JPH0432563A - スパッタリング方法および装置 - 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） この発明は、スパッタリングにより成膜される膜の剥離
傾向が大きい膜と、剥離傾向が大きくない膜を付着させ
る場合のスパッタリング方法および装置に関する。

（従来の技術） 従来、半導体デバイスの製造その他において使用される
薄膜の形成方法の一つとして、スパッタリング法が知ら
れている。このスパッタリング法を用いて、基板に、例
えばチタン（以下Ｔｉとする）と窒化チタン（以下Ｔｉ
Ｎとする）の二層膜を形成するような場合には、第３図
のような装置が使用されていた。

このスパッタリング装置は、基板搬送機構を内蔵した搬
送チャンバー２１の一側にＴｉ成膜用チャンバー２２を
連設し、他側にＴｉＮ成膜用チャンバー２３を連設して
構成されているもので、各チャンバー２２．２３内には
夫々基板ホルダーターゲット、シャッター板等が設置さ
れ、かつスパッタリングガスの導入系が接続されていた
。

然して基板にＴｉ膜とＴｉＮ膜の二層膜を形成するには
、搬送チャンバー２１内に導入された基板を、基板搬送
機構により、先ずＴｉ成膜用チャンバー２２へ搬送して
、該チャンバー内でＴｉ膜をスパッタリングにより形成
し、次いで基板搬送機構により基板をＴｉＮ成膜用チャ
ンバー２３へ搬送して、該チャンバー内でＴｉＮ膜を形
成していた。

（発明が解決しようとする課題） 前記Ｔｉ成膜用チャンバー２２やＴｉＮ成膜用チャンバ
ー２３などのスパッタリングチャンバー内で、基板への
成膜な目的としてスパッタリングを行った場合、基板に
対して目的の薄膜が成膜されると同時に、チャンバー内
壁およびシャッター板などのチャンバー内に収容された
各種部材の表面にも同様の膜が堆積する。この為、特に
チャンバー内壁への堆積を防止する為に、内壁に沿って
シールド板を設置することもあった。

然し乍ら、前記のような二層膜の形成を繰り返し行なっ
た場合、チャンバー内壁或いは収容された各種部材には
、成膜工程の都度、膜が堆積していくので、剥離傾向が
大きい膜を成膜するチャンバー内においては、堆積した
膜が基板に形成する膜に有害なパーティクルの原因とな
る問題点があった。

前記のＴｉ膜とＴｉＮ膜の二層膜を形成する例において
は、２０００〜３０００枚の基板に繰り返し成膜を行う
と、ＴｉＮ成膜用チャンバー２３内のパーティクルが急
増する現象が認められていた。

従って、基板に対する成膜の歩留りを高く維持する為に
は、装置のメンテナンスサイクルを短縮する必要があり
、生産効率を低下する原因となっていた。

この発明は以上のような問題点を解決することを主要な
目的としてなされたもので、スパッタリングチャンバー
内のパーティクルの発生を少なくし、かつ成膜の歩留り
を向上すると共に、生産効率も向上できるスパッタリン
グ方法および装置を提供しようとするものである。

（課題を解決する為の手段） 上記の目的を達成するこの発明のスパッタリング方法は
、基板に、剥離傾向が大きい膜と、剥離傾向が大きくな
い膜をスパッタリングにより付着させる方法において、
両方の膜の成膜を同一チャンバー内で、スパッタリング
ガスな変化させて行うことを特徴としている。

また、この発明のスパッタリング装置は、一つのチャン
バーに基板ホルダー、ターゲットガス導入系およびシャ
ッター板を備えたスパッタリング装置において、前記タ
ーゲットは、剥離傾向が大きくない膜を形成する材料で
構成されており、前記ガス導入系は前記ターゲットの材
料と反応性を有しないスパッタリングガスおよび反応性
を有するスパッタリングガスの導入系で構成されている
ことを特徴としている。

前記の方法において、チャンバー内へ導入されるスパッ
タリングガスを変化させる時には、チャンパル内のスパ
ッタリングガスの圧力および組成が所定の条件から離れ
て不安定な状態となる期間が存在する。従って、このよ
うな期間は、放電の為の電力を叶Ｆとしたり、基板をシ
ャッター板で遮蔽する必要があるが、成膜の連続性を確
保する点でシャッター板による遮蔽が望ましい。

尚、剥離傾向が大きい膜としては、前記ＴｉＮ膜の他、
酸化タンタル（Ｔａ２０６　）等があり、剥離傾向が大
きくない膜としては、Ｔ１膜がある。

従って、この発明の装置を構成する場合、ターゲット材
料としては、Ｔｉが用いられ、これらのターゲット材料
と反応性を有するスパッタリングガスには、窒素ガス、
酸素ガス等が用いられる。

ターゲット材料と反応性を有しないスパッタリングガス
としては、通常アルゴンガスが用いられる。

（作　　用） 前記のような特徴を有するこの発明のスパッタリング方
法および装置によれば、チャンバー内壁やチャンバー内
に収容した各種部材にスバッタリングの繰り返しによっ
て堆積する膜を剥離傾向が大きい膜と、剥離傾向が大き
くない膜が多層に積層した構造とすることができる。従
って、剥離傾向が大きい膜を剥離傾向が大きくない膜で
カバーすることとなり、チャンバー内におけるパーティ
クルの発生を防止することができる。

（実　施　例） 以下、この発明をＴｉ膜とＴｉＮ膜が成膜できるように
したスパッタリング装置の実施例に基づいて説明する。

第１図は実施例のスパッタリング装置を示したもので、
チャンバー１　（真空排気系は図示していない）の内部
には基板ホルダー２およびＴｉ　３を張り付けたターゲ
ット４が対向設置しであると共に、基板ホルダー２の上
側にシャッター板５が設置され、該シャッター板５はチ
ャンバー１の外部から回転導入機構６を介して導入され
た回転軸７で回動可能とされている。前記基板ホルダー
２は接地電位とされる一方、ターゲット４は高周波電源
８に接続されて、基板ホルダー２とターゲット４の間で
高周波放電ができるようになっている。

また、チャンバーｌには２つのガス導入系９ａ、９ｂが
接続されており、一方のガス導入系９ａはアルゴンガス
ボンベ１０内のアルゴンガスなバリアプルリークバルブ
１１を通してチャンバー１内に導入できるようにしてあ
り、他方のガス導入系９ｂは窒素ガスボンベ１２内の窒
素ガスをバリアプルリークバルブ１３を通してチャンバ
ー１内に導入できるようにしである。

上記のように構成したスパッタリング装置において、ガ
ス導入系９ａよりチャンバー１へアルゴンガスな導入し
、高周波電源８より電力を基板ホルダー２とターゲット
４の間に投入すると、Ｔｉ３がスパッタされて、基板ホ
ルダー２に支持した基板１４にはＴｉ薄膜が成膜される
。一方、チャンバー１へ導入するガスをガス導入系９ａ
からのアルゴンガスとガス導入系９ｂからの窒素ガスと
すると、スパッタされたＴｉが窒素ガスと反応し、基板
１４にはＴｉＮ薄膜が成膜される。

従って、第２図に示したプロセスタイムチャートのよう
にアルゴンガスのｉＭＭと窒素ガスの流量を制御し、か
つ高周波電源８より投入する電力を制御すると、図中ｒ
Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ　］　Ｊにおいては基板１４にＴ
ｉ薄膜を成膜し、続いてｒ　Ｄｅｐｏｓ　ｉ　ｔ　１ｏ
ｎ２」においては基板１４のＴｉ薄膜に重ねてＴ１Ｎ薄
膜を成膜することができ、基板】４にＴｉとＴｉＮの二
層膜を得ることができる。

チャンバー１内がアルゴンガスのみの状態から、アルゴ
ンガスと窒素ガスの混合状態に遷移する期間（図中Ｔの
期間）は、チャンバー１内のガス圧およびガス混合比が
不安定状態となるが、シャッター板５を閉とすることに
より、基板Ｉ４上の膜質への影響を避けることができる
。また、ＴｉＮ膜の成膜をすると、窒素ガスによってタ
ーゲット４のＴｉ　３が汚染されるが、ＴｉＮ膜の成膜
後にアルゴンガスのみを導入した雰囲気で、シャツタ板
５を閉の状態で電力を投入することによって、Ｔｉ　３
のクリーニングをすることができる。

以上のようにして、基板１４にＴｉ膜とＴｉＮ膜の二層
膜を成膜すると、チャンバー１の内壁やシャッター板５
のターゲット４と対向する面など、チャンバー１内に収
容した各種の部材表面にも同様の膜が付着し、成膜を繰
り返し行うと５付着膜が順次堆積する。然し乍ら、剥離
傾向の大きいＴｉＮ膜は剥離傾向の大きくないＴｉ膜で
順次カバーされることになるので、チャンバー１内にお
けるパーティクルの発生を少なくすることができる。従
って、基板１４上の膜にパーティクルによる欠陥が生じ
るのを低減でき、歩留りを向上することができる。尚、
Ｔ１膜とＴｉＮ膜の成膜順序は逆としても良く、パーテ
ィクルの低減による効果は同様である。

実施例のようなスパッタリング装置に基板１４の導入お
よび排出の為の基板搬送機構を設置した場合、成膜の途
中（Ｔｉ膜の成膜からＴｉＮ膜の成膜に移る時）で基板
１４を搬送する必要がないので、搬送機構の動作回数を
従来の装置に比べて少なくできる。従って、搬送機構か
らのパーティクルの発生も少なくできると共に、搬送機
構のトラブルも減り、装置が停止する確率を低減するこ
とが可能である。また、成膜途中の基板搬送が無いので
、装置のスルーブツトを向上することができる。

（発明の効果） 以上に説明した通り、この発明の方法によれば、チャン
バー内のパーティクルの発生を少なくできるので、成膜
の歩留りを向上できる効果があると共に、装置のメンテ
ナンスサイクルを長期化できるので、生産効率を向上で
きる効果がある。

また、この発明の装置によれば、歩留りの良い成膜作業
を効率良く行うことができる効果があると共に、装置と
してのスルーブツトを向上できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例の装置の構成図、第２図は同
じ〈実施例のプロセスタイムチャート、第３図は従来装
置の概略図である。 ｌ・・・チャンバー　　２・・・基板ホルダー３・・・
Ｔｉ　　　　　　　４・・・ターゲット５・・・シャッ
ター板　　９ａ、９ｂ・・・ガス導入系１０・・・アル
ゴンガスボンへ １２・・・窒素ガスボンベ １４・・・基　板

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　基板に、剥離傾向が大きい膜と、剥離傾向が大きく
   ない膜をスパッタリングにより付着させる方法において
   、両方の膜の成膜を同一チャンバー内で、スパッタリン
   グガスを変化させて行うことを特徴とするスパッタリン
   グ方法 ２　チャンバー内のスパッタリングガスの圧力、組成が
   不安定な状態にある期間は、基板をシャッター板で遮蔽
   するようにした請求項１記載のスパッタリング方法 ３　一つのチャンバーに基板ホルダー、ターゲット、ガ
   ス導入系およびシャッター板を備えたスパッタリング装
   置において、前記ターゲットは、剥離傾向が大きくない
   膜を形成する材料で構成されており、前記ガス導入系は
   前記ターゲットの材料と反応性を有しないスパッタリン
   グガスおよび反応性を有するスパッタリングガスの導入
   系で構成されていることを特徴としたスパッタリング装
   置