【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るようにしたスパッタ成膜方法において、
前記載置台に、前記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が同時に生ずるような大きさのバイアス電力を加えて、前記凹部の側壁に金属膜を堆積させる成膜工程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】
前記バイアス電力は、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大きさに設定されている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】
前記被処理体の表面全体には、前記金属膜に対する下地層が予め形成されていることを特徴とする請求項１または２記載のスパッタ成膜方法。
【請求項４】
前記バイアス電力は、前記下地層をスパッタによりエッチングしないような大きさに設定されていることを特徴とする請求項３記載のスパッタ成膜方法。
【請求項５】
前記成膜工程の前に、前記成膜工程で形成する膜種と同じ膜種の金属膜を補助金属膜として形成する初期金属膜形成工程を行う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６】
前記成膜工程は、第１の金属膜を形成する第１ステップと、この第１ステップの後に、前記第１の金属膜とは異なる種類の第２の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請求項１乃至５のいずれかに記載のスパッタ成膜方法。
【請求項７】
前記第１ステップと第２ステップとの間に、前記凹部の底部に位置する下地層をエッチングにより削り取る底部下地層エッチングステップを行う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】
前記金属膜はタンタル膜であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のスパッタ成膜方法。
【請求項９】
前記第１の金属膜はタンタル膜であり、前記第２の金属膜は銅膜である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１０】
前記下地層はタンタル窒化膜（ＴａＮ）であることを特徴とする請求項８または９記載のスパッタ成膜方法。
【請求項１１】
前記凹部は、ビアホール、スルーホール、溝（トレンチ）の内の少なくとも１以上であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載のスパッタ成膜方法。
【請求項１２】
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、前記載置台に、前記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が同時に生ずるような大きさのバイアス電力に設定して、前記凹部の側壁に金属膜を堆積させる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１３】
前記バイアス電源制御部は、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大きさに設定することを特徴とする請求項１２記載の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ような大きさのバイアス電力を印加して前記凹部の側壁に金属膜を堆積させるようにした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の表面に効果的に薄膜を形成する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】
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、被処理体の凹部の開口にオーバハング部分を生ずることなく、この凹部の側壁に均一に金属膜を形成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るようにしたスパッタ成膜方法において、前記載置台に、前記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が同時に生ずるような大きさのバイアス電力を加えて、前記凹部の側壁に金属膜を堆積させる成膜工程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】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
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、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、前記載置台に、前記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が同時に生ずるような大きさのバイアス電力に設定して、前記凹部の側壁に金属膜を堆積させる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ような大きさのバイアス電力を印加して前記凹部の側壁に金属膜を堆積させるようにした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】
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。
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することができる。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】
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１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
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１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
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。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
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１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
さて、以上のような現象を理解した上で、本発明方法について説明する。
まず、載置台２０を下方へ降下させた状態で処理容器１４のゲートバルブ３４を介して真空引き可能になされた処理容器１４内へウエハＳを搬入し、これを支持ピン３０上に支持させる。そして、この状態で載置台２０を上昇させると、この上面にウエハＳが受け渡され、このウエハＳが静電チャック２２により載置台２０の上面に吸着される。
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が予め搬入前に前工程で形成されている。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４７】
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。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４９】
このようにして、メッキ電極用金属膜７２を形成したならば、ウエハＳをプラズマスパッタ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（Ｅ）に示すように凹部２内を銅よりなる金属７４により完全に埋め込むことになる。この場合、図８に示す従来方法の場合と異なって、凹部２の開口にはオーバハング部分は生じていないので、ボイド等を生ずることなく凹部２内を銅により完全に埋め込むことができる。
ここで上記各プラズマ成膜時のプロセス条件は略同じであり、装置制御部１００は、例えばターゲット用の直流電源５８の出力は０〜１２０００Ｗ、Ａｒガスの流量は５０〜１０００ｓｃｃｍ、バイアス電力は３２０〜３５０Ｗ程度、窒化ガスであるＮ２ ガスは５〜５００ｓｃｃｍの範囲の所定値になるようにプラズマスパッタ成膜装置１２の各構成部を制御する。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６０】
【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】本発明方法の第２実施例の一部を示す工程図である。
【図７】本発明方法の第３実施例を示す工程図である。
【図８】半導体ウエハの上部を示す部分拡大断面図である。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６１】
２  凹部
４  下地層
６  金属膜（第１の金属膜）
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）
７０  金属膜（第２の金属膜）
７２  メッキ電極用金属膜
８０  初期金属膜
Ｓ  半導体ウエハ（被処理体）