JPH0689443B2 - スパツタリング用タ−ゲツト - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、スパッタリングにより薄膜形成を行うスパッ
タリングターゲットに係り、特に、高速に高純度な合金
薄膜を長期に渡り形成することのできる混合膜形成用ス
パッタリングターゲットに関するものである。

〔発明の背景〕

公知例、特開昭59−89413号に記載された混合膜形成に
用いるスパッタリングターゲットは、Si円平板,Moリン
グ,Siリングを同心状に配設したターゲット構造となっ
ており、特願昭57−81457に記載された成膜手方によ
り、成膜速度が大きく、組成制御が可能な合金膜形成が
できるとなっていた。

また、上記公報の合金成膜方法に用いるスパッタリング
ターゲットの固定方法については、特願昭58−7261号が
知られている。

しかし上記公報に用いる多重環状スパッタリングターゲ
ットは、合金膜形成速度のさらなる高速化については配
慮されていなかった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、従来の合金膜形成方法に用いるスパッ
タリングターゲットにおいて、合金膜形成速度をさらに
高速かつ寿命の長い合金混合膜を形成する多重環状ター
ゲット構造体を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、上記した目的を達成するため、複数のターゲ
ット部材よりなる多重環状ターゲット構造体において、
スパッタリングを受ける主面のうち、最外周にあるター
ゲットの外縁もしくは、最外周ターゲットの外周領域に
配置した部材の内縁に突起を設けたスパッタリングター
ゲット構造体により、合金膜形成速度の高速化および合
金組成制御寿命の長期化を狙ったものである。以下、本
発明を従来技術と共に説明する。

第６図は、従来の多重環状ターゲットが完全な平面でな
く、環状の凸部を持ったときの放電の様子を示したもの
である。合金膜形成には、環状プラズマを601,602,603
の３つの位置に変化させ膜形成を行う。第７図，第８図
は環状プラズマをそれぞれ第６図601,603に位置した時
の磁束分布を示している。マグネトロン放電は、磁界ベ
クトルと電界ベクトルの各成分が直交する領域で発生す
る。電介ベクトルはターゲット主面に垂直であるから磁
界ベクトルのターゲット主面と平行な成分が放電しきい
値を越えるだけの大きさを有する領域、即ち第７図48お
よび第８図49で示される領域に環状プラズマが発生す
る。この点については麻蒔立男著『薄膜作成の基礎』に
詳細に述べられている。同書163頁図8.10（ａ）に示さ
れるように、一般的にプレーナマグネトロンスパッタ電
極では、磁石のＮ極から発した磁力線が当該磁石に近接
して配されるターゲットを貫き円弧を成して再びターゲ
ットにもぐり磁石のＳ極に戻る。

このようにターゲット上で閉じたトンネル状の磁場を形
成する場合には、電子が、上記トンネル状磁場とターゲ
ットに印加される負電位とに閉じ込められて、当該トン
ネル内を連続した軌跡をとって運動できるのでプラズマ
が高密度で安定して維持できる事が知られている。

２重磁極プレーナマグネトロンスパッタ電極の場合で
は、ターゲット中心に近い位置をスパッタしたい場合に
は、発生させる環状プラズマリングの直径を小さくした
明細書記載の第８図49の領域に環状プラズマを発生させ
るが、この場合にはターゲット上に上記したトンネル状
磁場と同様の形状に磁場が形成できる。

一方ターゲットの外周部をスパッタしたい場合には、環
状プラズマリングの直径を大きくし、ターゲット外周部
に環状プラズマリングを位置させるので、この場合に
は、明細書記載の第７図48の領域で環状プラズマを発生
させるので、磁力線がターゲットの外側方向に向い発散
している。

このためターゲット上に磁場が閉じたトンネル形状を形
成しないために、磁力線の発散方向（ターゲットの外周
方向）に運動（ドリフト）して移動した電子は、磁場の
束縛を離れてターゲットの外側へ拡散して逃げてしま
う。

従って、当該明細書記載の第７図の磁場形状では前記理
想的なトンネル状磁場形状の場合に比べて、プラズマ内
に存在する電子の密度が小さいので、プラズマ密度が小
さい。またその結果として、成膜速度が小さい。

更に繰返し述べるが、第８図49の領域では、プラズマ中
の電子を49の領域の内側へ押し戻すローレンツ力が作用
するので、電子が49の領域でトリフト運動をし続け、電
子の寿命が長く、プラズマのエネルギー密度は大きい。
しかしながら、第７図48の領域では磁力線がターゲット
外周方向に向かって発散しているために、電子はターゲ
ットの外側へのローレンツ力だけを受ける部分があり、
そこではドリフト運動で電子がプラズマから飛び出し、
電子の寿命は第８図49の領域に比べ小さくなるので、結
果としてプラズマのエネルギー密度は小さい。ターゲッ
トの侵食領域はプラズマの直下であり、またプラズマの
エネルギー密度はほぼスパッタリングイールドに対応し
ていることから従来法では、外側のSiターゲットのスパ
ッタリングイールドは内側Siターゲットのそれに比べて
小さかった。

本スパッタリングターゲットは、ターゲット侵食領域の
外側にターゲット部材と等電位をなす突起を設けること
により、環状プラズマを第６図601に位置した時に、ド
リフト運動によりターゲットの外部へ逃げ出そうとする
電子をターゲット中心方向へ押し戻す効果を有し、電子
の寿命を飛躍的に延ばすものである。これは、金原燦著
『スパッタリング現象』東京大学出版会（1987）155頁
〜166頁に記されているように、ターゲット部材をプラ
ズマに対して負電位にする為である。その結果、プラズ
マ位置601での成膜速度が当該突起構造無しの場合に比
べて大きくなり、更にその結果として、上記３位置での
放電による合金成膜速度が速くなる。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を説明する。第１図に本発明によ
る一実施例であるスパッタリングターゲット構造体を取
り付けたマグネトロンスパッタ電極の断面を示す。スパ
ッタ電極本体には、前記公報中にある２重磁極構造をも
った環状プラズマ径を変化させられるものを用いてい
る。同図において、801および804はモリブデン製のリン
グであるモリブデンターゲット部材801およびモリブデ
ン部材804、802はドーナツ状のシリコンターゲット部材
（以下、外側シリコンターゲット部材と呼ぶ）、803は
円平板状のシリコンターゲット部材（以下、内側シリコ
ンターゲット部材と呼ぶ）である。これらのターゲット
は、陰極となるパッキングプレート103にメタルボンデ
ィングにより固定してある。なお、本実施例では、外側
シリコンターゲット部材の外縁に突起811を設けた場合
である。また本図中102はアノード、104および105は電
磁石コイル、106は磁場発生用ヨーク、110は成膜対象基
板である。611′,613は各シリコンターゲット部材の侵
食領域で、612はモリブデンターゲット部材の侵食領域
を示す。

次に、上記構成における本発明の作用と効果について述
べる。まず初めに、本願発明者らは上記実施例によっ
て、環状プラズマを601（第６図）に位置させ、成膜対
象基板110上にモリブデン（Mo）とシリコン（Si）との
合金膜を形成し、その膜厚を測定した結果1300Å／分の
成膜速度を得た。これに対し、第５図に示した突起を持
たない外側シリコンターゲット部材を用いた場合、上記
膜形成における成膜速度は1000Å／分であった。したが
って上記膜形成において、本発明による外側シリコンタ
ーゲット部材の外縁に突起を設けた時の成膜速度は本実
施例第５図の場合の成膜速度に比べて30％の向上を図る
ことができた。

第３図に第５図に示したスパッタリングターゲットの構
成により、環状プラズマを601,602,603の３つの位置に
変化させながら、および1000時間スパッタした後のスパ
ッタリングターゲットの断面形状測定結果を示す。これ
に対して第４図には、第１図に示した本発明の実施例に
より、環状プラズマを上記３位置で変化させながら、お
よび1000時間スパッタした後のスパッタリングターゲッ
トの断面形状測定結果を示す。第５図に示した従来のス
パッタリングターゲットを用いた場合の第３図に示す侵
食領域611に比べ、本発明の実施例第１図に示すターゲ
ットを用いた場合の第４図に示す侵食領域611′は、侵
食領域の幅および深さが大きいことからもわかるよう
に、ターゲットの利用効率を従来に比べさらに高めてい
ることがわかった。

これは、外側シリコンターゲット部材の外縁に設けられ
た各ターゲット主面と等電位をなす突起により、従来、
環状プラズマを601に位置突起構造に印加されている負
電位が、ターゲット外周方向へ逃げ出していた電子を再
びターゲット中心方向に反発させ押し戻すために第７図
48でのプラズマエネルギー密度が従来ターゲットの場合
より大きくなり結果として、上記環状プラズマ位置にお
けるスパッタリングイールドを高めたためである。

第２図に突起を設ける他の実施例を示した。この実施例
では、ターゲットと同電位を成す突起構造として、外側
Siターゲット802のさらに外側周囲に配設するモリブデ
ン部材804の一部を用いた。当該モリブデン部材804は、
バッキングプレート103と電気的に接続されており、結
果としてターゲットと同電位と成る。すなわち、ターゲ
ット電位と同電位とするなどしてプラズマの電位に比べ
負の電位を保つ壁状の突起構造を形成しさえすれば材質
はいかなる物であっても良い。

〔発明の効果〕

本発明により、プレーナマグネトロンスパッタ電極を用
い基板上に薄膜、特に合金膜を形成する際の成膜速度を
向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例であるスパッタリングターゲ
ットを取り付けたマグネトロンスパッタ電極の断面図、
第２図は本発明の一実施例を示す図、第３図及び第４図
はそれぞれ従来ターゲットおよび本発明のターゲット部
材の長期使用後の断面形状測定図、第５図は従来技術で
ある突起を持たない多重環状ターゲットを用いたマグネ
トロンスパッタ電極の断面図、第６図はターゲット上で
の環状プラズマの発生位置の説明図、第７図および第８
図はターゲット上での磁束分布を示しており、それぞれ
環状プラズマを601および602付近に位置する磁場を示す
図である。 48,49…環状プラズマの発生領域断面 101…スパッタリングターゲット構造体 102…アノード 103…カソード・バッキングプレート 104,105…電磁石コイル 106…磁場発生用ヨーク 110…成膜対象基板 401,403…第１の物質からなるターゲット部材 402…第２の物質からなるターゲット部材 601,602,603…環状プラズマ 611,611′,612,613…侵食領域 801…モリブデンターゲット部材 802…外側Siターゲット部材 803…内側Siターゲット部材 804…モリブデン部材。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 阿部 勝男 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 亀井 常彰 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 笠原 修 東京都小平市上水本町1450番地 株式会社 日立製作所武蔵工場内デバイス開発センタ 内 (72)発明者 大岸 秀次 東京都小平市上水本町1450番地 株式会社 日立製作所武蔵工場内デバイス開発センタ 内 (72)発明者 小山田 武 群馬県高崎市西横手町111番地 株式会社 日立製作所高崎工場内 (56)参考文献 特開 昭59−89413（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−105474（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】成膜対象基板に対向するように配置された
   ターゲット上に発生させた磁界により環状のプラズマを
   発生させて、上記ターゲットから発するスパッタ粒子を
   上記成膜対象基板上に成膜するプレーナマグネトロン方
   式のスパッタリング用ターゲットにおいて、 回転対称の軸を共通にする複数の、または１つの環状タ
   ーゲット部材から成り、該部材の外周の位置に、当該部
   材と同電位、ないしは、プラズマに対して負電位である
   突起状構造を設けることを特徴とするスパッタリング用
   ターゲット。
2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項記載のスパッタリン
   グ用ターゲットにおいて、 上記突起構造は、外周環状ターゲットの一部から成る
   か、または、外周環状ターゲットのさらに外周位置で、
   上記１つないしは複数の環状ターゲットの支持部材の外
   周部を覆うように配設した部材の一部からなることを特
   徴とするスパッタリング用ターゲット。