JP2011001568A - バリヤ層、成膜方法及び処理システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】底面に金属層3が露出する凹部2を有する絶縁層1が表面に形成された被処理体に対して成膜処理を施す成膜方法において、第1の金属を含む第1金属含有膜を形成する第1金属含有膜形成工程と、前記第1金属含有膜形成工程の後に行われ、前記凹部に埋め込まれる埋め込み金属に対してバリヤ性を有する第2の金属を含む第2金属含有膜を形成する第2金属含有膜形成工程とを有する。これにより、下地膜としてRu等の第1の金属を含む第1金属含有膜を介在させて上記第2金属含有膜を効率的に形成する。
【選択図】図7
Description
またスパッタ法に比べて微細な線幅やホール径に対して良好な段差被覆性で膜を堆積することができるCVD法によりMnSixOy膜、あるいはMnOx膜の成膜をおこなうことが検討されている(特許文献3)。
また本発明の第2の目的は、Ru等の第1の金属とMn等の第2の金属とCu等の第3の金属とを含む合金膜よりなるバリヤ層、成膜方法及び処理システムを提供することにある。
請求項3の発明は、底面に金属層が露出する凹部を有する絶縁層が表面に形成された被処理体に対して成膜処理を施す成膜方法において、第1の金属と、前記凹部に埋め込まれる埋め込み金属に対してバリヤ性を有する第2の金属と、前記埋め込み金属の材料である第3の金属と、を含む合金膜を形成する合金膜形成工程を有することを特徴とする成膜方法である。
これにより、Ru等の第1の金属とMn等の第2の金属とCu等の第3の金属とを含む合金膜よりなるバリヤ層を提供することができる。
請求項5の発明は、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の発明において、前記凹部内を前記埋め込み金属で埋め込む埋め込み工程を有することを特徴とする。
請求項6の発明は、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の発明において、前記絶縁層は、SiOC膜とSiCOH膜とSiCN膜とポーラスシリカ膜とポーラスメチルシルセスキオキサン膜とポリアリレン膜とSiLK(登録商標)膜とフロロカーボン膜とよりなる群から選択される1つ以上の膜よりなることを特徴とする。
請求項10の発明は、底面に金属層が露出する凹部を有する絶縁層が表面に形成された被処理体の前記凹部内を埋め込み金属で埋め込む際に前記埋め込み金属の下層に介在されるバリヤ層において、第1の金属を含む第1金属含有膜と、前記第1金属含有膜上に形成されて前記埋め込み金属に対してバリヤ性を有する第2の金属を含む第2金属含有膜とよりなることを特徴とするバリヤ層である。
請求項12の発明は、底面に金属層が露出する凹部を有する絶縁層が表面に形成された被処理体の前記凹部内を埋め込み金属で埋め込む際に前記埋め込み金属の下層に介在されるバリヤ層において、第1の金属と、前記埋め込み金属に対してバリヤ性を有する第2の金属と、前記埋め込み金属の材料である第3の金属と、を含む合金膜よりなることを特徴とするバリヤ層である。
請求項1及びこれを引用する請求項の発明によれば、底面に金属層が露出する凹部を有する絶縁層が表面に形成された被処理体に対して成膜処理を施す際に、第1の金属を含む第1金属含有膜を形成する第1金属含有膜形成工程と、前記第1金属含有膜形成工程の後に行われ、前記凹部に埋め込まれる埋め込み金属に対してバリヤ性を有する第2の金属を含む第2金属含有膜を形成する第2金属含有膜形成工程とを行うようにしたので、下地膜としてRu等の第1の金属を含む第1金属含有膜を介在させることになり、この結果、上記第2金属含有膜を効率的に形成することができる。
請求項3及びこれを引用する請求項の発明によれば、Ru等の第1の金属とMn等の第2の金属とCu等の第3の金属とを含む合金膜よりなるバリヤ層を提供することができる。
<処理システム>
まず、本発明の成膜方法を実施するための処理システムについて説明する。図1は本発明の処理システムの第1実施例を示す概略構成図、図2は本発明の処理システムの第2実施例を示す概略構成図である。
前述したように、第1の処理装置12Aは一般的な洗浄処理装置なので、その説明は省略し、上記第2の処理装置12Bについて説明する。図3は第2の処理装置の一例を示す構成図である。この第2の処理装置12Bは、前述したように第1の金属を含む第1金属含有原料ガスを用いて熱処理によりウエハ表面に第1金属含有膜を形成する装置であり、ここでは第1金属含有膜としてRu膜よりなる金属膜を熱CVD法により形成する場合を例にとって説明する。
次に、上記第3の処理装置12Cについて説明する。尚、前述したように、第4の処理装置12Dは一般的な熱成膜処理装置なので、その説明は省略する。図4は第3の処理装置の一例を示す構成図である。この第3の処理装置12Cは、ウエハ表面に埋め込み金属に対してバリヤ性を有する第2の金属を含む第2金属含有膜を形成する装置であり、ここではこの第2金属含有膜としてMnOx膜(一部にMn膜を含む場合もある)を形成する場合を例にとって説明する。
次に、上記第5の処理装置12E(図2参照)について説明する。図5は第5の処理装置の一例を示す構成図である。尚、図3及び図4に示す構成部分と同一構成部分については同一参照符号を付してその説明を省略する。
次に、図1乃至図5に示したような処理システムや処理装置を用いて行われる本発明の成膜方法について具体的に説明する。図6は本発明方法の第1実施例の各工程における薄膜の堆積状況の一例を示す図、図7は本発明方法の基本的な各工程を示すフローチャート、図8は埋め込み工程を実施するための各種態様を示す図、図9は第1金属含有膜形成工程を実施する時の各ガスの供給状態を示すタイミングチャート、図10は本発明方法の第2実施例を説明する説明図である。
次に、本発明方法の第2実施例について説明する。上記本発明方法の第1実施例では、Ru膜よりなる第1金属含有膜210とMnOx膜等よりなる第2金属含有膜212とを1層ずつ積層してバリヤ層214を形成した場合を例にとって説明したが、これに限定されず、上記第1金属含有膜210と第2金属含有膜212とを交互に積層させて、且つ最上層は第1金属含有膜210として全体でバリヤ層214を形成するようにしてもよい。すなわち、第1金属含有膜210が一層多く形成されている。図10はこのような本発明の成膜方法の第2実施例を説明するための説明図であり、図10(A)はフローチャートを示し、図10(B)はバリヤ層の積層構造の一例を示す断面図である。尚、図6及び図7に示す構成と同一部分については同一参照符号を付してその説明を省略する。
次に、本発明方法の第3実施例について説明する。先に説明した本発明方法の第1実施例及び第2実施例では、第1金属含有膜210と第2金属含有膜212とを積層してバリヤ層214を形成したが、これに限定されず、上記第1の金属と第2の金属と埋め込み金属の材料である第3の金属とを含む合金膜を形成してこれをバリヤ層としてもよい。
2 凹部
3 配線層(金属層)
10 処理システム
12A〜12D 処理装置
14 共通搬送室
20 搬送機構
34 システム制御部
36 記憶媒体
42 シャワーヘッド部(ガス導入手段)
88 原料ガス供給系(第1金属:Ru)
100 原料(Ru:第1金属含有原料)
131 原料ガス供給系(第2金属:Mn)
132 処理容器
134 シャワーヘッド部(ガス導入手段)
145 原料(Mn:第2金属含有原料)
156 載置台
210 第1金属含有膜(Ru膜)
212 第2金属含有膜(MnOx膜、Mn膜)
214 バリヤ層
216 埋め込み金属(Cu)
220 合金膜
W 半導体ウエハ(被処理体)
Claims (20)
- 底面に金属層が露出する凹部を有する絶縁層が表面に形成された被処理体に対して成膜処理を施す成膜方法において、
第1の金属を含む第1金属含有膜を形成する第1金属含有膜形成工程と、
前記第1金属含有膜形成工程の後に行われ、前記凹部に埋め込まれる埋め込み金属に対してバリヤ性を有する第2の金属を含む第2金属含有膜を形成する第2金属含有膜形成工程と、
を有することを特徴とする成膜方法。 - 前記第1金属含有膜形成工程と前記第2金属含有膜形成工程とは交互に行われて、最後に前記第1金属含有膜形成工程が行われることを特徴とする請求項1記載の成膜方法。
- 底面に金属層が露出する凹部を有する絶縁層が表面に形成された被処理体に対して成膜処理を施す成膜方法において、
第1の金属と、前記凹部に埋め込まれる埋め込み金属に対してバリヤ性を有する第2の金属と、前記埋め込み金属の材料である第3の金属と、を含む合金膜を形成する合金膜形成工程を有することを特徴とする成膜方法。 - 前記第1金属含有膜形成工程と前記第2金属含有膜形成工程とは同一の処理容器内で連続的に行われることを特徴とする請求項1又は2記載の成膜方法。
- 前記凹部内を前記埋め込み金属で埋め込む埋め込み工程を有することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の成膜方法。
- 前記絶縁層は、SiOC膜とSiCOH膜とSiCN膜とポーラスシリカ膜とポーラスメチルシルセスキオキサン膜とポリアリレン膜とSiLK(登録商標)膜とフロロカーボン膜とよりなる群から選択される1つ以上の膜よりなることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の成膜方法。
- 前記第1の金属は、Ru、Fe、Co、Ni、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Ti、Ta、Zr、W、Al、V、Crよりなる群から選択される1以上の元素であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載の成膜方法。
- 前記第2の金属は、マンガン(Mn)よりなり、該マンガンを含む有機金属材料は、Cp2 Mn[=Mn(C5 H5 )2 ]、(MeCp)2 Mn[=Mn(CH3 C5 H4 )2 ]、(EtCp)2 Mn[=Mn(C2 H5 C5 H4 )2 ]、(i−PrCp)2 Mn[=Mn(C3 H7 C5 H4 )2 ]、MeCpMn(CO)3 [=(CH3C5H4)Mn(CO)3 ]、(t−BuCp )2 Mn[=Mn(C4 H9 C5 H4 )2 ]、CH3 Mn(CO)5 、Mn (DPM)3 [=Mn(C11H19O2 )3 ]、Mn(DMPD)(EtCp)[=Mn(C7 H11C2 H5 C5 H4 )]、Mn(acac)2 [=Mn(C5 H7 O2 )2 ]、Mn(DPM)2[=Mn(C11H19O2)2]、Mn(aca c)3[=Mn(C5H7O2)3]、Mn(hfac)2[=Mn(C5HF 6O2)3]、((CH3)5Cp)2Mn[=Mn((CH3)5C5H4) 2]、[Mn(iPr−AMD)2][=Mn(C3H7NC(CH3)NC3 H7)2]、[Mn(tBu−AMD)2][=Mn(C4H9NC(CH3) NC4H9)2]よりなる群から選択される1以上の材料であることを特徴とす る請求項1乃至7のいずれか一項に記載の成膜方法。
- 前記埋め込み金属は、銅であることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか一項に記載の成膜方法。
- 底面に金属層が露出する凹部を有する絶縁層が表面に形成された被処理体の前記凹部内を埋め込み金属で埋め込む際に前記埋め込み金属の下層に介在されるバリヤ層において、
第1の金属を含む第1金属含有膜と、
前記第1金属含有膜上に形成されて前記埋め込み金属に対してバリヤ性を有する第2の金属を含む第2金属含有膜とよりなることを特徴とするバリヤ層。 - 前記第1金属含有膜と前記第2金属含有膜とは交互に積層されており、最上層は前記第1金属含有膜になされていることを特徴とする請求項10記載のバリヤ層。
- 底面に金属層が露出する凹部を有する絶縁層が表面に形成された被処理体の前記凹部内を埋め込み金属で埋め込む際に前記埋め込み金属の下層に介在されるバリヤ層において、
第1の金属と、前記埋め込み金属に対してバリヤ性を有する第2の金属と、前記埋め込み金属の材料である第3の金属と、を含む合金膜よりなることを特徴とするバリヤ層。 - 底面に金属層が露出する凹部を有する絶縁層が表面に形成された被処理体に対して成膜処理を施す処理システムにおいて、
前記被処理体の表面に第1の金属を含む第1金属含有膜を形成する処理装置と、
前記被処理体の表面に前記凹部に埋め込まれる埋め込み金属に対してバリヤ性を有する第2の金属を含む第2金属含有膜を形成する処理装置と、
前記被処理体の表面に前記埋め込み金属の材料である第3の金属の薄膜を形成する処理装置と、
前記各処理装置が連結された共通搬送室と、
前記共通搬送室内に設けられて、前記各処理装置内へ前記被処理体を搬送するための搬送機構と、
請求項1、2、4乃至9のいずれか一項に記載の成膜方法を実施するように処理システム全体を制御するシステム制御部と、
を備えたことを特徴とする処理システム。 - 底面に金属層が露出する凹部を有する絶縁層が表面に形成された被処理体に対して成膜処理を施す処理システムにおいて、
前記被処理体の表面に第1の金属を含む第1金属含有膜を形成する成膜処理と前記凹部に埋め込まれる埋め込み金属に対してバリヤ性を有する第2の金属を含む第2金属含有膜を形成する成膜処理とを行う処理装置と、
前記被処理体の表面に前記埋め込み金属の材料である第3の金属の薄膜を形成する処理装置と、
前記各処理装置が連結された共通搬送室と、
前記共通搬送室内に設けられて、前記各処理装置内へ前記被処理体を搬送するための搬送機構と、
請求項1、2、4乃至9のいずれか一項に記載の成膜方法を実施するように処理システム全体を制御するシステム制御部と、
を備えたことを特徴とする処理システム。 - 底面に金属層が露出する凹部を有する絶縁層が表面に形成された被処理体に対して成膜処理を施す処理システムにおいて、
前記被処理体の表面に第1の金属と、前記凹部に埋め込まれる埋め込み金属に対してバリヤ性を有する第2の金属と、前記埋め込み金属の材料である第3の金属と、を含む合金膜を形成する処理装置と、
前記処理装置が連結された共通搬送室と、
前記共通搬送室内に設けられて、前記各処理装置内へ前記被処理体を搬送するための搬送機構と、
請求項3記載の成膜方法を実施するように処理システム全体を制御するシステム制御部と、
を備えたことを特徴とする処理システム。 - 請求項13記載の処理システムを用いて請求項1、2、4乃至9のいずれか一項に記載の成膜方法を実施するように制御するコンピュータに読み取り可能なプログラムを記憶することを特徴とする記憶媒体。
- 請求項14記載の処理システムを用いて請求項1、2、4乃至9のいずれか一項に記載の成膜方法を実施するように制御するコンピュータに読み取り可能なプログラムを記憶することを特徴とする記憶媒体。
- 請求項15記載の処理システムを用いて請求項3項に記載の成膜方法を実施するように制御するコンピュータに読み取り可能なプログラムを記憶することを特徴とする記憶媒体。
- 請求項1乃至12のいずれか一項に記載の成膜方法によって形成された膜構造を有することを特徴とする半導体装置。
- 請求項1乃至12のいずれか一項に記載の成膜方法によって形成された膜構造を有することを特徴とする電子機器。
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