(57)【要約】      （修正有）【課題】  選択性の破れを防いで、有用なＷキャップ膜を形成する選択Ｗ−ＣＶＤ法及びＣｕ多層配線の製作法の提供。【解決手段】  絶縁膜のホール等の構造内にＣｕ系配線膜を埋め込んだ基板に対して原料ガスを供給し、この配線膜上に選択的にＷキャップ膜を形成する前に、Ｎ原子、Ｈ原子及びＳｉ原子から選ばれた原子を化学式中に含んだ化合物のガスを所定の状態で用いて３００℃以下で絶縁膜表面とＣｕ系配線膜表面の前処理を行う。前処理後、Ｃｕ系配線膜表面上に選択的にＷキャップ膜を形成し、その後さらに上層Ｃｕ配線を製作する。【選択図】  図１
2006253518.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に絶縁膜を有し、かつ、この絶縁膜にホール、トレンチ構造が設けられている基板で、このホール、トレンチ構造内にＣｕ系配線膜が埋め込まれている基板を真空チャンバー内へ載置し、基板を所定の温度に加熱して真空チャンバー内へ原料ガスを導入し、前記Ｃｕ系配線膜表面上に選択的にＷキャップ膜を形成する選択Ｗ−ＣＶＤ法であって、前記原料ガスを導入する前に、(１)Ｎ原子とＨ原子とを化学式中に含んだ化合物のガス、(２)Ｎ原子を化学式中に含んだ化合物のガスとＨ原子を化学式中に含んだ化合物のガスとの混合ガス、(３)Ｓｉ原子を化学式中に含んだ化合物のガス、又は(４)前記Ｎ原子とＨ原子とを化学式中に含んだ化合物のガス、Ｎ原子を化学式中に含んだ化合物のガスとＨ原子を化学式中に含んだ化合物のガスとの混合ガス、及びＨ原子を化学式中に含んだ化合物のガスから選ばれたガスと、Ｓｉ原子を化学式中に含んだ化合物のガスとの混合ガスを前処理ガスとして使用して、絶縁膜表面とＣｕ系配線膜表面とを前処理することを特徴とする選択Ｗ−ＣＶＤ法。
【請求項２】
前記Ｎ原子とＨ原子とを化学式中に含んだ化合物のガスが、ＮＨ３ガス、ＮＨ２ＮＨ２ガス、及びこれらガスの混合ガスから選ばれたガスであることを特徴とする請求項１記載の選択Ｗ−ＣＶＤ法。
【請求項３】
前記Ｎ原子を化学式中に含んだ化合物のガスとＨ原子を化学式中に含んだ化合物のガスとの混合ガスが、Ｎ２ガスとＨ２ガスとの混合ガスであることを特徴とする請求項１記載の選択Ｗ−ＣＶＤ法。
【請求項４】
前記Ｎ２ガスとＨ２ガスとの混合ガスが、流量基準で、式：０.２≦Ｎ２／Ｈ２≦１．０を満足するものであることを特徴とする請求項３記載の選択Ｗ−ＣＶＤ法。
【請求項５】
前記Ｓｉ原子を化学式中に含んだ化合物のガスが、シラノール類のガスであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の選択Ｗ−ＣＶＤ法。
【請求項６】
前記シラノール類が、化学式：Ｈ３ＳｉＯＨ、Ｒ３ＳｉＯＨ(式中、Ｒはアルキル基を示す)及びＲ２Ｓｉ(ＯＨ)２(式中、Ｒは、前記定義の通り)を有する化合物から選ばれた少なくとも一種であることを特徴とする請求項５記載の選択Ｗ−ＣＶＤ法。
【請求項７】
前記シラノール類が、トリエチルシラノールであることを特徴とする請求項６記載の選択Ｗ−ＣＶＤ法。
【請求項８】
前記Ｎ原子とＨ原子とを化学式中に含んだ化合物のガス、Ｎ原子を化学式中に含んだ化合物のガスとＨ原子を化学式中に含んだ化合物のガスとの混合ガス、及びＨ原子を化学式中に含んだ化合物のガスが、プラズマの発生により又は触媒により分解されて活性化された状態で、また、Ｓｉ原子を化学式中に含んだ化合物のガスが、そのままの生ガスで又はプラズマの発生により分解されて活性化された状態で、真空チャンバー内へ導入されることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の選択Ｗ−ＣＶＤ法。
【請求項９】
表面に絶縁膜を有し、かつ、この絶縁膜にホール、トレンチ構造が設けられている基板で、このホール、トレンチ構造内にＣｕ系配線膜が埋め込まれている基板を真空チャンバー内へ載置し、基板を所定の温度に加熱して真空チャンバー内へ原料ガスを導入し、前記Ｃｕ系配線膜表面上に選択的にＷキャップ膜を形成する選択Ｗ−ＣＶＤ法であって、前記原料ガスを導入する前に、(１)Ｎ原子とＨ原子とを化学式中に含んだ化合物のガス、(２)Ｎ原子を化学式中に含んだ化合物のガスとＨ原子を化学式中に含んだ化合物のガスとの混合ガス、(３)Ｓｉ原子を化学式中に含んだ化合物のガス、又は(４)前記Ｎ原子とＨ原子とを化学式中に含んだ化合物のガス、Ｎ原子を化学式中に含んだ化合物のガスとＨ原子を化学式中に含んだ化合物のガスとの混合ガス、及びＨ原子を化学式中に含んだ化合物のガスから選ばれたガスと、Ｓｉ原子を化学式中に含んだ化合物のガスとの混合ガスを前処理ガスとして使用して、絶縁膜表面とＣｕ系配線膜表面とを前処理し、次いで、前記原料ガスを導入する際に、Ｓｉ原子を化学式中に含んだ化合物のガスを導入することを特徴とする選択Ｗ−ＣＶＤ法。
【請求項１０】
前記Ｎ原子とＨ原子とを化学式中に含んだ化合物のガスが、ＮＨ３ガス、ＮＨ２ＮＨ２ガス、及びこれらガスの混合ガスから選ばれたガスであることを特徴とする請求項９記載の選択Ｗ−ＣＶＤ法。
【請求項１１】
前記Ｎ原子を化学式中に含んだ化合物のガスとＨ原子を化学式中に含んだ化合物のガスとの混合ガスが、Ｎ２ガスとＨ２ガスとの混合ガスであることを特徴とする請求項９記載の選択Ｗ−ＣＶＤ法。
【請求項１２】
前記Ｎ２ガスとＨ２ガスとの混合ガスが、流量基準で、式：０.２≦Ｎ２／Ｈ２≦１．０を満足するものであることを特徴とする請求項１１記載の選択Ｗ−ＣＶＤ法。
【請求項１３】
前記Ｓｉ原子を化学式中に含んだ化合物のガスが、シラノール類のガスであることを特徴とする請求項９〜１２のいずれかに記載の選択Ｗ−ＣＶＤ法。
【請求項１４】
前記シラノール類が、化学式：Ｈ３ＳｉＯＨ、Ｒ３ＳｉＯＨ(式中、Ｒはアルキル基を示す)及びＲ２Ｓｉ(ＯＨ)２(式中、Ｒは、前記定義の通り)を有する化合物から選ばれた少なくとも一種であることを特徴とする請求項１３記載の選択Ｗ−ＣＶＤ法。
【請求項１５】
前記シラノール類が、トリエチルシラノールであることを特徴とする請求項１４記載の選択Ｗ−ＣＶＤ法。
【請求項１６】
前記Ｎ原子とＨ原子とを化学式中に含んだ化合物のガス、Ｎ原子を化学式中に含んだ化合物のガスとＨ原子を化学式中に含んだ化合物のガスとの混合ガス、及びＨ原子を化学式中に含んだ化合物のガスが、プラズマの発生により又は触媒により分解されて活性化された状態で、また、Ｓｉ原子を化学式中に含んだ化合物のガスが、そのままの生ガスで又はプラズマの発生により分解されて活性化された状態で、真空チャンバー内へ導入されることを特徴とする請求項９〜１５のいずれかに記載の選択Ｗ−ＣＶＤ法。
【請求項１７】
表面に絶縁膜を有し、かつ、この絶縁膜にホール、トレンチ構造が設けられている基板で、このホール、トレンチ構造内に下層Ｃｕ系配線膜が埋め込まれている基板を真空チャンバー内へ載置し、請求項１〜８のいずれかに記載の方法により前処理した後、この基板を所定の温度に加熱し、次いで真空チャンバー内へ原料ガスを導入し、選択Ｗ−ＣＶＤ法により前記下層Ｃｕ系配線膜表面上に選択的にＷキャップ膜を形成した後、絶縁膜を形成し、この絶縁膜をパターニングし、次いでＣｕシード成膜を行った後、上層Ｃｕ系配線を成膜することを特徴とするＣｕ多層配線の製作法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、選択Ｗ−ＣＶＤ法及びＣｕ多層配線の製作法に関し、特にＣｕ系配線上にＷキャップ膜を選択的に形成する選択Ｗ−ＣＶＤ法及びこの選択Ｗ−ＣＶＤ法を利用したＣｕ多層配線の製作法に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｃｕ配線の信頼性をあげるために、Ｃｕ配線上を金属膜でキャップする方法が提案されており、例えば、メッキによる選択成膜法や選択ＣＶＤ法により金属キャップ膜を形成する方法(例えば、特許文献１参照)が知られている。
【０００３】
選択ＣＶＤ法は、例えば、図１のプロセスフロー図に示すように、Ｃｕ配線を作成する際に、絶縁膜付きの基板上に設けられたホールやトレンチ等の構造内へ、メッキ法により下層Ｃｕ配線となるＣｕ膜を埋め込み(図１(ａ))、余分なＣｕ膜をＣＭＰにより削り落とし(図１(ｂ))、ｗｅｔ洗浄により絶縁膜やＣｕ配線上の汚れをクリーニングし(図１(ｃ))、その後キャップ膜を下層Ｃｕ配線上へ選択的に形成する(図１(ｄ−２))ことにより行われる。通常、この選択成膜の終了後、上層Ｃｕ配線を製作するため、さらに絶縁膜を形成した(図１(ｅ))後、この絶縁膜に対して公知のパターニングを行い(図１(ｆ))、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法又はＡＬＤ法によりバリアメタル膜を形成し(図１(ｇ))、次いで、ＰＶＤ法やＣＶＤ法によりＣｕシード膜を形成し(図１(ｈ))、メッキ法により上層Ｃｕ配線膜を形成する。
【０００４】
上記図１(ｄ−２)のプロセスは、基本的に、選択成長であるため、選択性の破れが、このＣＶＤプロセスが使えるかどうかの判断基準になる。通常、上層Ｃｕ配線を形成する前にキャップ膜用金属を選択成長させるためには、前処理(図１(ｄ−１))を行うことにより、Ｃｕの酸化物膜を還元して清浄なＣｕ金属を準備した後、キャップ膜用の金属を成膜することが行われている。この前処理方法として、従来、Ｈ２アニール処理やＨ２プラズマ処理やＨラジカル処理のような処理方法を実施している。しかし、これらの処理方法を実施した場合、絶縁膜上もＨ原子で終端するため、Ｃｕ配線膜のみならず、絶縁膜上にもキャップ金属が成長することになる。そのため、このような前処理をした従来の選択ＣＶＤプロセスをキャップ膜の形成に使うには実用上問題がある。
【０００５】
選択ＣＶＤ法に従って、例えば原料ガスとしてＷＦ６を用いてキャップ膜を形成する際に、上記前処理方法として、Ｈ２アニール処理やＨ２プラズマ処理を行った場合、図２に示すように、Ｃｕ配線膜上のみならず、絶縁膜上にもＷ膜がブランケット様に形成され、選択性が激しく破れる。これは、絶縁膜上がＨ原子で終端するので、絶縁膜表面に活性点が生じ、このＨ原子にＷＦ６がアタックしてＨＦを生成せしめ、このＨＦにより絶縁膜がエッチングされて、選択性の破れが出るものと考えられる。この選択性の破れとは、絶縁性物質の表面にキャップ膜材料が析出する現象をいう。選択性の破れが生じると、エッチバックを行わなければならなくなり、選択ＣＶＤ法の利点が損なわれるという問題がある。
【特許文献１】特開平１０−２２９０５４号公報(特許請求の範囲)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、上記従来技術の問題点を解決することにあり、選択Ｗ−ＣＶＤ法における選択性の破れを防いで、有用なＷキャップ膜をＣｕ系配線膜上に形成する方法、及びこの選択Ｗ−ＣＶＤ法を利用してＣｕ多層配線を製作する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、従来の前処理方法の代わりに、絶縁膜表面をＮ化又はアルキル化することにより不活性化すれば、従来技術において生じている選択性の破れを防ぐことができることに気がつき、本発明を完成するに至った。
【０００８】
本発明の選択Ｗ−ＣＶＤ法は、表面に絶縁膜を有し、かつ、この絶縁膜にホール、トレンチ構造が設けられている基板で、このホール、トレンチ構造内にＣｕ系配線膜が埋め込まれている基板を真空チャンバー内へ載置し、基板を所定の温度に加熱して真空チャンバー内へ原料ガスを導入し、Ｃｕ系配線膜表面上に選択的にＷキャップ膜を形成する選択Ｗ−ＣＶＤ法であって、原料ガスを導入する前に、(１)Ｎ原子とＨ原子とを化学式中に含んだ化合物のガス、(２)Ｎ原子を化学式中に含んだ化合物のガスとＨ原子を化学式中に含んだ化合物のガスとの混合ガス、(３)Ｓｉ原子を化学式中に含んだ化合物のガス、又は(４)前記Ｎ原子とＨ原子とを化学式中に含んだ化合物のガス、Ｎ原子を化学式中に含んだ化合物のガスとＨ原子を化学式中に含んだ化合物のガスとの混合ガス、及びＨ原子を化学式中に含んだ化合物のガスから選ばれたガスと、Ｓｉ原子を化学式中に含んだ化合物のガスとの混合ガスを前処理ガスとして使用して、絶縁膜表面とＣｕ系配線膜表面とを前処理することを特徴とする。
【０００９】
このような前処理を行うことにより絶縁膜表面が不活性化するので、その後の選択Ｗ−ＣＶＤ法を実施する際に、絶縁膜上では原料ガスの吸着が阻害されるため、原料の分解も起こらず、その結果成膜も起こらず、選択性の破れが防止されて、Ｃｕ系配線膜上にのみ選択的にＷキャップ膜が形成されるようになる。
【００１０】
前記Ｎ原子とＨ原子とを化学式中に含んだ化合物のガスは、例えば、ＮＨ３ガス、ＮＨ２ＮＨ２ガス、及びこれらガスの混合ガスから選ばれたガスであることが好ましい。
【００１１】
前記Ｎ原子を化学式中に含んだ化合物のガスとＮ原子を化学式中に含んだ化合物のガスは、例えば、Ｎ２ガスとＨ２ガスとの混合ガスであることが好ましい。
【００１２】
前記Ｎ２ガスとＨ２ガスとの混合ガスの場合、流量基準で、式：０.２≦Ｎ２／Ｈ２≦１.０を満足するものであることが好ましい。Ｎ２／Ｈ２が０.２未満であると選択性の破れが激しくなり、また、１.０を超えるとメタル膜(Ｃｕ配線)上への核発生頻度が悪化して、Ｗ膜を形成し難くなる。
【００１３】
前記Ｓｉ原子を含んだガスは、シラノール類であり、このようなシラノール類は、化学式：Ｈ３ＳｉＯＨ、Ｒ３ＳｉＯＨ(式中、Ｒはアルキル基を示す)及びＲ２Ｓｉ(ＯＨ)２(式中、Ｒは、前記定義の通り)を有する化合物から選ばれた少なくとも一種であることが好ましい。このなかで、トリエチルシラノールがより好ましい。
【００１４】
本発明によれば、前記Ｎ原子とＨ原子とを化学式中に含んだ化合物のガス、Ｎ原子を化学式中に含んだ化合物のガスとＨ原子を化学式中に含んだ化合物のガスとの混合ガス、及びＨ原子を化学式中に含んだ化合物のガスは、プラズマの発生により又は触媒により分解されて活性化された状態で、また、Ｓｉ原子を化学式中に含んだ化合物のガスは、そのままの生ガスで又はプラズマの発生により分解されて活性化された状態で、所定量が真空チャンバー内へ導入される。
【００１５】
前記Ｓｉ原子を化学式中に含んだ化合物のガスは、前記したような前処理をした後、原料ガスを導入する際に導入しても良い。
【００１６】
本発明のＣｕ多層配線の製作法は、表面に絶縁膜を有し、かつ、この絶縁膜にホール、トレンチ構造が設けられている基板で、このホール、トレンチ構造内に下層Ｃｕ系配線膜が埋め込まれている基板を真空チャンバー内へ載置し、上記前処理を行った後、この基板を所定の温度に加熱し、次いで真空チャンバー内へ原料ガスを導入し、公知の選択Ｗ−ＣＶＤ法により前記下層Ｃｕ系配線膜表面上に選択的にＷキャップ膜を形成した後、絶縁膜を形成し、この絶縁膜をパターニングし、次いでバリアメタル膜とＣｕシード成膜を行った後、上層Ｃｕ系配線を成膜することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、特定の前処理ガスから生成した活性種(ラジカル等)を用いて基板表面を前処理することにより、選択Ｗ−ＣＶＤ法でＷキャップ膜を形成する際に、選択性の破れを防止してＣｕ系配線膜上にＷキャップ膜を効率的に形成できるという効果、及びこの選択Ｗ−ＣＶＤ法を利用して所望のＣｕ多層配線を製作することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の選択Ｗ−ＣＶＤ法の実施の形態によれば、原料ガスの導入前に、上記したような、(１)Ｎ原子とＨ原子とを化学式中に含んだ化合物のガス、(２)Ｎ原子を化学式中に含んだ化合物のガスとＨ原子を化学式中に含んだ化合物のガスとの混合ガス、(３)Ｓｉ原子を化学式中に含んだ化合物のガス、又は(４)前記Ｎ原子とＨ原子とを化学式中に含んだ化合物のガス、Ｎ原子を化学式中に含んだ化合物のガスとＨ原子を化学式中に含んだ化合物のガスとの混合ガス、及びＨ原子を化学式中に含んだ化合物のガスから選ばれたガスと、Ｓｉ原子を化学式中に含んだ化合物のガスとの混合ガスを前処理ガスとして使用して、活性化した状態で又は生ガスの状態で、絶縁膜表面とＣｕ系配線膜表面とを前処理する。
【００１９】
この場合、前記ガス(１)、(２)、(３)又は(４)、好ましくは前記ガス(１)又は(２)を前処理ガスとして使用して前処理した後、原料ガスを導入して成膜する際に、Ｓｉ原子を化学式中に含んだ化合物のガスを原料ガスと一緒に又は別個に導入することができる。すなわち、このＳｉ原子を化学式中に含んだ化合物のガスは、前処理中に使用しても良いし、成膜中に常に流していても良いし、前処理中及び成膜中を通して使用しても良い。
【００２０】
前記Ｎ原子とＨ原子とを化学式中に含んだ化合物のガス、及びＮ原子を化学式中に含んだ化合物のガスとＨ原子を化学式中に含んだ化合物のガスとの混合ガスは、プラズマの発生により又は触媒により分解されて活性化された状態で、また、Ｓｉ原子を化学式中に含んだ化合物のガスは、そのままの生ガスで又はプラズマの発生により分解されて活性化された状態で、真空チャンバーへ導入される。このような前処理を行うことにより、選択Ｗ−ＣＶＤ法において、選択性の破れが生じることなく所望のＷキャップ膜が形成され得る。
【００２１】
本発明において、絶縁膜としては、半導体産業において通常用いられるものであれば特に制限される訳ではなく、例えばＳｉＯ２膜の他に、ＳＯＧ膜やＳｉＯＣ膜や窒化物膜等の公知の絶縁性物質からなる膜を挙げることができる。また、本発明におけるＣｕ系配線膜は、Ｃｕ膜及びＣｕ合金膜(例えば、ＣｕＡｌ、ＣｕＡｇ、ＣｕＳｎ等)からなる配線膜である。
【００２２】
前記前処理、例えば、Ｎ原子とＨ原子とを化学式中に含んだ化合物のガスを用いる前処理により、絶縁膜の表面層に存在するＯやＯＨ等がＮやＮＨで終端されることになる。絶縁膜の最表面層が、このような活性点のないものとなると、原料ガス(例えば、ＳｉＨ４等のシランガス)の吸着が阻害されるので、絶縁膜表面で原料ガスの分解が起こることもなく、成膜も起こらない。そのため、Ｃｕ系配線膜上にのみＷキャップ膜が形成され、選択性の破れが生じることはない。
【００２３】
また、Ｓｉ原子を化学式中に含んだ化合物のガス(例えば、トリエチルシラノール等のシラノール類のガス)を、単独で又は他の上記ガス(１)、(２)と共に導入して原料ガスの導入前に前処理を行う場合、あるいはＳｉ原子を含んだガスを原料ガスの導入の際に導入する場合は、絶縁膜の表面層に存在するＯやＯＨ等が−Ｏ−Ｓｉ−Ｒ(Ｒ：アルキル基)となり、最表面層がアルキル基で終端されることになる。絶縁膜の最表面層が、このような活性点のないものとなると、原料ガス(例えば、ＳｉＨ４等のシランガス)の吸着が阻害されるので、絶縁膜表面で原料ガスの分解が起こることもなく、成膜も生じない。そのため、Ｃｕ系配線膜上にのみＷキャップ膜が形成され、選択性の破れが生じることはない。
【００２４】
Ｓｉ原子を含んだガスとしては、上記したように、ＳｉとＯＨを含んだ化学式：Ｈ３ＳｉＯＨ、又はＲ３ＳｉＯＨ若しくはＲ２Ｓｉ(ＯＨ)２(式中、Ｒはアルキル基を示す)のアルキル置換体であるシラノール類、好ましくはトリエチルシラノールを用いることができる。ここで、アルキル基は、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル基等の低級アルキル基であることが好ましい。このシラノール類は、選択Ｗ−ＣＶＤ法を行う前の前処理に、単独で用いても、他の上記ガス(１)、(２)と共に用いても、あるいはまた選択Ｗ−ＣＶＤ法を行う際に原料ガスと共に用いてもよい。この場合、Ｈ３ＳｉＯＨはＮ原子及びＨ原子を含んだガスと共に用いることが好ましい。
【００２５】
本発明によれば、前記Ｎ原子及び／又はＨ原子を含んだガスを、例えばプラズマの発生により活性化された活性種(ラジカル)又は触媒により活性化された活性種(ラジカル)の形で真空チャンバー内へ導入することについて上述したが、この活性種の形成方法には特に制限はなく、公知の方法を使用できる。
【００２６】
前記した前処理でのプラズマ発生方法としては、特に制限はなく、半導体用の薄膜作製分野で通常用いられる熱電子放電形、二極放電形、マグネトロン放電形、無電極放電形、ＥＣＲ放電形等を用いればよく、例えば、ＲＦによる平行平板型プラズマやＩＣＰ(誘導結合プラズマ)等を使用することができる。
【００２７】
また、プラズマの代わりに用いる触媒方式も、特に制限はなく、ラジカル発生手段として用いられている公知の触媒方式であれば良い。例えば、１７００〜１８００℃程度に加熱したＷ等の公知の触媒金属に前処理ガスを接触させ、活性化して生成するラジカルを使用することができる。
【００２８】
本発明における前処理の温度は、３００℃以下であることが好ましい。３００℃を超えるとＣｕ自身の膨張等が生じ、Ｃｕ配線の信頼性が落ちるという問題がある。前処理温度が１００℃程度以上であれば、所望の前処理の効果が達成される。
【００２９】
本発明によれば、前処理は、真空チャンバー内に載置されたウェハを３００℃以下(例えば、２５０℃)に加熱した後、通常のプラズマ条件下、Ｎ原子及び／又はＨ原子を含んだガスでプラズマをたてて行われる。生成したＨラジカルでＣｕ系膜上の酸化物膜を除去すると同時に、生成したＮラジカル、ＮＨラジカル等で絶縁膜上がＮ化される。Ｓｉ原子を含むガスを使用する場合は、絶縁膜上がアルキル化される。その後、選択Ｗ−ＣＶＤプロセスを３００℃以下(例えば、２５０℃)で行う。この成膜温度の下限は、Ｗキャップ膜を形成することができる温度であればよい。例えば、成膜温度が２００℃程度以上であれば、所望のＷキャプ膜を形成できる。
【００３０】
本発明での前処理は、選択Ｗ−ＣＶＤを行うプロセス室と別のチャンバーで行っても良いし、同じチャンバで行っても良い。
【００３１】
原料ガスとしては、通常Ｗ−ＣＶＤ法で用いられるものであれば特に制限されず、例えば、ＷＦ６、Ｗ(ＣＯ)６等を、また、Ｗ膜形成の補助ガスとしてのＳｉＨ４、Ｈ２等のガスを挙げることができる。この原料ガスは、アルゴン等の不活性ガスをキャリアガスとして用いて真空チャンバー内へ導入されてもよい。この場合、Ｗキャップ膜の形成反応は、以下の反応式に基づく。
【００３２】
２ＷＦ６ ＋ ３ＳｉＨ４ → ２Ｗ ＋ ３ＳｉＦ４ ＋ ６Ｈ２
ＷＦ６ ＋ ３Ｈ２ → Ｗ ＋ ６ＨＦ
【００３３】
選択Ｗ−ＣＶＤプロセスとしては、例えば、原料ガスとしてのＷＦ６のＳｉＨ４還元法あるいはキャリアガスとしてＨ２を用いるプロセスを使用することができる。この場合、還元性ガスとしてモノシランの代わりに、水素ガスや他の還元性ガスを用いても良い。この還元性ガスの代わりに、絶縁膜に設けられたホールやトレンチの底部に露出しているＳｉ等を還元剤としても用いることもできる。ビアプラグへの埋め込み等の他の適応プロセスにおける選択性の破れを防ぐためにも、上記前処理は有用である。
【００３４】
また、本発明のＣｕ多層配線の製作法によれば、上記方法によりＷキャップ膜を形成した後、通常のＣＶＤ法により絶縁膜(例えば、ＳｉＯ２膜等)を形成し、通常の方法によりこの絶縁膜をパターニングし、次いで、所望によりバリアメタル膜を形成し、このバリアメタル膜の上に通常の方法でＣｕシード成膜を行った後、通常のメッキ法等により上層Ｃｕ配線を製作することができる。
【実施例１】
【００３５】
本実施例では、図１に示すプロセスフロー図に準じて、Ｃｕ配線製作プロセスを実施した。
【００３６】
処理基板として、絶縁膜(ＳｉＯ２薄膜)が表面に設けられている８インチＳｉシリコンウエハであって、この絶縁膜にホール、トレンチ構造が設けられた基板を用いた。このホール、トレンチ構造内へ、通常のメッキ法により下層配線のＣｕ膜を埋め込み(図１(ａ))、余分のＣｕ膜を通常のＣＭＰにより削り落とした(図１(ｂ))。
【００３７】
かくして得られた基板に対して脱ガス処理(脱ガス条件：２５０℃)を行なったものを前処理用チャンバー内に搬入し、基板を処理温度２５０℃まで加熱した。次いで、マスフローコントローラー(ＭＦＣ)でガス流量を制御したＮ２ガス５０ｓｃｃｍとＨ２ガス１００ｓｃｃｍとを同時にチャンバー内に導入し、ＲＦプラズマ(プラズマ条件：ＲＦ＝５０Ｗ、圧力５Ｐａ)にて放電を立て、３０秒間、基板表面を前処理した(図１(ｄ−１))。この時、Ｈ２ガスがプラズマにより分解されて生成されたＨラジカルにより、Ｃｕ配線膜表面に残っていたＣｕの酸化物膜が還元されて除去され、また、Ｎ２ガスがプラズマにより分解されて生成されたＮラジカルにより、絶縁膜表面上がＮ化された。
【００３８】
上記前処理プロセスの終了後、処理された基板を前処理用チャンバーから真空ロボットにより搬出し、選択Ｗ−ＣＶＤ法を実施するチャンバー内に搬入し、ＷＦ６及びＳｉＨ４を用いる選択Ｗ−ＣＶＤプロセスによりＷキャップ膜を形成せしめた(図１(ｄ−２))。選択Ｗ−ＣＶＤ用チャンバー内では、搬入した基板を、２５０℃になるまで加温し、維持した後、ＷＦ６ガス１０ｓｃｃｍ、ＳｉＨ４ガス５ｓｃｃｍを導入して、２０秒間、Ｗを成膜させた。この場合、キャリアガスとしてアルゴンを用いてもよい。
【００３９】
上記のようにして行なった成膜プロセスの選択性結果と、比較としてＨ２プラズマ処理又はＨ２アニール処理のみにより前処理を行った場合の選択性結果とを図３に示す。図３から、Ｈ２ガスのみによる前処理では、選択性の破れが激しいが、Ｎ原子とＨ原子とを含んだプラズマの前処理を行うことで、選択性の破れは全く観測され無いことが判る。
【００４０】
また、図４に、上記と同様にＮ２ガス５０ｓｃｃｍとＨ２ガス１００ｓｃｃｍとを用いてプラズマをたてて前処理を行った後、Ｃｕ配線上にＷキャップ膜を形成した場合の基板のＳＥＭ写真を示す。このＳＥＭ写真から、Ｗ膜がＣｕ膜上に選択的に形成され、絶縁膜上に選択性の破れが無いことが判る。
【００４１】
上記のようにして得られたＷキャプ膜の形成された基板に対して、上層Ｃｕ配線製作のため、通常のＣＶＤ法により絶縁膜(ＳｉＯ２膜)を形成し(図１(ｅ))、通常の方法により絶縁膜のパターニング(図１(ｆ))を行った後、所望によりバリアメタル膜を形成し(図１(ｇ))、その上にＣｕシード成膜を行い(図１(ｈ))、次いでメッキ法により上層Ｃｕ配線を成膜し、Ｃｕ多層配線を製作した。
【実施例２】
【００４２】
前処理ガスとして、ＮＨ３ガス１００ｓｃｃｍを用い、 １５０℃で実施例１のプロセスを実施した。得られた選択性結果(ＳＥＭ写真)によれば、実施例１の場合と同様に選択性の破れは観測されなかった。
(比較例１)
【００４３】
前処理ガスとして、Ｎ２ガス１５ｓｃｃｍとＨ２ガス１００ｓｃｃｍとを同時に前処理チャンバー内へ導入し、また、Ｎ２ガス１１０ｓｃｃｍとＨ２ガス１００ｓｃｃｍとを同時に前処理チャンバー内へ導入した以外は、実施例１記載の方法を繰り返した。いずれの場合も、得られた選択性結果(ＳＥＭ写真)によれば、選択性の破れが観察された。
(比較例２)
【００４４】
前処理温度を３５０℃に設定した以外は、実施例１記載の方法を繰り返した。得られた選択性結果(ＳＥＭ写真)によれば、選択性の破れが観察された。
【実施例３】
【００４５】
前処理ガスとして、トリエチルシラノールガス０．１ｓｃｃｍを用いたこと以外は、実施例１のプロセスを実施した。得られた選択性結果(ＳＥＭ写真)によれば、実施例１の場合と同様に選択性の破れは観測されなかった。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明によれば、上記したようなＮ原子、Ｈ原子及びＳｉ原子から選ばれた原子を化学式中に含んだ特定の化合物のガスを所定の状態で用いて、絶縁膜表面とＣｕ系配線膜表面とを前処理することにより、その後の選択Ｗ−ＣＶＤ法によりＷキャップ膜を形成する際に、選択性の破れが防止され、Ｗキャップ膜を選択的にＣｕ系配線膜上に形成できるので、本発明は、半導体産業におけるＣｕ系配線成膜分野に有効に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】選択Ｗ−ＣＶＤ法を行うプロセスフロー図。
【図２】Ｈ２プラズマにより前処理を行った後に、選択Ｗ−ＣＶＤ法を実施した場合のＷキャップ膜のＳＥＭ写真。
【図３】実施例１に従って行った成膜プロセスの選択性結果を、比較例と共に示すグラフ。
【図４】実施例１に従って成膜プロセスを行った場合のＷキャップ膜のＳＥＭ写真。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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