JP3801582B2 - Barrier metal film fabrication method - 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、拡散法等の物理的蒸着法により成膜されている。
【0004】
ところで、現在、半導体等の製造においては、プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition) 装置を用いた成膜が知られている。プラズマCVD装置とは、チャンバ内に導入した、膜の材料となる有機金属錯体等のガスを、高周波アンテナから入射する高周波によりプラズマ状態にし、プラズマ中の活性な励起原子/分子によって基板表面の化学的な反応を促進して金属薄膜等を成膜する装置である。
【0005】
これに対し、本発明者らは、成膜を望む金属成分を含有する被エッチング部材をチャンバに設置し、被エッチング部材をハロゲンガスのプラズマによりエッチングすることで金属成分のハロゲン化物である前駆体を生成させると共に、前駆体の金属成分のみを基板上に成膜するプラズマCVD装置および成膜方法を開発した(例えば、特許文献1参照)。
【0006】
このプラズマCVD装置を用いて、本発明者らは、被エッチング部材としてタンタルやタングステン等を採用し、同様の原理によりタンタルやタングステンの成分のハロゲン化物である前駆体を生成させると共に、励起窒素により金属窒化物を生成して金属窒化物を基板に成膜してバリアメタル膜とするバリアメタル膜作製装置を開発している。
【0007】
【特許文献1】
特開2003−147534号公報
【0008】
【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。金属窒化物をバリアメタル膜とした場合、耐拡散性と密着性を両立させるために、金属窒化物の部位と金属の部位とを備えることになり、バリアメタル膜の薄膜化に限度があるのが現状であった。
【0009】
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。
【0010】
本発明者らは次の知見を得た。即ち、タンタルやタングステン等を単層構造としてバリアメタル膜とすることで膜厚を薄くすることが可能である。しかし、タンタルやタングステン等は高融点金属であり、成膜条件である低温度で成膜を行った場合、結晶が柱状に成長し膜厚方向に結晶界面が生じて耐拡散性に影響を及ぼしてしまう。
【0011】
本発明は、上記知見を基に、タンタルやタングステン等を単層構造としてバリアメタル膜とした場合であっても、耐拡散性と密着性とを両立させることができるバリアメタル膜を作製しようとするものである。
【0023】
【課題を解決するための手段】
上記目的を解決するための請求項1に係る本発明のバリアメタル膜作製方法は、
基板と高融点金属製の被エッチング部材とが備えられたチャンバ内にハロゲンを含有する原料ガスを供給すると共に微量の窒素を供給し、
チャンバの内部をプラズマ化して前記微量の窒素が混入された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ハロゲンとの前駆体を生成し、
基板側の温度を被エッチング部材の温度よりも低くしながら、前駆体の金属成分をバリアメタルとして基板に成膜させる際、
前記微量の窒素の供給量を、成膜される金属成分の量に対して1at%乃至3at%として、
混入された前記微量の窒素成分により成膜による結晶の一部を置換して、成膜による結晶の膜厚方向の柱状界面を乱すようにした
ことを特徴とする。
【0024】
上記目的を解決するための請求項2に係る本発明のバリアメタル膜作製方法は、
基板と高融点金属製の被エッチング部材とが備えられたチャンバ内にハロゲンを含有する原料ガスを供給すると共に微量のアルゴンを供給し、
チャンバの内部をプラズマ化して前記微量のアルゴンが混入された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ハロゲンとの前駆体を生成し、
基板側の温度を被エッチング部材の温度よりも低くしながら、前駆体の金属成分をバリアメタルとして基板に成膜させる際、
前記微量のアルゴンの供給量を、ハロゲンの供給量に対して1at%乃至5at%として、
プラズマ化された前記微量のアルゴン成分により成膜による結晶に拡散作用を生じさせて、成膜による結晶の膜厚方向の柱状界面を乱すようにした
ことを特徴とする。
【0026】
上記目的を解決するための請求項3に係る本発明のバリアメタル膜作製方法は、
チャンバとは隔絶した部位で微量の窒素が混入されたハロゲンを含有する原料ガスをプラズマ化し、
励起された原料ガス成分により高融点金属製の被エッチング部材をエッチングすることにより気相中に被エッチング部材の金属成分とハロゲンとの前駆体を生成し、
基板側の温度を被エッチング部材の温度よりも低くすることにより、低温度で、前駆体の金属成分をバリアメタル膜として基板に成膜させる際、
前記微量の窒素の供給量を、成膜される金属成分の量に対して1at%乃至3at%として、
混入された前記微量の窒素成分により成膜による結晶の一部を置換して、成膜による結晶の膜厚方向の柱状界面を乱すようにした
ことを特徴とする。
【0027】
上記目的を解決するための請求項4に係る本発明のバリアメタル膜作製方法は、
チャンバとは隔絶した部位で微量のアルゴンが混入されたハロゲンを含有する原料ガスをプラズマ化し、
励起された原料ガス成分により高融点金属製の被エッチング部材をエッチングすることにより気相中に被エッチング部材の金属成分とハロゲンとの前駆体を生成し、
基板側の温度を被エッチング部材の温度よりも低くすることにより、低温度で、前駆体の金属成分をバリアメタル膜として基板に成膜させる際、
前記微量のアルゴンの供給量を、ハロゲンの供給量に対して1at%乃至5at%として、
励起された前記微量のアルゴン成分により成膜による結晶に拡散作用を生じさせて、成膜による結晶の膜厚方向の柱状界面を乱すようにした
ことを特徴とする。
そして、請求項5に係る本発明は、
請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載のバリアメタル膜作製方法において、
成膜の初期の窒素又はアルゴンの供給量に対してその後の供給量を段階的に又は漸次減少させてバリアメタルの表面側の金属成分を増加させたことを特徴とする。
又、請求項6に係る本発明は、
請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載のバリアメタル膜作製方法において、
前記ハロゲンを、塩素とすることを特徴とする。
又、請求項7に係る本発明は、
請求項1乃至請求項6のいずれか一項に記載のバリアメタル膜作製方法において、
前記高融点金属を、タンタルもしくはタングステン、チタンとすることを特徴とする。
【0028】
【発明の実施の形態】
本発明は、基板と金属製の被エッチング部材とが備えられたチャンバ内にハロゲンを含有する原料ガスを供給すると共に微量の不活性ガスを供給し、チャンバの内部をプラズマ化して不活性ガスが微量に混入された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の温度よりも低くすることにより前駆体の金属成分をバリアメタルとして基板に成膜させ、不活性ガス成分をバリアメタルの金属結晶に結合させて柱状界面を乱すようにしたものである。
【0029】
バリアメタルの金属結晶に不活性ガス成分を結合させて柱状界面を乱すことにより、単層の金属成分で構成されるバリアメタル膜の耐拡散性を向上させる。
【0030】
また、基板と金属製の被エッチング部材とが備えられたチャンバ内にハロゲンを含有する原料ガスを供給すると共に微量の不活性ガスを供給し、チャンバの内部をプラズマ化して不活性ガスが微量に混入された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の温度よりも低くすることにより前駆体の金属成分をバリアメタルとして基板に成膜させ、プラズマ化された不活性ガス成分によりバリアメタルの金属結晶に拡散(スパッタ)作用を生じさせて柱状界面を乱すようにしたものである。
【0031】
プラズマ化された不活性ガス成分によりバリアメタルの金属結晶に拡散作用を生じさせて柱状界面を乱すことにより、単層の金属成分で構成されるバリアメタル膜の耐拡散性を向上させる。
【0032】
<第1の実施形態例>
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にはタンタル成分の成膜状況を表す概念、図3にはバリアメタル膜の状況を表す概念、図4にはタンタルの結晶状況を表す概念、図5には銅の拡散状況とタンタルに対する窒素量の割合との関係、図6には窒素ガスの供給状況を示してある。
【0033】
図1に示すように、筒形状に形成された、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℃〜300℃に維持される温度)に制御される。
【0034】
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)の板状の天井板7によって塞がれている。天井板7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8が設けられ、プラズマアンテナ8は天井板7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8には整合器9及び電源10が接続されて高周波電流が供給される。プラズマアンテナ8、整合器9及び電源10によりプラズマ発生手段が構成されている。
【0035】
チャンバ1の上側にはハロゲン化物形成金属としてタンタル(Ta)製の被エッチング部材11が保持され、被エッチング部材11はプラズマアンテナ8の電気の流れに対して基板3と天井板7の間に不連続状態で配置されている。
【0036】
例えば、被エッチング部材11は、棒状の突起部12とリング部13とからなり、突起部12がチャンバ1の中心側に延びるようにリング部13に設けられている。これにより、被エッチング部材11はプラズマアンテナ8の電気の流れ方向である周方向に対して構造的に不連続な状態とされている。
【0037】
尚、プラズマアンテナ8の電気の流れに対して不連続状態にする構成としては、被エッチング部材を格子状に形成したり網目状に構成する等とすることも可能である。
【0038】
チャンバ1の筒部の周囲にはチャンバ1の内部にハロゲンガスとしての塩素を含有する原料ガスを供給するノズル14が周方向に等間隔で複数(例えば8箇所:図には2箇所を示してある)接続されている。ノズル14には流量制御器15を介して原料ガスが送られる。成膜に関与しないガス等は排気口16から排気される。
【0039】
尚、原料ガスに含有されるハロゲンとしては、フッ素(F2)、臭素(Br2)及びヨウ素(I2)などを適用することが可能である。
【0040】
天井板7によって塞がれたチャンバ1の内部は真空装置17より所定の圧力に維持される。
【0041】
一方、チャンバ1の筒部にはチャンバ1の内部に微量の不活性ガスとしての窒素(N2)ガスを供給するノズル51が接続されている。ノズル51には流量制御器52を介してN2ガスが送られる。供給される窒素量(流量制御器52で調整される量)は成膜されるタンタル(Ta)量に対して1at%乃至3at%に制御されている。
【0042】
上述した実施形態例では、ノズル51を独立して設けた例を挙げて説明したが、チャンバ1の周方向に複数配置されるノズル14の一つ乃至複数個をN2ガスを供給するためのノズルとすることも可能である。また、ノズル14から供給される原料ガスに微量のN2ガスを混合することも可能である。
【0043】
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14から原料ガス18を供給すると共に、ノズル51から微量のN2ガス53を供給する。プラズマアンテナ8から電磁波をチャンバ1の内部に入射することで、原料ガス18中の塩素ガスをイオン化して塩素ガスプラズマを発生させる。プラズマは、ガスプラズマ19で図示する領域に発生する。このときの反応は、次式で表すことができる。
Cl2 → 2Cl* ・・・・・・(1)
ここで、Cl* は塩素ガスラジカルを表す。
【0044】
このガスプラズマ19がタンタル(Ta)製の被エッチング部材11に作用することにより、被エッチング部材11が加熱されると共に、タンタルにエッチング反応が生じる。このときの反応は、例えば、次式で表される。
Ta(s)+Cl* → TaCl (g) ・・・・(2)
ここで、sは固体状態、gはガス状態を表す。式(2)は、タンタルがガスプラズマ19によりエッチングされ、前駆体20とされた状態である。
【0045】
ガスプラズマ19を発生させることにより被エッチング部材11を加熱し(例えば300℃〜700℃)、更に温度制御手段6により基板3の温度を被エッチング部材11の温度よりも低い温度(例えば100℃〜300℃)に設定する。この結果、前駆体20は基板3に吸着される。このときの反応は、例えば、次式で表される。
TaCl(g) → TaCl(ad) ・・・・(3)
ここで、adは吸着状態を表す。
【0046】
図2(a)に示すように、基板3に吸着したTaClは、塩素ガスラジカルCl*により還元されてTa成分となることで、バリアメタル膜の一部を形成する。このときの反応は、例えば、次式で表される。
TaCl(ad)+Cl* →Ta(s)+Cl2 ↑ ・・(4)
【0047】
更に、図2(b)に示すように、上式(2)において発生したガス化したTaClの一部は、基板3に吸着する(上式(3)参照)前に、塩素ガスラジカルCl*により還元されてガス状態のタンタルとなる。このときの反応は、例えば、次式で表される。
TaCl(g)+Cl* →Ta(g)+Cl2 ↑ ・・(5)
この後、ガス状態のTa成分は、基板3に成膜され、バリアメタル膜の一部を形成する。
【0048】
Taは融点が3000℃程度であるため、被エッチング部材11の温度よりも低い温度(例えば100℃〜300℃)に設定されている基板3に成膜される場合、図3に示すように、Taの結晶は柱状となって成長して膜厚方向に柱状晶54が存在するバリアメタル膜22とされる。この状態で金属(例えばCu)の膜55を作製すると、柱状晶54の界面を通してCuが基板3側に拡散してしまう。
【0049】
本実施形態例では、チャンバ1の内部に微量の窒素(N2)ガスを供給しているので、図4に示すように、Taの結晶格子のTa原子の一部がN原子に置き換わった状態になり、窒素成分がバリアメタル膜22のTa結晶に結合されて柱状界面が乱された状態になる。
【0050】
このため、膜厚方向の柱状晶54が化学的に変化して基板3の板幅方向にも結晶界面が生じた状態になり、単層で構成されるTaのバリアメタル膜22であってもCuの基板3側への拡散を抑制することができる。
【0051】
微量に供給される窒素量(流量制御器52で調整される量)は成膜されるタンタル(Ta)量に対して1at%乃至3at%に制御されている。図5に示すように、窒素量が1at%を下回ると、柱状界面が十分に乱されずにCuの拡散量が許容限界を超える。また、窒素量が3at%を上回ってもTaによる拡散抑制が不十分となりCuの拡散量が許容限界を超える。
【0052】
従って、微量に供給される窒素量は成膜されるタンタル(Ta)量に対して1at%乃至3at%に設定され、図に示すように、1.5at%乃至2.5at%の範囲内が許容限界の半分以下となり最もCuの拡散量が少なく好適である。
【0053】
Cuの拡散量は、例えば、成膜後のCu膜と基板3との間に電圧を印加し、その時の抵抗値(電流値)により推定されるものである。
【0054】
図6に基づいて微量に供給される窒素ガスの供給状況の例を説明する。
【0055】
図6に実線で示すように、バリアメタル膜22の成膜開始から均一量で窒素ガスを供給することができる。均一量で供給することにより、簡単な流量制御で窒素ガスを供給することができる。
【0056】
図6に点線で示すように、バリアメタル膜22の成膜開始から所定時間の間所定量の窒素ガスを供給し、所定時刻に窒素ガス量を減少させて供給することができる。これにより、バリアメタル膜22の表面近傍のTa量を増加させて耐拡散性を維持したまま密着性を向上させることができる。
【0057】
図6に一点鎖線で示すように、バリアメタル膜22の成膜の初期からその後の窒素ガスの供給量を漸減する状態で供給することができる。これにより、バリアメタル膜22の表面側のTa量を基板3側に対して漸次増加させて耐拡散性を維持したまま密着性を向上させることができる。
【0058】
上述したバリアメタル作製装置でバリアメタル膜22を作製することにより、バリアメタルのTa結晶に窒素成分を結合させて柱状界面を乱すことができる。このため、Cuの拡散が抑制され単層のTa成分で構成されるバリアメタル膜22の耐拡散性を向上させることができる。
【0059】
<第2の実施形態例>
図7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8にはタンタル成分の成膜状況を表す概念、図9には銅の拡散状況と塩素量に対するアルゴン量の割合との関係を示してある。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。
【0060】
第2実施形態例に係るバリアメタル膜作製装置は、装置構成は図1に示したバリアメタル膜作製装置と同一である。そして、ノズル51には流量制御器52を介してArガスが送られる。供給されるAr量(流量制御器52で調整される量)は、原料ガスである塩素ガスのCl2量に対して1at%乃至5at%に制御されている。
【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14から原料ガス18を供給すると共に、ノズル51から微量のArガス61を供給する。プラズマアンテナ8から電磁波をチャンバ1の内部に入射することで、原料ガス18中の塩素ガスをイオン化して塩素ガスプラズマを発生させる。また、Arガスをイオン化して微量のArガスプラズマを発生させる。
【0062】
ガスプラズマ19を発生させることにより被エッチング部材11を加熱し(例えば200℃〜400℃)、更に温度制御手段6により基板3の温度を被エッチング部材11の温度よりも低い温度(例えば100℃〜200℃)に設定する。この結果、前駆体20は基板3に吸着される。
【0063】
図8(a)に示すように、基板3に吸着したTaClは、塩素ガスラジカルCl*により還元されてTa成分となることで、バリアメタル膜の一部を形成する。更に、図2(b)に示すように、ガス化したTaClの一部は、基板3に吸着する前に、塩素ガスラジカルCl*により還元されてガス状態のタンタルとなるこの後、ガス状態のTa成分は、基板3に成膜され、バリアメタル膜の一部を形成する。
【0064】
Taは融点が3000℃程度であるため、被エッチング部材11の温度よりも低い温度(例えば100℃〜300℃)に設定されている基板3に成膜される場合、Taの結晶は柱状となって成長して膜厚方向に柱状晶54が存在するバリアメタル膜22とされる。この状態で金属(例えばCu)の膜55を作製すると、柱状晶54の界面を通してCuが基板3側に拡散してしまう。
【0065】
本実施形態例では、チャンバ1の内部に微量のArガスを供給してArガスプラズマを発生させているので、ArガスラジカルAr*によりTaの柱状晶54に拡散作用が生じ柱状界面が乱された状態になる。
【0066】
このため、膜厚方向の柱状晶54が物理的に変化して柱状晶54が壊された状態態になり、単層で構成されるTaのバリアメタル膜22であってもCuの基板3側への拡散を抑制することができる。
【0067】
微量に供給されるAr量(流量制御器52で調整される量)は、原料ガスである塩素ガスのCl2量に対して1at%乃至5at%に制御されている。図9に示すように、Ar量が1at%を下回ると、拡散効果が不十分となって柱状界面が十分に乱されずにCuの拡散量が許容限界を超える。また、Ar量が5at%を上回っても、拡散量が多くなってTaによる拡散抑制が不十分となりCuの拡散量が許容限界を超える。
【0068】
従って、微量に供給されるAr量は、原料ガスである塩素ガスのCl2量に対して1at%乃至5at%に設定され、図に示すように、1.5at%乃至4.5at%の範囲内が許容限界の半分以下となり最もCuの拡散量が少なく好適である。
【0069】
Cuの拡散量は、前述したように、例えば、成膜後のCu膜と基板3との間に電圧を印加し、その時の抵抗値(電流値)により推定されるものである。
【0070】
微量に供給されるAr量は、前述した窒素ガスの場合と同様に、図6に示した例の供給状況を適用することができる。
【0071】
上述したバリアメタル作製装置でバリアメタル膜22を作製することにより、バリアメタルのTa結晶にArガスラジカルAr*で拡散作用を生じさせて柱状界面を乱すことができる。このため、Cuの拡散が抑制され単層のTa成分で構成されるバリアメタル膜22の耐拡散性を向上させることができる。
【0072】
図10乃至図12に基づいてバリアメタル膜作製装置の他の実施形態例を説明する。図10乃至図12には本発明の他の実施形態例に係るバリアメタル膜作製装置の概略構成を示してある。
【0073】
図10に示した装置は、天井板60を被エッチング部材で構成し、チャンバ1の筒部の側壁外周囲にコイル状のプラズマアンテナ62を設置してプラズマを発生させる構成としたものである。
【0074】
図11に示した装置は、天井板65を被エッチング部材で構成し、基板3側をアースすると共に天井板65に給電を行って容量型のプラズマを発生させる構成としたものである。
【0075】
図12に示した装置は、チャンバ1の内部に連通する筒状の通路(外部プラズマ発生室)66を設け、通路66の周囲にコイル状のプラズマアンテナ67を設置し、チャンバ1の外部にて発生させたプラズマを成膜に利用する構成としたものである。
【0098】
【発明の効果】
請求項1に係る本発明のバリアメタル膜作製方法は、
基板と高融点金属製の被エッチング部材とが備えられたチャンバ内にハロゲンを含有する原料ガスを供給すると共に微量の窒素を供給し、
チャンバの内部をプラズマ化して前記微量の窒素が混入された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ハロゲンとの前駆体を生成し、
基板側の温度を被エッチング部材の温度よりも低くしながら、前駆体の金属成分をバリアメタルとして基板に成膜させる際、
前記微量の窒素の供給量を、成膜される金属成分の量に対して1at%乃至3at%として、
混入された前記微量の窒素成分により成膜による結晶の一部を置換して、成膜による結晶の膜厚方向の柱状界面を乱すようにした
ことを特徴とする。
【0099】
このため、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方法とすることができ、タンタルやタングステン等を単層構造としてバリアメタル膜とした場合であっても、耐拡散性と密着性とを両立させることができるバリアメタル膜を作製することが可能となる。
又、窒素を用いて耐拡散性と密着性とを両立させることができるバリアメタル膜を作製することが可能となる。
【0100】
請求項2に係る本発明のバリアメタル膜作製方法は、
基板と高融点金属製の被エッチング部材とが備えられたチャンバ内にハロゲンを含有する原料ガスを供給すると共に微量のアルゴンを供給し、
チャンバの内部をプラズマ化して前記微量のアルゴンが混入された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ハロゲンとの前駆体を生成し、
基板側の温度を被エッチング部材の温度よりも低くしながら、前駆体の金属成分をバリアメタルとして基板に成膜させる際、
前記微量のアルゴンの供給量を、ハロゲンの供給量に対して1at%乃至5at%として、
プラズマ化された前記微量のアルゴン成分により成膜による結晶に拡散作用を生じさせて、成膜による結晶の膜厚方向の柱状界面を乱すようにした
ことを特徴とする。
【0101】
このため、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方法とすることができ、タンタルやタングステン等を単層構造としてバリアメタル膜とした場合であっても、耐拡散性と密着性とを両立させることができるバリアメタル膜を作製することが可能となる。
又、アルゴンを用いて耐拡散性と密着性とを両立させることができるバリアメタル膜を作製することが可能となる。
【0104】
請求項3に係る本発明のバリアメタル膜作製方法は、
チャンバとは隔絶した部位で微量の窒素が混入されたハロゲンを含有する原料ガスをプラズマ化し、
励起された原料ガス成分により高融点金属製の被エッチング部材をエッチングすることにより気相中に被エッチング部材の金属成分とハロゲンとの前駆体を生成し、
基板側の温度を被エッチング部材の温度よりも低くすることにより、低温度で、前駆体の金属成分をバリアメタル膜として基板に成膜させる際、
前記微量の窒素の供給量を、成膜される金属成分の量に対して1at%乃至3at%として、
混入された前記微量の窒素成分により成膜による結晶の一部を置換して、成膜による結晶の膜厚方向の柱状界面を乱すようにした
ことを特徴とする。
【0105】
このため、基板をプラズマに晒すことなく耐拡散性と密着性とを両立させることができるバリアメタル膜を作製することが可能となる。
又、窒素を用いて耐拡散性と密着性とを両立させることができるバリアメタル膜を作製することが可能となる。
【0106】
請求項4に係る本発明のバリアメタル膜作製方法は、
チャンバとは隔絶した部位で微量のアルゴンが混入されたハロゲンを含有する原料ガスをプラズマ化し、
励起された原料ガス成分により高融点金属製の被エッチング部材をエッチングすることにより気相中に被エッチング部材の金属成分とハロゲンとの前駆体を生成し、
基板側の温度を被エッチング部材の温度よりも低くすることにより、低温度で、前駆体の金属成分をバリアメタル膜として基板に成膜させる際、
前記微量のアルゴンの供給量を、ハロゲンの供給量に対して1at%乃至5at%として、
励起された前記微量のアルゴン成分により成膜による結晶に拡散作用を生じさせて、成膜による結晶の膜厚方向の柱状界面を乱すようにした
ことを特徴とする。
【0107】
このため、基板をプラズマに晒すことなく耐拡散性と密着性とを両立させることができるバリアメタル膜を作製することが可能となる。
又、アルゴンを用いて耐拡散性と密着性とを両立させることができるバリアメタル膜を作製することが可能となる。
そして、請求項5に係る本発明のバリアメタル膜作製方法は、
請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載のバリアメタル膜作製方法において、
成膜の初期の窒素又はアルゴンの供給量に対してその後の供給量を段階的に又は漸次減少させてバリアメタルの表面側の金属成分を増加させたことを特徴とする。
このため、耐拡散性と密着性とを高次元で両立させることができるバリアメタル膜を作製することが可能となる。
又、請求項6に係る本発明のバリアメタル膜作製方法は、
請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載のバリアメタル膜作製方法において、
前記ハロゲンを、塩素とすることを特徴とする。
このため、安価な塩素ガスを用いて耐拡散性と密着性とを両立させることができるバリアメタル膜を作製することが可能となる。
又、請求項7に係る本発明のバリアメタル膜作製方法は、
請求項1乃至請求項6のいずれか一項に記載のバリアメタル膜作製方法において、
前記高融点金属を、タンタルもしくはタングステン、チタンとすることを特徴とする。
このため、タンタルもしくはタングステン、チタンを成分として耐拡散性と密着性とを両立させることができるバリアメタル膜を作製することが可能となる。
【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】タンタル成分の成膜状況を表す概念図。
【図3】バリアメタル膜の状況を表す概念図。
【図4】タンタルの結晶状況を表す概念図。
【図5】銅の拡散状況とタンタルに対する窒素量の割合との関係を表すグラフ。
【図6】窒素ガスの供給状況を表すグラフ。
【図7】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8】タンタル成分の成膜状況を表す概念図。
【図9】銅の拡散状況と塩素量に対するアルゴン量の割合との関係を表すグラフ。
【図10】本発明の他の実施形態例に係るバリアメタル膜作製装置の概略構成図。
【図11】本発明の他の実施形態例に係るバリアメタル膜作製装置の概略構成図。
【図12】本発明の他の実施形態例に係るバリアメタル膜作製装置の概略構成図。
【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、65 天井板
8、62、67 プラズマアンテナ
9 整合器
10 電源
11 被エッチング部材
12 突起部
13 リング部
14 ノズル
15、51 流量制御器
16 排気口
17 真空装置
18 原料ガス
19 ガスプラズマ
20 前駆体
51 ノズル
55 膜
66 通路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
In the present invention, when a metal film is formed on the surface of the substrate, the barrier metal film is formed on the surface of the substrate in order to eliminate the diffusion of the metal to the substrate and maintain the adhesion of the metal.Manufacturing methodRegarding the law.
[0002]
[Prior art]
In semiconductors to which electrical wiring is applied, copper has been used as a wiring material due to switching speed, reduction of transmission loss, high density, and the like. When copper wiring is applied, a copper film is formed on the surface including the recesses using a vapor phase growth method, plating, or the like, on a substrate having wiring recesses on the surface.
[0003]
When depositing copper on the surface of the substrate, a barrier metal film (for example, tantalum, titanium, silicon, etc.) is preliminarily formed on the surface of the substrate in order to eliminate copper diffusion to the substrate and maintain copper adhesion. Nitride). When plating or the like is used, a copper shield layer is formed on the barrier metal film by a physical or chemical vapor deposition method and applied as an electrode. The barrier metal film is formed by a physical vapor deposition method such as a diffusion method.
[0004]
Now, in the manufacture of semiconductors and the like, film formation using a plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) apparatus is known. A plasma CVD apparatus is a gas that is introduced into a chamber, such as an organometallic complex that becomes a film material, is converted into a plasma state by a high frequency incident from a high frequency antenna, and the substrate surface chemistry is activated by active excited atoms / molecules in the plasma. It is an apparatus for forming a metal thin film or the like by promoting a natural reaction.
[0005]
On the other hand, the present inventors installed a member to be etched containing a metal component desired to be formed in a chamber, and etched the member to be etched with a plasma of a halogen gas to thereby obtain a precursor that is a halide of the metal component. In addition, a plasma CVD apparatus and a film forming method for forming only the metal component of the precursor on the substrate have been developed (see, for example, Patent Document 1).
[0006]
Using this plasma CVD apparatus, the present inventors adopted tantalum, tungsten, or the like as the member to be etched to generate a precursor which is a halide of the tantalum or tungsten component according to the same principle, and by using excited nitrogen. We have developed a barrier metal film production apparatus that generates metal nitride and deposits the metal nitride on a substrate to form a barrier metal film.
[0007]
[Patent Document 1]
JP 2003-147534 A
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
The recesses for wiring formed on the surface of the substrate tend to be small, and the barrier metal film is also required to be made thinner. When a metal nitride is used as a barrier metal film, in order to achieve both diffusion resistance and adhesion, a metal nitride part and a metal part are provided, and there is a limit to thinning the barrier metal film. Was the current situation.
[0009]
The present invention has been made in view of the above situation, and an object of the present invention is to provide a barrier metal film manufacturing apparatus and a barrier metal film manufacturing method capable of forming a barrier metal film at a high speed in an extremely thin state with excellent embedding properties. And
[0010]
The inventors have obtained the following knowledge. That is, the film thickness can be reduced by using tantalum, tungsten, or the like as a barrier metal film with a single layer structure. However, tantalum and tungsten are refractory metals, and when film formation is performed at a low temperature, which is a film formation condition, crystals grow in a columnar shape and a crystal interface is formed in the film thickness direction, affecting the diffusion resistance. End up.
[0011]
Based on the above knowledge, the present invention intends to produce a barrier metal film capable of achieving both diffusion resistance and adhesion even when tantalum, tungsten, or the like is used as a barrier metal film with a single layer structure. To do.
[0023]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned object, a barrier metal film manufacturing method of the present invention according to
A source gas containing halogen is supplied into a chamber provided with a substrate and a member to be etched made of a refractory metal, and a small amount of nitrogen is supplied.
The inside of the chamber is turned into plasma to generate the raw material gas plasma mixed with the trace amount of nitrogen, and the member to be etched is etched with the raw material gas plasma to generate a precursor of the metal component and halogen contained in the member to be etched. ,
The temperature on the substrate side is lower than the temperature of the member to be etched.while doingWhen depositing the precursor metal component on the substrate as a barrier metal,
The supply amount of the small amount of nitrogen is set to 1 at% to 3 at% with respect to the amount of the metal component to be formed,
The columnar interface in the film thickness direction of the crystal formed by film deposition was disturbed by replacing a part of the crystal formed by the film formation with the mixed nitrogen component.
It is characterized by that.
[0024]
In order to solve the above-mentioned object, a barrier metal film manufacturing method of the present invention according to
A source gas containing halogen is supplied into a chamber provided with a substrate and a member to be etched made of a refractory metal, and a small amount of argon is supplied.
The inside of the chamber is turned into plasma to generate a raw material gas plasma mixed with a small amount of argon, and the member to be etched is etched with the raw material gas plasma to generate a precursor of the metal component and halogen contained in the member to be etched. ,
The temperature on the substrate side is lower than the temperature of the member to be etched.while doingWhen depositing the precursor metal component on the substrate as a barrier metal,
The supply amount of the small amount of argon is set to 1 at% to 5 at% with respect to the supply amount of halogen,
The small amount of argon component that has been converted to plasma causes a diffusive action on the crystal due to film formation, and disturbs the columnar interface in the film thickness direction of the crystal due to film formation.
It is characterized by that.
[0026]
To solve the above purposeClaim 3The barrier metal film production method of the present invention according to
A site isolated from the chamberTrace amounts of nitrogenThe raw material gas containing the mixed halogen is turned into plasma,
By excited source gas componentsHigh melting pointBy etching the metal member to be etched, the metal component of the member to be etchedhalogenAnd produce a precursor with
By making the temperature on the substrate side lower than the temperature of the member to be etchedAt low temperature,The metal component of the precursor is deposited on the substrate as a barrier metal film.When,
The supply amount of the small amount of nitrogen is set to 1 at% to 3 at% with respect to the amount of the metal component to be formed,
A part of the crystal formed by the film formation is replaced by the small amount of nitrogen component mixed in, so thatThe columnar interface was disturbed
It is characterized by that.
[0027]
In order to solve the above object, a barrier metal film manufacturing method of the present invention according to claim 4 is provided.
The source gas containing halogen mixed with a small amount of argon is isolated from the chamber and turned into plasma,
Etching a member to be etched made of a refractory metal with the excited source gas component generates a precursor of the metal component and halogen of the member to be etched in the gas phase,
By lowering the temperature on the substrate side lower than the temperature of the member to be etched, the metal component of the precursor is deposited on the substrate as a barrier metal film at a low temperature.
The supply amount of the small amount of argon is set to 1 at% to 5 at% with respect to the supply amount of halogen,
The excited small amount of argon component causes a diffusive action on the crystal due to the film formation, and disturbs the columnar interface in the film thickness direction of the crystal due to the film formation.
It is characterized by that.
And this invention which concerns on
In the barrier metal film preparation method according to any one of
It is characterized in that the metal component on the surface side of the barrier metal is increased by decreasing the subsequent supply amount stepwise or gradually with respect to the supply amount of nitrogen or argon at the initial stage of film formation.
The present invention according to claim 6
In the barrier metal film preparation method according to any one of
The halogen is chlorine.
The present invention according to claim 7
In the barrier metal film preparation method according to any one of
The refractory metal is tantalum, tungsten, or titanium.AndIt is characterized by doing.
[0028]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the present invention, a source gas containing halogen is supplied into a chamber provided with a substrate and a metal member to be etched, and a small amount of inert gas is supplied. A source gas plasma mixed in a minute amount is generated, and the member to be etched is etched with the source gas plasma to generate a precursor of the metal component and the source gas contained in the member to be etched, and the temperature on the substrate side is set to the member to be etched. The metal component of the precursor is deposited on the substrate as a barrier metal by lowering the temperature of the substrate, and the inert gas component is bonded to the metal crystal of the barrier metal to disturb the columnar interface.
[0029]
By binding an inert gas component to the metal crystal of the barrier metal and disturbing the columnar interface, the diffusion resistance of the barrier metal film composed of a single-layer metal component is improved.
[0030]
In addition, a source gas containing halogen is supplied into a chamber provided with a substrate and a metal member to be etched, and a trace amount of inert gas is supplied. The mixed material gas plasma is generated and the member to be etched is etched with the material gas plasma to generate a precursor of the metal component and the material gas contained in the member to be etched, and the substrate side temperature is set to the temperature of the member to be etched. The metal component of the precursor is deposited on the substrate as a barrier metal by making it lower than that, and the columnar interface is disturbed by causing a diffusion (sputtering) action on the metal crystal of the barrier metal by the plasma-induced inert gas component. It is a thing.
[0031]
A diffusion effect is generated in the metal crystal of the barrier metal by the inert gas component converted into plasma to disturb the columnar interface, thereby improving the diffusion resistance of the barrier metal film composed of a single-layer metal component.
[0032]
<First Embodiment>
FIG. 1 is a schematic side view of a barrier metal film manufacturing apparatus according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a concept showing a film formation state of a tantalum component, FIG. 3 is a concept showing a barrier metal film state, 4 shows the concept of the tantalum crystal state, FIG. 5 shows the relationship between the copper diffusion state and the ratio of the amount of nitrogen to tantalum, and FIG. 6 shows the supply state of nitrogen gas.
[0033]
As shown in FIG. 1, a
[0034]
The upper surface of the
[0035]
An etched member 11 made of tantalum (Ta) as a halide forming metal is held on the upper side of the
[0036]
For example, the member to be etched 11 includes a rod-shaped
[0037]
In addition, as a structure which makes it a discontinuous state with respect to the electric flow of the plasma antenna 8, it is also possible to form a to-be-etched member in a grid | lattice form, or a net | network form.
[0038]
Around the cylindrical portion of the
[0039]
The halogen contained in the source gas is fluorine (F2), Bromine (Br2) And iodine (I2) And the like can be applied.
[0040]
The inside of the
[0041]
On the other hand, the cylindrical portion of the
[0042]
In the above-described embodiment, the example in which the nozzles 51 are provided independently has been described. However, one or more of the
[0043]
In the barrier metal film manufacturing apparatus described above, the
Cl2 → 2Cl* (1)
Where Cl* Represents a chlorine gas radical.
[0044]
When this
Ta (s) + Cl* → TaCl (g) (2)
Here, s represents a solid state and g represents a gas state. Formula (2) is a state in which tantalum is etched by the
[0045]
The member to be etched 11 is heated by generating the gas plasma 19 (for example, 300 ° C. to 700 ° C.), and the temperature of the
TaCl (g) → TaCl (ad) (3)
Here, ad represents an adsorption state.
[0046]
As shown in FIG. 2A, TaCl adsorbed on the
TaCl (ad) + Cl* → Ta (s) + Cl2 ↑ ・ ・ (4)
[0047]
Further, as shown in FIG. 2B, a part of the gasified TaCl generated in the above equation (2) is adsorbed on the substrate 3 (see the above equation (3)) before the chlorine gas radical Cl.*Is reduced to tantalum in a gas state. The reaction at this time is represented by the following formula, for example.
TaCl (g) + Cl* → Ta (g) + Cl2 ↑ ・ ・ (5)
Thereafter, the Ta component in the gas state is formed on the
[0048]
Since Ta has a melting point of about 3000 ° C., when it is formed on the
[0049]
In this embodiment, a small amount of nitrogen (N2) Since the gas is supplied, as shown in FIG. 4, a part of Ta atoms in the Ta crystal lattice is replaced with N atoms, and the nitrogen component is bonded to the Ta crystals of the
[0050]
For this reason, the
[0051]
The amount of nitrogen supplied in a minute amount (the amount adjusted by the flow rate controller 52) is controlled to 1 at% to 3 at% with respect to the amount of tantalum (Ta) formed. As shown in FIG. 5, when the amount of nitrogen is less than 1 at%, the columnar interface is not sufficiently disturbed and the amount of diffusion of Cu exceeds the allowable limit. Moreover, even if the nitrogen amount exceeds 3 at%, the diffusion suppression by Ta becomes insufficient, and the diffusion amount of Cu exceeds the allowable limit.
[0052]
Therefore, the amount of nitrogen supplied in a minute amount is set to 1 at% to 3 at% with respect to the amount of tantalum (Ta) to be deposited, and as shown in the figure, the range is 1.5 at% to 2.5 at%. It is less than half of the allowable limit, and is preferable because it has the least amount of Cu diffusion.
[0053]
The amount of diffusion of Cu is estimated by, for example, applying a voltage between the Cu film after film formation and the
[0054]
An example of the supply status of nitrogen gas supplied in a minute amount will be described with reference to FIG.
[0055]
As shown by a solid line in FIG. 6, nitrogen gas can be supplied in a uniform amount from the start of the formation of the
[0056]
As shown by a dotted line in FIG. 6, a predetermined amount of nitrogen gas can be supplied for a predetermined time from the start of the formation of the
[0057]
As indicated by a one-dot chain line in FIG. 6, the nitrogen gas can be supplied in a state of gradually decreasing from the initial stage of the formation of the
[0058]
By forming the
[0059]
<Second Embodiment>
FIG. 7 is a schematic side view of a barrier metal film manufacturing apparatus according to the second embodiment of the present invention, FIG. 8 is a concept showing a film formation state of a tantalum component, and FIG. 9 is an argon with respect to copper diffusion state and chlorine content. The relationship with the proportion of quantity is shown. The same members as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
[0060]
The barrier metal film manufacturing apparatus according to the second embodiment has the same apparatus configuration as the barrier metal film manufacturing apparatus shown in FIG. Then, Ar gas is sent to the nozzle 51 via the flow rate controller 52. The amount of Ar supplied (the amount adjusted by the flow rate controller 52) is Cl of chlorine gas which is a raw material gas.2The amount is controlled to 1 at% to 5 at%.
[0061]
In the barrier metal film manufacturing apparatus described above, the
[0062]
The member to be etched 11 is heated by generating the gas plasma 19 (for example, 200 ° C. to 400 ° C.), and the temperature of the
[0063]
As shown in FIG. 8A, TaCl adsorbed on the
[0064]
Since Ta has a melting point of about 3000 ° C., when it is formed on the
[0065]
In the present embodiment, since a small amount of Ar gas is supplied into the
[0066]
For this reason, the
[0067]
The amount of Ar supplied in a minute amount (the amount adjusted by the flow controller 52) is Cl of chlorine gas which is a raw material gas.2The amount is controlled to 1 at% to 5 at%. As shown in FIG. 9, when the amount of Ar is less than 1 at%, the diffusion effect is insufficient and the columnar interface is not sufficiently disturbed, and the amount of diffusion of Cu exceeds the allowable limit. Moreover, even if the amount of Ar exceeds 5 at%, the amount of diffusion increases and diffusion suppression by Ta becomes insufficient, and the amount of diffusion of Cu exceeds the allowable limit.
[0068]
Therefore, the amount of Ar supplied in a minute amount is Cl of chlorine gas which is a raw material gas.2The amount is set at 1 at% to 5 at% with respect to the amount, and as shown in the figure, the range of 1.5 at% to 4.5 at% is less than half of the allowable limit, and the amount of diffusion of Cu is the smallest.
[0069]
As described above, the amount of diffusion of Cu is estimated from, for example, a resistance value (current value) when a voltage is applied between the Cu film after film formation and the
[0070]
As in the case of the nitrogen gas described above, the supply status of the example shown in FIG. 6 can be applied to the amount of Ar supplied in a minute amount.
[0071]
By producing the
[0072]
Another embodiment of the barrier metal film manufacturing apparatus will be described with reference to FIGS. 10 to 12 show a schematic configuration of a barrier metal film manufacturing apparatus according to another embodiment of the present invention.
[0073]
In the apparatus shown in FIG. 10, the
[0074]
The apparatus shown in FIG. 11 has a configuration in which the
[0075]
The apparatus shown in FIG. 12 is provided with a cylindrical passage (external plasma generation chamber) 66 communicating with the inside of the
[0098]
【The invention's effect】
The barrier metal film production method of the present invention according to
A source gas containing halogen is supplied into a chamber provided with a substrate and a member to be etched made of a refractory metal, and a small amount of nitrogen is supplied.
The inside of the chamber is turned into plasma to generate the raw material gas plasma mixed with the trace amount of nitrogen, and the member to be etched is etched with the raw material gas plasma to generate a precursor of the metal component and halogen contained in the member to be etched. ,
The temperature on the substrate side is lower than the temperature of the member to be etched.while doingWhen depositing the precursor metal component on the substrate as a barrier metal,
The supply amount of the small amount of nitrogen is set to 1 at% to 3 at% with respect to the amount of the metal component to be formed,
The columnar interface in the film thickness direction of the crystal formed by film deposition was disturbed by replacing a part of the crystal formed by the film formation with the mixed nitrogen component.
It is characterized by that.
[0099]
For this reason, it is possible to provide a barrier metal film manufacturing method that is excellent in embeddability and capable of forming a barrier metal film at a high speed in an extremely thin state. Even if it exists, it becomes possible to produce the barrier metal film which can make diffusion resistance and adhesiveness compatible.
Further, it becomes possible to produce a barrier metal film that can achieve both diffusion resistance and adhesion using nitrogen.
[0100]
The barrier metal film production method of the present invention according to
A source gas containing halogen is supplied into a chamber provided with a substrate and a member to be etched made of a refractory metal, and a small amount of argon is supplied.
The inside of the chamber is turned into plasma to generate a raw material gas plasma mixed with a small amount of argon, and the member to be etched is etched with the raw material gas plasma to generate a precursor of the metal component and halogen contained in the member to be etched. ,
The temperature on the substrate side is lower than the temperature of the member to be etched.while doingWhen depositing the precursor metal component on the substrate as a barrier metal,
The supply amount of the small amount of argon is set to 1 at% to 5 at% with respect to the supply amount of halogen,
The small amount of argon component that has been converted to plasma causes a diffusive action on the crystal due to film formation, and disturbs the columnar interface in the film thickness direction of the crystal due to film formation.
It is characterized by that.
[0101]
For this reason, it is possible to provide a barrier metal film manufacturing method that is excellent in embeddability and capable of forming a barrier metal film at a high speed in an extremely thin state. Even if it exists, it becomes possible to produce the barrier metal film which can make diffusion resistance and adhesiveness compatible.
Moreover, it becomes possible to produce a barrier metal film that can achieve both diffusion resistance and adhesion by using argon.
[0104]
Claim 3The barrier metal film production method of the present invention according to
A site isolated from the chamberTrace amounts of nitrogenThe raw material gas containing the mixed halogen is turned into plasma,
By excited source gas componentsHigh melting pointBy etching the metal member to be etched, the metal component of the member to be etchedhalogenAnd produce a precursor with
By making the temperature on the substrate side lower than the temperature of the member to be etchedAt low temperature,The metal component of the precursor is deposited on the substrate as a barrier metal film.When,
The supply amount of the small amount of nitrogen is set to 1 at% to 3 at% with respect to the amount of the metal component to be formed,
A part of the crystal formed by the film formation is replaced by the small amount of nitrogen component mixed in, so thatThe columnar interface was disturbed
It is characterized by that.
[0105]
For this reason, it becomes possible to produce a barrier metal film that can achieve both diffusion resistance and adhesion without exposing the substrate to plasma.
Further, it becomes possible to produce a barrier metal film that can achieve both diffusion resistance and adhesion using nitrogen.
[0106]
Claim 4The barrier metal film production method of the present invention according to
A site isolated from the chamberA small amount of argonThe raw material gas containing the mixed halogen is turned into plasma,
By excited source gas componentsHigh melting pointBy etching the metal member to be etched, the metal component of the member to be etchedhalogenAnd produce a precursor with
By making the temperature on the substrate side lower than the temperature of the member to be etchedAt low temperature,The metal component of the precursor is deposited on the substrate as a barrier metal film.When,
The supply amount of the small amount of argon is set to 1 at% to 5 at% with respect to the supply amount of halogen,
ExcitedThe trace amount of argonBy ingredientsCrystal by film formationCause a diffusion effectIn the film thickness direction of the crystalThe columnar interface was disturbed
It is characterized by that.
[0107]
For this reason, it becomes possible to produce a barrier metal film that can achieve both diffusion resistance and adhesion without exposing the substrate to plasma.
Moreover, it becomes possible to produce a barrier metal film that can achieve both diffusion resistance and adhesion by using argon.
And the barrier metal film preparation method of the present invention according to
In the barrier metal film preparation method according to any one of
It is characterized in that the metal component on the surface side of the barrier metal is increased by decreasing the subsequent supply amount stepwise or gradually with respect to the supply amount of nitrogen or argon at the initial stage of film formation.
For this reason, it becomes possible to produce a barrier metal film capable of achieving both high diffusion resistance and adhesion.
Moreover, the barrier metal film manufacturing method of the present invention according to claim 6 comprises:
In the barrier metal film preparation method according to any one of
The halogen is chlorine.
For this reason, it becomes possible to produce a barrier metal film that can achieve both diffusion resistance and adhesion using inexpensive chlorine gas.
Moreover, the barrier metal film manufacturing method of the present invention according to claim 7 is
In the barrier metal film preparation method according to any one of
The refractory metal is tantalum, tungsten, or titanium.AndIt is characterized by doing.
Therefore, tantalum or tungsten, titaniumTheIt becomes possible to produce a barrier metal film capable of achieving both diffusion resistance and adhesion as components.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic side view of a barrier metal film manufacturing apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a conceptual diagram showing a film formation state of a tantalum component.
FIG. 3 is a conceptual diagram showing the state of a barrier metal film.
FIG. 4 is a conceptual diagram showing a crystal state of tantalum.
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the diffusion state of copper and the ratio of the amount of nitrogen to tantalum.
FIG. 6 is a graph showing the supply status of nitrogen gas.
FIG. 7 is a schematic side view of a barrier metal film manufacturing apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a conceptual diagram showing a film formation state of a tantalum component.
FIG. 9 is a graph showing the relationship between the copper diffusion state and the ratio of the argon amount to the chlorine amount.
FIG. 10 is a schematic configuration diagram of a barrier metal film manufacturing apparatus according to another embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a schematic configuration diagram of a barrier metal film manufacturing apparatus according to another embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a schematic configuration diagram of a barrier metal film manufacturing apparatus according to another embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 chamber
2 Support stand
3 Substrate
4 Heater
5 Refrigerant distribution means
6 Temperature control means
7, 65 Ceiling board
8, 62, 67 Plasma antenna
9 Matching device
10 Power supply
11 Member to be etched
12 Protrusion
13 Ring part
14 nozzles
15, 51 Flow controller
16 Exhaust port
17 Vacuum equipment
18 Source gas
19 Gas plasma
20 Precursor
51 nozzles
55 Membrane
66 Passage
Claims (7)
チャンバの内部をプラズマ化して前記微量の窒素が混入された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ハロゲンとの前駆体を生成し、
基板側の温度を被エッチング部材の温度よりも低くしながら、前駆体の金属成分をバリアメタルとして基板に成膜させる際、
前記微量の窒素の供給量を、成膜される金属成分の量に対して1at%乃至3at%として、
混入された前記微量の窒素成分により成膜による結晶の一部を置換して、成膜による結晶の膜厚方向の柱状界面を乱すようにしたことを特徴とするバリアメタル膜作製方法。A source gas containing halogen is supplied into a chamber provided with a substrate and a member to be etched made of a refractory metal, and a small amount of nitrogen is supplied.
The inside of the chamber is turned into plasma to generate the raw material gas plasma mixed with the trace amount of nitrogen, and the member to be etched is etched with the raw material gas plasma to generate a precursor of the metal component and halogen contained in the member to be etched. ,
While the temperature of the substrate side to be lower than the temperature of the etched member, when to be deposited on the substrate the metal component of the precursor as a barrier metal,
The supply amount of the small amount of nitrogen is set to 1 at% to 3 at% with respect to the amount of the metal component to be formed,
A method for producing a barrier metal film, comprising replacing a part of a crystal formed by film formation with the minute amount of nitrogen component mixed therein to disturb a columnar interface in a film thickness direction of the crystal formed by film formation.
チャンバの内部をプラズマ化して前記微量のアルゴンが混入された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ハロゲンとの前駆体を生成し、
基板側の温度を被エッチング部材の温度よりも低くしながら、前駆体の金属成分をバリアメタルとして基板に成膜させる際、
前記微量のアルゴンの供給量を、ハロゲンの供給量に対して1at%乃至5at%として、
プラズマ化された前記微量のアルゴン成分により成膜による結晶に拡散作用を生じさせて、成膜による結晶の膜厚方向の柱状界面を乱すようにしたことを特徴とするバリアメタル膜作製方法。A source gas containing halogen is supplied into a chamber provided with a substrate and a member to be etched made of a refractory metal, and a small amount of argon is supplied.
The inside of the chamber is turned into plasma to generate the raw material gas plasma mixed with the trace amount of argon, and the member to be etched is etched with the raw material gas plasma to generate a precursor of the metal component and halogen contained in the member to be etched. ,
While the temperature of the substrate side to be lower than the temperature of the etched member, when to be deposited on the substrate the metal component of the precursor as a barrier metal,
The supply amount of the small amount of argon is set to 1 at% to 5 at% with respect to the supply amount of halogen,
A barrier metal film manufacturing method, characterized in that a diffusive action is produced in a crystal formed by film formation by the trace amount of argon component formed into plasma, thereby disturbing a columnar interface in the film thickness direction of the crystal formed by film formation.
励起された原料ガス成分により高融点金属製の被エッチング部材をエッチングすることにより気相中に被エッチング部材の金属成分とハロゲンとの前駆体を生成し、
基板側の温度を被エッチング部材の温度よりも低くすることにより、低温度で、前駆体の金属成分をバリアメタル膜として基板に成膜させる際、
前記微量の窒素の供給量を、成膜される金属成分の量に対して1at%乃至3at%として、
混入された前記微量の窒素成分により成膜による結晶の一部を置換して、成膜による結晶の膜厚方向の柱状界面を乱すようにしたことを特徴とするバリアメタル膜作製方法。A source gas containing halogen mixed with a trace amount of nitrogen is isolated from the chamber and turned into plasma,
Etching a member to be etched made of a refractory metal with the excited source gas component generates a precursor of the metal component and halogen of the member to be etched in the gas phase,
By lowering the temperature on the substrate side lower than the temperature of the member to be etched, the metal component of the precursor is deposited on the substrate as a barrier metal film at a low temperature.
The supply amount of the small amount of nitrogen is set to 1 at% to 3 at% with respect to the amount of the metal component to be formed,
A method for producing a barrier metal film, comprising replacing a part of a crystal formed by film formation with the minute amount of nitrogen component mixed therein to disturb a columnar interface in a film thickness direction of the crystal formed by film formation.
励起された原料ガス成分により高融点金属製の被エッチング部材をエッチングすることにより気相中に被エッチング部材の金属成分とハロゲンとの前駆体を生成し、
基板側の温度を被エッチング部材の温度よりも低くすることにより、低温度で、前駆体の金属成分をバリアメタル膜として基板に成膜させる際、
前記微量のアルゴンの供給量を、ハロゲンの供給量に対して1at%乃至5at%として、
励起された前記微量のアルゴン成分により成膜による結晶に拡散作用を生じさせて、成膜による結晶の膜厚方向の柱状界面を乱すようにしたことを特徴とするバリアメタル膜作製方法。The source gas containing halogen mixed with a small amount of argon is isolated from the chamber and turned into plasma,
Etching a member to be etched made of a refractory metal with the excited source gas component generates a precursor of the metal component and halogen of the member to be etched in the gas phase,
By lowering the temperature on the substrate side lower than the temperature of the member to be etched, the metal component of the precursor is deposited on the substrate as a barrier metal film at a low temperature.
The supply amount of the small amount of argon is set to 1 at% to 5 at% with respect to the supply amount of halogen,
A barrier metal film manufacturing method, characterized in that a diffusive action is produced in a crystal by film formation by the excited small amount of argon component to disturb a columnar interface in the film thickness direction of the crystal by film formation.
成膜の初期の窒素又はアルゴンの供給量に対してその後の供給量を段階的に又は漸次減少させてバリアメタルの表面側の金属成分を増加させたことを特徴とするバリアメタル膜作製方法。In the barrier metal film preparation method according to any one of claims 1 to 4,
A barrier metal film manufacturing method characterized by increasing the metal component on the surface side of the barrier metal by gradually or gradually decreasing the subsequent supply amount with respect to the initial supply amount of nitrogen or argon.
前記ハロゲンを、塩素とすることを特徴とするバリアメタル膜作製方法。In the barrier metal film preparation method according to any one of claims 1 to 5,
A method for producing a barrier metal film, wherein the halogen is chlorine.
前記高融点金属を、タンタルもしくはタングステン、チタンとすることを特徴とするバリアメタル膜作製方法。In the barrier metal film preparation method according to any one of claims 1 to 6,
The barrier metal film production method which is characterized in that the high melting point metal, tantalum or tungsten, and titanium emissions.
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