(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理基体が収容されるスパッタ室と、
前記スパッタ室内にガスを導入するガス導入手段と、
前記スパッタ室内の上方に設けられたスパッタターゲットに負電圧を印加する手段と、
前記スパッタ室内の下方に設けられ、接地された接地部品と、
前記被処理基体に負電圧を印加する電圧印加手段と、
前記スパッタ室内に、前記接地部品に比べて、前記スパッタターゲットにより近接した位置に設けられ、正電圧が印加されるイオン反射板と、
前記スパッタターゲットの表面に磁界を形成し、且つ前記接地部品に向けて伸びるように発散磁界を形成して、前記スパッタ室内に放電を起こした状態で、前記イオン反射板を接地したときの前記スパッタターゲットと前記イオン反射板との間の電気抵抗を、前記スパッタターゲットと前記接地部品との間の電気抵抗よりも大きくする磁界形成手段と、
を具備してなることを特徴とするスパッタ装置。
【請求項２】
前記イオン反射板の少なくとも一部は円筒部分を含み、前記被処理基体の直径をａ、前記スパッタターゲットの直径をｂ、前記被処理基体と前記スパッタターゲットとの間の距離をｃ、前記イオン反射板の円筒部内径をｄとした場合に、ａ≦ｂ≦５ａ／２、３ａ／４≦ｃ≦５ａ／２およびｂ≦ｄ≦５ｂ／３の不等式を満たすことを特徴とする請求項１記載のスパッタ装置。
【請求項３】
前記イオン反射板の長さをＬとした場合に、ｃ／５≦Ｌ≦５ｃ／６の不等式を満たすことを特徴とする請求項２記載のスパッタ装置。
【請求項４】
前記磁界形成手段は、前記スパッタターゲットの上方に設けられた、Ｓ極を前記スパッタターゲットに向けた第１のマグネットならびにＮ極を前記スパッタターゲットに向けた第２のマグネットを含み、かつ前記第１のマグネットと前記第２のマグネットの磁束密度が異なることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のスパッタ装置。
【請求項５】
前記第１のマグネットと前記第２のマグネットとの間の磁界とは異なった第２のマグネットの発散磁界が前記接地部品に向かって伸びるように、前記第１および第２のマグネットの配置ならびに前記第１および第２のマグネットの磁束密度を調整することを特徴とする請求項４に記載のスパッタ装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載のスパッタ装置を用いた成膜方法であって、
前記ガス導入手段によりガスを前記スパッタ室内に導入し、かつ前記イオン反射板に正電圧を印加し、かつ前記スパッタターゲットに負電圧を印加して前記スパッタ室内で放電を起こし、かつ前記電圧印加手段により前記被処理基体に負電圧を印加することによって、前記被処理基体上に膜を形成することを特徴とする成膜方法。
【請求項７】
前記放電が起こった後に前記ガスの導入を止め、前記スパッタターゲットの構成材料のイオンによって前記放電を自己維持させることを特徴とする請求項６に記載の成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スパッタ装置および成膜方法に係わり、特にＡｌやＣｕなどの配線膜、ＴａＮやＴｉＮなどのバリアメタル膜、ＴｉやＮｂなどのライナー膜の成膜に有効なスパッタ装置およびそれを用いた成膜方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より半導体プロセスでは、成膜装置としてスパッタ装置が広く用いられている。その理由の１つとして、スパッタ装置はランニングコストが低く、生産性が高いことがあげられる。
【０００３】
一方、最近の微細化・高集積化に伴い、接続孔のアスペクト比（深さ／開口径）は高くなる傾向にある。表面に拡散層が形成されたＳｉ基板上に層間絶縁膜を堆積し、この層間絶縁膜に上記拡散層に接続する接続孔を開口し、上記拡散層の表面にＴｉシリサイド層を形成する場合、接続孔の底面にＴｉ膜を厚くスパッタ形成する必要がある。
【０００４】
また、接続孔の内面（側面および底面）をＴｉＮ膜などのバリアメタル膜、あるいはＷ−ＣＶＤのグレーレイヤーで被覆する場合、接続孔の内面全体にバリアメタル膜等を均一の厚さにスパッタ形成する必要がある。
【０００５】
また、接続孔の内部をＡｌ膜で充填する技術として、Ａｌリフロー技術が知られており、その中でもライナー膜、第１Ａｌ膜、第２Ａｌ膜を順次スパッタ法により形成する２ステップリフロー方式が主流化している。
【０００６】
２ステップリフロー方式では、第１Ａｌ膜は冷却して形成し、第２Ａｌ膜は加熱しながら形成する。第２Ａｌ膜の形成段階ではＡｌは第１Ａｌ膜を拡散パスとして接続孔内に流動する。そのため、接続孔の内面全体に第１Ａｌ膜を形成する必要がある。
【０００７】
しかしながら、従来のスパッタ装置を用いた成膜方法は段差被覆性に乏しく、接続孔の底面における膜厚を厚くしたり、接続孔の内面全体における膜厚を均一化したり、あるいは接続孔の内面全体に膜を形成することは困難である。
【０００８】
一方、従来よりＬＳＩ配線にはＡｌ配線が多く用いられてきたが、近年、配線低抵抗化および高信頼化の観点から、すなわちＲＣ遅延の改善およびＥＭ耐性の向上の観点から、低誘電率絶縁膜とＣｕ配線を組み合わせた配線構造が望まれ、検討がなされている。
【０００９】
Ｃｕには蒸気圧の高い化合物が少ないため、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）による加工が困難である。そのため、ＣｕのＲＩＥ配線を形成することは困難である。そこで、Ｃｕ配線はＲＩＥを用いないで形成するダマシンプロセスが主流となっている。
【００１０】
ダマシンプロセスでは、層間絶縁膜に予め形成した配線溝の内部を充填するように金属膜を全面に堆積し、その後配線溝の外部の余剰な金属膜をＣＭＰにより除去することによって、上記金属膜からなる配線（ダマシン配線）を形成する。
【００１１】
特に、層間絶縁膜に溝および接続孔を予め形成しておき、溝および接続孔の内部を金属膜で一括して充填して、配線とプラグを同時に形成するプロセスをデュアルダマシンプロセス（ＤＤプロセス）と呼ぶ。
【００１２】
ダマシンプロセスによりＣｕ配線を形成する場合、金属膜には当然にＣｕ膜が使用される。ここで、Ｃｕは層間絶縁膜中を拡散しやすいため、Ｃｕ膜中のＣｕはＳｉ基板まで拡散する。Ｓｉ基板まで拡散したＣｕは、Ｓｉ中に深い準位を形成する。この深い準位はキャリアをトラップし、素子特性の劣化を引き起こす。
【００１３】
そこで、ダマシンプロセスによりＣｕ配線を形成する場合には、Ｃｕ膜を堆積する前に、Ｃｕの拡散を防止するバリアメタル膜（拡散防止膜）を配線溝の内面にスパッタ形成することが行われている。ＤＤプロセスの場合には接続孔の内面にもバリアメタル膜を形成する必要がある。
【００１４】
バリアメタル膜としては、ＴｉＮ膜、ＴａＮ膜などが広く検討されている。バリアメタル膜は、その目的から、配線溝、または配線溝および接続孔の内面全体に均一に形成されることが望まれる。
【００１５】
また、ＣｕのＤＤプロセスでは、配線溝等の内部をＣｕ膜で埋め込むことが必要である。Ｃｕ膜の成膜方法としては、電界メッキ法が広く検討されている。Ｃｕ電界メッキでは電子授受のためのシード層が必要となるが、上述したＴａＮ膜などのバリアメタル膜はシード層としての機能が乏しい。
【００１６】
そのため、バリアメタル膜の形成後に、配線材料であるＣｕ自身でシード層をスパッタ形成することが多い。このようなシード層（Ｃｕシード層）は、その目的から、配線溝、または配線溝および接続孔の内面全体に均一に形成されることが望まれる。
【００１７】
このような要求に対して、ロングスロースパッタ装置やイオン化スパッタ装置などのスパッタ粒子の指向性を高めたスパッタ装置が、Ｔｉ膜、ＴｉＮ膜、ＴａＮ膜、Ｃｕシード層の形成に用いられている。
【００１８】
図２２に、従来のロングスロースパッタ装置の概略図を示す。ロングスロースパッタ装置は、基板８１とターゲット８２との間の距離を広げて、かつＡｒ圧力を低くしてガス散乱を抑えることで、スパッタ粒子の接続孔内への斜め入射成分を抑え、スパッタ粒子の指向性を高める。
【００１９】
なお、図中、８３はスパッタ室、８４はマグネット、８５はバッキングプレート、８６は冷却水路、８７は絶縁部材、８８はアースシールド、８９は第１防着板，９０は第２防着板、９１は第２防着板９０の昇降機構、９２は静電チャック板、９３はサセプタ、９４は冷媒、９５はターゲット８２に電圧を印加するための直流電圧源をそれぞれ示している。
【００２０】
しかし、従来のロングスロースパッタ装置を用いた成膜方法には以下のような問題がある。すなわち、基板端において成膜形状に非対称性が生じ、基板端において金属膜が形成され難く、被覆性が悪いという問題がある。
【００２１】
一方、イオン化スパッタ装置は、ターゲットと基板との間に取り付けた誘導コイルに高周波電力を投入し、スパッタ室内に導入したＡｒガスの高密度プラズマを発生し、高密度プラズマ中でスパッタ粒子をイオン化するとともに、基板に負電圧を印加することによって、スパッタ粒子の指向性を高める。
【００２２】
しかし、従来のイオン化スパッタ装置を用いた成膜方法には以下のような問題がある。
【００２３】
成膜時には、スパッタ粒子の他に、スパッタガスであるＡｒもイオン化される。そのため、基板にはイオン化したスパッタ粒子およびＡｒが引き込まれる。基板には引き込まれたＡｒイオンは基板と衝突する。この衝突によってＡｒイオン の持っていた運動エネルギーは熱に変わり、基板温度が上昇する。
【００２４】
ＡｌやＣｕは凝集を起こしやすい金属で、特に基板温度が高くなるほど凝集を起こしやすい。したがって、イオン化スパッタ装置でＡｌ膜やＣｕ膜の成膜を行うと、Ａｌ膜やＣｕ膜が凝集して分離してしまう。
【００２５】
そのため、Ａｌの２ステップリフロー方式における第１Ａｌ膜をイオン化スパッタ装置を用いて形成すると、第１Ａｌ膜が凝集を起こしてＡｌ流動時の拡散パスがなくなり、接続孔の内部を第２Ａｌ膜で充填できなくなる。
【００２６】
また、電界メッキにおけるＣｕシード層をイオン化スパッタ装置を用いて形成すると、Ｃｕシード層が凝集を起こしてＣｕメッキのための電気伝導が得られず、電界メッキにより接続孔の内部をＣｕ膜で充填できなくなる。
【００２７】
さらに別のＣｕの指向性を有するスパッタ装置として、Ｃｕの自己維持放電を利用するタイプのものがある。Ｃｕの場合、特定の電圧、電流、磁場条件ではスパッタガスであるＡｒの導入を止めてもスパッタされたＣｕがイオン化し、イオン化したＣｕ自身がターゲットに衝突してＣｕ粒子を弾き出して放電を持続することができる。
【００２８】
このような自己維持放電はＣｕに限らず、他の金属でも起こるが、Ｃｕは特に自己維持放電を起こしやすいの金属で、Ｃｕの自己維持放電によるスパッタは古くから検討されている（麻蒔：薄膜作製の基礎（第３版）（日刊工業新聞社ｐ．１９５〜２４２、佐野ほか：第４０回応用物理学関係連合講演会の講演予稿集（No.2,p.393、堀池ほか：特願平5-257512））。
【００２９】
ただし、Ｃｕの自己維持スパッタだけでは、十分な指向性は得られず、アスペクト比３以上の接続孔では段差被覆性に乏しいという問題がある。
【００３０】
そこで、自己維持スパッタと前述したロングスロースパッタのようにスパッタターゲットと基板との間を広げる手法とを組み合わせたスパッタ装置が検討されている（堀池ほか：特願平8-91728、小谷ほか：第５７回応用物理学関係連合講演会の講演予稿集（No.2,p.642）。
【００３１】
この種のスパッタ装置では、自己維持スパッタを利用することでＡｒガスを導入しないで済むので、Ａｒガスによるスパッタ粒子の散乱は全く起こらないという利点がある。
【００３２】
しかし、自己維持スパッタとロングスロースパッタとを組み合わせても、成膜形状が非対称性になるというロングスロースパッタの本質的問題は解決できず、むしろ、ガス散乱が起こらないことから非対称性が顕著になる。
【００３３】
そのため、従来の自己維持スパッタおよびロングスロースパッタを利用したスパッタ装置を用いて、直径２００ｍｍ以上のＳｉ基板上にＣｕ膜を形成することは、実用上、困難である。
【００３４】
さらに、Ｃｕの自己維持放電を利用したスパッタ装置において、基板に直流負電圧を印加することによって、Ｃｕイオンを基板に指向性よく引き込むことが検討されている（A.Sano etal:Advanced Metallization and Interconnect Systems for ULSI Applications in 1995、p.709〜715 塚田ほか：特願昭53-57812、佐野ほか：第４２回応用物理学関係連合講演会の講演予稿集（No.2.p.813）、佐野ほか：第５６回応用物理学会学術講演会の講演予稿集（No.2.p.607）、佐野ほか：第４３回応用物理学関係連合講演会の講演予稿集（No.2.p.747）。
【００３５】
自己維持スパッタにおいて、基板に直流負電圧を印加してＣｕイオンの指向性を高める場合、直流負電圧によって基板に引き込まれるイオンはＣｕイオンだけであるため、イオン化スパッタ装置の場合とは異なり、Ａｒイオンによる基板温度の上昇がなく、基板温度の上昇を必要最小限に抑えられる。
【００３６】
しかし、この種のスパッタ装置には以下のような問題がある。Ｃｕの自己維持スパッタでは、多くのＣｕイオンはターゲット電圧と磁界とによってターゲット近傍に束縛されており、基板に印加した負電圧によって引き込まれる浮遊したイオンの数は少ない。
【００３７】
そのため、Ｃｕイオンが成膜に及ぼす効果が少なく、十分な段差被覆性が得られないという問題がある。さらに、ターゲット近傍のＣｕイオンを基板に引き込もうとすると、ターゲット電流密度が低下し、自己放電を維持できなくなるという問題が生じる。
【００３８】
そこで、Ｃｕの自己維持スパッタにおいて、Ｃｕ中性粒子をイオン化し、Ｃｕイオンの数を増やし、より多くのＣｕイオンを基板への直流負電圧の印加で指向性良く引き込むことが提案されている。すなわち、ターゲットと基板との間の誘導コイルに高周波交流電力を投入して高密度プラズマを形成し、その高密度プラズマ中でＣｕ中性粒子をイオン化する試みが提案されている（堀池ほか：特願平８−９１７２８、一木ほか：第４３回応用物理学関係連合講演会の講演予稿集（No.2.p.748）。
【００３９】
しかし、Ａｒのような不活性ガスを導入するイオン化スパッタとは異なり、自己維持スパッタは高真空中で行われるため、非常に高い周波数の交流電流を投入しても、真空中を進行するＣｕ中性粒子をイオン化することは困難である。そのため、自己維持スパッタとＣｕ中性粒子のイオン化とを組み合わせても、十分な高密度プラズマを形成すること、すなわちＣｕ成膜に寄与するＣｕイオンの数を増やすことができず、実用的なスパッタ装置を実現することは困難である。
【００４０】
また、自己維持スパッタには成膜速度が速すぎるという問題がある。膜質を良くするためには、一般には、成膜速度を速めることが有効であるが、特願平５−２５７５１２にも記述されているように、成膜速度が速すぎると薄膜を制御性良く形成することが困難になる。
【００４１】
最近のスパッタ装置の多くはターゲットの上方にマグネットを配置し、マグネットによってプラズマ密度を高めている。ターゲット全面でプラズマ密度を高めた領域とすることは困難で、多くの場合、高密度プラズマ領域を移動させて、ターゲット全面にスパッタしている。この場合、ターゲット上方のマグネットを回転させる場合が多い。しかし、マグネットの回転速度を高速にすることには限界があるため、成膜速度が速すぎると、回転数が少ないうちにスパッタが終了してしまう。その結果、基板面内での膜厚分布のばらつきが大きくなったり、制御膜厚にばらつきが生じたりし、生産面で問題が起こる。
【００４２】
自己維持スパッタは、ターゲット電圧や電流、およびターゲット表面の磁束密度を高く保たないと放電を維持できないため、成膜速度が速くなり易いという問題がある。
【００４３】
特願昭５３−５７８１２には、Ｃｕの自己維持スパッタを持続するためには、ターゲット電流密度を１３０ｍＡ／ｃｍ2 以上にする必要があると記載されている。一方、特願平５−２５７５１２には、Ｃｕの自己維持スパッタで厚さ０．５〜１μｍのＣｕ膜を制御可能な成膜速度で形成するためには、ターゲット電流密度を１００ｍＡ／ｃｍ2 以下する必要があると記載されている。両者の数値には矛盾点があるが、ターゲット表面の磁束密度やターゲット形状などで数値に違いが生じるものと考えられる。
【００４４】
特願平５−２５７５１２には、自己放電を維持するためのターゲット電流密度の下限値は記載されていないが、成膜速度を低下させるためにターゲット電流密度を単に低下させると、特願平５３−５７８１２の記述のように自己維持放電の下限値に近づき、放電が途切れるなど、不安定になるという問題がある。
【００４５】
さらに、前述したように最近のＣｕのダマシンプロセスでは、スパッタにより配線溝や接続孔の内面をＣｕシード層で被覆した後、電界メッキにより配線溝や接続孔の内部をＣｕ膜で充填するという方法が主流となっている。この場合、メッキ液が配線溝や接続孔の内部に入る必要があるため、配線溝や接続孔の開口がＣｕシード層によって狭まってはいけない。
【００４６】
最近のＬＳＩは高集積化してきているため、配線溝の幅や接続孔の直径は０．３μｍ以下のものが少なくない。このような微細な配線溝や接続孔の内面に厚いＣｕシード層をスパッタ形成すると、配線溝や接続孔の開口が狭くなる。そのため、Ｃｕシード層を薄くしなければならず、具体的には０．３μｍ以下が好ましい。
【００４７】
特願平５−２５７５１２に開示される１００ｍＡ／ｃｍ2 以下、かつ自己放電を維持できる下限以上のターゲット電流密度領域では、成膜速度が速い問題と自己維持放電が安定しない問題から、上述した薄いシード層を形成することは困難である。
【００４８】
また、Ｃｕの自己維持スパッタにおいて、サセプタの周辺に正電圧を印加してイオン化エネルギーやイオンの方向性を制御する方法が提案されている（USP5897752）。
【００４９】
この開示された内容では、発明の実施の形態で後述するとおり、正電圧を印加する部品がアノードとしてカソードと電気的に結合し、イオンの方向性を制御することが困難である。したがって、この方法では上述した段差被覆性に乏しい問題を解決することはできない。
【００５０】
また、特願平７−４０１８２には、真空容器の内壁あるいはシールドの電位を正に設定し、不活性ガスイオンの真空容器の内壁への付着を防止する構造が示されている。しかし、この開示された内容だけでは、後述するとおり、正電圧を印加する部品がアノードとしてカソードと電気的に結合し、不活性ガスイオンの方向性を制御すること、すなわち真空容器の内壁への付着を防止することは困難である。
【００５１】
【発明が解決しようとする課題】
上述の如く、従来より、ロングスロースパッタ装置、イオン化スパッタ装置、自己維持放電を利用したスパッタ装置等が知られているが、いずれのスパッタ装置も被覆性（基板端における成膜形状の非対称性、接続孔における段差被覆性）の点で問題があり、さらに自己維持放電を利用したスパッタ装置においては成膜速度が速すぎるという問題もある。
【００５２】
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的とするところは、被覆性の良い成膜が可能となるスパッタ装置および成膜方法を提供することにある。
【００５３】
【課題を解決するための手段】
［構成］
上記目的を達成するために、本発明に係るスパッタ装置は、被処理基体が収容されるスパッタ室と、前記スパッタ室内にガスを導入するガス導入手段と、前記スパッタ室内の上方に設けられたスパッタターゲットに負電圧を印加する手段と、前記スパッタ室内の下方に設けられ、接地された接地部品と、前記被処理基体に負電圧を印加する電圧印加手段と、前記スパッタ室内に、前記接地部品に比べて、前記スパッタターゲットにより近接した位置に設けられ、正電圧が印加されるイオン反射板と、前記スパッタターゲットの表面に磁界を形成し、且つ前記接地部品に向けて伸びるように発散磁界を形成して、前記スパッタ室内に放電を起こした状態で、前記イオン反射板を接地したときの前記スパッタターゲットと前記イオン反射板との間の電気抵抗を、前記スパッタターゲットと前記接地部品との間の電気抵抗よりも大きくする磁界形成手段と、を具備してなることを特徴とする。
【００５４】
本スパッタ装置の好ましい形態は以下の通りである。
【００５６】
（１）前記イオン反射板の少なくとも一部は円筒部分を含み、前記被処理基体の直径をａ、前記スパッタターゲットの直径をｂ、前記被処理基体と前記スパッタターゲットとの間の距離をｃ、前記イオン反射板の円筒部内径をｄとした場合に、ａ≦ｂ≦５ａ／２、３ａ／４≦ｃ≦５ａ／２およびｂ≦ｄ≦５ｂ／３の不等式を満たす。
【００５７】
（２）上記（１）において、前記イオン反射板の長さＬを考慮した場合には、ａ≦ｂ≦５ａ／２、３ａ／４≦ｃ≦５ａ／２、ｂ≦ｄ≦５ｂ／３およびｃ／５≦Ｌ≦５ｃ／６の不等式を満たすようにする。
【００５８】
（３）前記磁界形成手段は、Ｓ極磁石とＮ極磁石を含み、かつ前記Ｓ極磁石および前記Ｎ極磁石の前記スパッタターゲット方向の磁束密度が互いに異なる。
【００５９】
また、本発明に係る成膜方法は、上記スパッタ装置を用いた成膜方法であって、前記ガス導入手段によりガスを前記スパッタ室内に導入し、かつ前記イオン反射板に正電圧を印加し、前記スパッタターゲットに負電圧を印加して前記スパッタ室内で放電を起こし、かつ前記電圧印加手段により前記被処理基体に負電圧をすることによって、前記被処理基体上に膜を形成することを特徴とする。
【００６０】
本成膜方法の好ましい形態は以下の通りである。
【００６１】
前記被処理基体に前記膜を形成する間、前記イオン反射板に正電圧を印加し、かつ前記膜を形成するための前記放電が起こった後に前記ガスの導入を止め、前記スパッタターゲットの構成材料のイオンによって前記放電を自己維持させる。
【００６２】
また、本発明に係る他の成膜方法は、スパッタターゲットにイオンを衝突させ、前記スパッタターゲットの表面からその構成材料を放出させ、その一部をイオン化し、前記構成材料を被処理基体上に堆積して膜を形成する際に、前記被処理基板に向かって放出されなかった前記構成材料のイオンをクーロン力でその進行方向を変えることによって、前記被処理基板に向かって放出されなかった前記構成材料のイオンを前記被処理基体に入射させることを特徴とする成膜方法。
【００６３】
［作用］
本発明によれば、被処理基体に直接には入射できなかったイオンも、イオン反射板によって反射されて被処理基体に入射することが可能となる。これに対して、従来技術では、被処理基体に直接には入射できなかったイオンは接地部材で消失し、成膜に寄与することはできなかった。したがって、本発明によれば、成膜に寄与するイオンの数を増やすことができ、従来よりも被覆性の良い成膜が可能となる。
【００６４】
ここで、特願平７−４０１８２に記載のスパッタ装置は、その内部に正電位を帯びた部品があることで、本発明のスパッタ装置と類似性がある。特願平７−４０１８２では、スパッタ装置内部に正電位を帯びた部分を設け、正電位部位からのダスト発生や不純物の混入を防止している。
【００６５】
しかし、特願平７−４０１８２の記載内容では、発明の実施の形態で後述するとおり、正電圧を印加する部品がアノードとしてカソードと電気的に結合する可能性が高く、イオンの方向性を制御することが困難である。また、特願平７−４０１８２には、基板に負電圧を印加できる機構が開示されておらず、ターゲット材料からなるイオンを基板に引き込むことができない。このような構成の違いから、特願平７−４０１８２に記載のスパッタ装置では、段差被覆性を向上することができない。
【００６６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態（以下、実施形態という）を説明する。
【００６７】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るスパッタ装置を示す模式図である。
【００６８】
本スパッタ装置は、大きく分けて、基板１を収容し、スパッタ成膜を行うところのスパッタ室２と、スパッタ室２の底部を構成するとともに、基板１を載置するサセプタ３と、スパッタ室２内の上方にサセプタ３と対向するように設けられたスパッタターゲット（以下、単にターゲットという）４と、スパッタ室２の内壁に沿って設けられた円筒状のイオン反射板５と、イオン反射板５の下方に位置するようにスパッタ室２内に設けられ、かつ接地された下部接地部品６と、ターゲット４と対向するようにスパッタ室２の外に設けられマグネット７と、スパッタ室２内にガスを導入するガス導入系（不図示）と、スパッタ室２内のガスを排気するガス排気系（不図示）とから構成されている。これらは図示しないモジュール内に収められている。
【００６９】
サセプタ３には別付けされた搬送室から基板１を受け渡しできる搬送機構（不図示）が備わっている。このような搬送室があれば、搬送室に接続された別モジュール内で成膜やエッチングなどの処理を行った基板１を真空中で搬送し、本モジュール内で真空連続的に処理ができる。
【００７０】
本スパッタ装置は、基板１にイオンを引き込むために必要な直流負電圧を印加でき、かつ基板１とサセプタ３との密着性を高められるように、第１直流電圧源８に接続したクランプ９と、クランプ９を支持する支持体１０と、支持体１０を昇降する昇降機１１とからなるクランプ機構を備えている。クランプ９と下部接地部品６とは第１絶縁部材１２1 で絶縁され、クランプ９と支持体１０とは第２絶縁部材１２2 で絶縁されている。
【００７１】
基板１をサセプタ３上まで搬送し載置した後、昇降機１１により支持体１０を下げることにより、クランプ９が基板１端に接触して、基板１に負電圧を印加できるとともに、基板１とサセプタ３との密着性を高められる。クランプ９を用いる場合、基板表面は導電体である必要がある。
【００７２】
ここで、Ｃｕ膜やＡｌ膜などのように、イオン衝突による基板温度の上昇で凝集を起こしやすい金属膜を形成する場合には、図に示すように、基板冷却機能を有するサセプタ３を用いると良い。図には、サセプタ３内に冷媒１３を流すことによって、基板１を冷却するサセプタ３が示されている。
【００７３】
このとき、クランプ９により基板１とサセプタ３との密着性を高め、基板１を効果的に冷却することができる。より効果的に基板１を冷却するためには、図に示すように、サセプタ３上に静電チャック板１４をさらに設ければ良い。これにより、クランプ９だけの場合よりも基板１とサセプタ３との密着性を高くでき、より効果的に基板１を冷却することが可能となる。
【００７４】
また、静電チャック板１４のみで（静電力のみで）サセプタ３上に基板１を保持する場合には、クランプ９による機械的な保持の場合とは異なり、ダストの原因となる膜剥がれを防止できる。
【００７５】
ターゲット４は、冷却水路１５を有するバッキングプレート１６（チャンバー上壁）に支持され、ターゲット４はその裏面から冷却されるようになっている。バッキングプレート１６は第３絶縁部材１２3 によりチャンバー側壁と絶縁されている。また、ターゲット４は第２直流電圧源１７に接続している。第２直流電圧源はターゲット４にスパッタに必要な直流負電圧を印加するためのものであり、電力、電圧、あるいは電流により制御できるようになっている。
【００７６】
イオン反射板５は、スパッタ室２内でターゲット４と最近接する部品であり、その間の最近接距離Ｌは１〜５ｍｍである。プラズマ放電後にはターゲット４の近傍には多くのイオンが存在し、これらのイオンは接地部品に吸着しやすい。イオンが接地部品に吸着すると、基板１への浮遊イオンの集率が低下する。しかし、このような不都合は、本実施形態のように、ターゲット４に最近接する部品としてイオン反射板５を選ぶことにより解決できる。なお、後述するように、イオン反射板５が必ずしも最近接する部品である必要ない。
【００７７】
また、イオン反射板５は第３直流電圧源１８に接続され、イオン反射板５にイオンを反射するために必要な正電圧を印加できるようになっている。
【００７８】
マグネット７は一対のＳ極マグネット７ＳとＮ極マグネット７Ｎとから構成されている。マグネット７は回転機構（不図示）によって回転できるようになっており、これによりターゲット４の表面のエロージョン領域が広くなるように、磁場強度の高い領域を偏心回転できるようになっている。
【００７９】
ガス導入系は、減圧弁、流量調整器およびバルブ（不図示）で構成され、少なくとも１種類上のガスをスパッタ室２内に導入できるようになっている。
【００８０】
次に上記の如く構成されたスパッタ装置を用いたＣｕ膜の形成方法について説明する。ターゲット４は、Ｃｕを主成分とするターゲットとなる。
【００８１】
まず、スパッタ室２内を排気機構により所定の圧力まで排気した後、ガス導入機構により少量のＡｒガスをスパッタ室２内に導入し、さらに第２直流電圧源１７から自己維持放電に必要な電力をターゲット４に投入して放電を開始し、その直後にバルブを閉じてＡｒガスの供給を停止し、Ｃｕの自己維持放電に移行させることによって、ターゲット４からＣｕイオンを放出させる。一方、基板１には第１直流電圧源８からの負電圧がクランプ９を介して印加される。
【００８２】
その結果、ターゲット４から放出されたＣｕイオンの一部は基板１側に加速され、基板１の表面に対し略垂直に入射することが可能となる。すなわち、指向性の高いＣｕのスパッタが可能となる。しかし、この状態では、Ｃｕイオン数が十分ではなく、段差被覆性を向上することはできない。
【００８３】
さらに、本実施形態では、上記Ｃｕのスパッタの際に、第３直流電圧源１８によりイオン反射板５に正電圧を印加する。その結果、ターゲット４から放出されたＣｕイオンのうち、スパッタ室２の側壁側に飛来したものはイオン反射板５で反射され、基板１側に加速される。すなわち、基板１に直接には入射できなかったＣｕイオンも、イオン反射板５によって反射されて基板１に入射することが可能となる。
【００８４】
図２２に示した従来のスパッタ装置の場合、スパッタ室８３の側壁側に飛来したＣｕイオンは接地された第１および第２防着板８９，９０に衝突し消失するので、成膜には寄与しない。
【００８５】
したがって、本スパッタ装置によれば、図２２に示した従来のスパッタ装置に比べて、基板１の表面に対し略垂直に入射するＣｕイオンの数を増やすことができる。これにより、基板表面における被覆性（基板端における成膜形状の非対称性、接続孔における段差被覆性）を改善できる。接続孔における段差被覆性については第２の実施形態で具体的に説明する。
【００８６】
以下、本実施形態の変形例について説明する。
【００８７】
本実施形態では、基板１にイオンを引き込む機構として、クランプ９を用いて基板１に直流負電圧を印加する機構を示したが、図２に示すように、高周波交流電源２０からの高周波交流電力を整合器２１を介してサセプタ３に投入し、基板１に負電圧を印加する機構でも良い。図中、２２は静電チャック電極、１２4 は第４の絶縁部材を示している。静電チャック電極２２は図示しない電源に接続されている。
【００８８】
また、図３に示すように、パルス状直流負電圧電源２３により、波形がパルス状の直流負電圧をサセプタ３に印加し、基板１に負電圧を印加する機構でも良い。この場合、図２に示した高周波交流電力を投入する場合とは異なり、整合器を接続する必要がなく、装置コストを削減できる。
【００８９】
また、図２に示した高周波交流電力を投入する機構や、図３に示したパルス状直流負電圧を印加する機構の場合、静電チャック電極２２により基板１を保持できるので、基板表面にクランプ９を直接接触させる必要がなくなり、ダストを低減することができる。
【００９０】
さらに、図２および図３に示した機構の場合、電源２０，２３が接続するサセプタ３が導電性であれば、クランプ９を用いた機構の場合とは異なり、基板表面が絶縁体でも問題はない。
【００９１】
また、Ｔｉ，Ｔａ，Ｗ，Ｎｂ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形成する場合には、基板１を加熱する加熱機構を設けても良い。図４に、このような加熱機構を有するスパッタ装置の要部を示す。この加熱機構は、サセプタ３上に設けられ、熱伝導率の低い材料からなる非熱伝導体部材２４と、この非熱伝導体部材２４上に設けられ、内部に静電チャック電極２２およびヒーター電極２５を有する基板保持・加熱部材２６とから構成されている。
【００９２】
このような加熱機構によれば、基板１と基板保持・加熱部材２６とが密着した状態で基板１を加熱でき、基板１の加熱効率を高くできるので、加熱によって膜密度を容易に高めることができる。
【００９３】
また、マグネット７のＳ極マグネット７ＳおよびＮ極マグネット７Ｎのターゲット方向の磁束密度をそれぞれ異なるものとしても良い。これにより、電子が閉じ込められる領域を変形させることでき、磁界とターゲット電圧とに拘束されない、ターゲット４から放出された浮遊イオンを、プラズマ中に増加させることができる。したがって、基板１に印加した負電圧に引き込まれるターゲット材料のイオン数をさらに増加させることができる。
【００９４】
本実施形態では、スパッタ室２内でターゲット４に最近接する部品をイオン反射板５としたが、アークを防止するために、図５に示すように、イオン反射板５の上部をアースシールド２７に代えて、最近接する部品をアースシールド２７にしても良い。この場合、プラズマに晒されるアースシールド２７の面積を極力小さくすることが好ましい。
【００９５】
さらに、本実施形態では、イオン反射板の数を１つとしたが、図６に示すように、イオン反射板５を２つのイオン反射板５1 ，５2 に分け、かつ直流電圧源１８を２つの直流電圧源１８1 ，１８2 に分け、２つのイオン反射板５1 ，５2 にそれぞれ正電圧を独立に印加できるようにしても良い。
【００９６】
このようにイオン反射板の数を多くし、各イオン反射板に印加する正電圧の値を調整すれば、基板に入射するイオンの方向を容易に調整することができる。具体的には、配線溝や接続孔の内面全体における膜厚を容易に均一にできたり、あるいは配線溝や接続孔の側面の膜厚を溝底面の膜厚よりも容易に厚くできる。
【００９７】
本発明者等の検討によると、イオン反射板によってターゲット材料のイオンを増加するためには、ターゲット電流密度を高めることが効果的であるが、ターゲット電流密度を増加させた場合、成膜速度が速くなりすぎる問題がある。このような場合には、ターゲットと基板との間の距離を広げれば良い。
【００９８】
次に、本発明の効果を得るための好ましい、イオン反射板に正電圧を印加する構造、方法について説明する。
【００９９】
従来のスパッタ装置でターゲットに負電圧を印加して放電を起こした場合、カソードであるターゲットにはイオン電流が流れ、アノードであるターゲット近傍の接地部品には電子電流が流れる。この場合のカソード／アノード間の電位分布を図７（ａ）に示す。
【０１００】
一方、ターゲット近傍に正電圧が印加された部品があると、プラズマ中の電子は正電圧部品の静電力で引き付けられ、正電圧部品がアノードとなる。この場合のカソード／正電圧部品間の電位分布を図７（ｂ）に示す。図７（ａ）と比較して分かるように、正電圧部品に印加した正電圧Ｖａ分だけ電位分布が正方向に移動するだけである。この場合、従来のスパッタ装置と同様、アノードである正電圧部品の電位はプラズマ電位より低く、イオンが正電圧部品で反射して基板に向かうような軌道変化は起こらない。すなわち、従来のスパッタ装置の接地部品と同じようにイオンが吸着、消滅してしまう。したがって、図７（ｂ）に示すような電位分布となるスパッタ装置では、イオンの軌道を曲げて基板に到達するイオン数を増加させることはできない。
【０１０１】
そこで、本発明では、アンバランスマグネットを用いてプラズマ中の電子分布を制御する。アンバランスマグネットとは、ターゲット側にＳ極とＮ極を向けた一対のマグネットからなり、Ｓ極とＮ極の磁束密度が各々異なるものをいう。
【０１０２】
例えば、図８に示すように、Ｎ極の磁束密度をＳ極より高めたリング状マグネット７rng1，７rng2を用いると、Ｎ極からＳ極に向かう磁界とＮ極からの発散磁界を生じる。Ｎ極からＳ極に向かう磁界の中には電子が閉じ込められ、ターゲット４近傍のプラズマ密度が高められる。一方、Ｎ極からの発散磁界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。このとき、各々のリング状マグネット７rng1，７rng2の磁束密度や配置を調整することによって、スパッタ室２の下部接地部品６に向けて発散磁界が伸びるようにする。
【０１０３】
なお、アンバランスマグネットを構成するマグネットの形状はリング状に限定されるものではない。また、ここでは、下部接地部品６は、スパッタ室２内の下部に設けられた接地部品であるが、重要なのはターゲット４の下方に接地部品を設けることであり、したがって例えばスパッタ室２内の中央部に接地部品（中央部設接地部品）を設けても良い。
【０１０４】
このようなアンバランスマグネットを用い、グロー放電を発生させると、スパッタ室２内には発散磁界に沿って電子が多くなる電子分布ができる。そのため、図９に示すように、ターゲット４／下部接地部品６間の電気抵抗Ｒ２（以下、電気抵抗のことを単に抵抗という。）を、ターゲット４／側部接地部品１９間の抵抗Ｒ１により小さくでき、アノードをターゲットより離れた下部接地部品とすることができる。
【０１０５】
このようなアンバランスマグネットとイオン反射板を用いた本発明のスパッタ装置の模式図を図１０に示す。なお、図１と対応する部分には図１と同一符号を付してあり、詳細な説明は省略する。また、イオン反射板に印加する電圧とイオン反射板に流れる電流との関係を図１１に示す。
【０１０６】
イオン反射板５の印加正電圧を増加させて行くと、プラズマ中の電子は徐々にイオン反射板５に流れ、やがて飽和する。これは発散磁界により下部接地部品６に流れていた電子がイオン反射板５の静電力で引きよせられて、イオン反射板５に流れてゆくためである。したがって、アンバランスマグネットを用いた場合でも、イオン反射板５に正電圧を印加してゆけば、やがてはイオン反射板５がアノードとなる。
【０１０７】
イオン反射板５に正電圧を徐々に印加した時の電位分布の推移を図１２および図１３に示す。図１２（ａ）に示すように、イオン反射板５に印加するイオン反射板電圧（ＶIR）が０の場合、プラズマ電位Ｖｐは従来のスパッタ装置のものと変わらない。
【０１０８】
図１２（ｂ）に示すように、イオン反射板電圧ＶIR（＝Ｖ１）を大きくすると、イオン反射板５の電位（イオン反射板電位）とプラズマ電位との差が小さくなる。
【０１０９】
図１２（ｃ）に示すように、さらにイオン反射板電圧ＶIR（＝Ｖ２）を大きくすると、イオン反射板電位がプラズマ電位より大きくなる。この段階では、まだアノードの一部は下部接地部品であるため、プラズマ電位Ｖｐはさほど増加せず、イオン反射板５に実効電圧（イオン反射板電圧ＶIR−プラズマ電位Ｖｐで定義される電圧であって、その値が０より大きい電圧）を印加することができる。
【０１１０】
このイオン反射板電位とプラズマ間電位との差、すなわち電界が徐々に増加していくため、イオンの軌道を曲げて基板に到達するイオン数を増加することができる。
【０１１１】
図１３（ｄ）に示すように、さらにイオン反射板電圧ＶIR（＝Ｖ３）を大きくすると、イオン反射板５だけがアノードとなる。
【０１１２】
しかし、図１３（ｅ）に示すように、イオン反射板電圧ＶIR（＝Ｖ４）をＶ３より大きくしても、増加分だけプラズマ電位Ｖｐと共に正方向に移動するだけでイオンの軌道を曲げるための電界は大きくならない。
【０１１３】
すなわち、図１１および図１７に示すように、イオン反射板電圧の増加とともに基板電流も増加してゆくが、イオン反射板へ流れる電流が飽和した後は、イオン反射板電圧を大きくしても基板電流は飽和したままとなる。
【０１１４】
さらに、本発明者等の研究によれば、成膜速度を実用上問題ない程度に抑え、かつ基板へのイオン集率を高めるためには、イオン反射板の少なくとも一部は円筒部分を含み、基板の直径、ターゲットの直径、ターゲット・基板間距離、およびイオン反射板の円筒部内径を所定の範囲に設定すれば良いことが明らかになった。
【０１１５】
すなわち、基板の直径、ターゲットの直径、ターゲット・基板間距離、およびイオン反射板の円筒部内径をそれぞれａ、ｂ、ｃおよびｄとしたとき、
ａ≦ｂ≦５ａ／２、
３ａ／４≦ｃ≦５ａ／２
かつｂ≦ｄ≦５ｂ／３
となる関係を満たす幾何学的構造が成膜速度を実用上問題ない程度に抑え、かつ基板１へのイオン集率を効果的に高くできることが明らかになった。
【０１１６】
このように、円筒形のイオン反射板の内径がターゲットの直径の５／３倍までであれば、イオンを効果的に反射できるため、イオン反射板の円筒部内径ｄの上限が決まる。ここで、ターゲットの直径ｂは、プラズマに晒される部分の直径であり、アースシールドやイオン反射板が覆う重なり部分は含まない。また、この関係は円形の基板、円形のターゲットを用いた場合の関係であり、長方形の基板、長方形のターゲットの場合は、イオン反射板の少なくとも一部を四角筒とし、長辺および短辺をそれぞれａ，ｂ，ｄに当てはめ、上の関係を成り立てば良い。このときのｃの下限は基板の短辺、上限は基板の長辺を当てはめれば良い。楕円の場合も、イオン反射板の少なくとも一部を楕円筒とし、長辺および短径を同様に当てはめれば良い。
【０１１７】
また、本発明者らの実験によると、イオン反射板の長さは基板への到達確率と密接に関係することが明らかになった。本発明のスパッタ装置のように、アンバランスマグネットで磁場を制御すれば、イオン反射板に実効電圧を印加することがき、その結果として基板に到達する中性粒子の数は従来と同じでも、基板に到達するイオンの数は従来よりも多くなる。
【０１１８】
ここで、イオン反射板に印加される実効電圧は、イオン反射板の長さにも依存する。その理由は、アンバランスマグネットの発散磁界を下部接地部品に向かって伸びるように調整しても、イオン反射板と下部接地部品との距離が近いと、イオン反射板に実効電圧を印加できず、アノードとして結合されてしまうためである。
【０１１９】
また、イオン反射板の長さが短い場合、イオンが飛来するイオン反射板の内面積（イオン反射板内面積）が減少するため、軌道を曲げられるイオン数が減少してしまう。
【０１２０】
図１４に、イオン反射板長さのイオン反射板内面積、イオン反射板に印加される実効電圧（実効イオン反射板電圧）および基板電流の依存性を示す。図から、イオン反射板の長さの増加に伴いイオン反射板内面積は増加するが、逆に実効イオン反射板電圧は減少する。したがって、イオン反射板の長さを長くしても、また短くしても基板電流は減少する。つまり、イオン反射板の長さには基板電流を増加させる適度な長さがある。
【０１２１】
さらに、本発明者等の鋭意研究によれば、円筒部分を含むイオン反射板を用いた場合、基板とスパッタターゲットとの間の距離をｃ、イオン反射板の長さをＬとすると、ｃ／５≦Ｌ≦５ｃ／６の不等式を満たせば、基板電流を有効に増加することができることが分かった。したがって、先の結果と併せると、円筒部分を含むイオン反射板を用いた場合、ａ≦ｂ≦５ａ／２、３ａ／４≦ｃ≦５ａ／２、ｂ≦ｄ≦５ｂ／３かつｂ≦ｄ≦５ｂ／３となるように装置を構成することが好ましいことになる。
【０１２２】
また、イオン反射板の位置は、ターゲットに近い方が望ましい。何故なら、Ｃｕなどの質量数の大きい原子のイオンは、電界による軌道変化が小さいからである。したがって、ターゲットと基板間距離を広げ、かつイオン反射板をターゲットの近傍に配置すれば、質量数の大きい原子のイオン、すなわち軌道変化の小さいイオンも基板へ到達することができる。
【０１２３】
なお、基板の形状は厳密に円である必要ない。すなわち、オリエンテーションフラットやノッチがある基板（ウェハ）でも良い。また、ターゲットの形状は基板と対向する部分が円であれば良い。
【０１２４】
（第２の実施形態）
本実施形態では、第１の実施形態で説明したスパッタ装置を用いた、Ｃｕ配線のダマシンプロセスについて説明する。図１５および図１６に、そのＣｕ配線プロセスの工程断面図を示す。
【０１２５】
まず、図１５（ａ）に示すように、Ｓｉ基板３１上に、第１層間絶縁膜３２、下層配線３３、第２層間絶縁膜３４を形成する。下層配線３３は後述するＣｕ配線（上層配線）と同じダマシンプロセスにより形成しても良いし、あるいは他の方法で形成しても良い。下層配線３３はＣｕ配線、Ａｌ配線、あるいはＷ配線である。
【０１２６】
次に図１５（ｂ）に示すように、第２層間絶縁膜３４に下層配線３３に接続する接続孔３５および配線溝３６を形成する。
【０１２７】
次に図１５（ｃ）に示すように、接続孔３５および配線溝３６の内面に、第１および第２層間絶縁膜３４中へのＣｕの拡散を防止するバリアメタル膜３７を形成する。バリアメタル膜３７は、例えばＴａＮ膜の単層膜、Ｔａ膜／ＴａＮ膜の積層膜、またはＴａ膜／ＴａＮ膜／Ｔａ膜の積層膜である。
【０１２８】
次に図１６（ｄ）に示すように、第１の実施形態で説明したスパッタ装置を用いて、Ｃｕ電界メッキのためのＣｕシード層３８をバリアメタル膜３７上に形成する。この後、図１６（ｅ）に示すように、接続孔３５および配線溝３６の内部を埋め込むようにＣｕ電界メッキによってＣｕ膜３９を全面に形成し、続いて図１６（ｆ）に示すように、接続孔３５および配線溝３６の外部のＣｕ膜３９をＣＭＰにより除去して、ＣｕのＤＤ配線が完成する。
【０１２９】
本実施形態では、本発明のスパッタ装置を用いてＣｕシード層を形成し、後のＣｕ電界メッキによって配線溝などを埋め込む方法について説明するが、本発明のスパッタ装置を用いてＣｕ膜を形成し、後の加熱工程でＣｕをリフローさせて埋め込んでも良い。
【０１３０】
また、第１Ｃｕ膜と第２Ｃｕ膜とに分けて行う２ステップリフロー方式における、第１Ｃｕ膜に用いても良い。さらには、Ｃｕ−ＣＶＤにおけるＣｕシード層として用いても良い。さらにまた、ＤＤ配線ではなく、溝だけを埋め込んで形成するＣｕシングルダマシン（ＳＤ）配線に適用しても良いし、接続孔だけを埋め込んで形成するＣｕプラグに適用しても良い。
【０１３１】
以下、本発明を適用した工程である図１６（ｄ）のＣｕシード層３８の形成工程について詳説する。
【０１３２】
まず、クラスターツールに内蔵された搬送機構によって、Ｓｉ基板３１を図１に示したスパッタ装置に真空中で搬送する。
【０１３３】
次に冷媒１３により冷却したサセプタ３上にＳｉ基板３１を搬送した後、支持体１０を下げてクランプ９とＳｉ基板３１を接触させた後、静電チャック板１４に電圧を印加し、Ｓｉ基板３１とサセプタ３を密着させる。
【０１３４】
次にガス供給系によりスパッタ室２内にスパッタガスとしてＡｒを導入し、イオン反射板５に正電圧を印加し、ターゲット４に負電圧を印加して放電を発生させる。
【０１３５】
次にＡｒガスの導入を止めた後、第１直流電圧源８によってクランプ９を介してＳｉ基板３１に直流負電圧を印加する。
【０１３６】
従来のスパッタ装置では、Ｓｉ基板３１の表面に対して斜めに入射するスパッタ粒子が多く、段差被覆性が低いが、本実施形態のように、Ｓｉ基板３１に負電圧を印加して正に帯電したＣｕイオンを基板表面に垂直に引き込めば、指向性が向上し、段差被覆性を向上させることができる。
【０１３７】
しかし、従来のスパッタのようにＡｒガスを導入した場合、Ｃｕイオンの他にＡｒイオンも存在する。したがって、Ｓｉ基板３１に負電圧を印加するとＡｒイオンも基板表面に垂直に引き込まれ、Ｓｉ基板３１に形成されたＣｕシード層３８を物理エッチングする。ＡｒイオンがＣｕシード層３８を物理エッチングすると、物理エッチングされたＣｕが接続孔３５の内面に再付着するため、接続孔３５の側面のＣｕシード層３８の厚さを増加させることができる。
【０１３８】
しかし、従来のスパッタでは元来、接続孔３５の底面に入射するＣｕ粒子の数が少ないため、Ａｒの導入量を多くすると、ＡｒイオンによるＣｕの物理エッチング速度がＣｕの堆積速度を上回り、接続孔３５の底面にＣｕシード層３８が形成されない場合がある。
【０１３９】
さらに、Ｓｉ基板３１に印加した負電圧で加速されたＡｒイオンは、基板衝突により熱を発生し、Ａｒ量が多い場合、基板温度を上昇させてしまう。Ｃｕは凝集しやすい材料で、基板温度が上昇するとＣｕは膜にならず、島状に分離してしまう。Ｃｕ電界メッキのために、Ｃｕシード層３８に用いる場合、Ｃｕ膜の凝集は、接続孔３５の開口部を塞ぐという問題や、Ｃｕシード層３８が分離して通電が失われるという問題を招く原因となる。
【０１４０】
さらに、Ａｒガスを多く導入した場合、Ｃｕシード層３８中にＡｒが混入して、膜質が低下する。Ｃｕシード層３８中に取り込まれたＡｒは結晶粒の成長を抑制し、Ｃｕ配線の信頼性を低下させる。また、アニールによってＣｕシード層３８中のＡｒを除去するためには高温が必要となり、第１および第２層間絶縁膜３２，３４や、Ｓｉ基板３１へのＣｕ拡散の問題が起こる。
【０１４１】
そこで、本実施形態では、Ａｒを導入して放電を起こさせた後、Ａｒの導入を止めて、Ｃｕイオンだけの放電を持続させている。Ｃｕターゲットの電圧・電流および磁場条件を調整すれば、Ａｒガスを止めても、容易に自己放電を持続させることができる。
【０１４２】
本実施形態では、Ｃｕの自己維持放電を起こしやすい性質を利用して、Ａｒガスの悪影響を可能な限り、排除している。つまり、Ａｒガスの導入を止めれば、その後はＡｒイオンによる物理エッチングや温度上昇といった悪影響をなくすことができ、ＣｕイオンだけをＳｉ基板３１に指向性よく引き込むことができる。
【０１４３】
自己維持放電中、Ｃｕターゲット表面には磁場によって高密度プラズマ領域が形成される。これは磁場によって閉じ込められた電子がＣｕを電離するためである。このとき、プラズマは、磁場とターゲット電圧で拘束されたＣｕイオンからなるターゲット近傍の高密度プラズマ領域と、浮遊したＣｕイオンからなるターゲットから離れた低密度プラズマ領域とに分かる。
【０１４４】
Ｓｉ基板３１にターゲット４より低い負電圧を印加した場合、高密度プラズマ領域中のＣｕイオンはターゲット４の負電圧に拘束されているため、Ｓｉ基板１に引き込むことができない。
【０１４５】
逆に、Ｓｉ基板３１にターゲット４より高い負電圧を印加した場合、高密度プラズマ領域中のＣｕイオンは引き抜かれるが、ターゲット４の電圧、電流、および磁場条件で決定される自己維持放条件を満たせなくなり、放電が途切れる。
【０１４６】
すなわち、Ｓｉ基板３１に引き込めるＣｕイオンは主に浮遊する低密度プラズマ領域中のＣｕイオンであり、自己放電を維持させるためには、その範囲にＳｉ基板３１に印加する負電圧値を調整する必要がある。
【０１４７】
しかし、低密度プラズマ領域中のＣｕイオンの数は少なく、中性Ｃｕ粒子の量に対する成膜に寄与するＣｕイオン量の比率は低い。したがって、成膜形状に及ぼすＣｕイオンの効果が十分ではない。
【０１４８】
さらに、プラズマに晒される領域が接地された防着板である従来のスパッタ装置では、低プラズマ領域で浮遊するＣｕイオンの多くは接地部品に吸着してしまうため、Ｓｉ基板３１に引き込まれるイオン数が少なくなる。
【０１４９】
これに対して、プラズマに晒される領域が正電圧を印加したイオン反射板５である本発明のスパッタ装置では、正に帯電したＣｕイオンはイオン反射板５から反射し、負電圧を印加したＳｉ基板３１へ集率よくＣｕイオンを集めることができる。
【０１５０】
図１７に、イオン反射板に印加する電圧を増加させたときの、基板電流密度（基板に流れる電流を基板面積で割った値）の１例を示す。イオン反射板の電圧が大きくなるほど、基板電流密度が増加していることが分かる。Ｃｕ自己維持スパッタの場合、基板に負電圧を印加して引き込まれるイオンはＣｕイオンのみであり、基板に流れる電流はＣｕイオン電流である。すなわち、基板電流密度の増加は基板に入射するＣｕイオン数の増加である。したがって、イオン反射板に正電圧を印加することで指向性を持ったＣｕイオン数を増加でき、段差被覆性を向上できる。
【０１５１】
また、本発明者等の研究によると、Ｃｕイオンの効果によって基板に形成されるＣｕ膜の段差被覆性が向上するためには、Ｃｕイオンによる基板電流密度が４．５ｍＡ／ｃｍ２以上、成膜速度が１０ｎｍ／ｓ以下に調整することが必要であることが明らかとなった。
【０１５２】
本実施形態のように、Ｓｉ基板３１に負電圧を印加して、かつプラズマにさらされる領域に正電圧を印加したイオン反射板５を設けた場合、Ｓｉ基板３１に引き込めるＣｕイオンを増加させることができ、接続孔３５および溝３６の内面（側面および底面）全体に被覆性よくＣｕシード層３８を形成することができる。さらに、Ａｒによる温度上昇も少ないため、Ｃｕが凝集することもなく、後のＣｕ電界メッキのための電気伝導が十分確保される。
【０１５３】
図１８を用いて、Ｃｕイオンを基板に引き込んだ場合に、段差被覆性が向上する理由について説明する。
【０１５４】
まず、図１８（ａ）に示すように、Ｃｕイオンは、基板に印加した負電圧（基板負電圧）によって基板表面に垂直に入射するため、接続孔の底面にＣｕ膜を形成できる。
【０１５５】
さらに、図１８（ｂ）に示すように、基板に印加する負電圧を調整すると、Ｃｕイオンが接続孔の底面に形成されたＣｕ膜を物理エッチングし、これによりはじきだされたＣｕは接続孔の底部側面に再付着するため、接続孔の底部側面のＣｕ膜厚を増加させることができる。
【０１５６】
また、同図（ｂ）に示すように、斜めに入射してきた中性Ｃｕ粒子によって接続孔の開口部はオーバーハング形状となるが、Ｃｕイオンはこのオーバーハング部を再スパッタして、せり出した部分を物理エッチングする。エッチングされたＣｕは接続孔の側面に再付着するので、接続孔の側面のＣｕ膜厚は増加する。
【０１５７】
そして、図１８（ｃ）に示すように、オーバーハング部のエッチングが進むと、スパッタ粒子の入射見込み角が広くなるため、接続孔の内部に入射する粒子の数が増加する。
【０１５８】
また、本発明のスパッタ装置を用いて、接続孔側面と接続孔底面の被覆量を調整する方法を説明する。平坦部のＣｕ膜厚を１００ｎｍとして、開口径０．２５μｍ、深さ０．８５μｍの接続孔にスパッタした場合の、接続孔の底面から接続孔の深さｄの半分の深さまでの接続孔の内面（以下、接続孔の底部内面という。）を被覆している全Ｃｕの量の測定した。
【０１５９】
まず、図１９に、接続孔の底部内面を被覆している全Ｃｕの量（以下、接続孔の底部内面のＣｕ量という。）とイオン反射板電圧との関係を示す。この時、プラズマ電位と基板との電位差が同じになるように基板電圧を調整した。接続孔の底部内面のＣｕ量は、従来のスパッタ装置であるロングスロースパッタ装置を用いて形成された基板中心部のＣｕ量で規格化してある。
【０１６０】
図１９の棒グラフから分かるように、イオン反射板の電圧を大きくするに従って、接続孔の底部内面のＣｕ量が増加している。この時、イオン反射板電圧が１００Ｖ以上では、先に説明したとおり、イオン反射板がアノードとなるため、接続孔の底部内面のＣｕ量はさほど増加しない。したがって、イオン反射板電圧はイオン反射板がアノードとならない程度に調整することが望ましい。
【０１６１】
さらに、イオン反射板に電圧を印加しない場合でも、従来のスパッタ装置を用いた場合よりも、接続孔の底部内面のＣｕ量が増加しているが、イオン反射板に電圧を印加した方が、よりＣｕ量が増加していることが分かる。
【０１６２】
図２０に、接続孔の底面から接続孔の深さｄの半分の深さまでの接続孔の側面および底面（底部側面および底部底面）を被覆している全Ｃｕの量と実効基板電圧（プラズマ電位と基板電圧との差）との関係を示す。
【０１６３】
図２０の棒グラフからから、実効基板電圧の絶対値が増加しても上記全Ｃｕの量はさほど増加せず、上記全Ｃｕの量の増加には、イオン反射板が効果的であることが分かる。
【０１６４】
さらに同図から、実効基板電圧の絶対値が増加するほど、接続孔の底部底面を被覆しているＣｕの量が減少し、一方底部側面を被覆しているＣｕの量は増加することが分かる。これは図１８で説明したように、接続孔の底部底面のＣｕがイオンによって物理エッチングされ、接続孔の底部側面に再付着するためである。すなわち、接続孔の底部側面におけるＣｕ量と接続孔の底部底面におけるＣｕ量の比を実効基板電圧によって調整できることが分かる。
【０１６５】
上記原理は他の材料についても同じであり、例えば、凹部内面全体を被覆することが重要なメッキシードのＣｕ、バリアメタルであるＴａＮやＴｉＮ、Ｗ−ＣＶＤのグルーレイヤーであるＴｉＮなどは実効基板電圧の絶対値を高めて底部底面と底部側面の膜厚比が同じになるように調整した方が良い。また、Ｓｉとのシリサイド反応を起こさせてコンタクト抵抗を下げるＴｉやＣｏなどの高融点金属は、実効基板電圧の絶対値を下げて、底部底面の膜厚を増加させた方が良い。
【０１６６】
図２１に、接続孔の底部内面の右側面と左側面とでのＣｕ量の違い（対称指標）とイオン反射板電圧との関係、および対称指数と実効基板電圧との関係をそれぞれ示す。上記対称指数は、右側面のＣｕ量、左側面のＣｕ量のうち、大きい方のＣｕ量で少ない方のＣｕ量をで割った値である。図２１（ａ）には、左側面のＣｕ量の方が右側面のＣｕ量よりも多い図が示されている。
【０１６７】
多くのスパッタ装置において、それで堆積した膜のステップカバレッジが基板端部において非対称となり、特にターゲットと基板との間の距離を離したロングスロースパッタ装置において上記非対称が顕著となる。本発明のスパッタ装置もターゲットと基板との間距離は広く、ここでは３００ｍｍに統一した。
【０１６８】
図２１（ｂ）から分かるように、本発明のスパッタ装置ではイオン反射板電圧が０Ｖの時は、依然、ステップカバレッジは非対称となっているが、イオン反射板電圧が５０Ｖ以上の時はほとんど対称になっている。さらに、図２１（ｃ）から分かるように、実効基板電圧の絶対値が１３５Ｖでは右側面のＣｕ量が多くなり、１８５Ｖでは左側面のＣｕ量が多くなっている。これは、イオンによって物理エッチングされた右側面のＣｕが左側面に再付着するためである。すなわち、本発明のスパッタ装置を用い、実効基板電圧を調整すれば、成膜形状を対称とすることができる。
【０１６９】
また、イオン反射板に実効電圧（イオン反射板の電位−プラズマ電位＞０となる電圧）が印加されると、正イオンは正電位に反発してプラズマ中に押し戻される。つまり、カソード（ターゲット）にも反射イオンが入射する。カソード負電圧は、カソード近傍で放電を維持するのに必要な数の正イオンを保持している。しかし、反射イオンがターゲットに直接入射するため、カソード負電圧の絶対値を小さくしても、放電を維持することが可能となる。成膜速度はイオン数とターゲット／プラズマ間の電界で決まり、イオン数と電界が大きいほど、成膜速度が大きくなる。つまり、イオン反射板を用いれば、カソード電圧の絶対値を下げられるため、ターゲットに衝突するイオン数を同じに保っても成膜速度が速くなりすぎるのを抑えられる。
【０１７０】
また、成膜途中でイオン反射板に印加する正電圧値を調整したり、基板に印加する負電圧を調整することで、より効果的に段差被覆性を制御することが可能となる。
【０１７１】
また、成膜途中でＡｒを導入して物理エッチング量を調整することで、所望のアスペクト比の接続孔の内面の膜厚を調整することもできる。また、ＨｅやＨ2 などの質量数の小さいガスを導入しても良い。質量数の小さい原子は物理エッチング能力が低く、接続孔底部の物理エッチングを抑えられるだけでなく、自己維持放電が不安定になり易い低電力でも、放電を安定化することができる。
【０１７２】
（第３の実施形態）
本実施形態では、第１の実施形態で説明したスパッタ装置を用いた、Ｔｉ膜の形成方法について説明する。
【０１７３】
Ｔｉは半導体装置に広く用いられる材料であり、本実施形態では基板上に形成された層間絶縁膜に接続孔を開口し、この接続孔の底面にＴｉ膜を厚く形成する方法について説明する。
【０１７４】
まず、基板上に接続孔を有する層間絶縁膜が形成されてなる試料を用意し、この試料を第１の実施形態で説明した図４のサセプタ構造を有するスパッタ装置に真空中で搬送する。
【０１７５】
次にヒーター電極２５により昇温された基板保持・加熱部材２６上にまで試料を搬送した後、静電チャック電極２２に電圧を印加し、基板保持・加熱部材２６上に試料を密着させるとともに、ヒーター電極２５により試料を加熱する。
【０１７６】
次にガス供給系によりスパッタ室２内にスパッタガスとしてＡｒを導入し、イオン反射板５に正電圧を印加し、ターゲット４に負電圧を印加して放電を発生させる。次に試料に高周波交流を印加する。
【０１７７】
本実施形態では、基板表面が層間絶縁膜で覆われているため、高周波交流電力を整合器２１を介して基板に投入しているが、この場合、自己直流負電圧が基板には誘起される。したがって、クランプ９を用いて基板に直接直流負電圧を印加した第２の実施形態と同様の効果が得られる。このとき、高周波交流電力値を調整することで、基板に誘起する直流負電圧値を調整することができる。
【０１７８】
Ｔｉの場合、第２の実施形態で説明したＣｕとは異なり、自己放電を維持させるためには高いターゲット電圧値および電流値、ならびにターゲット表面で高い磁束密度が必要になる。
【０１７９】
このような高いターゲット電圧および電流値を保つためには出力の大きな電源が必要になり、また高い磁束密度を得るためには大きなマグネットが必要になるため、Ｔｉの自己放電を維持できるスパッタ装置を実現するには装置コストがかかるという問題がある。
【０１８０】
そこで、本実施形態では安価なスパッタ装置で放電を安定化させるため、微少量のＡｒを導入する。この場合において、安定な放電が維持可能な最小限のＡｒ量に調整し、かつターゲット電流密度を２０ｍＡ／ｃｍ2 以上に調整すると、Ａｒイオンに対するターゲット材料からなるイオンの比率を増加させることができる。したがって、基板に負電圧を印加し、ターゲット材料からなるイオンを基板に引き込むことによって、段差被覆性を改善することができる。
【０１８１】
ここで、上述したように、ターゲット電流密度を大きくすると成膜速度が速くなり、Ｔｉ薄膜を制御性良く形成することが困難になる。しかし、第２の実施形態でも説明したように、イオン反射板を用いた本発明のスパッタ装置では、イオン反射板に印加する正電圧によって、ターゲット電圧をターゲット電流密度とは独立に制御することができる。すなわち、ターゲット電流密度をＴｉイオンが増加するように調整しても、ターゲット電圧を下げることで成膜速度を制御性のある領域に調整することができる。
【０１８２】
また、本実施形態のように、安定放電の維持が可能な最小限のＡｒ量であれば、基板上のＴｉ膜の物理エッチングを抑えることができる。さらに、本実施形態のように基板１を積極的に加熱してスパッタする場合は、Ａｒイオンの基板衝突による温度上昇による悪影響はない。さらにまた、基板１を加熱しているため、成膜過程でＡｒはガス化してＴｉ膜外に放出されるため、Ｔｉ膜中に残留するＡｒ量も低いレベルに抑えられる。
【０１８３】
第２の実施形態で説明したように、プラズマは、Ｔｉターゲット近傍に拘束されたＴｉイオンやＡｒイオンからなる高密度プラズマ領域と、浮遊したＴｉイオンやＡｒイオンからなる低密度プラズマ領域とに分かれる。
【０１８４】
基板負電圧によって引き込まれるＴｉイオンの多くは低密度プラズマ領域のＴｉイオンであるが、低密度プラズマ領域中のＴｉイオンやＡｒイオンの数は少なく、成膜に寄与する中性Ｔｉ粒子の数に比べてそのＴｉイオン比率が低い。したがって、成膜形状に及ぼすＴｉイオンの効果が十分ではない。
【０１８５】
さらに、プラズマに晒される領域が接地された防着板である従来のスパッタ装置では、低プラズマ領域で浮遊するＴｉイオンの多くは接地部品に吸着してしまうため、基板に引き込まれるイオン数が少なくなる。
【０１８６】
そこで、本実施形態のように、正電圧を印加したイオン反射板５を設けた場合には、正に帯電したＴｉイオンはイオン反射板５から反射し、負電圧を印加した基板へ集率よくイオンを集めることができる。
【０１８７】
すなわち、本実施形態のように、基板に負電圧を印加して、プラズマに晒される領域に正電圧を印加したイオン反射板５を設けた場合、基板に引き込めるＴｉイオンを増加させることができる。
【０１８８】
このとき、上述したようにターゲット電流密度を２０ｍＡ／ｃｍ2 以上としてプラズマ中のＴｉイオンの数を増加させ、かつ基板におけるＴｉ膜の物理エッチングの効果が低くなるようにＡｒ導入量や基板負電圧を調整すれば、接続孔の底面のＴｉ膜厚を厚くすることができる。
【０１８９】
また、成膜途中でイオン反射板に印加する正電圧値を調整したり、基板負電圧を調整することで、より効果的に段差被覆性を制御することができる。
【０１９０】
また、成膜途中でＡｒの導入量を増やし、物理エッチング量を調整することで、所望のアスペクト比の接続孔の内面の膜厚を制御することができる。
【０１９１】
また、Ａｒの代わりに、スパッタ室２内にＨ2 やＨｅのような軽元素を導入しても良い。Ｈ2 やＨｅは質量数が小さいため、Ｔｉなどの質量数の大きな原子に対するスパッタイールドは低い。したがって、基板におけるＴｉ膜の物理エッチングを抑えられ、かつＨ2 やＨｅのような軽元素は運動エネルギーが小さいので基板衝突による基板温度の上昇も抑えられる。
【０１９２】
また、Ｈ2 やＨｅの導入により、放電の安定性も確保できる。特に、Ｈ2 は活性なガスでありＴｉのイオン化にも寄与し、基板表面におけるＴｉイオン／Ｔｉ中性原子比率を高めることができる。
【０１９３】
また、本実施形態では、Ｔｉ膜のスパッタ成膜について説明したが、本発明はＡｌ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗなどを主成分とする単一元素からなる膜のスパッタ成膜にも適用でき、さらにＡｌＣｕ、ＡｌＳｉＣｕなど複数元素からなる膜のスパッタ成膜にも適用できる。
【０１９４】
（第４の実施形態）
本実施形態では、第１の実施形態で説明したスパッタ装置を用いた、ＣｕのＤＤ配線プロセス（図１５、図１６参照）におけるバリアメタル膜としてのＴａＮ膜の形成方法について説明する。
【０１９５】
配線溝や接続孔の底面や側面からＣｕ配線中のＣｕが層間絶縁膜中に拡散することを防止するために、Ｃｕのバリアメタル膜として用いられるＴａＮ膜は、配線溝や接続孔の内面全てに段差被覆性良く形成されることが望まれる。以下、このような要求を満たすことのできるＴａＮ膜の形成方法について詳説する。
【０１９６】
まず、第２の実施形態と同様に、Ｓｉ基板上に、第１層間絶縁膜、下層配線、配線溝および接続孔を有する第２層間絶縁膜を形成する（図１５（ａ）、図１５（ｂ）参照）。
【０１９７】
次に基板を本発明のスパッタ装置に真空中で搬送する。本実施形態では、加熱しながらＴａＮ膜を形成してＴａＮ膜の応力を低下するために、図４に示したサセプタ構造を有するスパッタ装置を用いる。
【０１９８】
次にヒーター電極２５により昇温された基板保持・加熱部材２６上に基板を搬送した後、静電チャック電極２２に電圧を印加して、基板保持・加熱部材２６上に基板を密着させるとともに、ヒーター電極２５により基板を加熱する。
【０１９９】
次にスパッタガスとしてＡｒ、反応ガスとしてＮ2 をスパッタ室２内にガス供給系により導入する。次にイオン反射板５に正電圧を印加する。次にターゲット４に負電圧を印加して放電を発生させる。次に基板に高周波交流電圧を印加する。
【０２００】
本実施形態では、基板表面が層間絶縁膜で覆われているため、高周波交流電源２０からの交流高周波電力を整合器２１を介して基板に投入している。この場合、自己直流負荷電圧が基板に誘起される。したがって、クランプ９を用いて基板に直流電流負電圧を印加する第２の実施形態と同様に、基板への正イオンの引き込み効果が得られる。このとき、高周波交流電力の値を調整することで基板に誘起する直流負荷電圧の値を調整することができる。
【０２０１】
ＴａＮ膜の場合、Ｔａターゲットを用い、反応ガスとしてＮ2 を導入する化成スパッタを用いるため、第２の実施形態で説明したＣｕのスパッタの場合とは異なり、自己維持スパッタはできない。
【０２０２】
そこで、本実施形態では、ＡｒとＮ2 との混合ガスの安定放電の維持が可能な最小限の量に調整してＡｒおよびＮ2 を導入する。このようにＡｒとＮ2 との混合ガスを必要最小限に導入し、ターゲット電流密度を高めれば、第３の実施形態で説明したように、ＴａイオンやＴａとＮが結合した形のＴａ−Ｎイオンの比率を増加させることができる。したがって、ＴａイオンやＴａ−Ｎイオンを基板負電圧によって引き込み、段差被覆性を向上することができる。
【０２０３】
ここで、ターゲット電流密度を増加させると成膜速度が速くなりすぎる問題が起こるが、第２，第３の実施形態でも説明したように、イオン反射を用いた本発明のスパッタ装置では、イオン反射に正電圧を印加することによって、ターゲット電圧をターゲット電流密度とは独立に制御できるため、ターゲット電圧を下げることで成膜速度を制御性のある領域に調整できる。
【０２０４】
また、プラズマに晒される領域が接地された防着板である従来のスパッタ装置にＮ2 を導入した化成スパッタでは、低プラズマ領域で浮遊するＴａイオンやＴａ−Ｎイオン、Ｎイオンの多くは接地部品に吸着してしまうため、基板に引き込まれるイオン数が少なくなる。
【０２０５】
しかし、本発明のスパッタ装置のように、正電圧を印加したイオン反射を設けた場合、正に帯電したイオンはイオン反射板から反射し、負電圧を印加した基板へ集率良くイオンを集めることができる。特に、本発明のスパッタ装置を用いた化成スパッタでは、従来の化成スパッタとは異なり、Ｎイオンも基板に集率良く集めることができるため、バリア性を向上させることができる。
【０２０６】
化成スパッタには、ターゲット表面を導入したＮ2 によって窒化してＴａ−Ｎをスパッタして成膜するポイズンモードと、ターゲット材料からなるＴａスパッタ粒子を成膜しながら基板上で窒化するノンポイズンモードの２つのモードがある。
【０２０７】
一般に、ポイズンモードはバリア性に優れているが段差被覆性に乏しく、逆にノンポイズンモードはバリア性に乏しいが段差被覆性に優れている。ポイズンモードで段差被覆性が低いのは、ターゲットを窒化するためにＮ2 を多く導入しなければならないため、ガス散乱の影響が大きくなり、スパッタ粒子の垂直入射成分が減少するためなどである。ノンポイズンモードでバリア性が低いのは、基板表面での窒化が不足するためである。
【０２０８】
しかし、本発明のスパッタ装置を用いると、イオン反射板と基板の負電圧により基板に引き込まれるＮイオンを増加させることができ、基板に形成されたＴａＮ表面に多くのＮイオンを衝突させることができる。したがって、Ｎ2 導入量を減らしてガス散乱の影響を少なくしても、十分窒化させることができる。すなわち、イオン反射板によりＴａイオンやＴａ−Ｎイオンの数を増やして段差被覆性を向上させるだけではなく、同時にバリア性も向上させることができる。
【０２０９】
また、成膜途中でイオン反射板に印加する正電圧値を調整したり、基板負電圧を調整することで、より効果的に段差被覆性やバリア性を制御することができる。
【０２１０】
また、成膜途中でＡｒやＮ2 の導入量を増やすことによって物理エッチング量や窒化量を調整することで、所望のアスペクト比の接続孔の内面の膜厚やバリア性を制御することができる。
【０２１１】
また、本実施形態では、ＴａＮの化成スパッタ成膜について説明したが、Ｔｉ、Ｗ、Ｎｂなどの材料からなるターゲットを用い、Ｎ2 を導入することで、ＴｉＮ、ＷＮ、ＮｂＮなどの化成スパッタ成膜についても同様に行うことができる。また、Ｔａなどの材料からなるターゲットを用い、Ｏ2 を導入することで、ＴａＯなどの化成スパッタについても同様に行うことができる。
【０２１２】
なお、本願発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。さらに、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題を解決でき、かつ発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
【０２１３】
【発明の効果】
以上詳説したように本発明によれば、被処理基体に直接には入射できなかったイオンも、イオン反射板によって反射されて被処理基体に入射することが可能となり、成膜に寄与するイオンの数を増やすことができるので、被覆性の良い成膜が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るスパッタ装置を示す模式図
【図２】第１の実施形態の第１の変形例を説明するための図
【図３】第１の実施形態の第２の変形例を説明するための図
【図４】第１の実施形態の第３の変形例を説明するための図
【図５】第１の実施形態の第４の変形例を説明するための図
【図６】第１の実施形態の第５の変形例を説明するための図
【図７】従来のスパッタ装置、およびターゲット近傍に正電圧が印加された部品があるスパッタ装置のプラズマ電位分布を示す図
【図８】アンバランスマグネットを用いたスパッタ装置およびアンバランスマグネットによる磁界分布を示す図
【図９】図８のスパッタ装置のターゲットと下部接地部品の間の抵抗およびターゲットと側部接地部品の間の抵抗を説明するための図
【図１０】アンバランスマグネットとイオン反射板を用いた本発明のスパッタ装置（第１の実施形態の第６の変形例）の模式図
【図１１】図１０のスパッタ装置のイオン反射板に印加する電圧とイオン反射板に流れる電流との関係を示す図
【図１２】図１０のスパッタ装置のイオン反射板に正電圧を徐々に印加した時の電位分布の推移を示す図
【図１３】図１２に続く同電位分布の推移を示す図
【図１４】イオン反射板長さのイオン反射板内面積、実効イオン反射板電圧および基板電流の依存性を示す図
【図１５】本発明の第２の実施形態に係るＤＤプロセスの工程断面図
【図１６】図１５に続く同ＤＤプロセスの工程断面図
【図１７】イオン反射板が有る場合（本発明）および無い場合（従来）の基板電流密度の基板電圧の依存性を示す図
【図１８】Ｃｕの自己維持スパッタにおいて、Ｃｕイオンを基板に引き込むことによってＣｕ膜の段差被覆性が向上する理由を説明するための図
【図１９】接続孔の底部内面のＣｕ量とイオン反射板電圧との関係を示す図
【図２０】接続孔の底部底面および底部底面を被覆している全Ｃｕの量と実効基板電圧との関係を示す
【図２１】対称指標とイオン反射板電圧との関係、および対称指数と実効基板電圧との関係を示す図
【図２２】従来のロングスロースパッタ装置を示す概略図
【符号の説明】
１…基板
２…スパッタ室
３…サセプタ
４…ターゲット
５…イオン反射板
６…下部接地部品
７…マグネット
７rng1，７rng2…リング状マグネット（アンバランスマグネット）
８…第１直流電圧源
９…クランプ
１０…支持体
１１…昇降機
１２1 〜１２4 …絶縁部材
１３…冷媒
１４…静電チャック板
１５…冷却水路
１６…バッキングプレート
１７…第２直流電圧源
１８…第３直流電圧源
１９…側部接地部品
２０…高周波交流電源
２１…整合器
２２…静電チャック電極
２３…パルス状直流負電圧電源
２４…非熱伝導体部材
２５…ヒーター電極
２６…基板保持・加熱部材
２７…アースシールド
３１…Ｓｉ基板
３２…第１層間絶縁膜
３３…下層配線
３４…第２層間絶縁膜
３５…接続孔
３６…配線溝
３７…バリアメタル膜
３８…Ｃｕシード層
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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