(57)【要約】      （修正有）【課題】ウェーハ外周部のスルーホールやトレンチ内における被覆性を向上できるマグネトロンスパッタ装置および半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】サセプタ３に接続された高周波電源８と、スパッタ室２の外側であって、ターゲットの中心軸Ｃ１と同軸のプレート９と、中心軸を中心Ｃにプレートを回転させる回転移動手段と、プレートの一面においてＳ極端をターゲットに向けたＳ極マグネット１０Ｓと、プレートの一面においてＮ極端をターゲットに向けた第１及び第２のＮ極マグネット１０Ｎと、を備え、第１のＮ極マグネットと第２のＮ極マグネットとの磁束密度がＳ極マグネットの磁束密度より大きい。【選択図】図１
2008240112.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スパッタ室内に設けられたターゲットと、
前記ターゲットに対向させるように設けられたサセプタと、
前記サセプタに接続された高周波電源と、
前記スパッタ室の外側であって、前記ターゲットの中心軸と同軸に設けられたプレートと、
前記中心軸を中心として、前記プレートを回転させる回転移動手段と、
前記プレートの一面において、Ｓ極端を前記ターゲットに向けて配設されたＳ極マグネットと、
前記プレートの前記一面において、Ｎ極端を前記ターゲットに向けて配設された第１及び第２のＮ極マグネットと、
を備え、
前記第１のＮ極マグネットは、前記プレートと同軸の円に沿い、かつ、前記ターゲットの外周部付近に対向させるようにして配設され、
前記Ｓ極マグネットは、前記第１のＮ極マグネットの内側であって、前記プレートと同軸の円に沿って配設され、
前記第２のＮ極マグネットは、前記Ｓ極マグネットの内側であって、前記プレートと同軸の円に沿って配設されており、
前記第１のＮ極マグネットと前記第２のＮ極マグネットとの磁束密度が前記Ｓ極マグネットの磁束密度より大きいこと、を特徴とするマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項２】
前記第１のＮ極マグネットと、前記第２のＮ極マグネットと、からは、発散磁界が発生していること、を特徴とする請求項１記載のマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項３】
前記プレートの前記一面において、前記第１のＮ極マグネットと前記第２のＮ極マグネットとの間に設けられ、Ｎ極端を前記ターゲットに向けて配設された第３のＮ極マグネットをさらに備え、
前記Ｓ極マグネットは、前記第１のＮ極マグネットと前記第２のＮ極マグネットと前記第３のＮ極マグネットにより取り囲まれて成ることを特徴とする請求項１または２に記載のマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項４】
前記回転移動により、前記ターゲットの外周部付近が略均等にスパッタされること、を特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のマグネトロンスパッタリング装置を用いて成膜を行うこと、を特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記成膜は、半導体装置に設けられた凹部内に行うことを特徴とする請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記成膜は、半導体装置に設けられたスルーホールまたはトレンチ内に行うことを特徴とする請求項５に記載の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、マグネトロンスパッタリング装置および半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜形成技術の１つであるスパッタリング法は、加速させたイオンをターゲットに衝突させ、その衝突エネルギーによりターゲットの構成原子をはじき出して、ターゲットに対向させて置かれた被処理物にターゲットの構成原子を付着させる成膜方法である。
【０００３】
このスパッタリング法を実施して被処理物に成膜を行うスパッタ装置の１つにマグネトロンスパッタリング装置がある。マグネトロンスパッタリング装置は、ターゲットの表面に電界に交差する磁界を形成させることで陰極から出た電子にトロコイド運動を行わせて、ターゲットの表面近傍に高密度のプラズマを生成させるようにしたものである。
【０００４】
このようなマグネトロンスパッタリング装置において、成膜される膜の厚さの均一性を高めるためにターゲットの全面を均等にスパッタする技術（例えば、特許文献１、２を参照）や、磁場形状をユーザが調整可能とした技術（特許文献３）が提案されている。
【０００５】
しかしながら、これらの技術を用いて近年の微細化された半導体装置の成膜を行うと、ウェーハ外周部付近のスルーホールやトレンチ内などにおける膜厚さの均一性、成膜形状の対称性、カバレッジ率などの被覆性が悪化するという問題があった。
【特許文献１】特開平１１−１４０６３９号公報
【特許文献２】特開２００４−２１８０８９号公報
【特許文献３】特開平８−１６５５６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、ウェーハ外周部付近のスルーホールやトレンチ内などにおける被覆性を向上させることができるマグネトロンスパッタリング装置および半導体装置の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様によれば、スパッタ室内に設けられたターゲットと、前記ターゲットに対向させるように設けられたサセプタと、前記サセプタに接続された高周波電源と、前記スパッタ室の外側であって、前記ターゲットの中心軸と同軸に設けられたプレートと、前記中心軸を中心として、前記プレートを回転させる回転移動手段と、前記プレートの一面において、Ｓ極端を前記ターゲットに向けて配設されたＳ極マグネットと、前記プレートの前記一面において、Ｎ極端を前記ターゲットに向けて配設された第１及び第２のＮ極マグネットと、を備え、前記第１のＮ極マグネットは、前記プレートと同軸の円に沿い、かつ、前記ターゲットの外周部付近に対向させるようにして配設され、前記Ｓ極マグネットは、前記第１のＮ極マグネットの内側であって、前記プレートと同軸の円に沿って配設され、前記第２のＮ極マグネットは、前記Ｓ極マグネットの内側であって、前記プレートと同軸の円に沿って配設されており、前記第１のＮ極マグネットと前記第２のＮ極マグネットとの磁束密度が前記Ｓ極マグネットの磁束密度より大きいこと、を特徴とするマグネトロンスパッタリング装置が提供される。
【０００８】
また、本発明の他の一態様によれば、上記のマグネトロンスパッタリング装置を用いて成膜を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ウェーハ外周部付近のスルーホールやトレンチ内などにおける被覆性を向上させることができるマグネトロンスパッタリング装置および半導体装置の製造方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明をする。  
図１は、本発明の実施の形態に係るマグネトロンスパッタリング装置を例示するための模式図である。    
マグネトロンスパッタリング装置１は、ウェーハＷを収容し成膜を行うためのスパッタ室２と、スパッタ室２の底部を構成するとともにウェーハＷを載置するサセプタ３と、サセプタ３と対向するように設けられたターゲット４と、ターゲット４と対向するようにスパッタ室２の外側に設けられたマグネットユニット５と、スパッタ室２内にガスＧを導入する図示しないガス導入手段と、スパッタ室２内の排気Ｅをする図示しないガス排気手段などを備えている。
【００１１】
サセプタ３には、ウェーハＷを吸着、保持するための図示しない静電チャックを設けるようにすることができる。また、ウェーハＷを冷却するための図示しない冷却手段を設けるようにすることもできる。冷却手段は、例えば、サセプタ３内に冷媒を流すようなものを例示することができる。このような冷却手段は、イオン衝突によるウェーハ温度の上昇で凝集を起こしやすいＣｕ（銅）膜やＡｌ（アルミニウム）膜などの金属膜を成膜させる場合には、設けるようにすることが好ましい。また、Ｔｉ（チタン）、Ｔａ（タンタル）、Ｗ（タングステン）、Ｎｂ（ニオブ）などのような高融点金属またはその窒化物からなる膜を成膜する場合には、ウェーハＷを加熱する加熱手段を設けるようにすることもできる。加熱手段は、例えば、サセプタ３内に熱媒体を流すようなものやサセプタ３に内蔵されたヒータなどを例示することができる。
【００１２】
また、サセプタ３には高周波電源８が電気的に接続され、サセプタ３に印加された所定の高周波電圧とプラズマとの相互作用により、ウェーハＷにセルフバイアス電圧を与えられるようになっている。
【００１３】
成膜すべき材料で構成されているターゲット４は、例えば、円板状を呈しておりバッキングプレート６に保持されている。また、バッキングプレート６には図示しない冷却水路が設けられ、ターゲット４をその裏面から冷却するようになっている。バッキングプレート１６は、スパッタ室２の側壁と電気的に絶縁されており、直流電源７の負極側と電気的に接続されている。そのため、バッキングプレート６を介してターゲット４にスパッタに必要な直流負電圧が印加できるようになっている。また、直流電源７には図示しない制御手段が設けられ、電力、電圧、電流が制御できるようになっている。スパッタ室２の側壁は接地されている。
【００１４】
図示しないガス導入手段には、ガス供給手段、圧力調整手段、流量調整手段、遮断弁などが適宜設けられ、少なくとも１種類以上のガスＧをスパッタ室２内に導入できるようになっている。ガスＧとしては、スパッタ率の高いＡｒ（アルゴン）ガスなどの不活性ガスを用いることができる。図示しないガス排気手段には、真空ポンプなどの排気手段、圧力調整手段、流量調整手段、遮断弁などが適宜設けられ、スパッタ室２内を所定の圧力まで減圧できるようになっている。
【００１５】
マグネットユニット５に備えられたプレート９の一面には、ターゲット４にＳ極が向けられたＳ極マグネット１０Ｓと、ターゲット４にＮ極が向けられた第１のＮ極マグネット１０Ｎ１と、ターゲット４にＮ極が向けられた第２のＮ極マグネット１０Ｎ２と、が配設されている。プレート９の中心軸と、ターゲット４の中心軸とは同軸になるように設けられ、プレート９は、図示しない回転手段によりその中心軸を中心として回転可能となっている。そして、マグネットユニット５を回転移動させることで、ターゲット４表面のエロージョン領域を回転方向に拡げられるようになっている。
ここで、本発明者の得た知見によれば、図１に例示をしたように、プレート９の回転中心Ｃに最も近い位置に配設されたマグネットの中心軸Ｃ１が、載置されるウェーハＷの外縁位置より外側にあれば、後述するように被覆性を改善できるとの知見を得た。
【００１６】
図２は、マグネットの取付けを例示するための模式図である。      
図２に示すように、強磁性体からなるプレート９には、棒状のＳ極マグネット１０Ｓと、第１のＮ極マグネット１０Ｎ１と、第２のＮ極マグネット１０Ｎ２と、が配設されている。そのため、Ｓ極マグネット１０Ｓ、第１のＮ極マグネット１０Ｎ１、第２のＮ極マグネット１０Ｎ２の有する異方性を損なうことなく磁力を維持することができる。尚、必ずしもプレート９自体を強磁性体とする必要はなく、プレート９と各マグネットとの間に強磁性体からなる板状のヨーク部材を設けるようにすることもできる。
【００１７】
ここで、第１のＮ極マグネット１０Ｎ１と第２のＮ極マグネット１０Ｎ２との磁束密度がＳ極マグネット１０Ｓの磁束密度より大きいものとすれば、Ｎ極からＳ極に向かう磁界１１ｃとＮ極からの発散磁界１１ａ、１１ｂとが発生する。そして、Ｎ極からＳ極に向かう磁界１１ｃの中には電子が閉じ込められ、ターゲット４表面近傍に高密度プラズマを生成させる。
【００１８】
一方、Ｎ極からの発散磁界１１ａ、１１ｂはプラズマ中の電子をターゲット４から離すように働く。この際、高エネルギー状態となった円運動電子の磁気モーメントと発散磁界１１ａ、１１ｂの磁界勾配との間の相互作用により、電子が発散磁界１１ａ、１１ｂに沿って円運動しつつ加速される。そして、ターゲット４から放出された原子が、この加速された電子によりイオン化されることになる。そのため、積極的に発散磁界を形成させるようにすれば、発散磁界に沿って円運動しつつ加速された電子により、放出されたターゲット４の構成原子を効率よくイオン化させることができる。その結果、その分、放出されたターゲット４の構成原子のイオン化率を向上させることができるようになる。このことは、成膜効率を向上させるとともに、セルフバイアス電圧による指向性の高い成膜を促進させることにもなる。
【００１９】
図３は、マグネットの配置を例示するための模式図であり、図１におけるＡ−Ａ矢視図である。  
図３中の矩形部分は各マグネットを表している。また、各マグネット自体の磁束密度は略同一としている。そのため、所定の方向における同極のマグネット数を多くすることで磁束密度を大きくすることができるようになっている。
【００２０】
図３に示すように、プレート９の回転中心Ｃを中心とした円１２に沿ってＳ極マグネット１０Ｓが配設されている。そして、回転中心Ｃを中心とした円１３に沿って第２のＮ極マグネットＮ２が配設され、円１４に沿って第１のＮ極マグネットＮ１が配設されている。すなわち、Ｓ極マグネット１０Ｓを挟むようにして第１のＮ極マグネット１０Ｎ１と第２のＮ極マグネット１０Ｎ２とが配設されている。    
また、円１３に沿って設けられた第２のＮ極マグネット１０Ｎ２の内周側にも回転中心Ｃを中心とした円に沿ってＮ極マグネット１０Ｎ２が設けられている。すなわち、第２のＮ極マグネット１０Ｎ２は、２列に配設されている。
ここで、プレート９の回転中心Ｃに近い位置に配設されたＮ極マグネット１０Ｎ２（２列に配設されたＮ極マグネット１０Ｎ２のうち、回転中心Ｃに近いもの）の中心軸Ｃ１が、載置されるウェーハＷの外縁位置より外側になるようにされている。
【００２１】
そして、図３のＢ１、Ｂ２の部分に示すように、Ｓ極マグネット１０Ｓを取り囲むように、第１のＮ極マグネット１０Ｎ１と第２のＮ極マグネット１０Ｎ２との間には、第３のＮ極マグネット１０Ｎ３が配設されている。
【００２２】
また、第１のＮ極マグネット１０Ｎ１は、ターゲット４の外周部付近に対向させるようにして配設されている。そのため、第１のＮ極マグネットＮ１、Ｓ極マグネット１０Ｓ、第２のＮ極マグネット１０Ｎ２が、ターゲット４の外周部分に偏在するように配設されている。その結果、プレート９を回転させることにより、ターゲット４の外周部付近に高密度プラズマが生成され、ターゲット４の外周部付近が略均等にスパッタされることになる。
尚、前述したように、プレート９の回転中心Ｃに近い位置に配設されたＮ極マグネット１０Ｎ２（２列に配設されたＮ極マグネット１０Ｎ２のうち、回転中心Ｃに近いもの）の中心軸Ｃ１が、載置されるウェーハＷの外縁位置より外側になるようにされている。そのため、ターゲット４におけるこの領域が略均等にスパッタされることになる。
【００２３】
ここで、円１４は円１２より直径が大きいため、その円周に沿って配設される第１のＮ極マグネット１０Ｎ１の数が円１２の円周に沿って配設されるＳ極マグネット１０Ｓの数より多くなる。また、円１３は円１２より直径が小さいが、第２のＮ極マグネット１０Ｎ２が２列に配設されているので、第２のＮ極マグネット１０Ｎ２の数が円１２の円周に沿って配設されるＳ極マグネット１０Ｓの数より多くなる。そのため、第１のＮ極マグネット１０Ｎ１、第２のＮ極マグネット１０Ｎ２の磁束密度がＳ極マグネット１０Ｓの磁束密度より大きくなり、発散磁界１１ａ、１１ｂがそれぞれ形成されることになる。
【００２４】
また、図３のＢ１、Ｂ２の部分においても、１個のＳ極マグネット１０Ｓに対して３個の第３のＮ極マグネット１０Ｎ３が配設されている。そのため、Ｂ１、Ｂ２の部分においても円周方向に発散磁界が形成されることになる。      
尚、発散磁界の形成は、Ｎ極のマグネット数をＳ極のマグネット数より多くすることに限定されるわけではなく、Ｎ極の磁束密度がＳ極の磁束密度より大きくなるようにすればよい。    
また、Ｎ極の磁束密度とＳ極の磁束密度、マグネットの配置などを調整することで、発散磁界の拡がりや到達範囲、イオン化率などを制御することもできる。
【００２５】
次に、マグネトロンスパッタリング装置１の作用について説明をする。      
まず、図示しない搬入搬出手段によりウェーハＷがスパッタ室２内に搬入され、サセプタ３上に載置、保持される。    
次に、スパッタ室２が気密になるよう密閉され、図示しない排気手段によりスパッタ室２内が所定の圧力まで減圧される。    
次に、図示しないガス導入手段から所定量のスパッタガス（例えば、Ａｒ（アルゴン）ガスなど）がスパッタ室２内に導入される。その後、直流電源７からバッキングプレート６を介してターゲット４に電力が投入され、放電が開始される。
【００２６】
そして、第１のＮ極マグネット１０Ｎ１、第２のＮ極マグネット１０Ｎ２からＳ極マグネット１０Ｓに向かう磁界１１ｃの中に電子が閉じ込められ、ターゲット４の外周部付近の表面近傍にスパッタガスの高密度プラズマが生成される。そして、この高密度プラズマ中のスパッタガスのイオン（例えば、Ａｒ（アルゴン）イオンなど）がターゲット４に衝突することでターゲット４の構成原子がはじき出される。放出された構成原子は、高密度プラズマ中でイオン化される。この際、マグネットユニット５を回転移動させることで、ターゲット４表面のエロージョン領域を回転方向に拡げながらスパッタが行われる。
【００２７】
一方、ウェーハＷには、サセプタ３を介して高周波電源８から所定の高周波電圧が印加される。この高周波電圧とプラズマとの相互作用により、ウェーハＷにセルフバイアス電圧が生じ、イオン化されたターゲット４の構成原子がウェーハＷ側に向けて加速され、ウェーハＷの表面に対し略垂直方向から入射する。そのため、指向性の高い成膜ができることになる。  
しかしながら、近年の微細化された半導体装置のスルーホール、トレンチ、段差などの凹部への成膜においては、ウェーハ外周部付近のスルーホール、トレンチ、段差などの凹部において膜厚さが不均一となったり成膜形状に非対称性が生じるなど被覆性に問題が生じる場合がある。
【００２８】
ここで、スルーホール、トレンチ、段差などの凹部における被覆性について、トレンチ内の成膜を例にとり説明をする。      
図４は、ターゲット４の全面を均等にスパッタした場合のトレンチ内の成膜状態を例示するための模式図であり、本発明者が発明をするに至った過程で検討を加えた比較例である。    
図４（ａ）は、ターゲット４表面における構成原子の放出分布を例示するための模式グラフ図である。図４（ａ）に示すものは、ターゲット４の全面を均等にスパッタした場合のものである。尚、構成原子が放出されたことを図中の黒点で表している。    
図４（ｂ）は、ウェーハ外周部付近のトレンチ内の成膜状態をシミュレーションで求めた場合の模式図であり、図の左側がウェーハＷの外周側、右側がウェーハＷの中心側である。    
図４（ｃ）は、ウェーハ中心部付近のトレンチ内の成膜状態をシミュレーションで求めた場合の模式図である。    
図４（ｃ）に示すように、ウェーハ中心部付近のトレンチにおいては、ボトムに成膜される膜厚さの均一性、成膜形状の対称性、ボトムカバレッジ率はほぼ良好である。しかしながら、図４（ｂ）に示すように、ウェーハの外周部付近においてはボトムに成膜される膜厚さの均一性、成膜形状の対称性、ボトムカバレッジ率が悪化している。
【００２９】
前述したようにイオン化されたターゲット４の構成原子は、セルフバイアス電圧によりウェーハＷの面に引き込まれることになる。その際、成膜される部分の直上で生成されたイオン化されたターゲット４の構成原子は略垂直方向から引き込まれるが、直上からずれるほど傾いた方向から引き込まれることになる。特に、スルーホールやトレンチ内などへの成膜においては、斜め方向から入射してくるイオン化された構成原子が膜厚さの均一性や成膜形状の非対称性に大きな影響を与える。
【００３０】
スルーホールやトレンチ内などへの成膜においては、斜め方向から入射してくるイオン化された構成原子の影響は、ウェーハＷの外周部に行くほど大きくなる。すなわち、ウェーハＷの中心部から外周部に行くほどターゲット４の一方の端面側からの水平方向距離が長くなり、その遠くなった部分で生成されたイオンが入射してくる角度がより水平に近づくことになる。そのため、図４（ｂ）に示すように、トレンチのボトムや側壁において、入射がしにくいウェーハＷの中心側に位置する部分の膜厚さが薄くなり、入射がしやすいウェーハＷの外周側に位置する部分の膜厚さが厚くなるようになる。
【００３１】
その結果、トレンチのボトムに成膜される膜の厚さが不均一となり、成膜形状にも非対称性が生じる。また、ボトムカバレッジ率も悪化することになる。
【００３２】
そして、側壁においても、入射がしやすいトレンチの上部ほど成膜される膜厚さが厚く、また、入射がしやすいウェーハＷの外周側に位置する部分の膜厚さの方が厚くなる。その結果、トレンチの側壁に成膜される膜の厚さが不均一となり、成膜形状にも非対称性が生じることになる。
【００３３】
一方、図４（ｃ）に示すように、ウェーハＷの中心部付近のトレンチのボトムでは、斜め方向からの入射角度がより垂直に近く、ボトムに成膜される膜の厚さが均一となり、成膜形状も対称となる。また、ボトムカバレッジ率は良好な値を示すようになる。  
そして、側壁においても、斜め方向からの入射角度がより垂直に近いため膜厚さの不均一性、成膜形状の非対称性が緩和されることになる。
【００３４】
スルーホールやトレンチ内などへの成膜としては、例えば、ダマシンプロセスによりＣｕ（銅）配線を形成させる場合におけるＣｕ（銅）の拡散を防止するためのバリアメタル膜（拡散防止膜）、シード層（Ｃｕシード層）などの成膜を例示することができる。そして、バリアメタル膜やシード層の形成においては、その目的から、スルーホールやトレンチの内面全体に均一な厚さで対称な成膜形状を有する膜が形成されることが望まれる。
【００３５】
本発明者は検討の結果、ターゲット４の中央部分をスパッタせずに外周部付近を均等にスパッタし、また、ターゲット４から放出された構成元素のイオン化率を向上させるようにすれば、膜厚さの均一性、成膜形状の対称性、カバレッジ率などの被覆性を改善できるとの知見を得た。
【００３６】
図５は、ターゲット４の外周部付近を均等にスパッタした場合のトレンチ内の成膜状態を例示するための模式図である。    
図５（ａ）は、ターゲット４表面における構成原子の放出分布を例示するための模式グラフ図である。図５（ａ）に示すものは、ターゲット４の中央部分をスパッタせずに外周部付近を均等にスパッタした場合を示すものである。尚、構成原子が放出されたことを図中の黒点で表している。    
図５（ｂ）は、ウェーハ外周部付近のトレンチ内の成膜状態をシミュレーションで求めた場合の模式図であり、図の左側がウェーハＷの外周側、右側がウェーハＷの中心側である。    
図５（ｃ）は、ウェーハ中心部付近のトレンチ内の成膜状態をシミュレーションで求めた場合の模式図である。
【００３７】
図５（ｃ）に示すように、ウェーハ中心部付近のトレンチにおいては、図４（ｃ）で説明をしたターゲット４の全面を均等にスパッタした場合と同等の膜厚さの均一性、成膜形状の対称性、カバレッジ率を得ることができる。
【００３８】
そして、図５（ｂ）に示すように、ウェーハＷの外周部付近においては、図４（ｂ）で説明をしたターゲット４の全面を均等にスパッタした場合と比べて、ボトムに成膜される膜厚さの均一性、成膜形状の対称性、ボトムカバレッジ率を大幅に改善させることができる。また、側壁についても、図４（ｂ）で説明をしたものでは成膜自体が困難であったウェーハＷの中心側の側壁のボトム付近にも成膜をすることができるようになる。
【００３９】
このことは、以下のためであると考えられる。    
図５（ａ）に示すように、ターゲット４の中央部分をスパッタせずに外周部付近を均等にスパッタすれば、ウェーハＷの外周部付近のトレンチにおいては、その直上でイオン化された構成原子が主にトレンチ内に引き込まれることになる。すなわち、ターゲット４の外周部付近に高密度プラズマを生成するようにすれば、中央部分はほとんどスパッタされないので、この部分で生成されるイオン化された構成原子が入射する量は極わずかとなる。また、成膜がされる部分の直上に位置する外周部付近と相対する側に位置する外周部付近で生成されるイオン化された構成原子は、その直下に位置する成膜がされる部分に引き込まれることになる。
【００４０】
そのため、ウェーハＷの外周部付近のトレンチにおいては、その直上でイオン化された構成原子が主にトレンチ内に引き込まれることになり、斜め方向から入射してくるイオン化された構成原子を大幅に抑制することができる。  
そして、前述したように、マグネットのＮ極の磁束密度がＳ極の磁束密度より大きくなるようにして積極的に発散磁界を形成させるようにすれば、発散磁界に沿って円運動しつつ加速された電子により、放出されたターゲット４の構成原子がイオン化される。そのため、その分イオン化率を向上させることができるようになり、セルフバイアス電圧による指向性の高い成膜をさらに促進させることができるようになる。
【００４１】
その結果、図５（ｂ）で説明をしたように、トレンチのボトムに成膜される膜厚さの均一性、成膜形状の対称性、ボトムカバレッジ率を改善させることができる。また、側壁についても改善を図ることができる。      
また、ウェーハ中心部付近のトレンチにおいては、高密度プラズマが生成される部分との水平距離が比較的短いので斜め方向から入射してくるイオン化された構成原子の影響を受けにくい。また、両側から均等に構成原子が入射してくることになる。そのため、ターゲット４の外周部付近を均等にスパッタしたとしても図５（ｃ）に示すように、良好な膜厚さの均一性、成膜形状の対称性、カバレッジ率を得ることができる。  
尚、説明の便宜上、トレンチの場合を説明したが、段差部分、スルーホール、ビアホールなども同様である。
【００４２】
ただし、アスペクト比が大きいものほど前述の斜め方向から入射してくるイオン化された構成原子の影響を受けやすくなるので、改善効果は大きいものとなる。      
次に、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法について説明をする。        
半導体装置の製造方法は、成膜・レジスト塗布・露光・現像・エッチング・レジスト除去などによりウェーハ表面にパターンを形成する工程、パターンの検査工程、洗浄工程、熱処理工程、不純物導入工程、拡散工程、平坦化工程などの複数の工程を繰り返すことにより実施される。尚、以下に説明をするトレンチやスルーホールなどへの成膜以外は、既知の各工程の技術を適用することができるので説明は省略する。    
また、説明の便宜上、前述のマグネトロンスパッタリング装置１を用いたＣｕ（銅）配線のダマシンプロセスについて説明をする。
【００４３】
図６は、Ｃｕ（銅）配線工程を例示するための模式工程断面図である。    
まず、図６（ａ）に示すように、Ｓｉ（シリコン）基板３１上に、第１の層間絶縁膜３２、下層配線３３、第２の層間絶縁膜３４を形成させる。下層配線３３は、図６（ｄ）〜（ｆ）で説明をするＣｕ配線（上層配線）と同様のダマシンプロセスにより形成させることもできるし、または、他の方法で形成させることもできる。下層配線３３は、Ｃｕ（銅）配線、Ａｌ（アルミニウム）配線、Ｗ（タングステン）配線などとすることができる。  
次に、図６（ｂ）に示すように、下層配線３３への接続のために、第２の層間絶縁膜３４にスルーホール３５および配線溝３６を形成させる。
【００４４】
次に、図６（ｃ）に示すように、本実施の形態に係るマグネトロンスパッタリング装置１を用いて、スルーホール３５および配線溝３６の内面に、第２の層間絶縁膜３４内へのＣｕ（銅）の拡散を防止するためのバリアメタル膜３７を形成させる。バリアメタル膜３７は、例えば、ＴａＮ（ 窒化タンタル）膜の単層膜、Ｔａ（タンタル）膜／ＴａＮ（ 窒化タンタル）膜の積層膜、またはＴａ（タンタル）膜／ＴａＮ（ 窒化タンタル）膜／Ｔａ（タンタル）膜の積層膜などとすることができる。尚、バリアメタル膜３７の形成についての詳細は後述する。
【００４５】
次に、図６（ｄ）に示すように、本実施の形態に係るマグネトロンスパッタリング装置１を用いて、Ｃｕ（銅）電解メッキのためのＣｕ（銅）シード層３８をバリアメタル膜３７の上に形成させる。尚、Ｃｕ（銅）シード層３８の形成についての詳細は後述する。  
次に、図６（ｅ）に示すように、Ｃｕ（銅）電解メッキ法により、スルーホール３５および配線溝３６の内部を埋め込むようにしてＣｕ（銅）膜３９を全面に形成させる。
【００４６】
次に、図６（ｆ）に示すように、スルーホール３５および配線溝３６の外部にあるＣｕ（銅）膜３９をＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing ）法により除去すれば、Ｃｕ（銅）配線が完了する。尚、このように層間絶縁膜に溝およびスルーホールを予め形成させておき、溝およびスルーホールの内部に金属膜を一括充填させて、配線とプラグとを同時に形成させるプロセスはデュアルダマシンプロセスと呼ばれている。
【００４７】
尚、バリアメタル膜３７、Ｃｕ（銅）シード層３８以外の成膜にも本実施の形態に係るマグネトロンスパッタリング装置１を用いるようにしてもよい。また、Ｃｕ（銅）膜３９の形成には、ＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法やＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition) 法などを用いることもできる。また、デュアルダマシンプロセスではなく、溝だけを埋め込むＣｕ（銅）シングルダマシンプロセスに適用してもよいし、スルーホールだけを埋め込むＣｕ（銅）プラグに適用してもよい。
【００４８】
ここで、バリアメタル膜３７やＣｕ（銅）シード層３８の膜厚さの均一性、成膜形状の対称性、カバレッジ率が悪いと、これらの膜の機能低下を招くだけでなく、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing ）法によりＣｕ（銅）膜３９を除去する際に、スルーホール３５や配線溝３６との密着性が悪くなりＣｕ（銅）膜３９が剥離するおそれがある。
【００４９】
本実施の形態に係るマグネトロンスパッタリング装置１を用いるものとすれば、ウェーハＷの外周部付近においても、バリアメタル膜３７やＣｕ（銅）シード層３８の膜厚さの均一性、成膜形状の対称性、カバレッジ率を改善させることができる。そのため、バリアメタル膜３７やＣｕ（銅）シード層３８の機能低下、Ｃｕ（銅）膜３９の剥離を抑制することができる。このことは、歩留まりを向上させ、生産性を向上させることにもなる。
【００５０】
次に、図６（ｃ）で説明をしたバリアメタル膜３７の形成についてさらに説明をする。尚、説明の便宜上、形成されるバリアメタル膜３７をＴａＮ（窒化タンタル）膜として説明をする。    
バリアメタル膜３７（ＴａＮ膜）は、配線溝やスルーホールの底面や側面からＣｕ（銅）配線中のＣｕ（銅）が層間絶縁膜内に拡散することを防止するためのものである。そのため、バリアメタル膜３７（ＴａＮ膜）は、配線溝やスルーホールなどにおいて、膜厚さの均一性、成膜形状の対称性、カバレッジ率が高いことが望まれる。また、これらが悪いと前述したＣｕ（銅）膜３９の剥離の原因ともなる。    
尚、本実施形態では、加熱しながらＴａＮ（窒化タンタル）膜を形成させてＴａＮ（窒化タンタル）膜の応力を低下させる場合を説明する。
【００５１】
まず、サセプタ３に内蔵された静電チャックによりウェーハＷをサセプタ３に密着させるとともに、サセプタ３に内蔵されたヒータなどの加熱手段によりウェーハＷを加熱する。  次に、スパッタガスとしてのＡｒ（アルゴン）ガスと、反応ガスとしてのＮ２（窒素）ガスをスパッタ室２内に導入する。ＴａＮ（窒化タンタル）膜の場合、Ｔａ（タンタル）ターゲットを用い、反応ガスとしてＮ２（窒素）ガスを導入する化成スパッタを用いる
次に、ターゲット４（Ｔａターゲット）に負電圧を印加して放電を起こさせる。  
この際、Ｎ極マグネット１０ＮとＳ極マグネット１０Ｓにより磁界１１ｃが形成される。そして、磁界１１ｃの中に電子が閉じ込められ、ターゲット４表面近傍にＡｒ（アルゴン）ガスの高密度プラズマが生成される。この高密度プラズマ中のＡｒ（アルゴン）イオンがターゲット４（Ｔａターゲット）に衝突することでターゲット４の構成原子（Ｔａ）がはじき出される。放出された構成原子（Ｔａ）は、高密度プラズマ中でイオン化される。そして、マグネットユニット５を回転移動させることで、ターゲット４表面のエロージョン領域を回転方向に拡げながらスパッタが行われる。
【００５２】
一方、Ｎ極からの発散磁界１１ａ、１１ｂはプラズマ中の電子をターゲット４から離すように働く。この際、高エネルギー状態となった円運動電子の磁気モーメントと発散磁界１１ａ、１１ｂの磁界勾配との間の相互作用により、電子が発散磁界１１ａ、１１ｂに沿って円運動しつつ加速される。そして、ターゲット４から放出された原子（Ｔａ）が、この加速された電子によりイオン化される。
【００５３】
次に、ウェーハＷに高周波の交流電圧を印加する。
【００５４】
本実施形態では、ウェーハＷ表面が層間絶縁膜で覆われているため、高周波電源８からの高周波電力を図示しない整合器を介してウェーハＷに投入することができる。この場合、セルフバイアス電圧がウェーハＷに誘起されるので、ウェーハＷへの正イオンの引き込み効果が得られる。尚、高周波電力の値を調整することでウェーハＷに誘起するセルフバイアス電圧の値を調整することができる。
【００５５】
尚、本実施形態では、ＴａＮ（窒化タンタル）の化成スパッタについて説明したが、Ｔｉ（チタン）、Ｗ（タングステン）、Ｎｂ（ニオブ）などの材料からなるターゲットを用い、Ｎ２（窒素）ガスを導入することで、ＴｉＮ（窒化チタン）、ＷＮ（窒化タングステン）、ＮｂＮ（窒化ニオブ）などの化成スパッタも同様に行うことができる。また、Ｔａ（タンタル）などの材料からなるターゲットを用い、Ｏ２（酸素）ガスを導入することで、ＴａＯ（酸化タンタル）などの化成スパッタも同様に行うことができる。
【００５６】
前述したように、本実施の形態によれば、ウェーハＷの外周部付近においても、バリアメタル膜３７の膜厚さの均一性、成膜形状の対称性、カバレッジ率を改善させることができる。そのため、バリアメタル膜３７の機能低下、Ｃｕ（銅）膜３９の剥離を抑制することができる。このことは、歩留まりを向上させ、生産性を向上させることにもなる。
【００５７】
次に、図６（ｄ）で説明をしたＣｕ（銅）シード層３８の形成についてさらに説明をする。  
まず、サセプタ３に内蔵された静電チャックによりウェーハＷをサセプタ３に密着させる。尚、成膜処理中は、サセプタ３に内蔵された冷却手段によりウェーハＷが冷却される。  次に、スパッタガスとしてのＡｒ（アルゴン）ガスをスパッタ室２内に導入する。    
次に、ターゲット４（Ｃｕターゲット）に負電圧を印加して放電を起こさせる。  
この際、Ｎ極マグネット１０ＮとＳ極マグネット１０Ｓにより磁界１１ｃが形成される。そして、磁界１１ｃの中に電子が閉じ込められ、ターゲット４表面近傍にＡｒ（アルゴン）ガスの高密度プラズマが生成される。この高密度プラズマ中のＡｒ（アルゴン）イオンがターゲット４（Ｃｕターゲット）に衝突することでターゲット４の構成原子（Ｃｕ）がはじき出される。放出された構成原子（Ｃｕ）は、高密度プラズマ中でイオン化される。そして、マグネットユニット５を回転移動させることで、ターゲット４表面のエロージョン領域を回転方向に拡げながらスパッタが行われる。
【００５８】
一方、Ｎ極からの発散磁界１１ａ、１１ｂはプラズマ中の電子をターゲット４から離すように働く。この際、高エネルギー状態となった円運動電子の磁気モーメントと発散磁界１１ａ、１１ｂの磁界勾配との間の相互作用により、電子が発散磁界１１ａ、１１ｂに沿って円運動しつつ加速される。そして、ターゲット４から放出された原子（Ｃｕ）が、この加速された電子によりイオン化される。
【００５９】
次に、ウェーハＷに高周波の交流電圧を印加する。  
本実施形態では、ウェーハＷ表面が層間絶縁膜で覆われているため、高周波電源８からの高周波電力を図示しない整合器を介してウェーハＷに投入することができる。この場合、セルフバイアス電圧がウェーハＷに誘起されるので、ウェーハＷへの正イオンの引き込み効果が得られる。尚、高周波電力の値を調整することでウェーハＷに誘起するセルフバイアス電圧の値を調整することができる。
【００６０】
尚、Ａｒ（アルゴン）ガスを導入した場合、Ｃｕ（銅）イオンの他にＡｒ（アルゴン）イオンも生成される。そのため、ウェーハＷに負電圧を印加するとＡｒ（アルゴン）イオンもウェーハＷ表面に垂直に引き込まれ、ウェーハＷに形成されたＣｕ（銅）シード層３８を物理的にエッチングする。この物理的にエッチングされたＣｕ（銅）がスルーホール３５の内面に再付着するため、スルーホール３５の側面のＣｕ（銅）シード層３８の厚さを増加させることができる。
【００６１】
前述したように、本実施の形態によれば、ウェーハＷの外周部付近においても、Ｃｕ（銅）シード層３８の膜厚さの均一性、成膜形状の対称性、カバレッジ率を改善させることができる。そのため、Ｃｕ（銅）シード層３８の機能低下、Ｃｕ（銅）膜３９の剥離を抑制することができる。このことは、歩留まりを向上させ、生産性を向上させることにもなる。
【００６２】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明をした。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。
【００６３】
前述の具体例に関して、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。
【００６４】
例えば、マグネトロンスパッタリング装置１が備える各要素の形状、寸法、材質、配置などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。  
また、前述した半導体装置のプロセス条件、半導体装置の断面形状、寸法、材質、配置などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。  
また、本発明は、溝などを有する精密電子部品や電子デバイス（例えば、ＭＥＭＳ (メムス：Micro Electro Mechanical Systems)など ）の製造にも適用させることができる。
【００６５】
また、前述した各具体例が備える各要素は、可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の要旨を含む限り本発明の範囲に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の実施の形態に係るマグネトロンスパッタリング装置を例示するための模式図である。
【図２】マグネットの取付を例示するための模式図である。
【図３】マグネットの配置を例示するための模式図である。
【図４】ターゲットの全面を均等にスパッタした場合のトレンチ内の成膜状態を例示するための模式図である。
【図５】ターゲットの外周部付近を均等にスパッタした場合のトレンチ内の成膜状態を例示するための模式図である。
【図６】Ｃｕ（銅）配線工程を例示するための模式工程断面図である。
【符号の説明】
【００６７】
１  マグネトロンスパッタリング装置、２  スパッタ室、３  サセプタ、４  ターゲット、５  マグネットユニット、６  バッキングプレート、７  直流電源、８  高周波電源、９  プレート、１０Ｎ  Ｎ極マグネット、１０Ｓ  Ｓ極マグネット、１１ａ  発散磁界、１１ｂ  発散磁界、１１ｃ  磁界、１２〜１４  円、３１  Ｓｉ基板、３２  第１の層間絶縁膜、３３  下層配線、３４  第２の層間絶縁膜、３５  スルーホール、３６  配線溝、３７  バリアメタル膜、３８  Ｃｕ（銅）シード層、３９  Ｃｕ（銅）膜、Ｃ  回転中心、Ｃ１  中心軸、Ｇ  ガス、Ｗ  ウェーハ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図６】
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【図４】
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【図５】
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