(57)【要約】【課題】  基板との密着性が良好であり、所定の厚さの連続したＣｕ膜を成膜することができる成膜方法を提供する。【解決手段】  チャンバ１内にウエハＷを配置し、二価のＣｕの原料物質をウエハＷ上に供給し（ＳＴＥＰ３）、この原料物質の供給停止後、チャンバ１内の残留ガスを除去し（ＳＴＥＰ４）、Ｈ２ガスをウエハＷに供給し、その際にプラズマによりＨ２ガスをラジカル化させて、ウエハＷ上に第１段階のＣｕ膜５０ａを形成し（ＳＴＥＰ５）、Ｈ２ガスの供給停止後、チャンバ１内の残留ガスを除去し（ＳＴＥＰ６）、一価のＣｕの原料物質をＨ２ガスとともにウエハＷに供給して、第１段階のＣｕ膜５０ａ上に第２段階のＣｕ膜を形成し、これにより連続したＣｕ膜５０ｂを成膜する（ＳＴＥＰ７）。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二価のＣｕの原料物質を用いて基板上に第１段階のＣｕ膜を成膜する工程と、
一価のＣｕの原料物質を用いて前記第１段階のＣｕ膜上に第２段階のＣｕ膜を成膜する工程と、
を有することを特徴とする成膜方法。
【請求項２】
処理容器内に基板を配置する工程と、
二価のＣｕの原料物質を用いたＣＶＤにより基板上に第１段階のＣｕ膜を成膜する工程と、
一価のＣｕの原料物質を用いたＣＶＤにより前記第１段階のＣｕ膜上に第２段階のＣｕ膜を成膜する工程と、
を有することを特徴とする成膜方法。
【請求項３】
前記第１段階のＣｕ膜を成膜する工程は、（ａ）二価のＣｕの原料物質を基板上に供給して吸着させる工程と、（ｂ）前記原料物質の供給停止後、前記処理容器内の残留ガスを除去する工程と、（ｃ）還元性ガスを基板に供給し、その際にプラズマにより前記還元性ガスをラジカル化させて前記基板上に吸着した二価のＣｕの原料物質を還元し、Ｃｕ膜を形成する工程と、（ｄ）前記還元性ガスの供給停止後、前記処理容器内の残留ガスを除去する工程と、を有することを特徴とする請求項２に記載の成膜方法。
【請求項４】
前記第２段階のＣｕ膜を成膜する工程は、一価のＣｕの原料物質を還元性ガスとともに基板に供給することにより行うことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の成膜方法。
【請求項５】
前記還元ガスは、Ｈ２、ＮＨ３、Ｎ２Ｈ４、ＮＨ（ＣＨ３）２、Ｎ２Ｈ３ＣＨ、Ｎ２のいずれか、または、これらから選ばれた複数種のガスの混合ガスであることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の成膜方法。
【請求項６】
前記第１段階のＣｕ膜を成膜する工程における基板の温度と前記第２段階のＣｕ膜を成膜する工程における基板の温度とを実質的に同じとすることを特徴とする請求項２から請求項５のいずれか１項に記載の成膜方法。
【請求項７】
前記第１段階のＣｕ膜の厚さを１ｎｍ以上１００ｎｍ以下とすることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の成膜方法。
【請求項８】
前記一価のＣｕの原料物質は、Ｃｕ（ｈｆａｃ）ａｔｏｍｓまたはＣｕ（ｈｆａｃ）ＴＭＶＳであることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の成膜方法。
【請求項９】
前記二価のＣｕの原料物質は、Ｃｕ（ｄｉｂｍ）２、Ｃｕ（ｈｆａｃ）２、Ｃｕ（ｅｄｍｄｄ）２のいずれかであることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の成膜方法。
【請求項１０】
基板は、Ｔａ，ＴａＮ，Ｔｉ，ＴｉＮ，Ｗ，ＷＮのいずれかからなるバリア膜を備え、前記第１段階のＣｕ膜を前記バリア膜上に成膜することを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の成膜方法。
【請求項１１】
前記バリア膜はその表面にＲｕ，Ｍｇ，Ｉｎ，Ａｌ，Ａｇ，Ｃｏ，Ｎｂ，Ｂ，Ｖ，Ｉｒ，Ｐｄ，Ｍｎ，Ｍｎ酸化物（ＭｎＯ，Ｍｎ３Ｏ４，Ｍｎ２Ｏ３，ＭｎＯ２，Ｍｎ２Ｏ７）のいずれかからなる密着層を有し、前記密着層上に前記第１段階のＣｕ膜を成膜することを特徴とする請求項１０に記載の成膜方法。
【請求項１２】
基板を収容する、真空排気可能な処理容器と、
前記処理容器に一価のＣｕの原料物質をガス状で供給する第１のＣｕ原料供給機構と、
前記処理容器に二価のＣｕの原料物質をガス状で供給する第２のＣｕ原料供給機構と、
前記処理容器に収容された基板上に二価のＣｕの原料物質を用いて第１段階のＣｕ膜を成膜し、次いで、一価のＣｕの原料物質を用いて前記第１段階のＣｕ膜上に第２段階のＣｕ膜を成膜するように、前記第１，第２のＣｕ原料供給機構を制御する制御部と、
を具備することを特徴とする成膜装置。
【請求項１３】
前記処理容器に還元性ガスを供給するガス供給機構と、
前記処理容器内に供給される還元性ガスをプラズマ化させるためのプラズマ発生機構とをさらに具備し、
前記制御部は、前記二価のＣｕの原料物質を基板上に所定量供給して吸着させた後に前記処理容器内を排気し、前記還元性ガスを基板に供給しながらその還元性ガスをプラズマによりラジカル化させることにより前記基板に吸着した二価のＣｕの原料物質を還元させてＣｕ膜を形成し、前記還元性ガスの供給停止後に前記処理容器内を排気する処理を所定回数繰り返し行うことによって前記第１段階のＣｕ膜の成膜が行われるように、前記ガス供給機構と前記プラズマ発生機構をさらに制御することを特徴とする請求項１２に記載の成膜装置。
【請求項１４】
前記処理容器に還元性ガスを供給するガス供給機構をさらに具備し、
前記制御部は、前記一価のＣｕの原料物質を前記還元性ガスとともに前記処理容器に収容された基板に供給することにより前記第２段階のＣｕ膜の成膜が行われるように、前記ガス供給機構をさらに制御することを特徴とする請求項１２に記載の成膜装置。
【請求項１５】
前記処理容器に収容された基板を所定温度に加熱する基板加熱機構をさらに具備し、
前記制御部は、前記第１段階および第２段階のＣｕ膜の成膜がそれぞれ、基板が所定温度に加熱された状態で行われるように、前記基板加熱機構をさらに制御することを特徴とする請求項１２から請求項１４のいずれか１項に記載の成膜装置。
【請求項１６】
コンピュータ上で動作する制御プログラムが記憶されたコンピュータ読取可能な記憶媒体であって、
前記制御プログラムは、基板上にＣｕ膜をＣＶＤ法により成膜する成膜装置を制御するコンピュータに、二価のＣｕの原料物質を用いて第１段階のＣｕ膜を成膜し、次いで前記第１段階のＣｕ膜上に一価のＣｕの原料物質を用いて第２段階のＣｕ膜を成膜する処理を実行させることを特徴とするコンピュータ読取可能な記憶媒体。
【請求項１７】
前記制御プログラムは前記コンピュータに、前記第１段階のＣｕ膜を成膜するプロセスでは、（ａ）処理容器内に収容された基板上に二価のＣｕの原料物質をガス状で供給して吸着させ、（ｂ）前記原料物質の供給停止後、前記処理容器内の残留ガスを除去し、（ｃ）所定の還元性ガスを基板に供給し、その際にプラズマにより前記還元性ガスをラジカル化させて前記基板に吸着した二価のＣｕの原料物質を還元してＣｕ膜を形成し、（ｄ）前記還元性ガスの供給停止後、前記処理容器内の残留ガスを除去する、一連の処理が所定回行われるように、前記成膜装置を制御させることを特徴とする請求項１６に記載のコンピュータ読取可能な記憶媒体。
【請求項１８】
前記制御プログラムは前記コンピュータに、前記第２段階のＣｕ膜を成膜するプロセスでは、一価のＣｕの原料物質を所定の還元性ガスとともに前記処理容器に収容された基板に供給されるように、前記成膜装置を制御させることを特徴とする請求項１６または請求項１７に記載のコンピュータ読取可能な記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体基板に銅（Ｃｕ）を成膜する成膜方法と、この成膜方法を実行するために用いられる成膜装置およびコンピュータ読取可能な記憶媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近時、半導体デバイスの高速化、配線パターンの微細化、高集積化等に呼応して、アルミニウムよりも導電性が高く、しかもエレクトロマイグレーション耐性等の良好なＣｕが、配線材料として注目されている。
【０００３】
Ｃｕの成膜方法としては、Ｃｕを含む原料ガスの熱分解反応や、Ｃｕを含む原料ガスと還元性ガスとの反応によって基板上にＣｕを還元析出させて成膜するＣＶＤ（化学気相成長）法が知られている。このようなＣＶＤ法により成膜されたＣｕ膜は、被覆性が高く、しかも細長く深いパターン内への成膜による埋め込み特性にも優れ、微細な配線パターンの形成には好適である。このようなＣｕ膜のＣＶＤ成膜には、一価または二価のＣｕを含む原料ガスが用いられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
しかしながら、一価のＣｕを含む原料ガスを用いたＣＶＤプロセスでは、例えば、バリア膜としてＴａ膜が形成されている場合に、このＴａ膜上にＣｕ膜を成膜するためには、水の添加等の処置を要する。このように水を用いると、Ｔａ膜の表面が酸化されてしまって抵抗が大きくなり、しかもＴａ膜との密着性を高いものとすることは困難である。また、Ｔａ膜に限らず、一価のＣｕを含む原料ガスを用いたＣＶＤプロセスでは、ＴａＮ膜やＴｉ膜に対してもＣｕの成膜は困難であるという問題がある。
【０００５】
一方、二価のＣｕを含む原料ガスを用いたＣＶＤプロセスでは、Ｔａ膜，ＴａＮ膜，Ｔｉ膜等の下地に対する依存性がほとんど無いために、下地基板に対して密着性が高く、しかも核密度の高いＣｕ膜を形成することができるが、このＣｕ膜は成長につれて核が大きくなり、連続膜になり難いという問題がある。
【特許文献１】特開２０００−１４４４２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、基板との密着性が良好であり、所定の厚さの連続したＣｕ膜を成膜することができる成膜方法、このような成膜方法を実行するための成膜装置およびコンピュータ読取可能な記憶媒体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の第１の観点によれば、二価のＣｕの原料物質を用いて基板上に第１段階のＣｕ膜を成膜する工程と、
一価のＣｕの原料物質を用いて前記第１段階のＣｕ膜上に第２段階のＣｕ膜を成膜する工程と、
を有することを特徴とする成膜方法、が提供される。
【０００８】
本発明の第２の観点によれば、処理容器内に基板を配置する工程と、
二価のＣｕの原料物質を用いたＣＶＤにより基板上に第１段階のＣｕ膜を成膜する工程と、
一価のＣｕの原料物質を用いたＣＶＤにより前記第１段階のＣｕ膜上に第２段階のＣｕ膜を成膜する工程と、
を有することを特徴とする成膜方法、が提供される。
【０００９】
この第２の観点に係る成膜方法において、第１段階のＣｕ膜を成膜する工程は好ましくは、ＰＥＡＬＤ（Plasma Enhanced Atomic Layer Deposition）法によって行われる。すなわち第１段階のＣｕ膜を成膜する工程は、（ａ）二価のＣｕの原料物質を基板上に供給して吸着させる工程、（ｂ）前記原料物質の供給停止後、前記処理容器内の残留ガスを除去する工程、（ｃ）還元性ガスを基板に供給し、その際にプラズマにより前記還元性ガスをラジカル化させて前記基板上に吸着した二価のＣｕの原料物質を還元し、前記基板上にＣｕ膜を形成する工程、（ｄ）前記還元性ガスの供給停止後、前記処理容器内の残留ガスを除去する工程、により行われる。（ａ）〜（ｄ）の工程は、所望の厚さのＣｕ膜が形成されるまで所定回数繰り返して行うことが、より好ましい。また第２段階のＣｕ膜を成膜する工程は、一価のＣｕの原料物質を還元性ガスとともに基板に供給することにより行うことが好ましい。
【００１０】
一価のＣｕの原料物質としては、Ｃｕ（ｈｆａｃ）ａｔｏｍｓまたはＣｕ（ｈｆａｃ）ＴＭＶＳが好適であり、二価のＣｕの原料物質としては、Ｃｕ（ｄｉｂｍ）２、Ｃｕ（ｈｆａｃ）２、Ｃｕ（ｅｄｍｄｄ）２のいずれかが好適である。
【００１１】
このようなＣｕ膜の成膜方法は、基板に形成されたＴａ，ＴａＮ，Ｔｉ，ＴｉＮ，Ｗ，ＷＮのいずれかからなるバリア膜上への成膜プロセスに好適である。さらに、バリア膜の表面にＲｕ，Ｍｇ，Ｉｎ，Ａｌ，Ａｇ，Ｃｏ，Ｎｂ，Ｂ，Ｖ，Ｉｒ，Ｐｄ，Ｍｎ，Ｍｎ酸化物（ＭｎＯ，Ｍｎ３Ｏ４，Ｍｎ２Ｏ３，ＭｎＯ２，Ｍｎ２Ｏ７）のいずれかからなる密着層が形成されていると、さらに密着性に優れたＣｕ膜を成膜することができる。
【００１２】
本発明の第３の観点によれば、上記成膜方法を実行するための成膜装置、すなわち、基板を収容する、真空排気可能な処理容器と、
前記処理容器に一価のＣｕの原料物質をガス状で供給する第１のＣｕ原料供給機構と、
前記処理容器に二価のＣｕの原料物質をガス状で供給する第２のＣｕ原料供給機構と、
前記処理容器に収容された基板上に二価のＣｕの原料物質を用いて第１段階のＣｕ膜を成膜し、次いで、一価のＣｕの原料物質を用いて前記第１段階のＣｕ膜上に第２段階のＣｕ膜を成膜するように、前記第１，第２のＣｕ原料供給機構を制御する制御部と、
を具備することを特徴とする成膜装置、が提供される。
【００１３】
さらに本発明の第４の観点によれば、コンピュータ上で動作する制御プログラムが記憶されたコンピュータ読取可能な記憶媒体であって、前記制御プログラムは、基板上にＣｕ膜をＣＶＤ法により成膜する成膜装置を制御するコンピュータに、二価のＣｕの原料物質を用いて第１段階のＣｕ膜を成膜し、次いで前記第１段階のＣｕ膜上に一価のＣｕの原料物質を用いて第２段階のＣｕ膜を成膜する処理を実行させることを特徴とするコンピュータ読取可能な記憶媒体が提供される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、基板（下地）上に二価のＣｕの原料物質を用いて第１段階のＣｕ膜を成膜しているので、基板との密着性が高く、しかも核密度の高い緻密なＣｕ膜を形成することができる。また、そのＣｕ膜上に一価のＣｕの原料物質を用いて第２段階のＣｕ膜を成膜しているので、Ｃｕ膜を連続膜として成長させることができる。このようにして、本発明は、基板への密着性が高く、連続した平滑なＣｕ膜を形成することができるという優れた効果を奏する。また、二価のＣｕの原料物質は安定であるが、これを用いた成膜においてはＰＥＡＬＤ法を用いることで基板温度を下げることができ、また一価のＣｕの原料物質を用いた成膜も低い基板温度で行うことができる。こうして、基板に形成された配線要素にダメージを与えることなく、Ｃｕ膜を成膜することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明の一実施形態に係る成膜方法を実施するための成膜装置１００の概略構成を示す断面図である。この成膜装置１００は、気密に構成された略円筒状のチャンバ１を有しており、その中には被処理体であるウエハＷを水平に支持するためのサセプタ２が円筒状の支持部材３により支持された状態で配置されている。サセプタ２の外縁部にはウエハＷをガイドするためのガイドリング４が設けられている。また、サセプタ２にはヒーター５が埋め込まれており、このヒーター５はヒーター電源６に接続されており、ウエハＷを所定の温度に加熱する。また、サセプタ２には、接地された下部電極２ａが設けられている。
【００１６】
チャンバ１の天壁１ａには、絶縁部材９を介してシャワーヘッド１０が設けられている。このシャワーヘッド１０は、上段ブロック体１０ａ、中段ブロック体１０ｂ、下段ブロック体１０ｃから構成されている。下段ブロック体１０ｃにはガスを吐出する吐出孔１７と１８とが交互に形成され、上段ブロック体１０ａの上面には、第１のガス導入口１１と、第２のガス導入口１２とが形成されている。上段ブロック体１０ａの中では、第１のガス導入口１１から多数のガス通路１３が分岐している。中段ブロック体１０ｂにはガス通路１５が形成されており、上記ガス通路１３がこれらガス通路１５に連通し、さらにこのガス通路１５が下段ブロック体１０ｃの吐出孔１７に連通している。
【００１７】
上段ブロック体１０ａの中では、第２のガス導入口１２から多数のガス通路１４が分岐している。中段ブロック体１０ｂにはガス通路１６が形成されており、上記ガス通路１４がこれらガス通路１６に連通している。さらにこのガス通路１６が下段ブロック体１０ｃの吐出孔１８に連通している。そして、上記第１および第２のガス導入口１１，１２は、ガス供給機構２０のガスラインに接続されている。
【００１８】
ガス供給機構２０は、例えばＣｕ（ｈｆａｃ）ａｔｏｍｓまたはＣｕ（ｈｆａｃ）ＴＭＶＳ等の一価のＣｕの原料物質を供給する第１のＣｕ原料供給源２１ａと、Ｃｕ（ｄｉｂｍ）２，Ｃｕ（ｈｆａｃ）２，Ｃｕ（ｅｄｍｄｄ）２等の二価のＣｕの原料物質を供給する第２のＣｕ原料供給源２１ｂと、キャリアガスとしての不活性ガスであるＡｒガスを供給するＡｒガス供給源２３と、還元性ガスとしてのＨ２ガスを供給するＨ２ガス供給源２４とを有している。
【００１９】
なお、キャリアガスとしては、Ａｒガスに代えて、Ｎ２ガスやＨｅガス、Ｎｅガス等の不活性ガスを用いてもよい。また、還元性ガスとしては、Ｈ２に代えて、ＮＨ３ガス、Ｎ２Ｈ４ガス、ＮＨ（ＣＨ３）２ガス、Ｎ２Ｈ３ＣＨガス、Ｎ２ガスのいずれかを用いてもよく、または、これらから選ばれた複数種のガスの混合ガスを用いてもよい。
【００２０】
第１のＣｕ原料供給源２１ａには第１原料ガスライン２５ａが、第２のＣｕ原料供給源２１ｂには第２原料ガスライン２５ｂが、Ａｒガス供給源２３には第２原料ガスライン２５ｂに合流するガスライン２７が、Ｈ２ガス供給源２４にはガスライン２８がそれぞれ接続されている。そして第１原料ガスライン２５ａと第２原料ガスライン２５ｂはそれぞれマスフローコントローラ３０およびその下流側に設けられたバルブ２９を有し、ガスライン２７，２８は、マスフローコントローラ３０およびそのマスフローコントローラ３０を挟んで２つのバルブ２９を備えている。
【００２１】
第１，第２のＣｕ原料供給源２１ａ，２１ｂおよびこれらにそれぞれ接続される第１，第２原料ガスライン２５ａ・２５ｂは、ヒーター２２にて、所定温度、例えば５０℃〜２００℃に加熱されるようになっている。Ｃｕ原料物質が常温、常圧で固体である場合（Ｃｕ（ｈｆａｃ）２，Ｃｕ（ｄｉｂｍ）２）には、ヒーター２２にて第１，第２のＣｕ原料供給源２１ａ，２１ｂおよび第１，第２原料ガスライン２５ａ，２５ｂを加熱し、さらに後述するようにチャンバ１内を減圧することによりＣｕ原料物質を昇華させて、Ｃｕ原料物質をガス状態でチャンバ１に供給することができる。一方、Ｃｕ原料物質が常温、常圧で液体である場合（Ｃｕ（ｈｆａｃ）ａｔｏｍｓ，Ｃｕ（ｈｆａｃ）ＴＭＶＳ，Ｃｕ（ｅｄｍｄｄ）２）には、ヒーター２２にて第１，第２のＣｕ原料供給源２１ａ，２１ｂおよび第１，第２原料ガスライン２５ａ，２５ｂを加熱することにより、Ｃｕ原料物質を蒸発させて、ガス状態でチャンバ１に供給することができる。
【００２２】
前記第１のガス導入口１１には第１，第２のＣｕ原料供給源２１ａ，２１ｂからそれぞれ延びる第１，第２原料ガスライン２５ａ，２５ｂがそれぞれインシュレータ３１ａ，３１ｂを介して接続されている。また、前記第２のガス導入口１２にはＨ２ガス供給源２４から延びるガスライン２８がインシュレータ３１ｃを介して接続されている。
【００２３】
ウエハ処理時（成膜処理時）には、第２のＣｕ原料供給源２１ｂからの二価のＣｕの原料物質ガスは、Ａｒガス供給源２３からガスライン２７を通って供給されたＡｒガスにキャリアされて、第２原料ガスライン２５ｂを介してシャワーヘッド１０の第１のガス導入口１１からシャワーヘッド１０内に至り、ガス通路１３，１５を経て吐出孔１７からチャンバ１内へ吐出される。なお、図１では、第２原料ガスライン２５ｂへガスライン２７を通してキャリアガスであるＡｒガスを供給する構成となっているが、第２のＣｕ原料供給源２１ｂにキャリアガスラインを接続して、Ａｒガスを供給する構成としてもよい。
【００２４】
また、一価のＣｕの原料物質ガスは、第１のＣｕ原料供給源２１ａから第１原料ガスライン２５ａと第１のガス導入口１１を介してシャワーヘッド１０に送られ、ガス通路１３，１５を経て吐出孔１７からチャンバ１内へ吐出される。なお、一価のＣｕの原料物質ガスがＡｒガス供給源２３からガスライン２７を通って供給されたＡｒガスにキャリアされて、チャンバ１内へ供給される構成としてもよい。
【００２５】
さらに、Ｈ２ガスは、Ｈ２ガス供給源２４からガスライン２８を介してシャワーヘッド１０の第２のガス導入口１２に至り、そこからシャワーヘッド１０に形成されたガス通路１４，１６を経て吐出孔１８からチャンバ１内へ吐出される。
【００２６】
シャワーヘッド１０には、整合器３２を介して高周波電源３３が接続されており、この高周波電源３３からシャワーヘッド１０と下部電極２ａとの間に高周波電力が供給されることにより、シャワーヘッド１０を介してチャンバ１内に供給された還元性ガスとしてのＨ２ガスがプラズマ化される。
【００２７】
チャンバ１の底壁１ｂには排気管３７が接続されており、この排気管３７には排気装置３８が接続されている。この排気装置３８を作動させることによりチャンバ１内を所定の真空度まで減圧することができるようになっている。また、チャンバ１の側壁にはゲートバルブ３９が設けられており、このゲートバルブ３９を開にした状態でウエハＷが外部との間で搬入出されるようになっている。
【００２８】
成膜装置１００の各構成部は、制御部（プロセスコントローラ）９５に接続されて制御される構成となっている。また、制御部９５には、工程管理者が成膜装置１００を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、成膜装置１００の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザーインターフェース９６が接続されている。
【００２９】
さらに制御部９５には、成膜装置１００で実行される各種処理を制御部９５の制御にて実現するための制御プログラムや、処理条件に応じて成膜装置１００の各構成部に処理を実行させるためのプログラム（すなわち、レシピ）が格納された記憶部９７が接続されている。レシピはハードディスクや半導体メモリー等に記憶されていてもよいし、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ等のコンピュータにより読み取り可能な可搬性の記憶媒体に格納された状態で、記憶部９７の所定位置にセットするようになっていてもよい。
【００３０】
そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース９６からの指示等にて任意のレシピを記憶部９７から呼び出して制御部９５に実行させることで、制御部９５の制御下で、成膜装置１００での所望の処理が行われる。
【００３１】
次に、上述の通りに構成された成膜装置１００によりウエハＷ上にＣｕ膜を成膜するプロセスについて説明する。図２はＣｕ膜の成膜プロセスを示すフローチャートであり、図３にＣｕ膜の成膜プロセスを模式的に示す図である。
【００３２】
先ず、ゲートバルブ３９を開いて、ウエハＷをチャンバ１内に搬入し、サセプタ２上に載置する（ＳＴＥＰ１）。そして、排気装置３８によりチャンバ１内を排気してチャンバ１内を１３．３３Ｐａ（０．１ｔｏｒｒ）〜１３３３Ｐａ（１０ｔｏｒｒ）の所定圧力に維持する。なお、チャンバ１内の圧力は、後述するＳＴＥＰ８の工程が終了するまで、この範囲に維持される。また、ヒーター５によりウエハＷを、後にチャンバ１内に供給する二価のＣｕの原料物質が分解しない温度、例えば、５０〜４００℃、好ましくは５０℃〜２００℃の所定温度に加熱し、保持する（ＳＴＥＰ２）。
【００３３】
次いで、二価のＣｕの原料物質を用いた第１段階のＣｕ膜の成膜を行う。すなわち、第２のＣｕ原料供給源２１ｂにて、Ｃｕ（ｈｆａｃ）２等の二価のＣｕの原料物質をガス化して、例えば、Ｃｕ原料ガス流量；１０〜１０００ｍｇ／ｍｉｎ、Ａｒ流量；５０〜２０００ｍＬ／ｍｉｎ（標準状態に換算した流量（ｓｃｃｍ））、供給時間：０．１秒〜１０秒の条件でチャンバ１内に導入し、二価のＣｕの原料物質を所定温度に加熱されたウエハＷの全面に吸着させる（ＳＴＥＰ３）。次いで、二価のＣｕ原料ガスの供給を停止し、余剰の二価のＣｕ原料ガスをチャンバ１内から排気除去する（ＳＴＥＰ４）。この際に、チャンバ１内にＡｒガスを、例えば、Ａｒ流量；５０〜５０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）で供給して、チャンバ１内をパージしつつ残留ガスを排気除去するようにしてもよい。なお、パージガスとしては、次にチャンバ１内に供給されるＨ２ガス等を用いてもよい。
【００３４】
その後、Ｈ２ガス供給源２４から還元性ガスとしてＨ２ガスをチャンバ１内に、例えば、流量；５０〜５０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）で導入し、その際に高周波電源３３から高周波電力を、例えば、５０〜１０００Ｗでシャワーヘッド１０と下部電極２ａとの間に印加し、Ｈ２ガスをプラズマ化して水素ラジカル（Ｈ２＊）を生成させ、この水素ラジカル（Ｈ２＊）によりウエハＷの表面に吸着している二価のＣｕ原料物質を還元し、ウエハＷ上に第１段階のＣｕ膜を形成する（ＳＴＥＰ５）。このＳＴＥＰ５の工程は、例えば、０．１秒〜１０秒間行われる。
【００３５】
その後、Ｈ２ガスの供給および高周波電力の印加を停止し、チャンバ１内からＨ２ガスを排気除去する（ＳＴＥＰ６）。このＳＴＥＰ６の際には、先のＳＴＥＰ４と同様に、チャンバ１内にＡｒガスを供給してパージしつつ残留ガスを排気除去するようにしてもよい。
【００３６】
このようなＳＴＥＰ３〜６の処理を、ウエハＷ上に成膜されるＣｕの薄膜が目的の膜厚、例えば、１ｎｍ〜１００ｎｍになるまで繰り返す。こうして、図３（ａ）に示されるような、ウエハＷとの密着性が高く、核密度の高い緻密なＣｕ膜５０ａ（第１段階のＣｕ膜）を形成することができる。
【００３７】
例えば、従来はウエハＷの表面にＴａ，ＴａＮ，Ｔｉ，ＴｉＮ，Ｗ，ＷＮのいずれかからなるバリア膜が形成されている場合には水を添加する等の処置が必要であり、これによりバリア膜が酸化されて密着性が低下したり、抵抗が大きくなる等の問題があったが、上述したＳＴＥＰ３〜６によれば、このような添加物を必要としないために、バリア膜にダメージを与えることなく、良好な密着性を有する第１段階のＣｕ膜を成膜することができる。バリア膜の表面にＲｕ，Ｍｇ，Ｉｎ，Ａｌ，Ａｇ，Ｃｏ，Ｎｂ，Ｂ，Ｖ，Ｉｒ，Ｐｄ，Ｍｎ，Ｍｎ酸化物（ＭｎＯ，Ｍｎ３Ｏ４，Ｍｎ２Ｏ３，ＭｎＯ２，Ｍｎ２Ｏ７）のいずれかからなる密着層が形成されている場合には、さらに密着性の高い第１段階のＣｕ膜を成膜することができる。
【００３８】
次に、ＳＴＥＰ６の終了後に、一価のＣｕの原料物質による第２段階のＣｕ膜の成膜を、例えば、熱ＣＶＤ法により行う。すなわち、ウエハＷの保持温度を必要に応じて調整し、その後、第１のＣｕ原料供給源２１ａにてＣｕ（ｈｆａｃ）ＴＭＶＳ等の一価のＣｕの原料物質をガス化して、例えば、Ｃｕ原料ガス流量；１０〜１０００ｍｇ／ｍｉｎでチャンバ１に供給し、これと同時にＨ２ガス供給源２４から還元性ガスとしてのＨ２ガスをチャンバ１内に、例えば、流量；５０〜１０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）で、第２段階のＣｕ膜が所望の厚さ、例えば、１ｎｍ〜１０００ｎｍとなるまで、導入する（ＳＴＥＰ７）。これにより、一価のＣｕの原料ガスとＨ２ガスによる還元反応により、先に成膜された第１段階のＣｕ膜５０ａ上に第２段階のＣｕ膜が成長する。
【００３９】
このＳＴＥＰ７の工程によれば、先に形成された第１段階のＣｕ膜上に第２段階のＣｕ膜を成膜するので、ＳＴＥＰ７の工程により新たに形成される第２段階のＣｕ膜部は、ＳＴＥＰ６の工程の終了後に得られた第１段階のＣｕ膜５０ａと密着性が極めて高い。こうして、図３（ｂ）に示されるように、実質的に連続性（一体性）を有するＣｕ膜５０ｂを形成することができる。また、ＳＴＥＰ３〜６の工程を繰り返すだけでは、第１段階のＣｕ膜５０ａの核が成長するために平坦な膜を形成することは困難であるが、ＳＴＥＰ７の工程により第２段階のＣｕ膜を形成することで、平坦なＣｕ膜５０ｂを形成することができる。
【００４０】
なお、ＳＴＥＰ７におけるウエハＷの処理温度は、５０℃〜４００℃の範囲、好ましくは、５０〜２００℃の範囲に設定することが好ましく、ＳＴＥＰ３〜６におけるウエハＷの処理温度とは異なっていてもよいが、ＳＴＥＰ３〜６におけるウエハＷの処理温度と同じであれば、ウエハＷの温度を調整する時間を必要としないので、スループットを向上させることができる。
【００４１】
ＳＴＥＰ７の工程の終了後は、チャンバ１内の残留ガスを排気除去する（ＳＴＥＰ８）。このＳＴＥＰ８の工程においては、チャンバ１内にＡｒガスを、例えば、Ａｒ流量；５０〜５０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）で供給して、チャンバ１内をパージしつつ残留ガスを排気除去してもよい。こうしてチャンバ１内から残留ガスが除去されたら、ゲートバルブ３９を開いて、ウエハＷをチャンバ１の外部に搬出しゲートバルブ３９を閉じる（ＳＴＥＰ９）。このとき、次に処理するウエハＷをチャンバ１内に搬入することも好ましい。
【００４２】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこのような形態に限定されるものではない。例えば、二価のＣｕの原料物質を用いた第１段階のＣｕ膜の成膜（ＳＴＥＰ３〜６）では、還元性ガスを高周波エネルギでプラズマ化して原料物質の還元反応を進行させることでＣｕ成膜を行う方法を例示したが、還元性ガスの還元性によっては、高周波を印加せず、サセプタ２に設けられたヒーター５等によってウエハＷを所定の温度に加熱したときの、この熱エネルギによって原料物質の還元反応を進行させることで成膜を行うこともできる。また、二価のＣｕの原料物質の性質により、上述したＰＥＡＬＤ法を用いずとも二価のＣｕ原料物質を還元ガスとともに基板に供給する方法で成膜が可能な場合には、膜質、スループット、処理コスト等を考慮して、適当と判断される成膜方法を用いればよい。
【００４３】
Ｃｕの原料物質として常温常圧で固体のものを用いる場合には気化器を用いる構成としてもよい。つまり、個体のＣｕ原料を所定の溶媒に溶かしてタンク等に貯留し、Ｈｅガス等の圧送ガスをこのタンク内に導入することで、タンク内の液体原料を配管を通して一定流量でタンク外に設けられた気化器へ圧送し、この気化器において、圧送された液体原料を別のラインから供給される不活性ガス等のキャリアガスによって噴霧して気化させ、このキャリアガスと共にチャンバへ供給する構成としてもよい。なお、気化器からチャンバに至るガスラインは、気化したＣｕ原料の固化防止のため、ヒーター等により所定温度に保持することが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明に係る成膜方法を実施するための成膜装置の概略構成を示す断面図。
【図２】Ｃｕ膜の成膜プロセスを示すフローチャート。
【図３】Ｃｕ膜の成膜プロセスを模式的に示す図。
【符号の説明】
【００４５】
１；チャンバ
２；サセプタ
２ａ；下部電極
３；支持部材
５；ヒーター
１０；シャワーヘッド
２０；ガス供給機構
２１ａ；第１のＣｕ原料供給源
２１ｂ；第２のＣｕ原料供給源
２２；ヒーター
２３；Ａｒガス供給源
２４；Ｈ２ガス供給源
２５ａ；第１原料ガスライン
２５ｂ；第２原料ガスライン
９５；制御部
Ｗ；ウエハ
【図１】
2006299407.tif 000003
【図２】
2006299407.tif 000004
【図３】
2006299407.tif 000005