JP3649697B2 - バリアメタル膜作製装置及びバリアメタル膜作製方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板の表面に金属膜を成膜する際に基板に対する金属の拡散をなくして金属の密着性を保持するために基板の表面に成膜されるバリアメタル膜の作製装置及び作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気的な配線が施されている半導体では、スイッチングの速度や伝送損失の低減、高密度化等により、配線の材料として銅が用いられるようになってきている。銅の配線を施す場合、配線用の凹部を表面に有する基板に対し、気相成長法やメッキ等を用いて凹部を含む表面に銅を成膜することが行なわれている。
【０００３】
基板の表面に銅を成膜する際には、基板に対する銅の拡散をなくして銅の密着性を保持するために、基板の表面には予めバリアメタル膜（例えば、タンタル、チタン、シリコン等の窒化物）が作製されている。メッキ等を用いる場合には、バリアメタル膜上に物理的、あるいは化学的気相蒸着法により銅シールド層を形成し、電極としても適用される。バリアメタル膜は、スパッタ法等の物理的蒸着法により成膜されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
基板の表面に形成されている配線用の凹部は、小さくなる傾向にあり、バリアメタル膜も一層の薄膜化が要望されている。しかし、バリアメタル膜は、スパッタ法が用いられて作製されているので、方向性が均一ではないため小さな凹部では、内部が成膜される前に凹部の入口部が成膜されて埋め込み性が不十分になる問題があり、また、損傷が激しいものであった。
【０００５】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、埋め込み性に優れ極めて薄い状態で高速にバリアメタル膜を成膜することができるバリアメタル膜作製装置及びバリアメタル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バリアメタル膜作製装置は、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、基板と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供給する原料ガス供給手段と、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するプラズマ発生手段と、窒素を含有する窒素含有ガスをチャンバとは隔絶して励起する励起手段と、励起手段で励起された原料により前駆体との間で金属窒化物を生成する生成手段と、基板側の温度を生成手段側の温度よりも低くして金属窒化物を基板に成膜させる制御手段とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
また、上記目的を達成するための本発明のバリアメタル膜作製装置は、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、基板と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供給する原料ガス供給手段と、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するプラズマ発生手段と、窒素を含有する窒素含有ガスをチャンバとは隔絶して励起する励起手段と、励起手段で励起された原料により前駆体との間で金属窒化物を生成する生成手段と、基板側の温度を生成手段側の温度よりも低くして金属窒化物を基板に成膜させると共に金属窒化物を成膜させた後に窒素含有ガスを止めて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の金属窒化物の上に成膜させる制御手段とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
また、上記目的を達成するための本発明のバリアメタル膜作製装置は、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、基板と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供給する原料ガス供給手段と、基板と被エッチング部材との間におけるチャンバ内に窒素を含有する窒素含有ガスを供給する窒素含有ガス供給手段と、チャンバの内部をプラズマ化して原料ガス及び窒素含有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すると共に前駆体との間で金属窒化物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金属窒化物を基板に成膜させる制御手段とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
また、上記目的を達成するための本発明のバリアメタル膜作製装置は、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、基板と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供給する原料ガス供給手段と、基板と被エッチング部材との間におけるチャンバ内に窒素を含有する窒素含有ガスを供給する窒素含有ガス供給手段と、チャンバの内部をプラズマ化して原料ガス及び窒素含有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すると共に前駆体との間で金属窒化物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金属窒化物を基板に成膜させた後に窒素含有ガスを止めて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の金属窒化物の上に成膜させる制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
そして、プラズマ発生手段は、チャンバの周囲に配されるコイル状巻線アンテナを含むことを特徴とする。また、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、窒素を含有する窒素含有ガスは、アンモニアを含むガスであ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、チタンもしくはシリコンであることを特徴とする。
【００１１】
上記目的を達成するための本発明のバリアメタル膜作製方法は、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すると共に、基板が収容されるチャンバとは隔絶して窒素を含有する窒素含有ガスを励起し、励起された原料により前駆体との間で金属窒化物を生成し、基板側の温度を生成手段側の温度よりも低くして金属窒化物を基板に成膜させることを特徴とする。
【００１２】
また、上記目的を達成するための本発明のバリアメタル膜作製方法は、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すると共に、基板が収容されるチャンバとは隔絶して窒素を含有する窒素含有ガスを励起し、励起された原料により前駆体との間で金属窒化物を生成し、基板側の温度を生成手段側の温度よりも低くして金属窒化物を基板に成膜させ、金属窒化物を成膜させた後に窒素含有ガスを止めて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の金属窒化物の上に成膜させることを特徴とする。
【００１３】
また、上記目的を達成するための本発明のバリアメタル膜作製方法は、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及び窒素を含有する窒素含有ガスを供給し、チャンバの内部をプラズマ化して原料ガス及び窒素含有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すると共に前駆体との間で金属窒化物を生成し、基板側の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くして金属窒化物を基板に成膜させることを特徴とする。
【００１４】
また、上記目的を達成するための本発明のバリアメタル膜作製方法は、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及び窒素を含有する窒素含有ガスを供給し、チャンバの内部をプラズマ化して原料ガス及び窒素含有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すると共に前駆体との間で金属窒化物を生成し、基板側の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くして金属窒化物を基板に成膜させ、金属窒化物を成膜させた後に窒素含有ガスを止めて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の金属窒化物の上に成膜させることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１、図２に基づいて本発明のバリアメタル膜作製装置及びバリアメタル膜作製方法の第１実施形態例を説明する。図１には本発明の第１実施形態例に係るバリアメタル膜作製装置の概略側面、図２にはバリアメタル膜が作製された基板の詳細を示してある。
【００１６】
図に示すように、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。
【００１７】
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金属部材７（例えば、W,Ti,Ta,TiSi等）によって塞がれている。金属部材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。チャンバ１の筒部の周囲にはプラズマ発生手段のコイル状巻線アンテナとして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。
【００１８】
金属部材７の下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は水平に向けて開口し、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。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。
【００１９】
一方、チャンバ１の筒部の下方の周囲の複数箇所（例えば、４箇所）には、スリット状の開口部１４が形成され、開口部１４には筒状の通路１５の一端がそれぞれ固定されている。通路１５の途中部には絶縁体製の筒状の励起室１６が設けられ、励起室１６の周囲にはコイル状のプラズマアンテナ１７が設けられ、プラズマアンテナ１７は整合器１８及び電源１９に接続されて給電が行われる。プラズマアンテナ１７、整合器１８及び電源１９により励起手段が構成されている。通路１５の他端側には流量制御器２０が接続され、流量制御器２０を介して通路１５内に窒素含有ガスとしてのアンモニアガス（NH3 ガス）が供給される。
【００２０】
上述したバリアメタル膜作製装置では、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）２１が発生する。Cl2 ガスプラズマ２１により、金属部材７にエッチング反応が生じ、前駆体（MxCly:M はW,Ti,Ta,TiSi等の金属）２２が生成される。
【００２１】
また、流量制御器２０を介して通路１５内にNH3 ガスを供給して励起室１６にNH3 ガスを送り込む。プラズマアンテナ１７から電磁波を励起室１６の内部に入射することで、NH3 ガスがイオン化されてNH3 ガスプラズマ２３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１６の圧力とに所定の差圧が設定されているため、励起室１６のNH3 ガスプラズマ２３の励起アンモニアが開口部１４からチャンバ１内の前駆体（MxCly ）２２に送られる。
【００２２】
つまり、窒素を含有する窒素含有ガスをチャンバ１と隔絶した励起室１６で励起する励起手段が構成されている。これにより、前駆体（MxCly ）２２の金属成分とアンモニアが反応して金属窒化物（MN）が生成される（生成手段）。このとき、金属部材７及び励起室１６はプラズマにより基板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。
【００２３】
チャンバ１の内部で生成された金属窒化物（MN）は低い温度に制御された基板３に運ばれて、基板３の表面にMN薄膜２４が生成される。MN薄膜２４が生成された後、NH3 ガス及び電源１９への給電を止めることで、前駆体（MxCly ）２２が金属部材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（MxCly ）２２は還元反応により金属（Ｍ）イオンのみとされて基板３に当てられ、基板３のMN薄膜２４の上にＭ薄膜２５が生成される。MN薄膜２４及びＭ薄膜２５によりバリアメタル膜２６が形成される（図２参照）。
【００２４】
MN薄膜２４が生成されるときの反応は、次式で表すことができる。
２ＭＣｌ＋２ＮＨ3 →２ＭＮ↓＋ＨＣｌ↑＋２Ｈ2 ↑
また、Ｍ薄膜２５が生成されるときの反応は次式で表すことができる。
２ＭＣｌ→２Ｍ↓＋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２７から排気される。
【００２５】
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。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、金属部材７の材質は、Ag,Au,Pt,Si 等産業上適用可能な金属を用いることが可能である。
【００２６】
バリアメタル膜２６が形成された基板３は、成膜装置でバリアメタル膜２６の上に銅（Cu）薄膜やアルミニウム（Al) 薄膜等が成膜される。バリアメタル膜２６が存在することにより、例えば、MN薄膜２４によりCuの基板３への拡散がなくなり、Ｍ薄膜２５によりCuの密着性が確保される。
【００２７】
尚、成膜される材料が密着性に問題がない材料（例えばAl）の場合や、窒化物が密着性を保つことができる金属の場合等によっては、バリアメタル膜２６としてＭ薄膜２５を省略することも可能である。また、温度差によって還元反応を生じさせるようにしているが、別途還元ガスプラズマを発生させて還元反応を生じさせるようにすることも可能である。
【００２８】
上記構成のバリアメタル膜作製装置では、プラズマにより金属を生じさせてバリアメタル膜２６を作製しているので、均一にしかも薄膜状にバリアメタル膜２６を成膜することが可能になる。このため、基板３に設けられる、例えば、数百ｎｍ幅程度の小さな凹部に対しても内部にまで精度よく成膜され、埋め込み性に優れ、極めて薄い状態で高速にバリアメタル膜２６を成膜することが可能になる。
【００２９】
図３乃至図５に基づいて本発明の第２実施形態例に係るバリアメタル膜作製装置及びバリアメタル膜作製方法を説明する。図３には本発明の第２実施形態例に係るバリアメタル膜作製装置の概略側面、図４には図３中のIV-IV 線矢視、図５には図４中のV-V 線矢視を示してある。尚、図１に示した部材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。
【００３０】
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３０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３０との間には金属製（例えば、W,Ti,Ta,TiSi等）の被エッチング部材３１が挟持されている。被エッチング部材３１は、チャンバ１の上面の開口部に挟持されるリング部３２が備えられ、リング部３２の内周側にはチャンバ１の径方向中心部近傍まで延び同一幅となっている突起部３３が円周方向に複数（図示例では１２個）設けられている。
【００３１】
突起部３３は、リング部３２に対して一体、もしくは、取り外し自在に取り付けられている。天井板３０とチャンバ１の内部との間には突起部３３の間で形成される切欠部３５（空間）が存在した状態になっている。リング部３２はアースされており、複数の突起部３３は電気的につながれて同電位に維持されている。被エッチング部材３１にはヒータ等の温度制御手段（図示省略）が設けられ、例えば、２００℃乃至４００℃程度に温度制御される。
【００３２】
尚、突起部３３の間に突起部３３よりも径方向に短い第２突起部を配置することも可能であり、更に、突起部３３と第２突起部との間に短い突起部を配置することも可能である。このようにすると、誘導電流を抑制しつつエッチング対象となる銅の面積を確保することができる。
【００３３】
天井板３０の上方にはチャンバ１の内部をプラズマ化するための平面巻線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は天井板３０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３４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３１は、リング部３２の内周側に突起部３３が円周方向に複数設けられ、突起部３３の間で形成される切欠部３５（空間）が存在しているので、プラズマアンテナ３４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３０との間に突起部３３が配置された状態になっている。
【００３４】
上述したバリアメタル膜作製装置では、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３４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）２１が発生する。プラズマアンテナ３４の下部には導電体である被エッチング部材３１が存在しているが、以下の作用により被エッチング部材３１と基板３との間、即ち、被エッチング部材３１の下側にCl2 ガスプラズマ２１が安定して発生するようになっている。
【００３５】
被エッチング部材３１の下側にCl2 ガスプラズマ２１が発生する作用について説明する。図５に示すように、平面リング状のプラズマアンテナ３４の電気の流れＡは突起部３３を横切る方向となり、このとき、突起部３３のプラズマアンテナ３４との対向面には誘導電流ｂが発生する。被エッチング部材３１には切欠部３５（空間）が存在している状態になっているので、誘導電流ｂはそれぞれの突起部３３の下面に流れてプラズマアンテナ３４の電気の流れＡと同一方向の流れａとなる（ファラデーシールド）。
【００３６】
このため、基板３側から被エッチング部材３１を見た場合、プラズマアンテナ３４の電気の流れＡを打ち消す方向の流れが存在しない状態になり、しかも、リング部３２がアースされて突起部３３が同電位に維持されている。これにより、導電体である被エッチング部材３１が存在していても、プラズマアンテナ３４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３１の下側にCl2 ガスプラズマ２１が安定して発生するようになっている。
【００３７】
そして、支持台２の上部には通路１５、励起室１６、プラズマアンテナ１７等で構成されるプラズマ発生手段が備えられている。
【００３８】
Cl2 ガスプラズマ２１により、金属部材７にエッチング反応が生じ、前駆体（MxCly:M はW,Ti,Ta,TiSi等の金属）２２が生成される。励起室１６でNH3 ガスがイオン化されてNH3 ガスプラズマ２３が発生する。励起室１６のNH3 ガスプラズマ２３の励起アンモニアが開口部１４からチャンバ１内の前駆体（MxCly ）２２に送られる。これにより、前駆体（MxCly ）２２の金属成分とアンモニアが反応して金属窒化物（MN）が生成される（生成手段）。このとき、金属部材７及び励起室１６はプラズマにより基板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。
【００３９】
チャンバ１の内部で生成された金属窒化物（MN）は低い温度に制御された基板３に運ばれて、基板３の表面にMN薄膜２４が生成される。MN薄膜２４が生成された後、NH3 ガス及び電源１９への給電を止めることで、前駆体（MxCly ）２２が金属部材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（MxCly ）２２は還元反応により金属（Ｍ）イオンのみとされて基板３に当てられ、基板３のMN薄膜２４の上にＭ薄膜２５が生成される。MN薄膜２４及びＭ薄膜２５によりバリアメタル膜２６が形成される（図２参照）。反応に関与しないガス及びエッチング生成物は排気口２７から排気される。
【００４０】
上記構成のバリアメタル膜作製装置では、第１実施形態例と同様に、プラズマにより金属を生じさせてバリアメタル膜２６を作製しているので、均一にしかも薄膜状にバリアメタル膜２６を成膜することが可能になる。このため、基板３に設けられる、例えば、数百ｎｍ幅程度の小さな凹部に対しても内部にまで精度よく成膜され、埋め込み性に優れ、極めて薄い状態で高速にバリアメタル膜２６を成膜することが可能になる。
【００４１】
また、被エッチング部材３１は、リング部３２の内周側に突起部３３が円周方向に複数設けられ、突起部３３の間で形成される切欠部３５（空間）が存在しているので、被エッチング部材３１に生じる誘導電流は基板３側からみてプラズマアンテナ３４の電気の流れと同一方向の流れとなる。これにより、導電体である被エッチング部材３１がプラズマアンテナ３４の下に存在していても、プラズマアンテナ３４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３１の下側にCl2 ガスプラズマ２１を安定して発生させることが可能となる。
【００４２】
図６に基づいて本発明の第３実施形態例に係るバリアメタル膜作製装置及びバリアメタル膜作製方法を説明する。図６には本発明の第３実施形態例に係るバリアメタル膜作製装置の概略側面を示してある。尚、図１及び図３に示した部材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。
【００４３】
チャンバ１の上部の開口部は、例えば、セラミックス製（絶縁材料製）の天井板３０によって塞がれている。天井板３０の下面には金属製（例えば、W,Ti,Ta,TiSi等）の被エッチング部材４１が設けられ、被エッチング部材４１は四角錐形状となっている。チャンバ１の筒部の上部の周囲の複数箇所（例えば、４箇所）には、スリット状の第２開口部４２が形成され、第２開口部４２には筒状の第２通路４３の一端がそれぞれ固定されている。
【００４４】
第２通路４３の途中部には絶縁体製の筒状の第２励起室４４が設けられ、第２励起室４４の周囲にはコイル状の第２プラズマアンテナ４５が設けられ、第２プラズマアンテナ４５には整合器４８及び電源４９に接続されて給電が行われる。第２プラズマアンテナ４５、整合器４８及び電源４９によりプラズマ発生手段が構成されている。
【００４５】
第２通路４３の他端側には流量制御器４６が接続され、流量制御器４６を介して通路４３内に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）が供給される。第２プラズマアンテナ４５から電磁波を第２励起室４４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）４７が発生する。Cl2 ガスプラズマ４７の発生により励起塩素が第２開口部４２からチャンバ１内に送られ、被エッチング部材４１が励起塩素によりエッチングされる。
【００４６】
上述したバリアメタル膜作製装置では、流量制御器４６を介して第２通路４３内に原料ガスを供給して第２励起室４４に原料ガスを送り込む。第２プラズマアンテナ４５から電磁波を第２励起室４４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）４７が発生する。真空装置８によりチャンバ１内の圧力と第２励起室４４の圧力とに所定の差圧が設定されているため、第２励起室４４のCl2 ガスプラズマ４７の励起塩素が開口部４２からチャンバ１内の被エッチング部材４１に送られる。励起塩素により被エッチング部材４１にエッチング反応が生じ、チャンバ１の内部で（MxCly ）２２が生成される。このとき、被エッチング部材４１は天井板３０に設けられたヒータ５０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。
【００４７】
励起室１６でNH3 ガスがイオン化されてNH3 ガスプラズマ２３が発生する。励起室１６のNH3 ガスプラズマ２３の励起アンモニアが開口部１４からチャンバ１内の前駆体（MxCly ）２２に送られる。これにより、前駆体（MxCly ）２２の金属成分とアンモニアが反応して金属窒化物（MN）が生成される。このとき、励起室１６はプラズマにより基板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。
【００４８】
チャンバ１の内部で生成された金属窒化物（MN）は低い温度に制御された基板３に運ばれて、基板３の表面にMN薄膜２４が生成される。MN薄膜２４が生成された後、NH3 ガス及び電源１９への給電を止めることで、前駆体（MxCly ）２２が被エッチング部材４１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（MxCly ）２２は還元反応により金属（Ｍ）イオンのみとされて基板３に当てられ、基板３のMN薄膜２４の上にＭ薄膜２５が生成される。MN薄膜２４及びＭ薄膜２５によりバリアメタル膜２６が形成される（図２参照）。反応に関与しないガス及びエッチング生成物は排気口２７から排気される。
【００４９】
上記構成のバリアメタル膜作製装置では、第１実施形態例及び第２実施形態例と同様に、プラズマにより金属を生じさせてバリアメタル膜２６を作製しているので、均一にしかも薄膜状にバリアメタル膜２６を成膜することが可能になる。このため、基板３に設けられる、例えば、数百ｎｍ幅程度の小さな凹部に対しても内部にまで精度よく成膜され、埋め込み性に優れ、極めて薄い状態で高速にバリアメタル膜２６を成膜することが可能になる。
【００５０】
また、チャンバ１と隔絶した第２励起室４４でCl2 ガスプラズマ４７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。
【００５１】
尚、第２励起室４４でCl2 ガスプラズマ４７を発生させる手段、即ち、原料ガスを励起して励起原料とする手段としては、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り、金属フィラメントを高温に加熱して前駆体を生成することも可能である。また、Cl2 ガスプラズマ４７を基板３と隔絶する構成は、通路４３に第２励起室４４を設ける構成の他に、例えば、チャンバ１を隔絶する等、他の構成とすることも可能である。
【００５２】
図７に基づいて本発明の第４実施形態例に係るバリアメタル膜作製装置及びバリアメタル膜作製方法を説明する。図７には本発明の第４実施形態例に係るバリアメタル膜作製装置の概略側面を示してある。尚、図１に示した部材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。
【００５３】
図１に示した第１実施形態例のバリアメタル膜作製装置に対し、、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、金属部材７に整合器１０及び電源１１が接続されて金属部材７に給電が行われる。
【００５４】
上述したバリアメタル膜作製装置では、チャンバ１の内部にノズル１２から原料ガスを供給し、金属部材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、金属部材７にエッチング反応が生じ、前駆体（MxCly ）２２が生成される。このとき、金属部材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。
【００５５】
励起室１６でNH3 ガスがイオン化されてNH3 ガスプラズマ２３が発生する。励起室１６のNH3 ガスプラズマ２３の励起アンモニアが開口部１４からチャンバ１内の前駆体（MxCly ）２２に送られる。これにより、前駆体（MxCly ）２２の金属成分とアンモニアが反応して金属窒化物（MN）が生成される。このとき、励起室１６はプラズマにより基板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。
【００５６】
チャンバ１の内部で生成された金属窒化物（MN）は低い温度に制御された基板３に運ばれて、基板３の表面にMN薄膜２４が生成される。MN薄膜２４が生成された後、NH3 ガス及び電源１９への給電を止めることで、前駆体（MxCly ）２２が被エッチング部材４１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（MxCly ）２２は還元反応により金属（Ｍ）イオンのみとされて基板３に当てられ、基板３のMN薄膜２４の上にＭ薄膜２５が生成される。MN薄膜２４及びＭ薄膜２５によりバリアメタル膜２６が形成される（図２参照）。反応に関与しないガス及びエッチング生成物は排気口２７から排気される。
【００５７】
上記構成のバリアメタル膜作製装置では、第１実施形態例乃至第３実施形態例と同様に、プラズマにより金属を生じさせてバリアメタル膜２６を作製しているので、均一にしかも薄膜状にバリアメタル膜２６を成膜することが可能になる。このため、基板３に設けられる、例えば、数百ｎｍ幅程度の小さな凹部に対しても内部にまで精度よく成膜され、埋め込み性に優れ、極めて薄い状態で高速にバリアメタル膜２６を成膜することが可能になる。
【００５８】
また、金属部材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。
【００５９】
図８に基づいて本発明のバリアメタル膜作製装置及びバリアメタル膜作製方法の第５実施形態例を説明する。図８には本発明の第５実施形態例に係るバリアメタル膜作製装置の概略側面を示してある。尚、図１に示した第１実施形態例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。
【００６０】
図８に示したバリアメタル膜作製装置は、図１に示した第１実施形態例に対して、開口部１４、通路１５、励起室１６、プラズマアンテナ１７、整合器１８、電源１９及び流量制御器２０をなくした構成となっている。そして、チャンバ１の筒部には、チャンバ１の内部に原料ガス（Cl2 ガス）と窒素含有ガスである窒素ガス（N2ガス）の混合ガスを供給するノズル１２が接続されている。Cl2 ガスとN2ガスは混合ガス流量制御器８１で混合され、ノズル１２には混合ガス流量制御器８１を介してCl2 ガスとN2ガスの混合ガスが供給される。その他の構成は第１実施形態例と同一である。
【００６１】
上述したバリアメタル膜作製装置では、チャンバ１の内部にノズル１２からCl2 ガスとN2ガスの混合ガスを供給し、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 ガス及びN2ガスがイオン化されてCl2 ガス及びN2ガスプラズマ８２が発生する。Cl2 ガス及びN2ガスプラズマ８２により、金属部材７にエッチング反応が生じ、前駆体（MxCly:M はW,Ti,Ta,TiSi等の金属）２２が生成されると共に前駆体２２とN2が反応して金属窒化物が（MN）が生成される。このとき、金属部材７はプラズマ（もしくは図示しない温度制御手段）により基板３の温度よりも高い所定温度（例えば、２００℃乃至４００℃）に維持されている。
【００６２】
チャンバ１の内部で生成された金属窒化物（MN）は低い温度に制御された基板３に運ばれて、基板３の表面にMN薄膜２４が生成される。MN薄膜２４が生成された後、混合ガス流量制御器８１へのN2ガスの供給を止めることで、前駆体（MxCly ）２２が金属部材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（MxCly ）２２は還元反応により金属（Ｍ）イオンのみとされて基板３に当てられ、基板３のMN薄膜２４の上にＭ薄膜２５が生成される。MN薄膜２４及びＭ薄膜２５によりバリアメタル膜２６が形成される（図２参照）。
【００６３】
バリアメタル膜２６が形成された基板３は、成膜装置でバリアメタル膜２６の上に銅（Cu）薄膜やアルミニウム（Al) 薄膜等が成膜される。バリアメタル膜２６が存在することにより、例えば、MN薄膜２４によりCuの基板３への拡散がなくなり、Ｍ薄膜２５によりCuの密着性が確保される。
【００６４】
尚、成膜される材料が密着性に問題がない材料（例えばAl）の場合や、窒化物が密着性を保つことができる金属の場合等によっては、バリアメタル膜２６としてＭ薄膜２５を省略することも可能である。
【００６５】
上記構成のバリアメタル膜作製装置では、第１実施形態例と同一の効果が得られることに加え、ガスの供給系統が簡素化されると共に、プラズマ源を減少させることができるため、製品コストの低減が図れる。
【００６６】
図９に基づいて本発明のバリアメタル膜作製装置及びバリアメタル膜作製方法の第６実施形態例を説明する。図９には本発明の第６実施形態例に係るバリアメタル膜作製装置の概略側面を示してある。尚、図３乃至図５及び図８に示した第２実施形態例及び第５実施形態例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。
【００６７】
図９に示したバリアメタル膜作製装置は、図３に示した第２実施形態例に対して、開口部１４、通路１５、励起室１６、プラズマアンテナ１７、整合器１８、電源１９及び流量制御器２０をなくした構成となっている。そして、第５実施形態例と同様に、チャンバ１の筒部には、チャンバ１の内部に原料ガス（Cl2 ガス）と窒素含有ガスである窒素ガス（N2ガス）の混合ガスを供給するノズル１２が接続されている。Cl2 ガスとN2ガスは混合ガス流量制御器８１で混合され、ノズル１２には混合ガス流量制御器８１を介してCl2 ガスとN2ガスの混合ガスが供給される。その他の構成は第２実施形態例と同一である。
【００６８】
上述したバリアメタル膜作製装置では、チャンバ１の内部にノズル１２からCl2 ガスとN2ガスの混合ガスを供給し、プラズマアンテナ３４から電磁波をチャンバ１の内部に入射することで、Cl2 ガス及びN2ガスがイオン化されてCl2 ガス及びN2ガスプラズマ８２が発生する。プラズマアンテナ３４の下部には導電体である被エッチング部材３１が存在しているが、前述したように、被エッチング部材３１と基板３との間、即ち、被エッチング部材３１の下側にCl2 ガス及びN2ガスプラズマ８２が安定して発生するようになっている。
【００６９】
Cl2 ガス及びN2ガスプラズマ８２により、金属部材７にエッチング反応が生じ、前駆体（MxCly:M はW,Ti,Ta,TiSi等の金属）２２が生成されると共に前駆体２２とN2が反応して金属窒化物が（MN）が生成される。このとき、金属部材７はプラズマ（もしくは図示しない温度制御手段）により基板３の温度よりも高い所定温度（例えば、２００℃乃至４００℃）に維持されている。
【００７０】
チャンバ１の内部で生成された金属窒化物（MN）は低い温度に制御された基板３に運ばれて、基板３の表面にMN薄膜２４が生成される。MN薄膜２４が生成された後、混合ガス流量制御器８１へのN2ガスの供給を止めることで、前駆体（MxCly ）２２が金属部材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（MxCly ）２２は還元反応により金属（Ｍ）イオンのみとされて基板３に当てられ、基板３のMN薄膜２４の上にＭ薄膜２５が生成される。MN薄膜２４及びＭ薄膜２５によりバリアメタル膜２６が形成される（図２参照）。
【００７１】
バリアメタル膜２６が形成された基板３は、成膜装置でバリアメタル膜２６の上に銅（Cu）薄膜やアルミニウム（Al) 薄膜等が成膜される。バリアメタル膜２６が存在することにより、例えば、MN薄膜２４によりCuの基板３への拡散がなくなり、Ｍ薄膜２５によりCuの密着性が確保される。
【００７２】
尚、成膜される材料が密着性に問題がない材料（例えばAl）の場合や、窒化物が密着性を保つことができる金属の場合等によっては、バリアメタル膜２６としてＭ薄膜２５を省略することも可能である。
【００７３】
上記構成のバリアメタル膜作製装置では、第２実施形態例と同一の効果が得られることに加え、ガスの供給系統が簡素化されると共に、プラズマ源を減少させることができるため、製品コストの低減が図れる。
【００７４】
図１０に基づいて本発明のバリアメタル膜作製装置及びバリアメタル膜作製方法の第７実施形態例を説明する。図１０には本発明の第７実施形態例に係るバリアメタル膜作製装置の概略側面を示してある。尚、図６及び図８に示した第３実施形態例及び第５実施形態例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。
【００７５】
図１０に示したバリアメタル膜作製装置は、図６に示した第３実施形態例に対して、開口部１４、通路１５、励起室１６、プラズマアンテナ１７、整合器１８、電源１９及び流量制御器２０をなくした構成となっている。そして、第２励起室４４には原料ガス（Cl2 ガス）と窒素含有ガスである窒素ガス（N2ガス）の混合ガスが混合ガス流量制御器８１から供給される。その他の構成は第３実施形態例と同一である。
【００７６】
上述したバリアメタル膜作製装置では、混合ガス流量制御器８１を介して第２通路４３内にCl2 ガスとN2ガスの混合ガスを供給して第２励起室４４にCl2 ガスとN2ガスの混合ガスを送り込む。第２プラズマアンテナ４５から電磁波を第２励起室４４の内部に入射することで、Cl2 ガス及びN2ガスがイオン化されてCl2 ガス及びN2ガスプラズマ８２が発生する。真空装置８によりチャンバ１内の圧力と第２励起室４４の圧力とに所定の差圧が設定されているため、第２励起室４４のCl2 ガス及びN2ガスプラズマ８２の励起塩素及び励起窒素が開口部４２からチャンバ１内の被エッチング部材４１に送られる。励起塩素により被エッチング部材４１にエッチング反応が生じ、チャンバ１の内部で（MxCly ）２２が生成されると共に前駆体２２と励起窒素が反応して金属窒化物が（MN）が生成される。このとき、被エッチング部材４１は天井板３０に設けられたヒータ５０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。
【００７７】
チャンバ１の内部で生成された金属窒化物（MN）は低い温度に制御された基板３に運ばれて、基板３の表面にMN薄膜２４が生成される。MN薄膜２４が生成された後、混合ガス流量制御器８１へのN2ガスの供給を止めることで、前駆体（MxCly ）２２が被エッチング部材４１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（MxCly ）２２は還元反応により金属（Ｍ）イオンのみとされて基板３に当てられ、基板３のMN薄膜２４の上にＭ薄膜２５が生成される。MN薄膜２４及びＭ薄膜２５によりバリアメタル膜２６が形成される（図２参照）。
【００７８】
バリアメタル膜２６が形成された基板３は、成膜装置でバリアメタル膜２６の上に銅（Cu）薄膜やアルミニウム（Al) 薄膜等が成膜される。バリアメタル膜２６が存在することにより、例えば、MN薄膜２４によりCuの基板３への拡散がなくなり、Ｍ薄膜２５によりCuの密着性が確保される。
【００７９】
尚、成膜される材料が密着性に問題がない材料（例えばAl）の場合や、窒化物が密着性を保つことができる金属の場合等によっては、バリアメタル膜２６としてＭ薄膜２５を省略することも可能である。
【００８０】
上記構成のバリアメタル膜作製装置では、第３実施形態例と同一の効果が得られることに加え、ガスの供給系統が簡素化されると共に、プラズマ源を減少させることができるため、製品コストの低減が図れる。
【００８１】
図１１に基づいて本発明のバリアメタル膜作製装置及びバリアメタル膜作製方法の第８実施形態例を説明する。図１１には本発明の第８実施形態例に係るバリアメタル膜作製装置の概略側面を示してある。尚、図７及び図８に示した第４実施形態例及び第５実施形態例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。
【００８２】
図１１に示したバリアメタル膜作製装置は、図７に示した第４実施形態例に対して、開口部１４、通路１５、励起室１６、プラズマアンテナ１７、整合器１８、電源１９及び流量制御器２０をなくした構成となっている。そして、チャンバ１の筒部には、チャンバ１の内部に原料ガス（Cl2 ガス）と窒素含有ガスである窒素ガス（N2ガス）の混合ガスを供給するノズル１２が接続されている。Cl2 ガスとN2ガスは混合ガス流量制御器８１で混合され、ノズル１２には混合ガス流量制御器８１を介してCl2 ガスとN2ガスの混合ガスが供給される。その他の構成は第４実施形態例と同一である。
【００８３】
上述したバリアメタル膜作製装置では、チャンバ１の内部にノズル１２からCl2 ガスとN2ガスの混合ガスを供給し、金属部材７から電磁波をチャンバ１の内部に入射することで、Cl2 ガス及びN2ガスがイオン化されてCl2 ガス及びN2ガスプラズマ８２が発生する。Cl2 ガス及びN2ガスプラズマ８２により、金属部材７にエッチング反応が生じ、前駆体（MxCly:M はW,Ti,Ta,TiSi等の金属）２２が生成されると共に前駆体２２とN2が反応して金属窒化物が（MN）が生成される。このとき、金属部材７はプラズマ（もしくは図示しない温度制御手段）により基板３の温度よりも高い所定温度（例えば、２００℃乃至４００℃）に維持されている。
【００８４】
チャンバ１の内部で生成された金属窒化物（MN）は低い温度に制御された基板３に運ばれて、基板３の表面にMN薄膜２４が生成される。MN薄膜２４が生成された後、混合ガス流量制御器８１へのN2ガスの供給を止めることで、前駆体（MxCly ）２２が金属部材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（MxCly ）２２は還元反応により金属（Ｍ）イオンのみとされて基板３に当てられ、基板３のMN薄膜２４の上にＭ薄膜２５が生成される。MN薄膜２４及びＭ薄膜２５によりバリアメタル膜２６が形成される（図２参照）。
【００８５】
バリアメタル膜２６が形成された基板３は、成膜装置でバリアメタル膜２６の上に銅（Cu）薄膜やアルミニウム（Al) 薄膜等が成膜される。バリアメタル膜２６が存在することにより、例えば、MN薄膜２４によりCuの基板３への拡散がなくなり、Ｍ薄膜２５によりCuの密着性が確保される。
【００８６】
尚、成膜される材料が密着性に問題がない材料（例えばAl）の場合や、窒化物が密着性を保つことができる金属の場合等によっては、バリアメタル膜２６としてＭ薄膜２５を省略することも可能である。
【００８７】
上記構成のバリアメタル膜作製装置では、第４実施形態例と同一の効果が得られることに加え、ガスの供給系統が簡素化されると共に、プラズマ源を減少させることができるため、製品コストの低減が図れる。
【００８８】
尚、上述した第５実施形態例乃至第８実施形態例では、N2ガスを混合ガス流量制御器８１でCl2 ガスと混合してチャンバ１内に供給するようにしたが、N2ガスとCl2 ガスとをそれぞれ個別のノズルから供給することも可能である。また、窒素含有ガスとしては、アンモニアを適用することも可能である。
【００８９】
【発明の効果】
本発明のバリアメタル膜作製装置は、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、基板と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供給する原料ガス供給手段と、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するプラズマ発生手段と、窒素を含有する窒素含有ガスをチャンバとは隔絶して励起する励起手段と、励起手段で励起された窒素により前駆体との間で金属窒化物を生成する生成手段と、基板側の温度を生成手段側の温度よりも低くして金属窒化物を基板に成膜させる制御手段とを備えたので、プラズマにより金属を生じさせて金属窒化物の膜からなる拡散性を抑制したバリアメタル膜を作製することができ、均一にしかも薄膜状にバリアメタル膜を成膜することが可能になる。この結果、基板に設けられる、例えば、数百ｎｍ幅程度の小さな凹部に対しても内部にまで精度よく成膜され、埋め込み性に優れ、極めて薄い状態で高速にバリアメタル膜を成膜することが可能になる。
【００９０】
また、本発明のバリアメタル膜作製装置は、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、基板と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供給する原料ガス供給手段と、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するプラズマ発生手段と、窒素を含有する窒素含有ガスをチャンバとは隔絶して励起する励起手段と、励起手段で励起された窒素により前駆体との間で金属窒化物を生成する生成手段と、基板側の温度を生成手段側の温度よりも低くして金属窒化物を基板に成膜させると共に金属窒化物を成膜させた後に窒素含有ガスを止めて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の金属窒化物の上に成膜させる制御手段とを備えたので、プラズマにより金属を生じさせて金属窒化物の膜及び金属膜からなる拡散性を抑制し密着性を向上させたバリアメタル膜を作製することができ、均一にしかも薄膜状にバリアメタル膜を成膜することが可能になる。この結果、基板に設けられる、例えば、数百ｎｍ幅程度の小さな凹部に対しても内部にまで精度よく成膜され、埋め込み性に優れ、極めて薄い状態で高速にバリアメタル膜を成膜することが可能になる。
【００９１】
また、本発明のバリアメタル膜作製装置は、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、基板と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供給する原料ガス供給手段と、基板と被エッチング部材との間におけるチャンバ内に窒素を含有する窒素含有ガスを供給する窒素含有ガス供給手段と、チャンバの内部をプラズマ化して原料ガス及び窒素含有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すると共に前駆体との間で金属窒化物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金属窒化物を基板に成膜させる制御手段とを備えたので、プラズマにより金属を生じさせて金属窒化物の膜及び金属膜からなる拡散性を抑制したバリアメタル膜を作製することができ、均一にしかも薄膜状にバリアメタル膜を成膜することが可能になると共に、ガスの供給系統が簡素化されると共に、プラズマ源を減少させることができるため、製品コストの低減が図れる。この結果、基板に設けられる、例えば、数百ｎｍ幅程度の小さな凹部に対しても内部にまで精度よく成膜され、埋め込み性に優れ、極めて薄い状態で高速にバリアメタル膜を低コストで成膜することが可能になる。
【００９２】
また、本発明のバリアメタル膜作製装置は、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、基板と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供給する原料ガス供給手段と、基板と被エッチング部材との間におけるチャンバ内に窒素を含有する窒素含有ガスを供給する窒素含有ガス供給手段と、チャンバの内部をプラズマ化して原料ガス及び窒素含有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すると共に前駆体との間で金属窒化物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金属窒化物を基板に成膜させた後に窒素含有ガスを止めて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の金属窒化物の上に成膜させる制御手段とを備えたので、プラズマにより金属を生じさせて金属窒化物の膜及び金属膜からなる拡散性を抑制し密着性を向上させたバリアメタル膜を作製することができ、均一にしかも薄膜状にバリアメタル膜を成膜することが可能になると共に、ガスの供給系統が簡素化されると共に、プラズマ源を減少させることができるため、製品コストの低減が図れる。この結果、基板に設けられる、例えば、数百ｎｍ幅程度の小さな凹部に対しても内部にまで精度よく成膜され、埋め込み性に優れ、極めて薄い状態で高速にバリアメタル膜を低コストで成膜することが可能になる。
【００９３】
本発明のバリアメタル膜作製方法は、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すると共に、基板が収容されるチャンバとは隔絶して窒素を含有する窒素含有ガスを励起し、励起された窒素により前駆体との間で金属窒化物を生成し、基板側の温度を生成手段側の温度よりも低くして金属窒化物を基板に成膜させるようにしたので、プラズマにより金属を生じさせて金属窒化物の膜からなる拡散性を抑制したバリアメタル膜を作製することができ、均一にしかも薄膜状にバリアメタル膜を成膜することが可能になる。この結果、基板に設けられる、例えば、数百ｎｍ幅程度の小さな凹部に対しても内部にまで精度よく成膜され、埋め込み性に優れ、極めて薄い状態で高速にバリアメタル膜を成膜することが可能になる。
【００９４】
また、本発明のバリアメタル膜作製方法は、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すると共に、基板が収容されるチャンバとは隔絶して窒素を含有する窒素含有ガスを励起し、励起された窒素により前駆体との間で金属窒化物を生成し、基板側の温度を生成手段側の温度よりも低くして金属窒化物を基板に成膜させ、金属窒化物を成膜させた後に窒素含有ガスを止めて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の金属窒化物の上に成膜させるようにしたので、プラズマにより金属を生じさせて金属窒化物の膜及び金属膜からなる拡散性を抑制し密着性を向上させたバリアメタル膜を作製することができ、均一にしかも薄膜状にバリアメタル膜を成膜することが可能になる。この結果、基板に設けられる、例えば、数百ｎｍ幅程度の小さな凹部に対しても内部にまで精度よく成膜され、埋め込み性に優れ、極めて薄い状態で高速にバリアメタル膜を成膜することが可能になる。
【００９５】
また、本発明のバリアメタル膜作製方法は、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及び窒素を含有する窒素含有ガスを供給し、チャンバの内部をプラズマ化して原料ガス及び窒素含有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すると共に前駆体との間で金属窒化物を生成し、基板側の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くして金属窒化物を基板に成膜させるようにしたので、プラズマにより金属を生じさせて金属窒化物の膜からなる拡散性を抑制したバリアメタル膜を作製することができ、均一にしかも薄膜状にバリアメタル膜を成膜することが可能になると共に、ガスの供給系統が簡素化されると共に、プラズマ源を減少させることができるため、製品コストの低減が図れる。この結果、基板に設けられる、例えば、数百ｎｍ幅程度の小さな凹部に対しても内部にまで精度よく成膜され、埋め込み性に優れ、極めて薄い状態で高速にバリアメタル膜を低コストで成膜することが可能になる。
【００９６】
また、上記目的を達成するための本発明のバリアメタル膜作製方法は、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及び窒素を含有する窒素含有ガスを供給し、チャンバの内部をプラズマ化して原料ガス及び窒素含有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すると共に前駆体との間で金属窒化物を生成し、基板側の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くして金属窒化物を基板に成膜させ、金属窒化物を成膜させた後に窒素含有ガスを止めて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の金属窒化物の上に成膜させるようにしたので、プラズマにより金属を生じさせて金属窒化物の膜及び金属膜からなる拡散性を抑制し密着性を向上させたバリアメタル膜を作製することができ、均一にしかも薄膜状にバリアメタル膜を成膜することが可能になると共に、ガスの供給系統が簡素化されると共に、プラズマ源を減少させることができるため、製品コストの低減が図れる。この結果、基板に設けられる、例えば、数百ｎｍ幅程度の小さな凹部に対しても内部にまで精度よく成膜され、埋め込み性に優れ、極めて薄い状態で高速にバリアメタル膜を低コストで成膜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実施形態例に係るバリアメタル膜作製装置の概略側面図。
【図２】バリアメタル膜が作製された基板の詳細図。
【図３】本発明の第２実施形態例に係るバリアメタル膜作製装置の概略側面図。
【図４】図３中のIV-IV 線矢視図。
【図５】図４中のV-V 線矢視図。
【図６】本発明の第３実施形態例に係るバリアメタル膜作製装置の概略側面図。
【図７】本発明の第４実施形態例に係るバリアメタル膜作製装置の概略側面図。
【図８】本発明の第５実施形態例に係るバリアメタル膜作製装置の概略側面図。
【図９】本発明の第６実施形態例に係るバリアメタル膜作製装置の概略側面図。
【図１０】本発明の第７実施形態例に係るバリアメタル膜作製装置の概略側面図。
【図１１】本発明の第８実施形態例に係るバリアメタル膜作製装置の概略側面図。
【符号の説明】
１ チャンバ
２ 支持台
３ 基板
４，５０ ヒータ
５ 冷媒流通手段
６ 温度制御手段
７ 金属部材
８ 真空装置
９，１７，３４ プラズマアンテナ
１０，１８，４８ 整合器
１１，１９，４９ 電源
１２ ノズル
１３，２０，４６ 流量制御器
１４ 開口部
２１，４７ Cl2 ガスプラズマ（原料ガスプラズマ）
２２ 前駆体（MxCly ）
２３ NH3 ガスプラズマ
２４ NH薄膜
２５ Ｍ薄膜
２６ バリアメタル膜
３０ 天井板
３１，４１ 被エッチング部材
３２ リング部材
３３ 突起部
３５ 切欠部
４２ 第２開口部
４３ 第２通路
４４ 第２励起室
４５ 第２プラズマアンテナ
１２，２１ ノズル
１３，２２ 流量制御器
１４，２３ Cl2 ガスプラズマ（原料ガスプラズマ）
１７ 排気口
８１ 混合ガス流量制御器
８２ Cl2 ガス及びN2ガスプラズマ
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板の表面に金属膜を成膜する際に基板に対する金属の拡散をなくして金属の密着性を保持するために基板の表面に成膜されるバリアメタル膜の作製装置及び作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気的な配線が施されている半導体では、スイッチングの速度や伝送損失の低減、高密度化等により、配線の材料として銅が用いられるようになってきている。銅の配線を施す場合、配線用の凹部を表面に有する基板に対し、気相成長法やメッキ等を用いて凹部を含む表面に銅を成膜することが行なわれている。
【０００３】
基板の表面に銅を成膜する際には、基板に対する銅の拡散をなくして銅の密着性を保持するために、基板の表面には予めバリアメタル膜（例えば、タンタル、チタン、シリコン等の窒化物）が作製されている。メッキ等を用いる場合には、バリアメタル膜上に物理的、あるいは化学的気相蒸着法により銅シールド層を形成し、電極としても適用される。バリアメタル膜は、スパッタ法等の物理的蒸着法により成膜されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
基板の表面に形成されている配線用の凹部は、小さくなる傾向にあり、バリアメタル膜も一層の薄膜化が要望されている。しかし、バリアメタル膜は、スパッタ法が用いられて作製されているので、方向性が均一ではないため小さな凹部では、内部が成膜される前に凹部の入口部が成膜されて埋め込み性が不十分になる問題があり、また、損傷が激しいものであった。
【０００５】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、埋め込み性に優れ極めて薄い状態で高速にバリアメタル膜を成膜することができるバリアメタル膜作製装置及びバリアメタル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バリアメタル膜作製装置は、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、基板と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供給する原料ガス供給手段と、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するプラズマ発生手段と、窒素を含有する窒素含有ガスをチャンバとは隔絶して励起する励起手段と、励起手段で励起された原料により前駆体との間で金属窒化物を生成する生成手段と、基板側の温度を生成手段側の温度よりも低くして金属窒化物を基板に成膜させる制御手段とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
また、上記目的を達成するための本発明のバリアメタル膜作製装置は、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、基板と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供給する原料ガス供給手段と、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するプラズマ発生手段と、窒素を含有する窒素含有ガスをチャンバとは隔絶して励起する励起手段と、励起手段で励起された原料により前駆体との間で金属窒化物を生成する生成手段と、基板側の温度を生成手段側の温度よりも低くして金属窒化物を基板に成膜させると共に金属窒化物を成膜させた後に窒素含有ガスを止めて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の金属窒化物の上に成膜させる制御手段とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
また、上記目的を達成するための本発明のバリアメタル膜作製装置は、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、基板と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供給する原料ガス供給手段と、基板と被エッチング部材との間におけるチャンバ内に窒素を含有する窒素含有ガスを供給する窒素含有ガス供給手段と、チャンバの内部をプラズマ化して原料ガス及び窒素含有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すると共に前駆体との間で金属窒化物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金属窒化物を基板に成膜させる制御手段とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
また、上記目的を達成するための本発明のバリアメタル膜作製装置は、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、基板と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供給する原料ガス供給手段と、基板と被エッチング部材との間におけるチャンバ内に窒素を含有する窒素含有ガスを供給する窒素含有ガス供給手段と、チャンバの内部をプラズマ化して原料ガス及び窒素含有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すると共に前駆体との間で金属窒化物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金属窒化物を基板に成膜させた後に窒素含有ガスを止めて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の金属窒化物の上に成膜させる制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
そして、プラズマ発生手段は、チャンバの周囲に配されるコイル状巻線アンテナを含むことを特徴とする。また、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、窒素を含有する窒素含有ガスは、アンモニアを含むガスであ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、チタンもしくはシリコンであることを特徴とする。
【００１１】
上記目的を達成するための本発明のバリアメタル膜作製方法は、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すると共に、基板が収容されるチャンバとは隔絶して窒素を含有する窒素含有ガスを励起し、励起された原料により前駆体との間で金属窒化物を生成し、基板側の温度を生成手段側の温度よりも低くして金属窒化物を基板に成膜させることを特徴とする。
【００１２】
また、上記目的を達成するための本発明のバリアメタル膜作製方法は、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すると共に、基板が収容されるチャンバとは隔絶して窒素を含有する窒素含有ガスを励起し、励起された原料により前駆体との間で金属窒化物を生成し、基板側の温度を生成手段側の温度よりも低くして金属窒化物を基板に成膜させ、金属窒化物を成膜させた後に窒素含有ガスを止めて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の金属窒化物の上に成膜させることを特徴とする。
【００１３】
また、上記目的を達成するための本発明のバリアメタル膜作製方法は、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及び窒素を含有する窒素含有ガスを供給し、チャンバの内部をプラズマ化して原料ガス及び窒素含有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すると共に前駆体との間で金属窒化物を生成し、基板側の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くして金属窒化物を基板に成膜させることを特徴とする。
【００１４】
また、上記目的を達成するための本発明のバリアメタル膜作製方法は、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及び窒素を含有する窒素含有ガスを供給し、チャンバの内部をプラズマ化して原料ガス及び窒素含有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すると共に前駆体との間で金属窒化物を生成し、基板側の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くして金属窒化物を基板に成膜させ、金属窒化物を成膜させた後に窒素含有ガスを止めて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の金属窒化物の上に成膜させることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１、図２に基づいて本発明のバリアメタル膜作製装置及びバリアメタル膜作製方法の第１実施形態例を説明する。図１には本発明の第１実施形態例に係るバリアメタル膜作製装置の概略側面、図２にはバリアメタル膜が作製された基板の詳細を示してある。
【００１６】
図に示すように、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。
【００１７】
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金属部材７（例えば、W,Ti,Ta,TiSi等）によって塞がれている。金属部材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。チャンバ１の筒部の周囲にはプラズマ発生手段のコイル状巻線アンテナとして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。
【００１８】
金属部材７の下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は水平に向けて開口し、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。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。
【００１９】
一方、チャンバ１の筒部の下方の周囲の複数箇所（例えば、４箇所）には、スリット状の開口部１４が形成され、開口部１４には筒状の通路１５の一端がそれぞれ固定されている。通路１５の途中部には絶縁体製の筒状の励起室１６が設けられ、励起室１６の周囲にはコイル状のプラズマアンテナ１７が設けられ、プラズマアンテナ１７は整合器１８及び電源１９に接続されて給電が行われる。プラズマアンテナ１７、整合器１８及び電源１９により励起手段が構成されている。通路１５の他端側には流量制御器２０が接続され、流量制御器２０を介して通路１５内に窒素含有ガスとしてのアンモニアガス（NH3 ガス）が供給される。
【００２０】
上述したバリアメタル膜作製装置では、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）２１が発生する。Cl2 ガスプラズマ２１により、金属部材７にエッチング反応が生じ、前駆体（MxCly:M はW,Ti,Ta,TiSi等の金属）２２が生成される。
【００２１】
また、流量制御器２０を介して通路１５内にNH3 ガスを供給して励起室１６にNH3 ガスを送り込む。プラズマアンテナ１７から電磁波を励起室１６の内部に入射することで、NH3 ガスがイオン化されてNH3 ガスプラズマ２３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１６の圧力とに所定の差圧が設定されているため、励起室１６のNH3 ガスプラズマ２３の励起アンモニアが開口部１４からチャンバ１内の前駆体（MxCly ）２２に送られる。
【００２２】
つまり、窒素を含有する窒素含有ガスをチャンバ１と隔絶した励起室１６で励起する励起手段が構成されている。これにより、前駆体（MxCly ）２２の金属成分とアンモニアが反応して金属窒化物（MN）が生成される（生成手段）。このとき、金属部材７及び励起室１６はプラズマにより基板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。
【００２３】
チャンバ１の内部で生成された金属窒化物（MN）は低い温度に制御された基板３に運ばれて、基板３の表面にMN薄膜２４が生成される。MN薄膜２４が生成された後、NH3 ガス及び電源１９への給電を止めることで、前駆体（MxCly ）２２が金属部材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（MxCly ）２２は還元反応により金属（Ｍ）イオンのみとされて基板３に当てられ、基板３のMN薄膜２４の上にＭ薄膜２５が生成される。MN薄膜２４及びＭ薄膜２５によりバリアメタル膜２６が形成される（図２参照）。
【００２４】
MN薄膜２４が生成されるときの反応は、次式で表すことができる。
２ＭＣｌ＋２ＮＨ3 →２ＭＮ↓＋ＨＣｌ↑＋２Ｈ2 ↑
また、Ｍ薄膜２５が生成されるときの反応は次式で表すことができる。
２ＭＣｌ→２Ｍ↓＋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２７から排気される。
【００２５】
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。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、金属部材７の材質は、Ag,Au,Pt,Si 等産業上適用可能な金属を用いることが可能である。
【００２６】
バリアメタル膜２６が形成された基板３は、成膜装置でバリアメタル膜２６の上に銅（Cu）薄膜やアルミニウム（Al) 薄膜等が成膜される。バリアメタル膜２６が存在することにより、例えば、MN薄膜２４によりCuの基板３への拡散がなくなり、Ｍ薄膜２５によりCuの密着性が確保される。
【００２７】
尚、成膜される材料が密着性に問題がない材料（例えばAl）の場合や、窒化物が密着性を保つことができる金属の場合等によっては、バリアメタル膜２６としてＭ薄膜２５を省略することも可能である。また、温度差によって還元反応を生じさせるようにしているが、別途還元ガスプラズマを発生させて還元反応を生じさせるようにすることも可能である。
【００２８】
上記構成のバリアメタル膜作製装置では、プラズマにより金属を生じさせてバリアメタル膜２６を作製しているので、均一にしかも薄膜状にバリアメタル膜２６を成膜することが可能になる。このため、基板３に設けられる、例えば、数百ｎｍ幅程度の小さな凹部に対しても内部にまで精度よく成膜され、埋め込み性に優れ、極めて薄い状態で高速にバリアメタル膜２６を成膜することが可能になる。
【００２９】
図３乃至図５に基づいて本発明の第２実施形態例に係るバリアメタル膜作製装置及びバリアメタル膜作製方法を説明する。図３には本発明の第２実施形態例に係るバリアメタル膜作製装置の概略側面、図４には図３中のIV-IV 線矢視、図５には図４中のV-V 線矢視を示してある。尚、図１に示した部材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。
【００３０】
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３０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３０との間には金属製（例えば、W,Ti,Ta,TiSi等）の被エッチング部材３１が挟持されている。被エッチング部材３１は、チャンバ１の上面の開口部に挟持されるリング部３２が備えられ、リング部３２の内周側にはチャンバ１の径方向中心部近傍まで延び同一幅となっている突起部３３が円周方向に複数（図示例では１２個）設けられている。
【００３１】
突起部３３は、リング部３２に対して一体、もしくは、取り外し自在に取り付けられている。天井板３０とチャンバ１の内部との間には突起部３３の間で形成される切欠部３５（空間）が存在した状態になっている。リング部３２はアースされており、複数の突起部３３は電気的につながれて同電位に維持されている。被エッチング部材３１にはヒータ等の温度制御手段（図示省略）が設けられ、例えば、２００℃乃至４００℃程度に温度制御される。
【００３２】
尚、突起部３３の間に突起部３３よりも径方向に短い第２突起部を配置することも可能であり、更に、突起部３３と第２突起部との間に短い突起部を配置することも可能である。このようにすると、誘導電流を抑制しつつエッチング対象となる銅の面積を確保することができる。
【００３３】
天井板３０の上方にはチャンバ１の内部をプラズマ化するための平面巻線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は天井板３０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３４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３１は、リング部３２の内周側に突起部３３が円周方向に複数設けられ、突起部３３の間で形成される切欠部３５（空間）が存在しているので、プラズマアンテナ３４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３０との間に突起部３３が配置された状態になっている。
【００３４】
上述したバリアメタル膜作製装置では、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３４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）２１が発生する。プラズマアンテナ３４の下部には導電体である被エッチング部材３１が存在しているが、以下の作用により被エッチング部材３１と基板３との間、即ち、被エッチング部材３１の下側にCl2 ガスプラズマ２１が安定して発生するようになっている。
【００３５】
被エッチング部材３１の下側にCl2 ガスプラズマ２１が発生する作用について説明する。図５に示すように、平面リング状のプラズマアンテナ３４の電気の流れＡは突起部３３を横切る方向となり、このとき、突起部３３のプラズマアンテナ３４との対向面には誘導電流ｂが発生する。被エッチング部材３１には切欠部３５（空間）が存在している状態になっているので、誘導電流ｂはそれぞれの突起部３３の下面に流れてプラズマアンテナ３４の電気の流れＡと同一方向の流れａとなる（ファラデーシールド）。
【００３６】
このため、基板３側から被エッチング部材３１を見た場合、プラズマアンテナ３４の電気の流れＡを打ち消す方向の流れが存在しない状態になり、しかも、リング部３２がアースされて突起部３３が同電位に維持されている。これにより、導電体である被エッチング部材３１が存在していても、プラズマアンテナ３４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３１の下側にCl2 ガスプラズマ２１が安定して発生するようになっている。
【００３７】
そして、支持台２の上部には通路１５、励起室１６、プラズマアンテナ１７等で構成されるプラズマ発生手段が備えられている。
【００３８】
Cl2 ガスプラズマ２１により、金属部材７にエッチング反応が生じ、前駆体（MxCly:M はW,Ti,Ta,TiSi等の金属）２２が生成される。励起室１６でNH3 ガスがイオン化されてNH3 ガスプラズマ２３が発生する。励起室１６のNH3 ガスプラズマ２３の励起アンモニアが開口部１４からチャンバ１内の前駆体（MxCly ）２２に送られる。これにより、前駆体（MxCly ）２２の金属成分とアンモニアが反応して金属窒化物（MN）が生成される（生成手段）。このとき、金属部材７及び励起室１６はプラズマにより基板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。
【００３９】
チャンバ１の内部で生成された金属窒化物（MN）は低い温度に制御された基板３に運ばれて、基板３の表面にMN薄膜２４が生成される。MN薄膜２４が生成された後、NH3 ガス及び電源１９への給電を止めることで、前駆体（MxCly ）２２が金属部材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（MxCly ）２２は還元反応により金属（Ｍ）イオンのみとされて基板３に当てられ、基板３のMN薄膜２４の上にＭ薄膜２５が生成される。MN薄膜２４及びＭ薄膜２５によりバリアメタル膜２６が形成される（図２参照）。反応に関与しないガス及びエッチング生成物は排気口２７から排気される。
【００４０】
上記構成のバリアメタル膜作製装置では、第１実施形態例と同様に、プラズマにより金属を生じさせてバリアメタル膜２６を作製しているので、均一にしかも薄膜状にバリアメタル膜２６を成膜することが可能になる。このため、基板３に設けられる、例えば、数百ｎｍ幅程度の小さな凹部に対しても内部にまで精度よく成膜され、埋め込み性に優れ、極めて薄い状態で高速にバリアメタル膜２６を成膜することが可能になる。
【００４１】
また、被エッチング部材３１は、リング部３２の内周側に突起部３３が円周方向に複数設けられ、突起部３３の間で形成される切欠部３５（空間）が存在しているので、被エッチング部材３１に生じる誘導電流は基板３側からみてプラズマアンテナ３４の電気の流れと同一方向の流れとなる。これにより、導電体である被エッチング部材３１がプラズマアンテナ３４の下に存在していても、プラズマアンテナ３４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３１の下側にCl2 ガスプラズマ２１を安定して発生させることが可能となる。
【００４２】
図６に基づいて本発明の第３実施形態例に係るバリアメタル膜作製装置及びバリアメタル膜作製方法を説明する。図６には本発明の第３実施形態例に係るバリアメタル膜作製装置の概略側面を示してある。尚、図１及び図３に示した部材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。
【００４３】
チャンバ１の上部の開口部は、例えば、セラミックス製（絶縁材料製）の天井板３０によって塞がれている。天井板３０の下面には金属製（例えば、W,Ti,Ta,TiSi等）の被エッチング部材４１が設けられ、被エッチング部材４１は四角錐形状となっている。チャンバ１の筒部の上部の周囲の複数箇所（例えば、４箇所）には、スリット状の第２開口部４２が形成され、第２開口部４２には筒状の第２通路４３の一端がそれぞれ固定されている。
【００４４】
第２通路４３の途中部には絶縁体製の筒状の第２励起室４４が設けられ、第２励起室４４の周囲にはコイル状の第２プラズマアンテナ４５が設けられ、第２プラズマアンテナ４５には整合器４８及び電源４９に接続されて給電が行われる。第２プラズマアンテナ４５、整合器４８及び電源４９によりプラズマ発生手段が構成されている。
【００４５】
第２通路４３の他端側には流量制御器４６が接続され、流量制御器４６を介して通路４３内に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）が供給される。第２プラズマアンテナ４５から電磁波を第２励起室４４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）４７が発生する。Cl2 ガスプラズマ４７の発生により励起塩素が第２開口部４２からチャンバ１内に送られ、被エッチング部材４１が励起塩素によりエッチングされる。
【００４６】
上述したバリアメタル膜作製装置では、流量制御器４６を介して第２通路４３内に原料ガスを供給して第２励起室４４に原料ガスを送り込む。第２プラズマアンテナ４５から電磁波を第２励起室４４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）４７が発生する。真空装置８によりチャンバ１内の圧力と第２励起室４４の圧力とに所定の差圧が設定されているため、第２励起室４４のCl2 ガスプラズマ４７の励起塩素が開口部４２からチャンバ１内の被エッチング部材４１に送られる。励起塩素により被エッチング部材４１にエッチング反応が生じ、チャンバ１の内部で（MxCly ）２２が生成される。このとき、被エッチング部材４１は天井板３０に設けられたヒータ５０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。
【００４７】
励起室１６でNH3 ガスがイオン化されてNH3 ガスプラズマ２３が発生する。励起室１６のNH3 ガスプラズマ２３の励起アンモニアが開口部１４からチャンバ１内の前駆体（MxCly ）２２に送られる。これにより、前駆体（MxCly ）２２の金属成分とアンモニアが反応して金属窒化物（MN）が生成される。このとき、励起室１６はプラズマにより基板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。
【００４８】
チャンバ１の内部で生成された金属窒化物（MN）は低い温度に制御された基板３に運ばれて、基板３の表面にMN薄膜２４が生成される。MN薄膜２４が生成された後、NH3 ガス及び電源１９への給電を止めることで、前駆体（MxCly ）２２が被エッチング部材４１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（MxCly ）２２は還元反応により金属（Ｍ）イオンのみとされて基板３に当てられ、基板３のMN薄膜２４の上にＭ薄膜２５が生成される。MN薄膜２４及びＭ薄膜２５によりバリアメタル膜２６が形成される（図２参照）。反応に関与しないガス及びエッチング生成物は排気口２７から排気される。
【００４９】
上記構成のバリアメタル膜作製装置では、第１実施形態例及び第２実施形態例と同様に、プラズマにより金属を生じさせてバリアメタル膜２６を作製しているので、均一にしかも薄膜状にバリアメタル膜２６を成膜することが可能になる。このため、基板３に設けられる、例えば、数百ｎｍ幅程度の小さな凹部に対しても内部にまで精度よく成膜され、埋め込み性に優れ、極めて薄い状態で高速にバリアメタル膜２６を成膜することが可能になる。
【００５０】
また、チャンバ１と隔絶した第２励起室４４でCl2 ガスプラズマ４７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。
【００５１】
尚、第２励起室４４でCl2 ガスプラズマ４７を発生させる手段、即ち、原料ガスを励起して励起原料とする手段としては、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り、金属フィラメントを高温に加熱して前駆体を生成することも可能である。また、Cl2 ガスプラズマ４７を基板３と隔絶する構成は、通路４３に第２励起室４４を設ける構成の他に、例えば、チャンバ１を隔絶する等、他の構成とすることも可能である。
【００５２】
図７に基づいて本発明の第４実施形態例に係るバリアメタル膜作製装置及びバリアメタル膜作製方法を説明する。図７には本発明の第４実施形態例に係るバリアメタル膜作製装置の概略側面を示してある。尚、図１に示した部材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。
【００５３】
図１に示した第１実施形態例のバリアメタル膜作製装置に対し、、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、金属部材７に整合器１０及び電源１１が接続されて金属部材７に給電が行われる。
【００５４】
上述したバリアメタル膜作製装置では、チャンバ１の内部にノズル１２から原料ガスを供給し、金属部材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、金属部材７にエッチング反応が生じ、前駆体（MxCly ）２２が生成される。このとき、金属部材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。
【００５５】
励起室１６でNH3 ガスがイオン化されてNH3 ガスプラズマ２３が発生する。励起室１６のNH3 ガスプラズマ２３の励起アンモニアが開口部１４からチャンバ１内の前駆体（MxCly ）２２に送られる。これにより、前駆体（MxCly ）２２の金属成分とアンモニアが反応して金属窒化物（MN）が生成される。このとき、励起室１６はプラズマにより基板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。
【００５６】
チャンバ１の内部で生成された金属窒化物（MN）は低い温度に制御された基板３に運ばれて、基板３の表面にMN薄膜２４が生成される。MN薄膜２４が生成された後、NH3 ガス及び電源１９への給電を止めることで、前駆体（MxCly ）２２が被エッチング部材４１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（MxCly ）２２は還元反応により金属（Ｍ）イオンのみとされて基板３に当てられ、基板３のMN薄膜２４の上にＭ薄膜２５が生成される。MN薄膜２４及びＭ薄膜２５によりバリアメタル膜２６が形成される（図２参照）。反応に関与しないガス及びエッチング生成物は排気口２７から排気される。
【００５７】
上記構成のバリアメタル膜作製装置では、第１実施形態例乃至第３実施形態例と同様に、プラズマにより金属を生じさせてバリアメタル膜２６を作製しているので、均一にしかも薄膜状にバリアメタル膜２６を成膜することが可能になる。このため、基板３に設けられる、例えば、数百ｎｍ幅程度の小さな凹部に対しても内部にまで精度よく成膜され、埋め込み性に優れ、極めて薄い状態で高速にバリアメタル膜２６を成膜することが可能になる。
【００５８】
また、金属部材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。
【００５９】
図８に基づいて本発明のバリアメタル膜作製装置及びバリアメタル膜作製方法の第５実施形態例を説明する。図８には本発明の第５実施形態例に係るバリアメタル膜作製装置の概略側面を示してある。尚、図１に示した第１実施形態例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。
【００６０】
図８に示したバリアメタル膜作製装置は、図１に示した第１実施形態例に対して、開口部１４、通路１５、励起室１６、プラズマアンテナ１７、整合器１８、電源１９及び流量制御器２０をなくした構成となっている。そして、チャンバ１の筒部には、チャンバ１の内部に原料ガス（Cl2 ガス）と窒素含有ガスである窒素ガス（N2ガス）の混合ガスを供給するノズル１２が接続されている。Cl2 ガスとN2ガスは混合ガス流量制御器８１で混合され、ノズル１２には混合ガス流量制御器８１を介してCl2 ガスとN2ガスの混合ガスが供給される。その他の構成は第１実施形態例と同一である。
【００６１】
上述したバリアメタル膜作製装置では、チャンバ１の内部にノズル１２からCl2 ガスとN2ガスの混合ガスを供給し、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 ガス及びN2ガスがイオン化されてCl2 ガス及びN2ガスプラズマ８２が発生する。Cl2 ガス及びN2ガスプラズマ８２により、金属部材７にエッチング反応が生じ、前駆体（MxCly:M はW,Ti,Ta,TiSi等の金属）２２が生成されると共に前駆体２２とN2が反応して金属窒化物が（MN）が生成される。このとき、金属部材７はプラズマ（もしくは図示しない温度制御手段）により基板３の温度よりも高い所定温度（例えば、２００℃乃至４００℃）に維持されている。
【００６２】
チャンバ１の内部で生成された金属窒化物（MN）は低い温度に制御された基板３に運ばれて、基板３の表面にMN薄膜２４が生成される。MN薄膜２４が生成された後、混合ガス流量制御器８１へのN2ガスの供給を止めることで、前駆体（MxCly ）２２が金属部材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（MxCly ）２２は還元反応により金属（Ｍ）イオンのみとされて基板３に当てられ、基板３のMN薄膜２４の上にＭ薄膜２５が生成される。MN薄膜２４及びＭ薄膜２５によりバリアメタル膜２６が形成される（図２参照）。
【００６３】
バリアメタル膜２６が形成された基板３は、成膜装置でバリアメタル膜２６の上に銅（Cu）薄膜やアルミニウム（Al) 薄膜等が成膜される。バリアメタル膜２６が存在することにより、例えば、MN薄膜２４によりCuの基板３への拡散がなくなり、Ｍ薄膜２５によりCuの密着性が確保される。
【００６４】
尚、成膜される材料が密着性に問題がない材料（例えばAl）の場合や、窒化物が密着性を保つことができる金属の場合等によっては、バリアメタル膜２６としてＭ薄膜２５を省略することも可能である。
【００６５】
上記構成のバリアメタル膜作製装置では、第１実施形態例と同一の効果が得られることに加え、ガスの供給系統が簡素化されると共に、プラズマ源を減少させることができるため、製品コストの低減が図れる。
【００６６】
図９に基づいて本発明のバリアメタル膜作製装置及びバリアメタル膜作製方法の第６実施形態例を説明する。図９には本発明の第６実施形態例に係るバリアメタル膜作製装置の概略側面を示してある。尚、図３乃至図５及び図８に示した第２実施形態例及び第５実施形態例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。
【００６７】
図９に示したバリアメタル膜作製装置は、図３に示した第２実施形態例に対して、開口部１４、通路１５、励起室１６、プラズマアンテナ１７、整合器１８、電源１９及び流量制御器２０をなくした構成となっている。そして、第５実施形態例と同様に、チャンバ１の筒部には、チャンバ１の内部に原料ガス（Cl2 ガス）と窒素含有ガスである窒素ガス（N2ガス）の混合ガスを供給するノズル１２が接続されている。Cl2 ガスとN2ガスは混合ガス流量制御器８１で混合され、ノズル１２には混合ガス流量制御器８１を介してCl2 ガスとN2ガスの混合ガスが供給される。その他の構成は第２実施形態例と同一である。
【００６８】
上述したバリアメタル膜作製装置では、チャンバ１の内部にノズル１２からCl2 ガスとN2ガスの混合ガスを供給し、プラズマアンテナ３４から電磁波をチャンバ１の内部に入射することで、Cl2 ガス及びN2ガスがイオン化されてCl2 ガス及びN2ガスプラズマ８２が発生する。プラズマアンテナ３４の下部には導電体である被エッチング部材３１が存在しているが、前述したように、被エッチング部材３１と基板３との間、即ち、被エッチング部材３１の下側にCl2 ガス及びN2ガスプラズマ８２が安定して発生するようになっている。
【００６９】
Cl2 ガス及びN2ガスプラズマ８２により、金属部材７にエッチング反応が生じ、前駆体（MxCly:M はW,Ti,Ta,TiSi等の金属）２２が生成されると共に前駆体２２とN2が反応して金属窒化物が（MN）が生成される。このとき、金属部材７はプラズマ（もしくは図示しない温度制御手段）により基板３の温度よりも高い所定温度（例えば、２００℃乃至４００℃）に維持されている。
【００７０】
チャンバ１の内部で生成された金属窒化物（MN）は低い温度に制御された基板３に運ばれて、基板３の表面にMN薄膜２４が生成される。MN薄膜２４が生成された後、混合ガス流量制御器８１へのN2ガスの供給を止めることで、前駆体（MxCly ）２２が金属部材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（MxCly ）２２は還元反応により金属（Ｍ）イオンのみとされて基板３に当てられ、基板３のMN薄膜２４の上にＭ薄膜２５が生成される。MN薄膜２４及びＭ薄膜２５によりバリアメタル膜２６が形成される（図２参照）。
【００７１】
バリアメタル膜２６が形成された基板３は、成膜装置でバリアメタル膜２６の上に銅（Cu）薄膜やアルミニウム（Al) 薄膜等が成膜される。バリアメタル膜２６が存在することにより、例えば、MN薄膜２４によりCuの基板３への拡散がなくなり、Ｍ薄膜２５によりCuの密着性が確保される。
【００７２】
尚、成膜される材料が密着性に問題がない材料（例えばAl）の場合や、窒化物が密着性を保つことができる金属の場合等によっては、バリアメタル膜２６としてＭ薄膜２５を省略することも可能である。
【００７３】
上記構成のバリアメタル膜作製装置では、第２実施形態例と同一の効果が得られることに加え、ガスの供給系統が簡素化されると共に、プラズマ源を減少させることができるため、製品コストの低減が図れる。
【００７４】
図１０に基づいて本発明のバリアメタル膜作製装置及びバリアメタル膜作製方法の第７実施形態例を説明する。図１０には本発明の第７実施形態例に係るバリアメタル膜作製装置の概略側面を示してある。尚、図６及び図８に示した第３実施形態例及び第５実施形態例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。
【００７５】
図１０に示したバリアメタル膜作製装置は、図６に示した第３実施形態例に対して、開口部１４、通路１５、励起室１６、プラズマアンテナ１７、整合器１８、電源１９及び流量制御器２０をなくした構成となっている。そして、第２励起室４４には原料ガス（Cl2 ガス）と窒素含有ガスである窒素ガス（N2ガス）の混合ガスが混合ガス流量制御器８１から供給される。その他の構成は第３実施形態例と同一である。
【００７６】
上述したバリアメタル膜作製装置では、混合ガス流量制御器８１を介して第２通路４３内にCl2 ガスとN2ガスの混合ガスを供給して第２励起室４４にCl2 ガスとN2ガスの混合ガスを送り込む。第２プラズマアンテナ４５から電磁波を第２励起室４４の内部に入射することで、Cl2 ガス及びN2ガスがイオン化されてCl2 ガス及びN2ガスプラズマ８２が発生する。真空装置８によりチャンバ１内の圧力と第２励起室４４の圧力とに所定の差圧が設定されているため、第２励起室４４のCl2 ガス及びN2ガスプラズマ８２の励起塩素及び励起窒素が開口部４２からチャンバ１内の被エッチング部材４１に送られる。励起塩素により被エッチング部材４１にエッチング反応が生じ、チャンバ１の内部で（MxCly ）２２が生成されると共に前駆体２２と励起窒素が反応して金属窒化物が（MN）が生成される。このとき、被エッチング部材４１は天井板３０に設けられたヒータ５０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。
【００７７】
チャンバ１の内部で生成された金属窒化物（MN）は低い温度に制御された基板３に運ばれて、基板３の表面にMN薄膜２４が生成される。MN薄膜２４が生成された後、混合ガス流量制御器８１へのN2ガスの供給を止めることで、前駆体（MxCly ）２２が被エッチング部材４１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（MxCly ）２２は還元反応により金属（Ｍ）イオンのみとされて基板３に当てられ、基板３のMN薄膜２４の上にＭ薄膜２５が生成される。MN薄膜２４及びＭ薄膜２５によりバリアメタル膜２６が形成される（図２参照）。
【００７８】
バリアメタル膜２６が形成された基板３は、成膜装置でバリアメタル膜２６の上に銅（Cu）薄膜やアルミニウム（Al) 薄膜等が成膜される。バリアメタル膜２６が存在することにより、例えば、MN薄膜２４によりCuの基板３への拡散がなくなり、Ｍ薄膜２５によりCuの密着性が確保される。
【００７９】
尚、成膜される材料が密着性に問題がない材料（例えばAl）の場合や、窒化物が密着性を保つことができる金属の場合等によっては、バリアメタル膜２６としてＭ薄膜２５を省略することも可能である。
【００８０】
上記構成のバリアメタル膜作製装置では、第３実施形態例と同一の効果が得られることに加え、ガスの供給系統が簡素化されると共に、プラズマ源を減少させることができるため、製品コストの低減が図れる。
【００８１】
図１１に基づいて本発明のバリアメタル膜作製装置及びバリアメタル膜作製方法の第８実施形態例を説明する。図１１には本発明の第８実施形態例に係るバリアメタル膜作製装置の概略側面を示してある。尚、図７及び図８に示した第４実施形態例及び第５実施形態例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。
【００８２】
図１１に示したバリアメタル膜作製装置は、図７に示した第４実施形態例に対して、開口部１４、通路１５、励起室１６、プラズマアンテナ１７、整合器１８、電源１９及び流量制御器２０をなくした構成となっている。そして、チャンバ１の筒部には、チャンバ１の内部に原料ガス（Cl2 ガス）と窒素含有ガスである窒素ガス（N2ガス）の混合ガスを供給するノズル１２が接続されている。Cl2 ガスとN2ガスは混合ガス流量制御器８１で混合され、ノズル１２には混合ガス流量制御器８１を介してCl2 ガスとN2ガスの混合ガスが供給される。その他の構成は第４実施形態例と同一である。
【００８３】
上述したバリアメタル膜作製装置では、チャンバ１の内部にノズル１２からCl2 ガスとN2ガスの混合ガスを供給し、金属部材７から電磁波をチャンバ１の内部に入射することで、Cl2 ガス及びN2ガスがイオン化されてCl2 ガス及びN2ガスプラズマ８２が発生する。Cl2 ガス及びN2ガスプラズマ８２により、金属部材７にエッチング反応が生じ、前駆体（MxCly:M はW,Ti,Ta,TiSi等の金属）２２が生成されると共に前駆体２２とN2が反応して金属窒化物が（MN）が生成される。このとき、金属部材７はプラズマ（もしくは図示しない温度制御手段）により基板３の温度よりも高い所定温度（例えば、２００℃乃至４００℃）に維持されている。
【００８４】
チャンバ１の内部で生成された金属窒化物（MN）は低い温度に制御された基板３に運ばれて、基板３の表面にMN薄膜２４が生成される。MN薄膜２４が生成された後、混合ガス流量制御器８１へのN2ガスの供給を止めることで、前駆体（MxCly ）２２が金属部材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（MxCly ）２２は還元反応により金属（Ｍ）イオンのみとされて基板３に当てられ、基板３のMN薄膜２４の上にＭ薄膜２５が生成される。MN薄膜２４及びＭ薄膜２５によりバリアメタル膜２６が形成される（図２参照）。
【００８５】
バリアメタル膜２６が形成された基板３は、成膜装置でバリアメタル膜２６の上に銅（Cu）薄膜やアルミニウム（Al) 薄膜等が成膜される。バリアメタル膜２６が存在することにより、例えば、MN薄膜２４によりCuの基板３への拡散がなくなり、Ｍ薄膜２５によりCuの密着性が確保される。
【００８６】
尚、成膜される材料が密着性に問題がない材料（例えばAl）の場合や、窒化物が密着性を保つことができる金属の場合等によっては、バリアメタル膜２６としてＭ薄膜２５を省略することも可能である。
【００８７】
上記構成のバリアメタル膜作製装置では、第４実施形態例と同一の効果が得られることに加え、ガスの供給系統が簡素化されると共に、プラズマ源を減少させることができるため、製品コストの低減が図れる。
【００８８】
尚、上述した第５実施形態例乃至第８実施形態例では、N2ガスを混合ガス流量制御器８１でCl2 ガスと混合してチャンバ１内に供給するようにしたが、N2ガスとCl2 ガスとをそれぞれ個別のノズルから供給することも可能である。また、窒素含有ガスとしては、アンモニアを適用することも可能である。
【００８９】
【発明の効果】
本発明のバリアメタル膜作製装置は、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、基板と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供給する原料ガス供給手段と、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するプラズマ発生手段と、窒素を含有する窒素含有ガスをチャンバとは隔絶して励起する励起手段と、励起手段で励起された窒素により前駆体との間で金属窒化物を生成する生成手段と、基板側の温度を生成手段側の温度よりも低くして金属窒化物を基板に成膜させる制御手段とを備えたので、プラズマにより金属を生じさせて金属窒化物の膜からなる拡散性を抑制したバリアメタル膜を作製することができ、均一にしかも薄膜状にバリアメタル膜を成膜することが可能になる。この結果、基板に設けられる、例えば、数百ｎｍ幅程度の小さな凹部に対しても内部にまで精度よく成膜され、埋め込み性に優れ、極めて薄い状態で高速にバリアメタル膜を成膜することが可能になる。
【００９０】
また、本発明のバリアメタル膜作製装置は、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、基板と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供給する原料ガス供給手段と、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するプラズマ発生手段と、窒素を含有する窒素含有ガスをチャンバとは隔絶して励起する励起手段と、励起手段で励起された窒素により前駆体との間で金属窒化物を生成する生成手段と、基板側の温度を生成手段側の温度よりも低くして金属窒化物を基板に成膜させると共に金属窒化物を成膜させた後に窒素含有ガスを止めて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の金属窒化物の上に成膜させる制御手段とを備えたので、プラズマにより金属を生じさせて金属窒化物の膜及び金属膜からなる拡散性を抑制し密着性を向上させたバリアメタル膜を作製することができ、均一にしかも薄膜状にバリアメタル膜を成膜することが可能になる。この結果、基板に設けられる、例えば、数百ｎｍ幅程度の小さな凹部に対しても内部にまで精度よく成膜され、埋め込み性に優れ、極めて薄い状態で高速にバリアメタル膜を成膜することが可能になる。
【００９１】
また、本発明のバリアメタル膜作製装置は、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、基板と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供給する原料ガス供給手段と、基板と被エッチング部材との間におけるチャンバ内に窒素を含有する窒素含有ガスを供給する窒素含有ガス供給手段と、チャンバの内部をプラズマ化して原料ガス及び窒素含有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すると共に前駆体との間で金属窒化物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金属窒化物を基板に成膜させる制御手段とを備えたので、プラズマにより金属を生じさせて金属窒化物の膜及び金属膜からなる拡散性を抑制したバリアメタル膜を作製することができ、均一にしかも薄膜状にバリアメタル膜を成膜することが可能になると共に、ガスの供給系統が簡素化されると共に、プラズマ源を減少させることができるため、製品コストの低減が図れる。この結果、基板に設けられる、例えば、数百ｎｍ幅程度の小さな凹部に対しても内部にまで精度よく成膜され、埋め込み性に優れ、極めて薄い状態で高速にバリアメタル膜を低コストで成膜することが可能になる。
【００９２】
また、本発明のバリアメタル膜作製装置は、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、基板と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供給する原料ガス供給手段と、基板と被エッチング部材との間におけるチャンバ内に窒素を含有する窒素含有ガスを供給する窒素含有ガス供給手段と、チャンバの内部をプラズマ化して原料ガス及び窒素含有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すると共に前駆体との間で金属窒化物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金属窒化物を基板に成膜させた後に窒素含有ガスを止めて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の金属窒化物の上に成膜させる制御手段とを備えたので、プラズマにより金属を生じさせて金属窒化物の膜及び金属膜からなる拡散性を抑制し密着性を向上させたバリアメタル膜を作製することができ、均一にしかも薄膜状にバリアメタル膜を成膜することが可能になると共に、ガスの供給系統が簡素化されると共に、プラズマ源を減少させることができるため、製品コストの低減が図れる。この結果、基板に設けられる、例えば、数百ｎｍ幅程度の小さな凹部に対しても内部にまで精度よく成膜され、埋め込み性に優れ、極めて薄い状態で高速にバリアメタル膜を低コストで成膜することが可能になる。
【００９３】
本発明のバリアメタル膜作製方法は、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すると共に、基板が収容されるチャンバとは隔絶して窒素を含有する窒素含有ガスを励起し、励起された窒素により前駆体との間で金属窒化物を生成し、基板側の温度を生成手段側の温度よりも低くして金属窒化物を基板に成膜させるようにしたので、プラズマにより金属を生じさせて金属窒化物の膜からなる拡散性を抑制したバリアメタル膜を作製することができ、均一にしかも薄膜状にバリアメタル膜を成膜することが可能になる。この結果、基板に設けられる、例えば、数百ｎｍ幅程度の小さな凹部に対しても内部にまで精度よく成膜され、埋め込み性に優れ、極めて薄い状態で高速にバリアメタル膜を成膜することが可能になる。
【００９４】
また、本発明のバリアメタル膜作製方法は、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すると共に、基板が収容されるチャンバとは隔絶して窒素を含有する窒素含有ガスを励起し、励起された窒素により前駆体との間で金属窒化物を生成し、基板側の温度を生成手段側の温度よりも低くして金属窒化物を基板に成膜させ、金属窒化物を成膜させた後に窒素含有ガスを止めて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の金属窒化物の上に成膜させるようにしたので、プラズマにより金属を生じさせて金属窒化物の膜及び金属膜からなる拡散性を抑制し密着性を向上させたバリアメタル膜を作製することができ、均一にしかも薄膜状にバリアメタル膜を成膜することが可能になる。この結果、基板に設けられる、例えば、数百ｎｍ幅程度の小さな凹部に対しても内部にまで精度よく成膜され、埋め込み性に優れ、極めて薄い状態で高速にバリアメタル膜を成膜することが可能になる。
【００９５】
また、本発明のバリアメタル膜作製方法は、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及び窒素を含有する窒素含有ガスを供給し、チャンバの内部をプラズマ化して原料ガス及び窒素含有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すると共に前駆体との間で金属窒化物を生成し、基板側の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くして金属窒化物を基板に成膜させるようにしたので、プラズマにより金属を生じさせて金属窒化物の膜からなる拡散性を抑制したバリアメタル膜を作製することができ、均一にしかも薄膜状にバリアメタル膜を成膜することが可能になると共に、ガスの供給系統が簡素化されると共に、プラズマ源を減少させることができるため、製品コストの低減が図れる。この結果、基板に設けられる、例えば、数百ｎｍ幅程度の小さな凹部に対しても内部にまで精度よく成膜され、埋め込み性に優れ、極めて薄い状態で高速にバリアメタル膜を低コストで成膜することが可能になる。
【００９６】
また、上記目的を達成するための本発明のバリアメタル膜作製方法は、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及び窒素を含有する窒素含有ガスを供給し、チャンバの内部をプラズマ化して原料ガス及び窒素含有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すると共に前駆体との間で金属窒化物を生成し、基板側の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くして金属窒化物を基板に成膜させ、金属窒化物を成膜させた後に窒素含有ガスを止めて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の金属窒化物の上に成膜させるようにしたので、プラズマにより金属を生じさせて金属窒化物の膜及び金属膜からなる拡散性を抑制し密着性を向上させたバリアメタル膜を作製することができ、均一にしかも薄膜状にバリアメタル膜を成膜することが可能になると共に、ガスの供給系統が簡素化されると共に、プラズマ源を減少させることができるため、製品コストの低減が図れる。この結果、基板に設けられる、例えば、数百ｎｍ幅程度の小さな凹部に対しても内部にまで精度よく成膜され、埋め込み性に優れ、極めて薄い状態で高速にバリアメタル膜を低コストで成膜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実施形態例に係るバリアメタル膜作製装置の概略側面図。
【図２】バリアメタル膜が作製された基板の詳細図。
【図３】本発明の第２実施形態例に係るバリアメタル膜作製装置の概略側面図。
【図４】図３中のIV-IV 線矢視図。
【図５】図４中のV-V 線矢視図。
【図６】本発明の第３実施形態例に係るバリアメタル膜作製装置の概略側面図。
【図７】本発明の第４実施形態例に係るバリアメタル膜作製装置の概略側面図。
【図８】本発明の第５実施形態例に係るバリアメタル膜作製装置の概略側面図。
【図９】本発明の第６実施形態例に係るバリアメタル膜作製装置の概略側面図。
【図１０】本発明の第７実施形態例に係るバリアメタル膜作製装置の概略側面図。
【図１１】本発明の第８実施形態例に係るバリアメタル膜作製装置の概略側面図。
【符号の説明】
１ チャンバ
２ 支持台
３ 基板
４，５０ ヒータ
５ 冷媒流通手段
６ 温度制御手段
７ 金属部材
８ 真空装置
９，１７，３４ プラズマアンテナ
１０，１８，４８ 整合器
１１，１９，４９ 電源
１２ ノズル
１３，２０，４６ 流量制御器
１４ 開口部
２１，４７ Cl2 ガスプラズマ（原料ガスプラズマ）
２２ 前駆体（MxCly ）
２３ NH3 ガスプラズマ
２４ NH薄膜
２５ Ｍ薄膜
２６ バリアメタル膜
３０ 天井板
３１，４１ 被エッチング部材
３２ リング部材
３３ 突起部
３５ 切欠部
４２ 第２開口部
４３ 第２通路
４４ 第２励起室
４５ 第２プラズマアンテナ
１２，２１ ノズル
１３，２２ 流量制御器
１４，２３ Cl2 ガスプラズマ（原料ガスプラズマ）
１７ 排気口
８１ 混合ガス流量制御器
８２ Cl2 ガス及びN2ガスプラズマ
Claims (12)
- 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、
基板と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供給する原料ガス供給手段と、
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するプラズマ発生手段と、
窒素を含有する窒素含有ガスをチャンバとは隔絶して励起する励起手段と、
励起手段で励起された窒素により前駆体との間で金属窒化物を生成する生成手段と、
基板側の温度を生成手段側の温度よりも低くして金属窒化物を基板に成膜させる制御手段と
を備えたことを特徴とするバリアメタル膜作製装置。 - 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、
基板と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供給する原料ガス供給手段と、
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するプラズマ発生手段と、
窒素を含有する窒素含有ガスをチャンバとは隔絶して励起する励起手段と、
励起手段で励起された窒素により前駆体との間で金属窒化物を生成する生成手段と、
基板側の温度を生成手段側の温度よりも低くして金属窒化物を基板に成膜させると共に金属窒化物を成膜させた後に窒素含有ガスを止めて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の金属窒化物の上に成膜させる制御手段と
を備えたことを特徴とするバリアメタル膜作製装置。 - 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、
基板と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供給する原料ガス供給手段と、
基板と被エッチング部材との間におけるチャンバ内に窒素を含有する窒素含有ガスを供給する窒素含有ガス供給手段と、
チャンバの内部をプラズマ化して原料ガス及び窒素含有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すると共に前駆体との間で金属窒化物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金属窒化物を基板に成膜させる制御手段と
を備えたことを特徴とするバリアメタル膜作製装置。 - 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、
基板と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供給する原料ガス供給手段と、
基板と被エッチング部材との間におけるチャンバ内に窒素を含有する窒素含有ガスを供給する窒素含有ガス供給手段と、
チャンバの内部をプラズマ化して原料ガス及び窒素含有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すると共に前駆体との間で金属窒化物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金属窒化物を基板に成膜させた後に窒素含有ガスを止めて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の金属窒化物の上に成膜させる制御手段とを備えたことを特徴とするバリアメタル膜作製装置。 - 請求項１乃至請求項４のいずれか一項において、
プラズマ発生手段は、チャンバの周囲に配されるコイル状巻線アンテナを含むことを特徴とするバリアメタル膜作製装置。 - 請求項１乃至請求項４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バリアメタル膜作製装置。 - 請求項１乃至請求項４のいずれか一項において、
窒素を含有する窒素含有ガスは、アンモニアを含むガスであることを特徴とするバリアメタル膜作製装置。 - 請求項１乃至請求項４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、チタンもしくはシリコンであることを特徴とするバリアメタル膜作製装置。 - 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すると共に、基板が収容されるチャンバとは隔絶して窒素を含有する窒素含有ガスを励起し、励起された窒素により前駆体との間で金属窒化物を生成し、基板側の温度を生成手段側の温度よりも低くして金属窒化物を基板に成膜させることを特徴とするバリアメタル膜作製方法。
- 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すると共に、基板が収容されるチャンバとは隔絶して窒素を含有する窒素含有ガスを励起し、励起された窒素により前駆体との間で金属窒化物を生成し、基板側の温度を生成手段側の温度よりも低くして金属窒化物を基板に成膜させ、金属窒化物を成膜させた後に窒素含有ガスを止めて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の金属窒化物の上に成膜させることを特徴とするバリアメタル膜作製方法。
- 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及び窒素を含有する窒素含有ガスを供給し、チャンバの内部をプラズマ化して原料ガス及び窒素含有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すると共に前駆体との間で金属窒化物を生成し、基板側の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くして金属窒化物を基板に成膜させることを特徴とするバリアメタル膜作製方法。
- 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及び窒素を含有する窒素含有ガスを供給し、チャンバの内部をプラズマ化して原料ガス及び窒素含有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すると共に前駆体との間で金属窒化物を生成し、基板側の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くして金属窒化物を基板に成膜させ、金属窒化物を成膜させた後に窒素含有ガスを止めて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の金属窒化物の上に成膜させることを特徴とするバリアメタル膜作製方法。
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