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JPH03240944A - Method and device for focusing target sputtering for forming thin aluminum film - Google Patents

Method and device for focusing target sputtering for forming thin aluminum film

Info

Publication number
JPH03240944A
JPH03240944A JP3688590A JP3688590A JPH03240944A JP H03240944 A JPH03240944 A JP H03240944A JP 3688590 A JP3688590 A JP 3688590A JP 3688590 A JP3688590 A JP 3688590A JP H03240944 A JPH03240944 A JP H03240944A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
plasma
target
targets
magnetic field
substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP3688590A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masahiko Naoe
直江 正彦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
OSAKA SHINKU KIKI SEISAKUSHO KK
Original Assignee
OSAKA SHINKU KIKI SEISAKUSHO KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by OSAKA SHINKU KIKI SEISAKUSHO KK filed Critical OSAKA SHINKU KIKI SEISAKUSHO KK
Priority to JP3688590A priority Critical patent/JPH03240944A/en
Publication of JPH03240944A publication Critical patent/JPH03240944A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To stably form an Al film in superthin sheet like state having extremely high purity and free from damage of film on the surface of a substrate by uniformizing the density of a columnar plasma between both targets at the time of forming a thin Al film on a substrate by a focusing target sputtering method. CONSTITUTION:At the time of forming a thin Al film on a substrate disposed in a position apart from a plasma by disposing two Al targets 1 in a manner to be opposed to each other, impressing vertical magnetic fields by means of permanent magnets 3 arranged on the peripheries of respective rear surfaces, and producing the plasma between both Al targets 1, permanent magnets 5 having a polarity reverse to that of the above permanent magnets 5 are disposed in the respective central parts of the rear surfaces of the Al targets 1 and respective spaces between these magnets 5 and the Al targets 1 are regulated, and, as a result, the distribution of magnetic fields is controlled and the magnetic field in the central part A is practically regulated to zero and plasma density is uniformized, by which self-sputtering is allowed to occur under low gase pressure and sputtering by means of Ar ions is minimized. By this method, the Al film free from Ar grains etc., having high purity, and extremely reduced in film thickness can be formed in a damage-free state on the substrate.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、対向ターゲット式スパッタ技術に係り、より
詳細には、不純物が極めて少なく且つ膜損傷のない良質
のアルミニウム薄膜を形成できる対向ターゲット式スパ
ッタ法及び装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Industrial Application Field) The present invention relates to a facing target sputtering technique, and more specifically, a facing target sputtering technique that can form a high-quality aluminum thin film with extremely few impurities and no film damage. Related to sputtering method and apparatus.

(従来の技術) 近年、アルミニウム薄膜は、電子工学の様々な分野で重
要な役割を担っている0例えば、集積回路の配線や、薄
膜コンデンサ、ディスプレイデノ(イス、弾性表面波フ
ィルター、サーマルプリンターヘッド等の配線、或いは
光磁気記録媒体等の表面被覆などが挙げられる。また、
光透過性アルミニウム超薄膜の研究開発等にも必要とさ
れる。
(Prior Art) In recent years, aluminum thin films have played an important role in various fields of electronic engineering, such as wiring for integrated circuits, thin film capacitors, display devices, surface acoustic wave filters, and thermal printers. Examples include wiring for heads, etc., and surface coatings for magneto-optical recording media, etc.
It is also required for research and development of ultra-thin light-transparent aluminum films.

このような用途に利用し得るアルミニウム薄膜としては
、エレクトロマイグレーション、ストレスマイグレーシ
ョンなどに対する耐マイグレーション性、コンタクト特
性等々が優れていることが必須である。また、膜厚もミ
クロンオーダーから、ハーフミクロン(0,5μ■)オ
ーダー、更にはクォーターミクロン(0,2〜0.4μ
m)オーダーのものが必要である。
For an aluminum thin film that can be used for such purposes, it is essential that it has excellent migration resistance against electromigration, stress migration, etc., and excellent contact characteristics. In addition, the film thickness ranges from micron order to half micron (0.5 μ■) order and even quarter micron (0.2 to 0.4 μ■).
m) Custom-made items are required.

そのためには、アルミニウム薄膜は、不純物が極めて少
ないこと、特にArなどの粒子を含まないこと、結晶性
がよいこと、膜面の損傷がなく平坦で硬く緻密な膜であ
ることが必要であり、また生産性が高いことも必要であ
る。
In order to achieve this, the aluminum thin film must contain extremely few impurities, especially do not contain particles such as Ar, have good crystallinity, and be flat, hard, and dense without damage to the film surface. It is also necessary to have high productivity.

ところで、従来、アルミニウム薄膜の形成法としては、
マグネトロンスパッタ法が広く使われていた。しかし、
この方法では、基板とターゲットの間で放電しているた
め、基板上に堆積した薄膜がプラズマに曝されたり、タ
ーゲットから放出される二次電子等の高エネルギー粒子
の衝突により損傷を受は易い。特にアルミニウムは反応
性に富んだ金属であり、粒子の衝突による影響を受は易
く、結晶欠陥を生じたり、膜表面の平坦性が得られにく
いという欠点がある。
By the way, conventional methods for forming aluminum thin films include:
Magnetron sputtering was widely used. but,
In this method, electric discharge occurs between the substrate and the target, so the thin film deposited on the substrate is easily exposed to plasma and damaged by collisions with high-energy particles such as secondary electrons emitted from the target. . In particular, aluminum is a highly reactive metal and is easily affected by particle collisions, resulting in crystal defects and difficulty in achieving film surface flatness.

(発明が解決しようとする課題) これに対し、最近では、対向ターゲット式スパッタ法に
よるアルミニウム薄膜の形成が注目されてきている。こ
の方法によれば、基板がプラズマに曝されないプラズマ
フリーであるので堆積中の膜が損傷されず、また基板が
ガンマ電子や負イオン等による衝突を受けないので、膜
の構造や性質の制御のための基板バイアス電圧を印加し
た時の効果が顕著である。比較的低いガス圧でもスパッ
タできるので、ステップカバレジについても良好である
(Problems to be Solved by the Invention) In response to this problem, formation of an aluminum thin film by a facing target sputtering method has recently been attracting attention. According to this method, since the substrate is plasma-free and is not exposed to plasma, the film being deposited is not damaged, and the substrate is not bombarded by gamma electrons or negative ions, so it is possible to control the structure and properties of the film. The effect is remarkable when a substrate bias voltage for this purpose is applied. Since sputtering can be performed even at relatively low gas pressure, step coverage is also good.

本発明者等は、対向ターゲット式スパッタ法によりアル
ミニウム薄膜を形成する方法として、先に特開昭64−
15365号を提案した。
The present inventors previously proposed a method for forming an aluminum thin film using the facing target sputtering method in Japanese Patent Application Laid-Open No.
No. 15365 was proposed.

しかしなか、前述のような良質で極めて薄いアルミニウ
ム薄膜を形成する技術としては必ずしも満足し得るもの
ではない、特に、高速成膜のために大電力を投入した場
合、ターゲットが融点の低いアルミニウムからなるため
、アークが発生してターゲット表面が局所的に溶け、こ
れがスプラツツ(塊まり)となって基板上に付着し、膜
質の低下を招くといった問題があった。
However, the technology for forming extremely thin aluminum films of high quality as mentioned above is not always satisfactory, especially when high power is used for high-speed film formation. As a result, arcs are generated and the target surface is locally melted, which becomes splats and adheres to the substrate, resulting in a reduction in film quality.

本発明は、上記要請に応えるべく、不純物が極めて少な
く且つ膜損傷のない良質のアルミニウム薄膜、特に超薄
膜を形成できる対向ターゲット式スパッタ技術を提供す
ることを目的とするものである。
In order to meet the above-mentioned demands, the present invention aims to provide a facing target sputtering technique that can form a high-quality aluminum thin film, especially an ultra-thin film, with extremely few impurities and no film damage.

(課題を解決するための手段) 前記課題を解決するためには、本発明者等は、対向ター
ゲット式スパッタ法においては2枚のターゲット間にプ
ラズマを保持し、基板をプラズマフリーの状態に保って
スパッタリングを行なうので、プラズマの密度分布の制
御が非常に重要であることに鑑みて、磁場分布の状況に
ついて鋭意研究を重ねた。
(Means for Solving the Problems) In order to solve the above problems, the present inventors have developed a method in which plasma is maintained between two targets in the facing target sputtering method to keep the substrate in a plasma-free state. Considering that controlling the plasma density distribution is extremely important since sputtering is performed using a magnetic field, we conducted extensive research on the state of the magnetic field distribution.

その結果、従来の磁石配置構成では、均一な磁場分布が
生成されるが、プラズマ・密度の分布は。
As a result, the conventional magnet arrangement produces a uniform magnetic field distribution, but the plasma density distribution does not.

ほぼ正規分布であって、生成されたプラズマが外周部か
ら拡散するため、プラズマ半径の大きい領域においてプ
ラズマの密度が低い状態となり、プラズマ密度が不均一
であることに起因して、特に大電力を投入した場合、タ
ーゲット表面で局所的にアークが発生してスプラッツが
基板へ飛来し。
The distribution is almost normal, and the generated plasma diffuses from the outer periphery, so the plasma density is low in the region with a large plasma radius, and the non-uniform plasma density makes it difficult to use particularly high power. When it is injected, an arc is generated locally on the target surface and splats fly to the substrate.

基板の構造、性質に悪影響を及ぼすことが判明した。ま
た、雰囲気ガス圧をあまり低くできないので、基板上に
堆積されたアルミニウム薄膜の不純物を効果的に少なく
することができず、良質の薄膜が得られない。
It was found that this had an adverse effect on the structure and properties of the substrate. Furthermore, since the atmospheric gas pressure cannot be lowered too much, impurities in the aluminum thin film deposited on the substrate cannot be effectively reduced, and a good quality thin film cannot be obtained.

そこで、プラズマ密度の分布を均一にする方策について
更に研究を重ねた結果、ここに本発明をなしたものであ
る。
Therefore, as a result of further research into ways to make the distribution of plasma density uniform, the present invention has been made.

すなわち、本発明は、高純度アルミニウムからなる2枚
のターゲット(陰極)をホルダーで保持して対向させ、
ターゲット裏面に配置した永久磁石により垂直磁界を印
加してターゲット間にプラズマを生成し、プラズマフリ
ーの位置に配置した基板上にアルミニウム薄膜を形成す
る方法において、ターゲット間に封じ込められた円柱状
のプラズマの中心部の磁場を実質的に零とし、外周部に
いくにつれて強くなる磁場分布を形成することによりプ
ラズマ密度を均一にし、低ガス圧のもとでセルフスパッ
タリングさせることを特徴とするアルミニウム薄膜形成
用対向ターゲット式スパッタ法を要旨とするものである
That is, the present invention holds two targets (cathode) made of high-purity aluminum with a holder and makes them face each other.
In this method, a perpendicular magnetic field is applied by a permanent magnet placed on the back of the target to generate plasma between the targets, and a thin aluminum film is formed on a substrate placed in a plasma-free position. Aluminum thin film formation characterized by making the magnetic field at the center substantially zero and forming a magnetic field distribution that becomes stronger toward the outer periphery to make the plasma density uniform and self-sputtering under low gas pressure. This paper focuses on the facing target sputtering method.

また、他の本発明は、高純度アルミニウムからなる2枚
のターゲット(陰極)をホルダーで保持して対向させ、
ターゲット裏面に配置した永久磁石により垂直磁界を印
加してターゲット間にプラズマを生成し、プラズマフリ
ーの位置に配置した基板上にアルミニウム薄膜を形成す
る対向ターゲット式スパッタ装置において、ターゲット
間に封じ込められた円柱状のプラズマの中心部の磁場を
実質的に零とし、外周部にいくにつれて強くなる磁場分
布を形成するように永久磁石を配置したことを特徴とす
るアルミニウム薄膜形成用対向ターゲット式スパッタ装
置を要旨とするものである。
In addition, in another aspect of the present invention, two targets (cathode) made of high-purity aluminum are held by a holder and made to face each other,
In facing target sputtering equipment, plasma is generated between the targets by applying a perpendicular magnetic field using a permanent magnet placed on the back of the target, and a thin aluminum film is formed on a substrate placed in a plasma-free position. A facing target type sputtering device for forming an aluminum thin film, characterized in that permanent magnets are arranged so that the magnetic field at the center of a cylindrical plasma is substantially zero, and the magnetic field distribution becomes stronger toward the outer periphery. This is a summary.

以下に本発明を更に詳細に説明する。The present invention will be explained in more detail below.

(実施例) 第1図は、従来の対向ターゲット式スパッタ装置におけ
る磁石配置構成並びにプラズマ生成状態を示す図である
(Example) FIG. 1 is a diagram showing the magnet arrangement and plasma generation state in a conventional facing target type sputtering apparatus.

真空槽内には、まず、高純度アルミニウムからなる一対
のターゲット1(陰極)がターゲットホルダーで支持し
て配置されている。ターゲット1の外周近傍の裏面には
永久磁石3が配置されている。
Inside the vacuum chamber, first, a pair of targets 1 (cathode) made of high-purity aluminum are supported by a target holder. A permanent magnet 3 is placed on the back surface of the target 1 near its outer periphery.

これら永久磁石3は、ターゲット1を挾んで互いに逆の
磁極となるように対称的電極構造にする。
These permanent magnets 3 have a symmetrical electrode structure so that they sandwich the target 1 and have opposite magnetic poles.

ターゲット外周にはシールドリングを設けている。A shield ring is provided around the target.

この構成により、両極に同一電圧をかけてグロー放電さ
せ、雰囲気ガス(通常、Ar)をイオン化させるとプラ
ズマPが発生する。
With this configuration, plasma P is generated when the same voltage is applied to both electrodes to cause a glow discharge and the atmospheric gas (usually Ar) is ionized.

一方、永久磁石3により垂直磁界を印加するが、磁界は
ミラー磁界(ミラートロン)となるような形状(円柱状
;ECRモード)に形成されるので、安定放電が得られ
ると共に、γ電子がプラズマ内に閉じ込められる。
On the other hand, a perpendicular magnetic field is applied by the permanent magnet 3, but the magnetic field is formed in a shape (cylindrical; ECR mode) that becomes a mirror magnetic field (mirrortron), so a stable discharge is obtained and the γ electrons are generated in the plasma. Trapped inside.

基板4は、プラズマの外側に配置するので、プラズマフ
リーの状態に置かれる。したがって、基板方向にはスパ
ッタ粒子(アルミニウム原子)のみが飛来することにな
る。
Since the substrate 4 is placed outside the plasma, it is placed in a plasma-free state. Therefore, only sputtered particles (aluminum atoms) fly toward the substrate.

対向ターゲット式スパッタ法の場合、ターゲット表面の
直前では、電子が磁界に巻き付くラーマ−運動をするの
で、電子は早目に電離でき、このため、ガス圧を下げる
とセルフスパッタリングが生じる。セルフスパッタリン
グは、投入電力とガス圧に関係し、ターゲット表面のガ
ス圧が約10−3〜10″″’Pa程度で生じるが、低
ガス圧のもとでスパッタリングすると、アルゴンによる
スパッタリングは少ないものの、−旦叩き出された中性
粒子がこの電子により正イオンとなり、またターゲット
を叩くので、ガス圧を上げなくとも効率的なスパッタが
可能となる。因みに、低ガス圧のもとでは、ターゲット
表面ではArイオンよりもターゲツト材質のイオンが多
く、Arイオンによるスパッタリングが発生しにくいの
で、Ar粒子の反跳による基板への飛来が防止され、そ
の結果、アルミニウム薄膜へのアルゴン粒子の混入が抑
制され、結晶性が向上できる。
In the case of the facing target sputtering method, the electrons undergo a Larmor motion in front of the target surface, wrapping around the magnetic field, so that the electrons can be ionized quickly. Therefore, when the gas pressure is lowered, self-sputtering occurs. Self-sputtering is related to the input power and gas pressure, and occurs when the gas pressure on the target surface is approximately 10-3 to 10''Pa. However, when sputtering is performed under low gas pressure, sputtering due to argon is small, but Since the neutral particles that have been ejected are turned into positive ions by the electrons and hit the target, efficient sputtering is possible without increasing the gas pressure. Incidentally, under low gas pressure, there are more target material ions than Ar ions on the target surface, making it difficult for Ar ions to cause sputtering, which prevents Ar particles from recoil and flying toward the substrate. , the mixing of argon particles into the aluminum thin film is suppressed, and the crystallinity can be improved.

しかしながら、上記従来の磁石配置構成の場合。However, in the case of the above conventional magnet arrangement configuration.

成る程度まではガス圧を下げることができるのでセルフ
スパッタリングは期待できるものの、特に大電力を投入
した場合、ターゲット表面で局所的にアークが発生する
のを避けることができず、そのため、ターゲツト材質の
スプラッッが発生して、基板上に堆積されたアルミニウ
ム薄膜が均質にならない。特に超薄膜において顕著であ
るという問題があった。また、このためターゲットが均
一に消耗しないことにもなる。
Although self-sputtering can be expected because the gas pressure can be lowered to a certain extent, it is impossible to avoid localized arcing on the target surface, especially when a large amount of power is applied. Splash occurs and the aluminum thin film deposited on the substrate is not homogeneous. This problem is particularly noticeable in ultra-thin films. This also means that the target is not consumed uniformly.

これらの問題の発生原因について鋭意研究を重ねたとこ
ろ、プラズマ密度の不均一性に起因することが判明した
。すなわち、従来の磁石配置構成では、プラズマの中央
部の磁場と外周部の磁場との差が比較的小さいため、均
一な磁場が得られる。
After extensive research into the cause of these problems, it was discovered that they were caused by non-uniformity in plasma density. That is, in the conventional magnet arrangement, a uniform magnetic field can be obtained because the difference between the magnetic field at the center of the plasma and the magnetic field at the outer periphery is relatively small.

しかし、プラズマ密度の分布がほぼ正規分布であり、最
初は、プラズマはこの磁場分布に沿って生成されるもの
の、外周部からの拡散が始まるので。
However, the distribution of plasma density is approximately normal, and although plasma is initially generated along this magnetic field distribution, it begins to diffuse from the outer periphery.

どうしてもプラズマ半径の大きい領域(外周部)におい
てはプラズマの密度が低くなる結果、プラズマ密度の均
一化が図れず、その結果、ターゲット表面で局所的にア
ークが発生し易くなることに起因することが判明した。
As a result, the plasma density inevitably becomes lower in the area where the plasma radius is large (the outer periphery), so the plasma density cannot be made uniform, and as a result, arcs are more likely to occur locally on the target surface. found.

これに対し、本発明は、か〜るプラズマ密度の不均一化
が発生しない磁場分布の形成を可能にしたものである。
In contrast, the present invention makes it possible to form a magnetic field distribution that does not cause such non-uniformity of plasma density.

具体的には、プラズマ中央部の磁場を実質上零とし、外
周部との磁場の差が大きくなるような磁場分布を形成す
るものである。このような磁場分布は永久磁石、ヨーク
(鉄片)、シールドリングの形状、寸法、配置を調整す
ることにより容易に得られる。ターゲットの厚さ調整に
よることも可能である。
Specifically, a magnetic field distribution is created in which the magnetic field at the center of the plasma is substantially zero and the difference between the magnetic field and the outer circumference is large. Such a magnetic field distribution can be easily obtained by adjusting the shape, dimensions, and arrangement of the permanent magnet, yoke (iron piece), and shield ring. It is also possible to adjust the thickness of the target.

以下に磁石配置構成による場合を示す。The case of magnet arrangement is shown below.

第2図はかNる磁石配置構成の一例を示している。なお
、対称的電極構造であるので、下半分のみを図示しであ
る。
FIG. 2 shows an example of the magnet arrangement. Note that since the electrode structure is symmetrical, only the lower half is shown.

まず、従来と同様、ターゲット外周近傍の裏面には永久
磁石3・が配置されている。しかし、これだけでは前述
のように均一なプラズマ密度が得られない。そこで、更
にターゲット1の中央部裏面近傍に他の永久磁石5が前
記磁石3とは逆の磁極となるように配置されている。こ
の永久磁石5をターゲット裏面に近接させた場合は、外
周部に配置した磁石3からの磁力線の吸い込みが大きい
ため、ターゲツト材質 つまり、プラズマの中央部Aの磁場を零に近くすること
が可能である。磁石5をターゲットから遠ざけるに従い
、吸い込みが弱められるので、磁石5とターゲット1と
の距離を変えることにより。
First, as in the conventional case, a permanent magnet 3 is placed on the back surface near the outer periphery of the target. However, this alone does not provide a uniform plasma density as described above. Therefore, another permanent magnet 5 is further arranged near the back surface of the central portion of the target 1 so as to have a magnetic pole opposite to that of the magnet 3. When this permanent magnet 5 is placed close to the back surface of the target, the magnetic field lines from the magnet 3 placed on the outer periphery are absorbed greatly, so it is possible to make the magnetic field of the target material, that is, the central part A of the plasma, close to zero. be. By changing the distance between the magnet 5 and the target 1, the attraction becomes weaker as the magnet 5 is moved away from the target.

磁力線の吸い込みの割合、つまり、磁場分布を制御でき
る。しかし、更に遠ざけて磁力線の殆どが対向するター
ゲット方向に指向するようにすると。
It is possible to control the rate of attraction of magnetic lines of force, that is, the magnetic field distribution. However, if you move it further away so that most of the magnetic field lines are directed toward the opposing target.

プラズマ中央部Aの磁場はあまり弱くならず、従来と同
様の磁場分布となるので、避けるべきである。
The magnetic field in the central part A of the plasma does not become very weak, and the magnetic field distribution becomes the same as in the conventional case, so it should be avoided.

第3図は他の磁石配置構成を示しており、ターゲットの
外側に更に他の永久磁石6を配置したものである。これ
により、ターゲット外周から対向するターゲット方向に
指向する磁力線(すなわち。
FIG. 3 shows another magnet arrangement, in which another permanent magnet 6 is arranged outside the target. This causes lines of magnetic force directed from the outer circumference of the target toward the opposing target (i.e.

外周部の磁場)を強めることができるので、プラズマ中
央部Aの磁場を実質上零にすることができる。永久磁石
3のターゲット裏面寄りの厚さを約173に減少させた
り、シールドリング2を図示の如く設けてもよい、ター
ゲット1が矩形状(ハガキ状)の場合には、シールドリ
ングの開口部の角を落として丸みを付けるのもよい。
Since the magnetic field at the outer circumference can be strengthened, the magnetic field at the plasma center A can be made substantially zero. The thickness of the permanent magnet 3 near the back surface of the target may be reduced to about 173 mm, or the shield ring 2 may be provided as shown in the figure.If the target 1 is rectangular (postcard-shaped), the opening of the shield ring may be It is also a good idea to round off the corners.

勿論、第2図及び第3に示した磁石配置構成を適宜組み
合わせて所望の磁場分布が得られるようにすることがで
きることは云うまでもない。
Of course, it is possible to obtain a desired magnetic field distribution by appropriately combining the magnet arrangement configurations shown in FIGS. 2 and 3.

なお、少なくともシールドリング2はアルミ製にするの
が望ましい、勿論、装置全体をアルミ製にすることも可
能である。これにより、アルミニウム薄膜への不純物の
混入を完全に防止し得る。
Note that it is desirable that at least the shield ring 2 be made of aluminum; of course, the entire device can also be made of aluminum. This completely prevents impurities from entering the aluminum thin film.

上記構成による対向ターゲット式スパッタ方式によりア
ルミニウム薄膜を形成する場合の諸元の一例を以下に示
す。
An example of specifications when forming an aluminum thin film by the facing target sputtering method with the above configuration is shown below.

ターゲットの材質ニアルミニウム (純度99.999%) 〃       寸法 :  100#X7t  (a
鵬)基    板  ニガラス、Siウェハー等真空槽
の到達ガス圧: <4.OX 10−’Pa雰囲気ガス
圧PAr: 1.3XlO−2〜9、OX 10’″1
Pa 電    源 :直流電源 高周波電源(基板バイアス) 堆積速度:150〜1800八/腸10次に、対向ター
ゲット式スパッタ法について説明する。
Target material Nialuminum (purity 99.999%) Dimensions: 100#X7t (a
(Peng) Substrate Ultimate gas pressure of vacuum chamber such as glass, Si wafer, etc.: <4. OX 10-'Pa atmospheric gas pressure PAr: 1.3XlO-2~9, OX 10'''1
Power source: DC power source, high frequency power source (substrate bias) Deposition rate: 150 to 1800 8/10 Next, the facing target sputtering method will be explained.

上述の磁場分布が得られる限り、以下の態様が可能であ
る。
As long as the above-mentioned magnetic field distribution can be obtained, the following embodiments are possible.

■ まず、低ガス圧のもとでスパッタリングできるので
、セルフスパッタが可能である。
■ First, since sputtering can be performed under low gas pressure, self-sputtering is possible.

第4図に示すようにガス圧が低いほどアルミニウム薄膜
の鏡面反射率を上げることができ、第5図及び第6図に
示すように、膜厚を0.2〜0.4μmの如く極めて薄
くしても鏡面反射率の大きいアルミニウム薄膜が得られ
る。換言すれば、第7図に示す如くガス圧を低くして鏡
面反射率の高く極めて薄い膜厚で良質のアルミニウム薄
膜を形成できる。
As shown in Fig. 4, the lower the gas pressure, the higher the specular reflectance of the aluminum thin film, and as shown in Figs. However, an aluminum thin film with high specular reflectance can be obtained. In other words, as shown in FIG. 7, a high quality aluminum thin film with high specular reflectance and an extremely thin film thickness can be formed by lowering the gas pressure.

■ また、低い基板バイアス印加が可能である。(2) It is also possible to apply a low substrate bias.

すなわち、従来の2極スパツタ法やマグネトロンスパッ
タ法では、基板において最初からセルフバイアスがマイ
ナス士数ボルトより大きくかかっており、微少な基板バ
イアスを印加することが不可能であり、最適な条件での
成膜が不可能であった。また、従来の対向ターゲット式
スパッタ装置においても、その特畏であるプラズマフリ
ーの基板配置を活かして、−100V〜−200v程度
の基板バイアスを印加すればバイアス効果が得られるが
、本発明によれば、これよりも小さく、更には微少のバ
イアス(例、−3V〜−5V)さえも大面積基板へ印加
することができる。したがって、アルミニウムの結晶性
が良くなり、硬さが得られるほか、ステップカバレジの
改善や平坦化、更に粒子サイズの制御が非常に容易であ
る。DCバイアスによる−様なバイアスの印加や、絶縁
性基板の使用も可能であるので、基板の大径化ができ、
或いは加熱(冷却)もできるので、温度コントロールも
し易い。第8図は、基板のバイアス電圧を小さくすると
、鏡面反射率の高いアルミニウム薄膜が形成できること
を示している。
In other words, in the conventional two-pole sputtering method and magnetron sputtering method, the self-bias applied to the substrate from the beginning is greater than minus several volts, and it is impossible to apply a minute substrate bias. It was impossible to form a film. In addition, even in conventional facing target type sputtering equipment, a bias effect can be obtained by applying a substrate bias of about -100V to -200V by taking advantage of its unique plasma-free substrate arrangement. For example, it is possible to apply a smaller bias than this, and even a very small bias (for example, -3V to -5V) to a large-area substrate. Therefore, the crystallinity of aluminum is improved, hardness is obtained, step coverage is improved and flattened, and particle size can be controlled very easily. It is possible to apply a bias such as DC bias and use an insulating substrate, so it is possible to increase the diameter of the substrate.
Alternatively, since it can be heated (cooled), it is easy to control the temperature. FIG. 8 shows that an aluminum thin film with high specular reflectance can be formed by reducing the substrate bias voltage.

勿論、基板バイアスを印加しなくても良好な結果が得ら
れるが、基板バイアスを印加すれば、上述の効果が得ら
れる。
Of course, good results can be obtained without applying a substrate bias, but the above-mentioned effects can be obtained by applying a substrate bias.

■ また、マイクロ波アシストが可能である。■ Also, microwave assist is possible.

対向ターゲット式スパッタ法の場合、プラズマが2枚の
ターゲット間に保持されているので、そのプラズマの塊
にマイクロ波を入射させて主に電子を加熱することによ
り、イオン化を飛躍的に促進させ、大容量の高密度プラ
ズマを生成できる。したがって、高速の成膜が可能とな
る。マイクロ波入射の際に、マグネトロンスパッタ法と
比較して磁力線の−様な部分が多いので、共鳴領域が広
くとれて有利である。また、真空槽内のクリーニング作
用も期待できる。
In the case of facing target sputtering, the plasma is held between two targets, so by injecting microwaves into the plasma mass and heating mainly the electrons, ionization is dramatically promoted. Capable of generating large-capacity, high-density plasma. Therefore, high-speed film formation is possible. When microwaves are irradiated, there are more negative-like portions of magnetic lines of force than in the magnetron sputtering method, which is advantageous in that the resonance region can be widened. It can also be expected to have a cleaning effect inside the vacuum chamber.

更には、このように、均一なプラズマ密度のもとての対
向ターゲット式スパッタであるので、以下の効果が期待
できる。
Furthermore, since this is the conventional facing target sputtering method with uniform plasma density, the following effects can be expected.

ガス圧を低くシ、基板バイアス電圧を微少にすれば、第
9図に示すように、結晶性が顕著に向上でき、(111
)方位を持った結晶が得られる。
If the gas pressure is kept low and the substrate bias voltage is made very small, the crystallinity can be significantly improved as shown in FIG.
) A crystal with orientation can be obtained.

低いガス圧のもとで薄い薄膜を形成すると、鏡面反射率
の増大と共に表面性も向上する(第10図参照)。
Forming a thin film under low gas pressure increases specular reflectance and improves surface properties (see Figure 10).

同じ膜厚でも、ガス圧を下げると抵抗率を下げることが
できる(第11図参照)。
Even with the same film thickness, the resistivity can be lowered by lowering the gas pressure (see Figure 11).

しかも、基板上に堆積された薄膜のどの位置においても
、均一な結晶性(第12図)、均一な硬さ(第13図)
、均一な抵抗率(第14図)が得られる。
Moreover, the thin film deposited on the substrate has uniform crystallinity (Fig. 12) and uniform hardness (Fig. 13) at any position.
, a uniform resistivity (FIG. 14) is obtained.

特に結晶方位は望ましい(111)が得られるので、強
度、均一エツチング性、耐マイグレーション性に有利で
ある。更には、不純物が極めて少なく、Ar粒子の混入
がないので、耐マイグレーシーン性に優れている。この
ため、大きなサイズの基板上に良質のアルミニウム薄膜
を形成できる。
In particular, the desired crystal orientation (111) can be obtained, which is advantageous in terms of strength, uniform etching properties, and migration resistance. Furthermore, since it contains extremely few impurities and is free of Ar particles, it has excellent migration resistance. Therefore, a high-quality aluminum thin film can be formed on a large-sized substrate.

また、ターゲット表面が中央部、周辺部ともに均一に消
耗するので、大きなサイズで厚いものを使用でき、ター
ゲット交換等の調整の手間が省けるため1作業性が良く
、生産性も高い。
In addition, since the target surface wears out uniformly in both the central and peripheral areas, large and thick targets can be used, and the effort of adjustment such as target replacement can be saved, resulting in good workability and high productivity.

(発明の効果) 以上詳述したように、本発明によれば、対向ターゲット
式スパッタにおいて、均一なプラズマ密度のもとにて低
ガス圧でセルフスパッタにより行うことができるので5
不純物が極めて少なく且つ膜損傷のない良質のアルミニ
ウム薄膜を形成でき。
(Effects of the Invention) As detailed above, according to the present invention, self-sputtering can be performed at low gas pressure under uniform plasma density in facing target sputtering.
A high quality aluminum thin film with very few impurities and no film damage can be formed.

特にハーフミクロン、クォーターミクロンの超薄膜が得
られる。また生産性も高い、したがって、各種の用途に
おいて寄与する効果は顕著である。
In particular, ultra-thin films of half micron or quarter micron can be obtained. It also has high productivity, and therefore has a significant effect in various applications.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図(a)、(b)は従来の対向ターゲット式スパッ
タ装置の磁石配置構成並びにプラズマ生成状態を示す図
。 第2図及び第3図は本発明に係1対向ターゲット式スパ
ッタ装置における磁石配置構成の一例を示す図で、第2
図(a)、(b)及び第3図が本発明例であり、第2図
(C)は比較例であり、第4図〜第6図はアルミニウム
薄膜の鏡面反射率とガス圧及び膜厚の関係を示す図、 第7図及び第8図は鏡面反射率の減少率と膜厚又は基板
バイアス電圧の関係を示す図、第9図は結晶性と基板バ
イアス電圧の関係を示す図、 第10図は膜の表面性と鏡面反射率の膜厚依存性を示す
図、 第11図は膜の抵抗率とガス圧の関係を示す図、第12
図は(111)面間隔、結晶サイズ及び(111)面配
向分散度の基板位置依存性を示す図、第13図及び第1
4図はヌープ硬さ又は抵抗率と基板位置の関係を示す図
である。 1・・・ターゲット、2・・・シールドリング、3.5
.6・・・永久磁石、4・・・基板。
FIGS. 1(a) and 1(b) are diagrams showing the magnet arrangement and plasma generation state of a conventional facing target type sputtering apparatus. FIG. 2 and FIG. 3 are diagrams showing an example of the magnet arrangement configuration in the one-facing target type sputtering apparatus according to the present invention.
Figures (a), (b), and Figure 3 are examples of the present invention, Figure 2 (C) is a comparative example, and Figures 4 to 6 are the specular reflectance of the aluminum thin film, the gas pressure, and the film. A diagram showing the relationship between thickness, FIGS. 7 and 8 are diagrams showing the relationship between the reduction rate of specular reflectance and film thickness or substrate bias voltage, and FIG. 9 is a diagram showing the relationship between crystallinity and substrate bias voltage. Figure 10 is a diagram showing the dependence of film surface properties and specular reflectance on film thickness, Figure 11 is a diagram showing the relationship between film resistivity and gas pressure, and Figure 12 is a diagram showing the relationship between film resistivity and gas pressure.
The figures show the substrate position dependence of (111) plane spacing, crystal size, and (111) plane orientation dispersion, Figures 13 and 1.
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between Knoop hardness or resistivity and substrate position. 1...Target, 2...Shield ring, 3.5
.. 6...Permanent magnet, 4...Substrate.

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)高純度アルミニウムからなる2枚のターゲット(
陰極)をホルダーで保持して対向させ、ターゲット裏面
に配置した永久磁石により垂直磁界を印加してターゲッ
ト間にプラズマを生成し、プラズマフリーの位置に配置
した基板上にアルミニウム薄膜を形成する方法において
、ターゲット間に封じ込められた円柱状のプラズマの中
心部の磁場を実質的に零とし、外周部にいくにつれて強
くなる磁場分布を形成することによりプラズマ密度を均
一にし、低ガス圧のもとでセルフスパッタリングさせる
ことを特徴とするアルミニウム薄膜形成用対向ターゲッ
ト式スパッタ法。
(1) Two targets made of high-purity aluminum (
In this method, a thin aluminum film is formed on a substrate placed in a plasma-free position by holding two cathodes (cathode) in a holder and facing each other, applying a perpendicular magnetic field using a permanent magnet placed on the back of the target to generate plasma between the targets, and forming a thin aluminum film on a substrate placed in a plasma-free position. , the magnetic field at the center of the cylindrical plasma confined between the targets is made virtually zero, and a magnetic field distribution that becomes stronger toward the outer periphery is created, thereby making the plasma density uniform, and under low gas pressure. A facing target sputtering method for forming aluminum thin films characterized by self-sputtering.
(2)低い基板バイアスを印加する請求項1に記載の方
法。
(2) The method according to claim 1, wherein a low substrate bias is applied.
(3)プラズマにマイクロ波を入射させる請求項1又は
2に記載の方法。
(3) The method according to claim 1 or 2, wherein microwaves are introduced into the plasma.
(4)高純度アルミニウムからなる2枚のターゲット(
陰極)をホルダーで保持して対向させ、ターゲット裏面
に配置した永久磁石により垂直磁界を印加してターゲッ
ト間にプラズマを生成し、プラズマフリーの位置に配置
した基板上にアルミニウム薄膜を形成する対向ターゲッ
ト式スパッタ装置において、ターゲット間に封じ込めら
れた円柱状のプラズマの中心部の磁場を実質的に零とし
、外周部にいくにつれて強くなる磁場分布を形成するよ
うに永久磁石を配置したことを特徴とするアルミニウム
薄膜形成用対向ターゲット式スパッタ装置。
(4) Two targets made of high-purity aluminum (
A facing target in which a permanent magnet placed on the back of the target applies a perpendicular magnetic field to generate plasma between the targets, forming a thin aluminum film on a substrate placed in a plasma-free position. In a type sputtering apparatus, permanent magnets are arranged so that the magnetic field at the center of the cylindrical plasma confined between targets is substantially zero, and a magnetic field distribution that becomes stronger toward the outer periphery is formed. Opposed target sputtering equipment for forming aluminum thin films.
(5)永久磁石をターゲットの外周近傍の裏面に配置す
ると共に、ターゲット中心部付近の裏面にそれと逆の磁
極を配置する請求項4に記載の装置。
(5) The apparatus according to claim 4, wherein the permanent magnet is arranged on the back surface near the outer periphery of the target, and the opposite magnetic pole is arranged on the back surface near the center of the target.
(6)ターゲット中心部付近に配置した磁極をターゲッ
トとの距離を変化させて磁場分布を制御可能にした請求
項5に記載の装置。
(6) The apparatus according to claim 5, wherein the magnetic field distribution can be controlled by changing the distance between the magnetic pole placed near the center of the target and the target.
(7)ターゲットの外側に、更に永久磁石を配置した請
求項5に記載の装置。
(7) The apparatus according to claim 5, further comprising a permanent magnet arranged outside the target.
(8)少なくともシールドリングをアルミ製にする請求
項5に記載の装置。
(8) The device according to claim 5, wherein at least the shield ring is made of aluminum.
(9)プラズマにマイクロ波を入射させる手段を設けた
請求項5に記載の装置。
(9) The apparatus according to claim 5, further comprising means for injecting microwaves into the plasma.
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