JP3815843B2 - スパッタリング装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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リング装置に関し、特に、高アスペクト比のホール内に成膜するのに適したスパッタリング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
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リングプロセスを用いており、スパッタリング装置が多用されている。このようなスパッタリング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。
【０００３】
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。
【０００４】
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（ホールの開口の大きさ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。
【０００５】
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。
【０００６】
ボトムカバレッジ率を向上させるスパッタリングの手法として、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に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。
【０００７】
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。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本願の発明は、上述のような従来の状況をふまえ、アスペクト比４を越えるホールの内面にボトムカバレッジ率よく成膜を行えるようにすることを解決課題としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
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、ターゲットをスパッタするスパッタ電源と、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、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スパッタリング装置であって、
ターゲットから基板へのスパッタ粒子の飛行経路に設定されたイオン化空間に所定のレーザーを照射してスパッタ粒子をイオン化させるレーザー発振器を備えており、
スパッタチャンバーには、レーザーを透過させてスパッタチャンバー内に入射させる入射窓と、レーザーを透過させてスパッタチャンバー外に出射させる出射窓が気密に設けられており、
レーザー発振器は、スパッタチャンバーの外であって、入射窓からスパッタチャンバー内にレーザーが入射する位置に設けられており、
前記入射窓と前記出射窓は別々に設けられたものであって、前記スパッタチャンバーは、前記入射窓が気密に填め込まれる開口と、前記出射窓が気密に填め込まれる別の開口を有す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２記載の発明は、上記請求項１の構成において、前記スパッタチャンバーの外には、レーザーを吸収するビームアブソーバーが設けられており、ビームアブソーバーは、出射窓を透過して出射したレーザーが達する位置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３記載の発明は、上記請求項１又は２の構成において、イオン化したスパッタ粒子を前記イオン化空間から引き出して基板に到達させるための引き出し用電界を設定する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４記載の発明は、上記請求項３の構成において、引き出し用電界を設定する手段は、基板ホルダーに高周波電圧を印加して基板にバイアス電圧を与え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５記載の発明は、上記請求項１、２、３又は４の構成において、レーザー発振器は、エキシマレーザー発振器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６記載の発明は、上記請求項１、２、３、４又は５の構成において、レーザー発振器から発振されたレーザーをイオン化空間に走査する走査機構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７記載の発明は、上記請求項６の構成において、前記走査機構は、前記スパッタチャンバーの外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８記載の発明は、上記請求項１、２、３、４又は５の構成において、レーザー発振器から発振されたレーザーが前記イオン化空間を所定の複数回通過するようにするリフレクタ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９記載の発明は、上記請求項６又は７の構成において、前記レーザー発振器から発振されたレーザーが前記イオン化空間を所定の複数回通過するようにするリフレクタが設けられており、このリフレクタは、前記走査機構によりある幅に走査されたレーザーを反射させて前記イオン化空間を所定の複数回通過するように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１０記載の発明は、上記請求項１、２、３、４、５、６、７、８又は９の構成において、スパッタ粒子の不必要な場所への付着を防止する防着シールドが前記スパッタチャンバー内に設けられており、
防着シールドは、前記ターゲットと前記基板ホルダーとの間の空間を取り囲む形状であって、前記レーザー発振器から発振されたレーザーの通過を阻害しない構成となっているという構成を有する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
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スパッタリング装置の構成を説明する正面概略図である。
本実施形態のスパッタリング装置は、排気系１１を備えたスパッタチャンバー１と、このスパッタチャンバー１内に設けられたターゲット２と、このターゲット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、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。
【００１１】
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１０-8Ｔｏｒｒ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。
【００１２】
ターゲット２は、例えば厚さ６ｍｍ、直径３００ｍｍ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。
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。
【００１３】
スパッタ電源３は、所定の負の高電圧をターゲット２に印加するよう構成される。例えばチタンのスパッタの場合、５００Ｖ程度の負の直流電圧を印加するよう構成されることが多い。
【００１４】
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おり、ターゲット２の下方の空間に所定のプロセスガスを導入するようになっている。
【００１５】
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。基板ホルダー５には、基板５０を静電気によって吸着する不図示の静電吸着機構が設けられる。静電吸着機構は、基板ホルダー５内に設けられた吸着電極と吸着電極に直流電圧を印加する吸着電源とから構成される。尚、成膜中に基板５０を加熱して成膜を効率的にする不図示の加熱機構等が基板ホルダー５内に設けられる場合がある。
【００１６】
さて、本実施形態の装置の大きな特徴点は、ターゲット２から基板５０へのスパッタ粒子の飛行経路に設定されたイオン化空間に所定のレーザーを照射してスパッタ粒子をイオン化させるレーザー発振器６を備えている点である。
レーザー発振器６には、本実施形態ではエキシマレーザー発振器が使用されている。エキシマレーザー発振器６は、例えばＡｒ＋Ｆガス励起の発振波長１９３ｎｍのものが使用されている。発振はパルスであり、１パルスのエネルギーは１０ｍＪ程度である。
【００１７】
このレーザー発振器６は、図１に示すようにスパッタチャンバー１の外に設けられており、スパッタチャンバー１はレーザーを透過させる入射窓１２を備えている。入射窓１２は、石英ガラス又はサファイアのようなレーザーの波長の光を充分に透過させることが可能な材料から形成されている。
【００１８】
スパッタチャンバー１は、この入射窓１２を填め込む開口を有し、この開口部分はＯリング等のシール部材によって真空シールされている。尚、スパッタチャンバー１の外にレーザー発振器６を配置する構成は、スパッタチャンバー１をいたずらに大型化させることなく装置全体をコンパクトにする効果があり、また、レーザー発振器６を構成する部材によってスパッタチャンバー１内の雰囲気が汚損されるのを防止する効果もある。
【００１９】
また、レーザー発振器６と入射窓１２との間の光路上には、走査機構６１が設けられている。走査機構６１は、入射窓１２へのレーザーの入射方向を周期的に変化させることで、イオン化空間のより広い領域にレーザーが照射されるようにするものである。レーザーは、多くの場合細いビームの形で発振されるので、イオン化空間に走査させることは効率の良いイオン化に極めて有効である。
【００２０】
具体的には、走査機構６１は、入射窓１２へのレーザーの入射方向を水平面内で変化させ、レーザーがイオン化空間に走査されるようにする。走査機構６１としては、正多角柱状のミラーを回転させる機構、又は、ガルバノメーターを使用して平面鏡を所定角度範囲で回転させる機構等が採用される。
【００２１】
一方、図１に示すように、スパッタチャンバー１は、入射窓１２と反対側の位置に出射窓１３を有している。そして、出射窓１３の外側には、ビームアブソーバー６２が配置されている。ビームアブソーバー６２は、レーザー発振器６が発振する波長のレーザーを反射させずに効率よく吸収することが可能な材質例えばＭｇ０とＡｕとＭｏの合金などで形成されている。
【００２２】
レーザー発振器６から発振されたレーザーＬは、入射窓１２からスパッタチャンバー１内に入射してイオン化空間に照射され、イオン化空間に存在する中性スパッタ粒子２００にエネルギーを与えてイオン化させ、イオンしたスパッタ粒子（以下、イオン化スパッタ粒子）２０１を生成するようになっている。この際、走査機構６１によってレーザーＬがイオン化空間で走査されるので、効率良くイオン化スパッタ粒子２０１が生成されるようになっている。
【００２３】
図２は、イオン化スパッタ粒子の作用について説明する図であり、成膜される基板の断面概略図である。基板５０にはコンタクトホールのようなホール５０１が形成されており、バリア膜のようにこのホール５０１の内面に薄膜５００を作成する場合について説明する。
【００２４】
図２（ａ）に示すように、ホール５０１の内面に成膜する場合、従来のスパッタリング装置では、ホール５０１の開口の縁の部分に盛り上がって薄膜５００が堆積する傾向がある。この部分への膜堆積５０２はオーバーハングと呼ばれるが、オーバーハング５０２が生ずるとホール５０１の開口が小さくなり、ホール５０１のアスペクト比が見かけ上さらに高くなってしまう。この結果、ボトムカバレッジ率の低い成膜になってしまう。
【００２５】
しかし、図２（ｂ）に示すようにイオン化スパッタ粒子２０１を基板５０に入射させると、イオン化スパッタ粒子２０１がオーバーハング５０２の部分を再スパッタして崩し、ホール５０１内に落とし込むようにすることができる。このため、ホール５０１の開口が小さくならずに、中性スパッタ粒子２００やイオン化スパッタ粒子２０１によってボトムカバレッジ率の高い成膜を行うことができる。
【００２６】
また一方、本実施形態の装置では、イオン化スパッタ粒子２０１をイオン化空間から引き出して基板５０に到達させるための引き出し用電界を設定する手段が設けられている。この手段は、図１に示すように、基板ホルダー５に高周波電圧を印加して基板５０にバイアス電圧を与える高周波電源７によって構成されている。高周波電源７は、例えば周波数１３．５６ＭＨｚで出力２００Ｗ程度のものが使用され、不図示の整合器を介して基板ホルダー５に高周波電力を供給する。尚、高周波電源７は、６０〜１００ＭＨｚ程度の周波数でもよい。
【００２７】
スパッタ電源３によってスパッタ放電が生ずると、ターゲット２の下方に放電によるプラズマＰが生成されるが、高周波電源７によって基板５０に高周波電圧が印加されると、基板５０の上方の空間にも弱いプラズマＰ’が生成される。このうち、基板５０の表面にはこのプラズマ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。具体的には、上述した例の高周波電源７の場合、平均値で−１００Ｖ程度のバイアス電圧を基板５０に与えることができる。
【００２８】
上記基板バイアス電圧が与えられた状態は、直流二極放電でプラズマを形成した場合の陰極シース領域と同様であり、プラズマＰ’と基板５０との間に基板５０に向かって下がる電位傾度を有する電界（以下、引き出し用電界）が設定された状態となる。この引き出し用電界によって、イオン化スパッタ粒子２０１は、プラズマＰ’から引き出されて基板５０に効率良く到達するようになっている。このため、上記イオン化スパッタ粒子２０１の効果がさらに高く得られるようになっている。
【００２９】
また、上記引き出し用電界は基板５０に対して垂直な向きの電界であり、基板５０に対して垂直にイオン化スパッタ粒子２０１を加速するよう作用する。このため、基板５０に形成されたホール５０１の底面まで効率よくイオン化スパッタ粒子２０１を到達させることができるようになっており、この点でもボトムカバレッジ率の高い成膜が可能になっている。
【００３０】
尚、本実施形態の装置は、スパッタ粒子２００，２０１の不必要な場所への付着を防止する防着シールド８がスパッタチャンバー１内に設けられている。防着シールド８はほぼ円筒状の部材であり、ターゲット２と基板ホルダー５との間の空間を取り囲むようにして設けられている。
【００３１】
スパッタ粒子がスパッタチャンバー１の器壁等の不必要な場所に付着すると、経時的に薄膜を堆積する。この薄膜がある程度の量に達すると内部ストレス等によって剥離し、スパッタチャンバー１内をパーティクルとなって浮遊する。このパーティクルが基板５０に達すると、局部的な膜厚異常等の不良を発生させる。このため、本実施形態の装置は、ターゲット２と基板ホルダー５との間の空間を防着シールド８で取り囲み、不要な場所へのスパッタ粒子２００，２０１の付着を防止している。尚、防着シールド８は、レーザーＬの通過を阻害しないよう、イオン化空間の上側と下側とに分離した構成となっている。
【００３２】
次に、本願発明の別の実施形態の構成について説明する。図３は、本願発明の別の実施形態の構成を説明する平面概略図である。
この実施形態の装置では、レーザー発振器６から発振されたレーザーがイオン化空間を複数回通過するようにするリフレクタ６３が設けられている。より具体的には、図３に示すように、スパッタチャンバー１には、入射窓１２と同じ高さの位置に四つのリフレクタ６３と一つの出射窓１３が設けられている。
【００３３】
リフレクタ６３は、アルミ等の鏡面膜を有する板又は表面研磨したアルミ等の板で構成され、レーザーを効率よく反射するよう構成される。尚、各リフレクタ６３は、スパッタチャンバー１の中心軸と同軸円筒面を形成するよう構成されている。また、各リフレクタ６３は、スパッタチャンバー１に設けられた開口に気密に取付けられている。
【００３４】
上記四つのリフレクタ６３を、レーザーが入射する順に第一リフレクタ６３Ａ、第二リフレクタ６３Ｂ、第三リフレクタ６３Ｃ、第四リフレクタ６３Ｄとする。図３に示すように、走査機構６１を経てスパッタチャンバー１内に導入されるレーザーＬは、イオン化空間を通過した後、第一リフレクタ６３Ａに達し、第一リフレクタ６３Ａに反射した後、再びイオン化空間を通過して第二リフレクタ６３Ｂに達する。そして、第二リフレクタ６３Ｂに反射した後、再びイオン化空間を通過し、さらに第三リフレクタ６３Ｃ、第四リフレクタ６３Ｄに反射しながらイオン化空間を通過し、最終的に出射窓１３に達する。そして、出射窓１３を透過してビームアブソーバー６２に達し、ビームアブソーバー６２で吸収されるようになっている。
【００３５】
つまり、ビームアブソーバー６２に達するまでに５回イオン化空間を通過するようになっている。このため、イオン化空間に存在する中性スパッタ粒子にレーザーからエネルギーが供給される効率が高くなり、より高い効率でイオン化させることができる。この結果、上記イオン化スパッタ粒子の効果がより高く得られることになる。尚、この実施形態でも、走査機構６１がレーザーを走査し、イオン化空間にまんべんなくレーザーが照射されるようになっている。
【００３６】
次に、上記各実施形態のスパッタリング装置の全体の動作について説明する。
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１０-8Ｔｏｒｒ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。
【００３７】
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内を例えば０．２〜１０ｍＴｏｒｒ程度に維持し、この状態でスパッタ放電を始動させる。即ち、スパッタ電源３によってターゲット２に所定の電圧を与え、イオン化したプロセスガス４０がターゲット２を叩くことによってマグネトロンスパッタ放電を生じさせる。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。同時に、レーザー発振器６も動作させ、イオン化空間にレーザーＬを照射する。また、高周波電源７も動作させ、イオン化空間に引き出し用電界を設定する。
【００３８】
スパッタ放電によってターゲット２から放出された中性スパッタ粒子２００は、基板５０に向けて飛行する。その飛行の途中、イオン化空間を通過する際にレーザーＬが照射されてイオン化し、イオン化スパッタ粒子２０１となる。イオン化スパッタ粒子２０１は、引き出し用電界によってプラズマＰから効率良く引き出され、基板５０に入射する。基板５０に入射したスパッタ粒子２００，２０１は、基板５０に形成されたホール５０１の底面や側面に達して膜を堆積し、効率良くホール５０１内を被覆する。
所定の厚さで薄膜が作成されると、レーザー発振器６、スパッタ電源３、及び、ガス導入手段４の動作をそれぞれ停止させ、基板５０をスパッタチャンバー１から搬出する。
【００３９】
尚、バリア膜を作成する場合、チタン製のターゲットを使用し、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成膜する。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。
【００４０】
スパッタ粒子をイオン化する構成としては、ターゲット２から基板５０へのスパッタ粒子の飛行経路に別途プラズマを形成してこのプラズマ中でスパッタ粒子をイオン化させる構成がある。しかしながら、この構成の場合、効率良くイオン化を行うためには、基板５０に近い場所で強いプラズマを形成する必要があるため、プラズマ中の荷電粒子（主に電子）によって基板５０が損傷を受ける場合がある。しかしながら、本実施形態のようにレーザーＬによってスパッタ粒子２００をイオン化させると、このようなプラズマ中の荷電粒子による基板５０の損傷も問題は発生しない。
【００４１】
【実施例】
上記各実施形態に属する実施例として、以下のような実施例が挙げられる。
プロセスガスの種類：アルゴン
プロセスガスの流量：１０ｃｃ／分
成膜時の圧力：０．２５ｍＴｏｒｒ
ターゲット２の大きさ：直径３００ｍｍ，厚さ６ｍｍ
ターゲット２の材質：チタン
ターゲット２への印加電圧：−５００Ｖ
ターゲット２への投入電力：９ｋＷ
レーザー発振器６の種類：エキシマレーザー発振器
レーザー発振器６の出力：１００Ｗ
レーザー発振器６の発振周波数：１９３ｎｍ
レーザーのパルス幅：１０ナノ秒
レーザーの繰り返し周波数：２５Ｈｚ
レーザーの最大パルスエネルギー：１０ｍＪ
高周波電源７：周波数４００ｋＨｚ出力１５０Ｗ
【００４２】
上記の条件により装置を動作させて各アスペクト比のホール内面への成膜を行った結果を、図４に示す。図４は、本願発明の実施例の装置の効果を確認した結果を示す図であり、参考のため、従来例の装置による成膜の結果が併せて示されている。尚、従来例は、低圧遠隔スパッタ方式の装置であり、ターゲット−基板間の距離が３４０ｍｍ、成膜時の圧力が０．３ｍＴｏｒｒの条件で動作させた例である。
【００４３】
図４に示すように、上記実施例の装置によれば、アスペクト比３のホールに対して約６０％のボトムカバレッジ率、アスペクト比５のホールに対しては約３０％のボトムカバレッジ率が得られており、従来例に比べて約３倍ものボトムカバレッジ率が得られる。このため、アスペクト比４を越える２５６メガビットや１ギガビットクラスの集積回路の製作に極めて有効な装置となり得る。
【００４４】
上記各実施形態では、レーザー発振器６としてエキシマレーザー発振器を使用したが、ＹＡＧレーザー発振器や炭酸ガスレーザー発振器のようなエネルギーの高いレーザー（多くの場合紫外領域の波長）を発振できる他のレーザー発振器を使用することも可能である。
また、本願発明のイオン化スパッタリング装置は、各種半導体デバイスの他、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することができる。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明した通り、本願の各請求項の発明によれば、ターゲットからのスパッタ粒子がレーザーによってイオン化されるので、高アスペクト比の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。また、レーザー発振器がスパッタチャンバーの外に設けられているので、スパッタチャンバーの大型化が避けられるとともに、レーザー発振器を構成する部材によってスパッタチャンバー内の雰囲気が汚損されるのが防止される。
また特に請求項３又は４の発明によれば、イオン化空間と基板との間に引き出し用電界が設定されるので、上記効果をより高く得ることができる。
また特に請求項６の発明によれば、走査機構によってレーザーが走査されるのでイオン化の効率が高くなり、さらにボトムカバレッジ率の高い成膜が行える。
また特に請求項８の発明によれば、レーザーがイオン化空間に所定の複数回照射されるので、イオン化効率がさらに高くなり、ボトムカバレッジ率がさらに高くなる。
また特に請求項９の発明によれば、走査機構によりある幅に走査されたレーザーがリフレクタに反射してイオン化空間を複数回通過するので、イオン化効率がさらに高くなり、ボトムカバレッジ率がさらに高くなる。
また特に請求項１０の発明によれば、スパッタ粒子がスパッタチャンバー内の不必要な場所に付着することに起因した問題が防止される。その際にも、防着シールドによりレーザーの通過が阻害されないので、上記充分なボトムカバレッジ率で成膜できるという効果が確実に得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の実施形態のスパッタリング装置の構成を説明する正面概略図である。
【図２】イオン化スパッタ粒子の作用について説明する図であり、成膜される基板の断面概略図である。
【図３】本願発明の別の実施形態の構成を説明する平面概略図である。
【図４】本願発明の実施例の装置の効果を確認した結果を示す図であり、参考のため、従来例の装置による成膜の結果が併せて示されている。
【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
２００ 中性スパッタ粒子
２０１ イオン化スパッタ粒子
３ スパッタ電源
３０ 磁石機構
４ ガス導入手段
５ 基板ホルダー
５０ 基板
６ レーザー発振器
６１ 走査機構
６２ ビームアブソーバー
６３ リフレクタ
７ 高周波電源
８ 防着シールド
【発明の属する技術分野】
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リング装置に関し、特に、高アスペクト比のホール内に成膜するのに適したスパッタリング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
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リングプロセスを用いており、スパッタリング装置が多用されている。このようなスパッタリング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。
【０００３】
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。
【０００４】
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（ホールの開口の大きさ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。
【０００５】
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。
【０００６】
ボトムカバレッジ率を向上させるスパッタリングの手法として、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に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。
【０００７】
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。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本願の発明は、上述のような従来の状況をふまえ、アスペクト比４を越えるホールの内面にボトムカバレッジ率よく成膜を行えるようにすることを解決課題としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
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、ターゲットをスパッタするスパッタ電源と、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、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スパッタリング装置であって、
ターゲットから基板へのスパッタ粒子の飛行経路に設定されたイオン化空間に所定のレーザーを照射してスパッタ粒子をイオン化させるレーザー発振器を備えており、
スパッタチャンバーには、レーザーを透過させてスパッタチャンバー内に入射させる入射窓と、レーザーを透過させてスパッタチャンバー外に出射させる出射窓が気密に設けられており、
レーザー発振器は、スパッタチャンバーの外であって、入射窓からスパッタチャンバー内にレーザーが入射する位置に設けられており、
前記入射窓と前記出射窓は別々に設けられたものであって、前記スパッタチャンバーは、前記入射窓が気密に填め込まれる開口と、前記出射窓が気密に填め込まれる別の開口を有す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２記載の発明は、上記請求項１の構成において、前記スパッタチャンバーの外には、レーザーを吸収するビームアブソーバーが設けられており、ビームアブソーバーは、出射窓を透過して出射したレーザーが達する位置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３記載の発明は、上記請求項１又は２の構成において、イオン化したスパッタ粒子を前記イオン化空間から引き出して基板に到達させるための引き出し用電界を設定する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４記載の発明は、上記請求項３の構成において、引き出し用電界を設定する手段は、基板ホルダーに高周波電圧を印加して基板にバイアス電圧を与え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５記載の発明は、上記請求項１、２、３又は４の構成において、レーザー発振器は、エキシマレーザー発振器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６記載の発明は、上記請求項１、２、３、４又は５の構成において、レーザー発振器から発振されたレーザーをイオン化空間に走査する走査機構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７記載の発明は、上記請求項６の構成において、前記走査機構は、前記スパッタチャンバーの外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８記載の発明は、上記請求項１、２、３、４又は５の構成において、レーザー発振器から発振されたレーザーが前記イオン化空間を所定の複数回通過するようにするリフレクタ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９記載の発明は、上記請求項６又は７の構成において、前記レーザー発振器から発振されたレーザーが前記イオン化空間を所定の複数回通過するようにするリフレクタが設けられており、このリフレクタは、前記走査機構によりある幅に走査されたレーザーを反射させて前記イオン化空間を所定の複数回通過するように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１０記載の発明は、上記請求項１、２、３、４、５、６、７、８又は９の構成において、スパッタ粒子の不必要な場所への付着を防止する防着シールドが前記スパッタチャンバー内に設けられており、
防着シールドは、前記ターゲットと前記基板ホルダーとの間の空間を取り囲む形状であって、前記レーザー発振器から発振されたレーザーの通過を阻害しない構成となっているという構成を有する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
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スパッタリング装置の構成を説明する正面概略図である。
本実施形態のスパッタリング装置は、排気系１１を備えたスパッタチャンバー１と、このスパッタチャンバー１内に設けられたターゲット２と、このターゲット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、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。
【００１１】
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１０-8Ｔｏｒｒ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。
【００１２】
ターゲット２は、例えば厚さ６ｍｍ、直径３００ｍｍ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。
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。
【００１３】
スパッタ電源３は、所定の負の高電圧をターゲット２に印加するよう構成される。例えばチタンのスパッタの場合、５００Ｖ程度の負の直流電圧を印加するよう構成されることが多い。
【００１４】
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おり、ターゲット２の下方の空間に所定のプロセスガスを導入するようになっている。
【００１５】
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。基板ホルダー５には、基板５０を静電気によって吸着する不図示の静電吸着機構が設けられる。静電吸着機構は、基板ホルダー５内に設けられた吸着電極と吸着電極に直流電圧を印加する吸着電源とから構成される。尚、成膜中に基板５０を加熱して成膜を効率的にする不図示の加熱機構等が基板ホルダー５内に設けられる場合がある。
【００１６】
さて、本実施形態の装置の大きな特徴点は、ターゲット２から基板５０へのスパッタ粒子の飛行経路に設定されたイオン化空間に所定のレーザーを照射してスパッタ粒子をイオン化させるレーザー発振器６を備えている点である。
レーザー発振器６には、本実施形態ではエキシマレーザー発振器が使用されている。エキシマレーザー発振器６は、例えばＡｒ＋Ｆガス励起の発振波長１９３ｎｍのものが使用されている。発振はパルスであり、１パルスのエネルギーは１０ｍＪ程度である。
【００１７】
このレーザー発振器６は、図１に示すようにスパッタチャンバー１の外に設けられており、スパッタチャンバー１はレーザーを透過させる入射窓１２を備えている。入射窓１２は、石英ガラス又はサファイアのようなレーザーの波長の光を充分に透過させることが可能な材料から形成されている。
【００１８】
スパッタチャンバー１は、この入射窓１２を填め込む開口を有し、この開口部分はＯリング等のシール部材によって真空シールされている。尚、スパッタチャンバー１の外にレーザー発振器６を配置する構成は、スパッタチャンバー１をいたずらに大型化させることなく装置全体をコンパクトにする効果があり、また、レーザー発振器６を構成する部材によってスパッタチャンバー１内の雰囲気が汚損されるのを防止する効果もある。
【００１９】
また、レーザー発振器６と入射窓１２との間の光路上には、走査機構６１が設けられている。走査機構６１は、入射窓１２へのレーザーの入射方向を周期的に変化させることで、イオン化空間のより広い領域にレーザーが照射されるようにするものである。レーザーは、多くの場合細いビームの形で発振されるので、イオン化空間に走査させることは効率の良いイオン化に極めて有効である。
【００２０】
具体的には、走査機構６１は、入射窓１２へのレーザーの入射方向を水平面内で変化させ、レーザーがイオン化空間に走査されるようにする。走査機構６１としては、正多角柱状のミラーを回転させる機構、又は、ガルバノメーターを使用して平面鏡を所定角度範囲で回転させる機構等が採用される。
【００２１】
一方、図１に示すように、スパッタチャンバー１は、入射窓１２と反対側の位置に出射窓１３を有している。そして、出射窓１３の外側には、ビームアブソーバー６２が配置されている。ビームアブソーバー６２は、レーザー発振器６が発振する波長のレーザーを反射させずに効率よく吸収することが可能な材質例えばＭｇ０とＡｕとＭｏの合金などで形成されている。
【００２２】
レーザー発振器６から発振されたレーザーＬは、入射窓１２からスパッタチャンバー１内に入射してイオン化空間に照射され、イオン化空間に存在する中性スパッタ粒子２００にエネルギーを与えてイオン化させ、イオンしたスパッタ粒子（以下、イオン化スパッタ粒子）２０１を生成するようになっている。この際、走査機構６１によってレーザーＬがイオン化空間で走査されるので、効率良くイオン化スパッタ粒子２０１が生成されるようになっている。
【００２３】
図２は、イオン化スパッタ粒子の作用について説明する図であり、成膜される基板の断面概略図である。基板５０にはコンタクトホールのようなホール５０１が形成されており、バリア膜のようにこのホール５０１の内面に薄膜５００を作成する場合について説明する。
【００２４】
図２（ａ）に示すように、ホール５０１の内面に成膜する場合、従来のスパッタリング装置では、ホール５０１の開口の縁の部分に盛り上がって薄膜５００が堆積する傾向がある。この部分への膜堆積５０２はオーバーハングと呼ばれるが、オーバーハング５０２が生ずるとホール５０１の開口が小さくなり、ホール５０１のアスペクト比が見かけ上さらに高くなってしまう。この結果、ボトムカバレッジ率の低い成膜になってしまう。
【００２５】
しかし、図２（ｂ）に示すようにイオン化スパッタ粒子２０１を基板５０に入射させると、イオン化スパッタ粒子２０１がオーバーハング５０２の部分を再スパッタして崩し、ホール５０１内に落とし込むようにすることができる。このため、ホール５０１の開口が小さくならずに、中性スパッタ粒子２００やイオン化スパッタ粒子２０１によってボトムカバレッジ率の高い成膜を行うことができる。
【００２６】
また一方、本実施形態の装置では、イオン化スパッタ粒子２０１をイオン化空間から引き出して基板５０に到達させるための引き出し用電界を設定する手段が設けられている。この手段は、図１に示すように、基板ホルダー５に高周波電圧を印加して基板５０にバイアス電圧を与える高周波電源７によって構成されている。高周波電源７は、例えば周波数１３．５６ＭＨｚで出力２００Ｗ程度のものが使用され、不図示の整合器を介して基板ホルダー５に高周波電力を供給する。尚、高周波電源７は、６０〜１００ＭＨｚ程度の周波数でもよい。
【００２７】
スパッタ電源３によってスパッタ放電が生ずると、ターゲット２の下方に放電によるプラズマＰが生成されるが、高周波電源７によって基板５０に高周波電圧が印加されると、基板５０の上方の空間にも弱いプラズマＰ’が生成される。このうち、基板５０の表面にはこのプラズマ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。具体的には、上述した例の高周波電源７の場合、平均値で−１００Ｖ程度のバイアス電圧を基板５０に与えることができる。
【００２８】
上記基板バイアス電圧が与えられた状態は、直流二極放電でプラズマを形成した場合の陰極シース領域と同様であり、プラズマＰ’と基板５０との間に基板５０に向かって下がる電位傾度を有する電界（以下、引き出し用電界）が設定された状態となる。この引き出し用電界によって、イオン化スパッタ粒子２０１は、プラズマＰ’から引き出されて基板５０に効率良く到達するようになっている。このため、上記イオン化スパッタ粒子２０１の効果がさらに高く得られるようになっている。
【００２９】
また、上記引き出し用電界は基板５０に対して垂直な向きの電界であり、基板５０に対して垂直にイオン化スパッタ粒子２０１を加速するよう作用する。このため、基板５０に形成されたホール５０１の底面まで効率よくイオン化スパッタ粒子２０１を到達させることができるようになっており、この点でもボトムカバレッジ率の高い成膜が可能になっている。
【００３０】
尚、本実施形態の装置は、スパッタ粒子２００，２０１の不必要な場所への付着を防止する防着シールド８がスパッタチャンバー１内に設けられている。防着シールド８はほぼ円筒状の部材であり、ターゲット２と基板ホルダー５との間の空間を取り囲むようにして設けられている。
【００３１】
スパッタ粒子がスパッタチャンバー１の器壁等の不必要な場所に付着すると、経時的に薄膜を堆積する。この薄膜がある程度の量に達すると内部ストレス等によって剥離し、スパッタチャンバー１内をパーティクルとなって浮遊する。このパーティクルが基板５０に達すると、局部的な膜厚異常等の不良を発生させる。このため、本実施形態の装置は、ターゲット２と基板ホルダー５との間の空間を防着シールド８で取り囲み、不要な場所へのスパッタ粒子２００，２０１の付着を防止している。尚、防着シールド８は、レーザーＬの通過を阻害しないよう、イオン化空間の上側と下側とに分離した構成となっている。
【００３２】
次に、本願発明の別の実施形態の構成について説明する。図３は、本願発明の別の実施形態の構成を説明する平面概略図である。
この実施形態の装置では、レーザー発振器６から発振されたレーザーがイオン化空間を複数回通過するようにするリフレクタ６３が設けられている。より具体的には、図３に示すように、スパッタチャンバー１には、入射窓１２と同じ高さの位置に四つのリフレクタ６３と一つの出射窓１３が設けられている。
【００３３】
リフレクタ６３は、アルミ等の鏡面膜を有する板又は表面研磨したアルミ等の板で構成され、レーザーを効率よく反射するよう構成される。尚、各リフレクタ６３は、スパッタチャンバー１の中心軸と同軸円筒面を形成するよう構成されている。また、各リフレクタ６３は、スパッタチャンバー１に設けられた開口に気密に取付けられている。
【００３４】
上記四つのリフレクタ６３を、レーザーが入射する順に第一リフレクタ６３Ａ、第二リフレクタ６３Ｂ、第三リフレクタ６３Ｃ、第四リフレクタ６３Ｄとする。図３に示すように、走査機構６１を経てスパッタチャンバー１内に導入されるレーザーＬは、イオン化空間を通過した後、第一リフレクタ６３Ａに達し、第一リフレクタ６３Ａに反射した後、再びイオン化空間を通過して第二リフレクタ６３Ｂに達する。そして、第二リフレクタ６３Ｂに反射した後、再びイオン化空間を通過し、さらに第三リフレクタ６３Ｃ、第四リフレクタ６３Ｄに反射しながらイオン化空間を通過し、最終的に出射窓１３に達する。そして、出射窓１３を透過してビームアブソーバー６２に達し、ビームアブソーバー６２で吸収されるようになっている。
【００３５】
つまり、ビームアブソーバー６２に達するまでに５回イオン化空間を通過するようになっている。このため、イオン化空間に存在する中性スパッタ粒子にレーザーからエネルギーが供給される効率が高くなり、より高い効率でイオン化させることができる。この結果、上記イオン化スパッタ粒子の効果がより高く得られることになる。尚、この実施形態でも、走査機構６１がレーザーを走査し、イオン化空間にまんべんなくレーザーが照射されるようになっている。
【００３６】
次に、上記各実施形態のスパッタリング装置の全体の動作について説明する。
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１０-8Ｔｏｒｒ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。
【００３７】
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内を例えば０．２〜１０ｍＴｏｒｒ程度に維持し、この状態でスパッタ放電を始動させる。即ち、スパッタ電源３によってターゲット２に所定の電圧を与え、イオン化したプロセスガス４０がターゲット２を叩くことによってマグネトロンスパッタ放電を生じさせる。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。同時に、レーザー発振器６も動作させ、イオン化空間にレーザーＬを照射する。また、高周波電源７も動作させ、イオン化空間に引き出し用電界を設定する。
【００３８】
スパッタ放電によってターゲット２から放出された中性スパッタ粒子２００は、基板５０に向けて飛行する。その飛行の途中、イオン化空間を通過する際にレーザーＬが照射されてイオン化し、イオン化スパッタ粒子２０１となる。イオン化スパッタ粒子２０１は、引き出し用電界によってプラズマＰから効率良く引き出され、基板５０に入射する。基板５０に入射したスパッタ粒子２００，２０１は、基板５０に形成されたホール５０１の底面や側面に達して膜を堆積し、効率良くホール５０１内を被覆する。
所定の厚さで薄膜が作成されると、レーザー発振器６、スパッタ電源３、及び、ガス導入手段４の動作をそれぞれ停止させ、基板５０をスパッタチャンバー１から搬出する。
【００３９】
尚、バリア膜を作成する場合、チタン製のターゲットを使用し、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成膜する。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。
【００４０】
スパッタ粒子をイオン化する構成としては、ターゲット２から基板５０へのスパッタ粒子の飛行経路に別途プラズマを形成してこのプラズマ中でスパッタ粒子をイオン化させる構成がある。しかしながら、この構成の場合、効率良くイオン化を行うためには、基板５０に近い場所で強いプラズマを形成する必要があるため、プラズマ中の荷電粒子（主に電子）によって基板５０が損傷を受ける場合がある。しかしながら、本実施形態のようにレーザーＬによってスパッタ粒子２００をイオン化させると、このようなプラズマ中の荷電粒子による基板５０の損傷も問題は発生しない。
【００４１】
【実施例】
上記各実施形態に属する実施例として、以下のような実施例が挙げられる。
プロセスガスの種類：アルゴン
プロセスガスの流量：１０ｃｃ／分
成膜時の圧力：０．２５ｍＴｏｒｒ
ターゲット２の大きさ：直径３００ｍｍ，厚さ６ｍｍ
ターゲット２の材質：チタン
ターゲット２への印加電圧：−５００Ｖ
ターゲット２への投入電力：９ｋＷ
レーザー発振器６の種類：エキシマレーザー発振器
レーザー発振器６の出力：１００Ｗ
レーザー発振器６の発振周波数：１９３ｎｍ
レーザーのパルス幅：１０ナノ秒
レーザーの繰り返し周波数：２５Ｈｚ
レーザーの最大パルスエネルギー：１０ｍＪ
高周波電源７：周波数４００ｋＨｚ出力１５０Ｗ
【００４２】
上記の条件により装置を動作させて各アスペクト比のホール内面への成膜を行った結果を、図４に示す。図４は、本願発明の実施例の装置の効果を確認した結果を示す図であり、参考のため、従来例の装置による成膜の結果が併せて示されている。尚、従来例は、低圧遠隔スパッタ方式の装置であり、ターゲット−基板間の距離が３４０ｍｍ、成膜時の圧力が０．３ｍＴｏｒｒの条件で動作させた例である。
【００４３】
図４に示すように、上記実施例の装置によれば、アスペクト比３のホールに対して約６０％のボトムカバレッジ率、アスペクト比５のホールに対しては約３０％のボトムカバレッジ率が得られており、従来例に比べて約３倍ものボトムカバレッジ率が得られる。このため、アスペクト比４を越える２５６メガビットや１ギガビットクラスの集積回路の製作に極めて有効な装置となり得る。
【００４４】
上記各実施形態では、レーザー発振器６としてエキシマレーザー発振器を使用したが、ＹＡＧレーザー発振器や炭酸ガスレーザー発振器のようなエネルギーの高いレーザー（多くの場合紫外領域の波長）を発振できる他のレーザー発振器を使用することも可能である。
また、本願発明のイオン化スパッタリング装置は、各種半導体デバイスの他、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することができる。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明した通り、本願の各請求項の発明によれば、ターゲットからのスパッタ粒子がレーザーによってイオン化されるので、高アスペクト比の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。また、レーザー発振器がスパッタチャンバーの外に設けられているので、スパッタチャンバーの大型化が避けられるとともに、レーザー発振器を構成する部材によってスパッタチャンバー内の雰囲気が汚損されるのが防止される。
また特に請求項３又は４の発明によれば、イオン化空間と基板との間に引き出し用電界が設定されるので、上記効果をより高く得ることができる。
また特に請求項６の発明によれば、走査機構によってレーザーが走査されるのでイオン化の効率が高くなり、さらにボトムカバレッジ率の高い成膜が行える。
また特に請求項８の発明によれば、レーザーがイオン化空間に所定の複数回照射されるので、イオン化効率がさらに高くなり、ボトムカバレッジ率がさらに高くなる。
また特に請求項９の発明によれば、走査機構によりある幅に走査されたレーザーがリフレクタに反射してイオン化空間を複数回通過するので、イオン化効率がさらに高くなり、ボトムカバレッジ率がさらに高くなる。
また特に請求項１０の発明によれば、スパッタ粒子がスパッタチャンバー内の不必要な場所に付着することに起因した問題が防止される。その際にも、防着シールドによりレーザーの通過が阻害されないので、上記充分なボトムカバレッジ率で成膜できるという効果が確実に得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の実施形態のスパッタリング装置の構成を説明する正面概略図である。
【図２】イオン化スパッタ粒子の作用について説明する図であり、成膜される基板の断面概略図である。
【図３】本願発明の別の実施形態の構成を説明する平面概略図である。
【図４】本願発明の実施例の装置の効果を確認した結果を示す図であり、参考のため、従来例の装置による成膜の結果が併せて示されている。
【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
２００ 中性スパッタ粒子
２０１ イオン化スパッタ粒子
３ スパッタ電源
３０ 磁石機構
４ ガス導入手段
５ 基板ホルダー
５０ 基板
６ レーザー発振器
６１ 走査機構
６２ ビームアブソーバー
６３ リフレクタ
７ 高周波電源
８ 防着シールド
Claims (10)
- 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、ターゲットをスパッタするスパッタ電源と、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、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スパッタリング装置であって、
ターゲットから基板へのスパッタ粒子の飛行経路に設定されたイオン化空間に所定のレーザーを照射してスパッタ粒子をイオン化させるレーザー発振器を備えており、
スパッタチャンバーには、レーザーを透過させてスパッタチャンバー内に入射させる入射窓と、レーザーを透過させてスパッタチャンバー外に出射させる出射窓が気密に設けられており、
レーザー発振器は、スパッタチャンバーの外であって、入射窓からスパッタチャンバー内にレーザーが入射する位置に設けられており、
前記入射窓と前記出射窓は別々に設けられたものであって、前記スパッタチャンバーは、前記入射窓が気密に填め込まれる開口と、前記出射窓が気密に填め込まれる別の開口を有することを特徴とするスパッタリング装置。 - 前記スパッタチャンバーの外には、レーザーを吸収するビームアブソーバーが設けられており、ビームアブソーバーは、出射窓を透過して出射したレーザーが達する位置に設けられていることを特徴とする請求項１記載のスパッタリング装置。
- イオン化したスパッタ粒子を前記イオン化空間から引き出して基板に到達させるための引き出し用電界を設定する手段が設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載のスパッタリング装置。
- 前記引き出し用電界を設定する手段は、基板ホルダーに高周波電圧を印加して基板にバイアス電圧を与えるものであることを特徴とする請求項３記載のスパッタリング装置。
- 前記レーザー発振器は、エキシマレーザー発振器であることを特徴とする請求項１、２、３又は４記載のスパッタリング装置。
- 前記レーザー発振器から発振されたレーザーを前記イオン化空間に走査する走査機構が設けられていることを特徴とする請求項１、２、３、４又は５項記載のスパッタリング装置。
- 前記走査機構は、前記スパッタチャンバーの外に設けられていることを特徴とする請求項６記載のスパッタリング装置。
- 前記レーザー発振器から発振されたレーザーが前記イオン化空間を所定の複数回通過するようにするリフレクタが設けられていることを特徴とする請求項１、２、３、４又は５記載のスパッタリング装置。
- 前記レーザー発振器から発振されたレーザーが前記イオン化空間を所定の複数回通過するようにするリフレクタが設けられており、このリフレクタは、前記走査機構によりある幅に走査されたレーザーを反射させてレーザーが前記イオン化空間を所定の複数回通過するようにするものであることを特徴とする請求項６又は７記載のスパッタリング装置。
- スパッタ粒子の不必要な場所への付着を防止する防着シールドが前記スパッタチャンバー内に設けられており、
防着シールドは、前記ターゲットと前記基板ホルダーとの間の空間を取り囲む形状であって、前記レーザー発振器から発振されたレーザーの通過を阻害しない構成となっていることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、８又は９記載のスパッタリング装置。
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