特許 6227440 凹部にコバルトを供給する方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6227440

(24)【登録日】2017年10月20日

(45)【発行日】2017年11月8日

(54)【発明の名称】凹部にコバルトを供給する方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3205 20060101AFI20171030BHJP

   H01L 21/768 20060101ALI20171030BHJP

   H01L 23/532 20060101ALI20171030BHJP

   H01L 21/28 20060101ALI20171030BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/88 R

   H01L21/28 301R

【請求項の数】4

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2014-32941(P2014-32941)

(22)【出願日】2014年2月24日

(65)【公開番号】特開2015-159183(P2015-159183A)

(43)【公開日】2015年9月3日

【審査請求日】2016年11月11日

(73)【特許権者】

【識別番号】000219967

【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100122507

【弁理士】

【氏名又は名称】柏岡 潤二

(72)【発明者】

【氏名】島田 篤史

(72)【発明者】

【氏名】古川 真司

(72)【発明者】

【氏名】波多野 達夫

【審査官】 河合 俊英

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１０−５２４２６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１３−５３４３７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／０３２０５０５（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／３２０５

Ｈ０１Ｌ ２１／２８

Ｈ０１Ｌ ２１／７６８

Ｈ０１Ｌ ２３／５３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被処理体の絶縁膜に形成された凹部にコバルトを供給する方法であって、
前記凹部を画成する面を含む前記絶縁膜の表面に沿ってコバルト窒化膜を形成する工程と、
前記コバルト窒化膜上にコバルト膜を形成する工程と、
前記コバルト膜を構成するコバルトを前記凹部の底に向けて流動させてコバルトの充填領域を形成するよう、前記コバルト膜を加熱する工程と、
を含む方法。

【請求項2】

前記コバルト膜を形成する前記工程及び前記コバルト膜を加熱する前記工程が交互に繰り返される、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記コバルト膜を形成する前記工程と前記コバルト膜を加熱する前記工程が、同時に行われる、請求項１に記載の方法。

【請求項4】

前記コバルト膜を加熱する前記工程の後、前記被処理体を還元性ガス雰囲気中で加熱する工程を更に含む、請求項１〜３の何れか一項に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、凹部にコバルトを供給する方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

電子デバイスの製造においては、絶縁膜に形成された凹部に金属材料を埋め込むことがある。例えば、コンタクトホール或いはトレンチに金属材料を埋め込む処理を行うことにより、配線を形成することがある。このような金属材料の埋込め込みのための処理の一例としてリフロー技術が知られている。

【0003】

リフロー技術では、凹部を有する絶縁膜の表面上に金属材料の膜が形成される。次いで、形成された金属材料の膜を有する被処理体が加熱される。このように流動した金属材料によって、凹部が充填される。

【0004】

このようなリフロー技術は、例えば、特開２０１３−１７１９４０号公報に記載されている。この文献に記載されたリフロー技術では、絶縁膜上にバリア層が形成され、銅を含有するシード層が当該バリア層上に形成され、当該シード層上に固定層が形成される。固定層は、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｍｎといった材料、これら材料の酸化物、又は、これら材料の窒化物から構成されている。そして、被処理体が加熱されることにより、シード層及び固定層が流動し、流動した材料により凹部が充填される。この技術では、固定層を利用することにより、凹部にボイドといった空洞が発生することが抑制されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１３−１７１９４０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、絶縁膜に形成された凹部に埋め込まれる材料として、コバルトに対する要求がある。しかしながら、コバルト膜にリフロー技術を適用すると、コバルトが凝集し、凹部に向けてコバルトが流動しないという現象が生じ得る。

【0007】

したがって、空洞の発生を抑制して、絶縁膜に形成された凹部にコバルトを供給することが必要となっている。

【課題を解決するための手段】

【0008】

一側面においては、被処理体の絶縁膜に形成された凹部にコバルトを供給する方法が提供される。この方法は、（ａ）凹部を画成する面を含む絶縁膜の表面に沿ってコバルト窒化膜を形成する工程（以下、「工程（ａ）」という）と、（ｂ）コバルト窒化膜上にコバルト膜を形成する工程（以下、「工程（ｂ）」という）と、（ｃ）コバルト膜を加熱する工程（以下、「工程（ｃ）」という）と、を含む。

【0009】

上記方法によれば、コバルト窒化膜が絶縁膜とコバルト膜との間に形成されているので、工程（ｃ）によりコバルト膜を加熱しても、コバルトの凝集を抑制することができる。したがって、工程（ｃ）により、空洞の発生を抑制して、凹部にコバルトを供給することが可能となる。

【0010】

一形態においては、工程（ｂ）及び工程（ｃ）が交互に繰り返されてもよい。この形態では、工程（ｂ）及び工程（ｃ）の繰り返しにより、コバルトを凹部に順次供給することができる。したがって、サイズの大きな凹部をコバルトで充填することが可能となる。

【0011】

一形態においては、工程（ｂ）及び工程（ｃ）が同時に行われてもよい。この形態によれば、コバルト膜を成膜しつつ当該コバルト膜が加熱される。これにより、凹部にコバルトを供給するために必要となる時間が短縮され得る。

【0012】

一形態においては、工程（ｃ）の後、被処理体を還元性ガス雰囲気中で加熱してもよい。この形態によれば、コバルト窒化膜に由来する窒素を除去することが可能となる。

【発明の効果】

【0013】

以上説明したように、空洞の発生を抑制して、絶縁膜に形成された凹部にコバルトを供給することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】凹部にコバルトを供給する方法の一実施形態を示す流れ図である。

【図2】一実施形態に係る処理システムを示す図である。

【図3】一実施形態に係る成膜装置を示す図である。

【図4】一実施形態に係る加熱処理装置を示す図である。

【図5】方法ＭＴの各工程後の被処理体の状態を示す図である。

【図6】方法ＭＴの各工程後の被処理体の状態を示す図である。

【図7】方法ＭＴの原理を説明するための概念図である。

【図8】別の実施形態に係る方法の実施に用いることが可能な成膜装置の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。

【0016】

図１は、凹部にコバルトを供給する方法の一実施形態を示す流れ図である。図１に示す方法ＭＴは、絶縁膜に形成された凹部にコバルトを供給する方法である。この方法ＭＴでは、工程ＳＴ１により、凹部を画成する面を含む絶縁膜の表面上に窒化コバルト膜が形成される。次いで、工程ＳＴ２により、当該窒化コバルト膜上にコバルト膜が形成される。また、工程ＳＴ２の後に、或いは工程ＳＴ２と同時に、工程ＳＴ３が実行されることにより、コバルト膜が加熱される。これによる、凹部にコバルトが供給される。

【0017】

以下、方法ＭＴに関する詳細な説明の前に、方法ＭＴの実施に用いることが可能な処理システムについて説明する。図２は、一実施形態に係る処理システムを示す図である。
図２に示す処理システム１００は、工程ＳＴ２用のプロセスモジュールと、工程ＳＴ３用のプロセスモジュールを備える処理システムである。この処理システム１００は、台１０２ａ〜１０２ｄ、収容容器１０４ａ〜１０４ｄ、ローダモジュールＬＭ、ロードロックチャンバＬＬ１、ロードロックチャンバＬＬ２、プロセスモジュールＰＭ１、プロセスモジュールＰＭ２、及び、トランスファーチャンバ１１０を備えている。

【0018】

台１０２ａ〜１０２ｄは、ローダモジュールＬＭの一縁に沿って配列されている。これら台１０２ａ〜１０２ｄの上には、収容容器１０４ａ〜１０４ｄがそれぞれ設けられている。収容容器１０４ａ〜１０４ｄ内には、被処理体（以下、「ウエハ」という）Ｗが収容される。

【0019】

ローダモジュールＬＭ内には、搬送ロボットＲｂ１が設けられている。搬送ロボットＲｂ１は、収容容器１０４ａ〜１０４ｄの何れかに収容されているウエハＷを取り出して、当該ウエハＷを、ロードロックチャンバＬＬ１又はロードロックチャンバＬＬ２に搬送する。

【0020】

ロードロックチャンバＬＬ１及びロードロックチャンバＬＬ２は、ローダモジュールＬＭの別の一縁に沿って設けられている。ロードロックチャンバＬＬ１及びロードロックチャンバＬＬ２は、予備減圧室を構成している。ロードロックチャンバＬＬ１及びロードロックチャンバＬＬ２は、トランスファーチャンバ１１０にゲートバルブを介してそれぞれ接続されている。

【0021】

トランスファーチャンバ１１０は、減圧可能なチャンバであり、当該チャンバ内には搬送ロボットＲｂ２が設けられている。トランスファーチャンバ１１０には、プロセスモジュールＰＭ１及びプロセスモジュールＰＭ２がゲートバルブを介してそれぞれ接続されている。搬送ロボットＲｂ２は、ロードロックチャンバＬＬ１又はロードロックチャンバＬＬ２からウエハＷを取り出し、取り出したウエハＷを、プロセスモジュールＰＭ１又はプロセスモジュールＰＭ２に搬送する。また、搬送ロボットＲｂ２は、プロセスモジュールＰＭ１とプロセスモジュールＰＭ２の間で、ウエハＷを搬送する。

【0022】

プロセスモジュールＰＭ１は、工程ＳＴ１及び工程ＳＴ２に用いられるプロセスモジュールであり、スパッタリングにより成膜を行う成膜装置である。また、プロセスモジュールＰＭ２は、加熱処理装置である。

【0023】

図３は、一実施形態に係る成膜装置を示す図である。図３に示す成膜装置１０は、処理システム１００のプロセスモジュールＰＭ１として利用可能な成膜装置である。成膜装置１０は、処理容器１２を備えている。処理容器１２は、例えば、アルミニウムから構成されており、接地電位に接続されている。処理容器１２は、その内部に空間Ｓを提供している。この処理容器１２の底部には、空間Ｓを減圧するための排気装置１４が接続されている。排気装置１４は、例えば、クライオポンプ、及びドライポンプを含み得る。また、処理容器１２の側壁には、ウエハＷの搬送用の開口が形成されており、当該側壁に沿って当該開口を開閉するためのゲートバルブＧＶが設けられている。

【0024】

処理容器１２内には、ステージ１６が設けられている。ステージ１６は、ベース部１６ａ及び静電チャック１６ｂを含み得る。ベース部１６ａは、例えば、アルミニウムから構成されており、略円盤形状を有している。

【0025】

ベース部１６ａ上には、静電チャック１６ｂが設けられている。静電チャック１６ｂは、誘電体膜と、当該誘電体膜の内層として設けられた電極と、を有する。静電チャック１６ｂの電極には、直流電源ＳＤＣが接続されている。静電チャック１６ｂ上に載置されたウエハＷは、静電チャック１６ｂが発生する静電気力によって、当該静電チャック１６ｂに吸着される。

【0026】

ステージ１６は、ステージ駆動機構１８に接続されている。ステージ駆動機構１８は、支軸１８ａ及び駆動装置１８ｂを含んでいる。支軸１８ａは、略柱状の部材である。支軸１８ａの中心軸線は、鉛直方向に沿って延びる軸線ＡＸ１に略一致している。この軸線ＡＸ１は、ステージ１６の中心を鉛直方向に通る軸線である。支軸１８ａは、ステージ１６の直下から処理容器１２の底部を通って処理容器１２の外部まで延在している。この支軸１８ａと処理容器１２の底部との間には、封止部材ＳＬ１が設けられている。封止部材ＳＬ１は、支軸１８ａが回転及び上下動可能であるように、処理容器１２の底部と支軸１８ａとの間の空間を封止する。このような封止部材ＳＬ１は、例えば、磁性流体シールであり得る。

【0027】

支軸１８ａの上端には、ステージ１６が結合されており、当該支軸１８ａの下端には駆動装置１８ｂが接続されている。駆動装置１８ｂは、支軸１８ａを回転及び上下動させるための動力を発生する。この動力によって支軸１８ａが回転することに伴ってステージ１６は軸線ＡＸ１中心に回転し、支軸１８ａが上下動することに伴ってステージ１６は上下動する。

【0028】

ステージ１６の上方には、一以上のターゲット（カソードターゲット）２０が設けられている。ターゲット２０は、コバルト製である。一例においては、ターゲット２０の個数は、四つである。これらターゲット２０は、軸線ＡＸ１を中心とする円弧に沿って配列されている。なお、ターゲット２０の個数は、四つに限定されるものではなく、一つ以上の任意の個数であり得る。

【0029】

ターゲット２０は、金属製のホルダ２２ａによって保持されている。ホルダ２２ａは、絶縁部材２２ｂを介して処理容器１２の天部に支持されている。ターゲット２０には、ホルダ２２ａを介して電源２４が接続されている。電源２４は、負の直流電圧を、ターゲット２０に印加する。なお、電源２４は、複数のターゲット２０に選択的に電圧を印加する単一の電源であってもよい。或いは、電源２４は、複数のターゲット２０にそれぞれ接続された複数の電源であってもよい。

【0030】

成膜装置１０では、一以上のマグネット（カソードマグネット）２６が、ホルダ２２ａを介して対応のターゲット２０と対向するよう、処理容器１２の外部に設けられている。

【0031】

また、ターゲット２０とステージ１６との間には、シャッターＳＨが設けられている。シャッターＳＨは、ターゲット２０の表面に対峙するように延在している。一実施形態では、シャッターＳＨは、軸線ＡＸ１を中心軸線とする円錐面に沿う形状を有している。

【0032】

シャッターＳＨには、開口ＡＰが形成されている。また、シャッターＳＨの中央部分には、回転軸ＲＳが結合している。この回転軸ＲＳは略柱状の部材であり、その中心軸線は、軸線ＡＸ１に略一致している。この回転軸ＲＳの一端は、処理容器１２の内部においてシャッターＳＨの中央部分に結合している。また、回転軸ＲＳは、処理容器１２の内部から処理容器１２の天部を通過して処理容器１２の外部まで延在している。処理容器１２の外部において、回転軸ＲＳの他端は、駆動装置ＲＤに接続している。駆動装置ＲＤは、回転軸ＲＳを回転させる動力を発生する。この動力によって回転軸ＲＳが軸線ＡＸ１中心に回転することに伴って、シャッターＳＨは軸線ＡＸ１中心に回転することができる。このシャッターＳＨの回転により、開口ＡＰの位置とターゲット２０との相対的な位置が変化する。これにより、ターゲット２０は、シャッターＳＨによってステージ１６に対して遮蔽されるか、或いは、シャッターＳＨの開口ＡＰを介してステージ１６に対して露出される。

【0033】

また、成膜装置１０は、処理容器１２内にガスを供給するガス供給部３０を備えている。ガス供給部３０は、一実施形態においては、ガスソース３０ａ、マスフローコントローラといった流量制御器３０ｂ、及び、ガス導入部３０ｃを備えている。ガスソース３０ａは、処理容器１２内において励起されるガスのソースであり、例えば、Ａｒガスといった希ガスのソースである。ガスソース３０ａは、流量制御器３０ｂを介してガス導入部３０ｃに接続している。ガス導入部３０ｃは、ガスソース３０ａからのガスを処理容器１２内に導入するガスラインである。ガス導入部３０ｃは、一実施形態では、軸線ＡＸ１に沿って延びている。

【0034】

このガス供給部３０から処理容器１２内にガスが供給され、電源２４によってターゲット２０に電圧が印加されると、処理容器１２内に供給されたガスが励起される。また、マグネット２６により対応のターゲット２０の近傍に磁界が発生する。これにより、ターゲット２０の近傍にプラズマが集中する。そして、ターゲット２０にプラズマ中の正イオンが衝突することで、当該露出ターゲットからコバルトが放出される。これにより、コバルトがウエハＷに堆積する。その結果、ウエハＷ上にコバルト膜が形成される。

【0035】

また、成膜装置１０は、処理容器１２内にガスを供給するガス供給部３１を備えている。ガス供給部３１は、一実施形態においては、ガスソース３１ａ、マスフローコントローラといった流量制御器３１ｂ、及び、ガス導入部３１ｃを備えている。ガスソース３１ａは、窒素ガス（Ｎ_２ガス）のソースである。ガスソース３１ａは、流量制御器３１ｂを介してガス導入部３１ｃに接続している。ガス導入部３１ｃは、ガスソース３１ａからのガスを処理容器１２内に導入するガスラインである。ガス導入部３１ｃは、一実施形態では、処理容器１２の側壁に設けられている。

【0036】

ガス供給部３０からのガス及びガス供給部３１からのガスが処理容器１２内に供給され、電源２４によってターゲット２０に電圧が印加されると、ターゲット２０からコバルトが放出され、更に、当該コバルトが窒化する。これにより、ウエハＷ上にコバルト窒化膜が形成される。

【0037】

次いで、図４を参照する。図４は、一実施形態に係る加熱処理装置を示す図である。図４に示す加熱処理装置５０は、処理システム１００のプロセスモジュールＰＭ２として利用可能な加熱処理装置である。加熱処理装置５０は、処理容器５２を備えている。処理容器５２は、例えば、アルミニウムから構成されている。処理容器５２の底部には、当該処理容器５２の内部空間を減圧するための排気装置５４が、接続されている。排気装置５４は、例えば、クライオポンプ及びドライポンプを含み得る。また、処理容器５２の側壁には、ウエハＷの搬送用の開口が形成されており、当該側壁に沿って当該開口を開閉するためのゲートバルブＧＶ５が設けられている。

【0038】

処理容器５２内には、ステージ５６が設けられている。このステージ５６上には、ウエハＷが載置される。ステージ５６の上方には、加熱源としてのランプユニット５８が設けられている。ランプユニット５８には、当該ランプユニット５８に電力を供給する電源５８ａが接続されている。

【0039】

また、加熱処理装置５０は、ガス供給部６０及びガス供給部６２を更に備えている。ガス供給部６０は、不活性ガスのガスソース６０ａ、及び流量制御器６０ｂを有している。不活性ガスは、例えば、Ａｒガスといった希ガスである。ガス供給部６２は、還元性ガスのガスソース６２ａ、及び流量制御器６２ｂを有している。還元性ガスは、処理対象の膜から窒素を除去するためのガスであり、水素を含むガスである。例えば、還元性ガスは、Ｈ_２ガスである。ガス供給部６０及びガス供給部６２は、例えば、処理容器５２の側壁に形成されたガスラインを介して、処理容器５２の内部空間に接続している。

【0040】

加熱処理装置５０では、ランプユニット５８を動作させることにより、ウエハＷを加熱することができる。ウエハＷの加熱時には、ガス供給部６０から処理容器５２内に不活性ガスが供給されてもよい。また、加熱処理装置５０では、ガス供給部６２から処理容器５２内に還元性ガスを供給し、ランプユニット５８を動作させることにより、ウエハＷに含まれる窒素を除去することができる。

【0041】

再び図２を参照する。図２に示すように、処理システム１００は、更に、制御部Ｃｎｔを備えている。制御部Ｃｎｔは、処理システム１００の各部、プロセスモジュールＰＭ１（例えば、成膜装置１０）の各部、及び、プロセスモジュールＰＭ２（例えば、加熱処理装置５０）の各部を制御する。制御部Ｃｎｔは、例えば、コンピュータ装置であり、方法ＭＴを実施するために必要なレシピを記憶する記憶装置、及び、当該レシピに従って、処理システム１００の各部を制御するプロセッサを有し得る。

【0042】

以下、図１を参照して、方法ＭＴに関してより詳細に説明する。また、以下の説明においては、図４及び図５を参照する。図４及び図５は、方法ＭＴの各工程後の被処理体の状態を示す図である。

【0043】

図１に示すように、方法ＭＴにおいては、まず、工程ＳＴ１が実行される。工程ＳＴ１では、図５の（ａ）に示すウエハＷ上にコバルト窒化膜が形成される。図５の（ａ）に示すように、ウエハＷは、下地層ＵＬ及び絶縁膜ＩＬを有している。絶縁膜ＩＬは、例えば、シリコン酸化膜、又は、所謂Ｌｏｗ−ｋ材料から構成されており、下地層ＵＬ上に設けられている。この絶縁膜ＩＬには、トレンチ又はホールといった凹部ＲＰが形成されている。工程ＳＴ１では、このウエハＷ上にコバルト窒化膜ＣＮＬが形成されることにより、図５の（ｂ）に示すウエハＷが作成される。具体的には、コバルト窒化膜ＣＮＬは、凹部ＲＰを画成する絶縁膜ＩＬの側壁面ＳＷ、絶縁膜ＩＬの上面ＴＳ、及び、凹部ＲＰを画成する下地層ＵＬの表面に形成される。

【0044】

図２に示す処理システム１００を用いて方法ＭＴの工程ＳＴ１を実施する場合には、ウエハＷは、プロセスモジュールＰＭ１、即ち、成膜装置１０の処理容器１２内に搬送され、ステージ１６上に載置される。そして、処理容器１２内の空間Ｓの圧力が所定の圧力に設定され、ガス供給部３０から希ガスが供給され、ガス供給部３１から窒素ガスが供給され、ステージ１６が回転され、電源２４からターゲット２０に電圧が印加される。例えば、電源２４からターゲット２０に印加される直流電圧は１．５ｋＷの電力を有し、希ガス（Ａｒガス）の流量及び窒素ガス（Ｎ_２ガス）の流量はそれぞれ１００ｓｃｃｍの流量、３ｓｃｃｍ〜２０ｓｃｃｍの範囲内の流量に設定される。また、処理容器１２内の空間Ｓの圧力は、数ｍＴｏｒｒ程度の圧力に設定される。また、ターゲット２０とステージ１６との間の鉛直方向における距離は、例えば、２８０ｍｍに設定される。これにより、ターゲット２０から放出されるコバルトが窒化し、窒化コバルトがウエハＷ上に堆積する。その結果、コバルト窒化膜ＣＮＬが形成される。なお、コバルト窒化膜ＣＮＬは、凹部ＲＰを閉塞しないように形成される。コバルト窒化膜ＣＮＬは、凹部ＲＰの大きさに依存するが、例えば、２０ｎｍの膜厚を有するように形成される。

【0045】

一実施形態においては、工程ＳＴ１の実行後、後述する工程ＳＴ２においてコバルト膜を形成する前に、ウエハＷが加熱されてもよい。この加熱を図２に示す処理システム１００を用いて行う場合には、図５の（ｂ）に示すウエハＷが、プロセスモジュールＰＭ２、即ち、加熱処理装置５０に搬送され、当該加熱処理装置５０によって加熱される。例えば、ウエハＷは、５×１０^−７Ｔｏｒｒの圧力環境下で３００℃〜４００℃の温度で６０秒間加熱される。このように、工程ＳＴ１と工程ＳＴ２との間において、ウエハＷを加熱することにより、後述する工程において形成されるコバルト膜の流動性を高めることが可能となる。

【0046】

次いで、方法ＭＴでは、工程ＳＴ２が実行される。工程ＳＴ２では、図６の（ａ）に示すように、コバルト窒化膜ＣＮＬ上にコバルト膜ＣＬが形成される。

【0047】

図２に示す処理システム１００を用いて方法ＭＴの工程ＳＴ２を実施する場合には、ウエハＷは、プロセスモジュールＰＭ１、即ち、成膜装置１０の処理容器１２内に搬送され、ステージ１６上に載置される。そして、処理容器１２内の空間Ｓの圧力が所定の圧力に設定され、ガス供給部３０から希ガスが供給され、ステージ１６が回転され、電源２４からターゲット２０に電圧が印加される。例えば、電源２４からターゲット２０に印加される直流電圧は１．５ｋＷの電力を有し、希ガス（Ａｒガス）の流量は１００ｓｃｃｍの流量に設定される。また、処理容器１２内の空間Ｓの圧力は、数ｍＴｏｒｒ程度の圧力、例えば、０．７ｍＴｏｒｒに設定される。また、ターゲット２０とステージ１６との間の鉛直方向における距離は、例えば、２８０ｍｍに設定される。これにより、ターゲット２０から放出されるコバルトが、コバルト窒化膜ＣＮＬ上に堆積することする。その結果、コバルト膜ＣＬが形成される。なお、コバルト膜ＣＬは、凹部ＲＰを閉塞しないように形成される。コバルト膜ＣＬは、凹部ＲＰの大きさに依存するが、例えば１０ｎｍの膜厚を有するように形成される。

【0048】

次いで、方法ＭＴでは、工程ＳＴ３が実行される。工程ＳＴ３では、ウエハＷが加熱される。これにより、図６の（ｂ）に示すように、コバルト膜ＣＬを構成するコバルトが、凹部ＲＰの底に向けて流動し、コバルト製の充填領域ＦＲを形成する。この工程ＳＴ３により、凹部ＲＰはその底部からコバルトによって充填される。

【0049】

図２に示す処理システム１００を用いて方法ＭＴの工程ＳＴ３を実施する場合には、図６の（ａ）に示すウエハＷは、プロセスモジュールＰＭ２、即ち、加熱処理装置５０内に搬送され、当該加熱処理装置５０によって加熱される。例えば、ウエハＷは、５×１０^−７Ｔｏｒｒの圧力環境下で３００℃〜４００℃の温度で６０秒間加熱される。

【0050】

一実施形態においては、上述した工程ＳＴ２及び工程ＳＴ３が交互に複数回実行される。即ち、工程ＳＴ２及び工程ＳＴ３が交互に繰り返される。この繰り返しにより、凹部ＲＰがコバルトによって充填される。

【0051】

方法ＭＴでは、次いで、工程ＳＴ４において、停止条件が判定される。この停止条件は、工程ＳＴ２及び工程ＳＴ３の繰り返し回数が所定回数に達したか否かという条件であり得る。工程ＳＴ２及び工程ＳＴ３の繰り返し回数が所定回数に達していない場合には、再び工程ＳＴ２及び工程ＳＴ３が実行される。一方、工程ＳＴ２及び工程ＳＴ３の繰り返し回数が所定回数に達している場合には、工程ＳＴ２及び工程ＳＴ３の繰り返しが終了する。

【0052】

一実施形態においては、方法ＭＴでは、工程ＳＴ５が更に実行され得る。工程ＳＴ５では、ウエハＷに還元処理が施される。これにより、ウエハＷのコバルト窒化膜ＣＮＬに由来する窒素が除去される。

【0053】

図２に示す処理システム１００を用いて方法ＭＴの工程ＳＴ５を実施する場合には、ウエハＷは、プロセスモジュールＰＭ２、即ち、加熱処理装置５０内に搬送され、当該加熱処理装置５０によって加熱される。ウエハＷは、還元性ガス、例えば、Ｈ_２ガスの雰囲気中で、３００℃〜４００℃の温度で６０秒間加熱される。

【0054】

以上説明した方法ＭＴによれば、コバルト窒化膜ＣＮＬを絶縁膜ＩＬとコバルト膜ＣＬとの間に介在させているので、工程ＳＴ３の加熱によってコバルトが凝集することが抑制される。図７は、方法ＭＴの原理を説明するための概念図である。図７の（ｂ）に示すように、絶縁膜ＩＬ上に直接、コバルト膜ＣＬが形成される場合には、絶縁膜ＩＬに対するコバルトの接触角θは、相当に大きな角度になる。この原因は、絶縁膜ＩＬ上に直接、コバルト膜を形成する場合には、結晶成長過程において、コバルト同士の金属間結合が形成され、コバルトが最密面成長する結果、コバルトの絶縁膜ＩＬに対する濡れ性が低下することによるものと推測される。これにより、絶縁膜ＩＬ上に直接、コバルト膜ＣＬが形成されている場合には、コバルトが凝集し、凹部に空洞が発生することとなる。

【0055】

一方、図７の（ａ）に示すように、コバルト窒化膜ＣＮＬ上にコバルト膜ＣＬが形成される場合には、コバルト窒化膜ＣＮＬに対するコバルトの接触角θは、比較的小さな角度になる。この原因は、コバルト窒化膜ＣＮＬでは窒素に一つの自由電子が余る状態となり、結晶成長過程において、当該窒素とコバルトが結合して、コバルトが細密面成長しないために、コバルト窒化膜ＣＮＬに対するコバルトの濡れ性が高くなることによるものと推測される。したがって、コバルト窒化膜ＣＮＬを絶縁膜ＩＬとコバルト膜ＣＬとの間に介在させる方法ＭＴでは、コバルトの流動性が高められ、結果的に、コバルトの凝集が抑制される。故に、方法ＭＴによれば、空洞の発生を抑制して、凹部ＲＰにコバルトを供給し、当該凹部ＲＰをコバルトによって充填することが可能となる。

【0056】

以下、別の実施形態について説明する。上述した方法ＭＴでは、工程ＳＴ２の実行後に工程ＳＴ３が実行されていたが、別の実施形態に係る方法では、工程ＳＴ２と工程ＳＴ３とが同時に実行されてもよい。即ち、成膜装置内においてウエハＷ上にコバルト膜ＣＬを形成しつつ、当該ウエハＷを加熱してもよい。この別の実施形態に係る方法によれば、工程ＳＴ２と工程ＳＴ３との間でウエハＷを搬送する時間が省略される。即ち、上述した方法ＭＴに比して、凹部ＲＰにコバルトを供給するために必要となる時間が短縮される。したがって、スループットが向上される。

【0057】

図８は、上記の別の実施形態に係る方法の実施に用いることが可能な成膜装置の一例を示す図である。図８に示す成膜装置１０Ａは、ステージ１６内にヒータＨＴを備える点において、成膜装置１０とは異なっている。このヒータＨＴは、ヒータ電源ＨＰに接続されている。ヒータＨＴは、例えば、電熱線によって構成され得る。

【0058】

この成膜装置１０Ａでは、工程ＳＴ１の実行が可能である。また、成膜装置１０Ａでは、工程ＳＴ２及び工程ＳＴ３の同時の実行が可能である。即ち、成膜装置１０Ａでは、ヒータＨＴによってウエハＷを加熱しつつ、コバルト膜ＣＬを形成することが可能である。即ち、成膜装置１０Ａによれば、コバルト膜ＣＬの形成と加熱によるコバルトの凹部ＲＰへの供給とが同時に行われ得る。

【0059】

以上、種々の実施形態について説明してきたが、上述した実施形態に限定されることなく種々の変形態様を構成可能である。例えば、上述した成膜装置１０ＡのヒータＨＴは、誘導加熱方式のヒータであってもよい。また、成膜装置１０Ａに、還元性ガスのガス供給部を接続すれば、上述した工程ＳＴ１、工程ＳＴ２、工程ＳＴ３、及び工程ＳＴ５を含む方法の実施が、単一の成膜装置１０Ａを用いて実現可能である。

【符号の説明】

【0060】

１００…処理システム、ＰＭ１，ＰＭ２…プロセスモジュール、１０…成膜装置、１２…処理容器、１４…排気装置、１６…ステージ、１８…ステージ駆動機構、２０…ターゲット、２４…電源、２６…マグネット、３０…ガス供給部（希ガス）、３１…ガス供給部（窒素ガス）、５０…加熱処理装置、５２…処理容器、５４…排気装置、５６…ステージ、５８…ランプユニット、Ｃｎｔ…制御部、Ｗ…ウエハ、ＩＬ…絶縁膜、ＲＰ…凹部、ＣＮＬ…コバルト窒化膜、ＣＬ…コバルト膜。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】