(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
チャンバ内にハロゲンを含有する原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、
チャンバ内に窒素を含有するガスを供給する窒素含有ガス供給手段と、
チャンバの内部をプラズマ化して原料ガス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、チャンバの内部をプラズマ化して窒素含有ガスプラズマを発生させ、前駆体との間で金属窒化物を生成する、プラズマ発生手段と、
基板側の温度をプラズマ発生手段側の温度よりも低くして金属窒化物を基板の表面にバリアメタル膜として成膜させる制御手段と、
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を施す表面処理プラズマ発生手段とを備えたことを特徴とするバリアメタル膜作製装置。
【請求項２】
請求項１において、
バリアメタル膜の最表層形成終了間際にチャンバ内に酸素ガスを供給する酸素ガス供給手段と、
チャンバの内部をプラズマ化して酸素ガスプラズマを発生させバリアメタル膜の最表層に酸化層を形成する酸素プラズマ発生手段とを更に備えたことを特徴とするバリアメタル膜作製装置。
【請求項３】
請求項２において、
チャンバ内に水素ガスを供給する水素ガス供給手段と、
チャンバの内部をプラズマ化して水素ガスプラズマを発生させ酸化層に水酸基を形成する水酸基プラズマ発生手段とを更に備えたことを特徴とするバリアメタル膜作製装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一項において、
ハロゲンを含有する原料ガスは、塩素を含有する原料ガスであることを特徴とするバリアメタル膜作製装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか一項において、
窒素を含有する窒素含有ガスは、アンモニアを含むガスであることを特徴とするバリアメタル膜作製装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか一項において、
被エッチング部材は、ハロゲン化物形成金属であるタンタルもしくはタングステン、チタンもしくはシリコンであることを特徴とするバリアメタル膜作製装置。
【請求項７】
基板と金属製の被エッチング部材との間におけるチャンバ内にハロゲンを含有する原料ガス及び窒素含有ガスを供給し、
チャンバの内部をプラズマ化して原料ガス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、チャンバの内部をプラズマ化して窒素含有ガスプラズマを発生させ前駆体との間で金属窒化物を生成し、
基板側の温度をプラズマ発生手段側の温度よりも低くして金属窒化物を基板の表面にバリアメタル膜として成膜させる一方、基板表面の上部のチャンバ内に希ガスを供給し、
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を施すことを特徴とするバリアメタル膜作製方法。
【請求項８】
請求項７において、
バリアメタル膜の最表層形成終了間際にチャンバ内に酸素ガスを供給し、
チャンバの内部をプラズマ化して酸素ガスプラズマを発生させバリアメタル膜の最表層に酸化層を形成することを特徴とするバリアメタル膜作製方法。
【請求項９】
請求項８において、
チャンバ内に水素ガスを供給し、
チャンバの内部をプラズマ化して水素ガスプラズマを発生させ酸化層に水酸基を形成することを特徴とするバリアメタル膜作製方法。
【請求項１０】
請求項７乃至請求項９のいずれか一項において、
ハロゲンを含有する原料ガスは、塩素を含有する原料ガスであることを特徴とするバリアメタル膜作製方法。
【請求項１１】
請求項７乃至請求項１０のいずれか一項において、
窒素を含有する窒素含有ガスは、アンモニアを含むガスであることを特徴とするバリアメタル膜作製方法。
【請求項１２】
請求項７乃至請求項１１のいずれか一項において、
被エッチング部材は、ハロゲン化物形成金属であるタンタルもしくはタングステン、チタンもしくはシリコンであることを特徴とするバリアメタル膜作製方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板の表面に金属膜を成膜する際に基板に対する金属の拡散をなくして金属の密着性を保持するために基板の表面に成膜されるバリアメタル膜の作製装置及び作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気的な配線が施されている半導体では、スイッチングの速度や伝送損失の低減、高密度化等により、配線の材料として銅が用いられるようになってきている。銅の配線を施す場合、配線用の凹部を表面に有する基板に対し、気相成長法やメッキ等を用いて凹部を含む表面に銅を成膜することが行なわれている。
【０００３】
基板の表面に銅を成膜する際には、基板に対する銅の拡散をなくして銅の密着性を保持するために、基板の表面には予めバリアメタル膜（例えば、タンタル、チタン、シリコン等の窒化物）が作製されている。メッキ等を用いる場合には、バリアメタル膜上に物理的、あるいは化学的気相蒸着法により銅シールド層を形成し、電極としても適用される。バリアメタル膜は、スパッタ法等の物理的蒸着法により成膜されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
基板の表面に形成されている配線用の凹部は、小さくなる傾向にあり、バリアメタル膜も一層の薄膜化が要望されている。しかし、バリアメタル膜は、スパッタ法が用いられて作製されているので、方向性が均一ではないため小さな凹部では、内部が成膜される前に凹部の入口部が成膜されて埋め込み性が不十分になる問題があり、また、損傷が激しいものであった。
【０００５】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、埋め込み性に優れ極めて薄い状態で高速にバリアメタル膜を成膜することができると共に、表面に成膜される金属との密着性に優れたバリアメタル膜を成膜することができるバリアメタル膜作製装置及びバリアメタル膜作製方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明のバリアメタル膜作製装置は、基板が収容されるチャンバと、基板に対向する位置におけるチャンバに設けられる金属製の被エッチング部材と、チャンバ内にハロゲンを含有する原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、チャンバ内に窒素を含有するガスを供給する窒素含有ガス供給手段と、チャンバの内部をプラズマ化して原料ガス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、チャンバの内部をプラズマ化して窒素含有ガスプラズマを発生させ、前駆体との間で金属窒化物を生成する、プラズマ発生手段と、基板側の温度をプラズマ発生手段側の温度よりも低くして金属窒化物を基板の表面にバリアメタル膜として成膜させる制御手段と、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を施す表面処理プラズマ発生手段とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
そして、バリアメタル膜の最表層形成終了間際にチャンバ内に酸素ガスを供給する酸素ガス供給手段と、チャンバの内部をプラズマ化して酸素ガスプラズマを発生させバリアメタル膜の最表層に酸化層を形成する酸素プラズマ発生手段とを更に備えたことを特徴とする。
【００１３】
そして、チャンバ内に水素ガスを供給する水素ガス供給手段と、チャンバの内部をプラズマ化して水素ガスプラズマを発生させ酸化層に水酸基を形成する水酸基プラズマ発生手段とを更に備えたことを特徴とする。
【００１４】
また、ハロゲンを含有する原料ガスは、塩素を含有する原料ガスであることを特徴とする。また、窒素を含有する窒素含有ガスは、アンモニアを含むガスであることを特徴とする。また、被エッチング部材は、ハロゲン化物形成金属であるタンタルもしくはタングステン、チタンもしくはシリコンであることを特徴とする。
【００１５】
上記目的を達成するための本発明のバリアメタル膜作製方法は、基板と金属製の被エッチング部材との間におけるチャンバ内にハロゲンを含有する原料ガス及び窒素含有ガスを供給し、チャンバの内部をプラズマ化して原料ガス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、チャンバの内部をプラズマ化して窒素含有ガスプラズマを発生させ前駆体との間で金属窒化物を生成し、基板側の温度をプラズマ発生手段側の温度よりも低くして金属窒化物を基板の表面にバリアメタル膜として成膜させる一方、基板表面の上部のチャンバ内に希ガスを供給し、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を施すことを特徴とする。
【００１６】
そして、バリアメタル膜の最表層形成終了間際にチャンバ内に酸素ガスを供給し、チャンバの内部をプラズマ化して酸素ガスプラズマを発生させバリアメタル膜の最表層に酸化層を形成することを特徴とする。
【００２２】
そして、チャンバ内に水素ガスを供給し、チャンバの内部をプラズマ化して水素ガスプラズマを発生させ酸化層に水酸基を形成することを特徴とする。
【００２３】
また、ハロゲンを含有する原料ガスは、塩素を含有する原料ガスであることを特徴とする。また、窒素を含有する窒素含有ガスは、アンモニアを含むガスであることを特徴とする。また、被エッチング部材は、ハロゲン化物形成金属であるタンタルもしくはタングステン、チタンもしくはシリコンであることを特徴とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図１乃至図７に基づいて本発明のバリアメタル膜作製装置及びバリアメタル膜作製方法の第１実施形態例を説明する。図１には本発明の第１実施形態例に係るバリアメタル膜作製装置の概略側面、図２にはバリアメタル膜を説明する基板の断面状況、図３、図４には脱窒処理におけるバリアメタル膜の概念状況、図５には酸化層形成処理におけるバリアメタル膜の概念状況、図６には銅粒子の接触角度と基板の酸素濃度との関係、図７には水酸基形成処理におけるバリアメタル膜の概念状況を示してある。また、図８には希ガス供給手段の他の例を表す概略構成を示してある。
【００２５】
図１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。
【００２６】
チャンバ１の上面は開口部とされ、開口部は金属製の被エッチング部材としての金属部材７（例えば、W,Ti,Ta,TiSi等）によって塞がれている。金属部材７によって塞がれたチャンバ１の内部は真空装置８により所定の圧力に維持される。チャンバ１の筒部の周囲にはプラズマ発生手段としてのコイル状巻線アンテナ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。
【００２７】
金属部材７の下方におけるチャンバ１の筒部には、チャンバ１の内部にハロゲンとしての塩素を含有する原料ガス（He，Ar等で塩素濃度が≦50% 、好ましくは10% 程度に希釈されたCl2 ガス）を供給する原料ガス供給手段としてのノズル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。ノズル１２から原料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、Cl2 ガスがイオン化されてCl2 ガスプラズマが発生するようになっている（プラズマ発生手段）。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。
【００２８】
また、金属部材７の下方におけるチャンバ１の筒部には、チャンバ１の内部に窒素含有ガスとしてのアンモニアガス（NH3 ガス）を供給する窒素含有ガス供給手段としてのノズル１４が接続されている。ノズル１４からNH3 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、NH3 ガスがイオン化されてNH3 ガスプラズマが発生するようになっている（プラズマ発生手段）。
【００２９】
また、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）。
【００３０】
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８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。
【００３１】
また、基板３の表面の上部におけるチャンバ１内に酸素ガス（O2ガス）を供給する酸素ガス供給手段としての酸素ガスノズル１５が設けられている。酸素ガスノズル１５からO2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、O2ガスがイオン化されてO2ガスプラズマが発生するようになっている（酸素プラズマ発生手段）。
【００３２】
更に、基板３の表面の上部におけるチャンバ１内に水素ガス（H2ガス）を供給する水素ガス供給手段としての水素ガスノズル１６が設けられている。水素ガスノズル１６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（水酸基プラズマ発生手段）。
【００３３】
上述したバリアメタル膜作製装置では、チャンバ１の内部にノズル１２から原料ガスを供給し、プラズマアンテナ９から電磁波をチャンバ１の内部に入射することで、Cl2 ガスがイオン化されてCl2 ガスプラズマ（原料ガスプラズマ）が発生する。Cl2 ガスプラズマにより、金属部材７にエッチング反応が生じ、前駆体（MxCly:M はW,Ti,Ta,TiSi等の金属）１６が生成される。金属部材７はプラズマにより基板３の温度よりも高い所定温度（例えば、２００℃乃至４００℃）に維持されている。
【００３４】
また、チャンバ１の内部にノズル１４からNH3 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、NH3 ガスがイオン化されてNH3 ガスプラズマが発生し、前駆体２０との間で還元反応が生じて金属窒化物（MN）が生成される。チャンバ１の内部で生成された金属窒化物（MN）は低い温度に制御された基板３に運ばれて、基板３の表面にMNが成膜されてバリアメタル膜２３が生成される（図２参照）。
【００３５】
バリアメタル膜２３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１７から排気される。
【００３６】
バリアメタル膜２３が生成された後に、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ガスプラズマを発生させる。基板３の表面には、図３に示したように、MNのバリアメタル膜２３が成膜されているため、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をエッチングして表層のMN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。
【００３７】
図３に示すように、バリアメタル膜２３はＭ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４に示すように、実質的にＭで構成される金属層２３ａとMN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。
【００３８】
バリアメタル膜２３の最表層形成終了間際に、酸素ガスノズル１５からチャンバ１内に微量のO2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、O2ガスプラズマを発生させる。これにより、図５に示すように、実質的にＭで構成される金属層２３ａの表面に酸化層２４が形成される。酸化層２４が形成されることにより、バリアメタル膜２３の表面に金属（例えば銅）を付着（成膜）させた場合に、金属の濡れ性が良好になり、密着性を向上させることができる。
【００３９】
即ち、図６に示すように、基板３の酸素濃度が高くなるにしたがって、銅の粒子の接触角θ（基板を固体とし銅を液体とした時の表面張力の釣合いにおける極少の表面エネルギーをとる角度）が小さくなることが確認されている。即ち、基板３の酸素濃度が高くなるにしたがって銅の粒子が基板３の表面につぶれた状態（濡れ性が良好な状態）で付着する。このため、O2ガスプラズマを発生させて金属層２３ａの表面に酸化層２４を形成することにより、酸素濃度を高くして成膜される金属（銅）の濡れ性を良好にすることが可能になる。
【００４０】
金属層２３ａの表面に酸化層２４を形成した後、水素ガスノズル１６からチャンバ１内にH2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、H2ガスプラズマを発生させる。これにより、図７に示すように、酸化層２４の表面に水酸基（OH基）が形成される。これにより、親水性が向上し、成膜される金属（銅）の密着性をさらに向上させることが可能になる。
【００４１】
上記構成のバリアメタル膜作製装置では、プラズマにより金属を生じさせてバリアメタル膜２３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２３を成膜することが可能になる。このため、基板３に設けられる、例えば、数百ｎｍ幅程度の小さな凹部に対しても内部にまで精度よく成膜され、埋め込み性に優れ、極めて薄い状態で高速にバリアメタル膜２３を成膜することが可能になる。
【００４２】
また、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Ｍで構成される金属層２３ａとMN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により表面に成膜される金属との密着性を保持することができ、MN層２３ｂにより金属の拡散を防止することができる。このため、成膜される金属の拡散をなくして密着性よく成膜することができるバリアメタルを作製することが可能になる。
【００４３】
また、O2ガスプラズマを発生させて金属層２３ａの表面に酸化層２４を形成したので、バリアメタル膜２３の表面に金属を成膜させた場合に、金属の濡れ性が良好になり、密着性を向上させることができる。更に、H2ガスプラズマを発生させて酸化層２４の表面に水酸基（OH基）を形成したので、親水性が向上し、成膜される金属の密着性をさらに向上させることが可能になる。
【００４４】
尚、H2ガスプラズマを発生させて酸化層２４の表面に水酸基（OH基）を形成する工程を省略することも可能である。また、O2ガスプラズマを発生させて金属層２３ａの表面に酸化層２４を形成する工程を省略することも可能である。
【００４５】
図９に基づいて本発明の第２実施形態例のバリアメタル膜作製装置及びバリアメタル膜作製方法を説明する。図９には本発明の第２実施形態例に係るバリアメタル膜作製装置の概略構成を示してある。尚、図１に示した部材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。また、図１０には本発明の第２実施形態例のバリアメタル膜作製装置でバリアメタル膜を作製した一例の概念状況を示してある。
【００４６】
図９に示した第２実施形態例のバリアメタル膜作製装置は、図１に示した第１実施形態例のバリアメタル膜作製装置に対し、希ガスノズル２１が設けられていない構成となっている。そして、第１実施形態例では、希ガスノズル２１からArガスを供給してArガスプラズマを発生させ、Ar+ により、基板２の表面のバリアメタル膜２３をエッチングして表層のMN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）を施したが、第２実施形態例では、脱窒処理を施す際に、酸素ガスノズル１５からO2ガスを供給してO2ガスプラズマを発生させ、O2+ により、基板２の表面のバリアメタル膜２３をエッチングして脱窒処理を施すようにしたものである。そして、脱窒処理を施した後、O2ガス量を減らして酸化層２４（図５参照）を形成する。その他の構成及び作用は第１実施形態例と同一である。
【００４７】
第２実施形態例では、ガスを供給するノズルを少なくすることができるので、スペース的に有利となる。
【００４８】
第２実施形態例のバリアメタル膜作製装置において、O2ガスプラズマをエッチングに使用せずに、酸化層２４（図５参照）の形成にだけ使用することも可能である。この場合、バリアメタル膜２３はMN層２３ｂの一層だけとなる。例えば、成膜される金属が密着性に問題が少ない金属（例えば、Al）の場合、エッチングにより金属層２３ａを形成する処理を省略することができる。
【００４９】
更に、第２実施形態例のバリアメタル膜作製装置において、O2ガスプラズマをエッチングに使用せずに酸化層２４（図５参照）の形成にだけ使用し、MN層２３ｂを成膜した後、ノズル１４からのNH3 ガスの供給を停止して前駆体２０のNH3 ガスプラズマによる反応を停止し、図１０に示すように、前駆体２０の金属成分をMN層２３ｂの上に積層して金属層２３ａを形成することも可能である。
前駆体１６の金属成分から金属層２３ａが生成されるときの反応は次式で表すことができる。
２ＭＣｌ→２Ｍ↓＋Ｃｌ2 ↑
【００５０】
図１１に基づいて本発明の第３実施形態例に係るバリアメタル膜作製装置及びバリアメタル膜作製方法を説明する。図１１には本発明の第３実施形態例に係るバリアメタル膜作製装置の概略構成を示してある。尚、図１に示したバリアメタル膜作製装置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。
【００５１】
図１１に示すように、チャンバ１の底部近傍には支持台２が設けられ、支持台２には基板３が載置される。支持台２にはヒータ４及び冷媒流通手段５を備えた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。チャンバ１の上面は開口部とされ、開口部は金属部材７（例えば、W,Ti,Ta,TiSi等）によって塞がれている。金属部材７によって塞がれたチャンバ１の内部は真空装置８により所定の圧力に維持される。チャンバ１の筒部の周囲にはプラズマアンテナ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。
【００５２】
金属部材７の下方におけるチャンバ１の筒部には、原料ガスが送られるノズル１２が接続されている。ノズル１２から原料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、Cl2 ガスがイオン化されてCl2 ガスプラズマが発生するようになっている（プラズマ発生手段）。
【００５３】
また、チャンバ１内にArガスを供給する希ガスノズル２１が設けられ、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）。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、第１実施形態例と同様に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。
【００５４】
また、チャンバ１内に酸素ガス（O2ガス）を供給する酸素ガスノズル１５が設けられている。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、O2ガスがイオン化されてO2ガスプラズマが発生するようになっている（酸素プラズマ発生手段）。更に、チャンバ１内に水素ガス（H2ガス）を供給する水素ガスノズル１６が設けられている。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、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（水酸基プラズマ発生手段）。
【００５５】
一方、チャンバ１の筒部の下方の周囲の複数箇所（例えば、４箇所：図には１箇所のみ示してある）には、スリット状の開口部３１が形成され、開口部３１には筒状の通路３２の一端がそれぞれ固定されている。通路３２の途中部には絶縁体製の筒状の励起室３３が設けられ、励起室３３の周囲にはコイル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は整合器３５及び電源３６に接続されて給電が行われる。プラズマアンテナ３４、整合器３５及び電源３６により励起手段が構成されている。通路３２の他端側には流量制御器３７が接続され、流量制御器３７を介して通路３２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。
【００５６】
また、流量制御器３７を介して通路３２内にNH3 ガスを供給して励起室３３にNH3 ガスを送り込む。プラズマアンテナ３４から電磁波を励起室３３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３８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３３の圧力とに所定の差圧が設定されているため、励起室３３のNH3 ガスプラズマ３８の励起アンモニアが開口部３１からチャンバ１内の前駆体（MxCly ）２０に送られる。
【００５７】
つまり、窒素を含有する窒素含有ガスをチャンバ１と隔絶した励起室３３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 ）２０の金属成分とアンモニアが反応して金属窒化物（MN）が生成される（生成手段）。このとき、金属部材７及び励起室３３はプラズマにより基板３の温度よりも高い所定温度（例えば、２００℃乃至４００℃）に維持されている。
【００５８】
上述したバリアメタル膜作製装置では、チャンバ１の内部にノズル１２から原料ガスを供給し、プラズマアンテナ９から電磁波をチャンバ１の内部に入射することで、Cl2 ガスプラズマ（原料ガスプラズマ）が発生する。Cl2 ガスプラズマにより、金属部材７にエッチング反応が生じ、前駆体（MxCly ）２０が生成される。金属部材７はプラズマにより基板３の温度よりも高い所定温度（例えば、２００℃乃至４００℃）に維持されている。
【００５９】
励起室３３のNH3 ガスプラズマ３８の励起アンモニアが開口部３１からチャンバ１内の前駆体（MxCly ）２０に送られることで、チャンバ１の内部で金属窒化物（MN）が生成され、生成された金属窒化物（MN）は低い温度に制御された基板３に運ばれて、基板３の表面にバリアメタル膜２３が生成される。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。
【００６０】
バリアメタル膜２３が生成された後に、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ガスプラズマを発生させ、Ar+ により、基板２の表面のバリアメタル膜２３をエッチングして表層のMN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。これにより、実質的にＭで構成される金属層２３ａとMN層２３ｂとの二層構造のバリアメタル膜２３の状態となる（図４参照）。
【００６１】
バリアメタル膜２３の最表層形成終了間際に、酸素ガスノズル１５からチャンバ１内に微量のO2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、O2ガスプラズマを発生させる。これにより、実質的にＭで構成される金属層２３ａの表面に酸化層２４が形成される（図５参照）。酸化層２４が形成されることにより、バリアメタル膜２３の表面に金属（例えば銅）を付着（成膜）させた場合に、金属の濡れ性が良好になり、密着性を向上させることができる。
【００６２】
金属層２３ａの表面に酸化層２４を形成した後、水素ガスノズル１６からチャンバ１内にH2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、H2ガスプラズマを発生させる。これにより、酸化層２４の表面に水酸基（OH基）が形成される（図７参照）。これにより、親水性が向上し、成膜される金属（銅）の密着性をさらに向上させることが可能になる。
【００６３】
上述したバリアメタル作製装置では、第１実施形態例と同様に、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２３を成膜することが可能になる。また、全体の膜厚を一層で構成された膜厚のままとして表面に成膜される金属との密着性を保持することができ、成膜される金属の拡散をなくして密着性よく成膜することができるバリアメタルを作製することが可能になる。
【００６４】
また、バリアメタル膜２３の表面に金属を成膜させた場合に、金属の濡れ性が良好になり、密着性を向上させることができ、更に、親水性が向上し、成膜される金属の密着性をさらに向上させることが可能になる。
【００６５】
そして、NH3 ガスプラズマ３８をチャンバ１とは隔絶した励起室３３で発生させているので、NH3 ガスプラズマ３８の影響が基板３の表面に及ぶことがない。
【００６６】
尚、H2ガスプラズマを発生させて酸化層２４の表面に水酸基（OH基）を形成する工程を省略することも可能である。また、O2ガスプラズマを発生させて金属層２３ａの表面に酸化層２４を形成する工程を省略することも可能である。
【００６７】
図１１に示した第３実施形態例のバリアメタル膜作製装置に対して、希ガスノズル２１が設けられていない構成とすることも可能である。そして、第３実施形態例では、希ガスノズル２１からArガスを供給してArガスプラズマを発生させ、Ar+ により、基板２の表面のバリアメタル膜２３をエッチングして表層のMN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）を施すようにしているが、この場合、脱窒処理を施す際に、酸素ガスノズル１５からO2ガスを供給してO2ガスプラズマを発生させ、O2+ により、基板２の表面のバリアメタル膜２３をエッチングして脱窒処理を施す。そして、脱窒処理を施した後、O2ガス量を減らして酸化層２４（図５参照）を形成する。
【００６８】
この場合、ガスを供給するノズルを少なくすることができるので、スペース的に有利となる。
【００６９】
尚、O2ガスプラズマをエッチングに使用せずに、酸化層２４（図５参照）の形成にだけ使用することも可能である。この場合、バリアメタル膜２３はMN層２３ｂの一層だけとなる。例えば、成膜される金属が密着性に問題が少ない金属（例えば、Al）の場合、エッチングにより金属層２３ａを形成する処理を省略することができる。
【００７０】
更に、O2ガスプラズマをエッチングに使用せずに酸化層２４（図５参照）の形成にだけ使用し、MN層２３ｂを成膜した後、NH3 ガス及び電源３６への給電を止めることで、前駆体（MxCly ）２０が金属部材７よりも低い温度に制御された基板３に運ばれる。基板３に運ばれる前駆体（MxCly ）２０は還元反応により金属（Ｍ）イオンのみとされて基板３に当てられ、基板３のMN層２３ｂの上に金属層２３ａを積層して金属層２３ａを形成することも可能である（図１０参照）。
【００７１】
図１２乃至図１４に基づいて本発明の第４実施形態例に係るバリアメタル膜作製装置及びバリアメタル膜作製方法を説明する。図１２には本発明の第４実施形態例に係るバリアメタル膜作製装置の概略側面、図１３には図１２中のXIII-XIII 線矢視、図１４には図１３中のXIV-XIV 線矢視を示してある。尚、図１乃至図１１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。
【００７２】
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４１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４１との間には金属製（例えば、W,Ti,Ta,TiSi等）の被エッチング部材４２が挟持されている。被エッチング部材４２は、チャンバ１の上面の開口部に挟持されるリング部４３が備えられ、リング部４３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４４が円周方向に複数（図示例では１２個）設けられている。
【００７３】
突起部４４は、リング部４３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４１とチャンバ１の内部との間には突起部４４の間で形成される切欠部４５（空間）が存在した状態になっている。リング部４３はアースされており、複数の突起部４４は電気的につながれて同電位に維持されている。被エッチング部材４２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。
【００７４】
尚、突起部４４の間に突起部４４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４４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金属部材の面積を確保することができる。
【００７５】
天井板４１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４６が設けられ、プラズマアンテナ４６は天井板４１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４６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４２は、リング部４３の内周側に突起部４４が円周方向に複数設けられ、突起部４４の間で形成される切欠部４５（空間）が存在しているので、プラズマアンテナ４６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４１との間に突起部４４が配置された状態になっている。
【００７６】
そして、チャンバ１の筒部には、チャンバ１の内部に原料ガスを供給するノズル１２、チャンバ１の内部にNH3 ガスを供給するノズル１４、チャンバ１の内部にArガスを供給する希ガスノズル２１、チャンバ１の内部にO2ガスを供給する酸素ガスノズル１５及びチャンバ１の内部にH2ガスを供給する水素ガスノズル１６が設けられている。
【００７７】
上述したバリアメタル膜作製装置では、チャンバ１の内部にノズル１２から原料ガスを供給し、プラズマアンテナ４６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）が発生する。プラズマアンテナ４６の下部には導電体である被エッチング部材４２が存在しているが、以下の作用により被エッチング部材４２と基板３との間、即ち、被エッチング部材４２の下側にCl2 ガスプラズマが安定して発生するようになっている。
【００７８】
被エッチング部材４２の下側にCl2 ガスプラズマが発生する作用について説明する。図１４に示すように、平面リング状のプラズマアンテナ４６の電気の流れＡは突起部４４を横切る方向となり、このとき、突起部４４のプラズマアンテナ４６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４２には切欠部４５（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４４の下面に流れてプラズマアンテナ４６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）。
【００７９】
このため、基板３側から被エッチング部材４２を見た場合、プラズマアンテナ４６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４３がアースされて突起部４４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４２が存在していても、プラズマアンテナ４６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４２の下側にCl2 ガスプラズマが安定して発生するようになっている。
【００８０】
Cl2 ガスプラズマにより、被エッチング部材４２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）２０が生成される。
【００８１】
そして、チャンバ１の内部にノズル１４からNH3 ガスを供給すると共に、プラズマアンテナ４６から電磁波をチャンバ１の内部に入射することで、NH3 ガスがイオン化されてNH3 ガスプラズマが発生し、前駆体２０との間で還元反応が生じて金属窒化物（MN）が生成される。チャンバ１の内部で生成された金属窒化物（MN）は低い温度に制御された基板３に運ばれて、基板３の表面にMNが成膜されてバリアメタル膜２３が生成される（図２参照）。
【００８２】
バリアメタル膜２３が生成された後に、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４６から電磁波をチャンバ１の内部に入射することで、Arガスプラズマを発生させ、基板２の表面のバリアメタル膜２３をエッチングして表層のMN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。
【００８３】
バリアメタル膜２３の最表層形成終了間際に、酸素ガスノズル１５からチャンバ１内に微量のO2ガスを供給し、プラズマアンテナ４６から電磁波をチャンバ１の内部に入射することで、O2ガスプラズマを発生させる。これにより、実質的にＭで構成される金属層２３ａ（図５参照）の表面に酸化層２４（図５参照）が形成される。酸化層２４が形成されることにより、バリアメタル膜２３の表面に金属（例えば銅）を付着（成膜）させた場合に、金属の濡れ性が良好になり、密着性を向上させることができる。
【００８４】
金属層２３ａ（図５参照）の表面に酸化層２４（図５参照）を形成した後、水素ガスノズル１６からチャンバ１内にH2ガスを供給し、プラズマアンテナ４６から電磁波をチャンバ１の内部に入射することで、H2ガスプラズマを発生させる。これにより、酸化層２４の表面に水酸基（OH基）が形成される（図７参照）。これにより、親水性が向上し、成膜される金属（銅）の密着性をさらに向上させることが可能になる。
【００８５】
尚、H2ガスプラズマを発生させて酸化層２４（図７参照）の表面に水酸基（OH基）を形成する工程を省略することも可能である。また、O2ガスプラズマを発生させて金属層２３ａ（図５参照）の表面に酸化層２４（図５参照）を形成する工程を省略することも可能である。更に、金属層２３ａを積層してバリアメタル膜２３とすることも可能であり、金属層２３ａが存在しないバリアメタル膜２３とすることも可能である。
【００８６】
また、前駆体２０を生成する構成である被エッチング部材４２及びプラズマアンテナ４６の構成以外で、希ガスノズル２１を省略した第２実施形態例（図９参照）と同様なノズル構成とすることも可能である。また、被エッチング部材４２及びプラズマアンテナ４６の構成以外で、ノズル１４に代えて励起室３３等を備えた第３実施形態例（図１１参照）と同様な構成とすることも可能である。
【００８７】
上記構成のバリアメタル膜作製装置では、均一にしかも薄膜状にバリアメタル膜２３を成膜することが可能になる。このため、基板３に設けられる、例えば、数百ｎｍ幅程度の小さな凹部に対しても内部にまで精度よく成膜され、埋め込み性に優れ、極めて薄い状態で高速にバリアメタル膜２３を成膜することが可能になる。
【００８８】
そして、被エッチング部材４２は、リング部４３の内周側に突起部４４が円周方向に複数設けられ、突起部４４の間で形成される切欠部４５（空間）が存在しているので、被エッチング部材４２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４６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４２がプラズマアンテナ４６の下に存在していても、プラズマアンテナ４６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４２の下側にCl2 ガスプラズマを安定して発生させることが可能となる。
【００８９】
図１５に基づいて本発明の第５実施形態例に係るバリアメタル膜作製装置及びバリアメタル膜作製方法を説明する。図１５には本発明の第５実施形態例に係るバリアメタル膜作製装置の概略側面を示してある。尚、図１乃至図１４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。
【００９０】
チャンバ１の上部の開口部は、天井板４１によって塞がれている。天井板４１の下面には金属製（例えば、W,Ti,Ta,TiSi等）の被エッチング部材４８が設けられ、被エッチング部材４８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：図には１箇所示してある）には、スリット状の開口部５１が形成され、開口部５１には筒状の通路５２の一端がそれぞれ固定されている。通路５２の途中部には絶縁体製の筒状の励起室５３が設けられ、励起室５３の周囲にはコイル状のプラズマアンテナ５４が設けられ、プラズマアンテナ５４には整合器５７及び電源５８が接続されて給電が行われる。
【００９１】
通路５２の他端側には流量制御器５５が接続され、流量制御器５５を介して通路５２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５４から電磁波を励起室５３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）５６が発生する。Cl2 ガスプラズマ５６の発生により励起塩素が開口部５１からチャンバ１内に送られ、被エッチング部材４８が励起塩素によりエッチングされる。
【００９２】
そして、チャンバ１の筒部には、チャンバ１の内部にNH3 ガスを供給するノズル１４、チャンバ１の内部にArガスを供給する希ガスノズル２１、チャンバ１の内部にO2ガスを供給する酸素ガスノズル１５及びチャンバ１の内部にH2ガスを供給する水素ガスノズル１６が設けられている。また、チャンバ１の周囲にはプラズマアンテナ９、整合器１０及び電源１１が設けられ、NH3 ガスプラズマ、Arガスプラズマ、O2ガスプラズマ及びH2ガスプラズマを発生させる。
【００９３】
上述したバリアメタル膜作製装置では、流量制御器５５を介して通路５２内に原料ガスを供給して励起室５３に原料ガスを送り込む。プラズマアンテナ５４から電磁波を励起室５３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）５６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５３の圧力とに所定の差圧が設定されているため、励起室５３のCl2 ガスプラズマ５６の励起塩素が開口部５１からチャンバ１内の被エッチング部材４８に送られる。励起塩素により被エッチング部材４８にエッチング反応が生じ、チャンバ１の内部で前駆体２０が生成される。このとき、被エッチング部材４８は天井板４１に設けられたヒータ５０により基板３の温度よりも高い所定温度（例えば、２００℃乃至４００℃）に維持されている。
【００９４】
そして、チャンバ１の内部にノズル１４からNH3 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、NH3 ガスがイオン化されてNH3 ガスプラズマが発生し、前駆体２０との間で還元反応が生じて金属窒化物（MN）が生成される。チャンバ１の内部で生成された金属窒化物（MN）は低い温度に制御された基板３に運ばれて、基板３の表面にMNが成膜されてバリアメタル膜２３が生成される（図２参照）。
【００９５】
バリアメタル膜２３が生成された後に、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ガスプラズマを発生させ、基板２の表面のバリアメタル膜２３をエッチングして表層のMN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。
【００９６】
バリアメタル膜２３の最表層形成終了間際に、酸素ガスノズル１５からチャンバ１内に微量のO2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、O2ガスプラズマを発生させる。これにより、実質的にＭで構成される金属層２３ａ（図５参照）の表面に酸化層２４（図５参照）が形成される。酸化層２４が形成されることにより、バリアメタル膜２３の表面に金属（例えば銅）を付着（成膜）させた場合に、金属の濡れ性が良好になり、密着性を向上させることができる。
【００９７】
金属層２３ａ（図５参照）の表面に酸化層２４（図５参照）を形成した後、水素ガスノズル１６からチャンバ１内にH2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、H2ガスプラズマを発生させる。これにより、酸化層２４の表面に水酸基（OH基）が形成される（図７参照）。これにより、親水性が向上し、成膜される金属（銅）の密着性をさらに向上させることが可能になる。
【００９８】
尚、H2ガスプラズマを発生させて酸化層２４（図７参照）の表面に水酸基（OH基）を形成する工程を省略することも可能である。また、O2ガスプラズマを発生させて金属層２３ａ（図５参照）の表面に酸化層２４（図５参照）を形成する工程を省略することも可能である。更に、金属層２３ａを積層してバリアメタル膜２３とすることも可能であり、金属層２３ａが存在しないバリアメタル膜２３とすることも可能である。
【００９９】
また、前駆体２０を生成するための構成である被エッチング部材４８、開口部５１、通路５２、励起室５３、プラズマアンテナ５４、流量制御器５５、整合器５７及び電源５８等の構成以外で、希ガスノズル２１を省略した第２実施形態例（図９参照）と同様なノズル構成とすることも可能である。また、前駆体２０を生成するための構成以外で、ノズル１４に代えて励起室３３等を備えた第３実施形態例（図１１参照）と同様な構成とすることも可能である。
【０１００】
上記構成のバリアメタル膜作製装置では、均一にしかも薄膜状にバリアメタル膜２３を成膜することが可能になる。このため、基板３に設けられる、例えば、数百ｎｍ幅程度の小さな凹部に対しても内部にまで精度よく成膜され、埋め込み性に優れ、極めて薄い状態で高速にバリアメタル膜２３を成膜することが可能になる。
【０１０１】
そして、チャンバ１と隔絶した励起室５３でCl2 ガスプラズマ５６を発生させるようにしているので、基板３がCl2 ガスプラズマ５６に晒されることがなくなり、基板３にCl2 ガスプラズマ５６による損傷が生じることがない。
【０１０２】
尚、励起室５３でCl2 ガスプラズマ５６を発生させる手段、即ち、原料ガスを励起して励起原料とする手段としては、マイクロ波、レーザ、電子線、放射光等を用いることも可能であり、金属フィラメントを高温に加熱して前駆体を生成することも可能である。また、Cl2 ガスプラズマ５６を基板３と隔絶する構成は、通路５２に励起室５３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。
【０１０３】
図１６に基づいて本発明の第６実施形態例に係るバリアメタル膜作製装置及びバリアメタル膜作製方法を説明する。図１６には本発明の第６実施形態例に係るバリアメタル膜作製装置の概略側面を示してある。尚、図１乃至図１５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。
【０１０４】
第６実施形態例に係るバリアメタル膜作製装置は、図１に示した第１実施形態例のバリアメタル膜作製装置に対し、チャンバ１の筒部の周囲にはプラズマアンテナ９が設けられておらず、金属部材７に整合器１０及び電源１１が接続されて金属部材７に給電が行われる。
【０１０５】
そして、チャンバ１の筒部には、チャンバ１の内部にNH3 ガスを供給するノズル１４、チャンバ１の内部にArガスを供給する希ガスノズル２１、チャンバ１の内部にO2ガスを供給する酸素ガスノズル１５及びチャンバ１の内部にH2ガスを供給する水素ガスノズル１６が設けられている。金属部材７への給電により、NH3 ガスプラズマ、Arガスプラズマ、O2ガスプラズマ及びH2ガスプラズマを発生させる。尚、NH3 ガスプラズマ、Arガスプラズマ、O2ガスプラズマ及びH2ガスプラズマを発生させるために、チャンバ１の筒部にコイル状のプラズマアンテナを別途設け、整合器を介してプラズマアンテナを電源に接続することも可能である。
【０１０６】
上述したバリアメタル膜作製装置では、チャンバ１の内部にノズル１２から原料ガスを供給し、金属部材７から電磁波をチャンバ１の内部に入射することで、Cl2 ガスがイオン化されてCl2 ガスプラズマ（原料ガスプラズマ）が発生する。Cl2 ガスプラズマにより、金属部材７にエッチング反応が生じ、前駆体（MxCly ）２０が生成される。このとき、金属部材７は図示しない温度制御手段により基板３の温度よりも高い温度（例えば、２００℃乃至４００℃）に維持されている。
【０１０７】
そして、チャンバ１の内部にノズル１４からNH3 ガスを供給すると共に、金属部材７から電磁波をチャンバ１の内部に入射することで、NH3 ガスがイオン化されてNH3 ガスプラズマが発生し、前駆体２０との間で還元反応が生じて金属窒化物（MN）が生成される。チャンバ１の内部で生成された金属窒化物（MN）は低い温度に制御された基板３に運ばれて、基板３の表面にMNが成膜されてバリアメタル膜２３が生成される（図２参照）。
【０１０８】
バリアメタル膜２３が生成された後に、希ガスノズル２１からArガスを供給すると共に、金属部材７から電磁波をチャンバ１の内部に入射することで、Arガスプラズマを発生させ、基板２の表面のバリアメタル膜２３をエッチングして表層のMN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。
【０１０９】
バリアメタル膜２３の最表層形成終了間際に、酸素ガスノズル１５からチャンバ１内に微量のO2ガスを供給し、金属部材７から電磁波をチャンバ１の内部に入射することで、O2ガスプラズマを発生させる。これにより、実質的にＭで構成される金属層２３ａ（図５参照）の表面に酸化層２４（図５参照）が形成される。酸化層２４が形成されることにより、バリアメタル膜２３の表面に金属（例えば銅）を付着（成膜）させた場合に、金属の濡れ性が良好になり、密着性を向上させることができる。
【０１１０】
金属層２３ａ（図５参照）の表面に酸化層２４（図５参照）を形成した後、水素ガスノズル１６からチャンバ１内にH2ガスを供給し、金属部材７から電磁波をチャンバ１の内部に入射することで、H2ガスプラズマを発生させる。これにより、酸化層２４の表面に水酸基（OH基）が形成される（図７参照）。これにより、親水性が向上し、成膜される金属（銅）の密着性をさらに向上させることが可能になる。
【０１１１】
尚、H2ガスプラズマを発生させて酸化層２４（図７参照）の表面に水酸基（OH基）を形成する工程を省略することも可能である。また、O2ガスプラズマを発生させて金属層２３ａ（図５参照）の表面に酸化層２４（図５参照）を形成する工程を省略することも可能である。更に、金属層２３ａを積層してバリアメタル膜２３とすることも可能であり、金属層２３ａが存在しないバリアメタル膜２３とすることも可能である。
【０１１２】
また、前駆体２０を生成するための構成である金属部材７、整合器１０及び電源１１等の構成以外で、希ガスノズル２１を省略した第２実施形態例（図９参照）と同様なノズル構成とすることも可能である。また、前駆体２０を生成するための構成以外で、ノズル１４に代えて励起室３３等を備えた第３実施形態例（図１１参照）と同様な構成とすることも可能である。
【０１１３】
上記構成のバリアメタル膜作製装置では、均一にしかも薄膜状にバリアメタル膜２３を成膜することが可能になる。このため、基板３に設けられる、例えば、数百ｎｍ幅程度の小さな凹部に対しても内部にまで精度よく成膜され、埋め込み性に優れ、極めて薄い状態で高速にバリアメタル膜２３を成膜することが可能になる。
【０１１４】
また、金属部材７自身をプラズマ発生用の電極として適用しているので、チャンバ１の筒部の周囲にプラズマアンテナが不要となり、周囲の構成の自由度を増すことができる。
【０１１５】
【発明の効果】
本発明のバリアメタル膜作製装置は、基板が収容されるチャンバと、基板に対向する位置におけるチャンバに設けられる金属製の被エッチング部材と、チャンバ内にハロゲンを含有する原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、チャンバ内に窒素を含有するガスを供給する窒素含有ガス供給手段と、チャンバの内部をプラズマ化して原料ガス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、チャンバの内部をプラズマ化して窒素含有ガスプラズマを発生させ、前駆体との間で金属窒化物を生成する、プラズマ発生手段と、基板側の温度をプラズマ発生手段側の温度よりも低くして金属窒化物を基板の表面にバリアメタル膜として成膜させる制御手段と、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を施す表面処理プラズマ発生手段とを備えたので、膜厚を厚くすることなく窒化金属層と金属層とからなるバリアメタル膜を作製することができる。この結果、埋め込み性に優れ極めて薄い状態で高速にバリアメタル膜を成膜することができると共に、表面に成膜される金属との密着性に優れたバリアメタル膜を成膜することができるバリアメタル膜作製装置とすることが可能になる。
【０１１６】
そして、バリアメタル膜の最表層形成終了間際にチャンバ内に酸素ガスを供給する酸素ガス供給手段と、チャンバの内部をプラズマ化して酸素ガスプラズマを発生させバリアメタル膜の最表層に酸化層を形成する酸素プラズマ発生手段とを更に備えたので、酸化層により表面に金属を付着させた場合の濡れ性を良好にすることができ、密着性を向上させることが可能になる。
【０１２２】
そして、チャンバ内に水素ガスを供給する水素ガス供給手段と、チャンバの内部をプラズマ化して水素ガスプラズマを発生させ酸化層に水酸基を形成する水酸基プラズマ発生手段とを更に備えたので、水酸基を形成することで親水性を向上させることができ、表面に金属を付着させた場合の密着性を更に向上させることが可能になる。
【０１２３】
本発明のバリアメタル膜作製方法は、基板と金属製の被エッチング部材との間におけるチャンバ内にハロゲンを含有する原料ガス及び窒素含有ガスを供給し、チャンバの内部をプラズマ化して原料ガス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、チャンバの内部をプラズマ化して窒素含有ガスプラズマを発生させ前駆体との間で金属窒化物を生成し、基板側の温度をプラズマ発生手段側の温度よりも低くして金属窒化物を基板の表面にバリアメタル膜として成膜させる一方、基板表面の上部のチャンバ内に希ガスを供給し、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を施すようにしたので、膜厚を厚くすることなく窒化金属層と金属層とからなるバリアメタル膜を作製することができる。この結果、埋め込み性に優れ極めて薄い状態で高速にバリアメタル膜を成膜することができると共に、表面に成膜される金属との密着性に優れたバリアメタル膜を成膜することができるバリアメタル膜作製方法とすることが可能になる。
【０１２４】
そして、バリアメタル膜の最表層形成終了間際にチャンバ内に酸素ガスを供給し、チャンバの内部をプラズマ化して酸素ガスプラズマを発生させバリアメタル膜の最表層に酸化層を形成するようにしたので、酸化層により表面に金属を付着させた場合の濡れ性を良好にすることができ、密着性を向上させることが可能になる。
【０１３０】
そして、チャンバ内に水素ガスを供給し、チャンバの内部をプラズマ化して水素ガスプラズマを発生させ酸化層に水酸基を形成するようにしたので、親水性を向上させることができ、表面に金属を付着させた場合の密着性を更に向上させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態例に係るバリアメタル膜作製装置の概略側面図。
【図２】バリアメタル膜を説明する基板の断面図。
【図３】脱窒処理におけるバリアメタル膜の概念図。
【図４】脱窒処理におけるバリアメタル膜の概念図。
【図５】酸化層形成処理におけるバリアメタル膜の概念図。
【図６】銅粒子の接触角度と基板の酸素濃度との関係を表すグラフ。
【図７】水酸基形成処理におけるバリアメタル膜の概念図。
【図８】希ガス供給手段の他の例を表す概略構成図。
【図９】本発明の第２実施形態例に係るバリアメタル膜作製装置の概略構成図。
【図１０】本発明の第２実施形態例のバリアメタル膜作製装置でバリアメタル膜を作製した一例の概念図。
【図１１】本発明の第３実施形態例に係るバリアメタル膜作製装置の概略側面図。
【図１２】本発明の第４実施形態例に係るバリアメタル膜作製装置の概略側面図。
【図１３】図１２中のXIII-XIII 線矢視図。
【図１４】図１３中のXIV-XIV 線矢視図。
【図１５】本発明の第５実施形態例に係るバリアメタル膜作製装置の概略側面図。
【図１６】本発明の第６実施形態例に係るバリアメタル膜作製装置の概略側面図。
【符号の説明】
１  チャンバ
２  支持台
３  基板
４，５０  ヒータ
５  冷媒流通手段
６  温度制御手段
７  金属部材
８  真空装置
９，３４，４６，５４  プラズマアンテナ
１０，３５，５７  整合器
１１，３６，５８  電源
１２  ノズル
１３，３７，５５  流量制御器
１４  ノズル
１５  酸素ガスノズル
１６  水素ガスノズル
１７  排気口
２０  前駆体（MxCly ）
２１  希ガスノズル
２２  制御弁
２３  バリアメタル膜
２４  酸化層
３１，５１  開口部
３２，５２  通路
３３，５３  励起室
３８  NH3 ガスプラズマ
４１  天井板
４２，４８  被エッチング部材
４３  リング部材
４４  突起部
４５  切欠部
５６  Cl2 ガスプラズマ（原料ガスプラズマ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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