在VLSI领域中，实现了称为波纹装饰工艺的布线形成方法。通过该波 纹装饰工艺在层间绝缘膜中形成接触孔、通孔(连接孔)等之后，通过在这些 孔中填充铜，实现埋入层间绝缘膜中的布线系统。由此，得到布线无台阶、 表面平坦化的IC，同时，以低电阻实现高可靠性的金属布线系统。
因此，在波纹装饰工艺中，通常，采用仅在层间绝缘膜中的布线沟等中 填充铜的湿式镀。通过湿式镀，具有能在高长宽比的布线沟中填充铜的优点。
但是，在湿式镀中需要晶种膜，由于晶种膜本身是通过湿式镀以外的成 膜方法形成的，因此在布线沟的长宽比高时难以均匀地在布线沟中形成晶种 膜。这样，若晶种膜不均匀，则膜厚薄的部分由于电镀电流的熔融而消失， 于是，容易产生空白点。因此，在湿式镀中，长宽比越高越容易产生空白点。 在波纹装饰工艺中，在布线沟等中填充铜之后，通过CPM(化学机械抛光： chemical and mechanical polishing)使晶片表面平坦化，但在该处理中，通过 湿式镀形成的铜膜软而不能直接抛光，因此，通过热处理进行硬化，同时通 过回流减少膜表面的台阶后抛光。于是就存在与多余的用人工时有关的问 题。在波纹装饰工艺中，为了防止铜向层间绝缘膜中扩散而设置阻挡层，但 在长宽比高、换言之宽度窄的布线沟中，为了减小布线电阻，阻挡层的宽度 最好尽可能的窄。然而，湿式镀层必需有一定的厚度。而且，在湿式镀中， 有可能因废液而污染环境。
另一方面，在特开2000-64028号公报中，公开了通过利用等离子束使 由铜构成的蒸发物质蒸发的离子镀法，通过干式工艺在高长宽比的沟内填充 布线材料的铜成膜法。根据Cu成膜法，因为是干式工艺，所以消除了环境 污染问题，而且，认为还能回避湿式镀中作为固有现象的空白点的发生。
然而，在铜成膜法中，蒸发的物质(铜)的能量在溅射时不是大体上不变 的，所以并不能指望在晶片上形成的铜膜的硬度能提高那么高，因此，是否 能在省略热硬化处理和通过回流进行的表面平滑化处理的情况下减小阻挡 层的厚度尚未可知。而且，在铜成膜法中，蒸发的物质的离子化是通过使蒸 发物质蒸发的等离子束来进行的，因此，蒸发的物质的离子化不能独立于蒸 发物质的蒸发来控制，因此，未必能在最合适的条件下成膜。

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种能省略热硬化处理及表面 平滑化处理、减小阻挡层的厚度并以最佳条件在高长宽比的沟中形成布线的 半导体布线形成方法及装置、半导体器件制造方法及装置以及晶片。
为了解决上述问题，本发明涉及的半导体布线形成方法及装置是(权利 要求1，17)：利用内部可保持真空状态的真空室，通过配设在该真空室内的 基材支架保持形成半导体布线膜的晶片，通过配置在上述真空室内的蒸发源 使上述半导体布线膜的材料蒸发，将上述基材支架作为一个电极，通过高频 电源提供用于使上述真空室内产生等离子体的高频功率。根据该结构，被蒸 发源蒸发的半导体布线膜材料被等离子体激发，同时，被由真空室内的高频 电场产生的自偏压明显加速，冲击在晶片表面上并在其上沉积。因此，沉积 在晶片上的半导体布线膜因致密而粘合性好。其结果，可省略半导体布线膜 的热硬化处理和表面平滑化处理，减小阻挡层的厚度。而且，蒸发的半导体 布线膜材料的直线传播性好，可独立地控制真空室内等离子体的发生状态。 这样，在晶片上形成布线沟时，和现有例相比，即使长宽比高的沟，也能很 好地填充半导体布线膜材料。
这种情况下，可向上述真空室内提供含氢或OH基的气体(权利要求2， 18)。根据涉及的结构，可使受等离子体激励的半导体布线膜材料具有迁移 效果，由此，可使晶片上形成的半导体布线膜因更致密而具有低电阻。
这种情况下，上述真空室内气氛的氢含有量的体积比可为4～20％(权利 要求19)。根据该结构，可有效得到迁移效果。
通过直流电源，可将上述基材支架作为负电极在上述真空室内形成直流 电场(权利要求3，20)。根据该结构，受等离子体激发的半导体用材料可由 于直流电场而进一步加速，该半导体用材料的直线传播性进一步提高，可更 好地将半导体布线膜材料填充到晶片表面的沟内。
这种情况下，根据形成在上述晶片上的半导体布线膜的沉积状况的监视 结果，可控制上述半导体布线膜的形成条件(权利要求4，21)。根据涉及的 结构，可如愿地控制半导体布线膜的沉积曲线。其结果，可以以最佳沉积曲 线形成半导体布线膜。
这种情况下，上述半导体布线膜的形成条件可以是上述半导体布线膜的 沉积速度、上述高频功率的大小以及上述直流电场的强度至少其中之一(权 利要求5，22)。根据该结构，可在晶片上恰当地形成半导体布线膜材料。
可暂时将上述基材支架的电位变为正电位(权利要求6，23)。在绝缘体 上形成半导体布线膜时，离子化的半导体布线膜材料彼此排斥，容易形成锥 体状，但根据该结构，晶片附近的电场方向暂时反向，一旦沉积的半导体布 线膜材料离开晶片表面后再次附着到晶片表面上时就被矫正，因此，半导体 布线膜材料和晶片表面大致平行地顺次沉积成层状。结果得到更致密的半导 体布线膜。
通过在上述直流电场上叠加持续预定期间以预定周期反向的脉冲，可将 上述基材支架的电位暂时变为正电位(权利要求7，24)。
通过可24小时以上连续提供上述半导体布线膜材料的半导体布线膜材 料供给装置，可供给从上述蒸发源蒸发的该半导体布线膜材料(权利要求8， 25)。根据涉及的结构，在持续成膜时，作为关键的蒸发材料的半导体布线 膜材料的补给可以连续24小时以上，因此，可连续运行在晶片上成膜半导 体布线膜材料时要求的24小时以上。
上述蒸发源及半导体布线膜材料供给装置可以是：电子束加热和自公转 多点坩埚的组合方式、电子束加热和半导体布线膜材料线自动运送机构的组 合方式、电子束加热和半导体布线膜材料自动供给机构的组合方式、电阻加 热和自公转多点焊接的组合方式，电阻加热和半导体布线膜材料线自动运送 机构的组合方式、带半导体布线膜材料自动运送机构的电弧放电方式、离子 束照射方式、以及DC溅射方式中至少之一或它们的组合(权利要求9，26)。 根据该结构，则可容易地实现可连续24小时以上供给半导体布线膜材料的 蒸发源和半导体布线膜材料供给装置。
也可定量供给从上述蒸发源蒸发的上述半导体布线膜材料(权利要求 10，27)。根据该结构，则的确可控制在晶片上形成的半导体布线膜的膜厚。
上述基本真空状态中气压可以是10-3Pa级(权利要求11，28)。根据该结 构，可适当地在长宽比高的沟内填充半导体布线膜材料。
在提供上述高频功率的电路中，用于使电源侧的阻抗与负载侧阻抗的匹 配的耦合单元和预定电容值的电容器串联插入用于供给上述高频功率的另 一方电极和上述基材支架中(权利要求12，29)。根据该结构，在真空室内通 过高频功率稳定并产生等离子体。
可以向保持在上述基材支架上的晶片表面上形成的上述半导体布线膜 照射能量束(权利要求13，30)。根据该结构，形成在晶片表面上的半导体布 线膜的能量得到提高，其分子变成无间隙，因此，其半导体布线膜变得更致 密。
用于供给上述高频功率得另一方电极可是由导电性部件构成得真空室 (权利要求14，31)。根据涉及的结构，在真空室内分布比较广的等离子体， 因此，半导体布线膜材料在晶片表面上的跟踪性提高。
在上述晶片的表面上形成布线用沟，上述半导体布线膜材料可以是铜 (权利要求15，32)。根据该结构，与现有技术相比，可在高长宽比的晶片上 的沟中形成铜布线膜。
本发明涉及的半导体布线形成方法包含：通过权利要求17记载的半导 体布线形成方法在晶片上形成晶种膜的工序；用该晶种膜，通过湿式镀在该 晶片上形成半导体布线膜的工序(权利要求33)。根据该结构，在形成晶种膜 时，等离子云的位置是包围晶片表面，因此蒸发材料在晶片表面的跟踪性好， 因此，晶种膜分级敷层变好。其结果，此后通过湿式镀形成的铜布线的分级 敷层变好，并且铜布线中产生的空白点减少。
这种情况下，可形成阻挡层作为上述晶种膜的下层，用铜作为上述晶种 膜和上述半导体布线膜的材料(权利要求34)。根据该结构，晶种膜和阻挡层 因致密而变硬，因此，晶种膜的铜难以扩散到阻挡层中，同时，阻挡层的铜 扩散阻止性能提高，因此，两方效果相加，与现有技术相比可使阻挡层的厚 度变薄。其结果，阻挡层的厚度被减小，可降低布线电阻。
本发明涉及的半导体器件制造方法及装置包含这样的步骤：至少使用搬 运槽、通过闸门分别和该搬运槽连接的负载锁定槽、阻挡槽、铜成膜槽及卸 载槽，晶片放置在上述负载锁定槽中，进行下述的步骤：通过配设在上述搬 运槽中的搬运装置，一边开关上述闸门一边使上述阻挡槽及上述铜成膜槽顺 序移动并对该晶片施加预定的处理后，放置到上述卸载槽中，在上述铜成膜 槽中的规定处理由权利要求32的半导体布线形成方法构成，或者上述铜成 膜槽由权利要求15的半导体布线形成装置构成(权利要求16，35)。根据这 种结构，通过干处理，可在晶片上适当形成铜布线。
本发明涉及的晶片是：在晶片或该晶片上形成的层的表面上形成的宽度 约为0.35μm、深度约为1μm的沟中，通过干处理约100％填充由铜构成的 布线膜材料(权利要求36)。根据这种结构，可以高密度提供相对较低电阻的 半导体器件用布线。
附图说明
图1是根据本发明实施例的半导体布线形成装置结构的模式图；
图2是图1的半导体布线形成装置的偏置电压的波形的波形图；
图3是图1的半导体布线装置的基材支架-蒸发源间的电位分布的模式 图；
图4是图1的半导体布线形成装置的蒸发源及蒸发材料供给装置的结构 的模式图；
图5是通过本发明的实施形态1的实施例通过半导体布线形成方法向晶 片上的布线沟填充布线材料的状态的截面照片；
图6是图5的截面照片的草图；
图7是通过本发明实施形态1的实施例2通过半导体布线形成方法抛光 在晶片上形成的薄膜表面的状态的截面照片；
图8模式地示出了本发明实施例形态1的蒸发源及蒸发材料供给装置的 第一变形例的结构的立体图；
图9模式地示出了本发明实施例形态1的蒸发源及蒸发材料供给装置的 第二变形例的结构的立体图；
图10模式地示出了本发明实施例形态1的蒸发源及蒸发材料供给装置 的第三变形例的结构的立体图；
图11模式地示出了本发明实施例形态1的蒸发源及蒸发材料供给装置 的第四变形例的结构的立体图；
图12模式地示出了本发明实施例形态1的蒸发源及蒸发材料供给装置 的第五变形例的结构的截面图；
图13模式地示出了本发明实施例形态1的蒸发源及蒸发材料供给装置 的第六变形例的结构的模式图；
图14模式地示出了本发明实施例形态1的蒸发源及蒸发材料供给装置 的第七变形例的结构的立体图；
图15模式地示出了根据本发明实施形态2的半导体器件制造装置的结 构的平面图；
图16模式地示出了本发明实施形态2的变形例的结构的平面图；
图17是半导体器件的布线形成方法的不同工序的截面图；
图18是根据本发明的实施形态3的半导体布线形成方法在晶片上形成 的晶种膜的敷层的截面照片；
图19是图18的照片的草图；
图20是根据本发明实施形态4的半导体布线形成装置的结构的模式图。

下面，参照附图说明本发明的实施例。
实施形态1
图1是根据本发明实施例的半导体布线形成装置结构的模式图；图2是 图1的半导体布线形成装置的偏置电压的波形的波形图；图3是图1的半导 体布线装置的基材支架-蒸发源间的电位分布的模式图；图4是图1的半导 体布线形成装置的蒸发源及蒸发材料供给装置的结构的模式图。
图1中，根据本实施形态的半导体布线形成装置1由适合在晶片上形成 布线的结构的离子镀装置构成，具有真空室2。真空室2由导电性材料构成， 在其内部配设用于装载晶片201的基材支架3。基材支架3由导电性材料构 成，其中心部固定到旋转轴5的一端。旋转轴5由导电性材料构成，通过轴 承6旋转自由地安装到真空室2的壁部。这样，向旋转轴5的真空室2突出 的另一端连接到电动机7的主轴上。由此，基材支架3由电动机7旋转驱动。 轴承6和真空室2之间以及旋转轴5的另一端和电动机7的主轴之间通过未 图示的绝缘材料绝缘。高频电源10和偏置电源装置11的一方的输出端子(未 图示)通过电刷8分别连接到旋转轴5的真空室外的部分。即，高频电源10 和偏置电源装置11相对于电刷8彼此并联连接，在电刷8和高频电源10之 间，插入串联连接的匹配电容器C和匹配单元9，另一方面，在电刷8和高 频电源10之间插入高频阻止用的低通滤波器14。高频电源10和偏置电源装 置11的另一个端子(未图示)接地，由此和同样接地的真空室2连接。这样， 在高频电源10的输出端子间形成通过匹配单元9和匹配电容器C连接作为 放电用电极的基材支架3和真空室2的高频等离子发生电路，在作为该放电 用电极的基材支架3和真空室2之间形成通过偏置电源装置11经低通滤波 器14施加预定偏置电压的偏置电路。
在真空室2的内部，和基材支架3相对地配置使形成在晶片201上的布 线膜的材料(半导体布线膜材料：以下称为布线材料)蒸发的蒸发源4，该蒸 发源4连接到用于供给蒸发能量的蒸发电源15上。这样，蒸发源4的构成 能从蒸发材料供给装置(布线材料供给装置)16供给布线材料。可以不管蒸发 电源15和布线材料供给装置16设置在真空室2的内部或外部，这里蒸发电 源15设置在真空室2的外部，布线材料供给装置16设置在真空室2的内部。
在真空室2内的基材支架3的附近设置膜厚监视器19。
真空泵17和气体供给源18和真空室2连接，由此，在真空室2保持在 规定的真空度，同时，将规定气体从气体供给源18导入真空室2内。从气 体供给源18导入的气体是氢(H2)气或OH基气体，这里，是氢气。
另外，电动机7、高频电源10、偏置电源12、波形发生器13、蒸发电 源15、布线材料供给装置16、真空泵17和气体供给源18通过由计算机构 成的控制器20进行控制。膜厚监视器19的输出输入到控制器20中。
下面，详细说明半导体布线形成装置1的各个部分的结构。
晶片201最终加工成半导体器件，因此，在本实施例中，如图17(b)所 示，由硅(Si)构成，在其表面形成由二氧化硅(SiO2)构成的绝缘层202。另外， 在绝缘层202的表面上形成布线沟203，形成阻挡层204以便薄薄地覆盖形 成该布线沟203的绝缘层202。为了防止铜(Cu)扩散到绝缘层202上，阻挡 层204由TaN、TiN等构成。
这里，高频电源10输出13.56MHz频率的高频功率。匹配单元9由公 知的元件构成，随着成膜的进行，追随基材支架3和真空室2之间的阻抗的 变化，使其负载侧的阻抗和电源侧的阻抗匹配。匹配电容器C阻止直流，同 时向从匹配单元9看的负载侧的阻抗提供规定的固定电容值，扩大匹配单元 9的可使用范围。通过适当选择匹配电容器C的电容值，即使负载即作为基 材的晶片201和成膜条件改变，也可通过匹配单元9很好地进行匹配动作， 其结果，即使在高真空度下，也可稳定地产生等离子体。这里，匹配电容器 C的电容值和匹配单元9内的电容器的电容值相同，约为1000pF。
偏置电源装置11具有波形发生器13和偏置电源12。波形发生器13发 生具有规定波形的电压信号，偏置电源12放大发生的电压信号后从偏置电 源装置11的输出端子输出。这里，如图2所示，从偏置电源装置11输出的 偏置电压具有矩形波波形，所述矩形波波形为：经过期间T1、取负值-Vn， 经过期间T2、取正值+Vp，换言之，该偏置电压是将高(Vn+Vp)、宽度T2 及周期T(＝T1+T2)的正矩形波脉冲叠加到-Vn的负直流偏置电压上。从而， 偏置电源装置11是权利要求范围内的直流电源装置的一种。+Vp和-Vn的 值根据成膜条件在0v～2000v的范围内进行适当选择。正的矩形波脉冲的占 空因数(T2/T)最好在40％以下。如果是以上那样，则存在使高频等离子体衰 减后成膜效率下降的担心。正的矩形波脉冲的频率(＝1/T)最好在1KHz以上 1GHz以下。如在1KHz以下，脉冲取正值的频度少，因此，在中和在晶片 201周边捕捉的蓄积的正电荷之前，形成对其带来绝缘破坏的电场，另一方 面，如在1GHz以上，则难以调整施加正矩形波脉冲的时间。
如图4所示，蒸发源4和布线材料供给装置16由电子束发生器43和自 公转多点坩埚40构成。自公转多点坩埚40构成为：收容规定量布线材料(这 里是铜)的多个(这里是4个)的坩埚42a～42d分别自转，同时绕公共的公转轴 41公转，作为其自转和公转的驱动源的电动机(未图示)连接到图1的控制器 20上。使多个坩埚42a～42d自公转的机构可用公知的行星齿轮来实现，因此， 这里不再赘述。电子束发生器43和图1的蒸发电源15连接，公转的4个坩 埚42a～42d中向位于规定位置的坩埚(图4中是坩埚42a)照射电子束44，使 其中的布线材料加热熔融后蒸发。通过如此配备4个坩埚42a～42d，可连续 24个小时以上供给蒸发材料。
这里，由于膜厚监视器19用于监视在装载于基材支架3上的晶片201 上形成的布线材料层205(参照图17(c))的膜厚，在此由水晶振子构成。控制 器20检测作为膜厚监视器19的水晶振子的振动数，即水晶振子的振荡频率。 根据该结构，在蒸发的布线材料沉积在膜厚监视器19上时，因为该膜厚监 视器19的振荡频率随其厚度增加而下降，由此，可监视形成在晶片201上 的布线材料层205的膜厚。
下面，对如上构成的半导体布线形成装置的动作(半导体布线形成方法) 进行说明。
在图1～图4中，在真空室2内的基材支架3上安装晶片201，在启动半 导体布线形成装置1时，半导体布线形成装置1受控制器20控制，自动进 行以下动作。
首先，电动机7动作，基材支架3旋转。另一方面，真空泵17动作， 真空室2内被排气至规定的真空度，接着，将氢气从气体供给源18导入真 空室2内。这里，规定的真空度为10-3Pa。真空室2内的气氛的氢含有率在 体积比为4～20％的范围内维持一定。氢含有率在4％以上，后述的迁移效果 才有效，若氢含有率超过20％，则从防爆性的观点看是不可取的。
接着，高频电源10动作，在真空室2和基材支架3之间施加高频电压， 由此，在真空室2内形成等离子体301。接着，偏置电源装置11动作，在真 空室2和基材支架3之间施加图2所示的偏置电压，由此，在期间T1从真 空室2向基材支架3，在比期间T1短的期间T2向其相反方向，并且形成以 周期T反复这些动作的电场。
接着，作为蒸发源4和蒸发材料供给装置16的电子束发生器43和自公 转多点坩埚40动作，从电子束发生器43向自公转的坩埚42a～42d中的布线 材料照射电子束44，布线材料从坩埚42a～42d中蒸发。
这里，在期间T1中，蒸发源4和基材支架3之间的电位Vp的分布如 图3所示，从蒸发源4连续靠近基材支架3，首先，上升直至若干正电位， 从它开始变成几乎一定，在到达基材支架3的极近旁时，开始急剧下降至负 电位。其电位Vp的分布主要通过高频电压由自偏压获得的。在这种状况下， 在某个期间T1中，上述蒸发的原子状的布线材料利用蒸发能量通过等离子 体301中，同时，在其间被等离子体301激发，通过基材支架3附近的急剧 电场被明显加速，冲撞在晶片201的表面上，附着并沉积到其上。此时，蒸 发的布线材料被等离子体301激发并通过以自偏压为主的电场被明显加速， 因此，在晶片201上形成的膜因致密而粘合性好。将自偏压和上述偏置电压 叠加起来的电场具有大概垂直于晶片201表面的方向，因此，直线传播性好， 因此，如图17(c)所示，以高比例填充到在晶片201表面上形成的高长宽比 的布线沟203中。沉积在晶片201上的布线材料层205由于氢气带来的迁移 效果更致密，而具有低电阻。
接着，随着时间的推移，沉积在晶片201上的布线材料层205的厚度增 加。这时，在其间，由布线材料构成的膜也沉积在膜厚监视器19上，与此 相应，膜厚监视器19的振荡频率降低，因此，对其响应，控制器20改变成 膜参数。即，控制器20响应膜厚监视器19的振荡频率的降低，控制蒸发电 源15并使成膜条件变化。根据晶片201的结构，预先求出最适合它的成膜 率和成膜条件即成膜参数，设定对其时间轴的变化曲线。这就是：通过最佳 控制其成膜参数，首先，使晶片201上形成的布线材料层205的品质和向布 线沟203的填充比例最佳。
其间，基材支架3和真空室2之间的阻抗变化，但由于匹配电容器C 的存在，通过匹配单元9可适当进行负载侧和电源侧的阻抗的匹配，因此， 不会产生异常放电，稳定地维持等离子体。而且，其间，在期间T1中，在 沉积在晶片201上的布线材料层205中，由于绝缘层202的存在而难以放出 离子化的布线材料的电荷，因此其布线材料彼此推斥，容易沉积成锥体状， 但在期间T2中，晶片201附近的电场方向反向，一旦沉积的布线材料离开 晶片201的表面(正确地放电的布线材料的沉积层的表面)并再度附着到晶片 201表面上并在那一刻矫正，因此布线材料大致平行于晶片201表面地顺次 沉积成层状。其结果，得到更致密的布线材料层205。
因为使用具有4个坩埚42a～42d的多点坩埚40作为蒸发材料供给装置 16，因此，和具备1个坩埚的情况相比，可将4倍的蒸发材料积累在真空室 2内，因此，可连续24小时以上进行成膜。之所以要求所谓的24小时以上， 是因为要回避在夜间使半导体布线形成装置1停止的需要。
实施例1
图5示出了根据本实施例的半导体布线形成方法向晶片上的布线沟填 充布线材料状态的截面照片，图6是图5的截面照片的草图。
参照图5和图6，在本实施例中，在由硅构成的晶片60上形成由二氧 化硅构成的绝缘层61。在绝缘层61中形成布线沟62。从而省略阻挡层。布 线沟62的深度为1μm、宽度为0.35μm。在具有这种布线沟62的晶片60 上，用上述半导体布线形成装置1形成布线材料为铜的薄膜。这时，真空室 2的真空度(气压)为10-3Pa。其结果，如图5和图6所示，形成由铜构成的薄 膜63，以便覆盖形成晶片60的布线沟62的绝缘层61的表面。这种情况下， 在布线沟62中填充几乎100％铜(薄膜63)。看不到在填充到布线沟62中的 铜中存在点等缺陷。以前，通过干处理，在深度为1μm、宽度为0.35μm 的布线沟中完全填充铜是不可能的。
实施例2
图7是抛光根据本实施例的半导体布线形成方法在晶片上形成的薄膜 表面的状态的截面照片。
参考图7，在本实施例中，根据上述半导体布线形成方法，在具有布线 沟62的晶片上形成由铜构成的薄膜(以下成为铜膜)63，通过用于CMP的机 械抛光装置抛光原来的铜膜(未实施热硬化处理的铜膜)63的表面。其结果， 如图7所示，通过抛光在铜膜63的表面上干净地形成平坦部63a。与通过对 其进行湿式镀的铜膜相比，因为通过湿式镀的铜膜柔软，因此在不对其实施 硬化处理的进行机械抛光时，由于铜膜表面的凸部陷成凹部，表面破裂，不 能干净地实现平坦化。于是，通过热硬化处理和回流对铜膜实施表面平滑化 处理后，进行机械抛光。这样，根据本实施例，可省略该热硬化处理即表面 平滑化处理。
根据以上结果，根据本实施例形态的半导体布线形成装置及方法尤其适 合于形成半导体器件的铜布线。
下面，说明本实施形态的变形例。
图8模式地示出了本实施形态的蒸发源及蒸发材料供给装置的第一变 形例构成的立体图。
如图8所示，在本变形例中，配备作为通常的1个坩埚42和蒸发材料 供给装置16的自动送线装置58来代替上述构成例的多点坩埚40。自动送线 装置58的构成是：设置在真空室内，由布线材料构成的线57卷到线轴53 上，卷好的线57通过传送辊55经送料器54从线轴53引出，引出的线57 通过导管56从其前端供给到坩埚42中。另外，传送辊的驱动电动机(未图 示)连接到图1的控制器20上。在这种结构的变形例中，从自动送线装置58 提供到坩埚42中的线57状的布线材料通过来自电子束发生器43的电子束 44蒸发。另外，蒸发材料作为线蓄备在真空室内的自动送线装置58中，因 此，可连续24小时以上供给蒸发材料。
图9模式地示出了本实施形态的蒸发源及蒸发材料供给装置的第2变形 例的结构的立体图。
如图9所示，在本变形例中，与第一变形例的区别点在于：配备小球自 动供给装置70作为蒸发材料供给装置16来代替自动送线装置58，其他与第 一变形例相同。小球自动供给装置70的结构是：将由布线材料构成的小球 73储藏在漏斗71中，储藏的小球73通过导槽72供给到坩埚42中。此外， 驱动漏斗71的小球投下用闸门的电动机(未图示)连接到图1的控制器20上。 根据这种结构，蒸发材料作为小球蓄备在真空室内的小球自动供给装置70 中，因此，可连续24小时以上连续供给蒸发材料。
图10模式地示出了本实施形态的蒸发源及蒸发材料供给装置的第三变 形例的结构的透视图。
如图10所示，在本变形例中，和第一变形例的不同点在于：配备电阻 加热装置75作为蒸发源4来代替电子束发生器43，其他与第一变形例相同。 电阻加热装置75的结构是在一对电极76、77的前端之间架设收容蒸发材料 的舱78。一对电极76、77连接到图1的蒸发电源15上。在如此构成的本变 形例中，通过经一对电极76、77流入舱78中的电流，使供给该舱78中的 线57状的布线材料加热并蒸发。根据这种结构，和第一变形例同样，可连 续24小时以上供给蒸发材料。
图11模式地示出了本实施形态的蒸发源及蒸发材料供给装置的第四变 形例的结构的透视图。
如图11所示，在本变形例中，和第三变形例的不同点在于：配备小球 自动供给装置70作为蒸发材料供给装置16来代替自动送线装置58，其他和 第三变形例相同。根据这种结构，和第三变形例同样，可连续24小时以上 供给蒸发材料。
图12模式地示出了本实施形态的蒸发源及蒸发材料供给装置的第五变 形例的结构的截面图。
图12中，在本变形例中，分别配备电弧蒸发源80及阴极传送机构401 作为蒸发源4及蒸发材料供给装置16。
电弧蒸发源具有：配设在形成在真空室2的壁部2a上的凹部2b中的圆 筒状的阳极83、和插过形成在位于真空室2的壁部2b的该凹部2b部分中的 贯通孔86的圆柱状的阴极82。阳极83封闭前端面83b并在前端部的周面 83a中形成多个贯通孔83c，由钨等耐热性的导电材料构成。阴极82由布线 材料构成，配置成前端部位于阳极83内且和阳极83共用中心轴89。阴极 82构成为：将其基端保持在阴极传送机构(在图12中示出了其一部分)401中， 并使该阴极传送机构401进退。而且，在真空室2的贯通孔86的内周面上 配设圆环等单元部件87，由此，阴极82可相对于该贯通孔86气密性地滑动。 阳极83和阴极82分别连接作为蒸发电源的直流电弧电源15的正极端子和 负极端子。阴极传送机构401的驱动电动机(未图示)连接到图1的控制器20 上。
在这种构成的本变形例中，通过直流电弧电源15施加的电弧电压在阳 极83与阴极82之间发生电弧放电，由此，构成阴极82的布线材料蒸发， 从阳极83的贯通孔83c流到其外部83c。阴极82根据蒸发引起的消耗，通 过阴极传送机构401前进。从而，通过充分拉长阴极82的长度，可连续24 小时以上供给蒸发材料。
与此同样，可用配备自公转的多个舱的电阻加热装置来代替自公转的多 点坩埚40作为蒸发源4及蒸发材料供给装置16。也可使用公知的DC溅射 方式。由此，可连续24小时以上供给蒸发材料。
图13示出了本实施形态的蒸发源及蒸发材料供给装置的第六变形例的 结构模式图。
如图13所示，在本变形例中，在配设在真空室2内的旋转台503上装 载由蒸发材料构成的板状目标502。在真空室2的壁部2a上形成的凹部2c 中配设离子枪501，离子枪501通过控制器20的控制向板状目标502照射正 的离子束504来构成。通过离子束504的照射，从板状目标502蒸发蒸发材 料。在本变形例中，板状目标502和离子枪501构成图1的蒸发源4和蒸发 材料供给装置16，通过使板状目标502充分大，可连续24小时以上供给蒸 发材料。
图14模式地示出了本实施形态的蒸发源及蒸发材料供给装置的第七变 形例的结构的透视图。
如图14所示，本变形例在第二变形例的小球自动供给装置70中设置蒸 发材料定量供给装置79来代替漏斗。具有和一般的部件送料器同样的结构， 收容由布线材料构成的小球73作为供给对象物来代替一般的部件。作为一 般的部件送料器的结构是公知的，因此，这里不详细说明蒸发材料定量供给 装置79的结构。蒸发材料定量供给装置79以下述方式构成：通过内置收容 的小球的振动起振并导出到供给口，通过控制器20控制振动的动作时间和 强度，由此可控制小球的供给量。由此，除可连续24小时以上供给蒸发材 料以外，可定量供给蒸发材料。其结果，通过离子镀形成在晶片上的薄膜的 膜厚基本上由蒸发材料的供给量决定，因此能可靠控制薄膜的膜厚。
实施形态2
图15模式地示出了根据本发明实施形态2的半导体器件制造装置的结 构的平面图。
如图15所示，半导体器件制造装置具有真空室92和与该真空室92相 邻设置的清洁室91。在通过夹着清洁室91而和真空室92相对的空间中，沿 清洁室91在X方向上顺序形成测具器94、对准器96以及第二测具器95， 收容晶片的盒子93顺序通过它们。
在清洁室91中在X方向上配设轨道90，清洁机械手97在轨道90上移 动。另一方面，在真空室92中设置搬运槽99，负载锁定槽98、阻挡槽102、 铜成膜槽101和卸载槽103通过闸门104分别和搬运槽99连接。这些槽98、 99、101、102、103的内部保持规定的真空度。负载锁定槽98和卸载槽103 通过闸门104分别和清洁室91连接。负载锁定槽98载X方向上比卸载槽 103配置在更上游侧。铜成膜槽101由实施形态1的半导体布线形成装置1 构成，在搬运槽99中配设真空机械手100。
接着，用图15和图17说明如上构成的半导体器件制造装置的动作(半 导体器件制造方法)。图17示出了半导体器件的布线形成方法的不同工序的 截面图。以下的动作通过未完全图示的控制器控制而自动进行。
参照图15和图17，盒子93在本工序中收容加工前的晶片201，在X 方向上从上游侧移动出来。在加工前的晶片201上，如图17(a)所示形成二 氧化硅构成的绝缘层202，在绝缘层202的表面中形成高长宽比的布线沟 203。盒子93达到第一测具器94并由此停止。这时，清洁机械手97在轨道 90上移动直至盒子93前，在那里取出加工前的晶片201，此后移动至负载 锁定槽98的前面。这时，向负载锁定槽98的闸门104打开，清洁机械手97 将加工前的晶片201置于负载锁定槽98中。另一方面，盒子93向盒子93 移动并在那里备齐后，向第二测具器95移动，在那里等待。
接着，闸门104关闭，负载锁定槽98被排气成规定的真空度。接着， 开闭与搬运槽99之间的闸门104，在其间通过真空机械手100从负载锁定槽 98中取出加工前的晶片201。接着，开闭和阻挡槽102之间的闸门104，在 其间通过真空机械手100将加工前的晶片201置于阻挡槽102中。
接着，在阻挡槽102中在晶片201的绝缘层202上形成阻挡层204。阻 挡层204由TaN、TiN构成，离子镀通过溅射等形成。
接着，和以上一样顺序开闭和搬运槽99和阻挡槽102和铜成膜槽101 之间的闸门104，在其间通过真空机械手100从阻挡槽102中取出形成阻挡 层204的晶片201，之后，置于铜成膜槽101中。
接着，在铜成膜槽101中，和实施形态1一样，如图17(c)所示，在阻 挡层204上形成由铜构成的布线材料层205。
接着，和以上一样顺序开闭和搬运槽99和阻挡槽102及铜成膜槽101 之间的闸门104，在其间通过真空机械手100从铜成膜槽101中取出形成布 线材料层205的晶片201，此后，置于卸载槽103中。
接着，卸载槽103中回到大气压之后，开闭和清洁室之间的闸门104， 在其间通过清洁机械手97从卸载槽103中取出形成布线材料层205的晶片 201，之后，在第二测具器95处等待，被收纳到盒子93中。接着，盒子93 移动到下一个工序。在那里，形成布线材料层205的晶片201通过CMP抛 光表面，如图17(d)所示，将由铜构成的布线205埋入绝缘层202的高长宽 比的布线沟203中。此时，布线205实施CMP后十分硬，因此，可省略其 热硬化处理及表面平滑化处理。
如上所述，根据本实施形态，可适合制造具有埋入高长宽比的布线沟中 的铜配线的半导体器件。
接着，说明本实施形态的变形例。图16模式地示出了本实施形态的变 形例的结构的平面图。
参照图16和17，在本变形例中，通过闸门104将腐蚀槽105和热处理 槽106分别连接于搬运槽99。热处理槽106由可导入氮气(N2)或氩气(Ar)的 回流槽或退火槽构成，通过再熔融或退火在铜成膜槽101中形成的铜构成的 布线材料层205来消除或缓和其残留应力。从而，该热处理与通过湿式镀对 铜布线进行的热硬化处理和表面平滑化处理是不同的。腐蚀槽105由可导入 氯气(Cl2)的腐蚀槽构成，除去附着到形成在阻挡层204上的布线材料层205 中的布线沟203入口部的物质。在由此构成的本变形例中，真空机械手100 在铜成膜槽101和腐蚀槽105之间多次来回运送形成布线材料层205的晶片 201后，通过热处理槽106，之后，置于卸载槽103中。由此，在布线材料 层205容易附着到布线沟203的入口部上时，通过腐蚀槽105除去它，通过 铜成膜槽101可形成布线材料层205，因此，即使在这种情况下，也可以高 比例将布线材料层205填充到高长宽比的布线沟中。形成在晶片上的布线材 料层205通过热处理槽106中的热处理，使其内部应力降低，因此，可靠性 提高。
在本变形例中，虽然设置腐蚀槽105，但把它省略了，在铜成膜槽101 中，在存在氩气的情况下进行逆溅射，由此可除去附着到布线沟203的入口 部上的布线材料层205。根据这种结构，可在同一个槽101内形成布线材料 层205和除去其特定部分，因此，简化了半导体器件制造装置的结构。
实施形态3
图18是根据本发明实施形态3的半导体布线形成方法在晶片上形成的 晶种膜的敷层的截面照片，图19是图18的草图。
在本实施形态中，用实施形态1的半导体布线形成装置，将阻挡层和铜 构成的晶种膜层叠在晶片上，之后，用通常的湿式镀在晶种膜上形成铜布线。
参照图1，在本实施形态中，用半导体布线形成装置1形成阻挡槽和晶 种膜时，等离子体301的云的位置是包含晶片201的表面，因此，蒸发材料 在晶片表面上的跟踪性好。从而，如图18和图19所示，由此形成的阻挡槽 和晶种膜206的分级敷层(布线沟203的侧面敷层和底部敷层)好。其结果， 使其后通过湿式镀形成的铜布线的分级敷层好，且降低了铜布线中的空白点 的发生。在图18中没有拍照阻挡层，因此，在图19中也省略。
在本实施形态中，通过实施形态1的半导体布线形成装置1形成的阻挡 层和晶种膜206由于实施形态1所述的理由因致密而硬，因此，晶种膜206 的铜难以扩散到阻挡层，同时，因为提高了阻挡层的铜扩散阻止性能，所以 两者效果互相结合，阻挡层的厚度可比现有的薄。例如，通常，阻挡层的厚 度是300～500埃，但本实施形态中，用TaN作为材料，因此阻挡层的厚度未 150～200埃就足够了。阻挡层和晶种膜合起来的厚度为1500～2000埃。这样， 根据本实施形态，阻挡层的厚度被减小，可降低布线电阻。
实施形态4
图20是根据本发明实施形态4的半导体布线形成装置的结构的模式图。 图20中，和图1相同或相应的部分用相同的符号表示。
如图20所示，在本实施形态中，在图1的结构中，在真空室2的壁部 2a的凹部2d中配设作为能量束照射装置的离子枪601，该离子枪601构成 为通过控制器20的控制将正离子束(能量束)602朝向保持在基材支架3上的 晶片201照射。通过离子束602的照射，沉积在晶片201上的布线材料的能 量高，使这些分子无间隙地排列。由此，布线材料层更加致密。
作为能量束照射装置，用照射作为能量束的激光的激光器来代替离子 枪。作为这种激光器，可用受激准分子激光器、YAG高谐波激光器、短波 长激光器等。
在上述实施形态1、4中，为了将偏置电压叠加到高频电压上而使用偏 置电源装置11，但也可省略。在这种情况下，由于高频电压的自偏压电场引 起的加速效果，受激励的原子状的布线材料的直线传播性变好，并且，在晶 片上形成的布线材料层的致密性提高。
实施形态1中，膜厚监视器19可构成为检测在晶片201上形成的布线 材料层的电阻或介电率。
在实施形态1中，可向真空室2内提供含OH基的气体来代替氢气。