JP5410054B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
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。
装置の製造方法を提供することを目的とする。
請求項5の記載の発明においては、請求項1〜4のいずれか1つに記載のルテニウム含有膜と銅含有膜の積層膜の形成方法であって、前記ルテニウム含有膜を形成する工程は、前記還元性ガスの雰囲気を102Pa〜105Paにすることを要旨とする。
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。
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。
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、前記第二還元性ガスが、水素(H2)であることを要旨とする。
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。
U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。
、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。
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。
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。
以上の加熱によって原料SCの熱分解反応を開始し、かつ、500℃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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
・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:0.1(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:450(℃)
・成膜圧力:750(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:0.2(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:2500(Pa )
・成膜時間:720(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、前記有機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。
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7は、半導体装置を示す要部断面図である。
(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)。
)、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。
・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。
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。
・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。
Claims (11)
- 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、R1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、
- 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。 - 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(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であること、
を特徴とする半導体装置の製造方法。 - 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。 - 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102Pa〜105Paにすること、
を特徴とする半導体装置の製造方法。 - 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150℃〜500℃にすること、
を特徴とする半導体装置の製造方法。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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、
前記第二還元性ガスが、水素(H2)であること、
を特徴とする半導体装置の製造方法。
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