(57)【要約】【課題】  オーバーハングを十分に抑制でき、且つ、凹部のカバレッジを更に向上できる膜形成方法を提供する。【解決手段】  ホールＨが設けられた絶縁体層１００を有する基板１５を、スパッタターゲットを備えるＳＩＰ用のチャンバ内に載置する。次いで、基板１５の周囲を一定の圧力に保持した状態でチャンバ内にプロセスガスを供給する。それから、スパッタターゲットにＤＣ電力を印加してプラズマを形成し、Ａｒスパッタによりスパッタ粒子ＳＡを生ぜしめ、金属膜１０１を堆積させる。それと同時に、チャンバ内に高周波プラズマを形成してエッチャントＳＢを生ぜしめ、金属膜１０１をエッチングする。このように、金属膜１０１の成膜とエッチングとを同時に実行する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体上に金属から成る膜を形成させる方法であって、
物理的気相堆積法により前記基体上に前記金属原子を堆積させる第１工程と、
前記第１工程と同時に実施され、前記基体の上方にエッチャントガスを供給し且つ該エッチャントガスのプラズマを形成させて、該エッチャントガスに由来する活性種を該基体上に供給する第２工程と、
を備える膜形成方法。
【請求項２】
前記基体として凹部を有するものを用いる、請求項１記載の膜形成方法。
【請求項３】
前記膜としてバリア膜、シード膜、又は保護膜を形成させる、請求項１又は２記載の膜形成方法。
【請求項４】
前記金属としてＴｉ、Ｔａ、又はＣｕを含むものを用いる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の膜形成方法。
【請求項５】
前記第１工程及び前記第２工程においては、前記基体の周囲の圧力を１．３Ｐａ以下に保持する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の膜形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、膜形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造プロセスにおける成膜技術として、セルフ・イオナイズド・プラズマ（ＳＩＰ）等の物理的気相堆積（ＰＶＤ）法が広く用いられている。例えばＳＩＰを例にとると、マグネトロン方式のスパッタリング装置が知られている（例えば、特許文献１及び２参照）。
【特許文献１】国際公開第０１／００２６１９号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、半導体デバイスの設計ルールの微細化に伴い、高アスペクト比のコンタクトホール若しくはビアホールといった接続孔、又は高アスペクト比のトレンチに対してスパッタリング成膜することは更に困難を極めている。具体的には、オーバーハングを抑制し、凹部の底部におけるカバレッジ（ボトムカバレッジ）を向上させる必要性がこれまでにも増して顕著となっている。かかる状況下、上記従来の装置を用いた場合よりも格段に優れた成膜特性を有するＰＶＤプロセスの実現が切望されている。
【０００４】
このような要求に応えるべく、本出願人によって、上記従来のＰＶＤ装置を用いて金属薄膜を成膜させた後、その金属薄膜の一部をスパッタエッチすることにより凹部の内壁や底部のカバレッジを向上させる試みがなされつつある。
【０００５】
しかし、本発明者の知見によれば、そのような手法を用いるとロードマップ上で０．１μｍ以上の設計ルールに対しては有意なカバレッジ向上効果が得られるものの、例えば６０〜９０ｎｍの設計ルールに則ったデバイスの製造においては、ホールの上方端部においてオーバーハングが顕著となる傾向にあることが確認された。
【０００６】
そこで、本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、極微細構造を有するデバイスの製造において、オーバーハングを十分に抑制でき、且つ、凹部のカバレッジを更に向上できる膜形成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】
【０００７】
上記課題を解決するために本発明による膜形成方法は、基体上に金属から成る膜を形成させる方法であって、ＰＶＤ法により基体上に金属原子を堆積させる第１工程と、その第１工程と同時に実施され且つ基体の上方にエッチャントガスを供給し且つそのエッチャントガスのプラズマを形成させて、そのエッチャントガスに由来する活性種を基体上に供給する第２工程とを備えることを特徴とする。
【０００８】
このような膜形成方法では、第１工程においてＳＩＰ等のＰＶＤ法によって金属膜が成膜され、第２工程においてその金属膜のエッチングが行われる。これらの第及び第２工程は同時に実施されるので、金属膜の成膜とエッチングが同時に進行することとなる。第１工程の実施だけでは、基体にホールやトレンチ等の凹部が形成されている際に、その凹部の開口幅が狭ければ狭いほど、内壁や底壁、特に内壁のカバレッジは悪化する傾向にある。
【０００９】
これに対し、第２工程が実施されると、凹部周辺のフィールド部や凹部の底壁上に堆積した金属がエッチングされ、言わばスパッタリング原子が生じる。特に凹部の底壁から生じたスパッタリング原子は、凹部の内壁に付着し易く、これにより内壁のカバレッジが向上される。また、凹部の開口部に堆積した金属もエッチングされるので、オーバーハングが生じ難くなる。
【００１０】
ここで、そのような作用は、理論的には、第１工程と第２工程を連続して個別に実施した場合にも奏されると予想される。ところが、本発明者らが両工程を連続して個別に実施した場合と、本発明に従って両工程を同時に実施した場合とを比較したところ、予想に反し、本発明による方が、カバレッジの向上効果が格別に高いことが確認された。
【００１１】
この作用機構の詳細は未だ解明されていないものの、本発明では、第１工程で生じる成膜用の金属原子（主にイオン）と、第２工程で生じる上述したスパッタリング原子（これも主にイオンと考えられる）とが反応場に同時に存在することにより、例えば何らかの相互作用が生じて影響を与えているのではないかと推定される。ただし、作用はこれに限定されない。
【００１２】
また、既に述べたように、基体として凹部を有するものを用いる場合に本発明を用いると好ましい。
【００１３】
より具体的には、形成させるべき膜が薄膜である場合、特に金属配線層を形成させるためのバリア膜、シード膜、又は保護膜を形成させる場合に更に有効である。
【００１４】
更に具体的には、金属としてＴｉ、Ｔａ、又はＣｕを含むものを用いるときに特に有用である。
【００１５】
また、第１工程及び第２工程においては、基体の周囲の圧力を好ましくは１．３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ）以下、より好ましくは０．１３〜０．３９Ｐａ（１．０〜３．０ｍＴｏｒｒ）に保持することが望ましい。
【００１６】
このようにすれば、チャンバー空間における平均自由行程（ＭＦＰ）が長くなり、Ｔａイオンが垂直成分を効率よく得られる為、微細ホール内への進入確率が向上するといった利点がある。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の膜形成方法及びそれを実施するための装置によれば、極微細構造を有するデバイスの製造において、オーバーハングを十分に抑制でき、且つ、凹部のカバレッジを格別に向上できる。
【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ついて詳細に説明する。なお、同一要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。また、図面の寸法比率は、図示の比率に限られるものではない。
【００１９】
図１は、本発明による成膜方法を実施するために用いられるスパッタリング装置の一例を模式的に示す断面図（一部構成図）である。
【００２０】
スパッタリング装置１０は、半導体ウエハ又はガラス基板等の基板１５（基体）が収容されるチャンバ１２を備えるものである。チャンバ１２は、略カップ状を成すハウジング１４と、ハウジング１４の上部開口端を封止するように配置された略円盤状を成すスパッタターゲット１６とから構成されている。
【００２１】
ハウジング１４及びスパッタターゲット１６はいずれも導電性材料から成っており、ハウジング１４とスパッタターゲット１６との間には絶縁部材１３ａが設けられている。なお、ハウジング１４の底壁はチャンバ１２の底壁に相当し、ハウジング１４の側壁はチャンバ１２の側壁に相当する。
【００２２】
また、ハウジング１４には排気ポート２０が形成されており、この排気ポート２０には、クライオポンプ等の真空ポンプ２１が接続されている。この真空ポンプ２１を作動させることによって、チャンバ１２内が所望の圧力に減圧される。さらに、ハウジング１４には供給ポート２２が形成されており、この供給ポート２２には、プロセスガスとしてＡｒガスを有するプロセスガス供給源２５が、バルブ２３を有する配管を介して接続されている。
【００２３】
スパッタターゲット１６の図示下面１６ａは、スパッタリングによってエロージョンを受けるエロージョン面とされている。スパッタターゲット１６は、基板１５上に堆積させるべき所望の金属、例えばＴｉ、Ｔａ、又はＣｕを含む金属から成っており、無垢材でも合金等の複合金属部材でもよい。
【００２４】
また、チャンバ１２の上壁に相当するスパッタターゲット１６の図示上面１６ｂの上方には、マグネトロンユニット３０が配置されている。マグネトロンユニット３０は、スパッタターゲット１６に対して平行且つ同軸に配置された略円形のベースプレート３２と、その図示下面３２ａに固定されたマグネット部３４を有している。マグネット部３４の構成は特に限定されず、例えば、図示しないインナーマグネット及び同アウターマグネットを備える二重環状の構成が挙げられる。
【００２５】
マグネット部３４にこのような構成が採用される場合、より具体的には、二重環構造の内側に配置されるインナーマグネットは、Ｓ極がスパッタターゲット１６の上面１６ｂと対向するように配置され、且つ、二重環構造の外側に配置されるアウターマグネットがインナーマグネット外周囲に設けられ、Ｎ極がスパッタターゲット１６の上面１６ｂと対向するように配置されると好ましい。この場合、アウターマグネットのＮ極から延びる磁力線は、スパッタターゲット１６及びチャンバ１２内を通過し、インナーマグネットのＳ極に向かうか或いはアウターマグネットのＳ極に戻るように形成され、これにより閉ループ磁場が生成される。
【００２６】
また、チャンバ１２内には、基板１５が載置されるペディスタル１８（基体支持部）が設けられている。基板１５は、スパッタターゲット１６の下面１６ａに対向するペディスタル１８の図示上面１８ａ上に保持される。これにより、ペディスタル１８上の所定位置に置かれた基板１５の被成膜面１５ａは、スパッタターゲット１６の下面１６ａに対して略平行に配置される。
【００２７】
より具体的には、基板１５は、スパッタターゲット１６と同軸状に配置される。基板１５及びスパッタターゲット１６の面中心は、基板１５上に形成される金属膜の面内均一性を向上させるために、後述するマグネトロンユニット３０の回転軸３８の軸線上にあることが好ましい。なお、スパッタターゲット１６の寸法形状、及び、ペディスタル１８とスパッタターゲット１６との離間距離は特に限定されず、従来の標準的なスパッタリング装置と同様な条件を採用することができる。
【００２８】
また、ペディスタル１８は、基準電位に接地された高周波電源Ｒ１に接続されており、これにより、ペディスタル１８を介して基板１５にバイアス用の高周波電力が印加されるようになっている。なお、接地電位とペディスタル１８の間にキャパシタを設けてもよい。こうすれば、基板１５の上方に形成されるプラズマから付与される電子によってセルフバイアス状態で使用することもできる。いずれの場合においても、ペディスタル１８は、プラズマ電位に対して負にバイアスされていることが好ましく、スパッタターゲット１６に対して負電位になっていることが好ましい。
【００２９】
さらに、スパッタリング装置１０は、スパッタ粒子からチャンバ１２の内壁面を保護するために、スパッタ粒子が内壁面に到達するのを防止するシールド２６を備えている。シールド２６の図示上端縁部はハウジング１４と絶縁部材１３ａとで挟持されるように固定されている。シールド２６の底部は、ペディスタル１８の側壁に至るように設けられており、絶縁部材１３ｂを介して固定されている。これにより、シールド２６はペディスタル１８と電気的に絶縁される。なお、シールド２６は基準電位に接地されている。
【００３０】
また、スパッタターゲット１６とペディスタル１８との間で且つシールド２６よりも内側の空間には、電極５９が設けられている。この電極５９は、基準電位に接地された高周波電源Ｒ２に接続されており、これにより基板１５の上方近傍に高周波電力が印加されプロセスガスであるＡｒガスのプラズマが形成されるようになっている。このプラズマは、主として、後述するように基板１５上に堆積した金属原子をスパッタエッチするために形成させるものである。このように、プロセスガスであるＡｒガスは「エッチャントガス」としても機能する。
【００３１】
なお、プラズマを形成させるための高周波放電の形式は特に制限されず、誘導結合型、容量結合型のいずれでもよく、また、高周波電源Ｒ２を用いた高周波放電にも制限されず、直流放電、アーク放電、マイクロ波放電、ＥＣＲ放電等でもよい。これらのなかでは、誘導結合型の高周波放電が特に好ましい。
【００３２】
さらに、スパッタターゲット１６とシールド２６との間には、加速用電源２４のそれぞれ陰極及び陽極が接続されている。これにより、チャンバ１２内にプロセスガスであるＡｒガスを導入し、スパッタターゲット１６とシールド２６との間に電圧を加えると、チャンバ１２内の垂直方向に直流電場が生じる。一方、前述のようにマグネトロンユニット３０によってチャンバ１２内には水平磁場成分すなわち電場と直交する磁場が生じている。これにより電子がマグネトロン運動を起こしてスパッタターゲット１６近傍に捕捉される。そして、この捕捉された電子とＡｒガスの気体分子との衝突によってスパッタターゲット１６の下面１６ａ近傍に高密度プラズマが形成される。
【００３３】
このプラズマは、スパッタターゲット１６から金属スパッタ粒子を生成させ、基板１５上にその金属原子を堆積させるためのものである。すなわち、プラズマ中で生成したＡｒイオンが、スパッタターゲット１６の下面１６ａ（すなわちエロージョン面）に衝突すると、スパッタターゲット１６を構成する原子がはじき出されスパッタ粒子が生成される。このスパッタ粒子がチャンバ１２内を移動して基板１５上に到達すると基板１５の被成膜面１５ａ上に金属原子が堆積して膜が形成される。
【００３４】
さらに、スパッタリング装置１０は制御器２９を備えている。制御器２９は、図示しないマイクロコンピュータ、タイマ等を有しており、スイッチング並びに電流及び電圧の調節や時間的な制御も行うものである。この制御器２９は、制御線２９ａを介して、真空ポンプ２１、バルブ２３、加速用電源２４、駆動用モータ３６、及び高周波電源Ｒ１，Ｒ２に接続されている。この制御器２９を用いて、これらの機器を相互に関連させながら制御することが可能であり、チャンバ１２内の減圧、Ａｒガスのチャンバ１２内の供給、そのプラズマ発生、マグネット部３４の回動、等が所定のタイミングで同期して制御される。
【００３５】
このように構成されたスパッタリング装置１０を用いた本発明による膜形成方法を実施する手順の一例について説明する。図２（Ａ）及び（Ｂ）は、ホール、トレンチ等の凹部を有する基板１５上に金属膜を形成させている手順を模式的に示す工程図である。なお、以下に述べるスパッタリング装置１０の運転制御は、制御器２９からの制御信号に基づいて実行される。ただし、これに限定されず操作者による手動制御によって行っても構わない。
【００３６】
まず、凹部としてホールＨが形成された絶縁体層１００を有する基板１５をスパッタリング装置１０のチャンバ１２内に収容し、ペディスタル１８に載置する（図２（Ａ）参照）。チャンバ１２を封止し、真空ポンプ２１を運転してチャンバ１２の内部が一定の圧力となるまで減圧する。所望の圧力となった後、真空ポンプ２１の運転を続けながら、バルブ２３を所定の開度とし、プロセスガスであるＡｒガスをチャンバ１２内へ供給する。
【００３７】
チャンバ１２内の空間がＡｒガスで置換され且つ一定の圧力となった後、加速用電源２４、及び高周波電源Ｒ１，Ｒ２を所定の運転出力とすると共に、駆動用モータ３６の運転を開始する。加速用電源２４からの出力が開始されると、上述の如く、その直流バイアスによってＡｒガスのプラズマ（言わば”Target DC Plasma”）が形成される。このプラズマ中で生成したＡｒイオンはスパッタターゲット１６に入射し、その下面１６ａから金属原子が基板１５側へはじき出され、スパッタ粒子ＳＡ（金属）が生成される。スパッタ粒子ＳＡは、ペディスタル１８を介して印加されたバイアス電位によってチャンバ１２内を移動し、基板１５上に堆積する。これにより、基板１５上に金属膜１０１が形成される（第１工程）。
【００３８】
この際、同時に高周波電源Ｒ２が運転されているので、基板１５の上方空間には、その高周波電力によってＡｒガスのプラズマ（言わば”RF Plasma”）が形成される。このプラズマ中で生成したＡｒイオンはエッチャントＳＢ（エッチャントガスに由来する活性種）となり、ペディスタル１８を介して印加されたバイアス電位によってチャンバ１２内を移動し、基板１５上に堆積している途上の金属膜１０１へ入射する。これにより、金属膜１０１にスパッタエッチが施される（第２工程）。
【００３９】
すなわち、エッチャントＳＢはフィールド部（絶縁体層１００におけるホールＨ以外の部位）及びホールＨの内部へ飛来する。フィールド部でエッチされた金属膜のスパッタ粒子Ｅ１はチャンバ１２内のシールド２６等にトラップされる傾向にある。一方、ホールＨ内に進入したエッチャントＳＢの大部分は、その指向性によって内側壁ではなく底壁に到達し、スパッタ粒子Ｅ２を生じ得る。そして、スパッタ粒子Ｅ２はホールＨの内側壁上に付着し易い傾向にある。
【００４０】
ホールＨのアスペクト比が大きければ大きいほど、従来のＳＩＰ等のＰＶＤ法では凹部の内側壁のカバレッジが不十分となり易いのに対し、本発明では、上述のようにエッチングで生じたスパッタ粒子Ｅ２がホールＨの内側壁上に堆積するのでそのカバレッジが格段に向上される。
【００４１】
また、ホールＨの開口部周縁はオーバーハングが生じ易い部位であるが、エッチャントＳＢによって当該部位の金属膜１０１もエッチングされる。よって、ホールＨのアスペクト比が増大してもオーバーハングの発生が十分に抑止される。さらに、このようにオーバーハングが抑止されるので、ホールＨの開口部の閉塞が防止され、スパッタ粒子ＳＡ及びエッチャントＳＢがホールＨ内に一層到達し易くなる。かかる相乗効果により、ホールＨ内部のカバレッジが更に向上される。
【００４２】
本発明においては、このように金属膜１０１の成膜（デポジション；第１工程）とエッチング（第２工程）とが同時に行われるので、従来に比して見かけ上の成膜速度が低下する。そのため、基板１５上のフィールド部におけるいわゆる“狙い膜厚”（金属膜１０１の所望膜厚）を達成するのに、スパッタターゲット１６からのスパッタ粒子ＳＡの量が従来に比して増大する。逆に言えば、本発明による方法では、同時間内にホールＨの内部に到達するスパッタ粒子ＳＡの絶対量が従来に比して有意に増大されることとなり、カバレッジが飛躍的を向上できる。
【００４３】
よって、金属膜１０１は、ホールＨ内に埋め込み形成される金属配線層のバリア膜やシード膜として非常に有用である。また、金属膜１０１は、カバレッジの向上により均一性に優れた薄膜とされるので、各種保護膜としても非常に有効である。
【００４４】
ここで、成膜（第１工程）とエッチング（第２工程）を実施する時のプロセス条件として特に制限されないが、金属膜１０１としてＴａ膜を形成させる場合の好ましい一例として以下に示す条件が挙げられる。
・チャンバ１２内圧力：１．３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ）以下
・成膜温度（基板温度）：−４０〜２００℃
・Ａｒガス流量：５〜５０ｓｃｃｍ
・加速用電源２４のＤＣ出力：１０〜５０ｋＷ
・バイアス用高周波電源Ｒ１の出力：２００〜１２００Ｗ
・プラズマ形成用高周波電源Ｒ２の出力：４００〜３０００Ｗ
【００４５】
このような構成のスパッタリング装置１０及びそれを用いた本発明の成膜方法によれば、基板１５に対して金属膜１０１の成膜とエッチングを同時に実施するので、基板１５に形成されるデバイスが極微細構造を有するもの、例えば６０〜９０ｎｍ世代の半導体装置であっても、その製造において、ホールＨやトレンチ等の凹部におけるオーバーハングの発生を十分に抑制でき、且つ、凹部のカバレッジを更に一層向上させることが可能となる。
【実施例】
【００４６】
以下、本発明に係る具体的な実施例について説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
〈実施例１〉
【００４７】
図１に示すスパッタリング装置１０と同様の構成を有するＰＶＤ装置を用い、上述した本発明の成膜方法により、Ｃｕ配線層の上部に設けられたヴィアホールを有する基板１５上に金属膜１０１として厚さ１２ｎｍ(１２０Å)（フィールド部）のＴａ膜を形成させた。プロセス条件を以下に示す。
・チャンバ１２内圧力：０．１７Ｐａ（１．３ｍＴｏｒｒ）
・成膜温度（基板温度）：５０℃
・Ａｒガス流量：２５ｓｃｃｍ
・加速用電源２４のＤＣ出力：２０ｋＷ
・バイアス用高周波電源Ｒ１の出力：５５０Ｗ
・プラズマ形成用高周波電源Ｒ２の出力：８００Ｗ
・ヴィアホールのアスペクト比（ＡＲ）：約４（幅０．１４μｍ、深さ０．６５μｍ）
【００４８】
図４は、実施例１でＴａ膜が形成された基板１５の断面ＳＥＭ写真である。これより、ヴィアホールの開口部においてオーバーハングの発生が十分に抑制されることが確認された。
〈比較例１〉
【００４９】
実施例１と同様のＰＶＤ装置及び基板を用い、まず、以下の条件で基板上に厚さ１８ｎｍ（１８０Å）（フィールド部）のＴａ膜を形成させた。
・チャンバ１２内圧力：０．１７Ｐａ（１．３ｍＴｏｒｒ）
・成膜温度（基板温度）：５０℃
・Ａｒガス流量：２５ｓｃｃｍ
・加速用電源２４のＤＣ出力：２０ｋＷ
・バイアス用高周波電源Ｒ１の出力：２３０Ｗ
・プラズマ形成用高周波電源Ｒ２の出力：０Ｗ
【００５０】
その後、形成されたＴａ膜に対して、以下に示す条件で別途エッチングを施して金属膜を得た。
・チャンバ１２内圧力：０．１７Ｐａ（１．３ｍＴｏｒｒ）
・成膜温度（基板温度）：５０℃
・Ａｒガス流量：４０ｓｃｃｍ
・加速用電源２４のＤＣ出力：３５０Ｗ（実質的に成膜を生じない程度に低い。）
・バイアス用高周波電源Ｒ１の出力：４００Ｗ
・プラズマ形成用高周波電源Ｒ２の出力：８００Ｗ
・エッチング時間：１３ｓｅｃ
【００５１】
図５は、比較例１でＴａ膜が形成された基板の断面ＳＥＭ写真である。図４と比較すると、ヴィアホールの開口部においてオーバーハングが顕著であることが確認された。
〈成膜速度評価〉
【００５２】
実施例１及び比較例１のそれぞれのプロセス条件でＴａ膜を形成させたときの成膜時間に対するＴａ膜の膜厚の変化を実験データに基づいて算出し、それらの結果に基づいて、成膜速度を評価した。図３は、実施例１及び比較例１における成膜速度を示すグラフである。図中直線Ｌ１，Ｌ２はそれぞれ実施例１及び比較例１における成膜速度を示す目安線である。その結果、実施例１及び比較例１における成膜速度は、それぞれ１．５６ｎｍ／ｓｅｃ（１５．６Å／ｓｅｃ）及び２．４９ｎｍ／ｓｅｃ（２４．９Å／ｓｅｃ）であった。これより、実施例１の成膜速度は、比較例１の６０％程度であることが判明した。
〈実施例２〉
【００５３】
幅０．３μｍ×深さ０．４５μｍのトレンチが一定間隔で複数形成されたパターンが複数設けられた基板１５に対し、フィールド部の膜厚が５０ｎｍ（５００Å）となるようにしたこと以外は実施例１と同様にして金属膜としてのＴａ膜を形成させた。
【００５４】
図６（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例２でＴａ膜が形成された基板の断面ＳＥＭ写真であり、それぞれトレンチパターンの中心部（Ｃｅｎｔｅｒ）及びトレンチパターンの端部（Ｅｄｇｅ）を示す。各図中において「％」で示される数値は、フィールド部膜厚（５０ｎｍ（５００Å））に対する膜厚の割合を表す。同図より、トレンチの内部において十分なサイドカバレッジ及びボトムカバレッジを実現できることが確認された。
【００５５】
なお、実施例２において、スパッタターゲット質量の減少分からＴａ膜厚を計算したところ、約１０１ｎｍ（１０１０Å）相当であることが判明した。これより、実際の膜厚（５００Å）との差分である約５０ｎｍ（５００Å）分がカバレッジの改善に寄与したものと推定される。
〈比較例２〉
【００５６】
プラズマ形成用高周波電源Ｒ２の出力を０Ｗとしたこと、すなわちエッチング（本発明における第２工程）を実施しなかったこと以外は、実施例２と同様にして基板上にＴａ膜を形成させた。
【００５７】
図７（Ａ）及び（Ｂ）は、比較例２でＴａ膜が形成された基板の断面ＳＥＭ写真であり、それぞれトレンチパターンの中心部（Ｃｅｎｔｅｒ）及びトレンチパターンの端部（Ｅｄｇｅ）を示す。各図中において「％」で示される数値は、フィールド部膜厚（５０ｎｍ（５００Å））に対する膜厚の割合を表す。同図より、トレンチの内側壁におけるカバレッジが不十分であり、特に図６（Ａ）と図７（Ａ）との比較から、トレンチパターンの中心部（Ｃｅｎｔｅｒ）でのボトムカバレッジが本発明よりも有意に劣ると共に、図６（Ｂ）と図７（Ｂ）との比較から、トレンチパターンの端部（Ｅｄｇｅ）でのサイドカバレッジが本発明よりも顕著に劣ることが確認された。
【００５８】
なお、比較例２において、スパッタターゲット質量の減少分からＴａ膜厚を計算したところ、約７９ｎｍ（７９０Å）相当であることが判明した。これより、実際の膜厚（５００Å）との差分である約２９ｎｍ（２９０Å）分がカバレッジの改善に寄与したものと推定されるものの、その量は実施例２に比して少なく、実際のところカバレッジの改善は上述の通り不十分であった。
〈実施例３〉
【００５９】
幅０．１５１μｍ×深さ０．８６μｍのコンタクトホール（ＡＲ＝５．７）が設けられた基板１５に対し、フィールド部の膜厚が２０ｎｍ（２００Å）となるようにしたこと以外は実施例１と同様にして金属膜としてのＴａ膜を形成させた。
【００６０】
図８（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例３でＴａ膜が形成された基板の断面ＳＥＭ写真であり、それぞれトレンチパターンの中心部（Ｃｅｎｔｅｒ）及びトレンチパターンの端部（Ｅｄｇｅ）を示す。同図より、ホールの内部において十分なサイドカバレッジ及びボトムカバレッジが有することが確認された。また、実施例３において、スパッタターゲット質量の減少分からＴａ膜厚を計算したところ、約３９ｎｍ（３９０Å）相当であることが判明した。これより、実際の膜厚（２０ｎｍ（２００Å））との差分である約１９ｎｍ（１９０Å）分がカバレッジの改善に寄与したものと推定される。なお、成膜及びエッチング時間（プロセス時間）は１１．４ｓｅｃであった。
〈比較例３〉
【００６１】
プラズマ形成用高周波電源Ｒ２の出力を０Ｗとしたこと、すなわちエッチング（本発明における第２工程）を実施しなかったこと以外は、実施例３と同様にして基板上にＴａ膜を形成させた。
【００６２】
図９（Ａ）及び（Ｂ）は、比較例３でＴａ膜が形成された基板の断面ＳＥＭ写真であり、それぞれトレンチパターンの中心部（Ｃｅｎｔｅｒ）及びトレンチパターンの端部（Ｅｄｇｅ）を示す。同図より、ホールの内側壁下部及び底部におけるそれぞれカバレッジが実施例３に比して不十分であることが確認された。なお、比較例３において、スパッタターゲット質量の減少分からＴａ膜厚を計算したところ、約２８ｎｍ（２８０Å）相当であることが判明した。これより、実際の膜厚（２０ｎｍ（２００Å））との差分である約８ｎｍ（８０Å）分がカバレッジの改善に寄与したものと推定されるものの、その量は実施例３に比して少なく、実際のところカバレッジの改善は上述の通り不十分であった。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
以上説明した通り、本発明の膜形成方法及びそれを実施するための装置によれば、極微細構造を有するデバイスの製造において、オーバーハングを十分に抑制でき、且つ、凹部のカバレッジを格別に向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明による成膜方法を実施するために用いられるスパッタリング装置の一例を模式的に示す断面図（一部構成図）である。
【図２】（Ａ）及び（Ｂ）は、ホール、トレンチ等の凹部を有する基板１５上に金属膜を形成させている手順を模式的に示す工程図である。
【図３】実施例１及び比較例１における成膜速度を示すグラフである。
【図４】実施例１でＴａ膜が形成された基板１５の断面ＳＥＭ写真である。
【図５】比較例１でＴａ膜が形成された基板の断面ＳＥＭ写真である。
【図６】（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例２でＴａ膜が形成された基板の断面ＳＥＭ写真である。
【図７】（Ａ）及び（Ｂ）は、比較例２でＴａ膜が形成された基板の断面ＳＥＭ写真である。
【図８】（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例３でＴａ膜が形成された基板の断面ＳＥＭ写真である。
【図９】（Ａ）及び（Ｂ）は、比較例３でＴａ膜が形成された基板の断面ＳＥＭ写真である。
【符号の説明】
【００６５】
１０…スパッタリン装置、１２…チャンバ、１３ａ，１３ｂ…絶縁部材、１４…ハウジング、１５…基板（基体）、１５ａ…被成膜面、１６…スパッタターゲット、１８…ペディスタル、２０…排気ポート、２１…真空ポンプ、２２…供給ポート、２３…バルブ、２４…加速用電源、２５…プロセスガス供給源、２６…シールド、２９…制御器、３０…マグネトロンユニット、３２…ベースプレート、３４…マグネット部、３６…駆動用モータ、３８…回転軸、５９…電極、１００…絶縁体層、１０１…金属膜、Ｅ１，Ｅ２…スパッタ粒子、Ｈ…ホール（凹部）、Ｒ１…バイアス用高周波電源、Ｒ２…プラズマ形成用高周波電源、ＳＡ…スパッタ粒子、ＳＢ…エッチャント。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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