[发明专利]CVD-Ru膜的形成方法和半导体装置的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及作为Cu配线的基底使用的CVD-Ru膜的形成方法和半导体装置的制造方法。

背景技术

近来，对应于半导体设备的高速化、配线图案的微细化、高集成化的要求，需要配线间的容量降低、配线的导电性提高和电子迁移耐性的提高，作为对应于此的技术，在配线材料中使用比铝(Al)或钨(W)导电性高且电子迁移耐性优异的铜(Cu)、作为层间绝缘膜使用低介电常数膜(Low-k膜)的Cu多层配线技术备受关注。

作为此时的Cu配线的形成方法，已知在形成有沟或孔的Low-k膜通过以溅射法为代表的物理蒸镀法(PVD)形成由Ta、TaN、Ti等构成的阻挡层，在其上同样通过PVD形成Cu晶种层，进一步在其上实施镀Cu的技术(例如日本特开平11-340226号公报)。

但是，半导体设备的设计规则越来越微细化，在今后的32nm节点以下，在上述专利文献1所公开的技术中，难以通过阶跃式覆盖率本质上低的PVD在沟或孔内形成Cu晶种层，因此，可以预测也难以在孔内形成镀层。

对此，提出了通过化学蒸镀法(CVD)在阻挡层上形成Ru膜(CVD-Ru膜)，在其上实施镀Cu的方法(日本特开2007-194624号公报)。CVD-Ru膜由于阶跃式覆盖率良好，且与Cu膜的附着性良好，因此能够在微细的沟或孔内成膜。

作为形成CVD-Ru膜的技术，已知作为成膜原料使用钌的戊二烯基化合物等(国际公开第2007/102333号小册子)的技术和使用羰合钌(Ru₃(CO)₁₂)(日本特开2007-27035号公报)的技术。特别在使用羰合钌而形成CVD-Ru膜时，由于成膜原料中的杂质成分基本上仅为C和O，因此能够得到高纯度的膜。

但是，在形成CVD-Ru膜后形成Cu晶种膜时，实际上，特别是向沟或孔的侧壁的Cu的润湿性恶化，使用镀Cu包埋沟或孔时，有时在镀Cu中发生空隙。

发明内容

本发明的目的在于提供Cu的润湿性良好的CVD-Ru膜的形成方法和具有这样的CVD-Ru膜的半导体装置的制造方法。

本发明的另一个目的在于提供存储用于执行这样的半导体装置的制造方法的程序的存储介质。

本发明的发明人为了实现上述目的，首先研究了对这样的CVD-Ru膜的Cu的润湿性恶化的原因。其结果表明，在使用含有如羰合钌这样的有机金属化合物的成膜原料形成CVD-Ru膜时，由于成膜原料中含有大量碳，因此在成膜后的状态下在膜中碳作为杂质残留，在膜表面最终形成为CO的状态，之后，若为了Ru的结晶化进行在不活泼气体气氛中的退火，则Ru膜表面和膜中碳形成偏析的状态，这样残留于Ru膜表面的碳使Cu的润湿性恶化。因此，为了降低这样的残留碳进行了反复研究，结果发现，在含氢气氛中进行退火或在不活泼气体气氛中的退火后在大气中暴露是有效的，从而完成了本发明。

即，根据本发明的第1观点，提供一种CVD-Ru膜的形成方法，其包括：使用含有有机金属化合物的成膜原料，通过CVD在基板上形成Ru膜的工序；和对形成有上述Ru膜的基板进行在含氢气氛中的退火的工序。

根据本发明的第2观点，提供一种CVD-Ru膜的形成方法，其包括：使用含有有机金属化合物的成膜原料，通过CVD在基板上形成Ru膜的工序；对形成有上述Ru膜的基板进行在不活泼气体气氛中的退火的工序；和在上述不活泼气体气氛中的退火后，在大气中暴露上述Ru膜的工序。

根据本发明的第3观点，提供一种半导体装置的制造方法，其包括：对具有沟和/或孔的基板形成金属阻挡膜的工序；在上述金属阻挡膜上，使用含有有机金属化合物的成膜原料，通过CVD在基板上形成Ru膜的工序；对形成有上述Ru膜的基板进行在含氢气氛中的退火的工序；和在上述退火后的Ru膜上形成用于在沟和/或孔内埋入镀Cu的Cu晶种膜的工序。

根据本发明的第4观点，提供一种半导体装置的制造方法，其包括：对具有沟和/或孔的基板形成金属阻挡膜的工序；在上述金属阻挡膜上，使用含有有机金属化合物的成膜原料，通过CVD在基板上形成Ru膜的工序；对形成有上述Ru膜的基板进行在不活泼气体气氛中的退火的工序；在上述不活泼气体气氛中的退火后，在大气中暴露上述Ru膜的工序；和在上述退火后的Ru膜上形成用于在沟和/或孔内埋入镀Cu的Cu晶种膜的工序。