(57)【要約】【課題】  基板のトレンチの内部にコンフォーマル性の高い金属膜を形成することができ、又、下地膜にダメージを与えることなく金属膜を形成することができる金属膜作製装置及び金属膜作製方法を提供する。【解決手段】  塩素ラジカルと塩素ラジカルにより形成される金属塩化物との流束比を、格子状金属ターゲット１２、１３の開口率の制御による被エッチング部材１１の表面積の変化、加熱手段１４による被エッチング部材１１の温度の変化、支持台駆動手段６による基板３の高さの変化、ノズル１５からの原料ガスの流量の変化を適切に制御して、成膜の初期段階で金属塩化物の割合を多くし、時間とともに徐々に塩素ラジカルの割合を増加させて、トレンチの内部にコンフォーマル性の高い金属膜を形成し、又、下地膜にダメージを与えることなく金属膜を形成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力制御可能なチャンバと、
前記チャンバの底部に設けられ、基板が設置されると共に前記基板の温度制御が可能な支持台と、
前記基板の上方に対向して設けられ、複数の開口部を有する金属製の被エッチング部材と、
前記チャンバの上部に複数設けられ、前記被エッチング部材の上方側から、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、
前記チャンバの上方に設けられ、前記原料ガスのプラズマを発生させて、前記ハロゲンのラジカルを生成すると共に、前記被エッチング部材をエッチングして、前記被エッチング部材に含まれる金属成分の前駆体を生成するプラズマ発生手段と、
前記ハロゲンのラジカルと前記前駆体との流束比を、成膜中に制御する流束比制御手段とを備えたことを特徴とする金属膜作製装置。
【請求項２】
請求項１記載の金属膜作製装置おいて、
前記流束比制御手段は、前記被エッチング部材の表面積を成膜中に変化させる表面積制御手段を有することを特徴とする金属膜作製装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載の金属膜作製装置において、
前記流束比制御手段は、前記被エッチング部材と前記基板との距離を成膜中に変化させる距離制御手段を有することを特徴とする金属膜作製装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の金属膜作製装置において、
前記流束比制御手段は、前記被エッチング部材の温度を成膜中に変化させる加熱手段を有することを特徴とする金属膜作製装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の金属膜作製装置において、
前記流束比制御手段は、前記原料ガス供給手段が、前記原料ガスの流量を成膜中に変化するようにしたものであることを特徴とする金属膜作製装置。
【請求項６】
請求項５記載の金属膜作製装置において、
前記流束比制御手段は、前記原料ガス供給手段が、前記原料ガスを間欠的に供給する共に、供給時間を成膜中に変化するようにしたものであることを特徴とする金属膜作製装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の金属膜作製装置において、
前記原料ガスのプラズマの発光を検出するプラズマ発光検出手段を設け、
検出された発光量に応じて、前記ハロゲンのラジカルと前記前駆体との流束比を制御するようにしたことを特徴とする金属膜作製装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の金属膜作製装置において、
金属膜は、前記基板に形成されたトレンチ内に、コンフォーマルに形成されることを特徴とする金属膜作製装置。
【請求項９】
請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の金属膜作製装置において、
金属膜は、前記基板に形成された他の膜上に形成されることを特徴とする金属膜作製装置。
【請求項１０】
圧力制御可能なチャンバに基板を設置し、
前記チャンバ内に配設された金属製の被エッチング部材の上方から、ハロゲンを含有する原料ガスを供給すると共に、前記原料ガスのプラズマを発生させて、前記ハロゲンのラジカルを生成し、
前記ハロゲンのラジカルにより、前記被エッチング部材をエッチングして、前記被エッチング部材に含まれる金属成分の前駆体を生成し、
成膜中に前記ハロゲンのラジカルと前記前駆体との流束比を制御して、前記被エッチング部材の複数の開口部から前記基板へ供給し、
前記被エッチング部材より低い温度に制御された前記基板に、前記前駆体を成膜させると共に、成膜された前記前駆体を前記ハロゲンのラジカルにより還元して、金属膜を作製することを特徴とする金属膜作製方法。
【請求項１１】
請求項１０記載の金属膜作製方法において、
前記被エッチング部材の表面積を成膜中に変化させて、前記ハロゲンのラジカルと前記前駆体との流束比を制御することを特徴とする金属膜作製方法。
【請求項１２】
請求項１０又は請求項１１に記載の金属膜作製方法において、
前記支持台の高さを成膜中に変化させて、前記ハロゲンのラジカルと前記前駆体との流束比を制御することを特徴とする金属膜作製方法。
【請求項１３】
請求項１０乃至請求項１２のいずれかに記載の金属膜作製方法において、
前記被エッチング部材の温度を成膜中に変化させて、前記ハロゲンのラジカルと前記前駆体との流束比を制御することを特徴とする金属膜作製方法。
【請求項１４】
請求項１０乃至請求項１３のいずれかに記載の金属膜作製方法において、
前記原料ガスの流量を成膜中に変化させて、前記ハロゲンのラジカルと前記前駆体との流束比を制御することを特徴とする金属膜作製方法。
【請求項１５】
請求項１４記載の金属膜作製方法において、
前記原料ガスを間欠的に供給する共に、供給時間を成膜中に変化させることを特徴とする金属膜作製方法。
【請求項１６】
請求項１０乃至請求項１５のいずれかに記載の金属膜作製方法において、
前記原料ガスのプラズマの発光を検出し、検出された発光量に応じて、前記ハロゲンのラジカルと前記前駆体との流束比を制御することを特徴とする金属膜作製方法。
【請求項１７】
請求項１０乃至請求項１６のいずれかに記載の金属膜作製方法において、
前記基板に形成されたトレンチ内に、前記金属膜をコンフォーマルに形成することを特徴とする金属膜作製方法。
【請求項１８】
請求項１０乃至請求項１６のいずれかに記載の金属膜作製方法において、
前記基板に形成された他の膜上に、前記金属膜を形成することを特徴とする金属膜作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気相成長法により基板の表面に金属膜を作製する金属膜作製装置及び金属膜作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
チャンバ内において、塩素プラズマにより金属製の被エッチング部材をエッチングすることで、成膜前駆体である金属塩化物を発生させ、基板上に金属塩化物と塩素ラジカルを供給し、金属塩化物を還元して、基板上に金属膜を作製する方法が開示されている（塩素化金属還元法）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２１３４２４号公報
【特許文献２】特開２００３−２２６９７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記塩素化金属還元法では、基板上に平坦な金属膜を成膜する方法については述べられているが、基板上に形成された微細な穴(ミクロトレンチ)へのコンフォーマルな成膜の困難さやその解決方法については言及されていない。
そこで、従来の塩素化金属還元法よるトレンチ内への成膜における問題点を、図１３を用いて説明を行なう。
なお、図１３（ａ）は、従来の塩素化金属還元法におけるトレンチ内部での金属塩化物（ＭＣｌ）及び塩素ラジカル（Ｃｌ）の流束の変化を示す図であり、図１３（ｂ）は、トレンチでの成膜状態を示す図である。
【０００５】
一般的に、トレンチ内の分子の流束（フラックス）分布は、トレンチ内壁における表面反応に支配される。塩素ラジカルは金属塩化物よりも反応性が高いため、トレンチ内壁における表面反応や再結合による損失が大きく、トレンチ底部付近に近づくほど急激に流束が低下する。一方、金属塩化物は塩素ラジカルに比べて反応性が低いため、トレンチ内壁での損失が少なく、より多くの流束がトレンチ底部にまで到達する（図１３（ａ）参照）。
【０００６】
つまり、従来の塩素化金属還元法により、基板１０１に形成されたトレンチ１０２内へ成膜を行なう場合、トレンチ１０２の入口と底部で、金属塩化物と塩素ラジカルとの流束比が異なるために、入口付近ではエッチング過剰状態となり、成膜されないか、若しくは、下地の基板１０１をエッチングするおそれがあり、又、トレンチ１０２の底部では、塩素ラジカルが不足となり、金属塩化物が十分に還元されないおそれもあり、トレンチ１０２全体へのコンフォーマルな成膜が難しいという問題があった（図１３（ｂ）参照）。
【０００７】
又、従来の塩素化金属還元法では、基板上に到達する金属塩化物と塩素ラジカルのバランスにより、基板上に金属膜を形成させているため、形成する金属膜の下地に別種の金属膜等が存在する場合には、成膜初期に塩素ラジカルにより下地膜がエッチングされてしまうという問題があった。例えば、Ｃｕ膜の上にＴａ膜を成膜する場合には、下地のＣｕ膜がエッチングされることがあった。
【０００８】
本発明は上記課題に鑑みなされたもので、基板上に形成された微細な穴の内部に、コンフォーマルな金属膜を形成することができ、又、下地膜にダメージを与えることなく金属膜を形成することができる金属膜作製装置及び金属膜作製方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決する本発明に係る金属膜作製装置は、
圧力制御可能なチャンバと、
前記チャンバの底部に設けられ、基板が設置されると共に前記基板の温度制御が可能な支持台と、
前記基板の上方に対向して設けられ、複数の開口部を有する金属製の被エッチング部材と、
前記チャンバの上部に複数設けられ、前記被エッチング部材の上方側から、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、
前記チャンバの上方に設けられ、前記原料ガスのプラズマを発生させて、前記ハロゲンのラジカルを生成すると共に、前記被エッチング部材をエッチングして、前記被エッチング部材に含まれる金属成分の前駆体を生成するプラズマ発生手段と、
前記ハロゲンのラジカルと前記前駆体との流束比を、成膜中に制御する流束比制御手段とを備えたことを特徴とする。
例えば、ハロゲンのラジカルと、ハロゲンのラジカルにより形成された前駆体（金属ハロゲン化物）との流束比を、成膜の初期段階では、金属ハロゲン化物が多く、時間と共に徐々にハロゲンのラジカルが多くなるような制御を行う。
なお、上記流束比は、単位時間、単位体積あたりに通過するハロゲンラジカルの数と金属ハロゲン化物の数との比である。
【００１０】
上記課題を解決する本発明に係る金属膜作製装置は、
上記金属膜作製装置において、
前記流束比制御手段は、前記被エッチング部材の表面積を成膜中に変化させる表面積制御手段を有することを特徴とする。
つまり、ターゲットとなる被エッチング部材の表面積を成膜中に変化させることで、基板に到達する金属ハロゲン化物／ハロゲンラジカルの流束比を変化させる。
【００１１】
上記課題を解決する本発明に係る金属膜作製装置は、
上記金属膜作製装置において、
前記流束比制御手段は、前記被エッチング部材と前記基板との距離を成膜中に変化させる距離制御手段を有することを特徴とする。
例えば、支持台の高さを変化させる支持台駆動手段を設け、成膜中に基板の高さを変化させることで、基板に到達する金属ハロゲン化物／ハロゲンラジカルの流束比を変化させる。又、被エッチング部材の高さを成膜中に変化させるようにしてもよい。
【００１２】
上記課題を解決する本発明に係る金属膜作製装置は、
上記金属膜作製装置において、
前記流束比制御手段は、前記被エッチング部材の温度を成膜中に変化させる加熱手段を有することを特徴とする。
【００１３】
上記課題を解決する本発明に係る金属膜作製装置は、
上記金属膜作製装置において、
前記流束比制御手段は、前記原料ガス供給手段が、前記原料ガスの流量を成膜中に変化するようにしたものであることを特徴とする。
【００１４】
上記課題を解決する本発明に係る金属膜作製装置は、
上記金属膜作製装置において、
前記流束比制御手段は、前記原料ガス供給手段が、前記原料ガスを間欠的に供給する共に、供給時間を成膜中に変化するようにしたものであることを特徴とする。
例えば、供給用のバルブ等を時間軸に対してオン／オフすることで、所定流量の原料ガスを間欠的に供給し、そのオン／オフ時間の長さを各々変化させることで、供給時間を成膜中に変化させている。
【００１５】
上記課題を解決する本発明に係る金属膜作製装置は、
上記金属膜作製装置において、
前記原料ガスのプラズマの発光を検出するプラズマ発光検出手段を設け、
検出された発光量に応じて、前記ハロゲンのラジカルと前記前駆体との流束比を制御するようにしたことを特徴とする。
例えば、ハロゲンのプラズマの特徴的な発光波長の発光量を検出することで、ハロゲンラジカルの流束を予測して、基板に到達する金属ハロゲン化物／ハロゲンラジカルの流束比を制御するようにする。
【００１６】
上記課題を解決する本発明に係る金属膜作製装置は、
上記金属膜作製装置において、
金属膜が、前記基板に形成されたトレンチ内に、コンフォーマルに形成されることを特徴とする。
【００１７】
上記課題を解決する本発明に係る金属膜作製装置は、
上記金属膜作製装置において、
金属膜が、前記基板に形成された他の膜上に形成されることを特徴とする。
【００１８】
上記課題を解決する本発明に係る金属膜作製方法は、
圧力制御可能なチャンバに基板を設置し、
前記チャンバ内に配設された金属製の被エッチング部材の上方から、ハロゲンを含有する原料ガスを供給すると共に、前記原料ガスのプラズマを発生させて、前記ハロゲンのラジカルを生成し、
前記ハロゲンのラジカルにより、前記被エッチング部材をエッチングして、前記被エッチング部材に含まれる金属成分の前駆体を生成し、
成膜中に前記ハロゲンのラジカルと前記前駆体との流束比を制御して、前記被エッチング部材の複数の開口部から前記基板へ供給し、
前記被エッチング部材より低い温度に制御された前記基板に、前記前駆体を成膜させると共に、成膜された前記前駆体を前記ハロゲンのラジカルにより還元して、金属膜を作製することを特徴とする。
【００１９】
上記課題を解決する本発明に係る金属膜作製方法は、
上記金属膜作製方法において、
前記被エッチング部材の表面積を成膜中に変化させて、前記ハロゲンのラジカルと前記前駆体との流束比を制御することを特徴とする。
【００２０】
上記課題を解決する本発明に係る金属膜作製方法は、
上記金属膜作製方法において、
前記支持台の高さを成膜中に変化させて、前記ハロゲンのラジカルと前記前駆体との流束比を制御することを特徴とする。
【００２１】
上記課題を解決する本発明に係る金属膜作製方法は、
上記金属膜作製方法において、
前記被エッチング部材の温度を成膜中に変化させて、前記ハロゲンのラジカルと前記前駆体との流束比を制御することを特徴とする。
【００２２】
上記課題を解決する本発明に係る金属膜作製方法は、
上記金属膜作製方法において、
前記原料ガスの流量を成膜中に変化させて、前記ハロゲンのラジカルと前記前駆体との流束比を制御することを特徴とする。
【００２３】
上記課題を解決する本発明に係る金属膜作製方法は、
上記金属膜作製方法において、
前記原料ガスを間欠的に供給する共に、成膜中に供給時間を変化させることを特徴とする。
【００２４】
上記課題を解決する本発明に係る金属膜作製方法は、
上記金属膜作製方法において、
前記原料ガスのプラズマの発光を検出し、検出された発光量に応じて、前記ハロゲンのラジカルと前記前駆体との流束比を制御することを特徴とする。
【００２５】
上記課題を解決する本発明に係る金属膜作製方法は、
上記金属膜作製方法において、
前記基板に形成されたトレンチ内に、前記金属膜をコンフォーマルに形成することを特徴とする。
【００２６】
上記課題を解決する本発明に係る金属膜作製方法は、
上記金属膜作製方法において、
前記基板に形成された他の膜（下地膜）上に、前記金属膜を形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、基板に到達する金属ハロゲン化物／ハロゲンラジカルの流束比を制御するので、トレンチの入口付近が過剰にエッチングされることなく、トレンチ内部までコンフォーマルな金属膜を成膜することができる。
【００２８】
又、本発明によれば、原料ガスのプラズマの発光量を検出するので、プロセス状態に応じて、適切に金属ハロゲン化物／ハロゲンラジカルの流束比を制御することができ、その結果、トレンチの入口付近が過剰にエッチングされることなく、トレンチ内部までコンフォーマルな金属膜を成膜することができる。
【００２９】
又、本発明によれば、金属薄膜等の下地膜にダメージを与えることなく、所望の金属膜を成膜することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
本発明は、塩化金属還元法において、塩素プラズマ中で発生する金属塩化物と塩素ラジカルの流束比を、成膜の初期段階と途中において変化させることにより、トレンチの内部にコンフォーマル性の高い金属膜を形成し、又、下地膜にダメージを与えることなく金属膜を形成するものである。
【００３１】
具体的には、成膜の途中において、金属ターゲットとなる被エッチング部材の表面積及び温度、基板の高さ、原料ガスの流量(含有ハロゲン量)等を適切に制御することにより、金属塩化物／塩素ラジカルの流束比を変化させて、トレンチ底部までコンフォーマルな金属膜を形成するものである。このとき、成膜の初期段階で金属塩化物の割合を多くし、トレンチ入口付近に金属塩化物を多めに付着させ、エッチングに対する基板の保護膜を兼ねさせる。そして、時間とともに徐々に塩素ラジカルの割合を増加させ、高い濃度の塩素ラジカルをトレンチ底部まで到達させて、トレンチ内壁に付着した金属塩化物を還元して、コンフォーマルな成膜を行う。
【００３２】
又、同様に、成膜の途中において金属塩化物／塩素ラジカルの流束比を変化させ、成膜の初期段階では、塩素ラジカルの割合を少なくして、基板上に形成された他の下地膜のエッチングを抑制しながら、金属塩化物を付着させ、そして、時間と共に徐々に塩素ラジカルの割合を増加させて、下地膜上に付着した金属塩化物を還元することで、下地膜にダメージを与えることなく所望の金属膜の成膜を行う。
【００３３】
なお、実施例中では、原料ガスに含有されるハロゲンとして塩素を用いて説明を行うが、本発明では、塩素に限ることなく、フッ素、臭素、ヨウ素等を適用することが可能である。
【実施例１】
【００３４】
図１は、本発明に係る金属膜作製装置の実施形態の一例を示す構成図である。
【００３５】
図１に示すように、セラミクス等の絶縁材により円筒状に形成されたチャンバ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が設置される。支持台２にはヒータ４及び冷媒流通手段５が設けられ、図示しない温度制御手段により所定温度(例えば、基板３が１００℃から３００℃に維持される温度)に制御される。又、支持台２は、支持台駆動手段６により鉛直方向に移動可能に構成され、基板３の高さを変化させることができる。
【００３６】
チャンバ１の上面は開口部とされ、開口部はセラミクス等の絶縁材製の板状の天井板７によって塞がれている。天井板７の上方にはチャンバ１の内部をプラズマ化するためのプラズマアンテナ８が設けられ、プラズマアンテナ８は天井板７の面と平行な平面リング状に形成されている。又、プラズマアンテナ８には整合器９及び電源１０が接続されて高周波が供給され、これらのプラズマアンテナ８、整合器９及び電源１０によりプラズマ発生手段が構成される。
【００３７】
チャンバ１内には、金属製の被エッチング部材１１が基板３の上方に対向して配置されている。詳細については後述するが、本実施例では格子状に加工された２つの金属ターゲット１２、１３から構成され、固定された金属ターゲット１２に対して、チャンバ１の外部から移動可能に構成された金属ターゲット１３が平行移動することで、プラズマにさらされる表面積を変更可能としたものである。又、金属ターゲット１２、１３は、加熱手段１４により任意の温度に制御可能である。
【００３８】
チャンバ１の上部には、被エッチング部材１１の上方側から、ハロゲンを含有する原料ガスを供給するノズル１５（原料ガス供給手段）が、周方向に等間隔に複数(例えば、８箇所)設けられている。ノズル１５には流量制御器１６を介して、原料ガスが送られる。成膜に関与しないガス等は排気口１７から排気される。又、天井板７によって塞がれたチャンバ１の内部は真空装置１８によって所定の圧力に維持される。
【００３９】
上記金属膜作製装置では、チャンバ１の内部にノズル１５から原料ガスを供給し、プラズマアンテナ８から電磁波をチャンバ１の内部に入射することで、原料ガスをイオン化して原料ガスのプラズマを発生させる。プラズマは、ガスプラズマ１９で図示する領域に発生し、これはチャンバ１に設けたプラズマ分光器２０（プラズマ発光検出手段）により、プラズマの状態（例えば、塩素プラズマが発光する特定波長の発光量等）が観測される。観測されたプラズマ状態に応じて、制御手段２１が、基板３の高さ、被エッチング部材１１の表面積及び温度、基板３の高さ、原料ガスの流量等を適切に設定して、本発明に係るプロセス制御を行う。又、プロセスパラメータとなるデータを制御手段２１に、予め蓄積しておき、プロセス状況に応じて、適切なプロセスパラメータを設定して、本発明に係るプロセス制御を行ってもよい。
【００４０】
ここで、上記金属膜作製装置でのプロセスを説明する。塩素化金属還元法において、ターゲット金属を銅（Ｃｕ）、原料ガスのハロゲンを塩素（Ｃｌ2）とすると、次式で表すことができる。
Ｃｌ2→２Ｃｌ*        ・・・（１）
ここで、Ｃｌ*は塩素ラジカルを表す。
【００４１】
ガスプラズマ１９がＣｕ製の被エッチング部材１１に作用することにより、被エッチング部材１１が加熱されると共に、Ｃｕにエッチング反応が生じる。この時の反応は、例えば、次式で表される。
Ｃｕ（ｓ）＋Ｃｌ*→ＣｕＣｌ（ｇ）      ・・・（２）
ここで、ｓは固体状態、ｇはガス状態を表す。式（２）は、Ｃｕがガスプラズマ１９によりエッチングされ、前駆体２２とされた状態である。
【００４２】
ガスプラズマ１９を発生させることにより被エッチング部材１１を加熱し（例えば、３００℃〜７００℃）、更に、温度制御手段により基板３の温度を被エッチング部材１１の温度よりも低い温度（例えば、１００℃〜３００℃）に設定する。この結果、前駆体２２は基板３に吸着(成膜)される。この時の反応は、例えば、次式で表される。
ＣｕＣｌ（ｇ）→ＣｕＣｌ（ａｄ）      ・・・（３）
【００４３】
基板３に吸着したＣｕＣｌは、塩素ラジカルＣｌ*により還元されてＣｕ成分となることでＣｕ薄膜が作製される。この時の反応は、例えば、次式で表される。
ＣｕＣｌ（ａｄ）＋Ｃｌ*→Ｃｕ（ｓ）＋Ｃｌ2↑      ・・・（４）
【００４４】
更に、上式（２）において発生したガス化したＣｕＣｌ（ｇ）の一部は、基板３に吸着する(上式（３）参照)前に、塩素ラジカルＣｌ*により還元されてガス状態のＣｕとなる。この時の反応は、例えば、次式で表される。
ＣｕＣｌ（ｇ）＋Ｃｌ*→Ｃｕ（ｇ）＋Ｃｌ2↑      ・・・（５）
この後、ガス状態のＣｕ成分は、基板３に成膜されてＣｕ薄膜が作製される。
【００４５】
図２は、本発明に係る金属膜作製方法の原理を説明するためのグラフであり、又、図３は、本発明に係る金属膜作製方法において、その成膜過程を説明する図である。
なお、図２（ａ）は、成膜初期段階における金属塩化物／塩素ラジカルの流束分布であり、図２（ｂ）は、成膜後半段階における金属塩化物／塩素ラジカルの流束分布である。
【００４６】
成膜の初期段階においては、図２（ａ）に示すように、トレンチ入口付近における金属塩化物の流束が塩素ラジカルの流束を上回るような状態を作り出す。
そのためには、例えば、以下の方法がある。
（１ａ）被エッチング部材の温度を高くする。
（２ａ）原料ガス（塩素）を間欠的に供給すると共に、供給時間を少なめにする。
（３ａ）被エッチング部材の開口率を小さくする。又は、表面積を大きくする。
（４ａ）被エッチング部材〜基板の距離を近くする。
上記（１ａ）〜（４ａ）の方法等により、金属塩化物の量を増やすことが可能である。これにより、基板３１に形成されたトレンチ３２において、主に入口付近に金属塩化物３３の膜が形成できる（図３（ａ）参照）。
【００４７】
次の段階においては、徐々に塩素ラジカルの比を増加させていく。そのためには、前述の（１ａ）〜（４ａ）の方法の逆を行う。
（１ｂ）被エッチング部材の温度を低くする。
（２ｂ）原料ガス（塩素）を間欠的に供給すると共に、供給時間を多めにする。
（３ｂ）被エッチング部材の開口率を大きくする。又は、表面積を小さくする。
（４ｂ）被エッチング部材〜基板の距離を遠くする。
上記（１ｂ）〜（４ｂ）の方法等により、トレンチ３２の入口付近では塩素ラジカルが多くなるため、図３（ａ）において多めにつけた金属塩化膜３３を一部エッチングしながら還元していく。それと同時に、トレンチ３２の内部には内壁との表面反応性の低い金属塩化膜が付着され、そして、還元されて金属膜３４が形成される（図３（ｂ）参照）。さらに成膜が進むと、トレンチ全体が塩素ラジカルで還元され、コンフォーマルな金属膜３４の成膜が完了する（図３（ｃ）参照）。
【００４８】
なお、図２（ｂ）には、他種金属の金属塩化物Ｍ’Ｃｌのトレンチ深さ方向での流束変化を併記した。一般に、塩素ラジカルは、金属塩化物に比べて、トレンチ内壁での反応性が高いため、トレンチの底に近づくにつれ流束が減少する。トレンチ深さ方向での金属塩化物の流束の変化も、金属塩化物とトレンチ内壁との反応性に依存するため、金属種Ｍ、Ｍ’の違いにより、流束の変化の様子が異なる。例えば、金属種がＴａとＣｕでは、ＴａＣｌよりもＣｕＣｌの方の反応性が高いので、Ｃｕは、図２（ｂ）中のＭ’Ｃｌのグラフのような流束変化を、Ｔａは、図２（ｂ）中のＭＣｌのグラフのような流束変化を示す。このように、金属種による流束変化の大小を把握すれば、上記方法は、異なる金属種へも十分適用可能である。
【実施例２】
【００４９】
基板上に形成された薄膜（下地膜）上に、塩素化金属還元法による金属膜を形成する際、従来の作製方法では、最適と考えられる金属塩化物／塩素ラジカルの流束比に設定すると、下地膜が塩素ラジカルによりエッチングされて、ダメージを受けてしまい、最悪の場合には下地膜自体が無くなるおそれがあった。そこで、本発明に係る金属膜作製方法では、金属塩化物／塩素ラジカルの流束比を成膜中に変化させることにより、下地膜にダメージを与えることなく所望の金属膜を形成するようにしている。
【００５０】
図４は、本実施例の金属膜作製方法での流束比の制御を示すグラフであり、又、図５は、本実施例の金属膜作製方法での成膜過程を説明する図である。
【００５１】
本発明に係る金属膜作製方法では、成膜の初期段階においては、図４に示すように、金属塩化物（図４中のＭＣｌ）の流束より塩素ラジカル（図４中のＣｌ）の流束が少なくなるような状態にしておく。例えば、基板３１上に形成された下地膜３５上に金属膜３４を形成する際、この初期段階では、主に金属塩化膜３３を下地膜３５上に付着させることで、下地膜３５へのダメージを抑制する（図５（ａ）参照）。つまり、基板側へ到達する塩素ラジカルＣｌ*が少なく、又、金属塩化膜３３が下地膜３５への保護膜の役目を果たすため、下地膜３５へのダメージを防止することができる。
【００５２】
そして、時間と共に塩素ラジカルの流束を増加させて、付着した金属塩化膜３３を還元して、金属膜３４を形成し（図５（ｂ）参照）、最終的には、金属塩化物の流束を減少させて、最適な流束比に設定して、下地膜３５上に所望の金属膜３４を形成する（図５（ｃ）参照）。
【００５３】
図１に示した金属膜作製装置において、ガスプラズマ中で発生する塩素ラジカルと金属塩化物のうち、基板への塩素ラジカルの流束を、成膜の初期段階において少なくし、時間と共に増加させるには、実施例１と同様に、以下の方法を用いる。
（１ｃ）被エッチング部材の温度を、成膜初期段階で高くし、時間と共に低くする。
（２ｃ）原料ガス（塩素）の供給量を、成膜初期段階で少なくし、時間と共に多くする。
（３ｃ）被エッチング部材の表面積を、成膜初期段階で大きくし、時間と共に小さくする。又は、被エッチング部材の開口率を、成膜初期段階で小さくし、時間と共に大きくする。
（４ｃ）被エッチング部材〜基板の距離を、成膜初期段階で近くし、時間と共に遠くする。
【００５４】
なお、基板上に形成された下地膜は、形成する金属膜と別種のものであればどのような膜でもよく、例えば、別種の金属系の下地膜の上に、上記方法による金属膜を形成してもよいし、又、絶縁系の下地膜の上に、上記方法による金属膜を形成してもよい。更には、金属膜を基板に直接形成する際に、成膜中の流束比を適切に制御して、基板へのダメージを防止するようにしてもよい。
【実施例３】
【００５５】
図６は、本発明に係る金属膜作製方法による成膜過程の他の一例（積層膜）を示す図である。
詳細には、基板３１に設けられたトレンチ等の溝部３６の内部に積層する複数の金属膜３４ａ〜３４ｄの成膜過程を示すものである。
【００５６】
基板３１に設けられた溝部３６に、複数の金属膜を塩素化金属還元法により積層する場合、実施例１及び実施例２に記載した方法を用いれば、下地の金属膜にダメージを与えることなく、しかも、コンフォーマルな金属膜を形成することが可能となる。
【００５７】
具体的には、基板３１の溝部３６の底面３６ａに、例えば、バリア層となる金属系の下地膜３５を形成する（図６（ａ）参照）。この場合、基板温度をより低温側へ制御することで、溝部３６への被覆率（底面３６ａでの被覆厚／壁面３６ｂでの被覆厚）を変更して、底面３６ａのみに下地膜３４ａを成膜することができる。下地膜３５の上層には、実施例１、２の方法を用いて、コンフォーマルな金属膜３４ａを形成する（図６（ｂ）参照）。このとき、金属膜３４ａの成膜初期段階の塩素ラジカルは少ないため、下地膜３５へダメージを与えることなく、コンフォーマルな金属膜３４ａを形成することが可能である。そして、金属膜３４ａの基板表面部分を研磨等により除去した後の溝部３６に対して、金属膜３４ｂ、金属膜３４ｃを、同じく、下地の金属膜にダメージを与えることなく、コンフォーマルに形成することで、溝部３６への金属膜の積層を行うことができる（図６（ｃ）、図６（ｄ）参照）。
【００５８】
このような積層膜の成膜は、図１に示すような金属膜作製装置において、被エッチング部材１１を異なる種類の金属材料にすることで、異種金属による積層膜の成膜が可能となる。
【実施例４】
【００５９】
次に、流束比制御手段として、被エッチング部材の開口率を制御して、表面積を変化させたもの（表面積制御手段）を、図７を用いて説明する。
本実施例の被エッチング部材は、多数のスリット１２ａ、１３ａが加工された２つの格子状金属ターゲット１２、１３から構成される。格子状金属ターゲット１２は、チャンバ内壁に固定されており、金属ターゲット１３は、チャンバ内で金属ターゲット１２の上に重ねて配置され、チャンバ外部から平行移動が可能なように構成されている（図７（ａ）参照）。図７（ｂ）は、格子状金属ターゲット１２、１３に設けられたスリット１２ａ、１３ａがずれように重ねて配置した場合であり、この場合、開口率は低く、表面積Ｓ1が大きくなる状態である。一方、図７（ｃ）は、可動側の格子状金属ターゲット１３をＢ方向に平行移動させて、格子状金属ターゲット１３のスリット１３ａが、固定側の格子状金属ターゲット１２のスリット１２ａと完全に一致するように配置した場合であり、この場合、開口率は最大となり、ターゲット金属の表面積Ｓ2は最小となる。
【００６０】
本実施例の被エッチング部材において、成膜初期には図７（ｂ）のように、開口率を低めに設定して、ターゲットで発生する金属塩化物の流束を大きくしておく。そして、徐々に可動側の格子状金属ターゲット１３を平行移動させることにより、図７（ｃ）のように、ターゲット表面積を減少させ、金属塩化物の流束を減少させる。つまり、基板に到達する塩素ラジカルの流束は表面積の減少とともに、逆に増加するため、成膜後半には、より還元作用を大きくすることができる。このような制御により、コンフォーマルな成膜が可能となり、又、下地膜へダメージを与えることなく金属膜の形成が可能となる。
【実施例５】
【００６１】
流束比制御手段として、被エッチング部材の開口率を制御して、表面積を変化させたもの（表面積制御手段）の他の一例を、図８を用いて説明する。
本実施例の被エッチング部材は、円形断面の棒状金属ターゲット５１を、導入部５２を介して、チャンバ内に複数挿入したものであり、チャンバ外部より、その挿入長を変化させることが可能な構成となっている（図８（ａ））。
図８（ｂ）は、棒状金属ターゲット５１を深く挿入した場合であり、この場合、棒状金属ターゲット５１の表面積が最大となる。従って、金属ターゲットで発生する金属塩化物の流束も最大となる。この状態から、図８（ｃ）に示すように、棒状金属ターゲット５１を、Ｃ方向外側に移動させることにより、プラズマ中に挿入された棒状金属ターゲット５１の表面積を変化させることができる。
つまり、成膜中に徐々に棒状金属ターゲット５１を引き抜き、挿入量を変化させることで、表面積を変化させて、金属塩化物の流束を減少させることが可能となるので、コンフォーマル性の高い金属膜の形成が可能となり、又、下地膜へダメージを与えることなく金属膜の形成が可能となる。
なお、棒状金属ターゲット５１の断面形状は円形には限らず、四角形でもよいし、本数も図８中の数に限定されない。
【実施例６】
【００６２】
流束比制御手段として、被エッチング部材の開口率を制御して、表面積を変化させたもの（表面積制御手段）の更なる他の一例を、図９を用いて説明する。
本実施例の被エッチング部材は、円周方向に複数のスリットが各々形成された２枚の円盤状金属ターゲット６１、６２を重ねて配置し、２枚の円盤状金属ターゲット６１、６２の相対角度を変化させることにより、被エッチング部材の表面積を変化させるものである。
下方側に配置される円盤状金属ターゲット６１は、チャンバ内壁に固定されており、円盤状金属ターゲット６１の中央に設置された凸部６３が、上方側の円盤状金属ターゲット６２の中央部の挿入孔６４に嵌合され、円盤状金属ターゲット６２は、中央部を中心に回転可能な構成である。又、円盤状金属ターゲット６２の辺縁部には複数の歯車用孔６５が複数形成されており、その間隔はチャンバ外部から回転可能な歯車６６の歯のピッチと一致している。つまり、チャンバ外部から歯車６６をＤ方向に回転させると、円盤状金属ターゲット６２がＥ方向に回転し、円盤状金属ターゲット６１との相対角度が変化することとなる（図９（ａ）参照）。
【００６３】
図９（ｂ）は、可動側の円盤状金属ターゲット６２のスリット内に、固定側の円盤状金属ターゲット６２の一部が覗いている場合であり、この場合、開口率は低く、表面積Ｓ1が大きくなる状態である。
一方、図９（ｃ）は、円盤状金属ターゲット６１、６２のスリットが完全に一致したばあいであり、この場合、金属ターゲットの開口率が最大となり、表面積Ｓ2は最小となる状態である。
つまり、成膜初期段階では、図９（ｂ）のように表面積が大きい状態にしておき、金属塩化物の流束が大きい状態を作り出す。そして、成膜が進むにつれて、チャンバ外から歯車６６を回転させることで、円盤状金属ターゲット６２を回転させて、図９（ｃ）に示すような、表面積の小さな状態に変化させる。これにより、金属塩化物の流束を低下させることができ、コンフォーマル成膜に最適であり、下地膜へのダメージ防止に最適である条件を作り出すことが可能となる。
【実施例７】
【００６４】
流束比制御手段として、被エッチング部材の開口率を制御して、表面積を変化させたもの（表面積制御手段）の更なる他の一例を、図１０を用いて説明する。
本実施例の被エッチング部材は、板状金属ターゲット７１に回転軸７２を設け、円筒形のチャンバ１の湾曲面を一方向に横断するように、複数の板状金属ターゲット７１が等間隔に平行に配設されており、チャンバ１の外部から、各々の回転軸７２を回転することで、各々の板状金属ターゲット７１が回転可能に構成したものであり、例えれば、ルーバー形状となっている。（図１０（ａ）、（ｂ）参照）。回転軸７２は、真空を保持するための機構(例えば、Ｏリングシール)を具備しており、チャンバ１の内部が真空状態であっても回転可能である。つまり、成膜中に、板状金属ターゲット７１を回転させて、被エッチング部材の表面積を変化させることができる。
【００６５】
上記構成の被エッチング部材の上部でプラズマを発生させた場合、板状金属ターゲット７１の角度を外部から変化させることにより、プラズマに接する被エッチング部材の表面積を変化させることが可能である。図１０（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は、チャンバ１の側面方向からみた本実施例の被エッチング部材の断面図であり、図１０（ｃ）は、板状金属ターゲット７１の角度を垂直にした場合であり、この場合、プラズマに曝されるターゲット表面積は最小となり、金属塩化物の流束も最小となる。又、図１０（ｄ）、（ｅ）は、板状金属ターゲット７１の角度を変化させた場合であり、この場合、プラズマに曝される表面積が大きくなり、金属塩化物の流束は大きくなる。
【００６６】
従って、成膜初期には、図１０（ｄ）、（ｅ）に示すような、表面積が大きくなるような板状金属ターゲット７１の角度を設定して、金属塩化物の流束を大きくする。そして、成膜が進むにつれて、徐々に板状金属ターゲット７１の角度を垂直に(図１０（ｃ）の状態)に近づけていき、金属塩化物の流束を減少させていく。これにより、基板に到達する金属塩化物、塩素ラジカルの流束比を、コンフォーマル成膜に最適となり、下地膜へのダメージ防止に最適となるように制御することができる。
【実施例８】
【００６７】
上記実施例４〜７では、被エッチング部材の表面積を変化させる場合について説明してきたが、その他に被エッチング部材の温度を加熱手段により変化させることでも、金属塩化物、塩素ラジカルの流束比を、コンフォーマル成膜に最適となり、下地膜へのダメージ防止に最適となるように制御することができる。
図１１は被エッチング部材の温度を変化させた場合、被エッチング部材の下方に置かれた基板表面に入射する塩素ラジカル及び金属塩化物の流束変化を示すグラフである。
被エッチング部材の上方の空間に生成されたプラズマ中において解離された塩素ラジカルは、被エッチング部材の表面でのエッチング反応により、金属塩化物を生成し、被エッチング部材の下方の基板へと輸送される。一般に、被エッチング部材の温度が高くなるにつれて、被エッチング部材の表面でのエッチング反応が起こりやすくなるため、温度とともに金属塩化物の流束は増加する傾向がある。一方、被エッチング部材でのエッチング反応において消費されなかった塩素ラジカルは、そのまま基板表面へ輸送され、基板表面の金属塩化物を還元し、基板上に金属膜を堆積させる。つまり、基板表面まで到達する塩素ラジカルの流束は、金属塩化物の生成量が増加すると、逆に減少する。この特性を利用することで、基板表面に到達する塩素ラジカルと金属塩化物の流束の相対比を、成膜中に変化させることが可能となり、基板上のトレンチ内にコンフォーマルな金属膜を形成し、又、下地膜へダメージを与えることなく金属膜を形成することができる。具体的には、成膜初期に被エッチング部材を加熱手段により高めの温度にしておき、徐々に被エッチング部材の温度を下げるような制御を行えばよい。
【実施例９】
【００６８】
又、被エッチング部材〜基板間の距離を、支持台駆動手段により変化させること（距離制御手段）でも、金属塩化物、塩素ラジカルの流束比を、コンフォーマル成膜に最適となり、下地膜へのダメージ防止に最適となるように制御することができる。
図１２は、被エッチング部材と基板間の距離を、０〜７０ｍｍの範囲で変化させた場合、基板表面に入射する塩素ラジカル、金属塩化物の流束の変化を示すグラフである。
一般的に、塩素ラジカルに比べて、分子量の大きな金属塩化物は、拡散係数が大きく、被エッチング部材からの距離が遠くなるほど流束は小さくなる。この特性をコンフォーマル成膜や下地膜のダメージ防止に利用して、成膜初期段階においては、被エッチング部材〜基板間距離を近くしておき、金属塩化物が多く基板上に到達するようにしておき、徐々に被エッチング部材〜基板間距離を大きくすることで、金属塩化物の到達量を減少させ、塩素ラジカルの流束が相対的に大きくなるようにする。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明に係る金属膜作製装置の実施形態の一例を示す構成図である。
【図２】本発明に係る金属膜作製方法の実施形態の一例を説明するグラフである。
【図３】本発明に係る金属膜作製方法による成膜過程を示す図である。
【図４】本発明に係る金属膜作製方法の実施形態の他の一例を説明するグラフである。
【図５】本発明に係る金属膜作製方法による成膜過程の他の一例（平坦膜）を示す図である。
【図６】本発明に係る金属膜作製方法による成膜過程の他の一例（積層膜）を示す図である。
【図７】本発明に係る金属膜作製装置おける被エッチング部材の実施形態の一例を示す図である。
【図８】本発明に係る金属膜作製装置おける被エッチング部材の実施形態の他の一例を示す図である。
【図９】本発明に係る金属膜作製装置おける被エッチング部材の実施形態の他の一例を示す図である。
【図１０】本発明に係る金属膜作製装置おける被エッチング部材の実施形態の他の一例を示す図である。
【図１１】本発明に係る金属膜作製方法の実施形態の他の一例を説明するグラフである。
【図１２】本発明に係る金属膜作製方法の実施形態の他の一例を説明するグラフである。
【図１３】従来技術における成膜条件及び成膜過程を示す図である。
【符号の説明】
【００７０】
１    チャンバ
２    支持台
３    基板
４    ヒータ
５    冷媒流通手段
６    支持台駆動手段
７    天井板
８    プラズマアンテナ
９    整合器
１０  電源
１１  被エッチング部材
１２、１３  金属ターゲット
１４  加熱手段
１５  ノズル
１６  流量制御器
１７  排気口
１８  真空装置
１９  ガスプラズマ
２０  プラズマ分光器
２１  制御装置
２２  前駆体
【図１】
2005206932.tif 000003
【図２】
2005206932.tif 000004
【図３】
2005206932.tif 000005
【図４】
2005206932.tif 000006
【図５】
2005206932.tif 000007
【図６】
2005206932.tif 000008
【図７】
2005206932.tif 000009
【図８】
2005206932.tif 000010
【図９】
2005206932.tif 000011
【図１０】
2005206932.tif 000012
【図１１】
2005206932.tif 000013
【図１２】
2005206932.tif 000014
【図１３】
2005206932.tif 000015