JP2008098284A5 - - Google Patents

Description

そして、上記Ａｌ、Ｗ、Ｃｕ等の金属材料を配線材料やコンタクトのためのホールの埋め込み材料として用いる場合には、例えばシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２ ）等の絶縁材料と上記金属材料との間で例えばシリコンの拡散が生ずることを防止したり、膜の密着性を向上させる目的で、或いはホールの底部でコンタクトされる下層の電極や配線層等の導電層との間の密着性等を向上する目的で、上記絶縁層や下層の導電層との間の境界部分にバリヤ層を介在させることが行われている。そして、上記バリヤ層としてはＴａ膜、ＴａＮ膜、Ｔｉ膜、ＴｉＮ膜等が広く知られている（特許文献１〜３）。この点について図７を参照して説明する。

特開２００３−１４２４２５号公報 特開２００６−１４８０７４号公報 特表２００５−５２５６９４号公報

このため、この肩部８Ａでスパッタリングにより削り取られたＴｉ金属粒子１８は対向する側の面に再付着して堆積する傾向となり、この結果、図８中で一点鎖線で示すように凹部８の開口部近傍に中央部側へ凸状に突出したオーバハング部２０が形成されてしまっていた。このため、この後工程で上記凹部８内を導電層で埋め込む際に、上記オーバハング部２０が障害となって十分に埋め込みができずに、凹部８内にボイド（空洞）が発生する、といった問題があった。

請求項１に係る発明は、被処理体の表面に絶縁層と導電層とを形成する際に前記絶縁層と前記導電層との間に介在されるバリヤ層において、前記バリヤ層は、Ｔｉ（チタン）金属よりなる母材に、遷移金属群より選択された１又は２以上の金属を混合してなる金属ターゲットに放電用電力を供給しつつプラズマの存在下でスパッタリング処理してＴｉ合金膜を形成した後に、前記放電用電力を遮断してプラズマの存在下でリスパッタリング処理することにより形成されることを特徴とするバリヤ層である。
このように、バリヤ層は、Ｔｉ（チタン）金属よりなる母材に、遷移金属群より選択された１又は２以上の金属を混合してなるＴｉ合金膜を含むように構成したので、被処理体の表面の凹部におけるコーナエッチング耐性を向上させることができる。
従って、例えば凹部の開口部近傍にオーバハング部が形成されることを防止することができ、このためボイドを発生させることなく凹部の埋め込みを行うことができる。

また例えば請求項７に記載したように、前記絶縁層には凹部が形成されており、該凹部の開口部のコーナ部における前記Ｔｉ合金膜のエッチング量ｂと平面部のエッチング量ａとの比”ｂ／ａ”は１．４０〜４．８６の範囲内に設定されている。
請求項８に係る発明は、真空引き可能になされた処理容器内で載置台上に被処理体を載置し、前記被処理体の表面に形成されている絶縁層上に、金属ターゲットより放出される金属粒子を堆積させてバリヤ層を形成するバリヤ層の形成方法において、前記金属ターゲットとして、Ｔｉ金属よりなる母材に、遷移金属群より選択された１又は２以上の金属を合混してなる金属材料を用い、前記処理容器内にプラズマを形成しつつ前記金属ターゲットに放電用電力を供給すると共に前記載置台にバイアス電力を供給してスパッタリングにより前記被処理体の表面にＴｉ合金膜を形成する膜形成工程と、該膜形成工程の後に前記プラズマの形成と前記バイアス電力の供給とを維持すると共に、前記金属ターゲットへの放電用電力の供給を遮断した状態でリスパッタリングするリスパッタリング工程と、を有することを特徴とするバリヤ層の形成方法である。

請求項９に係る発明は、被処理体の表面の絶縁層上に、バリヤ層を形成するプラズマ成膜装置において、真空引き可能になされた処理容器と、被処理体を載置するための載置台と、前記処理容器内へ所定のガスを導入するガス導入手段と、前記処理容器内へプラズマを発生させるためのプラズマ発生源と、Ｔｉ（チタン）金属よりなる母材に、遷移金属群より選択された１又は２以上の金属を混合してなるＴｉ合金の金属ターゲットと、前記金属ターゲットへ放電用電力を供給するターゲット用の電源と、前記載置台に対してバイアス電力を供給するバイアス電源と、請求項８に記載のバリヤ層の形成方法を実行するように装置全体を制御する装置制御部と、を備えたことを特徴とするプラズマ成膜装置である。
請求項１０の発明は、請求項８に記載のバリヤ層の形成方法によって形成されたことを特徴とするバリヤ層である。

これにより、プラズマ電力でもってアルゴンプラズマが形成されてアルゴンイオンが生成され、これらイオンはＴｉ合金よりなる金属ターゲット７０に衝突し、この金属ターゲットがスパッタされて金属粒子が放出される。この金属粒子は、金属原子、金属原子団等よりなり、プラズマによりイオン化され、或いはイオン化されないで中性粒子のままウエハ２の方向へ飛散し、ウエハ表面に堆積して、図２（Ｂ）に示すように凹部８内の底面及び側面を含む絶縁層６の表面全体にＴｉ合金膜８８よりなるバリヤ層１０が所定の厚さで形成される。

Claims (10)

1. 被処理体の表面に絶縁層と導電層とを形成する際に前記絶縁層と前記導電層との間に介在されるバリヤ層において、
   前記バリヤ層は、Ｔｉ（チタン）金属よりなる母材に、遷移金属群より選択された１又は２以上の金属を混合してなる金属ターゲットに放電用電力を供給しつつプラズマの存在下でスパッタリング処理してＴｉ合金膜を形成した後に、前記放電用電力を遮断してプラズマの存在下でリスパッタリング処理することにより形成されることを特徴とするバリヤ層。
2. 前記バリヤ層の一部は、前記絶縁層の一部に形成された凹部の底部を介して下層の他の導電層に電気的に接続されていることを特徴とする請求項１記載のバリヤ層。
3. 前記凹部は、ホール又はトレンチ（溝）であることを特徴とする請求項２記載のバリヤ層。
4. 前記ホールの直径又は前記トレンチの幅は１００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項３記載のバリヤ層。
5. 前記混合した金属のＴｉ合金全体に対する割合は５〜５０％の範囲内であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のバリヤ層。
6. 前記選択された金属は、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｈｆ（ハフニウム）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｍｎ（マンガン）、Ｔａ（タンタル）の内の１又は２以上を含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のバリヤ層。
7. 前記絶縁層には凹部が形成されており、該凹部の開口部のコーナ部における前記Ｔｉ合金膜のエッチング量ｂと平面部のエッチング量ａとの比”ｂ／ａ”は１．４０〜４．８６の範囲内に設定されていることを特徴とする１乃至６のいずれか一項に記載のバリヤ層。
8. 真空引き可能になされた処理容器内で載置台上に被処理体を載置し、前記被処理体の表面に形成されている絶縁層上に、金属ターゲットより放出される金属粒子を堆積させてバリヤ層を形成するバリヤ層の形成方法において、
   前記金属ターゲットとして、Ｔｉ金属よりなる母材に、遷移金属群より選択された１又は２以上の金属を合混してなる金属材料を用い、前記処理容器内にプラズマを形成しつつ前記金属ターゲットに放電用電力を供給すると共に前記載置台にバイアス電力を供給してスパッタリングにより前記被処理体の表面にＴｉ合金膜を形成する膜形成工程と、
   該膜形成工程の後に前記プラズマの形成と前記バイアス電力の供給とを維持すると共に、前記金属ターゲットへの放電用電力の供給を遮断した状態でリスパッタリングするリスパッタリング工程と、
   を有することを特徴とするバリヤ層の形成方法。
9. 被処理体の表面の絶縁層上に、バリヤ層を形成するプラズマ成膜装置において、
   真空引き可能になされた処理容器と、
   被処理体を載置するための載置台と、
   前記処理容器内へ所定のガスを導入するガス導入手段と、
   前記処理容器内へプラズマを発生させるためのプラズマ発生源と、
   Ｔｉ（チタン）金属よりなる母材に、遷移金属群より選択された１又は２以上の金属を混合してなるＴｉ合金の金属ターゲットと、
   前記金属ターゲットへ放電用電力を供給するターゲット用の電源と、
   前記載置台に対してバイアス電力を供給するバイアス電源と、
   請求項８に記載のバリヤ層の形成方法を実行するように装置全体を制御する装置制御部と、
   を備えたことを特徴とするプラズマ成膜装置。
10. 請求項８に記載のバリヤ層の形成方法によって形成されたことを特徴とするバリヤ層。