成膜方法及びターゲット
【課題】スパッタリング法を用いて形成されるタングステン膜の比抵抗を低下させることができる成膜方法及びこの成膜方法の実施に用いられるタングステンターゲットを提供する。
【解決手段】
タングステンを含有するターゲットＴを希ガスによりスパッタしてタングステン膜を基板Ｓに形成する成膜方法において、ターゲットＴとしてニッケルを含有するものを用いることで、成膜されたタングステン膜はニッケル酸化物を含有する。また、成膜されたタングステン膜におけるニッケルの濃度が、０．００１質量％以上且つ１質量％以下となるようにする。
【解決手段】
タングステンを含有するターゲットＴを希ガスによりスパッタしてタングステン膜を基板Ｓに形成する成膜方法において、ターゲットＴとしてニッケルを含有するものを用いることで、成膜されたタングステン膜はニッケル酸化物を含有する。また、成膜されたタングステン膜におけるニッケルの濃度が、０．００１質量％以上且つ１質量％以下となるようにする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、スパッタリング法を用いてタングステン膜を成膜する方法、及び、この成膜方法の実施に用いられるターゲットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えばＬＳＩ等の半導体装置の配線には、融点が高く熱的に安定であり、また化学的にも安定であるタングステン（Ｗ）がその形成材料として用いられている。これにより、該配線に要求される高い接続信頼性が担保されている。
【０００３】
上記タングステンからなる配線の形成に際してはまず、配線の形成対象である基板の表面を覆うかたちで、あるいは基板の有するコンタクトホールを埋め込むかたちでタングステン膜が形成される。次いで配線の形状に整合した形状からなるレジストがタングステン膜上に形成された後、そのレジストをマスクとしてタングステン膜がエッチングされ、配線が形成される。
【０００４】
上記タングステン膜の形成方法としては一般に、化学的気相成長法、いわゆるＣＶＤ法、若しくは物理的気相成長法、いわゆるＰＶＤ法のいずれかが用いられる。これらのうち、ＣＶＤ法としては、上記コンタクトホールの底面にのみタングステン膜を形成する選択ＣＶＤ法や、コンタクトホールの開口部周縁を含んでその底面や側面にタングステン膜を形成するブランケットＣＶＤ法が用いられる。他方、ＰＶＤ法としては通常、例えば特許文献１に記載のように、膜の構成材料であるタングステンからなるターゲットに、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、あるいはキセノン（Ｘｅ）等の希ガスの粒子を衝突させて、ターゲットから放出されたタングステン原子を上記基板面上、あるいは基板の有するコンタクトホールの底面等に堆積させてタングステン膜を形成するスパッタリング法が用いられる。
【０００５】
これら各種ＣＶＤ法及びスパッタリング法では、スパッタリング法を用いた方が、成膜の対象が大きな基板となった場合でもその成膜面に均一な膜を形成可能であり、タングステン膜の形成工程を経て製造される半導体装置の量産に有利であるという理由から、各種半導体装置の製造において多用されつつある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−４９２６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで近年では、上記半導体装置が搭載される物体の大きさなどの制約から、その構成要素である各種素子、電極、及び配線等のより高密度な集積化が進行している。これにより、配線の微細化によるその幅の減少や、多数集積された素子同士を電気的に接続するための配線長の増大が必要となっている。このような制約は、配線の比抵抗を増大させるとともに、その配線によって伝達される電気信号の伝達速度も低下させてしまう。こうした傾向は、高密度に集積化された半導体装置であるほど顕著である。そこで、配線の比抵抗が増大することを抑制するために、上記スパッタリング法により形成されるタングステン膜の比抵抗の更なる低下が望まれている。
【０００８】
一方、スパッタリング法を用いてタングステン膜を形成する際には、タングステン膜が
形成される際の基板の温度が高くなるほど、また、タングステン膜の成長を阻害する不純物濃度が低くなるほど、タングステン膜を構成する結晶粒の粒径が大きくなる。ここで、スパッタリング法により形成されるタングステン膜においては、タングステン膜を構成するこうした結晶粒の粒径が大きくなるほど、そのタングステン膜の比抵抗が一般に低くなる。そのためスパッタリング法を用いてタングステン膜を形成する際には通常、比抵抗を更に低下させるべく、基板の温度を高くするための基板加熱と、上記不純物濃度を低くするためのタングステンターゲットの高純度化とが図られている。このうちタングステンの純度としては例えば、スパッタリング法に用いられるタングステンターゲットとして、それを構成するタングステンの純度が例えば９９．９９９％、あるいはそれ以上となるような高純度のものが用いられている。
【０００９】
しかしながら、通常、タングステンターゲットの内部にはターゲットの製造過程にて除去できない微量の酸素（Ｏ）が含まれ、またスパッタを実施する雰囲気にも同雰囲気中から排気できない微量の酸素が含まれる。このような酸素が存在する状態下でタングステンターゲットをスパッタすると、ターゲットが含有する酸素、あるいはスパッタ雰囲気中の酸素によってターゲットから放出されたタングステンの一部が酸化されてしまう。その結果、タングステン膜を構成する構成元素においてタングステンの純度が高くなるとはいえ、酸素とタングステンとが結合した三酸化タングステン（ＷＯ３）が基板上に堆積されてしまう。そのため、タングステンの結晶粒成長が阻害され、タングステン膜の比抵抗を１０μΩ以下というような、近年の集積化に対応できる値にすることができない。
【００１０】
この発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、スパッタリング法を用いて形成されるタングステン膜の比抵抗を低下させることができる成膜方法及びこの成膜方法の実施に用いられるタングステンターゲットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、タングステンを含有するターゲットを希ガスによりスパッタしてタングステン膜を基板に形成する成膜方法において、前記ターゲットはニッケルを含有するものであり、前記タングステン膜におけるニッケルの濃度が、０．００１質量％以上且つ１質量％以下となるようにすることをその要旨とする。
【００１２】
上記構成では、タングステンターゲットをスパッタするいわゆるスパッタリング法によりタングステン膜を形成するに際し、タングステンとニッケルとを含むターゲットを用いて、含有するニッケルの濃度が０．００１質量％以上且つ１質量％以下であるタングステン膜を形成するようにしている。なお、タングステンを主成分とするターゲットをスパッタして基板にタングステン膜を形成する際には、ターゲットが含有する酸素（Ｏ）、あるいはスパッタを実施する雰囲気中に存在する酸素により、ターゲットから放出されたタングステン原子が酸化されることが多い。これにより、上記基板の表面にはタングステンのみからなるタングステン膜が形成されることはもとより、酸素とタングステンとが結合した三酸化タングステン（ＷＯ３）も析出することになる。
【００１３】
ここで、本願発明者らは、こうした三酸化タングステンの析出が、基板の成膜面におけるタングステン原子の表面拡散を阻害し、タングステン膜を構成するタングステンの結晶粒の粒径を小さくさせることで、タングステンそのものの密度を低下させてしまい、ひいては、その比抵抗を増大させているとの考察から、三酸化タングステンの生成量、あるいはスパッタされたタングステンと反応する酸素の低減を試みた。
【００１４】
その過程において、以下のような方法を用いることによって、より低い比抵抗を有するタングステン膜が形成可能であることを見出した。すなわち、同一の温度条件下において
タングステンよりも酸化されやすい元素の１つであるニッケルをタングステンが主成分となるターゲットに添加する。そしてタングステン膜に含有されるニッケル濃度が０．００１質量％以上且つ１質量％以下となるように、該ターゲットをスパッタする。これによって、ニッケルが添加されてないターゲットを用いて形成したタングステン膜と比較して、より低い比抵抗を有するタングステン膜が形成可能であることを見出した。これは、ターゲットの形成時に混入し、スパッタにより該ターゲットから放出された酸素や、スパッタ雰囲気中に含まれる酸素そのものがニッケルと結合するためと考えられる。あるいは、これら酸素によるタングステンの酸化物である三酸化タングステンがニッケルにより還元され、それによって上記基板の成膜面上に析出する三酸化タングステンの生成量が低減されるためと考えられる。そしてニッケルが添加されたタングステンターゲットを用いて、ニッケルの濃度が０．００１質量％以上且つ１質量％以下のタングステン膜が形成されるときのスパッタ雰囲気であれば、そこに含まれるニッケル原子の数量によって、上記のような作用、つまり酸素とニッケルの結合や三酸化タングステンの還元が可能となる。
【００１５】
なお、上記比抵抗の低下とともに、形成されたタングステン膜の密度の増大、すなわち結晶粒の粒径の拡大も確認されている。このことから、こうして三酸化タングステンの生成量が低減されることで、上記基板の成膜面におけるタングステン結晶粒の粒成長が促進されて、タングステン結晶粒の粒径が拡大することにより、タングステン膜の比抵抗が低下するものと考えられる。
【００１６】
ちなみに、形成されたタングステン膜に含まれるニッケルの濃度が０．００１質量％未満の場合、またニッケルの濃度が１質量％より大きくなる場合には、上述するようなタングステン膜の比抵抗の低下が認められない。ニッケルの濃度が０．００１質量％未満の場合には、スパッタによりターゲットから放出されたニッケルと上記酸素との反応機会が少なく、該ニッケルによる酸素の還元作用が十分でないために、三酸化タングステンの生成反応とそれの堆積とが進行してしまい、タングステン膜の比抵抗が低下しないと考えられる。他方、ニッケルの濃度が１質量％より大きくなると、タングステン膜に含まれるニッケルの量が過剰となり、この過剰なニッケルが却って基板の成膜面におけるタングステン原子の表面拡散を阻害するため、比抵抗の増大を招くことになると考えられる。
【００１７】
そこで、上記成膜方法のように、タングステンが主成分となるターゲットにニッケルを添加させ、これをスパッタして形成されるタングステン膜のニッケルの濃度が、酸化されたニッケルも含んで０．００１質量％以上且つ１質量％以下となるようにすれば、スパッタ時に存在する酸素そのもの、及びこれにより酸化されたタングステンの少なくとも一方が該ニッケルにより還元される。すなわち、ニッケルと上記酸素とを反応させることで、基板表面に析出する三酸化タングステンの量が低減され、タングステン膜の密度低下を抑制し、ひいては、その比抵抗を低下させることができる。
【００１８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の成膜方法において、前記ターゲットとして、主成分である前記タングステンと添加物である前記ニッケルとを含有するターゲットを用いることをその要旨とする。
【００１９】
上記方法によれば、タングステン膜の構成材料であるタングステンを主成分として、酸素と反応するニッケルを添加物として含有するターゲットを用いることにより、単一のターゲットのスパッタのみで、基板の成膜面におけるタングステン原子の表面拡散を阻害する酸化タングステンを低減させつつ、タングステン膜を形成することができ、当該成膜処理を簡素化することができる。
【００２０】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の成膜方法において、前記ターゲットとして、主成分である前記タングステンと添加物である前記ニッケルとを含有するターゲットと
、前記タングステン及び前記ニッケルのいずれか一方からなるターゲットとの２つのターゲットを用い、前記タングステン膜の形成に際しては、これら２つのターゲットを同時にスパッタすることをその要旨とする。
【００２１】
上記方法によれば、タングステン膜の構成材料であるタングステンを主成分として、また、酸素を還元するニッケルを添加物として含有するターゲットと、これらタングステン及びニッケルのいずれか一方からなるターゲットとの２つのターゲットを用いるため、これらターゲットのそれぞれに対するスパッタ条件を制御することにより、スパッタ雰囲気中の上記タングステンとニッケルの存在割合、ひいては形成されるタングステン膜中に含まれるニッケルの濃度を制御することが可能である。すなわち、タングステンターゲット中に含有される酸素量や、スパッタ雰囲気中に含まれる酸素量に上記２つのターゲットそれぞれのスパッタ量を対応付けることで、三酸化タングステンの生成量がより低減されるとともに、ニッケルの含有濃度も適切なタングステン膜を形成することが可能となる。
【００２２】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の成膜方法に用いられる主成分である前記タングステンと添加物である前記ニッケルとを含有するターゲットであって、当該ターゲットは、前記ニッケルを０．００１質量％以上且つ１質量％以下の濃度で含有してなることをその要旨とする。
【００２３】
上記構成によれば、ニッケルの濃度が０．００１質量％以上且つ１質量％以下であるタングステン膜をスパッタにより形成するに際し、主成分としてタングステンを含有するとともに、添加物としてニッケルを含有するターゲットにおけるニッケルの濃度を、上記タングステン膜と同一の０．００１質量％以上且つ１質量％以下としていることから、上記タングステン膜の形成を容易とすることができる。つまり、上記組成のタングステン膜を形成するためのスパッタ雰囲気の形成、正確には、該スパッタ雰囲気中のタングステンの濃度とニッケルの濃度とをより容易に適切なものとすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る成膜方法が実施されるマグネトロン式スパッタ装置の断面構造を示す断面図。
【図２】タングステン膜に含有されるニッケルの質量％濃度と該タングステン膜の比抵抗との関係を示すグラフ。
【図３】（ａ）本実施の形態に係る成膜方法にて形成されたタングステン膜の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による拡大像を撮影した画像（ｂ）比較例のタングステン膜の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による拡大像を撮影した画像。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る成膜方法が実施されるマグネトロン式スパッタ装置の断面構造を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
［第１の実施の形態］
以下に、本発明に係る成膜方法をマグネトロン式スパッタ装置にて実施されるスパッタリング処理に適用した第１の実施の形態について図１〜図３を参照して説明する。
【００２６】
図１は、本実施の形態のスパッタリング処理が実施されるマグネトロン式スパッタ装置の断面構造を示している。同図１に示されるように、マグネトロン式スパッタ装置１０は、筐体となるチャンバ本体１１を有しており、該チャンバ本体１１の内部には、当該マグネトロン式スパッタ装置１０におけるスパッタリング処理の対象物が収容されるスパッタ室１１ａが形成されている。このチャンバ本体１１は、これに接続された供給配管ＩＬを介してスパッタ室１１ａと連通するガス供給部２０を有している。このガス供給部２０は、スパッタガスとしてのアルゴン（Ａｒ）ガスを所定の流量に調整して上記スパッタ室１
１ａに供給する。また、同チャンバ本体１１は、これに接続された排気配管ＯＬを介してターボ分子ポンプやドライポンプなどからなる排気部２１を有してもいる。この排気部２１は、スパッタ室１１ａにガス供給部２０から供給されるアルゴンを排気することによって、該スパッタ室１１ａ内の圧力を１０−３Ｐａにまで減圧することができる。
【００２７】
上記スパッタ室１１ａには、当該マグネトロン式スパッタ装置１０におけるスパッタ処理の対象物である例えばシリコンからなる基板Ｓが載置され、これをスパッタ室１１ａ内の所定の位置に固定するステージ１２が配設されている。該ステージ１２には加熱機構（図示略）が設けられており、スパッタリング処理時にはこの加熱機構によって、ステージ１２に載置された基板Ｓの温度が２００〜５５０℃に維持される。また、スパッタ室１１ａの内壁には、略円筒状に形成されてステージ１２の上方を囲うように防着板１３が配設されており、スパッタ室１１ａにおけるスパッタリング処理の実施時には該防着板１３によって、スパッタ室１１ａの内壁へのスパッタ粒子の付着が抑制される。
【００２８】
他方、ステージ１２の直上には、円盤状に形成されたタングステン（Ｗ）を主成分とするターゲットＴが配設されるとともに、該ターゲットＴの上側には、ターゲット電極３０が配設されている。このターゲット電極３０は、これと接合されたターゲットＴを上記基板Ｓに対向させ、これらターゲットＴと基板Ｓとの間を所定の距離、例えば１００ｍｍ以下に保持している。また、同ターゲット電極３０は、これに接続された外部電源ＦＧからの所定の直流電力をターゲットＴに供給する。なお、こうして外部電源ＦＧからターゲット電極３０に直流電力が供給されると、上記スパッタ室１１ａにプラズマが生成されるとともに、該ターゲット電極３０が、プラズマ空間に対して負電位を有するカソードとして機能することで、上記ターゲットＴに向けて上記スパッタガス由来の正イオンを飛行させ、これをスパッタさせる。
【００２９】
こうしたターゲット電極３０の上側に配設された磁気回路３１は、円盤状に形成されて、その中心がターゲットＴの中心と対向するように配置されたマグネットプレート３２を有しており、このマグネットプレート３２の下側には、外側磁石Ｍ１と内側磁石Ｍ２とが搭載されている。加えて、同マグネットプレート３２は、上記磁気回路３１に内設される回転モータＭの駆動軸に駆動連結されて、この回転モータＭの回転駆動に同期して、自身の中心を回転中心として回転運動する。なお、こうしたマグネットプレート３２に搭載された上記外側磁石Ｍ１と内側磁石Ｍ２とは、それぞれネオジウム−鉄−ボロン系の磁石であるとともに、上記マグネットプレート３２の回転軸に対して偏心したリング状に形成されて、外側磁石Ｍ１が内側磁石Ｍ２の周りを囲うように配設されている。また、外側磁石Ｍ１の下側、換言すればターゲットＴ側の磁極と内側磁石Ｍ２の下側、換言すればターゲットＴ側の磁極とは、ターゲットＴの表面から１０ｍｍ等の所定の距離だけ上方に離間する位置に配設されて、それぞれが逆極性を有している。すなわち、例えば外側磁石Ｍ１の下側の磁極がＳ極であるとき、内側磁石Ｍ２の下側の磁極はＮ極となる。
【００３０】
そのため、内側磁石Ｍ２の下側の磁極から出る磁力線は、ターゲットＴを介して上記スパッタ室１１ａ内に入った後、該ターゲットＴの表面近傍で湾曲して上記外側磁石Ｍ１の下側の磁極に入ることになる。すなわち、上記外側磁石Ｍ１と内側磁石Ｍ２とは、ターゲットＴの表面に漏洩磁場を形成し、該ターゲットＴの面方向に沿う磁場である水平磁場をターゲットＴの表面に形成する。こうして外側磁石Ｍ１と内側磁石Ｍ２とにより形成される水平磁場は、上記回転モータＭの回転時には、ターゲットＴの表面の全体にわたり走査されるものであり、且つ上記ターゲット電極によるスパッタ室内にプラズマの生成時には、ターゲットＴの表面近傍にプラズマを捕捉させてプラズマ密度を増加させるものである。
【００３１】
こうしたマグネトロン式スパッタ装置１０にてスパッタリング処理が実施される際にはまず、スパッタリング処理の対象となる基板Ｓがスパッタ室１１ａに搬入される。次いで
、このスパッタ室１１ａにガス供給部３２から所定の流量のスパッタガス、例えばアルゴンガスが供給された後、上記排気部２１によりスパッタ室１１ａが０．１〜２Ｐａに減圧される。そして、上記磁気回路３１に設けられた回転モータＭが駆動され、マグネットプレート３２に搭載された外側磁石Ｍ１と内側磁石Ｍ２との協働によって、ターゲットＴの表面に水平磁場が形成される。その後、上記外部電源ＦＧにより上記ターゲット電極３０に所定の電力が印加されることで、高密度のプラズマによりターゲットＴがスパッタされる。こうしたターゲットＴのスパッタにより生じたタングステン粒子は、上記基板Ｓの表面、すなわち基板ＳにおけるターゲットＴと対向する側の面に入射し、ひいては基板Ｓの表面にタングステン膜が例えば５０ｎｍの厚さで形成されることになる。
【００３２】
上述のようなスパッタリング処理により処理対象物、主に基板の表面に配線材料としてのタングステン膜を形成する際には通常、極めて高純度な、例えば質量％濃度にして９９．９９質量％、あるいは９９．９９９質量％が主成分であるタングステン（Ｗ）からなるターゲットを用い、これをスパッタしてタングステン膜を形成する。ちなみに、こうした高純度なタングステンターゲットには、不純物である鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、ウラン（Ｕ）、及びトリウム（Ｔｈ）等の金属が、総量として０．００１質量％から０．０１質量％程度含まれている。
【００３３】
また、上記高純度タングステンターゲットは、これら金属元素だけでなく酸素をも含んでいる。これは、該タングステンターゲットが、粒子状のタングステンを焼結して製造されるものであることから、タングステン粒子に吸着された環境中の酸素が、これら粒子を焼結してターゲットを形成した後もその内部に残存するためである。
【００３４】
このように不純物を含有するタングステンターゲットをアルゴンガス等によってスパッタした場合、ターゲット中のタングステンがスパッタ雰囲気中に放出されることはもとより、上記不純物である各種金属や酸素もスパッタされてスパッタ雰囲気中に放出されることになる。こうしてスパッタされたタングステンのうち、その多くは単体のタングステンとして基板の表面に付着してタングステン膜を形成する。一方、スパッタにより生成されたタングステンの中には、基板の表面に付着する以前に、同じくスパッタされた酸素と反応して三酸化タングステン（ＷＯ３）を形成するものも少なからず存在する。なお、このようにタングステンと反応する酸素としては、上記不純物としてターゲットが含有する酸素に限らず、ターゲットと基板との間に存在する酸素、換言すれば気相としてスパッタ雰囲気中に含まれる酸素も挙げられる。
【００３５】
本願発明者らは、こうして三酸化タングステンが基板上に析出すると、この析出した三酸化タングステンにより基板の成膜面におけるタングステン原子の表面拡散が阻害され、タングステン膜を構成するタングステンの密度の低下、ひいては、その比抵抗の増大を招くことを見出した。上述のように、高集積化されたデバイスにおいては、配線材料の比抵抗の増大が配線における信号伝達の遅延を招き、ひいてはデバイスとしての応答性の低下をも招くことになる。つまり、デバイスの応答性を担保し、また、デバイスにおける今後の更なる高集積化に対応するためには、タングステン膜を配線材料として用いる場合、その更なる低比抵抗化が必要となる。
【００３６】
ここで、スパッタリング処理に際してタングステンと共にスパッタされる不純物金属のうち、ニッケルはタングステンよりも酸化されやすい性質を有する。そのため、該ニッケルは、ターゲットと基板との間のスパッタ雰囲気中に存在する酸素と反応して、ニッケル酸化物（ＮｉＯ）を形成するばかりでなく、酸化されたタングステン、すなわち上記三酸化タングステンとも反応してこれを還元する。こうしてニッケルによりスパッタ雰囲気中の酸素が捕捉される、あるいは一旦酸化されたタングステンが還元されて再び単体に戻る
ことにより、微量ながら基板上、あるいは基板に形成されたタングステン膜上に析出する三酸化タングステンが低減される。
【００３７】
また、上記不純物金属に含まれる他の金属がスパッタ雰囲気中にて酸素と衝突した場合には、これら金属も酸化物を形成し、これによっても三酸化タングステンの生成量が低減される。ただし、これら元素は、タングステンよりも酸化されにくい性質を有していることから、これら元素の酸化物が上記基板に付着する以前にタングステンと衝突した場合、タングステンの酸化反応が惹起され、これにより生成された三酸化タングステンが基板上、あるいは既に形成されたタングステン膜上に付着する可能性もある。また、上記高純度タングステンターゲットに含まれる不純物金属により、上記酸素の捕捉反応が惹起されつつタングステン膜の形成が進行するとはいえ、この不純物金属がターゲットに含有される濃度、換言すれば上記スパッタによりスパッタ雰囲気中に放出される量は極めて微量であって、ターゲットの形成時にタングステン粒子に吸着した酸素を捕捉するに足る程ではない。
【００３８】
そこで、本実施の形態においては、主成分としてのタングステンに、上記不純物として含まれる濃度以上の濃度となるようにニッケルを添加したタングステンとニッケルとの混合物からなるターゲットＴを用い、これをスパッタして生成されたタングステン膜中に、ニッケルが０．００１質量％以上且つ１質量％以下の濃度で含有されるようなスパッタ雰囲気中でタングステン膜の形成を行うようにしている。すなわち、混合物のターゲットＴをスパッタすることで、スパッタ雰囲気中に放出されたニッケルにより、ターゲットＴから放出された酸素とスパッタ雰囲気中に気相として含有される酸素、つまりはいずれにせよターゲットＴと基板Ｓとの間に存在する酸素を捕捉する、あるいは、こうした酸素により酸化されたタングステンを還元する。そして、こうした酸素を捕捉する反応やタングステンの還元反応により生成された酸化ニッケルも含んで、基板上に形成されたタングステン膜に含有されるニッケルの濃度が０．００１質量％以上且つ１質量％以下となるようにしている。結局のところ、上記濃度にてニッケルを含むタングステン膜を形成可能なスパッタ雰囲気中に含まれるニッケル原子の量であれば、上記酸素の捕捉や三酸化タングステンの還元により、形成されたタングステン膜の比抵抗を低下させることができるようになる。
【００３９】
図２は、本実施の形態に係るスパッタリング処理によって成膜されたタングステン膜に含有されるニッケルの質量％濃度と、該タングステン膜が有する比抵抗との関係を示している。同図２に示されるように、基板Ｓ上に形成されたタングステン膜に含有されるニッケルの濃度が０．００１質量％未満である場合には、該タングステン膜の比抵抗が単調に低下していることが認められた。これは、形成されたタングステン膜に含まれるニッケルの濃度が０．００１質量％未満となるスパッタ雰囲気を形成するようなスパッタリング処理の条件では、ターゲットＴと基板Ｓとの間のスパッタ雰囲気中に該ターゲットＴから放出されるニッケル原子の量が、こうしたスパッタ雰囲気中に存在して、且つタングステンの酸化に寄与し、ひいては形成されるタングステン膜の比抵抗を増大させる一因となる酸素の量に対して少ないためである。すなわち、タングステン膜に含有されるニッケルの濃度が増大されるように、上記スパッタ雰囲気中に放出されるニッケルの量を増加させることにより、タングステン膜の比抵抗の更なる低下が可能であることから、スパッタ雰囲気中に含まれるニッケルの量がより多くなるように、スパッタリング処理の条件を改善すべきニッケル濃度の範囲であると言える。
【００４０】
他方、タングステン膜に含有されるニッケルの濃度が１質量％より大きい場合には、上述したニッケルの濃度が０．００１質量％未満である場合とは逆に、タングステン膜の比抵抗が単調に増加していることが認められた。これは、タングステン膜中のニッケル濃度が１質量％よりも大きくなるようにしたことで、スパッタ雰囲気中にニッケルを含有させ
ることによる上記効果、すなわち、三酸化タングステンの生成量を低減することで、基板Ｓ表面でのタングステン原子の表面拡散を向上させる効果よりも、酸化ニッケル及び単体のニッケルによる上記基板Ｓ表面でのタングステン原子の表面拡散の阻害効果が大きくなり、これによりタングステンの密度が低下するためと考えられる。
【００４１】
これら濃度範囲、正確にはタングステン膜に含有されるニッケルの濃度が０．００１質量％未満の範囲である場合、及び１質量％よりも大きい範囲である場合と比較し、このニッケルの濃度が酸化ニッケルも含んで０．００１質量％以上且つ１質量％である場合には、タングステン膜の比抵抗にほとんど変化がないことが認められた。しかも、該比抵抗は、上記単調減少と単調増加との間に挟まれた極小値にて推移している。故に、タングステン膜の比抵抗を低下させるためには、形成されたタングステン膜に含有されるニッケルの濃度が０．００１質量％以上且つ１質量％以下となるスパッタ雰囲気を形成するようなスパッタリング処理の条件とすることが有効であると言える。これは、タングステン膜に含有されるニッケルの濃度が０．００１質量％以上且つ１質量％となるようなスパッタ雰囲気中に放出されているニッケルの量であれば、該ニッケルによる上述のような酸素の捕捉作用及びタングステンの還元作用により三酸化タングステンの生成量を低減と、こうして酸化されたニッケルや単体のニッケルによるタングステン原子の表面拡散の阻害とが平衡であり、結果としてタングステン膜の比抵抗が極小値となるためであると考えられる。
【００４２】
このように、上記タングステン膜のニッケルの濃度が酸化されたニッケルも含んで０．００１質量％以上且つ１質量％以下となるようにすることで、換言すれば、こうしたニッケル含有濃度のタングステン膜を形成可能なスパッタ雰囲気にて、上記マグネトロン式スパッタ装置におけるスパッタリング処理を実施することにより、スパッタ時に基板ＳとターゲットＴとの間に存在する酸素そのもの、及びこれにより酸化されたタングステン、つまり三酸化タングステンの少なくとも一方が該ニッケルにより還元されるようになる。すなわち、ニッケルと上記酸素とを反応させることで、基板Ｓ表面に析出する三酸化タングステンの量が低減することで、タングステン膜の密度低下を抑制し、ひいては、その比抵抗を低下させることが可能となる。
【００４３】
なお、こうしたニッケルの含有濃度が０．００１質量％以上且つ１質量％以下となるタングステン膜を形成可能なスパッタ雰囲気を上記スパッタ室１１ａに形成するためには、上記主成分であるタングステンと、添加物であるニッケルとの混合物からなるターゲットとして、上記形成されるタングステン膜のニッケル含有濃度と同一の濃度でニッケルが添加されたターゲット、すなわち、ニッケルの添加濃度が０．００１質量％以上且つ１質量％以下であるターゲットを用いるようにすればよい。
【００４４】
ここで、こうしたスパッタリング処理の効率の指標として、スパッタされたターゲットの形成材料の原子数を、ターゲットに入射した粒子数で除算したスパッタ率と呼ばれるパラメータが多用されている。こうしたスパッタ率は、ターゲットに入射する粒子の種類、同粒子が有するエネルギー、同粒子のターゲットに対する入射角度等、ターゲットに入射する粒子、換言すれば上記スパッタ室１１ａに供給されるスパッタガス由来のプラズマに依存するとともに、ターゲットを形成する材料にも依存する。
【００４５】
本実施の形態においては、上述のように、スパッタガスとしてアルゴンガスが用いられているとともに、ターゲットＴとしてタングステンとニッケルとの混合物が用いられている。つまり、上記スパッタ率を左右する要素に鑑みれば、ターゲットＴの形成材料としては異なる２つの元素が含まれているものの、タングステンに対して均一にニッケルが分布していると仮定すれば、全タングステン原子に対するアルゴンイオンのエネルギー及び入射角度の分布と、全ニッケル原子に対するアルゴンイオンのエネルギー及び入射角度の分布とで比較した場合、これらの分布はほぼ同じ傾向を有すると見なすことができる。故に
、上記ターゲットＴを用いたときのスパッタ率は、該ターゲットＴを構成する２つの材料のみに依存して決定されていると見なすことができる。また、本実施の形態のように、ターゲットＴが異なる２つの材料、すなわち主成分としてのタングステンと添加物としてのニッケルとから形成されているとはいえ、これら材料同士のスパッタ率がほぼ同一であれば、ターゲットＴの組成がそのまま、これをスパッタして形成されるタングステン膜に反映されることになる。しかしながら、これらタングステンとニッケルとの間のスパッタ率が異なる場合であっても、ターゲットＴの組成を、これのスパッタにより生成されるタングステン膜に所望する組成、すなわち本実施の形態では、タングステンに対するニッケルの含有濃度が０．００１質量％以上且つ１質量％以下とすることで、ニッケルの含有濃度がこうした範囲内となるタングステン膜を形成しやすくはなる。これにより、先の図２におけるタングステン膜に含有されるニッケルの濃度を、ターゲットに含有されるニッケルの濃度として、これをスパッタして形成されたタングステン膜の比抵抗を測定すると、同図２に示されるグラフと同様の傾向が得られる。
【００４６】
図３は、上述のスパッタリング処理により形成したタングステン膜の表面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で拡大の上、この拡大像を撮影したものである。図３（ａ）はニッケル含有濃度が０．０１質量％であるタングステン膜の表面を拡大して撮影した画像であり、図３（ｂ）はニッケル含有濃度が１．５質量％である比較例としてのタングステン膜の表面を拡大して撮影した画像である。なお、図３（ａ）及び図３（ｂ）の画像は、各タングステン膜において同一の面積を撮影したものである。
【００４７】
図３（ａ）に示されるように、ニッケルの含有濃度が０．０１質量％であるタングステン膜は、比較的大きく成長した結晶粒が互いに結合して構成されていることが分かる。つまり、タングステン膜の形成に際しては、上記三酸化タングステン、酸化ニッケル、あるいは単体のニッケルによって、基板Ｓの表面におけるタングステンの表面拡散が阻害されることが抑制されて、タングステンの結晶粒の成長阻害も抑制され、ひいてはタングステン密度の高い膜が形成されたと言える。なお、上記ニッケル含有濃度が０．００１質量％以上且つ１質量％以下の範囲に含まれるタングステン膜であれば概ねこの図３（ａ）に示されるような膜構造となる。
【００４８】
他方、図３（ｂ）に示されるように、ニッケルの含有濃度が上記０．００１質量％以上且つ１質量％以下の範囲に含まれないタングステン膜は、小さい結晶粒が互いに結合して構成され、先の図３（ａ）に示される画像よりも、単位面積あたりの結晶粒の数が多いことが分かる。つまり、タングステン膜の形成に際しては、上記酸化ニッケルあるいはニッケルによって、基板Ｓの表面におけるタングステンの表面拡散が阻害されることで、タングステンの結晶粒の成長も阻害され、ひいてはタングステン密度の低い膜が形成されたと言える。なお、上記ニッケル含有濃度が、０．００１質量％未満であって、１質量％より大きい範囲に含まれるタングステン膜であれば概ねこの図３（ｂ）に示されるような膜構造となる。また、同ニッケル含有濃度が、０．００１質量％よりも小さくなる程、あるいは、１質量％よりも大きくなる程、タングステン膜を構成する結晶粒の粒径は小さくなる傾向にある。これは、上記濃度からの距離が大きくなる程、基板Ｓの表面におけるタングステン元素の表面拡散の阻害度合いが大きくなるためと考えられる。
［実施例１］
以下、本発明に係る成膜方法について実施例に基づき具体的に説明する。
【００４９】
主成分としてのタングステンと添加物としてのニッケルとを含有し、該ニッケルの含有濃度が０．００１質量％であるターゲットを用い、以下の各条件にてスパッタリング処理を実施した。
（Ａ）
・アルゴンガス圧力 ０．１Ｐａ
・基板温度 ５５０℃
・印加電力 ４ｋＷ
・膜厚 １００ｎｍ
（Ｂ）
・アルゴンガス圧力 ０．５Ｐａ
・基板温度 ５００℃
・印加電力 ４ｋＷ
・膜厚 １００ｎｍ
（Ｃ）
・アルゴンガス圧力 １．０Ｐａ
・基板温度 ５５０℃
・印加電力 ４ｋＷ
・膜厚 １００ｎｍ
上記（Ａ）〜（Ｃ）のいずれの条件にてスパッタリング処理を実施しても、これにより形成されたタングステン膜が含有するニッケルの濃度は、０．００１質量％となった。また、その比抵抗を測定したところ、先の図２に示される値であった。
［実施例２］
主成分としてのタングステンと添加物としてのニッケルとを含有して且つ、該ニッケルの含有濃度が０．０１質量％であるターゲットを用い、以下の各条件にてスパッタリング処理を実施した。
（Ａ）
・アルゴンガス圧力 ０．１Ｐａ
・基板温度 ５５０℃
・印加電力 ４ｋＷ
・膜厚 １００ｎｍ
（Ｂ）
・アルゴンガス圧力 ０．５Ｐａ
・基板温度 ５５０℃
・印加電力 ４ｋＷ
・膜厚 １００ｎｍ
（Ｃ）
・アルゴンガス圧力 １．０Ｐａ
・基板温度 ５５０℃
・印加電力 ４ｋＷ
・膜厚 １００ｎｍ
上記（Ａ）〜（Ｃ）のいずれの条件にてスパッタリング処理を実施しても、これにより形成されたタングステン膜が含有するニッケルの濃度は、０．０１質量％となった。また、その比抵抗を測定したところ、先の図２に示される値であった。
【００５０】
以上説明したように、この第１の実施の形態によれば、以下に列挙する効果が得られるようになる。
（１）タングステンが主成分となるターゲットＴにニッケルを添加させ、これをスパッタして形成されるタングステン膜のニッケルの濃度が、酸化されたニッケルも含んで０．００１質量％以上且つ１質量％以下となるようにした。これにより、スパッタ時に基板ＳとターゲットＴとの間に存在する酸素そのもの、及びこれにより酸化されたタングステン、つまり三酸化タングステンの少なくとも一方が該ニッケルにより還元されるようになる。すなわち、ニッケルと上記酸素とを反応させることで、基板Ｓ表面に析出する三酸化タングステンの量が低減されるため、タングステン膜の密度低下を抑制し、ひいては、その比抵抗を低下させることが可能となる。
【００５１】
（２）タングステン膜の構成材料であるタングステンを主成分として、また、スパッタ雰囲気中に存在する酸素、及びタングステンとともに酸化物を構成する酸素等と反応するニッケルを添加物として含有する単一のターゲットＴを用いることにした。これにより、単一のターゲットＴをスパッタするのみで、基板Ｓの成膜面におけるタングステン原子の表面拡散を阻害する酸化タングステンを低減させつつ、タングステン膜を形成することができ、当該成膜処理を簡素化することができる。
【００５２】
（３）ニッケルの濃度が０．００１質量％以上且つ１質量％以下であるタングステン膜をスパッタにより形成するに際し、主成分としてタングステンを含有するとともに、添加物としてニッケルを含有するターゲットＴにおけるニッケルの濃度を、上記タングステン膜と同一の０．００１質量％以上且つ１質量％以下とした。これにより、上記タングステン膜の形成を容易とすることができる。つまり、上記組成のタングステン膜を形成するためのスパッタ雰囲気の形成、正確には、該スパッタ雰囲気中のタングステンの濃度とニッケルの濃度とをより容易に適切なものとすることが可能となる。
［第２の実施の形態］
以下に、本発明に係る成膜方法をマグネトロン式スパッタ装置にて実施されるスパッタリング処理に適用した第２の実施の形態について図４を参照して説明する。なお、同図４では、先の図１に示されるマグネトロン式スパッタ装置１０が備える各種部材等と対応するものには同一の符号を付している。また、以下には、この図４を用いて上記第１の実施の形態から変更した点を特に記載する。
【００５３】
図４は、本実施の形態のスパッタリング処理が実施されるマグネトロン式スパッタ装置の断面構造を示している。同図４に示されるように、マグネトロン式スパッタ装置１０は、先の図１に示されるマグネトロン式スパッタ装置１０と同様、筐体となるチャンバ本体１１を有し、その内部にはスパッタ室１１ａが形成されている。またチャンバ本体１１は、これに接続される供給配管ＩＬを介してガス供給部２０に連結されるとともに、排気配管ＯＬを介して排気部２１に連結されている。
【００５４】
他方、スパッタ室１１ａには、これに搬入された基板Ｓをスパッタ室１１ａの所定の位置に固定するステージ１２が設けられている。また、同ステージ１２における基板載置面上には、基板Ｓの載置領域に対応した開口部を有するとともに、スパッタ室１１ａの内壁にまで至る下側防着板１３ａが配設されている。こうした下側防着板１３ａは、スパッタ室１１ａでのスパッタリング処理時には、生成されたスパッタ粒子がスパッタ室１１ａの内壁に付着することを抑制する。加えて、ステージ１２は、その下部に設けられたステージ用モータ１４の出力軸に駆動連結されており、これらステージ１２及びステージ用モータ１４の中心を通る中心軸Ａを回転中心として、該ステージ１２の上面に載置された基板Ｓをその周方向に回転させる。このようにステージ用モータ１４によってステージ１２共々基板Ｓが回転されることにより、基板Ｓの上面内におけるスパッタ粒子の分布が均一化されるようになる。
【００５５】
また、上記チャンバ本体１１には、これに内設されたステージ１２の斜め上方に、２つのターゲット電極３０ａ，３０ｂを有するとともに、これらターゲット電極３０ａ，３０ｂのそれぞれには外部電源ＦＧａ，ＦＧｂが接続されている。これら外部電源ＦＧａ，ＦＧｂは、それぞれ対応するターゲット電極３０ａ，３０ｂに対し所定の直流電力を供給する。これらターゲット電極３０ａ，３０ｂの下側にはそれぞれターゲットＴａ，Ｔｂが搭載されており、例えば、ターゲット電極３０ａに搭載されたターゲットＴａは、上記第１の実施の形態にて用いられたターゲットＴと同一のもの、つまり、主成分であるタングステンと添加物であるニッケルとの混合物からなるターゲットである。他方、ターゲット電極３０ｂに搭載されたターゲットＴｂは、タングステンからなるターゲット、若しくはニッケルからなるターゲットである。これらターゲットＴａ，Ｔｂはそれぞれ、スパッタ室
１１ａに露出する円盤状に形成されるとともに、その内表面の法線が上記基板Ｓの法線、例えば上記中心軸Ａに対して２２°等の所定の角度だけ傾斜させた状態で当該マグネトロン式スパッタ装置１０に設けられている。
【００５６】
他方、上記ターゲット電極３０ａ，３０ｂの上側には、磁気回路３１ａ，３１ｂ及び回転モータＭａ，Ｍｂが搭載されている。これら磁気回路３１ａ，３１ｂは、それぞれ対応する上記ターゲットＴａ，Ｔｂの内表面に沿って水平磁場であるマグネトロン磁場を形成し、これによりこれらターゲットＴａ，Ｔｂがスパッタされるときには、該ターゲットＴａ，Ｔｂの近傍に高密度のプラズマを生成させることになる。また、これら磁気回路３１ａ，３１ｂは、それぞれ対応する回転モータＭａ，Ｍｂの出力軸に駆動連結されて、該回転モータＭａ，Ｍｂの駆動に同期して対応するターゲットＴａ，Ｔｂの面方向に沿って回転する。なお、これら回転モータＭａ，Ｍｂがこのように回転することで、それぞれ対応する磁気回路３１ａ，３１ｂのマグネトロン磁場をこれに対応するターゲットＴａ，Ｔｂの全周にわたって移動させることにより、そのエロージョン、つまりターゲット面におけるスパッタの程度が均一化されるようになる。
【００５７】
一方、上記チャンバ本体１１のスパッタ室１１ａには更に、該スパッタ室１１ａの上側全体を覆うことで、スパッタリング処理時に発生するスパッタ粒子がスパッタ室１１ａの内壁に付着することを抑制する上側防着板１３ｂが配設されている。しかも、この上側防着板１３ｂは、スパッタ室１１ａの内壁にスパッタ粒子が付着することを抑制するばかりでなく、上記２つのターゲットＴａ，Ｔｂの一方から生成されたスパッタ粒子が、他方のターゲットＴａ，Ｔｂに付着することを抑制する機能をも有している。すなわち、一方のターゲットＴａ，Ｔｂ由来のスパッタ粒子によって他方のターゲットＴａ，Ｔｂが汚染されることを抑制でき、スパッタリング処理に係る条件の精度が低下することを抑制できる。また、こうした上側防着板１３ｂは、上記ターゲットＴａ，Ｔｂのそれぞれと対向する領域にシャッター部ＳＨａ，ＳＨｂを有している。これらシャッター部ＳＨａ，ＳＨｂは、それぞれ対応するターゲットＴａ，Ｔｂに上記外部電源ＦＧａ，ＦＧｂから所定の電力が供給されることに同期して開放されることで、該ターゲットＴａ，Ｔｂと対向する領域を開口させて、該ターゲットＴａ，Ｔｂを用いたスパッタリング処理が実施できるようにする。他方、これらシャッター部ＳＨａ，ＳＨｂは、それぞれ対応するターゲットＴａ，Ｔｂに上記所定の電力が供給されていないときには閉塞されて、これらターゲットＴａ，Ｔｂと対向する領域を閉口させて、ターゲットＴａ，Ｔｂを用いたスパッタリング処理が実施できないようにする。
【００５８】
こうしたマグネトロン式スパッタ装置１０においてスパッタリング処理を実施する際にはまず、上記ガス供給部２０からスパッタ室１１ａにスパッタガスである例えばアルゴンガスが供給される。次いで、排気部２１により該スパッタ室１１ａの圧力が例えば０．１〜２Ｐａに調整される。その後、２つのターゲット電極３０ａ，３０ｂにこれらに対応する外部電源ＦＧａ，ＦＧｂから同時に直流電力を供給し、２つのターゲットＴａ，Ｔｂを同時にスパッタさせる。こうしてターゲットＴａ，Ｔｂがスパッタされることにより生じたスパッタ粒子、すなわちタングステン粒子とニッケル粒子とが上記基板Ｓの表面に堆積し、ひいては該基板Ｓ上にニッケルを含有するタングステン膜が例えば５０ｎｍの厚さで形成される。
【００５９】
上述のように、本実施の形態においては、上記第１の実施の形態と異なり、２つのターゲットＴａ，Ｔｂを用いるとともに、これを同時にスパッタして上記タングステン膜を形成するようにしている。これら２つのターゲットＴａ，Ｔｂのうち、例えばターゲットＴａには上記第１の実施の形態と同様のターゲット、すなわち、主成分としてのタングステンと添加物としてのニッケルとからなる混合物であり、しかも、このニッケルを０．００１質量％以上且つ１質量％以下の濃度で含有するターゲットを用いている。他方、もう１
つのターゲットＴｂとしては、主成分としてニッケルを含有するターゲットを用いている。そして、これら２つのターゲットＴａ，Ｔｂに同時に直流電力を印可することで、これらターゲットＴａ，Ｔｂのスパッタを同時に行う。これにより、上記マグネトロン式スパッタ装置１０のスパッタ室１１ａ、つまりスパッタ雰囲気を、０．００１質量％以上且つ１質量％以下の濃度でニッケルが含有されるタングステン膜の形成が可能な組成とする用にしている。なお、本実施の形態では、上記２つのターゲットＴａ，Ｔｂを用いてタングステン膜を形成しており、これら各ターゲットＴａ，Ｔｂにおけるスパッタ率は、これらのそれぞれに接続された外部電源ＦＧａ，ＦＧｂから印加される直流電流を変更することで、すなわち、上記アルゴンガスの励起度合いを変更すると、これに伴い変化する。そのため、例えばあるスパッタリング処理の条件では、タングステンよりもニッケルのスパッタ率が低く、形成されたタングステン膜に含有されるニッケルの濃度が０．００１質量％を未満となる場合には、このときよりもターゲットＴｂに接続された外部電源ＦＧｂの印加電力を大きくすればよい。他方、タングステンよりもニッケルのスパッタ率が高く、形成されるタングステン膜のニッケル含有濃度が１質量％より大きくなる場合には、上記外部電源ＦＧｂの印加電力を小さくすればよい。
【００６０】
このように、本実施の形態によれば、２つのターゲットＴａ，Ｔｂを用いたスパッタリング処理により、タングステン膜を形成しているため、これらターゲットＴａ，Ｔｂのそれぞれに対するスパッタ条件、例えば上記ターゲットＴａ，Ｔｂのそれぞれに印加される直流電流を制御することにより、スパッタ雰囲気中のタングステンとニッケルの存在割合、ひいては形成されるタングステン膜中に含まれるニッケルの濃度を制御することが可能である。すなわち、タングステン膜に含有されるニッケルの濃度にかかる自由度を向上でき、例えば、タングステンターゲット中に含有される酸素量や、スパッタ雰囲気中に含まれる酸素量に上記２つのターゲットＴａ，Ｔｂそれぞれのスパッタ量を対応付けることで、三酸化タングステンの生成量がより低減されるとともに、ニッケルの含有濃度も適切なタングステン膜を形成することが可能となる。
【００６１】
こうした第２の実施の形態に係るスパッタリング処理によってタングステン膜を形成した場合であっても、タングステン膜が含有するニッケル濃度と該タングステン膜の比抵抗との間には、先の図２に示される関係が成立する。すなわち、本実施の形態によるように、タングステン膜に含有されるニッケルの濃度が０．００１質量％以上且つ１質量％以下の範囲となるスパッタ雰囲気を形成可能なスパッタリング処理の条件によれば、上記三酸化タングステンの生成量を低減し、タングステン膜の比抵抗を低下することができる。
【００６２】
また、この第２の実施の形態に係るスパッタリング処理によって形成されたタングステン膜であれば、上記第１の実施の形態と同様、先の図３（ａ）に示されるような構造を有するタングステン膜が形成される。
［実施例３］
以下、本発明に係る成膜方法について実施例に基づき具体的に説明する。
【００６３】
主成分としてのタングステンと添加物としてのニッケルとを含有して且つ、該ニッケルの含有濃度が０．００１質量％であるターゲットとニッケルからなるターゲット（混合物ターゲット）とを用い、以下の各条件にてスパッタリング処理を実施した。
（Ａ）
・アルゴンガス圧力 ０．１Ｐａ
・基板温度 ５５０℃
・混合物ターゲットへの印加電力 ４ｋＷ
・ニッケルターゲットへの供給電力 ４ｋＷ
・膜厚 １００ｎｍ
（Ｂ）
・アルゴンガス圧力 ０．５１Ｐａ
・基板温度 ５５０℃
・混合物ターゲットへの印加電力 ４ｋＷ
・ニッケルターゲットへの供給電力 ４ｋＷ
・膜厚 １００ｎｍ
（Ｃ）
・アルゴンガス圧力 １．０Ｐａ
・基板温度 ５５０℃
・混合物ターゲットへの印加電力 ４ｋＷ
・ニッケルターゲットへの供給電力 ４ｋＷ
・膜厚 １００ｎｍ
上記（Ａ）〜（Ｃ）のいずれの条件にてスパッタリング処理を実施しても、これにより形成されたタングステン膜が含有するニッケルの濃度は、０．０１質量％となった。また、その比抵抗を測定したところ、先の図２に示される値であった。
［実施例４］
主成分としてのタングステンと添加物としてのニッケルとを含有して且つ、該ニッケルの含有濃度が０．０１質量％であるターゲットを用い、以下の各条件にてスパッタリング処理を実施した。
（Ａ）
・アルゴンガス圧力 ０．１Ｐａ
・基板温度 ５５０℃
・混合物ターゲットへの印加電力 ４ｋＷ
・ニッケルターゲットへの供給電力 ４ｋＷ
・膜厚 １００ｎｍ
（Ｂ）
・アルゴンガス圧力 ０．５Ｐａ
・基板温度 ５５０℃
・混合物ターゲットへの印加電力 ４ｋＷ
・ニッケルターゲットへの供給電力 ４ｋＷ
・膜厚 １００ｎｍ
（Ｃ）
・アルゴンガス圧力 １．０Ｐａ
・基板温度 ５５０℃
・混合物ターゲットへの印加電力 ４ｋＷ
・ニッケルターゲットへの供給電力 ４ｋＷ
・膜厚 １００ｎｍ
上記（Ａ）〜（Ｃ）のいずれの条件にてスパッタリング処理を実施しても、これにより形成されたタングステン膜が含有するニッケルの濃度は、０．０１質量％となった。また、その比抵抗を測定したところ、先の図２に示される値であった。
【００６４】
以上説明したように、この第２の実施の形態によれば、以下に記載の効果が得られるようになる。
（４）タングステン膜の構成材料であるタングステンを主成分として、また、酸素を還元するニッケルを添加物として含有するターゲットＴａと、ニッケルのからなるターゲットＴｂとの２つのターゲットＴａ，Ｔｂを用いるようにした。これにより、これらターゲットＴａ，Ｔｂのそれぞれに対するスパッタ条件を制御することにより、スパッタ雰囲気中のタングステンとニッケルの存在割合、ひいては形成されるタングステン膜中に含まれるニッケルの濃度を制御することが可能である。すなわち、タングステン膜に含有されるニッケルの濃度にかかる自由度を向上でき、例えば、タングステンターゲット中に含有される酸素量や、スパッタ雰囲気中に含まれる酸素量に上記２つのターゲットＴａ，Ｔｂそ
れぞれのスパッタ量を対応付けることで、三酸化タングステンの生成量がより低減されるとともに、ニッケルの含有濃度も適切なタングステン膜を形成することが可能となる。
【００６５】
なお、上記各実施の形態は、以下のように適宜変更して実施することもできる。
・スパッタガスはアルゴンガスに限らず、他の希ガス、例えばクリプトン（Ｋｒ）ガスやキセノン（Ｘｅ）ガス等であってもよい。
【００６６】
・第１及び第２の実施の形態では、ターゲット電極３０，３０ａ，３０ｂの上部に磁気回路３１，３１ａ，３１ｂ等を備えるマグネトロン式スパッタ装置１０を用いることにした。これに限らず、この磁気回路３１，３１ａ，３１ｂ等を備えていない、いわゆる直流電力式スパッタ装置を用いるようにしてもよい。
【００６７】
・第１の実施の形態にて用いるターゲットＴは、主成分であるタングステンと、添加物であるニッケルとを含有するとともに、該ターゲットＴにおけるニッケルの含有濃度が０．００１質量％以上且つ１質量％以下の範囲となるようにした。これに限らず、ターゲットＴはタングステンとニッケルとの混合物であればよく、こうしたターゲットを用いて形成されたタングステン膜が含有するニッケルの濃度が０．００１質量％以上且つ１質量％以下の範囲となるようにスパッタリング処理の条件等の調整が可能であれば、上記ニッケルの含有濃度は任意である。
【００６８】
・第２の実施の形態にて用いるターゲットＴａ，Ｔｂのうち、片方のターゲットＴａが、主成分であるタングステンと、添加物であるニッケルとを含有して且つ、該ターゲットＴａにおけるニッケルの含有濃度が０．００１質量％以上且つ１質量％以下の範囲となるようにした。これに限らず、ターゲットＴａはタングステンとニッケルとの混合物であればよく、こうしたターゲットと、ニッケルからなるもう１つのターゲットとを用いて形成されたタングステン膜が含有するニッケルの濃度が０．００１質量％以上且つ１質量％以下の範囲となるようにスパッタリング処理の条件等の調整が可能であれば、上記ニッケルの含有濃度は任意である。
【００６９】
・第２の実施の形態では、タングステンとニッケルの混合物からなるターゲットＴａと、ニッケルからなるターゲットＴｂとを同時にスパッタしてタングステン膜を形成するようにした。これに限らず、ターゲットＴａに含有されるニッケルの濃度に応じて、より詳細には、ターゲットＴａに含有されるニッケルの濃度が１質量％よりも大きい場合等に、もう１つのターゲットがタングステンからなるターゲットとしてもよい。
【符号の説明】
【００７０】
１０…マグネトロン式スパッタ装置、１１…チャンバ本体、１１ａ…スパッタ室、１２…ステージ、１３…防着板、１３ａ…下側防着板、１３ｂ…上側防着板、１４…ステージ用モータ、２０…ガス供給部、２１…排気部、３０，３０ａ、３０ｂ…ターゲット電極、３１，３１ａ，３１ｂ…磁気回路、３２…マグネットプレート、ＦＧ，ＦＧａ，ＦＧｂ…外部電源、ＩＬ…供給配管、Ｍ，Ｍａ，Ｍｂ…回転モータ、Ｍ１…外側磁石、Ｍ２…内側磁石、ＯＬ…排気配管、Ｓ…基板、ＳＨａ，ＳＨｂ…シャッター部、Ｔ，Ｔａ，Ｔｂ…ターゲット。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、スパッタリング法を用いてタングステン膜を成膜する方法、及び、この成膜方法の実施に用いられるターゲットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えばＬＳＩ等の半導体装置の配線には、融点が高く熱的に安定であり、また化学的にも安定であるタングステン（Ｗ）がその形成材料として用いられている。これにより、該配線に要求される高い接続信頼性が担保されている。
【０００３】
上記タングステンからなる配線の形成に際してはまず、配線の形成対象である基板の表面を覆うかたちで、あるいは基板の有するコンタクトホールを埋め込むかたちでタングステン膜が形成される。次いで配線の形状に整合した形状からなるレジストがタングステン膜上に形成された後、そのレジストをマスクとしてタングステン膜がエッチングされ、配線が形成される。
【０００４】
上記タングステン膜の形成方法としては一般に、化学的気相成長法、いわゆるＣＶＤ法、若しくは物理的気相成長法、いわゆるＰＶＤ法のいずれかが用いられる。これらのうち、ＣＶＤ法としては、上記コンタクトホールの底面にのみタングステン膜を形成する選択ＣＶＤ法や、コンタクトホールの開口部周縁を含んでその底面や側面にタングステン膜を形成するブランケットＣＶＤ法が用いられる。他方、ＰＶＤ法としては通常、例えば特許文献１に記載のように、膜の構成材料であるタングステンからなるターゲットに、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、あるいはキセノン（Ｘｅ）等の希ガスの粒子を衝突させて、ターゲットから放出されたタングステン原子を上記基板面上、あるいは基板の有するコンタクトホールの底面等に堆積させてタングステン膜を形成するスパッタリング法が用いられる。
【０００５】
これら各種ＣＶＤ法及びスパッタリング法では、スパッタリング法を用いた方が、成膜の対象が大きな基板となった場合でもその成膜面に均一な膜を形成可能であり、タングステン膜の形成工程を経て製造される半導体装置の量産に有利であるという理由から、各種半導体装置の製造において多用されつつある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−４９２６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで近年では、上記半導体装置が搭載される物体の大きさなどの制約から、その構成要素である各種素子、電極、及び配線等のより高密度な集積化が進行している。これにより、配線の微細化によるその幅の減少や、多数集積された素子同士を電気的に接続するための配線長の増大が必要となっている。このような制約は、配線の比抵抗を増大させるとともに、その配線によって伝達される電気信号の伝達速度も低下させてしまう。こうした傾向は、高密度に集積化された半導体装置であるほど顕著である。そこで、配線の比抵抗が増大することを抑制するために、上記スパッタリング法により形成されるタングステン膜の比抵抗の更なる低下が望まれている。
【０００８】
一方、スパッタリング法を用いてタングステン膜を形成する際には、タングステン膜が
形成される際の基板の温度が高くなるほど、また、タングステン膜の成長を阻害する不純物濃度が低くなるほど、タングステン膜を構成する結晶粒の粒径が大きくなる。ここで、スパッタリング法により形成されるタングステン膜においては、タングステン膜を構成するこうした結晶粒の粒径が大きくなるほど、そのタングステン膜の比抵抗が一般に低くなる。そのためスパッタリング法を用いてタングステン膜を形成する際には通常、比抵抗を更に低下させるべく、基板の温度を高くするための基板加熱と、上記不純物濃度を低くするためのタングステンターゲットの高純度化とが図られている。このうちタングステンの純度としては例えば、スパッタリング法に用いられるタングステンターゲットとして、それを構成するタングステンの純度が例えば９９．９９９％、あるいはそれ以上となるような高純度のものが用いられている。
【０００９】
しかしながら、通常、タングステンターゲットの内部にはターゲットの製造過程にて除去できない微量の酸素（Ｏ）が含まれ、またスパッタを実施する雰囲気にも同雰囲気中から排気できない微量の酸素が含まれる。このような酸素が存在する状態下でタングステンターゲットをスパッタすると、ターゲットが含有する酸素、あるいはスパッタ雰囲気中の酸素によってターゲットから放出されたタングステンの一部が酸化されてしまう。その結果、タングステン膜を構成する構成元素においてタングステンの純度が高くなるとはいえ、酸素とタングステンとが結合した三酸化タングステン（ＷＯ３）が基板上に堆積されてしまう。そのため、タングステンの結晶粒成長が阻害され、タングステン膜の比抵抗を１０μΩ以下というような、近年の集積化に対応できる値にすることができない。
【００１０】
この発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、スパッタリング法を用いて形成されるタングステン膜の比抵抗を低下させることができる成膜方法及びこの成膜方法の実施に用いられるタングステンターゲットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、タングステンを含有するターゲットを希ガスによりスパッタしてタングステン膜を基板に形成する成膜方法において、前記ターゲットはニッケルを含有するものであり、前記タングステン膜におけるニッケルの濃度が、０．００１質量％以上且つ１質量％以下となるようにすることをその要旨とする。
【００１２】
上記構成では、タングステンターゲットをスパッタするいわゆるスパッタリング法によりタングステン膜を形成するに際し、タングステンとニッケルとを含むターゲットを用いて、含有するニッケルの濃度が０．００１質量％以上且つ１質量％以下であるタングステン膜を形成するようにしている。なお、タングステンを主成分とするターゲットをスパッタして基板にタングステン膜を形成する際には、ターゲットが含有する酸素（Ｏ）、あるいはスパッタを実施する雰囲気中に存在する酸素により、ターゲットから放出されたタングステン原子が酸化されることが多い。これにより、上記基板の表面にはタングステンのみからなるタングステン膜が形成されることはもとより、酸素とタングステンとが結合した三酸化タングステン（ＷＯ３）も析出することになる。
【００１３】
ここで、本願発明者らは、こうした三酸化タングステンの析出が、基板の成膜面におけるタングステン原子の表面拡散を阻害し、タングステン膜を構成するタングステンの結晶粒の粒径を小さくさせることで、タングステンそのものの密度を低下させてしまい、ひいては、その比抵抗を増大させているとの考察から、三酸化タングステンの生成量、あるいはスパッタされたタングステンと反応する酸素の低減を試みた。
【００１４】
その過程において、以下のような方法を用いることによって、より低い比抵抗を有するタングステン膜が形成可能であることを見出した。すなわち、同一の温度条件下において
タングステンよりも酸化されやすい元素の１つであるニッケルをタングステンが主成分となるターゲットに添加する。そしてタングステン膜に含有されるニッケル濃度が０．００１質量％以上且つ１質量％以下となるように、該ターゲットをスパッタする。これによって、ニッケルが添加されてないターゲットを用いて形成したタングステン膜と比較して、より低い比抵抗を有するタングステン膜が形成可能であることを見出した。これは、ターゲットの形成時に混入し、スパッタにより該ターゲットから放出された酸素や、スパッタ雰囲気中に含まれる酸素そのものがニッケルと結合するためと考えられる。あるいは、これら酸素によるタングステンの酸化物である三酸化タングステンがニッケルにより還元され、それによって上記基板の成膜面上に析出する三酸化タングステンの生成量が低減されるためと考えられる。そしてニッケルが添加されたタングステンターゲットを用いて、ニッケルの濃度が０．００１質量％以上且つ１質量％以下のタングステン膜が形成されるときのスパッタ雰囲気であれば、そこに含まれるニッケル原子の数量によって、上記のような作用、つまり酸素とニッケルの結合や三酸化タングステンの還元が可能となる。
【００１５】
なお、上記比抵抗の低下とともに、形成されたタングステン膜の密度の増大、すなわち結晶粒の粒径の拡大も確認されている。このことから、こうして三酸化タングステンの生成量が低減されることで、上記基板の成膜面におけるタングステン結晶粒の粒成長が促進されて、タングステン結晶粒の粒径が拡大することにより、タングステン膜の比抵抗が低下するものと考えられる。
【００１６】
ちなみに、形成されたタングステン膜に含まれるニッケルの濃度が０．００１質量％未満の場合、またニッケルの濃度が１質量％より大きくなる場合には、上述するようなタングステン膜の比抵抗の低下が認められない。ニッケルの濃度が０．００１質量％未満の場合には、スパッタによりターゲットから放出されたニッケルと上記酸素との反応機会が少なく、該ニッケルによる酸素の還元作用が十分でないために、三酸化タングステンの生成反応とそれの堆積とが進行してしまい、タングステン膜の比抵抗が低下しないと考えられる。他方、ニッケルの濃度が１質量％より大きくなると、タングステン膜に含まれるニッケルの量が過剰となり、この過剰なニッケルが却って基板の成膜面におけるタングステン原子の表面拡散を阻害するため、比抵抗の増大を招くことになると考えられる。
【００１７】
そこで、上記成膜方法のように、タングステンが主成分となるターゲットにニッケルを添加させ、これをスパッタして形成されるタングステン膜のニッケルの濃度が、酸化されたニッケルも含んで０．００１質量％以上且つ１質量％以下となるようにすれば、スパッタ時に存在する酸素そのもの、及びこれにより酸化されたタングステンの少なくとも一方が該ニッケルにより還元される。すなわち、ニッケルと上記酸素とを反応させることで、基板表面に析出する三酸化タングステンの量が低減され、タングステン膜の密度低下を抑制し、ひいては、その比抵抗を低下させることができる。
【００１８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の成膜方法において、前記ターゲットとして、主成分である前記タングステンと添加物である前記ニッケルとを含有するターゲットを用いることをその要旨とする。
【００１９】
上記方法によれば、タングステン膜の構成材料であるタングステンを主成分として、酸素と反応するニッケルを添加物として含有するターゲットを用いることにより、単一のターゲットのスパッタのみで、基板の成膜面におけるタングステン原子の表面拡散を阻害する酸化タングステンを低減させつつ、タングステン膜を形成することができ、当該成膜処理を簡素化することができる。
【００２０】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の成膜方法において、前記ターゲットとして、主成分である前記タングステンと添加物である前記ニッケルとを含有するターゲットと
、前記タングステン及び前記ニッケルのいずれか一方からなるターゲットとの２つのターゲットを用い、前記タングステン膜の形成に際しては、これら２つのターゲットを同時にスパッタすることをその要旨とする。
【００２１】
上記方法によれば、タングステン膜の構成材料であるタングステンを主成分として、また、酸素を還元するニッケルを添加物として含有するターゲットと、これらタングステン及びニッケルのいずれか一方からなるターゲットとの２つのターゲットを用いるため、これらターゲットのそれぞれに対するスパッタ条件を制御することにより、スパッタ雰囲気中の上記タングステンとニッケルの存在割合、ひいては形成されるタングステン膜中に含まれるニッケルの濃度を制御することが可能である。すなわち、タングステンターゲット中に含有される酸素量や、スパッタ雰囲気中に含まれる酸素量に上記２つのターゲットそれぞれのスパッタ量を対応付けることで、三酸化タングステンの生成量がより低減されるとともに、ニッケルの含有濃度も適切なタングステン膜を形成することが可能となる。
【００２２】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の成膜方法に用いられる主成分である前記タングステンと添加物である前記ニッケルとを含有するターゲットであって、当該ターゲットは、前記ニッケルを０．００１質量％以上且つ１質量％以下の濃度で含有してなることをその要旨とする。
【００２３】
上記構成によれば、ニッケルの濃度が０．００１質量％以上且つ１質量％以下であるタングステン膜をスパッタにより形成するに際し、主成分としてタングステンを含有するとともに、添加物としてニッケルを含有するターゲットにおけるニッケルの濃度を、上記タングステン膜と同一の０．００１質量％以上且つ１質量％以下としていることから、上記タングステン膜の形成を容易とすることができる。つまり、上記組成のタングステン膜を形成するためのスパッタ雰囲気の形成、正確には、該スパッタ雰囲気中のタングステンの濃度とニッケルの濃度とをより容易に適切なものとすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る成膜方法が実施されるマグネトロン式スパッタ装置の断面構造を示す断面図。
【図２】タングステン膜に含有されるニッケルの質量％濃度と該タングステン膜の比抵抗との関係を示すグラフ。
【図３】（ａ）本実施の形態に係る成膜方法にて形成されたタングステン膜の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による拡大像を撮影した画像（ｂ）比較例のタングステン膜の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による拡大像を撮影した画像。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る成膜方法が実施されるマグネトロン式スパッタ装置の断面構造を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
［第１の実施の形態］
以下に、本発明に係る成膜方法をマグネトロン式スパッタ装置にて実施されるスパッタリング処理に適用した第１の実施の形態について図１〜図３を参照して説明する。
【００２６】
図１は、本実施の形態のスパッタリング処理が実施されるマグネトロン式スパッタ装置の断面構造を示している。同図１に示されるように、マグネトロン式スパッタ装置１０は、筐体となるチャンバ本体１１を有しており、該チャンバ本体１１の内部には、当該マグネトロン式スパッタ装置１０におけるスパッタリング処理の対象物が収容されるスパッタ室１１ａが形成されている。このチャンバ本体１１は、これに接続された供給配管ＩＬを介してスパッタ室１１ａと連通するガス供給部２０を有している。このガス供給部２０は、スパッタガスとしてのアルゴン（Ａｒ）ガスを所定の流量に調整して上記スパッタ室１
１ａに供給する。また、同チャンバ本体１１は、これに接続された排気配管ＯＬを介してターボ分子ポンプやドライポンプなどからなる排気部２１を有してもいる。この排気部２１は、スパッタ室１１ａにガス供給部２０から供給されるアルゴンを排気することによって、該スパッタ室１１ａ内の圧力を１０−３Ｐａにまで減圧することができる。
【００２７】
上記スパッタ室１１ａには、当該マグネトロン式スパッタ装置１０におけるスパッタ処理の対象物である例えばシリコンからなる基板Ｓが載置され、これをスパッタ室１１ａ内の所定の位置に固定するステージ１２が配設されている。該ステージ１２には加熱機構（図示略）が設けられており、スパッタリング処理時にはこの加熱機構によって、ステージ１２に載置された基板Ｓの温度が２００〜５５０℃に維持される。また、スパッタ室１１ａの内壁には、略円筒状に形成されてステージ１２の上方を囲うように防着板１３が配設されており、スパッタ室１１ａにおけるスパッタリング処理の実施時には該防着板１３によって、スパッタ室１１ａの内壁へのスパッタ粒子の付着が抑制される。
【００２８】
他方、ステージ１２の直上には、円盤状に形成されたタングステン（Ｗ）を主成分とするターゲットＴが配設されるとともに、該ターゲットＴの上側には、ターゲット電極３０が配設されている。このターゲット電極３０は、これと接合されたターゲットＴを上記基板Ｓに対向させ、これらターゲットＴと基板Ｓとの間を所定の距離、例えば１００ｍｍ以下に保持している。また、同ターゲット電極３０は、これに接続された外部電源ＦＧからの所定の直流電力をターゲットＴに供給する。なお、こうして外部電源ＦＧからターゲット電極３０に直流電力が供給されると、上記スパッタ室１１ａにプラズマが生成されるとともに、該ターゲット電極３０が、プラズマ空間に対して負電位を有するカソードとして機能することで、上記ターゲットＴに向けて上記スパッタガス由来の正イオンを飛行させ、これをスパッタさせる。
【００２９】
こうしたターゲット電極３０の上側に配設された磁気回路３１は、円盤状に形成されて、その中心がターゲットＴの中心と対向するように配置されたマグネットプレート３２を有しており、このマグネットプレート３２の下側には、外側磁石Ｍ１と内側磁石Ｍ２とが搭載されている。加えて、同マグネットプレート３２は、上記磁気回路３１に内設される回転モータＭの駆動軸に駆動連結されて、この回転モータＭの回転駆動に同期して、自身の中心を回転中心として回転運動する。なお、こうしたマグネットプレート３２に搭載された上記外側磁石Ｍ１と内側磁石Ｍ２とは、それぞれネオジウム−鉄−ボロン系の磁石であるとともに、上記マグネットプレート３２の回転軸に対して偏心したリング状に形成されて、外側磁石Ｍ１が内側磁石Ｍ２の周りを囲うように配設されている。また、外側磁石Ｍ１の下側、換言すればターゲットＴ側の磁極と内側磁石Ｍ２の下側、換言すればターゲットＴ側の磁極とは、ターゲットＴの表面から１０ｍｍ等の所定の距離だけ上方に離間する位置に配設されて、それぞれが逆極性を有している。すなわち、例えば外側磁石Ｍ１の下側の磁極がＳ極であるとき、内側磁石Ｍ２の下側の磁極はＮ極となる。
【００３０】
そのため、内側磁石Ｍ２の下側の磁極から出る磁力線は、ターゲットＴを介して上記スパッタ室１１ａ内に入った後、該ターゲットＴの表面近傍で湾曲して上記外側磁石Ｍ１の下側の磁極に入ることになる。すなわち、上記外側磁石Ｍ１と内側磁石Ｍ２とは、ターゲットＴの表面に漏洩磁場を形成し、該ターゲットＴの面方向に沿う磁場である水平磁場をターゲットＴの表面に形成する。こうして外側磁石Ｍ１と内側磁石Ｍ２とにより形成される水平磁場は、上記回転モータＭの回転時には、ターゲットＴの表面の全体にわたり走査されるものであり、且つ上記ターゲット電極によるスパッタ室内にプラズマの生成時には、ターゲットＴの表面近傍にプラズマを捕捉させてプラズマ密度を増加させるものである。
【００３１】
こうしたマグネトロン式スパッタ装置１０にてスパッタリング処理が実施される際にはまず、スパッタリング処理の対象となる基板Ｓがスパッタ室１１ａに搬入される。次いで
、このスパッタ室１１ａにガス供給部３２から所定の流量のスパッタガス、例えばアルゴンガスが供給された後、上記排気部２１によりスパッタ室１１ａが０．１〜２Ｐａに減圧される。そして、上記磁気回路３１に設けられた回転モータＭが駆動され、マグネットプレート３２に搭載された外側磁石Ｍ１と内側磁石Ｍ２との協働によって、ターゲットＴの表面に水平磁場が形成される。その後、上記外部電源ＦＧにより上記ターゲット電極３０に所定の電力が印加されることで、高密度のプラズマによりターゲットＴがスパッタされる。こうしたターゲットＴのスパッタにより生じたタングステン粒子は、上記基板Ｓの表面、すなわち基板ＳにおけるターゲットＴと対向する側の面に入射し、ひいては基板Ｓの表面にタングステン膜が例えば５０ｎｍの厚さで形成されることになる。
【００３２】
上述のようなスパッタリング処理により処理対象物、主に基板の表面に配線材料としてのタングステン膜を形成する際には通常、極めて高純度な、例えば質量％濃度にして９９．９９質量％、あるいは９９．９９９質量％が主成分であるタングステン（Ｗ）からなるターゲットを用い、これをスパッタしてタングステン膜を形成する。ちなみに、こうした高純度なタングステンターゲットには、不純物である鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、ウラン（Ｕ）、及びトリウム（Ｔｈ）等の金属が、総量として０．００１質量％から０．０１質量％程度含まれている。
【００３３】
また、上記高純度タングステンターゲットは、これら金属元素だけでなく酸素をも含んでいる。これは、該タングステンターゲットが、粒子状のタングステンを焼結して製造されるものであることから、タングステン粒子に吸着された環境中の酸素が、これら粒子を焼結してターゲットを形成した後もその内部に残存するためである。
【００３４】
このように不純物を含有するタングステンターゲットをアルゴンガス等によってスパッタした場合、ターゲット中のタングステンがスパッタ雰囲気中に放出されることはもとより、上記不純物である各種金属や酸素もスパッタされてスパッタ雰囲気中に放出されることになる。こうしてスパッタされたタングステンのうち、その多くは単体のタングステンとして基板の表面に付着してタングステン膜を形成する。一方、スパッタにより生成されたタングステンの中には、基板の表面に付着する以前に、同じくスパッタされた酸素と反応して三酸化タングステン（ＷＯ３）を形成するものも少なからず存在する。なお、このようにタングステンと反応する酸素としては、上記不純物としてターゲットが含有する酸素に限らず、ターゲットと基板との間に存在する酸素、換言すれば気相としてスパッタ雰囲気中に含まれる酸素も挙げられる。
【００３５】
本願発明者らは、こうして三酸化タングステンが基板上に析出すると、この析出した三酸化タングステンにより基板の成膜面におけるタングステン原子の表面拡散が阻害され、タングステン膜を構成するタングステンの密度の低下、ひいては、その比抵抗の増大を招くことを見出した。上述のように、高集積化されたデバイスにおいては、配線材料の比抵抗の増大が配線における信号伝達の遅延を招き、ひいてはデバイスとしての応答性の低下をも招くことになる。つまり、デバイスの応答性を担保し、また、デバイスにおける今後の更なる高集積化に対応するためには、タングステン膜を配線材料として用いる場合、その更なる低比抵抗化が必要となる。
【００３６】
ここで、スパッタリング処理に際してタングステンと共にスパッタされる不純物金属のうち、ニッケルはタングステンよりも酸化されやすい性質を有する。そのため、該ニッケルは、ターゲットと基板との間のスパッタ雰囲気中に存在する酸素と反応して、ニッケル酸化物（ＮｉＯ）を形成するばかりでなく、酸化されたタングステン、すなわち上記三酸化タングステンとも反応してこれを還元する。こうしてニッケルによりスパッタ雰囲気中の酸素が捕捉される、あるいは一旦酸化されたタングステンが還元されて再び単体に戻る
ことにより、微量ながら基板上、あるいは基板に形成されたタングステン膜上に析出する三酸化タングステンが低減される。
【００３７】
また、上記不純物金属に含まれる他の金属がスパッタ雰囲気中にて酸素と衝突した場合には、これら金属も酸化物を形成し、これによっても三酸化タングステンの生成量が低減される。ただし、これら元素は、タングステンよりも酸化されにくい性質を有していることから、これら元素の酸化物が上記基板に付着する以前にタングステンと衝突した場合、タングステンの酸化反応が惹起され、これにより生成された三酸化タングステンが基板上、あるいは既に形成されたタングステン膜上に付着する可能性もある。また、上記高純度タングステンターゲットに含まれる不純物金属により、上記酸素の捕捉反応が惹起されつつタングステン膜の形成が進行するとはいえ、この不純物金属がターゲットに含有される濃度、換言すれば上記スパッタによりスパッタ雰囲気中に放出される量は極めて微量であって、ターゲットの形成時にタングステン粒子に吸着した酸素を捕捉するに足る程ではない。
【００３８】
そこで、本実施の形態においては、主成分としてのタングステンに、上記不純物として含まれる濃度以上の濃度となるようにニッケルを添加したタングステンとニッケルとの混合物からなるターゲットＴを用い、これをスパッタして生成されたタングステン膜中に、ニッケルが０．００１質量％以上且つ１質量％以下の濃度で含有されるようなスパッタ雰囲気中でタングステン膜の形成を行うようにしている。すなわち、混合物のターゲットＴをスパッタすることで、スパッタ雰囲気中に放出されたニッケルにより、ターゲットＴから放出された酸素とスパッタ雰囲気中に気相として含有される酸素、つまりはいずれにせよターゲットＴと基板Ｓとの間に存在する酸素を捕捉する、あるいは、こうした酸素により酸化されたタングステンを還元する。そして、こうした酸素を捕捉する反応やタングステンの還元反応により生成された酸化ニッケルも含んで、基板上に形成されたタングステン膜に含有されるニッケルの濃度が０．００１質量％以上且つ１質量％以下となるようにしている。結局のところ、上記濃度にてニッケルを含むタングステン膜を形成可能なスパッタ雰囲気中に含まれるニッケル原子の量であれば、上記酸素の捕捉や三酸化タングステンの還元により、形成されたタングステン膜の比抵抗を低下させることができるようになる。
【００３９】
図２は、本実施の形態に係るスパッタリング処理によって成膜されたタングステン膜に含有されるニッケルの質量％濃度と、該タングステン膜が有する比抵抗との関係を示している。同図２に示されるように、基板Ｓ上に形成されたタングステン膜に含有されるニッケルの濃度が０．００１質量％未満である場合には、該タングステン膜の比抵抗が単調に低下していることが認められた。これは、形成されたタングステン膜に含まれるニッケルの濃度が０．００１質量％未満となるスパッタ雰囲気を形成するようなスパッタリング処理の条件では、ターゲットＴと基板Ｓとの間のスパッタ雰囲気中に該ターゲットＴから放出されるニッケル原子の量が、こうしたスパッタ雰囲気中に存在して、且つタングステンの酸化に寄与し、ひいては形成されるタングステン膜の比抵抗を増大させる一因となる酸素の量に対して少ないためである。すなわち、タングステン膜に含有されるニッケルの濃度が増大されるように、上記スパッタ雰囲気中に放出されるニッケルの量を増加させることにより、タングステン膜の比抵抗の更なる低下が可能であることから、スパッタ雰囲気中に含まれるニッケルの量がより多くなるように、スパッタリング処理の条件を改善すべきニッケル濃度の範囲であると言える。
【００４０】
他方、タングステン膜に含有されるニッケルの濃度が１質量％より大きい場合には、上述したニッケルの濃度が０．００１質量％未満である場合とは逆に、タングステン膜の比抵抗が単調に増加していることが認められた。これは、タングステン膜中のニッケル濃度が１質量％よりも大きくなるようにしたことで、スパッタ雰囲気中にニッケルを含有させ
ることによる上記効果、すなわち、三酸化タングステンの生成量を低減することで、基板Ｓ表面でのタングステン原子の表面拡散を向上させる効果よりも、酸化ニッケル及び単体のニッケルによる上記基板Ｓ表面でのタングステン原子の表面拡散の阻害効果が大きくなり、これによりタングステンの密度が低下するためと考えられる。
【００４１】
これら濃度範囲、正確にはタングステン膜に含有されるニッケルの濃度が０．００１質量％未満の範囲である場合、及び１質量％よりも大きい範囲である場合と比較し、このニッケルの濃度が酸化ニッケルも含んで０．００１質量％以上且つ１質量％である場合には、タングステン膜の比抵抗にほとんど変化がないことが認められた。しかも、該比抵抗は、上記単調減少と単調増加との間に挟まれた極小値にて推移している。故に、タングステン膜の比抵抗を低下させるためには、形成されたタングステン膜に含有されるニッケルの濃度が０．００１質量％以上且つ１質量％以下となるスパッタ雰囲気を形成するようなスパッタリング処理の条件とすることが有効であると言える。これは、タングステン膜に含有されるニッケルの濃度が０．００１質量％以上且つ１質量％となるようなスパッタ雰囲気中に放出されているニッケルの量であれば、該ニッケルによる上述のような酸素の捕捉作用及びタングステンの還元作用により三酸化タングステンの生成量を低減と、こうして酸化されたニッケルや単体のニッケルによるタングステン原子の表面拡散の阻害とが平衡であり、結果としてタングステン膜の比抵抗が極小値となるためであると考えられる。
【００４２】
このように、上記タングステン膜のニッケルの濃度が酸化されたニッケルも含んで０．００１質量％以上且つ１質量％以下となるようにすることで、換言すれば、こうしたニッケル含有濃度のタングステン膜を形成可能なスパッタ雰囲気にて、上記マグネトロン式スパッタ装置におけるスパッタリング処理を実施することにより、スパッタ時に基板ＳとターゲットＴとの間に存在する酸素そのもの、及びこれにより酸化されたタングステン、つまり三酸化タングステンの少なくとも一方が該ニッケルにより還元されるようになる。すなわち、ニッケルと上記酸素とを反応させることで、基板Ｓ表面に析出する三酸化タングステンの量が低減することで、タングステン膜の密度低下を抑制し、ひいては、その比抵抗を低下させることが可能となる。
【００４３】
なお、こうしたニッケルの含有濃度が０．００１質量％以上且つ１質量％以下となるタングステン膜を形成可能なスパッタ雰囲気を上記スパッタ室１１ａに形成するためには、上記主成分であるタングステンと、添加物であるニッケルとの混合物からなるターゲットとして、上記形成されるタングステン膜のニッケル含有濃度と同一の濃度でニッケルが添加されたターゲット、すなわち、ニッケルの添加濃度が０．００１質量％以上且つ１質量％以下であるターゲットを用いるようにすればよい。
【００４４】
ここで、こうしたスパッタリング処理の効率の指標として、スパッタされたターゲットの形成材料の原子数を、ターゲットに入射した粒子数で除算したスパッタ率と呼ばれるパラメータが多用されている。こうしたスパッタ率は、ターゲットに入射する粒子の種類、同粒子が有するエネルギー、同粒子のターゲットに対する入射角度等、ターゲットに入射する粒子、換言すれば上記スパッタ室１１ａに供給されるスパッタガス由来のプラズマに依存するとともに、ターゲットを形成する材料にも依存する。
【００４５】
本実施の形態においては、上述のように、スパッタガスとしてアルゴンガスが用いられているとともに、ターゲットＴとしてタングステンとニッケルとの混合物が用いられている。つまり、上記スパッタ率を左右する要素に鑑みれば、ターゲットＴの形成材料としては異なる２つの元素が含まれているものの、タングステンに対して均一にニッケルが分布していると仮定すれば、全タングステン原子に対するアルゴンイオンのエネルギー及び入射角度の分布と、全ニッケル原子に対するアルゴンイオンのエネルギー及び入射角度の分布とで比較した場合、これらの分布はほぼ同じ傾向を有すると見なすことができる。故に
、上記ターゲットＴを用いたときのスパッタ率は、該ターゲットＴを構成する２つの材料のみに依存して決定されていると見なすことができる。また、本実施の形態のように、ターゲットＴが異なる２つの材料、すなわち主成分としてのタングステンと添加物としてのニッケルとから形成されているとはいえ、これら材料同士のスパッタ率がほぼ同一であれば、ターゲットＴの組成がそのまま、これをスパッタして形成されるタングステン膜に反映されることになる。しかしながら、これらタングステンとニッケルとの間のスパッタ率が異なる場合であっても、ターゲットＴの組成を、これのスパッタにより生成されるタングステン膜に所望する組成、すなわち本実施の形態では、タングステンに対するニッケルの含有濃度が０．００１質量％以上且つ１質量％以下とすることで、ニッケルの含有濃度がこうした範囲内となるタングステン膜を形成しやすくはなる。これにより、先の図２におけるタングステン膜に含有されるニッケルの濃度を、ターゲットに含有されるニッケルの濃度として、これをスパッタして形成されたタングステン膜の比抵抗を測定すると、同図２に示されるグラフと同様の傾向が得られる。
【００４６】
図３は、上述のスパッタリング処理により形成したタングステン膜の表面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で拡大の上、この拡大像を撮影したものである。図３（ａ）はニッケル含有濃度が０．０１質量％であるタングステン膜の表面を拡大して撮影した画像であり、図３（ｂ）はニッケル含有濃度が１．５質量％である比較例としてのタングステン膜の表面を拡大して撮影した画像である。なお、図３（ａ）及び図３（ｂ）の画像は、各タングステン膜において同一の面積を撮影したものである。
【００４７】
図３（ａ）に示されるように、ニッケルの含有濃度が０．０１質量％であるタングステン膜は、比較的大きく成長した結晶粒が互いに結合して構成されていることが分かる。つまり、タングステン膜の形成に際しては、上記三酸化タングステン、酸化ニッケル、あるいは単体のニッケルによって、基板Ｓの表面におけるタングステンの表面拡散が阻害されることが抑制されて、タングステンの結晶粒の成長阻害も抑制され、ひいてはタングステン密度の高い膜が形成されたと言える。なお、上記ニッケル含有濃度が０．００１質量％以上且つ１質量％以下の範囲に含まれるタングステン膜であれば概ねこの図３（ａ）に示されるような膜構造となる。
【００４８】
他方、図３（ｂ）に示されるように、ニッケルの含有濃度が上記０．００１質量％以上且つ１質量％以下の範囲に含まれないタングステン膜は、小さい結晶粒が互いに結合して構成され、先の図３（ａ）に示される画像よりも、単位面積あたりの結晶粒の数が多いことが分かる。つまり、タングステン膜の形成に際しては、上記酸化ニッケルあるいはニッケルによって、基板Ｓの表面におけるタングステンの表面拡散が阻害されることで、タングステンの結晶粒の成長も阻害され、ひいてはタングステン密度の低い膜が形成されたと言える。なお、上記ニッケル含有濃度が、０．００１質量％未満であって、１質量％より大きい範囲に含まれるタングステン膜であれば概ねこの図３（ｂ）に示されるような膜構造となる。また、同ニッケル含有濃度が、０．００１質量％よりも小さくなる程、あるいは、１質量％よりも大きくなる程、タングステン膜を構成する結晶粒の粒径は小さくなる傾向にある。これは、上記濃度からの距離が大きくなる程、基板Ｓの表面におけるタングステン元素の表面拡散の阻害度合いが大きくなるためと考えられる。
［実施例１］
以下、本発明に係る成膜方法について実施例に基づき具体的に説明する。
【００４９】
主成分としてのタングステンと添加物としてのニッケルとを含有し、該ニッケルの含有濃度が０．００１質量％であるターゲットを用い、以下の各条件にてスパッタリング処理を実施した。
（Ａ）
・アルゴンガス圧力 ０．１Ｐａ
・基板温度 ５５０℃
・印加電力 ４ｋＷ
・膜厚 １００ｎｍ
（Ｂ）
・アルゴンガス圧力 ０．５Ｐａ
・基板温度 ５００℃
・印加電力 ４ｋＷ
・膜厚 １００ｎｍ
（Ｃ）
・アルゴンガス圧力 １．０Ｐａ
・基板温度 ５５０℃
・印加電力 ４ｋＷ
・膜厚 １００ｎｍ
上記（Ａ）〜（Ｃ）のいずれの条件にてスパッタリング処理を実施しても、これにより形成されたタングステン膜が含有するニッケルの濃度は、０．００１質量％となった。また、その比抵抗を測定したところ、先の図２に示される値であった。
［実施例２］
主成分としてのタングステンと添加物としてのニッケルとを含有して且つ、該ニッケルの含有濃度が０．０１質量％であるターゲットを用い、以下の各条件にてスパッタリング処理を実施した。
（Ａ）
・アルゴンガス圧力 ０．１Ｐａ
・基板温度 ５５０℃
・印加電力 ４ｋＷ
・膜厚 １００ｎｍ
（Ｂ）
・アルゴンガス圧力 ０．５Ｐａ
・基板温度 ５５０℃
・印加電力 ４ｋＷ
・膜厚 １００ｎｍ
（Ｃ）
・アルゴンガス圧力 １．０Ｐａ
・基板温度 ５５０℃
・印加電力 ４ｋＷ
・膜厚 １００ｎｍ
上記（Ａ）〜（Ｃ）のいずれの条件にてスパッタリング処理を実施しても、これにより形成されたタングステン膜が含有するニッケルの濃度は、０．０１質量％となった。また、その比抵抗を測定したところ、先の図２に示される値であった。
【００５０】
以上説明したように、この第１の実施の形態によれば、以下に列挙する効果が得られるようになる。
（１）タングステンが主成分となるターゲットＴにニッケルを添加させ、これをスパッタして形成されるタングステン膜のニッケルの濃度が、酸化されたニッケルも含んで０．００１質量％以上且つ１質量％以下となるようにした。これにより、スパッタ時に基板ＳとターゲットＴとの間に存在する酸素そのもの、及びこれにより酸化されたタングステン、つまり三酸化タングステンの少なくとも一方が該ニッケルにより還元されるようになる。すなわち、ニッケルと上記酸素とを反応させることで、基板Ｓ表面に析出する三酸化タングステンの量が低減されるため、タングステン膜の密度低下を抑制し、ひいては、その比抵抗を低下させることが可能となる。
【００５１】
（２）タングステン膜の構成材料であるタングステンを主成分として、また、スパッタ雰囲気中に存在する酸素、及びタングステンとともに酸化物を構成する酸素等と反応するニッケルを添加物として含有する単一のターゲットＴを用いることにした。これにより、単一のターゲットＴをスパッタするのみで、基板Ｓの成膜面におけるタングステン原子の表面拡散を阻害する酸化タングステンを低減させつつ、タングステン膜を形成することができ、当該成膜処理を簡素化することができる。
【００５２】
（３）ニッケルの濃度が０．００１質量％以上且つ１質量％以下であるタングステン膜をスパッタにより形成するに際し、主成分としてタングステンを含有するとともに、添加物としてニッケルを含有するターゲットＴにおけるニッケルの濃度を、上記タングステン膜と同一の０．００１質量％以上且つ１質量％以下とした。これにより、上記タングステン膜の形成を容易とすることができる。つまり、上記組成のタングステン膜を形成するためのスパッタ雰囲気の形成、正確には、該スパッタ雰囲気中のタングステンの濃度とニッケルの濃度とをより容易に適切なものとすることが可能となる。
［第２の実施の形態］
以下に、本発明に係る成膜方法をマグネトロン式スパッタ装置にて実施されるスパッタリング処理に適用した第２の実施の形態について図４を参照して説明する。なお、同図４では、先の図１に示されるマグネトロン式スパッタ装置１０が備える各種部材等と対応するものには同一の符号を付している。また、以下には、この図４を用いて上記第１の実施の形態から変更した点を特に記載する。
【００５３】
図４は、本実施の形態のスパッタリング処理が実施されるマグネトロン式スパッタ装置の断面構造を示している。同図４に示されるように、マグネトロン式スパッタ装置１０は、先の図１に示されるマグネトロン式スパッタ装置１０と同様、筐体となるチャンバ本体１１を有し、その内部にはスパッタ室１１ａが形成されている。またチャンバ本体１１は、これに接続される供給配管ＩＬを介してガス供給部２０に連結されるとともに、排気配管ＯＬを介して排気部２１に連結されている。
【００５４】
他方、スパッタ室１１ａには、これに搬入された基板Ｓをスパッタ室１１ａの所定の位置に固定するステージ１２が設けられている。また、同ステージ１２における基板載置面上には、基板Ｓの載置領域に対応した開口部を有するとともに、スパッタ室１１ａの内壁にまで至る下側防着板１３ａが配設されている。こうした下側防着板１３ａは、スパッタ室１１ａでのスパッタリング処理時には、生成されたスパッタ粒子がスパッタ室１１ａの内壁に付着することを抑制する。加えて、ステージ１２は、その下部に設けられたステージ用モータ１４の出力軸に駆動連結されており、これらステージ１２及びステージ用モータ１４の中心を通る中心軸Ａを回転中心として、該ステージ１２の上面に載置された基板Ｓをその周方向に回転させる。このようにステージ用モータ１４によってステージ１２共々基板Ｓが回転されることにより、基板Ｓの上面内におけるスパッタ粒子の分布が均一化されるようになる。
【００５５】
また、上記チャンバ本体１１には、これに内設されたステージ１２の斜め上方に、２つのターゲット電極３０ａ，３０ｂを有するとともに、これらターゲット電極３０ａ，３０ｂのそれぞれには外部電源ＦＧａ，ＦＧｂが接続されている。これら外部電源ＦＧａ，ＦＧｂは、それぞれ対応するターゲット電極３０ａ，３０ｂに対し所定の直流電力を供給する。これらターゲット電極３０ａ，３０ｂの下側にはそれぞれターゲットＴａ，Ｔｂが搭載されており、例えば、ターゲット電極３０ａに搭載されたターゲットＴａは、上記第１の実施の形態にて用いられたターゲットＴと同一のもの、つまり、主成分であるタングステンと添加物であるニッケルとの混合物からなるターゲットである。他方、ターゲット電極３０ｂに搭載されたターゲットＴｂは、タングステンからなるターゲット、若しくはニッケルからなるターゲットである。これらターゲットＴａ，Ｔｂはそれぞれ、スパッタ室
１１ａに露出する円盤状に形成されるとともに、その内表面の法線が上記基板Ｓの法線、例えば上記中心軸Ａに対して２２°等の所定の角度だけ傾斜させた状態で当該マグネトロン式スパッタ装置１０に設けられている。
【００５６】
他方、上記ターゲット電極３０ａ，３０ｂの上側には、磁気回路３１ａ，３１ｂ及び回転モータＭａ，Ｍｂが搭載されている。これら磁気回路３１ａ，３１ｂは、それぞれ対応する上記ターゲットＴａ，Ｔｂの内表面に沿って水平磁場であるマグネトロン磁場を形成し、これによりこれらターゲットＴａ，Ｔｂがスパッタされるときには、該ターゲットＴａ，Ｔｂの近傍に高密度のプラズマを生成させることになる。また、これら磁気回路３１ａ，３１ｂは、それぞれ対応する回転モータＭａ，Ｍｂの出力軸に駆動連結されて、該回転モータＭａ，Ｍｂの駆動に同期して対応するターゲットＴａ，Ｔｂの面方向に沿って回転する。なお、これら回転モータＭａ，Ｍｂがこのように回転することで、それぞれ対応する磁気回路３１ａ，３１ｂのマグネトロン磁場をこれに対応するターゲットＴａ，Ｔｂの全周にわたって移動させることにより、そのエロージョン、つまりターゲット面におけるスパッタの程度が均一化されるようになる。
【００５７】
一方、上記チャンバ本体１１のスパッタ室１１ａには更に、該スパッタ室１１ａの上側全体を覆うことで、スパッタリング処理時に発生するスパッタ粒子がスパッタ室１１ａの内壁に付着することを抑制する上側防着板１３ｂが配設されている。しかも、この上側防着板１３ｂは、スパッタ室１１ａの内壁にスパッタ粒子が付着することを抑制するばかりでなく、上記２つのターゲットＴａ，Ｔｂの一方から生成されたスパッタ粒子が、他方のターゲットＴａ，Ｔｂに付着することを抑制する機能をも有している。すなわち、一方のターゲットＴａ，Ｔｂ由来のスパッタ粒子によって他方のターゲットＴａ，Ｔｂが汚染されることを抑制でき、スパッタリング処理に係る条件の精度が低下することを抑制できる。また、こうした上側防着板１３ｂは、上記ターゲットＴａ，Ｔｂのそれぞれと対向する領域にシャッター部ＳＨａ，ＳＨｂを有している。これらシャッター部ＳＨａ，ＳＨｂは、それぞれ対応するターゲットＴａ，Ｔｂに上記外部電源ＦＧａ，ＦＧｂから所定の電力が供給されることに同期して開放されることで、該ターゲットＴａ，Ｔｂと対向する領域を開口させて、該ターゲットＴａ，Ｔｂを用いたスパッタリング処理が実施できるようにする。他方、これらシャッター部ＳＨａ，ＳＨｂは、それぞれ対応するターゲットＴａ，Ｔｂに上記所定の電力が供給されていないときには閉塞されて、これらターゲットＴａ，Ｔｂと対向する領域を閉口させて、ターゲットＴａ，Ｔｂを用いたスパッタリング処理が実施できないようにする。
【００５８】
こうしたマグネトロン式スパッタ装置１０においてスパッタリング処理を実施する際にはまず、上記ガス供給部２０からスパッタ室１１ａにスパッタガスである例えばアルゴンガスが供給される。次いで、排気部２１により該スパッタ室１１ａの圧力が例えば０．１〜２Ｐａに調整される。その後、２つのターゲット電極３０ａ，３０ｂにこれらに対応する外部電源ＦＧａ，ＦＧｂから同時に直流電力を供給し、２つのターゲットＴａ，Ｔｂを同時にスパッタさせる。こうしてターゲットＴａ，Ｔｂがスパッタされることにより生じたスパッタ粒子、すなわちタングステン粒子とニッケル粒子とが上記基板Ｓの表面に堆積し、ひいては該基板Ｓ上にニッケルを含有するタングステン膜が例えば５０ｎｍの厚さで形成される。
【００５９】
上述のように、本実施の形態においては、上記第１の実施の形態と異なり、２つのターゲットＴａ，Ｔｂを用いるとともに、これを同時にスパッタして上記タングステン膜を形成するようにしている。これら２つのターゲットＴａ，Ｔｂのうち、例えばターゲットＴａには上記第１の実施の形態と同様のターゲット、すなわち、主成分としてのタングステンと添加物としてのニッケルとからなる混合物であり、しかも、このニッケルを０．００１質量％以上且つ１質量％以下の濃度で含有するターゲットを用いている。他方、もう１
つのターゲットＴｂとしては、主成分としてニッケルを含有するターゲットを用いている。そして、これら２つのターゲットＴａ，Ｔｂに同時に直流電力を印可することで、これらターゲットＴａ，Ｔｂのスパッタを同時に行う。これにより、上記マグネトロン式スパッタ装置１０のスパッタ室１１ａ、つまりスパッタ雰囲気を、０．００１質量％以上且つ１質量％以下の濃度でニッケルが含有されるタングステン膜の形成が可能な組成とする用にしている。なお、本実施の形態では、上記２つのターゲットＴａ，Ｔｂを用いてタングステン膜を形成しており、これら各ターゲットＴａ，Ｔｂにおけるスパッタ率は、これらのそれぞれに接続された外部電源ＦＧａ，ＦＧｂから印加される直流電流を変更することで、すなわち、上記アルゴンガスの励起度合いを変更すると、これに伴い変化する。そのため、例えばあるスパッタリング処理の条件では、タングステンよりもニッケルのスパッタ率が低く、形成されたタングステン膜に含有されるニッケルの濃度が０．００１質量％を未満となる場合には、このときよりもターゲットＴｂに接続された外部電源ＦＧｂの印加電力を大きくすればよい。他方、タングステンよりもニッケルのスパッタ率が高く、形成されるタングステン膜のニッケル含有濃度が１質量％より大きくなる場合には、上記外部電源ＦＧｂの印加電力を小さくすればよい。
【００６０】
このように、本実施の形態によれば、２つのターゲットＴａ，Ｔｂを用いたスパッタリング処理により、タングステン膜を形成しているため、これらターゲットＴａ，Ｔｂのそれぞれに対するスパッタ条件、例えば上記ターゲットＴａ，Ｔｂのそれぞれに印加される直流電流を制御することにより、スパッタ雰囲気中のタングステンとニッケルの存在割合、ひいては形成されるタングステン膜中に含まれるニッケルの濃度を制御することが可能である。すなわち、タングステン膜に含有されるニッケルの濃度にかかる自由度を向上でき、例えば、タングステンターゲット中に含有される酸素量や、スパッタ雰囲気中に含まれる酸素量に上記２つのターゲットＴａ，Ｔｂそれぞれのスパッタ量を対応付けることで、三酸化タングステンの生成量がより低減されるとともに、ニッケルの含有濃度も適切なタングステン膜を形成することが可能となる。
【００６１】
こうした第２の実施の形態に係るスパッタリング処理によってタングステン膜を形成した場合であっても、タングステン膜が含有するニッケル濃度と該タングステン膜の比抵抗との間には、先の図２に示される関係が成立する。すなわち、本実施の形態によるように、タングステン膜に含有されるニッケルの濃度が０．００１質量％以上且つ１質量％以下の範囲となるスパッタ雰囲気を形成可能なスパッタリング処理の条件によれば、上記三酸化タングステンの生成量を低減し、タングステン膜の比抵抗を低下することができる。
【００６２】
また、この第２の実施の形態に係るスパッタリング処理によって形成されたタングステン膜であれば、上記第１の実施の形態と同様、先の図３（ａ）に示されるような構造を有するタングステン膜が形成される。
［実施例３］
以下、本発明に係る成膜方法について実施例に基づき具体的に説明する。
【００６３】
主成分としてのタングステンと添加物としてのニッケルとを含有して且つ、該ニッケルの含有濃度が０．００１質量％であるターゲットとニッケルからなるターゲット（混合物ターゲット）とを用い、以下の各条件にてスパッタリング処理を実施した。
（Ａ）
・アルゴンガス圧力 ０．１Ｐａ
・基板温度 ５５０℃
・混合物ターゲットへの印加電力 ４ｋＷ
・ニッケルターゲットへの供給電力 ４ｋＷ
・膜厚 １００ｎｍ
（Ｂ）
・アルゴンガス圧力 ０．５１Ｐａ
・基板温度 ５５０℃
・混合物ターゲットへの印加電力 ４ｋＷ
・ニッケルターゲットへの供給電力 ４ｋＷ
・膜厚 １００ｎｍ
（Ｃ）
・アルゴンガス圧力 １．０Ｐａ
・基板温度 ５５０℃
・混合物ターゲットへの印加電力 ４ｋＷ
・ニッケルターゲットへの供給電力 ４ｋＷ
・膜厚 １００ｎｍ
上記（Ａ）〜（Ｃ）のいずれの条件にてスパッタリング処理を実施しても、これにより形成されたタングステン膜が含有するニッケルの濃度は、０．０１質量％となった。また、その比抵抗を測定したところ、先の図２に示される値であった。
［実施例４］
主成分としてのタングステンと添加物としてのニッケルとを含有して且つ、該ニッケルの含有濃度が０．０１質量％であるターゲットを用い、以下の各条件にてスパッタリング処理を実施した。
（Ａ）
・アルゴンガス圧力 ０．１Ｐａ
・基板温度 ５５０℃
・混合物ターゲットへの印加電力 ４ｋＷ
・ニッケルターゲットへの供給電力 ４ｋＷ
・膜厚 １００ｎｍ
（Ｂ）
・アルゴンガス圧力 ０．５Ｐａ
・基板温度 ５５０℃
・混合物ターゲットへの印加電力 ４ｋＷ
・ニッケルターゲットへの供給電力 ４ｋＷ
・膜厚 １００ｎｍ
（Ｃ）
・アルゴンガス圧力 １．０Ｐａ
・基板温度 ５５０℃
・混合物ターゲットへの印加電力 ４ｋＷ
・ニッケルターゲットへの供給電力 ４ｋＷ
・膜厚 １００ｎｍ
上記（Ａ）〜（Ｃ）のいずれの条件にてスパッタリング処理を実施しても、これにより形成されたタングステン膜が含有するニッケルの濃度は、０．０１質量％となった。また、その比抵抗を測定したところ、先の図２に示される値であった。
【００６４】
以上説明したように、この第２の実施の形態によれば、以下に記載の効果が得られるようになる。
（４）タングステン膜の構成材料であるタングステンを主成分として、また、酸素を還元するニッケルを添加物として含有するターゲットＴａと、ニッケルのからなるターゲットＴｂとの２つのターゲットＴａ，Ｔｂを用いるようにした。これにより、これらターゲットＴａ，Ｔｂのそれぞれに対するスパッタ条件を制御することにより、スパッタ雰囲気中のタングステンとニッケルの存在割合、ひいては形成されるタングステン膜中に含まれるニッケルの濃度を制御することが可能である。すなわち、タングステン膜に含有されるニッケルの濃度にかかる自由度を向上でき、例えば、タングステンターゲット中に含有される酸素量や、スパッタ雰囲気中に含まれる酸素量に上記２つのターゲットＴａ，Ｔｂそ
れぞれのスパッタ量を対応付けることで、三酸化タングステンの生成量がより低減されるとともに、ニッケルの含有濃度も適切なタングステン膜を形成することが可能となる。
【００６５】
なお、上記各実施の形態は、以下のように適宜変更して実施することもできる。
・スパッタガスはアルゴンガスに限らず、他の希ガス、例えばクリプトン（Ｋｒ）ガスやキセノン（Ｘｅ）ガス等であってもよい。
【００６６】
・第１及び第２の実施の形態では、ターゲット電極３０，３０ａ，３０ｂの上部に磁気回路３１，３１ａ，３１ｂ等を備えるマグネトロン式スパッタ装置１０を用いることにした。これに限らず、この磁気回路３１，３１ａ，３１ｂ等を備えていない、いわゆる直流電力式スパッタ装置を用いるようにしてもよい。
【００６７】
・第１の実施の形態にて用いるターゲットＴは、主成分であるタングステンと、添加物であるニッケルとを含有するとともに、該ターゲットＴにおけるニッケルの含有濃度が０．００１質量％以上且つ１質量％以下の範囲となるようにした。これに限らず、ターゲットＴはタングステンとニッケルとの混合物であればよく、こうしたターゲットを用いて形成されたタングステン膜が含有するニッケルの濃度が０．００１質量％以上且つ１質量％以下の範囲となるようにスパッタリング処理の条件等の調整が可能であれば、上記ニッケルの含有濃度は任意である。
【００６８】
・第２の実施の形態にて用いるターゲットＴａ，Ｔｂのうち、片方のターゲットＴａが、主成分であるタングステンと、添加物であるニッケルとを含有して且つ、該ターゲットＴａにおけるニッケルの含有濃度が０．００１質量％以上且つ１質量％以下の範囲となるようにした。これに限らず、ターゲットＴａはタングステンとニッケルとの混合物であればよく、こうしたターゲットと、ニッケルからなるもう１つのターゲットとを用いて形成されたタングステン膜が含有するニッケルの濃度が０．００１質量％以上且つ１質量％以下の範囲となるようにスパッタリング処理の条件等の調整が可能であれば、上記ニッケルの含有濃度は任意である。
【００６９】
・第２の実施の形態では、タングステンとニッケルの混合物からなるターゲットＴａと、ニッケルからなるターゲットＴｂとを同時にスパッタしてタングステン膜を形成するようにした。これに限らず、ターゲットＴａに含有されるニッケルの濃度に応じて、より詳細には、ターゲットＴａに含有されるニッケルの濃度が１質量％よりも大きい場合等に、もう１つのターゲットがタングステンからなるターゲットとしてもよい。
【符号の説明】
【００７０】
１０…マグネトロン式スパッタ装置、１１…チャンバ本体、１１ａ…スパッタ室、１２…ステージ、１３…防着板、１３ａ…下側防着板、１３ｂ…上側防着板、１４…ステージ用モータ、２０…ガス供給部、２１…排気部、３０，３０ａ、３０ｂ…ターゲット電極、３１，３１ａ，３１ｂ…磁気回路、３２…マグネットプレート、ＦＧ，ＦＧａ，ＦＧｂ…外部電源、ＩＬ…供給配管、Ｍ，Ｍａ，Ｍｂ…回転モータ、Ｍ１…外側磁石、Ｍ２…内側磁石、ＯＬ…排気配管、Ｓ…基板、ＳＨａ，ＳＨｂ…シャッター部、Ｔ，Ｔａ，Ｔｂ…ターゲット。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タングステンを含有するターゲットを希ガスによりスパッタしてタングステン膜を基板に形成する成膜方法において、
前記ターゲットはニッケルを含有するものであり、
前記タングステン膜におけるニッケルの濃度が、０．００１質量％以上且つ１質量％以下となるようにする
ことを特徴とする成膜方法。
【請求項２】
請求項１に記載の成膜方法において、
前記ターゲットとして、主成分である前記タングステンと添加物である前記ニッケルとを含有するターゲットを用いる
ことを特徴とする成膜方法。
【請求項３】
請求項１に記載の成膜方法において、
前記ターゲットとして、主成分である前記タングステンと添加物である前記ニッケルとを含有するターゲットと、前記タングステン及び前記ニッケルのいずれか一方からなるターゲットとの２つのターゲットを用い、
前記タングステン膜の形成に際しては、これら２つのターゲットを同時にスパッタする
ことを特徴とする成膜方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の成膜方法に用いられる主成分である前記タングステンと添加物である前記ニッケルとを含有するターゲットであって、
当該ターゲットは、前記ニッケルを０．００１質量％以上且つ１質量％以下の濃度で含有してなる
ことを特徴とするターゲット。
【請求項１】
タングステンを含有するターゲットを希ガスによりスパッタしてタングステン膜を基板に形成する成膜方法において、
前記ターゲットはニッケルを含有するものであり、
前記タングステン膜におけるニッケルの濃度が、０．００１質量％以上且つ１質量％以下となるようにする
ことを特徴とする成膜方法。
【請求項２】
請求項１に記載の成膜方法において、
前記ターゲットとして、主成分である前記タングステンと添加物である前記ニッケルとを含有するターゲットを用いる
ことを特徴とする成膜方法。
【請求項３】
請求項１に記載の成膜方法において、
前記ターゲットとして、主成分である前記タングステンと添加物である前記ニッケルとを含有するターゲットと、前記タングステン及び前記ニッケルのいずれか一方からなるターゲットとの２つのターゲットを用い、
前記タングステン膜の形成に際しては、これら２つのターゲットを同時にスパッタする
ことを特徴とする成膜方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の成膜方法に用いられる主成分である前記タングステンと添加物である前記ニッケルとを含有するターゲットであって、
当該ターゲットは、前記ニッケルを０．００１質量％以上且つ１質量％以下の濃度で含有してなる
ことを特徴とするターゲット。
【図１】
【図２】
【図４】
【図３】
【図２】
【図４】
【図３】
【公開番号】特開２０１１−２１４０６７（Ｐ２０１１−２１４０６７Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−８３２５３（Ｐ２０１０−８３２５３）
【出願日】平成２２年３月３１日（２０１０．３．３１）
【出願人】（０００２３１４６４）株式会社アルバック (1,740)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月３１日（２０１０．３．３１）
【出願人】（０００２３１４６４）株式会社アルバック (1,740)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]