金属薄膜の成膜方法、半導体装置及びその製造方法
【課題】単膜でＣｕ拡散のバリア膜及びめっきシード層として機能するとともに、Ｃｕとの密着性にも優れた金属薄膜の成膜方法を提供する。
【解決手段】金属薄膜の成膜方法は、Ｔｉ膜を成膜する工程（ＳＴＥＰ１）、Ｔｉ膜上にＣｏ膜を形成する工程（ＳＴＥＰ２）、Ｔｉ膜及びＣｏ膜を熱処理してＣｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜を形成する工程（ＳＴＥＰ３）を備えている。Ｃｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜は、優れた導電性とＣｕ拡散バリア性を有し、Ｃｕとの格子不整合が０．１５％と非常に小さいため、Ｃｕ配線と優れた密着性が得られる。
【解決手段】金属薄膜の成膜方法は、Ｔｉ膜を成膜する工程（ＳＴＥＰ１）、Ｔｉ膜上にＣｏ膜を形成する工程（ＳＴＥＰ２）、Ｔｉ膜及びＣｏ膜を熱処理してＣｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜を形成する工程（ＳＴＥＰ３）を備えている。Ｃｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜は、優れた導電性とＣｕ拡散バリア性を有し、Ｃｕとの格子不整合が０．１５％と非常に小さいため、Ｃｕ配線と優れた密着性が得られる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属薄膜の成膜方法、この金属薄膜を有する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。また、めっきシード層としてコバルト膜を利用することにより、Ｔａ,ＴａＮ等の材質のバリア膜との密着性を高め、Ｃｕ配線の信頼性を向上させ得ることも期待されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３２８５２６号公報
【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。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、上記のとおり、めっきシード層とは別にバリア膜を形成しておく必要がある。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、合計の膜厚が嵩み、配線パターンの微細化への障害にもなっている。
【０００５】
また、めっきシード層としてコバルト膜を形成した場合、コバルト膜はＣｕとの濡れ性が悪いため、熱応力によるストレスマイグレーションやエレクトロマイグレーションが生じ、Ｃｕ配線／Ｃｏシード層の境界で剥離ボイドが発生し、断線などの不具合を生じる懸念がある。
【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、単膜でＣｕ拡散のバリア膜及びめっきシード層として機能するとともに、Ｃｕとの密着性にも優れた金属薄膜の成膜方法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金属薄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、本発明の第１の観点の金属薄膜の成膜方法は、絶縁膜が形成された基板の前記絶縁膜上に、Ｔｉ膜を堆積させる工程と、前記Ｔｉ膜上に重ねてＣｏ膜を堆積させる工程と、前記絶縁膜上のＴｉ膜とＣｏ膜との積層膜を、不活性ガス雰囲気もしくは還元雰囲気で加熱処理してＣｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜に改質する工程と、を備えている。
【０００８】
本発明の金属薄膜の成膜方法は、前記Ｔｉ膜を堆積させる工程と、前記Ｃｏ膜を堆積させる工程と、を交互に繰返してもよい。また、前記Ｔｉ膜と前記Ｃｏ膜との膜厚比が、１：３であってもよい。さらに、前記Ｔｉ膜を堆積させる工程及び前記Ｃｏ膜を堆積させる工程をＣＶＤ法又はＰＶＤ法により行うことができる。
【０００９】
本発明の第２の観点の金属薄膜の成膜方法は、絶縁膜が形成された基板の前記絶縁膜に、Ｔｉ含有原料とＣｏ含有原料を同時に供給してＴｉとＣｏとを含有する混合膜を堆積させる工程と、前記絶縁膜上の混合膜を、不活性ガス雰囲気もしくは還元雰囲気で加熱処理してＣｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜に改質する工程と、を備えている。この場合、前記混合膜中に含まれるＴｉとＣｏとの比が、１：３であってもよい。また、前記混合膜を堆積させる工程をＣＶＤ法又はＰＶＤ法により行うことができる。
【００１０】
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金属薄膜の成膜方法によって、前記絶縁膜上に、前記Ｃｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜を形成する工程と、前記Ｃｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜上にＣｕ膜を堆積させる工程と、を備えている。
【００１１】
本発明の半導体装置の製造方法は、絶縁膜と、前記絶縁膜上に形成されたＣｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜と、前記Ｃｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜上に形成されたＣｕ配線と、を備えている。この場合、前記Ｃｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜は、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ってもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の金属薄膜の成膜方法によれば、基板上にＣｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜を成膜できる。このＣｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜は、めっきシード層として利用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、バリア膜として、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。また、Ｃｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜はＣｏ膜に比べてＣｕとの密着性に優れている。
【００１３】
従って、本発明方法によって得られるＣｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜をめっきシード層として用いることにより、Ｃｕ拡散バリア膜と兼用が可能であり、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。また、本発明方法によって、熱応力によるストレスマイグレーションやエレクトロマイグレーションが抑制され、信頼性の高い配線構造を有する半導体装置を得ることができる。さらに、本発明方法により成膜されたＣｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜をめっきシード層及び／又は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】
【００１４】
【図１】本発明の金属薄膜の成膜方法に利用可能な処理システムの概略構成を示す図面である。
【図２】図１の処理システムの一部をなすプロセスモジュールの概略構成例を示す図面である。
【図３】図１の処理システムの別のプロセスモジュールの概略構成例を示す図面である。
【図４】図１の処理システムのさらに別のプロセスモジュールの概略構成例を示す図面である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る金属薄膜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】第１の実施の形態に係る金属薄膜の成膜方法の主要な工程を説明する図面である。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係る金属薄膜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８】本発明の第２の実施の形態の金属薄膜の成膜方法に使用可能な成膜装置の概略構成を示す図面である。
【図９】第２の実施の形態に係る金属薄膜の成膜方法の主要な工程を説明する図面である。
【図１０】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１１】図１０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１２】図１１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】
【００１５】
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。
【００１６】
［第１の実施の形態］
＜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。まず、図１を参照して本実施の形態に利用可能な処理システムについて説明を行う。図１は、例えば基板としての半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」と記す）Ｗに対し、Ｃｏ３Ｔｉ合金を含む薄膜の成膜処理を行なうように構成された処理システム２００を示す概略構成図である。
【００１７】
図１に示す処理システム２００は、複数（図３では４つ）のプロセスモジュール２０１Ａ〜２０１Ｄを備えたマルチチャンバ構造のクラスタツールとして構成されている。処理システム２００は、主要な構成として、４つのプロセスモジュール２０１Ａ，２０１Ｂ，２０１Ｃ，２０１Ｄと、これらのプロセスモジュール２０１Ａ〜２０１Ｄに対してゲートバルブＧ１を介して接続された真空側搬送室２０３と、この真空側搬送室２０３にゲートバルブＧ２を介して接続された２つのロードロック室２０５ａ，２０５ｂと、これら２つのロードロック室２０５ａ，２０５ｂに対してゲートバルブＧ３を介して接続されたローダーユニット２０７とを備えている。
【００１８】
（プロセスモジュール）
本実施の形態では、プロセスモジュール２０１ＡはウエハＷに対してＣｏ膜の成膜を行い、プロセスモジュール２０１Ｂは、ウエハＷに対してＴｉ膜の成膜を行い、プロセスモジュール２０１Ｃ及び２０１Ｄは、ウエハＷに対して熱処理を行うように構成されている。なお、各プロセスモジュール２０１Ａ〜２０１Ｄで行う処理の割り振りは、上記に限定されるものではない。
【００１９】
（真空側搬送室）
真空引き可能に構成された真空側搬送室２０３には、プロセスモジュール１００Ａ〜１００Ｄやロードロック室２０５ａ，２０５ｂに対してウエハＷの受け渡しを行う第１の基板搬送装置としての搬送装置２０９が設けられている。この搬送装置２０９は、互いに対向するように配置された一対の搬送アーム部２１１，２１１を有している。各搬送アーム部２１１，２１１は同一の回転軸を中心として、屈伸及び旋回可能に構成されている。また、各搬送アーム部２１１，２１１の先端には、それぞれウエハＷを載置して保持するためのフォーク２１３，２１３が設けられている。搬送装置２０９は、これらのフォーク２１３，２１３上にウエハＷを載置した状態で、各プロセスモジュール１００Ａ〜１００Ｄの間、あるいはプロセスモジュール１００Ａ〜１００Ｄとロードロック室２０５ａ，２０５ｂとの間でウエハＷの搬送を行う。
【００２０】
（ロードロック室）
ロードロック室２０５ａ，２０５ｂ内には、それぞれウエハＷを載置する待機ステージ２０６ａ，２０６ｂが設けられている。ロードロック室２０５ａ，２０５ｂは、真空状態と大気開放状態を切り替えられるように構成されている。このロードロック室２０５ａ，２０５ｂの待機ステージ２０６ａ，２０６ｂを介して、真空側搬送室２０３と大気側搬送室２１９（後述）との間でウエハＷの受け渡しが行われる。
【００２１】
（ローダーユニット）
ローダーユニット２０７は、ウエハＷの搬送を行う第２の基板搬送装置としての搬送装置２１７が設けられた大気側搬送室２１９と、この大気側搬送室２１９に隣接配備された３つのロードポートＬＰと、大気側搬送室２１９の他の側面に隣接配備され、ウエハＷの位置測定を行なう位置測定装置としてのオリエンタ２２１とを有している。
【００２２】
（大気側搬送室）
大気側搬送室２１９は、例えば窒素ガスや清浄空気などの循環設備（図示省略）を備えた平面視矩形形状をなしており、その長手方向に沿ってガイドレール２２３が設けられている。このガイドレール２２３に搬送装置２１７がスライド移動可能に支持されている。つまり、搬送装置２１７は図示しない駆動機構により、ガイドレール２２３に沿ってＸ方向へ移動可能に構成されている。この搬送装置２１７は、上下２段に配置された一対の搬送アーム部２２５，２２５を有している。各搬送アーム部２２５，２２５は屈伸及び旋回可能に構成されている。各搬送アーム部２２５，２２５の先端には、それぞれウエハＷを載置して保持する保持部材としてのフォーク２２７，２２７が設けられている。搬送装置２１７は、これらのフォーク２２７，２２７上にウエハＷを載置した状態で、ロードポートＬＰのウエハカセットＣＲと、ロードロック室２０５ａ，２０５ｂと、オリエンタ２２１との間でウエハＷの搬送を行う。
【００２３】
（ロードポート）
ロードポートＬＰは、ウエハカセットＣＲを載置できるようになっている。ウエハカセットＣＲは、複数枚のウエハＷを同じ間隔で多段に載置して収容できるように構成されている。オリエンタ２２１は、図示しない駆動モータによって回転される回転板２３３と、この回転板２３３の外周位置に設けられ、ウエハＷの周縁部を検出するための光学センサ２３７とを備えている。
【００２４】
（統括制御部）
処理システム２００の各構成部は、統括制御部２５０に接続されて制御される構成となっている。統括制御部２５０は、例えばロードロック室２０５ａ，２０５ｂ、搬送装置２０９、搬送装置２１７等を制御するほか、各プロセスモジュール２０１Ａ〜２０１Ｄを個別に制御する制御部を統括して制御する。
【００２５】
以上のような構成の処理システム２００では、搬送装置２１７により、ウエハカセットＣＲからウエハＷを１枚取り出し、オリエンタ２２１で位置合わせを行った後、ロードロック室２０５ａ，２０５ｂのいずれかに搬入し、待機ステージ２０６ａ（又は２０６ｂ）に移載する。そして、搬送装置２０９を用い、ロードロック室２０５ａ（又は２０５ａ）内のウエハＷを、プロセスモジュール２０１Ａ〜２０１Ｄのいずれかへ搬送する。成膜処理後は、前記と逆の手順で、ウエハＷをウエハカセットＣＲへ戻すことにより、１枚のウエハＷに対する処理が終了する。
【００２６】
＜プロセスモジュール２０１Ａ＞
次に、プロセスモジュール２０１Ａについて説明する。図２はウエハＷに対してＣｏ膜の成膜を行うプロセスモジュール２０１Ａの概略構成例を示している。このプロセスモジュール２０１Ａは、ＣＶＤ装置として構成されている。プロセスモジュール２０１Ａ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、ウエハ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原料容器２１と、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、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３１と、処理容器１内を減圧排気する排気装置３５と、を備えている。このプロセスモジュール２０１Ａは、ウエハＷ上にコバルト膜を堆積させる成膜処理を行うことができる。
【００２７】
（処理容器）
プロセスモジュール２０１Ａ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。
【００２８】
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Ｇ１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。
【００２９】
（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。
【００３０】
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８Ａ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。
【００３１】
（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１３が形成されている。ガス拡散空間１１ａはガス吐出孔１３に連通している。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が接続されている。
【００３２】
（原料容器）
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。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８Ａに接続されており、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、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。
【００３３】
原料容器２１には、ガス供給配管１５ａと、ガス供給配管１５ｂ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。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。温度調節装置２５は、電力供給部８Ａと電気的に接続されており、熱電対９ｃによる計測温度情報に基づき、ガス供給配管１５ａ内を通過するＣｏ２（ＣＯ）８を気化温度以上かつ分解開始温度（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、バルブ１７ａ及び開度調節バルブ１７ｂが設けられている。
【００３４】
（ガス供給源）
ガス供給部３１は、一酸化炭素（ＣＯ）ガスを供給するＣＯガス供給源３１ａ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３１ｂ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、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、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、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ガスにすることも可能であり、その場合は、不活性ガスは使用しなくてもよい。なお、図示は省略するが、ガス供給部３１は、ＣＯガス供給源３１ａ及び不活性ガス供給源３１ｂ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。
【００３５】
ＣＯガス供給源３１ａには、ガス供給配管１５ｃが接続されている。ガス供給配管１５ｃ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１７ｃ，１７ｄが設けられている。また、不活性ガス供給源３１ｂ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１７ｅ，１７ｆが設けられている。そして、ガス供給配管１５ｃ，１５ｄは、途中で合流してガス供給配管１５ｂとなり、原料容器２１に接続されている。ガス供給配管１５ｂには、バルブ１７ｇが設けられている。なお、ガス供給配管１５ｂからは、途中でガス供給配管１５ｅが分岐している。このガス供給配管１５ｅは、原料容器２１を介さず、ガス供給配管１５ｂ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１５ｅは、不活性ガス供給源３１ｂ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１５ｅには、バルブ１７ｈが設けられている。
【００３６】
プロセスモジュール２０１Ａでは、ＣＯガス供給源３１ａからのＣＯガス及び／又は不活性ガス供給源３１ｂからの不活性ガスを、ガス供給配管１５ｃ，１５ｄ，１５ｂを介して原料容器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て原料容器２１内で気化したＣｏ２（ＣＯ）８を、開度調節バルブ１７ｂ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によって気化温度以上かつ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１３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、原料であるＣｏ２（ＣＯ）８を放出することができる。このように、プロセスモジュール２０１Ａ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。
【００３７】
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３３が接続されており、この排気管３３には、排気装置３５が接続されている。排気装置３５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。
【００３８】
（制御系統）
次に、プロセスモジュール２０１Ａ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。プロセスモジュール２０１Ａは、上記電力供給部８Ａの出力制御を行う温度制御部８Ｂを備えている。電力供給部８Ａ、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８Ｂと信号の授受が可能に接続されている。温度制御部８Ｂ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８Ａ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。
【００３９】
また、プロセスモジュール２０１Ａを構成する各エンドデバイス（例えばＭＦＣ１９ａ，１９ｂ、排気装置３５など）や温度制御部８Ｂは、制御部３７に接続されて制御される構成となっている。制御部３７は、図示は省略するが、例えばＣＰＵを備えたコンピュータであるコントローラと、このコントローラに接続されたユーザーインターフェースおよび記憶部を備えている。ユーザーインターフェースは、工程管理者がプロセスモジュール２０１Ａ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、プロセスモジュール２０１Ａ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。記憶部には、プロセスモジュール２０１Ａで実行される各種処理をコントローラ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から呼び出してコントローラに実行させることで、コントローラの制御下で、プロセスモジュール２０１Ａの処理容器１内で所望の処理が行われる。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に格納された状態のものを記憶部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プロセスモジュール２０１Ａでは、制御部３７の制御に基づき、ＣＶＤ法によりコバルト膜の成膜処理が行われる。
【００４１】
＜プロセスモジュール２０１Ｂ＞
次に、プロセスモジュール２０１Ｂについて説明する。図３はＴｉ膜の成膜を行うプロセスモジュール２０１Ｂの概略断面図である。
【００４２】
（処理容器）
このプロセスモジュール２０１Ｂは、気密に構成された略円筒状の処理容器４１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ステージ４２が円筒状の支持部材４３により支持された状態で配置されている。処理容器４１の側部には、真空側搬送室２０３との間でウエハＷの受け渡しを行なうためのゲートバルブＧ１が設けられ、このゲートバルブＧ１を開にした状態でウエハＷが隣接する真空側搬送室２０３との間で搬送されるようになっている。
【００４３】
（ステージ）
ステージ４２は、例えばＡｌＮ等のセラミックスで構成されている。ステージ４２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４４が設けられている。このガイドリング４４はプラズマのフォーカシング効果も奏する。また、ステージ４２にはモリブデンやタングステン線等からなる抵抗加熱型のヒーター４５が埋め込まれており、このヒーター４５はヒーター電源４６から給電されることにより被処理体であるウエハＷを所定の温度に加熱する。なお、ステージ４２に対するウエハＷの受け渡しは、その中に突没自在に設けられた３本のリフトピン（図示せず）でウエハＷを持ち上げた状態で行われる。
【００４４】
（シャワーヘッド）
処理容器４１の天壁４１ａには、絶縁部材４９を介してシャワーヘッド５０が設けられている。このシャワーヘッド５０は、上段ブロック体５０ａ、中段ブロック体５０ｂ、下段ブロック体５０ｃで構成されている。そして、下段ブロック体５０ｃにはガスを吐出する吐出孔５７と５８とが交互に形成されている。上段ブロック体５０ａの上面には、第１のガス導入口５１と、第２のガス導入口５２とが形成されている。
【００４５】
上段ブロック体５０ａの中では、第１のガス導入口５１から多数のガス通路５３が分岐している。中段ブロック体５０ｂにはガス通路５５が形成されており、上記ガス通路５３がこれらガス通路５５に連通している。さらにこのガス通路５５が下段ブロック体５０ｃの吐出孔５７に連通している。また、上段ブロック体５０ａの中では、第２のガス導入口５２から多数のガス通路５４が分岐している。中段ブロック体５０ｂにはガス通路５６が形成されており、上記ガス通路５４がこれらガス通路５６に連通している。さらにこのガス通路５６が下段ブロック体５０ｃの吐出孔５８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５１，５２は、ガス供給部６０のガスラインに接続されている。
【００４６】
（ガス供給部）
ガス供給部６０は、Ｔｉ含有ガスであるＴｉＣｌ４ガスを供給するＴｉＣｌ４ガス供給源６１、プラズマガスであるＡｒガスを供給するＡｒガス供給源６２、還元性ガスであるＨ２ガスを供給するＨ２ガス供給源６３、ＮＨ３ガスを供給するＮＨ３ガス供給源６４を有している。ＴｉＣｌ４ガス供給源６１にはガスライン６５が、Ａｒガス供給源６２にはガスライン６６が、Ｈ２ガス供給源６３にはガスライン６７が、ＮＨ３ガス供給源６４にはガスライン６８がそれぞれ接続されている。また、各ガスラインにはバルブ６９、バルブ７７およびマスフローコントローラ７０が設けられている。また、ＴｉＣｌ４ガス供給源６１から延びるガスライン６５には、排気装置７６と接続するガスライン８０がバルブ７８を介して接続されている。
【００４７】
第１のガス導入口５１にはＴｉＣｌ４ガス供給源６１から延びるガスライン６５が接続されており、このガスライン６５にはＡｒガス供給源６２から延びるガスライン６６が接続されている。また、第２のガス導入口５２にはＨ２ガス供給源６３から延びるガスライン６７およびＮＨ３ガス供給源６４から延びるガスライン６８が接続されている。したがって、プロセス時には、ＴｉＣｌ４ガス供給源６１からのＴｉＣｌ４ガスがＡｒガスをキャリアガスとしてガスライン６５を介してシャワーヘッド５０の第１のガス導入口５１からシャワーヘッド５０内に至り、ガス通路５３，５５を経て吐出孔５７から処理容器４１内へ吐出される。一方、Ｈ２ガス供給源６３からのＨ２ガスがガスライン６７を介してシャワーヘッド５０の第２のガス導入口５２からシャワーヘッド５０内に至り、ガス通路５４，５６を経て吐出孔５８から処理容器４１内へ吐出される。すなわち、シャワーヘッド５０は、ＴｉＣｌ４ガスとＨ２ガスとが全く独立して処理容器４１内に供給されるポストミックスタイプとなっており、これらは吐出後に混合され反応が生じる。なお、各ガスラインのバルブやマスフローコントローラは図示しないコントローラにより制御される。
【００４８】
（高周波電源）
シャワーヘッド５０には、整合器７２を介して高周波電源７３が接続されており、この高周波電源７３からシャワーヘッド５０に高周波電力が供給されることにより、シャワーヘッド５０を介して処理容器４１内に供給されたガスがプラズマ化され、これにより成膜反応が進行される。高周波電力が供給される電極として機能するシャワーヘッド５０の対向電極として、ステージ４２の上部に、例えばモリブデン線等をメッシュ状に編み込んでなる電極７４が埋設されている。
【００４９】
（排気装置）
処理容器４１の底壁４１ｂには、排気管７５が接続されており、この排気管７５には真空ポンプを含む排気装置７６が接続されている。そしてこの排気装置７６を作動させることにより処理容器４１内を所定の真空度まで減圧することが可能となっている。
【００５０】
（制御部）
プロセスモジュール２０１Ｂを構成する各エンドデバイス（例えばヒーター電源４６、ＭＦＣ７０、排気装置７６など）は、制御部７９に接続されて制御される構成となっている。制御部７９は、図示は省略するが、例えばＣＰＵを備えたコンピュータであるコントローラと、このコントローラに接続されたユーザーインターフェースおよび記憶部を備えている。制御部７９の構成及び機能は、基本的にプロセスモジュール２０１Ａの制御部３７と同様である。そして、プロセスモジュール２０１Ｂでは、制御部７９の制御に基づき、プラズマＣＶＤ法によりＴｉ膜の成膜処理が行われる。
【００５１】
＜プロセスモジュール２０１Ｃ又は２０１Ｄ＞
図４は、熱処理装置であるプロセスモジュール２０１Ｃ，２０１Ｄの概略構成を示す断面図である。このプロセスモジュール２０１Ｃ，２０１Ｄは、例えばウエハＷに形成した薄膜等を、不活性ガス又は還元性ガス雰囲気下で８００〜１０００℃程度の高温領域で、短時間で熱処理可能がＲＴＰ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓ）装置として用いることができる。
【００５２】
（処理容器）
図４において、符号８１は、円筒状の処理容器であり、この処理容器８１の下方には下部発熱ユニット８２が着脱可能に設けられ、また、処理容器８１の上方には、下部発熱ユニット８２と対向するように上部発熱ユニット８４が着脱可能に設けられている。処理容器８１の側壁には、ウエハＷを搬入出するための開口８１ａが設けられ、該開口８１ａには、ゲートバルブＧ１が設けられている。
【００５３】
（発熱ユニット）
下部発熱ユニット８２は、水冷ジャケット８３と、その上面に複数配列された加熱手段としてのタングステンランプ８６を有している。同様に、上部発熱ユニット８４は、水冷ジャケット８５と、その下面に複数配列された加熱手段としてのタングステンランプ８６とを有している。なお、ランプとしては、タングステンランプ８６に限らず、例えば、ハロゲンランプ、Ｘｅランプ、水銀ランプ等でもよい。このように、処理容器８１内において互いに対向して配備された各タングステンランプ８６は、図示しない電源に接続されており、そこからの電力供給量を制御部９７により調節することで、発熱量を制御できるようになっている。
【００５４】
（支持部）
下部発熱ユニット８２と上部発熱ユニット８４との間には、ウエハＷを支持するための支持部８７が設けられている。この支持部８７は、ウエハＷを処理容器８１内の処理空間に保持した状態で支持するためのウエハ支持ピン８７ａと、処理中にウエハＷの温度を計測するためのホットライナー８８を支持するライナー設置部８７ｂを有している。また、支持部８７は、図示しない回転機構と連結されており、支持部８７を全体として鉛直軸廻りに回転させる。これにより、処理中にウエハＷが所定速度で回転し、熱処理の均一化が図られる。
【００５５】
（パイロメーター）
処理容器８１の下部には、パイロメーター９１が配置されており、熱処理中にホットライナー８８からの熱線を、ポート９１ａおよび光ファイバー９１ｂを介してパイロメーター９１で計測することにより、間接的にウエハＷの温度を把握できるようになっている。なお、直接ウエハＷの温度を計測するようにしてもよい。
【００５６】
また、ホットライナー８８の下方には、下部発熱ユニット８２のタングステンランプ８６との間に石英部材８９が介在配備されており、図示のように前記ポート９１ａは、この石英部材８９に設けられている。さらに、ウエハＷの上方にも、上部発熱ユニット８４のタングステンランプ８６との間に石英部材９０ａが介在配備されている。また、ウエハＷを囲繞するように、処理容器８１の内周面にも石英部材９０ｂが配設されている。なお、ウエハＷを支持して昇降させるためのリフターピン（図示せず）が、ホットライナー８８を貫通して設けられており、ウエハＷの搬入出に使用される。
【００５７】
下部発熱ユニット８２と処理容器８１との間、および上部発熱ユニット８４と処理容器８１との間には、それぞれシール部材（図示せず）が介在されており、処理容器８１内は気密状態となる。
【００５８】
（ガス供給部）
処理容器８１の側部には、ガス導入管９２に接続されたガス供給部９３が配備されており、図示しない流量制御装置によって、処理容器８１の処理空間内に、例えばＮ２ガス等の不活性ガスや、Ｈ２等の還元性ガスを導入できるようになっている。
【００５９】
（排気装置）
処理容器８１の下部には、排気管９４が設けられており、図示しない真空ポンプ等を備えた排気装置９５により、処理容器８１内を減圧できるように構成されている。
【００６０】
（制御部）
プロセスモジュール２０１Ｃ，２０１Ｄを構成する各エンドデバイス（例えば下部発熱ユニット８２、上部発熱ユニット８４、ガス供給部９３、排気装置９５など）は、制御部９７に接続されて制御される構成となっている。制御部９７は、図示は省略するが、例えばＣＰＵを備えたコンピュータであるコントローラと、このコントローラに接続されたユーザーインターフェースおよび記憶部を備えている。制御部９７の構成及び機能は、基本的にプロセスモジュール２０１Ａの制御部３７と同様である。そして、プロセスモジュール２０１Ｃ，２０１Ｄでは、制御部９７の制御に基づき、Ｔｉ膜及びＣｏ膜に対する熱処理が行われる。
【００６１】
＜成膜方法＞
次に、処理システム２００を用いて行われる、Ｃｏ３Ｔｉ合金を含む薄膜の成膜方法の具体的な内容について説明する。ここでは、チタン前駆体としてＴｉＣｌ４、コバルト前駆体としてコバルトカルボニルＣｏ２（ＣＯ）８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。
【００６２】
図５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６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、プロセスモジュール２０１Ｂ内にウエハＷを搬入し、Ｔｉ膜を成膜する工程（ＳＴＥＰ１）と、プロセスモジュール２０１Ａ内にＴｉ膜が形成されたウエハＷを搬入し、Ｔｉ膜上にＣｏ膜を形成する工程（ＳＴＥＰ２）、プロセスモジュール２０１Ｃ又は２０１ＤのいずれかにウエハＷを搬入し、Ｔｉ膜及びＣｏ膜を熱処理してＣｏ３Ｔｉ合金を含む薄膜を形成する工程（ＳＴＥＰ３）と、を含むことができる。
【００６３】
（ＳＴＥＰ１）
ＳＴＥＰ１では、プラズマＣＶＤ法によって、Ｔｉ膜の成膜を行う。まず、プロセスモジュール２０１Ｂの処理容器４１内を所定温度及び圧力に調節して、処理容器４１内にＴｉ膜のプリコート処理を行う。その後、ＮＨ３ガスを処理容器４１内に導入して、プラズマを生成してプリコートＴｉ膜を窒化して安定化させる。次いで、ゲートバルブＧ１を開いて、真空側搬送室２０３の搬送装置２０９により、プロセスモジュール２０１Ｂの処理容器４１内にウエハＷを搬入してステージ４２上に載置する。ここで、図６に示したように、ウエハＷ上には、下地膜３０１と、その上に積層された絶縁膜３０３と、が形成されている。図示は省略するが、絶縁膜３０３には、所定の凹凸パターンや開口部（トレンチなどの凹部や貫通孔などを意味する）を有していてもよい。また、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。絶縁膜３０３は、例えば多層配線構造の層間絶縁膜であり、開口部は、配線溝やビアホールとなる部分である。絶縁膜３０３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。
【００６４】
次に、排気装置７６により処理容器４１内を排気しつつ、ヒーター４５によりウエハＷを加熱し、Ｈ２ガスを例えば１００〜５０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、Ａｒガスを例えば１００〜２０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）の流量で処理容器４１内に導入する。次に、ＡｒガスとＨ２ガスを維持したまま、処理容器４１内の圧力を例えば１０〜１０００Ｐａに調節し、さらに、ＴｉＣｌ４ガスを例えば１〜３０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）の流量で処理容器４１内に導入してプリフローを行う。そして、ヒーター４５によるウエハＷの加熱温度（ステージ温度）を例えば５００〜７５０℃程度に維持して、高周波電源７３からシャワーヘッド５０に例えば３００ｋＨｚ〜１ＭＨｚの周波数で３００〜１０００Ｗの高周波電力を供給し、処理容器４１内にプラズマを生成し、プラズマ化したガス中でＴｉ膜３１１を成膜する。
【００６５】
（ＳＴＥＰ２）
ＳＴＥＰ２では、熱ＣＶＤ法によって、Ｔｉ膜３１１上にＣｏ膜３１３の成膜を行う。真空側搬送室２０３の搬送装置２０９により、Ｔｉ膜３１１が形成されたウエハＷをプロセスモジュール２０１Ｂから、プロセスモジュール２０１Ａのステージ５上に移載する。具体的には、ゲートバルブＧ１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。そして、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、ウエハＷの温度を、好ましくは１００℃以上３００℃以下の範囲内とする。ゲートバルブＧ１を閉じ、排気装置３５を作動させて処理容器１内を所定圧力の真空にする。このときの圧力は、例えば１．３Ｐａ〜１３３３Ｐａの範囲内が好ましい。
【００６６】
そして、絶縁膜３０３及びその上のＴｉ膜３１１の上に積層して、ＣＶＤ法によりＣｏ膜３１３を形成する。この工程では、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１７ｈを閉じ、バルブ１７ａ，１７ｇを開放した状態で、さらにバルブ１７ｃ，１７ｄ及び／又はバルブ１７ｅ，１７ｆを開放する。そして、マスフローコントローラ１９ａ，１９ｂ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３１ａからのＣＯガス及び／又は不活性ガス供給源３１ｂからの不活性ガスをガス供給配管１５ｃ，１５ｄ及び１５ｂを介して、原料容器２１へ導入する。この場合、ＣＯガス及び／又は不活性ガスの総流量として、例えば３００〜７００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）の範囲内が好ましい。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。この場合、Ｃｏ２（ＣＯ）８とキャリアガスの混合ガスの流量は、例えば１００〜１０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）の範囲内が好ましい。この際、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の気化温度以上かつ分解開始温度未満の温度に制御する。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１３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が熱分解され、ＣＶＤ法によって、図６に示したように、ウエハＷ表面のＴｉ膜３１１の上にＣｏ膜３１３を成膜することができる。
【００６７】
所定の膜厚になるまで、ウエハＷ表面のＴｉ膜３１１の上に、Ｃｏ膜３１３を堆積させた後、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、バルブ１７ａ，１７ｇ，１７ｃ，１７ｄ，１７ｅ，１７ｆを閉じ、ＣＯガス供給源３１ａからのＣＯガス、不活性ガス供給源３１ｂからの不活性ガスの供給を停止し、排気装置３５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内に残留した未反応の成膜原料のＣｏ２（ＣＯ）８やＣＯを処理容器１の外へ排出する。
【００６８】
（ＳＴＥＰ３）
ＳＴＥＰ３では、Ｔｉ膜３１１とＣｏ膜３１３との積層膜を熱処理してＣｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜３１５に改質する。まず、真空側搬送室２０３の搬送装置２０９により、プロセスモジュール２０１Ｃ又は２０１ＤのいずれかにＴｉ膜３１１及びＣｏ膜３１３が積層形成されたウエハＷを搬入し、処理容器８１内のウエハ支持部８７にウエハＷを載置する。次いで、図示しない電源から所定の電力を下部発熱ユニット８２および上部発熱ユニット８４の各タングステンランプ８６の発熱体（図示省略）に供給する。各発熱体が発熱し、発生した熱線が石英部材８９および石英部材９０ａを通過してウエハＷに至り、予め定められたレシピに基づく条件（昇温レート、加熱温度、ガス流量など）でウエハＷが上下から急速に加熱される。ウエハＷの加熱温度は、Ｃｏ３Ｔｉ合金を効率良く生成させるため、パイロメーター９１の計測温度として、例えば３００℃以上１０００℃以下の範囲内とすることが好ましく、６００℃以上９００℃以下の範囲内に設定することがより好ましい。ウエハＷを加熱しながら、ガス供給部９３から所定の流量でＮ２ガス等の不活性ガスやＨ２ガス等の還元性ガスを導入するとともに、排気装置９５を作動させて排気管９４から排気を行う。還元性ガスの導入により、Ｔｉ膜３１１、Ｃｏ膜３１３及びＣｏ３Ｔｉ合金の酸化を抑制できるので好ましい。このとき、処理容器８１内の圧力は、例えば１３３．３Ｐａ〜大気圧付近で行うことができる。また、熱処理の時間は、例えば５〜６０分とすることが好ましい。
【００６９】
熱処理の間は、図示しない回転機構により支持部８７を全体として鉛直軸廻り、つまり水平方向に例えば５０〜１００ｒｐｍの回転速度で回転させ、ウエハＷを回転させる。これにより、ウエハＷへの供給熱量の均一性が確保される。また、熱処理中にはホットライナー８８の温度をパイロメーター９１により計測し、間接的にウエハＷの温度を計測する。パイロメーター９１により計測された温度データは、プロセスコントローラにフィードバックされ、レシピにおける設定温度との間に差がある場合には、タングステンランプ８６への電力供給が調節される。
【００７０】
このようにして、ウエハＷ上のＴｉ膜３１１及びＣｏ膜３１３が加熱され、Ｃｏ３Ｔｉ合金が生成し、図６に示したようにＣｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜３１５が形成される。熱処理が終了した後は、下部発熱ユニット８２および上部発熱ユニット８４のタングステンランプ８６をオフ（切）にするとともに、処理容器８１内に、図示しないパージポートより窒素等のパージガスを流し込みつつ排気管９４から排気してウエハＷを冷却した後、処理容器８１から搬出する。
【００７１】
上記ＳＴＥＰ１〜ＳＴＥＰ３の手順でＣｏ３Ｔｉ合金を効率よく生成させるために、ＳＴＥＰ２において成膜されるＣｏ膜３１３の膜厚を、ＳＴＥＰ１において成膜されるＴｉ膜３１１の膜厚に対して３倍になるように形成することが好ましい。すなわち、Ｔｉ膜３１１の膜厚：Ｃｏ膜３１３の膜厚が１：３となるようにすることが好ましい。例えば、ＳＴＥＰ２では、Ｔｉ膜３１１を１〜３ｎｍ（好ましくは２ｎｍ）、ＳＴＥＰ３では、Ｃｏ膜３１３を３〜９ｎｍ（好ましくは６ｎｍ）の膜厚でそれぞれ形成できる。また、図５に示したように、上記ＳＴＥＰ１とＳＴＥＰ２の工程は、複数回繰り返し実施することができる。
【００７２】
＜Ｃｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜＞
以上のように、ＳＴＥＰ１〜ＳＴＥＰ３の工程を経て形成されるＣｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜３１５は、Ｃｏ３Ｔｉ合金を含有しているため、導電性に優れ、例えば絶縁膜３０３の開口部（図示せず）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。また、Ｃｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜３１５は、絶縁膜３０３の開口部（図示せず）にＣｕが充填された後には、絶縁膜３０３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、Ｃｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜３１５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。なお、Ｃｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜３１５をめっきシード層として用いる場合、別途異なる材質でバリア膜を形成してもよいし、Ｃｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜３１５をバリア膜として用いる場合、別途異なる材質でめっきシード層を形成してもよい。
【００７３】
さらに、Ｃｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜３１５は、Ｃｏ３Ｔｉ合金とＣｕとの格子不整合が０．１５％と小さいため、Ｃｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜３１５の上にＣｕ配線を形成した場合に、Ｃｕ配線に対して非常に優れた密着性が得られる。従って、Ｃｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜３１５上にＣｕ配線を形成することで、熱応力によるストレスマイグレーションやエレクトロマイグレーションが抑制され、信頼性の高い配線構造を有する半導体装置を得ることができる。このように、Ｃｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜３１５をめっきシード層及び／又は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。
【００７４】
Ｃｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜３１５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。
【００７５】
また、Ｃｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜３１５は、優れた導電性を有しているため、例えば開口部（図示せず）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、Ｃｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜３１５が介在しても該金属膜と開口部内に埋め込まれる配線との導通を確保できる。
【００７６】
なお、本実施の形態の成膜方法は、上記ＳＴＥＰ１〜ＳＴＥＰ３の工程以外に、任意工程として、例えば絶縁膜３０３の表面を改質する工程等を設けてもよい。また、本実施の形態の成膜方法は、図１に示したような処理システムを使用せずに、個別のＴｉ膜成膜装置、Ｃｏ膜成膜装置及び熱処理装置を使用して実施することもできるし、一つの成膜装置の処理容器内で、ＳＴＥＰ１〜ＳＴＥＰ３の処理を順次実施することもできる。
【００７７】
［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７は、本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８は、本実施の形態の成膜方法に使用可能な成膜装置２０１Ｅを示す概略断面図である。図９は、本実施の形態の成膜方法の主要な工程を説明する参照図である。
【００７８】
＜成膜装置の概要＞
図８に示す成膜装置２０１Ｅは、以下の点を除き、図２に示した成膜装置（プロセスモジュール２０１Ａ）と同様の構成であるため、ここでは相違点を中心に説明し、図２の成膜装置（プロセスモジュール２０１Ａ）と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。成膜装置２０１Ｅは、シャワーヘッド１２を有し、このシャワーヘッド１２にガス供給配管１５ａとガス供給配管１５ｆがそれぞれ接続されている。成膜原料ガス、キャリアガス等のガスを処理容器１内に導入するシャワーヘッド１２は、処理容器１の天板１ａに設けられている。このシャワーヘッド１２には、内部にガス拡散空間１２ａ，１２ｂが設けられている。シャワーヘッド１２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１２ａはガス吐出孔１３ａに、ガス拡散空間１２ｂはガス吐出孔１３ｂに、それぞれ連通している。また、シャワーヘッド１２の中央部には、ガス拡散空間１２ａに連通するガス供給配管１５ａ、ガス拡散空間１２ｂに連通するガス供給配管１５ｆがそれぞれ接続されている。ガス供給配管１５ｆは、ガス供給部３１ＡのＴｉＣｌ４ガス供給源３１ｃに接続されている。ガス供給配管１５ｆには、バルブ１７ｉ及び１７ｊ及びマスフローコントローラ（ＭＦＣ）１９ｃが設けられている。なお、ガス供給部３１Ａは、図８に示したＣＯガス供給源３１ａ、不活性ガス供給源３１ｂ、ＴｉＣｌ４ガス供給源３１ｃに加え、例えばＨ２等の還元性ガスの供給源やクリーニングガスの供給源を備えていてもよい。
【００７９】
＜成膜方法＞
本実施の形態の成膜方法は、例えば、成膜装置２０１Ｅ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（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Ｔｉ原料とＣｏ原料を同時に供給して、ＣＶＤ法によりウエハＷの表面にＴｉとＣｏを含む混合膜を堆積させる工程（ＳＴＥＰ１３）と、処理容器１内を不活性ガスによりパージする工程（ＳＴＥＰ１４）と、ＴｉとＣｏを含む混合膜を熱処理してＣｏ３Ｔｉ合金を含む薄膜を形成する工程（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。このように、本実施の形態では、成膜装置２０１Ｅの処理容器１内で、ＴｉとＣｏを含む混合膜の堆積と、該混合膜の熱処理を行うことができる。
【００８０】
（ＳＴＥＰ１１）
ＳＴＥＰ１１では、成膜装置２０１Ｅ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Ｇ１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９に示したように、ウエハＷ上には、下地膜３０１と、その上に積層された絶縁膜３０３と、が形成されている。絶縁膜３０３は、第１の実施の形態と同様である。
【００８１】
（ＳＴＥＰ１２）
ＳＴＥＰ１２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Ｇ１を閉じ、排気装置３５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。
【００８２】
（ＳＴＥＰ１３）
ＳＴＥＰ１３は、成膜工程であり、処理容器１内にＴｉＣｌ４及びＣｏ２（ＣＯ）８を供給して、ＣＶＤ法によりウエハＷの表面に混合膜３１４を堆積させる。この工程では、バルブ１７ｉ，１７ｊを開放し、マスフローコントローラ１９ｃによって流量を制御しながら、ＴｉＣｌ４ガス供給源３１ｃからＴｉＣｌ４ガスを、ガス供給配管１５ｆを介してシャワーヘッド１２へ導入する。そして、ＴｉＣｌ４ガスは、シャワーヘッド１２のガス拡散空間１２ｂ及びガス吐出孔１３ｂを介して処理容器１内の反応空間に供給される。この場合、ＴｉＣｌ４ガスの流量は、最終的に形成される金属薄膜中にＣｏ３Ｔｉ合金を効率よく生成させる観点から、例えば３０〜１００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）の範囲内が好ましい。
【００８３】
また、ＴｉＣｌ４ガスの供給と同時に、処理容器１内にＣｏ２（ＣＯ）８ガスを供給する。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１７ｈを閉じ、バルブ１７ａ，１７ｇを開放した状態で、さらにバルブ１７ｃ，１７ｄ及び／又はバルブ１７ｅ，１７ｆを開放する。そして、マスフローコントローラ１９ａ，１９ｂ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３１ａからのＣＯガス及び／又は不活性ガス供給源３１ｂからの不活性ガスを、ガス供給配管１５ｃ，１５ｄ及び１５ｂを介して、原料容器２１へ導入する。この場合、ＣＯガス及び／又は不活性ガスの総流量として、例えば３００〜７００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）の範囲内が好ましい。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。この場合、Ｃｏ２（ＣＯ）８とキャリアガスの混合ガスの流量は、最終的に形成される金属薄膜中にＣｏ３Ｔｉ合金を効率よく生成させる観点から、例えば４００〜１０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）の範囲内が好ましい。この際、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の気化温度以上かつ分解開始温度未満の温度に制御する。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１２のガス拡散空間１２ａ及びガス吐出孔１３ａを介して処理容器１内の反応空間に供給される。
【００８４】
このようにして、処理容器１内の反応空間で、Ｃｏ２（ＣＯ）８及びＴｉＣｌ４ガスが熱分解され、ＣＶＤ法によってウエハＷ表面の絶縁膜３０３の上に、混合膜３１４を成膜することができる。
【００８５】
（ＳＴＥＰ１４）
次に、ＳＴＥＰ１４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３１ｂ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３１ｂから、ガス供給配管１５ｄ、バイパスラインであるガス供給配管１５ｅ、ガス供給配管１５ａ、及びシャワーヘッド１２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１７ｇ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，１７ｈ、１７ｉ，１７ｊを閉じて処理容器１内を排気装置３５により引き切り状態とした後、バルブ１７ｅ、１７ｆ，１７ｈを開放して処理容器１内にパージガスを導入する。なお、ＳＴＥＰ１４のパージ処理は任意工程であり、省略することもできる。
【００８６】
（ＳＴＥＰ１５）
次に、ＳＴＥＰ１５では、処理容器１内に不活性ガスを導入したままで、混合膜３１４に熱処理を行う。この際、最終的に形成される金属薄膜中にＣｏ３Ｔｉ合金を効率よく生成させる観点から、温度制御部８Ｂによりヒーター７の温度を好ましくは３００℃以上１０００℃以下の範囲内、より好ましくは６００℃以上９００℃以下の範囲内に設定する。また、処理容器１内の圧力は、例えば１３３．３Ｐａ〜大気圧付近に維持する。熱処理の時間は、例えば５〜６０分とすることが好ましい。このようにして、ウエハＷ上の混合膜３１４が加熱され、Ｃｏ３Ｔｉ合金が生成し、Ｃｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜３１５が形成される。なお、ＳＴＥＰ１５では、不活性ガスに代えて、Ｈ２等の還元性ガスを導入しながら熱処理を行うことも可能であり、還元性ガスにより、混合膜３１４の酸化を抑制できるので好ましい。
【００８７】
（ＳＴＥＰ１６）
ＳＴＥＰ１６では、ＳＴＥＰ１１と逆の手順でＣｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜３１５が形成されたウエハＷを処理容器１から搬出する。
【００８８】
以上のようにして形成されるＣｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜３１５の構成は、第１の実施の形態と同様である。本実施の形態では、上記ＳＴＥＰ１１〜ＳＴＥＰ１６の手順でＣｕとの格子不整合が小さいＣｏ３Ｔｉ合金を効率よく生成させるために、ＳＴＥＰ１３において混合膜３１４を形成する際に、Ｔｉ原料及びＣｏ原料を、Ｔｉ：Ｃｏ換算での比率が１：３となるように流量制御しながら処理容器１内の反応空間に供給することが好ましい。このようにずれば、混合膜３１４中に含まれるＴｉとＣｏとの比をほぼ１：３とすることが可能になり、Ｃｏ３Ｔｉ合金を効率よく生成させることができる。また、図７に示したように、上記ＳＴＥＰ１３からＳＴＥＰ１５までの工程は、複数回繰り返し実施することができる。
【００８９】
なお、本実施の形態の成膜方法は、上記ＳＴＥＰ１１〜ＳＴＥＰ１６の工程以外に、任意工程として、例えば絶縁膜３０３の表面を改質する工程等を設けてもよい。また、本実施の形態の成膜方法では、上記ＳＴＥＰ１１〜ＳＴＥＰ１６の工程を、図１に示したような処理システム２００を使用して複数の装置で連続的に実施することもできる。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。
【００９０】
以上のように、第１及び第２の実施の形態の成膜方法によれば、絶縁膜３０３の表面に均一に、かつ所定の厚みでＣｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜３１５を成膜できる。このようにして得られるＣｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜３１５は、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、さらにＣｕ配線に対する優れた密着性を有するものである。すなわち、第１及び第２の実施の形態の成膜方法によって成膜されるＣｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜３１５は、優れた導電性を有し、Ｃｕめっきのためのシード層として有用である。また、Ｃｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜３１５は、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３０３中へ拡散することを効果的に抑制するバリア膜として機能する。さらに、Ｃｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜３１５は、Ｃｕとの格子不整合が小さいＣｏ３Ｔｉ合金を含むため、Ｃｕ配線との密着性も保つことができる。従って、本発明の成膜方法により得られるＣｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜３１５をめっきシード層及び／又は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。
【００９１】
［ダマシンプロセスへの適用例］
次に、図１０〜図１２を参照しながら、上記第１及び第２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１０は、Ｃｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜３１５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４０１の上には、エッチングストッパ膜４０２、ビア層となる層間絶縁膜４０３、エッチングストッパ膜４０４、及び配線層となる層間絶縁膜４０５が、この順番に形成されている。さらに、層間絶縁膜４０１にはＣｕが埋め込まれた下層配線４０６が形成されている。なお、エッチングストッパ膜４０２，４０４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４０３及び層間絶縁膜４０５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４０２，４０４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。
【００９２】
図１０に示すように、層間絶縁膜４０３，４０５には、開口部４０３ａ，４０５ａ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４０３ａ，４０５ａ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４０３，４０５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４０３ａはビアホールであり、開口部４０５ａは配線溝である。開口部４０３ａは下層配線４０６の上面まで達しており、開口部４０５ａは、エッチングストッパ膜４０４の上面まで達している。
【００９３】
次に、図１１は、図１０の積層体に対して、上記第１又は第２の実施の形態のいずれかの方法によりＣｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜３１５を形成した後の状態を示している。このＣｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜３１５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し、かつＣｕとの密着性にも優れている。また、Ｃｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜３１５は、Ｃｕ拡散のバリア膜としても機能する。従って、Ｃｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜３１５は、めっきシード層兼バリア膜として、例えば５ｎｍ以下（好ましくは２〜５ｎｍ）程度の単膜に形成できるため、微細な配線パターンにも適用できる。
【００９４】
次に、図１２に示すように、Ｃｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜３１５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４０３ａ及び４０５ａを埋めるＣｕ膜４０７を形成する。開口部４０３ａ内に埋め込まれたＣｕ膜４０７はＣｕプラグとなり、開口部４０５ａ内に埋め込まれたＣｕ膜４０７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４０７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。
【００９５】
このようにして形成された多層配線構造体において、Ｃｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜３１５は、めっきシード層としての機能に加え、Ｃｕ拡散のバリア性にも優れている。また、Ｃｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜３１５は、Ｃｕ膜４０７との密着性に優れており、熱応力によるストレスマイグレーションやエレクトロマイグレーションが抑制され、Ｃｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜３１５とＣｕ膜４０７との境界部分での剥離ボイドの発生も抑制できる。また、Ｃｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜３１５は、低抵抗な膜であるため、開口部４０３ａ，４０５ａ内に埋め込まれたＣｕ膜４０７と下層配線４０６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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
また、上記実施の形態では、Ｔｉ膜及びＣｏ膜の成膜を、共にＣＶＤ法により行う構成としたが、例えばＡＬＤ（原子層堆積）法やＰＶＤ（物理気相成長）法により行うこともできる。この場合、Ｔｉ膜及びＣｏ膜を共にＡＬＤ法又はＰＶＤ法のいずれか一つの方法により成膜してもよい。さらに、Ｔｉ膜とＣｏ膜を、ＣＶＤ法、ＡＬＤ法又はＰＶＤ法から選ばれる２種の異なる方法を組み合わせて成膜することもできる。ＰＶＤ法としては、例えばスパッタリング、真空蒸着、分子線蒸着、イオンプレーティング、イオンビーム蒸着等を利用することが可能である。
【符号の説明】
【００９９】
２００…処理システム、２０１Ａ，２０１Ｂ，２０１Ｃ，２０１Ｄ…プロセスモジュール、Ｗ…半導体ウエハ（基板）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属薄膜の成膜方法、この金属薄膜を有する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。また、めっきシード層としてコバルト膜を利用することにより、Ｔａ,ＴａＮ等の材質のバリア膜との密着性を高め、Ｃｕ配線の信頼性を向上させ得ることも期待されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３２８５２６号公報
【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。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、上記のとおり、めっきシード層とは別にバリア膜を形成しておく必要がある。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、合計の膜厚が嵩み、配線パターンの微細化への障害にもなっている。
【０００５】
また、めっきシード層としてコバルト膜を形成した場合、コバルト膜はＣｕとの濡れ性が悪いため、熱応力によるストレスマイグレーションやエレクトロマイグレーションが生じ、Ｃｕ配線／Ｃｏシード層の境界で剥離ボイドが発生し、断線などの不具合を生じる懸念がある。
【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、単膜でＣｕ拡散のバリア膜及びめっきシード層として機能するとともに、Ｃｕとの密着性にも優れた金属薄膜の成膜方法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金属薄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、本発明の第１の観点の金属薄膜の成膜方法は、絶縁膜が形成された基板の前記絶縁膜上に、Ｔｉ膜を堆積させる工程と、前記Ｔｉ膜上に重ねてＣｏ膜を堆積させる工程と、前記絶縁膜上のＴｉ膜とＣｏ膜との積層膜を、不活性ガス雰囲気もしくは還元雰囲気で加熱処理してＣｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜に改質する工程と、を備えている。
【０００８】
本発明の金属薄膜の成膜方法は、前記Ｔｉ膜を堆積させる工程と、前記Ｃｏ膜を堆積させる工程と、を交互に繰返してもよい。また、前記Ｔｉ膜と前記Ｃｏ膜との膜厚比が、１：３であってもよい。さらに、前記Ｔｉ膜を堆積させる工程及び前記Ｃｏ膜を堆積させる工程をＣＶＤ法又はＰＶＤ法により行うことができる。
【０００９】
本発明の第２の観点の金属薄膜の成膜方法は、絶縁膜が形成された基板の前記絶縁膜に、Ｔｉ含有原料とＣｏ含有原料を同時に供給してＴｉとＣｏとを含有する混合膜を堆積させる工程と、前記絶縁膜上の混合膜を、不活性ガス雰囲気もしくは還元雰囲気で加熱処理してＣｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜に改質する工程と、を備えている。この場合、前記混合膜中に含まれるＴｉとＣｏとの比が、１：３であってもよい。また、前記混合膜を堆積させる工程をＣＶＤ法又はＰＶＤ法により行うことができる。
【００１０】
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金属薄膜の成膜方法によって、前記絶縁膜上に、前記Ｃｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜を形成する工程と、前記Ｃｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜上にＣｕ膜を堆積させる工程と、を備えている。
【００１１】
本発明の半導体装置の製造方法は、絶縁膜と、前記絶縁膜上に形成されたＣｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜と、前記Ｃｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜上に形成されたＣｕ配線と、を備えている。この場合、前記Ｃｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜は、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ってもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の金属薄膜の成膜方法によれば、基板上にＣｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜を成膜できる。このＣｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜は、めっきシード層として利用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、バリア膜として、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。また、Ｃｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜はＣｏ膜に比べてＣｕとの密着性に優れている。
【００１３】
従って、本発明方法によって得られるＣｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜をめっきシード層として用いることにより、Ｃｕ拡散バリア膜と兼用が可能であり、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。また、本発明方法によって、熱応力によるストレスマイグレーションやエレクトロマイグレーションが抑制され、信頼性の高い配線構造を有する半導体装置を得ることができる。さらに、本発明方法により成膜されたＣｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜をめっきシード層及び／又は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】
【００１４】
【図１】本発明の金属薄膜の成膜方法に利用可能な処理システムの概略構成を示す図面である。
【図２】図１の処理システムの一部をなすプロセスモジュールの概略構成例を示す図面である。
【図３】図１の処理システムの別のプロセスモジュールの概略構成例を示す図面である。
【図４】図１の処理システムのさらに別のプロセスモジュールの概略構成例を示す図面である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る金属薄膜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】第１の実施の形態に係る金属薄膜の成膜方法の主要な工程を説明する図面である。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係る金属薄膜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８】本発明の第２の実施の形態の金属薄膜の成膜方法に使用可能な成膜装置の概略構成を示す図面である。
【図９】第２の実施の形態に係る金属薄膜の成膜方法の主要な工程を説明する図面である。
【図１０】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１１】図１０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１２】図１１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】
【００１５】
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。
【００１６】
［第１の実施の形態］
＜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。まず、図１を参照して本実施の形態に利用可能な処理システムについて説明を行う。図１は、例えば基板としての半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」と記す）Ｗに対し、Ｃｏ３Ｔｉ合金を含む薄膜の成膜処理を行なうように構成された処理システム２００を示す概略構成図である。
【００１７】
図１に示す処理システム２００は、複数（図３では４つ）のプロセスモジュール２０１Ａ〜２０１Ｄを備えたマルチチャンバ構造のクラスタツールとして構成されている。処理システム２００は、主要な構成として、４つのプロセスモジュール２０１Ａ，２０１Ｂ，２０１Ｃ，２０１Ｄと、これらのプロセスモジュール２０１Ａ〜２０１Ｄに対してゲートバルブＧ１を介して接続された真空側搬送室２０３と、この真空側搬送室２０３にゲートバルブＧ２を介して接続された２つのロードロック室２０５ａ，２０５ｂと、これら２つのロードロック室２０５ａ，２０５ｂに対してゲートバルブＧ３を介して接続されたローダーユニット２０７とを備えている。
【００１８】
（プロセスモジュール）
本実施の形態では、プロセスモジュール２０１ＡはウエハＷに対してＣｏ膜の成膜を行い、プロセスモジュール２０１Ｂは、ウエハＷに対してＴｉ膜の成膜を行い、プロセスモジュール２０１Ｃ及び２０１Ｄは、ウエハＷに対して熱処理を行うように構成されている。なお、各プロセスモジュール２０１Ａ〜２０１Ｄで行う処理の割り振りは、上記に限定されるものではない。
【００１９】
（真空側搬送室）
真空引き可能に構成された真空側搬送室２０３には、プロセスモジュール１００Ａ〜１００Ｄやロードロック室２０５ａ，２０５ｂに対してウエハＷの受け渡しを行う第１の基板搬送装置としての搬送装置２０９が設けられている。この搬送装置２０９は、互いに対向するように配置された一対の搬送アーム部２１１，２１１を有している。各搬送アーム部２１１，２１１は同一の回転軸を中心として、屈伸及び旋回可能に構成されている。また、各搬送アーム部２１１，２１１の先端には、それぞれウエハＷを載置して保持するためのフォーク２１３，２１３が設けられている。搬送装置２０９は、これらのフォーク２１３，２１３上にウエハＷを載置した状態で、各プロセスモジュール１００Ａ〜１００Ｄの間、あるいはプロセスモジュール１００Ａ〜１００Ｄとロードロック室２０５ａ，２０５ｂとの間でウエハＷの搬送を行う。
【００２０】
（ロードロック室）
ロードロック室２０５ａ，２０５ｂ内には、それぞれウエハＷを載置する待機ステージ２０６ａ，２０６ｂが設けられている。ロードロック室２０５ａ，２０５ｂは、真空状態と大気開放状態を切り替えられるように構成されている。このロードロック室２０５ａ，２０５ｂの待機ステージ２０６ａ，２０６ｂを介して、真空側搬送室２０３と大気側搬送室２１９（後述）との間でウエハＷの受け渡しが行われる。
【００２１】
（ローダーユニット）
ローダーユニット２０７は、ウエハＷの搬送を行う第２の基板搬送装置としての搬送装置２１７が設けられた大気側搬送室２１９と、この大気側搬送室２１９に隣接配備された３つのロードポートＬＰと、大気側搬送室２１９の他の側面に隣接配備され、ウエハＷの位置測定を行なう位置測定装置としてのオリエンタ２２１とを有している。
【００２２】
（大気側搬送室）
大気側搬送室２１９は、例えば窒素ガスや清浄空気などの循環設備（図示省略）を備えた平面視矩形形状をなしており、その長手方向に沿ってガイドレール２２３が設けられている。このガイドレール２２３に搬送装置２１７がスライド移動可能に支持されている。つまり、搬送装置２１７は図示しない駆動機構により、ガイドレール２２３に沿ってＸ方向へ移動可能に構成されている。この搬送装置２１７は、上下２段に配置された一対の搬送アーム部２２５，２２５を有している。各搬送アーム部２２５，２２５は屈伸及び旋回可能に構成されている。各搬送アーム部２２５，２２５の先端には、それぞれウエハＷを載置して保持する保持部材としてのフォーク２２７，２２７が設けられている。搬送装置２１７は、これらのフォーク２２７，２２７上にウエハＷを載置した状態で、ロードポートＬＰのウエハカセットＣＲと、ロードロック室２０５ａ，２０５ｂと、オリエンタ２２１との間でウエハＷの搬送を行う。
【００２３】
（ロードポート）
ロードポートＬＰは、ウエハカセットＣＲを載置できるようになっている。ウエハカセットＣＲは、複数枚のウエハＷを同じ間隔で多段に載置して収容できるように構成されている。オリエンタ２２１は、図示しない駆動モータによって回転される回転板２３３と、この回転板２３３の外周位置に設けられ、ウエハＷの周縁部を検出するための光学センサ２３７とを備えている。
【００２４】
（統括制御部）
処理システム２００の各構成部は、統括制御部２５０に接続されて制御される構成となっている。統括制御部２５０は、例えばロードロック室２０５ａ，２０５ｂ、搬送装置２０９、搬送装置２１７等を制御するほか、各プロセスモジュール２０１Ａ〜２０１Ｄを個別に制御する制御部を統括して制御する。
【００２５】
以上のような構成の処理システム２００では、搬送装置２１７により、ウエハカセットＣＲからウエハＷを１枚取り出し、オリエンタ２２１で位置合わせを行った後、ロードロック室２０５ａ，２０５ｂのいずれかに搬入し、待機ステージ２０６ａ（又は２０６ｂ）に移載する。そして、搬送装置２０９を用い、ロードロック室２０５ａ（又は２０５ａ）内のウエハＷを、プロセスモジュール２０１Ａ〜２０１Ｄのいずれかへ搬送する。成膜処理後は、前記と逆の手順で、ウエハＷをウエハカセットＣＲへ戻すことにより、１枚のウエハＷに対する処理が終了する。
【００２６】
＜プロセスモジュール２０１Ａ＞
次に、プロセスモジュール２０１Ａについて説明する。図２はウエハＷに対してＣｏ膜の成膜を行うプロセスモジュール２０１Ａの概略構成例を示している。このプロセスモジュール２０１Ａは、ＣＶＤ装置として構成されている。プロセスモジュール２０１Ａ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、ウエハ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原料容器２１と、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、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３１と、処理容器１内を減圧排気する排気装置３５と、を備えている。このプロセスモジュール２０１Ａは、ウエハＷ上にコバルト膜を堆積させる成膜処理を行うことができる。
【００２７】
（処理容器）
プロセスモジュール２０１Ａ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。
【００２８】
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Ｇ１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。
【００２９】
（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。
【００３０】
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８Ａ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。
【００３１】
（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１３が形成されている。ガス拡散空間１１ａはガス吐出孔１３に連通している。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が接続されている。
【００３２】
（原料容器）
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。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８Ａに接続されており、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、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。
【００３３】
原料容器２１には、ガス供給配管１５ａと、ガス供給配管１５ｂ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。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。温度調節装置２５は、電力供給部８Ａと電気的に接続されており、熱電対９ｃによる計測温度情報に基づき、ガス供給配管１５ａ内を通過するＣｏ２（ＣＯ）８を気化温度以上かつ分解開始温度（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、バルブ１７ａ及び開度調節バルブ１７ｂが設けられている。
【００３４】
（ガス供給源）
ガス供給部３１は、一酸化炭素（ＣＯ）ガスを供給するＣＯガス供給源３１ａ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３１ｂ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、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、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、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ガスにすることも可能であり、その場合は、不活性ガスは使用しなくてもよい。なお、図示は省略するが、ガス供給部３１は、ＣＯガス供給源３１ａ及び不活性ガス供給源３１ｂ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。
【００３５】
ＣＯガス供給源３１ａには、ガス供給配管１５ｃが接続されている。ガス供給配管１５ｃ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１７ｃ，１７ｄが設けられている。また、不活性ガス供給源３１ｂ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１７ｅ，１７ｆが設けられている。そして、ガス供給配管１５ｃ，１５ｄは、途中で合流してガス供給配管１５ｂとなり、原料容器２１に接続されている。ガス供給配管１５ｂには、バルブ１７ｇが設けられている。なお、ガス供給配管１５ｂからは、途中でガス供給配管１５ｅが分岐している。このガス供給配管１５ｅは、原料容器２１を介さず、ガス供給配管１５ｂ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１５ｅは、不活性ガス供給源３１ｂ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１５ｅには、バルブ１７ｈが設けられている。
【００３６】
プロセスモジュール２０１Ａでは、ＣＯガス供給源３１ａからのＣＯガス及び／又は不活性ガス供給源３１ｂからの不活性ガスを、ガス供給配管１５ｃ，１５ｄ，１５ｂを介して原料容器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て原料容器２１内で気化したＣｏ２（ＣＯ）８を、開度調節バルブ１７ｂ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によって気化温度以上かつ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１３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、原料であるＣｏ２（ＣＯ）８を放出することができる。このように、プロセスモジュール２０１Ａ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。
【００３７】
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３３が接続されており、この排気管３３には、排気装置３５が接続されている。排気装置３５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。
【００３８】
（制御系統）
次に、プロセスモジュール２０１Ａ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。プロセスモジュール２０１Ａは、上記電力供給部８Ａの出力制御を行う温度制御部８Ｂを備えている。電力供給部８Ａ、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８Ｂと信号の授受が可能に接続されている。温度制御部８Ｂ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８Ａ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。
【００３９】
また、プロセスモジュール２０１Ａを構成する各エンドデバイス（例えばＭＦＣ１９ａ，１９ｂ、排気装置３５など）や温度制御部８Ｂは、制御部３７に接続されて制御される構成となっている。制御部３７は、図示は省略するが、例えばＣＰＵを備えたコンピュータであるコントローラと、このコントローラに接続されたユーザーインターフェースおよび記憶部を備えている。ユーザーインターフェースは、工程管理者がプロセスモジュール２０１Ａ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、プロセスモジュール２０１Ａ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。記憶部には、プロセスモジュール２０１Ａで実行される各種処理をコントローラ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から呼び出してコントローラに実行させることで、コントローラの制御下で、プロセスモジュール２０１Ａの処理容器１内で所望の処理が行われる。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に格納された状態のものを記憶部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プロセスモジュール２０１Ａでは、制御部３７の制御に基づき、ＣＶＤ法によりコバルト膜の成膜処理が行われる。
【００４１】
＜プロセスモジュール２０１Ｂ＞
次に、プロセスモジュール２０１Ｂについて説明する。図３はＴｉ膜の成膜を行うプロセスモジュール２０１Ｂの概略断面図である。
【００４２】
（処理容器）
このプロセスモジュール２０１Ｂは、気密に構成された略円筒状の処理容器４１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ステージ４２が円筒状の支持部材４３により支持された状態で配置されている。処理容器４１の側部には、真空側搬送室２０３との間でウエハＷの受け渡しを行なうためのゲートバルブＧ１が設けられ、このゲートバルブＧ１を開にした状態でウエハＷが隣接する真空側搬送室２０３との間で搬送されるようになっている。
【００４３】
（ステージ）
ステージ４２は、例えばＡｌＮ等のセラミックスで構成されている。ステージ４２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４４が設けられている。このガイドリング４４はプラズマのフォーカシング効果も奏する。また、ステージ４２にはモリブデンやタングステン線等からなる抵抗加熱型のヒーター４５が埋め込まれており、このヒーター４５はヒーター電源４６から給電されることにより被処理体であるウエハＷを所定の温度に加熱する。なお、ステージ４２に対するウエハＷの受け渡しは、その中に突没自在に設けられた３本のリフトピン（図示せず）でウエハＷを持ち上げた状態で行われる。
【００４４】
（シャワーヘッド）
処理容器４１の天壁４１ａには、絶縁部材４９を介してシャワーヘッド５０が設けられている。このシャワーヘッド５０は、上段ブロック体５０ａ、中段ブロック体５０ｂ、下段ブロック体５０ｃで構成されている。そして、下段ブロック体５０ｃにはガスを吐出する吐出孔５７と５８とが交互に形成されている。上段ブロック体５０ａの上面には、第１のガス導入口５１と、第２のガス導入口５２とが形成されている。
【００４５】
上段ブロック体５０ａの中では、第１のガス導入口５１から多数のガス通路５３が分岐している。中段ブロック体５０ｂにはガス通路５５が形成されており、上記ガス通路５３がこれらガス通路５５に連通している。さらにこのガス通路５５が下段ブロック体５０ｃの吐出孔５７に連通している。また、上段ブロック体５０ａの中では、第２のガス導入口５２から多数のガス通路５４が分岐している。中段ブロック体５０ｂにはガス通路５６が形成されており、上記ガス通路５４がこれらガス通路５６に連通している。さらにこのガス通路５６が下段ブロック体５０ｃの吐出孔５８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５１，５２は、ガス供給部６０のガスラインに接続されている。
【００４６】
（ガス供給部）
ガス供給部６０は、Ｔｉ含有ガスであるＴｉＣｌ４ガスを供給するＴｉＣｌ４ガス供給源６１、プラズマガスであるＡｒガスを供給するＡｒガス供給源６２、還元性ガスであるＨ２ガスを供給するＨ２ガス供給源６３、ＮＨ３ガスを供給するＮＨ３ガス供給源６４を有している。ＴｉＣｌ４ガス供給源６１にはガスライン６５が、Ａｒガス供給源６２にはガスライン６６が、Ｈ２ガス供給源６３にはガスライン６７が、ＮＨ３ガス供給源６４にはガスライン６８がそれぞれ接続されている。また、各ガスラインにはバルブ６９、バルブ７７およびマスフローコントローラ７０が設けられている。また、ＴｉＣｌ４ガス供給源６１から延びるガスライン６５には、排気装置７６と接続するガスライン８０がバルブ７８を介して接続されている。
【００４７】
第１のガス導入口５１にはＴｉＣｌ４ガス供給源６１から延びるガスライン６５が接続されており、このガスライン６５にはＡｒガス供給源６２から延びるガスライン６６が接続されている。また、第２のガス導入口５２にはＨ２ガス供給源６３から延びるガスライン６７およびＮＨ３ガス供給源６４から延びるガスライン６８が接続されている。したがって、プロセス時には、ＴｉＣｌ４ガス供給源６１からのＴｉＣｌ４ガスがＡｒガスをキャリアガスとしてガスライン６５を介してシャワーヘッド５０の第１のガス導入口５１からシャワーヘッド５０内に至り、ガス通路５３，５５を経て吐出孔５７から処理容器４１内へ吐出される。一方、Ｈ２ガス供給源６３からのＨ２ガスがガスライン６７を介してシャワーヘッド５０の第２のガス導入口５２からシャワーヘッド５０内に至り、ガス通路５４，５６を経て吐出孔５８から処理容器４１内へ吐出される。すなわち、シャワーヘッド５０は、ＴｉＣｌ４ガスとＨ２ガスとが全く独立して処理容器４１内に供給されるポストミックスタイプとなっており、これらは吐出後に混合され反応が生じる。なお、各ガスラインのバルブやマスフローコントローラは図示しないコントローラにより制御される。
【００４８】
（高周波電源）
シャワーヘッド５０には、整合器７２を介して高周波電源７３が接続されており、この高周波電源７３からシャワーヘッド５０に高周波電力が供給されることにより、シャワーヘッド５０を介して処理容器４１内に供給されたガスがプラズマ化され、これにより成膜反応が進行される。高周波電力が供給される電極として機能するシャワーヘッド５０の対向電極として、ステージ４２の上部に、例えばモリブデン線等をメッシュ状に編み込んでなる電極７４が埋設されている。
【００４９】
（排気装置）
処理容器４１の底壁４１ｂには、排気管７５が接続されており、この排気管７５には真空ポンプを含む排気装置７６が接続されている。そしてこの排気装置７６を作動させることにより処理容器４１内を所定の真空度まで減圧することが可能となっている。
【００５０】
（制御部）
プロセスモジュール２０１Ｂを構成する各エンドデバイス（例えばヒーター電源４６、ＭＦＣ７０、排気装置７６など）は、制御部７９に接続されて制御される構成となっている。制御部７９は、図示は省略するが、例えばＣＰＵを備えたコンピュータであるコントローラと、このコントローラに接続されたユーザーインターフェースおよび記憶部を備えている。制御部７９の構成及び機能は、基本的にプロセスモジュール２０１Ａの制御部３７と同様である。そして、プロセスモジュール２０１Ｂでは、制御部７９の制御に基づき、プラズマＣＶＤ法によりＴｉ膜の成膜処理が行われる。
【００５１】
＜プロセスモジュール２０１Ｃ又は２０１Ｄ＞
図４は、熱処理装置であるプロセスモジュール２０１Ｃ，２０１Ｄの概略構成を示す断面図である。このプロセスモジュール２０１Ｃ，２０１Ｄは、例えばウエハＷに形成した薄膜等を、不活性ガス又は還元性ガス雰囲気下で８００〜１０００℃程度の高温領域で、短時間で熱処理可能がＲＴＰ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓ）装置として用いることができる。
【００５２】
（処理容器）
図４において、符号８１は、円筒状の処理容器であり、この処理容器８１の下方には下部発熱ユニット８２が着脱可能に設けられ、また、処理容器８１の上方には、下部発熱ユニット８２と対向するように上部発熱ユニット８４が着脱可能に設けられている。処理容器８１の側壁には、ウエハＷを搬入出するための開口８１ａが設けられ、該開口８１ａには、ゲートバルブＧ１が設けられている。
【００５３】
（発熱ユニット）
下部発熱ユニット８２は、水冷ジャケット８３と、その上面に複数配列された加熱手段としてのタングステンランプ８６を有している。同様に、上部発熱ユニット８４は、水冷ジャケット８５と、その下面に複数配列された加熱手段としてのタングステンランプ８６とを有している。なお、ランプとしては、タングステンランプ８６に限らず、例えば、ハロゲンランプ、Ｘｅランプ、水銀ランプ等でもよい。このように、処理容器８１内において互いに対向して配備された各タングステンランプ８６は、図示しない電源に接続されており、そこからの電力供給量を制御部９７により調節することで、発熱量を制御できるようになっている。
【００５４】
（支持部）
下部発熱ユニット８２と上部発熱ユニット８４との間には、ウエハＷを支持するための支持部８７が設けられている。この支持部８７は、ウエハＷを処理容器８１内の処理空間に保持した状態で支持するためのウエハ支持ピン８７ａと、処理中にウエハＷの温度を計測するためのホットライナー８８を支持するライナー設置部８７ｂを有している。また、支持部８７は、図示しない回転機構と連結されており、支持部８７を全体として鉛直軸廻りに回転させる。これにより、処理中にウエハＷが所定速度で回転し、熱処理の均一化が図られる。
【００５５】
（パイロメーター）
処理容器８１の下部には、パイロメーター９１が配置されており、熱処理中にホットライナー８８からの熱線を、ポート９１ａおよび光ファイバー９１ｂを介してパイロメーター９１で計測することにより、間接的にウエハＷの温度を把握できるようになっている。なお、直接ウエハＷの温度を計測するようにしてもよい。
【００５６】
また、ホットライナー８８の下方には、下部発熱ユニット８２のタングステンランプ８６との間に石英部材８９が介在配備されており、図示のように前記ポート９１ａは、この石英部材８９に設けられている。さらに、ウエハＷの上方にも、上部発熱ユニット８４のタングステンランプ８６との間に石英部材９０ａが介在配備されている。また、ウエハＷを囲繞するように、処理容器８１の内周面にも石英部材９０ｂが配設されている。なお、ウエハＷを支持して昇降させるためのリフターピン（図示せず）が、ホットライナー８８を貫通して設けられており、ウエハＷの搬入出に使用される。
【００５７】
下部発熱ユニット８２と処理容器８１との間、および上部発熱ユニット８４と処理容器８１との間には、それぞれシール部材（図示せず）が介在されており、処理容器８１内は気密状態となる。
【００５８】
（ガス供給部）
処理容器８１の側部には、ガス導入管９２に接続されたガス供給部９３が配備されており、図示しない流量制御装置によって、処理容器８１の処理空間内に、例えばＮ２ガス等の不活性ガスや、Ｈ２等の還元性ガスを導入できるようになっている。
【００５９】
（排気装置）
処理容器８１の下部には、排気管９４が設けられており、図示しない真空ポンプ等を備えた排気装置９５により、処理容器８１内を減圧できるように構成されている。
【００６０】
（制御部）
プロセスモジュール２０１Ｃ，２０１Ｄを構成する各エンドデバイス（例えば下部発熱ユニット８２、上部発熱ユニット８４、ガス供給部９３、排気装置９５など）は、制御部９７に接続されて制御される構成となっている。制御部９７は、図示は省略するが、例えばＣＰＵを備えたコンピュータであるコントローラと、このコントローラに接続されたユーザーインターフェースおよび記憶部を備えている。制御部９７の構成及び機能は、基本的にプロセスモジュール２０１Ａの制御部３７と同様である。そして、プロセスモジュール２０１Ｃ，２０１Ｄでは、制御部９７の制御に基づき、Ｔｉ膜及びＣｏ膜に対する熱処理が行われる。
【００６１】
＜成膜方法＞
次に、処理システム２００を用いて行われる、Ｃｏ３Ｔｉ合金を含む薄膜の成膜方法の具体的な内容について説明する。ここでは、チタン前駆体としてＴｉＣｌ４、コバルト前駆体としてコバルトカルボニルＣｏ２（ＣＯ）８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。
【００６２】
図５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６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、プロセスモジュール２０１Ｂ内にウエハＷを搬入し、Ｔｉ膜を成膜する工程（ＳＴＥＰ１）と、プロセスモジュール２０１Ａ内にＴｉ膜が形成されたウエハＷを搬入し、Ｔｉ膜上にＣｏ膜を形成する工程（ＳＴＥＰ２）、プロセスモジュール２０１Ｃ又は２０１ＤのいずれかにウエハＷを搬入し、Ｔｉ膜及びＣｏ膜を熱処理してＣｏ３Ｔｉ合金を含む薄膜を形成する工程（ＳＴＥＰ３）と、を含むことができる。
【００６３】
（ＳＴＥＰ１）
ＳＴＥＰ１では、プラズマＣＶＤ法によって、Ｔｉ膜の成膜を行う。まず、プロセスモジュール２０１Ｂの処理容器４１内を所定温度及び圧力に調節して、処理容器４１内にＴｉ膜のプリコート処理を行う。その後、ＮＨ３ガスを処理容器４１内に導入して、プラズマを生成してプリコートＴｉ膜を窒化して安定化させる。次いで、ゲートバルブＧ１を開いて、真空側搬送室２０３の搬送装置２０９により、プロセスモジュール２０１Ｂの処理容器４１内にウエハＷを搬入してステージ４２上に載置する。ここで、図６に示したように、ウエハＷ上には、下地膜３０１と、その上に積層された絶縁膜３０３と、が形成されている。図示は省略するが、絶縁膜３０３には、所定の凹凸パターンや開口部（トレンチなどの凹部や貫通孔などを意味する）を有していてもよい。また、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。絶縁膜３０３は、例えば多層配線構造の層間絶縁膜であり、開口部は、配線溝やビアホールとなる部分である。絶縁膜３０３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。
【００６４】
次に、排気装置７６により処理容器４１内を排気しつつ、ヒーター４５によりウエハＷを加熱し、Ｈ２ガスを例えば１００〜５０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、Ａｒガスを例えば１００〜２０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）の流量で処理容器４１内に導入する。次に、ＡｒガスとＨ２ガスを維持したまま、処理容器４１内の圧力を例えば１０〜１０００Ｐａに調節し、さらに、ＴｉＣｌ４ガスを例えば１〜３０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）の流量で処理容器４１内に導入してプリフローを行う。そして、ヒーター４５によるウエハＷの加熱温度（ステージ温度）を例えば５００〜７５０℃程度に維持して、高周波電源７３からシャワーヘッド５０に例えば３００ｋＨｚ〜１ＭＨｚの周波数で３００〜１０００Ｗの高周波電力を供給し、処理容器４１内にプラズマを生成し、プラズマ化したガス中でＴｉ膜３１１を成膜する。
【００６５】
（ＳＴＥＰ２）
ＳＴＥＰ２では、熱ＣＶＤ法によって、Ｔｉ膜３１１上にＣｏ膜３１３の成膜を行う。真空側搬送室２０３の搬送装置２０９により、Ｔｉ膜３１１が形成されたウエハＷをプロセスモジュール２０１Ｂから、プロセスモジュール２０１Ａのステージ５上に移載する。具体的には、ゲートバルブＧ１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。そして、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、ウエハＷの温度を、好ましくは１００℃以上３００℃以下の範囲内とする。ゲートバルブＧ１を閉じ、排気装置３５を作動させて処理容器１内を所定圧力の真空にする。このときの圧力は、例えば１．３Ｐａ〜１３３３Ｐａの範囲内が好ましい。
【００６６】
そして、絶縁膜３０３及びその上のＴｉ膜３１１の上に積層して、ＣＶＤ法によりＣｏ膜３１３を形成する。この工程では、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１７ｈを閉じ、バルブ１７ａ，１７ｇを開放した状態で、さらにバルブ１７ｃ，１７ｄ及び／又はバルブ１７ｅ，１７ｆを開放する。そして、マスフローコントローラ１９ａ，１９ｂ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３１ａからのＣＯガス及び／又は不活性ガス供給源３１ｂからの不活性ガスをガス供給配管１５ｃ，１５ｄ及び１５ｂを介して、原料容器２１へ導入する。この場合、ＣＯガス及び／又は不活性ガスの総流量として、例えば３００〜７００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）の範囲内が好ましい。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。この場合、Ｃｏ２（ＣＯ）８とキャリアガスの混合ガスの流量は、例えば１００〜１０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）の範囲内が好ましい。この際、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の気化温度以上かつ分解開始温度未満の温度に制御する。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１３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が熱分解され、ＣＶＤ法によって、図６に示したように、ウエハＷ表面のＴｉ膜３１１の上にＣｏ膜３１３を成膜することができる。
【００６７】
所定の膜厚になるまで、ウエハＷ表面のＴｉ膜３１１の上に、Ｃｏ膜３１３を堆積させた後、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、バルブ１７ａ，１７ｇ，１７ｃ，１７ｄ，１７ｅ，１７ｆを閉じ、ＣＯガス供給源３１ａからのＣＯガス、不活性ガス供給源３１ｂからの不活性ガスの供給を停止し、排気装置３５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内に残留した未反応の成膜原料のＣｏ２（ＣＯ）８やＣＯを処理容器１の外へ排出する。
【００６８】
（ＳＴＥＰ３）
ＳＴＥＰ３では、Ｔｉ膜３１１とＣｏ膜３１３との積層膜を熱処理してＣｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜３１５に改質する。まず、真空側搬送室２０３の搬送装置２０９により、プロセスモジュール２０１Ｃ又は２０１ＤのいずれかにＴｉ膜３１１及びＣｏ膜３１３が積層形成されたウエハＷを搬入し、処理容器８１内のウエハ支持部８７にウエハＷを載置する。次いで、図示しない電源から所定の電力を下部発熱ユニット８２および上部発熱ユニット８４の各タングステンランプ８６の発熱体（図示省略）に供給する。各発熱体が発熱し、発生した熱線が石英部材８９および石英部材９０ａを通過してウエハＷに至り、予め定められたレシピに基づく条件（昇温レート、加熱温度、ガス流量など）でウエハＷが上下から急速に加熱される。ウエハＷの加熱温度は、Ｃｏ３Ｔｉ合金を効率良く生成させるため、パイロメーター９１の計測温度として、例えば３００℃以上１０００℃以下の範囲内とすることが好ましく、６００℃以上９００℃以下の範囲内に設定することがより好ましい。ウエハＷを加熱しながら、ガス供給部９３から所定の流量でＮ２ガス等の不活性ガスやＨ２ガス等の還元性ガスを導入するとともに、排気装置９５を作動させて排気管９４から排気を行う。還元性ガスの導入により、Ｔｉ膜３１１、Ｃｏ膜３１３及びＣｏ３Ｔｉ合金の酸化を抑制できるので好ましい。このとき、処理容器８１内の圧力は、例えば１３３．３Ｐａ〜大気圧付近で行うことができる。また、熱処理の時間は、例えば５〜６０分とすることが好ましい。
【００６９】
熱処理の間は、図示しない回転機構により支持部８７を全体として鉛直軸廻り、つまり水平方向に例えば５０〜１００ｒｐｍの回転速度で回転させ、ウエハＷを回転させる。これにより、ウエハＷへの供給熱量の均一性が確保される。また、熱処理中にはホットライナー８８の温度をパイロメーター９１により計測し、間接的にウエハＷの温度を計測する。パイロメーター９１により計測された温度データは、プロセスコントローラにフィードバックされ、レシピにおける設定温度との間に差がある場合には、タングステンランプ８６への電力供給が調節される。
【００７０】
このようにして、ウエハＷ上のＴｉ膜３１１及びＣｏ膜３１３が加熱され、Ｃｏ３Ｔｉ合金が生成し、図６に示したようにＣｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜３１５が形成される。熱処理が終了した後は、下部発熱ユニット８２および上部発熱ユニット８４のタングステンランプ８６をオフ（切）にするとともに、処理容器８１内に、図示しないパージポートより窒素等のパージガスを流し込みつつ排気管９４から排気してウエハＷを冷却した後、処理容器８１から搬出する。
【００７１】
上記ＳＴＥＰ１〜ＳＴＥＰ３の手順でＣｏ３Ｔｉ合金を効率よく生成させるために、ＳＴＥＰ２において成膜されるＣｏ膜３１３の膜厚を、ＳＴＥＰ１において成膜されるＴｉ膜３１１の膜厚に対して３倍になるように形成することが好ましい。すなわち、Ｔｉ膜３１１の膜厚：Ｃｏ膜３１３の膜厚が１：３となるようにすることが好ましい。例えば、ＳＴＥＰ２では、Ｔｉ膜３１１を１〜３ｎｍ（好ましくは２ｎｍ）、ＳＴＥＰ３では、Ｃｏ膜３１３を３〜９ｎｍ（好ましくは６ｎｍ）の膜厚でそれぞれ形成できる。また、図５に示したように、上記ＳＴＥＰ１とＳＴＥＰ２の工程は、複数回繰り返し実施することができる。
【００７２】
＜Ｃｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜＞
以上のように、ＳＴＥＰ１〜ＳＴＥＰ３の工程を経て形成されるＣｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜３１５は、Ｃｏ３Ｔｉ合金を含有しているため、導電性に優れ、例えば絶縁膜３０３の開口部（図示せず）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。また、Ｃｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜３１５は、絶縁膜３０３の開口部（図示せず）にＣｕが充填された後には、絶縁膜３０３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、Ｃｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜３１５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。なお、Ｃｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜３１５をめっきシード層として用いる場合、別途異なる材質でバリア膜を形成してもよいし、Ｃｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜３１５をバリア膜として用いる場合、別途異なる材質でめっきシード層を形成してもよい。
【００７３】
さらに、Ｃｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜３１５は、Ｃｏ３Ｔｉ合金とＣｕとの格子不整合が０．１５％と小さいため、Ｃｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜３１５の上にＣｕ配線を形成した場合に、Ｃｕ配線に対して非常に優れた密着性が得られる。従って、Ｃｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜３１５上にＣｕ配線を形成することで、熱応力によるストレスマイグレーションやエレクトロマイグレーションが抑制され、信頼性の高い配線構造を有する半導体装置を得ることができる。このように、Ｃｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜３１５をめっきシード層及び／又は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。
【００７４】
Ｃｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜３１５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。
【００７５】
また、Ｃｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜３１５は、優れた導電性を有しているため、例えば開口部（図示せず）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、Ｃｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜３１５が介在しても該金属膜と開口部内に埋め込まれる配線との導通を確保できる。
【００７６】
なお、本実施の形態の成膜方法は、上記ＳＴＥＰ１〜ＳＴＥＰ３の工程以外に、任意工程として、例えば絶縁膜３０３の表面を改質する工程等を設けてもよい。また、本実施の形態の成膜方法は、図１に示したような処理システムを使用せずに、個別のＴｉ膜成膜装置、Ｃｏ膜成膜装置及び熱処理装置を使用して実施することもできるし、一つの成膜装置の処理容器内で、ＳＴＥＰ１〜ＳＴＥＰ３の処理を順次実施することもできる。
【００７７】
［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７は、本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８は、本実施の形態の成膜方法に使用可能な成膜装置２０１Ｅを示す概略断面図である。図９は、本実施の形態の成膜方法の主要な工程を説明する参照図である。
【００７８】
＜成膜装置の概要＞
図８に示す成膜装置２０１Ｅは、以下の点を除き、図２に示した成膜装置（プロセスモジュール２０１Ａ）と同様の構成であるため、ここでは相違点を中心に説明し、図２の成膜装置（プロセスモジュール２０１Ａ）と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。成膜装置２０１Ｅは、シャワーヘッド１２を有し、このシャワーヘッド１２にガス供給配管１５ａとガス供給配管１５ｆがそれぞれ接続されている。成膜原料ガス、キャリアガス等のガスを処理容器１内に導入するシャワーヘッド１２は、処理容器１の天板１ａに設けられている。このシャワーヘッド１２には、内部にガス拡散空間１２ａ，１２ｂが設けられている。シャワーヘッド１２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１２ａはガス吐出孔１３ａに、ガス拡散空間１２ｂはガス吐出孔１３ｂに、それぞれ連通している。また、シャワーヘッド１２の中央部には、ガス拡散空間１２ａに連通するガス供給配管１５ａ、ガス拡散空間１２ｂに連通するガス供給配管１５ｆがそれぞれ接続されている。ガス供給配管１５ｆは、ガス供給部３１ＡのＴｉＣｌ４ガス供給源３１ｃに接続されている。ガス供給配管１５ｆには、バルブ１７ｉ及び１７ｊ及びマスフローコントローラ（ＭＦＣ）１９ｃが設けられている。なお、ガス供給部３１Ａは、図８に示したＣＯガス供給源３１ａ、不活性ガス供給源３１ｂ、ＴｉＣｌ４ガス供給源３１ｃに加え、例えばＨ２等の還元性ガスの供給源やクリーニングガスの供給源を備えていてもよい。
【００７９】
＜成膜方法＞
本実施の形態の成膜方法は、例えば、成膜装置２０１Ｅ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（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Ｔｉ原料とＣｏ原料を同時に供給して、ＣＶＤ法によりウエハＷの表面にＴｉとＣｏを含む混合膜を堆積させる工程（ＳＴＥＰ１３）と、処理容器１内を不活性ガスによりパージする工程（ＳＴＥＰ１４）と、ＴｉとＣｏを含む混合膜を熱処理してＣｏ３Ｔｉ合金を含む薄膜を形成する工程（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。このように、本実施の形態では、成膜装置２０１Ｅの処理容器１内で、ＴｉとＣｏを含む混合膜の堆積と、該混合膜の熱処理を行うことができる。
【００８０】
（ＳＴＥＰ１１）
ＳＴＥＰ１１では、成膜装置２０１Ｅ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Ｇ１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９に示したように、ウエハＷ上には、下地膜３０１と、その上に積層された絶縁膜３０３と、が形成されている。絶縁膜３０３は、第１の実施の形態と同様である。
【００８１】
（ＳＴＥＰ１２）
ＳＴＥＰ１２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Ｇ１を閉じ、排気装置３５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。
【００８２】
（ＳＴＥＰ１３）
ＳＴＥＰ１３は、成膜工程であり、処理容器１内にＴｉＣｌ４及びＣｏ２（ＣＯ）８を供給して、ＣＶＤ法によりウエハＷの表面に混合膜３１４を堆積させる。この工程では、バルブ１７ｉ，１７ｊを開放し、マスフローコントローラ１９ｃによって流量を制御しながら、ＴｉＣｌ４ガス供給源３１ｃからＴｉＣｌ４ガスを、ガス供給配管１５ｆを介してシャワーヘッド１２へ導入する。そして、ＴｉＣｌ４ガスは、シャワーヘッド１２のガス拡散空間１２ｂ及びガス吐出孔１３ｂを介して処理容器１内の反応空間に供給される。この場合、ＴｉＣｌ４ガスの流量は、最終的に形成される金属薄膜中にＣｏ３Ｔｉ合金を効率よく生成させる観点から、例えば３０〜１００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）の範囲内が好ましい。
【００８３】
また、ＴｉＣｌ４ガスの供給と同時に、処理容器１内にＣｏ２（ＣＯ）８ガスを供給する。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１７ｈを閉じ、バルブ１７ａ，１７ｇを開放した状態で、さらにバルブ１７ｃ，１７ｄ及び／又はバルブ１７ｅ，１７ｆを開放する。そして、マスフローコントローラ１９ａ，１９ｂ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３１ａからのＣＯガス及び／又は不活性ガス供給源３１ｂからの不活性ガスを、ガス供給配管１５ｃ，１５ｄ及び１５ｂを介して、原料容器２１へ導入する。この場合、ＣＯガス及び／又は不活性ガスの総流量として、例えば３００〜７００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）の範囲内が好ましい。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。この場合、Ｃｏ２（ＣＯ）８とキャリアガスの混合ガスの流量は、最終的に形成される金属薄膜中にＣｏ３Ｔｉ合金を効率よく生成させる観点から、例えば４００〜１０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）の範囲内が好ましい。この際、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の気化温度以上かつ分解開始温度未満の温度に制御する。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１２のガス拡散空間１２ａ及びガス吐出孔１３ａを介して処理容器１内の反応空間に供給される。
【００８４】
このようにして、処理容器１内の反応空間で、Ｃｏ２（ＣＯ）８及びＴｉＣｌ４ガスが熱分解され、ＣＶＤ法によってウエハＷ表面の絶縁膜３０３の上に、混合膜３１４を成膜することができる。
【００８５】
（ＳＴＥＰ１４）
次に、ＳＴＥＰ１４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３１ｂ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３１ｂから、ガス供給配管１５ｄ、バイパスラインであるガス供給配管１５ｅ、ガス供給配管１５ａ、及びシャワーヘッド１２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１７ｇ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，１７ｈ、１７ｉ，１７ｊを閉じて処理容器１内を排気装置３５により引き切り状態とした後、バルブ１７ｅ、１７ｆ，１７ｈを開放して処理容器１内にパージガスを導入する。なお、ＳＴＥＰ１４のパージ処理は任意工程であり、省略することもできる。
【００８６】
（ＳＴＥＰ１５）
次に、ＳＴＥＰ１５では、処理容器１内に不活性ガスを導入したままで、混合膜３１４に熱処理を行う。この際、最終的に形成される金属薄膜中にＣｏ３Ｔｉ合金を効率よく生成させる観点から、温度制御部８Ｂによりヒーター７の温度を好ましくは３００℃以上１０００℃以下の範囲内、より好ましくは６００℃以上９００℃以下の範囲内に設定する。また、処理容器１内の圧力は、例えば１３３．３Ｐａ〜大気圧付近に維持する。熱処理の時間は、例えば５〜６０分とすることが好ましい。このようにして、ウエハＷ上の混合膜３１４が加熱され、Ｃｏ３Ｔｉ合金が生成し、Ｃｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜３１５が形成される。なお、ＳＴＥＰ１５では、不活性ガスに代えて、Ｈ２等の還元性ガスを導入しながら熱処理を行うことも可能であり、還元性ガスにより、混合膜３１４の酸化を抑制できるので好ましい。
【００８７】
（ＳＴＥＰ１６）
ＳＴＥＰ１６では、ＳＴＥＰ１１と逆の手順でＣｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜３１５が形成されたウエハＷを処理容器１から搬出する。
【００８８】
以上のようにして形成されるＣｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜３１５の構成は、第１の実施の形態と同様である。本実施の形態では、上記ＳＴＥＰ１１〜ＳＴＥＰ１６の手順でＣｕとの格子不整合が小さいＣｏ３Ｔｉ合金を効率よく生成させるために、ＳＴＥＰ１３において混合膜３１４を形成する際に、Ｔｉ原料及びＣｏ原料を、Ｔｉ：Ｃｏ換算での比率が１：３となるように流量制御しながら処理容器１内の反応空間に供給することが好ましい。このようにずれば、混合膜３１４中に含まれるＴｉとＣｏとの比をほぼ１：３とすることが可能になり、Ｃｏ３Ｔｉ合金を効率よく生成させることができる。また、図７に示したように、上記ＳＴＥＰ１３からＳＴＥＰ１５までの工程は、複数回繰り返し実施することができる。
【００８９】
なお、本実施の形態の成膜方法は、上記ＳＴＥＰ１１〜ＳＴＥＰ１６の工程以外に、任意工程として、例えば絶縁膜３０３の表面を改質する工程等を設けてもよい。また、本実施の形態の成膜方法では、上記ＳＴＥＰ１１〜ＳＴＥＰ１６の工程を、図１に示したような処理システム２００を使用して複数の装置で連続的に実施することもできる。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。
【００９０】
以上のように、第１及び第２の実施の形態の成膜方法によれば、絶縁膜３０３の表面に均一に、かつ所定の厚みでＣｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜３１５を成膜できる。このようにして得られるＣｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜３１５は、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、さらにＣｕ配線に対する優れた密着性を有するものである。すなわち、第１及び第２の実施の形態の成膜方法によって成膜されるＣｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜３１５は、優れた導電性を有し、Ｃｕめっきのためのシード層として有用である。また、Ｃｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜３１５は、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３０３中へ拡散することを効果的に抑制するバリア膜として機能する。さらに、Ｃｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜３１５は、Ｃｕとの格子不整合が小さいＣｏ３Ｔｉ合金を含むため、Ｃｕ配線との密着性も保つことができる。従って、本発明の成膜方法により得られるＣｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜３１５をめっきシード層及び／又は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。
【００９１】
［ダマシンプロセスへの適用例］
次に、図１０〜図１２を参照しながら、上記第１及び第２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１０は、Ｃｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜３１５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４０１の上には、エッチングストッパ膜４０２、ビア層となる層間絶縁膜４０３、エッチングストッパ膜４０４、及び配線層となる層間絶縁膜４０５が、この順番に形成されている。さらに、層間絶縁膜４０１にはＣｕが埋め込まれた下層配線４０６が形成されている。なお、エッチングストッパ膜４０２，４０４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４０３及び層間絶縁膜４０５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４０２，４０４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。
【００９２】
図１０に示すように、層間絶縁膜４０３，４０５には、開口部４０３ａ，４０５ａ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４０３ａ，４０５ａ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４０３，４０５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４０３ａはビアホールであり、開口部４０５ａは配線溝である。開口部４０３ａは下層配線４０６の上面まで達しており、開口部４０５ａは、エッチングストッパ膜４０４の上面まで達している。
【００９３】
次に、図１１は、図１０の積層体に対して、上記第１又は第２の実施の形態のいずれかの方法によりＣｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜３１５を形成した後の状態を示している。このＣｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜３１５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し、かつＣｕとの密着性にも優れている。また、Ｃｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜３１５は、Ｃｕ拡散のバリア膜としても機能する。従って、Ｃｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜３１５は、めっきシード層兼バリア膜として、例えば５ｎｍ以下（好ましくは２〜５ｎｍ）程度の単膜に形成できるため、微細な配線パターンにも適用できる。
【００９４】
次に、図１２に示すように、Ｃｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜３１５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４０３ａ及び４０５ａを埋めるＣｕ膜４０７を形成する。開口部４０３ａ内に埋め込まれたＣｕ膜４０７はＣｕプラグとなり、開口部４０５ａ内に埋め込まれたＣｕ膜４０７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４０７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。
【００９５】
このようにして形成された多層配線構造体において、Ｃｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜３１５は、めっきシード層としての機能に加え、Ｃｕ拡散のバリア性にも優れている。また、Ｃｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜３１５は、Ｃｕ膜４０７との密着性に優れており、熱応力によるストレスマイグレーションやエレクトロマイグレーションが抑制され、Ｃｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜３１５とＣｕ膜４０７との境界部分での剥離ボイドの発生も抑制できる。また、Ｃｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜３１５は、低抵抗な膜であるため、開口部４０３ａ，４０５ａ内に埋め込まれたＣｕ膜４０７と下層配線４０６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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
また、上記実施の形態では、Ｔｉ膜及びＣｏ膜の成膜を、共にＣＶＤ法により行う構成としたが、例えばＡＬＤ（原子層堆積）法やＰＶＤ（物理気相成長）法により行うこともできる。この場合、Ｔｉ膜及びＣｏ膜を共にＡＬＤ法又はＰＶＤ法のいずれか一つの方法により成膜してもよい。さらに、Ｔｉ膜とＣｏ膜を、ＣＶＤ法、ＡＬＤ法又はＰＶＤ法から選ばれる２種の異なる方法を組み合わせて成膜することもできる。ＰＶＤ法としては、例えばスパッタリング、真空蒸着、分子線蒸着、イオンプレーティング、イオンビーム蒸着等を利用することが可能である。
【符号の説明】
【００９９】
２００…処理システム、２０１Ａ，２０１Ｂ，２０１Ｃ，２０１Ｄ…プロセスモジュール、Ｗ…半導体ウエハ（基板）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁膜が形成された基板の前記絶縁膜上に、Ｔｉ膜を堆積させる工程と、
前記Ｔｉ膜上に重ねてＣｏ膜を堆積させる工程と、
前記絶縁膜上のＴｉ膜とＣｏ膜との積層膜を、不活性ガス雰囲気もしくは還元雰囲気で加熱処理してＣｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜に改質する工程と、
を備えた金属薄膜の成膜方法。
【請求項２】
前記Ｔｉ膜を堆積させる工程と、前記Ｃｏ膜を堆積させる工程と、を交互に繰返す請求項１に記載の金属薄膜の成膜方法。
【請求項３】
前記Ｔｉ膜と前記Ｃｏ膜との膜厚比が、１：３である請求項１又は２に記載の金属薄膜の成膜方法。
【請求項４】
前記Ｔｉ膜を堆積させる工程及び前記Ｃｏ膜を堆積させる工程をＣＶＤ法又はＰＶＤ法により行う請求項１から３のいずれか１項に記載の金属薄膜の成膜方法。
【請求項５】
絶縁膜が形成された基板の前記絶縁膜に、Ｔｉ含有原料とＣｏ含有原料を同時に供給してＴｉとＣｏとを含有する混合膜を堆積させる工程と、
前記絶縁膜上の混合膜を、不活性ガス雰囲気もしくは還元雰囲気で加熱処理してＣｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜に改質する工程と、
を備えた金属薄膜の成膜方法。
【請求項６】
前記混合膜中に含まれるＴｉとＣｏとの比が、１：３である請求項５に記載の金属薄膜の成膜方法。
【請求項７】
前記混合膜を堆積させる工程をＣＶＤ法又はＰＶＤ法により行う請求項５又は６に記載の金属薄膜の成膜方法。
【請求項８】
請求項１から７のいずれかに記載の金属薄膜の成膜方法によって、前記絶縁膜上に、前記Ｃｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜を形成する工程と、
前記Ｃｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜上にＣｕ膜を堆積させる工程と、
を備えた半導体装置の製造方法。
【請求項９】
絶縁膜と、
前記絶縁膜上に形成されたＣｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜と、
前記Ｃｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜上に形成されたＣｕ配線と、
を備えた半導体装置。
【請求項１０】
前記Ｃｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜は、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９に記載の半導体装置。
【請求項１】
絶縁膜が形成された基板の前記絶縁膜上に、Ｔｉ膜を堆積させる工程と、
前記Ｔｉ膜上に重ねてＣｏ膜を堆積させる工程と、
前記絶縁膜上のＴｉ膜とＣｏ膜との積層膜を、不活性ガス雰囲気もしくは還元雰囲気で加熱処理してＣｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜に改質する工程と、
を備えた金属薄膜の成膜方法。
【請求項２】
前記Ｔｉ膜を堆積させる工程と、前記Ｃｏ膜を堆積させる工程と、を交互に繰返す請求項１に記載の金属薄膜の成膜方法。
【請求項３】
前記Ｔｉ膜と前記Ｃｏ膜との膜厚比が、１：３である請求項１又は２に記載の金属薄膜の成膜方法。
【請求項４】
前記Ｔｉ膜を堆積させる工程及び前記Ｃｏ膜を堆積させる工程をＣＶＤ法又はＰＶＤ法により行う請求項１から３のいずれか１項に記載の金属薄膜の成膜方法。
【請求項５】
絶縁膜が形成された基板の前記絶縁膜に、Ｔｉ含有原料とＣｏ含有原料を同時に供給してＴｉとＣｏとを含有する混合膜を堆積させる工程と、
前記絶縁膜上の混合膜を、不活性ガス雰囲気もしくは還元雰囲気で加熱処理してＣｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜に改質する工程と、
を備えた金属薄膜の成膜方法。
【請求項６】
前記混合膜中に含まれるＴｉとＣｏとの比が、１：３である請求項５に記載の金属薄膜の成膜方法。
【請求項７】
前記混合膜を堆積させる工程をＣＶＤ法又はＰＶＤ法により行う請求項５又は６に記載の金属薄膜の成膜方法。
【請求項８】
請求項１から７のいずれかに記載の金属薄膜の成膜方法によって、前記絶縁膜上に、前記Ｃｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜を形成する工程と、
前記Ｃｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜上にＣｕ膜を堆積させる工程と、
を備えた半導体装置の製造方法。
【請求項９】
絶縁膜と、
前記絶縁膜上に形成されたＣｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜と、
前記Ｃｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜上に形成されたＣｕ配線と、
を備えた半導体装置。
【請求項１０】
前記Ｃｏ３Ｔｉ合金を含む金属薄膜は、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９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１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−１７４８４３（Ｐ２０１２−１７４８４３Ａ）
【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２０１１−３４５０２（Ｐ２０１１−３４５０２）
【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）】
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