專利名稱：熱處理方法和熱處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對形成有低介電常數(shù)層間絕緣膜(low-k膜)和/或銅 (Cu)等金屬膜的半導體基板等的基板實施熱處理的熱處理方法和熱
處理裝置。
背景技術(shù)：
近年來，與半導體器件的高速化、配線圖案的微細化和高集成化 的要求相適應，要求降低配線間的容量、提高配線的導電性、以及提 高電遷移耐性，作為與這些要求相對應的技術(shù)，配線材料使用導電性
高且電遷移耐性優(yōu)異的銅(Cu)、層間絕緣膜使用低介電常數(shù)(low-k) 材料的Cu多層配線技術(shù)備受關(guān)注。
由low-k桐,構(gòu)成的低介電常數(shù)層間絕緣膜(low-k)膜采用涂布 法(SOD: Spin on Dielectric)或化學氣相成長法(CVD: Chemical Vapor Deposition)形成。上述SOD法通過向半導體晶片的表面供給涂布液， 使半導體晶片旋轉(zhuǎn)，從而使涂布液展開。上述化學氣相成長法向半導 體晶片的表面供給原料氣體，通過化學反應分解或合成而堆積生成物。
在利用SOD法形成low-k膜的情況下，通常以緩和內(nèi)部應力同時 確保機械強度等為目的，對成膜后的半導體晶片實施熱處理。并且， 即便是利用CVD形成low-k膜，由于所選擇的低介電常數(shù)材料不同， 有時在成膜后也需要進行熱處理。熱處理通常在真空或氮氣等不活潑 性氣體氣氛中進行(例如參照日本專利特開2000-272915號公報)。但 是，形成完全的真空或不活潑性氣體氣氛極為困難，在氣氛中很容易 含有氧氣等雜質(zhì)，所以在這種熱處理方法中，由于氣氛中所含的氧氣， low-k膜有可能發(fā)生氧化而導致劣化。
另一方面，Cu配線通常以下述方法形成，預先在半導體晶片或 low-k膜的表面形成穿孔，在包含該穿孔的半導體晶片或low-k膜的表 面形成Cu種子層，然后進行鍍Cu。在形成Cu配線后，以增大Cu的晶粒、降低配線電阻并使其穩(wěn)定等為目的，與形成low-k膜后同樣，在 真空或氮氣等不活潑性氣體氣氛中進行熱處理(例如，參照日本專利
特開2002-285379號公報)。但是，由于Cu容易被i氧化，在形成Cu 配線后，在其表面容易形成氧化物，所以采用這種熱處理方法仍然存 在由于氣氛中存在的氧使金屬膜氧化的問題。在上層配線與下層配線 之間需要形成通路觸點的Cu多層配線中，如果在形成觸點之前在配線 表面上存在氧化物，則不能得到良好的觸點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種熱處理方法和熱處理裝置，該熱處理 方法能夠可靠地防止低介電常數(shù)層間絕緣膜和/或金屬膜的氧化。
本發(fā)明的另一個目的在于提供一種計算機能夠讀取的存儲介質(zhì)， 其存儲有實施該熱處理方法的程序。
根據(jù)本發(fā)明的第一觀點，提供一種熱處理方法，其特征在于，包 括將形成有低介電常數(shù)層間絕緣膜(low-k膜)和/或金屬膜的基板收 容在處理容器內(nèi)的工序；對含有羧酸酐、酯、有機酸銨鹽、有機酸胺 鹽、有機酰胺、有機酰肼、有機酸金屬配合物和有機酸金屬鹽中至少 一種的具有還原性的氣相有機化合物進行流量調(diào)節(jié)，并向上述處理容 器內(nèi)供給的工序；和對己供給上述氣相有機化合物后的上述處理容器 內(nèi)的基板進行加熱的工序。
在本發(fā)明的第一個觀點中，優(yōu)選上述金屬膜含有銅(Cu)。
此外，根據(jù)本發(fā)明的第二觀點，提供一種熱處理裝置，其為對形 成有低介電常數(shù)層間絕緣膜(low-k膜)和/或金屬膜的基板實施熱處理 的熱處理裝置，其特征在于，包括收容基板的處理容器；有機化合 物供給機構(gòu)，其對含有羧酸酐、酯、有機酸銨鹽、有機酸胺鹽、有機 酰胺、有機酰肼、有機酸金屬配合物和有機酸金屬鹽中至少一種的具 有還原性的氣相有機化合物進行流量調(diào)節(jié)，并向上述處理容器內(nèi)供給; 和對上述處理容器內(nèi)的基板進行加熱的加熱機構(gòu)。在已向上述處理容 器內(nèi)供給上述具有還原性的氣相有機化合物后的狀態(tài)下，對上述處理 容器內(nèi)的基板進行加熱。
根據(jù)本發(fā)明的第三觀點，提供一種存儲介質(zhì)，其存儲有在計算機上運行、并控制熱處理裝置的程序，其特征在于上述程序在執(zhí)行時， 由計算機控制上述熱處理裝置，使其實施熱處理方法，上述熱處理方 法包括將形成有低介電常數(shù)層間絕緣膜(10W-k膜)和/或金屬膜的基 板收容在處理容器內(nèi)的工序；對含有羧酸酐、酯、有機酸銨鹽、有機 酸胺鹽、有機酰胺、有機酰肼、有機酸金屬配合物和有機酸金屬鹽中 至少一種的具有還原性的氣相有機化合物進行流量調(diào)節(jié)，并向上述處 理容器內(nèi)供給的工序；和對已供給上述氣相有機化合物后的上述處理 容器內(nèi)的基板進行加熱的工序。
作為防止low-k膜氧化的技術(shù)，本申請人曾經(jīng)提出過在具有優(yōu)異還 原性的醇、醛和/或羧酸，例如甲酸的氣氛下，對形成有k)W-k膜的基 板進行熱處理的技術(shù)(日本專利特愿2006-152369號)。但是，甲酸等 容易形成多聚體，如果壓力或溫度等外界因素發(fā)生變化，就會引起聚 合或離解反應，單體與多聚體(二聚體)的成分比率發(fā)生較大變化， 因此在該技術(shù)中，如果利用質(zhì)量流量控制器等流量調(diào)節(jié)機構(gòu)對甲酸氣 體(或蒸氣)進行流量調(diào)解并供給，成分比率的變化會對轉(zhuǎn)化參數(shù)造 成影響，利用流量調(diào)節(jié)機構(gòu)的設(shè)定流量與實際流量之間容易產(chǎn)生誤差， 難以確保過程的重現(xiàn)性，在這一點上還有改善的余地。
因此，本發(fā)明不僅能夠達到上述目的，還能夠解決這種過程的重 現(xiàn)性問題。
根據(jù)本發(fā)明，將形成有低介電常數(shù)層間絕緣膜和/或金屬膜的基板 收容在處理容器內(nèi)，對具有優(yōu)異還原性且不會如部分醛或羧酸等那樣 形成多聚體的羧酸酐、酯、有機酸銨鹽、有機酸胺鹽、有機酰胺、有 機酰肼、有機酸金屬配合物和有機酸金屬鹽中至少一種的有機化合物 進行流量調(diào)節(jié)，并向處理容器內(nèi)供給，然后在該有機化合物的氣氛下 對基板進行加熱，所以能夠通過有機化合物的還原反應可靠地防止低 介電常數(shù)層間絕緣膜和/或金屬膜的氧化，并且防止利用供給至處理容 器內(nèi)的有機化合物的流量調(diào)解的設(shè)定流量與實際流量之間產(chǎn)生誤差， 能夠充分確保過程的重現(xiàn)性。


圖1是具備能夠?qū)嵤┍景l(fā)明的熱處理方法的熱處理裝置的晶片處
6理系統(tǒng)的平面示意圖。
圖2是熱處理單元的斷面示意圖。
圖3A是用于說明Damascene處理過程的工序截面圖。 圖3B是用于說明Damascene處理過程的工序截面圖。 圖4是作為能夠?qū)嵤┍景l(fā)明的熱處理方法的另一個實施方式的熱
處理裝置的截面示意圖。
圖5是作為能夠?qū)嵤┍景l(fā)明的熱處理方法的又一個實施方式的熱
處理裝置的截面示意圖。
具體實施例方式
下面，參照附圖具體說明本發(fā)明的實施方式。 圖1是具備能夠?qū)嵤┍景l(fā)明的熱處理方法的熱處理裝置的晶片處 理系統(tǒng)的平面示意圖。
晶片處理系統(tǒng)100包括設(shè)置有多個對作為半導體基板的晶片W 實施規(guī)定處理的單元的處理站1、分別設(shè)置在處理站1兩側(cè)(在圖1
中為左側(cè)和右側(cè))的側(cè)室2和負載站(CSB) 3、設(shè)置在處理系統(tǒng)l背 面一側(cè)(在圖1中為上側(cè))的用于對晶片W實施熱處理的熱處理部4、 和設(shè)置在處理站1與熱處理部4之間的在其間進行晶片W傳送的接口 站5。
處理站l具有涂布處理單元(SCT) 11、 12，將多個處理單元多 層疊層的處理單元群13、 14，和在涂布處理單元(SCT) 11及12、處 理單元群13及14與接口站5之間搬送晶片W的搬送臂15。搬送臂 15設(shè)置在處理站1的大致中央部位，處理單元群13、 14分別設(shè)置在搬 送臂15的側(cè)室2—側(cè)和負載站(CSB) 3—側(cè)。涂布處理單元(SCT) 11、 12分別設(shè)置在處理單元群13、 14的前方一側(cè)。其中，例如在涂布 處理單元(SCT) 11、 12的下方，設(shè)置有未圖示涂布液儲存部，其儲 存有涂布處理單元(SCT) 11、 12所使用的涂布液等。
涂布處理單元(SCT) 11、 12例如分別構(gòu)成為，向由旋轉(zhuǎn)卡盤保 持的晶片W表面供給low-k膜用或硬掩膜層用等的規(guī)定的涂布液，通 過旋轉(zhuǎn)卡盤的旋轉(zhuǎn)使涂布液在晶片W的表面擴展，形成low-k膜或硬 掩膜層等的涂布膜。處理單元群13例如上下疊層有在低溫下對晶片W進行烘烤的低溫用熱板單元、和使在晶片W上成膜的low-k膜等涂布 膜凝膠化的熟化單元而構(gòu)成。處理單元群14例如上下疊層有用于與負 載站(CSB) 3之間進行晶片W傳送的傳送單元、在高溫下對晶片W 進行烘烤的高溫用熱板單元、和對晶片W進行冷卻的冷板單元等。搬 送臂15以能夠升降、水平旋轉(zhuǎn)和向前后進退的方式構(gòu)成，使得能夠接 近涂布處理單元(SCT) 11、 12和處理單元群13、 14的各處理單元。 在側(cè)室2中設(shè)置有處理單元群13、 14等所使用的起泡器(Bub) 27、和用于洗凈從各單元排出的排出氣體的捕集器(TRAP) 28。其中， 例如在起泡器(Bub) 27的下方，設(shè)置有用于儲存純水或有機化合物 例如醋酸酐等處理液的藥液儲存部、和用于排出使用后的處理液廢液 的排放口等。
在負載站(CSB) 3中設(shè)置有，載置收容有晶片W的盒的載置臺、 和在載置于該載置臺中的盒與設(shè)置在處理站1中的轉(zhuǎn)送單元之間進行 晶片W搬送的搬送機構(gòu)。
在接口站5中設(shè)置有，定位機構(gòu)52，其在大體上密閉的盒51內(nèi)， 接收由搬送臂15搬送的晶片W并對其進行定位；晶舟套管53，其載 置有用于將多片晶片W收容在后述的熱處理裝置40的熱處理爐41內(nèi) 的晶舟42和傾卸用晶舟45;和搬送機構(gòu)54，其在定位機構(gòu)52和晶舟 42 (或傾卸用晶舟45)之間搬送晶片W。定位機構(gòu)52和搬送機構(gòu)54 設(shè)置在接口站5的前面一側(cè)(處理站1 一側(cè))。晶舟套管53構(gòu)成為， 載置多個例如3個晶舟42和一個傾卸用晶舟43，設(shè)置在接口站5的背 面一側(cè)(熱處理部4一側(cè))，能夠沿著背面一側(cè)移動。
熱處理部4具有，對晶片W進行熱處理的熱處理裝置40、和在熱 處理裝置40與晶舟套管53之間搬送晶舟42 (或傾卸用晶舟45)的搬 送體49。熱處理裝置40為對保持在晶舟42中的多片晶片W同時進行 熱處理的所謂批量式方式，以在羧酸酐例如醋酸酐的氣氛中對晶片W 進行加熱的方式構(gòu)成。后面詳細說明熱處理裝置40。
晶片處理系統(tǒng)100的各構(gòu)成部，例如各處理單元和處理裝置構(gòu)成 為，與具備微處理機(計算機)的系統(tǒng)控制器90連接并受其控制。在 系統(tǒng)控制器90上連接有用戶界面91和存儲部92。用戶界面91由工序 管理者用于管理晶片處理系統(tǒng)100而進行指令輸入操作等的鍵盤、可視化顯示晶片處理系統(tǒng)100的運行狀況的顯示器等構(gòu)成。存儲部92中
存儲有方案，該方案記錄有用于通過系統(tǒng)控制器90的控制實現(xiàn)在晶片 處理系統(tǒng)100中執(zhí)行的處理的控制程序或處理條件數(shù)據(jù)等。并且，根 據(jù)需要，通過來自用戶界面91的指令等，從存儲部92調(diào)出任意的方 案，由系統(tǒng)控制器90執(zhí)行，在系統(tǒng)控制器90的控制下進行晶片處理 系統(tǒng)100中的處理。并且，上述方案可以在存儲于例如CD-ROM、硬 盤、閃存等計算機能夠讀取的存儲介質(zhì)中的狀態(tài)下利用，或者也可以 從其它裝置例如通過專用線路隨時傳送利用。
在如此構(gòu)成的晶片處理系統(tǒng)100中，在采用絲網(wǎng)法(、>》夕法) 和高速涂膜法在晶片W上形成low-k膜等涂布膜的情況下，將晶片W 從負載站(CSB) 3依次搬送到傳送單元—冷板單元—涂布處理單元
(SCT) 12—低溫用熱板單元—冷板單元—涂布處理單元(SCT) 11 — 低溫用熱板單元—高溫用熱板單元—熱處理裝置40，在各單元中對晶 片W實施規(guī)定的處理。在這種情況下，在涂布處理單元(SCT) 12中 涂布粘附促進劑，在涂布處理單元(SCT) 11中涂布low-k膜用涂布 液。在采用7才;y夕7法形成low-k膜等涂布膜的情況下，將晶片W 依次搬送至傳送單元—冷板單元—涂布處理單元(SCT) 11—低溫用熱 板單元—高溫用熱板單元—熱處理裝置40，在各單元中對晶片W實施 規(guī)定的處理。其中，熱處理裝置40為批量式，熱處理裝置40以外的 各單元為逐片處理晶片W的所謂單片式，所以在熱處理裝置40中的 處理前的各處理結(jié)束后的晶片W依次保持在晶舟42中，在晶舟42中 保持了規(guī)定片數(shù)的晶片W后的階段，搬送到熱處理裝置40中，在熱 處理裝置40中進行處理。在采用溶膠-凝膠法形成low-k膜等涂布膜的 情況下，將晶片W依次搬送至傳送單元—冷板單元—涂布處理單元
(SCT) 11—熟化單元—低溫用熱板單元—高溫用熱板單元，在各單元
中對晶片W實施規(guī)定的處理。
在采用絲網(wǎng)法、高速涂膜法或7才、乂夕7法的情況下，在最終的 工序中，進行熱處理裝置40中的熱處理，例如對low-k膜或硬掩膜等 涂布膜實施固化處理。如上所述，在現(xiàn)有技術(shù)中這種處理通過在真空 或氮氣等不活潑性氣體氣氛下加熱晶片來進行，但是很難完全防止由 于氣氛中含有的作為雜質(zhì)的氧氣而引起的涂布膜的劣化(氧化)。為了防止涂布膜的氧化，如上所述，考慮在具有優(yōu)異還原性的醇、醛和/或 羧酸，例如甲酸氣體的氣氛中加熱晶片，但是由于甲酸等具有由于溫 度變化等而由單體變成多聚體或者由多聚體變成單體的性質(zhì)，所以實 際上難以以氣相穩(wěn)定地供給成分比率容易變化的甲酸等。
因此，在本實施方式中，在具有優(yōu)異還原性、且不會形成多聚體 的羧酸酐，例如醋酸酐的氣氛中，加熱晶片W，進行熱處理，劉'例如 low-k膜等涂布膜實施固化處理，所以利用質(zhì)量流量控制器等流量調(diào)節(jié) 機構(gòu)的供給流量幾乎不會產(chǎn)生誤差，通過醋酸酐的還原反應能夠有效 地除去其氣氛中的氧氣。因此，能夠可靠地防止low-k膜的劣化，還能 夠充分確保過程的重現(xiàn)性。
并且，在晶片W上形成例如由Cu構(gòu)成的配線等的金屬膜、在該 金屬膜的表面生成有氧化物的情況下，在熱處理裝置40中進行熱處理 時，能夠通過醋酸酐的還原反應除去氧化物。
在本實施方式的熱處理方法中使用的醋酸酐等羧酸酐，定義為
R^CO-0-CO-R2 (R1、 W是氫原子、烴基、或構(gòu)成烴基的至少部分氫 原子被鹵原子取代的官能基)所示的化合物。作為烴基的具體例子， 可以舉出垸基、烯基、炔基、芳基等。作為鹵原子的具體例子，可以 舉出氟、氯、溴和碘。作為羧酸酐的具體例子，除了醋酸酐以外，還 可以舉出甲酸酐、丙酸酐、甲酸乙酸酐、丁酸酐和戊酸酐等。其中， 由于甲酸酐和甲酸乙酸酐是較不穩(wěn)定的物質(zhì)，所以優(yōu)選使用除它們以 外的羧酸酐。
此外，作為具有優(yōu)異的還原性、且不會形成多聚體的性質(zhì)，并且 能夠得到與羧酸酐同樣效果的物質(zhì)，可以舉出酯、有機酸銨鹽、有機 酸胺鹽、有機酰胺、有機酰肼、有機酸金屬配合物和有機酸金屬鹽。
酯定義為R3-COO-R4 (R3是氫原子、烴基、或構(gòu)成烴基的至少部 分氫原子被鹵原子取代的官能基，W是烴基、或構(gòu)成烴基的至少部分 氫原子被鹵原子取代的官能基)所示的化合物。烴基和鹵原子的具體 例子同上。作為酯的具體例子，可以舉出甲酸甲酯、甲酸乙酯、甲酸 丙酯、甲酸丁酯、甲酸芐酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸 丁酯、乙酸戊酯、乙酸己酯、乙酸辛酯、乙酸苯酯、乙酸芐酯、乙酸 烯丙酯、乙酸丙烯酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丁酯、丙酸戊酯、丙酸芐酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯、丁酸戊酯、丁酸丁酯、戊酸甲酯和 戊酸乙酯等。
有機酸銨鹽、有機酸胺鹽定義為R5-COO-NR6R7R8R9 (R5、 R6、 R7、 R8、 R"是氫原子、烴基、或構(gòu)成烴基的至少部分氫原子被卣原子取代 的官能基)所示的化合物，烴基和鹵原子的具體例子同上。作為有機 酸銨鹽、有機酸胺鹽的具體例子，可以舉出有機酸銨(R5COONH4)或 有機酸甲胺鹽、有機酸乙胺鹽、有機酸叔丁胺鹽等伯胺鹽，有機酸二 甲基胺鹽、有機酸乙基甲基胺鹽、有機酸二乙基胺鹽等仲胺鹽，有機 酸三甲基胺鹽、有機酸二乙基甲基胺鹽、有機酸乙基二甲基胺鹽、有 機酸三乙基胺鹽等叔胺鹽，或有機酸四甲基銨、有機酸三乙基甲基銨 等季銨鹽。
有機酰胺定義為R1Q-CO-NH2 (R"是氫原子、烴基、或構(gòu)成烴基的 至少部分氫原子被鹵原子取代的官能基)所示的化合物。烴基和鹵原 子的具體例子與同上。作為有機酰胺的具體例子，可以舉出羧酸酰胺。
有機酰肼定義為RH-CO-NHONH2 (R11是氫原子、烴基、或構(gòu)成 烴基的至少部分氫原子被鹵原子取代的官能基)所示的化合物。烴基 和鹵原子的具體例子同上。作為構(gòu)成有機酰肼的有機酸的具體例子， 可以舉出甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、乙酸甲酸和戊酸。
金屬配合物或金屬鹽定義為Ma(Rl2COO)b (M是金屬原子，a、 b 是自然數(shù)，R"是氫原子、烴基、或構(gòu)成烴基的至少部分氫原子被鹵原 子取代的官能基)所示的化合物。烴基和鹵原子的具體例子同上。作 為構(gòu)成有機酸金屬配合物或有機酸金屬鹽的金屬元素的具體例子，可 以舉出鈦(Ti)、釕(Ru)、 Cu、硅(Si)、鈷(Co)、鋁(Al)。作為構(gòu) 成有機酸金屬配合物或有機酸金屬鹽的有機酸的具體例子，可以舉出 甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、乙酸甲酸和戊酸。作為有機酸金屬配合物 或有機酸金屬鹽，以有機酸為甲酸的情況為例，有甲酸鈦、甲酸釕、 甲酸銅、甲酸硅、甲酸鈷、甲酸鋁等；以有機酸為乙酸的情況為例， 有乙酸鈦、乙酸釕、乙酸銅、乙酸硅、乙酸鈷、乙酸鋁等；以有機酸 為丙酸的情況為例，有丙酸鈦、丙酸釕、丙酸銅、丙酸硅、丙酸鈷、 丙酸鋁等。
其中，可以組合使用羧酸酐、酯、有機酸銨鹽、有機酸胺鹽、有機酰胺、有機酰肼、有機酸金屬配合物和有機酸金屬鹽中的多種。
作為本實施方式的熱處理方法特別有效的low-k膜的材料，例如可 以舉出硅氧烷類的含有Si、 O、 H的HSQ (Hydrogen-silsesquioxane: 氫-倍半硅氧烷)或含有Si、 C、 O、 H的MSQ ( Methyl-Hydrogen-silsesquioxane:甲基-氫倍半硅氧烷)等，作為有機類的由聚 丙炔醚構(gòu)成的FLAME (Honeywell公司生產(chǎn))或由聚丙炔烴構(gòu)成的 SILK (Dow Chemicals公司生產(chǎn))、Parylene、 BCB、 PTFE、氣化聚酰 亞胺等、作為多孔膜的多孔MSQ或多孔SILK、多孔硅石等。此外， 除了本實施方式的熱處理方法特別有效的low-k膜以外的膜，例如還可 以舉出作為硬掩膜材料的例如聚苯并噁唑(Polybenzoxazole)。
此外，本實施方式的熱處理方法，也適合于通過CVD形成low-k 膜等膜的情況。在這種情況下，作為本實施方式的熱處理方法特別有 效的low-k膜的材料,可以舉出Black Diamond (Applied Materials公 司生產(chǎn))、Coral (Novellus公司生產(chǎn))、Aurora (ASM公司生產(chǎn))等的 SiOC類材料(在SiOj勺Si-0鍵中導入甲基(—CH3)從而混入Si — CEb的物質(zhì))或SiOF類材料(在Si02中導入氟(F)的物質(zhì))、使用氟 代烴氣體的CF類材料等。并且，在這種情況下，作為除了本實施方式 的熱處理方法特別有效的low-k膜以外的膜，例如硬掩膜的材料，可以 舉出與low-k膜相同的材料(但介電常數(shù)高于low-k膜)，還可以舉出 碳化硅(SiC)或碳化硅(SiCN)等。
作為本實施方式的熱處理方法特別有效的金屬膜的材料，可以舉 出如上所述的含有Cu的材料，可以僅由Cu構(gòu)成，也可以由Cu的合 金構(gòu)成。作為Cu合金，例如可以舉出含有鎂(Mg)、 Al、 Si、鈧(Sc)、 Ti、釩(V)、鉻(Cr)、錳(Mn)、鐵(Fe)、 Co、鎳(Ni)、鋅(Zn)、 鎵(Ga)、鍺(Ge)、鍶(Sr)、憶(Y)、鋯(Zr)、鈮(Nb)、鉬(Mo)、 Ru、銠(Rh)、鈀(Pd)、銀(Ag)、銦(In)、錫(Sn)、銻(Sb)、鉭
(Ta)、鉤(W)、錸(Re)、鋨(Os)、銥(Ir)、鉬(Pt)、金(Au)、 鉛(Pb)的合金。
下面，詳細說明熱處理裝置40。
圖2是熱處理裝置40的截面示意圖。
熱處理裝置40包括:下部開口的收容晶片W并對其進行加熱的大致呈筒狀的熱處理爐41 (處理容器)、用于保持多片晶片W并將其收
容在熱處理爐41內(nèi)的晶舟42、使該晶舟42升降并使其在熱處理爐41 內(nèi)外之間進退的晶舟升降器43、和向熱處理爐41內(nèi)供給作為處理氣體 的醋酸酐的處理氣體供給機構(gòu)44。
熱處理爐41在內(nèi)部具有與其形狀相對應的石英制的加工管41a， 以圍繞該加工管41a外周的方式具有對晶片W進行加熱的作為加熱機 構(gòu)的加熱器41b。在加工管41a的下端部，設(shè)置有環(huán)狀或筒狀的歧管 41c，在該歧管41c上連接有處理氣體供給機構(gòu)44的后述的處理氣體 供給管線44a，并且設(shè)置有對熱處理爐41內(nèi)進行排氣的排氣口41d。
晶舟42為能夠隔開規(guī)定的間隔上下疊層并保持多片晶片W的結(jié) 構(gòu)。在晶舟升降器43上設(shè)有蓋部43a，該蓋部43a與歧管41c接觸并 將加工管41a內(nèi)保持為密閉狀態(tài)，在該蓋部43a的上部搭載有保溫筒 43b。
處理氣體供給機構(gòu)44具有儲存例如液體醋酸酐((CH3CO)20) 的儲存部44b、加熱儲存部44b的醋酸酐使其氣化的加熱器等的加熱部 44c、將通過加熱部44c的加熱產(chǎn)生的醋酸酐氣體(氣化的醋酸酐)導 入熱處理爐41內(nèi)的處理氣體供給管線44a、調(diào)節(jié)在處理氣體供給管線 44a中流通的醋酸酐氣體流量的作為流量調(diào)節(jié)機構(gòu)的質(zhì)量流量控制器 44d、和起泡器44e。
熱處理裝置40被與系統(tǒng)控制器90連接的單元控制器93控制。并 且，根據(jù)需要，利用來自用戶界面91的指令等，系統(tǒng)控制器90從存 儲部92中調(diào)出任意的方案，由單元控制器93進行控制。
在如此構(gòu)成的熱處理裝置40中，首先在使晶舟升降器43下降的 狀態(tài)下，由搬送體49將保持有多片晶片W的晶舟42放置在晶舟升降 器43 (保溫筒43b)上，再使晶舟升降器43上升，直至蓋部43a與歧 管41c接觸，從而將晶舟42收容在熱處理爐41內(nèi)。然后，由處理氣 體供給機構(gòu)44向熱處理爐41內(nèi)供給醋酸酐氣體。由此，通過醋酸酐 的還原反應有效地除去熱處理爐41內(nèi)的氧氣。并且，將熱處理爐41 內(nèi)保持在低氧濃度(例如50ppm以下)的醋酸酐氣體氣氛中。 一邊由 質(zhì)量流量控制器44d和起泡器44e進行流量調(diào)節(jié)一邊供給醋酸酐氣體， 由于醋酸酐不會形成多聚體，所以利用質(zhì)量流量控制器44d的設(shè)定流量與實際流量之間幾乎不會產(chǎn)生誤差。因此，能夠提高熱處理的精度， 能夠充分確保過程的重現(xiàn)性。
將熱處理爐41內(nèi)保持在低氧濃度的醋酸酐氣體氣氛中，將加熱器
41b的溫度設(shè)定在例如200 40(TC，對各晶片W進行加熱。由此，設(shè) 置在各晶片W上的low-k膜或硬掩膜等涂布膜，在幾乎不與氧氣接觸 的狀態(tài)下進行固化，所以能夠防止劣化。此外，能夠防止設(shè)置在各晶 片W上的金屬膜的氧化，在金屬膜表面存在氧化物的情況下，也能夠 除去該氧化物。其中，充滿熱處理爐41內(nèi)的醋酸酐或由于醋酸酐的還 原反應生成的生成物，例如水分和二氧化碳等從排出口 41d排出。
在由加熱器41b加熱晶片W結(jié)束時，停止由處理氣體供給機構(gòu)44 供給醋酸酐氣體，使晶舟升降器43下降，將晶舟42搬出到熱處理爐 41夕卜。然后，由搬送體49對晶舟42進行搬送。
其中，作為由處理氣體供給機構(gòu)44供給的處理氣體，可以使用有 機酸銨鹽、有機酸胺鹽、有機酰胺和有機酰肼中的至少一種，利用其 性質(zhì)，能夠得到防止處理氣體供給機構(gòu)44的儲存部44b或處理氣體供 給管線44a等的內(nèi)壁腐蝕的效果。
下面，說明熱處理裝置40在熱處理的damascene處理中的適用例。 圖3是damascene處理的過程中的晶片W的截面圖。 在damascene處理中，例如首先在構(gòu)成晶片W的Si基板(Sub) 200上形成作為層間絕緣膜的low-k膜101 (參照圖3 (a))。 low-k膜 101通過上述晶片處理系統(tǒng)100的處理站1中的處理工序形成。形成 1ow-k膜101后，在熱處理裝置40中對晶片W進行熱處理。在此，通 過醋酸酐的還原反應，能夠防止low-k膜被氧化而導致劣化，能夠得到 足夠的強度。然后，與形成low-k膜101的工序同樣操作，在low-k膜 101上形成硬掩膜102，再在熱處理裝置40中對晶片W進行熱處理。 在此，由于醋酸酐的還原反應，能夠防止硬掩膜102發(fā)生氧化，能夠 得到足夠的強度。
接著，將利用光刻法圖案化的未圖示的抗蝕劑膜作為掩模，對硬 掩膜102進行蝕刻，再將抗蝕劑膜和經(jīng)過蝕刻的硬掩膜102作為掩模， 在low-k膜101上形成通過蝕刻形成的槽105。然后，在硬掩膜102上 和槽105內(nèi)依次形成阻擋金屬膜103和由銅(Cu)構(gòu)成的配線層104
14(參照圖3 (b))。阻擋金屬膜103通過濺鍍等形成，配線層104通過
電鍍法等形成。形成阻擋金屬膜103和配線層104后，在熱處理裝置 40中對晶片W進行熱處理。在此，配線層104由于醋酸酐的還原能力 而不被氧化，對其實施退火處理，。
然后，采用CMP法對配線層104的表面進行研磨(拋光)，從而 設(shè)置damascene結(jié)構(gòu)的配線部。
下面，說明作為能夠?qū)嵤┍景l(fā)明的熱處理方法的另一個實施方式 的熱處理裝置。
圖4是作為能夠?qū)嵤┍景l(fā)明的熱處理方法的另一個實施方式的熱 處理裝置的截面示意圖。
在本實施方式中，對于對晶片W逐片進行熱處理的單片式熱處理 裝置60進行說明。其中，在熱處理裝置60中，對與熱處理裝置40相 同的部位標注相同的符號，省略說明。熱處理裝置60包括作為能夠 收容晶片W的處理容器的腔室61、向腔室61內(nèi)供給作為處理氣體的 醋酸酐氣體的處理氣體供給機構(gòu)44、和在腔室61內(nèi)對晶片W進行加 熱的作為加熱機構(gòu)的加熱器62。其中，熱處理裝置60也與熱處理裝置 40 —樣被控制。
腔室61具有在上部開口的大致呈筒狀或箱狀的腔室本體61a、和 用于蓋住腔室本體61a的上部開口的蓋體61b。在腔室本體61a的側(cè)壁 部，形成有用于在腔室61內(nèi)外之間搬入搬出晶片W的搬入搬出口 61c， 并且設(shè)置有打開關(guān)閉該搬入搬出口 61c的閘門61d。處理氣體供給機構(gòu) 44的處理氣體供給管線44a與蓋體61b連接。
例如在腔室本體61a的底部，設(shè)置有排出口611，該排出口611用 于向外部排出由處理氣體供給機構(gòu)44向腔室61內(nèi)供給的醋酸酐氣體 等。并且，例如在腔室本體61a內(nèi)的底部，設(shè)置有用于載置晶片W的 載置臺61h。加熱器62內(nèi)置于載置臺61h中，以隔著載置臺61h對晶 片W進行加熱的方式構(gòu)成。在載置臺61h上設(shè)置有以從其上表面伸出 沒入的方式進行升降的支持銷61i，該支持銷61i構(gòu)成為，在伸出時進 行晶片W的傳送，在沒入時將晶片W載置在載置臺61h上。
蓋體61b形成為在其內(nèi)部具有扁平的擴散空間61j的大致筒狀或箱 狀。并且，在蓋體61b的下表面，具有多個用于排出來自處理氣體供給機構(gòu)44的醋酸酐氣體的排出孔61k，來自處理氣體供給機構(gòu)44的醋 酸酐氣體從其上表面導入擴散空間61j內(nèi)，在擴散空間61j內(nèi)擴散的醋 酸酐氣體從排出孔61k供給到腔室61內(nèi)或腔室本體61a內(nèi)。
在如此構(gòu)成的熱處理裝置60中，首先，利用未圖示的搬送單元將 晶片W從搬入搬出口 61c搬入腔室61內(nèi)，使支持銷61i上升，使其從 載置臺61h的上表面伸出，由支持銷61i接收晶片W。然后，使支持 銷61i下降，沒入載置臺61h，將晶片W載置在載置臺61h上。然后， 未圖示的搬送單元從腔室61內(nèi)退出，利用閘門61d將搬入搬出口 61c 關(guān)閉。
將晶片W載置在載置臺61h上，關(guān)閉搬入搬出口61c后，利用處 理氣體供給機構(gòu)44向腔室61內(nèi)供給醋酸酐氣體，將腔室61內(nèi)保持在 低氧濃度(例如50ppm以下)的醋酸酐氣氛中。然后，將加熱器62 的溫度設(shè)定在例如200 400。C，加熱各晶片W。由此，設(shè)置在晶片W 上的bw-k膜或硬掩膜等涂布膜在幾乎不與氧氣接觸的狀態(tài)下進行固 化，所以能夠防止劣化。此外，能夠防止設(shè)置在晶片W上的金屬膜的 氧化，在金屬膜的表面存在氧化物的情況下，也能夠除去該氧化物。 其中，充滿腔室61內(nèi)的醋酸酐或由于醋酸酐的還原反應生成的生成物 例如水分和二氧化碳等從排出口 611排出。
利用加熱器62對晶片W的加熱結(jié)束時，停止由處理氣體供給機構(gòu) 44供給醋酸酐氣體。然后，使支持銷61i上升，從載置臺61h接收晶 片W，并且由閘門61d打開搬入搬出口 61c。然后，未圖示的搬送單 元從支持銷61i接收晶片W，從搬入搬出口 61c將其取出到腔室61夕卜。
熱處理裝置60，在圖l所示的晶片處理系統(tǒng)IOO中可以設(shè)置在處 理單元群13 (或14)中。通過設(shè)置熱處理裝置60，沒有必要進行熱處 理裝置40中的熱處理，所以也沒有必要設(shè)置熱處理部4和接口站5， 從而能夠?qū)崿F(xiàn)晶片處理系統(tǒng)的小型化。
下面，說明作為能夠?qū)嵤┍景l(fā)明的熱處理方法的又一個實施方式 的熱處理裝置。
圖5是作為能夠?qū)嵤┍景l(fā)明的熱處理方法的又一個實施方式的熱 處理裝置的截面示意圖。
在本實施方式中，對于在減壓氣氛例如在真空氣氛下，對晶片W進行熱處理的熱處理裝置70進行說明。在熱處理裝置70中，對與圖4
所示的熱處理裝置60相同的部位標注相同的符號，省略說明。熱處理 裝置70例如用于采用CVD法等在減壓或真空過程中形成low-k膜或 硬掩膜等的情況，包括能夠收容晶片W的腔室71、向腔室71內(nèi)供 給醋酸酐氣體的處理氣體供給機構(gòu)44、向腔室71內(nèi)供給稀釋醋酸酐氣 體的稀釋氣體或作為不活潑性氣體的氮氣的不活潑性氣體供給機構(gòu) 73、在腔室71內(nèi)對晶片W進行加熱的作為加熱機構(gòu)的加熱器72、和 能夠?qū)⑶皇?1內(nèi)減壓到規(guī)定壓力例如真空壓力的減壓機構(gòu)74。其中， 熱處理裝置70也與熱處理裝置40、 60同樣被控制。
腔室71形成為上部開口的大致筒狀或箱狀。在腔室71的底部， 設(shè)置有用于載置收容的晶片W的基座71a，加熱器72內(nèi)置于基座71a 內(nèi)，隔著基座71a對晶片W進行加熱。在腔室71的側(cè)壁形成有用于 搬入搬出晶片W的搬入搬出口 71c，并且設(shè)置有打開關(guān)閉該搬入搬出 口 71c的閘閥71d。
在腔室71的上部，設(shè)置有封閉開口且與基座71a相對的噴淋頭 71e，在該噴淋頭71e上連接有處理氣體供給機構(gòu)44的處理氣體供給 管線44a。噴淋頭71e在其內(nèi)部具有擴散空間71f，該擴散空間71f使 來自處理氣體供給機構(gòu)44的醋酸酐氣體和來自不活潑性氣體供給機構(gòu) 73的氮氣擴散，并且在與基座71a相對的面上形成有數(shù)個或多個排出 孔71g，該排出孔71g將來自處理氣體供給機構(gòu)44的醋酸酐氣體和來 自不活潑性氣體供給機構(gòu)73的氮氣向腔室71內(nèi)噴出。
在腔室71的底壁形成有排氣口 71h，減壓機構(gòu)74具有與排氣口 71h連接的排氣管74a、和經(jīng)由該排氣管74a對腔室71內(nèi)進行強制排 氣的排氣裝置74b。
不活潑性氣體供給機構(gòu)73具有作為氮氣供給源的不活潑性氣體 供給源73a、將不活潑性氣體供給源73a的氮氣導入噴淋頭71e的擴散 空間71f內(nèi)的不活潑性氣體供給管線73b、對在不活潑性氣體供給管線 73b中流通的氮氣流量進行調(diào)節(jié)的作為流量調(diào)節(jié)機構(gòu)的質(zhì)量流量控制 器73c、和起泡器73d。
在如此構(gòu)成的熱處理裝置70中，首先，利用未圖示的搬送單元將 晶片W從搬入搬出口 71c搬入腔室71內(nèi)，并載置在基座71a上，利用
17閘閥71d封閉搬入搬出口 71C，使腔室71內(nèi)密閉。然后，由減壓機構(gòu)
74將腔室71內(nèi)減壓到規(guī)定壓力，例如減壓到真空壓力，并且由不活潑 性氣體供給機構(gòu)73向腔室71內(nèi)供給氮氣，且由處理氣體供給機構(gòu)44 向腔室71內(nèi)供給醋酸酐氣體，將腔室71內(nèi)保持在低氧濃度(例如 50ppm以下)的醋酸酐氣體和氮氣的氣氛中。在此，由于腔室71內(nèi)通 過減壓機構(gòu)74保持在規(guī)定的壓力，例如保持在真空壓力，所以能夠使 醋酸酐氣體有效地在腔室71內(nèi)擴散，并且由于腔室71內(nèi)的醋酸酐氣 體被氮氣稀釋，所以能夠防止腔室71內(nèi)的腐蝕。其中，利用減壓機構(gòu) 74的減壓、利用不活潑性氣體供給機構(gòu)73供給氮氣、和利用處理氣體 供給機構(gòu)44供給醋酸酐氣體可以同時進行，也可以隔開規(guī)定時間交替 進行。
將腔室71內(nèi)保持在低氧濃度的醋酸酐氣體和氮氣氣氛中后，將加 熱器72設(shè)定在規(guī)定的溫度例如200 400°C，加熱晶片W。由此，設(shè) 置在晶片W上的low-k膜或硬掩膜等涂布膜在幾乎不與氧氣接觸的狀 態(tài)下進行固化，所以能夠防止劣化。此外，能夠防止設(shè)置于晶片W上 的金屬膜的氧化，在金屬膜的表面存在氧化物的情況下，也能夠除去 該氧化物。其中，通過醋酸酐的還原反應生成的生成物，例如水分和 二氧化碳等由減壓機構(gòu)74排出。
利用加熱器72對晶片W的加熱結(jié)束后，停止利用減壓機構(gòu)74的 減壓、利用不活潑性氣體供給機構(gòu)73供給氮氣、和利用處理氣體供給 機構(gòu)44供給醋酸酐氣體，利用閘閥71d打開搬入搬出口 71c。然后， 將晶片W從搬入搬出口 71 c搬出到腔室71外。
在本實施方式中，由于晶片W在沒有曝露在大氣中而在醋酸酐氣 氛下被加熱，所以能夠可靠地防止設(shè)置在晶片W上的low-k膜或硬掩 膜等膜的劣化。
以上說明了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，但本發(fā)明不限于上述實施方 式，可以進行各種變更。例如，在使熱處理裝置為批量式的情況下， 也可以在真空壓力下加熱基板。并且，作為與醋酸酐等處理氣體同時 添加的氣體，除了氮氣等不活潑性氣體以外，也可以使用氫氣或氨氣 等公知的具有還原性的氣體或水蒸氣等，只要是不使low-k膜或金屬膜 等氧化的程度的較小量，也可以使用氧氣或臭氧、N20等氧化性氣體。產(chǎn)業(yè)上的可利用性
根據(jù)本發(fā)明，并不限于設(shè)置在基板上的low-k膜或硬掩膜等樹脂膜 的固化處理和/或金屬膜的熱處理，通過適當設(shè)定加熱溫度，也可以適 用于low-k膜或硬掩膜等樹脂膜的固化處理前的高溫或低溫下的烘焙 處理或使用溶膠-凝膠法時的熟化等。
權(quán)利要求
1.一種熱處理方法，其特征在于，包括將形成有低介電常數(shù)層間絕緣膜(low-k膜)和/或金屬膜的基板收容在處理容器內(nèi)的工序；對含有羧酸酐、酯、有機酸銨鹽、有機酸胺鹽、有機酰胺、有機酰肼、有機酸金屬配合物和有機酸金屬鹽中至少一種的具有還原性的氣相有機化合物進行流量調(diào)節(jié)，并向所述處理容器內(nèi)供給的工序；和對已供給所述氣相有機化合物的所述處理容器內(nèi)的基板進行加熱的工序。
2. 如權(quán)利要求1所述的熱處理方法，其特征在于所述金屬膜含有銅(Cu)。
3. —種熱處理裝置，其為對形成有低介電常數(shù)層間絕緣膜(low-k膜)和/或金屬膜的基板實施熱處理的熱處理裝置，其特征在于，包括收容基板的處理容器；有機化合物供給機構(gòu)，其對含有羧酸酐、酯、有機酸銨鹽、有機酸胺鹽、有機酰胺、有機酰肼、有機酸金屬配合物和有機酸金屬鹽中至少一種的具有還原性的氣相有機化合物進行流量調(diào)節(jié)，并向所述處理容器內(nèi)供給；和對所述處理容器內(nèi)的基板進行加熱的加熱機構(gòu)，其中，在已向所述處理容器內(nèi)供給所述具有還原性的氣相有機化合物的狀態(tài)下，對所述處理容器內(nèi)的基板進行加熱。
4. 一種存儲介質(zhì)，其存儲有在計算機上運行、并控制熱處理裝置的程序，其特征在于所述程序在執(zhí)行時，由計算機控制所述熱處理裝置，使其實施熱處理方法，所述熱處理方法包括將形成有低介電常數(shù)層間絕緣膜(low-k膜)和/或金屬膜的基板收容在處理容器內(nèi)的工序；對含有羧酸酐、酉旨、有機酸銨鹽、有機酸胺鹽、有機酰胺、有機酰肼、有機酸金屬配合物和有機酸金屬鹽中至少一種的具有還原性的氣相有機化合物進行流量調(diào)節(jié)，并向所述處理容器內(nèi)供給的工序；和對己供給所述氣相有機化合物的所述處理容器內(nèi)的基板進行加熱的工序。
全文摘要
本發(fā)明提供一種熱處理方法，其包括將形成有l(wèi)ow-k膜和配線膜的晶片(W)收容在熱處理爐(41)內(nèi)的工序；利用質(zhì)量流量控制器(44d)對氣相醋酸酐進行流量調(diào)節(jié)并向熱處理爐(41)內(nèi)供給的工序；和利用設(shè)置在熱處理爐(41)中的加熱器(41b)對供給氣相醋酸酐后的熱處理爐(41)內(nèi)的晶片(W)進行加熱的工序。
文檔編號H01L21/3205GK101496147SQ20078002826
公開日2009年7月29日 申請日期2007年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月31日
發(fā)明者三好秀典, 成島正樹 申請人:東京毅力科創(chuàng)株式會社