スパッタ方法及びスパッタ装置
【課題】単一のスパッタ装置によって金属材料を凹部に埋め込む際にその埋め込み性を向上させることができるスパッタ方法及び該スパッタ方法に用いられるスパッタ装置を提供する。
【解決手段】
基板Ｓの凹部内に金属材料を埋め込むスパッタ方法では、基板Ｓにバイアス電圧を印加しつつターゲット１８をスパッタする第１の工程と、基板Ｓにバイアス電圧を印加しない状態でターゲットをスパッタする第２の工程とを有し、第１の工程と第２の工程とは真空槽１１内で順に実行される。第１の工程では、ターゲット１８から放出された金属粒子とプラズマ中の荷電粒子とが衝突する圧力でターゲット１８をスパッタして電荷を帯びた金属粒子を生成し、電荷を帯びた金属粒子を凹部の内部に向けてバイアス電圧により引き込む。第２の工程では、基板Ｓに付着する金属粒子が凹部内に流動するように基板Ｓの温度を第１の工程よりも高くしてターゲット１８をスパッタする。
【解決手段】
基板Ｓの凹部内に金属材料を埋め込むスパッタ方法では、基板Ｓにバイアス電圧を印加しつつターゲット１８をスパッタする第１の工程と、基板Ｓにバイアス電圧を印加しない状態でターゲットをスパッタする第２の工程とを有し、第１の工程と第２の工程とは真空槽１１内で順に実行される。第１の工程では、ターゲット１８から放出された金属粒子とプラズマ中の荷電粒子とが衝突する圧力でターゲット１８をスパッタして電荷を帯びた金属粒子を生成し、電荷を帯びた金属粒子を凹部の内部に向けてバイアス電圧により引き込む。第２の工程では、基板Ｓに付着する金属粒子が凹部内に流動するように基板Ｓの温度を第１の工程よりも高くしてターゲット１８をスパッタする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁膜に形成された凹部に金属材料を埋め込むスパッタ方法、及び該スパッタ方法に用いられるスパッタ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置においては、従来から、高機能化や縮小化を目的として、複数の配線をビアプラグによって接続した多層配線構造が広く採用されている。近年では、多層配線構造の微細化に応えるために、ビアプラグが微細化されている一方、この微細化によって電流密度が増大してエレクトロマイグレーションが深刻化しつつある。
【０００３】
エレクトロマイグレーションを低減する提案としては、例えば特許文献１に記載のように、２つのスパッタ工程によってビアプラグを形成する２ステップのスパッタ方法が知られている。２ステップのスパッタ方法では、まず小さい粒径の結晶粒からなるライナー層がビアホールの内面の全体に形成され、次いで粒径の大きい結晶粒からなるバルク層がライナー層の内側に加熱によって埋め込まれる。こうした２ステップのスパッタ方法によれば、ビアプラグを構成する結晶粒の境界がビアプラグの延びる方向と平行な方向に揃いやすく、ビアプラグの延びる方向と垂直な方向には揃い難くなる。その結果、結晶粒の境界の方向と電流の方向とに起因したエレクトロマイグレーションが抑えられ、上記多層配線構造を有する半導体装置の信頼性を向上させることが可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２６０７７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、２ステップスパッタ法によって形成されるライナー層及びバルク層には、ビアホールへの埋め込み性を高めるために、以下のような互いに異なる成膜条件が必要とされる。まずビアホールの内面の全体に成膜されるライナー層に対しては、ライナー層自体の高い被覆性と、バルク層よりも小さい粒径を得るための低い成膜温度とが必要とされる。次いでライナー層に積層されるバルク層に対しては、ライナー層よりも大きな粒径と、ライナー層上で結晶粒が流れるための高い成膜温度とが必要とされる。そのため、上述した２ステップのスパッタ方法においては、スパッタ方式が互いに異なる２種類のスパッタ装置によって、ライナー層とバルク層とが形成されている。
【０００６】
ライナー層を形成するスパッタ装置としては、ターゲットと基板との間の距離であるＴＳ距離を長くして、ターゲットからスパッタされた粒子を基板に対してほぼ垂直に飛行させる方式、いわゆるロングスロー方式が採用されている。加えて、ライナー層の形成時において基板を加熱しない方式が併用されている。これらの方式によれば、ビアホールの底面に対してほぼ垂直にスパッタ粒子が飛行することから、ライナー層自体が高い被覆性を有するようになる。そのうえ、例えば２００℃以下の低温に基板の温度が保たれることになるため、絶縁膜に付着したスパッタ粒子が結晶粒として成長し難くなり、ライナー層を構成する結晶粒の粒径が比較的小さくなる。
【０００７】
これに対して、バルク層を形成するスパッタ装置としては、バルク層の形成時において基板を加熱して結晶粒を流動させる方式、いわゆるリフロー方式が採用されている。加えて、様々な方向に飛行する粒子を基板に付着させるように、ＴＳ距離を短くした方式が採
用されている。これらの方式によれば、例えば４００℃という高温に基板の温度が保たれることになるため、ライナー層を構成する結晶粒よりも大きい粒径からなる結晶粒がライナー層上に形成される。そして、上層を構成する結晶粒に流動性が発現されるようになる結果、バルク層を構成する結晶粒は、スパッタ粒子の飛行した方向にかかわらず、ビアホールの開口付近やビアホールの内周面付近からビアホールの底に向けて流れてビアホールの内部の全体を埋め込むようになる。
【０００８】
しかしながら、ライナー層とバルク層とを形成するために２つの異なるスパッタ方式が採用されると、スパッタ方式に即した個別のスパッタ装置が少なくとも２台必要となる。そのうえ、バルク層を形成する前にライナー層が大気に触れることを回避するためには、２台のスパッタ装置の間を例えば真空搬送チャンバといった他の真空装置によって連結することが必要となる。その結果、半導体装置を製造する装置の大型化や煩雑化が免れ得ないことになる。
【０００９】
なお、製造装置の大型化や煩雑化という問題は、上記ビアプラグの他、能動素子と配線とを接続するコンタクトプラグを形成する装置にも起こりえる問題であって、ロングスロー方式とリフロー方式とを用いて１つの配線要素を形成する装置に概ね共通する問題である。
【００１０】
本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、単一のスパッタ装置によって金属材料を凹部に埋め込む際にその埋め込み性を向上させることができるスパッタ方法及び該スパッタ方法に用いられるスパッタ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、真空槽内に生成されたプラズマ中のイオンで該真空槽内に設けられた金属ターゲットをスパッタすることによって該真空槽内に配置された基板が有する凹部の内部に金属材料を埋め込むスパッタ方法において、前記基板にバイアス電圧を印加しつつ前記金属ターゲットをスパッタする第１の工程と、前記基板にバイアス電圧を印加しない状態で前記金属ターゲットをスパッタする第２の工程とを前記真空槽内で順に実行し、前記第１の工程では、前記金属ターゲットから放出された金属粒子と前記プラズマ中の荷電粒子とが衝突する圧力で前記金属ターゲットをスパッタして電荷を帯びた金属粒子を生成し、該電荷を帯びた金属粒子を前記凹部の内部に向けて前記バイアス電圧により引き込み、前記第２の工程では、前記基板に付着する金属粒子が前記凹部内に流動するように前記基板の温度を前記第１の工程よりも高くして前記金属ターゲットをスパッタすることをその要旨とする。
【００１２】
本発明のスパッタ方法によれば、第１の工程においては、スパッタされた金属粒子がプラズマ中の荷電粒子と衝突して電荷を帯びた金属粒子となる。金属粒子は、プラズマ中の多重散乱により指向性を失うが、基板に印加されたバイアス電圧によって、基板に設けられた凹部の内部に向けて飛行するようになる。その結果、基板に設けられた凹部の底に金属粒子が到達しやすくなり、凹部の内表面における金属粒子の被覆率が向上される。一方、第２の工程においては、バイアス電圧が基板に印加されていない状態で成膜が実施されるため、プラズマ中のイオンがバイアス電圧によって引き込まれて基板に付着した金属粒子をスパッタするいわゆる逆スパッタが抑えられる。その結果、第２の工程における成膜速度は、第１の工程における成膜速度と比較して高くなる。
【００１３】
そして、第１の工程における基板の温度が第２の工程における基板の温度よりも低いため、凹部内に付着した金属粒子の粒径が第１の工程と第２の工程とで互いに異なるようになる。そのうえ、第２の工程における基板の温度が金属粒子を凹部内へ流動させる温度で
あるため、第１の工程にて凹部内に形成される金属膜中の結晶粒の粒径は、第２の工程にて形成される金属膜中の結晶粒の粒径よりも小さくなる。その結果、第１の工程にて形成される金属膜と第２の工程にて形成される金属膜との界面において、第２の工程にて付着した金属粒子の流動性が促進されて凹部内に金属材料が埋め込まれやすくなる。
【００１４】
このように、本発明のスパッタ方法によれば、単一のスパッタ装置を用いて金属材料を凹部内に埋め込む際に、該金属材料の埋め込み性を高めることが可能である。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のスパッタ方法において、前記第２の工程では、前記真空槽内の圧力を前記第１の工程よりも低くして前記金属ターゲットをスパッタすることをその要旨とする。
【００１５】
この発明によれば、第２の工程における真空槽内の圧力が第１の工程よりも低い圧力とされるため、スパッタされた金属粒子と他の粒子との衝突頻度が第１の工程よりも低くなる。その結果、スパッタされた金属粒子が散乱され難くなる分、単位時間当たりに基板に到達する金属粒子の数が増加して成膜速度が第１の工程よりも高くなる。第２の工程においては金属粒子に与えられる流動性によって埋め込み性が担保されるため、この第２の工程の成膜速度が高くなる分、埋め込み性を維持しつつ埋め込み処理の速度を高くすることが可能となる。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のスパッタ方法において、前記真空槽内に設けられて前記基板を静電的に吸着し、且つ、吸着力に応じた熱量で前記基板を加熱する静電チャックを用い、前記第１の工程では、前記静電チャックの電極に第１の直流電圧を印加する、前記第２の工程では、前記静電チャックの電極に前記第１の直流電圧よりも高い第２の直流電圧を印加することによって、前記基板の温度を前記第１の工程よりも高くすることをその要旨とする。
【００１７】
一般に、真空槽内で基板を加熱する加熱機構としては、基板を静電的に吸着する静電チャックに該基板を加熱するためのヒーターを搭載して基板と静電チャックとの機械的な接触によって基板に熱を与えるものが知られている。この発明によるように、相対的に高い基板温度が必要とされる第２の工程で第１の工程よりも高い直流電圧を静電チャックの電極に印加すれば、真空槽内に生成されるプラズマの状態を変更させることなく、基板の温度のみを２段階に変更することができる。それゆえに、プラズマから基板へ供給される熱量に関わらず基板の温度のみを変更することが可能であるため、第１の工程や第２の工程における圧力等の各種の条件から基板の温度に関わる制約を取り除くことが可能である。ひいては、第１の工程や第２の工程における各種の条件の自由度を拡張させて、金属材料の埋め込み性をより向上させることが可能である。
【００１８】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載のスパッタ方法において、前記金属ターゲットがアルミニウムを含んでなるターゲットであり、前記金属ターゲットと前記基板との距離が３０ｍｍ以上且つ９０ｍｍ以下であり、前記第１の工程では、周波数が１３．５６ＭＨｚの高周波電力を前記基板に供給することによって前記基板にバイアス電圧を印加し、前記真空槽内の圧力が５Ｐａ以上且つ５０Ｐａ以下であり、前記基板の温度が２０℃以上且つ２００℃以下であり、前記高周波電力が７×１０−４Ｗ／ｍｍ２以上且つ７×１０−３Ｗ／ｍｍ２以下である、前記第２の工程では、前記真空槽内の圧力が０．０１Ｐａ以上且つ０．５Ｐａ以下であり、前記基板の温度が３５０℃以上且つ４５０℃以下であることをその要旨とする。
【００１９】
この発明によれば、金属粒子の飛行距離であるターゲットと基板との距離が３０ｍｍ以上且つ９０ｍｍ以下であって、且つ、第１の工程での圧力が５Ｐａ以上且つ５０Ｐａ以下である。ターゲットから放出された金属粒子とプラズマ中の荷電粒子との衝突頻度とは、
ターゲットと基板との距離が長くなるほど、また真空槽内の圧力が高くなるほど、高くなる。また電荷を帯びた金属粒子とは、ターゲットと基板との距離が短くなるほど、基板に印加されるバイアス電圧によって引き込まれやすくなる。この点、上記スパッタ方法においては、第１の工程での真空槽内の圧力と、ターゲットと基板との距離と、高周波電力の供給量とが上記の範囲に設定されるため、放出された金属粒子と荷電粒子との衝突と、電荷を帯びた金属粒子の引き込みとがより確実に起こるようになる。
【００２０】
また、金属粒子の飛行距離であるターゲットと基板との距離が３０ｍｍ以上且つ９０ｍｍ以下であって、且つ、第２の工程における真空槽内の圧力が０．０１Ｐａ以上且つ０．５Ｐａ以下である。ターゲットから放出された金属粒子の基板の表面への到達頻度は、ターゲットから放出された金属粒子が真空槽内に滞在するガスによって散乱されないほど高くなる。この点、上記スパッタ方法においては、ターゲットをスパッタする粒子数を確保しながらも、スパッタ粒子と真空槽内の各種粒子との衝突回数を抑制でき、上記成膜レートを向上させることができる。
【００２１】
加えて、第１の工程での基板の温度が２０℃以上且つ２００℃以下であるため、第１の工程にて形成されるアルミニウム含有膜の粒子径の拡大が抑えられる。また第２の工程での基板の温度が３５０℃以上且つ４５０℃以下であるため、第２の工程にて形成されるアルミニウム含有膜の流動性が確実に発現可能となる。
【００２２】
請求項５に記載の発明は、真空槽内に設けられた金属ターゲットを前記真空槽内に生成されたプラズマ中のイオンでスパッタすることによって前記真空槽内に配置された基板が有する凹部の内部に金属材料を埋め込むスパッタ装置において、前記真空槽内の圧力を調整する圧力調整部と、前記基板にバイアス電圧を印加するバイアス電源と、前記基板の温度を調整する温調部と、これら圧力調整部、バイアス電源、及び温調部の駆動態様を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記金属ターゲットから放出された金属粒子と前記プラズマ中の荷電粒子とが衝突するように前記真空槽内の圧力を調整することによって電荷を帯びた金属粒子を生成するとともに、該電荷を帯びた金属粒子を前記凹部の内部に引き込むように前記基板に前記バイアス電圧を印加した後、前記バイアス電圧を印加しない状態で、前記真空槽内の圧力を低くするとともに、前記基板に付着する金属粒子が前記凹部内に流動するように前記基板の温度を高くすることをその要旨とする。
【００２３】
本発明のスパッタ装置によれば、まずスパッタされた金属粒子がプラズマ中の荷電粒子と衝突して電荷を帯びた金属粒子となる。金属粒子は、プラズマ中の多重散乱により指向性を失うが、基板に印加されたバイアス電圧によって、基板に設けられた凹部の内部に向けて飛行するようになる。その結果、基板に設けられたれた凹部の底に金属粒子が到達しやすくなり、凹部の内表面における金属粒子の被覆率が成膜の初期において向上される。次いで、バイアス電圧が基板に印加されていない状態で成膜が継続されるため、プラズマ中のイオンがバイアス電圧によって引き込まれて基板に付着した金属粒子をスパッタするいわゆる逆スパッタが抑えられる。その結果、初期膜が形成された後の成膜速度は、初期膜の形成時における成膜速度と比較して高くなる。
【００２４】
そして、初期膜の形成時における基板の温度が初期膜の形成後における基板の温度よりも低いことから、凹部内に付着した金属粒子の粒径が初期膜と初期膜に積層される膜とで互いに異なるようになる。そのうえ、初期膜の形成後における基板の温度が金属粒子を凹部内へ流動させる温度であるため、凹部内に形成される初期膜中の結晶粒の粒径は、初期膜に積層される膜中の結晶粒の粒径よりも小さくなる。その結果、初期膜と初期膜に積層される膜との界面において、初期膜に積層される膜中の金属粒子の流動性が促進されて凹部内に金属材料が埋め込まれやすくなる。
【００２５】
このように、本発明のスパッタ装置によれば、単一のスパッタ装置を用いて金属材料を凹部内に埋め込む際に、該金属材料の埋め込み性を高めることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施の形態にかかるスパッタ装置の概略構成を示す概略構成図。
【図２】スパッタ装置に設けられたチャック電源の駆動態様とチャック電圧との関係を示す図。
【図３】（ａ）高圧雰囲気での成膜処理における金属粒子の挙動を概念的に示す概念図、（ｂ）低圧雰囲気での成膜処理における金属粒子の挙動を概念的に示す概念図。
【図４】（ａ）〜（ｇ）本実施の形態のスパッタ方法を用いた成膜処理における各種動作及びそれの作用のタイミングを示すタイミングチャート。
【図５】（ａ）高圧雰囲気下の成膜工程における膜成長を概念的に示す概念図、（ｂ）低圧雰囲気下の成膜工程における膜成長を概念的に示す概念図。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下に、本発明のスパッタ方法、及び該スパッタ方法を実施するためのスパッタ装置を具現化した一実施の形態について、図１〜図５を参照して説明する。図１は、スパッタ装置の概略構成を示している。
【００２８】
スパッタ装置が有する真空槽１１の内部には、処理対象である基板Ｓに成膜処理を施す成膜空間１１ａが形成されている。真空槽１１には、例えばアルゴン（Ａｒ）ガス等のスパッタガスの流量を調整するマスフローコントローラＭＦＣが、供給配管１２を介して連結されている。マスフローコントローラＭＦＣからは、アルゴンガスが所定範囲の流量で成膜空間１１ａ内に供給される。なお、スパッタガスとしては、アルゴンガスに限らず、ネオン（Ｎｅ）ガス、クリプトン（Ｋｒ）、あるいはキセノン（Ｘｅ）ガス等の希ガス元素の気体を用いることができる。
【００２９】
真空槽１１には、ターボ分子ポンプやドライポンプ等を有してなる排気部ＰＵが、排気配管１３を介して連結されている。マスフローコントローラＭＦＣが成膜空間１１ａに供給するガスの単位時間あたりの流量と排気部ＰＵの排気速度とによって成膜空間１１ａの圧力が決定される。本実施の形態では、排気部ＰＵの排気速度が一定に維持されて、マスフローコントローラＭＦＣの供給するガスの流量が変更されることによって、成膜空間１１ａ内の圧力が所定の値に調整される。本実施の形態では、例えば、マスフローコントローラＭＦＣ、供給配管１２、排気部ＰＵ、及び排気配管１３が圧力調整部を構成する。
【００３０】
真空槽１１の内部である成膜空間１１ａには、基板Ｓを載置して該基板Ｓの位置を固定する基板ステージ１４が設けられている。基板ステージ１４の内部には、基板Ｓの載置面を構成するヒーター１５が設けられている。ヒーター１５には、これに供給する電流値を制御して、ヒーター１５の温度を調整するヒーター制御部ＨＣが接続されている。ヒーター１５は、それに載置された基板Ｓを加熱して、基板Ｓの温度を所定範囲に調整する。本実施の形態では、温調部として例えばヒーター１５が温調部を構成する。
【００３１】
ヒーター１５には、基板Ｓが載置される面に開口する複数の凹部１５ａと、凹部１５ａと温調ガス制御部ＴＣとを連通する温調ガス流路１５ｂが形成されている。温調ガス制御部ＴＣからは、温調ガス流路１５ｂを通して凹部１５ａに所定の流量でヘリウムガス等の温調ガスが供給される。凹部１５ａに供給された温調ガスは、ヒーター１５の発する熱の媒体となり、ヒーター１５に載置された基板Ｓにヒーター１５の熱を効率よく伝える。なお、上述した温調ガスとしては、上述のヘリウムガスに限らず、例えばアルゴンガスや窒素ガス等の不活性ガスを用いることができる。
【００３２】
基板ステージ１４には、バイアス用高周波電源Ｇ１が接続されている。またヒーター１５の内部に設けられたチャック電極１６には、チャック電源Ｇ２が接続されている。
バイアス用高周波電源Ｇ１は、所定の高周波電力を基板ステージ１４に供給する。そしてバイアス用高周波電源Ｇ１から基板ステージ１４に高周波電力が供給されると、基板Ｓに負のバイアス電圧が印加される。チャック電源Ｇ２は、基板Ｓをヒーター１５に吸着させるための所定の直流電圧をチャック電極１６に印加する。そしてチャック電源Ｇ２からチャック電極１６に直流電圧が印加されると、直流電圧に応じた静電気力が基板Ｓとヒーター１５との間に発生して基板Ｓが静電的にヒーター１５に吸着される。本実施の形態では、これら基板ステージ１４、ヒーター１５、チャック電極１６、及びチャック電源Ｇ２によって、基板Ｓを静電的に吸着しつつ加熱する静電チャックが構成されている。
【００３３】
基板ステージ１４の上方には、基板Ｓの周方向の略全体に渡って、円筒形状の防着板１７が配設されている。防着板１７は、成膜空間１１ａ内で成膜処理が実施されるとき、真空槽１１の内壁に対するスパッタ粒子の付着を抑制する。
【００３４】
基板ステージ１４の直上、且つ防着板１７の上方には、アルミニウム−銅合金（Ａｌ−Ｃｕ）を主成分として円板状に形成されたターゲット１８が配設されている。ターゲット１８には、ターゲット電源Ｇ３に接続されたターゲット電極１９が取り付けられている。ターゲット電極１９は、ターゲット１８の被スパッタ面と基板Ｓの被成膜面とが相対向し、且つターゲット１８と基板Ｓとの距離であるＴＳ距離ＤＴＳが所定の距離になるように真空槽１１に固定されている。
【００３５】
ターゲット電極１９の上方には、ターゲット１８の被スパッタ面に沿ってマグネトロン磁場を形成する磁気回路２１が配設されている。そしてターゲット電極１９にターゲット電源Ｇ３から所定の直流電圧が印加されると、成膜空間１１ａ内に供給されたスパッタガスがターゲット１８の被スパッタ面の近傍でプラズマ化される。さらに、磁気回路２１の形成するマグネトロン磁場によって、ターゲット１８の被スパッタ面の近傍でプラズマ密度が高くなる。
【００３６】
スパッタ装置には、バイアス用高周波電源Ｇ１、チャック電源Ｇ２、及びターゲット電源Ｇ３を含む各種電源と、ヒーター制御部ＨＣ及び温調ガス制御部ＴＣ等の各種制御部が電気的に接続された主制御部２２が設けられている。主制御部２２は、各種電源、及び各種制御部に、それらの駆動態様を制御するための各種の命令（コマンド）を与える。主制御部２２が有する記憶部２３には、各種電源、及び各種制御部の駆動態様とコマンドとを対応付けたテーブルなどが格納されている。
【００３７】
スパッタ装置では、ヒーター１５が所定の温度に加熱された状態で基板Ｓが成膜空間１１ａに搬入されると、所定流量のアルゴンガスが成膜空間１１ａに供給される。次いで、チャック電源Ｇ２からチャック電極１６に所定の直流電圧が印加され、基板Ｓが基板ステージ１４に静電吸着される。その後、ターゲット電源Ｇ３から所定の電圧がターゲット１８に印加されることによってアルゴンガスからなるプラズマが生成されて、ターゲット１８の被スパッタ面がプラズマ中のアルゴンイオンによってスパッタされる。
【００３８】
本実施の形態において、スパッタ装置の処理対象は、絶縁膜に形成された凹部を有する基板Ｓであり、スパッタ装置は、成膜空間１１ａ内での成膜処理を通じてＡｌ−Ｃｕからなる配線を凹部内に形成する。主制御部２２が実行する成膜処理は、基板Ｓにバイアス電圧を印加しつつターゲット１８をスパッタする第１の工程と、基板Ｓにバイアス電圧を印加せずにターゲット１８をスパッタする第２の工程とによって構成される。主制御部２２は、これら第１の工程と第２の工程とを順に実行する。第１の工程では、ターゲット１８のスパッタによって放出されたスパッタ粒子と、正電荷を有したアルゴンイオンとが衝突
するように、真空槽１１内の圧力が設定される。第２の工程では、スパッタ粒子とアルゴンイオンとの衝突が起こらないように、真空槽１１内の圧力が第１の工程における圧力よりも低く設定される。また、第２の工程では、基板Ｓの温度が、第１の工程における基板Ｓの温度よりも高く設定される。なお、成膜処理に際しては、第１の工程及び第２の工程に渡り、ヒーター制御部ＨＣからヒーター１５に所定の電流が供給されてヒーター１５の温度が４００℃に維持されている。そして基板Ｓとヒーター１５との間に作用する静電的な吸着力によって基板Ｓの温度が制御されている。
【００３９】
上記第１の工程及び第２の工程での基板温度の調節方法を、図２を参照して説明する。図２は、スパッタ装置に設けられた主制御部２２がチャック電源Ｇ２に出力する命令であるチャックコマンドとチャック電源Ｇ２がチャック電極１６に印加するチャック電圧とを対応付けたテーブルを示している。
【００４０】
チャックコマンドには、「ＯＦＦ」、「ＯＮ１」、及び「ＯＮ２」の３種類が用意されている。主制御部２２がチャックコマンド「ＯＦＦ」を選択してチャック電源Ｇ２に出力すると、チャック電源Ｇ２は、チャック電極１６に印加するチャック電圧を０Ｖとする。また、主制御部２２がチャックコマンド「ＯＮ１」を選択してチャック電源Ｇ２に出力すると、チャック電源Ｇ２は、チャック電極１６に印加するチャック電圧を１００Ｖ（第１の直流電圧）とする。そして、主制御部２２がチャックコマンド「ＯＮ２」を選択してチャック電源Ｇ２に出力すると、チャック電源Ｇ２は、チャック電極１６に印加するチャック電圧を８００Ｖ（第２の直流電圧）とする。
【００４１】
チャック電圧が０Ｖに設定されると、基板Ｓとヒーター１５との間に静電的な吸着力が発現せず、基板Ｓが基板ステージ１４に吸着されない状態となる。チャック電圧が１００Ｖ及び８００Ｖに設定されると、基板Ｓとヒーター１５との間に静電的な吸着力が発現し、基板Ｓが基板ステージ１４に吸着された状態となる。チャック電圧が１００Ｖに設定される場合、チャック電圧が８００Ｖに設定される場合と比較して、基板Ｓとヒーター１５との間の吸着力が弱くなり、ヒーター１５から基板Ｓへ熱が伝わり難くなる。そのため、チャック電圧が１００Ｖに設定される場合、チャック電圧が８００Ｖに設定される場合よりも基板の温度が低くなる。
【００４２】
本実施の形態では、成膜処理が実施されていないとき、及び成膜処理が完了したときに、主制御部２２によってチャックコマンド「ＯＦＦ」が選択される。また、第１の工程が実施されるときに、主制御部２２によってチャックコマンド「ＯＮ１」が選択され、基板Ｓの温度が２００℃以下に維持される。そして、第２の工程が実施されるときに、主制御部２２によってチャックコマンド「ＯＮ２」が選択され、基板Ｓの温度が３５０℃以上且つ４５０℃以下に維持される。
【００４３】
このような構成によれば、チャック電極１６に印加するチャック電圧によって基板Ｓの温度を変更するようにしているため、真空槽１１内に生成されるプラズマの状態を変更させることなく、基板Ｓの温度のみを段階的に変更することができる。そして、プラズマから基板Ｓへ供給される熱量に関わらず基板Ｓの温度のみを変更することが可能であるため、第１の工程や第２の工程における圧力等の各種の条件から基板Ｓの温度に関わる制約を取り除くことが可能である。
【００４４】
ここで、成膜処理によって基板Ｓ上に形成されるＡｌ−Ｃｕ膜の構成粒子は、成膜時の基板温度に依存することが知られている。詳しくは、成膜処理時の基板Ｓの温度が低い程、Ａｌ−Ｃｕ膜を構成する粒子の粒径は小さくなり、基板Ｓの温度が高い程、Ａｌ−Ｃｕ膜を構成する粒子の粒径は大きくなる。そのため、本実施の形態では、第１の工程で形成されたＡｌ−Ｃｕ膜を構成する粒子の粒径よりも、第２の工程で形成されたＡｌ−Ｃｕ膜
を構成する粒子の粒径の方が大きくなる。
【００４５】
次に、成膜処理時の真空槽１１内の圧力がスパッタ粒子である金属粒子の軌道や金属膜の成膜速度に与える作用を、図３を参照して説明する。図３（ａ）は、真空槽１１内を高圧ＰＨの雰囲気として成膜処理を実施したときの金属粒子の挙動を概念的に示しており、図３（ｂ）は、真空槽１１内を低圧ＰＬの雰囲気として成膜処理を実施したときの金属粒子の挙動を概念的に示している。なお、図３（ａ）に示される高圧雰囲気の成膜処理では、基板Ｓにバイアス電圧が印加されてもいる。また上述のように、本実施の形態では、真空槽１１内に供給配管１２を介して供給されるアルゴンガスの単位時間あたりの流量を変更することによって、真空槽１１内の圧力を調整している。
【００４６】
図３（ａ）に示されるように、真空槽１１内の圧力を５Ｐａ以上且つ５０Ｐａ以下の高圧ＰＨの条件としてターゲット１８に例えば１０ｋＷ以上の電圧を印加する成膜処理を実施すると、成膜空間１１ａにおけるターゲット１８近傍の領域Ａにて、アルゴンガスが励起されて正イオンとなる。そして領域Ａ内の正イオンとなったアルゴンが、ターゲット１８の被スパッタ面をスパッタし、Ａｌ、Ｃｕ、あるいはＡｌとＣｕとの合金からなる金属粒子ＭＰが放出される。
【００４７】
真空槽１１内の圧力が高圧ＰＨであるため、放出された金属粒子ＭＰは、成膜空間１１ａにおける上記領域Ａ又は領域Ａの基板Ｓ側の領域Ｂ内で、正の荷電粒子ＩＰであるアルゴンイオンと１回以上衝突する。これにより、中性の金属粒子ＭＰと正の荷電粒子ＩＰとの間で電荷の交換が起こる。なお、ターゲット１８と基板Ｓとの距離であるＴＳ距離ＤＴＳを３０〜９０ｍｍ、真空槽１１内の圧力を５Ｐａ以上且つ５０Ｐａ以下とするとき、金属粒子ＭＰと荷電粒子ＩＰとの平均衝突回数は数百回である。すなわち、本実施の形態における高圧ＰＨとは、金属粒子ＭＰと荷電粒子ＩＰとの平均衝突回数が１回となる基準圧力ＰＴＨ以上の圧力である。
【００４８】
そして正の電荷を有する金属粒子ＭＰが、基板Ｓ近傍の領域Ｃに到達すると、基板Ｓに印加された負のバイアス電圧により基板Ｓの被成膜面に引き込まれる。そのため、真空槽１１内の圧力を高圧ＰＨとして成膜処理を実施すると、ターゲット１８の被スパッタ面から放出された金属粒子ＭＰは、それの飛行方向に対して指向性、特に基板Ｓにおける被成膜面の法線方向に沿った指向性を付与されることになる。
【００４９】
他方、図３（ｂ）に示されるように、ターゲット１８に例えば１０ｋＷ以上の電圧を印加し、真空槽１１内の圧力を０．０１Ｐａ以上且つ０．５Ｐａ以下の低圧ＰＬの条件として成膜処理を実施すると、領域Ａにてアルゴンが正イオンとなる。そしてアルゴンの正イオンは、ターゲット１８の被スパッタ面をスパッタし、Ａｌ、Ｃｕ、あるいはＡｌとＣｕとの合金からなる金属粒子ＭＰが放出される。
【００５０】
放出された金属粒子ＭＰは、それのほとんどが領域Ａの基板Ｓ側の領域Ｂ内で正の荷電粒子ＩＰと衝突せず、金属粒子ＭＰは中性に維持された状態で、基板Ｓの被成膜面に着弾する。この際、基板Ｓにはバイアス電圧が印加されていないため、ターゲット１８の被スパッタ面から放出された金属粒子ＭＰのほとんどが放出角度の分布を維持しつつ領域Ｂを飛行して基板Ｓの被成膜面に着弾する。なお、ターゲット１８と基板Ｓとの距離であるＴＳ距離ＤＴＳを３０〜９０ｍｍ、真空槽１１内の圧力を０．０１Ｐａ以上且つ０．５Ｐａ以下とするとき、金属粒子ＭＰと荷電粒子ＩＰとの平均衝突回数は１回である。すなわち、本実施の形態における低圧ＰＬとは、金属粒子ＭＰと荷電粒子ＩＰとの平均衝突回数が１回となる基準圧力ＰＴＨよりも低い圧力である。
【００５１】
ここで、ターゲット１８に印加される電圧が一定であるとき、真空槽１１内の圧力と基
板Ｓの被成膜面における成膜速度とは、真空槽１１内の圧力が下記（ｉ）〜（ｉｉｉ）のいずれの範囲にあるかによって異なる関係を有する。
【００５２】
（ｉ）真空槽１１内のアルゴン粒子の数量がターゲット１８への印加電圧に対して不足しているとき、アルゴン粒子の数量、すなわち真空槽１１内の圧力が高くなるほど成膜速度が高くなる。
【００５３】
（ｉｉ）真空槽１１内のアルゴン粒子の数量がターゲット１８への印加電圧に対して過不足ないとき、アルゴン粒子の数量、すなわち真空槽１１内の圧力にかかわらず成膜速度は略一定の速度に維持される。
【００５４】
（ｉｉｉ）真空槽１１内のアルゴン粒子の数量がターゲット１８への印加電圧に対して過不足ない範囲を超えるとき、アルゴン粒子の数量、すなわち真空槽１１内の圧力が高くなるほど成膜速度が低くなる。
【００５５】
本実施の形態においては、第１の工程における真空槽１１内の圧力が（ｉｉｉ）の圧力範囲に含まれる高圧ＰＨであり、第２の工程における真空槽１１内の圧力が（ｉｉ）の圧力範囲に含まれる低圧ＰＬである。そのため、第１の工程では、基板Ｓが有する凹部の底に金属粒子ＭＰを到達しやすくできるものの、成膜速度が低くなる。一方、第２の工程では、第１の工程における成膜速度の低下を補うべく、第１の工程と比較して、より高い成膜速度が得られる。
【００５６】
本実施の形態のスパッタ方法を用いた成膜処理を実施したときの、スパッタ装置の駆動態様とその作用とを、図４及び図５を参照して説明する。図４は、成膜処理を実施したときの（ａ）マスフローコントローラＭＦＣ、及び（ｂ）（ｃ）（ｄ）各種電源の駆動態様と、（ｅ）真空槽１１内の圧力である成膜圧力、（ｆ）基板Ｓの温度、及び（ｇ）基板Ｓの裏面に供給されるアルゴンガスの圧力の変化のタイミングとを示している。図５は、各工程における金属膜の成長過程を概念的示しており、図５（ａ）は第１の工程における金属膜の成長過程を、図５（ｂ）は第２の工程における金属膜の成長過程をそれぞれ示している。
【００５７】
図４に示されるように、基板Ｓが成膜空間１１ａ内に搬入されると、第１の工程の開始時であるタイミングｔ１にて、マスフローコントローラＭＦＣから成膜空間１１ａ内に、例えば３〜５００ｓｃｃｍの流量Ｆ２にてアルゴンガスが供給される（図４（ａ））。これにより、成膜圧力は圧力ＰＨ、例えば５Ｐａ以上且つ５０Ｐａ以下となる（図４（ｅ））。
【００５８】
次いで、主制御部２２においてチャックコマンド「ＯＮ１」が選択されて、チャック電源Ｇ２からチャック電極１６に例えば１００Ｖのチャック電圧Ｖ１が印加される（図４（ｄ））。これにより、基板Ｓが基板ステージ１４に静電吸着されて、基板Ｓの温度が温度Ｔ１、例えば２００℃以下で維持される（図４（ｆ））。
【００５９】
続いて、ターゲット電源Ｇ３からターゲット１８にターゲット電圧Ｖｔ、例えば１０ｋＷ以上の電圧が印加される。これにより、アルゴンガスからなるプラズマが生成されるとともに、ターゲット１８の被スパッタ面がアルゴンイオンによってスパッタされて金属粒子ＭＰが放出される（図４（ｂ））。
【００６０】
また成膜空間１１ａ内にプラズマが生成されると、バイアス用高周波電源Ｇ１がチャック電極１６に電力量Ｖｂ、例えば７×１０−４Ｗ／ｍｍ２以上且つ７×１０−３Ｗ／ｍｍ２以下の高周波電力を供給する。これにより、基板Ｓに負のバイアス電圧が印加される（
図４（ｃ））。なお、第１の工程では、基板Ｓの裏面にアルゴンガスが供給されないため、それの圧力ＰＡｒは０とされる。
【００６１】
要するに、第１の工程では、
・真空槽１１内の圧力が基準電圧ＰＴＨ以上の高圧ＰＨ
・バイアス用高周波電源Ｇ１が「ＯＮ」
・チャックコマンドとして「ＯＮ１」
これらが選択された条件にて成膜処理が実施される。
【００６２】
これによれば、図５（ａ）に示されるように、ターゲット１８の被スパッタ面から放出された金属粒子ＭＰは、荷電粒子であるアルゴンイオンとの衝突によって電荷を帯び、基板Ｓに印加されたバイアス電圧の作用で凹部Ｈの底に向けた指向性を有するようになる。そのため、凹部Ｈの側壁ばかりでなく、それの底部にもＡｌ−Ｃｕ合金の薄膜であるライナー層ＬＬが形成される。このとき、基板Ｓの温度が２００℃以下とされていることから、ライナー層ＬＬを構成するＡｌ−Ｃｕ合金の粒子の粒径は、その成長が抑えられる。
【００６３】
第１の工程の開始から所定時間が経過すると、タイミングｔ２にて第２の工程が開始される。第２の工程の開始に際してはまず、バイアス用高周波電源Ｇ１がチャック電極１６への高周波電力の供給を停止する（図４（ｃ））。このように、第２の工程においては、それの開始時にバイアス用高周波電源Ｇ１が「ＯＦＦ」とされることから、第１の工程にて形成されたライナー層ＬＬにアルゴンイオンが引き込まれるいわゆる逆スパッタの発生を抑制できる。そのため、ライナー層ＬＬが逆スパッタにより削られることを抑制できる。
【００６４】
次いで、マスフローコントローラＭＦＣから成膜空間１１ａに流量Ｆ２よりも低い流量Ｆ１、例えば２０〜１００ｓｃｃｍにてアルゴンガスが供給される（図４（ａ））。アルゴンガスの流量と排気系の調整によって、成膜圧力が、基準圧力ＰＴＨよりも高い圧力ＰＨから、基準圧力ＰＴＨよりも低い圧力ＰＬ、例えば０．０１Ｐａ以上且つ０．５Ｐａ以下に変更される（図４（ｅ））。そして、チャック電源Ｇ２からチャック電極１６に印加される電圧が、チャック電圧Ｖ１からチャック電圧Ｖ２、例えば８００Ｖに変更される。つまり、主制御部２２によってチャックコマンドとして「ＯＮ２」が選択される。これにより、基板Ｓとヒーター１５との接触面積が大きくなり、ヒーター１５から発せられる熱の伝達効率が高められて、基板Ｓの温度が温度Ｔ１から温度Ｔ２、例えば３５０℃以上且つ４５０℃以下に上昇する（図４（ｆ））。このとき、基板Ｓへの熱の伝導をより高めるために、温調ガス制御部ＴＣから基板Ｓの裏面にアルゴンガスが圧力ＰＡｒ、例えば４００Ｐａの圧力で供給される（図４（ｇ））。
【００６５】
要するに、第２の工程では、
・真空槽１１内の圧力が基準圧力ＰＴＨ未満の低圧ＰＬ
・バイアス用高周波電源Ｇ１が「ＯＦＦ」
・チャックコマンドとして「ＯＮ２」
これらが選択された条件にて成膜処理が実施される。
【００６６】
これによれば、図５（ｂ）に示されるように、ターゲット１８の被スパッタ面から放出された金属粒子ＭＰは、成膜空間１１ａ内の他の粒子との衝突し難く、放出角度の分布を維持して基板Ｓに着弾する。そのため、金属粒子ＭＰは放出時に付与された飛行方向の指向性を有して基板Ｓにまで到達し、バルク層ＬＢを形成する。加えて、金属粒子ＭＰは、荷電粒子等によって散乱されることなく基板Ｓにまで着弾する可能性が高いため、基板Ｓにおける成膜速度が高く維持される。このとき、基板Ｓの温度が３５０℃以上且つ４５０℃以下とされるため、バルク層ＬＢを構成するＡ−Ｃｕ合金の粒子は、第１の工程で形成
されたライナー層ＬＬを構成するＡｌ−Ｃｕ合金の粒子よりも大きい粒径にまで成長する。その結果、ライナー層ＬＬとバルク層ＬＢとの境界では、高温条件との協同によって、バルク層ＬＢが流動性を有するようになる。そしてバルク層ＬＢの流動によって凹部Ｈの内部にＡｌ−Ｃｕ合金膜が流入することとなり、凹部ＨがＡｌ−Ｃｕ合金膜によって埋め込まれることになる。
［実施例］
真空槽内の圧力と基板温度とが異なる第１及び第２の工程からなるスパッタ方法を用いて、基板に形成された凹部としてのビアホールにビアプラグを埋め込む成膜処理を実施した。そして第１及び第２の工程後のビアホール内の断面像と、第１の工程後のビアホール内の断面像とを走査型電子顕微鏡によって撮像し、各工程の埋め込み性を評価した。なお、スパッタ装置が有するターゲットとしては、Ａｌ−Ｃｕ合金を用いた。
【００６７】
・ビアホールの形状
開口部の直径 １３６ｎｍ
底面の直径 １３６ｎｍ
開口部と底部との間の長さ（ビアホールの深さ） ２８６ｎｍ
アスペクト比 ２．１
・ＴＳ距離 ４５ｍｍ
・ターゲット電圧（ＤＣ） １４ｋＷ
・真空槽内の圧力（アルゴンガス供給流量）
第１の工程 ２０Ｐａ（５５ｓｃｃｍ）
第２の工程 ０．１２Ｐａ（３０ｓｃｃｍ）
・バイアス電圧（規格値）
第１の工程 ２００Ｗ（０．００３Ｗ／ｍｍ２）
第２の工程 ０Ｗ
・膜厚
ライナー層 ２００ｎｍ
バルク層 ５００ｎｍ
上記条件によれば、Ａｌ−Ｃｕ合金によってビアホール内が完全に埋め込まれていることが分った。また第１の工程により形成されたライナー層のうちビアホール底面の膜厚をＴｂ、ビアホール側面の膜厚Ｔｄ、開口外側の膜厚Ｔｏを測定した結果、ビアホール底面の被覆率（Ｔｂ／Ｔｏ×１００）が３９．５％であり、ビアホール側面の被覆率（Ｔｓ／Ｔｏ×１００）が１９％であった。そして、本実施の形態に記載のスパッタ方法を用いた成膜処理にあっては、同実施の形態に記載の各種条件が満たされていればライナー層による凹部の内表面の被覆率が高く維持されることが分った。また同実施の形態に記載の各種条件が満たされていればライナー層とバルク層とによって凹部の埋め込み性が高く維持されることも分った。
【００６８】
以上説明したように、本実施の形態によれば、以下に列挙する効果が得られるようになる。
（１）第１の工程では、ターゲット１８から放出された金属粒子ＭＰとプラズマ中の荷電粒子ＩＰとが衝突する圧力ＰＨでターゲット１８をスパッタして電荷を帯びた金属粒子ＭＰを生成し、該電荷を帯びた金属粒子ＭＰを凹部の内部に向けてバイアス電圧により引き込むようにした。これにより、第１の工程においては、スパッタされた金属粒子ＭＰがプラズマ中の荷電粒子ＩＰと衝突して電荷を帯びた金属粒子ＭＰとなる。そして、基板Ｓの近傍である領域Ｃに到達する金属粒子ＭＰは、プラズマ中の多重散乱により指向性を失うが、基板Ｓに印加されたバイアス電圧によって、基板Ｓに設けられた凹部の内部に向けて飛行するようになる。その結果、基板Ｓに設けられたれた凹部の底に金属粒子ＭＰが到達しやすくなり、凹部の内表面における金属粒子ＭＰの被覆率が向上される。
【００６９】
（２）第２の工程においては、基板Ｓへのバイアス電圧が印加されていない状態で成膜を実施するようにした。そのため、プラズマ中のアルゴンイオンがバイアス電圧によって引き込まれて基板Ｓに付着した金属粒子ＭＰをスパッタするいわゆる逆スパッタが抑えられる。
【００７０】
（３）第１の工程における基板Ｓの温度Ｔ１を第２の工程における基板Ｓの温度Ｔ２よりも低くした。これにより、凹部内に付着した金属粒子ＭＰの粒径が第１の工程と第２の工程とで互いに異なるようになる。そのうえ、金属粒子が凹部内へ流動するように、第２の工程における基板の温度を第１の工程における基板の温度よりも高くした。その結果、第１の工程にて形成される金属膜と第２の工程にて形成される金属膜との界面において、第２の工程にて付着した金属粒子の流動性が促進されて凹部内に金属材料が埋め込まれやすくなる。つまり、単一のスパッタ装置を用いて金属材料を凹部内に埋め込む際に、該金属材料の埋め込み性を高めることが可能である。
【００７１】
（４）第２の工程における真空槽１１内の圧力が第１の工程よりも低い圧力とされるため、スパッタされた金属粒子ＭＰと他の粒子との衝突頻度が第１の工程よりも低くなる。その結果、スパッタされた金属粒子ＭＰが散乱され難くなる分、単位時間当たりに基板Ｓに到達する金属粒子ＭＰの数が増加して成膜速度が第１の工程よりも高くなる。第２の工程においては金属粒子ＭＰに与えられる流動性によって埋め込み性が担保されるため、この第２の工程の成膜速度が高くなる分、埋め込み性を維持しつつ処理速度を高くすることが可能となる。
【００７２】
（５）チャック電極１６に印加するチャック電圧によって基板Ｓの温度を変更するようにした。これにより、真空槽１１内に生成されるプラズマの状態を変更させることなく、基板Ｓの温度のみを２段階に変更することができる。それゆえに、プラズマから基板Ｓへ供給される熱量に関わらず基板Ｓの温度のみを変更することが可能であるため、第１の工程や第２の工程における圧力等の各種の条件から基板Ｓの温度に関わる制約を取り除くことが可能である。ひいては、第１の工程や第２の工程における各種の条件の自由度を拡張させて、金属材料の埋め込み性をより向上させることが可能である。
【００７３】
（４）金属粒子ＭＰの飛行距離であるＴＳ距離ＤＴＳが３０ｍｍ以上且つ９０ｍｍ以下とし、且つ、第１の工程での圧力が５Ｐａ以上且つ５０Ｐａ以下とし、且つ、高周波電力を７×１０−４Ｗ／ｍｍ２以上且つ７×１０−３Ｗ／ｍｍ２以下とした。これにより、放出された金属粒子ＭＰと荷電粒子ＩＰとの衝突と、電荷を帯びた金属粒子の引き込みとをより確実に起こすことができる。
【００７４】
（５）金属粒子ＭＰの飛行距離であるＴＳ距離が３０ｍｍ以上且つ９０ｍｍ以下とし、且つ、第２の工程における真空槽１１内の圧力を０．０１Ｐａ以上且つ０．５Ｐａ以下とした。これにより、ターゲット１８をスパッタする粒子数を確保しながらも、スパッタ粒子と真空槽１１内の各種粒子との衝突回数を抑制でき、上記成膜レートを向上させることができる。
【００７５】
（６）第１の工程での基板Ｓの温度を２０℃以上且つ２００℃以下とした。これにより、第１の工程にて形成されるＡｌ−Ｃｕ合金膜中の金属粒子の粒径の拡大が抑えられる。
（７）第２の工程での基板Ｓの温度を３５０℃以上且つ４５０℃以下とした。これにより、第２の工程にて形成されるＡｌ−Ｃｕ合金膜の流動性が確実に発現可能となる。
【００７６】
なお、上記実施の形態は、以下のように適宜変更して実施することもできる。
・チャックコマンドは「ＯＦＦ」、「ＯＮ１」、「ＯＮ２」の３種類に限られず、４種類以上設定される構成であってもよい。またチャックコマンドによって設定されるチャッ
ク電圧の値は任意に変更することが可能である。
【００７７】
・第２の工程では、基板Ｓの裏面にアルゴンガスを供給することとした。これに限らず、静電的な吸着力によって基板Ｓの温度が十分に高められるのであれば、アルゴンガスが供給されない構成でもよい。また、第２の工程で形成される金属膜中の結晶粒に流動性が与えられるのであれば、第１の工程と第２の工程との両方において、基板Ｓの裏面にアルゴンガスが供給される構成でもよい。
【００７８】
・真空槽１１に供給されるアルゴンガスの供給流量を維持しつつ排気部の排気能力を変更することによって真空槽１１内の圧力を調整する構成でもよい。また真空槽１１に供給されるアルゴンガスの供給流量と排気部の排気能力とを変更することによって真空槽１１内の圧力を調整する構成でもよい。
【００７９】
・上述したスパッタ装置は、磁気回路２１を備えていない装置に具現化することも可能であり、また上述したスパッタ方法は、こうした構成からなる装置を用いて実行することも可能である。
【００８０】
・基板Ｓにバイアス電圧を印加するための高周波電力の供給先と、基板Ｓを静電吸着するためのチャック電圧の印加先とが別である構成とした。これを変更して、高周波電力の供給先と、基板Ｓを静電吸着するためのチャック電圧の印加先を単一の電極としてもよい。高周波電力の供給先となる電極と、直流電圧の印加先となる電極とを各別に基板ステージ１４に内設する構成でもよい。
【００８１】
・第１の工程及び第２の工程の成膜圧力を定めるための基準圧力ＰＴＨは、金属粒子ＭＰが荷電粒子ＩＰと１回衝突する圧力に限られず、基板Ｓに形成された凹部の形状に応じて、金属粒子ＭＰが荷電粒子ＩＰとｎ回（ｎ≧２）衝突する圧力でもよい。これは、凹部の形状によって、基板Ｓに印加されたバイアス電圧によって引き込まれるべき金属粒子ＭＰの数と、凹部の内表面の被覆率とが異なるためである。
【００８２】
・Ａｌ−Ｃｕ合金を主成分とするターゲット１８を用いて、Ａｌ−Ｃｕ合金膜を形成することとした。これに限らず、他の金属材料を主成分とするターゲットを用いて、アルミＡｌ−Ｃｕ合金以外の金属からなる配線を形成するようにしてもよい。
【００８３】
・チャック電圧を維持しつつヒーター１５の温度を直接変更することによって基板Ｓの温度を変更する構成でもよい。またチャック電圧とヒーター１５の出力とを変更することによって基板Ｓの温度を変更する構成でもよい。
【００８４】
・第２の工程の成膜圧力と第１の工程の成膜圧力とが同じでもよい。これによれば、第２の工程にて成膜速度は高められないものの、第１の工程と同等の成膜速度は担保されることになる。
【符号の説明】
【００８５】
１１…真空槽、１１ａ…成膜空間、１２…供給配管、１３…排気配管、１４…基板ステージ、１５…ヒーター、１５ａ…凹部、１５ｂ…温調ガス流路、１６…チャック電極、１７…防着板、１８…ターゲット、１９…ターゲット電極、２１…磁気回路、２２…主制御部、２３…記憶部、Ｇ１…バイアス用高周波電源（バイアス電源）、Ｇ２…チャック電源、Ｇ３…ターゲット電源、Ｈ…凹部、ＨＣ…ヒーター制御部、ＬＢ…バルク層、ＬＩ…絶縁層、ＬＬ…ライナー層、ＭＦＣ…流量調量部、ＰＵ…排気部、Ｓ…基板、ＴＣ…温調ガス制御部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁膜に形成された凹部に金属材料を埋め込むスパッタ方法、及び該スパッタ方法に用いられるスパッタ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置においては、従来から、高機能化や縮小化を目的として、複数の配線をビアプラグによって接続した多層配線構造が広く採用されている。近年では、多層配線構造の微細化に応えるために、ビアプラグが微細化されている一方、この微細化によって電流密度が増大してエレクトロマイグレーションが深刻化しつつある。
【０００３】
エレクトロマイグレーションを低減する提案としては、例えば特許文献１に記載のように、２つのスパッタ工程によってビアプラグを形成する２ステップのスパッタ方法が知られている。２ステップのスパッタ方法では、まず小さい粒径の結晶粒からなるライナー層がビアホールの内面の全体に形成され、次いで粒径の大きい結晶粒からなるバルク層がライナー層の内側に加熱によって埋め込まれる。こうした２ステップのスパッタ方法によれば、ビアプラグを構成する結晶粒の境界がビアプラグの延びる方向と平行な方向に揃いやすく、ビアプラグの延びる方向と垂直な方向には揃い難くなる。その結果、結晶粒の境界の方向と電流の方向とに起因したエレクトロマイグレーションが抑えられ、上記多層配線構造を有する半導体装置の信頼性を向上させることが可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２６０７７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、２ステップスパッタ法によって形成されるライナー層及びバルク層には、ビアホールへの埋め込み性を高めるために、以下のような互いに異なる成膜条件が必要とされる。まずビアホールの内面の全体に成膜されるライナー層に対しては、ライナー層自体の高い被覆性と、バルク層よりも小さい粒径を得るための低い成膜温度とが必要とされる。次いでライナー層に積層されるバルク層に対しては、ライナー層よりも大きな粒径と、ライナー層上で結晶粒が流れるための高い成膜温度とが必要とされる。そのため、上述した２ステップのスパッタ方法においては、スパッタ方式が互いに異なる２種類のスパッタ装置によって、ライナー層とバルク層とが形成されている。
【０００６】
ライナー層を形成するスパッタ装置としては、ターゲットと基板との間の距離であるＴＳ距離を長くして、ターゲットからスパッタされた粒子を基板に対してほぼ垂直に飛行させる方式、いわゆるロングスロー方式が採用されている。加えて、ライナー層の形成時において基板を加熱しない方式が併用されている。これらの方式によれば、ビアホールの底面に対してほぼ垂直にスパッタ粒子が飛行することから、ライナー層自体が高い被覆性を有するようになる。そのうえ、例えば２００℃以下の低温に基板の温度が保たれることになるため、絶縁膜に付着したスパッタ粒子が結晶粒として成長し難くなり、ライナー層を構成する結晶粒の粒径が比較的小さくなる。
【０００７】
これに対して、バルク層を形成するスパッタ装置としては、バルク層の形成時において基板を加熱して結晶粒を流動させる方式、いわゆるリフロー方式が採用されている。加えて、様々な方向に飛行する粒子を基板に付着させるように、ＴＳ距離を短くした方式が採
用されている。これらの方式によれば、例えば４００℃という高温に基板の温度が保たれることになるため、ライナー層を構成する結晶粒よりも大きい粒径からなる結晶粒がライナー層上に形成される。そして、上層を構成する結晶粒に流動性が発現されるようになる結果、バルク層を構成する結晶粒は、スパッタ粒子の飛行した方向にかかわらず、ビアホールの開口付近やビアホールの内周面付近からビアホールの底に向けて流れてビアホールの内部の全体を埋め込むようになる。
【０００８】
しかしながら、ライナー層とバルク層とを形成するために２つの異なるスパッタ方式が採用されると、スパッタ方式に即した個別のスパッタ装置が少なくとも２台必要となる。そのうえ、バルク層を形成する前にライナー層が大気に触れることを回避するためには、２台のスパッタ装置の間を例えば真空搬送チャンバといった他の真空装置によって連結することが必要となる。その結果、半導体装置を製造する装置の大型化や煩雑化が免れ得ないことになる。
【０００９】
なお、製造装置の大型化や煩雑化という問題は、上記ビアプラグの他、能動素子と配線とを接続するコンタクトプラグを形成する装置にも起こりえる問題であって、ロングスロー方式とリフロー方式とを用いて１つの配線要素を形成する装置に概ね共通する問題である。
【００１０】
本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、単一のスパッタ装置によって金属材料を凹部に埋め込む際にその埋め込み性を向上させることができるスパッタ方法及び該スパッタ方法に用いられるスパッタ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、真空槽内に生成されたプラズマ中のイオンで該真空槽内に設けられた金属ターゲットをスパッタすることによって該真空槽内に配置された基板が有する凹部の内部に金属材料を埋め込むスパッタ方法において、前記基板にバイアス電圧を印加しつつ前記金属ターゲットをスパッタする第１の工程と、前記基板にバイアス電圧を印加しない状態で前記金属ターゲットをスパッタする第２の工程とを前記真空槽内で順に実行し、前記第１の工程では、前記金属ターゲットから放出された金属粒子と前記プラズマ中の荷電粒子とが衝突する圧力で前記金属ターゲットをスパッタして電荷を帯びた金属粒子を生成し、該電荷を帯びた金属粒子を前記凹部の内部に向けて前記バイアス電圧により引き込み、前記第２の工程では、前記基板に付着する金属粒子が前記凹部内に流動するように前記基板の温度を前記第１の工程よりも高くして前記金属ターゲットをスパッタすることをその要旨とする。
【００１２】
本発明のスパッタ方法によれば、第１の工程においては、スパッタされた金属粒子がプラズマ中の荷電粒子と衝突して電荷を帯びた金属粒子となる。金属粒子は、プラズマ中の多重散乱により指向性を失うが、基板に印加されたバイアス電圧によって、基板に設けられた凹部の内部に向けて飛行するようになる。その結果、基板に設けられた凹部の底に金属粒子が到達しやすくなり、凹部の内表面における金属粒子の被覆率が向上される。一方、第２の工程においては、バイアス電圧が基板に印加されていない状態で成膜が実施されるため、プラズマ中のイオンがバイアス電圧によって引き込まれて基板に付着した金属粒子をスパッタするいわゆる逆スパッタが抑えられる。その結果、第２の工程における成膜速度は、第１の工程における成膜速度と比較して高くなる。
【００１３】
そして、第１の工程における基板の温度が第２の工程における基板の温度よりも低いため、凹部内に付着した金属粒子の粒径が第１の工程と第２の工程とで互いに異なるようになる。そのうえ、第２の工程における基板の温度が金属粒子を凹部内へ流動させる温度で
あるため、第１の工程にて凹部内に形成される金属膜中の結晶粒の粒径は、第２の工程にて形成される金属膜中の結晶粒の粒径よりも小さくなる。その結果、第１の工程にて形成される金属膜と第２の工程にて形成される金属膜との界面において、第２の工程にて付着した金属粒子の流動性が促進されて凹部内に金属材料が埋め込まれやすくなる。
【００１４】
このように、本発明のスパッタ方法によれば、単一のスパッタ装置を用いて金属材料を凹部内に埋め込む際に、該金属材料の埋め込み性を高めることが可能である。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のスパッタ方法において、前記第２の工程では、前記真空槽内の圧力を前記第１の工程よりも低くして前記金属ターゲットをスパッタすることをその要旨とする。
【００１５】
この発明によれば、第２の工程における真空槽内の圧力が第１の工程よりも低い圧力とされるため、スパッタされた金属粒子と他の粒子との衝突頻度が第１の工程よりも低くなる。その結果、スパッタされた金属粒子が散乱され難くなる分、単位時間当たりに基板に到達する金属粒子の数が増加して成膜速度が第１の工程よりも高くなる。第２の工程においては金属粒子に与えられる流動性によって埋め込み性が担保されるため、この第２の工程の成膜速度が高くなる分、埋め込み性を維持しつつ埋め込み処理の速度を高くすることが可能となる。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のスパッタ方法において、前記真空槽内に設けられて前記基板を静電的に吸着し、且つ、吸着力に応じた熱量で前記基板を加熱する静電チャックを用い、前記第１の工程では、前記静電チャックの電極に第１の直流電圧を印加する、前記第２の工程では、前記静電チャックの電極に前記第１の直流電圧よりも高い第２の直流電圧を印加することによって、前記基板の温度を前記第１の工程よりも高くすることをその要旨とする。
【００１７】
一般に、真空槽内で基板を加熱する加熱機構としては、基板を静電的に吸着する静電チャックに該基板を加熱するためのヒーターを搭載して基板と静電チャックとの機械的な接触によって基板に熱を与えるものが知られている。この発明によるように、相対的に高い基板温度が必要とされる第２の工程で第１の工程よりも高い直流電圧を静電チャックの電極に印加すれば、真空槽内に生成されるプラズマの状態を変更させることなく、基板の温度のみを２段階に変更することができる。それゆえに、プラズマから基板へ供給される熱量に関わらず基板の温度のみを変更することが可能であるため、第１の工程や第２の工程における圧力等の各種の条件から基板の温度に関わる制約を取り除くことが可能である。ひいては、第１の工程や第２の工程における各種の条件の自由度を拡張させて、金属材料の埋め込み性をより向上させることが可能である。
【００１８】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載のスパッタ方法において、前記金属ターゲットがアルミニウムを含んでなるターゲットであり、前記金属ターゲットと前記基板との距離が３０ｍｍ以上且つ９０ｍｍ以下であり、前記第１の工程では、周波数が１３．５６ＭＨｚの高周波電力を前記基板に供給することによって前記基板にバイアス電圧を印加し、前記真空槽内の圧力が５Ｐａ以上且つ５０Ｐａ以下であり、前記基板の温度が２０℃以上且つ２００℃以下であり、前記高周波電力が７×１０−４Ｗ／ｍｍ２以上且つ７×１０−３Ｗ／ｍｍ２以下である、前記第２の工程では、前記真空槽内の圧力が０．０１Ｐａ以上且つ０．５Ｐａ以下であり、前記基板の温度が３５０℃以上且つ４５０℃以下であることをその要旨とする。
【００１９】
この発明によれば、金属粒子の飛行距離であるターゲットと基板との距離が３０ｍｍ以上且つ９０ｍｍ以下であって、且つ、第１の工程での圧力が５Ｐａ以上且つ５０Ｐａ以下である。ターゲットから放出された金属粒子とプラズマ中の荷電粒子との衝突頻度とは、
ターゲットと基板との距離が長くなるほど、また真空槽内の圧力が高くなるほど、高くなる。また電荷を帯びた金属粒子とは、ターゲットと基板との距離が短くなるほど、基板に印加されるバイアス電圧によって引き込まれやすくなる。この点、上記スパッタ方法においては、第１の工程での真空槽内の圧力と、ターゲットと基板との距離と、高周波電力の供給量とが上記の範囲に設定されるため、放出された金属粒子と荷電粒子との衝突と、電荷を帯びた金属粒子の引き込みとがより確実に起こるようになる。
【００２０】
また、金属粒子の飛行距離であるターゲットと基板との距離が３０ｍｍ以上且つ９０ｍｍ以下であって、且つ、第２の工程における真空槽内の圧力が０．０１Ｐａ以上且つ０．５Ｐａ以下である。ターゲットから放出された金属粒子の基板の表面への到達頻度は、ターゲットから放出された金属粒子が真空槽内に滞在するガスによって散乱されないほど高くなる。この点、上記スパッタ方法においては、ターゲットをスパッタする粒子数を確保しながらも、スパッタ粒子と真空槽内の各種粒子との衝突回数を抑制でき、上記成膜レートを向上させることができる。
【００２１】
加えて、第１の工程での基板の温度が２０℃以上且つ２００℃以下であるため、第１の工程にて形成されるアルミニウム含有膜の粒子径の拡大が抑えられる。また第２の工程での基板の温度が３５０℃以上且つ４５０℃以下であるため、第２の工程にて形成されるアルミニウム含有膜の流動性が確実に発現可能となる。
【００２２】
請求項５に記載の発明は、真空槽内に設けられた金属ターゲットを前記真空槽内に生成されたプラズマ中のイオンでスパッタすることによって前記真空槽内に配置された基板が有する凹部の内部に金属材料を埋め込むスパッタ装置において、前記真空槽内の圧力を調整する圧力調整部と、前記基板にバイアス電圧を印加するバイアス電源と、前記基板の温度を調整する温調部と、これら圧力調整部、バイアス電源、及び温調部の駆動態様を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記金属ターゲットから放出された金属粒子と前記プラズマ中の荷電粒子とが衝突するように前記真空槽内の圧力を調整することによって電荷を帯びた金属粒子を生成するとともに、該電荷を帯びた金属粒子を前記凹部の内部に引き込むように前記基板に前記バイアス電圧を印加した後、前記バイアス電圧を印加しない状態で、前記真空槽内の圧力を低くするとともに、前記基板に付着する金属粒子が前記凹部内に流動するように前記基板の温度を高くすることをその要旨とする。
【００２３】
本発明のスパッタ装置によれば、まずスパッタされた金属粒子がプラズマ中の荷電粒子と衝突して電荷を帯びた金属粒子となる。金属粒子は、プラズマ中の多重散乱により指向性を失うが、基板に印加されたバイアス電圧によって、基板に設けられた凹部の内部に向けて飛行するようになる。その結果、基板に設けられたれた凹部の底に金属粒子が到達しやすくなり、凹部の内表面における金属粒子の被覆率が成膜の初期において向上される。次いで、バイアス電圧が基板に印加されていない状態で成膜が継続されるため、プラズマ中のイオンがバイアス電圧によって引き込まれて基板に付着した金属粒子をスパッタするいわゆる逆スパッタが抑えられる。その結果、初期膜が形成された後の成膜速度は、初期膜の形成時における成膜速度と比較して高くなる。
【００２４】
そして、初期膜の形成時における基板の温度が初期膜の形成後における基板の温度よりも低いことから、凹部内に付着した金属粒子の粒径が初期膜と初期膜に積層される膜とで互いに異なるようになる。そのうえ、初期膜の形成後における基板の温度が金属粒子を凹部内へ流動させる温度であるため、凹部内に形成される初期膜中の結晶粒の粒径は、初期膜に積層される膜中の結晶粒の粒径よりも小さくなる。その結果、初期膜と初期膜に積層される膜との界面において、初期膜に積層される膜中の金属粒子の流動性が促進されて凹部内に金属材料が埋め込まれやすくなる。
【００２５】
このように、本発明のスパッタ装置によれば、単一のスパッタ装置を用いて金属材料を凹部内に埋め込む際に、該金属材料の埋め込み性を高めることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施の形態にかかるスパッタ装置の概略構成を示す概略構成図。
【図２】スパッタ装置に設けられたチャック電源の駆動態様とチャック電圧との関係を示す図。
【図３】（ａ）高圧雰囲気での成膜処理における金属粒子の挙動を概念的に示す概念図、（ｂ）低圧雰囲気での成膜処理における金属粒子の挙動を概念的に示す概念図。
【図４】（ａ）〜（ｇ）本実施の形態のスパッタ方法を用いた成膜処理における各種動作及びそれの作用のタイミングを示すタイミングチャート。
【図５】（ａ）高圧雰囲気下の成膜工程における膜成長を概念的に示す概念図、（ｂ）低圧雰囲気下の成膜工程における膜成長を概念的に示す概念図。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下に、本発明のスパッタ方法、及び該スパッタ方法を実施するためのスパッタ装置を具現化した一実施の形態について、図１〜図５を参照して説明する。図１は、スパッタ装置の概略構成を示している。
【００２８】
スパッタ装置が有する真空槽１１の内部には、処理対象である基板Ｓに成膜処理を施す成膜空間１１ａが形成されている。真空槽１１には、例えばアルゴン（Ａｒ）ガス等のスパッタガスの流量を調整するマスフローコントローラＭＦＣが、供給配管１２を介して連結されている。マスフローコントローラＭＦＣからは、アルゴンガスが所定範囲の流量で成膜空間１１ａ内に供給される。なお、スパッタガスとしては、アルゴンガスに限らず、ネオン（Ｎｅ）ガス、クリプトン（Ｋｒ）、あるいはキセノン（Ｘｅ）ガス等の希ガス元素の気体を用いることができる。
【００２９】
真空槽１１には、ターボ分子ポンプやドライポンプ等を有してなる排気部ＰＵが、排気配管１３を介して連結されている。マスフローコントローラＭＦＣが成膜空間１１ａに供給するガスの単位時間あたりの流量と排気部ＰＵの排気速度とによって成膜空間１１ａの圧力が決定される。本実施の形態では、排気部ＰＵの排気速度が一定に維持されて、マスフローコントローラＭＦＣの供給するガスの流量が変更されることによって、成膜空間１１ａ内の圧力が所定の値に調整される。本実施の形態では、例えば、マスフローコントローラＭＦＣ、供給配管１２、排気部ＰＵ、及び排気配管１３が圧力調整部を構成する。
【００３０】
真空槽１１の内部である成膜空間１１ａには、基板Ｓを載置して該基板Ｓの位置を固定する基板ステージ１４が設けられている。基板ステージ１４の内部には、基板Ｓの載置面を構成するヒーター１５が設けられている。ヒーター１５には、これに供給する電流値を制御して、ヒーター１５の温度を調整するヒーター制御部ＨＣが接続されている。ヒーター１５は、それに載置された基板Ｓを加熱して、基板Ｓの温度を所定範囲に調整する。本実施の形態では、温調部として例えばヒーター１５が温調部を構成する。
【００３１】
ヒーター１５には、基板Ｓが載置される面に開口する複数の凹部１５ａと、凹部１５ａと温調ガス制御部ＴＣとを連通する温調ガス流路１５ｂが形成されている。温調ガス制御部ＴＣからは、温調ガス流路１５ｂを通して凹部１５ａに所定の流量でヘリウムガス等の温調ガスが供給される。凹部１５ａに供給された温調ガスは、ヒーター１５の発する熱の媒体となり、ヒーター１５に載置された基板Ｓにヒーター１５の熱を効率よく伝える。なお、上述した温調ガスとしては、上述のヘリウムガスに限らず、例えばアルゴンガスや窒素ガス等の不活性ガスを用いることができる。
【００３２】
基板ステージ１４には、バイアス用高周波電源Ｇ１が接続されている。またヒーター１５の内部に設けられたチャック電極１６には、チャック電源Ｇ２が接続されている。
バイアス用高周波電源Ｇ１は、所定の高周波電力を基板ステージ１４に供給する。そしてバイアス用高周波電源Ｇ１から基板ステージ１４に高周波電力が供給されると、基板Ｓに負のバイアス電圧が印加される。チャック電源Ｇ２は、基板Ｓをヒーター１５に吸着させるための所定の直流電圧をチャック電極１６に印加する。そしてチャック電源Ｇ２からチャック電極１６に直流電圧が印加されると、直流電圧に応じた静電気力が基板Ｓとヒーター１５との間に発生して基板Ｓが静電的にヒーター１５に吸着される。本実施の形態では、これら基板ステージ１４、ヒーター１５、チャック電極１６、及びチャック電源Ｇ２によって、基板Ｓを静電的に吸着しつつ加熱する静電チャックが構成されている。
【００３３】
基板ステージ１４の上方には、基板Ｓの周方向の略全体に渡って、円筒形状の防着板１７が配設されている。防着板１７は、成膜空間１１ａ内で成膜処理が実施されるとき、真空槽１１の内壁に対するスパッタ粒子の付着を抑制する。
【００３４】
基板ステージ１４の直上、且つ防着板１７の上方には、アルミニウム−銅合金（Ａｌ−Ｃｕ）を主成分として円板状に形成されたターゲット１８が配設されている。ターゲット１８には、ターゲット電源Ｇ３に接続されたターゲット電極１９が取り付けられている。ターゲット電極１９は、ターゲット１８の被スパッタ面と基板Ｓの被成膜面とが相対向し、且つターゲット１８と基板Ｓとの距離であるＴＳ距離ＤＴＳが所定の距離になるように真空槽１１に固定されている。
【００３５】
ターゲット電極１９の上方には、ターゲット１８の被スパッタ面に沿ってマグネトロン磁場を形成する磁気回路２１が配設されている。そしてターゲット電極１９にターゲット電源Ｇ３から所定の直流電圧が印加されると、成膜空間１１ａ内に供給されたスパッタガスがターゲット１８の被スパッタ面の近傍でプラズマ化される。さらに、磁気回路２１の形成するマグネトロン磁場によって、ターゲット１８の被スパッタ面の近傍でプラズマ密度が高くなる。
【００３６】
スパッタ装置には、バイアス用高周波電源Ｇ１、チャック電源Ｇ２、及びターゲット電源Ｇ３を含む各種電源と、ヒーター制御部ＨＣ及び温調ガス制御部ＴＣ等の各種制御部が電気的に接続された主制御部２２が設けられている。主制御部２２は、各種電源、及び各種制御部に、それらの駆動態様を制御するための各種の命令（コマンド）を与える。主制御部２２が有する記憶部２３には、各種電源、及び各種制御部の駆動態様とコマンドとを対応付けたテーブルなどが格納されている。
【００３７】
スパッタ装置では、ヒーター１５が所定の温度に加熱された状態で基板Ｓが成膜空間１１ａに搬入されると、所定流量のアルゴンガスが成膜空間１１ａに供給される。次いで、チャック電源Ｇ２からチャック電極１６に所定の直流電圧が印加され、基板Ｓが基板ステージ１４に静電吸着される。その後、ターゲット電源Ｇ３から所定の電圧がターゲット１８に印加されることによってアルゴンガスからなるプラズマが生成されて、ターゲット１８の被スパッタ面がプラズマ中のアルゴンイオンによってスパッタされる。
【００３８】
本実施の形態において、スパッタ装置の処理対象は、絶縁膜に形成された凹部を有する基板Ｓであり、スパッタ装置は、成膜空間１１ａ内での成膜処理を通じてＡｌ−Ｃｕからなる配線を凹部内に形成する。主制御部２２が実行する成膜処理は、基板Ｓにバイアス電圧を印加しつつターゲット１８をスパッタする第１の工程と、基板Ｓにバイアス電圧を印加せずにターゲット１８をスパッタする第２の工程とによって構成される。主制御部２２は、これら第１の工程と第２の工程とを順に実行する。第１の工程では、ターゲット１８のスパッタによって放出されたスパッタ粒子と、正電荷を有したアルゴンイオンとが衝突
するように、真空槽１１内の圧力が設定される。第２の工程では、スパッタ粒子とアルゴンイオンとの衝突が起こらないように、真空槽１１内の圧力が第１の工程における圧力よりも低く設定される。また、第２の工程では、基板Ｓの温度が、第１の工程における基板Ｓの温度よりも高く設定される。なお、成膜処理に際しては、第１の工程及び第２の工程に渡り、ヒーター制御部ＨＣからヒーター１５に所定の電流が供給されてヒーター１５の温度が４００℃に維持されている。そして基板Ｓとヒーター１５との間に作用する静電的な吸着力によって基板Ｓの温度が制御されている。
【００３９】
上記第１の工程及び第２の工程での基板温度の調節方法を、図２を参照して説明する。図２は、スパッタ装置に設けられた主制御部２２がチャック電源Ｇ２に出力する命令であるチャックコマンドとチャック電源Ｇ２がチャック電極１６に印加するチャック電圧とを対応付けたテーブルを示している。
【００４０】
チャックコマンドには、「ＯＦＦ」、「ＯＮ１」、及び「ＯＮ２」の３種類が用意されている。主制御部２２がチャックコマンド「ＯＦＦ」を選択してチャック電源Ｇ２に出力すると、チャック電源Ｇ２は、チャック電極１６に印加するチャック電圧を０Ｖとする。また、主制御部２２がチャックコマンド「ＯＮ１」を選択してチャック電源Ｇ２に出力すると、チャック電源Ｇ２は、チャック電極１６に印加するチャック電圧を１００Ｖ（第１の直流電圧）とする。そして、主制御部２２がチャックコマンド「ＯＮ２」を選択してチャック電源Ｇ２に出力すると、チャック電源Ｇ２は、チャック電極１６に印加するチャック電圧を８００Ｖ（第２の直流電圧）とする。
【００４１】
チャック電圧が０Ｖに設定されると、基板Ｓとヒーター１５との間に静電的な吸着力が発現せず、基板Ｓが基板ステージ１４に吸着されない状態となる。チャック電圧が１００Ｖ及び８００Ｖに設定されると、基板Ｓとヒーター１５との間に静電的な吸着力が発現し、基板Ｓが基板ステージ１４に吸着された状態となる。チャック電圧が１００Ｖに設定される場合、チャック電圧が８００Ｖに設定される場合と比較して、基板Ｓとヒーター１５との間の吸着力が弱くなり、ヒーター１５から基板Ｓへ熱が伝わり難くなる。そのため、チャック電圧が１００Ｖに設定される場合、チャック電圧が８００Ｖに設定される場合よりも基板の温度が低くなる。
【００４２】
本実施の形態では、成膜処理が実施されていないとき、及び成膜処理が完了したときに、主制御部２２によってチャックコマンド「ＯＦＦ」が選択される。また、第１の工程が実施されるときに、主制御部２２によってチャックコマンド「ＯＮ１」が選択され、基板Ｓの温度が２００℃以下に維持される。そして、第２の工程が実施されるときに、主制御部２２によってチャックコマンド「ＯＮ２」が選択され、基板Ｓの温度が３５０℃以上且つ４５０℃以下に維持される。
【００４３】
このような構成によれば、チャック電極１６に印加するチャック電圧によって基板Ｓの温度を変更するようにしているため、真空槽１１内に生成されるプラズマの状態を変更させることなく、基板Ｓの温度のみを段階的に変更することができる。そして、プラズマから基板Ｓへ供給される熱量に関わらず基板Ｓの温度のみを変更することが可能であるため、第１の工程や第２の工程における圧力等の各種の条件から基板Ｓの温度に関わる制約を取り除くことが可能である。
【００４４】
ここで、成膜処理によって基板Ｓ上に形成されるＡｌ−Ｃｕ膜の構成粒子は、成膜時の基板温度に依存することが知られている。詳しくは、成膜処理時の基板Ｓの温度が低い程、Ａｌ−Ｃｕ膜を構成する粒子の粒径は小さくなり、基板Ｓの温度が高い程、Ａｌ−Ｃｕ膜を構成する粒子の粒径は大きくなる。そのため、本実施の形態では、第１の工程で形成されたＡｌ−Ｃｕ膜を構成する粒子の粒径よりも、第２の工程で形成されたＡｌ−Ｃｕ膜
を構成する粒子の粒径の方が大きくなる。
【００４５】
次に、成膜処理時の真空槽１１内の圧力がスパッタ粒子である金属粒子の軌道や金属膜の成膜速度に与える作用を、図３を参照して説明する。図３（ａ）は、真空槽１１内を高圧ＰＨの雰囲気として成膜処理を実施したときの金属粒子の挙動を概念的に示しており、図３（ｂ）は、真空槽１１内を低圧ＰＬの雰囲気として成膜処理を実施したときの金属粒子の挙動を概念的に示している。なお、図３（ａ）に示される高圧雰囲気の成膜処理では、基板Ｓにバイアス電圧が印加されてもいる。また上述のように、本実施の形態では、真空槽１１内に供給配管１２を介して供給されるアルゴンガスの単位時間あたりの流量を変更することによって、真空槽１１内の圧力を調整している。
【００４６】
図３（ａ）に示されるように、真空槽１１内の圧力を５Ｐａ以上且つ５０Ｐａ以下の高圧ＰＨの条件としてターゲット１８に例えば１０ｋＷ以上の電圧を印加する成膜処理を実施すると、成膜空間１１ａにおけるターゲット１８近傍の領域Ａにて、アルゴンガスが励起されて正イオンとなる。そして領域Ａ内の正イオンとなったアルゴンが、ターゲット１８の被スパッタ面をスパッタし、Ａｌ、Ｃｕ、あるいはＡｌとＣｕとの合金からなる金属粒子ＭＰが放出される。
【００４７】
真空槽１１内の圧力が高圧ＰＨであるため、放出された金属粒子ＭＰは、成膜空間１１ａにおける上記領域Ａ又は領域Ａの基板Ｓ側の領域Ｂ内で、正の荷電粒子ＩＰであるアルゴンイオンと１回以上衝突する。これにより、中性の金属粒子ＭＰと正の荷電粒子ＩＰとの間で電荷の交換が起こる。なお、ターゲット１８と基板Ｓとの距離であるＴＳ距離ＤＴＳを３０〜９０ｍｍ、真空槽１１内の圧力を５Ｐａ以上且つ５０Ｐａ以下とするとき、金属粒子ＭＰと荷電粒子ＩＰとの平均衝突回数は数百回である。すなわち、本実施の形態における高圧ＰＨとは、金属粒子ＭＰと荷電粒子ＩＰとの平均衝突回数が１回となる基準圧力ＰＴＨ以上の圧力である。
【００４８】
そして正の電荷を有する金属粒子ＭＰが、基板Ｓ近傍の領域Ｃに到達すると、基板Ｓに印加された負のバイアス電圧により基板Ｓの被成膜面に引き込まれる。そのため、真空槽１１内の圧力を高圧ＰＨとして成膜処理を実施すると、ターゲット１８の被スパッタ面から放出された金属粒子ＭＰは、それの飛行方向に対して指向性、特に基板Ｓにおける被成膜面の法線方向に沿った指向性を付与されることになる。
【００４９】
他方、図３（ｂ）に示されるように、ターゲット１８に例えば１０ｋＷ以上の電圧を印加し、真空槽１１内の圧力を０．０１Ｐａ以上且つ０．５Ｐａ以下の低圧ＰＬの条件として成膜処理を実施すると、領域Ａにてアルゴンが正イオンとなる。そしてアルゴンの正イオンは、ターゲット１８の被スパッタ面をスパッタし、Ａｌ、Ｃｕ、あるいはＡｌとＣｕとの合金からなる金属粒子ＭＰが放出される。
【００５０】
放出された金属粒子ＭＰは、それのほとんどが領域Ａの基板Ｓ側の領域Ｂ内で正の荷電粒子ＩＰと衝突せず、金属粒子ＭＰは中性に維持された状態で、基板Ｓの被成膜面に着弾する。この際、基板Ｓにはバイアス電圧が印加されていないため、ターゲット１８の被スパッタ面から放出された金属粒子ＭＰのほとんどが放出角度の分布を維持しつつ領域Ｂを飛行して基板Ｓの被成膜面に着弾する。なお、ターゲット１８と基板Ｓとの距離であるＴＳ距離ＤＴＳを３０〜９０ｍｍ、真空槽１１内の圧力を０．０１Ｐａ以上且つ０．５Ｐａ以下とするとき、金属粒子ＭＰと荷電粒子ＩＰとの平均衝突回数は１回である。すなわち、本実施の形態における低圧ＰＬとは、金属粒子ＭＰと荷電粒子ＩＰとの平均衝突回数が１回となる基準圧力ＰＴＨよりも低い圧力である。
【００５１】
ここで、ターゲット１８に印加される電圧が一定であるとき、真空槽１１内の圧力と基
板Ｓの被成膜面における成膜速度とは、真空槽１１内の圧力が下記（ｉ）〜（ｉｉｉ）のいずれの範囲にあるかによって異なる関係を有する。
【００５２】
（ｉ）真空槽１１内のアルゴン粒子の数量がターゲット１８への印加電圧に対して不足しているとき、アルゴン粒子の数量、すなわち真空槽１１内の圧力が高くなるほど成膜速度が高くなる。
【００５３】
（ｉｉ）真空槽１１内のアルゴン粒子の数量がターゲット１８への印加電圧に対して過不足ないとき、アルゴン粒子の数量、すなわち真空槽１１内の圧力にかかわらず成膜速度は略一定の速度に維持される。
【００５４】
（ｉｉｉ）真空槽１１内のアルゴン粒子の数量がターゲット１８への印加電圧に対して過不足ない範囲を超えるとき、アルゴン粒子の数量、すなわち真空槽１１内の圧力が高くなるほど成膜速度が低くなる。
【００５５】
本実施の形態においては、第１の工程における真空槽１１内の圧力が（ｉｉｉ）の圧力範囲に含まれる高圧ＰＨであり、第２の工程における真空槽１１内の圧力が（ｉｉ）の圧力範囲に含まれる低圧ＰＬである。そのため、第１の工程では、基板Ｓが有する凹部の底に金属粒子ＭＰを到達しやすくできるものの、成膜速度が低くなる。一方、第２の工程では、第１の工程における成膜速度の低下を補うべく、第１の工程と比較して、より高い成膜速度が得られる。
【００５６】
本実施の形態のスパッタ方法を用いた成膜処理を実施したときの、スパッタ装置の駆動態様とその作用とを、図４及び図５を参照して説明する。図４は、成膜処理を実施したときの（ａ）マスフローコントローラＭＦＣ、及び（ｂ）（ｃ）（ｄ）各種電源の駆動態様と、（ｅ）真空槽１１内の圧力である成膜圧力、（ｆ）基板Ｓの温度、及び（ｇ）基板Ｓの裏面に供給されるアルゴンガスの圧力の変化のタイミングとを示している。図５は、各工程における金属膜の成長過程を概念的示しており、図５（ａ）は第１の工程における金属膜の成長過程を、図５（ｂ）は第２の工程における金属膜の成長過程をそれぞれ示している。
【００５７】
図４に示されるように、基板Ｓが成膜空間１１ａ内に搬入されると、第１の工程の開始時であるタイミングｔ１にて、マスフローコントローラＭＦＣから成膜空間１１ａ内に、例えば３〜５００ｓｃｃｍの流量Ｆ２にてアルゴンガスが供給される（図４（ａ））。これにより、成膜圧力は圧力ＰＨ、例えば５Ｐａ以上且つ５０Ｐａ以下となる（図４（ｅ））。
【００５８】
次いで、主制御部２２においてチャックコマンド「ＯＮ１」が選択されて、チャック電源Ｇ２からチャック電極１６に例えば１００Ｖのチャック電圧Ｖ１が印加される（図４（ｄ））。これにより、基板Ｓが基板ステージ１４に静電吸着されて、基板Ｓの温度が温度Ｔ１、例えば２００℃以下で維持される（図４（ｆ））。
【００５９】
続いて、ターゲット電源Ｇ３からターゲット１８にターゲット電圧Ｖｔ、例えば１０ｋＷ以上の電圧が印加される。これにより、アルゴンガスからなるプラズマが生成されるとともに、ターゲット１８の被スパッタ面がアルゴンイオンによってスパッタされて金属粒子ＭＰが放出される（図４（ｂ））。
【００６０】
また成膜空間１１ａ内にプラズマが生成されると、バイアス用高周波電源Ｇ１がチャック電極１６に電力量Ｖｂ、例えば７×１０−４Ｗ／ｍｍ２以上且つ７×１０−３Ｗ／ｍｍ２以下の高周波電力を供給する。これにより、基板Ｓに負のバイアス電圧が印加される（
図４（ｃ））。なお、第１の工程では、基板Ｓの裏面にアルゴンガスが供給されないため、それの圧力ＰＡｒは０とされる。
【００６１】
要するに、第１の工程では、
・真空槽１１内の圧力が基準電圧ＰＴＨ以上の高圧ＰＨ
・バイアス用高周波電源Ｇ１が「ＯＮ」
・チャックコマンドとして「ＯＮ１」
これらが選択された条件にて成膜処理が実施される。
【００６２】
これによれば、図５（ａ）に示されるように、ターゲット１８の被スパッタ面から放出された金属粒子ＭＰは、荷電粒子であるアルゴンイオンとの衝突によって電荷を帯び、基板Ｓに印加されたバイアス電圧の作用で凹部Ｈの底に向けた指向性を有するようになる。そのため、凹部Ｈの側壁ばかりでなく、それの底部にもＡｌ−Ｃｕ合金の薄膜であるライナー層ＬＬが形成される。このとき、基板Ｓの温度が２００℃以下とされていることから、ライナー層ＬＬを構成するＡｌ−Ｃｕ合金の粒子の粒径は、その成長が抑えられる。
【００６３】
第１の工程の開始から所定時間が経過すると、タイミングｔ２にて第２の工程が開始される。第２の工程の開始に際してはまず、バイアス用高周波電源Ｇ１がチャック電極１６への高周波電力の供給を停止する（図４（ｃ））。このように、第２の工程においては、それの開始時にバイアス用高周波電源Ｇ１が「ＯＦＦ」とされることから、第１の工程にて形成されたライナー層ＬＬにアルゴンイオンが引き込まれるいわゆる逆スパッタの発生を抑制できる。そのため、ライナー層ＬＬが逆スパッタにより削られることを抑制できる。
【００６４】
次いで、マスフローコントローラＭＦＣから成膜空間１１ａに流量Ｆ２よりも低い流量Ｆ１、例えば２０〜１００ｓｃｃｍにてアルゴンガスが供給される（図４（ａ））。アルゴンガスの流量と排気系の調整によって、成膜圧力が、基準圧力ＰＴＨよりも高い圧力ＰＨから、基準圧力ＰＴＨよりも低い圧力ＰＬ、例えば０．０１Ｐａ以上且つ０．５Ｐａ以下に変更される（図４（ｅ））。そして、チャック電源Ｇ２からチャック電極１６に印加される電圧が、チャック電圧Ｖ１からチャック電圧Ｖ２、例えば８００Ｖに変更される。つまり、主制御部２２によってチャックコマンドとして「ＯＮ２」が選択される。これにより、基板Ｓとヒーター１５との接触面積が大きくなり、ヒーター１５から発せられる熱の伝達効率が高められて、基板Ｓの温度が温度Ｔ１から温度Ｔ２、例えば３５０℃以上且つ４５０℃以下に上昇する（図４（ｆ））。このとき、基板Ｓへの熱の伝導をより高めるために、温調ガス制御部ＴＣから基板Ｓの裏面にアルゴンガスが圧力ＰＡｒ、例えば４００Ｐａの圧力で供給される（図４（ｇ））。
【００６５】
要するに、第２の工程では、
・真空槽１１内の圧力が基準圧力ＰＴＨ未満の低圧ＰＬ
・バイアス用高周波電源Ｇ１が「ＯＦＦ」
・チャックコマンドとして「ＯＮ２」
これらが選択された条件にて成膜処理が実施される。
【００６６】
これによれば、図５（ｂ）に示されるように、ターゲット１８の被スパッタ面から放出された金属粒子ＭＰは、成膜空間１１ａ内の他の粒子との衝突し難く、放出角度の分布を維持して基板Ｓに着弾する。そのため、金属粒子ＭＰは放出時に付与された飛行方向の指向性を有して基板Ｓにまで到達し、バルク層ＬＢを形成する。加えて、金属粒子ＭＰは、荷電粒子等によって散乱されることなく基板Ｓにまで着弾する可能性が高いため、基板Ｓにおける成膜速度が高く維持される。このとき、基板Ｓの温度が３５０℃以上且つ４５０℃以下とされるため、バルク層ＬＢを構成するＡ−Ｃｕ合金の粒子は、第１の工程で形成
されたライナー層ＬＬを構成するＡｌ−Ｃｕ合金の粒子よりも大きい粒径にまで成長する。その結果、ライナー層ＬＬとバルク層ＬＢとの境界では、高温条件との協同によって、バルク層ＬＢが流動性を有するようになる。そしてバルク層ＬＢの流動によって凹部Ｈの内部にＡｌ−Ｃｕ合金膜が流入することとなり、凹部ＨがＡｌ−Ｃｕ合金膜によって埋め込まれることになる。
［実施例］
真空槽内の圧力と基板温度とが異なる第１及び第２の工程からなるスパッタ方法を用いて、基板に形成された凹部としてのビアホールにビアプラグを埋め込む成膜処理を実施した。そして第１及び第２の工程後のビアホール内の断面像と、第１の工程後のビアホール内の断面像とを走査型電子顕微鏡によって撮像し、各工程の埋め込み性を評価した。なお、スパッタ装置が有するターゲットとしては、Ａｌ−Ｃｕ合金を用いた。
【００６７】
・ビアホールの形状
開口部の直径 １３６ｎｍ
底面の直径 １３６ｎｍ
開口部と底部との間の長さ（ビアホールの深さ） ２８６ｎｍ
アスペクト比 ２．１
・ＴＳ距離 ４５ｍｍ
・ターゲット電圧（ＤＣ） １４ｋＷ
・真空槽内の圧力（アルゴンガス供給流量）
第１の工程 ２０Ｐａ（５５ｓｃｃｍ）
第２の工程 ０．１２Ｐａ（３０ｓｃｃｍ）
・バイアス電圧（規格値）
第１の工程 ２００Ｗ（０．００３Ｗ／ｍｍ２）
第２の工程 ０Ｗ
・膜厚
ライナー層 ２００ｎｍ
バルク層 ５００ｎｍ
上記条件によれば、Ａｌ−Ｃｕ合金によってビアホール内が完全に埋め込まれていることが分った。また第１の工程により形成されたライナー層のうちビアホール底面の膜厚をＴｂ、ビアホール側面の膜厚Ｔｄ、開口外側の膜厚Ｔｏを測定した結果、ビアホール底面の被覆率（Ｔｂ／Ｔｏ×１００）が３９．５％であり、ビアホール側面の被覆率（Ｔｓ／Ｔｏ×１００）が１９％であった。そして、本実施の形態に記載のスパッタ方法を用いた成膜処理にあっては、同実施の形態に記載の各種条件が満たされていればライナー層による凹部の内表面の被覆率が高く維持されることが分った。また同実施の形態に記載の各種条件が満たされていればライナー層とバルク層とによって凹部の埋め込み性が高く維持されることも分った。
【００６８】
以上説明したように、本実施の形態によれば、以下に列挙する効果が得られるようになる。
（１）第１の工程では、ターゲット１８から放出された金属粒子ＭＰとプラズマ中の荷電粒子ＩＰとが衝突する圧力ＰＨでターゲット１８をスパッタして電荷を帯びた金属粒子ＭＰを生成し、該電荷を帯びた金属粒子ＭＰを凹部の内部に向けてバイアス電圧により引き込むようにした。これにより、第１の工程においては、スパッタされた金属粒子ＭＰがプラズマ中の荷電粒子ＩＰと衝突して電荷を帯びた金属粒子ＭＰとなる。そして、基板Ｓの近傍である領域Ｃに到達する金属粒子ＭＰは、プラズマ中の多重散乱により指向性を失うが、基板Ｓに印加されたバイアス電圧によって、基板Ｓに設けられた凹部の内部に向けて飛行するようになる。その結果、基板Ｓに設けられたれた凹部の底に金属粒子ＭＰが到達しやすくなり、凹部の内表面における金属粒子ＭＰの被覆率が向上される。
【００６９】
（２）第２の工程においては、基板Ｓへのバイアス電圧が印加されていない状態で成膜を実施するようにした。そのため、プラズマ中のアルゴンイオンがバイアス電圧によって引き込まれて基板Ｓに付着した金属粒子ＭＰをスパッタするいわゆる逆スパッタが抑えられる。
【００７０】
（３）第１の工程における基板Ｓの温度Ｔ１を第２の工程における基板Ｓの温度Ｔ２よりも低くした。これにより、凹部内に付着した金属粒子ＭＰの粒径が第１の工程と第２の工程とで互いに異なるようになる。そのうえ、金属粒子が凹部内へ流動するように、第２の工程における基板の温度を第１の工程における基板の温度よりも高くした。その結果、第１の工程にて形成される金属膜と第２の工程にて形成される金属膜との界面において、第２の工程にて付着した金属粒子の流動性が促進されて凹部内に金属材料が埋め込まれやすくなる。つまり、単一のスパッタ装置を用いて金属材料を凹部内に埋め込む際に、該金属材料の埋め込み性を高めることが可能である。
【００７１】
（４）第２の工程における真空槽１１内の圧力が第１の工程よりも低い圧力とされるため、スパッタされた金属粒子ＭＰと他の粒子との衝突頻度が第１の工程よりも低くなる。その結果、スパッタされた金属粒子ＭＰが散乱され難くなる分、単位時間当たりに基板Ｓに到達する金属粒子ＭＰの数が増加して成膜速度が第１の工程よりも高くなる。第２の工程においては金属粒子ＭＰに与えられる流動性によって埋め込み性が担保されるため、この第２の工程の成膜速度が高くなる分、埋め込み性を維持しつつ処理速度を高くすることが可能となる。
【００７２】
（５）チャック電極１６に印加するチャック電圧によって基板Ｓの温度を変更するようにした。これにより、真空槽１１内に生成されるプラズマの状態を変更させることなく、基板Ｓの温度のみを２段階に変更することができる。それゆえに、プラズマから基板Ｓへ供給される熱量に関わらず基板Ｓの温度のみを変更することが可能であるため、第１の工程や第２の工程における圧力等の各種の条件から基板Ｓの温度に関わる制約を取り除くことが可能である。ひいては、第１の工程や第２の工程における各種の条件の自由度を拡張させて、金属材料の埋め込み性をより向上させることが可能である。
【００７３】
（４）金属粒子ＭＰの飛行距離であるＴＳ距離ＤＴＳが３０ｍｍ以上且つ９０ｍｍ以下とし、且つ、第１の工程での圧力が５Ｐａ以上且つ５０Ｐａ以下とし、且つ、高周波電力を７×１０−４Ｗ／ｍｍ２以上且つ７×１０−３Ｗ／ｍｍ２以下とした。これにより、放出された金属粒子ＭＰと荷電粒子ＩＰとの衝突と、電荷を帯びた金属粒子の引き込みとをより確実に起こすことができる。
【００７４】
（５）金属粒子ＭＰの飛行距離であるＴＳ距離が３０ｍｍ以上且つ９０ｍｍ以下とし、且つ、第２の工程における真空槽１１内の圧力を０．０１Ｐａ以上且つ０．５Ｐａ以下とした。これにより、ターゲット１８をスパッタする粒子数を確保しながらも、スパッタ粒子と真空槽１１内の各種粒子との衝突回数を抑制でき、上記成膜レートを向上させることができる。
【００７５】
（６）第１の工程での基板Ｓの温度を２０℃以上且つ２００℃以下とした。これにより、第１の工程にて形成されるＡｌ−Ｃｕ合金膜中の金属粒子の粒径の拡大が抑えられる。
（７）第２の工程での基板Ｓの温度を３５０℃以上且つ４５０℃以下とした。これにより、第２の工程にて形成されるＡｌ−Ｃｕ合金膜の流動性が確実に発現可能となる。
【００７６】
なお、上記実施の形態は、以下のように適宜変更して実施することもできる。
・チャックコマンドは「ＯＦＦ」、「ＯＮ１」、「ＯＮ２」の３種類に限られず、４種類以上設定される構成であってもよい。またチャックコマンドによって設定されるチャッ
ク電圧の値は任意に変更することが可能である。
【００７７】
・第２の工程では、基板Ｓの裏面にアルゴンガスを供給することとした。これに限らず、静電的な吸着力によって基板Ｓの温度が十分に高められるのであれば、アルゴンガスが供給されない構成でもよい。また、第２の工程で形成される金属膜中の結晶粒に流動性が与えられるのであれば、第１の工程と第２の工程との両方において、基板Ｓの裏面にアルゴンガスが供給される構成でもよい。
【００７８】
・真空槽１１に供給されるアルゴンガスの供給流量を維持しつつ排気部の排気能力を変更することによって真空槽１１内の圧力を調整する構成でもよい。また真空槽１１に供給されるアルゴンガスの供給流量と排気部の排気能力とを変更することによって真空槽１１内の圧力を調整する構成でもよい。
【００７９】
・上述したスパッタ装置は、磁気回路２１を備えていない装置に具現化することも可能であり、また上述したスパッタ方法は、こうした構成からなる装置を用いて実行することも可能である。
【００８０】
・基板Ｓにバイアス電圧を印加するための高周波電力の供給先と、基板Ｓを静電吸着するためのチャック電圧の印加先とが別である構成とした。これを変更して、高周波電力の供給先と、基板Ｓを静電吸着するためのチャック電圧の印加先を単一の電極としてもよい。高周波電力の供給先となる電極と、直流電圧の印加先となる電極とを各別に基板ステージ１４に内設する構成でもよい。
【００８１】
・第１の工程及び第２の工程の成膜圧力を定めるための基準圧力ＰＴＨは、金属粒子ＭＰが荷電粒子ＩＰと１回衝突する圧力に限られず、基板Ｓに形成された凹部の形状に応じて、金属粒子ＭＰが荷電粒子ＩＰとｎ回（ｎ≧２）衝突する圧力でもよい。これは、凹部の形状によって、基板Ｓに印加されたバイアス電圧によって引き込まれるべき金属粒子ＭＰの数と、凹部の内表面の被覆率とが異なるためである。
【００８２】
・Ａｌ−Ｃｕ合金を主成分とするターゲット１８を用いて、Ａｌ−Ｃｕ合金膜を形成することとした。これに限らず、他の金属材料を主成分とするターゲットを用いて、アルミＡｌ−Ｃｕ合金以外の金属からなる配線を形成するようにしてもよい。
【００８３】
・チャック電圧を維持しつつヒーター１５の温度を直接変更することによって基板Ｓの温度を変更する構成でもよい。またチャック電圧とヒーター１５の出力とを変更することによって基板Ｓの温度を変更する構成でもよい。
【００８４】
・第２の工程の成膜圧力と第１の工程の成膜圧力とが同じでもよい。これによれば、第２の工程にて成膜速度は高められないものの、第１の工程と同等の成膜速度は担保されることになる。
【符号の説明】
【００８５】
１１…真空槽、１１ａ…成膜空間、１２…供給配管、１３…排気配管、１４…基板ステージ、１５…ヒーター、１５ａ…凹部、１５ｂ…温調ガス流路、１６…チャック電極、１７…防着板、１８…ターゲット、１９…ターゲット電極、２１…磁気回路、２２…主制御部、２３…記憶部、Ｇ１…バイアス用高周波電源（バイアス電源）、Ｇ２…チャック電源、Ｇ３…ターゲット電源、Ｈ…凹部、ＨＣ…ヒーター制御部、ＬＢ…バルク層、ＬＩ…絶縁層、ＬＬ…ライナー層、ＭＦＣ…流量調量部、ＰＵ…排気部、Ｓ…基板、ＴＣ…温調ガス制御部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空槽内に生成されたプラズマ中のイオンで該真空槽内に設けられた金属ターゲットをスパッタすることによって該真空槽内に配置された基板が有する凹部の内部に金属材料を埋め込むスパッタ方法において、
前記基板にバイアス電圧を印加しつつ前記金属ターゲットをスパッタする第１の工程と、
前記基板にバイアス電圧を印加しない状態で前記金属ターゲットをスパッタする第２の工程とを前記真空槽内で順に実行し、
前記第１の工程では、前記金属ターゲットから放出された金属粒子と前記プラズマ中の荷電粒子とが衝突する圧力で前記金属ターゲットをスパッタして電荷を帯びた金属粒子を生成し、該電荷を帯びた金属粒子を前記凹部の内部に向けて前記バイアス電圧により引き込み、
前記第２の工程では、前記基板に付着する金属粒子が前記凹部内に流動するように前記基板の温度を前記第１の工程よりも高くして前記金属ターゲットをスパッタする
ことを特徴とするスパッタ方法。
【請求項２】
前記第２の工程では、前記真空槽内の圧力を前記第１の工程よりも低くして前記金属ターゲットをスパッタする
ことを特徴とする請求項１に記載のスパッタ方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のスパッタ方法において、
前記真空槽内に設けられて前記基板を静電的に吸着し、且つ、吸着力に応じた熱量で前記基板を加熱する静電チャックを用い、
前記第１の工程では、前記静電チャックの電極に第１の直流電圧を印加する、
前記第２の工程では、前記静電チャックの電極に前記第１の直流電圧よりも高い第２の直流電圧を印加することによって、前記基板の温度を前記第１の工程よりも高くする、
ことを特徴とするスパッタ方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載のスパッタ方法において、
前記金属ターゲットがアルミニウムを含んでなるターゲットであり、
前記金属ターゲットと前記基板との距離が３０ｍｍ以上且つ９０ｍｍ以下であり、
前記第１の工程では、
周波数が１３．５６ＭＨｚの高周波電力を前記基板に供給することによって前記基板にバイアス電圧を印加し、
前記真空槽内の圧力が５Ｐａ以上且つ５０Ｐａ以下であり、
前記基板の温度が２０℃以上且つ２００℃以下であり、
前記高周波電力が７×１０−４Ｗ／ｍｍ２以上且つ７×１０−３Ｗ／ｍｍ２以下である、
前記第２の工程では、
前記真空槽内の圧力が０．０１Ｐａ以上且つ０．５Ｐａ以下であり、
前記基板の温度が３５０℃以上且つ４５０℃以下である
ことを特徴とするスパッタ方法。
【請求項５】
真空槽内に設けられた金属ターゲットを前記真空槽内に生成されたプラズマ中のイオンでスパッタすることによって前記真空槽内に配置された基板が有する凹部の内部に金属材料を埋め込むスパッタ装置において、
前記真空槽内の圧力を調整する圧力調整部と、
前記基板にバイアス電圧を印加するバイアス電源と、
前記基板の温度を調整する温調部と、
これら圧力調整部、バイアス電源、及び温調部の駆動態様を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、
前記金属ターゲットから放出された金属粒子と前記プラズマ中の荷電粒子とが衝突するように前記真空槽内の圧力を調整することによって電荷を帯びた金属粒子を生成するとともに、該電荷を帯びた金属粒子を前記凹部の内部に引き込むように前記基板に前記バイアス電圧を印加した後、
前記バイアス電圧を印加しない状態で、前記真空槽内の圧力を低くするとともに、前記基板に付着する金属粒子が前記凹部内に流動するように前記基板の温度を高くする
ことを特徴とするスパッタ装置。
【請求項１】
真空槽内に生成されたプラズマ中のイオンで該真空槽内に設けられた金属ターゲットをスパッタすることによって該真空槽内に配置された基板が有する凹部の内部に金属材料を埋め込むスパッタ方法において、
前記基板にバイアス電圧を印加しつつ前記金属ターゲットをスパッタする第１の工程と、
前記基板にバイアス電圧を印加しない状態で前記金属ターゲットをスパッタする第２の工程とを前記真空槽内で順に実行し、
前記第１の工程では、前記金属ターゲットから放出された金属粒子と前記プラズマ中の荷電粒子とが衝突する圧力で前記金属ターゲットをスパッタして電荷を帯びた金属粒子を生成し、該電荷を帯びた金属粒子を前記凹部の内部に向けて前記バイアス電圧により引き込み、
前記第２の工程では、前記基板に付着する金属粒子が前記凹部内に流動するように前記基板の温度を前記第１の工程よりも高くして前記金属ターゲットをスパッタする
ことを特徴とするスパッタ方法。
【請求項２】
前記第２の工程では、前記真空槽内の圧力を前記第１の工程よりも低くして前記金属ターゲットをスパッタする
ことを特徴とする請求項１に記載のスパッタ方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のスパッタ方法において、
前記真空槽内に設けられて前記基板を静電的に吸着し、且つ、吸着力に応じた熱量で前記基板を加熱する静電チャックを用い、
前記第１の工程では、前記静電チャックの電極に第１の直流電圧を印加する、
前記第２の工程では、前記静電チャックの電極に前記第１の直流電圧よりも高い第２の直流電圧を印加することによって、前記基板の温度を前記第１の工程よりも高くする、
ことを特徴とするスパッタ方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載のスパッタ方法において、
前記金属ターゲットがアルミニウムを含んでなるターゲットであり、
前記金属ターゲットと前記基板との距離が３０ｍｍ以上且つ９０ｍｍ以下であり、
前記第１の工程では、
周波数が１３．５６ＭＨｚの高周波電力を前記基板に供給することによって前記基板にバイアス電圧を印加し、
前記真空槽内の圧力が５Ｐａ以上且つ５０Ｐａ以下であり、
前記基板の温度が２０℃以上且つ２００℃以下であり、
前記高周波電力が７×１０−４Ｗ／ｍｍ２以上且つ７×１０−３Ｗ／ｍｍ２以下である、
前記第２の工程では、
前記真空槽内の圧力が０．０１Ｐａ以上且つ０．５Ｐａ以下であり、
前記基板の温度が３５０℃以上且つ４５０℃以下である
ことを特徴とするスパッタ方法。
【請求項５】
真空槽内に設けられた金属ターゲットを前記真空槽内に生成されたプラズマ中のイオンでスパッタすることによって前記真空槽内に配置された基板が有する凹部の内部に金属材料を埋め込むスパッタ装置において、
前記真空槽内の圧力を調整する圧力調整部と、
前記基板にバイアス電圧を印加するバイアス電源と、
前記基板の温度を調整する温調部と、
これら圧力調整部、バイアス電源、及び温調部の駆動態様を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、
前記金属ターゲットから放出された金属粒子と前記プラズマ中の荷電粒子とが衝突するように前記真空槽内の圧力を調整することによって電荷を帯びた金属粒子を生成するとともに、該電荷を帯びた金属粒子を前記凹部の内部に引き込むように前記基板に前記バイアス電圧を印加した後、
前記バイアス電圧を印加しない状態で、前記真空槽内の圧力を低くするとともに、前記基板に付着する金属粒子が前記凹部内に流動するように前記基板の温度を高くする
ことを特徴とするスパッタ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−２３６４９０（Ｐ２０１１−２３６４９０Ａ）
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１１１４１（Ｐ２０１０−１１１１４１）
【出願日】平成２２年５月１３日（２０１０．５．１３）
【出願人】（０００２３１４６４）株式会社アルバック (1,740)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月１３日（２０１０．５．１３）
【出願人】（０００２３１４６４）株式会社アルバック (1,740)
【Ｆターム（参考）】
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