JPH01129966A - 高温加熱スパッタリング方法 - 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】 〔概要〕 高温加熱スパッタリング方法に関し。

良好なステンプカバレージを持つと共に優れた膜質を持
った金属膜を再現性よく形成することを目的とし。

ターゲットと、ターゲットに対向して設けたヒートステ
ージとを有し、ターゲットをスパッタしてヒートステー
ジに載置されたウェハ上に膜を堆積させる高温加熱スパ
ッタリング方法において。

ターゲットの中央部に孔を設けて、その中に赤外温度計
を設置し、この赤外温度計によりスパッタ中のウェハの
温度を測定し、その結果に基づいてウェハの温度が所定
の温度に保たれるようにヒートステージなどの加熱体の
温度を制御するように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は９高温加熱スパツタリング方法に関すＬＳＩ配
線材料として、現在、　ＡＩまたはＡ１合金（Ａｔ−１
，０％Ｓｔ等）が用いられ、その薄膜形成方法としてス
パッタ法が用いられている。

素子の高集積度化、高密度化が進むにつれて。

ＡＩ配線を行うべき下地の段差形状が厳しくなってきて
いる。すなわち、アスペクト比（段差の高さと開孔部の
大きさとの比）が太き（なってきている。このため、良
好なステップカバレージをもったへ１膜を形成すること
が困難になってきている。

この傾向は、多層配線構造を持つ素子ではより深刻であ
る。

〔従来の技術〕

従来、上記の問題を解決するために、スパッタ時のウェ
ハ温度を高クシ、あるいはウェハにバイアス電圧を印加
して、　ＡＩ膜を形成していた。

この方法によれば、入射したＡＩ原子が下地に付着した
後も表面上で移動し易くなるため１段差部でのＡＩの供
給量が多くなる。このように、従来は段差部でのＡＩの
供給量を多（することにより、ステップカバレージを改
善していた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の方法によれば９段差部での＾ｌの供給を多くする
ことができるが、形成される＾１膜の膜質は。

形成温度に敏感であり、高温にし過ぎるとステップカバ
レージは再び劣化することが明らかになってきた。

ウェハは、加熱体（例えば、ヒートステージ。

赤外ランプ等）からの伝熱およびスパッタリング時にタ
ーゲットから飛来するエネルギー粒子（例えば、スパン
タ粒子、２次電子等）がウェハに衝突することにより加
熱させられる。

したがって、ウェハ温度が一定のまま膜形成するために
は、ウェハ温度をモニターすることにより、上記２つの
温度上昇因子にフィードバックをかける必要がある。

ウェハ温度を連続的に測定するためには、非接触で行う
しかないが、スパッタの場合、到る所で膜の堆積がおこ
るため、有効で信頼性の高い測定方法が確立されていな
いという問題が生じていた。

本発明は、良好なステップカバレージを持つと共に優れ
た膜質を持った金属膜を再現性よく形成できる高温加熱
スパッタリング方法を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、ターゲットと、ターゲットに対向して設けた
ヒートステージとを有し、ターゲットをスパッタしてヒ
ートステージに載置されたウェハ上に膜を堆積させる高
温加熱スパッタリング方法において、ターゲットの中央
部に孔を設けて、その中に赤Ｉｉ＋温度計を設置し、こ
の赤外温度計によりスパッタ中のウェハの温度を測定し
、その結果に基づいてウェハの温度が所定の温度に保た
れるようにヒートステージなどの加熱体の温度を制御す
るように構成することにより、良好なステップカバレー
ジを持つと共に優れた膜質を持った金属膜を再現性よ（
形成できるようにするものである。

第１図は１本発明の原理説明図である。

第１図において、１はターゲット、２はヒートステージ
、３はウェハ、４はマグネット、５は赤外！！透過窓材
、６は赤外温度計である。

ターゲット１は、膜形成用の物質からなる。

ヒートステージ２は、ウェハ３を加熱するためのもので
ある。

ウェハ３上には、ターゲット１から飛来する粒子により
膜が形成される。

゛　マグネット４は、電子をターゲットの近傍に閉じ込
めるための磁界を発生させるためのものである。

赤外線透過窓材５は、ターゲット１の中央部に設けられ
、ウェハ３の表面の中央部から放射する赤外線を赤外温
度計６へ導（と共に真空シールをも兼ねるためのもので
ある。

赤外温度計６は、赤外線透過窓材５を透過したウェハ３
の表面の中央部から放射する赤外線のエネルギーを測定
するためのものである。

〔作用〕

第１図に示すようなマグネトロンスパッタ装置では、タ
ーゲット１の中央部は通常スパッタされない領域である
ので、この部分に真空シールを兼ねる赤外線透過窓材５
を設け、この赤外線透過窓材５の大気側に赤外温度計６
を設定し、ウェハ３の中央部の表面温度を測定する。

−Ｍに、赤外温度計は赤外線エネルギーを測定するもの
であり、放射率を適当に指定することにより温度表示を
得るものであるから、温度を測定する物体の放射率を求
め、その結果に基づいて赤外温度計の放射率を較正する
必要がある。

第２図は、赤外温度計の放射率較正の例を示す図である
。

第２図において、２１はヒートステージ、２２は較正用
試料、２３は熱電対、２４は赤外線透過窓材、２５は赤
外温度計である。

第２図に示した赤外温度計の放射率を較正するための装
置は、スパッタ装置とは別に設けるが。

スパッタ装置におけるウェハと赤外温度計との距離とこ
の装置における較正用試料と赤外温度計との距離は、同
一に設定する。

以下、第２図に示した赤外温度計の放射率較正の例につ
いて説明する。

較正用試料２２の表面にはターゲット材料と同じ金属（
例えば、　ＡＩ等）を５００〜１０００人の厚さに被着
しておく。

以上の処置を施された較正用試料２２を、ヒートステー
ジ２１上にＲ置し９表面に熱電対２３を接触固定させる
。

この状態でヒートステージ２１により較正用試料２２を
加熱口、熱電対２３により較正用試料２２の表面温度を
測定すると共に赤外温度計２５の出力を測定して、熱電
対２３の測定値と合致するように赤外温度計の放射率を
定める。

このようにして放射率を定めた赤外温度計６（第２図で
は２５）を用いて、第１図に示したスパッタ装置でのス
パッタ中のウェハ３表面の温度をモニターすることがで
きる。

第１図に示したスパッタ装置でウェハ３上に金属（例え
ば、Ａｌ）を堆積していくと、ウェハ３の温度は上昇し
、所定の設定温度を越えてしまう。

このため、ヒートステージ２を流れるＡｒガスの流量を
調節してウェハ３の温度を低下させる方向に制御をかけ
、ウェハ３の温度を所定の設定値に近づける。逆に、ウ
ェハ３の温度が所定の設定温度より下がり過ぎた場合に
は、ターゲット１に投入する電力の大きさを調節してウ
ェハ３の温度を上げる方向に制御をかけ、ウェハ３の温
度を所定の設定値に近づける。

第３図は、ウェハ温度の変化例を示したものである。第
３図から、ウェハ温度が所定の設定温度になるようにフ
ィードバックがかかっているのがわかる。

ここで、ウェハ３上に金属層（例えば、　Ａ１層）を堆
積する場合、下地として露出しているのはＰＳＧ等の絶
縁膜であり、金属層を堆積する前と堆積中とでは放射率
が異なる（一般に、金属表面では放射率が小さい）ため
、赤外温度計の温度測定が安定しないので、堆積開始直
後、金属が数１００人形成されるまでは、上述した温度
制御を行わず、待ち時間を設定する必要がある。

〔実施例〕

（実施例１） 第４図は実施例１を示す図であり、第５図は実施例１の
変形例を示す図である。

本実施例は１本発明をブレーナターゲット型のスパッタ
装置に適用した例である。

第４図および第５図において、４１はチャンバー、４２
は防着板、４３はターゲット　４４は水冷支持機、４５
は絶縁リング、４６は安全カバー。

４７は赤外線透過窓材、４日は磁石ユニット、４９は赤
外温度計、５０は窓材押さえフランジである。

チャンバー４１は、スパッタ装置の筐体である。

防着ｔ７Ｎ４２は、スパッタ粒子がターゲット４３に付
着するのを防ぐためのものである。

ターゲット４３は、スパッタされる物質（例えば、　Ａ
１．　ＡＩ　　Ｓｉ合金、ＡｌＣｕ合金等）からなる。

水冷支持板４４は、ターゲット４３を支持するためのも
のである。

絶縁リング４５は、チャンバー４１と水冷支持Ｆｉ、４
４とを電気的に絶縁させるためのものである。

安全カバー４６は、ターゲット４３あるいは水冷支持板
４４にかかる高電圧から人体を保護するためのものであ
る。

赤外線透過窓材４７は、ウェハ（図示していないが、タ
ーゲット４３に対向して設けられている）の表面から放
射する赤外線を赤外温度計４９に導くと共に真空シール
の役目を果たしている。

磁石ユニット４８は、偏心して設けられており。

回転しながら磁界を発生させてターゲット４３のスパッ
タされる領域を拡げ、ターゲット４３の使用効率を高め
るためのものである。

赤外温度計４９は、ウェハ表面から放射し、赤外線透過
窓材４７を透過してきた赤外線のエネルギーを測定して
ウェハ表面の温度を知るためのものである。

窓材押さえフランジ５０は、赤外線透過窓材４７を水冷
支持板４４に固定するためのものである。

以下１本実施例を説明する。

ターゲット４３は、＾ｌ単体、　Ａｌ−Ｓｉ合金、Ａｌ
−Ｃｕ合金等からなる。

ウェハ（図示していないが、ターゲット４３に対向して
設けられている）の設定温度は、ターゲット４３の材料
が＾１単体の場合と、　Ａ１合金の場合はその組成比の
違いにより異なるが、４５０〜５７０℃に設定する。

また、赤外温度計４９の放射率は、　ＡＩを堆積したウ
ェハの場合、０．１５に設定することにより。

熱電対ｉる測定値と較正することができた。　上述した
準備の後、ターゲット４３をスパッタしてターゲット４
３に対向して設けたＳｉ　ウニＡ　（図示せず）上にＡ
Ｉを堆積させる。この際、Ｓｉウエノ１上にＡＩが数１
００人形成されるまで赤外温度計４９による温度制御は
行わない。その理由は９通常Ｓｉウェハ上にはＰＳＧ等
の絶縁膜が形成されており、絶縁膜と＾１とでは放射率
が異なるため、赤外温度計４９でＳｔウェハの正確な温
度を測定することができないためである。

Ｓｉウェハ上にＡｌが数１００人形成された後は。

赤外線透過窓材４７を透過してきたＳｉウエノ＼上から
放射された赤外線を赤外温度計４９により測定し、その
結果に基づいてウェハが所定の設定温度になるように静
ガスの流量を調節したり、イオンのエネルギーを調節す
る。′ スパッタ中に赤外線透過窓材４７にスパッタ粒子が付着
する場合には、第５＠に示すように、赤外線透過窓材４
７に防着カバー５１を設けるとよい。

（実施例２） 第６図は、実施例２を示した図である。

本実施例は１本発明をすり林状ターゲット型のスパッタ
装置に適用した例である。

第６図において、６１はヒートステージ、６２はウェハ
、６３はターゲット、６４は磁石ユニット、６５はヨー
ク、６６はアノード、６７はシャッター、６８はシャッ
ター駆動系、６９は赤外温度計、７０は温度制御回路、
７１は流量調節器である。

ヒートステージ６１は、ウェハ６２を加熱するためのも
のである。

ウェハ６２は、　Ｓｔ基板等からなり、その上に金属が
堆積される。

ターゲット６３は、スパッタされる物質（例えば、　Ａ
Ｉ、　Ａｌ−Ｓｉ合金、Ａｌ−Ｃｕ合金等）からなる。

”磁石ユニット６４は、ターゲット６３の近傍に電子を
補足して、プラズマ密度を高くするためのものである。

ヨーク６５は、磁石ユニット６４が発生させた磁界をタ
ーゲット６３の回りに閉じ込めておくためのものである
。

アノード６６は、ターゲット６３からウェハ６２に向か
う２次電子を補足するためのものである。

シャッター６７は、スパッタ粒子にく赤外温度計に付着
するのを防ぐためのものである。

シャッター駆動系６８は、シャッター６７を回転させて
開閉させるためのものである。

赤外温度計６９は、ウェハ６２の表面から放射された赤
外線によりウェハの温度を測定するためのものである。

温度制御回路７０は、赤外温度計６９の測定結果と所定
の設定温度とを比較し、その結果を流量調節器７１へ出
力する。

流Ｍ調節器７１は、温度制御回路７０からの出力に基づ
いてＡｒガスの流量を調節する。

以下１本実施例を説明する。

ターゲット６３は、　ＡＩ単体、　Ａｌ−５ｔ合金、Ａ
ｌ−Ｃｕ合金等からなる。

ウェハ６２の設定温度は、ターゲット６３の材料がＡＩ
単体の場合と、　Ａ１合金の場合はその組成比の違いに
より異なるが、４５０〜５７０℃に設定する。

また、赤外温度計６９の放射率は、　ＡＩを堆積したウ
ェハの場合、０．１５に設定することにより。

１； 熱電机ζる測定値と較正することができた。

上述した準備の後、ターゲット６３をスパンタしてＳｉ
ウェハ６２上にＡＩを堆積させる。この際。

Ｓｉウェハ６２上にＡ１が数１００人形成されるまで赤
外温度計６９による温度制御は行わない、その理由は１
通常Ｓｉウェハ６２上にはＰＳＧ等の絶縁膜が形成され
ており、絶縁膜とＡＩとでは放射率が異なるため、赤外
温度計６９でＳｉウェハの正確な温度を測定することが
できないためである。

Ｓｉウェハ６２上にＡＩが数１００人形成された後は、
Ｓｉウェハ６２上から放射された赤外線を赤外温度計６
９により測定し、その結果を温度制御回路７０により設
定温度と比較し、温度制御回路７０はＳｉウェハ６２の
温度が設定温度になるように流量調節器７１へ制御信号
を出力し、流量調節器７１はＳｉウェハ６２が設定温度
になるようにＡｒガスの流量を調節する。

シャック−６７は９間歇的に開くことにより。

赤外温度計にスパッタ粒子が付着するのを防ぐと共にウ
ェハ６２の温度の測定も間歇的に行うために用いる。

本実施例では、ターゲットがすり林状の形状をしている
ので大面積のウェハに対応することができる。

また２本発明は、ウェハにバイアス電圧を印加する方法
においても適用することができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、良好なステップカバレージを持つと共
に優れた膜質を持った金属膜を再現性よく形成すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理説明図、第２図は赤外温度計の放
射率較正の例を示す図、第３図はウェハ温度の変化例を
示す図、第４図は実施例１を示す図、第５図は実施例１
の変形例を示す図、第６図は実施例２を示す図である。 第１図において １：ターゲット ２：ヒートステージ ３：ウェハ ４：マグネット ５：赤外線透過窓材 ６：赤外温度計

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ターゲット（１）と、ターゲット（１）に対向して設け
   たヒートステージ（２）とを有し、ターゲット（１）を
   スパッタしてヒートステージ（２）に載置されたウェハ
   （３）上に膜を堆積させる高温加熱スパッタリング方法
   において、 ターゲット（１）の中央部に孔を設けて、その中に赤外
   温度計（６）を設置し、この赤外温度計（６）によりス
   パッタ中のウェハ（３）の温度を測定し、その結果に基
   づいてウェハ（３）の温度が所定の温度に保たれるよう
   にヒートステージ（２）などの加熱体の温度を制御する
   ことを特徴とする高温加熱スパッタリング方法。