JP2007197840A - イオン化スパッタ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 イオン化スパッタによって高アスペクト比のホールに対してボトムカバレッジ率の良い成膜を行うとともに、スパッタチャンバー内外の構成を簡略化する。
【解決手段】 排気系１１を備えたスパッタチャンバー１内に設けられたターゲット２をスパッタ電源３によってスパッタし、放出されたスパッタ粒子を基板５０に到達させて成膜する。スパッタ電源３は５Ｗ／ｃｍ^２ 以上の電力をターゲット２に投入し、この電力のみで形成されたプラズマＰ中でスパッタ粒子がイオン化する。ターゲット２と基板ホルダー５との間には円筒状のシールド６が設けられてプラズマ形成空間を規制し、電界設定手段８がイオン化したスパッタ粒子をプラズマＰ中から引き出して基板５０に入射させるための電界を設定する。
【選択図】 図１

Description

本願の発明は、各種半導体デバイス等の製作に使用されるスパッタ装置に関し、特に、スパッタ粒子をイオン化して成膜に利用するイオン化スパッタ装置に関するものである。

各種メモリやロジック等の半導体デバイスでは、各種配線膜の作成や異種層の相互拡散を防止するバリア膜の作成等の際にスパッタプロセスを用いており、スパッタ装置が多用されている。このようなスパッタ装置に要求される特性は色々あるが、基板に形成されたホールの内面にカバレッジ性よく被覆できることが、最近強く求められている。

具体的に説明すると、例えばＤＲＡＭで多用されているＣＭＯＳ−ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）では、拡散層の上に設けたコンタクトホールの内面にバリア膜を設けてコンタクト配線層と拡散層とのクロスコンタミネーションを防止する構造が採用される。また、各モメリセルの配線を行う多層配線構造では、下層配線と上層配線とをつなぐため、層間絶縁膜にスルーホールを設けこのスルーホール内を層間配線で埋め込むことが行われるが、この際にも、スルーホール内にバリア膜を作成して、クロスコンタミネーションを防止した構造が採られる。

このようなホールは、集積度の増加を背景として、そのアスペクト比（ホールの開口の直径又は幅に対するホールの深さの比）が年々高くなってきている。例えば、６４メガビットＤＲＡＭでは、アスペクト比は４程度であるが、２５６メガビットでは、アスペクト比は５〜６程度になる。

バリア膜の場合、ホールの周囲の面への堆積量に対して１０から１５％の量の薄膜をホールの底面に堆積させる必要があるが、高アスペクト比のホールについては、ボトムカバレッジ率（ホールの周囲の面への成膜速度に対するホール底面への堆積速度の比）を高くして成膜を行うことが困難である。ボトムカバレッジ率が低下すると、ホールの底面でのバリア膜が薄くなり、ジャンクションリーク等のデバイス特性に致命的な欠陥を与える恐れがある。

ボトムカバレッジ率を向上させるスパッタの手法として、コリメートスパッタや低圧遠隔スパッタ等の手法がこれまで開発されてきた。コリメートスパッタは、ターゲッットと基板との間に基板に垂直な方向の穴を多数開けた板（コリメーター）を設け、基板にほぼ垂直に飛行するスパッタ粒子（通常は、スパッタ原子）のみを選択的に基板に到達させる手法である。また、低圧遠隔スパッタは、ターゲットと基板との距離を長くして（通常の約３倍から５倍）基板にほぼ垂直に飛行するスパッタ粒子を相対的多く基板に入射させるようにするとともに、通常より圧力を低くして（０．８ｍＴｏｒｒ程度以下）平均自由行程を長くすることでこれらのスパッタ粒子が散乱されないようにする手法である。

しかしながら、コリメートスパッタではコリメーターの部分にスパッタ粒子が堆積して損失になるために成膜速度が低下する問題があり、また、低圧遠隔スパッタでは、圧力を低くしターゲットと基板との距離を長くするため本質的に成膜速度が低下する問題がある。このような問題のため、コリメートスパッタは、アスペクト比が３程度までの１６メガビットのクラスの量産品に使用されるのみであり、低圧遠隔スパッタでもアスペクト比４程度までのデバイスが限界とされている。
特開平１０−１６８５６５号公報 特開平０２−０５０９５７号公報 特開平０６−０９３４３６号公報 特開平０４−１９８４７６号公報

このような中、アスペクト比４以上のホールに対してボトムカバレッジ率よく成膜できる技術として、イオン化スパッタの手法が検討されている。イオン化スパッタは、ターゲットから放出されるスパッタ粒子をイオン化し、イオンの作用によってボトムカバレッジ率を高める手法である。

しかしながら、イオン化スパッタは実用上の問題を幾つか有している。その一つは、イオン化のためのエネルギー供給の構成にある。
即ち、イオン化スパッタを行うには、ターゲットから基板へのスパッタ粒子の飛行経路においてプラズマを形成することが有効であるが、このプラズマを形成するためにターゲットとは別に電極（コイル状又は板状等）を設け、この電極に電力を印加する電源を接続する構成が考えられる。
しかしながら、このような構成では、スパッタチャンバー内の構成が複雑になる欠点がある上、スパッタ電源とは別に電源を設けるため、スパッタチャンバーの周囲の構成も複雑になり、またコストの点でも高価となる問題がある。

本願の発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、イオン化スパッタによって高アスペクト比のホールに対してボトムカバレッジ率の良い成膜が行える装置及び方法であって、スパッタチャンバー内外の構成が簡略化され、コストも安価にできる装置及び方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本願の請求項１記載の発明は、排気系を備えたスパッタチャンバーと、スパッタチャンバー内に設けられたターゲットと、スパッタチャンバー内に所定のガスを導入するガス導入手段と、導入されたガスにスパッタ放電を生じさせプラズマを形成して前記ターゲットをスパッタする電力を与えるスパッタ電源と、スパッタによって前記ターゲットから放出されたスパッタ粒子が入射する位置に基板を保持する基板ホルダーとを備えたイオン化スパッタ装置であって、
前記ターゲット以外には前記スパッタ粒子をイオン化するための電力が与えられる電極は設けられておらず、前記スパッタ電源は、前記スパッタ放電によって形成されたプラズマ中で前記スパッタ粒子をイオン化できるよう構成されている。
また、上記課題を解決するため、請求項２記載の発明は、前記スパッタ電源は、ターゲットの被スパッタ面の面積で割った投入電力面積密度が５Ｗ／ｃｍ^２ 以上である高周波電力をターゲットに印加するものであるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項３記載の発明は、上記請求項１又は２の構成において、前記ターゲットと前記基板ホルダーとは同軸上に対向して配置されており、ターゲットと基板ホルダーとの間の空間には円筒状のシールドが同軸上に設けられているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項４記載の発明は、上記請求項３の構成において、前記ターゲットは円形であり、前記シールドの内径は、ターゲットの直径の９０％から１００％であるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項５記載の発明は、上記請求項１、２又は３の構成において、前記イオン化したスパッタ粒子を前記プラズマ中から引き出して基板に入射させるための電界を設定する電界設定手段が設けられているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項６記載の発明は、上記請求項１乃至５いずれかのの構成において、前記ターゲットは前記基板に対して同軸になるよう設けられており、前記ターゲットから前記基板へのスパッタ粒子の飛行経路には、スパッタ粒子の飛行を遮蔽する物が設けられていないという構成を有する。

以下に説明する通り、本願の発明によれば、ターゲットからのスパッタ粒子がイオン化されるので、アスペクト比４以上の微細なホールに対して充分なボトムカバレッジ率で成膜を行うことができる。このため、６４メガビットから２５６メガビットに移行する次世代のデバイスの製作に極めて有効な手法が提供される。
そして、ターゲット以外には前記スパッタ粒子をイオン化するための電力が与えられる電極は設けられておらず、スパッタ電源は、スパッタ放電によって形成されたプラズマ中でスパッタ粒子をイオン化できるよう構成されているので、スパッタチャンバー内外の構成が簡略化されるとともにコストも安価にできる。このため、実用的な装置が提供される。
また、請求項３又は４の発明によれば、シールドの作用によって上記効果がさらに増進される。
また、請求項５の発明によれば、電界設定手段の作用によって上記効果がさらに増進される。

以下、本願発明の実施の形態について説明する。
図１は、本願発明の実施形態のイオン化スパッタ装置の構成を説明する正面概略図である。図１に示すスパッタ装置は、排気系１１を備えたスパッタチャンバー１と、スパッタチャンバー１内に設けられたターゲット２と、ターゲット２をスパッタするスパッタ電源３と、スパッタチャンバー１内に所定のガスを導入するガス導入手段４と、スパッタによってターゲット２から放出されたスパッタ粒子が入射する位置に基板５０を保持する基板ホルダー５とを備えている。

まず、スパッタチャンバー１は、不図示のゲートバルブを備えた気密な容器である。このスパッタチャンバー１は、ステンレス等の金属製であり、電気的には接地されている。
排気系１１は、ターボ分子ポンプや拡散ポンプ等を備えた多段の真空排気システムで構成されており、スパッタチャンバー１内を１０^−９Ｔｏｒｒ程度まで排気可能になっている。また、排気系１１は、バリアブルオリフィス等の不図示の排気速度調整器を備え、排気速度を調整することが可能になっている。
ターゲット２は、例えば厚さ２６ｍｍ、直径３１４ｍｍ程度の円板状であり、金属製のターゲットホルダー２１及び絶縁体２２を介してスパッタチャンバー１に取付けられている。尚、ターゲット２と基板ホルダー５との距離は、１２０ｍｍ程度である。

ターゲット２の背後には、磁石機構３０が設けられており、マグネトロンスパッタを行うようになっている。磁石機構３０は、中心磁石３１と、この中心磁石３１を取り囲む周辺磁石３２と、中心磁石３１及び周辺磁石３２とを繋ぐ円板状のヨーク３３とから構成されている。尚、各磁石３１，３２は、いずれも永久磁石であるが、電磁石でこれらを構成することも可能である。
また、これらの磁石機構３０は、ターゲット２のエロージョンを均一化するため、必要に応じて回転される。回転の軸は、ターゲット２に対して垂直であり、ターゲット２の中心から少し偏心して設定される。

スパッタ電源３は、本実施形態のイオン化スパッタ装置の大きな特徴点を成している。本実施形態では、スパッタ電源３は、周波数１３．５６ＭＨｚで出力８〜１０ｋＷの高周波電源が使用されており、高周波スパッタを行う電源としてはかなり大出力のものが使用されている。尚、スパッタ電源３とターゲット２の間には不図示の整合器が設けられ、インピーダンスマッチングが行われる。
ガス導入手段４は、アルゴン等のスパッタ放電用のガスを溜めたガスボンベ４１と、ガスボンベ４１とスパッタチャンバー１とをつなぐ配管４２と、配管４２に設けられたバルブ４３や流量調整器４４とから主に構成されている。

基板ホルダー５は、絶縁体５３を介してスパッタチャンバー１に気密に設けられており、ターゲット２に対して平行に基板５０を保持するようになっている。この基板ホルダー５には、ターゲット２の下方に形成されたプラズマＰからイオン化スパッタ粒子を引き出して基板５０に入射させるための電界（以下、引き出し用電界）を設定する電界設定手段８が設けられている。
電界設定手段８としては、本実施形態では、基板５０にバイアス電圧を与える基板バイアス用電源８１が採用されている。基板バイアス用電源８１としては、本実施形態では基板５０に負の直流電圧を与える直流電源が使用されている。

また、基板バイアス用電源８１は、基板ホルダー５に基板５０を吸着する吸着用電源も兼ねている。即ち、基板ホルダー５の上側部分は誘電体で形成されており、この誘電体の部分の内部に吸着電極５１が埋設されている。そして、基板バイアス用電源８１はこの吸着電極５１に接続されている。
具体的には、基板バイアス用電源８１は例えば−６００Ｖ程度の直流電圧を吸着電極５１に与えるようになっている。この電圧によって誘電体が誘電分極し基板ホルダー５の表面には負の電位が現れるようになっている。この負の電位によって基板５０に垂直な電界が設定され、プラズマＰから効率よくイオン化スパッタ粒子が引き出される。

また、基板ホルダー５の表面の負の電位によって基板５０が静電吸着される。基板ホルダー５の内部には、ヒータ５２が設けられており、基板５０が基板ホルダー５に静電吸着されることによってヒータ５２による温度制御の精度が向上するようになっている。尚、ヒータ５２は基板５０を室温から５００℃程度の範囲で温度制御できるよう構成される。

また、基板バイアス用電源８１としては、負の直流電源の他、所定の高周波電源でも構わない。基板バイアス用電源８１が高周波電圧を基板ホルダー５に印加すると、基板５０の表面にはプラズマＰ中の荷電粒子が周期的に引き寄せられる。このうち、移動度の高い電子は正イオンに比べて多くが基板５０の表面に引き寄せられ、その結果、基板５０の表面は負の電位にバイアスされたのと同じ状態になる。この高周波電源としては、例えば周波数１３．５６ＭＨｚ出力６００Ｗ程度のものが使用できる。

また一方、ターゲット２と基板５０との間のスパッタ粒子の飛行経路を取り囲むようにシールド６が設けられている。シールド６は円筒状であり、ターゲット２及び基板５０と同軸上に設けられている。より具体的な寸法を示すと、シールド６は、板厚１ｍｍ程度の円筒状であり、内径はターゲット２の直径よりも少し小さい３００ｍｍ程度、高さは５０ｍｍ程度である。また、ターゲット２からシールド６までの軸方向の距離は２０ｍｍ程度である。尚、シールド６は、材質としてはチタン製であり非磁性体で形成されている。
このようなシールド６は、絶縁体６１を介してスパッタチャンバー１に保持されている。但し、シールド６をスパッタチャンバー１に対して短絡する開閉可能な短絡体６２が設けられており、シールド６を接地電位にするか浮遊電位にするかが選択できるようになっている。

また、図１に示す装置では、イオン化スパッタの効果を促進するための磁場を設定する磁場設定手段７が設けられている。磁場設定手段７は、本実施形態では、基板ホルダー５の下側に設けられた磁石７１によって構成されている。
磁石７１は、基板ホルダー５と同軸上に設けられた円環状の永久磁石であり、上面と下面に異なった磁極が現れるようになっている。このため、図１に示すような磁力線７２が設定されるようになっている。尚、磁石７１を電磁石によって構成することも可能である。

次に、図１を使用して、本実施形態のスパッタ装置の動作について説明する。以下の説明は、イオン化スパッタ方法の発明の実施形態の説明でもある。
基板５０が不図示のゲートバルブを通してスパッタチャンバー１内に搬入され、基板ホルダー５上に載置される。スパッタチャンバー１内は予め１０^−９Ｔｏｒｒ程度まで排気されおり、基板５０の載置後にガス導入手段４が動作して、アルゴン等のプロセスガスが所定の流量で導入される。
排気系１１の排気速度調整器を制御してスパッタチャンバー１内を所定の圧力に維持する。この際の圧力は、通常のスパッタの圧力（数ｍＴｏｒｒ）より高く、２０ｍＴｏｒｒ〜１００ｍＴｏｒｒ程度の範囲である。この圧力下でスパッタ電源３を動作させ、基板バイアス用電源８１も同時に動作させる。

スパッタ電源３によってターゲット２に所定の高周波電圧が与えられてマグネトロンスパッタ放電が生じ、これによってターゲット２の下方にプラズマＰが形成される。また、基板バイアス用電源８１によって基板バイアス電圧が基板５０に与えられ、この結果、プラズマＰと基板５０との間に引き出し用電界が設定される。
スパッタによってターゲット２から放出されたスパッタ粒子は、基板５０に到達してターゲット２の材料よりなる薄膜を基板５０に堆積する。薄膜が所定の厚さに達すると、スパッタ電源３、基板バイアス用電源８１、ガス導入系４の動作をそれぞれ停止し、スパッタチャンバー１内を再度排気した後、基板５０をスパッタチャンバー１から取り出す。

尚、バリア膜を作成する場合、チタン製のターゲット２を使用し、最初にプロセスガスとしてアルゴンを導入してチタン薄膜を成膜する。そして、その後プロセスガスとして窒素ガスを導入してチタンと窒素との反応を補助的に利用しながら窒化チタン薄膜を作成する。これによって、チタン薄膜の上に窒化チタン薄膜を積層したバリア膜が得られる。

上記動作において、圧力が２０ｍＴｏｒｒ〜１００ｍＴｏｒｒと高く、１０ｋＷという大電力がターゲット２に印加されているので、プラズマＰはその密度やエネルギーが高い。このため、スパッタ粒子はこのプラズマＰ中で充分な効率でイオン化し、イオン化スパッタ粒子となる。このイオン化スパッタ粒子は、引き出し用電界によって効率良くプラズマＰから引き出され、効率よく基板５０に入射する。
このイオン化スパッタ粒子は、基板５０の表面に形成されたホールの内部まで効率よく到達し、ホール内をボトムカバレッジ率良く成膜するのに貢献している。この点をさらに詳しく説明する。

図２は、イオン化スパッタ粒子の作用を説明する断面概略図である。
図２（ａ）に示すように、基板５０の表面に形成された微細なホール５００内に薄膜５１０を堆積させる際、ホール５００の開口の縁５０３の部分に薄膜５１０が盛り上がって堆積する傾向がある。この盛り上がりの部分の薄膜５１０は「オーバーハング」と呼ばれるが、オーバーハングが形成されると、ホール５００の開口が小さくなって見かけ上アスペクト比が高くなってしまう。このため、ホール５００内に達するスパッタ原子の量が少なくなり、ボトムカバレッジ率が低下してしまう。

ここで、図２（ｂ）に示すように、イオン化スパッタ粒子２０が基板５０に達すると、このイオン化スパッタ粒子２０はオーバーハングの部分の薄膜５１０を再スパッタして崩し、ホール５００内に落とし込むように作用する。このため、ホール５００の開口が小さくなるのを防止するとともに、ホール５００の底面への膜堆積を促進するため、ボトムカバレッジ率が向上する。尚、このようなオーバーハングの再スパッタは、イオン化スパッタ粒子２０のみならず、スパッタ放電のために導入したプロセスガスのイオンによっても生じ得る。

また、本実施形態の装置では、電界設定手段８によって基板５０に垂直な基板５０に向かって電位が下がる引き出し用電界が設定されるので、上記イオン化スパッタ粒子２０は、この引き出し用電界によって導かれて基板５０に垂直に入射し易くなる。このため、イオン化スパッタ粒子２０は深いホール５００の底面にまで到達し易くなり、この点もボトムカバレッジ率の向上に貢献する。

さらに、図１から分かるように、磁場設定手段７として採用された磁石７１によって設定される磁力線は、イオン化スパッタ粒子２０を効率よく基板５０に導くよう作用する。この点も、ボトムカバレッジ率の高い成膜に貢献している。尚、磁力線７２は、基板ホルダー５の側方に向けてのプラズマＰの拡散を防止する効果もあり、プラズマ密度を向上させてイオン化をさらに促進する効果がある。

上記実施形態に属する実施例であってバリア膜用のチタン薄膜を作成する実施例（以下、第一の実施例）として、以下のような条件でスパッタを行うことができる。
スパッタ電源３：１３．５６ＭＨｚ出力８ｋＷ
ターゲット２の材質：チタン
プロセスガスの種類：アルゴン
プロセスガスの流量：１２０ｃｃ／分
成膜時の圧力：６０ｍＴｏｒｒ
基板バイアス電圧：−６００Ｖ
成膜時の基板ホルダー５の温度：３００℃
成膜速度：５００オングストローム／分

また、バリア膜用の窒化チタン薄膜を作成する実施例（以下、第二の実施例）として、以下のような条件でスパッタを行うことができる。
スパッタ電源３：１３．５６ＭＨｚ出力８ｋＷ
ターゲット２の材質：チタン
プロセスガスの種類：アルゴンと窒素の混合ガス
プロセスガスの流量：アルゴン２５ｃｃ／分、窒素７５ｃｃ／分
成膜時の圧力：４５ｍＴｏｒｒ
基板バイアス電圧：−６００Ｖ
成膜時の基板ホルダー５の温度：２００℃
成膜速度：２００オングストローム／分

図３は、上記第一の実施例の条件で成膜を行った結果を示す図であり、ホールのアスペクト比に対するボトムカバレッジ率の関係を示した図である。比較のため、従来のスパッタ装置として低圧遠隔スパッタ装置によるデータも併せて示してある。この低圧遠隔スパッタのデータは、圧力０．５ｍＴｏｒｒ、ターゲット２と基板５０との距離３４０ｍｍの条件のものである。

図３に示す通り、低圧遠隔スパッタでは、アスペクト比４のホールに対して２０％未満のボトムカバレッジ率しか得られていない。一方、実施例のイオン化スパッタでは、４０％程度のボトムカバレッジ率が得られており、遥かに高いボトムカバレッジ率が得られているのが分かる。そして、アスペクト比４を越えるホールに対しても基板５の中央部で３５％程度のボトムカバレッジ率が得られており、このような高アスペクト比のホールへの成膜に対しても有効であることが分かる。さらに、低圧遠隔スパッタに比べ、基板の中央部と周辺部でのボトムカバレッジ率のばらつきが非常に小さく、ボトムカバレッジ率の面内均一性の点でも大きく改善されていることが分かる。

このようなスパッタ放電により形成されたプラズマＰ中でのスパッタ粒子のイオン化には、ターゲット２への投入電力の大きさが重要なパラメーターの一つである。ターゲット２への投入電力を大きくすることが、プラズマＰ中でのイオン化を促進する上で有効である。どの程度まで大きくするとイオン化が充分となるかは、プラズマＰの形成空間の大きさにより異なる。プラズマＰの形成空間の大きさをターゲット２の大きさで置き換えて考えると、ターゲット２の被スパッタ面の面積で投入電力を割った電力面積密度が、５Ｗ／ｃｍ^２ 以上である場合、一般的には上記イオン化が充分行われる。

また、スパッタ粒子のイオン化の効率には、成膜時の圧力も重要なパラメーターである。というのは、電力も大きくしていったとしても、プラズマの素となる気体分子の量が増えないとエネルギーを受け取るものが増えないので、プラズマ密度は飽和してしまうからである。

図４は、上記第一の実施例の条件において、圧力を変化させた実験の結果を示す図であり、圧力を変化させながら、アスペクト比３のホールに対する成膜速度及びボトムカバレッジ率を調べた結果を示している。
まず、図４中●マーカーで示すように、圧力が高くなると成膜速度は低下する傾向がある。これは、スパッタ粒子の飛行経路に多数のプロセスガスの分子が存在するため、スパッタ粒子が多く散乱され、基板５０へのスパッタ粒子の到達量が減ってしまうからである。
一方、図４中■マーカーで示すように、圧力が高くなるとボトムカバレッジ率も高くなっている。これは、プラズマＰ中でのスパッタ粒子のイオン化が主にペニング効果であることを示しており、プラズマ密度が高くなることによってスパッタ粒子のイオン化効率も高くなることを示している。

このようなデータから分かる通り、ボトムカバレッジ率を高くするには圧力を高くすることが有効であるが、あまり高くすると成膜速度が低下する問題がある。この図４からは明らかではないが、圧力を１００ｍＴｏｒｒ以上にすると、成膜速度は２００オングストローム／分以下となり、実用上問題となる。また、圧力を２０ｍＴｏｒｒ以下とすると、上述したようなイオン化スパッタの効果が充分得られない。従って、２０ｍＴｏｒｒ〜１００ｍＴｏｒｒの範囲内でアスペクト比や必要な成膜速度及びボトムカバレッジ率を考慮に入れて圧力を適宜決定することになる。

次に、シールド６の効果について説明する。図５は、シールド６の効果を確認した実験の結果を示す図である。この図５に示す実験では、上記第一の実施例の条件において、シールド６を設置したり取り外したりしながら成膜を行った。図５に示す通り、シールド６を設置した場合、設置しない場合に比べて平均で１０〜１５％程度ボトムカバレッジ率が向上した。

また、図６は、シールド６の電位について調査した実験の結果を示す図である。図６の実験では、短絡体６２を使用してシールド６をスパッタチャンバー１に短絡して接地したり、短絡体６２を開放してシールド６を接地しないで浮遊電位にしたりしながらボトムカバレッジ率を調べた。
図６に示す通り、シールド６を接地してもしなくても、ボトムカバレッジ率が殆ど変化しない。つまり、シールド６の電位はプラズマＰ中でのスパッタ粒子のイオン化に殆ど影響を与えていない。

このような点から考えると、図５に示すようにシールド６の設置によってボトムカバレッジ率が向上するのは、電気的効果ではないと考えられる。詳細な原因は不明であるが、シールド６によってプラズマＰの形成空間が小さくなるとかプラズマの拡散が防止されるとかの理由によりプラズマ密度が高くなり、これによってスパッタ粒子のイオン化効率が向上するという物理的な効果によるものと考えられる。

プラズマＰの形成空間を小さくするという意味ではシールド６の直径は小さい方が良いということになるが、あまり小さくすると、ターゲット２から基板５０へのスパッタ粒子の飛行を阻害することになる。従って、シールド６の直径（内径）は、ターゲット２の直径と同等であることが好ましく、小さくとも、ターゲット２の直径の９０％程度の大きさとすることが好ましい。

尚、ターゲット２と違ってシールド６には電力が印加されないため、シールド６はターゲット２のようにスパッタされることはない。従って、ターゲット２のように加熱されることはなく冷却機構等は不要である。但し、プラズマＰに晒されることによる僅かなスパッタがあり得るので、シールド６の表面をアルマイト処理にして耐プラズマ性を与えたり、スパッタされても基板５０を汚損することのない材質（通常はターゲット２と同様の材質）でシールド６を構成することが好ましい。

また、シールド６の表面への膜堆積があり得るため、スパッタチャンバー１の内壁面へのスパッタ粒子の付着を防止する防着シールドと同様に表面に凹凸を形成して堆積膜の剥離を抑制したり、交換可能に設置して所定の成膜回数のたびに交換するようにすると、薄膜の剥離により生じたパーティクルによる膜厚異常や基板汚損の問題が回避される。

尚、図３及び図４とから類推されるように、シールド６を設置しない場合でもボトムカバレッジ率は低圧遠隔スパッタ装置等の従来の装置に比べて大きく改善される。そして、シールド６を設けない構成は、コストが安価になり、パーティクルの発生要因が少なくなり、シールド６の交換等の煩雑な作業が不要になる等の点で有利である。

上記実施形態及び実施例の説明では、バリア膜用のチタン薄膜や窒化チタン薄膜の作成を例に採り上げたが、配線用のアルミニウム合金膜や銅膜等の作成についても同様に実施できることはいうまでもない。
また、成膜の対象物である基板５０としては、各種半導体デバイスを作成するための半導体ウェーハの他、液晶ディスプレイやその他の各種電子製品の製作に利用される各種基板を対象とすることができる。

本願発明の実施形態のイオン化スパッタ装置の構成を説明する正面概略図である。 イオン化スパッタ粒子の作用を説明する断面概略図である。 第一の実施例の条件で成膜を行った結果を示す図であり、ホールのアスペクト比に対するボトムカバレッジ率の関係を示した図である。 第一の実施例の条件において、圧力を変化させた実験の結果を示す図であり、圧力を変化させながら、アスペクト比３のホールに対する成膜速度及びボトムカバレッジ率を調べた結果を示している。 シールド６の効果を確認した実験の結果を示す図である。 シールド６の電位について調査した実験の結果を示す図である。

符号の説明

１ スパッタチャンバー
１１ 排気系
２ ターゲット
３ スパッタ電源
４ ガス導入手段
５ 基板ホルダー
５０ 基板
５１ 吸着電極
５２ ヒータ
６ シールド
６１ 絶縁体
６２ 短絡体
７ 磁場設定手段
７１ 磁石
８ 電界設定手段
８１ 基板バイアス用電源

Claims (6)

1. 排気系を備えたスパッタチャンバーと、スパッタチャンバー内に設けられたターゲットと、スパッタチャンバー内に所定のガスを導入するガス導入手段と、導入されたガスにスパッタ放電を生じさせプラズマを形成して前記ターゲットをスパッタする電力を与えるスパッタ電源と、スパッタによって前記ターゲットから放出されたスパッタ粒子が入射する位置に基板を保持する基板ホルダーとを備えたイオン化スパッタ装置であって、
   前記ターゲット以外には前記スパッタ粒子をイオン化するための電力が与えられる電極は設けられておらず、前記スパッタ電源は、前記スパッタ放電によって形成されたプラズマ中で前記スパッタ粒子をイオン化できるよう構成されていることを特徴とするイオン化スパッタ装置。
2. 前記スパッタ電源は、ターゲットの被スパッタ面の面積で割った投入電力面積密度が５Ｗ／ｃｍ^２ 以上である高周波電力をターゲットに印加するものであることを特徴とする請求項１記載のイオン化スパッタ装置。
3. 前記ターゲットと前記基板ホルダーとは同軸上に対向して配置されており、ターゲットと基板ホルダーとの間の空間には円筒状のシールドが同軸上に設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載のイオン化スパッタ装置。
4. 前記ターゲットは円形であり、前記シールドの内径は、ターゲットの直径の９０％から１００％であることを特徴とする請求項３記載のイオン化スパッタ装置。
5. 前記イオン化したスパッタ粒子を前記プラズマ中から引き出して基板に入射させるための電界を設定する電界設定手段が設けられていることを特徴とする請求項１、２、３又は４記載のイオン化スパッタ装置。
6. 前記ターゲットは前記基板に対して同軸になるよう設けられており、前記ターゲットから前記基板へのスパッタ粒子の飛行経路には、スパッタ粒子の飛行を遮蔽する物が設けられていないことを特徴とする請求項１乃至５いずれかに記載のイオン化スパッタ装置。
   

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