JP3448227B2 - セルフスパッタリング方法 - 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、セルフスパッタリ
ング方法に関する。

【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】

【発明が解決しようとする課題】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
スパッタリング法およ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
技術として有望である。

【０００４】しかしながら、セルフスパッタリングの発
生メカニズムには解明されていない部分もあるため、セ
ルフスパッタリングを安定して制御することが課題とし
て残されている。

【０００５】セルフスパッタリング現象は、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いう。
この現象をスパッタリングに利用するためには、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
するようにすることが必要である。

【０００６】そこで、本発明の目的は、セルフスパッタ
リングへ安定して移行可能なセルフスパッタリング方法
を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】発明者は、セルフスパッ
タリングを成膜技術に適用するために様々な試行錯誤を
行ってきた。その結果として、従来ではアルゴンのスパ
ッタリング用ターゲット上にターゲットの表面と水平方
向な磁場成分を高めるように設計を行っていた。ところ
が、セルフスパッタリングを発生し易くするためには、
ターゲット表面に垂直方向の磁場成分を水平方向の磁場
成分に比べて高くすることが必要であることが明らかに
なった。一方、セルフスパッタリングを発生し易い垂直
方向の磁場成分を高くすると、アルゴンの放電電圧を低
電圧化し難くなる。このため、スパッタリングを維持す
るために必要なプラズマの発生がセルフスパッタリング
に移行する途中で途切れてしまう場合があることが分か
った。したがって、発明者は、このような問題を解決す
るためには、スパッタリングのための磁場を適切に発生
し、また制御することが必要であるとの結論に至った。

【０００８】そこで、本発明を以下のような構成とし
た。

【０００９】本発明に係わるセルフスパッタリング方法
は、真空チャンバ内に配置されたターゲットからスパッ
タリングされた粒子によってターゲットからスパッタリ
ングされる粒子が生成されるセルフスパッタリング方法
であって、真空チャンバ内にプロセスガスを供給する供
給工程と、ターゲットのエロージョン面と略直交する基
準軸に交差する方向の磁場成分が基準軸の方向の磁場成
分より大きい第１の磁場を利用して、ターゲットのエロ
ージョン面の近傍領域においてプロセスガスをプラズマ
化するプラズマ工程と、基準軸の方向の磁場成分が基準
軸に交差する方向の磁場成分より大きい第２の磁場をプ
ラズマ工程の開始後に真空チャンバ内の領域に発生する
磁場発生工程と、を備える。

【００１０】このように、真空チャンバ内にプロセスガ
スを供給した後に、ターゲットのエロージョン面の近傍
領域において第１の磁場を利用してプロセスガスをプラ
ズマ化するようにしたので、エロージョン面からスパッ
タリングされた粒子が生成される。また、エロージョン
面と略直交する基準軸に沿った第２の磁場をかかる近傍
領域とは異なる真空チャンバ内の領域に発生させるよう
にしたので、基準軸と平行な方向の磁場成分がこれと直
交する成分に比べて優勢な領域が真空チャンバ内に形成
される。この領域内では、スパッタリングされた粒子は
容易にイオン化される。イオン化された粒子はターゲッ
トに向けて加速されて、この粒子がエロージョン面に到
達すると、別のスパッタリング粒子を発生させる。この
ため、通常のスパッタリングと共に、セルフスパッタリ
ングが連続的に進行する。

【００１１】本発明に係わるセルフスパッタリング方法
では、磁場発生工程の後に、プロセスガスの供給を停止
する停止工程を更に備えるようにしてもよい。

【００１２】このように、プロセスガスの供給を停止す
ると、プロセスガスの分圧だけ真空度が減圧される。一
方、磁場発生工程において所定の磁場が発生されている
ので、プロセスガスの供給がなくてもセルフスパッタリ
ングによってスパッタリング粒子の生成を維持される。
また、プロセスガスの粒子がスパッタリング粒子と衝突
することがなくなるので、ボトムカバリッジ率が更に向
上する。

【００１３】本発明に係わるセルフスパッタリング方法
では、磁場発生工程は第２の磁場をパルス状に発生する
工程を含むことができる。

【００１４】セルフスパッタリング方法では、磁場発生
工程はプラズマ工程の後であるようにしてもよい。ま
ず、磁場発生工程に先だってプラズマ工程を実行する
と、磁場発生工程において発生される磁場の大きさ及び
方向に係わらずプロセスガスのプラズマを安定して生成
可能である。この後に、磁場発生工程を実行すれば、プ
ラズマ工程において生成されたスパッタリング粒子をも
とにしてスムーズにセルフスパッタリングに移行可能と
なる。

【００１５】

【発明の実施の形態】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。

【００１６】本発明の実施の形態に係るスパッタリング
装置について説明する。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。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およびターゲット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
示す実施の形態では、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、例えば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。

【００１７】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。本実施の形態で
は、ターゲット１６の寸法、およペディスタル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。

【００１８】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。

【００１９】ハウジング１４には排気ポート２０が形成
されている。本実施の形態の場合には、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および真空ポンプ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
スガスの供給量および供給タイミングを制御できる。供
給ポート２２およびプロセスガス供給源２５は、ガス供
給手段を構成する。

【００２０】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の陰極および陽極が
それぞれ接続されている。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を構成する原子がはじき出され
る。このターゲット原子（被スパッタリング粒子）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。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】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
示されている実施の形態では、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）および外側環状マグネット３４
ｏ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１
６ａ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。

【００２４】再び、図１および図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および図２に示された実施の形
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、２７
ｂは、コイル用電源２８の陰極および陽極にそれぞれ接
続されている。

【００２５】また、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
一方向に伸びていく。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１
８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２７がエロ
ージョン面に垂直な磁場成分を真空チャンバ１２内に主
に発生させることを目的とするので、エロージョン面と
所定の角度をなす方向であり、この方向は、好ましくは
エロージョン面に垂直な方向である。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
の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２
７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
の形態では、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。

【００２６】ソレノイドコイル２７またはソレノイドコ
イル群は、その上端の位置を含む平面がエロージョン面
１６ａ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。

【００２７】ソレノイドコイル２７の上端の位置および
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１
８ａ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Ｈ
ｖを水平成分Ｈｈに比べて大きくできる。

【００２８】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およびペ
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。

【００２９】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、
またはペディスタル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。

【００３０】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
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。

【００３１】ソレノイドコイル用電源２８は、制御器２
９に接続されている。このように制御器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、バルブ２
３、加速用電源２４、および駆動用モータ３６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２３、加速用
電源２４、ソレノイドコイル用電源２８、および駆動用
モータ３６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、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。

【００３２】また、コイル用電源２８は、パルス電圧を
発生可能である電源をあるようにしてもよい。このよう
に、パルス電圧が発生可能になると、発生される磁場が
パルス電圧の値に応じて変更される。このため、磁場が
十分に大きいときはセルフスパッタリングが十分に生じ
て、多数のスパッタリングされた粒子が発生する。磁場
が小さいとき叉は磁場がないときはスパッタリングされ
た粒子は基板の表面に到達して、その上に膜を形成す
る。

【００３３】図４を参照しながら、本実施の形態のスパ
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、およ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３８の周りに回転している。

【００３４】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、本実施の形態のスパッタリング装置
１０が適用されるターゲット材料としては、銅に限られ
るものではない。このほかの元素でもセルフスパッタリ
ングを利用して成膜可能である。

【００３５】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。

【００３６】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を生成す
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。

【００３７】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およびポテン
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
１６ａ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。

【００３８】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およびイオン化され
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。

【００３９】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、アルゴンガスの供給を停止してプロセスガスに
よって生成される銅原子の数をなくしてしまうと、銅原
子および銅イオンの数が十分でなくなりセルフスパッタ
リングが起こらなくなってしまう場合もある。一方、プ
ロセスガスを供給しなくても、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い状態が維
持されると、セルフスパッタリングが維持される。この
状態になると、プロセスガスとしてアルゴンガスを供給
しなくても、スパッタリングが進行する。つまり、セル
フスパッタリングが進行している。このような条件を整
えるために、ターゲットに対して垂直方向の磁場成分が
存在するという条件は重要である。また、この状態にい
たるまで、アルゴンガスを適切にプラズマ化して、初期
的に銅原子を供給することもまた重要である。

【００４０】このようなセルフスパッタリング現象を本
実施の形態のスパッタリング装置において、好適に実現
する方法を説明する。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（パワー）の制御、コイル２７の磁場の制御、を
横軸に時間軸をとって示している。

【００４１】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
に好適な真空度に達したので、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ている。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
ルゴンのプラズマがエロージョン面２６ａ近傍（図１の
Ｐ領域）に効率よく形成される。このときに、電源２４
からは、パワーＰ1が投入されている。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１
６ａ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）。

【００４２】次いで、時刻ｔ₃から時刻ｔ₄にかけて、電
源２４からさらにパワーを上昇する。時刻ｔ₄における
パワーは、Ｐ2である。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。

【００４３】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）。

【００４４】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ｔ₆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（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）。

【００４５】以上、プロセスガスのプラズマを発生し
て、このプラズマによって被スパッタリング粒子をした
後に、垂直磁場を発生させて、被スパッタリング粒子を
イオン化させるようにした。このため、通常スパッタリ
ング状態から遷移状態に移行できる。遷移状態において
は、プロセスガスのプラズマ領域と被スパッタリング粒
子のイオン化領域が異なっているので、相互に干渉する
ことなくセルフスパッタリングが安定して進行する。故
に、プロセスガスのプラズマを除いても、セルフスパッ
タリング状態が維持される。

【００４６】以上、説明したように、セルフスパッタリ
ング方法は、真空チャンバ内にプロセスガスを供給する
工程と、ターゲットのエロージョン面近傍においてプロ
セスガスをプラズマ化する工程と、基板表面と所定の角
度をなす基準軸に沿った磁場を真空チャンバ内に発生す
る工程と、を備える。このような所定の角度とは、被ス
パッタリング粒子が到達すべき基板表面に垂直であるこ
とが好ましい。

【００４７】このように、真空チャンバ１２内にプロセ
スガスを供給した後に、ターゲット１６のエロージョン
面１６ａの近傍領域においてプロセスガスをプラズマ化
するようにしたので、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、エロージョン面１
６ａと略直交する基準軸に沿った磁場を上記の近傍領域
とは異なる真空チャンバ１２内の領域に発生させるよう
にしたので、基準軸と平行な方向の磁場成分がこれと直
交する成分に比べて優勢な領域が真空チャンバ内１２に
形成される。この領域内では、被スパッタリング粒子は
容易にイオン化される。イオン化された粒子はターゲッ
ト１６に向けて加速されて、この粒子がエロージョン面
１６ａに到達すると、別の被スパッタリング粒子を発生
させる。このため、通常のスパッタリングと共に、セル
フスパッタリングが連続的に進行する。

【００４８】また、プロセスガスの供給を停止すると、
プロセスガスの分圧だけ真空度が高くなる。一方、磁場
発生工程において所定の磁場が発生されているので、プ
ロセスガスの供給がなくてもセルフスパッタリングによ
って被スパッタリング粒子の生成を維持される。また、
プロセスガスの粒子がスパッタリング粒子と衝突するこ
とがなくなる。

【００４９】更に、磁場発生工程に先だってプラズマ工
程を実行すると、磁場発生工程において発生される磁場
の大きさ及び方向に係わらずプロセスガスのプラズマを
安定して生成可能である。この後に、磁場発生工程を実
行すれば、プラズマ工程において生成されたスパッタリ
ング粒子をもとにしてスムーズにセルフスパッタリング
に移行可能となる。

【００５０】このように、プロセスガスのプラズマをエ
ロージョン面近傍に形成するようにしたので、エロージ
ョン面からスパッタリングされた粒子が生成される。タ
ーゲットのエロージョン面と基板の表面とを結ぶ基準軸
に沿った磁場をターゲットと基板との間の領域に発生す
るようにしたので、ターゲットからスパッタリングされ
た粒子がイオン化される。イオン化された粒子がエロー
ジョン面に達すると、別の粒子をスパッタリングする。
このようにしてスパッタリング粒子を発生するようにし
たので、プロセスガスの供給を停止してもセルフスパッ
タリングが連続的に進行される。ターゲットからセルフ
スパッタリングされた粒子の一部は上記基準軸の沿って
進行し、基板の成膜されるべき表面に到達する。このた
め、セルフスパッタリングによって発生された粒子が順
次に基板の表面に堆積される。したがって、ボトムカバ
リッジが良好な膜が基板上に堆積される。

【００５１】このようなセルフスパッタリングを成膜方
法に適用すると、次のようになる。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た粒子によ
ってターゲットからスパッタリングされる粒子を用いて
膜を形成する成膜方法であって、成膜されるべき表面を
有する基板を真空チャンバ内に配置する工程と、真空チ
ャンバ内にプロセスガスを供給する供給工程と、エロー
ジョン面の近傍においてプロセスガスのプラズマを形成
して、ターゲットからスパッタリング粒子を発生させる
するプラズマ工程と、ターゲットのエロージョン面と基
板の表面とを結ぶ基準軸に沿った磁場をターゲットのエ
ロージョン面と基板の表面との間の空間に発生して、セ
ルフスパッタリングによってターゲットからスパッタリ
ング粒子を発生するセルフスパッタリング工程と、プロ
セスガスの供給を停止する停止工程と、を備える。

【００５２】このように、セルフスパッタリングによっ
て発生された粒子が順次に基板の表面に堆積させると、
ボトムカバリッジが良好な膜が基板上に堆積される。ま
た、プロセスガスの供給がなくても、適切な磁場および
電流が加えられているので、セルフスパッタリングによ
って被スパッタリング粒子の生成を維持される。一方、
プロセスガスの供給を停止すると、プロセスガスの分圧
だけ真空度が高くなる。このため、プロセスガスの粒子
がスパッタリング粒子と衝突することがなくなるので、
ボトムカバリッジ率が更に向上する。加えて、磁場がパ
ルス状に発生すようにすると、セルフスパッタリングと
成膜を交互に進行する。つまり、磁場が十分に大きいと
きはセルフスパッタリングが十分に生じて、多数のスパ
ッタリングされた粒子が発生する。磁場が小さいときま
たは磁場がないときはスパッタリングされた粒子は基板
の表面に到達して、その上に膜を形成する。

【００５３】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明に係
わるセルフスパッタリング方法では、真空チャンバ内に
プロセスガスを供給した後に、ターゲットのエロージョ
ン面の近傍領域において第１の磁場を利用してプロセス
ガスをプラズマ化するようにしたので、エロージョン面
からスパッタリングされた粒子が生成される。また、基
準軸に沿った第２の磁場をかかる近傍領域とは異なる真
空チャンバ内の領域に発生させるようにしたので、基準
軸と平行な方向の磁場成分がこれと直交する成分に比べ
て優勢な領域が真空チャンバ内に形成される。この領域
内では、スパッタリングされた粒子は容易にイオン化さ
れる。イオン化された粒子はターゲットに向けて加速さ
れて、この粒子がエロージョン面に到達すると、別のス
パッタリング粒子を発生させる。このため、通常のスパ
ッタリングと共に、セルフスパッタリングが連続的に進
行する。

【００５４】つまり、プロセスガスをプラズマ化と、被
スパッタリング粒子のイオン化を時間的および空間的に
分離して行うことを可能にした。このため、プロセスガ
ス放電を比較的低い電圧において発生させることができ
る。また、プロセスガスの放電が存在するときにセルフ
スパッタリングを維持するために好適な条件に設定可能
なので、プロセスガスの放電がセルフスパッタリングへ
の移行中に切れてしまうことが防止された。

【００５５】したがって、セルフスパッタリングへ安定
して移行可能なセルフスパッタリング方法が提供され
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、遷移状態お
よ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、

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭50−28485（ＪＰ，Ａ) 特開2000−144411（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C23C 14/00 - 14/58 H01L 21/203 H01L 21/285

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空チャンバ内に配置されたターゲット
   からスパッタリングされた粒子によって前記ターゲット
   からスパッタリングされる粒子を生成するセルフスパッ
   タリング方法であって、 前記真空チャンバ内にプロセスガスを供給する供給工程
   と、 前記ターゲットの前記エロージョン面と略直交する基準
   軸に交差する方向の磁場成分が前記基準軸の方向の磁場
   成分より大きい第１の磁場を利用して、前記ターゲット
   のエロージョン面の近傍の領域において前記プロセスガ
   スをプラズマ化するプラズマ工程と、 前記基準軸の方向の磁場成分が前記基準軸に交差する方
   向の磁場成分より大きい第２の磁場を前記プラズマ工程
   の開始後に前記真空チャンバ内の領域に発生する磁場発
   生工程と、 を備える、セルフスパッタリング方法。
2. 【請求項２】 前記磁場発生工程の後に、前記プロセス
   ガスの供給を停止する停止工程を、更に備える請求項１
   に記載のセルフスパッタリング方法。
3. 【請求項３】 前記磁場発生工程は前記第２の磁場をパ
   ルス状に発生する工程を含む、請求項１または請求項２
   に記載のセルフスパッタリング方法。