JP3242372B2 - スパッタリング装置及び成膜方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイス等
の製造プロセス技術の一つであるスパッタリングに関
し、特に、セルフスパッタリング技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の半導体デバイスの高集積化に伴い
配線パターンの微細化が進み、スパッタリング法により
コンタクトホール及びビアホール等に効率よく配線膜を
形成することが困難になりつつある。例えば、標準的な
マグネトロン式スパッタリング装置において、上記の微
細なホールを有する半導体ウエハ表面に対して成膜を行
った場合、ホールの入り口部にオーバーハングが生じ、
ボトムカバリッジ率が損なわれるという問題がある。

【０００３】この問題を解決するためにコリメーション
スパッタリング法、遠隔スパッタリング法等の技術が開
発されている。また、セルフスパッタリング（自己スパ
ッタリング）法も、コリメーションスパッタリング法及
び遠隔スパッタリング法にない長所を有しているため、
このような問題を解決する今後と技術として有望視され
ている。

【０００４】セルフスパッタリング法は、ターゲットを
スパッタリングするイオンが、ターゲットからスパッタ
リングされた粒子自体によって行われる現象を利用した
ものである。このセルフスパッタリング法を実行するた
めには、まず、アルゴンをプロセスガスとして導入し
て、従来と同様にスパッタリング粒子を発生させて、セ
ルフスパッタリングに移行した後に、プロセスガスの供
給を停止して、セルフスパッタリングのみによってスパ
ッタリングが進行するようにする必要がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】かかるセルフスパッタ
リング法においては、アルゴンイオンによる他のスパッ
タリング法に比して、チャージアップダメージが生じ易
いという問題がある。チャージアップダメージの代表的
な例としては、ＭＯＳ構造においてゲート電極の上に電
荷が蓄積し、ゲート電極下のゲート絶縁膜を破壊するに
至るものが知られている。

【０００６】また、セルフスパッタリング法において基
板は接地電極から絶縁された状態に置かれるが、この基
板と接地電極との間で異常放電が生ずることもある。

【０００７】そこで、本発明の目的は、セルフスパッタ
リングプロセスにおける前記チャージアップや異常放電
の問題を回避する手段を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】まず、本発明者らは、上
記課題を解決するために、チャージアップの原因を検討
した。その結果、アルゴンイオンでターゲットをスパッ
タリングする方法では、スパッタリングされた粒子は特
にイオン化されることはなく、そのまま基板に堆積する
が、セルフスパッタリング法では、スパッタリングされ
た粒子をプラズマ中でイオン化する必要があるため、そ
のイオン化された粒子がそのまま基板に達し、それがた
めにチャージアップするのではないかとの結論に至っ
た。

【０００９】本発明はかかる知見に基づき為されたもの
であり、真空チャンバと、前記真空チャンバ内において
基板を支持するための支持手段と、前記支持手段によっ
て支持される基板にエロージョン面が対面するように設
けられたターゲットと、前記真空チャンバ内にプロセス
ガスを供給するためのガス供給手段と、前記真空チャン
バ内に供給されたプロセスガスをプラズマ化するための
プラズマ化手段と、前記真空チャンバを減圧するための
減圧手段とを備え、前記ターゲットからスパッタリング
され且つイオン化された粒子の一部を前記ターゲットに
戻し衝撃させることにより、スパッタリングを継続させ
膜を形成するよう構成されたスパッタリング装置におい
て、前記支持手段により支持された基板表面の近傍及び
／又は基板表面に電子を照射する電子照射手段を設け、
前記基板表面に達する前記イオン化された粒子を前記電
子により中性化するよう構成したことを特徴としてい
る。

【００１０】また、本発明による成膜方法は、真空チャ
ンバ内に設けられたターゲットからスパッタリングされ
且つイオン化された粒子の一部を前記ターゲットに戻し
衝撃させることにより、スパッタリングを継続させ基板
上に膜を形成する成膜方法であって、前記基板表面の近
傍及び又は基板表面に電子を照射し、前記基板に達する
前記イオン化された粒子を前記電子により中性化するこ
とを特徴とする。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しながら説明する。可能な場合には、同一の部分
には同一の符号を付してその説明を省略する。

【００１２】図１は、本発明の一実施形態に係るマグネ
トロン式スパッタリング装置の概略構成図である。スパ
ッタリング装置１０は、内部に真空チャンバ１２を形成
するハウジング１４と、ハウジング１４の上部開口部を
閉じるように配置されたターゲット１６を備えている。
ハウジング１４及びターゲット１６は両方とも導電性材
料から作られているので、ハウジング１４とターゲット
１６との間には絶縁部材１３ａが挟まれている。図１に
示す実施形態では、ハウジング１４は円形状の底面と、
この円形状の底面の周辺から所定の距離だけ延び出した
管状部を有し、管状部は円柱殻状を有する。ターゲット
１６の形状は円盤形である。ターゲット１６の円形状の
一表面１６ａ（以下、下面という）は、スパッタリング
によってエロージョンを受けるエロージョン面となって
いる。

【００１３】真空チャンバ１２内には、支持手段として
ペディスタル１８が配置されている。ペディスタル１８
は、真空チャンバ１２内において基板１５を支持する。
このため、ペディスタル１８は、処理されるべき基板１
５、例えば半導体ウエハＷ、をその一表面（以下、上面
という）１８ａ上において保持する。ペディスタル１８
の上面１８ａは、ターゲット１６の下面１６ａに対面す
るように配置されている。ペディスタル１８上の所定の
位置に保持された基板１５（ウエハＷ）の堆積されるべ
き面１５ａは、ターゲット１６の下面１６ａに対して平
行に配置される。基板１５は、その中心がターゲット１
６の中心に合うように配置されている。本実施形態で
は、ターゲット１６の寸法、及びペディスタル１８とタ
ーゲット１６との間隔については、従来の標準的なスパ
ッタリング装置と同様の値を有することができる。

【００１４】スパッタリング装置１０は、被スパッタリ
ング粒子から真空チャンバ１２の内壁面を保護するため
に、被スパッタリング粒子が内壁面に到達するのを防止
するシールド２６を有している。シールド２６の一辺の
縁部はハウジング１４と絶縁部材１３ａとによって挟ま
れ、シールド２６の一辺はハウジングの上部開口部の縁
端において固定されている。シールド２６は、その一辺
の縁部から延在して、別の辺はペディスタル１８の側面
に至る。別辺の縁部はペディスタル１８の側面に沿って
絶縁部材１３ｂを介して固定されている。このため、シ
ールド２６は、ペディスタル１８と電気的に絶縁されて
いる。

【００１５】ハウジング１４には排気ポート２０が形成
しされている。本実施形態の場合には、排気ポート２０
には、クライオポンプ等の真空ポンプ２１が接続されて
いる。この真空ポンプ２１を作動させることによって、
真空チャンバ１２内が減圧されることができる。排気ポ
ート２０及び真空ポンプ２１は減圧手段を構成する。プ
ロセスガスとしてアルゴンガスが、供給ポート２２を通
してプロセスガス供給源２５から真空チャンバ１２内に
供給される。供給ポート２２は、バルブ２３によって開
閉可能である。このバルブ２３を開閉すると、プロセス
ガスの供給量及び供給タイミングを制御できる。供給ポ
ート２２及びプロセスガス供給源２５は、ガス供給手段
を構成する。

【００１６】ターゲット１６とシールド２６とには、プ
ラズマ化手段として加速用電源２４の陰極及び陽極がそ
れぞれ接続されいる。真空チャンバ１２内にプロセスガ
スであるアルゴンガスを導入して、ターゲット１６とシ
ールド１８との間に電圧を加えると、グロー放電が起こ
りプラズマ状態となる。この放電によって発生したアル
ゴンイオンがターゲット１６の下面１６ａに衝突する
と、ターゲット１６を構成する原子（被スパッタリング
粒子）がはじき出される。このターゲット原子がウエハ
Ｗ上に到達して堆積されると、ウエハＷ上に薄膜が形成
される。

【００１７】ターゲット１６の下面１６ａとは反対の
側、つまりターゲット１６の上方には、ターゲット１６
の近傍のプラズマ密度を高めるためのマグネトロンユニ
ット３０が配置されている。図２は、各マグネトロンユ
ニットの配置位置を示すための上面図である。図２を参
照すると、マグネトロンユニット３０は、円形のベース
プレート３２と、ベースプレート３２上に所定の配列で
固定された複数のマグネット３４と、を備える。ベース
プレート３２は、ターゲット１６の上方に配置され、そ
の上面の中心には駆動用モータ３６の回転軸３８が接続
されている。したがって、駆動モータ３６を作動させて
ベースプレート３２を回転させると、各マグネット３４
はターゲット１６の上面に沿って旋回して、マグネット
３４によって発生される磁界が一カ所に静止されること
を防止することができる。

【００１８】図３は、１個のマグネットの部分を拡大し
たマグネトロンユニットの拡大図である。各マグネット
３４は、図３に明示するように、強磁性体から成る平板
状のヨーク部材４０と、ヨーク部材４０の各端部に固着
された棒磁石４２、４４とから構成されている。２本の
棒磁石４２、４４は同一方向に延び、マグネット３４の
全体形状は略Ｕ字状となっている、また、一方の棒磁石
４２の自由端はＮ極、他方の棒磁石４４の自由端はＳ極
となっている。

【００１９】各マグネット３４（３４ｏ、３４ｉ）は、
これらの自由端がそれぞれターゲット１６の下面１６ａ
に対向する面１６ｂと対面するようにターゲット１６の
上方に配置されている。このようなマグネット３４は、
ヨーク部材４０の背面をベースプレート３２に接触させ
た状態で適当な固定手段、例えばねじ４６等によってベ
ースプレート３２に固定されている。かかる構成では、
マグネット３４は固定位置を自由に変更することが可能
である。マグネット３４の配置は種々考えられるが、図
示されている実施形態では、マグネット３４は図２に示
されるように二重の環状配列に成っている。全環状マグ
ネットは、内側環状マグネット３４ｉ群（添え字ｉは内
側の環状配列を表す）及び外側環状マグネット３４ｏ群
（添え字ｏは外側の環状配列を表す）からなる。各マグ
ネット３４ｉ、３４ｏは、ターゲット１６の下面１６ａ
近傍の空間に磁界を形成することによって、当該空間に
形成されるプロセスガスのプラズマを制御することがで
きる。

【００２０】再び、図１及び図２を参照すると、スパッ
タリング装置１０は、コイル２７を更に備える。コイル
２７は、スパッタリング装置１０の真空チャンバ１２の
外部に設けられ、またハウジング１４の外側面に沿って
配置されている。図１及び図２に示された実施形態で
は、コイル２７は、２つの端部２７ａ、２７ｂを有する
導線２７ｃがハウジング１４の側面の周りに複数回巻き
まわされている。導線２７ｃの両端部２７ａ、２７ｂ
は、コイル用電源２８の陰極及び陽極にそれぞれ接続さ
れている。

【００２１】コイル２７は、所定の基準軸の周りに導線
２７ｃが順次に巻き回されながら基準軸に沿って一方向
に延びるよう配置されている。所定の基準軸は、ターゲ
ット１６のエロージョン面１６ａと、ペディスタル１８
によって支持されるウエハＷの表面とを結ぶ軸の１つと
して決定されることが好ましい。この基準軸は、ペディ
スタル１８の上面上に配置されたウエハＷの中心点を通
過することが好ましい。このような基準軸は、コイル２
７がエロージョン面に垂直な磁場成分を真空チャンバ１
２内に主に発生させることを目的とするので、エロージ
ョン面に垂直方向であることが好ましい。このようなコ
イル２７は内側の中空部分に磁場を閉じ込めることがで
きるので、ソレノイドコイルであることが好ましい。本
実施形態に好適なソレノイドコイル２７は、ソレノイド
コイル２７の下端から基準軸の周りにソレノイドコイル
２７の上端に達するまで順次に導線２７ｃを巻き回して
形成されている。断面が円形の中空領域を有し、この円
筒形の領域に真空チャンバ１２が配置されている。本実
施形態では、ソレノイドコイル２７は単一のコイルとし
て形成されているけれども、同一の基準軸の周りに巻き
回された複数のコイルからなるコイル群（ソレノイドコ
イル群）として成形されることができる。

【００２２】ソレノイドコイル２７又はソレノイドコイ
ル群は、その上端の位置を含む平面がエロージョン面１
６ａと平行になるように、またその下端の位置を含む平
面がペディスタル１８の上面１８ａ、つまりウエハＷの
表面に平行になるように配置されている。このように配
置すると、ソレノイドコイル２７によって発生される磁
場Ｈの基準軸の方向の成分（垂直成分Ｈｖ）の大きさを
最大化することができる。

【００２３】ソレノイドコイル２７の上端の位置及び下
端の位置はコイル２７の長さを決定する。この長さは、
エロージョン面１６ａとペディスタル１８の上面１８ａ
との間にある真空チャンバ１２内の空間（以下、セルフ
スパッタリング空間という）に形成される磁場Ｈの垂直
成分Ｈｖの水平成分Ｈｈに対する比率を主に支配する。
ソレノイドコイル２７を基準軸方向に相対的に長く形成
すると、中空部分に磁場が閉じ込められるので、基準軸
と平行な磁場成分を効率的に発生する。このため、ソレ
ノイドコイル２７の両端部から離れたセルフスパッタリ
ング空間内の各点においては、磁場Ｈの垂直成分Ｈｖを
水平成分Ｈｈに比べて大きくできる。

【００２４】コイルの胴径方向の巻き数はコイルの厚み
を決定する。この巻き数は、セルフスパッタリング空間
内の各点における磁場Ｈの強度を主に支配する。このた
め、磁場Ｈを強くすると、その強度に比例して垂直成分
Ｈｖの大きさも強くなる。このため、セルフスパッタリ
ング空間内の各点、特にエロージョン面１６ａ及びペデ
ィスタル１８の上面１８ａとの間の中間領域において磁
場Ｈの垂直成分Ｈｖを大きくするためには、ソレノイド
コイル２７の胴径方向の巻き数を多くすることが好まし
い。

【００２５】このように形成されたソレノイドコイル２
７は、加えられる電流方向に応じて、エロージョン面１
６ａからペディスタル１８の上面１８ａに向かう方向、
又はペディスタル１８の上面１８ａからエロージョン面
１６ａに向かう方向、つまり基準軸に沿った方向に磁場
Ｈを発生する。この磁場Ｈは、自己スパッタリング空間
の多くの領域において、Ｈｖ＞＞Ｈｈ、すなわち垂直成
分が水平成分に比べて十分に大きいという関係を満たす
ように発生されることが好ましい。

【００２６】このようなスパッタリング装置では、マグ
ネトロンユニット３０によってプロセスガスはエロージ
ョン面１６ａの近傍においてプラズマ化される。このた
め、ターゲット１６のエロージョン面１６ａから被スパ
ッタリング粒子が生成される。また、基準軸の周りに導
線を巻き回して形成されたコイル２７を設けたので、エ
ロージョン面１６ａに垂直方向の磁場成分が水平方向の
磁場成分に比べて大きいような磁場が真空チャンバ１２
内においてエロージョン面１６ａの近傍とは異なる領域
に発生される。スパッタリングされた粒子は、垂直成分
が水平成分に比べて優勢な真空チャンバ１２内の領域に
おいて効率的にイオン化される。このため、コイル２７
を用いて発生された磁場によってイオン化された粒子の
一部は、エロージョン面１６ａに向けて加速され、エロ
ージョン面１６ａに衝突すると別のスパッタリングされ
た粒子が生成される。このため、セルフスパッタリング
が連続的に生じる。

【００２７】更に、このスパッタリング装置１０には、
少なくとも一つの電子照射装置（電子照射手段）５０が
設けられている。この電子照射装置５０は、比較的低エ
ネルギの電子を放出する装置であり、種々の型式のもの
を用いることができるが、例えばタングステンフィラメ
ントに電流を流して熱電子を放出させ、それを金属面に
照射し、当該金属面から発せられる二次電子を放出する
型式のものが代表的である。このような電子照射装置５
０は、処理チャンバ１２のハウジング１４及びシールド
２６を貫通して設置されており、電子照射領域がペディ
スタル１８の上面１８ａにて支持されたウエハＷの表面
及びウエハＷの表面近傍、或いは、そのいずれか一方と
なるように、向きが定められている。なお、ウエハＷの
表面及びその近傍に電子をバランス良く照射するために
は、電子照射装置５０は複数個、周方向に等間隔に設け
ることが好ましい。

【００２８】この電子照射装置５０は制御器２９に接続
されている。制御器２９はマイクロコンピュータ、タイ
マ等を有しているため、電流のオン及びオフの制御、電
流値の変更等を時間的な制御も含めて行うことができ
る。制御器２９は、また、ソレノイドコイル用電源２
８、バルブ２３、加速用電源２４、及び駆動用モータ３
６にも接続されている。このため、これらの機器に対し
ても同様な制御を行うことができる。さらに、バルブ２
３、加速用電源２４、ソレノイドコイル用電源２８、駆
動用モータ３６及び電子照射装置５０は、同一の制御器
２９に制御線２９ａを介して接続されているので、これ
らの機器を相互に関連させながら制御することがでい
る。このため、プロセスガスの供給、プロセスガスのプ
ラズマ発生、セルフスパッタリングへの移行、電子照射
等を所定のタイミングに対して同期して制御することが
できる。

【００２９】次に、図４を参照しながら、上記構成のス
パッタリング装置においてセルフスパッタリングが起こ
るメカニズムについて説明する。図４は、図１に示され
たスパッタリング装置１０に形成される磁場を示した構
成図であり、電子照射装置５０については省略して示し
てある。図４では、マグネトロンユニット３０が有する
各マグネット３４、及びソレノイドコイル２７のそれぞ
れによって発生される磁場を破線で示している。なお、
マグネトロンユニット３０は駆動モータ３６によって回
転されるので、各マグネット３４ｉ、３４ｏによって発
生される磁場は実際のスパッタリング装置では駆動軸３
８の周りに回転している。

【００３０】以下の説明では、ターゲットは銅を主構成
元素としている場合について説明する。つまり、ウエハ
Ｗ上には、銅薄膜がスパッタリングによって堆積され
る。しかしながら、本実施形態のスパッタリング装置１
０が適用されるターゲット材料としては、銅に限定され
ない。

【００３１】マグネトロンユニット３０が有する各マグ
ネット３４（３４ｉ、３４ｏ）は、図３において破線を
用いて示されるように、トロイダル磁場Ａを形成する。
この環状の磁場Ａは、ターゲット１６のエロージョン面
１６ａ近傍においては、この面１６ａに平行な磁場の成
分Ｈah（水平成分）が主要な成分である。この磁場成分
Ｈahは、ターゲット１６のエロージョン面１６ａ近傍に
アルゴンの放電によって形成されるプラズマ密度を高め
るように作用するため、この磁場成分Ｈahが大きい領域
（図１の破線領域Ｐ）では、アルゴンによるスパッタリ
ングが促進される。ところが、この磁場成分Ｈahは、被
スパッタリング粒子Ｃｕに対してはイオン化、つまりプ
ラズマ化を促進しない。

【００３２】一方、エロージョン面１６ａと、ペディス
タル１８の上面１８ａの間にあり、エロージョン面１６
ａの近傍領域とは異なる場所にあるセルフスパッタリン
グ空間では、ソレノイドコイル２７が磁場Ｂが生成す
る。磁場Ｂは、この空間において、ソレノイドコイル２
７の軸方向に向く磁場成分（垂直成分）Ｈbvが主要な成
分となる。この成分は、エロージョン面１６ａに対して
垂直な磁場成分Ｈbvである。この磁場成分Ｈbvは、エロ
ージョン面１６ａに対して垂直な速度成分を有する銅原
子Ｃｕ（被スパッタリング粒子）から電子が脱離させて
銅原子Ｃｕのイオン化を促進する作用がある。このた
め、ソレノイドコイル２７によって発生される磁場Ｂ
は、以下のように作用する。

【００３３】まず、アルゴンによってスパッタリングさ
れた銅原子Ｃｕは、セルフスパッタリング空間をウエハ
Ｗに向かって進んでいく。この途中で、磁場Ｂの垂直成
分Ｈbvの作用を受けて、銅原子Ｃｕは、ある割合でイオ
ン化され銅イオンＣｕ⁺を生成する。イオン化された銅
Ｃｕ⁺は、シールド２６からターゲット１６へ向かう電
界と相互作用してクーロン力を受ける。このため、イオ
ン化した時に持っていた運動エネルギがポテンシャルエ
ネルギに比較して小さい原子は、ターゲット１６のエロ
ージョン面１６ａの向きに運動方向を変える。そして、
それぞれのＣｕ⁺のポテンシャルエネルギに応じて加速
されて、イオン化された時の運動エネルギ及びポテンシ
ャルエネルギに応じた運動エネルギでエロージョン面１
６ａに衝突する。この衝突の際のエネルギがターゲット
から別の原子をスパッタリングさせるために十分である
ときは、Ｃｕ⁺によるスパッタリングによって次の被ス
パッタリング原子が生成される。この原子は、その初速
度に応じて、セルフスパッタリング空間をウエハＷに向
かって進んでいく。

【００３４】つまり、(1)スパッタリングによる銅原子
Ｃｕの生成、(2)生成された銅原子の磁場中の飛行、
（3）このＣｕ原子の垂直磁場成分によるイオン化、(4)
銅イオンＣｕ⁺の電界による加速、(5)この銅イオンＣｕ
⁺のターゲットへの衝突、(6)セルフスパッタリングによ
る別の銅原子の生成、（7）生成された銅原子の磁場中
の飛行、という順にプロセスが進行する。生成された銅
原子の一部は、イオン化されたもの及びイオン化されな
かったものも含めて、ウエハＷの表面に到達し、そこに
堆積される。。

【００３５】このようなプロセスが進行して、イオン化
された銅イオン数が、イオン化されていない銅原子数よ
りも多くなると、セルフスパッタリングが維持される。
しかし、このセルフスパッタリング状態となると、ウエ
ハＷの表面に達する被スパッタリング粒子のうち相当数
が銅イオンとなる。これが、上述したようなチャージア
ップダメージや異常放電の原因となると考えられる。

【００３６】このようなセルフスパッタリング状態にお
けるチャージアップ等を防止するための、本発明の成膜
方法を次に説明する。図５は、スパッタリング装置を操
作するタイミングチャートを示している。図５は、バル
ブ２３によって行われるアルゴン流量の制御、電源２４
によって行われるターゲット１６とシールド２６との間
に電圧の制御、コイル２７の磁場の制御、及び、電子照
射装置の電源のオンオフ制御を横軸に時間軸をとって示
している。

【００３７】図５を参照すると、時刻ｔ₀において、電
源２４からターゲット１６とシールド２６との間に電圧
をを加える。時刻ｔ₁において、バルブ２３を開けて真
空チャンバ１２内にプロセスガス（アルゴンガス）の供
給を開始する。時刻ｔ₂において、グロー放電するため
に好適な真空度となるので、バルブ２３を固定する。こ
こまでの過程において、また、今後も、真空ポンプによ
って真空排気は連続的に行われる。図３には示さない
が、マグネトロンユニット３０を動作させると、アルゴ
ンのプラズマをエロージョン面２６ａ近傍（図１のＰ領
域）に効率よく形成する。アルゴンプラズマの働きによ
って、ターゲット１６のエロージョン面１６ａからはス
パッタリングされた銅原子が発生される。この状態は、
図６（ａ）に模式的に示されている。つまり、アルゴン
イオンがターゲットに衝突して、銅原子がスパッタリン
グされる（通常スパッタリング状態）。

【００３８】次いで、時刻ｔ₃から時刻ｔ₄にかけて、電
源２４から、パワーをＰ₁からＰ₂に上昇させる。このと
きの、アルゴンによるスパッタリングは維持されてい
る。

【００３９】続いて、時刻ｔ₅において磁場Ｂを発生さ
せ、時刻ｔ₆にかけて徐々に上昇させる。このような過
程で、磁場Ｂがある程度の値になると、セルフスパッタ
リングが起こり出す。このとき、スパッタリングされた
銅原子は、アルゴンイオンによるものと、銅イオン自体
によるものとがある。しかしながら、磁場Ｂが適切な向
きになるように発生されているので、セルフスパッタリ
ングが維持される条件が満たされている。この状態は、
図６（ｂ）に模式的に示されている。つまり、アルゴン
イオンがターゲットに衝突して銅原子がスパッタリング
される場合と、銅イオンがターゲットに衝突して銅原子
がスパッタリングされる場合とが共存している（遷移状
態）。

【００４０】一方、時刻ｔ₇からアルゴンの流量を減ら
しはじめて、時刻ｔ₈においてアルゴンの供給を停止す
る。時刻ｔ ₈ において、プロセスガスの供給が完全に停
止されると、セルフスパッタリングのみによって銅原子
は供給される。この状態は、図６の（ｃ）に模式的に示
されている。つまり、銅イオンがターゲットに衝突し
て、銅原子がスパッタリングされる（セルフスパッタリ
ング状態）。この時刻ｔ₈からセルフスパッタリングは
安定した状態で行われ、ターゲットからの粒子、すなわ
ち銅原子と銅イオンの一部はウエハＷの表面に堆積さ
れ、銅薄膜を形成する。

【００４１】また、時刻ｔ₈からは、電子照射装置５０
の電源（図示せず）をオンし、電子照射装置５０の照射
口から電子を照射する。電子照射装置５０の起動は、時
刻ｔ₅からの遷移状態から行ってもよいが、遷移状態で
は真空チャンバ１２が不安定な状態にあるので、時刻ｔ
₈から行うことが好ましい。これにより、ウエハＷの表
面に近づきつつある銅イオン及びウエハＷの表面に達し
た銅イオンは電子照射装置５０からの電子により中性化
され、正電荷の蓄積が防止され、チャージアップダメー
ジ及び異常放電の発生が防止される。なお、一プロセス
においてチャージアップされる電荷量は予めテスト等を
行うことで求めることができるので、その量に応じた電
子が放出されるよう電子照射装置５０は調整される。

【００４２】以上、本発明の好適な実施形態について詳
細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない
ことは言うまでもない。

【００４３】例えば、電子照射装置５０の起動タイミン
グ等は適宜変更可能である。また、チャージップされる
電荷量を計測する等して、電子照射装置５０をフィード
バック制御することもできる。

【００４４】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、セ
ルフスパッタリング法を採用したスパッタリング装置及
び成膜方法における問題点、すなわち基板のチャージア
ップダメージを防止することができ、また、真空チャン
バ内での異常放電を防止することができる。更に、イオ
ンが基板に衝突すると、原子の衝突の場合よりも基板が
加熱する傾向があるが、かかる加熱も防止することがで
きる。従って、半導体デバイスの性能や歩留まりが向上
するという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明に従うマグネトロン式スパッタ
リング装置の概略構成図である。

【図２】図２は、各マグネトロンユニットの配置位置を
示すための上面図である。

【図３】図３は、１個のマグネットの部分を拡大したマ
グネトロンユニットの拡大図である。

【図４】図４は、本発明に係わるスパッタリング装置に
形成される磁場を示した構成図である。

【図５】図５は、スパッタリング装置を操作するタイミ
ングチャートを示している。

【図６】図６は、通常スパッタリング状態、遷移状態及
びセルフスパッタリング状態を説明するための模式図で
ある。

【符号の説明】

１０…スパッタリング装置、１２…真空チャンバ、１３
ａ、１３ｂ…絶縁部材、１４…ハウジング、１５…基
板、１６…ターゲット、１８…ペディスタル、２０…排
気ポート、２１…真空ポンプ、２２…供給ポート、２３
…バルブ、２４…加速用電源、２５…プロセスガス供給
源、２６…シールド、２７…コイル、２８…ソレノイド
コイル用電源、２９…制御器、３０…マグネトロンユニ
ット、３２…ベースプレート、３４…マグネット、３６
…駆動モータ、３８…駆動用モータ、４０…ヨーク部
材、４２、４４…棒磁石、５０…電子照射装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭50−28485（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−325724（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−109642（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C23C 14/00 - 14/58 H01L 21/285

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空チャンバと、 前記真空チャンバ内において基板を支持するための支持
   手段と、 前記支持手段によって支持される基板にエロージョン面
   が対面するように設けられたターゲットと、 前記真空チャンバ内にプロセスガスを供給するためのガ
   ス供給手段と、 前記真空チャンバ内に供給されたプロセスガスをプラズ
   マ化するためのプラズマ化手段と、 前記真空チャンバを減圧するための減圧手段と、 前記ターゲットからスパッタリングされ且つイオン化さ
   れた粒子の一部を前記ターゲットに戻し衝撃させること
   により、スパッタリングを継続させ膜を形成すべく、プ
   ラズマの生成後に前記プロセスガスの供給を停止するよ
   う前記ガス供給手段を制御すると共に、前記プラズマガ
   スの供給の停止後においても生成されたプラズマを維持
   するよう前記プラズマ化手段を制御する制御器と、 前記支持手段により支持された基板の表面に達する前記
   イオン化された粒子を電子により中性化すべく、前記基
   板の近傍及び／又は前記基板の表面に電子を照射するよ
   う設けられた電子照射手段と、 を備えることを特徴とするスパッタリング装置。
2. 【請求項２】 前記制御器は、前記プロセスガスの供給
   を停止させた直後に電子が照射されるよう前記電子照射
   手段を制御するよう構成されていることを特徴とする請
   求項１に記載のスパッタリング装置。
3. 【請求項３】 真空チャンバ内にプロセスガスを供給し
   てプラズマを生成し、前記真空チャンバ内に設けられた
   ターゲットを前記プロセスガスのイオンによりスパッタ
   リングし、前記プロセスガスの供給を停止した後、プラ
   ズマを維持して、前記ターゲットからスパッタリングさ
   れ且つイオン化された粒子の一部を前記ターゲットに戻
   し衝撃させることにより、スパッタリングを継続させ基
   板上に膜を形成する成膜方法であって、 前記基板の表面近傍及び／又は前記基板の表面に電子を
   照射し、前記基板に達する前記イオン化された粒子を前
   記電子により中性化することを特徴とする成膜方法。
4. 【請求項４】 前記プロセスガスの供給を停止させた直
   後に電子を照射することを特徴とする請求項３に記載の
   成膜方法。