JP3403357B2 - 配線形成方法及び配線形成装置 - Google Patents
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Description
配線形成装置及び配線及び集積回路に関し、特に埋め込
みを十分行うことにより、ボイド(空隙)の発生及び断
線を防止する配線形成方法及び配線形成装置及び配線及
び配線を有する集積回路に関する。
く、ミクロンからナノメータレベルの設計ルールが適用
され始めている(e.g.The National
Technology Roadmap for Se
miconductors Technology N
eeds,SIA,1997edition)。また、
配線を多層に配置して集積化を図る多層配線構造が採用
されている。これら絶縁体を介して層状に配置された配
線間の電気接続は、絶縁体に設けられた孔(以下、接続
孔という。)に導電性のある配線材料を埋め込むことに
よって行われる。これは、埋め込み配線と呼ばれる(以
下、垂直配線ともいう。)。なお、接続孔には、コンタ
クトホールとビアホールも含まれる。
理蒸着法(PVD法)(physical vapor
deposition)や化学蒸着法(CVD法)
(chemical vapor depositio
n)等による金属成膜技術が使われる。PVD法は、お
おまかに言うと次のような方法である。まず、アルゴン
ガス等をプラズマにし電圧を印加することにより加速さ
せる。そして、埋め込みたいターゲット材料に衝突させ
る。すると、ターゲット材料の原子が飛び出し、それを
接続孔に吸着させることによって埋め込む方法である。
また、CVD法は、簡単にいうと原料をガス状態で供給
し、下地膜の表面における化学反応によって薄膜を堆積
させる方法である。
デバイスの微細化が行われるとともに、微細化されたデ
バイスの性能を最大限に引き出すため配線の微細化及び
配線の多層化が進んでいる。この配線に対する微細化の
程度は、縦方向の微細化よりも横方向の微細化が進んで
いる。したがって、従来の接続孔と比較して深さと直径
の比(アスペクト比)が変化する。すなわち、微細化と
ともにアスペクト比が大きくなる。例えば、4Gビット
DRAMでは、最大6〜8にも達する。
対して、従来通りのPVD法やCVD法を用いると接続
孔に配線材料を十分に埋め込むことができないという問
題が生じる。ここで、不十分な接続孔の埋め込みで生じ
たボイドを図6に示す。図6において、接続孔10は、
絶縁体Cを介して配線Aと配線Bを電気接続するために
形成された孔である。したがって、接続孔10には、配
線材料101を隙間なく埋め込むことが望ましい。しか
し、従来通りの埋め込み方法では、埋め込みを十分行う
ことができずボイド102が生じ、配線抵抗の増加やひ
どい場合には断線が生じるという問題が起こる。この問
題が起こるのは、埋め込みの初期段階で形成する金属薄
膜が接続孔10の側面で不均一に形成されるためであ
る。さらにひどい場合は、接続孔10の側面に埋め込み
の初期段階で形成する金属薄膜が形成されない。
埋め込むことができるか否かは、接続孔10の表面と埋
め込む配線材料の原子あるいは分子との「ぬれ」性に支
配される。このため、一般にぬれ性のよい表面を形成す
る表面改質が行われる。配線材料からなる極めて薄い金
属薄膜を形成し、これを初期成長表面として利用する方
法も表面改質と同じであり、この場合、この金属薄膜を
Wetting層と呼ぶ。すなわち、Wetting層
は、その後の配線材料の埋め込みを十分に行うために形
成されるものである。上述した「ぬれ」は、固体表面の
化学親和力で決定される。
g層が接続孔10の側面で不均一に形成されるとその
後、十分な埋め込みを行うことができず、ボイド102
が発生してしまう。なぜなら、PVD法の場合は、幾何
学的理由から十分な埋め込みができないからである。ま
た、不均一に形成されたWetting層に対して、そ
の後CVD法を用いると、Wetting層の不均一さ
に応じて成膜速度に差が生じる。なぜなら、Wetti
ng層の表面密度に成膜速度が相対的に比例するためで
ある。このため、成膜速度の速い領域に配線材料が堆積
することによって接続孔10が塞がってしまい、接続孔
内部に原料が供給されないことになる。したがって、十
分埋め込みを行うことができない。
続孔に十分配線材料を埋め込むことができない。このた
め、ボイドが生じ配線抵抗の増加やひどい場合には断線
が生じるという問題がある。
来技術の欠点を除くためになされたものであって、その
目的とするところは、均一な初期成長表面(Wetti
ng層)を形成し配線材料の埋め込みを十分行うことに
より、ボイドの発生による配線抵抗の増加や断線を防止
することにある。
や断線を防止することにより、配線の導電性に対する信
頼性向上を図ることにある。
デバイスの集積回路としての性能を十分引き出すため、
信頼性のある埋め込み配線(垂直配線)を提供すること
にある。
方法は、絶縁膜に形成された孔に対して配線材料を埋め
込んだ配線を形成する配線形成方法において、 絶縁膜に
孔を形成する孔形成工程と、 上記孔形成工程後に、孔を
洗浄し孔の汚れを除去する洗浄工程と、 上記洗浄工程後
に、上記絶縁体を加熱するとともに上記絶縁体の表面に
所定の原料を拡散させて供給し、その原料を熱により孔
の表面で解離させ、解離した解 離物質を孔の表面に化学
吸着させることにより、孔の表面に対して化学親和力を
与え、孔の表面で化学反応を起こしやすい状態をつくる
表面処理工程と、 上記表面処理工程後に、上記配線材料
を有する化合物に対して電子を供与する電子供与性材料
を供給し、上記孔の表面に化学吸着した解離物質を核と
して上記解離物質の一部を孔の表面に残存させたまま上
記電子供与性材料による電子供与性膜を成長させて、上
記配線材料を有する化合物に対して電子を供与すること
により上記配線材料を有する化合物に対して、その一種
類の化合物から上記配線材料を含む二種類以上の物質を
生ずる不均化反応を起こさせる性質を有する電子供与性
膜を形成する電子供与性膜形成工程と、 上記電子供与性
膜形成工程後、上記電子供与性膜の表面に上記配線材料
を有する化合物を供給し電子供与性膜から電子の供与を
受けて上記配線材料を有する化合物に不均化反応を起こ
させて上記化合物から配線材料を生じさせることにより
上記電子供与性膜の表面に配線材料からなるウエッティ
ング層を形成し、このウエッティング層の表面に配線材
料を供給して孔に対して配線材料の埋め込みをする埋め
込み工程とを備えることを特徴とする。
ちいずれかの原料を供給する原料供給工程を備えること
を特徴とする。 (a)水素原子、又は、水素分子。 (b)B(ホウ素)、C(炭素)、N(窒素)、P(リ
ン)、Si(ケイ素)、Ge(ゲルマニウム)、As
(ヒ素)、Mg(マグネシウム)、Ta(タンタル)、
Nb(ニオブ)、W(タングステン)、Ni(ニッケ
ル)、Cu(銅)、Ag(銀)、Au(金)の水素化
物、有機化合物、又は、錯体化合物。 (c)B、C、N、P、Si、Ge、As、Mg、T
a、Nb、W、Ni、Cu、Ag、Auの二原子分子の
水素化物、有機化合物、錯体化合物。 (d)B、C、N、P、Si、Ge、As、Mg、T
a、Nb、W、Ni、Cu、Ag、Au原子のハロゲン
化物、又は、B、C、N、P、Si、Ge、As、M
g、Ta、Nb、W、Ni、Cu、Ag、Auの二原子
分子のハロゲン化物。 (e)環状水素化物。 (f)有機化合物。 (g)錯体化合物。
せる解離物質の密度を1E12個/(平方センチメート
ル)以上とすることを特徴とする。
形成された孔に対して配線材料を埋め込んだ配線を形成
する配線形成装置において、 絶縁膜に孔を形成する孔形
成部と、 上記孔形成部により形成された孔を洗浄し孔の
汚れを除去する洗浄部と、 上記洗浄部により洗浄された
上記絶縁体を加熱するとともに上記絶縁体の表面に所定
の原料を拡散させて供給し、その原料を熱により孔の表
面で解離させ、解離した解離物質を孔の表面に化学吸着
させることにより、孔の表面に対して化学親和力を与
え、孔の表面で化学反応を起こしやすい状態をつくる表
面処理部と、 上記表面処理部により化学親和力を与えら
れた孔に、上記配線材料を有する化合物に対して電子を
供与する電子供与性材料を供給し、上記孔の表面に化学
吸着した解離物質を核として上記解離物質の一部を孔の
表面に残存させたまま上記電子供与性材料による電子供
与性膜を成長させて、上記配線材料を有する化合物に対
して電子を供与することにより上記配線材料を有する化
合物に対して、その一種類の化合物から上記配線材料を
含む二種類以上の物質を生ずる不均化反応を起こさせる
性質を有する電子供与性膜を形成する電子供与性膜形成
部と、 上記電子供与性膜形成部により形成された上記電
子供与性膜の表面に上記配線材料を有する化合物を供給
し電子供与性膜から電子の供与を受けて上記配線材料を
有する化合物に不均化反応を起こさせて上記化合物から
配線材料を生じさせることにより上記電子供与性膜の表
面に配線材料からなるウエッティング層を形成し、この
ウエッティング層の表面に配線材料を供給して孔に対し
て配線材料の埋め込みをする埋め込み部とを備えること
を特徴とする。
いずれかの原料を供給することを特徴とする。 (a)水素原子、又は、水素分子。 (b)B(ホウ素)、C(炭素)、N(窒素)、P(リ
ン)、Si(ケイ素)、Ge(ゲルマニウム)、As
(ヒ素)、Mg(マグネシウム)、Ta(タンタル)、
Nb(ニオブ)、W(タングステン)、Ni(ニッケ
ル)、Cu(銅)、Ag(銀)、Au(金)の水素化
物、有機化合物、又は、錯体化合物。 (c)B、C、N、P、Si、Ge、As、Mg、T
a、Nb、W、Ni、Cu、Ag、Auの二原子分子の
水素化物、有機化合物、錯体化合物。 (d)B、C、N、P、Si、Ge、As、Mg、T
a、Nb、W、Ni、Cu、Ag、Au原子のハロゲン
化物、又は、B、C、N、P、Si、Ge、As、M
g、Ta、Nb、W、Ni、Cu、Ag、Auの二原子
分子のハロゲン化物。 (e)環状水素化物。 (f)有機化合物。 (g)錯体化合物。
る物質の密度を1E12個/(平方センチメートル)以
上とすることを特徴とする。
下、ICという。)の製造工程における本発明に係る実
施の形態を説明する。
ロセス)は大きく分けると「前」工程と「後」工程とに
分けることができる。「前」工程は、ウェハ上にIC素
子を作り込む工程である。一方、「後」工程は、ウェハ
上のIC素子とIC素子とを電気的に配線接続する工程
である。本発明は「後」工程において実施されるもので
ある。
態は、接続孔形成工程S1と洗浄工程S2を行った後に
組み込まれる。すなわち、接続孔形成工程S1は、絶縁
膜(絶縁体からなる膜)に接続孔を形成するために必要
な工程である。次に、洗浄工程S2は、接続孔形成後の
ごみや不純物などのウェハ上の汚れを除去する工程であ
る。
縁膜を形成する絶縁膜形成工程S101と、絶縁膜形成
工程S101で形成された絶縁層にフォトリソグラフィ
ー技術によって接続孔を形成するフォトリソグラフィー
工程S102とを有する。
めごみや不純物などの汚れを除去する除去工程S201
を有する。その後、配線工程(表面処理工程S3、電子
供与性膜形成工程S4、埋め込み工程S5)における酸
化を防止するためにアニール(水分脱離)工程S202
を有する。
形態は、図1に示すように接続孔表面に化学親和力を与
える表面処理工程S3を有する。化学親和力とは、物質
がある物質と化学反応を引き起こす度合をいう。したが
って、本明細書では、不対電子を有する物質やイオン化
した物質が不対電子を有しない物質やイオン化していな
い物質よりも化学反応を引き起こしやすいという意味で
化学親和力という言葉を用いる。上述した不対電子と
は、一つの原子(分子)軌道が一個の電子のみで占めら
れているとき、その電子をいう。通常、原子(分子)軌
道は、スピンの向きが反対の二つの電子が占有すること
ができる。したがって、不対電子を有する物質は、原子
(分子)軌道にもう一つ電子を占有することが可能であ
る。言い換えれば、化学反応を起こしやすい状態であ
り、化学親和力の大きい状態といえる。また、上述した
イオン化には、分子を構成する原子の電気陰性度が異な
るため共有電子対が電気陰性度の大きい原子に引き付け
られることによって、分子が極性を有することになる場
合も含む。
質を絶縁体表面に吸着させる吸着工程S30を有する。
この吸着工程S30は、まず、接続孔を有する絶縁体を
加熱する加熱工程S301を有する。この加熱工程S3
01は、この後供給する物質を解離させるために必要な
工程である。ここで、解離とは、一つの分子がその分子
を構成している原子あるいは原子団に分解することをい
う。
縁体と化学吸着させる物質の原料となる物質を供給し拡
散させる原料供給工程S302を有する。そして、原料
供給工程S302で拡散された原料は、加熱工程S30
1で加熱された絶縁体表面に接触することによって解離
し、絶縁体と化学吸着する。ここで、化学吸着とは、固
体表面に原子(分子)が付着したとき、接続孔表面の原
子(分子)と付着した原子(分子)との間で電子の交換
をし、あるいは混成軌道を形成し化学結合を形成する吸
着をいう。このように表面処理工程S3を構成すること
により、接続孔表面に原料を化学吸着させることができ
る。すなわち、吸着した物質が接続孔表面の物質に電子
を与えることによりイオン化した物質又は不対電子を有
する物質となる。また、逆の現象、すなわち、接続孔表
面の物質から吸着した物質に電子を与えることによって
も、吸着した物質がイオン化した物質又は不対電子を有
する物質となる。以下、このイオン化した物質又は不対
電子を有する物質を活性点ともいう。このようにして、
接続孔表面に化学親和力を与えることができる。
で形成される電子供与性膜や、埋め込み工程で形成され
るWetting層を均一に形成するためには、表面処
理工程S3で吸着させる物質(活性点)の密度を、一平
方センチメートルあたり10の12乗個以上とすること
が望ましい。ここで、通常、固体表面の原子密度は、の
一平方センチメートルあたり10の15乗個程度であ
る。したがって、言い換えると接続孔表面の原子密度に
対して、その千分の一以上の密度になるように吸着させ
ることが望ましい。
た物質又は不対電子を有する物質(活性点)を化学吸着
させることによって、接続孔表面に化学親和力を与える
ことを目的としている。つまり、上記目的を達成できれ
ば加熱工程S301を使用しなくてもよい。例えば、高
周波を印加することにより吸着させたい物質をプラズマ
化して、接続孔表面に供給してもよい。したがって、上
記した解離には一つの分子が、それを構成している原子
又は原子団のイオンに分解することも含まれる。
料は、接続孔表面の絶縁体と化学吸着することによりイ
オン化又は不対電子を有する物質になることが望まし
い。このような観点から、原料は以下に述べる物質が望
ましい。 (a)水素原子又は、水素分子。 (b)B(ホウ素)、C(炭素)、N(窒素)、P(リ
ン)、Si(ケイ素)、Ge(ゲルマニウム)、As
(ヒ素)、Mg(マグネシウム)、Ta(タンタル)、
Nb(ニオブ)、W(タングステン)、Ni(ニッケ
ル)、Cu(銅)、Ag(銀)、Au(金)の水素化
物、有機化合物、又は錯体化合物。 (c)B、C、N、P、Si、Ge、As、Mg、T
a、Nb、W、Ni、Cu、Ag、Auの二原子分子の
水素化物、有機化合物、錯体化合物。 (d)B、C、N、P、Si、Ge、As、Mg、T
a、Nb、W、Ni、Cu、Ag、Au原子のハロゲン
化物、又は、B、C、N、P、Si、Ge、As、M
g、Ta、Nb、W、Ni、Cu、Ag、Auの二原子
分子のハロゲン化物。 (e)環状水素化物。 (f)有機化合物。 (g)錯体化合物。
に一つの電子のみを有する。つまり、不対電子を有して
いるため、接続孔表面に化学吸着しやすい。また、水素
の電気陰性度は、シリコン原子(Si)や酸素原子
(O)に比べて小さい。このため、化学吸着した水素原
子は極性を帯びる(イオン化する)ことになり接続孔表
面に化学親和力を与えることができる。
化物も水素の電気陰性度の方が小さいと、水素側がプラ
スの電気を帯びることになる。また、水素化物の分子軌
道を占有する二つ電子のうち一つが絶縁体を構成する原
子と結合するために使われ、残りの一つが不対電子とな
ることもある。したがって、接続孔表面に化学親和力を
与えることができる。
ロゲンとは、周期表の7Bに属するフッ素、塩素、臭
素、ヨウ素、アスタチンの5元素の総称である。このハ
ロゲンは、最外殻の価電子数が7つであり最大数である
8つに1つ足りない。最外殻の価電子数が最大である原
子は安定であるため、ハロゲンは、他の原子から電子を
受け取り易い。すなわち、B(ホウ素)等に比べて電気
陰性度が大きい。したがって、上記(d)のハロゲン化
物は構造により極性を有することとなる。このため、接
続孔表面に化学親和力を与えることができる。
示すように電子供与性膜形成工程S4を有する。この電
子供与性膜形成工程S4は、配線材料(例えば、銅やア
ルミニウム)を有する化合物に電子を供与する性質(以
下、電子供与性という。)のある膜を形成する工程であ
る。すなわち、表面処理工程S3で吸着させた物質を核
として電子供与性のある膜を形成する工程である。この
膜は、後述するWetting層形成工程S501で使
用されるCVD法の原料に対し電子を与え、CVD原料
に不均化反応を起こさせる性質を有するものである。つ
まり、電子供与性膜形成工程S4は、上記性質を有する
膜を形成することによりWetting層形成工程S5
01で行われる配線材料の形成をしやすくするための工
程である。また、CVD法は、下地が均一であることを
前提とするが、上記表面処理工程S3によって化学親和
力を有する物質(活性点)が十分提供されているため、
電子供与性膜形成工程S4で膜(下地)を均一に形成す
ることができる。
は、一種類の物質が、二分子あるいはそれ以上で相互に
酸化・還元その他の反応を行った結果、二種類以上の物
質を生ずることをいう。例えば、酸化・還元反応で説明
する。銅(Cu)には、一価のプラスイオンであるCu
+と二価のプラスイオンであるCu2+がある。このと
き、一種類のCu+の間で電子の授受を行うと、一方が
酸化されてCu2+になり、もう一方が還元されてCuと
なる反応である。酸化とは、電子を失う反応であり、還
元とは電子を得る反応である。したがって、不均化反応
を行うためには最低ニ価のイオンになることができる必
要がある。
は、二価以上にイオン化し、また埋め込み工程S5で行
うCVD原料に対して電子を与えることによりCVD原
料に不均化反応を起こさせる性質を持つ。具体的には、
Mg(マグネシウム)、Al(アルミニウム)、P(リ
ン)、S(硫黄)、Ti(チタン)、V(バナジウ
ム)、Cr(クロム)、Mn(マンガン)、Co(コバ
ルト)、Ni(ニッケル)、Cu(銅)、Nb(ニオ
ブ)、Mo(モリブデン)、Ag(銀)、Hg(水
銀)、Ta(タンタル)、W(タングステン)、Pt
(プラチナ)、Au(金)、または、これらの原子とS
i(ケイ素)の化合物、これらの原子とB(ホウ素)の
化合物、これらの原子とN(窒素)の化合物がある。
程S4で形成する膜は、埋め込み工程S5で行うCVD
原料に対して電子を与えることにより、CVD原料に不
均化反応を起こさせる性質を有している。しかし、要は
埋め込み工程S5で行うCVD原料に対して不均化反応
を起こさせればよい。したがって、電子を供与する性質
の膜を形成する電子供与性膜形成工程S4の代わりに不
均化反応の活性化エネルギーを低下させる触媒作用を有
する膜を形成するものであってもよい。
示すように埋め込み工程S5を有する。この埋め込み工
程S5は、接続孔に導電性のある配線材料を埋め込むた
めの工程である。埋め込み工程S5は、まず、ぬれ性の
よい初期成長表面(Wetting層)を形成するWe
tting層形成工程S501を有する。その後、CV
D法、PVD法、メッキ法等により配線材料の埋め込み
を行う工程S502を有する。
一般に埋め込み材料に対して加熱処理や加圧処理を行う
工程S503を有する。埋め込んだ配線材料には一般に
転位等による内部歪みが存在する。このような状態はエ
ネルギーが高いため、内部歪みのない状態に緩和する。
この緩和過程においては電気伝導率等の膜質も変化す
る。したがって、安定した電気伝導率を得るため早く内
部歪みのない状態に緩和させる必要がある。緩和は室温
程度の温度でも起こるが、室温程度の温度では緩和する
ために多大な時間がかかる。一方、加熱や加圧をすると
短時間で緩和する。すなわち、内部歪みを短時間で緩和
させるため、上述した加熱処理や加圧処理を行うのであ
る。
成されており、以下にその動作及び作用について説明す
る。
に酸化膜を気相成長させ層間絶縁膜を形成する。次に、
形成した絶縁膜に対し、図2の(b)に示すようにフォ
トリソグラフィーの技術を用いて接続孔を形成する(接
続孔形成工程S1)。その後、図2の(c)に示すよう
に接続孔を形成することによって発生したごみや不純物
を洗浄し、加熱することにより水分を除去する(洗浄工
程S2)。
有する絶縁体を加熱し、接続孔表面の絶縁体と化学吸着
させる物質の原料ガスを絶縁体表面に拡散させる。原料
ガスが加熱された接続孔表面に接触すると、加熱された
絶縁体からエネルギーを与えられるため、化学結合が切
れて分解する。この分解した物質は、図2の(e)に示
すように接続孔表面の原子に化学吸着し活性点になる
(表面処理工程S3)。
をCVD法によって形成する。すなわち、図2の(f)
に示すように絶縁体表面を加熱し、原料ガスを供給す
る。すると、原料ガスが分解し、化学反応により電子供
与性のある物質が生成される。そして、図2の(g)に
示すように、この電子供与性のある物質は化学親和力の
ある活性点を核として成長する。この活性点は十分提供
されているため、均一な膜を形成することができる(電
子供与性膜形成工程S4)。
を形成する。すなわち、図2の(h)に示すように絶縁
体表面を加熱し、配線材料を不均化反応によって生成す
る原料を供給する。原料が接続孔表面に接触すると電子
供与性膜から電子を受け取り不均化反応が起こる。する
と、不均化反応で生成された配線材料が電子供与性膜の
表面に形成される。その後、図2の(i)に示すように
PVD法、CVD法、メッキ法などにより埋め込みを行
う。そして、埋め込みを行った後、原子欠陥を無くすた
め図2の(j)に示す加熱処理あるいは加圧処理を行う
(埋め込み工程S5)。
成工程S4を有している。この工程が必要な理由は、そ
の後埋め込む配線材料に対して「ぬれ」性のよい膜を形
成するとともに、電子を供与することにより不均化反応
を起こさせるためである。また、電子供与性膜形成工程
S4を行わず、埋め込み工程S5を行うと絶縁体と配線
材料とが化学反応を起こし電気伝導性のない酸化物が生
成され、配線の抵抗増加を招くからである。すなわち、
電子供与性膜形成工程S4で膜を形成することにより配
線材料と絶縁体との化学反応を直接生じさせないためで
ある。
の核となる活性点を形成する表面処理工程S3を有す
る。したがって、活性点が十分に形成され、配線材料と
絶縁体との化学反応を防ぐことができる場合、電子供与
性膜形成工程S4を行わなくてもよい。すなわち、図3
に示すように構成することも可能である。
程S32を経ることにより形成された接続孔表面に表面
処理工程S33で活性点を形成し、上記表面に化学親和
力を与える。そして、電子供与性膜形成工程は行わず、
埋め込み工程S34を行うことによって埋め込み配線
(垂直配線)を形成するものである。
たWetting層形成工程S501は、必ずしも必須
ではなく、すぐに本格的な埋め込みを行ってもよい。さ
らに、加熱処理又は加圧処理を行う工程S503も必須
ではない。すなわち、緩和による電気伝導率の変化が問
題とならなければ行わなくてもよい。
埋め込む場合を例にとって説明する。図4に示すように
本発明に係る配線形成装置は、表面処理部1と電子供与
性膜形成部2と埋め込み処理部3とを備えている。各部
は、加熱及び圧力を変化させることができる。
が搬送される経路を示している。すなわち、層間絶縁膜
(SiO2)に接続孔を形成し水分脱離を行ったウェハ
が図4に示す「IN」から搬入され、配線形成が行われ
た後「OUT」から搬出されることを表わしている。
ったウェハを図4に示す表面処理部1に搬入する。表面
処理部1ではウェハを室温から400℃まで加熱し、ウ
ェハ表面に図5に示すヒドラジン(N2H4)を供給す
る。そして、ヒドラジンが加熱された接続孔表面に接触
すると化学式(1)に示すように窒素間の共有結合が切
れて不対電子を有するNH2分子に分解する。 N2H4 → 2NH2 (1) このNH2分子は化学親和力を有するため、図5に示す
ようにSiO2表面に化学吸着する。ここで窒素(N)
は、水素(H)に比べて電気陰性度が大きいためN−H
結合の電子は、窒素(N)に引っ張られる。また、NH
2分子の構造は、ヒドラジンのような対称性はない。し
たがって、吸着したNH2分子は極性を有する。すなわ
ち、化学親和力を有する。このようにして化学親和力を
与えた接続孔表面を形成することができる。
法によってTaNを成膜する。すなわち、0.1Tor
r〜10Torrの圧力下で上記表面処理をしたウェハ
を室温から300℃〜500℃程度まで加熱する。そし
て、ペンタエトキシド(Ta(OC2H5)5)とアンモ
ニア(NH3)を供給する。すると、接続孔表面におい
て化学式(2)に示す反応により、電子供与性を有する
TaNが生成される。 3Ta(OC2H5)5+5NH3 →3TaN+15C2H5OH+N2 (2) TaNは金属の性質を有する。したがって、電子供与性
があるため、極性を有するNH2分子のなかでプラスの
極性を有する水素に吸着しやすい。このため、NH2分
子(活性点)を核としてTaNからなる膜が均一に形成
される。なお、TaNは、膜厚5nm程度成膜する。
性膜形成部2でTaNを成膜したウェハに配線材料であ
るCu(銅)をCVD法により埋め込む。まず、0.1
Torr〜10Torrの圧力下でウェハを室温から1
50℃〜400℃程度まで加熱する。そして、原料であ
るhexafluoro acetylacetona
to trimethyl venylsilyl c
opper(I)(以下、Cu(tmvs)(hfa
c)という。)を供給する。すると、接続孔表面におい
て化学式(3)に示す不均化反応によりCuが生成され
る。 2Cu(tmvs)(hfac) → Cu+Cu(hfac)2 +2tmvs (3) ここで、接続孔の直径が、例えば150nm程度以下で
あれば、上述したCVD法で埋め込めばよい。一方、接
続孔の直径が150nm以上と大きい場合は、上述した
CVD法でCuを20nm形成した後、PVD法又はメ
ッキ法でCuを接続孔に埋め込む。これは、装置構成や
成膜速度からくるコストパフォーマンスを考えたもので
ある。そして、Cuの埋め込み後、10分間、400℃
以下の熱処理を行う。
から、銅やアルミニウムなどの単体ではなく銅とアルミ
ニウムの混合物を接続孔に埋め込む配線材料としたいこ
ともある。ここで、例えば、HAl(CH3)とCu
(tmvs)(hfac)の全圧に対するCu(tmv
s)(hfac)の分圧が10%以下となるようにCu
(tmvs)(hfac)を添加すると、Alの原子数
に対するCuの原子数の割合が2.5〜10%程度の配
線材料を形成することができる。
供与性膜形成部2と埋め込み処理部3を一体化して配線
形成装置とした。しかし、各部毎に一つの装置を構成
し、それをつなげて配線形成装置としてもよい。
れた孔の表面に化学親和力を与えることにより、均一な
初期成長表面を形成することができ、配線材料の埋め込
みを十分に行うことができる効果が得られる。つまり、
配線材料の埋め込みを十分行うことができるため、ボイ
ドの発生による配線抵抗の増加や断線を防止できる効果
が得られる。
の抵抗増加や断線を防止することにより、配線の導電性
に対する信頼性向上を図ることができる効果が得られ
る。
ャートに表わした図である。
た端面図である。
チャートに表わした図である。
た図である。
た状態を示した図である。
図である。
102 フォトリソグラフィー工程、S2 洗浄工程、
S201 除去工程、S202 水分脱離工程、S3
表面処理工程、S30 吸着工程、S301 加熱工
程、S302 原料供給工程、S4 電子供与性膜形成
工程、S5 埋め込み工程、S501 Wetting
層形成工程、S502 本格的な埋め込みを行う工程、
S503 加熱又は加圧処理を行う工程、S31 接続
孔形成工程、S32 洗浄工程、S33 表面処理工
程、S34 埋め込み工程、1 表面処理部、2 電子
供与性膜形成部、3 埋め込み処理部、10 接続孔、
101 配線材料、102 ボイド。
Claims (6)
- 【請求項1】 絶縁膜に形成された孔に対して配線材料
を埋め込んだ配線を形成する配線形成方法において、 絶縁膜に孔を形成する孔形成工程と、 上記孔形成工程後に、孔を洗浄し孔の汚れを除去する洗
浄工程と、 上記洗浄工程後に、上記絶縁体を加熱するとともに上記
絶縁体の表面に所定の原料を拡散させて供給し、その原
料を熱により孔の表面で解離させ、解離した解離物質を
孔の表面に化学吸着させることにより、孔の表面に対し
て化学親和力を与え、孔の表面で化学反応を起こしやす
い状態をつくる表面処理工程と、 上記表面処理工程後に、上記配線材料を有する化合物に
対して電子を供与する電子供与性材料を供給し、上記孔
の表面に化学吸着した解離物質を核として上記解離物質
の一部を孔の表面に残存させたまま上記電子供与性材料
による電子供与性膜を成長させて、上記配線材料を有す
る化合物に対して電子を供与することにより上記配線材
料を有する化合物に対して、その一種類の化合物から上
記配線材料を含む二種類以上の物質を生ずる不均化反応
を起こさせる性質を有する電子供与性膜を形成する電子
供与性膜形成工程と、 上記電子供与性膜形成工程後、上記電子供与性膜の表面
に上記配線材料を有する化合物を供給し電子供与性膜か
ら電子の供与を受けて上記配線材料を有する化合物に不
均化反応を起こさせて上記化合物から配線材料を生じさ
せることにより上記電子供与性膜の表面に配線材料から
なるウエッティング層を形成し、このウエッティング層
の表面に配線材料を供給して孔に対して配線材料の埋め
込みをする埋め込み工程とを備えることを特徴とする配
線形成方法。 - 【請求項2】 上記表面処理工程は、以下に示す原料の
うちいずれかの原料を供給する原料供給工程を備えるこ
とを特徴とする請求項1に記載の配線形成方法。 (a)水素原子、又は、水素分子。 (b)B(ホウ素)、C(炭素)、N(窒素)、P(リ
ン)、Si(ケイ素)、Ge(ゲルマニウム)、As
(ヒ素)、Mg(マグネシウム)、Ta(タンタル)、
Nb(ニオブ)、W(タングステン)、Ni(ニッケ
ル)、Cu(銅)、Ag(銀)、Au(金)の水素化
物、有機化合物、又は、錯体化合物。 (c)B、C、N、P、Si、Ge、As、Mg、T
a、Nb、W、Ni、Cu、Ag、Auの二原子分子の
水素化物、有機化合物、錯体化合物。 (d)B、C、N、P、Si、Ge、As、Mg、T
a、Nb、W、Ni、Cu、Ag、Au原子のハロゲン
化物、又は、B、C、N、P、Si、Ge、As、M
g、Ta、Nb、W、Ni、Cu、Ag、Auの二原子
分子のハロゲン化物。 (e)環状水素化物。 (f)有機化合物。 (g)錯体化合物。 - 【請求項3】 上記表面処理工程は、上記絶縁体に吸着
させる解離物質の密度を1E12個/(平方センチメー
トル)以上とすることを特徴とする請求項1又は2に記
載の配線形成方法。 - 【請求項4】 絶縁膜に形成された孔に対して配線材料
を埋め込んだ配線を形成する配線形成装置において、 絶縁膜に孔を形成する孔形成部と、 上記孔形成部により形成された孔を洗浄し孔の汚れを除
去する洗浄部と、 上記洗浄部により洗浄された上記絶縁体を加熱するとと
もに上記絶縁体の表面に所定の原料を拡散させて供給
し、その原料を熱により孔の表面で解離させ、解離した
解離物質を孔の表面に化学吸着させることにより、孔の
表面に対して化学親和力を与え、孔の表面で化学反応を
起こしやすい状態をつくる表面処理部と、 上記表面処理部により化学親和力を与えられた孔に、上
記配線材料を有する化合物に対して電子を供与する電子
供与性材料を供給し、上記孔の表面に化学吸着した解離
物質を核として上記解離物質の一部を孔の表面に残存さ
せたまま上記電子供与性材料による電子供与性膜を成長
させて、上記配線材料を有する化合物に対して電子を供
与することにより上記配線材料を有する化合物に対し
て、その一種類の化合物から上記配線材料を含む二種類
以上の物質を生ずる不均化反応を起こさせる性質を有す
る電子供与性膜を形成する電子供与性膜形成部と、 上記電子供与性膜形成部により形成された上記電子供与
性膜の表面に上記配線材料を有する化合物を供給し電子
供与性膜から電子の供与を受けて上記配線材料を有する
化合物に不均化反応を起こさせて上記化合物から配線材
料を生じさせることにより上記電子供与性膜の表面に配
線材料からなるウエッティング層を形成し、このウエッ
ティング層の表面に配線材料を供給して孔に対して配線
材料の埋め込みをする埋め込み部とを備えることを特徴
とする配線形成装置。 - 【請求項5】 上記表面処理部は、以下に示す原料のう
ちいずれかの原料を供給することを特徴とする請求項4
に記載の配線形成装置。 (a)水素原子、又は、水素分子。 (b)B(ホウ素)、C(炭素)、N(窒素)、P(リ
ン)、Si(ケイ素)、Ge(ゲルマニウム)、As
(ヒ素)、Mg(マグネシウム)、Ta(タンタル)、
Nb(ニオブ)、W(タングステン)、Ni(ニッケ
ル)、Cu(銅)、Ag(銀)、Au(金)の水素化
物、有機化合物、又は、錯体化合物。 (c)B、C、N、P、Si、Ge、As、Mg、T
a、Nb、W、Ni、Cu、Ag、Auの二原子分子の
水素化物、有機化合物、錯体化合物。 (d)B、C、N、P、Si、Ge、As、Mg、T
a、Nb、W、Ni、Cu、Ag、Au原子のハロゲン
化物、又は、B、C、N、P、Si、Ge、As、M
g、Ta、Nb、W、Ni、Cu、Ag、Auの二原子
分子のハロゲン化物。 (e)環状水素化物。 (f)有機化合物。 (g)錯体化合物。 - 【請求項6】 上記表面処理部は、上記絶縁体に吸着さ
せる物質の密度を1E12個/(平方センチメートル)
以上とすることを特徴とする請求項4又は5に記載の配
線形成装置。
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