成膜方法以及成膜装置 技术领域 本发明涉及在被处理体的表面形成覆膜的方法及其装置， 详细而言， 涉及使用作 为薄膜形成方法中的一种的溅射法来形成覆膜的成膜方法以及 DC 磁控方式的成膜装置。
本申请基于 2009 年 05 月 20 日于日本申请的特愿 2009-121894 号主张优先权， 在 此援用其内容。
背景技术
以往， 例如在半导体设备的制作过程中的成膜工序中， 利用使用了溅射法的成膜 装置 ( 以下称为 “溅射装置” )。在这种用途的溅射装置中， 近年来伴随着布线图案的微细 化， 强烈要求对于高深宽比的微细孔， 能够在遍及应处理的基板的整个面上被覆性良好地 进行成膜， 即强烈要求覆盖范围的提高。
一般而言， 在上述的溅射装置中， 例如在靶的后方 ( 背对溅射面的一侧 ) 配置磁铁 组合体， 该磁铁组合体交互改变极性并设置有多个磁铁。通过该磁铁组合体， 在靶的前方 ( 溅射面侧 ) 产生隧道状的磁场， 捕捉在靶的前方电离的电子以及因溅射而产生的二次电 子。据此， 提高靶的前方的电子密度， 以提高等离子体密度。
但是， 在这种溅射装置中， 在靶之中受到上述磁场影响的区域中， 靶被优先溅射。 因此， 从放电的稳定性以及提高靶的使用效率等观点来看， 当上述区域位于例如靶的中央 附近时， 溅射时靶的冲蚀量在靶的中央附近增多。这种情况下， 在基板的外周部， 从靶溅射 出的靶材粒子 ( 例如金属粒子， 以下称为 “溅射粒子” ) 以倾斜的角度入射并附着。其结果 是以往已知在用于上述用途的成膜时， 特别是在基板的外周部产生覆盖范围非对称性的问 题。
另外， 在现有的溅射装置中存在如下问题， 即在进行成膜时， 由于从靶释放出的溅 射粒子倾斜飞散， 因此不仅在基板的表面， 而且在例如防护板等成膜室内的露出面上也附 着并沉积。 所以， 当薄膜向该露出面的附着和沉积重叠时， 因内部应力和自重而导致产生薄 膜的剥离和破损等的颗粒。 进而， 在所制作出的薄膜上， 产生形成有微小突起等的形状或结 构缺陷， 从而需要频繁地对成膜室进行维护。
因此， 为了解决这种问题， 例如在专利文献 1 中公开了一种包括有多个阴极单元 的溅射装置。在专利文献 1 所涉及的溅射装置中， 在真空腔室内载置基板的工作台的上方， 与工作台的表面大致平行地配置第一溅射靶， 并且在工作台的斜上方相对于工作台表面倾 斜地配置第二溅射靶。
另一方面， 作为对真空腔室内进行维护的技术， 提出了如下所示的技术。
例如， 在专利文献 2 中公开了一种在用于对基板进行固定的静电夹盘的表面载置 隔板， 当通过静电吸附使其贴紧后， 向真空槽内导入氟气等清洁气体， 从而对附着在真空腔 室的内部壁面等上的靶的构成物质等的薄膜进行蚀刻的技术。
另外， 在专利文献 3 中公开了一种对半导体晶圆实施硫酸过氧化氢清洗和氨过氧 化氢清洗， 从而去除来自静电夹盘的颗粒的技术。进一步， 在例如专利文献 4 中公开了一种包括用于对来自成膜材料供给源 ( 靶 ) 的材料进行遮断的挡板机构， 定期对构成该挡板机构的挡板进行清洁或更换的成膜装置。
但是， 上述专利文献 1 所记载的装置需要在真空腔室内配置多个阴极单元。造成 装置结构复杂， 并且需要与靶的数量相应的溅射电源和磁铁组合体， 因此存在部件数量增 加， 导致成本较高的问题。
另外， 上述专利文献 2 ～专利文献 4 所记载的技术都不是对成膜室的维护频度进 行抑制的技术。
而且， 上述专利文献 2 和专利文献 4 所记载的技术存在装置结构复杂， 仍会导致成 本较高的问题。
专利文献 1 ： 特开 2008-47661 号公报
专利文献 2 ： 特开 2003-158175 号公报
专利文献 3 ： 特开 2008-251579 号公报
专利文献 4 ： 特开平 6-299355 号公报 发明内容 有鉴于此， 本发明的目的在于提供一种能够以简单的结构且低成本来提高对高深 宽比的微细槽或洞的覆盖率， 并且延长成膜装置的维护周期的成膜方法及其成膜装置。
为了解决上述问题， 本发明采用以下结构。
本发明所涉及的成膜方法， 是用于在被处理体的表面形成覆膜的成膜方法， 在腔 室内对置配置靶与所述被处理体， 产生使垂直的磁力线从所述靶的溅射面朝向所述被处理 体的被成膜面以规定的间隔局部通过的磁场， 所述靶成为所述覆膜的母材 ； 并且向所述腔 室内导入溅射气体， 将所述腔室内的气压控制在 0.3Pa 以上且 10.0Pa 以下的范围内， 且向 所述靶施加负的直流电压， 从而在所述靶与所述被处理体之间的空间产生等离子体 ； 并且 控制通过对所述靶进行溅射而产生的溅射粒子的飞行方向， 且将所述溅射粒子向所述被处 理体诱导并使其沉积， 以形成所述覆膜。
在所述成膜方法中， 还可以通过对所述磁场的强度进行调整， 从而控制所述溅射 粒子的飞行方向。
在所述成膜方法中， 在所述被处理体的中央区域与周缘区域中， 所述垂直的磁力 线之间的间隔可以相同。
在所述成膜方法中， 在所述被处理体的中央区域与周缘区域中， 所述垂直的磁力 线之间的间隔还可以不同。
本发明所涉及的成膜装置， 是用于在被处理体的表面形成覆膜的成膜装置， 包括 ： 腔室， 使靶与所述被处理体对置配置， 并具有收纳所述靶和所述被处理体的内部空间， 所述 靶形成所述覆膜的母材 ； 排气机构， 对所述腔室内进行减压 ； 第一磁场产生机构， 从所述靶 的溅射面来看， 在前方的空间产生磁场 ； 气体导入机构， 具有对导入到所述腔室内的溅射气 体的流量进行调整的功能 ； 直流电源， 向所述靶施加负的直流电压 ( 或者施加直流电压并 将所述靶的溅射面设为负的电位 ) ； 以及第二磁场产生机构， 产生使垂直的磁力线从所述 靶的所述溅射面朝向所述被处理体的被成膜面以规定的间隔局部通过的磁场。
本发明所涉及的成膜装置进一步包括 ： 保持器， 在一个面上设置有一个以上的凹
部， 所述靶形成为有底筒状， 从所述靶的底部侧安装于所述保持器的所述凹部， 所述第一磁 场产生机构被组装于所述保持器， 以在所述靶的内部空间产生磁场。
根据本发明的成膜方法， 产生磁场使垂直的磁力线从靶的溅射面朝向被处理体 的被成膜面以规定的间隔局部通过， 并且向腔室内导入溅射气体， 将腔室内的气压控制在 0.3Pa 以上且 10.0Pa 以下的范围内。因此， 通过对靶进行溅射而产生的溅射粒子因 0.3Pa 以上且 10.0Pa 以下范围的高压的工艺气体， 导致在腔室空间中的平均自由行程 (MFP) 下降 且直线前进性减弱， 根据在靶的溅射面与被处理体之间所产生的磁场的磁力线， 其飞行方 向被控制为沿着垂直的磁力线的方向， 从而能够以选择性地仅在规定的区域中形成覆膜， 或者选择性地在规定的区域中不形成覆膜的方式来提高指向性。而且， 能够大幅减少溅射 粒子倾斜飞散而向例如防护板等被处理体的被成膜面之外的部分的附着和沉积。
因此， 能够实现对高深宽比的微细槽或洞的覆盖率的提高， 而且能够延长成膜装 置的维护周期。
根据本发明所涉及的成膜装置， 至少包括 ： 气体导入机构， 具有对导入到腔室内 的溅射气体的流量进行调整的功能， 以及第二磁场产生机构， 产生磁场使垂直的磁力线从 靶的溅射面朝向被处理体的被成膜面以规定的间隔局部通过。因此， 由于对靶被优选溅射 的区域进行确定的磁铁组合体保持不变， 所以靶的利用效率不会下降， 而且， 并不像上述现 有技术那样在溅射装置自身中设置多个阴极单元， 因此能够降低装置的制作成本和运行成 本。
因此， 成为能够以简单的结构且低成本来实现对高深宽比的微细槽或洞的覆盖率 的提高， 并且能够延长维护周期的成膜装置。 附图说明
图 1 是对本发明的第一实施方式所涉及的成膜装置的结构进行说明的示意性剖视图。 图 2 是对包括靶与第一磁场产生机构的第一实施方式所涉及的保持器 ( 阴极单 元 ) 的结构进行说明的剖视图。
图 3 是图 2 所示的保持器的横截面图。
图 4 是对靶的内部空间中的溅射进行说明的部分放大剖视图。
图 5 是对由第二磁场产生机构产生的垂直的磁力线进行说明的示意图。
图 6 是对由第二磁场产生机构产生的其他的垂直的磁力线进行说明的示意图。
图 7 是对本发明的第二实施方式所涉及的成膜装置的结构进行说明的示意性剖 视图。
图 8 是对包括靶与第一磁场产生机构的第二实施方式所涉及的保持器 ( 阴极单 元 ) 的结构进行说明的剖视图。
图 9 是图 8 所示的保持器的横截面图。
图 10 是对依赖于工艺压力的成膜特性进行说明的图表。
图 11A 是对改变腔室内的气压进行成膜的高深宽比的微细孔的状态进行说明的 示意性剖视图。
图 11B 是对改变腔室内的气压进行成膜的高深宽比的微细孔的状态进行说明的
示意性剖视图。
图 11C 是对改变腔室内的气压进行成膜的高深宽比的微细孔的状态进行说明的 示意性剖视图
图 12 是对依赖于有无垂直的磁场的成膜特性进行说明的图。 具体实施方式
下面， 根据附图， 对本发明的实施方式所涉及的成膜装置以及成膜方法进行说明。
用于实施本发明所涉及的成膜方法的成膜装置 1 是在作为被处理体的基板 W 的表 面使用溅射法来形成覆膜的装置。如图 1 ～图 3 所示， 本实施方式所涉及的成膜装置 1 至 少包括 ： 腔室 2、 阴极单元 C、 第一磁场产生机构 7、 直流电源 9、 气体导入机构 11、 排气机构 12 以及第二磁场产生机构 13。
此外， 在以下的说明中， 将腔室 2 的顶板部侧作为 “上方” ， 将其底部侧作为 “下方” 来进行说明。
< 第一实施方式 >
腔室 2 是能够形成真空气氛的气密容器。在该腔室 2 中， 使基板 W 与靶 5 对置配 置， 并具有收纳基板 W 与靶 5 的内部空间。 另外， 在腔室 2 的底部， 与靶 5 对置配置有工作台 10， 能够定位基板 W 并加以保持。
此外， 腔室 2 与接地电位电连接。在此， 与接地电位连接表示地电位状态或者接地 的状态。
阴极单元 C 包括由具有导电性的材料所制作的圆板状的保持器 3。该保持器 3 也 可以由与例如后述的靶 5 相同的材料来制作。该靶 5 是中空型 ( 有底圆筒形状 ； 截面为倒 U 字形 ) 的靶 5。
对在腔室 2 的顶板部安装有阴极单元 C 的情况进行说明， 该阴极单元 C 包括本实 施方式所涉及的中空型 ( 倒 U 字形 ) 的靶 5。
靶 5 是由按照在应处理的基板 W 上所形成的薄膜的组成而适当选择的材料 ( 例如 Cu 或 Ti、 Ta) 所制造的。该靶 5 例如具有在其内部形成有放电用空间 5a 的有底筒状的外 形。如图 2 所示， 该靶 5 被安装于在保持器 3 上形成的凹部 4 内， 并且在腔室 2 的内部空间 中被配置在上方的位置 ( 顶板侧的内侧 )。该靶 5 与在腔室 2 的外部设置的直流电源 9 相 连接。凹部 4 形成于保持器 3 的下表面， 且与保持器 3 的中心 Cp( 参照图 3) 同心， 在俯视 中为圆形的形状。
另外， 靶 5 从其底部侧被装卸自如地嵌入到凹部 4。 即， 靶 5 的开口面朝向基板侧。 当靶 5 被嵌入到凹部 4 时， 靶 5 的下表面与保持器 3 的下表面在水平面上相一致 ( 成为同 一平面 )。即， 靶 5 的长度与凹部 4 的长度一致。在将该靶 5 嵌入到保持器 3 的凹部 4 以 后， 掩膜板 ( 未图示 ) 被安装于保持器 3 的下表面， 该掩膜板具有比靶 5 的开口面积小的开 口。当在腔室 2 的顶板部安装了阴极单元 C 时， 通过该掩膜板， 防止靶 5 从凹部 4 脱离。在 这种情况下， 掩膜板可由例如与靶 5 相同的材料来制作。
第一磁场产生机构 7 是被形成为诸如棒状、 圆柱状、 棱柱状的磁铁， 从靶 5 的溅射 面来看， 在前方的空间中产生磁场。第一磁场产生机构 7 被组装于保持器 3， 用以在靶 5 的 内部空间产生磁场。该第一磁场产生机构 ( 磁铁 )7 被插设于在保持器 3 的上表面形成的
收容孔 6 内。收容孔 6 开设在保持器 3 的上表面， 并沿其厚度方向延伸。因此， 收容孔 6 沿 着凹部 4 的深度方向被配置， 在与形成有凹部 4 的那一面相背对的面 ( 相反侧的面 ) 上， 开 设可收容第一磁场产生机构 7 的收容孔 6， 从而使第一磁场产生机构 7 能够被简单地组装于 保持器 3。即， 在保持器 3 的一个面上形成凹部， 在另一个面上形成收容孔 6， 从而能够将第 一磁场产生机构 7 简单地组装于保持器 3。在以下的说明中， 有时也将第一磁场产生机构 7 作为磁铁 7 来进行说明。
在本实施方式中， 如图 3 所示， 在一个凹部 4 的周围， 在与凹部 4 同心圆的周向上， 等间隔地形成六个收容孔 6。因此， 六个磁铁 7 在一个凹部 4 的周围等间隔地形成。另外， 如图 1 所示， 距离保持器 3 的上表面的深度被设定为， 使磁铁 7 位于距离靶 5 的底部至少 1/3 左右的深度位置。即， 收容孔 6 被形成为直到靶 5 的 1/3 左右的深度位置。
该磁铁 7 被设计为， 当被配置在凹部 4 的周围时在靶 5 的内部空间 5a 中产生 500 高斯以上的强磁场。 此外， 使该磁铁 7 在圆板状的支撑板 8 的规定位置上其极性相一致 ( 例 如， 将支撑板 8 侧的极性设为 N 极 ) 并被竖立设置。
而且， 在将支撑板 8 与保持器 3 的上表面接合时， 在各收容孔 6 中插入各磁铁 7， 在 凹部 4 的周围配置各个磁铁 7( 参照图 2)。该支撑板 8 也由具有导电性的材料形成， 当两者 接合后， 例如使用螺栓等缔结机构来固定两者。此外， 在支撑板 8 的内部空间中， 设置使制 冷剂循环的机构， 在溅射过程中， 还可以发挥作为对插设有靶 5 的保持器 3 进行冷却的背板 的作用。 另外， 如果磁铁 ( 第一磁场产生机构 )7 与支撑板 8 一体安装， 则通过将该支撑板 8 与保持器 3 的上表面接合， 还能够在收容孔 6 中插设磁铁 7， 从而更加简单地在凹部 4 的 周围配置作为第一磁场产生机构的磁铁 7。
直流电源 9 是在溅射时对靶施加负的直流电压 ( 或者， 施加直流电压并将所述靶 的溅射面设为负的电位 ) 的所谓的溅射电源， 具有公知的结构。另外， 直流电源 9 与阴极单 元 C( 靶 5) 电连接。
气体导入机构 11 对导入到腔室 2 内的溅射气体的流量进行调整， 经由在腔室 2 的 侧壁上连接的气管， 导入例如氩气等溅射气体。 另外， 气管的另一端经由省略图示的质量流 量控制器与气体源连通。
排气机构 12 对腔室 2 内进行减压， 例如由涡轮分子泵或旋转泵等构成， 与在真空 腔室 2 的底壁上形成的排气口相连接。如图 1 所示， 当起动该排气机构 12 时， 从排气口经 由排气管 12a 对腔室 2 的内部进行真空排气。
第二磁场产生机构 13 产生磁场使垂直的磁力线 M 从靶 5 的溅射面朝向基板 W 的 被成膜面以规定的间隔局部通过。
该第二磁场产生机构 13 例如包括 ： 在设置于腔室 2 的外侧壁上的环状的轭 14 上， 按连结靶 5 与基板 W 的基准轴 CL 转圈匝绕导线 15 而形成的线圈， 以及使该线圈通电的电 源装置 16。
在本实施方式中， 线圈包括配置在上方的上线圈 13u 以及配置在下方的下线圈 13d。
据此， 能够在线圈 13u、 13d 上通电以产生垂直的磁场， 使垂直的磁力线在靶 5 与基 板 W 之间以规定的间隔局部通过。如果在这种状态下进行成膜， 则来自靶 5 的溅射粒子被
垂直的磁场控制其飞行方向， 相对于基板 W 能够进一步大致垂直地入射并附着。其结果是 在半导体设备的制作过程中的成膜工序中， 如果使用本实施方式所涉及的成膜装置， 则对 于高深宽比的微细孔， 也能够指向性良好地在基板 W 的表面形成覆膜。
另外， 在第二磁场产生机构 13 中， 通过对磁场的强度进行调整， 从而还能够控制 溅射粒子的飞行方向。
在此， 线圈 13 的个数、 导线 15 的直径和匝数按照例如靶 5 的尺寸、 靶 5 与基板 W 之间的距离、 电源装置 16 的额定电流值、 欲产生的磁场的强度 ( 高斯 ) 来适当地设定 ( 例 如， 直径 14mm、 匝数 10)。
另外， 如本实施方式所示， 在通过按上下配置的两个线圈 13u、 13d 产生垂直磁场 时， 为了使成膜时的基板 W 的面内的膜厚分布大致均匀 ( 使溅射速率在基板 W 的径向上大 致均匀 )， 优选将各线圈 13u、 13d 的上下方向上的位置设定为上线圈 13u 的下端与靶 5 之间 的距离以及下线圈 13d 的上端与基板 W 之间的距离短于到基准轴的中点 Cp 的距离。另外， 在这种情况下， 上线圈 13u 的下端与靶 5 之间的距离以及下线圈 13d 的上端与基板 W 之间 的距离不必一致， 根据装置结构， 还可以在靶 5 和基板 W 的背面侧设置上下的各线圈 13u、 13d。 电源装置 16 是包括有能够任意变更流向上下的各线圈 13u、 13d 的电流值以及电 流方向的控制电路 ( 未图示 ) 的公知结构的装置。此外， 为了任意变更流向上下的各线圈 13u、 13d 的电流值以及电流方向， 在图 1 中示出设置有另外的电源装置 16 的方式， 但是当以 相同的电流值和电流方向在各线圈 13u、 13d 上进行通电时， 也可以采用由一个电源装置来 进行通电的结构。
在通过如上述那样构成成膜装置 1 来对靶 5 进行溅射的情况下， 如果从靶 5 飞散 出来的溅射粒子具有正电荷， 则被从靶 5 朝向基板 W 的垂直的磁场控制其飞行方向， 在基板 W 的整个面上， 溅射粒子相对于基板 W 大致垂直地入射并附着。其结果是， 在半导体设备的 制作过程中的成膜工序中， 如果使用本实施方式的成膜装置 1， 则能够实现对高深宽比的微 细槽或洞的覆盖率的提高。
接着， 关于使用上述成膜装置 1 的成膜， 针对下述例子进行说明， 即作为被成膜的 基板 W， 使用在 Si 晶片表面形成硅氧化物膜 ( 绝缘膜 ) 之后， 在该硅氧化物膜中采用公知方 法来制作布线用的微细孔从而形成的物质， 并通过溅射来形成晶种膜即 Cu 膜。
首先， 以在保持器 3 的下表面的凹部 4 中嵌入靶 5， 并且各磁铁 7 被插入到保持器 3 的各收容孔 6 中的方式， 将竖立设置有磁铁 7 的支撑板 8 与保持器 3 的上表面接合， 例如， 使用螺栓来固定支撑板 8 与保持器 3， 以组装阴极单元 C。而后， 将阴极单元 C 安装于腔室 2 的顶板部。
接着， 当在与阴极单元 C 相对置的工作台 10 上载置基板 W 之后， 使排气机构 ( 排气 泵 )12 运转， 将腔室 2 内抽真空至规定的真空度 ( 例如， 10-5Pa)， 并且输入电源装置 16 以 在线圈 13u、 13d 上通电， 产生磁场使垂直的磁力线 M( 图 5) 从靶 5 的溅射面朝向基板 W 的 被成膜面以规定的间隔局部通过。此时， 在作为被处理体的基板 W 的中央区域与周缘区域 中， 垂直的磁力线之间的间隔相同。
而且， 当腔室 2 内的压力达到规定值时， 将例如由 Ar( 氩 ) 气构成的溅射气体以规 定的流量 ( 即， 将腔室 2 内的气压控制在 0.3Pa 以上且 10.0Pa 以下的范围内 ) 导入到腔室
2 内， 起动直流电源 9， 对阴极单元 C 施加 ( 投入功率 ) 规定值的负的电位。
在对阴极单元 C 施加负的电位时， 在从保持器 3 内的靶 5 的空间 5a 到阴极单元 C 的前方的空间中， 产生辉光放电， 此时， 通过由磁铁 7 产生的磁场， 等离子体被封闭到空间 5a 中。当在这种状态下停止溅射气体的导入时， 变为在空间 5a 中进行自放电。
而且， 等离子体中的氩离子等与靶 5 的内壁面碰撞并被溅射， Cu 原子飞散， Cu 原子 或电离的 Cu 离子如图 4 中虚线箭头所示， 从靶 5 的下表面的开口朝向基板 W 带有较强的直 线前进性地被释放到腔室 2 内。
当电离的 Cu 离子从靶 5 的下表面的开口被释放出来时， 因高压的工艺气体导致在 腔室空间中的平均自由行程 (MFP) 缩短且直线前进性减弱， 如图 5 中箭头所示， 根据从靶 5 的溅射面朝向基板 W 以规定的间隔局部产生的垂直的磁力线 M 的形状， 飞行方向被控制为 沿着该磁力线 M 的方向， 如图中的虚线箭头所示， 能够以选择性地仅在规定的区域中形成 覆膜 ( 或者选择性地在规定的区域中不形成覆膜 ) 的方式来提高指向性。
其结果是在靶 5 的开口正下方的位置 ( 该区域包含与靶 5 的开口相对置的部分以 及其周边 )， 具有极高的膜厚均匀性地进行成膜， 从而在基板 W 的规定区域中， 对于高深宽 比的微细孔， 也能够被覆性良好地进行成膜。
另外， 此时， 能够通过热或离子照射等供给能量来促进薄膜的生长。
如此在本实施方式中， 在腔室 2 内与成为覆膜的母材的靶 5 对置配置基板 W， 产生 磁场使垂直的磁力线从靶 5 的溅射面朝向作为被处理体的基板 W 的被成膜面以规定的间隔 局部通过， 并且向腔室 2 内导入溅射气体， 将腔室内的气压控制在 0.3Pa 以上且 10.0Pa 以 下的范围内， 从而能够将方向性一致的溅射粒子从溅射源输送到基板， 来自靶 5 的溅射粒 子被垂直的磁场改变其方向， 相对于基板 W 大致垂直地入射并附着。其结果是在半导体设 备的制作过程中的成膜工序中， 如果使用本实施方式所涉及的成膜装置， 则即使对于高深 宽比的微细孔， 也能够在遍及基板的整个面上， 进一步被覆性良好地进行成膜， 从而能够提 高覆盖率。
因此， 在半导体设备的制作过程中的成膜工序中， 如果使用本实施方式所涉及的 成膜装置， 则即使对于高深宽比的微细孔， 也能够被覆性良好地进行成膜。另外， 由于能够 控制溅射粒子的输送路径， 因此如果进行控制以限制溅射粒子仅相对于基板， 则能够大幅 减少向防护板等基板之外的部分的沉积量， 从而能够延长维护周期。 而且， 由于并不像现有 技术那样在成膜装置自身中设置多个阴极单元， 因此与变更装置结构时相比， 本实施方式 所涉及的成膜装置结构简单， 且能够降低装置的制作成本。
此外， 在本实施方式中， 以使用棒状的物质作为磁铁 7 的方式为例进行了说明， 但 只要是能在靶 5 的空间 5a 中形成 500 高斯以上的强磁场的物质， 就不特别限定其方式。因 此， 也可以使用环状的磁铁， 在靶 5 的空间 5a 中， 以围绕该靶 5 的方式来配置。在这种情况 下， 只要在保持器 3 的上表面开设能够收容环状磁铁的环状收容槽即可。
另外， 在本实施方式中， 考虑批量生产性以及靶的使用效率， 对将靶 5 装卸自如地 插设到保持器 3 的方式进行了说明， 但保持器 3 自身也可以发挥作为靶 5 的作用。也就是， 也可以采用在保持器 3 的下表面仅形成凹部 4， 在该凹部 4 的周围内置磁铁 7， 对该凹部 4 的内壁面进行溅射的结构。
另外， 还可以采用如下结构， 即： 工作台与具有公知结构的高频电源 ( 未图示 ) 电连接， 在溅射过程中， 当对工作台 10 甚至基板 W 施加规定的偏置电位以形成 Cu 的晶种层 时， 将 Cu 离子积极地引入到基板， 以使溅射速率提高。
此外， 在上述实施方式中， 对在基板 W 的中央区域与周缘区域中， 垂直的磁力线 M 之间的间隔相同的情况进行了说明， 但也可以采用通过电源装置 16 分别调整向上下线圈 13u、 13d 施加的电流值的结构， 从而如图 6 所示， 在基板 W 的中央区域与周缘区域中， 垂直的 磁力线 M 之间的间隔不同。
如果这样做， 则能够调整磁场的强度， 控制溅射粒子的飞行方向， 以在所希望的区 域中进行成膜。
< 第二实施方式 >
在上述第一实施方式中， 对包括在保持器的一个面上仅安装有一个靶 ( 材 ) 的阴 极单元的方式进行了说明， 但本发明并不限定于此。
因此， 在本实施方式中， 对包括在保持器的一个面上安装有多个靶 ( 材 ) 的阴极单 元的成膜装置进行说明。
如图 7 ～图 9 所示， 用于实施本发明的成膜方法的本实施方式所涉及的成膜装置 21 是在作为被处理体的基板 W 的表面使用溅射法来形成覆膜的装置。该成膜装置 21 至少 包括 ： 腔室 2、 阴极单元 C1、 第一磁场产生机构 7、 直流电源 9、 气体导入机构 11、 排气结构 12 以及第二磁场产生机构 13。 此外， 在以下说明的第二实施方式中， 以与上述第一实施方式不同的部分为中心 进行说明。因此， 对与第一实施方式相同的结构部分标注相同的记号， 省略其说明， 只要无 特别说明则相同。
阴极单元 C1 包括由具有导电性的材料所制作的在俯视中为圆板状的保持器 23。 该保持器 23 也可以由例如与后述的靶相同的材料来制作。在保持器 23 的下表面形成有相 同开口面积的多个俯视为圆形的凹部 4。 在本实施方式中， 如图 9 所示， 首先与保持器 23 的 中心 Cp 同心地形成一个凹部 4， 以该凹部 4 为基准， 在其周围以在同一个假想圆周 Vc 上且 位于等间隔的方式形成 6 个凹部 4。即， 在本实施方式中， 示例出在保持器 23 的中心 Cp 形 成的一个凹部 4 以及在以保持器 23 的中心 Cp 为圆心的圆周上等间隔地形成的 6 个凹部 4。
在本实施方式中， 对以在保持器的中心 Cp 形成的凹部 4 为基准并在其周围形成 6 个凹部 4 的方式进行了说明， 但也能够以该假想圆周 Vc 上的各凹部 4 为基准并在其周围各 自形成 6 个凹部 4。 进一步， 同样地， 还可以在保持器 23 的径向外侧形成多个凹部 4( 直到无 法形成凹部 4)， 使凹部 4 在遍及保持器 23 的下表面的整体上密集并形成多个。与此相应， 保持器下表面的面积被确定尺寸为， 使位于保持器的径向最外侧的凹部 4 的中心相比于基 板 W 的外周位于径向内侧。此外， 在图 9 所示的方式中， 以在保持器的中心 Cp 形成的凹部 4 为基准， 在其周围形成一圈凹部 (6 个 )， 但并不仅限定于此， 也可以在其周围形成两圈以 上的凹部 ( 例如 12 个以上 )。更进一步， 在一圈上并不仅限定于 6 个凹部， 例如还可以为 4 个或 8 个凹部。
另外， 各凹部 4 彼此在径向上的间隔被设定在大于后述的圆筒状的磁铁的直径且 能够保持保持器 23 的强度的范围内。而且， 在该各凹部 4 中插设靶 5， 该靶 5 从其底部侧被 装卸自如地嵌入到各凹部 4 中。
另外， 在本实施方式中， 收容孔 6 以在一个凹部 4 的周围， 6 个磁铁 7 等间隔且位于
将彼此相邻的各凹部 4 的中心连结起来的线上的方式来形成 ( 参照图 9)。各磁铁 7 被设计 为， 当配置在各凹部 4 的周围时， 在靶 5 的内部的空间 5a 中， 产生 500 高斯以上的强磁场。
在通过如上述那样构成成膜装置 21 来对靶 5 进行溅射的情况下， 如果从靶 5 飞散 出来的溅射粒子具有正电荷， 则被从靶 5 朝向基板 W 的垂直的磁场控制其飞行方向， 在基板 W 的整个面上， 溅射粒子相对于基板 W 大致垂直地入射并附着。 即， 如图 7 中箭头所示， 根据 从靶 5 的溅射面朝向基板 W 以规定的间隔局部产生的垂直的磁力线 M 的形状， 飞行方向被 控制为沿着该磁力线 M 的方向， 如图中虚线箭头所示， 以选择性地仅在规定的区域中形成 覆膜 ( 或者选择性地在规定的区域中不形成覆膜 ) 的方式来提高指向性。
其结果是在半导体设备的制作过程中的成膜工序中， 如果使用本实施方式的成膜 装置 21， 则能够实现对高深宽比的微细槽或洞的覆盖率的提高。 在图 7 中， 通过在多个与设 置有靶 5 的开口相对置的位置上， 具有极高的膜厚均匀性地进行成膜， 从而在基板 W 上的多 个规定区域中， 即使对于高深宽比的微细孔， 也能够被覆性良好地进行成膜。
实施例 1
首先， 作为实施例 1， 由于确认了通过产生磁场使垂直的磁力线从靶的溅射面朝向 基板的被成膜面以规定的间隔局部通过， 并且调整工艺压力， 从而能够提高溅射粒子的指 向性， 因此使用图 1 所示的成膜装置， 将腔室内的工艺压力改变为 0.12Pa、 0.3Pa、 0.6Pa、 1.2Pa、 1.6Pa、 3.0Pa、 10.0Pa 并进行导入， 在基板 W 上形成 Cu 膜。 在本实施例中， 作为基板 W， 使用在 φ300mm 的 Si 晶片表面的整体上形成硅氧化物 膜以后， 在该硅氧化物膜中采用公知方法来制作高深宽比的微细孔 ( 例如， 宽度 w 为 45nm， 深度 d 为 150nm) 从而形成的物质。
另外， 作为阴极单元， 如图 2 所示， 使用组成比为 99％， 制作成 φ600mm 的 Cu 制的 保持器。而且， 在该保持器的下表面中央， 形成开口径 φ40mm、 深度 50mm 的凹部， 在该凹部 内， 由与保持器相同的材料所制作的有底筒状的靶从其底部侧被嵌入。而且， 在凹部的周 围， 在周向上按等间隔内置 6 个磁铁单元， 以作为实施例 1 用的阴极单元。在这种情况下， 磁铁在凹部的空间内以 500 高斯的磁场强度产生磁场。而且， 在将如此制作的阴极单元安 装于真空腔室的顶板部之后， 除了凹部的开口之外， 在保持器下表面安装并覆盖掩膜部件。
另外， 作为成膜条件， 将保持器下表面与基板之间的距离设定为 300mm， 使用 Ar 作 为溅射气体， 将向靶的投入功率设置为 20A 的恒流控制， 将溅射时间设定为 20 秒， 并且已进 行了 Cu 膜的成膜。
然后， 分别测量了成膜后的基板 W 的中心位置 (0mm) 和以该中心位置为基准的距 离 70mm 的位置的膜厚。在表 1 中示出其结果。另外， 图 10 示出工艺压力与膜厚之间的关 系。
( 表 1) 根据表 1 以及图 10 的结果， 确认了工艺压力为 0.3Pa 以上， 基板的中心位置的膜厚逐渐增加， 能够选择性地仅在规定的区域中形成覆膜。另外， 确认了工艺压力为 1.2Pa 至 1.6Pa 之间、 大约从 1.5Pa 附近开始， 距离基板的中心位置 70mm 的位置的膜厚立刻减少， 能 够以选择性地在规定的区域中不形成覆膜的方式来提高指向性。 我们认为这是由于将工艺 压力设为 1.5Pa 以上， 从而空心放电的电压稳定 ( 饱和 )， 溅射粒子在空心内部失去方向性， 从而被从靶的溅射面朝向基板的被成膜面产生的磁场向基板诱导。
据此可知， 在将腔室内的工艺压力控制在 0.3Pa 以上、 优选 1.5Pa 以上时， 指向性 能够得到提高。
另外， 在上述实施例中， 在作为示意性剖视图的图 11A ～图 11C 中， 分别示出腔室 内的气压为 (A)0.12Pa、 (B)0.6Pa、 (C)1.6Pa 时的上述微细孔中的成膜状态， 并且分别对到 微细孔的周围的面的膜厚 Ta、 以及到微细孔的底面的膜厚 Tb 进行测量， 计算出底部的覆盖 率 (Tb/Ta)。
其结果是在气压为上述 (A)0.12Pa 时， 到微细孔的周围的面的膜厚 Ta1 为 40nm， 到 微细孔的底面的膜厚 Tb1 为 24.3nm， 底部的覆盖率为 60.8％。 另外， 在气压为上述 (B)0.6Pa 时， 到微细孔的周围的面的膜厚 Ta2 为 40nm， 到微细孔的底面的膜厚 Tb2 为 35.0nm， 底部的 覆盖率为 87.9％。进一步， 在气压为上述 (C)1.6Pa 时， 到微细孔的周围的面的膜厚 Ta3 为 40nm， 到微细孔的底面的膜厚 Tb3 为 42.4nm， 底部的覆盖率为 106％。 根据图 11A ～图 11C 以及上述结果， 能够确认通过提高腔室内的气体的流量、 即提 高腔室内的气压， 指向性能够得到提高， 能够选择性地在规定的区域中形成覆膜以提高覆 盖率。 另外， 根据该结果还可知， 能够大幅减少溅射粒子倾斜飞散而向例如防护板等被处理 体的被成膜面之外的部分的附着和沉积。
接着， 在上述实施例 1 中， 将成膜时的压力为 0.3Pa 以下时设为区域 (A)、 将成膜时 的压力为 0.3Pa 以上 1.5Pa 以下时设为区域 (B)、 将成膜时的压力为 1.5Pa 以上 10.0Pa 以 下时设为区域 (C)、 将成膜时的压力为 10.0Pa 以上时设为区域 (D)， 对于在各自的区域中成 膜时的覆膜的底部的覆盖率、 溅射粒子的指向性、 溅射粒子的收敛性分别进行了评价。 在表 2 中示出其结果。
此外， 各评价方法中的结果分别如下所示。
底部的覆盖率为 50％以下时设为标记 NG， 50％～ 80％时设为标记 B， 80％～ 100％ 时设为标记 F， 100％以上时设为标记 G。
另外， 根据溅射粒子的指向性， 覆盖范围的对称性显著变大时设为标记 NG， 大时设 为标记 B， 中等程度时设为标记 F， 几乎确认不到时设为标记 G。
进一步， 溅射粒子的收敛性在相当于冲蚀部的下方与非冲蚀部的下方的位置上的 膜厚比在 1 以下时设为标记 NG， 在 1 ～ 2 左右时设为标记 B， 在 2 ～ 5 左右时设为标记 F， 在 5 以上时设为标记 G。
( 表 2)
根据表 2 所示的结果， 能够确认通过将气压控制在 0.3Pa 以上且 10.0Pa 以下的范 围内， 从而底部的覆盖率、 溅射粒子的指向性、 溅射粒子的收敛性的各项目都成为所希望的 评价。
因此可知， 通过产生磁场使垂直的磁力线从靶的溅射面朝向基板的被成膜面且以 规定的间隔局部通过， 并且向腔室内导入溅射气体， 将腔室内的气压控制在 0.3Pa 以上、 优 选 1.5Pa 以上 10.0Pa 以下的范围内来对靶进行溅射， 从而能够对所产生的溅射粒子的飞行 方向进行控制， 并且将溅射粒子向基板的被成膜面诱导并沉积以进行成膜。
实施例 2
接着， 由于确认了能够通过调整磁场的强度来控制溅射粒子的飞行方向， 因此在 与实施例 1 同样的成膜条件下， 将工艺压力设为在实施例 1 得到希望结果的 1.6Pa( 气体流 量为 267sccm)， 对从靶的溅射面朝向基板的被成膜面产生垂直的磁场并进行成膜时以及不 产生垂直的磁场并进行成膜时的基板的径向位置的膜厚进行了测量。而且， 在图 12 中， 分 别示出表示此时的基板位置与其膜厚之间的关系的膜厚分布。
如图 12 所示， 确认了在产生垂直的磁场并进行成膜时， 从基板中心开始， 在规定 的半径区域 ( 与靶的冲蚀径大致相等的区域 ) 中局部成膜。但是， 确认了在未产生垂直的 磁场时， 溅射粒子散射并沉积在靶的冲蚀径以上的区域。
因此， 可知能够通过调整磁场的强度来控制溅射粒子的飞行方向。
此外， 在本实施方式中， 对使用中空型的靶的情况进行了说明， 但本发明并不限 定于此。因此， 如果产生磁场使垂直的磁力线从靶的溅射面朝向被处理体的被成膜面以 规定的间隔局部通过， 并且向腔室内导入溅射气体， 将腔室内的气压控制在 0.3Pa 以上且 10.0Pa 以下的范围内， 则在使用平面型的靶时， 也能够加以实施。
以上已经进行了说明， 本发明所涉及的成膜方法概括如下。
在被处理体的表面形成覆膜的成膜方法中， 在具有可进行减压的内部空间的腔室 2 内， 对置配置被处理体 W 与靶 5， 产生磁场使垂直的磁力线从靶的溅射面朝向被处理体的 被成膜面以规定的间隔局部通过。接着， 向腔室内导入溅射气体， 将腔室内的气压控制在 0.3Pa 以上 10.0 以下的范围内， 并且向靶施加负的直流电压， 从而使靶与处理体之间的空 间产生等离子体。 而且， 控制通过对靶进行溅射而产生的溅射粒子的飞行方向， 并且将溅射 粒子向被处理体诱导并使其沉积， 从而在被处理体的表面形成覆膜。
如前述说明所示， 能够通过调整所述磁场的强度来控制所述溅射粒子的飞行方 向。 进一步， 在被处理体的中央区域与周缘区域中， 垂直的磁力线之间的间隔可以相同也可 以不同。
产业上的利用可能性
本发明的成膜装置以及成膜方法能够广泛应用于对高深宽比的微细槽或洞的成 膜。进一步， 本发明的成膜装置以及成膜方法能够提高覆盖率， 延长成膜装置的维护周期。
符号的说明
W 基板 ( 被处理体 )
1、 21 成膜装置
2 腔室3、 23 4 5 5a 6 7 8 9 10 11 12 13u 13d 14 15 16保持器 凹部 靶 放电用的空间 收容孔 磁铁 ( 第一磁场产生机构 ) 支撑板 直流电源 (DC 电源 ) 工作台 气管 ( 气体导入机构 ) 排气泵 ( 排气机构 ) 上线圈 ( 第二磁场产生机构 ) 下线圈 ( 第二磁场产生机构 ) 轭 导线 电源装置