JPH08222568A - Copper wiring manufacture, semiconductor device, and copper wiring manufacturing device - Google Patents
Copper wiring manufacture, semiconductor device, and copper wiring manufacturing deviceInfo
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- JPH08222568A JPH08222568A JP4632295A JP4632295A JPH08222568A JP H08222568 A JPH08222568 A JP H08222568A JP 4632295 A JP4632295 A JP 4632295A JP 4632295 A JP4632295 A JP 4632295A JP H08222568 A JPH08222568 A JP H08222568A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、微細な銅配線を製造す
る技術、その製造に用いることができる銅配線製造装
置、及び、その技術で製造された銅配線を有する半導体
装置にかかり、特に、製造工程が簡単で、一貫して真空
雰囲気中で処理できる銅配線製造方法、銅配線製造装
置、及びその銅配線を有する半導体装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a technology for manufacturing fine copper wiring, a copper wiring manufacturing apparatus that can be used for manufacturing the same, and a semiconductor device having the copper wiring manufactured by the technology. The present invention relates to a copper wiring manufacturing method, a copper wiring manufacturing apparatus, and a semiconductor device having the copper wiring, which can be processed in a vacuum atmosphere with a simple manufacturing process.
【0002】[0002]
【従来の技術】現在、半導体集積回路内の素子間を結ぶ
配線には、加工の容易性等から、アルミニウム(Al)を
主材料とするものが使用されている。2. Description of the Related Art At present, as a wiring for connecting elements in a semiconductor integrated circuit, a wiring mainly made of aluminum (Al) is used for ease of processing.
【0003】しかし、アルミニウムで作った配線は、エ
レクトロマイグレーションやストレスマイグレーション
に対する耐性が弱いため、配線の微細化が進むに従って
頻繁に断線し、大きな問題となっている。However, since the wiring made of aluminum has weak resistance to electromigration and stress migration, it frequently breaks as the wiring becomes finer, which is a serious problem.
【0004】この対策として、アルミニウム配線に比
べ、エレクトロマイグレーションやストレスマイグレー
ションに対する耐性が高いタングステン(W)やモリブデ
ン(Mo)を材料として配線を作ることも提案されている
が、アルミニウムに比較して抵抗値が大きいため、これ
らを微細な配線パターンに適用した場合には、その配線
によって生じる電圧降下が大きくなりすぎ、配線での発
熱の問題を生じ、また、抵抗値が大きいことは信号伝達
の遅延に結びつく等、新たな問題が発生していた。As a countermeasure against this, it has been proposed to form a wiring by using tungsten (W) or molybdenum (Mo) as a material, which has higher resistance to electromigration and stress migration than aluminum wiring. When these are applied to a fine wiring pattern, the voltage drop caused by the wiring becomes too large, causing the problem of heat generation in the wiring, and the large resistance value means that the signal transmission delays. There was a new problem such as being connected to.
【0005】そこで、抵抗値が小さく、しかもエレクト
ロマイグレーション耐性やストレスマイグレーション耐
性等の物性に優れた銅(Cu)を配線材料として用いるこ
とが検討され始めている。Therefore, studies have begun on using copper (Cu), which has a small resistance value and excellent physical properties such as electromigration resistance and stress migration resistance, as a wiring material.
【0006】しかしながら物性として優れた銅も、LS
I配線に用いようとすると、次のような不都合があり、
半導体集積回路の配線材料として実用化するのが困難視
されていた。However, copper, which has excellent physical properties, is also LS
There are the following inconveniences when trying to use for I wiring,
It has been considered difficult to put it into practical use as a wiring material for semiconductor integrated circuits.
【0007】 シリコンやシリコン酸化膜中において
拡散が速い。 シリコン酸化膜との密着性が悪い。 酸化、腐食がされやすい。 銅のハロゲン化合物の蒸気圧が低いため、従来のア
ルミニウム配線をエッチングできたエッチングガスが使
用できず、異方性ドライエッチングによる、微細加工が
行えない。Diffusion is fast in silicon or a silicon oxide film. Poor adhesion to silicon oxide film. It is easily oxidized and corroded. Since the vapor pressure of the halogen compound of copper is low, the etching gas that can etch the conventional aluminum wiring cannot be used, and the fine processing cannot be performed by anisotropic dry etching.
【0008】ところが近年では、例えば窒化チタン(T
iN)薄膜やチタンタングステン(TiW)薄膜などのバ
リア層を下地薄膜として成膜しておき、そのバリア層上
に銅薄膜を成膜すると、該バリア層が基板中への銅の拡
散を防止すると共に密着性を向上させることが見出さ
れ、また、このようなバリア層を銅薄膜上にも成膜して
おくと、銅配線の耐腐食性も向上することから、上記
、、の問題点については解決の目途がついてい
る。However, in recent years, for example, titanium nitride (T
When a barrier layer such as an iN) thin film or a titanium tungsten (TiW) thin film is formed as a base thin film and a copper thin film is formed on the barrier layer, the barrier layer prevents diffusion of copper into the substrate. It has been found that the adhesiveness is improved together with this, and that if such a barrier layer is also formed on the copper thin film, the corrosion resistance of the copper wiring is also improved. There is a prospect for a solution.
【0009】残る上記の、銅の微細加工の問題に関し
ては、例えば、基板表面に全面成膜された銅薄膜上に耐
熱性の無機レジスト等を用いて配線パターンを形成し、
250℃〜300℃の高温にてドライエッチングを行う
という解決策が提案されているが、工程が複雑になり、
更には解像性が悪かったり、銅配線にダメージが加えら
れる等、問題が多い。Regarding the remaining problem of the fine processing of copper, for example, a wiring pattern is formed using a heat-resistant inorganic resist or the like on a copper thin film entirely formed on the surface of a substrate,
A solution of performing dry etching at a high temperature of 250 ° C. to 300 ° C. has been proposed, but the process becomes complicated,
Furthermore, there are many problems such as poor resolution and damage to copper wiring.
【0010】また、銅による配線の形成に関しては、半
導体基板上に銅薄膜を全面成膜し、次いで従来使用され
ているのと同様のレジストを塗布・パターンニングした
後、銅を堆積させるCVD反応とは逆の化学反応による
エッチングを行い、基板上に銅配線を形成する方法も提
案されている。この方法によれば、200℃以下の比較
的低温状態でエッチングを行えるという利点はあるが、
CVDの逆反応によるエッチングは等方的なため、数μ
m以下の微細化加工が困難であり、未だ実用化には至っ
ていない。Further, regarding the formation of the wiring made of copper, a CVD reaction in which a copper thin film is formed on the entire surface of a semiconductor substrate, a resist similar to that conventionally used is applied and patterned, and then copper is deposited. A method of forming a copper wiring on a substrate by performing etching by a chemical reaction opposite to that has been proposed. This method has an advantage that etching can be performed at a relatively low temperature of 200 ° C. or lower,
Since the etching due to the reverse reaction of CVD is isotropic, several μ
Since it is difficult to perform a fine processing of m or less, it has not yet been put to practical use.
【0011】一方、従来のエッチング技術に代る技術と
して、化学的機械研磨法(以下、CMP法と呼ぶ。)を用
いて微細な銅配線を形成する方法も提案されている。こ
の方法は伝統工芸分野における象眼細工と同じ発想であ
り、該CMP法を図面を用いて簡単に説明する。On the other hand, as a technique replacing the conventional etching technique, a method of forming fine copper wiring using a chemical mechanical polishing method (hereinafter referred to as CMP method) has been proposed. This method has the same idea as inlaying in the field of traditional crafts, and the CMP method will be briefly described with reference to the drawings.
【0012】図5(a)を参照し、102はシリコン基板
であり、シリコン熱酸化膜から成る絶縁膜103を有し
ている。該絶縁膜103には溝104が設けられ、表面
にバリア層105が成膜され、更に該バリア層105上
に銅薄膜106が、CVD法によりコンフォーマルに成
膜されている。Referring to FIG. 5A, reference numeral 102 denotes a silicon substrate having an insulating film 103 made of a silicon thermal oxide film. A groove 104 is provided in the insulating film 103, a barrier layer 105 is formed on the surface thereof, and a copper thin film 106 is conformally formed on the barrier layer 105 by a CVD method.
【0013】この基板表面を、研磨液にて研磨する(C
MP)と、図5(b)に示すように、前記銅薄膜106と
前記バリア層105のうち、前記絶縁膜103表面にあ
ったものは研磨除去され、前記溝104の内部に充填さ
れていたものだけが残るので、銅配線薄膜106’と、
該銅配線薄膜106’の周面、及び底面の下地バリア層
105’とが前記溝104内に残される。The surface of this substrate is polished with a polishing liquid (C
MP) and, as shown in FIG. 5B, the copper thin film 106 and the barrier layer 105 on the surface of the insulating film 103 were removed by polishing and filled in the groove 104. Since only the thing remains, the copper wiring thin film 106 ',
The peripheral surface of the copper wiring thin film 106 ′ and the underlying barrier layer 105 ′ on the bottom surface are left in the groove 104.
【0014】この基板表面に、図5(c)のように、前記
バリア層105と同じ組成の保護膜107を全面成膜
し、次いで、図5(d)のように、前記銅配線薄膜10
6’上の前記保護膜107が除去されないようにレジス
ト膜108を設けてエッチングすると、前記保護膜10
7の不要部分が除去されてキャップ層107’が形成さ
れるので、このCMP法によれば、図5(e)で示すよう
に、溝内に充填された前記銅配線薄膜106’が、前記
下地バリア層105’と前記キャップ層107’とでカ
プセル化された銅配線109ができあがる。As shown in FIG. 5C, a protective film 107 having the same composition as that of the barrier layer 105 is formed on the entire surface of the substrate, and then the copper wiring thin film 10 is formed as shown in FIG. 5D.
If a resist film 108 is provided and etched so that the protective film 107 on 6'is not removed, the protective film 10 is removed.
Since the unnecessary portion of 7 is removed to form the cap layer 107 ′, according to this CMP method, as shown in FIG. 5 (e), the copper wiring thin film 106 ′ filled in the groove is The copper wiring 109 encapsulated by the underlying barrier layer 105 'and the cap layer 107' is completed.
【0015】そして、該銅配線109の幅は、前記溝1
04の幅と等しくできるので、異方性エッチングによっ
て溝幅を微細化すれば、銅配線109も微細化ができ
る。The width of the copper wiring 109 is the same as that of the groove 1.
Since the width can be made equal to the width of 04, if the groove width is miniaturized by anisotropic etching, the copper wiring 109 can also be miniaturized.
【0016】このように、電気特性に優れた銅配線を半
導体集積回路の配線材料として使いこなすためには、そ
の微細加工技術が非常に重要となってくるが、現状のア
ルミ加工プロセスで使用されているドライエッチング技
術が適用できないために、現状では上述したCMP法の
ようなウェット研磨技術が有望視されるに至っている。As described above, in order to make full use of copper wiring having excellent electric characteristics as a wiring material for semiconductor integrated circuits, its fine processing technology is very important, but it is used in the current aluminum processing process. Since the existing dry etching technique cannot be applied, the wet polishing technique such as the above-mentioned CMP method is regarded as promising at present.
【0017】[0017]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記C
MP法は研磨液の使用を前提とするウェット加工であ
る。このようなウェット加工は、清浄雰囲気中で基板処
理が行える真空プロセスとは異なり、研磨時にダストが
生じ、基板に付着することが避けられず、歩留りや信頼
性が大きく低下する等、様々な問題が新たに発生してい
る。However, the above C
The MP method is a wet process premised on the use of a polishing liquid. Unlike the vacuum process, which can perform substrate processing in a clean atmosphere, such wet processing has various problems such as dust being generated during polishing and inevitably adhering to the substrate, which greatly reduces yield and reliability. Is newly generated.
【0018】そこで本発明は、ウェット工程を用いない
清浄な雰囲気のプロセスで製造できる微細な銅配線を有
する半導体装置、その銅配線を製造する製造方法、及
び、その方法に用いることができる製造装置に関する技
術を提供することにある。Therefore, the present invention provides a semiconductor device having fine copper wiring which can be manufactured by a process in a clean atmosphere without using a wet process, a manufacturing method for manufacturing the copper wiring, and a manufacturing apparatus which can be used for the method. Technology to provide.
【0019】[0019]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項1記載の発明方法は、基板上に成膜され、溝
が設けられた絶縁膜表面にバリア層を成膜するバリア層
成膜工程と、前記バリア層表面に銅薄膜を成膜して前記
溝内を銅で充填する銅充填工程と、前記溝内に充填され
た銅を残して前記銅薄膜を除去し、該溝内に銅配線を形
成する配線形成工程とを有する銅配線製造方法であっ
て、前記配線形成工程は、前記銅薄膜表面に、正2価の
銅有機錯体ガスと電子供与性中性配位子ガスとを供給
し、前記銅薄膜を正1価の銅有機錯体にして除去するエ
ッチバック工程を有することを特徴とし、In order to solve the above-mentioned problems, the method according to the first aspect of the present invention is a barrier layer for forming a barrier layer on the surface of an insulating film formed on a substrate and provided with grooves. A film forming step, a copper filling step of forming a copper thin film on the surface of the barrier layer and filling the groove with copper, and removing the copper thin film leaving copper filled in the groove, And a wiring forming step of forming a copper wiring therein. The wiring forming step comprises a positive divalent copper organic complex gas and an electron donating neutral ligand on the surface of the copper thin film. And an etch back step of removing the copper thin film into a positive monovalent copper organic complex by supplying a gas,
【0020】請求項2記載の発明方法は、請求項1記載
の銅配線製造方法であって、前記配線形成工程は、前記
溝内に残された銅表面にキャップ層を形成するキャップ
層形成工程を有することを特徴とし、A second aspect of the present invention is the method for producing a copper wiring according to the first aspect, wherein the wiring forming step forms a cap layer on the copper surface left in the groove. Characterized by having
【0021】請求項3記載の発明装置は、基板上に成膜
された絶縁膜と、該絶縁膜に設けられた溝と、該溝内に
成膜されたバリア層と、該バリア層上に成膜され前記溝
内を充填して成る銅薄膜とを有する半導体装置であっ
て、前記銅薄膜のうち、前記溝外の銅薄膜は、正2価の
銅有機錯体ガスと電子供与性中性配位子ガスによって正
1価の銅有機錯体に転換除去されて、前記溝内に銅配線
が形成されていることを特徴とし、According to a third aspect of the present invention, there is provided an insulating film formed on a substrate, a groove formed in the insulating film, a barrier layer formed in the groove, and a barrier layer formed on the barrier layer. A semiconductor device having a copper thin film formed to fill the inside of the groove, wherein the copper thin film outside the groove of the copper thin film is a positive divalent copper organic complex gas and an electron-donating neutral. It is converted to a positive monovalent copper organic complex by a ligand gas and removed, and copper wiring is formed in the groove,
【0022】請求項4記載の発明装置は、請求項3記載
の半導体装置であって、前記銅配線上にキャップ層が設
けられていることを特徴とし、An invention device according to claim 4 is the semiconductor device according to claim 3, characterized in that a cap layer is provided on the copper wiring,
【0023】請求項5記載の発明装置は、バリア層を成
膜するバリア層成膜室と、銅薄膜を成膜する銅薄膜成膜
室と、銅薄膜を除去するエッチバック室とを有し、前記
各室が、基板搬送ロボットが置かれた基板搬送室周囲に
配置された銅配線製造装置において、前記各室は真空排
気され、前記基板搬送ロボットで基板を搬送して前記各
室で処理する際に前記基板は大気に曝されないように構
成され、前記エッチバック室は、基板上に成膜された銅
薄膜表面に、正2価の銅有機錯体ガスと電子供与性中性
配位子ガスとを供給し、前記銅薄膜を正1価の銅有機錯
体にし、前記基板表面の前記銅薄膜の不要部分が均一に
除去されるように構成されたことを特徴とする。The invention apparatus according to claim 5 has a barrier layer deposition chamber for depositing a barrier layer, a copper thin film deposition chamber for depositing a copper thin film, and an etchback chamber for removing the copper thin film. In a copper wiring manufacturing apparatus in which each chamber is arranged around a substrate transfer chamber in which a substrate transfer robot is placed, each chamber is evacuated and the substrate is transferred by the substrate transfer robot to be processed in each chamber. The substrate is not exposed to the atmosphere when the etching is performed, and the etch-back chamber is provided on the surface of the copper thin film formed on the substrate, the positive divalent copper organic complex gas and the electron-donating neutral ligand. Gas is supplied to make the copper thin film a positive monovalent copper organic complex so that unnecessary portions of the copper thin film on the surface of the substrate are uniformly removed.
【0024】[0024]
【作用】まず、本発明の基礎である銅薄膜を成膜するC
VD法の反応機構について説明する。銅薄膜を堆積させ
るCVD法には、正1価銅有機錯体ガスを原料にする方
法と、正2価銅有機錯体ガスを原料にする方法とがあ
り、それらの反応機構は、一般には次の化学反応による
ものと考えられている。First, C for forming a copper thin film, which is the basis of the present invention, is formed.
The reaction mechanism of the VD method will be described. The CVD method for depositing a copper thin film includes a method using a positive monovalent copper organic complex gas as a raw material and a method using a positive divalent copper organic complex gas as a raw material, and their reaction mechanisms are generally as follows. It is thought to be due to a chemical reaction.
【0025】 正1価銅有機錯体ガスを用いる方法 正1価銅有機錯体(Cu+1錯体)としては、次の(1)式、Method Using Positive Monovalent Copper Organic Complex Gas As the positive monovalent copper organic complex (Cu +1 complex), the following formula (1),
【0026】[0026]
【化1】 Embedded image
【0027】で示される、1,5−シクロオクタジエン
(C8H12 以下、「COD」と略記する)と、次式、1,5-cyclooctadiene (C 8 H 12 or less, abbreviated as “COD”) represented by the following formula:
【0028】[0028]
【化2】 Embedded image
【0029】で示される、ヘキサフルオロアセチルアセ
トン(CF3COCHCOCF3 以下、「HFA」と略
記する)とを有するCOD−Cu+1−HFAや、前記H
FAと、次式(以下、メチル基は「Me」と略記する。
また、エチル基は「Et」と略記する。)、COD-Cu +1 -HFA having hexafluoroacetylacetone (CF 3 COCHCOCF 3 or less, abbreviated as “HFA”) represented by
FA and the following formula (hereinafter, a methyl group is abbreviated as “Me”).
The ethyl group is abbreviated as "Et". ),
【0030】[0030]
【化3】 Embedded image
【0031】で示される、ビニルトリメチルシラン(S
i(Me)3−CHCH2 以下、「VTMS」と略記す
る)とを有するVTMS−Cu+1−HFA等が原料ガス
に用いられている。Vinyltrimethylsilane (S
i (Me) 3 -CHCH 2 or less, VTMS-Cu +1 HFA like having abbreviated) and a "VTMS" is used as a source gas.
【0032】前記COD−Cu+1−HFAを前駆物質と
して用いる場合を説明すると、まず、真空槽内に基板を
置き、COD−Cu+1−HFAガスを導入すると、該C
OD−Cu+1−HFAは基板表面で解離反応を起す。こ
のとき、Cu+1−HFA中間体が基板表面に吸着すると
ともに、2COD↑が気相中に脱離する。The case where the COD-Cu +1 -HFA is used as a precursor will be described. First, when the substrate is placed in a vacuum chamber and COD-Cu +1 -HFA gas is introduced, the C
OD-Cu + 1- HFA causes a dissociation reaction on the substrate surface. At this time, the Cu +1 -HFA intermediate is adsorbed on the substrate surface, and 2COD ↑ is desorbed in the gas phase.
【0033】次に、表面に吸着したCu+1−HFA中間
体2分子の不均化(Disproportionation)反応により、表
面に1原子の金属Cu0が生成するとともに、正2価銅
有機錯体であるCu+2(HFA)2↑が気相中に脱離す
る。Next, a disproportionation reaction of two molecules of the Cu +1 -HFA intermediate adsorbed on the surface produces one atom of metal Cu 0 on the surface and is a positive divalent copper organic complex. Cu +2 (HFA) 2 ↑ is released in the gas phase.
【0034】これらの反応をまとめると、次式のように
なる。 2(COD−Cu+1−HFA) → Cu0+Cu+2(HFA)2↑+2COD↑ …… (4)The reaction is summarized as follows. 2 (COD-Cu +1 -HFA) → Cu 0 + Cu +2 (HFA) 2 ↑ + 2 COD ↑ ...... (4)
【0035】 正2価銅有機錯体を用いる方法 正2価銅有機錯体(Cu+2錯体)として、例えば、Cu+2
(HFA)2を前駆物質に用いる場合を説明する。真空槽
内にCu+2(HFA)2ガスとH2ガスとを導入すると、C
u+2(HFA)2が基板表面上で解離反応を起こし、Cu
+1−HFA、及びHFA中間体が基板表面に吸着する。Method Using Positive Divalent Copper Organic Complex As the positive divalent copper organic complex (Cu +2 complex), for example, Cu +2
The case where (HFA) 2 is used as the precursor will be described. When Cu +2 (HFA) 2 gas and H 2 gas are introduced into the vacuum chamber, C
u +2 (HFA) 2 causes a dissociation reaction on the substrate surface, and Cu
+ 1- HFA and the HFA intermediate are adsorbed on the substrate surface.
【0036】次に、H2による還元反応が起こり、前記
HFA中間体は揮発性のHFA−H↑となって気相中に
脱離し、基板表面には1原子の金属Cu0が生成する。Next, a reduction reaction with H 2 occurs, the HFA intermediate becomes volatile HFA-H ↑ and is eliminated into the gas phase, and one atom of metal Cu 0 is formed on the substrate surface.
【0037】これらの反応をまとめると次式のようにな
る。 Cu+2(HFA)2+H2 → Cu0+2HFA−H↑ …… (5)The above equations can be summarized as follows. Cu +2 (HFA) 2 + H 2 → Cu 0 + 2HFA-H ↑ (5)
【0038】以上説明した、上記、のいずれの場合
でも、銅薄膜の生成は、基板表面に吸着したCu+1中間
体がCu0に変化することで行われる。In any of the above cases described above, the formation of the copper thin film is performed by changing the Cu +1 intermediate adsorbed on the substrate surface to Cu 0 .
【0039】この場合、基板表面に下地金属薄膜が成膜
されていれば、該下地金属薄膜は前記Cu+1中間体に自
由電子を供与できるので、Cu0が生成され、銅薄膜が
成長するが、基板表面のうち、下地金属薄膜がなく、S
iO2等の絶縁膜が露出している部分では、絶縁膜は供
与できる自由電子を持たないため、Cu0が生成され
ず、反応が進行しない。その結果、絶縁膜上には銅薄膜
は成長せず、前記下地金属薄膜上にのみ銅が成膜される
選択成長を行うことが可能となる。In this case, if a base metal thin film is formed on the surface of the substrate, the base metal thin film can donate free electrons to the Cu +1 intermediate, so that Cu 0 is generated and a copper thin film grows. However, since there is no underlying metal thin film on the substrate surface, S
In the portion where the insulating film such as iO 2 is exposed, since the insulating film does not have free electrons that can be donated, Cu 0 is not generated and the reaction does not proceed. As a result, the copper thin film does not grow on the insulating film, and the selective growth in which copper is formed only on the base metal thin film can be performed.
【0040】ところで上述の銅薄膜の成膜とは逆に、既
に成膜されている銅薄膜表面に、例えばCu(HFA)2
ガス等の正2価銅有機錯体と、例えばVTMS等の電子
供与性中性配位子ガスとを、化学量論的には1:2モル
の割合で供給すると、前記正2価銅有機錯体と前記電子
供与性中性配位子とが銅薄膜表面のCu0を取込み、正
2価有機銅錯体が、正1価有機銅錯体に転換される、次
の(6)式の化学反応が生じる。 Cu0+Cu+2(HFA)2+2VTMS → 2Cu+1(HFA) VTMS …… (6)Contrary to the above-described formation of the copper thin film, on the surface of the already formed copper thin film, for example, Cu (HFA) 2
When the positive divalent copper organic complex such as gas and the electron-donating neutral ligand gas such as VTMS are supplied at a stoichiometric ratio of 1: 2, the positive divalent copper organic complex is obtained. And the electron-donating neutral ligand take in Cu 0 on the surface of the copper thin film, and the positive divalent organic copper complex is converted into the positive monovalent organic copper complex. Occurs. Cu 0 + Cu +2 (HFA) 2 + 2VTMS → 2Cu +1 (HFA) VTMS ...... (6)
【0041】上式右辺のCu+1(HFA) VTMSは比
較的蒸気圧が高く、容易に基板表面より除去できるの
で、上述のCVD法による銅薄膜生成とは逆に、銅薄膜
のエッチングを行うことが可能となる。Since Cu +1 (HFA) VTMS on the right side of the above formula has a relatively high vapor pressure and can be easily removed from the substrate surface, the copper thin film is etched contrary to the above-mentioned CVD method. It becomes possible.
【0042】なお、前記Cu+1(HFA) VTMSの構
造を次式に示しておく。The structure of the Cu +1 (HFA) VTMS is shown in the following formula.
【0043】[0043]
【化4】 [Chemical 4]
【0044】ところが、このエッチングは異方性でなく
等方的であり、レジストをマスクとして銅薄膜をエッチ
ングする場合には、配線幅を微細化できない。しかし、
微細幅の溝が設けられた絶縁膜表面にバリア層を介して
銅薄膜をコンフォーマルに成膜すれば、溝内が銅で充填
されて厚くなり、また、溝以外の部分の銅薄膜は薄く、
表面が平坦になる。従って、等方的なエッチングによっ
ても、溝内の銅のみを残し、他の部分の薄い銅薄膜を除
去できるので、これにより配線間の絶縁が達成でき、微
細幅の銅配線を作ることができる。However, this etching is not anisotropic but isotropic, and when the copper thin film is etched using the resist as a mask, the wiring width cannot be miniaturized. But,
If a copper thin film is conformally formed on the surface of an insulating film having a groove with a fine width through a barrier layer, the inside of the groove will be filled with copper and become thicker, and the copper thin film in the area other than the groove will be thin. ,
The surface becomes flat. Therefore, even with isotropic etching, only the copper in the groove can be left and the thin copper thin film in the other portions can be removed, so that insulation between the wirings can be achieved and a fine width copper wiring can be made. .
【0045】なお、上記(6)式の左辺のVTMSは、電
子供与性中性配位子であればよく、例えばSi(Me)3
C≡CSi(Me)3 等を用いてもよい。VTMS on the left side of the above formula (6) may be an electron-donating neutral ligand, for example, Si (Me) 3
C≡CSi (Me) 3 or the like may be used.
【0046】[0046]
【実施例】本発明の実施例を図面を用いて説明する。図
1(a)〜(f)は、微細幅の銅薄膜配線を製造する、本発
明方法の一実施例を説明するための工程図である。Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1A to 1F are process diagrams for explaining an embodiment of the method of the present invention for manufacturing a copper thin film wiring having a fine width.
【0047】図1(a)を参照し、21はウェハーであ
り、シリコン単結晶から成る基板2上に成膜された膜厚
1.0μmのシリコン酸化膜から成る絶縁膜3を有して
いる。該絶縁膜3上にはフォトリソグラフィーとドライ
エッチングにより、幅0.35μm、深さ0.7μm
(アスペクト比 = 2)の溝4がラインアンドスペースを
構成するように複数設けられている。Referring to FIG. 1A, reference numeral 21 denotes a wafer, which has an insulating film 3 made of a silicon oxide film having a film thickness of 1.0 μm formed on a substrate 2 made of a silicon single crystal. . A width of 0.35 μm and a depth of 0.7 μm are formed on the insulating film 3 by photolithography and dry etching.
A plurality of grooves 4 (aspect ratio = 2) are provided so as to form a line and space.
【0048】図2に示した半導体製造装置30は、本発
明装置の一実施例の銅配線製造装置であり、前記ウェハ
ー21のプロセス処理を一貫して真空中で行い、銅配線
を形成するものであり、該半導体製造装置30は、基板
搬送ロボット39が設けられた基板搬送室31を有して
おり、該基板搬送室31を中心として、カセット室3
2、ドライエッチング室33、バリア層成膜室34、銅
薄膜成膜室35、エッチバック室36とが、図面反時計
回りの方向にこの順で配置されて、図示しない真空ポン
プによって各室は高真空状態に置かれている。The semiconductor manufacturing apparatus 30 shown in FIG. 2 is a copper wiring manufacturing apparatus according to an embodiment of the apparatus of the present invention, in which the process processing of the wafer 21 is consistently performed in vacuum to form copper wiring. The semiconductor manufacturing apparatus 30 has a substrate transfer chamber 31 in which a substrate transfer robot 39 is installed, and the cassette chamber 3 is centered around the substrate transfer chamber 31.
2. A dry etching chamber 33, a barrier layer film forming chamber 34, a copper thin film film forming chamber 35, and an etch back chamber 36 are arranged in this order in a counterclockwise direction in the drawing, and each chamber is separated by a vacuum pump (not shown). It is placed in a high vacuum state.
【0049】前記カセット室32以外の各室を高真空に
保った状態で、前記ウェハー21を前記カセット室32
内に置き、該カセット室32を真空状態にした後、前記
基板搬送ロボット39により、前記ウェハー21を前記
バリア層成膜室34に搬入する。With the chambers other than the cassette chamber 32 kept in a high vacuum, the wafer 21 is placed in the cassette chamber 32.
After placing it inside and evacuating the cassette chamber 32, the wafer 21 is loaded into the barrier layer deposition chamber 34 by the substrate transfer robot 39.
【0050】該バリア層成膜室34は、搬入された前記
ウェハー21を350℃に加熱し、Ti(NMe2)4ガ
ス、及びNH3ガスを導入し、次のCVD反応により、
600Åの厚みのTiN薄膜から成るバリア層5を成膜
した。 6Ti(NMe2)4(g)+8NH3(g) → 6TiN(s)+24NHMe2(g)+N2(g)In the barrier layer film forming chamber 34, the loaded wafer 21 is heated to 350 ° C., Ti (NMe 2 ) 4 gas and NH 3 gas are introduced, and the following CVD reaction is performed.
A barrier layer 5 made of a TiN thin film having a thickness of 600 Å was formed. 6Ti (NMe 2 ) 4 (g) + 8NH 3 (g) → 6TiN (s) + 24NHMe 2 (g) + N 2 (g)
【0051】上式のCVD反応は反応律速で進行し、T
iN薄膜はコンフォーマルに成長するので、図1(b)に
示すような、カバレッジの良いウェハー22が得られ
た。The above CVD reaction proceeds at a reaction rate,
Since the iN thin film grows conformally, a wafer 22 with good coverage as shown in FIG. 1B was obtained.
【0052】次いで、前記ウェハー22を、前記バリア
層成膜室34から前記銅薄膜成膜室35に搬入し、該ウ
ェハー22の温度を170℃にし、液体原料のCu H
FAVTMSを用いた熱CVD法により、前記バリア層
5上に銅薄膜6をブランケット成膜し、図1(c)に示す
ようなウェハー23を得た。この熱CVD法によれば、
反応律速状態で銅薄膜が成膜されるので、銅薄膜はコン
フォーマル成長し、前記ウェハー23の表面は平坦にな
る。Then, the wafer 22 is carried into the copper thin film forming chamber 35 from the barrier layer forming chamber 34, the temperature of the wafer 22 is set to 170 ° C., and Cu 2 H 3 which is a liquid source is used.
A copper thin film 6 was blanket-deposited on the barrier layer 5 by a thermal CVD method using FAVTMS to obtain a wafer 23 as shown in FIG. 1 (c). According to this thermal CVD method,
Since the copper thin film is formed in the reaction-controlled state, the copper thin film conformally grows and the surface of the wafer 23 becomes flat.
【0053】次に、このウェハー23を前記エッチバッ
ク室36へ搬入し、基板温度を130℃にして、正2価
の銅有機錯体ガスであるCu+2(HFA)2と、電子供与
性中性配位子ガスであるSi(Me)3C≡CSi(Me)3
との混合ガスを真空排気を行いながら導入し、100P
aの圧力に保持すると、前記銅薄膜6表面では上記(6)
式と同様の原理でCVD成膜の逆反応が起き、前記銅薄
膜6表面の銅原子Cu0は、正1価の銅有機錯体であ
る、Cu+1(HFA) Si(Me)3C≡CSi(Me)3に
転換される。このとき、実験場においては、前記正2価
銅有機錯体ガスと前記電子供与性中性配位子ガスとの体
積比は、上述の(6)式の比(1対2)ではなく前記電子供
与性中性配位子が過剰になるように供給した。Next, the wafer 23 is carried into the etch-back chamber 36, the substrate temperature is set to 130 ° C., and Cu +2 (HFA) 2 , which is a positive divalent copper organic complex gas, and an electron donating medium. a sexual ligand gas Si (Me) 3 C≡CSi (Me ) 3
Introduce mixed gas with
When the pressure of a is maintained, the above (6)
The reverse reaction of the CVD film formation occurs according to the same principle as the formula, and the copper atom Cu 0 on the surface of the copper thin film 6 is Cu +1 (HFA) Si (Me) 3 C≡ which is a positive monovalent copper organic complex. Converted to CSi (Me) 3 . At this time, in the experimental field, the volume ratio of the positive divalent copper organic complex gas to the electron-donating neutral ligand gas is not the ratio (1: 2) of the above formula (6), but the electron ratio. The donor neutral ligand was supplied in an excess amount.
【0054】前記正1価銅有機錯体は蒸気圧が高く、真
空排気により容易に除去されるので、Cu0金属は、C
u+1の有機錯体に連続的に転換され、前記銅薄膜6のエ
ッチングは徐々に進行し、前記溝4ないに銅薄膜配線
6’を残し、前記溝4以外の前記絶縁膜3表面の前記バ
リア層5を露出させるエッチバックを行うことができ
る。Since the positive monovalent copper organic complex has a high vapor pressure and is easily removed by evacuation, Cu 0 metal is C
The copper thin film 6 is continuously converted into the organic complex of u +1 and the etching of the copper thin film 6 gradually progresses, leaving the copper thin film wiring 6 ′ in the groove 4 and removing the copper film 6 ′ on the surface of the insulating film 3 other than the groove 4. Etchback can be performed to expose the barrier layer 5.
【0055】この銅薄膜6のエッチングをジャストエッ
チで止めるのは困難なので、オーバーエッチを行ったと
ころ、図1(d)のウェハー24に示すように、前記溝4
内に残された前記銅薄膜配線6’の表面の高さは、前記
絶縁膜3表面の高さよりも低くなった。Since it is difficult to stop the etching of the copper thin film 6 by just etching, when overetching is performed, as shown in the wafer 24 of FIG.
The height of the surface of the copper thin film wiring 6 ′ left inside was lower than the height of the surface of the insulating film 3.
【0056】このオーバーエッチを行った場合でも、前
記バリア層5は、前記正2価銅有機錯体ガスと電子供与
性中性配位子ガスとの混合ガスではエッチングされず、
いわば選択性が無限大と言える程大きいので、露出した
前記バリア層5や前記溝4内の前記バリア層5が浸食さ
れることはない。なお、このときのエッチング速度は6
0nm/minであった。Even when this over-etching is performed, the barrier layer 5 is not etched by the mixed gas of the positive divalent copper organic complex gas and the electron-donating neutral ligand gas,
Since the selectivity is so large that it can be said to be infinite, the exposed barrier layer 5 and the barrier layer 5 in the groove 4 are not eroded. The etching rate at this time is 6
It was 0 nm / min.
【0057】このエッチバック終了後、前記ウェハー2
4を前記バリア層成膜室34内に再度搬入し、図1(e)
に示すように、TiN薄膜から成る保護膜7を、前記バ
リア層5と同じ成膜条件でコンフォーマルに成膜し、ウ
ェハー25を得た。After completion of this etch back, the wafer 2
4 is again carried into the barrier layer film forming chamber 34, and FIG.
As shown in, a protective film 7 made of a TiN thin film was conformally formed under the same film forming conditions as the barrier layer 5 to obtain a wafer 25.
【0058】次いで、前記ウェハー25をドライエッチ
ング室33に搬入し、アルゴンガスをキャリアガス、C
F4ガスをエッチングガスとして前記ウェハー25表面
に供給し、前記保護膜7と前記バリア層5とをこの順で
エッチングした。Then, the wafer 25 is loaded into the dry etching chamber 33, and argon gas is used as carrier gas and C.
The protective film 7 and the barrier layer 5 were etched in this order by supplying F 4 gas as an etching gas to the surface of the wafer 25.
【0059】その際、前記銅薄膜配線6’表面の高さは
前記絶縁膜3表面の高さよりも低いので、前記絶縁膜3
表面の前記保護膜7と前記バリア層5だけが除去され、
前記銅薄膜配線6’上には前記保護膜7で構成されるキ
ャップ層7’が残される。また、前記銅薄膜配線6’周
囲と底面には前記バリア層5で構成される下地バリア層
5’が残される。かくて、前記下地バリア層5’と前記
キャップ層7’とで前記銅配線6’がカプセル化された
銅配線9が得られた。At this time, since the height of the surface of the copper thin film wiring 6'is lower than the height of the surface of the insulating film 3, the insulating film 3
Only the protective film 7 and the barrier layer 5 on the surface are removed,
A cap layer 7 ′ composed of the protective film 7 is left on the copper thin film wiring 6 ′. In addition, an underlying barrier layer 5 ′ composed of the barrier layer 5 is left around and around the copper thin film wiring 6 ′. Thus, a copper wiring 9 in which the copper wiring 6'is encapsulated by the underlying barrier layer 5'and the cap layer 7'was obtained.
【0060】このように銅配線9を形成すると、前記銅
配線9の幅と溝幅とは同じ幅になるので、前記溝4を微
細化すれば前記銅配線9も微細化できる。また、前記銅
薄膜配線6’の形成にはプラズマを用いていないので、
銅配線やウェハーにダメージが与えられることはなく、
更に、銅薄膜のエッチバック工程は低温で行えるので、
上記実施例は多層配線にも適用できる。更にまた、ウェ
ットエッチは行わず、清浄雰囲気で処理でき、また、前
記銅配線はカプセル化されているので腐食にも強く、歩
留り、信頼性も高い。When the copper wiring 9 is formed in this manner, the width of the copper wiring 9 and the width of the groove are the same, so that if the groove 4 is miniaturized, the copper wiring 9 can also be miniaturized. In addition, since plasma is not used to form the copper thin film wiring 6 ′,
No damage to the copper wiring or wafer,
Furthermore, since the etching back process of the copper thin film can be performed at a low temperature,
The above embodiment can also be applied to multilayer wiring. Furthermore, it is possible to perform processing in a clean atmosphere without performing wet etching, and since the copper wiring is encapsulated, it is resistant to corrosion, and the yield and reliability are high.
【0061】次に、本発明の他の実施例を説明する。図
4を参照し、40は本発明の一実施例の半導体製造装置
であり、前記ウェハー21と同様のウェハーを一貫した
真空雰囲気中でプロセス処理し、銅配線を形成するもの
であり、この半導体製造装置40を本発明方法の他の実
施例と共に説明する。Next, another embodiment of the present invention will be described. Referring to FIG. 4, reference numeral 40 denotes a semiconductor manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention, which processes a wafer similar to the wafer 21 in a consistent vacuum atmosphere to form a copper wiring. The manufacturing apparatus 40 will be described together with another embodiment of the method of the present invention.
【0062】前記半導体製造装置40は、基板搬送ロボ
ット49が配置された基板搬送室41を有しており、該
基板搬送室41を中心として、カセット室42、バリア
層成膜室44、銅薄膜成膜室45、エッチバック室46
とが、図面反時計回りの方向にこの順で配置され、図示
しない真空ポンプによって各室は高真空状態に置かれて
いる。The semiconductor manufacturing apparatus 40 has a substrate transfer chamber 41 in which a substrate transfer robot 49 is arranged. With the substrate transfer chamber 41 as the center, a cassette chamber 42, a barrier layer deposition chamber 44, and a copper thin film. Film forming chamber 45, etch back chamber 46
Are arranged in this order in the counterclockwise direction in the drawing, and each chamber is placed in a high vacuum state by a vacuum pump (not shown).
【0063】図3(a)に示したウェハー31は、前記ウ
ェハー21と同様に、シリコン単結晶から成る基板12
上に成膜された膜厚1μmのシリコン酸化膜から成る絶
縁膜13を有しており、該絶縁膜13には、幅0.35
μm、深さ0.7μmの溝14が複数設けられている。The wafer 31 shown in FIG. 3A is similar to the wafer 21 in that it has a substrate 12 made of a silicon single crystal.
It has an insulating film 13 made of a silicon oxide film with a film thickness of 1 μm formed thereon, and the insulating film 13 has a width of 0.35
A plurality of grooves 14 each having a thickness of 0.7 μm and a depth of 0.7 μm are provided.
【0064】前記ウェハー31を前記カセット室42に
置き、真空排気した後、前記基板搬送ロボット39で前
記バリア層成膜室44に搬送する。The wafer 31 is placed in the cassette chamber 42, evacuated, and then transferred to the barrier layer film forming chamber 44 by the substrate transfer robot 39.
【0065】前記バリア層成膜室44は、搬入されたウ
ェハーと300mmの距離になるようにTiNターゲッ
トが配置されており、該バリア層成膜室44内にアルゴ
ンガスを導入し、通常よりも一桁低い、0.35×10
-2Paの圧力を保って前記TiNターゲットのスパッタ
リングを行ったところ、図3(b)に示すように、600
Åの厚みのTiN薄膜から成るバリア層15が、前記溝
14内にカバレッジ良く成膜され、ウェハー32が得ら
れた。In the barrier layer film forming chamber 44, a TiN target is arranged at a distance of 300 mm from the loaded wafer, and an argon gas is introduced into the barrier layer film forming chamber 44 to make it more than usual. An order of magnitude lower, 0.35 × 10
When the TiN target was sputtered at a pressure of −2 Pa, as shown in FIG.
The barrier layer 15 made of a TiN thin film having a thickness of Å was formed in the groove 14 with good coverage, and the wafer 32 was obtained.
【0066】このウェハー32を前記銅薄膜成膜室45
に搬入し、前記銅薄膜成膜室35と同じ成膜条件のCV
D反応により、前記バリア層15上にコンフォーマルに
銅薄膜16を成長させ、図3(c)に示すように、表面の
平坦なウェハー33を作った。The wafer 32 is placed in the copper thin film forming chamber 45.
CV under the same film forming conditions as the copper thin film forming chamber 35.
By the D reaction, a copper thin film 16 was conformally grown on the barrier layer 15 to form a wafer 33 having a flat surface as shown in FIG. 3 (c).
【0067】次いで、前記ウェハー33を前記エッチバ
ック室46に搬送し、基板温度130℃で、正2価の銅
有機錯体ガスであるCu+2(HFA)2と、電子供与性中
性配位子ガスである過剰なSi(Me)3C≡CSi(M
e)3ガスとの混合ガスを導入し、圧力100Paの状態
に保ち、前記銅薄膜16表面のCu0を正1価の銅有機
錯体に転換除去し、図3(d)に示すように、前記溝14
内にだけ銅薄膜配線16’が残されたウェハー34を得
た。Then, the wafer 33 is transferred to the etch-back chamber 46, and at a substrate temperature of 130 ° C., Cu +2 (HFA) 2 which is a positive divalent copper organic complex gas and an electron-donating neutral coordination are formed. Excessive Si (Me) 3 C≡CSi (M
e) A mixed gas with 3 gas is introduced, the pressure is kept at 100 Pa, Cu 0 on the surface of the copper thin film 16 is converted and removed into a positive monovalent copper organic complex, and as shown in FIG. The groove 14
A wafer 34 in which the copper thin film wiring 16 'was left only inside was obtained.
【0068】該ウェハー34を前記バリア層成膜室44
に再度搬入し、前記バリア層15の成膜条件と同じ条件
でTiNターゲットのスパッタリングを行ったところ、
図3(e)に示すように、該ウェハー34表面にTiN薄
膜から成る保護膜17がカバレッジ良く成膜され、ウェ
ハー35が得られた。The wafer 34 is placed in the barrier layer deposition chamber 44.
Then, the TiN target was sputtered again under the same conditions as the film forming conditions of the barrier layer 15,
As shown in FIG. 3E, a protective film 17 made of a TiN thin film was formed on the surface of the wafer 34 with good coverage, and a wafer 35 was obtained.
【0069】該ウェハー35を前記カセット室42から
取出し、図3(f)に示すように、前記銅配線薄膜16’
上の前記保護膜17が除去されないようにレジスト膜1
8を設けてドライエッチングを行い、前記バリア層15
と前記保護膜17の不要部分を除去して下地バリア層1
5’とキャップ層17’を形成し、前記溝14内の前記
銅薄膜配線16’をカプセル化した銅配線19を得た。
このとき、前記溝14以外のところもレジスト膜で保護
しておけば、所望領域に前記下地バリア層15’とキャ
ップ層17’とを形成できる。The wafer 35 is taken out of the cassette chamber 42 and, as shown in FIG. 3 (f), the copper wiring thin film 16 'is formed.
The resist film 1 is formed so that the upper protective film 17 is not removed.
8 is provided and dry etching is performed to form the barrier layer 15
And the unnecessary portion of the protective film 17 is removed to remove the underlying barrier layer 1.
5'and a cap layer 17 'were formed to obtain a copper wiring 19 in which the copper thin film wiring 16' in the groove 14 was encapsulated.
At this time, if the portions other than the groove 14 are protected by a resist film, the underlying barrier layer 15 'and the cap layer 17' can be formed in a desired region.
【0070】なお、前記バリア層5や前記キャップ層7
に用いたTiN薄膜をCVD法で成膜する際、Ti(N
Me2)4に替えてTi(NEt2)4を用いたり、また、N
H3ガスに替えてヒドラジン(N2H4)ガスやメチルヒド
ラジン(N2H3CH3)ガスを用いたり、更に、TiCl4
/NH3系の原料ガスや、その他Ti含有有機金属系ガ
スを原料ガスとすることも可能である。The barrier layer 5 and the cap layer 7 are
When the TiN thin film used in
Ti (NEt 2 ) 4 may be used instead of Me 2 ) 4 or N 2
H 3 hydrazine in place of the gas (N 2 H 4) gas and methyl hydrazine (N 2 H 3 CH 3) or with a gas, further, TiCl 4
It is also possible to use / NH 3 -based source gas or other Ti-containing organometallic gas as the source gas.
【0071】また、前記バリア層5、15、及び前記保
護膜7、17に用いることができる薄膜はTiN薄膜に
限定されるものではなく、TiW、Ta、Mo、W等の
高融点金属や高融点金属化合物であって、ドライエッチ
ングにより容易にエッチング除去できる薄膜であれば本
発明に適用することができる。The thin films that can be used for the barrier layers 5 and 15 and the protective films 7 and 17 are not limited to TiN thin films, but may be refractory metals such as TiW, Ta, Mo, and W, or high melting point metals. Any thin film that is a melting point metal compound and can be easily removed by dry etching can be applied to the present invention.
【0072】また、銅薄膜を正1価銅有機錯体に転換し
てエッチバックする際、上記各実施例では基板温度を1
30℃に保ったが、70℃〜200℃の温度範囲でエッ
チバックが可能である。但し、低温側ではエッチング速
度が遅くなり、高温側では生成された正1価の有機錯体
が再分解してCu0の再生成が行われるので、結果的に
エッチング速度が低下する。実験的に確認した限りで
は、基板温度を120℃〜160℃の範囲に保つのが望
ましい。When the copper thin film is converted into a positive monovalent copper organic complex and etched back, the substrate temperature is set to 1 in each of the above embodiments.
Although kept at 30 ° C., etchback is possible in the temperature range of 70 ° C. to 200 ° C. However, the etching rate becomes low on the low temperature side, and the generated positive monovalent organic complex is redissolved on the high temperature side to regenerate Cu 0 , resulting in a decrease in the etching rate. As far as experimentally confirmed, it is desirable to keep the substrate temperature in the range of 120 ° C to 160 ° C.
【0073】更に、前記銅薄膜のエッチバックの際、1
00Paの圧力にしたが、10Pa〜200Paの圧力
範囲を用いることができる。但し、このときの圧力値
は、ドライエッチングガス濃度と等価なので、圧力が低
い場合は反応速度が遅くなり、高い場合は周辺部のエッ
チングが進行しすぎてウェハー面内のエッチング分布が
悪化する。実験的に確認された範囲では、50Pa〜1
50Paが実用に適した圧力範囲であると考えられる。Further, when the copper thin film is etched back, 1
Although the pressure is set to 00 Pa, a pressure range of 10 Pa to 200 Pa can be used. However, since the pressure value at this time is equivalent to the dry etching gas concentration, when the pressure is low, the reaction rate becomes slow, and when it is high, the etching in the peripheral portion proceeds too much and the etching distribution in the wafer surface deteriorates. In the range confirmed experimentally, 50 Pa to 1
It is considered that 50 Pa is a pressure range suitable for practical use.
【0074】なお、銅薄膜のエッチバックの際、本実施
例ではキャリアガスを用いなかったが、大面積のウェハ
ー表面の銅薄膜をエッチバックする場合には、正2価銅
有機錯体ガスと電子供与性中性配位子ガスに加え、アル
ゴンガスや、場合によりアルゴンガスにH2ガスを添加
した混合ガスをキャリアガスとして用いることが、面内
エッチング分布の改善のためには望ましい。In this embodiment, no carrier gas was used for etching back the copper thin film. However, when etching back the copper thin film on the surface of a large area wafer, a positive divalent copper organic complex gas and an electron were used. In order to improve the in-plane etching distribution, it is preferable to use an argon gas or a mixed gas of H 2 gas added to an argon gas as a carrier gas in addition to the donor neutral ligand gas.
【0075】[0075]
【発明の効果】本発明によれば、銅薄膜のエッチバック
にプラズマを用いなくて済み、また低温で行うことがで
きるので、素子に対してダメージを与えない。また、こ
のエッチバックの際の銅薄膜と下地のバリア層との選択
性が非常に大きいので、溝内のバリア層までエッチング
されてしまうということはない。According to the present invention, plasma does not have to be used for etching back a copper thin film, and since it can be performed at a low temperature, it does not damage the device. In addition, since the selectivity between the copper thin film and the underlying barrier layer at the time of this etching back is very large, the barrier layer in the groove is not etched.
【0076】また本発明によれば、減圧雰囲気で処理
し、ウェット処理を必要としないので、歩留り、信頼性
が向上し、また、工程が簡略化されるので、スループッ
トが向上する。Further, according to the present invention, since the treatment is carried out in a reduced pressure atmosphere and the wet treatment is not required, the yield and reliability are improved, and the process is simplified, so that the throughput is improved.
【図1】 本発明方法の実施例を説明するための工程図FIG. 1 is a process chart for explaining an embodiment of the method of the present invention.
【図2】 その方法の実施に用いることができる半導体
製造装置の一例FIG. 2 shows an example of a semiconductor manufacturing apparatus that can be used to carry out the method.
【図3】 本発明方法の他の実施例を説明するための工
程図FIG. 3 is a process chart for explaining another embodiment of the method of the present invention.
【図4】 その方法の実施に用いることができる半導体
製造装置の一例FIG. 4 is an example of a semiconductor manufacturing apparatus that can be used for implementing the method.
【図5】 CMP法を説明するための工程図FIG. 5 is a process drawing for explaining the CMP method.
2、12……基板 4、14……溝 3、13…
…絶縁膜 5、15……バリア層 6、16……銅薄膜 9、
19……銅配線 7’、17’……キャップ層 34、44、……バリア層成膜室 35、45……
銅薄膜成膜室 36、46……エッチバック室 31、41……
基板搬送室 39、49……基板搬送ロボット 30、40……
銅配線製造装置2, 12 ... Substrate 4, 14 ... Grooves 3, 13 ...
... Insulating film 5, 15 ... Barrier layer 6, 16 ... Copper thin film 9,
19 ... Copper wiring 7 ', 17' ... Cap layer 34, 44, ... Barrier layer deposition chamber 35, 45 ..
Copper thin film deposition chamber 36,46 ... Etch back chamber 31,41 ..
Substrate transfer chamber 39, 49 ... Substrate transfer robot 30, 40 ...
Copper wiring manufacturing equipment
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/88 M (72)発明者 村田 真朗 神奈川県茅ヶ崎市萩園2500番地 日本真空 技術株式会社内 (72)発明者 劉 身健 神奈川県茅ヶ崎市萩園2500番地 日本真空 技術株式会社内─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Reference number within the agency FI Technical indication location H01L 21/88 M (72) Inventor Makoto Murata 2500 Hagien, Chigasaki City, Kanagawa Japan Vacuum Technology Co., Ltd. (72) Inventor Liu Jinken, 2500 Hagien, Chigasaki City, Kanagawa Prefecture, Japan Vacuum Technology Co., Ltd.
Claims (5)
表面にバリア層を成膜するバリア層成膜工程と、 前記バリア層表面に銅薄膜を成膜して前記溝内を銅で充
填する銅充填工程と、 前記溝内に充填された銅を残して前記銅薄膜を除去し、
該溝内に銅配線を形成する配線形成工程とを有する銅配
線製造方法であって、 前記配線形成工程は、前記銅薄膜表面に、正2価の銅有
機錯体ガスと電子供与性中性配位子ガスとを供給し、前
記銅薄膜を正1価の銅有機錯体にして除去するエッチバ
ック工程を有することを特徴とする銅配線製造方法。1. A barrier layer forming step of forming a barrier layer on the surface of an insulating film formed on a substrate and provided with a groove, and a copper thin film is formed on the surface of the barrier layer to form an inside of the groove. A copper filling step of filling with copper, removing the copper thin film leaving copper filled in the groove,
And a wiring forming step of forming a copper wiring in the groove, wherein the wiring forming step comprises a positive divalent copper organic complex gas and an electron-donating neutral catalyst on the surface of the copper thin film. A method of manufacturing a copper wiring, comprising an etchback step of supplying a halogen gas and removing the copper thin film into a positive monovalent copper organic complex.
銅表面にキャップ層を形成するキャップ層形成工程を有
することを特徴とする請求項1記載の銅配線製造方法。2. The copper wiring manufacturing method according to claim 1, wherein the wiring forming step includes a cap layer forming step of forming a cap layer on the copper surface left in the groove.
れ前記溝内を充填して成る銅薄膜とを有する半導体装置
であって、 前記銅薄膜のうち、前記溝外の銅薄膜は、正2価の銅有
機錯体ガスと電子供与性中性配位子ガスによって正1価
の銅有機錯体に転換除去されて、前記溝内に銅配線が形
成されていることを特徴とする半導体装置。3. An insulating film formed on a substrate, a groove formed in the insulating film, a barrier layer formed in the groove, and a inside of the groove formed on the barrier layer. In a semiconductor device having a copper thin film formed by filling, a copper thin film outside the groove of the copper thin film is positively charged by a positive divalent copper organic complex gas and an electron-donating neutral ligand gas. A semiconductor device, wherein copper wiring is formed in the groove after being converted and removed into a valent copper organic complex.
ることを特徴とする請求項3記載の半導体装置。4. A semiconductor device according to claim 3, wherein a cap layer is provided on the copper wiring.
囲に配置された銅配線製造装置において、前記各室は真
空排気され、前記基板搬送ロボットで基板を搬送して前
記各室で処理する際に前記基板は大気に曝されないよう
に構成され、前記エッチバック室は、基板上に成膜され
た銅薄膜表面に、正2価の銅有機錯体ガスと電子供与性
中性配位子ガスとを供給し、前記銅薄膜を正1価の銅有
機錯体にし、前記基板表面の前記銅薄膜の不要部分が均
一に除去されるように構成されたことを特徴とする銅配
線製造装置。5. A barrier layer deposition chamber for depositing a barrier layer, a copper thin film deposition chamber for depositing a copper thin film, and an etchback chamber for removing the copper thin film, each chamber being a substrate. In a copper wiring manufacturing apparatus arranged around a substrate transfer chamber in which a transfer robot is placed, each chamber is evacuated, and when the substrate is transferred by the substrate transfer robot and processed in each chamber, the substrate is in the atmosphere. The etchback chamber supplies a positive divalent copper organic complex gas and an electron-donating neutral ligand gas to the surface of the copper thin film formed on the substrate. An apparatus for producing copper wiring, wherein the copper thin film is formed into a positive monovalent copper organic complex, and an unnecessary portion of the copper thin film on the substrate surface is uniformly removed.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4632295A JPH08222568A (en) | 1995-02-10 | 1995-02-10 | Copper wiring manufacture, semiconductor device, and copper wiring manufacturing device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP4632295A JPH08222568A (en) | 1995-02-10 | 1995-02-10 | Copper wiring manufacture, semiconductor device, and copper wiring manufacturing device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08222568A true JPH08222568A (en) | 1996-08-30 |
Family
ID=12743932
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP4632295A Pending JPH08222568A (en) | 1995-02-10 | 1995-02-10 | Copper wiring manufacture, semiconductor device, and copper wiring manufacturing device |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JPH08222568A (en) |
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