WO2011081202A1

WO2011081202A1 - 電子部品の製造方法、電子部品、プラズマ処理装置、制御プログラム及び記録媒体

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Publication number: WO2011081202A1
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Inventors: 俊一若柳; 孝之齋藤
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Abstract

本発明の一実施形態は、高温で成膜される低融点金属の凝集を防止ないしは低減し、十分なバリア性及びぬれ性を有するバリア層を形成して、凹部に低融点金属を付け回り良く充填する。本発明の一実施形態に係る電子部品の製造方法は、例えば４Ｐａ以上２０Ｐａ以下の圧力下で、被処理体（３０６）と接する電極（３０１）に第１のバイアス電力を印加し、プラズマ処理により被処理体（３０６）の上にＴｉＮｘからなる第１のバリア層（４０４）を成膜する手順と、例えば４Ｐａ以上２０Ｐａ以下の圧力下で、電極（３０１）に第１のバイアス電力よりも小さいイオン入射エネルギーを与える第２のバイアス電力を印加し、またはバイアス電力を印加しないで、プラズマ処理により第１のバリア層の上にＴｉＮｘからなる第２のバリア層（４０５）を成膜する手順と、第２のバリア層（４０５）上に低融点金属（４０６）を充填する手順と、を有する。

Description

電子部品の製造方法、電子部品、プラズマ処理装置、制御プログラム及び記録媒体

　本発明は、電子部品の製造方法、電子部品、プラズマ処理装置、制御プログラム及び記録媒体に関し、特に集積回路の誘電体層表面の凹部を低融点金属で充填するのに好適な電子部品の製造方法、電子部品、プラズマ処理装置制御プログラム及び記録媒体に関する。

　ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ　Ｓｃａｌｅ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）の高集積化に伴い、基板と配線間の電気的接続を得るコンタクトホールや、多層配線間の接続を得るビア（Ｖｉａ）等の接続孔も微細化し、アスペクト比は１を超えるまでになっている。

　このような微細孔に導電性材料を充填し、電気的に接続することが行われている。一般的に配線材料には、低抵抗かつ加工性の観点から、Ａｌ系合金が用いられている。ここで、Ａｌ系合金は、純Ａｌの他に、Ａｌ－ＳｉやＡｌ－Ｃｕ等のＡｌに微量添加物を加えたものも含む概念であり、以下、説明の便宜上から、単に「Ａｌ」と表記する。

　従来、高アスペクト比の微細孔への充填を容易にする充填技術としては、リフローと呼ばれる手法が用いられてきた。リフローは、まず、ＡｌとＳｉの拡散を防ぐ目的で、バリア層（バリアメタルと呼ぶ）を形成する。このバリア層には、通常、ＴｉＮ（チタンナイトライド）等が用いられる。コンタクトホールの場合には、低抵抗コンタクトを実現しうるＴｉ化合物であるチタンシリサイドを形成する目的で、下層にＴｉを成膜した積層構造をとることが一般的である。

　次に、Ａｌの充填を行うが、リフローは４００℃程度の高温で充填を行うため、バリア層上にそのまま成膜すると、バリア最表層のＴｉＮとＡｌとのぬれ性が悪く、高温で成膜したＡｌが凝集して個々の小滴となってしまう。したがって、連続性を保てずに埋設が不十分となり、図１０に示すようなボイド４１０と呼ばれる空隙を形成してしまう。

　これを防止するため、バリア層上に連続なＡｌの流動経路を形成する必要がある。この流動経路はＳｅｅｄ層（種層）と呼ばれ、１００℃以下で成膜されたＡｌ層を用いる。流動経路を確保した後、４００℃程度の高温下でＡｌを成膜し、ホール内をＡｌで充填する。この低温でのＳｅｅｄ層としてのＡｌの成膜と、高温でのＡｌの成膜は、基板ホルダの温度を所定温度に調節した異なるチャンバ内に基板を移送して行うのが一般的である。

　この関連技術として、真空下で、接続孔を有する半導体基板を０℃以下に冷却しながらスパッタリング法でＡｌ系膜を形成後、３００℃以上の温度に基板を加熱して接続孔を埋め込む手段を有する半導体製造装置が提案されている（特許文献１参照）。

　また、Ａｌは金属原子の中でも質量が軽いため、特にエレクトロマイグレーションによる断線故障が問題となる。このエレクトロマイグレーション耐性を向上させるには、Ａｌの（１１１）配向を強化することが有効であることは既知である。このＡｌの配向性を強化する技術としては、（００２）配向した１００Å以下のＴｉ膜上に、（１１１）配向のＴｉＮ膜を形成し、その上にＡｌを成膜する方法が提案されている（特許文献２参照）。一般的にも、バリア層の結晶配向性を強めることでＡｌの結晶配向性を強化し、エレクトロマイグレーション耐性を向上させている。

　この結果は、Ａｌが下地であるバリア層の結晶性に従って基板と垂直な方向に成長することを示している。逆に言うと、下地の結晶性が強いほど、その成長方向が影響され、開口部に沿って流動する動きを拘束することを示している。

特開平７－７４１７７号公報特開平６－２８３５３２号公報

　しかし、前述の手法においてはいくつかの問題点が存在する。第１に下地層の結晶性が強い場合には、Ａｌは下地に拘束され、基板垂直方向へ成長し、開口内部へ流動するＡｌの動きを阻害する。

　第２の問題はＳｅｅｄ層の被覆形状である。Ｓｅｅｄ層は、凝集を抑制するため、冷却された状態で成膜される。このためＳｅｅｄ層の被覆形状はマイグレーションによる粒子の移動が生じず、特に高アスペクト比の微細孔では、図１１に示すように、開口部においてオーバーハング形状４２０を形成してしまう場合がある。

　これらの不良は、高アスペクト比の微細孔になるほど、顕著になる傾向があり、従来のリフローを用いる技術の限界と考えられる。　
　言い換えるならば、高アスペクト比の微細孔でのＡｌの充填には、下地の拘束力すなわち結晶性の制御およびＡｌの被覆形状の改善が必要である。

　本発明は、十分なバリア性及びぬれ性を有するバリア層を形成して、凹部に低融点金属を付け回り良く充填できる電子部品の製造方法、電子部品、プラズマ処理装置、制御プログラム及び記録媒体を提供することを目的としている。

　上記の目的を達成すべく成された本発明の構成は以下の通りである。

　即ち、本発明の第１の態様は、凹部を被処理体にバリア層を成膜するバリア層成膜手順と、前記バリア層が形成された被処理体の凹部に低融点金属を充填して、低融点金属層を形成する充填手順と、を有し、前記バリア層成膜手順は、前記被処理体と接するバイアス電極に第１のバイアス電力を印加し、プラズマ処理によりＴｉＮｘ（ｘは正の数）を含む第１層を成膜する手順と、前記電極に前記第１のバイアス電力よりも小さいイオン入射エネルギーを与える第２のバイアス電力を印加し、またはバイアス電力を印加しないで、プラズマ処理により前記第１のバリア層の上にＴｉＮｙ（ｙは正の数）を含む第２層を成膜する手順と、を有することを特徴とする電子部品の製造方法である。

　また、本発明の第２の態様は、処理空間を区画する容器と、前記容器の内部で被処理体を保持するためのホルダと、前記ホルダの上方に配置され、プラズマを生成する放電電極と、前記ホルダにバイアス電力を印加するバイアス電極と、前記バイアス電極に供給するバイアス電力を制御する電力制御機構と、成膜プロセスを制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、ＴｉＮｘ（ｘは正の数）を含む第１のバリア層の成膜に際して、前記電力制御機構により前記バイアス電極に第１のバイアス電力を印加し、かつＴｉＮｙ（ｙは正の数）を含む第２のバリア層の成膜に際して、前記電力制御機構により前記バイアス電極に第１のバイアス電力よりも低いイオン入射エネルギーを与える第２のバイアス電力を印加し、または前記バイアス電極に第２のバイアス電力を印加しないことを特徴とするプラズマ処理装置である。

　本発明によれば、高温で成膜される導電性金属の凝集を防止ないしは低減し、十分なバリア性及びぬれ性を有するバリア層を形成して、凹部に導電性金属を付け回り良く充填できる。

本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置を模式的に示す概略断面図である。本発明の一実施形態に係る磁石機構をターゲット電極（第１の電極）側から見た平面図である。本発明の一実施形態に係るマルチチャンバシステムを模式的に示す概略図である。本発明の一実施形態に係る電子部品の製造方法の手順を示す概略図である。本発明の一実施形態に係る高圧力スパッタのスパッタ粒子の輸送過程の説明図である。本発明の一実施形態に係るリスパッタの説明図である。本発明の一実施形態に係る、低圧力スパッタと高圧力スパッタの粒子輸送過程と付き回り形状の説明図である。本発明の一実施形態に係る、低圧力スパッタと高圧力スパッタの粒子輸送過程と付き回り形状の説明図である。本発明の一実施形態に係るバリア層のＸ線回折パターンを示す説明図である。本発明の一実施形態に係る充填結果を示すＳＥＭ顕微鏡写真である。従来の凹部（微細孔）におけるボイドを示す説明図である。従来の低圧力スパッタでの付き回り状態を示す説明図である。本発明の一実施形態に係る電子部品の製造方法の手順を示す概略図である。

　以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明するが、本発明は本実施形態に限定されるものではない。

　（第１の実施形態）　
　〔プラズマ処理装置〕　
　まず、図１を参照して、本発明に係るプラズマ処理装置の一実施形態の構成について説明する。図１は、本実施形態のプラズマ処理装置を模式的に示す概略断面図である。

　図１に示すように、本実施形態のプラズマ処理装置１００は、処理空間を区画する容器（チャンバ）２０１を備えており、チャンバ２０１内の上下には上部電極（放電電極）１と下部電極（バイアス電極）３０１とが設けられている。

　チャンバ２０１は中空円柱状の容器であって、略円板状の上部壁（天井壁）２０２と、略円筒形の側壁２０３と、略円板状の底壁２０４とを備えている。チャンバ２０１内に区画された処理空間の下方には、基板や電子部品等の被処理体３０６を保持する載置台としてのステージホルダ３０２が設けられている。

　このチャンバ２０１の側壁には排気口２０５が設けられており、この排気口２０５にはチャンバ２０１内を真空排気する排気ポンプ１０が接続されている。また、チャンバ２０１の内側壁には、このチャンバ２０１の内部の処理空間にアルゴン等の処理ガスを導入するガス導入口９が設けられ、このガス導入口９は不図示のガス供給手段に接続されている。

　さらに、チャンバ２０１の側壁には、このチャンバ２０１内の圧力を測定する圧力計３０が設けられている。この圧力計３０は、例えば、ダイヤフラムゲージ等によって形成され、この圧力計３０の検出値に基づいてチャンバ２０１内の圧力を制御する圧力制御機構３１と接続されている。

　上部電極（放電電極）１は、上部壁２０２、磁石機構５、ターゲット電極（第１の電極）２、絶縁体４、およびシールド３を有している。

　磁石機構５は上部壁２０２の下方に設けられており、磁石機構５の下部にはターゲット材を搭載するターゲット電極２が設けられている。ターゲット電極２の主要部品は、Ａｌ、オーステナイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ）、Ｃｕなどの非磁性金属から構成されている。ターゲット電極２の減圧側には、基板３０６上に成膜するのに必要なターゲット（不図示）を設置することができる。

　ターゲット電極２は、整合器１０１を介して、このターゲット電極２に電力を供給する高周波電源等の上部電極用電源１０２と、直流電圧を供給するＤＣ電源１０３とに接続されている。絶縁体４は、ターゲット電極２とチャンバ２０１の側壁とを絶縁すると共に、ターゲット電極２をチャンバ２０１内に保持するためのものである。さらに、絶縁体４の下部には、シールド３が設けられている。

　また、上部電極１やターゲット電極２の中には不図示の配管が設けられており、この配管に冷却水を流すことによって、上部電極１やターゲット電極２を冷却することができる。

　磁石機構５は、マグネット支持板７と、マグネット支持板７に支持された複数のマグネットピース６と、複数のマグネットピース６の最外周側に設けられた磁場調整用磁性体８とを有している。なお、磁石機構５は、不図示の回転機構により、ターゲット材の中心軸を回転軸として回転可能に構成されている。

　複数のマグネットピース６は、ターゲット電極２の上方であって、ターゲット電極２の表面と平行となるように、相互に隣接して配置されている。隣接するマグネットピース６同士によって、ポイントカスプ磁場１１が形成されている。

　磁場調整用磁性体８は、外周側に位置するマグネットピース６が、ターゲット電極２側において部分的に重なるように延設されている。このような構成をとることにより、ターゲット電極２とシールド３との隙間において、磁場強度を抑制（制御）することができる。

　下部電極（バイアス電極）３０１は、ホルダ３０２、冷却・加熱機構１２、底壁２０４、および第２の電極用絶縁体３０３を有している。

　基板３０６を載置するステージホルダ３０２の内部には、冷却・加熱機構１２が設けられている。

　第２の電極用絶縁体３０３は、ホルダ３０２とチャンバ２０１の底壁２０４とを電気的に絶縁して支持するための装置（部材）である。また、ホルダ３０２には、整合器３０４を介して、被処理体３０６にバイアス電力を印加する高周波電源等の下部電極用電源３０５が接続されている。また、下部電極用電源３０５には、ホルダ３０２に印加するバイアス電力を制御する不図示の電力制御機構が備えられている。

　なお、図示していないが、ホルダ３０２には、単極型電極を有する静電吸着装置が設けられており、この単極型電極は、ＤＣ電源（不図示）と接続されている。この静電吸着装置によって処理対象としての基板３０６がホルダ３０２の載置面に静電吸着される。

　さらに、図示していないが、ホルダ３０２には、被処理体３０６の裏面に対して、その温度を制御するためのガス（例えば、Ａｒなどの不活性ガス）を供給する複数のガス噴出口と、被処理体３０６の温度を計測するための温度計測器が設けられている。

　次に、図２を参照して、磁石機構５についてさらに詳細に説明する。図２は、磁石機構をターゲット電極（第１の電極）側から見た平面図である。

　図２に示すように、円板状のマグネット支持板７には、環状の磁場調整用磁性体８と、磁場調整用磁性体８の内周領域に配置された複数のマグネットピース６と、が支持されている。

　ここで図２において、符号３ａはシールド３の内径を示しており、多数の小さな円は各々のマグネットピース６の外形を示している。各マグネットピース６は、同じ形状及び同じ磁束密度を有している。また、Ｎ及びＳの文字はターゲット電極２側から見たマグネットピース６の磁極を示している。

　マグネットピース６は、互いに略同一の間隔（５乃至１００ｍｍの範囲）を空けて、碁盤の目状に縦横（Ｘ軸方向，Ｙ軸方向）に配置され、隣接するマグネットピース６同士は反対の極性を有している。

　一方、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に沿って配置された任意の４つのマグネットピース６からなる四角形において、対角線方向に沿って隣接するマグネットピース６の極性はそれぞれ同一である。すなわち、隣接する任意の４つのマグネットピース６により、ポイントカスプ磁場１１が形成される。

　マグネットピース６の高さは、通常は２ｍｍよりも大きく形成され、その断面形状は四角または円形である。マグネットピース６の直径や高さ、材質は、プロセスアプリケーションによって、適宜設定することができる。

　本実施形態においては、すべてのマグネットピース６は、同等の磁束密度となるように同じ磁石素材を想定している。

　プラズマ処理装置１００の上部電極１に高周波電力を供給したとき、プラズマは容量結合型のメカニズムによって生成され、このプラズマは、ポイントカスプ磁場１１の作用を受ける。

　磁場調整用磁性体８は、外周側に位置するマグネットピース６が、ターゲット電極２側において部分的に重なるように延設されている。これにより、ターゲット電極２表面近傍における磁場強度を抑制（制御）することできる。磁場調整用磁性体８は、ターゲット電極２とシールド３との隙間の磁場強度を制御できる材料であればよく、例えば、ＳＵＳ４３０等の透磁率が高い材料が好ましい。

　磁石機構５において、マグネットピース６と磁場調整用磁性体８とが重なる面積を調整することにより、磁場調整することが可能である。すなわち、マグネットピース６と磁場調整用磁性体８とが重なる面積を調整すると、ターゲット電極２の最外周まで、ターゲット電極２をスパッタするのに必要な磁場を供給し、ターゲット電極２とシールド３との隙間には磁場を供給しないようになる。

　本実施形態においては、マグネットピース６は、互いに略同一の間隔を空けて、碁盤の目状に縦横に配置した形態を例示したが、マグネットピースの配置は本発明の効果を限定するものではなく、適時選択することが出来る。

　〔マルチチャンバシステム〕　
　本実施形態では、後述するように、バリア層の成膜と、低融点金属の成膜、充填とを行なうが、それぞれ別の成膜チャンバで行なうことが望ましく、図３に示すようなマルチチャンバシステムが適している。図３は、本実施形態のマルチチャンバシステムを示す概略図である。

　図３に示すように、このマルチチャンバシステムは、中央に搬送室４５０を備え、この搬送室４５０内には、ハンドリングロボット等の搬送機構（不図示）が備えられている。　
この搬送室４５０には、３基のチャンバがゲートバルブ（不図示）を介して真空接続されている。即ち、３基のチャンバは、被処理体３０６の脱ガスを行なうデガスチャンバ４５１と、第１および第２のバリア層４０４、４０５の成膜を行なうバリア層成膜チャンバ４５２と、及び低融点金属の成膜、充填を行なう低融点金属成膜チャンバ４５３である。さらに、搬送室４５０には、真空空間と大気の間でカセット４５５に収納された被処理体３０６を出し入れするためのロードロックチャンバ４５４が接続されている。

　本実施形態では、バリア層成膜チャンバ４５２及び低融点金属成膜チャンバ４５３が上記プラズマ処理装置１００によって構成されている。これに限定されず、少なくとも、バリア層成膜チャンバ４５２が上記プラズマ処理装置１００によって構成されていればよい。

　次に、図１から図４を参照して、上記プラズマ処理装置１００を用いて実施する電子部品の製造方法を説明する。なお、本実施形態に係る電子部品の製造方法のアルゴリズムは、プラズマ処理装置１００の成膜プロセスを制御する制御装置（不図示）の記憶部に制御プログラムとして記憶されており、成膜プロセス開始の際にＣＰＵにより読み出されて実行される。

　また、上記制御プログラムは、コンピュータ（ＰＣ）による読み取り可能な記録媒体に記録されて、ＰＣの記憶部にインストールされる。記録媒体としては、フロッピー（登録商標）ディスク、ＺＩＰ（登録商標）等の磁気記録媒体、ＭＯ等の光磁気記録媒体、ＣＤ－Ｒ、ＤＶＤ－Ｒ、ＤＶＤ＋Ｒ，ＣＤ－Ｒ，ＤＶＤ－ＲＡＭ、ＤＶＤ＋ＲＷ（登録商標）、ＰＤ等の光ディスク等が挙げられる。また、コンパクトフラッシュ（登録商標）、スマートメディア（登録商標）、メモリースティック（登録商標）、マルチメディアカード、ＳＤメモリカード等のフラッシュメモリ系が挙げられる。さらに、マイクロドライブ（登
録商標）、Ｊａｚ（登録商標）等のリムーバブルハードディスクが挙げられる。

　前述したように、本実施形態の電子部品の製造方法は、大きく分けて、バリア層の成膜手順と、低融点金属の成膜、充填手順とを有するが、それぞれ別の成膜チャンバで行うことが望ましく、本実施形態では図３のマルチチャンバシステムを用いて実施する。

　図４は、本実施形態の電子部品の製造方法の手順を示す概略図である。

　図４の工程１に示すように、本実施形態の被処理体３０６は、基板４０１上には二酸化シリコン４０２が積層されており、この二酸化シリコン４０２にはホール４０８が形成されている。本実施形態では、このようなホール４０８を有する基板４０１が被処理体３０６となる。なお、以下で説明するホール４０８とは、本発明における凹部（微細孔）の一例であり、その他に、例えば、トレンチ（溝）などが挙げられる。

　本実施形態の電子部品の製造方法は、まず、搬送室４５０の搬送機構がロードロックチャンバ４５４内からカセット４５５内の被処理体３０６を取り出し、デガスチャンバ４５１内に移送して脱ガス処理を行なう。脱ガス処理の終了後、搬送機構はデガスチャンバ４５１内から被処理体３０６を取り出し、バリア層成膜チャンバ４５２内へと移送する。なお、前述したように、本実施形態では、バリア層成膜チャンバ４５２及び低融点金属成膜チャンバ４５３は上記プラズマ処理装置１００と同様の構成で形成されている。

　次に、バリア層の成膜手順について説明する。

　本実施形態では、ターゲット材としてＴｉを使用している。まず、バリア層成膜チャンバ４５２のガス導入口９からチャンバ２０１内に、アルゴンガスが所定の流量で導入される。これと同時に、磁石機構５が所定の回転速度で回転する。

　このとき、プロセス制御装置（不図示）が、圧力計３０の検出値に基づいて圧力制御機構３１を制御すると共に、チャンバ２０１内にガス挿入口９から導入されるガスの流量を制御することにより、チャンバ２０１内の圧力が比較的高い圧力に維持される。

　具体的には、チャンバ２０１内の圧力は４Ｐａ以上２０Ｐａ以下に設定することが好ましく、本実施形態では７Ｐａに設定される。チャンバ２０１内の圧力を４Ｐａ以上２０Ｐａ以下に設定するのは、４Ｐａ未満になると、後述するように、スパッタ粒子がホール入口に堆積し、最悪の場合はホール入口を塞いでしまう可能性があるからである。一方、２０Ｐａを超えると、プロセスガスの分子の数があまりにも多くなり、スパッタ粒子がプロセスガス分子との衝突によって、基板３０６に十分到達できないという問題が発生する可能性があるからである。

　このとき被処理体３０６は、静電吸着装置（不図示）に印加した電圧により、静電吸着されている。さらに、プロセスコントローラ（不図示）が、基板温度計測器（不図示）に基づいて、ガス噴出口（不図示）から噴出されるガスを制御することにより、被処理体３０６が所定の温度に維持される。

　次に、上部電極用電源１０２により、所定電力及び所定周波数の高周波電力をターゲット電極２に印加する。本実施形態では、電力を２５００Ｗとし、周波数を６０ＭＨｚとしている。なお、周波数は、１０ＭＨｚ以上１００ＭＨｚ以下であることが好ましく、特に２０ＭＨｚ以上８０ＭＨｚ以下であることが好ましい。　
　高周波電力の周波数をこの範囲に設定するのは、プロセスガス粒子を容易かつ効率的にイオン化できるためである。

　次いで、図４に示すように、上記ホール４０８内にＴｉ層４０３を成膜する（図４の工程２）。すなわち、ＤＣ電源１０３により、ターゲット電極２に電圧を印加することで、アルゴンイオンがＴｉターゲットに入射し、スパッタ成膜が開始される。そして、所定時間のスパッタ成膜を行った後、上部電極用電源１０２およびＤＣ電源１０３からターゲット電極２に印加する電力を停止する。ここで成膜されたのはＴｉ層４０３であり、前述のようにコンタクト部の接触抵抗を低減する目的で用いられる。

　次に、図４に示すように、上記Ｔｉ層４０３上に、下部電極３０１に印加するバイアス電力を切替えて、第１のバリア層（ＴｉＮ_ｘ（ｘは正の数））４０４および第２のバリア層（ＴｉＮ_ｙ（ｙは正の数））４０５を順次成膜する（図４の工程３）。

　まず、チャンバ２０１内のガスをアルゴンガスと窒素ガス（反応性ガス）との混合ガスに切り替える。本実施形態では、混合ガスを導入した後のチャンバ２０１内の圧力を１０Ｐａに調圧した。Ｔｉ層４０３と同様に上部電極用電源１０２およびＤＣ電源１０３に電力を印加することで、反応性スパッタが開始される。その際、導入された窒素ガスと反応するため、ターゲット材であるチタンはＴｉＮ（チタンナイトライド）として基板に到着する。

　このとき、下部電極用電源３０５によって、下部電極３０１に第１のバイアス電力が印加される。本実施形態では、第１のバイアス電力を６００Ｗとした。バイアス電力は下部電極３０１にプラズマによるシースを形成し、一部がイオン化されたスパッタ粒子およびプロセスガス粒子を加速し、基板４０１に引き込む。基板４０１および成膜過程の膜は、衝突するイオンの入射エネルギーを得て堆積される。

　ここで、図５から図７Ｂを参照して、本実施形態のバリア層の成膜手順におけるスパッタ粒子の挙動について説明する。図５は、高圧力スパッタのスパッタ粒子の輸送過程の説明図である。図６は、リスパッタの説明図である。図７Ａ、７Ｂは、低圧力スパッタと高圧力スパッタの粒子輸送過程と付き回り形状の説明図である。

　図５に示すように、本実施形態では、通常のスパッタよりも高圧力化で成膜を行うため、ターゲット２ａを飛び出したスパッタ粒子４３０は、平均自由工程が短く、基板４０１へ到着する間にガス粒子との衝突を繰り返す。そして、ターゲット２ａを飛び出した際の運動エネルギーを失い、基板近傍に飛来する。基板近傍に飛来した粒子は、ホルダに印加されたバイアス電圧により発生したプラズマシース４３１によって、基板４０１に垂直な方向へと加速され、ホール内部へと引き込まれる。

　また、図６に示すように、基板４０１に引き込まれたプロセスガスイオンは、ある一定の入射エネルギー以上になると、基板４０１に付着したスパッタ膜を再度スパッタ（リスパッタ）する。基板４０１へ引き込まれたプロセスガスイオンは、基板垂直方向へ加速されるため、特にホール底部の付着膜がリスパッタされ、ホール側壁部へと付着する。これにより、付き回り量の少ない側壁部が補強され、全体として良好なカバレッジ形状を得ることができる。

　さらに、図７Ｂの符号７０３、７０４に示すように、基板４０１に到着するまでの間にスパッタ粒子４３０の衝突による散乱によって該スパッタ粒子４３０は、容器内に広がり、ステージホルダでのプラズマシース４３１加速によって入射するため、基板全面において、対称性の良い被覆形状を得ることができる。これに対し、図７Ａの符号７０１、７０２に示すように、低圧力スパッタでは、基板到着までの間にスパッタの粒子の衝突による散乱が起こらない、ないしは散乱が少ないため、被覆形状に偏りが生じる。

　そして一定時間成膜した後、下部電極３０１に印加されたバイアス電力を第１のバイアス電力よりも小さい第２のバイアス電力に切り替える。本実施形態では、下部電極用電源３０５による出力（第２のバイアス電力）を０Ｗとし、プラズマ電位からの加速のみとしている。第２のバイアス電圧による成膜を一定時間行った後、上部電極用電源１０２およびＤＣ電源１０３からターゲット電極２に印加される電力を停止する。

　ここで、上記手順によって得られたバリア層について説明する。図８は、バリア層のＸ線回折パターンを示す説明図である。

　図８の符号８１は、第１のバリア層のみを成膜した場合のＸ線回折パターンである。第１のバリア層は、第１のバイアス電力（本実施形態では、バイアス電力６００Ｗ）によって与えられた過剰なイオン入射エネルギーを受け、結晶成長が崩され、強い配向性をもたない膜として堆積する。これに対して、第２のバイアス電力（本実施形態では、バイアス電力０Ｗ）で成膜した場合は、過剰なイオン入射エネルギーがないため、結晶の最密面が基板と平行となる結晶配向が強い層が形成される。これは、図８のＸ線回折パターン８３に相当し、ＴｉＮ（１１１）面による明瞭な回折ピークが確認できる。

　また、第２のバイアス電力で得られた膜の表面は、前述の柱状構造が緻密に並んだものであり、表面粗さが小さく、平坦な膜となっている。図示しないが、ＳＥＭによる断面観察の結果、第１のバイアス電力で得られた膜には、明確な結晶構造が確認されなかった。
これに対し、第２のバイアス電力で成膜した膜は、細かい柱状の構造が確認された。

　図８の符号８２は、上記２層（第１のバリア層と第２のバリア層）を積層した場合の回折パターンである。Ｘ線回折パターン８２においては、前述のピークがそれぞれ確認され、Ｘ線回折パターン８３と比較すると、第２のバリア層の結晶配向性も抑制されている。これは、結晶性に乏しい第１のバリア層の影響を受けたためであり、第１のバリア層の〔００１〕結晶配向性を制御することで、第２のバリア層の〔００１〕結晶配向性も制御することが可能であることは容易に推測される。

　次に、バイアス印加によるバリア層の膜質の変化について説明する。

　ＴｉＮは一般的に柱状晶の結晶構造をとり易く、結晶の最密面が基板と平行になる結晶配向性を示す。そのため、バリア層を形成するに当たり、まずバイアスによるイオン入射のエネルギーを高めることで、結晶構造を崩し、結晶配向性を弱くした第１のバリア層４０４を形成する。その後、イオン入射のエネルギーを低くすることで、結晶配向性の強い第２のバリア層４０５を形成する。

　第１のバリア層４０４の結晶配向性を弱くする目的は、全体としてバリア層の結晶性を弱くし、その後に成膜される第２のバリア層４０５の種層として機能させるためである。前述したように、結晶成長は下地の結晶構造・結晶性に従って成長することが多く、種層の構造を変えることにより、それに積層する層の成長を制御することができる。

　また、バイアスの印加は成膜するバリア層の被覆形状にも影響し、特に開口部では入射イオンによるエッチングが起こり，堆積膜厚が薄くなり，最悪の場合下地が露出してしまう。そのため、第２のバイアス電力は過剰な入射イオンエネルギーを抑制し、開口部のバリア性を有するに十分な膜厚を確保することが有効である。

　次に、低融点金属の充填手順について説明する。

　バリア層４０４、４０５の成膜の終了後、搬送機構はバリア層成膜チャンバ４５２内から被処理体３０６を取り出し、大気に曝すことなく低融点金属成膜チャンバ４５３内へと移送する。低融点金属としてのＡｌの充填についても、バリア層と同様に低融点金属成膜チャンバ４５３として上記プラズマ処理装置１００を用いて実施した。

　本実施形態では、ターゲット材としてＡｌ－Ｃｕを使用している。バリア層と同様に、ガス導入口９からアルゴンガスを導入すると共に、磁石機構５の回転を行う。

　本実施形態では、チャンバ２０１内の圧力を５Ｐａとする。また、基板温度をＡｌの流動に必要な程度に設定して加熱を行う。具体的には、基板は３００℃以上に加熱され、３５０℃以上４５０℃以下に調温されるのが望ましく、本実施形態では４２０℃に加熱する。

　基板温度が十分に飽和すると、次に、上部電極用電源１０２により、所定電力および所定周波数の高周波電力をターゲット電極２に印加する。本実施形態においては、電力を４０００Ｗとし、周波数を６０ＭＨｚとしている。

　次いで、ＤＣ電源１０３により、ターゲット電極２に電圧を印加することで、アルゴンイオンがアルミターゲットに入射し、スパッタ成膜が開始される。スパッタされたＡｌ粒子は、基板に付着後、加熱による熱エネルギーによってマイグレーションが促進し、前述の第２のバリア層４０５上を移動し、低融点金属層４０６がホール内に充填される（図４の工程４）。

　そして、所定時間のスパッタ成膜を行った後、上部電極用高周波電源１０２およびＤＣ電源１０３からターゲット電極２に印加される電力を停止する。　
　これにより、ボイドを形成することなく、ホールの充填が可能である。

　（第２の実施形態）　
　次に、電子部品の製造方法の第２実施形態について説明する。　
　第２の実施形態は、第１の実施形態と略同じであるが、図１２に示すように、第１の実施形態における第２のバリア層４０５と、低融点金属層４０６との間に、第３のバリア層４０９であるＴｉ層を挿入した点が異なる。よって、図１２の工程１１～１３までは、図４の工程１～３と同様である。　
　本実施形態では、工程１１～１３によって第２のバリア層４０５を成膜したのに引き続いて、同じバリア層成膜チャンバ４５２内に導入するガスを再びアルゴンガスに切り替え、前述と同様に、上記ホール４０８内に第３のバリア層であるＴｉ層４０９を成膜する（図１２の工程１４）。すなわち、ＤＣ電源１０３により、ターゲット電極２に電圧を印加することで、アルゴンイオンがＴｉターゲットに入射し、スパッタ成膜が開始される。そして、所定時間のスパッタ成膜を行った後、上部電極用電源１０２およびＤＣ電源１０３からターゲット電極２に印加する電力を停止する。

　このとき、第３のバリア層４０９は、下地である第１、第２バリア層４０４、４０５の結晶性に従い成長するため、第１、第２のバリア層４０４、４０５の膜厚、バリア層形成時に印加されるバイアス印加電力および割合によって第３のバリア層４０９の膜質を制御することができる。

　このように、第３のバリア層４０９としてのＴｉ層を挿入することで、バリア層と高温の低融点金属層４０６とが直接接触する場合にも、低融点金属層４０６の凝集を抑制することができ、より確実にボイドの発生を防止、ないしはボイドの発生をより低減することができる。なお、第３のバリア層である「Ｔｉ層が余りに薄すぎると、Ｔｉ層挿入の効果が得られず、また上記Ｔｉ層があまりに厚いとＴｉと低融点金属層４０６に含まれるＡｌとの合金層が形成されてしまう。この合金層は、多くの場合、粒が大きく、また、その強固な密着性からバリア層とＡｌ界面の流動性を著しく低下させる。このため、第３のバリア層４０９としてＴｉ層を形成する場合は、厚さを５ｎｍ以上３０ｎｍ以下とすることが好ましい。

　（実施例）　
　図９は、第１、第２の本実施形態の電子部品製造方法により埋設を行ったホールのＳＥＭによる断面観察結果を示す顕微鏡写真である。図９に示すように、第１、第２のいずれの実施形態においても、φ０．２μｍのホールにボイドを形成することなく埋設が行われていることが確認された。

　また、特筆すべきは、深さ１．０μｍのホールパターンをわずか２００ｎｍのＡｌ成膜量にて埋設が完了していることである。図９では基板表面にはほとんどアルミニウムが残っておらず、開口部に優先的にＡｌが流動していることが観察できる。このことからも本発明によるＡｌ流動性の制御によれば高アスペクトの微細パターンにおいても充填が十分可能であることを示している。

　また、上述の手順において従来からリフロープロセスに必要とされてきたＳｅｅｄ層の成膜を実施していないことが本発明の効果を端的に示している。従来から、流動経路層として必要とされてきたＳｅｅｄ層を用いなくとも、バリア層の結晶配向性を制御することにより、直接高温化でＡｌの成膜を行っても、ボイドを形成することなくＡｌの充填を行うことが可能となる。また、従来Ｓｅｅｄ層用のＡｌ成膜室と高温でのＡｌ成膜室の２つのチャンバが必要であったが、単一のＡｌ成膜室で成膜することができ、製造コストを低減することができる。

　以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、これは本発明の説明のための例示であり、本発明の範囲を上記実施形態にのみ限定する趣旨ではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で、上記実施形態とは異なる種々の態様で実施することができる。

　例えば、上記実施形態では、スパッタリング装置を例示して説明したが、他のプラズマ処理装置、およびこれを使用した電子部品の製造方法にも適用可能である。

Claims

　凹部を被処理体にバリア層を成膜するバリア層成膜手順と、
　前記バリア層が形成された被処理体の凹部に低融点金属を充填して、低融点金属層を形成する充填手順と、を有し、
　前記バリア層成膜手順は、
　前記被処理体と接するバイアス電極に第１のバイアス電力を印加し、プラズマ処理によりＴｉＮｘ（ｘは正の数）を含む第１層を成膜する手順と、前記電極に前記第１のバイアス電力よりも小さいイオン入射エネルギーを与える第２のバイアス電力を印加し、またはバイアス電力を印加しないで、プラズマ処理により前記第１のバリア層の上にＴｉＮｙ（ｙは正の数）を含む第２層を成膜する手順と、を有することを特徴とする電子部品の製造方法。
　前記バリア層成膜手順は、前記充填手順の前に、プラズマ処理により前記第２層上に、Ｔｉからなる第３層を成膜する手順をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の電子部品の製造方法。
　前記第３層は、５ｎｍ以上３０ｎｍ以下の厚さに形成されることを特徴とする請求項２に記載の電子部品の製造方法。
　前記第２層は、前記第１層よりも〔００１〕結晶配向性が強いことを特徴とする請求項１に記載の電子部品の製造方法。
　前記第１および第２層は、反応性ガスによる反応性スパッタにより成膜されることを特徴とする請求項１に記載の電子部品の製造方法。
　前記反応性ガスが、窒素であることを特徴とする請求項５記載の電子部品の製造方法。
　前記バリア層を成膜するターゲット材がＴｉであることを特徴とする請求項１に記載の電子部品の製造方法。
　前記低融点金属は、Ａｌ、又はＡｌを含むＡｌ系合金であることを特徴とする請求項１に記載の電子部品の製造方法。
　前記充填手順は、前記バリア層の上に低温Ｓｅｅｄ層を挟むことなく直接に３００℃以上５００℃以下で行われることを特徴とする請求項１に記載の電子部品の製造方法。
　凹部を有する被処理体の上に形成されたＴｉＮｘ（ｘは正の数）を含む第１のバリア層と、
　前記第１のバリア層の上に形成され、前記第１のバリア層よりも〔００１〕結晶配向性の強いＴｉＮｙ（ｙは正の数）を含む第２のバリア層と、
　前記第２のバリア層の上、および前記凹部の内部に形成された低融点金属層と、
　を備えることを特徴とする電子部品。
　処理空間を区画する容器と、
　前記容器の内部で被処理体を保持するためのホルダと、
　前記ホルダの上方に配置され、プラズマを生成する放電電極と、
　前記ホルダにバイアス電力を印加するバイアス電極と、
　前記バイアス電極に供給するバイアス電力を制御する電力制御機構と、
　成膜プロセスを制御する制御装置と、
を備え、
　前記制御装置は、ＴｉＮｘ（ｘは正の数）を含む第１のバリア層の成膜に際して、前記電力制御機構により前記バイアス電極に第１のバイアス電力を印加し、かつＴｉＮｙ（ｙは正の数）を含む第２のバリア層の成膜に際して、前記電力制御機構により前記バイアス電極に第１のバイアス電力よりも低いイオン入射エネルギーを与える第２のバイアス電力を印加し、または前記バイアス電極に第２のバイアス電力を印加しないことを特徴とするプラズマ処理装置。
　バリア層を成膜するバリア層成膜チャンバと、
　低融点金属を成膜する低融点金属成膜チャンバと、
　真空空間と大気の間で前記被処理体を出し入れするロードロックチャンバと、
　これらのチャンバを真空接続すると共に、搬送機構を備えた搬送室と、を備え、
　少なくとも、前記バリア層成膜チャンバが請求項９に記載のプラズマ処理装置であることを特徴とするマルチチャンバシステム。
　容器の内部で被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理装置の成膜プロセスを制御する制御装置に、
　前記被処理体と接する電極に第１のバイアス電力を印加し、プラズマ処理により前記被処理体の上にＴｉＮｘ（ｘは正の数）を含む第１のバリア層を成膜する手順と、
　前記電極に前記第１のバイアス電力よりも小さいイオン入射エネルギーを与える第２のバイアス電力を印加し、またはバイアス電力を印加しないで、プラズマ処理により前記第１のバリア層の上にＴｉＮｙ（ｙは正の数）を含む第２のバリア層を成膜する手順と、
　前記第２のバリア層の上に低融点金属を充填する手順と、
　を実行させることを特徴とするプラズマ処理装置の制御プログラム。
　請求項１１に記載の制御プログラムを記録したコンピュータで読み取り可能な記録媒体。