JPH0845846A - スパッタリング方法及びスパッタリング装置 - Google Patents

スパッタリング方法及びスパッタリング装置

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JPH0845846A
JPH0845846A JP6194952A JP19495294A JPH0845846A JP H0845846 A JPH0845846 A JP H0845846A JP 6194952 A JP6194952 A JP 6194952A JP 19495294 A JP19495294 A JP 19495294A JP H0845846 A JPH0845846 A JP H0845846A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 被処理体表面にある高いアスペクト比の溝、
穴内に、スパッタリングによって堆積種を埋め込むにあ
たり、ボイドを発生させずにその底部から堆積させる。 【構成】 減圧自在に構成された石英管６３内にターゲ
ット７６とウエハＷを対向配置させ、ウエハＷに対して
低電圧バイアスを印加させると共にアンテナ８５によっ
て高密度のヘリコン波プラズマをターゲット７６とウエ
ハＷとの間に発生させる。ウエハＷはプラズマ領域Ｐの
下側境界外に近接させて配置する。堆積種は、プラズマ
領域Ｐ中でイオン化され、垂直方向に加速されてウエハ
Ｗに入射、堆積するので、ウエハＷ表面の溝の底部から
堆積していく。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はスパッタリング方法、及
びスパッタリング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】例えば半導体デバイスの製造プロセスを
例にとって説明すると、従来から半導体ウエハなどの被
処理体に対して電極やパターンを形成したり、素子分離
のための絶縁膜等を形成するために、所定の減圧雰囲気
に設定された処理室内に、当該被処理体と、所望の電
極、パターン材料、絶縁材料からなるターゲットと対向
配置させ、グロー放電等によって前記ターゲットからは
じき出された堆積粒子（堆積種）を、被処理体に堆積さ
せるスパッタリング方法が採用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで今日、半導体
デバイスの高集積化に伴い、半導体デバイスの製造プロ
セスにおいても、より微細な加工を正確に行う技術の確
立が求められており、例えば内部配線形成プロセスにお
いては、開口部が小さくかつ高さの深い高アスペクト比
の溝内に、所定の配線用堆積種やあるいは絶縁用堆積種
を充填させる必要が生じてきている。
【０００４】かかる場合、従来のスパッタリング方法、
装置では、ターゲットからはじき飛ばされた堆積種の飛
翔方向が揃っておらず、即ち飛翔する各粒子の垂直方向
成分と水平方向成分の比率が区々となっており、そのた
め被処理体表面に形成されたアスペクト比の高い溝、穴
の底部から堆積させようとしても、これら溝、穴の開口
周縁部に堆積する数が多くなってしまう。その結果、
溝、穴の底部や内部にボイドが発生し、断線不良や、絶
縁不良が発生するおそれがあった。
【０００５】かかる事態を防止するには、被処理体に向
かって飛翔する堆積種の水平方向成分を減少させて、垂
直方向で溝、穴に入射、堆積させることが望ましい。こ
の点、例えば複数の円形孔やハニカム状の透孔を垂直方
向に有するコリメータを、ターゲットと被処理体との間
に設置し、ターゲットから飛翔する堆積種の被処理体へ
の入射を規制する方法が提案されているが、かかる方法
によれば入射する堆積種の数が減少するので、堆積レー
トが低下し、また目詰まりが原因でコリメータ自身にデ
ポが生じ、それが剥がれて処理室内を汚染するパーティ
クルが発生する可能性があった。
【０００６】本発明はかかる点に鑑みてなされたもので
あり、被処理体に対して垂直異方性の優れたスパッタリ
ングが実現可能なスパッタンリング方法、並びにその装
置を提供して、高いアスペクト比を有する溝、穴内への
堆積を確実ならしめることを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】従来のスパッタリング方
法においては、いわゆる平行平板型プラズマ装置や、マ
グネトロン方式など、比較的プラズマ密度の低いプラズ
マ装置を用いていたため、ターゲットから飛翔して堆積
種となる分子や原子が電気的に中性のものを多く含んで
いるため、前記したような問題が発生していた。そこで
本発明では、基本的に例えばヘリコン波プラズマやその
他ＥＣＲプラズマ、誘導結合プラズマなど、密度でプラ
ズマが発生する方式を採用すると共に、さらに当該高密
度プラズマで、堆積種が効果的にイオン化されて被処理
体に対して垂直方向に入射、堆積させるような構成を採
ったものである。
【０００８】即ちまず請求項１によれば、減圧自在に構
成された処理容器内にターゲットと被処理体を対向配置
し、前記処理容器内にガスを導入しつつプラズマを発生
させて、前記ターゲットからの堆積種又はターゲットか
らの粒子と前記ガスとの結合堆積種を前記被処理体に堆
積させるスパッタリング方法において、前記プラズマは
適宜のアンテナ手段によって発生させるようにし、前記
ターゲットは少なくとも当該プラズマ領域内に位置さ
せ、さらに前記被処理体は当該プラズマ領域境界外方近
傍に位置させると共に、この被処理体にはバイアス電圧
を印加させることを特徴とする、スパッタリング方法が
提供される。この場合、アンテナ手段によって発生させ
るプラズマとは、例えばヘリコン波プラズマやＥＣＲプ
ラズマ、誘導結合プラズマが挙げられる。
【０００９】また請求項２によれば、減圧自在に構成さ
れた処理容器内にターゲットと被処理体を対向配置し、
前記処理容器内にガスを導入しつつプラズマを発生させ
て、前記ターゲットからの堆積種又はターゲットからの
粒子と前記ガスとの結合堆積種を前記被処理体に堆積さ
せるスパッタリング方法において、前記プラズマはヘリ
コン波によって発生させるようにし、前記ターゲットは
少なくとも当該プラズマ領域内に位置させ、さらに前記
被処理体は当該プラズマ領域境界外方近傍に位置させる
と共に、この被処理体にはバイアス電圧を印加させるこ
とを特徴とする、スパッタリング方法が提供される。
【００１０】これらの各スパッタリング方法において、
請求項３に記載したように、処理容器内に磁場を形成し
て、処理容器内に発生した前記プラズマ領域の被処理体
側境界を規制して前記被処理体を前記プラズマ領域境界
外方近傍に位置させるように構成してもよく、あるいは
請求項４に記載したように、処理容器内に流すガスの流
れによって、処理容器内に発生した前記プラズマ領域の
被処理体側境界を規制して前記被処理体を前記プラズマ
領域境界外方近傍に位置させるように構成してもよい。
【００１１】また請求項５によれば、プラズマを用いた
スパッタリングを利用してターゲットからの堆積種又は
ターゲットからの粒子と前記ガスとの結合堆積種を被処
理体に堆積させるスパッタリング方法において、前記プ
ラズマは高密度プラズマとし、ターゲットからの堆積種
又はターゲットからの粒子と前記ガスとの結合堆積種を
この高密度プラズマ中でイオン化させ、被処理体表面に
おける高アスペクト比をもった微細な溝の底に、低誘電
率の絶縁膜又はＡｌ、ＴｉＮ等の膜を異方的に堆積させ
ることを特徴とする、スパッタリング方法が提供され
る。
【００１２】請求項６によれば、プラズマを用いたスパ
ッタリングを利用してターゲットからの堆積種、又はタ
ーゲットからの粒子と前記ガスとの結合堆積種を被処理
体に堆積させるスパッタリング方法において、石英管内
に直流の負電位が印加されるＳｉのターゲットを設ける
と共に、前記ターゲットと対向する位置には、高周波電
力が印加されるＳｉの被処理体を設け、ヘリコン波プラ
ズマを用いて前記石英管内にプラズマを発生させ、前記
発生したプラズマをコイル磁場で一定の領域内に閉じこ
めると共に、当該プラズマ発生領域中に前記ターゲット
が位置するように設定し、かつ被処理体は当該プラズマ
領域の境界外方近傍に位置させるようにし、前石英管内
に酸素とアルゴンとの混合ガスを導入して、前記被処理
体の表面の溝内にＳｉＯ2を堆積させることを特徴とす
る、スパッタリング方法が提供される。
【００１３】以上の各スパッタリング方法におけるプラ
ズマは、請求項７に記載したように、１０11cm-3以上の
電子密度を有するようにすることが好ましい。
【００１４】スパッタリング装置としては、まず請求項
８に記載したような、減圧自在に構成された処理容器内
に、ターゲットと被処理体を対向配置し、前記処理容器
内にガスを導入しつつプラズマを発生させて、前記ター
ゲットからの堆積種又はターゲットからの粒子と前記ガ
スとの結合堆積種を前記被処理体に堆積させる如く構成
されたスパッタリング装置において、前記処理容器を略
円筒形に構成すると共に、前記プラズマは適宜のアンテ
ナ手段によって発生させるようにし、さらに前記ガスは
この処理容器の軸方向一側から導入して他側から排気す
るように構成し、前記被処理体を当該ガス流の上流側に
配置し、前記ターゲットは当該ガス流の下流側に配置さ
せ、前記被処理体に対してバイアス電圧を印加自在とな
るように構成したことを特徴とする、スパッタリング装
置が提供される。
【００１５】また請求項９によれば、前記処理容器を略
円筒形に構成すると共に、前記プラズマは、適宜のアン
テナ手段によって発生させるようにし、前記被処理体に
対してバイアス電圧を印加自在となるように構成し、さ
らに発生したプラズマが処理容器の軸方向に沿って少な
くとも被処理体側に拡散するのを防止するための磁場形
成手段を処理容器外周に設けたことを特徴とする、スパ
ッタリング装置が提供される。
【００１６】請求項１０によれば、減圧自在に構成され
た処理容器内に、ターゲットと被処理体を対向配置し、
前記処理容器内にガスを導入しつつプラズマを発生させ
て、前記ターゲットからの堆積種又はターゲットからの
粒子と前記ガスとの結合堆積種を前記被処理体に堆積さ
せるスパッタリング装置において、前記処理容器を略円
筒形に構成すると共に、前記被処理体に対してバイアス
電圧を印加自在となるように構成し、さらに前記プラズ
マは、適宜のアンテナ手段によって発生させるように
し、ターゲットと被処理体との各中心を結ぶ軸線と直交
する面に磁場を形成する磁場形成手段を備えたことを特
徴とする、スパッタンリング装置が提供される。この場
合、請求項１１に記載したように、磁場形成手段にヨー
クを付加した構成としたり、さらに請求項１２に記載し
たように、前記磁場形成手段によって発生する最大磁場
が、ターゲットと被処理体との間のほぼ中心に位置する
ように設定してもよい。
【００１７】そして以上のように構成される各スパッタ
ンリング装置において、請求項１３のように、ターゲッ
トを冷却する冷却手段を備えたり、請求項１４のよう
に、被処理体を冷却する冷却手段を備えれば、さらに好
ましい結果が得られる。
【００１８】プラズマ密度自体については、請求項１５
に記載したように、１０11cm-3以上の電子密度を有する
プラズマを発生させる如く構成すれば、なお好ましく、
この場合、請求項１６のように、ヘリコン波によってプ
ラズマを発生させるようにしてもよい。そしてプラズマ
を発生させるためのアンテナ手段については、請求項１
７に記載したように、処理容器内部に設けるようにして
もよい。
【００１９】
【作用】請求項１の場合、アンテナ手段によって発生さ
れるヘリコン波プラズマやＥＣＲプラズマ、誘導結合プ
ラズマなどのプラズマは、高密度プラズマである。従っ
て、スパッタリングによってターゲットから放出された
分子、原子などの堆積種は、この高密度プラズマを通過
する際にイオン化される。従って、被処理体にバイアス
電圧を印加させることにより、当該イオン化された活性
種は、垂直方向に加速されてそのまま被処理体に向かっ
て飛翔し、被処理体表面に堆積する。また堆積レートを
低下させることもない。この場合、被処理体はプラズマ
領域境界外方近傍に位置させているので、プラズマ自体
による影響、例えばエッチングなどが施されるおそれは
ない。
【００２０】また請求項２によれば、ヘリコン波によっ
て発生されるプラズマを用いているので、ターゲットか
ら放出された中性の堆積種を効果的にイオン化すること
が可能である。
【００２１】請求項３によれば、処理容器内に形成した
磁場によって、請求項４の場合には、処理容器内に流す
ガスの流れによって、そのようなプラズマ領域の被処理
体側境界を規制している。従って、所定の位置に境界設
定することが容易であり、特に請求項４の場合には、格
別にかかる境界規制手段を設けることなく、処理容器内
に導入する通常の処理ガスの流れによって、かかるプラ
ズマ領域の被処理体側境界を規制することが可能になっ
ている。
【００２２】また請求項５によれば、ターゲットからの
堆積種又はターゲットからの粒子と前記ガスとの結合堆
積種をこの高密度プラズマ中でイオン化させ、被処理体
表面における高アスペクト比をもった微細な溝の底に、
低誘電率の絶縁膜又はＡｌ、ＴｉＮ等の膜を異方的に堆
積させるので、堆積後の前記溝内にボイド等が発生する
おそれはない。
【００２３】請求項６によれば、スパッタされたＳｉが
運動量をもち、しかも高密度ヘリコン波プラズマ中でイ
オン化が促進され、さらにバイアスによって被処理体に
対して直角に加速されるので、底部から堆積が進み、前
記被処理体の表面の溝内に堆積したＳｉＯ2中に、ボイ
ド等が発生することはない。
【００２４】そして請求項７のように、以上の各スパッ
タリング方法におけるプラズマを１０11cm-3以上の密度
に設定すれば、プラズマ中を通過する堆積種は、その大
部分がイオン化される。
【００２５】請求項８に記載したスパッタリング装置に
よれば、アンテナ手段によって処理容器内に高密度のプ
ラズマが発生する。そして被処理体は、ガス流の上流側
に配置され、ターゲットは当該ガス流の下流側に配置さ
れているので、ガス流の制御によって、被処理体を前記
プラズマ領域の境界外方近傍に位置させ、かつターゲッ
トを前記プラズマ領域内に配置させることが可能であ
る。従って、前記ターゲットからの堆積種又はターゲッ
トからの粒子と前記ガスとの結合堆積種は、前記プラズ
マ領域中でイオン化させる一方、プラズマによって被処
理体自体が例えばエッチングされることなどを防止でき
る。そして被処理体にバイアス電圧を印加させることに
より、イオン化された堆積種はこの被処理体に対して直
角に入射、堆積する。
【００２６】この点請求項９によれば、発生したプラズ
マが処理容器の軸方向に沿って少なくとも被処理体側に
拡散するのを防止するための磁場形成手段が設けられて
いるので、被処理体を前記プラズマ領域の境界外方近傍
に位置させ、かつターゲットを前記プラズマ領域内に配
置させることが可能である。
【００２７】請求項１０によれば、ターゲットと被処理
体との各中心を結ぶ軸線と直交する面に磁場を形成する
磁場形成手段を備えているので、被処理体を前記プラズ
マ領域の境界外方近傍に位置させ、かつターゲットを前
記プラズマ領域内に配置させることが可能である。また
この点、請求項１１に記載したように、ヨークを付設す
れば、簡易な手段で磁場強度の制御が容易であり、さら
に請求項１２のように、前記磁場形成手段によって発生
する最大磁場が、ターゲットと被処理体との間のほぼ中
心に位置するように設定すれば、被処理体にプラズマが
ダメージを与えるようなことはない。
【００２８】請求項１３のように、ターゲットを冷却す
る冷却手段を備えたり、請求項１４のように、被処理体
を冷却する冷却手段を備えれば、ターゲットや被処理体
の温度が異常に上昇するのを抑えて、適切なスパッタリ
ング処理を実施することが可能である。
【００２９】そして請求項１５に記載したように、１０
11cm-3以上の電子密度を有するプラズマを発生させる如
く構成すれば、堆積種のイオン化が適切に行われ、電気
的に中性の堆積種の割合を大幅に減少させることができ
る。この場合、請求項１６のように、ヘリコン波によっ
てプラズマを発生させるようにすれば、かかる高密度の
プラズマを容易に得ることができる。
【００３０】請求項１７に記載したように、処理容器内
部にアンテナ手段を設ければ、導電性の堆積種をスパッ
タリングによって被処理体表面に堆積させる処理を実施
するにあたり、処理容器の内周壁にかかる堆積種が付着
しても、プラズマの発生に支障をきたさない。
【００３１】
【実施例】以下、本発明の実施例を図について説明する
と、図１は第１実施例にかかるスパッタリング装置１の
断面を模式的に示しており、このスパッタリング装置１
における処理容器２は、図示される如く、略円筒形状の
石英管によって構成されている。そしてスパッタリング
処理される被処理体、例えば半導体ウエハ（以下、「ウ
エハ」という）Ｗは、前記処理容器２の底部に設置され
た導電性のサセプタ３の上に、例えば静電チャック（図
示せず）を介して保持されるようになっている。
【００３２】このサセプタ３は下部電極を構成し、処理
容器２外部に設置された高周波電源４、整合装置５を介
して、この高周波電源４からのバイアス電圧、例えば１
００ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの高周波が印加自在なよ
うに構成されている。またこのサセプタ３内には、適宜
の冷却空間６が形成されており、この冷却空間６内を、
導入管７、排出管８を通じて、例えば室温程度（２０〜
２５゜Ｃ）の冷却水が循環するようになっており、前記
ウエハＷは所定の温度にまで冷却、維持されるようにな
っている。
【００３３】前記処理容器２の底部近傍には、真空ポン
プなどの排気手段１１に通ずる排気管１２が設けられて
おり、この排気手段１１の作動によって、この処理容器
２内は、０．１mmＴｏｒｒ〜１０Ｔｏｒｒまでの任意の
減圧度に調節自在となっている。
【００３４】一方前記サセプタ３と対向する処理容器２
内の上部には、上部電極２１が設けられており、この上
部電極２１の下面、即ち、前記サセプタ３と対向する面
に、ターゲット２２が設けられている。本実施例におい
ては、Ｓｉのターゲットを用いている。この上部電極２
１は、支持材２３によって支持されており、この支持材
２３を貫設した導入管２４、排出管２５によって、冷却
水が上部電極２１内の冷却空間２６内を循環し、前記タ
ーゲット２２を所定の温度にまで冷却するように構成さ
れている。そして上部電極２１には、処理容器２外部に
設置された直流電源２７から、所定の負のバイアス電
圧、例えば３００Ｖの直流電圧が印加されるように構成
されている。
【００３５】前記処理容器２の上部近傍には、処理ガス
導入管３１が設けられており、この処理ガス導入管３１
には、バルブ３２、３３及びマスフローコントローラ３
４、３５を介して、処理ガス供給源３６、３７が接続さ
れている。本実施例においては、処理ガス供給源３６に
Ａｒガスが、処理ガス供給源３７にはＯ2ガスが用意さ
れている。
【００３６】前記処理容器２の上部外周には、ヘリコン
波を発生させる図２に示したようなループ状のアンテナ
４１が配置されている。そしてこのアンテナ４１には、
整合装置４２を介して、高周波電源４３からの高周波、
例えば１３．５６ＭＨｚの高周波が印加されるように構
成されている。
【００３７】前記アンテナ４１と、サセプタ３との間に
おける前記処理容器２の外周には、側面が略「コ」字型
のヨーク５１、５２が、図１、図２に示したように、処
理容器２を挟んで開口部が向き合うように対向配置され
ており、さらにこれら各ヨーク５１、５２には、それぞ
れコイル５３、５４が巻き付けられており、所定の電源
（図示せず）からの電流がこれらコイル５３、５４を流
れると、前記各ヨーク５１、５２の上部延出部５１ａ、
５２ａ間、下部延出部５１ｂ、５２ｂ間に磁束（図１に
おける破線で示す）が形成され、処理容器２内に磁場が
形成されるようになっている。なお本実施例で使用した
ヨーク５１、５２は、同形同大であって、その材質は、
透磁率の高い冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ）からなってい
る。もちろんこれに限らず、高い透磁率を有する材質の
ヨークを適宜選択して使用でき、また前記したように、
２つのヨークを用意して必ずしも対向させる必要はな
い。
【００３８】本実施例にかかるスパッタリング装置１は
以上の構成を有しており、本装置を用いて、図３に示し
たようにウエハＷ表面に形成された高アスペクト比の溝
Ｄ内に、ＳｉＯ2の絶縁膜を埋め込む処理について説明
すると、まず排気手段１１によって処理容器２内を減圧
し、さらに処理ガス供給源３６からＡｒガスを、処理ガ
ス供給源３７からＯ2ガスを導入して、処理容器２内を
５mmＴｏｒｒの減圧度に維持する。なおＡｒガスとＯ2
ガスの流量比は、Ａｒガスが８０％、Ｏ2ガスを２０％
とした。
【００３９】そして前記サセプタ３に高周波電源４から
高周波バイアスを印加すると共に、ターゲット２２に対
しても直流電源２７によって直流の電圧（負電位）を印
加させる。またアンテナ４１に対しては、高周波電源４
３からの高周波を印加してヘリコン波を発生させ、処理
容器２内に高密度のプラズマを発生させる。一方コイル
コイル５３、５４に対しても通電して、処理容器２内の
所定領域に磁場を形成させる。なおこのときの発生した
磁場強度と、ターゲット２２、ウエハＷとの位置関係
は、図４のグラフに示した通りである。かかる磁場が処
理容器２内に形成されると、発生したプラズマはこの磁
場の中に閉じこめられ、図１に示したようなプラズマ領
域Ｐが形成される。
【００４０】そうすると、処理ガス中のＡｒガス粒子が
プラズマによって解離して、Ｓｉのターゲット２２に向
けて飛翔し、それによってターゲット２２からＳｉ粒子
がはじき飛ばされ、処理ガス中のＯ2と結合して堆積種
ＳｉＯ2が発生する。前記プラズマ領域Ｐは、ヘリコン
波によって生成された高密度のプラズマであるから、発
生したＳｉＯ2は、このプラズマ領域Ｐを通過する際に
その大部分がイオン化される。他方、被処理体であるウ
エハＷには、高周波電源４によってバイアスがかけられ
ているから、この堆積種ＳｉＯ2は当該ウエハＷに向け
て垂直方向に加速される。
【００４１】従って、図５に示したように、堆積種Ｓｉ
Ｏ2はウエハＷ表面に形成された溝Ｄ内に垂直方向に入
射し、その底部から堆積していく。そのゆえ溝Ｄの深さ
が大きく、開口部が小さい高アスペクト比であっても、
その底部から堆積させることができるので、埋め込まれ
たＳｉＯ2中に、ボイドが生ずるおそれはないものであ
る。またコリメータを使用していないので、堆積レート
が低下することもない。
【００４２】なお前記処理における堆積種のイオン化過
程を鑑みれば、プラズマ領域通過中に、堆積種のイオン
化を促進してイオン化された堆積種の割合を多くする必
要があるが、前記スパッタリング装置１においては、ヨ
ーク５１、５２によってプラズマ領域Ｐの幅（処理容器
２の軸方向の長さ）を適切に設定させられるので、かか
るイオン化を十分に実現させることが可能となってい
る。その場合、前記プラズマ領域Ｐの幅（処理容器２の
軸方向の長さ）、より厳密にいえば、ターゲット２２か
らプラズマ領域Ｐの下側境界までの軸方向の長さは、堆
積種の平均自由行程の約数倍〜１０倍程度の長さがあれ
ば、ヘリコン波プラズマ通過中に堆積種のイオン化割合
を中性種よりも多くすることが可能であり、所期の異方
性の高い堆積が実現できる。また発生したプラズマもヘ
リコン波による高密度プラズマであるから、堆積種のイ
オン化が効果的になされている。
【００４３】また図１に示したように、被処理体である
ウエハＷは、プラズマ領域Ｐの中に位置していないた
め、プラズマ中に曝されることはなく、ウエハＷ表面の
溝Ｄ自体がプラズマによってエッチングされることはな
い。そしてこのウエハＷに対しては、高周波電源４によ
ってバイアス電圧が印加されているので、イオン化され
ない堆積種が溝Ｄの開口周縁部に堆積しても、これを削
り落とすことができる。従って、溝Ｄ内への堆積種の入
射を阻害させることはなく、ボイドを生じさせることな
く溝Ｄ内に堆積種を堆積させることが可能である。
【００４４】なお前記処理は、堆積種をＳｉＯ2とし
て、ウエハＷ表面に形成された溝Ｄ内にＳｉＯ2の絶縁
パターンを形成する例であったが、もちろん前記スパッ
タリング装置１によれば、処理ガス、ターゲットの種類
を変えて他の処理についても適用できる。例えばターゲ
ット２２にはＳｉを使用したまま、処理ガスにＡｒガス
とＮ2ガスとの混合ガスを用いれば、コンタクトホール
などに用いられる、Ｓｉ3Ｎ4の堆積種を被処理体表面の
溝、穴に堆積させることが可能であり、ターゲット２２
にＴｉを使用すれば、同じくＡｒガスとＮ2ガスを用い
ることにより、被処理体表面の溝、穴にＴｉＮを堆積さ
せることができる。いずれの場合にも前記したＳｉＯ2
の場合と同様、垂直方向の入射率の高い堆積処理を実施
することができ、溝、穴内にその底部からＳｉ3Ｎ4、Ｔ
ｉＮを埋め込むことが可能である。従って、これら溝、
穴がアスペクト比の高いものであってもボイドのない堆
積処理を実施することができる。
【００４５】その他、例えば処理ガスとしてＣ4Ｆ8、Ｃ
Ｆ4等のＣＦ系のガスを用いれば、堆積種ＣＦ+を、被処
理体に向けて垂直に入射させて対応する堆積処理を実施
させることができる。なおこの場合は、被処理体に印加
するバイアス電圧のパワーは前記した実施例よりも小さ
くする方が好ましい。
【００４６】なお例えばＡｌ系、Ｃｕ系の導電性物質
を、例えばウエハＷ表面の溝、穴内に堆積させて埋め込
む処理を実施する場合、前記実施例にかかるスパッタリ
ング装置１におけるアンテナ４１を処理容器２内部に配
置し、アンテナ４１の材質も、これら導電性物質と同一
の物質で構成すればよい。そうすると、Ａｌ系、Ｃｕ系
の導電性物質が、処理容器２内面やアンテナ４１自体に
付着しても、アンテナ４１の機能をなんら損ねることな
く、処理容器２内に高密度のプラズマを発生させること
が可能である。
【００４７】前記実施例にかかるスパッタリング装置１
においては、プラズマ領域Ｐを規制するため、ヨーク５
１、５２を使用したが、かかる手段を用いなくとも、本
発明を実施することができる。図６は、そのようなヨー
クを持たない構成を有する第２実施例にかかるスパッタ
リング装置６１の構成の概略を模式的に示しており、こ
のスパッタリング装置６１の処理容器６２は、直径６０
mm、長さ５０cmの石英管６３の上下にシール材６４を介
して排気チャンバ６５、給気チャンバ６６を備えた構成
を有している。前記排気チャンバ６５は、排気手段６７
に通ずる排気管６８を具備し、給気チャンバ６６は、バ
ルブ６９、７０、マスフローコントローラ７１、７２を
介して処理ガス供給源７３、７４に通ずる給気管７５を
具備している。そしてこのスパッタリング装置６１にお
いても、処理ガス供給源７３にＡｒガスが、処理ガス供
給源７４にＯ2ガスがそれぞれ充填されている。
【００４８】前記石英管６３内の上部には、排気チャン
バ６５を気密に貫設した上部電極７５が配置されてお
り、その下端部の水冷基盤上にＩｎで付着させた単結晶
Ｓｉのターゲット７６が設けられている。この上部電極
７５には、外部の直流電源から直流電圧（負電位）が印
加される構成となっている。
【００４９】一方前記石英管６３内の下部には、給気チ
ャンバ６６を気密に貫設した下部電極８１が、前記上部
電極７５と対向して配置されている。そしてこの下部電
極８１の上端部に基盤８２が設けられ、被処理体である
ＳｉのウエハＷは、この基盤８２上に設けられている。
なお基盤８２とターゲット７６間の距離は、３cmに設定
してある。そしてこの下部電極８１に対しては、整合器
８３を介して高周波電源８４から１００ｋＨｚの高周波
が印加されるようになっている。
【００５０】前記石英管６３の外周には、ターゲット７
６から４cm上方に位置した部分に、アンテナ８５が配置
されている。このアンテナ８５は、一巻きのループ形状
をなしており、整合装置８６を介して高周波電源８７に
接続され、この高周波電源８７によって、周波数が１
３．５６ＭＨｚの高周波が印加されると、石英管６３内
にヘリコン波プラズマを発生させる構成となっている。
そしてこのアンテナ８４の上方には、磁場を形成させる
ためのコイル８８が配置されている。
【００５１】第２実施例にかかるスパッタリング装置６
１は、以上の構成を有しており、次にウエハＷ表面に形
成された溝内にＳｉＯ2を堆積させる処理について説明
すると、石英管６３内に処理ガスとして、Ａｒガスを８
０％、Ｏ2ガスを２０％の割合で導入し、石英管６３内
の減圧度を５mmＴｏｒｒに設定する。そしてコイル８６
による磁場強度を１８０Ｇａｕｓｓ、アンテナ８３に印
加する高周波電力を１．２ｋＷに設定し、さらに上部電
極７５に−３００ｖを印加すると共に、下部電極８１に
１００ｋＨｚ・５０ｖの高周波バイアスを印加させる。
【００５２】そうすると、図６に示したように、石英管
６３内に高密度（１×１０12cm-3）のヘリコン波プラズ
マが発生するが、ウエハＷの下方に位置する給気チャン
バ６６から導入される前記ＡｒガスとＯ2ガスとの混合
ガスのガス流により、プラズマ領域Ｐの下方側境界は、
ウエハＷのすぐ上の位置になるように設定することが可
能である。
【００５３】そしてこの状態でスパッタリングを実施す
れば、前出スパッタリング装置１の場合と同様、堆積種
であるＳｉＯ2がプラズマ領域Ｐ通過中にイオン化され
て、垂直方向に加速され、ウエハＷ表面の溝内に入射、
堆積するのである。実際に前記稼働条件の下で、このス
パッタリング装置６１を用いてＳｉの半導体ウエハに対
して処理を行ったところ、例えば幅１．２μｍ、深さ３
μｍの溝に対しても、ボイドのないＳｉＯ2の埋め込み
を実施することができた。またこの場合の堆積速度は、
約１０００オングストローム／分であった。従って、堆
積速度を損ねることなく、前記した高アスペクト比の溝
内に、ＳｉＯ2を空隙なく埋め込むことができる。
【００５４】しかもかかる作用を実現させる際の、下部
電極８１へ印加するバイアス電圧は、５０ｖと極めて低
圧でよく、従ってウエハＷに対してダメージを与えるお
それもないものである。
【００５５】なお前記各実施例は、いずれも被処理体と
して半導体ウエハを選択してスパッタリングを実施した
例であったが、もちろん例えば他の被処理体、例えばＬ
ＣＤ基盤を被処理体としても、本発明は適用可能であ
る。
【００５６】
【発明の効果】請求項１〜請求項７によれば、スパッタ
リングによってターゲットから放出された分子、原子な
どの堆積種は、この高密度プラズマを通過する際にイオ
ン化され、被処理体に対して直角方向に加速されてその
まま被処理体に向かって飛翔し、被処理体表面に堆積す
る。従って、被処理体表面に形成された微細な溝、穴の
底部から堆積種を堆積させることができ、堆積後のこれ
ら溝、穴内には、ボイドが発生することはない。従っ
て、例えばウエハ内部の微細なパターン、微少なコンタ
クトホールに接続不良、絶縁不良などの配線不良が発生
するおそれはない。しかも従来のコリメータを使用する
方法に比べても、デポを発生させずに堆積レートを向上
させている。もちろん被処理体自体がプラズマによって
ダメージを受けるおそれもないものである。
【００５７】この場合、特に請求項２では、ヘリコン波
プラズマを用いているから、イオン化される割合が多く
なっており、活性種の垂直入射率はさらに向上してい
る。
【００５８】請求項３、４によれば、プラズマ領域の被
処理体側境界を規制が制御でき、堆積レートの低下を招
くことなく、適切な被処理体の設置位置を設定できる。
特に請求項４の場合には、格別にかかる境界規制手段を
設けることなく、処理容器内に導入する通常の処理ガス
の流れによって、かかるプラズマ領域の被処理体側境界
を規制することが可能になっており、装置として構成し
た場合、その分簡素化できる。
【００５９】また請求項５によれば、被処理体表面にお
ける高アスペクト比をもった微細な溝の底に、低誘電率
の絶縁膜又はＡｌ、ＴｉＮ等の膜を異方的に堆積させる
ので、堆積後の前記溝内にボイド等が発生するおそれは
ない。
【００６０】請求項６によれば、被処理体表面における
高アスペクト比をもった微細な溝などの底の部分からボ
イドのないＳｉＯ2を堆積させることがで可能である。
【００６１】請求項７によれば、プラズマ中を通過する
堆積種のイオン化割合を多くすることができ、その結果
被処理体に直角に入射、堆積する堆積種の割合をさらに
向上させることが可能である。
【００６２】請求項８〜請求項１７に記載したスパッタ
リング装置によれば、被処理体に対してプラズマによる
ダメージ、エッチング等を与えることなく、被処理体表
面に対して直角に堆積種を堆積させることが可能であ
る。従って、被処理体表面に形成された溝、穴の底部か
ら堆積種を堆積させることができ、微細な溝であっても
その内部にボイド等を発生させることなく、堆積種でこ
れら溝、穴等を充填させることが可能である。
【００６３】また特に請求項９、１０、１１、１２によ
れば、磁場形成手段によって被処理体を前記プラズマ領
域の境界外方近傍に位置させることが容易であり、プラ
ズマによるエッチング、ダメージを防止して、適切なス
パッタリングを実施することが可能である。特に請求項
１１の場合、ヨークを用いているので、簡易な構成によ
って磁場強度、範囲の設定等が容易であり、所望のプラ
ズマ領域の設定も簡単となっている。
【００６４】そして請求項１３のように、ターゲットを
冷却する冷却手段を備えたり、請求項１４のように、被
処理体を冷却する冷却手段を備えれば、ターゲットや被
処理体の温度の異常上昇を抑えて、適切なスパッタリン
グ処理を実施することが可能である。
【００６５】請求項１５、１６によれば、堆積種のイオ
ン化が適切に行われ、電気的に中性の堆積種の割合を大
幅に減少させて、垂直異方性にすぐれたスパッタリング
を実施することができる。
【００６６】そして請求項１７に記載したように、処理
容器内部にアンテナ手段を設ければ、導電性の堆積種を
スパッタリングによって被処理体表面に堆積させる処理
を実施するにあたり、処理容器の内周壁にそのような堆
積種が付着しても、プラズマの発生に支障をきたさな
い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第実施例にかかるスパッタリング装置
の断面を模式的に示した説明図である。
【図２】図１のスパッタリング装置におけるアンテナの
平面形態を示す平面説明図である。
【図３】被処理体である半導体ウエハ表面に形成された
高アスペクト比の溝の断面説明図である。
【図４】図１のスパッタリング装置におけるターゲット
とウエハとの間の磁場強度を示すグラフである。
【図５】図１のスパッタリング装置を用いて図３の溝内
にＳｉＯ2を入射、堆積させている様子を示す断面説明
図である。
【図６】本発明の第２実施例にかかるスパッタリング装
置の断面を模式的に示した説明図である。
【符号の説明】
１ スパッタリング装置 ２ 処理容器 ３ サセプタ ４ 高周波電源 ６、２６ 冷却空間 ９ 排気管 １１ 排気手段 ２１ 上部電極 ２２ ターゲット ２７ 直流電源 ３１ 処理ガス導入管 ３６、３７ 処理ガス供給源 ４１ アンテナ ４３ 高周波電源 ５１、５２ ヨーク ５３、５４ コイル Ｗ ウエハ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/285 Ｓ Ｈ０５Ｈ 1/46 Ｍ 9216−2Ｇ (72)発明者 深沢 孝之 山梨県韮崎市藤井町北下条2381番地の１ 東京エレクトロン山梨株式会社内

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 減圧自在に構成された処理容器内にター
    ゲットと被処理体を対向配置し、前記処理容器内にガス
    を導入しつつプラズマを発生させて、前記ターゲットか
    らの堆積種又はターゲットからの粒子と前記ガスとの結
    合堆積種を前記被処理体に堆積させるスパッタリング方
    法において、 前記プラズマは適宜のアンテナ手段によって発生させる
    ようにし、前記ターゲットは少なくとも当該プラズマ領
    域内に位置させ、さらに前記被処理体は当該プラズマ領
    域境界外方近傍に位置させると共に、この被処理体には
    バイアス電圧を印加させることを特徴とする、スパッタ
    リング方法。
  2. 【請求項２】 減圧自在に構成された処理容器内にター
    ゲットと被処理体を対向配置し、前記処理容器内にガス
    を導入しつつプラズマを発生させて、前記ターゲットか
    らの堆積種又はターゲットからの粒子と前記ガスとの結
    合堆積種を前記被処理体に堆積させるスパッタリング方
    法において、 前記プラズマはヘリコン波によって発生させるように
    し、前記ターゲットは少なくとも当該プラズマ領域内に
    位置させ、さらに前記被処理体は当該プラズマ領域境界
    外方近傍に位置させると共に、この被処理体にはバイア
    ス電圧を印加させることを特徴とする、スパッタリング
    方法。
  3. 【請求項３】 処理容器内に磁場を形成して、処理容器
    内に発生した前記プラズマ領域の被処理体側境界を規制
    して前記被処理体を前記プラズマ領域境界外方近傍に位
    置させるようにしたことを特徴とする、請求項１又は２
    に記載のスパッタリング方法。
  4. 【請求項４】 処理容器内に流すガスの流れによって、
    処理容器内に発生した前記プラズマ領域の被処理体側境
    界を規制して前記被処理体を前記プラズマ領域境界外方
    近傍に位置させるようにしたことを特徴とする、請求項
    １又は２に記載のスパッタリング方法。
  5. 【請求項５】 プラズマを用いたスパッタリングを利用
    してターゲットからの堆積種又はターゲットからの粒子
    と前記ガスとの結合堆積種を被処理体に堆積させるスパ
    ッタリング方法において、 前記プラズマは高密度プラズマとし、ターゲットからの
    堆積種又はターゲットからの粒子と前記ガスとの結合堆
    積種をこの高密度プラズマ中でイオン化させ、被処理体
    表面における高アスペクト比をもった微細な溝の底に、
    低誘電率の絶縁膜又はＡｌ、ＴｉＮ等の膜を異方的に堆
    積させることを特徴とする、スパッタリング方法。
  6. 【請求項６】 プラズマを用いたスパッタリングを利用
    してターゲットからの堆積種又はターゲットからの粒子
    と前記ガスとの結合堆積種を被処理体に堆積させるスパ
    ッタリング方法において、 石英管内に直流の負電位が印加されるＳｉのターゲット
    を設けると共に、前記ターゲットと対向する位置には、
    高周波電力が印加されるＳｉの被処理体を設け、ヘリコ
    ン波プラズマを用いて前記石英管内にプラズマを発生さ
    せ、前記発生したプラズマをコイル磁場で一定の領域内
    に閉じこめると共に、当該プラズマ発生領域中に前記タ
    ーゲットが位置するように設定し、かつ被処理体は当該
    プラズマ領域の境界外方近傍に位置させるようにし、前
    石英管内に酸素とアルゴンとの混合ガスを導入して、前
    記被処理体の表面の溝内にＳｉＯ2を堆積させることを
    特徴とする、スパッタリング方法。
  7. 【請求項７】 発生させる前記プラズマは、１０11cm-3
    以上の電子密度を有することを特徴とする、請求項１、
    ２、３、４、５又は６に記載のスパッタリング方法。
  8. 【請求項８】 減圧自在に構成された処理容器内に、タ
    ーゲットと被処理体を対向配置し、前記処理容器内にガ
    スを導入しつつプラズマを発生させて、前記ターゲット
    からの堆積種又はターゲットからの粒子と前記ガスとの
    結合堆積種を前記被処理体に堆積させる如く構成された
    スパッタリング装置において、 前記処理容器を略円筒形に構成すると共に、前記プラズ
    マは、適宜のアンテナ手段によって発生させるように
    し、さらに前記ガスはこの処理容器の軸方向一側から導
    入して他側から排気するように構成し、前記被処理体を
    当該ガス流の上流側に配置し、前記ターゲットは当該ガ
    ス流の下流側に配置させ、前記被処理体に対してバイア
    ス電圧を印加自在となるように構成したことを特徴とす
    る、スパッタリング装置。
  9. 【請求項９】 減圧自在に構成された処理容器内に、タ
    ーゲットと被処理体を対向配置し、前記処理容器内にガ
    スを導入しつつプラズマを発生させて、前記ターゲット
    からの堆積種又はターゲットからの粒子と前記ガスとの
    結合堆積種を前記被処理体に堆積させるスパッタリング
    装置において、 前記処理容器を略円筒形に構成すると共に、前記プラズ
    マは適宜のアンテナ手段によって発生させるようにし、
    前記被処理体に対してバイアス電圧を印加自在となるよ
    うに構成し、さらに発生したプラズマが処理容器の軸方
    向に沿って少なくとも被処理体側に拡散するのを防止す
    るための磁場形成手段を処理容器外周に設けたことを特
    徴とする、スパッタリング装置。
  10. 【請求項１０】 減圧自在に構成された処理容器内に、
    ターゲットと被処理体を対向配置し、前記処理容器内に
    ガスを導入しつつプラズマを発生させて、前記ターゲッ
    トからの堆積種又はターゲットからの粒子と前記ガスと
    の結合堆積種を前記被処理体に堆積させるスパッタリン
    グ装置において、 前記処理容器を略円筒形に構成すると共に、前記プラズ
    マは、適宜のアンテナ手段によって発生させるように
    し、前記被処理体に対してバイアス電圧を印加自在とな
    るように構成し、さらにターゲットと被処理体との各中
    心を結ぶ軸線と直交する面に磁場を形成する磁場形成手
    段を備えたことを特徴とする、スパッタンリング装置。
  11. 【請求項１１】 磁場形成手段に、ヨークを備えたこと
    を特徴とする、請求項１０に記載のスパッタンリング装
    置。
  12. 【請求項１２】 前記磁場形成手段によって発生する最
    大磁場が、ターゲットと被処理体との間のほぼ中心に位
    置するように設定したことを特徴とする、請求項１０又
    は１１に記載のスパッタリング装置。
  13. 【請求項１３】 ターゲットを冷却する冷却手段を備え
    たことを特徴とする、請求項８、９、１０、１１又は１
    ２に記載のスパッタリング装置。
  14. 【請求項１４】 被処理体を冷却する冷却手段を備えた
    ことを特徴とする、請求項８、９、１０、１１、１２又
    は１３に記載のスパッタリング装置。
  15. 【請求項１５】 １０11cm-3以上の電子密度を有するプ
    ラズマを発生させる如く構成したことを特徴とする、請
    求項８、９、１０、１１、１２、１３又は１４に記載の
    スパッタリング装置。
  16. 【請求項１６】 処理容器内に発生するプラズマはヘリ
    コン波によって発生するプラズマであることを特徴とす
    る、請求項８、９、１０、１１、１２、１３、１４又は
    １５に記載のスパッタリング装置。
  17. 【請求項１７】 アンテナ手段は処理容器内部に設けら
    れたことを特徴とする、請求項８、９、１０、１１、１
    ２、１３、１４、１５又は１６に記載のスパッタリング
    装置。
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