(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
不活性ガスをプラズマ化することにより形成されたプラズマにより真空引き可能になされた処理容器内で金属ターゲットをイオン化させて金属イオンを含む金属粒子を発生させ、該金属粒子を前記処理容器内の載置台上に載置した被処理体にバイアス電力により引き込んで、表面に凹部が形成されると共に該凹部の底部に配線層を有している前記被処理体の表面に金属膜を形成する成膜方法において、
前記凹部内の表面を含む前記被処理体の表面に下地膜を形成する下地膜形成工程と、
前記被処理体の上面において前記金属粒子による成膜量と不活性ガスのプラズマによるエッチング量とが同じになるように条件設定してプラズマスパッタすることにより前記被処理体の表面に金属膜を形成することなく前記凹部の底部の前記下地膜と前記配線層とを削って前記配線層に削り込み凹部を形成する第１ステップと、
前記被処理体の上面において前記金属粒子による成膜量が不活性ガスのプラズマによるエッチング量よりも大きくなるように条件設定してプラズマスパッタすることにより前記削り込み凹部の底部を更に削り取ると共に前記削り込み凹部を除いて前記凹部内の表面を含む被処理体の表面全体に金属膜を形成する第２ステップと、
を有することを特徴とする金属膜の成膜方法。
【請求項２】
不活性ガスをプラズマ化することにより形成されたプラズマにより真空引き可能になされた処理容器内で金属ターゲットをイオン化させて金属イオンを含む金属粒子を発生させ、該金属粒子を前記処理容器内の載置台上に載置した被処理体にバイアス電力により引き込んで、表面に凹部が形成されると共に該凹部の底部に配線層を有している前記被処理体の表面に金属膜を形成する成膜方法において、
前記凹部内の表面を含む前記被処理体の表面に下地膜を形成する下地膜形成工程と、
前記被処理体の上面において前記金属粒子による成膜量と不活性ガスのプラズマによるエッチング量とが同じになるように条件設定してプラズマスパッタすることにより前記被処理体の表面に金属膜を形成することなく前記凹部の底部の前記下地膜と前記配線層とを削って前記配線層に削り込み凹部を形成する第１ステップと、
前記被処理体の上面において不活性ガスによるエッチングが起きず、且つ金属イオンが引き込まれるように条件設定してプラズマスパッタすることにより前記削り込み凹部内を含む被処理体の表面全体に金属膜を形成する補助ステップと、
を有することを特徴とする金属膜の成膜方法。
【請求項３】
前記第１及び第２ステップでは、プラズマ電力、前記金属ターゲットへ印加する直流電力及び前記バイアス電力の一部、或いは全部をコントロールすることにより条件設定されることを特徴とする請求項１記載の金属膜の成膜方法。
【請求項４】
前記第１ステップ及び前記補助ステップでは、プラズマ電力、前記金属ターゲットへ印加する直流電力及び前記バイアス電力の一部、或いは全部をコントロールすることにより条件設定されることを特徴とする請求項２記載の金属膜の成膜方法。
【請求項５】
前記プラズマ電力は５００〜６０００ワットの範囲内、前記直流電力は１００〜１２０００ワットの範囲内及び前記バイアス電力は１００〜２０００ワットの範囲内であることを特徴とする請求項３又は４記載の金属膜の成膜方法。
【請求項６】
前記下地膜と前記金属膜とで２層構造のバリヤ層が形成されていることを特徴とする請求項５記載の金属膜の成膜方法。
【請求項７】
前記下地膜はＴａＮ膜であり、前記金属膜はＴａ膜であることを特徴とする請求項６記載の金属膜の成膜方法。
【請求項８】
前記下地膜はＴａ膜であり、前記金属膜は前記下地膜とは成膜条件の異なるＴａ膜であることを特徴とする請求項６記載の金属膜の成膜方法。
【請求項９】
前記凹部には、ビアホールまたはスルーホールとなる連通穴が設けられて２段階の段部状になされていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の金属膜の成膜方法。
【請求項１０】
前記凹部はビアホールまたはスルーホールとなる連通穴であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の金属膜の成膜方法。
【請求項１１】
真空引き可能になされた処理容器と、
表面に凹部の形成された被処理体を載置するための載置台と、
前記処理容器内へ少なくとも不活性ガスを含む所定のガスを導入するガス導入手段と、
プラズマ電力により前記処理容器内へプラズマを発生させるためのプラズマ発生源と、
前記処理容器内に設けられて直流電力が印加されると共に、前記プラズマによりイオン化されるべき金属ターゲットと、
前記載置台に対して所定のバイアス電力を供給するバイアス電源と、
装置全体を制御する装置制御部と、を有する成膜装置において、
前記装置制御部は、
前記被処理体の上面において金属粒子による成膜量と不活性ガスのプラズマによるエッチング量とが同じになるように条件設定してプラズマスパッタすることにより前記被処理体の表面に金属膜を形成することなく前記凹部の底部の下地膜と配線層とを削って前記配線層に削り込み凹部を形成する第１ステップと、
前記被処理体の上面において前記金属粒子による成膜量が不活性ガスのプラズマによるエッチング量よりも大きくなるように条件設定してプラズマスパッタすることにより前記削り込み凹部の底部を更に削り取ると共に前記削り込み凹部を除いて前記凹部内の表面を含む被処理体の表面全体に金属膜を形成する第２ステップと、を行なうように装置全体を制御することを特徴とする成膜装置。
【請求項１２】
真空引き可能になされた処理容器と、
表面に凹部の形成された被処理体を載置するための載置台と、
前記処理容器内へ少なくとも不活性ガスを含む所定のガスを導入するガス導入手段と、
プラズマ電力により前記処理容器内へプラズマを発生させるためのプラズマ発生源と、
前記処理容器内に設けられて直流電力が印加されると共に、前記プラズマによりイオン化されるべき金属ターゲットと、
前記載置台に対して所定のバイアス電力を供給するバイアス電源と、
装置全体を制御する装置制御部と、を有する成膜装置において、
前記装置制御部は、
前記被処理体の上面において金属粒子による成膜量と不活性ガスのプラズマによるエッチング量とが同じになるように条件設定してプラズマスパッタすることにより前記被処理体の表面に金属膜を形成することなく前記凹部の底部の下地膜と配線層とを削って前記配線層に削り込み凹部を形成する第１ステップと、
前記被処理体の上面において不活性ガスによるエッチングが起きず、且つ金属イオンが引き込まれるように条件設定してプラズマスパッタすることにより前記削り込み凹部内を含む被処理体の表面全体に金属膜を形成する補助ステップと、を行なうように装置全体を制御することを特徴とする成膜装置。
【請求項１３】
前記装置制御部は、プラズマ電力、前記金属ターゲットへ印加する直流電力及び前記バイアス電力の一部、或いは全部をコントロールするように制御することを特徴とする請求項１１又は１２記載の成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ等の被処理体の表面に形成されている凹部の表面に効果的に金属膜を形成する成膜方法及び成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体デバイスを製造するには、半導体ウエハに成膜処理やパターンエッチング処理等の各種の処理を繰り返し行って所望のデバイスを製造するが、半導体デバイスの更なる高集積化及び高微細化の要請より、線幅やホール径が益々微細化されている。そして、配線材料や埋め込み材料としては、各種寸法の微細化により、より電気抵抗を小さくする必要から電気抵抗が非常に小さくて且つ安価である銅を用いる傾向にある（特許文献１）。そして、この配線材料や埋め込み材料として銅を用いる場合には、その下層との密着性等を考慮して、一般的にはタンタル金属（Ｔａ）やタンタル窒化膜（ＴａＮ）等がバリヤ層として用いられる。
このバリヤ層を形成するには、プラズマスパッタ装置内にてウエハ表面にまず、下地層としてタンタル窒化膜（以下、「ＴａＮ膜」とも称す）やタンタル膜（以下「Ｔａ膜」とも称す）を形成し、次に、同じプラズマスパッタ装置内にてタンタル膜（下地層がＴａ膜の時には成膜条件を変える）を形成することによって、バリヤ層を形成するようになっている。そして、その後、このバリヤ層の表面に銅膜よりなる薄いシード膜を形成し、次にウエハ表面全体に銅メッキ処理を施すことにより、凹部内を埋め込むようになっている。
【０００３】
ところで、下層の配線層と絶縁膜を挟んで積層される上層の配線層とを電気的に接続する場合には、上記下層の配線層上に上記絶縁層を形成した後に、この絶縁層にビアホールやスルーホールのような連通穴を形成してこの連通穴の底部に上記下層の配線層を露出させ、その後、この連通穴を上層の配線層の材料で埋め込むと同時に上層の配線層を堆積形成するようになっている。そして、上述したように微細化の要請により線幅やホール（穴）径も更に小さくなされていることから、上記した上下の配線層間の接続構造に関しても、その電気抵抗をより下げる工夫がなされており、その一例として、上記連通穴の底部を下層の配線層の厚さ方向に所定の深さまで埋め込んで形成するように、この連通穴を埋め込む埋め込み材料と下層の配線層との接触抵抗をより小さくするようにした構造が採用されている。このような構造をいわゆるパンチスルー構造と称し、この作成方法を、いわゆるパンチスループロセスと称している。
【０００４】
上述したパンチスループロセスの一例を、図１２及び図１３を参照して説明する。図１２は半導体ウエハ上に形成された連通穴を埋め込む前の状態を示す図であり、図１２（Ａ）は平面図、図１２（Ｂ）は図１２（Ａ）中のＡ−Ａ線矢視断面図、図１２（Ｃ）は斜視図をそれぞれ示す。図１３は連通穴の埋め込み工程を示す図である。
この半導体ウエハＷは例えばシリコン基板よりなり、このシリコン基板の表面に、例えば銅よりなる下層の配線層２及びシリコン酸化膜等よりなる絶縁層４が順次積層されている。そして、この絶縁層４の表面に凹部５が形成されている。この凹部５には、ここでは上層の配線層を形成するための所定の幅の配線溝、すなわちトレンチ６となっており、このトレンチ６の底部に部分的に、上記絶縁層４を貫通して下層の配線層２へ連通されたビアホールやスルーホールとなる連通穴８が形成されている。この連通穴８の直径Ｌ１は非常に小さくて例えば６０〜２００ｎｍ程度であり、凹部５、すなわちトレンチ６の幅Ｌ２は例えば６０〜１０００ｎｍ程度である。
【０００５】
さて、上述したような連通穴８及びトレンチ６を埋め込むには、まず、図１３（Ａ）に示すように、トレンチ６内や連通穴８内の表面を含むウエハＷの表面全体に、下地層との密着性の向上や銅の絶縁層８への拡散防止やマイグレーションの発生阻止等を目的として金属膜よりなるバリヤ層１０を例えばプラズマスパッタ等により形成する。このバリヤ層１０は、例えばタンタル窒化膜（ＴａＮ膜）とタンタル膜（Ｔａ膜）との２層構造や、互いに成膜条件を異ならせて成膜したタンタル膜同士の２層構造が主として採用される。
【０００６】
次に、図１３（Ｂ）に示すように、例えば不活性ガスとしてＡｒガスを用いたプラズマエッチングを施して、上記連通孔８の底部に形成したバリヤ層１０を削り取り、更にその下地である下層の配線層２をエッチングし、これに所定の深さの削り込み凹部１２を形成する。
次に、図１３（Ｃ）に示すように、例えばスパッタを施すことにより、上記削り込み凹部１２や連通穴８やトレンチ６の内面を含む全表面に電気メッキのシード膜１４を非常に薄く形成する。ここでは上記シード膜１４としては、例えば後工程で銅メッキを行うことから銅（Ｃｕ）膜を用いる。
【０００７】
次に、図１３（Ｄ）に示すように、上記シード膜１４を起点として電気メッキを施して、上記削り込み凹部１２、連通穴８及びトレンチ６を上層の配線層１６の材料でそれぞれ埋め込む。この上層の配線層１６の材料としては、上述のように例えば銅を用いる。
図１３（Ｅ）に示すように、上面の不要な金属材料を研磨処理等によって削り取ることによって、下層の配線層２と電気的に接続された上層の配線層１６を形成することになる。
尚、上述したように、トレンチ６の底部にスルーホールやビアホールのような連通穴８を有して、その断面が２段階で段部状になされた凹部５の形状が、いわゆるデュアルダマシン（Ｄｕａｌ  Ｄａｍａｓｃｅｎ）構造と称される。
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−７７３６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、上述したような従来の成膜方法において、図１３（Ｂ）に示すようなプラズマエッチング工程では、例えば点Ｐ１に示すような角部においてはエッチングにより飛散するバリヤ層の粒子は特定の方向に絞られた角度範囲内で指向性を持って飛散する特性を有しており、この場合、線幅や溝幅がかなり広い場合には、特に問題は顕著にはならなかったが、前述したように溝幅等が１００ｎｍ程度まで小さくなると、上記特定の方向に飛散する粒子が対向壁面に付着してここに堆積突起物１８を形成する場合があった。このように堆積突起物１８が発生すると、次の図１３（Ｃ）に示すプラズマスパッタ工程において、スパッタ粒子の指向性が高いことから上記堆積突起物１８の影となる部分が発生して、いわゆるシャドーイング現象が発生して、上記堆積突起物１８の影部２０にシード膜１４が付着しなくなる、といった問題があった。このようにシード膜１４の付着しない部分が発生すると、図１３（Ｄ）に示すように、この部分に空洞、すなわちボイド２２が発生して好ましくない。
【００１０】
また図１４は幅Ｌ２が種々異なる凹部５（トレンチ６）の態様を示す図であるが、半導体ウエハＷの表面には、実際には、図１４に示すように、幅Ｌ２が種々異なる凹部５が多種類存在しており、この場合、連通穴８（この直径Ｌ１は同じ）のアスペクト比は同じであってもトレンチ６のアスペクト比が異なると連通穴８の底部から上方を見通す角度θ１、θ２が図中に示すように異なる（θ１＜θ２）ので、凹部の最下層である連通穴８の底部に堆積するバリヤ層１０の厚さＨ１、Ｈ２がそれぞれ異なってしまう。このため、上記バリヤ層１０の厚さＨ１、Ｈ２の相異に起因して、このバリヤ層を削り取って底部に形成される削り込み凹部１２の深さにバラツキが生じてしまって好ましくない、という問題があった。
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、バリヤ膜等の金属膜の成膜時のプロセス条件を適切に選択することにより、凹部の最下層の底部のみを選択的に削り取りつつ凹部内の表面を含む被処理体の表面全域に金属膜を形成することができ、しかも凹部の幅に依存することなく同じ深さだけ底部を削り取って同じ深さの削り込み凹部を形成することができる金属膜の成膜方法及び成膜装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者等は、プラズマスパッタ処理により金属膜を成膜する際に、バイアス電圧や金属ターゲットへの直流電力やプラズマ電力等のプロセス条件を適宜調整して金属粒子の中性原子と金属粒子イオンとの比率を制御することにより、半導体ウエハの表面を含むウエハ表面全域に金属膜を形成することができる、という知見を得ることにより本発明に至ったものである。
【００１２】
請求項１に係る発明は、不活性ガスをプラズマ化することにより形成されたプラズマにより真空引き可能になされた処理容器内で金属ターゲットをイオン化させて金属イオンを含む金属粒子を発生させ、該金属粒子を前記処理容器内の載置台上に載置した被処理体にバイアス電力により引き込んで、表面に凹部が形成されると共に該凹部の底部に配線層を有している前記被処理体の表面に金属膜を形成する成膜方法において、前記凹部内の表面を含む前記被処理体の表面に下地膜を形成する下地膜形成工程と、前記被処理体の上面において前記金属粒子による成膜量と不活性ガスのプラズマによるエッチング量とが同じになるように条件設定してプラズマスパッタすることにより前記被処理体の表面に金属膜を形成することなく前記凹部の底部の前記下地膜と前記配線層とを削って前記配線層に削り込み凹部を形成する第１ステップと、前記被処理体の上面において前記金属粒子による成膜量が不活性ガスのプラズマによるエッチング量よりも大きくなるように条件設定してプラズマスパッタすることにより前記削り込み凹部の底部を更に削り取ると共に前記削り込み凹部を除いて前記凹部内の表面を含む被処理体の表面全体に金属膜を形成する第２ステップと、を有することを特徴とする金属膜の成膜方法である。
【００１３】
この発明によれば、バリヤ膜等の金属膜の成膜時のプロセス条件を適切に選択することにより、凹部の最下層の底部のみを選択的に削り取りつつ凹部内の表面を含む被処理体の表面全域に金属膜を形成することができ、しかも凹部の幅に依存することなく同じ深さだけ底部を削り取って同じ深さの削り込み凹部を形成することができる。
【００１４】
請求項２に係る発明は、不活性ガスをプラズマ化することにより形成されたプラズマにより真空引き可能になされた処理容器内で金属ターゲットをイオン化させて金属イオンを含む金属粒子を発生させ、該金属粒子を前記処理容器内の載置台上に載置した被処理体にバイアス電力により引き込んで、表面に凹部が形成されると共に該凹部の底部に配線層を有している前記被処理体の表面に金属膜を形成する成膜方法において、前記凹部内の表面を含む前記被処理体の表面に下地膜を形成する下地膜形成工程と、前記被処理体の上面において前記金属粒子による成膜量と不活性ガスのプラズマによるエッチング量とが同じになるように条件設定してプラズマスパッタすることにより前記被処理体の表面に金属膜を形成することなく前記凹部の底部の前記下地膜と前記配線層とを削って前記配線層に削り込み凹部を形成する第１ステップと、前記被処理体の上面において不活性ガスによるエッチングが起きず、且つ金属イオンが引き込まれるように条件設定してプラズマスパッタすることにより前記削り込み凹部内を含む被処理体の表面全体に金属膜を形成する補助ステップと、を有することを特徴とする金属膜の成膜方法である。
【００１５】
この場合、例えば請求項３に規定するように、前記第１及び第２ステップでは、プラズマ電力、前記金属ターゲットへ印加する直流電力及び前記バイアス電力の一部、或いは全部をコントロールすることにより条件設定される。
また例えば請求項４に規定するように、前記第１ステップ及び前記補助ステップでは、プラズマ電力、前記金属ターゲットへ印加する直流電力及び前記バイアス電力の一部、或いは全部をコントロールすることにより条件設定される。
また例えば請求項５に規定するように、前記プラズマ電力は５００〜６０００ワットの範囲内、前記直流電力は１００〜１２０００ワットの範囲内及び前記バイアス電力は１００〜２０００ワットの範囲内である。
【００１６】
また例えば請求項６に規定するように、前記下地膜と前記金属膜とで２層構造のバリヤ層が形成されている。
また例えば請求項７に規定するように、前記下地膜はＴａＮ膜であり、前記金属膜はＴａ膜である。
また例えば請求項８に規定するように、前記下地膜はＴａ膜であり、前記金属膜は前記下地膜とは成膜条件の異なるＴａ膜である。
また例えば請求項９に規定するように、前記凹部には、ビアホールまたはスルーホールとなる連通穴が設けられて２段階の段部状になされている。
また例えば請求項１０に規定するように、前記凹部はビアホールまたはスルーホールとなる連通穴である。
【００１７】
請求項１１に係る発明は、真空引き可能になされた処理容器と、表面に凹部の形成された被処理体を載置するための載置台と、前記処理容器内へ少なくとも不活性ガスを含む所定のガスを導入するガス導入手段と、プラズマ電力により前記処理容器内へプラズマを発生させるためのプラズマ発生源と、前記処理容器内に設けられて直流電力が印加されると共に、前記プラズマによりイオン化されるべき金属ターゲットと、前記載置台に対して所定のバイアス電力を供給するバイアス電源と、装置全体を制御する装置制御部と、を有する成膜装置において、前記装置制御部は、前記被処理体の上面において金属粒子による成膜量と不活性ガスのプラズマによるエッチング量とが同じになるように条件設定してプラズマスパッタすることにより前記被処理体の表面に金属膜を形成することなく前記凹部の底部の下地膜と配線層とを削って前記配線層に削り込み凹部を形成する第１ステップと、前記被処理体の上面において前記金属粒子による成膜量が不活性ガスのプラズマによるエッチング量よりも大きくなるように条件設定してプラズマスパッタすることにより前記削り込み凹部の底部を更に削り取ると共に前記削り込み凹部を除いて前記凹部内の表面を含む被処理体の表面全体に金属膜を形成する第２ステップと、を行なうように装置全体を制御することを特徴とする成膜装置である。
請求項１２に係る発明は、真空引き可能になされた処理容器と、表面に凹部の形成された被処理体を載置するための載置台と、前記処理容器内へ少なくとも不活性ガスを含む所定のガスを導入するガス導入手段と、プラズマ電力により前記処理容器内へプラズマを発生させるためのプラズマ発生源と、前記処理容器内に設けられて直流電力が印加されると共に、前記プラズマによりイオン化されるべき金属ターゲットと、前記載置台に対して所定のバイアス電力を供給するバイアス電源と、装置全体を制御する装置制御部と、を有する成膜装置において、前記装置制御部は、前記被処理体の上面において金属粒子による成膜量と不活性ガスのプラズマによるエッチング量とが同じになるように条件設定してプラズマスパッタすることにより前記被処理体の表面に金属膜を形成することなく前記凹部の底部の下地膜と配線層とを削って前記配線層に削り込み凹部を形成する第１ステップと、前記被処理体の上面において不活性ガスによるエッチングが起きず、且つ金属イオンが引き込まれるように条件設定してプラズマスパッタすることにより前記削り込み凹部内を含む被処理体の表面全体に金属膜を形成する補助ステップと、を行なうように装置全体を制御することを特徴とする成膜装置である。
【００１８】
この場合、例えば請求項１３に規定するように、前記装置制御部は、プラズマ電力、前記金属ターゲットへ印加する直流電力及び前記バイアス電力の一部、或いは全部をコントロールするように制御する。
【００１９】
本発明の関連技術は、不活性ガスをプラズマ化することにより形成されたプラズマにより真空引き可能になされた処理容器内で金属ターゲットをイオン化させて金属イオンを含む金属粒子を発生させ、該金属粒子を前記処理容器内の載置台上に載置した被処理体にバイアス電力により引き込んで表面に凹部が形成されている前記被処理体の表面に金属膜を形成する成膜装置を用いて金属膜を形成するに際して、前記凹部の最下層の底部を削って削り込み凹部を形成しつつ前記凹部内の表面を含む前記被処理体の表面の全体に前記金属膜を形成する金属膜形成工程を行うように制御するコンピュータ用のプログラムを記憶する記憶媒体である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る金属膜の成膜方法及び成膜装置によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
バリヤ膜等の金属膜の成膜時のプロセス条件を適切に選択することにより、凹部の最下層の底部のみを選択的に削り取りつつ凹部内の表面を含む被処理体の表面全域に金属膜を形成することができ、しかも凹部の幅に依存することなく同じ深さだけ底部を削り取って同じ深さの削り込み凹部を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に、本発明に係る成膜方法及び成膜装置の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図１は本発明に係る成膜装置の一例を示す断面図である。ここでは成膜装置としてＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）型プラズマスパッタ装置を例にとって説明する。図示するように、この成膜装置３２は、例えばアルミニウム等により筒体状に成形された処理容器３４を有している。この処理容器３４は接地され、この底部３６には排気口３８が設けられて、スロットルバルブ４０を介して真空ポンプ４２により真空引き可能になされている。
この処理容器３４内には、例えばアルミニウムよりなる円板状の載置台４４が設けられると共に、この上面に静電チャック４６が設置されており、この静電チャック４６上に被処理体である半導体ウエハＷを吸着して保持できるようになっている。尚、この静電チャック４６には、図示しない吸着用の直流電圧が必要に応じて印加される。この載置台４４は、この下面の中心部より下方へ延びる支柱４８により支持されており、この支柱４８の下部は、上記容器底部３６を貫通している。そして、この支柱４８は、図示しない昇降機構により上下移動可能になされており、上記載置台４４自体を昇降できるようにしている。
【００２２】
上記支柱４８を囲むようにして伸縮可能になされた蛇腹状の金属ベローズ５０が設けられており、この金属ベローズ５０は、その上端が上記載置台４４の下面に気密に接合され、また下端が上記底部３６の上面に気密に接合されており、処理容器３４内の気密性を維持しつつ上記載置台４４の昇降移動を許容できるようになっている。この載置台４４には、ウエハＷを冷却する冷媒を流す冷媒循環路５２が形成されており、この冷媒は支柱４８内の図示しない流路を介して給排されている。また容器底部３６には、これより上方に向けて例えば３本（図示例では２本のみ記す）の支持ピン５４が起立させて設けられており、また、この支持ピン５４に対応させて上記載置台４４にピン挿通孔５６が形成されている。従って、上記載置台４４を降下させた際に、上記ピン挿通孔５６を貫通した支持ピン５４の上端部でウエハＷを受けて、このウエハＷを外部より侵入する図示しない搬送アームとの間で移載ができるようになっている。このため、処理容器３４の下部側壁には、上記搬送アームを侵入させるために開閉可能になされたゲートバルブ５８が設けられている。
またこの載置台４４に設けた上記静電チャック４６には、配線６０を介して例えば１３．５６ＭＨｚ高周波を発生する高周波電源よりなるバイアス電源６２が接続されており、上記載置台４４に対して所定のバイアス電力を印加できるようになっている。またこのバイアス電源６２はその出力されるバイアス電力を必要に応じて制御できるようになっている。
【００２３】
一方、上記処理容器３４の天井部には、例えば窒化アルミニウム等の誘電体よりなる高周波に対して透過性のある透過板６４がＯリング等のシール部材６６を介して気密に設けられている。そして、この透過板６４の処理容器３４内の処理空間６８に例えばプラズマガスとしてのＡｒガスをプラズマ化してプラズマを発生するためのプラズマ発生源７０が設けられる。尚、このプラズマガスとして、Ａｒに代えて他の不活性ガス、例えばＨｅ、Ｎｅ等を用いてもよい。具体的には、上記プラズマ発生源７０は、上記透過板６４に対応させて設けた誘導コイル部７２を有しており、この誘導コイル部７２には、プラズマ発生用の例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電源７４が接続されて、上記透過板６４を介して処理空間６８に高周波を導入できるようになっている。ここで、この高周波電源７４より出力されるプラズマ電力も必要に応じて制御できるようになっている。
【００２４】
また上記透過板６４の直下には、導入される高周波を拡散させる例えばアルミニウムよりなるバッフルプレート７６が設けられる。そして、このバッフルプレート７６の下部には、上記処理空間６８の上部側方を囲むようにして例えば断面が内側に向けて傾斜されて環状（截頭円錐殻状）になされた金属ターゲット７８が設けられており、この金属ターゲット７８には可変直流電源８０が接続されている。従って、この可変直流電源８０から出力される直流電力も必要に応じて制御できるようになっている。ここでは金属ターゲット７８として例えばタンタル金属や銅等が用いられ、これら金属はプラズマ中のＡｒイオンにより金属原子、或いは金属原子団としてスパッタされると共に、プラズマ中を通過する際に多くはイオン化される。
またこの金属ターゲット７８の下部には、上記処理空間６８を囲むようにして例えばアルミニウムよりなる円筒状の保護カバー８２が設けられており、この保護カバー８２は接地されると共に、この下部は内側へ屈曲されて上記載置台４４の側部近傍に位置されている。また処理容器３４の底部には、この処理容器３４内へ必要とされる所定のガスを導入するガス導入手段として例えばガス導入口８４が設けられる。このガス導入口８４からは、プラズマガスとして例えばＡｒガスや他の必要なガス例えばＮ２ ガス等が、ガス流量制御器、バルブ等よりなるガス制御部８６を通して供給される。
【００２５】
ここで成膜装置３２の各構成部は、例えばコンピュータ等よりなる装置制御部８８に接続されて制御される構成となっている。具体的には装置制御部８８は、バイアス電源６２、プラズマ発生用の高周波電源７４、可変直流電源８０、ガス制御部８６、スロットルバルブ４０、真空ポンプ４２等の動作を制御し、本発明の金属膜を成膜する時に次のように動作する。
まず装置制御部８８の支配下で、真空ポンプ４２を動作させることにより真空にされた処理容器３４内に、ガス制御部８６を動作させつつＡｒガスを流し、スロットルバルブ４０を制御して処理容器３４内を所定の真空度に維持する。その後、可変直流電源８０を介して直流電力を金属ターゲット７８に印加し、更に高周波電源７４を介して誘導コイル部７２に高周波電力（プラズマ電力）を印加する。
【００２６】
一方、装置制御部８８はバイアス電源６２にも指令を出し、載置台４４に対して所定のバイアス電力を印加する。このように制御された処理容器３４内においては、金属ターゲット７８、誘導コイル部７２に印加されたプラズマ電力によりアルゴンプラズマが形成されてアルゴンイオンが生成され、これらイオンは金属ターゲット７８に衝突し、この金属ターゲット７８がスパッタされて金属粒子が放出される。
また、スパッタされた金属ターゲット７８からの金属粒子である金属原子、金属原子団はプラズマ中を通る際に多くはイオン化される。ここで金属粒子は、イオン化された金属イオンと電気的に中性な中性金属原子とが混在する状態となって下方向へ飛散して行く。そして、特に金属イオンは、載置台４４に印加されたバイアス電力に引きつけられ、ウエハＷに対し指向性の高い金属イオンとして載置台４４上のウエハＷに堆積する。
【００２７】
後述するように、装置制御部８８は、例えばバイアス電源６２に大きな出力を出す指令を与えることによりプラズマ中のＡｒイオンにおいても載置台４４側に引きつけることが可能となり、成膜とスパッタエッチングの両方が同時に起きることが達成される。ここで装置各構成部の制御は、装置制御部８８により、所定の条件で金属膜の成膜が行われるように作成されたプログラムに基づいて制御されるようになっている。この際、例えばフロッピーディスク(登録商標)（ＦＤ）やコンパクトディスク（登録商標）（ＣＤ）、フラッシュメモリー等の記憶媒体９０に、各構成部の制御を行うための命令を含むプログラムを格納しておき、このプログラムに基づいて所定の条件で処理を行うように各構成部を制御させる。
【００２８】
次に、以上のように構成された成膜装置３２を用いて行われる本発明の成膜方法について説明する。
図２はスパッタエッチングの角度依存性を示すグラフ、図３はバイアス電力とウエハ上面の成膜量との関係を示すグラフ、図４は本発明方法の第１実施例を説明するためのフローチャートを示す図である。
まず本発明方法の特徴は、一連の成膜処理の内の特定の工程において、プラズマによるスパッタ成膜により金属膜を形成する際に、バイアス電力、直流電力、プラズマ電力等を適切な大きさに制御することにより、金属イオンに対する引き込みによる成膜とプラズマガス（Ａｒイオン）によるスパッタエッチングとが同時に生ずるようにし、しかも、凹部の最下層の底部が削り取られるような状態に設定し、半導体ウエハに形成されている凹部の最下層の底部を削り取って削り込み凹部を形成しつつ表面に金属膜を堆積させるようにした点である。具体的には、この時のバイアス電力は、金属ターゲット７８に対する対向面、すなわち図１においてはウエハの上面に関して、金属イオンに対する引き込みによる成膜レートとプラズマガス（Ａｒ＋ ）によるスパッタエッチングのエッチングレートとが略均衡するような大きさに設定される。
【００２９】
この点について更に詳しく説明する。
まず、成膜量を考慮しないでプラズマガスによるスパッタエッチングのエッチングレートについてその特性を検討すると、スパッタ面の角度とエッチングレートとの関係は図２に示すグラフのようになる。ここでスパッタ面の角度とは、スパッタ面の法線がスパッタガス（Ａｒイオン：Ａｒ＋ ）の入射方向（図１中では下向き方向）となす角度を指し、例えばウエハ上面及び凹部５（図１２参照）の底部は共に”０度”であり、凹部側壁は”９０度”である。
このグラフから明らかなように、ウエハ上面（スパッタ面の角度＝０度）はある程度スパッタエッチングが行われ、凹部の側壁（スパッタ面の角度＝９０度）はほとんどスパッタエッチングが行われず、また凹部の開口の角部（スパッタ面の角度＝４０〜８０度近傍）はかなり激しくスパッタエッチングされることが判る。
【００３０】
さて、図１に示すようなＩＣＰ型スパッタ装置よりなる成膜装置では、ウエハＷ側に印加するバイアス電力とウエハ上面（凹部の側壁ではない）に堆積する成膜量との関係は図３に示すような関係となる。すなわち、一定のプラズマ電力及び金属ターゲット７８への一定の直流電力を加えている状況において、バイアス電力がそれ程大きくない場合には、金属イオンの引き込み及び中性金属原子によって高い成膜量が得られるが、バイアス電力が増加すると、ウエハ表面がバイアス電力により加速されたプラズマガスであるアルゴンイオンによりスパッタされる傾向が次第に強くなり（図２参照）、この結果、折角、堆積した金属膜がエッチングされてしまう。このエッチングは当然のこととしてバイアス電力が大きくなる程、激しくなる。従って、引き込まれる金属イオン及び中性金属原子による成膜レートとプラズマガスのイオンによるスパッタエッチングのエッチングレートとが同一になると、成膜とエッチングとが相殺されて、ウエハ上面の成膜量が”ゼロ”になり、この時の条件は図３中の点Ｘ１（バイアス電力：３５０Ｗ）に対応する。尚、図３中のバイアス電力や成膜量は単に一例を示したに過ぎず、プラズマ電力や直流電力を制御することによって、上記特性曲線は図３中の一点鎖線にて示すように変動する。
【００３１】
従来、この種のスパッタ装置で一般的に動作される条件は、領域Ａ１の部分であり、バイアス電力をあまり大きくせずに、高い成膜量（成膜レート）を稼ぐことができる領域であった。すなわち成膜量は、バイアスが零の時とほとんど変わらず（不活性ガスのプラズマによるエッチングは発生せず）に、且つ引き込まれる金属イオンが最大となる領域であり、凹部の底部においてもある程度の成膜量が稼げる領域である。これに対して、本発明方法の特定の金属膜形成工程では、引き込み金属イオン及び中性金属原子による成膜とプラズマガスによるスパッタエッチングとが同時に生ずる領域で行うようにしている。更に詳しくは、上述のようにウエハ上面において、引き込み金属イオン及び中性金属原子による成膜レートとプラズマガスによるスパッタエッチングのエッチングレートとが略均衡するような領域Ａ２で行う。ここで”略均衡”とは、ウエハ上面の成膜量が”ゼロ”の場合のみならず、領域Ａ１における成膜量と比較して３／１０程度までの僅かな膜厚で成膜量が生ずる場合も含むものである。
【００３２】
さて、以上のような現象を理解した上で、本発明に方法について説明する。
まず、図１において載置台４４を下方へ降下させた状態で処理容器３４のゲートバルブ５８を介して真空引き可能になされた処理容器３４内へウエハＷを搬入し、これを支持ピン５４上に支持させる。そして、この状態で載置台４４を上昇させると、この上面にウエハＷが受け渡され、このウエハＷが静電チャック４６により載置台４４の上面に吸着される。
そして、載置台４４上にウエハＷを載置して吸着固定したならば、成膜処理を開始する。この時、ウエハＷの上面には、図１２（Ｂ）において説明した構造と同じ構造の凹部５（図４（Ａ）参照）が予め搬入前に前工程で形成されている。すなわち、下層のＣｕよりなる配線層２上に絶縁層４が形成され、この絶縁層４に上記凹部５が形成されている。この凹部５は、溝状のトレンチ６（図１２（Ａ）参照）よりなり、この底部にビアホールやスルホールのような連通穴８が配線層２に届くように形成されており、凹部全体として２段階の段部状になされている。
【００３３】
まず、金属ターゲット７８としてここではタンタルが用いられており、処理容器３４内を所定の圧力に真空引きした後に、プラズマ発生源７０の誘導コイル部７２にプラズマ電力を印加し、且つバイアス電源６２より所定のバイアス電力を載置台４４の静電チャック４６に印加する。更に金属ターゲット７８には可変直流電源８０より所定の直流電力を印加して成膜を行う。まず最初に、図４（Ｂ）に示すように、下地膜１０Ａを形成する下地膜形成工程を行う。ここでは、ＴａＮ膜を形成するためにガス導入口８４よりプラズマガスである例えばＡｒガスの他に、窒化ガスとしてＮ２ ガスを処理容器３４内に供給する。これにより、図４（Ｂ）に示すように、ウエハＷの上面のみならず、凹部５内の側壁や底面にも略均一に下地膜１０ＡとしてＴａＮ膜を形成する。この時のバイアス電力は図３中の領域Ａ１であって従来の一般的な成膜条件と同じであり、具体的には１００Ｗ（ワット）程度である。
【００３４】
上記のように下地膜１０Ａの形成が完了したならば、次に金属膜としてＴａ膜を形成するために本発明の特徴とする金属膜形成工程を行う。すなわち、この金属膜形成工程では、バイアス電力を増加して図３中の領域Ａ２内に設定する。この第１実施例では上記金属膜形成工程は、上記凹部５以外のウエハＷの表面において上記金属粒子による成膜量と不活性ガスのプラズマによるエッチング量とが実質的に同じになるように条件設定された第１ステップと、上記凹部５以外のウエハＷの表面において上記金属粒子による成膜量が不活性ガスのプラズマによるエッチング量よりも僅かに大きくなるように条件設定された第２ステップとにより構成している。
【００３５】
まず、第１ステップではウエハ上面の成膜量を”ゼロ”に設定するためにバイアス電力を図３中のポイントＸ１に設定する。この時のバイアス電力は、具体的には３５０Ｗである。尚、この時にガス導入口８４からはＮ２ ガスの供給は停止してＡｒガスのみを供給する。これにより、図４（Ｃ）に示すように、凹部５の最下層（連通穴８に相当）の底部が削り取られることによってＣｕよりなる配線層２の上面側が削られ、ここに削り込み凹部１２が形成されるが、他の表面、すなわちウエハＷの最上面や段部中央の表面等には膜がほとんど形成されることはない。
【００３６】
この理由は次のように説明される。すなわち、上述のようにバイアス電力の大きさを図３中の領域Ａ２、詳しくは、ポイントＸ１に設定することにより、ウエハの上面では引き込まれる金属イオンと中性金属原子とによる成膜レートとプラズマガス（Ａｒ＋ ）によるスパッタエッチングのエッチングレートとが略均衡するので、結果的に金属膜の成膜量が略ゼロになるのに対して、凹部５の連通穴８の底部については、成膜レートよりもエッチングレートの方が大きくなるからであり、この結果、連通穴８の底部が削り込まれて行くことになる。上記した事項をウエハ単位面積について原子レベルで表記すると以下のようになる。
【００３７】
＜ウエハ上面＞
ΣＴａ＋ΣＴａ＋ ＝ΣＡｒ＋
＜連通穴８の底部＞
ΣＴａ＋ ＜ΣＡｒ＋
ここでＴａは中性金属原子を示し、Ｔａ＋ は金属イオンを示し、これらは共に金属膜の成膜に寄与する。これに対して、Ａｒ＋ はＡｒイオンであり、エッチングに寄与する。従って、ウエハ上面ではＴａもＴａ＋ も十分に到達し、またＡｒ＋ も十分に到達するので、結果的に成膜量は”ゼロ”になる。
これに対して、連通穴８の底部には、この穴径が非常に小さいことから、指向性の高いＴａ＋ とＡｒ＋ は到達するが、指向性の劣る中性金属原子であるＴａは到達し難くなっている。この結果、成膜に寄与するＴａが到達しない分だけ、連通穴８の底部は削り取られることになる。この時の削り取り量は第１ステップの処理時間を制御することによりコントロールする。尚、ここでは説明を簡単にするために、成膜されたＴａ、Ｔａ＋ の１個分は、それぞれＡｒ＋ １個の衝突により成膜された面より飛び出る（エッチングされる）と想定している。
【００３８】
この第１ステップが終了したならば、次に第２ステップへ移行する。この第２ステップではバイアス電力を、領域Ａ２内のポイントＸ１以外の点、例えばＡ３に設定して、領域Ａ１の場合の成膜レートと比較して遥かに少ない僅かな厚さの金属膜を形成する。この結果、図４（Ｄ）に示すように連通穴８の底部を除くウエハ表面の全体、すなわち、凹部５内の表面や連通穴８の側面に金属膜としてＴａ膜１０Ｂが成膜される。この場合にも連通穴８の底部は、前述した理由により成膜レートよりもエッチングレートの方が大きいので、Ｔａ膜が付着することなく更に削り取られて行くことになる。このため、削り込み凹部１２の窪み形状は更に大きくなる。すなわちウエハ上面において”ΣＴａ＋ΣＴａ＋ ＞ΣＡｒ＋ ”であり、連通穴８の底部において”ΣＴａ＋ ＜ΣＡｒ＋ ”となる。また、この場合の底部のエッチングレートは、ウエハ上面に僅かに膜が堆積するように、成膜に寄与する金属粒子をスパッタイオンより多くなるように設定した分だけ、上記第１ステップの場合よりは少し小さくなる。
【００３９】
このように本願における削り込み凹部形成工程では、上記第１ステップにおいてウエハ表面における成膜量とスパッタエッチング量とが釣り合っているので、図４（Ｃ）のプロセス終了後においても図４（Ｂ）における下地膜１０Ａの厚みは変わらない。このため下地膜１０Ａとしては、削り込み凹部の穴の深さによらず、その厚みがウエハ表面において例えば３．５ｎｍ、連通穴８の底部において１．０ｎｍと、１０ｎｍ以下であり、より好ましい５ｎｍ以下の極薄に設定されている。
【００４０】
一方、従来における削り込み凹部形成工程では、図１３（Ａ）においてバリヤ層１０の厚みは、削り込み凹部の穴の深さにより変わりその深さを５０ｎｍ程度とした場合、ウエハ表面において６０ｎｍ位必要となる。これは図１３（Ｂ）のＡｒエッチングプロセスにて、ウエハ表面も同時にエッチングされるからである。さらにウエハ表面で６０ｎｍの下地膜が形成されていると、連通穴底部において１０ｎｍ〜２０ｎｍ程の厚みのバリヤ層が形成されるのは避けられず、これはエッチングプロセス（図１３（Ｂ））初期においては、削り込み凹部が形成されずバリヤ層のみがエッチングされることを示している。これは後述するように、削り込み凹部を形成する際に、銅よりなる下層の配線層２のエッチングレートが低下することにつながる。
【００４１】
また本願においては上記第１及び第２ステップを通じて、ウエハ表面における成膜量が略ゼロになるよう条件設定されているので、図１３（Ｂ）にて説明したように凹部の側面に堆積突起物１８が生ずることはない。またここで形成される削り込み凹部１２の深さは、連通穴底部の下地膜が極薄であることから、凹部の幅Ｌ２に関係なくウエハ面内において略均一化することが出来る。
【００４２】
このように、Ｔａ膜よりなる金属膜１０Ｂを形成することにより、ＴａＮ膜とＴａ膜の積層構造よりなるバリヤ層１０を形成したならば、このウエハＷを金属ターゲットがタンタルでなく銅により形成された図１に示す構成と同じ構成の成膜装置内へ搬入し、ここではプラズマ電力を図３中の領域Ａ１に設定して従来方法と同様な条件に設定し、図４（Ｅ）に示すようにウエハ上面のみならず、凹部５内の側壁及び底部にも薄く銅よりなるシード膜１４を形成する。
尚、上記のような銅の金属ターゲットが装着された成膜装置は、先のタンタルの金属ターゲットが装着された成膜装置に真空引き可能になされたトランスファチャンバを介して連結すればよく、半導体ウエハＷを大気に晒すことなく真空雰囲気中で両成膜装置間に亘って搬送することができる。
このようにして、シード膜１４を形成したならば、ウエハＷを成膜装置より取り出して、これに通常のメッキ処理を施すことにより、図４（Ｆ）に示すように凹部５内を銅よりなる配線層１６の材料により完全に埋め込むことになる。
【００４３】
次に、図４（Ｇ）に示すように、ウエハ上面の不要な部分を研磨により削り取り、上層の配線層１６の形成を完了することになる。
このように、上記実施例においては、バリヤ膜等の金属膜の成膜時のプロセス条件を適切に選択することにより、凹部５の最下層の底部のみを選択的に削り取りつつ凹部５内の表面を含む被処理体であるウエハＷの表面全域に金属膜を形成することができ、しかも凹部５の幅に依存することなく同じ深さだけ底部を削り取って同じ深さの削り込み凹部５を形成することができる。
【００４４】
ここで上記金属膜形成工程（第１及び第２ステップ）の設定条件、すなわち図３中において領域Ａ２内を実現できる設定条件は以下の通りである。
プラズマ電力：５００〜６０００Ｗ
直流電力    ：１００〜１２０００Ｗ
バイアス電力：１００〜２０００Ｗ
実際には、前述したように、上記３つの条件を適宜選択することにより、領域Ａ２内に動作点を設定することになる。この場合、領域Ａ２以外の部分に動作点を設定すると削り込み凹部１２が十分に形成されないので、いわゆるパンチスルー構造を形成することができなくなってしまう。
また、他のプロセス条件として、Ａｒガスの流量は５０〜１０００ｓｃｃｍ程度の範囲内、プロセス圧力は０．００１Ｔｏｒｒ（０．１Ｐａ）〜０．１Ｔｏｒｒ（１３．３Ｐａ）程度の範囲内である。
【００４５】
また上記下地膜形成工程では、下地膜１０ＡとしてＴａＮ膜を形成した場合を例にとって説明したが、これに代えて、下地膜１０ＡとしてＴａ膜を形成するようにしてもよい。この場合には、下地膜１０ＡとなるＴａ膜上にＴａ膜１０Ｂが形成されるので、成膜条件の異なるＴａ膜同士の２層構造で、バリヤ層１０が形成されることになる。
また上記実施例では、図４（Ｃ）に示す工程において、動作点を図３中のポイントＸ１に設定してＴａ膜を堆積させることなく削り込み凹部１２を形成するようにしたが、これに限定されず、例えば第２実施例として、上記図４に示すフローチャート中において、この図４（Ｃ）に示す工程を行わず、図４（Ｂ）に示す工程より直接的に図４（Ｄ）に示す工程へ移行し、削り込み凹部１２を形成すると同時にＴａ膜１０Ｂを堆積させるようにしてもよい。すなわち、この第２実施例では、図４（Ｂ）に示す工程を行ったならば、図４（Ｃ）に示す第１ステップを行うことなく直ちに図４（Ｄ）に示す第２ステップを行うようにしている。
図５は上述したような本発明方法の第２実施例を説明するためのフローチャートである。尚、図中、図４に示す構成部分と同一構成部分については同一参照符号を付してある。ここで図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は図４（Ａ）及び図４（Ｂ）にそれぞれ対応し、図５（Ｃ）〜図５（Ｆ）は図４（Ｄ）〜図４（Ｇ）にそれぞれ対応する。この場合は、図５（Ｂ）に示すＴａＮの成膜工程から、第１ステップを行うことなく図５（Ｃ）に示す第２ステップへ直接移行するようにしている。この場合には、第１ステップを行わないので、その分、削り込み凹部１２の深さは浅くなるが、逆に、第１ステップを行わない分だけ処理時間を短縮することができる。
【００４６】
ここで、本発明方法と従来方法により形成した削り込み凹部について評価を行ったので、その評価結果について説明する。
図６は本発明方法と従来方法により形成した削り込み凹部を示す電子顕微鏡写真である。尚、各写真には理解を容易にするためにその模式図が併記してある。また、ここでは凹部は２段階の段部状ではなく１段の凹部として形成されている。
図６（Ａ）は従来方法により形成した削り込み凹部を示し、図６（Ｂ）は本発明方法により形成した削り込み凹部を示す。
図６から明らかなように、図６（Ａ）に示す場合には、凹部５の上端開口部に堆積突起物１８が形成されて好ましくない。これに対して、図６（Ｂ）に示す本発明方法の場合には、堆積突起物１８は生じておらず、良好な状態で削り込み凹部１２を形成できることが確認できた。
【００４７】
次に、凹部５の底部に形成される削り込み凹部１２のアスペクト比の依存性について評価を行ったので、その評価結果について説明する。
図７は凹部のアスペクト比と底部の銅エッチングレートとの関係を示すグラフである。ここでも凹部は２段階の段部状ではなく１段の凹部として形成されたものを用いた。図７において、特性Ａは従来方法の場合を示し、特性Ｂは本発明方法の場合を示している。
【００４８】
具体的には従来方法においては、種々のアスペクト比を持つ凹部に対し、ウエハ表面にて略６０ｎｍのバリヤ層をプラズマスパッタし、その後所定時間Ａｒエッチングを施した。この時形成される削り込み凹部の深さを測定し、銅のエッチングレートとした。また本発明方法においては、種々のアスペクト比を持つ凹部に対し、ウエハ表面にて略４ｎｍの下地膜をプラズマスパッタし、その後、上記従来方法と同じ所定時間だけ本発明の特徴的な第１ステップ（図４（Ｃ）相当）を施した。さらにこの時形成される削り込み凹部の深さを測定し、銅のエッチングレートとした。
【００４９】
図７から明らかなように、特性Ａ、Ｂのいずれにおいてもアスペクト比が小さい時には、アスペクト比が大きい場合に較べて凹部底部への成膜量が増えることから銅のエッチングレートが減少する。また、特性Ａに示す従来方法の場合は、アスペクト比が増加するに従って銅のエッチングレートが変化しており、従って、アスペクト比の相異によって削り込み凹部１２の深さが変化することを意味し、好ましくないことが判る。これに対して、特性Ｂに示す本発明方法の場合には、アスペクト比が２以下では銅のエッチングレートが大きく変化しているが、アスペクト比２以上では銅のエッチングレートは略一定になっているのが判る。
【００５０】
ここで一般的な凹部５では、アスペクト比は２以上が多いので、従って、本発明方法によれば、アスペクト比に関係なく、削り込み凹部１２の深さを略均一化でき、良好な結果を得られることが確認できた。このように、削り込み凹部１２の深さは、凹部５の形状による影響を受けないので、いわゆるストラクチャーセンシティビティを大幅に抑制することができる。
また上記実施例では図４（Ｄ）に示す工程でＴａ膜１０Ｂを形成した後に、図４（Ｅ）に示す工程でシード膜１４を形成するようにしたが、これに限定されず、上記両工程間において不活性ガス、例えばＡｒガスによるエッチング工程を施し、削り込み凹部１２の断面形状を改善するようにしてもよい。この断面積の改善結果は図８に示されており、図８は削り込み凹部１２を示す拡大断面図である。すなわち図４（Ｄ）に示すＴａ膜１０Ｂの形成工程の次に、例えばＡｒガスを用いたプラズマエッチング工程を施して、削り込み凹部１２の底部をより拡大して断面逆台形状に成形し、凹部１２の埋め込み材料との接触面積や密着度を改良し、接触抵抗をより小さくしている。この場合、Ｔａ膜１０Ｂは削らないで、配線層２であるＣｕ材料のみ削る必要があるが、これはバイアス電力を調整することにより行う。
【００５１】
すなわち、図９はバイアス電力に対するＴａ膜とＣｕ材料とのエッチングレートの依存性の一例を示すグラフである。この図９から明らかなように、バイアス電力が４０ワット以上でＣｕ材料はエッチングが始まり、またバイアス電力が１００ワット以上でＴａ膜のエッチングが始まる。従って、図９に示す場合には、バイアス電力を４０〜１００ワットの範囲内である領域Ｙに設定することにより、Ｔａ膜を削り取ることなくＣｕ材料のみを選択してエッチングできることが確認できる。尚、この図９に示す特性直線は、他のプラズマ電力等の大きさによって左右方向へ移動するので、領域Ｙはそれに伴って変動することになる。
【００５２】
また、第３実施例として次のように行ってもよい。すなわち、先の第１実施例では図４（Ｃ）に示す第１ステップ及び図４（Ｄ）に示す第２ステップを共に行うようにしたが、この第３実施例では、図４（Ｃ）に示す第１ステップを行った後、図４（Ｄ）に示す第２ステップを行うことなく図４（Ｅ）に示す工程を直ちに行うようにしている。図１０は上述したような本発明方法の第３実施例を説明するためのフローチャートである。尚、図中、図４に示す構成部分と同一構成部分については同一参照符号を付してある。ここで図１０（Ａ）〜図１０（Ｃ）は図４（Ａ）〜図４（Ｃ）にそれぞれ対応し、図１０（Ｄ）〜図１０（Ｆ）は図４（Ｅ）〜図４（Ｇ）にそれぞれ対応する。
【００５３】
この場合には、図１０（Ｃ）に示す第１ステップから図１０（Ｄ）に示すシード膜１４の形成工程へ直接移行するようにしているので、見かけ上はバリヤ層１０はＴａＮ膜よりなる下地層１０Ａ単層となるように思われるが、実際には図４（Ｃ）に示す工程でトレンチ６の側壁や連通穴８の側壁に非常に僅かにＴａ膜（図示せず）が堆積することになる。その理由は、図２に示すように側壁おいてはほとんどスパッタエッチングされることはほとんど無い一方、Ｔａ・Ｔａ＋ は微量ではあるが側壁には堆積するからである。従って、この場合には、バリヤ層１０は、ＴａＮ膜よりなる下地膜１０と、この上に上述のように部分的に僅かに形成されるＴａ膜（図示せず）の２層構造となる。よって、このバリヤ層１０上にＣｕよりなるシート膜１４を後工程で形成した場合に、シード膜１４との密着性を高く維持することができる。
【００５４】
この第３実施例では、図４（Ｄ）に示す第２ステップの工程を省略した分だけ、処理時間を短くすることができる。
尚、この第３実施例においては下地膜１０ＡとしてＴａＮ膜を用いたが、これに限定されず、下地膜１０ＡとしてＴａ膜を用いてこれをバリヤ層１０とするようにしてもよい。すなわちバリヤ層１０としてＴａ膜単層とする。そして、このＴａ膜よりなるバリヤ層１０上に後工程においてＣｕよりなるシード膜１４を形成することにより、このシード膜１４との密着性を高く維持する。
【００５５】
また、第４実施例として次ように行ってもよい。すなわち、先の第１実施例では、図４（Ｄ）に示す第２ステップではバイアス電力を図３中の領域Ａ３に設定して金属粒子による成膜量が不活性ガスのプラズマによるエッチング量よりも僅かに大きくなるように条件設定したが、この第４実施例ではバイアス電力を領域Ａ１に設定して不活性ガスのプラズマによるエッチングが起きず、且つ金属イオンが最大限引き込まれるように条件設定することにより補助ステップを行なう。図１１は上述したような本発明方法の第４実施例を説明するためのフローチャートである。尚、図中、図４に示す構成部分と同一構成部分については同一参照符号を付してある。
【００５６】
ただし、この領域Ａ１における成膜レートは他の領域と比較してかなり大きいので、この補助ステップは非常に短時間だけ行い、堆積するＴａ膜の膜厚を非常に小さくする。このように領域Ａ１にてＴａ膜の成膜を行なうことにより、ウエハの上面や凹部の側面のみならず、削り込み凹部１２の底部にも少しＴａ膜１０Ｂが堆積することになる。この場合、例えばこの処理時間は、上記削り込み凹部１２の底部に堆積する膜厚Ｈ２が通常は１ｎｍ程度になるように設定し、最大でも３ｎｍ以下となるように設定する。この理由は、銅に比較して抵抗の大きなＴａ膜の厚さを小さくして下層との密着性を高く維持しつつ低抵抗化を促進するためである。
【００５７】
このように、図１１（Ｄ）に示す工程では、図３中の領域Ａ１を動作点としているので、バイアス電圧は低くなってイオンに対する引き込みがその分小さくなり、従って、ウエハ表面がスパッタされることが無くなり、ウエハが受けるスパッタによるダメージを抑制することができる。
また上述のように、削り込み凹部１２に底部におけるＴａ膜の膜厚Ｈ２は１ｎｍ程度なので、この部分における電気抵抗に対する悪影響も少なくて済むばかりか、下層のＣｕ層に対する密着性もほとんど劣化することなく、これを高く維持することができる。換言すれば、上記Ｔａ膜の膜厚Ｈ２の厚さも最大３ｎｍ程度と非常に薄いことから、下地の銅配線層２に対する密着性も良く、また、この部分の電気抵抗も小さく抑制することができる。
【００５８】
尚、上記各実施例では、凹部５の一部に連通穴８が形成されて、いわゆる２段階の段部状に形成された凹部５を例にとって説明したが、これに限定されず、凹部５自体がスルホールやビアホールの連通穴８となっている、いわゆる１段階の凹部にも本発明を適用することができる。
また、上記各実施例における各数値は単に一例を示したに過ぎず、これらに限定されないのは勿論である。また上記実施例では、全体としてバリヤ膜／シード膜の積層構造としてＴａＮ／Ｔａ／Ｃｕ、Ｔａ／Ｔａ／Ｃｕの積層構造を例にとって説明したが、この種の積層構造に限定されず、例えばＴｉＮ／Ｔｉ／Ｃｕ積層構造、ＴａＮ／Ｒｕ／Ｃｕ積層構造、Ｔｉ／Ｃｕ積層構造、更には、ＴｉＮ／Ｔｉ／Ｒｕ、Ｔｉ／Ｒｕ、ＴａＮ／Ｒｕ、ＴａＮ／Ｔａ／Ｒｕの各積層構造についても本発明方法を適用できるのは勿論である。
【００５９】
更に、各高周波電源の周波数も１３．５６ＭＨｚに限定されるものではなく、他の周波数、例えば２７．０ＭＨｚ等を用いることもできる。またプラズマ用の不活性ガスとしてはＡｒガスに限定されず、他の不活性ガス、例えばＨｅやＮｅ等を用いてもよい。
また、ここでは被処理体として半導体ウエハを例にとって説明したが、これに限定されず、ＬＣＤ基板、ガラス基板、セラミックス基板等にも本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明に係る成膜装置の一例を示す断面図である。
【図２】パッタエッチングの角度依存性を示すグラフである。
【図３】バイアス電力とウエハ上面の成膜量との関係を示すグラフである。
【図４】本発明方法の第１実施例を説明するためのフローチャートである。
【図５】本発明方法の第２実施例を説明するためのフローチャートである。
【図６】本発明方法と従来方法により形成した削り込み凹部を示す電子顕微鏡写真である。
【図７】凹部（連通穴を含む）のアスペクト比と底部の銅エッチングレートとの関係を示すグラフである。
【図８】削り込み凹部を示す拡大断面図である。
【図９】バイアス電力に対するＴａ膜とＣｕ材料とのエッチングレートの依存性の一例を示すグラフである。
【図１０】本発明方法の第３実施例を説明するためのフローチャートである。
【図１１】本発明方法の第４実施例を説明するためのフローチャートである。
【図１２】半導体ウエハ上に形成された連通穴を埋め込む前の状態を示す図である。
【図１３】連通穴の埋め込み工程を示す図である。
【図１４】幅が種々異なる凹部（トレンチ）の態様を示す図である。
【符号の説明】
【００６１】
２  下層の配線層
４  絶縁層
５  凹部
６  トレンチ（配線溝）
８  連通穴
１０  バリヤ層
１０Ａ  下地膜（ＴａＮ膜）
１０Ｂ  金属膜（Ｔａ膜）
１２  削り込み凹部
１４  シード膜
１６  上層の配線層
３２  成膜装置
３４  処理容器
４４  載置台
６２  バイアス電源
７０  プラズマ発生源
７２  誘導コイル部
７４  高周波電源
７８  金属ターゲット
８０  可変直流電源
８４  ガス導入手段
８８  装置制御部
Ｗ  半導体ウエハ（被処理体）
【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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