JP2006299407A - Film-deposition method, film-deposition apparatus and computer readable storage medium - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は半導体基板に銅(Cu)を成膜する成膜方法と、この成膜方法を実行するために用いられる成膜装置およびコンピュータ読取可能な記憶媒体に関する。 The present invention relates to a film forming method for forming copper (Cu) on a semiconductor substrate, a film forming apparatus used for executing this film forming method, and a computer-readable storage medium.
近時、半導体デバイスの高速化、配線パターンの微細化、高集積化等に呼応して、アルミニウムよりも導電性が高く、しかもエレクトロマイグレーション耐性等の良好なCuが、配線材料として注目されている。 Recently, Cu having higher conductivity than aluminum and having good electromigration resistance has attracted attention as a wiring material in response to higher speed of semiconductor devices, finer wiring patterns, higher integration, and the like. .
Cuの成膜方法としては、Cuを含む原料ガスの熱分解反応や、Cuを含む原料ガスと還元性ガスとの反応によって基板上にCuを還元析出させて成膜するCVD(化学気相成長)法が知られている。このようなCVD法により成膜されたCu膜は、被覆性が高く、しかも細長く深いパターン内への成膜による埋め込み特性にも優れ、微細な配線パターンの形成には好適である。このようなCu膜のCVD成膜には、一価または二価のCuを含む原料ガスが用いられている(例えば、特許文献1参照)。 As a Cu film-forming method, CVD (chemical vapor deposition) is performed by performing a thermal decomposition reaction of a source gas containing Cu or a film by reducing and depositing Cu on a substrate by a reaction between a source gas containing Cu and a reducing gas. ) The law is known. A Cu film formed by such a CVD method has high coverage and is excellent in embedding characteristics by forming a film in a long and narrow pattern, and is suitable for forming a fine wiring pattern. A source gas containing monovalent or divalent Cu is used for CVD of such a Cu film (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、一価のCuを含む原料ガスを用いたCVDプロセスでは、例えば、バリア膜としてTa膜が形成されている場合に、このTa膜上にCu膜を成膜するためには、水の添加等の処置を要する。このように水を用いると、Ta膜の表面が酸化されてしまって抵抗が大きくなり、しかもTa膜との密着性を高いものとすることは困難である。また、Ta膜に限らず、一価のCuを含む原料ガスを用いたCVDプロセスでは、TaN膜やTi膜に対してもCuの成膜は困難であるという問題がある。 However, in a CVD process using a source gas containing monovalent Cu, for example, when a Ta film is formed as a barrier film, water is added to form a Cu film on the Ta film. Such treatment is required. When water is used in this way, the surface of the Ta film is oxidized and resistance increases, and it is difficult to achieve high adhesion to the Ta film. Further, not only the Ta film but also a CVD process using a source gas containing monovalent Cu has a problem that it is difficult to form a Cu film on a TaN film or a Ti film.
一方、二価のCuを含む原料ガスを用いたCVDプロセスでは、Ta膜,TaN膜,Ti膜等の下地に対する依存性がほとんど無いために、下地基板に対して密着性が高く、しかも核密度の高いCu膜を形成することができるが、このCu膜は成長につれて核が大きくなり、連続膜になり難いという問題がある。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、基板との密着性が良好であり、所定の厚さの連続したCu膜を成膜することができる成膜方法、このような成膜方法を実行するための成膜装置およびコンピュータ読取可能な記憶媒体を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and a film forming method capable of forming a continuous Cu film having a predetermined thickness with good adhesion to a substrate, and such a film forming method. An object of the present invention is to provide a film forming apparatus and a computer-readable storage medium for executing the above.
上記課題を解決するために、本発明の第1の観点によれば、二価のCuの原料物質を用いて基板上に第1段階のCu膜を成膜する工程と、
一価のCuの原料物質を用いて前記第1段階のCu膜上に第2段階のCu膜を成膜する工程と、
を有することを特徴とする成膜方法、が提供される。
In order to solve the above problems, according to a first aspect of the present invention, a step of forming a first-stage Cu film on a substrate using a divalent Cu source material;
Forming a second stage Cu film on the first stage Cu film using a monovalent Cu source material;
There is provided a film forming method characterized by comprising:
本発明の第2の観点によれば、処理容器内に基板を配置する工程と、
二価のCuの原料物質を用いたCVDにより基板上に第1段階のCu膜を成膜する工程と、
一価のCuの原料物質を用いたCVDにより前記第1段階のCu膜上に第2段階のCu膜を成膜する工程と、
を有することを特徴とする成膜方法、が提供される。
According to a second aspect of the present invention, a step of arranging a substrate in a processing container;
Forming a first stage Cu film on the substrate by CVD using a divalent Cu source material;
Forming a second stage Cu film on the first stage Cu film by CVD using a monovalent Cu source material;
There is provided a film forming method characterized by comprising:
この第2の観点に係る成膜方法において、第1段階のCu膜を成膜する工程は好ましくは、PEALD(Plasma Enhanced Atomic Layer Deposition)法によって行われる。すなわち第1段階のCu膜を成膜する工程は、(a)二価のCuの原料物質を基板上に供給して吸着させる工程、(b)前記原料物質の供給停止後、前記処理容器内の残留ガスを除去する工程、(c)還元性ガスを基板に供給し、その際にプラズマにより前記還元性ガスをラジカル化させて前記基板上に吸着した二価のCuの原料物質を還元し、前記基板上にCu膜を形成する工程、(d)前記還元性ガスの供給停止後、前記処理容器内の残留ガスを除去する工程、により行われる。(a)〜(d)の工程は、所望の厚さのCu膜が形成されるまで所定回数繰り返して行うことが、より好ましい。また第2段階のCu膜を成膜する工程は、一価のCuの原料物質を還元性ガスとともに基板に供給することにより行うことが好ましい。 In the film forming method according to the second aspect, the step of forming the first stage Cu film is preferably performed by a PEALD (Plasma Enhanced Atomic Layer Deposition) method. That is, the process of forming the first-stage Cu film includes (a) a process of supplying and adsorbing a divalent Cu source material on the substrate, and (b) after stopping the supply of the source material, (C) supplying a reducing gas to the substrate, radicalizing the reducing gas by plasma, and reducing the divalent Cu source material adsorbed on the substrate. , A step of forming a Cu film on the substrate, and (d) a step of removing residual gas in the processing container after the supply of the reducing gas is stopped. The steps (a) to (d) are more preferably repeated a predetermined number of times until a Cu film having a desired thickness is formed. The step of forming the second stage Cu film is preferably performed by supplying a monovalent Cu source material to the substrate together with a reducing gas.
一価のCuの原料物質としては、Cu(hfac)atomsまたはCu(hfac)TMVSが好適であり、二価のCuの原料物質としては、Cu(dibm)2、Cu(hfac)2、Cu(edmdd)2のいずれかが好適である。 As the monovalent Cu source material, Cu (hfac) atoms or Cu (hfac) TMVS is suitable, and as the divalent Cu source material, Cu (divm) 2 , Cu (hfac) 2 , Cu ( edmdd) 2 is preferred.
このようなCu膜の成膜方法は、基板に形成されたTa,TaN,Ti,TiN,W,WNのいずれかからなるバリア膜上への成膜プロセスに好適である。さらに、バリア膜の表面にRu,Mg,In,Al,Ag,Co,Nb,B,V,Ir,Pd,Mn,Mn酸化物(MnO,Mn3O4,Mn2O3,MnO2,Mn2O7)のいずれかからなる密着層が形成されていると、さらに密着性に優れたCu膜を成膜することができる。 Such a Cu film forming method is suitable for a film forming process on a barrier film made of Ta, TaN, Ti, TiN, W, or WN formed on a substrate. Furthermore, Ru, Mg, In, Al, Ag, Co, Nb, B, V, Ir, Pd, Mn, Mn oxide (MnO, Mn 3 O 4 , Mn 2 O 3 , MnO 2 , When the adhesion layer made of any of Mn 2 O 7 ) is formed, a Cu film having further excellent adhesion can be formed.
本発明の第3の観点によれば、上記成膜方法を実行するための成膜装置、すなわち、基板を収容する、真空排気可能な処理容器と、
前記処理容器に一価のCuの原料物質をガス状で供給する第1のCu原料供給機構と、
前記処理容器に二価のCuの原料物質をガス状で供給する第2のCu原料供給機構と、
前記処理容器に収容された基板上に二価のCuの原料物質を用いて第1段階のCu膜を成膜し、次いで、一価のCuの原料物質を用いて前記第1段階のCu膜上に第2段階のCu膜を成膜するように、前記第1,第2のCu原料供給機構を制御する制御部と、
を具備することを特徴とする成膜装置、が提供される。
According to a third aspect of the present invention, a film forming apparatus for performing the film forming method, that is, a processing container accommodating a substrate and capable of being evacuated,
A first Cu raw material supply mechanism for supplying a monovalent Cu raw material in gaseous form to the processing vessel;
A second Cu raw material supply mechanism for supplying a divalent Cu raw material in gaseous form to the processing vessel;
A first-stage Cu film is formed on the substrate accommodated in the processing vessel using a divalent Cu source material, and then the first-stage Cu film is formed using a monovalent Cu source material. A controller for controlling the first and second Cu raw material supply mechanisms so as to form a second-stage Cu film thereon;
A film forming apparatus is provided.
さらに本発明の第4の観点によれば、コンピュータ上で動作する制御プログラムが記憶されたコンピュータ読取可能な記憶媒体であって、前記制御プログラムは、基板上にCu膜をCVD法により成膜する成膜装置を制御するコンピュータに、二価のCuの原料物質を用いて第1段階のCu膜を成膜し、次いで前記第1段階のCu膜上に一価のCuの原料物質を用いて第2段階のCu膜を成膜する処理を実行させることを特徴とするコンピュータ読取可能な記憶媒体が提供される。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a computer-readable storage medium storing a control program that operates on a computer, wherein the control program forms a Cu film on a substrate by a CVD method. Using a divalent Cu source material, a first-stage Cu film is deposited on a computer that controls the deposition apparatus, and then using a monovalent Cu source material on the first-stage Cu film. A computer-readable storage medium is provided that performs a process of forming a second stage Cu film.
本発明によれば、基板(下地)上に二価のCuの原料物質を用いて第1段階のCu膜を成膜しているので、基板との密着性が高く、しかも核密度の高い緻密なCu膜を形成することができる。また、そのCu膜上に一価のCuの原料物質を用いて第2段階のCu膜を成膜しているので、Cu膜を連続膜として成長させることができる。このようにして、本発明は、基板への密着性が高く、連続した平滑なCu膜を形成することができるという優れた効果を奏する。また、二価のCuの原料物質は安定であるが、これを用いた成膜においてはPEALD法を用いることで基板温度を下げることができ、また一価のCuの原料物質を用いた成膜も低い基板温度で行うことができる。こうして、基板に形成された配線要素にダメージを与えることなく、Cu膜を成膜することができる。 According to the present invention, the first-stage Cu film is formed on the substrate (underlying) using the divalent Cu source material, so that the denseness with high adhesion to the substrate and high nuclear density is achieved. Cu film can be formed. Further, since the second stage Cu film is formed on the Cu film using a monovalent Cu source material, the Cu film can be grown as a continuous film. As described above, the present invention has an excellent effect that the adhesion to the substrate is high and a continuous smooth Cu film can be formed. In addition, although the divalent Cu source material is stable, in the film formation using this, the substrate temperature can be lowered by using the PEALD method, and the film formation using the monovalent Cu source material. Can be performed at a low substrate temperature. Thus, the Cu film can be formed without damaging the wiring elements formed on the substrate.
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。図1は本発明の一実施形態に係る成膜方法を実施するための成膜装置100の概略構成を示す断面図である。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1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サセプタ2が円筒状の支持部材3により支持された状態で配置されている。サセプタ2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4が設けられている。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はヒーター電源6に接続されており、ウエハWを所定の温度に加熱する。また、サセプタ2には、接地された下部電極2aが設けられている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a
チャンバ1の天壁1aには、絶縁部材9を介してシャワーヘッド10が設けられている。このシャワーヘッド10は、上段ブロック体10a、中段ブロック体10b、下段ブロック体10cから構成されている。下段ブロック体10cにはガスを吐出する吐出孔17と18とが交互に形成され、上段ブロック体10aの上面には、第1のガス導入口11と、第2のガス導入口12とが形成されている。上段ブロック体10aの中では、第1のガス導入口11から多数のガス通路13が分岐している。中段ブロック体10bにはガス通路15が形成されており、上記ガス通路13がこれらガス通路15に連通し、さらにこのガス通路15が下段ブロック体10cの吐出孔17に連通している。
A
上段ブロック体10aの中では、第2のガス導入口12から多数のガス通路14が分岐している。中段ブロック体10bにはガス通路16が形成されており、上記ガス通路14がこれらガス通路16に連通している。さらにこのガス通路16が下段ブロック体10cの吐出孔18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11,12は、ガス供給機構20のガスラインに接続されている。
In the
ガス供給機構20は、例えばCu(hfac)atomsまたはCu(hfac)TMVS等の一価のCuの原料物質を供給する第1のCu原料供給源21aと、Cu(dibm)2,Cu(hfac)2,Cu(edmdd)2等の二価のCuの原料物質を供給する第2のCu原料供給源21bと、キャリアガスとしての不活性ガスであるArガスを供給するArガス供給源23と、還元性ガスとしてのH2ガスを供給するH2ガス供給源24とを有している。
The
なお、キャリアガスとしては、Arガスに代えて、N2ガスやHeガス、Neガス等の不活性ガスを用いてもよい。また、還元性ガスとしては、H2に代えて、NH3ガス、N2H4ガス、NH(CH3)2ガス、N2H3CHガス、N2ガスのいずれかを用いてもよく、または、これらから選ばれた複数種のガスの混合ガスを用いてもよい。 As the carrier gas, an inert gas such as N 2 gas, He gas, or Ne gas may be used instead of Ar gas. Further, as the reducing gas, any one of NH 3 gas, N 2 H 4 gas, NH (CH 3 ) 2 gas, N 2 H 3 CH gas, and N 2 gas may be used instead of H 2. Alternatively, a mixed gas of a plurality of gases selected from these may be used.
第1のCu原料供給源21aには第1原料ガスライン25aが、第2のCu原料供給源21bには第2原料ガスライン25bが、Arガス供給源23には第2原料ガスライン25bに合流するガスライン27が、H2ガス供給源24にはガスライン28がそれぞれ接続されている。そして第1原料ガスライン25aと第2原料ガスライン25bはそれぞれマスフローコントローラ30およびその下流側に設けられたバルブ29を有し、ガスライン27,28は、マスフローコントローラ30およびそのマスフローコントローラ30を挟んで2つのバルブ29を備えている。
A first
第1,第2のCu原料供給源21a,21bおよびこれらにそれぞれ接続される第1,第2原料ガスライン25a・25bは、ヒーター22にて、所定温度、例えば50℃〜200℃に加熱されるようになっている。Cu原料物質が常温、常圧で固体である場合(Cu(hfac)2,Cu(dibm)2)には、ヒーター22にて第1,第2のCu原料供給源21a,21bおよび第1,第2原料ガスライン25a,25bを加熱し、さらに後述するようにチャンバ1内を減圧することによりCu原料物質を昇華させて、Cu原料物質をガス状態でチャンバ1に供給することができる。一方、Cu原料物質が常温、常圧で液体である場合(Cu(hfac)atoms,Cu(hfac)TMVS,Cu(edmdd)2)には、ヒーター22にて第1,第2のCu原料供給源21a,21bおよび第1,第2原料ガスライン25a,25bを加熱することにより、Cu原料物質を蒸発させて、ガス状態でチャンバ1に供給することができる。
The first and second Cu raw
前記第1のガス導入口11には第1,第2のCu原料供給源21a,21bからそれぞれ延びる第1,第2原料ガスライン25a,25bがそれぞれインシュレータ31a,31bを介して接続されている。また、前記第2のガス導入口12にはH2ガス供給源24から延びるガスライン28がインシュレータ31cを介して接続されている。
First and second
ウエハ処理時(成膜処理時)には、第2のCu原料供給源21bからの二価のCuの原料物質ガスは、Arガス供給源23からガスライン27を通って供給されたArガスにキャリアされて、第2原料ガスライン25bを介してシャワーヘッド10の第1のガス導入口11からシャワーヘッド10内に至り、ガス通路13,15を経て吐出孔17からチャンバ1内へ吐出される。なお、図1では、第2原料ガスライン25bへガスライン27を通してキャリアガスであるArガスを供給する構成となっているが、第2のCu原料供給源21bにキャリアガスラインを接続して、Arガスを供給する構成としてもよい。
At the time of wafer processing (film formation processing), the divalent Cu source material gas from the second Cu
また、一価のCuの原料物質ガスは、第1のCu原料供給源21aから第1原料ガスライン25aと第1のガス導入口11を介してシャワーヘッド10に送られ、ガス通路13,15を経て吐出孔17からチャンバ1内へ吐出される。なお、一価のCuの原料物質ガスがArガス供給源23からガスライン27を通って供給されたArガスにキャリアされて、チャンバ1内へ供給される構成としてもよい。
Further, the monovalent Cu source material gas is sent from the first Cu
さらに、H2ガスは、H2ガス供給源24からガスライン28を介してシャワーヘッド10の第2のガス導入口12に至り、そこからシャワーヘッド10に形成されたガス通路14,16を経て吐出孔18からチャンバ1内へ吐出される。
Further, the H 2 gas reaches the
シャワーヘッド10には、整合器32を介して高周波電源33が接続されており、この高周波電源33からシャワーヘッド10と下部電極2aとの間に高周波電力が供給されることにより、シャワーヘッド10を介してチャンバ1内に供給された還元性ガスとしてのH2ガスがプラズマ化される。
A high
チャンバ1の底壁1bには排気管37が接続されており、この排気管37には排気装置38が接続されている。この排気装置38を作動させることによりチャンバ1内を所定の真空度まで減圧することができるようになっている。また、チャンバ1の側壁にはゲートバルブ39が設けられており、このゲートバルブ39を開にした状態でウエハWが外部との間で搬入出されるようになっている。
An
成膜装置100の各構成部は、制御部(プロセスコントローラ)95に接続されて制御される構成となっている。また、制御部95には、工程管理者が成膜装置100を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、成膜装置100の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザーインターフェース96が接続されている。
Each component of the
さらに制御部95には、成膜装置100で実行される各種処理を制御部95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97が接続されている。レシピはハードディスクや半導体メモリー等に記憶されていてもよいし、CD−ROM、DVD−ROM等のコンピュータにより読み取り可能な可搬性の記憶媒体に格納された状態で、記憶部97の所定位置にセットするようになっていてもよい。
Further, the
そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース96からの指示等にて任意のレシピを記憶部97から呼び出して制御部95に実行させることで、制御部95の制御下で、成膜装置100での所望の処理が行われる。
Then, if desired, an arbitrary recipe is called from the
次に、上述の通りに構成された成膜装置100によりウエハW上にCu膜を成膜するプロセスについて説明する。図2はCu膜の成膜プロセスを示すフローチャートであり、図3にCu膜の成膜プロセスを模式的に示す図である。
Next, a process for forming a Cu film on the wafer W by the
先ず、ゲートバルブ39を開いて、ウエハWをチャンバ1内に搬入し、サセプタ2上に載置する(STEP1)。そして、排気装置38によりチャンバ1内を排気してチャンバ1内を13.33Pa(0.1torr)〜1333Pa(10torr)の所定圧力に維持する。なお、チャンバ1内の圧力は、後述するSTEP8の工程が終了するまで、この範囲に維持される。また、ヒーター5によりウエハWを、後にチャンバ1内に供給する二価のCuの原料物質が分解しない温度、例えば、50〜400℃、好ましくは50℃〜200℃の所定温度に加熱し、保持する(STEP2)。
First, the
次いで、二価のCuの原料物質を用いた第1段階のCu膜の成膜を行う。すなわち、第2のCu原料供給源21bにて、Cu(hfac)2等の二価のCuの原料物質をガス化して、例えば、Cu原料ガス流量;10〜1000mg/min、Ar流量;50〜2000mL/min(標準状態に換算した流量(sccm))、供給時間:0.1秒〜10秒の条件でチャンバ1内に導入し、二価のCuの原料物質を所定温度に加熱されたウエハWの全面に吸着させる(STEP3)。次いで、二価のCu原料ガスの供給を停止し、余剰の二価のCu原料ガスをチャンバ1内から排気除去する(STEP4)。この際に、チャンバ1内にArガスを、例えば、Ar流量;50〜5000mL/min(sccm)で供給して、チャンバ1内をパージしつつ残留ガスを排気除去するようにしてもよい。なお、パージガスとしては、次にチャンバ1内に供給されるH2ガス等を用いてもよい。
Next, a first-stage Cu film is formed using a divalent Cu source material. That is, in the second Cu
その後、H2ガス供給源24から還元性ガスとしてH2ガスをチャンバ1内に、例えば、流量;50〜5000mL/min(sccm)で導入し、その際に高周波電源33から高周波電力を、例えば、50〜1000Wでシャワーヘッド10と下部電極2aとの間に印加し、H2ガスをプラズマ化して水素ラジカル(H2 *)を生成させ、この水素ラジカル(H2 *)によりウエハWの表面に吸着している二価のCu原料物質を還元し、ウエハW上に第1段階のCu膜を形成する(STEP5)。このSTEP5の工程は、例えば、0.1秒〜10秒間行われる。
Thereafter, the H 2 gas into the chamber 1 as a reducing gas from the H 2
その後、H2ガスの供給および高周波電力の印加を停止し、チャンバ1内からH2ガスを排気除去する(STEP6)。このSTEP6の際には、先のSTEP4と同様に、チャンバ1内にArガスを供給してパージしつつ残留ガスを排気除去するようにしてもよい。
Thereafter, the supply of H 2 gas and the application of high frequency power are stopped, and the H 2 gas is exhausted and removed from the chamber 1 (STEP 6). In this
このようなSTEP3〜6の処理を、ウエハW上に成膜されるCuの薄膜が目的の膜厚、例えば、1nm〜100nmになるまで繰り返す。こうして、図3(a)に示されるような、ウエハWとの密着性が高く、核密度の高い緻密なCu膜50a(第1段階のCu膜)を形成することができる。
Such processing of STEPs 3 to 6 is repeated until the Cu thin film formed on the wafer W reaches a target film thickness, for example, 1 nm to 100 nm. Thus, a
例えば、従来はウエハWの表面にTa,TaN,Ti,TiN,W,WNのいずれかからなるバリア膜が形成されている場合には水を添加する等の処置が必要であり、これによりバリア膜が酸化されて密着性が低下したり、抵抗が大きくなる等の問題があったが、上述したSTEP3〜6によれば、このような添加物を必要としないために、バリア膜にダメージを与えることなく、良好な密着性を有する第1段階のCu膜を成膜することができる。バリア膜の表面にRu,Mg,In,Al,Ag,Co,Nb,B,V,Ir,Pd,Mn,Mn酸化物(MnO,Mn3O4,Mn2O3,MnO2,Mn2O7)のいずれかからなる密着層が形成されている場合には、さらに密着性の高い第1段階のCu膜を成膜することができる。 For example, conventionally, when a barrier film made of Ta, TaN, Ti, TiN, W, or WN is formed on the surface of the wafer W, it is necessary to take measures such as adding water. Although the film was oxidized and the adhesion was lowered and the resistance was increased, according to the above STEP 3 to 6, since such an additive is not required, the barrier film is damaged. A first-stage Cu film having good adhesion can be formed without giving. Ru, Mg, In, Al, Ag, Co, Nb, B, V, Ir, Pd, Mn, Mn oxide (MnO, Mn 3 O 4 , Mn 2 O 3 , MnO 2 , Mn 2 are formed on the surface of the barrier film. In the case where an adhesion layer made of any of O 7 ) is formed, a first-stage Cu film with higher adhesion can be formed.
次に、STEP6の終了後に、一価のCuの原料物質による第2段階のCu膜の成膜を、例えば、熱CVD法により行う。すなわち、ウエハWの保持温度を必要に応じて調整し、その後、第1のCu原料供給源21aにてCu(hfac)TMVS等の一価のCuの原料物質をガス化して、例えば、Cu原料ガス流量;10〜1000mg/minでチャンバ1に供給し、これと同時にH2ガス供給源24から還元性ガスとしてのH2ガスをチャンバ1内に、例えば、流量;50〜1000mL/min(sccm)で、第2段階のCu膜が所望の厚さ、例えば、1nm〜1000nmとなるまで、導入する(STEP7)。これにより、一価のCuの原料ガスとH2ガスによる還元反応により、先に成膜された第1段階のCu膜50a上に第2段階のCu膜が成長する。
Next, after the end of
このSTEP7の工程によれば、先に形成された第1段階のCu膜上に第2段階のCu膜を成膜するので、STEP7の工程により新たに形成される第2段階のCu膜部は、STEP6の工程の終了後に得られた第1段階のCu膜50aと密着性が極めて高い。こうして、図3(b)に示されるように、実質的に連続性(一体性)を有するCu膜50bを形成することができる。また、STEP3〜6の工程を繰り返すだけでは、第1段階のCu膜50aの核が成長するために平坦な膜を形成することは困難であるが、STEP7の工程により第2段階のCu膜を形成することで、平坦なCu膜50bを形成することができる。
According to this STEP7 process, the second-stage Cu film is formed on the previously formed first-stage Cu film, so the second-stage Cu film portion newly formed by the STEP7 process is The adhesion with the first-
なお、STEP7におけるウエハWの処理温度は、50℃〜400℃の範囲、好ましくは、50〜200℃の範囲に設定することが好ましく、STEP3〜6におけるウエハWの処理温度とは異なっていてもよいが、STEP3〜6におけるウエハWの処理温度と同じであれば、ウエハWの温度を調整する時間を必要としないので、スループットを向上させることができる。 Note that the processing temperature of the wafer W in STEP 7 is preferably set in the range of 50 ° C. to 400 ° C., preferably in the range of 50 to 200 ° C. Even if it is different from the processing temperature of the wafer W in STEP 3 to 6. However, if it is the same as the processing temperature of the wafer W in STEP 3 to 6, the time for adjusting the temperature of the wafer W is not required, so that the throughput can be improved.
STEP7の工程の終了後は、チャンバ1内の残留ガスを排気除去する(STEP8)。このSTEP8の工程においては、チャンバ1内にArガスを、例えば、Ar流量;50〜5000mL/min(sccm)で供給して、チャンバ1内をパージしつつ残留ガスを排気除去してもよい。こうしてチャンバ1内から残留ガスが除去されたら、ゲートバルブ39を開いて、ウエハWをチャンバ1の外部に搬出しゲートバルブ39を閉じる(STEP9)。このとき、次に処理するウエハWをチャンバ1内に搬入することも好ましい。
After the step 7 is finished, the residual gas in the chamber 1 is exhausted and removed (STEP 8). In the process of STEP 8, Ar gas may be supplied into the chamber 1 at, for example, an Ar flow rate; 50 to 5000 mL / min (sccm), and the remaining gas may be exhausted and removed while purging the chamber 1. When the residual gas is removed from the chamber 1 in this way, the
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこのような形態に限定されるものではない。例えば、二価のCuの原料物質を用いた第1段階のCu膜の成膜(STEP3〜6)では、還元性ガスを高周波エネルギでプラズマ化して原料物質の還元反応を進行させることでCu成膜を行う方法を例示したが、還元性ガスの還元性によっては、高周波を印加せず、サセプタ2に設けられたヒーター5等によってウエハWを所定の温度に加熱したときの、この熱エネルギによって原料物質の還元反応を進行させることで成膜を行うこともできる。また、二価のCuの原料物質の性質により、上述したPEALD法を用いずとも二価のCu原料物質を還元ガスとともに基板に供給する方法で成膜が可能な場合には、膜質、スループット、処理コスト等を考慮して、適当と判断される成膜方法を用いればよい。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to such a form. For example, in the first stage formation of a Cu film using a divalent Cu source material (STEPs 3 to 6), a reducing gas is turned into plasma with high-frequency energy and the reduction reaction of the source material proceeds to form a Cu composition. Although the film forming method has been exemplified, depending on the reducing property of the reducing gas, the high frequency is not applied, and the thermal energy when the wafer W is heated to a predetermined temperature by the heater 5 provided in the
Cuの原料物質として常温常圧で固体のものを用いる場合には気化器を用いる構成としてもよい。つまり、個体のCu原料を所定の溶媒に溶かしてタンク等に貯留し、Heガス等の圧送ガスをこのタンク内に導入することで、タンク内の液体原料を配管を通して一定流量でタンク外に設けられた気化器へ圧送し、この気化器において、圧送された液体原料を別のラインから供給される不活性ガス等のキャリアガスによって噴霧して気化させ、このキャリアガスと共にチャンバへ供給する構成としてもよい。なお、気化器からチャンバに至るガスラインは、気化したCu原料の固化防止のため、ヒーター等により所定温度に保持することが好ましい。 A vaporizer may be used in the case of using a solid material at normal temperature and pressure as the Cu raw material. In other words, solid Cu raw material is dissolved in a predetermined solvent and stored in a tank or the like, and a pressurized gas such as He gas is introduced into the tank so that the liquid raw material in the tank is provided outside the tank at a constant flow rate through the pipe. In this vaporizer, the liquid material thus pumped is sprayed and vaporized by a carrier gas such as an inert gas supplied from another line, and is supplied to the chamber together with this carrier gas. Also good. The gas line from the vaporizer to the chamber is preferably maintained at a predetermined temperature by a heater or the like in order to prevent solidification of the vaporized Cu raw material.
1;チャンバ
2;サセプタ
2a;下部電極
3;支持部材
5;ヒーター
10;シャワーヘッド
20;ガス供給機構
21a;第1のCu原料供給源
21b;第2のCu原料供給源
22;ヒーター
23;Arガス供給源
24;H2ガス供給源
25a;第1原料ガスライン
25b;第2原料ガスライン
95;制御部
W;ウエハ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1;
Claims (18)
一価のCuの原料物質を用いて前記第1段階のCu膜上に第2段階のCu膜を成膜する工程と、
を有することを特徴とする成膜方法。 Forming a first stage Cu film on the substrate using a divalent Cu source material;
Forming a second stage Cu film on the first stage Cu film using a monovalent Cu source material;
A film forming method comprising:
二価のCuの原料物質を用いたCVDにより基板上に第1段階のCu膜を成膜する工程と、
一価のCuの原料物質を用いたCVDにより前記第1段階のCu膜上に第2段階のCu膜を成膜する工程と、
を有することを特徴とする成膜方法。 Placing a substrate in a processing vessel;
Forming a first stage Cu film on the substrate by CVD using a divalent Cu source material;
Forming a second stage Cu film on the first stage Cu film by CVD using a monovalent Cu source material;
A film forming method comprising:
前記処理容器に一価のCuの原料物質をガス状で供給する第1のCu原料供給機構と、
前記処理容器に二価のCuの原料物質をガス状で供給する第2のCu原料供給機構と、
前記処理容器に収容された基板上に二価のCuの原料物質を用いて第1段階のCu膜を成膜し、次いで、一価のCuの原料物質を用いて前記第1段階のCu膜上に第2段階のCu膜を成膜するように、前記第1,第2のCu原料供給機構を制御する制御部と、
を具備することを特徴とする成膜装置。 A processing container accommodating a substrate and capable of being evacuated;
A first Cu raw material supply mechanism for supplying a monovalent Cu raw material in gaseous form to the processing vessel;
A second Cu raw material supply mechanism for supplying a divalent Cu raw material in gaseous form to the processing vessel;
A first-stage Cu film is formed on the substrate accommodated in the processing vessel using a divalent Cu source material, and then the first-stage Cu film is formed using a monovalent Cu source material. A controller for controlling the first and second Cu raw material supply mechanisms so as to form a second-stage Cu film thereon;
A film forming apparatus comprising:
前記処理容器内に供給される還元性ガスをプラズマ化させるためのプラズマ発生機構とをさらに具備し、
前記制御部は、前記二価のCuの原料物質を基板上に所定量供給して吸着させた後に前記処理容器内を排気し、前記還元性ガスを基板に供給しながらその還元性ガスをプラズマによりラジカル化させることにより前記基板に吸着した二価のCuの原料物質を還元させてCu膜を形成し、前記還元性ガスの供給停止後に前記処理容器内を排気する処理を所定回数繰り返し行うことによって前記第1段階のCu膜の成膜が行われるように、前記ガス供給機構と前記プラズマ発生機構をさらに制御することを特徴とする請求項12に記載の成膜装置。 A gas supply mechanism for supplying a reducing gas to the processing container;
A plasma generation mechanism for converting the reducing gas supplied into the processing vessel into plasma,
The control unit supplies a predetermined amount of the divalent Cu source material onto the substrate and adsorbs it, then exhausts the inside of the processing vessel and supplies the reducing gas to the substrate while supplying the reducing gas to plasma. The divalent Cu source material adsorbed on the substrate is reduced by radicalization by forming a Cu film, and after the supply of the reducing gas is stopped, the process container is evacuated a predetermined number of times. The film forming apparatus according to claim 12, wherein the gas supply mechanism and the plasma generation mechanism are further controlled so that the first-stage Cu film is formed by.
前記制御部は、前記一価のCuの原料物質を前記還元性ガスとともに前記処理容器に収容された基板に供給することにより前記第2段階のCu膜の成膜が行われるように、前記ガス供給機構をさらに制御することを特徴とする請求項12に記載の成膜装置。 A gas supply mechanism for supplying a reducing gas to the processing container;
The control unit supplies the monovalent Cu source material to the substrate accommodated in the processing vessel together with the reducing gas so that the second stage Cu film is formed. The film forming apparatus according to claim 12, further controlling the supply mechanism.
前記制御部は、前記第1段階および第2段階のCu膜の成膜がそれぞれ、基板が所定温度に加熱された状態で行われるように、前記基板加熱機構をさらに制御することを特徴とする請求項12から請求項14のいずれか1項に記載の成膜装置。 A substrate heating mechanism for heating the substrate contained in the processing container to a predetermined temperature;
The control unit further controls the substrate heating mechanism so that the first-stage and second-stage Cu films are formed in a state where the substrate is heated to a predetermined temperature. The film-forming apparatus of any one of Claims 12-14.
前記制御プログラムは、基板上にCu膜をCVD法により成膜する成膜装置を制御するコンピュータに、二価のCuの原料物質を用いて第1段階のCu膜を成膜し、次いで前記第1段階のCu膜上に一価のCuの原料物質を用いて第2段階のCu膜を成膜する処理を実行させることを特徴とするコンピュータ読取可能な記憶媒体。 A computer-readable storage medium storing a control program that runs on a computer,
The control program forms a first-stage Cu film using a divalent Cu source material on a computer that controls a film forming apparatus that forms a Cu film on a substrate by a CVD method, and then What is claimed is: 1. A computer-readable storage medium, characterized in that a second stage Cu film is formed on a first stage Cu film using a monovalent Cu source material.
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