a whole, so that there is almost no pulse fluctuation in the density. Further, by operating both the upper and lower mantle heaters 11a and 11b together, the temperature and pressure of the atmosphere in the pressure resistant reactor 2 can be stabilized and held at a predetermined value as a whole.

また、図1に示すように、供給装置3は、超臨界流体供給装置12、原料供給装置13、および反応促進剤供給装置14などから構成されている。これら超臨界流体供給装置12、原料供給装置13、および反応促進剤供給装置14は、互いに独立して作動可能である。   As shown in FIG. 1, the supply device 3 includes a supercritical fluid supply device 12, a raw material supply device 13, a reaction accelerator supply device 14, and the like. The supercritical fluid supply device 12, the raw material supply device 13, and the reaction accelerator supply device 14 can operate independently of each other.

超臨界流体供給装置12は、超臨界流体貯蔵装置15、液化装置16、および超臨界流体送出装置17から構成されている。超臨界流体供給装置12は、供給装置3から耐圧反応容器2を経て排出装置4へと向かう導電体形成装置1の超臨界流体8の流れ(流路)において、その最上流部に設けられている。超臨界流体供給装置12は、超臨界流体8の原料を耐圧反応容器2に向けて供給する。ここでは、超臨界流体8の原料として二酸化炭素(CO2 )を用いる。二酸化炭素は、約31℃かつ約7.4MPaの雰囲気下において、気相(気体)とも液相(液体)とも区別がつかず、および気相および液相の両方の性質を併せ持つ、流体の一種である超臨界流体(Super Critical Fluid)8となる。この二酸化炭素からなる超臨界流体8は、一般的に次に述べるような特性を有している。第1に、液体の状態に近い高い密度および強い溶解力を有しており、溶媒として作用する。第2に、気体の状態に近い高拡散性および低粘性を有している。第3に、表面張力が略ゼロである。第4に、気体や液体の状態から超臨界状態となる際の臨界圧力および臨界温度が低く、容易に超臨界流体状態に相変化させることができる。第5に、溶媒能を有している。第6に、ナノレベルの浸透性を有している。第7に、二酸化炭素は安定、安価、低コストであるとともに、リサイクル性も高く、かつ、フッ素等に比べて環境等に与える影響も小さい。 The supercritical fluid supply device 12 includes a supercritical fluid storage device 15, a liquefaction device 16, and a supercritical fluid delivery device 17. The supercritical fluid supply device 12 is provided at the most upstream part in the flow (flow path) of the supercritical fluid 8 of the conductor forming device 1 from the supply device 3 through the pressure-resistant reaction vessel 2 to the discharge device 4. Yes. The supercritical fluid supply device 12 supplies the raw material of the supercritical fluid 8 toward the pressure resistant reactor 2. Here, carbon dioxide (CO 2 ) is used as a raw material for the supercritical fluid 8. Carbon dioxide is a kind of fluid that is indistinguishable from gas phase (gas) and liquid phase (liquid) and has both properties of gas phase and liquid phase in an atmosphere of about 31 ° C. and about 7.4 MPa. It becomes the super critical fluid (Super Critical Fluid) 8 which is. The supercritical fluid 8 made of carbon dioxide generally has the following characteristics. First, it has a high density close to that of a liquid and a strong dissolving power, and acts as a solvent. Second, it has high diffusivity and low viscosity close to the state of gas. Third, the surface tension is substantially zero. Fourth, the critical pressure and critical temperature when changing from a gas or liquid state to a supercritical state are low, and the phase can be easily changed to a supercritical fluid state. Fifth, it has solvent ability. Sixth, it has nano-level permeability. Seventh, carbon dioxide is stable, inexpensive and low-cost, highly recyclable, and has less impact on the environment than fluorine.

二酸化炭素は、超臨界流体貯蔵装置としてのサイホン式ボンベ15の中に略液体の状態で貯えられている。ボンベ15から取り出された二酸化炭素は、先ず、液化装置としての冷却装置16により冷却されて略完全に液化される。この後、液化された二酸化炭素は、超臨界流体送出装置としての超臨界流体送出ポンプ17により昇圧されて耐圧反応容器2に向けて送液される。ここでは、超臨界流体送出ポンプ17として高圧ポンプを用いて、液体状の二酸化炭素を例えば約10MPaまで昇圧する。このような構成からなる超臨界流体供給装置12によれば、二酸化炭素からなる超臨界流体8を耐圧反応容器2に向けて連続して供給することができる。以下の説明においては、超臨界状態となっている二酸化炭素を超臨界CO2 流体(CO2(SC))8と称して、液体状の二酸化炭素(CO2(liq))または気体状の二酸化炭素(CO2(gas))と区別する。 Carbon dioxide is stored in a substantially liquid state in a siphon cylinder 15 as a supercritical fluid storage device. The carbon dioxide taken out from the cylinder 15 is first cooled by a cooling device 16 as a liquefying device and is almost completely liquefied. Thereafter, the liquefied carbon dioxide is pressurized by a supercritical fluid delivery pump 17 as a supercritical fluid delivery device and sent toward the pressure resistant reaction vessel 2. Here, a high pressure pump is used as the supercritical fluid delivery pump 17 to increase the pressure of liquid carbon dioxide to, for example, about 10 MPa. According to the supercritical fluid supply device 12 having such a configuration, the supercritical fluid 8 made of carbon dioxide can be continuously supplied toward the pressure resistant reactor 2. In the following description, carbon dioxide in a supercritical state is referred to as a supercritical CO 2 fluid (CO 2 (SC)) 8, and is referred to as liquid carbon dioxide (CO 2 (liq)) or gaseous dioxide. Differentiated from carbon (CO 2 (gas)).

また、図1に示すように、原料供給装置13は、原料貯蔵装置18、原料送出装置19、および原料送出バルブ20から構成されている。原料供給装置13は、導電体形成装置1の超臨界CO2 流体8の流路に対して、耐圧反応容器2よりも上流、かつ、超臨界流体供給装置12よりも下流で接続されている。原料供給装置13は、導電体33の原料となる金属32を含む金属化合物7を超臨界CO2 流体8中に溶解させて供給する。後述するように、本実施形態では銅(Cu)を用いて導電体33を形成する。そこで、ここでは、金属化合物7として銅を含む金属化合物7を用いる。具体的には、固体の有機金属錯体(プリカーサ)の一種であるジイソブチリルメタナート銅(Cu(C71522 ;Cu(dibm)2 )を用いる。ジイソブチリルメタナート銅7は、原料貯蔵装置としてのプリカーサリザーバ18の中に貯えられている。より具体的には、図3に示すように、ジイソブチリルメタナート銅7は、ジイソブチリルメタナート銅7を超臨界CO2 流体8中に溶解し易くする補助溶媒21中に溶質として溶解させられた状態でプリカーサリザーバ18内に貯えられている。ここでは、補助溶媒21として、有機溶媒の一種であるアセトン(CH3COCH3 )を用いる。 As shown in FIG. 1, the raw material supply device 13 includes a raw material storage device 18, a raw material delivery device 19, and a raw material delivery valve 20. The raw material supply device 13 is connected to the flow path of the supercritical CO 2 fluid 8 of the conductor forming device 1 upstream from the pressure-resistant reaction vessel 2 and downstream from the supercritical fluid supply device 12. The raw material supply device 13 supplies the metal compound 7 containing the metal 32 that is the raw material of the conductor 33 by dissolving it in the supercritical CO 2 fluid 8. As will be described later, in this embodiment, the conductor 33 is formed using copper (Cu). Therefore, here, the metal compound 7 containing copper is used as the metal compound 7. Specifically, diisobutyryl methanate copper (Cu (C 7 H 15 O 2 ) 2 ; Cu (divm) 2 ), which is a kind of solid organometallic complex (precursor), is used. The diisobutyryl methanate copper 7 is stored in a precursor reservoir 18 as a raw material storage device. More specifically, as shown in FIG. 3, diisobutyryl methanate copper 7 is dissolved as a solute in auxiliary solvent 21 that facilitates dissolving diisobutyryl methanate copper 7 in supercritical CO 2 fluid 8. It is stored in the precursor reservoir 18 in such a state. Here, acetone (CH 3 COCH 3 ), which is a kind of organic solvent, is used as the auxiliary solvent 21.

ここで、図4〜図6を参照しつつ、補助溶媒21としてアセトンを選択する理由について説明する。図4〜図6は、本発明者らが行った実験の結果をグラフにして示すものである。先ず、図4は、1mlの各種溶媒に対するジイソブチリルメタナート銅7の溶解量を測定した結果をグラフにして示すものである。この図4に示すグラフによれば、ジイソブチリルメタナート銅7の溶解量は、シクロヘキサンが飛び抜けて高くなっていることが分かる。次いで、アセトンとヘキサンが高くなっている。次に、図5は、背景技術において説明したバッチ式処理によってCu膜を成膜した場合のCu膜の膜厚を各種溶媒ごとにグラフにして示すものである。この図5に示すグラフによれば、アセトンを補助溶媒として用いた場合に最も厚いCu膜を得ることができることが分かる。そして、図6は、同じくバッチ式処理によってCu膜を成膜した場合のCu膜の(1 1 1)/(2 0 0)相対強度比を各種溶媒ごとにグラフにして示すものである。この図6に示すグラフによれば、アセトンを補助溶媒として用いた場合に(1 1 1)/(2 0 0)相対強度比が最も高いCu膜を得ることができることが分かる。これに対して、シクロヘキサンを補助溶媒として用いた場合にCu膜の(1 1 1)/(2 0 0)相対強度比が最も低くなることが分かる。この(1 1 1)/(2 0 0)相対強度比が高い程、半導体装置等の電子デバイスに用いられる金属薄膜としての信頼性が高くなることが一般的に知られている。   Here, the reason for selecting acetone as the auxiliary solvent 21 will be described with reference to FIGS. 4 to 6 are graphs showing the results of experiments conducted by the present inventors. First, FIG. 4 is a graph showing the results of measuring the amount of diisobutyryl methanate copper 7 dissolved in 1 ml of various solvents. According to the graph shown in FIG. 4, it can be seen that the amount of diisobutyryl methanate copper 7 dissolved is increased by cyclohexane jumping out. Next, acetone and hexane are high. Next, FIG. 5 is a graph showing the film thickness of the Cu film for each of various solvents when the Cu film is formed by the batch processing described in the background art. According to the graph shown in FIG. 5, it is understood that the thickest Cu film can be obtained when acetone is used as an auxiliary solvent. FIG. 6 is a graph showing the (1 1 1) / (2 0 0) relative intensity ratio of the Cu film for each of the various solvents when the Cu film is formed by batch processing. According to the graph shown in FIG. 6, it can be seen that a Cu film having the highest (1 1 1) / (2 0 0) relative intensity ratio can be obtained when acetone is used as an auxiliary solvent. In contrast, when cyclohexane is used as the auxiliary solvent, it can be seen that the (1 1 1) / (2 0 0) relative intensity ratio of the Cu film is the lowest. It is generally known that the higher the (1 1 1) / (2 0 0) relative intensity ratio, the higher the reliability as a metal thin film used in an electronic device such as a semiconductor device.

本発明者らは、図4〜図6のグラフに示されている結果を総合的に判断して、ジイソブチリルメタナート銅7にふさわしい補助溶媒21としてアセトンを選択した。なお、図示を伴う具体的かつ詳細な説明は省略するが、本発明者らがさらに行った追加実験の結果によれば、アセトンを補助溶媒21として用いた場合、ヘキサンやシクロヘキサン等のアセトン以外の物質を補助溶媒21として用いた場合に比べて成膜速度を高めることができるとともに、結晶性を向上させることができることも分かった。また、アセトンはヘキサンやシクロヘキサン等に比べて安価である。したがって、補助溶媒21としてアセトンを用いることにより、導電体形成プロセスのスループット速度や導電体形成プロセスにより形成される導電体33の品質や信頼性を向上させることができるとともに、導電体形成プロセスに掛かるコストを低減もしくは抑制させることができる。ただし、本発明者らが行った追加実験の結果によれば、単位量当たりの超臨界CO2 流体8中にアセトンを10%以上混合すると、超臨界CO2 流体8はCO2 とアセトンとの二相に分離してしまい、均一相ではなくなってしまうことも確認された。したがって、本発明者らは、単位量当たりの超臨界CO2 流体8中に混合するアセトンの割合は10%未満とすることとした。 The inventors comprehensively judged the results shown in the graphs of FIGS. 4 to 6 and selected acetone as the auxiliary solvent 21 suitable for the diisobutyryl methanate copper 7. In addition, although specific and detailed description accompanied with illustration is abbreviate | omitted, according to the result of the additional experiment which the present inventors performed further, when acetone is used as the auxiliary solvent 21, it is other than acetone, such as hexane and cyclohexane. It was also found that the film formation rate can be increased and the crystallinity can be improved as compared with the case where a substance is used as the auxiliary solvent 21. Acetone is less expensive than hexane, cyclohexane, or the like. Therefore, by using acetone as the auxiliary solvent 21, the throughput speed of the conductor forming process and the quality and reliability of the conductor 33 formed by the conductor forming process can be improved and the conductor forming process is applied. Cost can be reduced or suppressed. However, according to the results of additional experiments conducted by the present inventors, when 10% or more of acetone is mixed in the supercritical CO 2 fluid 8 per unit amount, the supercritical CO 2 fluid 8 is composed of CO 2 and acetone. It was also confirmed that it separated into two phases and was not a homogeneous phase. Therefore, the present inventors have determined that the ratio of acetone mixed in the supercritical CO 2 fluid 8 per unit amount is less than 10%.

プリカーサリザーバ18内に貯えられているジイソブチリルメタナート銅7は、図3中実線矢印で示すように、先ず、原料送出装置としての原料送出ポンプ19によりアセトン21中に溶解させられたままの状態でプリカーサリザーバ18内から取り出される。次いで、図1に示すように、原料送出バルブ20を開くことにより、プリカーサリザーバ18内から取り出されたジイソブチリルメタナート銅7およびアセトン21は超臨界流体供給装置12から送られてくる超臨界CO2 流体8中に供給される。すなわち、ジイソブチリルメタナート銅7は、アセトン21に溶解させられた状態でさらに超臨界CO2 流体8中に溶解させられる。これにより、導電体33の原料となる銅32を含むジイソブチリルメタナート銅7が超臨界CO2 流体8とともに耐圧反応容器2の内部に向けて供給される。このような構成からなる原料供給装置13によれば、アセトン21に溶解したジイソブチリルメタナート銅7を超臨界CO2 流体8中に連続して供給することができる。ひいては、原料供給装置13によれば、耐圧反応容器2をはじめとする導電体形成装置1の超臨界CO2 流体8の流路(ライン)内にアセトン21に溶解したジイソブチリルメタナート銅7を連続して供給することができる。なお、プリカーサリザーバ18、原料送出ポンプ19、および原料送出バルブ20からなる原料供給装置13は、原料添加ユニットとも称される。 The diisobutyryl methanate copper 7 stored in the precursor reservoir 18 is first dissolved in acetone 21 by a raw material delivery pump 19 as a raw material delivery device as shown by a solid line arrow in FIG. In the state, it is taken out from the precursor reservoir 18. Next, as shown in FIG. 1, by opening the raw material delivery valve 20, the diisobutyryl methanate copper 7 and acetone 21 taken out from the precursor reservoir 18 are sent from the supercritical fluid supply device 12. Supplied into the CO 2 fluid 8. That is, the diisobutyryl methanate copper 7 is further dissolved in the supercritical CO 2 fluid 8 while being dissolved in the acetone 21. Thereby, the diisobutyryl methanate copper 7 containing the copper 32 used as the raw material of the conductor 33 is supplied with the supercritical CO 2 fluid 8 toward the inside of the pressure resistant reactor 2. According to the raw material supply device 13 having such a configuration, the diisobutyryl methanate copper 7 dissolved in the acetone 21 can be continuously supplied into the supercritical CO 2 fluid 8. As a result, according to the raw material supply device 13, diisobutyryl methanate copper 7 dissolved in acetone 21 in the flow path (line) of the supercritical CO 2 fluid 8 of the conductor forming device 1 including the pressure resistant reactor 2. Can be supplied continuously. Note that the raw material supply device 13 including the precursor reservoir 18, the raw material delivery pump 19, and the raw material delivery valve 20 is also referred to as a raw material addition unit.

また、供給装置3は、超臨界流体供給装置12による超臨界CO2 流体8の耐圧反応容器2内への供給を行いつつ、原料供給装置13による超臨界CO2 流体8中へのジイソブチリルメタナート銅7の供給を停止することができる。これにより、ジイソブチリルメタナート銅7が溶解した超臨界CO2 流体8に代えてジイソブチリルメタナート銅7が溶解していない超臨界CO2 流体8を耐圧反応容器2内に供給することができる。このためには、原料供給装置13は、原料送出ポンプ19および原料送出バルブ20を共に停止させる必要は無い。原料供給装置13は、原料送出ポンプ19および原料送出バルブ20のいずれか一方を停止させれば十分である。例えば、原料送出ポンプ19の作動を停止させるか、あるいは原料送出バルブ20を完全に閉めることにより、ジイソブチリルメタナート銅7を含まない超臨界CO2 流体8を耐圧反応容器2内に供給することができる。ひいては、原料送出ポンプ19の出力や稼働率を調節するか、あるいは原料送出バルブ20の開度を調節することにより、耐圧反応容器2内のジイソブチリルメタナート銅7もしくは銅32の量および濃度を適宜、適正な状態に設定することができる。 Further, the supply device 3 supplies diisobutyryl into the supercritical CO 2 fluid 8 by the raw material supply device 13 while supplying the supercritical CO 2 fluid 8 into the pressure-resistant reaction vessel 2 by the supercritical fluid supply device 12. The supply of the methanate copper 7 can be stopped. Accordingly, supplying the supercritical CO 2 fluid 8 diisobutyryl methanate copper 7 instead of the supercritical CO 2 fluid 8 diisobutyryl methanate copper 7 is dissolved is not dissolved in the pressure-resistant reaction container 2 Can do. For this purpose, the material supply device 13 does not need to stop both the material delivery pump 19 and the material delivery valve 20. It is sufficient for the material supply device 13 to stop either the material delivery pump 19 or the material delivery valve 20. For example, the supercritical CO 2 fluid 8 not containing diisobutyryl methanate copper 7 is supplied into the pressure-resistant reaction vessel 2 by stopping the operation of the raw material delivery pump 19 or completely closing the raw material delivery valve 20. be able to. Eventually, the amount and concentration of diisobutyryl methanate copper 7 or copper 32 in the pressure-resistant reaction vessel 2 are adjusted by adjusting the output and operating rate of the raw material delivery pump 19 or by adjusting the opening of the raw material delivery valve 20. Can be appropriately set to an appropriate state.

また、図1に示すように、反応促進剤供給装置14は、反応促進剤貯蔵装置22および混合装置(ミキシングユニット)23から構成されている。反応促進剤供給装置14は、導電体形成装置1の超臨界CO2 流体8の流路に対して、原料供給装置13よりも上流、かつ、超臨界流体供給装置12よりも下流で接続されている。図1において図示は省略するが、反応促進剤供給装置14は、金属化合物7からの金属32の析出を促進させる反応促進剤31を超臨界流体8中に供給する。本実施形態では、反応促進剤供給装置14は、ジイソブチリルメタナート銅7からの銅32の析出を促進させる反応促進剤31を超臨界CO2 流体8中に供給する。ここでは、そのような反応促進剤として水素(H2 )31を用いる。水素31には、超臨界CO2 流体8中に溶解したジイソブチリルメタナート銅7に含まれる銅32を還元して析出させる作用がある。 As shown in FIG. 1, the reaction accelerator supply device 14 includes a reaction accelerator storage device 22 and a mixing device (mixing unit) 23. The reaction accelerator supply device 14 is connected to the flow path of the supercritical CO 2 fluid 8 of the conductor forming device 1 upstream from the raw material supply device 13 and downstream from the supercritical fluid supply device 12. Yes. Although not shown in FIG. 1, the reaction accelerator supply device 14 supplies a reaction accelerator 31 that promotes precipitation of the metal 32 from the metal compound 7 into the supercritical fluid 8. In this embodiment, the reaction accelerator supply device 14 supplies a reaction accelerator 31 that promotes the precipitation of copper 32 from the diisobutyryl methanate copper 7 into the supercritical CO 2 fluid 8. Here, hydrogen (H 2 ) 31 is used as such a reaction accelerator. The hydrogen 31 has an action of reducing and precipitating the copper 32 contained in the diisobutyryl methanate copper 7 dissolved in the supercritical CO 2 fluid 8.

なお、水素31には、超臨界CO2 流体8に対するジイソブチリルメタナート銅7の飽和溶解度を高める作用(エントレーナ効果)も期待される。水素31がこのエントレーナ効果を有しているならば、超臨界CO2 流体8中に水素31を混入することにより、超臨界CO2 流体8中に水素31を混入させない場合に比べて、ジイソブチリルメタナート銅7を超臨界CO2 流体8中に過剰に溶解させることができる。超臨界CO2 流体8中に過剰に溶解したジイソブチリルメタナート銅7に含まれる銅32は、少なくとも導電体形成プロセスが進行している間は過剰に溶解した分だけ析出し易くなる。したがって、水素31を超臨界CO2 流体8中に混入することにより、各凹部5内を銅32で埋め込む工程に掛かる時間を短縮できる効果が期待できる。すなわち、導電体形成プロセスのスループット速度を高める効果が期待できる。 The hydrogen 31 is also expected to have an action (entrainer effect) for increasing the saturation solubility of the diisobutyryl methanate copper 7 in the supercritical CO 2 fluid 8. If hydrogen 31 has the entrainer effect, by incorporating hydrogen 31 in the supercritical CO 2 fluid 8, as compared with the case where in the supercritical CO 2 fluid 8 not to mix the hydrogen 31, Jiisobuchiri Rumethanate copper 7 can be excessively dissolved in the supercritical CO 2 fluid 8. The copper 32 contained in the diisobutyryl methanate copper 7 excessively dissolved in the supercritical CO 2 fluid 8 is likely to precipitate at least during the course of the conductor formation process. Therefore, by mixing the hydrogen 31 into the supercritical CO 2 fluid 8, it can be expected that the time required for the step of filling the recesses 5 with the copper 32 can be shortened. That is, the effect of increasing the throughput speed of the conductor forming process can be expected.

図1に示すように、水素31は、反応促進剤貯蔵装置としてのサイホン式ボンベ22の中に貯えられている。ボンベ22から取り出された水素31は、反応促進剤供給装置14と超臨界流体供給装置12から耐圧反応容器2に向かう超臨界CO2 流体8の流路との接続部に設けられているミキシングユニット23により、超臨界CO2 流体8中に混入される。このような構成からなる反応促進剤供給装置14によれば、水素31を超臨界CO2 流体8中に連続して注入することができる。ひいては、反応促進剤供給装置14によれば、耐圧反応容器2をはじめとする導電体形成装置1の超臨界CO2 流体8の流路(ライン)内に水素31を連続して注入することができる。 As shown in FIG. 1, the hydrogen 31 is stored in a siphon cylinder 22 as a reaction accelerator storage device. The hydrogen 31 taken out from the cylinder 22 is a mixing unit provided at the connection between the reaction accelerator supply device 14 and the flow path of the supercritical CO 2 fluid 8 from the supercritical fluid supply device 12 toward the pressure resistant reactor 2. 23 is mixed into the supercritical CO 2 fluid 8. According to the reaction accelerator supply device 14 having such a configuration, the hydrogen 31 can be continuously injected into the supercritical CO 2 fluid 8. As a result, according to the reaction accelerator supply device 14, the hydrogen 31 can be continuously injected into the flow path (line) of the supercritical CO 2 fluid 8 of the conductor forming device 1 including the pressure resistant reactor 2. it can.

また、前述したように、反応促進剤供給装置14は原料供給装置13よりも上流側で超臨界CO2 流体8の流路に接続されている。このため、水素31は、アセトン21に溶解したジイソブチリルメタナート銅7が超臨界CO2 流体8中に溶解させられるのに先立って、超臨界CO2 流体8中に混入される。超臨界CO2 流体8中の水素31の量および濃度は、超臨界CO2 流体8に対する水素31の混合比をミキシングユニット23で調節することにより適宜、適正な状態に設定することができる。ひいては、超臨界CO2 流体8中の水素31の量および濃度をミキシングユニット23で調節することにより、超臨界CO2 流体8中のジイソブチリルメタナート銅7の溶解度も適宜、適正な状態に設定することができる。例えば、ミキシングユニット23を完全に閉めることにより、超臨界CO2 流体8中への水素31の注入を停止する。これにより、超臨界CO2 流体8中のジイソブチリルメタナート銅7の溶解度を低減させることができる。それとともに、水素31を含まない超臨界CO2 流体8を耐圧反応容器2内に供給することができる。 Further, as described above, the reaction accelerator supply device 14 is connected to the flow path of the supercritical CO 2 fluid 8 on the upstream side of the raw material supply device 13. Therefore, hydrogen 31 prior to diisobutyryl methanate copper 7 dissolved in acetone 21 is dissolved in the supercritical CO 2 fluid 8, it is incorporated in the supercritical CO 2 fluid 8. The amount and concentration of hydrogen 31 in the supercritical CO 2 fluid 8, suitably by adjusting the mixing ratio of hydrogen 31 for the supercritical CO 2 fluid 8 in the mixing unit 23 can be set to a proper state. As a result, by adjusting the amount and concentration of hydrogen 31 in the supercritical CO 2 fluid 8 with the mixing unit 23, the solubility of the diisobutyryl methanate copper 7 in the supercritical CO 2 fluid 8 is appropriately adjusted to an appropriate state. Can be set. For example, by completely closing the mixing unit 23, the injection of the hydrogen 31 into the supercritical CO 2 fluid 8 is stopped. Thereby, the solubility of the diisobutyryl methanate copper 7 in the supercritical CO 2 fluid 8 can be reduced. At the same time, the supercritical CO 2 fluid 8 not containing hydrogen 31 can be supplied into the pressure resistant reactor 2.

また、図1に示すように、導電体形成装置1の超臨界CO2 流体8の流路において、原料供給装置13よりも上流、かつ、ミキシングユニット23よりも下流には、超臨界流体送出バルブ24が設けられている。この超臨界流体送出バルブ24を開くことによって、超臨界CO2 流体8または水素31が注入された超臨界CO2 流体8を耐圧反応容器2の内部に向けて供給することができる。また、超臨界流体送出バルブ24の開度を調節することにより、超臨界CO2 流体8または水素31が注入された超臨界CO2 流体8の耐圧反応容器2への供給量を適宜、適正な状態に設定することができる。ひいては、前述したように原料供給装置13が備える原料送出ポンプ19および原料送出バルブ20を調節するのみならず超臨界流体送出バルブ24の開度を調節することによっても、耐圧反応容器2内のジイソブチリルメタナート銅7もしくは銅32の濃度を適宜、適正な状態に設定することができる。 Further, as shown in FIG. 1, in the flow path of the supercritical CO 2 fluid 8 of the conductor forming device 1, a supercritical fluid delivery valve is located upstream of the raw material supply device 13 and downstream of the mixing unit 23. 24 is provided. By opening the supercritical fluid delivery valve 24 can be supplied toward the supercritical CO 2 fluid 8 supercritical CO 2 fluid 8 or hydrogen 31 is injected into the pressure-resistant reaction container 2. Further, by adjusting the opening degree of the supercritical fluid delivery valve 24, the supply amount of the supercritical CO 2 fluid 8 into which the supercritical CO 2 fluid 8 or hydrogen 31 has been injected into the pressure-resistant reaction vessel 2 is appropriately set appropriately. Can be set to state. As a result, as described above, not only by adjusting the raw material delivery pump 19 and the raw material delivery valve 20 included in the raw material supply device 13 but also by adjusting the opening degree of the supercritical fluid delivery valve 24, The concentration of tyrylmethanate copper 7 or copper 32 can be appropriately set to an appropriate state.

また、図1に示すように、排出装置4は、圧力計25、圧力調節バルブ26、圧力調整装置27、および分離器28から構成されている。排出装置4は、導電体形成装置1の超臨界CO2 流体8の流路において、耐圧反応容器2の下流側の最下流部に設けられている。排出装置4は、導電体形成プロセスに供しない超臨界CO2 流体8などを耐圧反応容器2の内部から外部に排出する。具体的には、圧力調節バルブとしての背圧弁26を開くとともに圧力調整装置としての背圧調整装置(Back Pressure Regulator:BPR)27を作動させる。これにより、導電体形成装置1の超臨界CO2 流体8の流路のうち、耐圧反応容器2から下流側の流路の圧力を耐圧反応容器2の内部圧力よりも低く設定する。この結果、耐圧反応容器2内の導電体形成プロセスに供しない超臨界CO2 流体8などは耐圧反応容器2の内部から外部に排出される。この際、耐圧反応容器2から下流側の流路の圧力は、圧力計(圧力センサ)25により監視しつつ背圧弁26および背圧調整装置27により自動的に適正な状態に維持できる設定とすることが好ましい。 As shown in FIG. 1, the discharge device 4 includes a pressure gauge 25, a pressure adjustment valve 26, a pressure adjustment device 27, and a separator 28. The discharge device 4 is provided in the most downstream portion on the downstream side of the pressure resistant reactor 2 in the flow path of the supercritical CO 2 fluid 8 of the conductor forming device 1. The discharge device 4 discharges the supercritical CO 2 fluid 8 and the like not subjected to the conductor formation process from the inside of the pressure resistant reactor 2 to the outside. Specifically, the back pressure valve 26 as a pressure control valve is opened and a back pressure regulator (Back Pressure Regulator: BPR) 27 as a pressure regulator is operated. Thereby, the pressure of the flow path downstream from the pressure resistant reaction container 2 in the flow path of the supercritical CO 2 fluid 8 of the conductor forming apparatus 1 is set lower than the internal pressure of the pressure resistant reaction container 2. As a result, the supercritical CO 2 fluid 8 that is not subjected to the conductor forming process in the pressure resistant reactor 2 is discharged from the inside of the pressure resistant reactor 2 to the outside. At this time, the pressure in the flow path downstream from the pressure-resistant reaction vessel 2 is set so that it can be automatically maintained in an appropriate state by the back pressure valve 26 and the back pressure adjusting device 27 while being monitored by a pressure gauge (pressure sensor) 25. It is preferable.

また、背圧弁26および背圧調整装置27は、前述した超臨界流体送出ポンプ17、原料送出ポンプ19、原料送出バルブ20、および超臨界流体送出バルブ24とともに、導電体形成装置1の超臨界CO2 流体8の流路全体の圧力を随時、適正な値に制御する役割を有している。特に、背圧弁26および背圧調整装置27は、超臨界流体送出ポンプ17、原料送出ポンプ19、原料送出バルブ20、および超臨界流体送出バルブ24とともに、導電体形成プロセスが進行している間の耐圧反応容器2内の圧力を、導電体形成プロセスが進行状況に応じて適宜、適正な値に調整して保持する役割を有している。また、背圧弁26、背圧調整装置27、超臨界流体送出ポンプ17、原料送出ポンプ19、原料送出バルブ20、および超臨界流体送出バルブ24をそれぞれ調節して、導電体形成プロセスが進行している間の耐圧反応容器2内の圧力を所定の値で安定させて保持することもできるのはもちろんである。これらにより、導電体形成プロセスを適正に進行させることができる。 In addition, the back pressure valve 26 and the back pressure adjusting device 27 include the supercritical fluid delivery pump 17, the material delivery pump 19, the material delivery valve 20, and the supercritical fluid delivery valve 24 described above, as well as the supercritical CO of the conductor forming device 1. It has the role of controlling the pressure of the entire flow path of the two fluids 8 to an appropriate value at any time. In particular, the back pressure valve 26 and the back pressure adjusting device 27, together with the supercritical fluid delivery pump 17, the material delivery pump 19, the material delivery valve 20, and the supercritical fluid delivery valve 24, are in progress during the conductor formation process. The pressure inside the pressure-resistant reaction container 2 has a role of adjusting and holding the pressure appropriately in accordance with the progress of the conductor formation process. Further, the back pressure valve 26, the back pressure adjusting device 27, the supercritical fluid delivery pump 17, the raw material delivery pump 19, the raw material delivery valve 20, and the supercritical fluid delivery valve 24 are respectively adjusted, and the conductor formation process proceeds. Needless to say, the pressure in the pressure-resistant reaction vessel 2 can be kept stable at a predetermined value during the period. By these, a conductor formation process can be advanced appropriately.

さらに、背圧弁26および背圧調整装置27は、前述した上下各マントルヒータ11a,11bと同様に、耐圧反応容器2内の雰囲気にパルス状の密度の揺らぎを生じさせることができる。例えば、耐圧反応容器2内の圧力が約±10%の範囲で、かつ、所定の間隔で周期的に上下するように、耐圧反応容器2から下流側の流路の圧力を圧力センサ25により監視しつつ背圧弁26および背圧調整装置27を作動させる。すると、耐圧反応容器2の内部の雰囲気の圧力も、約±10%の範囲で、かつ、所定の間隔で周期的に上下するこれにより、耐圧反応容器2内の雰囲気の密度が約±10%の範囲で、かつ、所定の間隔で周期的に不均一になる。すなわち、耐圧反応容器2内の雰囲気の密度にパルス状の揺らぎを生じさせることができる。具体的には、耐圧反応容器2内に供給されたジイソブチリルメタナート銅7、アセトン21、および水素31を含む超臨界CO2 流体8の密度にパルス状の揺らぎを生じさせることができる。 Further, the back pressure valve 26 and the back pressure adjustment device 27 can cause pulse-like density fluctuations in the atmosphere in the pressure resistant reactor 2 as in the case of the upper and lower mantle heaters 11a and 11b. For example, the pressure sensor 25 monitors the pressure in the downstream flow path from the pressure-resistant reaction container 2 so that the pressure in the pressure-resistant reaction container 2 is in the range of about ± 10% and periodically rises and falls at a predetermined interval. At the same time, the back pressure valve 26 and the back pressure adjusting device 27 are operated. Then, the pressure of the atmosphere inside the pressure-resistant reaction vessel 2 is also in the range of about ± 10% and periodically rises and falls at a predetermined interval, so that the density of the atmosphere in the pressure-resistant reaction vessel 2 is about ± 10%. And periodically non-uniform at predetermined intervals. That is, a pulse-like fluctuation can be generated in the density of the atmosphere in the pressure resistant reactor 2. Specifically, pulse-like fluctuations can be generated in the density of the supercritical CO 2 fluid 8 containing diisobutyryl methanate copper 7, acetone 21, and hydrogen 31 supplied into the pressure resistant reactor 2.

この結果、供給装置3からの金属化合物7の供給量を増やすことなく、耐圧反応容器2内におけるジイソブチリルメタナート銅7の濃度を実質的に高めたり、あるいは導電体形成プロセスの制御性を向上させたりすることができる。それとともに、ジイソブチリルメタナート銅7の無駄な消費を抑制して、省原料、省エネルギー、省コストを図ることができるとともに、環境に優しいプロセスを実現することができる。なお、背圧弁26および背圧調整装置27のみならず、超臨界流体送出ポンプ17および超臨界流体送出バルブ24を操作することによっても、耐圧反応容器2内の雰囲気にパルス状の密度の揺らぎを生じさせることができるのはもちろんである。   As a result, the concentration of the diisobutyryl methanate copper 7 in the pressure resistant reactor 2 can be substantially increased without increasing the supply amount of the metal compound 7 from the supply device 3, or the controllability of the conductor forming process can be increased. It can be improved. At the same time, wasteful consumption of the diisobutyryl methanate copper 7 can be suppressed to save raw materials, energy and costs, and to realize an environment-friendly process. It should be noted that not only the back pressure valve 26 and the back pressure adjusting device 27 but also the supercritical fluid delivery pump 17 and the supercritical fluid delivery valve 24 are operated, so that the atmosphere in the pressure resistant reaction vessel 2 has a pulse-like density fluctuation. Of course, it can be generated.

耐圧反応容器2内から排出された超臨界CO2 流体8等は、背圧調整装置27お下流側に設けられている分離器(セパレータ)28に送られる。セパレータ28では、超臨界CO2 流体8に含まれている導電体形成プロセスに寄与しなかった未反応のジイソブチリルメタナート銅7が回収される。セパレータ28で回収されたジイソブチリルメタナート銅7の濃度を測定することにより、後述するように導電体形成装置1を用いる導電体形成プロセスにおける原料の使用率を求めることができる。 The supercritical CO 2 fluid 8 and the like discharged from the pressure-resistant reaction vessel 2 are sent to a separator (separator) 28 provided downstream of the back pressure adjusting device 27. In the separator 28, unreacted diisobutyryl methanate copper 7 that has not contributed to the conductor forming process contained in the supercritical CO 2 fluid 8 is recovered. By measuring the concentration of the diisobutyryl methanate copper 7 recovered by the separator 28, the usage rate of the raw material in the conductor forming process using the conductor forming apparatus 1 can be obtained as described later.

また、図1に示すように、導電体形成装置1の超臨界CO2 流体8の流路において、供給装置3と耐圧反応容器2との間には、超臨界CO2 流体8中に溶解しているジイソブチリルメタナート銅7の濃度を検出する濃度検出装置29がさらに設けられている。より具体的には、耐圧反応容器2内において導電体形成プロセスに供される前の超臨界CO2 流体8中のジイソブチリルメタナート銅7の濃度を光学的に検出するための濃度検出装置としての吸光度分析装置(VIS)29が、原料送出バルブ20および超臨界流体送出バルブ24と耐圧反応容器2との間に設けられている。吸光度分析装置29は、導電体形成プロセスに用いられる前の超臨界CO2 流体8中のジイソブチリルメタナート銅7の濃度をインライン分析することができる。この吸光度分析装置29によって測定された超臨界CO2 流体8中のジイソブチリルメタナート銅7の濃度と、前述したセパレータ28によって測定された超臨界CO2 流体8中のジイソブチリルメタナート銅7の濃度との差を求めることにより、導電体形成装置1を用いる導電体形成プロセスにおける原料の使用率を求めることができる。 Further, as shown in FIG. 1, in the flow path of the supercritical CO 2 fluid 8 of the conductor forming device 1, it is dissolved in the supercritical CO 2 fluid 8 between the supply device 3 and the pressure-resistant reaction vessel 2. A concentration detector 29 for detecting the concentration of the diisobutyryl methanate copper 7 is further provided. More specifically, a concentration detection apparatus for optically detecting the concentration of diisobutyryl methanate copper 7 in the supercritical CO 2 fluid 8 before being subjected to the conductor formation process in the pressure resistant reactor 2. An absorbance analyzer (VIS) 29 is provided between the raw material delivery valve 20 and the supercritical fluid delivery valve 24 and the pressure-resistant reaction vessel 2. The absorbance analyzer 29 can in-line analyze the concentration of diisobutyryl methanate copper 7 in the supercritical CO 2 fluid 8 prior to being used in the conductor formation process. The concentration of diisobutyryl methanate copper 7 in the supercritical CO 2 fluid 8 measured by the absorbance analyzer 29 and the diisobutyryl methanate copper in the supercritical CO 2 fluid 8 measured by the separator 28 described above. By determining the difference from the concentration of 7, the usage rate of the raw material in the conductor forming process using the conductor forming apparatus 1 can be determined.

さらに、図1に示すように、超臨界流体供給装置12と反応促進剤供給装置14との接続部から耐圧反応容器2までの超臨界CO2 流体8の流路は、第2の温度調節装置30の内側に設けられている。この第2の温度調節装置30は、超臨界CO2 流体8の原料である二酸化炭素の温度を超臨界状態を保持できる温度に調節するために設置されている。前述したように、二酸化炭素は約31℃で超臨界状態となる。したがって、ここでは、第2の温度調節装置として、二酸化炭素の温度を所定の温度で安定して保持することができる恒温槽30を用いることとする。具体的には、恒温槽30により、その内側を流れる二酸化炭素の温度を約40℃に保持することとする。図1に示すように、恒温槽30の内側には、導電体形成装置1の超臨界CO2 流体8の流路のうちミキシングユニット23、超臨界流体送出バルブ24、原料送出バルブ20、吸光度分析装置29、および耐圧反応容器2までが収容される。 Further, as shown in FIG. 1, the flow path of the supercritical CO 2 fluid 8 from the connection portion between the supercritical fluid supply device 12 and the reaction accelerator supply device 14 to the pressure resistant reactor 2 is a second temperature control device. 30 is provided inside. The second temperature adjusting device 30 is installed to adjust the temperature of carbon dioxide, which is a raw material of the supercritical CO 2 fluid 8, to a temperature that can maintain the supercritical state. As described above, carbon dioxide becomes supercritical at about 31 ° C. Therefore, here, the thermostat 30 that can stably hold the temperature of carbon dioxide at a predetermined temperature is used as the second temperature control device. Specifically, the temperature of carbon dioxide flowing inside the thermostatic chamber 30 is maintained at about 40 ° C. As shown in FIG. 1, a mixing unit 23, a supercritical fluid delivery valve 24, a raw material delivery valve 20, an absorbance analysis among the flow paths of the supercritical CO 2 fluid 8 of the conductor forming apparatus 1 are disposed inside the thermostatic chamber 30. The device 29 and the pressure resistant reactor 2 are accommodated.

次に、図2、図3、図7(a)〜(d)、および図8を参照しつつ、本実施形態に係る導電体の形成方法について説明する。本実施形態の導電体の形成方法とは、具体的には前述した導電体形成装置1を用いて被処理体6の表層部に形成された複数個の微細かつ高アスペクト比の凹部5の内部に優先的に導電体33を設ける方法である。   Next, a method for forming a conductor according to this embodiment will be described with reference to FIGS. 2, 3, 7A to 7D, and FIG. Specifically, the conductor forming method of the present embodiment is the interior of a plurality of fine and high aspect ratio recesses 5 formed on the surface layer portion of the object 6 using the conductor forming apparatus 1 described above. In this method, the conductor 33 is preferentially provided.

先ず、図2に示すように、耐圧反応容器2の内部に被処理体としてのシリコンウェーハ6を配置する。続けて、導電体形成装置1が備える供給装置3の冷却装置16、超臨界流体送出ポンプ17、ミキシングユニット23、超臨界流体送出バルブ24、原料送出ポンプ19、および原料送出バルブ20を作動させる。これにより、超臨界CO2 流体8および水素31をシリコンウェーハ6が収容された耐圧反応容器11の内部に向けて供給する。それとともに、図3に示すように、アセトン21に溶解したジイソブチリルメタナート銅7を水素31が混入された超臨界CO2 流体8中に溶解させて耐圧反応容器11の内部に向けて供給する。続けて、導電体形成装置1が備える排出装置4の圧力調節バルブ26および圧力調整装置27を作動させるとともに、上下各マントルヒータ11a,11bおよび恒温槽30を作動させる。これにより、耐圧反応容器2内の圧力および温度を導電体形成プロセスが適正に進行できる値に設定して維持する。 First, as shown in FIG. 2, a silicon wafer 6 as an object to be processed is placed inside the pressure resistant reactor 2. Subsequently, the cooling device 16, the supercritical fluid delivery pump 17, the mixing unit 23, the supercritical fluid delivery valve 24, the raw material delivery pump 19, and the raw material delivery valve 20 of the supply device 3 provided in the conductor forming apparatus 1 are operated. Thereby, the supercritical CO 2 fluid 8 and hydrogen 31 are supplied toward the inside of the pressure resistant reactor 11 in which the silicon wafer 6 is accommodated. At the same time, as shown in FIG. 3, diisobutyryl methanate copper 7 dissolved in acetone 21 is dissolved in supercritical CO 2 fluid 8 mixed with hydrogen 31 and supplied toward the inside of the pressure resistant reactor 11. To do. Subsequently, the pressure adjusting valve 26 and the pressure adjusting device 27 of the discharge device 4 included in the conductor forming device 1 are operated, and the upper and lower mantle heaters 11a and 11b and the thermostat 30 are operated. Thereby, the pressure and temperature in the pressure | voltage resistant reaction container 2 are set and maintained to the value which a conductor formation process can progress appropriately.

図7(a)に示すように、液相となったジイソブチリルメタナート銅7aは、少なくともその一部がさらに分子状のジイソブチリルメタナート銅7bとなって超臨界CO2 流体8中にさらに溶解し易くなる。また、前述したように、本実施形態では、導電体形成プロセスが進行している際にジイソブチリルメタナート銅7から銅32が析出し易いように、超臨界CO2 流体8中に水素31を添加してジイソブチリルメタナート銅7を超臨界CO2 流体8中に過飽和状態になるまで溶解させる。この方法によれば、耐圧反応容器2内に過剰のジイソブチリルメタナート銅7を導入することなく、水素31のエントレーナ効果により超臨界CO2 流体8中へのジイソブチリルメタナート銅7(7a,7b)の溶解度を増大させることができる。 As shown in FIG. 7 (a), at least part of the diisobutyryl methanate copper 7a in the liquid phase is further converted into molecular diisobutyryl methanate copper 7b in the supercritical CO 2 fluid 8. It becomes easier to dissolve. Further, as described above, in the present embodiment, hydrogen 31 is contained in the supercritical CO 2 fluid 8 so that the copper 32 is easily deposited from the diisobutyryl methanate copper 7 when the conductor formation process is in progress. Is added to dissolve the diisobutyrylmethanate copper 7 in the supercritical CO 2 fluid 8 until it becomes supersaturated. According to this method, the diisobutyrylmethanate copper 7 (into the supercritical CO 2 fluid 8 is introduced into the supercritical CO 2 fluid 8 by introducing the hydrogen 31 without introducing excess diisobutyrylmethanate copper 7 into the pressure resistant reactor 2. The solubility of 7a, 7b) can be increased.

なお、超臨界CO2 流体8は化学反応の観点において極めて安定した物体である。したがって、ジイソブチリルメタナート銅7bが超臨界CO2 流体8に対して過飽和となった状態では、分子状のジイソブチリルメタナート銅7bおよび超臨界CO2 流体8は、それぞれの相が互いに分離した二相分離状態で耐圧反応容器2内の雰囲気中に共存する。すなわち、分子状のジイソブチリルメタナート銅7bと超臨界CO2 流体8とが互いに化学反応を起こして変質するおそれは殆どない。また、超臨界CO2 流体8は気体と同等の高拡散性を有しているので、分子状のジイソブチリルメタナート銅7bは超臨界CO2 流体8中に万遍なく略均一に溶解している。 The supercritical CO 2 fluid 8 is a very stable object from the viewpoint of chemical reaction. Therefore, in the state where the diisobutyryl methanate copper 7b is supersaturated with respect to the supercritical CO 2 fluid 8, the molecular diisobutyryl methanate copper 7b and the supercritical CO 2 fluid 8 are in phase with each other. It coexists in the atmosphere in the pressure resistant reactor 2 in the separated two-phase separated state. That is, there is almost no possibility that the molecular diisobutyryl methanate copper 7b and the supercritical CO 2 fluid 8 undergo a chemical reaction with each other and deteriorate. In addition, since the supercritical CO 2 fluid 8 has a high diffusibility equivalent to that of gas, the molecular diisobutyryl methanate copper 7b is dissolved almost uniformly in the supercritical CO 2 fluid 8 evenly. ing.

先ず、図7(a)に示すように、分子状のジイソブチリルメタナート銅7b、超臨界CO2 流体8、アセトン21、および水素31が共存する雰囲気中に異質な物体としてのシリコンウェーハ6が存在すると、親和力によって分子状のジイソブチリルメタナート銅7bがシリコンウェーハ6に向けて引き寄せられる。そして、分子状のジイソブチリルメタナート銅7bはシリコンウェーハ6の表面6aに接触して吸着または付着する。しかるに、分子状のジイソブチリルメタナート銅7bは、表面張力が略ゼロに近い超臨界CO2 流体8中に溶解していることにより、その流動性が非常に富んだ高密度状態になっている。このため、シリコンウェーハ6の表面6aに吸着または付着した分子状のジイソブチリルメタナート銅7bは、図7(a)に示すように、シリコンウェーハ6の表面6aに沿って滑らかに流動してシリコンウェーハ6の表面6aから掘り下げられて低い位置に形成された構造からなる各凹部5内に自己整合的に、かつ、選択的に導入される。すなわち、シリコンウェーハ6の表面6aに吸着または付着した分子状のジイソブチリルメタナート銅7bは、各凹部15内に優先的に導入される。 First, as shown in FIG. 7A, a silicon wafer 6 as a foreign object in an atmosphere in which molecular diisobutyryl methanate copper 7b, supercritical CO 2 fluid 8, acetone 21, and hydrogen 31 coexist. Is present, the molecular diisobutyryl methanate copper 7b is attracted toward the silicon wafer 6 by affinity. The molecular diisobutyryl methanate copper 7b contacts the surface 6a of the silicon wafer 6 and is adsorbed or adhered. However, since the molecular diisobutyryl methanate copper 7b is dissolved in the supercritical CO 2 fluid 8 whose surface tension is almost zero, the fluidity of the diisobutyryl methanate copper 7b is in a high density state with very high fluidity. Yes. For this reason, the molecular diisobutyryl methanate copper 7b adsorbed or adhered to the surface 6a of the silicon wafer 6 flows smoothly along the surface 6a of the silicon wafer 6 as shown in FIG. It is introduced in a self-aligning manner and selectively into each of the recesses 5 having a structure dug down from the surface 6a of the silicon wafer 6 and formed at a low position. That is, the molecular diisobutyryl methanate copper 7 b adsorbed or adhered to the surface 6 a of the silicon wafer 6 is preferentially introduced into each recess 15.

次に、図7(b)に示すように、各凹部5内に分子状のジイソブチリルメタナート銅7bが侵入すると、シリコンウェーハ6の表面6a付近で耐圧反応容器2内の雰囲気の密度に揺らぎが生じる。ひいては、超臨界CO2 流体8の密度に揺らぎが生じる。具体的には、耐圧反応容器2内の雰囲気や超臨界CO2 流体8の密度は、耐圧反応容器2内の上部で高く、下部で低くなる。すると、超臨界CO2 流体8中に過飽和状態で溶解していた複数の分子状のジイソブチリルメタナート銅7b同士は、互いに引き寄せ合って毛細管現象により凝集する。この結果、各凹部5内に液体のジイソブチリルメタナート銅7aが析出する。 Next, as shown in FIG. 7 (b), when molecular diisobutyryl methanate copper 7b enters each recess 5, the density of the atmosphere in the pressure resistant reactor 2 is increased in the vicinity of the surface 6a of the silicon wafer 6. Fluctuation occurs. As a result, the density of the supercritical CO 2 fluid 8 fluctuates. Specifically, the atmosphere in the pressure resistant reactor 2 and the density of the supercritical CO 2 fluid 8 are high in the upper part of the pressure resistant reactor 2 and low in the lower part. Then, the plurality of molecular diisobutyryl methanate coppers 7b dissolved in a supersaturated state in the supercritical CO 2 fluid 8 are attracted to each other and aggregate by capillary action. As a result, liquid diisobutyryl methanate copper 7 a is deposited in each recess 5.

次に、図7(c)に示すように、各凹部5内で析出した液体のジイソブチリルメタナート銅7aは、一般的な液体と同様に、各凹部5の内側をそれらの底部から上部に向けて順次満たしていく。前述したように、超臨界CO2 流体8は高密度性を有しているので、超臨界CO2 流体8中に溶解している分子状のジイソブチリルメタナート銅7bは各凹部5の内側に殆ど隙間を作ることなく入り込むことができる。したがって、各凹部5の内側は、それらの底部から上部に向けて順次隙間なく液体のジイソブチリルメタナート銅7aによって満たされてゆく。 Next, as shown in FIG. 7 (c), the liquid diisobutyryl methanate copper 7 a deposited in each recess 5 is formed so that the inside of each recess 5 is located above the bottom from the bottom in the same manner as a general liquid. We will meet gradually toward the future. As described above, since the supercritical CO 2 fluid 8 has a high density, the molecular diisobutyryl methanate copper 7 b dissolved in the supercritical CO 2 fluid 8 is disposed inside each recess 5. It is possible to enter with almost no gap. Therefore, the inside of each recess 5 is filled with liquid diisobutyryl methanate copper 7a sequentially without gaps from the bottom to the top.

そして、各凹部5内で析出した液体のジイソブチリルメタナート銅7aは、水素31と反応して還元される。これにより、導電体33の主成分となる銅32が、液体のジイソブチリルメタナート銅7aから分解されて各凹部5内に析出する。したがって、この導電体形成プロセスにおいては、各凹部5の内側がそれらの底部から上部に向けて順次隙間なく液体のジイソブチリルメタナート銅7aによって満たされるのと併行して、各凹部5の内側にはそれらの底部から上部に向けて順次隙間なく銅32が析出していく。このような銅32の析出反応において、水素31はジイソブチリルメタナート銅7aに対する還元剤として機能する。そして、各凹部5内で析出した銅32は、毛細管凝集により各凹部5内にそれらの底部から上部に向けて順次堆積していく。各凹部5の内側が銅32で殆ど隙間なく満たされるまで、各凹部5内に銅32を析出させる。なお、このような水素31による銅32の還元析出反応において水素31が消費されると、超臨界CO2 流体8中のジイソブチリルメタナート銅7bの溶解度が低下するので、銅32の凝集がますます進行する。 The liquid diisobutyryl methanate copper 7a deposited in each recess 5 reacts with the hydrogen 31 and is reduced. Thereby, the copper 32 which is the main component of the conductor 33 is decomposed from the liquid diisobutyryl methanate copper 7a and deposited in each recess 5. Therefore, in this conductor formation process, the inside of each recess 5 is filled with the liquid diisobutyryl methanate copper 7a without gaps sequentially from the bottom to the top, In this case, the copper 32 is sequentially deposited without any gap from the bottom to the top. In such a precipitation reaction of copper 32, hydrogen 31 functions as a reducing agent for diisobutyryl methanate copper 7a. The copper 32 deposited in each recess 5 is sequentially deposited from the bottom to the top in each recess 5 by capillary aggregation. Copper 32 is deposited in each recess 5 until the inside of each recess 5 is filled with copper 32 with almost no gap. Note that, when hydrogen 31 is consumed in such a reduction precipitation reaction of copper 32 with hydrogen 31, the solubility of diisobutyryl methanate copper 7b in the supercritical CO 2 fluid 8 decreases, so that the aggregation of copper 32 occurs. Progress more and more.

本実施形態では、このような導電体形成プロセスが進行している間、供給装置3により超臨界CO2 流体8およびジイソブチリルメタナート銅7等を耐圧反応容器2の内部に連続的に供給するとともに排出装置4により導電体形成プロセスに供しない超臨界CO2 流体8およびジイソブチリルメタナート銅7等を耐圧反応容器2の外部に連続的に排出する。これにより、耐圧反応容器2内の超臨界CO2 流体8およびジイソブチリルメタナート銅7等の量を導電体形成プロセスの進行状況に応じて随時、適正な値に調整して、導電体形成プロセスを適正な状態で進行させすることができる。例えば、導電体形成プロセスが進行している間、供給装置3による超臨界CO2 流体8およびジイソブチリルメタナート銅7等の耐圧反応容器2内部への供給量、ならびに排出装置4による導電体形成プロセスに供しない超臨界CO2 流体8およびジイソブチリルメタナート銅7等の耐圧反応容器2外への排出量を連続的に調整する。これにより、耐圧反応容器2内の圧力、超臨界CO2 流体8の量、ジイソブチリルメタナート銅7の量および濃度等を、導電体形成プロセスが適正な状態で進行するように所定の値で安定させることができる。 In this embodiment, the supercritical CO 2 fluid 8 and the diisobutyryl methanate copper 7 and the like are continuously supplied into the pressure-resistant reaction vessel 2 by the supply device 3 while such a conductor formation process is in progress. At the same time, the supercritical CO 2 fluid 8 and the diisobutyryl methanate copper 7 and the like not subjected to the conductor forming process are continuously discharged out of the pressure resistant reactor 2 by the discharge device 4. As a result, the amount of supercritical CO 2 fluid 8 and diisobutyryl methanate copper 7 in the pressure resistant reactor 2 is adjusted to appropriate values as needed according to the progress of the conductor formation process. The process can proceed in a proper state. For example, while the conductor formation process is in progress, the supply amount of supercritical CO 2 fluid 8 and diisobutyryl methanate copper 7 and the like inside the pressure-resistant reaction vessel 2 by the supply device 3 and the conductor by the discharge device 4 The amount of supercritical CO 2 fluid 8 and diisobutyryl methanate copper 7 that are not subjected to the formation process is continuously adjusted to the outside of the pressure resistant reactor 2. As a result, the pressure in the pressure-resistant reaction vessel 2, the amount of supercritical CO 2 fluid 8, the amount and concentration of diisobutyryl methanate copper 7 are set to predetermined values so that the conductor formation process proceeds in an appropriate state. Can stabilize.

また、反応促進剤供給装置14による超臨界CO2 流体8中への水素31の供給量および排出装置4による耐圧反応容器2内部からの超臨界CO2 流体8の排出量を調整することにより、耐圧反応容器2内の水素31の濃度を所定の値で安定させることができる。これによっても、導電体形成プロセスを適正な状態で進行させすることができるのはもちろんである。さらには、上下各マントルヒータ11a,11bおよび恒温槽30により、導電体系性装置1の流路を流れる超臨界CO2 流体8や耐圧反応容器2内の温度を随時、適正な値に調整することによっても、導電体形成プロセスを適正な状態で進行させすることができるのはもちろんである。 Further, by adjusting the supply amount of hydrogen 31 into the supercritical CO 2 fluid 8 by the reaction accelerator supply device 14 and the discharge amount of the supercritical CO 2 fluid 8 from the pressure-resistant reaction vessel 2 by the discharge device 4, The concentration of hydrogen 31 in the pressure resistant reactor 2 can be stabilized at a predetermined value. Of course, this also allows the conductor formation process to proceed in an appropriate state. Furthermore, the temperature in the supercritical CO 2 fluid 8 and the pressure-resistant reaction vessel 2 flowing through the flow path of the conductive system device 1 is adjusted to an appropriate value at any time by the upper and lower mantle heaters 11a and 11b and the thermostat 30. As a matter of course, the conductor forming process can be performed in an appropriate state.

そして、図7(d)に示すように、各凹部5の内側からシリコンウェーハ6の表面6a上に銅32からなる薄膜(Cu薄膜)33が溢れ出すまでCu薄膜33を堆積させた後、供給装置3の冷却装置16、超臨界流体送出ポンプ17、ミキシングユニット23、超臨界流体送出バルブ24、原料送出ポンプ19、および原料送出バルブ20を停止させて、耐圧反応容器2内への超臨界CO2 流体8、水素31、ジイソブチリルメタナート銅7、およびアセトン21の供給を停止する。続けて、耐圧反応容器2内に残存している導電体形成プロセスに寄与しなかった超臨界CO2 流体8、水素31、ジイソブチリルメタナート銅7、およびアセトン21を排出装置4により耐圧反応容器2内から排出し終わったことを確認して、排出装置4の圧力調節バルブ26および圧力調整装置27を停止させる。また、上下各マントルヒータ11a,11bおよび恒温槽30を停止させる。これにより、本実施形態の導電体形成プロセスを終了とする。なお、図7(a)〜図7(d)は、耐圧反応容器2内における導電体形成プロセスを分かり易く説明するために、シリコンウェーハ6に形成された各凹部5付近を拡大して示す断面図である。 Then, as shown in FIG. 7D, the Cu thin film 33 is deposited until the thin film (Cu thin film) 33 made of copper 32 overflows on the surface 6a of the silicon wafer 6 from the inside of each recess 5, and then supplied. The cooling device 16, supercritical fluid delivery pump 17, mixing unit 23, supercritical fluid delivery valve 24, raw material delivery pump 19, and raw material delivery valve 20 of the apparatus 3 are stopped, and supercritical CO into the pressure-resistant reaction vessel 2 is stopped. 2. Supply of fluid 8, hydrogen 31, diisobutyryl methanate copper 7, and acetone 21 is stopped. Subsequently, the supercritical CO 2 fluid 8, hydrogen 31, diisobutyryl methanate copper 7, and acetone 21 that have not contributed to the conductor formation process remaining in the pressure-resistant reaction vessel 2 are pressure-reacted by the discharge device 4. After confirming that the discharge from the container 2 has been completed, the pressure adjustment valve 26 and the pressure adjustment device 27 of the discharge device 4 are stopped. Further, the upper and lower mantle heaters 11a and 11b and the thermostat 30 are stopped. Thereby, the conductor formation process of this embodiment is complete | finished. 7A to 7D are enlarged cross-sectional views showing the vicinity of each recess 5 formed in the silicon wafer 6 in order to easily understand the conductor formation process in the pressure resistant reactor 2. FIG.

この結果、図8に示すように、シリコンウェーハ6の表層部に形成された微細で高アスペクト比の複数個の凹部5の内部およびその開口部付近に、導電体としてのCu単体からなる薄膜33が優先的に設けられる。そして、各凹部5の内部は、空乏(ボイド)が形成されることなく、Cu薄膜33によって略隙間なく充填されている。   As a result, as shown in FIG. 8, a thin film 33 made of a simple substance of Cu as a conductor is formed inside and near the openings of the plurality of fine and high aspect ratio concave portions 5 formed in the surface layer portion of the silicon wafer 6. Is preferentially provided. And the inside of each recessed part 5 is filled with the Cu thin film 33 without a substantially gap, without forming a depletion (void).

なお、図1に示すように、前述した導電体形成装置1においては、吸光度分析装置29を直接耐圧反応容器2に接続したが、これには限定されない。例えば、図9に示すように、超臨界CO2 流体8からジイソブチリルメタナート銅7が析出する反応を抑制しつつジイソブチリルメタナート銅7が溶解した超臨界CO2 流体8を耐圧反応容器2の内部に導入する反応抑制部34を耐圧反応容器2の直ぐ上流側に接続しても構わない。このような反応抑制部34としては、例えば図9に示すように、ジイソブチリルメタナート銅7が溶解した超臨界CO2 流体8を攪拌しつつ耐圧反応容器2の内部に導入することができる螺旋形状に形成された管状路を用いるとよい。また、これに併せて、反応抑制部34の外側には、反応抑制部34の内部温度を超臨界CO2 流体8からのジイソブチリルメタナート銅7の析出反応を抑制できる温度に調節するための第3の温度調節装置35を設けるとなおよい。この第3の温度調節装置35も、前述した耐圧反応容器2が備える第1の温度調節装置11と同様に、反応抑制部34をその周囲から万遍なく加熱できるように、上下2分式のマントルヒータ35a,35bを用いるとよい。 As shown in FIG. 1, in the above-described conductor forming apparatus 1, the absorbance analyzer 29 is directly connected to the pressure resistant reaction container 2, but the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. 9, supercritical CO 2 from the fluid 8 diisobutyryl methanate copper 7 while suppressing the reaction of precipitation diisobutyryl methanate copper 7 resistant reaction supercritical CO 2 fluid 8 was dissolved You may connect the reaction suppression part 34 introduce | transduced in the inside of the container 2 to the upstream of the pressure | voltage resistant reaction container 2 immediately. As such a reaction suppression unit 34, for example, as shown in FIG. 9, a supercritical CO 2 fluid 8 in which diisobutyryl methanate copper 7 is dissolved can be introduced into the pressure resistant reactor 2 while stirring. A tubular path formed in a spiral shape may be used. At the same time, on the outside of the reaction suppression unit 34, the internal temperature of the reaction suppression unit 34 is adjusted to a temperature at which the precipitation reaction of the diisobutyryl methanate copper 7 from the supercritical CO 2 fluid 8 can be suppressed. It is more preferable to provide the third temperature adjusting device 35. Similarly to the first temperature control device 11 provided in the pressure-resistant reaction vessel 2 described above, the third temperature control device 35 is also of a vertically divided type so that the reaction suppression unit 34 can be heated uniformly from its surroundings. Mantle heaters 35a and 35b may be used.

本発明者らが行った実験によれば、反応抑制部34内を流れる超臨界CO2 流体8等の温度を耐圧反応容器2の内部温度よりも低い温度まで加熱することにより、ジイソブチリルメタナート銅7が均一に溶解した超臨界CO2 流体8を耐圧反応容器2の内部に導入できることが分かった。例えば、導電体形成プロセスが行われる際の耐圧反応容器2の内部温度を約280℃に設定したとする。この場合、反応抑制部34内を流れる超臨界CO2 流体8等の温度を約200℃以下に設定する。より好ましくは、反応抑制部34内を流れる超臨界CO2 流体8等の温度を約150℃に設定する。これにより、超臨界CO2 流体8からジイソブチリルメタナート銅7が析出する反応を抑制しつつジイソブチリルメタナート銅7が均一に溶解した超臨界CO2 流体8を耐圧反応容器2の内部に導入できることが分かった。 According to experiments conducted by the present inventors, by heating the temperature of the supercritical CO 2 fluid 8 etc. flowing in the reaction suppression unit 34 to a temperature lower than the internal temperature of the pressure resistant reactor 2, diisobutyryl meta It was found that the supercritical CO 2 fluid 8 in which the nat copper 7 was uniformly dissolved could be introduced into the pressure resistant reactor 2. For example, it is assumed that the internal temperature of the pressure resistant reactor 2 when the conductor forming process is performed is set to about 280 ° C. In this case, the temperature of the supercritical CO 2 fluid 8 and the like flowing through the reaction suppression unit 34 is set to about 200 ° C. or less. More preferably, the temperature of the supercritical CO 2 fluid 8 and the like flowing in the reaction suppression unit 34 is set to about 150 ° C. Thus, the supercritical CO 2 fluid 8 in which the diisobutyryl methanate copper 7 is uniformly dissolved is suppressed inside the pressure-resistant reaction vessel 2 while suppressing the reaction of the diisobutyryl methanate copper 7 being precipitated from the supercritical CO 2 fluid 8. It was found that can be introduced.

このように、耐圧反応容器2の直ぐ上流側に反応抑制部34および上下各マントルヒータ35a,35bを設けることにより、耐圧反応容器2の内部に導入されるジイソブチリルメタナート銅7の量や濃度をさらに高い精度で制御することができる。この結果、導電体形成プロセスをさらに高い精度で制御して、微細で高アスペクト比の凹部5内をより効率よくCu薄膜33で埋め込むことができる。   Thus, by providing the reaction suppression unit 34 and the upper and lower mantle heaters 35a and 35b immediately upstream of the pressure resistant reaction vessel 2, the amount of diisobutyryl methanate copper 7 introduced into the pressure resistant reaction vessel 2 can be increased. The concentration can be controlled with higher accuracy. As a result, the conductor forming process can be controlled with higher accuracy, and the fine and high aspect ratio recesses 5 can be filled with the Cu thin film 33 more efficiently.

以上説明したように、この第1実施形態においては、液体と同等の溶解能、気体と同等の高拡散性、略ゼロに近い表面張力、高密度性、ナノレベルの浸透性、および化学的に安定している超臨界CO2 流体8中に、各凹部5内に埋め込むCu薄膜33の原料となるジイソブチリルメタナート銅7を溶解させる。これにより、ジイソブチリルメタナート銅7(7a,7b)は、例えば複数の凹部15の開口幅が100nm以下の微細さ、および約10〜15という高いアスペクト比からなる形状を有していても、その内部に殆ど隙間なく浸透して充填することができる。また、ジイソブチリルメタナート銅(7a,7b)は、Cu薄膜33の下地となる各凹部5の内側表面の材質(化学的性情)に拘らず、シリコンウェーハ6の表面6aよりも低く掘り下げられた構造からなる各凹部5内に自己整合的に、かつ、選択的に流れ込む。すなわち、導電体の主成分となる金属は、その下地の材質に拘らず、下地の構造もしくは物理的形状を利用して、各凹部5内を優先的に満たすことができる。このような原理を利用する導電体の形成方法(導電体薄膜の堆積方法)は、形状敏感堆積法とも称される。 As described above, in the first embodiment, the same solubility as liquid, high diffusibility equivalent to gas, surface tension close to zero, high density, nano-level permeability, and chemically In a stable supercritical CO 2 fluid 8, diisobutyryl methanate copper 7 as a raw material for the Cu thin film 33 embedded in each recess 5 is dissolved. Thereby, even if the diisobutyryl methanate copper 7 (7a, 7b) has the shape which the opening width of the some recessed part 15 has the fineness of 100 nm or less, and a high aspect ratio of about 10-15, for example. , The inside can be filled with almost no gap. Further, the diisobutyryl methanate copper (7a, 7b) is dug down below the surface 6a of the silicon wafer 6 regardless of the material (chemical nature) of the inner surface of each recess 5 serving as the base of the Cu thin film 33. It flows into each of the recesses 5 having the above structure in a self-aligning manner and selectively. That is, the metal which is the main component of the conductor can preferentially fill the recesses 5 using the structure or physical shape of the base, regardless of the material of the base. A method for forming a conductor utilizing such a principle (a method for depositing a conductor thin film) is also referred to as a shape-sensitive deposition method.

そして、各凹部5の内側は、その底部から上部(開口部)に向けて順次ジイソブチリルメタナート銅7(7a,7b)によって殆ど隙間なく充填される。それとともに、各凹部5内を殆ど隙間なく優先的に充填したジイソブチリルメタナート銅7(7a,7b)からは、各凹部5の底部から上部に向けて順次ジイソブチリルメタナート銅7(7a,7b)からCu32が析出する。これにより。各凹部5内はその底部から上部に向けて順次Cu薄膜33によって満たされていく。この結果、各凹部5は、たとえ微細でアスペクト比の高くても、その下地の材質に拘らず、Cu薄膜33によって効率よく選択的に、かつ、容易に殆ど隙間を作らずに埋め込まれる。このように、各凹部5をその底部から上部に向けて順次埋め込んだり、あるいは充填したりしていく成膜方法(堆積方法)は、ボトムアップ成膜法(ボトムアップ堆積法)とも称することができる。   The inside of each recess 5 is filled with diisobutyryl methanate copper 7 (7a, 7b) sequentially from the bottom to the top (opening) with almost no gap. At the same time, from the diisobutyryl methanate copper 7 (7a, 7b) preferentially filled in the recesses 5 with almost no gap, the diisobutyryl methanate copper 7 ( Cu32 is precipitated from 7a, 7b). By this. Each recess 5 is filled with the Cu thin film 33 sequentially from the bottom to the top. As a result, even if the recess 5 is fine and has a high aspect ratio, it is efficiently and selectively embedded by the Cu thin film 33 without any gaps, regardless of the underlying material. As described above, a film formation method (deposition method) in which each recess 5 is sequentially filled or filled from the bottom to the top is also referred to as a bottom-up film formation method (bottom-up deposition method). it can.

また、超臨界流体と形状敏感堆積法とを組み合わせた本実施形態の導電体の形成方法は、CVD法に比べて不純物が混入するおそれが低い。また、本実施形態の導電体の形成方法は、PVD法やCVD法に比べてはるかに高密度なプロセスであるので、高アスペクト比で複雑な形状の凹部15を効率よく容易に埋め込んで、複雑な形状の部品をより高速で作成することができる。すなわち、本実施形態の導電体の形成方法は、PVD法やCVD法に比べて高スループットである。例えば、PVD法やCVD法では、凹部のみならず凹部が形成されている層の表面全体に導電体の膜が形成されてしまう。これに対して、本実施形態の導電体の形成方法は、凹部15の内側もしくはその付近にのみ選択的に導電体の膜を形成することができるので、PVD法やCVD法に比べて原料が無駄になり難いとともに、全面CMP工程等の工程を省略することができる。すなわち、本実施形態の導電体の形成方法は、PVD法やCVD法に比べて生産効率が高い。   In addition, the method for forming a conductor according to this embodiment that combines a supercritical fluid and a shape-sensitive deposition method is less likely to contain impurities as compared to the CVD method. In addition, since the method of forming a conductor according to the present embodiment is a much higher density process than the PVD method or the CVD method, a complicatedly shaped recess 15 having a high aspect ratio can be embedded easily and complicatedly. It is possible to create a simple-shaped part at a higher speed. In other words, the method for forming a conductor according to the present embodiment has a higher throughput than the PVD method or the CVD method. For example, in the PVD method or the CVD method, a conductor film is formed not only on the recess but also on the entire surface of the layer where the recess is formed. On the other hand, the conductor forming method of the present embodiment can selectively form a conductor film only inside or near the recess 15, so that the raw material is smaller than that of the PVD method or the CVD method. In addition to being wasted, it is possible to omit processes such as the overall CMP process. That is, the method for forming a conductor according to the present embodiment has higher production efficiency than the PVD method or the CVD method.

また、液体原料を利用する有機金属CVD法では液体原料が化学的に不安定でプロセスマージンが小さいのに対して、本実施形態の導電体の形成方法は、原料が化学的に安定しておりプロセスマージンが大きい。それとともに、本実施形態の導電体の形成方法は、ルテニウム薄膜21をPVD法やCVD法に比べて低温で成膜可能であるため堆積温度のプロセスマージンが広い。すなわち、本実施形態の導電体の形成方法は、プロセス温度依存性を緩和することもできる。さらに、本実施形態の導電体の形成方法は、PVD法やCVD法に比べて高価で希少な原料の回収率が高く、再利用も容易である。このように、本実施形態の導電体の形成方法は、PVD法やCVD法に比べて省原料、省エネルギーであるので、プロセス効率がよく環境にも優しい。さらには、本実施形態の導電体の形成方法によれば、PVD法やCVD法に比べて工程を省略したり、あるいは原料の使用量を抑制もしくは低減したりすることができるので、PVD法やCVD法に比べて製造コストを容易に抑制もしくは低減することができる。   In addition, in the metal organic chemical vapor deposition method using a liquid source, the liquid source is chemically unstable and the process margin is small, whereas in the method of forming a conductor according to this embodiment, the source is chemically stable. Large process margin. At the same time, the method for forming a conductor according to the present embodiment has a wide deposition temperature process margin because the ruthenium thin film 21 can be formed at a lower temperature than the PVD method or the CVD method. That is, the process temperature dependency can be relaxed in the method for forming a conductor according to the present embodiment. Furthermore, the method of forming a conductor according to the present embodiment has a high recovery rate of expensive and rare raw materials as compared with the PVD method and the CVD method, and can be easily reused. As described above, the method for forming a conductor according to the present embodiment is more energy efficient than the PVD method and the CVD method, and thus has high process efficiency and is friendly to the environment. Furthermore, according to the method for forming a conductor of the present embodiment, the steps can be omitted or the amount of raw material used can be suppressed or reduced as compared with the PVD method and the CVD method. Compared to the CVD method, the manufacturing cost can be easily suppressed or reduced.

なお、これまで、超臨界流体をCVDのキャリアガスとして用いる技術や、超臨界流体をゾルゲル成膜法の溶媒として利用する技術がいくつか提案されている。しかし、本実施形態と異なり、これらの技術では超臨界流体自体の中で導電体の薄膜を得ることはできない。これに対して、本実施形態においては、前述したように超臨界流体自体の中で導電体32の薄膜33を得ることができるので、導電体32の薄膜33を成膜する際に超臨界流体を除去するなどの余計な工程が必要ない。したがって、このような点においても、導電体の形成方法は生産効率が高いといえる。   Heretofore, several techniques for using a supercritical fluid as a CVD carrier gas and techniques for using a supercritical fluid as a solvent for a sol-gel film forming method have been proposed. However, unlike the present embodiment, these techniques cannot obtain a conductive thin film in the supercritical fluid itself. On the other hand, in this embodiment, since the thin film 33 of the conductor 32 can be obtained in the supercritical fluid itself as described above, the supercritical fluid is formed when the thin film 33 of the conductor 32 is formed. There is no need for an extra step such as removal. Therefore, also in this respect, it can be said that the formation method of the conductor is high in production efficiency.

また、前述した密閉型の反応容器を用いるバッチ式の導電体形成方法では、固体のジイソブチリルメタナート銅を反応容器内において直接超臨界流体中に溶解させていた。固体のジイソブチリルメタナート銅は、蒸気圧が小さく、溶媒に溶解し難い性質を有している。このため、たとえ超臨界流体が高い溶媒能を有していても、ジイソブチリルメタナート銅が溶け残ってしまう場合があった。すなわち、固体のジイソブチリルメタナート銅を直接超臨界流体中に溶解させる方法では、超臨界流体中のジイソブチリルメタナート銅の濃度を精度良く制御することが困難であった。ひいては、ジイソブチリルメタナート銅の使用率を向上させることが困難であり、省原料化および低コスト化を図ることが困難であった。   Further, in the batch-type conductor forming method using the above-described sealed reaction vessel, solid diisobutyryl methanate copper is directly dissolved in the supercritical fluid in the reaction vessel. Solid diisobutyryl methanate copper has a low vapor pressure and is difficult to dissolve in a solvent. For this reason, even if the supercritical fluid has a high solvent ability, the diisobutyryl methanate copper may remain undissolved. That is, in the method in which solid diisobutyryl methanate copper is directly dissolved in the supercritical fluid, it is difficult to accurately control the concentration of diisobutyryl methanate copper in the supercritical fluid. As a result, it was difficult to improve the usage rate of diisobutyryl methanate copper, and it was difficult to achieve raw material saving and cost reduction.

また、このような固体の原料を使うことに起因する短所を克服する技術として、液体の原料を使う技術も提案されている。例えば、固体のジイソブチリルメタナート銅7に代えて、液体状のヘキサフルオロアセチルアセトナート銅(Cu(C5HF62 )TMVS;Cu(hfac)TMVS)をはじめとする液体の原料を直接超臨界流体中に溶解させる技術も提案されている。しかし、液体の原料は、一般的に安定性が低く、取り扱いが困難である。特に、ヘキサフルオロアセチルアセトナート銅はフッ素を含んでおり、フッ素汚染等の環境への影響が懸念される。 In addition, as a technique for overcoming the disadvantages caused by using such solid raw materials, a technique using liquid raw materials has also been proposed. For example, instead of solid diisobutyrylmethanate copper 7, liquid raw materials such as liquid hexafluoroacetylacetonate copper (Cu (C 5 HF 6 O 2 ) TMVS; Cu (hfac) TMVS) are used. A technique for directly dissolving in a supercritical fluid has also been proposed. However, liquid raw materials are generally low in stability and difficult to handle. In particular, hexafluoroacetylacetonate copper contains fluorine, and there is a concern about environmental effects such as fluorine contamination.

これらに対して、本実施形態では、ジイソブチリルメタナート銅7を超臨界CO2 流体8中に溶解させて実質的に液体の状態で耐圧反応容器2内に導入する。この際、ジイソブチリルメタナート銅7を超臨界CO2 流体8中に溶解させるのに先立って、ジイソブチリルメタナート銅7を予めアセトン21中に溶解させておく。前述したように、固体のジイソブチリルメタナート銅7は、蒸気圧が小さく、溶媒に溶解し難いが、アセトン21のような補助溶媒を用いることにより超臨界CO2 流体8中に容易に溶解させることができる。それとともに、ジイソブチリルメタナート銅7を超臨界CO2 流体8中に溶解させるのに先立って、ジイソブチリルメタナート銅7を超臨界CO2 流体8中に溶解させ易くする水素31を予め超臨界CO2 流体8中に溶解させておく。そして、アセトン21中に溶解させたジイソブチリルメタナート銅7を、水素が溶解した超臨界CO2 流体8中に溶解させた後、耐圧反応容器2内に導入する。 On the other hand, in this embodiment, diisobutyryl methanate copper 7 is dissolved in the supercritical CO 2 fluid 8 and introduced into the pressure resistant reactor 2 in a substantially liquid state. At this time, the diisobutyryl methanate copper 7 is dissolved in the acetone 21 in advance before the diisobutyryl methanate copper 7 is dissolved in the supercritical CO 2 fluid 8. As described above, solid diisobutyryl methanate copper 7 has a small vapor pressure, difficult to dissolve in solvent, but readily soluble in the supercritical CO 2 fluid 8 by using an auxiliary solvent such as acetone 21 Can be made. Simultaneously, the diisobutyryl methanate copper 7 prior to dissolving in the supercritical CO 2 fluid 8, hydrogen 31 to facilitate dissolving the diisobutyryl methanate copper 7 in the supercritical CO 2 fluid 8 pre It is dissolved in the supercritical CO 2 fluid 8. Then, the diisobutyryl methanate copper 7 dissolved in the acetone 21 is dissolved in the supercritical CO 2 fluid 8 in which hydrogen is dissolved, and then introduced into the pressure resistant reactor 2.

このような方法によれば、固体のジイソブチリルメタナート銅7を、超臨界CO2 流体8中に溶解させることができる。ひいては、本来固体のジイソブチリルメタナート銅7を、実質的に液体の状態で耐圧反応容器2内に導入することができる。 According to such a method, the solid diisobutyryl methanate copper 7 can be dissolved in the supercritical CO 2 fluid 8. As a result, the originally solid diisobutyryl methanate copper 7 can be introduced into the pressure resistant reactor 2 in a substantially liquid state.

また、本実施系形態では、前述したようなジイソブチリルメタナート銅7および超臨界CO2 流体8の耐圧反応容器2内への供給と、耐圧反応容器2内からのジイソブチリルメタナート銅7および超臨界CO2 流体8の排出とを、少なくとも各凹部5内にCu薄膜33を埋め込む導電体形成プロセスを行っている間、連続的に並行して行う。さらには、ジイソブチリルメタナート銅7および超臨界CO2 流体8の耐圧反応容器2内への供給量や、耐圧反応容器2内からのジイソブチリルメタナート銅7および超臨界CO2 流体8の排出量などを、導電体形成プロセスを行っている間、その埋め込み状況に応じて随時、適正な大きさに調整する。 In this embodiment, the diisobutyryl methanate copper 7 and the supercritical CO 2 fluid 8 as described above are supplied into the pressure resistant reactor 2 and the diisobutyryl methanate copper from the pressure resistant reactor 2 is used. 7 and the discharge of the supercritical CO 2 fluid 8 are continuously performed in parallel during at least the conductor forming process in which the Cu thin film 33 is embedded in each recess 5. Further, the supply amount of the diisobutyryl methanate copper 7 and the supercritical CO 2 fluid 8 into the pressure resistant reactor 2, and the diisobutyryl methanate copper 7 and the supercritical CO 2 fluid 8 from the inside of the pressure resistant reactor 2. The amount of discharge is adjusted to an appropriate size at any time according to the embedding state during the conductor forming process.

このような方法によれば、導電体形成プロセスが行われている間、ジイソブチリルメタナート銅7や水素31等を、耐圧反応容器2の内外に連続して流通(フロー)させることができる。すなわち、導電体形成プロセスが行われている間、ジイソブチリルメタナート銅7や水素31等を、耐圧反応容器2内に定量的に連続して供給することができる。具体的には、導電体薄膜33の成膜パラメータである耐圧反応容器2内の温度、圧力、ジイソブチリルメタナート銅7の濃度や量、および水素31の濃度や量等を随時高い精度で制御して、導電体形成プロセスを適正な状態で進行させることができる。また、本実施形態によれば、導電体33の原料となるジイソブチリルメタナート銅7を連続して耐圧反応容器2内へ供給することができる。このため、反応容器内の原料を使い切った時点で導電体形成プロセスが終了となる従来のバッチ式(密閉方式)に対して、フロー方式(流通方式)の本実施系形態の導電体形成プロセスは導電体薄膜33の膜厚の制限が事実上無いに等しい。   According to such a method, the diisobutyryl methanate copper 7, hydrogen 31 and the like can be continuously flowed into and out of the pressure-resistant reaction vessel 2 while the conductor formation process is performed. . That is, while the conductor formation process is performed, diisobutyryl methanate copper 7, hydrogen 31 and the like can be quantitatively and continuously supplied into the pressure resistant reactor 2. Specifically, the temperature, pressure, concentration and amount of diisobutyryl methanate copper 7, concentration and amount of hydrogen 31, and the like, which are film formation parameters of the conductive thin film 33, are accurately measured as needed. The conductor formation process can proceed in an appropriate state by controlling. Moreover, according to this embodiment, the diisobutyryl methanate copper 7 used as the raw material of the conductor 33 can be continuously supplied into the pressure resistant reactor 2. For this reason, the conductor formation process of this embodiment of the flow method (distribution method) is different from the conventional batch method (sealing method) in which the conductor formation process ends when the raw material in the reaction vessel is used up. There is virtually no limitation on the thickness of the conductive thin film 33.

これらの結果、本実施形態によれば、導電体形成プロセスを高い精度で制御しつつ、適正な状態で進行させて、シリコンウェーハ6の各凹部5内を所望の膜厚からなる導電体薄膜33により迅速かつ容易に埋め込むことができるまで、また、本実施形態で用いるジイソブチリルメタナート銅7はフッ素フリーの金属化合物である。このため、ヘキサフルオロアセチルアセトナート銅等と異なりフッ素汚染等の環境への影響は殆ど心配ない。   As a result, according to the present embodiment, the conductor thin film 33 having a desired film thickness is formed in each recess 5 of the silicon wafer 6 by controlling the conductor formation process with high accuracy and proceeding in an appropriate state. The diisobutyryl methanate copper 7 used in this embodiment is a fluorine-free metal compound until it can be embedded more quickly and easily. For this reason, unlike hexafluoroacetylacetonate copper and the like, there is almost no concern about environmental influences such as fluorine contamination.

さらに、本実施形態に係る導電体形成装置1および導電体形成方法は、前述した様々な特徴に加えて、次に述べる効果も有している。例えば、導電体形成装置1の超臨界CO2 流体8の流路は供給装置3から排出装置4までで閉じられているため、流路内に不純物が混入するおそれが殆どない。このため、導電体形成プロセスにより各凹部5内にCu薄膜33が埋め込まれたシリコンウェーハ6の品質が劣化するおそれは殆どない。また、ジイソブチリルメタナート銅7は、ヘキサフルオロアセチルアセトナート銅等の一般的なCVD原料に比べて分解温度が高く、かつ、蒸気圧が低いため、CVD法による金属成膜工程には殆ど用いられない。これに対して、本実施形態ではジイソブチリルメタナート銅7を用いることができる。すなわち、本実施形態では、CVD法などの固体有機金属原料など化学気相蒸着法では用いられない原料も使用することができるので、CVD法に比べて原料の自由度が大きい。さらに、本実施形態は、CVD法などの従来の薄膜形成方法に比べて原料密度が104 〜106 倍と格段に高い。このため、マイクロ電子機械システム(Micro Electronic Mechanical System:MEMS)やナノ電子機械システム(Nano Electronic Mechanical System:NEMS)等のアスペクト比が高く、複雑な構造を有し、かつ、極めて微細な機械や部品を迅速かつ容易に作成することができる。すなわち、本実施形態は、様々なサイズの機械や部品の製造にも応用可能であり、極めてスケーラブルなプロセスである。 Further, the conductor forming apparatus 1 and the conductor forming method according to the present embodiment have the following effects in addition to the various features described above. For example, since the flow path of the supercritical CO 2 fluid 8 of the conductor forming apparatus 1 is closed from the supply apparatus 3 to the discharge apparatus 4, there is almost no possibility that impurities are mixed in the flow path. For this reason, there is almost no possibility that the quality of the silicon wafer 6 in which the Cu thin film 33 is embedded in each recess 5 is deteriorated by the conductor forming process. Diisobutyrylmethanate copper 7 has a higher decomposition temperature and lower vapor pressure than general CVD raw materials such as hexafluoroacetylacetonate copper. Not used. In contrast, in this embodiment, diisobutyryl methanate copper 7 can be used. That is, in this embodiment, since a raw material not used in the chemical vapor deposition method such as a solid organic metal raw material such as a CVD method can be used, the degree of freedom of the raw material is larger than that in the CVD method. Further, in this embodiment, the raw material density is 10 4 to 10 6 times as high as that of a conventional thin film forming method such as a CVD method. For this reason, micro electronic mechanical systems (MEMS) and nano electronic mechanical systems (NEMS) have high aspect ratios, complex structures, and extremely fine machines and components. Can be created quickly and easily. That is, this embodiment can be applied to the manufacture of machines and parts of various sizes, and is a highly scalable process.

なお、本発明者らが行った他の実験によれば、二酸化炭素の代わりに、溶媒能のないアルゴン(Ar)等の他の超臨界流体を用いると、本実施形態のような連続したCu薄膜33ではなく、粒状で不純物の多い堆積物しか得ることができなかった。この結果に対する本発明者らの考察では、超臨界CO2 流体8は、各凹部5内に堆積させられるCu薄膜33中の不純物低減など、成膜プロセスに積極的に貢献しているものと推測される。このような点においても、本実施形態の導電体形成プロセスは単なる高圧CVD法などとは原理的に全く異なっていることが分かる。 According to another experiment conducted by the present inventors, when another supercritical fluid such as argon (Ar) having no solvent ability is used instead of carbon dioxide, continuous Cu as in this embodiment is used. Instead of the thin film 33, only a granular deposit with many impurities could be obtained. According to the inventors' consideration on this result, it is assumed that the supercritical CO 2 fluid 8 positively contributes to the film formation process, such as reduction of impurities in the Cu thin film 33 deposited in each recess 5. Is done. Also in this respect, it can be seen that the conductor forming process of this embodiment is completely different in principle from a simple high-pressure CVD method or the like.

(第2の実施の形態)
次に、本発明に係る第2実施形態について図10を参照しつつ説明する。なお、前述した第1実施形態と同一部分には同一符号を付して、それらの詳しい説明を省略する。本実施形態では、シリコンウェーハ6の各凹部5内に、導電体としてCu32からなるCu薄膜33を設ける場合についてより具体的に説明する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same part as 1st Embodiment mentioned above, and those detailed description is abbreviate | omitted. In the present embodiment, a case where a Cu thin film 33 made of Cu32 as a conductor is provided in each recess 5 of the silicon wafer 6 will be described more specifically.

先ず、図10に示すように、本実施形態で用いるシリコンウェーハ6は、具体的には基板本体としてのシリコン層(Si層)41の上に絶縁膜としての二酸化シリコン膜(SiO2 膜)42が設けられた構成を基礎とする。そして、二酸化シリコン膜42の内部に、微細でかつアスペクト比の高い凹部5が複数個形成されている。各凹部5は、その幅が約100nmで、かつ、深さが約500nmに形成されている。すなわち、各凹部5のアスペクト比は、約5である。 First, as shown in FIG. 10, a silicon wafer 6 used in this embodiment is specifically a silicon dioxide film (SiO 2 film) 42 as an insulating film on a silicon layer (Si layer) 41 as a substrate body. Based on the configuration provided with A plurality of fine recesses 5 having a high aspect ratio are formed in the silicon dioxide film 42. Each recess 5 has a width of about 100 nm and a depth of about 500 nm. That is, the aspect ratio of each recess 5 is about 5.

各凹部5内にCu薄膜33を設けるのに先立って、各凹部5の内側表面をはじめとする二酸化シリコン膜42の表面上に、例えばCVD法によりチタンナイトライド(TiN)の薄膜43を全面的にコーティングしておく。   Prior to providing the Cu thin film 33 in each recess 5, a titanium nitride (TiN) thin film 43 is entirely formed on the surface of the silicon dioxide film 42 including the inner surface of each recess 5 by, for example, the CVD method. Coat on.

また、Cu薄膜33の原料となるCuを含む金属化合物としては、前述した第1実施形態と同様に、ジイソブチリルメタナート銅7を用いる。また、耐圧反応容器2内の雰囲気の圧力(全圧)は、約8.0MPaに設定する。それとともに、耐圧反応容器2内の雰囲気の温度は、約280℃に設定する。また、水素31の添加圧力は約0.3MPaに設定する。さらに、Cu薄膜33を成膜(堆積)する処理時間は、約15分に設定した。このような条件の下、第1実施形態において説明した導電体形成装置1を用いる導電体形成方法を実行する。この結果、図10に示すように、各凹部5のうちの幾つかの内部およびその上方に選択的にCu薄膜33を堆積させることができた。   Further, as the metal compound containing Cu as a raw material of the Cu thin film 33, diisobutyryl methanate copper 7 is used as in the first embodiment. Moreover, the pressure (total pressure) of the atmosphere in the pressure resistant reactor 2 is set to about 8.0 MPa. At the same time, the temperature of the atmosphere in the pressure resistant reactor 2 is set to about 280 ° C. The addition pressure of hydrogen 31 is set to about 0.3 MPa. Furthermore, the processing time for forming (depositing) the Cu thin film 33 was set to about 15 minutes. Under such conditions, the conductor forming method using the conductor forming apparatus 1 described in the first embodiment is executed. As a result, as shown in FIG. 10, the Cu thin film 33 could be selectively deposited inside and above some of the recesses 5.

以上説明したように、この第2実施形態によれば、Cu薄膜33を用いて各凹部5の内側をボトムアップ成膜法(ボトムアップ堆積法)により優先的に埋め込むことができる。また、図10に示すような形状からなるCu薄膜33は、当業者であれば容易に理解できるように、CVD法やPVD法では決して得ることができないものである。   As described above, according to the second embodiment, the inside of each recess 5 can be preferentially embedded by the bottom-up film formation method (bottom-up deposition method) using the Cu thin film 33. Further, the Cu thin film 33 having the shape as shown in FIG. 10 can never be obtained by the CVD method or the PVD method, as can be easily understood by those skilled in the art.

(第3の実施の形態)
次に、本発明に係る第3実施形態について図11〜図17を参照しつつ説明する。なお、前述した第1および第2の各実施形態と同一部分には同一符号を付して、それらの詳しい説明を省略する。本実施形態では、シリコンウェーハ6の各凹部5内に、導電体としてCu32からなる薄膜33を設ける場合について、さらに具体的に説明する。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same part as each 1st and 2nd embodiment mentioned above, and those detailed description is abbreviate | omitted. In the present embodiment, the case where a thin film 33 made of Cu32 as a conductor is provided in each recess 5 of the silicon wafer 6 will be described more specifically.

先ず、本実施形態では、前述した第2実施形態と同様の構成からなるシリコンウェーハ6を用いる。また、Cu薄膜33の原料となるCu32を含む金属化合物としては、前述した第1実施形態と同様に、ジイソブチリルメタナート銅7を用いる。そして、耐圧反応容器2内へのジイソブチリルメタナート銅7の供給濃度は、約8.83×10-5 mol%に設定する。また、耐圧反応容器2内の雰囲気の圧力(全圧)は、約8.0MPaに設定する。それとともに、耐圧反応容器2内の雰囲気の温度は、約280℃に設定する。さらに、水素31の添加圧力は約0.3MPaに設定するとともに、耐圧反応容器2内の水素31の濃度は約1.2mol%に設定する。このような条件の下、第1実施形態において説明した導電体形成装置1を用いる導電体形成方法を実行した。ただし、Cu薄膜33を堆積させる時間を約60分間および約90分間の2通りに設定して導電体形成プロセスを実行した。 First, in this embodiment, a silicon wafer 6 having the same configuration as that of the second embodiment described above is used. Moreover, as a metal compound containing Cu32 which is a raw material of the Cu thin film 33, diisobutyryl methanate copper 7 is used as in the first embodiment. The supply concentration of diisobutyryl methanate copper 7 into the pressure resistant reactor 2 is set to about 8.83 × 10 −5 mol%. Moreover, the pressure (total pressure) of the atmosphere in the pressure resistant reactor 2 is set to about 8.0 MPa. At the same time, the temperature of the atmosphere in the pressure resistant reactor 2 is set to about 280 ° C. Further, the addition pressure of hydrogen 31 is set to about 0.3 MPa, and the concentration of hydrogen 31 in the pressure resistant reactor 2 is set to about 1.2 mol%. Under such conditions, the conductor forming method using the conductor forming apparatus 1 described in the first embodiment was executed. However, the conductor forming process was executed by setting the time for depositing the Cu thin film 33 in two ways of about 60 minutes and about 90 minutes.

図11(a)および(b)には、Cu薄膜33の堆積時間を約60分間に設定した場合の導電体形成プロセスの結果を示す。なお、図11(b)は図11(a)の各凹部5付近を拡大して示す断面図である。これら図11(a)および(b)から明らかなように、各凹部5の内部は、Cu薄膜33によって埋め込まれていることが分かる。また、各凹部5の外側にあふれ出したCu薄膜33は、二酸化シリコン膜42(シリコンウェーハ6)の表面6aを略全面的に覆って成膜されている。   FIGS. 11A and 11B show the results of the conductor formation process when the deposition time of the Cu thin film 33 is set to about 60 minutes. In addition, FIG.11 (b) is sectional drawing which expands and shows each recessed part 5 vicinity of Fig.11 (a). As can be seen from FIGS. 11A and 11B, it can be seen that the inside of each recess 5 is buried by the Cu thin film 33. Further, the Cu thin film 33 overflowing to the outside of each recess 5 is formed so as to cover the entire surface 6a of the silicon dioxide film 42 (silicon wafer 6).

また、図12(a)および(b)には、Cu薄膜33の堆積時間を約90分間に設定した場合の導電体形成プロセスの結果を示す。なお、図12(b)は図12(a)の各凹部5付近を拡大して示す断面図である。これら図12(a)および(b)から明らかなように、各凹部5の内部は、前述したCu薄膜33の堆積時間を約60分間に設定した場合と同様に、Cu薄膜33によって埋め込まれていることが分かる。また、各凹部5の外側にあふれ出したCu薄膜33は、二酸化シリコン膜42(シリコンウェーハ6)の表面6aを略全面的に覆って成膜されている。さらに、二酸化シリコン膜42上のCu薄膜33は、Cu薄膜33の堆積時間を約60分間に設定した場合に比べて堆積時間が約30分間長い分だけ膜厚がより厚くなっている。   12A and 12B show the results of the conductor forming process when the deposition time of the Cu thin film 33 is set to about 90 minutes. FIG. 12B is an enlarged cross-sectional view showing the vicinity of each concave portion 5 in FIG. As is apparent from FIGS. 12A and 12B, the inside of each recess 5 is embedded with the Cu thin film 33 in the same manner as when the deposition time of the Cu thin film 33 is set to about 60 minutes. I understand that. Further, the Cu thin film 33 overflowing to the outside of each recess 5 is formed so as to cover the entire surface 6a of the silicon dioxide film 42 (silicon wafer 6). Further, the Cu thin film 33 on the silicon dioxide film 42 is thicker by the amount of about 30 minutes longer than the case where the deposition time of the Cu thin film 33 is set to about 60 minutes.

次に、前述した導電体形成プロセスによるCu薄膜33の成膜特性(堆積特性)について、本発明者らが行った実験の結果を図13〜図17を参照しつつ説明する。ただし、堆積時間の違いによるCu薄膜33の膜厚の変化をより明確にするために、Cu薄膜33の堆積時間は約60分間および約120分間の2通りに設定した。また、堆積時間を約60分間に設定した場合の成膜温度は約240℃に設定した。これに対して、堆積時間を約120分間に設定した場合の成膜温度は、前述した場合と同様に、約240℃に設定した。   Next, the results of experiments conducted by the present inventors will be described with reference to FIGS. 13 to 17 for the film formation characteristics (deposition characteristics) of the Cu thin film 33 by the above-described conductor formation process. However, in order to clarify the change in the film thickness of the Cu thin film 33 due to the difference in the deposition time, the deposition time of the Cu thin film 33 was set to two types of about 60 minutes and about 120 minutes. Further, when the deposition time was set to about 60 minutes, the film forming temperature was set to about 240 ° C. On the other hand, the film forming temperature when the deposition time was set to about 120 minutes was set to about 240 ° C. as in the case described above.

本発明者らは、先ず、図13に示すように、前述した導電体形成プロセスによりCu薄膜33が堆積されたシリコンウェーハ6を、約10mm×40mmの短冊形状にカットした。この際、短冊形状のシリコンウェーハ6の長手方向が、図13中実線矢印で示す超臨界CO2 流体8の流れの方向に沿うようにシリコンウェーハ6をカットした。そして、この短冊形状にカットされたシリコンウェーハ6上のCu薄膜33の膜厚分布を調べた。具体的には、超臨界CO2 流体8の流れの方向に沿ってその上流側から下流側に向かって、図13中実線で示す複数の位置においてシリコンウェーハ6上のCu薄膜33を削り、その膜厚を段差計を用いて測定した。この際、図13中実線で示す各位置の間隔を約5mmに設定した。それとともに、超臨界CO2 流体8の流れの方向に沿ってその上流側から下流側に向かって、図13中破線で示す位置においてシリコンウェーハ6上のCu薄膜33の断面をSEMで観察した。この結果を図14に示す。 First, as shown in FIG. 13, the inventors cut the silicon wafer 6 on which the Cu thin film 33 was deposited by the above-described conductor forming process into a strip shape of about 10 mm × 40 mm. At this time, the silicon wafer 6 was cut so that the longitudinal direction of the strip-shaped silicon wafer 6 was along the flow direction of the supercritical CO 2 fluid 8 indicated by the solid arrow in FIG. Then, the film thickness distribution of the Cu thin film 33 on the silicon wafer 6 cut into the strip shape was examined. Specifically, the Cu thin film 33 on the silicon wafer 6 is shaved at a plurality of positions indicated by solid lines in FIG. 13 from the upstream side to the downstream side along the flow direction of the supercritical CO 2 fluid 8, The film thickness was measured using a step gauge. At this time, the interval between each position indicated by a solid line in FIG. 13 was set to about 5 mm. At the same time, the cross section of the Cu thin film 33 on the silicon wafer 6 was observed by SEM at the position indicated by the broken line in FIG. 13 from the upstream side to the downstream side along the flow direction of the supercritical CO 2 fluid 8. The result is shown in FIG.

図14中黒塗りの三角形でプロットされているグラフは、堆積時間を約120分間とした場合のシリコンウェーハ6上のCu薄膜33の膜厚分布を示す。また、図14中黒塗りの四角形でプロットされているグラフは、堆積時間を約60分間とした場合のシリコンウェーハ6上のCu薄膜33の膜厚分布を示す。これらに対して、図14中黒塗りの丸でプロットされているグラフは、Cu薄膜の原料として固体のヘキサフルオロアセチルアセトナート銅(Cu(C5HF622 ;Cu(hfac)2 )を超臨界CO2 流体8中に溶解させてCu薄膜を形成した場合の膜厚分布を示す。なお、このヘキサフルオロアセチルアセトナート銅を用いた場合の成膜プロセスは、その成膜温度を約300℃に、また成膜時間を約30分間に設定して行われた。 The graph plotted with black triangles in FIG. 14 shows the film thickness distribution of the Cu thin film 33 on the silicon wafer 6 when the deposition time is about 120 minutes. Moreover, the graph plotted by the black square in FIG. 14 shows the film thickness distribution of the Cu thin film 33 on the silicon wafer 6 when the deposition time is about 60 minutes. On the other hand, the graph plotted with black circles in FIG. 14 shows solid hexafluoroacetylacetonate copper (Cu (C 5 HF 6 O 2 ) 2 ; Cu (hfac) 2 as a raw material for the Cu thin film. ) Is dissolved in the supercritical CO 2 fluid 8 to show a film thickness distribution when a Cu thin film is formed. The film formation process using this hexafluoroacetylacetonate copper was performed by setting the film formation temperature to about 300 ° C. and the film formation time to about 30 minutes.

図14に示す3本のグラフから明らかなように、Cu薄膜の原料としてヘキサフルオロアセチルアセトナート銅を用いた場合のみ、超臨界CO2 流体8の流れの方向に沿ってその上流側から下流側に向かうにつれてCu薄膜の膜厚が薄くなる傾向が表れた。これに対して、Cu薄膜33の原料としてアセトン21に溶解した固体のジイソブチリルメタナート銅7を用いた場合には、超臨界CO2 流体8の流れの方向に沿ってその上流側から下流側に向かうにつれてCu薄膜33の膜厚が厚くなる傾向が表れた。また、Cu薄膜33の原料としてアセトン21に溶解した固体のジイソブチリルメタナート銅7を用いた場合には、堆積時間が約60分の場合に比べて堆積時間が約120分の場合の方がCu薄膜33の膜厚がシリコンウェーハ6上で全面的により厚くなっていることが分かる。すなわち、Cu薄膜33の原料としてアセトン21に溶解した固体のジイソブチリルメタナート銅7を用いた場合には、堆積時間が長くなるに連れて膜厚がより厚くなる比例関係があることが分かる。 As is apparent from the three graphs shown in FIG. 14, only when hexafluoroacetylacetonate copper is used as the raw material for the Cu thin film, from the upstream side to the downstream side along the flow direction of the supercritical CO 2 fluid 8. The tendency for the film thickness of Cu thin film to become thin appeared as it went to. On the other hand, when the solid diisobutyryl methanate copper 7 dissolved in acetone 21 is used as the raw material for the Cu thin film 33, it is downstream from the upstream side along the direction of the flow of the supercritical CO 2 fluid 8. There was a tendency that the film thickness of the Cu thin film 33 became thicker toward the side. When solid diisobutyryl methanate copper 7 dissolved in acetone 21 is used as a raw material for the Cu thin film 33, the deposition time is about 120 minutes as compared with the case where the deposition time is about 60 minutes. It can be seen that the film thickness of the Cu thin film 33 is thicker on the entire surface of the silicon wafer 6. That is, when solid diisobutyryl methanate copper 7 dissolved in acetone 21 is used as a raw material for the Cu thin film 33, it can be seen that there is a proportional relationship in which the film thickness increases as the deposition time increases. .

本発明者らが行った研究によれば、このような現象は、Cu薄膜33の原料としてアセトン21に溶解した固体のジイソブチリルメタナート銅7を用いた場合、導電体形成プロセスを行っている間に耐圧反応容器2内にジイソブチリルメタナート銅7の濃度分布に偏りが生じることが大きな理由であることが分かった。このメカニズムを分かり易く簡略化して図示すると、図15のように表すことができる。   According to research conducted by the present inventors, such a phenomenon is caused when a solid diisobutyryl methanate copper 7 dissolved in acetone 21 is used as a raw material for the Cu thin film 33 and a conductor forming process is performed. It was found that the main reason is that the concentration distribution of the diisobutyryl methanate copper 7 is biased in the pressure-resistant reaction vessel 2 during this time. If this mechanism is illustrated in a simplified and easy-to-understand manner, it can be expressed as shown in FIG.

図15は、導電体形成プロセスを行っている間の耐圧反応容器2内におけるジイソブチリルメタナート銅7の濃度勾配を、超臨界CO2 流体8の流れの方向に沿ってグラフで表したものである。この図15に示すグラフによれば、導電体形成プロセスを行っている間の耐圧反応容器2内におけるジイソブチリルメタナート銅7の濃度は、耐圧反応容器2の供給口9側で最大となっており、耐圧反応容器2の排出口10側に向かうに連れて小さくなっていることが分かる。これは、導電体形成プロセスを行っている間は、耐圧反応容器2内における超臨界CO2 流体8の流れに沿ってその上流側から下流側に向かって順番にジイソブチリルメタナート銅7が消費されているためであると考えられる。すなわち、シリコンウェーハ6に形成された各凹部5は、超臨界CO2 流体8の流れに沿ってその上流側から下流側に向かって順番にCu薄膜33により埋め込まれるものと考えられる。 FIG. 15 is a graph showing the concentration gradient of diisobutyryl methanate copper 7 in the pressure resistant reactor 2 during the conductor formation process along the flow direction of the supercritical CO 2 fluid 8. It is. According to the graph shown in FIG. 15, the concentration of diisobutyryl methanate copper 7 in the pressure resistant reactor 2 during the conductor forming process is maximized on the supply port 9 side of the pressure resistant reactor 2. It turns out that it becomes small as it goes to the discharge port 10 side of the pressure | voltage resistant reaction container 2. FIG. This is because the diisobutyryl methanate copper 7 is formed in order from the upstream side to the downstream side along the flow of the supercritical CO 2 fluid 8 in the pressure resistant reactor 2 during the conductor formation process. This is thought to be due to consumption. That is, it is considered that each recess 5 formed in the silicon wafer 6 is filled with the Cu thin film 33 in order from the upstream side to the downstream side along the flow of the supercritical CO 2 fluid 8.

ただし、導電体形成プロセスを行っている間は、ジイソブチリルメタナート銅7は超臨界CO2 流体8の流れに沿ってその上流側から下流側に向かって流されている。このため、超臨界CO2 流体8の流れの下流側から上流側に向かうに連れて、Cu薄膜33は各凹部5の外側に堆積し難くなる。すなわち、超臨界CO2 流体8の流れの下流側から上流側に向かうに連れて、Cu薄膜33はシリコンウェーハ6の表面6a上に堆積し難くなる。そして、超臨界CO2 流体8の流れに沿ってその上流側から下流側に向かって流されたジイソブチリルメタナート銅7は、シリコンウェーハ6の下流側の表面上に付着し易くなる。この結果、Cu薄膜33は、超臨界CO2 流体8の流れの方向に沿ってその上流側(供給口9側)から下流側(排出口10側)に向かうにつれてより厚く堆積する。このようなメカニズムは、図14および図15に示す各グラフの傾向とよく一致する。 However, during the conductor formation process, the diisobutyryl methanate copper 7 is flowed from the upstream side to the downstream side along the flow of the supercritical CO 2 fluid 8. For this reason, as the supercritical CO 2 fluid 8 flows from the downstream side toward the upstream side, the Cu thin film 33 is less likely to be deposited on the outside of each recess 5. That is, the Cu thin film 33 becomes difficult to deposit on the surface 6 a of the silicon wafer 6 as it goes from the downstream side to the upstream side of the flow of the supercritical CO 2 fluid 8. The diisobutyryl methanate copper 7 that flows from the upstream side to the downstream side along the flow of the supercritical CO 2 fluid 8 easily adheres to the downstream surface of the silicon wafer 6. As a result, the Cu thin film 33 is deposited thicker from the upstream side (supply port 9 side) to the downstream side (discharge port 10 side) along the flow direction of the supercritical CO 2 fluid 8. Such a mechanism agrees well with the tendency of each graph shown in FIGS.

したがって、本発明者らが行った実験によれば、本実施形態の導電体形成プロセスを行う場合には、耐圧反応容器2内における超臨界CO2 流体8の流れの方向に沿ってその最上流部に位置する凹部5内を略隙間無く充填できるように耐圧反応容器2内に供給するジイソブチリルメタナート銅7の濃度や量を設定すればよいことが分かる。このような設定によれば、超臨界CO2 流体8の流れの方向に沿ってその最上流部に位置する凹部5のみならず、シリコンウェーハ6に形成されている全ての凹部5内をCu薄膜33により略隙間無く充填することができる。 Therefore, according to experiments conducted by the present inventors, when performing the conductor formation process of the present embodiment, the uppermost stream along the direction of the flow of the supercritical CO 2 fluid 8 in the pressure resistant reactor 2 is shown. It can be seen that the concentration and amount of the diisobutyryl methanate copper 7 supplied into the pressure-resistant reaction vessel 2 may be set so that the inside of the concave portion 5 located in the portion can be filled with almost no gap. According to such a setting, not only the recess 5 located in the most upstream part along the flow direction of the supercritical CO 2 fluid 8 but also all the recesses 5 formed in the silicon wafer 6 are formed in the Cu thin film. 33 can be filled with almost no gap.

次に、前述した本発明者らが行った実験における導電体形成プロセスの原料使用率について説明する。具体的には、第1実施形態において説明したように、導電体形成プロセスに供される前の超臨界CO2 流体8中のジイソブチリルメタナート銅7の濃度を吸光度分析装置29によって測定する。それとともに、導電体形成プロセスに供された後の超臨界CO2 流体8中のジイソブチリルメタナート銅7の濃度をセパレータ28によって測定する。そして、これらのジイソブチリルメタナート銅7の濃度差を求める。これにより、導電体形成装置1を用いる導電体形成プロセスにおけるジイソブチリルメタナート銅7の使用率を求める。本発明者らが行った測定結果によれば、導電体形成装置1を用いる導電体形成プロセスにおけるジイソブチリルメタナート銅7の使用率は約90%以上であることが分かった。これはCVDやPVD等の一般的な成膜プロセスに比べて各段に高い値である。すなわち、導電体形成装置1を用いる導電体形成プロセスは極めて効率が良く、かつ、省原料化を図ることができる。 Next, the raw material usage rate of the conductor forming process in the experiment conducted by the present inventors will be described. Specifically, as described in the first embodiment, the concentration of diisobutyryl methanate copper 7 in the supercritical CO 2 fluid 8 before being subjected to the conductor formation process is measured by the absorbance analyzer 29. . At the same time, the concentration of diisobutyryl methanate copper 7 in the supercritical CO 2 fluid 8 after being subjected to the conductor formation process is measured by the separator 28. And the density | concentration difference of these diisobutyryl methanate copper 7 is calculated | required. Thereby, the usage rate of the diisobutyryl methanate copper 7 in the conductor forming process using the conductor forming apparatus 1 is obtained. According to the measurement results performed by the present inventors, it was found that the usage rate of diisobutyryl methanate copper 7 in the conductor forming process using the conductor forming apparatus 1 was about 90% or more. This is a high value in each stage as compared with general film forming processes such as CVD and PVD. That is, the conductor forming process using the conductor forming apparatus 1 is very efficient and can save raw materials.

また、図16には、導電体形成プロセスに供される前と供された後の超臨界CO2 流体8中のジイソブチリルメタナート銅7の濃度を、それぞれ写真を用いて示す。図16中左側の試験管45が、導電体形成プロセスに供される前のジイソブチリルメタナート銅7の溶液46が入れられた試験管である。これに対して、図16中右側の試験管47が、導電体形成プロセスに供された後のジイソブチリルメタナート銅7の溶液48が入れられた試験管である。この図16に示す写真において、各試験管45,47の中にはそれぞれの溶液46,48中のジイソブチリルメタナート銅7の濃度が高い程、濃い青色を呈する試薬が入れられている。 Further, in FIG. 16, the concentration of diisobutyryl methanate copper 7 in the supercritical CO 2 fluid 8, which has been subjected and before being subjected to the conductor forming process, shown respectively using photographs. A test tube 45 on the left side in FIG. 16 is a test tube in which a solution 46 of diisobutyryl methanate copper 7 before being subjected to the conductor forming process is put. On the other hand, the test tube 47 on the right side in FIG. 16 is a test tube in which a solution 48 of diisobutyryl methanate copper 7 after being subjected to the conductor forming process is put. In the photograph shown in FIG. 16, in each of the test tubes 45 and 47, a reagent having a deep blue color is placed as the concentration of the diisobutyryl methanate copper 7 in the respective solutions 46 and 48 increases.

図16に示す写真から明らかなように、試験管45に入れられているジイソブチリルメタナート銅7の溶液46は色が濃い。これにより、導電体形成プロセスに供される前のジイソブチリルメタナート銅7の溶液46はジイソブチリルメタナート銅7の濃度が高く、ジイソブチリルメタナート銅7が殆ど消費されていないことが分かる。ひいては、導電体形成プロセスに供される前は、ジイソブチリルメタナート銅7は殆ど無反応であり、化学的に安定していることが分かる。これに対して、試験管47に入れられているジイソブチリルメタナート銅7の溶液48は色が薄く、殆ど無色透明である。これにより、導電体形成プロセスに供された後のジイソブチリルメタナート銅7の溶液48はジイソブチリルメタナート銅7の濃度が低く、ジイソブチリルメタナート銅7が殆ど消費されていることが分かる。すなわち、この図16に示す写真によれば、導電体形成装置1を用いる導電体形成プロセスにおけるジイソブチリルメタナート銅7の使用率は極めて高いとともに、ジイソブチリルメタナート銅7は殆ど全て耐圧反応容器2内の導電体形成プロセスで消費されていることが分かる。   As is apparent from the photograph shown in FIG. 16, the solution 46 of diisobutyryl methanate copper 7 placed in the test tube 45 is dark in color. As a result, the solution 46 of the diisobutyryl methanate copper 7 before being subjected to the conductor forming process has a high concentration of diisobutyryl methanate copper 7 and the diisobutyryl methanate copper 7 is hardly consumed. I understand. As a result, it can be seen that the diisobutyryl methanate copper 7 is almost unreacted and chemically stable before being subjected to the conductor formation process. On the other hand, the solution 48 of diisobutyryl methanate copper 7 put in the test tube 47 has a light color and is almost colorless and transparent. As a result, the solution 48 of the diisobutyryl methanate copper 7 after being subjected to the conductor formation process has a low concentration of diisobutyryl methanate copper 7 and the diisobutyryl methanate copper 7 is almost consumed. I understand. That is, according to the photograph shown in FIG. 16, the usage rate of the diisobutyryl methanate copper 7 in the conductor forming process using the conductor forming apparatus 1 is extremely high, and almost all of the diisobutyryl methanate copper 7 has a withstand voltage. It turns out that it is consumed by the conductor formation process in the reaction container 2. FIG.

さらに、本発明者らは、超臨界CO2 流体8中に各種の添加剤を添加した場合のエンタルピーの変化についても計算した。この計算結果を図17に示す。図17に示すグラフは、添加剤が入っていない超臨界CO2 流体8、アセトン21が添加された超臨界CO2 流体8、およびエタノールが添加された超臨界CO2 流体8がそれぞれ耐圧反応容器2内に流入する際のエンタルピーの変化について測定した結果を示すものである。この図17に示すグラフによれば、導電体形成プロセスを実行する際には、超臨界CO2 流体8中にアセトン21を添加した場合、添加剤が入っていない超臨界CO2 流体8に比べて約1,27倍の熱量が必要になることが分かる。 Furthermore, the present inventors also calculated the change in enthalpy when various additives were added to the supercritical CO 2 fluid 8. The calculation results are shown in FIG. The graph shown in FIG. 17, the additive does not contain supercritical CO 2 fluid 8, supercritical CO 2 fluid 8 Acetone 21 is added, and ethanol supercritical CO 2 fluid 8 that is added each pressure reaction vessel The result of having measured about the change of the enthalpy at the time of flowing in in 2 is shown. According to the graph shown in FIG. 17, when executing the conductor forming process, when acetone was added 21 in the supercritical CO 2 fluid 8, compared with the supercritical CO 2 fluid 8 additive does not contain It can be seen that about 1,27 times the amount of heat is required.

本発明者らが行った研究によれば、このようなエンタルピーの急激な変化が図14に示すCu薄膜33の膜厚の分布に関係している可能性があると考えられた。具体的には、アセトン21が添加された超臨界CO2 流体8を用いる場合、超臨界CO2 流体8が耐圧反応容器2内に流入する際に供給口9付近の温度が急激に低下する。これにより、耐圧反応容器2内の供給口9付近におけるCu薄膜堆積反応が鈍くなる。この結果、Cu薄膜33の膜厚は、供給口9付近で薄く、排出口10付近で厚くなる。すなわち、前述したように、超臨界CO2 流体8の流れの上流側から下流側に向かうに連れて、Cu薄膜33の膜厚が厚くなる。 According to research conducted by the present inventors, it is considered that such a rapid change in enthalpy may be related to the film thickness distribution of the Cu thin film 33 shown in FIG. Specifically, when the supercritical CO 2 fluid 8 to which acetone 21 is added is used, the temperature in the vicinity of the supply port 9 rapidly decreases when the supercritical CO 2 fluid 8 flows into the pressure resistant reactor 2. Thereby, the Cu thin film deposition reaction in the vicinity of the supply port 9 in the pressure-resistant reaction vessel 2 becomes dull. As a result, the film thickness of the Cu thin film 33 is thin near the supply port 9 and thick near the discharge port 10. That is, as described above, the thickness of the Cu thin film 33 increases from the upstream side to the downstream side of the flow of the supercritical CO 2 fluid 8.

以上説明したように、この第3実施形態によれば、前述した第2実施形態と同様の効果得ることができる。また、本実施形態によれば、シリコンウェーハ6に形成された各凹部5内をCu薄膜33により選択的に埋め込むことができるのみならず、通常のCVD法やPVD法と同様にシリコンウェーハ6の表面6a上にも全面的にCu薄膜33を堆積させることができる。   As described above, according to the third embodiment, the same effects as those of the second embodiment described above can be obtained. In addition, according to the present embodiment, not only can each recessed portion 5 formed in the silicon wafer 6 be selectively filled with the Cu thin film 33, but also the silicon wafer 6 can be formed in the same manner as in a normal CVD method or PVD method. The Cu thin film 33 can be deposited on the entire surface 6a.

(第4の実施の形態)
次に、本発明に係る第4実施形態について図18〜図23を参照しつつ説明する。なお、前述した第1〜第3の各実施形態と同一部分には同一符号を付して、それらの詳しい説明を省略する。本実施形態においては、第1〜第3の各実施形態と異なり、超臨界CO2 流体等を反応容器の内部に導入するのに先立って予め所定の温度まで温めておく。これにより、より良好な埋め込み状態や成膜結果を得ようとするものである。以下、具体的に説明する。
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same part as each 1st-3rd embodiment mentioned above, and those detailed description is abbreviate | omitted. In this embodiment, unlike each of the first to third embodiments, the supercritical CO 2 fluid or the like is preheated to a predetermined temperature prior to introduction into the reaction vessel. Thereby, it is intended to obtain a better embedded state and film formation result. This will be specifically described below.

先ず、図18に本実施形態に係る導電体の形成装置101の主要部を簡略化して示す。本実施形態の導電体の形成装置101では、第1実施形態の導電体の形成装置1と異なり、耐圧反応容器2の内部に導入される物質を耐圧反応容器2の内部に導入されるのに先立って予め所定の温度まで温める予備加熱装置(プリヒートシステム、プリヒートユニット)102が耐圧反応容器2の直ぐ上流側に接続されている。なお、図18において図示は省略するが、プリヒートシステム102は供給装置3よりも下流側に接続されるのはもちろんである。このプリヒートシステム102は、予備加熱室(プリヒート室)103および第4の温度調節装置104等からなる。   First, FIG. 18 shows a simplified main part of the conductor forming apparatus 101 according to the present embodiment. In the conductor forming apparatus 101 of this embodiment, unlike the conductor forming apparatus 1 of the first embodiment, the substance introduced into the pressure resistant reaction container 2 is introduced into the pressure resistant reaction container 2. A preheating device (preheat system, preheat unit) 102 that is preliminarily heated to a predetermined temperature is connected immediately upstream of the pressure-resistant reaction vessel 2. In addition, although illustration is abbreviate | omitted in FIG. 18, of course, the preheat system 102 is connected to the downstream rather than the supply apparatus 3. FIG. The preheating system 102 includes a preheating chamber (preheating chamber) 103, a fourth temperature adjusting device 104, and the like.

プリヒート室103の内部には、超臨界CO2 流体8、反応促進剤(H2 )31、プリカーサ(ジイソブチリルメタナート)7、および有機溶媒(アセトン)21等が供給装置3から供給される。以下の説明においては、これら供給装置3からプリヒート室103の内部に供給される各物質を、特に断りの無い限り、単に超臨界CO2 流体8と略称する。超臨界CO2 流体8は、プリヒート室103内において予備加熱(プリヒーティング)された後、耐圧反応容器2の内部に導入される。 A supercritical CO 2 fluid 8, a reaction accelerator (H 2 ) 31, a precursor (diisobutyryl methanate) 7, an organic solvent (acetone) 21, and the like are supplied from the supply device 3 into the preheat chamber 103. . In the following description, each substance supplied from the supply device 3 into the preheat chamber 103 is simply abbreviated as a supercritical CO 2 fluid 8 unless otherwise specified. The supercritical CO 2 fluid 8 is preheated (preheated) in the preheat chamber 103 and then introduced into the pressure resistant reactor 2.

第4の温度調節装置104は、具体的には前述した第1および第3の各温度調節装置11,35と同様に、プリヒート室103の内部をその上方または下方からそれぞれ独立して加熱できる上部マントルヒータ104aおよび下部マントルヒータ104bの2つのヒータからなるマントルヒータユニット104である。プリヒート室103内の温度は、マントルヒータユニット104により加熱されて所定の温度まで高められる。ただし、プリヒート室103内の温度の上限は、導電体形成プロセスが行われる際の耐圧反応容器2内の温度よりも低い値に設定される。例えば、プリヒート室103内の超臨界CO2 流体8の温度は、マントルヒータユニット104によりプリヒーティングされて約180℃以下の所定の温度まで高められる。 Specifically, the fourth temperature adjustment device 104 is an upper portion capable of independently heating the inside of the preheat chamber 103 from above or below, similarly to the first and third temperature adjustment devices 11 and 35 described above. The mantle heater unit 104 includes two heaters, a mantle heater 104a and a lower mantle heater 104b. The temperature in the preheat chamber 103 is heated by the mantle heater unit 104 to be raised to a predetermined temperature. However, the upper limit of the temperature in the preheat chamber 103 is set to a value lower than the temperature in the pressure-resistant reaction container 2 when the conductor formation process is performed. For example, the temperature of the supercritical CO 2 fluid 8 in the preheat chamber 103 is preheated by the mantle heater unit 104 and is raised to a predetermined temperature of about 180 ° C. or less.

次に、図18〜図23を参照しつつ、導電体の形成装置101を用いて本発明者らが行った2種類の実験について説明する。1つは耐圧反応容器2の内部温度を測定する実験であり、他の1つはCu薄膜の成膜実験である。   Next, two types of experiments conducted by the present inventors using the conductor forming apparatus 101 will be described with reference to FIGS. One is an experiment for measuring the internal temperature of the pressure-resistant reaction vessel 2, and the other is an experiment for forming a Cu thin film.

先ず、図18および図19を参照しつつ、耐圧反応容器2の内部温度の測定実験について説明する。この実験を行うにあたって、次に述べるように条件を設定した。第1に、プリヒート室103内に供給する超臨界CO2 流体8として、アセトン21を添加していない超臨界CO2 流体、および超臨界CO2 流体中に混入されるアセトン21の流量が約10 vol %に設定された超臨界CO2 流体、の2種類の超臨界CO2 流体を用いる。第2に、図示しない恒温槽30を用いて耐圧反応容器2の外部温度を約250℃に設定する。第3に、耐圧反応容器2とプリヒート室103との容積比を約1:3に設定する。このような設定の下、上下各マントルヒータ104a,104bを用いてプリヒート室103の内部を加熱し、プリヒート室103の内部温度(プリヒート温度)を約50〜約180℃まで変化させた。そして、図18に示すように、プリヒート室103内で加熱された超臨界CO2 流体8が供給された耐圧反応容器2の内部温度を、その入り口(供給口)9付近および中央部付近の2箇所において熱電対105によって測定した。この結果を、図19にグラフにして示す。 First, an experiment for measuring the internal temperature of the pressure resistant reactor 2 will be described with reference to FIGS. 18 and 19. In conducting this experiment, conditions were set as described below. First, as supercritical CO 2 fluid 8 is supplied to the preheat chamber 103, the flow rate of acetone 21 to be mixed acetone 21 added non supercritical CO 2 fluid, and the supercritical CO 2 fluid about 10 supercritical CO 2 fluid set in vol%, using two types of supercritical CO 2 fluid. Secondly, the external temperature of the pressure resistant reactor 2 is set to about 250 ° C. using a thermostat 30 (not shown). Third, the volume ratio between the pressure resistant reactor 2 and the preheat chamber 103 is set to about 1: 3. Under such settings, the inside of the preheat chamber 103 was heated using the upper and lower mantle heaters 104a and 104b, and the internal temperature (preheat temperature) of the preheat chamber 103 was changed from about 50 to about 180 ° C. Then, as shown in FIG. 18, the internal temperature of the pressure-resistant reaction vessel 2 supplied with the supercritical CO 2 fluid 8 heated in the preheat chamber 103 is set to 2 near the inlet (supply port) 9 and near the center. Measurements were taken by thermocouple 105 at the points. The results are shown as a graph in FIG.

図19に示すグラフによれば、プリヒート温度が約150℃に到達した時点で、耐圧反応容器2の入り口9付近および中央部付近の2箇所における内部温度の差が殆ど無くなったことが分かる。それとともに、このような現象は、超臨界CO2 流体8中のアセトン21の有無に依存していないことが分かる。 According to the graph shown in FIG. 19, it can be seen that when the preheat temperature reaches about 150 ° C., there is almost no difference in internal temperature at two locations near the inlet 9 and near the center of the pressure resistant reactor 2. In addition, it can be seen that such a phenomenon does not depend on the presence or absence of acetone 21 in the supercritical CO 2 fluid 8.

次に、図20〜図23を参照しつつ、Cu薄膜の成膜実験について説明する。このCu薄膜の成膜実験では、具体的には、図20に示すように(I),(II),(III),(IV),(V)の5種類の処理条件を設定した上で、導電体の形成装置101を用いて前述した第1実施形態と同様の導電体形成プロセスを行った。この結果を、図20の最下段に示すとともに、図21(a)、(b)にグラフにして示す。なお、図20に示す表において、処理温度とは導電体形成プロセスを行う際の耐圧反応容器2の内部温度を指すとともに、標準偏差とは成膜されたCu薄膜の膜厚のばらつきを指す。また、図21(a)に示す2本のグラフはともにプリヒートを行わなかった場合の成膜結果を示すとともに、図21(b)に示す3本のグラフはそれぞれプリヒートを行った場合の成膜結果を示す。   Next, an experiment for forming a Cu thin film will be described with reference to FIGS. Specifically, in this Cu thin film deposition experiment, five processing conditions (I), (II), (III), (IV), and (V) were set as shown in FIG. A conductor forming process similar to that of the first embodiment described above was performed using the conductor forming apparatus 101. The results are shown at the bottom of FIG. 20 and are shown in graphs in FIGS. 21 (a) and 21 (b). In the table shown in FIG. 20, the processing temperature refers to the internal temperature of the pressure-resistant reaction container 2 when conducting the conductor formation process, and the standard deviation refers to the variation in the thickness of the deposited Cu thin film. In addition, both the two graphs shown in FIG. 21A show the film formation results when the preheating is not performed, and the three graphs shown in FIG. 21B each form the film formation when the preheating is performed. Results are shown.

図20に示す表によれば、プリヒートを行わなかった場合には、処理温度が高い程、シリコンウェーハ上に成膜されたCu薄膜の膜厚のばらつきが大きくなっていることが分かる。また、図21(a)に示すグラフによれば、プリヒートを行わなかった場合には、耐圧反応容器2の入り口9付近から中央部そして出口(排出口)10付近へと向かうに連れて、シリコンウェーハ上に成膜されたCu薄膜の膜厚が厚くなっていることが分かる。すなわち、超臨界CO2 流体8の流れの方向に沿ってその上流側から下流側に向かうに連れてCu薄膜がより厚く堆積する傾向があることが分かる。そして、その傾向は処理温度が高い程顕著であることも分かる。さらに、処理温度が高い程、Cu薄膜の膜厚も厚くなっていることも分かる。 According to the table shown in FIG. 20, when preheating is not performed, it can be seen that the higher the processing temperature, the greater the variation in the thickness of the Cu thin film formed on the silicon wafer. Further, according to the graph shown in FIG. 21 (a), when preheating is not performed, silicon is gradually moved from the vicinity of the inlet 9 of the pressure resistant reactor 2 toward the center and the vicinity of the outlet (discharge port) 10. It can be seen that the Cu thin film formed on the wafer is thicker. That is, it can be seen that the Cu thin film tends to deposit thicker from the upstream side toward the downstream side along the flow direction of the supercritical CO 2 fluid 8. It can also be seen that the tendency is more prominent as the processing temperature is higher. Furthermore, it can also be seen that the higher the processing temperature, the thicker the Cu thin film.

これに対して、図20に示す表によれば、プリヒートを行った場合には、シリコンウェーハ上に成膜されたCu薄膜の膜厚のばらつきは処理温度の高低には必ずしも比例していないことが分かる。また、プリヒートを行った場合には、プリヒートを行わなかった場合に比べて、Cu薄膜の膜厚のばらつきを最大で約10分の1未満に抑えることができることが分かる。例えば、処理温度を約240℃に設定した場合には、Cu薄膜の膜厚のばらつきを約7分の1に抑えることができることが分かる。また、図21(b)に示すグラフによれば、プリヒートを行った場合には、シリコンウェーハ上に成膜されたCu薄膜の膜厚は耐圧反応容器2の入り口9付近から中央部そして出口付近10にかけて略同じ大きさであり、プリヒートを行わなかった場合に比べて大幅に均一化されていることが分かる。すなわち、超臨界CO2 流体8の流れの位置に拘わらず、略均一な膜厚でCu薄膜が堆積する傾向があることが分かる。ただし、プリヒートを行った場合も、プリヒートを行わなかった場合と同様に、Cu薄膜の膜厚は処理温度が高い程厚くなっていることが分かる。 On the other hand, according to the table shown in FIG. 20, when preheating is performed, the film thickness variation of the Cu thin film formed on the silicon wafer is not necessarily proportional to the processing temperature. I understand. It can also be seen that when preheating is performed, the variation in the film thickness of the Cu thin film can be suppressed to less than about 1/10 at the maximum, compared with the case where preheating is not performed. For example, when the processing temperature is set to about 240 ° C., it can be seen that the variation in the thickness of the Cu thin film can be suppressed to about 1/7. Further, according to the graph shown in FIG. 21B, when preheating is performed, the film thickness of the Cu thin film formed on the silicon wafer is from the vicinity of the inlet 9 to the center and the outlet of the pressure resistant reactor 2. It can be seen that the size is substantially the same over 10 and is made much more uniform than when no preheating was performed. That is, it can be seen that the Cu thin film tends to deposit with a substantially uniform film thickness regardless of the position of the flow of the supercritical CO 2 fluid 8. However, even when preheating is performed, it can be seen that the Cu thin film becomes thicker as the processing temperature is higher, as in the case where preheating is not performed.

次に、図22(a),(b),(c)には、図20に示す表の(I)〜(V)の各処理条件のうち(II)の処理条件でシリコンウェーハ6上にCu薄膜33を成膜した結果のSEM写真を示す。より具体的には、図22(a)には、耐圧反応容器2の入り口9付近におけるシリコンウェーハ6およびその上に成膜されたCu薄膜33の断面のSEM写真を示す。また、図22(b)には、耐圧反応容器2の中央部付近におけるシリコンウェーハ6およびその上に成膜されたCu薄膜33の断面のSEM写真を示す。さらに、図22(c)には、耐圧反応容器2の出口10付近におけるシリコンウェーハ6およびその上に成膜されたCu薄膜33の断面のSEM写真を示す。なお、本実験で用いたシリコンウェーハ6は、第2実施形態で説明したシリコンウェーハ6と同じ構造からなる。   Next, FIGS. 22A, 22B, and 22C show on the silicon wafer 6 under the processing conditions (II) among the processing conditions (I) to (V) in the table shown in FIG. The SEM photograph of the result of forming the Cu thin film 33 is shown. More specifically, FIG. 22A shows an SEM photograph of a cross section of the silicon wafer 6 near the entrance 9 of the pressure resistant reactor 2 and the Cu thin film 33 formed thereon. FIG. 22B shows an SEM photograph of a cross section of the silicon wafer 6 and the Cu thin film 33 formed thereon in the vicinity of the central portion of the pressure resistant reactor 2. Further, FIG. 22C shows a SEM photograph of a cross section of the silicon wafer 6 and the Cu thin film 33 formed thereon in the vicinity of the outlet 10 of the pressure resistant reactor 2. The silicon wafer 6 used in this experiment has the same structure as the silicon wafer 6 described in the second embodiment.

図22(a),(b),(c)に示すSEM写真から明らかなように、耐圧反応容器2の入り口9付近、中央部付近、および出口10付近のそれぞれにおいて、Cu薄膜33がシリコンウェーハ6の表面6a上に全面的に成膜されている。また、シリコンウェーハ6に形成された各凹部5の内部はCu薄膜33により満たされており、埋め込み性は良好であることが分かる。ただし、シリコンウェーハ6の表面6a上の位置に拘わらず、異常成長したCu32からなる粒子状のCu堆積物106がCu薄膜33の表面上に多数観察される。また、Cu薄膜33はシリコンウェーハ6の表面6a上に全面的に連続膜として形成されているが、その表面には凹凸が多数観察される。このように、プリヒーティングを伴わない(II)の処理条件でCu薄膜33を成膜した場合、その膜質は必ずしも全体的に良質に形成されるとは限らない。   As is clear from the SEM photographs shown in FIGS. 22A, 22B, and 22C, the Cu thin film 33 is formed on the silicon wafer in the vicinity of the inlet 9, the center, and the outlet 10 of the pressure resistant reactor 2. 6 is formed on the entire surface 6a of the film 6. Moreover, the inside of each recessed part 5 formed in the silicon wafer 6 is filled with the Cu thin film 33, and it turns out that the embedding property is favorable. However, regardless of the position on the surface 6 a of the silicon wafer 6, many particulate Cu deposits 106 made of abnormally grown Cu 32 are observed on the surface of the Cu thin film 33. Moreover, although the Cu thin film 33 is formed as a continuous film on the entire surface 6a of the silicon wafer 6, many irregularities are observed on the surface. As described above, when the Cu thin film 33 is formed under the processing condition (II) that does not involve preheating, the film quality is not necessarily formed as a good quality as a whole.

次に、図23(a),(b),(c)には、図20に示す表の(I)〜(V)の各処理条件のうち(V)の処理条件でシリコンウェーハ6上にCu薄膜33を成膜した結果のSEM写真を示す。より具体的には、図23(a)には、耐圧反応容器2の入り口9付近におけるシリコンウェーハ6およびその上に成膜されたCu薄膜33の断面のSEM写真を示す。また、図23(b)には、耐圧反応容器2の中央部付近におけるシリコンウェーハ6およびその上に成膜されたCu薄膜33の断面のSEM写真を示す。さらに、図23(c)には、耐圧反応容器2の出口10付近におけるシリコンウェーハ6およびその上に成膜されたCu薄膜33の断面のSEM写真を示す。   Next, FIGS. 23A, 23B, and 23C show on the silicon wafer 6 under the processing conditions (V) among the processing conditions (I) to (V) in the table shown in FIG. The SEM photograph of the result of forming the Cu thin film 33 is shown. More specifically, FIG. 23A shows an SEM photograph of a cross section of the silicon wafer 6 and the Cu thin film 33 formed thereon in the vicinity of the inlet 9 of the pressure resistant reactor 2. FIG. 23B shows an SEM photograph of a cross section of the silicon wafer 6 and the Cu thin film 33 formed thereon in the vicinity of the central portion of the pressure resistant reactor 2. Further, FIG. 23C shows an SEM photograph of a cross section of the silicon wafer 6 in the vicinity of the outlet 10 of the pressure resistant reactor 2 and the Cu thin film 33 formed thereon.

図23(a),(b),(c)に示すSEM写真から明らかなように、図20に示す表の(V)の処理条件でCu薄膜33を成膜した場合も、(II)の処理条件でCu薄膜33を成膜した場合と同様に、耐圧反応容器2の入り口9付近、中央部付近、および出口10付近のそれぞれにおいて、Cu薄膜33がシリコンウェーハ6の表面6a上に全面的に成膜されている。また、(II)の処理条件でCu薄膜33を成膜した場合と同様に、シリコンウェーハ6に形成された各凹部5の内部はCu薄膜33により満たされており、埋め込み性も良好であることが分かる。ただし、(V)の処理条件でCu薄膜33を成膜した場合は、(II)の処理条件でCu薄膜33を成膜した場合と異なり、シリコンウェーハ6の表面6a上の位置に拘わらず、異常成長したCu32からなる粒子状のCu堆積物106がCu薄膜33の表面上に殆ど観察されない。また、Cu薄膜33の表面には凹凸が殆ど観察されない。このように、プリヒーティングを伴う(V)の処理条件でCu薄膜33を成膜した場合、プリヒーティングを伴わない(II)の処理条件でCu薄膜33を成膜した場合に比べて、膜質がより改善されたCu薄膜33を成膜できることが分かる。   As is apparent from the SEM photographs shown in FIGS. 23A, 23B, and 23C, when the Cu thin film 33 is formed under the processing conditions (V) in the table shown in FIG. Similar to the case where the Cu thin film 33 is formed under the processing conditions, the Cu thin film 33 is entirely formed on the surface 6 a of the silicon wafer 6 in the vicinity of the entrance 9, the center, and the exit 10 of the pressure resistant reactor 2. It is formed into a film. Similarly to the case where the Cu thin film 33 is formed under the processing condition (II), the inside of each recess 5 formed in the silicon wafer 6 is filled with the Cu thin film 33, and the embedding property is also good. I understand. However, when the Cu thin film 33 is formed under the processing condition (V), unlike the case where the Cu thin film 33 is formed under the processing condition (II), regardless of the position on the surface 6a of the silicon wafer 6, The particulate Cu deposit 106 made of abnormally grown Cu 32 is hardly observed on the surface of the Cu thin film 33. Further, almost no irregularities are observed on the surface of the Cu thin film 33. Thus, when the Cu thin film 33 is formed under the processing condition (V) with preheating, compared to the case where the Cu thin film 33 is formed under the processing condition (II) without preheating, It can be seen that the Cu thin film 33 with improved film quality can be formed.

以上説明したように、この第4実施形態によれば、前述した第1〜第3の各実施形態と同様の効果を得ることができる。また、アセトン21が添加された超臨界CO2 流体8を耐圧反応容器2内に導入するのに先立って予めプリヒーティングを施すことにより、銅の予備還元を行って反応速度を上げる。これにより、Cu薄膜33の膜厚が超臨界CO2 流体8の流れの方向に沿ってその上流側から下流側に向かうにつれてより厚く堆積する傾向を改善することができる。ひいては、耐圧反応容器2内の位置に拘わらず、均質かつ略均一な膜厚からなるCu薄膜33をシリコンウェーハ6の表面6a上に略全面的に成膜できる。 As described above, according to the fourth embodiment, the same effects as those of the first to third embodiments described above can be obtained. In addition, prior to the introduction of the supercritical CO 2 fluid 8 to which acetone 21 has been added into the pressure-resistant reaction vessel 2, preheating is performed in advance to increase the reaction rate by performing preliminary reduction of copper. Thereby, the tendency for the Cu thin film 33 to be deposited thicker from the upstream side to the downstream side along the flow direction of the supercritical CO 2 fluid 8 can be improved. As a result, regardless of the position in the pressure resistant reactor 2, the Cu thin film 33 having a uniform and substantially uniform film thickness can be formed almost entirely on the surface 6 a of the silicon wafer 6.

また、プリヒートシステム102を反応促進媒体として用いる場合には、単にプリヒーティングを行うだけでも熱反応促進や中間反応体生成等の効果を得ることができる。そして、これらの効果は、プリヒーティングを行うのに先立って、プラチナ(Pt)、パラジウム(Pd)、ニッケル(Ni)、あるいは銅(Cu)等の触媒物質となる金属を予めプリヒート室103の内部に設けておくことによって、より顕著になる。この場合、図示は省略するが、それら各金属を、例えば板形状やワイヤー形状に形成してプリヒート室103の内部に配置したり、プリヒート室103の内壁面上に蒸着したり、あるいはプリヒート室103の内部に設けられた多孔体等からなる支持体の上に載置または懸架したりすれば良い。   Further, when the preheating system 102 is used as a reaction promoting medium, effects such as thermal reaction promotion and intermediate reactant generation can be obtained simply by performing preheating. These effects are obtained by preliminarily depositing a metal serving as a catalyst material such as platinum (Pt), palladium (Pd), nickel (Ni), or copper (Cu) in advance in the preheating chamber 103 before performing preheating. It becomes more prominent when it is provided inside. In this case, although not shown in the drawing, these metals are formed into, for example, a plate shape or a wire shape and disposed inside the preheat chamber 103, vapor deposited on the inner wall surface of the preheat chamber 103, or the preheat chamber 103. It may be placed on or suspended on a support made of a porous body or the like provided inside.

また、本実施形態のプリヒートシステム102は第1実施形態で説明した反応抑制部34と併用しても構わない。この場合、反応抑制部34と耐圧反応容器2との間にプリヒートシステム102を設ければよい。このような構成によれば、反応抑制部34の機能とプリヒートシステム102の機能とを互いに矛盾させることなく発揮させることができる。   Further, the preheating system 102 of the present embodiment may be used in combination with the reaction suppression unit 34 described in the first embodiment. In this case, the preheating system 102 may be provided between the reaction suppressing unit 34 and the pressure resistant reaction container 2. According to such a configuration, the function of the reaction suppressing unit 34 and the function of the preheat system 102 can be exhibited without contradicting each other.

なお、前述したプリヒーティングは、必ずしも導電体形成プロセスが行われる温度付近まで加熱する必要は無い。アセトン21が超臨界状態となる臨界点は温度が約235℃、圧力が約4.76MPaである。したがって、アセトン21が添加された超臨界CO2 流体8を用いる場合、これが耐圧反応容器2内に流入するのに先立ってアセトン21が添加された超臨界CO2 流体8を予め約235℃まで加熱してその圧力を約4.76MPaに到達させておけば十分である。 Note that the preheating described above does not necessarily have to be heated to around the temperature at which the conductor forming process is performed. The critical point at which acetone 21 becomes supercritical is a temperature of about 235 ° C. and a pressure of about 4.76 MPa. Therefore, the heating when using a supercritical CO 2 fluid 8 Acetone 21 is added, so far in advance about 235 ° C. The supercritical CO 2 fluid 8 Acetone 21 is added prior to entering the pressure-resistant reaction container 2 It is sufficient that the pressure reaches about 4.76 MPa.

(第5の実施の形態)
次に、本発明に係る第5実施形態について図24および図25を参照しつつ説明する。なお、前述した第1〜第4の各実施形態と同一部分には同一符号を付して、それらの詳しい説明を省略する。本実施形態においては、第1〜第4の各実施形態と異なり、Cu薄膜33に代えてルテニウム(Ru)からなる薄膜を用いてシリコンウェーハ6の各凹部5内を埋め込む場合について説明する。
(Fifth embodiment)
Next, a fifth embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same part as each 1st-4th embodiment mentioned above, and those detailed description is abbreviate | omitted. In the present embodiment, unlike the first to fourth embodiments, a case will be described in which the recesses 5 of the silicon wafer 6 are embedded using a thin film made of ruthenium (Ru) instead of the Cu thin film 33.

先ず、ここでは、前述した第2および第3の各実施形態で用いたシリコンウェーハ6と略同様の構成からなるシリコンウェーハ6を用いる。ただし、第2および第3の各実施形態で用いたシリコンウェーハ6と異なり、各凹部5の内側表面および二酸化シリコン膜42の表面にはTiN薄膜43を設けない。各凹部5の内側表面および二酸化シリコン膜42の表面には、Au薄膜44を全面的にコーティングするのみである。また、各凹部5は、二酸化シリコン膜42内に形成されている。そして、各凹部5の寸法は、底部の幅が約130nm、開口部の幅が約200nm、そして深さが約2μmに形成されている。すなわち、各凹部5のアスペクト比は、約10〜15である。このような構成からなるシリコンウェーハ6に対して前述したフロー方式の導電体形成プロセスを実行する。   First, here, a silicon wafer 6 having substantially the same configuration as that of the silicon wafer 6 used in the second and third embodiments described above is used. However, unlike the silicon wafer 6 used in each of the second and third embodiments, the TiN thin film 43 is not provided on the inner surface of each recess 5 and the surface of the silicon dioxide film 42. Only the Au thin film 44 is entirely coated on the inner surface of each recess 5 and the surface of the silicon dioxide film 42. Each recess 5 is formed in the silicon dioxide film 42. The dimensions of each recess 5 are such that the bottom width is about 130 nm, the opening width is about 200 nm, and the depth is about 2 μm. That is, the aspect ratio of each recess 5 is about 10-15. The above-described flow-type conductor forming process is performed on the silicon wafer 6 having such a configuration.

ここでは、Ru薄膜の原料として、ジイソブチリルメタナート銅7と同様の有機金属錯体であるシクロペンタジエニルルテニウム(Ru(C552 ;RuCp2 )を用いる。そして、超臨界CO2 流体8中のシクロペンタジエニルルテニウム18の濃度を約25mg/ccに設定するとともに、水素19の添加圧力を約1.0MPaに設定する。また、耐圧反応容器2内の雰囲気の圧力(全圧)を約12MPaに設定する。また、導電体形成プロセスを実行する際の耐圧反応容器2内の温度を約250℃に設定する。そして、導電体形成プロセスの処理時間を、約15分に設定する。このような条件の下、本発明者らは、前述した導電体形成プロセスを行った。この結果を図24および図25にSEM写真を用いて示す。なお、なお、図25は図24の各凹部5付近を拡大して示す断面図である。 Here, cyclopentadienyl ruthenium (Ru (C 5 H 5 ) 2 ; RuCp 2 ), which is the same organometallic complex as diisobutyryl methanate copper 7, is used as a raw material for the Ru thin film. Then, the concentration of cyclopentadienyl ruthenium 18 in the supercritical CO 2 fluid 8 is set to about 25 mg / cc, and the addition pressure of hydrogen 19 is set to about 1.0 MPa. Moreover, the pressure (total pressure) of the atmosphere in the pressure resistant reactor 2 is set to about 12 MPa. Moreover, the temperature in the pressure | voltage resistant reaction container 2 at the time of performing a conductor formation process is set to about 250 degreeC. Then, the processing time of the conductor forming process is set to about 15 minutes. Under these conditions, the present inventors performed the above-described conductor formation process. The results are shown in FIGS. 24 and 25 using SEM photographs. 25 is an enlarged cross-sectional view showing the vicinity of each recess 5 in FIG.

図24および図25に示すように、シリコンウェーハ6の表面6aを構成するAu薄膜44の上には、各凹部5に沿って選択的にきのこ形状のRu薄膜(ルテニウムアイランド)51が形成できたことが確認された。また、図24に示すように、各凹部5の内部は、前述した第3実施形態と同様に、それらの底部から上部にかけて殆ど隙間なく充填できたことが確認された。   As shown in FIGS. 24 and 25, mushroom-shaped Ru thin films (ruthenium islands) 51 could be selectively formed along the concave portions 5 on the Au thin film 44 constituting the surface 6 a of the silicon wafer 6. It was confirmed. Moreover, as shown in FIG. 24, it was confirmed that the inside of each recessed part 5 was able to be filled almost without gap from the bottom part to the upper part similarly to 3rd Embodiment mentioned above.

以上説明したように、この第5実施形態によれば、Cuの代わりにRuを用いても前述した第1〜第4の各実施形態と同様の効果を得ることができる。   As described above, according to the fifth embodiment, even if Ru is used instead of Cu, the same effects as those of the first to fourth embodiments described above can be obtained.

(第6の実施の形態)
次に、本発明に係る第6実施形態について図26を参照しつつ説明する。なお、前述した第1〜第5の各実施形態と同一部分には同一符号を付して、それらの詳しい説明を省略する。本実施形態においては、第1実施形態において説明した導電体の形成方法を用いて、半導体装置を製造する技術について説明する。具体的には、前述した導電体の形成方法を用いて、トレンチキャパシタの埋め込み電極を形成する。
(Sixth embodiment)
Next, a sixth embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same part as each 1st-5th embodiment mentioned above, and those detailed description is abbreviate | omitted. In the present embodiment, a technique for manufacturing a semiconductor device using the conductor forming method described in the first embodiment will be described. Specifically, the buried electrode of the trench capacitor is formed using the above-described conductor forming method.

図26に示すように、本実施形態で用いるシリコンウェーハ6は、その基板本体がP型のシリコン層(Si層)22によって構成されている。また、このP型シリコン層22の表層部はPウェル61となっている。そして、シリコンウェーハ6の表層部でもあるPウェル61の内部に微細かつアスペクト比の高い凹部(トレンチ)62が形成されている。トレンチ62の内側の表層部にはn型の不純物がイオン注入などにより導入されており、トレンチキャパシタ68のカソード63となる。また、トレンチ62の内部には、容量絶縁膜となるシリコン酸化膜(SiO2 膜)64がカソード63の表面を覆って設けられている。さらに、シリコンウェーハ6の表層部には、素子分離領域65や図示しないトランジスタのソース領域またはドレイン領域となるn+ 型の不純物拡散領域66が形成されている。 As shown in FIG. 26, the silicon wafer 6 used in the present embodiment has a substrate body constituted by a P-type silicon layer (Si layer) 22. The surface layer portion of the P-type silicon layer 22 is a P well 61. Then, a fine recess portion (trench) 62 having a high aspect ratio is formed inside the P well 61 which is also a surface layer portion of the silicon wafer 6. An n-type impurity is introduced into the surface layer portion inside the trench 62 by ion implantation or the like, and becomes the cathode 63 of the trench capacitor 68. Further, a silicon oxide film (SiO 2 film) 64 serving as a capacitive insulating film is provided inside the trench 62 so as to cover the surface of the cathode 63. Further, in the surface layer portion of the silicon wafer 6, an element isolation region 65 and an n + -type impurity diffusion region 66 that becomes a source region or a drain region of a transistor (not shown) are formed.

このような構造からなるシリコンウェーハ6を耐圧反応容器2内に収容した後、第1実施形態において説明した導電体形成方法を実行する。この際、トレンチ62内に設ける導電体をCuにより形成する場合には、前述した第2〜第4の各実施形態のうちのいずれかの処理条件を採用すれば良い。また、トレンチ62内に設ける導電体をRuにより形成する場合には、前述した第5実施形態の処理条件を採用すれば良い。ここでは、トレンチ62内をRu薄膜67により埋め込むこととする。これにより、微細でアスペクト比の高いトレンチ62の内部およびその開口部周辺に選択的に、かつ、殆ど隙間を作らずにトレンチキャパシタ68の埋め込み電極となるRu薄膜67を成膜することができる。Ru薄膜67の成膜処理が終了した後、シリコンウェーハ6を耐圧反応容器2の内部から取り出して、エッチング処理などによってRu薄膜67を所望の埋め込み電極の形状に成形する。これにより、シリコンウェーハ6の表層部に、Ru薄膜を用いて所望の形状に形成された埋め込み電極としてのプレート電極67が設けられる。ひいては、シリコンウェーハ6の表層部に、カソード63、容量絶縁膜64、およびプレート電極67からなるトレンチキャパシタ68が設けられる。   After the silicon wafer 6 having such a structure is accommodated in the pressure resistant reactor 2, the conductor forming method described in the first embodiment is executed. At this time, when the conductor provided in the trench 62 is formed of Cu, any one of the processing conditions in the second to fourth embodiments described above may be employed. Further, when the conductor provided in the trench 62 is formed of Ru, the processing conditions of the fifth embodiment described above may be employed. Here, the trench 62 is filled with the Ru thin film 67. As a result, the Ru thin film 67 serving as the buried electrode of the trench capacitor 68 can be formed selectively and in the vicinity of the opening of the trench 62 having a fine and high aspect ratio and with almost no gap. After the film formation process of the Ru thin film 67 is completed, the silicon wafer 6 is taken out from the inside of the pressure resistant reactor 2, and the Ru thin film 67 is formed into a desired embedded electrode shape by an etching process or the like. Thus, a plate electrode 67 as a buried electrode formed in a desired shape using a Ru thin film is provided on the surface layer portion of the silicon wafer 6. As a result, a trench capacitor 68 including a cathode 63, a capacitive insulating film 64, and a plate electrode 67 is provided on the surface layer portion of the silicon wafer 6.

この後、トレンチキャパシタ68が設けられたシリコンウェーハ6の表面6a上に、周知の技術によってワード69やビット線70、ビット線70と不純物拡散領域66との導通を得るためのコンタクトプラグ71、および層間絶縁膜72などを設ければよい。なお、プレート電極67と同様に、コンタクトプラグ71も第1実施形態において説明した導電体形成方法により形成しても構わないのはもちろんである。これまでの工程により、図26に示す構造からなる半導体装置73を得る。   Thereafter, on the surface 6a of the silicon wafer 6 provided with the trench capacitor 68, the word 69, the bit line 70, the contact plug 71 for obtaining conduction between the bit line 70 and the impurity diffusion region 66 by a known technique, and An interlayer insulating film 72 or the like may be provided. Note that, like the plate electrode 67, the contact plug 71 may be formed by the conductor forming method described in the first embodiment. Through the steps so far, the semiconductor device 73 having the structure shown in FIG. 26 is obtained.

以上説明したように、この第6実施形態によれば、前述した第1〜第5の各実施形態と同様の効果を得ることができる。また、立体的で複雑な形状を有するプレート電極67を備えるトレンチキャパシタ68も効率よく、かつ、容易に形成することができる。ひいては、トレンチキャパシタ68を備える半導体装置73を効率よく、かつ、容易に製造することができる。このような半導体装置73は生産効率が良く、製造工程も簡略化することができるので、安価に製造することができる。   As explained above, according to the sixth embodiment, the same effects as those of the first to fifth embodiments described above can be obtained. Also, the trench capacitor 68 including the plate electrode 67 having a three-dimensional and complicated shape can be efficiently and easily formed. As a result, the semiconductor device 73 including the trench capacitor 68 can be manufactured efficiently and easily. Such a semiconductor device 73 can be manufactured at low cost because the production efficiency is good and the manufacturing process can be simplified.

(第7の実施の形態)
次に、本発明に係る第7実施形態について図27および図28を参照しつつ説明する。なお、前述した第1〜第6の各実施形態と同一部分には同一符号を付して、それらの詳しい説明を省略する。本実施形態においても、前述した第6実施形態と同様に、第1実施形態において説明した導電体形成方法を用いて、半導体装置を製造する技術について説明する。ただし、本実施形態では、第6実施形態と異なり、前述した導電体形成方法を用いて多層配線構造を形成する。
(Seventh embodiment)
Next, a seventh embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same part as each 1st-6th embodiment mentioned above, and those detailed description is abbreviate | omitted. In the present embodiment as well, as in the sixth embodiment described above, a technique for manufacturing a semiconductor device using the conductor forming method described in the first embodiment will be described. However, in the present embodiment, unlike the sixth embodiment, the multilayer wiring structure is formed using the above-described conductor forming method.

先ず、図27(a)に示すように、配線とプラグとが別体に形成された、いわゆるシングルダマシン構造からなる上層配線を備える多層配線構造を形成する場合について説明する。   First, as shown in FIG. 27A, a case will be described in which a multilayer wiring structure including an upper layer wiring having a so-called single damascene structure in which wirings and plugs are formed separately is formed.

先ず、シリコンウェーハ6の基板本体41の上に、周知のCVD法により第1層目の層間絶縁膜42aを設ける。続けて、下層配線となる第1層目の配線83を設けるための下層配線形成用凹部81を、周知のエッチング工程などによって第1層目の層間絶縁膜42a中に形成する。続けて、周知のCVD法やCMP法などにより、下層配線用バリアメタル膜82および下層配線となるCu膜83を下層配線形成用凹部81内に埋め込む。これにより、第1層目の層間絶縁膜42a中に下層配線となる第1層目の配線83が設けられる。   First, the first interlayer insulating film 42a is provided on the substrate body 41 of the silicon wafer 6 by a well-known CVD method. Subsequently, a lower layer wiring forming recess 81 for providing a first layer wiring 83 serving as a lower layer wiring is formed in the first layer interlayer insulating film 42a by a known etching process or the like. Subsequently, the lower layer wiring barrier metal film 82 and the lower layer wiring Cu film 83 are embedded in the lower layer wiring forming recess 81 by a known CVD method, CMP method or the like. As a result, a first-layer wiring 83 serving as a lower-layer wiring is provided in the first-layer interlayer insulating film 42a.

続けて、下層Cu配線83が設けられた第1層目の層間絶縁膜42aの上に、周知のCVD法により第2層目の層間絶縁膜のうち下層側となる層間絶縁膜42bを設ける。続けて、下層Cu配線83と上層配線99との導通を得るためのヴィアプラグ86を設けるためのヴィアホール84を、周知のエッチング工程などによって第2層目の下層側層間絶縁膜42b中に形成する。続けて、周知のCVD法などにより、ヴィアプラグ用バリアメタル膜85をヴィアホール84の内側表面をはじめとする第2層目の下層側層間絶縁膜42bの表面上に成膜する。   Subsequently, an interlayer insulating film 42b on the lower layer side of the second interlayer insulating film is provided on the first interlayer insulating film 42a provided with the lower Cu wiring 83 by a well-known CVD method. Subsequently, a via hole 84 for providing a via plug 86 for obtaining electrical continuity between the lower layer Cu wiring 83 and the upper layer wiring 99 is formed in the second layer lower interlayer insulating film 42b by a known etching process or the like. . Subsequently, a via plug barrier metal film 85 is formed on the surface of the second lower interlayer insulating film 42 b including the inner surface of the via hole 84 by a known CVD method or the like.

続けて、バリアメタル膜85が設けられたシリコンウェーハ6を耐圧反応容器2内に収容する。この後、第1実施形態において説明した導電体形成方法を実行する。この際、ヴィアプラグ86をCuにより形成する場合には、前述した第2〜第4の各実施形態のうちのいずれかの処理条件を採用すれば良い。これにより、微細でアスペクト比の高いヴィアホール84の内部およびその開口部周辺に選択的に、かつ、殆ど隙間を作らずにヴィアプラグとなるCu膜86を成膜することができる。Cu膜86の成膜処理が終了した後、シリコンウェーハ6を耐圧反応容器2の内部から取り出して、周知のCMP処理などによってCu膜86およびバリアメタル膜85をヴィアホール84の内部に埋め込む。これにより、第2層目の下層側層間絶縁膜42b中にCuヴィアプラグ86が設けられる。   Subsequently, the silicon wafer 6 provided with the barrier metal film 85 is accommodated in the pressure resistant reactor 2. Thereafter, the conductor forming method described in the first embodiment is executed. At this time, when the via plug 86 is formed of Cu, any of the processing conditions of the second to fourth embodiments described above may be employed. As a result, a Cu film 86 serving as a via plug can be formed selectively inside and around the opening of the fine and high aspect ratio via hole 84 and with almost no gap. After the Cu film 86 is formed, the silicon wafer 6 is taken out of the pressure-resistant reaction vessel 2 and the Cu film 86 and the barrier metal film 85 are embedded in the via hole 84 by a known CMP process or the like. As a result, the Cu via plug 86 is provided in the second-layer lower interlayer insulating film 42b.

続けて、Cuヴィアプラグ86が設けられた第2層目の下層側層間絶縁膜42bの上に、周知のCVD法により第2層目の層間絶縁膜のうち上層側となる層間絶縁膜42cを設ける。続けて、上層配線89を設けるための上層配線形成用凹部87を、周知のエッチング工程などによって第2層目の上層側層間絶縁膜42c中に形成する。続けて、周知のCVD法などにより、上層配線用バリアメタル膜88を上層配線形成用凹部87の内側表面をはじめとする第2層目の上層側層間絶縁膜42cの表面上に成膜する。   Subsequently, an interlayer insulating film 42c on the upper layer side of the second interlayer insulating film is provided on the second lower interlayer insulating film 42b provided with the Cu via plug 86 by a well-known CVD method. . Subsequently, an upper-layer wiring formation recess 87 for providing the upper-layer wiring 89 is formed in the second-layer upper interlayer insulating film 42c by a known etching process or the like. Subsequently, an upper-layer wiring barrier metal film 88 is formed on the surface of the second-layer upper-layer-side interlayer insulating film 42c including the inner surface of the upper-layer wiring forming recess 87 by a known CVD method or the like.

続けて、バリアメタル膜88が設けられたシリコンウェーハ6を再び耐圧反応容器2内に収容する。この後、第1実施形態において説明した導電体形成方法を実行する。この際、上層配線89をCuにより形成する場合には、Cuヴィアプラグ86を形成した場合と同様に、前述した第2〜第4の各実施形態のうちのいずれかの処理条件を採用すれば良い。これにより、微細な上層配線形成用凹部87の内部およびその開口部周辺に選択的に、かつ、殆ど隙間を作らずに上層配線となるCu膜89を成膜することができる。Cu膜89の成膜処理が終了した後、シリコンウェーハ6を再び耐圧反応容器2の内部から取り出して、周知のCMP処理などによってCu膜89およびバリアメタル膜88を上層配線形成用凹部87の内部に埋め込む。これにより、第2層目の上層側層間絶縁膜42c中に、Cuヴィアプラグ86と別体に形成された第2層目の配線89が設けられる。すなわち、いわゆるシングルダマシン構造からなる上層Cu配線89が第2層目の上層側層間絶縁膜42c中に設けられる。   Subsequently, the silicon wafer 6 provided with the barrier metal film 88 is accommodated again in the pressure resistant reactor 2. Thereafter, the conductor forming method described in the first embodiment is executed. At this time, when the upper layer wiring 89 is formed of Cu, as in the case where the Cu via plug 86 is formed, any one of the processing conditions of the second to fourth embodiments described above may be employed. good. As a result, the Cu film 89 serving as the upper layer wiring can be formed selectively inside the fine upper layer wiring forming recess 87 and in the vicinity of the opening thereof with almost no gap. After the formation of the Cu film 89 is completed, the silicon wafer 6 is taken out from the inside of the pressure resistant reactor 2 again, and the Cu film 89 and the barrier metal film 88 are formed in the upper wiring formation recess 87 by a known CMP process or the like. Embed in. As a result, the second-layer wiring 89 formed separately from the Cu via plug 86 is provided in the second-layer upper interlayer insulating film 42c. That is, the upper layer Cu wiring 89 having a so-called single damascene structure is provided in the second layer upper interlayer insulating film 42c.

これまでの工程により、図27(a)に示すように、シングルダマシン構造からなる上層Cu配線89と下層Cu配線83とが、バリアメタル膜85,88およびCuヴィアプラグ86を介して導通された上下2層の多層配線構造を備える半導体装置90を得る。   Through the steps so far, as shown in FIG. 27A, the upper Cu wiring 89 and the lower Cu wiring 83 having a single damascene structure are made conductive through the barrier metal films 85 and 88 and the Cu via plug 86. A semiconductor device 90 having an upper and lower two-layer wiring structure is obtained.

次に、図27(b)に示すように、配線とプラグとが一体に形成された、いわゆるデュアルダマシン構造からなる上層配線を備える多層配線構造を形成する場合について説明する。   Next, as shown in FIG. 27B, a case will be described in which a multilayer wiring structure including an upper layer wiring having a so-called dual damascene structure in which wiring and a plug are integrally formed is described.

先ず、前述した半導体装置90を製造する場合と同様の工程により、第1層目の層間絶縁膜42a中に下層Cu配線83を設ける。   First, the lower layer Cu wiring 83 is provided in the first-layer interlayer insulating film 42a by the same process as that for manufacturing the semiconductor device 90 described above.

続けて、下層Cu配線83が設けられた第1層目の層間絶縁膜83aの上に、周知のCVD法により第2層目の層間絶縁膜42dを設ける。続けて、上層配線を設けるための上層配線形成用凹部91および上層配線と下層Cu配線83との導通を得るためのヴィアプラグを設けるためのヴィアホール92を、周知のエッチング工程などによって第2層目の層間絶縁膜42d中に互いに連通させて一体に形成する。続けて、周知のCVD法などにより、上層配線用バリアメタル膜93をヴィアホール92の内側表面をはじめとする第2層目の層間絶縁膜42dの表面上に成膜する。   Subsequently, a second-layer interlayer insulating film 42d is provided on the first-layer interlayer insulating film 83a provided with the lower layer Cu wiring 83 by a well-known CVD method. Subsequently, a recess 91 for forming an upper layer wiring for providing an upper layer wiring and a via hole 92 for providing a via plug for obtaining conduction between the upper layer wiring and the lower layer Cu wiring 83 are formed in the second layer by a known etching process or the like. In the interlayer insulating film 42d of the eye, they are integrally formed in communication with each other. Subsequently, an upper wiring barrier metal film 93 is formed on the surface of the second-layer interlayer insulating film 42d including the inner surface of the via hole 92 by a known CVD method or the like.

続けて、バリアメタル膜93が設けられたシリコンウェーハ6を耐圧反応容器2内に収容する。この後、第1実施形態において説明した導電体の選択形成方法を実行する。この際、上層配線およびヴィアプラグをCuにより形成する場合には、前述した半導体装置90を製造する場合と同様に、第2〜第4の各実施形態のうちのいずれか処理条件を採用すれば良い。これにより、微細でアスペクト比の高いヴィアホール92および上層配線形成用凹部91の内部、ならびに上層配線形成用凹部91の開口部周辺に選択的に、かつ、殆ど隙間を作らずにヴィアプラグおよび上層配線となるCu膜を成膜することができる。Cu膜の成膜処理が終了した後、シリコンウェーハ6を耐圧反応容器2の内部から取り出して、周知のCMP処理などによってCu膜およびバリアメタル膜93をヴィアホール92および上層配線形成用凹部91の内部に埋め込む。これにより、第2層目の層間絶縁膜42d中に、Cuヴィアプラグ94と一体に形成された第2層目の配線95が設けられる。すなわち、いわゆるデュアルダマシン構造からなる上層Cu配線95が第2層目の層間絶縁膜42d中に設けられる。   Subsequently, the silicon wafer 6 provided with the barrier metal film 93 is accommodated in the pressure resistant reactor 2. Thereafter, the method for selectively forming a conductor described in the first embodiment is executed. At this time, in the case where the upper layer wiring and the via plug are formed of Cu, as in the case of manufacturing the semiconductor device 90 described above, if any one of the processing conditions of the second to fourth embodiments is employed. good. As a result, the via plug 92 and the upper layer can be selectively formed in the fine and high aspect ratio via hole 92 and the upper layer wiring forming recess 91 and around the opening of the upper layer wiring forming recess 91 with almost no gap. A Cu film to be a wiring can be formed. After the Cu film formation process is completed, the silicon wafer 6 is taken out of the pressure-resistant reaction vessel 2 and the Cu film and the barrier metal film 93 are removed from the via hole 92 and the upper wiring formation recess 91 by a known CMP process or the like. Embed inside. Thus, the second layer wiring 95 formed integrally with the Cu via plug 94 is provided in the second layer interlayer insulating film 42d. That is, the upper layer Cu wiring 95 having a so-called dual damascene structure is provided in the second-layer interlayer insulating film 42d.

これまでの工程により、図27(b)に示すように、デュアルダマシン構造からなる上層Cu配線95と下層Cu配線83とが、バリアメタル膜93およびCuヴィアプラグ94を介して導通された上下2層の多層配線構造を備える半導体装置96を得る。   As shown in FIG. 27B, the upper and lower Cu wirings 95 and the lower Cu wiring 83 having a dual damascene structure are electrically connected through the barrier metal film 93 and the Cu via plug 94 as shown in FIG. A semiconductor device 96 having a multilayer wiring structure of layers is obtained.

次に、図28に示すように、形状、深さ、幅、およびアスペクト比のうちの少なくとも一つが互いに異なっている複数の凹部5内に導電体を一括して設ける場合について説明する。   Next, as shown in FIG. 28, the case where conductors are collectively provided in a plurality of recesses 5 having at least one of shape, depth, width, and aspect ratio different from each other will be described.

先ず、前述した半導体装置90,96を製造する場合と同様の工程により、シリコンウェーハ6の基板本体41の上に、周知のCVD法により層間絶縁膜42を設ける。続けて、第1〜第4の配線97a,97b,97c,97dを設けるための第1〜第4の配線形成用凹部5a,5b,5c,5dを、周知のエッチング工程などによって層間絶縁膜42中の複数箇所に形成する。図28に示すように、第2の配線形成用凹部5bは、深さは第1の配線形成用凹部5aと同じだが、第1の配線形成用凹部5aに比べて幅が大きく、かつ、アスペクト比が小さくなっている。また、第3の配線形成用凹部5cは、幅は第1の配線形成用凹部5aと同じだが、第1の配線形成用凹部5aに比べて深さがより深く、かつ、アスペクト比が高くなっている。さらに、第4の配線形成用凹部5bは、深さが第1の配線形成用凹部5aに比べて浅いとともに、開口部および底部ともに幅が第1の配線形成用凹部5aに比べて大きく、かつ、アスペクト比が小さくなっている。また、第1〜第3の各配線形成用凹部5a,5b,5cはそれらの断面形状が長方形状になっているのに対して、第4の配線形成用凹部5bはその断面形状が開口部が底部に比べて広い上下逆の台形状になっている。   First, the interlayer insulating film 42 is provided on the substrate body 41 of the silicon wafer 6 by a well-known CVD method by the same process as that for manufacturing the semiconductor devices 90 and 96 described above. Subsequently, the first to fourth wiring forming recesses 5a, 5b, 5c, 5d for providing the first to fourth wirings 97a, 97b, 97c, 97d are formed in the interlayer insulating film 42 by a known etching process or the like. Formed at multiple locations inside. As shown in FIG. 28, the second wiring formation recess 5b has the same depth as the first wiring formation recess 5a, but is wider than the first wiring formation recess 5a and has an aspect ratio. The ratio is getting smaller. The third wiring formation recess 5c has the same width as the first wiring formation recess 5a, but is deeper and has a higher aspect ratio than the first wiring formation recess 5a. ing. Further, the fourth wiring forming recess 5b is shallower than the first wiring forming recess 5a, and the width of both the opening and the bottom is larger than that of the first wiring forming recess 5a. The aspect ratio is small. The first to third wiring forming recesses 5a, 5b, and 5c are rectangular in cross section, whereas the fourth wiring forming recess 5b has an opening in cross section. Has a trapezoidal shape that is upside down compared to the bottom.

続けて、第1〜第4の各配線形成用凹部5a,5b,5c,5dが形成されたシリコンウェーハ6を耐圧反応容器2内に収容する。この後、第1実施形態において説明した導電体の選択形成方法を実行する。この際、第1〜第4の配線97a,97b,97c,97dをCuにより形成する場合には、前述した半導体装置90,96を製造する場合と同様に、第2〜第4の各実施形態のうちのいずれか処理条件を採用すれば良い。これにより、形状、深さ、幅、およびアスペクト比のうちの少なくとも一つが互いに異なっている複数の凹部5a,5b,5c,5dの内部、およびそれらの開口部周辺に選択的に、かつ、殆ど隙間を作らずにCu膜97を一括して成膜することができる。Cu膜97の成膜処理が終了した後、シリコンウェーハ6を耐圧反応容器2の内部から取り出して、周知のCMP処理などによってCu膜およびバリアメタル膜93を各凹部5a,5b,5c,5dの内部に埋め込む。   Subsequently, the silicon wafer 6 on which the first to fourth wiring forming recesses 5a, 5b, 5c, 5d are formed is accommodated in the pressure resistant reactor 2. Thereafter, the method for selectively forming a conductor described in the first embodiment is executed. At this time, when the first to fourth wirings 97a, 97b, 97c, and 97d are formed of Cu, each of the second to fourth embodiments is performed in the same manner as in the case of manufacturing the semiconductor devices 90 and 96 described above. Any one of the processing conditions may be adopted. Accordingly, the inside of the plurality of recesses 5a, 5b, 5c, and 5d having at least one of shape, depth, width, and aspect ratio different from each other and around the opening thereof are selectively and almost The Cu film 97 can be formed in a lump without creating a gap. After the film formation process of the Cu film 97 is completed, the silicon wafer 6 is taken out from the inside of the pressure resistant reactor 2, and the Cu film and the barrier metal film 93 are formed in the recesses 5a, 5b, 5c, 5d by a known CMP process or the like. Embed inside.

これまでの工程により、図28に示すように、形状、深さ、幅、およびアスペクト比のうちの少なくとも一つが互いに異なっている第1〜第4の各配線97a,97b,97c,97dを備える半導体装置98を得る。   By the steps so far, as shown in FIG. 28, first to fourth wirings 97a, 97b, 97c, and 97d having at least one of shape, depth, width, and aspect ratio different from each other are provided. A semiconductor device 98 is obtained.

以上説明したように、この第7実施形態によれば、前述した第1〜第6の各実施形態と同様の効果を得ることができる。すなわち100nm以下のサイズの微細な多層配線構造を有する半導体装置90,96を得ることができる。それとともに、形状、深さ、幅、およびアスペクト比のうちの少なくとも一つが互いに異なっている微細な複数の凹部5内に導電体97を一括して設けることができる。したがって、本実施形態によれば、ナノサイズレベルの微細で複雑な形状の半導体装置90,96,98を効率良く、かつ、容易に製造することができる。なお、上層Cu配線89,95およびCuヴィアプラグ86,94と同様に、下層Cu配線83も第1実施形態において説明した導電体形成方法により形成しても構わないのはもちろんである。   As described above, according to the seventh embodiment, the same effects as those of the first to sixth embodiments described above can be obtained. That is, the semiconductor devices 90 and 96 having a fine multilayer wiring structure having a size of 100 nm or less can be obtained. In addition, the conductors 97 can be collectively provided in the plurality of fine recesses 5 having at least one of shape, depth, width, and aspect ratio different from each other. Therefore, according to this embodiment, it is possible to efficiently and easily manufacture the semiconductor devices 90, 96, and 98 having a fine and complicated shape at the nano-size level. Of course, like the upper layer Cu wirings 89 and 95 and the Cu via plugs 86 and 94, the lower layer Cu wiring 83 may be formed by the conductor forming method described in the first embodiment.

(第8の実施の形態)
次に、本発明に係る第8実施形態について図29を参照しつつ説明する。なお、前述した第1〜第7の各実施形態と同一部分には同一符号を付して、それらの詳しい説明を省略する。本実施形態は、反応容器の内部に配置される被処理体の姿勢が前述した第1実施形態と異なっているだけであり、その他は第1実施形態と同様である。以下、簡潔に説明する。
(Eighth embodiment)
Next, an eighth embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same part as each 1st-7th embodiment mentioned above, and those detailed description is abbreviate | omitted. This embodiment is the same as the first embodiment except that the posture of the object to be processed disposed inside the reaction vessel is different from the first embodiment described above. The following is a brief description.

図29に示すように、本実施形態においては、被処理体としての基板6を、その表面6aを下方に向けた姿勢で耐圧反応容器2の内部に配置する。この際、より好ましくは、基板6の表面6aを鉛直下向きに向ける。これにより、補助溶媒21および超臨界CO2 流体8からなる混合物が重力で分離した場合でも、基板6の表面6aや各凹部5の内面に超臨界流体を優先的に接触させることができる。以下、このフェイスダウン( face down )方式の特徴についてより具体的かつ詳細に説明する。 As shown in FIG. 29, in this embodiment, the substrate 6 as the object to be processed is disposed inside the pressure resistant reaction container 2 with the surface 6a facing downward. At this time, more preferably, the surface 6a of the substrate 6 is directed vertically downward. Thereby, even when the mixture composed of the auxiliary solvent 21 and the supercritical CO 2 fluid 8 is separated by gravity, the supercritical fluid can be preferentially brought into contact with the surface 6 a of the substrate 6 and the inner surfaces of the respective recesses 5. Hereinafter, the features of the face down method will be described more specifically and in detail.

一般的に、超臨界流体は圧縮性の高密度流体なので熱対流が発生し易い、という特徴を有している。このため、耐圧反応容器2内の超臨界流体を加熱すると、例えば暖房によって熱せられた室内の空気が下から上に向かって上がるのと同様に、超臨界流体の温熱層が耐圧反応容器2内の上方に存在するようになる。それとともに、超臨界流体は耐圧反応容器2の下方から上方へと主に上下方向に沿って流れるようになるため、制御不可能な揺動や乱流等が低減されて導電体形成プロセスが安定する。したがって、導電体33を堆積させる堆積面となる表面6aを下方(鉛直下向き)に向けた姿勢で基板6を耐圧反応容器2の内部の上方に配置して耐圧反応容器2内の超臨界流体を加熱すると、基板6の表面(堆積面)6aや各凹部5に超臨界流体の温熱層が優先的に、安定して、かつ、均一に接触するため、基板6の加熱効率が良くなる。この結果、導電体33の析出反応が効率よくかつ安定して起きるようになるため、各凹部5の内部や堆積面(表面)6a上に導電体33をより効率良くかつ安定して設けることができる。   In general, since a supercritical fluid is a compressible high-density fluid, it has a feature that thermal convection is likely to occur. For this reason, when the supercritical fluid in the pressure-resistant reaction container 2 is heated, for example, the indoor layer heated by heating rises from the bottom to the top, and the thermal layer of the supercritical fluid is in the pressure-resistant reaction container 2. It will exist above. At the same time, the supercritical fluid mainly flows along the vertical direction from the bottom to the top of the pressure-resistant reaction vessel 2, so that uncontrollable oscillation and turbulence are reduced, and the conductor formation process is stabilized. To do. Accordingly, the supercritical fluid in the pressure-resistant reaction container 2 is placed by placing the substrate 6 above the inside of the pressure-resistant reaction container 2 with the surface 6a serving as a deposition surface on which the conductor 33 is deposited facing downward (vertically downward). When heated, the heating layer of the supercritical fluid preferentially contacts the surface (deposition surface) 6a of the substrate 6 and each of the recesses 5 in a stable and uniform manner, so that the heating efficiency of the substrate 6 is improved. As a result, since the precipitation reaction of the conductor 33 occurs efficiently and stably, it is possible to provide the conductor 33 more efficiently and stably inside each recess 5 and on the deposition surface (surface) 6a. it can.

また、超臨界流体は前述したように高密度流体なので原料濃度が高い。このため、導電体形成プロセス中の微妙な密度の揺らぎによって粒子(パーティクル)を発生させる反応が進むおそれがある。導電体形成プロセス中に粒子が発生すると、導電体33の質が劣化するおそれが高くなる。このようなおそれを未然に防ぐためにも、堆積面6aを下向きにして基板6を耐圧反応容器2内に配置することが好ましい。このような姿勢で基板6を配置することにより、粒子が発生した場合でも粒子が堆積面6a上や各凹部5の内部に溜まるおそれを殆ど無くすことができる。ひいては、堆積面6a上や各凹部5の内部に均質でより良質な導電体33を形成することができる。   Moreover, since the supercritical fluid is a high-density fluid as described above, the raw material concentration is high. For this reason, there exists a possibility that the reaction which generate | occur | produces a particle | grain (particle) may progress by the fluctuation of the subtle density in a conductor formation process. If particles are generated during the conductor formation process, the quality of the conductor 33 is likely to deteriorate. In order to prevent such a risk, it is preferable to place the substrate 6 in the pressure resistant reactor 2 with the deposition surface 6a facing downward. By disposing the substrate 6 in such a posture, even when particles are generated, there is almost no possibility that the particles will accumulate on the deposition surface 6a or inside each recess 5. As a result, it is possible to form a homogeneous and higher-quality conductor 33 on the deposition surface 6a or inside each recess 5.

以上説明したように、この第8実施形態によれば、前述した第1〜第7の各実施形態と同様の効果を得ることができる。特に、補助溶媒21と超臨界CO2 流体8とを混合して用いる場合には、本実施形態のように各凹部5が形成されている表面6aを下方に向けた姿勢で基板6を耐圧反応容器2の内部に配置することにより、各凹部5の内部により効率良く導電体33を形成することができる。 As described above, according to the eighth embodiment, the same effects as those of the first to seventh embodiments described above can be obtained. In particular, when the auxiliary solvent 21 and the supercritical CO 2 fluid 8 are mixed and used, the substrate 6 is subjected to a pressure reaction with the surface 6a on which the concave portions 5 are formed facing downward as in this embodiment. By disposing inside the container 2, the conductor 33 can be formed more efficiently inside each recess 5.

なお、本実施形態においても、前述した第1実施形態と同様に、基板6は供給口9と排出口10とを結ぶ直線上に乗らない位置に配置されるのが好ましい。第1実施形態では、前述したように各凹部5が形成されている表面6aを上方に向けた姿勢で基板6を耐圧反応容器2の内部に配置するので、基板6はその表面6aを供給口9と排出口10とを結ぶ直線上よりも下側に位置して配置されるのが好ましい。これにより、耐圧反応容器2の内部における超臨界流体8の流れを遮ることなく、かつ、基板6の表面6aの上方における空間の容積を十分に確保して、導電体33の原料となる金属化合物7や補助溶媒21および超臨界CO2 流体8等を基板6の表面6aや各凹部5の内面に効率よく供給することができる。 In the present embodiment, similarly to the first embodiment described above, it is preferable that the substrate 6 is disposed at a position that does not ride on a straight line connecting the supply port 9 and the discharge port 10. In the first embodiment, as described above, the substrate 6 is disposed inside the pressure-resistant reaction container 2 with the surface 6a on which the concave portions 5 are formed facing upward, so that the substrate 6 has the surface 6a disposed on the supply port. It is preferable to be positioned below the straight line connecting 9 and the discharge port 10. As a result, the metal compound serving as a raw material for the conductor 33 without blocking the flow of the supercritical fluid 8 inside the pressure-resistant reaction vessel 2 and sufficiently securing the volume of the space above the surface 6 a of the substrate 6. 7, auxiliary solvent 21, supercritical CO 2 fluid 8, and the like can be efficiently supplied to the surface 6 a of the substrate 6 and the inner surface of each recess 5.

これに対して、本実施形態では、前述したように各凹部5が形成されている表面6aを下方に向けた姿勢で基板6を耐圧反応容器2の内部に配置するので、基板6はその表面6aを供給口9と排出口10とを結ぶ直線上よりも上側に位置して配置されるのが好ましい。これにより、第1実施形態と同様に、耐圧反応容器2の内部における超臨界流体8の流れを遮ることなく、かつ、基板6の表面6aの下方における空間の容積を十分に確保して、導電体33の原料となる金属化合物7や補助溶媒21および超臨界CO2 流体8等を基板6の表面6aや各凹部5の内面に効率よく供給することができる。 On the other hand, in the present embodiment, as described above, the substrate 6 is disposed inside the pressure-resistant reaction container 2 with the surface 6a on which the recesses 5 are formed facing downward. 6a is preferably positioned above the straight line connecting supply port 9 and discharge port 10. Thereby, as in the first embodiment, the volume of the space below the surface 6a of the substrate 6 is sufficiently secured without blocking the flow of the supercritical fluid 8 inside the pressure-resistant reaction vessel 2, and conductive. The metal compound 7, the auxiliary solvent 21, the supercritical CO 2 fluid 8, and the like that are the raw materials of the body 33 can be efficiently supplied to the surface 6 a of the substrate 6 and the inner surfaces of the recesses 5.

なお、本発明に係る導電体の形成装置、導電体の形成方法、および半導体装置の製造方法は、前述した第1〜第8の各実施形態には制約されない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、それらの構成、あるいは製造工程などの一部を種々様々な設定に変更したり、あるいは各種設定を適宜、適当に組み合わせて用いたりして実施することができる。   Note that the conductor forming apparatus, the conductor forming method, and the semiconductor device manufacturing method according to the present invention are not limited to the first to eighth embodiments described above. Without departing from the spirit of the present invention, a part of the configuration or manufacturing process can be changed to various settings, or various settings can be appropriately combined and used. .

例えば、第1〜第4の各実施形態においては、各凹部5内に設ける導電体として、最も期待されているCu薄膜33を成膜した。また、第5実施形態においては、各凹部5内に設ける導電体として、いわゆるグルー膜として検討されているルテニウム薄膜51を成膜した。また、第6および第7の各実施形態においては、各凹部62,84,87,94,91,5a〜5d内に設ける導電体として、Cu薄膜67,86,89,94,95,97a〜97dを成膜した。しかし、各凹部5,62,84,87,94,91,5a〜5d内に設けられる導電体は、必ずしもRu薄膜51やCu薄膜67,86,89,94,95,97a〜97dには限定されない。各凹部5,62,84,87,94,91,5a〜5d内に設けられる導電体としては、例えばルテニウム以外の白金族に属する金属を主成分とする導電体でも構わない。具体的には、本発明に係る導電体の選択形成処理によれば、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、イリジウム(Ir)、ロジウム(Rh)、あるいはオスミウム(Os)を主成分とする導電体を各凹部5,62,84,87,94,91,5a〜5d内に設けることもできる。   For example, in each of the first to fourth embodiments, the most expected Cu thin film 33 is formed as a conductor provided in each recess 5. In the fifth embodiment, a ruthenium thin film 51 that is considered as a so-called glue film is formed as a conductor provided in each recess 5. In each of the sixth and seventh embodiments, the Cu thin films 67, 86, 89, 94, 95, and 97a are used as conductors provided in the recesses 62, 84, 87, 94, 91, and 5a to 5d. A 97d film was formed. However, the conductor provided in each of the recesses 5, 62, 84, 87, 94, 91, 5a to 5d is not necessarily limited to the Ru thin film 51 or the Cu thin films 67, 86, 89, 94, 95, and 97a to 97d. Not. The conductor provided in each of the recesses 5, 62, 84, 87, 94, 91, 5a to 5d may be, for example, a conductor whose main component is a metal belonging to a platinum group other than ruthenium. Specifically, according to the process of selectively forming a conductor according to the present invention, the conductive material mainly composed of platinum (Pt), palladium (Pd), iridium (Ir), rhodium (Rh), or osmium (Os). A body can also be provided in each recess 5, 62, 84, 87, 94, 91, 5a-5d.

また、Cu32を含む有機金属錯体(プリカーサ)は、前述したジイソブチリルメタナート銅(Cu(C71522 ;Cu(dibm)2 )7には限定されない。Cu32を含む有機金属錯体としては、ジイソブチリルメタナート銅7以外にも、例えばヘキサフルオロアセチルアセトナート銅(Cu(C5HF622 ;Cu(hfac)2 )、Cu+2 (ヘキサフルオロアセチルアセトネート)2 、Cu+2 (アセチルアセトネート)2 、Cu+2 (2,2,6,6−テトラメチル−3,5−ヘプタンジオン)2 等を用いることができる。これらの有機金属錯体を用いても、第1〜第4、第6、および第7の各実施形態と同様の効果を得ることができる。同様に、ルテニウムを含む有機金属錯体は、前述したシクロペンタジエニルルテニウム(Ru(C552 ;RuCp2 )には限定されない。ルテニウムを含む有機金属錯体としては、シクロペンタジエニルルテニウム以外にも、例えばRuCpMe,Ru(C5HF622 ;Ru(C111923 等の有機Ru化合物や含酸素Ru錯体などを用いることができる。これらの有機金属錯体を用いても、第5実施形態と同様の効果を得ることができる。また、これら導電体の主成分となる金属を含む金属化合物(有機金属錯体)は、処理前における相(状態)が必ずしも固相(固体)である必要はない。導電体の主成分となる金属を含む金属化合物の処理前における相(状態)は、液相(液体)であっても構わない。 The organic metal complex containing Cu 32 (precursor) is diisobutyryl methanate copper described above (Cu (C 7 H 15 O 2) 2; Cu (dibm) 2) 7 is not limited to. In addition to diisobutyrylmethanate copper 7, examples of the organometallic complex containing Cu32 include hexafluoroacetylacetonate copper (Cu (C 5 HF 6 O 2 ) 2 ; Cu (hfac) 2 ), Cu +2 ( Hexafluoroacetylacetonate) 2 , Cu +2 (acetylacetonate) 2 , Cu +2 (2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedione) 2 and the like can be used. Even if these organometallic complexes are used, the same effects as those of the first to fourth, sixth, and seventh embodiments can be obtained. Similarly, the organometallic complex containing ruthenium is not limited to the above-described cyclopentadienyl ruthenium (Ru (C 5 H 5 ) 2 ; RuCp 2 ). As the organometallic complex containing ruthenium, in addition to cyclopentadienylruthenium, for example, organic Ru compounds such as RuCpMe, Ru (C 5 HF 6 O 2 ) 2 ; Ru (C 11 H 19 O 2 ) 3 , and oxygen-containing compounds A Ru complex or the like can be used. Even if these organometallic complexes are used, the same effect as that of the fifth embodiment can be obtained. Moreover, the metal compound (organometallic complex) containing the metal which is the main component of these conductors does not necessarily need to be in a solid phase (solid state) before processing. The phase (state) before the treatment of the metal compound containing the metal as the main component of the conductor may be a liquid phase (liquid).

また、各凹部5,62,84,87,94,91,5a〜5d内に設けられる導電体は、必ずしもルテニウムや銅などの単一の金属からなる金属単体には限定されない。例えば、各凹部5,62,84,87,94,91,5a〜5d内に設けられる導電体は、2種類以上の金属からなる合金でも構わない。各凹部15内に設けられる導電体は、少なくとも少なくとも1種類の金属を含んで導電性を有していれば良い。例えば、本発明に係る導電体の選択形成方法において、銅を含む金属化合物としての有機金属錯体およびアルミニウムを含む金属化合物としての有機金属錯体を超臨界流体の二酸化炭素中に溶解させる。このようにすれば、銅とアルミニウムの合金を各凹部15内に設けることも可能である。   Moreover, the conductor provided in each recessed part 5,62,84,87,94,91,5a-5d is not necessarily limited to the metal single-piece | unit which consists of single metals, such as ruthenium and copper. For example, the conductor provided in each of the recesses 5, 62, 84, 87, 94, 91, 5a to 5d may be an alloy made of two or more kinds of metals. The conductor provided in each recess 15 only needs to contain at least one metal and have conductivity. For example, in the method for selectively forming a conductor according to the present invention, an organometallic complex as a metal compound containing copper and an organometallic complex as a metal compound containing aluminum are dissolved in carbon dioxide as a supercritical fluid. In this way, an alloy of copper and aluminum can be provided in each recess 15.

また、超臨界流体の原料は必ずしも二酸化炭素には限定されない。他の超臨界流体の原料としては、例えばエタン(C26 )、一酸化二窒素(N2O)、ブタン(C38 )、アンモニア(NH3 )、ヘキサン(C614 )、メタノール(CH3OH)、エタノール(C25OH)、あるいは水(H2O)などが挙げられる。これら各材料のうち、エタン(C26 )は超臨界流体となる臨界温度が約32℃であるとともに、臨界圧力が約4.9MPaである。また、一酸化二窒素(N2O)は超臨界流体となる臨界温度が約36℃であるとともに、臨界圧力が約7.2MPaである。すなわち、エタン(C26 )および一酸化二窒素(N2O)は、二酸化炭素と同程度に扱い易い材料である。 The raw material for the supercritical fluid is not necessarily limited to carbon dioxide. Examples of other supercritical fluid materials include ethane (C 2 H 6 ), dinitrogen monoxide (N 2 O), butane (C 3 H 8 ), ammonia (NH 3 ), and hexane (C 6 H 14 ). , Methanol (CH 3 OH), ethanol (C 2 H 5 OH), water (H 2 O), and the like. Among these materials, ethane (C 2 H 6 ) has a critical temperature at which it becomes a supercritical fluid is about 32 ° C., and a critical pressure is about 4.9 MPa. In addition, dinitrogen monoxide (N 2 O) has a critical temperature of about 36 ° C., which becomes a supercritical fluid, and a critical pressure of about 7.2 MPa. That is, ethane (C 2 H 6 ) and dinitrogen monoxide (N 2 O) are materials that are as easy to handle as carbon dioxide.

また、超臨界CO2 流体8中に溶解させるジイソブチリルメタナート銅7の量は、前述した過飽和の状態でなくとも構わない。所望するCu32の析出速度に応じて、超臨界CO2 流体8中に溶解させるジイソブチリルメタナート銅7aの量を亜飽和、もしくは飽和状態に設定しても構わない。 Further, the amount of the diisobutyryl methanate copper 7 dissolved in the supercritical CO 2 fluid 8 may not be the supersaturated state described above. Depending on the desired deposition rate of Cu32, the amount of diisobutyrylmethanate copper 7a dissolved in the supercritical CO 2 fluid 8 may be set to a subsaturated state or a saturated state.

また、Cu32の析出を促進させる物質である水素31を必ずしも超臨界CO2 流体8中に混入させる必要はない。超臨界CO2 流体8中に水素31を混入させる代わりに、第1実施形態で説明したように、耐圧反応容器2内の雰囲気の温度および圧力の少なくとも一方を変化させて不均一にすることにより、超臨界CO2 流体8の密度に揺らぎを生じさせても構わない。このような方法によっても、超臨界CO2 流体8の密度を不均一にして密度の揺らぎを生じさせ、ジイソブチリルメタナート銅7aからのCu32の析出を促進させることができる。あるいは、このような方法と超臨界CO2 流体8中への水素31の混入とを併用しても構わない。 Further, it is not always necessary to mix hydrogen 31 which is a substance that promotes the precipitation of Cu 32 into the supercritical CO 2 fluid 8. Instead of mixing hydrogen 31 into the supercritical CO 2 fluid 8, as explained in the first embodiment, by changing at least one of the temperature and pressure of the atmosphere in the pressure resistant reactor 2 to make it non-uniform. The density of the supercritical CO 2 fluid 8 may be fluctuated. Also by such a method, the density of the supercritical CO 2 fluid 8 can be made non-uniform to cause density fluctuation, and the precipitation of Cu 32 from the diisobutyryl methanate copper 7a can be promoted. Alternatively, it may be used in combination with incorporation of hydrogen 31 to such a method and the supercritical CO 2 fluid 8 in.

また、超臨界CO2 流体8中への水素31の混入は、必ずしもアセトン21に溶解したジイソブチリルメタナート銅7を超臨界CO2 流体8中に溶解させるのに先立って行う必要はない。超臨界CO2 流体8中への水素31の混入は、例えばアセトン21に溶解したジイソブチリルメタナート銅7を超臨界CO2 流体8中に溶解させるのと同時、もしくはアセトン21に溶解したジイソブチリルメタナート銅7を超臨界CO2 流体8中に溶解させた後に行っても構わない。 Further, it is not always necessary to mix the hydrogen 31 into the supercritical CO 2 fluid 8 before dissolving the diisobutyryl methanate copper 7 dissolved in the acetone 21 in the supercritical CO 2 fluid 8. Incorporation of hydrogen 31 into the supercritical CO 2 fluid 8, for example, to dissolve the diisobutyryl methanate copper 7 dissolved in acetone 21 simultaneously and to dissolve in the supercritical CO 2 fluid 8 or acetone 21 diisobutyrate It may be performed after dissolving the tyrylmethanate copper 7 in the supercritical CO 2 fluid 8.

また、本発明に係る導電体形成方法の応用例は、第6および第7の各実施形態において説明した半導体装置の製造方法には限定されない。本発明に係る導電体の選択形成方法の他の応用例としては、例えば高密度磁気記録媒体(ナノドット磁気記録媒体)や非線形光学素子等の製造方法が挙げられる。あるいは、本発明に係る導電体の選択形成方法は、CMOS等の微細な半導体素子の内部に微細な配線を形成する工程において、配線の基礎となる導電体からなるシード膜を微細かつ高アスペクト比の孔や溝などの凹部の中に形成する工程にも適用可能であるのはもちろんである。   Further, the application example of the conductor forming method according to the present invention is not limited to the semiconductor device manufacturing method described in the sixth and seventh embodiments. Other application examples of the method for selectively forming a conductor according to the present invention include, for example, a method for manufacturing a high-density magnetic recording medium (nanodot magnetic recording medium), a nonlinear optical element, or the like. Alternatively, in the method of selectively forming a conductor according to the present invention, in a step of forming a fine wiring inside a fine semiconductor element such as a CMOS, a seed film made of a conductor serving as a basis of the wiring is formed with a fine and high aspect ratio. Of course, the present invention can also be applied to a process of forming in a recess such as a hole or groove.

さらに、図示を伴う具体的かつ詳細な説明は省略するが、本発明者等が行った実験によれば、本発明に係る導電体の選択形成方法を用いることにより、第2〜第5の各実施形態のように幅が約100nmの凹部はもちろんのこと、幅が約10nm以下の極めて微細な凹部の内側にも、導電体を選択的に設けることが可能であることが分かった。すなわち、本発明に係る導電体の選択形成方法によれば、従来のCVD法やPVD法などでは内部を隙間なく埋め込むことが事実上殆ど不可能である極めて微細で高アスペクト比の凹部の内部にも、効率よく、かつ、容易に導電体を隙間なく埋め込むことができることが分かった。すなわち、本発明に係る導電体の選択形成方法は、今後、さらに微細で複雑な構造や形状を有する導電体を必要とする様々な素子やデバイスの製造工程にも、十分適用できることが分かった。   Furthermore, although detailed and detailed description accompanying the illustration is omitted, according to experiments conducted by the present inventors, each of the second to fifth elements can be obtained by using the method for selectively forming a conductor according to the present invention. It has been found that a conductor can be selectively provided not only in a recess having a width of about 100 nm as in the embodiment but also in an extremely fine recess having a width of about 10 nm or less. That is, according to the method for selectively forming a conductor according to the present invention, it is virtually impossible to bury the inside without a gap by a conventional CVD method or PVD method, etc., inside an extremely fine and high aspect ratio recess. However, it has been found that the conductor can be embedded efficiently and easily without a gap. That is, it has been found that the method for selectively forming a conductor according to the present invention can be sufficiently applied to manufacturing processes of various elements and devices that require a conductor having a finer and more complicated structure and shape in the future.

第1実施形態に係る導電体の形成装置を簡略化して示すブロック図。The block diagram which simplifies and shows the formation apparatus of the conductor which concerns on 1st Embodiment. 図1に示す導電体の形成装置が備える反応容器の内部を簡略化して示す断面図。Sectional drawing which simplifies and shows the inside of the reaction container with which the formation apparatus of the conductor shown in FIG. 1 is provided. 図1に示す導電体の形成装置が備える原料供給装置の内部を簡略化して示す断面図。Sectional drawing which simplifies and shows the inside of the raw material supply apparatus with which the formation apparatus of the conductor shown in FIG. 1 is provided. 第1実施形態に係る補助溶媒の選択条件をグラフにして示す図。The figure which shows the selection conditions of the auxiliary solvent which concerns on 1st Embodiment as a graph. 第1実施形態に係る補助溶媒の選択条件をグラフにして示す図。The figure which shows the selection conditions of the auxiliary solvent which concerns on 1st Embodiment as a graph. 第1実施形態に係る補助溶媒の選択条件をグラフにして示す図。The figure which shows the selection conditions of the auxiliary solvent which concerns on 1st Embodiment as a graph. 第1実施形態に係る導電体の形成方法を示す断面図。Sectional drawing which shows the formation method of the conductor which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る導電体の形成方法を示す断面図。Sectional drawing which shows the formation method of the conductor which concerns on 1st Embodiment. 図1に示す導電体の形成装置の変形例を簡略化して示す断面図。Sectional drawing which simplifies and shows the modification of the formation apparatus of the conductor shown in FIG. 第2実施形態に係る導電体の形成方法により形成されたCuからなる導電体付近の構造をSEM写真を用いて示す断面図。Sectional drawing which shows the structure of the conductor vicinity which consists of Cu formed by the formation method of the conductor concerning 2nd Embodiment using a SEM photograph. 第3実施形態に係る導電体の形成方法により形成されたCuからなる導電体付近の構造をSEM写真を用いて示す断面図。Sectional drawing which shows the structure of the conductor vicinity which consists of Cu formed by the formation method of the conductor concerning 3rd Embodiment using a SEM photograph. 第3実施形態に係る導電体の形成方法により形成されたCuからなる導電体付近の構造をSEM写真を用いて示す断面図。Sectional drawing which shows the structure of the conductor vicinity which consists of Cu formed by the formation method of the conductor concerning 3rd Embodiment using a SEM photograph. 第3実施形態に係る導電体の形成方法により形成されたCuからなる導電体の膜厚の調べ方を示す図。The figure which shows how to investigate the film thickness of the conductor which consists of Cu formed by the formation method of the conductor which concerns on 3rd Embodiment. 図13に示す方法により調べたCuからなる導電体の膜厚を成膜条件ごとに分けてグラフにして示す図。The figure which shows the film thickness of the conductor which consists of Cu investigated by the method shown in FIG. 第3実施形態に係る導電体の形成方法における反応容器内の導電体の原料の濃度分布を簡略化してグラフにして示す図。The figure which simplifies and shows the density | concentration distribution of the raw material of the conductor in the reaction container in the formation method of the conductor which concerns on 3rd Embodiment as a graph. 第3実施形態に係る導電体の形成方法の実施前および実施後のそれぞれの導電体の原料の消費状態を写真にして示す図。The figure which shows the consumption state of the raw material of each conductor before implementation of the formation method of the conductor which concerns on 3rd Embodiment, and after implementation with a photograph. 第3実施形態に係る導電体の形成方法において超臨界流体が反応容器内に流入する際のエンタルピーの大きさを補助溶媒の有無および補助溶媒の種類ごとに分けてグラフにして示す図。The figure which shows the magnitude | size of the enthalpy at the time of a supercritical fluid flowing in in the reaction container in the formation method of the conductor which concerns on 3rd Embodiment according to the presence or absence of an auxiliary solvent, and the kind of auxiliary solvent as a graph. 第4実施形態に係る導電体の形成装置の一部を簡略化して示す図。The figure which simplifies and shows a part of conductor formation apparatus which concerns on 4th Embodiment. 図18に示す導電体の形成装置のプリヒート室内の温度と反応容器内の温度との関係をグラフにして示す図。The figure which shows the relationship between the temperature in the preheat chamber of the conductor formation apparatus shown in FIG. 18 and the temperature in reaction container in a graph. 第4実施形態に係る導電体の形成方法により導電体を形成する際の処理条件と第4実施形態に対する比較例に係る導電体の形成方法により導電体を形成する際の処理条件とを併せて表にして示す図。The processing conditions when forming a conductor by the method for forming a conductor according to the fourth embodiment and the processing conditions when forming the conductor by a method for forming a conductor according to a comparative example with respect to the fourth embodiment are combined. The figure shown as a table. 図20に示す表に記載されている各処理条件下でCu膜を成膜した際の反応容器の入り口からの距離と膜厚との関係をグラフにして示す図。The figure which shows the relationship between the distance from the entrance of the reaction container at the time of forming Cu film | membrane on each process condition described in the table | surface shown in FIG. 図20に示す表に記載されている各処理条件のうち(II)の処理条件下でCu膜を成膜した際の反応容器内の所定の場所における成膜状況をSEM写真を用いて示す断面図。20 is a cross-sectional view showing a film formation state in a predetermined place in the reaction vessel when a Cu film is formed under the process condition (II) among the process conditions described in the table shown in FIG. Figure. 図20に示す表に記載されている各処理条件のうち(V)の処理条件下でCu膜を成膜した際の反応容器内の所定の場所における成膜状況をSEM写真を用いて示す断面図。20 is a cross-sectional view showing a film formation state in a predetermined place in the reaction vessel when a Cu film is formed under the process condition (V) among the process conditions described in the table shown in FIG. Figure. 第5実施形態に係る導電体の形成方法により形成されたRuからなる導電体付近の構造をSEM写真を用いて示す斜視図。The perspective view which shows the structure of the conductor vicinity which consists of Ru formed by the formation method of the conductor which concerns on 5th Embodiment using a SEM photograph. 図24に示すRuからなる導電体付近の構造をSEM写真を用いて拡大して示す断面図。FIG. 25 is a cross-sectional view showing an enlarged structure in the vicinity of a conductor made of Ru shown in FIG. 24 using an SEM photograph. 第6実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on 6th Embodiment. 第7実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on 7th Embodiment. 第7実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on 7th Embodiment. 第8実施形態に係る導電体の形成方法を示す断面図。Sectional drawing which shows the formation method of the conductor which concerns on 8th Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1,101…導電体の形成装置、2…耐圧反応容器、3…供給装置、4…排出装置、5,5a,5b,5c,5d…導電体が設けられる凹部、6…シリコンウェーハ(被処理体)、6a…シリコンウェーハの表面(被処理体の表面)、7…ジイソブチリルメタナート銅(Cu(C71522 ;Cu(dibm)2 、フッ素フリーの金属化合物)、7a…液体状のジイソブチリルメタナート銅(Cu(C71522 ;Cu(dibm)2 、金属化合物)、7b…分子状のジイソブチリルメタナート銅(Cu(C71522 ;Cu(dibm)2 、金属化合物)、8…超臨界CO2 流体(二酸化炭素を原料とする超臨界流体)、11…マントルヒータ(第1の温度調節装置)、11a…上部マントルヒータ(第1の温度調節装置)、11b…下部マントルヒータ(第1の温度調節装置)、12…超臨界流体供給装置、13…原料供給装置、14…反応促進剤供給装置、15…超臨界流体用サイホン式ボンベ(超臨界流体貯蔵装置、超臨界流体供給装置)、16…冷却装置(液化装置、超臨界流体供給装置)、17…超臨界流体送出ポンプ(超臨界流体送出装置、超臨界流体供給装置)、18…プリカーサリザーバ(原料貯蔵装置、原料供給装置)、19…原料送出ポンプ(原料送出装置、原料供給装置)、20…原料送出バルブ(原料供給装置)、21…アセトン(CH3COCH3 、補助溶媒)、22…反応促進剤用サイホン式ボンベ(反応促進剤貯蔵装置、反応促進剤供給装置)、23…ミキシングユニット(混合装置、反応促進剤供給装置)、25…圧力センサ(圧力計、排出装置)、26…背圧弁(圧力調節バルブ、排出装置)、27…背圧調整装置(Back Pressure Regulator:BPR、圧力調整装置)、28…セパレータ(分離器)、29…吸光度分析装置(VIS、濃度検出装置)、30…恒温槽(第2の温度調節装置)、31…水素(H2 、反応促進剤)、32…Cu(銅、導電体の原料となる金属)、33…Cu薄膜(導電体)、34…螺旋形状に形成された管状路(反応抑制部)、35…マントルヒータ(第3の温度調節装置)、35a…上部マントルヒータ(第3の温度調節装置)、35b…下部マントルヒータ(第3の温度調節装置)、41…シリコン層(シリコン基板本体)、42…SiO2 膜(二酸化シリコン膜、基板本体の上方に設けられた絶縁膜)、42a…第1層目の層間絶縁膜(基板本体の上方に設けられた絶縁膜)、42b…第2層目の下層側の層間絶縁膜(基板本体の上方に設けられた絶縁膜)、42c…第2層目の上層側の層間絶縁膜(基板本体の上方に設けられた絶縁膜)、42d…層間絶縁膜(基板本体の上方に設けられた絶縁膜)、43…TiN薄膜(凹部の内側の表面を形成する導電体とは別体の他の導電体)、44…Au薄膜(凹部の内側の表面を形成する導電体とは別体の他の導電体)、51…Ru薄膜(ルテニウムからなる薄膜、導電体)、61…Pウェル(基板本体の表層部)、62…トレンチ(基板本体に形成された導電体を設ける凹部)、67…プレート電極(Ru薄膜、トレンチキャパシタの埋め込み電極)、68…トレンチキャパシタ、72…層間絶縁膜(基板本体の上方に設けられた絶縁膜)、73,90,96,98…半導体装置、82,85,88,93…バリアメタル膜(凹部の内側の表面を形成する導電体とは別体の他の導電体)、84,92…ヴィアホール(基板本体の上方に設けられた絶縁膜に形成された導電体を設ける凹部)、86,94…ヴィアプラグ(導電体)、87,91…上層配線形成用凹部(基板本体の上方に設けられた絶縁膜に形成された導電体を設ける凹部)、89,95…上層Cu配線、97…Cu薄膜(導電体)、97a…第1の配線(Cu薄膜、導電体)、97b…第2の配線(Cu薄膜、導電体)、97c…第3の配線(Cu薄膜、導電体)、97d…第4の配線(Cu薄膜、導電体)、102…予備加熱装置(プリヒートシステム、プリヒートユニット)、103…予備加熱室(プリヒート室)、104…マントルヒータ(第4の温度調節装置)、104a…上部マントルヒータ(第4の温度調節装置)、104b…下部マントルヒータ(第4の温度調節装置) DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,101 ... Conductor formation apparatus, 2 ... Pressure-resistant reaction container, 3 ... Supply apparatus, 4 ... Discharge apparatus, 5, 5a, 5b, 5c, 5d ... Recessed part provided with a conductor, 6 ... Silicon wafer (to-be-processed) body), 6a ... silicon wafer surface (surface of the object), 7 ... diisobutyryl methanate copper (Cu (C 7 H 15 O 2) 2; Cu (dibm) 2, fluorine-free metal compound), 7a: Liquid diisobutyryl methanate copper (Cu (C 7 H 15 O 2 ) 2 ; Cu (divm) 2 , metal compound), 7b: Molecular diisobutyryl methanate copper (Cu (C 7 H) 15 O 2 ) 2 ; Cu (divm 2 , metal compound), 8... Supercritical CO 2 fluid (supercritical fluid using carbon dioxide as a raw material), 11... Mantle heater (first temperature control device), 11 a. Upper mantle heater (first temperature control device) 11b: lower mantle heater (first temperature control device), 12: supercritical fluid supply device, 13 ... raw material supply device, 14 ... reaction accelerator supply device, 15 ... siphon cylinder for supercritical fluid (supercritical fluid storage) Device, supercritical fluid supply device), 16 ... cooling device (liquefaction device, supercritical fluid supply device), 17 ... supercritical fluid delivery pump (supercritical fluid delivery device, supercritical fluid supply device), 18 ... precursor reservoir ( raw material storage device, a raw material supply device), 19 ... raw material delivery pump (feed delivery device, a raw material supply device), 20 ... raw material delivery valve (material supply device), 21 ... acetone (CH 3 COCH 3, cosolvent), 22 ... Siphon cylinder for reaction accelerator (reaction accelerator storage device, reaction accelerator supply device), 23 ... mixing unit (mixing device, reaction accelerator supply device), 25 ... pressure sensor (pressure) Force meter, discharge device), 26 ... back pressure valve (pressure adjustment valve, discharge device), 27 ... back pressure regulator (BPR, pressure adjustment device), 28 ... separator (separator), 29 ... absorbance analysis Apparatus (VIS, concentration detection apparatus), 30 ... constant temperature bath (second temperature control apparatus), 31 ... hydrogen (H 2 , reaction accelerator), 32 ... Cu (copper, metal used as a raw material for the conductor), 33 ... Cu thin film (conductor), 34 ... Tubular path (reaction suppression part) formed in a spiral shape, 35 ... Mantle heater (third temperature control device), 35a ... Upper mantle heater (third temperature control device) , 35b ... lower mantle heater (third temperature regulating device), 41 ... silicon layer (silicon substrate main body), 42 ... SiO 2 film (silicon dioxide film, an insulating film provided above the substrate body), 42a ... first 1st interlayer insulation film (substrate Insulating film provided above the main body), 42b... Interlayer insulating film on the lower side of the second layer (insulating film provided above the substrate body), 42c... Interlayer insulating film on the upper layer side of the second layer ( Insulating film provided above the substrate body), 42d ... Interlayer insulating film (insulating film provided above the substrate body), 43 ... TiN thin film (separate from the conductor forming the inner surface of the recess) Other conductors), 44... Au thin film (other conductors separate from the conductor forming the inner surface of the recess), 51... Ru thin film (ruthenium thin film, conductor), 61... P well (Surface layer portion of substrate body), 62... Trench (recessed portion for providing a conductor formed on the substrate body), 67... Plate electrode (Ru thin film, trench capacitor embedded electrode), 68. (Insulation provided above the board body ), 73, 90, 96, 98... Semiconductor device, 82, 85, 88, 93... Barrier metal film (another conductor different from the conductor forming the inner surface of the recess), 84, 92. Via holes (recesses for providing a conductor formed in an insulating film provided above the substrate body), 86, 94... Via plugs (conductors), 87, 91... Upper layer wiring formation recesses (above the substrate body) (Recesses for providing a conductor formed in the provided insulating film), 89, 95... Upper layer Cu wiring, 97... Cu thin film (conductor), 97a... First wiring (Cu thin film, conductor), 97b. 2 wiring (Cu thin film, conductor), 97c ... 3rd wiring (Cu thin film, conductor), 97d ... 4th wiring (Cu thin film, conductor), 102 ... Preheating device (preheating system, preheating unit) ), 103 ... Preheating chamber (Purihi DOO chamber), 104 ... mantle heater (fourth temperature regulating device), 104a ... upper mantle heater (fourth temperature regulating device), 104b ... lower mantle heater (fourth temperature regulation device)

Claims (55)

導電体が設けられる凹部が表面に少なくとも一個形成された被処理体が内部に収容されるとともに前記導電体の原料となる金属を含む金属化合物が溶解した超臨界流体が前記内部に供給されて前記凹部内に前記導電体を設けるプロセスが行われる反応容器と、
前記超臨界流体を前記反応容器の外部から内部に供給する供給装置と、
前記プロセスに供しない前記超臨界流体を前記反応容器の内部から外部に排出する排出装置と、
を具備してなり、前記供給装置により前記超臨界流体を前記反応容器の内部に連続的に供給するとともに前記排出装置により前記プロセスに供しない前記超臨界流体を前記反応容器の外部に連続的に排出することにより前記反応容器内の前記超臨界流体の量を調整しつつ、前記超臨界流体中に溶解した前記金属化合物を前記被処理体の表面に接触させて前記凹部内に導入し、前記凹部内に導入された前記金属化合物を前記凹部内で凝集させて前記金属化合物から前記金属を析出させ、さらに前記凹部内に析出した前記金属を固化させることにより前記凹部内に前記導電体を設けることを特徴とする導電体の形成装置。
An object to be processed in which at least one concave portion provided with a conductor is formed on the surface is accommodated in the inside, and a supercritical fluid in which a metal compound containing a metal that is a raw material of the conductor is dissolved is supplied to the inside. A reaction vessel in which a process of providing the conductor in the recess is performed;
A supply device for supplying the supercritical fluid from the outside to the inside of the reaction vessel;
A discharge device for discharging the supercritical fluid not subjected to the process from the inside of the reaction vessel to the outside;
And continuously supplying the supercritical fluid to the inside of the reaction vessel by the supply device and continuously supplying the supercritical fluid not subjected to the process by the discharge device to the outside of the reaction vessel. While adjusting the amount of the supercritical fluid in the reaction vessel by discharging, the metal compound dissolved in the supercritical fluid is brought into contact with the surface of the object to be treated and introduced into the recess, The metal compound introduced into the recess is aggregated in the recess to precipitate the metal from the metal compound, and the metal deposited in the recess is solidified to provide the conductor in the recess. An electrical conductor forming apparatus.
前記供給装置による前記反応容器の内部への前記超臨界流体の供給量および前記排出装置による前記反応容器の内部からの前記超臨界流体の排出量を調整することにより、前記反応容器内の前記超臨界流体の量を安定させることを特徴とする請求項1に記載の導電体の形成装置。   By adjusting the supply amount of the supercritical fluid to the inside of the reaction vessel by the supply device and the discharge amount of the supercritical fluid from the inside of the reaction vessel by the discharge device, the supercritical fluid in the reaction vessel is adjusted. 2. The conductor forming apparatus according to claim 1, wherein the amount of the critical fluid is stabilized. 前記供給装置による前記反応容器の内部への前記超臨界流体の供給量および前記排出装置による前記反応容器の内部からの前記超臨界流体の排出量を調整することにより、前記反応容器内の前記金属化合物の濃度を安定させることを特徴とする請求項1または2に記載の導電体の形成装置。   The metal in the reaction vessel is adjusted by adjusting the supply amount of the supercritical fluid to the inside of the reaction vessel by the supply device and the discharge amount of the supercritical fluid from the inside of the reaction vessel by the discharge device. 3. The conductor forming apparatus according to claim 1, wherein the concentration of the compound is stabilized. 前記供給装置による前記反応容器の内部への前記超臨界流体の供給量および前記排出装置による前記反応容器の内部からの前記超臨界流体の排出量を調整することにより、前記反応容器内の圧力を安定させることを特徴とする請求項1〜3のうちのいずれか1項に記載の導電体の形成装置。   By adjusting the supply amount of the supercritical fluid to the inside of the reaction vessel by the supply device and the discharge amount of the supercritical fluid from the inside of the reaction vessel by the discharge device, the pressure in the reaction vessel is adjusted. It stabilizes, The formation apparatus of the conductor of any one of Claims 1-3 characterized by the above-mentioned. 前記供給装置は、少なくとも前記超臨界流体の原料を前記反応容器に向けて供給する超臨界流体供給装置および前記金属化合物を前記超臨界流体中に溶解させて供給する原料供給装置から構成されていることを特徴とする請求項1〜4のうちのいずれか1項に記載の導電体の形成装置。   The supply device includes a supercritical fluid supply device that supplies at least the raw material of the supercritical fluid toward the reaction vessel, and a raw material supply device that supplies the metal compound dissolved in the supercritical fluid. The conductor forming apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the conductor is formed. 前記供給装置は、前記超臨界流体供給装置による前記超臨界流体の原料の前記反応容器内への供給を行いつつ前記原料供給装置による前記超臨界流体中への前記金属化合物の供給を停止することにより、前記金属化合物が溶解した前記超臨界流体に代えて前記金属化合物が溶解していない超臨界流体を前記反応容器内に供給可能であることを特徴とする請求項5に記載の導電体の形成装置。   The supply device stops supply of the metal compound into the supercritical fluid by the raw material supply device while supplying the raw material of the supercritical fluid into the reaction vessel by the supercritical fluid supply device. The superconducting fluid in which the metal compound is not dissolved can be supplied into the reaction vessel instead of the supercritical fluid in which the metal compound is dissolved. Forming equipment. 前記超臨界流体供給装置は、前記超臨界流体の原料として液体状の二酸化炭素を前記反応容器に向けて供給することを特徴とする請求項5または6に記載の導電体の形成装置。   The said supercritical fluid supply apparatus supplies the liquid carbon dioxide toward the said reaction container as a raw material of the said supercritical fluid, The formation apparatus of the conductor of Claim 5 or 6 characterized by the above-mentioned. 前記原料供給装置は、前記金属化合物として固体の有機金属錯体を前記超臨界流体中に溶解させて供給することを特徴とする請求項5〜7のうちのいずれか1項に記載の導電体の形成装置。   The said raw material supply apparatus melt | dissolves and supplies a solid organometallic complex as the said metal compound in the said supercritical fluid, The conductor of any one of Claims 5-7 characterized by the above-mentioned. Forming equipment. 前記原料供給装置は、前記固体の有機金属錯体として銅を含む固体の有機金属錯体を前記超臨界流体中に溶解させて供給することを特徴とする請求項8に記載の導電体の形成装置。   The said raw material supply apparatus melt | dissolves and supplies the solid organometallic complex containing copper as the said solid organometallic complex in the said supercritical fluid, The formation apparatus of the conductor of Claim 8 characterized by the above-mentioned. 前記原料供給装置は、前記銅を含む固体の有機金属錯体としてジイソブチリルメタナート銅を前記超臨界流体中に溶解させて供給することを特徴とする請求項9に記載の導電体の形成装置。   The said raw material supply apparatus dissolves and supplies diisobutyryl methanate copper in the said supercritical fluid as a solid organometallic complex containing the said copper, The formation apparatus of the conductor of Claim 9 characterized by the above-mentioned. . 前記原料供給装置は、前記金属化合物としてフッ素フリーの金属化合物を前記超臨界流体中に供給することを特徴とする請求項5〜10のうちのいずれか1項に記載の導電体の形成装置。   The said raw material supply apparatus supplies the fluorine-free metal compound as the said metal compound in the said supercritical fluid, The formation apparatus of the conductor of any one of Claims 5-10 characterized by the above-mentioned. 前記原料供給装置は、固体の前記金属化合物を前記超臨界流体中に溶解し易くする補助溶媒に溶解させた状態で保持するとともに前記補助溶媒に溶解された前記金属化合物を前記超臨界流体中に供給することを特徴とする請求項5〜11のうちのいずれか1項に記載の導電体の形成装置。   The raw material supply device holds the solid metal compound dissolved in an auxiliary solvent that facilitates dissolution in the supercritical fluid, and the metal compound dissolved in the auxiliary solvent in the supercritical fluid. It supplies, The formation apparatus of the conductor of any one of Claims 5-11 characterized by the above-mentioned. 前記原料供給装置は、固体の前記金属化合物としてジイソブチリルメタナート銅を補助溶媒としてのアセトンに溶解させた状態で保持するとともに前記アセトンに溶解された前記ジイソブチリルメタナート銅を超臨界流体状の二酸化炭素中に供給することを特徴とする請求項12に記載の導電体の形成装置。   The raw material supply device holds the diisobutyrylmethanate copper dissolved in acetone as an auxiliary solvent as the solid metal compound and the diisobutyrylmethanate copper dissolved in the acetone as a supercritical fluid. The conductor forming apparatus according to claim 12, wherein the conductor is supplied into carbon dioxide in the form of a gas. 前記供給装置は、前記金属化合物からの前記金属の析出を促進させる反応促進剤を前記超臨界流体中に供給する反応促進剤供給装置をさらに備えていることを特徴とする請求項1〜13のうちのいずれか1項に記載の導電体の形成装置。   The said supply apparatus is further equipped with the reaction promoter supply apparatus which supplies the reaction promoter which accelerates | stimulates precipitation of the said metal from the said metal compound in the said supercritical fluid. The conductor forming apparatus according to any one of the above. 前記反応促進剤供給装置は、前記超臨界流体供給装置から前記反応容器に向かう前記超臨界流体の流路において前記原料供給装置よりも上流側で前記流路に接続されており、前記原料供給装置が前記金属化合物を前記超臨界流体中に供給するのに先立って前記反応促進剤を前記超臨界流体中に供給することを特徴とする請求項14に記載の導電体の形成装置。   The reaction accelerator supply device is connected to the flow path upstream of the raw material supply apparatus in the supercritical fluid flow path from the supercritical fluid supply apparatus to the reaction vessel, and the raw material supply apparatus 15. The conductor forming apparatus according to claim 14, wherein the reaction accelerator is supplied into the supercritical fluid prior to supplying the metal compound into the supercritical fluid. 前記反応促進剤供給装置による前記超臨界流体中への前記反応促進剤の供給量および前記排出装置による前記反応容器の内部からの前記超臨界流体の排出量を調整することにより、前記反応容器内の前記反応促進剤の濃度を安定させることを特徴とする請求項14または15に記載の導電体の形成装置。   By adjusting the supply amount of the reaction accelerator into the supercritical fluid by the reaction accelerator supply device and the discharge amount of the supercritical fluid from the inside of the reaction vessel by the discharge device, The conductor forming apparatus according to claim 14, wherein the concentration of the reaction accelerator is stabilized. 前記反応促進剤供給装置は、前記反応促進剤として水素を前記超臨界流体中に供給することを特徴とする請求項14〜16のうちのいずれか1項に記載の導電体の形成装置。   The said reaction accelerator supply apparatus supplies hydrogen in the said supercritical fluid as said reaction accelerator, The formation apparatus of the conductor of any one of Claims 14-16 characterized by the above-mentioned. 前記供給装置と前記反応容器との間には、前記超臨界流体中に溶解している前記金属化合物の濃度を検出する濃度検出装置がさらに設けられていることを特徴とする請求項1〜17のうちのいずれか1項に記載の導電体の形成装置。   18. A concentration detector for detecting a concentration of the metal compound dissolved in the supercritical fluid is further provided between the supply device and the reaction vessel. The conductor forming apparatus according to claim 1. 前記濃度検出装置は、吸光度分析装置であることを特徴とする請求項18に記載の導電体の形成装置。   19. The conductor forming apparatus according to claim 18, wherein the concentration detection device is an absorbance analyzer. 前記反応容器の外側には、前記反応容器の内部温度を前記プロセスが進行し易い温度に調節するための第1の温度調節装置がさらに設けられていることを特徴とする請求項1〜19のうちのいずれか1項に記載の導電体の形成装置。   The first temperature adjusting device for adjusting the internal temperature of the reaction vessel to a temperature at which the process can easily proceed is further provided outside the reaction vessel. The conductor forming apparatus according to any one of the above. 前記超臨界流体供給装置と前記反応促進剤供給装置との接続部から前記反応容器までの前記超臨界流体の流路は、前記超臨界流体の原料の温度を前記原料が超臨界流体の状態を保持できる温度に調節する第2の温度調節装置の内側に設けられていることを特徴とする請求項5〜20のうちのいずれか1項に記載の導電体の形成装置。   The flow path of the supercritical fluid from the connection between the supercritical fluid supply device and the reaction accelerator supply device to the reaction vessel is such that the temperature of the raw material of the supercritical fluid is the state of the supercritical fluid. The conductor forming apparatus according to any one of claims 5 to 20, wherein the conductor forming apparatus is provided inside a second temperature adjusting device that adjusts to a temperature that can be maintained. 前記第2の温度調節装置は、その内部温度を前記超臨界流体の原料が超臨界流体の状態で存在できる温度に安定して保持する恒温槽であることを特徴とする請求項21に記載の導電体の形成装置。   The said 2nd temperature control apparatus is a thermostat which hold | maintains stably the internal temperature to the temperature which the raw material of the said supercritical fluid can exist in the state of a supercritical fluid. Conductor forming apparatus. 前記供給装置と前記反応容器との間には、前記超臨界流体中から前記金属化合物が析出する反応を抑制しつつ前記金属化合物が溶解した前記超臨界流体を前記反応容器の内部に導入する反応抑制部がさらに設けられていることを特徴とする請求項1〜22のうちのいずれか1項に記載の導電体の形成装置。   Between the supply device and the reaction vessel, a reaction in which the supercritical fluid in which the metal compound is dissolved is introduced into the reaction vessel while suppressing a reaction in which the metal compound is precipitated from the supercritical fluid. The conductor forming apparatus according to claim 1, further comprising a suppressing portion. 前記反応抑制部の外側には、前記反応抑制部の内部温度を前記析出反応が抑制される温度に調節するための第3の温度調節装置がさらに設けられていることを特徴とする請求項23に記載の導電体の形成装置。   The third temperature adjusting device for adjusting the internal temperature of the reaction suppressing unit to a temperature at which the precipitation reaction is suppressed is further provided outside the reaction suppressing unit. The conductor forming apparatus according to 1. 前記供給装置と前記反応容器との間には、前記超臨界流体を前記反応容器の内部に導入するのに先立って予め所定の温度に温める予備加熱装置がさらに設けられていることを特徴とする請求項1〜24のうちのいずれか1項に記載の導電体の形成装置。   A preheating device is further provided between the supply device and the reaction vessel to preheat the supercritical fluid to a predetermined temperature before introducing the supercritical fluid into the reaction vessel. The conductor forming apparatus according to any one of claims 1 to 24. 前記予備加熱装置は、前記超臨界流体が導入される予備加熱室およびこの予備加熱室の内部に導入された前記超臨界流体を加熱する第4の温度調節装置からなることを特徴とする請求項25に記載の導電体の形成装置。   The preheating device includes a preheating chamber into which the supercritical fluid is introduced and a fourth temperature control device that heats the supercritical fluid introduced into the preheating chamber. 25. The conductor forming apparatus according to 25. 前記排出装置は、前記供給装置から前記排出装置に向かう前記超臨界流体の流路のうち前記反応容器から下流側の流路の圧力を前記反応容器の内部圧力よりも低く設定する圧力調整装置を含むことを特徴とする請求項1〜26のうちのいずれか1項に記載の導電体の形成装置。   The discharge device includes a pressure adjusting device that sets a pressure of a flow channel downstream from the reaction vessel among flow channels of the supercritical fluid from the supply device to the discharge device to be lower than an internal pressure of the reaction vessel. 27. The conductor forming apparatus according to any one of claims 1 to 26, comprising: 導電体が設けられる凹部が表面に少なくとも一個形成された被処理体に向けて前記導電体の原料となる金属を含む金属化合物が溶解した超臨界流体を連続的に供給するとともに、前記凹部内に前記導電体を設けるプロセスに供しない前記超臨界流体を前記被処理体の周囲から連続的に排除することにより、前記被処理体の周囲の前記超臨界流体の量を調整し、
前記超臨界流体中に溶解した前記金属化合物を前記被処理体の表面に接触させて前記凹部内に選択的に導入するとともに、前記凹部内に導入された前記金属化合物を前記凹部内で凝集させて前記金属化合物から前記金属を析出させ、
前記凹部内に析出した前記金属を固化させることにより前記凹部内に前記導電体を設ける、
ことを特徴とする導電体の形成方法。
A supercritical fluid in which a metal compound containing a metal as a raw material for the conductor is dissolved is continuously supplied toward an object to be processed in which at least one recess is provided on the surface. By continuously excluding the supercritical fluid not subjected to the process of providing the conductor from the periphery of the object to be processed, the amount of the supercritical fluid around the object to be processed is adjusted,
The metal compound dissolved in the supercritical fluid is brought into contact with the surface of the object to be treated and selectively introduced into the recess, and the metal compound introduced into the recess is aggregated in the recess. And depositing the metal from the metal compound,
Providing the conductor in the recess by solidifying the metal deposited in the recess,
A method for forming a conductor.
前記被処理体への前記超臨界流体の供給量および前記被処理体の周囲からの前記超臨界流体の排除量を調整することにより、前記被処理体の周囲の前記超臨界流体の量を安定させることを特徴とする請求項28に記載の導電体の形成方法。   The amount of the supercritical fluid around the object to be processed is stabilized by adjusting the supply amount of the supercritical fluid to the object to be processed and the amount of exclusion of the supercritical fluid from the periphery of the object to be processed. The method for forming a conductor according to claim 28, wherein: 前記被処理体への前記超臨界流体の供給量および前記被処理体の周囲からの前記超臨界流体の排除量を調整することにより、前記被処理体の周囲の前記金属化合物の濃度を安定させることを特徴とする請求項28または29に記載の導電体の形成方法。   By adjusting the supply amount of the supercritical fluid to the object to be processed and the amount of exclusion of the supercritical fluid from the periphery of the object to be processed, the concentration of the metal compound around the object to be processed is stabilized. 30. The method of forming a conductor according to claim 28 or 29. 前記被処理体への前記超臨界流体の供給量および前記被処理体の周囲からの前記超臨界流体の排除量を調整することにより、前記被処理体の周囲の圧力を安定させることを特徴とする請求項28〜30のうちのいずれか1項に記載の導電体の形成方法。   Adjusting the supply amount of the supercritical fluid to the object to be processed and the amount of exclusion of the supercritical fluid from the periphery of the object to be processed, thereby stabilizing the pressure around the object to be processed; The method of forming a conductor according to any one of claims 28 to 30. 前記金属化合物が溶解した前記超臨界流体に代えて前記金属化合物が溶解していない超臨界流体を前記被処理体に向けて供給することにより、前記被処理体の周囲の前記金属化合物の濃度を調整することを特徴とする請求項28〜31のうちのいずれか1項に記載の導電体の形成方法。   In place of the supercritical fluid in which the metal compound is dissolved, a supercritical fluid in which the metal compound is not dissolved is supplied toward the object to be processed, thereby reducing the concentration of the metal compound around the object to be processed. It adjusts, The formation method of the conductor of any one of Claims 28-31 characterized by the above-mentioned. 前記超臨界流体の原料として二酸化炭素を用いることを特徴とする請求項28〜32のうちのいずれか1項に記載の導電体の形成方法。   The method for forming a conductor according to any one of claims 28 to 32, wherein carbon dioxide is used as a raw material of the supercritical fluid. 前記金属化合物として固体の有機金属錯体を前記超臨界流体中に供給することを特徴とする請求項28〜33のうちのいずれか1項に記載の導電体の形成方法。   34. The method of forming a conductor according to any one of claims 28 to 33, wherein a solid organometallic complex is supplied as the metal compound into the supercritical fluid. 前記固体の有機金属錯体として銅を含む固体の有機金属錯体を前記超臨界流体中に供給することを特徴とする請求項34に記載の導電体の形成方法。   35. The method of forming a conductor according to claim 34, wherein a solid organometallic complex containing copper is supplied into the supercritical fluid as the solid organometallic complex. 前記銅を含む固体の有機金属錯体としてジイソブチリルメタナート銅を前記超臨界流体中に供給することを特徴とする請求項35に記載の導電体の形成方法。   36. The method of forming a conductor according to claim 35, wherein diisobutyryl methanate copper is supplied into the supercritical fluid as a solid organometallic complex containing copper. 前記金属化合物としてフッ素フリーの金属化合物を前記超臨界流体中に供給することを特徴とする請求項28〜36のうちのいずれか1項に記載の導電体の形成方法。   37. The method of forming a conductor according to any one of claims 28 to 36, wherein a fluorine-free metal compound is supplied as the metal compound into the supercritical fluid. 前記金属化合物として固体の金属化合物を用いるとともに、前記固体の金属化合物を前記超臨界流体中に溶解し易くする補助溶媒に溶解させた後、前記補助溶媒に溶解された前記固体の金属化合物を前記超臨界流体中に供給することを特徴とする請求項28〜37のうちのいずれか1項に記載の導電体の形成方法。   A solid metal compound is used as the metal compound, and the solid metal compound is dissolved in an auxiliary solvent that facilitates dissolution in the supercritical fluid, and then the solid metal compound dissolved in the auxiliary solvent is The method for forming a conductor according to any one of claims 28 to 37, wherein the conductor is supplied into a supercritical fluid. 前記固体の金属化合物としてジイソブチリルメタナート銅を用いるとともに、このジイソブチリルメタナート銅を補助溶媒としてのアセトンに溶解させた後、このアセトンに溶解された前記ジイソブチリルメタナート銅を超臨界流体状の二酸化炭素中に供給することを特徴とする請求項38に記載の導電体の形成方法。   Diisobutyryl methanate copper is used as the solid metal compound, and the diisobutyryl methanate copper is dissolved in acetone as a co-solvent, and then the diisobutyryl methanate copper dissolved in the acetone is used in excess. The method for forming a conductor according to claim 38, wherein the conductor is supplied into carbon dioxide in a critical fluid state. 前記金属化合物からの前記金属の析出を促進させる反応促進剤をさらに前記超臨界流体中に供給することを特徴とする請求項28〜39のうちのいずれか1項に記載の導電体の形成方法。   40. The method of forming a conductor according to any one of claims 28 to 39, further comprising supplying a reaction accelerator for promoting precipitation of the metal from the metal compound into the supercritical fluid. . 前記反応促進剤を前記超臨界流体中に供給した後、前記金属化合物を前記超臨界流体中に供給することを特徴とする請求項40に記載の導電体の形成方法。   41. The method of forming a conductor according to claim 40, wherein the metal accelerator is supplied into the supercritical fluid after the reaction accelerator is supplied into the supercritical fluid. 前記超臨界流体中への前記反応促進剤の供給量および前記被処理体の周囲からの前記超臨界流体の排除量を調整することにより、前記被処理体の周囲の前記反応促進剤の濃度を安定させることを特徴とする請求項40または41に記載の導電体の形成方法。   By adjusting the supply amount of the reaction accelerator into the supercritical fluid and the exclusion amount of the supercritical fluid from the periphery of the object to be processed, the concentration of the reaction accelerator around the object to be processed is adjusted. The method of forming a conductor according to claim 40 or 41, wherein the method is stabilized. 前記反応促進剤として水素を前記超臨界流体中に供給することを特徴とする請求項40〜42のうちのいずれか1項に記載の導電体の形成方法。   43. The method of forming a conductor according to any one of claims 40 to 42, wherein hydrogen is supplied into the supercritical fluid as the reaction accelerator. 前記被処理体およびその周囲の温度を前記プロセスが進行し易い温度に調節することを特徴とする請求項28〜43のうちのいずれか1項に記載の導電体の形成方法。   44. The method of forming a conductor according to any one of claims 28 to 43, wherein the temperature of the object to be processed and its surroundings are adjusted to a temperature at which the process can easily proceed. 前記超臨界流体の原料の温度を前記原料が超臨界流体の状態で存在できる温度に調節しつつ前記被処理体に向けて供給することを特徴とする請求項28〜44のうちのいずれか1項に記載の導電体の形成方法。   45. The method according to claim 28, wherein the temperature of the raw material of the supercritical fluid is adjusted toward a temperature at which the raw material can exist in a supercritical fluid state, and is supplied toward the object to be processed. The method for forming a conductor according to item. 前記超臨界流体が前記被処理体の周囲に到達するまでは前記超臨界流体中から前記金属化合物が析出する反応を抑制しておくことを特徴とする請求項28〜45のうちのいずれか1項に記載の導電体の形成方法。   46. The reaction of precipitating the metal compound from the supercritical fluid is suppressed until the supercritical fluid reaches the periphery of the object to be processed. The method for forming a conductor according to item. 前記超臨界流体が前記被処理体の周囲に到達するまでは前記超臨界流体の温度を前記析出反応が抑制される温度に調節することを特徴とする請求項46に記載の導電体の形成方法。   The method of forming a conductor according to claim 46, wherein the temperature of the supercritical fluid is adjusted to a temperature at which the precipitation reaction is suppressed until the supercritical fluid reaches the periphery of the object to be processed. . 前記超臨界流体を前記反応容器の内部に導入するのに先立って予め所定の温度に温めることを特徴とする請求項28〜47のうちのいずれか1項に記載の導電体の形成方法。   The method for forming a conductor according to any one of claims 28 to 47, wherein the supercritical fluid is heated to a predetermined temperature in advance before the supercritical fluid is introduced into the reaction vessel. 前記所定の温度は、前記反応容器の内部において前記凹部内に前記導電体を設ける際の処理温度以下とすることを特徴とする請求項48に記載の導電体の形成方法。   49. The method of forming a conductor according to claim 48, wherein the predetermined temperature is set to be equal to or lower than a processing temperature when the conductor is provided in the recess inside the reaction vessel. 前記被処理体を、その前記凹部が形成された面を下方に向けた姿勢で前記反応容器の内部に配置することを特徴とする請求項28〜49のうちのいずれか1項に記載の導電体の形成方法。   The conductive material according to any one of claims 28 to 49, wherein the object to be processed is disposed inside the reaction container in a posture in which a surface on which the concave portion is formed is directed downward. Body formation method. 前記被処理体の周囲を流れる前記超臨界流体の流れにおいて、前記被処理体よりも下流側の圧力を前記被処理体よりも上流側の圧力に比べて小さくすることにより、前記被処理体の周囲から前記超臨界流体を排除することを特徴とする請求項28〜50のうちのいずれか1項に記載の導電体の形成方法。   In the flow of the supercritical fluid flowing around the object to be processed, the pressure on the downstream side of the object to be processed is made smaller than the pressure on the upstream side of the object to be processed. 51. The method for forming a conductor according to claim 28, wherein the supercritical fluid is excluded from the surroundings. 形状、深さ、幅、およびアスペクト比のうちの少なくとも一つが互いに異なっている複数の前記凹部内に前記導電体を一括して設けることを特徴とする請求項28〜51のうちのいずれか1項に記載の導電体の形成方法。   52. The conductor according to any one of claims 28 to 51, wherein the conductors are collectively provided in the plurality of recesses having at least one of shape, depth, width, and aspect ratio different from each other. The method for forming a conductor according to item. 基板本体およびこの基板本体の上方に設けられた絶縁膜のうちの少なくとも一方の表面に導電体が設けられる凹部が少なくとも一個形成された半導体基板に向けて前記導電体の原料となる金属を含む金属化合物が溶解した超臨界流体を連続的に供給するとともに、前記凹部内に前記導電体を設けるプロセスに供しない前記超臨界流体を前記半導体基板の周囲から連続的に排除することにより、前記半導体基板の周囲の前記超臨界流体の量を調整し、
前記超臨界流体中に溶解した前記金属化合物を前記半導体基板の表面に接触させて前記凹部内に選択的に導入するとともに、前記凹部内に導入された前記金属化合物を前記凹部内で凝集させて前記金属化合物から前記金属を析出させ、
前記凹部内に析出した前記金属を固化させることにより前記凹部内に前記導電体を設ける、
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
A metal including a metal that is a raw material of the conductor toward a semiconductor substrate in which at least one concave portion in which a conductor is provided is formed on at least one surface of the substrate body and an insulating film provided above the substrate body By continuously supplying a supercritical fluid in which a compound is dissolved, and continuously excluding the supercritical fluid not subjected to the process of providing the conductor in the recess from the periphery of the semiconductor substrate, the semiconductor substrate Adjusting the amount of the supercritical fluid around
The metal compound dissolved in the supercritical fluid is brought into contact with the surface of the semiconductor substrate and selectively introduced into the recess, and the metal compound introduced into the recess is aggregated in the recess. Depositing the metal from the metal compound;
Providing the conductor in the recess by solidifying the metal deposited in the recess,
A method for manufacturing a semiconductor device.
前記基板本体の表層部に形成された前記凹部内に前記導電体を設けてトレンチキャパシタの埋め込み電極を前記基板本体の表層部に形成することを特徴とする請求項53に記載の半導体装置の製造方法。   54. The manufacturing method of a semiconductor device according to claim 53, wherein the conductor is provided in the recess formed in a surface layer portion of the substrate body to form a buried electrode of a trench capacitor in the surface layer portion of the substrate body. Method. 前記基板本体の上方に設けられた前記絶縁膜中に形成された前記凹部内に前記導電体を設けて配線およびプラグの少なくとも一方を前記絶縁膜中に形成することを特徴とする請求項53または54に記載の半導体装置の製造方法。   54. The semiconductor device according to claim 53, wherein at least one of a wiring and a plug is formed in the insulating film by providing the conductor in the recess formed in the insulating film provided above the substrate body. 54. A method of manufacturing a semiconductor device according to 54.
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