JPH02305960A - 反応性マグネトロンスパッタ装置 - 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、反応性マグネトロンスパッタ装置に関する。

〔発明の概要〕

本発明は、反応性マグネトロンスパッタ装置において、
そのターゲットに対して変動する磁界を付与する磁界発
生手段を設けることによって、スパッタ成膜時の二ロー
ション領域をターゲット表面全体に拡げてダスト発生を
防ぐようにしたものである。

〔従来の技術〕

近時、半導体装置にふいては、その寸法ルールの微細化
によって浅くなる接合に対し、コンタクト材料である＾
ｌとシリコン基板との合金化反応で接合が破壊及び劣化
するを防止するために、Ａ１層の下にバリヤメタルを敷
く必要性が高まっている。このバリヤメタルとしては、
現在、反応抑止性の高いＴｉＮが有望である。このＴｉ
Ｎ膜の形成には、Ｔ１ターゲットをＮ２ガス、或はＮ２
ガスとＡｒガスの混合ガスの雰囲気中でスパッタ成膜す
る反応性スパッタ法が一般的である。

第７図は従来の反応性マグネトロンスパッタ装置、即ち
平行平板型ＤＣマグネトロンスパッタ装置のカソード付
近の構成を示す。同図において、（１）はスパッタ成膜
される基板、（２）は基板（１）に対向するターゲット
（３）及びその裏面に配した磁界発生手段例えば磁石（
４）とからなるカソードを示す。磁石（４）はＮ　、ｔ
４を中心にＳ極がこれを取り囲むように構成され、これ
によってターゲット（３）の表面上に磁界が形成される
。（５）は直流電源であり、ターゲソｈ（３）の表面が
負電位にバイアスされる。このコーゲット（３）の表面
がスパッタエツチングされ、そのスパッタ粒子が基板上
に堆積して成膜が行われる。

特公昭６３−６５７５４号公報には類似のマグネトロン
スパッタ装置が示されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、上述の反応性マグネトロンスパッタ装置にお
いては、スパッタ現象がエロージョン領域（電界Ｅと磁
界Ｈが直交する領域に高密度にプラズマが集中する。こ
の高密度のプラズマに接するターゲット（３）の領域）
（６）に集中し、それ以外の中央部及び周辺部の非エロ
ージョン領域（７）ではターゲット表面がスパッタエツ
チングされずに残ってしまう。そして、この非エロージ
ョン領域（７）にスパッタ粒子の再付着物が堆積される
。ＴｉＮを成膜する場合、ＴｉＮ膜は密着性が悪いため
、上記の再付着物（即ちＴｉＮ）が剥がれる現象が発生
していた。この剥がれた再付着物が異常放電を引き起こ
し、すなわち、剥がれた再付着物がプラズマ中に入り、
プラズマの熱で加熱され、溶は飛散し、基板（１）上に
多量（例えば数１０００個）のダストとして付着し問題
となっていた。

本発明は、上述の点に鑑み、再付着物の剥がれに起因し
た異常放電によるダスト発生を防止できるようにした反
応性マグネトロンスパッタ装置を提供するものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、基板（１）に対向するターゲット（３）と、
磁界発生手段を有し、ターゲット（３）を反応性スパッ
タして基板（１）上に成膜する反応性マグネトロンスパ
ッタ装置において、ターゲット（３）に対して変動する
磁界を付与する磁界発生手段（１３）　（又は（１５）
　）を設けて構成する。

〔作用〕

上述の、構成によれば、ターゲット（３）の表面に沿っ
て磁界の位置が変動する磁界発生手段（１３）　（又は
（１５）　）を設けることにより、ターゲット（３）表
面の全域にエロージョン領域（６）が広がる。従って、
ターゲット（３）の表面全体にわたってスパッタ現象が
発生するようになり、スパッタ粒子のターゲット（３）
への再付着が防止される。その結果、再付着物（２９）
の剥がれに起因した異常放電によるダスト発生を防ぐこ
とができる。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明による反応性マグネトロン
スパッタ装置の実施例を説明する。

第１図は本発明の一例を示す。同図は反応性マグネトロ
ンスパッタ装置のカソード付近の構成を示し、（１）は
スパッタ成膜される基板、（１２）は基板（１）に対向
する平板状の円形ターゲット（３）及びターゲット（３
〕の裏面に配した磁石（１３）からなるカソード、（５
）はカソード（１２）と図示せざるも真空容器及び基板
電極（アノ−ｉ’）間に接続された直流型、原を示し、
ターゲット（３）の表面は負電位にバイアスされる。ｆ
！石（１３）は、断面Ｕ字状をなし、両端のＳ極とＮ極
の長さ１１　がターゲット（３）の半径！□より長＜（
ｊ！、＞Ｌ）なるように形成し、ターゲット（３）の裏
面においてターゲット（３）の中心位置に対応する軸（
１４）を中心に回転可能に配置する。

かかる構成によれば、スパッタ成膜時において、カソー
ド（１２）の磁石（１３）を軸（１４）を中心に回転さ
せることにより、第２図Ａ及びＢに示すように、磁石（
１３）によってターゲット（３）の表面上に付与される
磁石Ｈがターゲット表面に沿って移動し、エロージョン
領域（６）がターゲット（３）の表面全域に拡がるよう
になる。これにより、わずかでもターゲット表面全体に
わたってスパッタ現象が発生し、スパッタ粒子の再付着
物がターゲット表面に堆積するを防止することができる
。

第３図は本発明の他の実施例である。本例は、ターゲッ
ト（３）の裏面に磁界発生手段として電磁コイル（１５
）　［：（１５Ａ）、　（１５Ｂ）　］を配してカソー
ド（１６）を構成する。電磁コイル（１５）は、ターゲ
ット（３）の周縁に対応する位置にターゲット（３）に
近い側がＳ極となるような環状の第１電磁コイル（１５
＾）を配し、ターゲット（３）の中心より外れた位置に
対応した位置にターゲット（３）に近い側がＮ極となる
ような第２電磁コイル（１５Ｂ）　　を配し、この第２
電極コイル（１５Ｂ）　　をターゲット（３）の中心に
対応する軸（１４）を中心に回転可能にして構成する。

その他の構成は第１図と同様でちる。

かかる構成においても、スパッタ成膜時に第２電磁コイ
ル（１５Ｂ）　を軸（１４）を中心に回転することによ
り、電磁コイル（１５）による磁界がターゲット表面に
沿って移動し、エロージョン領域（６）がターゲット表
面全域に拡がり、スパッタ粒子のターゲット表面への再
付着を防止することができる。

ところで、上述の第１及び第３図の実施例のように、ス
パッタ成膜中に二ローション領域（６）をタープ：／）
（３）の表面全体に拡げると、ターゲット（３）周辺の
不純物をスパッタしたり、基板（１）に成膜した膜の均
一性が悪くなったりする可能性がある。

又、周辺部の不純物スパッタを避けようとすれば、逆に
どうしても非エロージョン領域がターゲットの周辺部分
に僅かでも残ってしまう。第４図はこの点を解決した本
発明の他の実施例である。本例においては、ターゲット
（３）の裏面に、ターゲット周辺部分に僅かに非エロー
ジョン領域（７）が残るような磁界発生手段例えば第３
図と同様に、環状の第１電磁コイル（１５＾）　及び軸
（１４）を中心に回転しうる第２電磁コイル（１５Ｂ）
　　からなる電磁コイル（１５）を配置すると共に、タ
ーゲット（３）の表面の周辺部に対向してスバッタエツ
チクリーングを行うための補助磁界発生手段例えばター
ゲット（３）側がＳ極となる第３電磁コイル（１７）を
配置する。

かかる構成においては、通常のスパッタ成膜中は第２電
磁コイル（１５Ｂ）　　を回転させてターゲット周辺部
を非エロージョン領域（７）として残したまま他部全域
をエロージョン領域（６）としてスパッタを行う（第４
図参照）。そして、非エロージョン領域（７）にスパッ
タ粒子の再付着物が堆積してきたら、即ち通常基板（１
）に１〜２μｍ程度成膜したら、基！ｆ　（１）をター
ゲット（３）に対向させないようにターゲット（３）に
対して相対的に移動させるか、又は基板（１）とターゲ
ット（３）間にシャッター（１８）を介挿し、その状態
で第１、第２電磁コイル（１５Ａ）　（１５′ｅ＞と共
に、第３電磁コイル（１７）を作動させ、エロージョン
領域（６）をターゲット（３）の表面全域に拡げ（この
場合エロージョン領域はターゲット（３）よりはみ出し
てもよい）スパッタエツチングしてターゲット（３）の
全体をクリーニングする（第５図参照）。このスバッタ
エッチクリーングは所謂スパッタ成膜時の合間に行われ
る。

これにより、ターゲット（３）の表面を全て残さずにス
パッタエツチングして再付着物の堆積を防ぐと共に、エ
ロージョン領域を拡げることからくる周辺の不純物のス
パッタによる成膜された膜の膜質劣化や、均一性悪化を
避けることができる。

このように上述の実施例においては、スパッタ成膜時に
ターゲット表面全体が削られるようにし、又はスパッタ
成膜時以外においてタープ−／　）全体をスバフタエッ
チクリーングするようになすことにより、スパッタ粒子
のだクーゲット表面への再付着が抑制される。その結果
、例ｆ−ばバリヤメタルとしてのＴＡＮを成膜する場合
でも、再１寸着物の剥がれに起因する異常放電が発生し
なくなり、基板への多層のダスト付着を防止することが
できる。

一方、ＴｉＮの反応性スパッタによる成膜は、例えばＡ
ｒ　５０ＳＣＣＭ　、　Ｎ２４０ＳＣＣ？Ｊ　、ガス圧
４ｍＴｏｒｒ　、ターゲット電力３ｋＷ、基板温度２０
０℃で行われるが、前述したようにＴＡＮは反応性が低
いために下地との密着性に劣り、中でも１００℃程度以
下の物体上に付着した場合に特に剥がれを生じ易い。例
えば第８図に示す反応性マグネトロンスパッタ装置のカ
ソード（２８）においては、冷却水（２１）で冷却する
ターゲット保持台（２２）上にドーナツ形状のターゲラ
）　（２３）を配し、中央部のターゲット固定具（２４
）によりターゲッ′ト（２３）を固定し、ターゲラ）　
（２３）の裏面側に磁石（２５）を配して構成される。

ターゲット保持台（２２）のターゲット（３）の周辺部
に対応する位置には防着ブロック（２６）が配され、さ
らにターゲット保持台（２２）及び防着ブロック（２６
）を囲うように防着／−ルド１．１ｔ（２７）が配され
る。このようなカソード（２８）では、スパッタ成膜中
に中央部のターゲット固定具（２４）、防着ブロック〈
２６）及び防着シールド体（２７）にスパッタ粒子の再
付着物（２９）が堆積し、このとき水冷されたターゲッ
ト保持台（２２）に固定されているターゲット固定具（
２４）及び防着ブロック（２６）は低温となっているの
で、これらに堆積された再付着物〈２９）の剥がれが顕
著となる。この再付着物（２９）の剥がれは前述したよ
うにダスト発生の原因となる。なお、防着シールド体（
２７）の上部はプラズマ放電で加熱されて温度が高くな
っているので、ここでの再付着物（２９）の剥がれは生
じにくい。

第６図の実施例は、かかる欠点を改善するようにしたも
のである。本例においては、水冷されろターゲット保持
台（２２）、ターゲγ）　（２３）、磁石（２５）、タ
ーゲット固定具（２４）及び防着シールド体（２７）の
構成は第８図と同様とするも、特にターゲット（２３）
周囲の防着ブロックに関しては薄い円環状の防着板（３
１）を設け、この防着板（３１）を防着板（３１）の幅
よりも狭い幅の円環状の絶縁がいしく３２）を介してタ
ーゲット保持台（２２）に２〜３箇所のねじ止めで固定
し、さらに中央のターゲット固定具（２４）上に之を被
冠するように絶縁がいしく３３）を介して薄い円板型の
防着板（３４）を１つのねじで取付けて構成する。

かかる構成によれば、ターゲット周囲に対応する防着板
（３１）は薄板で形成されているので熱容量が小さくな
ると共に、絶縁がいしく３２）を介して水冷されるター
ゲット保持台（２２）から離れておりこのターゲット保
持台（２２）とはねじ部（３５）で接触されるのみとな
る。従って、ターゲット保持台（２２）から熱的に絶縁
されスパッタ時のＡｒイオンの入射で防着板＜３１）の
温度が上がり、ここでのスパッタ粒子の再付着物（２９
）の密着性は向上し、再付着物（２９〉の剥がれが防止
される。また、中央のターゲット固定具（２４）ではこ
れを被冠するように絶縁がいしく３３）を介して薄い防
着板（３４）が取付けられており、この防着板（３４）
も上述め防着板（３１）と同様に昇温するためにこの防
着板（３４）に堆積したスパッタ粒子の再付着物（２９
）の密着性が向上し、再付着物（２９）の剥がれが防止
される。従って、この再付着物（２９）の剥がれに起因
するダスト発生を防止することができる、高い清浄度の
成膜が可能となる。

尚、第６図の例はドーナツ形のターゲットを有した反応
性マグネトロンスパッタ装置に適用したが、その地平板
の円形ターゲットを有する反応性マグネトロンスパッタ
装置にも同様の防着板を設けることが可能である。

〔発明の効果〕

上述した本発明の反応性マグネロトンスパッタ装置によ
れば、ターゲットに対して変動する磁界を付与する磁界
発生手段を設けることにより、エロージョン領域を拡げ
ることができ、スパッタ粒子のターゲット表面への再付
着を抑制することができる。従って再付着物の剥がれに
起因する基板への多量のダスト付着を防ぐことができ、
清浄度の高い成膜が可能となる。本発明は、例えば密着
性の悪いＴｉＮ等の成膜に適用して好適である。

図面の簡単な説明 第１図は本発明による反応性マグネトロンスパッタ装置
の一実施例を示す要部の断面図、第２図Ａ及びＢはその
動作説明図、第３図は本発明の他の実施例を示す要部の
断面図、第４図は本発明のさらに他の実施例を示す要部
の断面図、第５図はその動作説明に供する断面図、第６
図は本発明のさらに他の実施例を示す要部の断面図、第
７図及び第８図は夫々従来の反応性マグネトロンスパッ
タ装置の例を示す要部の断面図である。

（１）は基板、（３）はターゲット、（４）、（１３）
　　は磁石、（５）は直流電源、（２）、（１２）はカ
ソードである。

代　　理　　人　　　　　松　　隈　　秀　　盛ｌ・・
・８４双 ３・・・　ターリ′クト ５−・ｔｉ走電ｊ厘 Ｉ２・・・カッ−に Ｉ３・・・石肱ル６ １４・・−軸 鵠１１Ｅた制のｔ合Ｐ０構Ａ図 第１図 、ユユエエエ＝→＝ Ｉ・・・薔稽 ３・・・　クーリー−、） ５・・・直皮＠、ｐ ６・・・エローｉン→申ｊへ （１５Ｎ５１４．路８・・・電電コイル１６・・・カン
−に ！ｔ２１１’施例か構成口 第３図 １・・・基Ｉ々 ３・−・７−ケ′７ト ５・・・直！た劃Ｒ ６・・・エローリ■ン旬逃 ７・・・非エロー偽ン々−ツに Ｉ４・・・拳由 （６）６ん６８・−・重石１フィル １６・・・−ηソート′ １７・・−摺り功を石匹コイル ＠Ｂ実絶介・ｌ＃）７舒のａ木口 第４図 Ｉ・・・暮ｊ々 ト・・ター’Ｔ″７ト Ｓ・・・ｌｊ最電！原 ６・・・工０−９ｓン舊ｌべ ＋４・・・軸 ＜１５）　　ｔｓａ、ｔｓｒｓ・・・を桐ｉコイル１６
・・・カソード′ ＋７・・・ネ」幼を紳Ｊイル 祷・−・　シ、−Ｉり 動　イ乍　！絶　６月　口 第５図 １　・・・　基才１ｊ　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　２９　・・・イア　４１勿２１・−；金
髪’Ｋ　　　　　　　　　３１３４−・・酸４禄２２−
９−ｆｉｒ−Ｉトイ％Ｐｔｆ５　　　　　　　　　　　
ｎ、３１−１色眸力１・１し２３−・・ターＪ″ｒ−，
）３５−　ＣＩ″、２−寥・・・　クーケ゛丁）ｒｉｉ
Ｊ’！’、礫鴫。

２５・・・不ａ石 ２７・・・　２オ１島　ンールト′イ】ト２８・・・刀
ソード 叢４賓芝伊の？舒のイ算爪凹 ｔ・・・基手及 ２・・・カソード。

３・・・ターケ゛７ト ４・・ｌ厖る ５・・・直！屹電！原 ６・・・エロージ１ゾ４１１巡 ε・・・電界 イ乏米例のｔ　ｌＩＰのＪ１八　国 策７図 ｔ・・・基享贋　　　　　　　　　２Ｂ・−・カソード
・２ト・・；９去Ｆ７Ｋ　　　　　　　　　　　　２９
−−イす！勃２２−＝　９−Ｙ、ト４ｉＰｒ８　　　　
　　　　　ｊ＆３４−＃！ａ２３・・・ターゲラ）　　
　　　　　　　　　ｆｆ、３Ｂ−一ロＩ傘だ一％（Ｕ・
・・ターケ゛Ｊ固定具　　　　　　　　３５・・・−σ
２５・・・Ｊａろ ２６・・・肪１７°Ｏ−／り ２７・・・ｎ１鳴シールに体 に；ｔ−未　ｆＩＩｎ　　？　＊のａ　　ＩＫ　　？第
８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 基板に対向するターゲットと、磁界発生手段を有し、該
   ターゲットを反応性スパッタして上記基板上に成膜する
   反応性マグネトロンスパッタ装置において、 上記ターゲットに対して変動する磁界を付与する磁界発
   生手段を設けて成る反応性マグネトロンスパッタ装置。