JP2012001761A - 成膜装置及び成膜方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】微細構造が形成された基板表面4に、スパッタリングによって金属層を形成する成膜装置1であって、基板4と金属層の母材をなすターゲット5とを対向させて、両方を収納する内部空間を有するチャンバー2と、チャンバー2内を減圧する排気手段と、チャンバー2内にスパッタガスを導入するガス導入手段と、ターゲット5のスパッタ面5a前方に磁場を発生させる第一磁場発生手段6と、ターゲット5に負の直流電圧を印加する直流電源7と、ターゲット5から基板4へ向かう方向に磁場Bを発生させる第二磁場発生手段10と、が少なくとも備えられたことを特徴とする成膜装置1。
【選択図】図1
Description
近年の半導体装置における配線パターン等の微細化に伴い、深さと幅の比(アスペクト比)が5を超えるような高アスペクト比の微細構造内の側面及び底面に被覆性よく成膜できること、即ち、カバレッジの向上が強く要求されている。
CVDで成膜する場合、カバレッジには優れるが、コストが高くなるという問題がある。一方、より低コストなスパッタリングで成膜する場合、カバレッジに劣る問題がある。特に高アスペクト比の微細構造においては、カバレッジの低下が問題となっている。このため、カバレッジに優れるスパッタリングによる成膜方法の開発が強く望まれている。
本発明の請求項2に記載の成膜装置は、請求項1において、前記第二磁場発生手段は、前記チャンバーの側壁において、前記ターゲットと前記基板との中点よりも、該ターゲット側に設置されていることを特徴とする。
本発明の請求項3に記載の成膜装置は、請求項1又は2において、前記基板に高周波電力を印加する高周波電源を備えたことを特徴とする。
本発明の請求項4に記載の成膜方法は、請求項1〜3のいずれか一項に記載の成膜装置を用いて、前記第二磁場発生手段によって、30〜600Gauss(ガウス)の磁場を発生させつつ、前記ターゲットをスパッタリングすることによって、前記基板の表面に形成された微細構造内の側面及び底面に、前記金属層を形成することを特徴とする。
本発明の成膜装置が前記基板に高周波電力を印加する高周波電源を備えた場合、バイアススパッタを行うことができる。バイアススパッタによって、スパッタ粒子及び不活性ガスの荷電粒子を、前記基板へ仕向けることができる。この結果、前記磁場によるスパッタ粒子の方向付けを更に加速することができる。さらには、高周波電力の印加によるセルフバイアスによって前記微細構造内の底面に形成された膜を再スパッタすることによって、前記微細構造内の側面及び底面コーナー部に形成された金属層のカバレッジを一層良好にすることができる。
本発明の成膜方法において、前記基板表面に形成された微細構造が、アスペクト比5以上の微細孔又は微細溝である場合であっても、カバレッジに優れた金属層を形成することができる。
ターゲット5の材料、即ち基板4の表面に形成される金属層の材料としては、目的に応じた材料を選択すればよく、例えばTi,Cu,W,Ni,Ta,Cr,Mo,Al、及びこれらの金属の合金が挙げられる。
ターゲット5及びカソード3はDC電源7に接続されており、所定の負電位が印加される。
したがって、第一実施形態の成膜装置1における第二磁場発生手段10の配置の方が、第二実施形態の成膜装置100における第二磁場発生手段10の配置よりも好ましい。
以下では、(微細孔11内の側面11aに形成された金属層の厚さ/基板表面4aに形成された金属層12の厚さ)×100%を、サイドカバレッジと呼ぶことがある。サイドカバレッジの中でも、特に、(微細孔11内の側面11aにおける底面近傍(コーナー部)に形成された金属層の厚さ/基板表面4aに形成された金属層12の厚さ)×100%を、コーナー部のカバレッジと呼ぶことがある。
また、(微細孔11内の底面11bに形成された金属層の厚さ/基板表面4aに形成された金属層12の厚さ)×100%を、ボトムカバレッジと呼ぶことがある。
上記範囲の下限値以上であると、カバレッジを良好にすることができる。また、上記範囲の上限値以上であると、磁場によって供給された荷電粒子による基板のチャージアップが起こり、異常放電や基板温度の上昇を引き起こす恐れがある。
一般に荷電粒子(電子、イオン化されたスパッタ粒子)は、磁場B(磁力線)に沿って回転運動を行うが、小さく軽い電子は弱い磁場(数ガウス程度)にて、すぐに磁化される。しかし、電子に比べて大きく重いスパッタ粒子は数十ガウス程度にて磁化される。このことから、カバレッジを向上させるためにはイオン化されたスパッタ粒子が磁化される程度の磁場が必要になると考えられる。
[参考文献]
書籍名:東北大学基礎電子工学入門講座・第4巻 気体放電
著者:八田吉典
発行者:金山豊作
発行所:株式会社 近代科学社
3.14.2項 プラズマに対する外部磁界の影響
本発明の成膜装置1を備えた前述の成膜装置システム30を使用して、深さ100μm幅20μm(アスペクト比5)の微細孔11が表面に形成されたシリコン基板4を用いた場合の成膜方法の具体例を以下に示す。
図6から、第二磁場発生手段による磁場強度を150ガウス以上とすると、コーナー部のカバレッジ及びボトムカバレッジが共に、急激に向上し、500〜600ガウスでカバレッジの向上が頭打ちになることが明らかである。
ターゲット5をAl製に変更し、第二磁場発生手段による磁場を0〜105ガウスで変化させた以外は、実施例1と同様に行って、シリコン基板4の表面、並びに、微細孔11内の側面11a及び底面11bに、Alからなる金属層12を形成した。
この場合における、カバレッジ{側面11a(コーナー部)のカバレッジ、及び底面11b(ボトム部)のカバレッジ}の変化を図7に示す。
Claims (4)
- 微細構造が形成された基板表面に、スパッタリングによって金属層を形成する成膜装置であって、
前記基板と前記金属層の母材をなすターゲットとを対向させて、両方を収納する内部空間を有するチャンバーと、
前記チャンバー内を減圧する排気手段と、
前記チャンバー内にスパッタガスを導入するガス導入手段と、
前記ターゲットのスパッタ面前方に磁場を発生させる第一磁場発生手段と、
前記ターゲットに負の直流電圧を印加する直流電源と、
前記ターゲットから前記基板へ向かう方向に磁場を発生させる第二磁場発生手段と、
が少なくとも備えられたことを特徴とする成膜装置。 - 前記第二磁場発生手段は、前記チャンバーの側壁において、前記ターゲットと前記基板との中点よりも、該ターゲット側に設置されていることを特徴とする請求項1に記載の成膜装置。
- 前記基板に高周波電力を印加する高周波電源を備えたことを特徴とする請求項1又は2に記載の成膜装置。
- 請求項1〜3のいずれか一項に記載の成膜装置を用いて、
前記第二磁場発生手段によって、30〜600Gauss(ガウス)の磁場を発生させつつ、前記ターゲットをスパッタリングすることによって、
前記基板の表面に形成された微細構造内の側面及び底面に、前記金属層を形成することを特徴とする成膜方法。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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