JP2017122261A

JP2017122261A - Deposition method

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Publication number: JP2017122261A
Application number: JP2016001348A
Authority: JP
Inventors: 中村　真也; Shinya Nakamura; 真也中村; 一義橋本; Kazuyoshi Hashimoto
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2016-01-06
Filing date: 2016-01-06
Publication date: 2017-07-13
Anticipated expiration: 2036-01-06
Also published as: JP6692164B2

Abstract

【課題】複数枚の処理対象物に対してカーボン膜を連続成膜する場合でも、カソード電圧の上昇を抑制することができると共に成膜レートの低下を抑制することができる成膜方法を提供する。【解決手段】成膜対象物Ｗをその表面にＴａ、Ｐｔ、Ｗ、Ｒｕ、Ｎｂ及びＭｏの中から選択される１つの金属層Ｍを有するものとし、この金属層の表面にカーボン膜Ｃをスパッタリング法により成膜する本発明の成膜方法は、成膜対象物に０．２Ｗ／ｃｍ２以下のバイアス電力を投入して前記金属層の表面に第１カーボン層Ｃ１を成膜する第１工程と、成膜対象物に０．２Ｗ／ｃｍ２を超えるバイアス電力を投入して前記第１カーボン層の表面に第２カーボン層Ｃ２を成膜する第２工程とを含む。【選択図】図２Provided is a film forming method capable of suppressing an increase in cathode voltage and suppressing a decrease in film forming rate even when carbon films are continuously formed on a plurality of processing objects. . SOLUTION: A film formation target W has one metal layer M selected from Ta, Pt, W, Ru, Nb and Mo on its surface, and a carbon film C is formed on the surface of this metal layer. In the film forming method of the present invention for forming a film by sputtering, the first carbon layer C1 is formed on the surface of the metal layer by applying a bias power of 0.2 W / cm 2 or less to the object to be formed. And a second step of forming a second carbon layer C2 on the surface of the first carbon layer by applying a bias power exceeding 0.2 W / cm2 to the film formation target. [Selection] Figure 2

Description

本発明は、成膜方法に関し、より詳しくは、成膜対象物をその表面に金属層を有するものとし、この金属層の表面にカーボン膜をスパッタリング法により成膜するものに関する。 The present invention relates to a film forming method, and more particularly to a film forming object having a metal layer on its surface and forming a carbon film on the surface of this metal layer by a sputtering method.

大容量の不揮発性半導体記憶装置として、ＮＡＮＤ型フラッシュメモリが知られている（例えば、特許文献１参照）。また、電極膜としてのカーボン膜を量産性よく成膜するためにスパッタリング法による成膜方法が用いられている（例えば、特許文献２及び３参照）。 A NAND flash memory is known as a large-capacity nonvolatile semiconductor memory device (see, for example, Patent Document 1). Further, in order to form a carbon film as an electrode film with high productivity, a film forming method by a sputtering method is used (see, for example, Patent Documents 2 and 3).

このような成膜方法では、真空チャンバ内にスパッタガスを導入し、カーボン製のターゲットに電力投入してターゲットをスパッタリングし、ターゲットから飛散したスパッタ粒子を金属層の表面に付着、堆積させることでカーボン膜が成膜される。ここで、成膜される薄膜の表面のラフネスを整えるために、スパッタリング中、成膜対象物にバイアス電力を投入することが一般的である。 In such a film formation method, sputtering gas is introduced into a vacuum chamber, power is applied to a carbon target, the target is sputtered, and sputtered particles scattered from the target are attached and deposited on the surface of the metal layer. A carbon film is formed. Here, in order to adjust the roughness of the surface of the thin film to be deposited, it is common to apply bias power to the deposition target during sputtering.

しかしながら、バイアス電力を投入した状態で複数枚の処理対象物に対してカーボン膜を連続成膜すると、成膜レートが徐々に低下することが判明した。そこで、本発明者らは鋭意研究を重ね、ターゲットからのスパッタ粒子が金属層の表面に衝突して金属粒子が飛散し、この金属粒子がターゲット表面に付着して反応し、これによりカソード電圧が上昇することに起因することを知見するのに至った。 However, it has been found that when a carbon film is continuously formed on a plurality of objects to be processed with bias power applied, the film formation rate gradually decreases. Therefore, the present inventors have conducted extensive research, and sputtered particles from the target collide with the surface of the metal layer and the metal particles are scattered, and the metal particles adhere to the target surface and react, whereby the cathode voltage is increased. It came to know that it originates in rising.

特開２０１５−１３８９４１号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2015-138941 特開平８−３１５７３号公報JP-A-8-31573 国際公開第２０１５／１２２１５９号International Publication No. 2015/122159

本発明は、以上の点に鑑み、複数枚の処理対象物に対してカーボン膜を連続成膜する場合でも、カソード電圧の上昇を抑制することができると共に成膜レートの低下を抑制することができる成膜方法を提供することをその課題とするものである。 In view of the above points, the present invention can suppress an increase in cathode voltage and a decrease in film formation rate even when carbon films are continuously formed on a plurality of processing objects. An object of the present invention is to provide a film forming method that can be used.

上記課題を解決するために、成膜対象物をその表面に原子量が９０以上の金属で構成される金属層を有するものとし、この金属層の表面にカーボン膜をスパッタリング法により成膜する本発明の成膜方法は、成膜対象物に０．２Ｗ／ｃｍ^２以下のバイアス電力を投入して前記金属層の表面に第１カーボン層を成膜する第１工程と、成膜対象物に０．２Ｗ／ｃｍ^２を超えるバイアス電力を投入して前記第１カーボン層の表面に第２カーボン層を成膜する第２工程とを含むことを特徴とする。尚、本発明においては、０．２Ｗ／ｃｍ^２以下のバイアス電力を投入するには、バイアス電力をゼロに設定して実質的に成膜対象物にバイアス電力が投入されない場合を含むものとする。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention has a film formation target having a metal layer composed of a metal having an atomic weight of 90 or more on the surface, and a carbon film is formed on the surface of the metal layer by a sputtering method. The film forming method includes a first step of forming a first carbon layer on the surface of the metal layer by applying a bias power of 0.2 W / cm ² or less to the film forming object, and 0 for the film forming object. And a second step of forming a second carbon layer on the surface of the first carbon layer by applying a bias power exceeding ² W / cm ² . In the present invention, to apply a bias power of 0.2 W / cm ² or less includes a case where the bias power is set to zero and substantially no bias power is applied to the film formation target.

本発明によれば、第１工程で投入するバイアス電力を比較的低く設定することで、金属層表面から飛散する金属粒子が持つエネルギーを低く抑制することができ、この金属粒子がターゲット表面に付着して反応することを防止できる。そして、第１工程で成膜した第１カーボン層により金属層表面が覆われるため、第２工程で比較的高いバイアス電力を投入しても、金属層にスパッタ粒子が衝突することはなく、金属粒子がターゲット表面に付着して反応することもない。従って、複数枚の処理対象物に対してカーボン膜を連続成膜する場合でも、カソード電圧の上昇を抑制することができると共に成膜レートの低下を抑制することができる。しかも、比較的高いバイアス電力で第２カーボン層を成膜することで、カーボン膜の表面のラフネスを整えることができる。 According to the present invention, by setting the bias power input in the first step to be relatively low, the energy of the metal particles scattered from the surface of the metal layer can be suppressed low, and the metal particles adhere to the target surface. To prevent reaction. Since the surface of the metal layer is covered with the first carbon layer formed in the first step, the sputtered particles do not collide with the metal layer even when a relatively high bias power is applied in the second step. The particles do not adhere to the target surface and react. Therefore, even when carbon films are continuously formed on a plurality of processing objects, an increase in cathode voltage can be suppressed and a decrease in film formation rate can be suppressed. In addition, the roughness of the surface of the carbon film can be adjusted by forming the second carbon layer with a relatively high bias power.

本発明において、第１工程はバイアス電力を徐々に増加させる工程を有することが好ましい。これによれば、金属層の表面が第１カーボン層で覆われるまでバイアス電力が可及的に低くされるため、金属粒子がターゲット表面に付着して反応することをより一層抑制することができて有利である。 In the present invention, the first step preferably includes a step of gradually increasing the bias power. According to this, since the bias power is reduced as much as possible until the surface of the metal layer is covered with the first carbon layer, it is possible to further suppress the metal particles from adhering to the target surface and reacting. It is advantageous.

本発明において、前記第１工程を前記金属層が前記第１カーボン層で覆われる時間行うことにより、第２工程で金属層から金属粒子が飛散することを確実に防止できてよい。 In the present invention, by performing the first step for a time during which the metal layer is covered with the first carbon layer, it may be possible to reliably prevent the metal particles from being scattered from the metal layer in the second step.

本発明は、前記金属層を構成する金属が、Ｔａ、Ｐｔ、Ｗ、Ｒｕ、Ｎｂ及びＭｏの中から選択される場合に適用することが好適である。 The present invention is preferably applied when the metal constituting the metal layer is selected from Ta, Pt, W, Ru, Nb and Mo.

本発明の実施形態の成膜方法を実施するスパッタリング装置を示す模式的断面図。The typical sectional view showing the sputtering device which enforces the film-forming method of the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態の成膜方法を説明する断面図。Sectional drawing explaining the film-forming method of embodiment of this invention. 本発明の実施形態の変形例による成膜方法を説明する図。The figure explaining the film-forming method by the modification of embodiment of this invention. 本発明の効果を確認する実験結果を示すグラフ。The graph which shows the experimental result which confirms the effect of this invention.

図１を参照して、ＳＭは、本実施形態の成膜方法を実施するスパッタリング装置である。スパッタリング装置ＳＭは、処理室１ａを画成する真空チャンバ１を備える。以下においては、真空チャンバ１の天井部側を「上」、その底部側を「下」として説明する。 Referring to FIG. 1, SM is a sputtering apparatus for performing the film forming method of the present embodiment. The sputtering apparatus SM includes a vacuum chamber 1 that defines a processing chamber 1a. In the description below, the ceiling side of the vacuum chamber 1 will be described as “upper” and the bottom side thereof will be described as “lower”.

真空チャンバ１の底部には、排気管１０を介してターボ分子ポンプやロータリーポンプなどからなる真空ポンプＰが接続され、処理室１ａ内を所定圧力（例えば１０^−５Ｐａ）まで真空引きできるようにしている。真空チャンバ１の側壁には、図示省略のガス源に連通し、マスフローコントローラ１１が介設されたガス管１２が接続され、Ａｒなどの希ガスからなるスパッタガスを処理室１ａ内に所定流量で導入できるようになっている。 A vacuum pump P such as a turbo molecular pump or a rotary pump is connected to the bottom of the vacuum chamber 1 through an exhaust pipe 10 so that the inside of the processing chamber 1a can be evacuated to a predetermined pressure (for example, 10 ⁻⁵ Pa). ing. The side wall of the vacuum chamber 1 is connected to a gas source (not shown) and connected to a gas pipe 12 having a mass flow controller 11 interposed therebetween. It can be introduced.

真空チャンバ１の底部には、ステージ２が配置され、ステージ２には図示省略する静電チャックが設けられ、成膜対象物Ｗがその金属層（成膜面）を上側にして位置決め保持されるようにしている。 A stage 2 is disposed at the bottom of the vacuum chamber 1, and an electrostatic chuck (not shown) is provided on the stage 2, and the film formation target W is positioned and held with its metal layer (film formation surface) facing upward. I am doing so.

真空チャンバ１の天井部には、ターゲットアッセンブリ３が設けられている。ターゲットアッセンブリ３は、成膜しようとする薄膜（カーボン膜）の組成に応じて適宜選択されるパイロカーボンで作製されるターゲット３１と、ターゲット３１のスパッタ面３１ａと背向する面（上面）に図示省略のインジウムやスズ等のボンディング材を介して接合される例えばＣｕ製のバッキングプレート３２とを備える。バッキングプレート３２には図示省略の冷媒用通路が形成され、この冷媒用通路に冷媒を循環させることで、ターゲット３１を冷却出来るようになっている。ターゲット３１には、スパッタ電源Ｅ１としての公知の構造を有するパルス直流電源からの出力が接続され、スパッタリング中、所定のパルス直流電力（例えば、８０ｋＨｚ〜４００ｋＨｚ、１〜１０ｋＷ）が投入される。 A target assembly 3 is provided on the ceiling of the vacuum chamber 1. The target assembly 3 is illustrated on a target 31 made of pyrocarbon, which is appropriately selected according to the composition of a thin film (carbon film) to be formed, and a surface (upper surface) opposite to the sputtering surface 31 a of the target 31. And a backing plate 32 made of, for example, Cu, which is bonded via a bonding material such as omitted indium or tin. A refrigerant passage (not shown) is formed in the backing plate 32, and the target 31 can be cooled by circulating the refrigerant through the refrigerant passage. An output from a pulse direct current power source having a known structure as the sputtering power source E1 is connected to the target 31, and a predetermined pulse direct current power (for example, 80 kHz to 400 kHz, 1 to 10 kW) is input during the sputtering.

バッキングプレート３２の上方には、ターゲット３１のスパッタ面３１ａの下方空間に磁場を発生させる公知構造を有する磁石ユニット４が配置され、ターゲット３１からのスパッタ粒子を効率よくイオン化できるようにしている。 Above the backing plate 32, a magnet unit 4 having a known structure for generating a magnetic field in a space below the sputtering surface 31a of the target 31 is arranged so that the sputtered particles from the target 31 can be efficiently ionized.

処理室１ａ内には、筒状の防着板５ｕ，５ｄが上下に配置され、真空チャンバ１の内壁面にスパッタ粒子が付着することを防止している。下側の防着板５ｄには、図示省略のシール手段を介して真空チャンバ１の底板を貫通する駆動手段５０の駆動軸５１が接続されている。駆動軸５１を駆動することで、防着板５ｄを、図中仮想線で示す成膜位置と、実線で示す搬送位置との間で上下動させることができる。上記スパッタリング装置ＳＭは、マイクロコンピュータやシーケンサ等を備えた図示省略する公知の制御手段を有し、マスフローコントローラ１２の稼働、真空排気手段Ｐの稼働、スパッタ電源Ｅ１及びバイアス電源Ｅ２の稼働等を統括制御することで、成膜対象物Ｗ表面にカーボン膜を成膜することができる。以下、図２も参照して、本発明の実施形態の成膜方法について、成膜対象物Ｗをシリコン基板Ｓの表面に原子量が９０以上の金属で構成される金属層Ｍを有するものとし、この金属層Ｍの表面にカーボン膜Ｃをスパッタリング法により成膜する場合を例に説明する。金属層Ｍを構成する金属は、Ｔａ、Ｐｔ、Ｗ、Ｒｕ、Ｎｂ及びＭｏの中から選択することができる。 In the processing chamber 1 a, cylindrical protection plates 5 u and 5 d are arranged above and below to prevent sputter particles from adhering to the inner wall surface of the vacuum chamber 1. A drive shaft 51 of a drive means 50 that passes through the bottom plate of the vacuum chamber 1 is connected to the lower protection plate 5d through a seal means (not shown). By driving the drive shaft 51, the deposition preventing plate 5d can be moved up and down between the film formation position indicated by the phantom line in the drawing and the transport position indicated by the solid line. The sputtering apparatus SM has known control means (not shown) provided with a microcomputer, a sequencer, etc., and controls the operation of the mass flow controller 12, the operation of the vacuum exhaust means P, the operation of the sputtering power supply E1 and the bias power supply E2, and the like. By controlling, a carbon film can be formed on the surface of the film formation target W. Hereinafter, referring also to FIG. 2, in the film formation method of the embodiment of the present invention, the film formation target W has a metal layer M composed of a metal having an atomic weight of 90 or more on the surface of the silicon substrate S, The case where the carbon film C is formed on the surface of the metal layer M by sputtering will be described as an example. The metal constituting the metal layer M can be selected from Ta, Pt, W, Ru, Nb and Mo.

先ず、防着板５ｄを搬送位置に下降させた状態で図示省略する搬送ロボットによりステージ２上に処理対象物Ｗを搬送し、処理対象物Ｗをその金属層を上側にして位置決め保持し、防着板５ｄを成膜位置に上昇させる。そして、処理室１ａ内の圧力が所定の圧力（例えば、１×１０^−５Ｐａ）に達すると、マスフローコントローラ１２を制御してアルゴンガスを所定流量で導入し（このとき、処理室１ａの圧力が０．０１〜３０Ｐａの範囲となる）、スパッタ電源Ｅ１からターゲット３１にパルス直流電力を例えば８０ｋＨｚで１ｋＷ〜１０ｋＷ投入すると共にバイアス電源Ｅ２からステージ２に０．２Ｗ／ｃｍ^２以下の比較的低い交流電力をバイアス電力として投入し、真空チャンバ１内にプラズマを形成する。これにより、ターゲット３１のスパッタ面３１ａをスパッタリングし、飛散したスパッタ粒子が処理対象物Ｗの表面に付着、堆積することにより、金属層Ｍの表面に第１カーボン層Ｃ１が成膜される（第１工程）。ここで、第１工程の開始時に露出している金属層Ｍにスパッタ粒子が衝突すると、金属層Ｍから金属粒子が飛散するが、第１工程で処理対象物Ｗに投入されるバイアス電力を比較的低く設定しているため、金属層Ｍから飛散した金属粒子が持つエネルギーは低い。このため、金属粒子がターゲット３１のスパッタ面３１ａに付着することを抑制でき、また金属粒子がスパッタ面３１ａに付着しても容易にスパッタリングされるため、金属粒子がスパッタ面３１ａと反応することを抑制できる。 First, the processing target W is transported onto the stage 2 by a transport robot (not shown) with the deposition preventing plate 5d lowered to the transport position, and the processing target W is positioned and held with its metal layer facing upward. The landing plate 5d is raised to the film forming position. When the pressure in the processing chamber 1a reaches a predetermined pressure (for example, 1 × 10 ⁻⁵ Pa), the mass flow controller 12 is controlled to introduce argon gas at a predetermined flow rate (at this time, the pressure in the processing chamber 1a). The pulse direct current power is input from the sputtering power source E1 to the target 31 at 1 kHz to 10 kW at 80 kHz, for example, and the bias power source E2 to the stage 2 is relatively low of 0.2 W / cm ² or less. AC power is input as bias power, and plasma is formed in the vacuum chamber 1. As a result, the sputtered surface 31a of the target 31 is sputtered, and the sputtered particles scattered and adhered to and deposited on the surface of the object to be processed W, whereby the first carbon layer C1 is formed on the surface of the metal layer M (first). 1 step). Here, when the sputtered particles collide with the metal layer M exposed at the start of the first step, the metal particles are scattered from the metal layer M, but the bias power input to the processing object W in the first step is compared. Therefore, the energy of the metal particles scattered from the metal layer M is low. For this reason, it can suppress that a metal particle adheres to the sputtering surface 31a of the target 31, and since it is easily sputtered even if a metal particle adheres to the sputtering surface 31a, it reacts with a sputtering surface 31a. Can be suppressed.

第１工程を所定時間（例えば、金属層Ｍが第１カーボン層Ｃ１で確実に覆われる時間）行った後、スパッタ電力及びスパッタガスはそのままの状態で、バイアス電源Ｅ２からのバイアス電力を０．２Ｗ／ｃｍ^２を超えるように変更し（例えば、０．４Ｗ／ｃｍ^２に変更し）、第１カーボン層Ｃ１の表面に第２カーボン層Ｃ２を成膜する（第２工程）。この第２工程で投入されるスパッタ電力は比較的高いが、金属層Ｍが第１カーボン層Ｃ１により既に覆われているため、スパッタ粒子が金属層Ｍに衝突することはなく、金属粒子がターゲット３１のスパッタ面３１ａに付着して反応することもない。第２工程の時間は、カーボン膜Ｃの膜厚に応じて適宜設定することができる。また、第２工程に投入するバイアス電力の上限は、ターゲット３１の冷却能力に応じて、例えば、０．７Ｗ／ｃｍ^２に適宜設定することができる。 After performing the first step for a predetermined time (for example, a time during which the metal layer M is reliably covered with the first carbon layer C1), the bias power from the bias power source E2 is set to 0. It changes so that it may exceed ² W / cm <2> (for example, it changes to 0.4 W / cm < ² >), and the 2nd carbon layer C2 is formed into a film on the surface of the 1st carbon layer C1 (2nd process). Although the sputtering power input in this second step is relatively high, since the metal layer M is already covered with the first carbon layer C1, the sputtered particles do not collide with the metal layer M, and the metal particles are targeted. It does not react with adhering to the sputter surface 31a of 31. The time of the second step can be appropriately set according to the film thickness of the carbon film C. Moreover, the upper limit of the bias power input to the second step can be appropriately set to, for example, 0.7 W / cm ² according to the cooling capacity of the target 31.

第２カーボン層Ｃ２の成膜後、スパッタガスの導入及び電力投入を停止し、防着板５ｄを搬送位置に下降させて、成膜済みの処理対象物Ｗを搬出すると共に、成膜前の処理対象物Ｗを搬入し、以上の処理を繰り返す。 After the formation of the second carbon layer C2, the introduction of the sputtering gas and the application of power are stopped, the deposition preventing plate 5d is lowered to the transfer position, the film-formed processing object W is carried out, and before the film formation. The processing object W is carried in and the above processing is repeated.

以上説明したように、本実施形態によれば、金属層Ｍから飛散した金属粒子がターゲット３１のスパッタ面３１ａに付着して反応することを抑制することができる。このため、複数枚の処理対象物Ｗに対してカーボン膜Ｃを連続成膜する場合でも、カソード電圧の上昇を抑制することができると共に、成膜レートの低下を抑制することができる。しかも、比較的高いバイアス電力で第２カーボン層Ｃ２を成膜することで、カーボン膜Ｃの表面のラフネスを所望の範囲内に整えることができる。 As described above, according to the present embodiment, the metal particles scattered from the metal layer M can be prevented from adhering to and reacting with the sputtering surface 31 a of the target 31. For this reason, even when the carbon film C is continuously formed on a plurality of processing objects W, it is possible to suppress an increase in cathode voltage and a decrease in film formation rate. Moreover, the roughness of the surface of the carbon film C can be adjusted within a desired range by forming the second carbon layer C2 with a relatively high bias power.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記に限定されるものではない。上記実施形態では、第１工程中、バイアス電力を０．２Ｗ／ｃｍ^２以下の所定値に設定する場合を例に説明したが、図３に示すように、第１工程の開始時点（ｔ０）からバイアス電力を徐々に増加させるように設定してもよい。この場合、０．２Ｗ／ｃｍ^２に達する時刻ｔ１までを第１工程、時刻ｔ１以降を第２工程とする。これによれば、第１工程の開始直後、すなわち、金属層Ｍの表面が第１カーボン層Ｃ１で覆われるまでバイアス電力が可及的に低くされるため、金属粒子がターゲット表面に付着して反応することをより一層抑制することができて有利である。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited above. In the above embodiment, the case where the bias power is set to a predetermined value of 0.2 W / cm ² or less during the first step has been described as an example. However, as shown in FIG. 3, the start point of the first step (t0) Alternatively, the bias power may be set to gradually increase. In this case, the first step is time t1 until reaching 0.2 W / cm ² , and the second step is after time t1. According to this, since the bias power is made as low as possible immediately after the start of the first step, that is, until the surface of the metal layer M is covered with the first carbon layer C1, the metal particles adhere to the target surface and react. This is advantageous because it can be further suppressed.

次に、上記効果を確認するために、上記スパッタリング装置ＳＭを用いて次の実験を行った。本実験では、処理対象物Ｗとしてφ３００ｍｍのＳｉ基板Ｓの表面に金属層ＭたるＴａ膜が３０ｎｍの厚さで成膜されたものを用い、φ４００ｍｍのパイロカーボン製のターゲット３１が組み付けられた真空チャンバ１内のステージ２に処理対象物Ｗをセットした後、Ｔａ膜Ｍの表面に第１カーボン層Ｃ１を成膜した（第１工程）。第１工程の成膜条件は、アルゴンガス流量：１００ｓｃｃｍ（処理室１ａ内の圧力：０．２Ｐａ）、ターゲット３１への投入電力：８０ｋＨｚ、２ｋＷ、バイアス電力：０Ｗ、ターゲット３１と処理対象物Ｗとの間の距離（ＴＳ間距離）：１９０ｍｍ、成膜時間：３０ｓｅｃとした。第１工程の終了後、バイアス電力を０．４Ｗ／ｃｍ^２に増加させる点以外は、第１工程と同様の条件で、第２カーボン層Ｃ２を成膜した（第２工程）。このようなカーボン膜Ｃの成膜を５枚の処理対象物Ｗに対して連続で行い、１枚目〜５枚目の第２工程におけるカソード電圧及び成膜レートを測定した結果を図４に示す。これによれば、カソード電圧（平均値）は約５１４Ｖで安定しており、成膜レートも約１５Å／ｍｉｎで安定していることが確認された。また、成膜されたカーボン膜Ｃの表面のラフネスを所望の範囲に整えることができることが確認された。 Next, in order to confirm the effect, the following experiment was performed using the sputtering apparatus SM. In this experiment, a processing object W is a vacuum in which a Ta film as a metal layer M having a thickness of 30 nm is formed on the surface of a Si substrate S having a diameter of 300 mm and a target 31 made of pyrocarbon having a diameter of 400 mm is assembled. After setting the processing object W on the stage 2 in the chamber 1, the first carbon layer C1 was formed on the surface of the Ta film M (first step). The film forming conditions in the first step are: argon gas flow rate: 100 sccm (pressure in the processing chamber 1a: 0.2 Pa), input power to the target 31: 80 kHz, 2 kW, bias power: 0 W, target 31 and processing object W Distance (distance between TS): 190 mm, film formation time: 30 sec. After the first step, the second carbon layer C2 was formed under the same conditions as in the first step except that the bias power was increased to 0.4 W / cm ² (second step). FIG. 4 shows the result of measuring the cathode voltage and the film formation rate in the second step of the first to fifth sheets by continuously forming such a carbon film C on the five processing objects W. Show. According to this, it was confirmed that the cathode voltage (average value) was stable at about 514 V, and the film formation rate was also stable at about 15 kg / min. It was also confirmed that the roughness of the surface of the carbon film C formed can be adjusted to a desired range.

また、第１工程のバイアス電力を０．０１Ｗ／ｃｍ^２，０．０７Ｗ／ｃｍ^２，０．１Ｗ／ｃｍ^２，０．２Ｗ／ｃｍ^２に変化させる点以外は、上記実験条件で成膜し、それぞれの場合についてカソード電圧及び成膜レートを測定したところ、上記実験と同様の結果が得られた。また、金属層ＭとしてＴａ膜に代えて、原子量が９０以上の比較的重い金属からなるＰｔ膜、Ｗ膜、Ｒｕ膜、Ｎｂ膜、Ｍｏ膜を用いる場合も、上記実験と同様の結果が得られた。これは、原子量９０以上の金属の場合、金属層Ｍにスパッタ粒子又はアルゴンイオンが衝突した際、処理対象物Ｗから垂直方向に飛散する割合が大きく、ターゲット３１のスパッタ面３１ａに到達する量が多いためであると考えられる。 Further, 0.01 W ^/ cm ² the bias power of the first ^{step, 0.07W / cm 2, 0.1W /} cm 2, except for changing the 0.2 W / cm ^2, was deposited with the experimental conditions When the cathode voltage and the film formation rate were measured in each case, the same results as in the above experiment were obtained. In addition, when a Pt film, a W film, a Ru film, an Nb film, or a Mo film made of a relatively heavy metal having an atomic weight of 90 or more is used as the metal layer M instead of the Ta film, the same result as the above experiment is obtained. It was. This is because, in the case of a metal having an atomic weight of 90 or more, when sputtered particles or argon ions collide with the metal layer M, the ratio of scattering from the processing object W in the vertical direction is large, and the amount reaching the sputter surface 31a of the target 31 is large. This is probably because there are many.

上記実験に対する比較のため、以下の比較実験を行った。比較実験では、第１工程を行わず（即ち、第１カーボン層Ｃ１を成膜せず）、第２工程のみを行った。この場合も、１枚目〜５枚目の成膜時のカソード電圧及び成膜レートを測定し、その測定結果を比較例として図４に併せて示す。これによれば、２枚目以降にカソード電圧が上昇し、３枚目以降に成膜レートが低下することが確認された。 For comparison with the above experiment, the following comparative experiment was performed. In the comparative experiment, the first step was not performed (that is, the first carbon layer C1 was not formed), and only the second step was performed. Also in this case, the cathode voltage and the film formation rate during the film formation of the first to fifth sheets were measured, and the measurement results are also shown in FIG. 4 as a comparative example. According to this, it was confirmed that the cathode voltage increased after the second sheet and the film formation rate decreased after the third sheet.

また、バイアス電力を０．３Ｗ／ｃｍ^２，０．４Ｗ／ｃｍ^２に変化させる点以外は上記比較実験と同様の条件で実験を行ったが、上記比較実験と同様の結果が得られた。これより、バイアス電力を０．３Ｗ／ｃｍ^２に設定すると、金属層Ｍから飛散した金属粒子がスパッタ面３１ａに付着して反応するため、このような反応を抑制するには本発明の如くバイアス電力を０．２Ｗ／ｃｍ^２以下に設定する必要があることが判った。尚、処理対象物Ｗをシリコン基板とする点以外は上記比較実験と同様の条件で実験を行ったが、上記発明実験と同様の結果が得られた。即ち、第１工程を行わなくても、カソード電圧の上昇や成膜レートの減少は確認されなかった。これより、カソード電圧の上昇は、金属層Ｍからの金属粒子がスパッタ面３１ａで反応することに起因することが判った。 The experiment was performed under the same conditions as the comparative experiment except that the bias power was changed to 0.3 W / cm ² and 0.4 W / cm ² , and the same result as the comparative experiment was obtained. Accordingly, when the bias power is set to 0.3 W / cm ² , the metal particles scattered from the metal layer M adhere to the sputter surface 31a and react. Therefore, in order to suppress such a reaction, the bias is applied as in the present invention. It was found that the power needs to be set to 0.2 W / cm ² or less. The experiment was performed under the same conditions as in the comparative experiment except that the processing object W was a silicon substrate, but the same results as in the invention experiment were obtained. That is, no increase in cathode voltage or decrease in film formation rate was confirmed without performing the first step. From this, it was found that the increase in the cathode voltage is caused by the reaction of the metal particles from the metal layer M on the sputter surface 31a.

以上の実験により、バイアス電力を０．２Ｗ／ｃｍ^２以下に設定する第１工程を行った後にバイアス電力を０．２Ｗ／ｃｍ^２を超えるように設定する第２工程を行えば、カソード電圧の上昇を防止でき、ひいては、成膜レートの低下を抑制できることが判った。 According to the above experiment, if the second step of setting the bias power to exceed 0.2 W / cm ² is performed after the first step of setting the bias power to 0.2 W / cm ² or less, It has been found that the increase can be prevented, and consequently the decrease in the film forming rate can be suppressed.

Ｗ…処理対象物、Ｍ…Ｔａ層（金属層）、Ｃ…カーボン膜、Ｃ１…第１カーボン層、Ｃ２…第２カーボン層。 W ... processing object, M ... Ta layer (metal layer), C ... carbon film, C1 ... first carbon layer, C2 ... second carbon layer.

Claims

In a film forming method in which a film formation target has a metal layer composed of a metal having an atomic weight of 90 or more on the surface, and a carbon film is formed on the surface of the metal layer by a sputtering method.
A first step of forming a first carbon layer on the surface of the metal layer by applying a bias power of 0.2 W / cm ² or less to the film formation target;
And a second step of forming a second carbon layer on the surface of the first carbon layer by applying a bias power exceeding 0.2 W / cm ² to the object to be formed.

The film forming method according to claim 1, wherein the first step includes a step of gradually increasing the bias power.

The film forming method according to claim 1, wherein the first step is performed for a time during which the metal layer is covered with the first carbon layer.

The film formation method according to claim 1, wherein the metal is selected from Ta, Pt, W, Ru, Nb, and Mo.