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JPH11256318A - Conductive thin film and its formation as well as semiconductor device and its production - Google Patents

Conductive thin film and its formation as well as semiconductor device and its production

Info

Publication number
JPH11256318A
JPH11256318A JP5840598A JP5840598A JPH11256318A JP H11256318 A JPH11256318 A JP H11256318A JP 5840598 A JP5840598 A JP 5840598A JP 5840598 A JP5840598 A JP 5840598A JP H11256318 A JPH11256318 A JP H11256318A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
metal
thin film
conductive thin
deposited
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Abandoned
Application number
JP5840598A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takaaki Miyamoto
孝章 宮本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP5840598A priority Critical patent/JPH11256318A/en
Publication of JPH11256318A publication Critical patent/JPH11256318A/en
Abandoned legal-status Critical Current

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  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
  • Electroplating Methods And Accessories (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To efficiently form a conductive thin film having a uniform and sufficient nucleus density. SOLUTION: Ion species of a metal are formed by acting rare earth excitation species or/and electrons on gas contg. a metal. The metal ions are deposited on a substrate and with these ions as growth nuclei, the conductive thin film is formed by CVD, PVC, electrolytic plating, etc. More particularly this method is effective as a method of forming the conductive thin film on a semiconductor substrate having connection holes, in which a copper thin film is formed by using β-ketonato copper as a gaseous raw material.

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、導電性薄膜及びそ
の形成方法、並びに、導電性薄膜を有する半導体装置及
びその製造方法に関するものである。
The present invention relates to a conductive thin film and a method for forming the same, and a semiconductor device having the conductive thin film and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、超LSIデバイスの配線材料と
してはアルミニウム(Al)が広く用いられているが、
このアルミニウムに代わる次世代の配線材料として銅
(Cu)が注目されている。
2. Description of the Related Art In general, aluminum (Al) is widely used as a wiring material for VLSI devices.
Copper (Cu) has attracted attention as a next-generation wiring material replacing aluminum.

【0003】銅は、アルミニウムに比べて比抵抗が小さ
く(具体的には、Alの比抵抗2.7μΩ・cmに対し
て、Cuの比抵抗は1.72μΩ・cmである)、さら
に、エレクトロマイグレーション、ストレスマイグレー
ション等に強いといった性質を有している。
[0003] Copper has a lower specific resistance than aluminum (specifically, the specific resistance of Cu is 1.72 μΩ · cm while the specific resistance of Al is 2.7 μΩ · cm). It has the property of being resistant to migration, stress migration, and the like.

【0004】銅薄膜の成膜技術としては、電解メッキ技
術が最も実用に近く、一部では実用化の見通しも立って
いる。
[0004] As a technique for forming a copper thin film, an electrolytic plating technique is the closest to practical use, and some are expected to be put to practical use.

【0005】この電解メッキ技術では、銅を成長(堆
積)させるためのシード(seed)層(Cu成長核)が必
要であり、現在はスパッタリングによる銅薄膜がこのシ
ード層として利用されている。
[0005] This electroplating technique requires a seed layer (Cu growth nucleus) for growing (depositing) copper, and a copper thin film formed by sputtering is currently used as the seed layer.

【0006】しかしながら、特に高アスペクト比を有す
る微細径の接続孔(例えばコンタクトホールやビアホー
ル)の埋め込みには、スパッタリング法で成膜した銅薄
膜では十分なステップカバレッジ(回り込み率)が得ら
れないため、CVD(chemical vapor deposition :化
学的気相成長)法によって銅のシード層を形成するか、
或いは、CVD法によって微細径の接続孔全てを埋め込
む必要がある。
However, in the case of filling a fine diameter connection hole (for example, a contact hole or a via hole) having a high aspect ratio, a sufficient step coverage (wraparound ratio) cannot be obtained with a copper thin film formed by a sputtering method. Forming a copper seed layer by CVD (chemical vapor deposition),
Alternatively, it is necessary to fill all the connection holes having a small diameter by the CVD method.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】CVD法による銅の成
膜技術(以下、CuCVD成膜技術と称することがあ
る)では、例えば、β−ケトナト系銅(I)である Cu
(hfac)(tmvs) (copper hexafluoroacetylacetonate tr
imethylvinylsilane :構造式は図13参照、以下、同
様)を銅含有の原料ガスとして用い、200℃程度の加
熱下で成膜を行っている。
In a copper film forming technique by the CVD method (hereinafter, sometimes referred to as a CuCVD film forming technique), for example, Cu-β-ketonato copper (I) is used.
(hfac) (tmvs) (copper hexafluoroacetylacetonate tr
imethylvinylsilane: The structural formula is shown in FIG. 13 and the same applies hereinafter) as a copper-containing source gas, and the film is formed under heating at about 200 ° C.

【0008】このCuCVD成膜技術では、下記反応式
(A)及び(B)、更に図13に示すように、原料ガス
の熱分解反応により銅を析出している。 Cu(hfac)(tmvs) → Cu(hfac) + tmvs …(A) 2 Cu(hfac) → Cu + Cu(hfac)2 …(B) 〔但し、前記反応式A、B及び図13において、 hfac
は hexafluoroacetylacetonate(ヘキサフルオロアセチ
ルアセトナト)、 tmvs は trimethylvinylsilane (ト
リメチルビニルシラン)を意味する:以下、同様。〕
In this CuCVD film forming technique, as shown in the following reaction formulas (A) and (B), and further, as shown in FIG. 13, copper is deposited by a thermal decomposition reaction of a raw material gas. Cu (hfac) (tmvs) → Cu (hfac) + tmvs ... (A) 2 Cu (hfac) → Cu + Cu (hfac) 2 ... (B) [However, in the above reaction formulas A and B and FIG. 13, hfac
Means hexafluoroacetylacetonate, and tmvs means trimethylvinylsilane. ]

【0009】しかしながら、この反応においては、前述
した反応式(A)及び(B)から分かるように、原料ガ
ス中に含まれる銅原子の半分程度しか使用(析出)でき
ておらず、析出する以外の銅原子がCu(hfac)2 として排
出されてしまうため、反応効率が悪い。また、得られた
銅薄膜中に不純物(特にカーボン系不純物)が多く含ま
れることがあり、銅の密度(核発生密度)が十分である
とは言い難い。さらに、この銅の熱分解反応(析出反
応)は、下地となる基板の表面状態に強く依存してお
り、下地基板の状態を予め原料ガスが吸着しやすいよう
にしておく必要がある。即ち、銅の熱分解反応(析出反
応)は、原料ガスと下地基板との間の電子の移動により
促進されることから、下地基板表面に絶縁物ができない
ようにその酸化等を抑制し、また、下地基板としての電
気伝導性を保つことが必要となる。
However, in this reaction, as can be seen from the above-mentioned reaction formulas (A) and (B), only about half of the copper atoms contained in the raw material gas can be used (precipitated). Is exhausted as Cu (hfac) 2 , resulting in poor reaction efficiency. Further, the obtained copper thin film may contain a large amount of impurities (particularly carbon-based impurities), and it is difficult to say that the density of copper (nucleus generation density) is sufficient. Furthermore, the thermal decomposition reaction (precipitation reaction) of copper strongly depends on the surface state of the substrate serving as a base, and it is necessary to preliminarily set the state of the base substrate so that the source gas can be easily adsorbed. That is, since the thermal decomposition reaction (precipitation reaction) of copper is promoted by the transfer of electrons between the source gas and the underlying substrate, the oxidation and the like are suppressed so that an insulator is not formed on the surface of the underlying substrate, and In addition, it is necessary to maintain electrical conductivity as a base substrate.

【0010】そこで、銅の成膜速度を向上させること、
及び、核発生密度を向上させることを目的として、前述
したCuCVD成膜時に、H(hfac) (ヘキサフルオロア
セチルアセトン:以下、同様)を添加することが試みら
れている。
Therefore, it is necessary to improve the copper deposition rate.
In addition, for the purpose of improving the nucleation density, it has been attempted to add H (hfac) (hexafluoroacetylacetone: the same applies hereinafter) during the above-mentioned CuCVD film formation.

【0011】この方法によれば、H(hfac) 中の水素原子
によって、下記反応式(C)の如く、前記反応式(A)
で生じる Cu(hfac) を還元して、原料ガスの反応効率を
向上させることができる。 Cu(hfac) + H → Cu + H(hfac) …(C)
According to this method, the hydrogen atom in H (hfac) reacts with the reaction formula (A) as shown in the following reaction formula (C).
Cu (hfac) generated in the reaction can be reduced to improve the reaction efficiency of the raw material gas. Cu (hfac) + H → Cu + H (hfac)… (C)

【0012】しかしながら、H(hfac) を添加する方法で
も、水素原子そのものを添加することに比べると反応効
率が悪い。
However, even in the method of adding H (hfac), the reaction efficiency is lower than in the case of adding a hydrogen atom itself.

【0013】そこで、水素原子を反応系に直接供給する
ために、水素ガスを含む混合ガスのプラズマ雰囲気中に
Cu(hfac)(tmvs) を導入せしめ、銅の析出効率を向上さ
せたプラズマCVD法による銅の成膜が知られている。
Therefore, in order to directly supply hydrogen atoms to the reaction system, a mixed gas containing hydrogen gas is introduced into a plasma atmosphere.
It is known to form a copper film by a plasma CVD method in which Cu (hfac) (tmvs) is introduced and copper deposition efficiency is improved.

【0014】しかしながら、この方法は、プラズマ励起
種の接続孔等への入射状態に支配されるため、前述した
銅を含む原料ガスの熱分解反応を利用した方法と比較す
ると、ステップカバレッジが低く、特に高アスペクト比
の接続孔等の埋め込みに使用した場合、その内部にボイ
ドが形成されるという問題が残されれいる。つまり、熱
分解反応は上述したように、下地基板表面に到達した原
料ガスによる反応であるが、これに対してプラズマCV
Dでは、プラズマ雰囲気中のイオン種、電子等の荷電粒
子が成膜を支配することになる。従って、プラズマCV
Dでは、下地基板とプラズマとの間に必然的に電界が形
成され、この電界によって前記の荷電粒子が基板面に対
して垂直方向に加速され、このため、微細な接続孔等へ
の入射状態が等方的でなく、例えば微細孔の側壁等には
成膜されにくい。
However, this method is governed by the state of incidence of the plasma-excited species into the connection holes and the like, and therefore has a lower step coverage than the above-mentioned method utilizing the thermal decomposition reaction of the raw material gas containing copper. In particular, when used to fill a connection hole or the like having a high aspect ratio, there remains a problem that a void is formed therein. In other words, as described above, the thermal decomposition reaction is a reaction by the raw material gas that has reached the surface of the underlying substrate, whereas the plasma CV
In D, charged particles such as ionic species and electrons in the plasma atmosphere govern film formation. Therefore, the plasma CV
In D, an electric field is inevitably formed between the underlying substrate and the plasma, and the electric field accelerates the charged particles in a direction perpendicular to the substrate surface. Is not isotropic and, for example, it is difficult to form a film on the side wall of the fine hole.

【0015】また、上述したCuCVD成膜技術による
銅薄膜を電解メッキ技術におけるシード層として適用す
る場合、Cu成長核として約20〜50nmの銅薄膜を
形成する必要がある。しかしながら、上述したように、
熱分解法に基づくCuCVD成膜技術による銅薄膜の成
長は成膜初期の核形成状態に強く依存しており、現状で
は高い核密度が得られていない。このため、膜厚20〜
50nm程度の一様かつ十分な核密度を有する銅薄膜を
例えば半導体基板上に堆積することは未だ困難であるの
が現状である。
When the copper thin film formed by the above-mentioned CuCVD film forming technique is applied as a seed layer in the electrolytic plating technique, it is necessary to form a copper thin film of about 20 to 50 nm as a Cu growth nucleus. However, as mentioned above,
The growth of the copper thin film by the CuCVD film forming technique based on the thermal decomposition method strongly depends on the nucleation state at the initial stage of film formation, and a high nucleus density has not been obtained at present. For this reason, the film thickness 20 to
At present, it is still difficult to deposit a copper thin film having a uniform and sufficient nuclear density of about 50 nm on, for example, a semiconductor substrate.

【0016】本発明は、上述した従来の実情に鑑みてな
されたものであり、その目的は、一様かつ十分な核密度
を有する導電性薄膜、及び、このような導電性薄膜を効
率良く形成する導電性薄膜の形成方法を提供することに
ある。
The present invention has been made in view of the above-described conventional circumstances, and has as its object to form a conductive thin film having a uniform and sufficient nucleus density and to efficiently form such a conductive thin film. To provide a conductive thin film forming method.

【0017】さらに、本発明の他の目的は、この導電性
薄膜及びその形成方法に準じた半導体装置及びその製造
方法を提供することにある。
Still another object of the present invention is to provide a semiconductor device conforming to the conductive thin film and the method for forming the same, and a method for manufacturing the same.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、金属を
含むガスに希ガス励起種又は/及び電子を作用させて前
記金属のイオンを生成し、この金属イオンを基体上に堆
積させる工程を含む、導電性薄膜の形成方法(以下、本
発明の導電性薄膜の形成方法と称する。)に係るもので
ある。
That is, the present invention provides a process for generating ions of a metal by reacting a rare gas excited species and / or an electron with a gas containing the metal, and depositing the metal ions on a substrate. And a method for forming a conductive thin film (hereinafter referred to as a method for forming a conductive thin film of the present invention).

【0019】また、本発明は、基体上に堆積した金属イ
オンからなる成長核層と、この成長核上に堆積した金属
層とからなる積層構造を有する、導電性薄膜(以下、本
発明の導電性薄膜と称する。)を提供するものである。
The present invention also relates to a conductive thin film (hereinafter referred to as a conductive thin film of the present invention) having a laminated structure composed of a growth nucleus layer composed of metal ions deposited on a substrate and a metal layer deposited on the growth nucleus. (Referred to as a conductive thin film).

【0020】なお、前記成長核層と前記金属層とは、各
層に含まれるカーボン系不純物等の割合が異なり、ま
た、その化学構造も異なっているので、例えば電子顕微
鏡やXPS等によって前記成長核層と前記金属層とが明
確に観察される(下記の本発明の半導体装置も同様であ
る)。
The growth nucleus layer and the metal layer have different ratios of carbon-based impurities and the like in each layer, and also have different chemical structures. The layer and the metal layer are clearly observed (the same applies to the following semiconductor device of the present invention).

【0021】また、本発明は、金属を含むガスに希ガス
励起種又は/及び電子を作用させて前記金属のイオンを
生成し、この金属イオンを半導体基体上に堆積させる工
程を経て、前記半導体基体上に導電性薄膜を形成する、
半導体装置の製造方法(以下、本発明の半導体装置の製
造方法と称する。)を提供するものである。
Further, according to the present invention, there is provided a method for generating ions of a metal by causing a rare gas excited species and / or electrons to act on a gas containing a metal, and depositing the metal ions on a semiconductor substrate. Forming a conductive thin film on a substrate,
A method of manufacturing a semiconductor device (hereinafter, referred to as a method of manufacturing a semiconductor device of the present invention) is provided.

【0022】さらに、本発明は、半導体基体上に堆積さ
れた金属イオンからなる成長核層と、この成長核層上に
堆積した金属層とからなる積層構造を有する導電性薄膜
が、前記半導体基体上に形成されている、半導体装置
(以下、本発明の半導体装置と称する。)を提供するも
のである。
The present invention further provides a conductive thin film having a laminated structure comprising a growth nucleus layer made of metal ions deposited on a semiconductor substrate and a metal layer deposited on this growth nucleus layer. A semiconductor device (hereinafter, referred to as a semiconductor device of the present invention) formed above is provided.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】本発明において、前記原料ガス
と、前記希ガス励起種又は/及び前記電子との作用は、
図1に示すような式で表されると考えられる。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION In the present invention, the action of the source gas and the rare gas excited species and / or the electrons is as follows:
It is considered to be expressed by an equation as shown in FIG.

【0024】なお、図1に示す式は、β−ケトナト系銅
(I)である Cu(hfac)(tmvs) を原料ガスとして用い、
かつ、前記希ガスとしてアルゴンを用いて、Cu(hfac)(t
mvs)にアルゴン励起種と電子とを作用させて前記金属の
イオンを生成せしめる反応についてのものである。
The equation shown in FIG. 1 uses Cu (hfac) (tmvs), which is β-ketonato copper (I), as a raw material gas.
And, using argon as the rare gas, Cu (hfac) (t
mvs) by reacting an argon-excited species with an electron to generate ions of the metal.

【0025】まず、図1(1)及び下記反応式(1)に
示すように、銅を含む原料ガスとしての Cu(hfac)(tmv
s) 分子が、例えばプラズマ雰囲気中に存在する電子
(e)と衝突し、 Cu(hfac)(tmvs) 分子の解離によっ
て、 Cu(hfac) 分子と tmvs 分子と電子とが生成する。 Cu(hfac)(tmvs) + e → Cu(hfac) + tmvs + e …(1)
First, as shown in FIG. 1 (1) and the following reaction formula (1), Cu (hfac) (tmv
s) The molecules collide with, for example, electrons (e) existing in the plasma atmosphere, and Cu (hfac) (tmvs) molecules are dissociated to generate Cu (hfac) molecules, tmvs molecules, and electrons. Cu (hfac) (tmvs) + e → Cu (hfac) + tmvs + e… (1)

【0026】次いで、図1(2)及び下記反応式(2)
に示すように、 Cu(hfac)(tmvs) 分子の解離によって生
じた Cu(hfac) 分子と、前記電子とが衝突して Cu(hfa
c) 分子から銅イオン(Cu+ )が解離する。 Cu(hfac) + e → Cu+ + hfac + 2e …(2)
Next, FIG. 1 (2) and the following reaction formula (2)
As shown in the figure, the Cu (hfac) (tmvs) molecule generated by the dissociation of the Cu (hfac) molecule
c) Copper ions (Cu + ) dissociate from the molecule. Cu (hfac) + e → Cu + + hfac + 2e ... (2)

【0027】また、この反応と同時に、図1(3)及び
下記反応式(3)に示すように、 Cu(hfac)
(tmvs) 分子が、例えばプラズマ雰囲気中で励起
されたアルゴン励起種(Ar* )と衝突し、 Cu(hfac)(tm
vs) 分子の解離によって、 Cu(hfac) 分子と tmvs 分子
とアルゴン励起種とが生成する。 Cu(hfac)(tmvs) + Ar* → Cu(hfac) + tmvs + Ar* …(3)
Simultaneously with this reaction, as shown in FIG. 1 (3) and the following reaction formula (3), Cu (hfac)
(Tmvs) Molecule collides with argon excited species (Ar * ) excited in a plasma atmosphere, for example, and Cu (hfac) (tm
vs) Cu (hfac) molecule, tmvs molecule and argon excited species are generated by the dissociation of the molecule. Cu (hfac) (tmvs) + Ar * → Cu (hfac) + tmvs + Ar * … (3)

【0028】次いで、図1(4)及び下記反応式(4)
に示すように、 Cu(hfac)(tmvs) 分子の解離によって生
じた Cu(hfac) 分子と、前記アルゴン励起種とが衝突し
て Cu(hfac) 分子から銅イオン(Cu+ )が解離する。 Cu(hfac) + Ar* → Cu+ + hfac + Ar* + e …(4)
Next, FIG. 1 (4) and the following reaction formula (4)
As shown in (1), Cu (hfac) molecules generated by the dissociation of Cu (hfac) (tmvs) molecules collide with the argon-excited species to dissociate copper ions (Cu + ) from the Cu (hfac) molecules. Cu (hfac) + Ar * → Cu + + hfac + Ar * + e… (4)

【0029】このように、 Cu(hfac)(tmvs) とアルゴン
ガスとからなる混合ガスのプラズマ励起下では、 Cu(hf
ac)(tmvs) と、電子及びアルゴン励起種との衝突によっ
て、前記反応式(1)及び(2)で表される反応と同時
に、前記反応式(3)及び(4)で表される反応が起こ
り、これらの反応で銅イオン種が生成され、この銅イオ
ン種が基体上に堆積する。
As described above, under the plasma excitation of the mixed gas composed of Cu (hfac) (tmvs) and argon gas, Cu (hfac)
ac) (tmvs) and the reaction represented by the above-mentioned reaction formulas (3) and (4) at the same time as the reaction represented by the above-mentioned reaction formulas (1) and (2) due to collision between electrons and argon excited species. Occur, and these reactions produce copper ionic species, which deposit on the substrate.

【0030】上述した反応は、前記電子を介して連続的
に加速されながら進行するものであり、例えば、前記反
応式(1)において Cu(hfac)(tmvs) 分子と衝突する電
子は、アルゴンガスのプラズマ励起によって遊離する電
子、又は前記反応式(2)において生じる電子等とも考
えられる。
The above-described reaction proceeds while being continuously accelerated via the electrons. For example, in the reaction formula (1), the electrons that collide with Cu (hfac) (tmvs) molecules are argon gas. May be considered as electrons released by the plasma excitation or electrons generated in the reaction formula (2).

【0031】すなわち、本発明によれば、上述した連続
的な反応で銅イオンが解離されると同時に、実質的に原
料ガス中に含まれる全ての銅原子が使用(析出)される
ので、銅(特に銅イオン)の生成効率が良い。また、基
体上に堆積される銅イオンはイオン種であるので、例え
ば基体上に生ぜしめられる電界によって効率良く堆積さ
れ、また、不純物(特にカーボン系不純物)が実質的に
含まれず、一様かつ高い密度(核発生密度)を有する薄
膜が得られる。さらに、この反応は、下地となる基体の
表面状態には依存せず、銅原子では吸着しにくいような
表面状態を有する基体や微細孔の側壁等でも、比較的容
易に吸着せしめることが可能である。
That is, according to the present invention, copper ions are dissociated by the above-described continuous reaction, and at the same time, substantially all of the copper atoms contained in the source gas are used (precipitated). Good production efficiency (especially copper ions). Further, since copper ions deposited on the substrate are ionic species, they are efficiently deposited by, for example, an electric field generated on the substrate, and are substantially free of impurities (particularly carbon-based impurities), and are uniform and uniform. A thin film having a high density (nucleus generation density) is obtained. Furthermore, this reaction does not depend on the surface condition of the base material as a base, and it is possible to make it relatively easily adsorbed even on a base material or a side wall of a micropore having a surface state that is hardly adsorbed by copper atoms. is there.

【0032】次に、本発明の導電性薄膜の形成方法及び
本発明の導電性薄膜について、その望ましい実施の形態
を説明する。
Next, preferred embodiments of the method for forming a conductive thin film of the present invention and the conductive thin film of the present invention will be described.

【0033】まず、本発明の導電性薄膜の形成方法にお
いては、前記金属を含むガス(原料ガス)と希ガスとか
らなる混合ガスをプラズマ励起させ、この原料ガスと前
記希ガス励起種又は/及び前記電子とを衝突させて解離
した前記金属イオンを前記基体上に堆積させることがで
きる。
First, in the method for forming a conductive thin film of the present invention, a mixed gas composed of the above-mentioned metal-containing gas (raw material gas) and a rare gas is excited by plasma, and this raw material gas and the rare gas excited species or / And the metal ions dissociated by collision with the electrons can be deposited on the substrate.

【0034】前記プラズマ励起の方法としては、例え
ば、直流形又は高周波形の2極放電型、磁場収束型(マ
グネトロン放電型)、無電極放電型、ECR(electron
cyclotron resonance)型等の種々のプラズマ発生方式
が適用可能であり、比較的低温でも図1に示した反応が
進行する。
Examples of the plasma excitation method include a direct current type or high frequency type bipolar discharge type, a magnetic field focusing type (magnetron discharge type), an electrodeless discharge type, and an ECR (electron discharge).
Various plasma generation methods such as cyclotron resonance type can be applied, and the reaction shown in FIG. 1 proceeds even at a relatively low temperature.

【0035】また、本発明の導電性薄膜の形成方法及び
本発明の導電性薄膜においては、前記の堆積した金属イ
オン(即ち、金属イオンからなる導電性薄膜)を成長核
(シード層)とし、この成長核(又は成長核層)上に更
に金属(又は金属層)を堆積させることが望ましい。本
発明によれば、一様かつ核密度の十分高い導電性薄膜が
形成されるので、この導電性薄膜を成長核として金属を
更に堆積させれば一様かつ、十分に密度が高い等の薄膜
物性に優れた導電性薄膜が得られる。
Further, in the method for forming a conductive thin film of the present invention and the conductive thin film of the present invention, the deposited metal ions (that is, conductive thin films made of metal ions) are used as growth nuclei (seed layers). It is desirable to further deposit a metal (or metal layer) on this growth nucleus (or growth nucleus layer). According to the present invention, a conductive thin film having a uniform and sufficiently high nucleus density is formed. If a metal is further deposited using the conductive thin film as a growth nucleus, a thin film having a uniform and sufficiently high density can be obtained. A conductive thin film having excellent physical properties can be obtained.

【0036】また、所定の導電性薄膜を全て前記金属イ
オンによって形成してもよいが、特に、微細孔を有する
基体に対して導電性薄膜の形成を行う場合、前記金属イ
オンの堆積だけでは前記微細孔の側壁部分への前記金属
イオンの堆積が不十分になることがあるので、前記基体
上の前記金属イオンの堆積物を成長核として、ステップ
カバレッジの良好な熱分解等の方法で更に前記金属を成
長させることが望ましい。但し、この成長核は微細な接
続孔等において、側壁部、底部ともに例えば10nm以
上の厚みに成膜することができ、例えば、側壁部と底部
との比は約1:3になる。
The predetermined conductive thin film may be entirely formed of the metal ions. In particular, when the conductive thin film is formed on a substrate having fine pores, the deposition of the metal ions is not sufficient. Since the deposition of the metal ions on the side wall portions of the micropores may be insufficient, the deposition of the metal ions on the substrate is used as a growth nucleus, and the method is further performed by a method such as thermal decomposition with good step coverage. It is desirable to grow the metal. However, this growth nucleus can be formed into a film having a thickness of, for example, 10 nm or more at both the side wall and the bottom in a fine connection hole or the like. For example, the ratio of the side wall to the bottom is about 1: 3.

【0037】具体的には、前記の堆積した金属イオンを
成長核として、金属を含むガス(原料ガス)の分解(例
えば熱分解)によって、前記成長核上にその金属を更に
堆積させてもよい。
Specifically, using the deposited metal ions as growth nuclei, the metal may be further deposited on the growth nuclei by decomposition (for example, thermal decomposition) of a metal-containing gas (source gas). .

【0038】特にこの場合、前記成長核上に、前記金属
を含むガス(原料ガス)の熱分解(特に熱分解CVD)
によって前記金属を更に堆積した後、この金属上に物理
的堆積法によって更に金属を堆積させることができる。
また、前記物理的堆積法(いわゆるPVD法:physical
vapor deposition )は、例えば、真空蒸着法、スパッ
タリング法、イオンプレーティング法などであってよ
く、この物理的堆積法によれば、不純物の混入が少な
く、また成長核の核密度が高いので、上述した物性に優
れた導電性薄膜が形成される。
In this case, in particular, thermal decomposition (particularly, thermal decomposition CVD) of the metal-containing gas (source gas) is performed on the growth nucleus.
After further depositing the metal, additional metal can be deposited on the metal by physical deposition.
Further, the physical deposition method (so-called PVD method: physical
The vapor deposition may be, for example, a vacuum deposition method, a sputtering method, an ion plating method, or the like. According to the physical deposition method, impurities are less mixed and the growth nucleus has a high nucleus density. A conductive thin film having excellent physical properties is formed.

【0039】或いは、前記の堆積した金属イオンを成長
核とし、更に金属を電解メッキ法(電気メッキ法)で堆
積(形成)させてもよい。上述したように、前記成長核
は一様かつ核密度が高いので、電解メッキ法によって
も、優れた物性の電解メッキ膜が形成されることにな
る。なお、電解メッキ法や熱分解CVD法、PVD法に
よる成膜を更に行う場合、成長核上に成長する金属は、
前記成長核を構成する金属(金属イオン)と同種の金属
であってもよいし、他種の金属であってもよい。
Alternatively, the deposited metal ions may be used as growth nuclei, and a metal may be deposited (formed) by electrolytic plating (electroplating). As described above, since the growth nuclei are uniform and have a high nucleus density, an electrolytic plating film having excellent physical properties can be formed even by the electrolytic plating method. When a film is further formed by an electrolytic plating method, a thermal decomposition CVD method, or a PVD method, the metal grown on the growth nucleus is:
The metal may be the same as the metal (metal ion) constituting the growth nucleus, or may be another metal.

【0040】本発明の導電性薄膜の形成方法において
は、前記希ガス励起種又は前記電子の有するエネルギー
を前記金属のイオン化エネルギー以上とすることが望ま
しい。例えば、前記金属イオンを銅イオンとして、銅薄
膜を形成する場合、銅の第1イオン化エネルギーが約
7.726eVであるので、前述した反応式(1)や
(3)における電子、希ガス励起種の有するエネルギー
が7.726eVより大きければ、前記原料ガス中の銅
が容易にイオン化されることになる。
In the method of forming a conductive thin film according to the present invention, it is preferable that the energy of the rare gas excited species or the electrons is not less than the ionization energy of the metal. For example, when a copper thin film is formed using the metal ions as copper ions, since the first ionization energy of copper is about 7.726 eV, the electrons and rare gas excited species in the above-described reaction formulas (1) and (3) are used. Is greater than 7.726 eV, the copper in the source gas is easily ionized.

【0041】もちろん、前述した反応を行うための反応
室の種類やサイズ等によっても異なるが、 Cu(hfac)(tm
vs) からなる原料ガスとアルゴンガスとからなる混合ガ
スのプラズマ励起下で銅薄膜を形成する場合、装置特性
も考慮して、温度150℃〜250℃、圧力0.1To
rr〜10Torr、周波数13.56MHzの高周波
パワー500W〜2000Wで、前記原料ガス中の銅を
イオン化させることができる。また、前記原料ガスの供
給量は0.2g/min〜0.8g/min、アルゴン
ガスの供給量は100sccm〜1000sccmが望
ましい。
Of course, it depends on the type and size of the reaction chamber for carrying out the above-mentioned reaction, but Cu (hfac) (tm
vs), a copper thin film is formed under plasma excitation of a mixed gas composed of a raw material gas composed of argon gas and a gas composed of argon gas.
Copper in the source gas can be ionized with a high frequency power of 500 W to 2000 W at rr to 10 Torr and a frequency of 13.56 MHz. Preferably, the supply amount of the source gas is 0.2 g / min to 0.8 g / min, and the supply amount of the argon gas is 100 sccm to 1000 sccm.

【0042】また、前記混合ガス中には、水素ガス(H
2 )を混合することが望ましい。前述した反応式に示し
たように、例えば原料ガスとして Cu(hfac)(tmvs) を用
いる場合、 Cu(hfac) から銅イオンが解離した後、hfac
からなる生成物が残留すると考えられる。特にプラズマ
励起下では、前記生成物やこの分解物が導電性薄膜中に
混入することがあるので、前記生成物やこの分解物と反
応し、これを小さな分子として容易に排気させるため
に、水素ガスを前記混合ガス中に予め混合させ、前記生
成物やその分解物中のカーボンを前記水素によって引き
抜くことが望ましい。
In the mixed gas, hydrogen gas (H
It is desirable to mix 2 ). As shown in the above-mentioned reaction formula, for example, when Cu (hfac) (tmvs) is used as a raw material gas, after dissociating copper ions from Cu (hfac), hfac
It is believed that a product consisting of In particular, under plasma excitation, the product or its decomposition product may be mixed into the conductive thin film.Therefore, it reacts with the product or this decomposition product, and in order to easily exhaust this as a small molecule, hydrogen is used. It is preferable that a gas is previously mixed into the mixed gas, and carbon in the product and its decomposition product is extracted by the hydrogen.

【0043】また、前記基体上に生ぜしめた電界(特
に、前記基体に電圧を印加して生ぜしめた電界)によっ
て、前記金属イオンを前記基体に引き寄せることが望ま
しい。本発明によれば、前記導電性薄膜は金属イオンの
堆積によって形成されるので、この金属イオンに一定の
方向性を付与することによって、成膜速度を向上させ、
効率よく前記導電性薄膜が形成されることになると同時
に、イオン種以外の物質が前記基体に吸着するのを抑制
し、また、前記基体の表面状態にほとんど左右されるこ
となく、前記基体表面に一様かつ十分な核密度にて容易
に堆積される。
It is desirable that the metal ions be attracted to the substrate by an electric field generated on the substrate (particularly, an electric field generated by applying a voltage to the substrate). According to the present invention, since the conductive thin film is formed by depositing metal ions, by imparting a certain directionality to the metal ions, the film forming rate is improved,
At the same time that the conductive thin film is efficiently formed, a substance other than the ionic species is suppressed from adsorbing to the substrate, and the surface of the substrate is hardly influenced by the surface condition of the substrate. It is easily deposited with a uniform and sufficient nuclear density.

【0044】また、前記基体上にバリアメタル層を配
し、このバリアメタル層上に前記金属イオンを堆積させ
ることが望ましい。前記金属イオンはその下地基体の種
類等によっては、下地基体中に容易に侵入し、これと反
応してしまう等のように前記下地基体に悪影響を及ぼす
可能性が考えられるので、バリアメタル層を介して、前
記基体上に前記金属イオンからなる導電性薄膜を形成す
ることが望ましい。
Preferably, a barrier metal layer is provided on the substrate, and the metal ions are deposited on the barrier metal layer. Depending on the type of the base substrate, the metal ions may easily enter the base substrate and react with the metal ions, which may adversely affect the base substrate. It is preferable to form a conductive thin film made of the metal ions on the base through the intermediary.

【0045】また、前記基体上に設けた絶縁層に接続孔
を介して接続された上下の導電層のうち、上層導電層を
形成するのに適用することが望ましい。もちろん、前記
上下両層の導電層の形成に本発明の導電性薄膜の形成方
法を適用することができるが、本発明によれば、ステッ
プカバレッジ良く導電性薄膜を形成することができるの
で、特に微細孔等を有する基体に対する薄膜の形成に好
適に用いられる。
Preferably, the present invention is applied to formation of an upper conductive layer among upper and lower conductive layers connected to the insulating layer provided on the base through connection holes. Of course, the method for forming a conductive thin film of the present invention can be applied to the formation of the upper and lower conductive layers. However, according to the present invention, the conductive thin film can be formed with good step coverage. It is suitably used for forming a thin film on a substrate having fine holes or the like.

【0046】さらに、前記金属(成長核層)は銅とする
ことが望ましい。本発明において使用する原料ガスは、
常温常圧で気体であることが望ましく、例えば前記導電
性薄膜として銅薄膜を形成する場合は、上述したβ−ケ
トナト系銅(I)である Cu(hfac)(tmvs) の他、 Cu(hf
ac)(btmsa)(copper hexafluoroacetylacetonate bistr
imethylsilylasetylnate)、Cu(hfac)(copper(II) hexa
fluoroacetylacetonate)等の錯体が使用可能である。ま
た、例えば図2(1)に示した如き構造式を有する(C5H
F6O2)Ag:P(CH3)3(hexafluoroacetylacetonatosilver:tr
imethylphosphine adduct )や、図2(2)に示した如
き構造式を有する(CH3)2Au (C5HF6O2)(dimethylhexaflu
oroacetylacetonatogold) 等のような銀(Ag)や金
(Au)等の2価の錯体も常温常圧で気体を形成すると
考えられており、従って、前記導電性薄膜として銀や金
からなる薄膜も形成できると考えられる。
Further, it is desirable that the metal (growth nucleus layer) is copper. Raw material gas used in the present invention,
It is desirable to be a gas at normal temperature and normal pressure. For example, when a copper thin film is formed as the conductive thin film, Cu (hfac) (tmvs) which is the above-mentioned β-ketonato copper (I), Cu (hf
ac) (btmsa) (copper hexafluoroacetylacetonate bistr
imethylsilylasetylnate), Cu (hfac) (copper (II) hexa
Complexes such as fluoroacetylacetonate) can be used. In addition, for example, (C 5 H) having the structural formula shown in FIG.
F 6 O 2 ) Ag: P (CH 3 ) 3 (hexafluoroacetylacetonatosilver: tr
(CH 3 ) 2 Au (C 5 HF 6 O 2 ) (dimethylhexaflu) having the structural formula as shown in FIG.
It is considered that divalent complexes such as silver (Ag) and gold (Au) such as oroacetylacetonatogold) also form gas at normal temperature and normal pressure. Therefore, a thin film made of silver or gold is also formed as the conductive thin film. It is considered possible.

【0047】次に、本発明の半導体装置の製造方法及び
本発明の半導体装置について、その望ましい実施の形態
を説明する。
Next, preferred embodiments of the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention and the semiconductor device of the present invention will be described.

【0048】本発明の半導体装置の製造方法において
は、前記金属を含むガス(原料ガス)と希ガスとからな
る混合ガスをプラズマ励起させ、この原料ガスと前記希
ガス励起種又は/及び前記電子とを衝突させて解離した
前記金属イオンを前記半導体基体上に堆積させることが
できる。
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, a mixed gas comprising the metal-containing gas (source gas) and a rare gas is excited by plasma, and the source gas and the rare gas-excited species or / and the electrons are excited. And the metal ions dissociated by the collision can be deposited on the semiconductor substrate.

【0049】前記プラズマ励起の方法としては、上述し
たと同様に、例えば、直流形又は高周波形の2極放電
型、磁場収束型(マグネトロン放電型)、無電極放電
型、ECR(electron cyclotron resonance)型等の種
々のプラズマ発生方式が適用可能である。
As described above, the plasma excitation method is, for example, a direct current or high frequency type bipolar discharge type, a magnetic field focusing type (magnetron discharge type), an electrodeless discharge type, or an ECR (electron cyclotron resonance). Various plasma generation methods such as a mold can be applied.

【0050】また、本発明の半導体装置の製造方法及び
本発明の半導体装置においては、前記の半導体基体上に
堆積した金属イオン(即ち、金属イオンからなる導電性
薄膜)を成長核(シード)とし、この成長核上に更に金
属を堆積させることが望ましい。本発明によれば、核密
度一様かつ十分高い導電性薄膜が形成されるので、この
導電性薄膜を成長核(又は成長核層)として金属(又は
金属層)を更に堆積させても、一様かつ十分に密度が高
く薄膜物性に優れた導電性薄膜が得られる。
In the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention and the semiconductor device of the present invention, metal ions (ie, a conductive thin film made of metal ions) deposited on the semiconductor substrate are used as growth nuclei (seed). It is desirable to further deposit a metal on the growth nucleus. According to the present invention, a conductive thin film having a uniform nucleus density and a sufficiently high density is formed. Thus, a conductive thin film having high density, high density, and excellent thin film properties can be obtained.

【0051】また、所定の導電性薄膜を全て前記金属イ
オンによって形成してもよいが、特に、微細径の接続孔
(コンタクトホールやビアホール等)を有する半導体基
体に対して前記導電性薄膜の形成を行う場合、前記金属
イオンの堆積だけでは接続孔の側壁部分への前記金属イ
オンの堆積が不十分になることがあるので、前記基体上
の前記金属イオンの堆積物を成長核として、ステップカ
バレッジの良好な熱分解等の方法で更に導電性薄膜を成
長させることが望ましい。
The predetermined conductive thin film may be formed entirely of the metal ions. In particular, the formation of the conductive thin film on a semiconductor substrate having a fine diameter connection hole (contact hole, via hole, etc.) Is performed, the deposition of the metal ions alone may not be sufficient on the side wall portions of the connection holes by simply depositing the metal ions. Therefore, the step coverage may be performed by using the deposits of the metal ions on the substrate as growth nuclei. It is desirable to further grow the conductive thin film by a method such as thermal decomposition.

【0052】具体的には、前記の堆積した金属イオンを
成長核として、金属を含むガス(原料ガス)の分解(例
えば熱分解)によって、前記成長核上にその金属を更に
堆積させてもよい。
More specifically, the metal may be further deposited on the growth nucleus by decomposition (for example, thermal decomposition) of a metal-containing gas (source gas) using the deposited metal ion as a growth nucleus. .

【0053】特にこの場合、前記成長核上に、前記金属
を含むガス(原料ガス)の熱分解(特に熱分解CVD)
によって前記金属を更に堆積した後、この金属上に物理
的堆積法によって更に金属を堆積させることができる。
また、前記物理的堆積法は、例えば、真空蒸着法、スパ
ッタリング法、イオンプレーティング法などであってよ
く、この物理的堆積法によれば、不純物の混入が少な
く、また成長核の核密度が高いので、薄膜物性に優れた
導電性薄膜が形成される。
In this case, in particular, thermal decomposition (particularly, thermal decomposition CVD) of the metal-containing gas (raw material gas) is performed on the growth nucleus.
After further depositing the metal, additional metal can be deposited on the metal by physical deposition.
Further, the physical deposition method may be, for example, a vacuum deposition method, a sputtering method, an ion plating method, or the like. According to this physical deposition method, impurities are less mixed, and the nucleus density of the growth nucleus is reduced. Since it is high, a conductive thin film having excellent thin film properties is formed.

【0054】或いは、前記の半導体基体上に堆積した金
属イオンを成長核とし、更に金属を電解メッキ法(電気
メッキ法)で堆積(形成)させてもよい。上述したよう
に、前記成長核は一様かつ高い核密度であるので、この
電解メッキによっても、優れた物性の電解メッキ膜が形
成されることになる。なお、電解メッキ法や熱分解CV
D法、PVD法による成膜を更に行う場合、成長核上に
成長する金属は、前記成長核を形成する金属(金属イオ
ン)と同種の金属であってもよいし、他種の金属であっ
てもよい。
Alternatively, metal ions deposited on the semiconductor substrate may be used as growth nuclei, and a metal may be deposited (formed) by electrolytic plating (electroplating). As described above, since the growth nuclei have a uniform and high nucleus density, an electrolytic plating film having excellent physical properties can be formed by this electrolytic plating. In addition, the electrolytic plating method and the thermal decomposition CV
When the film is further formed by the D method or the PVD method, the metal grown on the growth nucleus may be the same metal as the metal (metal ion) forming the growth nucleus, or may be another metal. You may.

【0055】前記希ガス励起種又は前記電子の有するエ
ネルギーは、前記金属のイオン化エネルギー以上とする
ことが望ましい。例えば、前記金属イオンを銅イオンと
して、銅薄膜を形成する場合、銅の第1イオン化エネル
ギーが約7.726eVであるので、前述した反応式
(1)や(3)における電子、希ガス励起種の有するエ
ネルギーが7.726eVより大きければ、前記原料ガ
ス中の銅が容易にイオン化されることになる。
It is desirable that the energy of the rare gas excited species or the electrons be equal to or higher than the ionization energy of the metal. For example, when a copper thin film is formed using the metal ions as copper ions, since the first ionization energy of copper is about 7.726 eV, the electrons and rare gas excited species in the above-described reaction formulas (1) and (3) are used. Is greater than 7.726 eV, the copper in the source gas is easily ionized.

【0056】もちろん、前述した反応を行うための反応
室の種類やサイズ等によっても異なるが、 Cu(hfac)(tm
vs) からなる原料ガスとアルゴンガスとからなる混合ガ
スのプラズマ励起下で半導体基体上に銅からなる導電性
薄膜を形成する場合、その装置特性も考慮して、温度1
50℃〜250℃、圧力0.1Torr〜10Tor
r、周波数13.56MHzの高周波パワー500W〜
2000Wで、前記原料ガス中の銅をイオン化させるこ
とができる。また、前記原料ガスの供給量は0.2g/
min〜0.8g/min、アルゴンガスの供給量は1
00sccm〜1000sccmが望ましい。
Of course, depending on the type and size of the reaction chamber for carrying out the above-mentioned reaction, Cu (hfac) (tm
vs), a conductive thin film made of copper is formed on a semiconductor substrate under plasma excitation of a mixed gas consisting of a raw material gas consisting of argon gas and an argon gas.
50 ° C to 250 ° C, pressure 0.1 Torr to 10 Torr
r, high frequency power of 13.56 MHz 500 W ~
At 2,000 W, copper in the source gas can be ionized. The supply amount of the raw material gas is 0.2 g /
min to 0.8 g / min, the supply amount of argon gas is 1
00 sccm to 1000 sccm is desirable.

【0057】また、前記混合ガス中には、水素ガス(H
2 )を混合することが望ましい。前述した反応式に示し
たように、例えば、原料ガスとして Cu(hfac)(tmvs) を
用いる場合、 Cu(hfac) から銅イオンが解離した後、hf
acからなる生成物が残留すると考えられる。特にプラズ
マ励起下では、前記生成物やこの分解物が導電性薄膜中
に混入することがあるので、前記生成物やこの分解物と
反応し、これを小さな分子として容易に排気させるため
に、水素ガスを前記混合ガス中に予め混合させることが
望ましい。
The mixed gas contains hydrogen gas (H
It is desirable to mix 2 ). As shown in the above-mentioned reaction equation, for example, when Cu (hfac) (tmvs) is used as a raw material gas, after dissociating copper ions from Cu (hfac), hf
It is believed that the product consisting of ac remains. In particular, under plasma excitation, the product or its decomposition product may be mixed into the conductive thin film.Therefore, it reacts with the product or this decomposition product, and in order to easily exhaust this as a small molecule, hydrogen is used. It is desirable to mix a gas in the mixed gas in advance.

【0058】また、前記半導体基体上に生ぜしめた電界
(特に、前記半導体基体に電圧を生ぜしめた電界)によ
って、前記金属イオンを前記半導体基体に引き寄せるこ
とが望ましい。本発明によれば、前記導電性薄膜は金属
イオンの堆積によって形成されるので、この金属イオン
に一定の方向性を付与することによって、イオン種以外
の物質が前記半導体基体に吸着されるのを抑制し、ま
た、成膜速度を向上させ、効率よく前記導電性薄膜が形
成されることになると同時に、半導体基体の表面状態に
ほとんど左右されることなく、電気的に前記半導体基体
に、一様かつ十分な核密度にて容易に堆積される。
It is desirable that the metal ions be attracted to the semiconductor substrate by an electric field generated on the semiconductor substrate (particularly, an electric field generating a voltage on the semiconductor substrate). According to the present invention, since the conductive thin film is formed by depositing metal ions, by giving a certain direction to the metal ions, it is possible to prevent substances other than ionic species from being adsorbed to the semiconductor substrate. In addition, the film formation rate is improved, and the conductive thin film is efficiently formed. At the same time, the conductive thin film is uniformly formed on the semiconductor substrate almost independently of the surface condition of the semiconductor substrate. And it is easily deposited with a sufficient nuclear density.

【0059】また、前記導電性薄膜は配線として形成さ
れていてよい。半導体装置の分野では、世代ごとに配線
等の微細化、つまり高集積化が進められているが、本発
明の半導体装置の製造方法によれば、ステップカバレッ
ジ良く導電性薄膜を形成することができるので、このよ
うな微細化にも十分に対応することが可能である。
The conductive thin film may be formed as a wiring. In the field of semiconductor devices, miniaturization of wirings and the like, that is, high integration has been promoted for each generation. However, according to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, a conductive thin film can be formed with good step coverage. Therefore, it is possible to sufficiently cope with such miniaturization.

【0060】また、前記半導体基体上にバリアメタル層
を形成し、このバリアメタル層上に前記金属イオンを堆
積させることが望ましい。前記金属イオンはその下地と
なる半導体基体の種類等によっては、下地基体(例えば
層間絶縁膜やポリシリコン配線など)中にしみ込み、こ
れと反応(拡散)してしまう可能性が考えられるので、
バリアメタル層を介して、前記基体上に前記金属イオン
からなる導電性薄膜を形成することが望ましい。
Preferably, a barrier metal layer is formed on the semiconductor substrate, and the metal ions are deposited on the barrier metal layer. Depending on the type of the semiconductor substrate serving as the base, the metal ions may penetrate into the base base (for example, an interlayer insulating film or polysilicon wiring) and react (diffuse) with the base base.
It is desirable to form a conductive thin film made of the metal ions on the base via a barrier metal layer.

【0061】また、前記半導体基体上に絶縁層を形成し
た後、この絶縁層に上下の導電層を接続するための接続
孔を形成し、少なくともこの接続孔に前記金属イオンを
堆積させ、前記導電性薄膜を上層導電層として形成する
ことが望ましい。すなわち、前記導電性薄膜は、多層配
線構造を有する半導体装置の上層配線として形成するこ
とが望ましい。もちろん、前記上下両導電層の形成に本
発明の半導体装置の製造方法を適用することもできる
が、本発明の半導体装置の製造方法によれば、ステップ
カバレッジ良く導電性薄膜を形成することができるの
で、特に微細径の接続孔(ビアホールやコンタクトホー
ル)等を有する半導体基体に対する薄膜形成に好適に用
いられる。
After an insulating layer is formed on the semiconductor substrate, connection holes for connecting upper and lower conductive layers are formed in the insulating layer, and at least the metal ions are deposited in the connection holes. It is desirable to form a conductive thin film as an upper conductive layer. That is, it is desirable that the conductive thin film is formed as an upper layer wiring of a semiconductor device having a multilayer wiring structure. Of course, the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention can be applied to the formation of both the upper and lower conductive layers. However, according to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, a conductive thin film can be formed with good step coverage. Therefore, it is suitably used particularly for forming a thin film on a semiconductor substrate having a fine diameter connection hole (via hole or contact hole) or the like.

【0062】さらに、前記金属(成長核層)は銅とする
ことが望ましい。本発明において使用する原料ガスは、
常温常圧で気体であることが望ましく、例えば前記導電
性薄膜として銅薄膜を形成する場合は、上述したβ−ケ
トナト系銅(I)である Cu(hfac)(tmvs) の他、 Cu(hf
ac)(btmsa)(copper hexafluoroacetylacetonate bistr
imethylsilylasetylnate)、Cu(hfac)(copper(II) hexa
fluoroacetylacetonate)等の錯体が使用可能である。ま
た、例えば図2(1)に示した如き構造式を有する(C5H
F6O2)Ag:P(CH3)3(hexafluoroacetylacetonatosilver:tr
imethylphosphine adduct )や、図2(2)に示した如
き構造式を有する(CH3)2Au (C5HF6O2)(dimethylhexaflu
oroacetylacetonatogold) 等のような銀(Ag)や金
(Au)等の2価の錯体も常温常圧で気体を形成すると
考えられており、従って、前記導電性薄膜として銀や金
からなる薄膜も形成できると考えられる。
Further, it is desirable that the metal (growth nucleus layer) is copper. Raw material gas used in the present invention,
It is desirable to be a gas at normal temperature and normal pressure. For example, when a copper thin film is formed as the conductive thin film, Cu (hfac) (tmvs) which is the above-mentioned β-ketonato copper (I), Cu (hf
ac) (btmsa) (copper hexafluoroacetylacetonate bistr
imethylsilylasetylnate), Cu (hfac) (copper (II) hexa
Complexes such as fluoroacetylacetonate) can be used. In addition, for example, (C 5 H) having the structural formula shown in FIG.
F 6 O 2 ) Ag: P (CH 3 ) 3 (hexafluoroacetylacetonatosilver: tr
(CH 3 ) 2 Au (C 5 HF 6 O 2 ) (dimethylhexaflu) having the structural formula as shown in FIG.
It is considered that divalent complexes such as silver (Ag) and gold (Au) such as oroacetylacetonatogold) also form gas at normal temperature and normal pressure. Therefore, a thin film made of silver or gold is also formed as the conductive thin film. It is considered possible.

【0063】特に、上述したように、銅は、配線として
多用されているアルミニウムに比べて、比抵抗が小さく
(具体的には、Alの比抵抗2.7μΩ・cmに対し
て、Cuの比抵抗は1.72μΩ・cmである)、さら
に、エレクトロマイグレーション、ストレスマイグレー
ション等に強いといった性質を有している。
In particular, as described above, copper has a lower specific resistance than aluminum, which is frequently used as a wiring (specifically, the specific resistance of Al is 2.7 μΩ · cm and the specific resistance of Cu is lower than that of aluminum). The resistance is 1.72 μΩ · cm), and it has a property of being resistant to electromigration, stress migration, and the like.

【0064】次に、本発明の導電性薄膜の形成方法及び
本発明の半導体装置の製造方法に使用できる平行平板型
CVD装置を、図12を参照に説明する。言うまでもな
いが、本発明の導電性薄膜の形成方法及び本発明の半導
体装置の製造方法に使用する装置は、この平行平板型C
VD装置に限定されるものではない。
Next, a parallel plate type CVD apparatus which can be used in the method of forming a conductive thin film of the present invention and the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention will be described with reference to FIG. Needless to say, the apparatus used in the method for forming the conductive thin film of the present invention and the method for manufacturing the semiconductor device of the present invention are the parallel plate type C type.
It is not limited to the VD device.

【0065】この装置は、半導体基板(又は被処理基
板)20が配される下部電極23と、所定のガスが導入
されるガス導入孔が設けられている上部電極(シャワー
電極)25とからなる平行平板型の電極を有するCVD
装置である。プラズマ励起によるCVD成膜時には、高
周波電源24a及び24bから、上部電極25と下部電
極23との間に、高周波放電による反応性プラズマが発
生するように構成されている。そして、基板20が配さ
れる下部電極23には、この基体に所定の電圧を印加し
て生ぜしめた電界によって前記金属イオンをこの基板2
0に引き寄せるように、例えば350KHz〜13.5
6MHzの可変高周波電源24aが接続されており、ま
た、基板20に対向配置される上部電極25には、例え
ば13.56MHzのRFを生ぜしめる高周波電源24
bが接続されている。
This apparatus comprises a lower electrode 23 on which a semiconductor substrate (or a substrate to be processed) 20 is arranged, and an upper electrode (shower electrode) 25 provided with a gas introduction hole for introducing a predetermined gas. CVD with parallel plate type electrode
Device. At the time of CVD film formation by plasma excitation, reactive plasma is generated between the upper electrode 25 and the lower electrode 23 from the high-frequency power supplies 24a and 24b by high-frequency discharge. Then, the metal ions are applied to the lower electrode 23 on the substrate 2 by an electric field generated by applying a predetermined voltage to the substrate.
0, for example, 350 KHz to 13.5
A 6 MHz variable high frequency power supply 24 a is connected, and a high frequency power supply 24 that generates, for example, 13.56 MHz RF is applied to an upper electrode 25 disposed opposite to the substrate 20.
b is connected.

【0066】従って、CVD成膜時は、ガス導入口21
から、例えば、Cu(hfac)(tmvs)等の原料ガスがその供給
源40から例えば水素ガス等のキャリアガス46と共に
気化部41を介して反応室27に導入され、一方、アル
ゴン等の希ガス47と場合によっては水素ガス48とか
らなる混合ガスがマスフローコントローラ42及び4
3、及び、バルブ44を介して反応室27内に所定量導
入されるように構成されている。ここで、例えば、Cu(h
fac)(tmvs)の供給量は0.2g/min〜0.8g/m
in、アルゴンガス47の供給量は100sccm〜1
000sccm、水素ガス48の供給量は約1000c
c/minで導入され、上部電極25に設けられたガス
導入孔26から反応室27内に供給され、半導体基板2
0上に上述した反応式に従って、金属イオンからなる導
電性薄膜が形成される。
Therefore, during CVD film formation, the gas inlet 21
Thus, for example, a source gas such as Cu (hfac) (tmvs) is introduced from the supply source 40 into the reaction chamber 27 via the vaporization section 41 together with a carrier gas 46 such as hydrogen gas, while a rare gas such as argon 47 and possibly a hydrogen gas 48 are supplied to the mass flow controllers 42 and 4
3, and a predetermined amount is introduced into the reaction chamber 27 via the valve 44. Here, for example, Cu (h
fac) (tmvs) is supplied at a rate of 0.2 g / min to 0.8 g / m.
in, the supply amount of the argon gas 47 is 100 sccm to 1
000 sccm, supply amount of hydrogen gas 48 is about 1000 c
c / min, and is supplied into the reaction chamber 27 from the gas introduction hole 26 provided in the upper electrode 25, and the semiconductor substrate 2
In accordance with the above-described reaction formula, a conductive thin film made of metal ions is formed on the substrate.

【0067】また、この装置にて、上述したように、例
えば、温度150℃〜250℃、圧力0.1Torr〜
10Torr、周波数13.56MHzの高周波パワー
500W〜2000Wとすることによって、図1に示し
た本発明に基づく金属イオンの析出(堆積)反応を容易
に実現できる。
Further, as described above, for example, a temperature of 150 ° C. to 250 ° C. and a pressure of 0.1 Torr to
By setting the high frequency power to 500 W to 2000 W at 10 Torr and a frequency of 13.56 MHz, the deposition (deposition) reaction of metal ions based on the present invention shown in FIG. 1 can be easily realized.

【0068】[0068]

【実施例】以下、本発明を具体的な実施例について説明
するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではな
い。
EXAMPLES The present invention will be described below with reference to specific examples, but the present invention is not limited to the following examples.

【0069】実施例1 本実施例は、図12に示した平行平板型のCVD反応室
を有するプラズマCVD装置を用い、タングステン
(W)系或いは銅(Cu)系の金属配線に臨んで開口さ
れた接続孔(ビアホール)を有する半導体基板上に、上
述した導電性薄膜の形成方法及び半導体装置の製造方法
に基づいて、銅からなる導電性薄膜を形成するものであ
る。
Embodiment 1 In this embodiment, a plasma CVD apparatus having a parallel plate type CVD reaction chamber shown in FIG. 12 was used, and an opening was made to face a tungsten (W) or copper (Cu) metal wiring. A conductive thin film made of copper is formed on a semiconductor substrate having a connection hole (via hole) based on the above-described method for forming a conductive thin film and a method for manufacturing a semiconductor device.

【0070】まず、図示省略するが、例えばSiO2
縁膜からなる基体1上に所定の処理を経て所定パターン
のタングステン系或いは銅系の金属配線2を形成し、こ
の上に有機化合物系の層間絶縁膜3を形成した後、フォ
トリソグラフィー及びエッチングを用いて層間絶縁膜3
に、金属配線2を臨んで開口されたビアホール4を形成
する。
First, although not shown, a predetermined pattern of tungsten-based or copper-based metal wiring 2 is formed on a base 1 made of, for example, an SiO 2 insulating film through predetermined processing, and an organic compound-based interlayer is formed thereon. After forming the insulating film 3, the interlayer insulating film 3 is formed by using photolithography and etching.
Then, a via hole 4 opened to face the metal wiring 2 is formed.

【0071】次いで、図3に示すように、ビアホール4
を含む被処理面上に、遠距離スパッタ法に基づいてタン
タル(Ta)、窒化タンタル(TiN)、或いは、プラ
ズマCVD法に基づいて窒化タングステン(W2 N)か
らなるバリアメタル層5を形成する。
Next, as shown in FIG.
Is formed on the surface to be treated containing tantalum (Ta), tantalum nitride (TiN) based on a long distance sputtering method, or tungsten nitride (W 2 N) based on a plasma CVD method. .

【0072】次いで、バリアメタル層5が形成された被
処理基板を反応室27上部のガス導入口21付近にRF
電極(上部電極25に相当)が設置されたCVD装置
(図12参照)内に配置する。
Next, the substrate on which the barrier metal layer 5 is formed is placed near the gas inlet 21 above the reaction chamber 27 by RF.
It is arranged in a CVD apparatus (see FIG. 12) provided with electrodes (corresponding to the upper electrode 25).

【0073】次いで、反応室27内に設けられたガス導
入孔26から、Cu(hfac)(tmvs)とアルゴンとからなる混
合ガスAを導入し、このガス導入孔付近に設置してある
高周波電源(RF13.56MHz)24bを用い、下
記プラズマ励起条件にて、混合ガスAをRF放電による
プラズマ励起させて、混合ガスAの反応性プラズマを生
ぜしめる。このとき投入するRFパワーは、このプラズ
マ中の電子(及びアルゴン励起種)が銅の第1イオン化
エネルギー以上を有するように設定する。このような条
件は、プラズマ中の銅イオンの発光及びイオン電流の測
定から確認可能である。
Next, a mixed gas A composed of Cu (hfac) (tmvs) and argon is introduced from a gas introduction hole 26 provided in the reaction chamber 27, and a high-frequency power source installed near the gas introduction hole is introduced. (RF 13.56 MHz) 24b is used to excite the mixed gas A by RF discharge under the following plasma excitation conditions to generate a reactive plasma of the mixed gas A. The RF power applied at this time is set so that the electrons (and argon-excited species) in the plasma have the first ionization energy of copper or more. Such conditions can be confirmed by measuring the emission of copper ions in the plasma and the ion current.

【0074】 <プラズマ励起条件> 温度 :150℃〜250℃ 圧力 :0.1Torr〜10Torr RF(13.56MHz)パワー:500W〜2000W Cu(hfac)(tmvs)ガス供給量 :0.2g/min〜0.8g/min アルゴンガス供給量 :100sccm〜1000sccm 水素ガス供給量 :1000cc/min<Plasma Excitation Conditions> Temperature: 150 ° C. to 250 ° C. Pressure: 0.1 Torr to 10 Torr RF (13.56 MHz) Power: 500 W to 2000 W Cu (hfac) (tmvs) Gas Supply Rate: 0.2 g / min 0.8 g / min Argon gas supply: 100 sccm to 1000 sccm Hydrogen gas supply: 1000 cc / min

【0075】この Cu(hfac)(tmvs) とアルゴンとを含む
混合ガスのプラズマ励起下では、Cu(hfac)(tmvs)と電子
及びアルゴン励起種との衝突によって、 Cu(hfac)(tmvs) + e → Cu(hfac) + tmvs + e …(1) Cu(hfac) + e → Cu+ + hfac + 2e …(2) で表される原料ガスと電子との衝突解離反応と同時に、 Cu(hfac)(tmvs) + Ar* → Cu(hfac) + tmvs + Ar* …(3) Cu(hfac) + Ar* → Cu+ + hfac + Ar* + e …(4) で表される原料ガスとアルゴン励起種との衝突解離反応
が起こり、これらの反応で銅イオン種6が生成される
(図4参照)。
Under the plasma excitation of the mixed gas containing Cu (hfac) (tmvs) and argon, Cu (hfac) (tmvs) + e → Cu (hfac) + tmvs + e… (1) Cu (hfac) + e → Cu + + hfac + 2e… (2) Simultaneously, Cu (hfac) ) (tmvs) + Ar * → Cu (hfac) + tmvs + Ar * ... (3) Cu (hfac) + Ar * → Cu + + hfac + Ar * + e ... (4) and argon A collision dissociation reaction with the excited species occurs, and a copper ion species 6 is generated by these reactions (see FIG. 4).

【0076】そして、この銅イオン種6は、図5に示す
ように、ビアホール4を含むバリアメタル層5上に、厚
さ20nm〜50nmのCu成長核7として堆積する。
この時、基板1側に直流バイアス(特に負のバイアス)
を印加することによって、さらに効率良く銅イオン種を
被処理面(バリアメタル層5上)に堆積できる。
Then, as shown in FIG. 5, the copper ion species 6 is deposited as a Cu growth nucleus 7 having a thickness of 20 nm to 50 nm on the barrier metal layer 5 including the via hole 4.
At this time, a DC bias (especially a negative bias) is applied to the substrate 1 side.
Is applied, the copper ion species can be more efficiently deposited on the surface to be processed (on the barrier metal layer 5).

【0077】次いで、図6に示すように、キャリアガス
としての水素ガス、及び、銅を含む原料ガス(Cu原料
ガス)8としての Cu(hfac)(tmvs) をCVD反応室27
に導入し、図7に示すように、 Cu(hfac)(tmvs) の熱分
解によって、Cu層9が形成される。この時の熱分解反
応は、Cu成長核7に Cu(hfac)(tmvs) からなるCu原
料ガス8が吸着し、下記の熱分解反応によって銅が析出
するものと思われる。 Cu(hfac)(tmvs) → Cu(hfac) + tmvs …(A) 2 Cu(hfac) → Cu + Cu(hfac)2 …(B)
Then, as shown in FIG. 6, a hydrogen gas as a carrier gas and Cu (hfac) (tmvs) as a source gas containing copper (Cu source gas) 8 are supplied to a CVD reaction chamber 27.
As shown in FIG. 7, a Cu layer 9 is formed by thermal decomposition of Cu (hfac) (tmvs). In the thermal decomposition reaction at this time, it is considered that the Cu source gas 8 composed of Cu (hfac) (tmvs) is adsorbed on the Cu growth nucleus 7 and copper is deposited by the following thermal decomposition reaction. Cu (hfac) (tmvs) → Cu (hfac) + tmvs… (A) 2 Cu (hfac) → Cu + Cu (hfac) 2 … (B)

【0078】また、この熱分解は、例えば、 <熱分解条件> 温度 :150℃〜250℃ 圧力(全圧) :0.1Torr〜50Torr Cu(hfac)(tmvs)供給量 :0.2g/min〜0.8g/min 水素ガス供給量 :1000cc/min で行うことができる。The thermal decomposition may be performed, for example, by: <Thermal decomposition conditions> Temperature: 150 ° C. to 250 ° C. Pressure (total pressure): 0.1 Torr to 50 Torr Cu (hfac) (tmvs) Supply rate: 0.2 g / min 0.80.8 g / min Hydrogen gas supply rate: 1000 cc / min.

【0079】このように、 Cu(hfac)(tmvs) とアルゴン
ガスとの混合ガスをプラズマ励起させることによって、
被処理基板上に均一かつ核密度の高い銅イオンからなる
導電性薄膜が効率よく形成される。さらに、 Cu(hfac)
(tmvs) を導入してこれを熱分解すると、前記導電性薄
膜を成長核としてCuが析出し、全面に均一に銅が堆積
し、薄膜物性に優れた銅からなる導電性薄膜が形成され
る。また、図7に示したCu成長核7と熱分解によるC
u層9とは、含まれる不純物量の違いやその化学構造の
違いから電子顕微鏡等によって観察可能である。
As described above, by exciting the mixed gas of Cu (hfac) (tmvs) and argon gas by plasma,
A conductive thin film made of copper ions having a uniform and high nucleus density is efficiently formed on the substrate to be processed. Furthermore, Cu (hfac)
When (tmvs) is introduced and thermally decomposed, Cu is deposited with the conductive thin film as a growth nucleus, copper is uniformly deposited on the entire surface, and a conductive thin film made of copper having excellent thin film properties is formed. . Further, Cu growth nucleus 7 shown in FIG.
The u layer 9 can be observed with an electron microscope or the like from the difference in the amount of impurities contained and the difference in the chemical structure.

【0080】なお、銅イオンからなる導電性薄膜(成長
核)を電解メッキ法におけるシード層として用いる場合
は、成長核を20nm〜50nm程度の厚さで堆積さ
せ、その後、電解メッキ法に基づいて銅を堆積させるこ
とができる。また、ビアホール自体を、銅イオンからな
る導電性薄膜で埋め込むことも可能である。
When a conductive thin film (growth nucleus) made of copper ions is used as a seed layer in the electrolytic plating method, the growth nucleus is deposited to a thickness of about 20 nm to 50 nm, and then, based on the electrolytic plating method. Copper can be deposited. Further, the via hole itself can be embedded with a conductive thin film made of copper ions.

【0081】実施例2 本実施例は、上述した導電性薄膜の形成方法及び半導体
装置の製造方法に基づいて銅イオンからなる導電性薄膜
を形成し、これを成長核として熱分解CVD法及びPV
D法に基づく銅薄膜の成膜とリフロー法とを組み合わせ
て銅配線を形成するものである。なお、本実施例におい
て、上述した図6に示した工程までは、実施例1と同様
である。
Embodiment 2 In this embodiment, a conductive thin film made of copper ions is formed on the basis of the above-described method for forming a conductive thin film and the method for manufacturing a semiconductor device.
The copper wiring is formed by combining the copper thin film formation based on the D method and the reflow method. In the present embodiment, the steps up to the step shown in FIG. 6 are the same as those in the first embodiment.

【0082】まず、図示省略するが、実施例1と同様
に、例えばSiO2 絶縁膜からなる基体1上に所定の処
理を経て所定パターンのタングステン系或いは銅系金属
配線2を形成し、この上に有機化合物系の層間絶縁膜3
を形成した後、フォトリソグラフィー及びエッチングを
用いて層間絶縁膜3に、金属配線2を臨んで開口された
ビアホール4を形成する。
First, although not shown, similarly to the first embodiment, a tungsten-based or copper-based metal wiring 2 having a predetermined pattern is formed on a base 1 made of, for example, an SiO 2 insulating film through a predetermined process. Organic compound-based interlayer insulating film 3
Is formed, a via hole 4 opened to the metal wiring 2 is formed in the interlayer insulating film 3 by using photolithography and etching.

【0083】次いで、図3に示すように、ビアホール4
を含む被処理面上に、遠距離スパッタ法に基づいてタン
タル(Ta)、窒化タンタル(TiN)、或いは、プラ
ズマCVD法に基づいて窒化タングステン(W2 N)か
らなるバリアメタル層5を形成する。
Next, as shown in FIG.
Is formed on the surface to be treated containing tantalum (Ta), tantalum nitride (TiN) based on a long distance sputtering method, or tungsten nitride (W 2 N) based on a plasma CVD method. .

【0084】次いで、バリアメタル層5が形成された被
処理基板を反応室27上部のガス導入口21付近にRF
電極(上部電極25に相当)が設置されたCVD装置
(図12参照)内に設置する。
Next, the substrate on which the barrier metal layer 5 is formed is placed near the gas inlet 21 above the reaction chamber 27 by RF.
It is installed in a CVD apparatus (see FIG. 12) in which an electrode (corresponding to the upper electrode 25) is installed.

【0085】次いで、反応室27内に設けられたガス導
入孔26から、Cu(hfac)(tmvs)とアルゴンとからなる混
合ガスAを導入し、このガス導入孔付近に設置してある
高周波電源(RF13.56MHz)24bを用い、下
記プラズマ励起条件にて、混合ガスAをRF放電による
プラズマ励起させて、混合ガスAの反応性プラズマを生
ぜしめる。このとき投入するRFパワーは、このプラズ
マ中の電子(及びアルゴン励起種)が銅の第1イオン化
エネルギー以上を有するようにする。なお、この条件
は、プラズマ中の銅イオンの発光及びイオン電流の測定
から確認可能である。
Next, a mixed gas A consisting of Cu (hfac) (tmvs) and argon is introduced from a gas introduction hole 26 provided in the reaction chamber 27, and a high frequency power supply installed near the gas introduction hole is introduced. (RF 13.56 MHz) 24b is used to excite the mixed gas A by RF discharge under the following plasma excitation conditions to generate a reactive plasma of the mixed gas A. The RF power applied at this time is such that electrons (and argon excited species) in the plasma have a first ionization energy of copper or more. This condition can be confirmed from the measurement of the emission of copper ions in the plasma and the measurement of the ion current.

【0086】 <プラズマ励起条件> 温度 :150℃〜250℃ 圧力 :0.1Torr〜10Torr RF(13.56MHz)パワー:500W〜2000W Cu(hfac)(tmvs)ガス供給量 :0.2g/min〜0.8g/min アルゴンガス供給量 :100sccm〜1000sccm 水素ガス供給量 :1000cc/min<Plasma Excitation Conditions> Temperature: 150 ° C. to 250 ° C. Pressure: 0.1 Torr to 10 Torr RF (13.56 MHz) Power: 500 W to 2000 W Cu (hfac) (tmvs) Gas supply amount: 0.2 g / min. 0.8 g / min Argon gas supply: 100 sccm to 1000 sccm Hydrogen gas supply: 1000 cc / min

【0087】この Cu(hfac)(tmvs) とアルゴンとを含む
混合ガスのプラズマ励起下では、Cu(hfac)(tmvs)と電子
及びアルゴン励起種との衝突によって、 Cu(hfac)(tmvs) + e → Cu(hfac) + tmvs + e …(1) Cu(hfac) + e → Cu+ + hfac + 2e …(2) で表される原料ガスと電子との衝突解離反応と同時に、 Cu(hfac)(tmvs) + Ar* → Cu(hfac) + tmvs + Ar* …(3) Cu(hfac) + Ar* → Cu+ + hfac + Ar* + e …(4) で表される原料ガスとアルゴン励起種との衝突解離反応
が起こり、これらの反応で銅イオン種6が生成される
(図4参照)。
Under the plasma excitation of the gas mixture containing Cu (hfac) (tmvs) and argon, Cu (hfac) (tmvs) + e → Cu (hfac) + tmvs + e… (1) Cu (hfac) + e → Cu + + hfac + 2e… (2) Simultaneously, Cu (hfac) ) (tmvs) + Ar * → Cu (hfac) + tmvs + Ar * ... (3) Cu (hfac) + Ar * → Cu + + hfac + Ar * + e ... (4) and argon A collision dissociation reaction with the excited species occurs, and a copper ion species 6 is generated by these reactions (see FIG. 4).

【0088】そして、この銅イオン種6は、図5に示す
ように、ビアホール4を含むバリアメタル層5上に、厚
さ20nm〜50nmのCu成長核7として堆積する。
この時、基板1側に直流バイアス(特に負のバイアス)
を印加することによって、さらに効率良く銅イオン種6
を被処理面(バリアメタル層上)に堆積させることがで
きる。
Then, as shown in FIG. 5, the copper ion species 6 is deposited as a Cu growth nucleus 7 having a thickness of 20 nm to 50 nm on the barrier metal layer 5 including the via hole 4.
At this time, a DC bias (especially a negative bias) is applied to the substrate 1 side.
, The copper ion species 6 can be more efficiently
Can be deposited on the surface to be processed (on the barrier metal layer).

【0089】次いで、図6に示すように、キャリアガス
としての水素ガス、及び、銅を含む原料ガス(Cu原料
ガス)8としての Cu(hfac)(tmvs) をCVD反応室27
に導入し、図7に示すように、 Cu(hfac)(tmvs) の熱分
解によって、熱分解によるCu層11が形成される。こ
の時の熱分解反応は、Cu成長核7に Cu(hfac)(tmvs)
からなるCu原料ガス8が吸着し、下記の熱分解反応に
よって銅が析出するものと思われる。 Cu(hfac)(tmvs) → Cu(hfac) + tmvs …(A) 2 Cu(hfac) → Cu + Cu(hfac)2 …(B)
Next, as shown in FIG. 6, a hydrogen gas as a carrier gas and Cu (hfac) (tmvs) as a source gas containing copper (Cu source gas) 8 are supplied to a CVD reaction chamber 27.
As shown in FIG. 7, Cu (hfac) (tmvs) is thermally decomposed to form a Cu layer 11 by pyrolysis. At this time, the thermal decomposition reaction causes Cu (hfac) (tmvs)
It is considered that the Cu source gas 8 consisting of is adsorbed and copper is deposited by the following thermal decomposition reaction. Cu (hfac) (tmvs) → Cu (hfac) + tmvs… (A) 2 Cu (hfac) → Cu + Cu (hfac) 2 … (B)

【0090】また、この熱分解は、例えば、 <熱分解条件> 温度 :150℃〜250℃ 圧力(全圧) :0.1Torr〜50Torr Cu(hfac)(tmvs)供給量 :0.2g/min〜0.8g/min 水素ガス供給量 :1000cc/min で行うことができる。この熱分解反応によって、図8に
示すように、膜厚50n〜100nmの熱分解によるC
u膜11を、Cu成長核7上に成膜する。
The thermal decomposition is performed, for example, under the following conditions: <Thermal decomposition conditions> Temperature: 150 ° C. to 250 ° C. Pressure (total pressure): 0.1 Torr to 50 Torr Cu (hfac) (tmvs) Supply rate: 0.2 g / min 0.80.8 g / min Hydrogen gas supply rate: 1000 cc / min. By this thermal decomposition reaction, as shown in FIG.
The u film 11 is formed on the Cu growth nucleus 7.

【0091】次いで、この被処理基板をPVDチェンバ
ー(図示省略)に設置し、遠距離スパッタ法に基づい
て、図8に示すように、PVDによるCu膜12を膜厚
200nm〜300nm、基板温度350℃〜400℃
で成膜する。
Next, the substrate to be processed is set in a PVD chamber (not shown), and based on a long distance sputtering method, as shown in FIG. ℃ ~ 400 ℃
To form a film.

【0092】次いで、同一のPVDチェンバー内で5〜
10分間加熱(基板温度350℃〜400℃)すること
によって、Cu成長核7と熱分解によるCu層11とP
VDによるCu層12とがリフローされ、図9に示すよ
うに、Cu層13によってビアホール4が埋め込まれ
る。
Next, 5 to 5 in the same PVD chamber
By heating (substrate temperature 350 ° C. to 400 ° C.) for 10 minutes, the Cu growth nucleus 7 and the Cu layer 11
The Cu layer 12 is reflowed by VD, and the via hole 4 is filled with the Cu layer 13 as shown in FIG.

【0093】また、遠距離スパッタ法に基づいてCu層
12を堆積した後、別の装置にて水素ガスの雰囲気中、
基板温度350℃〜400℃で被処理基板を加熱するこ
とでも、Cu層をリフローさせ、ビアホール4を埋め込
むことができる。
After depositing the Cu layer 12 based on the long-distance sputtering method, another apparatus is used to set the Cu layer 12 in a hydrogen gas atmosphere.
By heating the substrate to be processed at a substrate temperature of 350 ° C. to 400 ° C., the Cu layer can be reflowed to fill the via hole 4.

【0094】実施例3 本実施例は、タングステン系或いは銅系の金属配線に臨
んで開口された接続阿南(ビアホール)に電解メッキ法
を適用して、銅薄膜を埋め込む場合に、上述した導電性
薄膜の形成方法及び半導体装置の製造方法を適用して、
電解メッキのシード層を形成するものである。なお、本
実施例においては、上述した図6に示した工程までは、
実施例1と同様である。
Embodiment 3 In this embodiment, when a copper thin film is buried by applying an electrolytic plating method to a connection hole (via hole) opened toward a tungsten-based or copper-based metal wiring, the above-described conductivity is obtained. Applying a method of forming a thin film and a method of manufacturing a semiconductor device,
This is to form a seed layer for electrolytic plating. In the present embodiment, up to the step shown in FIG.
This is similar to the first embodiment.

【0095】まず、図示省略するが、実施例1と同様
に、例えばSiO2 絶縁膜からなる基体1上に所定の処
理を経て所定パターンのタングステン系或いは銅系金属
配線2を形成し、この上に有機化合物系の層間絶縁膜3
を形成した後、フォトリソグラフィー及びエッチングを
用いて層間絶縁膜3に、金属配線2を臨んで開口された
ビアホール4を形成する。
First, although not shown, as in the first embodiment, a tungsten-based or copper-based metal wiring 2 having a predetermined pattern is formed on a base 1 made of, for example, an SiO 2 insulating film through a predetermined process. Organic compound-based interlayer insulating film 3
Is formed, a via hole 4 opened to the metal wiring 2 is formed in the interlayer insulating film 3 by using photolithography and etching.

【0096】次いで、図3に示すように、ビアホール4
を含む被処理面上に、遠距離スパッタ法に基づいてタン
タル(Ta)、窒化タンタル(TiN)、或いは、プラ
ズマCVD法に基づいて窒化タングステン(W2 N)か
らなるバリアメタル層5を形成する。
Next, as shown in FIG.
Is formed on the surface to be treated containing tantalum (Ta), tantalum nitride (TiN) based on a long distance sputtering method, or tungsten nitride (W 2 N) based on a plasma CVD method. .

【0097】次いで、バリアメタル層5が形成された被
処理基板を反応室27上部のガス導入口21にRF電極
(上部電極25に相当)が設置されたCVD装置(図1
2参照)内に設置する。
Next, the substrate on which the barrier metal layer 5 has been formed is placed in a CVD apparatus (FIG. 1) in which an RF electrode (corresponding to the upper electrode 25) is installed in the gas inlet 21 above the reaction chamber 27.
2).

【0098】次いで、反応室27内に設けられたガス導
入孔26から、Cu(hfac)(tmvs)とアルゴンとからなる混
合ガスAを導入し、このガス導入孔付近に設置してある
高周波電源(RF13.56MHz)24bを用い、下
記プラズマ励起条件にて、混合ガスAをRF放電による
プラズマ励起させて、混合ガスAの反応性プラズマを生
ぜしめる。このとき投入するRFパワーは、このプラズ
マ中の電子(及びアルゴン励起種)が銅の第1イオン化
エネルギー以上を有するようにする。なお、この条件
は、プラズマ中の銅イオンの発光及びイオン電流の測定
から確認可能である。
Next, a mixed gas A comprising Cu (hfac) (tmvs) and argon is introduced from a gas introduction hole 26 provided in the reaction chamber 27, and a high-frequency power source installed near the gas introduction hole is introduced. Using (RF 13.56 MHz) 24b, the mixed gas A is plasma-excited by RF discharge under the following plasma excitation conditions to generate reactive plasma of the mixed gas A. The RF power applied at this time is such that electrons (and argon excited species) in the plasma have a first ionization energy of copper or more. This condition can be confirmed from the measurement of the emission of copper ions in the plasma and the measurement of the ion current.

【0099】 <プラズマ励起条件> 温度 :150℃〜250℃ 圧力 :0.1Torr〜10Torr RF(13.56MHz)パワー:500W〜2000W Cu(hfac)(tmvs)ガス供給量 :0.2g/min〜0.8g/min アルゴンガス供給量 :100sccm〜1000sccm 水素ガス供給量 :1000cc/min<Plasma Excitation Conditions> Temperature: 150 ° C. to 250 ° C. Pressure: 0.1 Torr to 10 Torr RF (13.56 MHz) Power: 500 W to 2000 W Cu (hfac) (tmvs) Gas supply rate: 0.2 g / min. 0.8 g / min Argon gas supply: 100 sccm to 1000 sccm Hydrogen gas supply: 1000 cc / min

【0100】この Cu(hfac)(tmvs) とアルゴンとを含む
混合ガスのプラズマ励起下では、Cu(hfac)(tmvs)と電子
及びアルゴン励起種との衝突によって、 Cu(hfac)(tmvs) + e → Cu(hfac) + tmvs + e …(1) Cu(hfac) + e → Cu+ + hfac + 2e …(2) で表される原料ガスと電子との衝突解離反応と同時に、 Cu(hfac)(tmvs) + Ar* → Cu(hfac) + tmvs + Ar* …(3) Cu(hfac) + Ar* → Cu+ + hfac + Ar* + e …(4) で表される原料ガスとアルゴン励起種との衝突解離反応
が起こり、これらの反応で銅イオン種が生成される(図
4参照)。
Under the plasma excitation of this mixed gas containing Cu (hfac) (tmvs) and argon, Cu (hfac) (tmvs) + e → Cu (hfac) + tmvs + e… (1) Cu (hfac) + e → Cu + + hfac + 2e… (2) Simultaneously, Cu (hfac) ) (tmvs) + Ar * → Cu (hfac) + tmvs + Ar * ... (3) Cu (hfac) + Ar * → Cu + + hfac + Ar * + e ... (4) and argon A collision dissociation reaction with the excited species occurs, and a copper ion species is generated by these reactions (see FIG. 4).

【0101】そして、この銅イオン種は、図5に示すよ
うに、ビアホール4を含むバリアメタル層5上に、厚さ
20nm〜50nmのCu成長核7として堆積する。こ
の時、基板1側に直流バイアス(特に負のバイアス)を
印加することによって、さらに効率良く銅イオン種を被
処理面(バリアメタル層上)に堆積させることができ
る。
Then, as shown in FIG. 5, the copper ion species is deposited as a Cu growth nucleus 7 having a thickness of 20 nm to 50 nm on the barrier metal layer 5 including the via hole 4. At this time, by applying a DC bias (particularly a negative bias) to the substrate 1 side, the copper ion species can be more efficiently deposited on the surface to be processed (on the barrier metal layer).

【0102】次いで、図6に示すように、キャリアガス
としての水素ガス、及び、銅を含む原料ガス(Cu原料
ガス)8としての Cu(hfac)(tmvs) をCVD反応室27
に導入し、図10に示すように、 Cu(hfac)(tmvs) の熱
分解によって、熱分解によるCu層11が形成される。
この時の熱分解反応は、Cu成長核7に Cu(hfac)(tmv
s) からなるCu原料ガス8が吸着し、下記の熱分解反
応によって銅が析出するものと思われる。 Cu(hfac)(tmvs) → Cu(hfac) + tmvs …(A) 2 Cu(hfac) → Cu + Cu(hfac)2 …(B)
Next, as shown in FIG. 6, a hydrogen gas as a carrier gas and Cu (hfac) (tmvs) as a raw material gas containing copper (Cu raw material gas) 8 were introduced into a CVD reaction chamber 27.
Then, as shown in FIG. 10, a Cu layer 11 is formed by thermal decomposition of Cu (hfac) (tmvs) by thermal decomposition.
At this time, the thermal decomposition reaction causes Cu (hfac) (tmv
It is considered that the Cu source gas 8 composed of s) is adsorbed and copper is deposited by the following thermal decomposition reaction. Cu (hfac) (tmvs) → Cu (hfac) + tmvs… (A) 2 Cu (hfac) → Cu + Cu (hfac) 2 … (B)

【0103】また、この熱分解は、例えば、 <熱分解条件> 温度 :150℃〜250℃ 圧力(全圧) :0.1Torr〜50Torr Cu(hfac)(tmvs)供給量 :0.2g/min〜0.8g/min 水素ガス供給量 :1000cc/min で行うことができる。この熱分解反応によって、図10
に示すように、電解メッキのシード層として用いる膜厚
50n〜100nmのCu膜11を、Cu成長核7上に
成膜する。
The thermal decomposition may be performed, for example, by: <Thermal decomposition conditions> Temperature: 150 ° C. to 250 ° C. Pressure (total pressure): 0.1 Torr to 50 Torr Cu (hfac) (tmvs) Supply rate: 0.2 g / min 0.80.8 g / min Hydrogen gas supply rate: 1000 cc / min. By this thermal decomposition reaction, FIG.
As shown in (1), a Cu film 11 having a thickness of 50 n to 100 nm used as a seed layer for electrolytic plating is formed on the Cu growth nucleus 7.

【0104】次いで、ここまでの工程を経た被処理基板
を電解メッキによって銅を成膜するための装置(図示省
略)に配し、メッキ室内に希ガス(アルゴンガス)を流
量10L/分で流しながら、下記電解メッキ条件にて、
図10に示すように、銅の電解メッキ法によってビアホ
ール4を埋め込む。 <電解メッキ条件> CuSO4 :67g/L H2 SO4 :170g/L HCl :70ppm 添加剤 :界面活性剤 溶液温度 :20℃ 電流(DC) :9アンペア
Next, the substrate to be processed through the steps up to this point is disposed in an apparatus (not shown) for forming a copper film by electrolytic plating, and a rare gas (argon gas) is flowed into the plating chamber at a flow rate of 10 L / min. While under the following electroplating conditions,
As shown in FIG. 10, the via hole 4 is buried by a copper electrolytic plating method. <Electroplating conditions> CuSO 4 : 67 g / L H 2 SO 4 : 170 g / L HCl: 70 ppm Additive: surfactant Solution temperature: 20 ° C. Current (DC): 9 amps

【0105】上述したように、銅を含む原料ガスと希ガ
スとからなる混合ガスをプラズマ励起させ、プラズマ励
起中の電子及び希ガス励起種の有するエネルギーを銅の
イオン化エネルギー以上とすることで、効率よく銅イオ
ン種を生成することが可能であり、被処理基板上に均一
かつ高い核密度にてCuイオンが堆積される。
As described above, the mixed gas consisting of the source gas containing copper and the rare gas is plasma-excited, and the energy of the electrons and the rare gas-excited species during the plasma excitation is made equal to or more than the ionization energy of copper. It is possible to efficiently generate copper ion species, and Cu ions are deposited on the substrate to be processed at a uniform and high nucleus density.

【0106】この後、被処理基板上に均一に堆積した銅
イオンからなる導電性薄膜を成長核として銅を含む原料
ガスを熱分解させると、十分な核密度を有する銅が更に
堆積される。さらに、この熱分解による銅薄膜上に十分
な核密度を有する銅の電解メッキ膜が成膜される。
Thereafter, when a raw material gas containing copper is thermally decomposed using a conductive thin film made of copper ions uniformly deposited on the substrate to be processed as a growth nucleus, copper having a sufficient nuclear density is further deposited. Further, a copper electrolytic plating film having a sufficient nucleus density is formed on the copper thin film by the thermal decomposition.

【0107】本実施例では、プラズマ励起下で生成され
た銅イオン種を用いて均一かつ十分な核密度を有するC
u成長核を形成することが可能であるため、例えば電解
メッキのシード層として提供できるCuの導電性薄膜を
半導体基板全面に均一かつ十分な核密度をもって堆積さ
せることが可能である。
In this embodiment, a C ion having a uniform and sufficient nucleus density is obtained by using copper ion species generated under plasma excitation.
Since a u-growth nucleus can be formed, a conductive thin film of Cu, which can be provided as a seed layer for electrolytic plating, for example, can be deposited uniformly and with a sufficient nucleus density on the entire surface of a semiconductor substrate.

【0108】以上、本発明を具体的な実施例について説
明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるもので
はない。
Although the present invention has been described with reference to specific embodiments, the present invention is not limited to these embodiments.

【0109】例えば、図11に示すように、半導体基板
31上の層間絶縁膜32に設けられたコンタクトホール
36を介して、バリアメタル層33、銅イオンからなる
成長核34、熱分解CVDやスパッタ等のPVDによる
Cu層35を形成することもできる。
For example, as shown in FIG. 11, a barrier metal layer 33, a growth nucleus 34 composed of copper ions, a thermal decomposition CVD method or a sputtering method is provided through a contact hole 36 provided in an interlayer insulating film 32 on a semiconductor substrate 31. Alternatively, the Cu layer 35 can be formed by PVD.

【0110】また、銅イオンからなる導電性薄膜(成長
核)の形成を行う装置は、上述の平行平板型CVD装置
に限定されるものではなく、誘導結合型プラズマCVD
装置、ECRプラズマCVD装置などプラズマ励起可能
な任意のCVD装置を適用できる。
The apparatus for forming a conductive thin film (growth nucleus) made of copper ions is not limited to the above-mentioned parallel plate type CVD apparatus, but is an inductively coupled plasma CVD apparatus.
Any CVD apparatus capable of plasma excitation such as an apparatus and an ECR plasma CVD apparatus can be applied.

【0111】また、本発明は、銅イオンからなる導電性
薄膜の形成に限定されるものではなく、金や銀など、常
温常圧で気体となり得る金属の成膜を行うことができ
る。また、実施例1〜3において、銅イオンの堆積時に
は、不純物としてのカーボンの混入を抑制するための水
素ガスを所定の割合で導入してよい。また、前記希ガス
としてアルゴン以外にヘリウム、ネオン、クリプトン、
キセノン等を使用することもできる。更に、金属を含む
前記原料ガスとして Cu(hfac)(tmvs) の他、例えば Cu
(hfac)(btmsa)(copper hexafluoroacetylacetonate bi
strimethylsilylasetylnate)等の如く、所定の温度、
圧力下で気体の原料ガスを使用できる。
Further, the present invention is not limited to the formation of a conductive thin film made of copper ions, but can be used to form a metal such as gold or silver which can become a gas at normal temperature and normal pressure. In the first to third embodiments, at the time of depositing copper ions, a hydrogen gas for suppressing the incorporation of carbon as an impurity may be introduced at a predetermined ratio. Further, in addition to argon, helium, neon, krypton,
Xenon or the like can also be used. Further, in addition to Cu (hfac) (tmvs) as the source gas containing metal, for example, Cu
(hfac) (btmsa) (copper hexafluoroacetylacetonate bi
predetermined temperature, such as strimethylsilylasetylnate)
A gaseous source gas can be used under pressure.

【0112】[0112]

【発明の作用効果】本発明の導電性薄膜の製造方法によ
れば、銅、銀、金等の金属を含む原料ガスに、アルゴ
ン、クリプトン、キセノン等の希ガス励起種、又は/及
び、電子を作用させて前記金属のイオンを生成し、この
金属イオンを基体上に堆積させる工程を含んでいるの
で、効率良く前記金属イオンが生成され、これが一様か
つ十分な核密度をもって前記基体上に堆積される。
According to the method for producing a conductive thin film of the present invention, a source gas containing a metal such as copper, silver, or gold is mixed with a rare gas excited species such as argon, krypton, or xenon, and / or an electron. To generate ions of the metal and deposit the metal ions on the substrate, so that the metal ions are efficiently generated, and the metal ions are uniformly and sufficiently nucleated on the substrate. Is deposited.

【0113】本発明の導電性薄膜は、上述した本発明の
導電性薄膜の形成方法に準じて形成されるものであっ
て、基体上に堆積した金属イオンからなる成長核層と、
この成長核上に堆積した金属層とからなる積層構造を有
するものである。前記金属イオンからなる成長核層は、
上述したように、一様かつ十分な核密度にて形成されて
いるので、この上に堆積する前記金属層も十分な核密度
を有する金属層であって、前記成長核層と前記金属層と
の積層構造からなる導電性薄膜は、薄膜物性に優れた導
電性薄膜である。
The conductive thin film of the present invention is formed according to the above-described method of forming the conductive thin film of the present invention, and comprises a growth nucleus layer composed of metal ions deposited on a substrate,
It has a laminated structure composed of a metal layer deposited on the growth nucleus. The growth nucleus layer composed of the metal ions,
As described above, since the metal layer is formed with a uniform and sufficient nuclear density, the metal layer deposited thereon is also a metal layer having a sufficient nuclear density, and the growth nuclear layer and the metal layer Is a conductive thin film having excellent thin film physical properties.

【0114】本発明の半導体装置の製造方法によれば、
金属を含むガスに、希ガス励起種又は/及び電子を作用
させて前記金属のイオンを生成し、この金属イオンを半
導体基体上に堆積させる工程を経て、前記半導体基体上
に導電性薄膜を形成するので、効率良く前記金属イオン
が生成され、微細な接続孔等を有する半導体基体であっ
ても、これが一様かつ十分な核密度をもって堆積され
る。
According to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention,
Forming a conductive thin film on the semiconductor substrate through a step of generating ions of the metal by causing rare gas excited species and / or electrons to act on a gas containing the metal and depositing the metal ions on the semiconductor substrate; Therefore, the metal ions are efficiently generated, and even in a semiconductor substrate having fine connection holes and the like, the metal ions are deposited with a uniform and sufficient nuclear density.

【0115】本発明の半導体装置によれば、半導体基体
上に堆積された金属イオンからなる成長核層と、この成
長核層上に堆積した金属層とからなる積層構造を有する
導電性薄膜が前記半導体基体上に形成されており、前記
成長核層が一様かつ十分な核密度にて形成されているの
で、この上に堆積する前記金属層も一様かつ十分な核密
度を有する金属層となり、前記成長核層と前記金属層と
の積層構造からなる導電性薄膜は、薄膜物性に優れた導
電性薄膜となる。
According to the semiconductor device of the present invention, the conductive thin film having a laminated structure composed of a growth nucleus layer made of metal ions deposited on a semiconductor substrate and a metal layer deposited on this growth nucleus layer is formed as described above. Since the growth nucleation layer is formed on the semiconductor substrate and the growth nucleation layer is formed with a uniform and sufficient nuclear density, the metal layer deposited thereon also becomes a metal layer having a uniform and sufficient nuclear density. The conductive thin film having a stacked structure of the growth nucleus layer and the metal layer becomes a conductive thin film having excellent thin film properties.

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

【図1】本発明に基づいて銅イオンを堆積させる際に生
じている原料ガスと電子及びアルゴン励起種との衝突解
離反応を示す化学式等を記載した図面である。
FIG. 1 is a drawing describing a chemical formula and the like showing a collision dissociation reaction between a source gas and electrons and argon excited species generated when depositing copper ions according to the present invention.

【図2】本発明の導電性薄膜の形成方法に使用可能な金
属を含むガスの化学式等を記載した図面である。
FIG. 2 is a drawing describing chemical formulas and the like of a gas containing a metal that can be used in the method for forming a conductive thin film of the present invention.

【図3】本発明の実施例1に基づいて銅イオンからなる
成長核を含む導電性薄膜を形成する際の一工程段階を示
す半導体装置の概略断面図である。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device showing one process step when forming a conductive thin film including a growth nucleus made of copper ions based on Embodiment 1 of the present invention.

【図4】同、導電性薄膜を形成する際の他の一工程段階
を示す半導体装置の概略断面図である。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the semiconductor device showing another process step when forming a conductive thin film.

【図5】同、導電性薄膜を形成する際の他の一工程段階
を示す半導体装置の概略断面図である。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of the semiconductor device showing another process step when forming a conductive thin film.

【図6】同、導電性薄膜を形成する際の他の一工程段階
を示す半導体装置の概略断面図である。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of the semiconductor device showing another process step when forming a conductive thin film.

【図7】同、導電性薄膜を形成する際の他の一工程段階
を示す半導体装置の概略断面図である。
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of the semiconductor device showing another process step when forming a conductive thin film.

【図8】本発明の実施例2に基づいて銅イオンからなる
成長核を含む導電性薄膜を形成する際の一工程段階を示
す半導体装置の概略断面図である。
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device showing one process step of forming a conductive thin film including a growth nucleus made of copper ions based on Embodiment 2 of the present invention.

【図9】同、導電性薄膜を形成する際の他の一工程段階
を示す半導体装置の概略断面図である。
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of the semiconductor device showing another process step when forming a conductive thin film.

【図10】本発明の実施例3に基づいて銅イオンからな
る成長核を含む導電性薄膜を形成する際の一工程段階を
示す半導体装置の概略断面図である。
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device showing one process step of forming a conductive thin film including a growth nucleus made of copper ions based on Embodiment 3 of the present invention.

【図11】本発明に基づいて銅イオンからなる成長核を
含む導電性薄膜がコンタクトホールを含む半導体基板上
に形成された概略断面図である。
FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing a conductive thin film including a growth nucleus made of copper ions formed on a semiconductor substrate including a contact hole according to the present invention.

【図12】本発明に使用可能なプラズマCVD装置の要
部概略図である。
FIG. 12 is a schematic view of a main part of a plasma CVD apparatus that can be used in the present invention.

【図13】銅を含む原料ガスの熱分解反応を示す化学式
等を記載した図面である。
FIG. 13 is a drawing describing chemical formulas and the like showing a thermal decomposition reaction of a raw material gas containing copper.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、20…基板、2…下部配線、3、32…層間絶縁
膜、4…ビアホール、5、33…バリアメタル、6…銅
イオン種、7、34…Cu成長核、8…Cu原料ガス、
9、13、35…Cu層、11…熱分解によるCu層、
12…PVDによるCu層、21…ガス導入口、22…
ガス排出口、23…下部電極、24…直流電源、25…
上部電極、26…ガス導入孔、27…反応室、30…半
導体基板、36…コンタクトホール、38…電解メッキ
によるCu層
1, 20: substrate, 2: lower wiring, 3, 32: interlayer insulating film, 4: via hole, 5, 33: barrier metal, 6: copper ion species, 7, 34: Cu growth nucleus, 8: Cu source gas,
9, 13, 35: Cu layer, 11: Cu layer by thermal decomposition,
12 ... Cu layer by PVD, 21 ... gas inlet, 22 ...
Gas outlet 23, lower electrode 24 DC power supply 25
Upper electrode, 26 gas introduction hole, 27 reaction chamber, 30 semiconductor substrate, 36 contact hole, 38 Cu layer by electrolytic plating

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI C25D 5/34 C25D 5/34 H01L 21/285 H01L 21/285 C 301 301Z 21/768 21/90 A ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI C25D 5/34 C25D 5/34 H01L 21/285 H01L 21/285 C 301 301Z 21/768 21/90 A

Claims (42)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 金属を含むガスに希ガス励起種又は/及
び電子を作用させて前記金属のイオンを生成し、この金
属イオンを基体上に堆積させる工程を含む、導電性薄膜
の形成方法。
1. A method for forming a conductive thin film, comprising the step of causing a rare gas excited species and / or electrons to act on a gas containing a metal to generate ions of the metal and depositing the metal ions on a substrate.
【請求項2】 前記金属を含むガスと希ガスとからなる
混合ガスをプラズマ励起させ、前記金属を含むガスと前
記希ガス励起種又は/及び前記電子とを衝突させて解離
した前記金属イオンを前記基体上に堆積させる、請求項
1に記載した導電性薄膜の形成方法。
2. A mixed gas comprising a metal-containing gas and a rare gas is plasma-excited, and the metal ions dissociated by colliding the metal-containing gas with the rare gas-excited species and / or the electrons are formed. The method for forming a conductive thin film according to claim 1, wherein the conductive thin film is deposited on the substrate.
【請求項3】 前記の堆積した金属イオンを成長核と
し、更に金属を堆積させる、請求項1に記載した導電性
薄膜の形成方法。
3. The method for forming a conductive thin film according to claim 1, wherein the deposited metal ions are used as growth nuclei, and a metal is further deposited.
【請求項4】 前記の堆積した金属イオンを成長核と
し、金属を含むガスの分解によってその金属を更に堆積
させる、請求項3に記載した導電性薄膜の形成方法。
4. The method for forming a conductive thin film according to claim 3, wherein the deposited metal ions are used as growth nuclei, and the metal is further deposited by decomposition of a gas containing the metal.
【請求項5】 前記金属を含むガスの熱分解によって前
記金属を更に堆積した後、この金属上に物理的堆積法に
よって更に金属を堆積させる、請求項4に記載した導電
性薄膜の形成方法。
5. The method for forming a conductive thin film according to claim 4, wherein the metal is further deposited by thermal decomposition of the gas containing the metal, and then the metal is further deposited on the metal by a physical deposition method.
【請求項6】 前記の堆積した金属イオンを成長核と
し、更に金属を電解メッキ法で堆積させる、請求項3に
記載した導電性薄膜の形成方法。
6. The method for forming a conductive thin film according to claim 3, wherein the deposited metal ions are used as growth nuclei, and a metal is further deposited by an electrolytic plating method.
【請求項7】 前記希ガス励起種又は前記電子の有する
エネルギーを前記金属のイオン化エネルギー以上とす
る、請求項1に記載した導電性薄膜の形成方法。
7. The method for forming a conductive thin film according to claim 1, wherein the energy of the rare gas excited species or the electrons is equal to or more than the ionization energy of the metal.
【請求項8】 前記混合ガス中に水素ガスを混合する、
請求項2に記載した導電性薄膜の形成方法。
8. Mixing hydrogen gas in the mixed gas,
A method for forming a conductive thin film according to claim 2.
【請求項9】 前記基体に電圧を印加して生ぜしめた電
界によって前記金属イオンを前記基体に引き寄せる、請
求項1に記載した導電性薄膜の形成方法。
9. The method according to claim 1, wherein the metal ions are attracted to the substrate by an electric field generated by applying a voltage to the substrate.
【請求項10】 バリアメタル層上に前記金属イオンを
堆積させる、請求項1に記載した導電性薄膜の形成方
法。
10. The method according to claim 1, wherein the metal ions are deposited on a barrier metal layer.
【請求項11】 前記基体上に設けた絶縁層に接続孔を
介して接続された上下の導電層のうち、上層導電層を形
成するのに適用する、請求項1に記載した導電性薄膜の
形成方法。
11. The conductive thin film according to claim 1, wherein the conductive thin film is applied to form an upper conductive layer among upper and lower conductive layers connected through a connection hole to an insulating layer provided on the base. Forming method.
【請求項12】 前記金属を銅とする、請求項1に記載
した導電性薄膜の形成方法。
12. The method according to claim 1, wherein the metal is copper.
【請求項13】 基体上に堆積した金属イオンからなる
成長核層と、この成長核上に堆積した金属層とからなる
積層構造を有する、導電性薄膜。
13. A conductive thin film having a laminated structure composed of a growth nucleus layer made of metal ions deposited on a substrate and a metal layer deposited on this growth nucleus.
【請求項14】 前記成長核層上に金属を含むガスの分
解によって前記金属層が堆積されている、請求項13に
記載した導電性薄膜。
14. The conductive thin film according to claim 13, wherein the metal layer is deposited on the growth nucleus layer by decomposition of a gas containing a metal.
【請求項15】 前記金属を含むガスの熱分解によって
前記金属層が堆積され、この金属層上に物理的堆積法に
よって更に金属層が堆積されている、請求項14に記載
した導電性薄膜。
15. The conductive thin film according to claim 14, wherein the metal layer is deposited by thermal decomposition of the gas containing the metal, and the metal layer is further deposited on the metal layer by a physical deposition method.
【請求項16】 前記金属層が電解メッキ法によって堆
積されている、請求項13に記載した導電性薄膜。
16. The conductive thin film according to claim 13, wherein said metal layer is deposited by an electrolytic plating method.
【請求項17】 バリアメタル層上に前記成長核層が形
成されている、請求項13に記載した導電性薄膜。
17. The conductive thin film according to claim 13, wherein the growth nucleus layer is formed on a barrier metal layer.
【請求項18】 前記基体上に設けられた絶縁層に接続
孔を介して接続された上下の導電層のうち、上層導電層
として用いられている、請求項13に記載した導電性薄
膜。
18. The conductive thin film according to claim 13, wherein the conductive thin film is used as an upper conductive layer among upper and lower conductive layers connected via connection holes to an insulating layer provided on the base.
【請求項19】 前記成長核層が銅からなる、請求項1
3に記載した導電性薄膜。
19. The method according to claim 1, wherein the growth nucleus layer is made of copper.
3. The conductive thin film according to 3.
【請求項20】 金属を含むガスに希ガス励起種又は/
及び電子を作用させて前記金属のイオンを生成し、この
金属イオンを半導体基体上に堆積させる工程を経て、前
記半導体基体上に導電性薄膜を形成する、半導体装置の
製造方法。
20. A rare gas-excited species or / and / or a gas containing a metal.
And forming a conductive thin film on the semiconductor substrate through a step of generating ions of the metal by acting electrons and depositing the metal ions on the semiconductor substrate.
【請求項21】 前記金属を含むガスと希ガスとからな
る混合ガスをプラズマ励起させ、前記金属を含むガスと
前記希ガス励起種又は/及び前記電子とを衝突させて解
離した前記金属イオンを前記半導体基体上に堆積させ
る、請求項20に記載した半導体装置の製造方法。
21. A mixed gas comprising a gas containing a metal and a rare gas is plasma-excited, and the metal ions dissociated by colliding the gas containing the metal with the rare gas-excited species and / or the electrons are generated. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 20, wherein the semiconductor device is deposited on the semiconductor substrate.
【請求項22】 前記の堆積した金属イオンを成長核と
し、更に金属を堆積させる、請求項20に記載した半導
体装置の製造方法。
22. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 20, wherein the deposited metal ions are used as growth nuclei, and a metal is further deposited.
【請求項23】 前記の堆積した金属イオンを成長核と
し、金属を含むガスの分解によってその金属を更に堆積
させる、請求項22に記載した半導体装置の製造方法。
23. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 22, wherein the deposited metal ions are used as growth nuclei, and the metal is further deposited by decomposition of a gas containing the metal.
【請求項24】 前記金属を含むガスの熱分解によって
前記金属を更に堆積した後、この金属上に物理的堆積法
によって更に金属を堆積させる、請求項23に記載した
半導体装置の製造方法。
24. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 23, wherein after further depositing the metal by thermal decomposition of the gas containing the metal, the metal is further deposited on the metal by a physical deposition method.
【請求項25】 前記の堆積した金属イオンを成長核と
し、更に金属を電解メッキ法で堆積させる、請求項22
に記載した半導体装置の製造方法。
25. The method according to claim 22, wherein the deposited metal ions are used as growth nuclei, and a metal is further deposited by electrolytic plating.
3. The method for manufacturing a semiconductor device according to item 1.
【請求項26】 前記希ガス励起種又は前記電子の有す
るエネルギーを前記金属のイオン化エネルギー以上とす
る、請求項20に記載した半導体装置の製造方法。
26. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 20, wherein the energy of the rare gas excited species or the electrons is equal to or more than the ionization energy of the metal.
【請求項27】 前記混合ガス中に水素ガスを混合す
る、請求項21に記載した半導体装置の製造方法。
27. The method according to claim 21, wherein a hydrogen gas is mixed into the mixed gas.
【請求項28】 前記半導体基体に電圧を印加して生ぜ
しめた電界によって前記金属イオンを前記半導体基体に
引き寄せる、請求項20に記載した半導体装置の製造方
法。
28. The method according to claim 20, wherein the metal ions are attracted to the semiconductor substrate by an electric field generated by applying a voltage to the semiconductor substrate.
【請求項29】 前記導電性薄膜として配線を形成す
る、請求項20に記載した半導体装置の製造方法。
29. The method according to claim 20, wherein a wiring is formed as the conductive thin film.
【請求項30】 前記半導体基体上にバリアメタル層を
形成し、このバリアメタル層上に前記金属イオンを堆積
させる、請求項20に記載した半導体装置の製造方法。
30. The method according to claim 20, wherein a barrier metal layer is formed on the semiconductor substrate, and the metal ions are deposited on the barrier metal layer.
【請求項31】 前記半導体基体上に絶縁層を形成し、
この絶縁層に上下の導電層を接続するための接続孔を形
成し、少なくともこの接続孔に前記金属イオンを堆積さ
せ、前記導電性薄膜を上層導電層として形成する、請求
項20に記載した半導体装置の製造方法。
31. An insulating layer is formed on the semiconductor substrate,
21. The semiconductor according to claim 20, wherein connection holes for connecting upper and lower conductive layers are formed in the insulating layer, the metal ions are deposited in at least the connection holes, and the conductive thin film is formed as an upper conductive layer. Device manufacturing method.
【請求項32】 前記導電性薄膜を多層配線の上層配線
とする、請求項31に記載した半導体装置の製造方法。
32. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 31, wherein said conductive thin film is an upper layer wiring of a multilayer wiring.
【請求項33】 前記金属を銅とする、請求項20に記
載した半導体装置の製造方法。
33. The method according to claim 20, wherein the metal is copper.
【請求項34】半導体基体上に堆積された金属イオンか
らなる成長核層と、この成長核層上に堆積した金属層と
からなる積層構造を有する導電性薄膜が、前記半導体基
体上に形成されている、半導体装置。
34. A conductive thin film having a laminated structure composed of a growth nucleus layer made of metal ions deposited on a semiconductor substrate and a metal layer deposited on this growth nucleus layer is formed on said semiconductor substrate. A semiconductor device.
【請求項35】 前記成長核層上に、金属を含むガスの
分解によって前記金属層が堆積されている、請求項34
に記載した半導体装置。
35. The metal layer is deposited on the growth nucleus layer by decomposition of a gas containing a metal.
2. The semiconductor device according to 1.
【請求項36】 前記金属を含むガスの熱分解によって
前記金属層が堆積され、この金属層上に物理的堆積法に
よって更に金属層が堆積されている、請求項35に記載
した半導体装置。
36. The semiconductor device according to claim 35, wherein the metal layer is deposited by thermal decomposition of the gas containing the metal, and a metal layer is further deposited on the metal layer by a physical deposition method.
【請求項37】 前記成長核上に、前記金属層が電解メ
ッキ法で堆積されている、請求項34に記載した半導体
装置。
37. The semiconductor device according to claim 34, wherein said metal layer is deposited on said growth nucleus by an electrolytic plating method.
【請求項38】 前記導電性薄膜が配線として形成され
ている、請求項34に記載した半導体装置。
38. The semiconductor device according to claim 34, wherein said conductive thin film is formed as a wiring.
【請求項39】 前記半導体基体上にバリアメタル層が
形成され、このバリアメタル層上に前記成長核層が形成
されている、請求項34に記載した半導体装置。
39. The semiconductor device according to claim 34, wherein a barrier metal layer is formed on the semiconductor substrate, and the growth nucleus layer is formed on the barrier metal layer.
【請求項40】 前記半導体基体上に形成された絶縁層
に接続孔を介して接続された上下の導電層のうち、前記
導電性薄膜が上層導電層として形成されている、請求項
34に記載した半導体装置。
40. The conductive layer according to claim 34, wherein the conductive thin film is formed as an upper conductive layer among upper and lower conductive layers connected to the insulating layer formed on the semiconductor substrate through connection holes. Semiconductor device.
【請求項41】 前記導電性薄膜が多層配線の上層配線
である、請求項40に記載した半導体装置。
41. The semiconductor device according to claim 40, wherein said conductive thin film is an upper layer wiring of a multilayer wiring.
【請求項42】 前記成長核層が銅からなる、請求項3
4に記載した半導体装置。
42. The growth nucleation layer is made of copper.
4. The semiconductor device according to item 4.
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