JP4589591B2 - 金属膜作製方法及び金属膜作製装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板に作製されたバリアメタル膜の表面を処理して、金属の拡散をなくして密着性を保持した状態で金属を成膜することができるようにした金属膜作製方法及び金属膜作製装置に関する。
【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、タングステン、チタン等の窒化物）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】
バリアメタル膜は、基板に対する銅の拡散防止と銅の密着性の保持といった目的で作製されている。このため、タンタル、タングステン、チタン等の窒化物を一層目に形成して銅の拡散を防止し、タンタル、タングステン、チタン等の活性金属を二層目に形成して銅との密着性を保持している。しかし、バリアメタル膜は非常に薄いため、現状では基板に対する銅の拡散防止と銅の密着性の保持を両立させることは困難であり、十分に両者の機能を両立させたバリアメタル膜の出現が望まれている。
【０００５】
特に、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、タンタル、タングステン、チタン等の窒化物を一層目に形成して銅の拡散を防止し、タンタル、タングステン、チタン等の活性金属を二層目に形成して銅との密着性を保持するために、バリアメタル膜を二層構造とした場合、必要な最低膜厚が大きくなってしまっていた。
【０００６】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、極めて薄い状態で金属の拡散防止と金属との密着性を保持したバリアメタル膜を作製することができる金属膜作製方法及び金属膜作製装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【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態様は次の点を特徴とする。
１） 基板上に成膜された金属窒化物のバリアメタル膜の表層の窒素原子を除去してバリアメタル膜の母材内部と比べて表層の窒素含有量を相対的に低減させる表層処理を施すことにより表層に実質的に金属層を形成すること金属膜作製方法であること。
２） 基板上に成膜された金属窒化物のバリアメタル膜の表層の窒素原子を希ガスプラズマで除去してバリアメタル膜の母材内部と比べて表層の窒素含有量を相対的に低減させる表層処理を施すことにより表層に実質的に金属層を形成する金属膜作製方法であること。
３） 基板上に成膜された金属窒化物のバリアメタル膜の表面を希ガスプラズマでエッチングすることによりバリアメタル膜を平坦化すると共に、希ガスプラズマで表層の窒素原子を除去してバリアメタル膜の母材内部と比べて表層の窒素含有量を相対的に低減させる表層処理を施すことにより表層に実質的に金属層を形成する金属膜作製方法であること。
４） 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てバリアメタル膜とし、希ガスプラズマで基板表面のバリアメタル膜をエッチングすることによりバリアメタル膜を平坦化する表面処理を施す金属膜作製方法であること。
５） 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てバリアメタル膜とし、希ガスプラズマで表層の窒素原子を除去してバリアメタル膜の母材内部と比べて表層の窒素含有量を相対的に低減させる表層処理を施す金属膜作製方法であること。
６） 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てバリアメタル膜とし、希ガスプラズマで基板表面のバリアメタル膜をエッチングすることによりバリアメタル膜を平坦化すると共に、希ガスプラズマで表層の窒素原子を除去してバリアメタル膜の母材内部と比べて表層の窒素含有量を相対的に低減させる表層処理を施す金属膜作製方法であること。
７） 金属窒化物のバリアメタル膜が成膜された基板が収容されるチャンバ内に希ガスプラズマを発生させ、希ガスプラズマで基板表面のバリアメタル膜をエッチングすることによりバリアメタル膜を平坦化する表面処理を施した後、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被エッチング部材に含まれる金属成分と原料との前駆体をチャンバの内部に生成し、基板の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くしてバリアメタル膜が平坦化された基板に前駆体の金属成分を成膜させる金属膜作製方法であること。
８） 金属窒化物のバリアメタル膜が成膜された基板が収容されるチャンバ内に希ガスプラズマを発生させ、希ガスプラズマで基板表面のバリアメタル膜をエッチングすることによりバリアメタル膜を平坦化すると共に、希ガスプラズマで表層の窒素原子を除去してバリアメタル膜の母材内部と比べて表層の窒素含有量を相対的に低減させる表層処理を施した後、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被エッチング部材に含まれる金属成分と原料との前駆体をチャンバの内部に生成し、基板の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くして、バリアメタル膜が平坦化されると共に表層の窒素含有量を相対的に低減された基板に前駆体の金属成分を成膜させる金属膜作製方法であること。
９） 上記１）乃至８）のいずれか一つにおいて、
表層の窒素含有量を相対的に低減させた後、又は、バリアメタル膜を平坦化した後、又は、バリアメタル膜を平坦化すると共に表層の窒素含有量を相対的に低減させた後、加熱により表層の金属原子を密状態にする密状態処理を施す金属膜作製方法であること。
１０） 上記２）乃至９）のいずれか一つにおいて、
希ガスプラズマは、アルゴンガスプラズマである金属膜作製方法であること。
１１） 上記１）乃至１０）のいずれか一つにおいて、
金属窒化物は、窒化タンタルもしくは窒化タングステンもしくは窒化チタンである金属膜作製方法であること。
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ハロゲンガス供給手段と、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バリア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てバリアメタル膜とする制御手段と、基板表面の上部に希ガスを供給する希ガス供給手段と、チャンバの内部をプラズマ化して希ガスプラズマを発生させ、希ガスプラズマで基板表面のバリアメタル膜をエッチングすることによりバリアメタル膜を平坦化する表面処理プラズマ発生手段とを備えた金属膜作製装置であること。
１３） 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ハロゲンガス供給手段と、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バリア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てバリアメタル膜とする制御手段と、基板表面の上部に希ガスを供給する希ガス供給手段と、チャンバの内部をプラズマ化して希ガスプラズマを発生させ、希ガスプラズマで基板表面のバリアメタル膜をエッチングすることによりバリアメタル膜を平坦化すると共に、希ガスプラズマで表層の窒素原子を除去してバリアメタル膜の母材内部と比べて表層の窒素含有量を相対的に低減させる表層処理を施す表面表層処理プラズマ発生手段とを備えた金属膜作製装置であること。
１４） 金属窒化物のバリアメタル膜が成膜された基板が収容されるチャンバと、基板表面の上部におけるチャンバ内に希ガスを供給する希ガス供給手段と、チャンバの内部をプラズマ化して希ガスプラズマを発生させ、希ガスプラズマで基板表面のバリアメタル膜をエッチングすることによりバリアメタル膜を平坦化する表面表層処理プラズマ発生手段と、チャンバ内に備え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、ハロゲンを含有する原料ガス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、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平坦化されたバリアメタル膜の上に成膜させる制御手段とを備えた金属膜作製装置であること。
１５） 金属窒化物のバリアメタル膜が成膜された基板が収容されるチャンバと、基板表面の上部におけるチャンバ内に希ガスを供給する希ガス供給手段と、チャンバの内部をプラズマ化して希ガスプラズマを発生させ、希ガスプラズマで基板表面のバリアメタル膜をエッチングすることによりバリアメタル膜を平坦化すると共に、希ガスプラズマで表層の窒素原子を除去してバリアメタル膜の母材内部と比べて表層の窒素含有量を相対的に低減させる表面表層処理プラズマ発生手段と、チャンバ内に備え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、ハロゲンを含有する原料ガス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、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、平坦化されると共に表層の窒素含有量が相対的に低減されたバリアメタル膜の上に成膜させる制御手段とを備えた金属膜作製装置であること。
１６） 上記１２）乃至１５）のいずれか一つにおいて、
表層の窒素含有量を相対的に低減させた後、又は、バリアメタル膜を平坦化した後、又は、バリアメタル膜を平坦化すると共に表層の窒素含有量を相対的に低減させた後に、加熱により表層の金属原子を密状態にする密状態処理手段を備えた金属膜作製装置であること。
１７） 上記１２）乃至１６）のいずれか一つにおいて、
希ガスプラズマは、アルゴンガスプラズマである金属膜作製装置であること。
１８） 上記１２）乃至１７）のいずれか一つにおいて、
金属窒化物は、窒化タンタルもしくは窒化タングステンもしくは窒化チタンである金属膜作製装置であること。
１９） 基板上に成膜された金属窒化物のバリアメタル膜を還元性ガス雰囲気で反応させることにより表層の窒素原子を除去してバリアメタル膜の母材内部と比べて表層の窒素含有量を相対的に低減させる表層処理を施すことにより表層に実質的に金属層を形成する金属膜作製方法であること。
２０） 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てバリアメタル膜とし、基板表面のバリアメタル膜を還元性ガス雰囲気で反応させることにより表層の窒素原子を除去してバリアメタル膜の母材内部と比べて表層の窒素含有量を相対的に低減させる表層処理を施す金属膜作製方法であること。
２１） 金属窒化物のバリアメタル膜が成膜された基板が収容されるチャンバ内で、基板表面のバリアメタル膜を還元性ガス雰囲気で反応させることにより表層の窒素原子を除去してバリアメタル膜の母材内部と比べて表層の窒素含有量を相対的に低減させる表層処理を施した後、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被エッチング部材に含まれる金属成分と原料との前駆体をチャンバの内部に生成し、基板の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くして、表層の窒素含有量が相対的に低減されたバリアメタル膜を有する基板に前駆体の金属成分を成膜させる金属膜作製方法であること。
２２） 上記１９）乃至２１）のいずれか一つにおいて、
還元性ガス雰囲気は、水素ガスプラズマである金属膜作製方法であること。
２３） 上記１９）乃至２２）のいずれか一つにおいて、
金属窒化物は、窒化タンタルもしくは窒化タングステンもしくは窒化チタンである金属膜作製方法であること。
２４） 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ハロゲンガス供給手段と、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バリア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てバリアメタル膜とする制御手段と、基板表面の上部に還元性ガスを供給する還元性ガス供給手段と、基板表面のバリアメタル膜を還元性ガス雰囲気で反応させることにより表層の窒素原子を除去してバリアメタル膜の母材内部と比べて表層の窒素含有量を相対的に低減させる表面表層処理手段とを備えた金属膜作製装置であること。
２５） 金属窒化物のバリアメタル膜が成膜された基板が収容されるチャンバと、基板表面の上部に還元性ガスを供給する還元性ガス供給手段と、基板表面のバリアメタル膜を還元性ガス雰囲気で反応させることにより表層の窒素原子を除去してバリアメタル膜の母材内部と比べて表層の窒素含有量を相対的に低減させる表面表層処理手段と、チャンバ内に備え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、ハロゲンを含有する原料ガス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、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表層の窒素含有量を相対的に低減させたバリアメタル膜の上に成膜させる制御手段とを備えた金属膜作製装置であること。
２６） 上記２４）もしくは２５）において、
還元性ガス供給手段は、水素を含有するガスを供給する手段であり、表面処理手段は、水素ガスプラズマを発生させる水素ガスプラズマ発生手段である金属膜作製装置であること。
２７） 上記２４）乃至２６）のいずれか一つにおいて、
金属窒化物は、窒化タンタルもしくは窒化タングステンもしくは窒化チタンである金属膜作製装置であること。
【発明の実施の形態】
【０００８】
以下図面に基づいて本発明の金属膜作製方法及び金属膜作製装置を説明する。本発明の金属膜作製方法は、基板の表面に、拡散を防止するための、例えば、窒化タンタル(TaN)のバリアメタル層が作製されたものに対して、更に、密着性を向上させる処理を施したものである。
【０００９】
第１の実施形態例では、TaN のバリアメタル膜に対して、希ガス（例えば、アルゴン：Ar）プラズマにより表面をエッチングして平坦化し、更に、Ar+ によって表層の窒素原子を除去してバリアメタル膜の母材内部と比べて表層の窒素含有量を相対的に低減させる表面処理（以下脱窒処理と称する）を施したものである。これにより、一層のバリアメタル膜に対して表層に実質的に金属（Ta）の膜が形成された状態とし、安価で質量数の高いガスを用いて効率よくかつ確実に、しかも薄膜の状態で金属の拡散防止と金属との密着性を保持したバリアメタル膜が作製される。
【００１０】
尚、バリアメタル膜としては、TaN の他に、窒化タングステン、窒化チタン等が適用可能であり、希ガスとしては、Arの他に、ヘリウム、クリプトン、ネオン、クリプトン等が適用可能である。
【００１１】
第１の実施形態例における具体的な装置構成としては、基板とTa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（例えば、塩素含有ガス）を供給し、チャンバの内部をプラズマ化して塩素ガスプラズマを発生させ、塩素ガスプラズマで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Ta成分と塩素ガスとの前駆体を生成すると共に、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であるTaN を生成し、基板側の温度を低くしてTaN を基板に成膜させてバリアメタル膜とするバリアメタル膜作製装置を適用し、バリアメタル膜を作製した後にチャンバ内でArガスプラズマを発生させ、エッチング及び脱窒処理を施す構成とすることが可能である。
【００１２】
また、第１の実施形態例における具体的な装置構成としては、チャンバ内に塩素ガスを供給し、チャンバの内部をプラズマ化して塩素ガスプラズマを発生させ塩素ガスプラズマで銅(Cu)製の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Cu成分と塩素との前駆体をチャンバの内部に生成し、基板の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くして基板に前駆体のCu成分を成膜させる金属成膜装置を適用し、TaNのバリアメタル膜が成膜された基板を収容し、Cu成分を成膜する前に、Arガスプラズマを発生させてエッチング及び脱窒処理を施す構成とすることが可能である。
【００１３】
図１にはCu膜を成膜する成膜工程装置の概要を示してある。例えば、図１に示すように、中心部位に基板の搬送を行なうハンドリング用のロボット１０１が備えられ、基板が収容される収容装置１０２、基板にバリアメタル膜を成膜するバリアメタルＣＶＤ１０３、Cu膜を成膜するCu−ＣＶＤ１０４がロボット１０１の周囲に備えられている。ロボット１０１により基板を収容装置１０２からバリアメタルＣＶＤ１０３、バリアメタルＣＶＤ１０３からCu−ＣＶＤ１０４、Cu−ＣＶＤ１０４から収容装置１０２へと搬送する。このような成膜工程装置では、第１の実施形態例における金属膜作製装置は、Cu−ＣＶＤ４に備えられる。
【００１４】
尚、バリアメタルＣＶＤ１０３に第１の実施形態例における金属膜作製装置を備えたり、専用で第１の実施形態例における金属膜作製装置をロボット１０１の周囲に備えてもよい。
【００１５】
以下図面に基づいて第１の実施形態例における金属膜作製方法及び金属膜作製装置の実施例をCu−ＣＶＤ１０４に備えた場合を例に挙げて説明する。
【００１６】
図２には本発明の第１実施例に係る金属膜作製装置の概略側面、図３には希ガス供給手段の他の例を表す概略構成、図４にはバリアメタル膜を説明する基板の断面状況、図５、図６には脱窒処理におけるバリアメタル膜の概念状況を示してある。尚、図示の金属膜作製装置は、図１に示したCu−ＣＶＤ１０４に相当するものである。
【００１７】
図２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を備えた制御手段としての温度制御手段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。
【００１８】
チャンバ１の上面は開口部とされ、開口部は金属製の被エッチング部材としての銅板部材７によって塞がれている。銅板部材７によって塞がれたチャンバ１の内部は真空装置８により所定の圧力に維持される。チャンバ１の筒部の周囲にはコイル状のプラズマアンテナ９が設けられ、プラズマアンテナ９には整合器１０及び電源１１が接続されて給電が行われる。プラズマアンテナ９、整合器１０及び電源１１によりプラズマ発生手段が構成されている。
【００１９】
支持台２の上方におけるチャンバ１の筒部には、チャンバ１の内部にハロゲンとしての塩素を含有する原料ガス（He，Ar等で塩素濃度が≦50％ 、好ましくは10％ 程度に希釈されたCl2 ガス）を供給するノズル１２が接続されている。ノズル１２には流量制御器１３を介して原料ガスが送られる。原料ガスは、チャンバ１内で銅板部材７側に送られる（原料ガス供給手段）。尚、原料ガスに含有されるハロゲンとしては、フッ素（Ｆ）、臭素（Ｂｒ）及びヨウ素（Ｉ）等を適用することが可能である。
【００２０】
上述した金属膜作製装置では、チャンバ１の内部にノズル１２から原料ガスを供給し、プラズマアンテナ９から電磁波をチャンバ１の内部に入射することで、Cl2 ガスがイオン化されてCl2 ガスプラズマ（原料ガスプラズマ）１４が発生する。真空装置８により設定されるチャンバ１内の圧力は、Cl2 ガスプラズマ１４のプラズマ密度が、チャンバ１の内部で壁面側が高くなるように高圧状態に設定されている。尚、Cl2 ガスプラズマ１４のプラズマ密度を壁面側が高くなるようにする手段として、電源１１側の周波数を高くすることも可能である。
【００２１】
Cl2ガスプラズマ１４により、銅板部材７にエッチング反応が生じ、前駆体（CuxCly）１５が生成される。このとき、銅板部材７はCl2ガスプラズマ１４により基板３の温度よりも高い所定温度（例えば、２００℃乃至４００℃）に維持されている。
【００２２】
チャンバ１の内部で生成された前駆体（CuxCly）１５は、銅板部材７よりも低い温度に制御された基板３に運ばれる。基板３に運ばれる前駆体（CuxCly）１５は還元反応によりCuイオンのみとされて基板３に当てられ、基板３の表面にCu薄膜１６が生成される。
【００２３】
このときの反応は、次式で表すことができる。
２Ｃｕ＋Ｃｌ2 →２ＣｕＣｌ→２Ｃｕ↓＋Ｃｌ2 ↑
反応に関与しないガス及びエッチング生成物は排気口１７から排気される。
【００２４】
尚、原料ガスとして、He，Ar等で希釈されたCl2 ガスを例に挙げて説明したが、Cl2ガスを単独で用いたり、HCl ガスを適用することも可能である。HCl ガスを適用した場合、原料ガスプラズマはHCl ガスプラズマが生成されるが、銅板部材７のエッチングにより生成される前駆体はCuxClyである。従って、原料ガスは塩素を含有するガスであればよく、HCl ガスとCl2 ガスとの混合ガスを用いることも可能である。また、銅板部材７の材質は、銅（Cu）に限らず、ハロゲン化物形成金属、好ましくは塩化物形成金属であれば、Ag，Au，Pt，Ta，Ti，Ｗ等を用いることが可能である。この場合、前駆体はAg，Au，Pt，Ta，Ti，Ｗ等のハロゲン化物（塩化物）となり、基板３の表面に生成される薄膜はAg，Au，Pt，Ta，Ti，Ｗ等になる。
【００２５】
上記構成の金属膜作製装置は、Cl2ガスプラズマ（原料ガスプラズマ）１４を用いているため、反応効率が大幅に向上して成膜速度が速くなる。また、原料ガスとしてCl2ガスを用いているため、コストを大幅に減少させることができる。
また、温度制御手段６を用いて基板３を銅板部材７よりも低い温度に制御しているので、Cu薄膜１６中に塩素等の不純物の残留を少なくすることができ、高品質なCu薄膜１６を生成することが可能になる。
【００２６】
また、Cl2 ガスプラズマ１４のプラズマ密度を壁面側が高くなるようにしているので、高密度のCl2 ガスプラズマ１４を生成することができ、成膜速度を大幅に速くすることができると共に、大型のチャンバ１を用いても、即ち、大きな基板３に対してもCu薄膜１６を生成することが可能になる。
【００２７】
ところで、上述した金属膜作製装置には、基板３の表面の上部におけるチャンバ１内に希ガスとしてのArガスを供給する希ガス供給手段としての希ガスノズル２１が設けられている。希ガスノズル２１からArガスを供給すると共に、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、Arガスがイオン化されてArガスプラズマが発生するようになっている（表面処理プラズマ発生手段）。一方、支持台２にはバイアス電源２０が接続され、基板３を支持台２に支持させるためのバイアス電圧が印加される。
【００２８】
尚、希ガス供給手段としては、Cl2 ガスの希釈ガスとしてArガスを適用した場合、図３に示すように、原料ガス（Cl2 ガス）と希釈ガス（Arガス）との合流部に制御弁２２を設け、Arガスプラズマを発生させる際にCl2 ガスを止めてArガスのみをノズル１２から供給する構成とすることも可能である。これにより、希ガスノズル２１を特別に設ける必要がなく、スペース的に有利となる。
【００２９】
上述した金属膜作製装置に搬入される基板３の表面には、図４に示したように、TaN のバリアメタル膜２３が成膜されている。Arガスプラズマを発生させることで、Ar+ により、基板２の表面のバリアメタル膜２３をエッチングしてバリアメタル膜２３を平坦化すると共に、表層のTaN の窒素原子(N) を除去してバリアメタル膜２３の母材内部と比べて表層の窒素含有量を相対的に低減させる処理（脱窒処理）が施される。尚、バリアメタル膜２３としては、WN，TiNを適用することも可能である。
【００３０】
Arガスプラズマを発生させてバリアメタル膜２３を平坦化する処理及び脱窒処理は、前述したCu薄膜１６を生成する前に実施される。即ち、TaN のバリアメタル膜２３が成膜されている基板３が支持台２上に搬入されると、Cu薄膜１６の生成に先立って、希ガスノズル２１からArガスを供給すると共に、プラズマアンテナ９から電磁波をチャンバ１の内部に入射してArガスプラズマを発生させる。
【００３１】
Arガスプラズマを発生させると、Ar+ によりバリアメタル膜２３の表面がエッチングされて平坦化される。また、図５に示すように、バリアメタル膜２３はTaとN がアモルファス状態で混在し、Ar+ により質量の小さいＮが優先的に除去され、バリアメタル膜２３の表層（例えば、最大で全体膜厚の半分：好ましくは１／３程度）が脱窒処理される。これにより、図６に示すように、実質的にTaで構成される金属層２３ａとTaN 層２３ｂとの二層構造のバリアメタル膜２３の状態となる。この時、バリアメタル膜２３の全体の膜厚は一層で構成された膜厚のままである。
【００３２】
Ar+ の発生量を多くするために、プラズマアンテナ９に印加する電圧を高くしたり、Arガスの流量を多くする制御が行なわれる。また、Ar+ を基板３側に引き込むために、バイアス電源２０を制御して基板２の電位をマイナス側に下げる制御が行なわれる。制御としては、予め決められたスケジュールでスケジュール制御することが容易である。脱窒処理を行なっている時に、金属層２３ａの深さ分布を実測し、実測結果に応じてプラズマアンテナ９の電圧やArガスの流量、バイアス電源２０の制御を実施することも可能である。
【００３３】
脱窒処理を行なった後に、除去されたＮの部位が隙間になって原子レベルでの凹凸が生じるため、残ったTa原子を密状態にすることが好ましい。Ta原子を密状態にするため本実施例では、ヒータ４を用いて基板３を加熱して熱処理を行い、Ta原子を密状態にしている（密状態処理手段）。熱処理は、原子が結晶構造にならない程度（アモルファス状態を維持した状態）で実施される。尚、密状態処理手段としては、プラズマ加熱で基板３を加熱することも可能である。
【００３４】
上述した金属膜作製装置では、バリアメタル膜２３が成膜された基板３が収容されるチャンバ１内にArガスプラズマを発生させ、Arガスプラズマでバリアメタル膜２３をエッチングすることによりバリアメタル膜２３を平坦化すると共に、Arガスプラズマで窒素原子を除去してバリアメタル膜２３の脱窒処理を施したので、実質的にTaで構成される金属層２３ａとTaN 層２３ｂとの二層構造のバリアメタル膜２３の状態とすることができ、しかも、全体の膜厚を一層で構成された膜厚のままとすることができる。このため、バリアメタル膜２３を厚くすることなく二層構造状態にして金属層２３ａによりCu薄膜１６との密着性を保持することができ、TaN 層２３ｂによりCuの拡散を防止することができる。このため、Cu薄膜１６を基板３への拡散をなくして密着性よく成膜することができ、Cu配線プロセスを安定させることが可能になる。
【００３５】
図７乃至図９に基づいて本発明の第２実施例の金属膜作製方法及び金属膜作製装置を説明する。図７には本発明の第２実施例に係る金属膜作製装置の概略側面、図８には図７中のVIII-VIII 線矢視、図９には図８中のIX-IX 線矢視を示してある。尚、図２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。
【００３６】
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との間には金属製である銅（Cu）製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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
上述した金属膜作製装置では、チャンバ１の内部にノズル１２から原料ガスを供給し、プラズマアンテナ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）１４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１４が安定して発生するようになっている。
【００４２】
被エッチング部材３１の下側にCl2 ガスプラズマ１４が発生する作用について説明する。図９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）。
【００４３】
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１４が安定して発生するようになっている。
【００４４】
Cl2 ガスプラズマ１４により、銅製の被エッチング部材３１にエッチング反応が生じ、前駆体（CuxCly）１５が生成される。このとき、被エッチング部材３１はCl2 ガスプラズマ１４により基板３の温度よりも高い所定温度（例えば、２００℃乃至４００℃）に維持されている。チャンバ１の内部で生成された前駆体（CuxCly）１５は、被エッチング部材３１よりも低い温度に制御された基板３に運ばれる。基板３に運ばれる前駆体（CuxCly）１５は還元反応によりCuイオンのみとされて基板３に当てられ、基板３の表面にCu薄膜１６が生成される。
【００４５】
このときの反応は、前述した第１実施例と同様であり、反応に関与しないガス及びエッチング生成物は排気口１７から排気される。
【００４６】
上記構成の金属膜作製装置は、Cl2 ガスプラズマ（原料ガスプラズマ）１４を用いているため、反応効率が大幅に向上して成膜速度が速くなる。また、原料ガスとしてCl2 ガスを用いているため、コストを大幅に減少させることができる。
また、温度制御手段６を用いて基板３を被エッチング部材１８よりも低い温度に制御しているので、Cu薄膜１６中に塩素等の不純物の残留を少なくすることができ、高品質なCu薄膜１６を生成することが可能になる。
【００４７】
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１４を安定して発生させることが可能となる。
【００４８】
ところで、上述した金属膜作製装置には、基板３の表面の上部におけるチャンバ１内に希ガスとしてのArガスを供給する希ガス供給手段としての希ガスノズル２１が設けられている。希ガスノズル２１からArガスを供給すると共に、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、Arガスがイオン化されてArガスプラズマが発生するようになっている（表面処理プラズマ発生手段）。一方、支持台２にはバイアス電源２０が接続され、基板３を支持台２に支持させるためのバイアス電圧が印加される。
【００４９】
上述した金属膜作製装置に搬入される基板３の表面には、図４に示したように、TaN のバリアメタル膜２３が成膜されている。Arガスプラズマを発生させることで、Ar+ により、基板２の表面のバリアメタル膜２３をエッチングしてバリアメタル膜２３を平坦化すると共に、表層のTaN の窒素原子(N) を除去してバリアメタル膜２３の母材内部と比べて表層の窒素含有量を相対的に低減させる処理（脱窒処理）が施される。尚、バリアメタル膜２３としては、WN，TiNを適用することも可能である。
【００５０】
Arガスプラズマを発生させてバリアメタル膜２３を平坦化する処理及び脱窒処理は、前述したCu薄膜１６を生成する前に実施される。バリアメタル膜２３を平坦化する処理及び脱窒処理の詳細は第１実施例と同一であるので説明は省略してある。
【００５１】
上述した金属膜作製装置では、第１実施例と同様に、バリアメタル膜２３を厚くすることなく二層構造状態にして金属層２３ａによりCu薄膜１６との密着性を保持することができ、TaN 層２３ｂによりCuの拡散を防止することができる。このため、Cu薄膜１６を基板３への拡散をなくして密着性よく成膜することができ、Cu配線プロセスを安定させることが可能になる。
【００５２】
図１０に基づいて本発明の第３実施例の金属膜作製方法及び金属膜作製装置を説明する。図１０には本発明の第３実施例に係る金属膜作製装置の概略側面を示してある。尚、図２及び図７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】
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の下面には金属製である銅（Cu）製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、スリット状の開口部４２が形成され、開口部４２には筒状の通路４３の一端がそれぞれ固定されている。通路４３の途中部には絶縁体製の筒状の励起室４４が設けられ、励起室４４の周囲にはコイル状のプラズマアンテナ４５が設けられ、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。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。
【００５４】
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。プラズマアンテナ４５から電磁波を励起室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。
【００５５】
上述した金属膜作製装置では、流量制御器４６を介して通路４３内に原料ガスを供給して励起室４４に原料ガスを送り込む。プラズマアンテナ４５から電磁波を励起室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内の圧力と励起室４４の圧力とに所定の差圧が設定されているため、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の内部で前駆体（CuxCly）１５が生成される。
【００５６】
このとき、被エッチング部材４１はヒータ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。チャンバ１の内部で生成された前駆体（CuxCly）１５は、被エッチング部材３１よりも低い温度に制御された基板３に運ばれる。基板３に運ばれる前駆体（CuxCly）１５は還元反応によりCuイオンのみとされて基板３に当てられ、基板３の表面にCu薄膜１６が生成される。
【００５７】
このときの反応は、前述した第１実施例と同様であり、反応に関与しないガス及びエッチング生成物は排気口１７から排気される。
【００５８】
上述した金属膜作製装置は、チャンバ１と隔絶した励起室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。尚、励起室４４でCl2 ガスプラズマ４７を発生させる手段は、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。
【００５９】
ところで、上述した金属膜作製装置には、基板３の表面の上部におけるチャンバ１内に希ガスとしてのArガスを供給する希ガス供給手段としての希ガスノズル２１が設けられている。また、チャンバ１の胴部にはコイル状の表面処理プラズマアンテナ３６が設けられ、表面処理プラズマアンテナ３６には整合器３７及び電源３８が接続されて給電が行なわれる。希ガスノズル２１からArガスを供給すると共に、プラズマアンテナ３６から電磁波をチャンバ１の内部に入射することで、Arガスがイオン化されてArガスプラズマが発生するようになっている（表面処理プラズマ発生手段）。一方、支持台２にはバイアス電源２０が接続され、基板３を支持台２に支持させるためのバイアス電圧が印加される。
【００６０】
上述した金属膜作製装置に搬入される基板３の表面には、図４に示したように、TaN のバリアメタル膜２３が成膜されている。Arガスプラズマを発生させることで、Ar+ により、基板２の表面のバリアメタル膜２３をエッチングしてバリアメタル膜２３を平坦化すると共に、表層のTaN の窒素原子(N) を除去してバリアメタル膜２３の母材内部と比べて表層の窒素含有量を相対的に低減させる処理（脱窒処理）が施される。尚、バリアメタル膜２３としては、WN，TiNを適用することも可能である。
【００６１】
Arガスプラズマを発生させてバリアメタル膜２３を平坦化する処理及び脱窒処理は、前述したCu薄膜１６を生成する前に実施される。バリアメタル膜２３を平坦化する処理及び脱窒処理の詳細は第１実施例と同一であるので説明は省略してある。
【００６２】
上述した金属膜作製装置では、第１実施例と同様に、バリアメタル膜２３を厚くすることなく二層構造状態にして金属層２３ａ（図６参照）によりCu薄膜１６との密着性を保持することができ、TaN 層２３ｂ（図６参照）によりCuの拡散を防止することができる。このため、Cu薄膜１６を基板３への拡散をなくして密着性よく成膜することができ、Cu配線プロセスを安定させることが可能になる。
【００６３】
図１１に基づいて本発明の第４実施例の金属膜作製方法及び金属膜作製装置を説明する。図１１には本発明の第４実施例に係る金属膜作製装置の概略側面を示してある。尚、図２、図７及び図１０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。
【００６４】
図２に示した第１実施例の金属膜作製装置に対し、チャンバ１の筒部の周囲にはプラズマアンテナ９が設けられておらず、銅板部材７に整合器１０及び電源１１が接続されて銅板部材７に給電が行われる。上述した金属膜作製装置では、チャンバ１の内部にノズル１２から原料ガスを供給し、銅板部材７から電磁波をチャンバ１の内部に入射することで、Cl2 ガスがイオン化されてCl2 ガスプラズマ（原料ガスプラズマ）１４が発生する。Cl2ガスプラズマ１４により、銅板部材７にエッチング反応が生じ、前駆体（CuxCly）１５が生成される。このとき、銅板部材７はCl2 ガスプラズマ１４により基板３の温度よりも高い所定温度（例えば、２００℃乃至４００℃）に維持されている。
【００６５】
チャンバ１の内部で生成された前駆体（CuxCly）１５は、銅板部材７よりも低い温度に制御された基板３に運ばれる。基板３に運ばれる前駆体（CuxCly）１５は還元反応によりCuイオンのみとされて基板３に当てられ、基板３の表面にCu薄膜１６が生成される。このときの反応は、前述した第１実施例と同様であり、反応に関与しないガス及びエッチング生成物は排気口１７から排気される。
【００６６】
上述した金属膜作製装置は、銅板部材７自身をプラズマ発生用の電極として適用しているので、チャンバ１の筒部の周囲にCu薄膜１６を作製するためのプラズマアンテナ９が不要となる。
【００６７】
ところで、上述した金属膜作製装置には、基板３の表面の上部におけるチャンバ１内に希ガスとしてのArガスを供給する希ガス供給手段としての希ガスノズル２１が設けられている。ノズル１２からの原料ガスの供給を停止し、希ガスノズル２１からArガスを供給すると共に、銅板部材７から電磁波をチャンバ１の内部に入射することで、Arガスがイオン化されてArガスプラズマが発生するようになっている（表面処理プラズマ発生手段）。一方、支持台２にはバイアス電源２０が接続され、基板３を支持台２に支持させるためのバイアス電圧が印加される。
【００６８】
上述した金属膜作製装置に搬入される基板３の表面には、図４に示したように、TaNのバリアメタル膜２３が成膜されている。Arガスプラズマを発生させることで、Ar+により、基板２の表面のバリアメタル膜２３をエッチングしてバリアメタル膜２３を平坦化すると共に、表層のTaN の窒素原子(N) を除去してバリアメタル膜２３の母材内部と比べて表層の窒素含有量を相対的に低減させる処理（脱窒処理）が施される。尚、バリアメタル膜２３としては、WN，TiNを適用することも可能である。また、表面処理プラズマ発生手段として、チャンバ１の胴部にコイル状の表面処理プラズマアンテナを設け、整合器及び電源を介して給電を行なうことでArガスプラズマを発生させることも可能である。
【００６９】
Arガスプラズマを発生させてバリアメタル膜２３を平坦化する処理及び脱窒処理は、前述したCu薄膜１６を生成する前に実施される。バリアメタル膜２３を平坦化する処理及び脱窒処理の詳細は第１実施例と同一であるので説明は省略してある。
【００７０】
上述した金属膜作製装置では、第１実施例と同様に、バリアメタル膜２３を厚くすることなく二層構造状態にして金属層２３ａ（図６参照）によりCu薄膜１６との密着性を保持することができ、TaN 層２３ｂ（図６参照）によりCuの拡散を防止することができる。このため、Cu薄膜１６を基板３への拡散をなくして密着性よく成膜することができ、Cu配線プロセスを安定させることが可能になる。
【００７１】
次に、第１の実施形態例における金属膜作製方法及び金属膜作製装置の実施例をバリアメタルＣＶＤ１０３に備えた場合の一例を図１２に基づいて説明する。図１２には本発明の第５実施例に係る金属膜作製装置の概略側面を示してある。
【００７２】
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５１（絶縁材料製）の底部近傍には支持台５２が設けられ、支持台５２には基板５３が載置される。支持台５２にはヒータ５４及び冷媒流通手段５５を備えた制御手段としての温度制御手段５６が設けられ、支持台５２は温度制御手段５６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。
【００７３】
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５７（例えば、W，Ti，Ta，TiSi等）によって塞がれている。金属部材５７によって塞がれたチャンバ５１の内部は真空装置５８により所定の圧力に維持される。チャンバ５１の筒部の周囲にはバリア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５９が設けられ、プラズマアンテナ５９には整合器６０及び電源６１が接続されて給電が行われる。
【００７４】
金属部材５７の下方におけるチャンバ５１の筒部には、チャンバ５１の内部にハロゲンとしての塩素を含有する原料ガスガス（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６２が接続されている。ノズル６２は水平に向けて開口し、ノズル６２には流量制御器６３を介して原料ガスが送られる（ハロゲンガス供給手段）。尚、原料ガスに含有されるハロゲンとしては、フッ素（Ｆ）、臭素（Ｂｒ）及びヨウ素（Ｉ）等を適用することが可能である。
【００７５】
一方、チャンバ５１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６４が形成され、開口部６４には筒状の通路６５の一端がそれぞれ固定されている。通路６５の途中部には絶縁体製の筒状の励起室６６が設けられ、励起室６６の周囲にはコイル状のプラズマアンテナ６７が設けられ、プラズマアンテナ６７は整合器６８及び電源６９に接続されて給電が行われる。プラズマアンテナ６７、整合器６８及び電源６９により励起手段が構成されている。通路６５の他端側には流量制御器７０が接続され、流量制御器７０を介して通路６５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。
【００７６】
上述した金属膜作製装置では、チャンバ５１の内部にノズル６２から原料ガスを供給し、プラズマアンテナ５９から電磁波をチャンバ５１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）７１が発生する。Cl2 ガスプラズマ７１により、金属部材５７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）７２が生成される。
【００７７】
また、流量制御器７０を介して通路６５内にNH3 ガスを供給して励起室６６にNH3 ガスを送り込む。プラズマアンテナ６７から電磁波を励起室６６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６３が発生する。真空装置５８によりチャンバ５１内の圧力と励起室６６の圧力とに所定の差圧が設定されているため、励起室６６のNH3 ガスプラズマ７３の励起アンモニアが開口部６４からチャンバ５１内の前駆体（MxCly ）７２に送られる。
【００７８】
つまり、窒素を含有する窒素含有ガスをチャンバ５１と隔絶した励起室６６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 ）７２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５７及び励起室６６はプラズマにより基板５３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。
【００７９】
チャンバ５１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５３に運ばれて、基板５３の表面にMN薄膜７４（Ta製の金属部材５７を適用した場合TaN 膜）が生成される。
【００８０】
MN薄膜７４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 ↑
反応に関与しないガス及びエッチング生成物は排気口７７から排気される。
【００８１】
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５７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。また、通路６５内にNH3 ガスを供給して励起室６６にNH3 ガスを送り込み、プラズマアンテナ６７から電磁波を励起室６６の内部に入射することで、NH3 ガスプラズマ６３を発生させるようにしているが、チャンバ５１内にNH3 ガスを供給し、プラズマアンテナ５９への給電によりチャンバ５１内でNH3 ガスプラズマを発生させることも可能である。この場合、通路６５、励起室６６、プラズマアンテナ６７、整合器６８及び電源６９
を省略することも可能である。
【００８２】
上記構成の金属膜作製装置では、プラズマにより金属を生じさせてバリアメタル膜としてMN薄膜７４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を成膜することが可能になる。このため、基板５３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。
【００８３】
ところで、上述した金属膜作製装置には、基板５３の表面の上部におけるチャンバ５１内に希ガスとしてのArガスを供給する希ガス供給手段としての希ガスノズル７６が設けられている。希ガスノズル７６からArガスを供給すると共に、プラズマアンテナ５９から電磁波をチャンバ５１の内部に入射することで、Arガスがイオン化されてArガスプラズマが発生するようになっている（表面処理プラズマ発生手段）。一方、支持台５２にはバイアス電源７７が接続され、基板５３を支持台５２に支持させるためのバイアス電圧が印加される。
【００８４】
上述した金属膜作製装置では、バリアメタル膜としてのMN薄膜７４が成膜された後に、Arガスプラズマを発生させることで、Ar+ により、基板５３の表面のバリアメタル膜をエッチングしてバリアメタル膜を平坦化すると共に、表層のTaN の窒素原子(N) を除去して脱窒処理が施される。バリアメタル膜を平坦化すると共に、表層のTaN の窒素原子(N) を除去して脱窒処理が施された後、成膜装置でバリアメタル膜の上に銅（Cu）薄膜やアルミニウム（Al) 薄膜等が成膜される。
Arガスプラズマを発生させてバリアメタル膜を平坦化する処理及び脱窒処理の詳細は第１実施例と同一であるので説明は省略してある。
【００８５】
上述した金属膜作製装置では、第１実施例と同様に、バリアメタル膜を厚くすることなく二層構造状態にして金属層により後工程における成膜での金属薄膜との密着性を保持することができ、TaN 層により後工程における成膜での金属の拡散を防止することができる。このため、後工程における成膜での金属薄膜（Cu薄膜）を基板５３への拡散をなくして密着性よく成膜することができ、Cu配線プロセスを安定させることが可能になる。
【００８６】
尚、バリアメタル膜を作製する金属膜作製装置の構成は、容量結合プラズマを発生させる形式の装置や、成膜室とは隔絶してプラズマを発生させるリモート形式の装置を適用することも可能である。
【００８７】
次に本発明の第２の実施形態例を説明する。第２の実施形態例では、TaN のバリアメタル膜に対して、還元性ガス（例えば、水素ガス）雰囲気（水素ガスプラズマ）で反応させることにより表層の窒素原子を除去してバリアメタル膜の母材内部と比べて表層の窒素含有量を相対的に低減させる表面処理（以下脱窒処理と称する）を施したものである。これにより、一層のバリアメタル膜に対して表層に実質的に金属（Ta）の膜が形成された状態とし、効率よくしかも薄膜の状態で金属の拡散防止と金属との密着性を保持したバリアメタル膜が作製される。
【００８８】
尚、還元性ガスとしては、水素ガスの他に窒素ガスを適用することが可能であり、また、一酸化炭素ガスを適用することが可能である。一酸化炭素ガスを適用した場合にはプラズマを発生させることなく一酸化炭素ガス雰囲気中で脱窒処理が行なえる。
【００８９】
第２の実施形態例における具体的な装置構成としては、基板とTa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（例えば、塩素含有ガス）を供給し、チャンバの内部をプラズマ化して塩素ガスプラズマを発生させ、塩素ガスプラズマで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Ta成分と塩素ガスとの前駆体を生成すると共に、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であるTaN を生成し、基板側の温度を低くしてTaN を基板に成膜させてバリアメタル膜とするバリアメタル膜作製装置を適用し、バリアメタル膜を作製した後にチャンバ内で水素ガスプラズマ（もしくは窒素ガスプラズマ）を発生させ、ラジカルな水素と窒素を反応させて脱窒処理を施す構成とすることが可能である。つまり、例えば、図１２に示したバリアメタル膜作製装置を適用することが可能である。
【００９０】
また、第２の実施形態例における具体的な装置構成としては、チャンバ内に塩素ガスを供給し、チャンバの内部をプラズマ化して塩素ガスプラズマを発生させ塩素ガスプラズマで銅(Cu)製の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Cu成分と塩素との前駆体をチャンバの内部に生成し、基板の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くして基板に前駆体のCu成分を成膜させる金属成膜装置を適用し、TaNのバリアメタル膜が成膜された基板を収容し、Cu成分を成膜する前に、チャンバ内で水素ガスプラズマ（もしくは窒素ガスプラズマ）を発生させ、ラジカルな水素と窒素を反応させて脱窒処理を施す構成とすることが可能である。つまり、例えば、図２、図７、図１０、図１１に示した金属膜作製装置を適用することが可能である。
【００９１】
第２の実施形態例における金属膜作製方法及び金属膜作製装置の実施例をCu−ＣＶＤ１０４（図１参照）に備えた場合を例に挙げて説明する。
【００９２】
図１３には本発明の第６実施例に係る金属膜作製装置の概念構成、図１４には脱窒処理におけるバリアメタル膜の概念状況を示してある。尚、図示の金属膜作製装置は、図２に示した第１実施例の金属膜作製装置の概念構成であり、ノズル２１から供給されるガスを異ならせたものである。このため、金属膜作製装置におけるCu薄膜の成膜に関しては同一であるので説明は省略してある。
【００９３】
図１３に示すように、基板３の表面の上部におけるチャンバ１内に還元性ガスとしての水素ガス（H2ガス）を供給する還元性ガス供給手段としての還元ガスノズル２５が設けられている。還元ガスノズル２５からH2ガスを供給すると共にプラズマアンテナ９から電磁波をチャンバ１内に入射することで、H2ガスがイオン化されてH2ガスプラズマが発生するようになっている（表面処理手段）。図示の金属膜作製装置に搬入される基板３の表面には、TaN のバリアメタル膜２３（図４参照）が成膜されている。H2ガスプラズマを発生させることで、水素ラジカルＨ* が基板２の表層のTaN の窒素原子(N) と反応してアンモニアNH3 が形成されて排出される。これにより、表層の窒素原子(N) が除去されてバリアメタル膜２３の母材内部と比べて表層の窒素含有量を相対的に低減させる処理（脱窒処理）が施される。
【００９４】
H2ガスプラズマを発生させて実施されるバリアメタル膜２３（図４参照）の脱窒処理は、図２の第１実施例で説明したCu薄膜１６を生成する前に実施される。即ち、TaN のバリアメタル膜２３（図４参照）が成膜されている基板３が支持台２上に搬入されると、Cu薄膜１６（図２参照）の生成に先立って、還元ガスノズル２５からH2ガスを供給すると共に、プラズマアンテナ９から電磁波をチャンバ１の内部に入射してH2ガスプラズマを発生させる。
【００９５】
H2ガスプラズマを発生させると、水素ラジカルＨ* が基板２の表層のTaN の窒素原子(N) と反応してアンモニアNH3 が形成されて排出される。水素ラジカルＨ* は金属に影響せずに窒素原子(N) に対してのみ反応し、アンモニアNH3 が形成される。つまり、Ｎ＋３Ｈ* →NH3 の反応によりアンモニアNH3 が形成されて排出される。水素ラジカルＨ* は金属に影響せずに窒素原子(N) に対してのみ反応し、アンモニアNH3 が形成される。
つまり、Ｎ＋３Ｈ* →NH3
の反応によりアンモニアNH3 が形成されて排出される。
【００９６】
図１４に示すように、バリアメタル膜２３はTaとN がアモルファス状態で混在し、水素ラジカルＨ* がＮと反応してアンモニアNH3 が形成されて排出され、バリアメタル膜２３の表層（例えば、最大で全体膜厚の半分：好ましくは１／３程度）が脱窒処理される。これにより、図６に示すように、実質的にTaで構成される金属層２３ａとTaN 層２３ｂとの二層構造のバリアメタル膜２３の状態となる。この時、バリアメタル膜２３の全体の膜厚は一層で構成された膜厚のままである。
【００９７】
水素ラジカルＨ* は寿命が長く狭いところに入り込むので、チャンバ１内の圧力を低下させて密度を下げたり、基板３の温度を制御することにより、水素ラジカルＨ* を増加（互いに衝突しないようにする）させたり、実質的にTaで構成される金属層２３ａ（図６参照）の深さを制御することができる。圧力の設定は、水素ラジカルＨ* がどれくらいの距離で衝突せずに進行するかの値である平均自由工程（ＭＦＰ）を大きくすることで設定される。通常、プラズマの中心から基板３までの距離は装置により決まるため、平均自由工程を大きくするために、チャンバ１内の圧力を下げて制御する。支持台２が上下方向に移動可能な装置であれば、圧力を下げることなく支持台２を上昇させてプラズマ中心に対して基板３を接近させ平均自由工程を相対的に大きくすることも可能である。
【００９８】
上述した金属膜作製装置では、バリアメタル膜２３が成膜された基板３が収容されるチャンバ１内に水素ガスプラズマを発生させ、水素ラジカルＨ* と窒素原子(N) と反応させてアンモニアNH3 を形成して排出する脱窒処理を施したので、実質的にTaで構成される金属層２３ａ（図６参照）とTaN 層２３ｂ（図６参照）との二層構造のバリアメタル膜２３の状態とすることができ、しかも、全体の膜厚を一層で構成された膜厚のままとすることができる。このため、バリアメタル膜２３を厚くすることなく二層構造状態にして金属層２３ａ（図６参照）によりCu薄膜１６（図２参照）との密着性を保持することができ、TaN 層２３ｂ（図６参照）によりCuの拡散を防止することができる。このため、Cu薄膜１６（図２参照）を基板３への拡散をなくして密着性よく成膜することができ、Cu配線プロセスを安定させることが可能になる。しかも、極めて効率よく脱窒処理を行なうことができる。
【００９９】
尚、還元性ガスとして水素ガスを例に挙げて説明したが、水素雰囲気が使用できない金属膜作製装置の場合、還元性ガスとして窒素ガスを使用することも可能である。この場合、窒素ガスプラズマを発生させることでＮ* とバリアメタル膜２３の窒素原子(N) が反応し、Ｎ＋Ｎ* →Ｎ2 となって排出される。窒素ガスを使用することで、還元性ガスの使用に制約があっても容易に脱窒処理を行なうことができる。
【０１００】
また、還元性ガスとして一酸化炭素ガスを使用することも可能である。この場合、プラズマを発生させることなくそのままの雰囲気でＣＯとバリアメタル膜２３の窒素原子(N) が反応し、２Ｎ＋２ＣＯ→２ＮＮ＋Ｏ2 となって排出される。一酸化炭素ガスを使用することで、プラズマを発生させることなく基板３の温度制御のみで脱窒処理を行なう
ことができ、消費電力の抑制が可能となる。
【０１０１】
上述した第６実施例は、図７、図１０、図１１の第２実施例乃至第４実施例の金属膜作製装置に適用することが可能である。また、図１２に示した第５実施例のバリア膜作製装置に適用することも可能である。また、第１実施例乃至第５実施例のArガスプラズマを発生させてAr+ で表面を平坦化する処理と、還元性ガスプラズマによる脱窒処理とを組み合わせることも可能である。この場合、Arガスと還元性ガスを混合してチャンバ１内に供給してもよいし、Arガスと還元性ガスをシーケンシャルに供給してもよい。
【発明の効果】
【０１０２】
本発明の金属膜作製方法は、基板上に成膜された金属窒化物のバリアメタル膜の表層の窒素原子を除去してバリアメタル膜の母材内部と比べて表層の窒素含有量を相対的に低減させる表層処理を施すことにより表層に実質的に金属層を形成するようにしたので、又、基板上に成膜された金属窒化物のバリアメタル膜の表層の窒素原子を希ガスプラズマで除去してバリアメタル膜の母材内部と比べて表層の窒素含有量を相対的に低減させる表層処理を施すことにより表層に実質的に金属層を形成するようにしたので、実質的な金属層と金属窒化物の層とを一層の厚さで形成することができ、極めて薄い状態で金属の拡散防止と金属との密着性を保持したバリアメタル膜を作製することができる。この結果、金属配線のプロセスを安定させることが可能になる。
【０１０３】
本発明の金属膜作製方法による金属膜は、基板の表面における金属窒化物のバリアメタル膜が、表層の窒素原子が除去されてバリアメタル膜の母材内部と比べて表層の窒素含有量を相対的に低減させる表面処理が施されることにより表層に実質的に金属層が形成されたので、実質的な金属層と金属窒化物の層とを一層の厚さで形成され、極めて薄い状態で金属の拡散防止と金属との密着性を保持したバリアメタル膜を備え、金属配線のプロセスを安定させることが可能な金属膜となる。
【０１０４】
本発明の金属膜作製方法は、基板上に成膜された金属窒化物のバリアメタル膜の表面を希ガスプラズマでエッチングすることによりバリアメタル膜を平坦化すると共に、希ガスプラズマで表層の窒素原子を除去してバリアメタル膜の母材内部と比べて表層の窒素含有量を相対的に低減させる表層処理を施すことにより表層に実質的に金属層を形成するようにしたので、実質的な金属層と金属窒化物の層とを一層の厚さで形成することができ、極めて薄い状態で金属の拡散防止と金属との密着性を保持したバリアメタル膜を作製することができる。この結果、金属配線のプロセスを安定させることが可能になる。
【０１０５】
本発明の金属膜作製方法は、基板と金属製の被エッチング部材との間におけるチャンバ内にハロゲンを含有する原料ガスを供給し、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てバリアメタル膜とし、希ガスプラズマで基板表面のバリアメタル膜をエッチングすることによりバリアメタル膜を平坦化する表面処理を施すようにしたので、バリアメタル膜を作製した後に金属の拡散防止と金属との密着性を保持した処理を施したバリアメタル膜を作製することができる。この結果、金属配線のプロセスを安定させることが可能になる。
【０１０６】
本発明の金属膜作製方法は、基板と金属製の被エッチング部材との間におけるチャンバ内にハロゲンを含有する原料ガスを供給し、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てバリアメタル膜とし、希ガスプラズマで表層の窒素原子を除去してバリアメタル膜の母材内部と比べて表層の窒素含有量を相対的に低減させる表層処理を施すようにしたので、実質的な金属層と金属窒化物の層とを一層の厚さで形成することができ、極めて薄い状態で金属の拡散防止と金属との密着性を保持したバリアメタル膜を作製することができる。この結果、金属配線のプロセスを安定させることが可能になる。
【０１０７】
本発明の金属膜作製方法は、基板と金属製の被エッチング部材との間におけるチャンバ内にハロゲンを含有する原料ガスを供給し、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てバリアメタル膜とし、希ガスプラズマで基板表面のバリアメタル膜をエッチングすることによりバリアメタル膜を平坦化すると共に、希ガスプラズマで表層の窒素原子を除去してバリアメタル膜の母材内部と比べて表層の窒素含有量を相対的に低減させる表層処理を施すようにしたので、バリアメタル膜を作製した後に実質的な金属層と金属窒化物の層とを一層の厚さで形成することができ、極めて薄い状態で金属の拡散防止と金属との密着性を保持したバリアメタル膜を作製することができる。この結果、金属配線のプロセスを安定させることが可能になる。
【０１０８】
本発明の金属膜作製方法は、金属窒化物のバリアメタル膜が成膜された基板が収容されるチャンバ内に希ガスプラズマを発生させ、希ガスプラズマで基板表面のバリアメタル膜をエッチングすることによりバリアメタル膜を平坦化する表面処理を施した後、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被エッチング部材に含まれる金属成分と原料との前駆体をチャンバの内部に生成し、基板の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くしてバリアメタル膜が平坦化された基板に前駆体の金属成分を成膜させるようにしたので、金属の拡散防止と金属との密着性を保持した処理を施したバリアメタル膜を作製して金属を成膜することができる。この結果、金属配線のプロセスを安定させることが可能になる。
【０１０９】
本発明の金属膜作製方法は、金属窒化物のバリアメタル膜が成膜された基板が収容されるチャンバ内に希ガスプラズマを発生させ、希ガスプラズマで基板表面のバリアメタル膜をエッチングすることによりバリアメタル膜を平坦化すると共に、希ガスプラズマで表層の窒素原子を除去してバリアメタル膜の母材内部と比べて表層の窒素含有量を相対的に低減させる表層処理を施した後、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被エッチング部材に含まれる金属成分と原料との前駆体をチャンバの内部に生成し、基板の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くして、バリアメタル膜が平坦化されると共に表層の窒素含有量を相対的に低減された基板に前駆体の金属成分を成膜させるようにしたので、実質的な金属層と金属窒化物の層とを一層の厚さで形成することができ、極めて薄い状態で金属の拡散防止と金属との密着性を保持したバリアメタル膜を作製して金属を成膜することができる。この結果、金属配線のプロセスを安定させることが可能になる。
【０１１０】
そして、表層の窒素含有量を相対的に低減させた後、又は、バリアメタル膜を平坦化した後、又は、バリアメタル膜を平坦化すると共に表層の窒素含有量を相対的に低減させた後に、加熱により表層の金属原子を密状態にする密状態処理を施すようにしたので、金属膜の成分の拡散を確実に防止することができる。
【０１１１】
また、希ガスプラズマは、アルゴンガスプラズマであるので、安価なガスを用いて確実に処理を施すことが可能になる。
【０１１２】
本発明の金属膜作製装置は、基板が収容されるチャンバと、基板に対向する位置におけるチャンバに設けられる金属製の被エッチング部材と、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ハロゲンガス供給手段と、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バリア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てバリアメタル膜とする制御手段と、基板表面の上部に希ガスを供給する希ガス供給手段と、チャンバの内部をプラズマ化して希ガスプラズマを発生させ、希ガスプラズマで基板表面のバリアメタル膜をエッチングすることによりバリアメタル膜を平坦化する表面処理プラズマ発生手段とを備えたので、金属の拡散防止と金属との密着性を保持した処理を施したバリアメタル膜を作製することができる。この結果、金属配線のプロセスを安定させることが可能になる。
【０１１３】
本発明の金属膜作製装置は、基板が収容されるチャンバと、基板に対向する位置におけるチャンバに設けられる金属製の被エッチング部材と、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ハロゲンガス供給手段と、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バリア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てバリアメタル膜とする制御手段と、基板表面の上部に希ガスを供給する希ガス供給手段と、チャンバの内部をプラズマ化して希ガスプラズマを発生させ、希ガスプラズマで基板表面のバリアメタル膜をエッチングすることによりバリアメタル膜を平坦化すると共に、希ガスプラズマで表層の窒素原子を除去してバリアメタル膜の母材内部と比べて表層の窒素含有量を相対的に低減させる表層処理を施す表面表層処理プラズマ発生手段とを備えたので、実質的な金属層と金属窒化物の層とを一層の厚さで形成することができ、極めて薄い状態で金属の拡散防止と金属との密着性を保持したバリアメタル膜を作製することができる。この結果、金属配線のプロセスを安定させることが可能になる。
【０１１４】
本発明の金属膜作製装置は、金属窒化物のバリアメタル膜が成膜された基板が収容されるチャンバと、基板表面の上部におけるチャンバ内に希ガスを供給する希ガス供給手段と、チャンバの内部をプラズマ化して希ガスプラズマを発生させ、希ガスプラズマで基板表面のバリアメタル膜をエッチングすることによりバリアメタル膜を平坦化する表面表層処理プラズマ発生手段と、チャンバ内に備え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、ハロゲンを含有する原料ガス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、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平坦化されたバリアメタル膜の上に成膜させる制御手段とを備えたので、金属の拡散防止と金属との密着性を保持した処理を施したバリアメタル膜を作製して金属膜を成膜することができる。この結果、金属配線のプロセスを安定させることが可能になる。
【０１１５】
本発明の金属膜作製装置は、金属窒化物のバリアメタル膜が成膜された基板が収容されるチャンバと、基板表面の上部におけるチャンバ内に希ガスを供給する希ガス供給手段と、チャンバの内部をプラズマ化して希ガスプラズマを発生させ、希ガスプラズマで基板表面のバリアメタル膜をエッチングすることによりバリアメタル膜を平坦化すると共に、希ガスプラズマで表層の窒素原子を除去してバリアメタル膜の母材内部と比べて表層の窒素含有量を相対的に低減させる表面表層処理プラズマ発生手段と、チャンバ内に備え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、ハロゲンを含有する原料ガス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、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、平坦化されると共に表層の窒素含有量が相対的に低減されたバリアメタル膜の上に成膜させる制御手段とを備えたので、実質的な金属層と金属窒化物の層とを一層の厚さで形成することができ、極めて薄い状態で金属の拡散防止と金属との密着性を保持したバリアメタル膜を作製して金属膜を成膜することができる。この結果、金属配線のプロセスを安定させることが可能になる。
【０１１６】
そして、表層の窒素含有量を相対的に低減させた後、又は、バリアメタル膜を平坦化した後、又は、バリアメタル膜を平坦化すると共に表層の窒素含有量を相対的に低減させた後に、加熱により表層の金属原子を密状態にする密状態処理手段を備えたので、金属膜の成分の拡散を確実に防止することができる。
【０１１７】
また、希ガスプラズマは、アルゴンガスプラズマであるので、安価なガスを用いて確実に処理を施すことが可能になる。
【０１１８】
本発明の金属膜作製装置による金属膜は、基板の表面における金属窒化物のバリアメタル膜が、希ガスプラズマによりエッチングされることにより平坦化されたので、密着性を保持したバリアメタル膜を備え、金属配線のプロセスを安定させることが可能な金属膜となる。
【０１１９】
本発明の金属膜作製装置による金属膜は、基板の表面における金属窒化物のバリアメタル膜が、希ガスプラズマによりエッチングされることにより平坦化されると共に、希ガスプラズマにより表層の窒素原子を除去してバリアメタル膜の母材内部と比べて表層の窒素含有量を相対的に低減させる表面処理が施されたので、実質的な金属層と金属窒化物の層とを一層の厚さで形成され、極めて薄い状態で金属の拡散防止と金属との密着性を保持したバリアメタル膜を備え、金属配線のプロセスを安定させることが可能な金属膜となる。
【０１２０】
本発明の金属膜作製方法は、基板上に成膜された金属窒化物のバリアメタル膜を還元性ガス雰囲気で反応させることにより表層の窒素原子を除去してバリアメタル膜の母材内部と比べて表層の窒素含有量を相対的に低減させる表層処理を施すことにより表層に実質的に金属層を形成するようにしたので、実質的な金属層と金属窒化物の層とを一層の厚さで形成され、極めて薄い状態で金属の拡散防止と金属との密着性を保持したバリアメタル膜を作製することができる。この結果、金属配線のプロセスを安定させることが可能となる。
【０１２１】
本発明の金属膜作製方法は、基板と金属製の被エッチング部材との間におけるチャンバ内にハロゲンを含有する原料ガスを供給し、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てバリアメタル膜とし、基板表面のバリアメタル膜を還元性ガス雰囲気で反応させることにより表層の窒素原子を除去してバリアメタル膜の母材内部と比べて表層の窒素含有量を相対的に低減させる表層処理を施すようにしたので、実質的な金属層と金属窒化物の層とを一層の厚さで形成され、極めて薄い状態で金属の拡散防止と金属との密着性を保持したバリアメタル膜を作製することができる。この結果、金属配線のプロセスを安定させることが可能となる。
【０１２２】
本発明の金属膜作製方法は、金属窒化物のバリアメタル膜が成膜された基板が収容されるチャンバ内で、基板表面のバリアメタル膜を還元性ガス雰囲気で反応させることにより表層の窒素原子を除去してバリアメタル膜の母材内部と比べて表層の窒素含有量を相対的に低減させる表層処理を施した後、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被エッチング部材に含まれる金属成分と原料との前駆体をチャンバの内部に生成し、基板の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くして、表層の窒素含有量が相対的に低減されたバリアメタル膜を有する基板に前駆体の金属成分を成膜させるようにしたので、実質的な金属層と金属窒化物の層とを一層の厚さで形成され、極めて薄い状態で金属の拡散防止と金属との密着性を保持したバリアメタル膜を作製して金属膜を成膜することができる。この結果、金属配線のプロセスを安定させることが可能となる。
【０１２３】
本発明の金属膜作製装置は、基板が収容されるチャンバと、基板に対向する位置におけるチャンバに設けられる金属製の被エッチング部材と、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ハロゲンガス供給手段と、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バリア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てバリアメタル膜とする制御手段と、基板表面の上部に還元性ガスを供給する還元性ガス供給手段と、基板表面のバリアメタル膜を還元性ガス雰囲気で反応させることにより表層の窒素原子を除去してバリアメタル膜の母材内部と比べて表層の窒素含有量を相対的に低減させる表面表層処理手段とを備えたので、実質的な金属層と金属窒化物の層とを一層の厚さで形成され、極めて薄い状態で金属の拡散防止と金属との密着性を保持したバリアメタル膜を作製することができる。この結果、金属配線のプロセスを安定させることが可能となる。
【０１２４】
本発明の金属膜作製装置は、金属窒化物のバリアメタル膜が成膜された基板が収容されるチャンバと、基板表面の上部に還元性ガスを供給する還元性ガス供給手段と、基板表面のバリアメタル膜を還元性ガス雰囲気で反応させることにより表層の窒素原子を除去してバリアメタル膜の母材内部と比べて表層の窒素含有量を相対的に低減させる表面表層処理手段と、チャンバ内に備え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、ハロゲンを含有する原料ガス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、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表層の窒素含有量を相対的に低減させたバリアメタル膜の上に成膜させる制御手段とを備えたので、実質的な金属層と金属窒化物の層とを一層の厚さで形成され、極めて薄い状態で金属の拡散防止と金属との密着性を保持したバリアメタル膜を作製して金属膜を成膜することができる。この結果、金属配線のプロセスを安定させることが可能となる。
【０１２５】
本発明の金属膜作製装置による金属膜は、基板の表面における金属窒化物のバリアメタル膜が、還元性ガス雰囲気で反応させることにより表層の窒素原子を除去してバリアメタル膜の母材内部と比べて表層の窒素含有量を相対的に低減させる表面処理が施されたので、実質的な金属層と金属窒化物の層とを一層の厚さで形成され、極めて薄い状態で金属の拡散防止と金属との密着性を保持したバリアメタル膜を備え、金属配線のプロセスを安定させることが可能な金属膜となる。
【図面の簡単な説明】
【０１２６】
【図１】 成膜工程装置の概要図。
【図２】 本発明の第１実施例に係る金属膜作製装置の概略側面図。
【図３】 希ガス供給手段の他の例を表す概略構成図。
【図４】 バリアメタル膜を説明する基板の断面図。
【図５】 脱窒処理におけるバリアメタル膜の概念図。
【図６】 脱窒処理におけるバリアメタル膜の概念図。
【図７】 本発明の第２実施例に係る金属膜作製装置の概略側面図。
【図８】 図７中のVIII-VIII 線矢視図。
【図９】 図８中のIX-IX 線矢視図。
【図１０】 本発明の第３実施例に係る金属膜作製装置の概略側面図。
【図１１】 本発明の第４実施例に係る金属膜作製装置の概略側面図。
【図１２】 本発明の第５実施例に係る金属膜作製装置の概略側面図。
【図１３】 本発明の第６実施例に係る金属膜作製装置の概念構成図。
【図１４】 脱窒処理におけるバリアメタル膜の概念図。
【符号の説明】
【０１２７】
１，５１ チャンバ
２，５２ 支持台
３，５３ 基板
４，５４ ヒータ
５，５５ 冷媒流通手段
６，５６ 温度制御手段
７ 銅板部材
８，５８ 真空装置
９，３６，４５，５９，６７ プラズマアンテナ
１０，３７，４８，６０，６８ 整合器
１１，３８，４９，６１，６９ 電源
１２，２１，６２ ノズル
１３，４６，６３，７０ 流量制御器
１４，４７，７１ Cl2 ガスプラズマ
１５，７２ 前駆体
１６ Cu薄膜
２０ バイアス電源
２２ 制御弁
２３ バリアメタル膜
２５ 還元ガスノズル
３０ 天井板
３１，４１ 被エッチング部材
３２ リング部
３３ 突起部
４２，６４ 開口部
４３，６５ 通路
４４，６６ 励起室
５７ 金属部材
７３ NH3 ガスプラズマ
７４ NH薄膜
７６ 希ガスプラズマ
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板に作製されたバリアメタル膜の表面を処理して、金属の拡散をなくして密着性を保持した状態で金属を成膜することができるようにした金属膜作製方法及び金属膜作製装置に関する。
【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、タングステン、チタン等の窒化物）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】
バリアメタル膜は、基板に対する銅の拡散防止と銅の密着性の保持といった目的で作製されている。このため、タンタル、タングステン、チタン等の窒化物を一層目に形成して銅の拡散を防止し、タンタル、タングステン、チタン等の活性金属を二層目に形成して銅との密着性を保持している。しかし、バリアメタル膜は非常に薄いため、現状では基板に対する銅の拡散防止と銅の密着性の保持を両立させることは困難であり、十分に両者の機能を両立させたバリアメタル膜の出現が望まれている。
【０００５】
特に、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、タンタル、タングステン、チタン等の窒化物を一層目に形成して銅の拡散を防止し、タンタル、タングステン、チタン等の活性金属を二層目に形成して銅との密着性を保持するために、バリアメタル膜を二層構造とした場合、必要な最低膜厚が大きくなってしまっていた。
【０００６】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、極めて薄い状態で金属の拡散防止と金属との密着性を保持したバリアメタル膜を作製することができる金属膜作製方法及び金属膜作製装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【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態様は次の点を特徴とする。
１） 基板上に成膜された金属窒化物のバリアメタル膜の表層の窒素原子を除去してバリアメタル膜の母材内部と比べて表層の窒素含有量を相対的に低減させる表層処理を施すことにより表層に実質的に金属層を形成すること金属膜作製方法であること。
２） 基板上に成膜された金属窒化物のバリアメタル膜の表層の窒素原子を希ガスプラズマで除去してバリアメタル膜の母材内部と比べて表層の窒素含有量を相対的に低減させる表層処理を施すことにより表層に実質的に金属層を形成する金属膜作製方法であること。
３） 基板上に成膜された金属窒化物のバリアメタル膜の表面を希ガスプラズマでエッチングすることによりバリアメタル膜を平坦化すると共に、希ガスプラズマで表層の窒素原子を除去してバリアメタル膜の母材内部と比べて表層の窒素含有量を相対的に低減させる表層処理を施すことにより表層に実質的に金属層を形成する金属膜作製方法であること。
４） 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てバリアメタル膜とし、希ガスプラズマで基板表面のバリアメタル膜をエッチングすることによりバリアメタル膜を平坦化する表面処理を施す金属膜作製方法であること。
５） 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てバリアメタル膜とし、希ガスプラズマで表層の窒素原子を除去してバリアメタル膜の母材内部と比べて表層の窒素含有量を相対的に低減させる表層処理を施す金属膜作製方法であること。
６） 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てバリアメタル膜とし、希ガスプラズマで基板表面のバリアメタル膜をエッチングすることによりバリアメタル膜を平坦化すると共に、希ガスプラズマで表層の窒素原子を除去してバリアメタル膜の母材内部と比べて表層の窒素含有量を相対的に低減させる表層処理を施す金属膜作製方法であること。
７） 金属窒化物のバリアメタル膜が成膜された基板が収容されるチャンバ内に希ガスプラズマを発生させ、希ガスプラズマで基板表面のバリアメタル膜をエッチングすることによりバリアメタル膜を平坦化する表面処理を施した後、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被エッチング部材に含まれる金属成分と原料との前駆体をチャンバの内部に生成し、基板の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くしてバリアメタル膜が平坦化された基板に前駆体の金属成分を成膜させる金属膜作製方法であること。
８） 金属窒化物のバリアメタル膜が成膜された基板が収容されるチャンバ内に希ガスプラズマを発生させ、希ガスプラズマで基板表面のバリアメタル膜をエッチングすることによりバリアメタル膜を平坦化すると共に、希ガスプラズマで表層の窒素原子を除去してバリアメタル膜の母材内部と比べて表層の窒素含有量を相対的に低減させる表層処理を施した後、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被エッチング部材に含まれる金属成分と原料との前駆体をチャンバの内部に生成し、基板の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くして、バリアメタル膜が平坦化されると共に表層の窒素含有量を相対的に低減された基板に前駆体の金属成分を成膜させる金属膜作製方法であること。
９） 上記１）乃至８）のいずれか一つにおいて、
表層の窒素含有量を相対的に低減させた後、又は、バリアメタル膜を平坦化した後、又は、バリアメタル膜を平坦化すると共に表層の窒素含有量を相対的に低減させた後、加熱により表層の金属原子を密状態にする密状態処理を施す金属膜作製方法であること。
１０） 上記２）乃至９）のいずれか一つにおいて、
希ガスプラズマは、アルゴンガスプラズマである金属膜作製方法であること。
１１） 上記１）乃至１０）のいずれか一つにおいて、
金属窒化物は、窒化タンタルもしくは窒化タングステンもしくは窒化チタンである金属膜作製方法であること。
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ハロゲンガス供給手段と、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バリア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てバリアメタル膜とする制御手段と、基板表面の上部に希ガスを供給する希ガス供給手段と、チャンバの内部をプラズマ化して希ガスプラズマを発生させ、希ガスプラズマで基板表面のバリアメタル膜をエッチングすることによりバリアメタル膜を平坦化する表面処理プラズマ発生手段とを備えた金属膜作製装置であること。
１３） 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ハロゲンガス供給手段と、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バリア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てバリアメタル膜とする制御手段と、基板表面の上部に希ガスを供給する希ガス供給手段と、チャンバの内部をプラズマ化して希ガスプラズマを発生させ、希ガスプラズマで基板表面のバリアメタル膜をエッチングすることによりバリアメタル膜を平坦化すると共に、希ガスプラズマで表層の窒素原子を除去してバリアメタル膜の母材内部と比べて表層の窒素含有量を相対的に低減させる表層処理を施す表面表層処理プラズマ発生手段とを備えた金属膜作製装置であること。
１４） 金属窒化物のバリアメタル膜が成膜された基板が収容されるチャンバと、基板表面の上部におけるチャンバ内に希ガスを供給する希ガス供給手段と、チャンバの内部をプラズマ化して希ガスプラズマを発生させ、希ガスプラズマで基板表面のバリアメタル膜をエッチングすることによりバリアメタル膜を平坦化する表面表層処理プラズマ発生手段と、チャンバ内に備え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、ハロゲンを含有する原料ガス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、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平坦化されたバリアメタル膜の上に成膜させる制御手段とを備えた金属膜作製装置であること。
１５） 金属窒化物のバリアメタル膜が成膜された基板が収容されるチャンバと、基板表面の上部におけるチャンバ内に希ガスを供給する希ガス供給手段と、チャンバの内部をプラズマ化して希ガスプラズマを発生させ、希ガスプラズマで基板表面のバリアメタル膜をエッチングすることによりバリアメタル膜を平坦化すると共に、希ガスプラズマで表層の窒素原子を除去してバリアメタル膜の母材内部と比べて表層の窒素含有量を相対的に低減させる表面表層処理プラズマ発生手段と、チャンバ内に備え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、ハロゲンを含有する原料ガス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、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、平坦化されると共に表層の窒素含有量が相対的に低減されたバリアメタル膜の上に成膜させる制御手段とを備えた金属膜作製装置であること。
１６） 上記１２）乃至１５）のいずれか一つにおいて、
表層の窒素含有量を相対的に低減させた後、又は、バリアメタル膜を平坦化した後、又は、バリアメタル膜を平坦化すると共に表層の窒素含有量を相対的に低減させた後に、加熱により表層の金属原子を密状態にする密状態処理手段を備えた金属膜作製装置であること。
１７） 上記１２）乃至１６）のいずれか一つにおいて、
希ガスプラズマは、アルゴンガスプラズマである金属膜作製装置であること。
１８） 上記１２）乃至１７）のいずれか一つにおいて、
金属窒化物は、窒化タンタルもしくは窒化タングステンもしくは窒化チタンである金属膜作製装置であること。
１９） 基板上に成膜された金属窒化物のバリアメタル膜を還元性ガス雰囲気で反応させることにより表層の窒素原子を除去してバリアメタル膜の母材内部と比べて表層の窒素含有量を相対的に低減させる表層処理を施すことにより表層に実質的に金属層を形成する金属膜作製方法であること。
２０） 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てバリアメタル膜とし、基板表面のバリアメタル膜を還元性ガス雰囲気で反応させることにより表層の窒素原子を除去してバリアメタル膜の母材内部と比べて表層の窒素含有量を相対的に低減させる表層処理を施す金属膜作製方法であること。
２１） 金属窒化物のバリアメタル膜が成膜された基板が収容されるチャンバ内で、基板表面のバリアメタル膜を還元性ガス雰囲気で反応させることにより表層の窒素原子を除去してバリアメタル膜の母材内部と比べて表層の窒素含有量を相対的に低減させる表層処理を施した後、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被エッチング部材に含まれる金属成分と原料との前駆体をチャンバの内部に生成し、基板の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くして、表層の窒素含有量が相対的に低減されたバリアメタル膜を有する基板に前駆体の金属成分を成膜させる金属膜作製方法であること。
２２） 上記１９）乃至２１）のいずれか一つにおいて、
還元性ガス雰囲気は、水素ガスプラズマである金属膜作製方法であること。
２３） 上記１９）乃至２２）のいずれか一つにおいて、
金属窒化物は、窒化タンタルもしくは窒化タングステンもしくは窒化チタンである金属膜作製方法であること。
２４） 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ハロゲンガス供給手段と、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バリア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てバリアメタル膜とする制御手段と、基板表面の上部に還元性ガスを供給する還元性ガス供給手段と、基板表面のバリアメタル膜を還元性ガス雰囲気で反応させることにより表層の窒素原子を除去してバリアメタル膜の母材内部と比べて表層の窒素含有量を相対的に低減させる表面表層処理手段とを備えた金属膜作製装置であること。
２５） 金属窒化物のバリアメタル膜が成膜された基板が収容されるチャンバと、基板表面の上部に還元性ガスを供給する還元性ガス供給手段と、基板表面のバリアメタル膜を還元性ガス雰囲気で反応させることにより表層の窒素原子を除去してバリアメタル膜の母材内部と比べて表層の窒素含有量を相対的に低減させる表面表層処理手段と、チャンバ内に備え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、ハロゲンを含有する原料ガス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、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表層の窒素含有量を相対的に低減させたバリアメタル膜の上に成膜させる制御手段とを備えた金属膜作製装置であること。
２６） 上記２４）もしくは２５）において、
還元性ガス供給手段は、水素を含有するガスを供給する手段であり、表面処理手段は、水素ガスプラズマを発生させる水素ガスプラズマ発生手段である金属膜作製装置であること。
２７） 上記２４）乃至２６）のいずれか一つにおいて、
金属窒化物は、窒化タンタルもしくは窒化タングステンもしくは窒化チタンである金属膜作製装置であること。
【発明の実施の形態】
【０００８】
以下図面に基づいて本発明の金属膜作製方法及び金属膜作製装置を説明する。本発明の金属膜作製方法は、基板の表面に、拡散を防止するための、例えば、窒化タンタル(TaN)のバリアメタル層が作製されたものに対して、更に、密着性を向上させる処理を施したものである。
【０００９】
第１の実施形態例では、TaN のバリアメタル膜に対して、希ガス（例えば、アルゴン：Ar）プラズマにより表面をエッチングして平坦化し、更に、Ar+ によって表層の窒素原子を除去してバリアメタル膜の母材内部と比べて表層の窒素含有量を相対的に低減させる表面処理（以下脱窒処理と称する）を施したものである。これにより、一層のバリアメタル膜に対して表層に実質的に金属（Ta）の膜が形成された状態とし、安価で質量数の高いガスを用いて効率よくかつ確実に、しかも薄膜の状態で金属の拡散防止と金属との密着性を保持したバリアメタル膜が作製される。
【００１０】
尚、バリアメタル膜としては、TaN の他に、窒化タングステン、窒化チタン等が適用可能であり、希ガスとしては、Arの他に、ヘリウム、クリプトン、ネオン、クリプトン等が適用可能である。
【００１１】
第１の実施形態例における具体的な装置構成としては、基板とTa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（例えば、塩素含有ガス）を供給し、チャンバの内部をプラズマ化して塩素ガスプラズマを発生させ、塩素ガスプラズマで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Ta成分と塩素ガスとの前駆体を生成すると共に、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であるTaN を生成し、基板側の温度を低くしてTaN を基板に成膜させてバリアメタル膜とするバリアメタル膜作製装置を適用し、バリアメタル膜を作製した後にチャンバ内でArガスプラズマを発生させ、エッチング及び脱窒処理を施す構成とすることが可能である。
【００１２】
また、第１の実施形態例における具体的な装置構成としては、チャンバ内に塩素ガスを供給し、チャンバの内部をプラズマ化して塩素ガスプラズマを発生させ塩素ガスプラズマで銅(Cu)製の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Cu成分と塩素との前駆体をチャンバの内部に生成し、基板の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くして基板に前駆体のCu成分を成膜させる金属成膜装置を適用し、TaNのバリアメタル膜が成膜された基板を収容し、Cu成分を成膜する前に、Arガスプラズマを発生させてエッチング及び脱窒処理を施す構成とすることが可能である。
【００１３】
図１にはCu膜を成膜する成膜工程装置の概要を示してある。例えば、図１に示すように、中心部位に基板の搬送を行なうハンドリング用のロボット１０１が備えられ、基板が収容される収容装置１０２、基板にバリアメタル膜を成膜するバリアメタルＣＶＤ１０３、Cu膜を成膜するCu−ＣＶＤ１０４がロボット１０１の周囲に備えられている。ロボット１０１により基板を収容装置１０２からバリアメタルＣＶＤ１０３、バリアメタルＣＶＤ１０３からCu−ＣＶＤ１０４、Cu−ＣＶＤ１０４から収容装置１０２へと搬送する。このような成膜工程装置では、第１の実施形態例における金属膜作製装置は、Cu−ＣＶＤ４に備えられる。
【００１４】
尚、バリアメタルＣＶＤ１０３に第１の実施形態例における金属膜作製装置を備えたり、専用で第１の実施形態例における金属膜作製装置をロボット１０１の周囲に備えてもよい。
【００１５】
以下図面に基づいて第１の実施形態例における金属膜作製方法及び金属膜作製装置の実施例をCu−ＣＶＤ１０４に備えた場合を例に挙げて説明する。
【００１６】
図２には本発明の第１実施例に係る金属膜作製装置の概略側面、図３には希ガス供給手段の他の例を表す概略構成、図４にはバリアメタル膜を説明する基板の断面状況、図５、図６には脱窒処理におけるバリアメタル膜の概念状況を示してある。尚、図示の金属膜作製装置は、図１に示したCu−ＣＶＤ１０４に相当するものである。
【００１７】
図２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を備えた制御手段としての温度制御手段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。
【００１８】
チャンバ１の上面は開口部とされ、開口部は金属製の被エッチング部材としての銅板部材７によって塞がれている。銅板部材７によって塞がれたチャンバ１の内部は真空装置８により所定の圧力に維持される。チャンバ１の筒部の周囲にはコイル状のプラズマアンテナ９が設けられ、プラズマアンテナ９には整合器１０及び電源１１が接続されて給電が行われる。プラズマアンテナ９、整合器１０及び電源１１によりプラズマ発生手段が構成されている。
【００１９】
支持台２の上方におけるチャンバ１の筒部には、チャンバ１の内部にハロゲンとしての塩素を含有する原料ガス（He，Ar等で塩素濃度が≦50％ 、好ましくは10％ 程度に希釈されたCl2 ガス）を供給するノズル１２が接続されている。ノズル１２には流量制御器１３を介して原料ガスが送られる。原料ガスは、チャンバ１内で銅板部材７側に送られる（原料ガス供給手段）。尚、原料ガスに含有されるハロゲンとしては、フッ素（Ｆ）、臭素（Ｂｒ）及びヨウ素（Ｉ）等を適用することが可能である。
【００２０】
上述した金属膜作製装置では、チャンバ１の内部にノズル１２から原料ガスを供給し、プラズマアンテナ９から電磁波をチャンバ１の内部に入射することで、Cl2 ガスがイオン化されてCl2 ガスプラズマ（原料ガスプラズマ）１４が発生する。真空装置８により設定されるチャンバ１内の圧力は、Cl2 ガスプラズマ１４のプラズマ密度が、チャンバ１の内部で壁面側が高くなるように高圧状態に設定されている。尚、Cl2 ガスプラズマ１４のプラズマ密度を壁面側が高くなるようにする手段として、電源１１側の周波数を高くすることも可能である。
【００２１】
Cl2ガスプラズマ１４により、銅板部材７にエッチング反応が生じ、前駆体（CuxCly）１５が生成される。このとき、銅板部材７はCl2ガスプラズマ１４により基板３の温度よりも高い所定温度（例えば、２００℃乃至４００℃）に維持されている。
【００２２】
チャンバ１の内部で生成された前駆体（CuxCly）１５は、銅板部材７よりも低い温度に制御された基板３に運ばれる。基板３に運ばれる前駆体（CuxCly）１５は還元反応によりCuイオンのみとされて基板３に当てられ、基板３の表面にCu薄膜１６が生成される。
【００２３】
このときの反応は、次式で表すことができる。
２Ｃｕ＋Ｃｌ2 →２ＣｕＣｌ→２Ｃｕ↓＋Ｃｌ2 ↑
反応に関与しないガス及びエッチング生成物は排気口１７から排気される。
【００２４】
尚、原料ガスとして、He，Ar等で希釈されたCl2 ガスを例に挙げて説明したが、Cl2ガスを単独で用いたり、HCl ガスを適用することも可能である。HCl ガスを適用した場合、原料ガスプラズマはHCl ガスプラズマが生成されるが、銅板部材７のエッチングにより生成される前駆体はCuxClyである。従って、原料ガスは塩素を含有するガスであればよく、HCl ガスとCl2 ガスとの混合ガスを用いることも可能である。また、銅板部材７の材質は、銅（Cu）に限らず、ハロゲン化物形成金属、好ましくは塩化物形成金属であれば、Ag，Au，Pt，Ta，Ti，Ｗ等を用いることが可能である。この場合、前駆体はAg，Au，Pt，Ta，Ti，Ｗ等のハロゲン化物（塩化物）となり、基板３の表面に生成される薄膜はAg，Au，Pt，Ta，Ti，Ｗ等になる。
【００２５】
上記構成の金属膜作製装置は、Cl2ガスプラズマ（原料ガスプラズマ）１４を用いているため、反応効率が大幅に向上して成膜速度が速くなる。また、原料ガスとしてCl2ガスを用いているため、コストを大幅に減少させることができる。
また、温度制御手段６を用いて基板３を銅板部材７よりも低い温度に制御しているので、Cu薄膜１６中に塩素等の不純物の残留を少なくすることができ、高品質なCu薄膜１６を生成することが可能になる。
【００２６】
また、Cl2 ガスプラズマ１４のプラズマ密度を壁面側が高くなるようにしているので、高密度のCl2 ガスプラズマ１４を生成することができ、成膜速度を大幅に速くすることができると共に、大型のチャンバ１を用いても、即ち、大きな基板３に対してもCu薄膜１６を生成することが可能になる。
【００２７】
ところで、上述した金属膜作製装置には、基板３の表面の上部におけるチャンバ１内に希ガスとしてのArガスを供給する希ガス供給手段としての希ガスノズル２１が設けられている。希ガスノズル２１からArガスを供給すると共に、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、Arガスがイオン化されてArガスプラズマが発生するようになっている（表面処理プラズマ発生手段）。一方、支持台２にはバイアス電源２０が接続され、基板３を支持台２に支持させるためのバイアス電圧が印加される。
【００２８】
尚、希ガス供給手段としては、Cl2 ガスの希釈ガスとしてArガスを適用した場合、図３に示すように、原料ガス（Cl2 ガス）と希釈ガス（Arガス）との合流部に制御弁２２を設け、Arガスプラズマを発生させる際にCl2 ガスを止めてArガスのみをノズル１２から供給する構成とすることも可能である。これにより、希ガスノズル２１を特別に設ける必要がなく、スペース的に有利となる。
【００２９】
上述した金属膜作製装置に搬入される基板３の表面には、図４に示したように、TaN のバリアメタル膜２３が成膜されている。Arガスプラズマを発生させることで、Ar+ により、基板２の表面のバリアメタル膜２３をエッチングしてバリアメタル膜２３を平坦化すると共に、表層のTaN の窒素原子(N) を除去してバリアメタル膜２３の母材内部と比べて表層の窒素含有量を相対的に低減させる処理（脱窒処理）が施される。尚、バリアメタル膜２３としては、WN，TiNを適用することも可能である。
【００３０】
Arガスプラズマを発生させてバリアメタル膜２３を平坦化する処理及び脱窒処理は、前述したCu薄膜１６を生成する前に実施される。即ち、TaN のバリアメタル膜２３が成膜されている基板３が支持台２上に搬入されると、Cu薄膜１６の生成に先立って、希ガスノズル２１からArガスを供給すると共に、プラズマアンテナ９から電磁波をチャンバ１の内部に入射してArガスプラズマを発生させる。
【００３１】
Arガスプラズマを発生させると、Ar+ によりバリアメタル膜２３の表面がエッチングされて平坦化される。また、図５に示すように、バリアメタル膜２３はTaとN がアモルファス状態で混在し、Ar+ により質量の小さいＮが優先的に除去され、バリアメタル膜２３の表層（例えば、最大で全体膜厚の半分：好ましくは１／３程度）が脱窒処理される。これにより、図６に示すように、実質的にTaで構成される金属層２３ａとTaN 層２３ｂとの二層構造のバリアメタル膜２３の状態となる。この時、バリアメタル膜２３の全体の膜厚は一層で構成された膜厚のままである。
【００３２】
Ar+ の発生量を多くするために、プラズマアンテナ９に印加する電圧を高くしたり、Arガスの流量を多くする制御が行なわれる。また、Ar+ を基板３側に引き込むために、バイアス電源２０を制御して基板２の電位をマイナス側に下げる制御が行なわれる。制御としては、予め決められたスケジュールでスケジュール制御することが容易である。脱窒処理を行なっている時に、金属層２３ａの深さ分布を実測し、実測結果に応じてプラズマアンテナ９の電圧やArガスの流量、バイアス電源２０の制御を実施することも可能である。
【００３３】
脱窒処理を行なった後に、除去されたＮの部位が隙間になって原子レベルでの凹凸が生じるため、残ったTa原子を密状態にすることが好ましい。Ta原子を密状態にするため本実施例では、ヒータ４を用いて基板３を加熱して熱処理を行い、Ta原子を密状態にしている（密状態処理手段）。熱処理は、原子が結晶構造にならない程度（アモルファス状態を維持した状態）で実施される。尚、密状態処理手段としては、プラズマ加熱で基板３を加熱することも可能である。
【００３４】
上述した金属膜作製装置では、バリアメタル膜２３が成膜された基板３が収容されるチャンバ１内にArガスプラズマを発生させ、Arガスプラズマでバリアメタル膜２３をエッチングすることによりバリアメタル膜２３を平坦化すると共に、Arガスプラズマで窒素原子を除去してバリアメタル膜２３の脱窒処理を施したので、実質的にTaで構成される金属層２３ａとTaN 層２３ｂとの二層構造のバリアメタル膜２３の状態とすることができ、しかも、全体の膜厚を一層で構成された膜厚のままとすることができる。このため、バリアメタル膜２３を厚くすることなく二層構造状態にして金属層２３ａによりCu薄膜１６との密着性を保持することができ、TaN 層２３ｂによりCuの拡散を防止することができる。このため、Cu薄膜１６を基板３への拡散をなくして密着性よく成膜することができ、Cu配線プロセスを安定させることが可能になる。
【００３５】
図７乃至図９に基づいて本発明の第２実施例の金属膜作製方法及び金属膜作製装置を説明する。図７には本発明の第２実施例に係る金属膜作製装置の概略側面、図８には図７中のVIII-VIII 線矢視、図９には図８中のIX-IX 線矢視を示してある。尚、図２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。
【００３６】
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との間には金属製である銅（Cu）製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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
上述した金属膜作製装置では、チャンバ１の内部にノズル１２から原料ガスを供給し、プラズマアンテナ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）１４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１４が安定して発生するようになっている。
【００４２】
被エッチング部材３１の下側にCl2 ガスプラズマ１４が発生する作用について説明する。図９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）。
【００４３】
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１４が安定して発生するようになっている。
【００４４】
Cl2 ガスプラズマ１４により、銅製の被エッチング部材３１にエッチング反応が生じ、前駆体（CuxCly）１５が生成される。このとき、被エッチング部材３１はCl2 ガスプラズマ１４により基板３の温度よりも高い所定温度（例えば、２００℃乃至４００℃）に維持されている。チャンバ１の内部で生成された前駆体（CuxCly）１５は、被エッチング部材３１よりも低い温度に制御された基板３に運ばれる。基板３に運ばれる前駆体（CuxCly）１５は還元反応によりCuイオンのみとされて基板３に当てられ、基板３の表面にCu薄膜１６が生成される。
【００４５】
このときの反応は、前述した第１実施例と同様であり、反応に関与しないガス及びエッチング生成物は排気口１７から排気される。
【００４６】
上記構成の金属膜作製装置は、Cl2 ガスプラズマ（原料ガスプラズマ）１４を用いているため、反応効率が大幅に向上して成膜速度が速くなる。また、原料ガスとしてCl2 ガスを用いているため、コストを大幅に減少させることができる。
また、温度制御手段６を用いて基板３を被エッチング部材１８よりも低い温度に制御しているので、Cu薄膜１６中に塩素等の不純物の残留を少なくすることができ、高品質なCu薄膜１６を生成することが可能になる。
【００４７】
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１４を安定して発生させることが可能となる。
【００４８】
ところで、上述した金属膜作製装置には、基板３の表面の上部におけるチャンバ１内に希ガスとしてのArガスを供給する希ガス供給手段としての希ガスノズル２１が設けられている。希ガスノズル２１からArガスを供給すると共に、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、Arガスがイオン化されてArガスプラズマが発生するようになっている（表面処理プラズマ発生手段）。一方、支持台２にはバイアス電源２０が接続され、基板３を支持台２に支持させるためのバイアス電圧が印加される。
【００４９】
上述した金属膜作製装置に搬入される基板３の表面には、図４に示したように、TaN のバリアメタル膜２３が成膜されている。Arガスプラズマを発生させることで、Ar+ により、基板２の表面のバリアメタル膜２３をエッチングしてバリアメタル膜２３を平坦化すると共に、表層のTaN の窒素原子(N) を除去してバリアメタル膜２３の母材内部と比べて表層の窒素含有量を相対的に低減させる処理（脱窒処理）が施される。尚、バリアメタル膜２３としては、WN，TiNを適用することも可能である。
【００５０】
Arガスプラズマを発生させてバリアメタル膜２３を平坦化する処理及び脱窒処理は、前述したCu薄膜１６を生成する前に実施される。バリアメタル膜２３を平坦化する処理及び脱窒処理の詳細は第１実施例と同一であるので説明は省略してある。
【００５１】
上述した金属膜作製装置では、第１実施例と同様に、バリアメタル膜２３を厚くすることなく二層構造状態にして金属層２３ａによりCu薄膜１６との密着性を保持することができ、TaN 層２３ｂによりCuの拡散を防止することができる。このため、Cu薄膜１６を基板３への拡散をなくして密着性よく成膜することができ、Cu配線プロセスを安定させることが可能になる。
【００５２】
図１０に基づいて本発明の第３実施例の金属膜作製方法及び金属膜作製装置を説明する。図１０には本発明の第３実施例に係る金属膜作製装置の概略側面を示してある。尚、図２及び図７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】
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の下面には金属製である銅（Cu）製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、スリット状の開口部４２が形成され、開口部４２には筒状の通路４３の一端がそれぞれ固定されている。通路４３の途中部には絶縁体製の筒状の励起室４４が設けられ、励起室４４の周囲にはコイル状のプラズマアンテナ４５が設けられ、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。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。
【００５４】
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。プラズマアンテナ４５から電磁波を励起室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。
【００５５】
上述した金属膜作製装置では、流量制御器４６を介して通路４３内に原料ガスを供給して励起室４４に原料ガスを送り込む。プラズマアンテナ４５から電磁波を励起室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内の圧力と励起室４４の圧力とに所定の差圧が設定されているため、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の内部で前駆体（CuxCly）１５が生成される。
【００５６】
このとき、被エッチング部材４１はヒータ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。チャンバ１の内部で生成された前駆体（CuxCly）１５は、被エッチング部材３１よりも低い温度に制御された基板３に運ばれる。基板３に運ばれる前駆体（CuxCly）１５は還元反応によりCuイオンのみとされて基板３に当てられ、基板３の表面にCu薄膜１６が生成される。
【００５７】
このときの反応は、前述した第１実施例と同様であり、反応に関与しないガス及びエッチング生成物は排気口１７から排気される。
【００５８】
上述した金属膜作製装置は、チャンバ１と隔絶した励起室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。尚、励起室４４でCl2 ガスプラズマ４７を発生させる手段は、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。
【００５９】
ところで、上述した金属膜作製装置には、基板３の表面の上部におけるチャンバ１内に希ガスとしてのArガスを供給する希ガス供給手段としての希ガスノズル２１が設けられている。また、チャンバ１の胴部にはコイル状の表面処理プラズマアンテナ３６が設けられ、表面処理プラズマアンテナ３６には整合器３７及び電源３８が接続されて給電が行なわれる。希ガスノズル２１からArガスを供給すると共に、プラズマアンテナ３６から電磁波をチャンバ１の内部に入射することで、Arガスがイオン化されてArガスプラズマが発生するようになっている（表面処理プラズマ発生手段）。一方、支持台２にはバイアス電源２０が接続され、基板３を支持台２に支持させるためのバイアス電圧が印加される。
【００６０】
上述した金属膜作製装置に搬入される基板３の表面には、図４に示したように、TaN のバリアメタル膜２３が成膜されている。Arガスプラズマを発生させることで、Ar+ により、基板２の表面のバリアメタル膜２３をエッチングしてバリアメタル膜２３を平坦化すると共に、表層のTaN の窒素原子(N) を除去してバリアメタル膜２３の母材内部と比べて表層の窒素含有量を相対的に低減させる処理（脱窒処理）が施される。尚、バリアメタル膜２３としては、WN，TiNを適用することも可能である。
【００６１】
Arガスプラズマを発生させてバリアメタル膜２３を平坦化する処理及び脱窒処理は、前述したCu薄膜１６を生成する前に実施される。バリアメタル膜２３を平坦化する処理及び脱窒処理の詳細は第１実施例と同一であるので説明は省略してある。
【００６２】
上述した金属膜作製装置では、第１実施例と同様に、バリアメタル膜２３を厚くすることなく二層構造状態にして金属層２３ａ（図６参照）によりCu薄膜１６との密着性を保持することができ、TaN 層２３ｂ（図６参照）によりCuの拡散を防止することができる。このため、Cu薄膜１６を基板３への拡散をなくして密着性よく成膜することができ、Cu配線プロセスを安定させることが可能になる。
【００６３】
図１１に基づいて本発明の第４実施例の金属膜作製方法及び金属膜作製装置を説明する。図１１には本発明の第４実施例に係る金属膜作製装置の概略側面を示してある。尚、図２、図７及び図１０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。
【００６４】
図２に示した第１実施例の金属膜作製装置に対し、チャンバ１の筒部の周囲にはプラズマアンテナ９が設けられておらず、銅板部材７に整合器１０及び電源１１が接続されて銅板部材７に給電が行われる。上述した金属膜作製装置では、チャンバ１の内部にノズル１２から原料ガスを供給し、銅板部材７から電磁波をチャンバ１の内部に入射することで、Cl2 ガスがイオン化されてCl2 ガスプラズマ（原料ガスプラズマ）１４が発生する。Cl2ガスプラズマ１４により、銅板部材７にエッチング反応が生じ、前駆体（CuxCly）１５が生成される。このとき、銅板部材７はCl2 ガスプラズマ１４により基板３の温度よりも高い所定温度（例えば、２００℃乃至４００℃）に維持されている。
【００６５】
チャンバ１の内部で生成された前駆体（CuxCly）１５は、銅板部材７よりも低い温度に制御された基板３に運ばれる。基板３に運ばれる前駆体（CuxCly）１５は還元反応によりCuイオンのみとされて基板３に当てられ、基板３の表面にCu薄膜１６が生成される。このときの反応は、前述した第１実施例と同様であり、反応に関与しないガス及びエッチング生成物は排気口１７から排気される。
【００６６】
上述した金属膜作製装置は、銅板部材７自身をプラズマ発生用の電極として適用しているので、チャンバ１の筒部の周囲にCu薄膜１６を作製するためのプラズマアンテナ９が不要となる。
【００６７】
ところで、上述した金属膜作製装置には、基板３の表面の上部におけるチャンバ１内に希ガスとしてのArガスを供給する希ガス供給手段としての希ガスノズル２１が設けられている。ノズル１２からの原料ガスの供給を停止し、希ガスノズル２１からArガスを供給すると共に、銅板部材７から電磁波をチャンバ１の内部に入射することで、Arガスがイオン化されてArガスプラズマが発生するようになっている（表面処理プラズマ発生手段）。一方、支持台２にはバイアス電源２０が接続され、基板３を支持台２に支持させるためのバイアス電圧が印加される。
【００６８】
上述した金属膜作製装置に搬入される基板３の表面には、図４に示したように、TaNのバリアメタル膜２３が成膜されている。Arガスプラズマを発生させることで、Ar+により、基板２の表面のバリアメタル膜２３をエッチングしてバリアメタル膜２３を平坦化すると共に、表層のTaN の窒素原子(N) を除去してバリアメタル膜２３の母材内部と比べて表層の窒素含有量を相対的に低減させる処理（脱窒処理）が施される。尚、バリアメタル膜２３としては、WN，TiNを適用することも可能である。また、表面処理プラズマ発生手段として、チャンバ１の胴部にコイル状の表面処理プラズマアンテナを設け、整合器及び電源を介して給電を行なうことでArガスプラズマを発生させることも可能である。
【００６９】
Arガスプラズマを発生させてバリアメタル膜２３を平坦化する処理及び脱窒処理は、前述したCu薄膜１６を生成する前に実施される。バリアメタル膜２３を平坦化する処理及び脱窒処理の詳細は第１実施例と同一であるので説明は省略してある。
【００７０】
上述した金属膜作製装置では、第１実施例と同様に、バリアメタル膜２３を厚くすることなく二層構造状態にして金属層２３ａ（図６参照）によりCu薄膜１６との密着性を保持することができ、TaN 層２３ｂ（図６参照）によりCuの拡散を防止することができる。このため、Cu薄膜１６を基板３への拡散をなくして密着性よく成膜することができ、Cu配線プロセスを安定させることが可能になる。
【００７１】
次に、第１の実施形態例における金属膜作製方法及び金属膜作製装置の実施例をバリアメタルＣＶＤ１０３に備えた場合の一例を図１２に基づいて説明する。図１２には本発明の第５実施例に係る金属膜作製装置の概略側面を示してある。
【００７２】
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５１（絶縁材料製）の底部近傍には支持台５２が設けられ、支持台５２には基板５３が載置される。支持台５２にはヒータ５４及び冷媒流通手段５５を備えた制御手段としての温度制御手段５６が設けられ、支持台５２は温度制御手段５６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。
【００７３】
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５７（例えば、W，Ti，Ta，TiSi等）によって塞がれている。金属部材５７によって塞がれたチャンバ５１の内部は真空装置５８により所定の圧力に維持される。チャンバ５１の筒部の周囲にはバリア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５９が設けられ、プラズマアンテナ５９には整合器６０及び電源６１が接続されて給電が行われる。
【００７４】
金属部材５７の下方におけるチャンバ５１の筒部には、チャンバ５１の内部にハロゲンとしての塩素を含有する原料ガスガス（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６２が接続されている。ノズル６２は水平に向けて開口し、ノズル６２には流量制御器６３を介して原料ガスが送られる（ハロゲンガス供給手段）。尚、原料ガスに含有されるハロゲンとしては、フッ素（Ｆ）、臭素（Ｂｒ）及びヨウ素（Ｉ）等を適用することが可能である。
【００７５】
一方、チャンバ５１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６４が形成され、開口部６４には筒状の通路６５の一端がそれぞれ固定されている。通路６５の途中部には絶縁体製の筒状の励起室６６が設けられ、励起室６６の周囲にはコイル状のプラズマアンテナ６７が設けられ、プラズマアンテナ６７は整合器６８及び電源６９に接続されて給電が行われる。プラズマアンテナ６７、整合器６８及び電源６９により励起手段が構成されている。通路６５の他端側には流量制御器７０が接続され、流量制御器７０を介して通路６５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。
【００７６】
上述した金属膜作製装置では、チャンバ５１の内部にノズル６２から原料ガスを供給し、プラズマアンテナ５９から電磁波をチャンバ５１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）７１が発生する。Cl2 ガスプラズマ７１により、金属部材５７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）７２が生成される。
【００７７】
また、流量制御器７０を介して通路６５内にNH3 ガスを供給して励起室６６にNH3 ガスを送り込む。プラズマアンテナ６７から電磁波を励起室６６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６３が発生する。真空装置５８によりチャンバ５１内の圧力と励起室６６の圧力とに所定の差圧が設定されているため、励起室６６のNH3 ガスプラズマ７３の励起アンモニアが開口部６４からチャンバ５１内の前駆体（MxCly ）７２に送られる。
【００７８】
つまり、窒素を含有する窒素含有ガスをチャンバ５１と隔絶した励起室６６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 ）７２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５７及び励起室６６はプラズマにより基板５３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。
【００７９】
チャンバ５１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５３に運ばれて、基板５３の表面にMN薄膜７４（Ta製の金属部材５７を適用した場合TaN 膜）が生成される。
【００８０】
MN薄膜７４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 ↑
反応に関与しないガス及びエッチング生成物は排気口７７から排気される。
【００８１】
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５７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。また、通路６５内にNH3 ガスを供給して励起室６６にNH3 ガスを送り込み、プラズマアンテナ６７から電磁波を励起室６６の内部に入射することで、NH3 ガスプラズマ６３を発生させるようにしているが、チャンバ５１内にNH3 ガスを供給し、プラズマアンテナ５９への給電によりチャンバ５１内でNH3 ガスプラズマを発生させることも可能である。この場合、通路６５、励起室６６、プラズマアンテナ６７、整合器６８及び電源６９
を省略することも可能である。
【００８２】
上記構成の金属膜作製装置では、プラズマにより金属を生じさせてバリアメタル膜としてMN薄膜７４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を成膜することが可能になる。このため、基板５３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。
【００８３】
ところで、上述した金属膜作製装置には、基板５３の表面の上部におけるチャンバ５１内に希ガスとしてのArガスを供給する希ガス供給手段としての希ガスノズル７６が設けられている。希ガスノズル７６からArガスを供給すると共に、プラズマアンテナ５９から電磁波をチャンバ５１の内部に入射することで、Arガスがイオン化されてArガスプラズマが発生するようになっている（表面処理プラズマ発生手段）。一方、支持台５２にはバイアス電源７７が接続され、基板５３を支持台５２に支持させるためのバイアス電圧が印加される。
【００８４】
上述した金属膜作製装置では、バリアメタル膜としてのMN薄膜７４が成膜された後に、Arガスプラズマを発生させることで、Ar+ により、基板５３の表面のバリアメタル膜をエッチングしてバリアメタル膜を平坦化すると共に、表層のTaN の窒素原子(N) を除去して脱窒処理が施される。バリアメタル膜を平坦化すると共に、表層のTaN の窒素原子(N) を除去して脱窒処理が施された後、成膜装置でバリアメタル膜の上に銅（Cu）薄膜やアルミニウム（Al) 薄膜等が成膜される。
Arガスプラズマを発生させてバリアメタル膜を平坦化する処理及び脱窒処理の詳細は第１実施例と同一であるので説明は省略してある。
【００８５】
上述した金属膜作製装置では、第１実施例と同様に、バリアメタル膜を厚くすることなく二層構造状態にして金属層により後工程における成膜での金属薄膜との密着性を保持することができ、TaN 層により後工程における成膜での金属の拡散を防止することができる。このため、後工程における成膜での金属薄膜（Cu薄膜）を基板５３への拡散をなくして密着性よく成膜することができ、Cu配線プロセスを安定させることが可能になる。
【００８６】
尚、バリアメタル膜を作製する金属膜作製装置の構成は、容量結合プラズマを発生させる形式の装置や、成膜室とは隔絶してプラズマを発生させるリモート形式の装置を適用することも可能である。
【００８７】
次に本発明の第２の実施形態例を説明する。第２の実施形態例では、TaN のバリアメタル膜に対して、還元性ガス（例えば、水素ガス）雰囲気（水素ガスプラズマ）で反応させることにより表層の窒素原子を除去してバリアメタル膜の母材内部と比べて表層の窒素含有量を相対的に低減させる表面処理（以下脱窒処理と称する）を施したものである。これにより、一層のバリアメタル膜に対して表層に実質的に金属（Ta）の膜が形成された状態とし、効率よくしかも薄膜の状態で金属の拡散防止と金属との密着性を保持したバリアメタル膜が作製される。
【００８８】
尚、還元性ガスとしては、水素ガスの他に窒素ガスを適用することが可能であり、また、一酸化炭素ガスを適用することが可能である。一酸化炭素ガスを適用した場合にはプラズマを発生させることなく一酸化炭素ガス雰囲気中で脱窒処理が行なえる。
【００８９】
第２の実施形態例における具体的な装置構成としては、基板とTa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（例えば、塩素含有ガス）を供給し、チャンバの内部をプラズマ化して塩素ガスプラズマを発生させ、塩素ガスプラズマで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Ta成分と塩素ガスとの前駆体を生成すると共に、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であるTaN を生成し、基板側の温度を低くしてTaN を基板に成膜させてバリアメタル膜とするバリアメタル膜作製装置を適用し、バリアメタル膜を作製した後にチャンバ内で水素ガスプラズマ（もしくは窒素ガスプラズマ）を発生させ、ラジカルな水素と窒素を反応させて脱窒処理を施す構成とすることが可能である。つまり、例えば、図１２に示したバリアメタル膜作製装置を適用することが可能である。
【００９０】
また、第２の実施形態例における具体的な装置構成としては、チャンバ内に塩素ガスを供給し、チャンバの内部をプラズマ化して塩素ガスプラズマを発生させ塩素ガスプラズマで銅(Cu)製の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Cu成分と塩素との前駆体をチャンバの内部に生成し、基板の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くして基板に前駆体のCu成分を成膜させる金属成膜装置を適用し、TaNのバリアメタル膜が成膜された基板を収容し、Cu成分を成膜する前に、チャンバ内で水素ガスプラズマ（もしくは窒素ガスプラズマ）を発生させ、ラジカルな水素と窒素を反応させて脱窒処理を施す構成とすることが可能である。つまり、例えば、図２、図７、図１０、図１１に示した金属膜作製装置を適用することが可能である。
【００９１】
第２の実施形態例における金属膜作製方法及び金属膜作製装置の実施例をCu−ＣＶＤ１０４（図１参照）に備えた場合を例に挙げて説明する。
【００９２】
図１３には本発明の第６実施例に係る金属膜作製装置の概念構成、図１４には脱窒処理におけるバリアメタル膜の概念状況を示してある。尚、図示の金属膜作製装置は、図２に示した第１実施例の金属膜作製装置の概念構成であり、ノズル２１から供給されるガスを異ならせたものである。このため、金属膜作製装置におけるCu薄膜の成膜に関しては同一であるので説明は省略してある。
【００９３】
図１３に示すように、基板３の表面の上部におけるチャンバ１内に還元性ガスとしての水素ガス（H2ガス）を供給する還元性ガス供給手段としての還元ガスノズル２５が設けられている。還元ガスノズル２５からH2ガスを供給すると共にプラズマアンテナ９から電磁波をチャンバ１内に入射することで、H2ガスがイオン化されてH2ガスプラズマが発生するようになっている（表面処理手段）。図示の金属膜作製装置に搬入される基板３の表面には、TaN のバリアメタル膜２３（図４参照）が成膜されている。H2ガスプラズマを発生させることで、水素ラジカルＨ* が基板２の表層のTaN の窒素原子(N) と反応してアンモニアNH3 が形成されて排出される。これにより、表層の窒素原子(N) が除去されてバリアメタル膜２３の母材内部と比べて表層の窒素含有量を相対的に低減させる処理（脱窒処理）が施される。
【００９４】
H2ガスプラズマを発生させて実施されるバリアメタル膜２３（図４参照）の脱窒処理は、図２の第１実施例で説明したCu薄膜１６を生成する前に実施される。即ち、TaN のバリアメタル膜２３（図４参照）が成膜されている基板３が支持台２上に搬入されると、Cu薄膜１６（図２参照）の生成に先立って、還元ガスノズル２５からH2ガスを供給すると共に、プラズマアンテナ９から電磁波をチャンバ１の内部に入射してH2ガスプラズマを発生させる。
【００９５】
H2ガスプラズマを発生させると、水素ラジカルＨ* が基板２の表層のTaN の窒素原子(N) と反応してアンモニアNH3 が形成されて排出される。水素ラジカルＨ* は金属に影響せずに窒素原子(N) に対してのみ反応し、アンモニアNH3 が形成される。つまり、Ｎ＋３Ｈ* →NH3 の反応によりアンモニアNH3 が形成されて排出される。水素ラジカルＨ* は金属に影響せずに窒素原子(N) に対してのみ反応し、アンモニアNH3 が形成される。
つまり、Ｎ＋３Ｈ* →NH3
の反応によりアンモニアNH3 が形成されて排出される。
【００９６】
図１４に示すように、バリアメタル膜２３はTaとN がアモルファス状態で混在し、水素ラジカルＨ* がＮと反応してアンモニアNH3 が形成されて排出され、バリアメタル膜２３の表層（例えば、最大で全体膜厚の半分：好ましくは１／３程度）が脱窒処理される。これにより、図６に示すように、実質的にTaで構成される金属層２３ａとTaN 層２３ｂとの二層構造のバリアメタル膜２３の状態となる。この時、バリアメタル膜２３の全体の膜厚は一層で構成された膜厚のままである。
【００９７】
水素ラジカルＨ* は寿命が長く狭いところに入り込むので、チャンバ１内の圧力を低下させて密度を下げたり、基板３の温度を制御することにより、水素ラジカルＨ* を増加（互いに衝突しないようにする）させたり、実質的にTaで構成される金属層２３ａ（図６参照）の深さを制御することができる。圧力の設定は、水素ラジカルＨ* がどれくらいの距離で衝突せずに進行するかの値である平均自由工程（ＭＦＰ）を大きくすることで設定される。通常、プラズマの中心から基板３までの距離は装置により決まるため、平均自由工程を大きくするために、チャンバ１内の圧力を下げて制御する。支持台２が上下方向に移動可能な装置であれば、圧力を下げることなく支持台２を上昇させてプラズマ中心に対して基板３を接近させ平均自由工程を相対的に大きくすることも可能である。
【００９８】
上述した金属膜作製装置では、バリアメタル膜２３が成膜された基板３が収容されるチャンバ１内に水素ガスプラズマを発生させ、水素ラジカルＨ* と窒素原子(N) と反応させてアンモニアNH3 を形成して排出する脱窒処理を施したので、実質的にTaで構成される金属層２３ａ（図６参照）とTaN 層２３ｂ（図６参照）との二層構造のバリアメタル膜２３の状態とすることができ、しかも、全体の膜厚を一層で構成された膜厚のままとすることができる。このため、バリアメタル膜２３を厚くすることなく二層構造状態にして金属層２３ａ（図６参照）によりCu薄膜１６（図２参照）との密着性を保持することができ、TaN 層２３ｂ（図６参照）によりCuの拡散を防止することができる。このため、Cu薄膜１６（図２参照）を基板３への拡散をなくして密着性よく成膜することができ、Cu配線プロセスを安定させることが可能になる。しかも、極めて効率よく脱窒処理を行なうことができる。
【００９９】
尚、還元性ガスとして水素ガスを例に挙げて説明したが、水素雰囲気が使用できない金属膜作製装置の場合、還元性ガスとして窒素ガスを使用することも可能である。この場合、窒素ガスプラズマを発生させることでＮ* とバリアメタル膜２３の窒素原子(N) が反応し、Ｎ＋Ｎ* →Ｎ2 となって排出される。窒素ガスを使用することで、還元性ガスの使用に制約があっても容易に脱窒処理を行なうことができる。
【０１００】
また、還元性ガスとして一酸化炭素ガスを使用することも可能である。この場合、プラズマを発生させることなくそのままの雰囲気でＣＯとバリアメタル膜２３の窒素原子(N) が反応し、２Ｎ＋２ＣＯ→２ＮＮ＋Ｏ2 となって排出される。一酸化炭素ガスを使用することで、プラズマを発生させることなく基板３の温度制御のみで脱窒処理を行なう
ことができ、消費電力の抑制が可能となる。
【０１０１】
上述した第６実施例は、図７、図１０、図１１の第２実施例乃至第４実施例の金属膜作製装置に適用することが可能である。また、図１２に示した第５実施例のバリア膜作製装置に適用することも可能である。また、第１実施例乃至第５実施例のArガスプラズマを発生させてAr+ で表面を平坦化する処理と、還元性ガスプラズマによる脱窒処理とを組み合わせることも可能である。この場合、Arガスと還元性ガスを混合してチャンバ１内に供給してもよいし、Arガスと還元性ガスをシーケンシャルに供給してもよい。
【発明の効果】
【０１０２】
本発明の金属膜作製方法は、基板上に成膜された金属窒化物のバリアメタル膜の表層の窒素原子を除去してバリアメタル膜の母材内部と比べて表層の窒素含有量を相対的に低減させる表層処理を施すことにより表層に実質的に金属層を形成するようにしたので、又、基板上に成膜された金属窒化物のバリアメタル膜の表層の窒素原子を希ガスプラズマで除去してバリアメタル膜の母材内部と比べて表層の窒素含有量を相対的に低減させる表層処理を施すことにより表層に実質的に金属層を形成するようにしたので、実質的な金属層と金属窒化物の層とを一層の厚さで形成することができ、極めて薄い状態で金属の拡散防止と金属との密着性を保持したバリアメタル膜を作製することができる。この結果、金属配線のプロセスを安定させることが可能になる。
【０１０３】
本発明の金属膜作製方法による金属膜は、基板の表面における金属窒化物のバリアメタル膜が、表層の窒素原子が除去されてバリアメタル膜の母材内部と比べて表層の窒素含有量を相対的に低減させる表面処理が施されることにより表層に実質的に金属層が形成されたので、実質的な金属層と金属窒化物の層とを一層の厚さで形成され、極めて薄い状態で金属の拡散防止と金属との密着性を保持したバリアメタル膜を備え、金属配線のプロセスを安定させることが可能な金属膜となる。
【０１０４】
本発明の金属膜作製方法は、基板上に成膜された金属窒化物のバリアメタル膜の表面を希ガスプラズマでエッチングすることによりバリアメタル膜を平坦化すると共に、希ガスプラズマで表層の窒素原子を除去してバリアメタル膜の母材内部と比べて表層の窒素含有量を相対的に低減させる表層処理を施すことにより表層に実質的に金属層を形成するようにしたので、実質的な金属層と金属窒化物の層とを一層の厚さで形成することができ、極めて薄い状態で金属の拡散防止と金属との密着性を保持したバリアメタル膜を作製することができる。この結果、金属配線のプロセスを安定させることが可能になる。
【０１０５】
本発明の金属膜作製方法は、基板と金属製の被エッチング部材との間におけるチャンバ内にハロゲンを含有する原料ガスを供給し、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てバリアメタル膜とし、希ガスプラズマで基板表面のバリアメタル膜をエッチングすることによりバリアメタル膜を平坦化する表面処理を施すようにしたので、バリアメタル膜を作製した後に金属の拡散防止と金属との密着性を保持した処理を施したバリアメタル膜を作製することができる。この結果、金属配線のプロセスを安定させることが可能になる。
【０１０６】
本発明の金属膜作製方法は、基板と金属製の被エッチング部材との間におけるチャンバ内にハロゲンを含有する原料ガスを供給し、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てバリアメタル膜とし、希ガスプラズマで表層の窒素原子を除去してバリアメタル膜の母材内部と比べて表層の窒素含有量を相対的に低減させる表層処理を施すようにしたので、実質的な金属層と金属窒化物の層とを一層の厚さで形成することができ、極めて薄い状態で金属の拡散防止と金属との密着性を保持したバリアメタル膜を作製することができる。この結果、金属配線のプロセスを安定させることが可能になる。
【０１０７】
本発明の金属膜作製方法は、基板と金属製の被エッチング部材との間におけるチャンバ内にハロゲンを含有する原料ガスを供給し、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てバリアメタル膜とし、希ガスプラズマで基板表面のバリアメタル膜をエッチングすることによりバリアメタル膜を平坦化すると共に、希ガスプラズマで表層の窒素原子を除去してバリアメタル膜の母材内部と比べて表層の窒素含有量を相対的に低減させる表層処理を施すようにしたので、バリアメタル膜を作製した後に実質的な金属層と金属窒化物の層とを一層の厚さで形成することができ、極めて薄い状態で金属の拡散防止と金属との密着性を保持したバリアメタル膜を作製することができる。この結果、金属配線のプロセスを安定させることが可能になる。
【０１０８】
本発明の金属膜作製方法は、金属窒化物のバリアメタル膜が成膜された基板が収容されるチャンバ内に希ガスプラズマを発生させ、希ガスプラズマで基板表面のバリアメタル膜をエッチングすることによりバリアメタル膜を平坦化する表面処理を施した後、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被エッチング部材に含まれる金属成分と原料との前駆体をチャンバの内部に生成し、基板の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くしてバリアメタル膜が平坦化された基板に前駆体の金属成分を成膜させるようにしたので、金属の拡散防止と金属との密着性を保持した処理を施したバリアメタル膜を作製して金属を成膜することができる。この結果、金属配線のプロセスを安定させることが可能になる。
【０１０９】
本発明の金属膜作製方法は、金属窒化物のバリアメタル膜が成膜された基板が収容されるチャンバ内に希ガスプラズマを発生させ、希ガスプラズマで基板表面のバリアメタル膜をエッチングすることによりバリアメタル膜を平坦化すると共に、希ガスプラズマで表層の窒素原子を除去してバリアメタル膜の母材内部と比べて表層の窒素含有量を相対的に低減させる表層処理を施した後、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被エッチング部材に含まれる金属成分と原料との前駆体をチャンバの内部に生成し、基板の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くして、バリアメタル膜が平坦化されると共に表層の窒素含有量を相対的に低減された基板に前駆体の金属成分を成膜させるようにしたので、実質的な金属層と金属窒化物の層とを一層の厚さで形成することができ、極めて薄い状態で金属の拡散防止と金属との密着性を保持したバリアメタル膜を作製して金属を成膜することができる。この結果、金属配線のプロセスを安定させることが可能になる。
【０１１０】
そして、表層の窒素含有量を相対的に低減させた後、又は、バリアメタル膜を平坦化した後、又は、バリアメタル膜を平坦化すると共に表層の窒素含有量を相対的に低減させた後に、加熱により表層の金属原子を密状態にする密状態処理を施すようにしたので、金属膜の成分の拡散を確実に防止することができる。
【０１１１】
また、希ガスプラズマは、アルゴンガスプラズマであるので、安価なガスを用いて確実に処理を施すことが可能になる。
【０１１２】
本発明の金属膜作製装置は、基板が収容されるチャンバと、基板に対向する位置におけるチャンバに設けられる金属製の被エッチング部材と、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ハロゲンガス供給手段と、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バリア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てバリアメタル膜とする制御手段と、基板表面の上部に希ガスを供給する希ガス供給手段と、チャンバの内部をプラズマ化して希ガスプラズマを発生させ、希ガスプラズマで基板表面のバリアメタル膜をエッチングすることによりバリアメタル膜を平坦化する表面処理プラズマ発生手段とを備えたので、金属の拡散防止と金属との密着性を保持した処理を施したバリアメタル膜を作製することができる。この結果、金属配線のプロセスを安定させることが可能になる。
【０１１３】
本発明の金属膜作製装置は、基板が収容されるチャンバと、基板に対向する位置におけるチャンバに設けられる金属製の被エッチング部材と、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ハロゲンガス供給手段と、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バリア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てバリアメタル膜とする制御手段と、基板表面の上部に希ガスを供給する希ガス供給手段と、チャンバの内部をプラズマ化して希ガスプラズマを発生させ、希ガスプラズマで基板表面のバリアメタル膜をエッチングすることによりバリアメタル膜を平坦化すると共に、希ガスプラズマで表層の窒素原子を除去してバリアメタル膜の母材内部と比べて表層の窒素含有量を相対的に低減させる表層処理を施す表面表層処理プラズマ発生手段とを備えたので、実質的な金属層と金属窒化物の層とを一層の厚さで形成することができ、極めて薄い状態で金属の拡散防止と金属との密着性を保持したバリアメタル膜を作製することができる。この結果、金属配線のプロセスを安定させることが可能になる。
【０１１４】
本発明の金属膜作製装置は、金属窒化物のバリアメタル膜が成膜された基板が収容されるチャンバと、基板表面の上部におけるチャンバ内に希ガスを供給する希ガス供給手段と、チャンバの内部をプラズマ化して希ガスプラズマを発生させ、希ガスプラズマで基板表面のバリアメタル膜をエッチングすることによりバリアメタル膜を平坦化する表面表層処理プラズマ発生手段と、チャンバ内に備え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、ハロゲンを含有する原料ガス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、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平坦化されたバリアメタル膜の上に成膜させる制御手段とを備えたので、金属の拡散防止と金属との密着性を保持した処理を施したバリアメタル膜を作製して金属膜を成膜することができる。この結果、金属配線のプロセスを安定させることが可能になる。
【０１１５】
本発明の金属膜作製装置は、金属窒化物のバリアメタル膜が成膜された基板が収容されるチャンバと、基板表面の上部におけるチャンバ内に希ガスを供給する希ガス供給手段と、チャンバの内部をプラズマ化して希ガスプラズマを発生させ、希ガスプラズマで基板表面のバリアメタル膜をエッチングすることによりバリアメタル膜を平坦化すると共に、希ガスプラズマで表層の窒素原子を除去してバリアメタル膜の母材内部と比べて表層の窒素含有量を相対的に低減させる表面表層処理プラズマ発生手段と、チャンバ内に備え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、ハロゲンを含有する原料ガス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、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、平坦化されると共に表層の窒素含有量が相対的に低減されたバリアメタル膜の上に成膜させる制御手段とを備えたので、実質的な金属層と金属窒化物の層とを一層の厚さで形成することができ、極めて薄い状態で金属の拡散防止と金属との密着性を保持したバリアメタル膜を作製して金属膜を成膜することができる。この結果、金属配線のプロセスを安定させることが可能になる。
【０１１６】
そして、表層の窒素含有量を相対的に低減させた後、又は、バリアメタル膜を平坦化した後、又は、バリアメタル膜を平坦化すると共に表層の窒素含有量を相対的に低減させた後に、加熱により表層の金属原子を密状態にする密状態処理手段を備えたので、金属膜の成分の拡散を確実に防止することができる。
【０１１７】
また、希ガスプラズマは、アルゴンガスプラズマであるので、安価なガスを用いて確実に処理を施すことが可能になる。
【０１１８】
本発明の金属膜作製装置による金属膜は、基板の表面における金属窒化物のバリアメタル膜が、希ガスプラズマによりエッチングされることにより平坦化されたので、密着性を保持したバリアメタル膜を備え、金属配線のプロセスを安定させることが可能な金属膜となる。
【０１１９】
本発明の金属膜作製装置による金属膜は、基板の表面における金属窒化物のバリアメタル膜が、希ガスプラズマによりエッチングされることにより平坦化されると共に、希ガスプラズマにより表層の窒素原子を除去してバリアメタル膜の母材内部と比べて表層の窒素含有量を相対的に低減させる表面処理が施されたので、実質的な金属層と金属窒化物の層とを一層の厚さで形成され、極めて薄い状態で金属の拡散防止と金属との密着性を保持したバリアメタル膜を備え、金属配線のプロセスを安定させることが可能な金属膜となる。
【０１２０】
本発明の金属膜作製方法は、基板上に成膜された金属窒化物のバリアメタル膜を還元性ガス雰囲気で反応させることにより表層の窒素原子を除去してバリアメタル膜の母材内部と比べて表層の窒素含有量を相対的に低減させる表層処理を施すことにより表層に実質的に金属層を形成するようにしたので、実質的な金属層と金属窒化物の層とを一層の厚さで形成され、極めて薄い状態で金属の拡散防止と金属との密着性を保持したバリアメタル膜を作製することができる。この結果、金属配線のプロセスを安定させることが可能となる。
【０１２１】
本発明の金属膜作製方法は、基板と金属製の被エッチング部材との間におけるチャンバ内にハロゲンを含有する原料ガスを供給し、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てバリアメタル膜とし、基板表面のバリアメタル膜を還元性ガス雰囲気で反応させることにより表層の窒素原子を除去してバリアメタル膜の母材内部と比べて表層の窒素含有量を相対的に低減させる表層処理を施すようにしたので、実質的な金属層と金属窒化物の層とを一層の厚さで形成され、極めて薄い状態で金属の拡散防止と金属との密着性を保持したバリアメタル膜を作製することができる。この結果、金属配線のプロセスを安定させることが可能となる。
【０１２２】
本発明の金属膜作製方法は、金属窒化物のバリアメタル膜が成膜された基板が収容されるチャンバ内で、基板表面のバリアメタル膜を還元性ガス雰囲気で反応させることにより表層の窒素原子を除去してバリアメタル膜の母材内部と比べて表層の窒素含有量を相対的に低減させる表層処理を施した後、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被エッチング部材に含まれる金属成分と原料との前駆体をチャンバの内部に生成し、基板の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くして、表層の窒素含有量が相対的に低減されたバリアメタル膜を有する基板に前駆体の金属成分を成膜させるようにしたので、実質的な金属層と金属窒化物の層とを一層の厚さで形成され、極めて薄い状態で金属の拡散防止と金属との密着性を保持したバリアメタル膜を作製して金属膜を成膜することができる。この結果、金属配線のプロセスを安定させることが可能となる。
【０１２３】
本発明の金属膜作製装置は、基板が収容されるチャンバと、基板に対向する位置におけるチャンバに設けられる金属製の被エッチング部材と、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ハロゲンガス供給手段と、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バリア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てバリアメタル膜とする制御手段と、基板表面の上部に還元性ガスを供給する還元性ガス供給手段と、基板表面のバリアメタル膜を還元性ガス雰囲気で反応させることにより表層の窒素原子を除去してバリアメタル膜の母材内部と比べて表層の窒素含有量を相対的に低減させる表面表層処理手段とを備えたので、実質的な金属層と金属窒化物の層とを一層の厚さで形成され、極めて薄い状態で金属の拡散防止と金属との密着性を保持したバリアメタル膜を作製することができる。この結果、金属配線のプロセスを安定させることが可能となる。
【０１２４】
本発明の金属膜作製装置は、金属窒化物のバリアメタル膜が成膜された基板が収容されるチャンバと、基板表面の上部に還元性ガスを供給する還元性ガス供給手段と、基板表面のバリアメタル膜を還元性ガス雰囲気で反応させることにより表層の窒素原子を除去してバリアメタル膜の母材内部と比べて表層の窒素含有量を相対的に低減させる表面表層処理手段と、チャンバ内に備え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、ハロゲンを含有する原料ガス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、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表層の窒素含有量を相対的に低減させたバリアメタル膜の上に成膜させる制御手段とを備えたので、実質的な金属層と金属窒化物の層とを一層の厚さで形成され、極めて薄い状態で金属の拡散防止と金属との密着性を保持したバリアメタル膜を作製して金属膜を成膜することができる。この結果、金属配線のプロセスを安定させることが可能となる。
【０１２５】
本発明の金属膜作製装置による金属膜は、基板の表面における金属窒化物のバリアメタル膜が、還元性ガス雰囲気で反応させることにより表層の窒素原子を除去してバリアメタル膜の母材内部と比べて表層の窒素含有量を相対的に低減させる表面処理が施されたので、実質的な金属層と金属窒化物の層とを一層の厚さで形成され、極めて薄い状態で金属の拡散防止と金属との密着性を保持したバリアメタル膜を備え、金属配線のプロセスを安定させることが可能な金属膜となる。
【図面の簡単な説明】
【０１２６】
【図１】 成膜工程装置の概要図。
【図２】 本発明の第１実施例に係る金属膜作製装置の概略側面図。
【図３】 希ガス供給手段の他の例を表す概略構成図。
【図４】 バリアメタル膜を説明する基板の断面図。
【図５】 脱窒処理におけるバリアメタル膜の概念図。
【図６】 脱窒処理におけるバリアメタル膜の概念図。
【図７】 本発明の第２実施例に係る金属膜作製装置の概略側面図。
【図８】 図７中のVIII-VIII 線矢視図。
【図９】 図８中のIX-IX 線矢視図。
【図１０】 本発明の第３実施例に係る金属膜作製装置の概略側面図。
【図１１】 本発明の第４実施例に係る金属膜作製装置の概略側面図。
【図１２】 本発明の第５実施例に係る金属膜作製装置の概略側面図。
【図１３】 本発明の第６実施例に係る金属膜作製装置の概念構成図。
【図１４】 脱窒処理におけるバリアメタル膜の概念図。
【符号の説明】
【０１２７】
１，５１ チャンバ
２，５２ 支持台
３，５３ 基板
４，５４ ヒータ
５，５５ 冷媒流通手段
６，５６ 温度制御手段
７ 銅板部材
８，５８ 真空装置
９，３６，４５，５９，６７ プラズマアンテナ
１０，３７，４８，６０，６８ 整合器
１１，３８，４９，６１，６９ 電源
１２，２１，６２ ノズル
１３，４６，６３，７０ 流量制御器
１４，４７，７１ Cl2 ガスプラズマ
１５，７２ 前駆体
１６ Cu薄膜
２０ バイアス電源
２２ 制御弁
２３ バリアメタル膜
２５ 還元ガスノズル
３０ 天井板
３１，４１ 被エッチング部材
３２ リング部
３３ 突起部
４２，６４ 開口部
４３，６５ 通路
４４，６６ 励起室
５７ 金属部材
７３ NH3 ガスプラズマ
７４ NH薄膜
７６ 希ガスプラズマ
Claims (20)
- 基板上に成膜された金属窒化物のバリアメタル膜の表面を希ガスプラズマでエッチングすることによりバリアメタル膜を平坦化すると共に、希ガスプラズマで表層の窒素原子を除去してバリアメタル膜の母材内部と比べて表層の窒素含有量を相対的に低減させる表層処理を施すことにより表層に実質的に金属層を形成することを特徴とする金属膜作製方法。
- 基板と金属製の被エッチング部材との間におけるチャンバ内にハロゲンを含有する原料ガスを供給し、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てバリアメタル膜とし、希ガスプラズマで表層の窒素原子を除去してバリアメタル膜の母材内部と比べて表層の窒素含有量を相対的に低減させる表層処理を施すことを特徴とする金属膜作製方法。
- 基板と金属製の被エッチング部材との間におけるチャンバ内にハロゲンを含有する原料ガスを供給し、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てバリアメタル膜とし、希ガスプラズマで基板表面のバリアメタル膜をエッチングすることによりバリアメタル膜を平坦化すると共に、希ガスプラズマで表層の窒素原子を除去してバリアメタル膜の母材内部と比べて表層の窒素含有量を相対的に低減させる表層処理を施すことを特徴とする金属膜作製方法。
- 金属窒化物のバリアメタル膜が成膜された基板が収容されるチャンバ内に希ガスプラズマを発生させ、希ガスプラズマで基板表面のバリアメタル膜をエッチングすることによりバリアメタル膜を平坦化すると共に、希ガスプラズマで表層の窒素原子を除去してバリアメタル膜の母材内部と比べて表層の窒素含有量を相対的に低減させる表層処理を施した後、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被エッチング部材に含まれる金属成分と原料との前駆体をチャンバの内部に生成し、基板の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くして、バリアメタル膜が平坦化されると共に表層の窒素含有量を相対的に低減された基板に前駆体の金属成分を成膜させることを特徴とする金属膜作製方法。
- 請求項１乃至請求項４のいずれか一項において、
表層の窒素含有量を相対的に低減させた後、又は、バリアメタル膜を平坦化した後、又は、バリアメタル膜を平坦化すると共に表層の窒素含有量を相対的に低減させた後、加熱により表層の金属原子を密状態にする密状態処理を施すことを特徴とする金属膜作製方法。 - 請求項１乃至請求項５のいずれか一項において、
希ガスプラズマは、アルゴンガスプラズマであることを特徴とする金属膜作製方法。 - 請求項１乃至請求項６のいずれか一項において、
金属窒化物は、窒化タンタルもしくは窒化タングステンもしくは窒化チタンであることを特徴とする金属膜作製方法。 - 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ハロゲンガス供給手段と、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バリア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てバリアメタル膜とする制御手段と、基板表面の上部に希ガスを供給する希ガス供給手段と、チャンバの内部をプラズマ化して希ガスプラズマを発生させ、希ガスプラズマで基板表面のバリアメタル膜をエッチングすることによりバリアメタル膜を平坦化すると共に、希ガスプラズマで表層の窒素原子を除去してバリアメタル膜の母材内部と比べて表層の窒素含有量を相対的に低減させる表層処理を施す表面表層処理プラズマ発生手段とを備えたことを特徴とする金属膜作製装置。
- 金属窒化物のバリアメタル膜が成膜された基板が収容されるチャンバと、基板表面の上部におけるチャンバ内に希ガスを供給する希ガス供給手段と、チャンバの内部をプラズマ化して希ガスプラズマを発生させ、希ガスプラズマで基板表面のバリアメタル膜をエッチングすることによりバリアメタル膜を平坦化すると共に、希ガスプラズマで表層の窒素原子を除去してバリアメタル膜の母材内部と比べて表層の窒素含有量を相対的に低減させる表面表層処理プラズマ発生手段と、チャンバ内に備え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、ハロゲンを含有する原料ガス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、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、平坦化されると共に表層の窒素含有量が相対的に低減されたバリアメタル膜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金属膜作製装置。
- 請求項８もしくは請求項９において、
表層の窒素含有量を相対的に低減させた後、又は、バリアメタル膜を平坦化した後、又は、バリアメタル膜を平坦化すると共に表層の窒素含有量を相対的に低減させた後に、加熱により表層の金属原子を密状態にする密状態処理手段を備えたことを特徴とする金属膜作製装置。 - 請求項８乃至請求項１０のいずれか一項において、
希ガスプラズマは、アルゴンガスプラズマであることを特徴とする金属膜作製装置。 - 請求項８乃至請求項１１のいずれか一項において、
金属窒化物は、窒化タンタルもしくは窒化タングステンもしくは窒化チタンであることを特徴とする金属膜作製装置。 - 基板と金属製の被エッチング部材との間におけるチャンバ内にハロゲンを含有する原料ガスを供給し、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てバリアメタル膜とし、基板表面のバリアメタル膜を還元性ガス雰囲気で反応させることにより表層の窒素原子を除去してバリアメタル膜の母材内部と比べて表層の窒素含有量を相対的に低減させる表層処理を施すことを特徴とする金属膜作製方法。
- 金属窒化物のバリアメタル膜が成膜された基板が収容されるチャンバ内で、基板表面のバリアメタル膜を還元性ガス雰囲気で反応させることにより表層の窒素原子を除去してバリアメタル膜の母材内部と比べて表層の窒素含有量を相対的に低減させる表層処理を施した後、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被エッチング部材に含まれる金属成分と原料との前駆体をチャンバの内部に生成し、基板の温度を被エッチング部材側の温度よりも低くして、表層の窒素含有量が相対的に低減されたバリアメタル膜を有する基板に前駆体の金属成分を成膜させることを特徴とする金属膜作製方法。
- 請求項１３乃至請求項１４のいずれか一項において、
還元性ガス雰囲気は、水素ガスプラズマであることを特徴とする金属膜作製方法。 - 請求項１３乃至請求項１５のいずれか一項において、
金属窒化物は、窒化タンタルもしくは窒化タングステンもしくは窒化チタンであることを特徴とする金属膜作製方法。 - 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ハロゲンガス供給手段と、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バリア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てバリアメタル膜とする制御手段と、基板表面の上部に還元性ガスを供給する還元性ガス供給手段と、基板表面のバリアメタル膜を還元性ガス雰囲気で反応させることにより表層の窒素原子を除去してバリアメタル膜の母材内部と比べて表層の窒素含有量を相対的に低減させる表面表層処理手段とを備えたことを特徴とする金属膜作製装置。
- 金属窒化物のバリアメタル膜が成膜された基板が収容されるチャンバと、基板表面の上部に還元性ガスを供給する還元性ガス供給手段と、基板表面のバリアメタル膜を還元性ガス雰囲気で反応させることにより表層の窒素原子を除去してバリアメタル膜の母材内部と比べて表層の窒素含有量を相対的に低減させる表面表層処理手段と、チャンバ内に備え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、ハロゲンを含有する原料ガス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、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表層の窒素含有量を相対的に低減させたバリアメタル膜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金属膜作製装置。
- 請求項１７もしくは請求項１８において、
還元性ガス供給手段は、水素を含有するガスを供給する手段であり、表面処理手段は、水素ガスプラズマを発生させる水素ガスプラズマ発生手段であることを特徴とする金属膜作製装置。 - 請求項１７乃至請求項１９のいずれか一項において、
金属窒化物は、窒化タンタルもしくは窒化タングステンもしくは窒化チタンであることを特徴とする金属膜作製装置。
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