JP2009016782A - 成膜方法及び成膜装置 - Google Patents
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- C23C—COATING 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
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
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Abstract
【解決手段】真空引き可能になされた処理容器14内で、遷移金属を含む遷移金属含有原料ガスと酸素含有ガスとにより被処理体Wの表面に、熱処理により薄膜を形成する。これにより、例えばMn含有膜やCuMn含有合金膜等を、CVD等の熱処理によって形成する際に、微細な凹部でも、高いステップカバレッジで埋め込むことが可能となる。
【選択図】図1
Description
また例えば請求項4に規定するように、前記熱処理は、前記原料ガスと前記酸素含有ガスとを交互に繰り返し供給して成膜を行うALD(Atomic Layer Deposition)法である。
また例えば請求項6に規定するように、前記被処理体は表面に凹部を有しており、前記熱処理により薄膜を形成した後に、前記凹部の底面に形成された薄膜を除去するためのパンチスルー処理を行うようにした。
また例えば請求項8に規定するように、前記パンチスルー処理は、表面全面をエッチバックするエッチング処理である。
また例えば請求項9に規定するように、前記凹部は、断面凹状に形成された溝と、該溝の底部に形成されたホールよりなり、前記パンチスルー処理により除去される薄膜は、前記ホールの底面に形成された薄膜である。
また例えば請求項11に規定するように、前記埋め込み処理は、前記薄膜を形成した処理容器内で行う。
これによれば、同一の装置内で、すなわちin−situで連続処理を行うことができるので、装置コストを大幅に低減することができる。
また例えば請求項15に規定するように、前記被処理体は、前記埋め込み処理の後の工程でアニール処理が施される。
また例えば請求項17に規定するように、前記遷移金属含有原料は、有機金属材料、或いは金属錯体材料よりなる。
また例えば請求項20に規定するように、前記熱処理ではプラズマが併用される。
また請求項21に規定するように、前記原料ガスと前記酸素含有ガスとは、前記処理容器内で初めて混合される。
また請求項22に規定するように、前記酸素含有ガスは、H2 O(水蒸気)、N2 O、NO2 、NO、O3 、O2 、H2 O2 、CO、CO2 、アルコール類よりなる群より選択される1以上の材料よりなる。
また例えば請求項25に規定するように、前記原料ガスは、遷移金属を含む遷移金属含有原料ガスと銅を含む銅含有原料ガスとを有する。
また例えば請求項26に規定するように、前記原料ガスと前記酸素含有ガスとは、前記処理容器内で初めて混合される。
また例えば請求項27に規定するように、前記酸素含有ガスは、H2 O(水蒸気)、N2 O、NO2 、NO、O3 、O2 、H2 O2 、CO、CO2 、アルコール類よりなる群より選択される1以上の材料よりなる。
真空引き可能になされた処理容器内で、遷移金属を含む遷移金属含有原料ガスと酸素含有ガスとにより被処理体の表面に、熱処理により薄膜を形成するようにしたので、インキュベーション時間を短縮しつつ成膜レートを高く維持して、微細な凹部でも、高いステップカバレッジで埋め込むことができ、しかも、同一の処理装置で連続的な処理を行うようにして装置コストを大幅に低減化することができる。
<第1実施例>
図1は本発明に係る成膜装置の第1実施例の一例を示す構成図である。この第1実施例では遷移金属を含む膜としてMn含有膜を成膜するものである。尚、これより説明する各実施例において、酸素含有ガスとして水蒸気(H2 O)を用いた場合を例にとって説明する。図示するように本発明に係る成膜装置12は、例えば断面の内部が略円形状になされたアルミニウム製の処理容器14を有している。この処理容器14内の天井部には必要な処理ガス、例えば成膜ガス等を導入するためにガス導入手段であるシャワーヘッド部16が設けられており、この下面のガス噴射面18に設けた多数のガス噴射孔20A、20Bから処理空間Sに向けて処理ガスを噴射するようになっている。
そして、上記原料ガス流路78、これに介設される開閉弁82、流量制御器84には、原料ガスが再液化することを防止するためにテープヒータ96が巻回され、これらを加熱するようになっている。尚、使用する原料に応じて原料ガス供給手段を複数設置してもよいのは勿論である。
次に本発明装置の第2実施例について説明する。図2は本発明に係る成膜装置の第2実施例の一例を示す構成図である。この第2実施例では遷移金属を含む膜としてCuMn含有合金膜を成膜するものであるが、ここで用いるCu含有原料ガスを用いなければMn含有膜も形成することができる。尚、図1に示す構成部品と同一構成部品については同一参照符号を付して、その説明を省略する。
ここでは図1に示す第1実施例の成膜装置12と、図2に示す第2実施例の成膜装置150を共通に説明する。まず、未処理の半導体ウエハWは、図示しない搬送アームに保持されて開状態となったゲートバルブ28、搬出入口26を介して処理容器14内へ搬入され、このウエハWは、上昇された押し上げピン50に受け渡された後に、この押し上げピン50を降下させることにより、ウエハWを載置台44の上面に載置してこれを支持する。
次に、図3乃至図6も参照して本発明方法による成膜方法を具体的に説明する。
図3は半導体ウエハの凹部を中心とした各工程における薄膜の堆積状況を示す図、図4は本発明の成膜方法の第1及び第2実施例の一部の各工程を示すフローチャートであり、図4(A)はMn含有膜を形成する方法発明の第1実施例の場合を示し、図4(B)はCuMn含有合金膜を形成する方法発明の第2実施例の場合を示す。図5はMn含有膜よりなるシード膜を形成する時のCVD法とALD法による各ガスの供給状態を説明するタイミングチャート、図6はCuMn含有合金膜よりなるシード膜を形成する時のCVD法とALD法による各ガスの供給状態を説明するタイミングチャートである。
下地膜となる上記絶縁層1は、シリコンを含む酸化物、窒化物などからなり、例えばSiO2 よりなる。
まず、シード膜6としてMn含有膜(図4(A)のS1)を形成する場合(図1に示す成膜装置を使用)には、2種類の成膜方法がある。その1つ目の成膜方法は、図5(A)に示すようにMn含有原料ガスと水蒸気とを同時に流し、CVD法によりMn含有膜を形成する方法である。このCVD法の場合、必要に応じて水蒸気の供給のタイミングと供給停止のタイミングを、上記Mn含有原料ガスの対応するタイミングに対してそれぞれ前後に相対的に移動させるようにしてもよい。
また、上記CVD法やALD法に代えて、従来方法であるPVD法(スパッタや蒸着)やメッキ法を用いて、上記Cu膜よりなる金属膜8を形成して埋め込みを行うようにしてもよい。
次に、図4(A)及び図4(B)のS3に示すアニール処理(図3(D)参照)を行う場合には、上記埋め込み処理が完了したウエハWを、前述したように所定の濃度の酸素含有ガスの雰囲気中で所定のプロセス温度、例えば100〜450℃程度に加熱し、これにより、シード膜6と下地膜となるSiO2 膜よりなる絶縁層1との境界部分に、自己整合的にMnSixOy膜よりなるバリヤ層112を確実に形成する。なおアニール処理時には、上述したように処理容器内に酸素等(酸素供給手段は図示せず)を供給する際に、酸素分圧を例えば10ppb程度にコントロール可能な構成としてもよい。
次に図1に示す成膜装置を用いて図4(A)のステップS1で説明したような成膜方法でMn含有膜を形成する実験を行ったので、そのMn含有膜の評価について図7及び図8を参照して説明する。ここでは図5(A)で示したCVD法によりMn含有膜を成膜した。図7はH2 O流量のMn含有膜の成膜速度に対する依存性を示すグラフであり、成膜速度を測定するための膜厚測定にはXRF(蛍光X線分析)を用いた。図8はMn含有膜の成膜に対するH2 Oの影響を調べるためのX線回折グラフである。
Mn含有原料((EtCp)2 Mn):2.2sccm
バブリングAr:25sccm
ウエハ温度:100℃
プロセス圧力:133Pa
H2 O:0〜20sccm
成膜時間:30min
図7に示すように成膜速度はH2 O流量の増加に伴って最初のうちは比例して増加するが、H2 O流量が4.5sccm程度に達すると成膜速度は90nm/min程度になって飽和し、その後はこの値が維持されている。
0.001≦M1/M2≦50
上記のように”M1/M2”が0.5〜2の範囲内であれば、Mn含有原料ガスは常に過剰気味に供給されることになるので、供給量の精度の高い制御が難しいMn含有原料ガスの供給量が不安定になっても、供給量の精度の高い制御が簡単なH2 Oの供給量の安定的な制御を行えば、成膜速度を安定してコントロールすることができる。
Mn含有原料 :(EtCp)2 Mn
バブリングガス:Ar 25sccm
基板温度 :100℃
プロセス圧力 :133Pa
H2 O :0.2sccm
原料ボトル温度:70℃
成膜時間 :15min
基板温度:400℃
圧力 :665Pa
加熱時間:40min
ところで、上記方法発明の各実施例において、Mnを含有するシード膜6を形成した場合、ウエハWの上面側(絶縁層1の上面:図3参照)のみならず、凹部2の内面全体にもシード膜6が形成されるが、このシード膜6は電気的には絶縁性を有することから下層の配線層3と接続されるホール2Bの底面に堆積したシード膜6を除去して下層の配線層3とのコンタクト抵抗を低減させるのが望ましい。
t3<t2≦t1
また、上記各実施例ではMn含有膜の成膜のために水蒸気を用いたが、これに加えてH2 ガスを還元ガスまたはキャリアガスとして用いてもよい。
更には、ここでは遷移金属としてMnを用いた場合を例にとって説明したが、これに限定されず、他の遷移金属、例えばNb、Zr、Cr、V、Y、Pd、Ni、Pt、Rh、Tc、Al、Mg、Sn、Ge、Ti、Reよりなる群から選択される1以上の金属を用いることができる。
更には、熱処理による成膜に限定されず、例えばシャワーヘッド部16を上部電極とし、載置台44を下部電極として両電極間に高周波電力を必要に応じて印加してプラズマを立てるようにし、成膜時にプラズマによるアシストを加えるようにしてもよい。
更に、ここでは被処理体として半導体ウエハを例にとって説明したが、これに限定されず、ガラス基板、LCD基板、セラミック基板等にも本発明を適用することができる。
2 凹部
3 配線層
6 シード膜
8 金属膜
12 成膜装置
14 処理容器
16 シャワーヘッド部(ガス導入手段)
40 載置台構造
44 載置台
46 抵抗加熱ヒータ(加熱手段)
64 真空排気系
70 真空ポンプ
72 原料ガス供給手段
74 酸素含有ガス供給手段
78 原料ガス流路
86 第1の原料源
94 第2の原料源
100 ガス流路
108 制御手段
110 記憶媒体
112 バリヤ層
W 半導体ウエハ(被処理体)
Claims (31)
- 真空引き可能になされた処理容器内で、遷移金属を含む遷移金属含有原料ガスと酸素含有ガスとにより被処理体の表面に、熱処理により薄膜を形成するようにしたことを特徴とする成膜方法。
- 真空引き可能になされた処理容器内で、遷移金属を含む遷移金属含有原料ガスと銅を含む銅含有原料ガスと酸素含有ガスとにより被処理体の表面に、熱処理により薄膜を形成するようにしたことを特徴とする成膜方法。
- 前記熱処理は、CVD(Chemical Vapor Deposition)法であることを特徴とする請求項1又は2記載の成膜方法。
- 前記熱処理は、前記原料ガスと前記酸素含有ガスとを交互に繰り返し供給して成膜を行うALD(Atomic Layer Deposition)法であることを特徴とする請求項1又は2記載の成膜方法。
- 前記熱処理は、前記2つの原料ガスを間欠期間を挟んで交互に繰り返し供給すると共に、前記間欠期間の時に前記酸素含有ガスを供給するようにしたことを特徴とする請求項2記載の成膜方法。
- 前記被処理体は表面に凹部を有しており、前記熱処理により薄膜を形成した後に、前記凹部の底面に形成された薄膜を除去するためのパンチスルー処理を行うようにしたことを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の成膜方法。
- 前記パンチスルー処理は、除去対象箇所以外の表面をレジストで覆った状態で行うエッチング処理であることを特徴とする請求項6記載の成膜方法。
- 前記パンチスルー処理は、表面全面をエッチバックするエッチング処理であることを特徴とする請求項6記載の成膜方法。
- 前記凹部は、断面凹状に形成された溝と、該溝の底部に形成されたホールよりなり、前記パンチスルー処理により除去される薄膜は、前記ホールの底面に形成された薄膜であることを特徴とする請求項6乃至8のいずれか一項に記載の成膜方法。
- 前記薄膜が形成された被処理体上に、CVD法により銅膜を堆積して前記被処理体の凹部の埋め込み処理を行うようにしたことを特徴とする請求項1乃至9のいずれかに記載の成膜方法。
- 前記埋め込み処理は、前記薄膜を形成した処理容器内で行うことを特徴とする請求項10記載の成膜方法。
- 前記被処理体は、前記埋め込み処理の後の工程でアニール処理が施されることを特徴とする請求項10又は11に記載の成膜方法。
- 前記アニール処理は、前記埋め込み処理をした処理容器内で行うことを特徴とする請求項12記載の成膜方法。
- 前記薄膜が形成された被処理体上に、メッキ法により銅膜を堆積して前記被処理体の凹部の埋め込み処理を行うようにしたことを特徴とする請求項1乃至9のいずれかに記載の成膜方法。
- 前記被処理体は、前記埋め込み処理の後の工程でアニール処理が施されることを特徴とする請求項14記載の成膜方法。
- 前記薄膜の下地膜は、SiO2 膜とSiOF膜とSiC膜とSiN膜とSiOC膜とSiCOH膜とSiCN膜とポーラスシリカ膜とポーラスメチルシルセスキオキサン膜とポリアリレン膜とSiLK(登録商標)膜とフロロカーボン膜とよりなる群から選択される1つ以上の膜よりなることを特徴とする請求項1乃至15のいずれかに記載の成膜方法。
- 前記遷移金属含有原料は、有機金属材料、或いは金属錯体材料よりなることを特徴とする請求項1乃至16のいずれかに記載の成膜方法。
- 前記遷移金属はマンガン(Mn)よりなり、該マンガンを含む有機金属材料は、Cp2 Mn[=Mn(C5 H5 )2 ]、(MeCp)2 Mn[=Mn(CH3 C5 H4 )2 ]、(EtCp)2 Mn[=Mn(C2 H5 C5 H4 )2 ]、(i−PrCp)2 Mn[=Mn(C3 H7 C5 H4 )2 ]、MeCpMn(CO)3 [=(CH3C5H4)Mn(CO)3 ]、(t−BuCp)2 Mn[=Mn(C4 H9 C5 H4 )2 ]、CH3 Mn(CO)5 、Mn(DPM)3 [=Mn(C11H19O2 )3 ]、Mn(DMPD)(EtCp)[=Mn(C7 H11C2 H5 C5 H4 )]、Mn(acac)2 [=Mn(C5 H7 O2 )2 ]、Mn(DPM)2[=Mn(C11H19O2)2]、Mn(acac)3[=Mn(C5H7O2)3]、Mn(hfac)2[=Mn(C5HF6O2)3]、((CH3)5Cp)2Mn[=Mn((CH3)5C5H4)2]よりなる群から選択される1以上の材料であることを特徴とする請求項17記載の成膜方法。
- 前記マンガンを含む遷移金属含有原料ガスの供給量M1と前記酸素含有ガスの供給量M2との比M1/M2は0.001〜50の範囲内であることを特徴とする請求項18記載の成膜方法。
- 前記熱処理ではプラズマが併用されることを特徴とする請求項1乃至19のいずれかに記載の成膜方法。
- 前記原料ガスと前記酸素含有ガスとは、前記処理容器内で初めて混合されることを特徴とする請求項1乃至20のいずれかに記載の成膜方法。
- 前記酸素含有ガスは、H2 O(水蒸気)、N2 O、NO2 、NO、O3 、O2 、H2 O2 、CO、CO2 、アルコール類よりなる群より選択される1以上の材料よりなることを特徴とする請求項1乃至21のいずれかに記載の成膜方法。
- 被処理体の表面に、熱処理によって遷移金属を含む薄膜を形成する成膜装置において、
真空引き可能になされた処理容器と、
前記処理容器内に設けられて前記被処理体を載置するための載置台構造と、
前記被処理体を加熱する加熱手段と、
前記処理容器内へガスを導入するガス導入手段と、
前記ガス導入手段へ原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、
前記ガス導入手段へ酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給手段と、
を備えたことを特徴とする成膜装置。 - 前記原料ガスは、遷移金属を含む遷移金属含有原料ガスであることを特徴とする請求項23記載の成膜装置。
- 前記原料ガスは、遷移金属を含む遷移金属含有原料ガスと銅を含む銅含有原料ガスとを有することを特徴とする請求項24記載の成膜装置。
- 前記原料ガスと前記酸素含有ガスとは、前記処理容器内で初めて混合されることを特徴とする請求項23乃至25のいずれかに記載の成膜装置。
- 前記酸素含有ガスは、H2 O(水蒸気)、N2 O、NO2 、NO、O3 、O2 、H2 O2 、CO、CO2 、アルコール類よりなる群より選択される1以上の材料よりなることを特徴とする請求項23乃至26のいずれかに記載の成膜装置。
- 成膜装置に用いられ、コンピュータ上で動作するコンピュータプログラムを格納した記憶媒体であって、
前記コンピュータプログラムは、請求項1乃至22のいずれか1つに記載の成膜方法を実施するようにステップが組まれていることを特徴とする記憶媒体。 - 真空引き可能になされた処理容器と、
前記処理容器内に設けられて被処理体を載置するための載置台構造と、
前記被処理体を加熱する加熱手段と、
前記処理容器内へガスを導入するガス導入手段と、
前記ガス導入手段へ原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、
前記ガス導入手段へ酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給手段と、
装置全体を制御する制御手段とを有する成膜装置を用いて前記被処理体の表面に熱処理によって遷移金属を含む薄膜を形成するに際して、
請求項1乃至22のいずれかに記載の成膜方法を実施するように前記成膜装置の動作を制御するコンピュータ読み取り可能なプログラムを記憶することを特徴とする記憶媒体。 - 請求項1乃至22のいずれかに記載の成膜方法によって形成された膜構造を有することを特徴とする半導体装置。
- 請求項1乃至22のいずれかに記載の成膜方法によって形成された膜構造を有する半導体装置を備えることを特徴とする電子機器。
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