(57)【要約】【課題】スパッタリング用ターゲットから垂直方向に叩き出されるターゲット原子の個数を増大させる。【解決手段】薄膜形成に用いられるターゲット原子Ｐから構成されたターゲット５において、ターゲット５から斜め方向に叩き出されたターゲット原子Ｐを側壁に衝突させることでターゲット原子Ｐがターゲット５から放出されるのを遮る凹部５ａを表面に形成する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄膜形成に用いられるターゲット原子から構成されたスパッタリング用ターゲットにおいて、
前記スパッタリング用ターゲットから斜め方向に叩き出されたターゲット原子を側壁に衝突させることで前記ターゲット原子が前記スパッタリング用ターゲットから放出されるのを遮る凹部が表面に形成されていることを特徴とするスパッタリング用ターゲット。
【請求項２】
前記凹部は、三角形から八角形のうちのいずれかの平面形状を持つようにして格子状に配列されていることを特徴とする請求項１に記載のスパッタリング用ターゲット。
【請求項３】
前記凹部のアスペクト比は３以上であることを特徴とする請求項１または２に記載のスパッタリング用ターゲット。
【請求項４】
前記凹部間の間隔は前記凹部の幅の１／４以下であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のスパッタリング用ターゲット。
【請求項５】
ゲート電極を半導体基板上に形成する工程と、
前記ゲート電極の側面にサイドウォールを形成する工程と、
前記サイドウォールおよび前記ゲート電極をマスクとして前記半導体基板にイオン注入を行うことにより、前記ゲート電極を両側に配置された不純物拡散層を前記半導体基板に形成する工程と、
斜め方向に叩き出されたターゲット原子を側壁に衝突させることで前記ターゲット原子が放出されるのを遮る凹部が表面全体に一様に形成されたスパッタリング用ターゲットを用いたスパッタリングを行うことにより、前記ゲート電極上および前記不純物拡散層上にシリサイド形成用金属膜を形成する工程と、
前記ゲート電極および前記不純物拡散層を前記シリサイド形成用金属膜と反応させることにより、前記ゲート電極の表層および前記不純物拡散層の表層にシリサイド層を形成する工程と、
未反応の前記シリサイド形成用金属膜を前記半導体基板上から除去する工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
半導体基板上に層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜に開口部を形成する工程と、
斜め方向に叩き出されたターゲット原子を側壁に衝突させることで前記ターゲット原子が放出されるのを遮る凹部が表面全体に一様に形成されたスパッタリング用ターゲットを用いたスパッタリングを行うことにより、前記開口部の壁面を覆うバリアメタル膜を形成する工程と、
前記バリアメタル膜を介して前記開口部に埋め込まれたプラグ電極を形成する工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はスパッタリング用ターゲットおよび半導体装置の製造方法に関し、特に、スパッタリング用ターゲットの表面構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のスパッタリングでは、表面が平坦化されたスパッタリング用ターゲットが用いられるのが一般的である。
また、例えば、特許文献１には、スパッタリング装置の処理チャンバの上部に、バックプレートを介して複数の同心状に配置されたターゲットを絶縁性の支持板に固定する方法が開示されている。
【０００３】
しかしながら、スパッタリング用ターゲットの表面が平坦化されていると、ターゲット原子がスパッタリング用ターゲットから様々な方向に叩き出されるため、斜め方向からウェハ上に入射するターゲット原子が多くなる。
【０００４】
特許文献１に開示された方法では、ターゲットが複数の同心状に分離されているため、スパッタリング用ターゲットから叩き出されたターゲット原子はそのままウェハ上に入射し、斜め方向からウェハ上に入射するターゲット原子の個数を減らすことが困難であるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１４４３９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、スパッタリング用ターゲットから垂直方向に叩き出されるターゲット原子の割合を増大させることが可能なスパッタリング用ターゲットおよび半導体装置の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様によれば、薄膜形成に用いられるターゲット原子から構成されたスパッタリング用ターゲットにおいて、前記スパッタリング用ターゲットから斜め方向に叩き出されたターゲット原子を側壁に衝突させることで前記ターゲット原子が前記スパッタリング用ターゲットから放出されるのを遮る凹部が表面に形成されていることを特徴とするスパッタリング用ターゲットを提供する。
【０００８】
本発明の一態様によれば、ゲート電極を半導体基板上に形成する工程と、前記ゲート電極の側面にサイドウォールを形成する工程と、前記サイドウォールおよび前記ゲート電極をマスクとして前記半導体基板にイオン注入を行うことにより、前記ゲート電極を両側に配置された不純物拡散層を前記半導体基板に形成する工程と、斜め方向に叩き出されたターゲット原子を側壁に衝突させることで前記ターゲット原子が放出されるのを遮る凹部が表面全体に一様に形成されたスパッタリング用ターゲットを用いたスパッタリングを行うことにより、前記ゲート電極上および前記不純物拡散層上にシリサイド形成用金属膜を形成する工程と、前記ゲート電極および前記不純物拡散層を前記シリサイド形成用金属膜と反応させることにより、前記ゲート電極の表層および前記不純物拡散層の表層にシリサイド層を形成する工程と、未反応の前記シリサイド形成用金属膜を前記半導体基板上から除去する工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法を提供する。
【０００９】
本発明の一態様によれば、半導体基板上に層間絶縁膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜に開口部を形成する工程と、斜め方向に叩き出されたターゲット原子を側壁に衝突させることで前記ターゲット原子が放出されるのを遮る凹部が表面に形成されたスパッタリング用ターゲットを用いたスパッタリングを行うことにより、前記開口部の壁面を覆うバリアメタル膜を形成する工程と、前記バリアメタル膜を介して前記開口部に埋め込まれたプラグ電極または配線を形成する工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、スパッタリング用ターゲットから垂直方向に叩き出されるターゲット原子の割合を増大させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係るスパッタリング用ターゲットが用いられるスパッタリング装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】図２（ａ）は、図１のスパッタリング用ターゲットの概略構成を示す平面図、図２（ｂ）は、図１のスパッタリング用ターゲットの概略構成を示す断面図、図２（ｃ）は、図２（ｂ）の一部を拡大して示す断面図である。
【図３】図３は、本発明の第２実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図４】図４は、本発明の第３実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法について図面を参照しながら説明する。
【００１３】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係るスパッタリング用ターゲットが用いられるスパッタリング装置の概略構成を示す断面図である。
図１において、ウェハＷを大気と隔離するチャンバ１には、ウェハＷを搭載するステージ２が設けられている。また、チャンバ１には、プラズマ発生用ガスＳを導入するガス導入口３およびチャンバ１から排気Ｈを放出する排気口４が設けられている。なお、プラズマ発生用ガスＳとしては、例えば、アルゴンまたは窒素などの不活性ガスを用いることができる。
【００１４】
また、チャンバ１内には、ウェハＷを対向するようにしてターゲット５が配置され、ターゲット５の背面側には、ターゲット５に近傍で磁界Ｇを発生させる磁石７が配置されている。なお、磁石７は、ターゲット５の背面上において回転軸８の周囲を回転させることができる。ここで、ステージ２はグランド電位に接続され、ターゲット５は直流電源６に接続されている。
【００１５】
また、ターゲット５は、薄膜形成に用いられるターゲット原子Ｐから構成することができ、ターゲット原子Ｐとしては、例えば、Ａｌ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｔｉ、ＮｉまたはＣｏなどの金属原子を用いることができる。
【００１６】
また、ターゲット５の表面には凹部５ａが形成されている。ここで、凹部５ａは、ターゲット５から斜め方向に叩き出されたターゲット原子Ｐを側壁に衝突させることでターゲット原子Ｐがターゲット５から放出されるのを遮るように表面全体に一様に形成することが好ましい。
【００１７】
そして、スパッタリングにてウェハＷ上に薄膜を形成する場合、ステージ２上にウェハＷを載置する。そして、チャンバ１内を排気しながらプラズマ発生用ガスＳを導入し、直流電源６を介してターゲット５に直流電圧を印加することで、プラズマ発生用ガスＳをプラズマ化させる。
【００１８】
そして、回転軸８の周囲に磁石７を回転させ、磁石７にて発生された磁界Ｇ内にプラズマを収束させながら、プラズマ化されたイオン原子をターゲット５に衝突させることで、ターゲット５からターゲット原子Ｐが叩き出される。そして、ターゲット５から叩き出されたターゲット原子ＰはウェハＷに入射し、ウェハＷに付着することでウェハＷに薄膜が形成される。
【００１９】
ここで、ターゲット５の表面に凹部５ａを設けることにより、凹部５ａから斜め方向に叩き出されたターゲット原子Ｐを凹部５ａの側壁に衝突させ、そのターゲット原子Ｐがターゲット５から放出されるのを防止することができる。このため、ターゲット５から垂直方向に叩き出されるターゲット原子Ｐの個数を増大させることができ、ウェハＷに垂直に入射するターゲット原子Ｐの割合を増大させることができる。この結果、ウェハＷ上に形成された開口部のオーバーハングを低減し、カバレッジの面内均一性を向上させることが可能となることから、例えば、ビアホールやトレンチの側壁に形成される膜が薄くなるのを防止し、密着性を向上させたり断線を防止したりすることができる。
【００２０】
図２（ａ）は、図１のスパッタリング用ターゲットの概略構成を示す平面図、図２（ｂ）は、図１のスパッタリング用ターゲットの概略構成を示す断面図、図２（ｃ）は、図２（ｂ）の一部を拡大して示す断面図である。
図２において、凹部５ａの底５ｂから垂直方向に叩き出されたターゲット原子Ｐの進行を妨げることなく、凹部５ａの底５ｂから斜め方向に叩き出されたターゲット原子Ｐを効果的に凹部５ａの壁面に衝突させるために、ターゲット５に形成される凹部５ａの断面形状は矩形とすることが好ましい。
【００２１】
また、ターゲット５の表面全体に凹部５ａを一様に形成するために、凹部５ａは、三角形から八角形のうちのいずれかの平面形状を持つようにして格子状に配列することが好ましい。
【００２２】
また、凹部５ａの底５ｂから斜め方向に叩き出されたターゲット原子Ｐがターゲット５から放出される個数を減らすために、凹部５ａのアスペクト比は３以上、凹部５ａの深さＢは１５から９０ｍｍの範囲内、凹部５ａの幅Ａは５から３０ｍｍの範囲内であることが好ましい。なお、凹部５ａのアスペクト比は、凹部５ａを介して隣り合う凸部との距離（＝凹部５ａの幅）Ａと、凸部の高さ（＝凹部５ａの深さ）Ｂとの比で定義することができる。
【００２３】
凹部５ａの底５ｂから斜め方向に叩き出されたターゲット原子Ｐがターゲット５から放出される個数を減らすためには、凹部５ａのアスペクト比は大きい方が好ましいが、凹部５ａのアスペクト比が大きくなると、凹部５ａ間の隔壁の強度を保持するために凹部５ａ間の隔壁を厚くする必要がある。
【００２４】
一方、凹部５ａ間の隔壁の頂上面５ｃからは、ターゲット原子Ｐが様々な方向に叩き出されるため、ターゲット５から斜め方向に放出されるターゲット原子Ｐの個数を減らすためには、凹部５ａ間の隔壁を薄くすることが好ましい。このため、凹部５ａのアスペクト比は、Ｃを考慮して決めることが好ましい。なお、ターゲット５の表面に凹部５ａを格子状に配列することにより、凹部５ａ間の隔壁を薄くした場合においても、凹部５ａ間の隔壁の強度を維持しつつ、凹部５ａのアスペクト比を大きくすることができる。
【００２５】
また、凹部５ａ間の隔壁の頂上面５ｃから斜め方向に放出されるターゲット原子Ｐの割合を減らすため、凹部５ａ間の間隔（＝凹部５ａ間の隔壁の厚み）Ｃは、凹部５ａの幅Ａの１／４以下とし、１から５ｍｍの範囲内であることが好ましい。
【００２６】
また、ターゲット５から斜めに放出されるターゲット原子Ｐの割合を減らすために、凹部５ａの幅Ａは、ターゲット５の直径の１／２０程度とすることが好ましい。
【００２７】
具体的には、ターゲット５がシリサイド形成用の場合、凹部５ａのアスペクト比は３〜４の範囲内に設定し、凹部５ａの底５ｂからのターゲット原子Ｐの最小放射角θｍが７０〜８０°の範囲内になるようにすることが好ましい。
【００２８】
また、ターゲット５が配線層或いはコンタクトホールのバリアメタル形成用の場合、アスペクト比の高い開口部内に成膜を行うためシリサイド形成工程よりも要求される条件が厳しく、凹部５ａのアスペクト比は４以上に設定し、凹部５ａの底５ｂからのターゲット原子Ｐの最小放射角θｍが７０〜８０°の範囲内になるようにすることが好ましい。
【００２９】
（第２実施形態）
図３は、本発明の第２実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
図３（ａ）において、半導体基板１１に素子分離絶縁層１２を形成する。なお、半導体基板１１の材料は、例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＰ、ＧａＮ、ＳｉＣ、ＧａＩｎＡｓＰなどを用いることができる。また、素子分離絶縁層１２としては、ＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ  Ｔｒｅｎｃｈ  Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）を用いるようにしてもよいし、ＬＯＣＯＳ（Ｌｏｃａｌ  Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  Ｏｆ  Ｓｉｌｉｃｏｎ）を用いるようにしてもよい。また、素子分離絶縁層１２の材料は、例えば、シリコン酸化膜を用いることができる。
【００３０】
そして、素子分離絶縁層１２で分離された半導体基板１１上にゲート絶縁膜１３を形成する。次に、ＣＶＤなどの方法を用いることにより、ゲート絶縁膜１３上に多結晶シリコン膜を成膜する。そして、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて多結晶シリコン膜をパターニングすることにより、ゲート絶縁膜１３上にゲート電極１４を形成する。なお、ゲート絶縁膜１３の材料は、シリコン酸化膜を用いるようにしてもよいし、ＨｆまたはＰＬＺＴなどの高誘電体膜を用いるようにしてもよい。また、ゲート電極１４の材料は、例えば、多結晶シリコンを用いることができる。あるいは、ゲート電極１４の材料として、Ｔｉ、Ｗ、Ａｌなどの金属材料を選択するようにしてもよい。
【００３１】
そして、ゲート電極１４をマスクとして半導体基板１１に不純物のイオン注入を行うことにより、半導体基板１１にＬＤＤ層１６を形成する。次に、ＣＶＤなどの方法にてゲート電極１４が覆われるように半導体基板１１上に絶縁膜を形成し、この絶縁膜の異方性エッチングを行うことにより、ゲート電極１４の側面にサイドウォール１５を形成する。なお、サイドウォール１５の材料としては、例えば、シリコン酸化膜またはシリコン窒化膜を用いることができる。
【００３２】
次に、サイドウォール１５が側面に形成されたゲート電極１４をマスクとして半導体基板１１に不純物のイオン注入を行うことにより、半導体基板１１に高濃度不純物拡散層１７を形成する。
【００３３】
次に、図３（ｂ）に示すように、この半導体基板１１が設けられたウェハＷを図１のステージ２上に載置する。そして、スパッタリングを用いることで、ゲート電極１４および高濃度不純物拡散層１７が覆われるようにしてシリサイド形成用金属膜１８を半導体基板１１上に形成する。なお、シリサイド形成用金属膜１８としては、例えば、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｗ、Ｍｏなどを用いることができる。
【００３４】
次に、図３（ｃ）に示すように、シリサイド形成用金属膜１８が形成された半導体基板１１の熱処理を行うことにより、シリサイド形成用金属膜１８をその下のゲート電極１４および高濃度不純物拡散層１７と反応させ、ゲート電極１４および高濃度不純物拡散層１７の上層にシリサイド層１９を形成する。そして、未反応のシリサイド形成用金属膜１８を半導体基板１１上から除去する。
【００３５】
ここで、シリサイド形成用金属膜１８をスパッタリングにて形成する際に、図１のターゲット５を用いることにより、ウェハＷに垂直に入射するターゲット原子Ｐの割合を増大させることができる。このため、ゲート電極１４間の間隔が狭い場合においても、ゲート電極１４間でのオーバーハングを低減し、ターゲット原子Ｐがゲート電極１４間の高濃度不純物拡散層１７上に到達するのが妨げられるのを抑制することができる。この結果、ゲート電極１４間の高濃度不純物拡散層１７上にシリサイド形成用金属膜１８を均一に形成させることが可能となり、ゲート電極１４間の高濃度不純物拡散層１７上にシリサイド層１９を安定して形成させることが可能となることから、導通不良を低減することができる。
【００３６】
（第３実施形態）
図４は、本発明の第３実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
図４（ａ）において、図３と同様の工程により、半導体基板２１に素子分離絶縁層２２を形成し、ゲート絶縁膜２３を介してゲート電極２４を形成する。そして、半導体基板２１にＬＤＤ層２６を形成した後、ゲート電極２４の側面にサイドウォール２５を形成し、さらに半導体基板２１に高濃度不純物拡散層２７を形成する。その後、ゲート電極２４および高濃度不純物拡散層２７の上層にシリサイド層２９を形成する。
【００３７】
次に、プラズマＣＶＤなどの方法を用いることにより層間絶縁層３０を半導体基板２１上に積層する。なお、層間絶縁層３０の材料は、例えば、シリコン酸化膜を用いることができる。また、ＣＭＰなどの方法にて層間絶縁層３０を薄膜化し、層間絶縁層３０を平坦化するようにしてもよい。
【００３８】
次に、フォトリソグラフィ技術およびドライエッチング技術を用いることにより、ゲート電極２４および高濃度不純物拡散層２７を露出させるコンタクト用開口部３１および配線用溝３２を層間絶縁層３０に形成する。
【００３９】
次に、図４（ｂ）に示すように、この半導体基板２１が設けられたウェハＷを図１のステージ２上に載置する。そして、スパッタリングを用いることで、コンタクト用開口部３１および配線用溝３２の壁面が覆われるようにしてバリアメタル膜３３を半導体基板２１上に形成する。
【００４０】
次に、図４（ｃ）に示すように、例えば、熱ＣＶＤまたはメッキなどの方法を用いることにより、コンタクト用開口部３１および配線用溝３２が埋め込まれるようにしてプラグ電極３４および配線３５として用いられる導体膜を層間絶縁層３０上の全面に形成する。
【００４１】
そして、例えば、ＣＭＰなどの方法を用いて層間絶縁層３０の表面が露出するまで層間絶縁層３０上に形成された導体膜を薄膜化し、バリアメタル膜３３を介してシリサイド層２９に接続されたプラグ電極３４およびプラグ電極３４に接続された配線３５を一括して層間絶縁層３０に埋め込む。なお、バリアメタル膜３３の材料は、例えば、Ｔａ、ＴａＮ、ＴｉまたはＴｉＮあるいはそれらの積層構造を用いることができる。また、プラグ電極３４および配線３５の材料は、例えば、Ｃｕ、Ａｌ、ＷまたはＳｎを主成分とする材料を用いることができる。
【００４２】
ここで、バリアメタル膜３３をスパッタリングにて形成する際に、図１のターゲット５を用いることにより、ウェハＷに垂直に入射するターゲット原子Ｐの割合を増大させることができる。このため、コンタクト用開口部３１のアスペクト比が大きい場合においても、コンタクト用開口部３１でのオーバーハングを低減し、ターゲット原子Ｐがコンタクト用開口部３１の側面に到達するのが妨げられるのを抑制することができる。この結果、コンタクト用開口部３１の側面にバリアメタル膜３３を均一に形成させることが可能となり、プラグ電極３４の密着性の劣化を抑制することが可能となることから、コンタクトの信頼性を向上させることができる。
【００４３】
また、コンタクト用開口部３１の側面に形成されるバリアメタル膜３３の膜厚を均一化することにより、バリアメタル膜３３をシード層としてメッキを行う場合においても、コンタクト用開口部３１および配線用溝３２の埋め込み性を向上させることができる。
【符号の説明】
【００４４】
１  チャンバ、２  ステージ、３  ガス導入口、４  排気口、５  ターゲット、５ａ  凹部、５ｂ  底、５ｃ  頂上面、６  直流電源、７  磁石、８  回転軸、Ｓ  プラズマ発生用ガス、Ｈ  排気、Ｐ  ターゲット原子、Ｇ  磁界、Ｗ  ウェハ、１１、２１  半導体基板、１２、２２  素子分離絶縁層、１３、２３  ゲート絶縁膜、１４、２４  ゲート電極、１５、２５  サイドウォール、１６、２６  ＬＤＤ層、１７、２７  高濃度不純物拡散層、１８  シリサイド形成用金属膜、１９、２９  シリサイド層、３０  層間絶縁層、３１  コンタクト用開口部、３２  配線用溝、３３  バリアメタル膜、３４  プラグ電極、３５  配線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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