种膜的成膜方法、等离子体成膜装置和存储介质的利记博彩app

专利名称：种膜的成膜方法、等离子体成膜装置和存储介质的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及种膜(seed film)的成膜方法和等离子体成膜装置，特 别涉及在填埋形成在半导体晶片等被处理体上的凹部时形成的种膜的 成膜方法、等离子体成膜装置和存储介质。
背景技术：
一般地，为了制造半导体器件，在半导体晶片上重复进行成膜处 理、图案蚀刻处理等各种处理，制造所希望的器件，但从半导体器件 的进一步高集成化和高微细化的要求出发，线宽、孔径也日益微细化。 于是，作为配线材料、埋入材料，由于各种尺寸的微细化，需要进一 步减少电阻，所以存在使用电阻非常小且价格便宜的铜的倾向(专利 文献1、 2、 3)。在使用铜作为该配线材料、埋入材料的情况下，考虑 与其下层的密接性等， 一般使用钽金属(Ta )、氮化钽(TaN)膜等作 为阻挡层。
为了填埋上述凹部内，首先在等离子体溅射装置内，在包括该凹 部内的整个壁面的整个晶片表面上形成由铜膜构成的薄种膜，然后通 过对整个晶片表面实施镀铜处理，完全地填埋凹部内。之后，利用CMP
(Chemical Mechanical Polishing:化学机械抛光)处理等进行研磨处理， 除去晶片表面的多余的铜薄膜。
参照图9~图11说明这一点。图9是表示在半导体晶片的表面上形 成的凹部的一个例子的截面立体图，图10是表示用于填埋图9中的一 部分凹部的现有的成膜方法的工序图，图11是说明形成悬突
(overhang)部分的状态的说明图。图9表示在形成于半导体晶片W 的表面的绝缘层3上形成有由截面为矩形的横向较长的槽(沟trench) 构成的凹部2，和在该槽状的凹部2的底部形成有通路孔(viahole)、 通孔(through hole)那样的孔状的凹部4的状态，此处为两层的台阶 结构。在图示的例子中，在孔状的凹部4的下部形成有作为下层的配线层6，通过以导电部件埋入该凹部4，能够获得导通。这种两层结构 被称为Dual Damascene (双嵌刻)结构。另外，也存在单独形成槽状 的凹部2或孔状的凹部4的情况。随着设计规则的细化，这些凹部2、 4的宽度、孔径变得非常小，随之，表示填埋凹部的纵横的尺寸比的高 宽比(aspect ratio)相反地变大，例如达到3 4左右。
此处，参照图10主要说明填埋孔状的凹部4内的方法。预先通过 等离子体溅射装置，在该半导体晶片W的表面上，包括上述凹部4内 的内面地大致均匀地形成例如由TaN膜和Ta膜的叠层结构构成的阻挡 层8，作为基底膜(参照图IO (A))。然后，通过等离子体溅射装置， 遍及包括上述凹部4内的表面的整个晶片表面，形成由作为金属膜的 薄铜膜构成的种膜10 (参照图10 (B))。在等离子体溅射装置内形成 该种膜10时，在半导体晶片侧施加高频电压的偏压电力，高效地进行 铜金属离子的引入。进而，通过在上述晶片表面上实施三元素(3D) 的镀铜处理，由此，利用例如由铜膜构成的金属膜12填埋上述凹部4 内。这时，上层的槽状的凹部2也通过镀铜被填埋。之后，使用上述 的CMP处理等进行研磨处理，除去上述晶片表面的多余的金属膜12、 种膜10和阻挡层8。:日本特开2000-77365号公报:日本特开平KK74760号公报:日本特开平10-214836号公报

发明内容
然而， 一般在等离子体溅射装置内进行成膜的情况下，如上所述 通过在半导体晶片侧施加偏压电力，促进金属离子的引入，能够使成 膜速率变大。在这种情况下，如果过度加大偏压，则因为用于产生等 离子体而导入装置内的作为等离子体激励用气体的惰性气体，例如氩 气的离子会使晶片表面被溅射而削去特意堆积的金属膜，所以不将上 述偏压电力设定得那么大。
但是，在如上述所示形成由铜膜构成的种膜10的情况下，如图10 (B)所示，在凹部4的上端的开口部的种膜10的部分，产生以夹着 该开口的方式突出的悬突部分14。因此，即使以后通过电镀等利用由铜膜构成的金属膜12填埋该凹部4，也会产生电镀液不能够充分浸入 内部的情况，存在可能该内部未被充分填埋而产生空隙16的问题。
参照图11说明形成上述悬突部分14的理由。在等离子体溅射时 飞散的金属(Cu)粒子中，除了被等离子体离子化的金属离子之外， 还存在中性粒子，上述金属离子被偏压电力吸引，具有指向性地从大 致垂直方向上方飞来堆积在晶片面上，与此相对，中性金属粒子从相 对晶片面的所有方向飞来，特别是从倾斜方向飞来的中性金属粒子Cl 通常具有附着在凹部4的上端的开口部的角部上的倾向。
另外，在堆积在开口部的角部的金属膜被金属粒子、金属离子C2 溅射时，可能击出其它金属粒子C3，该被击出的金属粒子C3再次附 着在相对的角部上。
进而，在形成该种膜时，为了抑制堆积膜的表面扩散而冷却晶片， 但这样也不可避免地产生一定程度的表面扩散，从而，由于表面扩散， 堆积膜的表面的金属粒子移动，结果，堆积在开口部的角部的金属膜 在表面扩散时为了减少其表面积而球状集中，因此以曲面状伸出的方 式移动。由于上述各理由形成悬突部分14。
因为如果形成这样的悬突部分14则容易产生空隙16，所以为了防 止产生上述空隙16，在进行上述镀铜时在电镀液中加入各种添加剂， 以尽可能使铜膜堆积在凹部4的底部的方式促进成膜，自底向上 (bottom up)地进行。
这样的添加剂在铜的金属膜中残留得很少，在电镀处理后一般所 进行的高温退火处理时，铜的金属膜中的添加剂从膜中排出，能够成 为纯粹的铜的金属膜配线。
但是，由于近年来的线宽、孔径的进一步微细化的倾向，要求线 宽、孔径尺寸为100nm以下的尺寸，则利用上述高温退火处理现在能 够容易地排出的上述添加剂不能够充分地从铜的金属膜中排出，产生 残留在金属膜中的问题。
如果这样添加剂残留在铜的金属膜中，则该配线的电阻值变大， 不仅得不到依据设计的电特性，而且添加剂的存在还会抑制退火处理 时的铜的颗粒的生长，成为降低该金属膜的可靠性的原因。
于是，为了消除上述添加剂引起的问题，对不使用电镀处理，通过在整个凹部4内进行等离子体溅射而进行填埋的方法进行研究，在
这种情况下，如上所述，图10 (B)中说明的悬突部分14形成在凹部 4的开口端，金属离子难以到达内部，结果不可避免地产生空隙16。
此外，为了解决该悬突部分14的问题，如在专利文献2、 3中公 开的，考虑通过高温处理使堆积的金属膜回流并埋入凹部4内，但如 专利文献2、 3所示，在金属膜为极容易熔融的铝的情况下能够回流， 但在难以熔融的铜的情况下非常难以回流，仍不是现实的解决方法。
本发明着眼于上述问题，是为了有效地解决该问题而提出的。本 发明的目的是提供能够不产生悬突部分地形成种膜的种膜的成膜方 法、等离子体成膜装置和存储介质。
本申请的第一发明是一种种膜的成膜方法，该种膜以下述方式形 成在能够抽真空的处理容器内利用等离子体使金属靶离子化而产生 金属离子，利用偏压电力将上述金属离子引向载置在上述处理容器内 的载置台上的表面具有凹部的被处理体，在包括上述凹部内的上述被 处理体的表面上形成金属膜，由此形成电镀用的种膜，该成膜方法的 特征在于，交替地多次重复进行下述工序将上述偏压电力设定为在 上述被处理体的表面上一度形成的上述金属膜不会被溅射的大小，并 形成上述金属膜的成膜工序；和不产生上述金属离子，中止上述金属 膜的形成的中止工序。
这样，通过交替地多次重复进行下述工序将偏压电力设定为在
被处理体的表面上一度形成的金属膜不会被溅射的大小，并形成上述
金属膜的成膜工序；和不产生金属离子，中止金属膜的形成的中止工 序，在被处理体的表面上一度堆积的金属膜不会再次被溅射而飞散， 而且因为间歇地插入中止金属膜的形成的期间，所以与现有方法的连 续溅射不同，能够抑制由堆积的金属膜的表面扩散引起的移动，结果， 能够不产生悬突部分地形成种膜。
另外，因为能够不产生悬突部分地形成种膜，所以在后续工序的 电镀工序中能够不产生空隙地填埋凹部内。
在这种情况下，例如在上述成膜工序中，为了使上述金属离子的 离子化率为规定的值以上，可以将上述处理容器内的压力设定为规定 的压力值以上。这样，通过使处理容器内的压力为规定的压力值以上，能够使金 属离子的离子化率为规定的值以上，结果，因为能够抑制作为悬突部 分形成的主要原因之一的中性金属粒子的存在，所以能够相应地进一 步抑制悬突部分的产生。
此外，例如，上述离子化率的规定的值为80%。
此外，例如，上述规定的压力值为50mTorr。
此外，例如，在上述中止工序中，至少分别断开产生上述等离子 体的等离子体产生用电力和供向上述金属靶的放电用电力。
此外，例如，在上述中止工序中，断开上述偏压电力。
此外，例如，上述被处理体在上述成膜工序和上述中止工序中被 冷却。
此外，例如，由上述一次成膜工序形成的上述金属膜的成膜时间
为10sec以下。
此外，例如，上述种膜的整体的厚度为100nm以下。
此外，例如，上述偏压电力为0.3瓦/cr^以下。
此外，例如，上述凹部的宽度或孔径为150nm以下。
此外，例如，上述金属膜由铜、钌(Ru)、铜合金和钉合金中的任
一个构成。
本申请的第二发明是一种等离子体成膜装置，其包括能够抽真 空的处理容器；用于载置在表面形成有凹部的被处理体的载置台；将 规定的气体导入上述处理容器内的气体导入单元；用于在上述处理容 器内产生等离子体的等离子体产生源；设置在上述处理容器内，将要 通过上述等离子体被离子化的金属靶；将放电用电力供向上述金属靶 的靶用直流电源；对上述载置台供给偏压电力的偏压电源；和控制装 置整体的动作的装置控制部，通过偏压电力吸引金属离子，在包括上 述凹部内的上述被处理体的表面上形成金属膜，由此形成电镀用的种 膜，该等离子体成膜装置的特征在于上述装置控制部以交替地多次 重复进行下述工序的方式进行控制将上述偏压电力设定为在上述被 处理体的表面上一度形成的上述金属膜不会被溅射的大小，并形成上 述金属膜的成膜工序；和不产生上述金属离子，中止上述金属膜的形 成的中止工序。在这种情况下，例如，上述载置台具有冷却上述被处理体的冷却 单元。
此外，例如，在上述载置台的表面上形成有流过热传导气体的气
本申请的第三发明是一种存储介质，其特征在于存储在使用等 离子体成膜装置进行成膜时，控制上述等离子体成膜装置的程序，该 等离子体成膜装置包括能够抽真空的处理容器；用于载置在表面形 成有凹部的被处理体的载置台；将规定的气体导入上述处理容器内的 气体导入单元；用于在上述处理容器内产生等离子体的等离子体产生 源；设置在上述处理容器内，将要通过上述等离子体被离子化的金属 靶；将放电用电力供向上述金属靶的靶用直流电源；对上述载置台供 给偏压电力的偏压电源；和控制装置整体的动作的装置控制部，通过 偏压电力吸引金属离子，在包括上述凹部内的上述被处理体的表面上 形成金属膜，由此形成电镀用的种膜，该程序以交替地多次重复进行 下述工序的方式进行控制将上述偏压电力设定为在上述被处理体的 表面上一度形成的上述金属膜不会被溅射的大小，并形成上述金属膜 的成膜工序；和不产生上述金属离子，中止上述金属膜的形成的中止 工序。
根据本发明的种膜的形成方法、等离子体成膜装置和存储介质，
能够发挥以下优异的作用效果。
在形成种膜时，通过交替地多次重复进行下述工序将偏压电力 设定为在被处理体的表面上一度形成的金属膜不会被溅射的大小，并 形成上述金属膜的成膜工序；和不产生金属离子，中止金属膜的形成 的中止工序，在被处理体的表面上一度堆积的金属膜不会再次被溅射 而飞散，而且因为间歇地插入中止金属膜的形成的期间，所以与现有 方法的连续溅射不同，能够抑制由堆积的金属膜的表面扩散引起的移 动，结果，能够不产生悬突部分地形成种膜。
另外，因为能够不产生悬突部分地形成种膜，所以在后续工序的 电镀工序中能够不产生空隙地填埋凹部内。
特别是通过使处理容器内的压力为规定的压力值以上，能够使金 属离子的离子化率为规定的值以上，结果，因为能够抑制作为悬突部分形成的主要原因之一的中性金属粒子的存在，所以能够相应地进一 步抑制悬突部分的产生。


图1为表示本发明的等离子体成膜装置的一个例子的截面图。
图2为表示溅射蚀刻的角度依存性的图表。
图3为表示偏压电力和晶片上表面的成膜量的关系的图表。
图4为表示用于说明本发明方法的一个例子的流程图的图。
图5为表示本发明方法的时序图的图。
图6为说明利用本发明方法形成的种膜的状态的截面图。
图7为表示相对孔状的凹部利用本发明方法和现有方法形成种膜
时的状态的电子显微镜照片。
图8为表示相对槽状(trench)的凹部利用本发明方法和现有方法
形成种膜时的状态的电子显微镜照片。
图9为表示在半导体晶片的表面上形成的凹部的一个例子的截面
立体图。
图10为表示用于填充图9中的一部分的凹部的现有的成膜方法的 工序图。
图11为说明形成悬突部分的状态的说明图。
具体实施例方式
以下，参照附图，详细说明本发明的种膜的成膜方法、等离子体 成膜装置和存储介质的一个实施例。
图1为表示本发明的等离子体成膜装置的一个例子的截面图。此 处，作为等离子体成膜装置，以ICP (Inductively Coupled Plasma:电 感耦合等离子体)型等离子体溅射装置为例进行说明。如图所示，该 等离子体成膜装置22具有例如由铝等成形为筒体状的处理容器24。该 处理容器24接地，在其底部26上设置有排气口 28，通过进行压力调 整的节流阀30，利用真空泵32能够抽真空。
在该处理容器24内设置有例如由铝构成的圆板状的载置台34。该 载置台34由载置台本体34A和设置在其上面的静电夹盘34B构成，在该静电夹盘34B上能够吸附并保持作为被处理体的半导体晶片W。 在该静电夹盘34B的上面侧，形成有流过热传导气体的气体槽36，根 据需要，将Ar气体等热传导气体供给该气体槽36，能够提高晶片W 和载置台34侧的热传导性。另外，根据需要，将未图示的吸附用的直 流电压施加在该静电夹盘34B上。该载置台34被从其下表面的中心部 向下方延伸的支柱38支承，该支柱38的下部贯通上述容器底部26。 并且，该支柱38能够利用未图示的升降机构上下移动，使上述载置台 34本身升降。
以包围上述支柱38的方式设置有能够伸縮的折皱状的金属波纹管 40，该金属波纹管40的上端气密地与上述载置台34的下表面接合， 并且下端气密地与上述底部26的上表面接合，能够维持处理容器24 内的气密性，并且能够允许上述载置台34的升降移动。在该载置台34 的载置台本体34A中，作为冷却单元形成有使冷却晶片W的致冷剂流 过的致冷剂循环通路42，该致冷剂通过支柱38内的未图示的流路供给 和排出。
另外，在容器底部26上以朝向其上方立起的方式设置有例如三根 (图示例子中只表示两根)支承销46,并且，与该支承销46相对应， 在上述载置台34上形成有销插通孔48。从而，在使上述载置台34下 降时，利用贯通上述销插通孔48的支承销46的上端部接受晶片W， 能够在从外部侵入的未图示的搬送臂之间移载该晶片W。由此，在处 理容器24的下部侧壁上设置有用于使上述搬送臂进入的能够开关的闸 阀50。
此外，由例如产生13.56MHz的高频的高频电源构成的偏压电源 54，通过配线52，与设置在该载置台本体34A上的上述静电夹盘34B 连接，能够相对上述载置台34施加规定的偏压电力。此外，该偏压电 源54能够根据需要控制其输出的偏压电力。
另一方面，在上述处理容器24的顶部，通过O形圈等密封部件 58，气密地设置有例如由氧化铝等电介质构成的相对高频具有透过性 的透过板56。并且，在该透过板56上设置有用于在处理容器24内的 处理空间60中使例如作为等离子体激励用气体的Ar气体等离子体化 而产生等离子体的等离子体产生源62。其中，作为等离子体激励用气体，也可以使用其他惰性气体，例如He、 Ne等以代替Ar。具体而言， 上述等离子体产生源62具有与上述透过板56对应设置的感应线圈部 64，等离子体产生用的例如13.56MHz的高频电源66与该感应线圈部 64连接，通过上述透过板56，将高频导入处理空间60。此处，根据需 要，也能够控制由该高频电源66输出的等离子体电力。
另外，在上述透过板56的正下方，设置有使导入的高频扩散的例 如由铝构成的挡板68。并且，在该挡板68的下部设置有包围上述处理 空间60的上部侧面、例如截面向内侧倾斜的形成为环状(平截头锥体 壳状)的金属靶70，供给放电用电力的靶用的可变的直流电源72与该 金属靶70连接。从而，根据需要，也能够控制从该可变直流电源72 输出的直流电力。此处，作为金属靶70例如使用钽金属、铜等，这些 金属通过等离子体中的Ar离子，作为金属原子或金属原子团被溅射， 并且在通过等离子体中吋，多数被离子化。其中，钽金属在形成阻挡 层时使用，铜在利用本发明方法形成种膜时使用。
此外，在该金属靶70的下部设置有包围上述处理空间60的例如 由铝构成的圆筒状的保护盖74，该保护盖74接地，并且其下部向内侧 弯曲，位于上述载置台34的侧部附近。另外，在处理容器24的底部 设置有作为将必需的规定的气体导入该处理容器24内的气体导入单元 的例如气体导入口76。从该气体导入口76，通过由气体流量控制器、 阀等构成的气体控制部78,供给作为等离子体激励用气体的例如Ar 气体、其它必需的气体例如N2气体等。
此处，成膜装置22的各构成部以与例如由计算机等构成的装置控 制部80连接并被控制的方式构成。具体而言，装置控制部80控制偏 压电源54、等离子体产生用的高频电源66、可变直流电源72、气体控 制部78、节流阀30、真空泵32等的动作，在利用本发明方法形成金 属膜时如下所述进行动作。
首先，在装置控制部80的支配下，在通过使真空泵32动作而成 为真空的处理容器24内，使气体控制部78动作而使Ar气体流动，控 制节流阀30，将处理容器24内维持为规定的真空度。之后，通过可变 直流电源72将直流电力施加在金属靶70上，进而通过高频电源66将 高频电力(等离子体电力)施加在感应线圈部64上。另一方面，装置控制部80也向偏压电源54输出指令，将规定的 偏压电力施加在载置台34上。这样，在被控制的处理容器24内，利 用金属靶70、施加在感应线圈部64上的等离子体电力形成氩等离子 体、生成氩离子，这些离子与金属靶70冲撞，该金属靶70被溅射， 放出金属粒子。
另外，作为来自被溅射的金属耙70的金属粒子的金属原子、金属 原子团，在通过等离子体中时多数被离子化。此处，金属粒子以离子 化的金属离子和电中性的中性金属原子混合存在的状态向下方向飞 散。然后，特别是金属离子被施加在载置台34上的偏压电力吸引，作 为相对晶片W指向性高的金属离子堆积在载置台34上的晶片W上。
如后所述，在形成电镀用的种膜时，装置控制部80例如限制偏压 电源54的输出地进行设定，由此，能够以在晶片表面上形成的金属膜 (Cu膜)不被溅射的状态进行Cu成膜。此处，装置各构成部分的控 制能够通过装置控制部80，基于以在规定的条件下进行金属膜的成膜 的方式制作而成的程序进行控制。此时，例如在软盘(注册商标)(FD)、 光盘(注册商标)(CD)、闪存等存储介质82中存储包括用于进行各 构成部分的控制的命令的程序，根据该程序，以在规定的条件下进行 处理的方式控制各构成部分。
接着，说明使用以上所述的结构的等离子体成膜装置22进行的本
发明的种膜的成膜方法。
图2为表示溅射蚀刻的角度依存性的图表，图3为表示偏压电力 和晶片上表面的成膜量的关系的图表，图4为表示用于说明本发明方 法的一个例子的流程图的图，图5为表示本发明方法的时序图的图， 图6为说明通过本发明方法形成的种膜的状态的截面图。
首先，本发明方法的特征是交替地多次重复进行下述工序将偏 压电力设定为在半导体晶片的表面上一度形成的金属膜不会被溅射的 大小，并形成金属膜的成膜工序；和不产生金属离子，中止金属膜的 形成的中止工序。
在成膜工序中，在利用等离子体溅射成膜从而形成金属膜时，通 过将偏压电力、直流电力、等离子体电力等控制为适当的大小，能够 如上所述以堆积在晶片上表面的金属膜不会通过等离子体气体(Ar离子)被溅射的方式进行设定。具体而言，将此时的偏压电力设定为这 样的大小在金属靶70的相对面，即图l中晶片的上表面上，以依据 相对金属离子的吸引的成膜速率进行成膜，使由等离子体气体(Ar+) 引起的溅射蚀刻的蚀刻速率大致为零。 对于该点进一步详细说明。
首先，不考虑成膜量，对由等离子体气体引起的溅射蚀刻的蚀刻 速率的特性进行研究，溅射面的角度和蚀刻速率的关系为图2所示的 图表。此处，所谓溅射面的角度是指溅射面(晶片上表面)的法线与 溅射气体(Ar离子Ar+)的入射方向(图1中向下的方向)所成的 角度，例如，晶片上表面和凹部4 (参照图10)的底部都为"0度"， 凹部侧壁为"90度"。
从这个图表可知，晶片上表面(溅射面的角度=0度)进行一定程 度的溅射蚀刻，凹部的侧壁(溅射面的角度=90度)几乎不进行溅射蚀 刻，另外，凹部的开口的角部(溅射面角度=40~80度左右)进行相当 激烈的溅射蚀刻。
在由图1所示的ICP型溅射装置构成的成膜装置中，施加在晶片 W侧的偏压电力和堆积在晶片上表面(不是凹部的侧壁)的成膜量的 关系为图3所示的关系。此处，横轴的瓦特数依据靶的种类、晶片尺 寸等而不同，图3中的数值是例如靶为铜、晶片尺寸为200mm的情况。 即，在一定的等离子体电力和向金属靶70施加一定的直流电力的状况 下，在偏压电力不太大的情况下，利用金属离子的引入和中性金属原 子能够得到高成膜量，但当偏压电力增加并超过一定程度的值，例如 50瓦(0.16瓦/cm2)时，晶片表面开始由于作为由偏压电力加速的等 离子体气体的氩离子而被溅射，该溅射的倾向逐渐加强(参照图3)， 结果，特意堆积的金属膜被蚀刻。当然，偏压电力越大，这种蚀刻越 激烈。
之后，如果偏压电力增大，当由引入的金属离子和中性金属原子 引起的成膜速率与由等离子体气体的离子引起的溅射蚀刻的蚀刻速率 相同时，成膜和蚀刻相抵消，晶片上表面的成膜量为"零"，这时的条 件与图3中的点XI (偏压电力150W)相对应。图3中的偏压电力 和成膜量仅是表示一个例子，通过控制等离子体电力、直流电力，上述特性曲线能够如图3中的点划线所示那样变动。
现有技术中，这种溅射装置中一般的动作条件是区域Al的部分，
即不使偏压电力过大、能够获得高成膜量(成膜速率)的区域。艮口， 成膜量与偏压为零时几乎没有变化(不产生由惰性气体的等离子体引 起的蚀刻)，并且是引入的金属离子最大的区域，是在凹部的底部也能 够获得相当程度的成膜量的区域。
在现有方法中，将偏压电力设定在该区域A1的附近，通过连续数 十秒的时间堆积金属膜，形成种膜。
与此同对，在本发明方法中，交替地重复进行短时间的成膜工序 和中止工序，并且，在成膜工序中在晶片上表面、形成在晶片的表面 上的凹部内的表面上堆积金属膜，但设定较小的偏压电力，使得一度 堆积的金属膜不会由于气体离子再次被溅射而被蚀刻。另外，因为在 短时间进行该成膜工序之后进行中止工序，所以能够暂时性地充分冷 却一度堆积的金属膜，由此在金属膜的表面上不会产生作为悬突部分 形成的原因的表面扩散。
基于对以上现象的理解，参照图4 图6说明本发明的方法。
首先，在图1中，在使载置台34向下方降下的状态下，将晶片W 通过处理容器24的闸阀50搬入能够抽真空的处理容器24内，将其支 承在支承销46上。然后，在该状态下使载置台34上升，则在其上表 面接受晶片W，利用静电夹盘34B将该晶片W吸附在载置台34的上 表面上。
于是，在载置台34上载置并吸附固定晶片W之后，开始成膜处 理。此时，在搬入前预先在前工序中在晶片W的上表面上形成与图9 和图10中说明的结构相同的凹部2、 4等。该上层的凹部2由槽状的 沟构成，在其底部，作为下层的凹部4，以能够到达配线层6的方式形 成有通路孔、通孔那样的孔，凹部整体形成为两个台阶的台阶状。在 图6中，仅以下层的凹部4为代表进行表示。
首先，为了形成阻挡层(图4的S1)，此处使用钽作为金属靶70， 在将处理容器24内抽真空至规定的压力之后，将等离子体电力施加在 等离子体产生源62的感应线圈部64上，并且通过偏压电源54将规定 的偏压电力施加在载置台34的静电夹盘34B上。进而，通过可变直流电源72将规定的直流电力施加在金属靶70上进行成膜。这里，为了 形成TaN膜，通过气体导入口 78供给作为等离子体激励用气体的例如 Ar气体，此外，将作为氮化气体的N2气体供给至处理容器24内。由 此，不仅是在晶片W的上表面上，在凹部4内的侧壁、底面上也大致 均匀地形成TaN膜。此时的偏压电力在图3中的区域A1中，与现有 的一般的成膜条件相同，具体为100W (瓦特)左右。
如果如上所述完成TaN膜的形成，则接着形成Ta膜。此处，在停 止供给作为上述氮化气体的N2气体的状态下，以与形成TaN膜时相 同的条件，利用等离子体使由Ta构成的金属靶70离子化，堆积Ta膜。 在这种情况下，偏压电力在图3中的区域A1，与现有的一般的成膜条 件相同。由此形成作为基底膜的由TaN/Ta膜构成的阻挡层8 (参照图 4的S1和图10 (A))。而且，也存在使用单层的Ta膜作为上述阻挡层 8的情况。
接着，将形成有上述阻挡层8的晶片W不暴露在大气中地搬送至 与图1所示的结构相同的另一等离子体成膜装置中。此处，作为金属 靶70，不使用Ta而使用Cu (铜)。这样安装有铜的金属靶的等离子体 成膜装置通过能够抽真空的转移腔室与先前的安装有钽的金属靶的成 膜装置连接即可，能够不暴露在大气中地将半导体晶片W在真空气氛 中跨越两成膜装置间进行搬送。
如上所述，此处为了形成由Cu膜构成的种膜，使用铜作为金属靶 70，在将处理容器24内抽真空至规定压力之后，将等离子体电力施加 在等离子体产生源62的感应线圈部64上，并且通过偏压电源54将规 定的偏压电力施加在载置台34的静电夹盘34B上。进而通过可变直流 电源72将规定的直流电力施加在金属靶70上进行成膜。此处，为了 形成Cu膜，通过气体导入口 78将作为等离子体激励用气体的例如Ar 气体供给至处理容器24内。
在由本发明方法形成种膜时，如图4和图5所示，实际上交替地 重复进行规定的次数(循环数)的下述工序堆积由Cu膜构成的金属 膜的成膜工序S2;和中止成膜，冷却已堆积的金属膜的中止工序S3(S4 的NO)，在己进行规定的次数的时刻结束处理(S4的YES)。
图5所示的情况表示已进行4个循环的上述成膜工序和中止工序的情况，由此，如图6所示，在每一个循环中形成Cu的4层金属膜 90A、 90B、 90C、 90D，作为整体构成种膜92。在上述成膜工序中， 上述等离子体用的高频电源66 (图5 (A))、金属靶用的直流电源72 (图5 (B))和偏压电源54 (图5 (C))都接通，堆积Cu的金属膜。
在上述中止工序中，上述等离子体用的高频电源66 (图5 (A))、 金属靶用的直流电源72 (图5 (B))和偏压电源54 (图5 (C))都断 开，不产生金属离子，不堆积金属膜。
而且，在上述中止工序中，为了不产生金属离子和等离子体，至 少使等离子体用高频电源66和金属靶用的直流电源72都断开。
此外，如图5 (D)所示，等离子体激励用的Ar气体在上述成膜 工序时流动，在中止工序时停止供给。
与此相对，如图5 (E)所示，在成膜工序和中止工序中，使例如 一20 一50'C左右的冷却介质相对冷却单元42流动以冷却晶片，使得 在成膜工序和中止工序中堆积的金属膜90A 90D中不产生表面扩散。
此处，详细说明成膜工序的偏压电力的设定。该成膜工序中的偏 压电力设定为图3中的区域A2所示的较小的值，如上所述，使得在晶 片上表面、形成在晶片的表面的凹部内的表面上堆积金属膜，且一度 堆积的金属膜不会由于气体离子被再次溅射而蚀刻。
在单件处理例如300mm尺寸的晶片的等离子体处理装置的情况 下，上述区域A2的偏压的上限值为200瓦(0.3瓦/cm2)左右。当偏 压电力变得更大时，因为相对Ar离子的吸引电力变大，所以一度已堆 积的金属膜90A 90D发生再次溅射，由此，在凹部4的开口部的附 近可能开始形成悬突部分。另外，上述偏压电力的下限值没有特别限 定，即使为O瓦也可以。
进而，在该成膜工序中，为了使上述Cu金属离子的离子化率为规 定的值，例如80%以上，将上述处理容器24内的处理压力设定为规定 的压力值，例如50mTorr (6.7Pa)以上。这样，通过将离子化率提高 至80%以上，具有指向性的金属粒子的占有率变高，没有指向性的中 性金属粒子的占有率变少。结果，因为对成膜有贡献的粒子中金属离 子为支配性的，所以从所有方向飞至凹部4的开口的角部的中性金属 原子的量相对较少，能够抑制在该部分上形成悬突部分。关于这一点，当上述离子化率小于80%时，与上述相反，中性金属粒子对成膜的贡 献程度变大，会促进悬突部分的形成，所以不优选。
如上所述，虽然例如依赖于处理条件，但为了使离子化率为80% 以上，将处理压力设定为至少50mTorr以上，优选为90mTorr以上即 可。而且，当处理压力过度增大时，成膜速率急剧降低，因此其上限 值为100mTorr左右。另外，由于在成膜工序和中止工序中利用冷却单 元42连续地冷却晶片W，所以在成膜工序中晶片W不会被过加热， 堆积的金属粒子不会凝聚，此外，因为在中止工序中没有由Ar气体离 子引起的冲撞能量，所以能够充分地冷却晶片，特别是因为能够防止 堆积的Cu金属膜的表面扩散，所以根据该点也能够抑制悬突部分的形 成。
依据以上的结果，上述各悬突部分的形成抑制作用共同作用，结 果能够大致确实地阻止在凹部4的开口部附近形成种膜92的悬突部 分。
此处说明具体的数值例，首先凹部4的开口的宽度或孔径为150nm 以下，对于100nm以下特别有效。另外，成膜工序的时间Tl在2 10sec的范围内，例如5.5sec左右，中止期间的时间T2在5 20sec范 围内，例如10sec左右。而在现有的成膜方法中，以22sec的连续成膜 (连续溅射)形成种膜。
此外，在图6中形成的种膜92的厚度H1在40 100nm的范围内， 例如60nm左右。此时，堆积在凹部4内的侧壁上的种膜92的厚度H2 为上述厚度m的15 20%左右，堆积在凹部4内的底部的种膜92的 厚度H3为上述厚度H1的80 90°/。左右。
此外， 一次成膜工序中的金属膜90的成膜时间为10sec以内，当 时间比它长时，堆积的金属膜90产生凝集，成为形成悬突部分的主要 原因。
(评价)
接着，实际进行利用本发明方法(间歇溅射)的种膜的形成和利 用现有方法(连续溅射)的种膜的形成，并进行评价，说明该评价的 结果。
图7为表示相对孔状的凹部利用本发明方法(间歇溅射)和现有方法(连续溅射)形成种膜时的状态的电子显微镜照片，为了进行参 考，均在右侧同时记载其示意图。
图7 (A)表示现有方法的情况，图7 (B)表示本发明方法的情 况，均表示平面图和截面图。上述凹部(通路孔Via)的孔径全部为 110nm，名部分的尺寸表示在照片中。其中，照片中的"OH"表示悬 突部分的尺寸。
关于处理条件，现有方法和本发明方法相同，如下所述。
处理压力为卯mTorr，等离子体用高频电源66的电力为16kW， 直流电力为16kW，偏压电力为35W，成膜时间在本发明方法中为 "5.5secX4循环"，在现有方法中为22sec (连续溅射)。
在图7 (A)所示的现有方法的情况下，通路孔区域(Via area)的 平均面积Sl为3899nm2，通路孔直径(Via Dia.) Dl为70.4nm， OH 直径D2为11.2nm，相对于此，在图7 (B)所示的本发明的情况下， 通路孔区域的平均面积S2为5330nm2，通路孔直径D3为82.4nm， OH 直径D4为5.2nm。
这样，能够确认，尤其能够将悬突部分的大小从11.2nm减少至5.2 nm，与现有方法相比较，在本发明方法的情况下，能够大幅抑制悬突 部分的形成。
另外，对宽度为110nm的槽(沟trench),在与上述相同的方法 和处理条件下形成种膜。此时的结果表示在图8中。图8为表示相对 槽状(trench)的凹部通过本发明方法(间歇溅射)和现有方法(连续 溅射)形成种膜时的状态的电子显微镜照片，为了进行参考，均在右 侧同时记载其示意图。
图8 (A)表示现有方法的情况，图8 (B)表示本发明方法的情 况，均表示平面图和截面图。如图8 (A)所示，在现有方法的情况下， 悬突部分的内径为60nm，相对于此，在图8 (B)所示的本发明方法 的情况下为74.5nm，能够确认，在本发明方法的情况下，能够大幅抑 制悬突部分的形成。
在上述实施例中，以形成Cu膜或Cu合金膜作为金属膜90的情况 为例进行了说明，但并不限定于此，例如在形成钨(W)、钽(Ta)、 钌(Ru)等金属膜或这些各金属的合金膜的情况下，也能够应用本发明。
而且，各高频电源的频率并不限于13.56MHz，能够使用其他频率， 例如27.0MHz。此外，作为等离子体用的惰性气体，并不限于Ar气体， 也可以使用其他惰性气体，例如He、 Ne等。
另外，此处作为被处理体，以半导体晶片为例进行了说明，但并 不限定于此，在LCD基板、玻璃基板、陶瓷基板等中也能够应用本发 明。
权利要求
1.一种种膜的形成方法，该种膜以下述方式形成在能够抽真空的处理容器内利用等离子体使金属靶离子化而产生金属离子，利用偏压电力将所述金属离子引向载置在所述处理容器内的载置台上的表面具有凹部的被处理体，在包括所述凹部内的所述被处理体的表面上形成金属膜，由此形成电镀用的种膜，该成膜方法的特征在于交替地多次重复进行下述工序将所述偏压电力设定为在所述被处理体的表面上一度形成的所述金属膜不会被溅射的大小，并形成所述金属膜的成膜工序；和不产生所述金属离子，中止所述金属膜的形成的中止工序。
2. 如权利要求1所述的种膜的形成方法，其特征在于 在所述成膜工序中，为了使所述金属离子的离子化率为规定的值以上，将所述处理容器内的压力设定为规定的压力值以上。
3. 如权利要求2所述的种膜的形成方法，其特征在于 所述离子化率的规定的值为80%。
4. 如权利要求2所述的种膜的形成方法，其特征在于 所述规定的压力值为50mTorr。
5. 如权利要求1所述的种膜的形成方法，其特征在于 在所述中止工序中，至少分别使产生所述等离子体的等离子体产生用电力和供向所述金属靶的放电用电力断开。
6. 如权利要求1所述的种膜的形成方法，其特征在于在所述中止工序中，断开所述偏压电力。
7. 如权利要求l所述的种膜的形成方法，其特征在于-所述被处理体在所述成膜工序和所述中止工序中被冷却。
8. 如权利要求1所述的种膜的形成方法，其特征在于 由所述一次成膜工序形成的所述金属膜的成膜时间为10sec以下。
9. 如权利要求1所述的种膜的形成方法，其特征在于所述种膜的整体厚度为lOOmn以下。
10. 如权利要求l所述的种膜的形成方法，其特征在于 所述偏压电力为0.3瓦/cm2以下。
11. 如权利要求1所述的种膜的形成方法，其特征在于-所述凹部的宽度或孔径为150nm以下。
12. 如权利要求1所述的种膜的形成方法，其特征在于.-所述金属膜由铜、钌(Ru)、铜合金和钌合金内的任一种构成。
13. —种等离子体成膜装置，其包括 能够抽真空的处理容器；用于载置在表面形成有凹部的被处理体的载置台； 将规定的气体导入所述处理容器内的气体导入单元； 用于在所述处理容器内产生等离子体的等离子体产生源； 设置在所述处理容器内，将要通过所述等离子体被离子化的金属靶；将放电用电力供向所述金属靶的靶用直流电源； 对所述载置台供给偏压电力的偏压电源；和 控制装置整体的动作的装置控制部，通过偏压电力吸引金属离子，在包括所述凹部内的所述被处理体 的表面上形成金属膜，由此形成电镀用的种膜，该等离子体成膜装置 的特征在于所述装置控制部以交替地多次重复进行下述工序的方式进行控制将所述偏压电力设定为在所述被处理体的表面上一度形成的所述金属膜不会被溅射的大小，并形成所述金属膜的成膜工序；和 不产生所述金属离子，中止所述金属膜的形成的中止工序。
14. 如权利要求13所述的等离子体成膜装置，其特征在于 所述载置台具有冷却所述被处理体的冷却单元。
15. 如权利要求13所述的等离子体成膜装置，其特征在于 在所述载置台的表面上形成有使热传导气体流动的气体槽。
16. —种存储介质，其特征在于存储在使用等离子体成膜装置进行成膜时，控制所述等离子体成 膜装置的程序，该等离子体成膜装置包括 能够抽真空的处理容器；用于载置在表面形成有凹部的被处理体的载置台； 将规定的气体导入所述处理容器内的气体导入单元； 用于在所述处理容器内产生等离子体的等离子体产生源； 设置在所述处理容器内，将要通过所述等离子体被离子化的金属耙；将放电用电力供向所述金属靶的靶用直流电源； 对所述载置台供给偏压电力的偏压电源；和 控制装置整体的动作的装置控制部，通过偏压电力吸引金属离子，在包括所述凹部内的所述被处理体 的表面上形成金属膜，由此形成电镀用的种膜，该程序以交替地多次重复进行下述工序的方式进行控制将所述偏压电力设定为在所述被处理体的表面上一度形成的所述 金属膜不会被溅射的大小，并形成所述金属膜的成膜工序；和不产生所述金属离子，中止所述金属膜的形成的中止工序。
全文摘要
本发明提供一种种膜的成膜方法、等离子体成膜装置和存储介质，该种膜的成膜方法能够不产生悬突部分地形成种膜。该种膜以下述方式形成在能够抽真空的处理容器(24)内利用等离子体使金属靶(70)离子化而产生金属离子，利用偏压电力将金属离子引向载置在处理容器内的载置台(34)上的表面具有凹部(4)的被处理体，在包括凹部内的被处理体的表面上形成金属膜，由此形成电镀用的种膜，该成膜方法的特征在于，交替地多次重复进行下述工序将偏压电力设定为在被处理体的表面上一度形成的金属膜不会被溅射的大小，并形成金属膜的成膜工序；和不产生金属离子，中止金属膜的形成的中止工序。
文档编号H01L23/52GK101410952SQ200780004018
公开日2009年4月15日 申请日期2007年1月26日 优先权日2006年1月31日
发明者佐久间隆, 松田司, 横山敦, 水泽宁, 池田太郎, 波多野达夫 申请人:东京毅力科创株式会社