JP3649696B2 - 金属膜作製装置及び金属膜作製方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、気相成長法により基板の表面に金属膜を作製する金属膜作製装置及び金属膜作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、気相成長法により金属膜、例えば、銅の薄膜を作製する場合、例えば、銅・ヘキサフロロアセチルアセトナト・トリメチルビニルシラン等の液体の有機金属錯体を原料として用い、固体状の原料を溶媒に溶かし、熱的な反応を利用して気化して基板に成膜を実施している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術では、熱的反応を利用した成膜のため、成膜速度の向上を図ることが困難であった。また、原料となる金属錯体が高価であり、しかも、銅に付随しているヘキサフロロアセチルアセトナト及びトリメチルビニルシランが銅の薄膜中に不純物として残留するため、膜質の向上を図ることが困難であった。
【０００４】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、成膜速度が速く、安価な原料を用いることができ、膜中に不純物が残留しない金属膜を密着性よく作製できる金属膜作製装置及び金属膜作製方法を提供することを目的とする。
【０００５】
また、本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、配線用の溝等が設けられた基板に対し成膜速度が速く、安価な原料を用いることができ、膜中に不純物が残留しない金属膜を密着性よくしかも埋め込み性よく作製できる金属膜作製装置及び金属膜作製方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の金属膜作製装置は、基板が収容されるチャンバと、基板に対向する位置におけるチャンバに設けられる金属製の被エッチング部材と、ハロゲンを含有する原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、原料ガスプラズマを発生させ被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる金属成分と原料ガスとの前駆体を生成するプラズマ発生手段と、基板側の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くして前駆体の金属成分を基板に成膜させる温度制御手段と、成膜時に原料ガスを０から所定の流量まで漸増させて金属成分の粒子径を徐々に大きくする制御手段とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
そして、制御手段には、原料ガスを連続的に漸増させる機能が備えられていることを特徴とする。また、成膜開始時に所定の流量の希ガスを供給して希ガスプラズマを発生させるための希ガス供給手段を備え、制御手段には、原料ガスの量を漸増させる際に希ガスの量を原料ガスの漸増に応じて漸減させる機能が備えられていることを特徴とする。また、制御手段には、基板側の材料及び成膜される金属成分に応じて増加関数を変更する変更機能が備えられていることを特徴とする。
【０００８】
上記目的を達成するための本発明の金属膜作製装置は、基板が収容されるチャンバと、基板に対向する位置におけるチャンバに設けられる金属製の被エッチング部材と、ハロゲンを含有する原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、原料ガスプラズマを発生させ被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる金属成分と原料ガスとの前駆体を生成するプラズマ発生手段と、基板側の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くして前駆体の金属成分を基板に成膜させる温度制御手段と、成膜時に原料ガスを所定の流量まで多段階に増加させて金属成分の粒子径を段階的に大きくする制御手段とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
そして、成膜開始時に所定の流量の希ガスを供給して希ガスプラズマを発生させるための希ガス供給手段を備え、制御手段には、原料ガスの量を多段に増加させる際に希ガスの量を原料ガスの増加に応じて多段に減少させる機能が備えられていることを特徴とする。また、チャンバに収容される基板には配線形成用の溝が設けられ、制御手段には、溝の内部に金属成分の粒子が積層される状態の原料ガスの量を供給し、その後原料ガスの量を増加させる機能が備えられていることを特徴とする。
【００１０】
上記目的を達成するための本発明の金属膜作製装置は、基板が収容されるチャンバと、基板に対向する位置におけるチャンバに設けられる金属製の被エッチング部材と、ハロゲンを含有する原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、原料ガスプラズマを発生させ被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる金属成分と原料ガスとの前駆体を生成するプラズマ発生手段と、基板側の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くして前駆体の金属成分を基板に成膜させる温度制御手段と、成膜時に原料ガスを所定の流量まで多段階に増加させて金属成分の粒子径を段階的に大きくする一方、それぞれの増加開始時に原料ガスを漸増させて金属成分の粒子径を徐々に大きくする制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
上記目的を達成するための本発明の金属膜作製装置は、基板が収容されるチャンバと、基板に対向する位置におけるチャンバに設けられる金属製の被エッチング部材と、ハロゲンを含有する原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、原料ガスプラズマを発生させ被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる金属成分と原料ガスとの前駆体を生成するプラズマ発生手段と、基板側の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くして前駆体の金属成分を基板に成膜させる温度制御手段と、成膜時に原料ガスを所定の流量まで漸増させて金属成分の粒子径を徐々に大きくする一方、原料ガスを間欠的に供給してエッチング粒子の相対的な増加を抑制する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
上記目的を達成するための本発明の金属膜作製装置は、基板が収容されるチャンバと、基板に対向する位置におけるチャンバに設けられる金属製の被エッチング部材と、ハロゲンを含有する原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、原料ガスプラズマを発生させ被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる金属成分と原料ガスとの前駆体を生成するプラズマ発生手段と、基板側の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くして前駆体の金属成分を基板に成膜させる温度制御手段と、成膜時に原料ガスを所定の流量まで多段階に増加させて金属成分の粒子径を段階的に大きくする一方、増加開始時に原料ガスを漸増させて金属成分の粒子径を徐々に大きくし、更に、原料ガスを間欠的に供給してエッチング粒子の相対的な増加を抑制する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
そして、ハロゲンを含有する原料ガスは、塩素を含有する原料ガスであることを特徴とする。また、被エッチング部材を銅製とすることにより、前駆体としてCuxClyを生成することを特徴とする。また、被エッチング部材は、ハロゲン化物形成金属であるタンタルもしくはタングステンもしくはチタンであることを特徴とする。
【００１４】
上記目的を達成するための本発明の金属膜作製方法は、基板と金属製の被エッチング部材との間におけるチャンバ内にハロゲンを含有する原料ガスを０から所定の流量まで漸増させて金属成分の粒子径を徐々に大きくするように供給し、チャンバの内部をプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させ原料ガスプラズマで被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる金属成分と原料ガスとの前駆体を生成し、基板側の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くすることで金属成分の粒子の径を漸増させながら前駆体の金属成分を基板に成膜させることを特徴とする。
【００１５】
上記目的を達成するための本発明の金属膜作製方法は、基板と金属製の被エッチング部材との間におけるチャンバ内にハロゲンを含有する原料ガスを所定の流量まで多段階に増加させて金属成分の粒子径を段階的に大きくするように供給し、チャンバの内部をプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させ原料ガスプラズマで被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる金属成分と原料ガスとの前駆体を生成し、基板側の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くすることで粒子の径を段階的に増加させて前駆体の金属成分を基板に成膜させることを特徴とする。
【００１６】
そして、原料ガスを所定の流量まで多段階に増加させる際には、基板に設けられた配線形成用の溝の内部に金属成分の粒子が積層される状態の原料ガスの量を供給し、その後原料ガスの量を増加させるようにしたことを特徴とする。
【００１７】
上記目的を達成するための本発明の金属膜作製方法は、基板と金属製の被エッチング部材との間におけるチャンバ内にハロゲンを含有する原料ガスを所定の流量まで多段階に増加させて金属成分の粒子径を段階的に大きくする一方、それぞれの増加開始時に原料ガスを漸増させて金属成分の粒子径を徐々に大きくするように供給し、チャンバの内部をプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させ原料ガスプラズマで被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる金属成分と原料ガスとの前駆体を生成し、基板側の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くすることで粒子の径を段階的に増加させると共に粒子の径を漸増させながら前駆体の金属成分を基板に成膜させることを特徴とする。
【００１８】
上記目的を達成するための本発明の金属膜作製方法は、基板と金属製の被エッチング部材との間におけるチャンバ内にハロゲンを含有する原料ガスを０から所定の流量まで漸増させて金属成分の粒子径を徐々に大きくするように供給する一方、原料ガスを間欠的に供給してエッチング粒子の相対的な増加を抑制するように供給し、チャンバの内部をプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させ原料ガスプラズマで被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる金属成分と原料ガスとの前駆体を生成し、基板側の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くすることで粒子の径を漸増させると共に粒子の径を漸増させながら前駆体の金属成分を基板に成膜させることを特徴とする。
【００１９】
上記目的を達成するための本発明の金属膜作製方法は、基板と金属製の被エッチング部材との間におけるチャンバ内にハロゲンを含有する原料ガスを原料ガスを所定の流量まで多段階に増加させて金属成分の粒子径を段階的に大きくする一方、それぞれの増加開始時に原料ガスを漸増させて金属成分の粒子径を徐々に大きくし、更に、原料ガスを間欠的に供給してエッチング粒子の相対的な増加を抑制するように供給し、チャンバの内部をプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させ原料ガスプラズマで被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる金属成分と原料ガスとの前駆体を生成し、基板側の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くすることで粒子の径を段階的に増加させると共に粒子の径を漸増させ、更に、エッチング粒子の相対的な増加を抑制しながら前駆体の金属成分を基板に成膜させることを特徴とする。
【００２０】
そして、ハロゲンを含有する原料ガスは、塩素を含有する原料ガスであることを特徴とする。また、被エッチング部材を銅製とすることにより、前駆体としてCuxClyを生成することを特徴とする。また、被エッチング部材は、ハロゲン化物形成金属であるタンタルもしくはタングステンもしくはチタンであることを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下図面に基づいて本発明の金属膜作製装置及び金属膜作製方法を説明する。本発明の金属膜作製装置及び金属膜作製方法は、基板の表面に、拡散を防止するための、例えば、窒化タンタル(TaN) のバリアメタル層が作製されたものに対して、高い密着性で金属成分の膜、例えば、銅(Cu)の膜を作製するようにしたものである。
【００２２】
第１の実施形態例では、基板と金属製（Cu製）の被エッチング部材との間におけるチャンバ内にハロゲンとしての塩素を含有する原料ガスを０から所定の流量まで連続的に漸増させて金属成分（Cu成分）の粒子径を徐々に大きくするように供給し、チャンバの内部をプラズマ化して塩素ガスプラズマを発生させ塩素ガスプラズマで銅板部材をエッチングすることにより銅板部材に含まれるCu成分と塩素ガスとの前駆体を生成し、基板側の温度を銅板部材側の温度よりも低くすることで前駆体の粒子を漸増させながら前駆体のCu成分を基板に成膜させるようにしたものである。
【００２３】
尚、原料ガスを連続的に漸増させるようにしているが、段階的に漸増させることも可能である。この場合も、前駆体の粒子が漸増しながら前駆体のCu成分が基板に成膜される。
【００２４】
これにより、成膜開始直後は密着性を阻害するエッチング粒子を含む前駆体の粒子の発生が抑制されると共に小さな粒子径のCu成分が成膜され、徐々にCu成分の粒子径が大きくなって所定の大きさの粒子径とされ、高い密着性のCu膜を基板の表面に作製することが可能になる。また、原料ガスを連続的に漸増させるようにしたので、確実にCu成分を小さな粒子径か大きな粒子径にすることができる。原料ガスを連続的に漸増させる場合、希ガス（例えば、Heガス）を原料ガスの漸増に応じて漸減させて供給してプラズマを発生させておけば、総ガス量を一定に保ちながら安定したプラズマ状態で原料ガスを連続的に漸増させることができる。尚、希ガスの供給は省略することも可能である。
【００２５】
希ガスを原料ガスの漸増に応じて漸減させて供給する場合、原料ガスの希釈ガスを希ガスとして用い、一つのノズルに混合タンクを介して希ガスと原料ガスを同時に供給することができる。この場合、配管が少なくてよいので、コストを低減することが可能になる。また、原料ガスと希ガスの供給系統を独立させ、２系統のノズルから希ガスと原料ガスを個別に供給することができる。この場合、原料ガスと希ガスの供給量を容易に制御することが可能になる。
【００２６】
原料ガスの漸増の関数はバリアメタル層の材質や成膜される金属により適宜設定される。例えば、成膜される金属がCuでバリアメタル層が窒化タンタル(TaN) の場合、原料ガスをリニアに増加させることが好ましい。また、成膜される金属がCuでバリアメタル層が窒化タングステン(WN)の場合、タングステンはタンタルに比べてCuとの密着性が高いので、原料ガスを早めに増加させることが好ましい。また、成膜される金属がCuでバリアメタル層が窒化チタン(TiN) の場合、チタンはタンタルに比べてCuとの密着性が低いので、原料ガスを遅めに増加させることが好ましい。これにより、材料に合わせてCu成分の粒子径を最適化することができる。
【００２７】
図１乃至図３に基づいて本発明の金属膜作製装置及び金属膜作製方法の第１実施例を説明する。図１には本発明の第１実施例に係る金属膜作製装置の概略側面、図２には原料ガス及び希ガスの流量の経時変化、図３には基板表面の断面状況を示してある。
【００２８】
図１に示すように、円筒状に形成された、例えば、セラミックス製（絶縁材料製）のチャンバ１（絶縁材料製）の底部近傍には支持台２が設けられ、支持台２には基板３が載置される。支持台２にはヒータ４及び冷媒流通手段５を備えた温度制御手段６が設けられ、支持台２は温度制御手段６により所定温度（例えば、基板３が１００℃乃至２００℃に維持される温度）に制御される。チャンバ１の上面は開口部とされ、開口部は金属製の被エッチング部材としての銅板部材７によって塞がれている。銅板部材７によって塞がれたチャンバ１の内部は真空装置８により所定の圧力に維持される。
【００２９】
チャンバ１の筒部の周囲にはコイル状のプラズマアンテナ９が設けられ、プラズマアンテナ９には整合器１０及び電源１１が接続されて給電が行われる。プラズマアンテナ９、整合器１０及び電源１１によりプラズマ発生手段が構成されている。
【００３０】
支持台２の上方におけるチャンバ１の筒部には、チャンバ１の内部にハロゲンとしての塩素を含有する原料ガス（He，Ar等で塩素濃度が≦50% 、好ましくは10% 程度に希釈されたCl2 ガス）を供給するノズル１２が接続されている。ノズル１２は銅板部材７に向けて開口し、ノズル１２には流量制御器１３を介して原料ガスが送られる。（原料ガス供給手段）。尚、原料ガスに含有されるハロゲンとしては、フッ素（Ｆ）、臭素（Ｂｒ）及びヨウ素（Ｉ）等を適用することが可能である。
【００３１】
上述した金属膜作製装置では、チャンバ１の内部にノズル１２から原料ガスを供給し、プラズマアンテナ９から電磁波をチャンバ１の内部に入射することで、Cl2 ガスがイオン化されてCl2 ガスプラズマ（原料ガスプラズマ）１４が発生する。Cl2 ガスプラズマ１４により、銅板部材７にエッチング反応が生じ、前駆体（CuxCly）１５が生成される。このとき、銅板部材７はCl2 ガスプラズマ１４により基板３の温度よりも高い所定温度（例えば、２００℃乃至４００℃）に維持されている。
【００３２】
チャンバ１の内部で生成された前駆体（CuxCly）１５は、銅板部材７よりも低い温度に制御された基板３に運ばれる。基板３に運ばれる前駆体（CuxCly）１５は基板３に当てられ、還元反応（Clラジカルによるエッチング作用）によりCuイオンのみとされて基板３の表面にCu薄膜１６が生成される。
【００３３】
このときの反応は、次式で表すことができる。
２Ｃｕ＋Ｃｌ2 →２ＣｕＣｌ→２Ｃｕ↓＋Ｃｌ2 ↑
反応に関与しないガス及びエッチング生成物は排気口１７から排気される。
【００３４】
尚、原料ガスとして、He，Ar等で希釈されたCl2 ガスを例に挙げて説明したが、Cl2 ガスを単独で用いたり、HCl ガスを適用することも可能である。HCl ガスを適用した場合、原料ガスプラズマはHCl ガスプラズマが生成されるが、銅板部材７のエッチングにより生成される前駆体はCuxClyである。従って、原料ガスは塩素を含有するガスであればよく、HCl ガスとCl2 ガスとの混合ガスを用いることも可能である。また、銅板部材７の材質は、銅（Cu）に限らず、ハロゲン化物形成金属、好ましくは塩化物形成金属であれば、Ag,Au,Pt,Ta,Ti, Ｗ等を用いることが可能である。この場合、前駆体はAg,Au,Pt,Ta,Ti, Ｗ等のハロゲン化物（塩化物）となり、基板３の表面に生成される薄膜はAg,Au,Pt,Ta,Ti, Ｗ等になる。
【００３５】
上記構成の金属膜作製装置は、Cl2 ガスプラズマ（原料ガスプラズマ）１４を用いているため、反応効率が大幅に向上して成膜速度が速くなる。また、原料ガスとしてCl2 ガスを用いているため、コストを大幅に減少させることができる。また、温度制御手段６を用いて基板３を銅板部材７よりも低い温度に制御しているので、Cu薄膜１６中に塩素等の不純物の残留を少なくすることができ、高品質なCu薄膜１６を生成することが可能になる。
【００３６】
本実施例の金属膜作製装置には、成膜の開始時に原料ガスを０から所定の流量（通常の成膜を行なう時の流量）まで漸増させて金属成分の粒子径を徐々に大きくする制御手段２１が備えられている。即ち、流量制御器１３によるCl2 ガスの流量が制御手段２１の指令により制御される。また、成膜の開始時に所定の流量の希ガス（例えば、Heガス）を供給しHeガスプラズマを発生させるための希ガスノズル２２がが設けられ、希ガスノズル２２には流量制御器２３を介してHeガスが送られる（希ガス供給手段）。流量制御器２３には制御手段２１からの指令が入力され、流量制御器２３によるHeガスの流量が制御される。
【００３７】
つまり、図２に実線で示すように、成膜開始（t0）時にCl2 ガスが０から所定の流量（１００とする）まで（時間t1まで）リニアに漸増されるように制御される。同時に、図２に点線で示すように、成膜開始（t0）時にHeガスが１００から時間t1までに０になるようにリニアに漸減されるように制御される。時間t1はガス流量や成膜終了時間（t2）にもよるが、例えば、約１分に設定されている。尚、Cl2 ガスを所定の流量まで漸増させる時間は、適宜の時間に設定変更可能である。このように、成膜開始（t0）時にCl2 ガスを漸増させると同時にHeガスがを漸減させて供給することにより、成膜開始時から総ガス量を１００として供給することができ、成膜開始（t0）時にCl2 ガスが０であってもプラズマの発生を維持することができ、総ガス量を一定に保ちながら安定したプラズマ状態でCl2 ガス連続的に漸増させることができる。
【００３８】
これにより、成膜開始直後は密着性を阻害するエッチング粒子を含む前駆体の粒子の発生が抑制されると共に小さな粒子径のCu成分が成膜され、徐々にCu成分の粒子径が大きくなって所定の大きさの粒子径とされ、高い密着性のCu膜を基板の表面に作製することが可能になる。
【００３９】
即ち、Cl2 ガスを０から所定の流量（１００とする）まで漸増するように制御することにより、成膜開始直後は、図３(a) に示すように、小さな粒子径の前駆体１５により小さな粒子径（例えば、０．１μｍ以下）のCuの粒子が成膜され、図３(b) に示すように、徐々に大きな粒子径の前駆体によりCuの粒子（例えば、最終的に０．５μｍ程度）が成膜されてCu薄膜１６となる。
【００４０】
このため、成膜初期に小さな粒径のCuの粒子が成膜されると共に密着性を阻害するエッチング微粒子の発生が抑制され、密着性を向上させて成膜を行なうことが可能になる。
【００４１】
尚、成膜条件の一例としては、バリアメタル層を窒化タンタル(TaN) とし、プラズマのパワー面積密度を２．２ｗ／ｃｍ2 とし、Cl2 ガスを約１分間で所定の流量（１００）まで漸増させ０時に、小さな粒子径（例えば、０．１μｍ以下）のCuの粒子が初期に成膜され、徐々に大きな粒子径のCuの粒子（例えば、最終的に０．５μｍ程度）が成膜されることが確認されている。そして、密着性を評価するために粘着テープを使用したピーリングテストにより剥離状況を確認した結果、全く剥離が生じないことが確認されている。Cuの粒子が例えば、最終的に０．５μｍ程度になるのは、小さい粒子同士が互いの成長を阻害して最終的な粒子の大きさが０．５μｍ程度に抑制される。
【００４２】
成膜初期の段階からCl2 ガスを所定の流量（１００）で供給した場合、図３(c) に示すように、大きな粒子径の前駆体１５（例えば、１μｍを越える）のCuの粒子が成膜され、バリアメタル層との間に隙間ができて密着性が阻害されてしまう虞がある。そして、成膜初期の段階からCl2 ガスを所定の流量（１００）で供給した場合のCu薄膜１６について、密着性を評価するために粘着テープを使用したピーリングテストにより剥離状況を確認した結果、剥離が１００％生じたことが確認されている。
【００４３】
尚、Cl2 ガスの漸増の関数はバリアメタル層の材質や成膜される金属により適宜設定される。例えば、成膜される金属がCuでバリアメタル層が窒化タンタル(TaN) の場合、図２に実線で示したように、Cl2 ガスをリニアに増加させる。また、成膜される金属がCuでバリアメタル層が窒化タングステン(WN)の場合、タングステンはタンタルに比べてCuとの密着性が高いので、図２に一点鎖線で示したように、Cl2 ガスを早めに増加させる。また、成膜される金属がCuでバリアメタル層が窒化チタン(TiN) の場合、チタンはタンタルに比べてCuとの密着性が低いので、図２に二点鎖線で示したように、Cl2 ガスを遅めに増加させる。これにより、バリアメタル層の材質や成膜される金属に拘らず密着性を向上させることが可能になる。尚、制御手段２１は、装置の個体差や諸条件によりCl2 ガスの漸増の関数を変更できようになっている。
【００４４】
図４乃至図６に基づいて金属膜作製装置の第２実施例乃至第４実施例を説明する。以下に示した金属膜作製装置でも、制御手段２１により、基板と金属製（Cu製）の被エッチング部材との間におけるチャンバ１内にハロゲンとしての塩素を含有する原料ガスが０から所定の流量まで連続的に漸増させて金属成分（Cu成分）の粒子径を徐々に大きくするように供給される。これにより、成膜開始直後は密着性を阻害するエッチング粒子を含む前駆体の粒子の発生が抑制されると共に小さな粒子径のCu成分が成膜され、徐々にCu成分の粒子径が大きくなって所定の大きさの粒子径とされ、高い密着性のCu膜を基板の表面に作製することが可能になる。
【００４５】
図４乃至図６には本発明の第２実施例乃至第４実施例に係る金属膜作製装置の概略構成を示してある。尚、図１に示した金属膜作製装置と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【００４６】
図４に示した第２実施例の金属膜作製装置は、チャンバ１の上面は開口部とされ、開口部は絶縁材製（例えば、セラミックス製）の円盤状の天井板２５によって塞がれている。チャンバ１の上面の開口部と天井板２５との間には金属製（Cu製）の被エッチング部材２６が挟持されている。天井板２５の上方にはチャンバ１の内部をプラズマ化するためのプラズマアンテナ２７が設けられ、プラズマアンテナ２７は天井板２５の面と平行な平面リング状に形成されている。プラズマアンテナ２７には整合器１０及び電源１１が接続されて給電が行われる。被エッチング部材２６は、リング部の内周側に突起部が円周方向に複数設けられ、突起部の間で形成される切欠部（空間）が存在しているので、プラズマアンテナ２７の電気の流れ方向に対して不連続な状態で基板３と天井板２５との間に配置された状態になっている。
【００４７】
上述した金属膜作製装置では、チャンバ１の内部にノズル１２から原料ガスを供給し、プラズマアンテナ２７から電磁波をチャンバ１の内部に入射することで、Cl2 ガスがイオン化されてCl2 ガスプラズマ（原料ガスプラズマ）１４が発生する。プラズマアンテナ２７の下部には導電体である被エッチング部材２６が存在しているが、被エッチング部材２６はプラズマアンテナ２７の電気の流れ方向に対して不連続な状態で配置されているので、被エッチング部材２６と基板３との間、即ち、被エッチング部材２６の下側にCl2 ガスプラズマ１４が安定して発生するようになっている。
【００４８】
図４に示した金属膜作製装置では、導電体である被エッチング部材２６がプラズマアンテナ２７の下に存在していても、プラズマアンテナ２７から電磁波がチャンバ１内に確実に入射し、被エッチング部材２６の下側にCl2 ガスプラズマ１４を安定して発生させることが可能となる。
【００４９】
図５に示した第３実施例の金属膜作製装置は、図１に示した金属膜作製装置に対し、チャンバ１の筒部の周囲にはプラズマアンテナ９が設けられておらず、銅板部材７に整合器１０及び電源１１が接続されて銅板部材７に給電が行われる。
【００５０】
チャンバ１の内部にノズル１２から原料ガスを供給し、銅板部材７から電磁波をチャンバ１の内部に入射することで、Cl2 ガスがイオン化されてCl2 ガスプラズマ（原料ガスプラズマ）１４が発生する。Cl2 ガスプラズマ１４により、銅板部材７にエッチング反応が生じ、前駆体１５が生成される。このとき、銅板部材７は図示しない温度制御手段により基板３の温度よりも高い温度（例えば、２００℃乃至４００℃）に維持されている。
【００５１】
図５に示した金属膜作製装置では、銅板部材７自身をプラズマ発生用の電極として適用しているので、チャンバ１の筒部の周囲にプラズマアンテナ９が不要となり、周囲の構成の自由度を増すことができる。
【００５２】
図６に示した第４実施例の金属膜作製装置は、チャンバ１の上面は開口部とされ、開口部は、例えば、セラミックス製（絶縁材料製）の天井板２９によって塞がれている。天井板２９の下面には金属製（銅製：Cu製）の被エッチング部材３０が設けられ、被エッチング部材３０は四角錐形状となっている。チャンバ１の筒部の周囲には、スリット状の開口部３１が形成され、開口部３１には筒状の通路３２の一端がそれぞれ固定されている。
【００５３】
通路３２の途中部には絶縁体製の筒状の励起室３３が設けられ、励起室３３の周囲にはコイル状のプラズマアンテナ３４が設けられ、プラズマアンテナ３４は整合器１０及び電源１１に接続されて給電が行われる。通路３２の他端側には流量制御器１３が接続され、流量制御器１３を介して通路３２内に原料ガスが供給される。
【００５４】
プラズマアンテナ３４から電磁波を励起室３３の内部に入射することで、Cl2 ガスがイオン化されてCl2 ガスプラズマ（原料ガスプラズマ）３５が発生する。つまり、原料ガスをチャンバ１と隔絶した励起室３３で励起するようになっている。Cl2 ガスプラズマ３５の発生により励起塩素が開口部３１からチャンバ１内に送られ、被エッチング部材３０が励起塩素によりエッチングされる。
【００５５】
流量制御器１３を介して通路３２内に原料ガスを供給して励起室３３に原料ガスを送り込む。プラズマアンテナ３４から電磁波を励起室３３の内部に入射することで、Cl2 ガスがイオン化されてCl2 ガスプラズマ（原料ガスプラズマ）３５が発生する。真空装置８によりチャンバ１内の圧力と励起室３３の圧力とに所定の差圧が設定されているため、励起室３３のCl2 ガスプラズマ３５の励起塩素が開口部３１からチャンバ１内の被エッチング部材３０に送られる。励起塩素により被エッチング部材３０にエッチング反応が生じ、チャンバ１の内部で前駆体（CuxCly）１５が生成される。
【００５６】
図６に示した金属膜作製装置は、チャンバ１と隔絶した励起室３３でCl2 ガスプラズマ３５を発生させるようにしているので、基板３がプラズマに晒されることがなくなり、基板３にプラズマによる損傷が生じることがない。例えば、前工程で別材料の膜が成膜された基板３では、前工程で成膜された材料の膜に損傷が生じることがなくなる。尚、励起室３３でCl2 ガスプラズマ３５を発生させる手段（励起手段）としては、マイクロ波、レーザ、電子線、放射光等を用いることも可能である。また、図６に示した金属膜作製装置は、チャンバ１内でのプラズマの発生がないため、チャンバ１内のプラズマを安定させるために希ガスを供給する必要がない。
【００５７】
上述した図４乃至図６に示した金属膜作製装置でも、成膜開始直後は密着性を阻害するエッチング粒子を含む前駆体の粒子の発生が抑制されると共に小さな粒子径のCu成分が成膜され、徐々にCu成分の粒子径が大きくなって所定の大きさの粒子径とされ、高い密着性のCu膜を基板の表面に作製することが可能になる。
【００５８】
本発明の第２の実施形態例を説明する。
【００５９】
第２の実施形態例では、表面に配線形成用の溝が設けられた基板と金属製（Cu製）の被エッチング部材との間におけるチャンバ内に、ハロゲンとしての塩素を含有する原料ガスを他段階（例えば、２段階）に増加させて金属成分（Cu成分）の粒子径を２段階に大きくするように供給し、チャンバの内部をプラズマ化して塩素ガスプラズマを発生させ塩素ガスプラズマで銅板部材をエッチングすることにより銅板部材に含まれるCu成分と塩素ガスとの前駆体を生成し、基板側の温度を銅板部材側の温度よりも低くすることで金属成分（Cu成分）の粒子径を２段階に増加させて基板に成膜させるようにしたものである。
【００６０】
これにより、成膜開始直後は配線形成用の溝の内部にCu成分が成膜され（埋め込まれ）、その後Cu成分の粒子径が大きくなって所定の大きさの粒子径とされてCu膜を基板の表面に作製することが可能になる。原料ガスを２段階に増加させる場合、希ガス（例えば、Heガス）を原料ガスの増加に応じて２段階に減少させて供給してプラズマを発生させておけば、総ガス量を一定に保ちながら安定したプラズマ状態で原料ガスを２段階に増加させることができる。尚、希ガスの供給は省略することも可能である。
【００６１】
希ガスを原料ガスの増加に応じて減少させて供給する場合、原料ガスの希釈ガスを希ガスとして用い、一つのノズルに混合タンクを介して希ガスと原料ガスを同時に供給することができる。この場合、配管が少なくてよいので、コストを低減することが可能になる。また、原料ガスと希ガスの供給系統を独立させ、２系統のノズルから希ガスと原料ガスを個別に供給することができる。この場合、原料ガスと希ガスの供給量を容易に制御することが可能になる。
【００６２】
図７、図８に基づいて本発明の金属膜作製装置及び金属膜作製方法の第５実施例を説明する。図７には本発明の第５実施例に係る金属膜作製装置における原料ガスの流量の経時変化、図８には基板表面の断面状況を示してある。
【００６３】
第５実施例の金属膜作製装置では、制御手段２１（図１参照）により成膜の開始時に原料ガスを０から所定の流量（通常の成膜を行なう時の流量）まで漸増させて金属成分の粒子径を徐々に大きくするようにしたが、第５実施例の金属膜作製装置では、制御手段２１（図１参照）により原料ガスを他段階（例えば、２段階）に増加させて金属成分（Cu成分）の粒子径を２段階に大きくするようにしたものである。その他の成膜の原理等は第１実施例と同一である。このため、全体構成については図面を省略してある。
【００６４】
本実施例の金属膜作製装置には、成膜の開始時に原料ガスを他段階（例えば、２段階）に増加させて金属成分（Cu成分）の粒子径を２段階に大きくする制御手段２１（図１参照）が備えられている。即ち、流量制御器１３（図１参照）によるCl2 ガスの流量が制御手段２１（図１参照）の指令により制御される。希ガスノズル２２（図１参照）の流量制御器２３（図１参照）には制御手段２１（図１参照）からの指令が入力され、流量制御器２３によるHeガスの流量が原料ガスの増加に応じて制御される。
【００６５】
つまり、図７に示すように、成膜開始（t0）時にCl2 ガスが所定の流量（１００とする）に対して３０（２０から４０程度）の割合が時間t1まで供給され、時間t1でCl2 ガスが所定の流量（１００とする）で供給され、時間t2の成膜終了まで所定の流量で供給される。これにより、成膜開始から時間t1まで小さな粒子径のCu成分が成膜され、時間t1からCu成分の粒子径が大きくなって所定の大きさの粒子径とされる。
【００６６】
図８に示すように、基板３の表面には配線形成用の溝１９が設けられ、溝１９は例えば、幅が０．２μｍで深さが１μｍ程度に設定されている。成膜開始（t0）時に所定の流量（１００とする）でCl2 ガスを供給すると、前述したように大きな粒子径の前駆体（例えば、１μｍを越える）のCuの粒子が成膜されることになり、溝１９の内部に粒子が到達できない虞がある。所定の流量に対して３０の割合でCl2 ガスを供給することにより、時間t1までは粒径が小さなCuの粒子となって溝１９の内部に成膜され、粒径が小さなCuは溝１９の上方に成長する。
【００６７】
本実施例の金属膜作製装置では、エッチング作用のある塩素ラジカルCl2 * が共存しているため、塩素ラジカルCl2 * により面積の大きな溝１９の入口近傍の壁面がエッチングされることになり、溝１９の奥までは塩素ラジカルCl2 * が到達せず、粒径が小さなCuだけが溝１９に成膜される。従って、時間t1までの間で溝１９の内部に粒径が小さなCuが成膜され、時間t1から時間t2の成膜終了まで所定の粒径のCuが基板３の表面に成膜されてCu薄膜１６とされる。
【００６８】
成膜開始（t0）から時間t1は、例えば、６０秒間に設定され、時間t1から時間t2の成膜終了までは、例えば、６０秒間に設定される。原料ガスの供給量の割合の時間は、全体の成膜時間に対して概ね１：１に設定されるが、溝１９の形状やガス流量・ガス種類、プラズマパワー、バリアメタルの種類等により成膜完了時間に対する割合で適宜変更されて設定される。
【００６９】
これにより、成膜開始から時間t1の間は粒径が小さなCuだけが溝１９に成膜され、続いてCu成分の粒子径が大きくなって所定の大きさの粒子径とされてCu膜を基板の表面に作製することが可能になる。このため、溝１９の内部にもCuの粒子が確実に成膜され、溝１９が形成された基板３に対しても埋め込み性を向上させて成膜を行なうことが可能になる。
【００７０】
本発明の第６実施例を説明する。図９には本発明の第６実施例を説明するための原料ガスの流量の経時変化を示してある。
【００７１】
制御手段２１（図１参照）により原料ガスを他段階（例えば、２段階）に増加させて金属成分（Cu成分）の粒子径を２段階に大きくする際に、増加初期（供給初期）に原料ガスを漸増させるようにしたものである。その他の成膜の原理等は第１実施例と同一である。このため、全体構成については図面を省略してある。
【００７２】
本実施例の金属膜作製装置には、成膜の開始時に原料ガスを他段階（例えば、２段階）に増加させて金属成分（Cu成分）の粒子径を２段階に大きくすると共に、それぞれの増加開始時（供給初期及び増加初期）に原料ガスを漸増させる制御手段２１（図１参照）が備えられている。即ち、流量制御器１３（図１参照）によるCl2 ガスの流量が制御手段２１（図１参照）の指令により制御される。希ガスノズル２２（図１参照）の流量制御器２３（図１参照）には制御手段２１（図１参照）からの指令が入力され、流量制御器２３によるHeガスの流量が原料ガスの増加に応じて制御される。
【００７３】
つまり、図９に示すように、成膜開始（t0）時に供給初期である時間t1a まではCl2 ガスが漸増され、時間t1a からCl2 ガスが所定の流量（１００とする）に対して３０（２０から４０程度）の割合で時間t1まで供給される。時間t1から増加初期である時間t2a まではCl2 ガスが３０の割合の状態から漸増され、時間t2a からCl2 ガスが所定の流量（１００とする）で供給され、時間t2の成膜終了まで所定の流量で供給される。これにより、各段階での初期に前述したように成膜の密着性が良好になり、密着性よく成膜開始から時間t1まで小さな粒子径のCu成分が成膜され、時間t2a からCu成分の粒子径が大きくなって所定の大きさの粒子径とされる。
【００７４】
図９に示したような時間変化では、成膜開始（t0）から時間t1a は、例えば、３０秒間に設定され、時間t1a から時間t1は、例えば、６０秒間に設定され、時間t1から時間t2a は、例えば、３０秒間に設定され、時間t2a から時間t2の成膜終了までは、例えば、６０秒間に設定される。原料ガスの供給量の割合の時間は、全体の成膜時間に対して設定されるが、溝１９の形状やガス流量・ガス種類、プラズマパワー、バリアメタルの種類等により成膜完了時間に対する割合で適宜変更されて設定される。
【００７５】
このため、密着性と埋め込み性を両立させて成膜を行なうことが可能になる。
【００７６】
上述した第５実施例及び第６実施例においても、図４乃至図６に示した金属膜作製装置を適用することが可能である。
【００７７】
ところで、上述した各実施例の成膜の機構としては、Cl2 ガスをプラズマ化して銅をエッチングしている。前駆体１５のCuClが多く存在している間は成膜に寄与するCuも安定して基板３上に体積するが、Cl2 ガスをプラズマ化した場合、チャンバ１内では塩素ラジカルCl* がClと反応してCl2 が生成されたり、塩素ラジカルCl* がCuClと反応してCuCl2 が生成される。また、塩素ラジカルCl* 同士も衝突して減少する。これらの二次反応により、成膜が進むとCuClが減少して成膜が進行しなくなると共に、生成されたCl2 やCuCl2 により一度成膜されたCu薄膜１６がエッチングされてしまう現象が考えられる。
【００７８】
このため、CuClの増加のピークでCl2 ガスの供給を停止して一度チャンバ１内を排気して塩素ラジカルCl* を排出し、改めてCl2 ガスを供給してプラズマ化することで、即ち、Cl2 ガスを間欠的に供給することで、二次反応によるCuCl量の減少やエッチング反応を抑えて成膜効率の低下を抑制することができる。これにより、トータルの成膜時間に対して成膜の厚さを増加させることができ、成膜速度を速くすることが可能になる。
【００７９】
例えば、CuClのプラズマ強度を検出し、CuClのプラズマ強度が低下しはじめたときにCl2 ガスの供給を停止して排気を行い、塩素ラジカルCl* の排出によりClプラズマ強度が減少したときにCl2 ガスの供給を再開する制御を行なうことが可能である。図２、図７及び図９で示した経時変化の状況を、所定時間毎（例えば、数十秒毎）に分割し、間欠状態（パルス状態）でCl2 ガスを供給することが好ましい。
【００８０】
即ち、図１０に示すように、図２に示したCl2 ガスの供給を、例えば、そのまま３分割にしたり、図１１に示すように、図７で示したCl2 ガスの供給を、例えば、そのまま３分割にしたり、図１２に示すように、図９で示したCl2 ガスの供給を、例えば、そのまま４分割にすることが可能である。この場合、個々の供給部ではCuClのプラズマ強度が低下しない状態に制御され、Cl2 やCuCl2 の生成が抑制されているため、トータルの時間を短くしても所定の厚さのCu薄膜１６を得ることが可能である。
【００８１】
【発明の効果】
本発明の金属膜作製装置は、基板が収容されるチャンバと、基板に対向する位置におけるチャンバに設けられる金属製の被エッチング部材と、ハロゲンを含有する原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、原料ガスプラズマを発生させ被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる金属成分と原料ガスとの前駆体を生成するプラズマ発生手段と、基板側の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くして前駆体の金属成分を基板に成膜させる温度制御手段と、成膜時に原料ガスを０から所定の流量まで漸増させて金属成分の粒子径を徐々に大きくする制御手段とを備えたので、成膜開始直後は小さな粒子径の金属成分が成膜され、徐々に金属成分の粒子径が大きくなって所定の大きさにされ、高い密着性の金属膜を作製することができる。この結果、成膜速度が速く、安価な原料を用いることができ、膜中に不純物が残留しない金属膜を密着性よく作製できる金属膜作製装置とすることが可能になる。
【００８２】
そして、制御手段には、原料ガスを連続的に漸増させる機能が備えられているので、確実に金属成分の粒子径を小さな粒子径から大きな粒子径にすることが可能となる。
【００８３】
また、成膜開始時に所定の流量の希ガスを供給して希ガスプラズマを発生させるための希ガス供給手段を備え、制御手段には、原料ガスの量を漸増させる際に希ガスの量を原料ガスの漸増に応じて漸減させる機能が備えられているので、
安定したプラズマ状態で原料ガスを漸増させることが可能となる。
【００８４】
また、制御手段には、基板側の材料及び成膜される金属成分に応じて増加関数を変更する変更機能が備えられているので、材料に合わせて金属成分の粒子径を最適化することが可能となる。
【００８５】
本発明の金属膜作製装置は、基板が収容されるチャンバと、基板に対向する位置におけるチャンバに設けられる金属製の被エッチング部材と、ハロゲンを含有する原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、原料ガスプラズマを発生させ被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる金属成分と原料ガスとの前駆体を生成するプラズマ発生手段と、基板側の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くして前駆体の金属成分を基板に成膜させる温度制御手段と、成膜時に原料ガスを所定の流量まで多段階に増加させて金属成分の粒子径を段階的に大きくする制御手段とを備えたので、基板に溝等があっても成膜直後は内部に金属成分が成膜され、その後金属成分の粒子径が大きくなって所定の大きさにされ、高い埋め込み性の金属膜を作製することができる。この結果、配線用の溝等が設けられた基板に対し成膜速度が速く、安価な原料を用いることができ、膜中に不純物が残留しない金属膜を密着性よくしかも埋め込み性よく作製できる金属膜作製装置とすることが可能になる。
【００８６】
そして、成膜開始時に所定の流量の希ガスを供給して希ガスプラズマを発生させるための希ガス供給手段を備え、制御手段には、原料ガスの量を多段に増加させる際に希ガスの量を原料ガスの増加に応じて多段に減少させる機能が備えられているので、安定したプラズマ状態で原料ガスを所定の流量まで多段階に増加させることが可能になる。
【００８７】
また、チャンバに収容される基板には配線形成用の溝が設けられ、制御手段には、溝の内部に金属成分の粒子が積層される状態の原料ガスの量を供給し、その後原料ガスの量を増加させる機能が備えられているので、配線形成用の溝に対して埋め込み性を高めること可能になる。
【００８８】
本発明の金属膜作製装置は、基板が収容されるチャンバと、基板に対向する位置におけるチャンバに設けられる金属製の被エッチング部材と、ハロゲンを含有する原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、原料ガスプラズマを発生させ被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる金属成分と原料ガスとの前駆体を生成するプラズマ発生手段と、基板側の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くして前駆体の金属成分を基板に成膜させる温度制御手段と、成膜時に原料ガスを所定の流量まで多段階に増加させて金属成分の粒子径を段階的に大きくする一方、それぞれの増加開始時に原料ガスを漸増させて金属成分の粒子径を徐々に大きくする制御手段とを備えたので、基板に溝等があっても成膜直後は内部に金属成分が成膜され、その後金属成分の粒子径が大きくなって所定の大きさにされると共に、成膜開始直後は小さな粒子径の金属成分が成膜され、徐々に金属成分の粒子径が大きくなって所定の大きさにされ、高い埋め込み性と高い密着性の金属膜を作製することができる。この結果、配線用の溝等が設けられた基板に対し成膜速度が速く、安価な原料を用いることができ、膜中に不純物が残留しない金属膜を密着性よくしかも埋め込み性よく作製できる金属膜作製装置とすることが可能になる。
【００８９】
本発明の金属膜作製装置は、基板が収容されるチャンバと、基板に対向する位置におけるチャンバに設けられる金属製の被エッチング部材と、ハロゲンを含有する原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、原料ガスプラズマを発生させ被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる金属成分と原料ガスとの前駆体を生成するプラズマ発生手段と、基板側の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くして前駆体の金属成分を基板に成膜させる温度制御手段と、成膜時に原料ガスを所定の流量まで漸増させて金属成分の粒子径を徐々に大きくする一方、原料ガスを間欠的に供給してエッチング粒子の相対的な増加を抑制する制御手段とを備えたので、成膜開始直後は小さな粒子径の金属成分が成膜され、徐々に金属成分の粒子径が大きくなって所定の大きさにされると共に、エッチング粒子の相対的な増加が抑制され、高い密着性で成膜速度を向上させて金属膜を作製することができる。この結果、成膜速度が速く、安価な原料を用いることができ、膜中に不純物が残留しない金属膜を密着性よく作製できる金属膜作製装置とすることが可能になる。
【００９０】
本発明の金属膜作製装置は、基板が収容されるチャンバと、基板に対向する位置におけるチャンバに設けられる金属製の被エッチング部材と、ハロゲンを含有する原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、原料ガスプラズマを発生させ被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる金属成分と原料ガスとの前駆体を生成するプラズマ発生手段と、基板側の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くして前駆体の金属成分を基板に成膜させる温度制御手段と、成膜時に原料ガスを所定の流量まで多段階に増加させて金属成分の粒子径を段階的に大きくする一方、増加開始時に原料ガスを漸増させて金属成分の粒子径を徐々に大きくし、更に、原料ガスを間欠的に供給してエッチング粒子の相対的な増加を抑制する制御手段とを備えたので、基板に溝等があっても成膜直後は内部に金属成分が成膜され、その後金属成分の粒子径が大きくなって所定の大きさにされると共に、成膜開始直後は小さな粒子径の金属成分が成膜され、徐々に金属成分の粒子径が大きくなって所定の大きさにされ、更に、エッチング粒子の相対的な増加が抑制され、高い埋め込み性と高い密着性でしかも成膜速度を向上させて金属膜を作製することができる。この結果、成膜速度が速く、安価な原料を用いることができ、膜中に不純物が残留しない金属膜を埋め込み性よくしかも密着性よく作製できる金属膜作製装置とすることが可能になる。
【００９１】
本発明の金属膜作製方法は、基板と金属製の被エッチング部材との間におけるチャンバ内にハロゲンを含有する原料ガスを０から所定の流量まで漸増させて金属成分の粒子径を徐々に大きくするように供給し、チャンバの内部をプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させ原料ガスプラズマで被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる金属成分と原料ガスとの前駆体を生成し、基板側の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くすることで金属成分の粒子の径を漸増させながら前駆体の金属成分を基板に成膜させるようにしたので、成膜開始直後は小さな粒子径の金属成分が成膜され、徐々に金属成分の粒子径が大きくなって所定の大きさにされ、高い密着性の金属膜を作製することができる。この結果、成膜速度が速く、安価な原料を用いることができ、膜中に不純物が残留しない金属膜を密着性よく作製できる金属膜作製方法とすることが可能になる。
【００９２】
本発明の金属膜作製方法は、基板と金属製の被エッチング部材との間におけるチャンバ内にハロゲンを含有する原料ガスを所定の流量まで多段階に増加させて金属成分の粒子径を段階的に大きくするように供給し、チャンバの内部をプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させ原料ガスプラズマで被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる金属成分と原料ガスとの前駆体を生成し、基板側の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くすることで粒子の径を段階的に増加させて前駆体の金属成分を基板に成膜させるようにしたので、基板に溝等があっても成膜直後は内部に金属成分が成膜され、その後金属成分の粒子径が大きくなって所定の大きさにされ、高い埋め込み性の金属膜を作製することができる。この結果、配線用の溝等が設けられた基板に対し成膜速度が速く、安価な原料を用いることができ、膜中に不純物が残留しない金属膜を密着性よくしかも埋め込み性よく作製できる金属膜作製方法とすることが可能になる。
【００９３】
そして、原料ガスを所定の流量まで多段階に増加させる際には、基板に設けられた配線形成用の溝の内部に金属成分の粒子が積層される状態の原料ガスの量を供給し、その後原料ガスの量を増加させるようにしたので、配線形成用の溝に対して埋め込み性を高めること可能になる。
【００９４】
本発明の金属膜作製方法は、基板と金属製の被エッチング部材との間におけるチャンバ内にハロゲンを含有する原料ガスを所定の流量まで多段階に増加させて金属成分の粒子径を段階的に大きくする一方、それぞれの増加開始時に原料ガスを漸増させて金属成分の粒子径を徐々に大きくするように供給し、チャンバの内部をプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させ原料ガスプラズマで被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる金属成分と原料ガスとの前駆体を生成し、基板側の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くすることで粒子の径を段階的に増加させると共に粒子の径を漸増させながら前駆体の金属成分を基板に成膜させるようにしたので、基板に溝等があっても成膜直後は内部に金属成分が成膜され、その後金属成分の粒子径が大きくなって所定の大きさにされると共に、成膜開始直後は小さな粒子径の金属成分が成膜され、徐々に金属成分の粒子径が大きくなって所定の大きさにされ、高い埋め込み性と高い密着性の金属膜を作製することができる。この結果、配線用の溝等が設けられた基板に対し成膜速度が速く、安価な原料を用いることができ、膜中に不純物が残留しない金属膜を密着性よくしかも埋め込み性よく作製できる金属膜作製方法とすることが可能になる。
【００９５】
本発明の金属膜作製方法は、基板と金属製の被エッチング部材との間におけるチャンバ内にハロゲンを含有する原料ガスを０から所定の流量まで漸増させて金属成分の粒子径を徐々に大きくするように供給する一方、原料ガスを間欠的に供給してエッチング粒子の相対的な増加を抑制するように供給し、チャンバの内部をプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させ原料ガスプラズマで被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる金属成分と原料ガスとの前駆体を生成し、基板側の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くすることで金属成分の粒子の径を漸増させながら前駆体の金属成分を基板に成膜させると共にエッチング粒子の相対的な増加を抑制するようにしたので、成膜開始直後は小さな粒子径の金属成分が成膜され、徐々に金属成分の粒子径が大きくなって所定の大きさにされると共に、エッチング粒子の相対的な増加が抑制され、高い密着性で成膜速度を向上させて金属膜を作製することができる。この結果、成膜速度が速く、安価な原料を用いることができ、膜中に不純物が残留しない金属膜を密着性よく作製できる金属膜作製方法とすることが可能になる。
【００９６】
上記目的を達成するための本発明の金属膜作製方法は、基板と金属製の被エッチング部材との間におけるチャンバ内にハロゲンを含有する原料ガスを原料ガスを所定の流量まで多段階に増加させて金属成分の粒子径を段階的に大きくする一方、それぞれの増加開始時に原料ガスを漸増させて金属成分の粒子径を徐々に大きくし、更に、原料ガスを間欠的に供給してエッチング粒子の相対的な増加を抑制するように供給し、チャンバの内部をプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させ原料ガスプラズマで被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる金属成分と原料ガスとの前駆体を生成し、基板側の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くすることで粒子の径を段階的に増加させると共に粒子の径を漸増させ、更に、エッチング粒子の相対的な増加を抑制しながら前駆体の金属成分を基板に成膜させるようにしたので、基板に溝等があっても成膜直後は内部に金属成分が成膜され、その後金属成分の粒子径が大きくなって所定の大きさにされると共に、成膜開始直後は小さな粒子径の金属成分が成膜され、徐々に金属成分の粒子径が大きくなって所定の大きさにされ、更に、エッチング粒子の相対的な増加が抑制され、高い埋め込み性と高い密着性でしかも成膜速度を向上させて金属膜を作製することができる。この結果、成膜速度が速く、安価な原料を用いることができ、膜中に不純物が残留しない金属膜を埋め込み性よくしかも密着性よく作製できる金属膜作製方法とすることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係る金属膜作製装置の概略側面図。
【図２】原料ガス及び希ガスの流量の経時変化を表すグラフ。
【図３】基板表面の断面図。
【図４】本発明の第２実施例に係る金属膜作製装置の概略構成図。
【図５】本発明の第３実施例に係る金属膜作製装置の概略構成図。
【図６】本発明の第４実施例に係る金属膜作製装置の概略構成図。
【図７】本発明の第５実施例に係る金属膜作製装置における原料ガスの流量の経時変化を表すグラフ。
【図８】基板表面の断面図。
【図９】本発明の第６実施例を説明するための原料ガスの流量の経時変化を表すグラフ。
【図１０】間欠状態で原料ガスを供給するときの経時変化を表すグラフ。
【図１１】間欠状態で原料ガスを供給するときの経時変化を表すグラフ。
【図１２】間欠状態で原料ガスを供給するときの経時変化を表すグラフ。
【符号の説明】
１ チャンバ
２ 支持台
３ 基板
４ ヒータ
５ 冷媒流通手段
６ 温度制御手段
７ 銅板部材
８ 真空装置
９，２７，３４ プラズマアンテナ
１０ 整合器
１１ 電源
１２ ノズル
１３，２３ 流量制御器
１４，３５ Cl2 ガスプラズマ
１５ 前駆体
１６ Cu薄膜
２１ 制御手段
２２ 希ガスノズル
２５，２９ 天井板
２６，３０ 被エッチング部材
３１ 開口部
３２ 通路
３３ 励起室
【発明の属する技術分野】
本発明は、気相成長法により基板の表面に金属膜を作製する金属膜作製装置及び金属膜作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、気相成長法により金属膜、例えば、銅の薄膜を作製する場合、例えば、銅・ヘキサフロロアセチルアセトナト・トリメチルビニルシラン等の液体の有機金属錯体を原料として用い、固体状の原料を溶媒に溶かし、熱的な反応を利用して気化して基板に成膜を実施している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術では、熱的反応を利用した成膜のため、成膜速度の向上を図ることが困難であった。また、原料となる金属錯体が高価であり、しかも、銅に付随しているヘキサフロロアセチルアセトナト及びトリメチルビニルシランが銅の薄膜中に不純物として残留するため、膜質の向上を図ることが困難であった。
【０００４】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、成膜速度が速く、安価な原料を用いることができ、膜中に不純物が残留しない金属膜を密着性よく作製できる金属膜作製装置及び金属膜作製方法を提供することを目的とする。
【０００５】
また、本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、配線用の溝等が設けられた基板に対し成膜速度が速く、安価な原料を用いることができ、膜中に不純物が残留しない金属膜を密着性よくしかも埋め込み性よく作製できる金属膜作製装置及び金属膜作製方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の金属膜作製装置は、基板が収容されるチャンバと、基板に対向する位置におけるチャンバに設けられる金属製の被エッチング部材と、ハロゲンを含有する原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、原料ガスプラズマを発生させ被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる金属成分と原料ガスとの前駆体を生成するプラズマ発生手段と、基板側の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くして前駆体の金属成分を基板に成膜させる温度制御手段と、成膜時に原料ガスを０から所定の流量まで漸増させて金属成分の粒子径を徐々に大きくする制御手段とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
そして、制御手段には、原料ガスを連続的に漸増させる機能が備えられていることを特徴とする。また、成膜開始時に所定の流量の希ガスを供給して希ガスプラズマを発生させるための希ガス供給手段を備え、制御手段には、原料ガスの量を漸増させる際に希ガスの量を原料ガスの漸増に応じて漸減させる機能が備えられていることを特徴とする。また、制御手段には、基板側の材料及び成膜される金属成分に応じて増加関数を変更する変更機能が備えられていることを特徴とする。
【０００８】
上記目的を達成するための本発明の金属膜作製装置は、基板が収容されるチャンバと、基板に対向する位置におけるチャンバに設けられる金属製の被エッチング部材と、ハロゲンを含有する原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、原料ガスプラズマを発生させ被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる金属成分と原料ガスとの前駆体を生成するプラズマ発生手段と、基板側の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くして前駆体の金属成分を基板に成膜させる温度制御手段と、成膜時に原料ガスを所定の流量まで多段階に増加させて金属成分の粒子径を段階的に大きくする制御手段とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
そして、成膜開始時に所定の流量の希ガスを供給して希ガスプラズマを発生させるための希ガス供給手段を備え、制御手段には、原料ガスの量を多段に増加させる際に希ガスの量を原料ガスの増加に応じて多段に減少させる機能が備えられていることを特徴とする。また、チャンバに収容される基板には配線形成用の溝が設けられ、制御手段には、溝の内部に金属成分の粒子が積層される状態の原料ガスの量を供給し、その後原料ガスの量を増加させる機能が備えられていることを特徴とする。
【００１０】
上記目的を達成するための本発明の金属膜作製装置は、基板が収容されるチャンバと、基板に対向する位置におけるチャンバに設けられる金属製の被エッチング部材と、ハロゲンを含有する原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、原料ガスプラズマを発生させ被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる金属成分と原料ガスとの前駆体を生成するプラズマ発生手段と、基板側の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くして前駆体の金属成分を基板に成膜させる温度制御手段と、成膜時に原料ガスを所定の流量まで多段階に増加させて金属成分の粒子径を段階的に大きくする一方、それぞれの増加開始時に原料ガスを漸増させて金属成分の粒子径を徐々に大きくする制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
上記目的を達成するための本発明の金属膜作製装置は、基板が収容されるチャンバと、基板に対向する位置におけるチャンバに設けられる金属製の被エッチング部材と、ハロゲンを含有する原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、原料ガスプラズマを発生させ被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる金属成分と原料ガスとの前駆体を生成するプラズマ発生手段と、基板側の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くして前駆体の金属成分を基板に成膜させる温度制御手段と、成膜時に原料ガスを所定の流量まで漸増させて金属成分の粒子径を徐々に大きくする一方、原料ガスを間欠的に供給してエッチング粒子の相対的な増加を抑制する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
上記目的を達成するための本発明の金属膜作製装置は、基板が収容されるチャンバと、基板に対向する位置におけるチャンバに設けられる金属製の被エッチング部材と、ハロゲンを含有する原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、原料ガスプラズマを発生させ被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる金属成分と原料ガスとの前駆体を生成するプラズマ発生手段と、基板側の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くして前駆体の金属成分を基板に成膜させる温度制御手段と、成膜時に原料ガスを所定の流量まで多段階に増加させて金属成分の粒子径を段階的に大きくする一方、増加開始時に原料ガスを漸増させて金属成分の粒子径を徐々に大きくし、更に、原料ガスを間欠的に供給してエッチング粒子の相対的な増加を抑制する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
そして、ハロゲンを含有する原料ガスは、塩素を含有する原料ガスであることを特徴とする。また、被エッチング部材を銅製とすることにより、前駆体としてCuxClyを生成することを特徴とする。また、被エッチング部材は、ハロゲン化物形成金属であるタンタルもしくはタングステンもしくはチタンであることを特徴とする。
【００１４】
上記目的を達成するための本発明の金属膜作製方法は、基板と金属製の被エッチング部材との間におけるチャンバ内にハロゲンを含有する原料ガスを０から所定の流量まで漸増させて金属成分の粒子径を徐々に大きくするように供給し、チャンバの内部をプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させ原料ガスプラズマで被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる金属成分と原料ガスとの前駆体を生成し、基板側の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くすることで金属成分の粒子の径を漸増させながら前駆体の金属成分を基板に成膜させることを特徴とする。
【００１５】
上記目的を達成するための本発明の金属膜作製方法は、基板と金属製の被エッチング部材との間におけるチャンバ内にハロゲンを含有する原料ガスを所定の流量まで多段階に増加させて金属成分の粒子径を段階的に大きくするように供給し、チャンバの内部をプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させ原料ガスプラズマで被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる金属成分と原料ガスとの前駆体を生成し、基板側の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くすることで粒子の径を段階的に増加させて前駆体の金属成分を基板に成膜させることを特徴とする。
【００１６】
そして、原料ガスを所定の流量まで多段階に増加させる際には、基板に設けられた配線形成用の溝の内部に金属成分の粒子が積層される状態の原料ガスの量を供給し、その後原料ガスの量を増加させるようにしたことを特徴とする。
【００１７】
上記目的を達成するための本発明の金属膜作製方法は、基板と金属製の被エッチング部材との間におけるチャンバ内にハロゲンを含有する原料ガスを所定の流量まで多段階に増加させて金属成分の粒子径を段階的に大きくする一方、それぞれの増加開始時に原料ガスを漸増させて金属成分の粒子径を徐々に大きくするように供給し、チャンバの内部をプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させ原料ガスプラズマで被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる金属成分と原料ガスとの前駆体を生成し、基板側の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くすることで粒子の径を段階的に増加させると共に粒子の径を漸増させながら前駆体の金属成分を基板に成膜させることを特徴とする。
【００１８】
上記目的を達成するための本発明の金属膜作製方法は、基板と金属製の被エッチング部材との間におけるチャンバ内にハロゲンを含有する原料ガスを０から所定の流量まで漸増させて金属成分の粒子径を徐々に大きくするように供給する一方、原料ガスを間欠的に供給してエッチング粒子の相対的な増加を抑制するように供給し、チャンバの内部をプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させ原料ガスプラズマで被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる金属成分と原料ガスとの前駆体を生成し、基板側の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くすることで粒子の径を漸増させると共に粒子の径を漸増させながら前駆体の金属成分を基板に成膜させることを特徴とする。
【００１９】
上記目的を達成するための本発明の金属膜作製方法は、基板と金属製の被エッチング部材との間におけるチャンバ内にハロゲンを含有する原料ガスを原料ガスを所定の流量まで多段階に増加させて金属成分の粒子径を段階的に大きくする一方、それぞれの増加開始時に原料ガスを漸増させて金属成分の粒子径を徐々に大きくし、更に、原料ガスを間欠的に供給してエッチング粒子の相対的な増加を抑制するように供給し、チャンバの内部をプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させ原料ガスプラズマで被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる金属成分と原料ガスとの前駆体を生成し、基板側の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くすることで粒子の径を段階的に増加させると共に粒子の径を漸増させ、更に、エッチング粒子の相対的な増加を抑制しながら前駆体の金属成分を基板に成膜させることを特徴とする。
【００２０】
そして、ハロゲンを含有する原料ガスは、塩素を含有する原料ガスであることを特徴とする。また、被エッチング部材を銅製とすることにより、前駆体としてCuxClyを生成することを特徴とする。また、被エッチング部材は、ハロゲン化物形成金属であるタンタルもしくはタングステンもしくはチタンであることを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下図面に基づいて本発明の金属膜作製装置及び金属膜作製方法を説明する。本発明の金属膜作製装置及び金属膜作製方法は、基板の表面に、拡散を防止するための、例えば、窒化タンタル(TaN) のバリアメタル層が作製されたものに対して、高い密着性で金属成分の膜、例えば、銅(Cu)の膜を作製するようにしたものである。
【００２２】
第１の実施形態例では、基板と金属製（Cu製）の被エッチング部材との間におけるチャンバ内にハロゲンとしての塩素を含有する原料ガスを０から所定の流量まで連続的に漸増させて金属成分（Cu成分）の粒子径を徐々に大きくするように供給し、チャンバの内部をプラズマ化して塩素ガスプラズマを発生させ塩素ガスプラズマで銅板部材をエッチングすることにより銅板部材に含まれるCu成分と塩素ガスとの前駆体を生成し、基板側の温度を銅板部材側の温度よりも低くすることで前駆体の粒子を漸増させながら前駆体のCu成分を基板に成膜させるようにしたものである。
【００２３】
尚、原料ガスを連続的に漸増させるようにしているが、段階的に漸増させることも可能である。この場合も、前駆体の粒子が漸増しながら前駆体のCu成分が基板に成膜される。
【００２４】
これにより、成膜開始直後は密着性を阻害するエッチング粒子を含む前駆体の粒子の発生が抑制されると共に小さな粒子径のCu成分が成膜され、徐々にCu成分の粒子径が大きくなって所定の大きさの粒子径とされ、高い密着性のCu膜を基板の表面に作製することが可能になる。また、原料ガスを連続的に漸増させるようにしたので、確実にCu成分を小さな粒子径か大きな粒子径にすることができる。原料ガスを連続的に漸増させる場合、希ガス（例えば、Heガス）を原料ガスの漸増に応じて漸減させて供給してプラズマを発生させておけば、総ガス量を一定に保ちながら安定したプラズマ状態で原料ガスを連続的に漸増させることができる。尚、希ガスの供給は省略することも可能である。
【００２５】
希ガスを原料ガスの漸増に応じて漸減させて供給する場合、原料ガスの希釈ガスを希ガスとして用い、一つのノズルに混合タンクを介して希ガスと原料ガスを同時に供給することができる。この場合、配管が少なくてよいので、コストを低減することが可能になる。また、原料ガスと希ガスの供給系統を独立させ、２系統のノズルから希ガスと原料ガスを個別に供給することができる。この場合、原料ガスと希ガスの供給量を容易に制御することが可能になる。
【００２６】
原料ガスの漸増の関数はバリアメタル層の材質や成膜される金属により適宜設定される。例えば、成膜される金属がCuでバリアメタル層が窒化タンタル(TaN) の場合、原料ガスをリニアに増加させることが好ましい。また、成膜される金属がCuでバリアメタル層が窒化タングステン(WN)の場合、タングステンはタンタルに比べてCuとの密着性が高いので、原料ガスを早めに増加させることが好ましい。また、成膜される金属がCuでバリアメタル層が窒化チタン(TiN) の場合、チタンはタンタルに比べてCuとの密着性が低いので、原料ガスを遅めに増加させることが好ましい。これにより、材料に合わせてCu成分の粒子径を最適化することができる。
【００２７】
図１乃至図３に基づいて本発明の金属膜作製装置及び金属膜作製方法の第１実施例を説明する。図１には本発明の第１実施例に係る金属膜作製装置の概略側面、図２には原料ガス及び希ガスの流量の経時変化、図３には基板表面の断面状況を示してある。
【００２８】
図１に示すように、円筒状に形成された、例えば、セラミックス製（絶縁材料製）のチャンバ１（絶縁材料製）の底部近傍には支持台２が設けられ、支持台２には基板３が載置される。支持台２にはヒータ４及び冷媒流通手段５を備えた温度制御手段６が設けられ、支持台２は温度制御手段６により所定温度（例えば、基板３が１００℃乃至２００℃に維持される温度）に制御される。チャンバ１の上面は開口部とされ、開口部は金属製の被エッチング部材としての銅板部材７によって塞がれている。銅板部材７によって塞がれたチャンバ１の内部は真空装置８により所定の圧力に維持される。
【００２９】
チャンバ１の筒部の周囲にはコイル状のプラズマアンテナ９が設けられ、プラズマアンテナ９には整合器１０及び電源１１が接続されて給電が行われる。プラズマアンテナ９、整合器１０及び電源１１によりプラズマ発生手段が構成されている。
【００３０】
支持台２の上方におけるチャンバ１の筒部には、チャンバ１の内部にハロゲンとしての塩素を含有する原料ガス（He，Ar等で塩素濃度が≦50% 、好ましくは10% 程度に希釈されたCl2 ガス）を供給するノズル１２が接続されている。ノズル１２は銅板部材７に向けて開口し、ノズル１２には流量制御器１３を介して原料ガスが送られる。（原料ガス供給手段）。尚、原料ガスに含有されるハロゲンとしては、フッ素（Ｆ）、臭素（Ｂｒ）及びヨウ素（Ｉ）等を適用することが可能である。
【００３１】
上述した金属膜作製装置では、チャンバ１の内部にノズル１２から原料ガスを供給し、プラズマアンテナ９から電磁波をチャンバ１の内部に入射することで、Cl2 ガスがイオン化されてCl2 ガスプラズマ（原料ガスプラズマ）１４が発生する。Cl2 ガスプラズマ１４により、銅板部材７にエッチング反応が生じ、前駆体（CuxCly）１５が生成される。このとき、銅板部材７はCl2 ガスプラズマ１４により基板３の温度よりも高い所定温度（例えば、２００℃乃至４００℃）に維持されている。
【００３２】
チャンバ１の内部で生成された前駆体（CuxCly）１５は、銅板部材７よりも低い温度に制御された基板３に運ばれる。基板３に運ばれる前駆体（CuxCly）１５は基板３に当てられ、還元反応（Clラジカルによるエッチング作用）によりCuイオンのみとされて基板３の表面にCu薄膜１６が生成される。
【００３３】
このときの反応は、次式で表すことができる。
２Ｃｕ＋Ｃｌ2 →２ＣｕＣｌ→２Ｃｕ↓＋Ｃｌ2 ↑
反応に関与しないガス及びエッチング生成物は排気口１７から排気される。
【００３４】
尚、原料ガスとして、He，Ar等で希釈されたCl2 ガスを例に挙げて説明したが、Cl2 ガスを単独で用いたり、HCl ガスを適用することも可能である。HCl ガスを適用した場合、原料ガスプラズマはHCl ガスプラズマが生成されるが、銅板部材７のエッチングにより生成される前駆体はCuxClyである。従って、原料ガスは塩素を含有するガスであればよく、HCl ガスとCl2 ガスとの混合ガスを用いることも可能である。また、銅板部材７の材質は、銅（Cu）に限らず、ハロゲン化物形成金属、好ましくは塩化物形成金属であれば、Ag,Au,Pt,Ta,Ti, Ｗ等を用いることが可能である。この場合、前駆体はAg,Au,Pt,Ta,Ti, Ｗ等のハロゲン化物（塩化物）となり、基板３の表面に生成される薄膜はAg,Au,Pt,Ta,Ti, Ｗ等になる。
【００３５】
上記構成の金属膜作製装置は、Cl2 ガスプラズマ（原料ガスプラズマ）１４を用いているため、反応効率が大幅に向上して成膜速度が速くなる。また、原料ガスとしてCl2 ガスを用いているため、コストを大幅に減少させることができる。また、温度制御手段６を用いて基板３を銅板部材７よりも低い温度に制御しているので、Cu薄膜１６中に塩素等の不純物の残留を少なくすることができ、高品質なCu薄膜１６を生成することが可能になる。
【００３６】
本実施例の金属膜作製装置には、成膜の開始時に原料ガスを０から所定の流量（通常の成膜を行なう時の流量）まで漸増させて金属成分の粒子径を徐々に大きくする制御手段２１が備えられている。即ち、流量制御器１３によるCl2 ガスの流量が制御手段２１の指令により制御される。また、成膜の開始時に所定の流量の希ガス（例えば、Heガス）を供給しHeガスプラズマを発生させるための希ガスノズル２２がが設けられ、希ガスノズル２２には流量制御器２３を介してHeガスが送られる（希ガス供給手段）。流量制御器２３には制御手段２１からの指令が入力され、流量制御器２３によるHeガスの流量が制御される。
【００３７】
つまり、図２に実線で示すように、成膜開始（t0）時にCl2 ガスが０から所定の流量（１００とする）まで（時間t1まで）リニアに漸増されるように制御される。同時に、図２に点線で示すように、成膜開始（t0）時にHeガスが１００から時間t1までに０になるようにリニアに漸減されるように制御される。時間t1はガス流量や成膜終了時間（t2）にもよるが、例えば、約１分に設定されている。尚、Cl2 ガスを所定の流量まで漸増させる時間は、適宜の時間に設定変更可能である。このように、成膜開始（t0）時にCl2 ガスを漸増させると同時にHeガスがを漸減させて供給することにより、成膜開始時から総ガス量を１００として供給することができ、成膜開始（t0）時にCl2 ガスが０であってもプラズマの発生を維持することができ、総ガス量を一定に保ちながら安定したプラズマ状態でCl2 ガス連続的に漸増させることができる。
【００３８】
これにより、成膜開始直後は密着性を阻害するエッチング粒子を含む前駆体の粒子の発生が抑制されると共に小さな粒子径のCu成分が成膜され、徐々にCu成分の粒子径が大きくなって所定の大きさの粒子径とされ、高い密着性のCu膜を基板の表面に作製することが可能になる。
【００３９】
即ち、Cl2 ガスを０から所定の流量（１００とする）まで漸増するように制御することにより、成膜開始直後は、図３(a) に示すように、小さな粒子径の前駆体１５により小さな粒子径（例えば、０．１μｍ以下）のCuの粒子が成膜され、図３(b) に示すように、徐々に大きな粒子径の前駆体によりCuの粒子（例えば、最終的に０．５μｍ程度）が成膜されてCu薄膜１６となる。
【００４０】
このため、成膜初期に小さな粒径のCuの粒子が成膜されると共に密着性を阻害するエッチング微粒子の発生が抑制され、密着性を向上させて成膜を行なうことが可能になる。
【００４１】
尚、成膜条件の一例としては、バリアメタル層を窒化タンタル(TaN) とし、プラズマのパワー面積密度を２．２ｗ／ｃｍ2 とし、Cl2 ガスを約１分間で所定の流量（１００）まで漸増させ０時に、小さな粒子径（例えば、０．１μｍ以下）のCuの粒子が初期に成膜され、徐々に大きな粒子径のCuの粒子（例えば、最終的に０．５μｍ程度）が成膜されることが確認されている。そして、密着性を評価するために粘着テープを使用したピーリングテストにより剥離状況を確認した結果、全く剥離が生じないことが確認されている。Cuの粒子が例えば、最終的に０．５μｍ程度になるのは、小さい粒子同士が互いの成長を阻害して最終的な粒子の大きさが０．５μｍ程度に抑制される。
【００４２】
成膜初期の段階からCl2 ガスを所定の流量（１００）で供給した場合、図３(c) に示すように、大きな粒子径の前駆体１５（例えば、１μｍを越える）のCuの粒子が成膜され、バリアメタル層との間に隙間ができて密着性が阻害されてしまう虞がある。そして、成膜初期の段階からCl2 ガスを所定の流量（１００）で供給した場合のCu薄膜１６について、密着性を評価するために粘着テープを使用したピーリングテストにより剥離状況を確認した結果、剥離が１００％生じたことが確認されている。
【００４３】
尚、Cl2 ガスの漸増の関数はバリアメタル層の材質や成膜される金属により適宜設定される。例えば、成膜される金属がCuでバリアメタル層が窒化タンタル(TaN) の場合、図２に実線で示したように、Cl2 ガスをリニアに増加させる。また、成膜される金属がCuでバリアメタル層が窒化タングステン(WN)の場合、タングステンはタンタルに比べてCuとの密着性が高いので、図２に一点鎖線で示したように、Cl2 ガスを早めに増加させる。また、成膜される金属がCuでバリアメタル層が窒化チタン(TiN) の場合、チタンはタンタルに比べてCuとの密着性が低いので、図２に二点鎖線で示したように、Cl2 ガスを遅めに増加させる。これにより、バリアメタル層の材質や成膜される金属に拘らず密着性を向上させることが可能になる。尚、制御手段２１は、装置の個体差や諸条件によりCl2 ガスの漸増の関数を変更できようになっている。
【００４４】
図４乃至図６に基づいて金属膜作製装置の第２実施例乃至第４実施例を説明する。以下に示した金属膜作製装置でも、制御手段２１により、基板と金属製（Cu製）の被エッチング部材との間におけるチャンバ１内にハロゲンとしての塩素を含有する原料ガスが０から所定の流量まで連続的に漸増させて金属成分（Cu成分）の粒子径を徐々に大きくするように供給される。これにより、成膜開始直後は密着性を阻害するエッチング粒子を含む前駆体の粒子の発生が抑制されると共に小さな粒子径のCu成分が成膜され、徐々にCu成分の粒子径が大きくなって所定の大きさの粒子径とされ、高い密着性のCu膜を基板の表面に作製することが可能になる。
【００４５】
図４乃至図６には本発明の第２実施例乃至第４実施例に係る金属膜作製装置の概略構成を示してある。尚、図１に示した金属膜作製装置と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【００４６】
図４に示した第２実施例の金属膜作製装置は、チャンバ１の上面は開口部とされ、開口部は絶縁材製（例えば、セラミックス製）の円盤状の天井板２５によって塞がれている。チャンバ１の上面の開口部と天井板２５との間には金属製（Cu製）の被エッチング部材２６が挟持されている。天井板２５の上方にはチャンバ１の内部をプラズマ化するためのプラズマアンテナ２７が設けられ、プラズマアンテナ２７は天井板２５の面と平行な平面リング状に形成されている。プラズマアンテナ２７には整合器１０及び電源１１が接続されて給電が行われる。被エッチング部材２６は、リング部の内周側に突起部が円周方向に複数設けられ、突起部の間で形成される切欠部（空間）が存在しているので、プラズマアンテナ２７の電気の流れ方向に対して不連続な状態で基板３と天井板２５との間に配置された状態になっている。
【００４７】
上述した金属膜作製装置では、チャンバ１の内部にノズル１２から原料ガスを供給し、プラズマアンテナ２７から電磁波をチャンバ１の内部に入射することで、Cl2 ガスがイオン化されてCl2 ガスプラズマ（原料ガスプラズマ）１４が発生する。プラズマアンテナ２７の下部には導電体である被エッチング部材２６が存在しているが、被エッチング部材２６はプラズマアンテナ２７の電気の流れ方向に対して不連続な状態で配置されているので、被エッチング部材２６と基板３との間、即ち、被エッチング部材２６の下側にCl2 ガスプラズマ１４が安定して発生するようになっている。
【００４８】
図４に示した金属膜作製装置では、導電体である被エッチング部材２６がプラズマアンテナ２７の下に存在していても、プラズマアンテナ２７から電磁波がチャンバ１内に確実に入射し、被エッチング部材２６の下側にCl2 ガスプラズマ１４を安定して発生させることが可能となる。
【００４９】
図５に示した第３実施例の金属膜作製装置は、図１に示した金属膜作製装置に対し、チャンバ１の筒部の周囲にはプラズマアンテナ９が設けられておらず、銅板部材７に整合器１０及び電源１１が接続されて銅板部材７に給電が行われる。
【００５０】
チャンバ１の内部にノズル１２から原料ガスを供給し、銅板部材７から電磁波をチャンバ１の内部に入射することで、Cl2 ガスがイオン化されてCl2 ガスプラズマ（原料ガスプラズマ）１４が発生する。Cl2 ガスプラズマ１４により、銅板部材７にエッチング反応が生じ、前駆体１５が生成される。このとき、銅板部材７は図示しない温度制御手段により基板３の温度よりも高い温度（例えば、２００℃乃至４００℃）に維持されている。
【００５１】
図５に示した金属膜作製装置では、銅板部材７自身をプラズマ発生用の電極として適用しているので、チャンバ１の筒部の周囲にプラズマアンテナ９が不要となり、周囲の構成の自由度を増すことができる。
【００５２】
図６に示した第４実施例の金属膜作製装置は、チャンバ１の上面は開口部とされ、開口部は、例えば、セラミックス製（絶縁材料製）の天井板２９によって塞がれている。天井板２９の下面には金属製（銅製：Cu製）の被エッチング部材３０が設けられ、被エッチング部材３０は四角錐形状となっている。チャンバ１の筒部の周囲には、スリット状の開口部３１が形成され、開口部３１には筒状の通路３２の一端がそれぞれ固定されている。
【００５３】
通路３２の途中部には絶縁体製の筒状の励起室３３が設けられ、励起室３３の周囲にはコイル状のプラズマアンテナ３４が設けられ、プラズマアンテナ３４は整合器１０及び電源１１に接続されて給電が行われる。通路３２の他端側には流量制御器１３が接続され、流量制御器１３を介して通路３２内に原料ガスが供給される。
【００５４】
プラズマアンテナ３４から電磁波を励起室３３の内部に入射することで、Cl2 ガスがイオン化されてCl2 ガスプラズマ（原料ガスプラズマ）３５が発生する。つまり、原料ガスをチャンバ１と隔絶した励起室３３で励起するようになっている。Cl2 ガスプラズマ３５の発生により励起塩素が開口部３１からチャンバ１内に送られ、被エッチング部材３０が励起塩素によりエッチングされる。
【００５５】
流量制御器１３を介して通路３２内に原料ガスを供給して励起室３３に原料ガスを送り込む。プラズマアンテナ３４から電磁波を励起室３３の内部に入射することで、Cl2 ガスがイオン化されてCl2 ガスプラズマ（原料ガスプラズマ）３５が発生する。真空装置８によりチャンバ１内の圧力と励起室３３の圧力とに所定の差圧が設定されているため、励起室３３のCl2 ガスプラズマ３５の励起塩素が開口部３１からチャンバ１内の被エッチング部材３０に送られる。励起塩素により被エッチング部材３０にエッチング反応が生じ、チャンバ１の内部で前駆体（CuxCly）１５が生成される。
【００５６】
図６に示した金属膜作製装置は、チャンバ１と隔絶した励起室３３でCl2 ガスプラズマ３５を発生させるようにしているので、基板３がプラズマに晒されることがなくなり、基板３にプラズマによる損傷が生じることがない。例えば、前工程で別材料の膜が成膜された基板３では、前工程で成膜された材料の膜に損傷が生じることがなくなる。尚、励起室３３でCl2 ガスプラズマ３５を発生させる手段（励起手段）としては、マイクロ波、レーザ、電子線、放射光等を用いることも可能である。また、図６に示した金属膜作製装置は、チャンバ１内でのプラズマの発生がないため、チャンバ１内のプラズマを安定させるために希ガスを供給する必要がない。
【００５７】
上述した図４乃至図６に示した金属膜作製装置でも、成膜開始直後は密着性を阻害するエッチング粒子を含む前駆体の粒子の発生が抑制されると共に小さな粒子径のCu成分が成膜され、徐々にCu成分の粒子径が大きくなって所定の大きさの粒子径とされ、高い密着性のCu膜を基板の表面に作製することが可能になる。
【００５８】
本発明の第２の実施形態例を説明する。
【００５９】
第２の実施形態例では、表面に配線形成用の溝が設けられた基板と金属製（Cu製）の被エッチング部材との間におけるチャンバ内に、ハロゲンとしての塩素を含有する原料ガスを他段階（例えば、２段階）に増加させて金属成分（Cu成分）の粒子径を２段階に大きくするように供給し、チャンバの内部をプラズマ化して塩素ガスプラズマを発生させ塩素ガスプラズマで銅板部材をエッチングすることにより銅板部材に含まれるCu成分と塩素ガスとの前駆体を生成し、基板側の温度を銅板部材側の温度よりも低くすることで金属成分（Cu成分）の粒子径を２段階に増加させて基板に成膜させるようにしたものである。
【００６０】
これにより、成膜開始直後は配線形成用の溝の内部にCu成分が成膜され（埋め込まれ）、その後Cu成分の粒子径が大きくなって所定の大きさの粒子径とされてCu膜を基板の表面に作製することが可能になる。原料ガスを２段階に増加させる場合、希ガス（例えば、Heガス）を原料ガスの増加に応じて２段階に減少させて供給してプラズマを発生させておけば、総ガス量を一定に保ちながら安定したプラズマ状態で原料ガスを２段階に増加させることができる。尚、希ガスの供給は省略することも可能である。
【００６１】
希ガスを原料ガスの増加に応じて減少させて供給する場合、原料ガスの希釈ガスを希ガスとして用い、一つのノズルに混合タンクを介して希ガスと原料ガスを同時に供給することができる。この場合、配管が少なくてよいので、コストを低減することが可能になる。また、原料ガスと希ガスの供給系統を独立させ、２系統のノズルから希ガスと原料ガスを個別に供給することができる。この場合、原料ガスと希ガスの供給量を容易に制御することが可能になる。
【００６２】
図７、図８に基づいて本発明の金属膜作製装置及び金属膜作製方法の第５実施例を説明する。図７には本発明の第５実施例に係る金属膜作製装置における原料ガスの流量の経時変化、図８には基板表面の断面状況を示してある。
【００６３】
第５実施例の金属膜作製装置では、制御手段２１（図１参照）により成膜の開始時に原料ガスを０から所定の流量（通常の成膜を行なう時の流量）まで漸増させて金属成分の粒子径を徐々に大きくするようにしたが、第５実施例の金属膜作製装置では、制御手段２１（図１参照）により原料ガスを他段階（例えば、２段階）に増加させて金属成分（Cu成分）の粒子径を２段階に大きくするようにしたものである。その他の成膜の原理等は第１実施例と同一である。このため、全体構成については図面を省略してある。
【００６４】
本実施例の金属膜作製装置には、成膜の開始時に原料ガスを他段階（例えば、２段階）に増加させて金属成分（Cu成分）の粒子径を２段階に大きくする制御手段２１（図１参照）が備えられている。即ち、流量制御器１３（図１参照）によるCl2 ガスの流量が制御手段２１（図１参照）の指令により制御される。希ガスノズル２２（図１参照）の流量制御器２３（図１参照）には制御手段２１（図１参照）からの指令が入力され、流量制御器２３によるHeガスの流量が原料ガスの増加に応じて制御される。
【００６５】
つまり、図７に示すように、成膜開始（t0）時にCl2 ガスが所定の流量（１００とする）に対して３０（２０から４０程度）の割合が時間t1まで供給され、時間t1でCl2 ガスが所定の流量（１００とする）で供給され、時間t2の成膜終了まで所定の流量で供給される。これにより、成膜開始から時間t1まで小さな粒子径のCu成分が成膜され、時間t1からCu成分の粒子径が大きくなって所定の大きさの粒子径とされる。
【００６６】
図８に示すように、基板３の表面には配線形成用の溝１９が設けられ、溝１９は例えば、幅が０．２μｍで深さが１μｍ程度に設定されている。成膜開始（t0）時に所定の流量（１００とする）でCl2 ガスを供給すると、前述したように大きな粒子径の前駆体（例えば、１μｍを越える）のCuの粒子が成膜されることになり、溝１９の内部に粒子が到達できない虞がある。所定の流量に対して３０の割合でCl2 ガスを供給することにより、時間t1までは粒径が小さなCuの粒子となって溝１９の内部に成膜され、粒径が小さなCuは溝１９の上方に成長する。
【００６７】
本実施例の金属膜作製装置では、エッチング作用のある塩素ラジカルCl2 * が共存しているため、塩素ラジカルCl2 * により面積の大きな溝１９の入口近傍の壁面がエッチングされることになり、溝１９の奥までは塩素ラジカルCl2 * が到達せず、粒径が小さなCuだけが溝１９に成膜される。従って、時間t1までの間で溝１９の内部に粒径が小さなCuが成膜され、時間t1から時間t2の成膜終了まで所定の粒径のCuが基板３の表面に成膜されてCu薄膜１６とされる。
【００６８】
成膜開始（t0）から時間t1は、例えば、６０秒間に設定され、時間t1から時間t2の成膜終了までは、例えば、６０秒間に設定される。原料ガスの供給量の割合の時間は、全体の成膜時間に対して概ね１：１に設定されるが、溝１９の形状やガス流量・ガス種類、プラズマパワー、バリアメタルの種類等により成膜完了時間に対する割合で適宜変更されて設定される。
【００６９】
これにより、成膜開始から時間t1の間は粒径が小さなCuだけが溝１９に成膜され、続いてCu成分の粒子径が大きくなって所定の大きさの粒子径とされてCu膜を基板の表面に作製することが可能になる。このため、溝１９の内部にもCuの粒子が確実に成膜され、溝１９が形成された基板３に対しても埋め込み性を向上させて成膜を行なうことが可能になる。
【００７０】
本発明の第６実施例を説明する。図９には本発明の第６実施例を説明するための原料ガスの流量の経時変化を示してある。
【００７１】
制御手段２１（図１参照）により原料ガスを他段階（例えば、２段階）に増加させて金属成分（Cu成分）の粒子径を２段階に大きくする際に、増加初期（供給初期）に原料ガスを漸増させるようにしたものである。その他の成膜の原理等は第１実施例と同一である。このため、全体構成については図面を省略してある。
【００７２】
本実施例の金属膜作製装置には、成膜の開始時に原料ガスを他段階（例えば、２段階）に増加させて金属成分（Cu成分）の粒子径を２段階に大きくすると共に、それぞれの増加開始時（供給初期及び増加初期）に原料ガスを漸増させる制御手段２１（図１参照）が備えられている。即ち、流量制御器１３（図１参照）によるCl2 ガスの流量が制御手段２１（図１参照）の指令により制御される。希ガスノズル２２（図１参照）の流量制御器２３（図１参照）には制御手段２１（図１参照）からの指令が入力され、流量制御器２３によるHeガスの流量が原料ガスの増加に応じて制御される。
【００７３】
つまり、図９に示すように、成膜開始（t0）時に供給初期である時間t1a まではCl2 ガスが漸増され、時間t1a からCl2 ガスが所定の流量（１００とする）に対して３０（２０から４０程度）の割合で時間t1まで供給される。時間t1から増加初期である時間t2a まではCl2 ガスが３０の割合の状態から漸増され、時間t2a からCl2 ガスが所定の流量（１００とする）で供給され、時間t2の成膜終了まで所定の流量で供給される。これにより、各段階での初期に前述したように成膜の密着性が良好になり、密着性よく成膜開始から時間t1まで小さな粒子径のCu成分が成膜され、時間t2a からCu成分の粒子径が大きくなって所定の大きさの粒子径とされる。
【００７４】
図９に示したような時間変化では、成膜開始（t0）から時間t1a は、例えば、３０秒間に設定され、時間t1a から時間t1は、例えば、６０秒間に設定され、時間t1から時間t2a は、例えば、３０秒間に設定され、時間t2a から時間t2の成膜終了までは、例えば、６０秒間に設定される。原料ガスの供給量の割合の時間は、全体の成膜時間に対して設定されるが、溝１９の形状やガス流量・ガス種類、プラズマパワー、バリアメタルの種類等により成膜完了時間に対する割合で適宜変更されて設定される。
【００７５】
このため、密着性と埋め込み性を両立させて成膜を行なうことが可能になる。
【００７６】
上述した第５実施例及び第６実施例においても、図４乃至図６に示した金属膜作製装置を適用することが可能である。
【００７７】
ところで、上述した各実施例の成膜の機構としては、Cl2 ガスをプラズマ化して銅をエッチングしている。前駆体１５のCuClが多く存在している間は成膜に寄与するCuも安定して基板３上に体積するが、Cl2 ガスをプラズマ化した場合、チャンバ１内では塩素ラジカルCl* がClと反応してCl2 が生成されたり、塩素ラジカルCl* がCuClと反応してCuCl2 が生成される。また、塩素ラジカルCl* 同士も衝突して減少する。これらの二次反応により、成膜が進むとCuClが減少して成膜が進行しなくなると共に、生成されたCl2 やCuCl2 により一度成膜されたCu薄膜１６がエッチングされてしまう現象が考えられる。
【００７８】
このため、CuClの増加のピークでCl2 ガスの供給を停止して一度チャンバ１内を排気して塩素ラジカルCl* を排出し、改めてCl2 ガスを供給してプラズマ化することで、即ち、Cl2 ガスを間欠的に供給することで、二次反応によるCuCl量の減少やエッチング反応を抑えて成膜効率の低下を抑制することができる。これにより、トータルの成膜時間に対して成膜の厚さを増加させることができ、成膜速度を速くすることが可能になる。
【００７９】
例えば、CuClのプラズマ強度を検出し、CuClのプラズマ強度が低下しはじめたときにCl2 ガスの供給を停止して排気を行い、塩素ラジカルCl* の排出によりClプラズマ強度が減少したときにCl2 ガスの供給を再開する制御を行なうことが可能である。図２、図７及び図９で示した経時変化の状況を、所定時間毎（例えば、数十秒毎）に分割し、間欠状態（パルス状態）でCl2 ガスを供給することが好ましい。
【００８０】
即ち、図１０に示すように、図２に示したCl2 ガスの供給を、例えば、そのまま３分割にしたり、図１１に示すように、図７で示したCl2 ガスの供給を、例えば、そのまま３分割にしたり、図１２に示すように、図９で示したCl2 ガスの供給を、例えば、そのまま４分割にすることが可能である。この場合、個々の供給部ではCuClのプラズマ強度が低下しない状態に制御され、Cl2 やCuCl2 の生成が抑制されているため、トータルの時間を短くしても所定の厚さのCu薄膜１６を得ることが可能である。
【００８１】
【発明の効果】
本発明の金属膜作製装置は、基板が収容されるチャンバと、基板に対向する位置におけるチャンバに設けられる金属製の被エッチング部材と、ハロゲンを含有する原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、原料ガスプラズマを発生させ被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる金属成分と原料ガスとの前駆体を生成するプラズマ発生手段と、基板側の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くして前駆体の金属成分を基板に成膜させる温度制御手段と、成膜時に原料ガスを０から所定の流量まで漸増させて金属成分の粒子径を徐々に大きくする制御手段とを備えたので、成膜開始直後は小さな粒子径の金属成分が成膜され、徐々に金属成分の粒子径が大きくなって所定の大きさにされ、高い密着性の金属膜を作製することができる。この結果、成膜速度が速く、安価な原料を用いることができ、膜中に不純物が残留しない金属膜を密着性よく作製できる金属膜作製装置とすることが可能になる。
【００８２】
そして、制御手段には、原料ガスを連続的に漸増させる機能が備えられているので、確実に金属成分の粒子径を小さな粒子径から大きな粒子径にすることが可能となる。
【００８３】
また、成膜開始時に所定の流量の希ガスを供給して希ガスプラズマを発生させるための希ガス供給手段を備え、制御手段には、原料ガスの量を漸増させる際に希ガスの量を原料ガスの漸増に応じて漸減させる機能が備えられているので、
安定したプラズマ状態で原料ガスを漸増させることが可能となる。
【００８４】
また、制御手段には、基板側の材料及び成膜される金属成分に応じて増加関数を変更する変更機能が備えられているので、材料に合わせて金属成分の粒子径を最適化することが可能となる。
【００８５】
本発明の金属膜作製装置は、基板が収容されるチャンバと、基板に対向する位置におけるチャンバに設けられる金属製の被エッチング部材と、ハロゲンを含有する原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、原料ガスプラズマを発生させ被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる金属成分と原料ガスとの前駆体を生成するプラズマ発生手段と、基板側の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くして前駆体の金属成分を基板に成膜させる温度制御手段と、成膜時に原料ガスを所定の流量まで多段階に増加させて金属成分の粒子径を段階的に大きくする制御手段とを備えたので、基板に溝等があっても成膜直後は内部に金属成分が成膜され、その後金属成分の粒子径が大きくなって所定の大きさにされ、高い埋め込み性の金属膜を作製することができる。この結果、配線用の溝等が設けられた基板に対し成膜速度が速く、安価な原料を用いることができ、膜中に不純物が残留しない金属膜を密着性よくしかも埋め込み性よく作製できる金属膜作製装置とすることが可能になる。
【００８６】
そして、成膜開始時に所定の流量の希ガスを供給して希ガスプラズマを発生させるための希ガス供給手段を備え、制御手段には、原料ガスの量を多段に増加させる際に希ガスの量を原料ガスの増加に応じて多段に減少させる機能が備えられているので、安定したプラズマ状態で原料ガスを所定の流量まで多段階に増加させることが可能になる。
【００８７】
また、チャンバに収容される基板には配線形成用の溝が設けられ、制御手段には、溝の内部に金属成分の粒子が積層される状態の原料ガスの量を供給し、その後原料ガスの量を増加させる機能が備えられているので、配線形成用の溝に対して埋め込み性を高めること可能になる。
【００８８】
本発明の金属膜作製装置は、基板が収容されるチャンバと、基板に対向する位置におけるチャンバに設けられる金属製の被エッチング部材と、ハロゲンを含有する原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、原料ガスプラズマを発生させ被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる金属成分と原料ガスとの前駆体を生成するプラズマ発生手段と、基板側の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くして前駆体の金属成分を基板に成膜させる温度制御手段と、成膜時に原料ガスを所定の流量まで多段階に増加させて金属成分の粒子径を段階的に大きくする一方、それぞれの増加開始時に原料ガスを漸増させて金属成分の粒子径を徐々に大きくする制御手段とを備えたので、基板に溝等があっても成膜直後は内部に金属成分が成膜され、その後金属成分の粒子径が大きくなって所定の大きさにされると共に、成膜開始直後は小さな粒子径の金属成分が成膜され、徐々に金属成分の粒子径が大きくなって所定の大きさにされ、高い埋め込み性と高い密着性の金属膜を作製することができる。この結果、配線用の溝等が設けられた基板に対し成膜速度が速く、安価な原料を用いることができ、膜中に不純物が残留しない金属膜を密着性よくしかも埋め込み性よく作製できる金属膜作製装置とすることが可能になる。
【００８９】
本発明の金属膜作製装置は、基板が収容されるチャンバと、基板に対向する位置におけるチャンバに設けられる金属製の被エッチング部材と、ハロゲンを含有する原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、原料ガスプラズマを発生させ被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる金属成分と原料ガスとの前駆体を生成するプラズマ発生手段と、基板側の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くして前駆体の金属成分を基板に成膜させる温度制御手段と、成膜時に原料ガスを所定の流量まで漸増させて金属成分の粒子径を徐々に大きくする一方、原料ガスを間欠的に供給してエッチング粒子の相対的な増加を抑制する制御手段とを備えたので、成膜開始直後は小さな粒子径の金属成分が成膜され、徐々に金属成分の粒子径が大きくなって所定の大きさにされると共に、エッチング粒子の相対的な増加が抑制され、高い密着性で成膜速度を向上させて金属膜を作製することができる。この結果、成膜速度が速く、安価な原料を用いることができ、膜中に不純物が残留しない金属膜を密着性よく作製できる金属膜作製装置とすることが可能になる。
【００９０】
本発明の金属膜作製装置は、基板が収容されるチャンバと、基板に対向する位置におけるチャンバに設けられる金属製の被エッチング部材と、ハロゲンを含有する原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、原料ガスプラズマを発生させ被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる金属成分と原料ガスとの前駆体を生成するプラズマ発生手段と、基板側の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くして前駆体の金属成分を基板に成膜させる温度制御手段と、成膜時に原料ガスを所定の流量まで多段階に増加させて金属成分の粒子径を段階的に大きくする一方、増加開始時に原料ガスを漸増させて金属成分の粒子径を徐々に大きくし、更に、原料ガスを間欠的に供給してエッチング粒子の相対的な増加を抑制する制御手段とを備えたので、基板に溝等があっても成膜直後は内部に金属成分が成膜され、その後金属成分の粒子径が大きくなって所定の大きさにされると共に、成膜開始直後は小さな粒子径の金属成分が成膜され、徐々に金属成分の粒子径が大きくなって所定の大きさにされ、更に、エッチング粒子の相対的な増加が抑制され、高い埋め込み性と高い密着性でしかも成膜速度を向上させて金属膜を作製することができる。この結果、成膜速度が速く、安価な原料を用いることができ、膜中に不純物が残留しない金属膜を埋め込み性よくしかも密着性よく作製できる金属膜作製装置とすることが可能になる。
【００９１】
本発明の金属膜作製方法は、基板と金属製の被エッチング部材との間におけるチャンバ内にハロゲンを含有する原料ガスを０から所定の流量まで漸増させて金属成分の粒子径を徐々に大きくするように供給し、チャンバの内部をプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させ原料ガスプラズマで被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる金属成分と原料ガスとの前駆体を生成し、基板側の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くすることで金属成分の粒子の径を漸増させながら前駆体の金属成分を基板に成膜させるようにしたので、成膜開始直後は小さな粒子径の金属成分が成膜され、徐々に金属成分の粒子径が大きくなって所定の大きさにされ、高い密着性の金属膜を作製することができる。この結果、成膜速度が速く、安価な原料を用いることができ、膜中に不純物が残留しない金属膜を密着性よく作製できる金属膜作製方法とすることが可能になる。
【００９２】
本発明の金属膜作製方法は、基板と金属製の被エッチング部材との間におけるチャンバ内にハロゲンを含有する原料ガスを所定の流量まで多段階に増加させて金属成分の粒子径を段階的に大きくするように供給し、チャンバの内部をプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させ原料ガスプラズマで被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる金属成分と原料ガスとの前駆体を生成し、基板側の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くすることで粒子の径を段階的に増加させて前駆体の金属成分を基板に成膜させるようにしたので、基板に溝等があっても成膜直後は内部に金属成分が成膜され、その後金属成分の粒子径が大きくなって所定の大きさにされ、高い埋め込み性の金属膜を作製することができる。この結果、配線用の溝等が設けられた基板に対し成膜速度が速く、安価な原料を用いることができ、膜中に不純物が残留しない金属膜を密着性よくしかも埋め込み性よく作製できる金属膜作製方法とすることが可能になる。
【００９３】
そして、原料ガスを所定の流量まで多段階に増加させる際には、基板に設けられた配線形成用の溝の内部に金属成分の粒子が積層される状態の原料ガスの量を供給し、その後原料ガスの量を増加させるようにしたので、配線形成用の溝に対して埋め込み性を高めること可能になる。
【００９４】
本発明の金属膜作製方法は、基板と金属製の被エッチング部材との間におけるチャンバ内にハロゲンを含有する原料ガスを所定の流量まで多段階に増加させて金属成分の粒子径を段階的に大きくする一方、それぞれの増加開始時に原料ガスを漸増させて金属成分の粒子径を徐々に大きくするように供給し、チャンバの内部をプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させ原料ガスプラズマで被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる金属成分と原料ガスとの前駆体を生成し、基板側の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くすることで粒子の径を段階的に増加させると共に粒子の径を漸増させながら前駆体の金属成分を基板に成膜させるようにしたので、基板に溝等があっても成膜直後は内部に金属成分が成膜され、その後金属成分の粒子径が大きくなって所定の大きさにされると共に、成膜開始直後は小さな粒子径の金属成分が成膜され、徐々に金属成分の粒子径が大きくなって所定の大きさにされ、高い埋め込み性と高い密着性の金属膜を作製することができる。この結果、配線用の溝等が設けられた基板に対し成膜速度が速く、安価な原料を用いることができ、膜中に不純物が残留しない金属膜を密着性よくしかも埋め込み性よく作製できる金属膜作製方法とすることが可能になる。
【００９５】
本発明の金属膜作製方法は、基板と金属製の被エッチング部材との間におけるチャンバ内にハロゲンを含有する原料ガスを０から所定の流量まで漸増させて金属成分の粒子径を徐々に大きくするように供給する一方、原料ガスを間欠的に供給してエッチング粒子の相対的な増加を抑制するように供給し、チャンバの内部をプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させ原料ガスプラズマで被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる金属成分と原料ガスとの前駆体を生成し、基板側の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くすることで金属成分の粒子の径を漸増させながら前駆体の金属成分を基板に成膜させると共にエッチング粒子の相対的な増加を抑制するようにしたので、成膜開始直後は小さな粒子径の金属成分が成膜され、徐々に金属成分の粒子径が大きくなって所定の大きさにされると共に、エッチング粒子の相対的な増加が抑制され、高い密着性で成膜速度を向上させて金属膜を作製することができる。この結果、成膜速度が速く、安価な原料を用いることができ、膜中に不純物が残留しない金属膜を密着性よく作製できる金属膜作製方法とすることが可能になる。
【００９６】
上記目的を達成するための本発明の金属膜作製方法は、基板と金属製の被エッチング部材との間におけるチャンバ内にハロゲンを含有する原料ガスを原料ガスを所定の流量まで多段階に増加させて金属成分の粒子径を段階的に大きくする一方、それぞれの増加開始時に原料ガスを漸増させて金属成分の粒子径を徐々に大きくし、更に、原料ガスを間欠的に供給してエッチング粒子の相対的な増加を抑制するように供給し、チャンバの内部をプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させ原料ガスプラズマで被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる金属成分と原料ガスとの前駆体を生成し、基板側の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くすることで粒子の径を段階的に増加させると共に粒子の径を漸増させ、更に、エッチング粒子の相対的な増加を抑制しながら前駆体の金属成分を基板に成膜させるようにしたので、基板に溝等があっても成膜直後は内部に金属成分が成膜され、その後金属成分の粒子径が大きくなって所定の大きさにされると共に、成膜開始直後は小さな粒子径の金属成分が成膜され、徐々に金属成分の粒子径が大きくなって所定の大きさにされ、更に、エッチング粒子の相対的な増加が抑制され、高い埋め込み性と高い密着性でしかも成膜速度を向上させて金属膜を作製することができる。この結果、成膜速度が速く、安価な原料を用いることができ、膜中に不純物が残留しない金属膜を埋め込み性よくしかも密着性よく作製できる金属膜作製方法とすることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係る金属膜作製装置の概略側面図。
【図２】原料ガス及び希ガスの流量の経時変化を表すグラフ。
【図３】基板表面の断面図。
【図４】本発明の第２実施例に係る金属膜作製装置の概略構成図。
【図５】本発明の第３実施例に係る金属膜作製装置の概略構成図。
【図６】本発明の第４実施例に係る金属膜作製装置の概略構成図。
【図７】本発明の第５実施例に係る金属膜作製装置における原料ガスの流量の経時変化を表すグラフ。
【図８】基板表面の断面図。
【図９】本発明の第６実施例を説明するための原料ガスの流量の経時変化を表すグラフ。
【図１０】間欠状態で原料ガスを供給するときの経時変化を表すグラフ。
【図１１】間欠状態で原料ガスを供給するときの経時変化を表すグラフ。
【図１２】間欠状態で原料ガスを供給するときの経時変化を表すグラフ。
【符号の説明】
１ チャンバ
２ 支持台
３ 基板
４ ヒータ
５ 冷媒流通手段
６ 温度制御手段
７ 銅板部材
８ 真空装置
９，２７，３４ プラズマアンテナ
１０ 整合器
１１ 電源
１２ ノズル
１３，２３ 流量制御器
１４，３５ Cl2 ガスプラズマ
１５ 前駆体
１６ Cu薄膜
２１ 制御手段
２２ 希ガスノズル
２５，２９ 天井板
２６，３０ 被エッチング部材
３１ 開口部
３２ 通路
３３ 励起室
Claims (22)
- 基板が収容されるチャンバと、
基板に対向する位置におけるチャンバに設けられる金属製の被エッチング部材と、
ハロゲンを含有する原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、
原料ガスプラズマを発生させ被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる金属成分と原料ガスとの前駆体を生成するプラズマ発生手段と、
基板側の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くして前駆体の金属成分を基板に成膜させる温度制御手段と、
成膜時に原料ガスを０から所定の流量まで漸増させて金属成分の粒子径を徐々に大きくする制御手段と
を備えたことを特徴とする金属膜作製装置。 - 請求項１において、
制御手段には、原料ガスを連続的に漸増させる機能が備えられていることを特徴とする金属膜作製装置。 - 請求項２において、
成膜開始時に所定の流量の希ガスを供給して希ガスプラズマを発生させるための希ガス供給手段を備え、
制御手段には、原料ガスの量を漸増させる際に希ガスの量を原料ガスの漸増に応じて漸減させる機能が備えられていることを特徴とする金属膜作製装置。 - 請求項１乃至請求項３のいずれか一項において、
制御手段には、基板側の材料及び成膜される金属成分に応じて増加関数を変更する変更機能が備えられていることを特徴とする金属膜作製装置。 - 基板が収容されるチャンバと、
基板に対向する位置におけるチャンバに設けられる金属製の被エッチング部材と、
ハロゲンを含有する原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、
原料ガスプラズマを発生させ被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる金属成分と原料ガスとの前駆体を生成するプラズマ発生手段と、
基板側の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くして前駆体の金属成分を基板に成膜させる温度制御手段と、
成膜時に原料ガスを所定の流量まで多段階に増加させて金属成分の粒子径を段階的に大きくする制御手段と
を備えたことを特徴とする金属膜作製装置。 - 請求項５において、
成膜開始時に所定の流量の希ガスを供給して希ガスプラズマを発生させるための希ガス供給手段を備え、
制御手段には、原料ガスの量を多段に増加させる際に希ガスの量を原料ガスの増加に応じて多段に減少させる機能が備えられていることを特徴とする金属膜作製装置。 - 請求項５もしくは請求項６において、
チャンバに収容される基板には配線形成用の溝が設けられ、
制御手段には、溝の内部に金属成分の粒子が積層される状態の原料ガスの量を供給し、その後原料ガスの量を増加させる機能が備えられている
ことを特徴とする金属膜作製装置。 - 基板が収容されるチャンバと、
基板に対向する位置におけるチャンバに設けられる金属製の被エッチング部材と、
ハロゲンを含有する原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、
原料ガスプラズマを発生させ被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる金属成分と原料ガスとの前駆体を生成するプラズマ発生手段と、
基板側の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くして前駆体の金属成分を基板に成膜させる温度制御手段と、
成膜時に原料ガスを所定の流量まで多段階に増加させて金属成分の粒子径を段階的に大きくする一方、それぞれの増加開始時に原料ガスを漸増させて金属成分の粒子径を徐々に大きくする制御手段と
を備えたことを特徴とする金属膜作製装置。 - 基板が収容されるチャンバと、
基板に対向する位置におけるチャンバに設けられる金属製の被エッチング部材と、
ハロゲンを含有する原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、
原料ガスプラズマを発生させ被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる金属成分と原料ガスとの前駆体を生成するプラズマ発生手段と、
基板側の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くして前駆体の金属成分を基板に成膜させる温度制御手段と、
成膜時に原料ガスを所定の流量まで漸増させて金属成分の粒子径を徐々に大きくする一方、原料ガスを間欠的に供給してエッチング粒子の相対的な増加を抑制する制御手段と
を備えたことを特徴とする金属膜作製装置。 - 基板が収容されるチャンバと、
基板に対向する位置におけるチャンバに設けられる金属製の被エッチング部材と、
ハロゲンを含有する原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、
原料ガスプラズマを発生させ被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる金属成分と原料ガスとの前駆体を生成するプラズマ発生手段と、
基板側の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くして前駆体の金属成分を基板に成膜させる温度制御手段と、
成膜時に原料ガスを所定の流量まで多段階に増加させて金属成分の粒子径を段階的に大きくする一方、増加開始時に原料ガスを漸増させて金属成分の粒子径を徐々に大きくし、更に、原料ガスを間欠的に供給してエッチング粒子の相対的な増加を抑制する制御手段と
を備えたことを特徴とする金属膜作製装置。 - 請求項１乃至請求項１０のいずれか一項において、
ハロゲンを含有する原料ガスは、塩素を含有する原料ガスであることを特徴とする金属膜作製装置。 - 請求項１１において、
被エッチング部材を銅製とすることにより、前駆体としてCuxClyを生成することを特徴とする金属膜作製装置。 - 請求項１乃至請求項１１のいずれか一項において、
被エッチング部材は、ハロゲン化物形成金属であるタンタルもしくはタングステンもしくはチタンであることを特徴とする金属膜作製装置。 - 基板と金属製の被エッチング部材との間におけるチャンバ内にハロゲンを含有する原料ガスを０から所定の流量まで漸増させて金属成分の粒子径を徐々に大きくするように供給し、チャンバの内部をプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させ原料ガスプラズマで被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる金属成分と原料ガスとの前駆体を生成し、基板側の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くすることで金属成分の粒子の径を漸増させながら前駆体の金属成分を基板に成膜させることを特徴とする金属膜作製方法。
- 基板と金属製の被エッチング部材との間におけるチャンバ内にハロゲンを含有する原料ガスを所定の流量まで多段階に増加させて金属成分の粒子径を段階的に大きくするように供給し、チャンバの内部をプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させ原料ガスプラズマで被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる金属成分と原料ガスとの前駆体を生成し、基板側の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くすることで粒子の径を段階的に増加させて前駆体の金属成分を基板に成膜させることを特徴とする金属膜作製方法。
- 請求項１５において、
原料ガスを所定の流量まで多段階に増加させる際には、基板に設けられた配線形成用の溝の内部に金属成分の粒子が積層される状態の原料ガスの量を供給し、その後原料ガスの量を増加させるようにしたことを特徴とする金属膜作製方法。 - 基板と金属製の被エッチング部材との間におけるチャンバ内にハロゲンを含有する原料ガスを所定の流量まで多段階に増加させて金属成分の粒子径を段階的に大きくする一方、それぞれの増加開始時に原料ガスを漸増させて金属成分の粒子径を徐々に大きくするように供給し、
チャンバの内部をプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させ原料ガスプラズマで被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる金属成分と原料ガスとの前駆体を生成し、
基板側の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くすることで粒子の径を段階的に増加させると共に粒子の径を漸増させながら前駆体の金属成分を基板に成膜させる
ことを特徴とする金属膜作製方法。 - 基板と金属製の被エッチング部材との間におけるチャンバ内にハロゲンを含有する原料ガスを０から所定の流量まで漸増させて金属成分の粒子径を徐々に大きくするように供給する一方、原料ガスを間欠的に供給してエッチング粒子の相対的な増加を抑制するように供給し、
チャンバの内部をプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させ原料ガスプラズマで被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる金属成分と原料ガスとの前駆体を生成し、
基板側の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くすることで粒子の径を漸増させると共に粒子の径を漸増させながら前駆体の金属成分を基板に成膜させる
ことを特徴とする金属膜作製方法。 - 基板と金属製の被エッチング部材との間におけるチャンバ内にハロゲンを含有する原料ガスを原料ガスを所定の流量まで多段階に増加させて金属成分の粒子径を段階的に大きくする一方、それぞれの増加開始時に原料ガスを漸増させて金属成分の粒子径を徐々に大きくし、更に、原料ガスを間欠的に供給してエッチング粒子の相対的な増加を抑制するように供給し、
チャンバの内部をプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させ原料ガスプラズマで被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる金属成分と原料ガスとの前駆体を生成し、
基板側の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くすることで粒子の径を段階的に増加させると共に粒子の径を漸増させ、更に、エッチング粒子の相対的な増加を抑制しながら前駆体の金属成分を基板に成膜させる
ことを特徴とする金属膜作製方法。 - 請求項１４乃至請求項１９のいずれか一項において、
ハロゲンを含有する原料ガスは、塩素を含有する原料ガスであることを特徴とする金属膜作製方法。 - 請求項２０において、
被エッチング部材を銅製とすることにより、前駆体としてCuxClyを生成することを特徴とする金属膜作製方法。 - 請求項１４乃至請求項２０のいずれか一項において、
被エッチング部材は、ハロゲン化物形成金属であるタンタルもしくはタングステンもしくはチタンであることを特徴とする金属膜作製方法。
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