(57)【要約】【課題】固体原料を昇華して得られる金属原料錯体例えば酢酸銅のガスを基板に原料ガスとして供給して、この原料ガスの化学反応により基板上に金属銅を成膜するにあたり、原料ガスの消費量を大幅に抑えること。【解決手段】処理容器内に固体原料を昇華して得られる原料ガスを供給し、処理容器内の吸着脱離部材に固体として原料を吸着させて、次いで原料ガスの供給と排気とを停止して、処理容器を密閉空間とした後、基板を加熱すると共に、吸着脱離部材から原料を脱離させて、基板上でこの原料を化学反応させ、成膜する。【選択図】図６
2008248375.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を載置する載置台，原料ガスを供給する供給口，処理容器内のガスを排出する排気口及び表面の温度を変化させることで原料ガスを吸着・脱離させる吸着脱離部材を具備する処理容器内で，固体または液体である原料から得た原料ガスを処理容器内の基板表面にて化学反応させることにより基板に薄膜を成膜する方法において、
前記処理容器の内壁の温度を、前記原料が昇華または蒸発し始める温度ＴＡ以上で化学反応を起こす温度ＴＢ未満に設定する工程（ａ）と、
次いで、前記吸着脱離部材の表面の温度を前記温度ＴＡ未満に設定し、前記排気口を閉じ、当該処理容器内に前記供給口から原料ガスを供給して、しかる後に前記供給口を閉じて、原料ガスを前記吸着脱離部材の表面上に固体または液体として吸着させる工程（ｂ）と、
前記処理容器内に載置されている基板の温度を前記温度ＴＢ以上に設定した後、前記吸着脱離部材の表面の温度を前記温度ＴＡ以上に設定し、これにより前記吸着脱離部材の表面から脱離した原料ガスを前記基板表面上にて化学反応させ、前記基板に薄膜を成膜する工程（ｃ）と、
前記処理容器内の原料ガスをパージガスで置換する工程（ｄ）と、を含むことを特徴とする成膜方法。
【請求項２】
前記工程（ｂ）の前に、前記処理容器内に基板を載置し更に当該基板の温度を、前記温度ＴＡ以上で前記温度ＴＢ未満に設定する工程を行うことを特徴とする請求項１記載の成膜方法。
【請求項３】
前記工程（ｄ）の後に、前記基板の温度を、前記温度ＴＡ以上で温度ＴＢ未満に設定する工程と、前記工程（ｂ）と、前記工程（ｃ）と、前記工程（ｄ）と、を含むサイクルを１回以上繰り返すことを特徴とする請求項１または２に記載の成膜方法。
【請求項４】
前記成膜する工程（ｃ）と前記置換する工程（ｄ）との間に、前記吸着脱離部材の表面の温度を、前記温度ＴＡ未満に設定して、前記処理容器内の未反応の原料ガスを前記吸着脱離部材に固体または液体として吸着させる工程を行うことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載の成膜方法。
【請求項５】
前記原料ガスは、アルゴン，窒素，水素から選ばれる少なくとも１種類以上のキャリアガスと共に前記処理容器内に供給されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つに記載の薄膜の形成方法。
【請求項６】
基板を載置する載置台，原料ガスを供給する供給口，処理容器内のガスを排出する排気口及び表面の温度を変化させることで原料ガスを吸着・脱離させる吸着脱離部材を具備する処理容器内で，固体または液体である原料から得た原料ガスを処理容器内の基板表面にて化学反応させることにより基板に薄膜を成膜する成膜装置において、
前記処理容器の内壁の温度を、前記原料が昇華または蒸発し始める温度ＴＡ以上で化学反応を起こす温度ＴＢ未満に設定するための温度調整手段と、
前記処理容器内の基板を前記温度ＴＡ以上の温度に設定するための温度調整手段と、
前記処理容器内に設けられ、前記原料ガスの吸着と脱離とを行うための吸着脱離部材と、
前記吸着脱離部材の表面に原料ガスを吸着あるいは脱離させるために、前記吸着脱離部材の表面の温度を、前記温度ＴＢ未満の温度に設定するための温度調整手段と、
前記処理容器内にパージガスを供給するためのパージガス供給手段と、
前記吸着脱離部材の表面の温度を前記温度ＴＡ未満に設定し、前記排気口を閉じ、当該処理容器内に前記供給口から前記原料ガスを供給して、次いで前記供給口を閉じて、原料ガスを前記吸着脱離部材の表面上に固体または液体として吸着させ、前記処理容器内に載置されている基板の温度を前記温度ＴＢ以上に設定して、前記吸着脱離部材の表面の温度を前記温度ＴＡ以上で前記温度ＴＢ未満に設定し、これにより前記吸着脱離部材の表面から脱離した原料ガスを前記基板表面上にて化学反応させ、前記基板に薄膜を成膜し、しかる後前記処理容器内の原料ガスをパージガスで置換するように制御信号を出力する制御部と、を備えたことを特徴とする成膜装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記原料ガスを前記吸着脱離部材の表面に吸着させる前に、前記処理容器内に前記基板を載置すると共に、当該基板の温度を、前記温度ＴＡ以上で前記温度ＴＢ未満に設定するように制御信号を出力することを特徴とする請求項６に記載の成膜装置。
【請求項８】
前記制御部は、前記薄膜を成膜した後、
前記基板の温度を、前記温度ＴＡ以上で前記温度ＴＢ未満に設定し、次いで前記吸着脱離部材の表面の温度を前記温度ＴＡ未満に設定し、前記排気口を閉じ、当該処理容器内に前記供給口から前記原料ガスを供給して、次いで前記供給口を閉じて、原料ガスを前記吸着脱離部材の表面上に固体または液体として吸着させ、前記処理容器内に載置されている基板の温度を前記温度ＴＢ以上に設定して、前記吸着脱離部材の表面の温度を前記温度ＴＡ以上で前記温度ＴＢ未満に設定し、これにより前記吸着脱離部材の表面から脱離した原料ガスを前記基板表面上にて化学反応させ、前記基板に薄膜を成膜し、しかる後前記処理容器内の原料ガスをパージガスで置換する一連の処理を含むサイクルを１回以上繰り返すように、制御信号を出力することを特徴とする請求項６または７に記載の成膜装置。
【請求項９】
前記制御部は、前記薄膜を成膜した後、前記処理容器内の原料ガスをパージガスで置換する前に、前記吸着脱離部材の表面の温度を、前記温度ＴＡ未満に設定して、前記処理容器内の未反応の原料ガスを前記吸着脱離部材に固体または液体として吸着させるように制御信号を出力することを特徴とする請求項６ないし８のいずれか一つに記載の成膜装置。
【請求項１０】
固体また液体である原料から得た原料ガスを熱分解することにより基板に成膜する方法に用いられるコンピュータプログラムにおいて、
前記コンピュータプログラムは、請求項１ないし５のいずれか一つに記載の成膜方法を実施するようにステップが組まれていることを特徴とする記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原料ガスを基板上で化学反応させることによって薄膜を成膜する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板に配線を形成する方法として、メッキ法が用いられているが、デバイスの高集積化に伴い、基板に形成された配線用の溝やホールの開口寸法が小さくなっているので、従来のメッキ法では、このような開口部内へメッキ液が回り込みにくくなっており、このことから配線の形成が困難になっている。  
そこで、メッキ法に代えて、例えば特許文献１に記載のＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｕｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により配線を形成する手法が検討されている。この方法は、例えば金属の有機錯体からなる液体原料を気化させ、基板上でこの原料ガスを化学反応させて金属膜を成膜する方法である。更にまた、固体原料についても同様に気化させて用いられる。このような方法では、面内において均一性高く成膜するために、真空中で、つまり処理容器内を排気しながら成膜が行われる。また、原料ガスは、例えばＡｒガスなどによってｐｐｍオーダーに希釈されて用いられる。
【０００３】
また、真空で原料ガスの濃度が低くなり、成膜速度が遅くなるので、成膜速度を速めてスループットを高めるために、大量の原料ガスを供給して成膜が行われる。そのために、原料ガスのほとんどが排気されており、成膜に寄与する原料ガスの使用効率は数％程度となっている。原料は高価であり、このように無駄に大量に廃棄されるのはコストの面で不利であるのみならず、資源の有効活用の妨げになっている。  
また、上記のように、ＣＶＤ装置には大量の原料ガスを排気できる大容量の真空ポンプが必要であるが、このような真空ポンプは非常に高価である。しかも、堆積物や生成物を生じる原料ガスを大量に排気するので、この原料ガスによる真空ポンプの劣化が早くなり、メンテナンスの費用が高くなっている。このため、原料の無駄を抑えると共に、安価に成膜できる成膜装置が望まれている。  
特許文献２には、基板上で原料ガスを液化する技術が記載されているが、本発明の課題を解決するものではない。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２９９２９４（（００２１）〜（００２６））
【特許文献２】特開２００４−０４７６４４（（００２４）〜（００２８））
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明はこのような事情の下になされたものであり、その目的は、原料ガスを基板上において化学反応させることによって成膜するにあたり、成膜効率を高めて原料の消費量を抑えることができる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の成膜方法は、
基板を載置する載置台，原料ガスを供給する供給口，処理容器内のガスを排出する排気口及び表面の温度を変化させることで原料ガスを吸着・脱離させる吸着脱離部材を具備する処理容器内で，固体または液体である原料から得た原料ガスを処理容器内の基板表面にて化学反応させることにより基板に薄膜を成膜する方法において、
前記処理容器の内壁の温度を、前記原料が昇華または蒸発し始める温度ＴＡ以上で化学反応を起こす温度ＴＢ未満に設定する工程（ａ）と、
次いで、前記吸着脱離部材の表面の温度を前記温度ＴＡ未満に設定し、前記排気口を閉じ、当該処理容器内に前記供給口から原料ガスを供給して、しかる後に前記供給口を閉じて、原料ガスを前記吸着脱離部材の表面上に固体または液体として吸着させる工程（ｂ）と、
前記処理容器内に載置されている基板の温度を前記温度ＴＢ以上に設定した後、前記吸着脱離部材の表面の温度を前記温度ＴＡ以上に設定し、これにより前記吸着脱離部材の表面から脱離した原料ガスを前記基板表面上にて化学反応させ、前記基板に薄膜を成膜する工程（ｃ）と、
前記処理容器内の原料ガスをパージガスで置換する工程（ｄ）と、を含むことを特徴とする。
【０００７】
前記工程（ｂ）の前に、前記処理容器内に基板を載置し更に当該基板の温度を、前記温度ＴＡ以上で前記温度ＴＢ未満に設定する工程を行うことが好ましい。  
前記工程（ｄ）の後に、前記基板の温度を、前記温度ＴＡ以上で温度ＴＢ未満に設定する工程と、前記工程（ｂ）と、前記工程（ｃ）と、前記工程（ｄ）と、を含むサイクルを１回以上繰り返すことが好ましい。  
前記成膜する工程（ｃ）と前記置換する工程（ｄ）との間に、前記吸着脱離部材の表面の温度を、前記温度ＴＡ未満に設定して、前記処理容器内の未反応の原料ガスを前記吸着脱離部材に固体または液体として吸着させる工程を行うことが好ましい。  
前記原料ガスは、アルゴン，窒素，水素から選ばれる少なくとも１種類以上のキャリアガスと共に前記処理容器内に供給されることが好ましい。
【０００８】
本発明の成膜装置は、
基板を載置する載置台，原料ガスを供給する供給口，処理容器内のガスを排出する排気口及び表面の温度を変化させることで原料ガスを吸着・脱離させる吸着脱離部材を具備する処理容器内で，固体または液体である原料から得た原料ガスを処理容器内の基板表面にて化学反応させることにより基板に薄膜を成膜する成膜装置において、
前記処理容器の内壁の温度を、前記原料が昇華または蒸発し始める温度ＴＡ以上で化学反応を起こす温度ＴＢ未満に設定するための温度調整手段と、
前記処理容器内の基板を前記温度ＴＡ以上の温度に設定するための温度調整手段と、
前記処理容器内に設けられ、前記原料ガスの吸着と脱離とを行うための吸着脱離部材と、
前記吸着脱離部材の表面に原料ガスを吸着あるいは脱離させるために、前記吸着脱離部材の表面の温度を、前記温度ＴＢ未満の温度に設定するための温度調整手段と、
前記処理容器内にパージガスを供給するためのパージガス供給手段と、
前記吸着脱離部材の表面の温度を前記温度ＴＡ未満に設定し、前記排気口を閉じ、当該処理容器内に前記供給口から前記原料ガスを供給して、次いで前記供給口を閉じて、原料ガスを前記吸着脱離部材の表面上に固体または液体として吸着させ、前記処理容器内に載置されている基板の温度を前記温度ＴＢ以上に設定して、前記吸着脱離部材の表面の温度を前記温度ＴＡ以上で前記温度ＴＢ未満に設定し、これにより前記吸着脱離部材の表面から脱離した原料ガスを前記基板表面上にて化学反応させ、前記基板に薄膜を成膜し、しかる後前記処理容器内の原料ガスをパージガスで置換するように制御信号を出力する制御部と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
前記制御部は、前記原料ガスを前記吸着脱離部材の表面に吸着させる前に、前記処理容器内に前記基板を載置すると共に、当該基板の温度を、前記温度ＴＡ以上で前記温度ＴＢ未満に設定するように制御信号を出力することが好ましい。  
前記制御部は、前記薄膜を成膜した後、
前記基板の温度を、前記温度ＴＡ以上で前記温度ＴＢ未満に設定し、次いで前記吸着脱離部材の表面の温度を前記温度ＴＡ未満に設定し、前記排気口を閉じ、当該処理容器内に前記供給口から前記原料ガスを供給して、次いで前記供給口を閉じて、原料ガスを前記吸着脱離部材の表面上に固体または液体として吸着させ、前記処理容器内に載置されている基板の温度を前記温度ＴＢ以上に設定して、前記吸着脱離部材の表面の温度を前記温度ＴＡ以上で前記温度ＴＢ未満に設定し、これにより前記吸着脱離部材の表面から脱離した原料ガスを前記基板表面上にて化学反応させ、前記基板に薄膜を成膜し、しかる後前記処理容器内の原料ガスをパージガスで置換する一連の処理を含むサイクルを１回以上繰り返すように、制御信号を出力することが好ましい。  
前記制御部は、前記薄膜を成膜した後、前記処理容器内の原料ガスをパージガスで置換する前に、前記吸着脱離部材の表面の温度を、前記温度ＴＡ未満に設定して、前記処理容器内の未反応の原料ガスを前記吸着脱離部材に固体または液体として吸着させるように制御信号を出力することが好ましい。
【００１０】
本発明の記憶媒体は、
固体また液体である原料から得た原料ガスを熱分解することにより基板に成膜する方法に用いられるコンピュータプログラムにおいて、
前記コンピュータプログラムは、上記の成膜方法を実施するようにステップが組まれていることを特徴とする記憶媒体。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、原料ガスを基板上において化学反応させることによって成膜するにあたり、処理容器内に原料ガスを供給し、この原料ガスを固体あるいは液体として処理容器内の吸着脱離部材に吸着させた後、原料ガスの供給及び処理容器内の排気を停止して、処理容器を密閉空間とし、次いで原料ガスが化学反応を起こす温度に基板を加熱すると共に、その後原料を吸着脱離部材から脱離させているので、処理容器内が大量（高濃度）の原料ガスの均一に拡散した密閉空間中で適正な温度で成膜が行われることとなり、高い成膜レートで不純物のない均一な薄膜を得ることができる。また成膜中は原料ガスの給排気をせず、さらに化学反応後の反応生成ガスを排気する際には原料ガスが吸着脱離部材に吸着されているので、原料の利用効率が極めて高く、高価な原料ガスを有効に使用することができる。更に、吸着脱離部材に吸着させる原料の量を調整することで、一度の成膜処理で成膜される膜厚を高精度に制御でき、さらに一度に成膜する膜厚と、この成膜サイクルの繰り返し回数と、を調整することで、薄膜の膜厚を高精度に制御できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の成膜方法を実施するための成膜装置２０について、図１〜図４を参照して説明する。成膜装置２０は、処理容器２１と、この処理容器２１内の下部に設けられた載置台２２と、を備えている。処理容器２１には、この内壁の温度を調整するための温度調整手段であるヒーター２１ａが設けられており、このヒーター２１ａは、電源２１ｂに接続されている。
【００１３】
載置台２２内には、基板である例えば半導体ウェハ（以下、「ウェハＷ」という）を静電吸着するための静電チャック２３が埋設されており、この静電チャック２３は、電源２３ａに接続されている。また、この載置台２２には、ウェハＷの温度を調整するための温度調整手段であるヒーター２４が設けられている。このヒーター２４は、電源２４ａに接続されている。尚、このヒーター２４は、載置台２２の側面についても温度調整できるように構成されている。また、この例では、ヒーター２４を載置台２２に埋設したが、例えば処理容器２１の上方や下方に例えばハロゲンランプを設けて、処理容器２１の天壁あるいは底面に設けられた光透過性の図示しない窓を介してウェハＷを温度調整するようにしても良い。この場合には、より速やかにウェハＷの温度調整が行われる。
【００１４】
処理容器２１の天壁には、ウェハＷに金属例えば銅を成膜するための原料ガスである銅のカルボン酸例えば酢酸銅の蒸気の吸着と脱離とを行うための吸着脱離部材３０が支持具３０ａによって支持されている。この吸着脱離部材３０は、例えばアルミニウムなどの熱伝導性の高い材料からなり、図２に示すように、内部が中空に構成されている。また、吸着脱離部材３０内に後述の温調媒体を通流させるための温調媒体供給管３１と温調媒体排出管３２とからなる温調媒体循環路が接続されており、この温調媒体供給管３１と温調媒体排出管３２とは、処理容器２１の天壁を介して温度調整手段である温調機構４０に接続されている。  
この温調機構４０は、上記の吸着脱離部材３０を例えば低温５０℃程度と、高温例えば９０℃程度と、の間で速やかに昇降温できるように構成されている。即ち、高温流体例えば温水と、低温流体例えば水と、からなる温調媒体を後述のバルブＶａとＶｂとを切り替えることによってその一方が吸着脱離部材３０内を通流するように構成されており、また、この温水と水とを切り替える時に、吸着脱離部材３０内に例えば空気を供給して、吸着脱離部材３０内に満たされた流体（水あるいは温水）を排出できるように構成されている。
【００１５】
具体的には、図３に示すように、温調機構４０は、低温温調器４１と高温温調器４２とを備えている。これらの低温温調器４１と高温温調器４２とは、内部を通流する水及び温水をそれぞれ５０℃程度と９０℃程度とに保持できるように、例えば図示しないヒーターなどの温調手段を備えている。低温温調器４１には、水の供給及び排出を行うための低温流体供給路４１ａと低温流体排出路４１ｂとが接続されており、これらの低温流体供給路４１ａと低温流体排出路４１ｂとは、それぞれバルブＶａとバルブＶｂとを介して既述の温調媒体供給管３１と温調媒体排出管３２とに接続されている。また、高温温調器４２には、温水の供給及び排出を行うための高温流体供給路４２ａと高温流体排出路４２ｂとが接続されており、これらの高温流体供給路４２ａと高温流体排出路４２ｂとは、それぞれバルブＶａとバルブＶｂとに接続されている。既述のように、バルブＶａとバルブＶｂとを切り替えることによって、吸着脱離部材３０への水の供給と温水の供給とを切り替えることができる。尚、低温流体供給路４１ａ、低温流体排出路４１ｂ、高温流体供給路４２ａ、高温流体排出路４２ｂ、温調媒体供給管３１及び温調媒体排出管３２は、図３では判別しやすいように太線で示している。  
また、低温流体供給路４１ａと低温流体排出路４１ｂとの間及び高温流体供給路４２ａと高温流体排出路４２ｂとの間には、それぞれバイパス路４１ｃ、４２ｃが設けられており、水及び温水の一方の流体が吸着脱離部材３０に供給されている間、バルブＶｃ１またはＶｃ２を開放することにより、他方の流体が滞留せずに、低温温調器４１内あるいは高温温調器４２内を通流するように構成されている。  
【００１６】
バルブＶａの下流側（吸着脱離部材３０側）の温調媒体供給管３１には、温調媒体排出用のガス例えば空気を供給するための排出用ガス供給路４３がバルブＶ２を介して接続されている。バルブＶａと排出用ガス供給路４３との間の温調媒体供給管３１には、バルブＶ１が設けられている。  
排出用ガス供給路４３から空気が吸着脱離部材３０内に供給されて、吸着脱離部材３０内の温調媒体が排出されるときには、吸着脱離部材３０内の温調媒体が水かあるいは温水かによって、排出先を切り替えるように、温調媒体排出管３２には、ガス排出路４４ａ、４４ｂが接続されている。ガス排出路４４ａの下流側には、液溜まり４５ａが接続されており、ガス排出路４４ａから排出された水と空気とは、この液溜まり４５ａにおいて分離されるように、液溜まり４５ａ内の水の液面よりも上位置にガス排出口４６ａの開口部が形成されている。水は、この液溜まり４５ａから帰還路４７ａを介して既述の低温流体排出路４１ｂに戻される。ガス排出路４４ｂの下流側にも、同様に液溜まり４５ｂ、ガス排出口４６ｂ及び帰還路４７ｂが設けられており、温水と空気とが分離されるように構成されている。尚、Ｖ３ａ、Ｖ３ｂ、Ｖ４ａ及びＶ４ｂは、バルブである。
【００１７】
次に、再び図１を参照して成膜装置２０について説明する。処理容器２１の側壁には、処理容器２１内に原料ガスとして、例えば固体状の原料例えば酢酸銅を昇華させた昇華物を供給するための供給口２５が形成されており、この供給口２５に対向するように、処理容器２１内の雰囲気を排気するための排気口２６が開口している。また、処理容器２１には、ウェハＷを搬送するための搬送口２７が形成されており、図示しないゲートバルブによって開閉できるように構成されている。排気口２６は、バルブＶ１１が介設された排気管２６ａに接続されており、この排気管２６ａは、例えば真空ポンプなどの真空排気手段２６ｂに接続されている。供給口２５には、バルブＶ１２が介設された原料供給路２８が接続されており、この原料供給路２８は、原料供給器５０に接続されている。
【００１８】
原料供給器５０は、図４に示すように、例えば粒状の固体原料例えば酢酸銅を貯留するための原料容器５１と、この原料容器５１内にキャリアガス例えば窒素ガスを供給するためのキャリアガス源５２と、を備えている。原料容器５１は、内部の固体原料を加熱するための加熱手段５１ａが設けられており、固体原料が昇華する温度例えば１００℃まで加熱できるように構成されている。原料容器５１内には、キャリアガス供給路５２ａと、昇華して気体状となった原料ガスと共にキャリアガスを原料容器５１内から排出するための原料供給路２８の一端側と、が開口している。尚、キャリアガスとしては窒素ガスの他、Ａｒガス等の希ガスや水素ガス等を用いることができ、これらのガスから選ばれる少なくとも１種類以上のガスとすることもできる。
【００１９】
原料供給路２８の既述のバルブＶ１２の上流側（原料容器５１側）には、内部を通流するガスを加熱するための加熱手段５３ａが設けられている。また、原料容器５１と処理容器２１との間において、原料供給路２８は、バブリングライン２８ａとベーキングライン２８ｂとの２本に分岐している。バブリングライン２８ａは、以下に説明するように、原料容器５１からキャリアガスと共に原料ガスを処理容器２１内に供給するためのラインである。また、ベーキングライン２８ｂは、キャリアガスを用いずに、原料容器５１から原料ガスだけを供給するためのラインである。  
キャリアガス供給路５２ａにおける原料容器５１の上流側には、バルブＶ２１及び流量制御部とバルブとからなる流量調整部５２ｂを介して、キャリアガス源５２が接続されている。このキャリアガス供給路５２ａには、内部を通流するキャリアガスを例えば１００℃に加熱して原料容器５１内の固体状の酢酸銅を昇華させるための加熱手段５３と、キャリアガスの圧力を測定するための例えばピラニーゲージなどの圧力測定手段５２ｃが設けられている。  
既述のベーキングライン２８ｂには流量調整部５５が介設されており、キャリアガスを用いる場合には、流量調整部５２ｂにおいてキャリアガスの流量が制御され、キャリアガスを用いない場合には、流量調整部５５において原料ガスの流量を制御される。
【００２０】
尚、キャリアガス供給路５２ａと原料供給路２８との間には、バイパス路５４が設けられており、このバイパス路５４にはバルブＶ２３が介設されている。キャリアガス源５２、バイパス路５４、バルブＶ２３及び原料供給路２８は、パージガス供給手段に相当する。また、原料容器５１よりも下流側の原料ガス（酢酸銅ガス）が通流する流路（原料供給路２８、バブリングライン２８ａ及びベーキングライン２８ｂ）は、原料ガスの凝縮を抑えるために、断面積が広くなっており、更に図示しない加熱手段例えばテープヒーターなどを備えているが、ここでは省略している。また、これらのバブリングライン２８ａとベーキングライン２８ｂとには、バルブＶ１２を閉じているときに原料ガスを排気するための排気ラインが設けられているが、ここでは省略している。図中、Ｖ２２、Ｖ２４及びＶ２５は、バルブである。
【００２１】
成膜装置２０には、例えばコンピュータからなる制御部１１が設けられており、この制御部１１は、プログラム、メモリ、ＣＰＵからなるデータ処理部などを備えている。このプログラムには、制御部１１から成膜装置２０の各部に制御信号を送り、後述の各ステップを進行させることでウェハＷに対して成膜処理や搬送を行うように命令が組み込まれている。また、例えばメモリには、ウェハＷや温調媒体などの温度、保持時間、ガス流量などの処理パラメータの値が書き込まれる領域を備えており、ＣＰＵがプログラムの各命令を実行する際、これらの処理パラメータが読み出され、そのパラメータ値に応じた制御信号がこの成膜装置２０の各部位に送られることになる。このプログラム（処理パラメータの入力操作や表示に関するプログラムも含む）は、コンピュータ記憶媒体例えばフレキシブルディスク、コンパクトディスク、ＭＯ（光磁気ディスク）、ハードディスクなどの記憶部１２に格納されて制御部１１にインストールされる。
【００２２】
ここで、この成膜方法に用いられる原料である酢酸銅の性状について、図５を参照して説明する。この原料は、温度ＴＡ例えば５０℃以上に加熱されると昇華し、温度ＴＢ例えば１５０℃以上に加熱されると化学反応を起こし分解する特性を持っており、５０℃以下では固体状であり、５０℃〜１５０℃では気体状、１５０℃より高い温度では、以下の化学反応式に従って分解して、金属銅、二酸化炭素及び水を生成する。  
Ｃｕ（ＣＨ3ＣＯＯ）2  →  Ｃｕ  ＋  ４ＣＯ2  ＋  ３Ｈ2Ｏ・・・（１）
以下の説明において、温度ＴＡよりも低く、原料が固体となる温度範囲をＴ１、分解する温度ＴＢよりも高い温度範囲をＴ３とする。また、温度ＴＡと温度ＴＢとの間の原料が気体の原料ガスとなる温度範囲をＴ２とする。
【００２３】
尚、この例では、酢酸銅を例にとって説明するが、特にこの原料に限られず、上記のように、温度の上昇に伴い、固体→気体→分解（成膜／化学反応）という相変化が起こる化合物であれば、どのような銅化合物を用いても構わない。固体から直接気体に昇華する化合物に限られず、液体を介して固体から気体に蒸発する化合物を用いても良い。その場合には、上記の温度範囲Ｔ１〜Ｔ３については、化合物ごとに設定される。  
また、固体温度範囲Ｔ１では、後述するように、気体温度範囲Ｔ２の気体よりも体積が小さくなり原料ガスが濃縮して吸着脱離板３０に吸着するのであれば、固体ではなく液体であっても良く、この場合には固体や液体である温度範囲がＴ１となる。そのために、本明細書中では凝固という語句は、凝縮という語句に置き換えても良い。  
更に、成膜する膜種としては、銅金属膜のみならず、他の金属や化合物などであっても良い。また、以下の説明では、温度範囲Ｔ１〜Ｔ３、温度ＴＡ及びＴＢについては全て室温以上であるので、温度を調整するために加熱という用語を用いる場合があるが、使用する材料によって、それらの温度が室温よりも低い場合などは、冷却という用語に置き換えてもよい。
【００２４】
次に、本発明の成膜方法について図６〜図９を参照して説明する。
（ステップＳ６１：処理容器排気工程）
まず、処理容器２１内を排気管２６ａを介して真空排気手段２６ｂにより所定の真空度例えば１００Ｐａまで減圧して、バルブＶ１１を閉じる。また、ヒーター２１ａ及びヒーター２４により、図７に示すように、処理容器２１の内壁、ウェハＷ及び載置台２２の表面を原料ガスの気体温度範囲Ｔ２例えば７０℃に加熱する。尚、処理容器２１の内壁の温度を、以下の各工程においても気体温度範囲Ｔ２に設定しているので、以下の説明を省略する。また、図７では、このステップＳ６１における吸着脱離部材３０の表面を気体温度範囲Ｔ２として表しているが、固体温度範囲Ｔ１であっても良い。また、この工程において、原料ガスが処理容器２１の内壁などにおいて熱分解を起こす可能性をできるだけ低く抑えるために、上記のように、処理容器２１の内壁、ウェハＷ及び載置台２２の表面の温度は、気体温度範囲Ｔ２内における低温側に設定される。
【００２５】
（ステップＳ６２：吸着脱離部材温度調整工程）
次に、図７及び図８（ａ）に示すように、低温温調器４１から吸着脱離部材３０内に例えば５０℃の水を通流させて、吸着脱離部材３０の表面を原料の固体温度範囲Ｔ１例えば５０℃に設定する。この時、吸着脱離部材３０の表面が例えば温水により温度範囲Ｔ２例えば９０℃となっている場合には、既述のように、排出用ガス供給路４３から例えば空気を吸着脱離部材３０内に供給して、吸着脱離部材３０内の温水を液溜まり４５ｂに排出することにより、吸着脱離部材３０の表面が例えば１分以内の短時間で温度範囲Ｔ１に調整される。以下の工程についても、同様に空気により温調媒体が排出されることにより、速やかに吸着脱離部材３０の温度調整が行われる。尚、図８及び図９におけるバルブＶ１１及びＶ１２は、開放状態を白色、閉状態を黒色で示している。
【００２６】
（ステップＳ６３：吸着工程）
キャリアガス源５２から、例えば１００℃に設定されたキャリアガスを所定の流量例えば１００〜５００ｓｃｃｍ及び所定の圧力例えば１０５Ｐａ（大気圧）で原料容器５１内に供給する。原料容器５１内の原料は、このキャリアガスの熱及び原料容器５１に設けられた加熱手段５１ａの熱によって、気体温度範囲Ｔ２例えば９０℃となっており、固体から昇華してガスとなり、原料ガスとしてキャリアガスと共に原料供給路２８及びバブリングライン２８ａを介して処理容器２１内に通流する。そして、所定の時間例えば６０秒間処理容器２１内に原料ガスを供給する。この時、原料ガスは加熱手段５３ａによっても厳密に温度が調整される。  
この原料ガスが処理容器２１内に供給されると、図８（ｂ）に示すように、減圧状態の処理容器２１内に原料ガスが拡散していくが、吸着脱離部材３０の表面が原料の凝固する（固体となる）固体温度範囲Ｔ１例えば５０℃に設定されているので、原料ガスは、凝固して吸着脱離部材３０に吸着膜６１として吸着していく。また、この原料の吸着によって、吸着脱離部材３０付近における原料ガスの濃度が薄くなるので、処理容器２１内の原料ガスは、吸着脱離部材３０に向かって流れていき、順次固体化して吸着していく。
【００２７】
尚、吸着脱離部材３０の全面に原料ガスが吸着するが、図８及び図９では、図示を簡略化するため、吸着脱離部材３０の片側（ウェハＷ側）に原料ガスが吸着するように表している。またステップＳ６１において、既にウェハＷは処理容器２１内に搬入されていたが、ウェハＷは本ステップの後でかつ次ステップＳ６４の前までに処理容器２１内に搬入されていればよい。特にステップＳ６３とステップＳ６４の間で搬入すれば、余計な原料、あるいは原料ガスがウェハＷに付着することが防止される。  
また、処理容器２１内に原料ガスを供給するにあたり、上記のステップＳ６１において処理容器２１内を真空排気したが、大気圧雰囲気の処理容器２１内に原料ガスを供給するようにしても良い。その場合には、処理容器２１内の圧力が陽圧とならないように、例えば排気管２６ａから処理容器２１内の雰囲気を排出するようにしても良いし、陽圧の状態で以下の各処理を行うようにしても良い。
【００２８】
（ステップＳ６４：ウェハ加熱工程）
次いで、図７に示すように、ウェハＷを原料の分解温度範囲Ｔ３例えば２００℃に加熱する。この時、ウェハＷを気体温度範囲Ｔ２から分解温度範囲Ｔ３まで加熱している間に、処理容器２１内に僅かに滞留している原料ガスは、ウェハＷの表面において化学反応を起こして分解し、ウェハＷの表面に僅かに銅膜６０として堆積する可能性はあるが、後述のステップＳ６５において成膜される銅膜６０の膜厚に比べ極薄であり問題とはならない。尚、このステップＳ６４において僅かにウェハＷ上に成膜される銅膜６０の膜質が良好ではない場合には、このステップＳ６４の前に、処理容器２１内を排気して、処理容器２１内を僅かに滞留している原料ガスを排出するようにしても良い。
【００２９】
（ステップＳ６５：脱離工程）
吸着脱離部材３０内に高温温調器４２から温水を供給して、図７に示すように、吸着脱離部材３０を気体温度範囲Ｔ２例えば９０℃に調整する。この処理により、既述のステップＳ６３において吸着脱離部材３０に吸着していた原料は、図８（ｃ）に示すように、昇華して（気体となり）吸着脱離部材３０から脱離して、処理容器２１内に拡散していく。この時、バルブＶ１１及びＶ１２を閉じており、処理容器２１内が密閉状態（閉鎖空間）となっているため、原料ガスは、処理容器２１内に均一にかつ高濃度で拡散する。つまり、処理容器２１内において、従来のＣＶＤ装置での大容量の原料ガスを通流させながら排気する場合のようなガス流れを発生させていないので、原料ガスは、均一に、且つ速やかに処理容器２１内に拡散していく。  
ウェハＷの表面に通流してきた原料ガスは、図９（ａ）に示すように、ウェハＷの熱によって既述の（１）の化学反応式に従って分解して金属銅を生成し、ウェハＷ上において銅膜６０となる。この工程においても、ウェハＷの近傍では、原料ガスの分解によって原料ガスの濃度が低くなり、原料ガスが順次ウェハＷの表面に流れていくので、所定の時間例えば６０秒間この状態を保持することにより、例えば膜厚１μｍもの銅膜６０が高い成膜レートで形成される。
【００３０】
（ステップＳ６６：再吸着工程）
図７に示すように、ウェハＷを再度気体温度範囲Ｔ２に戻して、原料の分解（成膜）を停止する。また、低温温調器４１から吸着脱離部材３０内に水を供給して、吸着脱離部材３０を再度固体温度範囲Ｔ１に調整する。この工程によって、図９（ｂ）に示すように、上記のステップＳ６５において反応せずに処理容器２１内に残った未反応の原料ガスは、再度吸着脱離部材３０上で固体となり、吸着膜６１として吸着する。従って、処理容器２１内に滞留する気体は、主にキャリアガスである窒素ガス及び原料の分解によって生成した反応生成ガスである二酸化炭素ガスと水（水蒸気）とになる。
【００３１】
（ステップＳ６７：反応生成ガス排気工程）
そして、図９（ｃ）に示すように、キャリアガス源５２からバイパス路５４及び原料供給路２８を介して処理容器２１内に気体温度範囲Ｔ２の窒素ガスを供給すると共に、バルブＶ１１を開放して、処理容器２１内の雰囲気を置換する。あるいはこの時に、固体温度範囲Ｔ１の窒素ガスを、図示しない窒素ガス供給ラインより処理容器２１に直接導入してもよい。またこの時、あるいはこれに引き続き、窒素ガスの導入と排気とを繰り返すサイックルパージを行ってもよい。ステップＳ６６において、未反応の原料が吸着脱離部材３０に再吸着しているので、この時に排気されるガスは、上記のように、主に窒素ガス、二酸化炭素及び水となる。尚、この時窒素ガスを供給せずに、処理容器２１内を真空排気するようにしても良い。
【００３２】
（ステップＳ６８：繰り返し）
ウェハＷの表面の銅膜６０の膜厚が所定の膜厚例えば２μｍとなるまで、即ち基本的には上記ステップＳ６３（吸着工程）〜ステップＳ６７（反応生成ガス排気工程）を、あるいはステップＳ６５（脱離工程）の成膜時に未反応な原料ガスがたくさん残っている時にはステップＳ６４（ウェハ加熱工程）〜ステップＳ６７（反応生成ガス排気工程）を１回以上繰返し成膜を行う。
【００３３】
上述の実施の形態によれば、原料ガスをウェハＷ上において化学反応させることによって成膜するにあたり、処理容器２１内に原料ガスを供給し、この原料ガスを固体あるいは液体として処理容器２１内の吸着脱離部材３０に吸着させた後、原料ガスの供給及び処理容器２１内の排気を停止して、処理容器２１を密閉空間とし、次いで原料ガスが化学反応を起こす温度範囲Ｔ３にウェハＷを加熱すると共に、その後原料を脱離させているので、処理容器２１内が大量（高濃度）の原料ガスの均一に拡散した密閉空間中で適正な温度で成膜が行われることとなり、また後はこの状態で所望の膜厚が得られるまで放置しておけばよいため、高い成膜レートで不純物のない均一な薄膜を得ることができる。また成膜中は原料ガスの給排気をせず、さらに化学反応後の反応生成ガスを排気する際には原料ガスが吸着脱離部材３０に吸着されているので、原料の利用効率が極めて高く、高価な原料ガスを有効に使用することができる。
【００３４】
また、ウェハＷを熱分解温度範囲Ｔ３まで加熱する時に、原料ガスを固体あるいは液体として吸着脱離部材３０に吸着させており、昇温途中のウェハＷに接触する原料ガスの量を極めて少なく抑えることができるため、原料ガスの不完全な熱化学反応による膜質の低下を抑えることができる。また例えば後述するように、キャリアガスを用いずに高濃度の原料ガスだけを処理容器２１内に供給できるので、さらに大量の原料ガスを吸着脱離部材３０に吸着させることができ、その結果一度に厚い膜を成膜することもできる。また、吸着脱離部材３０に吸着させる原料の量を調整することで、一度の成膜処理で成膜される膜厚を高精度に制御でき、更に一度に成膜する膜厚と、この成膜サイクルの繰り返し回数と、を調整することで、薄膜の膜厚を高精度に制御できる。
【００３５】
一方、従来のＣＶＤ装置において、本発明の成膜装置２０と同様に処理容器２１内を密閉空間として成膜した場合には、原料ガスが全て気体として処理容器２１内に滞留していることから、ウェハＷの昇温途中で原料ガスの多くが化学反応を起こしてしまい、その結果不純物の多い銅膜６０しか得られず、この成膜のサイクルを何度繰り返しても、不純物の多い銅膜６０が何層にも堆積してしまうにすぎない。また、原料ガスの濃度がｐｐｍオーダーであることから、そのような銅膜６０はごく薄い膜であり、何回も成膜サイクルを繰り返す必要があるので、スループットが低下してしまう。  
尚、一度の成膜で所望の膜厚の銅膜６０が得られる場合には、ステップＳ６８の繰り返しを行わなくても良い。また、ステップＳ６５の成膜において、原料ガスの大部分が成膜のために消費され、処理容器２１内に残存する未反応の原料ガスが少ない場合には、ステップＳ６６の原料の再吸着を行わなくても良い。
【００３６】
上記の実施の形態では、キャリアガスと原料ガスとを処理容器２１内に供給したが、既述のように、キャリアガスを用いずに成膜するようにしても良い。その場合は、ベーキングライン２８ｂから原料ガスが所定の流量で処理容器２１内に供給される以外は、既述の成膜方法と同様に成膜が行われて、同様の効果が得られる。
【００３７】
以上の例では、排気管２６ａに真空排気手段２６ｂが設けられた成膜システムが示されていたが、この真空排気手段２６ｂは設けなくともよい。この場合には例えば原料の昇華により大気圧よりも僅かに高い圧力になる原料供給器５０と、前記僅かに高い圧力と大気圧とを繰り返す成膜装置２０と、例えば排気ファンが介設された大気圧の排気管とで成膜システムは構成される。そしてステップＳ６１の処理容器排気工程は省略され、ステップＳ６３の吸着工程では、ベーキングライン２８ｂを通して原料ガスが処理容器２１に供給され、ステップＳ６７の反応生成ガス排気工程では、陽圧の例えば窒素ガス等の不活性ガスが、処理容器２１内に供給され、反応生成ガスを処理容器２１から押し出し処理容器２１内を不活性ガスで置換するようにしてもよい。
【００３８】
以上の例では、処理容器２１内において、吸着脱離部材３０をウェハＷと対向するように、処理容器２１の上側に設けたが、図１０に示すように、例えば処理容器２１内の側方に設けるようにしても良い。このような成膜装置２０においても、同様に成膜が行われて、同様の効果が得られる。
【００３９】
つまり、吸着脱離部材３０に原料ガスを固体として凝固させることで、吸着脱離部材３０を立体的に任意の位置に配置することができ、例えば吸着脱離部材３０の表面積を大きくして原料ガスが吸着する表面積を増やすことで吸着脱離部材３０を小さくし、省スペース化を図ることができると共に、処理容器２１の形状を任意に設計できる。尚、原料の種類によって、固体として吸着脱離部材３０に吸着させることが難しい場合には、既述のように、液体として凝縮させるようにしても良い。その場合には、例えば載置台２２の周囲の処理容器２１の下面に原料が凝縮するように、載置台２２を囲むように、処理容器２１の底面に温調媒体を通流させるようにしても良い。この場合には、処理容器２１の底面が吸着脱離部材３０となる。あるいは、液滴がウェハＷに落下しない程度に吸着させるのであれば、ウェハＷに対向するように吸着脱離部材３０を設けても良い。  
また、図１１に示すように、吸着脱離部材３０を処理容器２１の内壁を兼ねるようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の成膜方法を実施するための成膜装置の一例を示す縦断面図である。
【図２】上記の成膜装置に設けられた吸着脱離部材の一例を示す斜視図である。
【図３】上記の成膜装置に設けられた温調機構の一例を示す構成図である。
【図４】上記の成膜装置に設けられた原料供給器の一例を示す構成図である。
【図５】本発明の成膜方法に用いられる原料の一例である酢酸銅の相変化を示す模式図である。
【図６】上記の成膜方法の工程の一例を示すフロー図である。
【図７】上記の成膜方法の各工程におけるウェハなどの温度を示す特性図である。
【図８】上記の成膜方法の各工程における処理容器の断面図である。
【図９】上記の成膜方法の各工程における処理容器の断面図である。
【図１０】上記の成膜方法を実施するための成膜装置の一例を示す縦断面図である。
【図１１】上記の成膜方法を実施するための成膜装置の一例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
２０  成膜装置
２１  処理容器
２２  載置台
２８  原料供給路
２８ａ  バブリングライン
２８ｂ  ベーキングライン
３０  吸着脱離部材
３１  温調媒体供給管
３２  温調媒体排出管
４０  温調機構
５０  原料供給器
５１  原料容器
５２  キャリアガス源
６０  銅膜
６１  吸着膜
【図１】
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【図２】
2008248375.tif 000004
【図３】
2008248375.tif 000005
【図４】
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【図５】
2008248375.tif 000007
【図６】
2008248375.tif 000008
【図７】
2008248375.tif 000009
【図８】
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【図９】
2008248375.tif 000011
【図１０】
2008248375.tif 000012
【図１１】
2008248375.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成19年4月20日(2007.4.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【図２】
2008248375.tif 000015
【図３】
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【図４】
2008248375.tif 000017
【図５】
2008248375.tif 000018
【図６】
2008248375.tif 000019
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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