JP2008024978A - 成膜方法、成膜装置及び記憶媒体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基板が載置された処理容器内に水蒸気が存在する状態で、銅の有機化合物(例えばCu(hfac)TMVS)からなる原料ガスを供給して基板上に銅の密着層を形成する。次いで、処理容器内の水蒸気と原料ガスとを排出して、その後、処理容器内に再び原料ガスを供給することにより密着層の表面に銅膜を成膜する。
【選択図】図3
Description
前記処理容器に水蒸気を供給する工程と、
前記処理容器に水蒸気が存在する状態で、前記処理容器内に銅の有機化合物からなる原料ガスを供給して前記基板上に銅の密着層を形成する工程と、
前記処理容器内の水蒸気と原料ガスとを排出する工程と、
前記処理容器内に再び原料ガスを供給して前記密着層の上に銅膜を成膜する工程と、を含むことを特徴とする。
ここで、前記水蒸気を供給する工程の水蒸気は、前記密着層を形成する原料ガスの供給と同時に処理容器内に供給してもよく、また、原料ガスの供給を開始する前までに予め処理容器内に供給するように構成してもよい。また、前記銅膜を成膜する工程は、前記水蒸気を供給する工程よりも少ない量の水蒸気を処理容器内に供給しながら行ってもよい。ここで前記基板は、100℃〜150℃の範囲内の温度に加熱されていることが好ましい。
チタンからなる下地膜上に、本実施の形態に係る成膜方法により密着層の形成と銅膜の成膜とを行い、それらの断面を観察した。
(実施例1−1)
ウエハW上に被覆されたチタンからなるバリアメタルの表面に、図3に示したプロセスシーケンスによって銅膜を形成した。なお、プロセス温度は130℃で、時刻T6〜T7の間における水蒸気の供給は行わなかった。これら銅膜と下地膜との断面をSEMで撮影した結果を図5(a)に示す。
(比較例1−1)
同じくチタン製のバリアメタルの表面に、図3に示したプロセスシーケンスの一部を変更して銅膜を形成した。本比較例におけるプロセスシーケンスでは、時刻T1〜時刻T7の期間中に水蒸気の供給を行わなかった点が(実施例1−1)と異なっている。なお、プロセス温度は130℃の条件で成膜を行った。これら銅膜と下地膜との断面をSEMで撮影した結果を図5(b)に示す。
図5(a)に示すように、水蒸気を供給して銅膜を成膜した(実施例1−1)では、有機不純物層の厚さが1.5nmとなっており、有機不純物層は殆ど形成されなかった。これに対して、水蒸気を供給しなかった(比較例1−1)では、図5(b)に示すように、有機不純物層の厚さが6nmと水蒸気を導入した場合の4倍にもなっている。このような厚い有機物層の形成により、下地膜と銅膜との密着性が悪化しているものと考えられる。
本実施の形態に係る成膜方法により銅膜を成膜し、その表面の凹凸を観察した。
(実施例2−1)
(実施例1−1)と同様の条件で銅膜を成膜した。この銅膜表面をSEMで撮影した結果を図6(a)に示す。
(比較例2−1)
(比較例1−1)と同様の条件で銅膜を成膜した。この銅膜表面をSEMで撮影した結果を図6(b)に示す。
(実施例2−1)の結果によれば、図6(a)に示すように銅膜表面の凹凸が小さく、モホロジーの良好な銅膜が成膜されている。一方で、処理容器10内に水蒸気を供給しない(比較例2−1)の結果によれば、図6(b)に示すように銅膜表面の凹凸が大きく、モホロジーの悪い銅膜が成膜されている。これらの結果から、Cu(hfac)TMVSガスを原料とするCVDにおいて水蒸気を供給してプロセス温度を低下させた結果、銅膜表面のモホロジーを改善できることが分かる。
表面にトレンチを形成したウエハWに、本実施の形態に係る成膜方法により銅膜を成膜し、トレンチの埋め込み性を確認した。
(実施例3−1)
図3に示したプロセスシーケンスによって銅膜を形成し、幅120nm、深さ500nm(アスペクト比4.2)のトレンチに銅を埋め込んだ。このトレンチの表面には、予めイオン化PVDにより厚さ15nmのチタンからなる下地膜が形成されている。このトレンチの断面をSEMで撮影した結果を図7(a)に示す。
(実施例3−2)
同様の手法で銅膜を形成し、幅80nm、深さ500nm(アスペクト比6.3)のトレンチに銅を埋め込んだ。トレンチの表面には、(実施例3−1)と同様にチタンからなる下地膜が形成されている。このトレンチの断面をSEMで撮影した結果を図7(b)に示す。
図7(a)、図7(b)に示すように、(実施例3−1)、(実施例3−2)いずれの場合にも有機不純物層は殆ど形成されず、トレンチ表面の濡れ性が低下しなかった結果、どちらの場合にもトレンチへの埋め込み性は良好であった。
1 CVD装置
10 処理容器
10a 大径円筒部
10b 小径円筒部
11 ステージ
11a ヒータ
12 支持部材
13 支持ピン
14 支持部材
15 昇降機構
16 排気管
17 真空ポンプ
18 ゲートバルブ
19 搬送口
21 開口部
22 ガスシャワーヘッド
25a 下部ガス室
25b 上部ガス室
27 ガス供給孔
27a 原料ガス供給孔
27b 水蒸気供給孔
31 原料ガス供給路
32 原料タンク
33 加圧部
34 LMFC
35 ベーパライザ
36 キャリアガス供給源
37 MFC
41 水蒸気供給路
42 水蒸気供給源
43 MFC
50 制御部
80、81 SiOC膜
82 SiN膜
83 バリアメタル層
84 銅配線
800 トレンチ
Claims (8)
- 気密な処理容器内に基板を載置する工程と、
前記処理容器に水蒸気を供給する工程と、
前記処理容器に水蒸気が存在する状態で、前記処理容器内に銅の有機化合物からなる原料ガスを供給して前記基板上に銅の密着層を形成する工程と、
前記処理容器内の水蒸気と原料ガスとを排出する工程と、
前記処理容器内に再び原料ガスを供給して前記密着層の上に銅膜を成膜する工程と、を含むことを特徴とする成膜方法。 - 前記水蒸気を供給する工程の水蒸気は、前記密着層を形成する工程の原料ガスの供給と同時に処理容器内に供給することを特徴とする請求項1に記載の成膜方法。
- 前記水蒸気を供給する工程の水蒸気は、前記密着層を形成する工程の原料ガスの供給を開始する前までに予め処理容器内に供給することを特徴とする請求項1に記載の成膜方法。
- 前記銅膜を成膜する工程は、前記水蒸気を供給する工程よりも少ない量の水蒸気を処理容器内に供給しながら行うことを特徴とする請求項1ないし3のいずれか一つに記載の成膜方法。
- 前記基板は、100℃〜150℃の範囲内の温度に加熱されていることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか一つに記載の成膜方法。
- 前記基板上には、チタン及びタンタルから選択された金属からなる下地膜、または前記金属と窒素、炭素または酸素のいずれか1つ若しくは2つの元素との化合物からなる下地膜、あるいはルテニウムまたはその酸化物からなる下地膜が形成されており、この下地膜の上に銅膜を成膜することを特徴とする請求項1ないし5のいずれか一つに記載の成膜方法。
- 基板を載置する載置台が内部に設けられた気密な処理容器と、
この処理容器内に水蒸気を供給する水蒸気供給手段と、
前記処理容器内に銅の有機化合物からなる原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、
前記処理容器内を排気する排気手段と、
前記処理容器に水蒸気を供給するステップと、前記処理容器内に水蒸気が存在する状態で、前記基板上に銅の密着層を形成するために前記処理容器内に前記原料ガスを供給するステップと、前記処理容器内の水蒸気と原料ガスとを排出するステップと、前記密着層の上に銅膜を成膜するために前記処理容器内に再び前記原料ガスを供給するするステップと、を実行するように各手段を制御する制御部と、を備えたことを特徴とする成膜装置。 - 銅膜を成膜する成膜装置に用いられるコンピュータプログラムを格納した記憶媒体であって、
請求項1ないし6のいずれか一つに記載の成膜方法を実行するようにステップ群が組まれていることを特徴とする記憶媒体。
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