薄膜的叠层结构、其形成方法、成膜装置和存储介质的制作方法

专利名称：薄膜的叠层结构、其形成方法、成膜装置和存储介质的制作方法
技术领域：
本发明涉及在半导体晶片等被处理体的表面上形成的薄膜的叠层 结构、其形成方法、实施该方法的成膜装置以及存储对该成膜装置进 行控制的程序的存储介质。
背景技术：
通常，为了制造IC、 LSI等半导体集成电路，对半导体晶片等被 处理体反复进行成膜处理、蚀刻处理、氧化扩散处理、墀火处理、改 质处理等。最近，由于要求高集成化、高微细化以及动作速度的更加 髙速化等，所以，配线层等的更加薄膜化以及线宽度的微细化向前推 进。在这样的状况下，己提出用电阻更小的铜配线代替现有的铝配线
(例如，专利文献1)。通常，使用溅射装置在晶片表面等形成铜膜， 然后，将该铜膜的不需要的部分除去，形成期望的配线图案。
但是，铜配线与现有的铝配线不同，在与其它材料、例如硅等的 边界部分，非常容易引起电迁移或应力迁移，因此，与基底的密着性 降低，从而易于发生膜剥离。特别地，随着细微化的发展，该密着性 的降低成为不能忽视的状况。
因此，为了降低上述迁移，已提出利用在铜膜中添加少量、例如 1%左右的其它金属、例如Ti、 Al等作为合金种而形成的铜合金来制作 配线图案。在该情况下，制作出预先添加有期望的浓度、例如几％左右 的Ti等合金种的铜合金制的靶，使用该靶，通过例如等离子体溅射处 理，在晶片表面上形成由铜合金构成的薄膜。
专利文献l:特开2000-77365号公报
但是，如上所述，铜合金膜通过溅射处理形成，在利用该溅射处 理进行的成膜中，特别是对于线宽度等更加微细化的当今的设计规则， 阶梯覆盖(step coverage)很难满足要求，存在不能充分地填充晶片表 面的凹部的问题。
另外，在被堆积的铜合金膜中，当要在规定的部位、例如与基底 层的边界部分，在使合金种的浓度比其它部分高的状态下进行成膜的 情况下，因为铜合金膜屮的合金种的浓度由预先制造的金属耙中的合 金种的浓度规定，而且在溅射成膜中无法改变合金种的浓度，所以， 无法进行使铜合金膜中的合金种的浓度只在特定的部位变高这样的浓 度控制。因此，不能充分地抑制迁移，所以，有不能充分地得到密着 性、从而无法阻止膜剥离的发生的情况。
因此，考虑不利用溅射处理、而利用CVD (Chemical Vapor Deposition:化学气相沉积)来形成上述铜合金膜，在该情况下，存在 以下问题 一次只能进行一种金属膜的成膜，仅采用CVD法，无法使 合金种的金属原子均匀地混入或者分散至膜中整体。

发明内容
本发明着眼于以上的问题，为了有效地解决以上问题而做出。本 发明的目的在于，提供一种与基底的密着性高、能够抑制膜剥离的发 生、而且即使微细化进一步发展也能够充分地提高阶梯覆盖、而且能 够使合金种的元素充分地扩散的薄膜的叠层结构、其形成方法、成膜 装置和存储介质。
本申请发明的第一方面是一种薄膜的叠层结构的形成方法，在能 够抽真空的处理容器内在被处理体的表面上堆积多层薄膜而形成薄膜 的叠层结构，其特征在于，将以下工序分别交替进行1次以上使用 含有作为合金种的第一金属的原料气体和还原气体，形成由第一金属 构成的合金种膜的合金种膜形成工序；和使用含有与上述第一金属不 同的作为母材的第二金属的原料气体和还原气体，形成比上述合金种
膜厚的由第二金属构成的母材膜的母材膜形成工序。
这样，将形成由作为合金种的第一金属构成的合金种膜的合金种 膜形成工序、和形成由第二金属构成的母材膜的母材膜形成工序分别 交替地进行1次以上，从而形成合金层，因此，与基底的密着性高， 能够抑制膜剥离的发生，而且即使微细化进一步发展也能够充分地提 高阶梯覆盖，而且能够使合金种的元素充分地扩散。
在该情况下，优选在上述合金种膜形成工序中，进行间歇成膜
法和连续成膜法中的任一种成膜方法，上述间歇成膜法将含有上述第 一金属的原料气体和还原气体交替地在不同的定吋、间歇地供给到上 述处理容器内而进行成膜，上述连续成膜法将含有第一金属的原料气 体和还原气体同时供给到上述处理容器内而连续进行成膜。
另外，优选在上述母材膜形成工序中，进行间歇成膜法和连续 成膜法中的任一种成膜方法，上述间歇成膜法将含有上述第二金属的 原料气体和还原气体交替地在不同的定时、间歇地供给到上述处理容
器内而进行成膜，上述连续成膜法将含有第二金属的原料气体和还原 气体同吋供给到上述处理容器内而连续进行成膜。
另外，优选在将上述合金种膜形成工序和上述母材膜形成工序 分别交替地进行1次以上之后，进行将上述被处理体加热到规定温度 的退火工序。
另外，优选在同一处理容器内进行上述合金种膜形成工序和上 述母材膜形成工序。
另外，优选交替地在不同的处理容器内进行上述合金种膜形成 工序和上述母材膜形成工序。
另外，上述合金种膜的1层的厚度为l-200A的范围内，上述母材 膜的1层的厚度为5~500A的范围内。
另外，优选上述第一金属为选自Ti、 Sn、 W、 Ta、 Mg、 In、 Al、 Ag、 Co、 Nb、 B、 V、 Mn中的l种金属。
另外，优选上述第二金属为选自Cu、 Ag、 Au、 W中的1种金属。
另外，优选上述还原气体为选自H2、 NH3、 N2、 N2H4[肼]、NH (CH3) 2[乙胺]、N2H3CH[甲基二氮烯]、N2H3CH3[甲肼]中的1种以上 的气体。
本申请发明的第二方面是一种薄膜的叠层结构，其特征在于在 形成于被处理体表面上的薄膜的叠层结构中，将使用含有作为合金种 的第一金属的原料气体和还原气体形成的、由第一金属构成的合金种 膜，和使用含有与上述第一金属不同的作为母材的第二金属的原料气 体和还原气体形成的、比上述合金种膜厚的由第二金属构成的母材膜， 分别交替地叠层l层以上。
在该情况下，优选上述合金种膜的1层的厚度为1~200A的范围
内，上述母材膜的1层的厚度为5 500A的范围内。
本申请发明的第三方面是一种成膜装置，用于在被处理体的表面 上堆积薄膜，其特征在于，包括能够抽真空的处理容器；载置上述 被处理体的载置台；对上述被处理体进行加热的加热单元；向上述处 理容器内导入气体的气体导入单元；向上述气体导入单元供给含有作 为合金种的第一金属的原料气体的第一原料气体供给单元；向上述气 体导入单元供给含有作为母材的第二金属的原料气体的第二原料气体 供给单元向上述气体导入单元供给还原气体的还原气体供给单元； 和控制单元，进行控制，使装置整体动作，将由上述第一金属构成的 合金种膜和由上述第二金属构成的母材膜分别交替地形成1层以上。
在该情况下，优选设置有用于向上述处理容器内产生等离子体的 等离子体形成单元。
本申请发明的第四方面是一种存储程序的存储介质，其特征在于， 上述程序对成膜装置进行控制，使得当在能够抽真空的处理容器内在 被处理体的表面上堆积多层薄膜而形成薄膜的叠层结构时，将以下工 序分别交替进行1次以上使用含有作为合金种的第一金属的原料气 体和还原气体，形成由第一金属构成的合金种膜的合金种膜形成工序； 和使用含有与上述第一金属不同的作为母材的第二金属的原料气体和 还原气体，形成比上述合金种膜厚的由第二金属构成的母材膜的母材 膜形成工序。
根据本发明的薄膜的叠层结构、其形成方法、成膜装置和存储介 质，能够发挥出如下所述的优异的作用效果。
将形成由作为合金种的第一金属构成的合金种膜的合金种膜形成 工序、和形成由第二金属构成的母材膜的母材膜形成工序分别交替地 进行1次以上，从而形成合金层，因此，与基底的密着性高，能够抑 制膜剥离的发生，而且即使微细化进一步发展也能够充分地提高阶梯 覆盖，而且能够使合金种的元素充分地扩散。


图1是表示本发明的成膜装置的一个例子的概略结构图。
图2是表示本发明的流程的工序图。 图3是表示薄膜的叠层结构的一个例子的截面图。 图4是表示各气体的供给的定时的时间图。 图5是表示晶片表面的Ti和Cu的浓度分布图的图。 图6是表示通过等离子体CVD成膜制造薄膜的叠层结构时的各气 体的供给的定时的时间图。
具体实施例方式
以下，参照附图，对本发明的薄膜的叠层结构、其形成方法、成 膜装置和存储介质的一个实施例进行说明。
图1是表示本发明的成膜装置的一个例子的概略结构图。 首先，对本发明的成膜装置进行说明，该成膜装置2具有例如用 铝等成形为筒体状的处理容器4。该处理容器4被接地，并且在其底部 形成有排气口 6。在中途设置有压力控制阀8和真空泵10的真空排气 系统12与该排气口 6连接，能够将上述处理容器4内抽真空并设定为 任意的压力。
另外，在上述处理容器4的侧壁上，设置有在将作为被处理体的 半导体晶片14向其内部搬入搬出时开闭的闸阀16。另外，在该处理容 器4内，设置有从其底部立起的兼用作下部电极的载置台18，在该载 置台18的上面上，例如设置有薄的静电吸盘20。利用静电力将晶片 14吸附保持在静电吸盘20上，并且使该静电吸盘20具有对高频的导 电性而将其作为下部电极。另外，在该载置台18的内部，设置有用于 将上述晶片W加热至规定温度的例如由加热器构成的加热单元22。此 外，作为加热单元22,也可以使用加热灯代替加热器。
另外，在该处理容器4的顶部，作为用于向该容器内导入规定的 需要的气体的气体导入单元，例如通过绝缘部件26设置有喷淋头24。 在该喷淋头24的下面，设置有多个气体喷射口24A,并且在上部设置 有气体导入口 24B,能够从上述气体喷射口 24A向容器内喷射需要的 气体。此外，为了方便起见，上述气体导入口 24B只记载了 l个作为 代表，实际上，与供给的气体种类对应而分别设置有多个，当供给的 各种气体可以在喷淋头24内相互混合时，在喷淋头24内混合，当不能混合时，在喷淋头24内以分离的状态流动，在从气体喷射口 24A喷 射后进行混合。
等离子体形成单元30与该喷淋头24连接，相对于与其下方相对 配置的载置台18的下部电极，兼用作上部电极。具体地说，在该等离 子体形成单元30中，在供电线36上依次设置有匹配电路32和高频电 源34，将该供电线36与上述喷淋头24连接，能够利用高频在处理容 器4内产生等离子体。在此，作为高频电源34，例如能够使用13.56MHz 的高频，但该频率并没有特别限定。
供给含有作为合金种的第一金属的原料气体的第一原料气体供给 单元40、供给含有作为母材的第二金属的原料气体的第二原料气体供 给单元42、和供给还原气体的还原气体供给单元44，分别与上述喷淋 头24连接。在此，上述两原料气体通过使在常温常压下为液体或者固 体的原料气化而分别形成原料气体，但原料气体的产生方法没有特别 限定，也可以直接从储气瓶中流出原料气体。
首先，第一原料气体供给单元40具有原料罐48，该原料罐48用 于储存含有作为合金种的第一金属的液体原料46。在此，使用Ti(钛) 作为第一金属，使用TiCU (四氯化钛)作为该液体原料46。并且，在 该原料罐48与上述喷淋头24的气体导入口 24B之间设置有原料流路 49，在该原料流路49中，从其上游侧向下游侧依次设置有液体流量控 制器50和气化器52， 一边控制流量一边供给上述液体原料46。在该 情况下，供给根据需要已被加压的不活泼气体、例如Ar气的压送气体 路径56与上述原料罐48连接，利用该已被加压的Ar气对原料罐48 内的液体原料46进行压送。另外，在上述原料流路49的中途，设置 有用于根据需要将原料的流动停止的多个开关阀54。
在中途设置有质量流量控制器那样的流量控制器58和开关阀60 的载气路径62，与上述气化器52连接，根据需要向气化器52供给不 活泼气体、例如Ar气，作为载气。从而，在气化器52中已被气化的 原料气体与载气一起在原料流路49中流动，并被供给到喷淋头24。此 外，在上述气化器52的下游侧的原料流路49上，优选缠绕用于防止 原料气体的再液化的带式加热器。
另外，第二原料气体供给单元42具有原料罐66，该原料罐66用
于储存含有作为母材的第二金属的固体原料64。在此，使用Cu (铜) 作为第二金属，使用Cu(hfac)2作为该固体原料64。另外，为了使固 体原料64升华，用加热器等对原料罐66进行加热。在该原料罐66与 上述喷淋头24的气体导入口 24B之间设置有原料流路68，在该原料 流路68中设置有流量控制器70， 一边控制流量一边供给上述固体原料 64。在该情况下，供给作为载气的不活泼气体、例如Ar气的气体路径 74与上述原料流路68连接，利用该Ar气将升华后的原料罐66内的固 体原料64供给到喷淋头24。另外，在上述原料流路68的中途，设置 有用于根据需要将原料的流动停止的多个开关阀76。此外，在上述原 料罐66的下游侧的原料流路68上，优选缠绕用于防止原料气体的液 化的带式加热器。
另外，上述还原气体供给单元44具有与上述喷淋头24的气体导 入口 24B连接的还原气体路径84，在该还原气体路径84上设置有质 量流量控制器那样的流量控制器86和开关阀88，能够一边控制流量一 边供给作为还原气体的例如H2气。该还原气体路径84在中途分支， 在该分支路上设置有流量控制器卯和开关阀92，能够根据需要供给不 活泼气体、例如Ar气。此外，如果需要的话，还可以另外设置供给不 活泼气体、例如N2气的单元，在此省略其记载。
为了进行该成膜装置整体的动作、即处理容器4内的压力控制、 温度控制、各种气体的流量和供给*停止供给的控制等，设置有例如 由计算机等构成的控制单元94，该控制单元94具有存储用于进行上述 控制的程序的例如软盘、闪存器那样的存储介质96。
接下来，参照图2~图5，对使用如以上那样构成的成膜装置2进 行的成膜方法进行说明。
图2是表示本发明方法的流程的工序图，图3是表示薄膜的叠层 结构的一个例子的截面图，图4是表示各气体的供给的定时的时间图, 图5是表示晶片表面的Ti和Cu的浓度分布图的图。
首先，在本发明方法中，将使用含有作为合金种的第一金属的原 料气体和还原气体形成由第一金属构成的合金种膜的合金种膜形成工 序、和使用含有与上述第一金属不同的作为母材的第二金属的原料气 体和还原气体形成比上述合金种膜厚的由第二金属构成的母材膜的母
材膜形成工序，分别按上述顺序交替地进行1次以上。
具体地说，如图？所示，通过进行上述合金种膜形成工序，形成
由第一金属、在此是Ti构成的合金种膜(Sl)，接着，通过进行上述 母材膜形成工序，在上述合金种膜上形成母材膜(S2)。将上述各工序 按照上述的顺序重复进行需要的次数、例如n次(ri:设定为1以上的 任意正数)(S3)。在此，上述2个工序在同一处理容器(成膜装置)4 内进行。
结果，如图3所示，在半导体晶片14上形成叠层结构的薄膜、即 分别形成合金层100、 102。 BP，在图3中，在晶片14上，由Ti膜构 成的合金种膜104和由Cu膜构成的母材膜106，按照该顺序重复1次 或其以上的次数而进行成膜。图3 (A)的情况是"n-l"的情况，各 膜104、 106分别各形成1层。图3 (B)的情况是"n-3"的情况，各 膜104、 106分别交替地各形成3层。母材膜106的一层的厚度t2被设 定为比合金种膜的一层的厚度tl厚，Cu膜成为合金的母材。在此，堆 积上述各膜之前的半导体晶片14的表面(基底)可以考虑各种状态， 有硅的情况，还有形成有某些阻挡层等的情况，不论是哪种情况，都 与基底的状态无关。
在此，各膜104、 106成为叠层结构，但在实际的成膜时，该晶片 14被加热到某种程度的温度、例如100一00r左右，在这样的温度下， 形成合金种膜104和母材膜106的各金属的原子相互进行热扩散。因 此，该2种金属膜的叠层结构，通过上述那样各金属的原子的热扩散， 在膜相互之间移动并融合，如上所述，作为整体，形成以Cu为母材的 合金层IOO、 102。结果，该以Cu为母材的合金中的Ti浓度，理所当 然地呈现出合金种膜104的部分最高、随着向母材膜106的厚度中心 方向前进而逐渐降低的分布。
这样的Ti浓度的分布，也依赖于成膜时的温度，但也大大地依赖 于合金种膜104和母材膜106的各膜的厚度tl、 t2。优选合金种膜104 与母材膜106的各膜厚tl、 t2尽可能薄，使得能够充分地进行热扩散， 直到能够充分地提高该合金层100、 102对基底的密着性的合金种浓度
(Ti浓度)，例如优选将合金膜104的厚度设定为1~200A的范围内、 更优选1~50A的范围内，优选将母材膜106的膜厚t2设定为5~500A
的范围内。在这样合金种膜104与母材膜106薄的情况下，可以与图2 所示的情况不同，使叠层的顺序相反，首先形成母材膜106，接着在上 述母材膜106上形成合金种膜104。
在此，对上述各膜的成膜方法进行说明。
在图1中，在供给作为第一金属的Ti的原料气体时， 一边控制流 量一边从第一原料气体供给单元40的原料罐48内压送作为液体原料 的TiCU，通过使其在气化器52中气化而形成TiCU的原料气体，将该 原料气体与载气一起通过原料流路49供给到喷淋头24，然后，将该原 料气体与载气一起从喷淋头24导入到处理容器4内。
另外，在供给作为第二金属的Cu的原料气体时，从第二原料气体 供给单元42的原料罐66内使作为固体原料的Cu (hfac) 2气化从而产 生原料气体， 一边控制流量一边将该原料气体与载气一起在原料流路 68内进行压送并供给到喷淋头24，然后，将该原料气体与载气--起从 喷淋头24导入到处理容器4内。
另外，作为还原气体的H2气，在还原气体供给单元44中， 一边 控制流量一边将H2气流入还原气体路径84中，从喷淋头24将其供给 到处理容器4内。然后，在成膜处理中，真空排气系统12连续驱动， 处理容器4内被抽真空并被维持在规定的压力，另外，载置台18上的 晶片14由加热单元22加热维持在规定的温度。另外，利用等离子体 形成单元30，向作为上部电极的喷淋头24与作为下部电极的载置台 18之间施加高频电力，根据需要在处理容器4内产生等离子体，使被 导入的气体活化。
图4 (A)表示在合金种膜形成工序中，在形成作为合金种膜的Ti 膜时的各气体的供给定时，在此，进行以原子水平的厚度在每1层形 成Ti膜的所谓的ALD (Atomic Layer Deposition :原子层沉积)法。艮P， 进行交替地在不同的定时、间歇地供给作为原料气体的TiCU气体和作
为还原气体的H2气而进行成膜的间歇成膜法。在该情况下，在原料气
体的供给时期与还原气体的供给时期之间，为了将处理容器4内的残 留气体排除而进行吹扫。在该吹扫时，可以停止所有气体的供给，只 继续进行抽真空，也可以一边继续进行抽真空一边停止原料气体和还 原气体的供给并进行不活泼气体的供给。
另外，在此，仅在供给作为还原气体的H2气时产生等离子体(等
离子体ON)，将H2气活化，即使晶片温度低，也能够促进反应。结果， 在供给原料气体时附着在晶片表面的原料气体，由于H2气的导入而被 还原，从而堆积如上所述的原子水平的厚度的Ti膜。在图示的例子中， 进行了 2个循环的成膜处理，重复进行该循环直至得到需要的膜厚， 通常进行1 10个循环左右。在该情况下，在l个循环中形成的膜厚为 1 10A左右。另外，例如TiCU气体的1次的供给期间Tl、 &气的1 次的供给期间T2和l次的吹扫期间T3，分别为0.5 5sec左右、0.5 10sec 左右和0.5 10sec左右。另外，关于此时的处理条件，处理温度为 100~400"左右，处理压力为13.3~1330Pa (0.1~10Torr)左右。
图4 (B)表示在母材膜形成工序中，形成作为母材膜的Cu膜时 的各气体的供给定时，在此，进行以原子水平的厚度在每l层形成Cu 膜的所谓的ALD (Atomic Layer Deposition:原子层沉积)法。艮卩，进 行交替地在不同的定时、间歇地供给作为原料气体的Cu (hfac) 2气体 和作为还原气体的H2气而进行成膜的间歇成膜法。在该情况下，在原 料气体的供给时期与还原气体的供给时期之间，为了将处理容器4内 的残留气体排除而进行吹扫。在该吹扫时，可以停止所有气体的供给， 只继续进行抽真空，也可以一边继续进行抽真空一边停止原料气体和 还原气体的供给并进行不活泼气体的供给。
另外，在此，仅在供给作为还原气体的H2气时产生等离子体(等
离子体ON)，将H2气活化，即使晶片温度低，也能够促进反应。结果， 在供给原料气体时附着在晶片表面的原料气体，由于H2气的导入而被 还原，从而堆积如上所述的原子水平的厚度的Ti膜。在图示的例子中， 进行了多个循环的成膜处理，重复进行该循环直至得到需要的膜厚， 通常进行几十 几百个循环左右。在该情况下，在l个循环中形成的膜 厚为1~2A左右。另外，例如，Cu (hfac) 2气体的1次的供给期间 X1、H2气的1次的供给期间X2和1次的吹扫期间X3，分别为0.5 5sec 左右、0.5~1086<;左右和0.5~10860左右。另外，关于此时的处理条件， 处理温度为10(K400'C左右，处理压力为13.3~1330Pa (0.1 10Torr)左 右。
将如上所述的合金种膜形成工序和母材膜形成工序分别进行1次
或者分别交替地重复3次，分别形成图3所示的叠层结构。在进行该 成膜时，晶片本身也被加热到100一00'C左右，因此，如上所述，发生 金属原子的热扩散，整体被合金化，最终制造出合金层100、 102 (参 照图3)。在此，上述合金种膜104和母材膜106的各叠层数并不限定 于1层或3层，如上所述，可以叠层需要的次数。
另外，当将合金种膜104和母材膜106分别如图3 (B)所示形成 多层时，即使是相同的膜种，也可以改变其厚度。例如，在图3 (B) 中，可以以30A的厚度形成第一层的母材膜106，以其3倍的90A的 厚度形成第二层的母材膜106。
在此，实际如上所述进行了成膜，并对其进行了评价，因此，对 其评价结果进行说明。
在此，使用XPS对在硅晶片的表面直接进行如上所述的成膜时的 晶片与合金层的元素浓度进行了测定。图5是表示此时的硅晶片的厚 度方向上的各元素的浓度分布的图。在图5中，横轴表示溅射时间， 晶片表面由于溅射而在厚度方向上被逐渐削去，表示出此时的各元素 的浓度。即，溅射时间与膜厚方向的尺寸相对应。在此，表示出Si、 Cu和Ti的各浓度，由图可知，在与硅晶片的边界部分，Ti浓度变得 相当高，并且，能够确认Ti向膜厚变浅的方向充分地进行热扩散，达 到某种程度的Ti浓度。
在该情况下，在制造出如上所述的薄膜的叠层结构后，可以进行 将该晶片整体加热到规定温度的退火工序。由此，能够更可靠地进行 Ti元素的扩散。
这样，在合金层与晶片表面的边界部分，能够使Ti浓度局部地变 高，因此，能够提高与作为基底的晶片表面的密着性。另外，能够使 Ti元素充分地热扩散并分布在叠层结构整体、即合金层100、 102的整 体中。
另外，本发明方法没有使用像现有方法那样的溅射成膜，使用所 谓的ALD成膜进行成膜，因此能够充分提高阶梯覆盖。
另外，在上述实施例中，以使用将原料气体和还原气体交替地间 歇地供给而进行成膜的所谓的ALD成膜的情况为例进行了说明，但并 不限定于此，也可以利用CVD成膜进行成膜。在该情况下，可以利用
使用等离子体的等离子体CVD成膜进行成膜，另外，也可以利用不使 用等离子体的热CVD成膜进行成膜。该CVD成膜是将原料气体和还 原气体同时向处理容器内供给，连续进行成膜的连续成膜法。
图6是表示在利用等离子体CVD成膜制造薄膜的叠层结构时的各 气体的供给定时的时间图。图6 (A)表示合金种膜形成工序的时间图， 图6 (B)表示母材膜形成工序的时间图。由图6可看出，同时供给原 料气体和还原气体，并且与此同步地产生等离子体，利用等离子体CVD 分别形成Ti膜和Cu膜。此外，因为Cu膜变厚，所以，图6 (B)的 成膜时间与图6(A)的Ti膜的情况相比变长，例如，合金种膜形成工 序进行10~20sec左右，母材膜形成工序进行200~2000sec左右。在该 情况下，因为使用CVD成膜，所以成膜速率变高，因此，不仅能够提 高生产率，而且填充特性也提高，能够进一步提高阶梯覆盖。
另外，也可以将上述的ALD成膜和CVD成膜组合而形成薄膜的 叠层结构。例如，合金种膜形成工序进行ALD成膜，母材膜形成工序 进行CVD成膜。
另外，将上述合金种膜形成工序和母材膜形成工序在同一处理容 器、即同一成膜装置内进行，但并不限定于此，也可以将多个成膜装 置像组工具(clustertool)那样结合，在多个成膜装置间能够在不暴露 于大气的情况下搬送晶片，而且，分别用相互不同的专用的成膜装置 进行合金种膜形成工序与母材膜形成工序。
在上述实施例中，作为含有Ti金属的原料，使用了TiCU，但并不 限定于此，能够使用TiF4 (四氟化钛)、TiB"(四溴化钛)、Til4 (四碘 化钛)、Ti[N (C2H5CH3]4 (TEMAT)(四乙基甲基胺钛)、Ti[N (CH3) 2]4 (TDMAT)(四二甲基胺钛)、Ti[N (C2H5) 2]4 (TDEAT)(四二乙 基胺钛)等。
另外，在本实施例中，以将Ti用作作为合金种的第一金属的情况 为例进行了说明，但并不限定于此，例如能够使用选自Ti、 Sn、 W、 Ta、 Mg、 In、 Al、 Ag、 Co、 Nb、 B、 V、 Mn中的1种金属。
另外，在本实施例中，以将Cu用作作为母材的第二金属的情况为 例进行了说明，但并不限定于此，例如能够使用选自Cu、 Ag、 Au、 W 中的l种金属。
另外，在本实施例中，以使用H2气体作为还原气体的情况为例进 行了说明，但并不限定于此，根据所使用的原料气体，例如能够使用
选自H2、 NH3、 N2、 N2H4[肼]、NH (CH3) 2[乙胺]、N2H3CH[甲基二氮
烯]、N2H3CH3[甲肼]中的1种以上的气体。
另外，在此，作为被处理体，以半导体晶片为例进行了说明，但 并不限定于此，能够使用玻璃基板、LCD基板等。
权利要求
1.一种薄膜的叠层结构的形成方法，在能够抽真空的处理容器内在被处理体的表面上堆积多层薄膜而形成薄膜的叠层结构，其特征在于，将以下工序分别交替进行1次以上使用含有作为合金种的第一金属的原料气体和还原气体，形成由第一金属构成的合金种膜的合金种膜形成工序；和使用含有与所述第一金属不同的作为母材的第二金属的原料气体和还原气体，形成比所述合金种膜厚的由第二金属构成的母材膜的母材膜形成工序。
2. 如权利要求1所述的薄膜的叠层结构的形成方法，其特征在于: 在所述合金种膜形成工序中，进行间歇成膜法和连续成膜法中的任一种成膜方法，所述间歇成膜法将含有所述第一金属的原料气体和 还原气体交替地在不同的定时、间歇地供给到所述处理容器内而进行 成膜，所述连续成膜法将含有第一金属的原料气体和还原气体同时供 给到所述处理容器内而连续进行成膜。
3. 如权利要求1所述的薄膜的叠层结构的形成方法，其特征在于: 在所述母材膜形成工序中，进行间歇成膜法和连续成膜法屮的任一种成膜方法，所述间歇成膜法将含有所述第二金属的原料气体和还 原气体交替地在不同的定时、间歇地供给到所述处理容器内而进行成 膜，所述连续成膜法将含有第二金属的原料气体和还原气体同时供给 到所述处理容器内而连续进行成膜。
4. 如权利要求1~3中任一项所述的薄膜的叠层结构的形成方法， 其特征在于在将所述合金种膜形成工序和所述母材膜形成工序分别交替地进 行1次以上之后，进行将所述被处理体加热到规定温度的退火工序。
5. 如权利要求1~3中任一项所述的薄膜的叠层结构的形成方法， 其特征在于在同一处理容器内进行所述合金种膜形成工序和所述母材膜形成 工序。
6. 如权利要求1~3中任一项所述的薄膜的叠层结构的形成方法，其特征在于交替地在不同的处理容器内进行所述合金种膜形成工序和所述母 材膜形成工序。
7. 如权利要求1~3中任一项所述的薄膜的叠层结构的形成方法，其特征在于所述合金种膜的1层的厚度为l-200A的范围内，所述母材膜的1 层的厚度为5~500A的范围内。
8. 如权利要求1~3中任一项所述的薄膜的叠层结构的形成方法， 其特征在于所述第一金属为选自Ti、 Sn、 W、 Ta、 Mg、 In、 Al、 Ag、 Co、 Nb、 B、 V、 Mn中的1种金属。
9. 如权利要求1~3中任一项所述的薄膜的叠层结构的形成方法， 其特征在于所述第二金属为选自Cu、 Ag、 Au、 W中的l种金属。
10. 如权利要求1~3中任一项所述的薄膜的叠层结构的形成方法， 其特征在于所述还原气体为选自H2、 NH3、 N2、 N2H4[肼]、NH (CH3) 2[乙胺〗、 N2H3CH[甲基二氮烯]、N2H3CHs[甲肼]中的1种以上的气体。
11. —种薄膜的叠层结构，其特征在于在形成于被处理体表面上的薄膜的叠层结构中，将使用含有作为 合金种的第一金属的原料气体和还原气体形成的、由第一金属构成的 合金种膜，和使用含有与所述第一金属不同的作为母材的第二金属的 原料气体和还原气体形成的、比所述合金种膜厚的由第二金属构成的母材膜，分别交替地叠层l层以上。
12. 如权利要求ll所述的薄膜的叠层结构，其特征在于所述合金种膜的1层的厚度为l-200A的范围内，所述母材膜的1 层的厚度为5~500A的范围内。
13. —种成膜装置，用于在被处理体的表面上堆积薄膜，其特征在 于，包括能够抽真空的处理容器；载置所述被处理体的载置台对所述被处理体进行加热的加热单元；向所述处理容器内导入气体的气体导入单元；向所述气体导入单元供给含有作为合金种的第一金属的原料气体 的第一原料气体供给单元；向所述气体导入单元供给含有作为母材的第二金属的原料气体的 第二原料气体供给单元；向所述气体导入单元供给还原气体的还原气体供给单元；和 控制单元，进行控制，使装置整体动作，将由所述第一金属构成 的合金种膜和由所述第二金属构成的母材膜分别交替地形成1层以上。
14. 如权利要求13所述的成膜装置，其特征在于 设置有用于向所述处理容器内产生等离子体的等离子体形成单元。
15. —种存储程序的存储介质，其特征在于所述程序对成膜装置进行控制，使得当在能够抽真空的处理容器 内在被处理体的表面上堆积多层薄膜而形成薄膜的叠层结构时，将以 下工序分别交替进行1次以上使用含有作为合金种的第一金属的原料气体和还原气体，形成由 第一金属构成的合金种膜的合金种膜形成工序；和使用含有与所述第 —金属不同的作为母材的第二金属的原料气体和还原气体，形成比所 述合金种膜厚的由第二金属构成的母材膜的母材膜形成工序。
全文摘要
本发明提供一种与基底的密着性高、能够抑制膜剥离的发生、而且即使微细化进一步发展也能够充分地提高阶梯覆盖、而且能够使合金种的元素充分地扩散的薄膜的叠层结构的形成方法。在该方法中，在能够抽真空的处理容器(4)内在被处理体的表面上堆积多层薄膜而形成薄膜的叠层结构，将以下工序分别交替进行1次以上使用含有作为合金种的第一金属的原料气体和还原气体，形成由第一金属构成的合金种膜(104)的合金种膜形成工序；和使用含有与上述第一金属不同的作为母材的第二金属的原料气体和还原气体，形成比上述合金种膜厚的由第二金属构成的母材膜(106)的母材膜形成工序。
文档编号C23C16/44GK101115864SQ200680004339
公开日2008年1月30日 申请日期2006年1月30日 优先权日2005年2月10日
发明者佐藤浩, 吉井直树, 小岛康彦 申请人:东京毅力科创株式会社