JPS60135573A - スパツタリング方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は半導体装置等の薄膜製造工程において行なわれ
るスパッタリング方法及びその装置に関するものである
。

〔発明の背景〕

スパッタ成膜は、低圧の雰囲気ガス（例えばＡｒ）全グ
ロー放’ｔｌｌｒ、ｉ起こして電離し、陰陽電極間に印
加された電界により、プラズマ状の雰囲気ガスイオンが
陰極′＠１圧により加速され、陰極上におかれたターゲ
ット材料に衝突し、このイオンの衝突により放出された
ターゲット材料の構成原子または粒子は陽極近傍に設け
られた基板上に付着堆積してターゲット材料の薄膜を形
成するものである。

上記スパッタリング成膜を行うスパッタリング装置とし
ては、従来プレーナマグネトロン方式スパッタリング装
置が多用されている。

、３　。

第１図は、従来の良く知られたプレーナマグネトロン方
式スパッタリング装置の成膜部の構造を示す断面図で、
第２図は、陽陰電極近傍のスパッタリング状態を示す断
面図である。ターゲット材料（以下ターゲットという）
１の裏面にバッキングプレート２を配［７、その裏側に
ヨーり乙により磁気結合されたリング状磁極４と円柱状
磁極５が磁気回路を構成して配置され、この磁気回路を
内包しかつバッキングプレート２により密閉される構造
をした陰極６が設置され、この陰極６の外周には円環状
の絶縁板７を介してシールド８が取付られている。上記
陰極６は真空壁９に軸１０全介；−電気的に絶縁されか
つ真空を保持しつる状態で設置され、この陰極６の上方
には陽槓１１が配置されかつ陽陰極間に電源１２が設置
される１、 上記構成のスパッタリングにおいては、ターゲット１の
表面で磁力線の分布は第２図に示すような半円環状磁界
分布１６となり、陽極１１と陰極８間に電圧全印加する
ことにより発生するプラズマは半円環状磁界分布１３に
よって、その内部にプラズマが高密度に閉じ込められ、
第２図１４に示す形状となる。このプラズマ中のイオン
は、ターゲット１の表面にほぼ垂直な電界によって加速
され、ターゲット１表面に衝突し、その結果ターゲット
１表面から順次その原子又は粒子がはじき出され侵食領
域１５が形成される。

上記によってはじき出されたターゲット１の原子又は粒
子は、第１図に示す、基板ステージ１６上基板１７の表
面に付着し薄膜を形成する。

また前記の侵食領域１５け、以上の説明から明らかなよ
うに、スパッタリング工程の時間経過に伴って侵食度が
進むが、この侵食は通常第２図に示す構成のターゲット
構造では、ターゲットの特定の領域に限定されて進行す
る。

以上のように、従来のプレーナマグネトロン方式スパッ
タリング装置では、高いプラズマ密度はターゲット上の
ごく一部でしか得られず、スパッタリングによる侵食は
ターゲットの一部に限られるため、基板へのターゲット
原子又は粒子の付着速度が遅くかつターゲットは、スパ
ッタリング工程の時間経過に伴い限られた部分のみが侵
食されるだめこの部分の侵食が所定の量だけ進むとター
ゲラトラ交換しなければならず、ターゲット使用率が低
く寿命が短かいものとなっていた。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、前述した従来技術の欠点をなくシ、タ
ーゲット表面の全面に高密度のプラズマを発生させ、ス
パッタリング工程でのターゲット侵食領域をほぼターゲ
ット全域とし、基板へのターゲット原子又は粒子の付着
速度を増大させかつターゲットの使用率を増大させるス
パッタリング方法及びその装置全提供することにある。

〔発明の概要〕

即ち本発明は、ターゲット表面を高密度プラズマで覆い
、電界によりこのプラズマ中のイオンをターゲット表面
ｌこ衝突させ、ターゲットからはじき出された原子又は
粒子を基板に付着させて成膜することを特徴とするスパ
ッタリング方法である。

また本発明は、マイクロ波の発振によって発生した高密
度プラズマ全ターゲット表面に移送してターゲット表面
を高密度プラズマで覆い、電界によりとのプラズマ中の
イオンをターゲット表面に衝突させ、ターゲットからは
じき出された原子又は粒子全基板に付着させて成膜する
ことを特徴とするスパッタリング方法である。

また本発明は、陽陰電極間に電圧全印加してプラズマ全
発生しプラズマ中のイオンを電界によって加速しターゲ
ット表面に衝突させる手段に、マイクロ波（例えば２．
４５　Ｑ　Ｈｚ　）によって高密度のプラズマを発生さ
せ、このプラズマを陽陰電極部へ移送する手段を設け、
ターゲット上の全面を高密度プラズマでお＼うことによ
り、ターゲット侵食領域をはツタ−ゲット全域とするこ
とで基板へのターゲット原子又は粒子の・　７　・ 〔発明の実施例〕 以下本発明の第１の一実施例を第３図と第４図により説
明する。第６図は第１の一実施例のスパッタリング成膜
部の構造を示す断面図で、第４図は、その陽陰電極近傍
のスパッタリング状態を示す断面図である。ターゲット
２１の裏面にバッキングプレート２２を配置し、これに
密接して陰極２３が設置され、該陰極２３の外周は円板
状絶縁物２５と円筒状絶縁物２６を介して陽極２７が設
置されている。上記陽陰電極は陰極２３の軸２８により
真空壁２９に電気的に絶縁されかつ真空を保持しうる状
態で設置され、この陽陰電極間に電源６０が設置される
。

また、基板３１は基板ホルダろ２上にターゲット２１と
相対向する位置に配置され、基板ホルダ３２の軸ろ６に
より真空壁２９に電気的に絶縁されかつ真空を保持しう
る状態で取付られている。また陽陰電極部３５の横の真
空壁に窓６４を設け、ここに高密度プラズマ発生部Ａが
設置しである。

上記高密度プラズマ発生部Ａは、マイクロ波・　８　・ 発生源３５とマイクロ波を導びくための導波管６６およ
びマイクロ波をプラズマ発生室３７へ導入するための導
波管３８より成り、プラズマ発生室３７と導波管３Ｂは
マイクロ波導入部材３９全介し、この部分でプラズマ発
生室３７が真空を保持されるように取付られている。ま
たプラズマ発生室３７には、雰囲気ガスの導入口４Ｏが
設けられ、かつ外周部には、導入されるマイクロ波によ
って電子サイクロトロン共鳴条件（マイクロ波周波数２
．４５　Ｇ　Ｉｌｚだと磁場強度８７５　Ｇ　）となる
磁場強さをもった磁石４１が設置され、かつマイクロ波
導入部材３９のマイクロ波発振源３５側には、マイクロ
波発生室ろ７へマイクロ波のうち電子ザイクロトロン共
鳴に有効な布置偏波のみを導入するような磁場強度を持
つ磁石４２が設置されている。

以上の構成において、プラズマ発生部Ａのマイクロ波発
生源３５よりマイクロ波を発振するとプラズマ発生室６
７は、雰囲気ガスの高密度プラズマ　（プラズマ密度１
０１１〜１０１２／７）状態となる。

ここで陽陰電極間に電源３０により電圧を印加すること
により、ターゲット２１表面上にプラズマが発生し、こ
のプラズマにはプラズマ発生室３７で発生した高密度の
プラズマが移送され、ターゲット２１表面上のプラズマ
も高密度と々る。

このプラズマ中のイオンは、ターゲット２１の表面に電
源３０によって印加されたほぼ垂直な電界によって加速
され、ターゲット２１表面に衝突しその結果ターゲット
２１表面から順次その原子又は粒子がはじき出され、こ
のはじき出された上記原子又は粒子は基板３１の表面に
付着し薄膜を形成する。

ターゲット２１表面上のプラズマは第４図、４３に示す
ようにターゲット２１表面の全面ｌこわたり高密度プラ
ズマとなるため、スパッタリング工程の時間経過に伴う
ターゲット２１の侵食領域け４４となり、ターゲット２
１のほぼ全面にわたる。

以上のように、本発明の第一の実施例によればターゲッ
ト全面に高密度のプラズマが発生しスパッタリング工程
はターゲットのほぼ全域で起こるため、単位時間あたり
にターゲット表面よりはじき出される原子又は粒子の量
が増大し該原子又は粒子の基板への付着速度も増大する
。

捷た、ターゲットの侵食領域がほぼターゲット全面とな
りターゲット使用率も大幅に増大し、ターゲット１枚あ
たりの処理ウェハ枚数が増す。

また、本実施例によれば、高密度のプラズマはマイクロ
波発生源で制御でき、陽陰電極間に印加する電圧は、イ
オンの加速エネルギとなるため、プラズマ密度とイオン
加速が別々に制御でき、ターゲットの材質にあわせて最
適なスパッタリング条件設定することができる。

次に、本発明の第２の一実施例を第５図により説明する
。本実施例の高密度プラズマ発生部は第３図のＡと同様
で、また基板の支枝関係も同様である。第１の一実施例
の異なるのは、陽陰電極部で、第２の一実施例の陽陰電
極部は第５図に示すように、ターゲット４５の裏面にバ
ッキングプレート４６を配置し、これに密接して陰極４
７が設置され、該陰極・１７全コの字形にはさん・１１
　・ だ絶縁物４８ヲ介して下面に陽極ベース４９と左右にそ
れぞれ磁極５０．５１ｉ内包した陽極５２が陽極ベース
４９に設置され、陽極ベース４９と絶縁物４８の間にヨ
ーク５３が配置され、ヨーク５６と磁極５０゜５１は磁
気結合されており磁気回路を構成している。この磁力線
のターゲット表面上での分布は第５図、５４に示す分布
となる。

以上の構成において、プラズマ発生部Ａのマイクロ波発
生源３５よりマイクロ波を発振するとプラズマ発生宇６
７は雰囲気ガスの高密度プラズマ状態とカリ、ここで陽
陰電極間に電圧全印加することにより、ターゲット４５
表面上に高密度のプラズマが発生する。ここで、このプ
ラズマは磁界分布５４により、その内部に更に高密度の
プラズマとして閉じ込められ、第５図、５５の様になる
。このプラズマ中のイオンは前述のように、ターゲラ）
４５ｅ面に印加されたほぼ垂直な電界によって加速され
ターゲット４５表面に衝突し、ターゲット４５表面から
原子又は粒子がはじき出され、これが基板に付着し薄膜
を形成する。

、１２゜ 本実施例によるターゲット４５の侵食領域は５６となり
、ターゲット全面となる。以上のように、本実施例によ
れば、ターゲット上のプラズマは第１の実施例より密度
を高くでき、したがってより高速なスパッタリング成膜
ｒａｒ［とし、かつプラズマが閉じ込められているだめ
１．基板への荷電粒子の衝突を低減でき、基板に与える
ダメージが小さい。

また本発明の他の一実施例全第６図から第８図により説
明すも。第６図は一実施例のスパッタリング装置の成膜
部の構造金示す断面図、第７図はその陽陰電極近傍の平
面図で、第８図はその陽陰電極近傍のスパッタリング状
態を示す断面図である。

ターゲット２１の裏面にバツギングプｌ／−）２２を配
置【１、これに密接して陰極２！１が設置され、該陰極
２６の外φりに、円板状絶縁物２５と円筒状絶縁物２６
を介して陽極２７が設置されている。

上記陽陰電極は、陰極２３の軸２８により真空壁２９に
電気的に絶縁されかつ真空を保持しつる状態で設置され
、この陽陰電極間に電源３０が設置される。

また基板３１は基板ボルダ６２上にターゲット２１と相
対向する位置に配置され、基板ホルダ３２の軸６２によ
り真空壁２９に電気的に絶縁されかつ真空を保持しうる
状態で取付られている。また、陽陰電極部を取り囲む真
空壁５７に窓６４を設け、ここにマイクロ波の導波管６
０が設置され、さらにマイクロ波を導入しかつ真空壁内
が真空を保持されるように導入部材６９を介し別の導波
管３６が設置され、該導波管３６の他端にはマイクロ波
発生源３５が設置されている。また、陽陰電極部に取り
ｖｌｊむ真空壁の外側には、前記導波管６０をはさんで
円板状の磁石５８．５９が設置される。該磁石５８．５
９は、陽陰電極近傍に発生したプラズマ中の荷電粒子（
特に高エネルギヲ有する電子）が基板３１に突入１７な
いようにミラー磁場の働全させる３、 以上の構成において、陽陰電極「ｉ１］に電源３Ｏによ
り電圧全印加することによりターゲット２１表面上にプ
ラズマを発生させる。ここで、マイクロ波発生源３５よ
りマイクロ波を発振し導波管６０全通して、窓６４から
真空壁３６内にマイクロ波を導入し、上記プラズマ中の
電子の磁石５８．５９によるサイクロトロン運動全、該
マイクロ波により加速し、電子と中性粒子との衝突を活
発にしプラズマ密度を高める。

以上により、陽陰電極近傍のプラズマは、第８図に示す
ようにターゲット２１表面上に高密度のプラズマが、タ
ーゲット２１表面の全面をおおうように発生する。この
プラズマ中のイオンはターゲット２１の表面に電源６０
によって印加されたほぼ垂直な電界によって加速され、
ターゲット２１表面に衝突し、その結果ターゲット２１
表面から順次その原子又は粒子がはじき出され、このは
じき出された上記原子又は粒子が基板３１の表面に付着
堆積し薄膜を形成する。

ターゲット２１表面上のプラズマは、第８図。

６１に示すようにターゲット２１表面の全面にわたり、
高密度プラズマとなるため、スパッタリン°１５９ グ工程の時間経過に伴うターゲット２１の侵食領域は６
２となり、ターゲット２１のほぼ全面にわたる。

以上のように、本発明の一実施例によれば、ターゲット
全面に高密度のプラズマが発生し、スパッタリング工程
はターゲットのほぼ全域で起こるため、単位時間あたり
にターゲット表面よりはじき出される原子又は粒子の量
が増大し該原子又は粒子の基板への付着堆積速度も増大
する。また、ターゲットの侵食領域がほぼターゲット全
面となり、ターゲット使用率も大幅に向上し、ターゲッ
トあたりの処理ウェハ枚数が増す。

また、本実施例ζこよれば、高密度プラズマはマイクロ
波発生源で制御でき、陽陰電極間に印加する電圧はイオ
ンの加速電界となるため、プラズマ密度とイオン加速が
個別に制御でき、り”−ゲット材質にあわせて最適なス
パッタリング条件が採用できる。

〔発明の効果〕

・　１６　・ 以上説明したように本発明によれば、ターゲット表面上
に、ターゲット全面にわたり高密度のプラズマを発生で
き、かつプラズマ発生とイオンのターゲットへの衝突エ
ネルギを個別制御できターゲツト材質にあったスパッタ
リング条件の設定が可能となり、スパッタリング成膜の
速度を大幅に増大し、かつターゲット使用率を大幅に増
大し、まだターゲツト材質にあったスパッタリング条件
の設定により、生産効率及び材料使用効率の向上と半導
体装置等の性能の向上の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のブレーナマグネトロン方式スパッタリン
グ装置の成膜部の構造を示す断面図第２図はその装置の
陽陰電極近傍のスパッタリング状態を示す断面図、第６
図は本発明の第１の一実施例のスパッタリング装置の成
膜部の構造金示す断面図、第４図はその陽陰電極近傍の
スパッタリング状態を示す断面図、第５図は本発明の第
２の一実施例のスパッタリング装置の陽陰電極近傍のス
パッタリング状態を示す断面図、第６図は本発明の他の
一実施例であるスパッタリング装置の成膜部の構造を示
す断面図、第７図はその陽極電極近傍を示す平面図、第
８図はその陽陰電極近傍のスパッタリング状態を示す断
面図である。 ２１・・・ターゲット　２５・・・陰極２７・・・陽極
　２９・・・真空壁 ３０・・・電源　ろ１・・・基板 ３５・・・マイクロ波発生源 ３７・・・プラズマ発生室 ３９・・・マイクロ波導入部材 ４１・・・磁石　４４・・・侵食領域 ５０．５１・・・磁極　４５・・・ターゲット５５・・
・磁界分布　５６・・・侵食領域・　１９・ 第１図 第２区 晰４図 ４３ 喘５図 （０−） 第７図 ５７ 晰８図 乙ｌ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　ターゲット表面を高密度プラズマで覆い、電界によ
   り、このプラズマ中のイオンをターゲット表面に衝突さ
   せ、ターゲットからはじき出された原子又は粒子を基板
   に付着させて成膜することを特徴とするスパッタリング
   方法。 ２、マイクロ波の発番によって発生した高密度プラズマ
   をターゲット表面に移送してターゲット表面を高密度プ
   ラズマで覆い、電界によりこのプラズマ中のイオンをタ
   ーゲット表面に衝突させ、ターゲットからはじき出され
   た原子又は粒子を基板に付着させて成膜することを特徴
   とするスパッタリング方法。 ３、試料基板の堆積面と所定の間隔を隔てて対面する被
   スパツタ物質からなる成膜源としてのターゲットと、該
   ターゲットを載置する陰極と、上記陰極に電圧を印加す
   る電源と、上記陰極部にプラズマを供給する手段を有す
   ること全特徴とするスパッタリング装置。 ４、上記プラズマ供給手段は、マイクロ波発生源と、導
   波管と、プラズマ発生室とより構成することを特徴とす
   る特許請求の範囲第３項記載のスパッタリング装置。 ５、上記プラズマ発生室に、マイクロ波の進行方向と垂
   直な磁界分布を得るような磁極を設けたことを特徴とす
   る特許請求の範囲第４項記載のスパッタリング装置。 ６、上記磁極は、磁界強度が、マイクロ波周波数と電子
   サイクロトロン共鳴条件を満足する構成であることを特
   徴とする特許請求の範囲第５項記載のスパッタリング装
   置。 ７、試料基板の堆積面と所定の間隔を隔てて対面する被
   スパツタ物質からなる成膜源としてのターゲットと、該
   ターゲットを載置する陰極と、上記陰極に電圧を印加す
   る電源と、上記陰極部にプラズマを供給する手段と、上
   記ターゲットの面にターゲット表面と平行な磁界分布を
   得るだめの磁極とを設けたことを特徴とするスパッタリ
   ング装置。 ８、上記プラズマ供給手段は、マイクロ波発生源と、導
   波管と、プラズマ発生室とより構成すること全特徴とす
   る特許請求の範叶第７項記載のスパッタリング装置。 ９、試料基板の堆積面と所定の間隔を隔てて対面する被
   スパツタ物質からなる成膜源としてのターゲットと、該
   ターゲラトラ載置する陰極と、該陰極に電圧を印加する
   電源と、上記陰電極部へマイクロ波を導入するだめの手
   段を有したことを特徴とするスパッタリング装置０ １０、上記マイクロ波導入手段は、マイクロ波発生源と
   、導波管と、マイクロ波導入部材より成り、基板とター
   ゲット間にマイクロ波を導入すること全装置とする特許
   請求の範囲第９項記載のスパッタリング装置。 １１、ターゲツト面に垂直または平行な磁力線を設けた
   ことを特徴とする特許請求の範囲第９項せたけ第１０項
   記載のスパッタリング装置。