JP2008166847A

JP2008166847A - Cu wiring film forming method

Info

Publication number: JP2008166847A
Application number: JP2008070590A
Authority: JP
Inventors: Ryoki Tobe; 了己戸部; Hiroshi Doi; 浩志土井; Atsushi Sekiguchi; 敦関口
Original assignee: Canon Anelva Corp
Current assignee: Canon Anelva Corp
Priority date: 2008-03-19
Filing date: 2008-03-19
Publication date: 2008-07-17

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a Cu wiring film forming method which can improve, using a simple structure and a simple process, the adhesiveness between a diffusion barrier base film and a Cu wiring film, when Cu wiring is used in a semiconductor device, and can realize low manufacturing cost and improved production efficiency. <P>SOLUTION: A method of forming a diffusion barrier TiN film as a base film and forming a Cu wiring film on the base film includes, between the base film forming step and the Cu wiring film forming step; an annealing step of heating the base film at a temperature of 200°C or higher in a coherent vacuum state, without having to expose it to the atmosphere, after the base film forming step. In this annealing step, gas containing a simple substance of ammonia or an ammonia gas is used, and the Cu film is formed by CVD (chemical vapor deposition) after the annealing step, whereby the adhesiveness between the base film and the upper Cu film deposited by the subsequent film formation can be improved. The annealing step can also be performed inside a chamber that is identical to that for forming the base film. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体デバイスで配線材料としてＣｕを用いる場合に拡散バリア用下地膜と配線用Ｃｕ膜の間の密着性を高めたＣｕ配線膜の形成方法に関する。 The present invention relates to a method for forming a Cu wiring film having improved adhesion between a diffusion barrier base film and a wiring Cu film when Cu is used as a wiring material in a semiconductor device.

近年、半導体デバイスの高性能化で配線材料としてＣｕ（銅）が注目されている。その理由は、Ｃｕは、Ａｌ（アルミニウム）に比較して、ストレスマイグレーションやエレクトロマイグレーションという配線を構成する金属原子の拡散挙動が支配する現象に対して高い耐性を有しているからである。Ｃｕ膜の成膜方法としては、多層配線層間の接続孔（ビアホールまたはコンタクトホール）等の段差被覆性が優れたＣＶＤ法（化学気相成長法）が使用される。一方、Ｃｕ膜を半導体デバイスの配線材料として利用する場合、Ｃｕ膜中のＣｕ原子はシリコンやシリコン酸化膜の中に拡散し、トランジスタ素子等の電気特性に悪影響を及ぼすため、配線層のＣｕ原子の拡散を阻止する目的で拡散防止用薄膜（拡散バリア層）を下地膜として形成する必要がある。拡散バリア層としては熱的に安定な高融点金属の窒化物としてのＴｉＮが注目されている。シリコン大規模集積回路の極微細化によるビアホール等の増加するアスペクト比に対する良好なステップカバリレッジの形成方法としてＴｉＮ膜のＣＶＤ法が研究されている。 In recent years, Cu (copper) has been attracting attention as a wiring material for improving the performance of semiconductor devices. The reason is that Cu has a higher resistance to the phenomenon governed by the diffusion behavior of metal atoms constituting the wiring such as stress migration and electromigration than Al (aluminum). As a method for forming the Cu film, a CVD method (chemical vapor deposition method) having excellent step coverage such as a connection hole (via hole or contact hole) between multilayer wiring layers is used. On the other hand, when a Cu film is used as a wiring material for a semiconductor device, Cu atoms in the Cu film diffuse into the silicon or silicon oxide film, adversely affecting the electrical characteristics of the transistor elements, etc. It is necessary to form a diffusion-preventing thin film (diffusion barrier layer) as a base film for the purpose of preventing the diffusion of silicon. As a diffusion barrier layer, TiN as a nitride of a refractory metal that is thermally stable attracts attention. A TiN film CVD method has been studied as a method for forming a good step coverage against an increasing aspect ratio of a via hole or the like by miniaturization of a silicon large-scale integrated circuit.

かかる配線用Ｃｕ膜を形成するＣＶＤ法では、従来より拡散バリア用下地膜であるＴｉＮ膜とＣｕ膜の間の密着性が弱いという問題があり、そのため配線形成後の研磨工程等でＣｕ膜が剥がれるという不具合があった。密着性が弱い理由は、ＭＯＣＶＤ法で成膜されたＴｉＮの膜中からガスが放出されるからである。従来では、下地膜とＣｕ膜の間の密着性を高めるために、密着層としてのＴｉ膜を設ける方法があった。また当該密着性を良好にする従来の技術として特許文献１に開示される半導体装置の製造方法があった。この方法によれば、例えばその実施例１に記載されるごとく、拡散防止層としての下地のＴｉＮ膜をスパッタリング法で成膜し、さらにＴｉＮ膜の上に熱ＣＶＤ法により成膜されたＣｕ膜を、その後で加熱処理するようにしている。 In the CVD method for forming such a Cu film for wiring, there is a problem that the adhesion between the TiN film, which is a base film for diffusion barrier, and the Cu film is weaker than before. There was a problem of peeling off. The reason why the adhesion is weak is that gas is released from the TiN film formed by the MOCVD method. Conventionally, there has been a method of providing a Ti film as an adhesion layer in order to improve adhesion between the base film and the Cu film. Further, as a conventional technique for improving the adhesion, there is a method for manufacturing a semiconductor device disclosed in Patent Document 1 . According to this method, for example, as described in Example 1, a base TiN film as a diffusion preventing layer is formed by sputtering, and a Cu film formed by thermal CVD on the TiN film. After that, heat treatment is performed.

特開平８−２８８２４２号公報JP-A-8-288242

半導体デバイスで配線材料としてＣｕ膜を用いるとき、拡散バリア用下地膜としてのＴｉＮ膜と配線用Ｃｕ膜との間の密着性を高めるためＴｉ膜を成膜する方法は、Ｔｉ膜を成膜するための装置構成（電力供給系を備えたプラズマ生成機構等）を別途に追加しなければならず、装置の複雑化を招くという問題が起きる。上記密着性を高くするための手段は、低コストな簡易な構成で実現されることが望まれる。 When a Cu film is used as a wiring material in a semiconductor device, a method of forming a Ti film in order to improve adhesion between a TiN film as a diffusion barrier base film and a wiring Cu film is to form a Ti film. Apparatus configuration (plasma generation mechanism equipped with a power supply system, etc.) must be added separately, which causes a problem that the apparatus becomes complicated. It is desired that the means for increasing the adhesion is realized with a simple structure at low cost.

本発明の目的は、上記の課題に鑑み、半導体デバイスでＣｕ配線を用いる場合において、拡散バリア用下地膜とＣｕ配線膜との密着性を高め、簡易な構成および簡略な工程で密着性を向上でき、製作コストの上昇と生産効率の低下を抑制したＣｕ配線膜形成方法を提供することにある。 In view of the above-mentioned problems, the object of the present invention is to improve the adhesion between the diffusion barrier base film and the Cu wiring film when using Cu wiring in a semiconductor device, and improve the adhesion with a simple configuration and a simple process. It is possible to provide a Cu wiring film forming method capable of suppressing an increase in manufacturing cost and a decrease in production efficiency.

本発明に係るＣｕ配線膜形成方法は、ＭＯＣＶＤ法により原料としてテトラキスジアルキルアミノチタン（ＴＤＡＡＴ）を用いて拡散バリア用ＴｉＮ膜を下地膜として成膜し、この下地膜の上に配線用Ｃｕ膜を成膜するＣｕ配線膜形成方法において、前記下地膜の成膜工程と前記Ｃｕ膜の成膜工程の間に、前記下地膜の成膜工程後大気にさらすことなく真空一貫の状態で前記下地膜を２００℃以上の温度で加熱するアニール工程を設け、このアニール工程ではアンモニア単体またはアンモニアガスを含むガスを用い、前記アニール工程の後、前記Ｃｕ膜をＣＶＤ法により成膜することを特徴とする。さらに好ましくは、前記アニール工程を１Ｐａ〜１０ｋＰａの圧力範囲で行い、前記アンモニア単体またはアンモニアを含むガスによりラジカルを生成させ、このラジカルにより前記下地膜に残留する不純物を放出させることを特徴とする。ＭＯＣＶＤ法によるＴＤＡＡＴを用いたＴｉＮ膜は、非常に活性で、大気にさらされると、大気中の酸素等と反応を起こし、また、酸素をＴｉＮの膜中に取り込む。真空下にあり、酸素を取り込んでいないＴｉＮ膜は、前記アニール工程により、成膜時残留したガスを放出させることは容易であるが、一旦、大気にさらすことにより取り込んだ酸素を放出することは困難である。ここにＭＯＶＣＤ法によるＴｉＮ膜の成膜とアニール工程が真空一貫の条件下で行われる必要性がある。これによって、ＴｉＮ膜中の密着性に悪影響を及ぼす残留ガスは低減され、その後の成膜で堆積する上層のＣｕ膜との密着性が向上する。２００〜５００℃の温度範囲は、例えばＭＯＣＶＤ−ＴｉＮ膜の場合、膜形成後のＣｕ−ＣＶＤの成膜条件は通常２００℃以下であり、従って最低限２００℃以上に加熱しないと、密着性改善の効果が不十分となる。また上限の５００℃は、高温アニールによる基板へのダメージが生じない温度範囲であり、半導体製造工程で広く実施されている多層配線形成時の上限温度である。ただし、アニール工程で使用されるガスは、窒素、アルゴン、水素、アンモニアのうちのいずれか１種類のガスあるいは２種類以上の混合ガスであり、その圧力範囲は１Ｐａ〜１０ｋＰａとする。特に、アニール工程で使用するガスとして、アンモニア単体やこれを含む混合ガスを用いた場合、アンモニアは、２００℃以上で乖離を起こし、化学的に活性なラジカル（ＮＨ，ＮＨ２等）を生成するため、これらのラジカルにより、ＴｉＮ膜中の不純物の除去をさらに促進させ、堆積するＣｕ膜との密着性をいっそう高める効果がある。 In the Cu wiring film forming method according to the present invention, a diffusion barrier TiN film is formed as a base film using tetrakisdialkylaminotitanium (TDAAT) as a raw material by MOCVD, and a wiring Cu film is formed on the base film. in Cu wiring film forming method for forming the underlayer film forming step and between the Cu film deposition process, the underlying film in a state of vacuum consistently without exposing the film formation process after the atmosphere of the underlayer the provided an annealing step of heating at 200 ° C. or higher, using a gas containing ammonia alone or ammonia gas in the annealing step, after the annealing step, characterized by depositing the Cu film by the CVD method . More preferably, the annealing step is performed at a pressure range of 1Pa～10kPa, to generate a radical gas containing ammonia alone or ammonia, characterized in that to release the impurities remaining on the base film by the radical. A TiN film using TDAAT by the MOCVD method is very active and reacts with oxygen in the atmosphere when exposed to the atmosphere, and oxygen is taken into the TiN film. A TiN film that is under vacuum and does not take in oxygen can easily release the gas remaining during the film formation by the annealing process, but once exposed to the atmosphere, the oxygen taken in can be released. Have difficulty. Here, it is necessary to perform the TiN film formation by the MOVCD method and the annealing process under a consistent vacuum condition. As a result, the residual gas that adversely affects the adhesion in the TiN film is reduced, and the adhesion with the upper Cu film deposited in the subsequent film formation is improved. The temperature range of 200 to 500 ° C. is, for example, in the case of a MOCVD-TiN film, the Cu-CVD film formation conditions after film formation are usually 200 ° C. or less, and therefore, adhesion is improved if not heated to a minimum of 200 ° C. or more. The effect of becomes insufficient. The upper limit of 500 ° C. is a temperature range in which damage to the substrate due to high temperature annealing does not occur, and is an upper limit temperature at the time of multilayer wiring formation widely practiced in the semiconductor manufacturing process. However, the gas used in the annealing step is any one of nitrogen, argon, hydrogen, and ammonia, or a mixed gas of two or more, and the pressure range is 1 Pa to 10 kPa. In particular, when ammonia alone or a mixed gas containing this is used as a gas used in the annealing process, ammonia causes a divergence at 200 ° C. or higher and generates chemically active radicals (NH, NH 2, etc.). These radicals have the effect of further promoting the removal of impurities in the TiN film and further improving the adhesion with the deposited Cu film.

上記方法において、下地膜はＴｉＮ膜であってＭＯＣＶＤ法で成膜され、Ｃｕ膜はＣＶＤ法で成膜される。本発明ではＭＯＣＶＤ法で作製されるＴｉＮ膜が最も好ましい。ＭＯＣＶＤ法でＴｉＮ膜をバリア層として成膜する場合、原料としてはテトラキスジアルキルアミノチタン（ＴＤＡＡＴ）が好ましい。また上記のアニール工程は、ＴｉＮ膜の成膜が行われるチャンバ内で、成膜工程が終了した後に行うことも可能である。 In the above method, the base film is a TiN film and is formed by the MOCVD method, and the Cu film is formed by the CVD method. In the present invention, a TiN film produced by MOCVD is most preferable. When a TiN film is formed as a barrier layer by MOCVD, tetrakisdialkylaminotitanium (TDAAT) is preferable as a raw material. The annealing process can also be performed after the film forming process is completed in a chamber in which the TiN film is formed.

本発明によれば、ＭＯＣＶＤ法により所定の原料を用いて拡散バリア用のＴｉＮ膜を成膜し、このＴｉＮ膜の上にＣｕ配線膜を成膜する方法において、ＴｉＮ膜の成膜とＣｕ配線膜の成膜の間に下地膜の成膜工程後大気にさらすことなく真空一貫の状態で２００〜５００℃の温度で加熱するアニール工程を設けため、ＴｉＮ膜とＣｕ配線膜との密着性を高めることができ、特にアンモニアガスを用いた場合、良好な密着性が得られた。その結果、簡易な構成および簡略な工程で密着性を向上でき、製作コストの上昇と生産効率の低下を抑制することができる。 According to the present invention, in a method of forming a TiN film for a diffusion barrier using a predetermined material by MOCVD and forming a Cu wiring film on the TiN film, the TiN film formation and the Cu wiring In order to provide an annealing process for heating at a temperature of 200 to 500 ° C. in a consistent vacuum state without exposure to the air after the film formation process of the base film during film formation, the adhesion between the TiN film and the Cu wiring film is improved. In particular, when ammonia gas was used, good adhesion was obtained. As a result, adhesion can be improved with a simple configuration and a simple process, and an increase in manufacturing cost and a decrease in production efficiency can be suppressed.

以下に、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。 Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

図１は、本発明に係るＣｕ配線膜形成方法の実施する装置の概略構成の一例を示す。この装置は、ＭＯＣＶＤ（ＭｅｔａｌＯｒｇａｎｉｃＣｈｅｍｉｃａｌｖａｐｏｕｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）チャンバ１１、ＣＶＤチャンバ１２、アニールチャンバ１３を備えたマルチチャンバ式装置である。この装置の構成によれば、中央に位置する搬送モジュール１４の周囲にＭＯＣＶＤチャンバ１１、ＣＶＤチャンバ１２、アニールチャンバ１３が設けられ、さらに２つのロード／アンロード・ロック・モジュール１５，１６が付設されている。ここで「モジュール」とは、装置・機械・システムを構成する部分で、機能的にまとまった部分を意味する。なおＭＯＣＶＤ、ＣＶＤ、アニールが実施されるチャンバもモジュールとして構成されるのは当然であるが、これらの処理方法が実施される場所を指す用語としてチャンバが使用される。チャンバ等の各々にはゲートバルブ１７が設けられている。搬送モジュール１４のチャンバ中には搬送ロボット（基板搬送機構）１８が設けられ、搬送ロボット１８はそのハンドでシリコン基板１９を各チャンバ等に搬入しまたは各チャンバ等から搬出する。 FIG. 1 shows an example of a schematic configuration of an apparatus for carrying out a Cu wiring film forming method according to the present invention. This apparatus is a multi-chamber apparatus including a MOCVD (Metal Organic Chemical Deposition) chamber 11, a CVD chamber 12, and an annealing chamber 13. According to the structure of this apparatus, the MOCVD chamber 11, the CVD chamber 12, and the annealing chamber 13 are provided around the transfer module 14 located in the center, and two load / unload lock modules 15 and 16 are additionally provided. ing. Here, the “module” means a part that constitutes a device, a machine, and a system and is functionally grouped. Of course, the chamber in which MOCVD, CVD, and annealing are performed is also configured as a module, but the chamber is used as a term indicating a place where these processing methods are performed. Each of the chambers and the like is provided with a gate valve 17. A transfer robot (substrate transfer mechanism) 18 is provided in the chamber of the transfer module 14, and the transfer robot 18 carries the silicon substrate 19 into or out of each chamber or the like with its hand.

上記装置において、カセット（図示せず）にセットされた１枚のシリコン基板１９は１つのロード／アンロード・ロック・モジュール１５から搬送ロボット１８によって搬送モジュール１４内に搬入される。ＭＯＣＶＤチャンバ１１、ＣＶＤチャンバ１２、アニールチャンバ１３のそれぞれで所定処理を行った後に、シリコン基板１９は搬送ロボット１８によってロード／アンロード・ロック・モジュール１６に戻され、搬出される。上記のマルチチャンバ式装置構成では、搬送モジュール１４によって、真空雰囲気に維持されたまま、すなわち大気に晒されることなく真空一貫の接続構造で、予め定められた手順に従って行われる。 In the above apparatus, one silicon substrate 19 set in a cassette (not shown) is carried into the transfer module 14 by the transfer robot 18 from one load / unload lock module 15. After performing predetermined processing in each of the MOCVD chamber 11, the CVD chamber 12, and the annealing chamber 13, the silicon substrate 19 is returned to the load / unload lock module 16 by the transfer robot 18 and is carried out. In the above-described multi-chamber apparatus configuration, the transfer module 14 is performed in accordance with a predetermined procedure with a vacuum consistent connection structure while being maintained in a vacuum atmosphere, that is, without being exposed to the atmosphere.

図１に示された構成において、ＭＯＣＶＤチャンバ１１は配線用Ｃｕ膜（Ｃｕ配線膜）の中の金属原子がシリコン等に拡散するのを防止するバリア層としての下地膜（拡散バリア用下地膜）を成膜するためのチャンバであり、ＣＶＤチャンバ１２はＣｕ配線膜を成膜するためのチャンバであり、アニールチャンバ１３は各層における下地膜の成膜とＣｕ配線膜の成膜に関し下地膜とＣｕ配線膜の密着性を高めるアニール処理を実施するためのチャンバである。ＭＯＣＶＤチャンバ１１では、原料ガスが導入され、ＭＯＣＶＤ法によって拡散バリア用下地膜が成膜される。下地膜は好ましくはＴｉＮ膜である。ＴｉＮ膜の成膜では、原料としてテトラキスジアルキルアミノチタン（ＴＤＡＡＴ）を用いられることが好ましい。またＣＶＤチャンバ１２では、有機金属錯体等の原料を用いてＣＶＤ法によって、バリア膜であるＴｉＮ膜の上にＣｕ配線膜が成膜される。多層配線構造の半導体デバイスの場合、下層の電気回路部と上層の電気回路部との間に層間絶縁膜が形成されており、下層と上層のそれぞれで下地膜の成膜とＣｕ配線膜の成膜が行われる。上層における下地膜とＣｕ配線膜の成膜工程では、下層のＣｕ配線膜との電気的接続を行うため、層間絶縁膜にビアホールを形成し、その後に、バリア層としての下地膜を成膜し、さらにその後に上層のＣｕ配線膜の成膜が行われることになる。上層のＣｕ配線膜の成膜ではＣｕがビアホールの中に埋め込まれ、ビアプラグが形成され、下層のＣｕ配線膜と上層のＣｕ配線膜とが接続される。 In the configuration shown in FIG. 1, the MOCVD chamber 11 has a base film (diffusion barrier base film) as a barrier layer that prevents metal atoms in the wiring Cu film (Cu wiring film) from diffusing into silicon or the like. The CVD chamber 12 is a chamber for forming a Cu wiring film, and the annealing chamber 13 is used for forming a base film and a Cu wiring film in each layer. This is a chamber for performing an annealing process for improving the adhesion of the wiring film. In the MOCVD chamber 11, a source gas is introduced, and a base film for diffusion barrier is formed by the MOCVD method. The base film is preferably a TiN film. In forming the TiN film, it is preferable to use tetrakisdialkylaminotitanium (TDAAT) as a raw material. In the CVD chamber 12, a Cu wiring film is formed on the TiN film as a barrier film by a CVD method using a raw material such as an organometallic complex. In the case of a semiconductor device having a multilayer wiring structure, an interlayer insulating film is formed between the lower-layer electric circuit portion and the upper-layer electric circuit portion, and the formation of the base film and the formation of the Cu wiring film in the lower layer and the upper layer, respectively. A membrane is performed. In the film formation process of the base film and Cu wiring film in the upper layer, a via hole is formed in the interlayer insulating film in order to make electrical connection with the Cu wiring film in the lower layer, and then a base film as a barrier layer is formed. Thereafter, the upper Cu wiring film is formed. In the formation of the upper Cu wiring film, Cu is buried in the via hole, a via plug is formed, and the lower Cu wiring film and the upper Cu wiring film are connected.

本発明によるＣｕ配線膜形成方法では、アニールチャンバ１３でのアニール処理によって、各層における下地膜の成膜とＣｕ配線膜の成膜に関し下地膜とＣｕ配線膜の密着性が高められる。ＭＯＣＶＤチャンバ１１で基板１９に対してＭＯＣＶＤによって下地膜の成膜が行われた後に、当該基板はアニールチャンバ１３に搬入され、ここにおいて当該下地膜は２００〜５００℃の範囲に含まれる温度でアニールされる。これにより下地膜とＣｕ配線膜の密着性が高められる。本実施形態の場合には、アニール専用のチャンバを設けた構成としたが、特別にアニール工程用のチャンバを設けず、例えばＭＯＣＶＤチャンバ１１にてアニール工程が実施されるように構成することもできる。ＭＯＣＶＤチャンバ１１は、本来、前述のごとく拡散バリア用の下地膜を成膜するためのチャンバではあるが、５００℃までの加熱が可能な熱ＣＶＤチャンバとして構成されているものであるので、これによってＭＯＣＶＤチャンバ１１内で密着性改善のためのアニール工程を行うことが可能となる。従って、ＭＯＣＶＤチャンバ１１で、ＭＯＣＶＤによって下地膜の成膜が行われた後に、当該下地膜は２００〜５００℃の範囲に含まれる温度でアニールすることもできる。 In the Cu wiring film forming method according to the present invention, the annealing treatment in the annealing chamber 13 improves the adhesion between the base film and the Cu wiring film with respect to the formation of the base film and the Cu wiring film in each layer. After the base film is formed on the substrate 19 by MOCVD in the MOCVD chamber 11, the substrate is carried into the annealing chamber 13, where the base film is annealed at a temperature in the range of 200 to 500 ° C. Is done. This improves the adhesion between the base film and the Cu wiring film. In the present embodiment, a chamber dedicated for annealing is provided. However, a chamber for annealing may not be provided, and for example, the MOCVD chamber 11 may perform the annealing process. . Although the MOCVD chamber 11 is originally a chamber for forming a base film for a diffusion barrier as described above, it is configured as a thermal CVD chamber capable of heating up to 500 ° C. An annealing process for improving adhesion can be performed in the MOCVD chamber 11. Therefore, after the base film is formed by MOCVD in the MOCVD chamber 11, the base film can be annealed at a temperature included in the range of 200 to 500 ° C.

上記のごとくアニールチャンバ１３でアニール処理が行われた後に、基板１９はＣＶＤチャンバ１２に搬入され、ここでＣｕ配線膜が成膜される。 After the annealing process is performed in the annealing chamber 13 as described above, the substrate 19 is carried into the CVD chamber 12, where a Cu wiring film is formed.

上記の構成において、各チャンバ１１，１２，１３には、それぞれ真空排気機構１１ａ，１２ａ，１３ａを備える。各チャンバは、その真空排気機構によって内部を適宜な減圧状態すなわち所望の真空状態に保持される。真空排気機構１１ａ，１２ａ，１３ａの動作はコントローラ２０によって制御される。またアニール工程で使用されるガス（窒素、アルゴン、水素、アンモニア）は、主にＭＦＣと配管より構成されるガス供給系（図示せず）によりアニールチャンバ１３へ導入されるが、その他のチャンバで使用されるプロセスガスと同様、それらの流量制御も上記コントローラ２０によって行われる。 In the above configuration, each of the chambers 11, 12, and 13 includes a vacuum exhaust mechanism 11 a, 12 a, and 13 a, respectively. Each chamber is maintained in an appropriate reduced pressure state, that is, a desired vacuum state by the vacuum exhaust mechanism. The operation of the vacuum exhaust mechanisms 11a, 12a, and 13a is controlled by the controller 20. Gases (nitrogen, argon, hydrogen, ammonia) used in the annealing process are introduced into the annealing chamber 13 by a gas supply system (not shown) mainly composed of MFC and piping, but in other chambers. Similar to the process gases used, their flow rate is controlled by the controller 20.

またチャンバ１１，１２，１３の間の基板の移動は、基板に対する処理の手順に応じて決まる。当該基板１９の移動は、搬送ロボット１８の動作によって行われる。基板１９の移動の仕方についてはコントローラ２０によって制御される。また各チャンバ１１，１２，１３における下地膜あるいはＣｕ配線膜の成膜、下地膜のアニール等の各動作もコントローラ２０によって制御される。 The movement of the substrate between the chambers 11, 12, and 13 is determined according to the processing procedure for the substrate. The substrate 19 is moved by the operation of the transfer robot 18. The movement of the substrate 19 is controlled by the controller 20. Further, the controller 20 also controls each operation such as formation of a base film or Cu wiring film in each chamber 11, 12, 13 and annealing of the base film.

次に、本発明に係るＣｕ配線膜形成方法の実施例について述べる。 Next, examples of the Cu wiring film forming method according to the present invention will be described.

実施例１：
ＭＯＣＶＤチャンバ１１において拡散バリア用下地膜としてＴｉＮ膜を成膜する条件は次の通りである。まず原料としてＴＤＡＡＴが例えば０．００４〜０．２ｇ／分の範囲で供給され、このときキャリアガス（アルゴン：Ａｒ）は例えば１００〜１０００ｓｃｃｍの流量範囲で、添加ガス（ＮＨ３）は例えば１〜５００ｓｃｃｍの流量範囲で供給される。ＭＯＣＶＤチャンバ１１の内部圧力は例えば０．１〜１５Ｐａの範囲である。さらに温度条件は例えば約３００〜４００℃となるように加熱される。上記の条件によってバリア層であるＴｉＮ膜は例えば１０〜３０ｎｍの膜厚で成膜される。 Example 1:
The conditions for forming a TiN film as a diffusion barrier base film in the MOCVD chamber 11 are as follows. First, TDAAT is supplied as a raw material in a range of, for example, 0.004 to 0.2 g / min. At this time, a carrier gas (argon: Ar) is in a flow rate range of, for example, 100 to 1000 sccm, and an additive gas (NH3) is, for example, 1 to 500 sccm. Is supplied in the flow rate range. The internal pressure of the MOCVD chamber 11 is, for example, in the range of 0.1-15 Pa. Furthermore, the temperature condition is heated to about 300 to 400 ° C., for example. Under the above conditions, the TiN film as the barrier layer is formed with a film thickness of 10 to 30 nm, for example.

実施例２：
アニールチャンバ１３において、成膜されたＴｉＮ膜をアニールする条件は、次の通りである。基板はその温度が例えば約４００℃になるように加熱される。その結果、ＴｉＮ膜は４００℃で加熱される。このとき、チャンバ内はＡｒが導入され、Ａｒ雰囲気で例えば約８．０Ｐａに保持されている。加熱時間は例えば約１０分である。 Example 2:
Conditions for annealing the formed TiN film in the annealing chamber 13 are as follows. The substrate is heated so that its temperature is about 400 ° C., for example. As a result, the TiN film is heated at 400 ° C. At this time, Ar is introduced into the chamber and is maintained at, for example, about 8.0 Pa in an Ar atmosphere. The heating time is about 10 minutes, for example.

実施例３：
アニールに使用するガスとしてアンモニアを用いた場合のアニール条件は次の通りである。アンモニア流量を５０ｓｃｃｍ、窒素流量を５０ｓｃｃｍの混合ガスを使用し、圧力１ｋＰａ、加熱温度３００℃で３０分加熱した。 Example 3:
The annealing conditions when ammonia is used as the gas used for annealing are as follows. A mixed gas having an ammonia flow rate of 50 sccm and a nitrogen flow rate of 50 sccm was used and heated at a pressure of 1 kPa and a heating temperature of 300 ° C. for 30 minutes.

実施例４：
ＣＶＤチャンバ１２において拡散バリア用下地膜としての上記ＴｉＮ膜の上にＣｕ配線膜を成膜する条件は次の通りである。材料としてＣｕ（ｈｆａｃ）（ｔｍｖｓ）が例えば約０．１７ｇ／分の流量で供給され、このときキャリアガス（Ｈ２）が例えば約３００ｓｃｃｍで供給される。また成膜の際の温度は例えば約１７０℃に保持され、内部圧力は例えば約２．６ｋＰａに保持される。この条件で、Ｃｕ配線膜は約２００ｎｍの膜厚で成膜される。 Example 4:
The conditions for forming the Cu wiring film on the TiN film as the diffusion barrier base film in the CVD chamber 12 are as follows. As a material, Cu (hfac) (tmvs) is supplied at a flow rate of, for example, about 0.17 g / min. At this time, a carrier gas (H2) is supplied at, for example, about 300 sccm. Further, the temperature at the time of film formation is maintained at about 170 ° C., for example, and the internal pressure is maintained at about 2.6 kPa, for example. Under this condition, the Cu wiring film is formed with a film thickness of about 200 nm.

前述の本実施例（実施例１〜４）と同じ手順で成膜したＣＶＤＣｕ／ＭＯ−ＣＶＤＴｉＮ／Ｓｉウェハーの積層構造を有する試料について、Ｃｕ膜とＴｉＮ膜の密着性の評価としてテープ（メンディングテープ）を用いた引き剥がし試験を行った。下記の表１は、実施例および比較例のテープ引き剥がし試験の評価結果を示す。 For a sample having a laminated structure of a CVDCu / MO-CVDTiN / Si wafer formed by the same procedure as the above-described present example (Examples 1 to 4), a tape (mending was used as an evaluation of adhesion between the Cu film and the TiN film. A peeling test using a tape was conducted. Table 1 below shows the evaluation results of the tape peeling test of Examples and Comparative Examples.

上記の表中では、ＣＶＤＣｕ／ＭＯ−ＣＶＤＴｉＮの積層条件の違い、つまり、ＭＯ−ＣＶＤＴｉＮ成膜後のアニールの有無、および積層過程での雰囲気の違いにより、比較用として比較例Ａ〜Ｃを作成した。ただし、上記アニールの有無、および積層過程での雰囲気以外のＣＶＤＣｕ／ＭＯ−ＣＶＤＴｉＮの積層条件本実施例と同等である。また表中の密着性評価結果において、○はＣｕ膜の剥離がなかったもの、△は一部剥離が確認されたもの、×は完全にＣｕ膜が箔状に剥がれたものを示している。以上のことから、本発明によるＣｕ配線膜の形成方法を用いることにより、Ｃｕ膜と下地であるＴｉＮ膜との密着性を向上させることができることが確認された。 In the above table, Comparative Examples A to C are prepared for comparison according to the difference in the lamination conditions of CVDCu / MO-CVDTiN, that is, the presence or absence of annealing after forming the MO-CVDTiN film and the atmosphere in the lamination process. did. However, the presence / absence of the annealing and the CVDCu / MO-CVDTiN lamination conditions other than the atmosphere in the lamination process are the same as in this example. In the adhesion evaluation results in the table, ◯ indicates that the Cu film has not been peeled, Δ indicates that partial peeling has been confirmed, and × indicates that the Cu film has been completely peeled off in a foil shape. From the above, it was confirmed that the adhesion between the Cu film and the underlying TiN film can be improved by using the method for forming a Cu wiring film according to the present invention.

本発明に係るＣｕ配線膜形成方法を実施するための装置の概略図である。It is the schematic of the apparatus for enforcing the Cu wiring film formation method concerning this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１１ＭＯＣＶＤチャンバ
１２ＣＶＤチャンバ
１３アニールチャンバ
１４搬送モジュール
１８搬送ロボット 11 MOCVD chamber 12 CVD chamber 13 Annealing chamber 14 Transfer module 18 Transfer robot

Claims

ＭＯＣＶＤ法により原料としてテトラキスジアルキルアミノチタン（ＴＤＡＡＴ）を用いて拡散バリア用ＴｉＮ膜を下地膜として成膜し、この下地膜の上に配線用Ｃｕ膜を成膜するＣｕ配線膜形成方法において、前記下地膜の成膜工程と前記Ｃｕ膜の成膜工程の間に、前記下地膜の成膜工程後大気にさらすことなく真空一貫の状態で前記下地膜を２００℃以上の温度で加熱するアニール工程を設け、このアニール工程ではアンモニア単体またはアンモニアガスを含むガスを用い、前記アニール工程の後、前記Ｃｕ膜をＣＶＤ法により成膜することを特徴とするＣｕ配線膜形成方法。 In the Cu wiring film forming method, a diffusion barrier TiN film is formed as a base film using tetrakisdialkylamino titanium (TDAAT) as a raw material by MOCVD, and a wiring Cu film is formed on the base film. between said step of forming the underlying film Cu film deposition process, the annealing process of heating the base film wherein the base film or the 200 ° C. temperature in the state of the consistent vacuum without exposing the film formation process after air the provided using a gas containing ammonia alone or ammonia gas in the annealing step, after said annealing step, the Cu film Cu wiring film forming method, which comprises depositing by a CVD method.

前記アニール工程を１Ｐａ〜１０ｋＰａの圧力範囲で行い、前記アンモニア単体またはアンモニアを含むガスによりラジカルを生成させ、このラジカルにより前記下地膜に残留する不純物を放出させることを特徴とする請求項１に記載のＣｕ配線膜形成方法。The annealing process is performed in a pressure range of 1 Pa to 10 kPa, radicals are generated by the ammonia alone or a gas containing ammonia, and impurities remaining in the base film are released by the radicals. Cu wiring film forming method.