JPH0625844A

JPH0625844A - 成膜装置及びターゲット材料

Info

Publication number: JPH0625844A
Application number: JP20426492A
Authority: JP
Inventors: Junichi Sato; 淳一佐藤
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1992-07-09
Filing date: 1992-07-09
Publication date: 1994-02-01

Abstract

(57)【要約】【目的】シャドウイング効果の防止、薄膜のステップカ
バレッジの改善、スパッタ粒子によるイオン源の汚染の
防止を可能にするターゲット材料並びに成膜装置、成膜
の制御を容易に行い得る成膜装置、及びターゲット材料
用の冷却手段を備えた成膜装置を提供する。【構成】ターゲット材料６０は、複数の孔部６２が設け
られており、基材に面した側の孔部の開口面積が基材に
面していない側の開口面積よりも小さい。ターゲット材
料に不活性イオンを照射して基材に薄膜を形成する成膜
装置は、このようなターゲット材料を備えている。ある
いは、イオン源とターゲット材料との間に、不活性イオ
ンを遮蔽する遮蔽装置を備えている。あるいは又、ター
ゲット材料を冷却するために、ターゲット材料の周辺部
近傍に配置された冷却装置を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、各種の基材に薄膜を形
成するために使用されるターゲット材料及び成膜装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の高集積化に伴い、半導体装
置の製造プロセスにおける寸法ルールが微細化されつつ
ある。そのため、半導体装置の内部配線形成プロセスに
おいては、径が小さく且つ深さの深い、即ちアスペクト
比の大きい、コンタクトホール、スルーホールあるいは
ビヤホール（以下、総称して接続孔と呼ぶ）を形成する
必要がある。接続孔は、通常、半導体基板や下層配線層
の上に形成された層間絶縁層に開口部を設け、かかる開
口部内を配線材料で埋め込むことによって形成される。

【０００３】開口部内を配線材料で埋め込むための薄膜
加工技術の１つにスパッタ法がある。しかしながら、ス
パッタ法は、一般にステップカバレージが良くないた
め、開口部のアスペクト比が大きくなるに従い、開口部
の底部における配線材料の厚さの薄い部分で断線不良が
発生し易い。このカバレッジ不良は、配線材料から成る
スパッタ粒子が、開口部の側壁あるいは底部に形成され
る光学的に影の部分には多く堆積しないという、所謂シ
ャドウイング効果に起因する。そのため、開口部の内部
を配線材料でカバレッジ良く埋め込むプロセス技術が必
要不可欠になってきている。

【０００４】このようなプロセス技術の中で、より量産
レベルでの実用化に近い技術として、半導体基板を高温
に加熱しながらスパッタ法によって配線材料で開口部を
埋め込む、所謂高温スパッタ法が検討されている。この
高温スパッタ法においては、半導体基板が高温に加熱さ
れているため、開口部内に堆積した配線材料も約４００
°Ｃ以上融点以下まで加熱される。その結果、軟化した
配線材料が流動状態となり開口部内を流れることが可能
となる。この配線材料の流動状態は、実際に配線材料を
堆積させるべき下地によって大きく変化する。

【０００５】高温スパッタ法においてアルミニウムある
いはアルミニウム合金（以下、単にアルミニウム等とも
いう）から成る配線材料を使用する場合、下地がアルミ
ニウム等と反応し易いチタン（Ｔｉ）のような物質から
成る下地（バリアメタル層）の場合には、アルミニウム
等は下地と反応しながら下地の表面全体に拡がり易い
（即ち、濡れ性が良い）。これに対して、下地が、Ｓｉ
Ｏ₂、ＴｉＯＮのようなアルミニウム等と反応し難い物
質から成る下地（バリアメタル層）の場合には、アルミ
ニウム等は下地の表面で小さく丸まってしまう。

【０００６】従って、下地に対する配線材料の濡れ性の
良否が、配線材料の開口部への埋め込み特性に大きな影
響を与える。即ち、濡れ性が良い場合には、配線材料
は、開口部の側壁に沿って開口部内に拡がる。一方、濡
れ性が悪い場合には、開口部の側壁上部で配線材料は丸
まってしまい、開口部の内部に拡がらない。実際、同一
形状、同一アスペクト比の開口部に、同一条件で、例え
ば、Ａｌ−１％Ｓｉから成る配線材料を高温スパッタ法
にて成膜しても、下地（開口部の側壁表面等）がＴｉの
場合には配線材料で開口部の内部は良好に埋め込まれ、
ＳｉＯ₂の場合には良好には埋め込まれない。

【０００７】スパッタ法による成膜におけるシャドウイ
ング効果は、スパッタ粒子の基材に対する入射角度が大
きな範囲に亙ることに起因する。入射角度を小さな範囲
内に納めることによって、シャドウイング効果を防止す
ることができ、スパッタ粒子のステップカバレッジが向
上し、スパッタ粒子はより多く開口部内に入り込むこと
ができる。

【０００８】高温スパッタ法にて開口部内を配線材料で
埋め込む場合、配線材料のカバレッジだけでなく、スパ
ッタ粒子を堆積させる下地が例えばＴｉあるいはＴｉＮ
である場合には、これらの下地（バリアメタル層）のカ
バレッジも重要である。即ち、ＴｉあるいはＴｉＮのス
テップカバレッジが悪い場合、図１１に示すように、例
えばアルミニウム等から成る配線材料１１２の下地１１
０（例えばＴｉＮ）に対する濡れ性が悪くなるので、配
線材料の埋め込み性が悪くなり、ボイド１２０が発生す
るからである。尚図１１中、１００は半導体基板、１０
２は層間絶縁層である。

【０００９】スパッタ粒子の入射角度を小さな範囲内に
納めるために、図１２に模式的な一部断面図を示すよう
な、所謂「コリーメーター」と呼ばれる治具を使用する
ことが有効であることが知られている。このコリメータ
ー２１０は、平板に複数の貫通孔２１２を設けたもので
あり、ターゲット材料と基材の間に配置される。コリメ
ーターの貫通孔２１２の断面形状を種々設定することに
よって、スパッタ粒子の内、水平方向の速度成分を多く
有するスパッタ粒子をコリメーター２１０で捕らえるこ
とができる。その結果、貫通孔２１２を通過するスパッ
タ粒子の基板への入射角が或る範囲に制限される。これ
によって、シャドウイング効果を防止することができ、
基板上に成膜された薄膜のステップカバレッジを改善す
ることができる。

【００１０】上記のコリメーター２１０を用いて基材に
薄膜を形成する場合、スパッタ粒子がコリメーターの貫
通孔２１２内に付着するため、貫通孔２１２に所謂目詰
まりが発生して、次第に成膜速度が低下する。それ故、
コリメーターのメンテナンスを高頻度で実施しなければ
ならないという問題がある。これを回避するために、タ
ーゲット材料自体を多数の穴を有するマルチホール型に
することが提案されている（文献「バイアスＥＣＲスパ
ッタ法によるＣｕ膜成膜」、K. Kanao, et al,1992年春
応用物理学会予稿集, 30p-ZH-11 参照）。

【００１１】ＥＣＲスパッタ法においては、図９に示す
ようなＥＣＲプラズマ成膜装置が使用される。プラズマ
成膜装置１は、成膜チャンバ１０及びプラズマチャンバ
２０から成る。成膜チャンバ１０内には、半導体基板１
００を載置するためのサセプタ１２が配置されている。
サセプタ１２の下には加熱手段５０が配置されている。
半導体基板１００を加熱手段５０によって加熱すること
ができる。

【００１２】プラズマチャンバ２０は成膜チャンバ１０
の上部と連通している。プラズマチャンバ２０の上部に
はマイクロ波導入窓２２が設けられ、マイクロ波導入窓
２２の上部には、２．４５ＭＨｚのマイクロ波を導入す
るためのレクタンギュラーウエイブガイド２６が設けら
れている。プラズマチャンバ２０の周囲には磁気コイル
２４が配設されている。ＲＦパワーがＲＦ電源２８から
マイクロ波導入窓２２に加えられる。プラズマチャンバ
２０には、アルゴンガス導入口３０からアルゴンガスが
供給される。

【００１３】Ｎ₂ガス等のプロセスガスが、必要に応じ
てマスフローコントローラ及びガス導入部４０を通して
成膜チャンバ１０に供給される。成膜チャンバ１０内の
ガスはガス排気部１６から系外に排気される。尚、図９
中、３２はプラズマ流である。また、１００は図８の
（Ａ）に示す構造を有する半導体基板である。熱電対
（図示せず）で半導体基板１００の温度をモニターし、
公知の温度制御手段（図示せず）によって加熱手段５０
への供給電力を制御し、半導体基板１００の温度を一定
に保つ。

【００１４】成膜チャンバ１０の上部にはターゲット材
料２００が配置されている。プラズマチャンバ２０で生
成した不活性イオンがターゲット材料と衝突し、ターゲ
ット材料からスパッタ粒子が放出される。半導体基材１
００の表面に到達したスパッタ粒子によって、半導体基
材１００上に薄膜が形成される。図１０の（Ａ）に模式
的な拡大断面図を示すように、マルチホール型のターゲ
ット材料２００には、多数の貫通孔２０２が垂直に設け
られている。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】上記のようなマルチホ
ール型のターゲット材料２００を用いると、コリメータ
ーの貫通孔の目詰まりは防止できるが、ＥＣＲスパッタ
装置のマイクロ波導入窓２２にスパッタ粒子が付着し、
マイクロ波導入窓２２が曇るという問題がある。即ち、
マルチホール型のターゲット材料に形成された貫通孔２
０２は、図１０の（Ａ）に示したように垂直な貫通孔で
ある。そのため、プラズマチャンバ２０で生成した不活
性イオンの相当量はターゲット材料２００の上面２０４
と衝突し、これによってターゲット材料２００から放出
されたスパッタ粒子は、半導体基材１００の方向に飛散
せず、プラズマチャンバ２０の方向に向かう。尚、図１
０の（Ａ）において、スパッタ粒子の流れを実線の矢印
で示し、不活性イオンの流れを破線の矢印で示した。そ
して、このスパッタ粒子はマイクロ波導入窓２２に付着
し、マイクロ波導入窓２２を曇らせる。その結果、マイ
クロ波導入窓２２を頻繁に清掃しなければならないとい
う問題がある。

【００１６】図９に示したＥＣＲプラズマ成膜装置を使
用する場合、ＲＦパワーがＲＦ電源２８からマイクロ波
導入窓２２を介してプラズマチャンバ２０に加えられ始
め、磁気コイル２４に電流を流し始めた時点では、ＥＣ
Ｒ放電は不安定な状態にある。ＥＣＲ放電が安定するま
でに、例えば１０秒程度の時間を必要とする。ＥＣＲ放
電が不安定な状態でスパッタリングを行うと、基板に形
成された薄膜の厚さや膜質が一定せず、成膜の制御が困
難であるという問題がある。とりわけ、バリアメタル層
は薄いので、ＥＣＲ放電が安定しない時間が、バリアメ
タル層の形成では無視できないという問題がある。

【００１７】ターゲット材料に不活性イオンを照射して
ターゲット材料からスパッタ粒子が放出されている間
に、ターゲット材料の温度が上昇する。その結果、基板
に形成された薄膜の厚さや膜質が一定せず、薄膜形成の
再現性が悪くなるという問題がある。

【００１８】従来、通常のターゲット材料２００Ａに
は、図１０の（Ｂ）に示すようにバッキングプレート２
０６を取り付け、このバッキングプレート２０６内に冷
却水を流すことによってターゲット材料２００Ａの冷却
を行っている。ところが、マルチホール型のターゲット
材料を使用する場合、ターゲット材料２００に貫通孔２
０２が設けられているので、このようなバッキングプレ
ート２０６を用いてターゲット材料を効果的に冷却する
ことができない。ターゲット材料の縁部に冷却水用配管
を設け、冷却水をこの冷却水用配管中を流すことにより
ターゲット材料を冷却することを試みたが、伝熱効果で
ターゲット材料が冷却されるだけであり、ターゲット材
料が充分に冷却されないという問題がある。

【００１９】従って、本発明の第１の目的は、シャドウ
イング効果を効果的に防止することができ、基板上に成
膜された薄膜のステップカバレッジを改善することがで
き、しかも、スパッタ粒子によるイオン源の汚染を防止
することが可能なターゲット材料及びかかるターゲット
材料を備えた成膜装置を提供することにある。

【００２０】本発明の第２の目的は、イオン源が安定す
るまで、基板に薄膜が形成されることを防止することが
でき、成膜の制御を容易に行い得る成膜装置を提供する
ことにある。

【００２１】本発明の第３の目的は、ターゲット材料を
効果的に冷却し得る冷却手段を備えた成膜装置を提供す
ることにある。

【００２２】

【課題を解決するための手段】上記の第１の目的は、基
材に薄膜を形成するための複数の孔部が設けられたター
ゲット材料であって、基材に面した側の孔部の開口面積
が基材に面していない側の開口面積よりも小さいことを
特徴とする本発明のターゲット材料によって達成され
る。

【００２３】孔部の水平方向断面形状は、円形、多角形
等、任意の形状とすることができる。孔部の垂直方向断
面形状は、台形、階段状、釣り鐘状等、任意の形状とす
ることができる。孔部は、三角形、四角形、六角形等、
任意の多角形の頂点に配置することができ、あるいは
又、円周上に配置することもできる。基材に面した側の
孔部の開口面積を、基材に面していない側の開口面積の
４０〜９０％にすることが望ましい。

【００２４】上記の第１の目的は、ターゲット材料に不
活性イオンを照射して基材に薄膜を形成する本発明の第
１の態様に係る成膜装置によって達成され得る。この成
膜装置は、基材に面した側の開口面積が基材に面してい
ない側の開口面積よりも小さい複数の孔部が設けられた
ターゲット材料を備えていることを特徴とする。

【００２５】この第１の態様に係る成膜装置は、電子サ
イクロトロン共鳴プラズマイオン源を更に備えているこ
とが望ましい。

【００２６】上記の第２の目的は、更に、ターゲット材
料にイオン源からの不活性イオンを照射して基材に薄膜
を形成する本発明の第２の態様に係る成膜装置によって
達成され得る。この成膜装置は、イオン源とターゲット
材料との間に、不活性イオンを遮蔽する遮蔽装置を備え
ていることを特徴とする。

【００２７】この第２の態様に係る成膜装置のイオン源
は、電子サイクロトロン共鳴プラズマイオン源であるこ
とが望ましい。また、ターゲット材料には複数の孔部が
設けられていることが更に望ましい。この孔部は、基材
に面した側の開口面積が基材に面していない側の開口面
積よりも小さいことを特徴とすることが更に一層望まし
い。

【００２８】上記の第３の目的は、更に、ターゲット材
料に不活性イオンを照射して基材に薄膜を形成する本発
明の第３の態様に係る成膜装置によって達成され得る。
この成膜装置は、ターゲット材料を冷却するために、タ
ーゲット材料の周辺部近傍に配置された冷却装置を備え
ていることを特徴とする。

【００２９】この第３の態様に係る成膜装置において
は、ターゲット材料には複数の孔部が設けられているこ
とが好ましく、電子サイクロトロン共鳴プラズマイオン
源を備えていることが更に好ましい。また、冷却装置
は、ターゲット材料の周辺部から中心部に向けて冷却用
ガスを流す装置であることが望ましい。

【００３０】尚、ターゲット材料は所謂エロージョンに
より変形していくので、或る程度使用した後、交換する
必要がある。

【００３１】

【作用】本発明のターゲット材料及び第１の態様に係る
成膜装置においては、孔部の基材に面した側の開口面積
が基材に面していない側の開口面積よりも小さいので、
イオンの照射によってスパッタされたターゲット材料粒
子の殆どは基材の方向に進み、スパッタ粒子によるイオ
ン源の汚染を防ぐことができる。

【００３２】本発明の第２の態様に係る成膜装置におい
ては、遮蔽装置が備えれらているので、イオン源が安定
しない間はターゲット材料に不活性イオンが照射される
ことがなく、成膜の制御性を向上させることができる。

【００３３】本発明の第３の態様に係る成膜装置におい
ては、ターゲット材料を冷却するための冷却装置が備え
られているので、ターゲット材料を一定温度に保持する
ことができ、再現性良く薄膜を形成することができる。

【００３４】

【実施例】以下、図面を参照して好ましい実施例に基づ
き本発明を説明する。

【００３５】本発明のターゲット材料の模式的な平面図
を図１の（Ａ）に、また、拡大した一部断面図を図１の
（Ｂ）に示す。ターゲット材料６０は、例えばアルミニ
ウムやチタン等、成膜すべき薄膜の組成から構成され
る。ターゲット材料の直径を２００ｍｍ、厚さを１２ｍ
ｍとした。ターゲット材料６０には複数の孔部６２が設
けられている。孔部の中心は、この実施例においては正
三角形の頂点に位置する。正三角形の一辺の長さを８．
２ｍｍとした。基材に面した側の孔部の直径Ｄ₁を７．
４ｍｍ、基材に面していない側の孔部の直径Ｄ₂を９．
５ｍｍとした。孔部の水平方向断面形状は円形であり、
孔部の垂直方向断面形状は台形である。

【００３６】ターゲット材料６０に設けられた孔部６２
の垂直方向の断面形状を、例えば図１の（Ｂ）に示すよ
うな形状とすることによって、イオンの照射によってス
パッタされたターゲット材料粒子の殆どは基材の方向に
進み、スパッタ粒子によるイオン源の汚染を防ぐことが
できる。

【００３７】このようなターゲット材料６０を備えた成
膜装置１の模式的な断面図を図３に示す。この成膜装置
１は、成膜チャンバ１０、及び電子サイクロトロン共鳴
（ＥＣＲ）プラズマイオン源であるプラズマチャンバ２
０を備えている。図３に示した成膜装置１の構成要素
は、図９に示した装置と実質的に同じであるため、詳細
な説明は省略する。尚、図３と図９に記載された同一参
照番号は同一構成要素を指す。

【００３８】本発明の第２の態様に係る態様の成膜装置
においては、図４に示すように、イオン源とターゲット
材料との間に、不活性イオンを遮蔽する遮蔽装置７０が
備えられている。この遮蔽装置は、例えば、図５に示す
ように、写真機のシャッターに類似した機構とすること
ができる。即ち、複数のシャッター羽根７２と、シャッ
ター羽根が開いたときシャッター羽根を格納する格納部
分７４と、シャッター羽根を開閉する公知の機構から成
る。

【００３９】図４に示した成膜装置においては、図３に
示した成膜装置１と同様に、イオン源として、ＥＣＲプ
ラズマイオン源を用いることができる。また、ターゲッ
ト材料６０には複数の孔部６２が設けられていることが
望ましく、このターゲット材料６０は図１と同様の構造
とすることができる。

【００４０】更に、本発明の第３の態様の成膜装置にお
いては、図６に示すように、ターゲット材料を冷却する
ための冷却装置８０が備えられている。この冷却装置８
０は、ターゲット材料６０の周辺部近傍に配置されてい
る。冷却装置８０は、図７の（Ａ）に示すように、ター
ゲット材料６０の周辺部を取り囲むように成形されたス
テンレススチール製の冷却ガス配管８２から成る。ター
ゲット材料６０は支持具９０に取り付けられ、かかる支
持具９０は成膜装置の成膜チャンバ内に取り付けられて
いる。ターゲット材料６０には孔部が設けられている
が、図７の（Ａ）では図示を省略した。

【００４１】この冷却ガス配管８２には、冷却用ガス供
給部８４が設けられており、図示していない冷却用ガス
源から冷却ガスが冷却装置に供給される。ガス配管には
複数の細孔８６が設けられている。これらの細孔から冷
却用ガスが噴出し、冷却用ガスは、ターゲット材料の周
辺部から中心部に向かって流れる（図７の（Ｂ）に示し
た模式的な一部断面図を参照）。ターゲット材料を冷却
した冷却用ガスは、成膜装置１に設けられたガス排気部
１６から排気される。冷却用ガスとして、Ａｒガス等、
スパッタリングに影響を及ぼさない不活性ガスを使用す
ることができる。

【００４２】（実施例−１）チタンから成り図１に示し
た構造を有するターゲット材料６０を備えた成膜装置１
を用いて、半導体基板１００上の配線層にチタン（Ｔ
ｉ）をスパッタリングした。図８の（Ａ）に示すよう
に、半導体基板１００上には例えばＳｉＯ₂から成る層
間絶縁層１０２が形成され、この層間絶縁層１０２には
開口部１０４が従来のリソグラフィー法及びドライエッ
チング法で形成されている。Ｔｉのスパッタリング条件
を、例えば、以下のとおりとすることができる。プロセスガス：Ａｒ＝１００sccm マイクロ波パワー：８００Ｗスパッタ圧力：０．４Ｐａ基板加熱温度：１５０゜Ｃ成膜速度：０．０３〜０．１μｍ／分層間絶縁層１０２に形成された開口部１０４の側壁に５
ｎｍ以上のＴｉ層１１０（バリアメタル層と呼ぶ）を形
成した（図８の（Ｂ）参照）。

【００４３】その後、別の成膜装置を用いて、高温スパ
ッタ法によってアルミニウム合金を半導体基板上及び開
口部内に堆積させた。尚、Ａｌ−１％Ｓｉから成るター
ゲット材料には孔部を設けていない。アルミニウム合金
のスパッタリング条件を、例えば、プロセスガス：Ａｒ＝１００sccm ＤＣパワー：１０ｋＷスパッタ圧力：０．４Ｐａ基板加熱温度：５００゜Ｃ成膜速度：〜０．６μｍ／分とすることができる。この場合、Ｔｉが開口部内に十分
成膜されているので、図８の（Ｃ）に示すように、アル
ミニウム合金の開口部内への埋め込みが良好に行われ
た。

【００４４】より大きなアスペクト比を有する開口部に
対しても、ターゲット材料６０に設けられた孔部６２の
アスペクト比を大きくすることによって、一層Ｔｉを厚
く成膜することができ、その後のアルミニウムによる開
口部の埋め込みを良好なものにすることができる。この
ような成膜装置１を使用してチタンの成膜を行ったとこ
ろ、通常の孔部を設けていないターゲット材料を使用し
た場合と比較して、マイクロ波導入窓２２の曇りが低減
し、成膜装置のメンテナンス頻度を下げることができ
た。

【００４５】（実施例−２）アルミニウム合金の濡れ性
改善のために、アルミニウム合金の下地としてＴｉＮ層
（酸素を殆ど含まない）を形成することが有効であるこ
とが知られている。実施例−２においては、実施例−１
と同様のターゲット材料６０及び成膜装置１を使用し
て、ＴｉＮ層（バリアメタル層）を層間絶縁層に形成さ
れた開口部内を含む半導体基板上に成膜した。ＴｉＮ層
の成膜条件を、例えば以下のとおりとした。プロセスガス：Ａｒ／Ｎ₂＝４０／７０sccm マイクロ波パワー：８００Ｗスパッタ圧力：０．４Ｐａ基板加熱温度：１５０゜Ｃ成膜速度：０．０１〜０．０４μｍ／分層間絶縁層に形成された開口部の側壁に５ｎｍ以上のＴ
ｉＮ層を形成した。

【００４６】その後、別の成膜装置を用いて、高温スパ
ッタ法によってアルミニウム合金を半導体基板上及び開
口部内に堆積させた。尚、Ａｌ−１％Ｓｉから成るター
ゲット材料には孔部を設けていない。アルミニウム合金
のスパッタリング条件を、実施例−１と同様とした。こ
の場合にも、ＴｉＮが開口部内に十分成膜されているの
で、アルミニウム合金の開口部内への埋め込みが良好に
行われた。

【００４７】（実施例−３）図５に示した遮蔽装置を備
えた成膜装置（図４参照）を用いて、実施例−１と同様
のターゲット材料１０を使用して、Ｔｉ層を層間絶縁層
に形成された開口部内を含む半導体基板上に成膜した。
Ｔｉ層の成膜条件を、実施例−１と同様とした。尚、Ｅ
ＣＲプラズマイオン源におけるＥＣＲ放電は、ＥＣＲプ
ラズマイオン源の運転開始から１０秒程度は安定しない
ので、この間は、遮蔽装置を閉じて、ターゲット材料へ
のイオン源からの不活性イオンの照射を遮断した。ＥＣ
Ｒプラズマイオン源が安定した後、遮蔽装置を開き、Ｔ
ｉ層の形成を行った。

【００４８】次いで、実施例−１と同様に、アルミニウ
ム合金層を高温スパッタ法にて堆積させた。ＥＣＲ放電
が安定するまで、遮蔽装置を閉じておいたので、Ｔｉ層
の形成を安定して行うことができ、得られたＴｉ薄膜の
厚さも一定であった。従来の遮蔽装置無しの成膜装置を
使用した場合にはアルミニウム合金層の埋め込み歩留ま
りが約８０％であった。これに対して、本発明の成膜装
置を使用した場合、Ｔｉ層の膜質が安定しているため、
アルミニウム合金層の埋め込み歩留まりが１００％であ
った。

【００４９】図５に示した遮蔽装置を備えた成膜装置
（図４参照）を用いて、実施例−２と同様の条件で、Ｔ
ｉＮから成るバリアメタル層及びアルミニウム合金層を
形成した。ＴｉＮから成るバリアメタル層が厚くしかも
均一に形成され、アルミニウム合金の開口部への埋め込
み性も良好であった。

【００５０】（実施例−４）図７に示した冷却装置を備
えた成膜装置（図６参照）を用いて、実施例−１と同様
のターゲット材料１０を使用して、層間絶縁層に形成さ
れた開口部を含む半導体基板上にＴｉ層を成膜した。Ｔ
ｉ層の成膜条件を、実施例−１と同様とした。尚、Ａｒ
から成り常温の冷却用ガスを１００Ｎｃｍ³／分、供給
してターゲット材料を冷却した。これによって、ターゲ
ット材料の温度は、室温から５０゜Ｃ程度まで上昇する
に止った。冷却用ガスを供給しない場合、同様の条件で
Ｔｉ層を成膜したところ、ターゲット材料の温度は、室
温から２５０゜Ｃ程度にまで上昇した。このように、タ
ーゲット材料の温度上昇を抑えることができるので、成
膜の再現性を向上させることができた。

【００５１】以上、好ましい実施例に基づき本発明を説
明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるもので
はない。ターゲット材料に設けられた孔部の垂直方向の
断面形状を、図２の（Ａ）に示すような階段状、あるい
は図２の（Ｂ）に示すような釣り鐘状等、任意の形状と
することができる。

【００５２】遮蔽装置を、図５に示した以外にも、例え
ばターゲット材料と同程度あるいはそれより大きな平板
とし、この平板をイオン源とターゲット材料の間の空間
に挿入できるよう、成膜チャンバに可動に取り付けるこ
ともできる。あるいは又、ターゲット材料に照射される
不活性イオンを必要に応じて遮蔽できる装置であれば、
如何なる遮蔽装置も使用することができる。遮蔽装置
は、ターゲット材料と基板の間に配置することもでき
る。

【００５３】冷却装置として１本の冷却用ガス配管を例
示したが、冷却用ガス配管は複数本であってもよい。ま
た、ターゲット材料の周辺部に配置することができる形
状、構造であれば、図７に示した冷却装置に限定され
ず、如何なる冷却装置も使用することができる。

【００５４】

【発明の効果】本発明のターゲット材料及びかかるター
ゲット材料を備えた成膜装置においては、スパッタ粒子
によるマイクロ波導入窓の曇りを低減することができ、
成膜装置のメンテナンス性が向上し、高い生産性を以て
半導体装置等を生産することができる。

【００５５】遮蔽装置を備えた本発明の成膜装置におい
ては、形成された薄膜の厚さや膜質が安定し、優れた制
御性にて薄膜を形成することができる。

【００５６】また、ターゲット材料を冷却するための冷
却装置を備えた本発明の成膜装置においては、ターゲッ
ト材料の温度上昇を効果的に抑制することができ、薄膜
の厚さや膜質の再現性に優れていた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のターゲット材料の図である。

【図２】本発明のターゲット材料の孔部の垂直方向の断
面形状を例示する図である。

【図３】本発明のターゲット材料を備えた、第１の態様
に係る成膜装置の概要を示す図である。

【図４】本発明の遮蔽装置を備えた、第２の態様に係る
成膜装置の概要を示す図である。

【図５】遮蔽装置の一例を示す図である。

【図６】本発明の冷却装置を備えた、第３の態様に係る
成膜装置の概要を示す図である。

【図７】冷却装置の一例を示す図である。

【図８】本発明の成膜装置を用いて半導体基板に薄膜を
形成する工程を説明するための半導体素子の模式的な一
部断面図である。

【図９】従来の成膜装置の概要を示す図である。

【図１０】従来のマルチホール型のターゲット材料の図
である。

【図１１】従来のスパッタ法による薄膜形成における問
題点を説明するための半導体素子の模式的な一部断面図
である。

【図１２】従来のコリメーターの模式的な一部断面図で
ある。

【符号の説明】

１プラズマ成膜装置１２サセプタ１０成膜チャンバ１６ガス排気部２０プラズマチャンバ２２マイクロ波導入窓２４磁気コイル６０ターゲット材料６２孔部７０遮蔽装置７２シャッター羽根７４格納部分８０冷却装置８２冷却ガス配管８４冷却用ガス供給部８６細孔９０支持具１００半導体基板１０２層間絶縁層１０４開口部１１０バリアメタル層１１２配線材料２００，２００Ａターゲット材料２０２貫通孔２０４ターゲット材料の上面２０６バッキングプレート２１０コリメーター２１２貫通孔

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基材に薄膜を形成するための複数の孔部が
設けられたターゲット材料であって、該孔部は、基材に
面した側の開口面積が基材に面していない側の開口面積
よりも小さいことを特徴とするターゲット材料。
【請求項２】ターゲット材料に不活性イオンを照射して
基材に薄膜を形成する成膜装置であって、基材に面した
側の開口面積が基材に面していない側の開口面積よりも
小さい複数の孔部が設けられたターゲット材料を備えて
いることを特徴とする成膜装置。
【請求項３】電子サイクロトロン共鳴プラズマイオン源
を備えていることを特徴とする請求項２に記載の成膜装
置。
【請求項４】ターゲット材料にイオン源からの不活性イ
オンを照射して基材に薄膜を形成する成膜装置であっ
て、イオン源とターゲット材料との間に、不活性イオン
を遮蔽する遮蔽装置を備えていることを特徴とする成膜
装置。
【請求項５】イオン源は電子サイクロトロン共鳴プラズ
マイオン源であることを特徴とする請求項４に記載の成
膜装置。
【請求項６】ターゲット材料には複数の孔部が設けられ
ていることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の
成膜装置。
【請求項７】前記孔部は、基材に面した側の開口面積が
基材に面していない側の開口面積よりも小さいことを特
徴とする請求項６に記載の成膜装置。
【請求項８】ターゲット材料に不活性イオンを照射して
基材に薄膜を形成する成膜装置であって、ターゲット材
料を冷却するために、ターゲット材料の周辺部近傍に配
置された冷却装置を備えていることを特徴とする成膜装
置。
【請求項９】ターゲット材料には複数の孔部が設けられ
ていることを特徴とする請求項８に記載の成膜装置。
【請求項１０】電子サイクロトロン共鳴プラズマイオン
源を備えていることを特徴とする請求項９に記載の成膜
装置。
【請求項１１】冷却装置は、ターゲット材料の周辺部か
ら中心部に向けて冷却用ガスを流す装置であることを特
徴とする請求項８、請求項９又は請求項１０に記載の成
膜装置。