[发明专利]内部应力控制膜的形成方法

说明书

本发明的内部应力控制膜的形成方法，通过溅射法在被处理体的一面形成内部应力控制膜，形成所述内部应力控制膜时的工艺气体的压力从比5Pa的阈值高的压力区域中选择，并且，形成对所述被处理体施加偏压时的被处理体的应力与不施加偏压时的应力相比为在拉伸侧大的应力，具有高的密度的内部应力控制膜。

技术领域

本发明涉及一种内部应力控制膜的形成方法，该内部应力控制膜的形成方法能够制作出保持高的膜密度的同时，具有从压缩侧至拉伸侧的期望的膜应力的薄膜。

本申请基于2016年5月16日于日本申请的专利申请2016-98158号主张优先权，在此援用其内容。

背景技术

在层压多个薄膜而制作各种设备的工序中，依赖于薄膜的材质、薄膜的厚度、形成薄膜时的压力和温度等的制作条件或者薄膜与构成薄膜基底的被处理体的相对条件，薄膜中会产生内部应力(Internal stress)。作为这种内部应力(以下，也称为膜应力)，有原子从基准状态被压缩而原子间距离欲伸展的压缩应力(Compressive Stress)和原子从基准状态被拉伸而原子间距离欲收缩的拉伸应力(Tensile Stress)。

以往，提出了在产生压缩应力的薄膜中，降低膜应力的方法(专利文献1、专利文献2)。但是，仅通过改变形成薄膜时的制作条件，无法实现制作出具有这两种(压缩应力和拉伸应力)的内部应力的薄膜的技术。

专利文献1：国际公开第2013/190765号说明书

专利文献2：日本专利公开2015-151575号公报

如果用具体的事例进行说明，则在半导体装置的制造工序中，为了得到规定的布线图案，对作为被处理体的层间绝缘膜进行干法刻蚀时，使用限制被刻蚀的层间绝缘膜的范围的硬掩膜。作为硬掩膜，例如适合使用氮化钛(TiN)膜，但由于需要对于刻蚀的耐性，因而要求具备高的密度。另外，氮化钛膜的内部应力高时，布线图案有可能产生变形，因此期望内部应力低(绝对值小)。

近年来，由于设备结构的多样化，在制作硬掩膜以前形成的基底膜有时会具有压缩应力和拉伸应力这样的沿各种方向产生的内部应力。在这种情况下，需要降低作用于包含硬掩膜的膜整体(基底膜和硬掩膜的层压体)的应力。例如，在形成硬掩膜以前形成的基底膜具有高的压缩应力的情况下等，重要的是，在拉伸侧形成由具有高的应力(拉伸应力)的氮化钛膜构成的硬掩膜，从而作为膜整体取得应力的平衡。为此，关于氮化钛膜自身的应力，为了抵消在形成硬掩膜以前产生的应力，期待开发出从高的压缩应力至高的拉伸应力(以数值来说，-2GPa至+2GPa左右)控制应力的技术。

但是，通常在成膜高密度的氮化钛时，氮化钛膜具有高的压缩侧的应力(压缩应力)。众所周知，在这种情况下，如果利用单纯的方法来形成氮化钛膜以具有拉伸侧的应力(拉伸应力)，则如图11所示膜密度下降。为了一边以较高的状态保持氮化钛膜的密度，一边缩小压缩侧的应力，或者，使拉伸侧的应力变化为压缩侧的应力，进一步使压缩侧的应力成为高的拉伸侧的应力，需要采用例如对形成后的膜进行加热的方法或使用用于在氮化钛膜的形成时抑制氮化钛粒子的入射能量的复杂系统的方法等不适合量产的方法。

本发明人们解析氮化钛膜的结构，对产生的膜应力进行了研究。

图12A～图12D是表示氮化钛膜的结构与膜应力的关系的图。图12A是表示膜的剖面的示意图，表示产生拉伸应力的状态，该拉伸应力起着使膜(氮化钛膜)相对于基板(被处理体)收缩的作用。图12B是图12A的放大图，表示氮化钛膜具有柱状结构，在相邻的柱状结构之间存在间隙的样子。图12C是表示氮化钛膜的剖面的STEM照片，由该照片确认到图12D所示的状态。

为此，本发明人们考察了，如图12B所示如果使相邻的柱状结构贴紧而降低间隙，则是否能够制作出保持高的膜密度的同时，从压缩侧至拉伸侧具有期望的膜应力的薄膜，从而开发了本发明。

发明内容