JP5323425B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing a semiconductor device of which the reliability is improved by reducing the resistance of copper wiring containing a ruthenium-containing film and a copper-containing film, and to provide a method of manufacturing a semiconductor device. <P>SOLUTION: By a CVD method using a raw material containing an organic ruthenium complex expressed by a general formula 1 and reducing gas, an Ru film is formed on a substrate on which a recess is formed (step S12). By a CVD method using a raw material containing an organic copper complex expressed by a general formula 2 and reducing gas, a Cu film is formed on the Ru film, and copper wiring is formed at the recess (step S14). <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device.

半導体装置においては、微細化や多層化の進展に伴い、電流密度の増加によるエレクトロマイクレーション(EM:Electro migration )が深刻化する。高いEM耐性を有する銅配線の多層配線技術は、半導体装置を高集積化させる上で不可欠である。   In a semiconductor device, with the progress of miniaturization and multilayering, electromigration (EM) due to an increase in current density becomes serious. A multilayer wiring technique of copper wiring having high EM resistance is indispensable for highly integrating semiconductor devices.

半導体装置の多層配線技術では、金属配線の生産性や信頼性を向上させるため、一般的に、絶縁層と金属配線との間に各種の機能を有する下地層を挟入させる。この下地層としては、例えば、金属原子の拡散を防止させるバリア層、金属配線と絶縁層との間に密着性を与える密着層、配線材料の膜成長を促進させるシード層が知られている。   In the multilayer wiring technology of a semiconductor device, in order to improve the productivity and reliability of metal wiring, a base layer having various functions is generally interposed between the insulating layer and the metal wiring. As the underlayer, for example, a barrier layer that prevents diffusion of metal atoms, an adhesion layer that provides adhesion between the metal wiring and the insulating layer, and a seed layer that promotes film growth of the wiring material are known.

配線材料にアルミニウムやタングステンを利用する場合には、上記下地層の材料として、タンタル、チタン、窒化タンタル、窒化チタンなどが用いられる。一方、銅配線の多層配線技術においては、絶縁層として低誘電率膜を用いるために、これらの金属材料を下地層に適用すると、絶縁層に含まれる水分や酸素が下地層に拡散して下地層を容易に酸化させてしまう。この結果、抵抗値の増加と密着性の低下を招き、半導体装置の信頼性を大きく損なってしまう。   When aluminum or tungsten is used as the wiring material, tantalum, titanium, tantalum nitride, titanium nitride, or the like is used as the material for the underlayer. On the other hand, in the multilayer wiring technology of copper wiring, since a low dielectric constant film is used as an insulating layer, when these metal materials are applied to the base layer, moisture and oxygen contained in the insulating layer are diffused into the base layer. It easily oxidizes the formation. As a result, the resistance value increases and the adhesion decreases, and the reliability of the semiconductor device is greatly impaired.

そこで、銅配線の多層配線技術においては、上記問題を解決させるために、従来から、下地層の材料に関わる各種提案がなされている。特許文献1及び特許文献2は、銅配線の下地層としてルテニウム(Ru)膜あるいはRu膜を含む多層膜を用いる。Ru膜は、その酸化物が導電性を有するため、下地層の高抵抗化を抑えることができ、かつ、銅配線の酸化を抑制させることができる。また、このRu膜に密着層を積層することによって、Ru膜と銅配線との間の密着性を、さらに向上させることができる。
特開2005−129745号公報 特開2006−328526号公報
Therefore, in the multilayer wiring technology of copper wiring, various proposals related to the material of the underlayer have been conventionally made in order to solve the above problems. In Patent Documents 1 and 2, a ruthenium (Ru) film or a multilayer film including a Ru film is used as a base layer of a copper wiring. Since the oxide of the Ru film has conductivity, the resistance of the underlying layer can be suppressed and the oxidation of the copper wiring can be suppressed. Further, by laminating an adhesion layer on the Ru film, the adhesion between the Ru film and the copper wiring can be further improved.
JP 2005-129745 A JP 2006-328526 A

銅配線の製造方法としては、いわゆるダマシン(Damascene )法やデュアルダマシン(Dual-Damascene )法が利用される。すなわち、配線形状に応じたトレンチを予め絶縁層
に形成して、トレンチの内表面に下地層を積層し、その後に、トレンチの内部に銅材料を埋め込んで銅配線を形成する。あるいは、トレンチとビアホール(Via-Hole )の双方を
予め絶縁層に形成して、トレンチとビアホールの内表面に下地層を積層し、その後に、トレンチとビアホールの内部に銅材料を埋め込んで銅配線とビアプラグを同時に形成する。
A so-called damascene method or dual-damascene method is used as a method for manufacturing copper wiring. That is, a trench corresponding to the wiring shape is formed in the insulating layer in advance, a base layer is laminated on the inner surface of the trench, and then a copper material is embedded in the trench to form a copper wiring. Alternatively, both the trench and the via hole (Via-Hole) are formed in the insulating layer in advance, and a base layer is laminated on the inner surface of the trench and the via hole, and then a copper material is embedded in the trench and the via hole to form a copper wiring. And via plugs are formed simultaneously.

しかし、上記下地層(ルテニウム膜)を成膜するとき、ルテニウム原料錯体を分解させるために酸素を導入しており、銅配線に対する下層の配線は、ルテニウム膜の成膜空間に露出し、その酸化状態を進行させてしまう。この結果、上記銅配線の製造方法においては、銅配線を含む配線構造の抵抗値を大幅に増大させてしまうので、ルテニウム膜成膜後に還元ガス雰囲気に晒し、銅配線の低抵抗化を図る必要がある。   However, when the underlayer (ruthenium film) is formed, oxygen is introduced to decompose the ruthenium raw material complex, and the lower layer wiring with respect to the copper wiring is exposed to the ruthenium film forming space, and its oxidation Progress the state. As a result, in the above copper wiring manufacturing method, the resistance value of the wiring structure including the copper wiring is greatly increased. Therefore, it is necessary to reduce the resistance of the copper wiring by exposing it to a reducing gas atmosphere after forming the ruthenium film. There is.

本願発明は、上記問題を解決するためになされたものであって、ルテニウム含有膜を酸素を用いずに成膜することにより、ルテニウム含有膜成膜後の還元工程を行わずにルテニウム含有膜と銅含有膜とを含む銅配線の低抵抗化を図り、その信頼性を向上させた半導体
装置の製造方法を提供することを目的とする。
The present invention has been made in order to solve the above-described problem. By forming a ruthenium-containing film without using oxygen, the ruthenium-containing film can be formed without performing a reduction step after the ruthenium-containing film is formed. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device in which the resistance of a copper wiring including a copper-containing film is reduced and the reliability thereof is improved.

上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、銅配線を有する半導体装置の製造方法であって、凹部が形成された対象物の上に、有機ルテニウム錯体と第一還元性ガスとを用いるCVD法によってルテニウム含有膜を形成する工程と、前記ルテニウム含有膜の上に、有機銅錯体と第二還元性ガスとを用いるCVD法によって銅含有膜を形成して前記凹部に前記銅含有膜を埋め込む工程と、を備えたことを要旨とする。   In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is a method of manufacturing a semiconductor device having a copper wiring, wherein an organic ruthenium complex and a first reducing gas are formed on an object having a recess. Forming a ruthenium-containing film by a CVD method using, and forming a copper-containing film on the ruthenium-containing film by a CVD method using an organic copper complex and a second reducing gas. And a step of embedding the containing film.

請求項1に記載の半導体装置の製造方法によれば、酸素を必要とせず、還元性ガスで分解できるので、ルテニウム含有膜を酸化させることなく形成することができる。結果、銅配線の低抵抗化を図ることができる。また、ルテニウム含有膜成膜後の還元工程が不要となるので、工程時間を短縮することができる。   According to the method for manufacturing a semiconductor device according to the first aspect, oxygen is not required and decomposition can be performed with a reducing gas, so that the ruthenium-containing film can be formed without being oxidized. As a result, the resistance of the copper wiring can be reduced. Further, since the reduction process after the formation of the ruthenium-containing film is not necessary, the process time can be shortened.

請求項2の発明においては、請求項1に記載の半導体装置の製造方法であって、前記ルテニウム含有膜を形成する工程は、前記第一還元性ガスが、乖離して水素ラジカルや水素イオンを放出することを要旨とする。   According to a second aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the first aspect, in the step of forming the ruthenium-containing film, the first reducing gas is separated to generate hydrogen radicals or hydrogen ions. The gist is to release.

請求項2に記載の発明によれば、酸素を必要とせず、還元性ガスで分解できるので、ルテニウム含有膜を酸化させることなく形成することができる。結果、銅配線の低抵抗化を図ることができる。また、ルテニウム含有膜成膜後の還元工程が不要となるので、工程時間を短縮することができる。   According to the second aspect of the present invention, oxygen is not required, and the ruthenium-containing film can be formed without being oxidized because it can be decomposed with a reducing gas. As a result, the resistance of the copper wiring can be reduced. Further, since the reduction process after the formation of the ruthenium-containing film is not necessary, the process time can be shortened.

請求項3に記載の発明においては、請求項1又は2に記載の半導体装置の製造方法であって、前記ルテニウム含有膜を形成する工程は、前記第一還元性ガスが、水素(H)、アンモニア(NH)、ヒドラジン誘導体、シラン(SiH)、ジシラン(Si)からなる群から選択される少なくともいずれか一つであることを要旨とする。 According to a third aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the first or second aspect, in the step of forming the ruthenium-containing film, the first reducing gas is hydrogen (H 2 ). And at least one selected from the group consisting of ammonia (NH 3 ), hydrazine derivatives, silane (SiH 4 ), and disilane (Si 2 H 6 ).

請求項3に記載の発明によれば、水素、アンモニア、ヒドラジン誘導体、シラン、ジシランからなる群から選択される少なくともいずれか一つの還元作用によって、前記有機ルテニウム錯体を分解するので、酸化させることなくルテニウム含有膜を形成でき、銅配線の低抵抗化を図ることができる。また、ルテニウム含有膜成膜後の還元工程が不要となるので、工程時間を短縮することができる。   According to the third aspect of the present invention, the organic ruthenium complex is decomposed by at least one reduction action selected from the group consisting of hydrogen, ammonia, hydrazine derivatives, silane, and disilane. A ruthenium-containing film can be formed, and the resistance of the copper wiring can be reduced. Further, since the reduction process after the formation of the ruthenium-containing film is not necessary, the process time can be shortened.

請求項4に記載の発明においては、請求項3に記載の半導体装置の製造方法であって、前記ルテニウム含有膜を形成する工程は、前記ヒドラジン誘導体が、ヒドラジンの水素原子の1つもしくは2つを、メチル基と、エチル基と、直鎖又は分岐のブチル基とからなる群から選択される基で置換したものであることを要旨とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the method for manufacturing a semiconductor device according to the third aspect, in the step of forming the ruthenium-containing film, the hydrazine derivative is one or two hydrogen atoms of hydrazine. Is substituted with a group selected from the group consisting of a methyl group, an ethyl group, and a linear or branched butyl group.

請求項4に記載の発明によれば、ヒドラジン誘導体として、より簡便な構成を用いることができ、本発明の汎用性を向上させることができる。
請求項5に記載の発明においては、請求項1〜4のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法であって、前記ルテニウム含有膜を形成する工程は、前記第一還元性ガスの雰囲気を10Pa〜10Paにすることを要旨とする。
According to invention of Claim 4, a simpler structure can be used as a hydrazine derivative, and the versatility of this invention can be improved.
According to a fifth aspect of the present invention, in the method for manufacturing a semiconductor device according to any one of the first to fourth aspects, the step of forming the ruthenium-containing film includes an atmosphere of the first reducing gas. Is set to 10 3 Pa to 10 4 Pa.

請求項5に記載の発明によれば、第一還元性ガスの圧力を規定することによって、還元性ガスの還元作用に、より高い再現性を与えることができ、銅配線の低抵抗化を図ることができるとともに、銅含有膜に高い埋め込み特性を与えることができ、対象物の凹部への成膜をより確実に行うことができる。   According to the fifth aspect of the invention, by defining the pressure of the first reducing gas, it is possible to give higher reproducibility to the reducing action of the reducing gas, and to reduce the resistance of the copper wiring. In addition, it is possible to give high embedding characteristics to the copper-containing film, and it is possible to more reliably form the object in the recess.

請求項6に記載の発明においては、請求項1〜5のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法であって、前記ルテニウム含有膜を形成する工程は、前記対象物の温度を250℃〜400℃にすることを要旨とする。   According to a sixth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device according to any one of the first to fifth aspects, the step of forming the ruthenium-containing film includes setting the temperature of the object to 250 ° C. The gist is to set the temperature to ˜400 ° C.

請求項6に記載の発明によれば、対象物の温度の規定によって、ルテニウム錯体の分解をより確実に行うことができ、銅配線の低抵抗化を図るとともに、銅含有膜に高い埋め込み特性を与えることができる。   According to the invention of claim 6, the ruthenium complex can be more reliably decomposed by regulating the temperature of the object, the resistance of the copper wiring is reduced, and the copper-containing film has high embedding characteristics. Can be given.

請求項7の発明においては、請求項1〜6のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法あって、前記有機ルテニウム錯体が、ビス(2−メトキシ−6−メチル−3,5−ヘプタンジオナト)−1,5ヘキサジエンルテニウム錯体であることを要旨とする。   According to a seventh aspect of the invention, there is provided the method for manufacturing a semiconductor device according to any one of the first to sixth aspects, wherein the organoruthenium complex is bis (2-methoxy-6-methyl-3,5-heptanedionate). ) -1,5 Hexadiene ruthenium complex.

請求項7の発明によれば、銅配線の低抵抗化を図るとともに、銅含有膜に高い埋め込み特性を与えることができる。
請求項8に記載の発明においては、請求項1〜7のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法であって、前記有機ルテニウム錯体の供給量が2×10−8〜1×10−5mol/min・cm2 であることを要旨とする。
According to the seventh aspect of the present invention, it is possible to reduce the resistance of the copper wiring and to give high embedding characteristics to the copper-containing film.
The invention according to claim 8 is the method for manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 1 to 7, wherein a supply amount of the organic ruthenium complex is 2 × 10 −8 to 1 × 10 −. The summary is 5 mol / min · cm 2 .

請求項8に記載の発明によれば、より確実にルテニウム含有膜を対象物の凹部にカバレージ良く均一に成膜することができる。また、銅配線の低抵抗化を図るとともに、銅含有膜に高い埋め込み特性を与えることができる。   According to the invention described in claim 8, it is possible to more reliably form a ruthenium-containing film in the concave portion of the object with good coverage and uniformity. In addition, the resistance of the copper wiring can be reduced and high embedding characteristics can be given to the copper-containing film.

請求項9に記載の発明においては、請求項1〜8のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法であって、前記有機銅錯体が、ビス(2,6−ジメチル−2−(トリメチルシリルオキシ)−3,5−ヘプタンジオナト)銅錯体であることを要旨とする。   The invention according to claim 9 is the method of manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 1 to 8, wherein the organic copper complex is bis (2,6-dimethyl-2- (trimethylsilyl). It is summarized as being an oxy) -3,5-heptanedionato) copper complex.

請求項9に記載の発明によれば銅配線の低抵抗化を図ることができ、また銅含有膜に高い埋め込み特性を与えることができる。
請求項10に記載の発明においては、請求項1〜9のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法であって、前記銅含有膜を埋め込む工程は、前記対象物の表面の単位面積あたりの前記銅錯体の供給量が、1×10−7〜5×10−5mol/min・cm2 であることを要
旨とする。
According to the ninth aspect of the present invention, the resistance of the copper wiring can be reduced, and high embedding characteristics can be given to the copper-containing film.
In invention of Claim 10, It is a manufacturing method of the semiconductor device as described in any one of Claims 1-9, Comprising: The process of embedding the said copper containing film | membrane is per unit area of the surface of the said target object. The supply amount of the copper complex is 1 × 10 −7 to 5 × 10 −5 mol / min · cm 2 .

請求項10に記載の半導体装置の製造方法によれば、前記有機銅錯体を、1×10−7mol/min・cm2 以上の供給量で供給することにより、銅含有膜を確実に堆積させることが
できる。また、前記有機銅錯体を、5×10−5mol/min・cm2 以下の供給量で供給する
ことにより、銅含有膜に高い埋め込み特性を与えることができる。
According to the method of manufacturing a semiconductor device according to claim 10, the copper-containing film is reliably deposited by supplying the organocopper complex at a supply amount of 1 × 10 −7 mol / min · cm 2 or more. be able to. Further, by supplying the organic copper complex at a supply amount of 5 × 10 −5 mol / min · cm 2 or less, high embedding characteristics can be given to the copper-containing film.

請求項11に記載の発明においては、請求項1〜10のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法であって、前記銅含有膜を埋め込む工程は、前記対象物の温度を150℃〜350℃にすることを要旨とする。   In invention of Claim 11, It is a manufacturing method of the semiconductor device as described in any one of Claims 1-10, Comprising: The process of embedding the said copper containing film | membrane is 150 degreeC ~ The gist is to set the temperature to 350 ° C.

請求項11に記載の発明によれば、対象物の温度の規定によって、第二還元性ガスの還元作用に、より高い再現性を与えることができ、銅配線の低抵抗化を図るとともに、銅含有膜に高い埋め込み特性を与えることができる。また、対象物の温度を150℃以上にすることによって、銅含有膜の成長反応を促進させることができる。また、対象物の温度を350℃以下にすることによって、有機成分の過剰な分解反応や下地材料の熱的損傷を回避させることができる。   According to the eleventh aspect of the present invention, it is possible to give higher reproducibility to the reducing action of the second reducing gas by regulating the temperature of the object, to reduce the resistance of the copper wiring, and to reduce the copper resistance. High embedding characteristics can be imparted to the containing film. Moreover, the growth reaction of the copper-containing film can be promoted by setting the temperature of the object to 150 ° C. or higher. Further, by setting the temperature of the object to 350 ° C. or lower, it is possible to avoid excessive decomposition reaction of organic components and thermal damage of the base material.

請求項12に記載の発明においては、請求項1〜11のいずれか1つに記載の半導体装
置の製造方法であって、前記銅含有膜を埋め込む工程は、前記第二還元性ガスが、水素原子を含有するガスであることを要旨とする。
According to a twelfth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device according to any one of the first to eleventh aspects, the step of embedding the copper-containing film includes the step of filling the second reducing gas with hydrogen. The gist is that the gas contains atoms.

請求項12に記載の発明によれば、銅配線の低抵抗化を図るとともに、銅含有膜に高い埋め込み特性を与えることができる。
請求項13に記載の発明においては、請求項1〜12のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法であって、前記銅含有膜を埋め込む工程は、前記第二還元性ガスが、水素(H)であることを要旨とする。
According to the twelfth aspect of the present invention, it is possible to reduce the resistance of the copper wiring and to give high embedding characteristics to the copper-containing film.
According to a thirteenth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device according to any one of the first to twelfth aspects, the step of embedding the copper-containing film includes the step of filling the second reducing gas with hydrogen. It is summarized as (H 2 ).

請求項13に記載の発明によれば、銅配線の低抵抗化を図るとともに、銅含有膜に高い埋め込み特性を与えることができる。
請求項14に記載の発明においては、請求項1〜13のいずれか1つに記載の半導体装
置の製造方法であって、前記ルテニウム含有膜が微粒子膜であることを要旨とする。
According to the thirteenth aspect of the present invention, it is possible to reduce the resistance of the copper wiring and to give high embedding characteristics to the copper-containing film.
The invention according to claim 14 is the method for manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 1 to 13, wherein the ruthenium-containing film is a fine particle film.

銅材料の埋め込み技術としては、一般に電気化学的反応を利用するめっき法と、銅錯体の熱分解反応を利用するCVD法とが知られている。これらのうちでCVD法はめっき法に比べて高い埋め込み特性を有することから、デザインルールの縮小化に対応すべく、銅材料の埋め込み技術として期待されている。こうしたCVD法を利用する場合にあっては銅材料からなる初期膜の成長が下地の表面状態に大きく影響されるがために、銅含有膜の成長速度が安定するまでの潜伏時間、いわゆるインキュベーションタイムが非常に長くなってしまう。請求項9の発明によればルテニウム含有膜が表面積の大きい微粒子膜で構成されることから、ルテニウム含有膜と銅含有膜とを含む銅配線の低抵抗化を図りつつ、こうしたインキュベーションタイムの短縮化を図ることもできる。   As a copper material embedding technique, generally, a plating method using an electrochemical reaction and a CVD method using a thermal decomposition reaction of a copper complex are known. Among these, since the CVD method has higher embedding characteristics than the plating method, it is expected as a copper material embedding technique in order to cope with a reduction in design rules. In the case of using such a CVD method, since the growth of the initial film made of a copper material is greatly influenced by the surface condition of the base, the incubation time until the growth rate of the copper-containing film is stabilized, the so-called incubation time Will be very long. According to the invention of claim 9, since the ruthenium-containing film is composed of a fine particle film having a large surface area, such an incubation time can be shortened while reducing the resistance of the copper wiring including the ruthenium-containing film and the copper-containing film. Can also be planned.

請求項15に記載の発明においては、前記ルテニウム含有膜の成膜空間におけるリーク量を10−2(Pa・m/秒)以下にすることにより前記微粒子膜を成膜することを要旨とする。 The gist of the invention described in claim 15 is that the fine particle film is formed by setting the amount of leakage in the film formation space of the ruthenium-containing film to 10 −2 (Pa · m 3 / sec) or less. .

請求項15に記載の発明によれば、ルテニウム含有膜の成膜空間におけるリーク量を設定するだけの簡単な方法によりルテニウム含有膜を微粒子膜にすることができる。   According to the fifteenth aspect of the present invention, the ruthenium-containing film can be formed into a fine particle film by a simple method that merely sets the amount of leakage in the deposition space of the ruthenium-containing film.

上記したように、本発明によれば、ルテニウム含有膜と銅含有膜とを含む銅配線の低抵抗化を図るとともに、銅含有膜に高い埋め込み特性を与え、その信頼性を向上させた半導体装置の製造方法を提供することができる。また、ルテニウム含有膜成膜後の還元工程が不要となるので、工程時間を短縮することができる。   As described above, according to the present invention, the resistance of a copper wiring including a ruthenium-containing film and a copper-containing film is reduced, and a high embedding characteristic is given to the copper-containing film to improve its reliability. The manufacturing method of can be provided. Further, since the reduction process after the formation of the ruthenium-containing film is not necessary, the process time can be shortened.

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。まず、本発明に利用する半導体装置の製造装置について説明する。
図1は、半導体装置の製造装置10を模式的に示す平面図である。図1において、製造装置10は、ロードロックチャンバFL(以下単に、LLチャンバFLという。)と、LLチャンバFLに連結される搬送チャンバFTと、搬送チャンバFTに連結されるRuチャンバF1、前処理チャンバF2、及びCuチャンバF3を有する。
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of the invention will be described with reference to the drawings. First, a semiconductor device manufacturing apparatus used in the present invention will be described.
FIG. 1 is a plan view schematically showing a semiconductor device manufacturing apparatus 10. In FIG. 1, a manufacturing apparatus 10 includes a load lock chamber FL (hereinafter simply referred to as an LL chamber FL), a transfer chamber FT connected to the LL chamber FL, a Ru chamber F1 connected to the transfer chamber FT, and a pretreatment. It has a chamber F2 and a Cu chamber F3.

LLチャンバFLは、減圧可能な内部空間(以下単に、収容室FLaという。)を有し、複数の基板Sを搬入及び搬出する。LLチャンバFLは、基板Sの成膜処理を開始するとき、収容室FLaを減圧して基板Sを搬送チャンバFTに搬入し、また、基板Sの成膜処理を終了するとき、収容室FLaを大気開放して基板Sを製造装置10の外部へ搬出する。基板Sとしては、例えば、シリコン基板やガラス基板などを用いることができる。   The LL chamber FL has an internal space (hereinafter simply referred to as a storage chamber FLa) that can be decompressed, and carries in and out a plurality of substrates S. The LL chamber FL depressurizes the storage chamber FLa when starting the film formation process of the substrate S, and carries the substrate S into the transfer chamber FT. When the film formation process of the substrate S is completed, the LL chamber FL The substrate S is unloaded to the outside of the manufacturing apparatus 10 after being opened to the atmosphere. As the substrate S, for example, a silicon substrate or a glass substrate can be used.

搬送チャンバFTは、減圧可能な内部空間(以下単に、搬送室FTaという。)を有し、LLチャンバFL、RuチャンバF1、前処理チャンバF2、CuチャンバF3と解除可能に連通して共通する真空系を形成可能にする。搬送室FTaは、基板Sを搬送するための搬送ロボットRBを搭載し、基板Sの成膜処理を開始するとき、LLチャンバFLの基板Sを搬送チャンバFTに搬入する。搬送ロボットRBは、搬送経路に関するデータに基づいて、基板SをRuチャンバF1に搬送し、続いて、前処理チャンバF2、その後に、CuチャンバF3に搬送してLLチャンバFLに搬出する。あるいは、搬送ロボットRBは、搬送経路に関するデータに基づいて、基板SをRuチャンバF1に搬送し、その後に、前処理チャンバF2に搬送してLLチャンバFLに搬出する。   The transfer chamber FT has an internal space that can be depressurized (hereinafter simply referred to as a transfer chamber FTa), and a vacuum that is releasably communicated with the LL chamber FL, the Ru chamber F1, the pretreatment chamber F2, and the Cu chamber F3. Make the system formable. The transfer chamber FTa is equipped with a transfer robot RB for transferring the substrate S, and loads the substrate S of the LL chamber FL into the transfer chamber FT when starting the film forming process of the substrate S. The transport robot RB transports the substrate S to the Ru chamber F1, based on the data related to the transport path, and then transports the substrate S to the pretreatment chamber F2, and then to the Cu chamber F3 and unloads it to the LL chamber FL. Alternatively, the transport robot RB transports the substrate S to the Ru chamber F1, based on the data related to the transport path, and then transports the substrate S to the pretreatment chamber F2 and unloads it to the LL chamber FL.

次に、RuチャンバF1、前処理チャンバF2、及びCuチャンバF3について以下に説明する。図2は、RuチャンバF1の構成を模式的に示す側断面図である。なお、前処理チャンバF2及びCuチャンバF3は、RuチャンバF1が有する原料供給ユニットSUを変更したものであるため、前処理チャンバF2及びCuチャンバF3については、その変更点についてのみ説明する。   Next, the Ru chamber F1, the pretreatment chamber F2, and the Cu chamber F3 will be described below. FIG. 2 is a side sectional view schematically showing the configuration of the Ru chamber F1. In addition, since the pretreatment chamber F2 and the Cu chamber F3 are obtained by changing the raw material supply unit SU included in the Ru chamber F1, only the changes of the pretreatment chamber F2 and the Cu chamber F3 will be described.

RuチャンバF1は、ルテニウムを含有するルテニウム含有膜(以下単に、Ru膜という。)を、CVD法を用いて形成するための成膜空間を有したチャンバである。CuチャンバF3は、銅を含有する銅含有膜(以下単に、Cu膜という。)を、CVD法を用いて形成するためのチャンバである。前処理チャンバF2は、Ru膜の上にCu膜を積層する前に、Ru膜に対して所定の前処理を施し、Ru膜の抵抗値を低下させる、又は、Ru膜とCu膜の密着性を向上させるためのチャンバである。   The Ru chamber F1 is a chamber having a film formation space for forming a ruthenium-containing film containing ruthenium (hereinafter simply referred to as a Ru film) using a CVD method. The Cu chamber F3 is a chamber for forming a copper-containing film containing copper (hereinafter simply referred to as a Cu film) using a CVD method. The pretreatment chamber F2 performs a predetermined pretreatment on the Ru film before laminating the Cu film on the Ru film to reduce the resistance value of the Ru film, or the adhesion between the Ru film and the Cu film. It is a chamber for improving.

図2において、RuチャンバF1は、搬送チャンバFTに連結されて上部を開口する有底筒状のチャンバ本体21と、チャンバ本体21の上部に配設されてチャンバ本体21の上部開口を開閉可能にするチャンバリッド22を有する。チャンバ本体21は、その開口がチャンバリッド22に閉ざされることによって、チャンバ本体21とチャンバリッド22とに囲まれる空間(以下単に、成膜空間である処理空間Faという。)を形成する。   In FIG. 2, the Ru chamber F1 is connected to the transfer chamber FT and has a bottomed cylindrical chamber main body 21 that opens at the top, and is disposed on the top of the chamber main body 21 so that the upper opening of the chamber main body 21 can be opened and closed. A chamber lid 22 is provided. The chamber body 21 is closed by the chamber lid 22 to form a space surrounded by the chamber body 21 and the chamber lid 22 (hereinafter simply referred to as a processing space Fa, which is a film formation space).

処理空間Faは、基板Sを載置するステージ23を有し、搬送チャンバFTから搬入される基板Sを収容する。ステージ23は、ヒータ電源HGに接続されるヒータHを搭載し、このヒータHが駆動されるとき、載置する基板Sを所定の温度(例えば、150℃〜500℃)に昇温する。   The processing space Fa includes a stage 23 on which the substrate S is placed, and accommodates the substrate S carried in from the transfer chamber FT. The stage 23 is equipped with a heater H connected to a heater power supply HG, and when the heater H is driven, the substrate S to be placed is heated to a predetermined temperature (for example, 150 ° C. to 500 ° C.).

処理空間Faの右側には、排気ポートP0を介して排気ユニットPUが接続され、また、処理空間Faの左側には、処理空間Faの圧力を検出して検出結果を出力する圧力センサPG1が接続されている。排気ユニットPUは、排気バルブV1、圧力調整バルブV2、原料トラップT、ターボ分子ポンプ、及びドライポンプなどの各種の排気装置Pにより構成され、圧力センサPG1の検出結果に応じて圧力調整バルブV2が駆動されるとき、処理空間Faの圧力を所定の圧力(例えば、10Pa〜10Pa)に調整する。また、原料トラップTを除く排気ユニットPUの各部は、所定の温度(20℃〜250℃)に調整されて、処理空間Faから排気される原料の液化を回避して排気能力を維持する。 An exhaust unit PU is connected to the right side of the processing space Fa via an exhaust port P0, and a pressure sensor PG1 that detects the pressure of the processing space Fa and outputs a detection result is connected to the left side of the processing space Fa. Has been. The exhaust unit PU is composed of various exhaust devices P such as an exhaust valve V1, a pressure adjustment valve V2, a raw material trap T, a turbo molecular pump, and a dry pump, and the pressure adjustment valve V2 depends on the detection result of the pressure sensor PG1. When driven, the pressure of the processing space Fa is adjusted to a predetermined pressure (for example, 10 2 Pa to 10 5 Pa). Further, each part of the exhaust unit PU excluding the raw material trap T is adjusted to a predetermined temperature (20 ° C. to 250 ° C.) to avoid liquefaction of the raw material exhausted from the processing space Fa and maintain the exhaust capability.

処理空間Faの上側には、処理空間Faにガスを導入するためのシャワーヘッド24が配設されている。シャワーヘッド24は、所定の温度(20℃〜250℃)に調整されて、導入される原料SCの液化を回避し、原料SCの導出を円滑にする。シャワーヘッド24は、複数の第一供給孔K1と、各第一供給孔K1から独立する複数の第二供給孔K2を有する。各第一供給孔K1は、それぞれチャンバリッド22の上部右側に設けられる第一ポートP1に共通接続され、また、各第二供給孔K2は、それぞれチャンバリッド22の
上部左側に設けられる第二ポートP2に共通接続されている。
A shower head 24 for introducing gas into the processing space Fa is disposed above the processing space Fa. The shower head 24 is adjusted to a predetermined temperature (20 ° C. to 250 ° C.) to avoid liquefaction of the introduced raw material SC and to smoothly lead out the raw material SC. The shower head 24 includes a plurality of first supply holes K1 and a plurality of second supply holes K2 that are independent from the first supply holes K1. Each first supply hole K1 is commonly connected to a first port P1 provided on the upper right side of the chamber lid 22, and each second supply hole K2 is a second port provided on the upper left side of the chamber lid 22, respectively. Commonly connected to P2.

第一ポートP1は、還元性ガスラインLrを介して、還元性ガスGrのマスフローコントローラMFC1と、キャリアガス(例えば、ヘリウム(He )、アルゴン(Ar )、窒素(N2 )など)のマスフローコントローラMFC2に接続されている。第一ポートP1は
、マスフローコントローラMFC2が所定量のキャリアガスを導入するとき、各第一供給孔K1を通じて基板Sの略全面にわたりキャリアガスを均一に供給する。この際、第一ポートP1は、マスフローコントローラMFC1が所定量の還元性ガスGrを導入するとき、キャリアガスに搬送される還元性ガスGrを、各第一供給孔K1を通じて基板Sの略全面にわたり均一に供給する。
The first port P1 is connected to the mass flow controller MFC1 for the reducing gas Gr and the mass flow controller for the carrier gas (for example, helium (He 2), argon (Ar 2 ), nitrogen (N 2 ), etc.) via the reducing gas line Lr. Connected to MFC2. The first port P1 uniformly supplies the carrier gas over substantially the entire surface of the substrate S through the first supply holes K1 when the mass flow controller MFC2 introduces a predetermined amount of carrier gas. At this time, when the mass flow controller MFC1 introduces a predetermined amount of the reducing gas Gr, the first port P1 allows the reducing gas Gr conveyed to the carrier gas to flow over substantially the entire surface of the substrate S through the first supply holes K1. Supply evenly.

還元性ガスGrとしては、乖離して水素ラジカルや水素イオンを放出するものを用いることができ、また、水素(H2 )、アンモニア(NH3 )、ヒドラジン誘導体、シラン(SiH4 )、ジシラン(Si2H6 )からなる群から選択される少なくともいずれか一つを用いることができる。また、ヒドラジン誘導体としては、ヒドラジンの水素原子の1つもしくは2つを、メチル基と、エチル基と、直鎖又は分岐のブチル基とからなる群から選択される基で置換したものを用いることができる。なお、還元性ガスGrの流量が十分に大きく、その供給を安定可能とする場合には、キャリアガス、すなわち、マスフローコントローラMFC2を有しない構成であってもよい。 As the reducing gas Gr, a gas that dissociates and releases hydrogen radicals or hydrogen ions can be used, and hydrogen (H 2 ), ammonia (NH 3 ), hydrazine derivatives, silane (SiH 4 ), disilane ( At least one selected from the group consisting of Si 2 H 6 ) can be used. Further, as the hydrazine derivative, one in which one or two hydrogen atoms of hydrazine are substituted with a group selected from the group consisting of a methyl group, an ethyl group, and a linear or branched butyl group is used. Can do. In the case where the flow rate of the reducing gas Gr is sufficiently large so that the supply of the reducing gas Gr can be stabilized, a configuration without the carrier gas, that is, the mass flow controller MFC2 may be used.

第二ポートP2は、原料ガスラインLsを介して、供給部を構成する原料供給ユニットSUに接続されている。原料供給ユニットSUは、Ru膜の原料SCを貯留する原料タンク25と、原料タンク25に接続される液体マスフローコントローラLMFCと、液体マスフローコントローラLMFCに接続される気化装置IUを有する。原料供給ユニットSU及び原料ガスラインLsは、所定の温度(20℃〜250℃)に調整されて、原料SCの液化を回避して原料SCの送給を円滑にする。   The second port P2 is connected to the raw material supply unit SU constituting the supply unit via the raw material gas line Ls. The raw material supply unit SU includes a raw material tank 25 for storing the Ru film raw material SC, a liquid mass flow controller LMFC connected to the raw material tank 25, and a vaporizer IU connected to the liquid mass flow controller LMFC. The raw material supply unit SU and the raw material gas line Ls are adjusted to a predetermined temperature (20 ° C. to 250 ° C.) to avoid the liquefaction of the raw material SC and smoothly feed the raw material SC.

原料SCとしては、ビス(2−メトキシ−6−メチル−3,5−ヘプタンジオナト)−1,5ヘキサジエンルテニウム錯体を用いることができる。また、原料SCとしては、上記ルテニウム錯体を各種の溶媒(例えば、ヘキサン、オクタン、トルエン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサン、テトラヒドロフランなど)に溶解させた溶液を用いることができる。   As the raw material SC, bis (2-methoxy-6-methyl-3,5-heptanedionato) -1,5 hexadiene ruthenium complex can be used. As the raw material SC, a solution in which the ruthenium complex is dissolved in various solvents (for example, hexane, octane, toluene, cyclohexane, methylcyclohexane, ethylcyclohexane, tetrahydrofuran, etc.) can be used.

原料タンク25は、導出ガス(例えば、He,Ar,N2 など)の加圧を受けて、貯留する原
料SCを所定の圧力で導出する。液体マスフローコントローラLMFCは、原料タンク25が導出する原料SCを所定の供給量に調整して気化装置IUに導入する。気化装置IUは、キャリアガス(例えば、He,Ar,N2 など)のマスフローコントローラMFC3に接続
され、液体マスフローコントローラLMFCからの原料SCを気化させて、原料SCをキャリアガスとともに第二ポートP2へ導出する。第二ポートP2は、各第二供給孔K2を介して、気化装置IUからの原料SCを基板Sの略全面にわたり均一に供給する。
The raw material tank 25 receives pressure of a derived gas (for example, He, Ar, N 2, etc.) and derives the stored raw material SC at a predetermined pressure. The liquid mass flow controller LMFC adjusts the raw material SC derived from the raw material tank 25 to a predetermined supply amount and introduces the raw material SC into the vaporizer IU. The vaporizer IU is connected to a mass flow controller MFC3 of a carrier gas (for example, He, Ar, N 2 etc.), vaporizes the raw material SC from the liquid mass flow controller LMFC, and feeds the raw material SC together with the carrier gas to the second port P2. To derive. The second port P2 uniformly supplies the raw material SC from the vaporizer IU over substantially the entire surface of the substrate S through the second supply holes K2.

これによって、RuチャンバF1は、還元性ガスGrと原料SCの各々を、それぞれ独立する経路を通じて処理空間Faに供給させることができ、還元性ガスGrと原料SCを処理空間Faでのみ混合させることができる。この結果、原料SCが還元性ガスGrと高い反応性を有する場合であっても、原料SCに関わる反応を処理空間Faでのみ進行させることができる。   Thereby, the Ru chamber F1 can supply each of the reducing gas Gr and the raw material SC to the processing space Fa through independent paths, and the reducing gas Gr and the raw material SC are mixed only in the processing space Fa. Can do. As a result, even if the raw material SC has a high reactivity with the reducing gas Gr, the reaction related to the raw material SC can be advanced only in the processing space Fa.

原料ガスラインLsの途中には、原料トラップTに通じるバイパスラインLbが接続されている。原料供給ユニットSUは、処理空間Faに向けて原料SCを供給するとき、原料SCの供給量が安定するまで供給バルブV3を閉じ、かつ、切替バルブV4を開けて、
原料SCとキャリアガスをこのバイパスラインLbを通じて原料トラップTに導出する。原料供給ユニットSUは、原料SCの供給量が安定するとき、切替バルブV4を閉じ、かつ、供給バルブV3を開けて、原料SCとキャリアガスを処理空間Faに供給する。これによって、原料供給ユニットSUは、処理空間Faに対して原料SCの供給・停止の応答を急峻させることができる。
In the middle of the raw material gas line Ls, a bypass line Lb leading to the raw material trap T is connected. When supplying the raw material SC toward the processing space Fa, the raw material supply unit SU closes the supply valve V3 and opens the switching valve V4 until the supply amount of the raw material SC is stabilized.
The raw material SC and the carrier gas are led out to the raw material trap T through this bypass line Lb. When the supply amount of the raw material SC is stabilized, the raw material supply unit SU closes the switching valve V4 and opens the supply valve V3 to supply the raw material SC and the carrier gas to the processing space Fa. Thereby, the material supply unit SU can make the response of supply / stop of the material SC to the processing space Fa steep.

なお、この処理空間Faにおいては、リーク量が10−2(Pa・m3/秒)以下にできるように各部材ならびに各部材間のシール材を選択する構成が好ましい。処理空間Faにおけるリーク量の計測としては、まず供給バルブV3を閉じた状態で排気ユニットPUを駆動し、処理空間Faが所定の到達圧力、例えば10−1Paに到達するタイミングで排気バルブV1を閉じる、すなわち処理空間Faを密閉する。そして排気バルブV1を閉じてから所定の時間、例えば20分間が経過するまで圧力センサPG1を用いて処理空間Fa内の圧力を逐次計測し、排気バルブV1を閉じてから経過する経過時間の1秒あたりの圧力上昇分をリーク量として算出する。 In addition, in this process space Fa, the structure which selects the sealing material between each member and each member so that the amount of leaks can be 10 <-2 > (Pa * m < 3> / sec) or less is preferable. As a measurement of the leak amount in the processing space Fa, first, the exhaust unit PU is driven with the supply valve V3 closed, and the exhaust valve V1 is turned on when the processing space Fa reaches a predetermined ultimate pressure, for example, 10 −1 Pa. Close, that is, close the processing space Fa. Then, the pressure in the processing space Fa is sequentially measured using the pressure sensor PG1 until a predetermined time, for example, 20 minutes elapses after the exhaust valve V1 is closed, and 1 second of the elapsed time since the exhaust valve V1 is closed. The pressure increase per unit is calculated as the leak amount.

処理空間Faにあっては、このリーク量が10−2(Pa・m3/秒)以下になることにより処理空間Faに対する外気、すなわち酸素や水分の浸入を十分に抑えることができ、原料SCの熱分解反応に対して酸素や水分の影響を十分に抑制することができる。 In the processing space Fa, when the leakage amount is 10 −2 (Pa · m 3 / sec) or less, it is possible to sufficiently suppress the entry of outside air, that is, oxygen and moisture into the processing space Fa. The influence of oxygen and moisture on the thermal decomposition reaction can be sufficiently suppressed.

RuチャンバF1は、基板Sが搬入されるとき、還元性ガスラインLrを通じて処理空間Faに還元性ガスGrを供給し、排気ユニットPUを介して、処理空間Faの圧力を所定の圧力に調整する。例えば、RuチャンバF1は、10Pa以上の還元性ガスGrの雰囲気によって、還元性ガスGrの還元作用を十分に発現させ、かつ、10Pa以下の還元性ガスGrの雰囲気によって、排気ユニットPUに及ぼす過剰な負荷を回避する。 When the substrate S is loaded, the Ru chamber F1 supplies the reducing gas Gr to the processing space Fa through the reducing gas line Lr, and adjusts the pressure of the processing space Fa to a predetermined pressure via the exhaust unit PU. . For example, the Ru chamber F1 sufficiently develops the reducing action of the reducing gas Gr by the atmosphere of the reducing gas Gr of 10 3 Pa or more, and the exhaust unit by the atmosphere of the reducing gas Gr of 10 4 Pa or less. Avoid excessive load on the PU.

RuチャンバF1は、基板Sが搬入されるとき、ステージ23に基板Sを載置し、ヒータHを介して、基板Sを所定の温度に昇温する。例えば、RuチャンバF1は、250℃以上の加熱によって原料SCの熱分解反応を開始し、かつ、400℃以下の温度調整によって下層配線などの下層導電体の熱的損傷を回避する。   When the substrate S is loaded, the Ru chamber F1 places the substrate S on the stage 23 and raises the temperature of the substrate S to a predetermined temperature via the heater H. For example, the Ru chamber F1 starts a thermal decomposition reaction of the raw material SC by heating at 250 ° C. or higher, and avoids thermal damage to lower layer conductors such as lower layer wiring by adjusting the temperature to 400 ° C. or lower.

RuチャンバF1は、還元性ガスGrの雰囲気が形成されて、基板Sが所定の温度に昇温されるとき、原料ガスラインLsを通じて、処理空間Faに所定の量の原料SCを供給し、還元性ガスGrの雰囲気の下で原料SCを熱分解させ、基板Sの上にRu膜を堆積させる。   The Ru chamber F1 supplies a predetermined amount of raw material SC to the processing space Fa through the raw material gas line Ls when the atmosphere of the reducing gas Gr is formed and the substrate S is heated to a predetermined temperature, The raw material SC is thermally decomposed under the atmosphere of the reactive gas Gr, and a Ru film is deposited on the substrate S.

これによって、RuチャンバF1は、下層導電体の酸化物とRu膜の酸化物を、それぞれ還元性ガスGrによって還元し、金属状態に近づけることができる。そして、RuチャンバF1は、下層導電体とRu膜との間において、酸化膜の介入を抑えて、下層導電体とRu膜との間を、低い接触抵抗の下で接続させることができる。また上述のように処理空間Faのリーク量が10−2(Pa・m/秒)以下である場合にあっては、原料SCの熱分解反応が外部からの酸素や水分を殆ど介在させない状態で進行するために、Ruを主成分とする結晶粒の成長が促進されて、こうした多数の結晶粒からなる微粒子膜としてRu膜を形成することもできる。 As a result, the Ru chamber F1 can reduce the oxide of the lower conductor and the oxide of the Ru film by the reducing gas Gr, respectively, and can be brought close to the metal state. The Ru chamber F1 can connect the lower conductor and the Ru film with low contact resistance while suppressing the intervention of the oxide film between the lower conductor and the Ru film. Further, as described above, when the amount of leakage in the processing space Fa is 10 −2 (Pa · m 3 / sec) or less, the thermal decomposition reaction of the raw material SC hardly causes oxygen or moisture from the outside to intervene. Therefore, the growth of crystal grains mainly composed of Ru is promoted, and the Ru film can be formed as a fine particle film composed of such a large number of crystal grains.

前処理チャンバF2は、RuチャンバF1と略同じ構成を有するチャンバであって、上記原料供給ユニットSUを有しない点において、RuチャンバF1と異なり、また、マスフローコントローラMFC1が前処理に用いる前処理ガスGpを供給する点において異なる。前処理ガスGpとしては、例えば、前処理チャンバF2が不活性ガスの雰囲気の下で熱処理を実行する場合、不活性ガス(例えば、He,Ar,N2 など)を用いることができる。
また、前処理ガスGpとしては、例えば、還元性ガスの雰囲気の下で熱処理を実行する場
合、還元性ガスを用いることができる。
The pretreatment chamber F2 is a chamber having substantially the same configuration as the Ru chamber F1, and is different from the Ru chamber F1 in that it does not have the raw material supply unit SU, and the pretreatment gas used by the mass flow controller MFC1 for pretreatment. It differs in that Gp is supplied. As the pretreatment gas Gp, for example, when the pretreatment chamber F2 performs a heat treatment under an inert gas atmosphere, an inert gas (eg, He, Ar, N 2, etc.) can be used.
In addition, as the pretreatment gas Gp, for example, a reducing gas can be used when heat treatment is performed in an atmosphere of a reducing gas.

前処理チャンバF2は、基板Sが搬入されるとき、還元性ガスラインLrを通じて処理空間Faに前処理ガスGpを供給し、排気ユニットPUの駆動によって、処理空間Faの圧力を所定の圧力に調整する。例えば、前処理チャンバF2は、10Pa以上の還元性ガスGrの雰囲気によって、Ru膜の酸化物を確実に還元させ、かつ、10Pa以下の還元雰囲気によって、排気ユニットPUに及ぼす過剰な負荷を回避させる。 When the substrate S is loaded, the pretreatment chamber F2 supplies the pretreatment gas Gp to the treatment space Fa through the reducing gas line Lr, and adjusts the pressure of the treatment space Fa to a predetermined pressure by driving the exhaust unit PU. To do. For example, the pretreatment chamber F2 reliably reduces the oxide of the Ru film by the atmosphere of the reducing gas Gr of 10 2 Pa or more, and excessively affects the exhaust unit PU by the reducing atmosphere of 10 5 Pa or less. Avoid the load.

前処理チャンバF2は、基板Sが搬入されるとき、ステージ23に基板Sを載置し、ヒータHを介して、基板Sを所定の温度に調整する。例えば、前処理チャンバF2は、基板Sを150℃以上に昇温させて、Ru膜に残存する有機成分を効果的に排気させる。また、前処理チャンバF2は、基板Sを500℃以下に調整させて下層導電体の熱的損傷を回避させる。   When the substrate S is loaded, the pretreatment chamber F2 places the substrate S on the stage 23 and adjusts the substrate S to a predetermined temperature via the heater H. For example, the pretreatment chamber F2 raises the temperature of the substrate S to 150 ° C. or higher, and effectively exhausts organic components remaining in the Ru film. Further, the pretreatment chamber F2 adjusts the substrate S to 500 ° C. or less to avoid thermal damage to the lower layer conductor.

これによって、前処理チャンバF2は、基板Sに堆積されるRu膜に対し、その低抵抗化を図るための所定の前処理を施すことができる。
CuチャンバF3は、上記RuチャンバF1と略同じ構成を有するチャンバであって、上記原料SCが一般式(2)で示される有機銅錯体である点において上記RuチャンバF1と異なり、その他の点においては上記RuチャンバF1と同じ構成である。
Accordingly, the pretreatment chamber F2 can perform a predetermined pretreatment for reducing the resistance of the Ru film deposited on the substrate S.
The Cu chamber F3 is a chamber having substantially the same configuration as the Ru chamber F1, and differs from the Ru chamber F1 in that the raw material SC is an organic copper complex represented by the general formula (2). Has the same configuration as the Ru chamber F1.

前記銅錯体としては、ビス(2,6−ジメチル−2−(トリメチルシリルオキシ)−3,5−ヘプタンジオナト)銅錯体を用いることができる。また、原料SCとしては、前記銅錯体を各種の溶媒(例えば、ヘキサン、オクタン、トルエン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサン、テトラヒドロフランなど)に溶解させた溶液を用いることができる。   As the copper complex, bis (2,6-dimethyl-2- (trimethylsilyloxy) -3,5-heptanedionato) copper complex can be used. As the raw material SC, a solution in which the copper complex is dissolved in various solvents (for example, hexane, octane, toluene, cyclohexane, methylcyclohexane, ethylcyclohexane, tetrahydrofuran, etc.) can be used.

CuチャンバF3は、基板Sが搬入されるとき、還元性ガスラインLrを通じて処理空間Faに還元性ガスGrを供給し、排気ユニットPUを介して、処理空間Faの圧力を所定の圧力に調整する。例えば、CuチャンバF3は、10Pa以上の還元性ガスGrの雰囲気によって、還元性ガスGrの還元作用を十分に発現させ、かつ、10Pa以下の還元性ガスGrの雰囲気によって、排気ユニットPUに及ぼす過剰な負荷を回避する。 When the substrate S is loaded, the Cu chamber F3 supplies the reducing gas Gr to the processing space Fa through the reducing gas line Lr and adjusts the pressure of the processing space Fa to a predetermined pressure via the exhaust unit PU. . For example, the Cu chamber F3 sufficiently develops the reducing action of the reducing gas Gr by the atmosphere of the reducing gas Gr of 10 2 Pa or more, and the exhaust unit by the atmosphere of the reducing gas Gr of 10 5 Pa or less. Avoid excessive load on the PU.

CuチャンバF3は、基板Sが搬入されるとき、ステージ23に基板Sを載置し、ヒータHを介して、基板Sを所定の温度に昇温する。例えば、CuチャンバF3は、150℃以上の加熱によって原料SCの熱分解反応を開始し、かつ、350℃以下の温度調整によって下層配線、Ru膜、及びCu膜の熱的損傷を回避する。   When the substrate S is carried in, the Cu chamber F3 places the substrate S on the stage 23 and raises the temperature of the substrate S to a predetermined temperature via the heater H. For example, the Cu chamber F3 starts a thermal decomposition reaction of the raw material SC by heating at 150 ° C. or higher, and avoids thermal damage to the lower layer wiring, the Ru film, and the Cu film by adjusting the temperature to 350 ° C. or lower.

CuチャンバF3は、還元性ガスGrの雰囲気が形成されて、基板Sが所定の温度に昇温されるとき、原料ガスラインLsを通じて、処理空間Faに所定の量の原料SCを供給し、還元性ガスGrの雰囲気の下で原料SCを熱分解させ、Ru膜の上にCu膜を堆積させる。例えば、CuチャンバF3は、前記有機銅錯体を5×10−5mol/min・cm2 〜1
×10−7mol/min・cm2 の範囲で供給する。CuチャンバF3は、前記有機銅錯体を、
1×10−7mol/min・cm2 以上の供給量で供給することにより、Cu膜を確実に堆積さ
せることができる。また、前記有機銅錯体を、5×10−5mol/min・cm2 以下の供給量
で供給することにより、Cu膜に対して、高い埋め込み特性を与えることができる。
The Cu chamber F3 supplies a predetermined amount of raw material SC to the processing space Fa through the raw material gas line Ls when the atmosphere of the reducing gas Gr is formed and the substrate S is heated to a predetermined temperature, The raw material SC is thermally decomposed under the atmosphere of the reactive gas Gr, and a Cu film is deposited on the Ru film. For example, the Cu chamber F3 contains 5 × 10 −5 mol / min · cm 2 to 1 of the organocopper complex.
Supply in the range of × 10 −7 mol / min · cm 2 . Cu chamber F3 contains the organic copper complex,
By supplying at a supply rate of 1 × 10 −7 mol / min · cm 2 or more, the Cu film can be reliably deposited. Further, by supplying the organocopper complex at a supply amount of 5 × 10 −5 mol / min · cm 2 or less, high embedding characteristics can be given to the Cu film.

これによって、CuチャンバF3は、Ru膜の酸化物とCu膜の酸化物を、それぞれ還元性ガスGrによって還元し、金属状態に近づけることができる。そして、CuチャンバF3は、Ru膜とCu膜との間において、酸化膜の介入を抑えて、Ru膜とCu膜との間を、低い接触抵抗の下で接続させることができる。また上述のようにRu膜を微粒子膜として構成する場合にあっては、Ru膜の表面を平滑面として構成する場合に比べてRu膜の表面積を大幅に増大できることから、Cu膜のインキュベーションタイムを大幅に短縮させることができ、Ru膜とCu膜との間の接触抵抗の低下を図りつつ、Cu膜の成膜に要する成膜時間の短縮化を図ることもできる。   As a result, the Cu chamber F3 can reduce the oxide of the Ru film and the oxide of the Cu film with the reducing gas Gr, respectively, so as to be close to the metal state. The Cu chamber F3 can connect the Ru film and the Cu film with a low contact resistance while suppressing the intervention of the oxide film between the Ru film and the Cu film. In addition, when the Ru film is configured as a fine particle film as described above, the surface area of the Ru film can be greatly increased compared to the case where the surface of the Ru film is configured as a smooth surface. The film formation time required for forming the Cu film can be shortened while reducing the contact resistance between the Ru film and the Cu film.

次に、上記半導体装置の製造装置10に関する電気的構成について以下に説明する。図3は、製造装置10の電気的構成を示す電気ブロック回路図である。
図3において、制御装置30は、半導体装置の製造装置10に各種の処理動作、例えば、基板Sの搬送処理、Ru膜の成膜処理、前処理、Cu膜の成膜処理などを実行させるものである。制御装置30は、各種の信号を入力するための入力I/F30Aと、各種の演算処理を実行するための演算部30Bと、各種データや各種プログラムを格納するための記憶部30Cと、各種の信号を出力するための出力I/F30Dを有する。
Next, an electrical configuration relating to the semiconductor device manufacturing apparatus 10 will be described below. FIG. 3 is an electric block circuit diagram showing an electrical configuration of the manufacturing apparatus 10.
In FIG. 3, the control device 30 causes the semiconductor device manufacturing apparatus 10 to execute various processing operations such as a substrate S transfer process, a Ru film formation process, a pre-process, and a Cu film formation process. It is. The control device 30 includes an input I / F 30A for inputting various signals, an arithmetic unit 30B for executing various arithmetic processes, a storage unit 30C for storing various data and various programs, An output I / F 30D for outputting a signal is provided.

制御装置30には、入力I/F30Aを介して、入力部31A、LLチャンバ検出部32A、搬送チャンバ検出部33A、Ruチャンバ検出部34A、前処理チャンバ検出部35A、及びCuチャンバ検出部36Aが接続されている。   The control device 30 includes an input unit 31A, an LL chamber detection unit 32A, a transfer chamber detection unit 33A, a Ru chamber detection unit 34A, a pretreatment chamber detection unit 35A, and a Cu chamber detection unit 36A via an input I / F 30A. It is connected.

入力部31Aは、起動スイッチや停止スイッチなどの各種の操作スイッチを有し、製造装置10が各種の処理動作に利用するためのデータを制御装置30に入力する。例えば、入力部31Aは、基板Sの搬送処理、Ru膜の成膜処理、前処理、Cu膜の成膜処理に関するデータを制御装置30に入力する。   The input unit 31 </ b> A has various operation switches such as a start switch and a stop switch, and inputs data to be used by the manufacturing apparatus 10 for various processing operations to the control apparatus 30. For example, the input unit 31 </ b> A inputs data related to the substrate S transport process, the Ru film deposition process, the pre-process, and the Cu film deposition process to the control device 30.

すなわち、入力部31Aは、基板Sの搬送経路(各種処理の処理順序)に関するデータを制御装置30に入力する。また、入力部31Aは、Ru膜の成膜処理を実行するための成膜条件(例えば、基板温度、還元性ガスGrの流量、原料SCの供給量、成膜圧力、成膜時間など)に関するデータを制御装置30に入力する。また、入力部31Aは、前処理を実行するための前処理条件(例えば、基板温度、前処理ガスGpの流量、処理圧力、処理時間など)に関するデータを制御装置30に入力する。また、入力部31Aは、Cu膜の成膜処理を実行するための成膜条件(例えば、基板温度、還元性ガスGrの流量、原料SCの供給量、成膜圧力、成膜時間など)に関するデータを制御装置30に入力する。   That is, the input unit 31 </ b> A inputs data related to the transport path (processing order of various processes) of the substrate S to the control device 30. Further, the input unit 31A relates to film forming conditions (for example, the substrate temperature, the flow rate of the reducing gas Gr, the supply amount of the raw material SC, the film forming pressure, the film forming time, etc.) for executing the Ru film forming process. Data is input to the control device 30. In addition, the input unit 31 </ b> A inputs data related to preprocessing conditions (for example, the substrate temperature, the flow rate of the preprocessing gas Gp, the processing pressure, the processing time, and the like) for executing the preprocessing to the control device 30. Further, the input unit 31A relates to film formation conditions (for example, the substrate temperature, the flow rate of the reducing gas Gr, the supply amount of the raw material SC, the film formation pressure, the film formation time, etc.) for executing the Cu film formation process. Data is input to the control device 30.

制御装置30は、入力部31Aから入力される各種のデータを受信して記憶部30Cに格納し、各種のデータに対応する条件の下で各種の処理動作を実行させる。
LLチャンバ検出部32Aは、LLチャンバFLの状態、例えば、収容室FLaの実圧力、基板Sの枚数などを検出し、その検出結果を制御装置30に入力する。搬送チャンバ検出部33Aは、搬送チャンバFTの状態、例えば、搬送ロボットRBのアーム位置などを検出し、その検出結果を制御装置30に入力する。
The control device 30 receives various data input from the input unit 31A, stores it in the storage unit 30C, and executes various processing operations under conditions corresponding to the various data.
The LL chamber detection unit 32 </ b> A detects the state of the LL chamber FL, for example, the actual pressure in the storage chamber FLa, the number of substrates S, and the like, and inputs the detection result to the control device 30. The transfer chamber detection unit 33A detects the state of the transfer chamber FT, for example, the arm position of the transfer robot RB, and inputs the detection result to the control device 30.

Ruチャンバ検出部34Aは、RuチャンバF1の状態、例えば、対応する基板Sの実温度、処理空間Faの実圧力、還元性ガスGrの実流量、原料SCの実供給量、実処理時間などを検出し、その検出結果を制御装置30に入力する。   The Ru chamber detection unit 34A determines the state of the Ru chamber F1, for example, the actual temperature of the corresponding substrate S, the actual pressure of the processing space Fa, the actual flow rate of the reducing gas Gr, the actual supply amount of the raw material SC, the actual processing time, and the like. The detection result is input to the control device 30.

前処理チャンバ検出部35Aは、前処理チャンバF2の状態、例えば、対応する基板Sの実温度、処理空間Faの実圧力、前処理ガスGpの実流量、実処理時間などを検出し、その検出信号を制御装置30に入力する。   The preprocessing chamber detection unit 35A detects the state of the preprocessing chamber F2, for example, the actual temperature of the corresponding substrate S, the actual pressure of the processing space Fa, the actual flow rate of the preprocessing gas Gp, the actual processing time, and the like. A signal is input to the control device 30.

Cuチャンバ検出部36Aは、CuチャンバF3の状態、例えば、対応する基板Sの実温度、処理空間Faの実圧力、還元性ガスGrの実流量、原料SCの実供給量、実処理時間などを検出し、その検出結果を制御装置30に入力する。   The Cu chamber detection unit 36A determines the state of the Cu chamber F3, for example, the actual temperature of the corresponding substrate S, the actual pressure of the processing space Fa, the actual flow rate of the reducing gas Gr, the actual supply amount of the raw material SC, the actual processing time, etc. The detection result is input to the control device 30.

制御装置30には、出力I/F30Dを介して、出力部31B、LLチャンバ駆動部32B、搬送チャンバ駆動部33B、Ruチャンバ駆動部34B、前処理チャンバ駆動部35B及びCuチャンバ駆動部36Bが接続されている。   An output unit 31B, an LL chamber driving unit 32B, a transfer chamber driving unit 33B, a Ru chamber driving unit 34B, a pretreatment chamber driving unit 35B, and a Cu chamber driving unit 36B are connected to the control device 30 via an output I / F 30D. Has been.

出力部31Bは、液晶ディスプレイなどの各種表示装置を有して製造装置10の処理状況に関する各種のデータを出力する。
制御装置30は、LLチャンバ検出部32Aからの検出結果を利用して、LLチャンバ駆動部32Bに対応する駆動制御信号をLLチャンバ駆動部32Bに出力する。LLチャンバ駆動部32Bは、制御装置30からの駆動制御信号に応答し、収容室FLaを減圧あるいは大気開放して基板Sの搬入あるいは搬出を可能にする。
The output unit 31B has various display devices such as a liquid crystal display and outputs various data related to the processing status of the manufacturing apparatus 10.
The control device 30 outputs a drive control signal corresponding to the LL chamber drive unit 32B to the LL chamber drive unit 32B using the detection result from the LL chamber detection unit 32A. The LL chamber drive unit 32B responds to a drive control signal from the control device 30, and allows the substrate S to be loaded or unloaded by depressurizing or opening the accommodation chamber FLa.

制御装置30は、搬送チャンバ検出部33Aからの検出結果を利用して、搬送チャンバ検出部33Aに対応する駆動制御信号を搬送チャンバ駆動部33Bに出力する。搬送チャンバ駆動部33Bは、制御装置30からの駆動制御信号に応答し、処理順序に従って、LLチャンバFL、搬送チャンバFT、RuチャンバF1、前処理チャンバF2、CuチャンバF3の順に基板Sを搬送する。   The control device 30 uses the detection result from the transfer chamber detection unit 33A to output a drive control signal corresponding to the transfer chamber detection unit 33A to the transfer chamber drive unit 33B. The transfer chamber drive unit 33B transfers the substrate S in the order of the LL chamber FL, the transfer chamber FT, the Ru chamber F1, the pretreatment chamber F2, and the Cu chamber F3 in response to the drive control signal from the control device 30. .

制御装置30は、Ruチャンバ検出部34Aからの検出結果を利用して、Ruチャンバ駆動部34Bに対応する駆動制御信号をRuチャンバ駆動部34Bに出力する。Ruチャンバ駆動部34Bは、制御装置30からの駆動制御信号に応答し、入力部31Aからの成膜条件の下でRu膜の成膜処理を実行する。   The control device 30 uses the detection result from the Ru chamber detection unit 34A to output a drive control signal corresponding to the Ru chamber drive unit 34B to the Ru chamber drive unit 34B. In response to the drive control signal from the control device 30, the Ru chamber drive unit 34B executes the Ru film formation process under the film formation conditions from the input unit 31A.

制御装置30は、前処理チャンバ検出部35Aからの検出結果を利用して、前処理チャンバ駆動部35Bに対応する駆動制御信号を前処理チャンバ駆動部35Bに出力する。前処理チャンバ駆動部35Bは、制御装置30からの駆動制御信号に応答し、入力部31Aからの前処理条件の下で所定の前処理を実行する。   The control device 30 uses the detection result from the pretreatment chamber detection unit 35A to output a drive control signal corresponding to the pretreatment chamber drive unit 35B to the pretreatment chamber drive unit 35B. In response to the drive control signal from the control device 30, the preprocessing chamber drive unit 35B performs a predetermined preprocessing under the preprocessing conditions from the input unit 31A.

制御装置30は、Cuチャンバ検出部36Aからの検出結果を利用して、Cuチャンバ駆動部36Bに対応する駆動制御信号をCuチャンバ駆動部36Bに出力する。Cuチャンバ駆動部36Bは、制御装置30からの駆動制御信号に応答し、入力部31AからのCu膜の成膜条件の下でCu膜の成膜処理を実行する。   The control device 30 uses the detection result from the Cu chamber detection unit 36A to output a drive control signal corresponding to the Cu chamber drive unit 36B to the Cu chamber drive unit 36B. In response to the drive control signal from the control device 30, the Cu chamber drive unit 36B executes a Cu film deposition process under the Cu film deposition conditions from the input unit 31A.

次に、半導体装置の製造方法について以下に説明する。図4は、半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。
まず、制御装置30は、銅配線を形成させるための操作信号を受けて、銅配線を形成するためのプログラムを記憶部30Cから読み出す。次いで、制御装置30は、LLチャンバFLに基板Sが投入されて、入力部31Aから入力される各種のデータを受信する(ス
テップS11)。そして、制御装置30は、LLチャンバFLの状態と搬送チャンバFTの状態を検出し、入力部31Aから入力される処理順序に従って基板Sの搬送処理を開始させる。
Next, a method for manufacturing a semiconductor device will be described below. FIG. 4 is a flowchart showing a method for manufacturing a semiconductor device.
First, the control device 30 receives an operation signal for forming a copper wiring, and reads a program for forming the copper wiring from the storage unit 30C. Next, the control device 30 inputs the substrate S into the LL chamber FL and receives various data input from the input unit 31A (step S11). Then, the control device 30 detects the state of the LL chamber FL and the state of the transfer chamber FT, and starts the transfer process of the substrate S according to the processing order input from the input unit 31A.

すなわち、制御装置30は、LLチャンバFLの基板SをRuチャンバF1まで搬送させ、入力部31AからのRu膜の成膜条件に基づいて、RuチャンバF1の処理空間Faに還元性ガスGrの雰囲気を形成する。また、制御装置30は、RuチャンバF1のヒータHを駆動して基板Sを昇温し、その後、対応する原料SCを供給させて、Ru膜の成膜処理を実行させる(ステップS12)。そして、制御装置30は、RuチャンバF1の状態を検出してRu膜の成膜処理が終了したか否かを判断し、Ru膜の成膜処理が終了すると、RuチャンバF1の基板Sを前処理チャンバF2まで搬送させる。   That is, the control device 30 conveys the substrate S of the LL chamber FL to the Ru chamber F1, and based on the Ru film formation conditions from the input unit 31A, the atmosphere of the reducing gas Gr in the processing space Fa of the Ru chamber F1. Form. Further, the control device 30 drives the heater H of the Ru chamber F1 to raise the temperature of the substrate S, and then supplies the corresponding raw material SC to execute the Ru film forming process (step S12). Then, the control device 30 detects the state of the Ru chamber F1 and determines whether or not the Ru film formation process is completed. When the Ru film formation process is completed, the control device 30 moves the substrate S in the Ru chamber F1 forward. It is conveyed to the processing chamber F2.

制御装置30は、基板Sを前処理チャンバF2まで搬送すると、入力部31Aからの前処理条件に基づいて、前処理チャンバF2の処理空間Faに前処理ガスGpの雰囲気を形成する。また、制御装置30は、前処理チャンバF2のヒータHを駆動して基板Sを昇温し、Ru膜とCu膜に対応する前処理を実行させる(ステップS13)。そして、制御装置30は、前処理チャンバF2の状態を検出して前処理が終了したか否かを判断し、前処理が終了すると、基板SをCuチャンバF3まで搬送させる。   When the controller 30 transports the substrate S to the preprocessing chamber F2, the control device 30 forms an atmosphere of the preprocessing gas Gp in the processing space Fa of the preprocessing chamber F2 based on the preprocessing conditions from the input unit 31A. Further, the control device 30 drives the heater H of the pretreatment chamber F2 to raise the temperature of the substrate S, and executes pretreatment corresponding to the Ru film and the Cu film (step S13). Then, the control device 30 detects the state of the preprocessing chamber F2 and determines whether or not the preprocessing is completed. When the preprocessing is completed, the substrate S is transferred to the Cu chamber F3.

制御装置30は、基板SをCuチャンバF3まで搬送すると、入力部31AからのCu膜の成膜条件に基づいて、CuチャンバF3の処理空間Faに還元性ガスGrの雰囲気を形成する。また、制御装置30は、CuチャンバF3のヒータHを駆動して基板Sを昇温し、その後、対応する原料SCを供給させて、Cu膜の成膜処理を実行させる(ステップS14)。そして、制御装置30は、CuチャンバF3の状態を検出してCu膜の成膜処理が終了したか否かを判断し、Cu膜の成膜処理が終了すると、CuチャンバF3の基板SをLLチャンバFLまで搬送させる。   When the controller 30 transports the substrate S to the Cu chamber F3, the control device 30 forms an atmosphere of the reducing gas Gr in the processing space Fa of the Cu chamber F3 based on the film formation conditions of the Cu film from the input unit 31A. Further, the control device 30 drives the heater H of the Cu chamber F3 to raise the temperature of the substrate S, and then supplies the corresponding raw material SC to execute the Cu film forming process (step S14). Then, the control device 30 detects the state of the Cu chamber F3 to determine whether or not the Cu film forming process is finished. When the Cu film forming process is finished, the control device 30 moves the substrate S in the Cu chamber F3 to LL. Transport to chamber FL.

以後同様に、制御装置30は、全ての基板Sの各々に対して、Ru膜の成膜処理、前処理、Cu膜の成膜処理を順に実行させてCu配線を形成させる。そして、制御装置30は、LLチャンバFLの状態を検出し、全ての基板Sに銅配線を形成させると、LLチャンバFLを大気開放させて全ての基板Sを外部に搬出させる。   Thereafter, similarly, the control device 30 sequentially performs the Ru film formation process, the pre-process, and the Cu film formation process on each of the substrates S to form Cu wirings. When the control device 30 detects the state of the LL chamber FL and forms copper wiring on all the substrates S, the control device 30 opens the LL chamber FL to the atmosphere and carries out all the substrates S to the outside.

(実施例1)
次に、上記半導体装置の製造装置10を用いて形成する銅配線の埋め込み性について以下に説明する。図4と図5は、それぞれ上記半導体装置の製造装置10を用いて形成したRu膜の埋め込み性と、Ru膜の上に形成したCu膜の埋め込み性を示すTEM(Transmission Electron Microscope )断面像である。
Example 1
Next, the embedding property of the copper wiring formed using the semiconductor device manufacturing apparatus 10 will be described below. 4 and 5 are TEM (Transmission Electron Microscope) cross-sectional images showing the embedding property of the Ru film formed using the semiconductor device manufacturing apparatus 10 and the embedding property of the Cu film formed on the Ru film, respectively. is there.

まず、基板Sとしてシリコン基板を用い、基板Sの上に絶縁層41を形成し、絶縁層41にホール径が50nm、アスペクト比(ホール深さ/ホール径)が8.2のホールVH(凹部)を形成した。次いで、以下に示すRu膜の成膜条件を用いて絶縁層41の表面にRu膜42を形成し、そのTEM断面像を撮像した。また、以下に示す前処理条件を用いてRu膜42に前処理を施し、続いて、以下に示すCu膜の成膜条件を用いてRu膜42の表面にCu膜43を形成し、そのTEM断面像を撮像した。   First, a silicon substrate is used as the substrate S, an insulating layer 41 is formed on the substrate S, and a hole VH (recessed portion) having a hole diameter of 50 nm and an aspect ratio (hole depth / hole diameter) of 8.2 is formed in the insulating layer 41. ) Was formed. Next, a Ru film 42 was formed on the surface of the insulating layer 41 using the following Ru film formation conditions, and a TEM cross-sectional image thereof was taken. Further, the Ru film 42 is pretreated using the following pretreatment conditions, and subsequently, the Cu film 43 is formed on the surface of the Ru film 42 using the Cu film formation conditions shown below. A cross-sectional image was taken.

(Ru膜の成膜条件)
・原料SC:n−オクタンを溶媒とする0.5(mol/L )のビス(2−メトキシ−6−メチル−3,5−ヘプタンジオナト)−1,5ヘキサジエンルテニウム錯体
・原料SCの供給量:8.5×10-7(mol/min・cm2
・還元性ガスGr:水素
・還元性ガスGrの流量:3(L/min )
・基板温度:270(℃)
・成膜圧力:2600(Pa )
・成膜時間:720(秒)
(前処理条件)
・基板温度:350(℃)
・プロセスガス:水素
・処理圧力:3500(Pa )
(Cu膜の成膜条件)
・原料SC:n−オクタンを溶媒とする0.5(mol/L )のビス(2,6−ジメチル−2−(トリメチルシリルオキシ)−3,5−ヘプタンジオナト)銅錯体
・原料SCの供給量:2.4×10−6(mol/min・cm2
・還元性ガスGr:水素
・還元性ガスGrの流量:3(L/min )
・基板温度:270(℃)
・成膜圧力:400(Pa )
・成膜時間:180(秒)
図5において、Ru膜42は、濃色領域で示され、絶縁層41の上部及びホールVHの内壁の全体にわたり約20nmの膜厚で均一に形成されていることが分かる。これによって、上記Ru膜の成膜処理、すなわち、β−ジケトネートルテニウム錯体を還元雰囲気下で熱分解する成膜処理によれば、下地が絶縁層41の場合であっても、高い膜厚均一性と高い段差被覆性を有するRu膜42を得られることが分かる。
(Ru film formation conditions)
Raw material SC: 0.5 (mol / L) bis (2-methoxy-6-methyl-3,5-heptanedionato) -1,5 hexadiene ruthenium complex using n-octane as a solvent. 8.5 × 10 −7 (mol / min · cm 2 )
・ Reducing gas Gr: flow rate of hydrogen and reducing gas Gr: 3 (L / min)
-Substrate temperature: 270 (° C)
・ Film pressure: 2600 (Pa)
・ Deposition time: 720 (seconds)
(Pretreatment conditions)
-Substrate temperature: 350 (° C)
・ Process gas: Hydrogen ・ Processing pressure: 3500 (Pa)
(Cu film forming conditions)
Raw material SC: 0.5 (mol / L) bis (2,6-dimethyl-2- (trimethylsilyloxy) -3,5-heptanedionato) copper complex with n-octane as a solventSupply amount of raw material SC: 2.4 × 10 −6 (mol / min · cm 2 )
・ Reducing gas Gr: flow rate of hydrogen and reducing gas Gr: 3 (L / min)
-Substrate temperature: 270 (° C)
・ Film formation pressure: 400 (Pa)
・ Deposition time: 180 (seconds)
In FIG. 5, it can be seen that the Ru film 42 is shown in a dark color region and is uniformly formed with a film thickness of about 20 nm over the upper portion of the insulating layer 41 and the entire inner wall of the hole VH. Thereby, according to the film formation process of the Ru film, that is, the film formation process in which the β-diketonate ruthenium complex is thermally decomposed in a reducing atmosphere, even if the base is the insulating layer 41, the film thickness is high. It can be seen that a Ru film 42 having uniformity and high step coverage can be obtained.

図6において、Cu膜43は、濃色領域で示され、ホールVHの内部の全体にわたりCu材料を均一に充填させていることが分かる。これによって、上記Ru膜の成膜処理、前処理及びCu膜の成膜処理によれば、高い埋め込み性を有するCu配線を形成させることができる。そして、連続する還元雰囲気下の処理によって、下地配線の酸化物、Ru膜の酸化物、Cu膜の酸化物をそれぞれ還元させて、銅配線の低抵抗化を図ることができる。(実施例2)
リーク量が10−2(Pa・m/秒)以下である処理空間Faにおいて以下に示すRu膜の成膜条件を用いて絶縁層41の表面にRu膜42を形成することにより実施例2を得た。そして実施例2のTEM断面像及びTEM平面像を撮像し、さらにRu微粒子の結晶性を確認すべく、同Ru膜42の全視野電子線回折像を撮像した。図7及び図8は実施例2のTEM断面像及びTEM平面像を示す。
In FIG. 6, the Cu film 43 is shown in a dark color region, and it can be seen that the Cu material is uniformly filled throughout the inside of the hole VH. Thus, according to the Ru film forming process, the pre-processing, and the Cu film forming process, a Cu wiring having high embeddability can be formed. Then, the resistance of the copper wiring can be reduced by reducing the oxide of the underlying wiring, the oxide of the Ru film, and the oxide of the Cu film, respectively, by the treatment in a continuous reducing atmosphere. (Example 2)
The Ru film 42 is formed on the surface of the insulating layer 41 using the following Ru film formation conditions in the processing space Fa in which the leak amount is 10 −2 (Pa · m 3 / sec) or less. Got. Then, a TEM cross-sectional image and a TEM plane image of Example 2 were taken, and a full-field electron diffraction image of the Ru film 42 was taken in order to confirm the crystallinity of the Ru fine particles. 7 and 8 show a TEM cross-sectional image and a TEM plane image of Example 2. FIG.

(Ru膜の成膜条件)
・原料SC:n−オクタンを溶媒とする0.5(mol/L )のビス(2−メトキシ−6−メチル−3,5−ヘプタンジオナト)−1,5ヘキサジエンルテニウム錯体
・原料SCの供給量:0.4(g/min )
・還元性ガスGr:水素
・還元性ガスGrの流量:3(L/min )
・基板温度:270(℃)
・成膜圧力:3500(Pa )
・成膜時間:720(秒)
図7及び図8において、Ru膜42は濃淡で示されるように、直系が数nmの多数のRu微粒子からなることが分かる。図9において、Ru膜42はRu微粒子の格子定数に対応するデバイシェラー環RDを示し、Ru微粒子の各々が結晶性を有した結晶粒であることが分かる。
(Ru film formation conditions)
Raw material SC: 0.5 (mol / L) bis (2-methoxy-6-methyl-3,5-heptanedionato) -1,5 hexadiene ruthenium complex using n-octane as a solvent. 0.4 (g / min)
・ Reducing gas Gr: flow rate of hydrogen and reducing gas Gr: 3 (L / min)
-Substrate temperature: 270 (° C)
-Film formation pressure: 3500 (Pa)
・ Deposition time: 720 (seconds)
7 and 8, it can be seen that the Ru film 42 is composed of a large number of Ru fine particles of several nm as shown in shades. In FIG. 9, the Ru film 42 shows a Debye-Scherrer ring RD corresponding to the lattice constant of Ru fine particles, and it can be seen that each of the Ru fine particles is a crystal grain having crystallinity.

(実施例3)
基板Sとしてシリコン酸化膜を有するシリコン基板を用い、シリコン酸化膜の上にチタン(Ti)膜を形成して以下に示すRu膜の成膜条件を用いたRu膜を形成した。続いて、以下に示すCu膜の成膜条件の下でその成膜時間を0〜120秒の範囲で変更して実施例3を得た。またRu膜を形成することなく、その他の条件を実施例3と同じくすることにより比較例1を得た。そして実施例3と比較例1についてXRF測定を行い、Cu膜の膜厚の指標であるCu原子に関連付けられるピーク強度を計測した。図10はCu膜の成膜時間とCu膜のXRF強度との関係を示す図である。
(Example 3)
A silicon substrate having a silicon oxide film was used as the substrate S, and a titanium (Ti) film was formed on the silicon oxide film to form a Ru film using the following Ru film formation conditions. Subsequently, Example 3 was obtained by changing the film formation time in the range of 0 to 120 seconds under the following Cu film formation conditions. Further, Comparative Example 1 was obtained by making the other conditions the same as Example 3 without forming the Ru film. Then, XRF measurement was performed on Example 3 and Comparative Example 1, and the peak intensity associated with Cu atoms, which is an index of the thickness of the Cu film, was measured. FIG. 10 is a graph showing the relationship between the deposition time of the Cu film and the XRF intensity of the Cu film.

図10において、比較例1ではCu膜の成膜が開始されるまでにCu膜の原料SCの供給時から約20秒の成膜時間が必要とされる一方で、実施例3ではCu膜の原料SCの供給とともに成膜が開始されることが分かり、そのインキュベーション時間が0秒であることが分かる。それゆえRuを主成分とする微粒子膜を形成することによりRuの結晶粒による触媒作用の増幅でCu膜のインキュベーションタイムを短縮化できることが分かる。しかも、実施例3においては、その成膜時間に対するXRF強度の増加率が比較例1における増加率よりも大きいことから、Cu膜の成膜速度を増加させることもできる。   In FIG. 10, in Comparative Example 1, a film formation time of about 20 seconds is required from the supply of the Cu film raw material SC until the film formation of the Cu film is started. It can be seen that the film formation starts with the supply of the raw material SC, and that the incubation time is 0 second. Therefore, it can be seen that by forming a fine particle film containing Ru as a main component, the incubation time of the Cu film can be shortened by amplification of the catalytic action by the Ru crystal grains. Moreover, in Example 3, since the increase rate of the XRF intensity with respect to the film formation time is larger than the increase rate in Comparative Example 1, the film formation rate of the Cu film can be increased.

(Ru膜の成膜条件)
・原料SC:n−オクタンを溶媒とする0.5(mol/L )のビス(2−メトキシキシ−6−メチル−3,5−ヘプタンジオナト)−1,5ヘキサジエンルテニウム錯体
・原料SCの供給量:0.4(g/min )
・還元性ガスGr:水素
・還元性ガスGrの流量:3(L/min )
・基板温度:270(℃)
・成膜圧力:3500(Pa )
・成膜時間:720(秒)
(Cu膜の成膜条件)
・原料SC:n−オクタンを溶媒とする0.5(mol/L )のビス(2,6−ジメチル−2−(トリメチルシリルオキシ)−3,5−ヘプタンジオナト)銅錯体
・原料SCの供給量:1.2(g/min )
・還元性ガスGr:水素
・還元性ガスGrの流量:3(L/min )
・基板温度:270(℃)
・成膜圧力:400(Pa )
(実施例4)
基板Sとしてシリコン酸化膜を有するシリコン基板を用い、シリコン酸化膜の上に窒化バナジウム(VN)膜を形成して実施例3と同じくRu膜を形成した。続いて、実施例3におけるCu膜の成膜条件において成膜時間を60秒、成膜圧力を400Pa〜3500Paの範囲で変更してその他を実施例3と同じくすることにより実施例4を得た。またRu膜を形成することなく、その他の条件を実施例4と同じくすることにより比較例2を得た。そして実施例4と比較例2についてXRF測定を行い、Cu膜の膜厚の指標であるCu原子に関連付けられるピーク強度を計測した。図11はCu膜の成膜圧力とCu膜のXRF強度との関係を示す図である。
(Ru film formation conditions)
Raw material SC: 0.5 (mol / L) bis (2-methoxyxy-6-methyl-3,5-heptanedionato) -1,5 hexadiene ruthenium complex using n-octane as a solvent. 0.4 (g / min)
・ Reducing gas Gr: flow rate of hydrogen and reducing gas Gr: 3 (L / min)
-Substrate temperature: 270 (° C)
-Film formation pressure: 3500 (Pa)
・ Deposition time: 720 (seconds)
(Cu film forming conditions)
Raw material SC: 0.5 (mol / L) bis (2,6-dimethyl-2- (trimethylsilyloxy) -3,5-heptanedionato) copper complex with n-octane as a solventSupply amount of raw material SC: 1.2 (g / min)
・ Reducing gas Gr: flow rate of hydrogen and reducing gas Gr: 3 (L / min)
-Substrate temperature: 270 (° C)
・ Film formation pressure: 400 (Pa)
Example 4
Using a silicon substrate having a silicon oxide film as the substrate S, a vanadium nitride (VN) film was formed on the silicon oxide film, and a Ru film was formed in the same manner as in Example 3. Subsequently, Example 4 was obtained by changing the film formation time to 60 seconds and the film formation pressure in the range of 400 Pa to 3500 Pa under the Cu film formation conditions in Example 3 and otherwise performing the same as in Example 3. . Further, Comparative Example 2 was obtained by making the other conditions the same as Example 4 without forming a Ru film. Then, XRF measurement was performed on Example 4 and Comparative Example 2, and the peak intensity associated with Cu atoms, which is an index of the thickness of the Cu film, was measured. FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the deposition pressure of the Cu film and the XRF intensity of the Cu film.

図11において、実施例4のXRF強度は400Pa〜3500Paの全ての圧力範囲において比較例2のXRF強度よりも大きい値を示し、実施例4におけるCu膜の成膜量が比較例2に比べて高いことが分かる。それゆえRuを主成分とする微粒子膜を形成することによりRuの結晶粒による触媒作用の増幅でCu膜の成膜速度を増大できることが分かる。また比較例2のXRF強度が3500Paにおいても増加し続ける一方、実施例4のXRF強度が1500Pa付近で飽和していることから、Cu膜の成膜過程をより低圧側で供給律速にすることができ、Ruを主成分とする微粒子膜を形成することにより原料
SCの利用効率をも向上できるが分かる。
In FIG. 11, the XRF intensity of Example 4 is larger than the XRF intensity of Comparative Example 2 in all pressure ranges of 400 Pa to 3500 Pa, and the amount of Cu film formed in Example 4 is larger than that of Comparative Example 2. I understand that it is expensive. Therefore, it can be seen that by forming a fine particle film containing Ru as a main component, the deposition rate of the Cu film can be increased by amplification of the catalytic action by the Ru crystal grains. In addition, while the XRF intensity of Comparative Example 2 continues to increase even at 3500 Pa, the XRF intensity of Example 4 is saturated near 1500 Pa, so the Cu film formation process can be rate-controlled on the lower pressure side. It can be seen that the use efficiency of the raw material SC can be improved by forming a fine particle film containing Ru as a main component.

(半導体装置)
次に、上記半導体装置の製造方法を用いて製造する半導体装置について以下に説明する。図12は、半導体装置を示す要部断面図である。
(Semiconductor device)
Next, a semiconductor device manufactured using the semiconductor device manufacturing method will be described below. FIG. 12 is a cross-sectional view of a principal part showing a semiconductor device.

図12において、半導体装置50は、例えば、各種RAMや各種ROMを含むメモリデバイスやMPU又は汎用ロジックを含むロジックデバイスなどである。半導体装置50の基板Sには、薄膜トランジスタTrが形成されて、薄膜トランジスタTrの拡散層LDには、コンタクトプラグPcを介して銅配線51が接続されている。   In FIG. 12, the semiconductor device 50 is, for example, a memory device including various RAMs and various ROMs, a logic device including MPUs, or general-purpose logic. A thin film transistor Tr is formed on the substrate S of the semiconductor device 50, and a copper wiring 51 is connected to the diffusion layer LD of the thin film transistor Tr via a contact plug Pc.

銅配線51は、コンタクトプラグPcに接続される下地層52と下地層52の内部を充填する配線層53とを有する。下地層52は、Ru膜を有する層であって、上記RuチャンバF1を用いる上記Ru膜の成膜処理と、上記前処理チャンバF2を用いる上記前処理によって形成されている。配線層53は、上記CuチャンバF3を用いる上記Cu膜の成膜処理によって形成される。これによって、配線層53は、コンタクトプラグPcと下地層52との間の接触抵抗や下地層52と配線層53との間の接触抵抗に関して低抵抗化を図ることができ、その信頼性を向上させることができる。   The copper wiring 51 has a base layer 52 connected to the contact plug Pc and a wiring layer 53 filling the inside of the base layer 52. The underlayer 52 is a layer having a Ru film, and is formed by the Ru film formation process using the Ru chamber F1 and the pretreatment using the pretreatment chamber F2. The wiring layer 53 is formed by a film forming process of the Cu film using the Cu chamber F3. As a result, the wiring layer 53 can reduce the contact resistance between the contact plug Pc and the base layer 52 and the contact resistance between the base layer 52 and the wiring layer 53, thereby improving the reliability. Can be made.

上記実施形態によれば、以下の効果を奏する。
(1)上記実施形態においては、前記有機ルテニウム錯体を含む原料SCと、還元性ガスGrとを用いるCVD法によって、凹部が形成された基板Sの上にRu膜を形成する(ステップS12)。そして、前記有機銅錯体を含む原料SCと、還元性ガスGrとを用いるCVD法によって、このRu膜の上にCu膜を形成し、凹部に銅配線を形成する(ステップS14)。
According to the said embodiment, there exist the following effects.
(1) In the above embodiment, a Ru film is formed on the substrate S on which the recesses are formed by the CVD method using the raw material SC containing the organoruthenium complex and the reducing gas Gr (step S12). Then, a Cu film is formed on the Ru film and a copper wiring is formed in the recess by a CVD method using the raw material SC containing the organic copper complex and the reducing gas Gr (step S14).

したがって、Ru膜とCu膜とを、それぞれ還元性ガスの雰囲気の下で形成させることができる。この結果、Ru膜の形成時とCu膜の形成時において、下地配線の酸化物と銅配線の酸化物を、それぞれ還元させて金属状態に近づけることができる。よって、銅配線の低抵抗化を図ることができる。   Therefore, the Ru film and the Cu film can be formed under a reducing gas atmosphere. As a result, when the Ru film is formed and when the Cu film is formed, the oxide of the underlying wiring and the oxide of the copper wiring can be reduced to approach the metal state. Therefore, the resistance of the copper wiring can be reduced.

(2)上記実施形態のRu膜成膜工程(ステップS12)とCu膜成膜工程(ステップS14)においては、還元性ガスGrとして、乖離して水素ラジカルや水素イオンを放出するものを用いる。あるいは、還元性ガスGrとして、水素(H2 )、アンモニア(NH3
)、ヒドラジン誘導体、シラン(SiH4 )、ジシラン(Si2H6 )からなる群から選択され
る少なくともいずれか一つを用いる。したがって、上記半導体装置の製造方法に、より高い汎用性を与えることができる。
(2) In the Ru film forming step (step S12) and the Cu film forming step (step S14) of the above embodiment, a reducing gas Gr that diverges and releases hydrogen radicals or hydrogen ions is used. Alternatively, as the reducing gas Gr, hydrogen (H 2 ), ammonia (NH 3
), A hydrazine derivative, silane (SiH 4 ), or disilane (Si 2 H 6 ). Therefore, higher versatility can be given to the manufacturing method of the semiconductor device.

(3)上記実施形態のRu膜成膜工程(ステップS12)においては、対象物(凹部が形成された基板S)の表面の単位面積あたりの前記有機ルテニウム錯体の供給量を、2×10−8mol/min・cm2 〜1×10−5 mol/min・cm2 に規定し、還元性ガスGrの圧力
を、10Pa〜10Paに規定し、基板Sの温度を、250℃〜400℃に規定する。したがって、Ru膜の成長速度や還元性ガスGrの還元作用に、より確実に対象物の凹部にカバレージ良く均一に成膜することができ、かつ、より高い再現性を与えることができ、かつ、下地材料の熱的損傷を回避させることができる。ひいては、銅配線の電気的特性に関して、より高い再現性を与えることができる。
(3) In the Ru film forming step (step S12) of the above embodiment, the supply amount of the organic ruthenium complex per unit area of the surface of the object (the substrate S on which the recesses are formed) is 2 × 10 − 8 mol / min · cm 2 to 1 × 10 −5 mol / min · cm 2 , the pressure of the reducing gas Gr is specified to 10 3 Pa to 10 4 Pa, and the temperature of the substrate S is 250 ° C. It is specified at ˜400 ° C. Therefore, the growth rate of the Ru film and the reducing action of the reducing gas Gr can be more reliably and uniformly deposited in the concave portion of the target object, and can provide higher reproducibility, and Thermal damage to the base material can be avoided. As a result, higher reproducibility can be given to the electrical characteristics of the copper wiring.

(4)上記実施形態においては、Ru膜成膜工程後の基板Sを前処理ガスGpの雰囲気に載置し、Cu膜を形成する前のRu膜に対して、前処理を実行する。したがって、Ru膜の抵抗値を低下させる、又は、Ru膜とCu膜の密着性を向上させることができる。こ
の結果、銅配線の信頼性を、さらに向上させることができる。
(4) In the above embodiment, the substrate S after the Ru film formation step is placed in the atmosphere of the pretreatment gas Gp, and the pretreatment is performed on the Ru film before forming the Cu film. Therefore, the resistance value of the Ru film can be reduced, or the adhesion between the Ru film and the Cu film can be improved. As a result, the reliability of the copper wiring can be further improved.

(5)上記実施形態のCu膜成膜工程(ステップS14)においては、前記有機銅錯体の供給量を、5×10−5mol/min・cm2 〜1×10−7mol/min・cm2 を満たす範囲に規定する。したがって、Cu膜をRu膜上に確実に堆積させることができ、かつ、Cu膜に高い埋め込み特性を与えることができる。 (5) In the Cu film forming step (step S14) of the above embodiment, the supply amount of the organocopper complex is set to 5 × 10 −5 mol / min · cm 2 to 1 × 10 −7 mol / min · cm. It is specified in the range that satisfies 2 . Therefore, the Cu film can be reliably deposited on the Ru film, and high embedding characteristics can be given to the Cu film.

なお、上記実施形態は、以下の態様に変更してもよい。
・上記実施形態においては、Ru膜成膜工程(ステップS12)の後に、前処理工程(ステップS13)を実行する。これに限らず、例えば、Ru膜成膜工程に引き続き、Cu膜形成工程(ステップS14)を実行する構成にしてもよい。
In addition, you may change the said embodiment into the following aspects.
In the above embodiment, the pre-processing step (Step S13) is performed after the Ru film forming step (Step S12). For example, the Cu film forming process (step S14) may be executed subsequent to the Ru film forming process.

・上記実施形態においては、前処理工程において、熱処理、あるいは、還元処理を実行する。これに限らず、例えば、前処理工程において、まず、Ru膜の有機成分を除去するための酸化処理を実行した後、該Ru膜の酸化物を還元して金属Ruにするための還元処理を実行する構成であってもよい。あるいは、前処理工程において、Ru膜の上に密着層を形成し、Ru膜とCu膜との間の密着性を向上させる構成であってもよい。すなわち、前処理工程は、Cu膜を形成する前に、Ru膜の抵抗値を低下させる、又は、Ru膜とCu膜の密着性を向上させるための処理であればよい。   In the above-described embodiment, heat treatment or reduction treatment is performed in the pretreatment process. For example, in the pretreatment step, first, an oxidation process for removing the organic component of the Ru film is performed, and then a reduction process for reducing the oxide of the Ru film to a metal Ru is performed. It may be configured to execute. Alternatively, in the pretreatment step, an adhesion layer may be formed on the Ru film to improve the adhesion between the Ru film and the Cu film. That is, the pretreatment process may be a treatment for reducing the resistance value of the Ru film or improving the adhesion between the Ru film and the Cu film before forming the Cu film.

・上記実施形態において、半導体装置の製造装置10は、Ru膜に前処理を施す前処理チャンバF2を搭載し、前処理チャンバ検出部35Aと前処理チャンバ駆動部35Bを有する。これに限らず、例えば、半導体装置の製造装置10は、前処理チャンバF2を搭載しない構成であって、前処理チャンバ検出部35Aと前処理チャンバ駆動部35Bを有しない構成であってもよい。例えば、半導体装置の製造装置10は、RuチャンバF1を用いて、熱処理や還元処理などの所定の前処理を実行させる構成であってもよい。   In the embodiment described above, the semiconductor device manufacturing apparatus 10 includes the preprocessing chamber F2 for preprocessing the Ru film, and includes the preprocessing chamber detection unit 35A and the preprocessing chamber driving unit 35B. For example, the semiconductor device manufacturing apparatus 10 may have a configuration in which the preprocessing chamber F2 is not mounted and the preprocessing chamber detection unit 35A and the preprocessing chamber driving unit 35B are not included. For example, the semiconductor device manufacturing apparatus 10 may be configured to execute a predetermined pretreatment such as a heat treatment or a reduction treatment using the Ru chamber F1.

・上記実施形態において、半導体装置の製造装置10は、Ru膜に前処理を施す前処理チャンバF2を搭載し、前処理チャンバ検出部35Aと前処理チャンバ駆動部35Bを有する。また、Cu成膜を行うCuチャンバF3を搭載し、Cuチャンバ検出部36AとCuチャンバ駆動部36Bを有する。これに限らず、製造装置10は、前処理チャンバF2、CuチャンバF3を搭載しない構成であってもよい。例えば、RuチャンバF1を用い、ガス切り替えを行うことで、熱処理や還元処理などの所定の前処理、Cu膜の成膜処理という全て処理を行ってもよい。   In the embodiment described above, the semiconductor device manufacturing apparatus 10 includes the preprocessing chamber F2 for preprocessing the Ru film, and includes the preprocessing chamber detection unit 35A and the preprocessing chamber driving unit 35B. In addition, a Cu chamber F3 for forming a Cu film is mounted, and a Cu chamber detecting unit 36A and a Cu chamber driving unit 36B are provided. Not limited to this, the manufacturing apparatus 10 may have a configuration in which the pretreatment chamber F2 and the Cu chamber F3 are not mounted. For example, the Ru chamber F1 may be used to perform all processes such as a predetermined pretreatment such as a heat treatment and a reduction treatment and a Cu film formation treatment by performing gas switching.

・上記実施形態において、RuチャンバF1及びCuチャンバF3は、それぞれ原料SCと還元性ガスGrを、独立する経路を通して処理空間Faにまで導く。これに限らず、例えば、原料SCと還元性ガスGrとの間の反応性が低い場合には、第一ポートP1及び第二ポートP2を共通する1つのポートとして構成してもよい。また、第一供給孔K1と第二供給孔K2を互いに連通する供給孔として構成してもよく、さらには、還元性ガスGrをマスフローコントローラMFC3のキャリアガスとして用いてもよい。   In the above embodiment, the Ru chamber F1 and the Cu chamber F3 guide the raw material SC and the reducing gas Gr to the processing space Fa through independent paths, respectively. For example, when the reactivity between the raw material SC and the reducing gas Gr is low, the first port P1 and the second port P2 may be configured as one common port. Further, the first supply hole K1 and the second supply hole K2 may be configured as supply holes that communicate with each other, and the reducing gas Gr may be used as a carrier gas for the mass flow controller MFC3.

すなわち、本発明は、原料SCと還元性ガスGrの供給経路に関して限定されるものではなく、還元性ガスGrの雰囲気の下で原料SCを熱分解させる構成であればよい。
・上記実施形態において、原料供給ユニットSUは、導出ガスの加圧によって原料タンク25の原料SCを導出し、気化装置IUの気化によって処理空間Faに原料SCの気体を供給する。これに限らず、例えば、原料供給ユニットSUは、原料タンク25の原料SC内へキャリアガスを導入し、キャリアガスと原料SCの混合した気体を処理空間Faに供給する、いわゆるバブリング法を用いる構成であってもよい。
That is, the present invention is not limited with respect to the supply path of the raw material SC and the reducing gas Gr, and any structure may be used as long as the raw material SC is thermally decomposed in an atmosphere of the reducing gas Gr.
In the above embodiment, the raw material supply unit SU derives the raw material SC of the raw material tank 25 by pressurizing the derived gas, and supplies the gas of the raw material SC to the processing space Fa by vaporization of the vaporizer IU. For example, the raw material supply unit SU uses a so-called bubbling method in which a carrier gas is introduced into the raw material SC of the raw material tank 25 and a mixed gas of the carrier gas and the raw material SC is supplied to the processing space Fa. It may be.

すなわち、本発明は、原料SCの供給方法に関して限定されるものではなく、還元雰囲気の処理空間Faの下で原料SCを熱分解させる構成であればよい。   In other words, the present invention is not limited to the method for supplying the raw material SC, and any structure may be used as long as the raw material SC is thermally decomposed under the processing space Fa in a reducing atmosphere.

本実施形態の半導体装置の製造装置を模式的に示す平面図。The top view which shows typically the manufacturing apparatus of the semiconductor device of this embodiment. 同じく、Ruチャンバの構成を示す概略断面図。Similarly, the schematic sectional drawing which shows the structure of Ru chamber. 同じく、製造装置の電気的構成を示す電気ブロック回路図。Similarly, the electric block circuit diagram which shows the electric constitution of a manufacturing apparatus. 同じく、銅配線の形成工程を示すフローチャート。Similarly, the flowchart which shows the formation process of copper wiring. 同じく、Ru膜の埋め込み性を示すTEM断面像。Similarly, a TEM cross-sectional image showing the embedding property of the Ru film. 同じく、Cu膜の埋め込み性を示すTEM断面像。Similarly, a TEM cross-sectional image showing Cu film embedding. 同じく、Ru膜における微粒子を示すTEM断面像。Similarly, a TEM cross-sectional image showing fine particles in the Ru film. 同じく、Ru膜における微粒子を示すTEM平面像。Similarly, a TEM plane image showing fine particles in the Ru film. 同じく、Ru膜の電子線回折像。Similarly, an electron beam diffraction image of a Ru film. 同じく、Cu膜の成膜時間とCu膜のXRF強度との関係を示す図。Similarly, the figure which shows the relationship between the film-forming time of Cu film | membrane, and the XRF intensity | strength of Cu film | membrane. 同じく、Cu膜の成膜圧力とCu膜のXRF強度との関係を示す図。Similarly, the figure which shows the relationship between the film-forming pressure of Cu film | membrane, and the XRF intensity | strength of Cu film | membrane. 同じく、半導体装置を示す断面図。Similarly, a cross-sectional view showing a semiconductor device.

符号の説明Explanation of symbols

F1…Ruチャンバ、F2…Cuチャンバ、10…半導体装置の製造装置、50…半導体装置、51…銅配線。   F1 ... Ru chamber, F2 ... Cu chamber, 10 ... Semiconductor device manufacturing apparatus, 50 ... Semiconductor device, 51 ... Copper wiring.

Claims (15)

銅配線を有する半導体装置の製造方法であって、
凹部が形成された対象物上に、一般式(1)(式中、Rは、炭素原子数1〜4の直鎖又は分岐状のアルキル基を示す。)で示される有機ルテニウム錯体と第一還元性ガスとを用いるCVD法によってルテニウム含有膜を形成する工程と、
前記ルテニウム含有膜の上に、一般式(2)(式中、Rは、炭素原子数1〜4の直鎖又は分岐状のアルキル基を示す。)で示される有機銅錯体と第二還元性ガスとを用いるCVD法によって銅含有膜を形成して前記凹部に前記銅含有膜を埋め込む工程と、を備えたこと、
を特徴とする半導体装置の製造方法。
A method for manufacturing a semiconductor device having copper wiring,
An organic ruthenium complex represented by the general formula (1) (wherein R 1 represents a linear or branched alkyl group having 1 to 4 carbon atoms) is formed on the object on which the recess is formed. Forming a ruthenium-containing film by a CVD method using a reducing gas;
On the ruthenium-containing film, an organic copper complex and a second reduction represented by the general formula (2) (wherein R 2 represents a linear or branched alkyl group having 1 to 4 carbon atoms). Forming a copper-containing film by a CVD method using a property gas and embedding the copper-containing film in the recess,
A method of manufacturing a semiconductor device.
請求項1に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記ルテニウム含有膜を形成する工程は、
前記第一還元性ガスが、乖離して水素ラジカルや水素イオンを放出すること、
を特徴とする半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1,
The step of forming the ruthenium-containing film includes
The first reducing gas dissociates to release hydrogen radicals or hydrogen ions;
A method of manufacturing a semiconductor device.
請求項1又は2に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記ルテニウム含有膜を形成する工程は、
前記第一還元性ガスが、水素(H)、アンモニア(NH)、ヒドラジン誘導体、シラン(SiH)、ジシラン(Si)からなる群から選択される少なくともいずれか一つであること、
を特徴とする半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1 or 2,
The step of forming the ruthenium-containing film includes
The first reducing gas is at least one selected from the group consisting of hydrogen (H 2 ), ammonia (NH 3 ), a hydrazine derivative, silane (SiH 4 ), and disilane (Si 2 H 6 ). about,
A method of manufacturing a semiconductor device.
請求項3に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記ルテニウム含有膜を形成する工程は、
前記ヒドラジン誘導体が、ヒドラジンの水素原子の1つもしくは2つを、メチル基と、
エチル基と、直鎖又は分岐のブチル基とからなる群から選択される基で置換したものであること、
を特徴とする半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 3,
The step of forming the ruthenium-containing film includes
The hydrazine derivative has one or two hydrogen atoms of hydrazine, a methyl group,
Substituted with a group selected from the group consisting of an ethyl group and a linear or branched butyl group;
A method of manufacturing a semiconductor device.
請求項1〜4のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法であって、
前記ルテニウム含有膜を形成する工程は、
前記第一還元性ガスの雰囲気を10Pa〜10Paにすること、
を特徴とする半導体装置の製造方法。
It is a manufacturing method of the semiconductor device according to any one of claims 1 to 4,
The step of forming the ruthenium-containing film includes
Setting the atmosphere of the first reducing gas to 10 3 Pa to 10 4 Pa;
A method of manufacturing a semiconductor device.
請求項1〜5のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法であって、
前記ルテニウム含有膜を形成する工程は、
前記対象物の温度を250℃〜400℃にすること、
を特徴とする半導体装置の製造方法。
It is a manufacturing method of the semiconductor device according to any one of claims 1 to 5,
The step of forming the ruthenium-containing film includes
Setting the temperature of the object to 250 ° C. to 400 ° C .;
A method of manufacturing a semiconductor device.
請求項1〜6のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法あって、
前記有機ルテニウム錯体が、ビス(2−メトキシ−6−メチル−3,5−ヘプタンジオナト)−1,5ヘキサジエンルテニウム錯体であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1,
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the organic ruthenium complex is a bis (2-methoxy-6-methyl-3,5-heptanedionato) -1,5 hexadiene ruthenium complex.
請求項1〜7のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法であって、
前記ルテニウム含有膜を形成する工程は、前記対象物の表面の単位面積あたりの前記有機ルテニウム錯体の供給量が2×10−8〜1×10−5mol/min・cm2 であることを特
徴とする半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1,
In the step of forming the ruthenium-containing film, the supply amount of the organic ruthenium complex per unit area of the surface of the object is 2 × 10 −8 to 1 × 10 −5 mol / min · cm 2. A method for manufacturing a semiconductor device.
請求項1〜8のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法であって、
前記有機銅錯体が、ビス(2,6−ジメチル−2−(トリメチルシリルオキシ)−3,5−ヘプタンジオナト)銅錯体であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the organic copper complex is a bis (2,6-dimethyl-2- (trimethylsilyloxy) -3,5-heptanedionato) copper complex.
請求項1〜9のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法であって、
前記銅含有膜を埋め込む工程は、
前記対象物の表面の単位面積あたりの前記銅錯体の供給量が、1×10−7〜5×10−5mol/min・cm2 であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1,
The step of embedding the copper-containing film includes
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the supply amount of the copper complex per unit area of the surface of the object is 1 × 10 −7 to 5 × 10 −5 mol / min · cm 2 .
請求項1〜10のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法であって、
前記銅含有膜を埋め込む工程は、
前記対象物の温度を150℃〜350℃にすること、
を特徴とする半導体装置の製造方法。
It is a manufacturing method of the semiconductor device according to any one of claims 1 to 10,
The step of embedding the copper-containing film includes
Setting the temperature of the object to 150 ° C to 350 ° C,
A method of manufacturing a semiconductor device.
請求項1〜11のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法であって、
前記銅含有膜を埋め込む工程は、
前記第二還元性ガスが、水素原子を含有するガスであること、
を特徴とする半導体装置の製造方法。
It is a manufacturing method of the semiconductor device according to any one of claims 1 to 11,
The step of embedding the copper-containing film includes
The second reducing gas is a gas containing hydrogen atoms;
A method of manufacturing a semiconductor device.
請求項1〜12のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法であって、
前記銅含有膜を埋め込む工程は、
前記第二還元性ガスが、水素(H)であること、
を特徴とする半導体装置の製造方法。
A method for manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 1 to 12,
The step of embedding the copper-containing film includes
The second reducing gas is hydrogen (H 2 );
A method of manufacturing a semiconductor device.
請求項1〜13のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法であって、
前記ルテニウム含有膜が微粒子膜であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
It is a manufacturing method of the semiconductor device according to any one of claims 1 to 13,
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the ruthenium-containing film is a fine particle film.
請求項14に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記ルテニウム含有膜の成膜空間におけるリーク量を10−2(Pa・m/秒)以下にすることにより前記微粒子膜を成膜することを特徴とする半導体装置の製造方法。
15. A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 14,
A manufacturing method of a semiconductor device, wherein the fine particle film is formed by setting a leak amount in a film formation space of the ruthenium-containing film to 10 −2 (Pa · m 3 / sec) or less.
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