JPH0219462A

JPH0219462A - マグネトロンスパッタリング方法及びその装置

Info

Publication number: JPH0219462A
Application number: JP16695488A
Authority: JP
Inventors: Yukiharu Osada; 長田　幸晴
Original assignee: Ube Industries Ltd
Current assignee: Ube Corp
Priority date: 1988-07-06
Filing date: 1988-07-06
Publication date: 1990-01-23

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］本発明はマグネトロンスパッタリングに関し、特にスパ
ッタリングターゲット全面を良好な均一性をもってスパ
ッタすることができスパッタ速度の向上が可能なマグネ
トロンスパッタリング方法及びその装置に関する０本発
明は各種デバイスにおける堆積膜を形成するのに有効に
利用することができる。

［従来の技術及び発明が解決しようとする課題］従来、
電気機器あるいは電子機器等において。

種々のデバイスの機能要素として各種組成からなる薄１
漠が用いられている。

この様な薄膜を形成する方法の１つとしてマグネトロン
スパッタリング方法がある。この方法はスパッタリング
ターゲットの表面近傍に磁界を形成し、ここにスパッタ
で生成した２次電子を含むプラズマを発生させ、スパッ
タ効率を向上させようとするものである。

しかして、従来のマグネトロンスパッタリングにおいて
は、一般にスパッタリングターゲットは円形であり、該
ターゲットの裏面側に半径方向に複数の棒状の磁石を配
列し、これによりターゲット表面の上方に半径方向を向
く放射状の磁力線を発生させている。また、この様な従
来の装置を改良した装置として、特公昭８０−１２４２
６号公報には、ターゲット外周に対応する磁極を該ター
ゲットの表面よりも前方に位置させた装置が記載されて
いる。

しかしながら、以上の様な従来のマグネトロンスパッタ
リング装置では、ターゲットの中心部表面の前方には該
ターゲット表面と平行な磁力線が発生せず、このためタ
ーゲットが均等に消費されにくくスパッタ速度の向上に
も限界があるという難点がある。即ち、プラズマ中の上
記２次電子は磁力線のまわりを回転する運動をなすので
、ターゲット表面に近接してプラズマを形成するために
は磁力線のターゲット表面と平行な成分の存在が必要と
なるが、上記従来の装置ではターゲット中心部近傍には
該成分が実質上存在しないからである。

また、上記従来装置では、ターゲット中心部近傍に発生
する該ターゲット表面と垂直の磁力線は該ターゲットの
表面と対向する位置に配置されており薄膜の形成される
べき基体の方へと延びているので、上記２次電子のうち
の一部は該磁力線のまわりを回転しながら次第に上記基
体の方へとラセン状に進行しやがては該基体に衝突して
該基体表面に形成されつつある薄膜を損傷させるという
難点もある。

そこで１本発明は、上記の様な従来技術に鑑み、ターゲ
ットの消費が全面はぼ均一に行なわれ、これによりスパ
ッタ速度な向上させＪＲ，膜速度を高めることができ、
且つ損傷のない良好な薄膜を形成することのできるマグ
ネトロンスパッタリング方法及びその装置を提供するこ
とを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段］本発明によれば、以上の如き目的は、スパッタリングターゲットの表面前方に実質上類ターゲ
ット表面に平行な向きの磁界のみを発生させてスパッタ
リングを行なうことを特徴とする、マグネトロンスパッ
タリング方法、により達成される。

本発明方法においては、ターゲット表面前方の磁界の大
きさを変化させることにより該ターゲットのスパッタ速
度を制御する様にすることができる。

また、本発明方法においては、成膜空間内に複数のター
ゲットを配置し、各ターゲットに関しその表面前方の磁
界の大きさを変化させることにより各ターゲットのスパ
ッタ速度を制御して堆積膜の組成を制御する様にするこ
とができる。

更に、本発明によれば、以上の如き目的は。

ターゲット表面の対向する端縁に隣接する位置に一対の
磁極を形成する手段を有することを特徴とする。マグネ
トロンスパッタリング装置。

により達成される。

本発明装置においては、一対の磁極をターゲット表面よ
りも前方に配置することができる。

また、本発明装置においては、一対の磁極により形成さ
れるターゲット表面前方の磁界を該ターゲット側へと移
動させるための磁界を発生させる手段を有することがで
きる。

また、本発明装置においては、磁界の強度及び／または
向きを変化させる様にすることができる。

また１本発明装置においては、複数のターゲットを有す
ることができる。

［実施例］以下１図面を参照しながら本発明の具体的実施例を説明
する。

第１図（ａ）は本発明によるマグネトロンスパッタリン
グ装置の第１の実施例を示す概略縦断面図であり、第１
図（ｂ）はそのターゲット近傍を示す部分平面図である
。

これらの図において、２は処理室であり、その内部の上
部には堆積膜の形成される基板４が保持体６により保持
されて配置されている。該基板４はその下面に堆積膜が
形成されるものであり、該下面が水平とされている。

処理室２内の下部にはスパッタリングターゲット８が配
置されている。該ターゲットは平面形状が矩形であり、
その上面が水平とされて上記基板４と対向配とされてい
る。１０は磁性体からなるヨークであり、その両端が上
記ターゲット８の対向する２つの端縁に近接して位置し
ている。該ヨークＩＯには上記ターゲット８を支持する
支持部材１２が取付けられている。１４は上記ヨークｌ
Ｏに巻回されたコイルであり、通電により図示される様
にヨークｌＯの両端に１対の磁極を形成することができ
る。

第１図に示される様に、上記基板保持体６とターゲット
８との間には電源１６により所望の電圧を印加すること
ができる様になっている。また、１８は真空ポンプとの
接続ポートであり、２０はスパッタリングガスの導入ポ
ートである。

図示される様に１本実施例では、コイル１４及びヨーク
ｌＯにより生ぜしめられる磁界はターゲット８の表面の
すぐ前方（上方）においてほぼターゲツト面に平行であ
る。従って５本実施例装置によれば、ターゲット８の近
傍に形成されるプラズマの密度を全面にわたりほぼ均一
とすることができ、均−且つ良好なスパッタが実現され
る。

また、ターゲット表面の前方には上下方向の磁界は存在
しないので、プラズマ中の電子はターゲツト面に平行な
磁界により十分にトラップされ、上方へと移動して基板
４に衝突する様なことがない。

尚１本実施例スパッタリング装置において発生するプラ
ズマは、従来型の円形ターゲットを用いたスパッタリン
グ装置で発生するリング状のプラズマとは異なり、閉じ
た系ではないため、スパッタガス圧の低い領域でのスパ
ッタリングではプラズマ中の電子の平均自由行程が長い
ため電子は最終的には消滅してしまうおそれがある。そ
こで。

コイル１４に印加する電流として適宜の周波数の交流電
流を用いることにより上記電子消滅の問題は解消される
。即ち、コイル１４に流す電流を周波数ωの交流′ＬＩ
ｔｆｉｔとすることで１周波数ωでヨーク１０に発生す
る磁極の極性を変えることができ、これにより電子は運
動方向を反転せしめられ、周波数ωで往復ＭＷｈする様
になる。かくして、電子はターゲット表面上に閉じ込め
られてスパッタリングが可能となり、且つスパッタ速度
を向上させることが可能となる。従って、低スパツタガ
ス圧領域においてもスパッタリングが可能となる。

第２図は本発明によるマグネトロンスパッタリング装置
の第２の実施例を示す部分概略断面図であり、上記第１
図（ａ）の一部分に相当する図である。第２図において
、上記第１図（ａ）におけると同様の部材には同一の符
号が付されている。

本実施例では、ヨーク１０の両端の磁極部分をターゲッ
ト８より少し上方に位置させている。これにより１図示
される様に、ターゲット８の表面のすぐ上方において該
ターゲツト面と平行の水平な磁界が上記第１図の場合よ
り良好な形で生ぜしめられる。

第３図は本発明によるマグネトロンスパッタリング装置
の第３の実施例を示す部分概略断面図であり、上記第１
図（ａ）の一部分に相当する図である。第３図において
、上記第１図（ａ）におけると同様の部材には同一の符
号が付されている。

本実施例では、ヨーク１０を下方から囲む様に第２のヨ
ーク２２が配置されている。該ヨークの両端は上記ヨー
クｌＯの両端よりも少し上方に位置している。２４は該
第２のヨーク２２上にヨークＩＯを支持する支持部材で
ある。２６．２８は上記ヨーク２２に巻回されたコイル
であり、通電により図示される様にヨーク２２の両端に
ヨークｌＯの両端と対応する１対の磁極を形成すること
ができる。

図示される様に、本実施例では、コイル２６゜２８及び
ヨーク２２により生ぜしめられる磁界はコイル１４及び
ヨーク１０によりターゲット８の表面の前方（上方）に
生ぜしめられる磁界を該ターゲットの方へと移動させる
作用をなす、これによって、図示される様に、ターゲッ
ト８の表面のすぐ上方において該ターゲツト面と平行の
水平な磁界が上記第１図の場合より良好な形で生ぜしめ
られる。

以上の第２図及び第３図の実施例から分る様に、ターゲ
ット８の表面のすぐ上方における該ターゲツト面と平行
の水平な磁界の状態は、ヨーク１０の両端の磁極の高さ
を変化させることにより、あるいは第２のヨーク２２の
両端の磁極の高さを変化ぎせることにより、更にはもち
ろんコイル１４，２８．２８の通′准最に応じて、変化
する。従って、これらを適宜設定することによりターゲ
ット８の表面の上方のプラズマの状態を制御することが
でき、ひいてはターゲット８のスパッ°り速度を制御す
ることができる。

第４図は本発明によるマグネトロンスパッタリング装置
の第４の実施例を示す部分概略断面図であり、上記第１
図（ａ）の一部分に相当する図である。第４図において
、上記第１図（ａ）におけると同様の部材には同一の符
号が付されている。

本実施例においては、ヨーク１０は中央部に上方への突
出部を有しており、該突出部の先端を含めて第４図の紙
面に垂直の方向に延びている３つの磁極３０ａ、３０ｂ
、３０ｃが形成される様になっている。該ヨークｌＯに
は２つのコイル１４ａ、１４ｂが巻回されている。これ
らコイルは通電により所望の磁気特性（Ｎ　、　Ｓまた
は中立）を有する磁極３０ａ、３０ｂ、３０ｃを形成す
ることができる。

また、本実施例では、２つの矩形ターゲット８ａ、８ｂ
がそれぞれ支持部材１２により支持されており、ターゲ
ット８ａは磁極３０ａと磁極３゜ｂとの間に位置し、タ
ーゲラ）８ｂは磁極３０ｂと磁極３０ｃとの間に位置し
ている。これら２つのターゲットは異なる材質から構成
することができる。

以下の第１表に１本実施例でコイル１４ａ、１４ｂへの
通電状態をｙｔｍし−ｃ磁１３０ａ、３０ｂ　、３０ｃ
の磁気特性を変化させ、これにより各ターゲット８ａ、
８ｂの上方の磁界の状態を変化させ、かくして該ターゲ
ット上方のプラズマの状７皮を変化させた時の各ターゲ
ットのスパッタされ易さの変化を示す。

第１表上記第１表中、Ｎ、Ｓ、−はそれぞれＮ極、Ｓ極、中立
を示し、■はスパッタ速度が大であることを示し、０は
スパッタ速度が小であることを示し、Ｘはスパッタされ
にくいことを示す。

本実施例装置によれば、同一の処理室内で、容易に異な
る組成の複数の薄膜を順次堆積させることができる、そ
して、各薄膜の組成を連続的に変化させることもできる
。

即ち、たとえば、ターゲラ）８ａとしてシリコンを用い
、ターゲット８ｂとしてチタン、タングステン、モリブ
デン、タンタル等の高融点金属を用い、スパッタリング
の前期においてターゲット８ａのみがスパッタされる様
に条件設定を行ない、スパッタリングの後期においてタ
ーゲット８ａ、８ｂの双方が所定の比でスパッタされる
様に条件設定を行なうことにより、基板４の表面上に第
１層としてポリシリコン層を形成し、第２層としてモリ
ブデンシリサイド等の高融点シリサイド層を形成するこ
とができ、かくしてポリサイド電極が容易に形成される
。

また、たとえば、ターゲット８ａとしてシリコンを用い
、ターゲット８ｂとしてチタン、タングステン、モリブ
デン、タンタル等の高融点金属を用い、スパッタリング
の前期においてターゲット８ａのみがスパッタされる様
に条件設定を行ない、スパッタリングの中期においてタ
ーゲット８ａのスパツクが次第に減少し且つターゲット
８ｂのスパッタが次第に増加する様に条件設定を行ない
、スパッタリングの後期においてターゲット８ａ、８ｂ
の双方が所定の比でスパッタされる様に条件設定を行な
うことにより、基板４の表面上に第１層としてポリシリ
コン層を形成し、第２層として厚み方向に組成の連続的
に変化するモリブデンシリサイド等の高融点シリサイド
層形成し、第３層として厚み方向に組成の均一なモリブ
デンシリサイド等の高融点シリサイド層を形成すること
ができ、かくして層間剥離の生じにくいポリサイド電極
が容易に形成される。

また、たとえば、ターゲラ）８ａとして炭素、シリコン
等の軽元素を用い、ターゲ・ノド８ｂとしてチタン、タ
ングステン、モリブデン、鉄等の重元素を用い、ターゲ
ット８ａのみがスパッタされる様な第１の条件とターゲ
ット８ｂのみがスパッタされる様な第２の条件とを交互
に設定することにより２基板４の表面上にシリコン等の
軽元素からなる層（たとえば３０人厚）とモリブデン等
の重元素からなる層（たとえば６０人厚）とを交互に形
成することができ、かくして軟Ｘ線用多層膜（たとえば
３０層）反射鏡が容易に形成される。

更に、本実施例装置によれば、たとえば、ターゲット８
ａとしてコバルトを用い且つターゲット８ｂとしてクロ
ムを用いて、ターゲット８ａのスパッタ速度とターゲッ
ト８ｂのスパッタ速度との比の変化させて種々の組成の
Ｃｏ−Ｃｒ垂直磁化膜を堆積させることができる。

以上の様に、本実施例においては、スパッタリングター
ゲットを複数配置しており、所望の条件で各ターゲット
をスパッタすることができるので、形成される堆積膜の
組成を連続的に変化させたり断続的に変化させたりする
ことができる。

本実施例ではターゲットの数が２であるが、ターゲット
を３以上用いることもできる。

上記実施例ではターゲットの形状が矩形であるとされて
いるが、本発明ではこの形状に限定されるものではない
ことはもちろんであり、また本発明でいう「ターゲット
表面の対向する端縁」は必ずしも平行な一対の端縁であ
る必要はなく、折れ曲がったり曲線状であったりしても
よい。

［発明の効果］以上の様な本発明によれば、ターゲットの表面前方に実
質１該ターゲット表面に平行な向きの磁界のみを発生さ
せるので、ターゲットの消費が全面はぼ均一に行なわれ
、これによりスパッタ速度を向上させ成膜速度を高める
ことができ、且つ２次電子衝突による損傷のない良好な
薄膜を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ｌ）は本発明によるマグネトロンスパッタリン
グ装置を示す概略縦断面図であり、第１図（ｂ）はその
ターゲット近傍を示す部分平面図である。第２図、第３図及び第４図はいずれも本発明によるマグ
ネトロンスパッタリング装置を示す部分概略断面図であ
る。４：基板。、８ａ、８ｂニスパッタリングターゲット。１０．２２：ヨーク。１４　。１４ａ　。１４ｂ　、２６．２８　：コイル。３０ａ、３０ｂ、３０ｃ：磁極。第因（ａ）第図（ｂ）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）スパッタリングターゲットの表面前方に実質上該
ターゲット表面に平行な向きの磁界のみを発生させてス
パッタリングを行なうことを特徴とする、マグネトロン
スパッタリング方法。
（２）ターゲット表面前方の磁界の大きさを変化させる
ことにより該ターゲットのスパッタ速度を制御する、請
求項１のマグネトロンスパッタリング方法。
（３）成膜空間内に複数のターゲットを配置し、各ター
ゲットに関しその表面前方の磁界の大きさを変化させる
ことにより各ターゲットのスパッタ速度を制御して堆積
膜の組成を制御する、請求項２のマグネトロンスパッタ
リング方法。
（４）ターゲット表面の対向する端縁に隣接する位置に
一対の磁極を形成する手段を有することを特徴とする、
マグネトロンスパッタリング装置。
（５）一対の磁極がターゲット表面よりも前方に配置さ
れている、請求項４のマグネトロンスパッタリング装置
。
（６）一対の磁極により形成されるターゲット表面前方
の磁界を該ターゲット側へと移動させるための磁界を発
生させる手段を有する、請求項４または５のマグネトロ
ンスパッタリング装置。
（７）一対の磁極によりターゲット表面前方に形成され
る磁界の強度及び／または向きを変化させることができ
る、請求項４〜６のいずれかのマグネトロンスパッタリ
ング装置。（８）複数のターゲットを有する、請求項７
のマグネトロンスパッタリング装置。