WO2006035591A1 - 銅配線の形成方法 - Google Patents

銅配線の形成方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2006035591A1
WO2006035591A1 PCT/JP2005/016712 JP2005016712W WO2006035591A1 WO 2006035591 A1 WO2006035591 A1 WO 2006035591A1 JP 2005016712 W JP2005016712 W JP 2005016712W WO 2006035591 A1 WO2006035591 A1 WO 2006035591A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
copper
forming
film
gas
containing film
Prior art date
Application number
PCT/JP2005/016712
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Mikio Watanabe
Hideaki Zama
Original Assignee
Ulvac, Inc.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ulvac, Inc. filed Critical Ulvac, Inc.
Priority to DE112005002353T priority Critical patent/DE112005002353B8/de
Priority to US11/663,807 priority patent/US8034403B2/en
Publication of WO2006035591A1 publication Critical patent/WO2006035591A1/ja

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3205Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/28Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
    • H01L21/283Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current
    • H01L21/285Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation
    • H01L21/28506Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers
    • H01L21/28512Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers on semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table
    • H01L21/28556Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers on semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table by chemical means, e.g. CVD, LPCVD, PECVD, laser CVD
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C49/00Ketones; Ketenes; Dimeric ketenes; Ketonic chelates
    • C07C49/92Ketonic chelates
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/02Pretreatment of the material to be coated
    • C23C16/0272Deposition of sub-layers, e.g. to promote the adhesion of the main coating
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/04Coating on selected surface areas, e.g. using masks
    • C23C16/045Coating cavities or hollow spaces, e.g. interior of tubes; Infiltration of porous substrates
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/06Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of metallic material
    • C23C16/18Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of metallic material from metallo-organic compounds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/34Nitrides
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76838Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the conductors
    • H01L21/76841Barrier, adhesion or liner layers
    • H01L21/76843Barrier, adhesion or liner layers formed in openings in a dielectric
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76838Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the conductors
    • H01L21/76877Filling of holes, grooves or trenches, e.g. vias, with conductive material
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/52Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames
    • H01L23/522Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including external interconnections consisting of a multilayer structure of conductive and insulating layers inseparably formed on the semiconductor body
    • H01L23/5226Via connections in a multilevel interconnection structure
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/52Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames
    • H01L23/522Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including external interconnections consisting of a multilayer structure of conductive and insulating layers inseparably formed on the semiconductor body
    • H01L23/532Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including external interconnections consisting of a multilayer structure of conductive and insulating layers inseparably formed on the semiconductor body characterised by the materials
    • H01L23/53204Conductive materials
    • H01L23/53209Conductive materials based on metals, e.g. alloys, metal silicides
    • H01L23/53228Conductive materials based on metals, e.g. alloys, metal silicides the principal metal being copper
    • H01L23/53238Additional layers associated with copper layers, e.g. adhesion, barrier, cladding layers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

Definitions

  • the present invention relates to a method for forming a copper wiring, and more particularly to a method for forming a copper wiring by forming a copper-containing film by a CVD method on a base layer made of a vanadium or titanium-containing film formed by a CVD method.
  • a noria layer and a Z or adhesion layer As a base layer in a contact hole or groove connecting the lower wiring and the upper wiring. It is.
  • This noria layer has the purpose of preventing the wiring material and insulating material from diffusing each other and degrading the characteristics of the semiconductor element, and the adhesion layer has a film peeling at the interface between the wiring material and the insulating material. It is often provided between the wiring material and the insulating material for the purpose of preventing the occurrence.
  • the film formation is greatly influenced by the surface characteristics of the underlying material, and (1) it is difficult to form initial nuclei and takes time. And (2) There is a problem that island growth is easy, and it is difficult to form a continuous film. Therefore, when the hole diameter is ⁇ ⁇ . 2 ⁇ m or less and the groove width is 0.2 ⁇ m or less, the aspect ratio is 4 In the above cases, voids were generated when filling holes, and it was impossible to completely fill holes. This is the diameter that makes it difficult to fill holes
  • Adhesion layer is important. At the same time, good adhesion between the barrier layer (adhesion layer) and the copper-containing film is also important for copper wiring formation.
  • the known hexafluoroacetylacetonato) copper (I) trimethylvinylsilane [Cu (MacXtmvs)] is used as a raw material for forming a copper-containing film. If is small, the situation is not necessarily completely filled.
  • FIGS. 6 and 7 schematically show voids generated in the prior art.
  • Fig. 6 shows the state of void formation during copper wiring formation when a conventional copper-containing film is embedded on the conventional barrier layer
  • Fig. 7 shows voids generated by annealing after conventional copper wiring formation. Indicates the state of occurrence.
  • a special copper complex is known as a raw material for forming a copper-containing film by a CVD method (see, for example, Patent Document 2).
  • this copper complex is used, it is an unsolved problem under what conditions can be used to obtain a desired copper-containing film.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2003-17437 (Claims)
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 2003-292495 (Claims)
  • an object of the present invention is to solve the above-described problems of the prior art, and has good characteristics by the CVD method (for example, a copper-containing film formed in a later process has a hole filling property. (Thats excellent and has good adhesion to the copper-containing film of parentheses, etc.)
  • a base layer made of vanadium or titanium-containing film is formed as a barrier layer and Z or adhesion layer, and on this, it is excellent by CVD method
  • the copper wiring forming method of the present invention includes a tetravalent amide-based vanadium organometallic source gas or a tetravalent organoamide-based titanium organometallic source gas on a film formation target in which holes and grooves are formed. And a reducing gas are used to form a base layer made of a vanadium or titanium-containing film by a CVD method, and then a copper-containing film is formed thereon by a CVD method to fill the holes and grooves. And
  • the tetravalent amide-based vanadium organometallic raw material is tetrakisjetylaminovanadium (TDEAV), tetrakisdimethylaminovanadium (TDMAV), or tetrakisethylmethylaminovanadium, and the tetravalent
  • the amide-based titanium organometallic raw material is preferably tetrakisjetylaminotitanium (TDEAT), tetrakisdimethylaminotitanium (TDMAT) or tetrakisethylmethylaminotitanium.
  • the reducing gas is a gas that can be released to release H * radicals or H + ions. It is preferable that
  • the reducing gas is selected from hydrazine derivatives, NH, H, SiH and SiH.
  • This hydrazine derivative is preferably one in which one or two hydrogen atoms of hydrazine are substituted with a methyl group, an ethyl group, or a linear or branched butyl group.
  • the substituents can be the same or different.
  • the hydrazine derivative is more preferably tertiary butyl hydrazine (TBH).
  • the reaction between the tetravalent amide-based vanadium or titanium organic metal source gas and the reducing gas is performed in a temperature range in which the film formation rate depends on the temperature of the object to be formed. It is preferable to form a film.
  • ⁇ -diketonate group represented by the general formula ( ⁇ ) ' ⁇ represents a ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ atom or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and X and ⁇ are each a carbon atom. 1 to 8 linear or branched alkyl groups or up to 9 hydrogen atoms of this C alkyl group
  • X and ⁇ may be the same or different from each other.
  • represents a ⁇ atom or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, Formula: C ⁇ -0- ⁇ 2 ⁇
  • represents a ⁇ atom or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms
  • the supply amount of the copper complex represented by the general formula (I) 'per unit area of the film formation surface of the film formation target is as follows:
  • the film forming temperature when forming the copper-containing film by the CVD method using the copper complex represented by the general formula (I) is 150 ° C to 350 ° C. Predetermined film formation at temperatures below 150 ° C It takes a lot of time to get quantity and is not practical. On the other hand, if it exceeds 350 ° C, the resistivity of the film increases, which is not preferable.
  • the hydrogen atom-containing gas examples include NH, H, SiH, Si H, and hydride.
  • Razine derivative one or two hydrogen atoms of hydrazine substituted with a methyl group, an ethyl group or a linear or branched butyl group, and the substituents may be the same or different. It is preferable that the gas is selected from the above. Of these, H is particularly preferable.
  • a hole or groove having a high aspect ratio (for example, 17) is formed by forming an underlayer having excellent step coverage.
  • the wiring material and the insulating material do not diffuse to each other, and the barrier layer or the adhesion layer that does not cause film separation at the interface between the wiring material and the insulating material is provided as a base.
  • the barrier layer or the adhesion layer that does not cause film separation at the interface between the wiring material and the insulating material is provided as a base.
  • a barrier layer and a Z adhesion layer that are easy to adhere to the copper-containing film to be used as a base it is possible to efficiently form a desired copper-containing film useful as a copper wiring. .
  • the CVD apparatus shown in FIG. 1 uses a carrier gas (eg, N, Ar, He) or a reducing gas (eg,
  • the gas supply device 1 controls the flow rate of each gas from a carrier gas source and a reducing gas source through a mass flow controller (shown as MFC1 and MFC2 in the figure) and through a pipe. It has the function of transporting into the reactor 3.
  • the raw material supply device 2 has a function of transporting the raw material into the reaction chamber 301 of the reaction device 3 while controlling the supply flow rate and supply pressure of the raw material 202 in the raw material container 201.
  • this raw material supply apparatus can be used as a liquid or solid raw material at room temperature, for example, a raw material for forming a copper-containing film, an organic metal material for forming a vanadium film such as TDEAV or TDMAV, TDEAT or TDMAT, etc.
  • a reducing gas material such as an organic metal material for forming a titanium-containing film or a hydrazine derivative (for example, tertiary butyl hydrazine (TBH)) into a gas through the vaporizer 203 and introduce the gas into the reactor 3.
  • a reducing gas material such as an organic metal material for forming a titanium-containing film or a hydrazine derivative (for example, tertiary butyl hydrazine (TBH)
  • TBH tertiary butyl hydrazine
  • the temperature of all components such as the piping for material transportation from the raw material container 201 to the shower plate 302 of the reactor 3 and the nozzle is all controlled.
  • the temperature control range is preferably from room temperature to about 270 ° C. Thereby, it can control so that source gas may not liquefy and precipitate.
  • the reaction apparatus 3 appropriately supplies the substrate S with the source gas, reducing gas, and carrier gas supplied from the source supply apparatus 2, and the carrier gas and reducing gas supplied from the gas supply apparatus 1.
  • shower plate 302 reaction chamber 301 for maintaining a film-forming atmosphere in the vicinity of substrate S, and substrate mounting table 303 on which substrate S can be installed and heated (not shown, heating means
  • a partition valve 304 for partitioning the atmosphere from the adjacent substrate transfer chamber and the like, and a pressure gauge 305 for monitoring the pressure of the film formation atmosphere.
  • the shower plate 302 is made of a metal (for example, stainless steel, Al, A1 alloy, Nostelloy (registered trademark), Inconel (manufactured by Canada Inco), etc.), and has a temperature range of room temperature to 250 ° C. It is preferable to control the temperature.
  • the reaction chamber 301 is made of metal (for example, stainless steel, Al, Al alloy, Hastelloy, Inconel, etc.), and the temperature is preferably controlled in the range of room temperature to 250 ° C.
  • the board mounting base 303 is made of metal (for example, stainless steel, Al, Al alloy, Hastelloy, Inconel, etc.) or ceramics (e.g. Al O, A1N, SiN,
  • Ceramics are preferred, and among ceramics,
  • the board mounting base 303 made of A1N can handle heating from room temperature to 600 ° C.
  • the partition valve 304 is made of metal (for example, stainless steel, Al, Al alloy, Hastelloy, Inconel, etc.), and a temperature monitor and heating means such as a heater are installed inside and outside the valve. The temperature can be controlled in the range of.
  • the pressure gauge 305 is a high temperature type.
  • the discharge device 4 is a device that adjusts the atmosphere in the reaction chamber 301.
  • the basic structure is composed of a pipe, a discharge valve 401, a pressure control valve 402, a raw material trap 403, and a vacuum pump 404.
  • Each component from the reaction chamber 301 to the vacuum pump 404 is temperature-controlled, and the control range is preferably room temperature to 250 ° C.
  • the pressure control valve 402 can be opened and closed in conjunction with each other so as to have an arbitrary set value based on the value of the pressure gauge 305 provided in the reaction chamber 301.
  • the raw material gas It is possible to stably supply the raw material gas into the reaction chamber 301 by switching the transport path of the reaction chamber 301 to the reaction chamber 301 side. Further, when the supply of the source gas is completed, the gas supply to the reaction chamber 301 can be immediately stopped by switching the source gas to the source trap 403 through the pipe 5.
  • This raw material trap 403 is a device having a function of collecting discharged raw material gas, and is effective in reducing the load on the vacuum pump 404 (blockage inside the pump) and reusing the raw material. .
  • a second vacuum pump may be installed between the pressure control valve 402 and the vacuum pump 404.
  • the raw material supply apparatus can be used in the present invention as long as it has a configuration as shown in FIGS. Regardless of the configuration, including Fig. 1, the supply flow rate and supply pressure are controlled by the mass flow controller (shown as LMFC, MF C3, and MFC4 in Figs. 2 to 4) and pressure gauge (in Fig. 2 to 4, 204 and Control (via 205) However, the raw material gas can be transported into the reaction chamber 301. Although the vaporizer is not shown, it can be provided at any time.
  • the raw material supply apparatus 2 shown in Fig. 2 the raw material is supplied with a pressurized gas (N, Ar, He, etc.) at a predetermined pressure.
  • a pressurized gas N, Ar, He, etc.
  • the raw material 202 in the material container 201 can be transported to the reaction chamber 301 via a mass flow controller (L MFC).
  • the raw material supply device 2 shown in FIG. 3 is configured so that a carrier gas and a reducing gas at a predetermined pressure can be transported into the reaction chamber 301 together with the raw material 202 in the raw material container 201 via the mass flow controller (MFC3).
  • the raw material supply apparatus 2 shown in FIG. 4 is configured so that the raw material 202 in the raw material container 201 can be transported into the reaction chamber 301 via the mass flow controller (MFC4).
  • the metal raw material that can be used to form the barrier layer and the Z or adhesion layer on the substrate prior to the formation of the copper-containing film includes a tetravalent amide-based vanadium or a titanium organic metal.
  • a tetravalent amide-based vanadium or a titanium organic metal for example, V [NR 2 ], VtNR'R 2 ] 'C1, V [
  • C1 may be any other halogen atom! /,.
  • the above-described TDEAV, TDMAV, TDEAT and TDM AT are more preferable.
  • Examples of reducing gases include gases that can be separated to release H * radicals and H + ions, such as hydrazine derivatives (eg, tertiary butyl hydrazine (TBH): (CH) CN
  • H-strength methyl, ethyl, linear or branched alkyl groups such as butyl can be used.
  • gases that can promote nitriding (TBH or NH 3) when reacting with TDEAV or TDEAT gas to form a vanadium-containing film or a titanium-containing film are preferable.
  • Examples of the carrier gas include rare gases such as argon and helium, and inert gases such as N.
  • ⁇ -diketone compounds can be obtained by a known method (for example, see the publication of JP-A-2003-292495).
  • a ⁇ -diketonate copper complex that is, a copper complex coordinated with an enolate-one of j8-diketone is, for example, a reaction of 8-diketone with copper hydroxide hydroxide (the following copper complex synthesis method 1) Obtained by.
  • solvents used in the synthesis hydrocarbons such as hexane and toluene
  • organic solvents such as ethers such as THF, dimethoxyethane, -tolyls such as acetonitrile, halogens such as dichloromethane, alcohols such as isopropanol, and esters such as ethyl acetate.
  • the water produced by the reaction in Synthesis Method 1 is azeotropically dehydrated with a reaction solvent, for example, toluene, or is reacted with the solvent when the solvent is distilled off at room temperature under reduced pressure after the reaction as in THF solvent.
  • dehydrating agents such as anhydrous sodium sulfate, anhydrous magnesium sulfate, anhydrous copper sulfate, molecular sieves, water-absorbing polymers (non-on), etc. coexist in the reaction system. Can be dehydrated and removed.
  • Complexes include, for example, bis (acetylacetonato) copper (11), bis (2,6 dimethyl-3,5 heptadionato) copper ( ⁇ ), bis (dipivaloylmethanato) copper ( ⁇ ) Or bis (2,2,6,6-tetramethyl 3,5 heptanedioto) copper (11), bis (6 ethyl 2,2 dimethyl-3,5-decanedionato) copper (11), bis (hexafluo) Roacetylacetonato) copper ( ⁇ ) and the like.
  • Examples of copper complexes represented by bis (1-ethoxy-1,5,5 dimethyl-1,2,4-hexanionato) copper (11), bis (1 ethoxy-5-methoxy 2,4 Pentanedionate) copper (11), bis (1-trifluoromethoxy-1,5,5 dimethyl-1,2, hexanedionate) copper ( ⁇ ), and the like.
  • copper complexes represented by bis (2,2-dimethyl-6-heptaene-3,5-dionate) copper (11), bis (1,7-decene-4, 6-Dionato) copper (11), Bis (1,1,1-trifluoro-5-hexene-2,4-Dionato) copper (II), and the like.
  • a vaporization method for forming a copper-containing film by the CVD method atmospheric pressure or reduced pressure CVD method
  • a method of directly vaporizing the copper complex itself with a vaporizer, or a copper complex is used.
  • a method of diluting in an appropriate solvent such as hexane, octane, toluene, cyclohexane, methyl cyclohexane, ethylcyclohexane, tetrahydrofuran, etc., transporting the solution to a vaporizer and vaporizing it can be used.
  • a known CVD method can be used for vapor deposition on the substrate.
  • a reducing gas such as hydrogen coexists with this copper complex or in the presence of hydrogen gas by plasma CVD. It can also be used in the method of depositing metallic copper. Furthermore, it is possible to deposit a copper oxide film by thermal decomposition in the presence of oxygen or plasma CVD.
  • the film formation target that can be used in the present invention is not particularly limited as long as it is a substrate for manufacturing a semiconductor.
  • a low-k substrate may be used.
  • SiOC type for example, trade name Black Diamond (manufactured by AMAT), Coral (manufactured by Novellus), Aurola (manufactured by ASM), Orion (manufactured by TRIKON), SiLK (Dow Chemical) And FLA RE (Honeywell Electric Materials)), SiOF® HSQ, MSQ, NCS (Nano Crystal Silica (Fujitsu)), and the like.
  • Example 1 the initial nucleation state of the copper-containing film formed on the barrier layer was examined by changing the formation conditions of the barrier layer made of the vanadium nitride film.
  • a vanadium-containing film was formed using the CVD apparatus shown in FIG.
  • an 8-inch wafer (SiO 2 ZSi) on which a silicate film is formed is used as the substrate S on which the film is formed.
  • the partition valve 304 of the reaction apparatus 3 was opened, and the substrate s was transferred into the reaction chamber using a robot in a chamber adjacent to the reaction chamber 301. During this transfer, gases existing in the air such as carbon-containing gas (CO or CO 2), oxygen-containing gas (O 2), water (H 2 O), etc. on the surface of the substrate s.
  • gases existing in the air such as carbon-containing gas (CO or CO 2), oxygen-containing gas (O 2), water (H 2 O), etc.
  • the substrate S transported into the reaction chamber 301 has its main surface on the shower plate 302 side and the back surface on the substrate mounting table 303 side. I put it on.
  • the substrate mounting table was always kept at a predetermined film forming temperature.
  • N gas is controlled from the gas supply device 1 through the MFC 1 to a flow rate of 1500 sccm.
  • reaction chamber was flown into the reaction chamber 301, and the substrate was heated to a temperature of 350 ° C. while maintaining the pressure in the reaction chamber at a predetermined film formation pressure. After 0 to 10 minutes, film formation was started according to the following film formation conditions 1 to 4.
  • TDEAV tetrakisjetylaminovanadium: V [N (C H)]
  • TDMAV tetrakisdimethylaminovanadium: V [N (CH)]
  • film formation conditions 2 and 4 after performing film formation conditions 1 and 3, respectively, the supply of the metal raw material, the carrier for the metal raw material, and the reducing gas is stopped continuously, and only carrier N is supplied.
  • a substrate with a surface modification was prepared by flowing 1500 SC cm, purging the reaction chamber for 1 minute, and forming a film.
  • TBH flow rate 80sccm (NH flow rate: 13sccm, H flow rate: 1680sccm)
  • Carrier N 1500sccm
  • Deposition pressure 340Pa
  • VN deposition condition 2 [0062]
  • the electric resistivity of the vanadium-containing film produced according to the above film-forming condition 1 is 2500 30 00 ⁇ 'cm, and the electric resistivity of the vanadium-containing film produced under the film-forming condition 2 is 120 0 1500 / ⁇ ⁇ 'cm.
  • Table 1 below shows the results of examining the composition of the vanadium-containing film prepared according to the above film-forming conditions 1 and 2 using the XPS method.
  • TDMAV supply 84mg / min
  • Carrier for TDMAV N 400sccm
  • TBH flow rate 80sccm (NH flow rate: 13sccm, H flow rate: 1680sccm)
  • VN deposition conditions 4 [0067]
  • the electric resistivity of the vanadium-containing film manufactured according to the film formation condition 3 is 1200 to 300 00 ⁇ .cm
  • the electric resistivity of the vanadium-containing film manufactured according to the film formation condition 4 is 1000 to 1500 ⁇ . It was' cm.
  • Table 2 below shows the results of examining the composition of the vanadium-containing film prepared according to the above film-forming conditions 3 and 4 using the XPS method.
  • a film with a higher vanadium content but a higher nitrogen content is obtained when the reducing gas is used than when it is not used, and nitriding occurs especially in the case of NH and TBH. You can see that you are encouraged.
  • a TaN film by sputtering was formed as a noria layer according to the following conditions.
  • TaN film formation conditions [0072]
  • step 1 the step of forming a copper-containing film on the barrier layer obtained in step 1 will be described.
  • the following film forming process was performed using the CVD apparatus shown in FIG.
  • the substrate on which the vanadium-containing film obtained in the above step 1 is formed is not released to the atmosphere so that the surface does not oxidize, and passes through the transfer chamber (under vacuum) provided next to the reaction chamber 301. Then, it was transferred to a reaction chamber for forming a copper-containing film and placed on a substrate mounting table 303 maintained at a predetermined temperature. In addition, a vanadium-containing film is formed.
  • the substrate was similarly placed on the substrate mounting table 303 in the reaction chamber 301 for forming the copper-containing film. H gas with controlled flow rate is supplied to these substrates, and the substrate temperature is set to the set temperature while keeping the pressure in the reaction chamber 301 constant.
  • the pressure and substrate heating temperature in this case were the same as the conditions for forming the copper-containing film to be performed later.
  • This H gas removes the oxide film on the substrate surface.
  • the hydrogen gas used has the characteristics that the molecular diameter is small, it is easy to diffuse, and the thermal conductivity is large, and H * radicals and H + ions can be released by separating.
  • Possible gas such as TBH, NH, SiH, etc.
  • the hydrazine derivative can also be used.
  • a raw material for forming a copper-containing film is supplied to the surface of the substrate in the reaction chamber 301, and a copper-containing film is formed on the substrate according to the following copper-containing film forming conditions 1 to 3.
  • This raw material is octane
  • a solution of 0.5 mol of Cu (SOPD) complex in a solvent to make 1 L of octane liquid is used as a raw material container.
  • H is flowed as a reducing gas at 1680 sccm.
  • indicates that initial nucleation was confirmed, and X indicates that initial nucleation could not be confirmed. Based on the above, it was confirmed that by performing pretreatment using TDEAV and TDMAV raw materials before forming the copper-containing film, the initial nucleus formation was promoted and the nucleus density of the initial nucleus was increased in a short time. .
  • the thickness of the copper-containing film obtained as described above was 40 to 260 nm.
  • a diamond cutter is used to draw nine squares in the X and Y directions on the substrate diameter, with four squares of 5 mm square, in the shape of a Chinese character “Ta”, and on the surface.
  • a tape test was performed to peel it off.
  • NH is flowed as a reducing gas at 13 sccm.
  • the thickness of the copper-containing film obtained as described above was 30 to 180 nm.
  • a 5mm square 4 A tape test was performed in which the individual squares were drawn at 9 points at equal intervals in the XY direction on the substrate diameter, and the adhesive tape was attached to the surface and then peeled off.
  • a vanadium-containing film was formed using the CVD apparatus shown in FIG.
  • the substrate S for forming the film an 8-inch wafer (SiO 2 ZSi) in which holes and grooves of various sizes were formed after the formation of the silicon oxide film was used.
  • the partition valve 304 of the reaction apparatus 3 was opened, and the substrate s was transferred into the reaction chamber using a robot in a chamber adjacent to the reaction chamber 301. During this transfer, gases existing in the air such as carbon-containing gas (CO or CO 2), oxygen-containing gas (O 2), water (H 2 O), etc. on the surface of the substrate s.
  • gases existing in the air such as carbon-containing gas (CO or CO 2), oxygen-containing gas (O 2), water (H 2 O), etc.
  • the substrate S transported into the reaction chamber 301 has its main surface on the shower plate 302 side and the back surface on the substrate mounting table 303 side, and a substrate mounting table provided with heating means in the reaction chamber. I put it on.
  • This substrate mounting table was always kept at a predetermined film forming temperature.
  • N gas is controlled from the gas supply device 1 through the MFC 1 to a flow rate of 1500 sccm.
  • reaction chamber was flown into the reaction chamber 301, and the substrate was heated to a temperature of 350 ° C. while maintaining the pressure in the reaction chamber at a predetermined film formation pressure. After 0 to 10 minutes, film formation was started according to the following step 1.
  • TDEAV tetrakisjetylaminovanadium: V [N (C H)]
  • TBH was used as the original gas.
  • Step 1 (Vanadium-containing film formation): A vanadium-containing film was formed on the substrate heated through the above process according to the following substrate preparation conditions 1 and 2.
  • Substrate fabrication condition 1 is
  • Carrier N 1500sccm
  • a substrate having the upper holes and grooves can be produced.
  • TDMAV tetrakisdimethylaminovanadium: V [N (CH)]
  • a substrate with a minimum hole diameter of ⁇ 0.05 m and an aspect ratio of 4 or more was prepared.
  • Step 2 Modified film formation
  • step 1 After the above step 1, supply of TDEAV raw material, carrier for TDEAV and TBH is stopped continuously, only carrier N is flowed at 1500 sccm, and the reaction chamber is purged for 1 minute.
  • the substrate surface was modified under substrate production condition 2 to produce a substrate.
  • Substrate fabrication condition 2 [0099]
  • Substrate Vanadium-containing film ZSiO, Si (Substrate prepared under substrate preparation condition 1)
  • TDEAV supply 84mgZmin Carrier for TDEAV N: 400sccm
  • a substrate having holes and grooves having an aspect ratio of 4 or more can be produced.
  • a substrate having a film thickness of 10 nm and a bottom coverage of 80% or more and a groove and a groove could be produced.
  • Example 2 a step of filling a hole with a copper-containing film for the substrate on which the barrier layer obtained in Example 2 is formed will be described.
  • the substrate was placed on the substrate mounting table 303 in the chamber 301.
  • flow controlled H for these substrates, flow controlled H
  • the power of using hydrogen gas is characterized by the fact that the molecular diameter is small, the diffusion is easy, and the thermal conductivity is large. And gases that can release H + ions, such as TBH, NH, SiH, etc.
  • the hydrazine derivative can also be used.
  • a copper-containing film-forming raw material is supplied to the substrate surface in the reaction chamber 301, and a copper-containing film is formed on the substrate according to the following film-forming conditions 1 to 3, and holes are formed. And embedded in the groove.
  • Cu (SOPD) complex in octane solvent As raw material in this case, Cu (SOPD) complex in octane solvent.
  • the liquid raw material 202 was transported from the raw material container 201 to the vaporizer 203 via a pipe, vaporized by the vaporizer, and then supplied to the substrate surface in the reaction chamber 301 to form a film.
  • Substrate used each substrate prepared in steps 1 and 2 of Example 2 (substrate preparation conditions 1 and 2)
  • Substrate used each substrate prepared in steps 1 and 2 of Example 2
  • Substrate used each substrate prepared in steps 1 and 2 of Example 2
  • Table 4 shows the results when using the substrate produced in Step 1 of Example 2
  • Table 5 shows the results when using the substrate produced in Step 2 of Example 2.
  • FIG. 5 schematically shows a state in which the copper-containing film is embedded in the holes and grooves.
  • the copper-containing wiring film is uniformly formed on the barrier layer that is uniformly formed on the substrate including the inside of the hole or groove, and the hole or groove is embedded without any gap.
  • the parentheses indicate the aspect ratio (AR) at which embedding was achieved.
  • the deposition temperature of the copper-containing film in which embedding could be confirmed was 150 ° C to 350 ° C. After embedding, in a hydrogen or nitrogen atmosphere at a pressure of 360 Pa, 3 hours, 500. Even when annealing was performed by heating to C, generation of voids in the film was not confirmed.
  • the sheet resistance of the film obtained under the deposition conditions 1 and 2 in which the embedding into the home and the groove was confirmed and the embedding could be achieved even when the aspect ratio was high the sheet resistance was measured. 2-7 ⁇ 'cm.
  • the film resistance is 2 to 10% under the film formation conditions in which embedding can be confirmed and the film formation temperature is 200 to 300 ° C. Met.
  • a substrate provided with a barrier layer obtained by using TDMAV (tetrakisdimethylaminovanadium: V [N (CH)]) instead of the raw material TDEAV of Example 2 above also applies to
  • Steps 1 and 2 described in Example 2 were repeated using TDEAT (tetrakisjetylaminotitanium: Ti [N (C H)]) instead of the raw material TDEAV of Example 2 above.
  • TDEAT tetrakisjetylaminotitanium: Ti [N (C H)]
  • a substrate provided with a barrier layer was prepared.
  • the substrate forming condition in Example 2 was 1 ° C.
  • the film forming temperature was 250 ° C.
  • the substrate was a titanium-containing film ZS iO ZSi substrate
  • the film forming temperature was 250 ° C. All the remaining conditions were the same.
  • TDMAT tetrakisdimethylaminotitanium Ti [N (CH)]
  • the film formation temperature was set to 300 ° C, as in Example 2.
  • a substrate with holes and grooves with a minimum hole diameter of ⁇ 0.05 m and an aspect ratio of 4 or more was fabricated.
  • Example 4 a step of filling a hole with a copper-containing film on the substrate on which the titanium-containing film (using TDEAT as a raw material) obtained in Example 4 is formed will be described.
  • Example 3 The process of Example 3 was repeated under the same conditions as those of Example 3 except that a substrate on which a titanium-containing film was formed was used instead of the substrate of Example 3. A copper-containing film was formed.
  • X Power that could not be embedded.
  • the parentheses indicate the aspect ratio (AR) at which embedding was achieved.
  • the deposition temperature of the copper-containing film in which embedding was confirmed was 150 to 350 ° C.
  • annealing was performed by heating at 500 ° C. for 3 hours in a hydrogen or nitrogen atmosphere at a pressure of 360 Pa, and generation of voids in the film could not be confirmed.
  • the upper limit is, for deposition morphology Akui spoon, 2. OXlO'm g / min-cm 2 (8.0X10 "'cc / min - cm 2: 3.6 X 10- 5 mol / min'cm) )Met.
  • the titanium-containing film As a barrier layer before the copper-containing film is formed in the film-forming process, initial nucleation is promoted in the copper-containing film forming step, and the nucleus density of the initial nuclei is reduced in a short time In the substrate obtained, it was confirmed that peeling of the copper-containing film with the surface strength of the titanium-containing film was not observed.
  • TDMAT tetrakisdimethylaminotitanium: Ti [N (CH)]
  • a copper-containing wiring having desired characteristics excellent in embedding characteristics and adhesiveness with a lower noria layer can be formed. It can be applied to the field of metal wiring, especially copper wiring, mainly in the semiconductor industry such as semiconductor devices (LSI, IC, etc.).
  • FIG. 1 A layout diagram schematically showing a structural example of a CVD apparatus for carrying out the copper-containing film forming method and barrier layer formation of the present invention.
  • FIG. 2 is an arrangement diagram schematically showing another embodiment of the raw material supply apparatus for the CVD apparatus shown in FIG.
  • FIG. 3 is a layout diagram schematically showing still another embodiment of the raw material supply apparatus of the CVD apparatus shown in FIG.
  • FIG. 4 is a layout diagram schematically showing still another embodiment of the raw material supply apparatus of the CVD apparatus shown in FIG.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing a state in which a copper-containing film is embedded in holes and grooves according to the present invention.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing a void generation state during copper wiring formation when a conventional copper-containing film is embedded on a conventional noria layer.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing a state where voids are generated by annealing after conventional copper wiring is formed.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)

Abstract

CVD法により、埋め込み性、下地層との密着性に優れた銅配を形成するために、ホール等が形成された基板表面上に、原料として4価のアミド素バナジウム有機金属ガスまた、 還元性ガスとしてターシャリーブチルヒドラジン等を用いて、CVD法によりV又はTi含有膜からなる下地層を形成し、この上に、銅含有膜を形成し、ホール等を埋め込み、配線を形成する。半導体産業における銅配線の分野に適用可能。

Description

明 細 書
銅配線の形成方法
技術分野
[0001] 本発明は、銅配線の形成方法、特に、 CVD法により形成したバナジウムまたはチタ ン含有膜からなる下地層の上に、 CVD法により銅含有膜を形成する銅配線の形成 方法に関する。
背景技術
[0002] 半導体素子 (LSI、 ICなど)を製造する際の配線では、下部配線と上部配線とを結ぶ コンタクトホールや溝などに下地層としてノリア層および Zまたは密着層を形成する のが一般的である。このノリア層は、配線材料と絶縁材料とが相互に拡散し、半導体 素子の特性が劣化するのを防ぐことを目的として、また、密着層は、配線材料と絶縁 材料との界面で膜剥離が生じるのを防ぐことを目的として、配線材料と絶縁材料との 間に設けられることが多い。
[0003] 近年、コンタクトホールや溝内の配線材料として、従来の A1に代わって、より抵抗率 の低い銅を用いることが提案されている。この場合、銅配線の下地層となるシリコン酸 化物膜などの絶縁層中に銅が拡散するのを防ぐために、シリコン酸ィ匕物膜などと銅 配線との間にノ リア層を形成して 、る。
[0004] ところで、上記銅配線形成には、従来カもメツキ法が用いられてきた。しかし、近年、 LSIなどの配線スケールの縮小に伴い、コンタクトホールなどのサイズも細長くなり、メ ツキ液がこのアスペクト比の高 、細長 、ホールなどの内部まで入り難くなると!、う問題 が生じており、メツキ液による銅配線の形成が困難になっている。
[0005] そこで、メツキ法に代わる銅配線形成方法として、 CVD法に代表されるガスを用い る方法が検討されて 、るのが現状である。
[0006] しカゝしながら、 CVD法を用いた銅配線形成プロセスでは、その膜形成が下地材料 の表面特性に大きく影響され、(1)初期核の形成が困難であり、時間がかかることや、 (2)島状成長し易いことといった問題があり、連続的な膜を形成することが困難であつ た。そのため、ホール径 φ θ. 2 μ m以下、溝幅 0. 2 μ m以下では、アスペクト比が 4 以上の場合に、ホールなどへの穴埋めに際して、ボイドが発生してしまい、完全な穴 埋めを行うことができな力 た。これでは、メツキ法による穴埋めが困難になってくる径
0. 1 m以下のホールや溝への埋め込みが CVD法では行えず、将来大問題になる 恐れがある。
[0007] また、 CVD法により形成された銅含有膜とバリア層などとの密着が取り難いという問 題もあった。
[0008] 従って、 CVD法により連続膜を形成するためには、成膜プロセスの初期段階での 核形成を速めると共に、核形成密度を高くすることが必要であり、下地に使用される バリア層 (密着層)が重要となる。また、同時にバリア層 (密着層)と銅含有膜との密着性 が良好であることも銅配線形成には重要となる。
[0009] CVD法により形成した銅膜を配線として用いる場合に、この膜との密着性が良ぐ かつ内部応力の小さいバリア層を形成するために、反応性スパッタ法ゃ CVD法によ り窒化バナジウム膜を形成し、その上に CVD法により銅材料を成長させることが知ら れている (例えば、特許文献 1参照)。この場合、ノリア層形成用原料としては、ビス (シ クロペンタジェニル)バナジウム (ΠΙ)などを用いている力 必ずしも良好なバリア層が 得られていない。また、銅含有膜形成用原料としては、公知のへキサフルォロアセチ ルァセトナト)銅 (I)トリメチルビ-ルシラン [Cu(MacXtmvs)]などが用いられているが、 下地層のためか、ホール径が小さい場合、必ずしも完全に穴埋めができていないの が実情である。
[0010] 上記した従来の Cu(MacXtmvs)はまた、下地層のためか、形成される銅含有膜の 再現がとれないこと (開口部: φ =0. 以下、アスペクト比: 4以上の場合で、ホー ルなどの埋め込みが安定しないこと)、また、ホールなどの穴埋め後のァニール処理 によりボイドが発生することなどの問題がある。
[0011] 図 6および 7に、従来技術において発生するボイドについて模式的に示す。図 6に は、従来のバリア層の上に従来の銅含有膜を埋め込んだ場合の、銅配線形成時の ボイド発生状態を示し、図 7には、従来の銅配線形成後のァニール処理によるボイド 発生状態を示す。
[0012] 銅配線を形成する際には、上記のような問題があるため、 LSIなどの配線を形成し た際に、信頼性が得られないことになる。これは、 Cu(MacXtmvs)錯体に代表される 原料の不安定さが原因の一つではないかと考えられ、埋め込み性に優れ、かつ他の 特性をも満足する銅含有膜形成用原料の開発が求められている。
[0013] さらに、 CVD法により銅含有膜を形成する際の原料として特殊な銅錯体が知られ ている (例えば、特許文献 2参照)。しかし、この銅錯体を用いる場合に、いかなる条件 を用いれば、所望の銅含有膜が得られるかは、未解決の問題である。
特許文献 1:特開 2003— 17437号公報 (特許請求の範囲)
特許文献 2:特開 2003 - 292495号公報 (特許請求の範囲)
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0014] そこで、本発明の課題は、上述の従来技術の問題点を解決することにあり、 CVD 法により、良好な特性を有する (例えば、後工程で形成する銅含有膜が穴埋め込み 性に優れたものとなり、かっこの銅含有膜との良好な密着性などを有する)バナジウム またはチタン含有膜からなる下地層をバリア層および Zまたは密着層として形成し、 この上に、 CVD法により、良好な特性を有する銅含有膜を形成して、銅配線を形成 する方法を提供することにある。
課題を解決するための手段
[0015] 本発明の銅配線形成方法は、ホールや溝が形成された成膜対象物上に、 4価のァ ミド系バナジウム有機金属原料ガスまたは 4価の有機アミド系チタン有機金属原料ガ スと還元性ガスとを用いて、 CVD法によりバナジウムまたはチタン含有膜からなる下 地層を形成し、この上に、 CVD法により銅含有膜を形成し、該ホールや溝を埋め込 むことを特徴とする。
[0016] 前記 4価のアミド系バナジウム有機金属原料は、テトラキスジェチルアミノバナジゥ ム (TDEAV)、テトラキスジメチルァミノバナジウム (TDMAV)またはテトラキスェチル メチルァミノバナジウムであり、また、前記 4価のアミド系チタン有機金属原料がテトラ キスジェチルァミノチタン (TDEAT)、テトラキスジメチルァミノチタン (TDMAT)また はテトラキスェチルメチルァミノチタンであることが好ましい。
[0017] 前記還元性ガスは、乖離して H*ラジカルや、 H+イオンを放出することができるガス であることが好ましい。
[0018] 前記還元性ガスは、ヒドラジン誘導体、 NH、 H、 SiHおよび Si Hから選ばれた
3 2 4 2 6
ガスであることが好まし!/、。
[0019] このヒドラジン誘導体は、ヒドラジンの水素原子の 1つまたは 2つをメチル基、ェチル 基、直鎖もしくは分枝のブチル基で置換したものであることが好ましい。この置換基は 同じものであっても異なったものでもよい。また、ヒドラジン誘導体は、ターシャリーブ チルヒドラジン (TBH)であることがさらに好ましい。
[0020] 前記 4価のアミド系バナジウムまたはチタン有機金属原料ガスと還元性ガスとの反 応を、成膜速度が成膜対象物の温度に依存する温度領域で行い、バナジウム含有 膜またはチタン含有膜を形成することが好ま ヽ。
[0021] 本発明にお ヽては、前記銅含有膜を、前記有機金属原料ガスと還元性ガスとから 形成された下地層の上に形成する際に、次の一般式 (I)'で表される β ジケトネート 基 (式中、 Ζは、 Η原子または炭素原子数 1〜4のアルキル基を、 Xは、次の一般式 (I —I)で表される基 (式中、 Raは、炭素原子数 1〜5の直鎖または分枝のアルキレン基を 、 Rdは、夫々独立して炭素原子数 1〜5の直鎖または分枝のアルキル基を表 す)を、 Yは、式 (I—I)で表される基 (式中、 は、炭素原子数 1〜5の直鎖または分枝 のアルキレン基を、
Figure imgf000006_0001
Rdは、夫々独立して炭素原子数 1〜5の直鎖または分枝 のアルキル基を表す)か、または炭素数 1〜8の直鎖または分枝のアルキル基を表す )を配位子とする次の一般式 (IX式中、 X、 Υ、 Ζは上記定義の通りである)
[0022] [化 1]
Figure imgf000006_0002
で表される銅錯体を用いて、 CVD法により形成することを特徴とする。 [0023] 前記一般式 (Ι)'で表される β—ジケトネート基として、式中、 Ζが、 Η原子または炭素 原子数 1〜4のアルキル基を表し、 Xおよび Υが、それぞれ、炭素原子数 1〜8の直鎖 もしくは分岐のアルキル基力 またはこの C アルキル基の水素原子を最大で 9ケま
1〜8
でフッ素原子で置換したものを表し、この Xおよび Υは両者とも同じであっても異なつ ていてもよい j8—ジケトネート基を配位子とする前記一般式 (I) (式中、 X、 Y、 Ζは上記 定義の通りである)で表される銅錯体のガスを用いてもょ 、。
[0024] また、前記一般式 (I)'で表される β—ジケトネート基として、式中、 Ζが、 Η原子また は炭素原子数 1〜4のアルキル基を表し、 Xおよび Υ力 それぞれ、式: C Η -0- η 2η
C H (式中、 n= l〜8、 m=0〜7、 n+m≤8である)で表される基力、またはこの m 2m+ l
基の水素原子を最大で 9ケまでフッ素原子で置換したものを表し、この Xおよび Yは 両者とも同じであっても異なっていてもよい j8—ジケトネートを配位子とする前記一般 式 (IX式中、 X、 Υ、 Ζは上記定義の通りである)で表される銅錯体のガスを用いてもよ い。
[0025] さらに、前記一般式 (I)'で表される β—ジケトネート基として、式中、 Ζが、 Η原子ま たは炭素原子数 1〜4のアルキル基を表し、 Xおよび Υが、それぞれ、 C Η — CH =
n 2n
CH-C H (n=0〜6、 m=0〜6、 n+m≤6である)で表される基力 またはこの m 2m+ l
基の水素原子を最大で 9ケまでフッ素原子で置換したものを表し、この Xおよび Yは 両者とも同じであっても異なっていてもよい j8—ジケトネートを配位子とする前記一般 式 (IX式中、 X、 Υ、 Ζは上記定義の通りである)で表される銅錯体のガスを用いてもよ い。
[0026] 前記一般式 (I)'で表される銅錯体の供給量が、成膜対象物の成膜面の単位面積あ たり、以下の式:
8.0 Χ 10_1cc/min-cm2(3.6 X 10"5mol/min-cm2)≥供給量≥ 3.6 X 10— 3cc/min'cm2( 1.6 X 10 mol/ min · cm
を満たす量であることが好ましい。下限値未満でも上限値を超えても良好な埋め込 み特性は得られない。
[0027] 前記一般式 (I)で表される銅錯体を用いて、 CVD法により銅含有膜を形成する際の 成膜温度が、 150°C〜350°Cであることが好ましい。 150°C未満であると所定の成膜 量を得るために多くの時間を要し、実用的ではない。また、 350°Cを超えると膜の抵 抗率が高くなり、好ましくない。
[0028] 前記銅含有膜を形成する際に、還元性ガスとして水素原子含有ガスを用いることが 好ましい。この水素原子含有ガスとしては、例えば、 NH、 H、 SiH、 Si H及びヒド
3 2 4 2 6 ラジン誘導体 (ヒドラジンの水素原子の 1つまたは 2つをメチル基、ェチル基または直 鎖もしくは分岐のブチル基で置換したものであり、置換基は同じであっても異なって いてもよい)から選ばれたガスであることが好ましい。この中でも、特に好ましいのは H
2 ガスである。
発明の効果
[0029] 本発明によれば、 CVD法により銅含有膜を形成する際に、優れた段差被覆性をも つ下地層を形成することにより、高アスペクト比 (例えば、 17)を持つホールや溝 (例え ば、開口部が φ =0. 05 mであるもの)内に、その側壁部分を含めてボイドのない 均一な銅含有膜を埋め込むことができるという効果を奏する。
[0030] また、本発明によれば、配線材料と絶縁材料とが相互に拡散することのな 、バリア 層や、配線材料と絶縁材料との界面で膜剥離が生じることのない密着層を下地に用 いること〖こより、そして、銅含有膜の形成に際して核形成密度が高い初期核の形成を 短時間で容易に行うことができ、かつ連続的な膜を形成することができると共に、形 成される銅含有膜との間で密着が取り易いバリア層および Z密着層を下地に用いる ことにより、銅配線として有用な所望の銅含有膜を効率的に形成することができるとい う効果を奏する。
発明を実施するための最良の形態
[0031] まず、本発明の銅配線形成方法を実施する CVD装置の一構成例について図面を 参照して説明する。この CVD装置は銅含有膜の下地層としてノリア層などを形成す るためにも使用できるので、この装置の説明は、以下両工程を含んだ形で行う。
[0032] 図 1に示す CVD装置は、キャリアガス (例えば、 N、 Ar、 Heなど)や還元性ガス (例
2
えば、 NH、 Hなど)などのガスの供給を行うガス供給装置 1と、成膜原料の供給を行
3 2
う原料供給装置 2と、金属含有膜形成を行う反応装置 3と、原料およびガスの排出を 行う排出装置 4とから構成されて 、る。 [0033] ガス供給装置 1は、キャリアガスのガス源および還元性ガスのガス源から、それぞれ 、マスフローコントローラー (図中、 MFC1および MFC2で示す)を通して各ガスの流 量を制御しながら、配管を通して反応装置 3内へと輸送する機能を有する。
[0034] 原料供給装置 2は、原料容器 201内の原料 202の供給流量や供給圧力を制御し ながら、反応装置 3の反応室 301内へ原料を輸送する機能を有する。図 1によれば、 この原料供給装置は、常温で液体または固体の原料に使用でき、例えば銅含有膜 形成用原料、 TDEAVや TDMAVなどのバナジウム含有膜形成用有機金属材料、 TDEATや TDMATなどのチタン含有膜形成用有機金属材料や、ヒドラジン誘導体 (例えば、ターシャリーブチルヒドラジン (TBH))などの還元性ガス材料を気化装置 20 3を通してガス状にし、このガスを反応装置 3内へ導入するために使用される。この原 料供給装置の基本構成の一つを示す図 1では、供給流量や供給圧力をマスフロー コントローラー (図 1中、 L— MFCや MFC3で示す)や圧力計 (図 1中、 204および 205 で示す)を介して制御しながら、原料ガスなどを反応室 301へ輸送できるようになって いる。原料容器 201から反応装置 3のシャワープレート 302に至るまでの原料輸送用 配管、ノ レブなどの各構成要素は全て温度制御されている。この温度制御範囲は、 室温〜 270°C程度が好ましい。これにより、原料ガスが液化、析出しないように制御さ れ得る。
[0035] 反応装置 3は、原料供給装置 2から供給される原料ガス、還元性ガスおよびキャリア ガスや、ガス供給装置 1から供給されるキャリアガス、還元性ガスなどを基板 Sに適切 に供給するためのシャワープレート 302と、基板 S近傍の成膜雰囲気を保っための反 応室 301と、基板 Sを設置でき、加熱できるようになつている基板設置台 303(図示し ていないが、加熱手段を備えている)と、隣の基板搬送室などとの雰囲気を仕切るた めの仕切りバルブ 304と、成膜雰囲気の圧力をモニターする圧力計 305とから構成さ れている。このシャワープレート 302は、金属 (例えば、ステンレス鋼、 Al、 A1合金、ノヽ ステロイ (登録商標)、インコネル (カナダ'インコ (INCO)社製)など)で作製され、室温〜 250°Cの範囲で温度制御することが好ましい。反応室 301は、金属 (例えば、ステンレ ス鋼、 Al、 A1合金、ハステロイ、インコネルなど)で作製され、室温〜 250°Cの範囲で 温度制御することが好ましい。基板設置台 303は、金属 (例えば、ステンレス鋼、 Al、 Al合金、ハステロイ、インコネルなど)またはセラミックス (例えば、 Al O、 A1N、 SiN、
2 3
SiC、 SiOなど)で作製され得る。好ましくはセラミックスであり、セラミックスの中でも、
2
熱伝導が良ぐ高温でも温度分布の良 ヽ A1Nで作製することが好ま ヽ。 A1Nで作 製した基板設置台 303は、室温〜 600°Cの加熱に対応できる。仕切りバルブ 304は 、金属 (例えば、ステンレス鋼、 Al、 Al合金、ハステロイ、インコネルなど)で作製され、 バルブ内部、外部に温度モニターとヒーターなどの加熱手段とが設置され、室温〜 2 50°Cの範囲で温度制御することができるようになつている。圧力計 305は、高温対応 型を用いる。
[0036] 排出装置 4は、反応室 301内の雰囲気を調整する装置である。その基本的な構造 は、図 1に例示する通り、配管、排出ノ レブ 401、圧力コントロールバルブ 402、原料 トラップ 403、真空ポンプ 404からなつている。反応室 301から真空ポンプ 404までの 各構成要素は、温度制御され、その制御範囲は、室温〜 250°Cが好ましい。圧力コ ントロールバルブ 402は、反応室 301に設けられた圧力計 305の値を基に、任意の 設定値になるように連動して開閉できるようになつている。また、原料供給装置 2を出 た原料ガスが、排出装置 4の原料トラップ 403まで輸送できる配管 5を設けることで、 原料供給装置 2から輸送される原料ガスの供給量が安定したところで、原料ガスの輸 送経路を反応室 301側に切り替えて、反応室 301内へ原料ガスを安定して供給する ことが可能となる。また、原料ガスの供給が終了した際、配管 5により原料ガスを原料 トラップ 403に切り替えることで、反応室 301へのガス供給を即座に停止することがで きる。この原料トラップ 403は、排出される原料ガスを回収する機能を有する装置であ り、真空ポンプ 404への負荷 (ポンプ内部での閉塞)の軽減および原料の再利用を行 う上で有効である。図 1に示す真空ポンプ 404の排気能力を上げるために、圧力コン トロールバルブ 402と真空ポンプ 404との間に第 2の真空ポンプを設置してもカゝまわ ない。
[0037] 上記原料供給装置は、図 1に示す以外にも、例えば図 2〜4に示すような構成を有 するものであれば本発明において利用できる。図 1を含めて、いずれの構成におい ても、供給流量や供給圧力をマスフローコントローラー (図 2〜4中、 L MFCや MF C3、 MFC4で示す)や圧力計 (図 2〜4中、 204および 205で示す)を介して制御しな がら、原料ガスを反応室 301内へ輸送できるように構成されている。なお、気化装置 は図示していないが、随時設けることができる。
[0038] 図 2に示す原料供給装置 2では、所定の圧力の加圧ガス (N、 Ar、 Heなど)により原
2
料容器 201内の原料 202をマスフローコントローラー (L MFC)を介して反応室 301 へ輸送できるように構成されている。図 3に示す原料供給装置 2では、所定の圧力の キャリアガス、還元性ガスをマスフローコントローラー (MFC3)を介して原料容器 201 内の原料 202と共に反応室 301内へ輸送できるように構成されて 、る。図 4に示す原 料供給装置 2では、原料容器 201内の原料 202をマスフローコントローラー (MFC4) を介して反応室 301内へ輸送できるように構成されて 、る。
[0039] 本発明において、銅含有膜の形成に先だって基板上にバリア層および Zまたは密 着層を形成するために用いることができる金属原料としては、 4価のアミド系バナジゥ ムまたはチタン有機金属原料が好ましぐ例えば、 V[NR 2] , VtNR'R2] 'C1、V[
4 3
NR'R2] - CI , VLNRW- CIなどや TiENI^R2] , TitNR'R2] - CU TitNR'R2] -
2 2 3 4 3 2 C
1、 TitNR'R'j -Clなどを使用できる。ここで、 R1および R2は、同じであっても異なつ
2 3
ていてもよく、 C H (n=0〜4の整数)、 C H O(m=0〜4の整数である)、 CH O n 2n+ l m 2m 2
Hまたはフエ-ル基など力も選ばれる。 C1はこれ以外のハロゲン原子であってもよ!/、 。これらの金属原料の中でも、上記した TDEAV、 TDMAV、 TDEATおよび TDM ATがより好ましい。
[0040] 還元性ガスとしては、乖離して H*ラジカルや、 H+イオンを放出することができるガ ス、例えばヒドラジン誘導体 (例えば、ターシャリーブチルヒドラジン (TBH) : (CH ) CN
3 3
HNH;)、 NH、 H、 SiHなどが使用できる。その他のヒドラジン誘導体 (例えば、 1つ
2 3 2 4
または 2つの H力メチル、ェチル、直鎖もしくは分岐のブチルなどのアルキル基で置 換されているもの)も使用できる。これらの還元性ガスのうち、 TDEAVや TDEATガ スと反応し、バナジウム含有膜やチタン含有膜を形成する際に、窒化を促進できるガ ス (TBHや NH )が好ましい。
3
[0041] キャリアガスとしては、例えばアルゴン、ヘリウムなどの希ガスや Nなどの不活性ガ
2
スを用いることができる。
[0042] 次に、本発明で用いることができる銅錯体の一例について説明する。 [0043] この銅錯体の配位子として用いられ、銅 βージケトナート錯体を与える、シリルエー テル含有 3—ジケトンィ匕合物の具体的な例としては、式 (III)'〜(XIV)'に示される化合 物を挙げることができる。
[0044] [化 2]
Figure imgf000012_0001
[0045] これらの βージケトンィ匕合物は、公知の方法 (例えば、特開 2003— 292495号公 報参照)〖こよって得ることができる。
[0046] βージケトナート銅錯体、すなわち j8—ジケトンのエノラートァ-オンが配位した銅 錯体は、例えば、上記 )8—ジケトンと水酸ィ匕銅との反応 (以下に示す銅錯体合成法 1 )によって得られる。合成で用いられる溶媒として、へキサン、トルエンなどの炭化水素 類、 THF、ジメトキシェタンなどのエーテル類、ァセトニトリルなどの-トリル類、ジクロ ロメタンなどのハロゲン類、イソプロパノールなどのアルコール類、酢酸ェチルなどの エステル類など、ほとんどの有機溶媒が使用できる。合成法 1において反応で生成す る水は、反応溶媒、例えば、トルエンと共に、共沸脱水するかあるいは、 THF溶媒の ように反応後、室温で減圧下溶媒留去の際、溶媒と共に留去される方法で反応系外 へ留去するか、あるいは脱水剤、例えば、無水硫酸ソーダ、無水硫酸マグネシウム、 無水硫酸銅、あるいはモレキュラシ一ブス、吸水性ポリマー (ノ-オン系)などを反応系 に共存させて脱水除去することができる。
[0047] [化 3]
錯体合成法ェ
Figure imgf000013_0001
[0048] 前記したシリルエーテル系の j8—ジケトナート配位子を含む銅錯体の例を式 (VIII) に示す。これは、配位子として、上記式 (VIII)'に示される化合物、すなわち前記一般 式 (I)において、 Xが (CH ) SiO— C(CH )—基、 Yが (CH ) CH—基、 Zが Hである
3 3 3 2 3 2
βージケトンのエノラートァ-オンを配位子とする銅錯体、ビス (2, 6—ジメチルー 2— (トリメチルシリルォキシ )— 3, 5—ヘプタンジォナト)銅 (Π)錯体: C H CuO Si (以下
24 46 6 2
、 Cu(SOPD)または SOPDと称す)である。
2
[0049] [化 4]
Figure imgf000014_0001
(VII I)
[0050] 上記式 (ΙΙΙ)'〜式 (VII)'および (IX)'〜(XIV)'に示される βージケトンについても、夫々 の j8—ジケトンのエノラートァ-オンを配位子とし、式 (VIII)と同様の構造式で表され る銅錯体を与える。
[0051] 前記一般式 (IXただし、 Zが、 H原子または炭素原子数 1〜4のアルキル基を表し、 Xおよび Yが、それぞれ、炭素原子数 1〜8の直鎖もしくは分岐のアルキル基力、また はこの Cl〜8アルキル基の水素原子を最大で 9ケまでフッ素原子で置換したものを 表し、この Xおよび Yは両者とも同じであっても異なっていてもよい)で表される銅錯体 としては、例えば、ビス (ァセチルァセトナト)銅 (11)、ビス (2,6 ジメチルー 3,5 へプタ ンジォナト)銅 (Π)、ビス (ジピバロィルメタナト)銅 (Π)あるいはビス (2,2,6,6—テトラメチ ルー 3 , 5 ヘプタンジォナト)銅 (11)、ビス (6 ェチル 2, 2 ジメチル - 3,5-デカン ジォナト)銅 (11)、ビス (へキサフルォロアセチルァセトナト)銅 (Π)などが挙げられる。
[0052] また、前記一般式 (IXただし、 Zが、 H原子または炭素原子数 1〜4のアルキル基を 表し、 Xおよび Yが、それぞれ、式: C H -O-C H (式中、 n= l〜8、 m=0〜
n 2n m 2m+ l
7、 n+m≤8である)で表される基力、またはこの基の水素原子を最大で 9ケまでフッ 素原子で置換したものを表し、この Xおよび Yは両者とも同じであっても異なっていて もよい)で表される銅錯体としては、例えば、ビス (1—エトキシ一 5,5 ジメチル一 2,4 へキサンジォナト)銅 (11)、ビス (1 エトキシ 5—メトキシ 2,4 ペンタンジォナト) 銅 (11)、ビス (1—トリフルォロメトキシ一 5,5 ジメチル一 2,4 へキサンジォナト)銅 (Π) などが挙げられる。 [0053] さらに、前記一般式 (IXただし、 Zが、 H原子または炭素原子数 1〜4のアルキル基 を表し、 Xおよび Y力 それぞれ、 C H — CH = CH— C H (n=0〜6、 m=0〜 n 2n m 2m+ l
6、 n+m≤6である)で表される基力、またはこの基の水素原子を最大で 9ケまでフッ 素原子で置換したものを表し、この Xおよび Yは両者とも同じであっても異なっていて もよい)で表される銅錯体としては、例えば、ビス (2, 2—ジメチルー 6—ヘプタエン一 3 ,5—ジォナト)銅 (11)、ビス (1,7—デセン— 4,6—ジォナト)銅 (11)、ビス (1,1, 1—トリフル ォロ— 5—へキセン— 2,4—ジォナト)銅 (II)などが挙げられる。
[0054] 上記銅錯体を用いて CVD法 (常圧または減圧 CVD法)により銅含有膜を形成する 際の気化方法としては、銅錯体自体を気化装置で直接気化させる方法、または銅錯 体を適当な溶媒、例えば、へキサン、オクタン、トルエン、シクロへキサン、メチルシク 口へキサン、ェチルシクロへキサン、テトラヒドロフランなどの溶媒に希釈し、気化装置 にその溶液を輸送して気化させる方法などが使用できる。また、基板上への蒸着に つ!ヽては公知の CVD法を使用できる。減圧下または不活性ガス存在下での単純な 熱分解による銅蒸着の他に、還元性ガス、例えば水素などをこの銅錯体と共存させ て、または水素ガス存在下にお ヽてプラズマ CVD法で金属銅を蒸着させる方法でも 使用できる。更に、酸素存在下での熱分解あるいはプラズマ CVD法で、酸化銅膜を 蒸着させることも可能である。
[0055] 本発明で用いることができる成膜対象物としては、半導体作製用基板であれば特 に制限があるわけではなぐ例えばホールや溝を開けた SiO ZSi基板が以下の実
2
施例では用いられる力 これ以外にも、 Low— k基板を用いても構わない。この Low —k基板としては、 SiOC系 (例えば、商品名 Black Diamond(AMAT社製)、 Coral(Nove llus社製)、 Aurola(ASM社製)、 Orion(TRIKON社製)、 SiLK(Dow Chemical社製)、 FLA RE(Honeywell Electric Materials社製))、 SiOFゝ HSQ、 MSQ、 NCS(Nano Crystal S ilica (富士通製》などを挙げることができる。
[0056] 次に、上記 CVD装置を用いて行う本発明の実施例について説明する。バリア層と してバナジウムまたはチタン含有膜を形成し、その上に銅含有膜を形成し、銅配線と する成膜プロセスについて説明する。
実施例 1 [0057] 本実施例では、バナジウム窒化物膜からなるバリア層の形成条件を変化させて、こ のバリア層の上に形成する銅含有膜の初期核形成状態を調べた。
工程 1 :
図 1に示す CVD装置を用 ヽてバナジウム含有膜を形成した。膜を形成する基板 S として、ケィ素酸ィ匕物膜の形成された 8インチウヱハー (SiO ZSi)を用いた。
2
[0058] 反応装置 3の仕切りバルブ 304を開け、反応室 301に隣接する室のロボットを用い て、基板 sを反応室内に搬送した。この搬送は、搬送の最中、基板 sの表面に炭素含 有ガス (COまたは CO ),酸素含有ガス (O ),水 (H O)などの空気中に存在するガス
2 2 2
が付着したり、または基板内部に拡散するのを避けるために、真空中で行うことが望 ましいので、本実施例では真空中で行った。
[0059] 反応室 301内に搬送された基板 Sを、その主面である表面をシャワープレート 302 側にし、裏面を基板設置台 303側にして、反応室内の加熱手段を備えた基板設置 台上に乗せた。この基板設置台は常に所定の成膜温度に保った。
[0060] 次いで、ガス供給装置 1から、 Nガスを MFC1を介して 1500sccmの流量に制御し
2
て反応室 301内へ流し、反応室内の圧力を所定の成膜圧力に保って、基板温度が 3 50°Cになるように加熱した。 0〜10分後、以下に示す成膜条件 1〜4に従って成膜を 開始した。原料として、 TDEAV (テトラキスジェチルァミノバナジウム: V[N(C H ) ] )
2 5 2 4 および TDMAV (テトラキスジメチルァミノバナジウム: V[N(CH ) ] )を用いた。なお、
3 2 4
成膜条件 2および 4は、それぞれ、成膜条件 1および 3を実施した後に、連続して金 属原料、金属原料用キャリアおよび還元性ガスの供給を停止して、キャリア Nのみを
2
1500SCcm流し、反応室内を 1分間パージした後成膜して表面の改質を行った基板 を作製するものである。
[0061] TDEAVを用いた場合
VN成膜条件 1 :
TDEAV供給量: 84mgZmin
TDEAV用キャリア N :400sccm
2
TBH流量: 80sccm(NH流量: 13sccm、 H流量: 1680sccm)
3 2
キャリア N : 1500sccm 成膜圧力: 340Pa
成膜時間: 5min
成膜温度: 350°C
膜厚: 20
[0062] VN成膜条件 2 :
TDEAV供給量: 84mgZmin
TDEAV用キャリア N :400sccm
2
キャリア N : 1580sccm
2
成膜圧力: 340Pa
成膜時間: 5min
成膜温度: 350°C
膜厚: 25nm
[0063] 上記成膜条件 1に従って作製されたバナジウム含有膜の電気抵抗率は 2500 30 00 Ω 'cmであり、成膜条件 2で作製されたバナジウム含有膜の電気抵抗率は 120 0 1500 /ζ Ω 'cmであった。上記成膜条件 1および 2に従って作製されたバナジゥ ム含有膜の組成を XPS法で調べた結果を以下の表 1に示す。
[0064] (表 1)
Figure imgf000017_0001
[0065] 表 1から明らかなように、還元性ガスを使用した方が使用しない場合よりバナジウム および窒素含量の高い膜が得られ、特に NHおよび TBHの場合に窒化が促進され
3
ていることが分かる。
[0066] TDMAVを用いた場合
VN成膜条件 3 :
TDMAV供給量: 84mg/min TDMAV用キャリア N :400sccm
2
TBH流量: 80sccm(NH流量: 13sccm、 H流量: 1680sccm)
3 2
キャリア N : 1580sccm
2
成膜圧力: 340Pa
成膜時間: 5min
成膜温度: 300°C
膜厚: 25讓
[0067] VN成膜条件 4 :
成膜圧力: 340Pa
成膜時間: 5min
TDMAV供給量: 84mg,min
TDMAV用キャリア N :400sccm
2
成膜温度: 300°C
キャリア N : 1580sccm
2
膜厚: 25讓
[0068] 上記成膜条件 3に従って作製されたバナジウム含有膜の電気抵抗率は 1200〜30 00 Ω .cmであり、成膜条件 4に従って作製されたバナジウム含有膜の電気抵抗率 は 1000〜1500 Ω 'cmであった。上記成膜条件 3および 4に従って作製されたバ ナジゥム含有膜の組成を XPS法で調べた結果を以下の表 2に示す。
[0069] (表 2)
Figure imgf000018_0001
表 2から明らかなように、還元性ガスを使用した方が使用しない場合と比べてバナジ ゥム含量はほぼ同じであるが窒素含量の高い膜が得られ、特に NHおよび TBHの 場合に窒化が促進されて ヽることが分かる。 [0071] 比較のために、ノリア層として、スパッタ法による TaN膜を以下の条件に従って形 成した。
[0072] TaN成膜条件:
基板: SiO /Si
2
成膜圧力: 3 X 10_2Pa
電力: 15kW
ガス供給比: Ar:N =6 : 15
2
成膜温度: 160°C
膜厚: 20應
[0073] 工程 2 :
本工程では、上記工程 1で得られたバリア層の上に銅含有膜を形成する工程につ いて説明する。
[0074] 図 1に示す CVD装置を用いて以下の成膜プロセスを行った。上記工程 1で得られ たバナジウム含有膜の形成された基板を、その表面が酸ィ匕しないように、大気開放 せず、反応室 301の隣に設けられた搬送室 (真空下)を経由して、銅含有膜形成用の 反応室へ搬送し、所定温度に保たれている基板設置台 303上に乗せた。また、バナ ジゥム含有膜の形成されて ヽな ヽ SiO ,Si
2 基板も同様にして銅含有膜形成用の反 応室 301内の基板設置台 303に乗せた。これらの基板に対して、流量の制御された Hガスを供給し、反応室 301内の圧力を一定に保ちながら、基板温度を設定温度に
2
なるように 0〜10分間加熱した。この場合の圧力および基板加熱温度は、後に行う銅 含有膜形成時の条件と同じにして行った。この Hガスは基板表面の酸ィ匕物膜除去
2
の効果もある。この場合、水素ガスを用いた力 使用するガスとしては、分子径が小さ ぐ拡散し易ぐ熱伝導率が大きいといった特徴を持つと共に、乖離して H*ラジカル や、 H+イオンを放出することができるガス、例えば TBH、 NH 、 SiHなどやその他
3 4
のヒドラジン誘導体も使用できる。
[0075] 次いで、水素雰囲気中にて、銅含有膜形成用原料を反応室 301内の基板表面に 供給し、以下の銅含有膜成膜条件 1〜3に従って、基板上へ銅含有膜を形成し、初 期核の形成およびバリア層と銅含有膜との密着性を評価した。この原料は、オクタン 溶媒に Cu(SOPD)錯体 0. 5molを溶力して 1Lのオクタン液としたものを、原料容器
2
に封入して使用した。
[0076] 銅含有膜形成条件 1 :
使用基板:
(1)工程 1の VN成膜条件 1に従って、還元性ガスとして TBHを 80sccm流しバリ ァ層を形成した基板
(2)工程 1の VN成膜条件 1に従って、還元性ガスとして NHを 13sccm流してバ
3
リア層を形成した基板
(3)工程 1の VN成膜条件 1に従って、還元性ガスとして Hを 1680sccm流して
2
ノ リア層を形成した基板
(4)工程 1の VN成膜条件 2に従って、還元性ガスなしでバリア層を形成した基板
(5)工程 1の VN成膜条件 3に従って、還元性ガスとして TBHを 80sccm流して ノ リア層を形成した基板
(6)工程 1の VN成膜条件 3に従って、還元性ガスとして NHを 13sccm流してバ
3
リア層を形成した基板
(7)工程 1の VN成膜条件 3に従って、還元性ガスとして Hを 1680sccm流して
2
ノ リア層を形成した基板
(8)工程 1の VN成膜条件 4に従って、還元性ガスなしでバリア層を形成した基板
(9)バリア層なしの Si02ZSi基板
(10)工程 1の TaN成膜条件に従って、バリア層を形成した基板
[0077] 成膜圧力: 1780Pa
成膜時間: lmin
SOPD供給量: 78mg/min(3. 15cc/min)
SOPD用キャリア N :400sccm
2
成膜温度: 200〜350°C
H : 2500sccm
2
[0078] 上記のようにして得られた銅含有膜について、 SEM、 AFMにより、初期核の形成 を確認した。その結果を表 3に示す。 [0079] (表 3)
Figure imgf000021_0001
[0080] 表 3において、〇印は初期核形成が確認できたこと、 X印は初期核形成が確認で きなカゝつたことを示す。上記により、銅含有膜形成の前に、 TDEAV、 TDMAV原料 を用いた前処理を行うことにより、初期核形成を促進し、短時間で初期核の核密度を 高密度化することが確認できた。
[0081] 銅含有膜形成条件 2 :
使用基板:
(1)工程 1の VN成膜条件 2に従って、還元性ガスなしでバリア層を形成した基板
(2)工程 1の VN成膜条件 4に従って、還元性ガスなしでバリア層を形成した基板
(3)バリア層なしの SiO
2 ZSi基板
(4)工程 1の TaN成膜条件に従って、バリア層を形成した基板
[0082] 成膜圧力: 1780Pa
成膜時間: 15〜45min
SOPD供給量: 78mg/min(3. 15cc/min)
SOPD用キャリア N :400sccm
2
成膜温度: 200〜350°C
H : 2500sccm
2
[0083] 上記のようにして得られた銅含有膜の膜厚は 40〜260nmであった。この銅含有膜 に対して、ダイヤモンドカッターにて、漢字の「田」印状に、 5mm角 4個の升目を、基 板直径上の X— Y方向になど間隔で 9力所描き、表面に粘着テープを貼り付けた後、 剥離させるテープテストを行った。
[0084] その結果、 VNノ リア層の上に銅含有膜を形成した各サンプル共に、 lOOnm以下 の膜厚では、表面力もの剥離は確認できな力つた。また、 270〜350°Cで成膜したサ ンプノレでは、最大 260nmの膜厚でも、剥離は確認できなかった。これに対し、 SiO 膜表面に銅含有膜を直接形成した場合には、 lOOnm以下の膜厚で、全部若しくは 一部に銅含有膜の剥離が確認された。同様に、スパッタ法で SiO /Si基板上に Ta
2
N膜を形成した後、 CVD法で銅含有膜を形成した場合にも、 lOOnm以下の膜厚で 、全部若しくは一部に銅含有膜の剥離が観察された。
[0085] 銅含有膜形成条件 3 :
使用基板:
(1)工程 1の VN成膜条件 1に従って 、還元性ガスとして TBHを 80sccm流しノ リ ァ層を形成した基板
(2)工程 1の VN成膜条件 1に従って、還元性ガスとして NHを 13sccm流しバリ
3
ァ層を形成した基板
(3)工程 1の VN成膜条件 1に従って 、還元性ガスとして Hを 1680sccm流し (N
2 2 ガスは流さな ヽ)バリア層を形成した基板
(4)工程 1の VN成膜条件 3に従って 、還元性ガスとして TBHを 80sccm流して ノ リア層を形成した基板
(5)工程 1の VN成膜条件 3に従って、還元性ガスとして NHを 13sccm流しバリ
3
ァ層を形成した基板
(6)工程 1の VN成膜条件 3に従って 、還元性ガスとして Hを 1680sccm流し (N ガスは流さな ヽ)バリア層を形成した基板
(7)工程 1の TaN成膜条件に従って、バリア層を形成した基板
(8)バリア層なしの SiO ZSi基板
2
[0086] 成膜圧力: 1780Pa
成膜時間: 15〜45min
SOPD供給量: 78mg/min(3. 15cc/min)
SOPD用キャリア N :400sccm
2
成膜温度: 200〜350°C
H : 2500sccm
2
[0087] 上記のようにして得られた銅含有膜の膜厚は 30〜180nmであった。この銅含有膜 に対して、上記と同様に、ダイヤモンドカッターにて、漢字の「田」印状に、 5mm角 4 個の升目を、基板直径上の X—Y方向になど間隔で 9力所描き、表面に粘着テープ を貼り付けた後、剥離させるテープテストを行った。
[0088] その結果、 VNノ リア層の上に銅含有膜を形成した各サンプル共に、 lOOnm以下 の膜厚では、表面力ゝらの剥離は確認できなカゝつた。また、 270〜350°Cで成膜したサ ンプルでは、最大 180nmの膜厚でも、剥離は確認できな力つた。還元性ガスとして T BH、 H、 NHを用いたが、密着性に差はな力つた。これに対し、 SiO膜表面に直接
2 3 2 銅含有膜を形成した場合には、 lOOnm以下の膜厚で、全部若しくは一部に銅含有 膜の剥離が確認された。同様に、スパッタ法で SiO ZSi基板上に TaN膜を形成した
2
後、 CVD法で銅含有膜を形成した場合にも、 lOOnm以下の膜厚で、全部若しくは 一部に銅含有膜の剥離が観察された。
実施例 2
[0089] 図 1に示す CVD装置を用 ヽてバナジウム含有膜を形成した。膜を形成する基板 S として、ケィ素酸化物膜の形成された後に、種々のサイズのホールや溝が設けられた 8インチウェハー (SiO ZSi)を用いた。
2
[0090] 反応装置 3の仕切りバルブ 304を開け、反応室 301に隣接する室のロボットを用い て、基板 sを反応室内に搬送した。この搬送は、搬送の最中、基板 sの表面に炭素含 有ガス (COまたは CO ),酸素含有ガス (O ),水 (H O)などの空気中に存在するガス
2 2 2
が付着したり、または基板内部に拡散するのを避けるために、真空中で行うことが望 ましいので、本実施例では真空中で行った。
[0091] 反応室 301内に搬送された基板 Sを、その主面である表面をシャワープレート 302 側にし、裏面を基板設置台 303側にして、反応室内の加熱手段を備えた基板設置 台上に乗せた。この基板設置台は常に所定の成膜温度に保たれていた。
[0092] 次いで、ガス供給装置 1から、 Nガスを MFC1を介して 1500sccmの流量に制御し
2
て反応室 301内へ流し、反応室内の圧力を所定の成膜圧力に保って、基板温度が 3 50°Cになるように加熱した。 0〜10分後、以下の工程 1に従って成膜を開始した。原 料として、 TDEAV (テトラキスジェチルァミノバナジウム: V[N(C H ) ] )を用いた。還
2 5 2 4
元性ガスとして TBHを用いた。
[0093] 工程 1(バナジウム含有膜形成): 上記プロセスを経て加熱された基板に対して、以下の基板作製条件 1および 2に従 つてバナジウム含有膜を形成した。
[0094] 基板作製条件 1 :
基板: SiO /Si
2
TDEAV供給量: 84mgZmin
TDEAV用キャリア N :400sccm
2
TBH流量: 80sccm
キャリア N : 1500sccm
2
成膜圧力: 340Pa
成膜時間: 10〜20min
成膜温度: 350°C
膜厚: 50〜: LOOnm
[0095] 上記基板作製条件 1に従って、バナジウム含有膜を有し、最小ホール径が φ 0. 05 μ m、アスペクト比が 4以上のホールおよび溝の設けられている基板が得られた。
[0096] 上記では、還元性ガスとして TBHを用いた場合につ!、て説明した力 TBHの代わ りに NH用いても、同様に、最小ホーノレ径が φ 0. 05 m、アスペクト比 (AR)力 以
3
上のホールおよび溝の設けられている基板が作製できる。
[0097] また、上記にお!、て、原料として、 TDEAVの代わりに、 TDMAV (テトラキスジメチ ルァミノバナジウム: V[N(CH ) ] )を用い、成膜温度を 300°Cとして成膜しても、同様
3 2 4
に、最小ホール径が φ 0. 05 m、アスペクト比が 4以上のホールおよび溝の設けら れて 、る基板が作製できた。
[0098] 工程 2(改質膜形成):
上記工程 1の後、連続して TDEAV原料、 TDEAV用キャリアおよび TBHの供給を 停止させて、キャリア Nのみを 1500sccm流し、反応室内を 1分間パージし、以下の
2
基板作製条件 2で基板表面の改質を行って、基板を作製した。
[0099] 基板作製条件 2 :
基板:バナジウム含有膜 ZSiO ,Si (基板作成条件 1で作製した基板)
2
TDEAV供給量: 84mgZmin TDEAV用キャリア N :400sccm
2
キャリア N : 1580sccm
2
成膜圧力: 340Pa
成膜時間: l〜5min
成膜温度: 350°C
膜厚: 5〜25nm
[0100] 上記基板作製条件 2に従って、表面の改質されたバナジウム含有膜を有し、最小ホ 一ル径が φ 0. m、アスペクト比が 4以上のホールおよび溝の設けられている基 板が得られた。
[0101] キャリアガスとして Nの代わりに Hを用いても、同様に、最小ホール径が φ 0. 05
2 2
m、アスペクト比が 4以上のホールおよび溝の設けられて 、る基板を作製できる。
[0102] ホールおよび溝が設けられた SiO ZSi基板に直接基板作製条件 1および 2に従つ
2
てバナジウム含有膜を形成した場合、膜厚 10nm、ボトムカバレッジが 80%以上のホ ールおよび溝の設けられて 、る基板を作製できた。
実施例 3
[0103] 本実施例では、実施例 2で得られたバリア層の形成された基板に対する、銅含有膜 による穴埋め工程について説明する。
[0104] 図 1に示す CVD装置を用いて以下の成膜プロセスを行った。実施例 2で得られた バナジウム含有膜の形成された基板を、その表面が酸ィ匕しないように、大気開放せ ず、反応室 301の隣に設けられた搬送室 (真空下)を経由して、銅含有膜形成用の反 応室へ搬送し、所定温度に保たれている基板設置台 303上に乗せた。また、バナジ ゥム含有膜の形成されて!ヽな ヽ SiO ZSi基板も同様にして銅含有膜形成用の反応
2
室 301内の基板設置台 303に乗せた。これらの基板に対して、流量の制御された H
2 ガスを供給し、反応室 301内の圧力を一定に保ちながら、基板温度を設定温度にな るように所定の時間加熱した。この場合の圧力および基板加熱温度は、後に行う銅 含有膜形成時の条件と同じにして行った。この Hガスは基板表面の酸ィ匕物膜除去
2
の効果もある。この場合、水素ガスを用いた力 使用するガスとしては、分子径が小さ ぐ拡散し易ぐ熱伝導率が大きいといった特徴を持つと共に、乖離して H*ラジカル や、 H+イオンを放出することができるガス、例えば TBH、 NH、 SiHなどやその他
3 4
のヒドラジン誘導体も使用できる。
[0105] 次いで、水素雰囲気中にて、銅含有膜形成用原料を反応室 301内の基板表面に 供給し、以下の成膜条件 1〜3に従って、基板上へ銅含有膜を形成し、ホールおよび 溝内への埋め込みを行った。この場合の原料として、オクタン溶媒に Cu(SOPD)錯
2 体 0. 5molを溶力して 1Lのオクタン液としたものを、原料容器に封入して使用した。 この液体原料 202を原料容器 201から配管を経由して気化装置 203へ輸送し、気化 装置で気化した後、反応室 301内の基板表面へ供給して成膜を行った。
[0106] 成膜条件 1 :
使用基板:実施例 2の工程 1および 2(基板作製条件 1および 2)で作製した各基板
SOPD供給量: 78mg/min(3. 15cc/min)
基板表面積で割った SOPD供給量: 0. 24mg/min-cm2(l. O X 10"2cc/min-c m 2ヽ )
SOPD用キャリア N :400sccm
2
H : 2500sccm
2
H分圧: 1497Pa
2
H ZSOPD比: 793
2
H分圧 X H ZSOPD比: 1,187,000
2 2
成膜圧力: 1780Pa
成膜時間: 15〜45min
成膜温度: 150〜350°C
[0107] 成膜条件 2 :
使用基板:実施例 2の工程 1および 2で作製した各基板
SOPD供給量: 57mg/min(2. 3cc/min)
基板表面積で割った SOPD供給量: 0. 17mg/min-cm2(7. 3 X 10"3cc/min-c m 2、 )
SOPD用キャリア N : 200sccm
2
H : 1800sccm H分圧: 1563Pa
2
H ZSOPD比: 785
2
H分圧 X H ZSOPD比: 1,220,000
2 2
成膜圧力: 1780Pa
成膜時間: 15〜60min
成膜温度: 150〜350°C
[0108] 成膜条件 3 :
使用基板:実施例 2の工程 1および 2で作製した各基板
SOPD供給量: 28mg/min(l. 15cc/min)
基板表面積で割った SOPD供給量: 0. 089mg/min-cm2(3. 6 X 10"3cc/min- cm 2
SOPD用キャリア N : 200sccm
2
H : 1800sccm
2
H分圧: 1570Pa
2
H ZSOPD比: 1570
2
H分圧 X H /SOPD比: 2,460,000
2 2
成膜温度: 150〜350°C
成膜圧力: 1780Pa
成膜時間: 15〜90min
[0109] 上記したようにして、銅含有膜が基板のホールおよび溝内へ埋め込まれた力 その 埋め込みの結果を纏めて以下の表 4および 5に示す。表 4は、実施例 2の工程 1で作 製した基板を使用した場合の結果を示し、表 5は、実施例 2の工程 2で作製した基板 を使用した場合の結果を示す。
[0110] また、ホールおよび溝への銅含有膜が埋め込まれた状態を模式的に図 5に示す。
図 5から明らかなように、ホールや溝内を含めて基板上に均一に形成されたバリア層 の上に銅含有配線膜が均一に形成され、ホールや溝内が隙間なく埋め込まれてい る。
[0111] (表 4) ホール径(μ m) 成膜条件 1 (AR) 成膜条件 2 (AR) 成膜条件 3 (AR) 0. 05 ◎ (1 8) ◎ (1 4) X (2)
0. 1 ◎ ( 1 0) ◎ (8) X (2) φ 0. 1 5 ◎ (7) ◎ (5) X (3)
[0112] (表 5)
Figure imgf000028_0001
[0113] 表 4および 5中、成膜条件の項目において:
◎:ホールを全て満たした。
X:埋め込みができな力つた。
括弧内は埋め込みが達成できたアスペクト比 (AR)を示す。
[0114] 表 4および 5において、ホール'溝への埋め込みの確認は、 SEMおよび TEMを用 いて行った。なお、埋め込まれた銅含有膜にはボイドは確認されな力 た。
[0115] 表 4および 5から、埋め込みが確認できた銅含有膜の成膜温度は、 150°C〜350°C であった。また、埋め込み後、圧力 360Paの水素または窒素雰囲気中で、 3時間、 5 00。Cに加熱してァニール処理をしても、膜中にボイドの発生は確認できな力つた。
[0116] ホームおよび溝への埋め込みが確認でき、かつ高いアスペクト比の場合にも埋め 込みが達成できた成膜条件 1および 2の場合に得られた膜ついて、そのシート抵抗を 測定したところ、 2〜7μ Ω 'cmであった。このシート抵抗の分布に関しては、 8インチ 基板上に銅含有膜を形成した場合にぉ 、て、埋め込みが確認できた成膜条件で、 かつ成膜温度 200〜300°Cで、 2〜 10%であった。
[0117] 従って、上記結果から、銅含有膜形成条件のうち、 Cu(SOPD) 体の供給量を基 板の成膜表面積で割った値として、錯体の単位面積供給量を9.0X10— mg/min •cm2(3.6XlO—3cc/min'cm2:l.6 X 10一 mol/min'cm)以上とすることにより 、高アスペクト比 18、 20を持つ細穴 (開口部 φ =0. 05 m)の埋め込みを行うことが できたことが分かる。また、上限値は、成膜モフォロジ一の悪化のために、 2. 0 X 101 mgz min' cm (8. O X 10 cc/ min · cm: 3. 6 X 10 vaol/ min · cmノであった。
[0118] なお、上記成膜プロセスにおいて銅含有膜形成の前にノリア層としてバナジウム含 有膜を形成することにより、銅含有膜形成工程において初期核形成が促進され、短 時間で初期核の核密度が高密度化されて 、ることが確認でき、得られた基板にぉ ヽ て、バナジウム含有膜表面力ゝらの銅含有膜の剥離は観察されなかった。
[0119] 上記実施例 2の原料 TDEAVの代わりに TDMAV (テトラキスジメチルアミノバナジ ゥム: V[N(CH ) ] )を用いて得られたバリア層が設けられた基板に関しても、上記実
3 2 4
施例 3の銅含有膜穴埋め工程に従って銅含有膜を形成したところ、上記と同様な結 果が得られた。
(比較例 1)
[0120] 実施例 2記載の銅含有膜穴埋め工程に従って埋め込みが確認できた成膜条件 1 および 2を用い、ホールや溝が設けられた SiO基板 (最小ホール径( φ ): 0. 16 m、
2
AR: 6)の表面に、バリア層を形成することなぐ直接銅含有膜を形成した際にも、ホ ールゃ溝の埋め込みは確認できた。しかし、銅含有膜は基板表面カゝら簡単に剥離し た。
[0121] また、成膜条件 3を用い、同様に直接銅含有膜を形成した。この場合は、ホールお よび溝のボトム部分に空間が見られ、完全な埋め込みは確認できな力つた。
実施例 4
[0122] 上記実施例 2の原料 TDEAVの代わりに TDEAT (テトラキスジェチルァミノチタン: Ti[N(C H ) ] )を用いて、実施例 2記載の工程 1および 2を繰り返し、チタン含有膜か
2 5 2 4
らなるバリア層が設けられた基板を作製した。ただし、実施例 2の基板作製条件 1〖こ おいて、成膜温度は 250°Cとし、基板作製条件 2において、基板はチタン含有膜 ZS iO ZSi基板、また、成膜温度は 250°Cとし、残りの条件は全て同じにして行った。
2
[0123] 力べして、実施例 2の基板作製条件 1および 2に従って、最小ホール径が φ 0. 05 m、アスペクト比が 4以上のホールおよび溝の設けられて 、る基板が得られた。
[0124] 本実施例でも、実施例 2と同様に、還元性ガスとして TBHを用いた場合も NHを用 いた場合も、同様に、最小ホール径が φ 0. 05 /X m、アスペクト比 (AR)が 4以上のホ ールおよび溝の設けられている基板が作製できる。
[0125] また、原料として、 TDEATの代わりに TDMAT (テトラキスジメチルァミノチタン) Ti[ N(CH ) ] )を用い、成膜温度を 300°Cとして成膜しても、実施例 2と同様に、最小ホ 一ル径が φ 0. 05 m、アスペクト比が 4以上のホールおよび溝の設けられている基 板が作製できた。
実施例 5
[0126] 本実施例では、実施例 4で得られたチタン含有膜 (原料として TDEAT使用)の形成 された基板に対する、銅含有膜による穴埋め工程について説明する。
[0127] 実施例 3の基板に代えて、チタン含有膜を形成した基板を用いたことを除いて、実 施例 3の成膜条件 1〜3と全て同じ条件で実施例 3のプロセスを繰り返し、銅含有膜 を形成した。
[0128] 上記したようにして、銅含有膜が基板のホールおよび溝内へ埋め込まれた力 その 埋め込みの結果を纏めて以下の表 6および 7に示す。表 6は、実施例 4、すなわち実 施例 2の工程 1で作製した基板を使用した場合の結果を示し、表 7は、実施例 4すな わち実施例2の工程2で作製した基板を使用した場合の結果を示す。
[0129] また、ホールおよび溝へ銅含有膜が埋め込まれた状態は上記した図 5に示した場 合と同様であり、ホールや溝内を含めて基板上に均一に形成されたバリア層の上に 銅含有配線膜が均一に形成され、ホールや溝内が隙間なく埋め込まれていた。
[0130] (表 6)
Figure imgf000030_0001
[0131] (表 7) 溝径( tn) 成膜条件 1 (AR) 成膜条件 2 (AR) 成膜条件 3 (AR) 0. 05 ◎ (20) ◎ (20) X (5) φ 0. 1 ◎ (1 0) ◎ (10) X (5)
0 - 1 5 ◎ (7) ◎ (7) X (3)
[0132] 表 6および 7中、成膜条件の項目において:
◎:ホールを全て満たした。
X:埋め込みができな力つた。
括弧内は埋め込みが達成できたアスペクト比 (AR)を示す。
[0133] 表 6および 7において、ホール'溝への埋め込みの確認は、 SEMおよび TEMを用 いて行った。なお、埋め込まれた銅含有膜にはボイドは確認されな力 た。
[0134] 表 6および 7から、埋め込みが確認できた銅含有膜の成膜温度は、 150〜350°Cで あった。また、埋め込み後、圧力 360Paの水素または窒素雰囲気中で、 3時間、 500 °Cに加熱してァニール処理をしても、膜中にボイドの発生は確認できなかった。
[0135] ホールおよび溝への埋め込みが確認でき、かつ高いアスペクト比の場合にも埋め 込みが達成できた成膜条件 1および 2の場合に得られた膜について、そのシート抵 抗を測定したところ、 2〜10 Ω 'cmであった。このシート抵抗の分布に関しては、 8 インチ基板上に銅含有膜を形成した場合において、埋め込みが確認できた成膜条 件で、かつ成膜温度 200〜300°Cで、 2〜 12%であった。
[0136] 従って、上記結果から、銅含有膜形成条件のうち、 Cu(SOPD)錯体の供給量を基
2
板の成膜表面積で割った値として、錯体の単位面積供給量を 9.0X10"2mg/min •cmO.6X10"3cc/min-cm2:l.6 X 10_7mol/min'cm2)以上とすることにより 、高アスペクト比 18、 20を持つ細穴 (開口部 φ =0.05 μ m)の埋め込みを行うことが できたことが分かる。また、上限値は、成膜モフォロジー悪ィ匕のために、 2. OXlO'm g/min-cm2(8.0X10" 'cc/min - cm2: 3.6 X 10— 5mol/min'cm))であった。
[0137] なお、上記成膜プロセスにおいて銅含有膜形成の前にバリア層としてチタン含有膜 を形成することにより、銅含有膜形成工程において初期核形成が促進され、短時間 で初期核の核密度が高密度化されていることが確認でき、得られた基板において、 チタン含有膜表面力もの銅含有膜の剥離は観察されな力つた。 [0138] 上記実施例 4の原料 TDEATの代わりに TDMAT (テトラキスジメチルァミノチタン: Ti[N(CH ) ] )を用いて得られたバリア層が設けられた基板に関しても、上記実施例
3 2 4
5の銅含有膜穴埋め工程に従って銅含有膜を形成したところ、上記と同様な結果が 得られた。
産業上の利用可能性
[0139] 本発明によれば、埋め込み特性および下層のノ リア層 (密着層)との密着性に優れ た所望の特性を有する銅含有配線を形成することができるので、本発明の方法は、 半導体素子 (LSI、 ICなど)などの半導体産業を中心とした、金属配線、特に銅配線 の分野に適用可能である。
図面の簡単な説明
[0140] [図 1]本発明の銅含有膜形成方法やバリア層形成を実施するための CVD装置の一 構成例を模式的に示す配置図。
[図 2]図 1に示す CVD装置の原料供給装置の別の実施の形態を模式的に示す配置 図。
[図 3]図 1に示す CVD装置の原料供給装置のさらに別の実施の形態を模式的に示 す配置図。
[図 4]図 1に示す CVD装置の原料供給装置のさらに別の実施の形態を模式的に示 す配置図。
[図 5]本発明によりホールおよび溝への銅含有膜が埋め込まれた状態を模式的に示 す断面図。
[図 6]従来のノリア層の上に従来の銅含有膜を埋め込んだ場合の、銅配線形成時の ボイド発生状態を模式的に示す断面図。
[図 7]従来の銅配線形成後のァニール処理によるボイド発生状態を模式的に示す断 面図。
符号の説明
[0141] 1 ガス供給装置 2 原料供給装置
201 原料容器 202 原料
203 気化装置 3 反応装置 301 反応室 302 シャワープレート
303 基板設置台 304 仕切りバルブ
4 排出装置 401 排出バルブ
402 圧力コントロールバルブ 403 原料トラップ 404 真空ポンプ

Claims

請求の範囲
[1] ホールや溝が形成された成膜対象物上に、 4価のアミド系バナジウム有機金属原 料ガスまたは 4価の有機アミド系チタン有機金属原料ガスと還元性ガスとを用いて、 C VD法によりバナジウムまたはチタン含有膜からなる下地層を形成し、この上に、 CV D法により銅含有膜を形成し、該ホールや溝を埋め込むことを特徴とする銅配線の形 成方法。
[2] 前記 4価のアミド系バナジウム有機金属原料力 テトラキスジェチルアミノバナジゥ ム、テトラキスジメチルァミノバナジウムまたはテトラキスェチルメチルァミノバナジウム であり、また、前記 4価のアミド系チタン有機金属原料がテトラキスジェチルァミノチタ ン、テトラキスジメチルァミノチタンまたはテトラキスェチルメチルァミノチタンであること を特徴とする請求項 1記載の銅配線の形成方法。
[3] 前記還元性ガスが、乖離して H*ラジカルや、 H+イオンを放出することができるガス であることを特徴とする請求項 1または 2記載の銅配線の形成方法。
[4] 前記還元性ガスが、ヒドラジン誘導体、 NH、 H、 SiHおよび Si Hから選ばれた
3 2 4 2 6
ガスであることを特徴とする請求項 3記載の銅配線の形成方法。
[5] 前記ヒドラジン誘導体力 ヒドラジンの水素原子の 1つまたは 2つをメチル基、ェチル 基、直鎖または分枝のブチル基で置換したものである請求項 4記載の銅配線の形成 方法。
[6] 前記ヒドラジン誘導体力 ターシャリーブチルヒドラジンであることを特徴とする請求 項 4記載の銅配線の形成方法。
[7] 前記 4価のアミド系バナジウムまたはチタン有機金属原料ガスと還元性ガスとの反 応を、成膜速度が基板温度に依存する温度領域で行い、バナジウム含有膜またはチ タン含有膜を形成することを特徴とする請求項 1〜6のいずれかに記載の銅配線の 形成方法。
[8] 前記銅含有膜を、次の一般式 (I)'で表される β—ジケトネート基 (式中、 Ζは、 Η原子 または炭素原子数 1〜4のアルキル基を、 Xは、次の一般式 (Ι—Ι)で表される基 (式中 、 Raは、炭素原子数 1〜5の直鎖または分枝のアルキレン基を、 Rb、 Re、 Rdは、夫々 独立して炭素原子数 1〜5の直鎖または分枝のアルキル基を表す)を、 Yは、該一般 式 (I— I)で表される基 (式中、 Raは、炭素原子数 1〜5の直鎖または分枝のアルキレン 基を、 Rb、 Re、 Rdは、夫々独立して炭素原子数 1〜5の直鎖または分枝のアルキル基 を表す)か、または炭素数 1〜8の直鎖または分枝のアルキル基を表す)を配位子とす る次の一般式 (IX式中、 X、 Υ、 Ζは上記定義の通りである):
[化 1]
Figure imgf000035_0001
で表される銅錯体のガスを用いて、 CVD法により成膜対象物上に形成することを特 徴とする請求項 1〜7のいずれかに記載の銅配線の形成方法。
前記銅含有膜を、次の一般式 (I— a)'で表される β—ジケトネート基 (式中、 Ζは、 Η 原子または炭素原子数 1〜4のアルキル基を表し、 Xおよび Υが、それぞれ、炭素原 子数 1〜8の直鎖もしくは分岐のアルキル基力、またはこの C アルキル基の水素原
1〜8
子を最大で 9ケまでフッ素原子で置換したものを表し、この Xおよび Υは両者とも同じ であっても異なっていてもよい)を配位子とする次の一般式 (I— a)(式中、 X、 Y、 Ζは上 記定義の通りである):
[化 2]
Figure imgf000035_0002
( I - a ) ' ( I - a ) で表される銅錯体のガスを用いて、 CVD法により成膜対象物上に形成することを特 徴とする請求項 1〜7のいずれかに記載の銅配線の形成方法。
前記銅含有膜を、次の一般式 (I—b)'で表される β—ジケトネート基 (式中、 Ζは、 Η 原子または炭素原子数 1〜4のアルキル基を表し、 Xおよび Υが、それぞれ、式: C Η
-O-C Η (式中、 n= l〜8、 m=0〜7、 n+m≤8である)で表される基力、ま
2n m 2m+ l
たはこの基の水素原子を最大で 9ケまでフッ素原子で置換したものを表し、この Xおよ ひ Ύは両者とも同じであっても異なっていてもよい)を配位子とする次の一般式 (I—b)( 式中、 X、 Υ、 Ζは上記定義の通りである):
[化 3]
Figure imgf000036_0001
( I— b ), ( I—b ) で表される銅錯体のガスを用いて、 CVD法により成膜対象物上に形成することを特 徴とする請求項 1〜7のいずれかに記載の銅配線の形成方法。
前記銅含有膜を、次の一般式 (I— c)'で表される β—ジケトネート基 (式中、 Ζは、 Η 原子または炭素原子数 1〜4のアルキル基を表し、 Xおよび Υが、それぞれ、 C Η
η 2η
-CH=CH-C H (n=0〜6、 m=0〜6、 n+m≤6である)で表される基力 ま
m 2m+ l
たはこの基の水素原子を最大で 9ケまでフッ素原子で置換したものを表し、この Xおよ ひ Ύは両者とも同じであっても異なっていてもよい)を配位子とする次の一般式 (I— c)( 式中、 X、 Υ、 Ζは上記定義の通りである):
[化 4]
Figure imgf000037_0001
(卜 c ), ( I - c ) で表される銅錯体のガスを用いて、 CVD法により成膜対象物上に形成することを特 徴とする請求項 1〜7のいずれかに記載の銅配線の形成方法。
[12] 請求項 1記載の銅含有膜の形成用原料の供給量、請求項 8〜11記載の一般式 (I) 、(I a)、(I b)、(I c)で表される銅錯体の供給量が、成膜対象物の成膜面の単位 面積あたり、以下の式:
8.0 X 10_1cc/min-cm2(3.6 X 10"5mol/min-cm2)≥供給量≥ 3.6 X 10— 3cc/min'cm2( 1.6 X 10 mol/ min · cm
を満足する量であることを特徴とする請求項 1〜11のいずれかに記載の銅配線の形 成方法。
[13] 請求項 1記載の銅含有膜の形成用原料、請求項 8〜11記載の一般式 (1)、(I a)、 ( I-b (I c)で表される銅錯体を用いて、 CVD法により銅含有膜を形成する際の成 膜温度が、 150°C〜350°Cであることを特徴とする請求項 1〜12のいずれかに記載 の銅配線の形成方法。
[14] 前記銅含有膜を形成する際に、還元性ガスとして水素原子含有ガスを用いることを 特徴とする請求項 1〜13のいずれかに記載の銅配線の形成方法。
[15] 前記水素原子含有ガスが Hガスであることを特徴とする請求項 14記載の銅配線の
2
形成方法
PCT/JP2005/016712 2004-09-27 2005-09-12 銅配線の形成方法 WO2006035591A1 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE112005002353T DE112005002353B8 (de) 2004-09-27 2005-09-12 Verfahren zur Herstellung von Sammelleitungen aus Kupfer
US11/663,807 US8034403B2 (en) 2004-09-27 2005-09-12 Method for forming copper distributing wires

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004279365A JP4783561B2 (ja) 2004-09-27 2004-09-27 銅配線の形成方法
JP2004-279365 2004-09-27

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2006035591A1 true WO2006035591A1 (ja) 2006-04-06

Family

ID=36118743

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2005/016712 WO2006035591A1 (ja) 2004-09-27 2005-09-12 銅配線の形成方法

Country Status (7)

Country Link
US (1) US8034403B2 (ja)
JP (1) JP4783561B2 (ja)
KR (2) KR100934887B1 (ja)
CN (1) CN100479114C (ja)
DE (1) DE112005002353B8 (ja)
TW (1) TW200620433A (ja)
WO (1) WO2006035591A1 (ja)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5323425B2 (ja) * 2007-09-03 2013-10-23 株式会社アルバック 半導体装置の製造方法
KR100914982B1 (ko) * 2008-01-02 2009-09-02 주식회사 하이닉스반도체 반도체 소자의 금속배선 및 그 형성방법
KR100924557B1 (ko) * 2008-01-04 2009-11-02 주식회사 하이닉스반도체 반도체 소자의 금속배선 및 그 형성방법
JP5353109B2 (ja) * 2008-08-15 2013-11-27 富士通セミコンダクター株式会社 半導体装置の製造方法
KR100973277B1 (ko) 2008-08-29 2010-07-30 주식회사 하이닉스반도체 반도체 소자의 금속배선 및 그 형성방법
CN103135819A (zh) * 2011-11-29 2013-06-05 迎辉科技股份有限公司 具有抗氧化金属层的导电基板
JP6324800B2 (ja) * 2014-05-07 2018-05-16 東京エレクトロン株式会社 成膜方法および成膜装置
CN105986245A (zh) * 2015-02-16 2016-10-05 中微半导体设备(上海)有限公司 改善mocvd反应工艺的部件及改善方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08222568A (ja) * 1995-02-10 1996-08-30 Ulvac Japan Ltd 銅配線製造方法、半導体装置、及び銅配線製造装置
JPH11217673A (ja) * 1997-11-28 1999-08-10 Japan Pionics Co Ltd 窒化膜の製造方法
JP2003017437A (ja) * 2001-06-28 2003-01-17 Ulvac Japan Ltd 銅材料充填プラグ及び銅材料充填プラグの製造方法
WO2003038892A2 (en) * 2001-10-26 2003-05-08 Applied Materials, Inc. Atomic-layer-deposited tantalum nitride and alpha-phase tantalum as barrier layers for copper metallization
JP2003522827A (ja) * 1998-11-12 2003-07-29 プレジデント・アンド・フェロウズ・オブ・ハーバード・カレッジ 段差被覆率が改善された拡散バリア材料
JP2003252823A (ja) * 2002-02-28 2003-09-10 Mitsubishi Materials Corp 有機金属化学蒸着法用有機銅化合物及びそれを用いて作製した銅薄膜
JP2003292495A (ja) * 2002-01-31 2003-10-15 Ube Ind Ltd 銅錯体およびこれを用いた銅含有薄膜の製造方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2943805B1 (ja) * 1998-09-17 1999-08-30 日本電気株式会社 半導体装置及びその製造方法
KR100460746B1 (ko) * 1999-04-13 2004-12-09 주식회사 하이닉스반도체 반도체 소자의 구리 금속 배선 형성 방법
US6916398B2 (en) * 2001-10-26 2005-07-12 Applied Materials, Inc. Gas delivery apparatus and method for atomic layer deposition
WO2006052958A2 (en) * 2004-11-08 2006-05-18 Epion Corporation Copper interconnect wiring and method of forming thereof
CN102132398B (zh) * 2008-03-21 2015-01-28 哈佛学院院长等 用于互连的自对准阻挡层

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08222568A (ja) * 1995-02-10 1996-08-30 Ulvac Japan Ltd 銅配線製造方法、半導体装置、及び銅配線製造装置
JPH11217673A (ja) * 1997-11-28 1999-08-10 Japan Pionics Co Ltd 窒化膜の製造方法
JP2003522827A (ja) * 1998-11-12 2003-07-29 プレジデント・アンド・フェロウズ・オブ・ハーバード・カレッジ 段差被覆率が改善された拡散バリア材料
JP2003017437A (ja) * 2001-06-28 2003-01-17 Ulvac Japan Ltd 銅材料充填プラグ及び銅材料充填プラグの製造方法
WO2003038892A2 (en) * 2001-10-26 2003-05-08 Applied Materials, Inc. Atomic-layer-deposited tantalum nitride and alpha-phase tantalum as barrier layers for copper metallization
JP2003292495A (ja) * 2002-01-31 2003-10-15 Ube Ind Ltd 銅錯体およびこれを用いた銅含有薄膜の製造方法
JP2003252823A (ja) * 2002-02-28 2003-09-10 Mitsubishi Materials Corp 有機金属化学蒸着法用有機銅化合物及びそれを用いて作製した銅薄膜

Also Published As

Publication number Publication date
JP4783561B2 (ja) 2011-09-28
KR100934888B1 (ko) 2010-01-06
KR20070056126A (ko) 2007-05-31
DE112005002353B8 (de) 2012-12-20
US8034403B2 (en) 2011-10-11
CN101032007A (zh) 2007-09-05
KR100934887B1 (ko) 2010-01-06
JP2006093552A (ja) 2006-04-06
DE112005002353B4 (de) 2012-06-14
TWI371787B (ja) 2012-09-01
CN100479114C (zh) 2009-04-15
DE112005002353T5 (de) 2007-09-06
TW200620433A (en) 2006-06-16
KR20080100394A (ko) 2008-11-17
US20100291290A1 (en) 2010-11-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100708496B1 (ko) 루테늄 금속막의 제조 방법
JP5809153B2 (ja) 相互接続用自己整合バリアおよびキャッピング層
EP1115900B1 (en) Methods for preparing ruthenium metal films
US6281125B1 (en) Methods for preparing ruthenium oxide films
WO2006035591A1 (ja) 銅配線の形成方法
US20120301706A1 (en) METHOD OF PE-ALD OF SiNxCy AND INTEGRATION OF LINER MATERIALS ON POROUS LOW K SUBSTRATES
US20080318417A1 (en) Method of forming ruthenium film for metal wiring structure
US20070264816A1 (en) Copper alloy layer for integrated circuit interconnects
US8283485B2 (en) Process for selectively depositing copper thin films on substrates with copper and ruthenium areas via vapor deposition
US20130143402A1 (en) Method of forming Cu thin film
US20040259353A1 (en) Methods of forming boron carbo-nitride layers for integrated circuit devices
JP3862900B2 (ja) 導電性バリア膜形成材料、導電性バリア膜形成方法、及び配線膜形成方法
JP4654194B2 (ja) 銅含有膜形成方法
JP4959122B2 (ja) バナジウム含有膜の形成方法
US20120046480A1 (en) Dense cu based thin film and the manufacturing process thereof
JP2006093551A (ja) チタン含有膜の形成方法
TW200818272A (en) Film forming method and film forming apparatus
JP2011171559A (ja) マンガン含有低誘電率膜及びその製造方法、半導体装置の製造方法並びに成膜装置
JP2009044056A (ja) 銅膜作製方法
JP2013048268A (ja) 銅膜作製方法
Lin et al. Effects of the underlayer substrates on copper chemical vapor deposition
Wojcik et al. A comparative study of thermal and plasma enhanced ALD Ta-NC films on SiO 2, SiCOH and Cu substrates
JP5170590B2 (ja) 導電性バリア膜形成材料、導電性バリア膜形成方法、及び配線膜形成方法
US20080182021A1 (en) Continuous ultra-thin copper film formed using a low thermal budget
JP2002194545A (ja) 銅薄膜の化学的気相成長法

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AE AG AL AM AT AU AZ BA BB BG BR BW BY BZ CA CH CN CO CR CU CZ DE DK DM DZ EC EE EG ES FI GB GD GE GH GM HR HU ID IL IN IS KE KG KM KP KR KZ LC LK LR LS LT LU LV MA MD MG MK MN MW MX MZ NA NG NI NO NZ OM PG PH PL PT RO RU SC SD SE SG SK SL SM SY TJ TM TN TR TT TZ UA UG US UZ VC VN YU ZA ZM ZW

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): BW GH GM KE LS MW MZ NA SD SL SZ TZ UG ZM ZW AM AZ BY KG KZ MD RU TJ TM AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IS IT LT LU LV MC NL PL PT RO SE SI SK TR BF BJ CF CG CI CM GA GN GQ GW ML MR NE SN TD TG

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 200580032569.5

Country of ref document: CN

Ref document number: 1020077006967

Country of ref document: KR

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 1120050023532

Country of ref document: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 11663807

Country of ref document: US

RET De translation (de og part 6b)

Ref document number: 112005002353

Country of ref document: DE

Date of ref document: 20070906

Kind code of ref document: P

122 Ep: pct application non-entry in european phase
REG Reference to national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: 8607