成膜方法、成膜装置、半導体装置及びその製造方法
【課題】めっき液への溶解性が低く、かつ単膜でＣｕ拡散のバリア性にも優れたコバルト膜の成膜方法及び成膜装置を提供する。
【解決手段】炭素含有コバルト膜の成膜方法は、成膜装置１００の処理容器１内にウエハＷを搬入し、ステージ３上に配置する工程と、処理容器１内の圧力及びウエハＷの温度を調節する工程と、処理容器１内にＣｏ２（ＣＯ）８とアセチレンとをそれぞれ供給して処理容器１内で混合し、ＣＶＤ法によりウエハＷの表面に炭素含有コバルト膜を堆積させる工程と、成膜原料の供給を停止し、処理容器１内を真空引きする工程と、処理容器１内からウエハＷを搬出する工程とを備えている。
【解決手段】炭素含有コバルト膜の成膜方法は、成膜装置１００の処理容器１内にウエハＷを搬入し、ステージ３上に配置する工程と、処理容器１内の圧力及びウエハＷの温度を調節する工程と、処理容器１内にＣｏ２（ＣＯ）８とアセチレンとをそれぞれ供給して処理容器１内で混合し、ＣＶＤ法によりウエハＷの表面に炭素含有コバルト膜を堆積させる工程と、成膜原料の供給を停止し、処理容器１内を真空引きする工程と、処理容器１内からウエハＷを搬出する工程とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造に利用可能な成膜方法、成膜装置、並びに半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＳＩやＭＥＭＳにおいて、Ｃｕ配線を形成するためのＣｕめっきのシード層として、従来はＣｕが用いられていたが、埋め込み性の向上を図るため、コバルト膜の利用が検討されている。コバルト膜の堆積手法として、段差被覆性が良いＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法を用いたコバルト膜の成膜技術の開発が進められている。例えば、非特許文献１では、成膜原料のコバルト前駆体として、コバルトカルボニル錯体の一種であるＣｏ２（ＣＯ）８を用い、これをチャンバー内に気相供給して基板上で熱分解させることによって、コバルト膜を堆積させる方法が報告されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】Journal of The Electrochemical Society,146(7)2720-2724(1999)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
半導体素子の高集積化、チップサイズの小型化に伴い、配線パターンの微細化が進展している。配線パターンの微細化に伴い、現在ではめっきシード層の膜厚は４〜５ｎｍ程度まで薄膜化している。しかし、コバルトは、Ｃｕめっきのめっき液として用いる硫酸銅への溶解性が高いため、めっきシード層としてコバルト膜を形成する場合に、薄膜化に限界があるという課題があった。すなわち、シード層を構成するコバルトはめっき液中に溶出しやすいため、めっきの初期段階でシード層の一部もしくは全部が消失してしまうと、シード層の導通性が低下し、Ｃｕめっきが不完全になったり、下地膜とＣｕ配線との密着性が低下してしまう。そのため、めっき液への溶出を予め見込んで、コバルト膜の初期膜厚を大きく設定しておく必要があり、それが配線パターンの微細化への障害になっていた。
【０００５】
また、コバルト膜は、単膜ではＣｕの拡散に対するバリア性が低いため、めっきシード層とは別に、例えばタンタルやタングステン等の高融点金属からなるバリア膜を形成する必要がある。しかし、めっきシード層とバリア膜とを別々に成膜することにより、工程数が増加するとともに、配線パターンの微細化への障害にもなっている。
【０００６】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、めっき液への溶解性が低くめっきシード層としての薄膜化が可能であり、かつ単膜でＣｕ拡散のバリア性にも優れたコバルト膜の成膜方法及び成膜装置を提供することである。また、本発明の他の目的は、上記成膜方法によって成膜されたコバルト膜を備えた半導体装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明の成膜方法は、基板を処理容器内に配置する工程と、
コバルト前駆体と、分子内に不飽和炭化水素基を含む化合物と、を原料として基板上に炭素含有コバルト膜を堆積させる工程、を備えている。
【０００８】
本発明の炭素含有コバルト膜の成膜方法は、前記分子内に不飽和炭化水素基を含む化合物として、アリル基を含む化合物又はアルキン類を用いることが好ましい。
【０００９】
本発明の炭素含有コバルト膜の成膜方法は、前記コバルト前駆体と、前記分子内に不飽和炭化水素基を含む化合物と、を前記処理容器内に同時に供給してＣＶＤ法により成膜を行ってもよい。
【００１０】
本発明の炭素含有コバルト膜の成膜方法は、前記コバルト前駆体と、前記分子内に不飽和炭化水素基を含む化合物と、を前記処理容器内に交互に供給してＡＬＤ法により成膜を行ってもよい。
【００１１】
本発明の炭素含有コバルト膜の成膜方法は、前記炭素含有コバルト膜を堆積させる工程の前又は後に、前記処理容器内に前記コバルト前駆体を供給して金属コバルト膜を堆積する工程、
を備えていてもよい。この場合、前記金属コバルト膜を堆積する工程と、前記炭素含有コバルト膜を堆積させる工程と、を交互に行うことが好ましい。
【００１２】
本発明の炭素含有コバルト膜の成膜方法は、前記炭素含有コバルト膜がＣｏｘＣｙ膜（ここで、ｘは２、ｙは１を意味する）であることが好ましい。
【００１３】
本発明の炭素含有コバルト膜の成膜方法は、前記コバルト前駆体が、Ｃｏ２（ＣＯ）８であることが好ましい。
【００１４】
本発明の成膜装置は、真空引き可能な処理容器と、
前記処理容器内に設けられた、基板を載置する載置台と、
前記載置台に載置された基板を所定の温度に加熱するヒーターと、
コバルト前駆体を保持する第１の原料容器と、
前記第１の原料容器内の前記コバルト前駆体を温度調節する温度調節装置と、
分子内に不飽和炭化水素基を含む化合物を保持する第２の原料容器と、
前記第１の原料容器から前記処理容器に前記コバルト前駆体を供給する配管と、
前記第２の原料容器から前記処理容器に前記分子内に不飽和炭化水素基を含む化合物を供給する配管と、
前記コバルト前駆体を前記処理容器内に導入するためのキャリアガスを供給するガス供給部と、
前記処理容器内を減圧排気する排気装置と、
を備え、基板上に炭素含有コバルト膜を堆積させるものである。
【００１５】
本発明の半導体装置の製造方法は、上記いずれかに記載の成膜方法によって、絶縁膜上に前記炭素含有コバルト膜を堆積させる工程と、前記炭素含有コバルト膜上にＣｕ膜を堆積させる工程と、を備えている。
【００１６】
本発明の半導体装置は、絶縁膜と、前記絶縁膜上に形成された炭素を含有する炭素含有コバルト膜と、前記炭素含有コバルト膜上に堆積されたＣｕ配線と、を備えている。この場合、前記炭素含有コバルト膜は、前記Ｃｕ配線を形成するためのシード層であり、かつ前記Ｃｕ配線からのＣｕの拡散を抑制するＣｕバリア機能を有するものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の成膜方法によれば、コバルト前駆体と、分子内に不飽和炭化水素基を含む化合物と、を原料とすることにより、基板上に炭素を含有する炭素含有コバルト膜を成膜できる。この炭素含有コバルト膜は、後の工程で行われるＣｕめっきのめっき液への溶解性が低く、めっきシード層として薄膜形成が可能であるとともに、Ｃｕ拡散のバリア性にも優れており、銅配線からＣｕが絶縁膜中へ拡散することを効果的に抑制できる。従って、本発明の成膜方法によって得られる炭素含有コバルト膜をめっきシード層として用いることにより、めっきシード層の薄膜化が可能になるとともに、Ｃｕ拡散バリア膜として兼用することにより、めっきシード層／バリア膜の単膜化が実現し、配線パターンの微細化への対応が可能になる。
【００１８】
また、本発明の成膜方法により成膜された炭素含有コバルト膜をめっきシード層／バリア膜として利用することにより、微細化への対応を可能にしつつ、半導体装置の信頼性を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の成膜方法に利用可能な成膜装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る成膜方法の手順の一例を示すフローチャートである。
【図３】本発明の第１の実施の形態の成膜方法の工程説明に供するパターン形成された絶縁膜を有するウエハ表面の要部断面図である。
【図４】図３に続く工程図であり、炭素含有コバルト膜を成膜した状態を示すウエハ表面の要部断面図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る成膜方法の手順の一例を示すフローチャートである。
【図６】本発明の第２の実施の形態の成膜方法の工程説明図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態に係る成膜方法の手順の一例を示すフローチャートである。
【図８】本発明の第３の実施の形態の成膜方法の工程説明図である。
【図９】本発明の成膜方法をダマシンプロセスへ適用した工程説明に供するウエハ表面の断面図である。
【図１０】図９に続く工程図であり、炭素含有コバルト膜を成膜した状態を示すウエハ表面の要部断面図である。
【図１１】図１０に続く工程図であり、Ｃｕ膜を埋め込んだ状態を示すウエハ表面の要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について、適宜図面を参照して詳細に説明する。
＜成膜装置の概要＞
まず、本発明の成膜方法の実施に適した成膜装置の構成について説明する。図１は、本発明の成膜方法に使用可能な成膜装置１００の概略構成例を示している。この成膜装置１００は、ＣＶＤ装置として構成されている。成膜装置１００は、主要な構成として、真空引き可能な処理容器１と、処理容器１内に設けられた、基板としての半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」という）Ｗを載置するステージ５と、このステージ５に載置されたウエハＷを所定の温度に加熱するヒーター７と、処理容器１内にガスを導入するシャワーヘッド１１と、コバルト前駆体を保持する第１の原料容器としての主原料容器２１と、主原料容器２１内のコバルト前駆体を温度調節する温度調節装置２３と、分子内に不飽和炭化水素基を含む化合物を保持する第２の原料容器としての副原料容器３１と、コバルト前駆体を処理容器１内に導入するためのキャリアガスを供給するガス供給部４１と、処理容器１内を減圧排気する排気装置５３と、を備えている。この成膜装置１００は、ウエハＷ上に炭素を含有する炭素含有コバルト膜を堆積させる成膜処理を行うことができる。
【００２１】
＜処理容器＞
成膜装置１００は、気密に構成された略円筒状の処理容器１を有している。処理容器１は、例えばアルマイト処理（陽極酸化処理）されたアルミニウムなどの材質で形成されている。処理容器１は、天板１ａ、側壁１ｂ及び底壁１ｃを有している。
【００２２】
処理容器１の側壁１ｂには、この処理容器１内に対してウエハＷを搬入、搬出するための開口１ｄが設けられており、さらに、開口１ｄを開閉するためのゲートバルブ３が設けられている。なお、処理容器１を構成する各部材の接合部分には、該接合部分の気密性を確保するために、シール部材としてのＯリング（図示省略）が配備されている。
【００２３】
＜ステージ＞
処理容器１の中にはウエハＷを水平に支持する載置台であるステージ５が配備されている。ステージ５は、円筒状の支持部材５ａにより支持されている。図示は省略するが、ステージ５には、ウエハＷを支持して昇降させるための複数のリフトピンがステージ５の基板載置面に対して突没可能に設けられている。これらのリフトピンは任意の昇降機構により上下に変位し、上昇位置で搬送装置（図示省略）との間でウエハＷの受け渡しを行うように構成されている。
【００２４】
ステージ５には、ウエハＷを加熱する加熱手段としてのヒーター７が埋設されている。ヒーター７は、電力供給部８から給電されることによりウエハＷを所定の温度に加熱する抵抗加熱ヒーターである。また、ステージ５には、温度計測手段としての熱電対９ａが配備されており、ステージ５の温度をリアルタイムで計測できるようになっている。なお、ウエハＷの加熱温度や処理温度は、特に断りのない限り、ステージ５の計測温度を意味する。ウエハＷを加熱するための加熱手段としては、抵抗加熱ヒーターに限らず、例えばランプ加熱ヒーターでもよい。
【００２５】
＜シャワーヘッド＞
処理容器１の天板１ａには、成膜原料ガス、キャリアガス等のガスを処理容器内に導入するシャワーヘッド１１が設けられている。このシャワーヘッド１１は、内部にガス拡散空間１１ａ，１１ｂが設けられている。シャワーヘッド１１の下面には、多数のガス吐出孔１３ａ，１３ｂが形成されている。ガス拡散空間１１ａはガス吐出孔１３ａに、ガス拡散空間１１ｂはガス吐出孔１３ｂに、それぞれ連通している。シャワーヘッド１１の中央部には、ガス拡散空間１１ａに連通するガス供給配管１５ａ、ガス拡散空間１１ｂに連通するガス供給配管１５ｂがそれぞれ接続されている。
【００２６】
＜第１の原料容器＞
主原料容器２１は、コバルト前駆体として、固体原料であるジコバルトオクタカルボニル［Ｃｏ２（ＣＯ）８］を保持している。主原料容器２１は、例えばジャケット式熱交換器などの温度調節装置２３を有している。温度調節装置２３は、電力供給部８に電気的に接続されており、主原料容器２１の内部に収容されたＣｏ２（ＣＯ）８を例えば常温（２０℃）〜４５℃の範囲内の温度に保持することにより気化させる。また、主原料容器２１内には、内部の温度をリアルタイムで計測するための熱電対９ｂが配備されている。なお、コバルト前駆体としては、Ｃｏ２（ＣＯ）８以外に、例えばＣＶＤ法においてコバルト前駆体として使用可能なコバルト化合物であれば、特に制限なく使用することができる。
【００２７】
主原料容器２１には、ガス供給配管１５ａと、ガス供給配管１５ｃとが接続されている。ガス供給配管１５ａは、上記のとおりシャワーヘッド１１のガス拡散空間１１ａに接続されている。ガス供給配管１５ａは、例えばジャケット式熱交換器などの温度調節装置２５を有している。温度調節装置２５は、電力供給部８と電気的に接続されており、ガス供給配管１５ａ内を通過するＣｏ２（ＣＯ）８を分解開始温度（約４５℃）未満の所定の温度に調節しながらシャワーヘッド１１へ供給する。また、ガス供給配管１５ａには、熱電対９ｃが配備されており、管内の温度をリアルタイムで計測できるようになっている。また、ガス供給配管１５ａには、バルブ１７ａ及び開度調節バルブ１７ｊが設けられている。
【００２８】
＜第２の原料容器＞
副原料容器３１は、分子内に不飽和炭化水素基を含む化合物を保持している。分子内に不飽和炭化水素基を含む化合物としては、例えばアリル基（ＣＨ２＝ＣＨ−ＣＨ２−）を含む化合物やアルキン類を用いることができる。アリル基を含む化合物としては、例えばアリルシクロヘキサン、等が好ましい。また、アルキン類としては、アセチレン、プロピン、１−ブチン等が好ましい。なお、例えばアリルシクヘキサンのように常温で液体の原料を用いる場合、処理容器１内を真空雰囲気に減圧することによって、液体原料を揮発させて供給することが可能である。
【００２９】
副原料容器３１には、ガス供給配管１５ｂが接続されている。ガス供給配管１５ｂは、上記のとおりシャワーヘッド１１のガス拡散空間１１ｂに接続されている。ガス供給配管１５ｂには、流量調整のためのＭＦＣ（マスフローコントローラ）１９ａと、その前後に配備されたバルブ１７ｂ，１７ｃが設けられている。
【００３０】
副原料容器３１に保持された副原料である分子内に不飽和炭化水素基を含む化合物は、常温・常圧で気体の場合は、そのままＭＦＣ（マスフローコントローラ）１９ａによって流量制御しながら、ガス供給配管１５ｂを介してシャワーヘッド１１へ供給される。そして、シャワーヘッド１１のガス拡散空間１１ｂ及びガス吐出孔１３ｂを介して、処理容器１内のステージ５上に配置されたウエハＷへ向けて、分子内に不飽和炭化水素基を含む化合物を供給することができる。なお、分子内に不飽和炭化水素基を含む化合物が常温・常圧で液体の場合は、例えば副原料容器３１を加熱したり、あるいは処理容器１内を減圧することにより、分子内に不飽和炭化水素基を含む化合物を気化させて、ガス供給配管１５ｂを介して処理容器１内に導入する構成としてもよい。また、分子内に不飽和炭化水素基を含む化合物が常温・常圧で液体の場合は、図示は省略するが、副原料容器３１を温度調節装置によって加熱して気化させたり、キャリアガスを用いて処理容器１内へ供給したりすることができる。
【００３１】
＜ガス供給源＞
ガス供給部４１は、一酸化炭素（ＣＯ）ガスを供給するＣＯガス供給源４１ａと、例えばＡｒ、窒素などの不活性ガスを供給する不活性ガス供給源４１ｂとを備えている。これらの一酸化炭素ガス及び不活性ガスは、主原料容器２１内で気化させた固体原料のＣｏ２（ＣＯ）８を処理容器１内に運び込むためのキャリアガスとして用いられる。ＣＯガスは、気化したＣｏ２（ＣＯ）８の分解を抑制する作用を有しているため、キャリアガスの一部としてＣＯを用いることが好ましい。Ｃｏ２（ＣＯ）８は分解されることによりＣＯを生成するが、主原料容器２１内にＣＯを供給してＣＯ濃度を高めておくことによって、主原料容器２１内でのＣｏ２（ＣＯ）８の分解を抑制することができる。キャリアガスの全部をＣＯガスとすることも可能であり、その場合は不活性ガスを使用しなくてもよい。なお、図示は省略するが、ガス供給部４１は、ＣＯガス供給源４１ａ及び不活性ガス供給源４１ｂのほかに、処理容器１内をクリーニングするためのクリーニングガスの供給源や、処理容器１内をパージするためのパージガスの供給源等を有していてもよい。
【００３２】
ＣＯガス供給源４１ａには、ガス供給配管１５ｄが接続されている。ガス供給配管１５ｄには、流量調整のためのＭＦＣ（マスフローコントローラ）１９ｂと、その前後に配備されたバルブ１７ｄ，１７ｅが設けられている。
【００３３】
また、不活性ガス供給源４１ｂには、ガス供給配管１５ｅが接続されている。ガス供給配管１５ｅには、流量調整のためのＭＦＣ（マスフローコントローラ）１９ｃと、その前後に配備されたバルブ１７ｆ，１７ｇが設けられている。そして、ガス供給配管１５ｄ，１５ｅは、途中で合流してガス供給配管１５ｃとなり、主原料容器２１に接続されている。ガス供給配管１５ｃには、バルブ１７ｈが設けられている。なお、ガス供給配管１５ｃからは、途中でガス供給配管１５ｆが分岐している。このガス供給配管１５ｆは、主原料容器２１を介さず、ガス供給配管１５ｃから直接ガス供給配管１５ａに接続するバイパスラインである。ガス供給配管１５ｆは、不活性ガス供給源４１ｂの不活性ガスをパージガスとして処理容器１内に導入する場合などに用いる。ガス供給配管１５ｆには、バルブ１７ｉが設けられている。
【００３４】
成膜装置１００では、ＣＯガス供給源４１ａからのＣＯガス及び／又は不活性ガス供給源４１ｂからの不活性ガスを、ガス供給配管１５ｄ，１５ｅ，１５ｃを介して主原料容器２１内に供給する。そして、ＣＯガス及び／又は不活性ガスをキャリアガスとして、温度調節装置２３によって温度調節され、主原料容器２１内で気化したＣｏ２（ＣＯ）８を、開度調節バルブ１７ｊにより流量制御しながら、ガス供給配管１５ａを介してシャワーヘッド１１のガス拡散空間１１ａへ供給する。ガス供給配管１５ａ内を通過するＣｏ２（ＣＯ）８は、温度調節装置２５によって分解開始温度未満の所定の温度に調節され、シャワーヘッド１１へ供給される。そして、ガス吐出孔１３ａから処理容器１内のステージ５上に配置されたウエハＷへ向けて、主原料であるＣｏ２（ＣＯ）８を放出することができる。このように、成膜装置１００では、分解しやすいＣｏ２（ＣＯ）８を厳密に温度制御しながら処理容器１内に導入する構成としている。
【００３５】
以上の構成によって、成膜装置１００では、Ｃｏ２（ＣＯ）８と、分子内に不飽和炭化水素基を含む化合物とを、それぞれ別々のガス供給経路で処理容器１内に導入し、処理容器１内で混合する構成としている。なお、主原料であるコバルト前駆体と副原料である分子内に不飽和炭化水素基を含む化合物の組み合わせによっては、混合ガスの状態で同一のガス供給経路を介して処理容器１内に供給することもできる。
【００３６】
処理容器１の底壁１ｃには、排気口１ｅが形成されている。この排気口１ｅには排気管５１が接続されており、この排気管５１には、排気装置５３が接続されている。排気装置５３は、例えば図示しない圧力調整弁や真空ポンプなどを備えており、排気量を調節しながら処理容器１内の排気を行って処理容器１内を真空引きできるように構成されている。
【００３７】
＜制御系統＞
次に、成膜装置１００において、各種のプロセスを行う場合の制御系統について説明する。成膜装置１００は、上記電力供給部８の出力制御を行う温度制御部６０を備えている。電力供給部８、熱電対９ａ，９ｂ，９ｃ、及び温度調節装置２３，２５は、それぞれ温度制御部６０と信号の授受が可能に接続されている。温度制御部６０は、熱電対９ａ，９ｂ，９ｃの計測温度情報を元に、フィードバック制御によって電力供給部８へ制御信号を送り、ヒーター７、温度調節装置２３，２５への出力を調節する。
【００３８】
また、成膜装置１００を構成する各エンドデバイス（例えばＭＦＣ１９ａ，１９ｂ、１９ｃ、排気装置５３など）や温度制御部６０は、統括制御機能を担う制御部７０に接続されて制御される構成となっている。制御部７０は、ＣＰＵを備えたコンピュータであるコントローラ７１と、このコントローラ７１に接続されたユーザーインターフェース７２および記憶部７３を備えている。ユーザーインターフェース７２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タッチパネル、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を有している。記憶部７３には、成膜装置１００で実行される各種処理をコントローラ７１の制御にて実現するための制御プログラム（ソフトウェア）や処理条件データ等が記録されたレシピが保存されている。そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース７２からの指示等にて任意の制御プログラムやレシピを記憶部７３から呼び出してコントローラ７１に実行させることで、コントローラ７１の制御下で、成膜装置１００の処理容器１内で所望の処理が行われる。
【００３９】
なお、前記制御プログラムや処理条件データ等のレシピは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体７４に格納された状態のものを記憶部７３にインストールすることによって利用できる。コンピュータ読み取り可能な記録媒体７４としては、特に制限はないが、例えばＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、フレキシブルディスク、フラッシュメモリ、ＤＶＤなどを使用できる。また、前記レシピは、他の装置から、例えば専用回線を介して随時伝送させてオンラインで利用したりすることも可能である。
【００４０】
以上のような構成の成膜装置１００では、制御部７０の制御に基づき、ＣＶＤ法により炭素含有コバルト膜の成膜処理が行われる。
【００４１】
＜成膜方法＞
次に、成膜装置１００を用いて行われる、炭素を含有する炭素含有コバルト膜の成膜方法のさらに具体的な内容について、第１〜第３の実施の形態を挙げて説明する。ここでは、コバルト前駆体としてコバルトカルボニルＣｏ２（ＣＯ）８、分子内に不飽和炭化水素基を含む化合物としてアセチレンを用いる場合を例に挙げる。なお、他の成膜原料を用いる場合も、以下に説明する手順・条件に準じて実施できる。
【００４２】
＜第１の実施の形態＞
図２は、本発明の第１の実施の形態の成膜方法の手順の一例を示すフローチャートである。図３及び図４は、本実施の形態の成膜方法の主要な工程を説明するためのウエハ表面の部分断面図である。この成膜方法は、例えば、成膜装置１００の処理容器１内に、ウエハＷを搬入し、ステージ５上に配置する工程（ＳＴＥＰ１）と、処理容器１内の圧力及びウエハＷの温度を調節する工程（ＳＴＥＰ２）と、処理容器１内にＣｏ２（ＣＯ）８とアセチレンとをそれぞれ供給して処理容器１内で混合し、ＣＶＤ法によりウエハＷの表面に炭素含有コバルト膜を堆積させる工程（ＳＴＥＰ３）と、成膜原料の供給を停止し、処理容器１内を真空引きする工程（ＳＴＥＰ４）と、処理容器１内からウエハＷを搬出する工程（ＳＴＥＰ５）と、を含むことができる。
【００４３】
（ＳＴＥＰ１）
ＳＴＥＰ１では、成膜装置１００の処理容器１内に、基板として、例えば絶縁膜が設けられたウエハＷを配置する。具体的には、まず、ゲートバルブ３を開放した状態で、開口１ｄからウエハＷを処理容器１内に搬入し、ステージ５の図示しないリフトピンに受け渡す。そして、リフトピンを下降させてウエハＷをステージ５に載置する。ここで、図３に示したように、ウエハＷ上には、下地膜８０と、その上に積層された絶縁膜８１と、が形成されている。絶縁膜８１には、所定の凹凸パターンが形成されており、開口部（トレンチなどの凹部や貫通孔などを意味する）８３を有している。なお、開口部８３は一つのみ図示しているが複数でもよい。また、図示は省略するが、ウエハＷ上には、他に絶縁膜、半導体膜、導体膜等が形成されていてもよい。
【００４４】
絶縁膜８１は、例えば多層配線構造の層間絶縁膜であり、開口部８３は、配線溝やビアホールとなる部分である。絶縁膜８１としては、例えばＳｉＯ２、ＳｉＮのほか、ＳｉＣＯＨ、ＳｉＯＦ、ＣＦｑ（ｑは正の数を意味する）、ＢＳＧ、ＨＳＱ、多孔質シリカ、ＳｉＯＣ、ＭＳＱ、ポーラスＭＳＱ、ポーラスＳｉＣＯＨ等の低誘電率膜を挙げることができる。
【００４５】
（ＳＴＥＰ２）
ＳＴＥＰ２では、処理容器１内の圧力及びウエハＷの温度を調節する。具体的には、ゲートバルブ３を閉じ、排気装置５３を作動させて処理容器１内を所定圧力の真空にする。また、ヒーター７によりウエハＷを所定温度まで加熱する。
【００４６】
（ＳＴＥＰ３）
ＳＴＥＰ３は、成膜工程であり、図４に示したように絶縁膜８１の表面にＣＶＤ法により炭素含有コバルト膜８７を形成する。この工程では、主原料容器２１を温度調節装置２３によって例えば室温〜４５℃に温度制御し、成膜原料のＣｏ２（ＣＯ）８を気化させる。また、バルブ１７ｉを閉じ、バルブ１７ａ，１７ｈを開放した状態で、さらにバルブ１７ｄ，１７ｅ及び／又はバルブ１７ｆ，１７ｇを開放する。そして、マスフローコントローラ１９ｂ，１９ｃによって流量を制御しながら、キャリアガスとして、ＣＯガス供給源４１ａからのＣＯガス及び／又は不活性ガス供給源４１ｂからの不活性ガスをガス供給配管１５ｄ，１５ｅ及び１５ｃを介して、主原料容器２１へ導入する。主原料容器２１からは、気化したＣｏ２（ＣＯ）８をキャリアガスによってガス供給配管１５ａを介して処理容器１へ向けて供給する。この際、主原料容器２１、配管１５ａの温度を、温度調節装置２３，２５によってＣｏ２（ＣＯ）８の分解開始温度未満の温度に制御しながらＣｏ２（ＣＯ）８をキャリアガスとともにシャワーヘッド１１へ導入する。そして、Ｃｏ２（ＣＯ）８とキャリアガスの混合ガスは、シャワーヘッド１１のガス吐出孔１３ａから処理容器１内の反応空間に供給される。また、他方の成膜原料であるアセチレンは、バルブ１７ｂ，１７ｃを開放し、マスフローコントローラ１９ａによって流量を制御しながら、シャワーヘッド１１に導入され、ガス吐出孔１３ｂから処理容器１内の反応空間に供給される。このようにして、処理容器１内の反応空間で、Ｃｏ２（ＣＯ）８とアセチレンとが混合され、ウエハＷ表面の絶縁膜８１の上に、炭素含有コバルト膜８７を成膜することができる。
【００４７】
（ＳＴＥＰ４）
所定の膜厚になるまで、ウエハＷ表面の絶縁膜８１の上に、炭素含有コバルト膜８７を堆積させた後、ＳＴＥＰ４では、原料供給を停止し、処理容器１内を真空引きする。すなわち、すなわち、バルブ１７ａ〜１７ｇを閉じ、ＣＯガス供給源４１ａからのＣＯガス、不活性ガス供給源４１ｂからの不活性ガスの供給を停止した状態で、排気装置５３により処理容器１内を真空引きする。これにより、処理容器１内に残留した成膜原料のＣｏ２（ＣＯ）８とアセチレンを処理容器１の外へ排出する。
【００４８】
（ＳＴＥＰ５）
ＳＴＥＰ５では、ＳＴＥＰ１と逆の手順で炭素含有コバルト膜８７が形成されたウエハＷを処理容器１から搬出する。
【００４９】
＜成膜条件＞
ここで、ＳＴＥＰ３で行われるＣＶＤ法による炭素含有コバルト膜８７の成膜処理における好ましい条件について詳細に説明する。
（成膜ガス）
本実施の形態の成膜方法では、成膜ガスとして、Ｃｏ２（ＣＯ）８とアセチレンを用いる。Ｃｏ２（ＣＯ）８の流量は、処理容器１やウエハＷの大きさにより適宜変更できるので特に限定されるものではないが、例えば直径３００ｍｍのウエハＷを処理する場合、炭素含有コバルト膜８７の膜厚のウエハ面内均一性、段差被覆性を良好にするとともに、原料消費コストを削減する観点から、例えば１〜１０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）の範囲内であることが好ましく、５０〜５００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）の範囲内であることがより好ましい。また、Ｃｏ２（ＣＯ）８と混合状態で処理容器１内に導入されるキャリアガスの流量は、主原料容器２１内の加熱温度におけるＣｏ原料（Ｃｏ２（ＣＯ）８）の蒸気圧から求められるＣｏ原料の流量を考慮して、ＣＯガス供給源４１ａからのＣＯガス及び／又は不活性ガス供給源４１ｂからの不活性ガスの総流量として、例えば３００〜５０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）の範囲内が好ましく、５００〜３０００ｍＬ／ｍｉｎの範囲内がより好ましい。
【００５０】
また、アセチレンガスの流量は、処理容器１やウエハＷの大きさにより適宜変更できるので特に限定されるものではないが、例えば直径３００ｍｍのウエハＷを処理する場合、１〜１０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）の範囲内であることが好ましく、１０〜１００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）の範囲内であることがより好ましい。
【００５１】
炭素含有コバルト膜８７に良好なＣｕバリア機能を付与するためには、成膜原料ガスの流量比率が重要となる。このような観点から、Ｃｏ２（ＣＯ）８ガスに対するアセチレンガスの体積流量比［アセチレン／Ｃｏ２（ＣＯ）８］は、０．１〜１０の範囲内が好ましく、０．１〜２が望ましい。［アセチレン／Ｃｏ２（ＣＯ）８］比が０．１未満であると、十分なバリア機能を有する炭素含有コバルト膜８７が得られなくなり１０を超えると、炭素含量が多くなりすぎて、抵抗値が高くなり、めっきシード層としての機能が低下する。
【００５２】
（処理圧力）
炭素含有コバルト膜８７の成膜処理における処理圧力は、例えば１．３Ｐａ〜１３３３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ〜１０Ｔｏｒｒ）の範囲内が好ましく、１３Ｐａ以上６６０Ｐａ以下の範囲内がより好ましい。処理圧力が１．３Ｐａより低いと充分な成膜レートが得られない場合があり、１３３３Ｐａを超えると成膜レートが大きくなりすぎて、炭素含有コバルト膜８７の剥がれ等の不具合が発生する場合がある。
【００５３】
（処理温度）
炭素含有コバルト膜８７の成膜処理における処理温度（ウエハＷの加熱温度）は、例えば８０℃以上３００℃以下の範囲内とすることが好ましく、１２０℃以上２５０℃以下の範囲内とすることがより好ましい。処理温度が８０℃未満では、Ｃｏ２（ＣＯ）８からＣｏ及びＣＯへ分解が完全に進まない可能性があり、３００℃を超えるとＣｏが凝集して均一な成膜ができなくなる場合がある。
【００５４】
成膜装置１００では、上記範囲内のガス流量、処理圧力及び処理温度の条件を組み合わせることによって、所望の成膜レートで炭素含有コバルト膜８７を成膜できる。上記成膜条件は、制御部７０の記憶部７３にレシピとして保存しておくことができる。そして、コントローラ７１がそのレシピを読み出して成膜装置１００の温度制御部６０や各エンドデバイスへ制御信号を送出することにより、成膜装置１００において、所望の条件で成膜処理を行うことができる。
【００５５】
＜炭素含有コバルト膜＞
以上のように、ＳＴＥＰ１〜ＳＴＥＰ５の工程を経て形成される炭素含有コバルト膜８７は、炭素を含有しているため、電解めっきに用いるめっき液に対して耐性があり、溶解しにくい。従って、炭素含有コバルト膜８７は、例えば開口部８３にＣｕ配線やＣｕプラグを形成するために電解めっきを行う際のめっきシード層として機能する。この際、炭素含有コバルト膜８７は、めっき液への耐性があるため、５ｎｍ以下まで薄膜化することができる。
【００５６】
また、炭素含有コバルト膜８７は、開口部８３にＣｕが充填された後には、絶縁膜８１中へのＣｕの拡散を抑制するバリア膜として機能する。すなわち、炭素含有コバルト膜８７は、単膜でめっきシード層としての機能とＣｕ拡散バリア膜としての機能を有する。従って、めっきシード層及びＣｕ拡散バリア膜を別々に設ける場合に比べ、工程数の削減と、単膜化による微細化への対応が可能になる。
【００５７】
炭素含有コバルト膜８７は、電気抵抗とめっき液への溶解性を抑制しながら、優れたＣｕ拡散バリア性を得るために、コバルトと炭素の化学量論比が２：１であるものが好ましい。すなわち、炭素含有コバルト膜８７は、ＣｏｘＣｙ膜（ここで、ｘ及びｙは、化学量論的にとり得る正の数を意味し、好ましくはｘ＝２，ｙ＝１である。以下、同様の意味を有する）として表される。
【００５８】
一般にめっきシード層として成膜される金属コバルト膜は結晶構造を有しているが、炭素を含有する炭素含有コバルト膜８７では、結晶構造が崩れ、アモルファス状になっているか、或いはナノメートルオーダーのＣｏの超微結晶中に炭素原子が入り込んでいるものと考えられる。その結果、通常の金属Ｃｏ結晶と比べて結晶粒界の構造が変化しており、Ｃｕ拡散のパスが複雑でＣｕの拡散が生じにくい構造を有しているため、優れたＣｕ拡散バリア機能が得られるものと推測される。本発明では、コバルト膜中に所定濃度で積極的に炭素を混入させることにより、めっきシード層として必要な低い電気抵抗に加え、通常の金属コバルト膜では達成できない優れたＣｕ拡散バリア性を有する炭素含有コバルト膜８７を得ることができた。このような観点から、炭素含有コバルト膜８７の膜中の炭素濃度（Ｃ：Ｃｏ比）は、例えば０．５〜３が好ましく、１〜２がより好ましい。また、炭素含有コバルト膜８７の電気抵抗は、例えば２０〜２００μΩｃｍが好ましい。
【００５９】
また、炭素含有コバルト膜８７の膜厚は、めっきシード層としての機能を維持しながらＣｕ拡散バリア機能を発揮させる観点から、例えば２〜１０ｎｍの範囲内とすることが好ましく、さらに配線パターンの微細化を図る観点から、５ｎｍ以下（例えば２〜５ｎｍ）とすることがより好ましい。
【００６０】
また、本実施の形態の成膜方法では、ステップカバレッジも良好である。例えば図４における絶縁膜８１の開口部８３以外の部分に形成された炭素含有コバルト膜８７の膜厚（トップ膜厚）をＴＴ、開口部８３の側部に形成された炭素含有コバルト膜８７の膜厚（サイド膜厚）をＴＳ、開口部８３の底に形成された炭素含有コバルト膜８７の膜厚（ボトム膜厚）をＴＢとした場合、０．５×ＴＴ≦ＴＳの関係、及び０．５×ＴＴ≦ＴＢの関係が成立するように成膜を行うことが可能である。
【００６１】
さらに、本実施の形態の成膜方法により成膜される炭素含有コバルト膜８７は、絶縁膜８１との密着性に優れている。また、炭素含有コバルト膜８７は、炭素を含有しているにも係わらず、十分な導電性を有しているため、例えば開口部８３の底にＣｕ膜等の下層配線の金属膜（図示せず）が露出している場合には、炭素含有コバルト膜８７が介在しても該金属膜と開口部８３内に埋め込まれる配線との導通を確保できる。
【００６２】
なお、本実施の形態の成膜方法は、上記ＳＴＥＰ１〜ＳＴＥＰ５の工程以外に、任意工程として、例えば絶縁膜８１の表面を改質する工程等を設けてもよい。
【００６３】
＜第２の実施の形態＞
次に、本発明の第２の実施の形態の成膜方法について説明する。
図５は、第２の実施の形態の成膜方法の手順の一例を示すフローチャートである。図６は、本実施の形態の成膜方法の工程を説明する参照図である。なお、図６は、図３及び図４よりも拡大した絶縁膜８１の表面状態を示している。この成膜方法は、例えば、成膜装置１００の処理容器１内に、ウエハＷを搬入し、ステージ３上に配置する工程（ＳＴＥＰ１１）と、処理容器１内の圧力及びウエハＷの温度を調節する工程（ＳＴＥＰ１２）と、処理容器１内にＣｏ２（ＣＯ）８を供給して、ＣＶＤ法によりウエハＷの表面に金属コバルトを堆積させる工程（ＳＴＥＰ１３）と、処理容器１内にＣｏ２（ＣＯ）８及びアセチレンを供給して、ＣＶＤ法によりウエハＷ表面の金属コバルト上に炭素含有コバルト膜を堆積させる工程（ＳＴＥＰ１４）と、成膜原料の供給を停止し、処理容器１内を真空引きする工程（ＳＴＥＰ１５）と、処理容器１内からウエハＷを搬出する工程（ＳＴＥＰ１６）と、を含むことができる。
【００６４】
第２の実施の形態の成膜方法において、ＳＴＥＰ１１及びＳＴＥＰ１２は、それぞれ第１の実施の形態の成膜方法（図２）のＳＴＥＰ１及びＳＴＥＰ２と同様に実施できるので説明を省略する。
【００６５】
（ＳＴＥＰ１３）
ＳＴＥＰ１３は、成膜工程であり、処理容器１内にＣｏ２（ＣＯ）８のみを供給して、ＣＶＤ法によりウエハＷの表面に金属コバルト膜８７Ａを堆積させる。この工程では、処理容器１内にアセチレンを導入しない点以外は、第１の実施の形態のＳＴＥＰ３と同様に実施できる。すなわち、主原料容器２１を温度調節装置２３によって温度制御し、成膜原料のＣｏ２（ＣＯ）８を気化させる。また、バルブ１７ｉを閉じ、バルブ１７ａ，１７ｈを開放した状態で、さらにバルブ１７ｄ，１７ｅ及び／又はバルブ１７ｆ，１７ｇを開放する。そして、マスフローコントローラ１９ｂ，１９ｃによって流量を制御しながら、ＣＯガス供給源４１ａからのＣＯガス及び／又は不活性ガス供給源４１ｂからの不活性ガスをキャリアガスとして主原料容器２１へ流し、気化したＣｏ２（ＣＯ）８をシャワーヘッド１１に供給する。この際、主原料容器２１、配管１５ａを温度調節装置２３，２５によってＣｏ２（ＣＯ）８が分解しないように温度制御しながらシャワーヘッド１１へ導入する。そして、Ｃｏ２（ＣＯ）８とキャリアガスの混合ガスは、シャワーヘッド１１のガス吐出孔１３ａから処理容器１内の反応空間に供給される。このようにして、処理容器１内の反応空間で、Ｃｏ２（ＣＯ）８が分解し、ウエハＷの表面に金属コバルト膜８７Ａを堆積させることができる。
【００６６】
（ＳＴＥＰ１４）
次に、ＳＴＥＰ１４では、Ｃｏ２（ＣＯ）８を処理容器１内に導入している状態で、さらにバルブ１７ｂ，１７ｃを開放し、副原料容器３１内のアセチレンをマスフローコントローラ１９ａによって流量を制御しながら、シャワーヘッド１１に導入し、ガス吐出孔１３ｂから処理容器１内の反応空間に供給する。そして、処理容器１内の反応空間で、Ｃｏ２（ＣＯ）８とアセチレンとが混合され、ウエハＷの表面の金属コバルト膜８７Ａ上に、炭素含有コバルト膜８７Ｂを堆積させる。この工程は、第１の実施の形態のＳＴＥＰ３と同様に実施できる。このようにして、金属コバルト膜８７Ａと炭素含有コバルト膜８７Ｂとが層状に積層された炭素含有コバルト膜８７を成膜することができる。
【００６７】
上記ＳＴＥＰ１３及びＳＴＥＰ１４は、炭素含有コバルト膜８７の厚さ（金属コバルト膜８７Ａと炭素含有コバルト膜８７Ｂとの合計）が、目標膜厚に達するまで繰返すことができる。また、ＳＴＥＰ１３とＳＴＥＰ１４とは順不同であり、絶縁膜８１上に、先に炭素含有コバルト膜８７Ｂを堆積させた後で、金属コバルト膜８７Ａを堆積させることもできる。
【００６８】
第２の実施の形態の成膜方法において、ＳＴＥＰ１５及びＳＴＥＰ１６は、それぞれ第１の実施の形態の成膜方法（図２）のＳＴＥＰ４及びＳＴＥＰ５と同様に実施できるので、説明を省略する。
【００６９】
第２の実施の形態の成膜方法における他の構成及び効果は、第１の実施の形態と同様である。
【００７０】
＜第３の実施の形態＞
図７は、本発明の第３の実施の形態の手順の一例を示すフローチャートである。図８は、本実施の形態の成膜方法の工程を説明する参照図である。なお、図８は、絶縁膜８１の表面を図６よりもさらに拡大した状態を示している。この成膜方法は、例えば、成膜装置１００の処理容器１内に、ウエハＷを搬入し、ステージ３上に配置する工程（ＳＴＥＰ２１）と、処理容器１内の圧力及びウエハＷの温度を調節する工程（ＳＴＥＰ２２）と、処理容器１内にＣｏ２（ＣＯ）８を供給して、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法によりウエハＷの表面に金属コバルト層８７Ｃを堆積させる工程（ＳＴＥＰ２３）と、処理容器１内をパージガスによりパージする工程（ＳＴＥＰ２４）と、処理容器１内にアセチレンを供給して、ＡＬＤ法によりウエハＷの表面の金属コバルト層８７Ｃ上に炭素を供給してカーボン層８７Ｄを形成させる工程（ＳＴＥＰ２５）と、処理容器１内をパージガスによりパージする工程（ＳＴＥＰ２６）と、成膜原料の供給を停止し、処理容器１内を真空引きする工程（ＳＴＥＰ２７）と、処理容器１内からウエハＷを搬出する工程（ＳＴＥＰ２８）と、を含むことができる。
【００７１】
第３の実施の形態の成膜方法において、ＳＴＥＰ２１及びＳＴＥＰ２２は、それぞれ第１の実施の形態の成膜方法（図２）のＳＴＥＰ１及びＳＴＥＰ２と同様に実施できるので説明を省略する。
【００７２】
（ＳＴＥＰ２３）
ＳＴＥＰ２３は、ＡＬＤ法による成膜工程であり、処理容器１内にＣｏ２（ＣＯ）８のみを供給して、ウエハＷの表面にモノレイヤー程度の金属コバルト層８７Ｃを形成させる。この工程では、処理容器１内にアセチレンを導入しない点、及びＡＬＤ法によりモノレイヤー程度厚みで金属コバルト層８７Ｃを堆積させる点以外は、第１の実施の形態のＳＴＥＰ３と同様に実施できる。
【００７３】
（ＳＴＥＰ２４）
次に、ＳＴＥＰ２４では、処理容器１内にパージガスを導入してパージ処理をする。パージガスとしては、不活性ガス供給源４１ｂのＮ２ガス、Ａｒガスなどを用いることができる。パージガスガスは、不活性ガス供給源４１ｂから、ガス供給配管１５ｅ、バイパスラインであるガス供給配管１５ｆ、ガス供給配管１５ａ、及びシャワーヘッド１１を介して、処理容器１内に導入することができる。パージ工程では、バルブ１７ｈを閉じて主原料容器２１へのキャリアガスの供給を停止するとともにバルブ１７ａ，１７ｂ，１７ｃを閉じて処理容器１内を排気装置５３により引き切り状態とした後、バルブ１７ｆ，１７ｇ，１７ｉを開放して処理容器１内にパージガスを導入する。
【００７４】
（ＳＴＥＰ２５）
次に、ＳＴＥＰ２５では、バルブ１７ｂ，１７ｃを開放し、マスフローコントローラ１９ａによって流量を制御しながら、アセチレンをシャワーヘッド１１に導入し、ガス吐出孔１３ｂから処理容器１内の反応空間に供給する。そして、処理容器１内の反応空間でアセチレンが分解され、ＳＴＥＰ２３で形成されたウエハＷ表面の金属コバルト層８７Ｃ上に炭素が供給されることによって、金属コバルト層８７Ｃ上に、モノレイヤー程度のカーボン層８７Ｄが堆積される。この工程では、処理容器１内にアセチレンのみを導入する点、及びＡＬＤ法によりモノレイヤー程度のカーボン層８７Ｄを堆積させる点以外は、第１の実施の形態のＳＴＥＰ３と同様に実施できる。
【００７５】
（ＳＴＥＰ２６）
次に、ＳＴＥＰ２６では、処理容器１内にパージガスを導入してパージ処理をする。このＳＴＥＰ２６は、上記ＳＴＥＰ２４と同様に実施できる。
【００７６】
上記ＳＴＥＰ２３からＳＴＥＰ２６までは、炭素含有コバルト膜８７の厚さ（金属コバルト層８７Ｃとカーボン層８７Ｄの合計の厚み）が目標膜厚に達するまで繰返すことができる。また、ＳＴＥＰ２３とＳＴＥＰ２５とは順不同であり、先にカーボン層８７Ｄをモノレイヤー程度に堆積させた後で、金属コバルトＣを堆積させて炭素含有コバルト膜８７を形成することもできる。
【００７７】
第３の実施の形態の成膜方法において、ＳＴＥＰ２７及びＳＴＥＰ２８は、それぞれ第１の実施の形態の成膜方法（図２）のＳＴＥＰ４及びＳＴＥＰ５と同様に実施できるので、説明を省略する。
【００７８】
以上のように、第３の実施の形態の成膜方法では、ＡＬＤ法によって単分子膜を積層していくことにより、膜中のＣ含量を高精度に制御して、所望の導電性とバリア機能を有する炭素含有コバルト膜８７を、所望の膜厚で形成することができる。なお、第３の実施の形態の成膜方法における他の構成及び効果は、第１の実施の形態と同様である。
【００７９】
以上のように、第１〜第３の実施の形態の成膜方法によれば、絶縁膜８１の表面に均一に、かつ所定の厚みで炭素含有コバルト膜８７を成膜できる。このようにして得られる炭素含有コバルト膜８７は、めっき液への耐性を有し、良好な電気的特性とＣｕの拡散に対する優れたバリア特性を有するものである。すなわち、第１〜第３の実施の形態の成膜方法によって成膜される炭素含有コバルト膜８７は、金属コバルト膜に比べてめっき液への溶解性が低いため、めっきシード層として用いる場合に薄膜化が可能である。また、炭素含有コバルト膜８７は、導電性を有し、Ｃｕめっきのためのシード層として有用であるとともに、半導体装置において、配線間の電気的接続を確保しながら、銅配線からＣｕが絶縁膜８１中へ拡散することを効果的に抑制する。また、ステップカバレッジも良好であり、例えば絶縁膜８１に形成された、開口径に対する深さの比が大きな高アスペクト比の開口部８３においても、開口部８３内にほぼ均一な膜厚で炭素含有コバルト膜８７を形成できる。従って、本発明の成膜方法により得られる炭素含有コバルト膜８７をめっきシード層・バリア膜として利用することによって、半導体装置の信頼性を確保できる。
【００８０】
［ダマシンプロセスへの適用例］
次に、図９〜図１１を参照しながら、上記第１〜第３の実施の形態の成膜方法を、ダマシンプロセスに応用した適用例について説明する。図９は、炭素含有コバルト膜８７を成膜する前の積層体を示すウエハＷの要部断面図である。下地配線層となる層間絶縁膜１０１の上には、エッチングストッパ膜１０２、ビア層となる層間絶縁膜１０３、エッチングストッパ膜１０４、及び配線層となる層間絶縁膜１０５が、この順番に形成されている。さらに、層間絶縁膜１０１にはＣｕが埋め込まれた下層配線１０６が形成されている。なお、エッチングストッパ膜１０２，１０４は、いずれも銅の拡散を防止するバリア機能も有している。層間絶縁膜１０３及び層間絶縁膜１０５は、例えばＣＶＤ法により成膜された低誘電率膜である。エッチングストッパ膜１０２，１０４は、例えばＣＶＤ法により成膜された炭化珪素（ＳｉＣ）膜、窒化珪素（ＳｉＮ）膜、炭化窒化珪素（ＳｉＣＮ）膜等である。
【００８１】
図９に示すように、層間絶縁膜１０３，１０５には、開口部１０３ａ，１０５ａがそれぞれ所定のパターンで形成されている。このような開口部１０３ａ，１０５ａは、常法に従い、フォトリソグラフィー技術を利用して層間絶縁膜１０３，１０５を所定のパターンにエッチングすることによって形成できる。開口部１０３ａはビアホールであり、開口部１０５ａは配線溝である。開口部１０３ａは下層配線１０６の上面まで達しており、開口部１０５ａは、エッチングストッパ膜１０４の上面まで達している。
【００８２】
次に、図１０は、図９の積層体に対して、成膜装置１００を用いて上記第１〜第３の実施の形態のいずれかの方法により炭素含有コバルト膜８７を形成した後の状態を示している。成膜工程では、上記の成膜条件によりＣＶＤ法を行うことにより、開口部１０３ａ，１０５ａが高アスペクト比である場合でも、層間絶縁膜１０３，１０５に対する密着性に優れた炭素含有コバルト膜８７を、均一な膜厚で、かつ良好なステップカバレッジで成膜できる。この炭素含有コバルト膜８７は、導電性を有しており、次の工程でＣｕめっきを行う際のめっきシード層として機能する。また、炭素含有コバルト膜８７は、めっき液への溶解耐性を有しているため、炭素含有コバルト膜８７の膜厚を例えば５ｎｍ以下（好ましくは２〜５ｎｍ）程度に薄膜形成できるため、微細な配線パターンにも適用できる。
【００８３】
次に、図１１に示すように、炭素含有コバルト膜８７をめっきシード層として用い、電解めっき法によりＣｕを堆積させて開口部１０３ａ及び１０５ａを埋めるＣｕ膜１０７を形成する。開口部１０３ａ内に埋め込まれたＣｕ膜１０７はＣｕプラグとなり、開口部１０５ａ内に埋め込まれたＣｕ膜１０７はＣｕ配線となる。以降は、常法に従い、ＣＭＰ（化学機械研磨）法により平坦化を行って余分なＣｕ膜１０７を除去することにより、Ｃｕプラグ及びＣｕ配線が形成された多層配線構造体を作製することができる。
【００８４】
このようにして形成された多層配線構造体において、炭素含有コバルト膜８７は、めっきシード層としての機能に加え、優れたバリア機能を有するため、Ｃｕ膜１０７から層間絶縁膜１０３，１０５へのＣｕの拡散を抑制できる。また、炭素含有コバルト膜８７は、低抵抗な膜であるため、開口部１０３ａ，１０５ａ内に埋め込まれたＣｕ膜１０７と下層配線１０６との電気的なコンタクトを確保できる。従って、信頼性に優れた多層配線構造体を備えた電子部品を製造できる。
【００８５】
以上の説明では、成膜方法をデュアルダマシンプロセスへ適用した例を挙げたが、シングルダマシンプロセスにも同様に適用可能である。
【００８６】
以上、本発明の実施の形態を述べたが、本発明は上記実施の形態に制約されることはなく、種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態では、被処理体である基板として半導体ウエハを例にとって説明したが、これに限定されず、例えば、ガラス基板、ＬＣＤ基板、セラミック基板等にも本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００８７】
１…処理容器、１ａ…天板、１ｂ…側壁、１ｃ…底壁、３…ゲートバルブ、５…ステージ、７…ヒーター、８…電力供給部、９ａ，９ｂ，９ｃ…熱電対（ＴＣ）、１１…シャワーヘッド、１１ａ，１１ｂ…ガス拡散空間、１３ａ，１３ｂ…ガス吐出孔、１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅ，１５ｆ…ガス供給配管、１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ，１７ｅ，１７ｆ，１７ｇ，１７ｈ，１７ｉ…バルブ、１９ａ，１９ｂ，１９ｃ…マスフローコントローラ（ＭＦＣ）、２１…原料容器、２３，２５…温度調節装置、４１…ガス供給部、４１ａ…ＣＯガス供給源、４１ｂ…不活性ガス供給源、５３…排気装置、７０…制御部、１００…成膜装置、Ｗ…半導体ウエハ（基板）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造に利用可能な成膜方法、成膜装置、並びに半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＳＩやＭＥＭＳにおいて、Ｃｕ配線を形成するためのＣｕめっきのシード層として、従来はＣｕが用いられていたが、埋め込み性の向上を図るため、コバルト膜の利用が検討されている。コバルト膜の堆積手法として、段差被覆性が良いＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法を用いたコバルト膜の成膜技術の開発が進められている。例えば、非特許文献１では、成膜原料のコバルト前駆体として、コバルトカルボニル錯体の一種であるＣｏ２（ＣＯ）８を用い、これをチャンバー内に気相供給して基板上で熱分解させることによって、コバルト膜を堆積させる方法が報告されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】Journal of The Electrochemical Society,146(7)2720-2724(1999)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
半導体素子の高集積化、チップサイズの小型化に伴い、配線パターンの微細化が進展している。配線パターンの微細化に伴い、現在ではめっきシード層の膜厚は４〜５ｎｍ程度まで薄膜化している。しかし、コバルトは、Ｃｕめっきのめっき液として用いる硫酸銅への溶解性が高いため、めっきシード層としてコバルト膜を形成する場合に、薄膜化に限界があるという課題があった。すなわち、シード層を構成するコバルトはめっき液中に溶出しやすいため、めっきの初期段階でシード層の一部もしくは全部が消失してしまうと、シード層の導通性が低下し、Ｃｕめっきが不完全になったり、下地膜とＣｕ配線との密着性が低下してしまう。そのため、めっき液への溶出を予め見込んで、コバルト膜の初期膜厚を大きく設定しておく必要があり、それが配線パターンの微細化への障害になっていた。
【０００５】
また、コバルト膜は、単膜ではＣｕの拡散に対するバリア性が低いため、めっきシード層とは別に、例えばタンタルやタングステン等の高融点金属からなるバリア膜を形成する必要がある。しかし、めっきシード層とバリア膜とを別々に成膜することにより、工程数が増加するとともに、配線パターンの微細化への障害にもなっている。
【０００６】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、めっき液への溶解性が低くめっきシード層としての薄膜化が可能であり、かつ単膜でＣｕ拡散のバリア性にも優れたコバルト膜の成膜方法及び成膜装置を提供することである。また、本発明の他の目的は、上記成膜方法によって成膜されたコバルト膜を備えた半導体装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明の成膜方法は、基板を処理容器内に配置する工程と、
コバルト前駆体と、分子内に不飽和炭化水素基を含む化合物と、を原料として基板上に炭素含有コバルト膜を堆積させる工程、を備えている。
【０００８】
本発明の炭素含有コバルト膜の成膜方法は、前記分子内に不飽和炭化水素基を含む化合物として、アリル基を含む化合物又はアルキン類を用いることが好ましい。
【０００９】
本発明の炭素含有コバルト膜の成膜方法は、前記コバルト前駆体と、前記分子内に不飽和炭化水素基を含む化合物と、を前記処理容器内に同時に供給してＣＶＤ法により成膜を行ってもよい。
【００１０】
本発明の炭素含有コバルト膜の成膜方法は、前記コバルト前駆体と、前記分子内に不飽和炭化水素基を含む化合物と、を前記処理容器内に交互に供給してＡＬＤ法により成膜を行ってもよい。
【００１１】
本発明の炭素含有コバルト膜の成膜方法は、前記炭素含有コバルト膜を堆積させる工程の前又は後に、前記処理容器内に前記コバルト前駆体を供給して金属コバルト膜を堆積する工程、
を備えていてもよい。この場合、前記金属コバルト膜を堆積する工程と、前記炭素含有コバルト膜を堆積させる工程と、を交互に行うことが好ましい。
【００１２】
本発明の炭素含有コバルト膜の成膜方法は、前記炭素含有コバルト膜がＣｏｘＣｙ膜（ここで、ｘは２、ｙは１を意味する）であることが好ましい。
【００１３】
本発明の炭素含有コバルト膜の成膜方法は、前記コバルト前駆体が、Ｃｏ２（ＣＯ）８であることが好ましい。
【００１４】
本発明の成膜装置は、真空引き可能な処理容器と、
前記処理容器内に設けられた、基板を載置する載置台と、
前記載置台に載置された基板を所定の温度に加熱するヒーターと、
コバルト前駆体を保持する第１の原料容器と、
前記第１の原料容器内の前記コバルト前駆体を温度調節する温度調節装置と、
分子内に不飽和炭化水素基を含む化合物を保持する第２の原料容器と、
前記第１の原料容器から前記処理容器に前記コバルト前駆体を供給する配管と、
前記第２の原料容器から前記処理容器に前記分子内に不飽和炭化水素基を含む化合物を供給する配管と、
前記コバルト前駆体を前記処理容器内に導入するためのキャリアガスを供給するガス供給部と、
前記処理容器内を減圧排気する排気装置と、
を備え、基板上に炭素含有コバルト膜を堆積させるものである。
【００１５】
本発明の半導体装置の製造方法は、上記いずれかに記載の成膜方法によって、絶縁膜上に前記炭素含有コバルト膜を堆積させる工程と、前記炭素含有コバルト膜上にＣｕ膜を堆積させる工程と、を備えている。
【００１６】
本発明の半導体装置は、絶縁膜と、前記絶縁膜上に形成された炭素を含有する炭素含有コバルト膜と、前記炭素含有コバルト膜上に堆積されたＣｕ配線と、を備えている。この場合、前記炭素含有コバルト膜は、前記Ｃｕ配線を形成するためのシード層であり、かつ前記Ｃｕ配線からのＣｕの拡散を抑制するＣｕバリア機能を有するものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の成膜方法によれば、コバルト前駆体と、分子内に不飽和炭化水素基を含む化合物と、を原料とすることにより、基板上に炭素を含有する炭素含有コバルト膜を成膜できる。この炭素含有コバルト膜は、後の工程で行われるＣｕめっきのめっき液への溶解性が低く、めっきシード層として薄膜形成が可能であるとともに、Ｃｕ拡散のバリア性にも優れており、銅配線からＣｕが絶縁膜中へ拡散することを効果的に抑制できる。従って、本発明の成膜方法によって得られる炭素含有コバルト膜をめっきシード層として用いることにより、めっきシード層の薄膜化が可能になるとともに、Ｃｕ拡散バリア膜として兼用することにより、めっきシード層／バリア膜の単膜化が実現し、配線パターンの微細化への対応が可能になる。
【００１８】
また、本発明の成膜方法により成膜された炭素含有コバルト膜をめっきシード層／バリア膜として利用することにより、微細化への対応を可能にしつつ、半導体装置の信頼性を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の成膜方法に利用可能な成膜装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る成膜方法の手順の一例を示すフローチャートである。
【図３】本発明の第１の実施の形態の成膜方法の工程説明に供するパターン形成された絶縁膜を有するウエハ表面の要部断面図である。
【図４】図３に続く工程図であり、炭素含有コバルト膜を成膜した状態を示すウエハ表面の要部断面図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る成膜方法の手順の一例を示すフローチャートである。
【図６】本発明の第２の実施の形態の成膜方法の工程説明図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態に係る成膜方法の手順の一例を示すフローチャートである。
【図８】本発明の第３の実施の形態の成膜方法の工程説明図である。
【図９】本発明の成膜方法をダマシンプロセスへ適用した工程説明に供するウエハ表面の断面図である。
【図１０】図９に続く工程図であり、炭素含有コバルト膜を成膜した状態を示すウエハ表面の要部断面図である。
【図１１】図１０に続く工程図であり、Ｃｕ膜を埋め込んだ状態を示すウエハ表面の要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について、適宜図面を参照して詳細に説明する。
＜成膜装置の概要＞
まず、本発明の成膜方法の実施に適した成膜装置の構成について説明する。図１は、本発明の成膜方法に使用可能な成膜装置１００の概略構成例を示している。この成膜装置１００は、ＣＶＤ装置として構成されている。成膜装置１００は、主要な構成として、真空引き可能な処理容器１と、処理容器１内に設けられた、基板としての半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」という）Ｗを載置するステージ５と、このステージ５に載置されたウエハＷを所定の温度に加熱するヒーター７と、処理容器１内にガスを導入するシャワーヘッド１１と、コバルト前駆体を保持する第１の原料容器としての主原料容器２１と、主原料容器２１内のコバルト前駆体を温度調節する温度調節装置２３と、分子内に不飽和炭化水素基を含む化合物を保持する第２の原料容器としての副原料容器３１と、コバルト前駆体を処理容器１内に導入するためのキャリアガスを供給するガス供給部４１と、処理容器１内を減圧排気する排気装置５３と、を備えている。この成膜装置１００は、ウエハＷ上に炭素を含有する炭素含有コバルト膜を堆積させる成膜処理を行うことができる。
【００２１】
＜処理容器＞
成膜装置１００は、気密に構成された略円筒状の処理容器１を有している。処理容器１は、例えばアルマイト処理（陽極酸化処理）されたアルミニウムなどの材質で形成されている。処理容器１は、天板１ａ、側壁１ｂ及び底壁１ｃを有している。
【００２２】
処理容器１の側壁１ｂには、この処理容器１内に対してウエハＷを搬入、搬出するための開口１ｄが設けられており、さらに、開口１ｄを開閉するためのゲートバルブ３が設けられている。なお、処理容器１を構成する各部材の接合部分には、該接合部分の気密性を確保するために、シール部材としてのＯリング（図示省略）が配備されている。
【００２３】
＜ステージ＞
処理容器１の中にはウエハＷを水平に支持する載置台であるステージ５が配備されている。ステージ５は、円筒状の支持部材５ａにより支持されている。図示は省略するが、ステージ５には、ウエハＷを支持して昇降させるための複数のリフトピンがステージ５の基板載置面に対して突没可能に設けられている。これらのリフトピンは任意の昇降機構により上下に変位し、上昇位置で搬送装置（図示省略）との間でウエハＷの受け渡しを行うように構成されている。
【００２４】
ステージ５には、ウエハＷを加熱する加熱手段としてのヒーター７が埋設されている。ヒーター７は、電力供給部８から給電されることによりウエハＷを所定の温度に加熱する抵抗加熱ヒーターである。また、ステージ５には、温度計測手段としての熱電対９ａが配備されており、ステージ５の温度をリアルタイムで計測できるようになっている。なお、ウエハＷの加熱温度や処理温度は、特に断りのない限り、ステージ５の計測温度を意味する。ウエハＷを加熱するための加熱手段としては、抵抗加熱ヒーターに限らず、例えばランプ加熱ヒーターでもよい。
【００２５】
＜シャワーヘッド＞
処理容器１の天板１ａには、成膜原料ガス、キャリアガス等のガスを処理容器内に導入するシャワーヘッド１１が設けられている。このシャワーヘッド１１は、内部にガス拡散空間１１ａ，１１ｂが設けられている。シャワーヘッド１１の下面には、多数のガス吐出孔１３ａ，１３ｂが形成されている。ガス拡散空間１１ａはガス吐出孔１３ａに、ガス拡散空間１１ｂはガス吐出孔１３ｂに、それぞれ連通している。シャワーヘッド１１の中央部には、ガス拡散空間１１ａに連通するガス供給配管１５ａ、ガス拡散空間１１ｂに連通するガス供給配管１５ｂがそれぞれ接続されている。
【００２６】
＜第１の原料容器＞
主原料容器２１は、コバルト前駆体として、固体原料であるジコバルトオクタカルボニル［Ｃｏ２（ＣＯ）８］を保持している。主原料容器２１は、例えばジャケット式熱交換器などの温度調節装置２３を有している。温度調節装置２３は、電力供給部８に電気的に接続されており、主原料容器２１の内部に収容されたＣｏ２（ＣＯ）８を例えば常温（２０℃）〜４５℃の範囲内の温度に保持することにより気化させる。また、主原料容器２１内には、内部の温度をリアルタイムで計測するための熱電対９ｂが配備されている。なお、コバルト前駆体としては、Ｃｏ２（ＣＯ）８以外に、例えばＣＶＤ法においてコバルト前駆体として使用可能なコバルト化合物であれば、特に制限なく使用することができる。
【００２７】
主原料容器２１には、ガス供給配管１５ａと、ガス供給配管１５ｃとが接続されている。ガス供給配管１５ａは、上記のとおりシャワーヘッド１１のガス拡散空間１１ａに接続されている。ガス供給配管１５ａは、例えばジャケット式熱交換器などの温度調節装置２５を有している。温度調節装置２５は、電力供給部８と電気的に接続されており、ガス供給配管１５ａ内を通過するＣｏ２（ＣＯ）８を分解開始温度（約４５℃）未満の所定の温度に調節しながらシャワーヘッド１１へ供給する。また、ガス供給配管１５ａには、熱電対９ｃが配備されており、管内の温度をリアルタイムで計測できるようになっている。また、ガス供給配管１５ａには、バルブ１７ａ及び開度調節バルブ１７ｊが設けられている。
【００２８】
＜第２の原料容器＞
副原料容器３１は、分子内に不飽和炭化水素基を含む化合物を保持している。分子内に不飽和炭化水素基を含む化合物としては、例えばアリル基（ＣＨ２＝ＣＨ−ＣＨ２−）を含む化合物やアルキン類を用いることができる。アリル基を含む化合物としては、例えばアリルシクロヘキサン、等が好ましい。また、アルキン類としては、アセチレン、プロピン、１−ブチン等が好ましい。なお、例えばアリルシクヘキサンのように常温で液体の原料を用いる場合、処理容器１内を真空雰囲気に減圧することによって、液体原料を揮発させて供給することが可能である。
【００２９】
副原料容器３１には、ガス供給配管１５ｂが接続されている。ガス供給配管１５ｂは、上記のとおりシャワーヘッド１１のガス拡散空間１１ｂに接続されている。ガス供給配管１５ｂには、流量調整のためのＭＦＣ（マスフローコントローラ）１９ａと、その前後に配備されたバルブ１７ｂ，１７ｃが設けられている。
【００３０】
副原料容器３１に保持された副原料である分子内に不飽和炭化水素基を含む化合物は、常温・常圧で気体の場合は、そのままＭＦＣ（マスフローコントローラ）１９ａによって流量制御しながら、ガス供給配管１５ｂを介してシャワーヘッド１１へ供給される。そして、シャワーヘッド１１のガス拡散空間１１ｂ及びガス吐出孔１３ｂを介して、処理容器１内のステージ５上に配置されたウエハＷへ向けて、分子内に不飽和炭化水素基を含む化合物を供給することができる。なお、分子内に不飽和炭化水素基を含む化合物が常温・常圧で液体の場合は、例えば副原料容器３１を加熱したり、あるいは処理容器１内を減圧することにより、分子内に不飽和炭化水素基を含む化合物を気化させて、ガス供給配管１５ｂを介して処理容器１内に導入する構成としてもよい。また、分子内に不飽和炭化水素基を含む化合物が常温・常圧で液体の場合は、図示は省略するが、副原料容器３１を温度調節装置によって加熱して気化させたり、キャリアガスを用いて処理容器１内へ供給したりすることができる。
【００３１】
＜ガス供給源＞
ガス供給部４１は、一酸化炭素（ＣＯ）ガスを供給するＣＯガス供給源４１ａと、例えばＡｒ、窒素などの不活性ガスを供給する不活性ガス供給源４１ｂとを備えている。これらの一酸化炭素ガス及び不活性ガスは、主原料容器２１内で気化させた固体原料のＣｏ２（ＣＯ）８を処理容器１内に運び込むためのキャリアガスとして用いられる。ＣＯガスは、気化したＣｏ２（ＣＯ）８の分解を抑制する作用を有しているため、キャリアガスの一部としてＣＯを用いることが好ましい。Ｃｏ２（ＣＯ）８は分解されることによりＣＯを生成するが、主原料容器２１内にＣＯを供給してＣＯ濃度を高めておくことによって、主原料容器２１内でのＣｏ２（ＣＯ）８の分解を抑制することができる。キャリアガスの全部をＣＯガスとすることも可能であり、その場合は不活性ガスを使用しなくてもよい。なお、図示は省略するが、ガス供給部４１は、ＣＯガス供給源４１ａ及び不活性ガス供給源４１ｂのほかに、処理容器１内をクリーニングするためのクリーニングガスの供給源や、処理容器１内をパージするためのパージガスの供給源等を有していてもよい。
【００３２】
ＣＯガス供給源４１ａには、ガス供給配管１５ｄが接続されている。ガス供給配管１５ｄには、流量調整のためのＭＦＣ（マスフローコントローラ）１９ｂと、その前後に配備されたバルブ１７ｄ，１７ｅが設けられている。
【００３３】
また、不活性ガス供給源４１ｂには、ガス供給配管１５ｅが接続されている。ガス供給配管１５ｅには、流量調整のためのＭＦＣ（マスフローコントローラ）１９ｃと、その前後に配備されたバルブ１７ｆ，１７ｇが設けられている。そして、ガス供給配管１５ｄ，１５ｅは、途中で合流してガス供給配管１５ｃとなり、主原料容器２１に接続されている。ガス供給配管１５ｃには、バルブ１７ｈが設けられている。なお、ガス供給配管１５ｃからは、途中でガス供給配管１５ｆが分岐している。このガス供給配管１５ｆは、主原料容器２１を介さず、ガス供給配管１５ｃから直接ガス供給配管１５ａに接続するバイパスラインである。ガス供給配管１５ｆは、不活性ガス供給源４１ｂの不活性ガスをパージガスとして処理容器１内に導入する場合などに用いる。ガス供給配管１５ｆには、バルブ１７ｉが設けられている。
【００３４】
成膜装置１００では、ＣＯガス供給源４１ａからのＣＯガス及び／又は不活性ガス供給源４１ｂからの不活性ガスを、ガス供給配管１５ｄ，１５ｅ，１５ｃを介して主原料容器２１内に供給する。そして、ＣＯガス及び／又は不活性ガスをキャリアガスとして、温度調節装置２３によって温度調節され、主原料容器２１内で気化したＣｏ２（ＣＯ）８を、開度調節バルブ１７ｊにより流量制御しながら、ガス供給配管１５ａを介してシャワーヘッド１１のガス拡散空間１１ａへ供給する。ガス供給配管１５ａ内を通過するＣｏ２（ＣＯ）８は、温度調節装置２５によって分解開始温度未満の所定の温度に調節され、シャワーヘッド１１へ供給される。そして、ガス吐出孔１３ａから処理容器１内のステージ５上に配置されたウエハＷへ向けて、主原料であるＣｏ２（ＣＯ）８を放出することができる。このように、成膜装置１００では、分解しやすいＣｏ２（ＣＯ）８を厳密に温度制御しながら処理容器１内に導入する構成としている。
【００３５】
以上の構成によって、成膜装置１００では、Ｃｏ２（ＣＯ）８と、分子内に不飽和炭化水素基を含む化合物とを、それぞれ別々のガス供給経路で処理容器１内に導入し、処理容器１内で混合する構成としている。なお、主原料であるコバルト前駆体と副原料である分子内に不飽和炭化水素基を含む化合物の組み合わせによっては、混合ガスの状態で同一のガス供給経路を介して処理容器１内に供給することもできる。
【００３６】
処理容器１の底壁１ｃには、排気口１ｅが形成されている。この排気口１ｅには排気管５１が接続されており、この排気管５１には、排気装置５３が接続されている。排気装置５３は、例えば図示しない圧力調整弁や真空ポンプなどを備えており、排気量を調節しながら処理容器１内の排気を行って処理容器１内を真空引きできるように構成されている。
【００３７】
＜制御系統＞
次に、成膜装置１００において、各種のプロセスを行う場合の制御系統について説明する。成膜装置１００は、上記電力供給部８の出力制御を行う温度制御部６０を備えている。電力供給部８、熱電対９ａ，９ｂ，９ｃ、及び温度調節装置２３，２５は、それぞれ温度制御部６０と信号の授受が可能に接続されている。温度制御部６０は、熱電対９ａ，９ｂ，９ｃの計測温度情報を元に、フィードバック制御によって電力供給部８へ制御信号を送り、ヒーター７、温度調節装置２３，２５への出力を調節する。
【００３８】
また、成膜装置１００を構成する各エンドデバイス（例えばＭＦＣ１９ａ，１９ｂ、１９ｃ、排気装置５３など）や温度制御部６０は、統括制御機能を担う制御部７０に接続されて制御される構成となっている。制御部７０は、ＣＰＵを備えたコンピュータであるコントローラ７１と、このコントローラ７１に接続されたユーザーインターフェース７２および記憶部７３を備えている。ユーザーインターフェース７２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タッチパネル、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を有している。記憶部７３には、成膜装置１００で実行される各種処理をコントローラ７１の制御にて実現するための制御プログラム（ソフトウェア）や処理条件データ等が記録されたレシピが保存されている。そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース７２からの指示等にて任意の制御プログラムやレシピを記憶部７３から呼び出してコントローラ７１に実行させることで、コントローラ７１の制御下で、成膜装置１００の処理容器１内で所望の処理が行われる。
【００３９】
なお、前記制御プログラムや処理条件データ等のレシピは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体７４に格納された状態のものを記憶部７３にインストールすることによって利用できる。コンピュータ読み取り可能な記録媒体７４としては、特に制限はないが、例えばＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、フレキシブルディスク、フラッシュメモリ、ＤＶＤなどを使用できる。また、前記レシピは、他の装置から、例えば専用回線を介して随時伝送させてオンラインで利用したりすることも可能である。
【００４０】
以上のような構成の成膜装置１００では、制御部７０の制御に基づき、ＣＶＤ法により炭素含有コバルト膜の成膜処理が行われる。
【００４１】
＜成膜方法＞
次に、成膜装置１００を用いて行われる、炭素を含有する炭素含有コバルト膜の成膜方法のさらに具体的な内容について、第１〜第３の実施の形態を挙げて説明する。ここでは、コバルト前駆体としてコバルトカルボニルＣｏ２（ＣＯ）８、分子内に不飽和炭化水素基を含む化合物としてアセチレンを用いる場合を例に挙げる。なお、他の成膜原料を用いる場合も、以下に説明する手順・条件に準じて実施できる。
【００４２】
＜第１の実施の形態＞
図２は、本発明の第１の実施の形態の成膜方法の手順の一例を示すフローチャートである。図３及び図４は、本実施の形態の成膜方法の主要な工程を説明するためのウエハ表面の部分断面図である。この成膜方法は、例えば、成膜装置１００の処理容器１内に、ウエハＷを搬入し、ステージ５上に配置する工程（ＳＴＥＰ１）と、処理容器１内の圧力及びウエハＷの温度を調節する工程（ＳＴＥＰ２）と、処理容器１内にＣｏ２（ＣＯ）８とアセチレンとをそれぞれ供給して処理容器１内で混合し、ＣＶＤ法によりウエハＷの表面に炭素含有コバルト膜を堆積させる工程（ＳＴＥＰ３）と、成膜原料の供給を停止し、処理容器１内を真空引きする工程（ＳＴＥＰ４）と、処理容器１内からウエハＷを搬出する工程（ＳＴＥＰ５）と、を含むことができる。
【００４３】
（ＳＴＥＰ１）
ＳＴＥＰ１では、成膜装置１００の処理容器１内に、基板として、例えば絶縁膜が設けられたウエハＷを配置する。具体的には、まず、ゲートバルブ３を開放した状態で、開口１ｄからウエハＷを処理容器１内に搬入し、ステージ５の図示しないリフトピンに受け渡す。そして、リフトピンを下降させてウエハＷをステージ５に載置する。ここで、図３に示したように、ウエハＷ上には、下地膜８０と、その上に積層された絶縁膜８１と、が形成されている。絶縁膜８１には、所定の凹凸パターンが形成されており、開口部（トレンチなどの凹部や貫通孔などを意味する）８３を有している。なお、開口部８３は一つのみ図示しているが複数でもよい。また、図示は省略するが、ウエハＷ上には、他に絶縁膜、半導体膜、導体膜等が形成されていてもよい。
【００４４】
絶縁膜８１は、例えば多層配線構造の層間絶縁膜であり、開口部８３は、配線溝やビアホールとなる部分である。絶縁膜８１としては、例えばＳｉＯ２、ＳｉＮのほか、ＳｉＣＯＨ、ＳｉＯＦ、ＣＦｑ（ｑは正の数を意味する）、ＢＳＧ、ＨＳＱ、多孔質シリカ、ＳｉＯＣ、ＭＳＱ、ポーラスＭＳＱ、ポーラスＳｉＣＯＨ等の低誘電率膜を挙げることができる。
【００４５】
（ＳＴＥＰ２）
ＳＴＥＰ２では、処理容器１内の圧力及びウエハＷの温度を調節する。具体的には、ゲートバルブ３を閉じ、排気装置５３を作動させて処理容器１内を所定圧力の真空にする。また、ヒーター７によりウエハＷを所定温度まで加熱する。
【００４６】
（ＳＴＥＰ３）
ＳＴＥＰ３は、成膜工程であり、図４に示したように絶縁膜８１の表面にＣＶＤ法により炭素含有コバルト膜８７を形成する。この工程では、主原料容器２１を温度調節装置２３によって例えば室温〜４５℃に温度制御し、成膜原料のＣｏ２（ＣＯ）８を気化させる。また、バルブ１７ｉを閉じ、バルブ１７ａ，１７ｈを開放した状態で、さらにバルブ１７ｄ，１７ｅ及び／又はバルブ１７ｆ，１７ｇを開放する。そして、マスフローコントローラ１９ｂ，１９ｃによって流量を制御しながら、キャリアガスとして、ＣＯガス供給源４１ａからのＣＯガス及び／又は不活性ガス供給源４１ｂからの不活性ガスをガス供給配管１５ｄ，１５ｅ及び１５ｃを介して、主原料容器２１へ導入する。主原料容器２１からは、気化したＣｏ２（ＣＯ）８をキャリアガスによってガス供給配管１５ａを介して処理容器１へ向けて供給する。この際、主原料容器２１、配管１５ａの温度を、温度調節装置２３，２５によってＣｏ２（ＣＯ）８の分解開始温度未満の温度に制御しながらＣｏ２（ＣＯ）８をキャリアガスとともにシャワーヘッド１１へ導入する。そして、Ｃｏ２（ＣＯ）８とキャリアガスの混合ガスは、シャワーヘッド１１のガス吐出孔１３ａから処理容器１内の反応空間に供給される。また、他方の成膜原料であるアセチレンは、バルブ１７ｂ，１７ｃを開放し、マスフローコントローラ１９ａによって流量を制御しながら、シャワーヘッド１１に導入され、ガス吐出孔１３ｂから処理容器１内の反応空間に供給される。このようにして、処理容器１内の反応空間で、Ｃｏ２（ＣＯ）８とアセチレンとが混合され、ウエハＷ表面の絶縁膜８１の上に、炭素含有コバルト膜８７を成膜することができる。
【００４７】
（ＳＴＥＰ４）
所定の膜厚になるまで、ウエハＷ表面の絶縁膜８１の上に、炭素含有コバルト膜８７を堆積させた後、ＳＴＥＰ４では、原料供給を停止し、処理容器１内を真空引きする。すなわち、すなわち、バルブ１７ａ〜１７ｇを閉じ、ＣＯガス供給源４１ａからのＣＯガス、不活性ガス供給源４１ｂからの不活性ガスの供給を停止した状態で、排気装置５３により処理容器１内を真空引きする。これにより、処理容器１内に残留した成膜原料のＣｏ２（ＣＯ）８とアセチレンを処理容器１の外へ排出する。
【００４８】
（ＳＴＥＰ５）
ＳＴＥＰ５では、ＳＴＥＰ１と逆の手順で炭素含有コバルト膜８７が形成されたウエハＷを処理容器１から搬出する。
【００４９】
＜成膜条件＞
ここで、ＳＴＥＰ３で行われるＣＶＤ法による炭素含有コバルト膜８７の成膜処理における好ましい条件について詳細に説明する。
（成膜ガス）
本実施の形態の成膜方法では、成膜ガスとして、Ｃｏ２（ＣＯ）８とアセチレンを用いる。Ｃｏ２（ＣＯ）８の流量は、処理容器１やウエハＷの大きさにより適宜変更できるので特に限定されるものではないが、例えば直径３００ｍｍのウエハＷを処理する場合、炭素含有コバルト膜８７の膜厚のウエハ面内均一性、段差被覆性を良好にするとともに、原料消費コストを削減する観点から、例えば１〜１０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）の範囲内であることが好ましく、５０〜５００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）の範囲内であることがより好ましい。また、Ｃｏ２（ＣＯ）８と混合状態で処理容器１内に導入されるキャリアガスの流量は、主原料容器２１内の加熱温度におけるＣｏ原料（Ｃｏ２（ＣＯ）８）の蒸気圧から求められるＣｏ原料の流量を考慮して、ＣＯガス供給源４１ａからのＣＯガス及び／又は不活性ガス供給源４１ｂからの不活性ガスの総流量として、例えば３００〜５０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）の範囲内が好ましく、５００〜３０００ｍＬ／ｍｉｎの範囲内がより好ましい。
【００５０】
また、アセチレンガスの流量は、処理容器１やウエハＷの大きさにより適宜変更できるので特に限定されるものではないが、例えば直径３００ｍｍのウエハＷを処理する場合、１〜１０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）の範囲内であることが好ましく、１０〜１００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）の範囲内であることがより好ましい。
【００５１】
炭素含有コバルト膜８７に良好なＣｕバリア機能を付与するためには、成膜原料ガスの流量比率が重要となる。このような観点から、Ｃｏ２（ＣＯ）８ガスに対するアセチレンガスの体積流量比［アセチレン／Ｃｏ２（ＣＯ）８］は、０．１〜１０の範囲内が好ましく、０．１〜２が望ましい。［アセチレン／Ｃｏ２（ＣＯ）８］比が０．１未満であると、十分なバリア機能を有する炭素含有コバルト膜８７が得られなくなり１０を超えると、炭素含量が多くなりすぎて、抵抗値が高くなり、めっきシード層としての機能が低下する。
【００５２】
（処理圧力）
炭素含有コバルト膜８７の成膜処理における処理圧力は、例えば１．３Ｐａ〜１３３３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ〜１０Ｔｏｒｒ）の範囲内が好ましく、１３Ｐａ以上６６０Ｐａ以下の範囲内がより好ましい。処理圧力が１．３Ｐａより低いと充分な成膜レートが得られない場合があり、１３３３Ｐａを超えると成膜レートが大きくなりすぎて、炭素含有コバルト膜８７の剥がれ等の不具合が発生する場合がある。
【００５３】
（処理温度）
炭素含有コバルト膜８７の成膜処理における処理温度（ウエハＷの加熱温度）は、例えば８０℃以上３００℃以下の範囲内とすることが好ましく、１２０℃以上２５０℃以下の範囲内とすることがより好ましい。処理温度が８０℃未満では、Ｃｏ２（ＣＯ）８からＣｏ及びＣＯへ分解が完全に進まない可能性があり、３００℃を超えるとＣｏが凝集して均一な成膜ができなくなる場合がある。
【００５４】
成膜装置１００では、上記範囲内のガス流量、処理圧力及び処理温度の条件を組み合わせることによって、所望の成膜レートで炭素含有コバルト膜８７を成膜できる。上記成膜条件は、制御部７０の記憶部７３にレシピとして保存しておくことができる。そして、コントローラ７１がそのレシピを読み出して成膜装置１００の温度制御部６０や各エンドデバイスへ制御信号を送出することにより、成膜装置１００において、所望の条件で成膜処理を行うことができる。
【００５５】
＜炭素含有コバルト膜＞
以上のように、ＳＴＥＰ１〜ＳＴＥＰ５の工程を経て形成される炭素含有コバルト膜８７は、炭素を含有しているため、電解めっきに用いるめっき液に対して耐性があり、溶解しにくい。従って、炭素含有コバルト膜８７は、例えば開口部８３にＣｕ配線やＣｕプラグを形成するために電解めっきを行う際のめっきシード層として機能する。この際、炭素含有コバルト膜８７は、めっき液への耐性があるため、５ｎｍ以下まで薄膜化することができる。
【００５６】
また、炭素含有コバルト膜８７は、開口部８３にＣｕが充填された後には、絶縁膜８１中へのＣｕの拡散を抑制するバリア膜として機能する。すなわち、炭素含有コバルト膜８７は、単膜でめっきシード層としての機能とＣｕ拡散バリア膜としての機能を有する。従って、めっきシード層及びＣｕ拡散バリア膜を別々に設ける場合に比べ、工程数の削減と、単膜化による微細化への対応が可能になる。
【００５７】
炭素含有コバルト膜８７は、電気抵抗とめっき液への溶解性を抑制しながら、優れたＣｕ拡散バリア性を得るために、コバルトと炭素の化学量論比が２：１であるものが好ましい。すなわち、炭素含有コバルト膜８７は、ＣｏｘＣｙ膜（ここで、ｘ及びｙは、化学量論的にとり得る正の数を意味し、好ましくはｘ＝２，ｙ＝１である。以下、同様の意味を有する）として表される。
【００５８】
一般にめっきシード層として成膜される金属コバルト膜は結晶構造を有しているが、炭素を含有する炭素含有コバルト膜８７では、結晶構造が崩れ、アモルファス状になっているか、或いはナノメートルオーダーのＣｏの超微結晶中に炭素原子が入り込んでいるものと考えられる。その結果、通常の金属Ｃｏ結晶と比べて結晶粒界の構造が変化しており、Ｃｕ拡散のパスが複雑でＣｕの拡散が生じにくい構造を有しているため、優れたＣｕ拡散バリア機能が得られるものと推測される。本発明では、コバルト膜中に所定濃度で積極的に炭素を混入させることにより、めっきシード層として必要な低い電気抵抗に加え、通常の金属コバルト膜では達成できない優れたＣｕ拡散バリア性を有する炭素含有コバルト膜８７を得ることができた。このような観点から、炭素含有コバルト膜８７の膜中の炭素濃度（Ｃ：Ｃｏ比）は、例えば０．５〜３が好ましく、１〜２がより好ましい。また、炭素含有コバルト膜８７の電気抵抗は、例えば２０〜２００μΩｃｍが好ましい。
【００５９】
また、炭素含有コバルト膜８７の膜厚は、めっきシード層としての機能を維持しながらＣｕ拡散バリア機能を発揮させる観点から、例えば２〜１０ｎｍの範囲内とすることが好ましく、さらに配線パターンの微細化を図る観点から、５ｎｍ以下（例えば２〜５ｎｍ）とすることがより好ましい。
【００６０】
また、本実施の形態の成膜方法では、ステップカバレッジも良好である。例えば図４における絶縁膜８１の開口部８３以外の部分に形成された炭素含有コバルト膜８７の膜厚（トップ膜厚）をＴＴ、開口部８３の側部に形成された炭素含有コバルト膜８７の膜厚（サイド膜厚）をＴＳ、開口部８３の底に形成された炭素含有コバルト膜８７の膜厚（ボトム膜厚）をＴＢとした場合、０．５×ＴＴ≦ＴＳの関係、及び０．５×ＴＴ≦ＴＢの関係が成立するように成膜を行うことが可能である。
【００６１】
さらに、本実施の形態の成膜方法により成膜される炭素含有コバルト膜８７は、絶縁膜８１との密着性に優れている。また、炭素含有コバルト膜８７は、炭素を含有しているにも係わらず、十分な導電性を有しているため、例えば開口部８３の底にＣｕ膜等の下層配線の金属膜（図示せず）が露出している場合には、炭素含有コバルト膜８７が介在しても該金属膜と開口部８３内に埋め込まれる配線との導通を確保できる。
【００６２】
なお、本実施の形態の成膜方法は、上記ＳＴＥＰ１〜ＳＴＥＰ５の工程以外に、任意工程として、例えば絶縁膜８１の表面を改質する工程等を設けてもよい。
【００６３】
＜第２の実施の形態＞
次に、本発明の第２の実施の形態の成膜方法について説明する。
図５は、第２の実施の形態の成膜方法の手順の一例を示すフローチャートである。図６は、本実施の形態の成膜方法の工程を説明する参照図である。なお、図６は、図３及び図４よりも拡大した絶縁膜８１の表面状態を示している。この成膜方法は、例えば、成膜装置１００の処理容器１内に、ウエハＷを搬入し、ステージ３上に配置する工程（ＳＴＥＰ１１）と、処理容器１内の圧力及びウエハＷの温度を調節する工程（ＳＴＥＰ１２）と、処理容器１内にＣｏ２（ＣＯ）８を供給して、ＣＶＤ法によりウエハＷの表面に金属コバルトを堆積させる工程（ＳＴＥＰ１３）と、処理容器１内にＣｏ２（ＣＯ）８及びアセチレンを供給して、ＣＶＤ法によりウエハＷ表面の金属コバルト上に炭素含有コバルト膜を堆積させる工程（ＳＴＥＰ１４）と、成膜原料の供給を停止し、処理容器１内を真空引きする工程（ＳＴＥＰ１５）と、処理容器１内からウエハＷを搬出する工程（ＳＴＥＰ１６）と、を含むことができる。
【００６４】
第２の実施の形態の成膜方法において、ＳＴＥＰ１１及びＳＴＥＰ１２は、それぞれ第１の実施の形態の成膜方法（図２）のＳＴＥＰ１及びＳＴＥＰ２と同様に実施できるので説明を省略する。
【００６５】
（ＳＴＥＰ１３）
ＳＴＥＰ１３は、成膜工程であり、処理容器１内にＣｏ２（ＣＯ）８のみを供給して、ＣＶＤ法によりウエハＷの表面に金属コバルト膜８７Ａを堆積させる。この工程では、処理容器１内にアセチレンを導入しない点以外は、第１の実施の形態のＳＴＥＰ３と同様に実施できる。すなわち、主原料容器２１を温度調節装置２３によって温度制御し、成膜原料のＣｏ２（ＣＯ）８を気化させる。また、バルブ１７ｉを閉じ、バルブ１７ａ，１７ｈを開放した状態で、さらにバルブ１７ｄ，１７ｅ及び／又はバルブ１７ｆ，１７ｇを開放する。そして、マスフローコントローラ１９ｂ，１９ｃによって流量を制御しながら、ＣＯガス供給源４１ａからのＣＯガス及び／又は不活性ガス供給源４１ｂからの不活性ガスをキャリアガスとして主原料容器２１へ流し、気化したＣｏ２（ＣＯ）８をシャワーヘッド１１に供給する。この際、主原料容器２１、配管１５ａを温度調節装置２３，２５によってＣｏ２（ＣＯ）８が分解しないように温度制御しながらシャワーヘッド１１へ導入する。そして、Ｃｏ２（ＣＯ）８とキャリアガスの混合ガスは、シャワーヘッド１１のガス吐出孔１３ａから処理容器１内の反応空間に供給される。このようにして、処理容器１内の反応空間で、Ｃｏ２（ＣＯ）８が分解し、ウエハＷの表面に金属コバルト膜８７Ａを堆積させることができる。
【００６６】
（ＳＴＥＰ１４）
次に、ＳＴＥＰ１４では、Ｃｏ２（ＣＯ）８を処理容器１内に導入している状態で、さらにバルブ１７ｂ，１７ｃを開放し、副原料容器３１内のアセチレンをマスフローコントローラ１９ａによって流量を制御しながら、シャワーヘッド１１に導入し、ガス吐出孔１３ｂから処理容器１内の反応空間に供給する。そして、処理容器１内の反応空間で、Ｃｏ２（ＣＯ）８とアセチレンとが混合され、ウエハＷの表面の金属コバルト膜８７Ａ上に、炭素含有コバルト膜８７Ｂを堆積させる。この工程は、第１の実施の形態のＳＴＥＰ３と同様に実施できる。このようにして、金属コバルト膜８７Ａと炭素含有コバルト膜８７Ｂとが層状に積層された炭素含有コバルト膜８７を成膜することができる。
【００６７】
上記ＳＴＥＰ１３及びＳＴＥＰ１４は、炭素含有コバルト膜８７の厚さ（金属コバルト膜８７Ａと炭素含有コバルト膜８７Ｂとの合計）が、目標膜厚に達するまで繰返すことができる。また、ＳＴＥＰ１３とＳＴＥＰ１４とは順不同であり、絶縁膜８１上に、先に炭素含有コバルト膜８７Ｂを堆積させた後で、金属コバルト膜８７Ａを堆積させることもできる。
【００６８】
第２の実施の形態の成膜方法において、ＳＴＥＰ１５及びＳＴＥＰ１６は、それぞれ第１の実施の形態の成膜方法（図２）のＳＴＥＰ４及びＳＴＥＰ５と同様に実施できるので、説明を省略する。
【００６９】
第２の実施の形態の成膜方法における他の構成及び効果は、第１の実施の形態と同様である。
【００７０】
＜第３の実施の形態＞
図７は、本発明の第３の実施の形態の手順の一例を示すフローチャートである。図８は、本実施の形態の成膜方法の工程を説明する参照図である。なお、図８は、絶縁膜８１の表面を図６よりもさらに拡大した状態を示している。この成膜方法は、例えば、成膜装置１００の処理容器１内に、ウエハＷを搬入し、ステージ３上に配置する工程（ＳＴＥＰ２１）と、処理容器１内の圧力及びウエハＷの温度を調節する工程（ＳＴＥＰ２２）と、処理容器１内にＣｏ２（ＣＯ）８を供給して、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法によりウエハＷの表面に金属コバルト層８７Ｃを堆積させる工程（ＳＴＥＰ２３）と、処理容器１内をパージガスによりパージする工程（ＳＴＥＰ２４）と、処理容器１内にアセチレンを供給して、ＡＬＤ法によりウエハＷの表面の金属コバルト層８７Ｃ上に炭素を供給してカーボン層８７Ｄを形成させる工程（ＳＴＥＰ２５）と、処理容器１内をパージガスによりパージする工程（ＳＴＥＰ２６）と、成膜原料の供給を停止し、処理容器１内を真空引きする工程（ＳＴＥＰ２７）と、処理容器１内からウエハＷを搬出する工程（ＳＴＥＰ２８）と、を含むことができる。
【００７１】
第３の実施の形態の成膜方法において、ＳＴＥＰ２１及びＳＴＥＰ２２は、それぞれ第１の実施の形態の成膜方法（図２）のＳＴＥＰ１及びＳＴＥＰ２と同様に実施できるので説明を省略する。
【００７２】
（ＳＴＥＰ２３）
ＳＴＥＰ２３は、ＡＬＤ法による成膜工程であり、処理容器１内にＣｏ２（ＣＯ）８のみを供給して、ウエハＷの表面にモノレイヤー程度の金属コバルト層８７Ｃを形成させる。この工程では、処理容器１内にアセチレンを導入しない点、及びＡＬＤ法によりモノレイヤー程度厚みで金属コバルト層８７Ｃを堆積させる点以外は、第１の実施の形態のＳＴＥＰ３と同様に実施できる。
【００７３】
（ＳＴＥＰ２４）
次に、ＳＴＥＰ２４では、処理容器１内にパージガスを導入してパージ処理をする。パージガスとしては、不活性ガス供給源４１ｂのＮ２ガス、Ａｒガスなどを用いることができる。パージガスガスは、不活性ガス供給源４１ｂから、ガス供給配管１５ｅ、バイパスラインであるガス供給配管１５ｆ、ガス供給配管１５ａ、及びシャワーヘッド１１を介して、処理容器１内に導入することができる。パージ工程では、バルブ１７ｈを閉じて主原料容器２１へのキャリアガスの供給を停止するとともにバルブ１７ａ，１７ｂ，１７ｃを閉じて処理容器１内を排気装置５３により引き切り状態とした後、バルブ１７ｆ，１７ｇ，１７ｉを開放して処理容器１内にパージガスを導入する。
【００７４】
（ＳＴＥＰ２５）
次に、ＳＴＥＰ２５では、バルブ１７ｂ，１７ｃを開放し、マスフローコントローラ１９ａによって流量を制御しながら、アセチレンをシャワーヘッド１１に導入し、ガス吐出孔１３ｂから処理容器１内の反応空間に供給する。そして、処理容器１内の反応空間でアセチレンが分解され、ＳＴＥＰ２３で形成されたウエハＷ表面の金属コバルト層８７Ｃ上に炭素が供給されることによって、金属コバルト層８７Ｃ上に、モノレイヤー程度のカーボン層８７Ｄが堆積される。この工程では、処理容器１内にアセチレンのみを導入する点、及びＡＬＤ法によりモノレイヤー程度のカーボン層８７Ｄを堆積させる点以外は、第１の実施の形態のＳＴＥＰ３と同様に実施できる。
【００７５】
（ＳＴＥＰ２６）
次に、ＳＴＥＰ２６では、処理容器１内にパージガスを導入してパージ処理をする。このＳＴＥＰ２６は、上記ＳＴＥＰ２４と同様に実施できる。
【００７６】
上記ＳＴＥＰ２３からＳＴＥＰ２６までは、炭素含有コバルト膜８７の厚さ（金属コバルト層８７Ｃとカーボン層８７Ｄの合計の厚み）が目標膜厚に達するまで繰返すことができる。また、ＳＴＥＰ２３とＳＴＥＰ２５とは順不同であり、先にカーボン層８７Ｄをモノレイヤー程度に堆積させた後で、金属コバルトＣを堆積させて炭素含有コバルト膜８７を形成することもできる。
【００７７】
第３の実施の形態の成膜方法において、ＳＴＥＰ２７及びＳＴＥＰ２８は、それぞれ第１の実施の形態の成膜方法（図２）のＳＴＥＰ４及びＳＴＥＰ５と同様に実施できるので、説明を省略する。
【００７８】
以上のように、第３の実施の形態の成膜方法では、ＡＬＤ法によって単分子膜を積層していくことにより、膜中のＣ含量を高精度に制御して、所望の導電性とバリア機能を有する炭素含有コバルト膜８７を、所望の膜厚で形成することができる。なお、第３の実施の形態の成膜方法における他の構成及び効果は、第１の実施の形態と同様である。
【００７９】
以上のように、第１〜第３の実施の形態の成膜方法によれば、絶縁膜８１の表面に均一に、かつ所定の厚みで炭素含有コバルト膜８７を成膜できる。このようにして得られる炭素含有コバルト膜８７は、めっき液への耐性を有し、良好な電気的特性とＣｕの拡散に対する優れたバリア特性を有するものである。すなわち、第１〜第３の実施の形態の成膜方法によって成膜される炭素含有コバルト膜８７は、金属コバルト膜に比べてめっき液への溶解性が低いため、めっきシード層として用いる場合に薄膜化が可能である。また、炭素含有コバルト膜８７は、導電性を有し、Ｃｕめっきのためのシード層として有用であるとともに、半導体装置において、配線間の電気的接続を確保しながら、銅配線からＣｕが絶縁膜８１中へ拡散することを効果的に抑制する。また、ステップカバレッジも良好であり、例えば絶縁膜８１に形成された、開口径に対する深さの比が大きな高アスペクト比の開口部８３においても、開口部８３内にほぼ均一な膜厚で炭素含有コバルト膜８７を形成できる。従って、本発明の成膜方法により得られる炭素含有コバルト膜８７をめっきシード層・バリア膜として利用することによって、半導体装置の信頼性を確保できる。
【００８０】
［ダマシンプロセスへの適用例］
次に、図９〜図１１を参照しながら、上記第１〜第３の実施の形態の成膜方法を、ダマシンプロセスに応用した適用例について説明する。図９は、炭素含有コバルト膜８７を成膜する前の積層体を示すウエハＷの要部断面図である。下地配線層となる層間絶縁膜１０１の上には、エッチングストッパ膜１０２、ビア層となる層間絶縁膜１０３、エッチングストッパ膜１０４、及び配線層となる層間絶縁膜１０５が、この順番に形成されている。さらに、層間絶縁膜１０１にはＣｕが埋め込まれた下層配線１０６が形成されている。なお、エッチングストッパ膜１０２，１０４は、いずれも銅の拡散を防止するバリア機能も有している。層間絶縁膜１０３及び層間絶縁膜１０５は、例えばＣＶＤ法により成膜された低誘電率膜である。エッチングストッパ膜１０２，１０４は、例えばＣＶＤ法により成膜された炭化珪素（ＳｉＣ）膜、窒化珪素（ＳｉＮ）膜、炭化窒化珪素（ＳｉＣＮ）膜等である。
【００８１】
図９に示すように、層間絶縁膜１０３，１０５には、開口部１０３ａ，１０５ａがそれぞれ所定のパターンで形成されている。このような開口部１０３ａ，１０５ａは、常法に従い、フォトリソグラフィー技術を利用して層間絶縁膜１０３，１０５を所定のパターンにエッチングすることによって形成できる。開口部１０３ａはビアホールであり、開口部１０５ａは配線溝である。開口部１０３ａは下層配線１０６の上面まで達しており、開口部１０５ａは、エッチングストッパ膜１０４の上面まで達している。
【００８２】
次に、図１０は、図９の積層体に対して、成膜装置１００を用いて上記第１〜第３の実施の形態のいずれかの方法により炭素含有コバルト膜８７を形成した後の状態を示している。成膜工程では、上記の成膜条件によりＣＶＤ法を行うことにより、開口部１０３ａ，１０５ａが高アスペクト比である場合でも、層間絶縁膜１０３，１０５に対する密着性に優れた炭素含有コバルト膜８７を、均一な膜厚で、かつ良好なステップカバレッジで成膜できる。この炭素含有コバルト膜８７は、導電性を有しており、次の工程でＣｕめっきを行う際のめっきシード層として機能する。また、炭素含有コバルト膜８７は、めっき液への溶解耐性を有しているため、炭素含有コバルト膜８７の膜厚を例えば５ｎｍ以下（好ましくは２〜５ｎｍ）程度に薄膜形成できるため、微細な配線パターンにも適用できる。
【００８３】
次に、図１１に示すように、炭素含有コバルト膜８７をめっきシード層として用い、電解めっき法によりＣｕを堆積させて開口部１０３ａ及び１０５ａを埋めるＣｕ膜１０７を形成する。開口部１０３ａ内に埋め込まれたＣｕ膜１０７はＣｕプラグとなり、開口部１０５ａ内に埋め込まれたＣｕ膜１０７はＣｕ配線となる。以降は、常法に従い、ＣＭＰ（化学機械研磨）法により平坦化を行って余分なＣｕ膜１０７を除去することにより、Ｃｕプラグ及びＣｕ配線が形成された多層配線構造体を作製することができる。
【００８４】
このようにして形成された多層配線構造体において、炭素含有コバルト膜８７は、めっきシード層としての機能に加え、優れたバリア機能を有するため、Ｃｕ膜１０７から層間絶縁膜１０３，１０５へのＣｕの拡散を抑制できる。また、炭素含有コバルト膜８７は、低抵抗な膜であるため、開口部１０３ａ，１０５ａ内に埋め込まれたＣｕ膜１０７と下層配線１０６との電気的なコンタクトを確保できる。従って、信頼性に優れた多層配線構造体を備えた電子部品を製造できる。
【００８５】
以上の説明では、成膜方法をデュアルダマシンプロセスへ適用した例を挙げたが、シングルダマシンプロセスにも同様に適用可能である。
【００８６】
以上、本発明の実施の形態を述べたが、本発明は上記実施の形態に制約されることはなく、種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態では、被処理体である基板として半導体ウエハを例にとって説明したが、これに限定されず、例えば、ガラス基板、ＬＣＤ基板、セラミック基板等にも本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００８７】
１…処理容器、１ａ…天板、１ｂ…側壁、１ｃ…底壁、３…ゲートバルブ、５…ステージ、７…ヒーター、８…電力供給部、９ａ，９ｂ，９ｃ…熱電対（ＴＣ）、１１…シャワーヘッド、１１ａ，１１ｂ…ガス拡散空間、１３ａ，１３ｂ…ガス吐出孔、１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅ，１５ｆ…ガス供給配管、１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ，１７ｅ，１７ｆ，１７ｇ，１７ｈ，１７ｉ…バルブ、１９ａ，１９ｂ，１９ｃ…マスフローコントローラ（ＭＦＣ）、２１…原料容器、２３，２５…温度調節装置、４１…ガス供給部、４１ａ…ＣＯガス供給源、４１ｂ…不活性ガス供給源、５３…排気装置、７０…制御部、１００…成膜装置、Ｗ…半導体ウエハ（基板）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を処理容器内に配置する工程と、
コバルト前駆体と、分子内に不飽和炭化水素基を含む化合物と、を原料として基板上に炭素含有コバルト膜を堆積させる工程と、
を備えた成膜方法。
【請求項２】
前記分子内に不飽和炭化水素基を含む化合物として、アリル基を含む化合物を用いる請求項１に記載の成膜方法。
【請求項３】
前記分子内に不飽和炭化水素基を含む化合物として、アルキン類を用いる請求項１に記載の成膜方法。
【請求項４】
前記コバルト前駆体と、前記分子内に不飽和炭化水素基を含む化合物と、を前記処理容器内に同時に供給してＣＶＤ法により成膜を行う請求項１から３のいずれか１項に記載の成膜方法。
【請求項５】
前記コバルト前駆体と、前記分子内に不飽和炭化水素基を含む化合物と、を前記処理容器内に交互に供給してＡＬＤ法により成膜を行う請求項１から３のいずれか１項に記載の成膜方法。
【請求項６】
前記炭素含有コバルト膜を堆積させる工程の前又は後に、前記処理容器内に前記コバルト前駆体を供給して金属コバルト膜を堆積する工程、
をさらに備えた請求項１から３のいずれか１項に記載の成膜方法。
【請求項７】
前記金属コバルト膜を堆積する工程と、前記炭素含有コバルト膜を堆積させる工程と、を交互に行う請求項６に記載の成膜方法。
【請求項８】
前記炭素含有コバルト膜がＣｏｘＣｙ膜（ここで、ｘは２、ｙは１を意味する）である請求項１から７のいずれか１項に記載の成膜方法。
【請求項９】
前記コバルト前駆体が、Ｃｏ２（ＣＯ）８である請求項１から８のいずれか１項に記載の成膜方法。
【請求項１０】
真空引き可能な処理容器と、
前記処理容器内に設けられた、基板を載置する載置台と、
前記載置台に載置された基板を所定の温度に加熱するヒーターと、
コバルト前駆体を保持する第１の原料容器と、
前記第１の原料容器内の前記コバルト前駆体を温度調節する温度調節装置と、
分子内に不飽和炭化水素基を含む化合物を保持する第２の原料容器と、
前記第１の原料容器から前記処理容器に前記コバルト前駆体を供給する配管と、
前記第２の原料容器から前記処理容器に前記分子内に不飽和炭化水素基を含む化合物を供給する配管と、
前記コバルト前駆体を前記処理容器内に導入するためのキャリアガスを供給するガス供給部と、
前記処理容器内を減圧排気する排気装置と、
を備え、基板上に炭素含有コバルト膜を堆積させる成膜装置。
【請求項１１】
請求項１から９のいずれかに記載の成膜方法によって、絶縁膜上に前記炭素含有コバルト膜を堆積させる工程と、
前記炭素含有コバルト膜上にＣｕ膜を堆積させる工程と、
を含む半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
絶縁膜と、
前記絶縁膜上に形成された炭素を含有する炭素含有コバルト膜と、
前記炭素含有コバルト膜上に堆積されたＣｕ配線と、
を備えた半導体装置。
【請求項１３】
前記炭素含有コバルト膜は、前記Ｃｕ配線を形成するためのシード層であり、かつ前記Ｃｕ配線からのＣｕの拡散を抑制するＣｕバリア機能を有するものである請求項１２に記載の半導体装置。
【請求項１】
基板を処理容器内に配置する工程と、
コバルト前駆体と、分子内に不飽和炭化水素基を含む化合物と、を原料として基板上に炭素含有コバルト膜を堆積させる工程と、
を備えた成膜方法。
【請求項２】
前記分子内に不飽和炭化水素基を含む化合物として、アリル基を含む化合物を用いる請求項１に記載の成膜方法。
【請求項３】
前記分子内に不飽和炭化水素基を含む化合物として、アルキン類を用いる請求項１に記載の成膜方法。
【請求項４】
前記コバルト前駆体と、前記分子内に不飽和炭化水素基を含む化合物と、を前記処理容器内に同時に供給してＣＶＤ法により成膜を行う請求項１から３のいずれか１項に記載の成膜方法。
【請求項５】
前記コバルト前駆体と、前記分子内に不飽和炭化水素基を含む化合物と、を前記処理容器内に交互に供給してＡＬＤ法により成膜を行う請求項１から３のいずれか１項に記載の成膜方法。
【請求項６】
前記炭素含有コバルト膜を堆積させる工程の前又は後に、前記処理容器内に前記コバルト前駆体を供給して金属コバルト膜を堆積する工程、
をさらに備えた請求項１から３のいずれか１項に記載の成膜方法。
【請求項７】
前記金属コバルト膜を堆積する工程と、前記炭素含有コバルト膜を堆積させる工程と、を交互に行う請求項６に記載の成膜方法。
【請求項８】
前記炭素含有コバルト膜がＣｏｘＣｙ膜（ここで、ｘは２、ｙは１を意味する）である請求項１から７のいずれか１項に記載の成膜方法。
【請求項９】
前記コバルト前駆体が、Ｃｏ２（ＣＯ）８である請求項１から８のいずれか１項に記載の成膜方法。
【請求項１０】
真空引き可能な処理容器と、
前記処理容器内に設けられた、基板を載置する載置台と、
前記載置台に載置された基板を所定の温度に加熱するヒーターと、
コバルト前駆体を保持する第１の原料容器と、
前記第１の原料容器内の前記コバルト前駆体を温度調節する温度調節装置と、
分子内に不飽和炭化水素基を含む化合物を保持する第２の原料容器と、
前記第１の原料容器から前記処理容器に前記コバルト前駆体を供給する配管と、
前記第２の原料容器から前記処理容器に前記分子内に不飽和炭化水素基を含む化合物を供給する配管と、
前記コバルト前駆体を前記処理容器内に導入するためのキャリアガスを供給するガス供給部と、
前記処理容器内を減圧排気する排気装置と、
を備え、基板上に炭素含有コバルト膜を堆積させる成膜装置。
【請求項１１】
請求項１から９のいずれかに記載の成膜方法によって、絶縁膜上に前記炭素含有コバルト膜を堆積させる工程と、
前記炭素含有コバルト膜上にＣｕ膜を堆積させる工程と、
を含む半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
絶縁膜と、
前記絶縁膜上に形成された炭素を含有する炭素含有コバルト膜と、
前記炭素含有コバルト膜上に堆積されたＣｕ配線と、
を備えた半導体装置。
【請求項１３】
前記炭素含有コバルト膜は、前記Ｃｕ配線を形成するためのシード層であり、かつ前記Ｃｕ配線からのＣｕの拡散を抑制するＣｕバリア機能を有するものである請求項１２に記載の半導体装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−１７４８４４（Ｐ２０１２−１７４８４４Ａ）
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３４５０３（Ｐ２０１１−３４５０３）
【出願日】平成２３年２月２１日（２０１１．２．２１）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２１日（２０１１．２．２１）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]