JPH10330938A - イオン化スッパタ装置及びイオン化スパッタ方法 - Google Patents
イオン化スッパタ装置及びイオン化スパッタ方法Info
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- JPH10330938A JPH10330938A JP9155981A JP15598197A JPH10330938A JP H10330938 A JPH10330938 A JP H10330938A JP 9155981 A JP9155981 A JP 9155981A JP 15598197 A JP15598197 A JP 15598197A JP H10330938 A JPH10330938 A JP H10330938A
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Abstract
(57)【要約】
【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／ｃｍ２ 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。
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／ｃｍ２ 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。
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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
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。
【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。
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。
【０００６】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。
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。
【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。
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】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。
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。
【０００９】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。
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。
【００１０】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。
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。
【００１１】
【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、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
を生じさせてターゲットをスパッタするスパッタ電源
と、スパッタによって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
中で当該スパッタ電源が与える電力のみで前記スパッタ
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／ｃｍ2 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前記シールド
の内側に形成されたプラズマからイオンを引き出して基
板に入射させるための基板に垂直な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４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５記載の発明は、スパッタチャンバー内に
設けられたターゲットに所定の電力を印加してスパッタ
放電を生じさせて当該ターゲットをスパッタし、当該タ
ーゲットから放出されたスパッタ粒子を基板に到達させ
て基板の表面に所定の薄膜を堆積させるスパッタ方法で
あって、前記スパッタチャンバー内を１０ｍＴｏｒｒか
ら１００ｍＴｏｒｒの範囲の所定の圧力に維持し、スパ
ッタ放電によって形成されたプラズマ中で、前記ターゲ
ットに与える電力のみで前記スパッタ粒子をイオン化
し、イオン化したスパッタ粒子を前記基板に到達させる
ことにより前記薄膜を堆積させ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５の構成において、前記ターゲットに与
える所定の電力は、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／ｃｍ2 以上の高周波電
力であるという構成を有する。
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
を生じさせてターゲットをスパッタするスパッタ電源
と、スパッタによって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
中で当該スパッタ電源が与える電力のみで前記スパッタ
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／ｃｍ2 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前記シールド
の内側に形成されたプラズマからイオンを引き出して基
板に入射させるための基板に垂直な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４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５記載の発明は、スパッタチャンバー内に
設けられたターゲットに所定の電力を印加してスパッタ
放電を生じさせて当該ターゲットをスパッタし、当該タ
ーゲットから放出されたスパッタ粒子を基板に到達させ
て基板の表面に所定の薄膜を堆積させるスパッタ方法で
あって、前記スパッタチャンバー内を１０ｍＴｏｒｒか
ら１００ｍＴｏｒｒの範囲の所定の圧力に維持し、スパ
ッタ放電によって形成されたプラズマ中で、前記ターゲ
ットに与える電力のみで前記スパッタ粒子をイオン化
し、イオン化したスパッタ粒子を前記基板に到達させる
ことにより前記薄膜を堆積させ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５の構成において、前記ターゲットに与
える所定の電力は、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／ｃｍ2 以上の高周波電
力であるという構成を有する。
【００１２】
【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。
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。
【００１３】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。
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。
【００１４】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３
１，３２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。
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３
１，３２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。
【００１５】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。
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。
【００１６】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４
１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。
放電用のガスを溜めたガスボンベ４１と、ガスボンベ４
１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。
【００１７】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。
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。
【００１８】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。
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。
【００１９】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。
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。
【００２０】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。
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。
【００２１】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。
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。
【００２２】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。
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。
【００２３】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。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１
１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。
ッタ装置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１０-9Ｔｏｒｒ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１
１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。
【００２４】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。
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。
【００２５】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。
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。
【００２６】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。
〜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。
【００２７】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。
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。
【００２８】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５１
０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。
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５１
０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。
【００２９】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。
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。
【００３０】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。
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。
【００３１】
【実施例】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
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
【００３２】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７５
ｃｃ／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
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７５
ｃｃ／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
【００３３】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。
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。
【００３４】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。
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。
【００３５】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／ｃｍ2 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。
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／ｃｍ2 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。
【００３６】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。
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。
【００３７】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。
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。
【００３８】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１００
ｍＴｏｒｒ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、２０ｍＴ
ｏｒｒ〜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。
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１００
ｍＴｏｒｒ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、２０ｍＴ
ｏｒｒ〜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。
【００３９】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。
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。
【００４０】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。
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。
【００４１】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。
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。
【００４２】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。
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。
【００４３】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。
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。
【００４４】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。
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。
【００４５】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。
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。
【００４６】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。
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。
【００４７】
【発明の効果】以上説明した通り、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、イオン化のためのエネルギー供給がスパッ
タのためにスパッタ電源がターゲットに与える電力のみ
によって行うことができるので、スパッタチャンバー内
に別途電極を設けたり別途電源を接続したりすることが
不要になる。このため、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、実用的な装置及び方法が提供される。また、請求項
３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４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。
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、イオン化のためのエネルギー供給がスパッ
タのためにスパッタ電源がターゲットに与える電力のみ
によって行うことができるので、スパッタチャンバー内
に別途電極を設けたり別途電源を接続したりすることが
不要になる。このため、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、実用的な装置及び方法が提供される。また、請求項
３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４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。
【図１】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。
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を説明する断面概
略図である。
略図である。
【図３】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。
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。
【図４】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。
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。
【図５】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。
図である。
【図６】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。
を示す図である。
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)
- 【請求項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てターゲ
ットをスパッタするスパッタ電源と、スパッタによって
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
れたプラズマ中で当該スパッタ電源が与える電力のみで
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。 - 【請求項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。 - 【請求項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。 - 【請求項４】 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又は３記載のイオン化スパッタ装置。 - 【請求項５】 スパッタチャンバー内に設けられたター
ゲットに所定の電力を印加してスパッタ放電を生じさせ
て当該ターゲットをスパッタし、当該ターゲットから放
出されたスパッタ粒子を基板に到達させて基板の表面に
所定の薄膜を堆積させるスパッタ方法であって、 前記スパッタチャンバー内を１０ｍＴｏｒｒから１００
ｍＴｏｒｒの範囲の所定の圧力に維持し、スパッタ放電
によって形成されたプラズマ中で、前記ターゲットに与
える電力のみで前記スパッタ粒子をイオン化し、イオン
化したスパッタ粒子を前記基板に到達させることにより
前記薄膜を堆積させることを特徴とするイオン化スパッ
タ方法。 - 【請求項６】 前記ターゲットに与える所定の電力は、
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／ｃｍ2 以上の高周波電力であることを特徴
とするイオン化スパッタ方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15598197A JP4344019B2 (ja) | 1997-05-28 | 1997-05-28 | イオン化スパッタ方法 |
| TW087100824A TW373241B (en) | 1997-05-28 | 1998-01-20 | Ionized splash galvanization method |
| US09/013,927 US6444099B1 (en) | 1997-05-28 | 1998-01-27 | Ionizing sputtering method |
| KR1019980008076A KR100295705B1 (ko) | 1997-05-28 | 1998-03-11 | 이온화스퍼터방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15598197A JP4344019B2 (ja) | 1997-05-28 | 1997-05-28 | イオン化スパッタ方法 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2007101174A Division JP2007197840A (ja) | 2007-04-06 | 2007-04-06 | イオン化スパッタ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10330938A true JPH10330938A (ja) | 1998-12-15 |
| JP4344019B2 JP4344019B2 (ja) | 2009-10-14 |
Family
ID=15617754
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15598197A Expired - Lifetime JP4344019B2 (ja) | 1997-05-28 | 1997-05-28 | イオン化スパッタ方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
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| JP (1) | JP4344019B2 (ja) |
| KR (1) | KR100295705B1 (ja) |
| TW (1) | TW373241B (ja) |
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| WO2010074251A1 (ja) * | 2008-12-26 | 2010-07-01 | キヤノンアネルバ株式会社 | 磁気記録媒体の製造方法、および磁気記録媒体の製造装置 |
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| WO2017199468A1 (ja) * | 2016-05-16 | 2017-11-23 | 株式会社アルバック | 内部応力制御膜の形成方法 |
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| US7678710B2 (en) | 2006-03-09 | 2010-03-16 | Applied Materials, Inc. | Method and apparatus for fabricating a high dielectric constant transistor gate using a low energy plasma system |
| US7645710B2 (en) | 2006-03-09 | 2010-01-12 | Applied Materials, Inc. | Method and apparatus for fabricating a high dielectric constant transistor gate using a low energy plasma system |
| US7626135B2 (en) * | 2006-05-10 | 2009-12-01 | Sub-One Technology, Inc. | Electrode systems and methods of using electrodes |
| JP5590886B2 (ja) | 2006-09-26 | 2014-09-17 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | 欠陥パシベーションのための高ｋゲート積層構造に対するフッ素プラズマ処理 |
| US20100181187A1 (en) * | 2009-01-16 | 2010-07-22 | Applied Materials, Inc. | Charged particle beam pvd device, shielding device, coating chamber for coating substrates, and method of coating |
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| GB1301653A (ja) * | 1969-01-02 | 1973-01-04 | ||
| DE2558947A1 (de) * | 1975-12-29 | 1977-07-14 | Max Planck Gesellschaft | Mehrschichtmesselektroden |
| US4353788A (en) * | 1980-08-26 | 1982-10-12 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | RF Sputtering for preparing substantially pure amorphous silicon monohydride |
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| JPS62274080A (ja) * | 1986-05-21 | 1987-11-28 | Hitachi Ltd | プラズマ処理方法 |
| JPH0816266B2 (ja) | 1990-10-31 | 1996-02-21 | インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション | 高アスペクト比の穴に材料を付着させる装置 |
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-
1998
- 1998-01-20 TW TW087100824A patent/TW373241B/zh not_active IP Right Cessation
- 1998-01-27 US US09/013,927 patent/US6444099B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1998-03-11 KR KR1019980008076A patent/KR100295705B1/ko not_active IP Right Cessation
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