TWI464285B - 成膜方法及成膜裝置 - Google Patents

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Description

成膜方法及成膜裝置
本發明係關於一種於被處理體之表面形成覆膜之方法及其裝置，詳細而言，係關於一種使用作為薄膜形成方法之一種的濺射法而形成覆膜之成膜方法、及DC(Direct Current，直流)磁控方式之成膜裝置。
本案係基於2009年05月20日於日本提出申請之日本專利特願2009-121894號並主張優先權，將其內容引用於此。
先前，例如於半導體元件之製作中之成膜步驟中，係採用利用濺射法之成膜裝置(以下稱為「濺射裝置」)。對於此種用途之濺射裝置而言，隨著近年來之佈線圖案之微細化，而強烈要求對於高縱橫比之微細孔能夠遍及應處理之基板整個面而被覆性良好地成膜、即覆蓋率之提高。
通常，於上述濺射裝置中，例如於靶材之後方(與濺射面背向之側)配置交替地改變極性而設置有複數個磁鐵的磁鐵組裝體。藉由該磁鐵組裝體於靶材之前方(濺射面側)產生通道狀之磁場，於靶材之前方捕捉經電離之電子及藉由濺射而產生之二次電子。藉此提高靶材前方之電子密度，而提高電漿密度。
然而，此種濺射裝置中，靶材中受到上述磁場之影響的區域中靶材會優先被濺射。因此，就放電之穩定性或靶材之使用效率提高等觀點而言，若上述區域位於例如靶材之中央附近，則濺射時之靶材之沖蝕(erosion)量於該中央附 近變多。此種情形時，於基板之外周部，自靶材濺射出之靶材材粒子(例如金屬粒子，以下稱為「濺射粒子」)以傾斜之角度而入射、附著。其結果，在用於上述用途之成膜之情形時，先前已知尤其是於基板之外周部會產生覆蓋率之非勻稱性之問題。
又，於先前之濺射裝置中，成膜時自靶材釋放出之濺射粒子傾斜地飛散，因此有不僅於基板之表面、而且於例如防著板等成膜室內之露出面亦附著並堆積之問題。因此，若該露出面上之薄膜之附著及堆積重疊，則會由於內部應力或自重而產生薄膜之剝離或破損等之微粒(particle)。進而，所製成之薄膜中會產生形成微小突起等之形狀或構造缺陷，而必須頻繁地進行成膜室之維護。
因此，為解決此種問題，例如於專利文獻1中揭示有具備複數個陰極單元之濺射裝置。於專利文獻1之濺射裝置中，於真空腔室內載置有基板之平台之上方，與平台之表面大致平行而配置第1濺射靶材，並且於平台之斜上方相對於平台表面傾斜地配置第2濺射靶材。
另一方面，對真空腔室內進行維護之技術提出有如下技術。
例如，於專利文獻2中揭示有以下技術：於固定基板之靜電卡盤之表面載置虛設基板，藉由靜電吸附使其密接後，於真空槽內導入氟氣等清潔氣體，藉此蝕刻附著於真空腔室之內部壁面等的靶材之構成物質等之薄膜。
又，於專利文獻3中揭示有以下技術：對半導體晶圓實 施硫酸過氧化氫混合物清洗及氨水過氧化氫混合物清洗，藉此去除來自靜電卡盤之微粒。
進而，例如於專利文獻4中揭示有以下成膜裝置：其具備阻斷來自成膜材料供給源(靶材)之材料的遮擋機構，定期清洗或更換構成該遮擋機構之遮擋板。
然而，上述專利文獻1中記載之裝置需要將複數個陰極單元配置於真空腔室內。因此，裝置構成變得複雜，並且需要與靶材之數量相對應的濺射電源及磁鐵組裝體，故零件個數增加，有導致成本高之不良狀況。
又，上述專利文獻2~專利文獻4中記載之技術均非抑制成膜室之維護頻率之技術。
而且，上述專利文獻2及專利文獻4中記載之技術即便其裝置構成變得複雜，仍有導致成本高之不良狀況。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2008-47661號公報
[專利文獻2]日本專利特開2003-158175號公報
[專利文獻3]日本專利特開2008-251579號公報
[專利文獻4]日本專利特開平6-299355號公報
本發明係鑒於上述情況而成者，其目的在於提供一種能夠以簡單之構成及低成本使對高縱橫比之微細槽或孔之覆蓋率提高、並且延長成膜裝置之維護週期的成膜方法及其 成膜裝置。
為解決上述課題，本發明採用以下構成。
本發明之成膜方法係於被處理體之表面形成覆膜者；並且於腔室內對向配置形成上述覆膜之母材的靶材與上述被處理體，自上述靶材之濺射面朝向上述被處理體之被成膜面，產生垂直之磁力線以特定間隔局部地通過之磁場，並向上述腔室內導入濺射氣體，將上述腔室內之氣壓控制於0.3Pa以上10.0Pa以下之範圍，並且對上述靶材施加負的直流電壓，藉此於上述靶材與上述被處理體之間的空間內產生電漿，一邊控制藉由對上述靶材進行濺射而產生之濺射粒子之飛行方向，一邊將上述濺射粒子引導向上述被處理體並使其堆積，而形成上述覆膜。
於上述成膜方法中，可藉由調整上述磁場之強度而控制上述濺射粒子之飛行方向。
於上述成膜方法中，於上述被處理體之中央區與周緣區，上述垂直之磁力線彼此之間隔可相同。
於上述成膜方法中，於上述被處理體之中央區與周緣區，上述垂直之磁力線彼此之間隔可不同。
本發明之成膜裝置係於被處理體之表面形成覆膜者；且其具備：腔室，其具有使形成上述覆膜之母材的靶材與上述被處理體對向配置、收容上述靶材及上述被處理體之內部空間；排氣機構，其對上述腔室內進行減壓；第一磁場產生機構，其於自上述靶材之濺射面觀察為前方之空間內 產生磁場；氣體導入機構，其具有調整導入至上述腔室內之濺射氣體的流量之功能；直流電源，其對上述靶材施加負的直流電壓(或者施加直流電源而使上述靶材之濺射面成為負電位)；以及第二磁場產生機構，其自上述靶材之上述濺射面朝向上述被處理體之被成膜面，產生垂直之磁力線以特定間隔局部地通過之磁場。
本發明之成膜裝置進而具備於單面設置有1個以上之凹部的支持器(holder)；上述靶材係形成為有底筒狀，且自上述靶材之底部側安裝於上述支持器之上述凹部；上述第一磁場產生機構係以於上述靶材之內部空間中產生磁場之方式安裝於上述支持器。
根據本發明之成膜方法，係自靶材之濺射面朝向被處理體之被成膜面以垂直之磁力線以特定間隔局部地通過之方式產生磁場，且向腔室內導入濺射氣體，將腔室內之氣壓控制於0.3Pa以上10.0Pa以下之範圍。因此，藉由對靶材進行濺射而產生之濺射粒子由於0.3Pa以上10.0Pa以下之範圍之高壓製程氣體而於腔室空間內之平均自由徑(MFP，Mean Free Path)下降，直行性減弱，順著靶材之濺射面與被處理體之間所產生的磁場之磁力線，以沿著垂直之磁力線之方向的方式而控制其飛行方向，能夠以選擇性地僅於特定區域形成覆膜、或選擇性地於特定區域不形成覆膜之方式提高定向性。又，可大幅度減少濺射粒子傾斜地飛散、對例如防著板等被處理體之被成膜面以外的部分 之附著及堆積。
因此，可實現對高縱橫比之微細槽或孔的覆蓋率之提高，而且可實現成膜裝置之維護週期之延長。
根據本發明之成膜裝置，至少具備氣體導入機構及第二磁場產生機構，上述氣體導入機構具有調整導入至腔室內之濺射氣體的流量之功能，上述第二磁場產生機構自靶材之濺射面朝向被處理體之被成膜面以垂直之磁力線以特定間隔局部地通過之方式產生磁場。因此，決定靶材之優先被濺射之區域的磁鐵組裝體保持原樣，故靶材之利用效率不會下降，而且並非如上述先前技術般將複數個陰極單元設置於濺射裝置自身，故可降低裝置之製作成本及運行成本。
因此，可形成一種能夠以簡單之構成及低成本實現對高縱橫比之微細槽或孔的覆蓋率之提高、並且延長維護週期之成膜裝置。
繼而，根據圖式，對本發明之實施形態之成膜裝置及成膜方法進行說明。
實施本發明之成膜方法的成膜裝置1係使用濺射法於作為被處理體之基板W之表面形成覆膜之裝置。如圖1~圖3所示，本實施形態之成膜裝置1至少具備腔室2、陰極單元C、第一磁場產生機構7、直流電源9、氣體導入機構11、排氣機構12及第二磁場產生機構13。
再者，於以下之說明中，將腔室2之頂棚部側作為「上 方」進行說明，將其底部側作為「下方」進行說明。
<第1實施形態>
腔室2係可形成真空環境之氣密容器。該腔室2具有使基板W與靶材5對向配置、收容基板W及靶材5之內部空間。
又，於腔室2之底部，對向於靶材5而配置平台10，可定位保持基板W。
再者，腔室2係電性連接於接地電位。此處，所謂連接於接地電位，係表示接地電位狀態或接地之狀態。
陰極單元C具備由具有導電性之材料所製作的圓板狀之支持器3。該支持器3例如可由與後述靶材5相同之材料而製作。該靶材5係中空型(有底圓筒狀，剖面倒U字形)之靶材5。
對將本實施形態之具備中空型(倒U字形)之靶材5的陰極單元C安裝於腔室2之頂棚部的情形加以說明。
靶材5係由根據形成於應處理之基板W的薄膜之組成而適當選擇之材料、例如Cu或Ti、Ta所製造者。該靶材5例如具有於其內部形成有放電用之空間5a的有底筒狀之外形。如圖2所示，該靶材5係安裝在形成於支持器3上之凹部4內，並且於腔室2之內部空間配置於上方之位置(頂棚側之內側)。該靶材5連接於設置在腔室2之外部之直流電源9。凹部4形成於支持器3之下表面，且係與支持器3之中心Cp(參照圖3)同心、俯視為圓形之形狀。
又，靶材5自其底部側裝卸自如地鑲嵌於凹部4。即，靶材5之開口朝向基板側。於靶材5鑲嵌於凹部4時，靶材5之 下表面與支持器3之下表面於水平面上一致(成為同一面)。即，靶材5之長度與凹部4之長度一致。將該靶材5鑲嵌於支持器3之凹部4後，將具備小於靶材5之開口面積的開口之遮罩板(mask plate)(未圖示)安裝於支持器3之下表面。於將陰極單元C安裝於腔室2之頂棚部時，藉由該遮罩板防止靶材5自凹部4脫離。於此情形時，遮罩板例如可由與靶材5相同之材料而製作。
第一磁場產生機構7例如係形成為棒狀或圓柱狀、角柱狀之磁鐵，於自靶材5之濺射面觀察為前方之空間內產生磁場。第一磁場產生機構7係安裝於支持器3，於靶材5之內部空間中產生磁場。該第一磁場產生機構(磁鐵)7插設在形成於支持器3之上表面的收容孔6內。收容孔6開設於支持器3之上表面，且於其厚度方向上延伸。因此，將收容孔6沿著凹部4之深度方向而配置，且於與形成有凹部4之單面背向的面(相反側之面)開設可收容第一磁場產生機構7之收容孔6，藉此可將第一磁場產生機構7簡單地安裝於支持器3。即，藉由在支持器3之其中一面形成凹部，於另一面形成收容孔6，可將第一磁場產生機構7簡單地安裝於支持器3。於以下之說明中，亦有將第一磁場產生機構7作為磁鐵7進行說明之情形。
於本實施形態中，如圖3所示，於1個凹部4之周圍，於與凹部4之同心圓之圓周方向上，等間隔地形成有6個收容孔6。因此，6個磁鐵7係等間隔地形成於1個凹部4之周圍。又，如圖1所示，以磁鐵7位於自靶材5之底部起直到 至少1/3左右之深度位置為止的方式設定距離支持器3之上表面的深度。即，收容孔6係形成至靶材5之1/3左右的深度之位置為止。
該磁鐵7係以配置於凹部4之周圍時於靶材5之內部空間5a中產生500高斯以上之強磁場的方式而設計。再者，該磁鐵7係於圓板狀之支持板8之特定位置使其極性一致(例如，使支持板8側之極性為N極)而豎立設置。
並且，若將支持板8與支持器3之上表面接合，則於各收容孔6中***各磁鐵7，且於凹部4之周圍配置各磁鐵7(參照圖2)。該支持板8亦由具有導電性之材料形成，將兩者接合後，例如使用螺釘等緊固機構將兩者固定。再者，亦可於支持板8之內部空間中設置使冷媒循環之機構，於濺射過程中發揮作為將插設有靶材5之支持器3冷卻的背襯板(backing plate)之功能。
又，若使磁鐵(第一磁場產生機構)7為一體地安裝於支持板8者，則亦可藉由將該支持板8與支持器3之上表面接合而將磁鐵7插設至收容孔6中，於凹部4之周圍更簡單地配置作為第一磁場產生機構之磁鐵7。
直流電源9係於濺射時對靶材施加負的直流電壓之(或施加直流電壓而使上述靶材之濺射面為負電位之)所謂濺射電源，具有公知之構造。又，直流電源9係電性連接於陰極單元C(靶材5)。
氣體導入機構11調整導入至腔室2內之濺射氣體之流量，經由連接於腔室2之側壁之氣體管，導入例如氬氣等 濺射氣體。又，氣體管之另一端經由省略圖示之質量流量控制器而與氣體源連通。
排氣機構12包含對腔室2內進行減壓之例如渦輪分子泵或旋轉泵等，連接於形成於真空腔室2之底壁的排氣口。如圖1所示，若啟動該排氣機構12，則自排氣口經由排氣管12a對腔室2之內部進行真空排氣。
第二磁場產生機構13係自靶材5之濺射面朝向基板W之被成膜面以垂直之磁力線M以特定間隔局部地通過的方式而產生磁場。
該第二磁場產生機構13例如包括線圈及使該線圈通電之電源裝置16，上述線圈係繞著連結靶材5與基板W之基準軸CL在設於腔室2之外側壁的環狀磁軛14上捲繞導線15而成。
於本實施形態中，線圈包括配置於上方之上線圈13u、與配置於下方之下線圈13d。
藉此，可對線圈13u、13d通電而於靶材5與基板W之間以垂直之磁力線以特定間隔局部地通過的方式產生垂直之磁場。若於此種狀態下成膜，則可對來自靶材5之濺射粒子藉由垂直之磁場而控制其飛行方向，使濺射粒子相對於基板W更加大致垂直地入射並附著。其結果，於半導體元件之製作中之成膜步驟中，若使用本實施形態之成膜裝置，則即便對於高縱橫比之微細孔亦可定向性良好地於基板W之表面形成覆膜。
又，第二磁場產生機構13亦可藉由調整磁場之強度而控 制濺射粒子之飛行方向。
此處，線圈13之個數、導線15之徑或捲數例如係根據靶材5之尺寸、靶材5與基板W之間的距離、電源裝置16之額定電流值或所欲產生之磁場之強度(高斯)而適當設定(例如，徑14mm，捲數10)。
又，於如本實施形態般利用上下配置之2個線圈13u、13d而產生垂直磁場之情形時，為使成膜時之基板W之面內的膜厚分佈大致均勻(使濺射速率於基板W之直徑方向上大致均勻)，較好的是以上線圈13u之下端與靶材5之間的距離及下線圈13d之上端與基板W之間的距離短於至基準軸之中點Cp為止之距離的方式設定各線圈13u、13d之上下方向之位置。又，於此情形時，上線圈13u之下端與靶材5之間的距離及下線圈13d之上端與基板W之間的距離並非必須一致，視裝置構成不同，亦可將上下之各線圈13u、13d設置於靶材5及基板W之背面側。
電源裝置16係具備可任意地改變對上下之各線圈13u、13d的電流值及電流方向的控制電路(未圖示)之公知構造者。再者，為任意地改變對上下之各線圈13u、13d之電流值及電流方向，圖1中顯示出設置有不同電源裝置16之形態，但於以相同之電流值及電流方向對各線圈13u、13d通電之情形時，亦可採用藉由1個電源裝置通電之構成。
藉由如上所述構成成膜裝置1，於對靶材5進行濺射之情形時，若自靶材5飛散之濺射粒子帶有正電荷，則藉由自靶材5朝向基板W之垂直磁場而控制其飛行方向，於基板W 之整個面上，濺射粒子相對於基板W大致垂直地入射並附著。其結果，若於半導體元件之製作中的成膜步驟中使用本實施形態之成膜裝置1，則可實現對高縱橫比之微細槽或孔的覆蓋率之提高。
繼而，關於使用上述成膜裝置1之成膜，就下述例進行說明：作為要成膜之基板W，係使用於Si晶圓表面形成有矽氧化物膜(絕緣膜)後，於該矽氧化物膜中利用公知之方法將佈線用之微細孔圖案化所形成者，藉由濺射而形成作為籽晶膜之Cu膜。
首先，於支持器3之下表面之凹部4鑲嵌靶材5，並且以將各磁鐵7***至支持器3之各收容孔6中之方式，將豎立設置有磁鐵7之支持板8與支持器3上表面接合，例如使用螺釘將指示板8與支持器3固定而組裝陰極單元C。並且，將陰極單元C安裝於腔室2之頂棚部。
其次，於對向於陰極單元C之平台10上載置基板W後，使排氣機構(排氣泵)12動作，對腔室2內進行真空抽氣直至特定之真空度(例如10-5 Pa)為止，並且接通電源裝置16而對線圈13u、13d通電，自靶材5之濺射面朝向基板W之被成膜面，以垂直之磁力線M(圖5)以特定間隔局部地通過之方式產生磁場。此時，於作為被處理體之基板W之中央區與周緣區，垂直之磁力線彼此之間隔相同。
並且，若腔室2內之壓力達到特定值，則對腔室2內以特定之流量(即，以將腔室2內之氣壓控制於0.3Pa以上10.0Pa以下之範圍之方式)導入例如包含Ar(氬)氣之濺射氣體， 啟動直流電源9，對陰極單元C施加特定值之負電位(電力輸入)。
若對陰極單元C施加負電位，則自支持器3內之靶材5之空間5a於陰極單元C之前方之空間產生輝光放電，此時，利用由磁鐵7所產生之磁場將電漿封閉在空間5a內。若於該狀態下停止導入濺射氣體，則於空間5a中進行自放電。
並且，電漿中之氬離子等撞擊靶材5之內壁面而使其濺射，Cu原子飛散，Cu原子或電離之Cu離子如圖4中虛線箭頭所示，自靶材5之下表面之開口保持較強之直行性朝向基板W而釋放至腔室2內。
電離之Cu離子若自靶材5之下表面之開口被釋放出，則由於高壓之製程氣體而於腔室空間中之平均自由徑(MFP)變短，直行性減弱，如圖5中箭頭所示，順著自靶材5之濺射面朝向基板W以特定間隔局部地產生之垂直之磁力線M的形狀，以沿著該磁力線M之方向之方式而控制飛行方向，如圖中虛線箭頭所示，以選擇性地僅於特定區域形成覆膜(或選擇性地於特定區域不形成覆膜)之方式提高定向性。
其結果，於靶材5之開口正下方之位置(包括對向於靶材5之開口的部分及其周邊之區域)，以極高之膜厚均勻性而成膜，藉此於基板W之特定區域中對於高縱橫比之微細孔亦可被覆性良好地成膜。
再者，此時，亦可藉由利用熱或離子照射等供給能量而促進薄膜之成長。
如上所述，於本實施形態中，於腔室2內對向於形成覆膜之母材之靶材5而配置基板W，自靶材5之濺射面朝向作為被處理體之基板W之被成膜面，以垂直之磁力線以特定間隔局部地通過之方式產生磁場，且向腔室2內導入濺射氣體，將腔室內的氣壓控制於0.3Pa以上10.0Pa以下之範圍，藉此可自濺射源朝向基板輸送方向性一致之濺射粒子，來自靶材5之濺射粒子係藉由垂直之磁場而改變其方向，相對於基板W大致垂直地入射並附著。其結果，於半導體元件之製作中的成膜步驟中，若使用本實施形態之成膜裝置，則即便對於高縱橫比之微細孔亦可遍及基板整個面而被覆性更佳地成膜，從而可提高覆蓋率。
因此，於半導體元件之製作中的成膜步驟中，若使用本實施形態之成膜裝置，則即便對於高縱橫比之微細孔亦可被覆性良好地成膜。又，由於可控制濺射粒子之輸送路徑，故若以僅限於對基板輸送濺射粒子之方式進行控制，則可大幅度減少對防著板等基板以外之部分之堆積量，從而可實現維護週期之延長。而且，並非如先前技術般將複數個陰極單元設置於成膜裝置自身，因此與改變裝置構成之情形相比，其構成更簡單，且可降低裝置之製作成本。
再者，於本實施形態中，以使用棒狀之磁鐵7者為例進行了說明，但只要可於靶材5之空間5a中形成500高斯以上之強磁場，則其形態並無特別限定。因此，亦可使用環狀之磁鐵，以圍繞該靶材5之方式配置靶材5之空間5a。於此情形時，只要於支持器3之上表面開設可收容環狀磁鐵之 環狀收容槽即可。
又，於本實施形態中，對考慮到量產性或靶材之使用效率而於支持器3中裝卸自如地插設靶材5之形態進行了說明，但支持器3自身亦可發揮作為靶材5之功能。即，亦可採用如下構成：於支持器3之下表面僅形成凹部4，於該凹部4之周圍內置磁鐵7，對該凹部4之內壁面進行濺射。
又，於對平台電性連接具有公知構造之高頻電源(未圖示)、於濺射過程中對平台10進而基板W施加特定之偏壓電位、形成Cu之籽晶層之情形時，亦可採用將Cu離子積極地吸入至基板而濺射速率變高之構成。
再者，於上述實施形態中，就於基板W之中央區與周緣區垂直之磁力線M彼此之間隔相同之情形進行了說明，但亦可採用如下構成：分別調整由電源裝置16對上下之線圈13u、13d施加之電流值，藉此如圖6所示，於基板W之中央區與周緣區，垂直之磁力線M彼此之間隔不同。
如此，可調整磁場之強度而控制濺射粒子之飛行方向，於所需之區域成膜。
<第2實施形態>
於上述第1實施形態中，對具備於支持器之單面僅安裝有1個靶材(材)之陰極單元的形態進行了說明，但本發明並不僅限定於此。
因此，於本實施形態中，對具備於支持器之單面安裝有複數個靶材(材)之陰極單元的成膜裝置進行說明。
如圖7~圖9所示，實施本發明之成膜方法的本實施形態 之成膜裝置21係使用濺射法於作為被處理體之基板W之表面形成覆膜之裝置。該成膜裝置21至少具備腔室2、陰極單元C1、第一磁場產生機構7、直流電源9、氣體導入機構11、排氣機構12及第二磁場產生機構13。
再者，於以下說明之第2實施形態中，以與上述第1實施形態不同之部分為中心進行說明。因此，與第1實施形態相同之構成部分標註相同之符號，其說明省略，只要無特別說明則相同。
陰極單元C1具備由具有導電性之材料製作的俯視為圓板狀之支持器23。該支持器23例如亦可由與後述之靶材相同之材料製作。於支持器23之下表面，形成有開口面積相同之複數個俯視圓形之凹部4。於本實施形態中，如圖9所示，首先與支持器23之中心Cp同心而形成1個凹部4，以該凹部4為基準，於其周圍以等間隔地位於同一假想圓周Vc上之方式形成6個凹部4。即，於本實施形態中，例示形成於支持器23之中心Cp之1個凹部4、及等間隔地形成於以支持器23之中心Cp為圓心的圓周上之6個凹部4。
於本實施形態中，對以形成於支持器之中心Cp的凹部4作為基準而於其周圍形成6個凹部4之形態進行了說明，亦可將該假想圓周Vc上之各凹部4作為基準而於其周圍形成各6個凹部4。進而，同樣地，亦可於支持器23之直徑方向外側形成複數個凹部4(直至凹部4無法形成為止)，遍及支持器23之整個下表面而密集地大量形成凹部4。與此相對應，支持器下表面之面積係以位於支持器之直徑方向最外 側的凹部4之中心位於較基板W之外周更靠直徑方向內側的方式而決定尺寸。再者，於圖9所示之形態中，以形成於支持器之中心Cp的凹部4為基準，於其周圍形成有1周圈之凹部(6個)，但並不僅限定於此，亦可於其周圍形成2周圈以上之凹部(例如12個以上)。進而，1周圈並非僅限定於6個凹部，例如亦可為4個或8個凹部。
又，各凹部4相互之直徑方向之間隔係於大於後述圓筒狀磁鐵之直徑、且可保持支持器23之強度的範圍內設定。並且，於該各凹部4中插設靶材5，該靶材5係自其底部側裝卸自如地鑲嵌於各凹部4。
又，於本實施形態中，收容孔6係以6個磁鐵7於1個凹部4之周圍為等間隔、且位於將相互鄰接之各凹部4之中心連結的線上之方式而形成(參照圖9)。各磁鐵7係以配置於各凹部4之周圍時於靶材5之內部的空間5a中產生500高斯以上之強磁場的方式而設計。
藉由如上所述構成成膜裝置21，於對靶材5進行濺射之情形時，若自靶材5飛散之濺射粒子帶有正電荷，則藉由自靶材5朝向基板W之垂直磁場而控制其飛行方向，於基板W整個面上濺射粒子相對於基板W大致垂直地入射並附著。即，如圖7中箭頭所示，順著自靶材5之濺射面朝向基板W以特定間隔而局部地產生之垂直之磁力線M的形狀，以沿著該磁力線M之方向之方式而控制飛行方向，如圖中虛線箭頭所示，以選擇性地僅於特定區域形成覆膜(或選擇性地於特定區域不形成覆膜)之方式提高定向性。
其結果，於半導體元件之製作中的成膜步驟中，若使用本實施形態之成膜裝置21，則可實現對高縱橫比之微細槽或孔的覆蓋率之提高。於圖7中，藉由以極高之膜厚均勻性於與設有複數個的靶材5之開口相對向之位置上成膜，則於基板W上之複數個特定區域中對於高縱橫比之微細孔亦可被覆性良好地成膜。
[實施例1]
首先，作為實施例1，為確認藉由自靶材之濺射面朝向基板之被成膜面以垂直之磁力線以特定間隔局部地通過之方式產生磁場、並且調整製程壓力可提高濺射粒子之定向性，而使用圖1所示之成膜裝置，將腔室內之製程壓力變更為0.12Pa、0.3Pa、0.6Pa、1.2Pa、1.6Pa、3.0Pa、10.0Pa而導入，於基板W上形成Cu膜。
於本實施例中，作為基板W，係使用如下者：遍及300mm之Si晶圓整個表面而形成矽氧化物膜後，於該矽氧化物膜中藉由公知之方法將高縱橫比之微細孔(例如，寬度w為45nm，深度d為150nm)圖案化而形成者。
又，作為陰極單元，如圖2所示，使用組成比為99%、製成600mm的Cu製造之支持器。並且，於該支持器之下表面中央形成開口徑40mm、深度50mm之凹部，於該凹部內，自其底部側鑲嵌由與支持器相同之材料所製作之有底筒狀之靶材。又，於凹部之周圍，於圓周方向上等間隔地內置6個磁鐵單元，而形成實施例1用之陰極單元。於此情形時，磁鐵於凹部之空間內以500高斯之磁場強度產生 磁場。並且，將如此製作之陰極單元安裝於真空腔室之頂棚部後，於凹部之開口除外的支持器下表面安裝遮罩構件而加以覆蓋。
又，作為成膜條件，將支持器下表面與基板之間的距離設定為300mm，使用Ar作為濺射氣體，將對靶材之輸入電力設置為20A之恆定電流控制，將濺射時間設定為20秒而進行Cu膜之成膜。
並且，分別測定成膜之基板W之中心位置(0mm)、及以該中心位置為基準而離開70mm之位置的膜厚。將其結果示於表1中。又，將製程壓力與膜厚之關係示於圖10中。
根據表1及圖10之結果可確認，製程壓力為0.3Pa以上，基板之中心位置之膜厚逐漸增大，可選擇性地僅於特定區域形成覆膜。又可確認，自製程壓力為1.2Pa與1.6Pa之間、大致1.5Pa左右起，距離基板之中心位置70mm之位置的膜厚一下子減少，而以選擇性地不於特定區域形成覆膜之方式提高定向性。認為藉由使製程壓力為1.5Pa以上，中空放電電壓會達到固定(飽和)，濺射粒子於中空內部失去方向性，藉由自靶材之濺射面朝向基板之被成膜面所產生之磁場而被引導向基板。
由此可知，若將腔室內之製程壓力控制為0.3Pa以上、 較好的是1.5Pa以上，則可提高定向性。
又，於上述實施例中，將腔室內之氣壓為(A)0.12Pa、(B)0.6Pa、(C)1.6Pa時之上述微細孔中的成膜狀態以示意剖面圖之形式分別示於圖11A~圖11C中，並且分別測定微細孔之周圍之面上的膜厚Ta、及微細孔之底面上的膜厚Tb，算出底部覆蓋率(Tb/Ta)。
其結果，當氣壓為上述(A)0.12Pa時，微細孔之周圍之面上的膜厚Ta1為40nm，微細孔之底面上的膜厚Tb1為24.3nm，底部覆蓋率為60.8%。又，當氣壓為上述(B)0.6Pa時，微細孔之周圍之面上的膜厚Ta2為40nm，微細孔之底面上的膜厚Tb2為35.0nm，底部覆蓋率為87.9%。進而，當氣壓為上述(C)1.6Pa時，微細孔之周圍之面上的膜厚Ta3為40nm，微細孔之底面上的膜厚Tb3為42.4nm，底部覆蓋率為106%。
根據圖11A~圖11C及上述結果可確認，藉由提高腔室內之氣體之流量，即，藉由提高腔室內之氣壓，可提高定向性，選擇性地於特定區域形成覆膜，使覆蓋率提高。又，根據該結果亦可知，可大幅度減少濺射粒子傾斜地飛散、對例如防著板等被處理體之被成膜面以外的部分之附著及堆積。
繼而，於上述實施例1中，將成膜時之壓力為0.3Pa以下時設定為區域(A)，成膜時之壓力為0.3Pa以上1.5Pa以下時設定為區域(B)，成膜時之壓力為1.5Pa以上10.0以下時設定為區域(C)，成膜時之壓力為10.0Pa以上時設定為區 域(D)，分別評價於各區域中成膜時之覆膜之底部覆蓋率、濺射粒子之定向性、濺射粒子之集束性。其結果示於表2中。
再者，各評價方法之結果分別顯示出以下者。
關於底部覆蓋率，為50%以下時標記NG，為50%~80%時標記B，為80%~100%時標記F，為100%以上時標記G。
又，由於濺射粒子之定向性而覆蓋率之勻稱性明顯大時標記NG，較大時標記B，中等程度時標記F，幾乎無法確認時標記G。
進而，關於濺射粒子之集束性，相當於沖蝕部之下方與非沖蝕部之下方的位置之膜厚比為1以下時標記NG，為1~2左右時標記B，為2~5左右時標記F，為5以上時標記G。
根據表2所示之結果可確認，藉由將氣壓控制於0.3Pa以上10.0Pa以下之範圍，底部覆蓋率、濺射粒子之定向性、濺射粒子之集束性各項目均可獲得理想評價。
因此可知，藉由自靶材之濺射面朝向基板之被成膜面以垂直之磁力線以特定間隔局部地通過之方式產生磁場，且向腔室內導入濺射氣體，並將腔室內之氣壓控制於0.3Pa 以上、較好的是1.5Pa以上10.0Pa以下之範圍而對靶材進行濺射，可一邊控制所產生之濺射粒子之飛行方向，一邊將濺射粒子引導向基板之被成膜面，使其堆積而成膜。
[實施例2]
繼而，為確認藉由調整磁場之強度可控制濺射粒子之飛行方向，而於與實施例1相同之成膜條件下，將製程壓力設定為實施例1中獲得理想結果之1.6Pa(氣體流量為267sccm)，對自靶材之濺射面朝向基板之被成膜面產生垂直之磁場而成膜時、與未產生垂直之磁場而成膜時的基板之直徑方向位置之膜厚進行測定。並且，將表示此時的基板位置與其膜厚之關係的膜厚分佈分別示於圖12中。
如圖12所示，產生垂直之磁場而成膜時，可確認自基板中心起於特定之半徑區域(與靶材之沖蝕徑大致相等之區域)中局部地成膜。然而，若未產生垂直之磁場，則可確認濺射粒子散亂，堆積於靶材之沖蝕徑以上之區域。
因此可知，藉由調整磁場之強度可控制濺射粒子之飛行方向。
再者，於本實施形態中，對使用中空型靶材之情形進行了說明，但本發明並不限定於此。因此，只要自靶材之濺射面朝向被處理體之被成膜面以垂直之磁力線以特定間隔局部地通過之方式產生磁場，且向腔室內導入濺射氣體，並將腔室內之氣壓控制於0.3Pa以上10.0Pa以下之範圍，則於使用平面型靶材之情形時亦可實施。
以上進行了說明，以下概略描述本發明之成膜方法。
於在被處理體之表面形成覆膜之成膜方法中，於具有可減壓之內部空間之腔室2內對向配置被處理體W與靶材5，自靶材之濺射面朝向被處理體之被成膜面，以垂直之磁力線以特定間隔局部地通過之方式產生磁場。繼而，向腔室內導入濺射氣體，將腔室內之氣壓控制於0.3Pa以上10.0Pa以下之範圍，並且對靶材施加負的直流電壓，藉此於靶材與處理體之間的空間內產生電漿。並且，一邊控制藉由對靶材進行濺射而產生之濺射粒子之飛行方向，一邊將濺射粒子引導向被處理體，並使其堆積，而於被處理體之表面形成覆膜。
如上文亦說明，藉由調整上述磁場之強度可控制上述濺射粒子之飛行方向。進而，於被處理體之中央區與周緣區，垂直之磁力線彼此之間隔可相同亦可不同。
[產業上之可利用性]
本發明之成膜裝置及成膜方法可廣泛地用於對高縱橫比之微細槽或孔之成膜。進而，本發明之成膜裝置及成膜方法可提高覆蓋率，延長成膜裝置之維護週期。
1、21‧‧‧成膜裝置
2‧‧‧腔室
3、23‧‧‧支持器
4‧‧‧凹部
5‧‧‧靶材
5a‧‧‧放電用之空間
6‧‧‧收容孔
7‧‧‧磁鐵(第一磁場產生機構)
8‧‧‧支持板
9‧‧‧直流電源(DC電源)
10‧‧‧平台
11‧‧‧氣體管(氣體導入機構)
12‧‧‧排氣泵(排氣機構)
13u‧‧‧上線圈(第二磁場產生機構)
13d‧‧‧下線圈(第二磁場產生機構)
14‧‧‧磁軛
15‧‧‧導線
16‧‧‧電源裝置
W‧‧‧基板(被處理體)
圖1係說明本發明之第1實施形態之成膜裝置的構造之示意性剖面圖。
圖2係說明具備靶材及第一磁場產生機構之第1實施形態之支持器(陰極單元)的構造之剖面圖。
圖3係圖2所示之支持器之橫剖面圖。
圖4係說明靶材之內部空間內之濺射之部分放大剖面 圖。
圖5係說明藉由第二磁場產生機構所產生之垂直之磁力線之示意圖。
圖6係說明藉由第二磁場產生機構所產生之其他垂直之磁力線之示意圖。
圖7係說明本發明之第2實施形態之成膜裝置的構造之示意性剖面圖。
圖8係說明具備靶材及第一磁場產生機構之第2實施形態之支持器(陰極單元)的構造之剖面圖。
圖9係圖8所示之支持器之橫剖面圖。
圖10係說明依存於製程壓力之成膜特性之圖表。
圖11A係說明改變腔室內之氣壓而成膜的高縱橫比之微細孔之狀態的示意性剖面圖。
圖11B係說明改變腔室內之氣壓而成膜的高縱橫比之微細孔之狀態的示意性剖面圖。
圖11C係說明改變腔室內之氣壓而成膜的高縱橫比之微細孔之狀態的示意性剖面圖。
圖12係說明依存於垂直之磁場之有無的成膜特性之圖。
1‧‧‧成膜裝置
2‧‧‧腔室
3‧‧‧支持器
4‧‧‧凹部
5‧‧‧靶材
5a‧‧‧放電用之空間
6‧‧‧收容孔
7‧‧‧磁鐵
8‧‧‧支持板
9‧‧‧直流電源
10‧‧‧平台
11‧‧‧氣體管
12‧‧‧排氣泵
12a‧‧‧排氣管
13‧‧‧第二磁場產生機構
13u‧‧‧上線圈
13d‧‧‧下線圈
14‧‧‧磁軛
15‧‧‧導線
16‧‧‧電源裝置
C‧‧‧陰極單元
CL‧‧‧基準軸
W‧‧‧基板(被處理體)

Claims (5)

  1. 一種成膜方法，其特徵在於：其係於被處理體之表面形成覆膜者；且於腔室內對向配置形成上述覆膜之母材的靶材與上述被處理體，自上述靶材之濺射面朝向上述被處理體之被成膜面，產生垂直之磁力線以特定間隔局部地通過之磁場；並向上述腔室內導入濺射氣體，將上述腔室內之氣壓控制於0.3Pa以上10.0Pa以下之範圍，並且對上述靶材施加負的直流電壓，藉此於上述靶材與上述被處理體之間的空間內產生電漿；一邊控制藉由對上述靶材進行濺射而產生之濺射粒子之飛行方向，一邊將上述濺射粒子引導向上述被處理體並使其堆積，而形成上述覆膜；於設置在支持器之單面之1個以上的凹部，將包括有底筒狀之形狀之上述靶材自底部側安裝；上述有底筒狀之內部之空間的內底面係以通過該空間而與上述被處理體之表面對向之方式配置；以於上述有底筒狀之空間亦產生磁場之方式將第一磁場產生機構安裝於上述支持器。
  2. 如請求項1之成膜方法，其中藉由調整上述磁場之強度而控制上述濺射粒子之飛行方向。
  3. 如請求項1或2之成膜方法，其中於上述被處理體之中央區與周緣區，上述垂直之磁力線彼此之間隔相同。
  4. 如請求項1或2之成膜方法，其中於上述被處理體之中央區與周緣區，上述垂直之磁力線彼此之間隔不同。
  5. 一種成膜裝置，其特徵在於：其係於被處理體之表面形成覆膜者；且具備：腔室，其具有使形成上述覆膜之母材的靶材與上述被處理體對向配置、收容上述靶材及上述被處理體的內部空間；排氣機構，其對上述腔室內進行減壓；第一磁場產生機構，其於自上述靶材之濺射面觀察為前方之空間內產生磁場；氣體導入機構，其具有調整導入至上述腔室內之濺射氣體的流量之功能；直流電源，其對上述靶材施加負的直流電壓；第二磁場產生機構，其自上述靶材之上述濺射面朝向上述被處理體之被成膜面，產生垂直之磁力線以特定間隔局部地通過之磁場；及支持器，其單面設置有1個以上的凹部；且上述靶材係包括有底筒狀之形狀，且自上述靶材之底部側安裝於上述支持器之上述凹部；上述第一磁場產生機構係以於上述有底筒狀之內部之空間產生磁場之方式安裝於上述支持器。
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