JP2010209410A - Ｃｕ膜の成膜方法および記憶媒体 - Google Patents

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Abstract

【課題】表面性状が良好なＣＶＤ−Ｃｕ膜を高い成膜速度で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】Ｃｕ膜を成膜するＣｕ膜の成膜方法は、相対的に高い第１の温度に保持された、成膜下地膜としてのＲｕ膜を有するウエハに、Ｃｕ錯体からなる成膜原料を供給してウエハ上にＣｕの初期核を生成する工程と、相対的に低い第２の温度に保持されたウエハに、Ｃｕ錯体からなる成膜原料を供給してＣｕの初期核が生成したウエハ上にＣｕを堆積させる工程とを有する。
【選択図】図２

Description

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。
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。
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。
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。
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）。
このようなＣｕ錯体を原料としてＣＶＤ−Ｃｕ膜を成膜する場合には、最初に下地膜の表面に初期核が生成され、その上にＣｕが堆積されてＣｕ膜となる。良好な表面性状を有するＣｕ膜を形成するためには、初期核密度が高め、これを凝集させずに成膜する必要がある。
特開２０００−２８２２４２号公報
ところで、成膜原料であるＣｕ錯体としては１価のものが多用され、１３０〜１５０℃程度の温度で凝集させることなくＣｕ膜を成膜することができるが初期核生成に時間がかかり、成膜速度が遅くなってしまう。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、表面性状が良好なＣＶＤ−Ｃｕ膜を高い成膜速度で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。
本発明は、基板上にＣＶＤ法によりＣｕ膜を成膜するＣｕ膜の成膜方法であって、相対的に高い第１の温度に保持された基板にＣｕ錯体からなる成膜原料を供給して基板上にＣｕの初期核を生成する工程と、相対的に低い第２の温度に保持された基板に、Ｃｕ錯体からなる成膜原料を供給してＣｕの初期核が生成した基板上にＣｕを堆積させる工程とを有することを特徴とするＣｕ膜の成膜方法を提供する。
本発明は、Ｃｕ錯体として１価のものを用いた場合に好適である。また、本発明において、基板として表面にＣＶＤ法で形成されたＲｕ膜を有するものを用い、前記Ｒｕ膜の上にＣｕ膜を成膜するようにすることが好ましい。
また、本発明において、前記第１の温度が２４０〜２８０℃であり、前記第２の温度が１５０〜１３０℃であることが好ましい。さらに、前記Ｃｕ初期核生成の後、基板を冷却する工程をさらに有することが好ましい。
本発明において、処理容器内で、サセプタ上に基板を載置し、ヒーターによりサセプタを加熱しつつ前記処理容器内の圧力を相対的に高圧の第１の圧力にして基板を前記第１の温度近傍の温度に加熱した後、前記処理容器内の圧力を相対的に低圧の第２の圧力にして、前記第１の温度で前記Ｃｕの初期核を生成する工程を行い、基板温度が前記第２の温度になった時点で前記Ｃｕを堆積させる工程を行うようにすることができる。
本発明において、第１のユニットにて前記Ｃｕの初期核を生成する工程を行った後、第２のユニットにて前記Ｃｕを堆積する工程を行うようにすることもできる。
また、本発明において、前記Ｃｕの初期核を生成する工程に先立って、前記第１の温度よりも高い温度に基板を予備加熱する工程をさらに有し、予備加熱後の基板を加熱せずに、前記Ｃｕの初期核を生成する工程と、前記Ｃｕを堆積させる工程とを実施するようにすることもできる。この場合に、前記予備加熱温度は、前記第１の温度よりも高いことが好ましい。前記予備加熱は、予備加熱ユニットで行い、前記Ｃｕの初期核を生成する工程および前記Ｃｕを堆積させる工程は、Ｃｕ膜成膜ユニットにて行うようにすることができる。また、前記予備加熱は、予備加熱ユニットで行い、前記Ｃｕの初期核を生成する工程は、Ｃｕ初期核生成ユニットで行い、前記Ｃｕを堆積する工程は、Ｃｕ堆積ユニットで行うようにすることもできる。
本発明の第２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。
本発明によれば、相対的に高い第１の温度でＣｕの核生成を行うため、核生成の時間、特にインキュベーション時間を短くすることができ、その後、相対的に低い第２の温度でＣｕの堆積を行うため、Ｃｕの凝集を抑制して平滑性の高い良好な表面性状を有するＣｕ膜を形成することができる。このため、表面性状が良好なＣＶＤ−Ｃｕ膜を高い成膜速度で成膜することができる。
本発明の第１の実施形態に係る成膜方法を実施する成膜装置の構成の一例を示す概略断面図である。 本発明の第１の実施形態の方法を示すフローチャートである。 下地膜であるＣＶＤ−Ｒｕ膜の上にＣｕの初期核が生成した状態を示す模式図である。 Ｃｕの初期核を埋めるようにＣｕが堆積し、Ｃｕ膜が成膜された状態を示す模式図である。 本発明の第２の実施形態の成膜方法を実施するための成膜装置の一例を示す模式図である。 第２の実施形態に係る成膜方法を示すフローチャートである。 本発明の第３の実施形態の成膜方法を実施するための成膜装置の一例を示す模式図である。 図７の装置の予備加熱ユニットを示す概略断面図である。 図７の装置のＣｕ膜成膜ユニットを示す概略断面図である。 第３の実施形態に係る成膜方法を示すフローチャートである。 本発明の第４の実施形態の成膜方法を実施するための成膜装置の一例を示す模式図である。 第４の実施形態に係る成膜方法を示すフローチャートである。 実際に本発明の第３の実施形態を適用した際の、初期核生成後およびＣｕ堆積後の状態を示す走査型顕微鏡写真である。
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。
＜第１の実施形態＞
（第１の実施形態の成膜方法を実施するための成膜装置の構成）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る成膜方法を実施する成膜装置の構成の一例を示す概略断面図である。
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。
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１価の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。
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。
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。また、圧力計２４によりチャンバー１内の圧力が検出されるようになっており、この検出値に基づいて排気装置２３の圧力制御バルブの開度が制御されチャンバー１内の圧力が制御される。
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２５と、この搬入出口２５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２６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。
ガス供給機構３０は、１価の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）ＡＴＭＳ、Ｃｕ（ｈｆａｃ）ＤＭＤＶＳ、Ｃｕ（ｈｆａｃ）ＴＭＯＶＳ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。
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。
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。
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。
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。
（第１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。
ここでは、表面にＣＶＤ法によりＲｕ膜（ＣＶＤ−Ｒｕ膜）が形成されたウエハＷを用い、その上に成膜原料として１価のβジケトン錯体であるＣｕ（ｈｆａｃ）ＴＭＶＳを用いてＣｕ膜を成膜する例について説明する。なお、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。
図２は第１の実施形態に係るＣｕ膜の成膜方法のフローチャートである。
まず、ヒーター５によりサセプタ２を、例えば２２０〜２５０℃に加熱しておき、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（ステップ１）。
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内の圧力を相対的に高い第１の圧力、例えば１３３〜１３３３Ｐａ（１〜１０Ｔｏｒｒ）として、ウエハＷをサセプタ２の温度と同程度の相対的に高い第１の温度でプリヒートする（ステップ２）。このとき、同時に、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０〜１５００ｍＬ／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。
所定時間経過後、チャンバー１内の圧力を相対的に低い第１の圧力、例えば４．０〜１３．３Ｐａ（０．０３〜０．１Ｔｏｒｒ）に低下させるとともに、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の初期核生成を行う（ステップ３）。このときのＣｕ（ｈｆａｃ）ＴＭＶＳの流量は、例えば液体として５０〜１０００ｍｇ／ｍｉｎ程度とする。
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、図３に示すように、下地膜であるＣＶＤ−Ｒｕ膜２０１の上にＣｕの初期核２０２が生成する。
２Ｃｕ（ｈｆａｃ）ＴＭＶＳ→Ｃｕ＋Ｃｕ（ｈｆａｃ）２＋２ＴＭＶＳ…（１）
この工程の最初のウエハＷの温度は、サセプタ２の温度と同程度、例えば２２０〜２５０℃程度となっており、通常の成膜温度よりも高いため、初期核の生成が促進され、短時間で高密度の初期核が生成される。
このとき、チャンバー１内の圧力は相対的に低い第２の圧力になっているため、サセプタ２からウエハＷへの伝熱が小さく、温度は徐々に低下するが、初期核生成期間は十分高い温度に維持される。
初期核生成が終了した時点では、ウエハＷの温度が成膜温度よりも高いため、Ｃｕ（ｈｆａｃ）ＴＭＶＳの供給を停止して、チャンバー１内の圧力を第２の圧力に維持したまま、ウエハＷを冷却する（ステップ４）。
そして、成膜温度である相対的に低い第２の温度、例えば１３０〜１５０℃までウエハＷが冷却された時点で、Ｃｕ（ｈｆａｃ）ＴＭＶＳの供給を再開してＣｕの堆積を行う（ステップ５）。この際のＣｕ（ｈｆａｃ）ＴＭＶＳの流量は、例えば５０〜１０００ｍｇ／ｍｉｎとする。これにより、上記（１）式に示す反応により、図４に示すように、Ｃｕの初期核２０２を埋めるようにＣｕが堆積し、Ｃｕ膜２０３が成膜される。
このとき、相対的に低い第２の温度、例えば１３０〜１５０℃で成膜が行われるので、Ｃｕの凝集が生じ難く、平滑性の高い良好な表面性状を有するＣｕ膜が形成される。
そして、このようにしてＣｕ膜を成膜した後、チャンバー１内のパージを行う（ステップ６）。この際に、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、キャリアガスおよび希釈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。この場合に、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。
パージが終了後、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２５を介してウエハＷを搬出する（ステップ７）。これにより、１枚のウエハＷの一連の工程が終了する。
以上のように、本実施形態では、相対的に高い第１の温度でＣｕの核生成を行うため、核生成の時間、特にインキュベーション時間を短くすることができ、その後、相対的に低い第２の温度でＣｕの堆積を行うため、Ｃｕの凝集を抑制して平滑性の高い良好な表面性状を有するＣｕ膜が形成される。すなわち、表面性状が良好なＣＶＤ−Ｃｕ膜を高い成膜速度で成膜することができる。
また、本実施形態では、基本的に１つのチャンバーで、チャンバー内圧力を変更することで初期核の生成およびＣｕの堆積を行うため、搬送のための時間が不要であり、成膜速度を高める効果が極めて大きい。
＜第２の実施形態＞
（第２の実施形態の成膜方法を実施するための成膜装置の構成）
図５は本発明の第２の実施形態の成膜方法を実施するための成膜装置の一例を示す模式図である。この成膜装置は、Ｃｕの初期核生成と、その後のＣｕの堆積とを真空を破ることなくｉｎ−ｓｉｔｕで連続して実施することができるマルチチャンバタイプである。
この成膜装置は、いずれも真空に保持されている、Ｃｕ初期核生成ユニット６１と、Ｃｕ堆積ユニット６２とを備えており、これらが搬送室６５にゲートバルブＧを介して接続されている。また、搬送室６５にはロードロック室６６、６７がゲートバルブＧを介して接続されている。搬送室６５は真空に保持されている。ロードロック室６６、６７の搬送室６５と反対側には大気雰囲気の搬入出室６８が設けられており、搬入出室６８のロードロック室６６、６７の接続部分と反対側にはウエハＷを収容可能なキャリアＣを取り付ける３つのキャリア取り付けポート６９、７０、７１が設けられている。
搬送室６５内には、Ｃｕ初期核生成ユニット６１と、Ｃｕ堆積ユニット６２、ロードロック室６６，６７に対して、ウエハＷの搬入出を行う搬送装置７２が設けられている。この搬送装置７２は、搬送室６５の略中央に設けられており、回転および伸縮可能な回転・伸縮部７３の先端に半導体ウエハＷを支持する２つの支持アーム７４ａ，７４ｂを有しており、これら２つの支持アーム７４ａ，７４ｂは互いに反対方向を向くように回転・伸縮部７３に取り付けられている。
搬入出室６８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６６，６７に対するウエハＷの搬入出を行う搬送装置７６が設けられている。この搬送装置７６は、多関節アーム構造を有しており、キャリアＣの配列方向に沿ってレール７８上を走行可能となっていて、その先端の支持アーム７７上にウエハＷを載せてその搬送を行う。
この成膜装置は、各構成部を制御する制御部８０を有しており、これによりＣｕ初期核生成ユニット６１の各構成部、Ｃｕ堆積ユニット６２の各構成部、搬送装置７２、７６、搬送室６５の排気系（図示せず）、ゲートバルブＧの開閉等の制御を行うようになっている。この制御部８０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８１と、ユーザーインターフェース８２と、記憶部８３とを有しており、これらは図１のプロセスコントローラ５１、ユーザーインターフェース５２および記憶部５３と同様に構成される。
なお、Ｃｕ初期核生成ユニット６１、およびＣｕ堆積ユニット６２は、いずれも上記第１の実施形態の成膜装置１００と同様に構成される。
（第２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。
図６は第２の実施形態に係る成膜方法を示すフローチャートである。
まず、キャリアＣから搬入出室６８の搬送装置７６によりロードロック室６６，６７のいずれかにウエハＷを搬入する（ステップ１１）。そして、そのロードロック室を真空排気した後、搬送室６５の搬送装置７２により、そのウエハＷを取り出し、Ｃｕ初期核生成ユニット６１にウエハＷを搬入する（ステップ１２）。
Ｃｕ初期核生成ユニット６１においては、ウエハＷをサセプタに載置し、チャンバー内圧力を、例えば４．０〜１３．３Ｐａ（０．０３〜０．１Ｔｏｒｒ）に設定し、サセプタの温度を相対的に高温の第１の温度、例えば２４０〜２８０℃に設定して、第１の実施形態と同様、キャリアガスおよび希釈ガスをチャンバー内に供給して安定化を行った後、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℃の気化器で気化させてチャンバー内に導入し、Ｃｕの初期核生成を行う（ステップ１３）。これにより、第１の実施形態と同様、図３に示すように、下地膜であるＣＶＤ−Ｒｕ膜２０１の上にＣｕの初期核２０２が生成する。このときのＣｕ（ｈｆａｃ）ＴＭＶＳの流量は、例えば液体として５０〜１０００ｍｇ／ｍｉｎ程度とする。
この工程では、サセプタ温度が相対的に高温の第１の温度、例えば２４０〜２８０℃に設定されており、ウエハＷの温度は通常の成膜温度である１５０℃よりも高い２００℃以上となっているため、初期核の生成が促進され、短時間で高密度の初期核が生成される。
次に、Ｃｕ（ｈｆａｃ）ＴＭＶＳの供給を停止して、チャンバー内のパージを行った後、搬送装置７２によりウエハＷを搬送室６５へ搬出して冷却する（ステップ１４）。このとき、搬送室６５の圧力を１３３〜１３３３Ｐａ（１〜１０Ｔｏｒｒ）と高く設定して、ウエハＷの冷却を促進する。
そして、成膜温度である相対的に低い第２の温度、例えば１３０〜１５０℃までウエハＷが冷却された時点で、搬送装置７２上のウエハＷをＣｕ堆積ユニット６２に搬入する（ステップ１５）。
Ｃｕ堆積ユニット６２においては、チャンバー内圧力を、例えば４．０〜１３．３Ｐａ（０．０３〜０．１Ｔｏｒｒ）に設定し、サセプタの温度を相対的に低温の第２の温度、例えば１３０〜１５０℃に設定して、第１の実施形態と同様、キャリアガスおよび希釈ガスをチャンバー内に供給して安定化を行った後、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℃の気化器で気化させてチャンバー内に導入し、Ｃｕの堆積を行う（ステップ１６）。この際のＣｕ（ｈｆａｃ）ＴＭＶＳの流量は、例えば５０〜１０００ｍｇ／ｍｉｎとする。これにより、上記（１）式に示す反応により、第１の実施形態と同様、図４に示すように、Ｃｕの初期核２０２を埋めるようにＣｕが堆積し、Ｃｕ膜２０３が成膜される。
このとき、相対的に低い第２の温度、例えば１３０〜１５０℃で成膜が行われるので、Ｃｕの凝集が生じ難く、平滑性の高い良好な表面性状を有するＣｕ膜が形成される。
次に、Ｃｕ堆積ユニット６２のパージを行った後、搬送装置７２によりウエハＷをＣｕ堆積ユニット６２から搬送室６５へ搬出し、さらにロードロック室６６、６７を経て搬送装置７６により、いずれかのキャリアＣに搬出される（ステップ１７）。
以上のように、本実施形態においても、相対的に高い第１の温度でＣｕの核生成を行うため、核生成の時間、特にインキュベーション時間を短くすることができ、その後、相対的に低い第２の温度でＣｕの堆積を行うため、Ｃｕの凝集を抑制して平滑性の高い良好な表面性状を有するＣｕ膜が形成される。すなわち、表面性状が良好なＣＶＤ−Ｃｕ膜を高い成膜速度で成膜することができる。
また、本実施形態においては、Ｃｕ初期核生成ユニット６１とＣｕ堆積ユニット６２の２つを、Ｃｕ初期核生成およびＣｕ堆積のそれぞれに適した条件に設定するので、ウエハ搬送の時間は必要であるが、条件変更等の待機時間を少なくすることができる。
＜第３の実施形態＞
（第３の実施形態の成膜方法を実施するための成膜装置の構成）
図７は本発明の第３の実施形態の成膜方法を実施するための成膜装置の一例を示す模式図である。本実施形態では、第２の実施形態の装置におけるＣｕ初期核生成ユニット６１と、Ｃｕ堆積ユニット６２の代わりに、予備加熱ユニット９１と、Ｃｕ成膜ユニット９２を有している以外は、図５と同様の構成を有しているので、同じものには同じ番号を付して説明を省略する。
予備加熱ユニット９１と、Ｃｕ成膜ユニット９２は、真空に保持されており、搬送室６５にゲートバルブＧを介して接続されている。
予備加熱ユニット９１は、図８に示すように、チャンバー１０１と、チャンバー１０１内に設けられ、ヒーター１０２ａが埋設されたサセプタ１０２と、雰囲気ガス、例えばＨ２ガスを供給する雰囲気ガス供給源１０４が配管１０３を介して接続されたガス導入部１０５と、真空ポンプ等を備えた排気装置（図示せず）につながる排気管１０６とを有している。
このような予備加熱ユニット９１においては、サセプタ１０２はヒーター１０２ａにより初期核生成の際の温度よりも高い温度、例えば３５０〜３８０℃に加熱され、チャンバー１０１内は１３３〜１３３３Ｐａ（１〜１０Ｔｏｒｒ）と高圧に保持されて、短時間でウエハＷを予備加熱できるように構成される。
また、Ｃｕ膜成膜ユニット９２は、図９に示すように、ヒーター５を有していない他は、図１の成膜装置１００と同様に構成されている。このようにＣｕ膜成膜ユニット９２にヒーターを設けないことにより、Ｃｕ膜成膜中にウエハＷに熱が供給されてＣｕが凝集することを極力防止するようになっている。なお、図９のＣｕ膜成膜ユニット９２においては、ヒーター５、ヒーター電源６、ヒーターコントローラ８、制御部５０を有していないだけで他は図１の成膜装置１００と同じであるから、同じものには同じ符号を付して説明を省略する。なお、熱電対７の信号は、制御部８０のプロセスコントローラ８１に送られるようになっている。
（第３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。
図１０は第３の実施形態に係る成膜方法を示すフローチャートである。
まず、キャリアＣから搬入出室６８の搬送装置７６によりロードロック室６６，６７のいずれかにウエハＷを搬入する（ステップ２１）。そして、そのロードロック室を真空排気した後、搬送室６５の搬送装置７２により、そのウエハＷを取り出し、予備加熱ユニット９１にウエハＷを搬入する（ステップ２２）。
予備加熱ユニット９１においては、初期核生成の際の温度よりも高い温度、例えば３２０〜３８０℃に加熱され、チャンバー１０１内は、１３３〜１３３３Ｐａ（１〜１０Ｔｏｒｒ）と高圧に保持され、この状態でウエハＷをサセプタ１０２上で予備加熱する（ステップ２３）。このように高温高圧条件でウエハＷを予備加熱するので、短時間でウエハＷを所望の温度に予備加熱することができる。
次に、搬送装置７２により、ウエハＷを予備加熱ユニット９１から搬出し、Ｃｕ成膜ユニット９２に搬入する（ステップ２４）。
Ｃｕ膜成膜ユニット９２においては、ウエハＷをサセプタ２に載置し、チャンバー１内の圧力を、例えば４．０〜１３．３Ｐａ（０．０３〜０．１Ｔｏｒｒ）に設定し、第１の実施形態と同様、キャリアガスおよび希釈ガスをチャンバー１内に供給して安定化を行い、ウエハＷの温度が相対的に高温の第１の温度、例えば２４０〜２８０℃になった時点で、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℃の気化器で気化させてチャンバー内に導入し、Ｃｕの初期核生成を行う（ステップ２５）。これにより、第１の実施形態と同様、図３に示すように、下地膜であるＣＶＤ−Ｒｕ膜２０１の上にＣｕの初期核２０２が生成する。このときのＣｕ（ｈｆａｃ）ＴＭＶＳの流量は、例えば液体として５０〜１０００ｍｇ／ｍｉｎ程度とする。
この工程では、ウエハ温度が相対的に高温の第１の温度、例えば２４０〜２８０℃になった時点で初期核生成を行い、ウエハＷの温度は通常の成膜温度である１５０℃よりも高い２００℃以上となっているため、初期核の生成が促進され、短時間で高密度の初期核が生成される。
次に、Ｃｕ（ｈｆａｃ）ＴＭＶＳの供給を停止して、チャンバー１内の圧力を同じ圧力に維持したまま、ウエハＷを冷却する（ステップ２６）。
そして、成膜温度である相対的に低い第２の温度、例えば１３０〜１５０℃までウエハＷが冷却された時点で、Ｃｕ（ｈｆａｃ）ＴＭＶＳの供給を再開してＣｕの堆積を行う（ステップ２７）。この際のＣｕ（ｈｆａｃ）ＴＭＶＳの流量は、例えば５０〜１０００ｍｇ／ｍｉｎとする。これにより、上記（１）式に示す反応により、第１の実施形態と同様、図４に示すように、Ｃｕの初期核２０２を埋めるようにＣｕが堆積し、Ｃｕ膜２０３が成膜される。
このとき、相対的に低い第２の温度、例えば１３０〜１５０℃で成膜が行われるので、Ｃｕの凝集が生じ難く、平滑性の高い良好な表面性状を有するＣｕ膜が形成される。
次に、Ｃｕ膜成膜ユニット９２のパージを行った後、搬送装置７２によりウエハＷを搬送室６５へ搬出し、さらにロードロック室６６，６７を経て搬送装置７６により、いずれかのキャリアＣに搬出される（ステップ２８）。
以上のように、本実施形態においても、相対的に高い第１の温度でＣｕの核生成を行うため、核生成の時間、特にインキュベーション時間を短くすることができ、その後、相対的に低い第２の温度でＣｕの堆積を行うため、Ｃｕの凝集を抑制して平滑性の高い良好な表面性状を有するＣｕ膜が形成される。すなわち、表面性状が良好なＣＶＤ−Ｃｕ膜を高い成膜速度で成膜することができる。
また、予備加熱ユニット９１により初期核生成温度よりも高い温度に加熱した後、別個に設けられたＣｕ膜成膜ユニット９２ではウエハＷを加熱せずに初期核生成およびＣｕ堆積を行うので、ウエハＷに余分な熱がかからずＣｕの凝集をより効果的に防止することができる。
＜第４の実施形態＞
（第４の実施形態の成膜方法を実施するための成膜装置の構成）
図１１は本発明の第４の実施形態の成膜方法を実施するための成膜装置の一例を示す模式図である。本実施形態では、第３の実施形態の装置におけるＣｕ膜成膜ユニット９２の代わりに、Ｃｕ初期核生成ユニット１１１およびＣｕ堆積ユニット１１２を有している以外は、図７と同様の構成を有しているので、同じものには同じ番号を付して説明を省略する。
Ｃｕ初期核生成ユニット１１１およびＣｕ堆積ユニット１１２は、いずれも第３の実施形態のＣｕ膜成膜ユニット９２と同じ構成を有している。
（第４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。
図１２は第４の実施形態に係る成膜方法を示すフローチャートである。
まず、キャリアＣから搬入出室６８の搬送装置７６によりロードロック室６６、６７のいずれかにウエハＷを搬入する（ステップ３１）。そして、そのロードロック室を真空排気した後、搬送室６５の搬送装置７２により、そのウエハＷを取り出し、予備加熱ユニット９１にウエハＷを搬入する（ステップ３２）。
予備加熱ユニット９１においては、第３の実施形態と同様、サセプタは初期核生成の際の温度よりも高い温度、例えば３５０〜３８０℃に加熱され、チャンバー内は１３３〜１３３３Ｐａ（１〜１０Ｔｏｒｒ）と高圧に保持され、この状態でウエハＷを予備加熱する（ステップ３３）。このように高温高圧条件でウエハＷを予備加熱するので、短時間でウエハＷを所望の温度に予備加熱することができる。
次に、搬送装置７２により、ウエハＷを予備加熱ユニット９１から搬出し、Ｃｕ初期核生成ユニット１１１に搬入する（ステップ３４）。
Ｃｕ初期核生成ユニット１１１においては、ウエハＷをサセプタに載置し、チャンバー内の圧力を、例えば４．０〜１３．３Ｐａ（０．０３〜０．１Ｔｏｒｒ）に設定し、第１の実施形態と同様、キャリアガスおよび希釈ガスをチャンバー１内に供給して安定化を行い、サセプタの温度が相対的に高温の第１の温度、例えば２４０〜２８０℃になった時点で、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℃の気化器で気化させてチャンバー内に導入し、Ｃｕの初期核生成を行う（ステップ３５）。これにより、第１の実施形態と同様、図３に示すように、下地膜であるＣＶＤ−Ｒｕ膜２０１の上にＣｕの初期核２０２が生成する。このときのＣｕ（ｈｆａｃ）ＴＭＶＳの流量は、例えば液体として５０〜１０００ｍｇ／ｍｉｎ程度とする。
この工程では、ウエハ温度が相対的に高温の第１の温度、例えば２４０〜２８０℃になった時点で初期核生成を行い、ウエハＷの温度は通常の成膜温度である１５０℃よりも高い２００℃以上となっているため、初期核の生成が促進され、短時間で高密度の初期核が生成される。
次に、Ｃｕ（ｈｆａｃ）ＴＭＶＳの供給を停止して、チャンバー内をパージした後、搬送装置７２によりウエハＷを搬送室６５に搬出してウエハＷを冷却し（ステップ３６）、Ｃｕ堆積ユニット１１２に搬入する（ステップ３７）。
Ｃｕ堆積ユニット１１２においては、チャンバー内圧力を、例えば４．０〜１３．３Ｐａ（０．０３〜０．１Ｔｏｒｒ）に設定し、ウエハＷの温度が低温の第２の温度、例えば１３０〜１５０℃になった時点で、第１の実施形態と同様、キャリアガスおよび希釈ガスをチャンバー内に供給して安定化を行った後、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℃の気化器で気化させてチャンバー内に導入し、Ｃｕの堆積を行う（ステップ３８）。この際のＣｕ（ｈｆａｃ）ＴＭＶＳの流量は、核生成の際よりも少ない流量、例えば１００〜５００ｍｇ／ｍｉｎとする。これにより、上記（１）式に示す反応により、第１の実施形態と同様、図４に示すように、Ｃｕの初期核２０２を埋めるようにＣｕが堆積し、Ｃｕ膜２０３が成膜される。
次に、Ｃｕ堆積ユニット１１２のパージを行った後、搬送装置７２によりウエハＷを搬送室６５へ搬出し、さらにロードロック室６６，６７を経て搬送装置７６により、いずれかのキャリアＣに搬出される（ステップ３９）。
以上のように、本実施形態においても、相対的に高い第１の温度でＣｕの核生成を行うため、核生成の時間、特にインキュベーション時間を短くすることができ、その後、相対的に低い第２の温度でＣｕの堆積を行うため、Ｃｕの凝集を抑制して平滑性の高い良好な表面性状を有するＣｕ膜が形成される。すなわち、表面性状が良好なＣＶＤ−Ｃｕ膜を高い成膜速度で成膜することができる。
また、予備加熱ユニット９１により初期核生成温度よりも高い温度に加熱した後、別個に設けられたＣｕ初期核生成ユニット１１１およびＣｕ堆積ユニット１１２ではウエハＷを加熱せずに初期核生成およびＣｕ堆積を行うので、ウエハＷに余分な熱がかからずＣｕの凝集をより効果的に防止することができる。
さらに、Ｃｕ初期核生成ユニット１１１で初期核生成を行った後、Ｃｕ堆積ユニット１１２へウエハＷを搬送するので、その間にウエハＷを冷却することができ、ウエハ搬送の時間は必要であるが、条件変更等の待機時間を少なくすることができる。
＜実施例＞
ここでは、実際に第３の実施形態の方法を用い、成膜原料としてＣｕ（ｈｆａｃ）ＴＭＶＳを用いて、３５０℃の予備加熱を行った後に、初期核形成を行い、その後１５０℃でＣｕ堆積を行い厚さ３０ｎｍのＣｕ膜を成膜した。これにより、従来の１５０℃で初期核形成およびＣｕ堆積を行ってＣｕ膜を成膜するよりも５分以上短縮することができた。これは、インキュベーション時間の短縮によるものが大きい。また、初期核生成後およびＣｕ堆積後の状態を図１３の（ａ）、（ｂ）の走査型顕微鏡（ＳＥＭ）写真に示す。これらから明らかなように、高密度の初期核が得られ、膜の平滑性が高いことが確認された。
＜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、上記実施形態においては、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。
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。
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。
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。
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
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
５０，８０；制御部
６１；Ｃｕ初期核生成ユニット
６２；Ｃｕ堆積ユニット
６５；搬送室
６６，６７；ロードロック室
６８；搬入出室
７２，７６；搬送装置
９１；予備加熱ユニット
９２；Ｃｕ膜成膜ユニット
１１１；Ｃｕ初期核生成ユニット
１１２；Ｃｕ堆積ユニット
２０１；ＣＶＤ−Ｒｕ膜
２０２；Ｃｕ初期核
２０３；Ｃｕ膜
Ｗ；半導体ウエハ

Claims (12)

  1. 基板上にＣＶＤ法によりＣｕ膜を成膜するＣｕ膜の成膜方法であって、
    相対的に高い第１の温度に保持された基板にＣｕ錯体からなる成膜原料を供給して基板上にＣｕの初期核を生成する工程と、
    相対的に低い第２の温度に保持された基板に、Ｃｕ錯体からなる成膜原料を供給してＣｕの初期核が生成した基板上にＣｕを堆積させる工程と
    を有することを特徴とするＣｕ膜の成膜方法。
  2. Ｃｕ錯体として１価のものを用いることを特徴とする請求項１に記載のＣｕ膜の成膜方法。
  3. 基板として表面にＣＶＤ法で形成されたＲｕ膜を有するものを用い、前記Ｒｕ膜の上にＣｕ膜を成膜することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＣｕ膜の成膜方法。
  4. 前記第１の温度が２４０〜２８０℃であり、前記第２の温度が１５０〜１３０℃であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のＣｕ膜の成膜方法。
  5. 前記Ｃｕ初期核生成の後、基板を冷却する工程をさらに有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のＣｕ膜の成膜方法。
  6. 処理容器内で、サセプタ上に基板を載置し、ヒーターによりサセプタを加熱しつつ前記処理容器内の圧力を相対的に高圧の第１の圧力にして基板を前記第１の温度近傍の温度に加熱した後、前記処理容器内の圧力を相対的に低圧の第２の圧力にして、前記第１の温度で前記Ｃｕの初期核を生成する工程を行い、基板温度が前記第２の温度になった時点で前記Ｃｕを堆積させる工程を行う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。
  7. 第１のユニットにて前記Ｃｕの初期核を生成する工程を行った後、第２のユニットにて前記Ｃｕを堆積する工程を行う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。
  8. 前記Ｃｕの初期核を生成する工程に先立って、前記第１の温度よりも高い温度に基板を予備加熱する工程をさらに有し、予備加熱後の基板を加熱せずに、前記Ｃｕの初期核を生成する工程と、前記Ｃｕを堆積させる工程とを実施す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。
  9. 前記予備加熱温度は、前記第１の温度よりも高いことを特徴とする請求項８に記載のＣｕ膜の成膜方法。
  10. 前記予備加熱は、予備加熱ユニットで行い、前記Ｃｕの初期核を生成する工程および前記Ｃｕを堆積させる工程は、Ｃｕ膜成膜ユニットにて行う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。
  11. 前記予備加熱は、予備加熱ユニットで行い、前記Ｃｕの初期核を生成する工程は、Ｃｕ初期核生成ユニットで行い、前記Ｃｕを堆積する工程は、Ｃｕ堆積ユニットで行う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。
  12. 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１１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。
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