JP2005011940A - 基板処理方法、半導体装置の製造方法および半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】複数の原料ガスを交互に供給する、原子層・分子層に近いレベルの成膜方法で導電層と当該導電層のバリア層の間に密着層を形成する
【解決手段】処理容器内の被処理基板上に成膜する基板処理方法であって、前記処理容器内に金属を含む第１の原料ガスを供給し、さらに前記第１の原料ガスを前記処理容器内から除去する第１の工程と、前記処理容器内に前記第１の原料ガスを還元する第２の原料ガスを供給し、さらに前記第２の原料ガスを前記処理容器内から除去する第２の工程と、前記処理容器内に珪素を含む第３の原料ガスを供給し、さらに前記第３の原料ガスを前記処理容器内から除去する第３の工程とを含む第１の成膜工程を有し、さらに、前記第１の成膜工程によって形成された金属と窒素と珪素を含む層の上に導電層を形成する第２の成膜工程を有することを特徴とする基板処理方法。
【選択図】 図４
【解決手段】処理容器内の被処理基板上に成膜する基板処理方法であって、前記処理容器内に金属を含む第１の原料ガスを供給し、さらに前記第１の原料ガスを前記処理容器内から除去する第１の工程と、前記処理容器内に前記第１の原料ガスを還元する第２の原料ガスを供給し、さらに前記第２の原料ガスを前記処理容器内から除去する第２の工程と、前記処理容器内に珪素を含む第３の原料ガスを供給し、さらに前記第３の原料ガスを前記処理容器内から除去する第３の工程とを含む第１の成膜工程を有し、さらに、前記第１の成膜工程によって形成された金属と窒素と珪素を含む層の上に導電層を形成する第２の成膜工程を有することを特徴とする基板処理方法。
【選択図】 図４
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
【従来の技術】
近年、半導体装置の高性能化に伴い、半導体デバイスの高集積化が進んで微細化の要求が著しくなっており、配線ルールは０．１３μｍから０．１０μｍ以下の領域へと開発が進んでいる。また、配線材料は従来のＡｌから、配線遅延の影響の少ない、抵抗値の低いＣｕに置き換えられてきている。
【０００２】
そのため、Ｃｕ成膜技術と微細配線技術の組み合わせが、近年の高性能半導体装置の製造技術において重要となっており、Ｃｕ配線技術の高度化と、微細化に伴う薄膜の膜質および膜質の均一性の要求が厳しくなってきている。
【０００３】
前記したような微細パターンに対して薄膜形成を行う場合、当該微細パターンに良好なカバレッジで成膜する方法として、成膜時に複数種の原料ガスを１種類ずつ交互に供給することで、原料ガスの反応表面への吸着を経由して原子層・分子層に近いレベルで成膜を行ない、これらの工程を繰り返して所定の厚さの薄膜を得る方法が提案されている。（例えば特許文献１参照）。このような成膜をＡｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（ＡＬＤ）と呼ぶことがある。このような原子層・分子層に近いレベルで金属膜・絶縁膜などが形成される場合、従来用いられていたＰＶＤ法やＣＶＤ法に比べて薄膜化が可能であり、微細パターンにおいて不純物が存在しない高品質な成膜を良好なカバレッジでかつ均一な膜質で行うことが可能となる。
【０００４】
しかし、前記したようなＣｕ配線を考えた場合、Ｃｕ層と、当該Ｃｕ層の周囲に形成される例えば高融点金属の窒化膜で形成されＣｕの拡散を防止するバリア層との間の密着性が問題になる場合があった。このようなバリア層の材料としては、例えばＴｉＮ、ＴａＮ、ＷＮなどが知られている。
【０００５】
このようなＣｕ層とバリア層の密着性向上の対策として、Ｃｕ層とＣｕバリア層であるたとえばＴｉＮ層の間に密着層としてＴｉＳｉＮ（ＴｉＮ（Ｓｉ）と表記する場合もある）を設ける方法が提案されている。
【０００６】
例えば原料にＴＤＭＡＴ（Ｔｉ［Ｎ（ＣＨ３）２］４）をベースに用いたＣＶＤ法により、Ｃｕ層とＴｉＮ層の間にＴｉＳｉＮ層を形成する方法が提案されている。（例えば非特許文献１参照）。
【０００７】
また、同様にＴｉＮ層の上にＴｉＳｉＮ層を形成する方法として、ＴｉＮ層形成後の当該ＴｉＮ表面をＳｉＨ４に曝してＴｉＮ表面にＴｉＳｉＮ層を形成する方法が提案されている。（例えば非特許文献２参照）。
【０００８】
【特許文献１】
特開平６−８９８７３号公報
【０００９】
【特許文献２】
特開平７−２５２６６０号公報
【００１０】
【特許文献３】
特開２０００−１９５８２０号公報
【００１１】
【特許文献４】
ＷＯ ００／１６３７７号公報
【００１２】
【非特許文献１】
Ｂａｒｒｙ Ｌ． Ｃｈｉｎ ”Ｂａｒｒｉｅｒ ａｎｄ ｓｅｅｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ ｓｕｂ−０．１０ｕｍ ｃｏｐｐｅｒ ｃｈｉｐｓ” ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ， ２００１，Ｍａｙ， ｐ１０７−１１４
【００１３】
【非特許文献２】
Ｋ．Ｍｏｓｉｇ ”Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｏｒｏｕｓ ｕｌｔｒａ ｌｏｗ−ｋ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｗｉｔｈ ＣＶＤ ｂａｒｒｉｅｒｓ” ｉｎ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＩＥＤＭ ２００１， ｐ８８−９１
【００１４】
【非特許文献３】
Ａ．Ｅ．Ｂｒａｕｎ ”ＡＬＤ ｂｒｅａｋｓ ｍａｔｅｒｉａｌｓ， ｃｏｎｆｏｒｍａｌｉｔｙ ｂａｒｒｉｅｒｓ” ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ， ２００１， Ｏｃｔｏｂｅｒ， ｐ５２−５８
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記したようなＣＶＤ法を用いてＣｕ層とバリア層の密着層を形成する場合は、膜質および膜質の均一性が問題となり、微細パターンにおける数ｎｍの精度での膜厚の均一性やカバレッジを達成するのは困難である。
【００１６】
また、ＴｉＮ表面をＳｉＨ４に曝して密着層であるＴｉＮ層を形成する場合、形成されるＴｉＳｉＮ層はＴｉＮの表層のみであり、Ｓｉの含有量およびＳｉが含有される深さの制御が実質的に不可能であり、ＣｕとＴｉＮの密着性を制御するのは困難である。
【００１７】
そこで、本発明は上記の課題を解決した新規で有用な基板処理方法、半導体装置の製造方法および半導体装置を提供することを統括的目的としている。
【００１８】
本発明の具体的な課題は、複数の原料ガスを交互に供給する、原子層・分子層に近いレベルの成膜方法で導電層と当該導電層のバリア層の間に密着層を形成することにより、微細パターンにカバレッジよく、また良好で均一な膜質で当該密着層を形成して当該導電層と当該導電バリア層の密着性を向上させることにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題を解決するために、
請求項１に記載したように、
処理容器内の被処理基板上に成膜する基板処理方法であって、
前記処理容器内に金属を含む第１の原料ガスを供給し、さらに前記第１の原料ガスを前記処理容器内から除去する第１の工程と、
前記処理容器内に前記第１の原料ガスを還元する第２の原料ガスを供給し、さらに前記第２の原料ガスを前記処理容器内から除去する第２の工程と、
前記処理容器内に珪素を含む第３の原料ガスを供給し、さらに前記第３の原料ガスを前記処理容器内から除去する第３の工程とを含む第１の成膜工程を有し、
さらに、前記第１の成膜工程によって形成された金属と窒素と珪素を含む層の上に導電層を形成する第２の成膜工程を有することを特徴とする基板処理方法により、また、
請求項２に記載したように、
前記第２の原料ガスが窒素を含むことを特徴とする請求項１記載の基板処理方法により、また、
請求項３に記載したように、
前記第１の原料ガスが窒素を含むことを特徴とする請求項１記載の基板処理方法により、また、
請求項４に記載したように、
前記導電層はＣｕ層であることを特徴とする請求項１〜３のうち、いずれか１項記載の基板処理方法により、また、
請求項５に記載したように、
前記第１の成膜工程では、前記第１の工程、前記第２の工程および前記第３の工程が複数回繰り返されることを特徴とする請求項１〜４のうち、いずれか１項記載の基板処理方法により、また、
請求項６に記載したように、
前記金属と窒素と珪素を含む層は、前記被処理基板上に形成された金属窒化物層の上に形成されることを特徴とする請求項１〜５のうち、いずれか１項記載の基板処理方法により、また、
請求項７に記載したように、
前記第１の成膜工程の前に、前記金属窒化物層を形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項６記載の基板処理方法により、また、
請求項８に記載したように、
前記金属窒化物層を形成する工程は、
前記処理容器内に前記第１の原料ガスを供給し、さらに前記第１の原料ガスを前記処理容器内から除去する第４の工程と、
前記処理容器内に前記第２の原料ガスを供給し、さらに前記第２の原料ガスを前記処理容器内から除去する第５の工程とを含むことを特徴とする請求項７記載の基板処理方法により、また、
請求項９に記載したように、
前記金属窒化物層は、前記第４の工程と前記第５の工程を複数回繰り返すことによって形成されることを特徴とする請求項８記載の基板処理方法により、また、
請求項１０に記載したように、
前記金属窒化物層は、被処理基板上に形成された絶縁層の上に形成されることを特徴とする請求項７〜９のうち、いずれか１項記載の基板処理方法により、また、
請求項１１に記載したように、
前記金属窒化物層を形成する工程の前に、前記絶縁層をエッチングする工程をさらに含むことを特徴とする請求項１０記載の基板処理方法により、また、
請求項１２に記載したように、
前記エッチングは、前記絶縁層にホール部を形成するビアエッチングであることを特徴とする請求項１１記載の基板処理方法により、また、
請求項１３に記載したように、
前記エッチングは、前記絶縁層に溝部を形成するトレンチエッチングであることを特徴とする請求項１１または１２記載の基板処理方法により、また、
請求項１４に記載したように、
前記第２の原料ガスはプラズマ励起されていることを特徴とする請求項１〜１３のうち、いずれか１項記載の基板処理方法により、また、
請求項１５に記載したように
前記第３の原料ガスはプラズマ励起されていることを特徴とする請求項１〜１４のうち、いずれか１項記載の基板処理方法により、また、
請求項１６に記載したように、
前記プラズマ励起は前記基板処理容器と離間した空間で行われることを特徴とする請求項１４または１５記載の基板処理方法により、また、
請求項１７に記載したように、
前記金属はＴｉであることを特徴とする請求項１〜１６のうち、いずれか１項記載の基板処理方法により、また、
請求項１８に記載したように、
前記金属はＴａであることを特徴とする請求項１〜１６のうち、いずれか１項記載の基板処理方法により、また、
請求項１９に記載したように、
前記金属はＷであることを特徴とする請求項１〜１６のうち、いずれか１項記載の基板処理方法により、また、
請求項２０に記載したように、
請求項１〜１９のうち、いずれか１項記載の基板処理方法を用いた半導体装置の製造方法により、また、
請求項２１に記載したように、
請求項１〜１９のうち、いずれか１項記載の基板処理方法を用いた半導体装置により、解決する。
［作用］
本発明によれば、導電層であるＣｕ層とＣｕバリア層の間の密着層を、複数の原料ガスを交互に供給することにより原子層・分子層に近いレベルの成膜方法で形成した結果、Ｃｕ層と、Ｃｕバリア層の密着性が向上すると共に、微細なパターンにカバレッジ良く、良質でかつ均一な膜厚・膜質で当該密着層を形成することが可能となる。また、当該密着層の厚さや組成の制御、さらに、当該密着層の深さ方向での組成の変更の制御が容易になり、密着層形成の制御性が良好となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態に関して、図面に基づき、以下に説明する。
［第１実施例］
図１（Ａ）〜（Ｃ）は本発明による基板処理方法の概要を示す図である。
【００２１】
まず、図１（Ａ）を参照するに、図示しない被処理基板上に絶縁層１が形成されている。前記絶縁層１の上には、この後の工程で形成される導電層、例えばＣｕ層のバリア層である金属窒化物層、例えばＴｉＮ層２が形成されている。前記ＴｉＮ層２は、たとえばＰＶＤ法、ＣＶＤ法など、いずれの方法で成膜されたものでもよい。
【００２２】
次に、図１（Ｂ）において、前記ＴｉＮ層２の上に本発明によるＣｕ層とバリア層の密着層を形成する。本発明よる成膜方法、すなわち前記被処理基板に複数のガスを交互に供給することで、膜質がよく、かつ膜厚・膜質の均一性が優れた原子層・分子層レベルに近い膜を、膜厚の制御性良く形成することができる。まず、第１の工程として、金属を含む金属原料ガス、例えばＴｉＣｌ４を前記被処理基板上に供給して前記ＴｉＮ層２の上に吸着させた後、余剰なＴｉＣｌ４を前記被処理基板上および処理容器内より取り除く。次に、第２の工程として、金属原料ガスを還元するガス、たとえばＮＨ３を前記被処理基板上に供給して、前記ＴｉＮ層２の上に吸着したＴｉＣｌ４と反応させた後、余剰なＮＨ３を前記被処理基板上および処理容器内より取り除く。次に、第３の工程として、シリコンを含むシリコン原料ガス、たとえばＳｉＨ４を前記被処理基板上に供給して前記ＴｉＮ層２の上で反応させた後、余剰なＳｉＨ４を前記被処理基板上および処理容器内より取り除く。このような第１〜３の工程を繰り返すことで、前記ＴｉＮ層２とこの後で形成されるＣｕ層との密着層であるＴｉＳｉＮ層（もしくはＴｉＮ（Ｓｉ）層と表記する場合もある）３が形成される。従来あったＴｉＮ層２の表面を改質して密着層とする方法では、形成されるＴｉＳｉＮ層の厚さの制御が不可能であり、またＴｉＳｉＮの組成の制御が困難であった。一方、本発明によれば、例えば前記第１〜３の工程を繰り返し実施する際に、前記第１〜３の工程のいずれかを実施する回数を変更することで、形成されるＴｉＳｉＮ層の膜厚や組成を制御することが容易に可能になる。この方法については後述する。
【００２３】
次に、図１（Ｃ）において、導電層、この場合例えばＣｕ層４を形成する。この場合、前記した図１（Ｂ）の工程において密着層である前記ＴｉＳｉＮ層３が形成されており、ＴｉＳｉＮ層３はアモルファスに近い構造となるため、Ｃｕの凝集が無く、形成される前記Ｃｕ層４と前記ＴｉＳｉＮ層３の密着性は良好である。また、前記ＴｉＮ層２と前記ＴｉＳｉＮ層３の密着性は良好であるため、前記ＴｉＳｉＮ層３を介した前記Ｃｕ層４と前記ＴｉＮ層２の密着性は良好となる。前記Ｃｕ層４の形成方法は、例えば、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法、メッキ法などいずれの方法でも同様の効果が得られる。
［第２実施例］
次に、図２（Ａ）〜（Ｄ）に本発明による別の基板処理方法の概要を示す。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００２４】
図２（Ｃ）、（Ｄ）のＴｉＳｉＮ層とＣｕ層の形成工程はそれぞれ、図１（Ｂ）、（Ｃ）の工程と同一である。本実施例に示す基板処理方法では、図２（Ａ）〜（Ｂ）に示す前記絶縁層１の上に、ＴｉＮ層を形成する工程が含まれる。
【００２５】
まず、図２（Ａ）を参照するに、図示しない被処理基板または被処理基板上に形成された薄膜上に絶縁層１が形成されている。
【００２６】
次に、図２（Ｂ）において、ＴｉＮ層２を形成する。この場合、図１（Ｂ）に示した前記ＴｉＳｉＮ層３を形成した場合と同様の方法で形成する。すなわち、ＴｉＣｌ４を前記被処理基板上に供給して前記絶縁層１の上に吸着させた後、余剰なＴｉＣｌ４を前記被処理基板上および処理容器内より取り除き、次にＮＨ３を前記被処理基板上に供給して、前記絶縁層１の上に吸着したＴｉＣｌ４と反応させた後、余剰なＮＨ３を前記被処理基板上および処理容器内より取り除く工程を繰り返し、ＴｉＮ層２を形成する。このようにして形成された前記ＴｉＮ層２は、ＰＶＤ法やＣＶＤ法によって形成されたＴｉＮ層に比べて膜中不純物が少なくバリア性が高い。またこのような形成法によれば、膜厚の制御性良くＴｉＮ層を形成することができる。
【００２７】
さらに、本実施例の場合は、前記ＴｉＮ層２の膜質および膜質と膜厚の均一性においても良好であり、さらに続く図２（Ｃ）のＴｉＳｉＮ層の形成工程と同様の成膜方法なため、図２（Ｂ）の工程と図２（Ｃ）の工程を連続的に同一の装置で処理を効率的に行う事が可能となる。
【００２８】
次に、本発明による成膜方法を実施する成膜装置について以下に説明する。
［第３実施例］
図３は、本発明の成膜方法を実施可能な成膜装置１０の構成図である。
【００２９】
図３を参照するに、前記成膜装置１０は、例えばアルミ、表面をアルマイト処理されたアルミもしくはステンレスなどからなる処理容器１１を有し、前記処理容器１１の内部には基板保持台支持部１５に支持されたＡｌＮからなる基板保持台１２が設置され、前記基板保持台１２の中心には被処理基板である半導体ウェハＷが載置される。前記基板保持台１２には図示しないヒータが内蔵されて前記ウェハを所望の温度に加熱することが可能な構造となっている。前記基板処理容器１１内は、排気口１８に接続される図示しない排気系により真空排気され、前記処理容器１１内を減圧状態とすることが可能である。また、前記ウェハＷは、前記処理容器１１に設置された図示しないゲートバルブより搬入もしくは搬出される。そのため、前記基板保持台１２には、前記ウェハＷの前記処理容器１１内への搬入・搬出時に前記ウェハＷを保持して前記基板保持台１５より離脱または載置するリフターピン１３が設置されている。前記リフターピン１３は、連結棒１４を介してベローズ１６にて真空シールされた上下機構１７に接続されており、前記リフターピン１３を上下動させて、前記基板載置台１２より前記ウェハＷを離脱、もしくは載置することが可能となっている。
【００３０】
前記処理容器１１の上部にはガス導入路１１Ａが設けられており、前記被処理基板Ｗに成膜を行うための原料ガス、もしくは希釈ガスなどが導入される。前記ガス導入路１１Ａには、ガスライン２４が接続されており、前記ガスライン２４はさらに金属原料ガスライン２５および希釈ガスライン２６に接続されている。前記金属原料ガスライン２５は質量流量コントローラ２５Ａおよびバルブ２５Ｂを介して金属原料ガス源２５Ｃに接続されている。前記金属原料ガス源２５Ｃには、例えばＴｉ化合物、Ｔａ化合物またはＷ化合物などの金属原料ガス源が接続されて、それぞれＴｉ、ＴａまたはＷを含む原料ガスを、前記処理容器１１に供給する。また、前記希釈ガスライン２６は質量流量コントローラ２６Ａおよびバルブ２６Ｂを介して希釈ガス源２６Ｃに接続されており、必要に応じて前記金属原料ガスを希釈するための、例えばＮ２、Ａｒ、Ｈｅなどの希釈ガス源を設置して、Ｎ２、Ａｒ、Ｈｅなどを前記ガスライン２４を介して前記処理容器１１内に供給する。また、希釈ガスを前記ガスライン２４から導入することで、前記処理容器１１内から前記ガスライン２４へのガスの逆流を防止する効果もある。
【００３１】
また、前記ガス導入路１１Ａには、後述するリモートプラズマ源１９を介してガスライン２０が接続されている。前記ガスライン２０には、窒素原料ガスライン２１、シリコン原料ガスライン２２および希釈ライン２３が接続されている。前記窒素原料ガスライン２１には、質量流量コントローラ２１Ａ、バルブ２１Ｂを介して窒素原料ガス源２１Ｃが接続されており、窒素原料として窒素化合物、例えば、ＮＨ３、Ｎ２Ｈ４、ＮＨ（ＣＨ３）２、Ｎ２Ｈ３ＣＨ３などのガス源が接続されて前記処理容器１１内に窒素化合物ガスを導入する。
【００３２】
また、前記シリコン原料ガスライン２２には、質量流量コントローラ２２Ａ、バルブ２２Ｂを介してシリコン原料ガス源２２Ｃが接続されており、シリコン原料としてシリコン化合物、例えば、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＣｌ４などのガス源が接続されて前記処理容器１１内にシリコン化合物ガスを導入する。
【００３３】
また、前記希釈ライン２３には、質量流量コントローラ２３Ａ，バルブ２３Ｂを介して希釈原料ガス源２３Ｃが接続されており、必要に応じて前記窒素原料ガスまたは前記シリコン原料ガスを希釈するための、例えばＮ２、Ａｒ、Ｈｅなどの希釈ガス源を設置して、Ｎ２、Ａｒ、Ｈｅなどを前記ガスライン２０を介して前記処理容器１１内に供給する。また、希釈ガスをガスライン２０から導入することで、前記処理容器１１内から前記ガスライン２０、前記リモートプラズマ源１９へのガスの逆流を防止する効果もある。
【００３４】
前記リモートプラズマ源１９は、高周波を印加されて、前記リモートプラズマ源１９に導入されるガスをプラズマ励起するプラズマ発生装置が内蔵されている。前記リモートプラズマ源１９は、必要に応じて前記リモートプラズマ源１９に供給される前記窒素原料ガスまたは前記シリコン原料ガスをプラズマ励起する。また、前記したようなプラズマ励起を行わない場合は供給されるガスはそのまま前記リモートプラズマ源１９を通過して前記処理容器１１内へ供給される。プラズマ励起されたガスからは、ガスが解離したイオン、ラジカルなどの反応種が生成されるが、おもにラジカルが前記ガス導入路１１Ａより前記処理容器１１内へ導入され、例えば窒素原料ガスをプラズマ励起した場合はおもにＮＨｘ＊（ラジカル）、シリコン原料ガスの場合はＳｉＨｘ＊（ラジカル）が前記処理容器１１内へ導入される。
【００３５】
本実施例では、前記リモートプラズマ源のプラズマ励起方法は２ＭＨｚの高周波を用いたＩＣＰ（誘導結合型プラズマ）装置を用いているが、前記の方法に限定されるものではない。プラズマ励起は、たとえば平行平板プラズマでもＥＣＲプラズマでもよい。また、例えば周波数は４００ｋＨｚ、８００ｋＨｚなどのより低周波を用いてもよく、また１３．５６ＭＨｚなどの高周波や、マイクロ波（２．４５ＧＨｚ）を用いることも可能であり、プラズマが励起されてガスを解離することが可能であれば、印加する周波数やプラズマ励起の方法は、いずれの方法でもよい。
【００３６】
また、前記したようなバルブ２１Ｂ〜２６Ｂまでの開閉動作、前記リフターピン１３の動作、前記リモートプラズマ源１９のプラズマ励起の動作など成膜に関する前記成膜装置１０の動作は制御装置１０Ａによって一括制御され、第４実施例以下で後述するプロセスフローは前記制御装置１０Ａによって制御される。
【００３７】
次に、前記した図１に示した成膜方法について、前記成膜装置１０を用いたより具体的な成膜方法に関して説明する。
［第４実施例］
図４は、前記成膜装置１０を用いて行う本発明による基板処理方法によるプロセスフローを示す図である。当該プロセスフローはステップ２１０（図中Ｓ２１０と示す。以下同様）〜ステップ３３０よりなる。
【００３８】
まず、ステップ２１０において、被処理基板であるウェハＷを前記成膜装置１０に搬入する。
【００３９】
次に、ステップ２２０において、前記ウェハＷを前記基板保持台１２に載置する。
【００４０】
ステップ２３０においては、前記基板載置台１２に内蔵したヒータによって前記ウェハが昇温され、略４００℃に保持される。以後の工程においては前記ウェハＷは略４００℃に保持される。
【００４１】
次にステップ２４０において、前記バルブ２５Ｂを開放し、前記質量流量コントローラ２５Ａで流量を制御して前記処理容器１１内にＴｉＣｌ４を３０ｓｃｃｍ供給する。その際に同時にバルブ２６Ｂおよびバルブ２３Ｂを開放して前記質量流量コントローラ２６Ａおよび２３Ａで流量を制御して希釈ガスであるＮ２を前記希釈ガスライン２３および希釈ガスライン２６からそれぞれ１００ｓｃｃｍずつ合計で２００ｓｃｃｍを前記処理容器１１内に導入する。本ステップにおいて、ＴｉＣｌ４が被処理基板上に供給されることで、被処理基板上に形成されている前記ＴｉＮ層２上にＴｉＣｌ４が吸着する。本ステップ２４０は１０秒間実施される。
【００４２】
次に、ステップ２５０で、前記バルブ２３Ｂ、２５Ｂおよび２６Ｂを閉じて前記処理容器１１へのＴｉＣｌ４およびＮ２の供給を停止する。ここで前記ＴｉＮ層２上に吸着していない未吸着で前記処理容器１１内に残留していたＴｉＣｌ４は、前記排気口１８より前記処理容器１１の外へと排出される。本ステップ２５０は約２秒間実施される。
【００４３】
次に、ステップ２６０において、前記バルブ２１Ｂを開放し、前記質量流量コントローラ２１Ａで流量を制御して前記処理容器１１内にＮＨ３を１００ｓｃｃｍ供給する。その際に同時にバルブ２６Ｂおよびバルブ２３Ｂを開放して前記質量流量コントローラ２６Ａおよび２３Ａで流量を制御して希釈ガスであるＮ２を前記希釈ガスライン２３および希釈ガスライン２６からそれぞれ１００ｓｃｃｍずつ合計で２００ｓｃｃｍを前記処理容器１１内に導入する。本ステップにおいて、ＮＨ３が略４００℃となっている被処理基板上に供給されることで、被処理基板上に吸着しているＴｉＣｌ４とＮＨ３が反応してＴｉＮｘが形成される。本ステップ２６０は１０秒間実施される。
【００４４】
次に、ステップ２７０で、前記バルブ２１Ｂ、２３Ｂおよび２６Ｂを閉じて前記処理容器１１へのＮＨ３およびＮ２の供給を停止する。ここで未反応で前記処理容器１１内に残留していたＮＨ３と反応副生成物は、前記排気口１８より前記処理容器１１の外へと排出される。本ステップ２７０は約２秒間実施される。
【００４５】
次に、ステップ２８０において、前記バルブ２２Ｂを開放し、前記質量流量コントローラ２２Ａで流量を制御して前記処理容器１１内にＳｉＨ４を３０ｓｃｃｍ供給する。その際に同時にバルブ２６Ｂおよびバルブ２３Ｂを開放して前記質量流量コントローラ２６Ａおよび２３Ａで流量を制御して希釈ガスであるＮ２を前記希釈ガスライン２３および希釈ガスライン２６からそれぞれ１００ｓｃｃｍずつ合計で２００ｓｃｃｍを前記処理容器１１内に導入する。そこでＳｉＨ４が被処理基板上に供給されることで、被処理基板上に形成されたＴｉＮｘとＳｉＨ４が反応して前記ＴｉＳｉＮ層３が形成される。本ステップ２８０は１０秒間実施される。
【００４６】
次に、ステップ２９０で、前記バルブ２２Ｂ、２３Ｂおよび２６Ｂを閉じて前記処理容器１１へのＳｉＨ４およびＮ２の供給を停止する。ここで、未反応で前記処理容器１１内に残留していたＳｉＨ４は、前記排気口１８より前記処理容器１１の外へと排出される。本ステップ２９０は約２秒間実施される。
【００４７】
ここで、前記ＴｉＮ層２上には前記ＴｉＳｉＮ層３が形成されるが、ステップ２４０〜ステップ２９０までをＴｉＳｉＮ層形成の１サイクルとすると、１サイクルで約０．２ｎｍのＴｉＳｉＮ層が形成される。なお、ここで表記したＴｉＳｉＮ層とは、構造が限定されるものではなく、形成される膜中にチタン、シリコン、窒素を含む膜を示すものである。
【００４８】
次に、ステップ３００においては、必要な膜厚のＴｉＳｉＮ層を形成するために、成膜工程を再びステップ２４０に戻して所望の膜厚となるまでステップ２４０〜２９０を繰り返し、必要な回数終了後に次のステップ３１０に移行する。
【００４９】
次に、ステップ３１０では前記リフターピン１３を上昇させて前記ウェハＷを前記基板保持台１２より離間する。
【００５０】
次にステップ３２０で前記処理容器１１から前記ウェハＷを搬出する。
【００５１】
次に、ステップ３３０において、形成されたＴｉＳｉＮ層３上に、前記Ｃｕ層４を形成するため、Ｃｕ成膜装置に搬送して、前記Ｃｕ層４を成膜する。
【００５２】
この場合、前記したように、Ｃｕ層はＰＶＤ装置、ＣＶＤ装置、メッキ装置のいずれで成膜した場合も、密着層であるＴｉＳｉＮ層３との密着性が良好な成膜を行う事が可能となる。また、前記ＴｉＳｉＮ層３は前記ＴｉＮ層２との密着性が良好なため、ＴｉＮ層に直接Ｃｕを形成した場合にくらべて密着性にすぐれた構造となっている。
【００５３】
また、前記したプロセスフローは次に示す第５実施例で示すように変更することが可能である。
［第５実施例］
図５は、図４に示した本発明の第４実施例である基板処理方法のプロセスフローの変更例である。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００５４】
図５を参照するに、ステップ２１０〜２５０、ステップ２７０、およびステップ２９０〜３３０は前記した第４実施例の場合と同一である。本実施例では図４で示したステップ２６０およびステップ２８０に換わってそれぞれ２６０Ａ、２８０Ａが実行される。
【００５５】
まず、ステップ２６０Ａにおいては、前記ステップ２６０と同様に、前記バルブ２１Ｂを開放し、前記質量流量コントローラ２１Ａで流量を制御して前記処理容器１１内にＮＨ３を１００ｓｃｃｍ供給する。その際に同時にバルブ２６Ｂおよびバルブ２３Ｂを開放して前記質量流量コントローラ２６Ａおよび２３Ａで流量を制御して希釈ガスであるＮ２を前記希釈ガスライン２３および希釈ガスライン２６からそれぞれ１００ｓｃｃｍずつ合計で２００ｓｃｃｍを前記処理容器１１内に導入する。その際に、前記リモートプラズマ源１９で高周波電力を７５Ｗ印加してプラズマ励起を行う。前記リモートプラズマ源においては、供給されるＮＨ３が解離してＮＨｘ＊となり、前記処理容器１１内に供給される。そこで、前記ステップ２４０〜２５０によって、前記ウェハ上のＴｉＮ層２上に吸着しているＴｉＣｌ４とＮＨｘ＊が反応してＴｉＮｘが形成される。本実施例の場合はＴｉＮｘ形成のためにＮＨ３に換わっておもにＮＨｘ＊を用いているため、ＴｉＣｌ４との反応が促進されてＴｉＮｘが形成が進むために、形成されるＴｉＮｘ、および最終的に形成されるＴｉＳｉＮ層中に残留塩素が少なく、膜質が良好であるという特長がある。
【００５６】
また、ステップ２８０Ａにおいては、前記ステップ２８０と同様に、前記バルブ２２Ｂを開放し、前記質量流量コントローラ２２Ａで流量を制御して前記処理容器１１内にＳｉＨ４を３０ｓｃｃｍ供給する。その際に同時にバルブ２６Ｂおよびバルブ２３Ｂを開放して前記質量流量コントローラ２６Ａおよび２３Ａで流量を制御して希釈ガスであるＮ２を前記希釈ガスライン２３および希釈ガスライン２６からそれぞれ１００ｓｃｃｍずつ合計で２００ｓｃｃｍを前記処理容器１１内に導入する。その際に、前記リモートプラズマ源１９で高周波電力を７５Ｗ印加してプラズマ励起を行う。前記リモートプラズマ源においては、供給されるＳｉＨ４が解離してＳｉＨｘ＊となり、前記処理容器１１内に供給される。そこで、前記ステップ２７０によって、前記ウェハ上のＴｉＮ層２上に形成されたＴｉＮｘとＳｉＨｘ＊が反応してＴｉＳｉＮ層が形成される。本ステップではＴｉＳｉＮ層を形成するために、ＳｉＨ４の換わりにラジカル（ＳｉＨｘ＊）を用いているため、反応が生じやすく、ＴｉＳｉＮ層中のＳｉの含有率を高くすることができる。また、高周波電力を上昇させると、さらにＳｉの含有率を高くすることが可能となり、ＴｉＳｉＮ層中のＳｉ含有率の制御が可能となる。
【００５７】
また、リモートプラズマ励起は、必要に応じてステップ２６０のみで行ってもよく、またステップ２８０のみで行うことも可能である。
［第６実施例］
次に、第６実施例として、前記した第５実施例の変更例を図６に基づき、以下に説明する。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００５８】
図６を参照するに、ステップ２１０〜２９０およびステップ３００〜３３０は図５に示した第５実施例の場合と同一である。
【００５９】
本実施例においては、ステップ２９０とステップ３００の間に、ステップ２９１とステップ２９２を追加している。ステップ２９１は前記処理容器１１内にプラズマ励起された窒素原料ガスおよび希釈ガスを導入するステップであり、ステップ２６０Ａと同一である。ステップ２９２は前記窒素原料ガスおよび希釈ガスを排出するステップであり、ステップ２７０と同一である。
【００６０】
本実施例では、ＴｉＳｉＮ層を形成する１サイクルであるステップ２４０〜２９２の間に金属原料ガスの供給と排出が１回、シリコン原料ガスの供給と排出が１回に対して、窒素原料ガスの供給と排出が２回となっている。このように、金属原料、窒素原料、シリコン原料を供給・排出する回数を必要に応じて変更することが可能である。例えば、形成されるＴｉＳｉＮ層のシリコンの含有率を変更したい場合の例として、金属原料ガスの供給と排出、窒素原料ガスの供給と排出およびシリコン原料ガスの供給と排出を繰り返す通常のサイクルＡと、シリコン原料ガスの供給・排出を省略した、金属原料ガスの供給と排出、窒素原料ガスの供給と排出を繰り返すサイクルＢを組み合わせて実行する方法がある。前記サイクルＡと前記サイクルＢの回数の比率でシリコンの含有率を制御できる。すなわち、前記サイクルＢの比率が大きいと、シリコンの含有率が大きくなる。また、成膜開始から終了までの間に、前記サイクルＡと前記サイクルＢの繰り返しの比率を変更することで、形成されるＴｉＳｉＮ層の深さ方向において、組成を変更することが可能となり、ＴｉＳｉＮ層形成の場合の組成の制御性が良好になる。なお、本実施例の場合の組成比をＸＰＳ（Ｘ線光電子分光分析装置）で調査したところ、Ｔｉが３２％、窒素が２８％、シリコンが１６％であった。
［第７実施例］
また、第２実施例で図２を用いて説明したように、本発明による基板処理方法において、絶縁層上にバリア層である前記ＴｉＮ層２を形成し、さらに第４〜６実施例で前記したようなＴｉＳｉＮ層の形成工程を連続的に実施することが可能である。以下に図７に基づいて基板処理方法を説明する。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００６１】
図７を参照するに、ステップ２４０〜３３０は図６に示した第６実施例の場合と同一である。本実施例においては、ステップ２４０の前にステップ１１０〜１８０を設け、絶縁層上にバリア膜であるＴｉＮ層を形成する工程を設けている。
【００６２】
まずステップ１１０〜１３０は、前記したステップ２１０〜２３０と同一である。
【００６３】
次に、ステップ１４０、１５０、１６０、１７０はそれぞれ前記したステップ２４０、２５０、２６０Ａ、２７０とそれぞれ同一である。このステップ１４０〜１７０をＴｉＮ層形成の１サイクルとして、所望の膜厚が形成されるまで、繰り返す。
【００６４】
ステップ１８０においては、ステップ１７０終了後にステップ１４０〜１７０のＴｉＮ層成膜のサイクルが、所望の回数繰り返されていない場合はステップを１４０に戻して、ステップ１４０〜１７０を所望の回数繰り返す。その後、ステップ２４０以降に移行して、ＴｉＳｉＮ層の形成、そして前記したＣｕ層の形成をして成膜処理は終了する。
【００６５】
このように、本実施例ではＴｉＮ層を形成する場合も原子層・分子層レベルに近い成膜方法を行っているため、形成されるバリア膜であるＴｉＮ層の膜質および膜質均一性においても良好であり、膜中欠陥の少ないバリア性の高いＴｉＮ層の形成ができる。また、ＴｉＮ層形成の後、さらに続くステップ２４０以降のＴｉＳｉＮ層の形成工程を連続的に、同一の装置で処理を効率的に行う事が可能となる。
［第８実施例］
次に、本発明による基板処理方法を半導体装置の製造工程に適用した例を以下図８（Ａ）〜（Ｃ）、図９（Ｄ）〜（Ｆ）および図１０において、手順を追って説明する。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００６６】
まず、図８（Ａ）は、図示しない半導体基板上に形成された半導体装置の一部の製造過程を示すものである。
【００６７】
この構成に関して説明すると、まず、シリコンからなる当該半導体基板上に形成された、例えば、ＭＯＳトランジスタなどの素子に電気的に接続されている配線層（図示せず）と、これに電気的に接続された、例えばＣｕからなる配線層３１が形成されている。配線層３１の上部にはキャップ層３２、第１の絶縁層３３、第１のマスク層３４、第２の絶縁層３５、第２のマスク層３６が形成されている。
【００６８】
次に、図８（Ｂ）において、例えば、プラズマによるドライエッチングによってホール状のエッチングを行い、前記第２のマスク層３６、前記第２の絶縁層３５、前記第２のマスク層３４、前記第１の絶縁層３３およびキャップ層３２に円筒状のホール部３７を設けるいわゆるビアのエッチングを行う。その際に、例えば前記第１の絶縁層３３および第２の絶縁層３５がシリコン酸化膜、シリコン酸化物にフッ素を添加したもの、もしくは無機ＳＯＤ、例えばＨＳＱなどの無機系の膜である場合はＣＦ４、Ｃ２Ｆ６などフロロカーボン系のガスを用いる。また前記第１の絶縁層３３および第２の絶縁層３５が、ＳｉＣ、ＳｉＣＯ、ＳｉＣＯ（Ｈ）、有機ＳＯＤ、例えばＭＳＱなどの有機系の膜である場合はＯ２やＨ２などをエッチングガスに用いる。また前記キャップ層３２、前記第１のマスク層３４および第２のマスク層３６に関しても、材料に対して適切にエッチングに用いるガスを適宜選択、変更しながらドライエッチングを行う。
【００６９】
次に、図８（Ｃ）の工程において、前記第２の絶縁層３５および第２のマスク層３６に対して溝部を形成するいわゆるトレンチのエッチングを行い、溝部３８を形成する。この場合も、図８（Ｂ）のビアのエッチングの場合で前記したように、ドライエッチングをもって行う。この場合も前記したように、前記第２の絶縁層３５および前記第２のマスク層３６の材質に合わせて、ドライエッチングのガスを選択して、必要に応じてドライエッチングのガスを変更してエッチングを行う必要がある。
【００７０】
なお、図８（Ｂ）の工程と図８（Ｃ）の工程の順番を入れ替えて、トレンチエッチングを最初に行って、ビアエッチングを行うようにしてもよい。
【００７１】
次に、図９（Ｄ）の工程において、図７のステップ１３０〜１８０の工程を適用して、Ｃｕバリア層であるＴｉＮ層３９を形成する。この場合、前記したように、原子層・分子層に近いレベルで成膜が行われ、例えば前記ホール部３７または前記溝部３８のカバレッジが優れており、微細パターンにも均一にかつ良好な膜質でカバレッジよくＴｉＮ層３９を形成することが可能である。
【００７２】
次に、図９（Ｅ）の工程において、図７のステップ２４０〜３００の工程を適用して、ＴｉＳｉＮ層４０の形成を行う。この場合も、ＴｉＮ層３９を形成した場合と同様に、原子層・分子層に近いレベルで成膜が行われ、例えば前記ホール部３７または前記溝部３８のカバレッジが優れており、微細パターンにも均一にかつ良好な膜質でカバレッジよくＴｉＳｉＮ層４０を形成することが可能である。また、ＴｉＳｉＮ層４０は、アモルファスに近い構造となるため、この後の工程で形成される導電層であるＣｕの凝集が無く、密着性が向上する。さらに、形成されるＣｕの配向性が〔１１１〕になりやすく、エレクトロマイグレーション耐性にすぐれた構造となる。
【００７３】
次に、図９（Ｆ）の工程において、前記ホール部３７および前記溝部３８を満たすように、Ｃｕ層４１を形成する。前記Ｃｕ層４１を形成する場合は、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法またはメッキ法などいずれの方法を用いることも可能である。またこの場合、いずれの方法を用いても前記したように、ＴｉＳｉＮ層４０が形成されているために、前記ＴｉＳｉＮ層４０を介してＴｉＮ層３９とＣｕ層の４１の密着性が良好であり、かつ、エレクトロマイグレーション耐性にすぐれている。また、この後の工程において、前記Ｃｕ層４１の上部および前記ＴｉＳｉＮ層４０、前記ＴｉＮ層３９を、例えば、ＣＭＰ（化学機械研磨）などで研削して、前記第２のマスク層３６の上面が露出するようにして、前記Ｃｕ層４１の上面と前記第２のマスク層３６の上面が面一になるようにする。必要に応じて前記マスク層３６はＣＭＰですべて削除してもよい。
【００７４】
次に、その上に、図１０に示すように、別のキャップ層３２Ａ、別の第１の絶縁層３３Ａ、別の第１のマスク層３４Ａ、別の第２の絶縁層３５Ａおよび別の第２のマスク層３６Ａを形成して、前記したような図８（Ｂ）〜（Ｃ）、図９（Ｄ）〜（Ｆ）と同様の工程を適用する。その結果、別のＴｉＮ層３９Ａ、別のＴｉＳｉＮ層４０Ａおよび別のＣｕ層４１Ａが形成されることによって、いわゆる多層配線構造が形成される。必要に応じて、さらに前記Ｃｕ層４１の上に、前記したような絶縁層と導電層を形成する本発明による基板処理方法を適用して、さらに多層化してもよい。
【００７５】
また、本実施例においては、金属原料ガスにＴｉＣｌ４、窒素原料ガスにＮＨ３、シリコン原料ガスにＳｉＨ４を用いて、ＴｉＮ層およびＴｉＳｉＮ層を形成する方法を記述したが、本発明はこの例に限定されるものではない。金属原料ガスには、Ｔａ化合物、もしくはＷ化合物をもちいて、バリア層としてＴｉＮ層の換わりに、Ｔａ（Ｃ）Ｎ層（Ｔａ（Ｃ）Ｎ層は、ＴａＮ層またはＴａＣＮ層を意味する）またはＷＮ層、密着層としてＴｉＳｉＮ層の換わりにＴａ（Ｃ）ＳｉＮ層（Ｔａ（Ｃ）ＳｉＮ層は、ＴａＳｉＮ層またはＴａＣＳｉＮ層を意味する）またはＷＳｉＮ層を置き換えることが可能であり、本実施例に記述したＴｉＮ層、ＴｉＳｉＮ層を用いた場合と同様の効果を得ることができる。また窒素原料ガス、シリコン原料ガスについても他の原料を用いることが可能である。図１１に、本発明に用いることが可能な金属原料ガス、窒素原料ガスおよびシリコン原料ガスと、形成される膜種の例を示す。
［第９実施例］
また、例えば、前記した実施例において金属原料ガスが窒素を含む場合、金属原料ガスを還元するガスとして、例えばＨ２、もしくは水素を含むガスを用いることが可能であり、この場合の実施例を図１２〜１３に示す。
【００７６】
図１２は、図５に示した第５実施例の変更例である。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００７７】
図１２を参照するに、本実施例において、ステップ２１０〜２３０、ステップ２８０Ａ〜３３０は、図５の場合と同一である。
【００７８】
本実施例においては、ステップ２４０Ｂ，２５０Ｂにおいて、金属原料ガスに、窒素を含む金属原料ガス、例えば、Ｔａ（ＮＣ（ＣＨ３）２Ｃ２Ｈ５）（Ｎ（ＣＨ３）２）３を用いている。また、ステップ２６０Ｂ〜２７０Ｂにおいて、金属原料ガスを還元するガスに、Ｈ２を用いている。このように、金属原料ガスが窒素を含む場合、還元ガスには水素もしくは水素を含むガスを用いることが可能である。
【００７９】
図１２記載の成膜方法によって、Ｔａ（Ｃ）ＳｉＮ膜を形成することが可能であり、第５実施例に記載した場合と同様の効果を奏する。
［第１０実施例］
図１３は、図７に示した第７実施例の変更例である。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００８０】
本実施例においては、ステップ１４０Ｂ，１５０Ｂ，２４０Ｂ，２５０Ｂにおいて、金属原料ガスに、窒素を含む金属原料ガス、例えば、Ｔａ（ＮＣ（ＣＨ３）２Ｃ２Ｈ５）（Ｎ（ＣＨ３）２）３を用いている。また、ステップ１６０Ｂ，１７０Ｂ、２６０Ｂ，２７０Ｂにおいて、金属原料ガスを還元するガスに、Ｈ２を用いている。このように、金属原料ガスが窒素を含む場合、還元ガスには水素もしくは水素を含むガスを用いることが可能である。
【００８１】
なお、本実施例では、ステップ２９１，２９２は省略している。図１３記載の成膜方法によって、Ｔａ（Ｃ）ＳｉＮ／Ｔａ（Ｃ）Ｎ膜を形成することが可能であり、第７実施例に記載した場合と同様の効果を奏する。
【００８２】
以上、本発明を好ましい実施例について説明したが、本発明は上記の特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において様々な変形・変更が可能である。
【００８３】
【発明の効果】
本発明によれば、導電層であるＣｕ層とＣｕバリア層の間の密着層を、複数の原料ガスを交互に供給することにより原子層・分子層に近いレベルの成膜方法で形成した結果、Ｃｕ層と、Ｃｕバリア層の密着性が向上すると共に、微細なパターンにカバレッジ良く、良質でかつ均一な膜厚・膜質で当該密着層を形成することが可能となった。また、当該密着層の厚さや組成の制御、さらに、当該密着層の深さ方向での組成の変更の制御が容易になり、密着層形成の制御性が良好となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による基板処理方法を示す図（その１）である。
【図２】本発明による基板処理方法を示す図（その２）である。
【図３】本発明のよる基板処理を行う装置の構成を示す図である。
【図４】本発明による基板処理方法のプロセスフローを示す図（その１）である。
【図５】本発明による基板処理方法のプロセスフローを示す図（その２）である。
【図６】本発明による基板処理方法のプロセスフローを示す図（その３）である。
【図７】本発明による基板処理方法のプロセスフローを示す図（その４）である。
【図８】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は本発明による半導体装置の製造方法を示す図（その１）である。
【図９】（Ｄ）、（Ｅ）、（Ｆ）は本発明による半導体装置の製造方法を示す図（その２）である。
【図１０】本発明による半導体装置の製造方法を示す図（その３）である。
【図１１】本発明に用いることが可能な原料ガスと形成される膜種の例を示す図である。
【図１２】本発明による基板処理方法のプロセスフローを示す図（その５）である。
【図１３】本発明による基板処理方法のプロセスフローを示す図（その６）である。
【符号の説明】
１ 絶縁層
２ バリア層
３ 密着層
４ Ｃｕ層
１０ 成膜装置
１１ 処理容器
１２ 基板保持台
１３ リフターピン
１４ 連結棒
１５ 基板保持台支持
１６ ベローズ
１７ 上下駆動部
１８ 排気口
１９ リモートプラズマ源
２０，２１，２２，２３，２４，２５，２６ ガスライン
１０Ａ 制御装置
３１，３１Ａ Ｃｕ層
３２，３２Ａ キャップ層
３４，３４Ａ，３６，３６Ａ マスク層
３３，３５ 絶縁層
３７ ホール部
３８ 溝部
３９，３９Ａ ＴｉＮ層
４０，４０Ａ ＴｉＳｉＮ層
４１，４１Ａ Ｃｕ層
【発明の属する技術分野】
【従来の技術】
近年、半導体装置の高性能化に伴い、半導体デバイスの高集積化が進んで微細化の要求が著しくなっており、配線ルールは０．１３μｍから０．１０μｍ以下の領域へと開発が進んでいる。また、配線材料は従来のＡｌから、配線遅延の影響の少ない、抵抗値の低いＣｕに置き換えられてきている。
【０００２】
そのため、Ｃｕ成膜技術と微細配線技術の組み合わせが、近年の高性能半導体装置の製造技術において重要となっており、Ｃｕ配線技術の高度化と、微細化に伴う薄膜の膜質および膜質の均一性の要求が厳しくなってきている。
【０００３】
前記したような微細パターンに対して薄膜形成を行う場合、当該微細パターンに良好なカバレッジで成膜する方法として、成膜時に複数種の原料ガスを１種類ずつ交互に供給することで、原料ガスの反応表面への吸着を経由して原子層・分子層に近いレベルで成膜を行ない、これらの工程を繰り返して所定の厚さの薄膜を得る方法が提案されている。（例えば特許文献１参照）。このような成膜をＡｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（ＡＬＤ）と呼ぶことがある。このような原子層・分子層に近いレベルで金属膜・絶縁膜などが形成される場合、従来用いられていたＰＶＤ法やＣＶＤ法に比べて薄膜化が可能であり、微細パターンにおいて不純物が存在しない高品質な成膜を良好なカバレッジでかつ均一な膜質で行うことが可能となる。
【０００４】
しかし、前記したようなＣｕ配線を考えた場合、Ｃｕ層と、当該Ｃｕ層の周囲に形成される例えば高融点金属の窒化膜で形成されＣｕの拡散を防止するバリア層との間の密着性が問題になる場合があった。このようなバリア層の材料としては、例えばＴｉＮ、ＴａＮ、ＷＮなどが知られている。
【０００５】
このようなＣｕ層とバリア層の密着性向上の対策として、Ｃｕ層とＣｕバリア層であるたとえばＴｉＮ層の間に密着層としてＴｉＳｉＮ（ＴｉＮ（Ｓｉ）と表記する場合もある）を設ける方法が提案されている。
【０００６】
例えば原料にＴＤＭＡＴ（Ｔｉ［Ｎ（ＣＨ３）２］４）をベースに用いたＣＶＤ法により、Ｃｕ層とＴｉＮ層の間にＴｉＳｉＮ層を形成する方法が提案されている。（例えば非特許文献１参照）。
【０００７】
また、同様にＴｉＮ層の上にＴｉＳｉＮ層を形成する方法として、ＴｉＮ層形成後の当該ＴｉＮ表面をＳｉＨ４に曝してＴｉＮ表面にＴｉＳｉＮ層を形成する方法が提案されている。（例えば非特許文献２参照）。
【０００８】
【特許文献１】
特開平６−８９８７３号公報
【０００９】
【特許文献２】
特開平７−２５２６６０号公報
【００１０】
【特許文献３】
特開２０００−１９５８２０号公報
【００１１】
【特許文献４】
ＷＯ ００／１６３７７号公報
【００１２】
【非特許文献１】
Ｂａｒｒｙ Ｌ． Ｃｈｉｎ ”Ｂａｒｒｉｅｒ ａｎｄ ｓｅｅｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ ｓｕｂ−０．１０ｕｍ ｃｏｐｐｅｒ ｃｈｉｐｓ” ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ， ２００１，Ｍａｙ， ｐ１０７−１１４
【００１３】
【非特許文献２】
Ｋ．Ｍｏｓｉｇ ”Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｏｒｏｕｓ ｕｌｔｒａ ｌｏｗ−ｋ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｗｉｔｈ ＣＶＤ ｂａｒｒｉｅｒｓ” ｉｎ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＩＥＤＭ ２００１， ｐ８８−９１
【００１４】
【非特許文献３】
Ａ．Ｅ．Ｂｒａｕｎ ”ＡＬＤ ｂｒｅａｋｓ ｍａｔｅｒｉａｌｓ， ｃｏｎｆｏｒｍａｌｉｔｙ ｂａｒｒｉｅｒｓ” ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ， ２００１， Ｏｃｔｏｂｅｒ， ｐ５２−５８
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記したようなＣＶＤ法を用いてＣｕ層とバリア層の密着層を形成する場合は、膜質および膜質の均一性が問題となり、微細パターンにおける数ｎｍの精度での膜厚の均一性やカバレッジを達成するのは困難である。
【００１６】
また、ＴｉＮ表面をＳｉＨ４に曝して密着層であるＴｉＮ層を形成する場合、形成されるＴｉＳｉＮ層はＴｉＮの表層のみであり、Ｓｉの含有量およびＳｉが含有される深さの制御が実質的に不可能であり、ＣｕとＴｉＮの密着性を制御するのは困難である。
【００１７】
そこで、本発明は上記の課題を解決した新規で有用な基板処理方法、半導体装置の製造方法および半導体装置を提供することを統括的目的としている。
【００１８】
本発明の具体的な課題は、複数の原料ガスを交互に供給する、原子層・分子層に近いレベルの成膜方法で導電層と当該導電層のバリア層の間に密着層を形成することにより、微細パターンにカバレッジよく、また良好で均一な膜質で当該密着層を形成して当該導電層と当該導電バリア層の密着性を向上させることにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題を解決するために、
請求項１に記載したように、
処理容器内の被処理基板上に成膜する基板処理方法であって、
前記処理容器内に金属を含む第１の原料ガスを供給し、さらに前記第１の原料ガスを前記処理容器内から除去する第１の工程と、
前記処理容器内に前記第１の原料ガスを還元する第２の原料ガスを供給し、さらに前記第２の原料ガスを前記処理容器内から除去する第２の工程と、
前記処理容器内に珪素を含む第３の原料ガスを供給し、さらに前記第３の原料ガスを前記処理容器内から除去する第３の工程とを含む第１の成膜工程を有し、
さらに、前記第１の成膜工程によって形成された金属と窒素と珪素を含む層の上に導電層を形成する第２の成膜工程を有することを特徴とする基板処理方法により、また、
請求項２に記載したように、
前記第２の原料ガスが窒素を含むことを特徴とする請求項１記載の基板処理方法により、また、
請求項３に記載したように、
前記第１の原料ガスが窒素を含むことを特徴とする請求項１記載の基板処理方法により、また、
請求項４に記載したように、
前記導電層はＣｕ層であることを特徴とする請求項１〜３のうち、いずれか１項記載の基板処理方法により、また、
請求項５に記載したように、
前記第１の成膜工程では、前記第１の工程、前記第２の工程および前記第３の工程が複数回繰り返されることを特徴とする請求項１〜４のうち、いずれか１項記載の基板処理方法により、また、
請求項６に記載したように、
前記金属と窒素と珪素を含む層は、前記被処理基板上に形成された金属窒化物層の上に形成されることを特徴とする請求項１〜５のうち、いずれか１項記載の基板処理方法により、また、
請求項７に記載したように、
前記第１の成膜工程の前に、前記金属窒化物層を形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項６記載の基板処理方法により、また、
請求項８に記載したように、
前記金属窒化物層を形成する工程は、
前記処理容器内に前記第１の原料ガスを供給し、さらに前記第１の原料ガスを前記処理容器内から除去する第４の工程と、
前記処理容器内に前記第２の原料ガスを供給し、さらに前記第２の原料ガスを前記処理容器内から除去する第５の工程とを含むことを特徴とする請求項７記載の基板処理方法により、また、
請求項９に記載したように、
前記金属窒化物層は、前記第４の工程と前記第５の工程を複数回繰り返すことによって形成されることを特徴とする請求項８記載の基板処理方法により、また、
請求項１０に記載したように、
前記金属窒化物層は、被処理基板上に形成された絶縁層の上に形成されることを特徴とする請求項７〜９のうち、いずれか１項記載の基板処理方法により、また、
請求項１１に記載したように、
前記金属窒化物層を形成する工程の前に、前記絶縁層をエッチングする工程をさらに含むことを特徴とする請求項１０記載の基板処理方法により、また、
請求項１２に記載したように、
前記エッチングは、前記絶縁層にホール部を形成するビアエッチングであることを特徴とする請求項１１記載の基板処理方法により、また、
請求項１３に記載したように、
前記エッチングは、前記絶縁層に溝部を形成するトレンチエッチングであることを特徴とする請求項１１または１２記載の基板処理方法により、また、
請求項１４に記載したように、
前記第２の原料ガスはプラズマ励起されていることを特徴とする請求項１〜１３のうち、いずれか１項記載の基板処理方法により、また、
請求項１５に記載したように
前記第３の原料ガスはプラズマ励起されていることを特徴とする請求項１〜１４のうち、いずれか１項記載の基板処理方法により、また、
請求項１６に記載したように、
前記プラズマ励起は前記基板処理容器と離間した空間で行われることを特徴とする請求項１４または１５記載の基板処理方法により、また、
請求項１７に記載したように、
前記金属はＴｉであることを特徴とする請求項１〜１６のうち、いずれか１項記載の基板処理方法により、また、
請求項１８に記載したように、
前記金属はＴａであることを特徴とする請求項１〜１６のうち、いずれか１項記載の基板処理方法により、また、
請求項１９に記載したように、
前記金属はＷであることを特徴とする請求項１〜１６のうち、いずれか１項記載の基板処理方法により、また、
請求項２０に記載したように、
請求項１〜１９のうち、いずれか１項記載の基板処理方法を用いた半導体装置の製造方法により、また、
請求項２１に記載したように、
請求項１〜１９のうち、いずれか１項記載の基板処理方法を用いた半導体装置により、解決する。
［作用］
本発明によれば、導電層であるＣｕ層とＣｕバリア層の間の密着層を、複数の原料ガスを交互に供給することにより原子層・分子層に近いレベルの成膜方法で形成した結果、Ｃｕ層と、Ｃｕバリア層の密着性が向上すると共に、微細なパターンにカバレッジ良く、良質でかつ均一な膜厚・膜質で当該密着層を形成することが可能となる。また、当該密着層の厚さや組成の制御、さらに、当該密着層の深さ方向での組成の変更の制御が容易になり、密着層形成の制御性が良好となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態に関して、図面に基づき、以下に説明する。
［第１実施例］
図１（Ａ）〜（Ｃ）は本発明による基板処理方法の概要を示す図である。
【００２１】
まず、図１（Ａ）を参照するに、図示しない被処理基板上に絶縁層１が形成されている。前記絶縁層１の上には、この後の工程で形成される導電層、例えばＣｕ層のバリア層である金属窒化物層、例えばＴｉＮ層２が形成されている。前記ＴｉＮ層２は、たとえばＰＶＤ法、ＣＶＤ法など、いずれの方法で成膜されたものでもよい。
【００２２】
次に、図１（Ｂ）において、前記ＴｉＮ層２の上に本発明によるＣｕ層とバリア層の密着層を形成する。本発明よる成膜方法、すなわち前記被処理基板に複数のガスを交互に供給することで、膜質がよく、かつ膜厚・膜質の均一性が優れた原子層・分子層レベルに近い膜を、膜厚の制御性良く形成することができる。まず、第１の工程として、金属を含む金属原料ガス、例えばＴｉＣｌ４を前記被処理基板上に供給して前記ＴｉＮ層２の上に吸着させた後、余剰なＴｉＣｌ４を前記被処理基板上および処理容器内より取り除く。次に、第２の工程として、金属原料ガスを還元するガス、たとえばＮＨ３を前記被処理基板上に供給して、前記ＴｉＮ層２の上に吸着したＴｉＣｌ４と反応させた後、余剰なＮＨ３を前記被処理基板上および処理容器内より取り除く。次に、第３の工程として、シリコンを含むシリコン原料ガス、たとえばＳｉＨ４を前記被処理基板上に供給して前記ＴｉＮ層２の上で反応させた後、余剰なＳｉＨ４を前記被処理基板上および処理容器内より取り除く。このような第１〜３の工程を繰り返すことで、前記ＴｉＮ層２とこの後で形成されるＣｕ層との密着層であるＴｉＳｉＮ層（もしくはＴｉＮ（Ｓｉ）層と表記する場合もある）３が形成される。従来あったＴｉＮ層２の表面を改質して密着層とする方法では、形成されるＴｉＳｉＮ層の厚さの制御が不可能であり、またＴｉＳｉＮの組成の制御が困難であった。一方、本発明によれば、例えば前記第１〜３の工程を繰り返し実施する際に、前記第１〜３の工程のいずれかを実施する回数を変更することで、形成されるＴｉＳｉＮ層の膜厚や組成を制御することが容易に可能になる。この方法については後述する。
【００２３】
次に、図１（Ｃ）において、導電層、この場合例えばＣｕ層４を形成する。この場合、前記した図１（Ｂ）の工程において密着層である前記ＴｉＳｉＮ層３が形成されており、ＴｉＳｉＮ層３はアモルファスに近い構造となるため、Ｃｕの凝集が無く、形成される前記Ｃｕ層４と前記ＴｉＳｉＮ層３の密着性は良好である。また、前記ＴｉＮ層２と前記ＴｉＳｉＮ層３の密着性は良好であるため、前記ＴｉＳｉＮ層３を介した前記Ｃｕ層４と前記ＴｉＮ層２の密着性は良好となる。前記Ｃｕ層４の形成方法は、例えば、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法、メッキ法などいずれの方法でも同様の効果が得られる。
［第２実施例］
次に、図２（Ａ）〜（Ｄ）に本発明による別の基板処理方法の概要を示す。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００２４】
図２（Ｃ）、（Ｄ）のＴｉＳｉＮ層とＣｕ層の形成工程はそれぞれ、図１（Ｂ）、（Ｃ）の工程と同一である。本実施例に示す基板処理方法では、図２（Ａ）〜（Ｂ）に示す前記絶縁層１の上に、ＴｉＮ層を形成する工程が含まれる。
【００２５】
まず、図２（Ａ）を参照するに、図示しない被処理基板または被処理基板上に形成された薄膜上に絶縁層１が形成されている。
【００２６】
次に、図２（Ｂ）において、ＴｉＮ層２を形成する。この場合、図１（Ｂ）に示した前記ＴｉＳｉＮ層３を形成した場合と同様の方法で形成する。すなわち、ＴｉＣｌ４を前記被処理基板上に供給して前記絶縁層１の上に吸着させた後、余剰なＴｉＣｌ４を前記被処理基板上および処理容器内より取り除き、次にＮＨ３を前記被処理基板上に供給して、前記絶縁層１の上に吸着したＴｉＣｌ４と反応させた後、余剰なＮＨ３を前記被処理基板上および処理容器内より取り除く工程を繰り返し、ＴｉＮ層２を形成する。このようにして形成された前記ＴｉＮ層２は、ＰＶＤ法やＣＶＤ法によって形成されたＴｉＮ層に比べて膜中不純物が少なくバリア性が高い。またこのような形成法によれば、膜厚の制御性良くＴｉＮ層を形成することができる。
【００２７】
さらに、本実施例の場合は、前記ＴｉＮ層２の膜質および膜質と膜厚の均一性においても良好であり、さらに続く図２（Ｃ）のＴｉＳｉＮ層の形成工程と同様の成膜方法なため、図２（Ｂ）の工程と図２（Ｃ）の工程を連続的に同一の装置で処理を効率的に行う事が可能となる。
【００２８】
次に、本発明による成膜方法を実施する成膜装置について以下に説明する。
［第３実施例］
図３は、本発明の成膜方法を実施可能な成膜装置１０の構成図である。
【００２９】
図３を参照するに、前記成膜装置１０は、例えばアルミ、表面をアルマイト処理されたアルミもしくはステンレスなどからなる処理容器１１を有し、前記処理容器１１の内部には基板保持台支持部１５に支持されたＡｌＮからなる基板保持台１２が設置され、前記基板保持台１２の中心には被処理基板である半導体ウェハＷが載置される。前記基板保持台１２には図示しないヒータが内蔵されて前記ウェハを所望の温度に加熱することが可能な構造となっている。前記基板処理容器１１内は、排気口１８に接続される図示しない排気系により真空排気され、前記処理容器１１内を減圧状態とすることが可能である。また、前記ウェハＷは、前記処理容器１１に設置された図示しないゲートバルブより搬入もしくは搬出される。そのため、前記基板保持台１２には、前記ウェハＷの前記処理容器１１内への搬入・搬出時に前記ウェハＷを保持して前記基板保持台１５より離脱または載置するリフターピン１３が設置されている。前記リフターピン１３は、連結棒１４を介してベローズ１６にて真空シールされた上下機構１７に接続されており、前記リフターピン１３を上下動させて、前記基板載置台１２より前記ウェハＷを離脱、もしくは載置することが可能となっている。
【００３０】
前記処理容器１１の上部にはガス導入路１１Ａが設けられており、前記被処理基板Ｗに成膜を行うための原料ガス、もしくは希釈ガスなどが導入される。前記ガス導入路１１Ａには、ガスライン２４が接続されており、前記ガスライン２４はさらに金属原料ガスライン２５および希釈ガスライン２６に接続されている。前記金属原料ガスライン２５は質量流量コントローラ２５Ａおよびバルブ２５Ｂを介して金属原料ガス源２５Ｃに接続されている。前記金属原料ガス源２５Ｃには、例えばＴｉ化合物、Ｔａ化合物またはＷ化合物などの金属原料ガス源が接続されて、それぞれＴｉ、ＴａまたはＷを含む原料ガスを、前記処理容器１１に供給する。また、前記希釈ガスライン２６は質量流量コントローラ２６Ａおよびバルブ２６Ｂを介して希釈ガス源２６Ｃに接続されており、必要に応じて前記金属原料ガスを希釈するための、例えばＮ２、Ａｒ、Ｈｅなどの希釈ガス源を設置して、Ｎ２、Ａｒ、Ｈｅなどを前記ガスライン２４を介して前記処理容器１１内に供給する。また、希釈ガスを前記ガスライン２４から導入することで、前記処理容器１１内から前記ガスライン２４へのガスの逆流を防止する効果もある。
【００３１】
また、前記ガス導入路１１Ａには、後述するリモートプラズマ源１９を介してガスライン２０が接続されている。前記ガスライン２０には、窒素原料ガスライン２１、シリコン原料ガスライン２２および希釈ライン２３が接続されている。前記窒素原料ガスライン２１には、質量流量コントローラ２１Ａ、バルブ２１Ｂを介して窒素原料ガス源２１Ｃが接続されており、窒素原料として窒素化合物、例えば、ＮＨ３、Ｎ２Ｈ４、ＮＨ（ＣＨ３）２、Ｎ２Ｈ３ＣＨ３などのガス源が接続されて前記処理容器１１内に窒素化合物ガスを導入する。
【００３２】
また、前記シリコン原料ガスライン２２には、質量流量コントローラ２２Ａ、バルブ２２Ｂを介してシリコン原料ガス源２２Ｃが接続されており、シリコン原料としてシリコン化合物、例えば、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＣｌ４などのガス源が接続されて前記処理容器１１内にシリコン化合物ガスを導入する。
【００３３】
また、前記希釈ライン２３には、質量流量コントローラ２３Ａ，バルブ２３Ｂを介して希釈原料ガス源２３Ｃが接続されており、必要に応じて前記窒素原料ガスまたは前記シリコン原料ガスを希釈するための、例えばＮ２、Ａｒ、Ｈｅなどの希釈ガス源を設置して、Ｎ２、Ａｒ、Ｈｅなどを前記ガスライン２０を介して前記処理容器１１内に供給する。また、希釈ガスをガスライン２０から導入することで、前記処理容器１１内から前記ガスライン２０、前記リモートプラズマ源１９へのガスの逆流を防止する効果もある。
【００３４】
前記リモートプラズマ源１９は、高周波を印加されて、前記リモートプラズマ源１９に導入されるガスをプラズマ励起するプラズマ発生装置が内蔵されている。前記リモートプラズマ源１９は、必要に応じて前記リモートプラズマ源１９に供給される前記窒素原料ガスまたは前記シリコン原料ガスをプラズマ励起する。また、前記したようなプラズマ励起を行わない場合は供給されるガスはそのまま前記リモートプラズマ源１９を通過して前記処理容器１１内へ供給される。プラズマ励起されたガスからは、ガスが解離したイオン、ラジカルなどの反応種が生成されるが、おもにラジカルが前記ガス導入路１１Ａより前記処理容器１１内へ導入され、例えば窒素原料ガスをプラズマ励起した場合はおもにＮＨｘ＊（ラジカル）、シリコン原料ガスの場合はＳｉＨｘ＊（ラジカル）が前記処理容器１１内へ導入される。
【００３５】
本実施例では、前記リモートプラズマ源のプラズマ励起方法は２ＭＨｚの高周波を用いたＩＣＰ（誘導結合型プラズマ）装置を用いているが、前記の方法に限定されるものではない。プラズマ励起は、たとえば平行平板プラズマでもＥＣＲプラズマでもよい。また、例えば周波数は４００ｋＨｚ、８００ｋＨｚなどのより低周波を用いてもよく、また１３．５６ＭＨｚなどの高周波や、マイクロ波（２．４５ＧＨｚ）を用いることも可能であり、プラズマが励起されてガスを解離することが可能であれば、印加する周波数やプラズマ励起の方法は、いずれの方法でもよい。
【００３６】
また、前記したようなバルブ２１Ｂ〜２６Ｂまでの開閉動作、前記リフターピン１３の動作、前記リモートプラズマ源１９のプラズマ励起の動作など成膜に関する前記成膜装置１０の動作は制御装置１０Ａによって一括制御され、第４実施例以下で後述するプロセスフローは前記制御装置１０Ａによって制御される。
【００３７】
次に、前記した図１に示した成膜方法について、前記成膜装置１０を用いたより具体的な成膜方法に関して説明する。
［第４実施例］
図４は、前記成膜装置１０を用いて行う本発明による基板処理方法によるプロセスフローを示す図である。当該プロセスフローはステップ２１０（図中Ｓ２１０と示す。以下同様）〜ステップ３３０よりなる。
【００３８】
まず、ステップ２１０において、被処理基板であるウェハＷを前記成膜装置１０に搬入する。
【００３９】
次に、ステップ２２０において、前記ウェハＷを前記基板保持台１２に載置する。
【００４０】
ステップ２３０においては、前記基板載置台１２に内蔵したヒータによって前記ウェハが昇温され、略４００℃に保持される。以後の工程においては前記ウェハＷは略４００℃に保持される。
【００４１】
次にステップ２４０において、前記バルブ２５Ｂを開放し、前記質量流量コントローラ２５Ａで流量を制御して前記処理容器１１内にＴｉＣｌ４を３０ｓｃｃｍ供給する。その際に同時にバルブ２６Ｂおよびバルブ２３Ｂを開放して前記質量流量コントローラ２６Ａおよび２３Ａで流量を制御して希釈ガスであるＮ２を前記希釈ガスライン２３および希釈ガスライン２６からそれぞれ１００ｓｃｃｍずつ合計で２００ｓｃｃｍを前記処理容器１１内に導入する。本ステップにおいて、ＴｉＣｌ４が被処理基板上に供給されることで、被処理基板上に形成されている前記ＴｉＮ層２上にＴｉＣｌ４が吸着する。本ステップ２４０は１０秒間実施される。
【００４２】
次に、ステップ２５０で、前記バルブ２３Ｂ、２５Ｂおよび２６Ｂを閉じて前記処理容器１１へのＴｉＣｌ４およびＮ２の供給を停止する。ここで前記ＴｉＮ層２上に吸着していない未吸着で前記処理容器１１内に残留していたＴｉＣｌ４は、前記排気口１８より前記処理容器１１の外へと排出される。本ステップ２５０は約２秒間実施される。
【００４３】
次に、ステップ２６０において、前記バルブ２１Ｂを開放し、前記質量流量コントローラ２１Ａで流量を制御して前記処理容器１１内にＮＨ３を１００ｓｃｃｍ供給する。その際に同時にバルブ２６Ｂおよびバルブ２３Ｂを開放して前記質量流量コントローラ２６Ａおよび２３Ａで流量を制御して希釈ガスであるＮ２を前記希釈ガスライン２３および希釈ガスライン２６からそれぞれ１００ｓｃｃｍずつ合計で２００ｓｃｃｍを前記処理容器１１内に導入する。本ステップにおいて、ＮＨ３が略４００℃となっている被処理基板上に供給されることで、被処理基板上に吸着しているＴｉＣｌ４とＮＨ３が反応してＴｉＮｘが形成される。本ステップ２６０は１０秒間実施される。
【００４４】
次に、ステップ２７０で、前記バルブ２１Ｂ、２３Ｂおよび２６Ｂを閉じて前記処理容器１１へのＮＨ３およびＮ２の供給を停止する。ここで未反応で前記処理容器１１内に残留していたＮＨ３と反応副生成物は、前記排気口１８より前記処理容器１１の外へと排出される。本ステップ２７０は約２秒間実施される。
【００４５】
次に、ステップ２８０において、前記バルブ２２Ｂを開放し、前記質量流量コントローラ２２Ａで流量を制御して前記処理容器１１内にＳｉＨ４を３０ｓｃｃｍ供給する。その際に同時にバルブ２６Ｂおよびバルブ２３Ｂを開放して前記質量流量コントローラ２６Ａおよび２３Ａで流量を制御して希釈ガスであるＮ２を前記希釈ガスライン２３および希釈ガスライン２６からそれぞれ１００ｓｃｃｍずつ合計で２００ｓｃｃｍを前記処理容器１１内に導入する。そこでＳｉＨ４が被処理基板上に供給されることで、被処理基板上に形成されたＴｉＮｘとＳｉＨ４が反応して前記ＴｉＳｉＮ層３が形成される。本ステップ２８０は１０秒間実施される。
【００４６】
次に、ステップ２９０で、前記バルブ２２Ｂ、２３Ｂおよび２６Ｂを閉じて前記処理容器１１へのＳｉＨ４およびＮ２の供給を停止する。ここで、未反応で前記処理容器１１内に残留していたＳｉＨ４は、前記排気口１８より前記処理容器１１の外へと排出される。本ステップ２９０は約２秒間実施される。
【００４７】
ここで、前記ＴｉＮ層２上には前記ＴｉＳｉＮ層３が形成されるが、ステップ２４０〜ステップ２９０までをＴｉＳｉＮ層形成の１サイクルとすると、１サイクルで約０．２ｎｍのＴｉＳｉＮ層が形成される。なお、ここで表記したＴｉＳｉＮ層とは、構造が限定されるものではなく、形成される膜中にチタン、シリコン、窒素を含む膜を示すものである。
【００４８】
次に、ステップ３００においては、必要な膜厚のＴｉＳｉＮ層を形成するために、成膜工程を再びステップ２４０に戻して所望の膜厚となるまでステップ２４０〜２９０を繰り返し、必要な回数終了後に次のステップ３１０に移行する。
【００４９】
次に、ステップ３１０では前記リフターピン１３を上昇させて前記ウェハＷを前記基板保持台１２より離間する。
【００５０】
次にステップ３２０で前記処理容器１１から前記ウェハＷを搬出する。
【００５１】
次に、ステップ３３０において、形成されたＴｉＳｉＮ層３上に、前記Ｃｕ層４を形成するため、Ｃｕ成膜装置に搬送して、前記Ｃｕ層４を成膜する。
【００５２】
この場合、前記したように、Ｃｕ層はＰＶＤ装置、ＣＶＤ装置、メッキ装置のいずれで成膜した場合も、密着層であるＴｉＳｉＮ層３との密着性が良好な成膜を行う事が可能となる。また、前記ＴｉＳｉＮ層３は前記ＴｉＮ層２との密着性が良好なため、ＴｉＮ層に直接Ｃｕを形成した場合にくらべて密着性にすぐれた構造となっている。
【００５３】
また、前記したプロセスフローは次に示す第５実施例で示すように変更することが可能である。
［第５実施例］
図５は、図４に示した本発明の第４実施例である基板処理方法のプロセスフローの変更例である。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００５４】
図５を参照するに、ステップ２１０〜２５０、ステップ２７０、およびステップ２９０〜３３０は前記した第４実施例の場合と同一である。本実施例では図４で示したステップ２６０およびステップ２８０に換わってそれぞれ２６０Ａ、２８０Ａが実行される。
【００５５】
まず、ステップ２６０Ａにおいては、前記ステップ２６０と同様に、前記バルブ２１Ｂを開放し、前記質量流量コントローラ２１Ａで流量を制御して前記処理容器１１内にＮＨ３を１００ｓｃｃｍ供給する。その際に同時にバルブ２６Ｂおよびバルブ２３Ｂを開放して前記質量流量コントローラ２６Ａおよび２３Ａで流量を制御して希釈ガスであるＮ２を前記希釈ガスライン２３および希釈ガスライン２６からそれぞれ１００ｓｃｃｍずつ合計で２００ｓｃｃｍを前記処理容器１１内に導入する。その際に、前記リモートプラズマ源１９で高周波電力を７５Ｗ印加してプラズマ励起を行う。前記リモートプラズマ源においては、供給されるＮＨ３が解離してＮＨｘ＊となり、前記処理容器１１内に供給される。そこで、前記ステップ２４０〜２５０によって、前記ウェハ上のＴｉＮ層２上に吸着しているＴｉＣｌ４とＮＨｘ＊が反応してＴｉＮｘが形成される。本実施例の場合はＴｉＮｘ形成のためにＮＨ３に換わっておもにＮＨｘ＊を用いているため、ＴｉＣｌ４との反応が促進されてＴｉＮｘが形成が進むために、形成されるＴｉＮｘ、および最終的に形成されるＴｉＳｉＮ層中に残留塩素が少なく、膜質が良好であるという特長がある。
【００５６】
また、ステップ２８０Ａにおいては、前記ステップ２８０と同様に、前記バルブ２２Ｂを開放し、前記質量流量コントローラ２２Ａで流量を制御して前記処理容器１１内にＳｉＨ４を３０ｓｃｃｍ供給する。その際に同時にバルブ２６Ｂおよびバルブ２３Ｂを開放して前記質量流量コントローラ２６Ａおよび２３Ａで流量を制御して希釈ガスであるＮ２を前記希釈ガスライン２３および希釈ガスライン２６からそれぞれ１００ｓｃｃｍずつ合計で２００ｓｃｃｍを前記処理容器１１内に導入する。その際に、前記リモートプラズマ源１９で高周波電力を７５Ｗ印加してプラズマ励起を行う。前記リモートプラズマ源においては、供給されるＳｉＨ４が解離してＳｉＨｘ＊となり、前記処理容器１１内に供給される。そこで、前記ステップ２７０によって、前記ウェハ上のＴｉＮ層２上に形成されたＴｉＮｘとＳｉＨｘ＊が反応してＴｉＳｉＮ層が形成される。本ステップではＴｉＳｉＮ層を形成するために、ＳｉＨ４の換わりにラジカル（ＳｉＨｘ＊）を用いているため、反応が生じやすく、ＴｉＳｉＮ層中のＳｉの含有率を高くすることができる。また、高周波電力を上昇させると、さらにＳｉの含有率を高くすることが可能となり、ＴｉＳｉＮ層中のＳｉ含有率の制御が可能となる。
【００５７】
また、リモートプラズマ励起は、必要に応じてステップ２６０のみで行ってもよく、またステップ２８０のみで行うことも可能である。
［第６実施例］
次に、第６実施例として、前記した第５実施例の変更例を図６に基づき、以下に説明する。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００５８】
図６を参照するに、ステップ２１０〜２９０およびステップ３００〜３３０は図５に示した第５実施例の場合と同一である。
【００５９】
本実施例においては、ステップ２９０とステップ３００の間に、ステップ２９１とステップ２９２を追加している。ステップ２９１は前記処理容器１１内にプラズマ励起された窒素原料ガスおよび希釈ガスを導入するステップであり、ステップ２６０Ａと同一である。ステップ２９２は前記窒素原料ガスおよび希釈ガスを排出するステップであり、ステップ２７０と同一である。
【００６０】
本実施例では、ＴｉＳｉＮ層を形成する１サイクルであるステップ２４０〜２９２の間に金属原料ガスの供給と排出が１回、シリコン原料ガスの供給と排出が１回に対して、窒素原料ガスの供給と排出が２回となっている。このように、金属原料、窒素原料、シリコン原料を供給・排出する回数を必要に応じて変更することが可能である。例えば、形成されるＴｉＳｉＮ層のシリコンの含有率を変更したい場合の例として、金属原料ガスの供給と排出、窒素原料ガスの供給と排出およびシリコン原料ガスの供給と排出を繰り返す通常のサイクルＡと、シリコン原料ガスの供給・排出を省略した、金属原料ガスの供給と排出、窒素原料ガスの供給と排出を繰り返すサイクルＢを組み合わせて実行する方法がある。前記サイクルＡと前記サイクルＢの回数の比率でシリコンの含有率を制御できる。すなわち、前記サイクルＢの比率が大きいと、シリコンの含有率が大きくなる。また、成膜開始から終了までの間に、前記サイクルＡと前記サイクルＢの繰り返しの比率を変更することで、形成されるＴｉＳｉＮ層の深さ方向において、組成を変更することが可能となり、ＴｉＳｉＮ層形成の場合の組成の制御性が良好になる。なお、本実施例の場合の組成比をＸＰＳ（Ｘ線光電子分光分析装置）で調査したところ、Ｔｉが３２％、窒素が２８％、シリコンが１６％であった。
［第７実施例］
また、第２実施例で図２を用いて説明したように、本発明による基板処理方法において、絶縁層上にバリア層である前記ＴｉＮ層２を形成し、さらに第４〜６実施例で前記したようなＴｉＳｉＮ層の形成工程を連続的に実施することが可能である。以下に図７に基づいて基板処理方法を説明する。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００６１】
図７を参照するに、ステップ２４０〜３３０は図６に示した第６実施例の場合と同一である。本実施例においては、ステップ２４０の前にステップ１１０〜１８０を設け、絶縁層上にバリア膜であるＴｉＮ層を形成する工程を設けている。
【００６２】
まずステップ１１０〜１３０は、前記したステップ２１０〜２３０と同一である。
【００６３】
次に、ステップ１４０、１５０、１６０、１７０はそれぞれ前記したステップ２４０、２５０、２６０Ａ、２７０とそれぞれ同一である。このステップ１４０〜１７０をＴｉＮ層形成の１サイクルとして、所望の膜厚が形成されるまで、繰り返す。
【００６４】
ステップ１８０においては、ステップ１７０終了後にステップ１４０〜１７０のＴｉＮ層成膜のサイクルが、所望の回数繰り返されていない場合はステップを１４０に戻して、ステップ１４０〜１７０を所望の回数繰り返す。その後、ステップ２４０以降に移行して、ＴｉＳｉＮ層の形成、そして前記したＣｕ層の形成をして成膜処理は終了する。
【００６５】
このように、本実施例ではＴｉＮ層を形成する場合も原子層・分子層レベルに近い成膜方法を行っているため、形成されるバリア膜であるＴｉＮ層の膜質および膜質均一性においても良好であり、膜中欠陥の少ないバリア性の高いＴｉＮ層の形成ができる。また、ＴｉＮ層形成の後、さらに続くステップ２４０以降のＴｉＳｉＮ層の形成工程を連続的に、同一の装置で処理を効率的に行う事が可能となる。
［第８実施例］
次に、本発明による基板処理方法を半導体装置の製造工程に適用した例を以下図８（Ａ）〜（Ｃ）、図９（Ｄ）〜（Ｆ）および図１０において、手順を追って説明する。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００６６】
まず、図８（Ａ）は、図示しない半導体基板上に形成された半導体装置の一部の製造過程を示すものである。
【００６７】
この構成に関して説明すると、まず、シリコンからなる当該半導体基板上に形成された、例えば、ＭＯＳトランジスタなどの素子に電気的に接続されている配線層（図示せず）と、これに電気的に接続された、例えばＣｕからなる配線層３１が形成されている。配線層３１の上部にはキャップ層３２、第１の絶縁層３３、第１のマスク層３４、第２の絶縁層３５、第２のマスク層３６が形成されている。
【００６８】
次に、図８（Ｂ）において、例えば、プラズマによるドライエッチングによってホール状のエッチングを行い、前記第２のマスク層３６、前記第２の絶縁層３５、前記第２のマスク層３４、前記第１の絶縁層３３およびキャップ層３２に円筒状のホール部３７を設けるいわゆるビアのエッチングを行う。その際に、例えば前記第１の絶縁層３３および第２の絶縁層３５がシリコン酸化膜、シリコン酸化物にフッ素を添加したもの、もしくは無機ＳＯＤ、例えばＨＳＱなどの無機系の膜である場合はＣＦ４、Ｃ２Ｆ６などフロロカーボン系のガスを用いる。また前記第１の絶縁層３３および第２の絶縁層３５が、ＳｉＣ、ＳｉＣＯ、ＳｉＣＯ（Ｈ）、有機ＳＯＤ、例えばＭＳＱなどの有機系の膜である場合はＯ２やＨ２などをエッチングガスに用いる。また前記キャップ層３２、前記第１のマスク層３４および第２のマスク層３６に関しても、材料に対して適切にエッチングに用いるガスを適宜選択、変更しながらドライエッチングを行う。
【００６９】
次に、図８（Ｃ）の工程において、前記第２の絶縁層３５および第２のマスク層３６に対して溝部を形成するいわゆるトレンチのエッチングを行い、溝部３８を形成する。この場合も、図８（Ｂ）のビアのエッチングの場合で前記したように、ドライエッチングをもって行う。この場合も前記したように、前記第２の絶縁層３５および前記第２のマスク層３６の材質に合わせて、ドライエッチングのガスを選択して、必要に応じてドライエッチングのガスを変更してエッチングを行う必要がある。
【００７０】
なお、図８（Ｂ）の工程と図８（Ｃ）の工程の順番を入れ替えて、トレンチエッチングを最初に行って、ビアエッチングを行うようにしてもよい。
【００７１】
次に、図９（Ｄ）の工程において、図７のステップ１３０〜１８０の工程を適用して、Ｃｕバリア層であるＴｉＮ層３９を形成する。この場合、前記したように、原子層・分子層に近いレベルで成膜が行われ、例えば前記ホール部３７または前記溝部３８のカバレッジが優れており、微細パターンにも均一にかつ良好な膜質でカバレッジよくＴｉＮ層３９を形成することが可能である。
【００７２】
次に、図９（Ｅ）の工程において、図７のステップ２４０〜３００の工程を適用して、ＴｉＳｉＮ層４０の形成を行う。この場合も、ＴｉＮ層３９を形成した場合と同様に、原子層・分子層に近いレベルで成膜が行われ、例えば前記ホール部３７または前記溝部３８のカバレッジが優れており、微細パターンにも均一にかつ良好な膜質でカバレッジよくＴｉＳｉＮ層４０を形成することが可能である。また、ＴｉＳｉＮ層４０は、アモルファスに近い構造となるため、この後の工程で形成される導電層であるＣｕの凝集が無く、密着性が向上する。さらに、形成されるＣｕの配向性が〔１１１〕になりやすく、エレクトロマイグレーション耐性にすぐれた構造となる。
【００７３】
次に、図９（Ｆ）の工程において、前記ホール部３７および前記溝部３８を満たすように、Ｃｕ層４１を形成する。前記Ｃｕ層４１を形成する場合は、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法またはメッキ法などいずれの方法を用いることも可能である。またこの場合、いずれの方法を用いても前記したように、ＴｉＳｉＮ層４０が形成されているために、前記ＴｉＳｉＮ層４０を介してＴｉＮ層３９とＣｕ層の４１の密着性が良好であり、かつ、エレクトロマイグレーション耐性にすぐれている。また、この後の工程において、前記Ｃｕ層４１の上部および前記ＴｉＳｉＮ層４０、前記ＴｉＮ層３９を、例えば、ＣＭＰ（化学機械研磨）などで研削して、前記第２のマスク層３６の上面が露出するようにして、前記Ｃｕ層４１の上面と前記第２のマスク層３６の上面が面一になるようにする。必要に応じて前記マスク層３６はＣＭＰですべて削除してもよい。
【００７４】
次に、その上に、図１０に示すように、別のキャップ層３２Ａ、別の第１の絶縁層３３Ａ、別の第１のマスク層３４Ａ、別の第２の絶縁層３５Ａおよび別の第２のマスク層３６Ａを形成して、前記したような図８（Ｂ）〜（Ｃ）、図９（Ｄ）〜（Ｆ）と同様の工程を適用する。その結果、別のＴｉＮ層３９Ａ、別のＴｉＳｉＮ層４０Ａおよび別のＣｕ層４１Ａが形成されることによって、いわゆる多層配線構造が形成される。必要に応じて、さらに前記Ｃｕ層４１の上に、前記したような絶縁層と導電層を形成する本発明による基板処理方法を適用して、さらに多層化してもよい。
【００７５】
また、本実施例においては、金属原料ガスにＴｉＣｌ４、窒素原料ガスにＮＨ３、シリコン原料ガスにＳｉＨ４を用いて、ＴｉＮ層およびＴｉＳｉＮ層を形成する方法を記述したが、本発明はこの例に限定されるものではない。金属原料ガスには、Ｔａ化合物、もしくはＷ化合物をもちいて、バリア層としてＴｉＮ層の換わりに、Ｔａ（Ｃ）Ｎ層（Ｔａ（Ｃ）Ｎ層は、ＴａＮ層またはＴａＣＮ層を意味する）またはＷＮ層、密着層としてＴｉＳｉＮ層の換わりにＴａ（Ｃ）ＳｉＮ層（Ｔａ（Ｃ）ＳｉＮ層は、ＴａＳｉＮ層またはＴａＣＳｉＮ層を意味する）またはＷＳｉＮ層を置き換えることが可能であり、本実施例に記述したＴｉＮ層、ＴｉＳｉＮ層を用いた場合と同様の効果を得ることができる。また窒素原料ガス、シリコン原料ガスについても他の原料を用いることが可能である。図１１に、本発明に用いることが可能な金属原料ガス、窒素原料ガスおよびシリコン原料ガスと、形成される膜種の例を示す。
［第９実施例］
また、例えば、前記した実施例において金属原料ガスが窒素を含む場合、金属原料ガスを還元するガスとして、例えばＨ２、もしくは水素を含むガスを用いることが可能であり、この場合の実施例を図１２〜１３に示す。
【００７６】
図１２は、図５に示した第５実施例の変更例である。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００７７】
図１２を参照するに、本実施例において、ステップ２１０〜２３０、ステップ２８０Ａ〜３３０は、図５の場合と同一である。
【００７８】
本実施例においては、ステップ２４０Ｂ，２５０Ｂにおいて、金属原料ガスに、窒素を含む金属原料ガス、例えば、Ｔａ（ＮＣ（ＣＨ３）２Ｃ２Ｈ５）（Ｎ（ＣＨ３）２）３を用いている。また、ステップ２６０Ｂ〜２７０Ｂにおいて、金属原料ガスを還元するガスに、Ｈ２を用いている。このように、金属原料ガスが窒素を含む場合、還元ガスには水素もしくは水素を含むガスを用いることが可能である。
【００７９】
図１２記載の成膜方法によって、Ｔａ（Ｃ）ＳｉＮ膜を形成することが可能であり、第５実施例に記載した場合と同様の効果を奏する。
［第１０実施例］
図１３は、図７に示した第７実施例の変更例である。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００８０】
本実施例においては、ステップ１４０Ｂ，１５０Ｂ，２４０Ｂ，２５０Ｂにおいて、金属原料ガスに、窒素を含む金属原料ガス、例えば、Ｔａ（ＮＣ（ＣＨ３）２Ｃ２Ｈ５）（Ｎ（ＣＨ３）２）３を用いている。また、ステップ１６０Ｂ，１７０Ｂ、２６０Ｂ，２７０Ｂにおいて、金属原料ガスを還元するガスに、Ｈ２を用いている。このように、金属原料ガスが窒素を含む場合、還元ガスには水素もしくは水素を含むガスを用いることが可能である。
【００８１】
なお、本実施例では、ステップ２９１，２９２は省略している。図１３記載の成膜方法によって、Ｔａ（Ｃ）ＳｉＮ／Ｔａ（Ｃ）Ｎ膜を形成することが可能であり、第７実施例に記載した場合と同様の効果を奏する。
【００８２】
以上、本発明を好ましい実施例について説明したが、本発明は上記の特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において様々な変形・変更が可能である。
【００８３】
【発明の効果】
本発明によれば、導電層であるＣｕ層とＣｕバリア層の間の密着層を、複数の原料ガスを交互に供給することにより原子層・分子層に近いレベルの成膜方法で形成した結果、Ｃｕ層と、Ｃｕバリア層の密着性が向上すると共に、微細なパターンにカバレッジ良く、良質でかつ均一な膜厚・膜質で当該密着層を形成することが可能となった。また、当該密着層の厚さや組成の制御、さらに、当該密着層の深さ方向での組成の変更の制御が容易になり、密着層形成の制御性が良好となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による基板処理方法を示す図（その１）である。
【図２】本発明による基板処理方法を示す図（その２）である。
【図３】本発明のよる基板処理を行う装置の構成を示す図である。
【図４】本発明による基板処理方法のプロセスフローを示す図（その１）である。
【図５】本発明による基板処理方法のプロセスフローを示す図（その２）である。
【図６】本発明による基板処理方法のプロセスフローを示す図（その３）である。
【図７】本発明による基板処理方法のプロセスフローを示す図（その４）である。
【図８】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は本発明による半導体装置の製造方法を示す図（その１）である。
【図９】（Ｄ）、（Ｅ）、（Ｆ）は本発明による半導体装置の製造方法を示す図（その２）である。
【図１０】本発明による半導体装置の製造方法を示す図（その３）である。
【図１１】本発明に用いることが可能な原料ガスと形成される膜種の例を示す図である。
【図１２】本発明による基板処理方法のプロセスフローを示す図（その５）である。
【図１３】本発明による基板処理方法のプロセスフローを示す図（その６）である。
【符号の説明】
１ 絶縁層
２ バリア層
３ 密着層
４ Ｃｕ層
１０ 成膜装置
１１ 処理容器
１２ 基板保持台
１３ リフターピン
１４ 連結棒
１５ 基板保持台支持
１６ ベローズ
１７ 上下駆動部
１８ 排気口
１９ リモートプラズマ源
２０，２１，２２，２３，２４，２５，２６ ガスライン
１０Ａ 制御装置
３１，３１Ａ Ｃｕ層
３２，３２Ａ キャップ層
３４，３４Ａ，３６，３６Ａ マスク層
３３，３５ 絶縁層
３７ ホール部
３８ 溝部
３９，３９Ａ ＴｉＮ層
４０，４０Ａ ＴｉＳｉＮ層
４１，４１Ａ Ｃｕ層
Claims (21)
- 処理容器内の被処理基板上に成膜する基板処理方法であって、
前記処理容器内に金属を含む第１の原料ガスを供給し、さらに前記第１の原料ガスを前記処理容器内から除去する第１の工程と、
前記処理容器内に前記第１の原料ガスを還元する第２の原料ガスを供給し、さらに前記第２の原料ガスを前記処理容器内から除去する第２の工程と、
前記処理容器内に珪素を含む第３の原料ガスを供給し、さらに前記第３の原料ガスを前記処理容器内から除去する第３の工程とを含む第１の成膜工程を有し、
さらに、前記第１の成膜工程によって形成された金属と窒素と珪素を含む層の上に導電層を形成する第２の成膜工程を有することを特徴とする基板処理方法。 - 前記第２の原料ガスが窒素を含むことを特徴とする請求項１記載の基板処理方法。
- 前記第１の原料ガスが窒素を含むことを特徴とする請求項１記載の基板処理方法。
- 前記導電層はＣｕ層であることを特徴とする請求項１〜３のうち、いずれか１項記載の基板処理方法。
- 前記第１の成膜工程では、前記第１の工程、前記第２の工程および前記第３の工程が複数回繰り返されることを特徴とする請求項１〜４のうち、いずれか１項記載の基板処理方法。
- 前記金属と窒素と珪素を含む層は、前記被処理基板上に形成された金属窒化物層の上に形成されることを特徴とする請求項１〜５のうち、いずれか１項記載の基板処理方法。
- 前記第１の成膜工程の前に、前記金属窒化物層を形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項６記載の基板処理方法。
- 前記金属窒化物層を形成する工程は、
前記処理容器内に前記第１の原料ガスを供給し、さらに前記第１の原料ガスを前記処理容器内から除去する第４の工程と、
前記処理容器内に前記第２の原料ガスを供給し、さらに前記第２の原料ガスを前記処理容器内から除去する第５の工程とを含むことを特徴とする請求項７記載の基板処理方法。 - 前記金属窒化物層は、前記第４の工程と前記第５の工程を複数回繰り返すことによって形成されることを特徴とする請求項８記載の基板処理方法。
- 前記金属窒化物層は、被処理基板上に形成された絶縁層の上に形成されることを特徴とする請求項７〜９のうち、いずれか１項記載の基板処理方法。
- 前記金属窒化物層を形成する工程の前に、前記絶縁層をエッチングする工程をさらに含むことを特徴とする請求項１０記載の基板処理方法。
- 前記エッチングは、前記絶縁層にホール部を形成するビアエッチングであることを特徴とする請求項１１記載の基板処理方法。
- 前記エッチングは、前記絶縁層に溝部を形成するトレンチエッチングであることを特徴とする請求項１１または１２記載の基板処理方法。
- 前記第２の原料ガスはプラズマ励起されていることを特徴とする請求項１〜１３のうち、いずれか１項記載の基板処理方法。
- 前記第３の原料ガスはプラズマ励起されていることを特徴とする請求項１〜１４のうち、いずれか１項記載の基板処理方法。
- 前記プラズマ励起は前記基板処理容器と離間した空間で行われることを特徴とする請求項１４または１５記載の基板処理方法。
- 前記金属はＴｉであることを特徴とする請求項１〜１６のうち、いずれか１項記載の基板処理方法。
- 前記金属はＴａであることを特徴とする請求項１〜１６のうち、いずれか１項記載の基板処理方法。
- 前記金属はＷであることを特徴とする請求項１〜１６のうち、いずれか１項記載の基板処理方法。
- 請求項１〜１９のうち、いずれか１項記載の基板処理方法を用いた半導体装置の製造方法。
- 請求項１〜１９のうち、いずれか１項記載の基板処理方法を用いた半導体装置。
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|---|---|---|---|---|
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-
2003
- 2003-06-18 JP JP2003173433A patent/JP2005011940A/ja active Pending
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