JP2001217204A - 半導体素子の銅金属配線形成方法 - Google Patents
半導体素子の銅金属配線形成方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 銅装着装置の最適蒸着工程条件を見出して、
(hfac)Cu(DMB)を銅前駆体として用いる有機金属化学気
相蒸着工程技術を確立することにより、銅蒸着工程の高
度の再現性を実現するとともに、優れた膜質の銅薄膜を
得ることができる半導体素子の銅金属配線形成方法を提
供する。 【解決手段】 半導体素子を形成するための所定の要素
が形成された半導体基板上に層間絶縁膜を形成し、前記
層間絶縁膜にコンタクトホール及びトレンチを形成した
後、前記コンタクトホール及びトレンチを含む層間絶縁
膜の表面に拡散障壁層を形成する段階；インサイチュで
(hfac)Cu(DMB)を銅前駆体として用いる有機金属化学気
相蒸着法により前記拡散障壁層の蒸着された前記コンタ
クトホール及びトレンチの表面に銅シード層を蒸着する
段階；めっき法で前記銅シード層が蒸着された前記コン
タクトホール及びトレンチが埋め込まれるように銅をめ
っきする段階；化学的機械的研磨処理を行なって銅金属
配線を形成する段階を含む。
(hfac)Cu(DMB)を銅前駆体として用いる有機金属化学気
相蒸着工程技術を確立することにより、銅蒸着工程の高
度の再現性を実現するとともに、優れた膜質の銅薄膜を
得ることができる半導体素子の銅金属配線形成方法を提
供する。 【解決手段】 半導体素子を形成するための所定の要素
が形成された半導体基板上に層間絶縁膜を形成し、前記
層間絶縁膜にコンタクトホール及びトレンチを形成した
後、前記コンタクトホール及びトレンチを含む層間絶縁
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(hfac)Cu(DMB)を銅前駆体として用いる有機金属化学気
相蒸着法により前記拡散障壁層の蒸着された前記コンタ
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段階；めっき法で前記銅シード層が蒸着された前記コン
タクトホール及びトレンチが埋め込まれるように銅をめ
っきする段階；化学的機械的研磨処理を行なって銅金属
配線を形成する段階を含む。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子の銅金
属配線形成方法に係り、特に1,1,1,5,5,5-ヘキサフルオ
ロ-2,4-ペンタジオネート(3,3-ジメチル-1-ブテン)-銅
（Ｉ）｛1,1,1,5,5,5,-hexafluoro-2,4-pentadionato
(3,3-dimethyl-1-butene)-copper(I) ;以下、「(hfac)C
u(DMB)」と称する｝を銅の前駆体(銅源)として用いる有
機金属化学気相蒸着(Metal Organic Chemical Vapor De
position；MOCVD)工程技術を確立して、銅蒸着工程の高
度の再現性を実現するとともに、優れた特性を備えた銅
薄膜を得ることができる半導体素子の銅金属配線形成方
法に関する。
属配線形成方法に係り、特に1,1,1,5,5,5-ヘキサフルオ
ロ-2,4-ペンタジオネート(3,3-ジメチル-1-ブテン)-銅
（Ｉ）｛1,1,1,5,5,5,-hexafluoro-2,4-pentadionato
(3,3-dimethyl-1-butene)-copper(I) ;以下、「(hfac)C
u(DMB)」と称する｝を銅の前駆体(銅源)として用いる有
機金属化学気相蒸着(Metal Organic Chemical Vapor De
position；MOCVD)工程技術を確立して、銅蒸着工程の高
度の再現性を実現するとともに、優れた特性を備えた銅
薄膜を得ることができる半導体素子の銅金属配線形成方
法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体産業が超大規模集積回路(Ultra L
arge Scale Integration；ULSI)の製造に移行するに伴
って、半導体素子のジオメトリ(geometry)がサブハーフ
ミクロン(sub-half-micron)領域に縮小し続ける一方に
おいて、性能の向上及び信頼度に対するより高度の要求
に対応して、回路密度(circuit density)は増加しつつ
ある。このような厳しい技術的要求に応えるべく、半導
体素子に金属配線を形成する際に、一般に集積回路(int
egration circuit)に有用な相互連結材料(interconnect
ion material)として、銅薄膜が用いられている。これ
は、銅薄膜が、アルミニウム薄膜に比べて融点が高の
で、エレクトロマイグレーション(electro-migration：
EM)に対する抵抗が大きく、半導体素子の信頼性を向上
させることができるとともに、比抵抗が低いので、信号
伝達速度を増加させることができるからである。
arge Scale Integration；ULSI)の製造に移行するに伴
って、半導体素子のジオメトリ(geometry)がサブハーフ
ミクロン(sub-half-micron)領域に縮小し続ける一方に
おいて、性能の向上及び信頼度に対するより高度の要求
に対応して、回路密度(circuit density)は増加しつつ
ある。このような厳しい技術的要求に応えるべく、半導
体素子に金属配線を形成する際に、一般に集積回路(int
egration circuit)に有用な相互連結材料(interconnect
ion material)として、銅薄膜が用いられている。これ
は、銅薄膜が、アルミニウム薄膜に比べて融点が高の
で、エレクトロマイグレーション(electro-migration：
EM)に対する抵抗が大きく、半導体素子の信頼性を向上
させることができるとともに、比抵抗が低いので、信号
伝達速度を増加させることができるからである。
【０００３】銅金属配線形成方法において、銅薄膜形成
工程は、高速度素子及び高集積度素子の実現に重要な役
割を果たす工程であり、この工程においては、物理気相
蒸着(Physical Vapor Deposition; PVD)、電解めっき法
(Electroplating)、無電解めっき法(Electroless-plati
ng)、有機金属化学気相蒸着法など様々な技術が採用さ
れている。このような銅薄膜形成技術の中でも、有機金
属化学気相蒸着法による銅蒸着は、銅前駆体である有機
金属化合物により大きく影響されるので、容易に蒸着で
きる銅前駆体の開発が求められており、且つこのような
銅前駆体を安定して供給できるデリバリシステム(deliv
ery system)の開発が必要である。
工程は、高速度素子及び高集積度素子の実現に重要な役
割を果たす工程であり、この工程においては、物理気相
蒸着(Physical Vapor Deposition; PVD)、電解めっき法
(Electroplating)、無電解めっき法(Electroless-plati
ng)、有機金属化学気相蒸着法など様々な技術が採用さ
れている。このような銅薄膜形成技術の中でも、有機金
属化学気相蒸着法による銅蒸着は、銅前駆体である有機
金属化合物により大きく影響されるので、容易に蒸着で
きる銅前駆体の開発が求められており、且つこのような
銅前駆体を安定して供給できるデリバリシステム(deliv
ery system)の開発が必要である。
【０００４】有機金属化学気相蒸着法による銅蒸着は、
バブラー(bubbler)方式のリキットデリバリシステム(Li
quid Delivery System；以下、「LDS」という)を利用す
るか、ダイレクトリキットインジェクション(Direct Li
quid Injection ；以下、「DLI」という)のようなLDSを
使用するか、コントロールエバポレイションミキサ（Co
ntrol Evaporation Mixer；以下、「CEM」という）のよ
うなLDSを使用することができる。その他にも、オリフ
ィス方式またはスプレー方式のべイパライザ(vaporize
r)を有するLDSなどの種々のLDSも、使用されている。銅
蒸着は、このようなLDSにおいては、前駆体と呼ばれる
銅金属を含む化合物を分解することにより、実施され
る。有機金属化学気相蒸着用の銅前駆体は、蒸気圧の低
い1,1,1,5,5,5-ヘキサフルオロ-2,4-ペンタジオネート-
銅(II)｛1,1,1,5,5,5,-hexafluoro-2,4-pentadionato-c
opper(II) ；以下、「Cu(hfac)2」と称する｝化合物の
ような銅II価（ＣｕII）化合物が開発された後に、銅II
価化合物に比べて蒸気圧が高いため蒸着速度が速く、15
0〜250℃の低温度域で高純度の銅薄膜蒸着を可能とする
銅Ｉ価（ＣｕＩ）化合物が開発された。現在まで開発さ
れている各種の銅Ｉ価化合物の中で、1,1,1,5,5,5-ヘキ
サフルオロ-2,4-ペンタジオネート(トリメチルビニルシ
ラン)-銅(Ｉ)｛1,1,1,5,5,5,-hexafluoro-2,4-pentadio
nato(trimethylvinylsilane)-copper(Ｉ) :以下、「（h
fac）Cu（TMVS）」と称する｝は、常温において液状で
あり、高純度銅薄膜を低温度で蒸着できるので、現在全
世界的に最も広く用いられている代表的な有機金属化学
気相蒸着用の銅前駆体である。しかしながら、（hfac）
Cu(TMVS)は、このような長所にもかかわらず、常温保管
時に次第に分解(degradation)するという問題を抱えて
いるので、半導体素子の製造工程への適用時に工程の再
現性が低い。さらに、上記（hfac）Cu(TMVS)は、開発さ
れた様々な前駆体の中では、蒸気圧の高い方であるが、
既存のLDSにおいて工程の良好な再現性を確保するため
には、蒸気圧が低すぎる。従って、安定して実施し得る
新しいLDSが開発されない限り、所望の再現性を確保す
ることは、困難である。また、（hfac）Cu（TMVS）は、
気化(vaporization)温度と液化(condensation)温度との
温度差が非常に小さいので、一定の温度を保持し続けな
ければならないという操作上の大きな問題がある。
バブラー(bubbler)方式のリキットデリバリシステム(Li
quid Delivery System；以下、「LDS」という)を利用す
るか、ダイレクトリキットインジェクション(Direct Li
quid Injection ；以下、「DLI」という)のようなLDSを
使用するか、コントロールエバポレイションミキサ（Co
ntrol Evaporation Mixer；以下、「CEM」という）のよ
うなLDSを使用することができる。その他にも、オリフ
ィス方式またはスプレー方式のべイパライザ(vaporize
r)を有するLDSなどの種々のLDSも、使用されている。銅
蒸着は、このようなLDSにおいては、前駆体と呼ばれる
銅金属を含む化合物を分解することにより、実施され
る。有機金属化学気相蒸着用の銅前駆体は、蒸気圧の低
い1,1,1,5,5,5-ヘキサフルオロ-2,4-ペンタジオネート-
銅(II)｛1,1,1,5,5,5,-hexafluoro-2,4-pentadionato-c
opper(II) ；以下、「Cu(hfac)2」と称する｝化合物の
ような銅II価（ＣｕII）化合物が開発された後に、銅II
価化合物に比べて蒸気圧が高いため蒸着速度が速く、15
0〜250℃の低温度域で高純度の銅薄膜蒸着を可能とする
銅Ｉ価（ＣｕＩ）化合物が開発された。現在まで開発さ
れている各種の銅Ｉ価化合物の中で、1,1,1,5,5,5-ヘキ
サフルオロ-2,4-ペンタジオネート(トリメチルビニルシ
ラン)-銅(Ｉ)｛1,1,1,5,5,5,-hexafluoro-2,4-pentadio
nato(trimethylvinylsilane)-copper(Ｉ) :以下、「（h
fac）Cu（TMVS）」と称する｝は、常温において液状で
あり、高純度銅薄膜を低温度で蒸着できるので、現在全
世界的に最も広く用いられている代表的な有機金属化学
気相蒸着用の銅前駆体である。しかしながら、（hfac）
Cu(TMVS)は、このような長所にもかかわらず、常温保管
時に次第に分解(degradation)するという問題を抱えて
いるので、半導体素子の製造工程への適用時に工程の再
現性が低い。さらに、上記（hfac）Cu(TMVS)は、開発さ
れた様々な前駆体の中では、蒸気圧の高い方であるが、
既存のLDSにおいて工程の良好な再現性を確保するため
には、蒸気圧が低すぎる。従って、安定して実施し得る
新しいLDSが開発されない限り、所望の再現性を確保す
ることは、困難である。また、（hfac）Cu（TMVS）は、
気化(vaporization)温度と液化(condensation)温度との
温度差が非常に小さいので、一定の温度を保持し続けな
ければならないという操作上の大きな問題がある。
【０００５】前記（hfac）Cu(TMVS)に関連する問題点を
解決するために、引き続いて銅前駆体として（hfac）Cu
(DMB)が開発された。（hfac）Cu(DMB)化合物は、3,3-ジ
メチル-1-ブテン（3,3-dimethyl-1-butene；以下、「DM
B」という）をルイス塩基配位子(Lewis base ligand)と
して開発された化合物であり、TMVSのメチル基に代え
て、分子量が低く且つ蒸気圧が高いDMBをルイス塩基配
位子として使用するため、（hfac）Cu(TMVS)よりも高い
蒸気圧を有する。従って、（hfac）Cu(DMB)は、MOCVDで
使用する 銅前駆体の最も大きい問題点の一つである、
きわめて低い蒸着速度を大幅に改善することができると
いう大きい長所をもつ銅前駆体である。しかしながら、
現在まで既存のLDSにおいて、（hfac）Cu(DMB)を銅前駆
体として用いた有機金属化学気相蒸着工程技術は確立さ
れておらず、商業化には至っていないのが現状である。
解決するために、引き続いて銅前駆体として（hfac）Cu
(DMB)が開発された。（hfac）Cu(DMB)化合物は、3,3-ジ
メチル-1-ブテン（3,3-dimethyl-1-butene；以下、「DM
B」という）をルイス塩基配位子(Lewis base ligand)と
して開発された化合物であり、TMVSのメチル基に代え
て、分子量が低く且つ蒸気圧が高いDMBをルイス塩基配
位子として使用するため、（hfac）Cu(TMVS)よりも高い
蒸気圧を有する。従って、（hfac）Cu(DMB)は、MOCVDで
使用する 銅前駆体の最も大きい問題点の一つである、
きわめて低い蒸着速度を大幅に改善することができると
いう大きい長所をもつ銅前駆体である。しかしながら、
現在まで既存のLDSにおいて、（hfac）Cu(DMB)を銅前駆
体として用いた有機金属化学気相蒸着工程技術は確立さ
れておらず、商業化には至っていないのが現状である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、銅蒸着装着の蒸着工程条件を最適に設定し、（hfa
c）Cu(DMB)化合物を銅前駆体として用いる有機金属化学
気相蒸着技術を確立することにより、新しいLDSを開発
することなく、銅蒸着工程の高度の再現性を実現するこ
とができるとともに、優れた膜質の銅薄膜を得ることが
できる半導体素子の銅金属配線形成方法を提供すること
にある。
は、銅蒸着装着の蒸着工程条件を最適に設定し、（hfa
c）Cu(DMB)化合物を銅前駆体として用いる有機金属化学
気相蒸着技術を確立することにより、新しいLDSを開発
することなく、銅蒸着工程の高度の再現性を実現するこ
とができるとともに、優れた膜質の銅薄膜を得ることが
できる半導体素子の銅金属配線形成方法を提供すること
にある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明に係る半導体素子の銅金属配線形成方法は、
半導体素子を形成するための所要の各要素が形成された
半導体基板上に層間絶縁膜を形成し、前記層間絶縁膜に
コンタクトホール及びトレンチを形成した後、前記コン
タクトホール及びトレンチを含む層間絶縁膜の表面に拡
散障壁層を形成する段階と、インサイチュで（hfac）Cu
(DMB)を銅前駆体として用いる有機金属化学気相蒸着法
により、前記拡散障壁層が蒸着された前記コンタクトホ
ール及びトレンチの表面に銅シード層を蒸着する段階
と、電気めっき法または無電解めっき法により、前記銅
シード層が蒸着された前記コンタクトホール及びトレン
チが埋め込まれるように銅をめっきする段階と、化学的
機械的研磨処理を行なうことにより、銅金属配線を形成
する段階とを含むことを特徴とする。
に、本発明に係る半導体素子の銅金属配線形成方法は、
半導体素子を形成するための所要の各要素が形成された
半導体基板上に層間絶縁膜を形成し、前記層間絶縁膜に
コンタクトホール及びトレンチを形成した後、前記コン
タクトホール及びトレンチを含む層間絶縁膜の表面に拡
散障壁層を形成する段階と、インサイチュで（hfac）Cu
(DMB)を銅前駆体として用いる有機金属化学気相蒸着法
により、前記拡散障壁層が蒸着された前記コンタクトホ
ール及びトレンチの表面に銅シード層を蒸着する段階
と、電気めっき法または無電解めっき法により、前記銅
シード層が蒸着された前記コンタクトホール及びトレン
チが埋め込まれるように銅をめっきする段階と、化学的
機械的研磨処理を行なうことにより、銅金属配線を形成
する段階とを含むことを特徴とする。
【０００８】さらに、本発明に係る半導体素子の金属配
線形成方法は、半導体素子を形成するための所要の各要
素が形成された半導体基板上に層間絶縁膜を形成し、前
記層間絶縁膜にコンタクトホール及びトレンチを形成し
た後、前記コンタクトホール及びトレンチを含む層間絶
縁膜の表面に拡散障壁層を形成する段階と、インサイチ
ュで物理気相蒸着法により、前記拡散障壁層の蒸着され
た前記コンタクトホール及びトレンチの表面に第１の銅
シード層を蒸着する段階と、（hfac）Cu(DMB)を銅前駆
体として用いる有機金属化学気相蒸着法により、前記第
１の銅シード層が蒸着されたコンタクトホール及びトレ
ンチの表面に第２の銅シード層を蒸着する段階と、電気
めっき法または無電解めっき法により、前記第１及び第
２の銅シード層が積層された前記コンタクトホール及び
トレンチが埋め込まれるように銅をめっきする段階と、
化学的機械的研磨処理を行なって銅金属配線を形成する
段階とを含むことを特徴とする。
線形成方法は、半導体素子を形成するための所要の各要
素が形成された半導体基板上に層間絶縁膜を形成し、前
記層間絶縁膜にコンタクトホール及びトレンチを形成し
た後、前記コンタクトホール及びトレンチを含む層間絶
縁膜の表面に拡散障壁層を形成する段階と、インサイチ
ュで物理気相蒸着法により、前記拡散障壁層の蒸着され
た前記コンタクトホール及びトレンチの表面に第１の銅
シード層を蒸着する段階と、（hfac）Cu(DMB)を銅前駆
体として用いる有機金属化学気相蒸着法により、前記第
１の銅シード層が蒸着されたコンタクトホール及びトレ
ンチの表面に第２の銅シード層を蒸着する段階と、電気
めっき法または無電解めっき法により、前記第１及び第
２の銅シード層が積層された前記コンタクトホール及び
トレンチが埋め込まれるように銅をめっきする段階と、
化学的機械的研磨処理を行なって銅金属配線を形成する
段階とを含むことを特徴とする。
【０００９】ここで、（hfac）Cu(DMB)を銅前駆体とし
て有機金属化学気相蒸着法により蒸着される銅シード層
は、反応チャンバとリキットデリバリシステムとを備え
た銅蒸着装置を使用して、形成させる。リキッドデリバ
リシステムとしては、バブラー、ダイレクトリキットイ
ンジェクター、コントロールエバポレイションミキサ、
オリフィス方式のべイパライザを有するシステム及びス
プレー方式のべイパライザを有するシステムのいずれか
を用いる。
て有機金属化学気相蒸着法により蒸着される銅シード層
は、反応チャンバとリキットデリバリシステムとを備え
た銅蒸着装置を使用して、形成させる。リキッドデリバ
リシステムとしては、バブラー、ダイレクトリキットイ
ンジェクター、コントロールエバポレイションミキサ、
オリフィス方式のべイパライザを有するシステム及びス
プレー方式のべイパライザを有するシステムのいずれか
を用いる。
【００１０】銅シード層蒸着条件は、リキッドデリバリ
システムにおいて（hfac）Cu(DMB)を銅前駆体として気
化させるための手段、例えばバブラーのキャニスタ、ダ
イレクトリキッドインジェクションのべイパライザ、コ
ントロールエバポレイションミキサのべイパライザのコ
ントロールバルブ及びオリフィス方式又はスプレー方式
のべイパライザの温度を20〜120℃の範囲内に維持させ
ることである。また、他の銅シード層蒸着条件は、リキ
ッドデリバリシステムから反応チャンバに至るガスライ
ン及びソースラインの温度、反応チャンバの内部温度及
び前記反応チャンバのシャワーヘッド温度を銅前駆体で
ある（hfac）Cu(DMB)を気化させるための温度と実質的
に同一に維持させることである。なお、本明細書におい
て、蒸着温度に関して、「実質的に同一の温度」とは、
蒸着操作を阻害しない程度の許容温度範囲内にあること
を意味し、より具体的には、±2℃程度の温度変動は、
許容される。
システムにおいて（hfac）Cu(DMB)を銅前駆体として気
化させるための手段、例えばバブラーのキャニスタ、ダ
イレクトリキッドインジェクションのべイパライザ、コ
ントロールエバポレイションミキサのべイパライザのコ
ントロールバルブ及びオリフィス方式又はスプレー方式
のべイパライザの温度を20〜120℃の範囲内に維持させ
ることである。また、他の銅シード層蒸着条件は、リキ
ッドデリバリシステムから反応チャンバに至るガスライ
ン及びソースラインの温度、反応チャンバの内部温度及
び前記反応チャンバのシャワーヘッド温度を銅前駆体で
ある（hfac）Cu(DMB)を気化させるための温度と実質的
に同一に維持させることである。なお、本明細書におい
て、蒸着温度に関して、「実質的に同一の温度」とは、
蒸着操作を阻害しない程度の許容温度範囲内にあること
を意味し、より具体的には、±2℃程度の温度変動は、
許容される。
【００１１】さらに他の銅シード層蒸着条件は、反応チ
ャンバのサセプタプレート温度を120〜280℃の範囲内と
し、反応チャンバの内部圧力を0.1〜5torrの範囲内と
し、反応チャンバのシャワーヘッドと前記反応チャンバ
のサセプタプレートとの間隔を1〜50mmの範囲内とし、
銅前駆体である（hfac）Cu(DMB)の流量比を0.1〜1.0scc
mの範囲内とすることである。
ャンバのサセプタプレート温度を120〜280℃の範囲内と
し、反応チャンバの内部圧力を0.1〜5torrの範囲内と
し、反応チャンバのシャワーヘッドと前記反応チャンバ
のサセプタプレートとの間隔を1〜50mmの範囲内とし、
銅前駆体である（hfac）Cu(DMB)の流量比を0.1〜1.0scc
mの範囲内とすることである。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明を添付図面に基づい
てさらに詳細に説明する。各図面において、同一或いは
類似の構成要素は、同一符号により示す。図１は、本発
明に係る半導体素子の銅金属配線形成方法を説明するた
めの銅蒸着工程のフローチャートである。
てさらに詳細に説明する。各図面において、同一或いは
類似の構成要素は、同一符号により示す。図１は、本発
明に係る半導体素子の銅金属配線形成方法を説明するた
めの銅蒸着工程のフローチャートである。
【００１３】本発明に係る銅蒸着のための工程は、まず
銅蒸着装置を初期化する段階(100)を行ない、初期化段
階(100)が完了すると、銅を蒸着すべきウェーハを反応
チャンバに積載する段階(200)を行ない、ウェーハ積載
段階(200)が完了すると、銅蒸着装置の蒸着工程条件を
設定する段階(300)を行ない、工程条件設定段階(300)が
完了すると、銅前駆体である（hfac）Cu(DMB)を用いる
有機金属化学気相蒸着工程でウェーハに銅を蒸着する段
階(400)を行なうことにより、完了する。
銅蒸着装置を初期化する段階(100)を行ない、初期化段
階(100)が完了すると、銅を蒸着すべきウェーハを反応
チャンバに積載する段階(200)を行ない、ウェーハ積載
段階(200)が完了すると、銅蒸着装置の蒸着工程条件を
設定する段階(300)を行ない、工程条件設定段階(300)が
完了すると、銅前駆体である（hfac）Cu(DMB)を用いる
有機金属化学気相蒸着工程でウェーハに銅を蒸着する段
階(400)を行なうことにより、完了する。
【００１４】前記段階中でも、銅蒸着装置の蒸着工程条
件を設定する段階(300)は、本発明の目的を達成するた
めに重要な段階である。即ち、蒸着工程条件を最適に設
定しなければ、（hfac）Cu(DMB)を用いる有機金属化学
気相蒸着技術を確立できないからである。
件を設定する段階(300)は、本発明の目的を達成するた
めに重要な段階である。即ち、蒸着工程条件を最適に設
定しなければ、（hfac）Cu(DMB)を用いる有機金属化学
気相蒸着技術を確立できないからである。
【００１５】銅蒸着装置の蒸着工程条件を最適に設定す
るためには、銅前駆体である（hfac）Cu(DMB)の特性と
ともに、銅蒸着装置の特性を把握しなければならない。
るためには、銅前駆体である（hfac）Cu(DMB)の特性と
ともに、銅蒸着装置の特性を把握しなければならない。
【００１６】まず、銅前駆体である（hfac）Cu(DMB)の
特性は、次の通りである。
特性は、次の通りである。
【００１７】銅前駆体である（hfac）Cu(DMB)と（hfa
c）Cu(TMVS)とを構造的に比較すると、中性配位子の中
央において、後者のSiが前者ではCに置換されているだ
けで、他の構造的な差異はない。（hfac）Cu(TMVS) と
（hfac）Cu(DMB)のTGA/DSC結果をみると、（hfac）Cu(T
MVS)は63℃で分解されるのに対し、（hfac）Cu(DMB)
は、約90℃で分解されるので、（hfac）Cu(DMB)の方が
熱的安定性に一層優れていることが分かる。前駆体特性
を左右する熱的安定性ととともに、重要な特性の一つ
は、蒸気圧である。蒸気圧測定結果をみれば、（hfac）
Cu(DMB)は、（hfac）Cu(TMVS)に比して、ほぼ１桁(orde
r)高い蒸気圧をもっていることが分かる。即ち、（hfa
c）Cu(TMVS)の蒸気圧は、55℃で0.67torrである。これ
に対し、（hfac）Cu(DMB)の蒸気圧は、43.5℃で2.01tor
r、54℃で3.10torr、66℃で5.26torr、78℃で8.75tor
r、88℃で12.93torrという非常に高い蒸気圧を示す。ま
た、（hfac）Cu(DMB)は、約96℃で分解沈殿物を生成す
ると報告されているので、その分解温度も、（hfac）Cu
(TMVS)の分解温度よりの高いことが分かる。これらの結
果を総合的に考慮するならば、（hfac）Cu(DMB)の分解
温度は、（hfac）Cu(TMVS)の分解温度よりも著しく高い
ので、さらに高い気化温度を利用できる可能性がある。
さらに、前者は、非常に高い蒸気圧をもっているため、
1000Å/min以上の高い蒸着速度を容易に得ることができ
る。
c）Cu(TMVS)とを構造的に比較すると、中性配位子の中
央において、後者のSiが前者ではCに置換されているだ
けで、他の構造的な差異はない。（hfac）Cu(TMVS) と
（hfac）Cu(DMB)のTGA/DSC結果をみると、（hfac）Cu(T
MVS)は63℃で分解されるのに対し、（hfac）Cu(DMB)
は、約90℃で分解されるので、（hfac）Cu(DMB)の方が
熱的安定性に一層優れていることが分かる。前駆体特性
を左右する熱的安定性ととともに、重要な特性の一つ
は、蒸気圧である。蒸気圧測定結果をみれば、（hfac）
Cu(DMB)は、（hfac）Cu(TMVS)に比して、ほぼ１桁(orde
r)高い蒸気圧をもっていることが分かる。即ち、（hfa
c）Cu(TMVS)の蒸気圧は、55℃で0.67torrである。これ
に対し、（hfac）Cu(DMB)の蒸気圧は、43.5℃で2.01tor
r、54℃で3.10torr、66℃で5.26torr、78℃で8.75tor
r、88℃で12.93torrという非常に高い蒸気圧を示す。ま
た、（hfac）Cu(DMB)は、約96℃で分解沈殿物を生成す
ると報告されているので、その分解温度も、（hfac）Cu
(TMVS)の分解温度よりの高いことが分かる。これらの結
果を総合的に考慮するならば、（hfac）Cu(DMB)の分解
温度は、（hfac）Cu(TMVS)の分解温度よりも著しく高い
ので、さらに高い気化温度を利用できる可能性がある。
さらに、前者は、非常に高い蒸気圧をもっているため、
1000Å/min以上の高い蒸着速度を容易に得ることができ
る。
【００１８】このような（hfac）Cu(DMB)を用いて有機
金属化学気相蒸着工程を行なうための銅蒸着装置の特性
は、次の通りである。
金属化学気相蒸着工程を行なうための銅蒸着装置の特性
は、次の通りである。
【００１９】有機金属化学気相蒸着工程に用いられる銅
蒸着装置は、一般にLDSと反応チャンバとを備えてい
る。銅前駆体を移送するために現在使用されている代表
的なLDSには、バブラー、DLI、CEMなどがあり、その他
にもオリフィス方式又はスプレー方式のべイパライザを
有するLDSなど多くのLDSがある。
蒸着装置は、一般にLDSと反応チャンバとを備えてい
る。銅前駆体を移送するために現在使用されている代表
的なLDSには、バブラー、DLI、CEMなどがあり、その他
にもオリフィス方式又はスプレー方式のべイパライザを
有するLDSなど多くのLDSがある。
【００２０】図２は、本発明に係る半導体素子の銅金属
配線形成方法を説明するための、反応チャンバを備えた
バブラーの概略的な構成図である。
配線形成方法を説明するための、反応チャンバを備えた
バブラーの概略的な構成図である。
【００２１】バブラー１０は、キャリアガス流入ライン
(carrier gas inflow line)１１、キャニスタ(caniste
r)１２、気化ガス流出ライン(evaporation gas outflow
line)１４ を主要構成要素として構成されている。バ
ブラー１０を用いる有機金属化学気相蒸着工程において
は、キャリアガス流入ライン１１を経て、キャリアガス
がキャニスタ１２内に流入し、流入したキャリアガス
は、キャニスタ１２内に収容されている金属液体原料で
ある（hfac）Cu(DMB)１３と一定比率で混合された後、
気化ガス流出ライン１４を経て反応チャンバ８９０に流
入する。
(carrier gas inflow line)１１、キャニスタ(caniste
r)１２、気化ガス流出ライン(evaporation gas outflow
line)１４ を主要構成要素として構成されている。バ
ブラー１０を用いる有機金属化学気相蒸着工程において
は、キャリアガス流入ライン１１を経て、キャリアガス
がキャニスタ１２内に流入し、流入したキャリアガス
は、キャニスタ１２内に収容されている金属液体原料で
ある（hfac）Cu(DMB)１３と一定比率で混合された後、
気化ガス流出ライン１４を経て反応チャンバ８９０に流
入する。
【００２２】反応チャンバ８９０は、バブラー１０から
供給される気化原料を噴射するシャワーヘッド(shower
head)８０とウェーハ１１１を積載するサセプタプレー
ト(susceptor plate)９０とを備えている。
供給される気化原料を噴射するシャワーヘッド(shower
head)８０とウェーハ１１１を積載するサセプタプレー
ト(susceptor plate)９０とを備えている。
【００２３】前記バブラー１０において、キャリアガス
と金属液体原料との比率は、キャリアガスの流量、バブ
ラーの温度、バブラー内の圧力などに応じて定められ
る。このようなバブラーは、蒸気圧の非常に低い銅化合
物液体原料を使用するためには、適していない。特に、
蒸気圧の非常に低い銅化合物液体原料を使用する場合に
は、バブラーの温度を一定に保たなければならないた
め、銅化合物液体原料が分解され、パーティクル(parti
cle)が生成されて、半導体上の銅蒸着膜に悪影響を及ぼ
すだけではなく、工程の再現性を低下させ、また蒸着速
度を遅くするなどの問題を生ずる。これに対し、蒸気圧
の高い（hfac）Cu(DMB)を銅前駆体として使用する本発
明においては、この様な問題は大巾に軽減ないし実質的
に解消される。
と金属液体原料との比率は、キャリアガスの流量、バブ
ラーの温度、バブラー内の圧力などに応じて定められ
る。このようなバブラーは、蒸気圧の非常に低い銅化合
物液体原料を使用するためには、適していない。特に、
蒸気圧の非常に低い銅化合物液体原料を使用する場合に
は、バブラーの温度を一定に保たなければならないた
め、銅化合物液体原料が分解され、パーティクル(parti
cle)が生成されて、半導体上の銅蒸着膜に悪影響を及ぼ
すだけではなく、工程の再現性を低下させ、また蒸着速
度を遅くするなどの問題を生ずる。これに対し、蒸気圧
の高い（hfac）Cu(DMB)を銅前駆体として使用する本発
明においては、この様な問題は大巾に軽減ないし実質的
に解消される。
【００２４】図３は、本発明に係る半導体素子の銅金属
配線形成方法を説明するための、反応チャンバを備えた
DLIの概略的な構成図である。
配線形成方法を説明するための、反応チャンバを備えた
DLIの概略的な構成図である。
【００２５】DLI２３０は、マイクロポンプ２０とべイ
パライザ３０とを主な構成要素としており、メタルディ
スク(metal disc)３２により、液体原料を気化させる構
造をもつ。アンプル(ampule)１９内の液体原料は、約20
psiの圧力で加圧され、第１のバルブ(first valve)２１
を経て、マイクロポンプ２０に送給される。この際、第
１のステッピングモータ(first stepping motor)２２に
よって、第１のピストンの(first piston)２３が上昇す
るとともに、液体原料が第１のシリンダ２４に供給され
る。次いで、第１のバルブ２１が閉じている間に、第２
のバルブ２５が開き、第１のピストン２３の下降と第２
のステッピングモータ２６による第２のピストン２７の
上昇とが同時に行なわれるとともに、第１のシリンダ２
４内に満たされた液体原料が、第２のバルブ２５を通過
して第２のシリンダ２８に入り、第２のシリンダ２８を
満たす。次いで、第２のバルブ２５が閉じかつ第３のバ
ルブ２９が開いた状態で、第２のピストン２７の下降に
より、第３のバルブ２９を通過してべイパライザ３０に
液体原料が移送される。この時点で、第１のバルブ２１
が開き、第１のピストン２３が上昇しつつ、第１のシリ
ンダ２４内に再び液体原料が供給される。このような操
作が繰り返されることにより、液体原料は、マイクロポ
ンプ２０を経てべイパライザ３０に供給される。流量制
御は、第1及び第２のステッピングモータ２２及び２６
のサイクル数により、行われる。このようにしてマイク
ロポンプ２０から供給される液体原料は、液体原料流入
ライン３４に備えられたデリバリバルブ３１を介してメ
タルディスク３２上に流入し(ディスクの枚数は、必要
に応じて適宜定められるが、例えば、図示の装置におい
ては99枚である)、ヒーティングゾーン(heating zone)
３３において気化する。気化したガスは、キャリアガス
流入ライン３５から流入するキャリアガスとともに、気
化ガス流出ライン３６を通過して、反応チャンバ８９０
に流入する。
パライザ３０とを主な構成要素としており、メタルディ
スク(metal disc)３２により、液体原料を気化させる構
造をもつ。アンプル(ampule)１９内の液体原料は、約20
psiの圧力で加圧され、第１のバルブ(first valve)２１
を経て、マイクロポンプ２０に送給される。この際、第
１のステッピングモータ(first stepping motor)２２に
よって、第１のピストンの(first piston)２３が上昇す
るとともに、液体原料が第１のシリンダ２４に供給され
る。次いで、第１のバルブ２１が閉じている間に、第２
のバルブ２５が開き、第１のピストン２３の下降と第２
のステッピングモータ２６による第２のピストン２７の
上昇とが同時に行なわれるとともに、第１のシリンダ２
４内に満たされた液体原料が、第２のバルブ２５を通過
して第２のシリンダ２８に入り、第２のシリンダ２８を
満たす。次いで、第２のバルブ２５が閉じかつ第３のバ
ルブ２９が開いた状態で、第２のピストン２７の下降に
より、第３のバルブ２９を通過してべイパライザ３０に
液体原料が移送される。この時点で、第１のバルブ２１
が開き、第１のピストン２３が上昇しつつ、第１のシリ
ンダ２４内に再び液体原料が供給される。このような操
作が繰り返されることにより、液体原料は、マイクロポ
ンプ２０を経てべイパライザ３０に供給される。流量制
御は、第1及び第２のステッピングモータ２２及び２６
のサイクル数により、行われる。このようにしてマイク
ロポンプ２０から供給される液体原料は、液体原料流入
ライン３４に備えられたデリバリバルブ３１を介してメ
タルディスク３２上に流入し(ディスクの枚数は、必要
に応じて適宜定められるが、例えば、図示の装置におい
ては99枚である)、ヒーティングゾーン(heating zone)
３３において気化する。気化したガスは、キャリアガス
流入ライン３５から流入するキャリアガスとともに、気
化ガス流出ライン３６を通過して、反応チャンバ８９０
に流入する。
【００２６】反応チャンバ８９０は、DLI２３０からの
気化原料を噴射するシャワーヘッド８０とウェーハ１０
を積載するサセプタプレート９０とを主要構成要素とし
て、構成されている。
気化原料を噴射するシャワーヘッド８０とウェーハ１０
を積載するサセプタプレート９０とを主要構成要素とし
て、構成されている。
【００２７】前記DLI２３０では、べイパライザ３０内
において所定の間隔で99枚が積み上げられているメタル
ディスク３２の間に、液体原料が流入して気化する。DL
Iは、熱交換面積が非常に広く、熱交換効率に優れてい
るので、流入する液体原料を流量に応じて数十乃至数百
psiで移送することができる。一方、べイパライザ３０
の内部圧力は数torr程度という非常に低い圧力に保たれ
ているので、この圧力差による体積膨張効果を得ること
ができる。かくして、DLIは、気化効率を最大化させ得
るように構成されている。しかしながら、DLIは、この
ような長所を備えているが、その一方で、メタルディス
ク３２の駆動は流入する液体原料に依存し、マイクロポ
ンプ２０が圧力を形成できる構造となっているので、液
体原料の圧力を一定に維持させることが非常に難しく、
液体原料の圧力が平衡状態に達するまでに非常に長い時
間（数十分）がかかるという短所がある。さらに、初期
状態で液体原料が吸入(suction)される場合に、メタル
ディスク３２に流入する多量の液体原料が気化されるこ
となく残留するため、べイパライザ３０に閉塞状態(clo
gging)を生じるという問題もある。しかるに、銅蒸着装
置の蒸着工程条件を最適に設定し、 銅前駆体として
（hfac）Cu(DMB)を使用する本発明方法によれば、この
様な問題は、回避される。
において所定の間隔で99枚が積み上げられているメタル
ディスク３２の間に、液体原料が流入して気化する。DL
Iは、熱交換面積が非常に広く、熱交換効率に優れてい
るので、流入する液体原料を流量に応じて数十乃至数百
psiで移送することができる。一方、べイパライザ３０
の内部圧力は数torr程度という非常に低い圧力に保たれ
ているので、この圧力差による体積膨張効果を得ること
ができる。かくして、DLIは、気化効率を最大化させ得
るように構成されている。しかしながら、DLIは、この
ような長所を備えているが、その一方で、メタルディス
ク３２の駆動は流入する液体原料に依存し、マイクロポ
ンプ２０が圧力を形成できる構造となっているので、液
体原料の圧力を一定に維持させることが非常に難しく、
液体原料の圧力が平衡状態に達するまでに非常に長い時
間（数十分）がかかるという短所がある。さらに、初期
状態で液体原料が吸入(suction)される場合に、メタル
ディスク３２に流入する多量の液体原料が気化されるこ
となく残留するため、べイパライザ３０に閉塞状態(clo
gging)を生じるという問題もある。しかるに、銅蒸着装
置の蒸着工程条件を最適に設定し、 銅前駆体として
（hfac）Cu(DMB)を使用する本発明方法によれば、この
様な問題は、回避される。
【００２８】図４は、本発明に係る半導体素子の銅金属
配線形成方法を説明するための、反応チャンバを備えた
CEMの概略的な構成図である。
配線形成方法を説明するための、反応チャンバを備えた
CEMの概略的な構成図である。
【００２９】CEM５６７は、液体流量制御器(Liquid Mas
s Flow Controller ：以下、「LMC」という)４９とべイ
パライザ５０とを主要構成要素としており、熱交換器７
０で液体原料を気化させる構造をもつ。べイパライザ５
０は、コントロールバルブ６０と熱交換器７０とを備え
ている。コントロールバルブ６０は、オリフィス６１、
ミキサ６２及びアクチュエータ６３を有しており、さら
に液体原料を供給する液体流入ライン６４、キャリアガ
スを供給するキャリアガス流入ライン６５及び液体ベン
トライン(liquid vent line)６６を備えている。熱交換
器７０は、螺旋管(spiral tube)７１を備えている。
s Flow Controller ：以下、「LMC」という)４９とべイ
パライザ５０とを主要構成要素としており、熱交換器７
０で液体原料を気化させる構造をもつ。べイパライザ５
０は、コントロールバルブ６０と熱交換器７０とを備え
ている。コントロールバルブ６０は、オリフィス６１、
ミキサ６２及びアクチュエータ６３を有しており、さら
に液体原料を供給する液体流入ライン６４、キャリアガ
スを供給するキャリアガス流入ライン６５及び液体ベン
トライン(liquid vent line)６６を備えている。熱交換
器７０は、螺旋管(spiral tube)７１を備えている。
【００３０】キャリアガスがミキサ６２を通過する時
に、激しい渦流が形成され、オリフィス６１を通過した
液体原料は、ミストの形態で熱交換器７０に導入され
る。ミキサ６２においてキャリアガスと混合された液体
原料は、螺旋管７１を通過しながら気化する。気化した
ガスは、気化ガス流出ライン７２を通過して、反応チャ
ンバ８９０に流入する。
に、激しい渦流が形成され、オリフィス６１を通過した
液体原料は、ミストの形態で熱交換器７０に導入され
る。ミキサ６２においてキャリアガスと混合された液体
原料は、螺旋管７１を通過しながら気化する。気化した
ガスは、気化ガス流出ライン７２を通過して、反応チャ
ンバ８９０に流入する。
【００３１】反応チャンバ８９０は、CEM５６７からの
気化した原料を噴射するシャワーヘッド８０とウェーハ
１１１を積載するサセプタプレート９０とを備えてい
る。
気化した原料を噴射するシャワーヘッド８０とウェーハ
１１１を積載するサセプタプレート９０とを備えてい
る。
【００３２】CEM５６７のべイパライザ５０において
は、オリフィス６１は直接加熱されないので、オリフィ
ス６１がクロギングされる可能性は殆どない。しかしな
がら、従来技術においては、オリフィスの熱伝導性(con
ductance)が非常に低く、気化は長い螺旋管７１で生ず
るので、液体原料の凝縮と分解とによってパーティクル
が形成されやすいという問題がある。しかるに、銅蒸着
装置の蒸着工程条件を最適に設定し、 銅前駆体として
（hfac）Cu(DMB)を使用する本発明方法によれば、この
様な問題も、回避される。
は、オリフィス６１は直接加熱されないので、オリフィ
ス６１がクロギングされる可能性は殆どない。しかしな
がら、従来技術においては、オリフィスの熱伝導性(con
ductance)が非常に低く、気化は長い螺旋管７１で生ず
るので、液体原料の凝縮と分解とによってパーティクル
が形成されやすいという問題がある。しかるに、銅蒸着
装置の蒸着工程条件を最適に設定し、 銅前駆体として
（hfac）Cu(DMB)を使用する本発明方法によれば、この
様な問題も、回避される。
【００３３】銅前駆体として(hfac)Cu(DMB)を使用し、
図２に示す反応チャンバ８９０を備えたバブラー１０を
用いて有機金属化学気相蒸着法により銅を蒸着する場合
に、銅蒸着工程の高度の再現性を確実なものとするため
の条件は、次の通りである。
図２に示す反応チャンバ８９０を備えたバブラー１０を
用いて有機金属化学気相蒸着法により銅を蒸着する場合
に、銅蒸着工程の高度の再現性を確実なものとするため
の条件は、次の通りである。
【００３４】銅前駆体である(hfac)Cu(DMB)を気化させ
るために、キャニスタ１２の温度を20〜120℃の範囲内
に維持する。キャリアガス流入ライン１１を通過してキ
ャニスタ１２に流入するキャリアガスとしては、ヘリウ
ム、水素、アルゴンなどの少なくとも１種が使用可能で
あり、その流量は10〜700sccmの範囲内とする。キャニ
スタ１２で気化した(hfac)Cu(DMB)の分解及び凝縮を防
止し且つコンダクタンスを改善するために、キャニスタ
１２から反応チャンバ８９０に至る全てのガスライン及
びソースラインの温度をキャニスタ１２の温度と実質的
に同一に維持する。反応チャンバ８９０に流入する気化
した(hfac)Cu(DMB)を完全に分解しつつ、不純物を完全
に除去して、純銅のみをウェーハ１１１に蒸着させるた
めに、反応チャンバ８９０の内部温度及びシャワーヘッ
ド８０の温度をキャニスタ１２の温度と実質的に同一に
維持する。この際、ウェーハ１１１が積載されたサセプ
タプレート９０の温度を120〜280℃の範囲内に維持す
る。さらに、反応チャンバ８９０の内部圧力を0.1〜5to
rrの範囲内に維持する。シャワーヘッド８０とサセプタ
プレート９０との間隔は、1〜50mmとする。銅前駆体と
しての(hfac)Cu(DMB)は、添加材を併用することなく使
用することができる。添加材を併用する場合には、DMB
を0.1〜30％添加するか、Hhfacを0.1〜20％添加する
か、或いは0.1〜10％のDMBと0.1〜5％のHhfaｃとを組合
せて使用することができる。
るために、キャニスタ１２の温度を20〜120℃の範囲内
に維持する。キャリアガス流入ライン１１を通過してキ
ャニスタ１２に流入するキャリアガスとしては、ヘリウ
ム、水素、アルゴンなどの少なくとも１種が使用可能で
あり、その流量は10〜700sccmの範囲内とする。キャニ
スタ１２で気化した(hfac)Cu(DMB)の分解及び凝縮を防
止し且つコンダクタンスを改善するために、キャニスタ
１２から反応チャンバ８９０に至る全てのガスライン及
びソースラインの温度をキャニスタ１２の温度と実質的
に同一に維持する。反応チャンバ８９０に流入する気化
した(hfac)Cu(DMB)を完全に分解しつつ、不純物を完全
に除去して、純銅のみをウェーハ１１１に蒸着させるた
めに、反応チャンバ８９０の内部温度及びシャワーヘッ
ド８０の温度をキャニスタ１２の温度と実質的に同一に
維持する。この際、ウェーハ１１１が積載されたサセプ
タプレート９０の温度を120〜280℃の範囲内に維持す
る。さらに、反応チャンバ８９０の内部圧力を0.1〜5to
rrの範囲内に維持する。シャワーヘッド８０とサセプタ
プレート９０との間隔は、1〜50mmとする。銅前駆体と
しての(hfac)Cu(DMB)は、添加材を併用することなく使
用することができる。添加材を併用する場合には、DMB
を0.1〜30％添加するか、Hhfacを0.1〜20％添加する
か、或いは0.1〜10％のDMBと0.1〜5％のHhfaｃとを組合
せて使用することができる。
【００３５】銅前駆体として(hfac)Cu(DMB)を利用し、
図３に示す反応チャンバ８９０を備えたDLI２３０を用
いて有機金属化学気相蒸着法により、銅を蒸着する場合
において、銅蒸着工程の良好な再現性を確実なものとす
るための条件は、次の通りである。
図３に示す反応チャンバ８９０を備えたDLI２３０を用
いて有機金属化学気相蒸着法により、銅を蒸着する場合
において、銅蒸着工程の良好な再現性を確実なものとす
るための条件は、次の通りである。
【００３６】銅前駆体である(hfac)Cu(DMB)を気化させ
るためのべイパライザ３０の温度は、20〜120℃の範囲
内とする。べイパライザ３０に流入するキャリアガスの
温度は、べイパライザ３０の温度よりも20℃程度高く設
定し、40〜140℃程度の範囲内に制御して、化合物の完
全気化を可能とする。この際、使用可能なキャリアガス
はヘリウム、水素、アルゴンなどの少なくとも１種であ
り、その流量は10〜700sccmの範囲内とする。べイパラ
イザ３０で気化した(hfac)Cu(DMB)の分解及び凝縮を防
止し且つコンダクタンスを改善するために、べイパライ
ザ３０から反応チャンバ８９０に至る全てのガスライン
及びソースラインの温度をべイパライザ３０の温度と実
質的に同一に維持する。反応チャンバ８９０に流入する
気化した(hfac)Cu(DMB)を完全に分解しつつ、不純物を
除去して、純銅のみをウェーハ１１１に蒸着させるため
に、反応チャンバ８９０の内部温度及びシャワーヘッド
８０の温度をべイパライザ３０の温度と実質的に同一に
維持する。この際、ウェーハ１１１が積載されたサセプ
タプレート９０の温度を120〜280℃の範囲内に維持す
る。さらに、反応チャンバ８９０の内部圧力を0.1〜5to
rrの範囲内に維持する。シャワーヘッド８０とサセプタ
プレート９０との間隔は、1〜50mmとする。銅前駆体で
ある(hfac)Cu(DMB)の流量比を0.1〜1.0sccmの範囲内と
する。前記工程において、銅前駆体として(hfac)Cu(DM
B)は、添加材を併用することなく使用することができ
る。添加材を併用する場合には、DMBを0.1〜30％添加す
るか、Hhfaｃを0.1〜20％添加するか、或いは0.1〜10％
のDMBと0.1〜5％のHhfaｃとを組合せて添加することが
できる。
るためのべイパライザ３０の温度は、20〜120℃の範囲
内とする。べイパライザ３０に流入するキャリアガスの
温度は、べイパライザ３０の温度よりも20℃程度高く設
定し、40〜140℃程度の範囲内に制御して、化合物の完
全気化を可能とする。この際、使用可能なキャリアガス
はヘリウム、水素、アルゴンなどの少なくとも１種であ
り、その流量は10〜700sccmの範囲内とする。べイパラ
イザ３０で気化した(hfac)Cu(DMB)の分解及び凝縮を防
止し且つコンダクタンスを改善するために、べイパライ
ザ３０から反応チャンバ８９０に至る全てのガスライン
及びソースラインの温度をべイパライザ３０の温度と実
質的に同一に維持する。反応チャンバ８９０に流入する
気化した(hfac)Cu(DMB)を完全に分解しつつ、不純物を
除去して、純銅のみをウェーハ１１１に蒸着させるため
に、反応チャンバ８９０の内部温度及びシャワーヘッド
８０の温度をべイパライザ３０の温度と実質的に同一に
維持する。この際、ウェーハ１１１が積載されたサセプ
タプレート９０の温度を120〜280℃の範囲内に維持す
る。さらに、反応チャンバ８９０の内部圧力を0.1〜5to
rrの範囲内に維持する。シャワーヘッド８０とサセプタ
プレート９０との間隔は、1〜50mmとする。銅前駆体で
ある(hfac)Cu(DMB)の流量比を0.1〜1.0sccmの範囲内と
する。前記工程において、銅前駆体として(hfac)Cu(DM
B)は、添加材を併用することなく使用することができ
る。添加材を併用する場合には、DMBを0.1〜30％添加す
るか、Hhfaｃを0.1〜20％添加するか、或いは0.1〜10％
のDMBと0.1〜5％のHhfaｃとを組合せて添加することが
できる。
【００３７】銅前駆体として(hfac)Cu(DMB)を利用し、
図４に示す反応チャンバ８９０を備えたCEM５６７を用
いて有機金属化学気相蒸着法により、銅を蒸着する場合
において、銅蒸着工程の高度の再現性を確実なものとす
るための条件は、次の通りである。
図４に示す反応チャンバ８９０を備えたCEM５６７を用
いて有機金属化学気相蒸着法により、銅を蒸着する場合
において、銅蒸着工程の高度の再現性を確実なものとす
るための条件は、次の通りである。
【００３８】銅前駆体としての(hfac)Cu(DMB)を気化さ
せるためのべイパライザ５０において、キャリアガスが
ミキサ６２を通過する際に激しい渦流を形成させて、オ
リフィス６１を通過した(hfac)Cu(DMB)をミスト状態で
熱交換器７０に導入するために、コントロールバルブ６
０の温度を常温に維持させるとともに、熱交換器７０の
温度を20〜120℃の範囲内に維持する。べイパライザ５
０のコントロールバルブ６０に流入するキャリアガスの
温度は、10〜140℃の範囲に制御する。この際、使用可
能なキャリアガスは、ヘリウム、水素、アルゴンなどの
少なくとも１種であり、その流量は10〜700sccmの範囲
内とする。べイパライザ５０の熱交換器７０で気化した
(hfac)Cu(DMB)の分解及び凝縮を防止し且つコンダクタ
ンスを改善するために、べイパライザ５０から反応チャ
ンバ８９０に至る全てのガスライン及びソースラインの
温度をべイパライザ５０の熱交換器７０の温度と同一温
度〜20℃高い温度までの温度範囲内に維持する。反応チ
ャンバ８９０に流入する気化した(hfac)Cu(DMB)を完全
に分解しつつ、不純物を完全に除去し、純銅のみをウェ
ーハ１１１に蒸着させるために、反応チャンバ８９０の
内部温度及びシャワーヘッド８０の温度をべイパライザ
５０の熱交換器７０の温度と実質的に同一に維持する。
この際、ウェーハ１１１が積載されたサセプタプレート
９０の温度を120〜280℃の範囲内に維持する。さらに、
反応チャンバ８９０の内部圧力を0.1〜5torrの範囲内に
維持する。シャワーヘッド８０とサセプタプレート９０
との間隔は、1〜50mmとする。銅前駆体である(hfac)Cu
(DMB)の流量比は、0.1〜1.0sccmの範囲内とする。前記
工程において、銅前駆体として(hfac)Cu(DMB)は、添加
材を併用することなく使用することができる。添加材を
併用する場合には、DMBを0.1〜30％添加するか、Hhfaｃ
を0.1〜20％添加するか、或いは0.1〜10％のDMBと0.1〜
5％のHhfaｃとを組合せて添加することができる。
せるためのべイパライザ５０において、キャリアガスが
ミキサ６２を通過する際に激しい渦流を形成させて、オ
リフィス６１を通過した(hfac)Cu(DMB)をミスト状態で
熱交換器７０に導入するために、コントロールバルブ６
０の温度を常温に維持させるとともに、熱交換器７０の
温度を20〜120℃の範囲内に維持する。べイパライザ５
０のコントロールバルブ６０に流入するキャリアガスの
温度は、10〜140℃の範囲に制御する。この際、使用可
能なキャリアガスは、ヘリウム、水素、アルゴンなどの
少なくとも１種であり、その流量は10〜700sccmの範囲
内とする。べイパライザ５０の熱交換器７０で気化した
(hfac)Cu(DMB)の分解及び凝縮を防止し且つコンダクタ
ンスを改善するために、べイパライザ５０から反応チャ
ンバ８９０に至る全てのガスライン及びソースラインの
温度をべイパライザ５０の熱交換器７０の温度と同一温
度〜20℃高い温度までの温度範囲内に維持する。反応チ
ャンバ８９０に流入する気化した(hfac)Cu(DMB)を完全
に分解しつつ、不純物を完全に除去し、純銅のみをウェ
ーハ１１１に蒸着させるために、反応チャンバ８９０の
内部温度及びシャワーヘッド８０の温度をべイパライザ
５０の熱交換器７０の温度と実質的に同一に維持する。
この際、ウェーハ１１１が積載されたサセプタプレート
９０の温度を120〜280℃の範囲内に維持する。さらに、
反応チャンバ８９０の内部圧力を0.1〜5torrの範囲内に
維持する。シャワーヘッド８０とサセプタプレート９０
との間隔は、1〜50mmとする。銅前駆体である(hfac)Cu
(DMB)の流量比は、0.1〜1.0sccmの範囲内とする。前記
工程において、銅前駆体として(hfac)Cu(DMB)は、添加
材を併用することなく使用することができる。添加材を
併用する場合には、DMBを0.1〜30％添加するか、Hhfaｃ
を0.1〜20％添加するか、或いは0.1〜10％のDMBと0.1〜
5％のHhfaｃとを組合せて添加することができる。
【００３９】図示はしないが、銅前駆体として(hfac)Cu
(DMB)を使用し、反応チャンバを備えたオリフィス方式
又はスプレー方式のべイパライザを有するリキッドデリ
バリシステムを利用して、有機金属化学気相蒸着法によ
り銅を蒸着する場合には、銅蒸着工程の再現性を確実な
ものとするための条件は、次の通りである。
(DMB)を使用し、反応チャンバを備えたオリフィス方式
又はスプレー方式のべイパライザを有するリキッドデリ
バリシステムを利用して、有機金属化学気相蒸着法によ
り銅を蒸着する場合には、銅蒸着工程の再現性を確実な
ものとするための条件は、次の通りである。
【００４０】銅前駆体としての(hfac)Cu(DMB)を気化さ
せるためのべイパライザの温度は、20〜120℃の範囲内
とする。べイパライザに流入するキャリアガスの温度
は、べイパライザの温度よりも20℃程度高く設定し、40
〜140℃の範囲内に制御して、化合物の完全気化を可能
とする。この際、使用可能なキャリアガスは、ヘリウ
ム、水素、アルゴンなどの少なくとも１種であり、その
流量は10〜700sccmの範囲内とする。べイパライザで気
化した(hfac)Cu(DMB)の分解及び凝縮を防止し且つコン
ダクタンスを改善するために、べイパライザから反応チ
ャンバに至る全てのガスライン及びソースラインの温度
をべイパライザの温度と実質的に同一に維持する。反応
チャンバに流入する気化した(hfac)Cu(DMB)を完全に分
解しつつ、不純物を除去して、純銅のみをウェーハに蒸
着させるために、反応チャンバの内部温度及びシャワー
ヘッドの温度をべイパライザの温度と実質的に同一に維
持する。この際、ウェーハが積載されたサセプタプレー
トの温度を120〜280℃の範囲内に維持する。さらに、反
応チャンバの内部圧力を0.1〜5torrの範囲内に維持す
る。シャワーヘッドとサセプタプレートとの間隔は、1
〜50mmとする。銅前駆体である(hfac)Cu(DMB)の流量比
は、0.1〜1.0sccmの範囲内とする。前記工程において、
銅前駆体として使用する(hfac)Cu(DMB)は、添加材を併
用することなく使用することができる。添加材を併用す
る場合には、DMBを0.1〜30％添加するか、Hhfaｃを0.1
〜20％添加するか、或いは0.1〜10％のDMBと0.1〜5％の
Hhfaｃとを組合せて添加することができる。
せるためのべイパライザの温度は、20〜120℃の範囲内
とする。べイパライザに流入するキャリアガスの温度
は、べイパライザの温度よりも20℃程度高く設定し、40
〜140℃の範囲内に制御して、化合物の完全気化を可能
とする。この際、使用可能なキャリアガスは、ヘリウ
ム、水素、アルゴンなどの少なくとも１種であり、その
流量は10〜700sccmの範囲内とする。べイパライザで気
化した(hfac)Cu(DMB)の分解及び凝縮を防止し且つコン
ダクタンスを改善するために、べイパライザから反応チ
ャンバに至る全てのガスライン及びソースラインの温度
をべイパライザの温度と実質的に同一に維持する。反応
チャンバに流入する気化した(hfac)Cu(DMB)を完全に分
解しつつ、不純物を除去して、純銅のみをウェーハに蒸
着させるために、反応チャンバの内部温度及びシャワー
ヘッドの温度をべイパライザの温度と実質的に同一に維
持する。この際、ウェーハが積載されたサセプタプレー
トの温度を120〜280℃の範囲内に維持する。さらに、反
応チャンバの内部圧力を0.1〜5torrの範囲内に維持す
る。シャワーヘッドとサセプタプレートとの間隔は、1
〜50mmとする。銅前駆体である(hfac)Cu(DMB)の流量比
は、0.1〜1.0sccmの範囲内とする。前記工程において、
銅前駆体として使用する(hfac)Cu(DMB)は、添加材を併
用することなく使用することができる。添加材を併用す
る場合には、DMBを0.1〜30％添加するか、Hhfaｃを0.1
〜20％添加するか、或いは0.1〜10％のDMBと0.1〜5％の
Hhfaｃとを組合せて添加することができる。
【００４１】以下、前記の各銅蒸着条件に基づいて、半
導体素子の銅金属配線を形成する方法を種々の側面から
説明する。
導体素子の銅金属配線を形成する方法を種々の側面から
説明する。
【００４２】第１の実施態様において、インサイチュで
銅前駆体として(hfac)Cu(DMB)を用いる有機金属化学気
相蒸着法により銅シード層用銅を蒸着した後、電解めっ
き法により銅配線用銅薄膜を形成する場合には、本発明
に係る半導体素子の銅金属配線形成方法は、以下の様に
して実施される。
銅前駆体として(hfac)Cu(DMB)を用いる有機金属化学気
相蒸着法により銅シード層用銅を蒸着した後、電解めっ
き法により銅配線用銅薄膜を形成する場合には、本発明
に係る半導体素子の銅金属配線形成方法は、以下の様に
して実施される。
【００４３】半導体素子を形成するための所定の要素が
形成された半導体基板上に層間絶縁膜を形成し、次い
で、マスクを用いて層間絶縁膜にコンタクトホール及び
トレンチを形成した後、クリーニングを行なう。次に、
コンタクトホール及びトレンチを含む層間絶縁膜の表面
に拡散障壁層を形成した後、インサイチュで、(hfac)Cu
(DMB) を銅前駆体として用いて有機金属化学気相蒸着法
により、コンタクトホール及びトレンチの表面に銅シー
ド層を蒸着する。得られた表面に対し、電解めっき法に
より、銅シード層が蒸着されたコンタクトホール及びト
レンチが完全に埋め込まれる様に、銅をめっきする。銅
めっき完了後、銅めっき表面を水素還元熱処理し、さら
に化学的機械的研磨処理(CMP処理)して、銅金属配線を
形成させる。
形成された半導体基板上に層間絶縁膜を形成し、次い
で、マスクを用いて層間絶縁膜にコンタクトホール及び
トレンチを形成した後、クリーニングを行なう。次に、
コンタクトホール及びトレンチを含む層間絶縁膜の表面
に拡散障壁層を形成した後、インサイチュで、(hfac)Cu
(DMB) を銅前駆体として用いて有機金属化学気相蒸着法
により、コンタクトホール及びトレンチの表面に銅シー
ド層を蒸着する。得られた表面に対し、電解めっき法に
より、銅シード層が蒸着されたコンタクトホール及びト
レンチが完全に埋め込まれる様に、銅をめっきする。銅
めっき完了後、銅めっき表面を水素還元熱処理し、さら
に化学的機械的研磨処理(CMP処理)して、銅金属配線を
形成させる。
【００４４】ここで、層間絶縁膜は、２.７以下の低い
誘電率を有する絶縁膜で形成する。コンタクトホール及
びトレンチは、デュアルダマシン方式で形成する。クリ
ーニング工程は、下地層がタングステン、アルミニウム
などの金属で形成されている場合には、高周波プラズマ
を利用して行い、下地層が銅で形成されている場合に
は、リアクティブクリーニング方式を適用する。拡散障
壁層は、ionized PVD TiN、CVD TiN、MOCVD TiN、ioniz
ed PVD Ta、ionized PVD TaN、CVD Ta、ＣVD TaNおよび
CVD WNの少なくとも１種により形成する。
誘電率を有する絶縁膜で形成する。コンタクトホール及
びトレンチは、デュアルダマシン方式で形成する。クリ
ーニング工程は、下地層がタングステン、アルミニウム
などの金属で形成されている場合には、高周波プラズマ
を利用して行い、下地層が銅で形成されている場合に
は、リアクティブクリーニング方式を適用する。拡散障
壁層は、ionized PVD TiN、CVD TiN、MOCVD TiN、ioniz
ed PVD Ta、ionized PVD TaN、CVD Ta、ＣVD TaNおよび
CVD WNの少なくとも１種により形成する。
【００４５】銅シード層は、反応チャンバとLDSとを備
えた銅蒸着装置において形成する。LDSには、バブラ
ー、DLI、CEMなどがあり、さらにオリフィス方式または
スプレー方式のべイパライザを有するLDSなどの多様なL
DSを用いることができる。銅シード層を蒸着形成するた
めの各銅蒸着装置の条件は、前述した通りであり、ここ
では詳細な説明を省略する。
えた銅蒸着装置において形成する。LDSには、バブラ
ー、DLI、CEMなどがあり、さらにオリフィス方式または
スプレー方式のべイパライザを有するLDSなどの多様なL
DSを用いることができる。銅シード層を蒸着形成するた
めの各銅蒸着装置の条件は、前述した通りであり、ここ
では詳細な説明を省略する。
【００４６】銅前駆体として使用する(hfac)Cu(DMB)
は、添加材を併用することなく使用することができる。
添加材を併用する場合には、DMBを0.1〜30％添加する
か、Hhfaｃを0.1〜20％添加するか、或いは0.1〜10％の
DMBと0.1〜5％のHhfaｃとを組合せて添加することがで
きる。水素還元熱処理工程は、水素還元雰囲気中で常温
〜350℃の範囲で30分〜3時間熱処理することにより、銅
メッキ層のグレーン形態を変える。この際、水素還元雰
囲気ガスは、水素のみにより形成するか、或いはH2+Ar
(Ar含有量=1〜95％)、H2+ N2(N2含有量=1〜95％)などの
水素混合気体により形成する。CMP処理後、ポストクリ
ーニングを施すこともある。クリーニング工程と拡散障
壁形成工程とは、時間遅延なくインサイチュで行なうこ
とができる。また、銅めっき工程及び水素還元熱処理工
程も、時間遅延なくインサイチュで行なうことができ
る。
は、添加材を併用することなく使用することができる。
添加材を併用する場合には、DMBを0.1〜30％添加する
か、Hhfaｃを0.1〜20％添加するか、或いは0.1〜10％の
DMBと0.1〜5％のHhfaｃとを組合せて添加することがで
きる。水素還元熱処理工程は、水素還元雰囲気中で常温
〜350℃の範囲で30分〜3時間熱処理することにより、銅
メッキ層のグレーン形態を変える。この際、水素還元雰
囲気ガスは、水素のみにより形成するか、或いはH2+Ar
(Ar含有量=1〜95％)、H2+ N2(N2含有量=1〜95％)などの
水素混合気体により形成する。CMP処理後、ポストクリ
ーニングを施すこともある。クリーニング工程と拡散障
壁形成工程とは、時間遅延なくインサイチュで行なうこ
とができる。また、銅めっき工程及び水素還元熱処理工
程も、時間遅延なくインサイチュで行なうことができ
る。
【００４７】銅シード層を形成し、次いでウェーハを蒸
着装置から電解めっきチャンバに移送した後、銅電解め
っきを行なう。銅電解めっき工程は、銅シード層上に形
成された酸化膜の除去段階と銅電解めっき段階との２段
階に分けて行なうか、或いはプレウェッティングを含む
表面クリーニング段階と銅電解めっきシード層形成段階
と銅電解めっき段階との３段階に分けて行なう。銅めっ
きは、公知の組成を有する溶液を使用して、公知の条件
下に行うことができる。例えば、H2SO41〜100g/l、CuSO
41〜200g/l、HCl1〜500ppm、添加剤1〜20ml/lなどを含
む銅めっき溶液を使用して、0〜80℃程度の温度でめっ
きを行うことができる。プレウェッティングを含む表面
クリーニング段階は、電解液がチャンバに導入されてウ
ェーハに接触する時点から１秒乃至２分間の休止時間(d
well time)をもつ段階である。銅電解めっき工程におい
て、電流の供給方式は、DCプレーティング(DC plating)
法、2ステップDCプレーティング(2-step DC plating)
法、マルチステップDCプレーティング(multi-step DC p
lating)法、ユニポーラパルスプレーティング(unipolar
pulse plating)法、バイポーラリバースプレーティン
グ(bipolar reverse plating)法、ACを利用する方法な
どが用いられる。
着装置から電解めっきチャンバに移送した後、銅電解め
っきを行なう。銅電解めっき工程は、銅シード層上に形
成された酸化膜の除去段階と銅電解めっき段階との２段
階に分けて行なうか、或いはプレウェッティングを含む
表面クリーニング段階と銅電解めっきシード層形成段階
と銅電解めっき段階との３段階に分けて行なう。銅めっ
きは、公知の組成を有する溶液を使用して、公知の条件
下に行うことができる。例えば、H2SO41〜100g/l、CuSO
41〜200g/l、HCl1〜500ppm、添加剤1〜20ml/lなどを含
む銅めっき溶液を使用して、0〜80℃程度の温度でめっ
きを行うことができる。プレウェッティングを含む表面
クリーニング段階は、電解液がチャンバに導入されてウ
ェーハに接触する時点から１秒乃至２分間の休止時間(d
well time)をもつ段階である。銅電解めっき工程におい
て、電流の供給方式は、DCプレーティング(DC plating)
法、2ステップDCプレーティング(2-step DC plating)
法、マルチステップDCプレーティング(multi-step DC p
lating)法、ユニポーラパルスプレーティング(unipolar
pulse plating)法、バイポーラリバースプレーティン
グ(bipolar reverse plating)法、ACを利用する方法な
どが用いられる。
【００４８】例えば、マルチステップDCプレーティング
法を適用する場合には、ウェーハを5〜100rpmで回転さ
せた状態で、0.1msec〜100secにわたり1〜10Aの電流を
供給した後、電流供給を中断し、再び電流を供給する過
程を2〜10回繰り返して銅をめっきする。パルスリバー
スプレーティング法を適用する場合には、1mA〜20Aの順
方向電流(forward current)を1msec〜200secにわたり供
給した後、1msec〜30secの間電流供給を中断し、次いで
1〜10Aの逆方向電流(reverse current)を1msec〜50sec
にわたり供給し、次いで1msec〜30secの間電流供給を中
断する。平均ウェーハ電流密度(wafer current densit
y)は、1 mA/cm2〜50A/cm2の範囲内に維持するように調
整する。銅電解めっき層を形成した後、ウェーハの回転
速度を100〜2500rpmとして、純水(DI water)を用いてス
ピン及びリンスドライ(spin and rinse dry)工程を行な
う。
法を適用する場合には、ウェーハを5〜100rpmで回転さ
せた状態で、0.1msec〜100secにわたり1〜10Aの電流を
供給した後、電流供給を中断し、再び電流を供給する過
程を2〜10回繰り返して銅をめっきする。パルスリバー
スプレーティング法を適用する場合には、1mA〜20Aの順
方向電流(forward current)を1msec〜200secにわたり供
給した後、1msec〜30secの間電流供給を中断し、次いで
1〜10Aの逆方向電流(reverse current)を1msec〜50sec
にわたり供給し、次いで1msec〜30secの間電流供給を中
断する。平均ウェーハ電流密度(wafer current densit
y)は、1 mA/cm2〜50A/cm2の範囲内に維持するように調
整する。銅電解めっき層を形成した後、ウェーハの回転
速度を100〜2500rpmとして、純水(DI water)を用いてス
ピン及びリンスドライ(spin and rinse dry)工程を行な
う。
【００４９】第２の手法において、インサイチュで(hfa
c)Cu(DMB)を銅の前駆体として使用する有機金属化学気
相蒸着法により、銅シード層用銅を蒸着した後、無電解
めっき法で銅配線用銅薄膜を形成する場合には、本発明
の半導体素子の銅金属配線は、以下の様にして形成され
る。
c)Cu(DMB)を銅の前駆体として使用する有機金属化学気
相蒸着法により、銅シード層用銅を蒸着した後、無電解
めっき法で銅配線用銅薄膜を形成する場合には、本発明
の半導体素子の銅金属配線は、以下の様にして形成され
る。
【００５０】半導体素子を形成するための所定の要素が
形成された半導体基板上に層間絶縁膜を形成し、次いで
マスクを用いて層間絶縁膜にコンタクトホール及びトレ
ンチを形成した後、クリーニングを行なう。次に、コン
タクトホール及びトレンチを含む層間絶縁膜の表面に拡
散障壁層を形成した後、インサイチュで、(hfac)Cu(DM
B)を銅の前駆体として使用する有機金属化学気相蒸着法
により、コンタクトホール及びトレンチの表面に銅シー
ド層を蒸着する。次いで、無電解めっき法により、銅シ
ード層が蒸着されたコンタクトホール及びトレンチが埋
め込まれる様に、銅をめっきする。銅めっき完了後、そ
の表面を水素還元熱処理し、さらにCMP処理して、銅金
属配線を形成させる。
形成された半導体基板上に層間絶縁膜を形成し、次いで
マスクを用いて層間絶縁膜にコンタクトホール及びトレ
ンチを形成した後、クリーニングを行なう。次に、コン
タクトホール及びトレンチを含む層間絶縁膜の表面に拡
散障壁層を形成した後、インサイチュで、(hfac)Cu(DM
B)を銅の前駆体として使用する有機金属化学気相蒸着法
により、コンタクトホール及びトレンチの表面に銅シー
ド層を蒸着する。次いで、無電解めっき法により、銅シ
ード層が蒸着されたコンタクトホール及びトレンチが埋
め込まれる様に、銅をめっきする。銅めっき完了後、そ
の表面を水素還元熱処理し、さらにCMP処理して、銅金
属配線を形成させる。
【００５１】ここで、層間絶縁膜は、２.７以下の低い
誘電率を有する絶縁膜で形成する。コンタクトホール及
びトレンチは、デュアルダマシン方式で形成する。クリ
ーニング工程は、下地層がタングステン、アルミニウム
などの金属で形成されている場合には、高周波プラズマ
を利用して行い、下地層が銅で形成されている場合に
は、リアクティブクリーニング方式を適用する。拡散障
壁層はionized PVD TiN、CVD TiN、MOCVD TiN、ionized
PVD Ta、ionized PVD TaN、CVD Ta、ＣVD TaNおよびCV
D WNの少なくとも１種により、形成する。
誘電率を有する絶縁膜で形成する。コンタクトホール及
びトレンチは、デュアルダマシン方式で形成する。クリ
ーニング工程は、下地層がタングステン、アルミニウム
などの金属で形成されている場合には、高周波プラズマ
を利用して行い、下地層が銅で形成されている場合に
は、リアクティブクリーニング方式を適用する。拡散障
壁層はionized PVD TiN、CVD TiN、MOCVD TiN、ionized
PVD Ta、ionized PVD TaN、CVD Ta、ＣVD TaNおよびCV
D WNの少なくとも１種により、形成する。
【００５２】銅シード層は、反応チャンバとLDSとを備
えた銅蒸着装置において形成する。LDSには、バブラ
ー、DLI、CEMなどがあり、その他にもオリフィス方式ま
たはスプレー方式のべイパライザを有するLDSなど多様
なLDSを用いることができる。銅シード層を蒸着するた
めの各銅蒸着装置の条件は、前述した通りであり、ここ
では詳細な説明を省略する。銅前駆体として使用する(h
fac)Cu(DMB)は、添加材を併用することなく使用するこ
とができる。添加材を併用する場合には、DMBを0.1〜30
％添加するか、Hhfaｃを0.1〜20％添加するか、或いは
0.1〜10％のDMBと0.1〜5％のHhfaｃとを組合せて添加す
ることができる。水素還元熱処理工程は、水素還元雰囲
気中常温〜350℃の範囲内で30分〜3時間程度熱処理する
ことにより、銅メッキ層のグレーン形態を変える。この
際、水素還元雰囲気ガスは、水素のみにより形成する
か、或いはH2+Ar(Ar含有量=1〜95％)、H2+ N2(N2含有量
=1〜95％)などの水素混合気体により形成する。CMP処理
後、ポストクリーニングを施すこともある。クリーニン
グ工程と拡散障壁形成工程とは、時間遅延なくインサイ
チュで行なうことができる。また、銅めっき工程及び水
素還元熱処理工程も、時間遅延なくインサイチュで行な
うことができる。
えた銅蒸着装置において形成する。LDSには、バブラ
ー、DLI、CEMなどがあり、その他にもオリフィス方式ま
たはスプレー方式のべイパライザを有するLDSなど多様
なLDSを用いることができる。銅シード層を蒸着するた
めの各銅蒸着装置の条件は、前述した通りであり、ここ
では詳細な説明を省略する。銅前駆体として使用する(h
fac)Cu(DMB)は、添加材を併用することなく使用するこ
とができる。添加材を併用する場合には、DMBを0.1〜30
％添加するか、Hhfaｃを0.1〜20％添加するか、或いは
0.1〜10％のDMBと0.1〜5％のHhfaｃとを組合せて添加す
ることができる。水素還元熱処理工程は、水素還元雰囲
気中常温〜350℃の範囲内で30分〜3時間程度熱処理する
ことにより、銅メッキ層のグレーン形態を変える。この
際、水素還元雰囲気ガスは、水素のみにより形成する
か、或いはH2+Ar(Ar含有量=1〜95％)、H2+ N2(N2含有量
=1〜95％)などの水素混合気体により形成する。CMP処理
後、ポストクリーニングを施すこともある。クリーニン
グ工程と拡散障壁形成工程とは、時間遅延なくインサイ
チュで行なうことができる。また、銅めっき工程及び水
素還元熱処理工程も、時間遅延なくインサイチュで行な
うことができる。
【００５３】銅シード層の形成後、無電解めっき法によ
り銅を埋め込む工程は、銅シード層に表面に形成された
酸化膜を除去する段階と銅めっきする段階との２段階に
分けて行なう。
り銅を埋め込む工程は、銅シード層に表面に形成された
酸化膜を除去する段階と銅めっきする段階との２段階に
分けて行なう。
【００５４】第３の実施態様において、インサイチュで
物理気相蒸着法ＰＶＤにより第１の銅シード層用銅を蒸
着した後、(hfac)Cu(DMB)を銅前駆体として用いる有機
金属化学気相蒸着法により第２の銅シード層用銅を蒸着
し、次いで電気めっき法により銅薄膜用銅薄膜を形成す
る場合には、本発明の半導体素子の銅金属配線は、以下
の様にして形成される。
物理気相蒸着法ＰＶＤにより第１の銅シード層用銅を蒸
着した後、(hfac)Cu(DMB)を銅前駆体として用いる有機
金属化学気相蒸着法により第２の銅シード層用銅を蒸着
し、次いで電気めっき法により銅薄膜用銅薄膜を形成す
る場合には、本発明の半導体素子の銅金属配線は、以下
の様にして形成される。
【００５５】半導体素子を形成するための所定の要素が
形成された半導体基板上に層間絶縁膜を形成し、次い
で、マスクを用いて層間絶縁膜にコンタクトホール及び
トレンチを形成した後、クリーニングを行なう。次に、
コンタクトホール及びトレンチを含む層間絶縁膜の表面
に拡散障壁層を形成した後、インサイチュで、物理気相
蒸着法により、コンタクトホール及びトレンチの表面に
第１の銅シード層を形成する。次いで、(hfac)Cu(DMB)
を銅前駆体として用いる有機金属化学気相蒸着法によ
り、第１の銅シード層が蒸着されたコンタクトホール及
びトレンチの表面に第２の銅シード層を蒸着する。さら
に、電気めっき法により、第１及び第２の銅シード層が
積層されたコンタクトホール及びトレンチが埋め込まれ
る様に、銅をめっきする。銅めっき完了後、銅めっき表
面を水素還元熱処理し、さらにCMP処理して、銅金属配
線を形成する。
形成された半導体基板上に層間絶縁膜を形成し、次い
で、マスクを用いて層間絶縁膜にコンタクトホール及び
トレンチを形成した後、クリーニングを行なう。次に、
コンタクトホール及びトレンチを含む層間絶縁膜の表面
に拡散障壁層を形成した後、インサイチュで、物理気相
蒸着法により、コンタクトホール及びトレンチの表面に
第１の銅シード層を形成する。次いで、(hfac)Cu(DMB)
を銅前駆体として用いる有機金属化学気相蒸着法によ
り、第１の銅シード層が蒸着されたコンタクトホール及
びトレンチの表面に第２の銅シード層を蒸着する。さら
に、電気めっき法により、第１及び第２の銅シード層が
積層されたコンタクトホール及びトレンチが埋め込まれ
る様に、銅をめっきする。銅めっき完了後、銅めっき表
面を水素還元熱処理し、さらにCMP処理して、銅金属配
線を形成する。
【００５６】ここで、層間絶縁膜は、2.7以下の低い誘
電率を有する絶縁膜で形成する。コンタクトホール及び
トレンチは、デュアルダマシン方式で形成する。クリー
ニング工程は、下地層がタングステン、アルミニウムな
どの金属で形成されている場合には、高周波プラズマを
利用して行い、下地層が銅で形成されている場合には、
リアクティブクリーニング方式を適用する。拡散障壁層
は、ionized PVD TiN、CVD TiN、MOCVD TiN、ionized P
VD Ta、ionized PVD TaN、CVD Ta、ＣVD TaNおよびCVD
WNの少なくとも１種により、形成する。
電率を有する絶縁膜で形成する。コンタクトホール及び
トレンチは、デュアルダマシン方式で形成する。クリー
ニング工程は、下地層がタングステン、アルミニウムな
どの金属で形成されている場合には、高周波プラズマを
利用して行い、下地層が銅で形成されている場合には、
リアクティブクリーニング方式を適用する。拡散障壁層
は、ionized PVD TiN、CVD TiN、MOCVD TiN、ionized P
VD Ta、ionized PVD TaN、CVD Ta、ＣVD TaNおよびCVD
WNの少なくとも１種により、形成する。
【００５７】第１の銅シード層は、約２００Å以下の厚
さ（より好ましくは50〜150Åの厚さ）に形成し、その
蒸着形成温度は、３０乃至３００℃程度(より好ましく
は150〜220℃程度)の範囲内とする。
さ（より好ましくは50〜150Åの厚さ）に形成し、その
蒸着形成温度は、３０乃至３００℃程度(より好ましく
は150〜220℃程度)の範囲内とする。
【００５８】第２の銅シード層も、反応チャンバとLDS
とを備えた銅蒸着装置において形成する。LDSには、バ
ブラー、DLI、CEMなどがあり、その他にもオリフィス方
式またはスプレー方式のべイパライザを有するLDSなど
の多様なLDSを用いることができる。第２の銅シード層
を蒸着するための各銅蒸着装置の条件も、前述した通り
であり、詳細な説明は略する。
とを備えた銅蒸着装置において形成する。LDSには、バ
ブラー、DLI、CEMなどがあり、その他にもオリフィス方
式またはスプレー方式のべイパライザを有するLDSなど
の多様なLDSを用いることができる。第２の銅シード層
を蒸着するための各銅蒸着装置の条件も、前述した通り
であり、詳細な説明は略する。
【００５９】銅前駆体として使用する(hfac)Cu(DMB)
は、添加材を併用することなく使用することができる。
添加材を併用する場合には、DMBを0.1〜30％添加する
か、Hhfaｃを0.1〜20％添加するか、或いは0.1〜10％の
DMBと0.1〜5％のHhfaｃとを組合せて添加することがで
きる。水素還元熱処理工程は、水素還元雰囲気中常温〜
350℃程度の範囲内で30分〜3時間程度熱処理することに
より、銅メッキ層のグレーン形態を変える。この際、水
素還元雰囲気ガスは、水素のみにより形成するか、或い
はH2+Ar(Ar含有量=1〜95％)、H2+ N2(N2含有量=1〜95
％)などの水素混合気体により形成する。CMP処理後、ポ
ストクリーニングを施すこともある。クリーニング工程
と拡散障壁形成工程とは、時間遅延なくインサイチュで
行なうことができる。また、銅めっき工程及び水素還元
熱処理工程も、時間遅延なくインサイチュで行なうこと
ができる。
は、添加材を併用することなく使用することができる。
添加材を併用する場合には、DMBを0.1〜30％添加する
か、Hhfaｃを0.1〜20％添加するか、或いは0.1〜10％の
DMBと0.1〜5％のHhfaｃとを組合せて添加することがで
きる。水素還元熱処理工程は、水素還元雰囲気中常温〜
350℃程度の範囲内で30分〜3時間程度熱処理することに
より、銅メッキ層のグレーン形態を変える。この際、水
素還元雰囲気ガスは、水素のみにより形成するか、或い
はH2+Ar(Ar含有量=1〜95％)、H2+ N2(N2含有量=1〜95
％)などの水素混合気体により形成する。CMP処理後、ポ
ストクリーニングを施すこともある。クリーニング工程
と拡散障壁形成工程とは、時間遅延なくインサイチュで
行なうことができる。また、銅めっき工程及び水素還元
熱処理工程も、時間遅延なくインサイチュで行なうこと
ができる。
【００６０】第２の銅シード層を形成し、次いでウェー
ハを蒸着装置から電気めっきチャンバに移送した後、銅
電解めっきを行なう。銅電解めっき工程は、銅シード層
上に形成された酸化膜の除去段階と銅電解めっき段階と
の２段階に分けて行なうか、或いはプレウェッティング
を含む表面クリーニング段階と銅電解めっきシード層形
成段階と銅電解めっき段階との３段階に分けて行なう。
銅めっきは、公知の組成を有する銅めっき溶液を使用し
て、公知の条件下に行なうことができる。例えば、H2SO
41〜100g/l、CuSO41〜200g/l、HCl1〜500ppm、添加剤1
〜20ml/lなどを含む銅めっき溶液を使用して、0〜80℃
程度の温度でめっきを行うことができる。プレウェッテ
ィングを含む表面クリーニング段階は、電解液がチャン
バに導入されてウェーハに接触する時点から１秒乃至２
分間の休止時間(dwell time)をもつ段階である。銅電気
めっき工程において、電流の供給方式は、DCプレーティ
ング(DC plating)法、2ステップDCプレーティング(2-st
ep DC plating)法、マルチステップDCプレーティング(m
ulti-step DC plating)法、ユニポーラパルスプレーテ
ィング(unipolar pulse plating)法、バイポーラリバー
スプレーティング(bipolar reverse plating)法、ACを
利用する方法などが用いられる。
ハを蒸着装置から電気めっきチャンバに移送した後、銅
電解めっきを行なう。銅電解めっき工程は、銅シード層
上に形成された酸化膜の除去段階と銅電解めっき段階と
の２段階に分けて行なうか、或いはプレウェッティング
を含む表面クリーニング段階と銅電解めっきシード層形
成段階と銅電解めっき段階との３段階に分けて行なう。
銅めっきは、公知の組成を有する銅めっき溶液を使用し
て、公知の条件下に行なうことができる。例えば、H2SO
41〜100g/l、CuSO41〜200g/l、HCl1〜500ppm、添加剤1
〜20ml/lなどを含む銅めっき溶液を使用して、0〜80℃
程度の温度でめっきを行うことができる。プレウェッテ
ィングを含む表面クリーニング段階は、電解液がチャン
バに導入されてウェーハに接触する時点から１秒乃至２
分間の休止時間(dwell time)をもつ段階である。銅電気
めっき工程において、電流の供給方式は、DCプレーティ
ング(DC plating)法、2ステップDCプレーティング(2-st
ep DC plating)法、マルチステップDCプレーティング(m
ulti-step DC plating)法、ユニポーラパルスプレーテ
ィング(unipolar pulse plating)法、バイポーラリバー
スプレーティング(bipolar reverse plating)法、ACを
利用する方法などが用いられる。
【００６１】例えば、マルチステップDCプレーティング
法を適用する場合には、ウェーハを5〜100rpmで回転さ
せた状態で、0.1msec〜100secにわたり1〜10Aの電流を
供給した後、電流供給を中断し、再び電流を供給する過
程を2〜10回繰り返して銅をめっきする。パルスリバー
スプレーティング法を適用する場合には、1mA〜20Aの順
方向電流(forward current)を1msec〜200secにわたり供
給した後、1msec〜30secの間電流供給を中断し、次いで
1〜10Aの逆方向電流(reverse current)を1msec〜50sec
にわたり供給し、次いで1msec〜30secの間電流供給を中
断する。平均ウェーハ電流密度(wafer current densit
y)は、1 mA/cm2〜50A/cm2の範囲内に維持するように調
整する。銅電解めっき層を形成した後、ウェーハの回転
速度を100〜2500rpmとして、純水(DI water)を用いてス
ピン及びリンスドライ(spin and rinse dry)工程を行な
う。
法を適用する場合には、ウェーハを5〜100rpmで回転さ
せた状態で、0.1msec〜100secにわたり1〜10Aの電流を
供給した後、電流供給を中断し、再び電流を供給する過
程を2〜10回繰り返して銅をめっきする。パルスリバー
スプレーティング法を適用する場合には、1mA〜20Aの順
方向電流(forward current)を1msec〜200secにわたり供
給した後、1msec〜30secの間電流供給を中断し、次いで
1〜10Aの逆方向電流(reverse current)を1msec〜50sec
にわたり供給し、次いで1msec〜30secの間電流供給を中
断する。平均ウェーハ電流密度(wafer current densit
y)は、1 mA/cm2〜50A/cm2の範囲内に維持するように調
整する。銅電解めっき層を形成した後、ウェーハの回転
速度を100〜2500rpmとして、純水(DI water)を用いてス
ピン及びリンスドライ(spin and rinse dry)工程を行な
う。
【００６２】第４の実施態様において、インサイチュで
物理気相蒸着法により第１の銅シード層用銅を蒸着した
後、(hfac)Cu(DMB)を銅前駆体として用いる有機金属化
学気相蒸着法により第２の銅シード層用銅を蒸着し、次
いで無電気めっき法により銅薄膜用銅薄膜を形成する場
合には、本発明の半導体素子の銅金属配線は、以下の様
にして形成される。
物理気相蒸着法により第１の銅シード層用銅を蒸着した
後、(hfac)Cu(DMB)を銅前駆体として用いる有機金属化
学気相蒸着法により第２の銅シード層用銅を蒸着し、次
いで無電気めっき法により銅薄膜用銅薄膜を形成する場
合には、本発明の半導体素子の銅金属配線は、以下の様
にして形成される。
【００６３】半導体素子を形成するための所定の要素が
形成された半導体基板上に層間絶縁膜を形成し、次い
で、マスクを用いて層間絶縁膜にコンタクトホール及び
トレンチを形成した後、クリーニングを行なう。次に、
コンタクトホール及びトレンチを含む層間絶縁膜の表面
に拡散障壁層を形成した後、インサイチュで物理気相蒸
着法により、コンタクトホール及びトレンチの表面に第
１の銅シード層を形成する。次いで、(hfac)Cu(DMB)を
銅前駆体として用いる有機金属化学気相蒸着法により、
第１の銅シード層が蒸着されたコンタクトホール及びト
レンチの表面に第２の銅シード層を蒸着する。さらに、
無電解めっき法により、第１及び第２の銅シード層が積
層されたコンタクトホール及びトレンチが十分に埋め込
まれる様に、銅をめっきする。無電解銅めっきの完了
後、銅めっき表面を水素還元熱処理し、さらにCMP処理
して、銅金属配線を形成する。
形成された半導体基板上に層間絶縁膜を形成し、次い
で、マスクを用いて層間絶縁膜にコンタクトホール及び
トレンチを形成した後、クリーニングを行なう。次に、
コンタクトホール及びトレンチを含む層間絶縁膜の表面
に拡散障壁層を形成した後、インサイチュで物理気相蒸
着法により、コンタクトホール及びトレンチの表面に第
１の銅シード層を形成する。次いで、(hfac)Cu(DMB)を
銅前駆体として用いる有機金属化学気相蒸着法により、
第１の銅シード層が蒸着されたコンタクトホール及びト
レンチの表面に第２の銅シード層を蒸着する。さらに、
無電解めっき法により、第１及び第２の銅シード層が積
層されたコンタクトホール及びトレンチが十分に埋め込
まれる様に、銅をめっきする。無電解銅めっきの完了
後、銅めっき表面を水素還元熱処理し、さらにCMP処理
して、銅金属配線を形成する。
【００６４】ここで、層間絶縁膜は、2.7以下の低い誘
電率を有する絶縁膜で形成する。コンタクトホール及び
トレンチは、デュアルダマシン方式で形成する。クリー
ニング工程は、下地層がタングステン、アルミニウムな
どの金属で形成されている場合には、高周波プラズマを
利用して行い、下地層が銅で形成されている場合には、
リアクティブクリーニング方式を適用する。拡散障壁層
は、ionized PVD TiN、CVD TiN、MOCVD TiN、ionized P
VD Ta、ionized PVD TaN、CVD Ta、ＣVD TaNおよびCVD
WNの少なくとも１種により、形成する。
電率を有する絶縁膜で形成する。コンタクトホール及び
トレンチは、デュアルダマシン方式で形成する。クリー
ニング工程は、下地層がタングステン、アルミニウムな
どの金属で形成されている場合には、高周波プラズマを
利用して行い、下地層が銅で形成されている場合には、
リアクティブクリーニング方式を適用する。拡散障壁層
は、ionized PVD TiN、CVD TiN、MOCVD TiN、ionized P
VD Ta、ionized PVD TaN、CVD Ta、ＣVD TaNおよびCVD
WNの少なくとも１種により、形成する。
【００６５】第１の銅シード層は、約２００Å以下の厚
さ(より好ましくは50〜150Åの厚さ)に形成し、その蒸
着形成温度は、３０乃至３００℃程度(より好ましくは1
50〜220℃程度)の範囲内とする。
さ(より好ましくは50〜150Åの厚さ)に形成し、その蒸
着形成温度は、３０乃至３００℃程度(より好ましくは1
50〜220℃程度)の範囲内とする。
【００６６】第２の銅シード層は、反応チャンバとLDS
とを備えた銅蒸着装置において形成する。LDSには、バ
ブラー、DLI、CEMなどがあり、その他にもオリフィス方
式またはスプレー方式のべイパライザを有するLDSなど
の多様なLDSを用いることができる。第２の銅シード層
を蒸着するための各銅蒸着装置の条件も、前述した通り
であり、詳細な説明は略する。
とを備えた銅蒸着装置において形成する。LDSには、バ
ブラー、DLI、CEMなどがあり、その他にもオリフィス方
式またはスプレー方式のべイパライザを有するLDSなど
の多様なLDSを用いることができる。第２の銅シード層
を蒸着するための各銅蒸着装置の条件も、前述した通り
であり、詳細な説明は略する。
【００６７】銅前駆体として使用する(hfac)Cu(DMB)
は、添加材を併用することなく使用することができる。
添加材を併用する場合には、DMBを0.1〜30％添加する
か、Hhfaｃを0.1〜20％添加するか、或いは0.1〜10％の
DMBと0.1〜5％のHhfaｃとを組合せて添加することがで
きる。水素還元熱処理工程は、水素還元雰囲気中常温〜
350℃程度の範囲内で30分〜3時間程度熱処理することに
より、銅メッキ層のグレーン形態を変える。この際、水
素還元雰囲気ガスは、水素のみにより形成するか、或い
はH2+Ar(Ar含有量=1〜95％)、H2+ N2(N2含有量=1〜95
％)などの水素混合気体により形成する。CMP処理後、ポ
ストクリーニングを施すこともある。クリーニング工程
と拡散障壁形成工程とは、時間遅延なくインサイチュで
行なうことができる。また、銅めっき工程及び水素還元
熱処理工程も、時間遅延なくインサイチュで行なうこと
ができる。
は、添加材を併用することなく使用することができる。
添加材を併用する場合には、DMBを0.1〜30％添加する
か、Hhfaｃを0.1〜20％添加するか、或いは0.1〜10％の
DMBと0.1〜5％のHhfaｃとを組合せて添加することがで
きる。水素還元熱処理工程は、水素還元雰囲気中常温〜
350℃程度の範囲内で30分〜3時間程度熱処理することに
より、銅メッキ層のグレーン形態を変える。この際、水
素還元雰囲気ガスは、水素のみにより形成するか、或い
はH2+Ar(Ar含有量=1〜95％)、H2+ N2(N2含有量=1〜95
％)などの水素混合気体により形成する。CMP処理後、ポ
ストクリーニングを施すこともある。クリーニング工程
と拡散障壁形成工程とは、時間遅延なくインサイチュで
行なうことができる。また、銅めっき工程及び水素還元
熱処理工程も、時間遅延なくインサイチュで行なうこと
ができる。
【００６８】第２の銅シード層を形成した後、無電解め
っき法により銅を埋め込む工程は、第２の銅シード層上
に形成された酸化膜の除去段階と銅めっき段階との２段
階に分けて行なう。
っき法により銅を埋め込む工程は、第２の銅シード層上
に形成された酸化膜の除去段階と銅めっき段階との２段
階に分けて行なう。
【００６９】
【発明の効果】上述したように、本発明は、銅蒸着装置
の蒸着工程条件を最適に設定して、(hfac)Cu(DMB)を銅
前駆体として用いる有機金属化学気相蒸着工程技術を確
立することに成功した。その結果、本発明によれば、銅
蒸着工程の高度の再現性を達成し得るので、優れた膜質
の銅薄膜を得ることができる。
の蒸着工程条件を最適に設定して、(hfac)Cu(DMB)を銅
前駆体として用いる有機金属化学気相蒸着工程技術を確
立することに成功した。その結果、本発明によれば、銅
蒸着工程の高度の再現性を達成し得るので、優れた膜質
の銅薄膜を得ることができる。
【図１】本発明に係る半導体素子の銅金属配線形成方法
において行なう銅蒸着工程の具体的な一例を示すフロー
チャートである。
において行なう銅蒸着工程の具体的な一例を示すフロー
チャートである。
【図２】本発明に係る半導体素子の銅金属配線形成方法
において使用する反応チャンバを備えたバブラーの概略
的な構成図である。
において使用する反応チャンバを備えたバブラーの概略
的な構成図である。
【図３】本発明に係る半導体素子の銅金属配線形成方法
において使用する反応チャンバを備えたDLIの概略的な
構成図である。
において使用する反応チャンバを備えたDLIの概略的な
構成図である。
【図４】本発明に係る半導体素子の銅金属配線形成方法
において使用する反応チャンバを備えたCEMの概略的な
構成図である。
において使用する反応チャンバを備えたCEMの概略的な
構成図である。
１０ バブラー １１ キャリアガス流入ライン １２ キャニスタ １３ 金属液体原料 １４ 気化ガス流出ライン ２３０ ダイレクトリキッドインジェクター（DLI） １９ アンプル ２０ マイクロポンプ ２１ 第１のバルブ ２２ 第１のステッピングモータ ２３ 第１のピストン ２４ 第１のシリンダ ２５ 第２のバルブ ２６ 第２のステッピングモータ ２７ 第２のピストン ２８ 第２のシリンダ ２９ 第３のバルブ ３０ べイパライザ ３１ デリバリバルブ ３２ メタルディスク ３３ ヒーティングゾーン ３４ 液体原料流入ライン ３５ キャリアガス流入ライン ３６ 気化ガス流出ライン ５６７ コントロールエバポレイションミキサ(CEM) ４９ 液体流量制御器 ５０ べイパライザ ６０ コントロールバルブ ６２ ミキサ ６３ アクチュエータ ６４ 液体流入ライン ６５ キャリアガス流入ライン ６６ 液体ベントライン ７０ 熱交換器 ７１ 螺旋管 ７２ 気化ガス流出ライン ８９０ 反応チャンバ ８０ シャワーヘッド ９０ サセプタプレート １１１ ウェーハ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 21/768 Ｈ０１Ｌ 21/90 Ｃ Ａ
Claims (31)
- 【請求項１】 半導体素子を形成するための各種の要素
が形成された半導体基板上に層間絶縁膜を形成し、前記
層間絶縁膜にコンタクトホール及びトレンチを形成した
後、前記コンタクトホール及びトレンチを含む層間絶縁
膜の表面に拡散障壁層を形成する段階と、 インサイチュで (hfac)Cu(DMB)を銅前駆体として用いる
有機金属化学気相蒸着法により、前記拡散障壁層が蒸着
された前記コンタクトホール及びトレンチの表面に銅シ
ード層を蒸着する段階と、 めっき法により、前記銅シード層が蒸着された前記コン
タクトホール及びトレンチが埋め込まれるように銅をめ
っきする段階と、 化学的機械的研磨処理して銅金属配線を形成する段階と
を含むことを特徴とする半導体素子の銅金属配線形成方
法。 - 【請求項２】 前記コンタクトホール及びトレンチを、
デュアルダマシン方式で形成することを特徴とする請求
項１記載の半導体素子の銅金属配線形成方法。 - 【請求項３】 前記拡散障壁層を、ionized PVD TiN、C
VD TiN、MOCVD TiN、ionized PVD Ta、ionized PVD Ta
N、CVD Ta、ＣVD TaNおよびCVD WNの少なくとも1種によ
り形成することを特徴とする請求項１記載の半導体素子
の銅金属配線形成方法。 - 【請求項４】 前記銅シード層が、反応チャンバとリキ
ッドデリバリシステムとを備えた銅蒸着装置内で (hfa
c)Cu(DMB)を銅前駆体として用いる有機金属化学気相蒸
着法により蒸着され、かつ前記リキッドデリバリシステ
ムが、バブラー、ダイレクトリキッドインジェクター、
コントロールエバポレイションミキサ、オリフィス方式
のベイパライザを有するシステム及びスプレー方式のベ
イパライザを有するシステムのいずれかであることを特
徴とする請求項１記載の半導体素子の銅金属配線形成方
法。 - 【請求項５】 前記(hfac)Cu(DMB) を銅前駆体として気
化させるために前記バブラーを用いる前記銅シード層蒸
着条件を、前記バブラーのキャニスタの温度を20〜120
℃の範囲内とし、前記バブラーのキャニスタに導入され
るキャリアガスとしてヘリウム、水素及びアルゴンの少
なくとも1種を使用し、その流量を10〜700sccmの範囲内
とし、前記バブラーのキャニスタから前記反応チャンバ
に至るガスライン及びソースラインの温度を前記バブラ
ーのキャニスタの温度と実質的に同一に維持することを
特徴とする請求項４記載の半導体素子の銅金属配線形成
方法。 - 【請求項６】 前記(hfac)Cu(DMB) を銅前駆体として気
化させるために前記ダイレクトリキッドインジェクター
を用いる前記銅シード層蒸着条件を、前記ダイレクトリ
キッドインジェクターのベイパライザの温度を20〜120
℃の範囲内とし、前記ベイパライザに流入するキャリア
ガスの温度を40〜140℃の範囲内に制御し、前記キャリ
アガスとしてヘリウム、水素及びアルゴンの少なくとも
1種を使用し、その流量を10〜700sccmの範囲内とし、前
記ベイパライザから前記反応チャンバに至るガスライン
及びソースラインの温度を前記ベイパライザの温度と実
質的に同一に維持することを特徴とする請求項４記載の
半導体素子の銅金属配線形成方法。 - 【請求項７】 前記(hfac)Cu(DMB) を銅前駆体として気
化させるために前記コントロールエバポレイションミキ
サを用いる前記銅シード層蒸着条件を、前記コントロー
ルエバポレイションミキサのベイパライザのコントロー
ルバルブの温度を常温に維持し、前記ベイパライザの熱
交換器の温度を20〜120℃の範囲内とし、前記コントロ
ールバルブに導入するキャリアガスの温度を10〜140℃
の範囲に制御し、前記キャリアガスとしてヘリウム、水
素及びアルゴンの少なくとも1種を使用し、その流量を1
0〜700sccmの範囲内とし、前記ベイパライザから前記反
応チャンバに至るガスライン及びソースラインの温度を
前記熱交換器の温度と同一温度〜20℃高い温度までの温
度範囲内に維持することを特徴とする請求項４記載の半
導体素子の銅金属配線形成方法。 - 【請求項８】 前記(hfac)Cu(DMB) を銅前駆体として気
化させるために前記オリフィス方式またはスプレー方式
のベイパライザを有するリキッドデリバリシステムを用
いる前記銅シード層蒸着条件を、前記ベイパライザの温
度を20〜120℃の範囲内とし、前記ベイパライザに流入
するキャリアガスの温度を40〜140℃の範囲内に制御
し、前記キャリアガスとしてヘリウム、水素及びアルゴ
ンの少なくとも1種を使用し、その流量を10〜700sccmの
範囲内とし、前記ベイパライザから前記反応チャンバに
至るガスライン及びソースラインの温度を前記ベイパラ
イザの温度と実質的に同一に維持することを特徴とする
請求項４記載の半導体素子の銅金属配線形成方法。 - 【請求項９】 前記銅シード層を蒸着するための前記反
応チャンバの条件を、反応チャンバの内部温度及び前記
反応チャンバのシャワーヘッド温度を20〜120℃の範囲
内とし、前記反応チャンバのサセプタプレート温度を12
0〜280℃の範囲内とし、前記反応チャンバの内部圧力を
0.1〜5torrの範囲内とし、前記反応チャンバのシャワー
ヘッドと前記反応チャンバのサセプタプレートとの間隔
を1〜50mmの範囲内とすることを特徴とする請求項４記
載の半導体素子の銅金属配線形成方法。 - 【請求項１０】 前記めっき法が、電気めっき法及び無
電解めっき法のいずれかであることを特徴とする請求項
１記載の半導体素子の銅金属配線形成方法。 - 【請求項１１】 前記銅前駆体としての(hfac)Cu(DMB)
の流量比が、0.1〜1.0sccmの範囲内にあることを特徴と
する請求項１記載の半導体素子の銅金属配線形成方法。 - 【請求項１２】 前記銅前駆体としての(hfac)Cu(DMB)
に対し、添加材として、DMBを0.1〜30％添加するか、Hh
facを0.1〜20％添加するか、或いは０.1〜10％のDMBと
0.1〜5％のHhfacとを組合せて添加することを特徴とす
る請求項１記載の半導体素子の銅金属配線形成方法。 - 【請求項１３】 前記銅めっき工程後に、時間遅延なく
インサイチュで、水素還元雰囲気中常温乃至350℃の範
囲内でで30分〜3時間熱処理することにより、水素還元
熱処理工程を行なうことを特徴とする請求項１記載の半
導体素子の銅金属配線形成方法。 - 【請求項１４】 前記水素還元雰囲気が、H2、H2＋Ar(A
r=1〜95％)及びH2＋N2(N2=１〜95％)のいずれか1種から
なることを特徴とする請求項１３記載の半導体素子の銅
金属配線形成方法。 - 【請求項１５】 前記拡散障壁層形成工程後に、時間遅
延なくインサイチュで、クリーニング工程を行なうこと
を特徴とする請求項１記載の半導体素子の銅金属配線形
成方法。 - 【請求項１６】 半導体素子を形成するための各種の要
素が形成された半導体基板上に層間絶縁膜を形成し、前
記層間絶縁膜にコンタクトホール及びトレンチを形成し
た後、前記コンタクトホール及びトレンチを含む層間絶
縁膜の表面に拡散障壁層を形成する段階と、 インサイチュで物理気相蒸着法により、前記拡散障壁層
が蒸着された前記コンタクトホール及びトレンチの表面
に第１の銅シード層を蒸着する段階と、 (hfac)Cu(DMB)を銅前駆体として用いる有機金属化学気
相蒸着法により、前記第１の銅シード層が蒸着されたコ
ンタクトホール及びトレンチの表面に第２の銅シード層
を蒸着する段階と、 めっき法により、前記第１及び第２の銅シード層が積層
された前記コンタクトホール及びトレンチが埋め込まれ
るように銅をめっきする段階と、 化学的機械的研磨処理して銅金属配線を形成する段階と
を含むことを特徴とする半導体素子の銅金属配線形成方
法。 - 【請求項１７】 前記コンタクトホール及びトレンチ
を、デュアルダマシン方式で形成することを特徴とする
請求項１６記載の半導体素子の銅金属配線形成方法。 - 【請求項１８】 前記拡散障壁層を、ionized PVD Ti
N、CVD TiN、MOCVD TiN、ionized PVD Ta、ionized PVD
TaN、CVD Ta、ＣVD TaN、CVD WNの少なくとも1種によ
り形成することを特徴とする請求項１６記載の半導体素
子の銅金属配線形成方法。 - 【請求項１９】 前記第１の銅シード層が、30〜300℃
の蒸着温度で約200Å以下の厚さに形成されることを特
徴とする請求項１６記載の半導体素子の銅金属配線形成
方法。 - 【請求項２０】 前記第２の銅シード層が、反応チャン
バとリキッドデリバリシステムとを備えた銅蒸着装置内
で(hfac)Cu(DMB)を銅前駆体として用いる有機金属化学
気相蒸着法により蒸着され、かつ前記リキッドデリバリ
システムが、バブラー、ダイレクトリキッドインジェク
ター、コントロールエバポレイションミキサ、オリフィ
ス方式のべイパライザを有するシステム及びスプレー方
式のべイパライザを有するシステムのいずれかであるこ
とを特徴とする請求項１６記載の半導体素子の銅金属配
線形成方法。 - 【請求項２１】 前記(hfac)Cu(DMB)を銅前駆体として
気化させるために前記バブラーを用いる前記第２の銅シ
ード層蒸着条件を、前記バブラーのキャニスタの温度を
20〜120℃の範囲内とし、前記バブラーのキャニスタに
導入されるキャリアガスとしてヘリウム、水素及びアル
ゴンの少なくとも1種を使用し、その流量を10〜700sccm
の範囲内とし、前記バブラーのキャニスタから前記反応
チャンバに至るガスライン及びソースラインの温度を前
記バブラーのキャニスタの温度と実質的に同一に維持す
ることを特徴とする請求項２０記載の半導体素子の銅金
属配線形成方法。 - 【請求項２２】 前記(hfac)Cu(DMB)を銅前駆体として
気化させるために前記ダイレクトリキッドインジェクタ
ーを用いる第２の銅シード層蒸着条件を、前記ダイレク
トリキッドインジェクターのべイパライザの温度を20〜
120℃の範囲内とし、前記べイパライザに流入するキャ
リアガスの温度を40〜140℃の範囲内に制御し、前記キ
ャリアガスとしてヘリウム、水素及びアルゴンの少なく
とも1種を使用し、その流量を10〜700sccmの範囲内と
し、前記べイパライザから前記反応チャンバに至るガス
ライン及びソースラインの温度を前記べイパライザの温
度と実質的に同一に維持することを特徴とする請求項２
０記載の半導体素子の銅金属配線形成方法。 - 【請求項２３】 前記(hfac)Cu(DMB)を銅前駆体として
気化させるために前記コントロールエバポレイションミ
キサを用いる前記第２の銅シード層蒸着条件を、前記コ
ントロールエバポレイションミキサのべイパライザのコ
ントロールバルブの温度を常温に維持し、前記べイパラ
イザの熱交換器の温度を20〜120℃の範囲内とし、前記
コントロールバルブに流入するキャリアガスの温度を10
〜140℃の範囲に制御し、前記キャリアガスとしてヘリ
ウム、水素及びアルゴンの少なくとも1種を使用し、そ
の流量を10〜700sccmの範囲内とし、前記べイパライザ
から前記反応チャンバに至るガスライン及びソースライ
ンの温度を前記熱交換器の温度と同一温度〜20℃高い温
度までの温度範囲内に維持することを特徴とする請求項
２０記載の半導体素子の銅金属配線形成方法。 - 【請求項２４】 前記(hfac)Cu(DMB)を銅前駆体として
気化させるために前記オリフィス方式またはスプレー方
式のべイパライザを有するリキッドデリバリシステムを
用いる前記第２の銅シード層蒸着条件を、前記べイパラ
イザの温度を20〜120℃の範囲内とし、前記べイパライ
ザに流入するキャリアガスの温度を40〜140℃の範囲内
に制御し、前記キャリアガスとしてヘリウム、水素及び
アルゴンの少なくとも1種を使用し、その流量を10〜700
sccmの範囲内とし、前記べイパライザから前記反応チャ
ンバに至るガスライン及びソースラインの温度を前記べ
イパライザの温度と実質的に同一に維持することを特徴
とする請求項２０記載の半導体素子の銅金属配線形成方
法。 - 【請求項２５】 前記第２の銅シード層を蒸着するため
の前記反応チャンバの条件を、反応チャンバの内部温度
および前記反応チャンバのシャワーヘッド温度を20〜12
0℃の範囲内とし、前記反応チャンバのサセプタプレー
ト温度を120〜280℃の範囲内とし、前記反応チャンバの
内部圧力を0.1〜5torrの範囲内とし、前記反応チャンバ
のシャワーヘッドと前記反応チャンバのサセプタプレー
トとの間隔を1〜50mmの範囲内とすることを特徴とする
請求項２０記載の半導体素子の銅金属配線形成方法。 - 【請求項２６】 前記めっき法が、電気めっき法及び無
電解めっき法のいずれかであることを特徴とする請求項
１６記載の半導体素子の銅金属配線形成方法。 - 【請求項２７】 前記銅前駆体としての(hfac)Cu(DMB)
の流量比が、0.1〜1.0sccmの範囲内にあることを特徴と
する請求項１６記載の半導体素子の銅金属配線形成方
法。 - 【請求項２８】 前記銅前駆体としての(hfac)Cu(DMB)
に対し、添加材としてDMBを0.1〜30％添加するか、Hhfa
cを0.1〜20％添加するか、或いは0.1〜10％のDMBと0.1
〜5％のHhfacとを組合せて添加することを特徴とする請
求項１６記載の半導体素子の銅金属配線形成方法。 - 【請求項２９】 前記銅めっき工程後に、時間遅延なく
インサイチュで、水素還元雰囲気中常温乃至350℃の温
度範囲内で30分〜3時間熱処理することにより、水素還
元熱処理工程を行うことを特徴とする請求項１６記載の
半導体素子の銅金属配線形成方法。 - 【請求項３０】 前記水素還元雰囲気が、H2、H2＋Ar(A
r=1〜95％)及びH2＋N2(N2=1〜95％)のいずれか1種から
なることを特徴とする請求項２９記載の半導体素子の銅
金属配線形成方法。 - 【請求項３１】 前記拡散障壁形成工程後に、時間遅延
なくインサイチュでクリーニング工程を行なうことを特
徴とする請求項１６記載の半導体素子の銅金属配線形成
方法。
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