JPH09205092A - Method and system for producing semiconductor - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To lower a reflow temperature while increasing the area and enhancing the productivity by irradiating a radical beam, e.g. hydrogen atoms, and an ion beam simultaneously at the time of reflowing metal atoms through an interconnection trench thereby enhancing surface diffusion of metal atoms. SOLUTION: An interconnection trench 4 is made by plasma etching in a silicon oxide deposited on a silicon substrate. A high melting point metal, e.g. TiW, Ta or TiN, and a barrier 3 of nitride, e.g. SiN, are then deposited thereon followed deposition of copper 2 by sputtering. Subsequently, it is subjected to high temperature annealing in a hydrogen gas atmosphere so that copper can be embedded 5 in the interconnection trench 4. Surface diffusion of metal atoms is enhanced by irradiating a hydrogen atom radical beam 1 simultaneously during the high temperature annealing step.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、金属配線形成方法
に係り、その形成方法を用いた半導体製造方法、およ
び、装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a metal wiring forming method, and more particularly to a semiconductor manufacturing method and an apparatus using the metal wiring forming method.

【０００２】[0002]

【従来の技術】従来技術では、アルミ配線が主に使用さ
れているが、低抵抗やエレクトロマイグレション耐性の
要求から、現在、研究レベルにおいて銅配線の埋め込み
技術が検討されている。銅配線では、水素ガス雰囲気中
で４００〜５００℃の高温アニ−ルすることにより配線
溝への金属埋め込みを行っている。2. Description of the Related Art In the prior art, aluminum wiring is mainly used, but due to the requirement for low resistance and resistance to electromigration, copper wiring burying technology is currently being investigated at the research level. In the case of copper wiring, metal is buried in the wiring groove by high temperature annealing at 400 to 500 ° C. in a hydrogen gas atmosphere.

【０００３】[0003]

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、多
層配線においてデバイスの微細化に伴って顕著になる配
線抵抗の増大は電源線の電圧降下、信号遅延の原因とな
り、問題となっている。そのため、低抵抗化やエレクト
ロンマイグレ−ション耐性の優れた配線材料が必要とな
る。更に、将来、低誘電率を有する有機系の層間絶縁膜
を使用する場合、配線埋め込みの低温化、短時間プロセ
スが必要になる。In the above prior art, the increase in wiring resistance, which becomes remarkable with the miniaturization of devices in the multilayer wiring, causes a voltage drop of the power supply line and a signal delay, which is a problem. Therefore, a wiring material having low resistance and excellent electron migration resistance is required. Furthermore, when an organic interlayer insulating film having a low dielectric constant is used in the future, it is necessary to lower the temperature of wiring embedding and to perform a short-time process.

【０００４】本発明の目的は、銅等の金属配線埋め込み
技術において、リフロ−温度の低温化、大面積化や高生
産性に対応する半導体製造方法、および、その装置を提
供することにある。An object of the present invention is to provide a semiconductor manufacturing method and an apparatus for coping with a metal wiring of copper or the like, which can cope with a lower reflow temperature, a larger area and higher productivity.

【０００５】[0005]

【課題を解決するための手段】上記目的は次のようにし
て実現できる。すなわち、配線溝に金属原子をリフロ−
させる際に水素原子等のラジカルビ−ムやイオンビ−ム
を同時に照射し、金属原子の表面拡散速度を増加させる
ことにより、低温で配線埋め込みを行うことが可能とな
る。水素原子ラジカルビ−ムは熱フィラメントによる生
成法を用いることにより、低損傷、低コストで行うこと
ができる。また、ラジカルビ−ム源を複数本使用し、試
料とビ−ム源を相対的に回転、平行運動することにより
大面積化を実現できる。The above object can be realized as follows. That is, metal atoms are reflowed in the wiring groove.
By irradiating radical beams such as hydrogen atoms or ion beams at the same time to increase the surface diffusion rate of metal atoms, wiring can be embedded at low temperature. The hydrogen atom radical beam can be produced with low damage and at low cost by using the production method using a hot filament. Further, a large area can be realized by using a plurality of radical beam sources and relatively rotating and parallel moving the sample and the beam source.

【０００６】本発明によれば、水素原子が金属原子と吸
着することにより金属原子が下地との結合が弱められ拡
散速度が増加する。そのため、低温化と同時に短時間で
リフロ−を起こすことができ生産性を向上させることが
可能となる。水素原子は酸化膜や炭素等の表面汚染物を
除去する効果があるため、不純物混入による金属配線抵
抗増大を防ぐことができる。イオンビ−ムを斜めから照
射することにより配線溝以外の所だけに蒸着された金属
薄膜を選択的に不安定な構造にすることができるため、
その金属原子を溝内へ拡散させやすくなり埋め込み速度
が向上する。According to the present invention, the hydrogen atoms are adsorbed to the metal atoms, whereby the bond between the metal atoms and the base is weakened and the diffusion rate is increased. Therefore, reflow can be caused in a short time at the same time as the temperature is lowered, and the productivity can be improved. Since hydrogen atoms have an effect of removing surface contaminants such as an oxide film and carbon, it is possible to prevent an increase in metal wiring resistance due to mixing of impurities. By irradiating the ion beam obliquely, the metal thin film deposited only on the portions other than the wiring groove can be selectively made into an unstable structure.
The metal atoms are easily diffused into the groove, and the filling speed is improved.

【０００７】[0007]

【発明の実施の形態】以下に、本発明を実施例に基づき
詳細に説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments.

【０００８】実施例１ 本実施例では水素原子ラジカルビ−ムを用いた銅スパッ
タ膜のリフロ−技術について具体的に説明する。図１に
その実施例を示した。シリコン基板上に形成された酸化
シリコンにプラズマエッチングにより配線溝４を作成し
た。その上に銅の内部拡散防止のためのＴｉＷ，Ｔａ，
ＴｉＮ等の高融点金属やＳｉＮ等の窒化膜のバリア膜３
を形成した。その上に銅スパッタ膜２を堆積させた。通
常、スパッタ法では堆積速度は早いが、段差被覆性が悪
くアスペクト比の高い溝やビアを充填するのは困難であ
る。そのため、図１（ａ）に示すように溝が完全に埋め
込まれない。しかし、これを水素ガス雰囲気中で４００
〜５００℃の高温アニ−ルすることにより、図１（ｂ）
に配線溝への銅埋め込み５が可能となる。本実施例では
このアニ−ル処理中に水素原子ラジカルビ−ム１を同時
照射することにより低温化、高堆積速度（４５０℃、数
分）を実現できた。また、プロセス途中で大気に曝すた
め酸化や窒化がおこり、銅スパッタ膜２の表面は酸化膜
等の薄い不動態膜が形成されるが、水素ラジカルビ−ム
１により、その不動態膜は除去することができた。水素
原子ラジカルビ−ム１は垂直入射でもよいが斜めから試
料に入射することにより、更に埋め込み効果が大きくな
る。これは配線溝以外に堆積した銅薄膜に選択に照射
し、その銅薄膜を配線溝内に埋め込むことができるため
である。水素原子ラジカルビ−ムはＥＣＲプラズマ源、
ＲＦプラズマ源や熱フィラメント方式により生成した。
ＥＣＲプラズマ源やＲＦプラズマ源は一つのソ−ス源で
大面積を照射することができるが、ラジカルビ−ム以外
にイオンや電子を同時に照射するのでダメ−ジに弱い材
料が含まれる場合は熱フィラメント方式の方が良い。ま
た、熱フィラメント方式では水素ラジカルビ−ムの並進
エネルギ−が熱的に高く、同時に振動励起された水素分
子を含むため、これらによる金属原子表面拡散の増幅効
果もある。本実施例では、銅材料について述べたが、他
のアルミ、銀、金、白金、タングステン、タンタル、チ
タン等の金属、もしくは合金についても同じ効果が見ら
れた。Example 1 In this example, a reflow technique for a copper sputtered film using a hydrogen atom radical beam will be specifically described. An example thereof is shown in FIG. The wiring groove 4 was formed in the silicon oxide formed on the silicon substrate by plasma etching. On top of that, TiW, Ta, and
Barrier film 3 of refractory metal such as TiN or nitride film such as SiN
Was formed. A copper sputtered film 2 was deposited on it. Usually, although the deposition rate is high in the sputtering method, it is difficult to fill a groove or via having a high aspect ratio because of poor step coverage. Therefore, the groove is not completely filled as shown in FIG. However, this is 400 times in a hydrogen gas atmosphere.
As shown in FIG. 1 (b), by annealing at a high temperature of ~ 500 ° C.
Further, it becomes possible to embed copper 5 in the wiring groove. In this example, by simultaneously irradiating the hydrogen atom radical beam 1 during this annealing treatment, it was possible to realize a low temperature and a high deposition rate (450 ° C., several minutes). Further, since the film is exposed to the air during the process, it is oxidized or nitrided, and a thin passivation film such as an oxide film is formed on the surface of the copper sputtered film 2, but the passivation film is removed by the hydrogen radical beam 1. I was able to. The hydrogen atom radical beam 1 may be vertically incident, but if it is obliquely incident on the sample, the embedding effect is further enhanced. This is because it is possible to selectively irradiate a copper thin film deposited in a portion other than the wiring groove and to bury the copper thin film in the wiring groove. Hydrogen atom radical beam is an ECR plasma source,
It was generated by an RF plasma source or a hot filament system.
An ECR plasma source or an RF plasma source can irradiate a large area with a single source, but it irradiates ions and electrons in addition to radical beams. The filament type is better. Further, in the hot filament system, the translational energy of the hydrogen radical beam is thermally high, and at the same time, it contains hydrogen molecules that are excited by vibration. In the present embodiment, the description has been given of the copper material. However, the same effect is obtained with other metals, such as aluminum, silver, gold, platinum, tungsten, tantalum, and titanium, or alloys.

【０００９】実施例２ 実施例１においては銅スパッタ膜２はそのままアニ−ル
処理を行ったが、膜の構造を制御することにより、さら
に低温化を実現することができる。その実施例を図２に
示す。斜めからイオンビ−ム６を照射し配線溝以外に堆
積した銅薄膜に選択に照射し、その銅薄膜を不安定な構
造にすることにより、低温で配線溝内に埋め込むことが
できた。イオンビ−ム６照射はアニ−ル処理中、あるい
は処理前でもその効果はあり、同時にプロセス途中で大
気に曝すために起こる酸化や窒化等の不動態膜を除去す
ることができた。銅はｆｃｃ構造をとるので、銅スパッ
タ膜２は、通常、安定な（１１１）面方位の構造となる
が、バリア膜３の表面構造を制御することにより、銅ス
パッタ膜２を一部、（１１０）面方位構造を作ることが
できる。（１１０）面は不安定であるので、さらにアニ
−ル処理を低温化することができた。Example 2 In Example 1, the copper sputtered film 2 was directly annealed, but the temperature can be further lowered by controlling the structure of the film. An example thereof is shown in FIG. By irradiating the ion beam 6 obliquely and selectively irradiating the copper thin film deposited on the portions other than the wiring groove to make the copper thin film have an unstable structure, the copper thin film could be embedded in the wiring groove at a low temperature. Ion beam 6 irradiation had the effect during or before the annealing treatment, and at the same time, it was possible to remove the passivation film such as oxidation and nitridation caused by exposure to the atmosphere during the process. Since copper has an fcc structure, the copper sputtered film 2 usually has a stable (111) plane orientation structure. However, by controlling the surface structure of the barrier film 3, a part of the copper sputtered film 2 ( 110) A plane orientation structure can be created. Since the (110) plane is unstable, it was possible to further lower the temperature of the annealing treatment.

【００１０】実施例３ 実施例１，２においては埋め込み途中の表面構造状態は
観測していないため、埋め込みの判定はアニ−ル処理終
了後にしかできない問題がある。これを解決するために
ヘリウム・ネオンレ−ザ−の反射強度、干渉変化の観測
法を使ってアニ−ル処理中の分析をおこなった。その実
施例を図３に示す。配線溝の大きさは０．１〜１μｍ程
度であるため、ヘリウム・ネオンレ−ザ−の反射強度、
干渉で状態変化が観測できる。ヘリウム・ネオンレ−ザ
−７は斜めから入射し、鏡面反射方向に検出器８を設置
している。これによりラジカルビ−ム等の照射強度、基
板温度を制御することにより、埋め込みのバラツキを抑
え信頼性を向上させることができた。本実施例ではヘリ
ウム・ネオンレ−ザ−を用いたが、配線溝や穴の形状に
よっては違う波長のガスレ−ザ−、固体レ−ザ−を使用
しても良い。Embodiment 3 In Embodiments 1 and 2, since the surface structure state during embedding is not observed, there is a problem that the embedding judgment can be made only after the annealing process is completed. In order to solve this, an analysis during the annealing process was performed using the observation method of the reflection intensity and interference change of the helium-neon laser. An example is shown in FIG. Since the size of the wiring groove is about 0.1 to 1 μm, the reflection intensity of the helium neon laser,
The state change can be observed by the interference. The helium / neon laser 7 is obliquely incident, and the detector 8 is installed in the specular reflection direction. As a result, by controlling the irradiation intensity of the radical beam and the substrate temperature, it was possible to suppress the variation in embedding and improve the reliability. Although a helium / neon laser is used in this embodiment, a gas laser or a solid laser having a different wavelength may be used depending on the shape of the wiring groove or hole.

【００１１】実施例４ 実施例１〜３では原理的な例であったが、図４に真空装
置内に組み込んだ実施例を示す。装置基本構成は真空容
器１０にラジカルビ−ム源１２、イオンビ−ム源１５、
ヘリウム・ネオンレ−ザ−１７、検出器２０、基板平行
・回転移動および加熱機構２２等が設置されている。ラ
ジカルビ−ム源１２はＥＣＲプラズマ源、ＲＦプラズマ
源や熱フィラメント方式を用いる。熱フィラメント方式
のビ−ム源では一つでは大面積化に適さないため、図５
に示すマルチビ−ム方式を採用した。これはコネクタ−
２６で接続した熱フィラメントビ−ム源２７を複数本と
りつけ水素分子２５を導入して水素原子ラジカルビ−ム
１を生成するものである。熱フィラメントビ−ム源２７
はタングステン線をコイル状に巻きフィラメントにして
アルミナ等の絶縁管で覆ったものである。純タングステ
ン線は加工時あるいは加熱時に断線しやすいので、酸化
トリウムの入ったトリエ−テッドタングステン線を使用
し断線をしにくくした。この熱フィラメントビ−ム源２
７はタングステン上にきた水素分子を熱的に解離するた
め、ＥＣＲプラズマ源やＲＦプラズマ源と比較して水素
原子ラジカル以外の副産物を生成せず、構造が簡単であ
るため経済性に優れている。また、コネクタ−２６で接
続されているだけであるので簡単に交換できメンテナン
ス性が良い。ラジカルビ−ム源１２はコントロ−ラ１１
から制御される。イオンビ−ム源１５はイオンビ−ム制
御器１４に接続され流量、加速電圧などが制御される。
ヘリウム・ネオンレ−ザ−１７はオプトパスポ−ト１
８，１９から入出力され、検出器２０により測定され
る。その測定された信号は制御用コンピュ−タ１３に送
られ、コンピュ−タから各ビ−ム源、基板制御が統括的
に行われる。基板１６は基板導入口２１から搬入され真
空容器内では基板平行・回転移動および加熱機構２２に
載せられ処理される。基板温度・移動速度は基板制御器
２３によって行われる。処理後、搬出口２４から基板１
６は次のプロセスへ送られる。基板平行・回転移動およ
び加熱機構２２は大面積化に対応するようにバッチ式で
はなく枚葉式を採用している。本実施例では独立のアニ
−ル処理装置について説明したが、スパッタ装置等の他
の装置と複合されていも構わない。Embodiment 4 Although Embodiments 1 to 3 were principle examples, FIG. 4 shows an embodiment incorporated in a vacuum apparatus. The basic structure of the apparatus is a vacuum container 10, a radical beam source 12, an ion beam source 15,
A helium / neon laser 17, a detector 20, a substrate parallel / rotary movement and heating mechanism 22 and the like are installed. As the radical beam source 12, an ECR plasma source, an RF plasma source or a hot filament system is used. Since only one hot filament type beam source is not suitable for increasing the area, FIG.
The multi-beam method shown in Figure 2 was adopted. This is a connector
A plurality of hot filament beam sources 27 connected by 26 are attached and hydrogen molecules 25 are introduced to generate a hydrogen atom radical beam 1. Hot filament beam source 27
Is a tungsten wire wound into a coil and covered with an insulating tube such as alumina. Since a pure tungsten wire is easily broken during processing or heating, a thoriated oxide-containing triated tungsten wire was used to prevent breaking. This hot filament beam source 2
Since 7 thermally dissociates hydrogen molecules on tungsten, it produces no by-products other than hydrogen atom radicals as compared with ECR plasma sources and RF plasma sources, and has a simple structure, which is excellent in economic efficiency. . Further, since it is only connected by the connector-26, it can be easily replaced and maintenance is good. Radical beam source 12 is controller 11
Controlled from. The ion beam source 15 is connected to the ion beam controller 14 to control the flow rate, acceleration voltage and the like.
Helium / Neon Laser-17 is an Optopasport 1
Input and output from 8 and 19 and measured by the detector 20. The measured signal is sent to the control computer 13, and the computer controls each beam source and substrate in a centralized manner. The substrate 16 is carried in from the substrate introduction port 21 and placed on the substrate parallel / rotational movement and heating mechanism 22 in the vacuum container and processed. The substrate temperature and moving speed are controlled by the substrate controller 23. After processing, the substrate 1 from the carry-out port 24
6 is sent to the next process. The substrate parallel / rotary movement and heating mechanism 22 adopts a single-wafer type instead of a batch type so as to cope with a large area. In this embodiment, an independent anneal processing apparatus has been described, but it may be combined with another apparatus such as a sputtering apparatus.

【００１２】実施例５ 実施例４の熱フィラメントビ−ム源では絶縁管を使用し
ている。これは長時間使用していると内壁に金属が蒸
着、もしくは、絶縁性の酸化膜が還元され金属化してし
まうため絶縁性がなくなりタングステンフィラメントと
接触をしてしまいフィラメントが断線する前に交換する
必要が出てくる。これを解決するために高温部分に絶縁
材料を使用しない実施例を図６に示す。タングステンフ
ィラメント３０はタングステンパイプ２９内に取り付け
られ、一端はタンタル等の高融点材料の取付けジグ３１
に付けられたタングステン線２８にひっかけられ、もう
一方は絶縁管３３で絶縁されたタングステン線３２にひ
っかけられている。これらのタングステン線２８，３２
でフィラメント３０が引っ張られることによりタングス
テンパイプ２９の内壁に接触することなく保持できる。
タングステン線２８は本体のア−スに接続しているの
で、タングステン線３２から電流を流し加熱する。これ
により内部の電気配線が一方側だけで済むので簡単な構
成を取ることができる。ここで、タングステン線２８，
３２はフィラメント径より十分大きいものを使用するこ
とにより、フィラメントが高温時でも赤熱することはな
い。タングステンパイプ２９はコネクタ−３４，３５で
固定されているので、メインテナンス時にはコネクタ−
３５から取り外すことにより簡単に行える。また、フィ
ラメント３０交換はタングステン線３２からはずしフィ
ラメントといっしょに取付けジグ３１を取りだし、タン
グステン線２８を抜き取ることで、簡単に行うことがで
きる。コネクタ−側から導入された水素分子２５はフィ
ラメント３０に衝突し熱解離する。また、フィラメント
の熱輻射と熱電子放出によりタングステンパイプ２９の
内壁表面は高温になり、ここでも水素分子の熱解離が起
こる。結果として熱解離する表面積が増加し水素原子の
発生効率を高めることができる。タングステンフィラメ
ント３０はφ０．２７ｍｍの２％トリエ−テッドタング
ステン線を引っ張りバネ状に加工したものを使用した。
これにより、４．５アンペア電流を流すことによりフィ
ラメント温度は２１００℃に加熱され、１Ｅ−４パスカ
ルの水素分子導入時に約２０％の効率で水素原子を生成
することができた。トリエ−テッドタングステンの線
形、酸化トリウムの含有率を変えたもの、あるいは純タ
ングステン線でも生成効率は違うが同様な結果が得られ
た。Example 5 The hot filament beam source of Example 4 uses an insulating tube. If it is used for a long time, metal will be evaporated on the inner wall, or the insulating oxide film will be reduced and metallized, and the insulation will be lost and it will contact the tungsten filament and replace it before the filament breaks. The need comes out. FIG. 6 shows an embodiment in which an insulating material is not used in the high temperature portion in order to solve this problem. The tungsten filament 30 is mounted in a tungsten pipe 29, and one end thereof is a mounting jig 31 made of a high melting point material such as tantalum.
It is hooked on the tungsten wire 28 attached to the other end, and the other is hooked on the tungsten wire 32 insulated by the insulating tube 33. These tungsten wires 28, 32
The filament 30 can be held without coming into contact with the inner wall of the tungsten pipe 29 by being pulled.
Since the tungsten wire 28 is connected to the ground of the main body, an electric current is supplied from the tungsten wire 32 to heat it. As a result, the electric wiring inside is only required on one side, so that a simple configuration can be taken. Here, the tungsten wire 28,
By using a filament 32 having a diameter sufficiently larger than the filament diameter, the filament does not glow red even at a high temperature. Since the tungsten pipe 29 is fixed by the connectors 34 and 35, it can be connected to the connector during maintenance.
It can be easily done by removing from 35. Further, the replacement of the filament 30 can be easily performed by removing the attachment jig 31 together with the filament removed from the tungsten wire 32 and removing the tungsten wire 28. Hydrogen molecules 25 introduced from the connector side collide with the filament 30 and are thermally dissociated. Further, the surface of the inner wall of the tungsten pipe 29 becomes hot due to the thermal radiation and thermionic emission of the filament, and the thermal dissociation of hydrogen molecules also occurs here. As a result, the surface area for thermal dissociation increases, and the hydrogen atom generation efficiency can be increased. As the tungsten filament 30, a 2% tri-coated tungsten wire having a diameter of 0.27 mm was drawn and processed into a spring shape.
As a result, the filament temperature was raised to 2100 ° C. by passing 4.5 ampere current, and hydrogen atoms could be generated with an efficiency of about 20% when introducing hydrogen molecules of 1E-4 pascal. Similar results were obtained with different linearization of the tri-etched tungsten, varying thorium oxide content, or pure tungsten wire, although the generation efficiency was different.

【００１３】[0013]

【発明の効果】従来技術ではリフロ−温度を下げるため
に対策は、研究開発レベルでいろいろ考案され実施され
ているが、決定的な解決策はない。本発明では従来の水
素分子より反応効率が３桁高い水素原子を用い、表面拡
散反応を利用した理想的なものである。銅材料に限らず
他の金属材料などにも利用できる。また、本発明の熱フ
ィラメントビ−ム源は経済性、メインテナンス性、低損
傷性に優れ、大面積化にも対応したものである。さら
に、本発明の適用によって、ギガビット級ＬＳＩプロセ
ス技術開発の進展や表面反応利用の新分野の構築が期待
される。In the prior art, various measures for lowering the reflow temperature have been devised and implemented at the research and development level, but there is no definitive solution. In the present invention, a hydrogen atom having a reaction efficiency three orders of magnitude higher than that of a conventional hydrogen molecule is used, which is an ideal one utilizing a surface diffusion reaction. It can be used not only for copper material but also for other metal materials. Further, the hot filament beam source of the present invention is excellent in economic efficiency, maintainability, and low damage, and is compatible with a large area. Further, application of the present invention is expected to lead to progress in development of gigabit class LSI process technology and construction of new field of surface reaction utilization.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】ラジカルビ−ムによる金属原子の配線溝埋め込
み方法関する基本的な概略構成を示すブロック図であ
る。FIG. 1 is a block diagram showing a basic schematic configuration relating to a method of burying a metal atom in a wiring groove by a radical beam.

【図２】イオンビ−ムによる表面拡散速度向上を行う方
法の概略構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration of a method for improving a surface diffusion rate by an ion beam.

【図３】ヘリウム・ネオンレ−ザ−を用いた埋め込み過
程観測方法の概略構成を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram showing a schematic configuration of an embedding process observation method using a helium neon laser.

【図４】ラジカルビ−ムによる金属原子の配線溝埋め込
みに関する概略構成図である。FIG. 4 is a schematic configuration diagram relating to embedding a metal atom in a wiring groove by a radical beam.

【図５】マルチ・ラジカルビ−ム源に関する概略構成図
である。FIG. 5 is a schematic configuration diagram regarding a multi-radical beam source.

【図６】熱フィラメント方式ラジカルビ−ム源に関する
概略構成図である。FIG. 6 is a schematic diagram of a hot filament type radical beam source.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ ラジカルビ−ム，２ 銅スパッタ膜，３ バリア
膜，４ 配線溝，５ 処理後の銅スパッタ膜，６ イオ
ンビ−ム，７ レ−ザ−発信器，８ ヘリウム・ネオン
レ−ザ−，９ レ−ザ−検出器，１０ 真空容器，１１
コントロ−ラ，１２ ラジカルビ−ム源，１３ コン
ピュ−タ，１４ イオンビ−ム制御器，１５イオンビ−
ム源，１６ 基板，１７ レ−ザ−発信器，１８ オプ
トパスポ−ト，１９ オプトパスポ−ト，２０ レ−ザ
−検出器，２１ 搬入口，２２ 基板平行・回転移動お
よび加熱機構，２３ 基板制御器，２４ 搬出口，２５
水素分子ガス，２６ コネクタ−，２７ 熱フィラメ
ントラジカルビ−ム源，２８タングステン線，２９ タ
ングステンパイプ，３０ タングステンフィラメント，
３１ フィラメント固定ジグ，３２ タングステン線，
３３ 絶縁管，３４本体側コネクタ−，３５ パイプ側
コネクタ−。1 radical beam, 2 copper sputtered film, 3 barrier film, 4 wiring groove, 5 copper sputtered film after treatment, 6 ion beam, 7 laser oscillator, 8 helium neon laser, 9 laser The detector, 10 vacuum vessel, 11
Controller, 12 radical beam source, 13 computer, 14 ion beam controller, 15 ion beam
Source, 16 substrates, 17 laser oscillator, 18 opto-ports, 19 opto-ports, 20 laser detectors, 21 carry-in port, 22 substrate parallel / rotary movement and heating mechanism, 23 substrate controller , 24 carry-out port, 25
Hydrogen molecule gas, 26 connector, 27 hot filament radical beam source, 28 tungsten wire, 29 tungsten pipe, 30 tungsten filament,
31 filament fixing jig, 32 tungsten wire,
33 insulation pipe, 34 body side connector-, 35 pipe side connector-.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 日野出 憲治 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Kenji Hinode 1-280, Higashi Koikekubo, Kokubunji, Tokyo Inside the Central Research Laboratory, Hitachi, Ltd.

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】水素原子等の低速ラジカルビ−ムや低速イ
オンビ−ムを試料に照射することにより、配線材料であ
る金属原子の拡散速度を増加させ、配線溝もしくは穴に
金属を埋め込み、金属配線を形成することを特徴とする
半導体製造方法。1. A sample is irradiated with a low-speed radical beam such as hydrogen atom or a low-speed ion beam to increase the diffusion rate of metal atoms, which are wiring materials, and to bury a metal in a wiring groove or hole to form a metal wiring. Forming a semiconductor. 【請求項２】レ−ザ−の反射強度を測定することによ
り、金属原子の配線埋め込み過程を観測し試料温度やビ
−ム強度等を自動制御することを特徴とする請求項１記
載の半導体製造方法。2. The semiconductor according to claim 1, wherein the wiring intensity of the metal atoms is observed by measuring the reflection intensity of the laser to automatically control the sample temperature, the beam intensity and the like. Production method. 【請求項３】水素ラジカルビ−ムだけを選択的に照射す
るため、熱フィラメント方式のラジカルビ−ム源を取り
付けたことを特徴とする請求項１記載の半導体製造方
法。3. A semiconductor manufacturing method according to claim 1, wherein a radical filament source of a hot filament system is attached to selectively irradiate only hydrogen radical beams. 【請求項４】上記ラジカルビ−ム源においてフィラメン
トをタングステンパイプで覆い、フィラメントの熱輻射
によりパイプ内壁を高温にして水素ラジカルの生成され
る有効面積を増加させることを特徴とする請求項３記載
の半導体製造方法。4. The radical beam source according to claim 3, wherein the filament is covered with a tungsten pipe, and the radiation of the filament heats the inner wall of the pipe to a high temperature to increase the effective area for producing hydrogen radicals. Semiconductor manufacturing method. 【請求項５】上記ラジカルビ−ム源においてフィラメン
ト交換を簡便にし、加熱時の変形による電気的接触を防
ぐため、引っ張りバネ式のフィラメントを設けたことを
特徴とする請求項３記載の半導体製造方法。5. A semiconductor manufacturing method according to claim 3, wherein a tension spring type filament is provided in the radical beam source in order to simplify filament exchange and prevent electrical contact due to deformation during heating. . 【請求項６】上記ラジカルビ−ム源においてフィラメン
トの加工時、加熱時の断線を防ぐため、フィラメント材
料に酸化トリウムの入ったタングステンフィラメントを
用いたことを特徴とする請求項４記載の半導体製造方
法。6. The method for producing a semiconductor according to claim 4, wherein in the radical beam source, a tungsten filament containing thorium oxide is used as a filament material in order to prevent disconnection at the time of processing and heating the filament. . 【請求項７】上記ラジカルビ−ム源において大型の試料
ウェハ−に均一にビ−ム照射を行うため、複数本のラジ
カルビ−ム源を設け、試料ウェハ−を回転、平行移動し
ながらビ−ム照射することを特徴とする請求項４記載の
半導体製造方法。7. In order to uniformly irradiate a large-sized sample wafer with a beam in the radical beam source, a plurality of radical beam sources are provided, and the beam is rotated and translated to move the beam. Irradiation is performed, The semiconductor manufacturing method of Claim 4 characterized by the above-mentioned. 【請求項８】スパッタ薄膜作製等の他のプロセスと複合
化したことを特徴とする請求項７記載の半導体製造方
法。8. The semiconductor manufacturing method according to claim 7, which is combined with another process such as sputtering thin film production. 【請求項９】ラジカルビーム源とイオンビーム源とレー
ザー発生器とレーザー検出器と基板の移動加熱機構とを
有する真空容器と、上記レーザー検出器の信号に基づい
て上記ラジカルビーム源とイオンビーム源と基板移動加
熱機構とを制御するコンピュータとを備えたことを特徴
とする半導体製造装置。9. A vacuum container having a radical beam source, an ion beam source, a laser generator, a laser detector, and a moving and heating mechanism for a substrate, and the radical beam source and the ion beam source based on a signal from the laser detector. A semiconductor manufacturing apparatus comprising: a computer for controlling a substrate moving and heating mechanism. 【請求項１０】上記ラジカルビーム源は、複数本の熱フ
ィラメントビーム源に水素分子を導入することにより水
素原子ラジカルビームを生成することを特徴とする請求
項９記載の半導体製造装置。10. The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 9, wherein the radical beam source generates a hydrogen atom radical beam by introducing hydrogen molecules into a plurality of hot filament beam sources. 【請求項１１】上記ラジカルビーム源は、タングステン
パイプ中に取り付けられたタングステンフィラメントに
水素分子を導入することにより水素原子ラジカルビーム
を生成することを特徴とする請求項９記載の半導体製造
装置。11. The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 9, wherein the radical beam source generates a hydrogen atom radical beam by introducing hydrogen molecules into a tungsten filament mounted in a tungsten pipe.