JPH03138361A - スパッタ用ターゲット及びスパッタ方法 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、スパッタ用ターゲットに関する。

（従来の技術） 一般ニ、スパッタ装置はイオン化するスパッタガスを導
入した気密容器内で、プラズマ中のイオンが負電圧の例
えばアルミニウム材等のターゲットに衝突してスパッタ
が行われ、陽極に設けられた半導体ウェハ等の試料の表
面に薄膜を形成するものである。ここで、半導体チップ
としてＤＲＡＭを例に挙げれば、ＩＭ−ＤＲＡＭの量産
が開始され、近い将来には４Ｍ−ＤＲＡＭの量産に移行
スることが予定されている。このように、半導体チップ
の高密度化に伴い、半導体ウェハの微細処理に対する対
応が迫られている。

このような状況下にあって、スパッタ装置にて例えば半
導体ウェハにアルミ配線を行う場合には、第５図に示す
ようにアルミを充填すべきホール１００の穴径がサブミ
クロンのオーダとなっている。

（発明が解決しようとする課題） 上記のような一ホール１００にアルミ膜を形成するため
には、このウェハと対向配置されるターゲットから垂直
に放出されるスパッタ粒子だけでは適正な膜が形成でき
ない。もし、垂直方向のみのスパッタ粒子によって膜を
形成したとすれば、第８図に示すようにホール１００の
内側壁に膜を形成できないからである。

もちろん、スパッタ粒子は垂直方向にのみ飛翔するので
はなく、拡散して斜め方向にも放出されるので第８図の
ような極端なケースは生じ得ないが、ターゲットの浸蝕
が進むにつれ、ウェハの中心側に斜めに向かうスパッタ
粒子が減少し、ホール１００の内側壁に形成される膜厚
が不足するという現象が確認された。

そこで、本発明の目的とするところは、ターゲットの浸
蝕が進行しても、被処理体の斜めに向かうスパッタ粒子
を常時確保でき、均一な膜付けを実施することができる
スパッタ用ターゲットを提供することにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は、被スパッタ面上のエロージョンエリアの内側
境界付近及び外側境界付近に、中心に向かうに従い肉厚
が薄くなる傾斜面を形成したものである。

（作　用） スパッタ用ターゲットの中心領域は、ターゲラとの保持
あるいは冷却の必要上プラズマリングカ形成され難く、
エロージョンエリアはこの外側に確保されるものが多い
。この際、ターゲットの浸蝕が進行すると、エロージョ
ンエリアの内側境界には、浸蝕されない部位が壁となり
、斜め内側に向けて飛翔するスパッタ粒子がこの壁に邪
魔されて被処理体に届かなくなってしまう。

そこで、本発明では、このエロージョンエリアの内側境
界付近に、中心に向かうに従い肉厚が薄くなる傾斜面を
形成しておくことで、スパッタが進行してもエロージョ
ンエリア内側境界に壁が形成されることを防止し、その
初期使用時から寿命時に至るまで、相変わらずに中心領
域に斜めに向かうスパッタ粒子を確保している。

一方、エロージョンエリアの外側境界付近にも同様な傾
斜面を形成すると、平面のものと比較すれば、一般にタ
ーゲットよりも小面積の上記試料に向かう有効なスパッ
タ粒子を増大できる。

このような作用から、ホールの内側壁にも適正な膜厚を
確保することが可能となる。

（実施例） 以下、本発明スパッタ装置の一実施例について図面を参
照して具体的に説明する。

第１図は、スパッタ装置の一例としてマグネトロン形ス
パッタ装置を示すもので、図示しない真空容器内には、
半導体ウェハ１とターゲット２とが対向して配置されて
いる。前記半導体ウェハ１は、ウェハ加熱機ｔｌ＄３を
含む試料台４に支持されている。

前記ウェハ１の上方に配置される前記ターゲット２は、
保持部材５によって保持されている。このターゲット２
は、ウェハ１に形成すべき材料に応じてその母材が選択
され、例えばアルミニウム。

シリコン、タングステン、チタン、モリブデン。

クロム、コバルト、ニッケル等、あるいはこれらを素材
とする合金で形成され、場合によっては焼結金属等の熱
伝導性の悪い材料も用いられる。その形状も、断面段付
形状１円板状１円錐状、角板状、角錐状等何れでもよい
。このターゲット２には、負の直流電圧が印加され、カ
ソード電極を構成するものである。

前記保持部材５のさらに上方には、この保持部材５を支
持し、かつ、後述するマグネット１０を回転自在に支持
するための基台６が設けられている。この基台６の中央
部には、中空筒状の円筒部６ａが形成されている。そし
て、前記円筒部６ａの周囲にはベアリング７が配置され
、このベアリング７によって回転円盤８が回転自在に支
持されている。そして、この回転円盤８の偏心した位置
に前記マグネット１０が固着されている。一方、前記基
台６の上面にはマグネット回転用モータ１１が固定され
、このモータ１１の出力軸には第１のギア１２が固着さ
れている。また、前記回転円盤８と同心にて第２のギア
１３が固着され、この第１．第２のギア１２．１３が噛
合するようになっている。この結果、前記マグネット回
転用モータ１１を駆動することで、この回転出力は第１
のギア１２．第２のギア１３を介して前記回転円盤８に
伝達され、前記マグネット１０を回転駆動することにな
る。

前記保持部材５は、ターゲット２を冷却可能に保持し、
かつ、ターゲット２に負の直流電圧を印加する電極とし
て作用するものである。このために、保持部材５には複
数の冷却ジャケット１５が配置されている。そして、こ
の冷却ジャケット１５内に冷却媒体例えば冷却水を循環
させることで、保持部材５を冷却し、この保持部材５と
ターゲット２との間の熱交換によってプラズマ発生時の
ターゲット２の昇温を抑制するようになっている。また
、上記保持部材５は前記基台６の円筒部６ａに挿通され
、この基台６に絶縁して支持された給電部材２３の一端
にネジ止め固定されることで、ターゲット２への電圧印
加を可能としている。

尚、前記ターゲット２の周囲には、絶縁体１６を介して
アノード電極１７が設けられ、さらに、ウェハ１とター
ゲット２との間を必要に応じて遮ぎることか可能なよう
にシャッタ１８が設けられ、このシャッタ１８をシャッ
タ駆動機構１９によって駆動可能としている。

前記ターゲット２は、−段又は複数段例えば−段の段付
きの円板状に形成され、第２図に示すようにスパッタリ
ング面を有する大径部２１と、この大径部２１の裏面側
中央にて突出形成された小径部２２とから構成されてい
る。、尚、上記大径部２１の周縁部２１ａの直径を！菫
とし、小径部２２の周縁部２２ａの直径を１２とする。

一方、前記ターゲット２を保持するための保持部材５は
段付き穴形状となっていて、前記ターゲット２の大径部
２１に対応する大径穴２４と、前記小径部２２に対応す
る小径穴２５とを有している。尚、大径穴２４の内周面
２４ａの直径を！、とし、小径穴２５の内周面２５ａの
直径を！、とする。そして、上記ターゲット２及び保持
部材５の大きさについては、常温下にあっては！−〜！
４の関係が以下のようになっている。

！、＜１．．１２＜１゜ ここで、前記大径部２１と大径穴２４との直径方向のギ
ャップ及び小径部２２と小径穴２２との直径方向のギャ
ップは、それぞれ以下のように設定されている。

すなわち、ターゲット２はプラズマ発生時の昇温により
熱膨張するため、前記大径部２１の直径方向の熱膨張長
さが、前記大径部２１．大径穴２４の直径方向の間隙と
ほぼ同一となっている。

同様に、ターゲット２の熱膨張による前記小径部２２の
熱膨張長さは、この小径部２２．小径穴２５の直径方向
の間隙とほぼ同一となっている。

したがって、ターゲット２の熱膨張により、大径部２１
の周縁部２１ａ及び小径部２２の周縁部２２ａがそれぞ
れ膨張し、前記大径穴２４．小径穴２５のそれぞれの内
周面２４　ｇ　＋　２５　ａにほぼ同様の密閉度で密着
することになる。尚、同一温度の下にあっては、前記大
径部２１と小径部２２の膨張長さが相違するため、これ
らの周縁部２１ａ、２２ａとこれに対向する穴部の内周
面２４ａ、２５ａ間のギャップ距離はそれぞれ相違して
いる。

次に、本実施例装置の特徴的構成として、前記ターゲッ
ト２の形状について説明すると、このターゲット２のス
パッタ面のエロージョンエリアの内側境界付近より、中
心に向けて肉厚が徐々に薄くなる三角錐形状の第１のテ
ーパ面３１が形成され、同様に、エロージョンエリアの
外側境界付近にも第２のテーパ面３２が形成されている
。

この第１．第２のテーバ面３１．３２がターゲット２の
全スパッタ面内にて占める面積率としは２０％以下とす
るものがこのましい。また、第１゜第２のテーパ面３１
．３２の傾斜角度としては、好ましくは７６〜３０＠、
更に好ましくはｌＯ６〜２０″とすることができ、本発
明者は４Ｍ−ＤＲＡＭの配線の場合には１４°が最適で
あることを確認した。

また、上記ターゲット２は、昇温の激しい中央部を保持
部材５にクランプするようにしている。

このクランプは例えば第３図に示すように、ターゲット
２の中心に段付き孔３４を形成し、この段付き孔３４に
締結具４０を挿通して保持部材５のねじ孔２７と連結す
ることで実現している。この段付き孔３４は凹部３６と
、その底面３６ａよりターゲット２の裏面に貫通する貫
通孔３８から成る。また、前記締結具４０は、中空筒状
スペーサ４２と、これに挿通されて前記保持部材５のね
じ孔２７に螺合されるボルト４４から成る。そして、前
記スペーサ４２は、前記底面３６ａに当接しない位置に
フランジ４２ａを有している。

さらに、前記ターゲット２の小径部２２には、その中心
より偏心した位置に２つのストッパ用孔３９．３９を有
している。そして、このストッパ用孔３９．３９と対向
する位置であって、前記保持部材５の小径穴２５の底面
には、回転防止用ビン２６．２６が突出形成されている
。

次に、作用について説明する。

このスパッタ装置にてスパッタリングを行うために、ウ
ェハ１及びターゲット２をそれぞれ支持した状態で、こ
れらが配置される真空容器（図示せず）内の真空度を例
えば１０伺〜１０−’Ｔｏｒｒｉｄ：荒引きする。次に
、上記真空容器内の真空度を１０−５〜１０　”−８Ｔ
ｏｒｒ台に高真空引きし、その後この真空容器内に主ス
パッタガス例えばＡｒガスを導入し、真空容器内を１０
−２〜１０−’Ｔｏｒｒ台に設定する。ここで、ターゲ
ット２に給電部材２３゜保持部材５を介して負電圧を印
加すると、このターゲット２のスパッタリング面側にプ
ラズマが形成され、さらにこのターゲット２の裏面側に
てマグネット１０を回転駆動することにより、このプラ
ズマを磁界によって閉込めたプラズマリング３０を形成
することができる。このプラズマリング３０の形成によ
りイオン化率が向上し、ターゲット２のスパッタリング
面での所定エロージョンエリアにてスパッタが実行され
ることになる。

ここで、ホール１００の内側壁に形成される膜について
考察すると、これは斜め方向に飛翔するスパッタ粒子に
よって膜形成が行われる。ところで、ターゲット２のス
パッタ面の浸蝕が進行すると、第６図に示すようにエロ
ージョンエリアＥおいてターゲット２が消耗されること
になる。このエロージョンエリアＥとは、第１図に示す
ブロラズマリング３０の形成位置にほぼ対応しており、
したがって、ターゲット２の中心領域はエロージョンエ
リアＥとはならない。この際、第７図に示すようにター
ゲット１０２のエロージョンエリアＥの内側境界付近が
フラットであると、この境界付近でのスパッタ粒子が斜
め内側に向かおうとする時、浸蝕されていない境界部の
壁１０４によってこの飛翔が阻止されてしまうことにな
る。すなわち、ターゲット１０２の使用初期にあっては
スパッタ粒子の斜め方向への飛翔は許容されるが、浸蝕
が進むにつれてこのスパッタ粒子の飛翔が阻止され、結
局ホール１００の内側壁への膜付けに支障が生じてしま
う。

本実施例では、上記のような壁１０４がスパッタ粒子の
飛翔を妨げないように、予めターゲット２のエロージョ
ンエリアの境界付近より内側に第１のテーパ面３１を設
けている。この結果、第６図に示すように上記境界付近
であってもスパッタ粒子は斜め内側に向けて飛翔するこ
とが可能となり、第４図に示すように各ホール１００の
内側壁にも所定の膜付けを実施することが可能となる。

特に、この第１のテーパ面３１を構成することにより、
この第１のテーパ面３１の表面をスパッタしっつ壁を構
成しないようにターゲツト材を有効利用することができ
ることで優れている。

また、ターゲット２のエロージョンエリアＥ（７）外側
境界付近には、第２のテーパ面３２が形成されている。

通常ターゲット２の面積よりも小さなウェハ１に対して
、この第２のテーパ面３２より垂直あるいは拡散して飛
翔するスパッタ粒子を到達させることが可能となり、特
に、ウェハ１の周縁部に位置する前記ホール１００の内
側壁の膜付けに有効となる。

また、通常ターゲットの中心領域はスパッタされないの
で、ターゲットを寿命によって交換する際にはこの中心
領域の消耗されない部分が無駄となっていたが、本実施
例によれば第１のテーパ面３１、第２のテーパ面３２を
予め形成することで、寿命時にはエロージョンエリアの
消耗部とほぼ面一にでき、ターゲット２の有効利用と材
料費削減によるコストダウンとを図ることができる。

尚、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本
発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。

例えば、ターゲット２上の上記第１．第２のテーパ面３
１．３２の間の中間領域に、他のテーパ面を設けること
もできる。また、第１．第２のテーバ面３１．３２のテ
ーバ角度は、上記範囲のものであれば、それぞれ異なる
角度に設定するものであってもよい。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によればターゲットの浸蝕
が進行しても、被スパッタ面のエロージョンエリアの内
側境界及び外側境界付近からの斜め内側に向かうスパッ
タ粒子を常時確保でき、ホールの内側壁に所定厚の膜付
けを行う場合にあっても、この斜め方向成分のスパッタ
粒子によって適正な膜付けを実施することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係わるスパッタ用ターゲットが装着
されるスパッタ装置の一例を示す概略断面図、 第２図は、ターゲット、保持部材の取り付は構造を説明
するための概略斜視図、第３図は、ターゲット、保持部
材の拡大断面図、 第４図は、第１図の実施例装置によってホール内にアル
ミ配線した場合の膜厚状態を説明するための概略説明図
、 第５図は、スパッタ装置によってアルミ配線されるホー
ルの概略説明図、 第６図は、スパッタ粒子の斜め内側への）Ｉ’４　￥浴
ｔｌ）動作を説明するための概略説明図、 第７図は、ターゲット全面がフラットである場合に、斜
め内側に向かうスパッタ粒子の飛翔が阻Ｉ卜される動作
を説明するための概略説明図、第８図は、垂直方向成分
のみによるホールへの膜付けを説明するための概略説明
図である。 ２・・・ターゲット、Ｅ・・・エロージョンエリア、３
１．３２・・・テーパ面。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）被スパッタ面上のエロージョンエリアの内側境界
   付近及び外側境界付近に、中心に向かうに従い肉厚が薄
   くなる傾斜面を形成したことを特徴とするスパッタ用タ
   ーゲット。
2. （２）請求項（１）において、 被スパッタ面上にて上記傾斜面が占める面積率を２０％
   以下としたスパッタ用ターゲット。