JPH01162766A - マグネトロン・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】 〔概要〕 マグネトロン・スパッタリング装置に関し、ターゲット
の使用寿命を延長することを目的とし、ガス供給口を備
え、排気系に繋がるチャンバの中に被処理基板を載置し
た陽極部と該陽極部に対向してターゲットが背部に磁石
を備えたバッキングプレートの上に設けられて陰極部を
構成しており、減圧ガス雰囲気中で電圧を印加し、電離
した陽イオンの衝撃によりターゲット材料を飛散させ、
被処理基板上にターゲット材料からなる薄膜を形成する
スパッタリング装置において、前記磁石が同心円状の永
久磁石の中心に電磁石を備えてマグネトロン・スパッタ
リング装置を構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明はマグネトロン・スパッタリング装置の改良に関
する。

大量の情報を高速に処理する必要から、情報処理技術の
進歩は著しく、情報処理装置を構成する半導体素子を始
めとして各種の回路素子及びこれを搭載する回路基板は
小形化と大容量化が行われているが、配線や電極などを
構成する金属膜の形成や絶縁膜の形成には薄膜形成技術
が使用されている。

こ＼で、薄膜形成方法には真空蒸着法とスパッタリング
法があり、共に広く使用されているが、前者は成膜速度
は速いもの−、高融点金属や絶縁物の薄膜形成には適し
ていない。

一方、後者は多くの場合、不活性雰囲気中で行われるの
で形成薄膜が酸化されることがなく、また合金や多成分
系の材料をそのま＼の組成比で薄膜化できると云う利点
がある。

本発明は従来のスパッタに較べて高い成膜速度をもつマ
グネトロン・スパッタリング装置に関するものである。

。 〔従来の技術〕 第２図はマグネトロン・スパッタを説明する模式図また
第３図はマグネトロン・スパッタリング装置の構成を示
す断面図である。

すなわち、第３図において、アルゴン（Ａｒ）など不活
性ガスの導入口１と真空ポンプなどの排気系に繋がる排
気口２を備えたチャンバ３の中には被処理基板４を保持
した基板支持機構５がチャンバ３と絶縁して配置されて
おり、この被処理基板４に対向してターゲット６がバッ
キングプレート７の上に配設されている。

こ＼で、ターゲット６はユバツタ工程中に放電電流によ
り加熱されるために冷却が必要であり、そのため基台８
の上で、基台８とは絶縁して設けられているバッキング
プレート７の下に冷却水を通ずる冷却水路９が設けられ
ている。

そして、スパッタ法としては排気系を動作させてチャン
バ３を高真空に排気した後、導入口１より不活性ガスを
導入して一定の減圧値に保持した状態で、直流電源１０
より被処理基板４が正、ターゲット６が負になるように
高電圧を加えるものであり、この状態でグロー放電領域
の不活性ガス分子は陽イオンと電子に電離し、この陽イ
オンがターゲット６に衝突してターゲット構成材料を原
子状で飛散させ、これが被処理基板４に付着して膜形成
が行われるのである。

か＼るスパッタリング法は、先に記したように高融点材
料の薄膜を容易に形成できると云う利点はあるが、膜形
成速度が遅いと云う欠点がある。

そこで、開発されたのがマグネトロン・スパッタ法であ
って、同図に示すようにバッキングプレート７の裏面に
磁石１１を設け、この磁石１１の出す磁力線と電界との
相互作用によりイオン化率を増し、これによりスパッタ
効率を向上させる方法である。

第２図はマグネトロン・スパッタを説明する模式図であ
って、ターゲット６と、この下に配設したリング状をし
た永久磁石（以下略して磁石）１１との関係を示してい
る。

か＼る状態では、磁石１１のＮ極とＳ極との間には破線
で示すような環状の磁力線１２がターゲット６を貫いて
いる。

この状態で、ターゲット６の面に垂直な電界が加わると
、ターゲット６を包んで生ずるグロー放電領域のガス分
子はイオンと電子に電離するが、電−界と磁界とが直交
する空間では電子がスパイラル運動をして磁力線１２と
ターゲット６との間に閉じ込められるために、ガス分子
と衝突してイオン化させる頻度が増し、磁力線１２が作
る環状空間に高密度のプラズマが発生することによりス
パッタ効率が増加するものである。

然し、ガスのイオン化は電界と磁界との直交位置を中心
として起こるために、同図に示すように磁力線１２の中
央位置に対応するターゲット６は顕著に削られて凹部１
３を生ずる。

そして、この凹部１３よりスパッタされる原子状物質の
一部は凹部１３の周辺に付着して析出物１４を生ずる。

こ＼で、析出物がアルミニウム（八１）のように低融点
の材料の場合は密着性が優れているために問題はないが
、窒化チタン（ＴｉＮ　）、二酸化硅素（ＳＩＯりｌ硅
化タングステン（ＷＳｉ）　、硅化モリブデン（Ｈｏｓ
ｔ）のように高融点の材料をスパッタする場合は析出物
１４の膜質が粗く、密着性が悪いために析出物１４の位
置で異常放電が起こり、これにより析出物１４が飛散し
て被処理基板に付着するため、製造歩留りを低下させる
と云う問題があり解決が必要であった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

以上記したようにマグネトロン・スパッタリング装置を
用いて高融点材料をスパッタする場合にスパッタを連続
して行っていると、ターゲットの凹部の周囲に生じてい
る析出物の位置で異常放電が起こって析出物が飛散し、
被処理基板に付着して膜質を害し、製造歩留りを低下さ
せることが問題である。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の問題はガス供給口を備え、排気系に繋がるヂャン
バの中に被処理基板を載置した陽極部と該陽極部に対向
してターゲットが背部に磁石を備えたバッキングプレー
トの上に設けられて陰極部を構成しており、減圧ガス雰
囲気中で電圧を印加し、電離した陽イオンの衝撃により
ターゲット材料を飛散させ、被処理基板上にターゲット
材料からなる薄膜を形成するスパッタリング装置におい
て、前記磁石が同心円状の永久磁石の中心に電磁石を備
えてマグネトロン・スパッタリング装置を構成すること
により解決することができる。

〔作用〕

マグネトロン・スパッタリング装置を用いて高融点材料
をスパッタする場合にスパッタを連続して行っていると
、ターゲットの凹部の周囲に生じている析出物の位置で
異常放電が起こって析出物が飛散し、被処理基板に付着
して膜質を害し、製造歩留りを低下させていると云う問
題を解決する方法として、ターゲット表面の凹部の周囲
に生ずる析出物を除去するものである。

この問題を解決する抜本的な方法は凹部の発生を無くす
ることである。

このため、従来より凹部の発生を均一化する各種の方法
が考えられている。

その一つは第３図に示すようにリング状の永久磁石１１
をモータ１６により回転する方法である。

その方法として、リング状の永久磁石１１を楕円状に形
成するか、或いは永久磁石１１の中心位置を回転軸より
ずらせて設置することにより凹部１３の発生領域を広げ
る方法である。

然し、これによっても析出物１４の発生は避けられない
。

次の方法は、磁石の形状を変えるもので、第２図に示す
リング状磁石１１をドーナツ形をして中心が抜けたもの
と中央が磁極からなるものとを適時交換してマグネトロ
ン・スパッタを行う方法である。

また、リング状磁石１１を除去して従来の二極スパッタ
リング装置に戻すことも行われている。

然し、このような方法はマグネトロン・スパッタリング
装置の部分的な分解が必要で、作業効率を非常に阻害し
ている。

本発明は析出物１４の発生状態を研究した結果、ターゲ
ット６の中央部に生じている析出物１４の位置で異常放
電が生じ易いことから、中央部の析出物１４を除去する
ことを目的とし、第１図に示すようにリング状をした磁
石１１の中央に電磁石１７を設け、これにより生ずる磁
力線１８により電子を閉じ込めてイオン化させ中央部に
生じた析出物を除去するものである。

このようにターゲット６の凹部周囲に生ずる析出物１４
を適宜除去しなからスパッタを行うと異常放電を抑制す
ることができる。

〔実施例〕

ＭＯＳ　　ｌ−ランジスタの製造工程においてポリＳｉ
層の上にマグネトロン・スパッタ法により窒化チタン（
Ｔｉ　Ｎ　）よりなる拡散防止膜を形成した。

その方法として、第１図に示すようにリング状をした磁
石１１の中央に電磁石１７を配置したスパッタリング・
ガンを作り、これを第３図に示すマグネトロン・スパッ
タリング装置に組み込んで使用した。

こ−で、使用法としては従来のようにリング状の磁石１
１アみを用いて連続的に２００枚のＳｉウェハにＴｉＮ
のマグネトロン・スパッタを行ったのち、電磁石１７に
通電してマグネトロン・スパッタを行い、ターゲット上
に析出している析出物を除去した。

このような方法をとることにより従来は約３００枚をス
パッタすると異常放電が生じてターゲットの交換が必要
であったが、か＼る異常放電の発生を無（することがで
きた。

〔発明の効果〕

本発明の実施により、異常放電の発生が無くなって薄膜
形成工程における歩留まりが向上すると共に、ターゲッ
トの使用寿命を延長することができた。　　　′

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るマグネトロン・スパッタ法を説明
する模式図、 第２図はマグネトロン・スパッタを説明する模式図、 第３図はマグネトロし・スパッタリング装置の構成を示
す断面図、 である。 図において、 ４は被処理基板、　　　　６はターゲット、７はバッキ
ングプレート、 １１は磁石、　　　　　　１２．１８は磁力線、１３は
凹部、　　　　　　１４は析出物、１７は電磁石、 である。 シト−宅５月（こ・ｆ酎ろマグネトロン・ズパ・・・７
法ロ知日月７６頑弐β口第１図 マグネトロ゛７・ズパ・ン７乞言えヨ、ｌ１１Ｔろポ１
へ図第）ｎ マグネとロン・Ｚパ・ンフ′ルフ゛装置のオ馬ｇｇ；ラ
ミ、了オ午面ｅ第３層

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ガス供給口を備え、排気系に繋がるチャンバの中に被処
   理基板を載置した陽極部と該陽極部に対向してターゲッ
   トが背部に磁石を備えたバッキングプレートの上に設け
   られて陰極部を構成しており、減圧ガス雰囲気中で電圧
   を印加し、電離した陽イオンの衝撃によりターゲット材
   料を飛散させ、被処理基板上にターゲット材料からなる
   薄膜を形成するスパッタリング装置において、 前記磁石が同心円状の永久磁石の中心に電磁石を備えて
   構成されていることを特徴とするマグネトロン・スパッ
   タリング装置。