JPH01116071A - スパッタリング装置 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、スパッタリング装置に関する。

（従来の技術） 被処理基板例えば半導体ウェハ上へ高融点金属あるいは
この高融点金属の珪化物等の合金膜を形成する装置とし
て、例えば、圧力が１０−３〜１０４Ｔｏｒｒ程度の雰
囲気のアルゴン（Ａｒ）ガス中で、２つの電極間に電圧
を印加してアルゴンプラズマを発生させ、このアルゴン
プラズマでターゲットをスパッタし、半導体ウェハ上に
合金膜を被着形成させるスパッタリング装置が実用され
ている。

そして、特に、上記ターゲットの耐消耗性、上記合金膜
の膜厚均一性等を考慮したものとして、例えば特開昭５
７−１２３９７６、特開昭５９−６７３６９、特開昭６
０−１２４２６号公報等にて開示された装置がある。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上記開示された各装置には、それぞれ、
機構が複雑、条件変更が難しい、移動機構を有するので
クリーン性の点で好ましくない等の問題がある。

本発明は、上述の従来事情に対処してなされたもので、
ターゲットの耐消耗性が良く１合金膜の膜質均一性にす
ぐれたスパッタリング装置を提供しようとするものであ
る。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） すなわち本発明は、スパッタリング処理の累積量に基づ
いてターゲットのスパッタ面近傍の磁場の強度を変化さ
せることを特徴とする。

（作　用） 本発明スパッタリング装置によれば、スパッタリング処
理の累積量に基づいてターゲットのスパッタ面近傍の磁
場の強度を変化させるので、ターゲットの消耗量に関係
なくスパッタ材の組成を一定に保つことができ、安定し
た合金膜を形成することが可能となる。

（実施例） 以下、本発明スパッタリング装置の一実施例を図面を参
照して説明する。

処理室■の底部には、例えば円筒状に形成されたスパッ
タガン部盟が溶接その他の手段により気密に取着されて
いる。

このスパッタガン部孟内の下部には、スパッタガン部監
の中心部を軸にする如く環状に巻かれた励磁コイル■が
内蔵されており、この励磁コイル■は励磁コイル電源（
イ）に接続されている。

次に、上記スパッタガン部■−の上部には環状に溝（ハ
）が形成され、この溝■の外側部分内側部分は、励磁コ
イル■によって発生した磁界により、それぞれ外側磁極
０内側磁極■として作用すると共に、プラズマ発生用の
第１の電極■として機能する如く磁性体により構成され
ている。

また、溝■内には、内周部を低く外周部を高くすり鉢状
で環状に形成され被スパツタ材を支持するターゲット（
９）を備えたプラズマ発生用の第２の電極（１０）が、
第１の電極■とは絶縁した状態で配置されている。なお
、ターゲット■の構造は中心に穴を有する、すり鉢状の
形状である。

なお、上記第１の電極■と第２の電極（１ｏ）は処理室
ω外に設けられるスパッタ電源（１１）に接続されてい
る。

さらに、このスパッタ電源（１１）は、スパッタリング
処理に費やされた累積量例えば電力の累積量を電力計を
接続して測定しこの測定結果に基づいて励磁コイル■に
流れる励磁電流を可変するなど励磁コイル電源（イ）を
制御する如く構成された制御器（Ｉ２）に接続されてい
る。

一方、処理室■内の上方部には、加熱機構（図示せず）
を備え、被スパッタリング処理体例えば半導体ウェハ（
１３）をスパッタガン部盟に対向保持する如く例えば円
板上のサセプタ（１４）が吊設されている。

さらに、処理室■の側壁を介して、処理室ω内を所定の
圧力に減圧するための真空ポンプ（１５）。

処理室■内の真空度を表示する真空ゲージ（１６）、処
理室■内にプラズマ発生用のガス例えばアルゴン（Ａｒ
）ガスを導入するための主ガス導入源（１７）が接続さ
れてスパッタリング装置が構成されている。

次に動作を説明する。

先ず、搬送機構（図示せず）等により半導体ウェハ（１
３）を処理室ω内に搬入し、サセプタ（１４）により半
導体ウェハ（１３）を保持する。次に真空ポンプ（１５
）を作動させて排気し、また半導体ウェハ（１３）が所
定の温度となるように加熱する。次に。

主ガス導入源（１７）からアルゴンガスを導入し、真空
ゲージ（１６）の表示が１０−”　〜１０−”　Ｔｏｒ
ｒ程度となるように処理室ω内を減圧状態に保つ。

そして、励磁コイル電源（イ）により励磁コイル■に電
流を流してスパッタガン部毀を磁化し、例えば内側磁極
■をＮ極、外側磁極■をＳ極となるように磁化する。

また、スパッタ電源（１１）により、例えば第１の電極
■を陽極、ターゲット０）を備えた第２の電極（１０）
を陰極として０．５〜ＩＫＶ程度の直流電圧を印加して
プラズマ放電を生起させることによりターゲット■の上
面にアルゴンプラズマ（１８）を発生させる。

この時、外側磁極■と内側磁極■により形成された磁力
ｍ１（１９）によってターゲット■上面に閉じ込められ
たアルゴンプラズマ（１８）のアルゴンイオン（２０）
がターゲット０に衝突し、ターゲット０）から高融点金
属あるいはこの高融点金属の珪化物。

例えばターゲット■がタングステン・シリサイド（ＷＳ
ｉ）から成るものである場合は、スパッタ粒子としてタ
ングステン原子（２１）シリコン原子（２２）が叩き出
されて処理室ω内を飛散して進行し、半導体ウェハ（１
３）に被着してシリサイド薄膜を形成する。

ここで、上記薄膜の形成とスパッタガン部監の磁化との
関係について詳述する。

上記ターゲット■のタングステン・シリサイド（ＷＳｉ
）は、その組成に関しタングステン（ｖ）１に対するシ
リコン（Ｓｉ）の組成比を又とすると、ＷＳｉＸと表現
することができる。

そして、上記ターゲット０を使用してスパッタリング処
理を継続した場合、ターゲット■のスパッタ面近傍の磁
場の強度が処理の初めから一定不変であれば、第２図に
示すように処理が後になる程、半導体ウェハ（１３）上
に形成されるシリサイド薄膜中のシリコンの組成比Ｘが
低下していることがａｍされている。この組成比Ｘ低下
の一原因として例えば、スパッタによりターゲット（９
）が浸食されるため、このターゲット■と磁力線（１９
）とでアルゴンプラズマ（１８）を閉じ込めていた空間
が広くなり、そのため、アルゴンプラズマ（１８）のタ
ーゲット■へのスパッタ作用が低下すると共に、スパッ
タ条件が変化する等が上げられる。

例えば第２図に示すように、　ターゲット■として組成
比Ｘ　＝　２．６のタングステン・シリサイドＷＳｉｘ
　、　ｓを用い、　ターゲット■のスパッタ面近傍の磁
場の強度を決定する励磁コイル■に流す電流（２３）を
例えば６アンペア（Ａ）に設定してスパッタリング処理
を継続した場合、処理の累積量例えば処理に費やされた
電力（ＫｗＨ）量が増大する、つまり処理が後になる程
、半導体ウェハ（１３）上に形成されるタングステン薄
膜のシリコンの組成比Ｘが低下している。そして、この
組成比Ｘの値が例え”ば２．２以下の使用不可組成領域
内になると、上記ターゲット■は、それ以後のスパッタ
リング処理には使用できない。

一方、半導体ウェハ（１３）上に形成されるシリサイド
薄膜中のシリコンの組成比又と励磁コイル■に流す電流
との関連について、第３図に示すように、ターゲット■
は励磁コイル■に流す電流を増加させると上記組成比Ｘ
を増大させる能力が有ることが確認されている。

したがって、上記組成比Ｘの低下に対応し、励磁コイル
■に流す電流を増加してやれば１組成比Ｘの低下を補償
できるので、ターゲット■を有効に使用できると共に、
組成比Ｘを一定に維持することが可能となる。

例えば、第４図に示すように、ターゲット■としてタン
グステン・シリサイドＶＳｉｚ　、　ａを用い、半導体
ウェハ（１３）上に形成されるシリサイド薄膜として組
成比Ｘ　＝　２．４のものを形成する際には、励磁コイ
ル■に流す電流（２４）を当初例えば４Ａとし。

スパッタ電源（１１）から供給、スパッタリング処理に
費やされる電力の累積量を制御器（１２）にて測定し、
この測定結果に基づいて励磁コイル電源（イ）を制御す
ることにより上記電流（２４）を連続的に増加させる。

なお、上記実施例ではスパッタリング処理の累積量とし
て、１を力（ＫＩＩＨ）で表わした場合について説明し
たが１本発明は上記実施例に限定されるものではなく、
スパッタリング処理の累積を表わす他の量、例えば処理
された半導体ウェハ（１３）の個数、処理に費やされた
時間（Ｈｏｕｒ、Ｍｉｎｕｔｅ、５ｅｃｏｎｄ）等を用
いてもよい。

さらに、上記実施例では、励磁コイル■に流す電流（２
４）を連続的に増加する例について説明したが、第５図
に示すように、電流（２５）を階段状に増加させるよう
に制御してもよい。

また、磁場の強度を電気的手段のみで容易に変化できる
ので、機構も簡単であり、クリーン性等でも好ましい。

〔発明の効果〕

上述のように本発明スパッタリング装置によれば１組成
比の安定した合金膜を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明スパッタリング装置の一実施例を説明す
るための構成個、第２図は第１図装置によるスパッタ薄
膜の組成比の変化を示す説明図、第３図は第１図装置に
よるスパッタ薄膜の組成比と励磁コイル電流との関係を
示す説明図、第４図は第１図の一動作例を示す説明図、
第５図は第１図の他の一動作例を示す説明図である。 １・・・処理室、−２１・・・スパッタガン部、３・・
・励磁コイル、　　４・・・励磁コイル電源、６・・・
外側磁極、　　　７・・・内側磁極、８・・・第１の電
極、　　　９・・・ターゲット、ｌＯ・・・第２のｍ極
、　　　１１・・・スパッタ電源、１２・・・制御器、
　　　　１３・・・半導体ウェハ。 特許出願人　東京エレクトロン株式会社第１図 第２図 第３図 Ａ方石森コイルを霞（（Ａ） 第４図 第５図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）スパッタリング処理の累積量に基づいてターゲッ
   トのスパッタ面近傍の磁場の強度を変化させることを特
   徴とするスパッタリング装置。
2. （２）累積量は、スパッタリング処理に費やされた電力
   であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のス
   パッタリング装置。
3. （３）累積量は、被スパッタリング処理体の個数である
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のスパッタ
   リング装置。
4. （４）累積量は、スパッタリング処理に費やされた時間
   であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のス
   パッタリング装置。