凹部充填方法
【課題】凹部を隙間無く充填する。
【解決手段】本発明は基板１１の表面の凹部１２が形成された面に、金属膜１５を形成する成膜工程と、金属膜にエッチングガスのイオンを入射させるエッチング工程とを交互に繰り返す。成膜工程で凹部１２に突き出すように形成されるオーバーハング部１９はエッチング工程で除去されるので、次の成膜工程の時に凹部１２の開口は塞がれておらず、凹部１２内部の金属膜１５を成長させることができる。
【解決手段】本発明は基板１１の表面の凹部１２が形成された面に、金属膜１５を形成する成膜工程と、金属膜にエッチングガスのイオンを入射させるエッチング工程とを交互に繰り返す。成膜工程で凹部１２に突き出すように形成されるオーバーハング部１９はエッチング工程で除去されるので、次の成膜工程の時に凹部１２の開口は塞がれておらず、凹部１２内部の金属膜１５を成長させることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は成膜方法に関し、特に、ビアホールやトレンチホール等の凹部を充填する成膜方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ビアホールやトレンチホール等の凹部を充填し、配線膜を形成する方法としては、基板にＲＦ又はＤＣ電圧（バイアス電圧）を印加して、ターゲットをスパッタリングする方法が用いられている。
【０００３】
基板にバイアス電圧を印加すると、スパッタリングに生成されるプラズマ中のイオンが基板に引き込まれる。凹部の開口部に形成される張り出し部分（オーバーハング部）が該イオンでスパッタリング、除去されるため、凹部の内部まで金属を充填することができる。
【０００４】
しかし、基板に印加するバイアス電圧は１５０Ｖ程度が限界なため、このような小さいバイアス電圧では、十分にオーバーハング部を除去されない。
【０００５】
近年、半導体構造の微細化に伴い、凹部の開口も小径になっているため、オーバーハング部が十分に除去されないと、凹部が金属で充填される前に開口が塞がってしまう。
【０００６】
現状では、スパッタリングのようなドライプロセスで凹部を充填することは不可能なため、スパッタリングで凹部内部に下地の金属膜を形成した後、メッキ（ウェットプロセス）で凹部を金属で充填している。
工程の簡素化及び環境の配慮から、凹部の充填を一貫してドライプロセスで行うことが求められていた。
【０００７】
先行技術の一例として、ターゲットをスパッタリングして基板表面に薄膜を形成する際に、基板表面に横方向から（基板面に対して０°〜３０°の角度、即ち６０°〜９０°の入射角の範囲で）イオンビームを照射し、基板に形成された微細構造溝即ちトレンチの開目録部に堆積したスパッタリング粒子を除去し、配線薄膜を形成できるようにしたものが知られている（特許文献１参照）。
【０００８】
また、別の先行技術としては、半導体基板上に層間絶縁膜を形成し、配線溝を形成し、かかる配線溝内にＣｕを堆積して埋め込み、ＣＭＰ（化学機械研磨ｃｈｅｍｉｃａｌ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法などにより層間絶縁膜上のＣｕ導電膜を除去して配線溝内にＣｕ配線を形成する方法、及び半導体基板上に形成した層間絶縁膜上に有機化合物膜を形成し、該有機化合物膜に貫通する配線溝を形成し、配線溝にＣｕ配線材料を埋め込んで配線層を形成し、有機化合物膜上のＣｕ配線材料をＣＭＰ法やＲＩＥ法によって除去し、そして有機化合物膜を除去してＣｕ配線を形成する方法が知られている（特許文献２参照）。
【０００９】
さらにまた、基板表面に形成したＣｕ層上に、形成すべきＣｕ配線に相応したマスクを形成し、マスクで覆われていないＣｕ層を、プラズマでヨウ素を含む反応性ガスを分解してヨウ素とＣｕとを反応させて、Ｃｕｌｘを生成し、こうして生成されたＣｕｌｘを洗浄処理することでＣｕ配線を形成する方法も知られている（特許文献３及び特許文献４参照）。
【００１０】
しかし、上記で挙げた各特許文献に提案されている先行技術による方法及び装置では、現状で要求されている配線の微細化より更に高い微細構造には必ずしも対処できないだけでなく、処理工程の数が多く、装置の構造が複雑であるため、配線形成に手間がかかり、コストが高くなるという問題がある。
【００１１】
特に、微細化の進む半導体集積回路における配線の形成において、スパッタリング、ＡＬＤ法（原子層蒸着法、 Atomic Layer Deposition）、ＣＶＤ法（化学気相蒸着法、Chemical Vapor Deposition）等従来の成膜方法により被覆膜を形成する場合にビアホールやトレンチの開口部におけるオーバーハングや非対称性を簡単かつ低コストで如何に改善できるようにするかが重要である。
【特許文献１】特開平 １１−１４０６４０公開特許公報
【特許文献２】特開２０００−１２４２１８公開特許公報
【特許文献３】特開２００４−６４４１公開特許公報
【特許文献４】特開２００４−６４４３公開特許公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、半導体構造の微細化に対応でき、しかも基板上に形成した被覆膜におけるビアホールやトレンチの開口部におけるオーバーハングや非対称性を改善できる成膜方法及び装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
基板にバイアス電圧を印加することによって、イオンを基板に引き込み、被覆膜の形状を所望の形状に改善する公知の技術においては、基板のバイアス電位はたかだか１５０Ｖ程度までである。
【００１４】
基板上に下層としてＴｉ膜を厚さ１０ｎｍに形成し、その上にＣｕ層を厚さ４５ｎｍに形成し、５５〜６０ｎｍの微細溝（トレンチ）を備えた試料と、基板上にＴｉ膜を厚さ３０ｎｍに形成し、５５〜６０ｎｍの微細溝（トレンチ）を備えた試料とを用意し、この試料に対してイオンミリング法を用いてＴｉ層及びＣｕ層の形状変化を観察した。この場合、加速電圧は２００ｅVにし、照射イオンとしてはアルゴンイオンを使用し、イオン電流密度は０．４ｍＡ／ｃｍ2である。
【００１５】
前者の試料では、トレンチにおけるオーバーハングの形状も開口幅も変化なかった。一方後者の試料ではＴｉ層に対してトレンチの開目録部のエッチングは進んだが鋭角的な開ロエッチング形状は得られなかった。
【００１６】
このことから、加速電圧２００ｅV程度の低エネルギーのアルゴン粒子では、Ｃｕ被覆膜に対してトレンチの開口部のオーバーハングの形状及び開口幅を変えることができず、またＴｉ被覆膜ではトレンチの開口部の鋭角的な開ロエッチング形状が得られないことがわかった。
【００１７】
上記課題を解決するために本発明は、表面に凹部が形成された基板の、前記凹部底面と前記凹部周囲の表面に薄膜を成長させる成膜工程と、前記基板の表面上にイオン化したエッチングガスを入射させ、前記薄膜の前記凹部上に突き出されたオーバーハング部を除去するエッチング工程とを２回以上交互に繰り返す凹部充填方法である。
本発明は、表面に凹部が形成された基板の、前記凹部底面と前記凹部周囲の表面に薄膜を成長させながら、前記基板の表面上にイオン化したエッチングガスを入射させる凹部充填方法である。
本発明は凹部充填方法であって、イオン化した前記エッチングガスを、２００ｅＶ以上７０００ｅＶ以下のイオンエネルギーになるように加速して入射させる凹部充填方法である。
本発明は凹部充填方法であって、前記エッチングガスとして、Ａｒと、Ｎｅと、Ｋｒとからなる希ガス群より選択されるいずれか１種類以上の希ガスを用いる凹部充填方法である。
本発明は凹部充填方法であって、Cuと、Alと、Tiと、Taと、Wと、Mnと、Zrと、Hfと、Vと、Agと、Pdと、Ptと、Auと、Mｇと、Coと、Niとからなる金属元素群より選択されるいずれか１種の金属元素を含有する前記薄膜を成長させる凹部充填方法である。
【発明の効果】
【００１８】
成膜工程と、エッチング工程とを同時、又は交互に繰り返すことで、ドライプロセスだけで凹部を隙間無く充填することができる。凹部に充填された金属膜には空隙が無いから、金属膜の凹部に充填された部分を分離して形成された配線膜は低抵抗であり、かつ、基板に対する密着性も高い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１の符号１は本発明に用いる成膜装置の一例を示している。
成膜装置１は搬送室５を有しており、搬送室５には、１又は複数の成膜室２ａ〜２ｃと、１又は複数のエッチング室４ａ〜４ｃと、搬出入室７ａ、７ｂとが、真空バルブ８を介してそれぞれ接続されている。
【００２０】
搬送室５と、各成膜室２ａ〜２ｃと、各エッチング室４ａ〜４ｃと、各搬出入室７ａ、７ｂには、それぞれ真空排気系９が接続されており、真空排気系９によって搬送室５と、各成膜室２ａ〜２ｃと、各エッチング室４ａ〜４ｃと、各搬出入室７ａ、７ｂの内部を真空排気し、真空雰囲気を形成することができる。
【００２１】
搬送室５の内部には不図示の搬送ロボットが配置されている。真空バルブ８を開け、成膜室２ａ〜２ｃと、エッチング室４ａ〜４ｃと、搬出入室７ａ、７ｂを搬送室５に接続すると、基板１１を大気に曝すことなく、搬送ロボットによって、成膜室２ａ〜２ｃと、エッチング室４ａ〜４ｃと、搬出入室７ａ、７ｂの間との間で搬送することができる。
【００２２】
図２は成膜室２ａ〜２ｃの内部を示す断面図である。ここでは、各成膜室２ａ〜２ｃの内部に配置された部材は同じであり、同じ部材には同じ符号を付して説明する。
成膜室２ａ〜２ｃの内部にはステージ２２が配置され、成膜室２ａ〜２ｃ内部のステージ２２と対面する位置にターゲット２５とが配置されている。
【００２３】
ステージ２２はバイアス電源２３に接続されており、ステージ２２上に成膜対象物を配置すると、成膜対象物はステージ２２を介してバイアス電源２３に電気的に接続され、バイアス電源２３から直流（ＤＣ）又は交流（ＲＦ）のバイアス電圧が印加される。
【００２４】
ターゲット２５はスパッタ電源２６に接続されている。成膜室２ａ〜２ｃにはガス供給系２９が接続されており、成膜室２ａ〜２ｃ内部を真空排気しながら、ガス供給系２９からスパッタリングガスを供給するとターゲット２５がスパッタリングされ、スパッタ粒子が放出される。
このとき、成膜対象物にバイアス電圧を印加しておくと、スパッタ粒子は成膜対象物表面に略垂直に入射し、薄膜が成長する。
【００２５】
ここでは、成膜室２ａ〜２ｃ外部のターゲット２５裏面位置には磁界形成手段２８が配置され、スパッタリング時には、磁界形成手段２８が形成する磁界によってターゲット２５表面にプラズマが補足され、スパッタリング速度が速い。
【００２６】
図３はエッチング室４ａ〜４ｃの内部を示す断面図であり、各エッチング室４ａ〜４ｃの内部に配置された部材は同じであり、同じ部材には同じ符号を付して説明する。
エッチング室４ａ〜４ｃの内部には、イオン照射装置５０が配置されている。ここでは、イオン照射装置５０は、放電容器５１と、放電電極５３と、引き出し電極６１〜６３とを有している。
【００２７】
放電容器５１は筒状であって、筒の一端の開口（放出口）５５をステージ４２に向けて配置されている。放電電極５３はコイル状であって、放電容器５１の外周に巻き回されている。放電電極５３はＲＦ電源５４に接続されている。
【００２８】
放電容器５１の内部空間にはエッチングガス供給系５９が接続されており、エッチング室４ａ〜４ｃの内部に真空雰囲気を形成した状態で、放電容器５１の内部にエッチングガスを供給し、放電電極５３に高周波電圧を印加すると、エッチングガスがイオン化する。
【００２９】
各引き出し電極６１〜６３は、放電電極５３と放出口５５との間の位置で、放電容器５１の中心軸線に沿って並べられている。
ここでは、各引き出し電極６１〜６３は多孔板（マルチアパーチャー）で構成され、イオン化したエッチングガスは、各引き出し電極６１〜６３の孔を通ってから、放出口５５から放出されるようになっている。
【００３０】
各引き出し電極６１〜６３は加速電源６５に接続されている。加速電源６５は互いに隣接する引き出し電極６１〜６３に対して極性又は大きさの異なる電圧を印加するように構成されている。
【００３１】
ここでは、引き出し電極６１〜６３の数は３つであり、加速電源６５は、放電電極５３側の引き出し電極６１に正電圧を印加し、放出口５５側の引き出し電極６３をエッチング室４ａ〜４ｃと同じ接地電位に接続し、それらの引き出し電極６１、６３の間の引き出し電極に負電圧を印加するように設定されている。
【００３２】
イオン化したエッチングガスは引き出し電極６１〜６３のリング内側を通過する時に、電位差によって加速される。従って、放出口５５からは加速されたイオンが放出される。
エッチング室４ａ〜４ｃの内部には、放出口５５と対面するステージ４２が配置されており、放出口５５から放出されたイオンは、ステージ４２上に配置された成膜対象物に入射する。
【００３３】
次に、この成膜装置１を用いて凹部を充填する工程について説明する。
図４（ａ）の符号１１は本発明に用いる基板の一例を示しており、基板１１の表面には、溝又は有底の孔（凹部１２）が形成されている。ここでは、基板１１の表面にはＴａ，Ｔｉ等のバリア膜１３が形成されているが、その膜厚は凹部１２を充填しない程を薄く、凹部１２の開口は露出している。
【００３４】
この状態の基板１１を複数枚カセットに配置し、基板１１が配置されたカセットを一方又は両方の搬出入室７ａ、７ｂ内部に配置する。
搬送室５と、各成膜室２ａ〜２ｃと、各エッチング室４ａ〜４ｃと、搬出入室７ａ、７ｂ内部を真空排気し、所定圧力の真空雰囲気を形成してから、搬出入室７ａから基板１１を取り出し、成膜室２ａ〜２ｃに搬入する。
【００３５】
ここでは、ターゲット２５として、Ｃｕを主成分とするターゲット２５が配置されている。
真空排気しながらスパッタリングガスを供給し、成膜室２ａ〜２ｃ内部に所定圧力の成膜雰囲気を形成する。基板１１にバイアス電圧を印加し、ターゲット２５をスパッタリングすると、スパッタ粒子は基板１１表面に略垂直に入射するため、スパッタ粒子は、凹部１２周囲の基板１１表面上だけでなく、凹部１２の内部にも入射し、金属膜が成長する（成膜工程）
図４（ｂ）は基板１１表面に金属膜１５が形成された状態を示しており、金属膜１５は、基板１１の表面上と、凹部１２の底面と、凹部１２の側壁に形成されている。
【００３６】
スパッタリングを続けると、基板１１表面上に成長する金属膜１５が、凹部１２上で側方にも成長して、凹部１２上に張り出すオーバーハング部１９が形成される。
【００３７】
本発明では、凹部１２の開口がオーバーハング部１９で塞がれる前に、スパッタリングを停止し、金属膜１５の成長を停止させる。
成膜室２ａ〜２ｃを真空排気した後、金属膜１５が形成された基板１１をエッチング室４ａ〜４ｃに搬入し、金属膜１５が形成された面を放出口５５に向けた状態でステージ４２に乗せる。
【００３８】
図４（ｂ）の符号ｃは放出口５５から放出されたイオンの飛行方向を示しており、ここでは飛行方向ｃは放電容器５１の中心軸線と平行である場合を示している。
【００３９】
イオン照射装置５０と、ステージ４２との位置関係は、ステージ４２上の基板１１表面に対して垂直な垂線Ａと、飛行方向ｃとが成す入射角度θが０°以上３０°以下になるように設定されている。図４（ｂ）は、垂線Ａと、飛行方向ｃが一致し、入射角度θがゼロの状態を示している。
【００４０】
放電容器５１にＡｒ、Ｎｅ、Ｋｒ等の希ガスからなるエッチングガスを供給し、該エッチングガスをイオン化し、イオンエネルギーが、２００ｅＶ以上１００００ｅＶ以下、より好ましくは２００ｅＶ以上７０００ｅＶ以下になるように、加速電源６５から引き出し電極６１〜６３に電圧を印加する。
【００４１】
金属膜１５には、２００ｅＶ以上１００００ｅＶ以下の高エネルギーのエッチングガスイオンが、０°以上３０°以下の入射角度θで入射し、オーバーハング部１９がエッチング除去される（エッチング工程）。
このとき、基板１１表面と凹部１２の側面及び底面は金属膜１５で覆われているから、基板１１はイオンによってダメージを受けない。
【００４２】
イオンは凹部１２の内部にも入射するため、凹部１２底面上に形成された金属膜１５もエッチングされる。しかし、凹部１２の側壁及び底面上の金属膜１５がエッチングされるときには、エッチングによって放出される金属粒子が、凹部１２の壁面上及び底面上の金属膜１５に再付着するため、膜厚減少量が小さく、しかも、エッチング後は、凹部１２内の金属膜１５の非対称性が改善される。
【００４３】
オーバーハング部１９が除去され、基板１１表面上の金属膜１５が完全に除去される前に、基板１１表面上へのイオンの入射を停止させ、エッチング工程を終了する。
【００４４】
図４（ｃ）はエッチング工程終了後の状態を示しており、この基板１１を再び成膜室２ａ〜２ｃに搬入してターゲット２５をスパッタリングする。オーバーハング部１９は除去されているから、スパッタ粒子が凹部１２内に到達し、凹部１２底面上の金属膜１５が成長する（図４（ｄ））。
【００４５】
凹部１２がオーバーハング部１９で塞がれる前に、成膜工程を終了し、成膜室２ａ〜２ｃからエッチング室４ａ〜４ｃに戻し、上述したエッチング工程でオーバーハング部１９を除去する。
成膜工程とエッチング工程とを、凹部１２底面上の金属膜１５が成長し、凹部１２が該金属膜１５で充填されるまで交互に繰り返す。図４（ｅ）は凹部１２が金属膜１５で充填された状態を示している。この状態では、各凹部１２に充填された金属膜１５と、基板１１表面上に形成された金属膜１５は一体になっている。
【００４６】
凹部１２が金属膜１５で充填された状態の基板１１を成膜装置１から取り出し、ＣＭＰ（化学的機械研磨）法や物理的研磨法で、バリア膜１３が露出するまで金属膜１５を削り、基板１１表面上の金属膜１５を除去すると、各凹部１２に充填された金属膜１５が互いに分離され、配線膜となる（図５）。
【実施例】
【００４７】
図４（ａ）、（ｂ）の工程で金属膜１５として純銅膜を成膜した後、イオンエネルギーとイオン照射時間を変えてエッチングを行った後、凹部１２の開口と断面を電子顕微鏡で観察した。
図６（ａ）〜（ｄ）はイオンエネルギーが３００ｅＶであり、照射時間がそれぞれゼロ、１５秒、３０秒、４５秒の時の電子顕微鏡写真である。
【００４８】
図７（ａ）〜（ｄ）と図８（ａ）〜（ｄ）はイオンエネルギーが１０００ｅＶ、照射時間がそれぞれゼロ、８秒、１５秒、３０秒の時の凹部１２の開口及び断面の電子顕微鏡写真である。
図９（ａ）〜（ｄ）と図１０（ａ）〜（ｄ）は、イオンエネルギーが２０００ｅＶ、照射時間がそれぞれゼロ、１５秒、３０秒、６０秒の時の凹部１２の開口及び断面の電子顕微鏡写真である。
【００４９】
図１１（ａ）〜（ｄ）、図１２（ａ）〜（ｄ）はイオンエネルギーが３０００ｅＶ、照射時間がそれぞれ２０秒、４０秒、６０秒、９０秒の時の凹部１２の開口及び断面の電子顕微鏡写真である。
【００５０】
図６を見ると、イオンエネルギー３００ｅＶでは、エッチングによるオーバーハング部１９の減少量は少ないものの、凹部１２底部分の金属膜１５の非対称性が改善され、底部分に金属膜１５が均一に充填されることが分かる。
【００５１】
図７〜図１２を見ると、凹部１２底部の金属膜１５の非対称性が改善された上に、エッチングによってオーバーハング部１９が減少しており、その減少量はイオンエネルギーが大きい程大きいことが変わる。
特に、イオンエネルギーが３０００ｅＶと高エネルギーの場合、ボトムカバレッジも保持され、凹部１２底部のエッチング量が少ないことが分かる。
【００５２】
以上は、成膜工程とエッチング工程とを別々の真空槽で行う場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
図１３の符号７０は本発明に用いる成膜室の他の例を示している。この成膜室７０の内部には、ターゲット２５と、イオン照射装置５０の両方が配置されている。
【００５３】
イオン照射装置５０は、ステージ４２上の基板１１への入射角度θが０°以上３０°以下になるように配置され、ターゲット２５はステージ４２上の基板１１にスパッタ粒子が到達するように、表面がステージ４２に向けられている。
【００５４】
ここでは、イオン照射装置５０は放出口５５がステージ４２真上に位置するように配置され、ターゲット２５はステージ４２の真上から離れた位置で、スパッタリングされる面が基板１１表面に対して傾けられているが、ターゲット２５をステージ４２真上に配置し、放出口５５をステージ４２の真上から離れた位置に配置してもよい。
【００５５】
この成膜室７０では、同じステージ４２上の基板１１に、ターゲット２５からのスパッタ粒子と、イオン照射装置５０からのイオンの両方が到達する。従って、基板１１を搬送しなくても、成膜工程とエッチング工程を交互に行うことが可能である。
【００５６】
また、ターゲット２５をスパッタリングしながら、放出口５５からイオン化されたエッチングガスを放出して、成膜工程とエッチング工程とを同時に行えば、オーバーハング部１９は成長する前に、エッチングガスのイオンでエッチングされるので、凹部１２の開口は塞がれず、凹部１２を金属膜１５で充填することができる。
【００５７】
更に、イオン照射装置５０と、ターゲット２５とを、エッチングガスのイオンと、スパッタリング粒子を成膜室７０内部の異なる位置に到達するように配置し、基板１１をエッチングガスのイオンが到達する位置と、スパッタリング粒子が到達する場所に交互に搬送（例えば回転）することで、成膜工程とエッチング工程とを交互に行うこともできる。
【００５８】
以上は、金属膜１５として純銅膜を形成する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
Cuと、Alと、Tiと、Taと、Wと、Mnと、Zrと、Hfと、Vと、Agと、Pdと、Ptと、Auと、Mｇと、Coと、Niとからなる群より選択される１種以上の金属材料を含有するターゲット２５をスパッタリングし、Cuと、Alと、Tiと、Taと、Wと、Mnと、Zrと、Hfと、Vと、Agと、Pdと、Ptと、Auと、Mｇと、Coと、Niとからなる群より選択される１種以上の金属材料を含有する金属膜１５を形成することもできる。
【００５９】
更に、成膜工程でターゲット２５をスパッタリングする際に、Ｎ2、ＮＨ3等窒化ガス、Ｏ2、Ｏ3、Ｈ2Ｏ等の酸化ガスのいずれか一方又は両方を成膜室２ａ〜２ｃ内部に供給し、金属の窒化物と、金属の酸化物のいずれか一方又は両方を含む金属膜１５を成膜してもよい。
【００６０】
また、成膜方法はスパッタリング法に限定されない。基板１１を、金属膜材料（例えば上述した金属材料）の蒸気と、金属膜材料と反応する反応ガス（例えば上述した窒化ガスや酸化ガス）に交互に曝して、金属膜材料と反応ガスの反応生成物の膜を形成するＡＬＤ法、基板を金属膜材料の蒸気と、反応ガスに同時に曝して反応生成物の膜を生成するＣＶＤ法等で金属膜１５を成膜することもできる。
【００６１】
金属膜１５はバリア膜１３に密着形成する場合に限定されず、バリア膜１３が形成されず、基板１１が露出するものを成膜対象物として用い、金属膜１５を基板１１に密着形成してもよい。
【００６２】
エッチング工程の入射角度θも特に限定されないが、入射角度θが３０°を超えると、イオンの凹部１２入射量が小さくなり、オーバーハング部１９の除去量と、凹部１２底部の非対称性の改善が劣るので、入射角度θは０°以上３０°以下が望ましい。
更に、エッチング工程で、基板１１に直流又は交流のバイアス電圧を印加しながら、エッチングガスのイオンを入射させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明に用いる成膜装置の一例を示す平面図
【図２】成膜室の一例を示す断面図
【図３】エッチング室の一例を示す断面図
【図４】（ａ）〜（ｅ）：凹部を充填する工程を説明するための断面図
【図５】配線膜が形成された状態の基板を示す断面図
【図６】（ａ）〜（ｄ）：イオンエネルギーが３００ｅＶ、照射時間がゼロ、１５秒、３０秒、４５秒の時の凹部の断面を撮影した電子顕微鏡写真
【図７】（ａ）〜（ｄ）：イオンエネルギーが１０００ｅＶ、照射時間がゼロ、８秒、１５秒、３０秒の時の凹部の開口を撮影した電子顕微鏡写真
【図８】（ａ）〜（ｄ）：イオンエネルギーが１０００ｅＶ、照射時間がゼロ、８秒、１５秒、３０秒の時の凹部の断面を撮影した電子顕微鏡写真
【図９】（ａ）〜（ｄ）：イオンエネルギーが２０００ｅＶ、照射時間がゼロ、１５秒、３０秒、６０秒の時の凹部の開口を撮影した電子顕微鏡写真
【図１０】（ａ）〜（ｄ）：イオンエネルギーが２０００ｅＶ、照射時間がゼロ、１５秒、３０秒、６０秒の時の凹部の断面を撮影した電子顕微鏡写真
【図１１】（ａ）〜（ｄ）：イオンエネルギーが３０００ｅＶ、照射時間が２０秒、４０秒、６０秒、９０秒の時の凹部の開口を撮影した電子顕微鏡写真
【図１２】（ａ）〜（ｄ）：イオンエネルギーが３０００ｅＶ、照射時間が２０秒、４０秒、６０秒、９０秒の時の凹部の断面を撮影した電子顕微鏡写真
【図１３】成膜室の他の例を示す断面図
【符号の説明】
【００６４】
１１……基板 １２……凹部 １５……金属膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は成膜方法に関し、特に、ビアホールやトレンチホール等の凹部を充填する成膜方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ビアホールやトレンチホール等の凹部を充填し、配線膜を形成する方法としては、基板にＲＦ又はＤＣ電圧（バイアス電圧）を印加して、ターゲットをスパッタリングする方法が用いられている。
【０００３】
基板にバイアス電圧を印加すると、スパッタリングに生成されるプラズマ中のイオンが基板に引き込まれる。凹部の開口部に形成される張り出し部分（オーバーハング部）が該イオンでスパッタリング、除去されるため、凹部の内部まで金属を充填することができる。
【０００４】
しかし、基板に印加するバイアス電圧は１５０Ｖ程度が限界なため、このような小さいバイアス電圧では、十分にオーバーハング部を除去されない。
【０００５】
近年、半導体構造の微細化に伴い、凹部の開口も小径になっているため、オーバーハング部が十分に除去されないと、凹部が金属で充填される前に開口が塞がってしまう。
【０００６】
現状では、スパッタリングのようなドライプロセスで凹部を充填することは不可能なため、スパッタリングで凹部内部に下地の金属膜を形成した後、メッキ（ウェットプロセス）で凹部を金属で充填している。
工程の簡素化及び環境の配慮から、凹部の充填を一貫してドライプロセスで行うことが求められていた。
【０００７】
先行技術の一例として、ターゲットをスパッタリングして基板表面に薄膜を形成する際に、基板表面に横方向から（基板面に対して０°〜３０°の角度、即ち６０°〜９０°の入射角の範囲で）イオンビームを照射し、基板に形成された微細構造溝即ちトレンチの開目録部に堆積したスパッタリング粒子を除去し、配線薄膜を形成できるようにしたものが知られている（特許文献１参照）。
【０００８】
また、別の先行技術としては、半導体基板上に層間絶縁膜を形成し、配線溝を形成し、かかる配線溝内にＣｕを堆積して埋め込み、ＣＭＰ（化学機械研磨ｃｈｅｍｉｃａｌ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法などにより層間絶縁膜上のＣｕ導電膜を除去して配線溝内にＣｕ配線を形成する方法、及び半導体基板上に形成した層間絶縁膜上に有機化合物膜を形成し、該有機化合物膜に貫通する配線溝を形成し、配線溝にＣｕ配線材料を埋め込んで配線層を形成し、有機化合物膜上のＣｕ配線材料をＣＭＰ法やＲＩＥ法によって除去し、そして有機化合物膜を除去してＣｕ配線を形成する方法が知られている（特許文献２参照）。
【０００９】
さらにまた、基板表面に形成したＣｕ層上に、形成すべきＣｕ配線に相応したマスクを形成し、マスクで覆われていないＣｕ層を、プラズマでヨウ素を含む反応性ガスを分解してヨウ素とＣｕとを反応させて、Ｃｕｌｘを生成し、こうして生成されたＣｕｌｘを洗浄処理することでＣｕ配線を形成する方法も知られている（特許文献３及び特許文献４参照）。
【００１０】
しかし、上記で挙げた各特許文献に提案されている先行技術による方法及び装置では、現状で要求されている配線の微細化より更に高い微細構造には必ずしも対処できないだけでなく、処理工程の数が多く、装置の構造が複雑であるため、配線形成に手間がかかり、コストが高くなるという問題がある。
【００１１】
特に、微細化の進む半導体集積回路における配線の形成において、スパッタリング、ＡＬＤ法（原子層蒸着法、 Atomic Layer Deposition）、ＣＶＤ法（化学気相蒸着法、Chemical Vapor Deposition）等従来の成膜方法により被覆膜を形成する場合にビアホールやトレンチの開口部におけるオーバーハングや非対称性を簡単かつ低コストで如何に改善できるようにするかが重要である。
【特許文献１】特開平 １１−１４０６４０公開特許公報
【特許文献２】特開２０００−１２４２１８公開特許公報
【特許文献３】特開２００４−６４４１公開特許公報
【特許文献４】特開２００４−６４４３公開特許公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、半導体構造の微細化に対応でき、しかも基板上に形成した被覆膜におけるビアホールやトレンチの開口部におけるオーバーハングや非対称性を改善できる成膜方法及び装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
基板にバイアス電圧を印加することによって、イオンを基板に引き込み、被覆膜の形状を所望の形状に改善する公知の技術においては、基板のバイアス電位はたかだか１５０Ｖ程度までである。
【００１４】
基板上に下層としてＴｉ膜を厚さ１０ｎｍに形成し、その上にＣｕ層を厚さ４５ｎｍに形成し、５５〜６０ｎｍの微細溝（トレンチ）を備えた試料と、基板上にＴｉ膜を厚さ３０ｎｍに形成し、５５〜６０ｎｍの微細溝（トレンチ）を備えた試料とを用意し、この試料に対してイオンミリング法を用いてＴｉ層及びＣｕ層の形状変化を観察した。この場合、加速電圧は２００ｅVにし、照射イオンとしてはアルゴンイオンを使用し、イオン電流密度は０．４ｍＡ／ｃｍ2である。
【００１５】
前者の試料では、トレンチにおけるオーバーハングの形状も開口幅も変化なかった。一方後者の試料ではＴｉ層に対してトレンチの開目録部のエッチングは進んだが鋭角的な開ロエッチング形状は得られなかった。
【００１６】
このことから、加速電圧２００ｅV程度の低エネルギーのアルゴン粒子では、Ｃｕ被覆膜に対してトレンチの開口部のオーバーハングの形状及び開口幅を変えることができず、またＴｉ被覆膜ではトレンチの開口部の鋭角的な開ロエッチング形状が得られないことがわかった。
【００１７】
上記課題を解決するために本発明は、表面に凹部が形成された基板の、前記凹部底面と前記凹部周囲の表面に薄膜を成長させる成膜工程と、前記基板の表面上にイオン化したエッチングガスを入射させ、前記薄膜の前記凹部上に突き出されたオーバーハング部を除去するエッチング工程とを２回以上交互に繰り返す凹部充填方法である。
本発明は、表面に凹部が形成された基板の、前記凹部底面と前記凹部周囲の表面に薄膜を成長させながら、前記基板の表面上にイオン化したエッチングガスを入射させる凹部充填方法である。
本発明は凹部充填方法であって、イオン化した前記エッチングガスを、２００ｅＶ以上７０００ｅＶ以下のイオンエネルギーになるように加速して入射させる凹部充填方法である。
本発明は凹部充填方法であって、前記エッチングガスとして、Ａｒと、Ｎｅと、Ｋｒとからなる希ガス群より選択されるいずれか１種類以上の希ガスを用いる凹部充填方法である。
本発明は凹部充填方法であって、Cuと、Alと、Tiと、Taと、Wと、Mnと、Zrと、Hfと、Vと、Agと、Pdと、Ptと、Auと、Mｇと、Coと、Niとからなる金属元素群より選択されるいずれか１種の金属元素を含有する前記薄膜を成長させる凹部充填方法である。
【発明の効果】
【００１８】
成膜工程と、エッチング工程とを同時、又は交互に繰り返すことで、ドライプロセスだけで凹部を隙間無く充填することができる。凹部に充填された金属膜には空隙が無いから、金属膜の凹部に充填された部分を分離して形成された配線膜は低抵抗であり、かつ、基板に対する密着性も高い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１の符号１は本発明に用いる成膜装置の一例を示している。
成膜装置１は搬送室５を有しており、搬送室５には、１又は複数の成膜室２ａ〜２ｃと、１又は複数のエッチング室４ａ〜４ｃと、搬出入室７ａ、７ｂとが、真空バルブ８を介してそれぞれ接続されている。
【００２０】
搬送室５と、各成膜室２ａ〜２ｃと、各エッチング室４ａ〜４ｃと、各搬出入室７ａ、７ｂには、それぞれ真空排気系９が接続されており、真空排気系９によって搬送室５と、各成膜室２ａ〜２ｃと、各エッチング室４ａ〜４ｃと、各搬出入室７ａ、７ｂの内部を真空排気し、真空雰囲気を形成することができる。
【００２１】
搬送室５の内部には不図示の搬送ロボットが配置されている。真空バルブ８を開け、成膜室２ａ〜２ｃと、エッチング室４ａ〜４ｃと、搬出入室７ａ、７ｂを搬送室５に接続すると、基板１１を大気に曝すことなく、搬送ロボットによって、成膜室２ａ〜２ｃと、エッチング室４ａ〜４ｃと、搬出入室７ａ、７ｂの間との間で搬送することができる。
【００２２】
図２は成膜室２ａ〜２ｃの内部を示す断面図である。ここでは、各成膜室２ａ〜２ｃの内部に配置された部材は同じであり、同じ部材には同じ符号を付して説明する。
成膜室２ａ〜２ｃの内部にはステージ２２が配置され、成膜室２ａ〜２ｃ内部のステージ２２と対面する位置にターゲット２５とが配置されている。
【００２３】
ステージ２２はバイアス電源２３に接続されており、ステージ２２上に成膜対象物を配置すると、成膜対象物はステージ２２を介してバイアス電源２３に電気的に接続され、バイアス電源２３から直流（ＤＣ）又は交流（ＲＦ）のバイアス電圧が印加される。
【００２４】
ターゲット２５はスパッタ電源２６に接続されている。成膜室２ａ〜２ｃにはガス供給系２９が接続されており、成膜室２ａ〜２ｃ内部を真空排気しながら、ガス供給系２９からスパッタリングガスを供給するとターゲット２５がスパッタリングされ、スパッタ粒子が放出される。
このとき、成膜対象物にバイアス電圧を印加しておくと、スパッタ粒子は成膜対象物表面に略垂直に入射し、薄膜が成長する。
【００２５】
ここでは、成膜室２ａ〜２ｃ外部のターゲット２５裏面位置には磁界形成手段２８が配置され、スパッタリング時には、磁界形成手段２８が形成する磁界によってターゲット２５表面にプラズマが補足され、スパッタリング速度が速い。
【００２６】
図３はエッチング室４ａ〜４ｃの内部を示す断面図であり、各エッチング室４ａ〜４ｃの内部に配置された部材は同じであり、同じ部材には同じ符号を付して説明する。
エッチング室４ａ〜４ｃの内部には、イオン照射装置５０が配置されている。ここでは、イオン照射装置５０は、放電容器５１と、放電電極５３と、引き出し電極６１〜６３とを有している。
【００２７】
放電容器５１は筒状であって、筒の一端の開口（放出口）５５をステージ４２に向けて配置されている。放電電極５３はコイル状であって、放電容器５１の外周に巻き回されている。放電電極５３はＲＦ電源５４に接続されている。
【００２８】
放電容器５１の内部空間にはエッチングガス供給系５９が接続されており、エッチング室４ａ〜４ｃの内部に真空雰囲気を形成した状態で、放電容器５１の内部にエッチングガスを供給し、放電電極５３に高周波電圧を印加すると、エッチングガスがイオン化する。
【００２９】
各引き出し電極６１〜６３は、放電電極５３と放出口５５との間の位置で、放電容器５１の中心軸線に沿って並べられている。
ここでは、各引き出し電極６１〜６３は多孔板（マルチアパーチャー）で構成され、イオン化したエッチングガスは、各引き出し電極６１〜６３の孔を通ってから、放出口５５から放出されるようになっている。
【００３０】
各引き出し電極６１〜６３は加速電源６５に接続されている。加速電源６５は互いに隣接する引き出し電極６１〜６３に対して極性又は大きさの異なる電圧を印加するように構成されている。
【００３１】
ここでは、引き出し電極６１〜６３の数は３つであり、加速電源６５は、放電電極５３側の引き出し電極６１に正電圧を印加し、放出口５５側の引き出し電極６３をエッチング室４ａ〜４ｃと同じ接地電位に接続し、それらの引き出し電極６１、６３の間の引き出し電極に負電圧を印加するように設定されている。
【００３２】
イオン化したエッチングガスは引き出し電極６１〜６３のリング内側を通過する時に、電位差によって加速される。従って、放出口５５からは加速されたイオンが放出される。
エッチング室４ａ〜４ｃの内部には、放出口５５と対面するステージ４２が配置されており、放出口５５から放出されたイオンは、ステージ４２上に配置された成膜対象物に入射する。
【００３３】
次に、この成膜装置１を用いて凹部を充填する工程について説明する。
図４（ａ）の符号１１は本発明に用いる基板の一例を示しており、基板１１の表面には、溝又は有底の孔（凹部１２）が形成されている。ここでは、基板１１の表面にはＴａ，Ｔｉ等のバリア膜１３が形成されているが、その膜厚は凹部１２を充填しない程を薄く、凹部１２の開口は露出している。
【００３４】
この状態の基板１１を複数枚カセットに配置し、基板１１が配置されたカセットを一方又は両方の搬出入室７ａ、７ｂ内部に配置する。
搬送室５と、各成膜室２ａ〜２ｃと、各エッチング室４ａ〜４ｃと、搬出入室７ａ、７ｂ内部を真空排気し、所定圧力の真空雰囲気を形成してから、搬出入室７ａから基板１１を取り出し、成膜室２ａ〜２ｃに搬入する。
【００３５】
ここでは、ターゲット２５として、Ｃｕを主成分とするターゲット２５が配置されている。
真空排気しながらスパッタリングガスを供給し、成膜室２ａ〜２ｃ内部に所定圧力の成膜雰囲気を形成する。基板１１にバイアス電圧を印加し、ターゲット２５をスパッタリングすると、スパッタ粒子は基板１１表面に略垂直に入射するため、スパッタ粒子は、凹部１２周囲の基板１１表面上だけでなく、凹部１２の内部にも入射し、金属膜が成長する（成膜工程）
図４（ｂ）は基板１１表面に金属膜１５が形成された状態を示しており、金属膜１５は、基板１１の表面上と、凹部１２の底面と、凹部１２の側壁に形成されている。
【００３６】
スパッタリングを続けると、基板１１表面上に成長する金属膜１５が、凹部１２上で側方にも成長して、凹部１２上に張り出すオーバーハング部１９が形成される。
【００３７】
本発明では、凹部１２の開口がオーバーハング部１９で塞がれる前に、スパッタリングを停止し、金属膜１５の成長を停止させる。
成膜室２ａ〜２ｃを真空排気した後、金属膜１５が形成された基板１１をエッチング室４ａ〜４ｃに搬入し、金属膜１５が形成された面を放出口５５に向けた状態でステージ４２に乗せる。
【００３８】
図４（ｂ）の符号ｃは放出口５５から放出されたイオンの飛行方向を示しており、ここでは飛行方向ｃは放電容器５１の中心軸線と平行である場合を示している。
【００３９】
イオン照射装置５０と、ステージ４２との位置関係は、ステージ４２上の基板１１表面に対して垂直な垂線Ａと、飛行方向ｃとが成す入射角度θが０°以上３０°以下になるように設定されている。図４（ｂ）は、垂線Ａと、飛行方向ｃが一致し、入射角度θがゼロの状態を示している。
【００４０】
放電容器５１にＡｒ、Ｎｅ、Ｋｒ等の希ガスからなるエッチングガスを供給し、該エッチングガスをイオン化し、イオンエネルギーが、２００ｅＶ以上１００００ｅＶ以下、より好ましくは２００ｅＶ以上７０００ｅＶ以下になるように、加速電源６５から引き出し電極６１〜６３に電圧を印加する。
【００４１】
金属膜１５には、２００ｅＶ以上１００００ｅＶ以下の高エネルギーのエッチングガスイオンが、０°以上３０°以下の入射角度θで入射し、オーバーハング部１９がエッチング除去される（エッチング工程）。
このとき、基板１１表面と凹部１２の側面及び底面は金属膜１５で覆われているから、基板１１はイオンによってダメージを受けない。
【００４２】
イオンは凹部１２の内部にも入射するため、凹部１２底面上に形成された金属膜１５もエッチングされる。しかし、凹部１２の側壁及び底面上の金属膜１５がエッチングされるときには、エッチングによって放出される金属粒子が、凹部１２の壁面上及び底面上の金属膜１５に再付着するため、膜厚減少量が小さく、しかも、エッチング後は、凹部１２内の金属膜１５の非対称性が改善される。
【００４３】
オーバーハング部１９が除去され、基板１１表面上の金属膜１５が完全に除去される前に、基板１１表面上へのイオンの入射を停止させ、エッチング工程を終了する。
【００４４】
図４（ｃ）はエッチング工程終了後の状態を示しており、この基板１１を再び成膜室２ａ〜２ｃに搬入してターゲット２５をスパッタリングする。オーバーハング部１９は除去されているから、スパッタ粒子が凹部１２内に到達し、凹部１２底面上の金属膜１５が成長する（図４（ｄ））。
【００４５】
凹部１２がオーバーハング部１９で塞がれる前に、成膜工程を終了し、成膜室２ａ〜２ｃからエッチング室４ａ〜４ｃに戻し、上述したエッチング工程でオーバーハング部１９を除去する。
成膜工程とエッチング工程とを、凹部１２底面上の金属膜１５が成長し、凹部１２が該金属膜１５で充填されるまで交互に繰り返す。図４（ｅ）は凹部１２が金属膜１５で充填された状態を示している。この状態では、各凹部１２に充填された金属膜１５と、基板１１表面上に形成された金属膜１５は一体になっている。
【００４６】
凹部１２が金属膜１５で充填された状態の基板１１を成膜装置１から取り出し、ＣＭＰ（化学的機械研磨）法や物理的研磨法で、バリア膜１３が露出するまで金属膜１５を削り、基板１１表面上の金属膜１５を除去すると、各凹部１２に充填された金属膜１５が互いに分離され、配線膜となる（図５）。
【実施例】
【００４７】
図４（ａ）、（ｂ）の工程で金属膜１５として純銅膜を成膜した後、イオンエネルギーとイオン照射時間を変えてエッチングを行った後、凹部１２の開口と断面を電子顕微鏡で観察した。
図６（ａ）〜（ｄ）はイオンエネルギーが３００ｅＶであり、照射時間がそれぞれゼロ、１５秒、３０秒、４５秒の時の電子顕微鏡写真である。
【００４８】
図７（ａ）〜（ｄ）と図８（ａ）〜（ｄ）はイオンエネルギーが１０００ｅＶ、照射時間がそれぞれゼロ、８秒、１５秒、３０秒の時の凹部１２の開口及び断面の電子顕微鏡写真である。
図９（ａ）〜（ｄ）と図１０（ａ）〜（ｄ）は、イオンエネルギーが２０００ｅＶ、照射時間がそれぞれゼロ、１５秒、３０秒、６０秒の時の凹部１２の開口及び断面の電子顕微鏡写真である。
【００４９】
図１１（ａ）〜（ｄ）、図１２（ａ）〜（ｄ）はイオンエネルギーが３０００ｅＶ、照射時間がそれぞれ２０秒、４０秒、６０秒、９０秒の時の凹部１２の開口及び断面の電子顕微鏡写真である。
【００５０】
図６を見ると、イオンエネルギー３００ｅＶでは、エッチングによるオーバーハング部１９の減少量は少ないものの、凹部１２底部分の金属膜１５の非対称性が改善され、底部分に金属膜１５が均一に充填されることが分かる。
【００５１】
図７〜図１２を見ると、凹部１２底部の金属膜１５の非対称性が改善された上に、エッチングによってオーバーハング部１９が減少しており、その減少量はイオンエネルギーが大きい程大きいことが変わる。
特に、イオンエネルギーが３０００ｅＶと高エネルギーの場合、ボトムカバレッジも保持され、凹部１２底部のエッチング量が少ないことが分かる。
【００５２】
以上は、成膜工程とエッチング工程とを別々の真空槽で行う場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
図１３の符号７０は本発明に用いる成膜室の他の例を示している。この成膜室７０の内部には、ターゲット２５と、イオン照射装置５０の両方が配置されている。
【００５３】
イオン照射装置５０は、ステージ４２上の基板１１への入射角度θが０°以上３０°以下になるように配置され、ターゲット２５はステージ４２上の基板１１にスパッタ粒子が到達するように、表面がステージ４２に向けられている。
【００５４】
ここでは、イオン照射装置５０は放出口５５がステージ４２真上に位置するように配置され、ターゲット２５はステージ４２の真上から離れた位置で、スパッタリングされる面が基板１１表面に対して傾けられているが、ターゲット２５をステージ４２真上に配置し、放出口５５をステージ４２の真上から離れた位置に配置してもよい。
【００５５】
この成膜室７０では、同じステージ４２上の基板１１に、ターゲット２５からのスパッタ粒子と、イオン照射装置５０からのイオンの両方が到達する。従って、基板１１を搬送しなくても、成膜工程とエッチング工程を交互に行うことが可能である。
【００５６】
また、ターゲット２５をスパッタリングしながら、放出口５５からイオン化されたエッチングガスを放出して、成膜工程とエッチング工程とを同時に行えば、オーバーハング部１９は成長する前に、エッチングガスのイオンでエッチングされるので、凹部１２の開口は塞がれず、凹部１２を金属膜１５で充填することができる。
【００５７】
更に、イオン照射装置５０と、ターゲット２５とを、エッチングガスのイオンと、スパッタリング粒子を成膜室７０内部の異なる位置に到達するように配置し、基板１１をエッチングガスのイオンが到達する位置と、スパッタリング粒子が到達する場所に交互に搬送（例えば回転）することで、成膜工程とエッチング工程とを交互に行うこともできる。
【００５８】
以上は、金属膜１５として純銅膜を形成する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
Cuと、Alと、Tiと、Taと、Wと、Mnと、Zrと、Hfと、Vと、Agと、Pdと、Ptと、Auと、Mｇと、Coと、Niとからなる群より選択される１種以上の金属材料を含有するターゲット２５をスパッタリングし、Cuと、Alと、Tiと、Taと、Wと、Mnと、Zrと、Hfと、Vと、Agと、Pdと、Ptと、Auと、Mｇと、Coと、Niとからなる群より選択される１種以上の金属材料を含有する金属膜１５を形成することもできる。
【００５９】
更に、成膜工程でターゲット２５をスパッタリングする際に、Ｎ2、ＮＨ3等窒化ガス、Ｏ2、Ｏ3、Ｈ2Ｏ等の酸化ガスのいずれか一方又は両方を成膜室２ａ〜２ｃ内部に供給し、金属の窒化物と、金属の酸化物のいずれか一方又は両方を含む金属膜１５を成膜してもよい。
【００６０】
また、成膜方法はスパッタリング法に限定されない。基板１１を、金属膜材料（例えば上述した金属材料）の蒸気と、金属膜材料と反応する反応ガス（例えば上述した窒化ガスや酸化ガス）に交互に曝して、金属膜材料と反応ガスの反応生成物の膜を形成するＡＬＤ法、基板を金属膜材料の蒸気と、反応ガスに同時に曝して反応生成物の膜を生成するＣＶＤ法等で金属膜１５を成膜することもできる。
【００６１】
金属膜１５はバリア膜１３に密着形成する場合に限定されず、バリア膜１３が形成されず、基板１１が露出するものを成膜対象物として用い、金属膜１５を基板１１に密着形成してもよい。
【００６２】
エッチング工程の入射角度θも特に限定されないが、入射角度θが３０°を超えると、イオンの凹部１２入射量が小さくなり、オーバーハング部１９の除去量と、凹部１２底部の非対称性の改善が劣るので、入射角度θは０°以上３０°以下が望ましい。
更に、エッチング工程で、基板１１に直流又は交流のバイアス電圧を印加しながら、エッチングガスのイオンを入射させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明に用いる成膜装置の一例を示す平面図
【図２】成膜室の一例を示す断面図
【図３】エッチング室の一例を示す断面図
【図４】（ａ）〜（ｅ）：凹部を充填する工程を説明するための断面図
【図５】配線膜が形成された状態の基板を示す断面図
【図６】（ａ）〜（ｄ）：イオンエネルギーが３００ｅＶ、照射時間がゼロ、１５秒、３０秒、４５秒の時の凹部の断面を撮影した電子顕微鏡写真
【図７】（ａ）〜（ｄ）：イオンエネルギーが１０００ｅＶ、照射時間がゼロ、８秒、１５秒、３０秒の時の凹部の開口を撮影した電子顕微鏡写真
【図８】（ａ）〜（ｄ）：イオンエネルギーが１０００ｅＶ、照射時間がゼロ、８秒、１５秒、３０秒の時の凹部の断面を撮影した電子顕微鏡写真
【図９】（ａ）〜（ｄ）：イオンエネルギーが２０００ｅＶ、照射時間がゼロ、１５秒、３０秒、６０秒の時の凹部の開口を撮影した電子顕微鏡写真
【図１０】（ａ）〜（ｄ）：イオンエネルギーが２０００ｅＶ、照射時間がゼロ、１５秒、３０秒、６０秒の時の凹部の断面を撮影した電子顕微鏡写真
【図１１】（ａ）〜（ｄ）：イオンエネルギーが３０００ｅＶ、照射時間が２０秒、４０秒、６０秒、９０秒の時の凹部の開口を撮影した電子顕微鏡写真
【図１２】（ａ）〜（ｄ）：イオンエネルギーが３０００ｅＶ、照射時間が２０秒、４０秒、６０秒、９０秒の時の凹部の断面を撮影した電子顕微鏡写真
【図１３】成膜室の他の例を示す断面図
【符号の説明】
【００６４】
１１……基板 １２……凹部 １５……金属膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に凹部が形成された基板の、前記凹部底面と前記凹部周囲の表面に薄膜を成長させる成膜工程と、
前記基板の表面上にイオン化したエッチングガスを入射させ、前記薄膜の前記凹部上に突き出されたオーバーハング部を除去するエッチング工程とを２回以上交互に繰り返す凹部充填方法。
【請求項２】
表面に凹部が形成された基板の、前記凹部底面と前記凹部周囲の表面に薄膜を成長させながら、
前記基板の表面上にイオン化したエッチングガスを入射させる凹部充填方法。
【請求項３】
イオン化した前記エッチングガスを、２００ｅＶ以上７０００ｅＶ以下のイオンエネルギーになるように加速して入射させる請求項１又は請求項２のいずれか１項記載の凹部充填方法。
【請求項４】
前記エッチングガスとして、Ａｒと、Ｎｅと、Ｋｒとからなる希ガス群より選択されるいずれか１種類以上の希ガスを用いる請求項１又は請求項２のいずれか１項記載の凹部充填方法。
【請求項５】
Cuと、Alと、Tiと、Taと、Wと、Mnと、Zrと、Hfと、Vと、Agと、Pdと、Ptと、Auと、Mｇと、Coと、Niとからなる金属元素群より選択されるいずれか１種の金属元素を含有する前記薄膜を成長させる請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の凹部充填方法。
【請求項１】
表面に凹部が形成された基板の、前記凹部底面と前記凹部周囲の表面に薄膜を成長させる成膜工程と、
前記基板の表面上にイオン化したエッチングガスを入射させ、前記薄膜の前記凹部上に突き出されたオーバーハング部を除去するエッチング工程とを２回以上交互に繰り返す凹部充填方法。
【請求項２】
表面に凹部が形成された基板の、前記凹部底面と前記凹部周囲の表面に薄膜を成長させながら、
前記基板の表面上にイオン化したエッチングガスを入射させる凹部充填方法。
【請求項３】
イオン化した前記エッチングガスを、２００ｅＶ以上７０００ｅＶ以下のイオンエネルギーになるように加速して入射させる請求項１又は請求項２のいずれか１項記載の凹部充填方法。
【請求項４】
前記エッチングガスとして、Ａｒと、Ｎｅと、Ｋｒとからなる希ガス群より選択されるいずれか１種類以上の希ガスを用いる請求項１又は請求項２のいずれか１項記載の凹部充填方法。
【請求項５】
Cuと、Alと、Tiと、Taと、Wと、Mnと、Zrと、Hfと、Vと、Agと、Pdと、Ptと、Auと、Mｇと、Coと、Niとからなる金属元素群より選択されるいずれか１種の金属元素を含有する前記薄膜を成長させる請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の凹部充填方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図１３】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図１３】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００８−２８３１４４（Ｐ２００８−２８３１４４Ａ）
【公開日】平成２０年１１月２０日（２００８．１１．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１２８４９３（Ｐ２００７−１２８４９３）
【出願日】平成１９年５月１４日（２００７．５．１４）
【出願人】（０００２３１４６４）株式会社アルバック (1,740)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１１月２０日（２００８．１１．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年５月１４日（２００７．５．１４）
【出願人】（０００２３１４６４）株式会社アルバック (1,740)
【Ｆターム（参考）】
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