内部应力控制膜的形成方法

摘要

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。

权利要求

1.一种内部应力控制膜的形成方法，其通过溅射法在被处理体的一面形成内部应力控制膜，其中，所述内部应力控制膜由氮化钛构成，

对所述被处理体施加的偏压BS大于0，所述偏压BS的比功率为对靶施加的偏压BT的比功率的1/150以下的范围，并且，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。

2.一种内部应力控制膜的形成方法，其通过溅射法在被处理体的一面形成内部应力控制膜，其中，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，所述内部应力控制膜由氮化钛构成，使用由钛构成的靶和作为所述工艺气体包含氮的气体，

在将所述工艺气体的压力P设为横轴，将对所述被处理体施加的偏压BS除以对所述靶施加的偏压BT的数值、即比率R1设为纵轴的膜密度呈等高线的图表G1中，以包含在通过三个坐标a1(10.0、0.0016)、a2(17.0、0.00059)及a3(25.0、0.0001)的曲线α的右上区域的方式，选择所述压力P与所述比率R1的组合，所述比率R1以R1＝BS/BT表示。

3.根据权利要求2所述的内部应力控制膜的形成方法，其中，

在所述图表G1中，以包含在通过三个坐标b1(10.0、0.00241)、b2(17.0、0.0012)及b3(25.0、0.0004)的曲线β的右上区域的方式，选择所述压力P与所述比率R1的组合。

4.一种内部应力控制膜的形成方法，其通过溅射法在被处理体的一面形成内部应力控制膜，其中，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，所述内部应力控制膜由氮化钛构成，使用由钛构成的靶和作为所述工艺气体包含氮的气体，

在将所述工艺气体的压力P设为横轴，所述内部应力控制膜的成膜速度DR为10nm/min，将成膜速度DR除以对所述被处理体施加的偏压BS的比功率得到的数值、即比率R2＝DR/(BS的比功率)设为纵轴的膜密度呈等高线的图表G2中，以包含在通过三个坐标c1(10.0、

0.0032)、c2(17.0、0.0018)及c3(25.0、0.0008)的曲线γ的右上区域的方式，选择所述压力P与所述比率R2的组合。

5.根据权利要求4所述的内部应力控制膜的形成方法，其中，

在所述图表G2中，以包含在通过三个坐标d1(10.0、0.008)、d2(17.0、0.0034)及d3(25.0、0.002)的曲线δ的右上区域的方式，选择所述压力P与所述比率R2的组合。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的内部应力控制膜的形成方法，其中，包含构成所述工艺气体的氮的气体由氩气和氮气构成，所述氮气在包含所述氮的气体中所占的流量比为50％以上。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的内部应力控制膜的形成方法，其中，包含构成所述工艺气体的氮的气体由氩气和氮气构成，所述氮气在包含所述氮的气体中所占的流量比为70％以上。

说明书

内部应力控制膜的形成方法

技术领域

[0001] 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。

[0002] 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

[0003] 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)。

[0004] 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。

[0005] 专利文献1：国际公开第2013/190765号说明书

[0006] 专利文献2：日本专利公开2015-151575号公报

[0007] 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)。

[0008] 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。

[0009] 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。

[0010] 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。

[0011] 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。

[0012] 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

[0013] 本发明鉴于这种现有的实情而设计的，其目的在于提供一种内部应力控制膜的形成方法，所述内部应力控制膜的形成方法仅通过选择形成薄膜时的制作条件，就能够在拉伸侧具有大的应力和高的密度。

[0014] 本发明的第一方式所涉及的内部应力控制膜的形成方法，其通过溅射法在被处理体的一面形成内部应力控制膜，其中，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，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在拉伸侧具有大的应力和高的密度。

[0015] 在本发明的第一方式所涉及的内部应力控制膜的形成方法中，施加所述偏压前的应力具有拉伸应力。

[0016] 本发明的第二方式所涉及的内部应力控制膜的形成方法，其通过溅射法在被处理体的一面形成内部应力控制膜，其中，对所述被处理体施加的偏压BS大于0，所述偏压BS的比功率为对靶施加的偏压BT的比功率的1/150以下的范围，并且，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。

[0017] 本发明的第三方式所涉及的内部应力控制膜的形成方法，其通过溅射法在被处理体的一面形成内部应力控制膜，其中，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，所述内部应力控制膜由氮化钛构成，使用由钛构成的靶和作为所述工艺气体包含氮的气体，在将所述工艺气体的压力P设为横轴，将对所述被处理体施加的偏压BS除以对所述靶施加的偏压BT的数值、即比率R1(＝BS/BT)设为纵轴的图表G1中，以包含在通过三个坐标a1(10.0、0.0016)、a2(17.0、0.00059)及a3(25.0、0.0001)的曲线α的右上区域的方式，选择所述压力P与所述比率R1的组合。

[0018] 在本发明的第三方式所涉及的内部应力控制膜的形成方法中，在所述图表G1中，以包含在通过三个坐标b1(10.0、0.00241)、b2(17.0、0.0012)及b3(25.0、0.0004)的曲线β的右上区域的方式，选择所述压力P与所述比率R1的组合。

[0019] 本发明的第四方式所涉及的内部应力控制膜的形成方法，其通过溅射法在被处理体的一面形成内部应力控制膜，其中，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，所述内部应力控制膜由氮化钛构成，使用由钛构成的靶和作为所述工艺气体包含氮的气体，在将所述工艺气体的压力P设为横轴，将对所述被处理体施加的偏压BS相对于所述内部应力控制膜的成膜速度10nm/min的数值、即比率R2设为纵轴的图表G2中，以包含在通过三个坐标c1(10.0、0.0032)、c2(17.0、0.0018)及c3(25.0、
0.0008)的曲线γ的右上区域的方式，选择所述压力P与所述比率R2的组合。

[0020] 在本发明的第四方式所涉及的内部应力控制膜的形成方法中，在所述图表G2中，以包含在通过三个坐标d1(10.0、0.008)、d2(17.0、0.0034)及d3(25.0、0.002)的曲线δ的右上区域的方式，选择所述压力P与所述比率R2的组合。

[0021] 在本发明的第一方式～第四方式所涉及的内部应力控制膜的形成方法中，包含构成所述工艺气体的氮的气体由氩气和氮气构成，所述氮气在包含所述氮的气体中所占的流量比为50％以上。

[0022] 在本发明的第一方式～第四方式所涉及的内部应力控制膜的形成方法中，包含构成所述工艺气体的氮的气体由氩气和氮气构成，所述氮气在包含所述氮的气体中所占的流量比为70％以上。

[0023] 在本发明的上述方式所涉及的内部应力控制膜的形成方法中，当通过溅射法在被处理体的一面形成内部应力控制膜时，对所述被处理体施加微弱的偏压BS。对于施加偏压BS的状态的被处理体，形成所述内部应力控制膜。此时，将工艺气体的压力(形成薄膜时的压力、放电压力)设为5Pa的阈值以上，通过施加微弱的偏压，可以得到强的拉伸应力膜。此外，通过增加所施加的偏压的值，由此能够一边保持高的膜密度，一边使应力从拉伸侧向压缩侧变化。

[0024] 另外，在将工艺气体的压力P设为横轴，将对所述被处理体施加的偏压BS除以对所述靶施加的偏压BT的数值、即比率R1(＝BS/BT)设为纵轴的图表G1中，或者，在将工艺气体的压力P设为横轴，将对所述被处理体施加的偏压BS相对于所述内部应力控制膜的成膜速度10nm/min的数值、即比率R2设为纵轴的图表G2中，如果以满足特定的指标的方式制造氮化钛膜，则能够稳定地制作膜密度为4.6g/cm3以上或5.0g/cm3，作为膜应力具有拉伸(Tensile)侧的膜应力的氮化钛膜。

附图说明

[0025] 图1是表示用于内部应力控制膜的制造方法的制造装置的一例的概略结构图。

[0026] 图2是表示形成薄膜时的压力与膜应力的关系的图表。

[0027] 图3A是表示对被处理体施加的偏压与膜应力的关系的图表。

[0028] 图3B是表示被处理体的剖面的图，通过使用STEM(扫描型透射电子显微镜(Scanning Transmission Electron Microscope；STEM))拍摄得到的照片。

[0029] 图3C是表示被处理体的剖面的图，通过使用STEM拍摄得到的照片。

[0030] 图3D是表示被处理体的剖面的图，通过使用STEM拍摄得到的照片。

[0031] 图3E是表示被处理体的剖面的图，通过使用STEM拍摄得到的照片。

[0032] 图4A是表示对被处理体施加的偏压与膜密度的关系的图表。

[0033] 图4B是表示被处理体的剖面的图，通过使用STEM(扫描型透射电子显微镜(Scanning Transmission Electron Microscope；STEM))拍摄得到的照片。

[0034] 图4C是表示被处理体的剖面的图，通过使用STEM拍摄得到的照片。

[0035] 图4D是表示被处理体的剖面的图，通过使用STEM拍摄得到的照片。

[0036] 图4E是表示被处理体的剖面的图，通过使用STEM拍摄得到的照片。

[0037] 图5是基于表4，表示Pw比率(基板/靶)与膜应力的关系的图表。

[0038] 图6是基于表7，表示Pw比率(基板/靶)与膜应力的关系的图表。

[0039] 图7是基于表2，表示Pw比率(基板/靶)与膜密度的关系的图表。

[0040] 图8是表示形成薄膜时的压力与Pw比率(基板/靶)的关系的图表(图表G1)。

[0041] 图9是表示形成薄膜时的压力与比率(基板/速度)的关系的图表(图表G2)。

[0042] 图10是表示偏压功率与膜应力的关系的图表。

[0043] 图11是表示现有的氮化钛膜中的膜应力与膜密度的关系的图表。

[0044] 图12A是表示内部应力控制膜(氮化钛膜)的结构与膜应力的关系的图，是表示内部应力控制膜的剖面，并且表示产生拉伸应力的状态的图，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。

[0045] 图12B是表示内部应力控制膜(氮化钛膜)的结构与膜应力的关系的图，是图12A的放大图。

[0046] 图12C是表示内部应力控制膜(氮化钛膜)的结构与膜应力的关系的图，是表示氮化钛膜的剖面的STEM照片。

[0047] 图12D是表示内部应力控制膜(氮化钛膜)的结构与膜应力的关系的图。

具体实施方式

[0048] 下面，参照附图，对本发明所涉及的内部应力控制膜的制造方法的一实施方式进行说明。本实施方式对构成被处理体的基板W为硅片，在该基板W上成膜氮化钛作为内部应力控制膜的情况进行详细叙述。

[0049] 图1是表示能够实施本发明的一实施方式所涉及的内部应力控制膜的制造方法的溅射装置SM的一例的概略结构图。溅射装置SM为磁控方式的溅射装置，具备划分真空处理室1a的真空室1。在真空室1的顶板部安装有阴极单元C。下面，在图1中，将朝向真空室1的顶板部侧的方向设为“上”，将朝向真空室1的底部侧的方向设为“下”进行说明。

[0050] 阴极单元C由作为内部应力控制膜的母材的靶2和配置在该靶2的上方的磁铁单元3构成。靶2为钛制(例如，包含钛和不可避免的元素的靶)，按照构成被处理体的基板W的轮廓，通过公知的方法形成为俯视圆形。

[0051] 在靶2的上表面(与溅射面2a相反侧的面)安装有利用溅射的成膜中对靶2进行冷却的背板21，以溅射面2a位于下侧的方式，经由未图示的绝缘体安装于真空室1。

[0052] 在靶2连接有来自DC电源等溅射电源E1的输出功率，构成为在形成薄膜时，对靶2接通具有负的电位的直流电力(30kW以下)。配置在靶2的上方的磁铁单元3在靶2的溅射面2a的下方空间产生磁场。磁铁单元3具有在溅射时补充在溅射面2a的下方电离的电子等而有效地使从靶2飞散的溅射粒子离子化的公知结构。省略磁铁单元3的详细的说明。

[0053] 在真空室1的底部，以与靶2的溅射面2a对置的方式配置有工作台4。载置在该工作台4上的基板W以基板W的成膜面朝向上侧的方式定位保持。在本实施方式中，考虑到生产率和散射次数等，靶2与基板W的间隔可以设定为20～800mm，优选为40～450mm，更优选为40～100mm。

[0054] 另外，在工作台4连接有来自RF电源等偏压电源E2的输出功率，构成为在形成薄膜时，可以对基板W接通交流电力。此外，工作台4内置温度控制装置H(温度控制单元)，构成为根据需要，控制在形成薄膜时的基板W的温度。

[0055] 在真空室1的侧壁，连接有导入氩等稀有气体、即溅射气体的第一气体管5a和导入包含氮的气体的第二气体管5b。在第一气体管5a和第二气体管5b分别设置有质量流量控制器51a、51b，与未图示的气体源连通。据此，被流量控制的溅射气体和反应气体导入到通过后述的真空排气装置(真空排气单元)以一定的排气速度抽真空的真空处理室1a的内部。因此，在成膜过程中，真空处理室1a的压力(全压)大致保持一定。

[0056] 在真空室1的底部，连接有与由期望的泵构成的未图示的真空排气装置相通的排气管6。该溅射装置SM虽然并未特别图示，但具备具有微型计算机和定序器等的公知的控制装置(控制单元)。该控制装置构成为，统一管理上述的电源E1、E2的运行、质量流量控制器51a、51b的运行、真空排气装置的运行等。

[0057] 下面，对使用前述的溅射装置SM的内部应力控制膜的制造方法进行具体说明。

[0058] 首先，在安装有钛制的靶2的真空室1内的工作台4上，载置基板W(例如，硅片)。启-5动真空排气装置，对真空处理室1a内进行抽真空直到规定的真空度(例如，1×10 Pa)。真空处理室1a内达到规定压力之后，分别控制质量流量控制器51a、51b，以期望的流量将氩气和氮气导入到真空处理室1a内。在此，氩气中添加了氮气的气体为本发明中的“包含氮的气体”。例如，氩气和氮气分别被控制为期望的流量，以使真空处理室1a的内部成为0.5～40Pa的范围的规定压力(全压)。在此，钛制的靶，是指以钛为主成分的靶，主成分，是指钛的重量比为50％以上。此外，优选使用由钛和不可避免的杂质构成的靶。

[0059] 在真空处理室1a内设为规定压力(全压)的状态下，从溅射电源E1对靶2接通具有规定的负的电位的直流电力，在真空室1内形成等离子体气氛。据此，通过反应性溅射，在基板W的表面形成氮化钛膜。

[0060] 在某种压力条件下进行上述的反应性溅射时，例如，通过施加5W左右的微弱的偏压，从而可以得到强的拉伸应力膜。此外，通过增加所施加的偏压的值，由此能够一边保持高的膜密度，一边使应力从拉伸侧向压缩侧变化。

[0061] 为了得到上述的拉伸应力膜，重要的是，满足如下条件，即对所述被处理体施加的偏压BS大于0，所述偏压BS的比功率为对靶施加的偏压BT的比功率的1/150以下的范围，并且，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。

[0062] 换言之，本发明的实施方式所涉及的内部应力控制膜的制造方法，在高压力且存在很多氮的成膜气氛中，一边对在被处理体上柱状生长的氮化钛膜施加微弱的偏压BS一边进行成膜。因此，根据本发明的实施方式，能够制作出保持高的膜密度的同时，不会对氮化钛膜的柱状结构造成急剧的破坏，对于被处理体，具有从压缩(Compressive)侧至拉伸(Tensile)侧的期望的膜应力的膜。因此，本发明获得以能够形成一边保持高密度的状态，一边形成具有必要的膜应力的氮化钛膜为目标的制造方法。

[0063] 根据本发明的实施方式，能够制作出在内部应力控制膜为氮化钛时，具备5.0g/cm3以上的高的膜密度，并且对于被处理体具有从约-2GPa的压缩(Compressive)侧至约+2GPa的拉伸(Tensile)侧的期望的膜应力的膜。

[0064] 总而言之，从形成膜应力小的内部应力控制膜的观点来看，相比约-500MPa的压缩(Compressive)侧能够选择拉伸(Tensile)侧的膜应力，或者，相比约+500MPa的拉伸(Tensile)侧能够选择压缩(Compressive)侧的膜应力。另外，相比约-100MPa的压缩(Compressive)侧也能够选择拉伸(Tensile)侧的膜应力，或者，相比约+100MPa的拉伸(Tensile)侧也能够选择压缩(Compressive)侧的膜应力。或者，在形成内部应力控制膜以前形成的基底膜具有高的应力时等，为了作为膜整体抵消应力而取得平衡，能够在从约-2GPa的压缩(Compressive)侧至+2GPa的拉伸(Tensile)侧之间选择内部应力控制膜的膜应力。

[0065] 特别是，形成所述内部应力控制膜时的工艺气体的压力如果从高于5Pa的阈值的压力区域中选择，则根据本发明的实施方式，能够形成在保持5.0g/cm3以上的高的膜密度的同时，具有拉伸侧的膜应力的内部应力控制膜。

[0066] 接着，对内部应力控制膜由氮化钛构成的情况进行更具体的说明。在图8所示的图表G1中，使用由钛构成的靶和包含氮的气体，所述工艺气体的压力P表示在横轴，对所述被处理体施加的偏压BS除以对所述靶施加的偏压BT的数值、即比率R1(＝BS/BT)表示在纵轴。在图表G1中，以包含在通过三个坐标a1(10.0、0.0016)、a2(17.0、0.00059)及a3(25.0、
0.0001)的曲线α的右上区域的方式，选择所述压力P与所述比率R1的组合，由此能够形成具备4.6g/cm3以上的高的膜密度，并且，具有拉伸(Tensile)侧的膜应力的内部应力控制膜。

[0067] 在此，也将“三个坐标a1(10.0、0.0016)、a2(17.0、0.00059)及a3(25.0、0.0001)”称为特定的指标。

[0068] 其中，在图表G1中，以包含在通过三个坐标b1(10.0、0.00241)、b2(17.0、0.0012)及b3(25.0、0.0004)的曲线β的右上区域的方式，选择所述压力P与所述比率R1的组合，由此能够稳定地制作膜密度进一步变高而膜密度为5.0g/cm3以上的氮化钛膜。

[0069] 在此，也将“三个坐标b1(10.0、0.00241)、b2(17.0、0.0012)及b3(25.0、0.0004)”称为特定的指标。

[0070] 另外，对内部应力控制膜由氮化钛构成的情况进行更具体的说明。在图9所示的图表G2中，使用由钛构成的靶和包含氮的气体，所述工艺气体的压力P表示在横轴，所述内部应力控制膜的成膜速度DR除以对所述被处理体施加的偏压BS的数值、即比率R2(＝DR/BS)表示在纵轴。在图表G2中，以包含在通过三个坐标c1(10.0、0.0032)、c2(17.0、0.0018)及c3(25.0、0.0008)的曲线γ的右上区域的方式，选择所述压力P与所述比率R2的组合，由此能够形成具备4.6g/m3以上的高的膜密度，并且，具有拉伸(Tensile)侧的膜应力的内部应力控制膜。

[0071] 在此，也将“三个坐标c1(10.0、0.0032)、c2(17.0、0.0018)及c3(25.0、0.0008)”称为特定的指标。

[0072] 其中，在图表G2中，以包含在通过三个坐标d1(10.0、0.008)、d2(17.0、0.0034)及d3(25.0、0.002)的曲线δ的右上区域的方式，选择所述压力P与所述比率R2的组合，由此能够稳定地制作膜密度进一步变高而膜密度为5.0g/cm3以上的氮化钛膜。

[0073] 在此，也将“三个坐标d1(10.0、0.008)、d2(17.0、0.0034)及d3(25.0、0.002)”称为特定的指标。

[0074] 在本发明的实施方式所涉及的内部应力控制膜的形成方法中，作为包含所述氮的气体，适合使用氩气与氮气的组合。通过将所述氮气在包含所述氮的气体中所占的流量比设为50％以上，由此能够将形成内部应力控制膜的真空处理室1a的内部设为高压力，并且，存在很多氮的成膜气氛。

[0075] 据此，可以得到上述的图表G1和图表G2所示的制作条件的组合。

[0076] 将所述氮气在包含所述氮的气体中所占的流量比设为70％以上时，能够将真空处理室1a的内部设为存在更多氮的成膜气氛。据此，由于能够得到更大的拉伸侧的应力，因此更优选。另外，在形成具备高的膜密度的同时，具有拉伸(Tensile)侧的膜应力的内部应力控制膜中，优选形成所述内部应力控制膜时的工艺气体的压力从5Pa以上的压力区域中选择。

[0077] <实施例1>

[0078] 在本实施例中，使用图1的溅射装置SM，在被处理体(由硅片构成的基板W)上，将形成薄膜时的压力(放电压力)在0.35～25Pa之间进行改变，形成了氮化钛膜(厚度：20nm)。此时，通过改变对基板W施加的偏压BS(三个条件：0W、5W、50W)，调查了偏压BS依赖性。其结果为图2，是表示形成薄膜时的压力(放电压力)与膜应力的关系的图表。

[0079] 从图2可知，以下几点。

[0080] (A1)在偏压BS为50W的情况下，制作的氮化钛膜不依赖于放电压力，相对于被处理体具有压缩(Compressive)侧的膜应力。放电压力超过1Pa时，压缩(Compressive)侧的膜应力示出增加倾向，在放电压力为25Pa中，观测到最大的膜应力(约-2800MPa)。膜密度约为5.65g/cm3(参照后述的图4)。

[0081] (A2)可知在不施加偏压BS的情况(0W)下，伴随着放电压力的增加，膜应力相对于被处理体从压缩(Compressive)侧的膜应力向拉伸(Tensile)侧的膜应力变化。从压缩向拉伸的变化在5Pa的阈值附近发生。这种情况下的膜应力(MPa)能够在-1000～+600的范围内进行改变。膜密度约为4.15g/cm3(参照后述的图4)。

[0082] (A3)可知在微弱施加偏压BS的情况(5W)下，伴随着放电压力的增加，膜应力相对于被处理体从压缩(Compressive)侧的膜应力向拉伸(Tensile)侧的膜应力急剧变化。在这种情况下，与不施加偏压BS的情况同样地，从压缩向拉伸的变化在5Pa的阈值附近产生。这种情况下的膜应力(MPa)能够在-1600～+1500的范围内进行改变。膜密度约为5.35g/cm3(参照后述的图4)。

[0083] 图3A是表示对被处理体施加的偏压BS与膜应力的关系的图表。图3B～图3E是表示剖面的STEM(扫描型透射电子显微镜(Scanning Transmission Electron Microscope；STEM))照片。图3B～图3E依次示出偏压BS为0W、5W、15W、20W的情况。

[0084] 图4A是表示对被处理体施加的偏压功率与膜密度的关系的图表。图4B～图4E是表示剖面的STEM照片。图4B～图4E依次示出偏压BS为0W、5W、15W、20W的情况。

[0085] 从图3和图4可知，以下几点。

[0086] (B1)偏压BS从0W增加到5W时，膜应力在拉伸(Tensile)侧示出增加倾向(+600→+1500MPa)。此时，膜密度急剧增加(4.15→5.35g/cm3)。

[0087] (B2)偏压BS超过5W时，膜应力示出单调减少的倾向。以偏压BS为20W附近为阈值，膜应力从拉伸(Tensile)侧的膜应力向压缩(Compressive)侧的膜应力变化。

[0088] (B3)偏压BS超过5W时，膜密度稳定在5.50～5.75g/cm3的范围。根据剖面SEM照片推定，随着形成薄膜时施加的偏压BS的大小的增加，柱状结构的分离部变窄，分离部闭合向致密的结构变化，由此可以得到膜密度大的氮化钛膜。另外，从在密度几乎没有变化的状态下应力较大变化能够推测，在这些区域中膜自身的应力特性改变。

[0089] 另外，使用原子力显微镜(AFM)测定了膜表面的粗糙度(算术平均粗糙度Ra)。其结果，仅在高压的条件(上述偏压BS为0W的情况)下制作的膜表面的粗糙度为0.94nm。与此相对，在高压且弱偏压的条件(上述偏压BS为5W的情况)下制作的膜表面的粗糙度为0.26nm。该膜表面的粗糙度相关的评价结果支持上述推定(柱状结构的分离部变窄，分离部闭合向致密的结构变化)。

[0090] <实施例2>

[0091] 在本实施例中，对于氮化钛膜，调查了四个压力条件(10.0、17.0、25.0、37.0Pa)下的膜应力和膜密度。此时，对靶2施加的(具有负的电位的)直流电力最多以五个条件(3.5、7、10.5、14、17.5、21kW)进行变化。另外，对被处理体施加的偏压BS最多以八个条件(0、2、5、
10、15、20、25、30W)进行变化。

[0092] 表1～表3是工艺气体的压力P为10.0Pa的情况，表1表示膜应力，表2表示膜密度，表3表示成膜速度。

[0093] 表4～表6是工艺气体的压力P为17.0Pa的情况，表4表示膜应力，表5表示膜密度，表6表示成膜速度。

[0094] 表7～表9是工艺气体的压力P为25.0Pa的情况，表7表示膜应力，表8表示膜密度，表9表示成膜速度。

[0095] 表10～表12是工艺气体的压力P为37.0Pa的情况，表10表示膜应力，表11表示膜密度，表12表示成膜速度。

[0096] 在各表中，例如“7.6E-03”的表述，意指“7.6×10-3”。

[0097] 符号“--”，意指没有对应的数据。

[0098] [表1]

[0099] 0/800:10Pa 膜应力[MPa]

[0100]

[0101] [表2]

[0102] 0/800:10Pa 膜密度[g/cm3]

[0103]

[0104] [表3]

[0105] 0/800:10Pa 成膜速度[nm/min]

[0106]

[0107] [表4]

[0108] 0/1000:17.0Pa 膜应力[MPa]

[0109]

[0110] [表5]

[0111] 0/1000:17.0Pa 膜密度[g/cm3]

[0112]

[0113] [表6]

[0114] 0/1000:17.0Pa 成膜速度[nm/min]

[0115]

[0116] [表7]

[0117] 0/1200:25.0Pa 膜应力[MPa]

[0118]

[0119] [表8]

[0120] 0/1200:25.0Pa 膜密度[g/cm3]

[0121]

[0122] [表9]

[0123] 0/1200:25.0Pa 成膜速度[nm/min]

[0124]

[0125] [表10]

[0126] 0/1500:37.0Pa 膜应力[MPa]

[0127]

[0128] [表11]

[0129] 0/1500:37.0Pa 膜密度[g/cm3]

[0130]

[0131] [表12]

[0132] 0/1500:37.0Pa 成膜速度[nm/min]

[0133]

[0134] 图5是基于表4，表示Pw比率(基板/靶)与膜应力的关系的图表。图6是基于表7，表示Pw比率(基板/靶)与膜应力的关系的图表。

[0135] 从图5可知，在表4的压力条件(17Pa)下，在所测定的Pw比率(基板/靶)的全部区域中，膜应力成为拉伸(Tensile)侧的膜应力。在7kW(记号为◇符号)的情况下，在所测定的Pw比率(基板/靶)的全部区域中，可以得到最大的膜应力。

[0136] 从图6可知，在表7的压力条件(25Pa)下，也在所测定的Pw比率(基板/靶)的全部区域中，膜应力成为拉伸(Tensile)侧的膜应力。在7kW(记号为◇符号)的情况下，在所测定的Pw比率(基板/靶)的全部区域中，可以得到最大的膜应力。特别是，示出7kW(记号为◇符号)的测定结果的曲线与横轴的交点为0.0067(1/150)。因此，从该交点确认到，满足Pw比率(基板/靶)的值小的条件时，膜应力成为拉伸(Tensile)侧的膜应力。

[0137] 图7是基于表2，表示Pw比率(基板/靶)与膜密度的关系的图表。

[0138] 从图7可知，在所测定的Pw比率(基板/靶)的全部区域中，随着Pw比率(基板/靶)的增加，膜密度示出增加倾向。在Pw比率(基板/靶)约为0.0016的情况下，膜密度为4.6。另外，在Pw比率(基板/靶)约为0.00241的情况下，膜密度为5.0。

[0139] 因此，从图7的结果可知，为了将膜密度设为4.6(5.0)以上，将Pw比率(基板/靶)的设定设为0.0016以上(0.00241以上)即可。

[0140] 以下所示的表13～表15基于表1～表12的数据，分别对靶2施加的(具有负的电位的)直流电力的三个条件(7、10.5、14kW)再次合计并示出。在各表中，依次记载从上段至下段，使对被处理体施加的偏压BS增加的条件的结果(膜应力、膜密度)。

[0141] [表13]

[0142] Ar＝0sccm,N2＝1200sccm

[0143]

[0144] [表14]

[0145] Ar＝0sccm,N2＝1200sccm

[0146]

[0147] [表15]

[0148] Ar＝0sccm,N2＝1200sccm

[0149]

[0150] 本发明人们，为了从上述的表1～表15中找出更具特征的倾向，制作了图8和图9的图表。

[0151] 图8是表示形成薄膜时的压力与Pw比率(基板/靶)的关系的图表。图9是表示形成薄膜时的压力与比率(基板/速度)的关系的图表。

[0152] 在此，“形成薄膜时的压力”，是指“工艺气体的压力P”。“Pw比率(基板/靶)”，是指“对被处理体施加的偏压BS除以对所述靶施加的偏压BT的数值、即比率R1(＝BS/BT)”。“比率(基板/速度)”，意指“对被处理体施加的偏压BS相对于内部应力控制膜的成膜速度10nm/min的数值、即比率R2”。

[0153] 图8和图9可以读取到极为相同的倾向。即，可知在将横轴设为形成薄膜时的压力，将纵轴设为Pw比率(基板/靶)的图表G1(图8)中，膜密度呈等高线那样的曲线。确认到膜密度越高越在图表G1中占据右上方区域的倾向。

[0154] 具体而言，在将所述工艺气体的压力P设为横轴，将对所述被处理体施加的偏压BS除以对所述靶施加的偏压BT的数值、即比率R1(＝BS/BT)设为纵轴的图表G1中，以包含在通过三个坐标a1(10.0、0.0016)、a2(17.0、0.00059)及a3(25.0、0.0001)的曲线α的右上区域的方式，选择所述压力P与所述比率R1的组合，由此可以得到膜密度为4.6g/cm3以上的氮化钛膜。

[0155] 另外，在所述图表G1中，以包含在通过三个坐标b1(10.0、0.00241)、b2(17.0、0.0012)及b3(25.0、0.0004)的曲线β的右上区域的方式，选择所述压力P与所述比率R1的组合，由此制作的氮化钛膜的膜密度为5.0g/cm3以上。

[0156] 同样地，可知在将横轴设为形成薄膜时的压力，将纵轴设为比率(基板/速度)的图表G2(图9)中，膜密度呈等高线那样的曲线。确认到膜密度越高越在图表G2中占据右上方区域的倾向。

[0157] 具体而言，在将所述工艺气体的压力P设为横轴，将所述内部应力控制膜的成膜速度DR除以对所述被处理体施加的偏压BS的数值、即比率R2(＝DR/BS)设为纵轴的图表G2中，通过以包含在通过三个坐标c1(10.0、0.0032)、c2(17.0、0.0018)及c3(25.0、0.0008)的曲线γ的右上区域的方式，选择所述压力P与所述比率R2的组合，由此可以得到膜密度为4.6g/cm3以上的氮化钛膜。

[0158] 另外，在所述图表G2中，通过以包含在通过三个坐标d1(10.0、0.008)、d2(17.0、0.0034)及d3(25.0、0.002)的曲线δ的右上区域的方式，选择所述压力P与所述比率R2的组合，由此制作的氮化钛膜的膜密度为5.0g/cm3以上。

[0159] 图8和图9示出的结果提供了用于管理工序的重要的指标，所述工序制造具备高的膜密度的同时，作为膜应力具有拉伸(Tensile)侧的膜应力的氮化钛膜。

[0160] 总而言之，如果以满足图8和图9的指标的方式制造氮化钛膜，则能够建立适合量产的工序，所述工序能够稳定地制造膜密度为4.6g/cm3以上或5.0g/cm3以上，作为膜应力具有拉伸(Tensile)侧的膜应力的氮化钛膜。

[0161] 图10是表示偏压功率与膜应力的关系的图表。对包含构成工艺气体的氮的气体由氩气和氮气构成的情况进行了研究。在图10中，分别表示记号◇符号为氮气100％的情况，记号□符号为氩气10％、氮气90％的情况，记号为△符号为氩气30％、氮气70％的情况，记号为○符号为氩气50％、氮气50％的情况。

[0162] 从图10可知，以下几点。

[0163] (C1)在微弱施加偏压BS的情况(5W～10W)下，与不施加偏压BS的情况(0W)相比，膜应力成为拉伸(Tensile)，示出增大倾向。该增大倾向如果氮气在包含氮的气体中所占的比率为50％以上，则不依赖于氩气与氮气的比率。

[0164] (C2)偏压BS以相同的数值(例如，5W)进行比较时，随着氮气在包含氮的气体中所占的比率增加，观测到更大的拉伸(Tensile)的膜应力。

[0165] (C3)偏压BS为15W时，与10W相比，膜应力转为减少倾向。该增大倾向如果氮气在包含氮的气体中所占的比率为50％以上，则不依赖于氩气与氮气的比率。

[0166] 从以上的结果可知，包含构成工艺气体的氮的气体由氩气和氮气构成，将所述氮气在包含所述氮的气体中所占的流量比设为50％以上，由此可以稳定地得到具有拉伸(Tensile)侧的膜应力的内部应力控制膜。

[0167] 以上，对本发明的实施方式所涉及的内部应力控制膜的制造方法进行了说明，但应当理解这些是本发明的示例性内容，并不应当考虑作限定的内容。能够在不脱离本发明的范围内进行追加、省略、置换以及其他变更。因此，本发明并不应被视为限定于前述的说明，而是被权利要求书限制。

[0168] 在上述的实施方式中，对内部应力控制膜为氮化钛的情况进行了详细叙述，但本发明并不限定于氮化钛(TiN)，能够广泛适用于使用包含氮的气体成膜的材料。即，作为本发明所适用的内部应力控制膜，除了氮化钛(TiN)以外，还可以举出氮化铝(AlN)、氮化硅(SiN)等。

[0169] 另外，在上述的实施方式中，作为被处理体以由硅片构成的基板W为例进行了说明，但例如形成在层间绝缘膜的表面或多层构造体的最表面的情况下，也能够适用本发明。换言之，通过本发明的制造方法来形成的内部应力控制膜，具备不依赖于设置有该内部应力控制膜的基底材料和结构，能够灵活地适用的优点。

[0170] 此外，在上述的实施方式中，在形成内部应力控制膜时，虽然未对作为被处理体的基板W进行热处理，但本发明并不限定于此。也可以根据所形成的内部应力控制膜的材质和膜厚、内部应力控制膜的基底条件(基板W、膜材料、膜结构等)，被处理体控制为适合、期望的温度。例如，在图1中，通过在载置被处理体(基板W)的工作台4的内部配置控制被处理体的温度的温度控制装置H，由此能够实现被处理体的温度管理。

[0171] 工业实用性

[0172] 本发明能够广泛适用于内部应力控制膜的制造方法。这种内部应力控制膜例如并不限于半导体装置的制造工序中的硬掩膜用途，还可以用于其他各种设备用途。

[0173] 符号说明

[0174] E1溅射电源、E2偏压电源、SM溅射装置、W基板(被处理体)、1a真空处理室、2靶、4工作台、51质量流量控制器。