專利名稱：銅膜的成膜方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及銅(Cu)膜的成膜方法，特別是涉及在半導(dǎo)體基板上形成銅膜的成膜方法。
背景技術(shù)：
與半導(dǎo)體裝置高速化和配線圖案細(xì)微化相呼應(yīng)，導(dǎo)電性比鋁高，耐電遷移性好的Cu，作為配線材料備受觀注。
作為Cu膜的成膜方法，已知有利用含Cu原料氣體的熱分解反應(yīng)或使用含Cu原料氣體還原性的還原反應(yīng)，在基板上形成Cu膜的CVD(化學(xué)氣相沉淀)法，利用這種CVD法形成的Cu膜顯示出優(yōu)良的覆蓋度(coverage)，并且相對(duì)于細(xì)長而深的圖案，顯示出優(yōu)異的埋入性，因此適宜在形成微細(xì)的配線圖案中使用。
作為能夠形成良好膜質(zhì)Cu薄膜的CVD法之一，已知有ALD(Atomic Layer Deposition)法。ALD法通過反復(fù)進(jìn)行以下工序形成目的厚度的Cu薄膜，即，在襯底上以分子(原子)層水平的厚度吸附原料氣體的工序，和使吸附的原料氣體與還原性氣體反應(yīng)，形成Cu薄膜的工序(例如，參照J(rèn)P2004-6856A)。
利用CVD法形成Cu膜時(shí)，已知作為原料使用β-二酮絡(luò)合物或其衍生物(例如，參照J(rèn)P2003-138378A)。然而，將這種β-二酮絡(luò)合物作為原料，利用ALD進(jìn)行成膜時(shí)，由于氣化的β-二酮絡(luò)合物對(duì)襯底的濕潤性很低，所以被襯底吸附時(shí)，會(huì)產(chǎn)生凝聚。此外，由于成膜初期Cu的核密度很低，所以表面會(huì)形成粗糙的Cu膜，難以形成極薄的Cu膜。
利用還原性氣體進(jìn)行的還原反應(yīng)，需要較長的時(shí)間，因此為了提高整個(gè)成膜工藝的生產(chǎn)能力，期望縮短還原工序的時(shí)間，然而，縮短還原工序時(shí)間時(shí)，除了在襯底和和Cu膜的界面處，會(huì)由原料氣產(chǎn)生碳等雜質(zhì)外，還會(huì)很容易受到襯底氧化的影響，降低Cu膜對(duì)襯底的緊密貼合，同時(shí)有使膜表面顯著變粗糙等問題，因此，通過縮短還原工序的時(shí)間，難以同時(shí)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)能力和膜質(zhì)量的提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是鑒于上述問題而進(jìn)行的，其目的在于提供一種能夠形成良好膜質(zhì)的Cu薄膜的成膜方法。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種能夠同時(shí)提高成膜工藝的生產(chǎn)能力、降低Cu薄膜面粗糙度及提高對(duì)襯底緊密接合性的成膜方法。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的第一個(gè)觀點(diǎn)提供一種成膜方法，其特征在于使用含有Cu羧酸絡(luò)合物或其衍生物的原料物質(zhì)，通過CVD法，在基板上形成Cu膜。
本發(fā)明的第二個(gè)觀點(diǎn)提供一種成膜方法，其特征在于交替實(shí)施以下工序，即，向基板供給含有Cu羧酸絡(luò)合物或其衍生物的原料物質(zhì)的工序；和，停止供給上述原料物質(zhì)后，向上述基板供給還原性氣體的工序。
本發(fā)明的第三個(gè)觀點(diǎn)提供一種成膜方法，其特征在于，將基板配置在處理容器內(nèi)，反復(fù)進(jìn)行(a)～(d)的工序，即(a)向基板供給含有Cu羧酸絡(luò)合物或其衍生物的原料物質(zhì)的工序；(b)停止供給上述原料物質(zhì)后，除去上述處理容器內(nèi)殘留氣體的工序；(c)向基板供給還原性氣體的工序；(d)停止供給上述還原性氣體后，除去上述處理容內(nèi)殘留氣體的工序。
本發(fā)明的第四個(gè)觀點(diǎn)提供一種成膜方法，在交替實(shí)施向基板供給含有Cu的原料物質(zhì)的工序和停止供給含有Cu的原料物質(zhì)后，向上述基板供給還原性氣體的工序，其特征在于，具有將成膜初期供給還原性氣體的時(shí)間取作第一時(shí)間T1，交替進(jìn)行上述兩個(gè)工序的第一成膜期；和將上述供給還原性氣體的時(shí)間取為比上述T1短的第二時(shí)間T2，在上述第一成膜期之后，交替進(jìn)行上述兩個(gè)工序的第二成膜期。
本發(fā)明的第五個(gè)觀點(diǎn)提供一種成膜方法，是將基板配置在處理容器內(nèi)，反復(fù)進(jìn)行(a)～(d)工序的成膜方法，即(a)向基板供給含有Cu的原料物質(zhì)的工序；(b)停止供給上述含有Cu的原料物質(zhì)后，除去上述處理容器內(nèi)殘留氣體的工序；(c)向基板供給還原性氣體的工序；和(d)停止供給上述還原性氣體后，除去上述處理容器內(nèi)殘留氣體的工序；其特征在于具有將成膜初期供給還原性氣體的時(shí)間取為第一時(shí)間T1，反復(fù)進(jìn)行上述(a)～(d)的工序的第一成膜期；和將上述供給還原性氣體的時(shí)間取為比上述第一時(shí)間短的第二時(shí)間T2，在第一成膜期之后，反復(fù)進(jìn)行上述(a)～(d)的工序的第二成膜期。
上述第三和第五觀點(diǎn)中，上述(b)工序和上述(d)工序，可以用惰性氣體置換上述處理容器內(nèi)的氣體環(huán)境，或?qū)⑸鲜鎏幚砣萜鲀?nèi)真空排氣。
上述第二～第五個(gè)觀點(diǎn)中，向基板供給上述還原性氣體時(shí)，可利用等離子體游離基(radical)化。作為上述還原性氣體，可使用H2氣體。上述第一～三觀點(diǎn)中，上述原料物質(zhì)可以形成含有三氟醋酸銅的材料。
第四個(gè)觀點(diǎn)和第五個(gè)觀點(diǎn)中，優(yōu)選上述第一期間直到在上述基板上形成的Cu在該基板上形成連續(xù)膜為止，而上述第二期間進(jìn)行到在上述基板上形成的Cu膜厚度達(dá)到目的厚度為止。此外，上述第一時(shí)間T1可取為3～20秒，上述第二時(shí)間T2取為1～5秒。
根據(jù)上述本發(fā)明的第一～第三觀點(diǎn)，用作原料物質(zhì)的Cu羧酸絡(luò)合物或其衍生物，蒸汽壓很高，所以可利用高濃度的原料氣體進(jìn)行吸附工序，并且這種原料氣體相對(duì)襯底的濕潤性很高，即使是很薄的膜，也能形成連續(xù)平滑的優(yōu)質(zhì)Cu膜。此外，Cu羧酸絡(luò)合物或其衍生物，由于極性高，對(duì)基板的吸附力很大，所以成膜速度也很高，進(jìn)而，Cu羧酸絡(luò)合物或其衍生物，生成簡單，具有原料成本低的優(yōu)點(diǎn)，這樣，如第二和第三觀點(diǎn)，通過采用ALD法，可以很高的膜厚精度獲得質(zhì)量極為優(yōu)異的膜。
根據(jù)本發(fā)明的第四和第五觀點(diǎn)，成膜初期，使用還原性氣體，優(yōu)選使用其游離基的還原反應(yīng)時(shí)間相對(duì)較長，所以能防止在襯底和Cu膜的界面處出現(xiàn)來自原料的碳等雜質(zhì)的影響和襯底氧化影響，而連續(xù)的形成優(yōu)質(zhì)Cu膜，在其以后的成膜后期，使用還原性氣體，優(yōu)選使用其游離基的還原反應(yīng)時(shí)間相對(duì)較短，從而縮短了成膜后期所要的時(shí)間，由此，不論含有Cu的原料物質(zhì)是何種類，整個(gè)成膜工藝所用的時(shí)間都能縮短，所以在利用ALD法形成Cu薄膜時(shí)，能同時(shí)提高膜質(zhì)量和生產(chǎn)能力。
進(jìn)而，本發(fā)明提供一種記錄介質(zhì)，記錄有利用成膜裝置的控制計(jì)算機(jī)可實(shí)行的軟件，其特征在于通過實(shí)行該軟件，由上述控制計(jì)算機(jī)控制上述成膜裝置，實(shí)行上述成膜方法。


圖1是本發(fā)明實(shí)施中使用的成膜裝置簡要構(gòu)成截面圖。
圖2是本發(fā)明的成膜方法中氣體供給時(shí)間的一例時(shí)間圖。
圖3是圖1所示的成膜裝置的氣體供給機(jī)構(gòu)變形例的配管圖。
圖4是本發(fā)明成膜方法中氣體供給時(shí)間的另一例時(shí)間圖。
符號(hào)說明1腔室；2基座；2a下部電極；3支承部件；5加熱器；10噴淋頭；20氣體供給機(jī)構(gòu)；21、41 Cu原料供給源；22加熱器；23 Ar氣體供給源；24 H2氣體供給源；25、27、28、44氣體管路；45氣化器；50計(jì)算機(jī)(裝置控制器)；54記錄介質(zhì)；S1、S11、S12原料供給工序；S2、S12、S22原料供給停止，去除殘留氣體工序；S3、S13、S23還原性氣體供給工序；S4、S14、S24停止供給還原性氣體，去除殘留氣體的工序；W晶片具體實(shí)施方式
以下參照

本發(fā)明的實(shí)施方式。
如圖1所示，成膜裝置具有氣密構(gòu)成的約圓筒狀腔室1，其中水平支承被處理體的晶片W的基座2被支承在圓筒狀的支承部件3上。在基座2的外緣部分設(shè)有用來導(dǎo)向晶片W的導(dǎo)向環(huán)4。此外，在基座2中埋有加熱器5，該加熱器5與加熱電源6連接，將晶片W加熱到規(guī)定的溫度?；?上設(shè)有接地的下部電極2a。
腔室1的頂壁1a上，隔著絕緣部件9設(shè)置有噴淋頭10。該噴淋頭10由上段塊體10a、中段塊體10b和下段塊體10c構(gòu)成。在下段塊體10c上交替形成吐出氣體的吐出孔17和18，在上段塊體10a的上面，形成第一氣體導(dǎo)入口11和第二氣體導(dǎo)入12。在上段塊體10a中，由第一氣體導(dǎo)入口11分成多條氣體通路13。在中段塊體10b中形成氣體通路15，上述氣體通路13與這些氣體通路15連通。進(jìn)而，此氣體通路15與下段塊體10c的吐出孔17連通。此外，在上段塊體10a中，從第二氣體導(dǎo)入口12分成多條氣體通路14。在中段塊體10b中形成氣體通路16，上述氣體通路14與這些氣體通路16連通。進(jìn)而，此氣體通路16與下段塊體10c的吐出孔18連通。由此，上述第一和第二氣體導(dǎo)入口11，12與氣體供給機(jī)構(gòu)20的氣體管路連接。
氣體供給機(jī)構(gòu)20，例如具有Cu原料供給源21，供給三氟醋酸銅(Cu(TFAA)2)一類的Cu羧酸等含有Cu的原料；Ar氣體供給源23，供給Ar氣體作為載氣；和H2氣體供給源24，供給H2氣體作為還原性氣體。
分別將氣體管路25與Cu原料供給源21連接，將與氣體管路25合流的氣體管路27與Ar氣體供給源23連接，將氣體管路28與H2氣體供給源24連接。在氣體管路25中設(shè)置質(zhì)量流量控制器30，并在其下流側(cè)配置閥29，分別在管路27和28中，以夾持質(zhì)量流量控制器30和質(zhì)量流量控制器30的狀態(tài)配置2個(gè)閥29。
Cu原料供給源21和與其連接的氣體管路25，由加熱器22，例如加熱到200℃以下，優(yōu)選150℃以下。作為Cu原料使用的Cu羧酸絡(luò)合物(Cu(RCOO)2)在常溫常壓下為固體。通過加熱器22加熱Cu原料供給源21和氣體管路25，再通過如后述的減壓腔室1內(nèi)，將在常壓下升華溫度為150℃的Cu羧酸絡(luò)合物升華，以氣體狀態(tài)供給。
由Cu原料供給源21延伸的氣體管路25，通過隔熱體(insulator)25a與第一氣體導(dǎo)入口11連接。由H2氣體供給源24延伸的氣體管路28，通過隔熱體28a與第二氣體導(dǎo)入口12連接。
因此，在成膜加工時(shí)，由Cu原料供給源21出來的含有Cu的原料氣體，由從Ar氣體供給源23通過氣體管路27供給的Ar氣體進(jìn)行載帶，通過氣體管路25，從噴淋頭10的第一氣體導(dǎo)入口11至噴淋頭10內(nèi)，經(jīng)過氣體通路13和15，由吐出孔17吐入腔室1內(nèi)。在圖1所示的實(shí)施方式中，由與氣體管路25連接的氣體管路27供給Ar氣體作為載氣，也可設(shè)置載氣管線將載氣供入Cu原料供給源21中。
另一方面，由H2氣體供給源24出來的H2氣體，通過氣體管路28，從噴淋頭10的第二氣體導(dǎo)入口12至噴淋頭10內(nèi)，經(jīng)由氣體通路14和16，由吐出孔18吐入腔室1內(nèi)。
高頻電源33通過匹配器32與噴淋頭10連接，由該高頻電源33向噴淋頭10和下部電極2a之間供給高頻電力，由此，將通過噴淋頭10供給腔室1內(nèi)的還原性氣體H2氣體等離子體化。
在腔室1的底壁1b上連接排氣管37，該排氣管37與排氣裝置38連接。通過排氣裝置38的動(dòng)作，可以使得腔室1內(nèi)減壓到規(guī)定的真空度。在腔室1的側(cè)壁上設(shè)置有門閥39，當(dāng)打開該門閥39時(shí)，可將晶片W送入送出腔室1內(nèi)。
成膜裝置的各功要素，通過信號(hào)線51與自動(dòng)控制整體成膜裝置工作的控制計(jì)算機(jī)50連接。此處所說的功能要素，是指加熱器電源6，向加熱器22供電的未圖示的加熱器電源，閥29、質(zhì)量流量控制器30，高頻電源33和排氣裝置38等(并不僅限于這些)的，為實(shí)現(xiàn)規(guī)定工藝條件，而進(jìn)行工作的全部要素，為了簡化附圖，只圖示了多條信號(hào)線51中的一部分。此外，下述圖3的實(shí)施方式中也同樣，全部功能要素都與控制計(jì)算機(jī)50連接，按照控制計(jì)算機(jī)50的指令進(jìn)行工作，典型的，控制計(jì)算機(jī)50依靠實(shí)行的軟件，是可實(shí)現(xiàn)任意功能的廣泛使用的計(jì)算機(jī)。
控制計(jì)算機(jī)50具有中央處理裝置(CPU)52、支持CPU的電路53，和存貯控制軟件的記錄介質(zhì)54。通過實(shí)行控制軟件，控制計(jì)算機(jī)50控制成膜裝置的各功能要素，實(shí)現(xiàn)由規(guī)定的工藝方法所定義的各種各樣的工藝條件(氣體流量、工藝壓力、工藝溫度、高頻電力等)。
記錄介質(zhì)54是固定設(shè)在控制計(jì)算機(jī)50中的，或者是以自由拆轉(zhuǎn)的方式安裝在設(shè)置在控制計(jì)算機(jī)50上的讀取裝置中，可以通過該讀取裝置讀取。最典型的實(shí)施方式中，記錄介質(zhì)54是由成膜裝置制造商的技術(shù)人員安裝控制軟件的硬盤驅(qū)動(dòng)。其他實(shí)施方式中，記錄介質(zhì)54是寫入控制軟件的CD-ROM或DVD-ROM-類的活動(dòng)磁盤(removabledisk)，這種活動(dòng)磁盤由設(shè)在控制計(jì)算機(jī)50中的光學(xué)讀取裝置讀取。記錄介質(zhì)54可以是RAM(random access memory)或ROM(read onlymemory)中的任一種形式的，此外，記錄介質(zhì)54也可以是如盒式的ROM類的，總之，在計(jì)算機(jī)技術(shù)領(lǐng)域中已知的任意介質(zhì)都可用作記錄介質(zhì)54。配置數(shù)個(gè)成膜裝置的工廠中，也可將控制軟件存儲(chǔ)到統(tǒng)一控制各成膜裝置的控制計(jì)算機(jī)50的管理計(jì)算機(jī)中。此時(shí)，各個(gè)成膜裝置可通過通訊線路由管理計(jì)算機(jī)操作，運(yùn)行規(guī)定的工藝。
以下參照?qǐng)D2，說明利用上述成膜裝置在晶片W上形成Cu薄膜的工藝。
在實(shí)施該成膜工藝時(shí)，首先，利用加熱器5將晶片W加熱到50～350℃，優(yōu)選50～200℃，同時(shí)用排氣裝置38對(duì)腔室1內(nèi)進(jìn)行排氣，使腔室1內(nèi)的壓力保持在10～1400Pa，優(yōu)選保持在10～500Pa的狀態(tài)。
作為Cu原料物質(zhì)，Cu羧酸絡(luò)合物或其衍生物，例如，三氟醋酸銅(Cu(TFAA)2)(TFAA＝Trifluoroacetic Acid Anhydride)，由Cu原料供給源21氣化，例如以流量0.01～1g/min，，供給時(shí)間0.1～5秒的條件，供入到腔室1內(nèi)，吸附在加熱到Cu原料未分解的溫度，如400℃以下，優(yōu)選350℃以下，更優(yōu)選200℃以下的整個(gè)晶片W面上(原料供給工序S1)。
接著停止供給原料氣，通過將腔室1內(nèi)減壓排氣，除去殘留在腔室1內(nèi)的多余原料氣體(停止供給原料，除去殘留氣體的工序S2)。這時(shí)，一邊向腔室1內(nèi)供給惰性氣體Ar凈化，一邊減壓排氣除去殘留氣體，作為凈化氣體，可使用N2氣體和He氣體等除Ar氣體之外的惰性氣體，或H2氣體。
隨后，從H2氣體供給源24供給H2氣體作為還原性氣體，例如以100～5000ml/min的流量供給到腔室1內(nèi)，同時(shí)，由高頻電頻電源33供給50～2000W，優(yōu)選100～1000W的高頻電力。高頻電力的頻率數(shù)，例如可取為13.56MHz，但并不限于此。通過供給高頻電力，使H2氣體等離子體化，生成氫游離基(H2*)，利用該氫游離基(H2*)，吸附在晶片W表面的三氟醋酸酮(Cu(TFAA)2)，以下述反應(yīng)式所示的反應(yīng)，被還原(還原性氣體供給工序S3)。
該工序S3，進(jìn)行例如1～5秒鐘。
隨后，停止供給H2氣體和施加高頻電力，對(duì)腔室1內(nèi)進(jìn)行減壓排氣，從腔室1內(nèi)除去H2氣體(停止供還原性氣體，除去殘留氣體的工序S4)。此時(shí)，一邊向腔室1內(nèi)供給Ar氣體凈氣，一邊減壓排氣將殘留氣體從腔室1內(nèi)除去。作為凈化氣體，如上所述，還可使用N2氣體和He氣體等除Ar氣體以外的惰性氣體，或者使用H2氣體。
利用以上工序S1～S4，可形成保形(conformal)非常優(yōu)良的Cu膜。反復(fù)進(jìn)行以上工序S1～S4，直到在晶片W上形成的Cu薄膜達(dá)到目的厚度為止。
作為原料氣體使用的Cu羧酸絡(luò)合物或其衍生物對(duì)襯底具有良好的濕潤性，Cu羧酸絡(luò)合物或其衍生物的氣體蒸汽壓很高，所以可使用高濃度的氣體，由此，在原料供給工序S1中，Cu羧酸絡(luò)合物或其衍生物可均勻地吸附在晶片W表面上，因此，在隨后實(shí)行的還原性氣體供給工序S3中，利用還原反應(yīng)可形成連續(xù)平滑的Cu薄膜。由于利用ALD法進(jìn)行成膜，因此能形成膜質(zhì)優(yōu)良，膜厚精度高的薄膜。使用PVD法，不能在最近的細(xì)小孔內(nèi)形成保形的種子層，但根據(jù)本實(shí)施方式，在細(xì)小孔內(nèi)可形成極薄的形成保形的Cu膜。
上述實(shí)施方式中，雖然是在Cu原料供給源21內(nèi)使固體的Cu(TFAA)2升華，但也可以使用圖3所的氣化器，使Cu(TFAA)2氣化。
圖3所示的實(shí)施方式中，Cu原料供給源41，由罐(tank)等容器構(gòu)成，其中將Cu原料Cu(TFAA)2溶解在規(guī)定的溶劑中，例如已烷、正己烷、辛烷、苯、丙酮、乙醇或醋酸中，以液體狀貯存。Cu(TFAA)2通過閥29a將壓送氣體He氣體等導(dǎo)入Cu原料供給源41內(nèi)，通過插入到Cu原料供給源41內(nèi)液體中的配管42進(jìn)行壓送。在配管42中安裝有閥29和液體質(zhì)量流量控制器30a，配管42的端部與氣化器45連接。該氣化器45與從載氣體供給源43供給Ar或H2等載氣的氣體管路44連接。在氣體管路44中，設(shè)置質(zhì)量流量控制器30和以夾持質(zhì)量流量控制器30的方式配置的2個(gè)閥29。
氣化器45將來自Cu原料供給源41、通過配管42壓送的含有Cu(TFAA)2的液體，通過由氣體管路44供給的載氣噴霧氣化，作為原料氣體送出到氣體管路25中。通過使用氣化器45供給Cu原料，能有效地使Cu原料氣化，將原料氣體供入腔室1內(nèi)，并能使原料氣體很容易地吸附在晶片W上形成飽和狀態(tài)，從氣化器45至腔室1的氣體管路25，為防止原料氣凝縮，可用加熱器22加熱。
在上述圖1～圖3所示的實(shí)施方式中，作為Cu羧酸絡(luò)合物或其衍生物，使用了Cu(TFAA)2，也可以使用醋酸銅代之。
接著，參照?qǐng)D4，說明本發(fā)明成膜方法的另一實(shí)施方式，該圖4的實(shí)施方式中，可使用和圖1相同的成膜裝置。
本實(shí)施方式是為解決使用ALD法形成Cu膜時(shí)的不良現(xiàn)象，即，在技術(shù)背景中所述的，通過縮短還原工序的時(shí)間，難以同時(shí)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)能力和膜質(zhì)的提高的問題。本實(shí)施方式在成膜初期的第一成膜期，和上述成膜初期以后繼續(xù)達(dá)到目的膜厚的第二成膜期內(nèi)，通過改變供給還原性氣體的時(shí)間，以克服ALD法的上述技術(shù)問題，并能夠以很高的生產(chǎn)能力形成優(yōu)質(zhì)的Cu膜。
本實(shí)施方式中，對(duì)Cu原料沒有限制，可使用現(xiàn)有使用的β-二酮絡(luò)合物及其衍生物，或乙酸鹽。作為具體的Cu原料，可舉出β-二酮絡(luò)合物的衍生物[三甲基乙烯甲硅烷基]六氟乙酰丙酮酸鹽Cu(以下記作“Cu(hfac)TMVS”)，可以使用將其作為主成分的常溫常壓下為液體的原料，即，飽和蒸氣壓低的原料。這種原料可用圖3所示的原料供給系統(tǒng)供入到腔室內(nèi)。
首先，利用加熱器5將晶片W加熱到50～350℃，優(yōu)選70～180℃的原料氣體不分解的溫度，同時(shí)利用排氣裝置38，對(duì)腔室1內(nèi)進(jìn)行減壓排氣，使腔室1內(nèi)的壓力保持在10～1400Pa，優(yōu)選10～200Pa。
接著，用氣化器將作為Cu原料物質(zhì)的Cu(hfac)TMVS氣化，例如，在流量0.01～1g/min，供給時(shí)間0.1～5秒的條件下，供入腔室1內(nèi)，吸附在整個(gè)晶片W面上(原料供給工序S11)。接著，停止供給原料氣，通過對(duì)腔室1內(nèi)進(jìn)行減壓排氣，除去殘留在腔室1內(nèi)的多余的原料氣體(停止供給原料，除去殘留氣的工序S12)。這時(shí)，一邊向腔室1內(nèi)供入惰性氣Ar凈化，一邊減壓排氣除去殘留氣體。作為凈化氣體，除Ar氣外，還可使用N2氣體和He氣體等惰性氣體，或H2氣體。
隨后，從H2氣體供給源24將作為還原性氣體的H2氣體供入腔室1內(nèi)，例如以100～5000ml/min的流量供入，同時(shí)，由高頻電源33供給50～2000W，優(yōu)選100～1000W的高頻電力，高頻電力的頻率數(shù)，例如可取為13.56MHz，但并不限于此，通過供給高頻電力，使H2等離子體化，生成氫游離基(H2*)，利用該氫游離基(H2*)還原吸附在晶片W表面的Cu(hfac)TMVS(供給還原性氣體工序S13)。將該還原性氣供給工序S13的時(shí)間(第一時(shí)間T1)取為3～20秒。
隨后，停止供給H2和施加高頻電力，對(duì)腔室1內(nèi)減壓排氣，從腔室1內(nèi)除去H2(停止供給還原性氣體，除去殘留氣體的工序S14)。這時(shí)，一邊向腔室1內(nèi)供入Ar氣體凈化，一邊減壓排氣除去殘留氣體。此時(shí)同樣，作為凈化氣體，除Ar氣體外，還可作用N2氣體或He氣體等惰性氣體，或H2氣體等。
在工序S13中，供給還原性氣體H2的時(shí)間T1長達(dá)3～20秒，即使使用β-二酮絡(luò)合物的衍生物Cu(hfac)TMVS一類對(duì)襯底濕潤性低的原料時(shí)，也不會(huì)因襯底和Cu膜界面處存在來自原料的碳等雜質(zhì)和襯底氧化的影響，而產(chǎn)生Cu膜接合性的降低和表面的粗糙，可穩(wěn)定地得到優(yōu)質(zhì)膜，因此，反復(fù)進(jìn)行工序S11～S14的處理，直到Cu薄膜的厚度達(dá)到不會(huì)因雜質(zhì)或襯底氧化的影響降低接合性和表面粗糙度的值為止，或者直到襯底上的Cu薄膜形成連續(xù)膜為止(沒有未形成Cu薄膜的部分)。到此為止，是第一成膜期。
隨后，繼上述第一成膜期，在第二成膜期，繼續(xù)成膜，在此第二成膜期中，首先，使用Cu(hfac)TMVS作為Cu原料物質(zhì)，在和上述工序S11一樣的條件下使其氣化，并導(dǎo)入腔室1內(nèi)，吸附在整個(gè)晶片W面上(原料供給工序S21)。接著，進(jìn)行減壓排氣，從腔室1內(nèi)除去多余的原料氣體(停止供給原料，除去殘留氣體的工序S22)。
隨后，從H2氣體供給源24將作為還原性氣體的H2氣體供給到腔室1內(nèi)，例如，以100～5000ml/min的流量導(dǎo)入，同時(shí)，從高頻電源33供給50～2000W，優(yōu)選100～1000W的高頻電力，高頻電力的頻率數(shù)，例如可取為13.56MHz，對(duì)此沒有限定，通過供給高頻電力，使H2等離子化，生成氫游離基(H2*)，該氫游離基(H2*)可還原吸附在晶片W表面的Cu(hfac)TMVS(供給還原性氣體的工序S23)。該還原性氣體供給工序S23的時(shí)間(第二時(shí)間T2)短于第一時(shí)間T1，取為1～5秒。其后，停止供給H2和施加高頻電力，減壓排氣從腔室1內(nèi)除去H2(停止供給還原性氣體，除去殘留氣體的工序S24)。利用減壓排氣除去多余的原料氣體和殘留的H游離基時(shí)，一邊向腔室1內(nèi)供給Ar、N2、He、H2氣體一邊進(jìn)行是有效的。
反復(fù)進(jìn)行上述工序S21～S24，直到在晶片W上形成的Cu薄膜達(dá)到要求的厚度為止，第二成膜期結(jié)束。
本實(shí)施方式中，在有可能使得Cu膜接合性降低和表面粗糙的成膜初期的第一成膜期，使還原性氣體的供給時(shí)間T1相對(duì)加長，形成優(yōu)質(zhì)的初期薄膜，這種可能性消失后的第二成膜期，可以相對(duì)縮短還原性氣體的供給時(shí)間T2。由此，只要縮短第二成膜期的還原性氣體供給工序，就能縮短整個(gè)成膜工序所要的時(shí)間。由此，能以高生產(chǎn)能力形成保形優(yōu)質(zhì)的膜。
根據(jù)本實(shí)施方式，在連續(xù)的第一成膜期和第二成膜期內(nèi)，通過使第一成膜期中的H2氣體(還原性氣體)供給時(shí)間T1，長于第二成膜期中的H2氣體(還原性氣體)供給時(shí)間T2，可以高生產(chǎn)能力得到接合性高、表面粗糙度小的Cu膜。
本發(fā)明不限于上述實(shí)施方式，在不脫離本發(fā)明主旨的范圍內(nèi)，可作進(jìn)行各種變形。例如，上述全部實(shí)施方式中，都使用了H2氣體作為還原性氣體，但也可以使用NH3、肼、SiH4、Si2H5、二氯硅烷、乙硼烷、或磷化氫等還原性氣體，取代H2氣體。
在上述實(shí)施方式中，使用高頻能量將還原性氣體等離子體化，促進(jìn)原料物質(zhì)的還原反應(yīng)，在還原性氣體的還原性很高時(shí)，不必使用高頻能量，利用熱能，例如將晶片W加熱的基座2的加熱器5，產(chǎn)生的熱能，也能進(jìn)行原料物質(zhì)的還原反應(yīng)。
進(jìn)而，作為原料物質(zhì)，使用Cu羧酸絡(luò)合物或其衍生物時(shí)，也可不使用上述實(shí)施方式中使用的ALD法，而使用CVD法，即同時(shí)向腔室1內(nèi)供給原料物質(zhì)和還原性氣體，利用高頻能量或熱能進(jìn)行還原反應(yīng)。
上述實(shí)施方式中，為了產(chǎn)生等離子體，雖然使用了利用高頻的平行平板型的電容耦合型的等離子體產(chǎn)生裝置，但不限于此，也可使用感應(yīng)耦合型的等離子體產(chǎn)生裝置(ICP)。還可使用ECR(電子回旋加速器共振)等離子體產(chǎn)生裝置，和使用了RLSA(經(jīng)向線隙縫天線radialline slot antenna)的微波等離子體產(chǎn)生裝置。
權(quán)利要求
1.一種成膜方法，其特征在于通過使用含有Cu羧酸絡(luò)合物或其衍生物的原料物質(zhì)的CVD法，在基板上形成Cu膜。
2.一種成膜方法，其特征在于交替進(jìn)行以下工序；將含有Cu羧酸絡(luò)合物或其衍生物的原料物質(zhì)供給到基板上的工序；和停止供給所述原料物質(zhì)后，向所述基板供給還原性氣體的工序。
3.一種成膜方法，其特征在于將基板配置在處理容器內(nèi)，反復(fù)進(jìn)行(a)～(d)的工序(a)向基板供給含有Cu羧酸絡(luò)合物或其衍生物的原料物質(zhì)的工序；(b)停止供給所述原料物質(zhì)后，除去所述處理容器內(nèi)殘留氣體的工序；(c)向基板供給還原性氣體的工序；和(d)停止供給所述還原性氣體后，除去所述處理容器內(nèi)殘留氣體的工序。
4.如權(quán)利要求3所述的成膜方法，其特征在于所述(b)工序和所述(d)工序，可以用惰性氣體置換處理容器內(nèi)的氣體環(huán)境，或?qū)⑺鎏幚砣萜鲀?nèi)真空排氣。
5.如權(quán)利要求2～4中任一項(xiàng)所述的成膜方法，其特征在于在向基板供給所述還原性氣體時(shí)，利用等離子體游離基化。
6.如權(quán)利要求2～5中任一項(xiàng)所述的成膜方法，其特征在于所述還原性氣體是H2氣體。
7.如權(quán)利1～6中任一項(xiàng)所述的成膜方法，其特征在于所述原料物質(zhì)含有三氟醋酸銅。
8.一種成膜方法，交替進(jìn)行向基板上供給含有Cu的原料物質(zhì)的工序；和停止供給所述含有Cu的原料物質(zhì)后，向所述基板供給還原性氣體的工序，其中，具有將成膜初期供給還原性氣體的時(shí)間作為第一時(shí)間(T1)，交替進(jìn)行所述兩個(gè)工序的第一成膜期；和將所述還原性氣體供給時(shí)間作為比所述(T1)短的第二時(shí)間(T2)，在第一成膜期之后、交替進(jìn)行所述兩個(gè)工序的第二成膜期。
9.一種成膜方法，將基板配置在處理容器內(nèi)，反復(fù)進(jìn)行以下(a)～(d)的工序(a)向基板供給含有Cu的原料物質(zhì)的工序；(b)停止供給所述含有Cu的原料物質(zhì)后，除去所述處理容器內(nèi)殘留氣體的工序；(c)向基板供給還原性氣體的工序；和(d)停止供給所述還原性氣體后，除去所述處理容器內(nèi)殘留氣體的工序，其中，具有將成膜初期供給還原性氣體的時(shí)間作為第一時(shí)間(T1)，反復(fù)進(jìn)行所述(a)～(d)工序的第一成膜期；和將供給所述還原性氣體的時(shí)間作為比所述第一時(shí)間(T1)短的第二時(shí)間(T2)，在第一成膜期之后、反復(fù)進(jìn)行所述(a)～(d)工序的第二成膜期。
10.如權(quán)利要求9所述的成膜方法，其特征在于所述(b)工序和所述(d)工序，可以用惰性氣體置換所述處理容器內(nèi)的氣體環(huán)境，或?qū)⑺鎏幚砣萜鲀?nèi)真空排氣。
11.如權(quán)利要求8或10所述的成膜方法，其特征在于所述第一成膜期直到在所述基板上形成的Cu，在該基板上形成連續(xù)膜為止；所述第二成膜期直到在所述基板上形成的Cu膜厚度達(dá)到目的厚度為止。
12.如權(quán)利要求8～11任一項(xiàng)所述的成膜方法，其特征在于所述第一時(shí)間(T1)為3～20秒，所述第二時(shí)間(T2)為1～5秒。
13.如權(quán)利要求8～12中任一項(xiàng)所述的成膜方法，其特征在于向基板上供給所述還原性氣體時(shí)，利用等離子體游離基化。
14.如權(quán)利要求8～13中任一項(xiàng)所述的成膜方法，其特征在于所述還原性氣體是H2氣體。
15.一種記錄介質(zhì)，記錄有可利用成膜裝置的控制計(jì)算機(jī)實(shí)行的軟件，其特征在于通過實(shí)行該軟件，所述控制計(jì)算機(jī)控制所述成膜裝置，實(shí)行Cu膜成膜方法，所述成膜方法交替進(jìn)行以下工序向基板上供給含有Cu羧酸絡(luò)合物或其衍生物的原料物質(zhì)的工序；和停止供給所述原料物質(zhì)后，向所述基板供給還原性氣體的工序。
16.一種記錄介質(zhì)，記錄有可利用成膜裝置的控制計(jì)算機(jī)實(shí)行的軟件，其特征在于通過實(shí)行該軟件，所述控制計(jì)算機(jī)控制所述成膜裝置，實(shí)行Cu膜成膜方法，所述成膜方法，交替進(jìn)行向基板上供給含有Cu的原料物質(zhì)的工序；和停止供給所述含有Cu的原料物質(zhì)后，向所述基板供給還原性氣體工序，其中，具有將成膜初期供給還原性氣體的時(shí)間作為第一時(shí)間(T1)，交替進(jìn)行所述兩個(gè)工序的第一成膜期；和將所述還原性氣體供給時(shí)間作為比所述(T1)短的第二時(shí)間(T2)，在第一成膜期之后、交替進(jìn)行所述兩個(gè)工序的第二成膜期。
全文摘要
本發(fā)明提供一種成膜方法，利用反復(fù)進(jìn)行下述工序的ALD(Atomic Layer Deposition)法，在基板上形成Cu膜將蒸汽壓高，對(duì)襯底濕潤性好的Cu羧酸絡(luò)合物或其衍生物氣化，作為原料氣體使用，且使用H
文檔編號(hào)C23C16/452GK1826426SQ20058000037
公開日2006年8月30日 申請(qǐng)日期2005年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月1日
發(fā)明者小島康彥, 吉井直樹 申請(qǐng)人:東京毅力科創(chuàng)株式會(huì)社