Ｃｕ膜の成膜方法および記憶媒体
【課題】平滑で高品質のＣＶＤ−Ｃｕ膜を成膜することができるＣｕ膜の成膜方法を提供すること。
【解決手段】チャンバー内にウエハを搬入し、安定化させた後、ウエハを加熱しつつチャンバー内にＣｕ錯体からなる成膜原料を気相状態で導入してウエハ上にＣＶＤ法によりＣｕ膜を成膜し、成膜後、チャンバー内をパージして残留ガスを除去し、その後、チャンバーから基板を搬出するＣｕ膜の成膜方法を実施するにあたり、パージの際に、ウエハへの入熱をＣｕ膜成膜の際よりも低下させる。
【解決手段】チャンバー内にウエハを搬入し、安定化させた後、ウエハを加熱しつつチャンバー内にＣｕ錯体からなる成膜原料を気相状態で導入してウエハ上にＣＶＤ法によりＣｕ膜を成膜し、成膜後、チャンバー内をパージして残留ガスを除去し、その後、チャンバーから基板を搬出するＣｕ膜の成膜方法を実施するにあたり、パージの際に、ウエハへの入熱をＣｕ膜成膜の際よりも低下させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板等の基板にＣＶＤによりＣｕ膜を成膜するＣｕ膜の成膜方法および記憶媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近時、半導体デバイスの高速化、配線パターンの微細化等に呼応して、Ａｌよりも導電性が高く、かつエレクトロマイグレーション耐性等も良好なＣｕが配線、Ｃｕメッキのシード層、コンタクトプラグの材料として注目されている。
【０００３】
このＣｕの成膜方法としては、スパッタリングに代表される物理蒸着（ＰＶＤ）法が多用されていたが、半導体デバイスの微細化にともなってステップカバレッジが悪いという欠点が顕在化している。
【０００４】
そこで、Ｃｕ膜の成膜方法として、Ｃｕを含む原料ガスの熱分解反応や、当該原料ガスの還元性ガスによる還元反応にて基板上にＣｕを成膜する化学気相成長（ＣＶＤ）法が用いられつつある。このようなＣＶＤ法により成膜されたＣｕ膜（ＣＶＤ−Ｃｕ膜）は、ステップカバレッジ（段差被覆性）が高く、細長く深いパターン内への成膜性に優れているため、微細なパターンへの追従性が高く、配線、Ｃｕメッキのシード層、コンタクトプラグの形成には好適である。
【０００５】
このＣＶＤ法によりＣｕ膜を成膜するにあたり、成膜原料（プリカーサー）にヘキサフルオロアセチルアセトナート・トリメチルビニルシラン銅（Ｃｕ（ｈｆａｃ）ＴＭＶＳ）等のＣｕ錯体を用い、これを熱分解する技術が知られている（例えば特許文献１）。
【０００６】
一方、Ｃｕの密着層やバリアメタルとして、ＣＶＤ法によるＲｕ膜（ＣＶＤ−Ｒｕ膜）を用いる技術が知られている（特許文献２）。ＣＶＤ−Ｒｕ膜は、ステップカバレッジが高く、Ｃｕ膜との密着性も高いため、Ｃｕの密着層やバリアメタルに適している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−２８２２４２号公報
【特許文献２】特開平１０−２２９０８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、ＣＶＤ−Ｃｕ膜の成膜原料として上述したＣｕ（ｈｆａｃ）ＴＭＶＳのようなＣｕ錯体を用いる場合には、Ｃｕが凝集し、島状に成長することがある。このようなＣｕが凝集により島状に成長すると、平滑化が阻害され、Ｃｕ膜の表面性状が悪化し、Ｃｕ膜の品質低下が生じてしまう。このような問題は、成膜表面としてＣＶＤ−Ｒｕ膜以外の膜を用いた場合にも同様に発生する。
【０００９】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、平滑で高品質のＣＶＤ−Ｃｕ膜を成膜することができるＣｕ膜の成膜方法を提供することを目的とする。
また、そのような成膜方法を実行するためのプログラムを記憶した記憶媒体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、成膜原料としてＣｕ錯体を用いた場合に、Ｃｕの凝集が発生するメカニズムについて検討した。その結果、Ｃｕ錯体を用いたＣｕ膜の成膜においては、成膜中に発生した副生成物および分解物がＣｕ膜中に拡散し、粒界や下地との界面に入り込み、界面エネルギーを低下させてＣｕが移動しやすい状態となり、成膜の際およびその後の残留ガス除去の際に与えられる熱エネルギーによってＣｕマイグレーションを引き起こし、それによりＣｕが凝集することが判明した。このことを基にさらに検討を重ねた結果、成膜後の残留ガス除去の際に基板に対する熱の供給を極力低下させることにより、このようなＣｕの凝集を抑制することができ、Ｃｕの凝集によるＣｕ膜の平滑化阻害および品質の低下の問題が解消されることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１１】
すなわち、本発明は、処理容器内に基板を搬入し、基板を加熱しつつ処理容器内にＣｕ錯体からなる成膜原料を気相状態で導入して基板上にＣＶＤ法によりＣｕ膜を成膜し、成膜後の残留ガスを前記処理容器から除去し、その後、前記処理容器から基板を搬出するＣｕ膜の成膜方法であって、残留ガス除去の際に、基板への入熱をＣｕ膜成膜の際よりも低下させることを特徴とするＣｕ膜の成膜方法を提供する。
【００１２】
本発明において、基板を加熱する加熱機構と基板を昇降する昇降部材とを備えた載置台上に基板を載置した状態で基板を加熱しつつＣｕ膜を成膜し、成膜後、前記昇降部材により基板を前記載置台の上方に位置させた状態で前記残留ガス除去を行って基板への入熱をＣｕ膜成膜の際よりも低下させるようにすることができる。
【００１３】
また、前記Ｃｕ膜成膜後、加熱を停止した状態で前記残留ガス除去を行って基板への入熱をＣｕ膜成膜の際よりも低下させるようにすることができる。
【００１４】
さらに、前記処理容器内において、基板を加熱する加熱機構と基板を冷却する冷却機構とを備えた載置台上に基板を載置した状態で前記加熱機構により基板を加熱しつつＣｕ膜を成膜し、成膜後、前記冷却機構により基板を冷却しつつ前記残留ガス除去を行って基板への入熱をＣｕ膜成膜の際よりも低下させるようにすることができる。
【００１５】
さらにまた、前記Ｃｕ膜成膜後、基板に冷却ガスを供給した状態で前記残留ガス除去を行って基板への入熱をＣｕ膜成膜の際よりも低下させるようにすることができる。
【００１６】
また、本発明において、前記Ｃｕ錯体としては１価のβ−ジケトン錯体を用いることができる。その中ではヘキサフルオロアセチルアセトナート・トリメチルビニルシラン銅（Ｃｕ（ｈｆａｃ）ＴＭＶＳ）を好適なものとして挙げることができる。
【００１７】
さらに、本発明において、前記基板として、表面にＣＶＤ法により成膜したＲｕ膜を有するものを用い、そのＲｕ膜の上にＣｕ膜を成膜するようにすることができる。
【００１８】
前記Ｒｕ膜としては、成膜原料としてＲｕ３（ＣＯ）１２を用いて成膜されたものが好適である。前記Ｒｕ膜は拡散防止膜の全部または一部として用いることができる。この場合に、前記拡散防止膜は、前記Ｒｕ膜の下層として、高融点材料膜を有するものとすることができる。前記高融点材料膜としては、Ｔａ、ＴａＮ、Ｔｉ、Ｗ、ＴｉＮ、ＷＮ、および酸化マンガンのいずれかからなるものを用いることができる。
【００１９】
得られたＣｕ膜は、配線材として用いてもよいし、Ｃｕメッキのシード膜として用いてもよい。
【００２０】
本発明はまた、コンピュータ上で動作し、成膜装置を制御するためのプログラムが記憶された記憶媒体であって、前記プログラムは、実行時に、上記成膜方法が行われるように、コンピュータに前記成膜装置を制御させることを特徴とする記憶媒体を提供する。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、Ｃｕ膜成膜の後、処理容器から残留ガスを除去する際に、基板への入熱をＣｕ膜成膜の際よりも低下させることにより、残留ガス除去の際の熱によるＣｕの凝集を抑制することができ、Ｃｕの凝集によるＣｕ膜の平滑化阻害および品質の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明のＣｕ膜の成膜方法を実施する成膜装置の構成の一例を示す略断面である。
【図２】本発明のＣｕ膜の成膜方法が適用される基板である半導体ウエハの構造を示す断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係るＣｕ膜の製造方法を示すフローチャートである。
【図４】Ｃｕの凝集が生じるメカニズムを説明するための模式図である。
【図５】ウエハへの入熱を低下させる手法の一例であるウエハをピンアップした状態を示す図である。
【図６】図２の構造の半導体ウエハに対してＣＶＤ−Ｃｕ膜を配線材として形成した状態を示す断面図である。
【図７】図２の構造の半導体ウエハに対してＣＶＤ−Ｃｕ膜をＣｕメッキのシード膜として形成した状態を示す断面図である。
【図８】図６の構造の半導体ウエハに対してＣＭＰを行った状態を示す断面図である。
【図９】図７の構造の半導体ウエハに対してＣｕメッキを施した状態を示す断面図である。
【図１０】図９の構造の半導体ウエハに対してＣＭＰを行った状態を示す断面図である。
【図１１】本発明のＣｕ膜の成膜方法が適用される基板である半導体ウエハの他の構造を示す断面図である。
【図１２】ウエハへの入熱を低下させる他の手法を実施するための装置構成を示す断面図である。
【図１３】ウエハへの入熱を低下させるさらに他の手法を実施するための装置構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
【００２４】
＜本発明の成膜方法を実施するための成膜装置の構成＞
図１は、本発明の成膜方法を実施する成膜装置の構成の一例を示す略断面である。
この成膜装置１００は、気密に構成された略円筒状のチャンバー１を有しており、その中には被処理基板である半導体ウエハＷを水平に支持するためのサセプタ２がその中央下部に設けられた円筒状の支持部材３により支持された状態で配置されている。このサセプタ２はＡｌＮ等のセラミックスからなっている。また、サセプタ２にはヒーター５が埋め込まれており、このヒーター５にはヒーター電源６が接続されている。一方、サセプタ２の上面近傍には熱電対７が設けられており、熱電対７の信号はヒーターコントローラ８に伝送されるようになっている。そして、ヒーターコントローラ８は熱電対７の信号に応じてヒーター電源６に指令を送信し、ヒーター５の加熱を制御してウエハＷを所定の温度に制御するようになっている。
【００２５】
チャンバー１の天壁１ａには、円形の孔１ｂが形成されており、そこからチャンバー１内へ突出するようにシャワーヘッド１０が嵌め込まれている。シャワーヘッド１０は、後述するガス供給機構３０から供給された成膜用のガスをチャンバー１内に吐出するためのものであり、その上部には、成膜原料ガスとして熱分解して生成される副生成物の蒸気圧がその蒸気圧よりも低いＣｕ錯体、例えば１価のβ−ジケトン錯体であるヘキサフルオロアセチルアセトナート・トリメチルビニルシラン銅（Ｃｕ（ｈｆａｃ）ＴＭＶＳ）が導入される第１の導入路１１と、チャンバー１内に希釈ガスが導入される第２の導入路１２とを有している。この希釈ガスとしては、ＡｒガスまたはＨ２ガスが用いられる。
【００２６】
シャワーヘッド１０の内部には上下２段に空間１３、１４が設けられている。上側の空間１３には第１の導入路１１が繋がっており、この空間１３から第１のガス吐出路１５がシャワーヘッド１０の底面まで延びている。下側の空間１４には第２の導入路１２が繋がっており、この空間１４から第２のガス吐出路１６がシャワーヘッド１０の底面まで延びている。すなわち、シャワーヘッド１０は、成膜原料としてのＣｕ錯体ガスと希釈ガスとがそれぞれ独立して吐出路１５および１６から吐出するようになっている。
【００２７】
チャンバー１の底壁には、下方に向けて突出する排気室２１が設けられている。排気室２１の側面には排気管２２が接続されており、この排気管２２には真空ポンプや圧力制御バルブ等を有する排気装置２３が接続されている。そしてこの排気装置２３を作動させることによりチャンバー１内を所定の減圧状態とすることが可能となっている。
【００２８】
サセプタ２には、ウエハＷを支持して昇降させるための３本（２本のみ図示）のウエハ昇降ピン２４がサセプタ２の表面に対して突没可能に設けられ、これらウエハ昇降ピン２４は支持板２５に支持されている。そして、ウエハ昇降ピン２４は、エアシリンダ等の駆動機構２６により支持板２５を介して昇降される。
【００２９】
チャンバー１の側壁には、ウエハ搬送室（図示せず）との間でウエハＷの搬入出を行うための搬入出口２７と、この搬入出口２７を開閉するゲートバルブＧとが設けられている。また、チャンバー１の壁部には、ヒーター２８が設けられてり、成膜処理の際にチャンバー１の内壁の温度を制御可能となっている。
【００３０】
ガス供給機構３０は、Ｃｕ錯体、例えば液体状の１価のβ−ジケトン錯体であるＣｕ（ｈｆａｃ）ＴＭＶＳを成膜原料として貯留する成膜原料タンク３１を有している。成膜原料を構成するＣｕ錯体としては、Ｃｕ（ｈｆａｃ）ＭＨＹ、Ｃｕ（ｈｆａｃ）ＡＴＭＳ、Ｃｕ（ｈｆａｃ）ＤＭＤＶＳ、Ｃｕ（ｈｆａｃ）ＴＭＯＶＳ，Ｃｕ（ｈｆａｃ）ＣＯＤ等の他の１価のβ−ジケトン錯体を用いることができる。用いる１価のＣｕ錯体が常温で固体である場合には、溶媒に溶かした状態で成膜原料タンク３１に貯留することができる。
【００３１】
成膜原料タンク３１には、上方からＨｅガス等の圧送ガスを供給するための圧送ガス配管３２が挿入されており、圧送ガス配管３２はバルブ３３が介装されている。また、成膜原料タンク３１内の成膜原料には原料送出配管３４が上方から挿入されており、この原料送出配管３４の他端には気化器３７が接続されている。原料送出配管３４にはバルブ３５および液体マスフローコントローラ３６が介装されている。そして、圧送ガス配管３２を介して成膜原料タンク３１内に圧送ガスを導入することで、成膜原料タンク３１内のＣｕ錯体、例えばＣｕ（ｈｆａｃ）ＴＭＶＳが液体のまま気化器３７に供給される。このときの液体供給量は液体マスフローコントローラ３６により制御される。気化器３７には、キャリアガスとしてＡｒまたはＨ２等を供給するキャリアガス配管３８が接続されている。キャリアガス配管３８には、マスフローコントローラ３９およびマスフローコントローラ３９を挟んで２つのバルブ４０が設けられている。また、気化器３７には、気化されたＣｕ錯体をシャワーヘッド１０に向けて供給する成膜原料ガス供給配管４１が接続されている。成膜原料ガス供給配管４１にはバルブ４２が介装されており、その他端はシャワーヘッド１０の第１の導入路１１に接続されている。そして、気化器３７で気化したＣｕ錯体がキャリアガスにキャリアされて成膜原料ガス供給配管４１に送出され、第１の導入路１１からシャワーヘッド１０内に供給される。気化器３７および成膜原料ガス供給配管４１およびキャリアガス配管の下流側のバルブ４０までの部分には、成膜原料ガスの凝縮防止のためのヒーター４３が設けられている。ヒーター４３にはヒーター電源（図示せず）から給電され、コントローラ（図示せず）により温度制御されるようになっている。
【００３２】
シャワーヘッド１０の第２の導入路１２には、希釈ガスを供給する希釈ガス供給配管４４が接続されている。この希釈ガス供給配管４４にはバルブ４５が介装されている。そして、この希釈ガス供給配管４４を介して第２の導入路１２からシャワーヘッド１０内に、希釈ガスとしてＡｒガスまたはＨ２ガスが供給される。
【００３３】
成膜装置１００は制御部５０を有し、この制御部５０により各構成部、例えばヒーター電源６、排気装置２３（圧力制御バルブ、真空ポンプ）、マスフローコントローラ３６，３９、バルブ３３，３５，４０，４２，４５、駆動機構２６等の制御やヒーターコントローラ８を介してのサセプタ２の温度制御等を行うようになっている。この制御部５０は、マイクロプロセッサ（コンピュータ）を備えたプロセスコントローラ５１と、ユーザーインターフェース５２と、記憶部５３とを有している。プロセスコントローラ５１には成膜装置１００の各構成部が電気的に接続されて制御される構成となっている。ユーザーインターフェース５２は、プロセスコントローラ５１に接続されており、オペレータが成膜装置１００の各構成部を管理するためにコマンドの入力操作などを行うキーボードや、成膜装置１００の各構成部の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなっている。記憶部５３もプロセスコントローラ５１に接続されており、この記憶部５３には、成膜装置１００で実行される各種処理をプロセスコントローラ５１の制御にて実現するための制御プログラムや、処理条件に応じて成膜装置１００の各構成部に所定の処理を実行させるための制御プログラムすなわち処理レシピや、各種データベース等が格納されている。処理レシピは記憶部５３の中の記憶媒体（図示せず）に記憶されている。記憶媒体は、ハードディスク等の固定的に設けられているものであってもよいし、ＣＤＲＯＭ、ＤＶＤ、フラッシュメモリ等の可搬性のものであってもよい。また、他の装置から、例えば専用回線を介してレシピを適宜伝送させるようにしてもよい。
【００３４】
そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース５２からの指示等にて所定の処理レシピを記憶部５３から呼び出してプロセスコントローラ５１に実行させることで、プロセスコントローラ５１の制御下で、成膜装置１００での所望の処理が行われる。
【００３５】
＜本発明の実施形態に係るＣｕ膜の成膜方法＞
次に、以上のように構成された成膜装置を用いた本実施形態のＣｕ膜の成膜方法について説明する。
【００３６】
ここでは、成膜原料であるＣｕ錯体としてＣｕ（ｈｆａｃ）ＴＭＶＳを用いた場合を例にとって説明する。
【００３７】
また、ここでは、ＣＶＤ法により成膜されたＲｕ膜（ＣＶＤ−Ｒｕ膜）の上にＣＶＤ法によりＣｕ膜（ＣＶＤ−Ｃｕ膜）を成膜する。例えば、図２に示すように、ＣＶＤ−Ｒｕ膜１０２を介して下層のＣｕ配線層１０１が形成された下層の配線絶縁層１０３の上に、キャップ絶縁膜１０４を介して層間絶縁膜１０５が形成され、その上にハードマスク層１０６を介して上層の配線絶縁層１０７が形成され、ハードマスク層１０６、層間絶縁膜１０５、キャップ絶縁膜１０４を貫通し、下層のＣｕ配線層１０１に達するビアホール１０８が形成され、上層配線絶縁層１０７に配線溝であるトレンチ１０９が形成され、さらにビアホール１０８とトレンチ１０９の内壁および上層の配線絶縁層１０７の上にバリア層（拡散防止層）としてＣＶＤ−Ｒｕ膜１１０が形成されたウエハＷに対し、ＣＶＤ−Ｃｕ膜を成膜する。
【００３８】
ＣＶＤ−Ｒｕ膜は、成膜原料としてＲｕ３（ＣＯ）１２を用いて成膜したものであることが好ましい。これにより、高純度のＣＶＤ−Ｒｕを得られるため、清浄かつ強固なＣｕとＲｕの界面を形成することができる。ＣＶＤ−Ｒｕ膜を成膜する装置としては、常温で固体であるＲｕ３（ＣＯ）１２を加熱して発生した蒸気を供給するようにした以外は、図１の装置と同様に構成されたものを用いることができる。
【００３９】
具体的なプロセスフローについては、図３のフローチャートに示す。
まず、ゲートバルブＧを開け、図示しない搬送装置により上記構成のウエハＷをチャンバー１内に搬入し、サセプタ２上に載置する（工程１）。
【００４０】
次いで、チャンバー１内を排気装置２３により排気してチャンバー１内の圧力を１．３３〜２６６．６Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ〜２Ｔｏｒｒ）とし、ヒーター５によりサセプタ２を１５０〜２００℃に加熱し、キャリアガス配管３８、気化器３７、成膜原料ガス配管４１、シャワーヘッド１０を介してチャンバー１内に１００〜１５００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）の流量でキャリアガスを供給し、さらに０〜１００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）程度の希釈ガスを希釈ガス供給配管４４、シャワーヘッド１０を介してチャンバー１内に導入して安定化を行う（工程２）。
【００４１】
安定化を所定時間行って条件が安定した時点で、キャリアガスおよび希釈ガスを供給した状態のまま、液体のＣｕ（ｈｆａｃ）ＴＭＶＳを５０〜７０℃の気化器３７で気化させてチャンバー１内に導入しＣｕ膜の成膜を開始する（工程３）。このときの流量は、液体として１００〜５００ｍｇ／ｍｉｎ程度とする。このときのチャンバー１内の圧力は１．３３〜２．０Ｐａ（０．０１〜０．１５Ｔｏｒｒ）程度とする。
【００４２】
成膜原料であるＣｕ（ｈｆａｃ）ＴＭＶＳは、サセプタ２のヒーター５により加熱された被処理基板であるウエハＷ上で以下の（１）式に示す反応により分解し、Ｒｕ膜の上にＣｕ膜が成膜される。
２Ｃｕ（ｈｆａｃ）ＴＭＶＳ→Ｃｕ＋Ｃｕ（ｈｆａｃ）２＋２ＴＭＶＳ…（１）
【００４３】
そして、このようにしてＣｕ膜を成膜した後、チャンバー１内の残留ガスを除去するパージを行う（工程４）。パージ工程では、Ｃｕ（ｈｆａｃ）ＴＭＶＳの供給を停止した後、排気装置２３の真空ポンプを引き切り状態とし、キャリアガスをパージガスとしてチャンバー１内に流してチャンバー１内をパージする。
【００４４】
このパージは、従来、ヒーター５をオンにした状態で行っており、したがって、成膜後もウエハＷの温度は成膜の際の１５０〜２００℃に保持されることとなる。一方、Ｃｕ錯体を用いたＣｕ膜の成膜においては、成膜中に発生した副生成物および分解物がＣｕ膜中に拡散し、粒界や下地との界面に入り込み、界面エネルギーを低下させてＣｕが移動しやすい状態となり、成膜の際に与えられる熱エネルギーによってＣｕマイグレーションを引き起こし、それによりＣｕが凝集する。この例では、図４に示すように、成膜原料であるＣｕ錯体としてＣｕ（ｈｆａｃ）ＴＭＶＳを用いており、副生成物としてＣｕ（ｈｆａｃ）２が生成し、気相中不純物として存在するため、Ｃｕ膜の粒界や下地であるＣＶＤ−Ｒｕ膜との界面にこのＣｕ（ｈｆａｃ）２が拡散し、成膜の際に与えられる熱エネルギーによってＣｕが凝集する。そして、このようなＣｕの凝集は、ウエハＷの加熱が継続されている成膜後のパージにおいても進行し、Ｃｕ結晶粒が島状に成長して表面の平滑性を悪化させてしまう。つまり、Ｃｕ膜成膜後の余分な熱履歴により、Ｃｕの凝集による表面平滑性の悪化が顕著になるのである。
【００４５】
そこで、本実施形態では、残留ガスを除去するパージ工程において、ウエハＷへの入熱をＣｕ膜成膜の際よりも低下させる。具体的には、図５に示すように、ウエハ昇降ピン２４を突出させてウエハＷを上昇させ(ピンアップ)、ウエハＷをサセプタ２の表面の上方に位置させた状態として、サセプタ２からウエハＷへ供給される熱を遮断し、Ｃｕ膜成膜の際よりもウエハＷへの入熱を低下させる。これにより、Ｃｕの移動を抑制してＣｕの凝集を抑制することができるので、平滑で高品質のＣｕ膜を得ることができる。
【００４６】
このパージ工程においては、チャンバー１内の圧力を高めて、ウエハ昇降ピン２４を上昇させた際にウエハＷからの放熱を促進させることが好ましい。これにより、ウエハＷの温度をより低くしてＣｕの凝集をより効果的に抑制することができる。
【００４７】
なお、パージ工程においては、できる限り迅速にチャンバー１内をパージする観点から、キャリアガスの供給は断続的に行うことが好ましい。
【００４８】
パージ工程が終了後、ゲートバルブＧを開け、図示しない搬送装置により、搬入出口２７を介してウエハＷを搬出する（工程５）。これにより、１枚のウエハＷの一連の工程が終了する。
【００４９】
このようにして成膜されるＣＶＤ−Ｃｕ膜は、配線材として用いることもできるし、Ｃｕメッキのシード層として用いることもできる。ＣＶＤ−Ｃｕ膜を配線材として用いる場合には、図６に示すように、ビアホール１０８およびトレンチ１０９をすべて埋まるまでＣＶＤ−Ｃｕ膜１１１を成膜して、配線およびプラグをすべてＣＶＤ−Ｃｕ膜１１１で形成する。また、Ｃｕメッキのシード膜として用いる場合には、図７に示すように、ＣＶＤ−Ｃｕ膜１１１をＣＶＤ−Ｒｕ膜１１０の表面に薄く形成する。
【００５０】
図６のように配線およびプラグをすべてＣＶＤ−Ｃｕ膜１１１で形成する場合には、その後、ＣＭＰ（化学機械研磨）を行って余分なＣｕ部分を除去し、図８に示すように、配線絶縁膜１０７とＣＶＤ−Ｃｕ膜１１１が面一となるようにする。また、図７のようにＣＶＤ−Ｃｕ膜１１１をＣｕメッキのシード膜として薄く形成する場合には、その後、図９に示すようにＣｕメッキ１１２を形成して配線およびプラグを形成し、その状態からＣＭＰ（化学機械研磨）を行って余分なＣｕ部分を除去し、図１０に示すように配線絶縁膜１０７とＣｕメッキ層１１２が面一となるようにする。
【００５１】
なお、上記例では、バリア層（拡散防止層）としてＣＶＤ−Ｒｕ膜１１０の単層を用いた例を示したが、図１１に示すように、上層のＣＶＤ−Ｒｕ膜１１０と下層としての高融点材料膜１１３との積層構造であってもよい。この場合に、下層としては、Ｔａ、ＴａＮ、Ｔｉ、Ｗ、ＴｉＮ、ＷＮ、酸化マンガン等のいずれかを用いることができる。
【００５２】
＜本発明の他の適用＞
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されることなく種々変形可能である。例えば、上記実施の形態においては、パージ工程におけるウエハＷへの入熱をＣｕ膜成膜の際よりも低下させる手法として、ウエハ昇降ピン２４を突出させてウエハＷをサセプタ２の上方に位置させる手法を採用したが、これに限らず、例えばパージ工程の際にヒーターをオフにして加熱を停止する手法を採用することもできる。また、図１２に示すように、ヒーター５の他に冷却媒体流路４６を設けたサセプタ２′を用いて、パージ工程の際に冷却媒体流路４６に冷却水等の冷却媒体を流す手法を採用することもできる。さらに、図１３に示すように、冷却ガス吐出ノズル４７を設け、冷却ガスをサセプタ２上のウエハＷに吹き付ける手法を採用することもできる。
【００５３】
また、上記実施形態では、Ｃｕ錯体としてＣｕ（ｈｆａｃ）ＴＭＶＳを用いた場合について示したが、これに限るものではない。また、成膜の下地としてＣＶＤ−Ｒｕ膜を用いた場合について示したが、これに限るものではない。
【００５４】
さらに、上記実施の形態では、液体状のＣｕ錯体を圧送して気化器に供給し、気化器で気化させたが、これに限らず、例えばバブリング等により気化させて供給する等、他の手法で気化させてもよい。
【００５５】
さらにまた、成膜装置についても上記実施の形態のものに限らず、例えば、成膜原料ガスの分解を促進するためにプラズマを形成する機構を設けたもの等、種々の装置を用いることができる。
【００５６】
さらにまた、被処理基板の構造は図２、図１１のものに限るものではない。さらにまた、被処理基板として半導体ウエハを用いた場合を説明したが、これに限らず、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）基板等の他の基板であってもよい。
【符号の説明】
【００５７】
１；チャンバー
２；サセプタ
３；支持部材
５；ヒーター
１０；シャワーヘッド
２３；排気装置
２４；ウエハ昇降ピン（昇降部材）
３０；ガス供給機構
３１；成膜原料タンク
３４；原料送出配管
３７；気化器
３８；キャリアガス供給配管
４１；成膜原料ガス供給配管
４６；冷却媒体流路
４７；冷却ガスノズル
５０；制御部
５１；プロセスコントローラ
５２；ユーザーインターフェース
５３；記憶部（記憶媒体）
Ｗ；半導体ウエハ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板等の基板にＣＶＤによりＣｕ膜を成膜するＣｕ膜の成膜方法および記憶媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近時、半導体デバイスの高速化、配線パターンの微細化等に呼応して、Ａｌよりも導電性が高く、かつエレクトロマイグレーション耐性等も良好なＣｕが配線、Ｃｕメッキのシード層、コンタクトプラグの材料として注目されている。
【０００３】
このＣｕの成膜方法としては、スパッタリングに代表される物理蒸着（ＰＶＤ）法が多用されていたが、半導体デバイスの微細化にともなってステップカバレッジが悪いという欠点が顕在化している。
【０００４】
そこで、Ｃｕ膜の成膜方法として、Ｃｕを含む原料ガスの熱分解反応や、当該原料ガスの還元性ガスによる還元反応にて基板上にＣｕを成膜する化学気相成長（ＣＶＤ）法が用いられつつある。このようなＣＶＤ法により成膜されたＣｕ膜（ＣＶＤ−Ｃｕ膜）は、ステップカバレッジ（段差被覆性）が高く、細長く深いパターン内への成膜性に優れているため、微細なパターンへの追従性が高く、配線、Ｃｕメッキのシード層、コンタクトプラグの形成には好適である。
【０００５】
このＣＶＤ法によりＣｕ膜を成膜するにあたり、成膜原料（プリカーサー）にヘキサフルオロアセチルアセトナート・トリメチルビニルシラン銅（Ｃｕ（ｈｆａｃ）ＴＭＶＳ）等のＣｕ錯体を用い、これを熱分解する技術が知られている（例えば特許文献１）。
【０００６】
一方、Ｃｕの密着層やバリアメタルとして、ＣＶＤ法によるＲｕ膜（ＣＶＤ−Ｒｕ膜）を用いる技術が知られている（特許文献２）。ＣＶＤ−Ｒｕ膜は、ステップカバレッジが高く、Ｃｕ膜との密着性も高いため、Ｃｕの密着層やバリアメタルに適している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−２８２２４２号公報
【特許文献２】特開平１０−２２９０８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、ＣＶＤ−Ｃｕ膜の成膜原料として上述したＣｕ（ｈｆａｃ）ＴＭＶＳのようなＣｕ錯体を用いる場合には、Ｃｕが凝集し、島状に成長することがある。このようなＣｕが凝集により島状に成長すると、平滑化が阻害され、Ｃｕ膜の表面性状が悪化し、Ｃｕ膜の品質低下が生じてしまう。このような問題は、成膜表面としてＣＶＤ−Ｒｕ膜以外の膜を用いた場合にも同様に発生する。
【０００９】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、平滑で高品質のＣＶＤ−Ｃｕ膜を成膜することができるＣｕ膜の成膜方法を提供することを目的とする。
また、そのような成膜方法を実行するためのプログラムを記憶した記憶媒体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、成膜原料としてＣｕ錯体を用いた場合に、Ｃｕの凝集が発生するメカニズムについて検討した。その結果、Ｃｕ錯体を用いたＣｕ膜の成膜においては、成膜中に発生した副生成物および分解物がＣｕ膜中に拡散し、粒界や下地との界面に入り込み、界面エネルギーを低下させてＣｕが移動しやすい状態となり、成膜の際およびその後の残留ガス除去の際に与えられる熱エネルギーによってＣｕマイグレーションを引き起こし、それによりＣｕが凝集することが判明した。このことを基にさらに検討を重ねた結果、成膜後の残留ガス除去の際に基板に対する熱の供給を極力低下させることにより、このようなＣｕの凝集を抑制することができ、Ｃｕの凝集によるＣｕ膜の平滑化阻害および品質の低下の問題が解消されることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１１】
すなわち、本発明は、処理容器内に基板を搬入し、基板を加熱しつつ処理容器内にＣｕ錯体からなる成膜原料を気相状態で導入して基板上にＣＶＤ法によりＣｕ膜を成膜し、成膜後の残留ガスを前記処理容器から除去し、その後、前記処理容器から基板を搬出するＣｕ膜の成膜方法であって、残留ガス除去の際に、基板への入熱をＣｕ膜成膜の際よりも低下させることを特徴とするＣｕ膜の成膜方法を提供する。
【００１２】
本発明において、基板を加熱する加熱機構と基板を昇降する昇降部材とを備えた載置台上に基板を載置した状態で基板を加熱しつつＣｕ膜を成膜し、成膜後、前記昇降部材により基板を前記載置台の上方に位置させた状態で前記残留ガス除去を行って基板への入熱をＣｕ膜成膜の際よりも低下させるようにすることができる。
【００１３】
また、前記Ｃｕ膜成膜後、加熱を停止した状態で前記残留ガス除去を行って基板への入熱をＣｕ膜成膜の際よりも低下させるようにすることができる。
【００１４】
さらに、前記処理容器内において、基板を加熱する加熱機構と基板を冷却する冷却機構とを備えた載置台上に基板を載置した状態で前記加熱機構により基板を加熱しつつＣｕ膜を成膜し、成膜後、前記冷却機構により基板を冷却しつつ前記残留ガス除去を行って基板への入熱をＣｕ膜成膜の際よりも低下させるようにすることができる。
【００１５】
さらにまた、前記Ｃｕ膜成膜後、基板に冷却ガスを供給した状態で前記残留ガス除去を行って基板への入熱をＣｕ膜成膜の際よりも低下させるようにすることができる。
【００１６】
また、本発明において、前記Ｃｕ錯体としては１価のβ−ジケトン錯体を用いることができる。その中ではヘキサフルオロアセチルアセトナート・トリメチルビニルシラン銅（Ｃｕ（ｈｆａｃ）ＴＭＶＳ）を好適なものとして挙げることができる。
【００１７】
さらに、本発明において、前記基板として、表面にＣＶＤ法により成膜したＲｕ膜を有するものを用い、そのＲｕ膜の上にＣｕ膜を成膜するようにすることができる。
【００１８】
前記Ｒｕ膜としては、成膜原料としてＲｕ３（ＣＯ）１２を用いて成膜されたものが好適である。前記Ｒｕ膜は拡散防止膜の全部または一部として用いることができる。この場合に、前記拡散防止膜は、前記Ｒｕ膜の下層として、高融点材料膜を有するものとすることができる。前記高融点材料膜としては、Ｔａ、ＴａＮ、Ｔｉ、Ｗ、ＴｉＮ、ＷＮ、および酸化マンガンのいずれかからなるものを用いることができる。
【００１９】
得られたＣｕ膜は、配線材として用いてもよいし、Ｃｕメッキのシード膜として用いてもよい。
【００２０】
本発明はまた、コンピュータ上で動作し、成膜装置を制御するためのプログラムが記憶された記憶媒体であって、前記プログラムは、実行時に、上記成膜方法が行われるように、コンピュータに前記成膜装置を制御させることを特徴とする記憶媒体を提供する。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、Ｃｕ膜成膜の後、処理容器から残留ガスを除去する際に、基板への入熱をＣｕ膜成膜の際よりも低下させることにより、残留ガス除去の際の熱によるＣｕの凝集を抑制することができ、Ｃｕの凝集によるＣｕ膜の平滑化阻害および品質の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明のＣｕ膜の成膜方法を実施する成膜装置の構成の一例を示す略断面である。
【図２】本発明のＣｕ膜の成膜方法が適用される基板である半導体ウエハの構造を示す断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係るＣｕ膜の製造方法を示すフローチャートである。
【図４】Ｃｕの凝集が生じるメカニズムを説明するための模式図である。
【図５】ウエハへの入熱を低下させる手法の一例であるウエハをピンアップした状態を示す図である。
【図６】図２の構造の半導体ウエハに対してＣＶＤ−Ｃｕ膜を配線材として形成した状態を示す断面図である。
【図７】図２の構造の半導体ウエハに対してＣＶＤ−Ｃｕ膜をＣｕメッキのシード膜として形成した状態を示す断面図である。
【図８】図６の構造の半導体ウエハに対してＣＭＰを行った状態を示す断面図である。
【図９】図７の構造の半導体ウエハに対してＣｕメッキを施した状態を示す断面図である。
【図１０】図９の構造の半導体ウエハに対してＣＭＰを行った状態を示す断面図である。
【図１１】本発明のＣｕ膜の成膜方法が適用される基板である半導体ウエハの他の構造を示す断面図である。
【図１２】ウエハへの入熱を低下させる他の手法を実施するための装置構成を示す断面図である。
【図１３】ウエハへの入熱を低下させるさらに他の手法を実施するための装置構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
【００２４】
＜本発明の成膜方法を実施するための成膜装置の構成＞
図１は、本発明の成膜方法を実施する成膜装置の構成の一例を示す略断面である。
この成膜装置１００は、気密に構成された略円筒状のチャンバー１を有しており、その中には被処理基板である半導体ウエハＷを水平に支持するためのサセプタ２がその中央下部に設けられた円筒状の支持部材３により支持された状態で配置されている。このサセプタ２はＡｌＮ等のセラミックスからなっている。また、サセプタ２にはヒーター５が埋め込まれており、このヒーター５にはヒーター電源６が接続されている。一方、サセプタ２の上面近傍には熱電対７が設けられており、熱電対７の信号はヒーターコントローラ８に伝送されるようになっている。そして、ヒーターコントローラ８は熱電対７の信号に応じてヒーター電源６に指令を送信し、ヒーター５の加熱を制御してウエハＷを所定の温度に制御するようになっている。
【００２５】
チャンバー１の天壁１ａには、円形の孔１ｂが形成されており、そこからチャンバー１内へ突出するようにシャワーヘッド１０が嵌め込まれている。シャワーヘッド１０は、後述するガス供給機構３０から供給された成膜用のガスをチャンバー１内に吐出するためのものであり、その上部には、成膜原料ガスとして熱分解して生成される副生成物の蒸気圧がその蒸気圧よりも低いＣｕ錯体、例えば１価のβ−ジケトン錯体であるヘキサフルオロアセチルアセトナート・トリメチルビニルシラン銅（Ｃｕ（ｈｆａｃ）ＴＭＶＳ）が導入される第１の導入路１１と、チャンバー１内に希釈ガスが導入される第２の導入路１２とを有している。この希釈ガスとしては、ＡｒガスまたはＨ２ガスが用いられる。
【００２６】
シャワーヘッド１０の内部には上下２段に空間１３、１４が設けられている。上側の空間１３には第１の導入路１１が繋がっており、この空間１３から第１のガス吐出路１５がシャワーヘッド１０の底面まで延びている。下側の空間１４には第２の導入路１２が繋がっており、この空間１４から第２のガス吐出路１６がシャワーヘッド１０の底面まで延びている。すなわち、シャワーヘッド１０は、成膜原料としてのＣｕ錯体ガスと希釈ガスとがそれぞれ独立して吐出路１５および１６から吐出するようになっている。
【００２７】
チャンバー１の底壁には、下方に向けて突出する排気室２１が設けられている。排気室２１の側面には排気管２２が接続されており、この排気管２２には真空ポンプや圧力制御バルブ等を有する排気装置２３が接続されている。そしてこの排気装置２３を作動させることによりチャンバー１内を所定の減圧状態とすることが可能となっている。
【００２８】
サセプタ２には、ウエハＷを支持して昇降させるための３本（２本のみ図示）のウエハ昇降ピン２４がサセプタ２の表面に対して突没可能に設けられ、これらウエハ昇降ピン２４は支持板２５に支持されている。そして、ウエハ昇降ピン２４は、エアシリンダ等の駆動機構２６により支持板２５を介して昇降される。
【００２９】
チャンバー１の側壁には、ウエハ搬送室（図示せず）との間でウエハＷの搬入出を行うための搬入出口２７と、この搬入出口２７を開閉するゲートバルブＧとが設けられている。また、チャンバー１の壁部には、ヒーター２８が設けられてり、成膜処理の際にチャンバー１の内壁の温度を制御可能となっている。
【００３０】
ガス供給機構３０は、Ｃｕ錯体、例えば液体状の１価のβ−ジケトン錯体であるＣｕ（ｈｆａｃ）ＴＭＶＳを成膜原料として貯留する成膜原料タンク３１を有している。成膜原料を構成するＣｕ錯体としては、Ｃｕ（ｈｆａｃ）ＭＨＹ、Ｃｕ（ｈｆａｃ）ＡＴＭＳ、Ｃｕ（ｈｆａｃ）ＤＭＤＶＳ、Ｃｕ（ｈｆａｃ）ＴＭＯＶＳ，Ｃｕ（ｈｆａｃ）ＣＯＤ等の他の１価のβ−ジケトン錯体を用いることができる。用いる１価のＣｕ錯体が常温で固体である場合には、溶媒に溶かした状態で成膜原料タンク３１に貯留することができる。
【００３１】
成膜原料タンク３１には、上方からＨｅガス等の圧送ガスを供給するための圧送ガス配管３２が挿入されており、圧送ガス配管３２はバルブ３３が介装されている。また、成膜原料タンク３１内の成膜原料には原料送出配管３４が上方から挿入されており、この原料送出配管３４の他端には気化器３７が接続されている。原料送出配管３４にはバルブ３５および液体マスフローコントローラ３６が介装されている。そして、圧送ガス配管３２を介して成膜原料タンク３１内に圧送ガスを導入することで、成膜原料タンク３１内のＣｕ錯体、例えばＣｕ（ｈｆａｃ）ＴＭＶＳが液体のまま気化器３７に供給される。このときの液体供給量は液体マスフローコントローラ３６により制御される。気化器３７には、キャリアガスとしてＡｒまたはＨ２等を供給するキャリアガス配管３８が接続されている。キャリアガス配管３８には、マスフローコントローラ３９およびマスフローコントローラ３９を挟んで２つのバルブ４０が設けられている。また、気化器３７には、気化されたＣｕ錯体をシャワーヘッド１０に向けて供給する成膜原料ガス供給配管４１が接続されている。成膜原料ガス供給配管４１にはバルブ４２が介装されており、その他端はシャワーヘッド１０の第１の導入路１１に接続されている。そして、気化器３７で気化したＣｕ錯体がキャリアガスにキャリアされて成膜原料ガス供給配管４１に送出され、第１の導入路１１からシャワーヘッド１０内に供給される。気化器３７および成膜原料ガス供給配管４１およびキャリアガス配管の下流側のバルブ４０までの部分には、成膜原料ガスの凝縮防止のためのヒーター４３が設けられている。ヒーター４３にはヒーター電源（図示せず）から給電され、コントローラ（図示せず）により温度制御されるようになっている。
【００３２】
シャワーヘッド１０の第２の導入路１２には、希釈ガスを供給する希釈ガス供給配管４４が接続されている。この希釈ガス供給配管４４にはバルブ４５が介装されている。そして、この希釈ガス供給配管４４を介して第２の導入路１２からシャワーヘッド１０内に、希釈ガスとしてＡｒガスまたはＨ２ガスが供給される。
【００３３】
成膜装置１００は制御部５０を有し、この制御部５０により各構成部、例えばヒーター電源６、排気装置２３（圧力制御バルブ、真空ポンプ）、マスフローコントローラ３６，３９、バルブ３３，３５，４０，４２，４５、駆動機構２６等の制御やヒーターコントローラ８を介してのサセプタ２の温度制御等を行うようになっている。この制御部５０は、マイクロプロセッサ（コンピュータ）を備えたプロセスコントローラ５１と、ユーザーインターフェース５２と、記憶部５３とを有している。プロセスコントローラ５１には成膜装置１００の各構成部が電気的に接続されて制御される構成となっている。ユーザーインターフェース５２は、プロセスコントローラ５１に接続されており、オペレータが成膜装置１００の各構成部を管理するためにコマンドの入力操作などを行うキーボードや、成膜装置１００の各構成部の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなっている。記憶部５３もプロセスコントローラ５１に接続されており、この記憶部５３には、成膜装置１００で実行される各種処理をプロセスコントローラ５１の制御にて実現するための制御プログラムや、処理条件に応じて成膜装置１００の各構成部に所定の処理を実行させるための制御プログラムすなわち処理レシピや、各種データベース等が格納されている。処理レシピは記憶部５３の中の記憶媒体（図示せず）に記憶されている。記憶媒体は、ハードディスク等の固定的に設けられているものであってもよいし、ＣＤＲＯＭ、ＤＶＤ、フラッシュメモリ等の可搬性のものであってもよい。また、他の装置から、例えば専用回線を介してレシピを適宜伝送させるようにしてもよい。
【００３４】
そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース５２からの指示等にて所定の処理レシピを記憶部５３から呼び出してプロセスコントローラ５１に実行させることで、プロセスコントローラ５１の制御下で、成膜装置１００での所望の処理が行われる。
【００３５】
＜本発明の実施形態に係るＣｕ膜の成膜方法＞
次に、以上のように構成された成膜装置を用いた本実施形態のＣｕ膜の成膜方法について説明する。
【００３６】
ここでは、成膜原料であるＣｕ錯体としてＣｕ（ｈｆａｃ）ＴＭＶＳを用いた場合を例にとって説明する。
【００３７】
また、ここでは、ＣＶＤ法により成膜されたＲｕ膜（ＣＶＤ−Ｒｕ膜）の上にＣＶＤ法によりＣｕ膜（ＣＶＤ−Ｃｕ膜）を成膜する。例えば、図２に示すように、ＣＶＤ−Ｒｕ膜１０２を介して下層のＣｕ配線層１０１が形成された下層の配線絶縁層１０３の上に、キャップ絶縁膜１０４を介して層間絶縁膜１０５が形成され、その上にハードマスク層１０６を介して上層の配線絶縁層１０７が形成され、ハードマスク層１０６、層間絶縁膜１０５、キャップ絶縁膜１０４を貫通し、下層のＣｕ配線層１０１に達するビアホール１０８が形成され、上層配線絶縁層１０７に配線溝であるトレンチ１０９が形成され、さらにビアホール１０８とトレンチ１０９の内壁および上層の配線絶縁層１０７の上にバリア層（拡散防止層）としてＣＶＤ−Ｒｕ膜１１０が形成されたウエハＷに対し、ＣＶＤ−Ｃｕ膜を成膜する。
【００３８】
ＣＶＤ−Ｒｕ膜は、成膜原料としてＲｕ３（ＣＯ）１２を用いて成膜したものであることが好ましい。これにより、高純度のＣＶＤ−Ｒｕを得られるため、清浄かつ強固なＣｕとＲｕの界面を形成することができる。ＣＶＤ−Ｒｕ膜を成膜する装置としては、常温で固体であるＲｕ３（ＣＯ）１２を加熱して発生した蒸気を供給するようにした以外は、図１の装置と同様に構成されたものを用いることができる。
【００３９】
具体的なプロセスフローについては、図３のフローチャートに示す。
まず、ゲートバルブＧを開け、図示しない搬送装置により上記構成のウエハＷをチャンバー１内に搬入し、サセプタ２上に載置する（工程１）。
【００４０】
次いで、チャンバー１内を排気装置２３により排気してチャンバー１内の圧力を１．３３〜２６６．６Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ〜２Ｔｏｒｒ）とし、ヒーター５によりサセプタ２を１５０〜２００℃に加熱し、キャリアガス配管３８、気化器３７、成膜原料ガス配管４１、シャワーヘッド１０を介してチャンバー１内に１００〜１５００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）の流量でキャリアガスを供給し、さらに０〜１００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）程度の希釈ガスを希釈ガス供給配管４４、シャワーヘッド１０を介してチャンバー１内に導入して安定化を行う（工程２）。
【００４１】
安定化を所定時間行って条件が安定した時点で、キャリアガスおよび希釈ガスを供給した状態のまま、液体のＣｕ（ｈｆａｃ）ＴＭＶＳを５０〜７０℃の気化器３７で気化させてチャンバー１内に導入しＣｕ膜の成膜を開始する（工程３）。このときの流量は、液体として１００〜５００ｍｇ／ｍｉｎ程度とする。このときのチャンバー１内の圧力は１．３３〜２．０Ｐａ（０．０１〜０．１５Ｔｏｒｒ）程度とする。
【００４２】
成膜原料であるＣｕ（ｈｆａｃ）ＴＭＶＳは、サセプタ２のヒーター５により加熱された被処理基板であるウエハＷ上で以下の（１）式に示す反応により分解し、Ｒｕ膜の上にＣｕ膜が成膜される。
２Ｃｕ（ｈｆａｃ）ＴＭＶＳ→Ｃｕ＋Ｃｕ（ｈｆａｃ）２＋２ＴＭＶＳ…（１）
【００４３】
そして、このようにしてＣｕ膜を成膜した後、チャンバー１内の残留ガスを除去するパージを行う（工程４）。パージ工程では、Ｃｕ（ｈｆａｃ）ＴＭＶＳの供給を停止した後、排気装置２３の真空ポンプを引き切り状態とし、キャリアガスをパージガスとしてチャンバー１内に流してチャンバー１内をパージする。
【００４４】
このパージは、従来、ヒーター５をオンにした状態で行っており、したがって、成膜後もウエハＷの温度は成膜の際の１５０〜２００℃に保持されることとなる。一方、Ｃｕ錯体を用いたＣｕ膜の成膜においては、成膜中に発生した副生成物および分解物がＣｕ膜中に拡散し、粒界や下地との界面に入り込み、界面エネルギーを低下させてＣｕが移動しやすい状態となり、成膜の際に与えられる熱エネルギーによってＣｕマイグレーションを引き起こし、それによりＣｕが凝集する。この例では、図４に示すように、成膜原料であるＣｕ錯体としてＣｕ（ｈｆａｃ）ＴＭＶＳを用いており、副生成物としてＣｕ（ｈｆａｃ）２が生成し、気相中不純物として存在するため、Ｃｕ膜の粒界や下地であるＣＶＤ−Ｒｕ膜との界面にこのＣｕ（ｈｆａｃ）２が拡散し、成膜の際に与えられる熱エネルギーによってＣｕが凝集する。そして、このようなＣｕの凝集は、ウエハＷの加熱が継続されている成膜後のパージにおいても進行し、Ｃｕ結晶粒が島状に成長して表面の平滑性を悪化させてしまう。つまり、Ｃｕ膜成膜後の余分な熱履歴により、Ｃｕの凝集による表面平滑性の悪化が顕著になるのである。
【００４５】
そこで、本実施形態では、残留ガスを除去するパージ工程において、ウエハＷへの入熱をＣｕ膜成膜の際よりも低下させる。具体的には、図５に示すように、ウエハ昇降ピン２４を突出させてウエハＷを上昇させ(ピンアップ)、ウエハＷをサセプタ２の表面の上方に位置させた状態として、サセプタ２からウエハＷへ供給される熱を遮断し、Ｃｕ膜成膜の際よりもウエハＷへの入熱を低下させる。これにより、Ｃｕの移動を抑制してＣｕの凝集を抑制することができるので、平滑で高品質のＣｕ膜を得ることができる。
【００４６】
このパージ工程においては、チャンバー１内の圧力を高めて、ウエハ昇降ピン２４を上昇させた際にウエハＷからの放熱を促進させることが好ましい。これにより、ウエハＷの温度をより低くしてＣｕの凝集をより効果的に抑制することができる。
【００４７】
なお、パージ工程においては、できる限り迅速にチャンバー１内をパージする観点から、キャリアガスの供給は断続的に行うことが好ましい。
【００４８】
パージ工程が終了後、ゲートバルブＧを開け、図示しない搬送装置により、搬入出口２７を介してウエハＷを搬出する（工程５）。これにより、１枚のウエハＷの一連の工程が終了する。
【００４９】
このようにして成膜されるＣＶＤ−Ｃｕ膜は、配線材として用いることもできるし、Ｃｕメッキのシード層として用いることもできる。ＣＶＤ−Ｃｕ膜を配線材として用いる場合には、図６に示すように、ビアホール１０８およびトレンチ１０９をすべて埋まるまでＣＶＤ−Ｃｕ膜１１１を成膜して、配線およびプラグをすべてＣＶＤ−Ｃｕ膜１１１で形成する。また、Ｃｕメッキのシード膜として用いる場合には、図７に示すように、ＣＶＤ−Ｃｕ膜１１１をＣＶＤ−Ｒｕ膜１１０の表面に薄く形成する。
【００５０】
図６のように配線およびプラグをすべてＣＶＤ−Ｃｕ膜１１１で形成する場合には、その後、ＣＭＰ（化学機械研磨）を行って余分なＣｕ部分を除去し、図８に示すように、配線絶縁膜１０７とＣＶＤ−Ｃｕ膜１１１が面一となるようにする。また、図７のようにＣＶＤ−Ｃｕ膜１１１をＣｕメッキのシード膜として薄く形成する場合には、その後、図９に示すようにＣｕメッキ１１２を形成して配線およびプラグを形成し、その状態からＣＭＰ（化学機械研磨）を行って余分なＣｕ部分を除去し、図１０に示すように配線絶縁膜１０７とＣｕメッキ層１１２が面一となるようにする。
【００５１】
なお、上記例では、バリア層（拡散防止層）としてＣＶＤ−Ｒｕ膜１１０の単層を用いた例を示したが、図１１に示すように、上層のＣＶＤ−Ｒｕ膜１１０と下層としての高融点材料膜１１３との積層構造であってもよい。この場合に、下層としては、Ｔａ、ＴａＮ、Ｔｉ、Ｗ、ＴｉＮ、ＷＮ、酸化マンガン等のいずれかを用いることができる。
【００５２】
＜本発明の他の適用＞
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されることなく種々変形可能である。例えば、上記実施の形態においては、パージ工程におけるウエハＷへの入熱をＣｕ膜成膜の際よりも低下させる手法として、ウエハ昇降ピン２４を突出させてウエハＷをサセプタ２の上方に位置させる手法を採用したが、これに限らず、例えばパージ工程の際にヒーターをオフにして加熱を停止する手法を採用することもできる。また、図１２に示すように、ヒーター５の他に冷却媒体流路４６を設けたサセプタ２′を用いて、パージ工程の際に冷却媒体流路４６に冷却水等の冷却媒体を流す手法を採用することもできる。さらに、図１３に示すように、冷却ガス吐出ノズル４７を設け、冷却ガスをサセプタ２上のウエハＷに吹き付ける手法を採用することもできる。
【００５３】
また、上記実施形態では、Ｃｕ錯体としてＣｕ（ｈｆａｃ）ＴＭＶＳを用いた場合について示したが、これに限るものではない。また、成膜の下地としてＣＶＤ−Ｒｕ膜を用いた場合について示したが、これに限るものではない。
【００５４】
さらに、上記実施の形態では、液体状のＣｕ錯体を圧送して気化器に供給し、気化器で気化させたが、これに限らず、例えばバブリング等により気化させて供給する等、他の手法で気化させてもよい。
【００５５】
さらにまた、成膜装置についても上記実施の形態のものに限らず、例えば、成膜原料ガスの分解を促進するためにプラズマを形成する機構を設けたもの等、種々の装置を用いることができる。
【００５６】
さらにまた、被処理基板の構造は図２、図１１のものに限るものではない。さらにまた、被処理基板として半導体ウエハを用いた場合を説明したが、これに限らず、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）基板等の他の基板であってもよい。
【符号の説明】
【００５７】
１；チャンバー
２；サセプタ
３；支持部材
５；ヒーター
１０；シャワーヘッド
２３；排気装置
２４；ウエハ昇降ピン（昇降部材）
３０；ガス供給機構
３１；成膜原料タンク
３４；原料送出配管
３７；気化器
３８；キャリアガス供給配管
４１；成膜原料ガス供給配管
４６；冷却媒体流路
４７；冷却ガスノズル
５０；制御部
５１；プロセスコントローラ
５２；ユーザーインターフェース
５３；記憶部（記憶媒体）
Ｗ；半導体ウエハ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理容器内に基板を搬入し、基板を加熱しつつ処理容器内にＣｕ錯体からなる成膜原料を気相状態で導入して基板上にＣＶＤ法によりＣｕ膜を成膜し、成膜後の残留ガスを前記処理容器から除去し、その後、前記処理容器から基板を搬出するＣｕ膜の成膜方法であって、
残留ガス除去の際に、基板への入熱をＣｕ膜成膜の際よりも低下させることを特徴とするＣｕ膜の成膜方法。
【請求項２】
基板を加熱する加熱機構と基板を昇降する昇降部材とを備えた載置台上に基板を載置した状態で基板を加熱しつつＣｕ膜を成膜し、成膜後、前記昇降部材により基板を前記載置台の上方に位置させた状態で前記残留ガス除去を行って基板への入熱をＣｕ膜成膜の際よりも低下させることを特徴とする請求項１に記載のＣｕ膜の成膜方法。
【請求項３】
前記Ｃｕ膜成膜後、加熱を停止した状態で前記残留ガス除去を行って基板への入熱をＣｕ膜成膜の際よりも低下させることを特徴とする請求項１に記載のＣｕ膜の成膜方法。
【請求項４】
基板を加熱する加熱機構と基板を冷却する冷却機構とを備えた載置台上に基板を載置した状態で前記加熱機構により基板を加熱しつつＣｕ膜を成膜し、成膜後、前記冷却機構により基板を冷却しつつ前記残留ガス除去を行って基板への入熱をＣｕ膜成膜の際よりも低下させることを特徴とする請求項１に記載のＣｕ膜の成膜方法。
【請求項５】
前記Ｃｕ膜成膜後、基板に冷却ガスを供給した状態で前記残留ガス除去を行って基板への入熱をＣｕ膜成膜の際よりも低下させることを特徴とする請求項１に記載のＣｕ膜の成膜方法。
【請求項６】
前記Ｃｕ錯体は１価のβ−ジケトン錯体であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のＣｕ膜の成膜方法。
【請求項７】
前記Ｃｕ錯体は、ヘキサフルオロアセチルアセトナート・トリメチルビニルシラン銅（Ｃｕ（ｈｆａｃ）ＴＭＶＳ）であることを特徴とする請求項６に記載のＣｕ膜の成膜方法。
【請求項８】
前記基板として、表面にＣＶＤ法により成膜したＲｕ膜を有するものを用い、そのＲｕ膜の上にＣｕ膜を成膜することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のＣｕ膜の成膜方法。
【請求項９】
前記Ｒｕ膜は、成膜原料としてＲｕ３（ＣＯ）１２を用いて成膜されたものであることを特徴とする請求項８に記載のＣｕ膜の成膜方法。
【請求項１０】
前記Ｒｕ膜は拡散防止膜の全部または一部として用いられることを特徴とする請求項８または請求項９に記載のＣｕ膜の成膜方法。
【請求項１１】
前記拡散防止膜は、前記Ｒｕ膜の下層として、高融点材料膜を有することを特徴とする請求項１０に記載のＣｕ膜の成膜方法。
【請求項１２】
前記高融点材料膜は、Ｔａ、ＴａＮ、Ｔｉ、Ｗ、ＴｉＮ、ＷＮ、および酸化マンガンのいずれかからなることを特徴とする請求項１１に記載のＣｕ膜の成膜方法。
【請求項１３】
得られたＣｕ膜を配線材として用いることを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載のＣｕ膜の成膜方法。
【請求項１４】
得られたＣｕ膜をＣｕメッキのシード膜として用いることを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載のＣｕ膜の成膜方法。
【請求項１５】
コンピュータ上で動作し、成膜装置を制御するためのプログラムが記憶された記憶媒体であって、前記プログラムは、実行時に、請求項１から請求項１４のいずれかの成膜方法が行われるように、コンピュータに前記成膜装置を制御させることを特徴とする記憶媒体。
【請求項１】
処理容器内に基板を搬入し、基板を加熱しつつ処理容器内にＣｕ錯体からなる成膜原料を気相状態で導入して基板上にＣＶＤ法によりＣｕ膜を成膜し、成膜後の残留ガスを前記処理容器から除去し、その後、前記処理容器から基板を搬出するＣｕ膜の成膜方法であって、
残留ガス除去の際に、基板への入熱をＣｕ膜成膜の際よりも低下させることを特徴とするＣｕ膜の成膜方法。
【請求項２】
基板を加熱する加熱機構と基板を昇降する昇降部材とを備えた載置台上に基板を載置した状態で基板を加熱しつつＣｕ膜を成膜し、成膜後、前記昇降部材により基板を前記載置台の上方に位置させた状態で前記残留ガス除去を行って基板への入熱をＣｕ膜成膜の際よりも低下させることを特徴とする請求項１に記載のＣｕ膜の成膜方法。
【請求項３】
前記Ｃｕ膜成膜後、加熱を停止した状態で前記残留ガス除去を行って基板への入熱をＣｕ膜成膜の際よりも低下させることを特徴とする請求項１に記載のＣｕ膜の成膜方法。
【請求項４】
基板を加熱する加熱機構と基板を冷却する冷却機構とを備えた載置台上に基板を載置した状態で前記加熱機構により基板を加熱しつつＣｕ膜を成膜し、成膜後、前記冷却機構により基板を冷却しつつ前記残留ガス除去を行って基板への入熱をＣｕ膜成膜の際よりも低下させることを特徴とする請求項１に記載のＣｕ膜の成膜方法。
【請求項５】
前記Ｃｕ膜成膜後、基板に冷却ガスを供給した状態で前記残留ガス除去を行って基板への入熱をＣｕ膜成膜の際よりも低下させることを特徴とする請求項１に記載のＣｕ膜の成膜方法。
【請求項６】
前記Ｃｕ錯体は１価のβ−ジケトン錯体であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のＣｕ膜の成膜方法。
【請求項７】
前記Ｃｕ錯体は、ヘキサフルオロアセチルアセトナート・トリメチルビニルシラン銅（Ｃｕ（ｈｆａｃ）ＴＭＶＳ）であることを特徴とする請求項６に記載のＣｕ膜の成膜方法。
【請求項８】
前記基板として、表面にＣＶＤ法により成膜したＲｕ膜を有するものを用い、そのＲｕ膜の上にＣｕ膜を成膜することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のＣｕ膜の成膜方法。
【請求項９】
前記Ｒｕ膜は、成膜原料としてＲｕ３（ＣＯ）１２を用いて成膜されたものであることを特徴とする請求項８に記載のＣｕ膜の成膜方法。
【請求項１０】
前記Ｒｕ膜は拡散防止膜の全部または一部として用いられることを特徴とする請求項８または請求項９に記載のＣｕ膜の成膜方法。
【請求項１１】
前記拡散防止膜は、前記Ｒｕ膜の下層として、高融点材料膜を有することを特徴とする請求項１０に記載のＣｕ膜の成膜方法。
【請求項１２】
前記高融点材料膜は、Ｔａ、ＴａＮ、Ｔｉ、Ｗ、ＴｉＮ、ＷＮ、および酸化マンガンのいずれかからなることを特徴とする請求項１１に記載のＣｕ膜の成膜方法。
【請求項１３】
得られたＣｕ膜を配線材として用いることを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載のＣｕ膜の成膜方法。
【請求項１４】
得られたＣｕ膜をＣｕメッキのシード膜として用いることを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載のＣｕ膜の成膜方法。
【請求項１５】
コンピュータ上で動作し、成膜装置を制御するためのプログラムが記憶された記憶媒体であって、前記プログラムは、実行時に、請求項１から請求項１４のいずれかの成膜方法が行われるように、コンピュータに前記成膜装置を制御させることを特徴とする記憶媒体。
【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１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１０−１９２６００（Ｐ２０１０−１９２６００Ａ）
【公開日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−３４０７０（Ｐ２００９−３４０７０）
【出願日】平成２１年２月１７日（２００９．２．１７）
【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２２年９月２日（２０１０．９．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月１７日（２００９．２．１７）
【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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