JP2005082873A - Film deposition method - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a film deposition method capable of sufficiently suppressing overhang and also capable of further improving the coverage of a recessed part. <P>SOLUTION: A substrate 15 having an insulator layer 100 provided with a hole H is mounted inside a chamber for SIP (Self Ionized Plasma) provided with a sputtering target. Next, a process gas is fed inside the chamber in a state where the pressure around the substrate 15 is held to the fixed one. Then, DC electric power is applied to the sputtering target to form plasma, and sputtering particles S<SB>A</SB>are produced by Ar sputtering to deposit a metal film 101. Simultaneously therewith, high frequency plasma is formed inside the chamber to produce an etchant S<SB>B</SB>, and the metal film 101 is subjected to etching. In this way, the film deposition and etching for the metal film 101 are simultaneously performed. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、膜形成方法に関する。   The present invention relates to a film forming method.

半導体製造プロセスにおける成膜技術として、セルフ・イオナイズド・プラズマ（ＳＩＰ）等の物理的気相堆積（ＰＶＤ）法が広く用いられている。例えばＳＩＰを例にとると、マグネトロン方式のスパッタリング装置が知られている（例えば、特許文献１及び２参照）。
国際公開第０１／００２６１９号パンフレット As a film forming technique in a semiconductor manufacturing process, a physical vapor deposition (PVD) method such as self-ionized plasma (SIP) is widely used. For example, taking SIP as an example, a magnetron type sputtering apparatus is known (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
International Publication No. 01/002619 Pamphlet

ところで、半導体デバイスの設計ルールの微細化に伴い、高アスペクト比のコンタクトホール若しくはビアホールといった接続孔、又は高アスペクト比のトレンチに対してスパッタリング成膜することは更に困難を極めている。具体的には、オーバーハングを抑制し、凹部の底部におけるカバレッジ（ボトムカバレッジ）を向上させる必要性がこれまでにも増して顕著となっている。かかる状況下、上記従来の装置を用いた場合よりも格段に優れた成膜特性を有するＰＶＤプロセスの実現が切望されている。   By the way, with the miniaturization of semiconductor device design rules, it is more difficult to form a sputtering film on a connection hole such as a contact hole or via hole having a high aspect ratio or a trench having a high aspect ratio. Specifically, the need to suppress overhang and improve coverage at the bottom of the recess (bottom coverage) has become more prominent than ever. Under such circumstances, realization of a PVD process having film forming characteristics far superior to the case of using the above-described conventional apparatus is eagerly desired.

このような要求に応えるべく、本出願人によって、上記従来のＰＶＤ装置を用いて金属薄膜を成膜させた後、その金属薄膜の一部をスパッタエッチすることにより凹部の内壁や底部のカバレッジを向上させる試みがなされつつある。   In order to meet such a demand, the applicant has formed a metal thin film by using the conventional PVD apparatus, and then sputter-etched a part of the metal thin film to provide coverage of the inner wall and bottom of the recess. Attempts to improve are being made.

しかし、本発明者の知見によれば、そのような手法を用いるとロードマップ上で０．１μｍ以上の設計ルールに対しては有意なカバレッジ向上効果が得られるものの、例えば６０〜９０ｎｍの設計ルールに則ったデバイスの製造においては、ホールの上方端部においてオーバーハングが顕著となる傾向にあることが確認された。   However, according to the knowledge of the present inventor, when such a method is used, a significant coverage improvement effect can be obtained for a design rule of 0.1 μm or more on the road map, but a design rule of 60 to 90 nm, for example. It was confirmed that overhang tends to be prominent at the upper end of the hole in the manufacture of the device according to the above.

そこで、本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、極微細構造を有するデバイスの製造において、オーバーハングを十分に抑制でき、且つ、凹部のカバレッジを更に向上できる膜形成方法を提供することを目的とする。   Accordingly, the present invention has been made in view of such circumstances, and provides a film forming method capable of sufficiently suppressing overhang and further improving the coverage of a recess in the manufacture of a device having an ultrafine structure. The purpose is to do.

上記課題を解決するために本発明による膜形成方法は、基体上に金属から成る膜を形成させる方法であって、ＰＶＤ法により基体上に金属原子を堆積させる第１工程と、その第１工程と同時に実施され且つ基体の上方にエッチャントガスを供給し且つそのエッチャントガスのプラズマを形成させて、そのエッチャントガスに由来する活性種を基体上に供給する第２工程とを備えることを特徴とする。   In order to solve the above problems, a film forming method according to the present invention is a method of forming a film made of a metal on a substrate, and includes a first step of depositing metal atoms on the substrate by a PVD method, and the first step. And a second step of simultaneously supplying an etchant gas above the substrate and forming plasma of the etchant gas to supply active species derived from the etchant gas onto the substrate. .

このような膜形成方法では、第１工程においてＳＩＰ等のＰＶＤ法によって金属膜が成膜され、第２工程においてその金属膜のエッチングが行われる。これらの第及び第２工程は同時に実施されるので、金属膜の成膜とエッチングが同時に進行することとなる。第１工程の実施だけでは、基体にホールやトレンチ等の凹部が形成されている際に、その凹部の開口幅が狭ければ狭いほど、内壁や底壁、特に内壁のカバレッジは悪化する傾向にある。   In such a film forming method, a metal film is formed by a PVD method such as SIP in the first step, and the metal film is etched in the second step. Since these first and second steps are performed at the same time, the formation and etching of the metal film proceed simultaneously. When the recesses such as holes and trenches are formed in the base body only by the implementation of the first step, the coverage of the inner wall and the bottom wall, particularly the inner wall, tends to deteriorate as the opening width of the recesses becomes narrower. is there.

これに対し、第２工程が実施されると、凹部周辺のフィールド部や凹部の底壁上に堆積した金属がエッチングされ、言わばスパッタリング原子が生じる。特に凹部の底壁から生じたスパッタリング原子は、凹部の内壁に付着し易く、これにより内壁のカバレッジが向上される。また、凹部の開口部に堆積した金属もエッチングされるので、オーバーハングが生じ難くなる。   On the other hand, when the second step is performed, the metal deposited on the field portion around the recess and the bottom wall of the recess is etched, so that sputtering atoms are generated. In particular, sputtering atoms generated from the bottom wall of the recess are likely to adhere to the inner wall of the recess, thereby improving the coverage of the inner wall. Moreover, since the metal deposited in the opening of the recess is also etched, it is difficult for overhang to occur.

ここで、そのような作用は、理論的には、第１工程と第２工程を連続して個別に実施した場合にも奏されると予想される。ところが、本発明者らが両工程を連続して個別に実施した場合と、本発明に従って両工程を同時に実施した場合とを比較したところ、予想に反し、本発明による方が、カバレッジの向上効果が格別に高いことが確認された。   Here, such an action is theoretically expected to be exhibited even when the first step and the second step are performed individually in succession. However, comparing the case where the inventors performed both steps separately and the case where both steps were simultaneously performed according to the present invention, contrary to the expectation, the present invention is more effective in improving the coverage. Was found to be exceptionally high.

この作用機構の詳細は未だ解明されていないものの、本発明では、第１工程で生じる成膜用の金属原子（主にイオン）と、第２工程で生じる上述したスパッタリング原子（これも主にイオンと考えられる）とが反応場に同時に存在することにより、例えば何らかの相互作用が生じて影響を与えているのではないかと推定される。ただし、作用はこれに限定されない。   Although details of this mechanism of action have not yet been elucidated, in the present invention, the metal atoms for film formation (mainly ions) generated in the first step and the above-described sputtering atoms (mainly ions) generated in the second step are also used. Is considered to exist at the same time in the reaction field. However, the action is not limited to this.

また、既に述べたように、基体として凹部を有するものを用いる場合に本発明を用いると好ましい。   As described above, it is preferable to use the present invention when a substrate having a recess is used.

より具体的には、形成させるべき膜が薄膜である場合、特に金属配線層を形成させるためのバリア膜、シード膜、又は保護膜を形成させる場合に更に有効である。   More specifically, it is more effective when the film to be formed is a thin film, particularly when a barrier film, a seed film, or a protective film for forming a metal wiring layer is formed.

更に具体的には、金属としてＴｉ、Ｔａ、又はＣｕを含むものを用いるときに特に有用である。   More specifically, it is particularly useful when a metal containing Ti, Ta or Cu is used.

また、第１工程及び第２工程においては、基体の周囲の圧力を好ましくは１．３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ）以下、より好ましくは０．１３〜０．３９Ｐａ（１．０〜３．０ｍＴｏｒｒ）に保持することが望ましい。   In the first step and the second step, the pressure around the substrate is preferably maintained at 1.3 Pa (10 mTorr) or less, more preferably 0.13 to 0.39 Pa (1.0 to 3.0 mTorr). It is desirable.

このようにすれば、チャンバー空間における平均自由行程（ＭＦＰ）が長くなり、Ｔａイオンが垂直成分を効率よく得られる為、微細ホール内への進入確率が向上するといった利点がある。   In this way, the mean free path (MFP) in the chamber space is lengthened, and Ta ions can obtain a vertical component efficiently, so that there is an advantage that the entrance probability into the fine hole is improved.

本発明の膜形成方法及びそれを実施するための装置によれば、極微細構造を有するデバイスの製造において、オーバーハングを十分に抑制でき、且つ、凹部のカバレッジを格別に向上できる。   According to the film forming method of the present invention and the apparatus for carrying out the method, overhang can be sufficiently suppressed and the coverage of the recess can be remarkably improved in the manufacture of a device having an ultrafine structure.

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、同一要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。また、図面の寸法比率は、図示の比率に限られるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same element and the overlapping description is abbreviate | omitted. Further, the positional relationship such as up, down, left and right is based on the positional relationship shown in the drawings unless otherwise specified. Further, the dimensional ratios in the drawings are not limited to the illustrated ratios.

図１は、本発明による成膜方法を実施するために用いられるスパッタリング装置の一例を模式的に示す断面図（一部構成図）である。   FIG. 1 is a cross-sectional view (partially configured view) schematically showing an example of a sputtering apparatus used for carrying out the film forming method according to the present invention.

スパッタリング装置１０は、半導体ウエハ又はガラス基板等の基板１５（基体）が収容されるチャンバ１２を備えるものである。チャンバ１２は、略カップ状を成すハウジング１４と、ハウジング１４の上部開口端を封止するように配置された略円盤状を成すスパッタターゲット１６とから構成されている。   The sputtering apparatus 10 includes a chamber 12 in which a substrate 15 (base body) such as a semiconductor wafer or a glass substrate is accommodated. The chamber 12 includes a housing 14 having a substantially cup shape and a sputter target 16 having a substantially disk shape disposed so as to seal the upper opening end of the housing 14.

ハウジング１４及びスパッタターゲット１６はいずれも導電性材料から成っており、ハウジング１４とスパッタターゲット１６との間には絶縁部材１３ａが設けられている。なお、ハウジング１４の底壁はチャンバ１２の底壁に相当し、ハウジング１４の側壁はチャンバ１２の側壁に相当する。   Both the housing 14 and the sputter target 16 are made of a conductive material, and an insulating member 13 a is provided between the housing 14 and the sputter target 16. The bottom wall of the housing 14 corresponds to the bottom wall of the chamber 12, and the side wall of the housing 14 corresponds to the side wall of the chamber 12.

また、ハウジング１４には排気ポート２０が形成されており、この排気ポート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、チャンバ１２内が所望の圧力に減圧される。さらに、ハウジング１４には供給ポート２２が形成されており、この供給ポート２２には、プロセスガスとしてＡｒガスを有するプロセスガス供給源２５が、バルブ２３を有する配管を介して接続されている。   An exhaust port 20 is formed in the housing 14, and a vacuum pump 21 such as a cryopump is connected to the exhaust port 20. By operating the vacuum pump 21, the inside of the chamber 12 is reduced to a desired pressure. Further, a supply port 22 is formed in the housing 14, and a process gas supply source 25 having Ar gas as a process gas is connected to the supply port 22 via a pipe having a valve 23.

スパッタターゲット１６の図示下面１６ａ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されている。スパッタターゲット１６は、基板１５上に堆積させるべき所望の金属、例えばＴｉ、Ｔａ、又はＣｕを含む金属から成っており、無垢材でも合金等の複合金属部材でもよい。   The illustrated lower surface 16a of the sputtering target 16 is an erosion surface that receives erosion by sputtering. The sputter target 16 is made of a desired metal to be deposited on the substrate 15, for example, a metal containing Ti, Ta, or Cu, and may be a solid metal or a composite metal member such as an alloy.

また、チャンバ１２の上壁に相当するスパッタターゲット１６の図示上面１６ｂの上方には、マグネトロンユニット３０が配置されている。マグネトロンユニット３０は、スパッタターゲット１６に対して平行且つ同軸に配置された略円形のベースプレート３２と、その図示下面３２ａに固定されたマグネット部３４を有している。マグネット部３４の構成は特に限定されず、例えば、図示しないインナーマグネット及び同アウターマグネットを備える二重環状の構成が挙げられる。   A magnetron unit 30 is disposed above the upper surface 16 b of the sputtering target 16 corresponding to the upper wall of the chamber 12. The magnetron unit 30 has a substantially circular base plate 32 disposed in parallel and coaxially with the sputtering target 16 and a magnet portion 34 fixed to the lower surface 32a shown in the drawing. The structure of the magnet part 34 is not specifically limited, For example, the double annular structure provided with the inner magnet and the outer magnet which are not shown in figure is mentioned.

マグネット部３４にこのような構成が採用される場合、より具体的には、二重環構造の内側に配置されるインナーマグネットは、Ｓ極がスパッタターゲット１６の上面１６ｂと対向するように配置され、且つ、二重環構造の外側に配置されるアウターマグネットがインナーマグネット外周囲に設けられ、Ｎ極がスパッタターゲット１６の上面１６ｂと対向するように配置されると好ましい。この場合、アウターマグネットのＮ極から延びる磁力線は、スパッタターゲット１６及びチャンバ１２内を通過し、インナーマグネットのＳ極に向かうか或いはアウターマグネットのＳ極に戻るように形成され、これにより閉ループ磁場が生成される。   When such a configuration is adopted for the magnet portion 34, more specifically, the inner magnet disposed inside the double ring structure is disposed such that the south pole faces the upper surface 16b of the sputter target 16. In addition, it is preferable that an outer magnet disposed outside the double ring structure is provided around the outer periphery of the inner magnet, and the N pole is disposed so as to face the upper surface 16 b of the sputtering target 16. In this case, the magnetic field lines extending from the N pole of the outer magnet pass through the sputter target 16 and the chamber 12, and are formed so as to go to the S pole of the inner magnet or to return to the S pole of the outer magnet. Generated.

また、チャンバ１２内には、基板１５が載置されるペディスタル１８（基体支持部）が設けられている。基板１５は、スパッタターゲット１６の下面１６ａに対向するペディスタル１８の図示上面１８ａ上に保持される。これにより、ペディスタル１８上の所定位置に置かれた基板１５の被成膜面１５ａは、スパッタターゲット１６の下面１６ａに対して略平行に配置される。   Further, a pedestal 18 (base support part) on which the substrate 15 is placed is provided in the chamber 12. The substrate 15 is held on the upper surface 18 a of the pedestal 18 facing the lower surface 16 a of the sputter target 16. Thereby, the film-forming surface 15 a of the substrate 15 placed at a predetermined position on the pedestal 18 is arranged substantially parallel to the lower surface 16 a of the sputter target 16.

より具体的には、基板１５は、スパッタターゲット１６と同軸状に配置される。基板１５及びスパッタターゲット１６の面中心は、基板１５上に形成される金属膜の面内均一性を向上させるために、後述するマグネトロンユニット３０の回転軸３８の軸線上にあることが好ましい。なお、スパッタターゲット１６の寸法形状、及び、ペディスタル１８とスパッタターゲット１６との離間距離は特に限定されず、従来の標準的なスパッタリング装置と同様な条件を採用することができる。   More specifically, the substrate 15 is disposed coaxially with the sputter target 16. In order to improve the in-plane uniformity of the metal film formed on the substrate 15, the center of the surface of the substrate 15 and the sputter target 16 is preferably on the axis of the rotation shaft 38 of the magnetron unit 30 described later. The dimensions and shape of the sputter target 16 and the separation distance between the pedestal 18 and the sputter target 16 are not particularly limited, and conditions similar to those of a conventional standard sputtering apparatus can be employed.

また、ペディスタル１８は、基準電位に接地された高周波電源Ｒ１に接続されており、これにより、ペディスタル１８を介して基板１５にバイアス用の高周波電力が印加されるようになっている。なお、接地電位とペディスタル１８の間にキャパシタを設けてもよい。こうすれば、基板１５の上方に形成されるプラズマから付与される電子によってセルフバイアス状態で使用することもできる。いずれの場合においても、ペディスタル１８は、プラズマ電位に対して負にバイアスされていることが好ましく、スパッタターゲット１６に対して負電位になっていることが好ましい。   Further, the pedestal 18 is connected to a high frequency power supply R1 grounded to a reference potential, whereby a high frequency power for bias is applied to the substrate 15 via the pedestal 18. A capacitor may be provided between the ground potential and the pedestal 18. By doing so, it can be used in a self-biased state by electrons applied from plasma formed above the substrate 15. In any case, the pedestal 18 is preferably biased negative with respect to the plasma potential, and is preferably negative with respect to the sputter target 16.

さらに、スパッタリング装置１０は、スパッタ粒子からチャンバ１２の内壁面を保護するために、スパッタ粒子が内壁面に到達するのを防止するシールド２６を備えている。シールド２６の図示上端縁部はハウジング１４と絶縁部材１３ａとで挟持されるように固定されている。シールド２６の底部は、ペディスタル１８の側壁に至るように設けられており、絶縁部材１３ｂを介して固定されている。これにより、シールド２６はペディスタル１８と電気的に絶縁される。なお、シールド２６は基準電位に接地されている。   Further, the sputtering apparatus 10 includes a shield 26 that prevents the sputtered particles from reaching the inner wall surface in order to protect the inner wall surface of the chamber 12 from the sputtered particles. The illustrated upper edge of the shield 26 is fixed so as to be sandwiched between the housing 14 and the insulating member 13a. The bottom of the shield 26 is provided so as to reach the side wall of the pedestal 18 and is fixed via an insulating member 13b. Thereby, the shield 26 is electrically insulated from the pedestal 18. The shield 26 is grounded to the reference potential.

また、スパッタターゲット１６とペディスタル１８との間で且つシールド２６よりも内側の空間には、電極５９が設けられている。この電極５９は、基準電位に接地された高周波電源Ｒ２に接続されており、これにより基板１５の上方近傍に高周波電力が印加されプロセスガスであるＡｒガスのプラズマが形成されるようになっている。このプラズマは、主として、後述するように基板１５上に堆積した金属原子をスパッタエッチするために形成させるものである。このように、プロセスガスであるＡｒガスは「エッチャントガス」としても機能する。   An electrode 59 is provided in a space between the sputter target 16 and the pedestal 18 and inside the shield 26. The electrode 59 is connected to a high-frequency power source R2 grounded to a reference potential, whereby high-frequency power is applied near the upper portion of the substrate 15 to form Ar gas plasma as a process gas. . This plasma is mainly formed to sputter-etch metal atoms deposited on the substrate 15 as will be described later. Thus, the Ar gas that is a process gas also functions as an “etchant gas”.

なお、プラズマを形成させるための高周波放電の形式は特に制限されず、誘導結合型、容量結合型のいずれでもよく、また、高周波電源Ｒ２を用いた高周波放電にも制限されず、直流放電、アーク放電、マイクロ波放電、ＥＣＲ放電等でもよい。これらのなかでは、誘導結合型の高周波放電が特に好ましい。   The form of the high frequency discharge for forming the plasma is not particularly limited, and may be either inductive coupling type or capacitive coupling type, and is not limited to high frequency discharge using the high frequency power supply R2, and may be DC discharge, arc Discharge, microwave discharge, ECR discharge, or the like may be used. Among these, inductively coupled high frequency discharge is particularly preferable.

さらに、スパッタターゲット１６とシールド２６との間には、加速用電源２４のそれぞれ陰極及び陽極が接続されている。これにより、チャンバ１２内にプロセスガスであるＡｒガスを導入し、スパッタターゲット１６とシールド２６との間に電圧を加えると、チャンバ１２内の垂直方向に直流電場が生じる。一方、前述のようにマグネトロンユニット３０によってチャンバ１２内には水平磁場成分すなわち電場と直交する磁場が生じている。これにより電子がマグネトロン運動を起こしてスパッタターゲット１６近傍に捕捉される。そして、この捕捉された電子とＡｒガスの気体分子との衝突によってスパッタターゲット１６の下面１６ａ近傍に高密度プラズマが形成される。   Further, a cathode and an anode of an acceleration power supply 24 are connected between the sputter target 16 and the shield 26, respectively. As a result, when Ar gas, which is a process gas, is introduced into the chamber 12 and a voltage is applied between the sputter target 16 and the shield 26, a DC electric field is generated in the vertical direction in the chamber 12. On the other hand, as described above, a horizontal magnetic field component, that is, a magnetic field orthogonal to the electric field is generated in the chamber 12 by the magnetron unit 30. As a result, electrons cause magnetron motion and are captured in the vicinity of the sputter target 16. A high-density plasma is formed in the vicinity of the lower surface 16a of the sputter target 16 by the collision between the trapped electrons and Ar gas gas molecules.

このプラズマは、スパッタターゲット１６から金属スパッタ粒子を生成させ、基板１５上にその金属原子を堆積させるためのものである。すなわち、プラズマ中で生成したＡｒイオンが、スパッタターゲット１６の下面１６ａ（すなわちエロージョン面）に衝突すると、スパッタターゲット１６を構成する原子がはじき出されスパッタ粒子が生成される。このスパッタ粒子がチャンバ１２内を移動して基板１５上に到達すると基板１５の被成膜面１５ａ上に金属原子が堆積して膜が形成される。   This plasma is for generating metal sputtered particles from the sputter target 16 and depositing the metal atoms on the substrate 15. That is, when Ar ions generated in the plasma collide with the lower surface 16a (that is, the erosion surface) of the sputter target 16, the atoms constituting the sputter target 16 are ejected and sputtered particles are generated. When the sputtered particles move in the chamber 12 and reach the substrate 15, metal atoms are deposited on the film formation surface 15 a of the substrate 15 to form a film.

さらに、スパッタリング装置１０は制御器２９を備えている。制御器２９は、図示しないマイクロコンピュータ、タイマ等を有しており、スイッチング並びに電流及び電圧の調節や時間的な制御も行うものである。この制御器２９は、制御線２９ａを介して、真空ポンプ２１、バルブ２３、加速用電源２４、駆動用モータ３６、及び高周波電源Ｒ１，Ｒ２に接続されている。この制御器２９を用いて、これらの機器を相互に関連させながら制御することが可能であり、チャンバ１２内の減圧、Ａｒガスのチャンバ１２内の供給、そのプラズマ発生、マグネット部３４の回動、等が所定のタイミングで同期して制御される。   Furthermore, the sputtering apparatus 10 includes a controller 29. The controller 29 includes a microcomputer, a timer, and the like (not shown), and performs switching, current and voltage adjustment, and temporal control. The controller 29 is connected to the vacuum pump 21, the valve 23, the acceleration power source 24, the drive motor 36, and the high frequency power sources R1 and R2 via the control line 29a. The controller 29 can be used to control these devices in relation to each other. The pressure in the chamber 12 is reduced, the Ar gas is supplied in the chamber 12, the plasma is generated, and the magnet 34 is rotated. , Etc. are controlled synchronously at a predetermined timing.

このように構成されたスパッタリング装置１０を用いた本発明による膜形成方法を実施する手順の一例について説明する。図２（Ａ）及び（Ｂ）は、ホール、トレンチ等の凹部を有する基板１５上に金属膜を形成させている手順を模式的に示す工程図である。なお、以下に述べるスパッタリング装置１０の運転制御は、制御器２９からの制御信号に基づいて実行される。ただし、これに限定されず操作者による手動制御によって行っても構わない。   An example of a procedure for performing the film forming method according to the present invention using the sputtering apparatus 10 configured as described above will be described. 2A and 2B are process diagrams schematically showing a procedure for forming a metal film on the substrate 15 having recesses such as holes and trenches. Note that the operation control of the sputtering apparatus 10 described below is executed based on a control signal from the controller 29. However, the present invention is not limited to this, and manual control by the operator may be performed.

まず、凹部としてホールＨが形成された絶縁体層１００を有する基板１５をスパッタリング装置１０のチャンバ１２内に収容し、ペディスタル１８に載置する（図２（Ａ）参照）。チャンバ１２を封止し、真空ポンプ２１を運転してチャンバ１２の内部が一定の圧力となるまで減圧する。所望の圧力となった後、真空ポンプ２１の運転を続けながら、バルブ２３を所定の開度とし、プロセスガスであるＡｒガスをチャンバ１２内へ供給する。   First, the substrate 15 having the insulator layer 100 in which the hole H is formed as a recess is accommodated in the chamber 12 of the sputtering apparatus 10 and placed on the pedestal 18 (see FIG. 2A). The chamber 12 is sealed, and the vacuum pump 21 is operated to reduce the pressure until the inside of the chamber 12 reaches a constant pressure. After the desired pressure is reached, the valve 23 is set to a predetermined opening while the operation of the vacuum pump 21 is continued, and Ar gas, which is a process gas, is supplied into the chamber 12.

チャンバ１２内の空間がＡｒガスで置換され且つ一定の圧力となった後、加速用電源２４、及び高周波電源Ｒ１，Ｒ２を所定の運転出力とすると共に、駆動用モータ３６の運転を開始する。加速用電源２４からの出力が開始されると、上述の如く、その直流バイアスによってＡｒガスのプラズマ（言わば”Target DC Plasma”）が形成される。このプラズマ中で生成したＡｒイオンはスパッタターゲット１６に入射し、その下面１６ａから金属原子が基板１５側へはじき出され、スパッタ粒子Ｓ_Ａ（金属）が生成される。スパッタ粒子Ｓ_Ａは、ペディスタル１８を介して印加されたバイアス電位によってチャンバ１２内を移動し、基板１５上に堆積する。これにより、基板１５上に金属膜１０１が形成される（第１工程）。 After the space in the chamber 12 is replaced with Ar gas and becomes a constant pressure, the acceleration power supply 24 and the high frequency power supplies R1 and R2 are set to predetermined operation outputs, and the operation of the drive motor 36 is started. When the output from the accelerating power supply 24 is started, as described above, Ar gas plasma (“Target DC Plasma”) is formed by the DC bias. Ar ions generated in the plasma are incident on the sputter target 16, and metal atoms are ejected from the lower surface 16a toward the substrate 15 to generate sputtered particles S _A (metal). Sputtered particles S _A moves in the chamber 12 by the bias potential applied via the pedestal 18 is deposited on the substrate 15. Thereby, the metal film 101 is formed on the substrate 15 (first step).

この際、同時に高周波電源Ｒ２が運転されているので、基板１５の上方空間には、その高周波電力によってＡｒガスのプラズマ（言わば”RF Plasma”）が形成される。このプラズマ中で生成したＡｒイオンはエッチャントＳ_Ｂ（エッチャントガスに由来する活性種）となり、ペディスタル１８を介して印加されたバイアス電位によってチャンバ１２内を移動し、基板１５上に堆積している途上の金属膜１０１へ入射する。これにより、金属膜１０１にスパッタエッチが施される（第２工程）。 At this time, since the high-frequency power supply R2 is operated at the same time, Ar gas plasma (“RF Plasma”) is formed in the space above the substrate 15 by the high-frequency power. Ar ions generated in this plasma become etchant S _B (active species derived from the etchant gas), move in the chamber 12 by the bias potential applied via the pedestal 18, and are deposited on the substrate 15. Incident on the metal film 101. Thereby, sputter etching is performed on the metal film 101 (second step).

すなわち、エッチャントＳ_Ｂはフィールド部（絶縁体層１００におけるホールＨ以外の部位）及びホールＨの内部へ飛来する。フィールド部でエッチされた金属膜のスパッタ粒子Ｅ１はチャンバ１２内のシールド２６等にトラップされる傾向にある。一方、ホールＨ内に進入したエッチャントＳ_Ｂの大部分は、その指向性によって内側壁ではなく底壁に到達し、スパッタ粒子Ｅ２を生じ得る。そして、スパッタ粒子Ｅ２はホールＨの内側壁上に付着し易い傾向にある。 That is, the etchant S _B is flying to the inside of the field portion (portion other than the hole H in the insulating layer 100) and a hole H. The sputtered particles E1 of the metal film etched in the field portion tend to be trapped by the shield 26 in the chamber 12 or the like. On the other hand, most of the etchant S _B that has entered the hole H reaches the bottom wall and not behind the wall by its directivity may produce sputtered particles E2. The sputtered particles E2 tend to adhere to the inner wall of the hole H.

ホールＨのアスペクト比が大きければ大きいほど、従来のＳＩＰ等のＰＶＤ法では凹部の内側壁のカバレッジが不十分となり易いのに対し、本発明では、上述のようにエッチングで生じたスパッタ粒子Ｅ２がホールＨの内側壁上に堆積するのでそのカバレッジが格段に向上される。   As the aspect ratio of the hole H is larger, the PVD method such as the conventional SIP tends to have insufficient coverage of the inner wall of the recess, whereas in the present invention, the sputtered particles E2 generated by etching as described above are generated. Since it is deposited on the inner wall of the hole H, its coverage is remarkably improved.

また、ホールＨの開口部周縁はオーバーハングが生じ易い部位であるが、エッチャントＳ_Ｂによって当該部位の金属膜１０１もエッチングされる。よって、ホールＨのアスペクト比が増大してもオーバーハングの発生が十分に抑止される。さらに、このようにオーバーハングが抑止されるので、ホールＨの開口部の閉塞が防止され、スパッタ粒子Ｓ_Ａ及びエッチャントＳ_ＢがホールＨ内に一層到達し易くなる。かかる相乗効果により、ホールＨ内部のカバレッジが更に向上される。 The opening peripheral edge of the hole H is overhang is likely sites occur, the metal film 101 of the site by an etchant S _B is also etched. Therefore, even if the aspect ratio of the hole H increases, the occurrence of overhang is sufficiently suppressed. Moreover, Since the overhang is suppressed, thereby preventing clogging of the opening of the hole H is sputtered particles S _A and the etchant S _B is likely to further reach into the hole H. This synergistic effect further improves the coverage inside the hall H.

本発明においては、このように金属膜１０１の成膜（デポジション；第１工程）とエッチング（第２工程）とが同時に行われるので、従来に比して見かけ上の成膜速度が低下する。そのため、基板１５上のフィールド部におけるいわゆる“狙い膜厚”（金属膜１０１の所望膜厚）を達成するのに、スパッタターゲット１６からのスパッタ粒子Ｓ_Ａの量が従来に比して増大する。逆に言えば、本発明による方法では、同時間内にホールＨの内部に到達するスパッタ粒子Ｓ_Ａの絶対量が従来に比して有意に増大されることとなり、カバレッジが飛躍的を向上できる。 In the present invention, the metal film 101 is formed (deposition; first step) and etched (second step) at the same time, so that the apparent film formation rate is reduced as compared with the conventional case. . Therefore, to achieve a so-called "aiming thickness" in a field portion on the substrate 15 (the desired thickness of the metal film 101), the amount of the sputtered particles S _A from the sputter target 16 is increased as compared with the conventional. Conversely, in the method according to the present invention, it is the absolute amount of the sputtered particles S _A to reach the inside of the hole H in the same time is increased significantly compared to the conventional, coverage can be improved dramatically .

よって、金属膜１０１は、ホールＨ内に埋め込み形成される金属配線層のバリア膜やシード膜として非常に有用である。また、金属膜１０１は、カバレッジの向上により均一性に優れた薄膜とされるので、各種保護膜としても非常に有効である。   Therefore, the metal film 101 is very useful as a barrier film or a seed film for a metal wiring layer embedded in the hole H. Further, since the metal film 101 is a thin film having excellent uniformity due to improved coverage, it is very effective as various protective films.

ここで、成膜（第１工程）とエッチング（第２工程）を実施する時のプロセス条件として特に制限されないが、金属膜１０１としてＴａ膜を形成させる場合の好ましい一例として以下に示す条件が挙げられる。
・チャンバ１２内圧力：１．３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ）以下
・成膜温度（基板温度）：−４０〜２００℃
・Ａｒガス流量：５〜５０ｓｃｃｍ
・加速用電源２４のＤＣ出力：１０〜５０ｋＷ
・バイアス用高周波電源Ｒ１の出力：２００〜１２００Ｗ
・プラズマ形成用高周波電源Ｒ２の出力：４００〜３０００Ｗ Here, the process conditions for performing film formation (first step) and etching (second step) are not particularly limited, but the following conditions are given as a preferable example when a Ta film is formed as the metal film 101. It is done.
-Pressure inside chamber 12: 1.3 Pa (10 mTorr) or less-Film formation temperature (substrate temperature): -40 to 200 ° C
Ar gas flow rate: 5-50sccm
-DC output of acceleration power supply 24: 10-50 kW
・ Output of high frequency power supply R1 for bias: 200 to 1200 W
・ Output of plasma forming high frequency power supply R2: 400 to 3000 W

このような構成のスパッタリング装置１０及びそれを用いた本発明の成膜方法によれば、基板１５に対して金属膜１０１の成膜とエッチングを同時に実施するので、基板１５に形成されるデバイスが極微細構造を有するもの、例えば６０〜９０ｎｍ世代の半導体装置であっても、その製造において、ホールＨやトレンチ等の凹部におけるオーバーハングの発生を十分に抑制でき、且つ、凹部のカバレッジを更に一層向上させることが可能となる。   According to the sputtering apparatus 10 having such a configuration and the film forming method of the present invention using the sputtering apparatus 10, the metal film 101 is formed and etched on the substrate 15 at the same time. Even a semiconductor device having an ultrafine structure, for example, a 60-90 nm generation semiconductor device, can sufficiently suppress the occurrence of overhangs in recesses such as holes H and trenches in the manufacture thereof, and further reduce the coverage of the recesses. It becomes possible to improve.

以下、本発明に係る具体的な実施例について説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
〈実施例１〉 Specific examples according to the present invention will be described below, but the present invention is not limited thereto.
<Example 1>

図１に示すスパッタリング装置１０と同様の構成を有するＰＶＤ装置を用い、上述した本発明の成膜方法により、Ｃｕ配線層の上部に設けられたヴィアホールを有する基板１５上に金属膜１０１として厚さ１２ｎｍ(１２０Å)（フィールド部）のＴａ膜を形成させた。プロセス条件を以下に示す。
・チャンバ１２内圧力：０．１７Ｐａ（１．３ｍＴｏｒｒ）
・成膜温度（基板温度）：５０℃
・Ａｒガス流量：２５ｓｃｃｍ
・加速用電源２４のＤＣ出力：２０ｋＷ
・バイアス用高周波電源Ｒ１の出力：５５０Ｗ
・プラズマ形成用高周波電源Ｒ２の出力：８００Ｗ
・ヴィアホールのアスペクト比（ＡＲ）：約４（幅０．１４μｍ、深さ０．６５μｍ） A PVD apparatus having a configuration similar to that of the sputtering apparatus 10 shown in FIG. 1 is used to form a metal film 101 on the substrate 15 having a via hole provided above the Cu wiring layer by the film forming method of the present invention described above. A Ta film having a thickness of 12 nm (120 mm) (field portion) was formed. The process conditions are shown below.
-Pressure in chamber 12: 0.17 Pa (1.3 mTorr)
-Film formation temperature (substrate temperature): 50 ° C
Ar gas flow rate: 25sccm
-DC output of acceleration power supply 24: 20 kW
・ Output of bias high-frequency power supply R1: 550 W
・ Output of high-frequency power supply R2 for plasma formation: 800W
・ Aspect ratio (AR) of via hole: about 4 (width 0.14 μm, depth 0.65 μm)

図４は、実施例１でＴａ膜が形成された基板１５の断面ＳＥＭ写真である。これより、ヴィアホールの開口部においてオーバーハングの発生が十分に抑制されることが確認された。
〈比較例１〉 FIG. 4 is a cross-sectional SEM photograph of the substrate 15 on which the Ta film was formed in Example 1. From this, it was confirmed that the occurrence of overhang was sufficiently suppressed in the opening of the via hole.
<Comparative example 1>

実施例１と同様のＰＶＤ装置及び基板を用い、まず、以下の条件で基板上に厚さ１８ｎｍ（１８０Å）（フィールド部）のＴａ膜を形成させた。
・チャンバ１２内圧力：０．１７Ｐａ（１．３ｍＴｏｒｒ）
・成膜温度（基板温度）：５０℃
・Ａｒガス流量：２５ｓｃｃｍ
・加速用電源２４のＤＣ出力：２０ｋＷ
・バイアス用高周波電源Ｒ１の出力：２３０Ｗ
・プラズマ形成用高周波電源Ｒ２の出力：０Ｗ Using the same PVD apparatus and substrate as in Example 1, a Ta film having a thickness of 18 nm (180 mm) (field portion) was first formed on the substrate under the following conditions.
-Pressure in chamber 12: 0.17 Pa (1.3 mTorr)
-Film formation temperature (substrate temperature): 50 ° C
Ar gas flow rate: 25sccm
-DC output of acceleration power supply 24: 20 kW
・ Output of high frequency power supply R1 for bias: 230W
・ Output of high-frequency power supply R2 for plasma formation: 0W

その後、形成されたＴａ膜に対して、以下に示す条件で別途エッチングを施して金属膜を得た。
・チャンバ１２内圧力：０．１７Ｐａ（１．３ｍＴｏｒｒ）
・成膜温度（基板温度）：５０℃
・Ａｒガス流量：４０ｓｃｃｍ
・加速用電源２４のＤＣ出力：３５０Ｗ（実質的に成膜を生じない程度に低い。）
・バイアス用高周波電源Ｒ１の出力：４００Ｗ
・プラズマ形成用高周波電源Ｒ２の出力：８００Ｗ
・エッチング時間：１３ｓｅｃ Thereafter, the formed Ta film was separately etched under the following conditions to obtain a metal film.
-Pressure in chamber 12: 0.17 Pa (1.3 mTorr)
-Film formation temperature (substrate temperature): 50 ° C
Ar gas flow rate: 40sccm
-DC output of the acceleration power supply 24: 350 W (low enough that substantially no film formation occurs)
・ Output of high frequency power supply R1 for bias: 400W
・ Output of high-frequency power supply R2 for plasma formation: 800W
・ Etching time: 13 sec

図５は、比較例１でＴａ膜が形成された基板の断面ＳＥＭ写真である。図４と比較すると、ヴィアホールの開口部においてオーバーハングが顕著であることが確認された。
〈成膜速度評価〉 FIG. 5 is a cross-sectional SEM photograph of the substrate on which the Ta film was formed in Comparative Example 1. Compared with FIG. 4, it was confirmed that the overhang was remarkable in the opening of the via hole.
<Deposition rate evaluation>

実施例１及び比較例１のそれぞれのプロセス条件でＴａ膜を形成させたときの成膜時間に対するＴａ膜の膜厚の変化を実験データに基づいて算出し、それらの結果に基づいて、成膜速度を評価した。図３は、実施例１及び比較例１における成膜速度を示すグラフである。図中直線Ｌ１，Ｌ２はそれぞれ実施例１及び比較例１における成膜速度を示す目安線である。その結果、実施例１及び比較例１における成膜速度は、それぞれ１．５６ｎｍ／ｓｅｃ（１５．６Å／ｓｅｃ）及び２．４９ｎｍ／ｓｅｃ（２４．９Å／ｓｅｃ）であった。これより、実施例１の成膜速度は、比較例１の６０％程度であることが判明した。
〈実施例２〉 The change in the film thickness of the Ta film with respect to the film formation time when the Ta film was formed under the process conditions of Example 1 and Comparative Example 1 was calculated based on experimental data, and film formation was performed based on the results. The speed was evaluated. FIG. 3 is a graph showing the film formation rate in Example 1 and Comparative Example 1. In the figure, straight lines L1 and L2 are reference lines indicating film formation rates in Example 1 and Comparative Example 1, respectively. As a result, the film formation rates in Example 1 and Comparative Example 1 were 1.56 nm / sec (15.6 Å / sec) and 2.49 nm / sec (24.9 Å / sec), respectively. From this, it was found that the film forming speed of Example 1 was about 60% of Comparative Example 1.
<Example 2>

幅０．３μｍ×深さ０．４５μｍのトレンチが一定間隔で複数形成されたパターンが複数設けられた基板１５に対し、フィールド部の膜厚が５０ｎｍ（５００Å）となるようにしたこと以外は実施例１と同様にして金属膜としてのＴａ膜を形成させた。   Implemented except that the film thickness of the field portion is 50 nm (500 mm) on the substrate 15 provided with a plurality of patterns in which a plurality of trenches having a width of 0.3 μm × depth of 0.45 μm are formed at regular intervals. In the same manner as in Example 1, a Ta film as a metal film was formed.

図６（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例２でＴａ膜が形成された基板の断面ＳＥＭ写真であり、それぞれトレンチパターンの中心部（Ｃｅｎｔｅｒ）及びトレンチパターンの端部（Ｅｄｇｅ）を示す。各図中において「％」で示される数値は、フィールド部膜厚（５０ｎｍ（５００Å））に対する膜厚の割合を表す。同図より、トレンチの内部において十分なサイドカバレッジ及びボトムカバレッジを実現できることが確認された。   FIGS. 6A and 6B are cross-sectional SEM photographs of the substrate on which the Ta film was formed in Example 2, showing the center portion (Center) of the trench pattern and the end portion (Edge) of the trench pattern, respectively. The numerical value indicated by “%” in each figure represents the ratio of the film thickness to the field part film thickness (50 nm (500 mm)). From the figure, it was confirmed that sufficient side coverage and bottom coverage could be realized inside the trench.

なお、実施例２において、スパッタターゲット質量の減少分からＴａ膜厚を計算したところ、約１０１ｎｍ（１０１０Å）相当であることが判明した。これより、実際の膜厚（５００Å）との差分である約５０ｎｍ（５００Å）分がカバレッジの改善に寄与したものと推定される。
〈比較例２〉 In Example 2, when the Ta film thickness was calculated from the decrease in the sputtering target mass, it was found to be equivalent to about 101 nm (1010 mm). From this, it is estimated that about 50 nm (500 mm), which is the difference from the actual film thickness (500 mm), contributed to the improvement of the coverage.
<Comparative example 2>

プラズマ形成用高周波電源Ｒ２の出力を０Ｗとしたこと、すなわちエッチング（本発明における第２工程）を実施しなかったこと以外は、実施例２と同様にして基板上にＴａ膜を形成させた。   A Ta film was formed on the substrate in the same manner as in Example 2 except that the output of the plasma-forming high-frequency power supply R2 was set to 0 W, that is, etching (second step in the present invention) was not performed.

図７（Ａ）及び（Ｂ）は、比較例２でＴａ膜が形成された基板の断面ＳＥＭ写真であり、それぞれトレンチパターンの中心部（Ｃｅｎｔｅｒ）及びトレンチパターンの端部（Ｅｄｇｅ）を示す。各図中において「％」で示される数値は、フィールド部膜厚（５０ｎｍ（５００Å））に対する膜厚の割合を表す。同図より、トレンチの内側壁におけるカバレッジが不十分であり、特に図６（Ａ）と図７（Ａ）との比較から、トレンチパターンの中心部（Ｃｅｎｔｅｒ）でのボトムカバレッジが本発明よりも有意に劣ると共に、図６（Ｂ）と図７（Ｂ）との比較から、トレンチパターンの端部（Ｅｄｇｅ）でのサイドカバレッジが本発明よりも顕著に劣ることが確認された。   7A and 7B are cross-sectional SEM photographs of the substrate on which the Ta film was formed in Comparative Example 2, and show the center portion (Center) of the trench pattern and the end portion (Edge) of the trench pattern, respectively. The numerical value indicated by “%” in each figure represents the ratio of the film thickness to the field part film thickness (50 nm (500 mm)). From this figure, the coverage on the inner wall of the trench is insufficient, and in particular, from the comparison between FIG. 6 (A) and FIG. 7 (A), the bottom coverage at the center portion (Center) of the trench pattern is more than that of the present invention. While significantly inferior, it was confirmed from the comparison between FIG. 6B and FIG. 7B that the side coverage at the edge (Edge) of the trench pattern was significantly inferior to that of the present invention.

なお、比較例２において、スパッタターゲット質量の減少分からＴａ膜厚を計算したところ、約７９ｎｍ（７９０Å）相当であることが判明した。これより、実際の膜厚（５００Å）との差分である約２９ｎｍ（２９０Å）分がカバレッジの改善に寄与したものと推定されるものの、その量は実施例２に比して少なく、実際のところカバレッジの改善は上述の通り不十分であった。
〈実施例３〉 In Comparative Example 2, when the Ta film thickness was calculated from the decrease in the sputtering target mass, it was found to be equivalent to about 79 nm (790 mm). From this, although it is estimated that the difference of about 29 nm (290 mm), which is the difference from the actual film thickness (500 mm), contributed to the improvement of the coverage, the amount is smaller than that of Example 2 and actually The improvement in coverage was insufficient as described above.
<Example 3>

幅０．１５１μｍ×深さ０．８６μｍのコンタクトホール（ＡＲ＝５．７）が設けられた基板１５に対し、フィールド部の膜厚が２０ｎｍ（２００Å）となるようにしたこと以外は実施例１と同様にして金属膜としてのＴａ膜を形成させた。   Example 1 except that the film thickness of the field portion is 20 nm (200 mm) with respect to the substrate 15 provided with the contact hole (AR = 5.7) having a width of 0.151 μm and a depth of 0.86 μm. In the same manner, a Ta film as a metal film was formed.

図８（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例３でＴａ膜が形成された基板の断面ＳＥＭ写真であり、それぞれトレンチパターンの中心部（Ｃｅｎｔｅｒ）及びトレンチパターンの端部（Ｅｄｇｅ）を示す。同図より、ホールの内部において十分なサイドカバレッジ及びボトムカバレッジが有することが確認された。また、実施例３において、スパッタターゲット質量の減少分からＴａ膜厚を計算したところ、約３９ｎｍ（３９０Å）相当であることが判明した。これより、実際の膜厚（２０ｎｍ（２００Å））との差分である約１９ｎｍ（１９０Å）分がカバレッジの改善に寄与したものと推定される。なお、成膜及びエッチング時間（プロセス時間）は１１．４ｓｅｃであった。
〈比較例３〉 FIGS. 8A and 8B are cross-sectional SEM photographs of the substrate on which the Ta film was formed in Example 3, showing the center portion (Center) of the trench pattern and the end portion (Edge) of the trench pattern, respectively. From the figure, it was confirmed that there is sufficient side coverage and bottom coverage inside the hole. In Example 3, when the Ta film thickness was calculated from the decrease in the sputter target mass, it was found to be equivalent to about 39 nm (390 mm). From this, it is estimated that about 19 nm (190 mm), which is the difference from the actual film thickness (20 nm (200 mm)), contributed to the improvement of the coverage. The film formation and etching time (process time) was 11.4 sec.
<Comparative Example 3>

プラズマ形成用高周波電源Ｒ２の出力を０Ｗとしたこと、すなわちエッチング（本発明における第２工程）を実施しなかったこと以外は、実施例３と同様にして基板上にＴａ膜を形成させた。   A Ta film was formed on the substrate in the same manner as in Example 3 except that the output of the plasma-forming high-frequency power source R2 was set to 0 W, that is, etching (second step in the present invention) was not performed.

図９（Ａ）及び（Ｂ）は、比較例３でＴａ膜が形成された基板の断面ＳＥＭ写真であり、それぞれトレンチパターンの中心部（Ｃｅｎｔｅｒ）及びトレンチパターンの端部（Ｅｄｇｅ）を示す。同図より、ホールの内側壁下部及び底部におけるそれぞれカバレッジが実施例３に比して不十分であることが確認された。なお、比較例３において、スパッタターゲット質量の減少分からＴａ膜厚を計算したところ、約２８ｎｍ（２８０Å）相当であることが判明した。これより、実際の膜厚（２０ｎｍ（２００Å））との差分である約８ｎｍ（８０Å）分がカバレッジの改善に寄与したものと推定されるものの、その量は実施例３に比して少なく、実際のところカバレッジの改善は上述の通り不十分であった。   FIGS. 9A and 9B are cross-sectional SEM photographs of the substrate on which the Ta film was formed in Comparative Example 3, and show the center portion (Center) of the trench pattern and the end portion (Edge) of the trench pattern, respectively. From the figure, it was confirmed that the coverage at the lower part and the bottom part of the inner side wall of the hole was insufficient as compared with Example 3. In Comparative Example 3, when the Ta film thickness was calculated from the decrease in the sputtering target mass, it was found to be equivalent to about 28 nm (280 mm). From this, although it is estimated that the difference from the actual film thickness (20 nm (200 mm)) about 8 nm (80 mm) contributed to the improvement of the coverage, the amount is small compared to Example 3, Actually, the improvement in coverage was insufficient as described above.

以上説明した通り、本発明の膜形成方法及びそれを実施するための装置によれば、極微細構造を有するデバイスの製造において、オーバーハングを十分に抑制でき、且つ、凹部のカバレッジを格別に向上できる。   As described above, according to the film forming method of the present invention and the apparatus for carrying out the same, overhang can be sufficiently suppressed in manufacturing a device having an ultrafine structure, and the coverage of the recess is significantly improved. it can.

本発明による成膜方法を実施するために用いられるスパッタリング装置の一例を模式的に示す断面図（一部構成図）である。It is sectional drawing (partial block diagram) which shows typically an example of the sputtering device used in order to implement the film-forming method by this invention. （Ａ）及び（Ｂ）は、ホール、トレンチ等の凹部を有する基板１５上に金属膜を形成させている手順を模式的に示す工程図である。(A) And (B) is process drawing which shows typically the procedure which forms the metal film on the board | substrate 15 which has recessed parts, such as a hole and a trench. 実施例１及び比較例１における成膜速度を示すグラフである。4 is a graph showing film formation speeds in Example 1 and Comparative Example 1. 実施例１でＴａ膜が形成された基板１５の断面ＳＥＭ写真である。4 is a cross-sectional SEM photograph of a substrate 15 on which a Ta film is formed in Example 1. 比較例１でＴａ膜が形成された基板の断面ＳＥＭ写真である。4 is a cross-sectional SEM photograph of a substrate on which a Ta film is formed in Comparative Example 1. （Ａ）及び（Ｂ）は、実施例２でＴａ膜が形成された基板の断面ＳＥＭ写真である。(A) And (B) is the cross-sectional SEM photograph of the board | substrate with which Ta film was formed in Example 2. FIG. （Ａ）及び（Ｂ）は、比較例２でＴａ膜が形成された基板の断面ＳＥＭ写真である。(A) And (B) is the cross-sectional SEM photograph of the board | substrate with which Ta film was formed in the comparative example 2. FIG. （Ａ）及び（Ｂ）は、実施例３でＴａ膜が形成された基板の断面ＳＥＭ写真である。(A) And (B) is the cross-sectional SEM photograph of the board | substrate with which the Ta film | membrane was formed in Example 3. FIG. （Ａ）及び（Ｂ）は、比較例３でＴａ膜が形成された基板の断面ＳＥＭ写真である。(A) And (B) is the cross-sectional SEM photograph of the board | substrate with which the Ta film | membrane was formed in the comparative example 3. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

１０…スパッタリン装置、１２…チャンバ、１３ａ，１３ｂ…絶縁部材、１４…ハウジング、１５…基板（基体）、１５ａ…被成膜面、１６…スパッタターゲット、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、２９…制御器、３０…マグネトロンユニット、３２…ベースプレート、３４…マグネット部、３６…駆動用モータ、３８…回転軸、５９…電極、１００…絶縁体層、１０１…金属膜、Ｅ１，Ｅ２…スパッタ粒子、Ｈ…ホール（凹部）、Ｒ１…バイアス用高周波電源、Ｒ２…プラズマ形成用高周波電源、Ｓ_Ａ…スパッタ粒子、Ｓ_Ｂ…エッチャント。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Sputtering apparatus, 12 ... Chamber, 13a, 13b ... Insulating member, 14 ... Housing, 15 ... Substrate (substrate), 15a ... Surface to be deposited, 16 ... Sputter target, 18 ... Pedestal, 20 ... Exhaust port, 21 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Vacuum pump, 22 ... Supply port, 23 ... Valve, 24 ... Acceleration power source, 25 ... Process gas supply source, 26 ... Shield, 29 ... Controller, 30 ... Magnetron unit, 32 ... Base plate, 34 ... Magnet part, 36 ... Drive motor, 38 ... Rotating shaft, 59 ... Electrode, 100 ... Insulator layer, 101 ... Metal film, E1, E2 ... Sputtered particles, H ... Hole (recess), R1 ... Bias high frequency power supply, R2 ... Plasma formation High-frequency power source, S _A ... sputtered particles, S _B ... etchant.

Claims (5)

基体上に金属から成る膜を形成させる方法であって、
物理的気相堆積法により前記基体上に前記金属原子を堆積させる第１工程と、
前記第１工程と同時に実施され、前記基体の上方にエッチャントガスを供給し且つ該エッチャントガスのプラズマを形成させて、該エッチャントガスに由来する活性種を該基体上に供給する第２工程と、
を備える膜形成方法。 A method of forming a metal film on a substrate,
A first step of depositing the metal atoms on the substrate by physical vapor deposition;
A second step that is performed simultaneously with the first step, supplies an etchant gas above the substrate, forms plasma of the etchant gas, and supplies active species derived from the etchant gas onto the substrate;
A film forming method comprising: 前記基体として凹部を有するものを用いる、請求項１記載の膜形成方法。   The film forming method according to claim 1, wherein the substrate has a recess. 前記膜としてバリア膜、シード膜、又は保護膜を形成させる、請求項１又は２記載の膜形成方法。   The film forming method according to claim 1, wherein a barrier film, a seed film, or a protective film is formed as the film. 前記金属としてＴｉ、Ｔａ、又はＣｕを含むものを用いる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の膜形成方法。   The film forming method according to any one of claims 1 to 3, wherein a metal containing Ti, Ta, or Cu is used as the metal. 前記第１工程及び前記第２工程においては、前記基体の周囲の圧力を１．３Ｐａ以下に保持する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の膜形成方法。
5. The film forming method according to claim 1, wherein, in the first step and the second step, a pressure around the base is maintained at 1.3 Pa or less.

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