特許 6788393 銅膜を形成する方法

(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】6788393

(24)【登録日】2020年11月4日

(45)【発行日】2020年11月25日

(54)【発明の名称】銅膜を形成する方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/28 20060101AFI20201116BHJP

   H01L 21/3205 20060101ALI20201116BHJP

   H01L 21/768 20060101ALI20201116BHJP

   H01L 23/532 20060101ALI20201116BHJP

   H01L 21/285 20060101ALI20201116BHJP

   C23C 14/14 20060101ALI20201116BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/28 A

   H01L21/88 R

   H01L21/28 301R

   H01L21/285 S

   C23C14/14 D

【請求項の数】5

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2016-128799(P2016-128799)

(22)【出願日】2016年6月29日

(65)【公開番号】特開2018-6452(P2018-6452A)

(43)【公開日】2018年1月11日

【審査請求日】2019年3月25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】戸島 宏至

(72)【発明者】

【氏名】島田 篤史

(72)【発明者】

【氏名】平澤 達郎

(72)【発明者】

【氏名】波多野 達夫

(72)【発明者】

【氏名】古川 真司

【審査官】 桑原 清

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許第０６５４１３７１（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 特開２００２−３４３７９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−２２６７６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−１８３０６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００３−５２４８８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−３３３９２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１４−５３４６０９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／２８

Ｈ０１Ｌ ２１／２８５

Ｈ０１Ｌ ２１／３２０５

Ｈ０１Ｌ ２１／７６８

Ｈ０１Ｌ ２３／５３２

Ｃ２３Ｃ １４／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

銅膜を形成する方法であって、
被加工物の絶縁膜の表面に沿って窒化チタン膜、タングステン膜、又は、窒化タングステン膜である下地膜を形成する工程と、
前記絶縁膜及び前記下地膜を有し、２０９ケルビン以下の温度に冷却された被加工物の該下地膜上に銅膜を形成する工程と、
を含む方法。

【請求項2】

前記絶縁膜及び前記下地膜を有する前記被加工物は、ギフォードマクマホンサイクルを利用する冷凍機を用いて、２０９ケルビン以下の前記温度に冷却される、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記下地膜はスパッタリングにより形成され、
前記スパッタリングによって形成される前記下地膜の膜厚は、該下地膜がアモルファス化するように１．０ｎｍ以上２．５ｎｍ以下の膜厚に設定される、請求項１又は２に記載の方法。

【請求項4】

前記絶縁膜、前記下地膜、及び、前記銅膜を有する被加工物の温度を昇温させる工程を更に含む、請求項１〜３の何れか一項に記載の方法。

【請求項5】

前記絶縁膜には凹部が形成されており、
前記下地膜は、前記凹部を画成する前記絶縁膜の表面に沿って形成される、
請求項１〜４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、銅膜を形成する方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

半導体装置の製造においては配線加工が行われる。配線加工技術の一種としては、ダマシン法が知られている。ダマシン法では、絶縁膜の凹部を画成する表面上にバリア膜が形成される。バリア膜は一般的には、タンタル、窒化タンタル、コバルト、又は、ルテニウムから形成される。次いで、バリア膜上に銅膜が形成される。銅膜は、例えばスパッタリング法により形成される。

【0003】

下記の特許文献１には、スパッタリング法による銅膜の形成において、絶縁膜を有する被加工物の温度が２０℃以下の低温に設定されることが記載されている。特許文献１によれば、被加工物の温度を低温に設定した状態で銅のスパッタリングを行うことにより、銅の凝集が抑制され、銅膜の表面が平坦になる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平１１−３４３５７０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、銅から形成される配線は低い抵抗を有することが要求される。しかしながら、銅膜中の結晶の粒径が小さいと、銅から形成される配線の抵抗は高くなる。したがって、低い抵抗を有する銅膜を形成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】

【0006】

一態様においては、銅膜を形成する方法が提供される。この方法は、被加工物の絶縁膜の表面に沿って窒化チタン膜、タングステン膜、又は、窒化タングステン膜である下地膜を形成する工程と、該絶縁膜及び該下地膜を有し、２０９ケルビン以下の温度に冷却された被加工物の該下地膜上に銅膜を形成する工程と、を含む。

【0007】

タンタル、窒化タンタル、コバルト、又は、ルテニウムから形成された一般的なバリア膜を有する被加工物を低温に冷却し、当該バリア膜上に銅膜を形成し、当該銅膜を昇温させても、銅膜中の結晶の粒径は大きくならない。一方、一態様に係る方法では、窒化チタン膜、タングステン膜、又は、窒化タングステン膜である下地膜を有する被加工物が低温に冷却され、当該下地膜上に銅膜が形成される。この下地膜上に形成された銅膜が昇温されると、銅膜中の結晶の粒径が大きくなる。したがって、一態様に係る方法によれば、低い抵抗を有する銅膜が形成される。なお、一実施形態では、銅膜中の結晶の粒径を大きくするための昇温は、当該銅膜を有する被加工物を常温（例えば、室温）環境下に置くことにより、行われ得る。

【0008】

一実施形態では、下地膜の膜厚は、下地膜がアモルファス化するように設定される。一実施形態では、下地膜の膜厚は、１．０ｎｍ以上２．５ｎｍ以下の膜厚に設定される。

【0009】

一実施形態では、絶縁膜には凹部が形成されている。下地膜は、凹部を画成する絶縁膜の表面に沿って形成される。なお、別の実施形態では、絶縁膜の比較的平坦な表面上に下地膜及び銅膜が形成されてもよい。また、この銅膜にプラズマエッチングが適用されて、配線が形成されてもよい。

【発明の効果】

【0010】

以上説明したように、低い抵抗を有する銅膜を形成することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】一実施形態に係る銅膜を形成する方法を示す流れ図である。

【図2】図１に示す方法が適用され得る被加工物の一例を示す拡大断面図である。

【図3】図１に示す方法の実施に用いることが可能な処理システムを示す図である。

【図4】図４の（ａ）は図１に示す方法の工程ＳＴ２の実行に用いられる処理モジュールの一例を概略的に示す図であり、図４の（ｂ）は工程ＳＴ２の実行後の被加工物を示す拡大断面図である。

【図5】図５の（ａ）は図１に示す方法の工程ＳＴ３の実行に用いられる処理モジュールの一例を概略的に示す図であり、図５の（ｂ）は工程ＳＴ３の実行後の被加工物を示す拡大断面図である。

【図6】図１に示す方法の工程ＳＴ４の実行に用いられる処理モジュールの一例を概略的に示す図である。

【図7】図７の（ａ）は図１に示す方法の工程ＳＴ５の実行に用いられる処理モジュールの一例を概略的に示す図であり、図７の（ｂ）は工程ＳＴ５の実行後の被加工物を示す拡大断面図である。

【図8】下地膜の膜厚に対する銅膜のシート抵抗の依存性の評価結果を示すグラフである。

【図9】工程ＳＴ４の冷却温度に対する銅膜のシート抵抗の依存性の評価結果を示すグラフである。

【図10】工程ＳＴ４の冷却温度に対する銅膜の表面粗さの依存性の評価結果を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0012】

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。

【0013】

図１は、一実施形態に係る銅膜を形成する方法を示す流れ図である。図１に示す方法ＭＴは、被加工物の絶縁膜の表面に沿って銅膜を形成するための方法である。方法ＭＴは、工程ＳＴ１〜工程ＳＴ６を含む。工程ＳＴ１〜工程ＳＴ６それぞれの詳細については後述する。

【0014】

図２は、図１に示す方法が適用され得る被加工物の一例を示す拡大断面図である。図２に示す被加工物Ｗ１は、例えば円盤形状を有する。被加工物Ｗ１は、下地層１０及び絶縁膜１２を有している。絶縁膜１２は、下地層１０上に設けられている。絶縁膜１２は、例えば酸化シリコンから形成されている。なお、絶縁膜１２は、低誘電率材料（Ｌｏｗ−Ｋ材料）から形成されていてもよい。

【0015】

絶縁膜１２には、凹部１２ｒが形成されている。凹部１２ｒは、絶縁膜１２の上面１２ｔから絶縁膜１２の膜厚方向に沿って延びている。凹部１２ｒは、例えば溝又はホールであり得る。凹部１２ｒは、例えば、フォトリソグラフィ及びエッチングにより形成される。

【0016】

以下、方法ＭＴを詳細に説明する前に、方法ＭＴの実施に用いることができる処理システムについて説明する。図３は、図１に示す方法の実施に用いることが可能な処理システムを示す図である。図３に示す処理システム１００は、ローダモジュール１０２、ロードロックモジュール１０４及び１０６、搬送モジュール１０８、複数の処理モジュール１１０ａ〜１１０ｈ、並びに、制御部１１２を備えている。なお、処理システム１００が備える複数の処理モジュールの個数は、図３に示す例では八つであるが、任意の個数であってもよい。

【0017】

ローダモジュール１０２は、大気圧環境下において被加工物を搬送する装置である。ローダモジュール１０２には、複数の台１１４が取り付けられている。複数の台１１４の各々の上には、複数の被加工物を収容可能な容器１１６がそれぞれ搭載される。容器１１６の各々は、例えばＦＯＵＰ（Ｆｒｏｎｔ−Ｏｐｅｎｉｎｇ Ｕｎｉｆｉｅｄ Ｐｏｄ）であり得る。

【0018】

ローダモジュール１０２は、チャンバ１０２ｃを提供している。チャンバ１０２ｃ内には搬送装置１０２ｔが設けられている。搬送装置１０２ｔは、被加工物を保持して当該被加工物を搬送するためのロボットアームを含み得る。このローダモジュール１０２には、ロードロックモジュール１０４及びロードロックモジュール１０６が接続されている。搬送装置１０２ｔは、容器１１６とロードロックモジュール１０４の間、又は、容器１１６とロードロックモジュール１０６の間において被加工物を搬送する。

【0019】

ロードロックモジュール１０４及びロードロックモジュール１０６はそれぞれ、予備減圧のためのチャンバ１０４ｃ及びチャンバ１０６ｃを提供している。ロードロックモジュール１０４及びロードロックモジュール１０６には、搬送モジュール１０８が接続されている。搬送モジュール１０８は、減圧可能な搬送チャンバ１０８ｃを提供している。搬送チャンバ１０８ｃ内には、搬送装置１０８ｔが設けられている。搬送装置１０８ｔは、被加工物を保持して当該被加工物を搬送するためのロボットアームを含み得る。この搬送モジュール１０８には、複数の処理モジュール１１０ａ〜１１０ｈが接続されている。搬送モジュール１０８の搬送装置１０８ｔは、ロードロックモジュール１０４及びロードロックモジュール１０６の何れかと複数の処理モジュール１１０ａ〜１１０ｈの何れかとの間、及び、複数の処理モジュール１１０ａ〜１１０ｈのうち任意の二つの処理モジュール間で、被加工物を搬送する。

【0020】

複数の処理モジュール１１０ａ〜１１０ｈは、方法ＭＴの複数の工程を実行するための処理モジュールを含んでいる。一例において、処理モジュール１１０ａは、後述する工程ＳＴ１におけるエッチングを行うためのプラズマエッチング装置である。処理モジュール１１０ａは、例えば容量結合型のプラズマエッチング装置である。なお、処理モジュール１１０ａは、誘導結合型のプラズマエッチング装置、或いは、マイクロ波といった表面波によりガスを励起させるプラズマエッチング装置であってもよい。

【0021】

一例において、処理モジュール１１０ｂは、工程ＳＴ２におけるバリア膜の形成に用いられる成膜装置である。処理モジュール１１０ｂは、例えばスパッタリング装置である。また、一例においては、処理モジュール１１０ｃは、工程ＳＴ３における下地膜の形成に用いられる成膜装置である。処理モジュール１１０ｃは、例えばスパッタリング装置である。また、一例において、処理モジュール１１０ｄは、工程ＳＴ４における被加工物の冷却に用いられる処理装置である。また、一例において、処理モジュール１１０ｅは、工程ＳＴ５における銅膜の形成に用いられる成膜装置である。処理モジュール１１０ｅは、例えばスパッタリング装置である。なお、一つの処理モジュールである成膜装置によって、工程ＳＴ２、工程ＳＴ３、及び、工程ＳＴ５のうち二以上の工程における膜の形成が行われてもよい。また、工程ＳＴ４とＳＴ５とが同一の処理モジュールで行われてもよい。

【0022】

制御部１１２は、ローダモジュール１０２、搬送モジュール１０８、及び、複数の処理モジュール１１０ａ〜１１０ｈを制御するよう構成されている。制御部１１２は、例えば、プロセッサ及びメモリといった記憶装置を有するコンピュータ装置であり得る。記憶装置には、処理システム１００の各部を制御するためのプログラム及び処理システム１００において上述した方法ＭＴを実施するためのレシピデータが記憶されている。プロセッサは、記憶装置に記憶されているプログラム及びレシピデータに従って動作し、処理システム１００の各部を制御するための制御信号を当該各部に出力する。

【0023】

再び図１を参照し、方法ＭＴについて詳細に説明する。以下の説明では、処理システム１００が利用される場合を例にとって方法ＭＴを説明する。しかしながら、方法ＭＴは処理システム１００とは異なる別の処理システムを用いて実施することも可能である。また、以下の説明では、図１と共に、図４の（ａ）、図４の（ｂ）、図５の（ａ）、図５の（ｂ）、図６、図７の（ａ）、及び、図７の（ｂ）を参照する。図４の（ａ）は図１に示す方法の工程ＳＴ２の実行に用いられる処理モジュールの一例を概略的に示す図であり、図４の（ｂ）は工程ＳＴ２の実行後の被加工物を示す拡大断面図である。図５の（ａ）は図１に示す方法の工程ＳＴ３の実行に用いられる処理モジュールの一例を概略的に示す図であり、図５の（ｂ）は工程ＳＴ３の実行後の被加工物を示す拡大断面図である。図６は、図１に示す方法の工程ＳＴ４の実行に用いられる処理モジュールの一例を概略的に示す図である。図７の（ａ）は図１に示す方法の工程ＳＴ５の実行に用いられる処理モジュールの一例を概略的に示す図であり、図７の（ｂ）は工程ＳＴ５の実行後の被加工物を示す拡大断面図である。

【0024】

図１に示すように、方法ＭＴでは、まず、工程ＳＴ１が実行される。工程ＳＴ１では、被加工物Ｗ１に対するエッチングが行われる。一実施形態の工程ＳＴ１では、処理モジュール１１０ａのチャンバ内に設けられた載置台上に被加工物Ｗ１が載置される。そして、処理モジュール１１０ａのチャンバ内において、アルゴンガスといった希ガスのプラズマが生成される。そして、載置台の下部電極にバイアス用の高周波が供給される。工程ＳＴ１では、チャンバ内において生成されたイオンが、被加工物Ｗ１に対して引き込まれる。この工程ＳＴ１では、被加工物Ｗ１に対するスパッタエッチングが行われ、被加工物Ｗ１がその表面から僅かに削られる。この工程ＳＴ１により、被加工物Ｗ１から被加工物Ｗ２が作成される。

【0025】

次いで、方法ＭＴでは、工程ＳＴ２が実行される。工程ＳＴ２では、被加工物Ｗ２の表面上にバリア膜が形成される。バリア膜が形成される表面は、凹部１２ｒを画成する絶縁膜１２の表面を含む。バリア膜は、タンタル、窒化タンタル、コバルト、又は、ルテニウムから形成される。一実施形態では、工程ＳＴ１の実行後、処理モジュール１１０ａから搬送モジュール１０８を介して処理モジュール１１０ｂに被加工物Ｗ２が搬送される。そして、処理モジュール１１０ｂにおいて、工程ＳＴ２のバリア膜の形成が行われる。

【0026】

図４の（ａ）に示すように、処理モジュール１１０ｂは、スパッタリング装置である。処理モジュール１１０ｂは、チャンバ本体１２０ｂ、ステージ１２２ｂ、ターゲットホルダ１２６ｂ、電源１３０ｂ、ガス供給部１３２ｂ、及び、排気装置１３４ｂを備えている。チャンバ本体１２０ｂは、その内部空間をチャンバＳｂとして提供している。ステージ１２２ｂは、チャンバＳｂ内に設けられている。ステージ１２２ｂは、その上に載置された被加工物を保持するよう構成されている。例えば、ステージ１２２ｂは、静電チャックを含み得る。また、ステージ１２２ｂは、回転軸１２４ｂによって支持されている。回転軸１２４ｂが駆動装置によって回転されることにより、ステージ１２２ｂはその中心軸線を中心に回転可能になっている。

【0027】

ステージ１２２ｂの上方には、ターゲットホルダ１２６ｂが設けられている。ターゲットホルダ１２６ｂは、ターゲット１２８ｂを保持する。ターゲット１２８ｂは、バリア膜を構成する物質から形成されている。ターゲットホルダ１２６ｂには電源１３０ｂが接続されている。電源１３０ｂは、直流電源であってもよく、或いは、高周波電源であってもよい。

【0028】

処理モジュール１１０ｂでは、ガス供給部１３２ｂからチャンバＳｂにガスが供給されるようになっている。ガス供給部１３２ｂから供給されるガスは、アルゴンガスといった希ガス、又は、他の不活性ガスである。また、処理モジュール１１０ｂでは、チャンバ本体１２０ｂに排気装置１３４ｂが接続されている。排気装置１３４ｂは、チャンバＳｂを減圧する装置であり、圧力調整弁、及び、ターボ分子ポンプといった真空ポンプを含み得る。

【0029】

一実施形態の工程ＳＴ２では、ステージ１２２ｂ上に載置された被加工物Ｗ２がステージ１２２ｂによって保持され、ステージ１２２ｂが回転される。また、ガス供給部１３２ｂからチャンバＳｂにガスが供給される。また、排気装置１３４ｂによってチャンバＳｂが減圧される。さらに、電源１３０ｂからの電圧がターゲットホルダ１２６ｂに印加される。これにより、ターゲット１２８ｂの周囲でプラズマが生成され、当該プラズマ中のイオンがターゲット１２８ｂに引き込まれる。イオンがターゲット１２８ｂに衝突すると、ターゲット１２８ｂを構成する物質が当該ターゲット１２８ｂから放出される。この物質が被加工物Ｗ２上に堆積する。これにより、被加工物Ｗ２の表面上にバリア膜１４が形成されて、被加工物Ｗ３が作成される。被加工物Ｗ３は、図４の（ｂ）に示すように、下地層１０、絶縁膜１２、及び、バリア膜１４を含んでいる。バリア膜１４は、タンタル、窒化タンタル、コバルト、又は、ルテニウムから形成される。

【0030】

方法ＭＴでは、次いで、工程ＳＴ３が実行される。工程ＳＴ３では、被加工物Ｗ３のバリア膜１４の表面上に下地膜が形成される。即ち、被加工物Ｗ３の絶縁膜１２の表面に沿って下地膜が形成される。下地膜は、窒化チタン膜、タングステン膜、又は、窒化タングステン膜である。一実施形態では、工程ＳＴ２の実行後、処理モジュール１１０ｂから搬送モジュール１０８を介して処理モジュール１１０ｃに被加工物Ｗ３が搬送される。そして、処理モジュール１１０ｃにおいて、工程ＳＴ３の下地膜の形成が行われる。

【0031】

図５の（ａ）に示すように、処理モジュール１１０ｃは、処理モジュール１１０ｂと同様のスパッタリング装置である。処理モジュール１１０ｃは、チャンバ本体１２０ｃ、ステージ１２２ｃ、ターゲットホルダ１２６ｃ、電源１３０ｃ、ガス供給部１３２ｃ、及び、排気装置１３４ｃを備えている。チャンバ本体１２０ｃはチャンバＳｃを提供している。ステージ１２２ｃは、チャンバＳｃ内に設けられている。ステージ１２２ｃは、回転軸１２４ｃによって支持されており、駆動装置による回転軸１２４ｃの回転に伴って、その中心軸線を中心に回転する。ターゲットホルダ１２６ｃは、ステージ１２２ｃの上方においてターゲット１２８ｃを保持している。ターゲット１２８ｃは、下地膜を構成する物質から形成されている。電源１３０ｃ、ガス供給部１３２ｃ、排気装置１３４ｃはそれぞれ、電源１３０ｂ、ガス供給部１３２ｂ、排気装置１３４ｂと同様に構成されている。

【0032】

一実施形態の工程ＳＴ３では、ステージ１２２ｃ上に載置された被加工物Ｗ３がステージ１２２ｃによって保持され、ステージ１２２ｃが回転される。また、ガス供給部１３２ｃからチャンバＳｃにガス（アルゴンガスといった希ガス又は他の不活性ガス）が供給される。また、排気装置１３４ｃによってチャンバＳｃが減圧される。さらに、電源１３０ｃからの電圧がターゲットホルダ１２６ｃに印加される。これにより、ターゲット１２８ｃの周囲でプラズマが生成され、当該プラズマ中のイオンがターゲット１２８ｃに引き込まれる。イオンがターゲット１２８ｃに衝突すると、ターゲット１２８ｃを構成する物質が当該ターゲット１２８ｃから放出される。この物質が被加工物Ｗ３上に堆積する。これにより、被加工物Ｗ３の表面上に下地膜１６が形成されて、被加工物Ｗ４が作成される。被加工物Ｗ４は、図５の（ｂ）に示すように、下地層１０、絶縁膜１２、バリア膜１４、及び、下地膜１６を含んでいる。下地膜１６は、窒化チタン膜、タングステン膜、又は、窒化タングステン膜である。

【0033】

一実施形態では、下地膜１６の膜厚は、当該下地膜１６がアモルファス化するように設定される。例えば、工程ＳＴ３では、その膜厚が１．０ｎｍ以上２．５ｎｍ以下の膜厚になるよう下地膜１６が形成される。

【0034】

次いで、方法ＭＴでは、工程ＳＴ４が実行される。工程ＳＴ４では、被加工物Ｗ４が２０９ケルビン（Ｋ）以下の温度に冷却される。一実施形態では、工程ＳＴ３の実行後、処理モジュール１１０ｃから搬送モジュール１０８を介して処理モジュール１１０ｄに被加工物Ｗ４が搬送される。そして、処理モジュール１１０ｄにおいて、工程ＳＴ４の被加工物の冷却が行われる。

【0035】

図６に示すように、処理モジュール１１０ｄは、チャンバ本体１２０ｄ、ステージ１２２ｄ、及び、冷却機１４０ｄを備えている。チャンバ本体１２０ｄは、その内部空間をチャンバＳｄとして提供している。ステージ１２２ｄは、チャンバＳｄ内に設けられている。ステージ１２２ｄ上には被加工物が載置される。ステージ１２２ｄには冷却機１４０ｄが結合されている。冷却機１４０ｄは、ステージ１２２ｄ上に載置された被加工物を２０９ケルビン以下の温度に冷却するよう構成されている。冷却機１４０ｄは、例えば、ギフォードマクマホンサイクル（Ｇ．Ｍ．サイクル）を利用する冷凍機であり得る。一実施形態の工程ＳＴ４では、ステージ１２２ｄ上に載置された被加工物Ｗ４が冷却機１４０ｄによって２０９ケルビン以下の温度に冷却される。

【0036】

方法ＭＴでは、次いで、工程ＳＴ５が実行される。工程ＳＴ５では、工程ＳＴ４において冷却された被加工物Ｗ４の下地膜１６上に銅膜が形成される。一実施形態では、工程ＳＴ４の実行後、処理モジュール１１０ｄから搬送モジュール１０８を介して処理モジュール１１０ｅに被加工物Ｗ４が搬送される。そして、処理モジュール１１０ｅにおいて、工程ＳＴ５の銅膜の形成が行われる。

【0037】

図７の（ａ）に示すように、処理モジュール１１０ｅは、処理モジュール１１０ｂと同様のスパッタリング装置である。処理モジュール１１０ｅは、チャンバ本体１２０ｅ、ステージ１２２ｅ、ターゲットホルダ１２６ｅ、電源１３０ｅ、ガス供給部１３２ｅ、及び、排気装置１３４ｅを備えている。チャンバ本体１２０ｅはチャンバＳｅを提供している。ステージ１２２ｅは、チャンバＳｅ内に設けられている。ステージ１２２ｅは、回転軸１２４ｅによって支持されており、駆動装置による回転軸１２４ｅの回転に伴って、その中心軸線を中心に回転する。ターゲットホルダ１２６ｅは、ステージ１２２ｅの上方においてターゲット１２８ｅを保持している。ターゲット１２８ｅは、銅から形成されている。電源１３０ｅ、ガス供給部１３２ｅ、排気装置１３４ｅはそれぞれ、電源１３０ｂ、ガス供給部１３２ｂ、排気装置１３４ｂと同様に構成されている。

【0038】

一実施形態の工程ＳＴ５では、工程ＳＴ４において冷却された被加工物Ｗ４がステージ１２２ｅ上に載置されて、当該ステージ１２２ｅによって保持される。また、ステージ１２２ｅが回転される。また、ガス供給部１３２ｅからチャンバＳｅにガス（アルゴンガスといった希ガス又は他の不活性ガス）が供給される。また、排気装置１３４ｅによってチャンバＳｅが減圧される。さらに、電源１３０ｅからの電圧がターゲットホルダ１２６ｅに印加される。これにより、ターゲット１２８ｅの周囲でプラズマが生成され、当該プラズマ中のイオンがターゲット１２８ｅに引き込まれる。イオンがターゲット１２８ｅに衝突すると、ターゲット１２８ｅを構成する物質、即ち銅が当該ターゲット１２８ｅから放出される。この物質が被加工物Ｗ４上に堆積する。これにより、被加工物Ｗ４の下地膜１６上に銅膜１８が形成されて、被加工物Ｗ５が作成される。被加工物Ｗ５は、図７の（ｂ）に示すように、下地層１０、絶縁膜１２、バリア膜１４、下地膜１６、及び、銅膜１８を含んでいる。

【0039】

方法ＭＴでは、次いで、工程ＳＴ６が実行される。工程ＳＴ６では、工程ＳＴ５の実行後にも引き続きその温度が低温である被加工物Ｗ５が、昇温される。被加工物Ｗ５は、加熱装置によって昇温されてもよいが、一実施形態では、自然昇温される。即ち、一実施形態の工程ＳＴ６では、意図的に加熱装置を利用することなく、常温（例えば、室温）環境下に被加工物Ｗ５が置かれることにより、被加工物Ｗ５の昇温が行われる。例えば、被加工物Ｗ５は、ロードロックモジュール１０４又はロードロックモジュール１０６内において昇温される。

【0040】

タンタル、窒化タンタル、コバルト、又は、ルテニウムから形成された一般的なバリア膜を有する被加工物を低温に冷却し、当該バリア膜上に銅膜を形成し、当該銅膜を昇温させても、銅膜中の結晶の粒径は大きくならない。一方、方法ＭＴでは、窒化チタン膜、タングステン膜、又は、窒化タングステン膜である下地膜１６を有する被加工物Ｗ４が工程ＳＴ４において低温（２０９ケルビン以下の温度）に冷却され、当該下地膜１６上に銅膜１８が形成される。比較的高温に設定された被加工物上では表面拡散により銅粒子が凝集するが、低温に冷却された被加工物Ｗ４の下地膜１６上では銅粒子の凝集が抑制される。その結果、工程ＳＴ５において形成された銅膜１８は、工程ＳＴ６の昇温前には比較的小さい結晶粒を有する。

【0041】

そして、上記の下地膜１６上に形成された銅膜１８が昇温されると、銅膜１８中の結晶の粒径が大きくなる。本願発明者の実験によれば、バリア膜１４の直上に銅膜を形成すると、当該銅膜中の結晶の配向は（１１１）配向が支配的になっていた。一方、下地膜１６上に形成された銅膜１８が昇温されると、当該銅膜１８中の結晶の配向は、（１１１）配向のみならず、（２００）配向といった他の配向も含んでいた。したがって、方法ＭＴによれば、大きい粒径をもった結晶から構成された銅膜１８が得られる。故に、方法ＭＴによれば、低い抵抗を有する銅膜１８が形成される。

【0042】

以上、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、バリア膜１４を形成する工程ＳＴ２は省略されてもよい。即ち、下地膜１６が絶縁膜１２の直上に形成されてもよい。

【0043】

また、方法ＭＴが適用される被加工物の例として、凹部を画成する絶縁膜１２を有する被加工物を例示した。即ち、凹部内に銅配線を形成する目的で銅膜１８が形成される例を説明した。しかしながら、方法ＭＴでは、比較的平坦な表面を有する絶縁膜上に下地膜１６及び銅膜１８が形成されてもよい。この場合には、後に銅膜１８がエッチングされることによって、銅配線が形成され得る。

【0044】

以下、方法ＭＴの評価のために行った実験について説明する。なお、本発明は以下に説明する実験によって限定されるものではない。

【0045】

［下地膜の膜厚に対する銅膜のシート抵抗の依存性の評価］
実験では、方法ＭＴを実行することにより、膜厚の異なる下地膜１６上に銅膜１８を形成して複数のサンプルを得た。銅膜１８の膜厚は５０ｎｍであった。また、工程ＳＴ４では、被加工物を１００ケルビンに冷却した。工程ＳＴ６では銅膜の形成後の被加工物の温度を室温環境下で昇温させた。そして、各サンプルの銅膜のシート抵抗を測定した。図８に結果を示す。図８は、下地膜の膜厚に対する銅膜のシート抵抗の依存性の評価結果を示すグラフである。図８において、横軸は下地膜１６の膜厚を示しており、縦軸は銅膜のシート抵抗の値を示している。図８に示すように、方法ＭＴによって得られる銅膜１８のシート抵抗の値は相当に低かった。また、特に下地膜１６の膜厚が１．０ｎｍ以上２．５ｎｍ以下の膜である場合には、銅膜１８のシート抵抗の値がより低くなっていた。

【0046】

［工程ＳＴ４の冷却温度に対する銅膜のシート抵抗及び表面粗さの依存性］
実験では、シリコン酸化膜を有する被加工物を冷却し（工程ＳＴ４）、冷却された被加工物のシリコン酸化膜上に銅膜（膜厚：５０ｎｍ）を形成し（工程ＳＴ５）、そして、当該銅を有する被加工物を室温環境下で昇温させる（工程ＳＴ６）ことにより、複数のサンプルを得た。複数のサンプルは、工程ＳＴ４において被加工物の温度を互いに異なる温度に設定することにより、得た。なお、シリコン酸化膜は、冷却された下地膜１６と同様に、冷却されたシリコン酸化膜上に形成された銅膜が昇温されると当該銅膜の結晶の粒径が大きくなるという特性を有する。実験では、複数のサンプルの銅膜それぞれのシート抵抗及び算術平均粗さ（Ｒａ）を測定した。図９は、工程ＳＴ４の冷却温度に対する銅膜のシート抵抗の依存性の評価結果を示すグラフである。図９において、横軸は工程ＳＴ４における被加工物の冷却温度を示しており、縦軸はシート抵抗の値を示している。図１０は、工程ＳＴ４の冷却温度に対する銅膜の表面粗さの依存性の評価結果を示すグラフである。図１０において、横軸は工程ＳＴ４における被加工物の冷却温度を示しており、縦軸は算術平均粗さ（Ｒａ）を示している。図９に示すように、工程ＳＴ４において２０９ケルビン以下の温度に被加工物が冷却されることにより、工程ＳＴ６の昇温後の銅膜のシート抵抗の値が低くなることが確認された。また、図１０に示すように、工程ＳＴ４において２０９ケルビン以下の温度に被加工物が冷却されることにより、工程ＳＴ６の昇温後の銅膜の表面粗さが小さくなることが確認された。なお、各サンプルの銅膜中の結晶の粒径は、５００ｎｍ程度であり、通常の銅膜中の結晶の粒径（５０ｎｍ程度）に対して相当に大きな粒径になっていた。

【符号の説明】

【0047】

Ｗ１〜Ｗ５…被加工物、１２…絶縁膜、１４…バリア膜、１６…下地膜、１８…銅膜、１００…処理システム、１１０ａ〜１１０ｈ…処理モジュール。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】