(57)【要約】本発明は、トレンチ（溝）やビア（孔）といった凹部が微細であっても、該凹部内に金属を埋め込む技術を提供する。本発明の一実施形態では、目的材料である金属蒸気と、金属をエッチングするハロゲン含有ガスと、上記金属元素と上記ハロゲン元素からなる金属ハロゲン化物蒸気と、を基板に供給し、上記凹部内に金属ハロゲン化物層を形成し、該金属ハロゲン化物層の下に上記金属を堆積させる。このような方法により、上記課題を解決することができる。
2009102056.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹部が形成された基板を用意する工程と、
気体状態の金属からなる金属蒸気、該金属をエッチングするハロゲンを少なくとも含むハロゲン含有ガス、および気体状態の、前記金属の元素と前記ハロゲンの元素との化合物である金属ハロゲン化物からなる金属ハロゲン化物蒸気とを前記基板に供給して、前記凹部において前記金属ハロゲン化物を堆積させて金属ハロゲン化物層を形成し、該金属ハロゲン化物層の下に前記金属を堆積させる工程と
を有することを特徴とする金属埋め込み方法。
【請求項２】
請求項１に記載の金属埋め込み方法であって、
前記金属を堆積させる工程は、前記金属ハロゲン化物蒸気の、前記凹部内における飽和蒸気圧が、前記金属ハロゲン化物蒸気の分圧よりも低くなるように前記基板の温度を制御する工程を有することを特徴とする金属埋め込み方法。
【請求項３】
請求項１に記載の金属埋め込み方法であって、
前記凹部は、前記基板の表面に形成されたトレンチ（溝）又はビア（孔）であり、前記トレンチ（溝）又は前記ビア（孔）内に前記金属を選択的に堆積させることを特徴とする金属埋め込み方法。
【請求項４】
請求項３に記載の金属埋め込み方法であって、
前記トレンチ（溝）の幅あるいは前記ビア（孔）の径が、０．２μｍ以下であることを特徴とする金属埋め込み方法。
【請求項５】
請求項１に記載の金属埋め込み方法であって、
前記金属は銅であり、前記ハロゲンは塩素であることを特徴とする金属埋め込み方法。
【請求項６】
請求項１に記載の金属埋め込み方法であって、
前記基板が配置されたチャンバ内には、その表面が前記金属であるターゲットが配置されており、
少なくとも前記金属を堆積させる工程の前に、前記チャンバ内に、前記ハロゲン含有ガスと前記ターゲットをスパッタリングするためのスパッタガスとを供給する工程と、
前記スパッタガスにより前記ターゲットをスパッタリングして前記金属蒸気を発生させる工程と
をさらに有することを特徴とする金属埋め込み方法。
【請求項７】
請求項６に記載の金属埋め込み方法であって、
前記金属蒸気は、前記ターゲットに１ｋＷ／ｍ2以上１ＭＷ／ｍ2以下の電力密度で電力を導入して、前記スパッタガスにより前記ターゲットをスパッタリングすることによって生成されることを特徴とする金属埋め込み方法。
【請求項８】
請求項６に記載の金属埋め込み方法であって、
前記基板の表面に堆積された前記金属は前記スパッタガスを含むことを特徴とする金属埋め込み方法。
【請求項９】
請求項６に記載の金属埋め込み方法であって、
前記金属ハロゲン化物蒸気は、前記金属蒸気と前記ハロゲン含有ガスとの反応によって生成されることを特徴とする金属埋め込み方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の金属埋め込み方法であって、
少なくとも前記金属を堆積させる工程の前に、前記基板が配置されたチャンバ内に金属ハロゲン化物蒸気を供給する工程をさらに有し、
前記供給された金属ハロゲン化物蒸気を分解することによって前記金属蒸気と前記ハロゲン含有ガスとを生成することを特徴とする金属埋め込み方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の金属埋め込み方法であって、
前記供給された金属ハロゲン化物蒸気を放電によって分解して前記金属蒸気と前記ハロゲン含有ガスとを生成することを特徴とする金属埋め込み方法。
【請求項１２】
請求項１に記載の金属埋め込み方法であって、
前記基板を１００℃以上４００℃以下に保持することを特徴とする金属埋め込み方法。
【請求項１３】
請求項１に記載の金属埋め込み方法であって、
前記金属蒸気の形成時、および前記凹部への前記金属の堆積時の雰囲気圧力を０．１Ｐａ以上１００Ｐａ以下とすることを特徴とする金属埋め込み方法。
【請求項１４】
基板に形成された凹部に金属を堆積させるための装置であって、
チャンバと、
前記チャンバ内に設けられ、前記基板を支持可能な支持部材と、
所定のガスを前記チャンバ内に供給するガス供給手段とを備え、
前記供給された所定のガスにより、気体状態の前記金属からなる金属蒸気、該金属をエッチングするハロゲンを少なくとも含むハロゲン含有ガス、および気体状態の、前記金属の元素と前記ハロゲンの元素との化合物である金属ハロゲン化物からなる金属ハロゲン化物蒸気を前記チャンバ内に存在させて、前記凹部において前記金属ハロゲン化物を堆積させて金属ハロゲン化物層を形成し、該金属ハロゲン化物層の下に前記金属を堆積させるように前記装置を制御することを特徴とする装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の装置であって、
前記制御において、前記金属ハロゲン化物蒸気の、前記凹部内における飽和蒸気圧が、前記金属ハロゲン化物蒸気の分圧よりも低くなるように前記基板の温度を制御することを特徴とする装置。
【請求項１６】
請求項１４に記載の装置であって、
前記凹部は、前記基板の表面に形成されたトレンチ（溝）又はビア（孔）であり、前記トレンチ（溝）又は前記ビア（孔）内に前記金属を選択的に堆積させることを特徴とする装置。
【請求項１７】
請求項１４に記載の装置であって、
前記金属は銅であり、前記ハロゲンは塩素であることを特徴とする装置。
【請求項１８】
請求項１４に記載の装置であって、
前記チャンバ内に設けられ、その表面が前記金属であるターゲットを支持するためのターゲット支持部材と、
前記チャンバ内にプラズマを発生させるためのプラズマ発生手段とを備え、
前記所定のガスは、前記ハロゲン含有ガスと前記ターゲットをスパッタリングするためのスパッタガスとを含み、
前記前記プラズマにより励起されたスパッタガスにより前記ターゲット支持部材に支持されたターゲットをスパッタリングして前記金属蒸気を発生させることを特徴とする装置。
【請求項１９】
請求項１８に記載の装置であって、
前記金属蒸気は、前記ターゲット支持部材に支持されたターゲットに１ｋＷ／ｍ2以上１ＭＷ／ｍ2以下の電力密度で電力を導入して、前記スパッタガスにより前記ターゲットをスパッタリングすることによって生成されることを特徴とする装置。
【請求項２０】
請求項１８に記載の装置であって、
前記基板の表面に堆積された前記金属は前記スパッタガスを含むことを特徴とする装置。
【請求項２１】
請求項１８に記載の装置であって、
前記金属ハロゲン化物蒸気は、前記金属蒸気と前記ハロゲン含有ガスとの反応によって生成されることを特徴とする装置。
【請求項２２】
請求項１４に記載の装置であって、
前記所定のガスは、前記金属ハロゲン化物蒸気を含み、
前記金属埋め込み装置は、前記ガス供給手段により供給された金属ハロゲン化物蒸気を分解する金属ハロゲン化物蒸気分解手段をさらに備え、
前記供給された金属ハロゲン化物蒸気を分解することによって前記金属蒸気と前記ハロゲン含有ガスとを生成することを特徴とする装置。
【請求項２３】
請求項２２に記載の装置であって、
前記金属ハロゲン化物蒸気分解手段は、前記金属ハロゲン化物蒸気を放電によって分解することを特徴とする装置。
【請求項２４】
請求項１４に記載の装置であって、
前記支持部材に支持された基板を１００℃以上４００℃以下に保持する基板温度調整手段をさらに備えることを特徴とする装置。
【請求項２５】
請求項１４に記載の装置であって、
前記金属蒸気、および前記凹部への前記金属の堆積時の雰囲気圧力を０．１Ｐａ以上１００Ｐａ以下とすることを特徴とする装置。
【請求項２６】
真空チャンバ内に、金属ターゲットを載置するターゲット載置台と、前記載置台に対向して配置した、凹部が形成された基板を載置可能な基板載置台と、希ガスを供給する第１のガス供給口と、前記金属ターゲットを構成する金属をエッチングするハロゲンを少なくとも含むハロゲン含有ガスを供給する第２のガス供給口とを備える、凹部に金属を堆積させるための装置であって、
前記ターゲット載置台はプラズマ電極を有し、前記第１のガス供給口を、前記第２のガス供給口に対して前記ターゲット載置台側に設け、
前記第１のガス供給口から供給された希ガスおよび前記第２のガス供給口から供給されたハロゲン含有ガスにより、気体状態の前記金属からなる金属蒸気、前記ハロゲン含有ガス、および気体状態の、前記金属の元素と前記ハロゲンの元素との化合物である金属ハロゲン化物からなる金属ハロゲン化物蒸気を前記真空チャンバ内に存在させて、前記凹部において前記金属ハロゲン化物を堆積させて金属ハロゲン化物層を形成し、該金属ハロゲン化物層の下に前記金属を堆積させるように前記装置を制御することを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属埋め込み方法及び凹部に金属を堆積させるための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスでは、高速化・低損失化が進められており、それに応じて回路に含まれる配線の高密度化や微細化が要求されている。現在求められている最小の線幅は数１０ｎｍであり、このような要求に応えるためにアルミニウム合金配線に代って、より低抵抗率であり耐久性に優れた銅配線へと変化している。
例えば、スパッタリング等の物理的な方法で金属原子を基板表面上に供給し、基板表面上に金属膜を形成する技術が知られている。また、銅・ヘキサフロロアセチルアセトナト・トリメチルビニルシラン等の液体の有機金属錯体を原料とし、固体状の原料を溶媒に溶かし、熱的な反応を利用して気化することによって基板に銅を成膜する技術も知られている。【０００３】
さらに、チャンバ内にハロゲンと希ガスからなるガスを供給し、そのガスのプラズマを発生させてターゲットをエッチングすることによって、ターゲットに含まれる金属とハロゲンとの前駆体を生成し、前駆体を基板表面に供給することによって基板表面に金属を成膜する技術も開示されている（特許文献１，２等）。【０００４】
特に、特許文献２では、被エッチング部材である銅板をＣｌ２ガスプラズマでエッチングする際に、銅板と基板との温度の関係を適切に制御することにより、基板に形成されたホール内にＣｕを生成させてＣｕの薄膜を形成することが開示されている。上記銅板と基板との温度関係においては、被エッチング部材である銅板を高温（例えば、３００℃〜４００℃）に、また基板を低温度（例えば、２００℃程度）に設定している。【０００５】
すなわち、特許文献２では、チャンバ内にＣｌ２ガスを供給し、チャンバ内でプラズマを発生させて該ハロゲンガスに対するプラズマの解離反応によりＣｌラジカルを発生させる。該発生したＣｌラジカルは、被エッチング部材である銅板とエッチング反応を起こし、ＣｕＣｌ蒸気（Ｃｕ３Ｃｌ３などの多量体も含む）を発生させる。該発生されたＣｕＣｌ蒸気とＣｌラジカルとが基板に形成されたホール内に供給されると、ＣｕＣｌ蒸気とＣｌラジカルとの反応によりホール内にＣｕが生成される。このＣｕの堆積により、ホール内にＣｕが埋め込まれる。
ただし、ホール内におけるＣｕの成膜反応の際には、該成膜反応だけではく、成膜されたＣｕに対するＣｌラジカルによるエッチング反応も同時に起こっている。従って、特許文献２では、ホール内にＣｕが埋め込まれるように、Ｃｌラジカルの量を制御して、Ｃｕの成膜反応の速度がＣｕのエッチング反応よりも若干大きくなるような雰囲気を形成している。【０００６】
【特許文献１】特許第３７２７８７８号公報
【特許文献２】特許第３６５３０５３号公報
【発明の開示】
【０００７】
ところで、回路の高密度化や微細化に伴って、配線技術として微細なトレンチ（溝）やビア（孔）に金属を埋め込む技術が必要とされる。しかしながら、従来のスパッタリング技術や有機金属錯体を用いた成膜方法に共通な問題として、トレンチの幅やビアの径が小さくなると金属膜の形成時に開口の入口が塞がれてしまい、金属の埋め込みが困難であることが挙げられる。
【０００８】
さて、特許文献２では、銅板をエッチングしてＣｕＣｌ蒸気を発生させるため、および発生されたＣｕＣｌ蒸気と反応してホール内にＣｕを生成させるために、プラズマによりＣｌ２ガスを解離し、Ｃｌラジカルを発生させる。上述のように、ＣｕＣｌ蒸気とＣｌラジカルとの成膜反応によりＣｕは析出されるが、高密度でＣｕラジカルが存在する場合は、上記析出したＣｕのＣｌラジカルによるエッチング反応が成膜反応よりも優勢になり、ホール内にＣｕの埋め込みを行うことができない。従って、引用文献２では、成膜反応を優勢にするために、Ｃｌ２ガスの供給流量やプラズマを発生する際の電力密度を制御してＣｌラジカルの量を制御し、Ｃｕの成膜反応速度がＣｕのエッチング反応速度よりも若干大きくなるようにすることが必須条件である。
【０００９】
このように、特許文献２では、ホール内のＣｕの埋め込みの際に、Ｃｕの成膜と同時に該成膜されたＣｕのエッチングが起こるので、上記埋め込みが完了するまでに時間がかかってしまう。さらに、一度成膜されたＣｕの一部はエッチングされてしまうので、Ｃｌラジカルによってエッチングされた銅の消費量に対する、ホール内に埋め込まれたＣｕの成膜量の割合が低減してしまい、製造コストの増加に繋がってしまう。
このように、トレンチやビアといった凹部に金属を埋め込むことができると共に、製造時間の短縮化、および製造装置のコストを下げるという要求も満たす必要がある。
【００１０】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、トレンチやビアといった凹部の径が小さい場合であっても、埋め込みに要する時間を短縮させ、製造コストを低減させつつ、上記凹部に金属を形成可能な金属埋め込み方法および凹部に金属を堆積させるための装置を提供することにある。
【００１１】
本発明の第１の態様は、金属埋め込み方法であって、凹部が形成された基板を用意する工程と、気体状態の金属からなる金属蒸気、該金属をエッチングするハロゲンを少なくとも含むハロゲン含有ガス、および気体状態の、前記金属の元素と前記ハロゲンの元素との化合物である金属ハロゲン化物からなる金属ハロゲン化物蒸気とを前記基板に供給して、前記凹部において前記金属ハロゲン化物を堆積させて金属ハロゲン化物層を形成し、該金属ハロゲン化物層の下に前記金属を堆積させる工程とを有することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の第２の態様は、基板に形成された凹部に金属を堆積させるための装置であって、チャンバと、前記チャンバ内に設けられ、前記基板を支持可能な支持部材と、所定のガスを前記チャンバ内に供給するガス供給手段とを備え、前記供給された所定のガスにより、気体状態の前記金属からなる金属蒸気、該金属をエッチングするハロゲンを少なくとも含むハロゲン含有ガス、および気体状態の、前記金属の元素と前記ハロゲンの元素との化合物である金属ハロゲン化物からなる金属ハロゲン化物蒸気を前記チャンバ内に存在させて、前記凹部において前記金属ハロゲン化物を堆積させて金属ハロゲン化物層を形成し、該金属ハロゲン化物層の下に前記金属を堆積させるように前記装置を制御することを特徴とする。
【００１３】
さらに、本発明の第３の態様は、真空チャンバ内に、金属ターゲットを載置するターゲット載置台と、前記載置台に対向して配置した、凹部が形成された基板を載置可能な基板載置台と、希ガスを供給する第１のガス供給口と、前記金属ターゲットを構成する金属をエッチングするハロゲンを少なくとも含むハロゲン含有ガスを供給する第２のガス供給口とを備える、凹部に金属を堆積させるための装置であって、前記ターゲット載置台はプラズマ電極を有し、前記第１のガス供給口を、前記第２のガス供給口に対して前記ターゲット載置台側に設け、前記第１のガス供給口から供給された希ガスおよび前記第２のガス供給口から供給されたハロゲン含有ガスにより、気体状態の前記金属からなる金属蒸気、前記ハロゲン含有ガス、および気体状態の、前記金属の元素と前記ハロゲンの元素との化合物である金属ハロゲン化物からなる金属ハロゲン化物蒸気を前記真空チャンバ内に存在させて、前記凹部において前記金属ハロゲン化物を堆積させて金属ハロゲン化物層を形成し、該金属ハロゲン化物層の下に前記金属を堆積させるように前記装置を制御することを特徴とする。
【００１４】
本発明によれば、凹部内に金属を埋め込む際に該凹部内に金属ハロゲン化物層を形成している。該金属ハロゲン化物層は毛管凝縮の作用により凹部内に形成されるので、該凹部が微細なトレンチ（溝）やビア（孔）であっても、金属を埋め込むことが可能となる。また、上記埋め込みの際に形成された金属ハロゲン化物層はハロゲンガスのエッチングに対する保護層として機能するので、該金属ハロゲン化物層の下に形成される金属に対するハロゲンガスのエッチングを抑制することができ、効率良く金属を埋め込むことができる。従って、製造速度や製造コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態における配線形成装置の構成を示す断面図である。
【図２Ａ】本発明の実施の形態において考えられる成膜反応を説明する図である。
【図２Ｂ】本発明の実施の形態において考えられる成膜反応を説明する図である。
【図２Ｃ】本発明の実施の形態において考えられる成膜反応を説明する図である。
【図３】本発明の実施の形態における基板断面を示す図である。
【図４】本発明の実施例におけるビアに金属が埋め込まれた基板の表面観察結果を示す電子顕微鏡写真である。
【図５】本発明の実施例におけるビアに金属が埋め込まれた基板の断面観察結果を示す電子顕微鏡写真である。
【図６】本発明の実施の形態における銅の成膜速度の塩素濃度依存性を示す図である。
【図７】本発明の実施例におけるビアに金属が埋め込まれた基板の表面観察結果を示す電子顕微鏡写真である。
【図８】本発明の実施例におけるビアに金属が埋め込まれた基板の断面観察結果を示す電子顕微鏡写真である。
【図９】本発明の実施の形態における配線形成装置の他の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、以下で説明する図面で、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。  【００１７】
［装置構成］  
本発明の実施の形態における配線形成装置１００は、図１に示すように、チャンバ１０、ガス供給ノズル１２、ガス流量制御器１４、プラズマ電極１６、磁石１７、整合器１８、電源２０、基板台２２、冷却手段２４、加熱手段２６、真空ポンプ２８、真空ゲージ３０及びシャッタ３２を備えている。【００１８】
チャンバ１０は、金属材料（例えば、アルミ、ステンレス、チタン等）により円筒状に形成される。チャンバ１０の下部には排気口が設けられている。チャンバ１０の排気口には真空ポンプ２８が接続される。真空ポンプ２８は、チャンバ１０内の気体を排気口から排気する。チャンバ１０内の圧力は真空ゲージ３０によって測定される。また、真空ポンプ２８に加えて自動圧力調整手段（ＡＰＣ：Ａｕｔｏ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）を設けてもよい。真空ポンプ２８を作動させ、真空ゲージ３０から出力信号に応じて自動圧力調整手段により排気部のコンダクタンスを調整することによって、チャンバ１０内を所定の圧力となるように維持させることができる。【００１９】
プラズマ電極１６は、チャンバ１０内の底板側に設けられる。プラズマ電極１６は、成膜対象となる金属材料（例えば、銅、チタン等）のターゲット１６ａをチャンバ１０内にて支持する構造を有する。
プラズマ電極１６には整合器１８及び電源２０が接続される。電源２０は、整合器１８を介して、プラズマ電極１６に支持されたターゲット１６ａからチャンバ１０内へ電力を与えることができるように接続される。電源２０からは、例えば、ＲＦ帯域の電力が出力される。すなわち、プラズマ電極１６（ターゲット１６ａ）、整合器１８及び電源２０は成膜用プラズマ発生手段を構成する。プラズマ電極１６には、磁石１７が設けられており、本実施の形態における配線形成装置１００はマグネトロンスパッタ装置として機能する。なお、磁石１７は、通常の磁石であってもよいし、電磁石であってもよい。
また、プラズマ電極１６には冷却手段を設けてもよい。また、例えば、別途設けられるロードロックチャンバ（図示しない）から、ゲートバルブ（図示しない）等を介して、プラズマ電極１６上にターゲット１６ａを設置できるような構成としてもよい。【００２０】
基板台２２は、チャンバ１０の底板側に配置されるプラズマ電極１６（ターゲット１６ａ）に基板設置面が対向するように、チャンバ１０内の上面側に設けられる。基板台２２は、一般的に、円柱形状をしている。基板台２２上の基板設置面には、金属膜を成膜する対象となる基板２２ａ（例えば、シリコン基板等の半導体基板、ガラス等の絶縁基板）が設置される。また、例えば、別途設けられるロードロックチャンバ（図示しない）から、ゲートバルブ（図示しない）等を介して、基板台２２上に基板２２ａを設置できるような構成としてもよい。
基板台２２には、冷却手段２４が設けられる。冷却手段２４は、制御部（図示しない）による制御によって外部から供給された冷媒を基板台２２内に循環させることによって、基板台２２の温度を調整するために用いられる。また、基板台２２には、加熱手段２６が設けられる。加熱手段２６は、抵抗加熱ヒーター等とすることができる。加熱手段２６は、制御部による制御によって基板台２２の温度を調整するために用いられる。【００２１】
円筒状のチャンバ１０の側壁には、ガス供給ノズル１２が設けられる。ガス供給ノズル１２は、例えば、中空のパイプを円形に成型し、そのパイプの周囲にガス放出用の孔を開けた構成とすることが好適である。また、ガス放出用の孔は基板台２２に支持された基板２２ａに向けてガスが放出されるような向きに開けられることが好適である。ただし、ガス供給ノズル１２はこれに限定されるものではない。【００２２】
ガス供給ノズル１２には、ガス流量制御器１４を介して、ガス供給装置（図示しない）が接続される。ガス供給ノズル１２は、ハロゲンを含有するガスをチャンバ１０内に供給するために設けられる。ガス流量制御器１４は、金属膜の成膜時にチャンバ１０内に供給されるガスが所定の流量となるように制御する。【００２３】
シャッタ３２は、成膜の初期段階においてチャンバ１０内の状態が安定化するまで基板２２ａにターゲット１６ａから原料等が供給されないようにするために用いられる。シャッタ３２は、基板台２２に支持された基板２２ａの表面又はプラズマ電極１６に支持されたターゲット１６ａの表面を被うことができるように構成すればよい。【００２４】
次に本発明の配線形成装置の実施形態の変形例を図９に示す。本例においては、ガス供給ノズルを基板側、ターゲット側の２箇所に設けている。図９においては、図１に示した配線形成装置において、ガス供給ノズル１２の代わりに、アルゴン（Ａｒ）やクリプトン（Ｋｒ）といった希ガスを供給するためのガス供給ノズル１２ａと、ハロゲンガスを供給するためのガス供給ノズル１２ｂとを備えている。ガス供給ノズル１２ａおよび１２ｂにはそれぞれ、ガス流量制御器１４ａおよび１４ｂが接続されている。【００２５】
［成膜処理］
図１を用いて、本発明の配線形成方法について説明する。
金属膜を基板２２ａ上に成膜する前に、基板台２２上に基板２２ａを設置し、プラズマ電極１６にターゲット１６ａを取り付ける。上記の通り、金属膜の成膜対象となる基板２２ａは、例えば、シリコン基板等の半導体基板、ガラス基板等の絶縁基板、アルミニウム等の金属基板とすることができる。また、基板２２ａには、少なくとも１つ以上の凹部が形成されている。
なお、本明細書において、「凹部」とは、例えばトレンチ（溝）やビア（孔）といった基板に形成された窪んだ部分である。該凹部は所定の形状にパターニングして形成されても良い。
また、ターゲット１６ａは、例えば、銅、アルミニウム、チタン等の基板２２ａ上の成膜するべき金属とすることができる。また、基板２２ａ上に合金を成膜する場合には、成膜するべき複数の金属元素を含むターゲット１６ａを設置してもよい。【００２６】
次に、真空ポンプ２８を用いて、チャンバ１０内を必要な真空度となるまで排気する。成膜時には、ガスをガス供給ノズル１２からチャンバ１０内に導入する。このとき、真空ポンプ２８に併設されたＡＰＣを用いて、真空ゲージ３０で検出される圧力値に基づいて流量制御バルブの開度をフィードバック制御することによって、チャンバ１０内のガスの圧力を所定の値とすることができる。【００２７】
ガス供給ノズル１２から供給されるガスはアルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）等の希ガスにより塩素（Ｃｌ2）等のハロゲンを希釈したガスとする。より具体的には、ハロゲンの濃度が０．１体積％以上５０体積％以下となるようにハロゲンを希ガスで希釈したガスとすることが好ましい。
また、図９の配線形成装置のように希ガス及びハロゲンをチャンバ１０内に独立に供給し、チャンバ１０内でのハロゲンの濃度が０．１体積％以上５０体積％以下となるように調整してもよい。ガスの導入圧力は、０．１Ｐａ以上１００Ｐａ以下とすることが好適である。この範囲であれば、希ガスが充分にプラズマとなる。
希ガスはターゲット側のガス供給口１４aから供給し、ハロゲンガスは基板側のガス供給口１４ｂから供給する。この場合、ハロゲンガスが励起されにくいので好ましい。【００２８】
基板２２ａの温度は、基板台２２に設けられている冷却手段２４及び加熱手段２６を制御部により制御する。具体的には、基板２２ａの基板は室温から４００℃以下の範囲に設定することが好適である。【００２９】
ガスを供給した状態下において、プラズマ電極１６（ターゲット１６ａ）を介して電源２０からプラズマ電極１６に所定の直流又は高周波（交流）電力を供給する。これにより、チャンバ１０内に電力を導入する。具体的には、１ｋＷ／ｍ2以上１ＭＷ／ｍ2以下の電力密度で電力を導入することが好適である。このとき、プラズマ電極１６に磁石を付設してマグネトロンスパッタリングを行うことが特に有効である。
これによって、ガスに含まれる希ガスが励起されてガスプラズマが発生する。
電源２０から供給される電磁波のパワー、ガスの流量，圧力等を調整することによって、成膜時にはターゲット１６ａの近傍にガスプラズマを発生させることができる。【００３０】
例えば、アルゴン（Ａｒ）で塩素ガス（Ｃｌ2）を希釈したガスを供給した場合、アルゴン（Ａｒ）が励起されてプラズマが発生する。
このプラズマによってターゲット１６ａがスパッタリングされて、気体状態の金属からなる蒸気（以下、「金属蒸気」とも呼ぶ）が生成される。また、ハロゲンからなるハロゲンガスは、直接供給しても良いし、供給したハロゲン含有ガス（例えば、塩化水素（ＨＣｌ）等）をプラズマによって解離することで生成しても良い。さらに、金属蒸気とハロゲンガスとが反応して、上記金属の元素と上記ハロゲンの元素との化合物からなる金属ハロゲン化物蒸気が生成される。この金属ハロゲン化物蒸気は、ターゲット１６ａを構成する金属とハロゲンガスとの反応、又は基板に形成されたビア（孔）といった凹部の外に形成され金属とハロゲンガスとが反応して生成される。また、この金属ハロゲン化物蒸気がプラズマ中で解離して金属蒸気とハロゲンガスとが再生成される反応も生ずる。これら金属蒸気、ハロゲンガス、金属ハロゲン化物蒸気の三者が基板２２ａに供給される。【００３１】
すなわち、本発明では、ハロゲンガスと共にチャンバ１０に供給された、ターゲット１６ａをスパッタリングするためのガス（例えば、アルゴン（Ａｒ）やＫｒ（クリプトン）といった希ガス；以下、「スパッタガス」とも呼ぶ）をプラズマ励起させて、該スパッタガスプラズマにより、ターゲット１６ａから金属蒸気を生成する、すなわち、ターゲット１６ａから金属原子を弾き出す。該生成された金属蒸気の一部は、上述のようにハロゲンガスと反応して金属ハロゲン化物蒸気を生成し、また他の一部は基板２２ａへと供給される。この金属ハロゲン化物蒸気は、供給されたハロゲンガスとターゲット１６ａとの反応によっても生成されることがある。このように生成された金属ハロゲン化物蒸気の一部は基板２２ａへと供給され、また他の一部はプラズマ中で解離して金属蒸気とハロゲンガスとを生成する。このようにして生成された金属蒸気の一部は、基板２２ａに供給され、また他の一部はハロゲンガスと反応して金属ハロゲン化物蒸気を生成する。
このように、様々な反応が起こるが、基板２２ａには、金属蒸気、ハロゲンガス、および金属ハロゲン化物蒸気が供給されることになるのである。すなわち、本発明では、凹部への金属層の形成中に、金属蒸気、ハロゲンガス、および金属ハロゲン化物蒸気を適切に存在させることが重要であり、これらが適切に存在するような条件で成膜処理を行うのである。【００３２】
このような状態において、トレンチ（溝）やビア（孔）といった凹部が設けられた基板２２ａの表面では金属ハロゲン化物の凝縮又は析出反応が生じると推察される。このとき、毛管凝縮の作用により、金属ハロゲン化物は、トレンチ（溝）やビア（孔）の底に選択的に凝縮又は析出する。反応の初期段階において、加熱手段２６により基板温度を制御することにより凹部に供給された金属ハロゲン化物蒸気の凹部内における飽和蒸気圧を適切に制御すると、上記供給された金属ハロゲン化物蒸気から金属ハロゲン化物がトレンチ（溝）やビア（孔）内において堆積し始め、トレンチ（溝）やビア（孔）の底に負の曲率を持った金属ハロゲン化物層Ａができる（図２Ａ）。【００３３】
そこに供給された金属蒸気、すなわち金属原子Ｂが飛来し、金属ハロゲン化物層Ａに付着すると、表面エネルギー差により金属ハロゲン化物層Ａ内に金属原子Ｂが取り込まれ、トレンチ（溝）やビア（孔）の底に析出して金属層Ｃが堆積する。このとき、上記供給されたハロゲンガスであるハロゲンＤは析出した金属層Ｃの表面にある金属ハロゲン化物層Ａによりブロックされる。従って、トレンチ（溝）やビア（孔）内に形成された金属層ＣがハロゲンＤによってエッチングされることはなく、トレンチ（溝）やビア（孔）外に形成された金属層のみがハロゲンＤによってエッチングされる（図２Ｂ）。【００３４】
金属ハロゲン化物層Ａの最表面はトレンチ（溝）やビア（孔）の入口の縁で負の曲率を持って止まり、金属層Ｃに対するエッチングをブロックし続けるので、その結果としてトレンチ（溝）やビア（孔）内のみに金属層Ｃが埋め込み形成される（図２Ｃ）。
例えば、ターゲット１６ａを銅（Ｃｕ）とし、チャンバ１０に導入するハロゲンを塩素（Ｃｌ2）含有のアルゴン（Ａｒ）とした場合、金属ハロゲン化物層ＡがＣｕＣｌ，金属ＢがＣｕ，金属層ＣがＣｕ，ハロゲンＤがＣｌ2又はＣｌ、エッチングよって発生する生成物ＢＤがＣｕＣｌとなる。また、金属蒸気がＣｕ原子となり、金属ハロゲン化物蒸気がＣｕＣｌとなる。【００３５】
このように、本発明では、凹部内に金属ハロゲン化物層Ａを形成することが重要である。本発明では、スパッタ出力（ターゲット電極１６に供給される電力）でＣｕ蒸気の供給速度を制御し、ガス供給ノズル１２から供給されるガスに含まれるＣｌ２濃度でＣｌ２ガスの供給速度を制御している。上記供給されたＣｕ蒸気およびＣｌ２ガスのうち一定の割合が反応してＣｕＣｌ蒸気を形成するが、ＣｕＣｌはＣｕ／Ｃｌ比が１であるので、ＣｕＣｌの分圧を、上記スパッタ出力およびＣｌ２濃度で制御することができる。また、ＣｕＣｌ形成に寄与しなかった残りのＣｕ蒸気およびＣｌ２ガスのバランス制御も容易に行うことができる。【００３６】
図６にて後述するが、例えば、プラズマ電極１６に印加する電力を１００Ｗとする場合、Ｃｌ２濃度を４体積％程度にすると、平滑な基板上にはＣｕがほとんど堆積できなくなり、Ｃｕ蒸気とＣｌ２ガスとがバランスしている。
一方、基板２２ａの基板温度を制御し、ＣｕＣｌ蒸気の、トレンチ（溝）やビア（孔）内における飽和蒸気圧がＣｕＣｌ蒸気の分圧よりも低くなると、トレンチ（溝）やビア（孔）に供給されたＣｕＣｌ蒸気の凝縮が始まり、ＣｕＣｌの堆積が始まる。ＣｕＣｌ蒸気の分圧は、スパッタ出力とＣｌ２濃度で決まる。【００３７】
従って、本発明では、プラズマ電極１６への供給電力やガス供給ノズル１２からのＣｌ２ガスの供給速度を適切に設定してスパッタ出力とＣｌ２濃度とを制御することでＣｕＣｌ蒸気の分圧を制御し、該ＣｕＣｌ蒸気の分圧に応じて、凹部内におけるＣｕＣｌの飽和蒸気圧がＣｕＣｌ蒸気の分圧よりも低くなるように、加熱手段２６により基板温度を制御する。例えばこのように基板温度およびＣｕＣｌ蒸気の分圧を制御することで、凹部内におけるＣｕＣｌの飽和蒸気圧がＣｕＣｌ蒸気の分圧よりも低くなる状態を形成することができ、ハロゲンＤのエッチングに対する保護層として機能する金属ハロゲン化物層Ａを形成することができる。
このとき、例えば上述のように設定してＣｕ蒸気とＣｌ２ガスとをバランスさせることにより、基板２２ａ上の、トレンチやビア以外の平面に形成されたＣｕを適切にエッチングすることができる。
すなわち、本発明の配線形成装置は、チャンバ１０内に存在するＣｕ蒸気、Ｃｌ２ガス、およびＣｕＣｌ蒸気により、基板２２ａに形成された凹部内にＣｕＣｌ層を形成し、該ＣｕＣｌ層の下にＣｕ層が堆積するように、基板温度、スパッタ出力、およびＣｌ２ガスの供給速度等の各条件を制御することができる。【００３８】
このように、基板２２ａに金属を堆積させると共に、金属堆積物をエッチングするエッチャントとなるハロゲンガス、及び、金属堆積物をエッチングから保護する保護膜として機能すると考えられる金属ハロゲン化物蒸気を供給することによって、基板２２ａの表面に設けられたトレンチ（溝）やビア（孔）に金属の埋め込み形成が可能になると考えられる。
しかも、毛管凝縮はトレンチ（溝）やビア（孔）の径が小さいほど生じやすいので、従来金属の埋め込み形成が困難であった径の小さいトレンチ（溝）やビア（孔）に対して金属の埋め込み形成が可能となる。具体的には、従来金属の埋め込みが困難であった０．２μｍ以下の孔径に対しても金属の埋め込み形成が可能である。さらに、上記小孔径では、アスペクト比によらず金属の埋め込み形成が可能である。【００３９】
ここで、特許文献２では、供給されたＣｌ２ガスをプラズマ励起してＣｌラジカルを発生させ、成膜対象の基板と対向して配置された銅板とエッチング反応させてＣｕＣｌ蒸気を発生させ、該ＣｕＣｌ蒸気とＣｌラジカルとを基板に供給している。そして、基板に形成されたホール内において、供給されたＣｌラジカルによって供給されたＣｕＣｌ蒸気からＣｌを引き抜いてＣｕ層を形成している。従って、ホール内の同一空間において、Ｃｌラジカルによる、還元とエッチングとが同時に起こることになる。よって、上記成膜されたＣｕ層に対するエッチングの影響で、成膜速度の低下およびＣｕの成膜効率が低下してしまう。
これに対して、本発明では、金属層の成膜に寄与する金属蒸気、およびハロゲンガスによるエッチングに対する保護層として機能する金属ハロゲン化物層を凹部内に形成するための金属ハロゲン化物蒸気を生成するために、ターゲットをスパッタするためのスパッタガスをハロゲンガスに加えてチャンバ内に供給し、金属蒸気とハロゲンガスと金属ハロゲン化物蒸気とがバランスした雰囲気を形成している。
従って、凹部内に、層形成に十分寄与するだけの量を有する金属蒸気と、上記保護層を形成するための金属ハロゲン化物蒸気とを供給することができ、凹部内に金属ハロゲン化物層Ａを形成しつつ、金属層Ｃを形成することができる。該金属ハロゲン化物層ＡはハロゲンＤの金属層Ｃへのエッチングをブロックするので、ハロゲンＤのエッチングを抑制しつつ、金属層Ｃの形成を行うことができる。このように、本発明は、凹部内への金属層の形成の際に該金属層のエッチングが行われることを前提とする引用文献２の技術とは根本的に異なり、上記引用文献２では行われていたエッチングを抑制することができるので、効率良く金属を凹部内に埋め込むことができる。従って、製造速度や製造コストを低減することができる。【００４０】
なお、成膜工程の初期段階はプラズマ等のチャンバ１０内の状態が安定しないので、チャンバ１０内の状態が安定するまでシャッタ３２によってターゲット１６ａと基板２２ａとの間を遮断することが好ましい。この安定化時間は１０秒以上２０分以下程度に設定することが好適である。【００４１】
＜実施例＞  
（実施例１）  
以下、実施例を示す。本実施例では、図１の配線形成装置を用いた。また、本実施例では、基板２２ａとして、図３に示すように、表面にシリコン窒化膜及びシリコン酸化膜を順に形成し、シリコン酸化膜に０．１６μｍ径のビア（孔）を形成したシリコン基板を用いた。ビア（空孔）のアスペクト比は、ビア上部基準で２.３、ビア底部基準で３.０であった。また、導入ガスとして塩素ガス（Ｃｌ2）をアルゴン（Ａｒ）で希釈したガスを用いた。Ｃｌ2ガスの濃度は３．４体積％として、全圧を１．３Ｐａに調整した。また、ターゲット１６ａとして銅板を用いた。すなわち、金属蒸気、配線形成時の雰囲気圧力(金属蒸気形成および配線形成のときの全圧（凹部への金属の堆積時の圧力）；すなわち、チャンバ１０内の全圧)は、１．３Ｐａであった。【００４２】
成膜を行う前に、加熱手段２６によって基板２２ａを１９０℃〜２００℃に加熱し保持した。その後、チャンバ１０内にアルゴン（Ａｒ）のみを導入し、ターゲット１６ａの表面を清浄化した。清浄化の時間は１０分とした。【００４３】
続いて、Ｃｌ2ガスの濃度が３．４体積％となるようにアルゴン（Ａｒ）によって希釈したガスをチャンバ１０内に導入し、プラズマ電極１６に電源２０から電力を１００Ｗ導入することによってチャンバ１０内にプラズマを発生させた。ターゲットに導入される電力密度は、１２.３ｋＷ/ｍ2であった。このとき、シャッタ３２は閉じた状態とし、基板２２ａの表面上での反応が起こらないようにした。この状態を１０分間保持し、反応系を定常化させた。【００４４】
その後、シャッタ３２を開き、Ｃｌ２ガス、Ｃｕ蒸気、およびＣｕＣｌ蒸気を基板２２ａに供給して、ビア（孔）内に保護層としてのＣｕＣｌ層を形成し、該形成されたＣｕＣｌ層の下に金属（Ｃｕ層）を堆積させた。反応時間は０．５分以上３０分以下の範囲で変化させた。成膜開始時の基板２２ａの温度を、加熱手段２６及び冷却手段２４を用いて１９０℃以上２００℃以下に保持した。【００４５】
成膜後、電源２０からの電力供給を停止させると共に、ガスの供給を停止させて、プラズマを消滅させた。また、加熱手段２６による加熱を停止することによって基板２２ａの温度を室温に戻した。その後、基板２２ａをチャンバ１０から取り出した。【００４６】
基板２２ａの表面に形成された金属の膜厚及び組成はエネルギー分散型蛍光Ｘ線分析装置（ＸＲＦ）によって測定した。また、ビア（孔）への金属の埋め込み状態は走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）による表面観察及び断面観察によって行った。表面観察の結果を図４に、断面観察の結果を図５に示す。【００４７】
図４及び図５のＳＥＭによる表面観察及び断面観察に示すように、基板２２ａのシリコン酸化膜に形成されたビア内に銅を埋め込むことができた。ただし、銅が埋め込まれたビアと埋め込まれなかったビアとが共存した。銅が埋め込まれたビアは全体の２割程度であった。これは、本実施例の成膜条件では、成膜初期においてエッチング反応に対する保護膜となる塩化銅（ＣｕＣｌ）がビア内に形成されなかったビアが存在したためと推察される。【００４８】
また、ＳＥＭによる測定では基板２２ａのシリコン酸化膜上には銅はほとんど成膜されておらず、ビア内のみに銅が埋め込まれた状態であった。さらに、ＸＲＦによる測定では、基板２２ａの表面にはＸＲＦの多くとも測定限界以下（数％以下）の塩素しか残留していなかった。また、形成された銅には１％以下のアルゴンが含まれていた。金属に含まれる希ガスの量はＸＲＦや熱重量−質量分析（ＴＧ−Ｍａｓｓ）等を用いて測定することができる。【００４９】
本実施例の成膜条件では、銅の堆積反応と銅のエッチング反応との競合反応において両者がほぼバランスしていると考えられる。図６に、シリコン酸化膜を形成した平滑な基板上への銅の成膜速度と、塩素濃度（ガス導入時の塩素濃度）との関係を調べた結果を示す。本実施例よりも塩素濃度を低下させると銅の成膜速度は大きくなり、銅の堆積反応と銅のエッチング反応との競合反応において銅の堆積反応がより大きくなったと考えられる。また、本実施例よりも塩素の濃度を増加させるとビア内外ともに銅は形成されず、銅の堆積反応と銅のエッチング反応との競合反応において銅のエッチング反応が大きくなったと考えられる。【００５０】
（実施例２）
上記条件に代えて、導入ガスとして塩素ガス（Ｃｌ2）をアルゴン（Ａｒ）で３．４体積％に希釈して、全圧を１．３Ｐａに調整して成膜を行った場合も基板２２ａの表面上に銅を形成することができた。基板温度を数度低下させたことを除き、その他の条件は、上記実施例１と同様とした。【００５１】
この場合、図７のＳＥＭ表面観察及び図８のＳＥＭ断面観察の結果に示すように、総てのビア（孔）に銅を埋め込むことができた。なお、ビアは４５度に傾いた規則的に格子状のパターンとして設けられている。図７のＳＥＭ表面観察で示されるように、基板２２ａのビア（孔）の外にも銅が溢れ出すように埋め込まれていた。また、形成された銅をＸＲＦで測定した結果、塩素（Ｃｌ）／銅（Ｃｕ）の比が０．４８となり、塩素を含有した銅が形成されていることがわかった。【００５２】
以上のように、本発明の実施の形態における成膜装置及び成膜方法によれば、微細なトレンチ（溝）やビア（孔）内のみに金属を埋め込むことが可能となる。【００５３】
（比較例）  
例えば図１に示す配線形成装置１００において、ガス供給ノズル１２からＣｌ２ガスを供給しないようにして基板２２ａに対してＣｌ２ガスを供給せずに、Ｃｕ蒸気のみを供給すると、基板２２ａ上にＣｕ層を高速に成膜することができる。しかしながら、形成されたＣｕ層は基板２２ａの表面および凹部上部のみに成膜され、凹部の入り口を塞いでしまう。よって、凹部内におけるＣｕ層の成膜が困難となる。従って、本発明では、Ｃｌ２ガスを供給し、かつＣｕ蒸気とＣｌ２ガスとの供給をバランスさせることが重要である。【００５４】
なお、上記実施の形態及び実施例では、金属の供給源としてスパッタリングを用いたがこれに限定されるものではない。例えば、電子ビーム照射やレーザ照射による金属ターゲットのアブレーション、坩堝による金属の加熱昇華等も適用することができる。ただし、汎用となっているスパッタリング装置を流用することによって、微細なビア（孔）やトレンチ（溝）に金属を埋め込む技術を容易かつ安価に提供することができる。【００５５】
また、金属ハロゲン化物蒸気を、例えばガス供給ノズル１２等を介してチャンバ１０内に導入し、金属ハロゲン化物蒸気を分解することによって金属蒸気やハロゲンガスを生成してもよい。例えば、ガス供給ノズル１２を介して塩化銅蒸気をチャンバ１０内に供給すると共に、塩化銅蒸気をチャンバ１０内で放電等によって分解することによって原料蒸気となる銅原子とエッチャントガスとなる塩素原子，塩素分子を生成してもよい。塩化銅蒸気の供給方法としては、塩化銅を４００℃程度に加熱して蒸発又は昇華させる方法や、４００℃以上に加熱した金属銅と塩素を含有するガスを反応させることによって塩化銅蒸気ガスを発生させる方法等が挙げられる。
【図１】
2009102056.tif 000003
【図２Ａ】
2009102056.tif 000004
【図２Ｂ】
2009102056.tif 000005
【図２Ｃ】
2009102056.tif 000006
【図３】
2009102056.tif 000007
【図４】
2009102056.tif 000008
【図５】
2009102056.tif 000009
【図６】
2009102056.tif 000010
【図７】
2009102056.tif 000011
【図８】
2009102056.tif 000012
【図９】
2009102056.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成21年12月3日(2009.12.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹部が形成された基板を用意する工程と、
気体状態の金属からなる金属蒸気、該金属をエッチングするハロゲンを少なくとも含むハロゲン含有ガス、および気体状態の、前記金属の元素と前記ハロゲンの元素との化合物である金属ハロゲン化物からなる金属ハロゲン化物蒸気とを前記基板に供給する工程であって、前記基板に前記金属ハロゲン化物蒸気を供給することにより、前記凹部において前記金属ハロゲン化物を堆積させて金属ハロゲン化物層を形成させ、前記形成された金属ハロゲン化物層に前記金属蒸気を供給することにより、前記金属蒸気に含まれる金属を該金属ハロゲン化物層の下に析出させて、前記金属を前記金属ハロゲン化物層と前記基板との間に堆積させる工程と
を有することを特徴とする金属埋め込み方法。
【請求項２】
請求項１に記載の金属埋め込み方法であって、
前記金属を堆積させる工程は、前記金属ハロゲン化物蒸気の、前記凹部内における飽和蒸気圧が、前記金属ハロゲン化物蒸気の分圧よりも低くなるように前記基板の温度を制御する工程を有することを特徴とする金属埋め込み方法。
【請求項３】
請求項１に記載の金属埋め込み方法であって、
前記凹部は、前記基板の表面に形成されたトレンチ（溝）又はビア（孔）であり、前記トレンチ（溝）又は前記ビア（孔）内に前記金属を選択的に堆積させることを特徴とする金属埋め込み方法。
【請求項４】
請求項３に記載の金属埋め込み方法であって、
前記トレンチ（溝）の幅あるいは前記ビア（孔）の径が、０．２μｍ以下であることを特徴とする金属埋め込み方法。
【請求項５】
請求項１に記載の金属埋め込み方法であって、
前記金属は銅であり、前記ハロゲンは塩素であることを特徴とする金属埋め込み方法。
【請求項６】
請求項１に記載の金属埋め込み方法であって、
前記基板が配置されたチャンバ内には、その表面が前記金属であるターゲットが配置されており、
少なくとも前記金属を堆積させる工程の前に、前記チャンバ内に、前記ハロゲン含有ガスと前記ターゲットをスパッタリングするためのスパッタガスとを供給する工程と、
前記スパッタガスにより前記ターゲットをスパッタリングして前記金属蒸気を発生させる工程と
をさらに有することを特徴とする金属埋め込み方法。
【請求項７】
請求項６に記載の金属埋め込み方法であって、
前記金属蒸気は、前記ターゲットに１ｋＷ／ｍ２以上１ＭＷ／ｍ２以下の電力密度で電力を導入して、前記スパッタガスにより前記ターゲットをスパッタリングすることによって生成されることを特徴とする金属埋め込み方法。
【請求項８】
請求項６に記載の金属埋め込み方法であって、
前記基板の表面に堆積された前記金属は前記スパッタガスを含むことを特徴とする金属埋め込み方法。
【請求項９】
請求項６に記載の金属埋め込み方法であって、
前記金属ハロゲン化物蒸気は、前記金属蒸気と前記ハロゲン含有ガスとの反応によって生成されることを特徴とする金属埋め込み方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の金属埋め込み方法であって、
少なくとも前記金属を堆積させる工程の前に、前記基板が配置されたチャンバ内に金属ハロゲン化物蒸気を供給する工程をさらに有し、
前記供給された金属ハロゲン化物蒸気を分解することによって前記金属蒸気と前記ハロゲン含有ガスとを生成することを特徴とする金属埋め込み方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の金属埋め込み方法であって、
前記供給された金属ハロゲン化物蒸気を放電によって分解して前記金属蒸気と前記ハロゲン含有ガスとを生成することを特徴とする金属埋め込み方法。
【請求項１２】
請求項１に記載の金属埋め込み方法であって、
前記基板を１００℃以上４００℃以下に保持することを特徴とする金属埋め込み方法。
【請求項１３】
請求項１に記載の金属埋め込み方法であって、
前記金属蒸気の形成時、および前記凹部への前記金属の堆積時の雰囲気圧力を０．１Ｐａ以上１００Ｐａ以下とすることを特徴とする金属埋め込み方法。
【請求項１４】
基板に形成された凹部に金属を堆積させるための装置であって、
チャンバと、
前記チャンバ内に設けられ、前記基板を支持可能な支持部材と、
所定のガスを前記チャンバ内に供給するガス供給手段とを備え、
前記供給された所定のガスにより、気体状態の前記金属からなる金属蒸気、該金属をエッチングするハロゲンを少なくとも含むハロゲン含有ガス、および気体状態の、前記金属の元素と前記ハロゲンの元素との化合物である金属ハロゲン化物からなる金属ハロゲン化物蒸気を前記チャンバ内に存在させ、前記基板に前記金属ハロゲン化物蒸気を供給することにより、前記凹部において前記金属ハロゲン化物を堆積させて金属ハロゲン化物層を形成させ、前記形成された金属ハロゲン化物層に前記金属蒸気を供給することにより、前記金属蒸気に含まれる金属を該金属ハロゲン化物層の下に析出させて、前記金属を前記金属ハロゲン化物層と前記基板との間に堆積させるように前記装置を制御することを特徴とする装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の装置であって、
前記制御において、前記金属ハロゲン化物蒸気の、前記凹部内における飽和蒸気圧が、前記金属ハロゲン化物蒸気の分圧よりも低くなるように前記基板の温度を制御することを特徴とする装置。
【請求項１６】
請求項１４に記載の装置であって、
前記凹部は、前記基板の表面に形成されたトレンチ（溝）又はビア（孔）であり、前記トレンチ（溝）又は前記ビア（孔）内に前記金属を選択的に堆積させることを特徴とする装置。
【請求項１７】
請求項１４に記載の装置であって、
前記金属は銅であり、前記ハロゲンは塩素であることを特徴とする装置。
【請求項１８】
請求項１４に記載の装置であって、
前記チャンバ内に設けられ、その表面が前記金属であるターゲットを支持するためのターゲット支持部材と、
前記チャンバ内にプラズマを発生させるためのプラズマ発生手段とを備え、
前記所定のガスは、前記ハロゲン含有ガスと前記ターゲットをスパッタリングするためのスパッタガスとを含み、
前記前記プラズマにより励起されたスパッタガスにより前記ターゲット支持部材に支持されたターゲットをスパッタリングして前記金属蒸気を発生させることを特徴とする装置。
【請求項１９】
請求項１８に記載の装置であって、
前記金属蒸気は、前記ターゲット支持部材に支持されたターゲットに１ｋＷ／ｍ２以上１ＭＷ／ｍ２以下の電力密度で電力を導入して、前記スパッタガスにより前記ターゲットをスパッタリングすることによって生成されることを特徴とする装置。
【請求項２０】
請求項１８に記載の装置であって、
前記基板の表面に堆積された前記金属は前記スパッタガスを含むことを特徴とする装置。
【請求項２１】
請求項１８に記載の装置であって、
前記金属ハロゲン化物蒸気は、前記金属蒸気と前記ハロゲン含有ガスとの反応によって生成されることを特徴とする装置。
【請求項２２】
請求項１４に記載の装置であって、
前記所定のガスは、前記金属ハロゲン化物蒸気を含み、
前記金属埋め込み装置は、前記ガス供給手段により供給された金属ハロゲン化物蒸気を分解する金属ハロゲン化物蒸気分解手段をさらに備え、
前記供給された金属ハロゲン化物蒸気を分解することによって前記金属蒸気と前記ハロゲン含有ガスとを生成することを特徴とする装置。
【請求項２３】
請求項２２に記載の装置であって、
前記金属ハロゲン化物蒸気分解手段は、前記金属ハロゲン化物蒸気を放電によって分解することを特徴とする装置。
【請求項２４】
請求項１４に記載の装置であって、
前記支持部材に支持された基板を１００℃以上４００℃以下に保持する基板温度調整手段をさらに備えることを特徴とする装置。
【請求項２５】
請求項１４に記載の装置であって、
前記金属蒸気、および前記凹部への前記金属の堆積時の雰囲気圧力を０．１Ｐａ以上１００Ｐａ以下とすることを特徴とする装置。
【請求項２６】
真空チャンバ内に、金属ターゲットを載置するターゲット載置台と、前記載置台に対向して配置した、凹部が形成された基板を載置可能な基板載置台と、希ガスを供給する第１のガス供給口と、前記金属ターゲットを構成する金属をエッチングするハロゲンを少なくとも含むハロゲン含有ガスを供給する第２のガス供給口とを備える、凹部に金属を堆積させるための装置であって、
前記ターゲット載置台はプラズマ電極を有し、前記第１のガス供給口を、前記第２のガス供給口に対して前記ターゲット載置台側に設け、
前記プラズマ電極は、前記第１のガス供給口から供給された希ガスを励起して該希ガスのプラズマを生成し、該生成された希ガスプラズマが前記金属ターゲットをスパッタリングして気体状態の金属からなる金属蒸気を生成するように制御され、
前記金属蒸気、前記ハロゲン含有ガス、および気体状態の、前記金属の元素と前記ハロゲンの元素との化合物である金属ハロゲン化物からなる金属ハロゲン化物蒸気を前記真空チャンバ内に存在させ、前記基板に前記金属ハロゲン化物蒸気を供給することにより、前記凹部において前記金属ハロゲン化物を堆積させて金属ハロゲン化物層を形成させ、前記形成された金属ハロゲン化物層に前記金属蒸気を供給することにより、前記金属蒸気に含まれる金属を該金属ハロゲン化物層の下に析出させて、前記金属を前記金属ハロゲン化物層と前記基板との間に堆積させるように前記装置を制御することを特徴とする装置。
【手続補正書】
【提出日】平成22年8月2日(2010.8.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
さて、特許文献２では、銅板をエッチングしてＣｕＣｌ蒸気を発生させるため、および発生されたＣｕＣｌ蒸気と反応してホール内にＣｕを生成させるために、プラズマによりＣｌ２ガスを解離し、Ｃｌラジカルを発生させる。上述のように、ＣｕＣｌ蒸気とＣｌラジカルとの成膜反応によりＣｕは析出されるが、高密度でＣｌラジカルが存在する場合は、上記析出したＣｕのＣｌラジカルによるエッチング反応が成膜反応よりも優勢になり、ホール内にＣｕの埋め込みを行うことができない。従って、引用文献２では、成膜反応を優勢にするために、Ｃｌ２ガスの供給流量やプラズマを発生する際の電力密度を制御してＣｌラジカルの量を制御し、Ｃｕの成膜反応速度がＣｕのエッチング反応速度よりも若干大きくなるようにすることが必須条件である。
【国際調査報告】
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