專利名稱：成膜方法、成膜裝置和存儲介質(zhì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種成膜方法、成膜裝置和存儲介質(zhì)，尤其涉及一種
填埋形成在半導體晶片等被處理體上的凹部時設(shè)置的阻擋膜(barrier film)、種膜(seed film)的成膜方法、成膜裝置和存儲介質(zhì)。
背景技術(shù)：
通常，制造半導體器件時，反復對半導體晶片進行成膜處理和圖 形蝕刻處理等各種處理，制造期望的器件。此處，為了獲得半導體器 件的更進一步的高集成化和高細微化，該半導體器件的線寬、孔徑越 來越細微化。就半導體器件中的配線材料、填埋材料而言，由于各種 尺寸的細微化而需要使電阻更小，因此，傾向于使用電阻非常小且價 格便宜的銅(參照日本特開2000-77365號公報、日本特開平10-74760 號公報、日本特開平10-214836號公報、日本特開2005-285820號公報 等)。而且，在使用銅作為配線材料、填埋材料的情況下，考慮到其與 下方的層的粘合性等，通常使用鉭金屬膜(Ta)或氮化鉭膜(TaN)等 作為阻擋層。
而且，在對形成在半導體晶片上的凹部內(nèi)進行填埋時，首先在等 離子體濺射裝置內(nèi)，在晶片的整個表面上形成由銅膜構(gòu)成的種膜，該 晶片的整個表面包括已形成有上述阻擋層的該凹部內(nèi)的整個壁面；接 著，對晶片的整個表面進行鍍銅處理，完全填埋凹部內(nèi)。之后，通過 CMP (Chemical Mechanical Polish:化學機械拋光)處理等，對晶片表 面的多余的銅薄膜、阻擋層進行研磨處理并將其除去。
參照圖8 圖10，對形成在上述半導體晶片上的凹部內(nèi)的填埋進 行具體的說明。圖8為表示在半導體晶片的表面形成的凹部的一個例 子的截面立體圖，圖9為表示用于填埋圖8中的一部分凹部的現(xiàn)有的 成膜方法的一連的工序圖，圖IO為說明形成有突出部的狀態(tài)的說明圖。 圖8表示在形成于半導體晶片W的表面的絕緣層3中分別形成有截面為矩形的由橫向較長的槽(溝槽)構(gòu)成的凹部2、和位于該槽狀的凹部
2的底部的通孔(via hole)或?qū)?through hole)這樣的孔狀的凹 部4的狀態(tài)，上述凹部2、 4為2階的階梯結(jié)構(gòu)。
在圖示例子的孔狀的凹部4的下方形成有作為下層的配線層6， 通過用導電部件填埋該凹部4，能夠使絕緣層3的兩側(cè)導通。將這種2 階結(jié)構(gòu)稱為雙嵌刻(Dual Damascene)結(jié)構(gòu)。此外，也有單獨形成槽狀 的凹部2或孔狀的凹部4的情況。隨著設(shè)計規(guī)則中對細微化的需求， 上述凹部2、 4的槽寬和孔徑變得非常小，因此，表示填埋凹部2、 4 的縱橫的尺寸比的深寬(aspect)比(=深度/開口寬度(或者開口直徑)) 反而變大，例如為3 4左右。
此處，參照圖9，主要對填埋孔狀的凹部4內(nèi)的方法進行說明。通 過等離子體濺射裝置，預先在包括凹部4內(nèi)的內(nèi)表面的該半導體晶片 W的表面上形成有作為基底膜的例如由TaN膜和Ta膜的疊層結(jié)構(gòu)構(gòu) 成的阻擋層8 (參照圖9 (A))。然后，通過等離子體濺射裝置，在包 括上述凹部4內(nèi)的表面的晶片的整個表面上作為金屬膜形成由薄銅膜 構(gòu)成的種膜10 (參照圖9 (B))。在等離子體濺射裝置內(nèi)形成該種膜 10時，向半導體晶片一側(cè)施加高頻電壓的偏置電力，使銅的金屬離子 的吸引效率良好。
此處， 一般而言，上述阻擋層8的膜厚為10nm左右，種膜10的 膜厚為50 80nm左右。進一步，通過對上述晶片表面實施鍍銅處理， 以例如由銅膜形成的金屬膜12填埋上述凹部4內(nèi)。這時，上階的槽狀 的凹部2也被金屬膜12填埋。之后，通過上述的CMP處理等研磨處 理除去上述晶片表面的多余的金屬膜12、種膜10和阻擋層8。
但是，通常，在等離子體濺射裝置中進行成膜時，如上所述那樣 向半導體晶片一側(cè)施加偏置電力，加速金屬離子的吸引，從而，增大 成膜量。在此情況下，若過度增大偏置電力，則由于為了產(chǎn)生等離子 體而被導入裝置內(nèi)的等離子體激勵用氣體的離子，即惰性氣體、例如 氬氣的離子而使得晶片表面受到濺射。如果這樣，則好不容易堆積的 金屬膜就會被削掉。因此，偏置電力設(shè)定得不是太大。
但是，在如上所述那樣形成由銅膜構(gòu)成的種膜10的情況下，如圖 9 (B)所示，在凹部4的上端的開口部的種膜10的部分形成突出部分14，其中，該突出部分14以夾住該開口的形狀突出。因此，具有下述
問題之后，在電鍍處理中，即使以由銅膜等構(gòu)成的金屬膜12填埋該
凹部4內(nèi)，也會發(fā)生鍍液不能充分地進入內(nèi)部的情況，于是該凹部4 的內(nèi)部不被充分地填埋，產(chǎn)生間隙(void) 16。
參照圖10，對形成上述突出部分14的原因進行說明。作為在等離 子體濺射時飛散的金屬(Cu)粒子，除了因等離子體而離子化的金屬 離子之外，還存在中性粒子。而且，上述金屬離子被偏置電力吸引， 具有指向性地從大致垂直方向的上方到達并堆積在晶片表面上，與此 相對，中性粒子從任意方向到達晶片表面上。此處，尤其是從相對于 晶片面的傾斜方向飛來的中性粒子C1容易大量地附著在凹部4的上端 的開口部的角部。
另外，在金屬粒子或金屬離子C2對堆積于開口部的角部上的金屬 膜進行濺射時，會撞出其他的金屬粒子C3。而且，該撞出的金屬粒子 C3可能會再次附著到相對的角部。
另外，形成該種膜10時，為了抑制堆積膜的表面擴散而冷卻晶片， 但是，即使這樣也無法避免產(chǎn)生一定程度的表面擴散。因此，由于表 面擴散而使堆積膜的表面的金屬粒子移動的結(jié)果為，在表面擴散時， 堆積于凹部4的上端的開口部的角部的金屬膜的表面積有減小的傾向， 該開口部的角部的金屬膜集中成球狀。因此，該金屬膜以曲面狀地生 成突出的方式移動。這樣，由于上述各種原因而形成突出部分14。
因此，為了防止形成上述那樣的突出部分14，考慮使種膜10的膜 厚變薄。但是，在這種情況下，發(fā)生下述問題由于金屬離子的指向 性較高，即使能夠在凹部4內(nèi)的底部形成足夠厚的種膜10，也會局部 地產(chǎn)生在凹部4內(nèi)的側(cè)壁上幾乎不堆積種膜的地方，或者種膜10的膜 厚變得非常不均勻。這種問題不僅在形成種膜10時會發(fā)生，而且在使 用等離子體濺射裝置形成由例如Ta膜、TaN膜等構(gòu)成的阻擋層8時也 會發(fā)生。
而且，由于凹部2、 4的槽寬和孔徑具有進一步細微化的趨勢，當 槽寬和孔徑為100nm以下的尺寸時，上述問題會變得更顯著，因此， 期望早期解決上述問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述問題，并為了有效解決該問題而完成的。本發(fā) 明的目的在于提供一種能夠不產(chǎn)生突出部分并在凹部的內(nèi)壁面上形成 足夠厚的種膜、阻擋層等薄膜的成膜方法、成膜裝置和存儲介質(zhì)。
本發(fā)明的成膜方法的特征在于，包括將表面形成有凹部的被處 理體載置于設(shè)置在能夠抽真空的處理容器的內(nèi)部的載置臺上的工序； 在上述處理容器的內(nèi)部產(chǎn)生等離子體的工序；在上述處理容器的內(nèi)部， 通過上述等離子體使金屬靶離子化并生成金屬離子的工序；向上述載 置臺供給偏置電力，通過該供給的偏置電力將上述金屬離子引至載置 在上述載置臺上的上述被處理體，由此在包括上述凹部內(nèi)的表面的上 述被處理體的表面上形成薄膜的工序；和使上述偏置電力的大小在上
述被處理體的表面實質(zhì)上不被濺射的范圍內(nèi)變化的工序。
在本發(fā)明的成膜方法中，上述偏置電力的大小的變化的方式優(yōu)選 為，使上述偏置電力的大小相對于時間的經(jīng)過多階段地階梯狀地變化。 或者，上述偏置電力的大小的變化的方式優(yōu)選為，使上述偏置電力的 大小相對于時間的經(jīng)過直線狀地變化?；蛘撸鲜銎秒娏Φ拇笮〉?變化的方式優(yōu)選為，使上述偏置電力的大小相對于時間的經(jīng)過曲線狀 地變化。
在本發(fā)明的成膜方法中，優(yōu)選上述被處理體的上述凹部為孔或溝 槽(槽)，其直徑或?qū)挾葹?00nm以下。此外，優(yōu)選使上述偏置電力的 大小在0.29W/cm2以下的范圍內(nèi)變化。另外，優(yōu)選上述處理容器內(nèi)的 壓力為6.7Pa以上。
在本發(fā)明的成膜方法中，上述薄膜優(yōu)選為阻擋層或電鍍用的種膜。 本發(fā)明的成膜裝置的特征在于，具備能夠抽真空的處理容器； 設(shè)置在上述處理容器的內(nèi)部、且用于載置表面形成有凹部的被處理體 的載置臺；設(shè)置在上述處理容器上、且在該處理容器內(nèi)產(chǎn)生等離子體 的等離子體產(chǎn)生源；作為設(shè)置在上述處理容器的內(nèi)部的金屬靶、且通 過由上述等離子體產(chǎn)生源產(chǎn)生的等離子體而被離子化并生成金屬離子 的金屬靶；向上述載置臺供給偏置電力的偏置電源；和控制上述偏置 電源的動作的控制部，通過利用上述偏置電力將上述金屬離子引至載 置在上述載置臺上的上述被處理體，在包括上述凹部內(nèi)的表面的上述被處理體的表面上形成薄膜，上述控制部控制上述偏置電源，使得上 述偏置電力的大小在上述被處理體的表面實質(zhì)上不被濺射的范圍內(nèi)變 化。
本發(fā)明的存儲介質(zhì)為存儲有用于使成膜裝置在表面形成有凹部的 被處理體的表面上形成薄膜的程序的存儲介質(zhì)，其特征在于上述程 序為使由下述工序構(gòu)成的成膜方法得以實施的程序?qū)⒈砻嫘纬捎邪?部的被處理體載置于設(shè)置在能夠抽真空的處理容器的內(nèi)部的載置臺上 的工序；在上述處理容器的內(nèi)部產(chǎn)生等離子體的工序；在上述處理容 器的內(nèi)部，通過上述等離子體使金屬靶離子化并生成金屬離子的工序; 向上述載置臺供給偏置電力，通過該供給的偏置電力將上述金屬離子 引至載置在上述載置臺上的上述被處理體，由此，在包括上述凹部內(nèi) 的表面的上述被處理體的表面上形成薄膜的工序；和使上述偏置電力 的大小在上述被處理體的表面實質(zhì)上不被濺射的范圍內(nèi)變化的工序。
根據(jù)本發(fā)明的成膜方法、成膜裝置和存儲介質(zhì)，能夠發(fā)揮如下優(yōu) 良的作用效果。
通過使偏置電力的大小在被處理體表面實質(zhì)上不被濺射的范圍內(nèi) 變化，由于不發(fā)生濺射，所以在形成于被處理體的表面的凹部的開口 部不會產(chǎn)生突出部分，而且，由于金屬離子的指向性在成膜途中不發(fā) 生變化，因此，不僅在凹部的底部，即使在凹部內(nèi)的側(cè)壁部分也能夠 在大致整個面上較均勻地形成例如種膜、阻擋層等薄膜。


圖1為表示本發(fā)明的成膜裝置的一個例子的截面圖。 圖2為表示偏置電力的大小與晶片上表面的成膜量的關(guān)系的圖表。 圖3為表示凹部的底部覆蓋區(qū)與偏置電力的大小的關(guān)系的圖表。 圖4為表示凹部的側(cè)壁覆蓋區(qū)與偏置電力的大小的關(guān)系的圖表。 圖5為用于對通過本發(fā)明的成膜方法，在凹部的整個側(cè)壁上形成
薄膜的原理進行說明的說明圖。
圖6為表示本發(fā)明成膜方法中的偏置電力的大小的變化的方式的
一個例子的圖。
圖7為表示應用本發(fā)明的成膜方法形成由Ta膜構(gòu)成的阻擋層時的狀況的SEM照片。
圖8為表示在半導體晶片表面上形成的凹部的一個例子的截面立體圖。
圖9為表示用于填埋圖8中的一部分的凹部的現(xiàn)有的成膜方法的 一連的工序圖。
圖IO為對形成突出部分的狀態(tài)進行說明的說明圖。
具體實施例方式
下面，參照附圖，對本發(fā)明的成膜方法、成膜裝置和存儲介質(zhì)的 一個實施例進行詳細的說明。
圖1為表示本發(fā)明的成膜裝置的一個例子的截面圖。此處，作為 成膜裝置，以ICP (Inductively Coupled Plasma:感應耦合等離子體) 型濺射裝置為例進行說明。如圖所示，該等離子體成膜裝置22具有由 例如鋁等構(gòu)成為筒體狀的處理容器24。該處理容器24接地。并且，在 處理容器24的底部26設(shè)置有排氣口 28，處理容器24能夠通過進行壓 力調(diào)整的調(diào)節(jié)閥(throttle valve) 30被真空泵32抽真空。
在該處理容器24內(nèi)設(shè)置有例如由鋁形成的圓板狀的載置臺34。該 載置臺34由載置臺本體34A、和設(shè)置于其上表面的靜電吸盤34B構(gòu)成。 靜電吸盤34B能夠?qū)⒆鳛楸惶幚眢w的半導體晶片W吸附保持在其上表 面上。在該靜電吸盤34B的上表面一側(cè)形成有流通導熱氣體的氣體槽 36。而且，根據(jù)需要，向該氣體槽36供給Ar氣體(氬氣)等導熱氣 體，能夠提高晶片W與載置臺34側(cè)之間的導熱性。另外，根據(jù)需要， 通過未圖示的直流電源向該靜電吸盤34B施加吸附用的直流電壓。載 置臺34由從其下表面中心部向下方延伸的支柱38支承。該支柱38的 下部貫通處理容器24的底部26。而且，該支柱38通過未圖示的升降 機構(gòu)能夠上下移動，能夠使載置臺34自身升降。
另外，以包圍上述支柱38的方式，設(shè)置有能夠伸縮的蛇紋狀的金 屬波紋管40。該金屬波紋管40的上端與載置臺34的下表面氣密地接 合，其下端與處理容器24的底部26的上表面氣密地接合。而且，金 屬波紋管40能夠在維持處理容器24內(nèi)的氣密性的同時，容許載置臺 34升降移動。在該載置臺34的載置臺本體34A上，作為冷卻機構(gòu)形
10成有用于流通冷卻晶片W的制冷劑的制冷劑循環(huán)通路42，通過支柱
38內(nèi)的未圖示的通路供給并排出該制冷劑。
此外，在處理容器24的底部26，以從此向上方立起的方式設(shè)置有 例如3根(在圖所示例子中，只顯示2根)支承銷46。并且，在載置 臺34中形成有與該支承銷46對應的銷插通孔48。因此，在使載置臺 34下降時，貫通銷插通孔48的支承銷46的上端部支承晶片W，能夠 與從外部進入處理容器24內(nèi)的未圖示的搬送臂之間移載該晶片W。因 此，在處理容器24的下部側(cè)壁上形成有用于使搬送臂進入的能夠關(guān)閉 的閘閥50。
另外，由例如產(chǎn)生13.56MHz的高頻的高頻電源構(gòu)成的偏置電源 54，通過配線52與設(shè)置在該載置臺本體34A上的靜電吸盤34B連接。 該偏置電源54能夠向載置臺34施加規(guī)定的偏置電力。并且，該偏置 電源54能夠根據(jù)需要，可變地控制輸出的偏置電力的大小。
另一方面，在處理容器24的頂部通過O形環(huán)等密封部件58設(shè)置 有透過板56，該透過板56由例如氧化鋁等電介質(zhì)形成，相對于高頻具 有透過性。而且，在該透過板56上設(shè)置有等離子體產(chǎn)生源62，該等離 子體產(chǎn)生源62用于在處理容器24內(nèi)的處理空間60內(nèi)使例如作為等離 子體激勵用氣體的Ar氣體等離子體化，產(chǎn)生等離子體。而且，作為該 等離子體激勵用氣體，也可以使用其它惰性氣體，例如He、 Ne等氣體 代替Ar氣體。具體而言，上述等離子體產(chǎn)生源62具有對應透過板56 而設(shè)置的感應線圈部64。而且，在該感應線圈部64上連接有用于產(chǎn)生 等離子體的例如13.56MHz的高頻電源66，能夠通過透過板56向處理 空間60內(nèi)導入高頻。此處，根據(jù)需要，還能夠控制由該高頻電源66 輸出的等離子體電力的大小。
另外，在透過板56的正下方設(shè)置有使導入的高頻擴散的例如由鋁 形成的擋板68。而且，在該擋板68的下方設(shè)置有金屬靶70，該金屬 靶70包圍處理空間60的上部一側(cè)，例如其截面向內(nèi)側(cè)傾斜，形成為 環(huán)狀(截頂圓錐殼形)。該金屬靶70與用于供給大小可變的放電用電 力的靶用的直流電源72連接。而且，也可以使用交流電源取代該直流 電源。這樣，根據(jù)需要，能夠控制從該直流電源72輸出的直流電力的 大小。此處，作為金屬靶70例如使用鉭金屬或銅等，上述金屬作為金屬原子或金屬原子團被等離子體中的Ar離子(氬離子)濺射，并且在
通過等離子體中時被大量地離子化。其中，在形成阻擋層(后述)時 使用鉭金屬，在形成種膜(后述)時使用銅。
另外，在該金屬靶70的下方，以包圍上述處理空間60的方式設(shè) 置有例如由鋁構(gòu)成的圓筒狀的保護蓋74。該保護蓋74接地，并且其下 部向內(nèi)側(cè)彎曲并位于載置臺34的側(cè)部附近。此外，在處理容器24的 底部26，作為將所需的規(guī)定的氣體導入處理容器24內(nèi)的氣體導入機構(gòu) 例如設(shè)置有氣體導入口 76。通過由氣體流量控制器和閥等構(gòu)成的氣體 控制部78，從該氣體導入口 76供給作為等離子體激勵用氣體的例如 Ar氣體、以及其它所需的氣體例如N2氣等。
此處，等離子體成膜裝置22的各構(gòu)成要素與例如由計算機等構(gòu)成 的裝置控制部80連接，為被該裝置控制部80控制的結(jié)構(gòu)。具體而言， 裝置控制部80對偏置電源54、產(chǎn)生等離子體用的高頻電源66、直流 電源72、氣體控制部78、調(diào)節(jié)閥30、真空泵32等的動作進行控制， 根據(jù)本發(fā)明方法形成薄膜時，以下述方式進行動作。
首先，在裝置控制部80的控制下使真空泵32動作，從而使處理 容器24內(nèi)為真空。接著，通過使氣體控制部78動作，向真空的處理 容器24內(nèi)導入Ar氣體。并且，控制調(diào)節(jié)閥30，將處理容器24內(nèi)維持 在規(guī)定的真空度。之后，通過直流電源72向金屬靶70施加直流電力， 進一步通過高頻電源66向感應線圈部64施加高頻電力(等離子體電 力)。
另一方面，裝置控制部80也向偏置電源54輸出指令，向載置臺 34施加規(guī)定大小的偏置電力。利用向感應線圈部64施加的等離子體電 力，在以上述方式控制的處理容器24內(nèi)形成氬等離子體并生成Ar離 子，這些離子碰撞從直流電源72被供給直流電力的金屬靶70，該金屬 靶70被濺射并釋放出金屬粒子。
并且，作為來自被濺射的金屬靶70的金屬粒子的金屬原子、金屬 原子團在通過等離子體中時被大量地離子化。此時，金屬粒子成為離 子化的金屬離子和電中性的中性金屬原子混在一起的狀態(tài)并向下方飛 散。尤其，該處理容器24內(nèi)的壓力設(shè)定得較高，具體而言，例如設(shè)定 為6.7Pa (50mTorr)以上。由此，能夠增大處理容器24內(nèi)的等離子體密度，高效地使金屬粒子離子化。
而且，當金屬離子進入因施加在載置臺34上的偏置電力而在晶片
表面上產(chǎn)生的的數(shù)mm左右厚的離子鞘(km sheath)的領(lǐng)域時，具有 強的指向性并以向晶片W—側(cè)加速的方式被吸附并堆積在晶片W上。 這樣，由具有強的指向性的金屬離子堆積的薄膜基本上能夠形成垂直 覆蓋區(qū)(coverage)。
如下所述，在形成電鍍用的種膜、阻擋層時，裝置控制部80例如 限制偏置電源54的輸出的大小的上限。具體而言，使偏置電力的大小 在晶片表面實質(zhì)上不被濺射的范圍內(nèi)發(fā)生變化，以此方式進行成膜。 這里，裝置控制部80根據(jù)程序控制裝置的各構(gòu)成要素，該程序為以使 得在規(guī)定的條件下進行金屬膜的成膜的方式被制作的程序。這時，在 例如軟盤(注冊商標)(FD)或光盤(注冊商標)(CD)、閃存、硬盤 等存儲介質(zhì)82中存儲包括用于進行各構(gòu)成要素的控制的命令的程序， 裝置控制部80根據(jù)該程序控制各構(gòu)成要素，使得在規(guī)定的條件下進行 處理。
接著，對使用以上述方式構(gòu)成的等離子體成膜裝置22實施的本發(fā) 明的成膜方法進行說明。
圖2為表示偏置電力的大小與晶片上表面的成膜量的關(guān)系的圖表， 圖3為表示凹部的底部覆蓋區(qū)與偏置電力的大小的關(guān)系的圖表，圖4 為表示凹部的側(cè)壁覆蓋區(qū)與偏置電力的大小的關(guān)系的圖表，圖5為用 于說明通過本發(fā)明的成膜方法在凹部的整個側(cè)壁上形成薄膜的原理的 說明圖，圖6為表示本發(fā)明的成膜方法中的偏置電力的變化的方式的 一個例子的圖。
本發(fā)明的成膜方法的特征在于以下方面，即，使由偏置電源54施 加在載置臺34上的偏置電力的大小在半導體晶片W的表面不被濺射 的范圍內(nèi)發(fā)生改變。若增大偏置電力的大小，則在偏置電力為某大小 以上時，Ar離子對晶片表面的沖撞變強，好不容易堆積的薄膜因Ar 離子的沖撞開始受到濺射(再濺射)。偏置電力越大，該濺射變得越激 烈?；谠揂r離子的濺射為之前參照圖IO說明過的突出部分14的產(chǎn) 生原因。因此，在本發(fā)明的成膜方法中，為了防止產(chǎn)生該突出部分14， 將偏置電力的大小設(shè)定在上述Ar離子的濺射開始之前的范圍內(nèi)。而且，在本發(fā)明的成膜方法中，為了使薄膜堆積到凹部的側(cè)壁的整個區(qū)域上， 在成膜時控制偏置電力的大小，使其適當?shù)刈兓?，并使金屬離子的指 向性、即金屬離子的分布角度發(fā)生變化。對上述部分進行更加詳細的 說明。
艮口，圖1所示的由ICP型濺射裝置構(gòu)成的成膜裝置中，向晶片W 一側(cè)施加的偏置電力的大小與在晶片上表面(不是凹部的側(cè)壁)堆積 的成膜量的關(guān)系如圖2所示。此處，橫軸的瓦特數(shù)(偏置電力的大小)
因靶的種類、晶片大小等而不同，圖2中的數(shù)值例如為靶為銅、晶片 大小為200mm的情況下的數(shù)值。即，在向感應線圈部64施加一定大 小的等離子體電力，并向金屬靶70施加一定大小的直流電力的狀況下， 當偏置電力不是很大時，通過金屬離子的吸引和中性金屬原子能夠獲 得高的成膜量，并且，因偏置電力的增加而使得成膜量逐漸增大。
而且，當偏置電力增大并超過某個值、例如100W左右(單位面 積的偏置電力的值為0.32W/cm2)時，作為被偏置電力加速后的等離子 體氣體的Ar離子開始濺射晶片表面，該濺射的趨勢逐漸增強，其結(jié)果 是，好不容易堆積的金屬膜被蝕刻。當然，偏置電力越大，該蝕刻越 激烈。
之后，若偏置電力進一步增大，則由吸引的金屬離子和中性金屬 原子形成的成膜量、與基于等離子體氣體的離子的濺射蝕刻的蝕刻量 相同。在此情況下，成膜處理與蝕刻處理相抵消，晶片上表面的成膜 量一直降低至"零"。而且，圖2中的偏置電力和成膜量僅為一個示例， 通過控制等離子體電力的大小、直流電力的大小，上述特性曲線在保 持相似形狀的狀態(tài)下變化。
(凹部的底部覆蓋區(qū)的研究)
在圖2中，對偏置電力的大小為晶片表面實質(zhì)上不被濺射的范圍 內(nèi)、即為100W以下的范圍內(nèi)的情況下的凹部內(nèi)的底部的薄膜的堆積 狀況(底部覆蓋區(qū))進行研究。該底部覆蓋區(qū)的結(jié)果如圖3所示，凹 部的深寬比(=深度/開口寬度(或開口直徑))為"4"。另外，如圖3 示意地所示那樣，底部覆蓋區(qū)定義為"凹部內(nèi)的底部的膜厚b/晶片上 表面的膜厚a"、即"b/a"。如圖3所示，當使偏置電力的大小從5W變 化至100W時，底部覆蓋區(qū)從68.7%至89.4%大致直線地增加。因此能夠確認到，即使偏置電力的大小在100W以下的范圍內(nèi)，也能夠在凹 部內(nèi)的底部堆積足夠厚的薄膜。
(凹部的側(cè)壁覆蓋區(qū)的研究)
接著，在圖2中，對偏置電力的大小為晶片表面實質(zhì)上不被濺射 的范圍內(nèi)(100W以下的范圍內(nèi))的情況下的凹部內(nèi)的側(cè)壁的薄膜的堆 積狀況(側(cè)壁覆蓋區(qū))進行研究。該側(cè)壁覆蓋區(qū)的結(jié)果如圖4所示， 凹部的深寬比為"4"。此處，凹部的寬度在卯 300nm之間分別采用 有多種。而且，如圖4示意地所示那樣，側(cè)壁覆蓋區(qū)定義為凹部內(nèi)的 "側(cè)壁的膜厚d/晶片上表面的膜厚a"、即"d/a"。此處，圖4 (A)表 示凹部內(nèi)的高度方向的中央部的側(cè)壁的覆蓋區(qū)(dl/a),圖4 (B)表示 凹部內(nèi)的下部的側(cè)壁的覆蓋區(qū)(d2/a)。而且，如圖4 (A)所示，在偏 置電力較小的情況下，金屬離子的分布角度e變大，指向性變小，偏 置電力變得越大，則金屬離子的分布角度e變得越小，指向性變得越 大。
如圖4所示，根據(jù)凹部的側(cè)壁的高度方向的位置，相對于偏置電 力的變動的成膜的狀況不同。即，如圖4 (A)所示，在凹部內(nèi)的高度 方向的中央部的側(cè)壁上，當偏置電力在30W附近時，側(cè)壁覆蓋區(qū)最大， 以此為中心，側(cè)壁覆蓋區(qū)向左右緩慢減少。其原因在于，當偏置電力 變得比30W附近更大時，金屬離子的分布角度e變小，其結(jié)果是，金
屬離子對高度方向的中央部的側(cè)壁的作用變小。
與此相對，如圖4(B)所示，在凹部內(nèi)的高度方向的下部側(cè)壁上， 由于偏置電力的增加，側(cè)壁覆蓋區(qū)也緩慢增加，在偏置電力為IOOW時 達到最大。其原因在于，由于偏置電力的增加，金屬離子的分布角度
e逐漸變小，下部側(cè)壁收集金屬離子的效率增大。
如上所述，按照金屬離子的分布角度e，能夠使薄膜集中并堆積 在凹部的側(cè)壁的高度方向的不同位置。于是，其結(jié)果是，可知，通過 在成膜中以使得偏置電力的大小適當?shù)刈兓姆绞竭M行控制，能夠沿 凹部的側(cè)壁的整個區(qū)域堆積薄膜。換言之，能夠通過偏置電力的大小 控制金屬離子的分布角度e，其結(jié)果是，能夠控制凹部內(nèi)的側(cè)壁的覆
蓋區(qū)o
接著，在理解上述現(xiàn)象的基礎(chǔ)上，參照圖5和圖6對本發(fā)明的成膜方法進行說明。
首先，在圖1中使載置臺34下降至下方的狀態(tài)下，通過處理容器
24的閘閥50，將晶片W搬入能夠抽真空的處理容器24內(nèi)，將其支承 在支承銷46上。然后，在此狀態(tài)下使載置臺34上升，將晶片W交接 到其上表面上，并通過靜電吸盤34B將該晶片W吸附在載置臺34的 上表面上。
然后，再將晶片W載置并吸附固定在載置臺34上之后，開始成 膜處理。這時，在晶片W的上表面上在搬入前已在之前的工序中預先 形成有凹部2、 4，其結(jié)構(gòu)與圖8和圖9中所述的結(jié)構(gòu)相同。該上階的 凹部2由槽狀的溝槽構(gòu)成，在其底部作為下階的凹部4以到達配線層6 的方式形成有通孔、導通孔這樣的孔，凹部整體形成為2階的臺階狀。 圖5僅代表性地表示下階的凹部4。并且，假定已經(jīng)在之前的工序中， 在晶片W的表面上形成了阻擋層(圖5中省略說明)。
如上所述，在本實施方式中，為了形成由Cu膜構(gòu)成的種膜10， 使用銅作為金屬靶70，將處理容器24內(nèi)抽真空為規(guī)定的壓力之后，向 等離子體產(chǎn)生源62的感應線圈部64施加規(guī)定大小的等離子體電力， 并且，由偏置電源54向載置臺34的靜電吸盤34B施加偏置電力。進 一步，由直流電源72向金屬耙70施加規(guī)定大小的直流電力，進行成 膜。此處，為了形成Cu膜，從氣體導入口76向處理容器24內(nèi)供給等 離子體激勵用氣體、例如Ar氣體。
利用本發(fā)明的成膜方法形成種膜10時，如圖6 (A)所示，使偏 置電力的大小以多個階段、即此處為2個階段地發(fā)生變化，在最初的 工序(第一工序)中，將偏置電力的大小設(shè)定為30W，僅在規(guī)定時間 內(nèi)進行成膜處理；在之后的工序(第二工序)中，使偏置電力的大小 變化并設(shè)定為100W,僅在規(guī)定時間內(nèi)進行成膜處理。
這時，上述第一工序和第二工序在凹部4的內(nèi)壁面上的成膜的形 成狀況的示意圖如圖5所示，圖5 (A)表示第一工序中的成膜的形成 狀況的示意圖，圖5 (B)表示第二工序中的成膜的形成狀況的示意圖。 即，在圖5 (A)中，如之前參照圖4 (A)所說明的那樣，凹部4內(nèi) 的下部側(cè)壁上的種膜10A的成膜量與其他側(cè)壁部分相比相當小。
與此相對，在圖5 (B)中，如之前參照圖4 (B)所說明的那樣，凹部4內(nèi)的下部側(cè)壁上的種膜10B的成膜量與變得相當多。
因此，通過組合上述圖5 (A)的種膜IOA和圖5 (B)的種膜IOB， 如圖5 (C)所示，在包括凹部4內(nèi)的底部的整個側(cè)壁面上，能夠比較 均勻地形成作為薄膜的種膜10。而且，也可以使上述圖6 (A)所示的 第一工序和第二工序的順序相反地進行處理。
這時的處理條件的一個例子為，處理壓力為10Pa (75mTorr)、 ICP 電力為5.25kW，直流電源為7.0kW，種膜的膜厚為55nm。
這樣，可知，按照金屬離子的分布角度，能夠使薄膜集中并堆積 在凹部的側(cè)壁的高度方向的不同位置，其結(jié)果是，在進行成膜處理時 通過以使得偏置電力的大小適當?shù)刈兓姆绞竭M行控制，能夠在凹部 的側(cè)壁的整個區(qū)域上堆積薄膜。
另外，由于上述偏置電力的大小在晶片表面實質(zhì)上不被濺射的范 圍內(nèi)進行變化，因此，在凹部4的開口部不會形成突出部分。而且， 如上所述，作為在凹部4的開口部形成突出部分的原因之一，撞出的 金屬粒子再次附著到相對的角部，從而形成突出部分，為了完全防止
上述情況的發(fā)生，使偏置電力的值小于100W，例如優(yōu)選為其90%左右 的卯W以下(每單位面積的偏置電力的值為0.29W/cm2以下)。作為其 原因，認為在100W處，如圖2所示，晶片上表面的成膜量雖然最大， 但是在晶片表面已經(jīng)產(chǎn)生了微小的濺射。
此處，在上述圖6 (A)中，以使偏置電力的大小分2個階段呈階 梯狀地變化的情況為例進行了說明，當然，不限于此。
具體而言，如圖6 (B)所示，也可以使偏置電力的大小以多個階 段、例如5個階段地變化，此外，也能夠3個階段、4個階段或者6 個階段以上地變化。并且，也可以往復改變該階梯狀的偏置電力的大 小的變化的方式。
進一步，如圖6 (C)所示，也可以使偏置電力的大小相對于時間 的經(jīng)過以呈直線狀地增加或減少的方式變化。另外，也可以使偏置電 力的大小相對于時間的經(jīng)過呈曲線狀地變化，例如圖6 (D)所示，也 可以相對于時間的經(jīng)過，使該偏置電力的大小呈正弦曲線狀地變化。 并且，也可以包括偏置電力為"零"瓦特的情況進行成膜?？傊?，只 要在晶片表面不發(fā)生濺射的范圍內(nèi)，偏置電力的大小的變化的方式相
17對于時間的經(jīng)過也可以混合直線狀、曲線狀地以任意方式變化。而且， 在形成上述種膜之后，如之前所說明的那樣，通過電鍍處理，用Cu填 埋凹部。
(阻擋層的形成)
此外，在上述實施例中，作為薄膜，以形成由Cu膜構(gòu)成的種膜的
情況為例進行了說明，但如上所述，不限于此，在通過等離子體濺射
裝置形成由Ta膜、TaN膜等構(gòu)成的阻擋層的情況下，也能夠應用本發(fā) 明的成膜方法。在此情況下，使用Ta作為金屬靶70，并且在形成TaN
膜的情況下還導入N2氣體。
此處，對應用本發(fā)明方法形成由Ta膜構(gòu)成的阻擋層的情況進行了 評價，因此針對該判斷結(jié)果進行說明。圖7為表示應用本發(fā)明的成膜 方法形成由Ta膜構(gòu)成的阻擋層時的狀況的SEM照片。此處，為了進 行比較，也表示偏置電力為"O瓦"的情況，為了便于理解，附加了示 意圖。
圖7 (A)表示直徑為100nm的通孔，圖7 (B)表示槽寬為180nm 的溝槽。本發(fā)明方法的偏置電力的大小的變化方式為"90WX15秒 +60WX15秒+30WX15秒+0WX15秒"。另外，處理條件為，處理壓 力為8.7Pa (65mTorr)、 ICP電力為5.25kW、直流電源為2.0kW、目標 膜厚為10nm。
另外，關(guān)于Ta膜的成膜的有無的評價，由于該膜厚非常薄，難以 判斷成膜的有無，所以在形成Ta膜之后，首先將晶片浸入1。/。HF水溶 液中。然后，由于在沒有形成Ta膜的部分，露出的Si02絕緣膜會因 HF水溶液而溶解，因此，通過檢測該溶解的有無，判斷Ta膜的成膜 的有無。
如圖7 (A)和圖7 (B)所示，在偏置電力為0瓦特的現(xiàn)有方法 的情況下，在通孔和溝槽中，側(cè)壁均不自然地擴大，Si02絕緣膜溶解， 判斷在該部分沒有充分地形成Ta膜。
與此相對，在使偏置電力多個階段地變化的本發(fā)明的成膜方法的 情況下，通孔和溝槽均維持正常的形狀，因此，能夠確認到，在凹部 的大約整個內(nèi)壁面上形成有Ta膜。
而且，此處，作為薄膜以形成Cu膜、Ta膜的情況為例進行了說明，但不限于此，在使用等離子體濺射裝置形成薄膜的情況下，當然
均能夠使用本發(fā)明的成膜方法。例如即使在對鴿(W)、鉭(Ta)、釕 (Ru)等金屬或者這些金屬的合金進行成膜的情況下，也能夠使用本 發(fā)明的成膜方法。
而且，各高頻電源的頻率也不限于13.56MHz，也能夠使用其他頻 率、例如27.0MHz等。并且，作為等離子體用的惰性氣體，不限于Ar 氣體，也可以使用其它惰性氣體，例如He、 Ne等。
此外，在此，作為被處理體以半導體晶片為例進行了說明，但不 限于此，也可以在LCD基板、玻璃基板、陶瓷基板等中使用本發(fā)明。
權(quán)利要求
1. 一種成膜方法，其特征在于，包括將表面形成有凹部的被處理體載置于設(shè)置在能夠抽真空的處理容器的內(nèi)部的載置臺上的工序；在所述處理容器的內(nèi)部產(chǎn)生等離子體的工序；在所述處理容器的內(nèi)部，通過所述等離子體使金屬靶離子化并生成金屬離子的工序；向所述載置臺供給偏置電力，通過該供給的偏置電力將所述金屬離子引至載置在所述載置臺上的所述被處理體，由此，在包括所述凹部內(nèi)的表面的所述被處理體的表面上形成薄膜的工序；和使所述偏置電力的大小在所述被處理體的表面實質(zhì)上不被濺射的范圍內(nèi)變化的工序。
2. 如權(quán)利要求1所述的成膜方法，其特征在于 所述偏置電力的大小的變化的方式使所述偏置電力的大小相對于時間的經(jīng)過多階段地階梯狀地變化。
3. 如權(quán)利要求1所述的成膜方法，其特征在于 所述偏置電力的大小的變化的方式使所述偏置電力的大小相對于時間的經(jīng)過直線狀地變化。
4. 如權(quán)利要求1所述的成膜方法，其特征在于 所述偏置電力的大小的變化的方式使所述偏置電力的大小相對于時間的經(jīng)過曲線狀地變化。
5. 如權(quán)利要求1所述的成膜方法，其特征在于 所述被處理體的所述凹部為孔或溝槽(槽)，其直徑或?qū)挾葹?00nm以下。
6. 如權(quán)利要求1所述的成膜方法，其特征在于使所述偏置電力的大小在0.29W/cm2以下的范圍內(nèi)變化。
7. 如權(quán)利要求1所述的成膜方法，其特征在于所述處理容器內(nèi)的壓力為6.7Pa以上。
8. 如權(quán)利要求1所述的成膜方法，其特征在于 所述薄膜為阻擋層或電鍍用的種膜。
9. 一種成膜裝置，其特征在于，包括 能夠抽真空的處理容器；設(shè)置在所述處理容器的內(nèi)部、且用于載置表面形成有凹部的被處理體的載置臺；設(shè)置在所述處理容器上、且在該處理容器內(nèi)產(chǎn)生等離子體的等離 子體產(chǎn)生源；作為設(shè)置在所述處理容器的內(nèi)部的金屬靶、且通過由所述等離子 體產(chǎn)生源產(chǎn)生的等離子體而被離子化并生成金屬離子的金屬靶； 向所述載置臺供給偏置電力的偏置電源；和 控制所述偏置電源的動作的控制部，其中，通過所述偏置電力將所述金屬離子引至載置在所述載置臺上的所 述被處理體，由此，在包括所述凹部內(nèi)的表面的所述被處理體的表面 上形成薄膜，所述控制部控制所述偏置電源，使得所述偏置電力的大小在所述 被處理體的表面實質(zhì)上不被濺射的范圍內(nèi)變化。
10. —種存儲介質(zhì)，其為存儲有用于使成膜裝置在表面形成有凹 部的被處理體的表面上形成薄膜的程序的存儲介質(zhì)，其特征在于所述程序為使由下述工序構(gòu)成的成膜方法得以實施的程序 將表面形成有凹部的被處理體載置于設(shè)置在能夠抽真空的處理容 器的內(nèi)部的載置臺上的工序；在所述處理容器的內(nèi)部產(chǎn)生等離子體的工序；在所述處理容器的內(nèi)部，通過所述等離子體使金屬靶離子化并生 成金屬離子的工序；向所述載置臺供給偏置電力，通過該供給的偏置電力將所述金屬離子引至載置在所述載置臺上的所述被處理體，由此，在包括所述凹部內(nèi)的表面的所述被處理體的表面上形成薄膜的工序；和使所述偏置電力的大小在所述被處理體的表面實質(zhì)上不被濺射的 范圍內(nèi)變化的工序。
全文摘要
本發(fā)明提供成膜方法、成膜裝置和存儲介質(zhì)。將表面形成有凹部的被處理體(例如，半導體晶片(W)等)載置于設(shè)置在能夠抽真空的處理容器(24)的內(nèi)部的載置臺(34)。之后，在處理容器(24)的內(nèi)部產(chǎn)生等離子體，在該處理容器(24)的內(nèi)部，通過上述等離子體使金屬靶(70)離子化并生成金屬離子。而且，向載置臺(34)供給偏置電力，通過該供給的偏置電力將上述金屬離子引至載置在上述載置臺(34)上的上述被處理體，由此，在包括上述凹部內(nèi)的表面的上述被處理體的表面上形成薄膜。在本發(fā)明中，使偏置電力的大小在上述被處理體的表面實質(zhì)上不被濺射的范圍內(nèi)變化。
文檔編號H01L21/285GK101432459SQ200780014788
公開日2009年5月13日 申請日期2007年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月24日
發(fā)明者佐久間隆, 橫山敦, 水澤寧, 池田太郎, 波多野達夫 申請人:東京毅力科創(chuàng)株式會社