(57)【要約】【課題】成膜時のカバレッジの非対称性の抑制効果と、基板上の素子へのダメージ抑制とを両立させたマグネトロン型スパッタリング装置を提供する【解決手段】真空チャンバと、真空チャンバ内に互いに対向して配置されたターゲットおよび基板ホルダと、基板ホルダと反対の前記ターゲット側に配置されるマグネトロンと、前記マグネトロンを前記ターゲット面に対して垂直な軸で回転させるための回転機構とを備え、前記マグネトロンは、互いに極性が異なり、等しい幅を持つ大小２つの扇枠状磁石を内外に２重に配置した構造を有すると共に、内側扇枠状磁石と外側扇枠状磁石の基部の間に回転中心を有し、前記内外の扇枠状磁石の円弧部で互いに対向するギャップは、基板ホルダと対向するターゲット面で発生する水平磁場が５００ガウス以上になる最小の距離に設定され、かつ前記内外の扇枠状磁石の直線部で互いに対向するギャップは、円弧部で互いに対向するギャップ以上の距離に設定されることを特徴とする。【選択図】    図２
2008101270.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバと、
前記真空チャンバ内に互いに対向して配置されたターゲットおよび基板ホルダと、
前記基板ホルダと反対の前記ターゲット側に配置されるマグネトロンと、
前記マグネトロンを前記ターゲット面に対して垂直な軸で回転させるように構成された回転機構とを備え、
前記マグネトロンは、互いに極性が異なり、等しい幅を持つ大小２つの扇枠状磁石を内外に２重に配置した構造を有すると共に、内側扇枠状磁石と外側扇枠状磁石の基部の間に回転中心を有し、
前記内外の扇枠状磁石の円弧部で互いに対向するギャップは、前記基板ホルダと対向する前記ターゲット面で発生する水平磁場が５００ガウス以上になる最小の距離に設定され、かつ
前記内外の扇枠状磁石の直線部で互いに対向するギャップは、前記円弧部で互いに対向するギャップ以上の距離に設定されるマグネトロン型スパッタリング装置。
【請求項２】
前記内側扇枠状磁石はＳ極で、前記外側扇枠状磁石はＮ極である請求項１記載のマグネトロン型スパッタリング装置。
【請求項３】
前記内外の扇枠状磁石は、それぞれ複数の円柱または角柱の磁石片を並べて集合した構造を有する請求項１記載のマグネトロン型スパッタリング装置。
【請求項４】
前記内外の扇枠状磁石の直線部で互いに対向するギャップは、前記円弧部で互いに対向するギャップによる前記ターゲット面で発生する５００ガウス以上の水平磁場の８０％以上の磁場になる距離に設定される請求項１記載のマグネトロン型スパッタリング装置。
【請求項５】
前記外側扇枠状磁石は、その円弧部の外周が前記ターゲットの外周近傍に対応して配置される請求項１記載のマグネトロン型スパッタリング装置。
【請求項６】
前記マグネトロンは、前記基板ホルダと反対の前記ターゲット側にその回転中心および前記ターゲット中心が前記内外の扇枠状磁石の基部の間に位置するように配置される請求項１記載のマグネトロン型スパッタリング装置。
【請求項７】
半導体基板上に半導体素子およびこの半導体素子と電気的に接続する導電部を形成する工程と、
前記半導体基板上に前記半導体素子と前記導電部を覆うようにして絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜において、前記導電部に達する開口部を形成する工程と、
請求項１〜６のいずれかに記載のマグネトロン型スパッタリング装置のチャンバ内の基板ホルダに前記半導体基板を前記絶縁膜が成膜材料を含むターゲットに対向するように保持する工程と、
前記スパッタリング装置の基板ホルダに交流電力を印加すると共に、前記ターゲットに直流電圧のマイナス電位を印加し、同時にマグネトロンを回転機構により回転して前記半導体基板と前記ターゲットの間にプラズマを発生させ、前記成膜材料を含むターゲットをスパッタリングして前記開口部の内面に膜を形成する工程と、
前記膜を有する前記開口部内に導電体を埋め込み、前記導電部と電気的に接続するビアフィルを形成する工程とを含む半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記膜は、拡散バリヤ材料である請求項７記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記拡散バリヤ材料は、チタン、窒化チタン、タンタル、窒化タンタルおよび窒化タングステンから選ばれる請求項８記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記導電体は、タングステン、銅または銅合金である請求項８記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
半導体基板表面にゲート電極をゲート絶縁膜を介在して形成する工程と、
前記半導体基板に不純物を前記ゲート電極をマスクとして導入してソース領域およびドレイン領域を形成する工程と、
前記ゲート電極、前記ソース領域および前記ドレイン領域を含む前記半導体基板全面に層間絶縁膜を堆積する工程と、
前記ソース領域および前記ドレイン領域に対応する前記層間絶縁膜部分にビアホールを形成する工程と、
請求項１〜６いずれか記載のマグネトロン型スパッタリング装置のチャンバ内の基板ホルダに前記半導体基板をその層間絶縁膜が拡散バリヤ材料を含むターゲットに対向するように保持する工程と、
前記スパッタリング装置の基板ホルダに交流電力を印加すると共に、前記ターゲットに直流電圧のマイナス電位を印加し、同時にマグネトロンを回転機構により回転して前記半導体基板と前記ターゲットの間にプラズマを発生させ、前記拡散バリヤ材料を含むターゲットをスパッタリングして前記半導体基板上の層間絶縁膜のビアホール内面に拡散バリヤ膜を成膜する工程と、
前記拡散バリヤ膜を有する前記ビアホール内に導電体を埋め込み、前記ソース領域および前記ドレイン領域にそれぞれ電気的に接続されたビアフィルを形成する工程とを含む半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記拡散バリヤ材料は、チタン、窒化チタン、タンタル、窒化タンタルおよび窒化タングステンから選ばれる請求項１１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記導電体は、タングステン、銅または銅合金である請求項１１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、マグネトロン型スパッタリング装置および半導体装置の製造方法に関し、特にマグネトロンの形状を改良したマグネトロン型スパッタリング装置およびこのスパッタリング装置を用いた拡散バリヤ膜の成膜工程を含む半導体装置の製造方法に係わる。
【背景技術】
【０００２】
スパッタリング装置は、真空チャンバと、このチャンバに接続されたアルゴンのような不活性ガスの供給管と、前記チャンバに排気管を通して接続された真空ポンプと、前記チャンバ内に互いに対向して配置した基板ホルダおよびターゲットと、例えば前記基板ホルダに高周波を印加するための高周波電源とを備えた構造を有する。
【０００３】
このようなスパッタリング装置において、まず、基板ホルダに基板を保持し、供給管からアルゴンを真空チャンバ内に供給しながら、真空ポンプを駆動して真空チャンバ内のガスを真空排気して所望の真空度にする。この後、高周波電源から高周波を基板ホルダに印加することによりホルダの基板とターゲット間にプラズマを発生する。このプラズマによりアルゴンが活性化され、活性化されたアルゴンは接地または負電圧が印加されたターゲットに衝突してターゲット材料を叩き出す（スパッタリングする）。スパッタリングされたターゲット材料粒子は、基板に向かい、その表面に堆積されることによりターゲット材料の膜が成膜される。
【０００４】
前述したスパッタリング装置は、カバレッジの非対称性の問題を抱えている。この非対称性は、ターゲット中央付近から中性のターゲット材料粒子（例えば金属粒子）が優先的に叩き出される、つまりターゲット中央付近のエロージョン量が多くなり、基板の外周部にターゲット材料粒子が傾斜した角度で入射、付着することに起因する。
【０００５】
このようなカバレッジの非対称性を低減するため、基板ホルダと反対のターゲット側の外周付近にマグネトロンを配置することによって、ターゲットの外周部のエロージョン量を増加させ、基板の外周部に斜めに入射する中性の金属粒子数を低減することが行われている。
【０００６】
また、非特許文献１には発散磁界を用いて電子を磁束線に沿った回転運動を行なわせることによって、中性の金属粒子の電離を促進し、生成された電子やイオンを基板へと引きこむ対策が行なわれている。
【０００７】
さらに、特許文献１には２つの極性の異なる円環状の磁石を同心円状に配置した構造のマグネトロンの他に、２つの極性の異なる楕円環状の磁石または三角環状の磁石を同心円状に配置した、いわゆる非対称磁極構造のマグネトロンを用いることが開示されている。この特許文献１において、内部磁石が外部磁石に比べて小さな磁界磁束を有する構成にすることによって、マグネトロンからの磁界を基板に入射させて基板付近に高密度プラズマ領域を到達させることを可能にしている。
【０００８】
しかしながら、非対称磁極を用いて発散磁界を基板に入射させる方法では電子が磁界に巻き付いて基板に入射されるため、電子電流が発生して基板上の素子にダメージを与える。
【０００９】
したがって、従来技術では側壁や底部のカバレッジの非対称性の抑制と基板上の素子へのダメージの抑制の両方を解消できない。
【００１０】
非対称性の緩和のためにはターゲットの外周部からのスパッタを増加させる必要があるとともにスパッタリングされたターゲット材料（例えば金属）の電離度を上げる必要がある。しかしながら、発散磁界を用いて金属の電離度を向上させる手法は成膜開始時に発散磁界に沿って電子が移動する。このため、プラズマ発生時に基板に高速の電子電流が局所的に入射し、基板上の素子にダメージが生じる。例えば、半導体基板表面のソース、ドレイン領域のような拡散層と層間絶縁膜表面の配線とを接続するためのビアフィルの形成において、層間絶縁膜にビアホールを開口した後に拡散バリヤ膜を前記マグネトロン型スパッタリング装置で成膜すると、ビアホール内面での拡散バリヤ膜の非対称性が緩和される。しかしながら、この成膜時に高速の電子電流が拡散層を通してゲート絶縁膜に局所的に蓄積して耐圧破壊を生じるため、信頼性を損なう。
【非特許文献１】B.Window and N.Savvidesの論文“J.Vac.Sci.Technol.A 4(2)”1996、p 196-202、“J.Vac.Sci.Technol.A 4(3)”1996、p 504-508
【特許文献１】特開２００１−１４００７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、成膜時のカバレッジの非対称性を抑制する効果と、基板上の素子へのダメージ抑制とを両立させたマグネトロン型スパッタリング装置を提供することを目的とする。
【００１２】
本発明は、信頼性の高い半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の第１側面によると、真空チャンバと、前記真空チャンバ内に互いに対向して配置されたターゲットおよび基板ホルダと、前記基板ホルダと反対の前記ターゲット側に配置されるマグネトロンと、前記マグネトロンを前記ターゲット面に対して垂直な軸で回転させるように構成された回転機構とを備え、
前記マグネトロンは、互いに極性が異なり、等しい幅を持つ大小２つの扇枠状磁石を内外に２重に配置した構造を有すると共に、内側扇枠状磁石と外側扇枠状磁石の基部の間に回転中心を有し、
前記内外の扇枠状磁石の円弧部で互いに対向するギャップは、前記基板ホルダと対向する前記ターゲット面で発生する水平磁場が５００ガウス以上になる最小の距離に設定され、かつ前記内外の扇枠状磁石の直線部で互いに対向するギャップは、前記円弧部で互いに対向するギャップ以上の距離に設定されることを特徴とするマグネトロン型スパッタリング装置が提供される。
【００１４】
本発明の第２側面によると、半導体基板上に半導体素子およびこの半導体素子と電気的に接続する導電部を形成する工程と、前記半導体基板上に前記半導体素子と前記導電部を覆うようにして絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜において、前記導電部に達する開口部を形成する工程と、前記マグネトロン型スパッタリング装置のチャンバ内の基板ホルダに前記半導体基板を前記絶縁膜が成膜材料を含むターゲットに対向するように保持する工程と、前記スパッタリング装置の基板ホルダに交流電力を印加すると共に、前記ターゲットに直流電圧のマイナス電位を印加し、同時にマグネトロンを回転機構により回転して前記半導体基板と前記ターゲットの間にプラズマを発生させ、前記成膜材料を含むターゲットをスパッタリングして前記開口部の内面に膜を形成する工程と、前記膜を有する前記開口部内に導電体を埋め込み、前記導電部と電気的に接続するビアフィルを形成する工程と、
を含む半導体装置の製造方法が提供される。
【００１５】
本発明の第３側面によると、半導体基板表面にゲート電極をゲート絶縁膜を介在して形成する工程と、前記半導体基板に不純物を前記ゲート電極をマスクとして導入してソース領域およびドレイン領域を形成する工程と、前記ゲート電極、前記ソース領域および前記ドレイン領域を含む前記半導体基板全面に層間絶縁膜を堆積する工程と、前記ソース領域および前記ドレイン領域に対応する前記層間絶縁膜部分にビアホールを形成する工程と、  前述したマグネトロン型スパッタリング装置のチャンバ内の基板ホルダに前記半導体基板をその層間絶縁膜が拡散バリヤ材料を含むターゲットに対向するように保持する工程と、  前記スパッタリング装置の基板ホルダに交流電力を印加すると共に、前記ターゲットに直流電圧のマイナス電位を印加し、同時にマグネトロンを回転機構により回転して前記半導体基板と前記ターゲットの間にプラズマを発生させ、前記拡散バリヤ材料を含むターゲットをスパッタリングして前記半導体基板上の層間絶縁膜のビアホール内面に拡散バリヤ膜を成膜する工程と、前記拡散バリヤ膜を有する前記ビアホール内に導電体を埋め込み、前記ソース領域および前記ドレイン領域にそれぞれ電気的に接続されたビアフィルを形成する工程とを含む半導体装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、基板の素子の信頼性を確保しつつ、その基板上にカバレッジが良好な膜を成膜することが可能なマグネトロン型スパッタリング装置を提供することができる。
【００１７】
本発明によれば、信頼性の高い半導体装置の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態に係るマグネトロン型スパッタリング装置を図面を参照して詳細に説明する。
【００１９】
図１は、実施形態に係るマグネトロン型スパッタリング装置を示す断面図、図２は図１に組み込まれるマグネトロンを示す平面図である。
【００２０】
有底円筒状の真空チャンバ１は、ガス導入管２および排気管３が接続されている。この排気管３の他端には、真空ポンプのような排気手段が連結されている。前記真空チャンバ１の内部には、回転軸４で回転可能に支持された基板を保持するための円板状の基板ホルダ５が設置されている。交流電源６は、前記基板ホルダ５に接続され、パワー印加によりイオンをホルダ４側に引き込むことも可能である。ターゲット７は、前記基板ホルダ５に対向して前記真空チャンバ１内のリング状支持板８に絶縁リング９を介して固定されている。直流電源１０（マイナス側）は、前記ターゲット７に接続されている。
【００２１】
マグネトロン１１は、前記真空チャンバ１内の前記ターゲット７の裏面（前記ホルダと対抗する面と反対側の面）にターゲット７の面とほぼ垂直な回転軸（図示せず）を中心として回転可能に配置されている。このマグネトロン１１は、図２に示すように互いに極性が異なり、等しい幅（ｗ１、ｗ２）を持つ大小２つの扇枠状磁石１２，１３を内外に２重に配置してヨーク１４に固定した構造を有する。前記マグネトロン１１は、内側扇枠状磁石１２の基部１２ａと外側扇枠状磁石１３の基部１３ａの間（ｄ）に回転中心を有する。内外の扇枠状磁石１２，１３は、扇の角度が４５〜１２０°であることが好ましい。
【００２２】
前記マグネトロン１１の回転において、前記外側扇枠状磁石１３の円弧部１３ｂは前記ターゲット７の外周に沿って配置されることが好ましい。つまり、内外の扇枠状磁石１２，１３を有するマグネトロン１１の回転中心は、前記円板状のターゲット７の中心に合致させることが好ましい。
【００２３】
前記内側扇枠状磁石１２は、Ｓ極、前記外側扇枠状磁石１３はＮ極であることが好ましい。前記内外の扇枠状磁石１２，１３は、それぞれ複数の円柱磁石片（または角柱磁石片）を並べて集合した構造を有する。
【００２４】
前記内外の扇枠状磁石１２，１３の円弧部１２ｂ，１３ｂで互いに対向するギャップ（ｇ１）は、前記基板ホルダ５と対向する前記ターゲット７面で発生する水平磁場が５００ガウス以上になる最小の距離に設定される。前記内外の扇枠状磁石１２，１３の直線部１２ｃ，１３ｃで互いに対向するギャップ（ｇ２）は、前記円弧部１２ｂ，１３ｂで互いに対向するギャップ（ｇ１）以上の距離に設定される。特に、前記直線部１２ｃ，１３ｃで互いに対向するギャップ（ｇ２）は、前記円弧部１２ｂ，１３ｂで互いに対向するギャップ（ｇ１）による前記ターゲット面で発生する５００ガウス以上の水平磁場の８０％以上の磁場になる距離に設定されることが好ましい。
【００２５】
このような構成のマグネトロン型スパッタ装置の作用を以下に説明する。
【００２６】
基板ホルダ４に素子が形成された半導体ウェハのような基板１５を設置する。例えばアルゴンガスをガス導入管２を通して真空チャンバ１内に導入しながら、真空ポンプのような排気手段を駆動して真空チャンバ１内のガスを排気管３を通して排気する。真空チャンバ１内の真空度が安定した後、交流電源６から交流電力を支持軸４を通して基板ホルダ５に交流電力を印加すると共に、直流電源１０からマイナス電位をターゲット７に印加する。同時に、ターゲット７裏面のマグネトロン１１を回転させる。
【００２７】
このとき、真空チャンバ１内の基板ホルダ５上の基板１５とターゲット７の間の領域にプラズマが発生する。このプラズマによりアルゴンが活性化され、活性化されたアルゴンはマイナス電圧が印加されたターゲット７に衝突してターゲット材料を叩き出す（スパッタリング）。スパッタリングされたターゲット材料粒子は、基板１５に向かい、その表面に堆積されることによりターゲット材料の膜が成膜される。
【００２８】
このようなスパッタリング装置において、図２に示すようにＮ極の外側扇枠状磁石１３内にＳ極の内側扇枠状磁石１２を配置してヨーク１４に固定した構造を有するマグネトロン１１をターゲット７裏面側で前記内外の扇枠状磁石１２，１３の基部１２ａ，１３ａの間（ｄ）を中心に回転させる。これによって、前記内外の扇枠状磁石１２，１３の円弧部１２ｂ，１３ｂで互いに対向するギャップ（ｇ１）により前記ターゲット７の外周部をスパッタリングできる。すなわち、前記ギャップ（ｇ１）を前記基板ホルダ５と対向する前記ターゲット７面で発生する水平磁場が５００ガウス以上になる最小の距離に設定して磁石間距離を非均等に配置することによって、そのギャップ（ｇ１）に対向するターゲット７において電子閉じ込め効率を向上でき、プラズマ密度を増大することができる。その結果、ターゲット７の中心付近に対する外周部のスパッタリング量の比（外周部／中心付近のスパッタリング量の比）は従来の楕円環状の磁石または三角環状の磁石を有するマグネトロン型スパッタリング装置の使用の場合に比べて増加できる。このため、カバレッジの非対称性を改善することができる。
【００２９】
また、従来のように基板方向に向けた発散磁界を用いてスパッタリングされたターゲット成分（例えば中性の金属粒子）の電離を促進した場合、ターゲット近傍のプラズマにて生成された電子が発散磁界に沿って輸送される。これによりプラズマ生成時に基板へと局所的に高速な電流が入射し基板上の素子にダメージを与える。
【００３０】
実施形態に係るマグネトロン１１は、直線部１２ｃ，１３ｃを持つ内外の扇枠状磁石１２，１３を備え、かつ前記直線部１２ｃ，１３ｃで互いに対向するギャップ（ｇ２）が前記円弧部１２ｂ，１３ｂで互いに対向するギャップ（ｇ１）以上の距離に設定されているため、従来型の磁石に比べ発散磁界の生成を抑制でき、基板に入射する発散磁界強度を例えば１０ガウス以下に抑制できる。その結果、基板上の素子へのダメージを抑制することができる。
【００３１】
さらに、前記マグネトロン１１はその内外の扇枠状磁石１２，１３の基部１２ａ，１３ａの間（ｄ）に回転中心を持ち、かつターゲット７の中心付近を回転軸とし回転することでターゲット７全面のエロージョン領域を均一化し、ターゲット７の寿命を増大できる。
【００３２】
したがって、実施形態によれば成膜時のカバレッジの非対称性を非対称磁界による発散磁界を用いた場合と同等の抑制効果と、基板上の素子へのダメージ抑制とを両立させ、基板の素子の信頼性を確保しつつ、その基板上にカバレッジが良好な膜を成膜することが可能なマグネトロン型スパッタリング装置を提供することができる。
【００３３】
次に、本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法を図３の（Ａ）、（Ｂ）、図４の（Ｃ），（Ｄ），図５を参照して詳細に説明する。
【００３４】
まず、図３の（Ａ）に示すように例えばＰ型シリコン基板２１にＰ型不純物（例えばボロン）をイオン注入のような拡散技術で拡散することによりＰウェル２２を形成する。つづいて、Ｐウェル２２表面に酸化シリコン膜および不純物ドープ多結晶シリコン膜をこの順序で成膜する。不純物ドープ多結晶シリコン膜をパターニングしてゲート電極２３を形成した後、ゲート電極２３をマスクにして下地の酸化シリコン膜を選択的にエッチング除去することによりゲート絶縁膜２４を形成する。ひきつづき、ゲート電極２３をマスクにしてＮ型不純物（例えば砒素）をＰウェル２２にイオン注入することにより低濃度で接合深さが浅いＮ-拡散層２５ａ，２５ｂを形成する。
【００３５】
次いで、全面にゲート電極２３と略同じ厚さのシリコン窒化膜を堆積し、シリコン窒化膜を異方性エッチング（例えばリアクティブイオンエッチング：ＲＩＥ）を施すことによりゲート絶縁膜２４およびゲート電極２３の長手方向に沿う側面に窒化シリコンの側壁２６ａ，２６ｂを形成する。つづいて、ゲート電極２３および窒化シリコンの側壁２６ａ，２６ｂをマスクにしてＮ型不純物（例えばリン）をＮ-拡散層２５ａ，２５ｂにイオン注入することにより高低濃度で接合深さが深いＮ+拡散層２７ａ，２７ｂを形成する。これによりチャンネル領域の近傍に位置するＮ-拡散層２５ａ，２５ｂとチャンネル領域から所望距離隔てて位置するＮ+拡散層２７ａ，２７ｂとからなるＬＤＤ構造のソース領域２８およびドレイン領域２９が形成される（図３の（Ｂ）図示）。
【００３６】
次いで、図４の（Ｃ）に示すようにゲート電極２３を含む全面に例えばＣＶＤ法によりＳｉＯ2の層間絶縁膜３０を堆積する。つづいて、レジストパターン（図示せず）をマスクとし、ＲＩＥにより層間絶縁膜３０を選択的に除去することによりゲート電極２３、ソース領域２８，ドレイン領域２９に対応する層間絶縁膜３０にビアホール３１〜３３をそれぞれ開口する。
【００３７】
次いで、層間絶縁膜３０表面のレジストパターンをアッシング等により剥離、除去した後、ビアホール３１〜３３が開口された層間絶縁膜３０を有するシリコン基板２１を前述した図１、図２に示すマグネトロン型スパッタリング装置のチャンバ１内の基板ホルダ５に保持させる。このとき、スパッタリング装置のタ−ゲット７として拡散バリヤ材料から作る。拡散バリヤ材料は、例えばチタン、窒化チタン、タンタル、窒化タンタルおよび窒化タングステンから選ばれる。つづいて、アルゴンガスをガス導入管２を通して真空チャンバ１内に導入しながら、真空ポンプのような排気手段を駆動して真空チャンバ１内のガスを排気管３を通して排気する。真空チャンバ１内の真空度が安定した後、交流電源６から交流電力を支持軸４を通して基板ホルダ５に交流電力を印加すると共に、直流電源１０からマイナス電位をターゲット７に印加する。同時に、ターゲット７裏面のマグネトロン１１を回転させる。このとき、真空チャンバ１内の基板ホルダ５上のシリコン基板２１とターゲット７の間の領域にプラズマが発生する。このプラズマによりアルゴンが活性化され、活性化されたアルゴンはマイナス電圧が印加されたターゲット７に衝突してターゲット材料を叩き出す（スパッタリング）。スパッタリングされたターゲット材料（拡散バリヤ材料）の粒子は、シリコン基板２１の層間絶縁膜３０に向かい、図４の（Ｄ）に示すように層間絶縁膜３０のビアホール３１〜３３の内面に拡散バリヤ膜３４が成膜される。
【００３８】
次いで、シリコン基板２１をマグネトロン型スパッタリング装置のチャンバから取出した後、拡散バリヤ膜３４が形成されたビアホール３１〜３３を含む層間絶縁膜３０全面に導電膜を堆積する。導電膜は、例えばタングステン膜、銅膜、銅合金膜等を用いることができる。つづいて、図５に示すように導電膜をＣＭＰで処理してビアホール３１〜３３内に導電体３５を埋め込み、さらに層間絶縁膜３０表面の拡散バリヤ膜３４を除去することによりビアホール３１〜３３とこれらのビアホール３１〜３３の内面にそれぞれ形成された拡散バリヤ膜３４とビアホール３１〜３３内にそれぞれ埋め込まれた導電体３５とからなり、ゲート電極２３、ソース領域２８、ドレイン領域２９にそれぞれ接続されたビアフィル３６〜３８を形成する。その後、図示しないが常法に従って層間絶縁膜３０表面に配線を各ビアフィル３６〜３８と接続するように形成する等の工程を経て半導体装置を製造する。
【００３９】
このような実施形態によれば、層間絶縁膜３０のビアホール３１〜３３内面に拡散バリヤ膜３４をスパッタリングにより成膜する際、図１および図２に示す特定の形状のマグネトロンを配置したスパッタリング装置を用いることによって、非対称性が緩和された拡散バリヤ膜３４をビアホール３１〜３３内面に形成できる。同時に、成膜時の発散磁界の生成を抑制してシリコン基板２１に入射する発散磁界強度を例えば１０ガウス以下に抑制できる。その結果、ビアホール３２，３３から露出するソース領域２８、ドレイン領域２９に近接するゲート絶縁膜２４への電子の局所的な蓄積を低減して耐圧破壊を防止することができる。
【００４０】
事実、ソース領域のＮ拡散層２７ａに対応する層間絶縁膜３０部分に直径０．２μｍ、深さ１μｍのビアホール３２を開口し、図１および図２に示す特定に形状のマグネトロンを有するスパッタリング装置を用いてＴｉからなるターゲットをスパッタリングしてビアホール３２内面にＴｉからなる拡散バリヤ膜３４を成膜した様子を図６に示す。この図６のビアホール３２底部での拡散バリヤ膜３４のＡ部での厚さとＢ部での厚さの比（Ａ／Ｂ）を求めると、約１．１９で、従来の楕円環状の磁石を用いたマグネトロン型スパッタリング装置での前記厚さの比が約１．４３であるのに対し、拡散バリヤ膜の非対称性を緩和でき、ビアホールの内側面に比較的均一な厚さの拡散バリヤ膜を形成できることを確認した。
【００４１】
また、前述した方法により得られた半導体装置について複数のゲート絶縁膜の耐圧試験を行ったところ、いずれも耐圧破壊が認められなかった。これに対し、ビアホール内面への拡散バリヤ膜の成膜工程を従来の楕円環状の磁石を用いたマグネトロン型スパッタリング装置により実施して得られた半導体装置の場合には、ゲート絶縁膜の耐圧破壊が約３７％確認された。
【００４２】
本発明の実施形態では、前述したように層間絶縁膜３０の表面に各ビアフィル３６〜３８と接続するようにして配線を形成する等の工程を経て半導体装置を製造する。実施形態は、この配線層（第１配線層）上に層間絶縁膜を介して第２配線層をさらに形成する場合においても適用することができる。例えば、図７に示すように層間絶縁膜３０上に各ビアフィル３６〜３８と接続する配線層（第１配線層）３９を形成し、この第１配線層３９を含む層間絶縁膜３０上に層間絶縁膜（第２層間絶縁膜）４０を形成し、その所定の位置にビアホール４１を形成する。次いで、前述したのと同様、マグネトロン型スパッタリング装置を使用し、ビアホール４１内に拡散バリヤ膜４２を形成する。その後は、その拡散バリヤ膜４２が形成されたビアホール４１の内部に導電体４３を埋め込み、ビアフィル４４を形成する。本発明の実施形態では、その後、ビアフィル４４と接続する第２配線層を形成すること等を行って、一連の製造工程を経て、半導体装置を製造することも可能である。
【００４３】
この場合、半導体素子への悪影響を抑えることが可能となる。具体的には、例えばトランジスタのゲート絶縁膜の耐圧破壊等を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施形態に係るマグネトロン型スパッタリング装置を示す断面図。
【図２】図１に組み込まれるマグネトロンを示す平面図。
【図３】本発明の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図。
【図４】本発明の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図。
【図５】本発明の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図。
【図６】ビアホール内面に成膜したＴｉからなる拡散バリヤ膜の様子を示す断面図。
【図７】本発明の別の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図。
【符号の説明】
【００４５】
１…真空チャンバ、５…基板ホルダ、１１…マグネトロン、１２…内側扇枠状磁石、１３…外側扇枠状磁石、１２ａ，１３ａ…基部、１２ｂ，１３ｂ…円弧部、１２ｃ，１３ｃ…直線部、１４…ヨーク、１５…素子形成された基板、２１…半導体基板、２３…ゲート電極、２８…ソース領域、２９…ドレイン領域、３０，４０…層間絶縁膜、３１〜３３，４１…ビアホール、３４，４２…拡散バリヤ膜、３５，４３…導電体、３６〜３８，４４…ビアフィル。
【図１】
2008101270.tif 000003
【図２】
2008101270.tif 000004
【図３】
2008101270.tif 000005
【図４】
2008101270.tif 000006
【図５】
2008101270.tif 000007
【図６】
2008101270.tif 000008
【図７】
2008101270.tif 000009