DE102011078243A1 - Herstellungsverfahren für ein elektronisches Bauteil mit einem Schritt zur Einbettung einer Metallschicht - Google Patents

Herstellungsverfahren für ein elektronisches Bauteil mit einem Schritt zur Einbettung einer Metallschicht Download PDF

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Abstract

Ein Herstellungsverfahren für ein elektronisches Bauteil umfasst einen Schritt zur Einbettung einer Metallschicht. Ein Ausführungsbeispiel beinhaltet einen ersten Schritt zum Abscheiden einer Barrierenschicht mit TiN auf einem zu verarbeitenden Objekt, auf dem ein konkaves Teil ausgebildet ist, sowie einen zweiten Schritt zum Füllen eines Metalls mit niedrigem Schmelzpunkt unmittelbar auf der Barrierenschicht unter Temperaturbedingungen, welche ein Fließen des Metalls mit niedrigem Schmelzpunkt erlauben, durch ein PCM-Zerstäubungsverfahren, während ein Magnetfeld durch eine Magneteinheit mit mehreren Magneten ausgebildet wird, die an Gitterpunkten eines polygonalen Gitters so angeordnet sind, dass sie unterschiedliche Polaritäten zwischen den benachbarten Magneten aufweisen.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für ein elektronisches Bauteil, das einen Schritt zur Einbettung einer Metallschicht beinhaltet.
  • Stand der Technik
  • Im Stand der Technik wurden bei integrierten Halbleiterschaltungen sogenannte „gate first”-Verfahren verwendet, was ein Verfahren zur Durchführung einer Ätzverarbeitung nach der Ausbildung einer Gateisolationsschicht und einer Gateelektrode auf einer Waferoberfläche ist. In letzter Zeit wird die Gateisolationsschicht eines MOSFET mit der Elementminiaturisierung dünner, und wenn eine SiO2-Schicht für die Gateisolationsschicht verwendet wird, wird bei einer Schichtdicke von 2 nm oder weniger als dem derzeit erforderlichen Wert ein Tunnelstrom erzeugt, und der Gateleckstrom erhöht sich. Folglich wurde zuletzt untersucht, das Gateisolationsschichtmaterial durch ein Material mit hoher Dielektrizitätskonstante, dessen relative Dielektrizitätskonstante höher als die der SiO2-Schicht ist, zu ersetzten. Durch dieses Verfahren kann eine SiO2-konvertierte Schichtdicke (EOT: Equivalent Oxide Thickness – äquivalente Oxiddicke) dünner ausgebildet werden, selbst wenn die tatsächliche Dicke der Isolationsschicht größer ist. Bei einem aktuellen MOSFET mit einer Gatelänge von 22 nm oder weniger muss jedoch die EOT weiter reduziert werden. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, ist es nötig, die tatsächliche Dicke der isolierenden Schicht unter Verwendung des Materials mit hoher Dielektrizitätskonstante zur Reduktion des Gateleckstroms zu erhöhen. Bei dem „gate first”-Verfahren wird jedoch ein Source-/Drain-Ausbildungsschritt nach der Gate-Ausbildung durchgeführt, und dadurch werden die Gateisolationsschicht und die Gateelektrode erwärmt, wodurch eine Wärmediffusion zwischen der Isolationsschicht und der Metallschicht aufgrund der Erwärmung verursacht wird, und wodurch das Problem einer Beweglichkeitsverschlechterung und einer Verschiebung der Betriebsspannung (Vt) auftreten.
  • Zur Lösung dieser Probleme erfolgte daher eine intensive Forschung und Entwicklung bezüglich eines sogenannten „gate last”-Verfahrens, bei dem zunächst Source und Drain ausgebildet werden, und zuletzt die Gateisolationsschicht und die Gateelektrode ausgebildet werden. Da bei diesem Verfahren der Gateteil zuletzt ausgebildet wird, kann die dem Gateteil zugeführte Erwärmungstemperatur niedriger sein, und es ist vielleicht möglich, die Beweglichkeitsverschlechterung und die Verschiebung der Betriebsspannung (Vt) zu unterdrücken, was die Probleme bei dem „gate first”-Verfahren waren. Aspekte des „gate last”-Verfahrens sind die Abscheidung von verschiedenen Metalldünnschichtarten in einer Form mit einer Öffnung von 22 nm oder weniger und einer Tiefe von 22 nm oder mehr (nachfolgend als Graben bezeichnet), und die Steuerung der Schichtdicken des auf der Seitenwand und dem Bodenteil des Grabens jeweils abgeschiedenen Materials auf gewünschte Werte. Da zudem die verschiedenen Metalldünnschichtarten gestapelt sind, ist es außerdem nötig, die Metalldiffusion zwischen den Metalldünnschichten zu unterdrücken.
  • Bei dem „gate last”-Verfahren beinhaltet das Verfahren zur Ausbildung der verschiedenen Arten von Metalldünnschichtmaterial ein CVD-Verfahren (chemisches Gasphasenabscheidungsverfahren), ein Atomschichtadsorptions-/Abscheideverfahren sowie ein Zerstäubungsverfahren. Das CVD-Verfahren weist Probleme bei der Steuerung der Schichtdicke, bei der Oberflächenhomogenität, sowie bei der Reproduzierbarkeit auf, da bei dem Ausbildungsvorgang eine Inkubationszeit existiert. Das Atomschichtadsorptions-/Abscheideverfahren weist eine ausgezeichnete Steuerbarkeit der Schichtdicke auf, aber wenn eine Dickschicht ausgebildet wird, wird die Wachstumszeit lang, und es treten Probleme mit den Kosten auf, weil ein teures Quellgas verwendet wird. Jedes dieser Verfahren unter Verwendung der chemischen Reaktion eines Quellgases kann eine Schicht nicht nur auf dem Bodenteil sondern auch auf der Seitenwand des Grabens homogen ausbilden, aber andererseits wird die Öffnung des Grabens schmäler, wenn die abgeschiedene Schichtdicke ansteigt. Als Verfahren zur Lösung dieser Probleme wird ein Verfahren zur Ausbildung der verschiedenen Arten von Metalldünnschichtmaterial durch ein Zerstäubungsverfahren vorgeschlagen, dass eine ausgezeichnete Steuerbarkeit der Schichtdicke, der Oberflächenhomogenität, und der Reproduzierbarkeit aufweist.
  • Die Veröffentlichung der japanischen Patentanmeldung Nr. 2004-506090 offenbart ein Gerät, das eine Schicht auch auf der Seitenwand des Grabenteils wie das CVD-Verfahren durch die Durchführung eines Zerstäubungsvorgangs bei einem hohen Druck von 1 Torr oder höher ausbilden kann. Bei diesem Verfahren wird die Richtcharakteristik eines Zerstäubungsions gegen eine Waferoberfläche durch Zerstäubung bei hohem Druck unterdrückt, wodurch die Ausbildung einer Schicht auch auf der Seitenwand des Grabenteils ermöglicht wird. Die japanische Patentdruckschrift 3193875 offenbart eine Technik und ein Gerät, bei dem eine Al-Keimschicht durch ein Zerstäubungsverfahren zur Beschleunigung der Aluminiumschichtmigration ausgebildet wird, nachdem eine Ti und TiN stapelnde Barrierenunterschicht ausgebildet worden ist, und Al bei hoher Temperatur zur Migration gebracht wurde, um eingebettet zu werden. Dieses Verfahren zeigt, dass es möglich ist, Al in dem Graben einzubetten, während eine Al-Diffusion durch die Ti und TiN stapelnde Barrierenunterschicht unterdrückt wird.
  • Nach vorstehender Beschreibung werden bei den neuesten Schichtausbildungsvorgängen auf einem äußerst feinen Muster verschiedene Metalldünnschichtarten gestapelt, und dadurch die Reduktion eines Grabenöffnungsdurchmessers verursacht. Folglich ist es notwendig, eine Metalldünnschichtausbildungstechnik zu verwenden, welche die Reduktion des Öffnungsdurchmessers soweit wie möglich unterdrücken kann, selbst wenn die verschiedenen Metalldünnschichtarten gestapelt werden. Es ist zudem klar, dass die Al-Einbettung die Charakteristik einer bei dem Gateelektrodenteil verwendeten Metallschicht durch die Al-Diffusion verschlechtert, weswegen eine Barrierenschichtausbildungstechnik für eine äußerst dünne Schicht zur Unterdrückung der Al-Diffusion erforderlich ist.
  • Jede der vorstehend beschriebenen Techniken weist jedoch das nachfolgend beschriebene Problem auf.
  • Das Verfahren zur Zerstäubung bei einem hohen Druck von 1 Torr oder höher, das in der Druckschrift JP-A-2004-506090 offenbart ist, kann eine Schicht auf der Grabenseitenwand ausbilden, weist jedoch das Problem auf, dass die Grabenöffnung schmäler wird, wenn die Grabenöffnung kleiner als 22 nm ausgebildet ist. Das Verfahren zur Al-Einbettung, das in der japanischen Patentdruckschrift 3193875 offenbart ist, weist zudem das Problem auf, dass eine Ti und TiN stapelnde dicke Barrierenschicht ausgebildet werden muss, um die Al-Diffusion zu unterdrücken. Da darüber hinaus die Al-Keimschicht zusätzlich auf der Ti und TiN stapelnden Barrierenschicht zur Beschleunigung der Al-Migration ausgebildet ist, gibt es das Problem, dass die Grabenöffnung verschmälert wird.
  • ERFINDUNGSZUSAMMENFASSUNG
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Herstellungsverfahref für ein elektronisches Bauteil mit einem Schritt zur Einbettung einer Metallschicht (beispielsweise aus Al) in einem konkaven Teil (beispielsweise einem Graben) bereitzustellen, wobei das Verfahren die Reduktion der Öffnung des auf einem Substrat ausgebildeten konkaven Teils unterdrücken kann, und zudem eine zur Unterdrückung der Diffusion des einzubettenden Metalls befähigte Barrierenschicht ausbilden kann.
  • Als Ergebnis intensiver Untersuchungen zur Lösung dieses Problems wurde erfindungsgemäß herausgefunden, dass eine äußerst dünne einzelne TiN-Barrierenschicht in einem auf einem Substrat ausgebildeten konkaven Teil (beispielsweise einem Grabenteil) unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Abscheidegerätes ausgebildet werden kann, und ferner die Al-Einbettung auf einer einzelnen TiN-Schicht sogar ohne Al-Keimschicht durchgeführt werden kann.
  • Nach einer ersten Ausgestaltung der Erfindung umfasst ein Herstellungsverfahren für ein elektronisches Bauteil einen ersten Schritt zur Abscheidung einer einzelnen Barrierenschicht mit TiN in einem konkaven Teil, das auf einem durch ein Zerstäubungsverfahren zu verarbeitenden Objekt ausgebildet ist, während ein Cusp-Magnetfeld auf einer Zieloberfläche ausgebildet wird; und einen zweiten Schritt zum Füllen einer Schicht aus einem Metall mit niedrigem Schmelzpunkt unmittelbar auf der einzelnen Barrierenschicht unter Temperaturbedingungen, welche ein Fließen der Schicht aus dem Metall mit niedrigem Schmelzpunkt erlauben.
  • Bei einer derartigen Konfiguration ist es möglich, Al ohne Verringerung eines Öffnungsdurchmessers oder unter Unterdrückung der Verringerung des Öffnungsdurchmessers selbst bei einem feinen Graben mit einem Öffnungsdurchmesser von 22 nm oder weniger einzubetten.
  • Nach einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung umfasst ein Herstellungsgerät für ein elektronisches Bauteil eine Zerstäubungseinrichtung mit einer Zielelektrode, die mit einer Hochfrequenzenergieversorgungsquelle verbunden ist, und zur Anbringung eines Ziels befähigt ist, sowie eine Magneteinheit, die zur Ausbildung eines Cusp-Magnetfeldes auf einer Oberfläche des Ziels eingerichtet ist, wenn das Ziel auf der Zielelektrode angebracht ist; sowie eine Steuereinheit zur Steuerung der Zerstäubungseinrichtung, wobei, wenn ein Ti oder TiN enthaltendes Ziel auf der Zielelektrode angeordnet ist, und eine Barrierenschicht in einem auf einem zu verarbeitenden Objekt ausgebildeten konkaven Teil ausgebildet ist, die Steuereinheit zum Steuern der Zerstäubungseinrichtung so eingerichtet ist, dass eine TiN enthaltende einzelne Barrierenschicht in dem konkaven Teil ausgebildet wird.
  • Nach einer dritten Ausgestaltung der Erfindung umfasst ein Herstellungsgerät für ein elektronisches Bauteil ein erstes Zerstäubungsgerät mit: einer ersten Zerstäubungseinrichtung mit einer ersten Zielelektrode, die mit einer ersten Hochfrequenzenergieversorgungsquelle verbunden ist, und die zur Anbringung eines Ziels befähigt ist, sowie einer ersten Magneteinheit, die zur Ausbildung eines Cusp-Magnetfeldes auf einer Oberfläche des Ziels eingerichtet ist, wenn das Ziel auf der ersten Zielelektrode angebracht ist; und einer zweiten Steuereinheit, die zum Steuern der ersten Zerstäubungseinrichtung so eingerichtet ist, dass eine TiN enthaltende einzelne Barrierenschicht in einem konkaven Teil ausgebildet ist, wenn ein Ti oder TiN enthaltendes Ziel auf der ersten Zielelektrode angeordnet ist, und eine Barrierenschicht in dem auf einem zu verarbeitenden Objekt ausgebildeten konkaven Teil ausgebildet ist; und ein zweites Zerstäubungsgerät mit: einer zweiten Zerstäubungseinrichtung mit einer zweiten Zielelektrode, die mit einer zweiten Hochfrequenzenergieversorgungsquelle verbunden ist, und die zur Anbringung eines Ziels befähigt ist, sowie einer zweiten Magneteinheit, die zur Ausbildung eines Cusp-Magnetfeldes auf einer Oberfläche des Ziels eingerichtet ist, wenn das Ziel auf der zweiten Zielelektrode angebracht ist; und einer zweiten Steuereinheit, die zur Steuerung der zweiten Zerstäubungseinrichtung eingerichtet ist, so dass eine Schicht aus einem Metall mit niedrigem Schmelzpunkt unmittelbar auf der einzelnen Barrierenschicht ausgebildet wird, und das Metall mit niedrigem Schmelzpunkt in dem konkaven Teil unter Temperaturbedingungen eingebettet wird, welche erlauben, dass die Schicht aus dem Metall mit niedrigem Schmelzpunkt fließt, wenn ein das Metall mit niedrigem Schmelzpunkt enthaltendes Ziel auf der zweiten Zielelektrode angeordnet ist, und das Metall mit niedrigem Schmelzpunkt in dem konkaven Teil eingebettet wird, wo die einzelne Barrierenschicht ausgebildet ist.
  • Nach einer vierten Ausgestaltung der Erfindung umfasst ein elektronisches Bauteil ein Element, das ein konkaves Teil beinhaltet; eine Elektrodenschicht, die innerhalb des konkaven Teils ausgebildet ist; eine Schicht aus einem Metall mit niedrigem Schmelzpunkt, die innerhalb des konkaven Teils eingebettet ist; und eine Barrierenschicht, die zwischen der Schicht aus dem Metall mit niedrigem Schmelzpunkt und der Elektrodenschicht ausgebildet ist, und TiN beinhaltet, wobei die Barrierenschicht eine (220)-Orientierung aufweist.
  • Durch Ausbildung einer extrem dünnen einzelnen TiN-Barrierenschicht innerhalb eines konkaven Teils (beispielsweise eines Grabens), der auf dem Substrat ausgebildet ist, und durch Einbetten eines Metalls mit niedrigem Schmelzpunkt (beispielsweise Al) auf der einzelnen TiN-Barrierenschicht ist es erfindungsgemäß möglich, das Metall mit niedrigem Schmelzpunkt (beispielsweise Al) ohne Verringerung des Öffnungsdurchmessers, oder unter Unterdrücken der Verringerung des Öffnungsdurchmessers selbst bei einem feinen konkaven Teil mit einem Öffnungsdurchmesser von beispielsweise 22 nm oder weniger einzubetten, während die einzelne TiN-Barrierenschicht bevorzugte Barriereneigenschaften zum Unterdrücken der Diffusion des Metalls mit niedrigem Schmelzpunkt in eine Unterschicht aufweist. Auch wenn das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren für ein elektronisches Bauteil mit dem Schritt zur Einbettung einer Metallschicht auf ein Herstellungsverfahren mit einem Leiterbahnausbildungsschritt angewandt wird, ist es folglich möglich, Al einzubetten, ohne einen Öffnungsdurchmesser zu reduzieren, oder indem die Reduktion des Öffnungsdurchmessers ein einem feinen konkaven Teil mit einem Öffnungsdurchmesser von 22 nm oder weniger unterdrückt wird.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Verarbeitungsgeräts gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 2 zeigt eine Anordnung eines innerhalb eines Verarbeitungsgerätes angebrachten Magnets gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 3A zeigt eine beschreibende Ansicht eines Niederdruckzerstäubungsteilchentransfervorgangs sowie einer Form einer in einem Graben abgeschiedenen zerstäubten Schicht gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 3B zeigt eine beschreibende Ansicht eines Hochdruckzerstäubungsteilchentransfervorgangs sowie einer Form einer in einem Graben abgeschiedenen zerstäubten Schicht gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 4 zeigt eine schematische Ansicht von einer Grabengrößenabhängigkeit bei einem „gate last”-Verfahren, wenn ein bekanntes CVD-Verfahren für die Ausbildungstechnik verwendet wird.
  • 5 zeigt eine schematische Ansicht einer Grabengrößenabhängigkeit bei einem „gate last”-Verfahren, wenn ein PCM-Zerstäubungsverfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung als Ausbildungstechnik verwendet wird.
  • 6 zeigt eine Ansicht von einer Konfiguration eines Halbleiterherstellungsgeräts gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 7A ein Flussdiagramm eines bekannten Ablaufs zur Einbettung von Al in einen Graben.
  • 7B zeigt ein Flussdiagramm von einem Ablauf zur Einbettung von Al in einen Graben gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • Die 8A und 8B zeigen Ansichten einer Einzelunterschichtmaterialabhängigkeit von einer Al-Einbettungscharakteristik gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • Die 9A bis 9C zeigen Ansichten zur Darstellung des Einflusses auf die Al-Einbettungscharakteristik beim Aussetzen an der Atmosphäre gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • Die 10A bis 10E zeigen Ansichten zur Darstellung der Verarbeitungsgerätabhängigkeit der Al-Einbettungscharakteristik gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 11 zeigt eine Ansicht der Verarbeitungsgerätabhängigkeit eines AFM-Messergebnisses für eine TiN-Einzelbarrierenschicht gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 12A zeigt eine Ansicht zur Darstellung der Verarbeitungsgerätabhängigkeit eines XRD-Messergebnisses für eine TiN-Einzelbarrierenschicht gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 12B zeigt eine Ansicht zur Darstellung eines Spitzenwertintensitätsverhältnisses der C(220)-Orientierung, normalisiert um die Spitzenwertintensität der C(111)-Orientierung, für jede Bedingung gemäß dem Ergebnis nach 12A.
  • 13 zeigt eine Ansicht zur Darstellung der Verarbeitungsgerätabhängigkeit eines spezifischen Widerstands bei einer TiN-Einzelbarrierenschicht gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 14A zeigt eine Ansicht zur Darstellung der Druckabhängigkeit einer abgeschiedenen Menge einer TiN-Einzelbarrierenschicht auf dem Bodenteil eines Grabens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 14B zeigt eine Ansicht zur Darstellung der Druckabhängigkeit einer abgeschiedenen Menge einer TiN-Einzelbarrierenschicht auf dem Seitenwandteil eines Grabens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • Die 15A und 15B zeigen schematische Ansichten zur Darstellung der Al-Einbettungscharakteristik eines Verarbeitungsgerätes gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 16 zeigt ein Diagramm zur Darstellung der Schritte von einem Halbleitergerätherstellungsverfahren bei dem erfindungsgemäßen Beispiel 2.
  • 17 zeigt eine Ansicht zur Darstellung eines Untersuchungsergebnisses über eine effektive Austrittsarbeit bei einem durch das Herstellungsverfahren nach 16 hergestellten P-MOSFET.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Nachstehend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher beschrieben.
  • Als Folge intensiver Untersuchungen zur Lösung der vorstehend beschriebenen Probleme wurde erfindungsgemäß ein Herstellungsverfahren für ein elektronisches Bauteil herausgefunden, mit einem Schritt zum Einbetten von Al in einen Grabenteil unter Verwendung einer Barrierenschicht, welche die Reduktion einer Grabenöffnung sowie eine Al-Diffusion unterdrücken kann, indem eine extrem dünne TiN-Einzelbarrierenschicht ausgebildet und Al auf der TiN-Einzelbarrierenschicht eingebettet wird.
  • 1 zeigt eine Umriss eines Geräts nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, dass bei einem ersten Schritt zur Ausbildung einer TiN-Schicht als eine Barrierenschicht innerhalb eines auf einem Substrat ausgebildeten konkaven Teils (beispielsweise eines Grabens) sowie bei einem zweiten Schritt zur Ausbildung einer Al-Schicht als eine Metallschicht mit niedrigen Schmelzpunkt auf der innerhalb des konkaven Teils ausgebildeten TiN-Schicht zur Einbettung von Al in das konkave Teil verwendet wird.
  • Ein Halbleiterherstellungsgerät 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung beinhaltet eine Kammer 201 mit einer oberen Elektrode 401 und einer unteren Elektrode 301, wie es in 1 gezeigt ist. Die Kammer 201 wirkt als Vakuumverarbeitungsbehälter und umfasst eine Vakuumausstoßpumpe 410 in Verbindung mit einem Auslassport 205 zum Evakuieren des Inneren der Kammer 201 in Verbindung mit einem automatischen Drucksteuerungsmechanismus (APC) 431. Die obere Elektrode 401 ist mit einer Hochfrequenzenergieversorgungsquelle 102 für die obere Elektrode sowie einer Gleichstromenergieversorgungsquelle 103 über eine Abgleichbox 101 verbunden. Ferner ist die untere Elektrode 301 mit einer Hochfrequenzenergieversorgungsquelle 305 für die untere Elektrode über eine Abgleichbox 304 verbunden.
  • Die Kammer 201 weist eine annähernd zylindrische Form auf, und beinhaltet eine obere Wand (Deckenwand) 202 mit einer annähernd kreisscheibenförmigen Form, einer Seitenwand 203 mit einer annähernd zylindrischen Form, sowie eine Bodenwand 204 mit einer annähernd kreisscheibenförmigen Form. Ein Druckindikator 430 (beispielsweise ein Diaphragmadruckmesser) ist um die Seitenwand 203 innerhalb der Kammer 201 zur Druckmessung bereitgestellt. Der Druckindikator 430 ist mit dem automatischen Drucksteuerungsmechanismus 431 elektrisch verbunden, der zur automatischen Steuerung des Drucks innerhalb der Kammer 201 gemäß einem durch den Druckindikator 430 gemessenen Druckwert konfiguriert ist.
  • Die obere Elektrode 401 weist die obere Wand 202, einen Magnetmechanismus 405, eine Zielelektrode (erste Elektrode) 402, einen Isolator 404 und eine Abschirmung 403 auf. Der Magnetmechanismus 405 ist unter der oberen Wand 202 bereitgestellt, und die Zielelektrode 402 ist unter dem Magnetmechanismus 405 bereitgestellt. Der Isolator 404 isoliert die Zielelektrode 402 von der Seitenwand der Kammer 202, und hält außerdem die Zielelektrode 402 innerhalb der Kammer 201. Darüber hinaus ist die Abschirmung 403 unter dem Isolator 404 bereitgestellt. Dabei ist die Zielelektrode 402 mit der Hochfrequenzenergieversorgungsquelle 102 für die obere Elektrode und der Gleichstromenergieversorgungsquelle 103 über die Abgleichbox 101 verbunden. Die Hauptteile der Zielelektrode 402 sind aus nichtmagnetischem Material wie etwa Al, SUS, und Cu ausgebildet. Ein (in der Zeichnung nicht gezeigtes) Materialzielelement, das zur Ausbildung einer Schicht auf einem Substrat 305 nötig ist, kann auf der Seite der Zielelektrode 402 mit reduziertem Druck (der Substratseite) angeordnet sein. Ferner ist eine Röhrenanordnung in der oberen Elektrode 401 und der Zielelektrode 402 ausgebildet, und die obere Elektrode 401 und die Zielelektrode 402 können durch in dieser Röhrenanordnung fließendes Kühlwasser gekühlt werden.
  • Der Magnetmechanismus 405 weist eine Magnetstützplatte 407, durch die Magnetstützplatte 407 gestützte mehrere Magnetstücke 406, sowie einen auf der äußersten Randbereichseite der vielen Magnetstücke 406 bereitgestellten Magnetfeldeinstellungsmagnetkörper 408 auf. Dabei ist der Magnetmechanismus 405 mit einer Zentralachse des Materialziels als Drehachse mittels eines in der Zeichnung nicht gezeigten Drehmechanismus drehbar eingerichtet. Die vielen Magnetteile 406 sind zueinander benachbart über der Zielelektrode 402 angeordnet, so dass sie parallel zu der Oberfläche der Zielelektrode 402 angeordnet sind. Die benachbarten Magnetteile 406 bilden ein geschlossenes Punkt-Cusp-Magnetfeld 411 für den Einschluss von Plasma aus. Der Magnetfeldeinstellungsmagnetkörper 408 erstreckt sich so, dass er teilweise das auf der äußeren Randbereichsseite angeordnete Magnetteil 406 auf der Seite der Zielelektrode 402 überlappt. Durch eine derartige Konfiguration ist es möglich, die Magnetfeldstärke in einer Lücke zwischen der Zielelektrode 402 und der Abschirmung 403 zu unterdrücken (zu steuern).
  • Die untere Elektrode 301 umfasst einen Objekttischhalter 302, einen Kühl-/Heiz-Mechanismus 412, eine Bodenwand 204 und einen zweiten Elektrodenisolator 303. Der Objekttischhalter 302 ist eine Einheit zum Anbringen des Substrates 306, und ist mit dem Kühl-/Heiz-Mechanismus 412 darin versehen. Die Temperatur des Substrates (Substrattemperatur) kann auf eine vorbestimmte Temperatur mittels des Kühl-/Heizmechanismus 412 gesteuert werden. Der zweite Elektrodenisolator 303 ist eine Einheit zum Stützen des Objekttischhalters 302 und der Bodenwand 204 der Kammer 201, während sie voneinander isoliert werden. Ferner ist der Objekttischhalter 302 mit der Hochfrequenzenergieversorgungsquelle 305 für die untere Elektrode über die Abgleichbox 304 verbunden. Dabei ist der Objekttischhalter 302 mit einer elektrostatischen Adsorptionseinheit mit einer Einzelpolelektrode versehen, die in der Zeichnung nicht gezeigt ist, diese Einzelpolelektrode ist mit der (in der Zeichnung nicht gezeigten) Gleichstromenergieversorgungsquelle verbunden. Zudem ist der Objekttischhalter 302, was in der Zeichnung nicht gezeigt ist, mit mehreren Gasausstoßöffnungen (beispielsweise für Inertgas wie etwa Ar) für die Zufuhr von Gas an die Rückseite des Substrates 306 zum Steuern der Temperatur des Substrates 306 sowie einer Substrattemperaturmesseinheit zum Messen der Substrattemperatur versehen.
  • Innerhalb der Kammer 201 sind mehrere Gaseinlassports 409 für die Zufuhr von Prozessgas wie etwa Ar in die Kammer 201 versehen.
  • Unter Bezugnahme auf 2 ist die Form des Magnetmechanismus 405 nachstehend näher beschrieben. 2 zeigt eine Draufsicht des Magnetmechanismus 405 von der Seite der Zielelektrode 402 aus gesehen. Gemäß 2 sind der ringförmige Magnetfeldeinstellungsmagnetkörper 408 und das in dem inneren Randbereich des Magnetfeldeinstellungsmagnetkörper 408 angeordnete Magnetteil 406 an dem kreisscheibenartigen Magnetstützkörper 407 bereitgestellt und durch dieses gestützt. Dabei bezeichnet in 2 das Bezugszeichen 403a den inneren Durchmesser der Abschirmung 403, und die vielen kleinen Kreise zeigen die äußeren Formen der jeweiligen Magnetteile 406 an. Ferner weist jedes der Magnetteile 406 dieselbe Form und dieselbe Magnetflussdichte auf. Darüber hinaus geben die Zeichen N und S magnetische Pole des jeweiligen Magnetstücks 406 von der Seite der Zielelektrode 402 aus gesehen an.
  • Die Magnetteile 406 sind in einem Gittermuster (in der X-Richtung und der Y-Richtung) mit annähernd demselben Abstand (in einem Bereich von 5 bis 100 mm) voneinander angeordnet. Jedes der vielen Magnetteile 406 ist an einem Gitterpunkt eines polygonalen Gitters auf diese Weise angeordnet. Die benachbarten Magnetteile 406 weisen zueinander entgegengesetzte Polaritäten auf. Im Übrigen sind in einem Rechteck, das beliebige vier entlang der X-Richtung und der Y-Richtung angeordnete Magnetteile 406 beinhaltet, die Polaritäten der einander in diagonaler Richtung benachbarten Magnetteile 406 die gleichen. Genauer bilden beliebige benachbarte vier Magnetteile 406 ein Punkt-Cusp-Magnetfeld (nachstehend PCM genannt) 411 auf der Zieloberfläche aus. Das Halbleiterherstellungsgerät 100 kann das PCM auf diese Weise ausbilden, und wird daher gelegentlich PCM-Zerstäubungsgerät oder PCM-Verarbeitungsgerät genannt.
  • Die Höhe des Magnetteils 406 ist typischerweise größer als 2 mm, und dessen Querschnitt ist rechteckig oder kreisförmig. Der Durchmesser, die Höhe und das Material des Magnetteils 406 können in Abhängigkeit von der Prozessanwendung optional eingestellt werden. Wenn der oberen Elektrode 401 des Halbleiterherstellungsgerätes 100 eine Hochfrequenzenergie zugeführt wird, wird mittels eines Mechanismus vom Kapazitätskopplungstyp Plasma erzeugt. Dieses Plasma unterliegt der Wirkung des geschlossenen Punkt-Cusp-Magnetfelds 411.
  • Der Magnetfeldeinstellungsmagnetkörper 408 erstreckt sich so, dass er das auf der äußersten Randseite auf der Seite der Zielelektrode 402 angeordnete Magnetteil 406 teilweise überlappt. Dadurch kann die Magnetfeldstärke in der Lücke zwischen der Zielelektrode 402 und der Abschirmung 403 unterdrückt (gesteuert) werden. Der Magnetfeldeinstellungsmagnetkörper 408 kann aus einem Material ausgebildet sein, das die Magnetfeldstärke zwischen der Zielelektrode 402 und der Abschirmung 403 steuern kann, und ist vorzugsweise aus einem Material mit hoher Permeabilitätskonstante wie etwa beispielsweise SUS430 ausgebildet. Der Magnetmechanismus 405 kann das Magnetfeld durch die Einstellung eines Bereichs einstellen, wo das Magnetstück 406 und der Magnetfeldeinstellungsmagnetkörper 408 einander überlappen. Dies bedeutet, dass wenn der Bereich, wo sich das Magnetstück 406 und der Magnetfeldeinstellungsmagnetkörper 408 einander überlappen, eingestellt wird, die Versorgung mit einem zum Zerstäuben der Zielelektrode 402 über den äußersten Randbereich der Zielelektrode 402 erforderlichen Magnetfeld sowie die Einstellung der Magnetfeldstärke in der Lücke zwischen der Zielelektrode 402 und der Abschirmung 403 möglich ist.
  • Unter erneuter Bezugnahme auf 1 bezeichnet das Bezugszeichen 420 eine Steuereinheit als eine das gesamte Halbleiterherstellungsgerät 100 steuernde Steuereinrichtung. Diese Steuereinheit 420 weist eine einen Verarbeitungsbetrieb wie etwa verschiedene Berechnungen, Steuerungen und Bestimmungen durchführende CPU sowie einen durch diese CPU auszuführende verschiedene Steuerprogramme speichernden ROM auf. Ferner umfasst die Steuereinheit 420 einen RAM, einen nichtflüssigen Speicher wie etwa einen Flash-Speicher und einen SRAM, welche die im Verarbeitungsbetrieb in der CPU befindlichen Daten, Eingabedaten und dergleichen temporär speichern. Die Steuereinheit 420 mit einer derartigen Konfiguration ist zur Steuerung der Hochfrequenzenergieversorgungsquelle 102 für die obere Elektrode, der Gleichstromenergieversorgungsquelle 103 und der Hochfrequenzenergieversorgungsquelle 305 für die untere Elektrode so eingerichtet, dass vorbestimmte Spannungen an die obere Elektrode bzw. die untere Elektrode angelegt werden. Zudem ist die Steuereinheit 420 zum Steuern des automatischen Drucksteuerungsmechanismus 431 so eingerichtet, dass ein vorbestimmter Druck innerhalb der Kammer 201 erhalten wird. Darüber hinaus ist die Steuereinheit 420 zum Steuern des Kühl-/Heizmechanismus 412 so eingerichtet, dass eine vorbestimmte Temperatur als die Substrattemperatur erhalten wird. Die 3A und 3B zeigen beschreibende Ansichten von Teilchentransfervorgängen bei der Niederdruckzerstäubung bzw. der Hochdruckzerstäubung, und die jeweiligen Formen der in den Gräben 453 ausgebildeten zerstäubten Schichten. Wie es in 3A gezeigt ist, tritt bei dem Niederdruckzerstäubungsvorgang keine Zerstäubungsteilchenstreuung durch Kollision auf, bis das Zerstäubungsteilchen am Substrat ankommt. Folglich wird ein vorgespannter Zustand einer zerstäubten Schichtform zwischen dem Substratkantenteil 3001 aus 3A und dem Substratzentralteil 3002 aus 3A verursacht.
  • Wenn jedoch die Zerstäubung unter Verwendung des Geräts gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel aus 1 unter hohem Druck durchgeführt wird, werden die Zerstäubungsteilchen 450 innerhalb des Behälters durch die durch Kollision mit dem Prozessgas (bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel Ar) verursachte Streuung aufgespreizt, bis die Zerstäubungsteilchen 450 am Substrat 306 ankommen, wie es in 3B gezeigt ist. Die durch die Streuung gespreizten Zerstäubungsteilchen 450 werden durch einen um das Substrat 306 ausgebildeten Mantel 451 beschleunigt. Auf diese Weise werden die durch den vorstehend beschriebenen Strömungsvorgang gespreizten und durch den Mantel 451 beschleunigten Zerstäubungsteilchen auf das Substrat 306 aufgebracht, wodurch es möglich ist, eine zerstäubte Schicht 452 mit einer hochsymmetrischen Bedeckungsform in jedem der Gräben 453 auf der gesamten Substratoberfläche gemäß den Bezugszeichen 3003 und 3004 aus 3B abzuscheiden, und ferner die Abscheidung auf der Seitenwand zu unterdrücken. Genauer wird bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Druck vorzugsweise früher ausgebildet, um die Streuung des Zerstäubungsteilchens durch das Atmosphärengas zu verursachen, um ein homogenes Eindringen der Zerstäubungsteilchen in die gesamte Oberfläche des Substrates 306 zu ermöglichen. Das von dem Ziel erzeugte Zerstäubungsteilchen 450 wird durch den vorstehend beschriebenen Zerstäubungsvorgang so diffundiert, dass es homogen in die gesamte Oberfläche des Substrates 306 eindringt, aber dass andererseits seine Energie auch durch die Streuung verlorengeht. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird jedoch das Zerstäubungsteilchen 450, dessen Energie reduziert worden ist, auf das Substrat 306 durch die Wirkung des Mantels 451 beschleunigt, der ein Bereich zur Ionenbeschleunigung ist. Folglich ist es möglich, ähnliche Zerstäubungsteilchen 450 zum vertikalen Eindringen in jeden der auf dem Substrat 306 ausgebildeten Gräben zu bringen. Dabei bezeichnet das Bezugszeichen 454 ein Basissubstrat.
  • 4 zeigt eine beschreibende Ansicht einer „gate last”-Ausbildungstechnik, die verschiedene Materialarten unter Verwendung eines CVD-Verfahrens in jeder der feinen Grabenöffnungen mit Öffnungsdurchmessern von 32 nm bzw. 15 nm stapelt. In der feinen Grabenstruktur 601 existiert eine vorläufig ausgebildete isolierende Unterschicht 602. Eine isolierende Schicht 603 mit hoher Permeabilitätskonstante ist auf der isolierenden Unterschicht 602 ausgebildet. Zudem sind eine Metallnitridschicht A 604, eine Metallnitridschicht B 605, eine Metallnitridschicht C 606 sowie eine Metallschicht 607 zur Steuerung der Betriebsspannung ausgebildet, und eine gestapelte Barrierenschicht 608 und eine Al-Keimschicht 609 sind zur Einbettung ausgebildet. Wenn diese verschiedenen Materialarten durch das CVD-Verfahren ausgebildet werden, wird die Grabenöffnung mit ansteigender abgeschiedener Schichtdicke schmaler, während die Schicht nicht nur auf der Bodenoberfläche des Grabenteils sondern auch auf der Seitenwand homogen ausgebildet wird, wie es aus 4 ersichtlich ist. Folglich wird die Öffnung in einem feinen Graben von 15 nm geschlossen, wenn nicht die Dicke jeder Schicht dünner ausgebildet wird. Daher ist es nicht möglich, eine Schicht mit einer ausreichend großen Dicke in einem Fall auszubilden, bei dem die Barrierenunterschicht eine für Barriereneigenschaften erforderliche größere Dicke aufweisen muss.
  • Im Übrigen zeigt 5 eine beschreibende Ansicht für eine „gate last”-Ausbildungstechnik, die verschiedene Materialarten unter Verwendung des in 1 gezeigten PCM-Zerstäubungsgerätes 100 nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel stapelt. In einer feinen Grabenstruktur 601 existiert eine vorläufig ausgebildete isolierende Unterschicht 602. Eine isolierende Schicht 603 mit hoher Permeabilitätskonstante ist auf der isolierenden Unterschicht 602 ausgebildet. Zudem sind eine Metallnitridschicht A 701, eine Metallnitridschicht B 702, eine Metallnitridschicht C 703, sowie eine Metallschicht 704 zum Steuern einer Betriebsspannung ausgebildet, und eine Einzelbarrierenschicht 705 ist zur Einbettung ausgebildet. Bei dem Gerät nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Mantel um den Objekttischhalter 302 als Substrathalteteil ausgebildet (d. h. das auf dem Objekttischhalter 302 angeordnete Substrat 306), und dadurch kann die Ausbildung der zerstäubten Schicht auf der Seitenwand des Grabens unterdrückt werden. Folglich ist es gemäß 5 möglich, verschiedene Materialarten innerhalb des Grabens auszubilden, während das Verschmälern der Grabenöffnung im Vergleich zu dem Fall der Verwendung des in 4 gezeigten bekannten CVD-Verfahrens unterdrückt wird. Dadurch ist es möglich, eine Schicht in dem feinen 15 nm-Muster auszubilden, selbst wenn dieselbe Dicke wie für den 32 nm-Graben verwendet wird. Selbst wenn die Grabengröße weiter miniaturisiert wird, ist es folglich möglich, eine Schicht ohne Ändern der optimierten Schichtdicke für die verschiedenen Materialarten auszubilden. Genauer kann die Verschmälerung der Grabenöffnung auch für einen Graben mit einer schmalen Breite unterdrückt werden, selbst wenn die Schicht mit einer größeren Dicke ausgebildet wird. Zudem verwendet die Barrierenschicht nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Einzelschicht, und dadurch kann die Anzahl der Schichten der gestapelten Struktur reduziert werden.
  • 6 zeigt ein Halbleiterherstellungsgerät 500 gemäß den vorliegenden Ausführungsbeispielen, das bei einem Herstellungsverfahren für ein elektronisches Bauteil mit einem Schritt zum Einbetten mit einer Metallschicht in einem konkaven Teil verwendet wird. Das Halbleiterherstellungsgerät 500 beinhaltet eine Kammer 501 zur Ausbildung der TiN-Schicht und eine Kammer 502 zur Durchführung der Al-Einbettung in einen Graben, für die Verarbeitung des ersten Schritts bzw. des zweiten Schritts, sowie Metallschichtausbildungskammern 503, 504 und 505, die so angebracht sind, dass die anderen verschiedenen Metallmaterialarten abgeschieden werden. Das Halbleiterherstellungsgerät 500 umfasst ferner eine Transferkammer 506, die eine zur Übertragung eines Substrates zu jedem Gerät der Kammern 501 bis 505 ohne Atmosphärenberührung für das Substrat befähigte Vakuumtransfereinheit sowie eine Beschickungs-/Sicherungs-Kammer 507 zur Übertragung des Substrates von der Atmosphäre in das Vakuum aufweist. Es versteht sich, dass jede der Kammern 501, 502, 503, 504 und 505 zu dem in 1 gezeigten PCM-Zerstäubungsgerät (Halbleiterherstellungsgerät 100) nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel gehören. Unter Verwendung des vorliegenden Halbleiterherstellungsgerätes 500 ist es möglich, die Verarbeitung kontinuierlich durchzuführen, ohne das Substrat der Atmosphäre auszusetzen, und dadurch ist es möglich, die Adsorption von Verunreinigungen wie etwa Wasser, Kohlenstoff und Sauerstoff an einer Grenzfläche zu unterdrücken. Dadurch ist es möglich, das Substrat zum nächsten Schritt zu übertragen, ohne die Eigenschaften der durch jedes der Geräte ausgebildeten Schicht zu ändern.
  • Dabei umfasst das Halbleiterherstellungsgerät 500 eine (in der Zeichnung nicht gezeigte) Steuerung mit einer arithmetischen Verarbeitungseinheit wie etwa einer CPU, und führt eine vorbestimmte Verarbeitung für ein zu verarbeitendes Substrat durch Ausgeben eines Anweisungssignals an jedes der Verarbeitungsgeräte 501 bis 507 gemäß einem vorbestimmten Programm aus. Es versteht sich, dass jedes der Verarbeitungsgeräte 501 bis 507 eine Steuereinheit wie etwa eine (in der Zeichnung nicht gezeigte) PLC (programmierbare Logiksteuerung – Programmable Logic Controller) sowie Steuereinheiten wie etwa eine Massenflusssteuerung und eine Abgaspumpe gemäß dem von der Steuerung ausgegebenen Anweisungssignal beinhaltet (es versteht sich, dass die Steuereinheit bei jedem der Verarbeitungsgeräte 501 bis 505 die bei 1 beschriebene Steuereinheit 420 ist). Folglich ist in der entsprechenden Kammer die Steuereinheit 420 aus 1 zum Steuern der Hochfrequenzenergieversorgungsquelle 102 für die obere Elektrode, der Gleichstromenergieversorgungsquelle 103, der Hochfrequenzenergieversorgungsquelle 305 für die untere Elektrode, des Kühl-/Heizmechanismus 412, des automatischen Drucksteuermechanismus 431 und dergleichen gemäß den von der vorstehend beschriebenen Steuerung empfangenen verschiedenen Arten eines Anweisungssignals eingerichtet.
  • Die 7A und 7B zeigen einen bekannten Ablauf bzw. einen Ablauf nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel für das Verfahren zur Einbettung einer Metallschicht in einen Graben. Bei dem bekannten Al-Einbettungsverfahren wird eine Ti und TiN stapelnde gestapelte Barrierenschicht in dem Graben zur Unterdrückung der Al-Diffusion bei dem Barrierenschichtausbildungsschritt 810 ausgebildet. Nachfolgend wird bei dem Al-Keimschichtausbildungsschritt 811 eine Al-Keimschicht auf der vorstehend beschriebenen gestapelten Barrierenschicht zur Beschleunigung der Al-Migration ausgebildet. Danach wird bei dem Al-Einbettungsschritt 812 Al auf der gestapelten Barrierenschicht unter einer Hochtemperaturumgebung zur Einbettung in den Graben ausgebildet.
  • Das Al-Einbettungsverfahren nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann jedoch perfekte Einbettungseigenschaften selbst durch Durchführung des Einzelbarrierenschichtausbildungsschritts 815 als den ersten Schritt sowie Durchführen des Al-Einbettungsausbildungsschritt 816 als dem zweiten Schritt unmittelbar auf der Einzelbarrierenschicht ohne die Verwendung des Al-Keims erhalten.
  • Die Abscheidung einer TiN-Einzelbarrierenschicht bei dem ersten Schritt 815 wird in der Kammer 501 durchgeführt. Ein Ti-Metallziel wird als das Ziel verwendet, und das Ti-Ziel wird auf der Zielelektrode 402 in der Kammer 501 angebracht. Jeder Parameter wird auf die nachfolgende Bedingung eingestellt. Das heißt, die Steuereinheit 420 der Kammer 501 steuert den Kühl-/Heizmechanismus 412 zur Einstellung der Substrattemperatur auf 30°C. Zudem steuert die Steuereinheit 420 der Kammer 501 die Hochfrequenzenergieversorgungsquelle 102 für die obere Elektrode und die Gleichstromenergieversorgungsquelle 103 der Kammer 501 zur Einstellung der Hochfrequenzleistung und der Gleichspannung des Ti-Targets auf 1500 W bzw. 430 Volt. Darüber hinaus wird Ar als das Inertgas verwendet, die Zufuhrmenge von Ar wird auf 70 sccm eingestellt, die Zufuhrmenge von Stickstoff als Reaktivgas wird auf 30 sccm eingestellt, das Ar-Gas und das Stickstoffgas werden von dem Gaseinlassport 409 der Kammer 501 eingeführt, der Druck innerhalb der Kammer wird auf 10 Pa durch den automatischen Drucksteuermechanismus 431 der Kammer 501 eingestellt, und dann wird die Schichtausbildung durchgeführt. Zudem steuert die Steuereinheit 420 der Kammer 501 zur Steuerung der Schichtausbildungsform die Hochfrequenzenergieversorgungsquelle 305 für die untere Elektrode der Kammer 501 zur Einstellung der Hochfrequenzleistung der unteren Elektrode 301 als der Substratelektrode auf 50 W und führt sodann die Schichtausbildung durch.
  • Darüber hinaus wird die Abscheidung der Ti-Einzelbarrierenschicht zum Vergleich mit einem Einzelbarrierenschichtmaterial durchgeführt. Bei der Abscheidung der Ti-Einzelbarrierenschicht wird die Substrattemperatur auf 30°C eingestellt, die Hochfrequenzleistung und die Gleichspannung des Ti-Ziels werden auf 1500 W bzw. 430 V eingestellt, Ar wird für das Inertgas verwendet, die Zuführmenge von Ar wird auf 100 sccm eingestellt, der Druck innerhalb der Kammer wird auf 10 Pa durch den automatischen Drucksteuerungsmechanismus eingestellt, und die Schichtausbildung wird sodann durchgeführt. Ferner wird zur Steuerung der Schichtausbildungsform die Schichtausbildung durch Einstellen der Hochfrequenzleistung der Substratelektrode auf 50 W durchgeführt.
  • Es versteht sich, dass während ein Ti enthaltendes Ziel bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel verwendet wird, ein TiN enthaltendes Ziel verwendet werden kann. Dabei kann Inertgas als das von dem Gaseinlassport 409 eingeführte Gas verwendet werden.
  • Auf diese Weise erzeugt die Steuereinheit 420 der Kammer 501 bei dem ersten Schritt Plasma um das Ziel, um das Zerstäubungsteilchen von dem Ziel zu erzeugen, und steuert die Hochfrequenzenergieversorgungsquelle 102 für die obere Elektrode, so dass die TiN-Einzelbarrierenschicht mit dem Zerstäubungsteilchen innerhalb des auf dem Substrat 306 als dem zu verarbeitenden Objekt ausgebildeten Grabens ausgebildet wird, und steuert außerdem den automatischen Drucksteuerungsmechanismus 431, so dass der automatische Drucksteuerungsmechanismus 431 so betrieben wird, dass ein vorbestimmter Druck innerhalb der Kammer 501 erhalten wird.
  • Danach wird bei dem zweiten Schritt 816 der Graben mit dem Metall mit niedrigem Schmelzpunkt (vorliegend Al) unter Temperaturbedingungen befüllt, welche ein Fließen des Metalls mit niedrigem Schmelzpunkt erlauben. Die Abscheidung von Al bei dem zweiten Schritt 816 wird in der Kammer 502 durchgeführt. Ein Al-Metallziel wird auf der Zielelektrode 402 der Kammer 502 angebracht. Jeder Parameter wird beispielsweise auf die nachfolgend aufgeführten Bedingungen eingestellt. Genauer steuert die Steuereinheit 420 der Kammer 502 den Kühl-/Heizmechanismus 412 zum Einstellen der Substrattemperatur auf 400°C. Ferner steuert die Steuereinheit 420 der Kammer 502 die Hochfrequenzenergieversorgungsquelle 102 für die obere Elektrode und die Gleichstromenergieversorgungsquelle 103 der Kammer 502 zum Einstellen der Hochfrequenzleistung und der Gleichspannung des Al-Ziels auf 3000 W bzw. 100 V. Darüber hinaus wird Ar als das Inertgas verwendet, die Zufuhrmenge des Ar wird auf 100 sccm eingestellt, Ar-Gas wird von dem Gaseinlassport 409 der Kammer 502 eingeführt, der Druck innerhalb der Kammer wird auf 10 Pa durch den automatischen Drucksteuermechanismus 431 der Kammer 502 eingestellt, und die Schichtausbildung wird sodann durchgeführt. Ferner steuert die Steuereinheit 420 der Kammer 502 zum Erhöhen der Menge der abgeschiedenen Schichtdicke auf dem Grabenbodenteil die Hochfrequenzenergieversorgungsquelle 305 für die untere Elektrode der Kammer 502 zum Einstellen der Hochfrequenzleistung der unteren Elektrode 301, welche die Substratelektrode ist, auf 200 W, und führt sodann die Schichtausbildung durch. Dabei wird die Frequenz der Hochfrequenzenergieversorgungsquelle vorzugsweise auf eine Frequenz zwischen 10 und 100 MHz eingestellt. Weiterhin ist die Frequenz vorzugsweise eine Frequenz zwischen 40 und 60 MHz, damit ein hochdichtes Plasma unter Verwendung des Punkt-Cusp-Magnetfelds bei dem vorstehend beschriebenen Druck ausgebildet wird.
  • Auf diese Weise erzeugt die Steuereinheit 420 der Kammer 502 bei dem zweiten Schritt Plasma um das Ziel zur Erzeugung des Zerstäubungsteilchens von dem Ziel, und steuert die Hochfrequenzenergieversorgungsquelle 102 für die obere Elektrode so, dass die Al-Schicht mit dem Zerstäubungsteilchen innerhalb des Grabens ausgebildet wird, der auf dem Substrat 306 ausgebildet ist, welches ein zu verarbeitendes Objekt ist, und steuert außerdem den Kühl-/Heizmechanismus 412, so dass eine Substrattemperatur erhalten wird, bei der Al Fließen kann.
  • Die 8A und 8B zeigen Ansichten zur Darstellung eines Ergebnisses für die Bestätigung der Al-Einbettungscharakteristik für den Fall der Verwendung des in den 1 und 6 gezeigten PCM-Zerstäubungsgerätes gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel. Die Al-Einbettungscharakteristik wurde durch SEM-Analyse-(Sekundärelektronenmikroskopie) bewertet. 8A zeigt eine Ansicht von einem Ergebnis bei einem Fall, bei dem eine Ti-Einzelbarrierenschicht mit einer Dicke von 10 nm bei der Ti-Einzelbarrierenschichtausbildung nach dem ersten Schritt abgeschieden wurde, und dann die Al-Einbettung nach dem zweiten Schritt durchgeführt wurde. 8B zeigt ein Ergebnis für einen Fall, bei dem eine TiN-Einzelbarrierenschicht mit einer Dicke von 10 nm bei der TiN-Einzelbarrierenschichtausbildung nach dem ersten Schritt abgeschieden wurde, und dann die Al-Einbettung nach dem zweiten Schritt durchgeführt wurde. Bei 8A ist die Al-Einbettung in den Grabenteil nicht abgeschlossen, und es zeigen sich viele Hohlräume (nachstehend Lücken genannt). Andererseits ist bei 8B die Al-Einbettung in den Grabenteil abgeschlossen, und die Erzeugung einer Lücke wird nicht beobachtet. Dies liegt möglicherweise daran, dass bei der Ti-Einzelbarrierenschicht eine Reaktion zwischen Ti und Al bei der Al-Einbettung auftritt, wobei die Legierungsbildung beschleunigt ist, und die Al-Migration unterdrückt wird. Folglich zeigt dies, dass bei der Al-Einbettung die Legierungsbildung unterdrückt und die Al-Migration beschleunigt werden kann, indem die TiN-Einzelbarrierenschicht nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel verwendet wird.
  • 9A zeigt eine Ansicht zur Darstellung eines Ergebnisses für einen Fall, bei dem eine TiN-Einzelbarrierenschicht mit einer Dicke von 10 nm bei der TiN-Einzelbarrierenschichtausbildung nach dem ersten Schritt ausgebildet wurde, und dann die Al-Einbettung nach dem zweiten Schritt nach einem Aussetzen an der Atmosphäre durchgeführt wurde. 9B zeigt eine Ansicht zur Darstellung eines Ergebnisses für einen Fall, bei dem eine TiN-Einzelbarrierenschicht mit einer Dicke von 10 nm bei der TiN-Einzelbarrierenschichtausbildung nach dem ersten Schritt ausgebildet wurde, und eine TiN-Einzelbarrierenschicht erneut mit einer Dicke von 10 nm bei der TiN-Einzelbarrierenschichtausbildung nach dem ersten Schritt nach einem Aussetzen an der Atmosphäre ausgebildet wurde, und dann die Al-Einbettung nach dem zweiten Schritt ohne Aussetzen an der Atmosphäre durchgeführt wurde. 9C zeigt eine Ansicht zur Darstellung eines Ergebnisses für einen Fall, bei dem eine TiN-Einzelbarrierenschicht mit einer Dicke von 10 nm bei der TiN-Einzelbarrierenschichtausbildung nach dem ersten Schritt ausgebildet wurde, und dann die Al-Einbettung nach dem zweiten Schritt ohne Aussetzen an der Atmosphäre durchgeführt wurde.
  • Bei 9A ist die Al-Einbettung in den Grabenteil nicht abgeschlossen, und es zeigt sich eine Lücke. Bei 9B zeigt sich eine bessere Einbettung bei dem Grabenteil als bei 9A, aber auch hier wird eine Lücke verursacht. Bei 9C ist das Al vollständig in den Grabenteil eingebettet, und die Erzeugung einer Lücke wird nicht beobachtet. Dies liegt möglicherweise daran, dass die TiN-Schicht der Atmosphäre ausgesetzt war, und eine Kontamination mit Wasser und Kohlenstoff aus der Atmosphäre bei dem Aussetzen an der Atmosphäre verursacht wurde, was eine Al-Migration bei der Al-Schichtausbildung bei hohen Temperaturen verhindert. Wenn der erste Schritt bzw. der zweite Schritt unter Verwendung von verschiedenen Vakuumbehältern durchgeführt werden, ist es folglich vorzuziehen, den Transfer und die Verarbeitung ohne ein Aussetzen an der Atmosphäre durchzuführen.
  • Weiterhin zeigen die 10A bis 10G das Ergebnis einer Vergleichsuntersuchung unter Verwendung eines typischerweise verwendeten Magnetronzerstäubungsgerätes (nachstehend STD) für den ersten Schritt und den zweiten Schritt. 10A zeigt eine Ansicht von einem Ergebnis für einen Fall, bei dem eine TiN-Einzelbarrierenschicht mit einer Dicke von 10 nm als dem ersten Schritt in dem STD-Gerät bei einer Substrattemperatur bei Raumtemperatur und bei einem Druck von 10 Pa ausgebildet wurde, und die Al-Einbettung als der zweite Schritt in dem STD-Gerät bei einer Substrattemperatur von 400°C durchgeführt wurde. Dabei war die Al-Einbettung in den Grabenteil nicht abgeschlossen, und es zeigte sich eine Lücke. 10B zeigt eine Ansicht von einem Ergebnis für einen Fall, bei dem eine TiN-Einzelbarrierenschicht mit einer Dicke von 10 nm als dem ersten Schritt in dem Verarbeitungsgerät gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel (beispielsweise dem Halbleiterherstellungsgerät 100 als dem PCM-Verarbeitungsgerät) bei einer Substrattemperatur bei Raumtemperatur und einem Druck von 10 Pa ausgebildet wurde, und die Al-Einbettung als der zweite Schritt in dem STD-Gerät bei einer Substrattemperatur von 400°C durchgeführt wurde. Dabei wurde die Al-Einbettung erfolgreicher als bei 10A abgeschlossen, aber an dem Grabenbodenteil wurde eine Lücke verursacht. 10C zeigt eine Ansicht von einem Ergebnis für einen Fall, bei dem eine TiN-Einzelbarrierenschicht mit einer Dicke von 10 nm als der erste Schritt in dem PCM-Verarbeitungsgerät nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel mit einer Substrattemperatur bei Raumtemperatur und bei einem Druck von 10 Pa ausgebildet wurde, und die Al-Einbettung als der zweite Schritt in dem Verarbeitungsgerät nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel bei einer Substrattemperatur von 400°C durchgeführt wurde. Dabei war die Al-Einbettungscharakteristik im Vergleich zur 10B verbessert, aber die Erzeugung der Lücke wurde noch immer beobachtet.
  • 10D zeigt eine Ansicht von einem Ergebnis für einen Fall, bei dem eine TiN-Einzelbarrierenschicht mit einer Dicke von 10 nm als der erste Schritt in dem PCM-Verarbeitungsgerät gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel mit einer Substrattemperatur von 400°C und einem Druck von 10 Pa ausgebildet wurde, und die Al-Einbettung als der zweite Schritt in dem Verarbeitungsgerät nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel bei einer Substrattemperatur von 400°C durchgeführt wurde. Dabei wurde die Erzeugung der Lücke ähnlich zu dem Fall von 10C selbst bei einer TiN-Schichtausbildungstemperatur von 400°C beobachtet. 10E zeigt eine Ansicht von einem Ergebnis für einen Fall, bei dem eine TiN-Einzelbarrierenschicht mit einer Dicke von 10 nm als der erste Schritt in dem PCM-Verarbeitungsgerät nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel bei einer Substrattemperatur von Raumtemperatur und bei einem Druck von 100 Pa ausgebildet wurde, und die Al-Einbettung als der zweite Schritt in dem Verarbeitungsgerät nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel bei einer Substrattemperatur von 400°C durchgeführt wurde. Dabei war die Al-Einbettung in den Grabenteil perfekt abgeschlossen, und die Erzeugung einer Lücke wurde nicht beobachtet.
  • Nachstehend ist das Ergebnis einer Untersuchung über die TiN-Einzelbarrierenschicht bei dem ersten Schritt beschrieben. 11 zeigt eine Ansicht von einem Analyseergebnis für die Oberflächenrauigkeit (Ra) einer TiN-Einzelbarrierenschicht durch ein AFM-Verfahren (Atomkraftmikroskopie). Gemäß 11 ist die Oberflächenrauigkeit (Ra) 0,479 nm für eine TiN-Einzelbarrierenschicht, die unter Verwendung des STD-Verarbeitungsgerätes bei Raumtemperatur und bei einem Druck von 10 Pa abgeschieden wurde, während die Oberflächenrauigkeit (Ra) 0,162 nm für eine TiN-Einzelbarrierenschicht beträgt, die unter Verwendung eines PCM-Verarbeitungsgerätes gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel bei Raumtemperatur und bei einem Druck von 10 Pa abgeschieden wurde, so dass die Ebenheit besser ist. Ferner beträgt die Oberflächenrauigkeit (Ra) 0,091 nm für eine TiN-Einzelbarrierenschicht, die unter Verwendung des PCM-Verarbeitungsgerätes nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel bei einer Substrattemperatur Von 400°C und bei einem Druck von 10 Pa abgeschieden wurde, und die Ebenheit ist im Vergleich zu dem Fall einer Abscheidung bei Raumtemperatur Verbessert. Darüber hinaus beträgt die Oberflächenrauigkeit (Ra) mit 0,073 nm für eine TiN-Einzelbarrierenschicht, die unter Verwendung des PCM-Verarbeitungsgerätes nach dem Vorliegenden Ausführungsbeispiel bei einer Substrattemperatur bei Raumtemperatur und bei einem Druck Von 100 Pa abgeschieden worden ist, am wenigsten. Im Allgemeinen ist die Oberflächenmigration eines Metallelementes mit sinkender Oberflächenrauigkeit besser. Die Verbesserung der Al-Einbettungscharakteristik zeigt sich jedoch zwischen den 10C und 10D nicht, so dass der Einfluss der Ebenheit gering wäre. Zur Verringerung der Oberflächenrauigkeit der TiN-Einzelbarrierenschicht beträgt zudem der Druck innerhalb des Vakuumbehälters bei dem ersten Schritt vorzugsweise nicht weniger als 1 Pa und nicht mehr als 200 Pa, und noch bevorzugter nicht weniger als 10 Pa und nicht mehr als 100 Pa.
  • Nachstehend ist das Ergebnis einer Untersuchung über die Kristallorientierung der TiN-Einzelbarrierenschicht bei dem ersten Schritt beschrieben. 12A zeigt eine Ansicht zur Darstellung eines Analyseergebnisses über die Kristallorientierung bei einer TiN-Einzelbarrierenschicht durch ein XRD-Verfahren (Röntgenbeugungsverfahren) für jede Bedingung. In den 12A und 12B bezeichnet die Bezeichnung „Raumtemperatur STD 4 Pa” einen Fall, bei dem eine TiN-Einzelbarrierenschicht in dem Graben unter Verwendung des STD-Verarbeitungsgerätes mit einer Substrattemperatur bei Raumtemperatur und einem Druck von 4 Pa ausgebildet wurde, und die Messkurve 121 zeigt ein XRD-Messergebnis für die unter dieser Bedingung ausgebildete Schicht. Die Bezeichnung „Raumtemperatur STD 10 Pa” bezeichnet einen Fall, bei dem eine TiN-Einzelbarrierenschicht in den Graben unter Verwendung des STD-Verarbeitungsgerätes mit einer Substrattemperatur bei Raumtemperatur und einem Druck von 10 Pa ausgebildet wurde, und die Messkurve 122 zeigt ein XRD-Messergebnis für die unter dieser Bedingung ausgebildete Schicht. Die Bezeichnung „Raumtemperatur PCM 4 Pa” bezeichnet einen Fall, bei dem eine TiN-Einzelbarrierenschicht in dem Graben unter Verwendung des PCM-Verarbeitungsgerätes nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel mit einer Substrattemperatur bei Raumtemperatur und einem Druck Von 4 Pa ausgebildet wurde, und die Messkurve 123 zeigt ein XRD-Messergebnis für die unter dieser Bedingung ausgebildete Schicht. Die Bezeichnung „Raumtemperatur PCM 10 Pa” bezeichnet einen Fall, bei dem eine TiN-Einzelbarrierenschicht in dem Graben unter Verwendung des PCM-Verarbeitungsgerätes nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel mit einer Substrattemperatur bei Raumtemperatur und einem Druck von 10 Pa ausgebildet wurde, und die Messkurve 124 zeigt ein XRD-Messergebnis für die unter dieser Bedingung ausgebildete Schicht. Die Bezeichnung „400°C PCM 10 Pa” bezeichnet einen Fall, bei dem eine TiN-Einzelbarrierenschicht in dem Graben unter Verwendung des PCM-Verarbeitungsgerätes nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel mit einer Substrattemperatur von 400°C und einem Druck von 10 Pa ausgebildet wurde, und die Messkurve 125 zeigt ein XRD-Messergebnis für die unter dieser Bedingung ausgebildete Schicht. Die Bezeichnung „Raumtemperatur PCM 100 Pa” bezeichnet einen Fall, bei dem eine TiN-Einzelbarrierenschicht in dem Graben unter Verwendung des PCM-Verarbeitungsgerätes nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel mit einer Substrattemperatur bei Raumtemperatur und einem Druck von 100 Pa ausgebildet wurde, und die Messkurve 126 zeigt ein XRD-Messergebnis für die unter dieser Bedingung ausgebildete Schicht.
  • Gemäß 12A ergibt sich, dass die unter Verwendung des STD-Verarbeitungsgerätes abgeschiedene TiN-Einzelbarrierenschicht schwächere C(111)-, C(200)-, und C(220)-Orientierungen zeigt, als die unter Verwendung des PCM-Verarbeitungsgerätes nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel abgeschiedene TiN-Einzelbarrierenschicht. Das Spitzenwertintensitätsverhältnis dieser durch die Spitzenwertintensität der C(111)-Orientierung normalisierten C(220)-Orientierung ist in 12B gezeigt. Aus diesem Ergebnis zeigt sich, dass die unter Verwendung des STD-Verarbeitungsgerätes abgeschiedene TiN-Einzelbarrierenschicht ein C(220)/C(111)-Verhältnis von annähernd 0,5 bis 0,7 aufweist, was kleiner als das der unter Verwendung des PCM-Verarbeitungsgerätes nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel abgeschiedenen TiN-Einzelbarrierenschicht ist. Die Kristallorientierungen sind äquivalent zwischen dem Fall, bei dem die TiN-Einzelbarrierenschicht bei einer Substrattemperatur bei Raumtemperatur und einem Druck von 10 Pa abgeschieden wurde, und dem Fall, bei dem die TiN-Einzelbarrierenschicht bei einer Substrattemperatur von 400°C und einem Druck von 10 Pa abgeschieden wurde, beides mal unter Verwendung des PCM-Verarbeitungsgerätes nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel.
  • Ferner ergibt sich, dass das C(220)/C(111)-Verhältnis maximiert ist, wenn die Abscheidung unter Verwendung des PCM-Verarbeitungsgerätes nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel mit einer Substrattemperatur bei Raumtemperatur und einem Druck von 100 Pa durchgeführt wurde. Aus diesem Ergebnis und dem Ergebnis aus 10E zeigt sich, dass möglicherweise eine bessere C(220)-Orientierung der TiN-Einzelbarrierenschicht die Al-Einbettungscharakteristik verbessert. Aus dieser Schlussfolgerung wird bevorzugt, dass die Kristallinität der TiN-Einzelbarrierenschicht ein C(220)/C(111)-Verhältnis von 0,7 oder mehr zeigt. zudem ist der Druck innerhalb des Vakuumbehälters bei dem ersten Schritt vorzugsweise nicht niedriger als 1 Pa und nicht höher als 200 Pa, und noch bevorzugter nicht niedriger als 10 Pa und nicht höher als 100 Pa, damit eine bessere Kristallorientierung der TiN-Einzelbarrierenschicht erhalten wird.
  • Wenn ferner die Kristallorientierung der TiN-Einzelbarrierenschicht schwach ist, sind manchmal die Barriereneigenschaften verschlechtert, und Al diffundiert zu einer Schicht unter der TiN-Schicht der Barrierenschicht bei der Al-Einbettung des zweiten Schritts. Dadurch tritt eine Verschlechterung der MOSFET-Eigenschaften bei der MOSFET-Elektrodenausbildung auf.
  • Durch Ausbildung der TiN-Einzelbarrierenschicht unter Verwendung des PCM-Verarbeitungsgerätes bei einem Druck innerhalb der Kammer von nicht weniger als 1 Pa und nicht mehr als 200 Pa, und vorzugsweise nicht weniger als 10 Pa und nicht mehr als 100 Pa kann das vorliegende Ausführungsbeispiel die C(220)-Kristallorientierung der innerhalb des Grabens ausgebildeten TiN-Einzelbarrierenschicht verbessern. Folglich ist es möglich, Al bevorzugt in den Graben einzubetten, in dem die TiN-Einzelbarrierenschicht ausgebildet ist, während die Ausbildung der Lücke reduziert und außerdem die Diffusion des eingebetteten Al in eine Unterschicht der TiN-Einzelbarrierenschicht unterdrückt wird.
  • Nach vorstehender Beschreibung ist es bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wichtig, das beispielsweise in 1 gezeigte PCM-Verarbeitungsgerät zu verwenden, und außerdem vorzugsweise den Druck innerhalb der Kammer zu erhöhen, um die C(220)-Kristallorientierung zu verbessern. Genauer zeigt sich, dass gemäß 12B das PCM-Verarbeitungsgerät die C(220)-Orientierung ebenso verbessern kann, wenn die Fälle der Ausbildung der TiN-Einzelbarrierenschicht bei demselben Druck zwischen dem STD-Verarbeitungsgerät und dem PCM-Verarbeitungsgerät verglichen werden (Vergleich zwischen Messkurve 121 und Messkurve 123, und Vergleich zwischen Messkurve 122 und Messkurve 124). Weiterhin zeigt sich, dass ein höherer Druck eine Verbesserung der C(220)-Orientierung verursachen kann, wenn die Fälle der Änderung des Drucks bei dem Fall der Verwendung desselben PCM-Verarbeitungsgerätes verglichen werden (Vergleich zwischen der Messkurve 123, der Messkurve 124 und der Messkurve 126). Auf diese Weise kann das vorliegende Ausführungsbeispiel die C(220)-Orientierung der innerhalb des Grabens ausgebildeten TiN-Einzelbarrierenschicht durch Verwendung des PCM-Verarbeitungsgerätes bei der Ausbildung der TiN-Einzelbarrierenschicht und außerdem durch Einstellen des Drucks der Kammer auf einen höheren Wert verbessern (nicht niedriger als 1 Pa und nicht höher als 200 Pa, vorzugsweise nicht niedriger als 10 Pa und nicht höher als 100 Pa).
  • Ferner weist gemäß 13 die durch das STD-Verarbeitungsgerät ausgebildete TiN-Einzelbarrierenschicht einen hohen spezifischen Widerstandswert auf. Wenn der spezifische Widerstandswert hoch ist, wird der Kontaktwiderstand mit einer Elektrodenschicht hoch, und die Verschlechterung der MOSFET-Eigenschaften wie etwa eine Verschlechterung bei der Leistungsaufnahme tritt auf. Im Übrigen ergibt sich, dass die durch das PCM-Verarbeitungsgerät nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ausgebildete TiN-Einzelbarrierenschicht, während sie höhere spezifische Widerstandswerte bei einem Druck von 50 Pa bzw. 100 Pa aufweist, einen niedrigeren Wert als der im Falle des STD-Verarbeitungsgerätes bei einem niederen Druck aufweist. Dies liegt möglicherweise daran, dass, wenn die Hochdruckschichtausbildung bei dem STD-Verarbeitungsgerät durchgeführt wird, die Kollisionsrate zwischen dem Zerstäubungsteilchen und dem Atmosphärengas erhöht wird, was eine unzureichende Aktivierung verursacht, und wobei die für die Kristallisation und Reaktion nötige Energie verloren geht. Bei dem PCM-Verarbeitungsgerät nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird jedoch ein hochdichtes Plasma durch das PCM ausgebildet, und ausreichend aktivierte Zerstäubungsteilchen können die Substratoberfläche erreichen, selbst wenn die Kollisionsrate zwischen dem Zerstäubungsteilchen und dem Atmosphärengas ansteigt. Demzufolge ist es vielleicht möglich, die TiN-Einzelbarrierenschicht mit einer bevorzugten Kristallinität auszubilden, während der Widerstandswert nicht erhöht wird, oder ein Anstieg des Widerstandswertes unterdrückt wird.
  • 14A zeigt eine Ansicht von einem Ergebnis einer Untersuchung über die Druckabhängigkeit bei einem Verhältnis von einer in den Grabenbodenteil abgeschiedenen Schichtdicke zu einer in den oberen Grabenteil abgeschiedenen Schichtdicke für die TiN-Einzelbarrierenschicht, wenn die Abscheidung der TiN-Einzelbarrierenschicht bei dem ersten Schritt in dem STD-Verarbeitungsgerät und dem PCM-Verarbeitungsgerät nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel durchgeführt wurde. 14B zeigt eine Ansicht zur Darstellung eines Ergebnisses von einer Untersuchung über eine Druckabhängigkeit bei einem Verhältnis von einer auf die Grabenseitenwand abgeschiedenen Schichtdicke zu einer in den oberen Grabenteil abgeschiedenen Schichtdicke für die TiN-Einzelbarrierenschicht, wenn die Abscheidung der TiN-Einzelbarrierenschicht bei dem ersten Schritt in dem STD-Verarbeitungsgerät und dem PCM-Verarbeitungsgerät nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel durchgeführt wurde. Aus 14A wird bestätigt, dass das Abscheidungsschichtdickenverhältnis (Bodenbedeckungsverhältnis) des Grabenbodenteils nicht ansteigt, selbst wenn der Druck in dem STD-Gerät erhöht wird, und das Abscheidungsschichtdickenverhältnis des Grabenbodenteils, während es bei einem Druck von 4 Pa 40% beträgt, signifikant auf 60% oder höher ansteigt, wenn der Druck auf 10 Pa oder höher in dem PCM-Verarbeitungsgerät nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel erhöht wird. Zur Erhöhung der abgeschiedenen Schichtdicke in dem Grabenbodenteil beträgt der Druck ferner vorzugsweise nicht weniger als 10 Pa und nicht mehr als 100 Pa. Darüber hinaus ergibt sich aus 14B, dass die Abscheidungsschichtdickenverhältnisse auf dem Grabenseitenwandteil (Seitenbedeckungsverhältnisse) zwischen den beiden Geräten äquivalent sind. Aus diesem Ergebnis können die Ergebnisse aus den 10A bis 10E wie folgt diskutiert werden.
  • Die 15A und 15B zeigen schematische Ansichten zur Erläuterung des Falls der Abscheidung der TiN-Einzelbarrierenschicht in die Grabenstruktur 801 bei dem ersten Schritt, und der Durchführung der Al-Einbettung 803 bei dem zweiten Schritt. Im Einzelnen zeigt die 15A ein Diagramm zur Erläuterung des Falls der Abscheidung der TiN-Einzelbarrierenschicht in dem PCM-Verarbeitungsgerät nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, und der Durchführung der Al-Einbettung in dem STD-Verarbeitungsgerät, und 15B zeigt ein Diagramm zur Erläuterung des Falls der Abscheidung der TiN-Einzelbarrierenschicht in dem PCM-Verarbeitungsgerät nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, und der Durchführung der Al-Einbettung in dem PCM-Verarbeitungsgerät. Gemäß 15A ist im Falle der Verwendung des STD-Verarbeitungsgerätes bei der Al-Einbettung nach dem zweiten Schritt möglicherweise die Schichtdicke des auf dem Grabenbodenteil ausgebildeten Al klein, und dadurch kann die Al-Einbettung nicht ausreichend durchgeführt werden, wenn Al von oben migriert, und es wird die Lücke 804 erzeugt. Wenn andererseits gemäß 15B das PCM-Verarbeitungsgerät nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel verwendet wird, ist möglicherweise die Schichtdicke des auf dem Grabenbodenteil ausgebildeten Al groß, und außerdem migriert Al von oben, und dadurch kann eine perfekte Al-Einbettung durchgeführt werden. Damit ferner das Ausmaß der Schichtbildung auf dem Grabenbodenteil erhöht wird, beträgt der Druck innerhalb des Vakuumbehälters bei dem ersten Schritt und dem zweiten Schritt vorzugsweise nicht weniger als 1 Pa und nicht mehr als 200 Pa, und noch bevorzugter nicht weniger als 10 Pa und nicht mehr als 100 Pa.
  • <Beispiel 1>
  • Nachstehend ist ein erfindungsgemäßes erstes Beispiel unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher beschrieben.
  • 15B zeigt ein Diagramm zur Darstellung des Vorgangs, dass die TiN-Einzelbarrierenschicht in die Grabenstruktur bei dem ersten Schritt ausgebildet wird, und bei dem zweiten Schritt Al eingebettet wird, wobei das in den 1 und 6 gezeigte PCM-Zerstäubungsgerät nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet wird, wie es vorstehend beschrieben ist. Zunächst wurde eine TiN-Einzelbarrierenschicht 802 in eine Grabenstruktur 801 als der erste Schritt abgeschieden. Ein Ti-Metallziel wurde als das Ziel verwendet, und Ar-Gas und Stickstoff wurden als Zerstäubungsgas verwendet. Danach wurde die Al-Einbettung auf der TiN-Einzelbarrierenschicht 802 als der zweite Schritt durchgeführt. Ein Al-Metallziel wurde als das Ziel verwendet, und Ar wurde als das Zerstäubungsgas verwendet.
  • Die Substrattemperatur, die Zielleistung, der Zerstäubungsgasdruck, die Ar-Gasflussmenge und die Stickstoffgasflussmenge können optional in Bereichen von 25°C bis 500°C, 100 W bis 5.000 W, 1 Pa bis 200 Pa, 10 sccm bis 500 sccm bzw. 1 sccm bis 100 sccm bestimmt werden.
  • Die Abscheidung der TiN-Einzelbarrierenschicht 802 bei dem ersten Schritt wurde unter den Bedingungen der Verwendung eines Ti-Metallziels, Einstellen der Substrattemperatur auf 30°C, Einstellen der Hochfrequenzleistung und der Gleichspannung des Ti-Ziels bei 1.500 W bzw. 430 V, Verwenden von Ar als dem Inertgas, Einstellen der Ar-Zufuhrmenge auf 70 sccm, Einstellen der Zufuhrmenge von Stickstoff als Reaktivgas auf 30 sccm und Einstellen des Drucks innerhalb der Kammer auf 10 Pa unter Verwendung der automatischen Einstelleinheit durchgeführt, und danach wurde die Schichtausbildung durchgeführt. Zudem wurde für die Steuerung der abgeschiedenen Schichtform die Abscheidung durch Einstellen der Hochfrequenzleistung der Substratelektrode auf 50 W durchgeführt. Die TiN-Schicht wurde in einem dicken Bereich von 3 nm bis 10 nm bei dem vorstehend beschriebenen Ausbildungsschritt ausgebildet. Danach wurde die Abscheidung von Al 803 bei dem zweiten Schritt unter den Bedingungen einer Einstellung der Substrattemperatur auf 400°C, Einstellen der Hochfrequenzleistung und der Gleichspannung des Al-Ziels auf 3.000 W bzw. 100 V, Verwenden von Ar für das Inertgas, Einstellen der Ar-Zufuhrmenge auf 100 sccm und Einstellen des Drucks innerhalb der Kammer auf 10 Pa unter Verwendung der automatischen Einstelleinheit durchgeführt, wonach die Schichtausbildung durchgeführt wurde. Zur Erhöhung der auf dem Grabenbodenteil abgeschiedenen Schichtdicke wurde zudem die Schichtausbildung durch Einstellen der Hochfrequenzleistung der Substratelektrode auf 200 W durchgeführt.
  • <Beispiel 2 (Beispiel gemäß dem „gate last”-Verfahren)>
  • Nachstehend ist ein zweites erfindungsgemäßes Beispiel unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung beschrieben. Jede der Darstellungen von Schritt 161 bis Schritt 166 in 16 zeigt Schritte eines Herstellungsverfahrens für eine Halbleitervorrichtung als dem zweiten erfindungsgemäßen Beispiel. Bei dem vorliegenden Beispiel wird sowohl für einen ersten Bereich, wo ein N-MOSFET auszubilden ist, als auch einen zweiten Bereich, wo ein P-MOSFET auszubilden ist, die Abscheidung der TiN-Einzelbarrierenschicht nach dem ersten Schritt und die Al-Einbettung nach dem zweiten Schritt bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel durchgeführt, und Metallgateelektroden werden zur Verwirklichung von jeweils geeigneten effektiven Austrittsarbeiten ausgebildet.
  • Bei Schritt 161 nach 16 wird eine Grabenstruktur 901 und eine Grabenstruktur 902 in dem ersten Bereich, wo der N-MOSFET auszubilden ist, bzw. dem zweiten Bereich ausgebildet, wo der P-MOSFET auszubilden ist, und Metallnitridschichten A 900 werden in den Grabenstrukturen 901 bzw. 902 ausgebildet. Danach werden bei Schritt 162 aus 16 eine Metallnitridschicht B 903 und eine Metalllegierungsschicht 904 so ausgebildet, dass sie die jeweiligen Innenseiten der Grabenstrukturen 901 und 902 bedecken, indem das PCM-Zerstäubungsverarbeitungsgerät nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet wird. Danach werden bei Schritt 163 aus 16 die Metallnitridschicht B 903 und die Metalllegierungsschicht 904, welche den Bodenteil der Grabenstruktur 901 in dem ersten Bereich, wo der N-MOSFET auszubilden ist, zusammensetzen, unter Verwendung einer Lithographietechnik sowie einer Ätztechnik entfernt. Bei dem vorliegenden Beispiel wurde die Metallnitridschicht B 903 durch ein Nassätzverfahren unter Verwendung einer Mischlösung aus Schwefelsäure, Wasserstoffperoxydlösung und Wasser entfernt, und die Metalllegierungsschicht 904 wurde durch einen Ar-Plasmaätzvorgang entfernt.
  • Danach wurde bei Schritt 164 aus 16 das Substrat in die Kammer 501 übertragen, und eine TiN-Einzelbarrierenschicht 905 wurde in dem in 6 gezeigten Halbleiterherstellungsgerät, das das Zerstäubungsverfahren nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung (erster Schritt gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung) ausführen kann, so ausgebildet, dass die jeweiligen Innenseiten der Grabenstrukturen 901 und 902 bedeckt sind.
  • Danach wurde bei Schritt 165 aus 16 das Substrat, auf dem die TiN-Einzelbarrierenschicht in den Grabenstrukturen 901 und 902 ausgebildet wurde, in die Kammer 502 übertragen, und die Al-Einbettung nach dem zweiten Schritt gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wurde zur Ausbildung einer Metallschicht 906 als Al innerhalb der Grabenstrukturen 901 und 902 durchgeführt. Danach wurde bei Schritt 166 aus 16 eine Planarisierung unter Verwendung einer CMP-Technik durchgeführt, und die nicht benötigte Metallschicht 906 wurde entfernt.
  • Es versteht sich, dass bei dem Schritt zur Ausbildung der aus Al ausgebildeten Metallschicht, durch Einstellen der Substrattemperatur zwischen 300°C bis 400°C, die Metalllegierungsschicht 904 zumindest in die Metallnitridschicht A 900 in dem Bereich diffundiert, wo der N-MOSFET auszubilden ist, und die für den N-MOSFET geeignete effektive Austrittsarbeit kann verwirklicht werden. In dem Bereich, wo der P-MOSFET auszubilden ist, unterdrücken andererseits die Metallnitridschicht B 903 und die Metalllegierungsschicht 904 die Al-Diffusion, und dadurch ist es möglich, eine für den P-MOSFET geeignete effektive Austrittsarbeit beizubehalten. Ein Untersuchungsergebnis für diese effektive Austrittsarbeit für den P-MOSFET ist in 17 gezeigt.
  • 17 zeigt eine Ansicht zur Darstellung des Untersuchungsergebnisses der jeweiligen effektiven Austrittsarbeiten unmittelbar nach der Al-Einbettungsausbildung und nach einer zusätzlichen Wärmebehandlung bei 450°C bei dem Schritt, nachdem der vorstehend beschriebene Stapelschritt für die verschiedenen Metallmaterialien abgeschlossen worden ist. Dabei wurde die Bewertung für TiN-Einzelbarrierenschichtdicken von 3 nm und 5 nm durchgeführt. Während bekannt ist, dass sich die effektive Austrittsarbeit reduziert, wenn Al in die TiN-Einzelbarrierenschicht diffundiert wird, zeigt sich keine signifikante Reduktion der effektiven Austrittsarbeit, selbst wenn eine Erwärmung bei 450°C durchgeführt wird, wie es in 17 gezeigt ist. Dies zeigt, dass die unter Verwendung des PCM-Verarbeitungsgerätes nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgebildete TiN-Einzelbarrierenschicht gute Barriereneigenschaften gegenüber der Al-Diffusion aufweist. Als Folge der Messung der effektiven Austrittsarbeit, der EOT und einer Leckstromcharakteristik des hergestellten Elementes wurde bestätigt, dass die für jeden MOSFET geeignete effektive Austrittsarbeit (4,4 eV oder weniger für den N-MOSFET und 4,6 eV oder mehr für den P-MOSFET) erhalten wurde, ohne einen Anstieg der EOT herauszufordern, indem das Al-Einbettungsverfahren nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet wurde.
  • So wird erfindungsgemäß ein Herstellungsverfahren für ein elektronisches Bauteil mit einem Schritt zur Einbettung einer Metallschicht bereitgestellt. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beinhaltet einen ersten Schritt zur Abscheidung einer Barrierenschicht mit TiN auf einem zu verarbeitenden Objekt, auf dem ein konkaves Teil ausgebildet ist, sowie einen zweiten Schritt zum Füllen eines Metalls mit niedrigem Schmelzpunkt unmittelbar auf der Barrierenschicht unter einer Temperaturbedingung, welche ein Fließen des Metalls mit niedrigem Schmelzpunkt erlaubt, durch ein PCM-Zerstäubungsverfahren, während ein Magnetfeld durch eine Magneteinheit mit mehreren Magneten ausgebildet wird, die an Gitterpunkten eines polygonalen Gitters so angeordnet sind, dass sie verschiedene Polaritäten zwischen den benachbarten Magneten aufweisen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2004-506090 [0005]
    • JP 3193875 [0005, 0008]
    • JP 2004-506090 A [0008]

Claims (12)

  1. Herstellungsverfahren für ein elektronisches Bauteil, mit: einem ersten Schritt zur Abscheidung einer einzelnen Barrierenschicht mit TiN in einem auf einem zu verarbeitenden Objekt ausgebildeten konkaven Teil durch ein Zerstäubungsverfahren, während ein Cusp-Magnetfeld auf einer Zieloberfläche ausgebildet wird; und einem zweiten Schritt zum Füllen einer Schicht aus einem Metall mit niedrigem Schmelzpunkt unmittelbar auf die einzelne Barrierenschicht unter einer Temperaturbedingung, die ein Fließen der Schicht aus dem Metall mit niedrigem Schmelzpunkt erlaubt.
  2. Herstellungsverfahren für ein elektronisches Bauteil nach Anspruch 1, wobei der zweite Schritt die Schicht aus einem Metall mit niedrigem Schmelzpunkt durch ein Zerstäubungsverfahren abscheidet, während ein Cusp-Magnetfeld auf einer Zieloberfläche ausgebildet wird.
  3. Herstellungsverfahren für ein elektronisches Bauteil nach Anspruch 1, wobei der erste Schritt bei einem Druck von nicht weniger als 1 Pa und nicht mehr als 200 Pa ausgeführt wird.
  4. Herstellungsverfahren für ein elektronisches Bauteil nach Anspruch 1, wobei der erste Schritt bei einem Druck von nicht weniger als 10 Pa und nicht mehr als 100 Pa durchgeführt wird.
  5. Herstellungsverfahren für ein elektronisches Bauteil nach Anspruch 1, wobei das zu verarbeitende Objekt eine Elektrodenschicht ist, und der erste Schritt die Barrierenschicht unmittelbar auf der Elektrodenschicht ausbildet.
  6. Herstellungsverfahren für ein elektronisches Bauteil nach Anspruch 1, wobei das Verfahren den ersten und zweiten Schritt durchführt, ohne das zu verarbeitende Objekt der Atmosphäre auszusetzen.
  7. Herstellungsverfahren für ein elektronisches Bauteil, mit: einem ersten Schritt zur Abscheidung einer einzelnen Barrierenschicht mit TiN in einem auf einem zu verarbeitenden Objekt ausgebildeten konkaven Teil, wobei die einzelne Barrierenschicht eine (220)-Orientierung aufweist; und einem zweiten Schritt zum Füllen einer Schicht aus einem Metall mit niedrigem Schmelzpunkt unmittelbar auf der einzelnen Barrierenschicht unter Temperaturbedingungen, welche ein Fließen der Schicht aus einem Metall mit niedrigem Schmelzpunkt erlauben.
  8. Herstellungsgerät für ein elektronisches Bauteil, mit: einer Zerstäubungseinrichtung mit einer Zielelektrode, die mit einer Hochfrequenzenergieversorgungsquelle verbunden ist, und die zur Befestigung eines Ziels befähigt ist, sowie mit einer Magneteinheit, die zur Ausbildung eines Cusp-Magnetfelds auf einer Oberfläche des Ziels eingerichtet ist, wenn das Ziel auf der Zielelektrode angebracht ist; und einer Steuereinheit zum Steuern der Zerstäubungseinrichtung, wobei wenn ein Ti oder TiN enthaltendes Ziel auf der Zielelektrode angeordnet ist, und eine Barrierenschicht in einem auf einem zu verarbeitenden Objekt ausgebildeten konkaven Teil ausgebildet ist, die Steuereinheit zum Steuern der Zerstäubungseinrichtung eingerichtet ist, so dass eine einzelne Barrierenschicht mit TiN in dem konkaven Teil ausgebildet wird.
  9. Herstellungsgerät für ein elektronisches Bauteil nach Anspruch 8, wobei wenn ein Ziel, das ein Metall mit niedrigem Schmelzpunkt enthält, auf der Zielelektrode angeordnet ist, und das Metall mit niedrigem Schmelzpunkt in dem konkaven Teil eingebettet wird, wo die einzelne Barrierenschicht ausgebildet wird, die Steuereinheit zum Steuern der Zerstäubungseinrichtung so eingerichtet ist, dass die Schicht aus einem Metall mit niedrigem Schmelzpunkt unmittelbar auf der einzelnen Barrierenschicht ausgebildet wird, und dass das Metall mit niedrigem Schmelzpunkt in dem konkaven Teil unter Temperaturbedingungen eingebettet wird, welche ein Fließen der Schicht aus einem Metall mit niedrigem Schmelzpunkt erlauben.
  10. Herstellungsgerät für ein elektronisches Bauteil, mit: einem ersten Zerstäubungsgerät mit: einer ersten Zerstäubungseinrichtung mit einer ersten Zielelektrode, die mit einer ersten Hochfrequenzenergieversorgungsquelle verbunden ist, und die zur Anbringung eines Ziels befähigt ist, sowie einer ersten Magneteinheit, die zur Ausbildung eines Cusp-Magnetfelds auf einer Oberfläche des Ziels eingerichtet ist, wenn das Ziel auf der ersten Zielelektrode angebracht ist; und einer ersten Steuereinheit, die zum Steuern der ersten Zerstäubungseinrichtung eingerichtet ist, so dass eine TiN enthaltende einzelne Barrierenschicht in einem konkaven Teil ausgebildet wird, wenn ein Ti oder TiN enthaltendes Ziel auf der ersten Zielelektrode angeordnet ist, und eine Barrierenschicht in dem auf einem zu verarbeitenden Objekt ausgebildeten konkaven Teil ausgebildet wird; und einem zweiten Zerstäubungsgerät mit: einer zweiten Zerstäubungseinrichtung mit einer zweiten Zielelektrode, die mit einer zweiten Hochfrequenzenergieversorgungsquelle verbunden ist, und die zur Anbringung eines Ziels befähigt ist, sowie einer zweiten Magneteinheit, die zur Ausbildung eines Cusp-Magnetfelds auf einer Oberfläche des Ziels eingerichtet ist, wenn das Ziel auf der zweiten Zielelektrode angebracht ist; und einer zweiten Steuereinheit, die zum Steuern der zweiten Zerstäubungseinrichtung so eingerichtet ist, dass eine Schicht aus einem Metall mit niedrigem Schmelzpunkt unmittelbar auf der einzelnen Barrierenschicht ausgebildet wird, und dass das Metall mit niedrigem Schmelzpunkt in dem konkaven Teil unter Temperaturbedingungen eingebettet wird, welche ein Fließen der Schicht aus einem Metall mit niedrigem Schmelzpunkt erlauben, wenn ein das Metall mit niedrigem Schmelzpunkt enthaltendes Ziel auf der zweiten Zielelektrode angeordnet ist, und das Metall mit niedrigem Schmelzpunkt in dem konkaven Teil eingebettet wird, wo die einzelne Barrierenschicht ausgebildet wird.
  11. Herstellungsgerät für ein elektronisches Bauteil nach Anspruch 10, ferner mit: einer Übertragungseinheit zum Übertragen des zu verarbeitenden Objekts zwischen dem ersten und dem zweiten Zerstäubungsgerät, ohne das zu verarbeitende Objekt der Atmosphäre auszusetzen.
  12. Elektronisches Bauteil, mit: einem Element mit einem konkaven Teil; einer Elektrodenschicht, die innerhalb des konkaven Teils ausgebildet ist; einer Schicht aus einem Metall mit niedrigem Schmelzpunkt, die innerhalb des konkaven Teils eingebettet ist; und einer Barrierenschicht, die zwischen der Schicht mit niedrigem Schmelzpunkt und der Elektrodenschicht ausgebildet ist, und die TiN beinhaltet, wobei die Barrierenschicht eine (220)-Orientierung aufweist.
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