Ｃｕ配線の形成方法およびＣｕ膜の成膜方法、ならびに成膜システム
【課題】微細なトレンチまたはホール等の凹部にボイドを発生させずに確実にＣｕを埋め込むことができ、かつ低抵抗のＣｕ配線を形成すること。
【解決手段】ウエハＷに形成されたトレンチ２０３を有する層間絶縁膜２０２において、トレンチ２０３の表面にバリア膜２０４を形成する工程と、バリア膜２０４の上にＲｕ膜２０５を形成する工程と、Ｒｕ膜２０５の上に、加熱しつつ、ＰＶＤによりＣｕがマイグレーションするようにＣｕ膜２０６を形成してトレンチ２０３を埋める工程とを有する。
【解決手段】ウエハＷに形成されたトレンチ２０３を有する層間絶縁膜２０２において、トレンチ２０３の表面にバリア膜２０４を形成する工程と、バリア膜２０４の上にＲｕ膜２０５を形成する工程と、Ｒｕ膜２０５の上に、加熱しつつ、ＰＶＤによりＣｕがマイグレーションするようにＣｕ膜２０６を形成してトレンチ２０３を埋める工程とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板に形成されたトレンチまたはホールにＣｕ配線を形成するＣｕ配線の形成方法およびＣｕ膜の成膜方法、ならびにＣｕ配線を形成するための成膜システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造においては、半導体ウエハに成膜処理やエッチング処理等の各種の処理を繰り返し行って所望のデバイスを製造するが、近時、半導体デバイスの高速化、配線パターンの微細化、高集積化の要求に対応して、配線の導電性向上およびエレクトロマイグレーション耐性の向上が求められている。
【０００３】
このような点に対応して、配線材料にアルミニウム（Ａｌ）やタングステン（Ｗ）よりも導電性が高く（抵抗が低く）かつエレクトロマイグレーション耐性に優れている銅（Ｃｕ）が用いられるようになってきている。
【０００４】
Ｃｕ配線の形成方法としては、トレンチやホールが形成された層間絶縁膜全体にタンタル金属（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル窒化膜（ＴａＮ）、チタン窒化膜（ＴｉＮ）などからなるバリア膜をＰＶＤであるプラズマスパッタで形成し、バリア膜の上に同じくプラズマスパッタによりＣｕシード膜を形成し、さらにその上にＣｕめっきを施してトレンチやホールを完全に埋め込み、ウエハ表面の余分な銅薄膜をＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）処理により研磨処理して取り除く技術が提案されている（例えば特許文献１）。また、密着性良くかつ微細パターンにもＣｕ膜を形成することができる技術として、バリア膜の上にＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によりＲｕ膜を形成した後にＣｕシード膜およびＣｕめっきを形成する方法も提案されている（例えば特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１４８０７５号公報
【特許文献２】特開２００７−１９４６２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、半導体デバイスのデザインルールが益々微細化しており、トレンチの幅やホール径が数十ｎｍとなっており、このような狭いトレンチやホール等の凹部内に、プラズマスパッタリングでバリア膜やシード膜を形成する場合には、トレンチやホールの開口部にオーバーハング部分が発生してしまい、その後のＣｕめっきによりトレンチやホールを埋め込んでも内部が十分に埋まらずにボイドが発生する等の問題が生ずる。
【０００７】
上記特許文献１では、プラズマスパッタ装置の載置台に供給するバイアス電力を調整して成膜レートとスパッタエッチングのエッチングレートをコントロールすることにより良好な埋め込みを行なう試みがなされており、Ｃｕめっき装置を改善してＣｕめっきの埋め込み性を高めることも検討されており、上記特許文献２でもＣｕの埋め込み性は高められているが、最近、さらに微細化されたトレンチやホールに対して対応することが困難である。
【０００８】
また、Ｃｕめっきは不純物が多く、配線の低抵抗化の要求に対し、必ずしも十分に対応することができていないのが現状である。
【０００９】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、微細なトレンチまたはホール等の凹部にボイドを発生させずに確実にＣｕを埋め込むことができ、かつ低抵抗のＣｕ配線を形成することができるＣｕ配線の形成方法およびＣｕ膜の成膜方法、ならびにそのようなＣｕ配線を形成するための成膜システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の観点では、基板に形成された凹部内にＣｕを埋め込んでＣｕ配線を形成するＣｕ配線の形成方法であって、少なくとも前記凹部の表面にバリア膜を形成する工程と、前記バリア膜の上にＲｕ膜を形成する工程と、前記Ｒｕ膜の上に、加熱しつつ、ＰＶＤによりＣｕがマイグレーションするようにＣｕ膜を形成して前記凹部内にＣｕを埋め込む工程とを有することを特徴とするＣｕ配線の形成方法を提供する。この場合に、前記凹部としてはトレンチまたはホールを挙げることができる。
【００１１】
本発明の第２の観点では、基板に形成された凹部内にＣｕを埋め込んでＣｕ配線を形成するＣｕ配線の形成方法であって、少なくとも前記凹部の表面にバリア膜を形成する工程と、前記バリア膜の上にＲｕ膜を形成する工程と、前記Ｒｕ膜の上に、加熱しつつ、ＰＶＤによりＣｕがマイグレーションするようにＣｕ膜を形成して前記凹部内にＣｕを埋め込む工程とを有し、前記凹部は、トレンチと該トレンチの底部に形成されたホールとを有し、前記Ｃｕ膜を形成して前記凹部内にＣｕを埋め込む工程は、前記ホールへのＣｕの埋め込みが完了するまでの第１段階と、前記ホールの埋め込みが完了後、前記トレンチの埋め込みが完了するまでの第２段階とを有し、前記第１段階の成膜速度は前記第２段階の成膜速度よりも小さいことを特徴とするＣｕ配線の形成方法を提供する。
【００１２】
上記第２の観点において、前記第１段階の成膜速度は、トレンチの底部でオーバーハングが生じない程度のＣｕの流動性が確保される成膜速度であることが好ましい。また、前記第１段階の成膜速度は５〜２０ｎｍ／ｍｉｎであり、前記第２段階の成膜速度は２０〜１５０ｎｍ／ｍｉｎであることが好ましい。
【００１３】
上記第１の観点および第２の観点において、前記Ｃｕを埋め込むためのＣｕ膜は、基板が収容された処理容器内にプラズマ生成ガスによりプラズマを生成し、ＣｕターゲットからＣｕを放出させて、Ｃｕを前記プラズマ中でイオン化させ、前記基板にバイアス電力を印加してＣｕイオンを基板上に引きこむことにより形成されることが好ましい。
【００１４】
この場合に前記Ｃｕを埋め込むためのＣｕ膜の形成は、基板温度を６５℃以上３５０℃以下にして行われることが好ましい。
【００１５】
前記Ｃｕを埋め込むためのＣｕ膜の形成は、基板温度を２００℃超３５０℃以下にし、かつ前記Ｃｕイオンによる基板へのＣｕ成膜量ＴＤと前記プラズマ生成ガスのイオンによるＣｕ膜のエッチング量ＴＥが０≦ＴＥ／ＴＤ＜１の関係を満たすように前記バイアス電力の大きさを調整して行うことができる。前記Ｃｕ膜の形成は、基板温度を６５℃以上２００℃以下にし、かつ前記Ｃｕイオンによる基板へのＣｕ成膜量ＴＤと前記プラズマ生成ガスのイオンによるＣｕ膜のエッチング量ＴＥが０．０２≦ＴＥ／ＴＤ＜１の関係を満たすように前記バイアス電力の大きさを調整して行うことができる。これらの場合に、前記バイアス電力の大きさは、０．０５≦ＴＥ／ＴＤ≦０．２４を満たすように調整されることが好ましい。
【００１６】
上記第１の観点および第２の観点において、前記バリア膜は、Ｔｉ膜、ＴｉＮ膜、Ｔａ膜、ＴａＮ膜、Ｔａ／ＴａＮの２層膜、ＴａＣＮ膜、Ｗ膜、ＷＮ膜、ＷＣＮ膜、Ｚｒ膜、ＺｒＮ膜、Ｖ膜、ＶＮ膜、Ｎｂ膜、ＮｂＮ膜からなる群から選択されるものを用いることができる。前記バリア膜は、ＰＶＤにより形成されることが好ましい。
【００１７】
前記Ｒｕ膜は、ＣＶＤにより形成されることが好ましい。また、前記Ｒｕ膜は、成膜原料としてルテニウムカルボニルを用いたＣＶＤにより形成されることがより好ましい。
【００１８】
本発明の第３の観点では、基板に形成された凹部を有する所定の層にバリア膜およびＲｕ膜を介して前記凹部内にＣｕを埋め込むためのＣｕ膜を成膜するＣｕ膜の成膜方法であって、前記Ｒｕ膜の上に加熱しつつ、ＰＶＤによりＣｕがマイグレーションするようにＣｕ膜を成膜して、前記凹部内にＣｕを埋め込むことを特徴とするＣｕ膜の成膜方法を提供する。
【００１９】
本発明の第４の観点では、基板に形成された凹部を有する所定の層にバリア膜およびＲｕ膜を介して前記凹部内にＣｕを埋め込むためのＣｕ膜を成膜するＣｕ膜の成膜方法であって、前記凹部は、トレンチと該トレンチの底部に形成されたホールとを有し、前記Ｒｕ膜の上に加熱しつつ、ＰＶＤによりＣｕがマイグレーションするようにＣｕ膜を成膜して、前記凹部内にＣｕを埋め込み、前記Ｃｕ膜の成膜は、前記ホールへのＣｕの埋め込みが完了するまでの第１段階と、前記ホールの埋め込みが完了後、前記トレンチの埋め込みが完了するまでの第２段階とを有し、前記第１段階の成膜速度は前記第２段階の成膜速度よりも小さいことを特徴とするＣｕ膜の成膜方法を提供する。
【００２０】
本発明の第５の観点では、基板に形成された凹部内にＣｕを埋め込んでＣｕ配線を形成するための成膜システムであって、前記凹部の表面にバリア膜を形成するバリア膜成膜装置と、前記バリア膜の上にＲｕ膜を形成するＲｕ膜成膜装置と、前記Ｒｕ膜の上に、ＰＶＤによりＣｕ膜を形成して前記凹部にＣｕを埋め込むＣｕ膜成膜装置と、前記Ｃｕ膜成膜装置を、前記基板を加熱しつつ、ＣｕがマイグレーションするようにＣｕ膜を形成して前記凹部にＣｕを埋め込むように制御する制御部とを有することを特徴とする成膜システムを提供する。
【００２１】
上記成膜システムにおいて、前記バリア膜成膜装置と、前記Ｒｕ膜成膜装置と、前記Ｃｕ膜成膜装置との間を真空を破らずに搬送する搬送手段をさらに有することが好ましい。
【００２２】
本発明の第６の観点では、コンピュータ上で動作し、成膜システム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、上記第１または第２の観点のＣｕ配線の形成方法が行われるように、コンピュータに前記成膜システムを制御させることを特徴とする記憶媒体を提供する。
【００２３】
本発明の第７の観点では、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、上記第３または第４の観点のＣｕ膜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を提供する。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、基板に形成されたトレンチまたはホール等の凹部内にＣｕを埋め込んでＣｕ配線を形成するにあたり、バリア膜の上にＲｕ膜を形成し、その上にＰＶＤによりＣｕ膜を形成して凹部にＣｕを埋め込むが、ＣｕはＲｕへの濡れ性が良好であるため、Ｒｕ膜上でＣｕを凝集させずにマイグレーションさせることができる。このため、加熱しつつ、ＣｕがマイグレーションするようにＣｕ膜を形成することにより、Ｃｕが凹部に流動し、凹部の間口を塞ぐことがないため、凹部として微細なトレンチやホールが形成されている場合にも、その中にボイドを発生させずに確実にＣｕを埋めることができる。また、Ｃｕ配線がＰＶＤのみで形成されるため、不純物が少なく低抵抗のＣｕ配線を実現することができる。
【００２５】
また、凹部の構造がトレンチと該トレンチの底部に形成されたホールを有するものである場合には、ＣｕがマイグレーションするようにＣｕ膜を形成してもトレンチの底部でオーバーハングが生じてホール部分にボイドが形成するおそれがあるが、Ｃｕ膜を形成して凹部内にＣｕを埋め込む工程を、ホールへのＣｕの埋め込みが完了するまでの第１段階、および前記ホールの埋め込みが完了後、前記トレンチの埋め込みが完了するまでの第２段階を有するものとし、第１段階の成膜速度が第２段階の成膜速度よりも小さくなるようにすることにより、このようなボイドの形成を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係るＣｕ配線の形成方法を実施するためのマルチチャンバタイプの成膜システムの一例を示す平面図である。
【図２】図１の成膜システムに搭載された、Ｃｕ膜を形成するためのＣｕ膜成膜装置を示す断面図である。
【図３】図１の成膜システムに搭載された、Ｒｕライナー膜を形成するためのＲｕライナー膜成膜装置を示す断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係るＣｕ配線の形成方法のフローチャートである。
【図５】本発明の第１の実施形態に係るＣｕ配線の形成方法を説明するための工程断面図である。
【図６】図２の装置によりＣｕ膜を成膜する場合におけるバイアスパワーとＣｕ成膜量との関係を示す模式図である。
【図７】図２の装置によりＣｕ膜を成膜する場合における成膜モデルを説明するための模式図である。
【図８】実際に図２の装置でＣｕ膜を形成した際において、横軸にＣｕターゲットに供給する直流電力をとり、縦軸にバイアスパワーをとって、ＴＥ／ＴＤの値を等高線で示す図である。
【図９】実際に図２の装置でＣｕ膜を形成した際において、横軸にバイアスパワーをとり、縦軸にＴＥ／ＴＤをとって、Ｃｕターゲットへの直流電力ごとにこれらの関係を示すグラフである。
【図１０】バイアスパワーをＴＥ／ＴＤ＝０となる１３０Ｗ（０．１９Ｗ／ｃｍ２）として、成膜温度を２００℃、２２５℃、２５０℃、３００℃としてＣｕ膜を成膜した際の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。
【図１１】バイアスパワーをＴＥ／ＴＤ＝０となる１３０Ｗ（０．１９Ｗ／ｃｍ２）、およびＴＥ／ＴＤ＝０．０２となる１９５Ｗ（０．２８Ｗ／ｃｍ２）として、成膜温度６５℃でＣｕ膜を成膜した際の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。
【図１２】バイアスパワーをＴＥ／ＴＤが０〜０．２４になるように変化させて、成膜温度２５０℃でＣｕ膜を成膜時間５６ｓｅｃで成膜した際の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。
【図１３】本発明の第１の実施形態によりＣｕ配線を形成した際における、Ｔｉバリア膜のみを形成した状態、Ｒｕライナー膜を形成した状態、Ｃｕ膜を５ｎｍ、１０ｎｍ、２０ｎｍ、３０ｎｍ成膜した状態の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。
【図１４】本発明の第１の実施形態によって形成したＣｕ配線と、Ｃｕめっきを用いた従来のＣｕ配線の電気特性を比較した結果を示す図である。
【図１５】本発明の第２の実施形態に係るＣｕ配線の形成方法のフローチャートである。
【図１６】本発明の第２の実施形態に係るＣｕ配線の形成方法を説明するための工程断面図である。
【図１７】デュアルダマシン構造にＣｕを埋め込む際にトレンチ底部に形成されたビアにボイドが生じる場合のメカニズムを説明するための図である。
【図１８】第２の実施形態に従ってデュアルダマシン構造にＣｕを埋め込む際の状態を説明するための図である。
【図１９】図２の成膜装置において、直流電源のパワーとＣｕ堆積速度との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について具体的に説明する。
【００２８】
＜本発明の実施形態に用いる成膜システム＞
図１は本発明に係るＣｕ配線の形成方法を実施するためのマルチチャンバタイプの成膜システムの一例を示す平面図である。
【００２９】
成膜システム１は、バリア膜およびＲｕライナー膜を形成する第１の処理部２と、Ｃｕ膜を形成する第２の処理部３と、搬入出部４とを有しており、半導体ウエハ（以下、単にウエハと記す。）Ｗに対してＣｕ配線を形成するためのものである。
【００３０】
第１の処理部２は、平面形状が七角形をなす第１の真空搬送室１１と、この第１の真空搬送室１１の４つの辺に対応する壁部に接続された、２つのバリア膜成膜装置１２ａ，１２ｂおよび２つのＲｕライナー膜成膜装置１４ａ，１４ｂとを有している。バリア膜成膜装置１２ａおよびＲｕライナー膜成膜装置１４ａとバリア膜成膜装置１２ｂおよびＲｕライナー膜成膜装置１４ｂとは線対称の位置に配置されている。
【００３１】
第１の真空搬送室１１の他の２辺に対応する壁部には、それぞれウエハＷのデガス処理を行うデガス室５ａ，５ｂが接続されている。また、第１の真空搬送室１１のデガス室５ａと５ｂとの間の壁部には、第１の真空搬送室１１と後述する第２の真空搬送室２１との間でウエハＷの受け渡しを行う受け渡し室５が接続されている。
【００３２】
バリア膜成膜装置１２ａ，１２ｂ、Ｒｕライナー膜成膜装置１４ａ，１４ｂ、デガス室５ａ，５ｂ、および受け渡し室５は、第１の真空搬送室１１の各辺にゲートバルブＧを介して接続され、これらは対応するゲートバルブＧを開放することにより第１の真空搬送室１１と連通され、対応するゲートバルブＧを閉じることにより第１の真空搬送室１１から遮断される。
【００３３】
第１の真空搬送室１１内は所定の真空雰囲気に保持されるようになっており、その中には、バリア膜成膜装置１２ａ，１２ｂ、Ｒｕライナー膜成膜装置１４ａ，１４ｂ、デガス室５ａ，５ｂ、および受け渡し室５に対してウエハＷの搬入出を行う第１の搬送機構１６が設けられている。この第１の搬送機構１６は、第１の真空搬送室１１の略中央に配設されており、回転および伸縮可能な回転・伸縮部１７を有し、その回転・伸縮部１７の先端にウエハＷを支持する２つの支持アーム１８ａ，１８ｂが設けられており、これら２つの支持アーム１８ａ，１８ｂは互いに反対方向を向くように回転・伸縮部１７に取り付けられている。
【００３４】
第２の処理部３は、平面形状が七角形をなす第２の真空搬送室２１と、この第２の真空搬送室２１の対向する２つの辺に対応する壁部に接続された、２つのＣｕ膜成膜装置２２ａ，２２ｂとを有している。
【００３５】
第２の真空搬送室２１の第１の処理部２側の２辺に対応する壁部には、それぞれ上記デガス室５ａ，５ｂが接続され、デガス室５ａと５ｂとの間の壁部には、上記受け渡し室５が接続されている。すなわち、受け渡し室５ならびにデガス室５ａおよび５ｂは、いずれも第１の真空搬送室１１と第２の真空搬送室２１との間に設けられ、受け渡し室５の両側にデガス室５ａおよび５ｂが配置されている。さらに、搬入出部４側の２辺には、それぞれ大気搬送および真空搬送可能なロードロック室６ａ，６ｂが接続されている。
【００３６】
Ｃｕ膜成膜装置２２ａ，２２ｂ、デガス室５ａ，５ｂ、およびロードロック室６ａ，６ｂは、第２の真空搬送室２１の各辺にゲートバルブＧを介して接続され、これらは対応するゲートバルブを開放することにより第２の真空搬送室２１と連通され、対応するゲートバルブＧを閉じることにより第２の真空搬送室２１から遮断される。また、受け渡し室５はゲートバルブを介さずに第２の真空搬送室２１に接続されている。
【００３７】
第２の真空搬送室２１内は所定の真空雰囲気に保持されるようになっており、その中には、Ｃｕ膜成膜装置２２ａ，２２ｂ、デガス室５ａ，５ｂ、ロードロック室６ａ，６ｂ、および受け渡し室５に対してウエハＷの搬入出を行う第２の搬送機構２６が設けられている。この第２の搬送機構２６は、第２の真空搬送室２１の略中央に配設されており、回転および伸縮可能な回転・伸縮部２７を有し、その回転・伸縮部２７の先端にウエハＷを支持する２つの支持アーム２８ａ，２８ｂが設けられており、これら２つの支持アーム２８ａ，２８ｂは互いに反対方向を向くように回転・伸縮部２７に取り付けられている。
【００３８】
搬入出部４は、上記ロードロック室６ａ，６ｂを挟んで第２の処理部３と反対側に設けられており、ロードロック室６ａ，６ｂが接続される大気搬送室３１を有している。ロードロック室６ａ，６ｂと大気搬送室３１との間の壁部にはゲートバルブＧが設けられている。大気搬送室３１のロードロック室６ａ，６ｂが接続された壁部と対向する壁部には被処理基板としてのウエハＷを収容するキャリアＣを接続する２つの接続ポート３２，３３が設けられている。これら接続ポート３２，３３にはそれぞれ図示しないシャッターが設けられており、これら接続ポート３２，３３にウエハＷを収容した状態の、または空のキャリアＣが直接取り付けられ、その際にシャッターが外れて外気の侵入を防止しつつ大気搬送室３１と連通するようになっている。また、大気搬送室３１の側面にはアライメントチャンバ３４が設けられており、そこでウエハＷのアライメントが行われる。大気搬送室３１内には、キャリアＣに対するウエハＷの搬入出およびロードロック室６ａ，６ｂに対するウエハＷの搬入出を行う大気搬送用搬送機構３６が設けられている。この大気搬送用搬送機構３６は、２つの多関節アームを有しており、キャリアＣの配列方向に沿ってレール３８上を走行可能となっていて、それぞれの先端のハンド３７上にウエハＷを載せてその搬送を行うようになっている。
【００３９】
この成膜システム１は、この成膜システム１の各構成部を制御するための制御部４０を有している。この制御部４０は、各構成部の制御を実行するマイクロプロセッサ（コンピュータ）からなるプロセスコントローラ４１と、オペレータが成膜システム１を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、成膜システム１の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザーインターフェース４２と、成膜システム１で実行される処理をプロセスコントローラ４１の制御にて実現するための制御プログラムや、各種データ、および処理条件に応じて処理装置の各構成部に処理を実行させるためのプログラムすなわちレシピが格納された記憶部４３とを備えている。なお、ユーザーインターフェース４２および記憶部４３はプロセスコントローラ４１に接続されている。
【００４０】
上記レシピは記憶部４３の中の記憶媒体４３ａに記憶されている。記憶媒体は、ハードディスクであってもよいし、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。
【００４１】
そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース４２からの指示等にて任意のレシピを記憶部４３から呼び出してプロセスコントローラ４１に実行させることで、プロセスコントローラ４１の制御下で、成膜システム１での所望の処理が行われる。
【００４２】
このような成膜システム１においては、キャリアＣから大気搬送用搬送機構３６によりトレンチやホールを有する所定パターンが形成されたウエハＷを取り出し、ロードロック室６ａまたは６ｂに搬送し、そのロードロック室を第２の真空搬送室２１と同程度の真空度に減圧した後、第２の搬送機構２６によりロードロック室のウエハＷを取り出し、第２の真空搬送室２１を介してデガス室５ａまたは５ｂに搬送し、ウエハＷのデガス処理を行う。その後、第１の搬送機構１６によりデガス室のウエハＷを取り出し、第１の真空搬送室１１を介してバリア膜成膜装置１２ａまたは１２ｂに搬入し、バリア膜として例えば、Ｔｉ膜、ＴｉＮ膜、Ｔａ膜、ＴａＮ膜等を成膜する。バリア膜成膜後、第１の搬送機構１６によりバリア膜成膜装置１２ａまたは１２ｂからウエハＷを取り出し、Ｒｕライナー膜成膜装置１４ａまたは１４ｂに搬入し、Ｒｕライナー膜を成膜する。Ｒｕライナー膜成膜後、第１の搬送機構１６によりＲｕライナー膜成膜装置１４ａまたは１４ｂからウエハＷを取り出し、受け渡し室５に搬送する。その後、第２の搬送機構２６によりウエハＷを取り出し、第２の真空搬送室２１を介してＣｕ膜成膜装置２２ａまたは２２ｂに搬入し、Ｃｕ膜を成膜する。Ｃｕ膜成膜後、第２の搬送機構２６によりＣｕ膜成膜装置２２ａまたは２２ｂからウエハＷを取り出し、ロードロック室６ａまたは６ｂに搬送し、そのロードロック室を大気圧に戻した後、大気搬送用搬送機構３６によりＣｕ膜が形成されたウエハＷを取り出し、キャリアＣに戻す。このような処理をキャリア内のウエハＷの数の分だけ繰り返す。
【００４３】
＜Ｃｕ膜成膜装置＞
次に、本発明の方法を実施するために重要なＣｕ膜成膜装置２２ａ（２２ｂ）について説明する。
図２は、Ｃｕ膜成膜装置の一例を示す断面図である。ここではＣｕ膜成膜装置としてｉＰＶＤ（Ｉｏｎｉｚｅｄ ｐｈｙｓｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）であるＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）型プラズマスパッタ装置を例にとって説明する。
【００４４】
図２に示すように、このＣｕ膜成膜装置２２ａ（２２ｂ）は、例えばアルミニウム等により筒体状に成形された処理容器５１を有している。この処理容器５１は接地され、その底部５２には排気口５３が設けられており、排気口５３には排気管５４が接続されている。排気管５４には圧力調整を行うスロットルバルブ５５および真空ポンプ５６が接続されており、処理容器５１内が真空引き可能となっている。また処理容器５１の底部５２には、処理容器５１内へ所定のガスを導入するガス導入口５７が設けられる。このガス導入口５７にはガス供給配管５８が接続されており、ガス供給配管５８には、プラズマ励起用ガスとして希ガス、例えばＡｒガスや他の必要なガス例えばＮ２ガス等を供給するためのガス供給源５９が接続されている。また、ガス供給配管５８には、ガス流量制御器、バルブ等よりなるガス制御部６０が介装されている。
【００４５】
処理容器５１内には、被処理基板であるウエハＷを載置するための載置機構６２が設けられる。この載置機構６２は、円板状に成形された載置台６３と、この載置台６３を支持するとともに接地された中空筒体状の支柱６４とを有している。載置台６３は、例えばアルミニウム合金等の導電性材料よりなり、支柱６４を介して接地されている。載置台６３の中には冷却ジャケット６５が設けられており、図示しない冷媒流路を介して冷媒を供給するようになっている。また、載置台６３内には冷却ジャケット６５の上に絶縁材料で被覆された抵抗ヒーター８７が埋め込まれている。抵抗ヒーター８７は図示しない電源から給電されるようになっている。載置台６３には熱電対（図示せず）が設けられており、この熱電対で検出された温度に基づいて、冷却ジャケット６５への冷媒の供給および抵抗ヒーター８７への給電を制御することにより、ウエハ温度を所定の温度に制御できるようになっている。
【００４６】
載置台６３の上面側には、例えばアルミナ等の誘電体部材６６ａの中に電極６６ｂが埋め込まれて構成された薄い円板状の静電チャック６６が設けられており、ウエハＷを静電力により吸着保持できるようになっている。また、支柱６４の下部は、処理容器５１の底部５２の中心部に形成された挿通孔６７を貫通して下方へ延びている。支柱６４は、図示しない昇降機構により上下移動可能となっており、これにより載置機構６２の全体が昇降される。
【００４７】
支柱６４を囲むように、伸縮可能に構成された蛇腹状の金属ベローズ６８が設けられており、この金属ベローズ６８は、その上端が載置台６３の下面に気密に接合され、また下端が処理容器５１の底部５２の上面に気密に接合されており、処理容器５１内の気密性を維持しつつ載置機構６２の昇降移動を許容できるようになっている。
【００４８】
また底部５２には、上方に向けて例えば３本（図２では２本のみ示す）の支持ピン６９が起立させて設けられており、また、この支持ピン６９に対応させて載置台６３にピン挿通孔７０が形成されている。したがって、載置台６３を降下させた際に、ピン挿通孔７０を貫通した支持ピン６９の上端部でウエハＷを受けて、そのウエハＷを外部より侵入する搬送アーム（図示せず）との間で移載することができる。このため、処理容器５１の下部側壁には、搬送アームを侵入させるために搬出入口７１が設けられ、この搬出入口７１には、開閉可能になされたゲートバルブＧが設けられている。このゲートバルブＧの反対側には、前述した第２の真空搬送室２１が設けられている。
【００４９】
また上述した静電チャック６６の電極６６ｂには、給電ライン７２を介してチャック用電源７３が接続されており、このチャック用電源７３から電極６６ｂに直流電圧を印加することにより、ウエハＷが静電力により吸着保持される。また給電ライン７２にはバイアス用高周波電源７４が接続されており、この給電ライン７２を介して静電チャック６６の電極６６ｂに対してバイアス用の高周波電力を供給し、ウエハＷにバイアス電力が印加されるようになっている。この高周波電力の周波数は、４００ｋＨｚ〜６０ＭＨｚが好ましく、例えば１３．５６ＭＨｚが採用される。
【００５０】
一方、処理容器５１の天井部には、例えばアルミナ等の誘電体よりなる高周波に対して透過性のある透過板７６がＯリング等のシール部材７７を介して気密に設けられている。そして、この透過板７６の上部に、処理容器５１内の処理空間Ｓにプラズマ励起用ガスとしての希ガス、例えばＡｒガスをプラズマ化してプラズマを発生するためのプラズマ発生源７８が設けられる。なお、このプラズマ励起用ガスとして、Ａｒに代えて他の希ガス、例えばＨｅ、Ｎｅ、Ｋｒ等を用いてもよい。
【００５１】
プラズマ発生源７８は、透過板７６に対応させて設けた誘導コイル８０を有しており、この誘導コイル８０には、プラズマ発生用の例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電源８１が接続されて、上記透過板７６を介して処理空間Ｓに高周波電力が導入され誘導電界を形成するようになっている。
【００５２】
また透過板７６の直下には、導入された高周波電力を拡散させる例えばアルミニウムよりなるバッフルプレート８２が設けられる。そして、このバッフルプレート８２の下部には、上記処理空間Ｓの上部側方を囲むようにして例えば断面が内側に向けて傾斜されて環状（截頭円錐殻状）のＣｕターゲット８３が設けられており、このＣｕターゲット８３にはＡｒイオンを引きつけるための直流電力を印加するターゲット用の電圧可変の直流電源８４が接続されている。なお、直流電源に代えて交流電源を用いてもよい。
【００５３】
また、Ｃｕターゲット８３の外周側には、これに磁界を付与するための磁石８５が設けられている。Ｃｕターゲット８３はプラズマ中のＡｒイオンによりＣｕの金属原子、あるいは金属原子団としてスパッタされるとともに、プラズマ中を通過する際に多くはイオン化される。
【００５４】
またこのＣｕターゲット８３の下部には、上記処理空間Ｓを囲むようにして例えばアルミニウムや銅よりなる円筒状の保護カバー部材８６が設けられている。この保護カバー部材８６は接地されるとともに、その下部は内側へ屈曲されて載置台６３の側部近傍に位置されている。したがって、保護カバー部材８６の内側の端部は、載置台６３の外周側を囲むようにして設けられている。
【００５５】
なお、Ｃｕ膜成膜装置の各構成部も、上述の制御部４０により制御されるようになっている。
【００５６】
このように構成されるＣｕ膜成膜装置においては、ウエハＷを図２に示す処理容器５１内へ搬入し、このウエハＷを載置台６３上に載置して静電チャック６６により吸着し、制御部４０の制御下で以下の動作が行われる。このとき、載置台６３は、抵抗ヒーター８７により所定温度に加熱されて温度制御される。
【００５７】
まず、真空ポンプ５６を動作させることにより所定の真空状態にされた処理容器５１内に、ガス制御部６０を操作して所定流量でＡｒガスを流しつつスロットルバルブ５５を制御して処理容器５１内を所定の真空度に維持する。その後、可変直流電源８４から直流電圧をＣｕターゲット８３に印加し、さらにプラズマ発生源７８の高周波電源８１から誘導コイル８０に高周波電力（プラズマ電力）を供給する。一方、バイアス用高周波電源７４から静電チャック６６の電極６６ｂに対して所定のバイアス用の高周波電力を供給する。
【００５８】
これにより、処理容器５１内においては、誘導コイル８０に供給された高周波電力によりアルゴンプラズマが形成されてアルゴンイオンが生成され、これらイオンはＣｕターゲット８３に印加された直流電圧に引き寄せられてＣｕターゲット８３に衝突し、このＣｕターゲット８３がスパッタされてＣｕ粒子が放出される。この際、Ｃｕターゲット８３に印加する直流電圧により放出されるＣｕ粒子の量が最適に制御される。
【００５９】
また、スパッタされたＣｕターゲット８３からのＣｕ粒子であるＣｕ原子、Ｃｕ原子団はプラズマ中を通る際に多くはイオン化される。ここでＣｕ粒子は、イオン化されたＣｕイオンと電気的に中性な中性Ｃｕ原子とが混在する状態となって下方向へ飛散して行く。特に、この処理容器５１内の圧力をある程度高くし、これによりプラズマ密度を高めて、Ｃｕ粒子を高効率でイオン化できるようになっている。この時のイオン化率は高周波電源８１から供給される高周波電力により制御される。
【００６０】
そして、Ｃｕイオンは、バイアス用高周波電源７４から静電チャック６６の電極６６ｂに印加されたバイアス用の高周波電力によりウエハＷ面上に形成される厚さ数ｍｍ程度のイオンシースの領域に入ると、強い指向性をもってウエハＷ側に加速するように引き付けられてウエハＷに堆積してＣｕ薄膜が形成される。なお、このときバイアス用高周波電源７４から静電チャック６６の電極６６ｂに対して印加されるバイアスパワーを調整することによりＣｕによる成膜とＡｒによるエッチングを調整して適切な成膜を実現することができる。この点について詳細は後述する。
【００６１】
＜バリア膜成膜装置＞
バリア膜成膜装置１２ａ（１２ｂ）としてはＣｕターゲット８３を使用する材料に変えるのみで図２の成膜装置と同様の構成の成膜装置を用いてプラズマスパッタにより成膜することができる。また、プラズマスパッタに限定されず、通常のスパッタ、イオンプレーティング等の他のＰＶＤであってもよく、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）やＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、プラズマを用いたＣＶＤやＡＬＤで成膜することもできる。不純物を低減する観点からはＰＶＤが好ましい。
【００６２】
＜Ｒｕ膜成膜装置＞
次に、Ｒｕライナー膜を形成するためのＲｕライナー膜成膜装置１４ａ（１４ｂ）について説明する。Ｒｕライナー膜は熱ＣＶＤにより好適に形成することができる。図３は、Ｒｕ膜成膜装置の一例を示す断面図であり、熱ＣＶＤによりＲｕ膜を形成するものである。
【００６３】
図３に示すように、このＲｕライナー膜成膜装置１４ａ（１４ｂ）は、例えばアルミニウム等により筒体に形成された処理容器１０１を有している。処理容器１０１の内部には、ウエハＷを載置する例えばＡｌＮ等のセラミックスからなる載置台１０２が配置されており、この載置台１０２内にはヒーター１０３が設けられている。このヒーター１０３はヒーター電源（図示せず）から給電されることにより発熱する。
【００６４】
処理容器１０１の天壁には、Ｒｕ膜を形成するための処理ガスやパージガス等を処理容器１０１内にシャワー状に導入するためのシャワーヘッド１０４が載置台１０２と対向するように設けられている。シャワーヘッド１０４はその上部にガス導入口１０５を有し、その内部にガス拡散空間１０６が形成されており、その底面には多数のガス吐出孔１０７が形成されている。ガス導入口１０５にはガス供給配管１０８が接続されており、ガス供給配管１０８にはＲｕ膜を形成するための処理ガスやパージガス等を供給するためのガス供給源１０９が接続されている。また、ガス供給配管１０８には、ガス流量制御器、バルブ等よりなるガス制御部１１０が介装されている。Ｒｕを成膜するためのガスとしては、ルテニウムカルボニル（Ｒｕ３（ＣＯ）１２）を挙げることができる。このルテニウムカルボニルは熱分解によりＲｕとなりウエハＷ上にＲｕ膜を形成することができる。
【００６５】
処理容器１０１の底部には、排気口１１１が設けられており、この排気口１１１には排気管１１２が接続されている。排気管１１２には圧力調整を行うスロットルバルブ１１３および真空ポンプ１１４が接続されており、処理容器１０１内が真空引き可能となっている。
【００６６】
載置台１０２には、ウエハ搬送用の３本（２本のみ図示）のウエハ支持ピン１１６が載置台１０２の表面に対して突没可能に設けられ、これらウエハ支持ピン１１６は支持板１１７に固定されている。そして、ウエハ支持ピン１１６は、エアシリンダ等の駆動機構１１８によりロッド１１９を昇降することにより、支持板１１７を介して昇降される。なお、符号１２０はベローズである。一方、処理容器１０１の側壁には、ウエハ搬出入口１２１が形成されており、ゲートバルブＧを開けた状態で第１の真空搬送室１１との間でウエハＷの搬入出が行われる。
【００６７】
このようなＲｕライナー膜成膜装置１４ａ（１４ｂ）においては、ゲートバルブＧを開けて、ウエハＷを載置台１０２上に載置した後、ゲートバルブＧを閉じ、処理容器１０１内を真空ポンプ１１４により排気して処理容器１０１内を所定の圧力に調整しつつ、ヒーター１０３より載置台１０２を介してウエハＷを所定温度に加熱した状態で、ガス供給源１０９からガス供給配管１０８およびシャワーヘッド１０４を介して処理容器１０１内へルテニウムカルボニル（Ｒｕ３（ＣＯ）１２）ガス等の処理ガスを導入する。これにより、ウエハＷ上で処理ガスの反応が進行し、ウエハＷの表面にＲｕ膜が形成される。
【００６８】
Ｒｕ膜の成膜には、ルテニウムカルボニル以外の他の成膜原料、例えば（シクロペンタジエニル）（２，４−ジメチルペンタジエニル）ルテニウム、ビス（シクロペンタジエニル）（２，４−メチルペンタジエニル）ルテニウム、（２，４−ジメチルペンタジエニル）（エチルシクロペンタジエニル）ルテニウム、ビス（２，４−メチルペンタジエニル）（エチルシクロペンタジエニル）ルテニウムのようなルテニウムのペンタジエニル化合物をＯ２ガスのような分解ガスとともに用いることができる。またＲｕ膜をＰＶＤで成膜することもできる。ただし、良好なステップカバレッジが得られ、かつ膜の不純物を少なくすることができることからルテニウムカルボニルを用いたＣＶＤで成膜することが好ましい。
【００６９】
＜第１の実施形態に係るＣｕ配線の形成方法＞
次に、本発明の第１の実施形態に係るＣｕ配線の形成方法について図４のフローチャートおよび図５の工程断面図を参照して説明する。
【００７０】
本実施形態では、まず、下部構造２０１（詳細は省略）の上にＳｉＯ２膜等の層間絶縁膜２０２を有し、そこに凹部としてトレンチ２０３が形成されたウエハＷを準備する（ステップ１、図５（ａ））。このようなウエハＷとしては、ＤｅｇａｓプロセスやＰｒｅ−Ｃｌｅａｎプロセスによって、絶縁膜表面の水分やエッチング／アッシング時の残渣を除去したものであることが好ましい。本実施形態ではこのようなウエハＷを図１の成膜システムに搬入し、デガス室５ａまたは５ｂでデガス処理を行う。
【００７１】
次に、ウエハＷをバリア膜成膜装置１２ａまたは１２ｂに搬入し、トレンチ２０３表面を含む全面にＣｕを遮蔽（バリア）するバリア膜２０４を成膜する（ステップ２、図５（ｂ））。
【００７２】
バリア膜２０４としては、Ｃｕに対して高いバリア性を有し、低抵抗を有するものが好ましく、Ｔｉ膜、ＴｉＮ膜、Ｔａ膜、ＴａＮ膜、Ｔａ／ＴａＮの２層膜を好適に用いることができる。また、ＴａＣＮ膜、Ｗ膜、ＷＮ膜、ＷＣＮ膜、Ｚｒ膜、ＺｒＮ膜、Ｖ膜、ＶＮ膜、Ｎｂ膜、ＮｂＮ膜等を用いることができる。Ｃｕ配線はトレンチまたはホール内に埋め込むＣｕの体積が大きくなるほど低抵抗になるので、バリア膜は非常に薄く形成することが好ましく、そのような観点からその厚さは１〜２０ｎｍが好ましい。より好ましくは１〜１０ｎｍである。バリア膜は、プラズマスパッタにより成膜することができる。また、通常のスパッタ、イオンプレーティング等の他のＰＶＤで成膜することができ、ＣＶＤやＡＬＤ、プラズマを用いたＣＶＤやＡＬＤで成膜することもできる。
【００７３】
次いで、Ｒｕライナー膜成膜装置１４ａまたは１４ｂにより、バリア膜２０４の上にＲｕライナー膜２０５を成膜する（ステップ３、図５（ｃ））。Ｒｕライナー膜は、埋め込むＣｕの体積を大きくして配線を低抵抗にする観点から、例えば１〜５ｎｍと薄く形成することが好ましい。Ｒｕライナー膜は、ルテニウムカルボニル（Ｒｕ３（ＣＯ）１２）を成膜原料として用いて上述した図３に示すような成膜装置を用いて熱ＣＶＤにより好適に形成することができる。これにより、高純度で非常に薄いＲｕ膜を高ステップカバレッジで成膜することができる。このときの成膜条件は、例えば処理容器内の圧力が１．３〜６６．５Ｐａの範囲であり、成膜温度（ウエハ温度）が１５０〜２５０℃の範囲である。Ｒｕライナー膜２０５は、上述したように、ルテニウムカルボニル以外の他の成膜原料、例えば（シクロペンタジエニル）（２，４−ジメチルペンタジエニル）ルテニウム、ビス（シクロペンタジエニル）（２，４−メチルペンタジエニル）ルテニウム、（２，４−ジメチルペンタジエニル）（エチルシクロペンタジエニル）ルテニウム、ビス（２，４−メチルペンタジエニル）（エチルシクロペンタジエニル）ルテニウムのようなルテニウムのペンタジエニル化合物を用いたＣＶＤやＰＶＤで成膜することもできる。
【００７４】
次いで、図２に示すｉＰＶＤであるプラズマスパッタ装置からなるＣｕ膜成膜装置２２ａまたは２２ｂを用いて、ウエハＷの載置台にバイアスを印加してＣｕがマイグレーションするようにＣｕ配線となるＣｕ膜２０６を成膜し、トレンチ２０３を埋め込む（ステップ４、図５（ｄ））。
【００７５】
プラズマスパッタ装置においては、バイアスを印加することによりプラズマによりターゲットから放出されたＣｕイオンがウエハＷに引きこまれ、成膜レートを大きくすることができるが、バイアスパワーが大きくなりすぎるとプラズマ生成用のガスのイオン（例えばＡｒイオン）によるウエハＷ表面のスパッタ作用（エッチング作用）によりせっかく堆積されたＣｕ膜が削りとられてしまうため、バイアスを印加する場合には、通常、そのパワーをＣｕ膜が削りとられない程度の大きさに制限している。また、従来、このようなＰＶＤを用いた場合には、ステップカバレッジが悪いことが知られており、トレンチやホールの間口を塞ぐピンチオフが生じやすいことから、ＰＶＤのみでトレンチやホールを埋め込んでＣｕ配線を形成することは行われていない。
【００７６】
これに対し、Ｃｕ膜の下地にＲｕライナー膜を設けることにより、ＲｕはＣｕに対する濡れ性が高いため、ある程度の温度にウエハＷを加熱しつつ、バイアスパワーを調整してＣｕイオンの成膜作用とプラズマ生成ガスのイオン（Ａｒイオン）によるエッチング作用とを制御することにより、Ｒｕライナー膜上でＣｕを凝集させずにマイグレーション（流動）させることができ、トレンチやホールの間口を塞ぐ（オーバーハング）ことなくその中にＣｕを埋めることができることが見出された。これにより、微細なトレンチまたはホールにもボイドを発生させずに確実にＣｕを埋め込むことができる。また、このようにＰＶＤでＣｕを埋め込んだ場合には、不純物が少なく高純度となり、また、グレインサイズも大きくなるため、めっきでＣｕを埋め込んだ場合よりも、低抵抗のＣｕ配線を形成することができる。
【００７７】
このようにＣｕ膜を成膜してトレンチまたはホール内にＣｕを埋め込んだ後のウエハＷを、成膜システム１から搬出し、Ｃｕめっき装置に搬送して、そこでウエハＷの全面にＣｕめっき層２０７を形成する（ステップ５、図５（ｅ））。その後、必要に応じてアニールしてＣｕのグレンサイズを大きくするとともに、Ｃｕめっき層２０７を安定させ（ステップ６）、次いでＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）によりウエハＷ表面を研磨して、Ｒｕライナー膜２０５、バリア膜２０４を完全に除去する（ステップ７、図５（ｆ））。これによりトレンチまたはホール内に残存したＣｕ膜２０６がＣｕ配線として機能する。
【００７８】
＜第１の実施形態に係るＣｕ配線の形成方法におけるステップ４のＣｕ膜成膜の説明＞
次に、上記ステップ４のＣｕ膜の成膜について具体的に説明する。
上述したように、ステップ４のＣｕ膜の成膜においては、図２に示すようなバイアスによりウエハＷ表面にイオンを引きこみながらプラズマスパッタを行う装置を用いるが、その際のバイアスパワーとＣｕ成膜量との関係は図６の模式図に示すようになる。すなわち、バイアスパワーが上昇することによりＣｕイオンの引き込み量が大きくなるため、バイアスパワーがある値までは成膜量が増加していくが、その後はプラズマ生成用ガスイオン（例えばＡｒイオン）によるウエハＷ表面のスパッタ作用（エッチング作用）により成膜量が減少していく。本実施形態では、温度とプラズマ生成用ガスイオンによる作用を利用してＣｕ膜をトレンチまたはビア（ホール）に埋めるため、バイアスパワーは、プラズマ生成用ガスイオンによる作用が存在し、かつ成膜が進行する範囲である図６のＡより大きくＢより小さい範囲が好ましい。すなわち、Ｃｕ成膜量（成膜レート）をＴＤ、プラズマ生成用のガスのイオンによるエッチング量（エッチングレート）をＴＥとすると、ＡはＴＥ／ＴＤ＝０であり、ＢはＴＥ／ＴＤ＝１であるが、Ｒｕライナー膜上をＣｕが移動（マイグレーション）するためには、プラズマ生成用ガスイオン（Ａｒガスイオン）のエネルギーが存在することが好ましいからＴＥ／ＴＤ＞０であることが好ましい。ただし、温度が高い場合には、ＴＥ／ＴＤ＝０でもＣｕを流動させることができる。一方、成膜が進行しフィールドのエッチングが起こらないためにはＴＥ／ＴＤ＜１であることが必要である。
【００７９】
このような範囲における成膜のモデルを図７に模式的に説明する。図７の（ａ）に示すように、Ｃｕイオンとプラズマ生成ガスであるＡｒイオンの存在下でバイアスを印加しつつＣｕ膜の成膜を開始すると、（ｂ）に示すように、トレンチの間口に堆積したＣｕがＡｒイオンによりエッチングされるとともに、温度とＡｒイオンの作用によりＣｕがトレンチ内に移動されるため、（ｃ）に示すように、トレンチの間口を塞ぐことなく、Ｃｕがトレンチ内を埋めることができる。
【００８０】
次に、ステップ４のＣｕ膜成膜工程の好ましいプロセス条件について説明する。
本実施形態においては、Ａｒイオンのようなプラズマ生成ガスイオンによりＣｕをマイグレーションさせる必要があることから、通常のプラズマスパッタの場合よりもウエハ温度を高くする必要があり、ウエハ温度は６５〜３５０℃の範囲が好ましい。また、Ｃｕ膜成膜時における処理容器内の圧力（プロセス圧力）は、１〜１００ｍＴｏｒｒ（０．１３３〜１３．３Ｐａ）が好ましく、３５〜９０ｍＴｏｒｒ（４．６６〜１２．０Ｐａ）がより好ましい。また、Ｃｕターゲットへの直流電力は４〜１２ｋＷであることが好ましく、６〜１０ｋＷがより好ましい。
【００８１】
また、バイアスパワーは上述したように０≦ＴＥ／ＴＤ＜１、好ましくは０＜ＴＥ／ＴＤ＜１となるような範囲に設定されるが、プラズマ生成用ガスイオン（Ａｒガスイオン）によるＣｕの移動性は温度に依存し、成膜温度Ｔが低いとＣｕの移動性が低くなる。このため、６５≦Ｔ（℃）≦３５０の好ましい範囲において、高温側の２００＜Ｔ（℃）≦３５０では、０≦ＴＥ／ＴＤ＜１の範囲でよいが、低温側の６５≦Ｔ（℃）≦２００では、０．０２≦ＴＥ／ＴＤ＜１とすることが好ましい。このときのバイアスパワー密度は２００＜Ｔ（℃）≦３５０では１．７４Ｗ／ｃｍ２（バイアスパワー：１２００Ｗ）以下、６５≦Ｔ（℃）≦２００では０．１５〜１．７４Ｗ／ｃｍ２（１００〜１２００Ｗ）が好ましい。より好ましい範囲は、６５≦Ｔ（℃）≦３５０において、０．０５≦ＴＥ／ＴＤ≦０．２４であり、より好ましいバイアスパワー密度の範囲は０．３８〜０．７６Ｗ／ｃｍ２（バイアスパワー：２６０〜５２０Ｗ）である。
【００８２】
また、ステップ４のＣｕ膜成膜の際の成膜速度は、２０〜１５０ｎｍ／ｍｉｎが好ましい。具体例としては３０ｎｍ／ｍｉｎを挙げることができる。
【００８３】
図８は、実際に図２の装置でＣｕ膜を形成した際において、横軸に直流電源８４からＣｕターゲット８３に供給する直流電力をとり、縦軸に高周波電源７４からのバイアスパワーをとって、上述のＴＥ／ＴＤの値を等高線で示すものであり、（ａ）がプロセス圧力９０ｍＴの場合、（ｂ）がプロセス圧力３５ｍＴの場合である。なお、誘導コイル８０に高周波電源８１から供給する高周波電力は４ｋＷ、ＣｕターゲットとウエハＷとの距離は２４０ｍｍとした。
【００８４】
また、図９は、実際に図２の装置でＣｕ膜を形成した際において、横軸にバイアスパワーをとり、縦軸にＴＥ／ＴＤをとって、Ｃｕターゲット８３への直流電力ごとにこれらの関係を示すグラフであり、（ａ）がプロセス圧力９０ｍＴの場合、（ｂ）がプロセス圧力３５ｍＴの場合である。いずれの圧力およびＣｕターゲット８３への直流電力においても、バイアスパワーが１３０Ｗ（バイアスパワー密度：０．１９Ｗ／ｃｍ２）ではＴＥ／ＴＤが０であり、バイアスパワーを上昇させていくとＴＥ／ＴＤが上昇している。
【００８５】
次に、幅３０ｎｍ、深さ２００ｎｍのトレンチが形成された層間絶縁膜にＴｉバリア膜およびＲｕライナー膜を形成した後、プロセス圧力：９０ｍＴ、Ｃｕターゲットに供給する直流電力：８ｋＷ、誘導コイルに供給する高周波電力：４ｋＷ、ターゲットとウエハＷとの距離：２４０ｍｍとし、バイアスパワーをＴＥ／ＴＤ＝０となる１３０Ｗ（バイアスパワー密度：０．１９Ｗ／ｃｍ２）として、成膜温度を２００℃、２２５℃、２５０℃、３００℃としてＣｕ膜を成膜時間５５ｓｅｃで成膜した。その際の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を図１０に示す。図１０に示すように、成膜温度が２２５℃以上でＴＥ／ＴＤ＝０においてＣｕの埋め込みが可能であることが確認された。
【００８６】
次に、幅５０ｎｍ、深さ２００ｎｍのトレンチが形成された層間絶縁膜にＴｉバリア膜およびＲｕライナー膜を形成した後、プロセス圧力：９０ｍＴ、Ｃｕターゲットに供給する直流電力：８ｋＷ、誘導コイルに供給する高周波電力：４ｋＷ、ターゲットとウエハＷとの距離：２４０ｍｍとし、バイアスパワーをＴＥ／ＴＤ＝０となる１３０Ｗ（バイアスパワー密度：０．１９Ｗ／ｃｍ２）、およびＴＥ／ＴＤ＝０．０２となる１９５Ｗ（０．２８Ｗ／ｃｍ２）として、成膜温度６５℃でＣｕ膜を成膜時間５５ｓｅｃで成膜した。その際の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を図１１に示す。図１１に示すように、成膜温度６５℃のときはＣｕマイグレーションに対する温度の効果が少ないため、ＴＥ／ＴＤ＝０となる１３０Ｗ（０．１９Ｗ／ｃｍ２）ではトレンチにＣｕが埋め込まれないのに対し、ＴＥ／ＴＤ＝０．０２となる１９５Ｗ（０．２８Ｗ／ｃｍ２）では埋め込みされることが確認された。
【００８７】
次に、幅２０〜３０ｎｍ、深さ２００ｎｍのトレンチが形成された層間絶縁膜にＴｉバリア膜およびＲｕライナー膜を形成した後、プロセス圧力：９０ｍＴ、Ｃｕターゲットに供給する直流電力：６ｋＷ、誘導コイルに供給する高周波電力：４ｋＷ、ターゲットとウエハＷとの距離：２４０ｍｍとし、バイアスパワーを１３０Ｗ（バイアスパワー密度：０．１９Ｗ／ｃｍ２）（ＴＥ／ＴＤ＝０）、２６０Ｗ（０．３８Ｗ／ｃｍ２）（ＴＥ／ＴＤ＝０．０５）、３９０Ｗ（０．５７Ｗ／ｃｍ２）（ＴＥ／ＴＤ＝０．１４）、５２０Ｗ（０．７６Ｗ／ｃｍ２）（ＴＥ／ＴＤ＝０．２４）と変化させて、成膜温度２５０℃でＣｕ膜を成膜時間５５ｓｅｃで成膜した。その際の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を図１２に示す。図１２に示すように０≦ＴＥ／ＴＤ≦０．２４の範囲でＣｕの埋め込みが確認されたが、０．０５≦ＴＥ／ＴＤ≦０．２４でより好ましい埋め込み性が得られることが確認された。
【００８８】
次に、幅１８ｎｍ、深さ２００ｎｍのトレンチが形成された層間絶縁膜にＴｉバリア膜を形成し、次いでＲｕライナー膜を形成し、その後、プロセス圧力：９０ｍＴ、Ｃｕターゲットに供給する直流電力：６ｋＷ、誘導コイルに供給する高周波電力：４ｋＷ、ターゲットとウエハＷとの距離：２４０ｍｍという本実施形態の条件でＣｕを埋め込んだ。その際の、Ｔｉバリア膜のみを形成した状態、Ｒｕライナー膜を形成した状態、Ｃｕ膜を５ｎｍ、１０ｎｍ、２０ｎｍ、３０ｎｍ成膜した状態の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を図１３に示す。図１３に示すように、本実施形態において、ボイドを発生させずに微細なトレンチ内にＣｕを埋め込めることが確認された。
【００８９】
次に、本発明によって形成したＣｕ配線と、バリア膜上にＰＶＤによりＣｕシード層を形成した後、ＣｕめっきでＣｕを埋め込んで形成した従来のＣｕ配線の電気特性を比較した。図１４はこれらについて６０ｎｍ配線における電気特性を評価した結果を示す図である。この図に示すように、本発明により形成したＣｕ配線は、従来よりも配線抵抗が低くなることが確認された。
【００９０】
＜第２の実施形態に係るＣｕ配線の形成方法＞
次に、本発明の第２の実施形態に係るＣｕ配線の形成方法について図１５のフローチャートおよび図１６の工程断面図を参照して説明する。本実施形態では、トレンチとトレンチの底に形成されたビア（ホール）とを有する凹部が形成されたデュアルダマシン構造を含むウエハに対するＣｕの埋め込みについて説明する。
【００９１】
本実施形態では、まず、下部配線３０１の上の層間絶縁膜３０２にトレンチ３０３とトレンチ３０３の底に形成された下部配線３０１への接続配線が形成されるビア３０４とを有する凹部が形成されたデュアルダマシン構造を含むウエハを準備する（ステップ１１、図１６（ａ），（ｂ））。なお、図１６（ａ）はトレンチ３０３およびビア３０４の平面図であり、図１６（ｂ）は、図１６（ａ）のＸ−Ｘ′線およびＹ−Ｙ′線による断面図である。以降の工程は、図１６（ｂ）と同様のＸ−Ｘ′線およびＹ−Ｙ′線による断面図１６（ｃ）〜（ｆ）に基づいて説明する。
【００９２】
第１の実施形態と同様、ウエハＷをデガス室５ａまたは５ｂでデガス処理を行った後、第１の実施形態と同様にＣｕを遮蔽（バリア）するバリア膜３０５を成膜し（ステップ１２、図１６（ｃ））、さらにバリア膜３０５の上にＲｕライナー膜３０６を成膜する（ステップ１３、図１６５（ｄ））。
【００９３】
次いで、図２に示すｉＰＶＤであるプラズマスパッタ装置からなるＣｕ膜成膜装置２２ａまたは２２ｂを用いて、ウエハＷの載置台にバイアスを印加してＣｕがマイグレーションするようにＣｕ配線となるＣｕ膜を成膜し、ビア３０４およびトレンチ３０３を埋め込むが、本実施形態では、ビア３０４の埋め込みが完了するまでの第１段階では、相対的に低速でＣｕ膜３０７を成膜し（ステップ１４、図１６（ｅ））、ビア３０４の埋め込みが完了後、トレンチの埋め込みが完了するまでの第２段階では、相対的に高速でＣｕ膜を成膜する（ステップ１５、図１６（ｆ））。すなわち、ビアが埋め込まれた後の第２段階よりもビアの埋め込みが行われている第１段階の成膜速度（堆積速度）のほうが小さくなるようにする。
【００９４】
このように２段階に成膜する理由は以下の通りである。
トレンチの底にビアが存在しない場合には、ｉ−ＰＶＤによりＣｕが上記第１の実施形態の条件でＣｕがマイグレーションするようにＣｕを埋め込めばよく、フィールド部からトレンチ３０３の底部にＣｕが常に流れ込んで、トレンチ３０３の底部へのＣｕの堆積速度が大きい条件に設定することができる。しかし、本実施形態のようにトレンチ３０３の底にビア３０４が形成されたデュアルダマシン構造の場合には堆積速度が大きいと、図１７（ａ）に示すように成膜初期には問題がないものの、成膜が進行すると図１７（ｂ）に示すように、トレンチ３０３の底部に堆積されたＣｕ膜３０７の流動性が悪くなって、トレンチ３０３の底部でオーバーハング３０８が形成されるおそれがある。このようにオーバーハング３０８が形成されると、やがて図１７（ｃ）のようにピンチオフを起こしてボイド３０９が形成されてしまう。
【００９５】
そこで、本実施形態では、Ｃｕ成膜の第１段階として、ビア３０４の埋め込みが完了するまでは、トレンチ３０３の底部でのＣｕの流動性が良好になるように相対的に低速でＣｕ膜３０７を成膜する。これにより、図１８（ａ），（ｂ）に示すように、トレンチ３０３の底部でオーバーハングが生じ難くなり、ボイドの形成が防止される。つまり、第１段階ではトレンチ３０３の底部でオーバーハングが生じない程度のＣｕの流動性が確保されるような成膜速度でＣｕを成膜する。一方、ビア３０４の埋め込みが完了した後は、第２段階として、相対的に高速な成膜速度でトレンチ３０３の残りの部分の埋め込みを行う。すなわち、ビア３０４の埋め込みが完了した後は、トレンチ３０３の底部でのオーバーハングは生じないから第１の実施形態のトレンチ埋め込みの際と同様、堆積速度が大きい条件に設定しても、図１８（ｃ）に示すように、ボイドが形成されることはない。
【００９６】
Ｃｕ膜の成膜速度は、直流電源８４によりＣｕターゲット８３に印加するパワーを変化させることにより制御することができる。つまり、Ｃｕターゲット８３に印加するパワーが大きいほどＣｕのスパッタ量が増加し、Ｃｕの堆積速度（つまり成膜速度）が大きくなる。図１９は、図２の成膜装置において、処理容器内の圧力：９０ｍＴｏｒｒ（１２．０Ｐａ）、ターゲットとウエハＷとの距離：２４０ｍｍ、バイアスパワー：０Ｗとしたときの、直流電源８４のパワーとＣｕ堆積速度との関係を示すものであるが、直流電源８４のパワーにほぼ比例してＣｕ堆積速度が上昇していることがわかる。
【００９７】
上記Ｃｕ膜成膜の際に、第１段階のビア埋め込み完了までのＣｕ堆積速度（Ｃｕ膜成膜速度）は５〜２０ｎｍ／ｍｉｎ、例えば１２ｎｍ／ｍｉｎが好ましい。また、第２段階のビア埋め込み完了してからトレンチを埋め込むまでの速度（Ｃｕ膜成膜速度）は２０〜１５０ｎｍ／ｍｉｎ、例えば３０ｎｍ／ｍｉｎが好ましい。
【００９８】
このように、ステップ１５の第２段階のＣｕ成膜を行った後、第１の実施形態と同様にしてＣｕメッキ層の形成（ステップ１６）、アニール（ステップ１７）、ＣＭＰによる全面研磨（ステップ１８）を行い、Ｃｕ配線を形成する。
【００９９】
なお、このような第２の実施形態に係る方法は、トレンチ３０３の幅が１０〜１００ｎｍ、トレンチのアスペクト比が２〜６、ビアのアスペクト比が１．５〜４の範囲の凹部を有するデュアルダマシン構造に対して有効である。具体例としては、トレンチ幅が１９ｎｍでトレンチのアスペクト比が３、ビアのアスペクト比が２の凹部、およびトレンチ幅が３０ｎｍでトレンチのアスペクト比が３、ビアのアスペクト比が２の凹部を挙げることができる。
【０１００】
次に、幅３０ｎｍでトレンチのアスペクト比が３、ビアのアスペクト比が２の凹部を有するデュアルダマシン構造を含むウエハにＴｉバリア膜およびＲｕライナー膜を形成した後、プロセス圧力：９０ｍＴ、Ｃｕターゲットに供給する直流電力：４ｋＷ、誘導コイルに供給する高周波電力：４ｋＷ、バイアスパワー：２００Ｗ、ターゲットとウエハＷとの距離：２４０ｍｍ、温度：３００℃の条件で、第１段階のＣｕ膜の成膜を行い、ビアの埋め込みが完了した後、プロセス圧力：９０ｍＴ、Ｃｕターゲットに供給する直流電力：６ｋＷ、誘導コイルに供給する高周波電力：４ｋＷ、バイアスパワー：３９０Ｗ、ターゲットとウエハＷとの距離：２４０ｍｍ、温度：３００℃の条件で、第２段階のＣｕ膜の成膜をトレンチの埋め込みが完了するまで行った。第１段階から第２段階への条件の切り替えは、予め把握したビア埋め込み完了までの時間経過後に行った。なお、このときの第１段階の成膜速度は１２ｎｍ／ｍｉｎ、第２段階の成膜速度は３０ｎｍ／ｍｉｎであった。
【０１０１】
このようにした２段階の成膜を行った後、断面観察を行った結果、ビアの埋め込み部分にボイドが形成されることなくデュアルダマシン構造の埋め込みが達成されていた。
【０１０２】
＜他の適用＞
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、Ｃｕの埋め込みにＩＣＰ型プラズマスパッタ装置を用いた例について説明したが、これに限らず他のタイプのプラズマスパッタ装置でもよく、また、Ｃｕイオンとプラズマガス生成イオンの引き込みを調整することができれば他のタイプのＰＶＤ装置でもよい。
【０１０３】
また、成膜システムとしては、図１のようなタイプに限らず、一つの搬送装置に全ての成膜装置が接続されているタイプであってもよい。また、図１のようなマルチチャンバタイプのシステムではなく、別個に設けられた装置によりバリア膜、Ｒｕライナー膜、Ｃｕ膜を成膜するようにしてもよい。
【０１０４】
さらに、上記実施形態では、トレンチを有するウエハおよびトレンチおよびその底部に形成されたビアを有するデュアルダマシン構造を含むウエハに本発明の方法を適用した例を示したが、これらに限らずホールのみを有する場合等、他の構造の凹部でも本発明を適用できることはいうまでもない。また、上記実施形態では、被処理基板として半導体ウエハを例にとって説明したが、半導体ウエハにはシリコンのみならず、ＧａＡｓ、ＳｉＣ、ＧａＮなどの化合物半導体も含まれ、さらに、半導体ウエハに限定されず、液晶表示装置等のＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）に用いるガラス基板や、セラミック基板等にも本発明を適用することができることはもちろんである。
【符号の説明】
【０１０５】
１；成膜システム
１２ａ，１２ｂ；バリア膜成膜装置
１４ａ，１４ｂ；Ｒｕライナー膜成膜装置
２２ａ，２２ｂ；Ｃｕ膜成膜装置
５１；処理容器
５６；真空ポンプ
５９；ガス供給源
６３；載置台
６５；冷却ジャケット
７４；バイアス用高周波電源
７８；プラズマ発生源
８０；コイル
８３；Ｃｕターゲット
８４；直流電源
８５；磁石
８７；抵抗ヒーター
２０１；下部構造
２０２；層間絶縁膜
２０３；トレンチ
２０４；バリア膜
２０５；Ｒｕライナー膜
２０６；Ｃｕ膜
３０１；下部配線
３０２；層間絶縁膜
３０３；トレンチ
３０４；ビア
３０５；バリア膜
３０６；Ｒｕライナー膜
３０７；Ｃｕ膜
Ｗ；半導体ウエハ（被処理基板）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板に形成されたトレンチまたはホールにＣｕ配線を形成するＣｕ配線の形成方法およびＣｕ膜の成膜方法、ならびにＣｕ配線を形成するための成膜システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造においては、半導体ウエハに成膜処理やエッチング処理等の各種の処理を繰り返し行って所望のデバイスを製造するが、近時、半導体デバイスの高速化、配線パターンの微細化、高集積化の要求に対応して、配線の導電性向上およびエレクトロマイグレーション耐性の向上が求められている。
【０００３】
このような点に対応して、配線材料にアルミニウム（Ａｌ）やタングステン（Ｗ）よりも導電性が高く（抵抗が低く）かつエレクトロマイグレーション耐性に優れている銅（Ｃｕ）が用いられるようになってきている。
【０００４】
Ｃｕ配線の形成方法としては、トレンチやホールが形成された層間絶縁膜全体にタンタル金属（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル窒化膜（ＴａＮ）、チタン窒化膜（ＴｉＮ）などからなるバリア膜をＰＶＤであるプラズマスパッタで形成し、バリア膜の上に同じくプラズマスパッタによりＣｕシード膜を形成し、さらにその上にＣｕめっきを施してトレンチやホールを完全に埋め込み、ウエハ表面の余分な銅薄膜をＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）処理により研磨処理して取り除く技術が提案されている（例えば特許文献１）。また、密着性良くかつ微細パターンにもＣｕ膜を形成することができる技術として、バリア膜の上にＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によりＲｕ膜を形成した後にＣｕシード膜およびＣｕめっきを形成する方法も提案されている（例えば特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１４８０７５号公報
【特許文献２】特開２００７−１９４６２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、半導体デバイスのデザインルールが益々微細化しており、トレンチの幅やホール径が数十ｎｍとなっており、このような狭いトレンチやホール等の凹部内に、プラズマスパッタリングでバリア膜やシード膜を形成する場合には、トレンチやホールの開口部にオーバーハング部分が発生してしまい、その後のＣｕめっきによりトレンチやホールを埋め込んでも内部が十分に埋まらずにボイドが発生する等の問題が生ずる。
【０００７】
上記特許文献１では、プラズマスパッタ装置の載置台に供給するバイアス電力を調整して成膜レートとスパッタエッチングのエッチングレートをコントロールすることにより良好な埋め込みを行なう試みがなされており、Ｃｕめっき装置を改善してＣｕめっきの埋め込み性を高めることも検討されており、上記特許文献２でもＣｕの埋め込み性は高められているが、最近、さらに微細化されたトレンチやホールに対して対応することが困難である。
【０００８】
また、Ｃｕめっきは不純物が多く、配線の低抵抗化の要求に対し、必ずしも十分に対応することができていないのが現状である。
【０００９】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、微細なトレンチまたはホール等の凹部にボイドを発生させずに確実にＣｕを埋め込むことができ、かつ低抵抗のＣｕ配線を形成することができるＣｕ配線の形成方法およびＣｕ膜の成膜方法、ならびにそのようなＣｕ配線を形成するための成膜システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の観点では、基板に形成された凹部内にＣｕを埋め込んでＣｕ配線を形成するＣｕ配線の形成方法であって、少なくとも前記凹部の表面にバリア膜を形成する工程と、前記バリア膜の上にＲｕ膜を形成する工程と、前記Ｒｕ膜の上に、加熱しつつ、ＰＶＤによりＣｕがマイグレーションするようにＣｕ膜を形成して前記凹部内にＣｕを埋め込む工程とを有することを特徴とするＣｕ配線の形成方法を提供する。この場合に、前記凹部としてはトレンチまたはホールを挙げることができる。
【００１１】
本発明の第２の観点では、基板に形成された凹部内にＣｕを埋め込んでＣｕ配線を形成するＣｕ配線の形成方法であって、少なくとも前記凹部の表面にバリア膜を形成する工程と、前記バリア膜の上にＲｕ膜を形成する工程と、前記Ｒｕ膜の上に、加熱しつつ、ＰＶＤによりＣｕがマイグレーションするようにＣｕ膜を形成して前記凹部内にＣｕを埋め込む工程とを有し、前記凹部は、トレンチと該トレンチの底部に形成されたホールとを有し、前記Ｃｕ膜を形成して前記凹部内にＣｕを埋め込む工程は、前記ホールへのＣｕの埋め込みが完了するまでの第１段階と、前記ホールの埋め込みが完了後、前記トレンチの埋め込みが完了するまでの第２段階とを有し、前記第１段階の成膜速度は前記第２段階の成膜速度よりも小さいことを特徴とするＣｕ配線の形成方法を提供する。
【００１２】
上記第２の観点において、前記第１段階の成膜速度は、トレンチの底部でオーバーハングが生じない程度のＣｕの流動性が確保される成膜速度であることが好ましい。また、前記第１段階の成膜速度は５〜２０ｎｍ／ｍｉｎであり、前記第２段階の成膜速度は２０〜１５０ｎｍ／ｍｉｎであることが好ましい。
【００１３】
上記第１の観点および第２の観点において、前記Ｃｕを埋め込むためのＣｕ膜は、基板が収容された処理容器内にプラズマ生成ガスによりプラズマを生成し、ＣｕターゲットからＣｕを放出させて、Ｃｕを前記プラズマ中でイオン化させ、前記基板にバイアス電力を印加してＣｕイオンを基板上に引きこむことにより形成されることが好ましい。
【００１４】
この場合に前記Ｃｕを埋め込むためのＣｕ膜の形成は、基板温度を６５℃以上３５０℃以下にして行われることが好ましい。
【００１５】
前記Ｃｕを埋め込むためのＣｕ膜の形成は、基板温度を２００℃超３５０℃以下にし、かつ前記Ｃｕイオンによる基板へのＣｕ成膜量ＴＤと前記プラズマ生成ガスのイオンによるＣｕ膜のエッチング量ＴＥが０≦ＴＥ／ＴＤ＜１の関係を満たすように前記バイアス電力の大きさを調整して行うことができる。前記Ｃｕ膜の形成は、基板温度を６５℃以上２００℃以下にし、かつ前記Ｃｕイオンによる基板へのＣｕ成膜量ＴＤと前記プラズマ生成ガスのイオンによるＣｕ膜のエッチング量ＴＥが０．０２≦ＴＥ／ＴＤ＜１の関係を満たすように前記バイアス電力の大きさを調整して行うことができる。これらの場合に、前記バイアス電力の大きさは、０．０５≦ＴＥ／ＴＤ≦０．２４を満たすように調整されることが好ましい。
【００１６】
上記第１の観点および第２の観点において、前記バリア膜は、Ｔｉ膜、ＴｉＮ膜、Ｔａ膜、ＴａＮ膜、Ｔａ／ＴａＮの２層膜、ＴａＣＮ膜、Ｗ膜、ＷＮ膜、ＷＣＮ膜、Ｚｒ膜、ＺｒＮ膜、Ｖ膜、ＶＮ膜、Ｎｂ膜、ＮｂＮ膜からなる群から選択されるものを用いることができる。前記バリア膜は、ＰＶＤにより形成されることが好ましい。
【００１７】
前記Ｒｕ膜は、ＣＶＤにより形成されることが好ましい。また、前記Ｒｕ膜は、成膜原料としてルテニウムカルボニルを用いたＣＶＤにより形成されることがより好ましい。
【００１８】
本発明の第３の観点では、基板に形成された凹部を有する所定の層にバリア膜およびＲｕ膜を介して前記凹部内にＣｕを埋め込むためのＣｕ膜を成膜するＣｕ膜の成膜方法であって、前記Ｒｕ膜の上に加熱しつつ、ＰＶＤによりＣｕがマイグレーションするようにＣｕ膜を成膜して、前記凹部内にＣｕを埋め込むことを特徴とするＣｕ膜の成膜方法を提供する。
【００１９】
本発明の第４の観点では、基板に形成された凹部を有する所定の層にバリア膜およびＲｕ膜を介して前記凹部内にＣｕを埋め込むためのＣｕ膜を成膜するＣｕ膜の成膜方法であって、前記凹部は、トレンチと該トレンチの底部に形成されたホールとを有し、前記Ｒｕ膜の上に加熱しつつ、ＰＶＤによりＣｕがマイグレーションするようにＣｕ膜を成膜して、前記凹部内にＣｕを埋め込み、前記Ｃｕ膜の成膜は、前記ホールへのＣｕの埋め込みが完了するまでの第１段階と、前記ホールの埋め込みが完了後、前記トレンチの埋め込みが完了するまでの第２段階とを有し、前記第１段階の成膜速度は前記第２段階の成膜速度よりも小さいことを特徴とするＣｕ膜の成膜方法を提供する。
【００２０】
本発明の第５の観点では、基板に形成された凹部内にＣｕを埋め込んでＣｕ配線を形成するための成膜システムであって、前記凹部の表面にバリア膜を形成するバリア膜成膜装置と、前記バリア膜の上にＲｕ膜を形成するＲｕ膜成膜装置と、前記Ｒｕ膜の上に、ＰＶＤによりＣｕ膜を形成して前記凹部にＣｕを埋め込むＣｕ膜成膜装置と、前記Ｃｕ膜成膜装置を、前記基板を加熱しつつ、ＣｕがマイグレーションするようにＣｕ膜を形成して前記凹部にＣｕを埋め込むように制御する制御部とを有することを特徴とする成膜システムを提供する。
【００２１】
上記成膜システムにおいて、前記バリア膜成膜装置と、前記Ｒｕ膜成膜装置と、前記Ｃｕ膜成膜装置との間を真空を破らずに搬送する搬送手段をさらに有することが好ましい。
【００２２】
本発明の第６の観点では、コンピュータ上で動作し、成膜システム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、上記第１または第２の観点のＣｕ配線の形成方法が行われるように、コンピュータに前記成膜システムを制御させることを特徴とする記憶媒体を提供する。
【００２３】
本発明の第７の観点では、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、上記第３または第４の観点のＣｕ膜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を提供する。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、基板に形成されたトレンチまたはホール等の凹部内にＣｕを埋め込んでＣｕ配線を形成するにあたり、バリア膜の上にＲｕ膜を形成し、その上にＰＶＤによりＣｕ膜を形成して凹部にＣｕを埋め込むが、ＣｕはＲｕへの濡れ性が良好であるため、Ｒｕ膜上でＣｕを凝集させずにマイグレーションさせることができる。このため、加熱しつつ、ＣｕがマイグレーションするようにＣｕ膜を形成することにより、Ｃｕが凹部に流動し、凹部の間口を塞ぐことがないため、凹部として微細なトレンチやホールが形成されている場合にも、その中にボイドを発生させずに確実にＣｕを埋めることができる。また、Ｃｕ配線がＰＶＤのみで形成されるため、不純物が少なく低抵抗のＣｕ配線を実現することができる。
【００２５】
また、凹部の構造がトレンチと該トレンチの底部に形成されたホールを有するものである場合には、ＣｕがマイグレーションするようにＣｕ膜を形成してもトレンチの底部でオーバーハングが生じてホール部分にボイドが形成するおそれがあるが、Ｃｕ膜を形成して凹部内にＣｕを埋め込む工程を、ホールへのＣｕの埋め込みが完了するまでの第１段階、および前記ホールの埋め込みが完了後、前記トレンチの埋め込みが完了するまでの第２段階を有するものとし、第１段階の成膜速度が第２段階の成膜速度よりも小さくなるようにすることにより、このようなボイドの形成を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係るＣｕ配線の形成方法を実施するためのマルチチャンバタイプの成膜システムの一例を示す平面図である。
【図２】図１の成膜システムに搭載された、Ｃｕ膜を形成するためのＣｕ膜成膜装置を示す断面図である。
【図３】図１の成膜システムに搭載された、Ｒｕライナー膜を形成するためのＲｕライナー膜成膜装置を示す断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係るＣｕ配線の形成方法のフローチャートである。
【図５】本発明の第１の実施形態に係るＣｕ配線の形成方法を説明するための工程断面図である。
【図６】図２の装置によりＣｕ膜を成膜する場合におけるバイアスパワーとＣｕ成膜量との関係を示す模式図である。
【図７】図２の装置によりＣｕ膜を成膜する場合における成膜モデルを説明するための模式図である。
【図８】実際に図２の装置でＣｕ膜を形成した際において、横軸にＣｕターゲットに供給する直流電力をとり、縦軸にバイアスパワーをとって、ＴＥ／ＴＤの値を等高線で示す図である。
【図９】実際に図２の装置でＣｕ膜を形成した際において、横軸にバイアスパワーをとり、縦軸にＴＥ／ＴＤをとって、Ｃｕターゲットへの直流電力ごとにこれらの関係を示すグラフである。
【図１０】バイアスパワーをＴＥ／ＴＤ＝０となる１３０Ｗ（０．１９Ｗ／ｃｍ２）として、成膜温度を２００℃、２２５℃、２５０℃、３００℃としてＣｕ膜を成膜した際の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。
【図１１】バイアスパワーをＴＥ／ＴＤ＝０となる１３０Ｗ（０．１９Ｗ／ｃｍ２）、およびＴＥ／ＴＤ＝０．０２となる１９５Ｗ（０．２８Ｗ／ｃｍ２）として、成膜温度６５℃でＣｕ膜を成膜した際の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。
【図１２】バイアスパワーをＴＥ／ＴＤが０〜０．２４になるように変化させて、成膜温度２５０℃でＣｕ膜を成膜時間５６ｓｅｃで成膜した際の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。
【図１３】本発明の第１の実施形態によりＣｕ配線を形成した際における、Ｔｉバリア膜のみを形成した状態、Ｒｕライナー膜を形成した状態、Ｃｕ膜を５ｎｍ、１０ｎｍ、２０ｎｍ、３０ｎｍ成膜した状態の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。
【図１４】本発明の第１の実施形態によって形成したＣｕ配線と、Ｃｕめっきを用いた従来のＣｕ配線の電気特性を比較した結果を示す図である。
【図１５】本発明の第２の実施形態に係るＣｕ配線の形成方法のフローチャートである。
【図１６】本発明の第２の実施形態に係るＣｕ配線の形成方法を説明するための工程断面図である。
【図１７】デュアルダマシン構造にＣｕを埋め込む際にトレンチ底部に形成されたビアにボイドが生じる場合のメカニズムを説明するための図である。
【図１８】第２の実施形態に従ってデュアルダマシン構造にＣｕを埋め込む際の状態を説明するための図である。
【図１９】図２の成膜装置において、直流電源のパワーとＣｕ堆積速度との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について具体的に説明する。
【００２８】
＜本発明の実施形態に用いる成膜システム＞
図１は本発明に係るＣｕ配線の形成方法を実施するためのマルチチャンバタイプの成膜システムの一例を示す平面図である。
【００２９】
成膜システム１は、バリア膜およびＲｕライナー膜を形成する第１の処理部２と、Ｃｕ膜を形成する第２の処理部３と、搬入出部４とを有しており、半導体ウエハ（以下、単にウエハと記す。）Ｗに対してＣｕ配線を形成するためのものである。
【００３０】
第１の処理部２は、平面形状が七角形をなす第１の真空搬送室１１と、この第１の真空搬送室１１の４つの辺に対応する壁部に接続された、２つのバリア膜成膜装置１２ａ，１２ｂおよび２つのＲｕライナー膜成膜装置１４ａ，１４ｂとを有している。バリア膜成膜装置１２ａおよびＲｕライナー膜成膜装置１４ａとバリア膜成膜装置１２ｂおよびＲｕライナー膜成膜装置１４ｂとは線対称の位置に配置されている。
【００３１】
第１の真空搬送室１１の他の２辺に対応する壁部には、それぞれウエハＷのデガス処理を行うデガス室５ａ，５ｂが接続されている。また、第１の真空搬送室１１のデガス室５ａと５ｂとの間の壁部には、第１の真空搬送室１１と後述する第２の真空搬送室２１との間でウエハＷの受け渡しを行う受け渡し室５が接続されている。
【００３２】
バリア膜成膜装置１２ａ，１２ｂ、Ｒｕライナー膜成膜装置１４ａ，１４ｂ、デガス室５ａ，５ｂ、および受け渡し室５は、第１の真空搬送室１１の各辺にゲートバルブＧを介して接続され、これらは対応するゲートバルブＧを開放することにより第１の真空搬送室１１と連通され、対応するゲートバルブＧを閉じることにより第１の真空搬送室１１から遮断される。
【００３３】
第１の真空搬送室１１内は所定の真空雰囲気に保持されるようになっており、その中には、バリア膜成膜装置１２ａ，１２ｂ、Ｒｕライナー膜成膜装置１４ａ，１４ｂ、デガス室５ａ，５ｂ、および受け渡し室５に対してウエハＷの搬入出を行う第１の搬送機構１６が設けられている。この第１の搬送機構１６は、第１の真空搬送室１１の略中央に配設されており、回転および伸縮可能な回転・伸縮部１７を有し、その回転・伸縮部１７の先端にウエハＷを支持する２つの支持アーム１８ａ，１８ｂが設けられており、これら２つの支持アーム１８ａ，１８ｂは互いに反対方向を向くように回転・伸縮部１７に取り付けられている。
【００３４】
第２の処理部３は、平面形状が七角形をなす第２の真空搬送室２１と、この第２の真空搬送室２１の対向する２つの辺に対応する壁部に接続された、２つのＣｕ膜成膜装置２２ａ，２２ｂとを有している。
【００３５】
第２の真空搬送室２１の第１の処理部２側の２辺に対応する壁部には、それぞれ上記デガス室５ａ，５ｂが接続され、デガス室５ａと５ｂとの間の壁部には、上記受け渡し室５が接続されている。すなわち、受け渡し室５ならびにデガス室５ａおよび５ｂは、いずれも第１の真空搬送室１１と第２の真空搬送室２１との間に設けられ、受け渡し室５の両側にデガス室５ａおよび５ｂが配置されている。さらに、搬入出部４側の２辺には、それぞれ大気搬送および真空搬送可能なロードロック室６ａ，６ｂが接続されている。
【００３６】
Ｃｕ膜成膜装置２２ａ，２２ｂ、デガス室５ａ，５ｂ、およびロードロック室６ａ，６ｂは、第２の真空搬送室２１の各辺にゲートバルブＧを介して接続され、これらは対応するゲートバルブを開放することにより第２の真空搬送室２１と連通され、対応するゲートバルブＧを閉じることにより第２の真空搬送室２１から遮断される。また、受け渡し室５はゲートバルブを介さずに第２の真空搬送室２１に接続されている。
【００３７】
第２の真空搬送室２１内は所定の真空雰囲気に保持されるようになっており、その中には、Ｃｕ膜成膜装置２２ａ，２２ｂ、デガス室５ａ，５ｂ、ロードロック室６ａ，６ｂ、および受け渡し室５に対してウエハＷの搬入出を行う第２の搬送機構２６が設けられている。この第２の搬送機構２６は、第２の真空搬送室２１の略中央に配設されており、回転および伸縮可能な回転・伸縮部２７を有し、その回転・伸縮部２７の先端にウエハＷを支持する２つの支持アーム２８ａ，２８ｂが設けられており、これら２つの支持アーム２８ａ，２８ｂは互いに反対方向を向くように回転・伸縮部２７に取り付けられている。
【００３８】
搬入出部４は、上記ロードロック室６ａ，６ｂを挟んで第２の処理部３と反対側に設けられており、ロードロック室６ａ，６ｂが接続される大気搬送室３１を有している。ロードロック室６ａ，６ｂと大気搬送室３１との間の壁部にはゲートバルブＧが設けられている。大気搬送室３１のロードロック室６ａ，６ｂが接続された壁部と対向する壁部には被処理基板としてのウエハＷを収容するキャリアＣを接続する２つの接続ポート３２，３３が設けられている。これら接続ポート３２，３３にはそれぞれ図示しないシャッターが設けられており、これら接続ポート３２，３３にウエハＷを収容した状態の、または空のキャリアＣが直接取り付けられ、その際にシャッターが外れて外気の侵入を防止しつつ大気搬送室３１と連通するようになっている。また、大気搬送室３１の側面にはアライメントチャンバ３４が設けられており、そこでウエハＷのアライメントが行われる。大気搬送室３１内には、キャリアＣに対するウエハＷの搬入出およびロードロック室６ａ，６ｂに対するウエハＷの搬入出を行う大気搬送用搬送機構３６が設けられている。この大気搬送用搬送機構３６は、２つの多関節アームを有しており、キャリアＣの配列方向に沿ってレール３８上を走行可能となっていて、それぞれの先端のハンド３７上にウエハＷを載せてその搬送を行うようになっている。
【００３９】
この成膜システム１は、この成膜システム１の各構成部を制御するための制御部４０を有している。この制御部４０は、各構成部の制御を実行するマイクロプロセッサ（コンピュータ）からなるプロセスコントローラ４１と、オペレータが成膜システム１を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、成膜システム１の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザーインターフェース４２と、成膜システム１で実行される処理をプロセスコントローラ４１の制御にて実現するための制御プログラムや、各種データ、および処理条件に応じて処理装置の各構成部に処理を実行させるためのプログラムすなわちレシピが格納された記憶部４３とを備えている。なお、ユーザーインターフェース４２および記憶部４３はプロセスコントローラ４１に接続されている。
【００４０】
上記レシピは記憶部４３の中の記憶媒体４３ａに記憶されている。記憶媒体は、ハードディスクであってもよいし、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。
【００４１】
そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース４２からの指示等にて任意のレシピを記憶部４３から呼び出してプロセスコントローラ４１に実行させることで、プロセスコントローラ４１の制御下で、成膜システム１での所望の処理が行われる。
【００４２】
このような成膜システム１においては、キャリアＣから大気搬送用搬送機構３６によりトレンチやホールを有する所定パターンが形成されたウエハＷを取り出し、ロードロック室６ａまたは６ｂに搬送し、そのロードロック室を第２の真空搬送室２１と同程度の真空度に減圧した後、第２の搬送機構２６によりロードロック室のウエハＷを取り出し、第２の真空搬送室２１を介してデガス室５ａまたは５ｂに搬送し、ウエハＷのデガス処理を行う。その後、第１の搬送機構１６によりデガス室のウエハＷを取り出し、第１の真空搬送室１１を介してバリア膜成膜装置１２ａまたは１２ｂに搬入し、バリア膜として例えば、Ｔｉ膜、ＴｉＮ膜、Ｔａ膜、ＴａＮ膜等を成膜する。バリア膜成膜後、第１の搬送機構１６によりバリア膜成膜装置１２ａまたは１２ｂからウエハＷを取り出し、Ｒｕライナー膜成膜装置１４ａまたは１４ｂに搬入し、Ｒｕライナー膜を成膜する。Ｒｕライナー膜成膜後、第１の搬送機構１６によりＲｕライナー膜成膜装置１４ａまたは１４ｂからウエハＷを取り出し、受け渡し室５に搬送する。その後、第２の搬送機構２６によりウエハＷを取り出し、第２の真空搬送室２１を介してＣｕ膜成膜装置２２ａまたは２２ｂに搬入し、Ｃｕ膜を成膜する。Ｃｕ膜成膜後、第２の搬送機構２６によりＣｕ膜成膜装置２２ａまたは２２ｂからウエハＷを取り出し、ロードロック室６ａまたは６ｂに搬送し、そのロードロック室を大気圧に戻した後、大気搬送用搬送機構３６によりＣｕ膜が形成されたウエハＷを取り出し、キャリアＣに戻す。このような処理をキャリア内のウエハＷの数の分だけ繰り返す。
【００４３】
＜Ｃｕ膜成膜装置＞
次に、本発明の方法を実施するために重要なＣｕ膜成膜装置２２ａ（２２ｂ）について説明する。
図２は、Ｃｕ膜成膜装置の一例を示す断面図である。ここではＣｕ膜成膜装置としてｉＰＶＤ（Ｉｏｎｉｚｅｄ ｐｈｙｓｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）であるＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）型プラズマスパッタ装置を例にとって説明する。
【００４４】
図２に示すように、このＣｕ膜成膜装置２２ａ（２２ｂ）は、例えばアルミニウム等により筒体状に成形された処理容器５１を有している。この処理容器５１は接地され、その底部５２には排気口５３が設けられており、排気口５３には排気管５４が接続されている。排気管５４には圧力調整を行うスロットルバルブ５５および真空ポンプ５６が接続されており、処理容器５１内が真空引き可能となっている。また処理容器５１の底部５２には、処理容器５１内へ所定のガスを導入するガス導入口５７が設けられる。このガス導入口５７にはガス供給配管５８が接続されており、ガス供給配管５８には、プラズマ励起用ガスとして希ガス、例えばＡｒガスや他の必要なガス例えばＮ２ガス等を供給するためのガス供給源５９が接続されている。また、ガス供給配管５８には、ガス流量制御器、バルブ等よりなるガス制御部６０が介装されている。
【００４５】
処理容器５１内には、被処理基板であるウエハＷを載置するための載置機構６２が設けられる。この載置機構６２は、円板状に成形された載置台６３と、この載置台６３を支持するとともに接地された中空筒体状の支柱６４とを有している。載置台６３は、例えばアルミニウム合金等の導電性材料よりなり、支柱６４を介して接地されている。載置台６３の中には冷却ジャケット６５が設けられており、図示しない冷媒流路を介して冷媒を供給するようになっている。また、載置台６３内には冷却ジャケット６５の上に絶縁材料で被覆された抵抗ヒーター８７が埋め込まれている。抵抗ヒーター８７は図示しない電源から給電されるようになっている。載置台６３には熱電対（図示せず）が設けられており、この熱電対で検出された温度に基づいて、冷却ジャケット６５への冷媒の供給および抵抗ヒーター８７への給電を制御することにより、ウエハ温度を所定の温度に制御できるようになっている。
【００４６】
載置台６３の上面側には、例えばアルミナ等の誘電体部材６６ａの中に電極６６ｂが埋め込まれて構成された薄い円板状の静電チャック６６が設けられており、ウエハＷを静電力により吸着保持できるようになっている。また、支柱６４の下部は、処理容器５１の底部５２の中心部に形成された挿通孔６７を貫通して下方へ延びている。支柱６４は、図示しない昇降機構により上下移動可能となっており、これにより載置機構６２の全体が昇降される。
【００４７】
支柱６４を囲むように、伸縮可能に構成された蛇腹状の金属ベローズ６８が設けられており、この金属ベローズ６８は、その上端が載置台６３の下面に気密に接合され、また下端が処理容器５１の底部５２の上面に気密に接合されており、処理容器５１内の気密性を維持しつつ載置機構６２の昇降移動を許容できるようになっている。
【００４８】
また底部５２には、上方に向けて例えば３本（図２では２本のみ示す）の支持ピン６９が起立させて設けられており、また、この支持ピン６９に対応させて載置台６３にピン挿通孔７０が形成されている。したがって、載置台６３を降下させた際に、ピン挿通孔７０を貫通した支持ピン６９の上端部でウエハＷを受けて、そのウエハＷを外部より侵入する搬送アーム（図示せず）との間で移載することができる。このため、処理容器５１の下部側壁には、搬送アームを侵入させるために搬出入口７１が設けられ、この搬出入口７１には、開閉可能になされたゲートバルブＧが設けられている。このゲートバルブＧの反対側には、前述した第２の真空搬送室２１が設けられている。
【００４９】
また上述した静電チャック６６の電極６６ｂには、給電ライン７２を介してチャック用電源７３が接続されており、このチャック用電源７３から電極６６ｂに直流電圧を印加することにより、ウエハＷが静電力により吸着保持される。また給電ライン７２にはバイアス用高周波電源７４が接続されており、この給電ライン７２を介して静電チャック６６の電極６６ｂに対してバイアス用の高周波電力を供給し、ウエハＷにバイアス電力が印加されるようになっている。この高周波電力の周波数は、４００ｋＨｚ〜６０ＭＨｚが好ましく、例えば１３．５６ＭＨｚが採用される。
【００５０】
一方、処理容器５１の天井部には、例えばアルミナ等の誘電体よりなる高周波に対して透過性のある透過板７６がＯリング等のシール部材７７を介して気密に設けられている。そして、この透過板７６の上部に、処理容器５１内の処理空間Ｓにプラズマ励起用ガスとしての希ガス、例えばＡｒガスをプラズマ化してプラズマを発生するためのプラズマ発生源７８が設けられる。なお、このプラズマ励起用ガスとして、Ａｒに代えて他の希ガス、例えばＨｅ、Ｎｅ、Ｋｒ等を用いてもよい。
【００５１】
プラズマ発生源７８は、透過板７６に対応させて設けた誘導コイル８０を有しており、この誘導コイル８０には、プラズマ発生用の例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電源８１が接続されて、上記透過板７６を介して処理空間Ｓに高周波電力が導入され誘導電界を形成するようになっている。
【００５２】
また透過板７６の直下には、導入された高周波電力を拡散させる例えばアルミニウムよりなるバッフルプレート８２が設けられる。そして、このバッフルプレート８２の下部には、上記処理空間Ｓの上部側方を囲むようにして例えば断面が内側に向けて傾斜されて環状（截頭円錐殻状）のＣｕターゲット８３が設けられており、このＣｕターゲット８３にはＡｒイオンを引きつけるための直流電力を印加するターゲット用の電圧可変の直流電源８４が接続されている。なお、直流電源に代えて交流電源を用いてもよい。
【００５３】
また、Ｃｕターゲット８３の外周側には、これに磁界を付与するための磁石８５が設けられている。Ｃｕターゲット８３はプラズマ中のＡｒイオンによりＣｕの金属原子、あるいは金属原子団としてスパッタされるとともに、プラズマ中を通過する際に多くはイオン化される。
【００５４】
またこのＣｕターゲット８３の下部には、上記処理空間Ｓを囲むようにして例えばアルミニウムや銅よりなる円筒状の保護カバー部材８６が設けられている。この保護カバー部材８６は接地されるとともに、その下部は内側へ屈曲されて載置台６３の側部近傍に位置されている。したがって、保護カバー部材８６の内側の端部は、載置台６３の外周側を囲むようにして設けられている。
【００５５】
なお、Ｃｕ膜成膜装置の各構成部も、上述の制御部４０により制御されるようになっている。
【００５６】
このように構成されるＣｕ膜成膜装置においては、ウエハＷを図２に示す処理容器５１内へ搬入し、このウエハＷを載置台６３上に載置して静電チャック６６により吸着し、制御部４０の制御下で以下の動作が行われる。このとき、載置台６３は、抵抗ヒーター８７により所定温度に加熱されて温度制御される。
【００５７】
まず、真空ポンプ５６を動作させることにより所定の真空状態にされた処理容器５１内に、ガス制御部６０を操作して所定流量でＡｒガスを流しつつスロットルバルブ５５を制御して処理容器５１内を所定の真空度に維持する。その後、可変直流電源８４から直流電圧をＣｕターゲット８３に印加し、さらにプラズマ発生源７８の高周波電源８１から誘導コイル８０に高周波電力（プラズマ電力）を供給する。一方、バイアス用高周波電源７４から静電チャック６６の電極６６ｂに対して所定のバイアス用の高周波電力を供給する。
【００５８】
これにより、処理容器５１内においては、誘導コイル８０に供給された高周波電力によりアルゴンプラズマが形成されてアルゴンイオンが生成され、これらイオンはＣｕターゲット８３に印加された直流電圧に引き寄せられてＣｕターゲット８３に衝突し、このＣｕターゲット８３がスパッタされてＣｕ粒子が放出される。この際、Ｃｕターゲット８３に印加する直流電圧により放出されるＣｕ粒子の量が最適に制御される。
【００５９】
また、スパッタされたＣｕターゲット８３からのＣｕ粒子であるＣｕ原子、Ｃｕ原子団はプラズマ中を通る際に多くはイオン化される。ここでＣｕ粒子は、イオン化されたＣｕイオンと電気的に中性な中性Ｃｕ原子とが混在する状態となって下方向へ飛散して行く。特に、この処理容器５１内の圧力をある程度高くし、これによりプラズマ密度を高めて、Ｃｕ粒子を高効率でイオン化できるようになっている。この時のイオン化率は高周波電源８１から供給される高周波電力により制御される。
【００６０】
そして、Ｃｕイオンは、バイアス用高周波電源７４から静電チャック６６の電極６６ｂに印加されたバイアス用の高周波電力によりウエハＷ面上に形成される厚さ数ｍｍ程度のイオンシースの領域に入ると、強い指向性をもってウエハＷ側に加速するように引き付けられてウエハＷに堆積してＣｕ薄膜が形成される。なお、このときバイアス用高周波電源７４から静電チャック６６の電極６６ｂに対して印加されるバイアスパワーを調整することによりＣｕによる成膜とＡｒによるエッチングを調整して適切な成膜を実現することができる。この点について詳細は後述する。
【００６１】
＜バリア膜成膜装置＞
バリア膜成膜装置１２ａ（１２ｂ）としてはＣｕターゲット８３を使用する材料に変えるのみで図２の成膜装置と同様の構成の成膜装置を用いてプラズマスパッタにより成膜することができる。また、プラズマスパッタに限定されず、通常のスパッタ、イオンプレーティング等の他のＰＶＤであってもよく、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）やＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、プラズマを用いたＣＶＤやＡＬＤで成膜することもできる。不純物を低減する観点からはＰＶＤが好ましい。
【００６２】
＜Ｒｕ膜成膜装置＞
次に、Ｒｕライナー膜を形成するためのＲｕライナー膜成膜装置１４ａ（１４ｂ）について説明する。Ｒｕライナー膜は熱ＣＶＤにより好適に形成することができる。図３は、Ｒｕ膜成膜装置の一例を示す断面図であり、熱ＣＶＤによりＲｕ膜を形成するものである。
【００６３】
図３に示すように、このＲｕライナー膜成膜装置１４ａ（１４ｂ）は、例えばアルミニウム等により筒体に形成された処理容器１０１を有している。処理容器１０１の内部には、ウエハＷを載置する例えばＡｌＮ等のセラミックスからなる載置台１０２が配置されており、この載置台１０２内にはヒーター１０３が設けられている。このヒーター１０３はヒーター電源（図示せず）から給電されることにより発熱する。
【００６４】
処理容器１０１の天壁には、Ｒｕ膜を形成するための処理ガスやパージガス等を処理容器１０１内にシャワー状に導入するためのシャワーヘッド１０４が載置台１０２と対向するように設けられている。シャワーヘッド１０４はその上部にガス導入口１０５を有し、その内部にガス拡散空間１０６が形成されており、その底面には多数のガス吐出孔１０７が形成されている。ガス導入口１０５にはガス供給配管１０８が接続されており、ガス供給配管１０８にはＲｕ膜を形成するための処理ガスやパージガス等を供給するためのガス供給源１０９が接続されている。また、ガス供給配管１０８には、ガス流量制御器、バルブ等よりなるガス制御部１１０が介装されている。Ｒｕを成膜するためのガスとしては、ルテニウムカルボニル（Ｒｕ３（ＣＯ）１２）を挙げることができる。このルテニウムカルボニルは熱分解によりＲｕとなりウエハＷ上にＲｕ膜を形成することができる。
【００６５】
処理容器１０１の底部には、排気口１１１が設けられており、この排気口１１１には排気管１１２が接続されている。排気管１１２には圧力調整を行うスロットルバルブ１１３および真空ポンプ１１４が接続されており、処理容器１０１内が真空引き可能となっている。
【００６６】
載置台１０２には、ウエハ搬送用の３本（２本のみ図示）のウエハ支持ピン１１６が載置台１０２の表面に対して突没可能に設けられ、これらウエハ支持ピン１１６は支持板１１７に固定されている。そして、ウエハ支持ピン１１６は、エアシリンダ等の駆動機構１１８によりロッド１１９を昇降することにより、支持板１１７を介して昇降される。なお、符号１２０はベローズである。一方、処理容器１０１の側壁には、ウエハ搬出入口１２１が形成されており、ゲートバルブＧを開けた状態で第１の真空搬送室１１との間でウエハＷの搬入出が行われる。
【００６７】
このようなＲｕライナー膜成膜装置１４ａ（１４ｂ）においては、ゲートバルブＧを開けて、ウエハＷを載置台１０２上に載置した後、ゲートバルブＧを閉じ、処理容器１０１内を真空ポンプ１１４により排気して処理容器１０１内を所定の圧力に調整しつつ、ヒーター１０３より載置台１０２を介してウエハＷを所定温度に加熱した状態で、ガス供給源１０９からガス供給配管１０８およびシャワーヘッド１０４を介して処理容器１０１内へルテニウムカルボニル（Ｒｕ３（ＣＯ）１２）ガス等の処理ガスを導入する。これにより、ウエハＷ上で処理ガスの反応が進行し、ウエハＷの表面にＲｕ膜が形成される。
【００６８】
Ｒｕ膜の成膜には、ルテニウムカルボニル以外の他の成膜原料、例えば（シクロペンタジエニル）（２，４−ジメチルペンタジエニル）ルテニウム、ビス（シクロペンタジエニル）（２，４−メチルペンタジエニル）ルテニウム、（２，４−ジメチルペンタジエニル）（エチルシクロペンタジエニル）ルテニウム、ビス（２，４−メチルペンタジエニル）（エチルシクロペンタジエニル）ルテニウムのようなルテニウムのペンタジエニル化合物をＯ２ガスのような分解ガスとともに用いることができる。またＲｕ膜をＰＶＤで成膜することもできる。ただし、良好なステップカバレッジが得られ、かつ膜の不純物を少なくすることができることからルテニウムカルボニルを用いたＣＶＤで成膜することが好ましい。
【００６９】
＜第１の実施形態に係るＣｕ配線の形成方法＞
次に、本発明の第１の実施形態に係るＣｕ配線の形成方法について図４のフローチャートおよび図５の工程断面図を参照して説明する。
【００７０】
本実施形態では、まず、下部構造２０１（詳細は省略）の上にＳｉＯ２膜等の層間絶縁膜２０２を有し、そこに凹部としてトレンチ２０３が形成されたウエハＷを準備する（ステップ１、図５（ａ））。このようなウエハＷとしては、ＤｅｇａｓプロセスやＰｒｅ−Ｃｌｅａｎプロセスによって、絶縁膜表面の水分やエッチング／アッシング時の残渣を除去したものであることが好ましい。本実施形態ではこのようなウエハＷを図１の成膜システムに搬入し、デガス室５ａまたは５ｂでデガス処理を行う。
【００７１】
次に、ウエハＷをバリア膜成膜装置１２ａまたは１２ｂに搬入し、トレンチ２０３表面を含む全面にＣｕを遮蔽（バリア）するバリア膜２０４を成膜する（ステップ２、図５（ｂ））。
【００７２】
バリア膜２０４としては、Ｃｕに対して高いバリア性を有し、低抵抗を有するものが好ましく、Ｔｉ膜、ＴｉＮ膜、Ｔａ膜、ＴａＮ膜、Ｔａ／ＴａＮの２層膜を好適に用いることができる。また、ＴａＣＮ膜、Ｗ膜、ＷＮ膜、ＷＣＮ膜、Ｚｒ膜、ＺｒＮ膜、Ｖ膜、ＶＮ膜、Ｎｂ膜、ＮｂＮ膜等を用いることができる。Ｃｕ配線はトレンチまたはホール内に埋め込むＣｕの体積が大きくなるほど低抵抗になるので、バリア膜は非常に薄く形成することが好ましく、そのような観点からその厚さは１〜２０ｎｍが好ましい。より好ましくは１〜１０ｎｍである。バリア膜は、プラズマスパッタにより成膜することができる。また、通常のスパッタ、イオンプレーティング等の他のＰＶＤで成膜することができ、ＣＶＤやＡＬＤ、プラズマを用いたＣＶＤやＡＬＤで成膜することもできる。
【００７３】
次いで、Ｒｕライナー膜成膜装置１４ａまたは１４ｂにより、バリア膜２０４の上にＲｕライナー膜２０５を成膜する（ステップ３、図５（ｃ））。Ｒｕライナー膜は、埋め込むＣｕの体積を大きくして配線を低抵抗にする観点から、例えば１〜５ｎｍと薄く形成することが好ましい。Ｒｕライナー膜は、ルテニウムカルボニル（Ｒｕ３（ＣＯ）１２）を成膜原料として用いて上述した図３に示すような成膜装置を用いて熱ＣＶＤにより好適に形成することができる。これにより、高純度で非常に薄いＲｕ膜を高ステップカバレッジで成膜することができる。このときの成膜条件は、例えば処理容器内の圧力が１．３〜６６．５Ｐａの範囲であり、成膜温度（ウエハ温度）が１５０〜２５０℃の範囲である。Ｒｕライナー膜２０５は、上述したように、ルテニウムカルボニル以外の他の成膜原料、例えば（シクロペンタジエニル）（２，４−ジメチルペンタジエニル）ルテニウム、ビス（シクロペンタジエニル）（２，４−メチルペンタジエニル）ルテニウム、（２，４−ジメチルペンタジエニル）（エチルシクロペンタジエニル）ルテニウム、ビス（２，４−メチルペンタジエニル）（エチルシクロペンタジエニル）ルテニウムのようなルテニウムのペンタジエニル化合物を用いたＣＶＤやＰＶＤで成膜することもできる。
【００７４】
次いで、図２に示すｉＰＶＤであるプラズマスパッタ装置からなるＣｕ膜成膜装置２２ａまたは２２ｂを用いて、ウエハＷの載置台にバイアスを印加してＣｕがマイグレーションするようにＣｕ配線となるＣｕ膜２０６を成膜し、トレンチ２０３を埋め込む（ステップ４、図５（ｄ））。
【００７５】
プラズマスパッタ装置においては、バイアスを印加することによりプラズマによりターゲットから放出されたＣｕイオンがウエハＷに引きこまれ、成膜レートを大きくすることができるが、バイアスパワーが大きくなりすぎるとプラズマ生成用のガスのイオン（例えばＡｒイオン）によるウエハＷ表面のスパッタ作用（エッチング作用）によりせっかく堆積されたＣｕ膜が削りとられてしまうため、バイアスを印加する場合には、通常、そのパワーをＣｕ膜が削りとられない程度の大きさに制限している。また、従来、このようなＰＶＤを用いた場合には、ステップカバレッジが悪いことが知られており、トレンチやホールの間口を塞ぐピンチオフが生じやすいことから、ＰＶＤのみでトレンチやホールを埋め込んでＣｕ配線を形成することは行われていない。
【００７６】
これに対し、Ｃｕ膜の下地にＲｕライナー膜を設けることにより、ＲｕはＣｕに対する濡れ性が高いため、ある程度の温度にウエハＷを加熱しつつ、バイアスパワーを調整してＣｕイオンの成膜作用とプラズマ生成ガスのイオン（Ａｒイオン）によるエッチング作用とを制御することにより、Ｒｕライナー膜上でＣｕを凝集させずにマイグレーション（流動）させることができ、トレンチやホールの間口を塞ぐ（オーバーハング）ことなくその中にＣｕを埋めることができることが見出された。これにより、微細なトレンチまたはホールにもボイドを発生させずに確実にＣｕを埋め込むことができる。また、このようにＰＶＤでＣｕを埋め込んだ場合には、不純物が少なく高純度となり、また、グレインサイズも大きくなるため、めっきでＣｕを埋め込んだ場合よりも、低抵抗のＣｕ配線を形成することができる。
【００７７】
このようにＣｕ膜を成膜してトレンチまたはホール内にＣｕを埋め込んだ後のウエハＷを、成膜システム１から搬出し、Ｃｕめっき装置に搬送して、そこでウエハＷの全面にＣｕめっき層２０７を形成する（ステップ５、図５（ｅ））。その後、必要に応じてアニールしてＣｕのグレンサイズを大きくするとともに、Ｃｕめっき層２０７を安定させ（ステップ６）、次いでＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）によりウエハＷ表面を研磨して、Ｒｕライナー膜２０５、バリア膜２０４を完全に除去する（ステップ７、図５（ｆ））。これによりトレンチまたはホール内に残存したＣｕ膜２０６がＣｕ配線として機能する。
【００７８】
＜第１の実施形態に係るＣｕ配線の形成方法におけるステップ４のＣｕ膜成膜の説明＞
次に、上記ステップ４のＣｕ膜の成膜について具体的に説明する。
上述したように、ステップ４のＣｕ膜の成膜においては、図２に示すようなバイアスによりウエハＷ表面にイオンを引きこみながらプラズマスパッタを行う装置を用いるが、その際のバイアスパワーとＣｕ成膜量との関係は図６の模式図に示すようになる。すなわち、バイアスパワーが上昇することによりＣｕイオンの引き込み量が大きくなるため、バイアスパワーがある値までは成膜量が増加していくが、その後はプラズマ生成用ガスイオン（例えばＡｒイオン）によるウエハＷ表面のスパッタ作用（エッチング作用）により成膜量が減少していく。本実施形態では、温度とプラズマ生成用ガスイオンによる作用を利用してＣｕ膜をトレンチまたはビア（ホール）に埋めるため、バイアスパワーは、プラズマ生成用ガスイオンによる作用が存在し、かつ成膜が進行する範囲である図６のＡより大きくＢより小さい範囲が好ましい。すなわち、Ｃｕ成膜量（成膜レート）をＴＤ、プラズマ生成用のガスのイオンによるエッチング量（エッチングレート）をＴＥとすると、ＡはＴＥ／ＴＤ＝０であり、ＢはＴＥ／ＴＤ＝１であるが、Ｒｕライナー膜上をＣｕが移動（マイグレーション）するためには、プラズマ生成用ガスイオン（Ａｒガスイオン）のエネルギーが存在することが好ましいからＴＥ／ＴＤ＞０であることが好ましい。ただし、温度が高い場合には、ＴＥ／ＴＤ＝０でもＣｕを流動させることができる。一方、成膜が進行しフィールドのエッチングが起こらないためにはＴＥ／ＴＤ＜１であることが必要である。
【００７９】
このような範囲における成膜のモデルを図７に模式的に説明する。図７の（ａ）に示すように、Ｃｕイオンとプラズマ生成ガスであるＡｒイオンの存在下でバイアスを印加しつつＣｕ膜の成膜を開始すると、（ｂ）に示すように、トレンチの間口に堆積したＣｕがＡｒイオンによりエッチングされるとともに、温度とＡｒイオンの作用によりＣｕがトレンチ内に移動されるため、（ｃ）に示すように、トレンチの間口を塞ぐことなく、Ｃｕがトレンチ内を埋めることができる。
【００８０】
次に、ステップ４のＣｕ膜成膜工程の好ましいプロセス条件について説明する。
本実施形態においては、Ａｒイオンのようなプラズマ生成ガスイオンによりＣｕをマイグレーションさせる必要があることから、通常のプラズマスパッタの場合よりもウエハ温度を高くする必要があり、ウエハ温度は６５〜３５０℃の範囲が好ましい。また、Ｃｕ膜成膜時における処理容器内の圧力（プロセス圧力）は、１〜１００ｍＴｏｒｒ（０．１３３〜１３．３Ｐａ）が好ましく、３５〜９０ｍＴｏｒｒ（４．６６〜１２．０Ｐａ）がより好ましい。また、Ｃｕターゲットへの直流電力は４〜１２ｋＷであることが好ましく、６〜１０ｋＷがより好ましい。
【００８１】
また、バイアスパワーは上述したように０≦ＴＥ／ＴＤ＜１、好ましくは０＜ＴＥ／ＴＤ＜１となるような範囲に設定されるが、プラズマ生成用ガスイオン（Ａｒガスイオン）によるＣｕの移動性は温度に依存し、成膜温度Ｔが低いとＣｕの移動性が低くなる。このため、６５≦Ｔ（℃）≦３５０の好ましい範囲において、高温側の２００＜Ｔ（℃）≦３５０では、０≦ＴＥ／ＴＤ＜１の範囲でよいが、低温側の６５≦Ｔ（℃）≦２００では、０．０２≦ＴＥ／ＴＤ＜１とすることが好ましい。このときのバイアスパワー密度は２００＜Ｔ（℃）≦３５０では１．７４Ｗ／ｃｍ２（バイアスパワー：１２００Ｗ）以下、６５≦Ｔ（℃）≦２００では０．１５〜１．７４Ｗ／ｃｍ２（１００〜１２００Ｗ）が好ましい。より好ましい範囲は、６５≦Ｔ（℃）≦３５０において、０．０５≦ＴＥ／ＴＤ≦０．２４であり、より好ましいバイアスパワー密度の範囲は０．３８〜０．７６Ｗ／ｃｍ２（バイアスパワー：２６０〜５２０Ｗ）である。
【００８２】
また、ステップ４のＣｕ膜成膜の際の成膜速度は、２０〜１５０ｎｍ／ｍｉｎが好ましい。具体例としては３０ｎｍ／ｍｉｎを挙げることができる。
【００８３】
図８は、実際に図２の装置でＣｕ膜を形成した際において、横軸に直流電源８４からＣｕターゲット８３に供給する直流電力をとり、縦軸に高周波電源７４からのバイアスパワーをとって、上述のＴＥ／ＴＤの値を等高線で示すものであり、（ａ）がプロセス圧力９０ｍＴの場合、（ｂ）がプロセス圧力３５ｍＴの場合である。なお、誘導コイル８０に高周波電源８１から供給する高周波電力は４ｋＷ、ＣｕターゲットとウエハＷとの距離は２４０ｍｍとした。
【００８４】
また、図９は、実際に図２の装置でＣｕ膜を形成した際において、横軸にバイアスパワーをとり、縦軸にＴＥ／ＴＤをとって、Ｃｕターゲット８３への直流電力ごとにこれらの関係を示すグラフであり、（ａ）がプロセス圧力９０ｍＴの場合、（ｂ）がプロセス圧力３５ｍＴの場合である。いずれの圧力およびＣｕターゲット８３への直流電力においても、バイアスパワーが１３０Ｗ（バイアスパワー密度：０．１９Ｗ／ｃｍ２）ではＴＥ／ＴＤが０であり、バイアスパワーを上昇させていくとＴＥ／ＴＤが上昇している。
【００８５】
次に、幅３０ｎｍ、深さ２００ｎｍのトレンチが形成された層間絶縁膜にＴｉバリア膜およびＲｕライナー膜を形成した後、プロセス圧力：９０ｍＴ、Ｃｕターゲットに供給する直流電力：８ｋＷ、誘導コイルに供給する高周波電力：４ｋＷ、ターゲットとウエハＷとの距離：２４０ｍｍとし、バイアスパワーをＴＥ／ＴＤ＝０となる１３０Ｗ（バイアスパワー密度：０．１９Ｗ／ｃｍ２）として、成膜温度を２００℃、２２５℃、２５０℃、３００℃としてＣｕ膜を成膜時間５５ｓｅｃで成膜した。その際の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を図１０に示す。図１０に示すように、成膜温度が２２５℃以上でＴＥ／ＴＤ＝０においてＣｕの埋め込みが可能であることが確認された。
【００８６】
次に、幅５０ｎｍ、深さ２００ｎｍのトレンチが形成された層間絶縁膜にＴｉバリア膜およびＲｕライナー膜を形成した後、プロセス圧力：９０ｍＴ、Ｃｕターゲットに供給する直流電力：８ｋＷ、誘導コイルに供給する高周波電力：４ｋＷ、ターゲットとウエハＷとの距離：２４０ｍｍとし、バイアスパワーをＴＥ／ＴＤ＝０となる１３０Ｗ（バイアスパワー密度：０．１９Ｗ／ｃｍ２）、およびＴＥ／ＴＤ＝０．０２となる１９５Ｗ（０．２８Ｗ／ｃｍ２）として、成膜温度６５℃でＣｕ膜を成膜時間５５ｓｅｃで成膜した。その際の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を図１１に示す。図１１に示すように、成膜温度６５℃のときはＣｕマイグレーションに対する温度の効果が少ないため、ＴＥ／ＴＤ＝０となる１３０Ｗ（０．１９Ｗ／ｃｍ２）ではトレンチにＣｕが埋め込まれないのに対し、ＴＥ／ＴＤ＝０．０２となる１９５Ｗ（０．２８Ｗ／ｃｍ２）では埋め込みされることが確認された。
【００８７】
次に、幅２０〜３０ｎｍ、深さ２００ｎｍのトレンチが形成された層間絶縁膜にＴｉバリア膜およびＲｕライナー膜を形成した後、プロセス圧力：９０ｍＴ、Ｃｕターゲットに供給する直流電力：６ｋＷ、誘導コイルに供給する高周波電力：４ｋＷ、ターゲットとウエハＷとの距離：２４０ｍｍとし、バイアスパワーを１３０Ｗ（バイアスパワー密度：０．１９Ｗ／ｃｍ２）（ＴＥ／ＴＤ＝０）、２６０Ｗ（０．３８Ｗ／ｃｍ２）（ＴＥ／ＴＤ＝０．０５）、３９０Ｗ（０．５７Ｗ／ｃｍ２）（ＴＥ／ＴＤ＝０．１４）、５２０Ｗ（０．７６Ｗ／ｃｍ２）（ＴＥ／ＴＤ＝０．２４）と変化させて、成膜温度２５０℃でＣｕ膜を成膜時間５５ｓｅｃで成膜した。その際の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を図１２に示す。図１２に示すように０≦ＴＥ／ＴＤ≦０．２４の範囲でＣｕの埋め込みが確認されたが、０．０５≦ＴＥ／ＴＤ≦０．２４でより好ましい埋め込み性が得られることが確認された。
【００８８】
次に、幅１８ｎｍ、深さ２００ｎｍのトレンチが形成された層間絶縁膜にＴｉバリア膜を形成し、次いでＲｕライナー膜を形成し、その後、プロセス圧力：９０ｍＴ、Ｃｕターゲットに供給する直流電力：６ｋＷ、誘導コイルに供給する高周波電力：４ｋＷ、ターゲットとウエハＷとの距離：２４０ｍｍという本実施形態の条件でＣｕを埋め込んだ。その際の、Ｔｉバリア膜のみを形成した状態、Ｒｕライナー膜を形成した状態、Ｃｕ膜を５ｎｍ、１０ｎｍ、２０ｎｍ、３０ｎｍ成膜した状態の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を図１３に示す。図１３に示すように、本実施形態において、ボイドを発生させずに微細なトレンチ内にＣｕを埋め込めることが確認された。
【００８９】
次に、本発明によって形成したＣｕ配線と、バリア膜上にＰＶＤによりＣｕシード層を形成した後、ＣｕめっきでＣｕを埋め込んで形成した従来のＣｕ配線の電気特性を比較した。図１４はこれらについて６０ｎｍ配線における電気特性を評価した結果を示す図である。この図に示すように、本発明により形成したＣｕ配線は、従来よりも配線抵抗が低くなることが確認された。
【００９０】
＜第２の実施形態に係るＣｕ配線の形成方法＞
次に、本発明の第２の実施形態に係るＣｕ配線の形成方法について図１５のフローチャートおよび図１６の工程断面図を参照して説明する。本実施形態では、トレンチとトレンチの底に形成されたビア（ホール）とを有する凹部が形成されたデュアルダマシン構造を含むウエハに対するＣｕの埋め込みについて説明する。
【００９１】
本実施形態では、まず、下部配線３０１の上の層間絶縁膜３０２にトレンチ３０３とトレンチ３０３の底に形成された下部配線３０１への接続配線が形成されるビア３０４とを有する凹部が形成されたデュアルダマシン構造を含むウエハを準備する（ステップ１１、図１６（ａ），（ｂ））。なお、図１６（ａ）はトレンチ３０３およびビア３０４の平面図であり、図１６（ｂ）は、図１６（ａ）のＸ−Ｘ′線およびＹ−Ｙ′線による断面図である。以降の工程は、図１６（ｂ）と同様のＸ−Ｘ′線およびＹ−Ｙ′線による断面図１６（ｃ）〜（ｆ）に基づいて説明する。
【００９２】
第１の実施形態と同様、ウエハＷをデガス室５ａまたは５ｂでデガス処理を行った後、第１の実施形態と同様にＣｕを遮蔽（バリア）するバリア膜３０５を成膜し（ステップ１２、図１６（ｃ））、さらにバリア膜３０５の上にＲｕライナー膜３０６を成膜する（ステップ１３、図１６５（ｄ））。
【００９３】
次いで、図２に示すｉＰＶＤであるプラズマスパッタ装置からなるＣｕ膜成膜装置２２ａまたは２２ｂを用いて、ウエハＷの載置台にバイアスを印加してＣｕがマイグレーションするようにＣｕ配線となるＣｕ膜を成膜し、ビア３０４およびトレンチ３０３を埋め込むが、本実施形態では、ビア３０４の埋め込みが完了するまでの第１段階では、相対的に低速でＣｕ膜３０７を成膜し（ステップ１４、図１６（ｅ））、ビア３０４の埋め込みが完了後、トレンチの埋め込みが完了するまでの第２段階では、相対的に高速でＣｕ膜を成膜する（ステップ１５、図１６（ｆ））。すなわち、ビアが埋め込まれた後の第２段階よりもビアの埋め込みが行われている第１段階の成膜速度（堆積速度）のほうが小さくなるようにする。
【００９４】
このように２段階に成膜する理由は以下の通りである。
トレンチの底にビアが存在しない場合には、ｉ−ＰＶＤによりＣｕが上記第１の実施形態の条件でＣｕがマイグレーションするようにＣｕを埋め込めばよく、フィールド部からトレンチ３０３の底部にＣｕが常に流れ込んで、トレンチ３０３の底部へのＣｕの堆積速度が大きい条件に設定することができる。しかし、本実施形態のようにトレンチ３０３の底にビア３０４が形成されたデュアルダマシン構造の場合には堆積速度が大きいと、図１７（ａ）に示すように成膜初期には問題がないものの、成膜が進行すると図１７（ｂ）に示すように、トレンチ３０３の底部に堆積されたＣｕ膜３０７の流動性が悪くなって、トレンチ３０３の底部でオーバーハング３０８が形成されるおそれがある。このようにオーバーハング３０８が形成されると、やがて図１７（ｃ）のようにピンチオフを起こしてボイド３０９が形成されてしまう。
【００９５】
そこで、本実施形態では、Ｃｕ成膜の第１段階として、ビア３０４の埋め込みが完了するまでは、トレンチ３０３の底部でのＣｕの流動性が良好になるように相対的に低速でＣｕ膜３０７を成膜する。これにより、図１８（ａ），（ｂ）に示すように、トレンチ３０３の底部でオーバーハングが生じ難くなり、ボイドの形成が防止される。つまり、第１段階ではトレンチ３０３の底部でオーバーハングが生じない程度のＣｕの流動性が確保されるような成膜速度でＣｕを成膜する。一方、ビア３０４の埋め込みが完了した後は、第２段階として、相対的に高速な成膜速度でトレンチ３０３の残りの部分の埋め込みを行う。すなわち、ビア３０４の埋め込みが完了した後は、トレンチ３０３の底部でのオーバーハングは生じないから第１の実施形態のトレンチ埋め込みの際と同様、堆積速度が大きい条件に設定しても、図１８（ｃ）に示すように、ボイドが形成されることはない。
【００９６】
Ｃｕ膜の成膜速度は、直流電源８４によりＣｕターゲット８３に印加するパワーを変化させることにより制御することができる。つまり、Ｃｕターゲット８３に印加するパワーが大きいほどＣｕのスパッタ量が増加し、Ｃｕの堆積速度（つまり成膜速度）が大きくなる。図１９は、図２の成膜装置において、処理容器内の圧力：９０ｍＴｏｒｒ（１２．０Ｐａ）、ターゲットとウエハＷとの距離：２４０ｍｍ、バイアスパワー：０Ｗとしたときの、直流電源８４のパワーとＣｕ堆積速度との関係を示すものであるが、直流電源８４のパワーにほぼ比例してＣｕ堆積速度が上昇していることがわかる。
【００９７】
上記Ｃｕ膜成膜の際に、第１段階のビア埋め込み完了までのＣｕ堆積速度（Ｃｕ膜成膜速度）は５〜２０ｎｍ／ｍｉｎ、例えば１２ｎｍ／ｍｉｎが好ましい。また、第２段階のビア埋め込み完了してからトレンチを埋め込むまでの速度（Ｃｕ膜成膜速度）は２０〜１５０ｎｍ／ｍｉｎ、例えば３０ｎｍ／ｍｉｎが好ましい。
【００９８】
このように、ステップ１５の第２段階のＣｕ成膜を行った後、第１の実施形態と同様にしてＣｕメッキ層の形成（ステップ１６）、アニール（ステップ１７）、ＣＭＰによる全面研磨（ステップ１８）を行い、Ｃｕ配線を形成する。
【００９９】
なお、このような第２の実施形態に係る方法は、トレンチ３０３の幅が１０〜１００ｎｍ、トレンチのアスペクト比が２〜６、ビアのアスペクト比が１．５〜４の範囲の凹部を有するデュアルダマシン構造に対して有効である。具体例としては、トレンチ幅が１９ｎｍでトレンチのアスペクト比が３、ビアのアスペクト比が２の凹部、およびトレンチ幅が３０ｎｍでトレンチのアスペクト比が３、ビアのアスペクト比が２の凹部を挙げることができる。
【０１００】
次に、幅３０ｎｍでトレンチのアスペクト比が３、ビアのアスペクト比が２の凹部を有するデュアルダマシン構造を含むウエハにＴｉバリア膜およびＲｕライナー膜を形成した後、プロセス圧力：９０ｍＴ、Ｃｕターゲットに供給する直流電力：４ｋＷ、誘導コイルに供給する高周波電力：４ｋＷ、バイアスパワー：２００Ｗ、ターゲットとウエハＷとの距離：２４０ｍｍ、温度：３００℃の条件で、第１段階のＣｕ膜の成膜を行い、ビアの埋め込みが完了した後、プロセス圧力：９０ｍＴ、Ｃｕターゲットに供給する直流電力：６ｋＷ、誘導コイルに供給する高周波電力：４ｋＷ、バイアスパワー：３９０Ｗ、ターゲットとウエハＷとの距離：２４０ｍｍ、温度：３００℃の条件で、第２段階のＣｕ膜の成膜をトレンチの埋め込みが完了するまで行った。第１段階から第２段階への条件の切り替えは、予め把握したビア埋め込み完了までの時間経過後に行った。なお、このときの第１段階の成膜速度は１２ｎｍ／ｍｉｎ、第２段階の成膜速度は３０ｎｍ／ｍｉｎであった。
【０１０１】
このようにした２段階の成膜を行った後、断面観察を行った結果、ビアの埋め込み部分にボイドが形成されることなくデュアルダマシン構造の埋め込みが達成されていた。
【０１０２】
＜他の適用＞
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、Ｃｕの埋め込みにＩＣＰ型プラズマスパッタ装置を用いた例について説明したが、これに限らず他のタイプのプラズマスパッタ装置でもよく、また、Ｃｕイオンとプラズマガス生成イオンの引き込みを調整することができれば他のタイプのＰＶＤ装置でもよい。
【０１０３】
また、成膜システムとしては、図１のようなタイプに限らず、一つの搬送装置に全ての成膜装置が接続されているタイプであってもよい。また、図１のようなマルチチャンバタイプのシステムではなく、別個に設けられた装置によりバリア膜、Ｒｕライナー膜、Ｃｕ膜を成膜するようにしてもよい。
【０１０４】
さらに、上記実施形態では、トレンチを有するウエハおよびトレンチおよびその底部に形成されたビアを有するデュアルダマシン構造を含むウエハに本発明の方法を適用した例を示したが、これらに限らずホールのみを有する場合等、他の構造の凹部でも本発明を適用できることはいうまでもない。また、上記実施形態では、被処理基板として半導体ウエハを例にとって説明したが、半導体ウエハにはシリコンのみならず、ＧａＡｓ、ＳｉＣ、ＧａＮなどの化合物半導体も含まれ、さらに、半導体ウエハに限定されず、液晶表示装置等のＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）に用いるガラス基板や、セラミック基板等にも本発明を適用することができることはもちろんである。
【符号の説明】
【０１０５】
１；成膜システム
１２ａ，１２ｂ；バリア膜成膜装置
１４ａ，１４ｂ；Ｒｕライナー膜成膜装置
２２ａ，２２ｂ；Ｃｕ膜成膜装置
５１；処理容器
５６；真空ポンプ
５９；ガス供給源
６３；載置台
６５；冷却ジャケット
７４；バイアス用高周波電源
７８；プラズマ発生源
８０；コイル
８３；Ｃｕターゲット
８４；直流電源
８５；磁石
８７；抵抗ヒーター
２０１；下部構造
２０２；層間絶縁膜
２０３；トレンチ
２０４；バリア膜
２０５；Ｒｕライナー膜
２０６；Ｃｕ膜
３０１；下部配線
３０２；層間絶縁膜
３０３；トレンチ
３０４；ビア
３０５；バリア膜
３０６；Ｒｕライナー膜
３０７；Ｃｕ膜
Ｗ；半導体ウエハ（被処理基板）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に形成された凹部内にＣｕを埋め込んでＣｕ配線を形成するＣｕ配線の形成方法であって、
少なくとも前記凹部の表面にバリア膜を形成する工程と、
前記バリア膜の上にＲｕ膜を形成する工程と、
前記Ｒｕ膜の上に、加熱しつつ、ＰＶＤによりＣｕがマイグレーションするようにＣｕ膜を形成して前記凹部内にＣｕを埋め込む工程と
を有することを特徴とするＣｕ配線の形成方法。
【請求項２】
前記凹部はトレンチまたはホールであることを特徴とする請求項１に記載のＣｕ配線の形成方法。
【請求項３】
基板に形成された凹部内にＣｕを埋め込んでＣｕ配線を形成するＣｕ配線の形成方法であって、
少なくとも前記凹部の表面にバリア膜を形成する工程と、
前記バリア膜の上にＲｕ膜を形成する工程と、
前記Ｒｕ膜の上に、加熱しつつ、ＰＶＤによりＣｕがマイグレーションするようにＣｕ膜を形成して前記凹部内にＣｕを埋め込む工程と
を有し、
前記凹部は、トレンチと該トレンチの底部に形成されたホールとを有し、
前記Ｃｕ膜を形成して前記凹部内にＣｕを埋め込む工程は、前記ホールへのＣｕの埋め込みが完了するまでの第１段階と、前記ホールの埋め込みが完了後、前記トレンチの埋め込みが完了するまでの第２段階とを有し、
前記第１段階の成膜速度は前記第２段階の成膜速度よりも小さいことを特徴とするＣｕ配線の形成方法。
【請求項４】
前記第１段階の成膜速度は、トレンチの底部でオーバーハングが生じない程度のＣｕの流動性が確保される成膜速度であることを特徴とする請求項３に記載のＣｕ配線の形成方法。
【請求項５】
前記第１段階の成膜速度は５〜２０ｎｍ／ｍｉｎであり、前記第２段階の成膜速度は２０〜１５０ｎｍ／ｍｉｎであることを特徴とする請求項３または請求項４に記載のＣｕ配線の形成方法。
【請求項６】
前記Ｃｕを埋め込むためのＣｕ膜は、基板が収容された処理容器内にプラズマ生成ガスによりプラズマを生成し、ＣｕターゲットからＣｕを放出させて、Ｃｕを前記プラズマ中でイオン化させ、前記基板にバイアス電力を印加してＣｕイオンを基板上に引きこむことにより形成され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配線の形成方法。
【請求項７】
前記Ｃｕ膜を形成して前記凹部内にＣｕを埋め込む工程は、基板温度を６５℃以上３５０℃以下にして行われることを特徴とする請求項６に記載のＣｕ配線の形成方法。
【請求項８】
前記Ｃｕ膜を形成して前記凹部内にＣｕを埋め込む工程は、基板温度を２００℃超３５０℃以下にし、かつ前記Ｃｕイオンによる基板へのＣｕ成膜量ＴＤと前記プラズマ生成ガスのイオンによるＣｕ膜のエッチング量ＴＥが０≦ＴＥ／ＴＤ＜１の関係を満たすように前記バイアス電力の大きさを調整して行われることを特徴とする請求項６に記載のＣｕ配線の形成方法。
【請求項９】
前記Ｃｕ膜を形成して前記凹部内にＣｕを埋め込む工程は、基板温度を６５℃以上２００℃以下にし、かつ前記Ｃｕイオンによる基板へのＣｕ成膜量ＴＤと前記プラズマ生成ガスのイオンによるＣｕ膜のエッチング量ＴＥが０．０２≦ＴＥ／ＴＤ＜１の関係を満たすように前記バイアス電力の大きさを調整して行われることを特徴とする請求項６に記載のＣｕ配線の形成方法。
【請求項１０】
前記バイアス電力の大きさは、０．０５≦ＴＥ／ＴＤ≦０．２４を満たすように調整さ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配線の形成方法。
【請求項１１】
前記バリア膜は、Ｔｉ膜、ＴｉＮ膜、Ｔａ膜、ＴａＮ膜、Ｔａ／ＴａＮの２層膜、ＴａＣＮ膜、Ｗ膜、ＷＮ膜、ＷＣＮ膜、Ｚｒ膜、ＺｒＮ膜、Ｖ膜、ＶＮ膜、Ｎｂ膜、ＮｂＮ膜からなる群から選択されるものであることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載のＣｕ配線の形成方法。
【請求項１２】
前記バリア膜は、ＰＶＤにより形成されることを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載のＣｕ配線の形成方法。
【請求項１３】
前記Ｒｕ膜は、ＣＶＤにより形成され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配線の形成方法。
【請求項１４】
前記Ｒｕ膜は、成膜原料としてルテニウムカルボニルを用いたＣＶＤにより形成されることを特徴とする請求項１３に記載のＣｕ配線の形成方法。
【請求項１５】
基板に形成された凹部を有する所定の層にバリア膜およびＲｕ膜を介して前記凹部内にＣｕを埋め込むためのＣｕ膜を成膜するＣｕ膜の成膜方法であって、
前記Ｒｕ膜の上に加熱しつつ、ＰＶＤによりＣｕがマイグレーションするようにＣｕ膜を成膜して、前記凹部内にＣｕを埋め込むことを特徴とするＣｕ膜の成膜方法。
【請求項１６】
前記凹部はトレンチまたはホールであることを特徴とする請求項１５に記載のＣｕ膜の成膜方法。
【請求項１７】
基板に形成された凹部を有する所定の層にバリア膜およびＲｕ膜を介して前記凹部内にＣｕを埋め込むためのＣｕ膜を成膜するＣｕ膜の成膜方法であって、
前記凹部は、トレンチと該トレンチの底部に形成されたホールとを有し、前記Ｒｕ膜の上に加熱しつつ、ＰＶＤによりＣｕがマイグレーションするようにＣｕ膜を成膜して、前記凹部内にＣｕを埋め込み、
前記Ｃｕ膜の成膜は、前記ホールへのＣｕの埋め込みが完了するまでの第１段階と、前記ホールの埋め込みが完了後、前記トレンチの埋め込みが完了するまでの第２段階とを有し、
前記第１段階の成膜速度は前記第２段階の成膜速度よりも小さいことを特徴とするＣｕ膜の成膜方法。
【請求項１８】
前記第１段階の成膜速度は、トレンチの底部でオーバーハングが生じない程度のＣｕの流動性が確保される成膜速度であることを特徴とする請求項１７に記載のＣｕ膜の成膜方法。
【請求項１９】
前記第１段階の成膜速度は５〜２０ｎｍ／ｍｉｎであり、前記第２段階の成膜速度は２０〜１５０ｎｍ／ｍｉｎであることを特徴とする請求項１７または請求項１８に記載のＣｕ膜の成膜方法。
【請求項２０】
基板が収容された処理容器内にプラズマ生成ガスによりプラズマを生成し、ＣｕターゲットからＣｕを放出させて、Ｃｕを前記プラズマ中でイオン化させ、前記基板にバイアス電力を印加してＣｕイオンを基板上に引きこむことによりＣｕ膜を成膜して前記凹部内にＣｕを埋め込むことを特徴とする請求項１５から請求項１９のいずれか１項に記載のＣｕ膜の成膜方法。
【請求項２１】
基板温度を６５℃以上３５０℃以下にすることを特徴とする請求項２０に記載のＣｕ膜の成膜方法。
【請求項２２】
基板温度を２００℃超３５０℃以下にし、かつ前記Ｃｕイオンによる基板へのＣｕ成膜量ＴＤと前記プラズマ生成ガスのイオンによるＣｕ膜のエッチング量ＴＥが０≦ＴＥ／ＴＤ＜１の関係を満たすように前記バイアス電力の大きさを調整することを特徴とする請求項２０に記載のＣｕ膜の成膜方法。
【請求項２３】
基板温度を６５℃以上２００℃以下にし、かつ前記Ｃｕイオンによる基板へのＣｕ成膜量ＴＤと前記プラズマ生成ガスのイオンによるＣｕ膜のエッチング量ＴＥが０．０２≦ＴＥ／ＴＤ＜１の関係を満たすように前記バイアス電力の大きさを調整することを特徴とする請求項２０に記載のＣｕ膜の成膜方法。
【請求項２４】
前記バイアス電力の大きさは、０．０５≦ＴＥ／ＴＤ≦０．２４を満たすように調整されることを特徴とする請求項２２または請求項２３に記載のＣｕ膜の成膜方法。
【請求項２５】
基板に形成された凹部内にＣｕを埋め込んでＣｕ配線を形成するための成膜システムであって、
前記凹部の表面にバリア膜を形成するバリア膜成膜装置と、
前記バリア膜の上にＲｕ膜を形成するＲｕ膜成膜装置と、
前記Ｒｕ膜の上に、ＰＶＤによりＣｕ膜を形成して前記凹部にＣｕを埋め込むＣｕ膜成膜装置と、
前記Ｃｕ膜成膜装置を、前記基板を加熱しつつ、ＣｕがマイグレーションするようにＣｕ膜を形成して前記凹部にＣｕを埋め込むように制御する制御部と
を有することを特徴とする成膜システム。
【請求項２６】
前記バリア膜成膜装置と、前記Ｒｕ膜成膜装置と、前記Ｃｕ膜成膜装置との間を真空を破らずに搬送する搬送手段をさらに有することを特徴とする請求項２５に記載の成膜システム。
【請求項２７】
コンピュータ上で動作し、成膜システム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Ｃｕ配線の形成方法が行われるように、コンピュータに前記成膜システムを制御させることを特徴とする記憶媒体。
【請求項２８】
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１５から請求項２４のいずれかのＣｕ膜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】
基板に形成された凹部内にＣｕを埋め込んでＣｕ配線を形成するＣｕ配線の形成方法であって、
少なくとも前記凹部の表面にバリア膜を形成する工程と、
前記バリア膜の上にＲｕ膜を形成する工程と、
前記Ｒｕ膜の上に、加熱しつつ、ＰＶＤによりＣｕがマイグレーションするようにＣｕ膜を形成して前記凹部内にＣｕを埋め込む工程と
を有することを特徴とするＣｕ配線の形成方法。
【請求項２】
前記凹部はトレンチまたはホールであることを特徴とする請求項１に記載のＣｕ配線の形成方法。
【請求項３】
基板に形成された凹部内にＣｕを埋め込んでＣｕ配線を形成するＣｕ配線の形成方法であって、
少なくとも前記凹部の表面にバリア膜を形成する工程と、
前記バリア膜の上にＲｕ膜を形成する工程と、
前記Ｒｕ膜の上に、加熱しつつ、ＰＶＤによりＣｕがマイグレーションするようにＣｕ膜を形成して前記凹部内にＣｕを埋め込む工程と
を有し、
前記凹部は、トレンチと該トレンチの底部に形成されたホールとを有し、
前記Ｃｕ膜を形成して前記凹部内にＣｕを埋め込む工程は、前記ホールへのＣｕの埋め込みが完了するまでの第１段階と、前記ホールの埋め込みが完了後、前記トレンチの埋め込みが完了するまでの第２段階とを有し、
前記第１段階の成膜速度は前記第２段階の成膜速度よりも小さいことを特徴とするＣｕ配線の形成方法。
【請求項４】
前記第１段階の成膜速度は、トレンチの底部でオーバーハングが生じない程度のＣｕの流動性が確保される成膜速度であることを特徴とする請求項３に記載のＣｕ配線の形成方法。
【請求項５】
前記第１段階の成膜速度は５〜２０ｎｍ／ｍｉｎであり、前記第２段階の成膜速度は２０〜１５０ｎｍ／ｍｉｎであることを特徴とする請求項３または請求項４に記載のＣｕ配線の形成方法。
【請求項６】
前記Ｃｕを埋め込むためのＣｕ膜は、基板が収容された処理容器内にプラズマ生成ガスによりプラズマを生成し、ＣｕターゲットからＣｕを放出させて、Ｃｕを前記プラズマ中でイオン化させ、前記基板にバイアス電力を印加してＣｕイオンを基板上に引きこむことにより形成され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配線の形成方法。
【請求項７】
前記Ｃｕ膜を形成して前記凹部内にＣｕを埋め込む工程は、基板温度を６５℃以上３５０℃以下にして行われることを特徴とする請求項６に記載のＣｕ配線の形成方法。
【請求項８】
前記Ｃｕ膜を形成して前記凹部内にＣｕを埋め込む工程は、基板温度を２００℃超３５０℃以下にし、かつ前記Ｃｕイオンによる基板へのＣｕ成膜量ＴＤと前記プラズマ生成ガスのイオンによるＣｕ膜のエッチング量ＴＥが０≦ＴＥ／ＴＤ＜１の関係を満たすように前記バイアス電力の大きさを調整して行われることを特徴とする請求項６に記載のＣｕ配線の形成方法。
【請求項９】
前記Ｃｕ膜を形成して前記凹部内にＣｕを埋め込む工程は、基板温度を６５℃以上２００℃以下にし、かつ前記Ｃｕイオンによる基板へのＣｕ成膜量ＴＤと前記プラズマ生成ガスのイオンによるＣｕ膜のエッチング量ＴＥが０．０２≦ＴＥ／ＴＤ＜１の関係を満たすように前記バイアス電力の大きさを調整して行われることを特徴とする請求項６に記載のＣｕ配線の形成方法。
【請求項１０】
前記バイアス電力の大きさは、０．０５≦ＴＥ／ＴＤ≦０．２４を満たすように調整さ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配線の形成方法。
【請求項１１】
前記バリア膜は、Ｔｉ膜、ＴｉＮ膜、Ｔａ膜、ＴａＮ膜、Ｔａ／ＴａＮの２層膜、ＴａＣＮ膜、Ｗ膜、ＷＮ膜、ＷＣＮ膜、Ｚｒ膜、ＺｒＮ膜、Ｖ膜、ＶＮ膜、Ｎｂ膜、ＮｂＮ膜からなる群から選択されるものであることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載のＣｕ配線の形成方法。
【請求項１２】
前記バリア膜は、ＰＶＤにより形成されることを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載のＣｕ配線の形成方法。
【請求項１３】
前記Ｒｕ膜は、ＣＶＤにより形成され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配線の形成方法。
【請求項１４】
前記Ｒｕ膜は、成膜原料としてルテニウムカルボニルを用いたＣＶＤにより形成されることを特徴とする請求項１３に記載のＣｕ配線の形成方法。
【請求項１５】
基板に形成された凹部を有する所定の層にバリア膜およびＲｕ膜を介して前記凹部内にＣｕを埋め込むためのＣｕ膜を成膜するＣｕ膜の成膜方法であって、
前記Ｒｕ膜の上に加熱しつつ、ＰＶＤによりＣｕがマイグレーションするようにＣｕ膜を成膜して、前記凹部内にＣｕを埋め込むことを特徴とするＣｕ膜の成膜方法。
【請求項１６】
前記凹部はトレンチまたはホールであることを特徴とする請求項１５に記載のＣｕ膜の成膜方法。
【請求項１７】
基板に形成された凹部を有する所定の層にバリア膜およびＲｕ膜を介して前記凹部内にＣｕを埋め込むためのＣｕ膜を成膜するＣｕ膜の成膜方法であって、
前記凹部は、トレンチと該トレンチの底部に形成されたホールとを有し、前記Ｒｕ膜の上に加熱しつつ、ＰＶＤによりＣｕがマイグレーションするようにＣｕ膜を成膜して、前記凹部内にＣｕを埋め込み、
前記Ｃｕ膜の成膜は、前記ホールへのＣｕの埋め込みが完了するまでの第１段階と、前記ホールの埋め込みが完了後、前記トレンチの埋め込みが完了するまでの第２段階とを有し、
前記第１段階の成膜速度は前記第２段階の成膜速度よりも小さいことを特徴とするＣｕ膜の成膜方法。
【請求項１８】
前記第１段階の成膜速度は、トレンチの底部でオーバーハングが生じない程度のＣｕの流動性が確保される成膜速度であることを特徴とする請求項１７に記載のＣｕ膜の成膜方法。
【請求項１９】
前記第１段階の成膜速度は５〜２０ｎｍ／ｍｉｎであり、前記第２段階の成膜速度は２０〜１５０ｎｍ／ｍｉｎであることを特徴とする請求項１７または請求項１８に記載のＣｕ膜の成膜方法。
【請求項２０】
基板が収容された処理容器内にプラズマ生成ガスによりプラズマを生成し、ＣｕターゲットからＣｕを放出させて、Ｃｕを前記プラズマ中でイオン化させ、前記基板にバイアス電力を印加してＣｕイオンを基板上に引きこむことによりＣｕ膜を成膜して前記凹部内にＣｕを埋め込むことを特徴とする請求項１５から請求項１９のいずれか１項に記載のＣｕ膜の成膜方法。
【請求項２１】
基板温度を６５℃以上３５０℃以下にすることを特徴とする請求項２０に記載のＣｕ膜の成膜方法。
【請求項２２】
基板温度を２００℃超３５０℃以下にし、かつ前記Ｃｕイオンによる基板へのＣｕ成膜量ＴＤと前記プラズマ生成ガスのイオンによるＣｕ膜のエッチング量ＴＥが０≦ＴＥ／ＴＤ＜１の関係を満たすように前記バイアス電力の大きさを調整することを特徴とする請求項２０に記載のＣｕ膜の成膜方法。
【請求項２３】
基板温度を６５℃以上２００℃以下にし、かつ前記Ｃｕイオンによる基板へのＣｕ成膜量ＴＤと前記プラズマ生成ガスのイオンによるＣｕ膜のエッチング量ＴＥが０．０２≦ＴＥ／ＴＤ＜１の関係を満たすように前記バイアス電力の大きさを調整することを特徴とする請求項２０に記載のＣｕ膜の成膜方法。
【請求項２４】
前記バイアス電力の大きさは、０．０５≦ＴＥ／ＴＤ≦０．２４を満たすように調整されることを特徴とする請求項２２または請求項２３に記載のＣｕ膜の成膜方法。
【請求項２５】
基板に形成された凹部内にＣｕを埋め込んでＣｕ配線を形成するための成膜システムであって、
前記凹部の表面にバリア膜を形成するバリア膜成膜装置と、
前記バリア膜の上にＲｕ膜を形成するＲｕ膜成膜装置と、
前記Ｒｕ膜の上に、ＰＶＤによりＣｕ膜を形成して前記凹部にＣｕを埋め込むＣｕ膜成膜装置と、
前記Ｃｕ膜成膜装置を、前記基板を加熱しつつ、ＣｕがマイグレーションするようにＣｕ膜を形成して前記凹部にＣｕを埋め込むように制御する制御部と
を有することを特徴とする成膜システム。
【請求項２６】
前記バリア膜成膜装置と、前記Ｒｕ膜成膜装置と、前記Ｃｕ膜成膜装置との間を真空を破らずに搬送する搬送手段をさらに有することを特徴とする請求項２５に記載の成膜システム。
【請求項２７】
コンピュータ上で動作し、成膜システム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Ｃｕ配線の形成方法が行われるように、コンピュータに前記成膜システムを制御させることを特徴とする記憶媒体。
【請求項２８】
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１５から請求項２４のいずれかのＣｕ膜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１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【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１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−１６９５９０（Ｐ２０１２−１６９５９０Ａ）
【公開日】平成２４年９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５１５２０（Ｐ２０１１−２５１５２０）
【出願日】平成２３年１１月１７日（２０１１．１１．１７）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成２２年１１月１日 インターネットアドレス「ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｓｅｍａｔｅｃｈ．ｏｒｇ／８９６４」に発表
【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６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１７日（２０１１．１１．１７）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成２２年１１月１日 インターネットアドレス「ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｓｅｍａｔｅｃｈ．ｏｒｇ／８９６４」に発表
【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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