JPH0637038A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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- JPH0637038A JPH0637038A JP18813692A JP18813692A JPH0637038A JP H0637038 A JPH0637038 A JP H0637038A JP 18813692 A JP18813692 A JP 18813692A JP 18813692 A JP18813692 A JP 18813692A JP H0637038 A JPH0637038 A JP H0637038A
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Abstract
と銅との密着性向上のための中間金属層を有する半導体
の配線形成工程において、選択性を充分に維持しつつ、
自然酸化膜が除去されたビア底面の銅の上に銅の選択成
長を行うことができ、形状的、かつ電気的に制御性のよ
いビアホール埋め込みを実現する。 【構成】 ビア底面に銅を露出した後、化学気相成長装
置内でアセチルアセトン誘導体のガスを導入し、絶縁膜
表面を不活性化した後に、水素を導入して銅の表面の自
然酸化膜を還元するという一連の工程を、銅の選択成長
反応の前に行う。
Description
用に適した金属の薄膜の成長方法に関するものである。
ミニウムに代わる配線材料として、電気抵抗が低く、マ
イグレーション耐性を有する銅が注目されている。本発
明者等は既に特願昭63−124006号、特願昭63
−326063号、およびこれらを基礎とした特開平2
−256238号(特願平1−124445号)におい
て、シリコン酸化膜等をマスクにして、金属上のみに選
択的に銅を化学気相成長させてコンタクトホールおよび
スルーホールを充填する技術を提案している。
有機金属からなる原料を加熱して蒸発させ、水素と共に
反応室に送り、金属もしくは金属シリサイドからなる第
1の材料および酸化膜もしくは窒化膜からなる第2の材
料を表面に有する基板を原料のガスの分解温度以上に加
熱し、蒸発ガスをその分解温度より低い温度に保ったま
ま加熱された基板上に還元ガスと共に供給し、銅を第1
の材料の表面上のみに選択的に成長させるものである。
蒸気等を添加することで堆積速度を増加させたもので、
さらに特開平3−267902号(特願平2−1794
66号)は、特にビアホールの底面の金属中間層を除去
し、銅を露出させ、銅表面の自然酸化膜が反応雰囲気中
の水素で容易に還元されることを利用して、その上に上
述の選択成長法でビアホール充填させることで、低抵抗
のビア埋め込みを実現する方法である。
底部に銅を露出して銅の選択成長を行う場合、反応ガス
と水素は同時に導入することで、底面の銅の自然酸化膜
の還元と銅の成長は同時に進むため、還元が不十分にな
る場合があり、膜の表面形状や、ビア抵抗に不良を生じ
る恐れがある。反応ガスを導入する前に水素のみを導入
して還元反応を充分に行えば、表面形状や、ビア抵抗の
不良の発生は抑えることができるが、長時間の水素処理
は、特にプラズマCVD等で形成した絶縁膜上に原料ガ
スの吸着点を発生させて選択性を低下させる。これらの
現象は銅の選択成長技術を生産現場で使用する場合に歩
留りの低下等の問題を起こす。
を鑑みてなされたもので、ビア底面に銅を露出した後、
化学気相成長装置内でアセチルアセトン誘導体のガスを
導入し、絶縁膜表面を不活性化した後に、水素を導入し
て銅の表面の自然酸化膜を還元するという一連の工程
を、銅の選択成長反応の前に行うことを特徴とする。
つつ、ビアの底面の自然酸化膜が除去された銅の上に銅
の選択成長を行うことができ、形状的、かつ電気的に制
御性の良いビアホール埋め込みを実現できる。
において示したものと同じ銅CVD装置を用いた。図1
に装置の概略を示す。反応室101は排気孔102を通
して図示しない排気系により排気可能である。試料基板
104を板ばね105で保持する基板ホルダ103が反
応室101内に設けられている。ヒータ106が基板ホ
ルダ103に内蔵され、基板104を所定の温度に加熱
できる。
る原料108を収納する原料容器107が反応室101
の外部に設置されている。反応室101内において基板
ホルダ103と対向するガス噴射板109がパイプ11
0およびバルブ111を介して原料容器107に連結さ
れている。ガス噴射板109には多数の微細なガス噴射
孔112が設けられている。
ブ111をヒータ113によって所定の温度に加熱する
ことができ、一方、ガス噴射板109を内蔵されている
ヒータ114によって所定の温度に加熱することができ
る。
ローコントローラ117により、必要に応じて水蒸気が
マスフローコントローラ118により、また本発明の特
徴であるアセチルアセトン誘導体がマスフローコントロ
ーラ119で、それぞれ制御され、バルブ120により
パイプ115を通って原料容器107内に導入される
か、バルブ121,パイプ122を通して直接反応室に
送られる。
して導入されたガスにより行われ、堆積反応は、パイプ
115を通ったガスと原料容器内で加熱、蒸発した原料
ガスが反応室101に導入されて行われる。
チルアセトナト銅等の銅のベータジケトナトが使用され
る。
ングである。
め込みの工程を図2に示す。
201上の絶縁膜202の上に密着性向上のための金属
(例えば、タングステン、窒化チタン、タンタル)20
3,205でサンドイッチ構造になった銅204よりな
る第1層配線を形成した後、層間絶縁膜(例えばプラズ
マCVDで堆積したシリコン酸化膜)206を堆積す
る。層間絶縁膜206を加工してビアホール207を開
孔し、銅を露出する(図2(a))。
長装置に本試料を導入し、真空排気した後、アセチルア
セトン誘導体として例えばヘキサフロロアセチルアセト
ンを20cc/min導入し、排気量を調整すること
で、10Paから1000Paの圧力下で30秒以上の
処理を行う。この時、試料の温度は、その後の銅の堆積
反応の温度である300℃から400℃程度で行うこと
がプロセスの時間を短縮する上で望ましい。
し、水素を100cc/min程度導入し、圧力500
Paから2000Paの範囲で1分から10分の範囲で
銅の自然酸化膜の還元を行う。次に、すでに公知の銅の
選択CVDを行いビアホールを銅208で充填する(図
2(b))。標準的な条件としては、原料温度を90℃
に設定し、水素100cc/minと水蒸気10cc/
minと共に原料を反応室に導入し、反応室の圧力20
00Pa,基板温度390℃で銅を堆積する。
の金属配線209,210,211を形成する(図2
(c))。
で選択成長を行った場合、水素処理のみの前処理を行っ
た場合、ヘキサフロロアセチルアセトン処理および水素
処理を行った場合の走査電子顕微鏡写真を比較する。本
発明による前処理を行った場合、前処理無しに比べて表
面形状が、水素処理をした時に比べて選択性の点で優れ
る。
面処理材料としてヘキサフロロアセチルアセトンの他
に、そのパーフロロアルキル基であるCF3 のかわりに
C2 F5 等に置き換えたアセチルアセトン誘導体におい
ても、同様の効果を得られる。また、上記表面処理方法
は、ニッケル、コバルトのベータジケトナト化合物を水
素還元し、金属を堆積する際にも有効である。
り、絶縁膜上の核発生による選択破れを防止しつつ、ビ
ア底部の自然酸化膜の除去が可能になり、銅の選択成長
のプロセスの信頼度を向上させ、LSI生産ラインにお
ける技術的および経済的に顕著な進歩をもたらすことが
できる。
する工程図である。
る選択成長を比較した走査電子顕微鏡写真であり、
(a)は前処理無しで選択成長を行った場合、(b)は
水素処理10分のみの前処理を行った場合、(c)はヘ
キサフロロアセチルアセトン処理および水素処理を行っ
た場合の走査電子顕微鏡写真である。
ラ 120 バルブ 121 バルブ 122 パイプ 201 半導体基板 202 絶縁膜 203 密着性向上のための金属 204 銅 205 密着性向上のための金属 206 層間絶縁膜 207 ビアホール 208 銅 209 金属配線 210 金属配線 211 金属配線
Claims (2)
- 【請求項1】 銅を配線主材料として用いる半導体装置
の配線形成工程において、第1層金属配線上の層間絶縁
膜にビアホールを開孔して第1層配線の銅を露出した試
料を、水酸基またはケトン基とフッ素化アルキル基を有
する気相の有機物にさらす第1の前処理工程と、水素ガ
スにより露出した銅の自然酸化膜を還元する第2の前処
理工程とを経た後、化学気相成長法による銅の選択成長
を行って前記ビアホールの埋め込みを行うことを特徴と
する半導体装置の製造方法。 - 【請求項2】 前記水酸基とフッ素化アルキル基を有す
る気相の有機物としてフッ素を含むアセチルアセトン誘
導体を用いることを特徴とする請求項1に記載の半導体
装置の製造方法。
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---|---|---|---|
JP04188136A JP3072807B2 (ja) | 1992-07-15 | 1992-07-15 | 半導体装置の製造方法 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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ID=16218374
Family Applications (1)
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JP04188136A Expired - Lifetime JP3072807B2 (ja) | 1992-07-15 | 1992-07-15 | 半導体装置の製造方法 |
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-
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- 1992-07-15 JP JP04188136A patent/JP3072807B2/ja not_active Expired - Lifetime
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