JPH01184276A - スパッタによる成膜方法及びその装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はスパッタ成膜にかかわシ、特に多層配線構造を
持つ集積回路における配線用導体膜の好適なスパッタ膜
を形成できるスパッタ方法及びその装置に関するもので
ある。

〔従来の技術〕

従来技術としては、特開昭６１−１１７２７３号に記載
されたものが知られていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術においてはフィルタに電気的入力があるの
で常に大きな基板流入電流を確保しようとすると、フィ
ルタが過熱されるという課題があった。

本発明の目的は実効的なフィルタへの電気的入力を低減
しながら、且つ大きなバイアススパッタ効果を確保でき
るようにしたスパッタ方法及びその装置を提供すること
にある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、上記目的を達成するために、基板及びフィル
タに付与する電位を共に周期性を有するようにしたので
同期して増減させることが可能となった。即ち本発明は
大きな基板流入電流が必要な時にのみ、フィルタを強く
電気的に励起することにある。そこで基板電極印加電源
のパルス的な増減に同期して、フィルタ電源の出力もパ
ルス的に増減する。このようなパルス的信号を発生する
電源をつくシ、これＫよってフィルタ用の高周波電源も
制御されるようにする。

〔作用〕

このように基板及びフィルタに同期させて電位を付与し
たことによシ基板バイアス電力（流入電流）を増加させ
てもフィルタの変形はみうけられず、安定した付き廻シ
性の良好なスパッタ成膜を行うことができる。

〔実施例〕

第１図は本発明に係るスパッタ方法を実施するスパッタ
装置の一実施例を示したものである。１は特開昭６１−
１１７２７３〜１１７２７５号公報に記載されているよ
うに、周知のプレーナマグネトロンスパッタ電極である
。２はターゲート、３はフィルタ、４は防着シールド板
、５は基板電極、６は基板（ウェハ）、７は基板バイア
ス用直流電源、８は電圧計、９は基板流入電流計である
。

１０はブロッキングコンデンサ、１１は通過型電力計、
１２はパルス電源、１３は１Ａ５６ＭＨｚ等の高周波電
源であシ、変調入力としてパルス電源１２の信号を用い
ることができる。

基板電極５には、直流基板バイアス電源７によシ負の電
圧が印加されておシ、その電圧と電流は、それぞれ電圧
計８及び電流計９にて監視される。

直流基板バイアス電源７にはパルス電源１２が接続され
ておル、お互いの電圧が重畳されて、基板電極５に印加
される。これから説明する実験条件では、直流基板バイ
アス電源７の出力は常時−７０Ｖとした。パルス電源１
２の出力は、−１１０Ｖビークであり、両軍源の合成出
力は第２図に示す如・　３　・ き波形をしておシ、繰シ返し周波数５０ＫＨｚ、パルス
印加のデユーティ（第２図中のｔ、／１２）はほぼ５０
チ程度で使用する。

基板電極５の上に基板６を固定する。基板６は直径１０
０φ冒のシリコンウェハである。基板６は基板電極５か
らの爪の如き金具によって固定され、アルミ成膜中には
、アルミ膜と電気的接触を確保している。

フィルタ電源１５は、ＩＡ５６ＭＨｚのものであシ、マ
ツチングボックス（図示せず）を介し印加する。

フィルタ３への印加電力は通過型電力計１１にて監視す
る。

フィルタ３には第３図の模式図に示すごとく井桁状の薄
板（厚さ１　ｍ　）を用いた。井桁の大きさは約９−×
約９ｗｍの正方形の開口を持ち、スパッタ粒子の進行方
向への長さは約１０ｍ１とした。フィルタ全体の直径は
φ１６０鱈である。

基板６は直径１００＋ａ＋のシリコンウェハ１であシ本
発明に係わる成膜方法の付き廻シ性の調査のためには多
層配線構造にある配線層間の接続孔（以下スルーホール
）を模したテスト形状を持つサンプルウェハを用いた。

基板６は基板電極５上に金属性のツメのごとき金具（図
示せず）で固定されＡ１成膜中には基板６上のＡ１膜は
基板電極５と電気的な接触を保つ。

基板６とフィルタ３の基板側端面との距離及びターゲッ
ト２とフィルタ６のスパッタ電極側端面との距離はとも
に約３０１とじた。ターゲット２には直接８インチ（約
φ２００■）のＡｌ−１，５チＳ１をもちいた。

スパッタ装置として動作させるＫは真空槽（図示せず）
を適当な真空ポンプによって高真空（１ｏ−’〜１０＝
　’Ｆｏｒｒ台）にまで排気する。その後アルゴンガス
を導入し、約Ａ５ｍ’Ｆｏｒｒの圧力とした。

一方１五５６ＭＨｚの高周波電源１３は整合回路（図示
せず）とブロッキングキャパシタ１０とを介してフィル
タ３に接続されておシ、通過型電力計１１によシフィル
タ３に印加されている電力をモニタすることができる。

スパッタ電源には負の高圧を印加しく図示せず）スパッ
タ電圧約５００Ｖ、スパッタ電流１０Ａで放電を行なっ
た。このときのスパッタガス圧力（アルゴンガス圧力）
は約１５　ｍ　ｔｏｒｒである。

最初に基板電極５の電位をパルス的に駆動したときの実
験について説明する。このときフィルタ用の高周波電源
１３は５０ｗの出力に固定した。

基板電極５に印加される電圧波形を第２図に示す。基板
直流電源の出力は常時−７０Ｖであｐ、パルス電源の出
力は波高値−１１０ｖである。従って第２図に示す如く
尖頭値は一１８０ｖのパルス列的波形となる。

パルスの繰シ返し周期は第２図に示す如＜５２秒でｉｂ
、その５２秒のうちｔ４秒だけ基板バイアス電圧は一１
８０ｖとなる。基板バイアス電圧が最大値となっている
時間の比、１．、／１．２をデユーティ７アクタと呼ぶ
ことにする。デユーティ７アクタが０チから１００チへ
と増すにつれ、基板バイアス電圧の最大値が印加されて
いる時間が長くなる。

このデユーティファクタをパラメータとしてスルーホー
ルへの付き廻漫性を評価した結果、一定の一１８０ｖの
基板バイアスではスルーホール中ニボイドが残シ、埋め
込むことができないが、間欠的にこの電圧を加えるので
あれば、０〜２０％のデユーティファクタでもボイドの
発生はなく、３０〜６０％のデユーティでは完全に埋め
込むことができる。デユーティ７アクタを７０９４以上
にしてゆ、ぐと、逆にボイドが発生し、一定の一１８０
Ｖの状態と等価となる。

以上の如く、確実に埋め込むためにやや過剰な基板バイ
アス電圧を印加し、デユーティファクタの制御で巾広く
適正な条件を設定することができる。更にパルス電源１
２の出力はフィルタ用高周波電源１３１Ｃ供給されてお
シ、パルス電源１２の出力が負で大きくなると、高周波
電源１３の出方も増大する。

パルス電源１２の繰シ返えし周波数５０ＫＨｚ　。

デユーティファクタ５０％、スパッタ電力１０ＡＸ５０
０Ｖ、アルゴン圧力＆５ｎＴｏｒｒ　、フィルタ３には
、開口９　Ｘ　９　ｒｒＪ　、深さ１０ｍｍ、フィルタ
内の板厚１瓢で実験を行った。フィルタ用高周波電源１
３の出力を常に１００Ｗとしていた場合にはフィルタ３
の変形が認められたが、上記条件での使用では変形は発
生しなかった。

第４図はフィルタ３に印加する１＆５６ＭＨｚの電力と
基板流入電流との関係を示したもので、１０Ｗでは曲線
Ｃｌ０Ｗ、２０Ｗでは曲線Ｃ２０Ｗ、５０Ｗでは曲線ｃ
ｓｏｗ、　１ｏｏｗでは曲線Ｃ１００Ｗとなる。従って
スルホールにＡｔ膜を埋め込みができるように大きな基
板流入電流（例えば１ｏｏｗ）を与えてもフィルタ３の
変形は発生しない。

このように本実施例では、出来るだけＡ／、粒子の透過
率を低下させないように薄い板によシ組み立てられたフ
ィルタ３の筒状の形を利用し、スパッタ粒子の飛行方向
の指向性を与えるとともに、その筒の中でボーカソード
放電を発生させ、基板電極５に負の電圧を印加した時に
、大きな基板流入電流を得、良好な付き廻シ性のスパッ
タ成膜を行う。基板印加電圧波形はパルス状にして基板
６の過熱を防ぐ。この場合ターゲット２の材料（スパッ
タ材料）は、比較的融点の低い金属材料（具体的にはア
ルミ、アルミ合金が適している。）そとで第４図に示す
ように大きな基板流入電流を得るには、フィルタ３にそ
れに比例して大きな電力印加をおこなわなければならな
い。通常の使用状態では数１０１〜２００Ｗ程度である
。しかし基板バイアス直流電圧に同期させてフィルタ３
に印加する負の電位を増減させているので、大きな基板
流入電流が得られるようにしてもフィルタ３が昇温によ
って変形されることはなく、安定してスルホールへの付
き廻ｐ性をよくして成膜することができる。

またブレーナマグネトロンバイアススパッタにおいてフ
ィルタ３に電気的な励起を与えることによシ、系内に新
たにフィルタ３を第３の電極とした第２の放電を発生さ
せる事によって果たすことができる。この時フィルタ材
料のスパッタリングの発生を抑止するためにできるだけ
低い電圧にて放電が発生するように、フィルタ３に筒状
の形状を持たさせ、フィルタ内でのホローカソード放電
を利用する。

また増大させ得るようＫなった基板流入電流すなわちア
ルゴンイオン電流によってアルミ原子の移動が活性化さ
れるようにイオンによる成膜中のアルミ膜の衝撃を有効
に行うことであるが、本発明に係るスパッタ装置では常
時基板電位を十分に大きな電流密度を得るように印加す
る必要はなく、たとえば間欠的に印加すれば良い。具体
的には間欠的に大きな負の電位になるように基板電極に
電圧を印加してやれば良い。基板の温度が徒に高いとア
ルミのフローはスルーホールの中に有効に入っていかな
い。スルーホールへの付き廻シ性を向上させるにはスル
ーホール周縁にスルーホールを塞ぐごとく成長するオー
バハングを抑制することが大切であり、本発明に係る技
術であればオーバハングが少し成長した時点で瞬間的に
基板バイアスを印加し、オーバハング部分のアルミ膜を
７０−させることで足シる。このような間欠的な基板電
圧の印加による付き廻シ性の改善はフィルタによる指向
性の付与によってもともとオーバハングの成長が遅いと
いうことを前提として、その上で本発明によって初めて
大きな効果を実現することができる。これにより必要以
上のアルゴンイオンの流入が無く、徒に基板温度を上昇
させることがない。

また基板上に均一なアルゴンイオン電流密度を保つこと
は基板に対するプラズマの発生位置を相対的に移動せし
め、アルゴンイオンの流入を時間平均として基板上で均
一化することによシ達成できる。ウェハの中心と同軸状
に配置した電磁石散のマグネトロンスパッタ電極であ多
発生するプラズマリングの径を変化させうる本のでは、
プラズマリング径が小さい時にはウェハ基板の中心部分
で高いイオン電流密度が得られ、逆にプラズマリング径
が大きい時にはウェハ基板の外周部分で高いイオン電流
密度が得られる。これら２つの電流密度とその時に同時
に得られるそれぞれに対応した成膜速度の比は必ずしも
よく一致しない。即ちイオン電流密度が一様となるよう
にスパッタ電力をプラズマリングの移動に伴って変化さ
せると、今度は平坦な成膜速度分布が得られないという
結果になる。このとき本発明に係る技術ではフィルタの
電位を同時に制御することで、成膜速度分布とイオン電
流密度分布とを適切に設定することができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、フィルタでの電力
損失が低減できるので、フィルタの大樹シな水冷を必要
とせず、安定したスルホールへの付き廻シ性をよくした
スパッタ成膜を行うことができる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す図、第２図は基板バイ
アス印加電圧波形の一例を示す図、第６図はフィルタの
構造を示す図、第４図はフィルタの励振高周波電力と基
板流入電流との関係を示す図である。 １・・・マグネトロンスパッタ電極 ２・・・ターゲット ３・・・フィルタ ５・・・基板電極 ６・・・基板 ７・・・基板バイアス用直流電源 １０・・・ブロッキングコンデンサ １２・・・基板パルスバイアス電源 １３・・・高周波電源。 協農ト仝べ一項

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、スパッタ電極から出たスパッタ粒子に対してフィル
   タによって飛行方向に指向性を与え、基板に間欠的に基
   板バイアスを付与して基板に成膜を行うことを特徴とす
   るスパッタ方法。 ２、上記フィルタに間欠的に、更に基板バイアスを同期
   させてフィルタ電圧を印加させることを特徴とする請求
   項１記載のスパッタ方法。 ３、スパッタ電源を成膜対象である基板に電位を付与す
   るための基板電極を、該基板電極に周期性の電位を付与
   するための基板電極電源と、上記スパッタ電極から出て
   スパッタ粒子が基板に付着するまでの飛行空間に設けら
   れ、スパッタ粒子の飛行方向に指向性を付与するフィル
   タと、該フィルタに周期性の電位を付与するためのフィ
   ルタ電源とを備えたことを特徴とするスパッタ装置。 ４、上記基板電極電源と上記フィルタ電源とが各々出力
   を同期して増減すべく構成したことを特徴とする請求項
   ３記載のスパッタ装置。