DE112009001534T5 - Sputter-Vorrichtung und Sputter-Verfahren - Google Patents

Abstract

Sputter-Vorrichtung zum Ausbilden einer Schicht auf einer Oberfläche eines in einer Vakuumkammer angeordneten Substrats, wobei die Sputter-Vorrichtung umfasst:
ein Target, das so angeordnet ist, dass es gegenüber dem Substrat liegt;
eine Magnetbaugruppe zum Erzeugen eines Magnetfelds vor einer Sputterfläche des Targets;
eine Gas-Einleitungseinrichtung zum Einleiten eines Sputtergases in die Vakuumkammer; und
eine Sputter-Energieversorgung zum Laden des Targets mit einem negativen Potential,
wobei die Sputter-Vorrichtung weiter eine Vertikalmagnetfeld-Erzeugungseinrichtung zum Erzeugen eines vertikalen Magnetfelds solcher Art umfasst, dass vertikale Magnetfeldlinien durch eine Sputterfläche des Targets und durch eine gesamte Oberfläche des Substrats verlaufen, wobei sich die vertikalen Magnetfeldlinien in einem vorgegebenen Abstand voneinander befinden.

Description

• [Technisches Gebiet]
• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Sputter-Vorrichtung und ein Sputter-Verfahren zum Ausbilden einer Schicht auf der Oberfläche eines zu bearbeitenden Substrats, wobei die Vorrichtung und das Verfahren insbesondere zu einem DC-Magnetron-System gehören.
• [Technischer Hintergrund]
• Die Sputter-Vorrichtung dieser Art eines DC-Magnetron-Systems wird bei einem Schichtausbildungsschritt, z. B. bei der Herstellung von Halbleiterbauteilen benutzt. In Verbindung mit der jüngsten Miniaturisierung der Verbindungsmuster ist diese Art von Sputter-Vorrichtung dringend erforderlich, um eine Schicht mit guten Beschichtungseigenschaften über den gesamten Flächen des zu bearbeitenden Substrats bezüglich Mikroporen (Durchgangslöchern) mit hohem Aspektverhältnis gut ausbilden zu können, d. h. es ist erforderlich, eine Verbesserung bei der Abdeckung zu erhalten.
• Im Allgemeinen ist bei der oben erwähnten Sputter-Vorrichtung eine Magnetbaugruppe, in der eine Vielzahl von Magneten vorgesehen ist, auf der Rückseite des Targets (d. h. auf der Seite, die entgegengesetzt zur Sputterfläche liegt) so angeordnet, dass sie die Polarität abwechselnd ändert. Diese Magnetbaugruppe wird veranlasst, ein tunnelartiges Magnetfeld vor dem Target (auf der Seite der Sputterfläche) zu erzeugen. Durch Sammeln der Elektronen, die vor dem Target ionisiert werden, und der Sekundärelektronen, die durch Sputtern erzeugt werden, wird die Elektronendichte vor dem Target vergrößert, um dadurch die Plasmadichte zu erhöhen.
• Bei dieser Art von Sputter-Vorrichtung wird das Target vorzugsweise in denjenigen Bereichen des Targets gesputtert, die sich unter dem Einfluss des oben erwähnten Magnetfelds befinden. Als Ergebnis wird in dem Fall, dass sich die oben erwähnten Bereiche aus Gesichtspunkten der Stabilität des elektrischen Entladens, der Verbesserung der Effizienz bei der Ausnutzung des Targets und dergleichen nahe der Mitte des Targets befinden, das Ausmaß an Erosion des Targets beim Sputtern nahe der Mitte des Targets größer. In einem solchen Fall treffen die Partikel des Targetmaterials, die vom Target abgesputtert werden (z. B. die metallischen Partikel; nachstehend als „gesputterte Partikel” bezeichnet) in einem schrägen Winkel auf den peripheren Bereich des Substrats auf und heften sich dort an. Als Ergebnis ist herkömmlich bekannt, dass, wenn ein solches Target beim Schichtausbilden für die oben erwähnte Schichtausbildung für den oben erwähnten Zweck benutzt wird, eine Asymmetrie der Abdeckung am äußeren peripheren Bereich des Substrats zum Problem wird.
• Um diese Art von Problem zu lösen, ist eine Sputter-Vorrichtung z. B. in der Patentdokument 1 bekannt. Bei der Sputter-Vorrichtung ist ein erstes Sputter-Target oberhalb einer Bühne angeordnet, auf die ein Substrat innerhalb der Vakuumkammer gelegt ist, wobei das erste Sputter-Target im Wesentlichen parallel zur Fläche der Bühne angeordnet ist. Ein zweites Sputter-Target ist auf geneigte Weise bezüglich der Fläche der Bühne oberhalb der Bühne schräg angeordnet. Mit anderen Worten, eine Vielzahl von Katodeneinheiten ist innerhalb der Vakuumkammer angeordnet.
• Jedoch besteht, wenn eine Vielzahl von Katodeneinheiten innerhalb der Vakuumkammer angeordnet ist, wie bei dem in dem oben erwähnten Patentdokument 1 beschriebenen Beispiel, ein Nachteil darin, dass die Konstruktion der Vorrichtung kompliziert wird, und dass eine Sputter-Energieversorgung und eine Magnetbaugruppe abhängig von der Anzahl der Targets benötigt werden, was zu einer Erhöhung der Anzahl der Bauteile und als Folge zu einer Erhöhung der Kosten führt. Weiter gibt es auch einen Nachteil, dass die Effizienz bei der Ausnutzung der Targets als Ganzes schlecht wird, was zu einer Erhöhung der Herstellungskosten der Produkte führt.
  Patentdokument 1: JP-A-2008-47661
• [Offenbarung der Erfindung]
• [Durch die Erfindung zu lösende Aufgaben]
• Angesichts der oben erwähnten Punkte ist es eine Aufgabe dieser Erfindung, eine kostengünstige Sputter-Vorrichtung zu schaffen, die eingerichtet ist, eine Schicht auf jeder der Mikroporen hohen Aspektverhältnisses über der gesamten Fläche des Substrats ausbilden zu können, sowie ein Sputter-Verfahren zu schaffen.
• [Mittel zum Lösen der Aufgaben]
• Um die oben erwähnten Aufgaben zu lösen, ist diese Erfindung eine Sputter-Vorrichtung zum Ausbilden einer Schicht auf einer Fläche eines in einer Vakuumkammer angeordneten Substrats. Die Sputter-Vorrichtung umfasst: ein Target, das so angeordnet ist, dass es gegenüber dem Substrat liegt; eine Magnetbaugruppe zum Erzeugen eines Magnetfelds vor einer Sputterfläche des Targets; eine Gas-Einleitungseinrichtung zum Einleiten eines Sputtergases in die Vakuumkammer, und eine Sputter-Energieversorgung zum Laden des Targets mit einem negativen Potential. Die Sputter-Vorrichtung umfasst weiter eine Vertikalmagnetfeld-Erzeugungseinrichtung zum Erzeugen eines vertikalen Magnetfelds solcher Art, dass vertikale Magnetfeldlinien durch eine Sputterfläche des Targets und durch eine gesamte Oberfläche des Substrats verlaufen, wobei sich die vertikalen Magnetfeldlinien in einem vorgegebenen Abstand voneinander befinden.
• Gemäß dieser Erfindung wird das vertikale Magnetfeld solcher Art erzeugt, dass vertikale Magnetfeldlinien durch die Sputterfläche des Targets und durch die gesamte Oberfläche des Substrats verlaufen, wobei sich die vertikalen Magnetfeldlinien in einem vorgegebenen Abstand voneinander befinden. Da die durch Sputtern aus der Sputterfläche des Targets gestreuten gesputterten Partikel positive elektrische Ladungen aufweisen, wird ihre Richtung durch das oben erwähnte vertikale Magnetfeld geändert, und die gesputterten Partikel sind bestrebt, auf das Substrat im Wesentlichen vertikal bezüglich des Substrats aufzutreffen und darauf abgelagert zu werden. Als Ergebnis kann, wenn die Sputter-Vorrichtung nach dieser Erfindung im schichtbildenden Schritt der Herstellung der Halbleiterbauteile benutzt wird, eine Schicht mit guten Beschichtungseigenschaften sogar bezüglich der Mikroporen (Durchgangslöcher) mit hohem Aspektverhältnis über der gesamten Fläche des Substrats ausgebildet werden. Mit anderen Worten, das Problem der Asymmetrie der Abdeckung ist gelöst und die Gleichmäßigkeit in der Ebene verbessert sich.
• Wie oben beschrieben, wird gemäß dieser Erfindung, da die Magnetbaugruppe, die den Bereich des bevorzugten Sputterns des Targets bestimmt, so bleibt wie sie ist, die Effizienz bei der Ausnutzung des Targets nicht verringert. Außerdem können, im Gegensatz zu der oben erwähnten herkömmlichen Technik, da eine Vielzahl von Katodeneinheiten nicht in der Sputter-Vorrichtung selbst angeordnet ist, die Herstellungskosten und die laufenden Kosten der Vorrichtung niedrig gehalten werden.
• Bei dieser Erfindung umfasst die Magnetfeld-Erzeugungseinrichtung vorzugsweise: mindestens zwei um eine Bezugsachse, die das Target und das Substrat verbindet, und auch in einem vorgegebenen Abstand voneinander, gesehen in einer Längsrichtung der Bezugsachse, angeordnete Spulen; und eine Energieversorgungsvorrichtung, die es ermöglicht, jede der Spulen mit Strom zu versorgen. Bei dieser Anordnung ist die Konstruktion nach dieser Erfindung äußerst einfach, verglichen mit einem Fall, bei dem die Konstruktion der Vorrichtung abgeändert ist, um eine Vielzahl von Katodeneinheiten zu verbinden. Und durch geeignetes Verändern des Abstands zwischen den Spulen, der Windungszahl jeder der Spulen, der Stromrichtung und des Stromwerts in den Spulen und dergleichen kann verwirklicht werden, das vertikale Magnetfeld bei einer vorgegebenen Magnetfeldstärke solcher Art zu erzeugen, dass vertikale Magnetfeldlinien durch die Sputterfläche des Targets und durch die gesamte Oberfläche des Substrats verlaufen.
• Um die oben erwähnten Probleme zu lösen, ist diese Erfindung weiter ein Sputter-Verfahren, umfassend: Erzeugen eines vertikalen Magnetfelds solcher Art, dass vertikale Magnetfeldlinien durch eine Sputterfläche des Targets und durch eine gesamte Oberfläche des Substrats verlaufen, wobei sich die vertikalen Magnetfeldlinien in einem vorgegebenen Abstand voneinander befinden; Einführen eines Sputtergases in die Vakuumkammer und Laden des Targets mit einem negativen Gleichspannungspotential in einem Zustand, in dem das Magnetfeld fortgesetzt vor der Sputterfläche des Targets erzeugt wird, dadurch Ausbilden einer Plasma-Atmosphäre; und Sputtern des Targets, um die gesputterten Partikel zu veranlassen, sich an die Oberfläche des Substrats zu heften und darauf abzulagern, um dadurch eine Schicht auszubilden.
• Bei dieser Erfindung wird das vertikale Magnetfeld, um eine Schicht mit gleichmäßiger Dicke über der gesamten Oberfläche des Substrats bei guter Effizienz zu erzeugen, ohne dass die Partikel des Targetmaterials unter dem Einfluss des vertikalen Magnetfelds deaktiviert werden, vorzugsweise in einer Richtung von der Sputterfläche zum Substrat erzeugt.
• [Bester Weg zur Ausführung der Erfindung]
• Mit Bezug auf die begleitende Zeichnung wird nun eine Sputter-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung beschrieben. Wie in 1 gezeigt, arbeitet die Sputter-Vorrichtung 1 als Magnetron-DC-Sputter-System und ist mit einer Vakuumkammer 2 versehen, in der eine Unterdruckatmosphäre ausgebildet werden kann. An einem Deckenteil der Vakuumkammer 2 ist eine Katodeneinheit C angeordnet. In der folgenden Beschreibung ist die Deckenseite der Vakuumkammer 2 als „obere” Seite definiert, und ihre Bodenseite ist als „untere” Seite definiert.
• Die Katodeneinheit C ist mit einem Target 3 und einer Magnetbaugruppe 4 versehen, die ein tunnelförmiges Magnetfeld vor der Sputterfläche (untere Fläche) 3a des Targets 3 erzeugt. Das Target 3 ist aus einem Material gebildet, das geeignet gewählt ist, abhängig von der Zusammensetzung der dünnen Schicht, die auf dem zu bearbeitenden Substrat W auszubilden ist, es ist B. aus Cu, Ti und Ta gebildet. Das Target 3 wird nach einem bekannten Verfahren zu einer vorgegebenen Form (z. B. zu einem Kreis, gesehen in der Draufsicht), die der Form des zu bearbeitenden Substrats W entspricht, so gefertigt, dass die Fläche der Sputterfläche 3a größer als die Oberfläche des Substrats W wird. Weiter ist das Target 3 elektrisch mit einer DC-Energieversorgung 5 (Sputter-Energieversorgung) bekannter Konstruktion so verbunden, dass ein vorgegebenes negatives Potential daran angelegt wird.
• Die Magnetbaugruppe 4 ist an einer Seite angeordnet, die der Sputterfläche 3a gegenübersteht (d. h. an der oberen Seite), und ist aus einem scheibenförmigen Joch 4a gebildet, das parallel zum Target 3 angeordnet ist, und ringförmigen Magneten 4b, 4c, die konzentrisch auf der unteren Fläche des Jochs 4a angeordnet sind, wobei sie abwechselnd die Polarität auf der Seite des Targets 3 wechseln. Die Form und die Anzahl der Magnete 4b, 4c sind, abhängig von dem vor dem Target 3 auszubildenden Magnetfeld, vom Gesichtspunkt der Stabilität bei der elektrischen Entladung, der Verbesserung bei der Nutzungseffizienz des Targets und dergleichen geeignet gewählt. Zum Beispiel können sie in Form eines dünnes Teils oder eines Stabs oder einer Kombination davon gefertigt sein. Weiter kann auch eine solche Anordnung erstellt werden, dass die Magnetbaugruppe 4 nach hinten oder vorn beweglich oder auf der Seite der Hinterfläche des Targets 3 drehbar ist.
• Am Boden der Vakuumkammer 2 ist eine Bühne 6 in einer Weise angeordnet, dass sie dem Target 3 gegenüberliegt, und ist so angeordnet, dass das Substrat W in Ausrichtung gehalten werden kann. Weiter ist an der Seitenwand der Vakuumkammer 2 ein Gasrohr 7 angeschlossen, das ein Sputtergas, wie etwa Argongas, einleitet. Das andere Ende des Gasrohrs 7 steht über einen Durchflussregler (nicht dargestellt) in Verbindung mit einer Gasquelle. Noch weiter ist an der Vakuumkammer 2 ein Abzugsrohr 8a angeschlossen, das in Verbindung mit einer Absaugeinrichtung 8 steht, die aus einer Turbomolekularpumpe, einer Rotationspumpe und dergleichen gebildet ist.
• Bei der Sputter-Vorrichtung in einem Zustand der oben erwähnten Ausführungsform (entsprechend dem herkömmlichen Beispiel) findet, wenn das Target 3 gesputtert wird, das Sputtern des Targets 3 vorzugsweise in einem Bereich statt, der sich unter dem Einfluss des durch die Magnetbaugruppe 4 zu erzeugenden Magnetfelds befindet. Als Ergebnis neigen gesputterte Partikel, welche die Partikel des Targetmaterials sind, dazu, gestreut zu werden. Daher erhöht sich, wenn der oben erwähnte Bereich nahe einer Zwischenposition z. B. zwischen der Mitte und dem äußersten Umfang des Targets liegt, das Erosionsausmaß Te des Targets 3 während des Sputterns nahe dem oben erwähnten Zwischenbereich (siehe 2). In einem solchen Fall neigen in dem peripheren Bereich des Substrats W die gesputterten Partikel dazu, in einem geneigten Winkel auf das Substrat aufzutreffen und darauf abgeschieden zu werden.
• Nun wird das zu bearbeitende Substrat W erhalten, indem eine Siliziumoxidschicht (isolierende Schicht) I auf der Oberfläche eines Si-Wafers ausgebildet wird und danach Mikroporen H hohen Aspektverhältnisses durch Musterbildung in der Siliziumoxidschicht ausgebildet werden. Daher tritt, wenn eine dünne Schicht L, wie etwa eine Keimschicht aus Cu oder eine Metall-Sperrschicht aus Ti oder Ta und dergleichen, auf diesem Substrat W ausgebildet wird, ein Problem der Nicht-Symmetrie der Abdeckung im peripheren Bereich des Substrats W auf (siehe 2).
• Als Lösung wurde in einer Ausführungsform dieser Erfindung eine Vertikalmagnetfeld-Erzeugungseinrichtung angeordnet, die ein vertikales Magnetfeld erzeugt, sodass vertikale Magnetfeldlinien M in gleichem Abstand zueinander durch die Sputterfläche 3a des Targets 3 und durch die gesamte Oberfläche des Substrats W verlaufen. Die Magnetfeld-Erzeugungseinrichtung ist gebildet aus: einer oberen Spule 11u und einer unteren Spule 11d, in denen ein Draht 10 jeweils um zwei ringförmige Joche 9 gewickelt ist, die an einer Außenwand der Vakuumkammer 2 in einem vorgegebenen Abstand voneinander in der vertikalen Richtung um eine Bezugsachse CL angeordnet sind, welche die Mitte des Targets 3 und die Mitte des Substrats W verbindet; und einer Energieversorgungsvorrichtung 12, die es ermöglicht, jede der Spulen 11u, 11d mit elektrischer Energie zu versorgen (siehe 1 und 3(a)).
• Hier sind die Anzahl der Spulen und die Windungszahl des Drahtes 10 geeignet eingestellt (z. B. 14 mm beim Durchmesser und 10 als Windungszahl), abhängig z. B. vom Maß des Targets 3, dem Abstand zwischen dem Target 3 und dem Substrat W, dem Nennstromwert der Energieversorgungsvorrichtung 12 und der Stärke (Gauß) des zu erzeugenden Magnetfelds. Um beim Ausbilden der Schicht die Schichtdickenverteilung in der Ebene im Wesentlichen gleichmäßig über die gesamte Fläche des Substrats W zu machen (d. h. um die Sputter-Rate in der Durchmesserrichtung des Substrats W im Wesentlichen gleichmäßig zu machen), wenn das vertikale Magnetfeld durch die beiden oberen und unteren Spulen 11u, 11d wie bei der Ausführungsform dieser Erfindung erzeugt wird, ist es außerdem vorzuziehen, die vertikale Position jeder der Spulen 11u, 11d so einzustellen, dass der Abstand (D1) zwischen dem unteren Ende der oberen Spule 11u und dem Target 3 und der Abstand (D2) zwischen dem oberen Ende der unteren Spule 11d und dem Substrat W kürzer werden als der Abstand D3 zum Mittelpunkt CP der Bezugsachse. In diesem Fall brauchen der Abstand zwischen dem unteren Ende der oberen Spule 10u und dem Target 3 sowie der Abstand zwischen dem oberen Ende der unteren Spule 11d und dem Substrat W nicht immer übereinzustimmen. Je nach Anordnung der Vorrichtung können die obere und die untere Spule 11u, 11d so angeordnet sein, dass sie sich an der Seite der Rückfläche des Targets 3 bzw. des Substrats W befinden.
• Die Energieversorgungsvorrichtung 12 weist einen bekannten Aufbau auf, der mit einer Steuerschaltung (nicht dargestellt) versehen ist, die in der Lage ist, den Stromwert und die Stromrichtung zu jeder aus der oberen und der unteren Spule 11u, 11d frei zu verändern. In diesem Fall ist der Erregerstrom so eingestellt (z. B. unter 15 A), dass die magnetische Flussdichte geringer wird als 100 Gauß, wenn ein vertikales Magnetfeld durch Beaufschlagen der Spulen 11u, 11d mit Leistung erzeugt wird. Wenn die magnetische Flussdichte 100 Gauß übersteigt, werden die gesputterten Partikel deaktiviert, und folglich kann eine zufriedenstellende Schichtausbildung nicht erfolgen. Weiter wird, damit die gesputterten Partikel nicht unter dem Einfluss des vertikalen Magnetfelds deaktiviert werden, die Richtung des Stroms, der durch jede der Spulen 11u, 11d fließen soll, so gesteuert, dass das abwärts gerichtete vertikale Magnetfeld erzeugt wird. Bisher wurde ein Beispiel beschrieben, in dem eine separate Energieversorgungsvorrichtung 12 vorgesehen ist, um den Stromwert und die Stromrichtung zu jeder aus der oberen und der unteren Spule 11u, 11d beliebig zu verändern. Falls jedoch jede der Spulen 11u, 11d mit Strom desselben Stromwerts und derselben Stromrichtung beaufschlagt wird, kann es so eingerichtet sein, dass Strom mit einer einzigen Energieversorgungsvorrichtung beaufschlagt wird.
• Indem die Sputter-Vorrichtung 1 wie oben beschrieben eingerichtet ist, wird die Richtung der gesputterten Partikel, falls die gesputterten Partikel eine positive elektrische Ladung aufweisen, wenn das Target 3 gesputtert wird, durch das vertikale Magnetfeld vom Target 3 zum Substrat W geändert. Die gesputterten Partikel treffen so über die gesamte Fläche des Substrats W im Wesentlichen vertikal auf das Substrat W auf und werden dort abgelagert. Als Ergebnis kann durch Verwenden der Sputter-Vorrichtung 1 gemäß der Ausführungsform dieser Erfindung beim schichtbildenden Schritt der Herstellung von Halbleiterbauteilen eine vorgegebene dünne Schicht L mit guten Beschichtungseigenschaften sogar bezüglich der Mikroporen H hohen Aspektverhältnisses über der gesamten Fläche des Substrats W ausgebildet werden. (D. h. das Problem der Asymmetrie der Abdeckung ist gelöst, und die Gleichmäßigkeit in der Ebene ist verbessert (siehe 3).)
• Wie oben beschrieben, ist gemäß der Sputter-Vorrichtung 1 nach einer Ausführungsform dieser Erfindung, während die Magnetbaugruppe 4 beibehalten wird, wie sie ist, zum Bestimmen des vorzugsweise gesputterten Bereichs des Targets 3 die Richtung der gesputterten Partikel so eingerichtet, dass sie durch jede der Spulen 11u, 11d der Vertikalmagnetfeld-Erzeugungseinrichtung geändert wird. Als Ergebnis können, da die Eeffizienz bei der Nutzung des Targets 3 nicht verringert wird und da im Gegensatz zur herkömmlichen Technik eine Vielzahl von Katodeneinheiten nicht eingesetzt wird, die Herstellungskosten und die laufenden Kosten der Vorrichtung reduziert werden. Da nur die obere und die untere Spule 11u, 11d angeordnet sind, ist außerdem die Konstruktion deutlich einfacher als diejenige, bei der die Anordnung der Vorrichtung verändert ist. Die Sputter-Vorrichtung nach dieser Erfindung kann daher durch Abändern der bestehenden Vorrichtung hergestellt werden.
• Bei der Sputter-Vorrichtung 1 gemäß dieser Ausführungsform kann die folgende Anordnung benutzt werden, um die Gleichmäßigkeit der Abdeckung in der Ebene weiter zu verbessern. Es können nämlich eine Anodenelektrode 21 und Masseelektroden 22, 23 in einer Weise angeordnet sein, dass sie den Raum zwischen dem Target 3 und der Bühne 6 innerhalb der Vakuumkammer 2 einschließen. Dann wird beim Ausbilden der Schicht eine positive Spannung an die Anodenelektrode 21 angelegt, die an der Seite des Targets 3 positioniert ist. Die Masseelektroden 22, 23, die an der Seite der Bühne 6 positioniert sind, und die voneinander getrennt sind, sind mit dem Massepotential verbunden. Gemäß dieser Anordnung wird diejenige Flugbahn der gesputterten Partikel, die durch die Anodenelektrode 21 in Flugrichtung gebogen ist, so korrigiert, dass sie auf die Oberfläche des Substrats W in einer vertikaleren Weise auftrifft. In diesem Fall kann die Vorspannungs-Energieversorgung 24 mit der Bühne 6 verbunden sein.
• Nun wird ein Beispiel des Schichtausbildens unter Verwendung der oben beschriebenen Sputter-Vorrichtung 1 beschrieben. In dem Beispiel wurde als das Substrat W, auf dem eine Schicht ausgebildet wird, ein solches benutzt, auf dem eine Siliziumoxidschicht I auf der Oberfläche eines Si-Wafers ausgebildet ist und danach Mikroporen H nach einem bekannten Verfahren durch Musterbildung in der Siliziumoxidschicht ausgebildet wurden und eine Cu-Schicht L als Keimschicht durch Sputtern ausgebildet wird.
• Zuerst wird nach dem Setzen des Substrats W auf der Bühne 6 in Position die Absaugeinrichtung 8 betrieben, um dadurch die Vakuumkammer 2 auf ein vorgegebenes Maß an Unterdruck abzupumpen (z. B. 10^–5 Pa). Gleichzeitig wird durch Betreiben der Energieversorgungseinrichtung 12, um die obere Spule 11u und die untere Spule 11d mit Leistung zu beaufschlagen, veranlasst, dass ein Magnetfeld mit einer vorgegebenen Magnetfeldstärke so erzeugt wird, dass die vertikalen Magnetfeldlinien M durch das Target 3 und durch die gesamte Fläche des Substrats W mit einem gleichem Abstand voneinander verlaufen. Sobald der Druck in der Vakuumkammer 2 einen vorgegebenen Wert erreicht hat, wird ein vorgegebenes negatives Potential von der DC-Energieversorgung 5 an das Target 3 gelegt, während Argongas einer vorgegebenen Durchflussmenge in die Vakuumkammer 2 geleitet wird, wodurch eine Plasma-Atmosphäre innerhalb der Vakuumkammer 2 ausgebildet wird. In diesem Fall werden durch das Magnetfeld der Magnetbaugruppe 4 vor der Sputterfläche 3a ionisierte Elektronen und die durch das Sputtern erzeugten Sekundärelektronen eingefangen, sodass das Plasma vor der Sputterfläche 3a eine höhere Dichte erreicht.
• Argonionen im Plasma stoßen mit der Sputterfläche 3a zusammen, sodass die Sputterfläche 3a gesputtert wird und als Ergebnis Cu-Atome und Cu-Ionen aus der Sputterfläche 3a weg zum Substrat W hin gestreut werden. Dabei wird Cu mit einer positiven elektrischen Ladung durch das vertikale Magnetfeld veranlasst, die Richtung zu ändern, sodass die gesputterten Partikel dazu neigen, im Wesentlichen vertikal auf die gesamte Oberfläche des Substrats W aufzutreffen und auf dem Substrat W abgeschieden zu werden. Als Ergebnis wird eine Schicht mit guten Beschichtungseigenschaften auf den Mikroporen H auf der gesamten Oberfläche des Substrats W ausgebildet.
• Mit Bezug auf diese Ausführungsform wurde ein Fall beschrieben, bei dem die obere Spule 11u und die untere Spule 11d elektrisch beaufschlagt werden, um dadurch ein vertikales Magnetfeld zu erzeugen. Jedoch ist die Gestaltung frei, solange das vertikale Magnetfeld so erzeugt werden kann, dass die vertikalen Magnetfeldlinien M durch das Target 3 und durch die gesamte Fläche des Substrats W in einem gleichen Abstand voneinander verlaufen. Es kann daher so eingerichtet sein, dass bekannte Sintermagnete geeignet innerhalb und außerhalb der Vakuumkammer angeordnet sind, um ein vertikales Magnetfeld auszubilden.
• Beispiel 1
• Im Beispiel 1 wurde eine Cu-Schicht unter Verwendung der Sputter-Vorrichtung wie in 1 gezeigt ausgebildet (ohne Verwendung einer Anodenelektrode 21 und von Masseelektroden 22, 23). Als Substrat W wurde ein solches verwendet, auf dem eine Siliziumoxidschicht auf der gesamten Fläche des Si-Wafers von 300 mm Durchmesser ausgebildet ist, und auf dem anschließend Mikroporen (von 40 nm Breite und 140 nm Tiefe) in der Siliziumoxidschicht durch Musterbildung nach einem bekannten Verfahren ausgebildet sind. Als Target wurde ein solches benutzt, dessen Zusammensetzungsverhältnis von Cu 99% betrug, und das zu einer Sputterfläche von 400 mm Durchmesser hergestellt war. Der Abstand zwischen dem Target und dem Substrat war auf 400 mm eingestellt, und der Abstand zwischen dem unteren Ende der oberen Spule 10u und dem Target 3 sowie der Abstand zwischen dem oberen Ende der unteren Spule 11d und dem Substrat W waren jeweils auf 50 mm eingestellt.
• Weiter wurde als Schichtausbildungsbedingung Ar-Gas als Sputtergas benutzt, indem es mit einer Durchflussrate von 15 sccm eingeleitet wurde. Außerdem war die elektrische Leistung, mit der das Target zu beaufschlagen war, auf 18 kW eingestellt (elektrischer Strom 30 A), und der elektrische Stromwert für jede der Spulen war auf –15 A eingestellt. (Ein abwärts gerichtetes Magnetfeld wird erzeugt.) Die Sputterzeit war auf 10 Sekunden eingestellt, und die Schichtausbildung der Cu-Schicht wurde durchgeführt.
• Nach dem Ausbilden einer Cu-Schicht gemäß Beispiel 1 wie oben beschrieben wurde die Sputter-Rate aus der Schichtdicke am mittleren Bereich und am peripheren Bereich des Substrats gemessen. Es wurde bestätigt, dass der Unterschied zwischen den beiden ungefähr 1 nm/S betrug und dass die Gleichmäßigkeit der Schichtdickenverteilung innerhalb der Substratebene hoch war. Als die Abdeckung der Mikroporen am mittleren Bereich bzw. am peripheren Bereich durch REM-Bilder bestätigt wurde, wurde außerdem bestätigt, dass eine hochkompakte Cu-Schicht ausgebildet wurde, um die gesamte Innenfläche der Mikroporen abzudecken.
• [Kurze Beschreibung der Zeichnung]
• 1 ist eine schematische Schnittansicht einer Sputter-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung.
• 2 ist eine schematische Erläuterung eines Zustands, bei dem eine Schicht unter Verwendung der Sputter-Vorrichtung in Zusammenhang mit der herkömmlichen Technik ausgebildet wurde.
• 3 ist eine schematische Erläuterung eines Zustands, bei dem eine Schicht unter Verwendung der Sputter-Vorrichtung in Zusammenhang mit einer Ausführungsform dieser Erfindung ausgebildet wurde.
• Bezugszeichenliste

1

Magnetron-DC-Sputter-Vorrichtung

2

Unterdruckkammer

3

Target

3a

Sputterfläche

4

Magnetbaugruppe

5

DC-Energieversorgung (Sputter-Energieversorgung)

7

Gasrohr (Gas-Einleitungseinrichtung)

11u

obere Spule (Magnetfeld-Erzeugungseinrichtung)

11d

untere Spule (Magnetfeld-Erzeugungseinrichtung)

12

Energieversorgung (Magnetfeld-Erzeugungseinrichtung)

C

Katodeneinheit

M

Magnetfluss

W

Substrat

• Zusammenfassung
• Eine kostengünstige Sputter-Vorrichtung einfacher Konstruktion wird angegeben, in der eine Schicht mit guten Beschichtungseigenschaften bezüglich jeder von Mikroporen hohen Aspektverhältnisses ausgebildet werden kann. Die Sputter-Vorrichtung weist auf ein Target (3), das einem Substrat (W) gegenüberliegt, das innerhalb einer Vakuumkammer (2) angeordnet ist; eine Magnetbaugruppe (4), die vor einer Sputterfläche (3a) des Targets ein tunnelförmiges Magnetfeld ausbildet; eine Gas-Einleitungseinrichtung (7), die ein Sputtergas in die Vakuumkammer einleitet; und eine Sputter-Energieversorgung (5), die an das Target ein negatives Potential anlegt. Es sind Magnetfeld-Erzeugungseinrichtungen (11u, 11d) vorgesehen, um ein vertikales Magnetfeld solcher Art zu erzeugen, dass vertikale Magnetfeldlinien (M) durch eine Sputterfläche des Targets und durch eine gesamte Oberfläche des Substrats in einem vorgegebenen Abstand voneinander verlaufen.
• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• JP 2008-47661 A [0006]

Claims (4)

1. Sputter-Vorrichtung zum Ausbilden einer Schicht auf einer Oberfläche eines in einer Vakuumkammer angeordneten Substrats, wobei die Sputter-Vorrichtung umfasst: ein Target, das so angeordnet ist, dass es gegenüber dem Substrat liegt; eine Magnetbaugruppe zum Erzeugen eines Magnetfelds vor einer Sputterfläche des Targets; eine Gas-Einleitungseinrichtung zum Einleiten eines Sputtergases in die Vakuumkammer; und eine Sputter-Energieversorgung zum Laden des Targets mit einem negativen Potential, wobei die Sputter-Vorrichtung weiter eine Vertikalmagnetfeld-Erzeugungseinrichtung zum Erzeugen eines vertikalen Magnetfelds solcher Art umfasst, dass vertikale Magnetfeldlinien durch eine Sputterfläche des Targets und durch eine gesamte Oberfläche des Substrats verlaufen, wobei sich die vertikalen Magnetfeldlinien in einem vorgegebenen Abstand voneinander befinden.
2. Sputter-Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Magnetfeld-Erzeugungseinrichtung umfasst: mindestens zwei um eine das Target und das Substrat verbindende Bezugsachse und auch in einem vorgegebenen Abstand voneinander, gesehen in einer Längsrichtung der Bezugsachse, angeordnete Spulen; und eine Energieversorgungsvorrichtung, die es ermöglicht, jede der Spulen mit Strom zu versorgen.
3. Sputter-Verfahren zum Ausbilden einer Schicht auf einer Oberfläche eines zu bearbeitenden Substrats, wobei das Verfahren umfasst: Erzeugen eines vertikalen Magnetfelds solcher Art, dass vertikale Magnetfeldlinien durch eine Sputterfläche des Targets und durch eine gesamte Oberfläche des Substrats verlaufen, wobei sich die vertikalen Magnetfeldlinien in einem vorgegebenen Abstand voneinander befinden; Einführen eines Sputtergases in die Vakuumkammer und Laden des Targets mit einem negativen Gleichspannungspotential in einem Zustand, in dem das Magnetfeld weiter vor der Sputterfläche des Targets erzeugt wird, dadurch Ausbilden einer Plasma-Atmosphäre; und Sputtern des Targets, um die gesputterten Partikel zu veranlassen, sich an die Oberfläche des Substrats zu heften und darauf abzulagern, um dadurch eine Schicht auszubilden.
4. Sputter-Verfahren gemäß Anspruch 3, wobei das vertikale Magnetfeld in einer Richtung von der Sputterfläche zum Substrat hin erzeugt wird.

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