成膜装置及び成膜方法
【課題】基板表面に形成された高アスペクト比の微細構造内の側面及び底面に、金属層を形成する際のカバレッジに優れた成膜装置及び成膜方法の提供。
【解決手段】微細構造が形成された基板表面４に、スパッタリングによって金属層を形成する成膜装置１であって、基板４と金属層の母材をなすターゲット５とを対向させて、両方を収納する内部空間を有するチャンバー２と、チャンバー２内を減圧する排気手段と、チャンバー２内にスパッタガスを導入するガス導入手段と、ターゲット５のスパッタ面５ａ前方に磁場を発生させる第一磁場発生手段６と、ターゲット５に負の直流電圧を印加する直流電源７と、ターゲット５から基板４へ向かう方向に磁場Ｂを発生させる第二磁場発生手段１０と、が少なくとも備えられたことを特徴とする成膜装置１。
【解決手段】微細構造が形成された基板表面４に、スパッタリングによって金属層を形成する成膜装置１であって、基板４と金属層の母材をなすターゲット５とを対向させて、両方を収納する内部空間を有するチャンバー２と、チャンバー２内を減圧する排気手段と、チャンバー２内にスパッタガスを導入するガス導入手段と、ターゲット５のスパッタ面５ａ前方に磁場を発生させる第一磁場発生手段６と、ターゲット５に負の直流電圧を印加する直流電源７と、ターゲット５から基板４へ向かう方向に磁場Ｂを発生させる第二磁場発生手段１０と、が少なくとも備えられたことを特徴とする成膜装置１。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細構造が形成された基板表面に、スパッタリングによって、金属層を形成する成膜装置及び成膜方法に関する。より詳しくは、本発明は、微細構造が形成された基板表面へ向かう磁場を発生させつつ、スパッタリングによって、該微細構造内の側面及び底面に、金属層を形成する成膜装置及び成膜方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置を構成するシリコン基板等に形成された、微細孔（ビア）、微細溝（トレンチ）、スルーホール等の微細構造の側面及び底面に、金属層を形成する場合、ＣＶＤやスパッタリング等の成膜方法が用いられている（特許文献１参照）。
近年の半導体装置における配線パターン等の微細化に伴い、深さと幅の比（アスペクト比）が５を超えるような高アスペクト比の微細構造内の側面及び底面に被覆性よく成膜できること、即ち、カバレッジの向上が強く要求されている。
ＣＶＤで成膜する場合、カバレッジには優れるが、コストが高くなるという問題がある。一方、より低コストなスパッタリングで成膜する場合、カバレッジに劣る問題がある。特に高アスペクト比の微細構造においては、カバレッジの低下が問題となっている。このため、カバレッジに優れるスパッタリングによる成膜方法の開発が強く望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１５０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、基板表面に形成された高アスペクト比の微細構造内の側面及び底面に、金属層を形成する際のカバレッジに優れた成膜装置及び成膜方法の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の請求項１に記載の成膜装置は、微細構造が形成された基板表面に、スパッタリングによって金属層を形成する成膜装置であって、前記基板と前記金属層の母材をなすターゲットとを対向させて、両方を収納する内部空間を有するチャンバーと、前記チャンバー内を減圧する排気手段と、前記チャンバー内にスパッタガスを導入するガス導入手段と、前記ターゲットのスパッタ面前方に磁場を発生させる第一磁場発生手段と、前記ターゲットに負の直流電圧を印加する直流電源と、前記ターゲットから前記基板へ向かう方向に磁場を発生させる第二磁場発生手段と、が少なくとも備えられたことを特徴とする。
本発明の請求項２に記載の成膜装置は、請求項１において、前記第二磁場発生手段は、前記チャンバーの側壁において、前記ターゲットと前記基板との中点よりも、該ターゲット側に設置されていることを特徴とする。
本発明の請求項３に記載の成膜装置は、請求項１又は２において、前記基板に高周波電力を印加する高周波電源を備えたことを特徴とする。
本発明の請求項４に記載の成膜方法は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の成膜装置を用いて、前記第二磁場発生手段によって、３０〜６００Ｇａｕｓｓ（ガウス）の磁場を発生させつつ、前記ターゲットをスパッタリングすることによって、前記基板の表面に形成された微細構造内の側面及び底面に、前記金属層を形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の成膜装置及び成膜方法によれば、前記第二磁場発生手段で発生された、前記ターゲットから前記基板へ向かう方向の磁場（磁力線）によって、スパッタ粒子が前記基板へ方向付けることができる。この結果、前記基板表面に形成された高アスペクト比の微細構造内の深部の側面及び底面まで、前記スパッタ粒子が到達させることができ、カバレッジの良い金属層を形成することができる。さらに、前記第二磁場発生手段が、前記成膜装置のチャンバーの側面において、前記ターゲットと前記基板との中点よりも、該ターゲット側に設置されていることにより、磁場強度の傾斜が発生し、スパッタ粒子は更に基板側に拡散されやすくなり、高アスペクト比の微細構造の深部の側面及び底面までスパッタ粒子が到達しやすくなるため、カバレッジが一層優れた金属層を形成できる。
本発明の成膜装置が前記基板に高周波電力を印加する高周波電源を備えた場合、バイアススパッタを行うことができる。バイアススパッタによって、スパッタ粒子及び不活性ガスの荷電粒子を、前記基板へ仕向けることができる。この結果、前記磁場によるスパッタ粒子の方向付けを更に加速することができる。さらには、高周波電力の印加によるセルフバイアスによって前記微細構造内の底面に形成された膜を再スパッタすることによって、前記微細構造内の側面及び底面コーナー部に形成された金属層のカバレッジを一層良好にすることができる。
本発明の成膜方法において、前記基板表面に形成された微細構造が、アスペクト比５以上の微細孔又は微細溝である場合であっても、カバレッジに優れた金属層を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】(ａ)本発明にかかる成膜装置の一例を示す概略断面図、(ｂ)(ａ)の成膜装置を備えた成膜装置システムの一例を示す概略平面図。
【図２】本発明の成膜装置を用いて形成した金属層を示す模式断面図。
【図３】本発明にかかる成膜装置の別の一例を示す概略断面図。
【図４】本発明の成膜装置を用いて形成した金属層を示すＳＥＭ画像であり、(ａ)は、アスペクト比５の微細孔の側面部のカバレッジ１７．４％を示し、(ｂ)は、該微細孔の底面のカバレッジ１７．１％を示す。
【図５】比較例の成膜装置を用いて形成した金属層を示すＳＥＭ画像であり、(ａ)は、アスペクト比５の微細孔の側面部のカバレッジ３．７％を示し、(ｂ)は、該微細孔の底面のカバレッジ３．５％を示す。
【図６】本発明の成膜装置における第二磁場発生手段の磁場強度と、形成された金属層のカバレッジの関係の一例を示すグラフ。
【図７】比較例の成膜装置を用いて形成した金属層を示す模式断面図。
【図８】本発明の成膜装置における第二磁場発生手段の磁場強度と、形成された金属層のカバレッジの関係の一例を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の好適な実施形態について図を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲に置いて種々の変更が可能である。
【０００９】
図１（ａ）は、本発明にかかる成膜装置１の一例（第一実施形態）を示す概略断面図である。第一実施形態の成膜装置１は所謂マグネトロンスパッタ装置であり、減圧可能な処理室であるチャンバー２を備える。チャンバー２の形状は特に制限されず、例えば略円筒状が挙げられる。チャンバー２の天井部には、ターゲット載置部を有するカソード３が配置されている。該ターゲット載置部には、処理すべき基板４の表面に形成しようとする金属層の組成に応じて適宜選択された材料からなるターゲット５が取付けられている。ターゲット５のスパッタ面５ａ前方にトンネル状の磁場を発生する第一磁場発生手段６がカソード３の上部に配置されている。
【００１０】
チャンバー２は、内部を減圧するための排気手段として、ターボ分子ポンプやロータリーポンプ等の排気ポンプ（不図示）を有し、所望の真空度に調整される。また、チャンバー２は、内部にスパッタガスを導入するガス導入手段として、マスフローコントロラーで制御されたガス源に連通するガス管（不図示）が接続されており、所望のスパッタガスを導入することができる。該スパッタガスとしては、例えばＡｒガス等の不活性ガスやＮ２ガス等のプロセスガスが挙げられる。
【００１１】
ターゲット５の形状は特に制限されず、処理すべき基板４の形状に対応させて、スパッタ面５ａの面積が基板４の表面積より大きくなるように所望の形状（例えば円盤状）とすることができる。
ターゲット５の材料、即ち基板４の表面に形成される金属層の材料としては、目的に応じた材料を選択すればよく、例えばＴｉ，Ｃｕ，Ｗ，Ｎｉ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ａｌ、及びこれらの金属の合金が挙げられる。
ターゲット５及びカソード３はＤＣ電源７に接続されており、所定の負電位が印加される。
【００１２】
第一磁場発生手段６は、スパッタ面５ａと背向する側（上側）に配置され、ターゲット５に平行に配置されたヨーク６ａと、ヨーク６ａの下面にターゲット５側の極性を交互に変えて配置した磁石６ｂ、６ｃとから構成されている。なお、磁石６ｂ、６ｃの形状や個数は、放電の安定性やターゲット５の使用効率の向上等の観点からターゲット５の前方に形成しようとする磁場に応じて適宜選択され、例えば薄片状や棒状のものまたはこれらを適宜組み合わせて用いるようにしてもよく、また、第一磁場発生手段６がターゲット５の背面側で往復運動や回転運動するように構成してもよい。
【００１３】
チャンバ２の底部には、ターゲット５に対向させてステージ８が配置され、基板４を位置決め保持できるようになっている。また、基板４に高周波電力を印加する高周波電源９（ＲＦ電源）がステージ８に接続されている。
【００１４】
チャンバー２の側壁２ａには、チャンバー２の周りを囲むように、第二磁場発生手段１０が配置されている。第二磁場発生手段１０としては、ターゲット５から基板４へ向かう方向の磁力線ｘを有する磁場Ｂを発生できるものであれば特に限定されず、例えばソレノイドコイルが挙げられる。該ソレノイドコイルの個数、導線の径や巻数は、例えばターゲット５の寸法、ターゲット５と基板４との間の距離、ソレノイドコイルに接続された電源装置の電流値や発生させようとする磁場の強度に応じて適宜設定される。
【００１５】
図１（ａ）におけるチャンバー２内の点線は、第二磁場発生手段１０によって発生された磁力線ｘの大よその形状を示す。この点線で表される磁力線ｘの向きは、上下のどちらがＮ極又はＳ極であってもよいが、図１（ａ）では、上側がＮ極で、下側がＳ極である場合を示す。ベクトルＢは、複数の磁力線ｘによって形成される磁場Ｂの向きを示す。第二磁場発生手段は、ターゲット５及び基板４を結ぶ中心線に対して線対称となるように配置されているため、形成される磁場Ｂは、該中心線に対して線対称となる。そのため、磁場Ｂは、ターゲット５から基板４へ向かうベクトルＢで表すことができる。
【００１６】
図１（ａ）における第二磁場発生手段１０は、チャンバー２の側壁２ａにおいて、ターゲット５と基板４との中点Ｖよりもターゲット５側に設置されている。この配置にすることによって、ターゲットから基板方向に対して磁場強度の傾きが発生し、この傾きによって、スパッタ粒子が更に拡散されやすくなる。これにより基板４の表面の微細構造内の側面及び底面に形成される金属層のカバレッジを良好にすることができる。このメカニズムについては必ずしも明らかでないが、チャンバー２における磁力線の極大点Ｇが基板４から所定の距離以上に離れていることが重要であると推測される。
【００１７】
したがって、第二磁場発生手段１０の配置としては、第二磁場発生手段１０の中心（第二磁場発生手段が発生する磁力線ｘの極大点Ｇ）が、ターゲット５と基板４との中点Ｖよりもターゲット５側にあることが好ましく、ターゲット５と基板４とを三等分する点（三等分点）のうち、ターゲット５側の三等分点よりもターゲット５側にあることがより好ましい。
【００１８】
一方、第二磁場発生手段１０の中心（磁力線ｙの極大点Ｇ）が該中点Ｖ上にある例として、図３に示す成膜装置１００（本発明の第二実施形態）が挙げられる｛図１（ａ）に示す成膜装置１と同じ構成には同じ符号を付してある｝。この成膜装置１００の第二磁場発生手段１０によって発生される磁場Ｂにおける磁力線ｙの大よその形状を点線で表してある。この磁力線ｙの極大点Ｇは、ターゲット５と基板４との中点に位置しているため、本発明の第一実施形態の成膜装置１よりも、成膜性（微細構造内の側面及び底面に形成される金属層のカバレッジ）に劣る。つまり、本発明の第一実施形態の成膜装置１の方が、成膜性に優れる。
【００１９】
この理由として、本発明の第一実施形態の成膜装置１では、前述のように、前記極大点Ｇが前記中点Ｖよりもターゲット５側に設置されており、スパッタ粒子の拡散が促進されるような磁場強度の傾きが発生しているためであると考えられる。このため、基板表面に形成された微細構造の底面にスパッタ粒子がより到達し易くなり、カバレッジが一層向上すると考えられる。
したがって、第一実施形態の成膜装置１における第二磁場発生手段１０の配置の方が、第二実施形態の成膜装置１００における第二磁場発生手段１０の配置よりも好ましい。
【００２０】
図１（ｂ）は、成膜装置システム３０の模式平面図を示す。成膜装置システム３０は、基板４（ウエハー）の搬送室Ｔ、ロード・アンロード室（Ｌ／ＵＬ室）、エッチング室（Ｅ２室）、第一スパッタ室（Ｓ３室）、及び第二スパッタ室（Ｓ４室）を備えている。Ｓ３室及びＳ４室には、上記成膜装置１がそれぞれ設置されている。
【００２１】
Ｌ／ＵＬ室、Ｅ２室、Ｓ３室、及びＳ４室は隔壁Ｗによって、搬送室Ｔとは区切られており、内部を真空雰囲気にすることができる。これにより、例えばＥ２室からＳ３室へ基板を搬送する際に、該基板を大気に曝すことなく行える。
【００２２】
隔壁Ｗ内に備えられたハンドラＨ０は、基板を保持したまま回動し、Ｅ２室、Ｓ３室、Ｓ４室、Ｌ／ＵＬ室の間で、基板を搬送する。また、搬送室Ｔにおける移載機は、ハンドラＨ１と、基板（ウエハー）のカセットＣ１，Ｃ２とを有している。ハンドラＨ１は、基板を保持したまま移動し、カセットにセットされた基板をＬ／ＵＬ室に搬入し、スパッタ処理された基板をＬ／ＵＬ室から搬出してカセットに戻す。
【００２３】
次に、上記成膜装置１を備えた成膜装置システム３０を用いた成膜方法について説明する。図２に示す基板４は、表面にアスペクト比５（深さ／幅の比）の微細孔１１が形成されている。この基板４を移載機カセットＣ１にセットして、ハンドラＨ１によってＬ／ＵＬ室に搬入する。つづいて、ハンドラＨ０によってＥ２室に搬入し、基板表面の酸化層をエッチングにて除去する。その後、ハンドラＨ０によってＳ３室における成膜装置１のステージ８に載置して位置決めする。ステージ８は駆動部Ｍによって昇降可能に駆動され、基板４を載置後、チャンバー２内に基板４を設置する。
【００２４】
チャンバー２の排気手段を作動させて、所定の真空度（例えば、１０−５Ｐａ台）まで真空引きする。第二磁場発生手段１０であるソレノイドコイルを作動させて、ターゲット５から基板４へ向かう磁場Ｂを発生させる。チャンバー２内にアルゴンガスなど（スパッタガス）を所定の流量で導入しつつ、ＤＣ電源７よりターゲット５に所定の負電位を印加（電力投入）してチャンバー２内にプラズマ雰囲気を形成する。さらに、第一磁場発生手段６からの磁場でスパッタ面５ａ前方で電離した電子及びスパッタリングによって生じた二次電子が捕捉され、スパッタ面５ａ前方におけるプラズマが発生する。
【００２５】
さらに、第二磁場発生手段１０で磁場Ｂを発生させると、スパッタ面５ａ前方におけるプラズマを高密度とすることができ、イオン化効率を高められる。このプラズマ中のアルゴンイオンが、スパッタ面５ａに衝突してスパッタ面５ａがスパッタリングされ、スパッタ面５ａから基板４に向かって、Ｔｉ製のターゲット５からＴｉ原子やＴｉイオンが飛散する。アルゴンイオン、Ｔｉイオン、及びＴｉ原子からなるスパッタ粒子は、第二磁場発生手段１０による磁場Ｂのターゲット５から基板４へ向かう磁力線に沿って飛行し、基板４方向に誘導される。すなわち、該磁力線によって、スパッタ粒子の、微細孔１１の深さ方向に向けた直進性が高められる。その結果、基板４の表面４ａ、並びに微細孔１１内の深部の側面１１ａ及び底面１１ｂに到達して、カバレッジの優れたＴｉからなる金属層１２を形成することができる。ここで、前記磁力線は基板４の表面に対して適度な傾きを有するため、スパッタ粒子は、更に直進性が高くなるので底面１１ｂのカバレッジをよくすることができる。
【００２６】
このスパッタリングの際、高周波電源９によって基板４に高周波（ＲＦ）電力を印加してバイアススパッタとすることが好ましい。Ｔｉからなる金属層１２にＡｒが吸蔵されることを防いで金属層の性質を良好にすることができると共に、再スパッタ効果（金属層を形成したスパッタ粒子が、金属層から一時的に叩き出されて、再度金属層を形成すること）によって、微細孔１１内の側面１１ａ及び底面１１ｂのカバレッジを向上させることができる。
【００２７】
本明細書における「カバレッジ」とは、（微細孔１１内の側面１１ａ又は底面１１ｂに形成された金属層の厚さ／基板表面４ａに形成された金属層１２の厚さ）×１００％として定義される。
以下では、（微細孔１１内の側面１１aに形成された金属層の厚さ／基板表面４ａに形成された金属層１２の厚さ）×１００％を、サイドカバレッジと呼ぶことがある。サイドカバレッジの中でも、特に、（微細孔１１内の側面１１aにおける底面近傍（コーナー部）に形成された金属層の厚さ／基板表面４ａに形成された金属層１２の厚さ）×１００％を、コーナー部のカバレッジと呼ぶことがある。
また、（微細孔１１内の底面１１ｂに形成された金属層の厚さ／基板表面４ａに形成された金属層１２の厚さ）×１００％を、ボトムカバレッジと呼ぶことがある。
【００２８】
第二磁場発生手段による磁場Ｂの強度（Ｇａｕｓｓ：ガウス）としては、３０〜６００ガウスが好ましく、１５０〜５５０ガウスがより好ましく、３５０〜５００ガウスがさらに好ましい。
上記範囲の下限値以上であると、カバレッジを良好にすることができる。また、上記範囲の上限値以上であると、磁場によって供給された荷電粒子による基板のチャージアップが起こり、異常放電や基板温度の上昇を引き起こす恐れがある。
【００２９】
磁場Ｂの強度とカバレッジとの上記関係が生じる原因は、次のように考えられる。
一般に荷電粒子（電子、イオン化されたスパッタ粒子）は、磁場Ｂ（磁力線）に沿って回転運動を行うが、小さく軽い電子は弱い磁場（数ガウス程度）にて、すぐに磁化される。しかし、電子に比べて大きく重いスパッタ粒子は数十ガウス程度にて磁化される。このことから、カバレッジを向上させるためにはイオン化されたスパッタ粒子が磁化される程度の磁場が必要になると考えられる。
【００３０】
例えばアルミニウム（Ａｌ）や、その合金（例えばＡｌ−Ｓｉ系）等の比較的軽いスパッタ粒子は、数十ガウス程度で磁化による効果が得られると考えられる。従って、軽いスパッタ粒子を使用する場合は、第二磁場発生手段による磁場Ｂの強度は、３０〜３００ガウス程度が好ましく、６０〜２００ガウスがより好ましく、８０〜１５０ガウスがさらに好ましい。
【００３１】
一方、例えばチタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、タリウム（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）等の比較的重いスパッタ粒子は、数百ガウス程度で磁化による効果が得られると考えられる。従って、重いスパッタ粒子を使用する場合は、第二磁場発生手段による磁場Ｂの強度は、１５０〜６００ガウス程度が好ましく、２５０〜５５０ガウスがより好ましく、３５０〜５００ガウスがさらに好ましい。
【００３２】
なお、「磁化」は、荷電粒子がその他の粒子と衝突する間に１回転以上磁場に沿って回転している状態として定義される。
［参考文献］
書籍名：東北大学基礎電子工学入門講座・第4巻 気体放電
著者：八田吉典
発行者：金山豊作
発行所：株式会社 近代科学社
３．１４．２項 プラズマに対する外部磁界の影響
【００３３】
Ｓ３室でＴｉからなる金属層１２を形成した後、ステージ８を下げてチャンバー２から離脱させ、ハンドラＨ０によってＳ４室における成膜装置１のステージ８に載置して位置決めする。Ｓ４室の成膜装置１におけるターゲット５は銅製である。前述のＳ３室の成膜装置１におけるＴｉからなる金属層１２の上に、銅からなる金属層１４を積層して形成することができる（図２）。この銅からなる金属層１４は、前述のＴｉからなる金属層１２の場合と同様の成膜方法で形成できる。
【００３４】
このようにして形成された金属層１２及び１４（図２）のカバレッジは、第二磁場発生装置を備えていない成膜装置（比較例）を使用して形成した金属層１３（図７）のカバレッジよりも明らかに優れる。
【実施例】
【００３５】
（実施例１）
本発明の成膜装置１を備えた前述の成膜装置システム３０を使用して、深さ１００μｍ幅２０μｍ（アスペクト比５）の微細孔１１が表面に形成されたシリコン基板４を用いた場合の成膜方法の具体例を以下に示す。
【００３６】
搬送室Ｔの移載機によって、シリコン基板４をＬ／ＵＬ室に搬送し、Ｅ２室において基板表面の酸化層をアルゴンガスでエッチングして除去した。その後、シリコン基板４をＳ３室に移して、成膜装置１のステージ８に載置し、チャンバー２内にセットした。このとき、Ｔｉ製のターゲット５とシリコン基板４との距離は１００ｍｍ〜２００ｍｍとした。
【００３７】
チャンバー２の圧力をアルゴンガスを用いて０．１〜０．５Ｐａ程度に設定し、カソード３に接続されたＤＣ電源７の投入Ｐｏｗｅｒを１．０〜８．０ｋＷ程度に設定し、第二磁場発生手段であるコイルの導線に２０〜６０Ａ程度の電流を流して、微細孔１１の深さ方向に磁場を発生させた。さらに、高周波電源９によってシリコン基板４に１００〜５００Ｗ程度印加してセルフバイアスを発生させた。
【００３８】
このようにして、シリコン基板４の表面、並びに、微細孔１１内の側面１１ａ及び底面１１ｂに、Ｔｉからなる金属層１２を形成した。第二磁場発生手段による磁場を６００ガウスとしたときに形成された金属層１２の断面のＳＥＭ画像を図４に示し、第二磁場発生手段による磁場を０ガウスとしたときに形成された金属層１２の断面のＳＥＭ画像を図５に示す。また、第二磁場発生手段による磁場を０〜６００ガウスで変化させた時の、カバレッジ{側面１１ａ（コーナー部）のカバレッジ、及び底面１１ｂ（ボトム部）のカバレッジ}の変化を図６に示す。
【００３９】
以上の結果から、微細孔１１の深さ方向に磁場を印加することによって、スパッタ粒子の直進性を高めて、微細孔１１内部への着膜量及びカバレッジを向上できることが明らかである。さらに、シリコン基板４にバイアス電圧を印加することによって、微細孔１１の側面１１ａ及び底面１１ｂに形成された金属層１２を再スパッタして、微細孔１１の底面１１ｂの周縁部（最も金属層が形成され難いと一般にいわれているコーナー部）の着膜量及びカバレッジを向上できることが明らかである。また、磁場によって、スパッタ粒子のイオン化率が高くなり、基板側に印加された電界による再スパッタの効率が高くなっていることがわかる。
図６から、第二磁場発生手段による磁場強度を１５０ガウス以上とすると、コーナー部のカバレッジ及びボトムカバレッジが共に、急激に向上し、５００〜６００ガウスでカバレッジの向上が頭打ちになることが明らかである。
【００４０】
（実施例２）
ターゲット５をＡｌ製に変更し、第二磁場発生手段による磁場を０〜１０５ガウスで変化させた以外は、実施例１と同様に行って、シリコン基板４の表面、並びに、微細孔１１内の側面１１ａ及び底面１１ｂに、Ａｌからなる金属層１２を形成した。
この場合における、カバレッジ{側面１１ａ（コーナー部）のカバレッジ、及び底面１１ｂ（ボトム部）のカバレッジ}の変化を図７に示す。
【００４１】
図８から、第二磁場発生手段による磁場強度を３０ガウス以上とすると、カバレッジが急激に向上することが明らかである。特に、コーナー部のカバレッジ向上が顕著である。
【符号の説明】
【００４２】
１…成膜装置、２…チャンバー、２ａ…側壁、３…カソード、４…基板、４ａ…基板表面、５…ターゲット、５ａ…スパッタ面、６…第一磁場発生手段、６ａ…ヨーク、６ｂ…磁石、６ｃ…磁石、７…ＤＣ電源、８…ステージ、Ｍ…駆動部、ｘ…磁力線、ｙ…磁力線、Ｇ…磁力線の極大点、９…高周波電源、１０…第二磁場発生手段（ソレノイドコイル）、１１…微細孔、１１ａ…微細孔の側面、１１ｂ…微細孔の底面、１２…金属層（Ｔｉ層）、１３…金属層、１４…金属層（Ｃｕ層）、３０…成膜装置システム、Ｔ…搬送室、Ｌ／ＵＬ…ロード／アンロード室、Ｅ２…エッチング室、Ｓ３…第一スパッタ室、Ｓ４…第二スパッタ室、Ｈ０…ハンドラ、Ｈ１…ハンドラ、Ｗ…隔壁、Ｃ１…移載機カセット、Ｃ２…移載機カセット。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細構造が形成された基板表面に、スパッタリングによって、金属層を形成する成膜装置及び成膜方法に関する。より詳しくは、本発明は、微細構造が形成された基板表面へ向かう磁場を発生させつつ、スパッタリングによって、該微細構造内の側面及び底面に、金属層を形成する成膜装置及び成膜方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置を構成するシリコン基板等に形成された、微細孔（ビア）、微細溝（トレンチ）、スルーホール等の微細構造の側面及び底面に、金属層を形成する場合、ＣＶＤやスパッタリング等の成膜方法が用いられている（特許文献１参照）。
近年の半導体装置における配線パターン等の微細化に伴い、深さと幅の比（アスペクト比）が５を超えるような高アスペクト比の微細構造内の側面及び底面に被覆性よく成膜できること、即ち、カバレッジの向上が強く要求されている。
ＣＶＤで成膜する場合、カバレッジには優れるが、コストが高くなるという問題がある。一方、より低コストなスパッタリングで成膜する場合、カバレッジに劣る問題がある。特に高アスペクト比の微細構造においては、カバレッジの低下が問題となっている。このため、カバレッジに優れるスパッタリングによる成膜方法の開発が強く望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１５０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、基板表面に形成された高アスペクト比の微細構造内の側面及び底面に、金属層を形成する際のカバレッジに優れた成膜装置及び成膜方法の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の請求項１に記載の成膜装置は、微細構造が形成された基板表面に、スパッタリングによって金属層を形成する成膜装置であって、前記基板と前記金属層の母材をなすターゲットとを対向させて、両方を収納する内部空間を有するチャンバーと、前記チャンバー内を減圧する排気手段と、前記チャンバー内にスパッタガスを導入するガス導入手段と、前記ターゲットのスパッタ面前方に磁場を発生させる第一磁場発生手段と、前記ターゲットに負の直流電圧を印加する直流電源と、前記ターゲットから前記基板へ向かう方向に磁場を発生させる第二磁場発生手段と、が少なくとも備えられたことを特徴とする。
本発明の請求項２に記載の成膜装置は、請求項１において、前記第二磁場発生手段は、前記チャンバーの側壁において、前記ターゲットと前記基板との中点よりも、該ターゲット側に設置されていることを特徴とする。
本発明の請求項３に記載の成膜装置は、請求項１又は２において、前記基板に高周波電力を印加する高周波電源を備えたことを特徴とする。
本発明の請求項４に記載の成膜方法は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の成膜装置を用いて、前記第二磁場発生手段によって、３０〜６００Ｇａｕｓｓ（ガウス）の磁場を発生させつつ、前記ターゲットをスパッタリングすることによって、前記基板の表面に形成された微細構造内の側面及び底面に、前記金属層を形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の成膜装置及び成膜方法によれば、前記第二磁場発生手段で発生された、前記ターゲットから前記基板へ向かう方向の磁場（磁力線）によって、スパッタ粒子が前記基板へ方向付けることができる。この結果、前記基板表面に形成された高アスペクト比の微細構造内の深部の側面及び底面まで、前記スパッタ粒子が到達させることができ、カバレッジの良い金属層を形成することができる。さらに、前記第二磁場発生手段が、前記成膜装置のチャンバーの側面において、前記ターゲットと前記基板との中点よりも、該ターゲット側に設置されていることにより、磁場強度の傾斜が発生し、スパッタ粒子は更に基板側に拡散されやすくなり、高アスペクト比の微細構造の深部の側面及び底面までスパッタ粒子が到達しやすくなるため、カバレッジが一層優れた金属層を形成できる。
本発明の成膜装置が前記基板に高周波電力を印加する高周波電源を備えた場合、バイアススパッタを行うことができる。バイアススパッタによって、スパッタ粒子及び不活性ガスの荷電粒子を、前記基板へ仕向けることができる。この結果、前記磁場によるスパッタ粒子の方向付けを更に加速することができる。さらには、高周波電力の印加によるセルフバイアスによって前記微細構造内の底面に形成された膜を再スパッタすることによって、前記微細構造内の側面及び底面コーナー部に形成された金属層のカバレッジを一層良好にすることができる。
本発明の成膜方法において、前記基板表面に形成された微細構造が、アスペクト比５以上の微細孔又は微細溝である場合であっても、カバレッジに優れた金属層を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】(ａ)本発明にかかる成膜装置の一例を示す概略断面図、(ｂ)(ａ)の成膜装置を備えた成膜装置システムの一例を示す概略平面図。
【図２】本発明の成膜装置を用いて形成した金属層を示す模式断面図。
【図３】本発明にかかる成膜装置の別の一例を示す概略断面図。
【図４】本発明の成膜装置を用いて形成した金属層を示すＳＥＭ画像であり、(ａ)は、アスペクト比５の微細孔の側面部のカバレッジ１７．４％を示し、(ｂ)は、該微細孔の底面のカバレッジ１７．１％を示す。
【図５】比較例の成膜装置を用いて形成した金属層を示すＳＥＭ画像であり、(ａ)は、アスペクト比５の微細孔の側面部のカバレッジ３．７％を示し、(ｂ)は、該微細孔の底面のカバレッジ３．５％を示す。
【図６】本発明の成膜装置における第二磁場発生手段の磁場強度と、形成された金属層のカバレッジの関係の一例を示すグラフ。
【図７】比較例の成膜装置を用いて形成した金属層を示す模式断面図。
【図８】本発明の成膜装置における第二磁場発生手段の磁場強度と、形成された金属層のカバレッジの関係の一例を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の好適な実施形態について図を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲に置いて種々の変更が可能である。
【０００９】
図１（ａ）は、本発明にかかる成膜装置１の一例（第一実施形態）を示す概略断面図である。第一実施形態の成膜装置１は所謂マグネトロンスパッタ装置であり、減圧可能な処理室であるチャンバー２を備える。チャンバー２の形状は特に制限されず、例えば略円筒状が挙げられる。チャンバー２の天井部には、ターゲット載置部を有するカソード３が配置されている。該ターゲット載置部には、処理すべき基板４の表面に形成しようとする金属層の組成に応じて適宜選択された材料からなるターゲット５が取付けられている。ターゲット５のスパッタ面５ａ前方にトンネル状の磁場を発生する第一磁場発生手段６がカソード３の上部に配置されている。
【００１０】
チャンバー２は、内部を減圧するための排気手段として、ターボ分子ポンプやロータリーポンプ等の排気ポンプ（不図示）を有し、所望の真空度に調整される。また、チャンバー２は、内部にスパッタガスを導入するガス導入手段として、マスフローコントロラーで制御されたガス源に連通するガス管（不図示）が接続されており、所望のスパッタガスを導入することができる。該スパッタガスとしては、例えばＡｒガス等の不活性ガスやＮ２ガス等のプロセスガスが挙げられる。
【００１１】
ターゲット５の形状は特に制限されず、処理すべき基板４の形状に対応させて、スパッタ面５ａの面積が基板４の表面積より大きくなるように所望の形状（例えば円盤状）とすることができる。
ターゲット５の材料、即ち基板４の表面に形成される金属層の材料としては、目的に応じた材料を選択すればよく、例えばＴｉ，Ｃｕ，Ｗ，Ｎｉ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ａｌ、及びこれらの金属の合金が挙げられる。
ターゲット５及びカソード３はＤＣ電源７に接続されており、所定の負電位が印加される。
【００１２】
第一磁場発生手段６は、スパッタ面５ａと背向する側（上側）に配置され、ターゲット５に平行に配置されたヨーク６ａと、ヨーク６ａの下面にターゲット５側の極性を交互に変えて配置した磁石６ｂ、６ｃとから構成されている。なお、磁石６ｂ、６ｃの形状や個数は、放電の安定性やターゲット５の使用効率の向上等の観点からターゲット５の前方に形成しようとする磁場に応じて適宜選択され、例えば薄片状や棒状のものまたはこれらを適宜組み合わせて用いるようにしてもよく、また、第一磁場発生手段６がターゲット５の背面側で往復運動や回転運動するように構成してもよい。
【００１３】
チャンバ２の底部には、ターゲット５に対向させてステージ８が配置され、基板４を位置決め保持できるようになっている。また、基板４に高周波電力を印加する高周波電源９（ＲＦ電源）がステージ８に接続されている。
【００１４】
チャンバー２の側壁２ａには、チャンバー２の周りを囲むように、第二磁場発生手段１０が配置されている。第二磁場発生手段１０としては、ターゲット５から基板４へ向かう方向の磁力線ｘを有する磁場Ｂを発生できるものであれば特に限定されず、例えばソレノイドコイルが挙げられる。該ソレノイドコイルの個数、導線の径や巻数は、例えばターゲット５の寸法、ターゲット５と基板４との間の距離、ソレノイドコイルに接続された電源装置の電流値や発生させようとする磁場の強度に応じて適宜設定される。
【００１５】
図１（ａ）におけるチャンバー２内の点線は、第二磁場発生手段１０によって発生された磁力線ｘの大よその形状を示す。この点線で表される磁力線ｘの向きは、上下のどちらがＮ極又はＳ極であってもよいが、図１（ａ）では、上側がＮ極で、下側がＳ極である場合を示す。ベクトルＢは、複数の磁力線ｘによって形成される磁場Ｂの向きを示す。第二磁場発生手段は、ターゲット５及び基板４を結ぶ中心線に対して線対称となるように配置されているため、形成される磁場Ｂは、該中心線に対して線対称となる。そのため、磁場Ｂは、ターゲット５から基板４へ向かうベクトルＢで表すことができる。
【００１６】
図１（ａ）における第二磁場発生手段１０は、チャンバー２の側壁２ａにおいて、ターゲット５と基板４との中点Ｖよりもターゲット５側に設置されている。この配置にすることによって、ターゲットから基板方向に対して磁場強度の傾きが発生し、この傾きによって、スパッタ粒子が更に拡散されやすくなる。これにより基板４の表面の微細構造内の側面及び底面に形成される金属層のカバレッジを良好にすることができる。このメカニズムについては必ずしも明らかでないが、チャンバー２における磁力線の極大点Ｇが基板４から所定の距離以上に離れていることが重要であると推測される。
【００１７】
したがって、第二磁場発生手段１０の配置としては、第二磁場発生手段１０の中心（第二磁場発生手段が発生する磁力線ｘの極大点Ｇ）が、ターゲット５と基板４との中点Ｖよりもターゲット５側にあることが好ましく、ターゲット５と基板４とを三等分する点（三等分点）のうち、ターゲット５側の三等分点よりもターゲット５側にあることがより好ましい。
【００１８】
一方、第二磁場発生手段１０の中心（磁力線ｙの極大点Ｇ）が該中点Ｖ上にある例として、図３に示す成膜装置１００（本発明の第二実施形態）が挙げられる｛図１（ａ）に示す成膜装置１と同じ構成には同じ符号を付してある｝。この成膜装置１００の第二磁場発生手段１０によって発生される磁場Ｂにおける磁力線ｙの大よその形状を点線で表してある。この磁力線ｙの極大点Ｇは、ターゲット５と基板４との中点に位置しているため、本発明の第一実施形態の成膜装置１よりも、成膜性（微細構造内の側面及び底面に形成される金属層のカバレッジ）に劣る。つまり、本発明の第一実施形態の成膜装置１の方が、成膜性に優れる。
【００１９】
この理由として、本発明の第一実施形態の成膜装置１では、前述のように、前記極大点Ｇが前記中点Ｖよりもターゲット５側に設置されており、スパッタ粒子の拡散が促進されるような磁場強度の傾きが発生しているためであると考えられる。このため、基板表面に形成された微細構造の底面にスパッタ粒子がより到達し易くなり、カバレッジが一層向上すると考えられる。
したがって、第一実施形態の成膜装置１における第二磁場発生手段１０の配置の方が、第二実施形態の成膜装置１００における第二磁場発生手段１０の配置よりも好ましい。
【００２０】
図１（ｂ）は、成膜装置システム３０の模式平面図を示す。成膜装置システム３０は、基板４（ウエハー）の搬送室Ｔ、ロード・アンロード室（Ｌ／ＵＬ室）、エッチング室（Ｅ２室）、第一スパッタ室（Ｓ３室）、及び第二スパッタ室（Ｓ４室）を備えている。Ｓ３室及びＳ４室には、上記成膜装置１がそれぞれ設置されている。
【００２１】
Ｌ／ＵＬ室、Ｅ２室、Ｓ３室、及びＳ４室は隔壁Ｗによって、搬送室Ｔとは区切られており、内部を真空雰囲気にすることができる。これにより、例えばＥ２室からＳ３室へ基板を搬送する際に、該基板を大気に曝すことなく行える。
【００２２】
隔壁Ｗ内に備えられたハンドラＨ０は、基板を保持したまま回動し、Ｅ２室、Ｓ３室、Ｓ４室、Ｌ／ＵＬ室の間で、基板を搬送する。また、搬送室Ｔにおける移載機は、ハンドラＨ１と、基板（ウエハー）のカセットＣ１，Ｃ２とを有している。ハンドラＨ１は、基板を保持したまま移動し、カセットにセットされた基板をＬ／ＵＬ室に搬入し、スパッタ処理された基板をＬ／ＵＬ室から搬出してカセットに戻す。
【００２３】
次に、上記成膜装置１を備えた成膜装置システム３０を用いた成膜方法について説明する。図２に示す基板４は、表面にアスペクト比５（深さ／幅の比）の微細孔１１が形成されている。この基板４を移載機カセットＣ１にセットして、ハンドラＨ１によってＬ／ＵＬ室に搬入する。つづいて、ハンドラＨ０によってＥ２室に搬入し、基板表面の酸化層をエッチングにて除去する。その後、ハンドラＨ０によってＳ３室における成膜装置１のステージ８に載置して位置決めする。ステージ８は駆動部Ｍによって昇降可能に駆動され、基板４を載置後、チャンバー２内に基板４を設置する。
【００２４】
チャンバー２の排気手段を作動させて、所定の真空度（例えば、１０−５Ｐａ台）まで真空引きする。第二磁場発生手段１０であるソレノイドコイルを作動させて、ターゲット５から基板４へ向かう磁場Ｂを発生させる。チャンバー２内にアルゴンガスなど（スパッタガス）を所定の流量で導入しつつ、ＤＣ電源７よりターゲット５に所定の負電位を印加（電力投入）してチャンバー２内にプラズマ雰囲気を形成する。さらに、第一磁場発生手段６からの磁場でスパッタ面５ａ前方で電離した電子及びスパッタリングによって生じた二次電子が捕捉され、スパッタ面５ａ前方におけるプラズマが発生する。
【００２５】
さらに、第二磁場発生手段１０で磁場Ｂを発生させると、スパッタ面５ａ前方におけるプラズマを高密度とすることができ、イオン化効率を高められる。このプラズマ中のアルゴンイオンが、スパッタ面５ａに衝突してスパッタ面５ａがスパッタリングされ、スパッタ面５ａから基板４に向かって、Ｔｉ製のターゲット５からＴｉ原子やＴｉイオンが飛散する。アルゴンイオン、Ｔｉイオン、及びＴｉ原子からなるスパッタ粒子は、第二磁場発生手段１０による磁場Ｂのターゲット５から基板４へ向かう磁力線に沿って飛行し、基板４方向に誘導される。すなわち、該磁力線によって、スパッタ粒子の、微細孔１１の深さ方向に向けた直進性が高められる。その結果、基板４の表面４ａ、並びに微細孔１１内の深部の側面１１ａ及び底面１１ｂに到達して、カバレッジの優れたＴｉからなる金属層１２を形成することができる。ここで、前記磁力線は基板４の表面に対して適度な傾きを有するため、スパッタ粒子は、更に直進性が高くなるので底面１１ｂのカバレッジをよくすることができる。
【００２６】
このスパッタリングの際、高周波電源９によって基板４に高周波（ＲＦ）電力を印加してバイアススパッタとすることが好ましい。Ｔｉからなる金属層１２にＡｒが吸蔵されることを防いで金属層の性質を良好にすることができると共に、再スパッタ効果（金属層を形成したスパッタ粒子が、金属層から一時的に叩き出されて、再度金属層を形成すること）によって、微細孔１１内の側面１１ａ及び底面１１ｂのカバレッジを向上させることができる。
【００２７】
本明細書における「カバレッジ」とは、（微細孔１１内の側面１１ａ又は底面１１ｂに形成された金属層の厚さ／基板表面４ａに形成された金属層１２の厚さ）×１００％として定義される。
以下では、（微細孔１１内の側面１１aに形成された金属層の厚さ／基板表面４ａに形成された金属層１２の厚さ）×１００％を、サイドカバレッジと呼ぶことがある。サイドカバレッジの中でも、特に、（微細孔１１内の側面１１aにおける底面近傍（コーナー部）に形成された金属層の厚さ／基板表面４ａに形成された金属層１２の厚さ）×１００％を、コーナー部のカバレッジと呼ぶことがある。
また、（微細孔１１内の底面１１ｂに形成された金属層の厚さ／基板表面４ａに形成された金属層１２の厚さ）×１００％を、ボトムカバレッジと呼ぶことがある。
【００２８】
第二磁場発生手段による磁場Ｂの強度（Ｇａｕｓｓ：ガウス）としては、３０〜６００ガウスが好ましく、１５０〜５５０ガウスがより好ましく、３５０〜５００ガウスがさらに好ましい。
上記範囲の下限値以上であると、カバレッジを良好にすることができる。また、上記範囲の上限値以上であると、磁場によって供給された荷電粒子による基板のチャージアップが起こり、異常放電や基板温度の上昇を引き起こす恐れがある。
【００２９】
磁場Ｂの強度とカバレッジとの上記関係が生じる原因は、次のように考えられる。
一般に荷電粒子（電子、イオン化されたスパッタ粒子）は、磁場Ｂ（磁力線）に沿って回転運動を行うが、小さく軽い電子は弱い磁場（数ガウス程度）にて、すぐに磁化される。しかし、電子に比べて大きく重いスパッタ粒子は数十ガウス程度にて磁化される。このことから、カバレッジを向上させるためにはイオン化されたスパッタ粒子が磁化される程度の磁場が必要になると考えられる。
【００３０】
例えばアルミニウム（Ａｌ）や、その合金（例えばＡｌ−Ｓｉ系）等の比較的軽いスパッタ粒子は、数十ガウス程度で磁化による効果が得られると考えられる。従って、軽いスパッタ粒子を使用する場合は、第二磁場発生手段による磁場Ｂの強度は、３０〜３００ガウス程度が好ましく、６０〜２００ガウスがより好ましく、８０〜１５０ガウスがさらに好ましい。
【００３１】
一方、例えばチタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、タリウム（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）等の比較的重いスパッタ粒子は、数百ガウス程度で磁化による効果が得られると考えられる。従って、重いスパッタ粒子を使用する場合は、第二磁場発生手段による磁場Ｂの強度は、１５０〜６００ガウス程度が好ましく、２５０〜５５０ガウスがより好ましく、３５０〜５００ガウスがさらに好ましい。
【００３２】
なお、「磁化」は、荷電粒子がその他の粒子と衝突する間に１回転以上磁場に沿って回転している状態として定義される。
［参考文献］
書籍名：東北大学基礎電子工学入門講座・第4巻 気体放電
著者：八田吉典
発行者：金山豊作
発行所：株式会社 近代科学社
３．１４．２項 プラズマに対する外部磁界の影響
【００３３】
Ｓ３室でＴｉからなる金属層１２を形成した後、ステージ８を下げてチャンバー２から離脱させ、ハンドラＨ０によってＳ４室における成膜装置１のステージ８に載置して位置決めする。Ｓ４室の成膜装置１におけるターゲット５は銅製である。前述のＳ３室の成膜装置１におけるＴｉからなる金属層１２の上に、銅からなる金属層１４を積層して形成することができる（図２）。この銅からなる金属層１４は、前述のＴｉからなる金属層１２の場合と同様の成膜方法で形成できる。
【００３４】
このようにして形成された金属層１２及び１４（図２）のカバレッジは、第二磁場発生装置を備えていない成膜装置（比較例）を使用して形成した金属層１３（図７）のカバレッジよりも明らかに優れる。
【実施例】
【００３５】
（実施例１）
本発明の成膜装置１を備えた前述の成膜装置システム３０を使用して、深さ１００μｍ幅２０μｍ（アスペクト比５）の微細孔１１が表面に形成されたシリコン基板４を用いた場合の成膜方法の具体例を以下に示す。
【００３６】
搬送室Ｔの移載機によって、シリコン基板４をＬ／ＵＬ室に搬送し、Ｅ２室において基板表面の酸化層をアルゴンガスでエッチングして除去した。その後、シリコン基板４をＳ３室に移して、成膜装置１のステージ８に載置し、チャンバー２内にセットした。このとき、Ｔｉ製のターゲット５とシリコン基板４との距離は１００ｍｍ〜２００ｍｍとした。
【００３７】
チャンバー２の圧力をアルゴンガスを用いて０．１〜０．５Ｐａ程度に設定し、カソード３に接続されたＤＣ電源７の投入Ｐｏｗｅｒを１．０〜８．０ｋＷ程度に設定し、第二磁場発生手段であるコイルの導線に２０〜６０Ａ程度の電流を流して、微細孔１１の深さ方向に磁場を発生させた。さらに、高周波電源９によってシリコン基板４に１００〜５００Ｗ程度印加してセルフバイアスを発生させた。
【００３８】
このようにして、シリコン基板４の表面、並びに、微細孔１１内の側面１１ａ及び底面１１ｂに、Ｔｉからなる金属層１２を形成した。第二磁場発生手段による磁場を６００ガウスとしたときに形成された金属層１２の断面のＳＥＭ画像を図４に示し、第二磁場発生手段による磁場を０ガウスとしたときに形成された金属層１２の断面のＳＥＭ画像を図５に示す。また、第二磁場発生手段による磁場を０〜６００ガウスで変化させた時の、カバレッジ{側面１１ａ（コーナー部）のカバレッジ、及び底面１１ｂ（ボトム部）のカバレッジ}の変化を図６に示す。
【００３９】
以上の結果から、微細孔１１の深さ方向に磁場を印加することによって、スパッタ粒子の直進性を高めて、微細孔１１内部への着膜量及びカバレッジを向上できることが明らかである。さらに、シリコン基板４にバイアス電圧を印加することによって、微細孔１１の側面１１ａ及び底面１１ｂに形成された金属層１２を再スパッタして、微細孔１１の底面１１ｂの周縁部（最も金属層が形成され難いと一般にいわれているコーナー部）の着膜量及びカバレッジを向上できることが明らかである。また、磁場によって、スパッタ粒子のイオン化率が高くなり、基板側に印加された電界による再スパッタの効率が高くなっていることがわかる。
図６から、第二磁場発生手段による磁場強度を１５０ガウス以上とすると、コーナー部のカバレッジ及びボトムカバレッジが共に、急激に向上し、５００〜６００ガウスでカバレッジの向上が頭打ちになることが明らかである。
【００４０】
（実施例２）
ターゲット５をＡｌ製に変更し、第二磁場発生手段による磁場を０〜１０５ガウスで変化させた以外は、実施例１と同様に行って、シリコン基板４の表面、並びに、微細孔１１内の側面１１ａ及び底面１１ｂに、Ａｌからなる金属層１２を形成した。
この場合における、カバレッジ{側面１１ａ（コーナー部）のカバレッジ、及び底面１１ｂ（ボトム部）のカバレッジ}の変化を図７に示す。
【００４１】
図８から、第二磁場発生手段による磁場強度を３０ガウス以上とすると、カバレッジが急激に向上することが明らかである。特に、コーナー部のカバレッジ向上が顕著である。
【符号の説明】
【００４２】
１…成膜装置、２…チャンバー、２ａ…側壁、３…カソード、４…基板、４ａ…基板表面、５…ターゲット、５ａ…スパッタ面、６…第一磁場発生手段、６ａ…ヨーク、６ｂ…磁石、６ｃ…磁石、７…ＤＣ電源、８…ステージ、Ｍ…駆動部、ｘ…磁力線、ｙ…磁力線、Ｇ…磁力線の極大点、９…高周波電源、１０…第二磁場発生手段（ソレノイドコイル）、１１…微細孔、１１ａ…微細孔の側面、１１ｂ…微細孔の底面、１２…金属層（Ｔｉ層）、１３…金属層、１４…金属層（Ｃｕ層）、３０…成膜装置システム、Ｔ…搬送室、Ｌ／ＵＬ…ロード／アンロード室、Ｅ２…エッチング室、Ｓ３…第一スパッタ室、Ｓ４…第二スパッタ室、Ｈ０…ハンドラ、Ｈ１…ハンドラ、Ｗ…隔壁、Ｃ１…移載機カセット、Ｃ２…移載機カセット。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微細構造が形成された基板表面に、スパッタリングによって金属層を形成する成膜装置であって、
前記基板と前記金属層の母材をなすターゲットとを対向させて、両方を収納する内部空間を有するチャンバーと、
前記チャンバー内を減圧する排気手段と、
前記チャンバー内にスパッタガスを導入するガス導入手段と、
前記ターゲットのスパッタ面前方に磁場を発生させる第一磁場発生手段と、
前記ターゲットに負の直流電圧を印加する直流電源と、
前記ターゲットから前記基板へ向かう方向に磁場を発生させる第二磁場発生手段と、
が少なくとも備えられたことを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記第二磁場発生手段は、前記チャンバーの側壁において、前記ターゲットと前記基板との中点よりも、該ターゲット側に設置されていることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
前記基板に高周波電力を印加する高周波電源を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の成膜装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の成膜装置を用いて、
前記第二磁場発生手段によって、３０〜６００Ｇａｕｓｓ（ガウス）の磁場を発生させつつ、前記ターゲットをスパッタリングすることによって、
前記基板の表面に形成された微細構造内の側面及び底面に、前記金属層を形成することを特徴とする成膜方法。
【請求項１】
微細構造が形成された基板表面に、スパッタリングによって金属層を形成する成膜装置であって、
前記基板と前記金属層の母材をなすターゲットとを対向させて、両方を収納する内部空間を有するチャンバーと、
前記チャンバー内を減圧する排気手段と、
前記チャンバー内にスパッタガスを導入するガス導入手段と、
前記ターゲットのスパッタ面前方に磁場を発生させる第一磁場発生手段と、
前記ターゲットに負の直流電圧を印加する直流電源と、
前記ターゲットから前記基板へ向かう方向に磁場を発生させる第二磁場発生手段と、
が少なくとも備えられたことを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記第二磁場発生手段は、前記チャンバーの側壁において、前記ターゲットと前記基板との中点よりも、該ターゲット側に設置されていることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
前記基板に高周波電力を印加する高周波電源を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の成膜装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の成膜装置を用いて、
前記第二磁場発生手段によって、３０〜６００Ｇａｕｓｓ（ガウス）の磁場を発生させつつ、前記ターゲットをスパッタリングすることによって、
前記基板の表面に形成された微細構造内の側面及び底面に、前記金属層を形成することを特徴とする成膜方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図６】
【図７】
【図８】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図６】
【図７】
【図８】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１７６１（Ｐ２０１２−１７６１Ａ）
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１３７４６５（Ｐ２０１０−１３７４６５）
【出願日】平成２２年６月１６日（２０１０．６．１６）
【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２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月１６日（２０１０．６．１６）
【出願人】（０００２３１４６４）株式会社アルバック (1,740)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]