【手続補正書】
【提出日】平成20年4月23日(2008.4.23)
【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】
真空引き可能になされた処理容器内でプラズマにより金属ターゲットをイオン化させて金属イオンを発生させ、前記金属イオン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凹部が形成されている前記被処理体に金属膜を堆積させて前記凹部を埋め込むようにしたスパッタ成膜方法において、
前記バイアス電力を、前記被処理体の前記金属ターゲットに対する対向面に関して、前記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状態になるように設定して成膜処理を行うようにしたことを特徴とするスパッタ成膜方法。
【請求項２】
前記成膜処理後に、メッキ処理を行うようにしたことを特徴とする請求項１記載のスパッタ成膜方法。
【請求項３】
前記メッキ処理後に、表面を研磨して平坦化する研磨処理を行うようにしたことを特徴とする請求項２記載のスパッタ成膜方法。
【請求項４】
前記凹部の幅、或いは径は１００ｎｍ以下であり、アスペクト比は３以上であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のスパッタ成膜方法。
【請求項５】
前記金属膜は、銅、アルミニウム、タングステンの内のいずれか１つであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のスパッタ成膜方法。
【請求項６】
真空引き可能になされた処理容器内でプラズマにより金属ターゲットをイオン化させて金属イオンを発生させ、前記金属イオン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凹部が形成されている前記被処理体に金属膜を堆積させて前記凹部を埋め込むようにしたスパッタ成膜方法において、
前記バイアス電力を、前記被処理体の前記金属ターゲットに対する対向面に関して、前記金属イオンに対する引き込みによる成膜レートが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よりも遥かに大きくなるように設定して成膜を行う第１の成膜工程と、
前記バイアス電力を、前記対向面に関して、前記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状態になるように設定して成膜を行う第２の成膜工程と、
を複数回順次繰り返し行うようにしたことを特徴とするスパッタ成膜方法。
【請求項７】
前記繰り返される成膜工程は、前記第１の成膜工程で終了することを特徴とする請求項６記載のスパッタ成膜方法。
【請求項８】
前記第１及び第２の成膜工程を複数回順次繰り返し行った後、メッキ処理を行うようにしたことを特徴とする請求項６または７記載のスパッタ成膜方法。
【請求項９】
前記メッキ処理後に、表面を研磨して平坦化する研磨処理を行うようにしたことを特徴とする請求項８記載のスパッタ成膜方法。
【請求項１０】
前記被処理体は、ＩＣチップ同士を結合するインターポーザであることを特徴とする請求項６乃至９のいずれかに記載のスパッタ成膜方法。
【請求項１１】
前記被処理体の凹部に埋め込まれる金属膜により誘導コイルが形成されることを特徴とする請求項６乃至９のいずれかに記載のスパッタ成膜方法。
【請求項１２】
前記金属膜は、銅、アルミニウム、タングステンの内のいずれか１つであることを特徴とする請求項６乃至１１のいずれかに記載のスパッタ成膜方法。
【請求項１３】
真空引き可能になされた処理容器と、
凹部の形成された被処理体を載置するための載置台と、
前記処理容器内へ所定のガスを導入するガス導入手段と、
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、
前記バイアス電源を制御するバイアス電源制御部と、を有するプラズマスパッタ成膜装置において、
前記バイアス電源制御部は、前記バイアス電源より出力されるバイアス電力を、前記被処理体の前記ターゲットに対する対向面に関して、前記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状態になるように設定して、前記凹部に金属膜を堆積させて埋め込むように構成したことを特徴とするプラズマスパッタ成膜装置。
【請求項１４】
真空引き可能になされた処理容器と、
凹部の形成された被処理体を載置するための載置台と、
前記処理容器内へ所定のガスを導入するガス導入手段と、
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、
前記バイアス電源を制御するバイアス電源制御部と、
前記処理容器内へ導入させたガスをプラズマ化して前記金属ターゲットをイオン化させて金属イオンを形成する工程と、前記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状態になるようなバイアス電圧を印加して前記凹部に金属膜を堆積させて埋め込むようにする工程とを実行するように装置全体を制御する装置制御部と、
を備えたことを特徴とするプラズマスパッタ成膜装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の名称
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の名称】スパッタ成膜方法及びプラズマスパッタ成膜装置
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、スパッタ成膜方法及びプラズマスパッタ成膜装置に係り、特に半導体ウエハ等の被処理体に形成されている凹部を効果的に埋め込むようにしたスパッタ成膜方法及びプラズマスパッタ成膜装置に関する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
また、上記のように開口部分が非常に狭くなった凹部２内をメッキ処理により埋め込むためには多品種の添加剤等を必要とするなどの操作が非常に煩雑な、いわゆる３元系メッキ処理を行わなければならない、という問題もあった。
更には、上記した３元系メッキ処理によると、ウエハ上面の金属膜８の厚さＨ１が非常に大きくなるので、この後にウエハ上面の余分な金属膜８等を研磨処理により取り除く時に、研磨処理に時間がかかり過ぎる、といった問題もある。
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、ボイド等を生ずることなく被処理体の凹部を埋め込むことができ、しかもメッキ処理の負担を軽くして、表面の研磨処理の負担も軽減することができるスパッタ成膜方法及びプラズマスパッタ成膜装置を提供することにある。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
請求項１に係る発明は、真空引き可能になされた処理容器内でプラズマにより金属ターゲットをイオン化させて金属イオンを発生させ、前記金属イオン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凹部が形成されている前記被処理体に金属膜を堆積させて前記凹部を埋め込むようにしたスパッタ成膜方法において、前記バイアス電力を、前記被処理体の前記金属ターゲットに対する対向面に関して、前記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状態になるように設定して成膜処理を行うようにしたことを特徴とするスパッタ成膜方法である。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
請求項６に係る発明は、真空引き可能になされた処理容器内でプラズマにより金属ターゲットをイオン化させて金属イオンを発生させ、前記金属イオン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凹部が形成されている前記被処理体に金属膜を堆積させて前記凹部を埋め込むようにしたスパッタ成膜方法において、前記バイアス電力を、前記被処理体の前記金属ターゲットに対する対向面に関して、前記金属イオンに対する引き込みによる成膜レートが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よりも遥かに大きくなるように設定して成膜を行う第１の成膜工程と、前記バイアス電力を、前記対向面に関して、前記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状態になるように設定して成膜を行う第２の成膜工程と、を複数回順次繰り返し行うようにしたことを特徴とするスパッタ成膜方法である。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
請求項１３に係る発明は、真空引き可能になされた処理容器と、凹部の形成された被処理体を載置するための載置台と、前記処理容器内へ所定のガスを導入するガス導入手段と、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、前記バイアス電源を制御するバイアス電源制御部と、を有するプラズマスパッタ成膜装置において、前記バイアス電源制御部は、前記バイアス電源より出力されるバイアス電力を、前記被処理体の前記ターゲットに対する対向面に関して、前記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状態になるように設定して、前記凹部に金属膜を堆積させて埋め込むように構成したことを特徴とするプラズマスパッタ成膜装置である。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
請求項１４に係る発明は、真空引き可能になされた処理容器と、凹部の形成された被処理体を載置するための載置台と、前記処理容器内へ所定のガスを導入するガス導入手段と、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、前記バイアス電源を制御するバイアス電源制御部と、前記処理容器内へ導入させたガスをプラズマ化して前記金属ターゲットをイオン化させて金属イオンを形成する工程と、前記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状態になるようなバイアス電圧を印加して前記凹部に金属膜を堆積させて埋め込むようにする工程とを実行するように装置全体を制御する装置制御部と、を備えたことを特徴とするプラズマスパッタ成膜装置である。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
本発明のスパッタ成膜方法及びプラズマスパッタ成膜装置によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
請求項１〜５、１３、１４に係る発明によれば、載置台に供給するバイアス電力を制御して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によるスパッタエッチングとを同時にバランスよく生じさせることによって半導体ウエハ表面に形成されている非常に微細な凹部の側壁に金属膜を均一に形成しつつこの凹部内の大部分を埋め込むことができる。この結果、被処理体の表面に形成されている凹部を、その後のメッキ処理を行うことにより例えば銅等の金属によりボイドを発生させることなく適正に埋め込むことができる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
以下に、本発明に係るスパッタ成膜方法及びプラズマスパッタ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は本発明に係るプラズマスパッタ成膜装置の一例を示す断面図である。ここではプラズマスパッタ成膜装置として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、このプラズマスパッタ成膜装置１２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１４を有している。この処理容器１４は接地され、この底部１６には排気口１８が設けられて、スロットルバルブ６６を介して真空ポンプ６８により真空引き可能になされている。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
ここでプラズマスパッタ成膜装置１２の各構成部は、装置制御部１００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１００は、バイアス電源制御部４０、高周波電源５０、可変直流電源５８、ガス制御部６４、スロットルバルブ６６、真空ポンプ６８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。
まず真空ポンプ６８を動作させることにより真空にされた処理容器１４内に、ガス制御部６４を動作させつつＡｒガスを流し、スロットルバルブ６６を制御して処理容器１４内を所定の真空度に維持する。その後、可変直流電源５８を介してＤＣ電力を金属ターゲット５６に印加し、更に高周波電源５０を介して誘導コイル部４８に高周波電力を印加する。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
次に、以上のように構成されたプラズマスパッタ成膜装置を用いて行われる本発明方法について説明する。
＜第１実施例＞
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各工程を示す図である。
まず本発明方法の特徴は、プラズマによるスパッタ成膜を行う際に、バイアス電力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状態にして、半導体ウエハに形成されている凹部の側壁に金属膜を堆積させつつ凹部を埋め込むようにした点である。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
さて、図１に示すようなＩＣＰ型のプラズマスパッタ成膜装置では、ウエハＳ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、一定のプラズマ発生用高周波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によって高い成膜量が得られるが、更に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の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。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４０】
そして、載置台２０上にウエハＳを載置した吸着固定したならば、成膜処理を開始する。この時、ウエハＳの上面には、図８において説明したようにビアホールやスルーホールや溝のような凹部２が形成されており、更に図１に示す装置と同様な構造の別のプラズマスパッタ成膜装置にて、Ｔａ金属をターゲットにして、ＴａＮ／Ｔａ膜等の積層構造よりなるバリヤ層４が、凹部２内の内面を含むウエハ表面の全面に予め搬入前に前工程で形成されている（図４（Ａ）参照）。尚、この凹部２の幅（溝の場合）や径（穴の場合）は、非常に微細化されて数１００ｎｍ以下であり、アスペクト比は最大５程度である。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５３】
尚、上記のような銅の金属ターゲットが装着されたプラズマスパッタ成膜装置は、先のタンタルの金属ターゲットが装着されたプラズマスパッタ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Ｓ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。
図４に戻って、このように、成膜処理によって凹部２内を順次埋め込んで行くと、図４（Ｆ）に示すように埋め込まれた凹部２の上面中央部に僅かな窪み部７２が発生することになり、この状態で成膜処理を終了する。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５４】
このように成膜処理が完了したならば、ウエハＳをプラズマスパッタ成膜装置１２より取り出す。そして、この成膜処理後のウエハＳに対してメッキ処理を行うことにより、図４（Ｇ）に示すように上記僅かな窪み部７２を完全に埋め込むようにウエハＳの上面全体に先の金属膜６と同種の金属膜７４である銅膜を形成する。
この場合、この窪み部７２は、図８に示す埋め込み対象となる凹部２よりも僅かに浅いので、ここで用いるメッキ処理としては浅い窪み部７２を容易に埋め込むことができる簡易なメッキ処理、例えば用いる添加剤の種類が少ない２元系メッキ処理を用いることができる。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６６】
【図１】本発明に係るプラズマスパッタ成膜装置の一例を示す断面図である。
【図２】ス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各工程を示す図である。
【図５】バイアス電力やプロセス圧力に対する金属イオンの垂直性を示すグラフである。
【図６】本発明の第２実施例の流れを示す部分拡大工程図である。
【図７】本発明の第２実施例で作成される被処理体の用途を説明するための説明図である。
【図８】半導体ウエハの凹部の従来の埋め込み工程を示す図である。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６７】
２  凹部
４  バリヤ層
６  金属膜（シード膜）
８  金属膜
１２  プラズマスパッタ成膜装置
１４  処理容器
２０  載置台
２２  静電チャック
３８  バイアス電源
４０  バイアス電源制御部
４６  プラズマ発生源
４８  誘導コイル部
５０  高周波電源
５６  金属ターゲット
６２  ガスノズル（ガス導入手段）
７４  金属膜
Ｓ  半導体ウエハ（被処理体）
Ｓ２  被処理体