JP2002134436A

JP2002134436A - プラズマ処理装置及び方法並びに基板生産物

Info

Publication number: JP2002134436A
Application number: JP2000315629A
Authority: JP
Inventors: Taketo Tanimoto; 健人谷本
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 2000-10-16
Filing date: 2000-10-16
Publication date: 2002-05-10

Abstract

(57)【要約】【課題】高アスペクト比を有するトレンチやホール等
に形成された初期膜から不純物を十分に除去できるプラ
ズマ処理装置及び方法を提供する。【解決手段】プラズマ処理装置１は、チャンバ２にガ
ス供給系３が接続されたものである。このチャンバ２内
には、ガス供給系３からのＮ₂ガスとＨ₂ガスとが供給さ
れるシャワーヘッド４が、ウェハＷを支持するサセプタ
５に対向して配置されている。シャワーヘッド４は、４
００ｋＨｚの高周波を出力する高周波電源部Ｒ１に接続
されている。一方、サセプタ５は、１３．５６ＭＨｚの
高周波を出力する高周波電源部Ｒ２に接続されている。
そして、このチャンバ２内でウェハＷにＴｉＮの初期膜
を成膜した後、チャンバ２にＮ₂ガス及びＨ₂ガスを供給
しながら二種類の高周波電力を印加することにより、そ
の初期膜をプラズマ処理する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマ処理装置
及び方法並びに基板生産物に関し、詳しくは、被処理体
をプラズマによって処理するプラズマ処理装置及び方
法、並びに、そのプラズマ処理方法により処理されて成
る基板生産物に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスの製造における配線工程
では、半導体基板等の被処理体に設けられたトレンチ、
ホール等の断面凹状をなす配線用の導電経路に金属層が
形成される。このとき、通常は、トレンチ、ホール等に
は、金属層の成膜に先立って、下地層としてのバリア層
が成膜される。例えば、金属層としてアルミニウム（Ａ
ｌ）、Ａｌ合金、タングステン等の金属材料が用いられ
る場合には、金属層の信頼性及び導電特性を向上する観
点から、窒化チタン（ＴｉＮ）から成るバリア層が使用
されることが多い。従来、このＴｉＮ層を形成する方法
としては、チタン（Ｔｉ）原子と窒素（Ｎ）原子を含有
するテトラジメチルアミノチタン（ＴＤＭＡＴ）といっ
た有機金属化合物を材料とし、プラズマ処理によってＴ
ｉＮを半導体基板上へ堆積させる一種のＭＯ−ＣＶＤ
（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法が挙
げられる。

【０００３】この方法を用いたプロセスでは、例えば、
（１）チャンバ内に設けられたシャワーヘッド等のガス
分配部に所定のガスを供給し、（２）ガス分配部に所定
周波数の高周波電力を印加してチャンバ内にプラズマを
形成させ、（３）ガス分配部にＴＤＭＡＴガスを供給し
てイオン、ラジカル等の活性種を生成させて半導体基板
上に初期のＴｉＮ膜を堆積せしめる。このＴｉＮ膜は、
一般式；ＴｉＣ_xＮ_yＨ _zで表されるような組成を有する
言わば有機金属膜であり、バリア性の向上及び比抵抗を
低減するために、（４）窒素（Ｎ₂）ガス等によるプラ
ズマ処理を施してＣ原子及びＨ原子等の不純物を殆ど含
まない所望のＴｉＮ層を得るのが一般的である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、超Ｌ
ＳＩ等の素子の高集積化に伴って微細化及び多層化がま
すます加速される傾向にある。このような微細化及び多
層化により、半導体基板上のトレンチやホール等の導電
経路は、アスペクト比がこれまで以上に高くなり、且
つ、基板表面の平坦化が極めて重要となってきた。この
ような状況下、本発明者は、上述のシャワーヘッドに高
周波電力を印加して不純物を含む初期のＴｉＮ膜（バリ
ア膜）をプラズマ処理してバリア層としてのＴｉＮ層を
形成する従来方法について、得られるＴｉＮ層の膜質の
観点から詳細に検討を行った。その結果、以下に示すよ
うな問題点があることを見出した。

【０００５】すなわち、トレンチやホール等のアスペク
ト比が高くなると、初期のＴｉＮ膜を成膜した後に実施
するプラズマ処理の効果が必ずしも十分に得られない。
つまり、初期のＴｉＮ膜に含まれる不純物の膜外への除
去（ポンプアウト）が必ずしも十分ではない傾向にあっ
た。こうなると、バリア性が改善され難く且つ比抵抗も
十分には低減されない傾向にあり、所望の特性を有する
ＴｉＮ層が得られ難いという不都合があった。また、プ
ラズマ処理の効果を高めるために高周波出力を増大させ
過ぎると、生成される活性種の総エネルギーが不必要に
高められ、トレンチやホール等の開口部の周縁（肩部）
に堆積したＴｉＮ膜がエッチされてしまうことがあっ
た。

【０００６】そこで、本発明は、このような事情に鑑み
てなされたものであり、被処理体上の高アスペクト比を
有するトレンチやホール等に形成された不純物を含む膜
からその不純物を十分に除去でき、しかも、その膜が不
要にエッチ（腐食）されてしまうことを防止できるプラ
ズマ処理装置及び方法を提供することを目的とする。ま
た、本発明は、高アスペクト比を有するトレンチやホー
ル等に形成された場合にも不純物が十分に除去された層
を有する基板生産物を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によるプラズマ処理装置は、不純物を含む膜
が形成されて成る被処理体をプラズマによって処理する
ものであって、被処理体が収容されるチャンバと、この
チャンバ内に配置され、プラズマを形成するためのガス
が供給され、且つ、第１の周波数を有する高周波電力を
出力可能な第１の高周波電源部に接続されたガス分配部
と、チャンバ内にガス分配部に対向して設置され、被処
理体を支持し、且つ、第２の周波数を有する高周波電力
を出力可能な第２の高周波電源部に接続された支持部と
を備えることを特徴とする。

【０００８】このように構成されたプラズマ処理装置に
おいては、被処理体が収容されたチャンバ内に、ガス分
配部を介してプラズマ形成用のガスが導入される。この
ガス分配部に第１の高周波電力が印加されると、ガス分
配部と支持部との間にプラズマが形成され、プラズマ形
成用のガス由来の活性種が生じる。この活性種は、第１
の周波数に応じたエネルギー分布及び密度分布を有して
被処理体上に達し、被処理体の不純物を有する膜に作用
し、これにより不純物が膜外へ除去される。

【０００９】このとき、被処理体を支持する支持部に第
２の高周波電力が印加されると、プラズマに対して所定
の電位を有する交番電界が被処理体の周囲に発生する。
よって、電荷を有する活性種は、被処理体側へ引き込ま
れ易くなる。よって、被処理体がトレンチやホール等の
凹部を有しており、この凹部の内壁に不純物を含む膜が
成膜されている場合でも、更にそのアルペクト比が高い
場合でも、活性種が被処理体の不純物を含む膜に十分に
到達し、且つ、それらの相互作用が高められる。

【００１０】また、それだけではなく、第２の高周波電
力の印加により、殊に第２の周波数が第１の周波数と異
なる場合には、プラズマ中の活性種のエネルギー分布及
び密度分布が平坦化され得る。よって、このように異な
る周波数成分を有するプラズマを用いて被処理体のプラ
ズマ処理を行った場合、膜中の不純物が均一に（一様
に）除去され易くなり、プラズマ処理後の膜から成る層
に含まれる不純物の含有率が十分に低減され、しかもそ
の不純物分布が均質化され得る。なお、この作用の機構
は未だ詳細には解明されておらず、作用は必ずしもこれ
に限定されるものでなない。

【００１１】また、チャンバは、不純物として炭素原子
及び／叉は水素原子を含む膜、例えば、有機金属化合物
が含有されて成る原料を用いた化学的気相堆積法により
所定の化合物が堆積されて成る膜、が形成されて成る被
処理体が収容されるものであると好ましい。

【００１２】本発明のプラズマ処理装置は、このような
被処理体をプラズマ処理するのに極めて好適である。上
記の如く原料として有機金属化合物を用いた場合には、
堆積された初期の膜中に炭素原子及び／叉は水素原子が
含まれる傾向にある。これらの不純物原子は、母体の化
合物結晶等の構造中に入り込み、母体の化合物の結合に
比して比較的緩やかに結合していることも多く、プラズ
マ処理によって、つまり活性種の衝撃やアタックによっ
て膜外へ除去（ポンプアウト）され易い。

【００１３】或いは、チャンバは、被処理体として、チ
タン原子、窒素原子及び上記の不純物を含む膜、例え
ば、チタン原子及び窒素原子を含む有機金属化合物が含
有されて成る原料を用いた化学的気相堆積法により、チ
タン原子、窒素原子、炭素原子及び水素原子を含む所定
の化合物が堆積されて成る膜、が形成されて成る半導体
基板が収容されるものであっても好ましい。

【００１４】より具体的には、このような半導体基板と
して、ＴＤＭＡＴ、テトラジエチルアミノチタン（ＴＤ
ＥＡＴ）等の有機金属化合物を原料として、ＭＯ−ＣＶ
Ｄ法により、例えばＴｉＣ_xＮ_yＨ_zといった一般式で表
される化合物から成る膜（上述した初期のＴｉＮ膜に相
当する）が形成された半導体基板、特にトレンチ、ホー
ル等が設けられ且つその内壁面上にＴｉＣ_xＮ_yＨ_z膜が
形成された半導体基板に対して本発明のプラズマ処理装
置は有用である。

【００１５】先述したように、ＴｉＣ_xＮ_yＨ_z等の組成
を有する初期のＴｉＮ膜のプラズマ処理により形成され
るＴｉＮ層は、金属配線層の下地層であるバリア層とし
て用いられ、その不純物濃度によってバリア性及び比抵
抗等の膜特性が左右され易い。よって、本発明のプラズ
マ処理装置が、このような初期のＴｉＮ膜を有する被処
理体を処理するものであると、その装置特性を十分に発
現することが可能となる。

【００１６】またさらに、ガス分配部に接続され、Ｎ₂
ガスを保持する第１のガス供給源と、ガス分配部に接続
され、Ｈ₂ガスを保持する第２のガス供給源と、を更に
備えると好適である。なお、第１のガス供給源及び第２
のガス供給源がそれぞれ保持するガスは、互いの分子量
が異なるものであれば、Ｈ₂ガス及びＮ₂ガスの組み合わ
せに限定されず、いずれか一方のみを備えてもよい。

【００１７】このように構成すれば、被処理体のプラズ
マ処理用のガスとして、具体的にはＨ₂ガス及びＮ₂ガス
がチャンバ内に導入される。そして、プラズマ中には、
例えば、Ｎ⁺イオンやＨ⁺イオンといった正イオン等の活
性種が生じる。Ｈ⁺イオンは、Ｎ⁺イオンに比して質量が
小さく、電界中で移動し易いので、被処理体側に引き込
まれ易い。また、Ｈ⁺イオンは、被処理体の不純物原子
叉はその結合と化学的に作用し易い傾向にある。一方、
Ｎ⁺イオンは、Ｈ⁺イオンに比して質量が大きいので、被
処理体に達したときの運動エネルギー及び運動量がＨ⁺
イオンよりも大きい。よって、被処理体の不純物原子と
力学的（物理的）に作用し易い。

【００１８】したがって、このように分子量が互いに異
なるガスをプラズマ形成用のガスとして用いた場合に
は、物理的及び化学的な相互作用が奏されるので、膜中
の不純物のポンプアウト効果（除去効率）が高められ、
不純物をより十分に低減できる。但し、作用はこれらに
限定されない。

【００１９】また、本発明によるプラズマ処理方法は、
本発明のプラズマ処理装置を用いて有効に実施でき、不
純物を含む膜が形成されて成る被処理体をプラズマによ
って処理する方法であって、プラズマを形成するための
ガスが供給されるガス分配部と、被処理体を支持する支
持部とが設置されたチャンバ内に被処理体を収容する被
処理体収容工程と、ガス分配部にガスを供給するガス供
給工程と、ガス分配部に第１の周波数を有する高周波電
力を印加する第１の高周波印加工程と、支持部に第２の
周波数を有する高周波電力を印加する第２の高周波印加
工程と、を備えることを特徴とする。ここで、ガス供給
工程と、第１の高周波印加工程と、第２の高周波印加工
程とは、実施時期の少なくとも一部が重複することが好
ましい。

【００２０】さらに、有機金属化合物が含有されて成る
原料を用い、ＣＶＤ法により不純物を含む膜を形成せし
めて被処理体を得る成膜工程を更に備えると好ましい。
またさらに、この成膜工程においては、原料としてチタ
ン原子及び窒素原子を含む有機金属化合物を用い、膜と
してチタン原子、窒素原子、炭素原子及び水素原子を含
む所定の化合物が堆積されて成る膜を形成せしめるとよ
り好ましい。さらにまた、ガス供給工程においては、Ｈ
₂ガス及びＮ₂ガスをガス分配部に供給すると一層好まし
い。

【００２１】また、本発明による基板生産物は、本発明
のプラズマ処理装置及び方法を用いて有効に製造される
ものであり、チタン原子、窒素原子、炭素原子及び水素
原子を含む膜が形成されて成る被処理体が、本発明のプ
ラズマ処理方法により処理され、その膜が主としてチタ
ン原子及び窒素原子を含むものへと改質されて成る層を
有するものである。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
詳細に説明する。なお、同一の要素には同一の符号を付
し、重複する説明を省略する。また、上下左右等の位置
関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づ
くものとする。また、図面の寸法比率は、図示の比率に
限られるものではない。

【００２３】図１は、本発明によるプラズマ処理装置の
好適な一実施形態を模式的に示す構成図（一部断面）で
ある。プラズマ処理装置１は、ウェハＷ（被処理体、半
導体基板）が収容されるチャンバ２と、このチャンバ２
内に後述する所定のガスを供給するガス供給系３とを備
えるものである。また、チャンバ２は、ガス供給系３が
接続されたシャワーヘッド４（ガス分配部）を有してお
り、このシャワーヘッド４に対向してウェハＷが載置さ
れるサセプタ５（支持部）が設置されている。

【００２４】シャワーヘッド４は、中空の略円盤状を成
しており、上壁の略中央部には、ガス供給口４１が設け
られている。また、シャワーヘッド４の底壁には、複数
の貫通孔４３が設けられている。さらに、シャワーヘッ
ド４は、全部叉は一部が導電性を有しており、この導電
性を有する部位に高周波電源部Ｒ１（第１の高周波電源
部）が接続されている。また、高周波電源部Ｒ１は、所
定の電位にある接地電位に接続されている。さらに、高
周波電源部Ｒ１は、所定範囲の周波数から適宜選択され
る任意の周波数、例えば４００ｋＨｚ（第１の周波数）
の高周波電力（第１の高周波電力）を発生するものであ
り、シャワーヘッド４には、高周波電源部Ｒ１により、
その４００ｋＨｚの高周波電力が印加される。

【００２５】また、サセプタ５は、Ｏリング、メタルシ
ール等により、チャンバ２に気密に設けられると共に、
図示しない可動機構により上下駆動可能に設けられてい
る。これにより、ウェハＷとシャワーヘッド４との間隔
が任意に調整されるようになっている。さらに、サセプ
タ５は、ウェハＷを所定温度に加熱するためのヒーター
５１が内設されたものである。またさらに、サセプタ５
は、その内部に導電性部材５２を有しており、この導電
性部材５２には、インピーダンス整合器６２を介して高
周波電源部Ｒ２（第２の高周波電源部）が接続されてい
る。なお、ヒーター５１と導電性部材５２とは絶縁され
ている。また、高周波電源部Ｒ２は、高周波電源部Ｒ１
と同一の接地電位に接続されている。

【００２６】この高周波電源部Ｒ２は、所定範囲の周波
数から適宜選択される任意の周波数、例えば１３．５６
ＭＨｚ（第２の周波数）の高周波電力（第２の高周波電
力）を発生するものであり、サセプタ５の導電性部材５
２には、インピーダンス整合器６２を通してこの１３．
５６ＭＨｚの高周波電力が印加される。またさらに、チ
ャンバ２の下部には、開口部７が設けられており、この
開口部７には、チャンバ２の内部を減圧する真空ポンプ
（図示せず）が図示しない配管を介して接続されてい
る。

【００２７】一方、ガス供給系３は、Ｎ₂ガス供給源３
１（第１のガス供給源）、Ｈ₂ガス供給源３２（第２の
ガス供給源）、ＴＤＭＡＴガス供給源３３及びヘリウム
（Ｈｅ）ガス供給源３４を備えている。これらのガス供
給源３１〜３４は、各ガスの質量流量を制御する図示し
ない質量流量コントローラが設けられた配管３５を介し
て、シャワーヘッド４のガス供給口４１に接続されてい
る。これにより、Ｎ₂ガス、Ｈ₂ガス、ＴＤＭＡＴガス及
びＨｅガスがガス供給系３からシャワーヘッド４に各々
供給されて内部で分散され、貫通孔４３を通してチャン
バ２内に導入される。

【００２８】このように構成されたプラズマ処理装置１
を用いた本発明によるプラズマ処理方法の好適な一実施
形態について図２を参照して説明する。図２は、本発明
によるプラズマ処理方法の一実施形態によって基板生産
物としての半導体装置を製造している状態を示す工程図
であり、図２（Ａ）〜（Ｄ）は、その工程を順次示す模
式断面図である。なお、プラズマ処理装置１の以下に述
べる各動作は、自動叉は操作者による操作に基づき、図
示しない制御装置（系）によって制御する。

【００２９】まず、チャンバ２内を真空ポンプにより減
圧する。この減圧下において、ウェハＷａを、ロードロ
ックチャンバ、他のチャンバ、他のウェハ準備室等の所
定場所からチャンバ２内へと搬送し、サセプタ５上に載
置して収容する（被処理体収容工程）。ここで、ウェハ
Ｗａは、Ｓｉ層１００上にホール、トレンチ等の凹部９
０が設けられた絶縁層１０１が形成され、その上にＰＶ
Ｄ法の一種であるＩＭＰ（Ionized Metal Plasma）法等
によって後述するＴｉＮ層の下地層であるＴｉ層１０２
が成膜されたものである（図２（Ａ）参照）。

【００３０】次に、Ｎ₂ガスとＨｅガスを、それぞれの
ガス供給源３１，３４から配管３５を通してシャワーヘ
ッド４に供給し、これを介してチャンバ２内へ導入する
と共に、チャンバ２内が所定の圧力となるように圧力調
整を行う。チャンバ２内の圧力が所定値で安定した後、
Ｎ₂ガス及びＨｅガスの供給を停止し、成膜用の原料ガ
スとしてＴＤＭＡＴガスをガス供給源３３から配管３５
を通してシャワーヘッド４へ供給し、チャンバ２内へ導
入する。ＴＤＭＡＴとしては液体ソースを用い、Ｈｅ等
の不活性ガスによってガス供給源３３内でバブリングを
行うことにより、ＴＤＭＡＴガスをシャワーヘッド４へ
効率よく且つ円滑に供給できる。

【００３１】一方、ＴＤＭＡＴガスをチャンバ２内へ供
給すると共に、サセプタ５のヒーター５１に電力を供給
し、サセプタ５を介してウェハＷａが所定温度となるよ
うに加熱する。これにより、ウェハＷａ上に達したＴＤ
ＭＡＴガスが分解、解離叉は励起されて活性種が生じ、
これらがウェハＷａ面上で反応する。これにより、主と
してＴｉ原子とＮ原子とを含み、不純物としてＣ原子及
びＨ原子を含む化合物（例えば、ＴｉＣ_xＮ_yＨ_z）が成
膜されたウェハＷｂ（被処理体、半導体基板）を得る
（図２（Ｂ）参照；成膜工程）。以下、この不純物を含
む初期のＴｉＮ膜を「初期膜１０３」という。

【００３２】所定時間、ＴＤＭＡＴガスの供給を継続し
た後、ＴＤＭＡＴガスの供給を停止して初期膜１０３の
成膜を終了する。次いで、プラズマ処理用のガスとして
Ｎ₂ガス及びＨ₂ガスをそれぞれのガス供給源３１，３２
から配管３５を通してシャワーヘッド４へ供給し、チャ
ンバ２内へ導入する（ガス供給工程）。次に、チャンバ
２内の圧力が所定値で安定した後、高周波電源部Ｒ１を
運転し、周波数４００ｋＨｚの高周波電力をシャワーヘ
ッド４に印加する（第１の高周波印加工程）。これによ
り、チャンバ２内の初期膜１０３が成膜されたウェハＷ
ｂの上方にグロー放電によるプラズマが形成され、この
プラズマ中にＮ⁺イオンやＨ⁺イオン、Ｎ^*ラジカルやＨ^*
ラジカル、等の活性種が生じる。

【００３３】また、高周波電源部Ｒ１から周波数４００
ｋＨｚの高周波電力を印加すると同時叉は略同時に、高
周波電源部Ｒ２を運転し、周波数１３．５６ＭＨｚの高
周波電力をインピーダンス整合器６２を介してサセプタ
５のヒーター５１に印加する（第２の高周波印加工
程）。これにより、プラズマに対して所定の電位を有す
る交番電界がウェハＷｂの周囲に発生し、高周波電源部
Ｒ２を運転しない場合に比して、Ｎ⁺イオンやＨ⁺イオン
等の活性種をウェハＷｂ側へ十分に引き込むことができ
る。

【００３４】よって、これらの活性種は、絶縁層１０１
面上だけではなく、凹部９０内に十分に到達し、その内
壁上に堆積した初期膜１０３と活性種との相互作用（反
応）が引き起こされる。その結果、初期膜１０３中から
不純物であるＣ原子及びＨ原子が解離等により遊離して
除去（ポンプアウト）される。また、出力等にも依存す
るが、高周波電源部Ｒ２から印加された高周波電力は、
プラズマの形成及び維持に少なからず影響を与え、これ
により、プラズマ中の活性種のエネルギー分布及び密度
分布が、高周波電源部Ｒ１のみを運転した場合に対して
変化する。

【００３５】より具体的には、周波数が４００ｋＨｚと
１３．５６ＭＨｚでは、イオンエネルギー分布のピーク
エネルギーに差異が生じ得るので、両者の使用によって
プラズマ中の活性種のエネルギー分布及び密度分布は、
単独の周波数の場合に比して、広い分布を有するように
なり、換言すればそれらの分布が平坦化叉は均質化され
得る。よって、初期膜１０３に達する活性種のエネルギ
ー等がより平均化されて活性種と初期膜１０３との相互
作用による素反応の反応確率等が影響を受け、結果とし
て初期膜１０３全体からの不純物が偏りなく除去され易
くなる。ただし、作用はこれに限定されない。

【００３６】また、このとき、インピーダンス整合器６
２によって、高周波電源部Ｒ２よりもプラズマ側のイン
ピーダンス（プラズマのインピーダンスとインピーダン
ス整合器６２のインピーダンスとの合成インピーダンス
と、高周波電源部Ｒ２の出力インピーダンスとの整合が
とられる。

【００３７】そして、所定時間、Ｎ₂ガス及びＨ₂ガスを
供給してこのようなプラズマ処理を継続することによ
り、不純物を十分に除去して初期膜１０３をＴｉＮ層１
０４へと改質する（図２（Ｃ）参照）。その後、Ｎ₂ガ
ス及びＨ₂ガスの供給を停止し、ＴｉＮ層１０４が形成
されたウェハＷｃ（基板生産物）をチャンバ２の外部へ
搬出する。

【００３８】次いで、ウェハＷｃを、例えば、タングス
テン−ＣＶＤチャンバに移送し、このチャンバ内にＷＦ
₆ガス及びＳｉＨ₄ガスを供給して核形成ステップを実行
し、ＴｉＮ層１０４上にタングステンシリサイド（Ｗ_x
Ｓｉ_y）膜を堆積せしめる。そして、Ｗ_xＳｉ_y膜の形成
を所定時間実施した後、ＳｉＨ₄ガスの供給を停止し且
つＷＦ₆ガスの流量を調整する。これにより、ウェハＷ
ｃ上のＷ_xＳｉ_y膜上にタングステンを堆積せしめ、金属
配線層１０５が形成されたウェハＷｄ（基板生産物）を
得る（図２（Ｄ）参照）。

【００３９】このように構成されたプラズマ処理装置１
及びそれを用いた上述のプラズマ処理方法によれば、シ
ャワーヘッド４に４００ｋＨｚの周波数を有する高周波
電力を印加し、更にサセプタ５の導電性部材５２に１
３．５６ＭＨｚの周波数を有する高周波電力を印加する
ことにより、先述の如く、Ｎ₂ガス及びＨ₂ガス由来の活
性種をウェハＷｂ上に引き込み易くなる。

【００４０】よって、ウェハＷｂの凹部９０のアスペク
ト比が高い場合でも、Ｎ⁺イオンやＨ⁺イオンといった活
性種が、十分なエネルギーを有した状態で、凹部９０の
内壁に堆積された初期膜１０３上に到達する。したがっ
て、初期膜１０３と活性種との反応性及び活性種による
初期膜１０３への衝撃性が従来に比して十分に高められ
る。その結果、高アスペクト比の凹部９０でも、不純物
であるＣ原子及びＨ原子の初期膜１０３からの除去効率
を向上できる。これにより、バリア性に優れ且つ比抵抗
が十分に低減されたＴｉＮ層１０４を形成できる。

【００４１】また、高周波電源部Ｒ２から出力する高周
波電力の出力、周波数、叉は、サセプタ５への印加位置
等の条件を適宜選択することにより、交番電界における
負電位の制御性を向上させることもできる。よって、処
理対象のウェハに応じた最適なプラズマ処理が可能とな
り、ＴｉＮ層１０４の膜質を更に改善できる利点があ
る。

【００４２】また、プラズマ中の活性種のエネルギー分
布及び密度分布が平坦化され得るので、初期膜１０３中
の不純物が均一に（一様に）除去され易くなり、プラズ
マ処理後のＴｉＮ層１０４に含まれる不純物の含有率を
一層低減でき、且つ、不純物が僅かに不可避的に残存す
る場合でも、その不純物分布を均質化できる。したがっ
て、不純物の初期膜１０３外への除去効率を一層向上で
き、且つ、微視的にみても不純物が局所的に残存する部
位が生じることを十分に抑制できる。

【００４３】また、Ｈ⁺イオンは、Ｎ⁺イオンに比して質
量が小さく、電場の交番に対する追随性が高く、移動が
比較的速いので、ウェハＷｂ側に引き込まれ易い。よっ
て、初期膜１０３中の不純物原子叉はその結合と化学的
に作用し易い。これに対し、Ｎ⁺イオンは、Ｈ⁺イオンよ
りも質量が大きく、ひいては、ウェハＷｂに達したとき
のエネルギー及び運動量もＨ⁺イオンよりも大きいの
で、初期膜１０３中の不純物原子と力学的に作用し易
い。このように、初期膜１０３を、作用の異なり得るＮ
⁺イオン及びＨ⁺イオンにより処理するので、種々の形態
を有して初期膜１０３中に含まれると考えられる不純物
の除去効率を更に一層高めることが可能である。

【００４４】さらに、シャワーヘッド４のみならず、サ
セプタ５の導電性部材５２にも高周波電力を印加するこ
とにより、上述の如く、高アスペクト比を有する凹部９
０内の初期膜１０３中に含まれる不純物の除去性能が高
められるので、高周波電力の出力を必要以上に増大させ
る必要がない。よって、初期膜１０３が不要にエッチさ
れてしまうことを十分に抑制できる。

【００４５】なお、上述した実施形態においては、シャ
ワーヘッド４及びサセプタ５の導電性部材５２にそれぞ
れ印加される高周波電力の周波数は特に限定されず、互
いに異なっても同一でも構わない。また、高周波電源部
Ｒ１，Ｒ２はそれぞれ複数設けられていてもよく、それ
らの出力周波数も互いに異なっても同一でもよい。さら
に、各高周波電源部は周波数インバーター等の周波数可
変手段を有していてもよく、この場合、プラズマ処理中
に高周波電力の周波数を変化させることが可能である。
そして、このように種々の高周波電力を適宜組み合わせ
れば、プラズマの状態を任意に変化させ得るので、種々
のウェハに対する汎用性を向上できる。

【００４６】またさらに、高周波電源部Ｒ１とシャワー
ヘッド４との間に、インピーダンス整合器を設けてもよ
い。さらにまた、ＴｉＮの初期膜１０３をいわゆる熱Ｃ
ＶＤ法によって形成せしめたが、プラズマＣＶＤ法によ
ってもよい。また、シャワーヘッド４を電極として兼用
せず、チャンバ２内に他の電極を設置し、この電極に高
周波電源部Ｒ１を接続しても構わない。さらに、導電性
部材５２としては、高周波電力の印加により、ウェハＷ
ｂ叉はその周囲に所望の負電位を生じ得るものであれば
よく、必ずしもサセプタ５内に設けられなくともよく、
サセプタ５を介してウェハＷｂへの電圧印加が可能であ
ると好ましい。

【００４７】さらに、ＴｉＮ層１０４が形成されたウェ
ハＷｃ上にアルミニウム（Ａｌ）を堆積させてもよい。
この場合、例えば、ＤＭＡＨ（ジメチルアルミニウムハ
イドライド）を原料とするＣＶＤ法により、ＴｉＮ層１
０４上にＡｌ膜を成膜し、その上にＰＶＤ法によりＡｌ
叉はＡｌ合金を堆積させるといった方法を用いることが
できる。加えて、凹部９０がコンタクトホールのような
接続孔の場合には、タングステンの埋め込み前にアニー
ルを実施するとよい。

【００４８】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明のプラズマ処
理装置及び方法によれば、高アスペクト比を有するトレ
ンチやホール等に形成された不純物を含む膜を有する被
処理体に対し、その膜中の不純物を十分に除去でき、し
かも、その膜が不要にエッチ（腐食）されてしまうこと
を防止できる。その結果、バリア性等の膜特性に優れた
バリア層等を形成できる。また、本発明の基板生産物に
よれば、高アスペクト比を有するトレンチやホール等に
形成された場合にも不純物が十分に除去された層を形成
可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるプラズマ処理装置の好適な一実施
形態を模式的に示す構成図（一部断面）である。

【図２】本発明によるプラズマ処理方法の一実施形態に
よって基板生産物としての半導体装置を製造している状
態を示す工程図であり、図２（Ａ）〜（Ｄ）は、その工
程を順次示す模式断面図である。

【符号の説明】

１…プラズマ処理装置、２…チャンバ、３…ガス供給
系、４…シャワーヘッド（ガス分配部）、５…サセプタ
（支持部）、３１…ガス供給源（第１のガス供給源）、
３２…ガス供給源（第２のガス供給源）、５１…ヒータ
ー、９０…凹部、１０１…絶縁層、１０２…Ｔｉ層、１
０３…初期膜（不純物を含む膜）、１０４…ＴｉＮ層
（バリア層）、１０５…金属配線層、Ｒ１…高周波電源
部（第１の高周波電源部）、Ｒ２…高周波電源部（第２
の高周波電源部）、Ｗ，Ｗｂ…ウェハ（被処理体、半導
体基板）、Ｗｃ，Ｗｄ…ウェハ（基板生産物）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 21/205 Ｈ０１Ｌ 21/205 21/304 ６４５ 21/304 ６４５ＣＨ０５Ｈ 1/46 Ｈ０５Ｈ 1/46 Ｍ (72)発明者谷本健人千葉県成田市新泉14−３野毛平工業団地内アプライドマテリアルズジャパン株式会社内Ｆターム(参考） 4K030 AA11 AA17 AA18 BA38 CA04 FA01 4M104 BB14 BB30 DD44 DD45 DD86 FF18 FF22 5F045 AA04 AA08 AB30 AB31 AC07 AC17 BB14 DP03 EE14 EH05 EH07 EH14 EH20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】不純物を含む膜が形成されて成る被処理
体をプラズマによって処理するプラズマ処理装置であっ
て、前記被処理体が収容されるチャンバと、前記チャンバ内に配置され、前記プラズマを形成するた
めのガスが供給され、且つ、第１の周波数を有する高周
波電力を出力可能な第１の高周波電源部に接続されたガ
ス分配部と、前記チャンバ内に前記ガス分配部に対向して設置され、
前記被処理体を支持し、且つ、第２の周波数を有する高
周波電力を出力可能な第２の高周波電源部に接続された
支持部と、を備えることを特徴とするプラズマ処理装
置。
【請求項２】前記チャンバは、前記不純物として炭素
原子及び／叉は水素原子を含む膜が形成されて成る前記
被処理体が収容されるものである、ことを特徴とする請
求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】前記チャンバは、前記被処理体として、
チタン原子、窒素原子、及び、前記不純物を含む膜が形
成されて成る半導体基板が収容されるものである、こと
を特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】前記ガス分配部に接続され、窒素
（Ｎ₂）ガスを保持する第１のガス供給源と、前記ガス分配部に接続され、水素（Ｈ₂）ガスを保持す
る第２のガス供給源と、を更に備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか
一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】不純物を含む膜が形成されて成る被処理
体をプラズマによって処理するプラズマ処理方法であっ
て、プラズマを形成するためのガスが供給されるガス分配部
と、前記被処理体を支持する支持部とが設置されたチャ
ンバ内に前記被処理体を収容する被処理体収容工程と、前記ガス分配部に前記ガスを供給するガス供給工程と、前記ガス分配部に第１の周波数を有する高周波電力を印
加する第１の高周波印加工程と、前記支持部に第２の周波数を有する高周波電力を印加す
る第２の高周波印加工程と、を備えることを特徴とする
プラズマ処理方法。
【請求項６】有機金属化合物が含有されて成る原料を
用い、化学的気相堆積法により前記不純物を含む膜を形
成せしめて前記被処理体を得る成膜工程、を更に備える
ことを特徴とする請求項５記載のプラズマ処理方法。
【請求項７】前記成膜工程においては、前記原料とし
てチタン原子及び窒素原子を含む有機金属化合物を用
い、前記膜としてチタン原子、窒素原子、炭素原子及び
水素原子を含む所定の化合物が堆積されて成る膜を形成
せしめる、ことを特徴とする請求項６記載のプラズマ処
理方法。
【請求項８】前記ガス供給工程においては、水素（Ｈ
₂）ガス及び窒素（Ｎ₂）ガスを前記ガス分配部に供給す
る、ことを特徴とする請求項５〜７のいずれか一項に記
載のプラズマ処理方法。
【請求項９】チタン原子、窒素原子、炭素原子及び水
素原子を含む膜が形成されて成る被処理体が、請求項５
〜８のいずれか一項に記載されたプラズマ処理方法によ
り処理され、該膜が主としてチタン原子及び窒素原子を
含むものへ改質されて成る層を有するものである基板生
産物。