JPH07126842A - 成膜装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】この発明は、堆積膜厚並びにその膜質をとも
に、ウェハ面内で均一に成膜し得る成膜装置を提供しよ
うとするものである。 【構成】ウェハ14を保持する保持部12と、この保持部12
に対向して設けられたスパッタタ−ゲット16とを具備す
る。そして、このタ−ゲット16に、ウェハ14に対向する
表面の法線が、ウェハ14の中心から見てウェハ14の周縁
部分に向かった面16-ta を設けたことを主要な特徴とし
ている。この構成であると、スパッタ原子の多くが、ウ
ェハ14の周縁部に向って飛ぶ。このため、ウェハ14の中
央部分において、斜め方向から入射されるスパッタ原子
の割合が減少する。よって、結晶方位がそろった緻密な
膜を基板全面上に形成でき、薄膜中の比抵抗分布を均一
化することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は成膜装置に係わり、特
にスパッタ成膜装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近時、半導体装置の製造プロセスの分野
において、集積回路の微細化、高集積化に対応させるた
めに、薄膜の品質を向上させることが重要視されてい
る。さらに、薄膜の高品質化ばかりでなく、製造歩留り
を向上させるため、あるいは半導体ウェ−ハの大口径化
に対応させるために、薄膜の厚さを均一化させることも
重要視されている。

【０００３】従来より、半導体装置の製造プロセスで用
いられる薄膜の製法として、スパッタ法が良く知られて
いる。図５は、スパッタ装置の構成を示す図である。

【０００４】図５に示すように、チャンバ１内にはウェ
ハ保持部２およびマグネット電極３が設けられている。
ウェハ保持部２には被スパッタ材であるウェハ４が保持
されている。マグネット電極３上にはパッキングプレ−
ト５が設けられ、このパッキングプレ−ト５上にはウェ
ハ４と対向するようにしてタ−ゲット６が設置されてい
る。タ−ゲット６が有する表面のうち、ウェハ４と対向
した面を、本明細書ではタ−ゲット面と呼び、また参照
符号６-tを付す。このタ−ゲット面６-tにおいて、タ−
ゲットが削り取られる領域を、一般にエロ−ジョンと称
している。

【０００５】スパッタ原子のスパッタレ−トは、タ−ゲ
ット面６-tに対し垂直な方向が最も大きく、タ−ゲット
面６-tとのなす角度が９０度から０度の方向へ向かうに
つれ、小さくなる傾向を示す。

【０００６】スパッタレ−トとタ−ゲット面６-tとのな
す角度との関係を図６に示す。図６において、その矢印
の大きさは、スパッタレ−トの大小の関係を表してい
る。図６に示すように、スパッタレ−トは、タ−ゲット
面６-tとのなす角度によって種々変わる。このため、エ
ロ−ジョンの位置を変えずに、同一箇所のみでスパッタ
を行うと、上記スパッタレ−トの違いにより、エロ−ジ
ョンの下方で厚く堆積される一方、エロ−ジョンから遠
くなるほど、その堆積膜厚は薄くなる。従って、堆積膜
厚が不均一となってしまう。

【０００７】このような問題を解決するために、図５に
示すスパッタ装置では、エロ−ジョンの位置を変えるこ
とで、ウェハ上での堆積膜厚を均一化できるようになっ
ている。

【０００８】即ち、タ−ゲット面６-tの表面における磁
場を、マグネット電極３に流す電流により変える。この
電流を変えることによって、チャンバ１内に充填された
アルゴン（Ａｒ）イオンがタ−ゲット面６-tを叩く領域
を移動させる。マグネット電極３中には複数のマグネッ
ト７-1、７-2が同心円状に設けられているため、上記エ
ロ−ジョンの位置は、タ−ゲット面６-tに同心円状とな
る。

【０００９】しかしながら、ウェハ４上に堆積された薄
膜の性質、特に結晶方位は、ウェハ４に対するスパッタ
原子の入射角度に依存する。例えばタ−ゲット６からの
スパッタ原子の入射角度が小さくなると、様々な結晶方
位のグレインが生じる等である。

【００１０】この現象を、チタン（Ｔｉ）をタ−ゲット
とし、アルゴン（Ａｒ）と窒素（Ｎ₂ ）との混合ガス雰
囲気中で、窒化チタン（ＴｉＮ）膜を反応スパッタによ
り形成した場合を例として説明する。

【００１１】図８（ａ）は、スパッタ原子の入射角度と
窒化チタン膜の比抵抗との関係を示す図である。図８
（ａ）に示すように、スパッタ原子の入射角度が３０゜
以下となると、窒化チタン膜の比抵抗は、急激に上昇す
る傾向を示す。この比抵抗が上昇する原因として、次の
ようなことが考えられる。

【００１２】即ちスパッタ原子が斜め方向から入射する
ことで、窒化チタン膜の密度が低下して残留ガスの取り
込み量が増加すること、膜組成が均一とならないこと、
および結晶方位がばらつくこと等である。

【００１３】エロ−ジョンの位置を、タ−ゲット６の外
周縁に移動させた場合、ウェハ４の中央部分では、スパ
ッタ原子が斜めから入射する割合が高くなる。このた
め、図７に示すように、薄膜の比抵抗のウェハ４の面内
分布は、中央部分で高くなる。

【００１４】また、ウェハ４の面内で比抵抗を均一化さ
せようとして、タ−ゲット６の中央部分でのエロ−ジョ
ンの割合を増やすと、膜厚の均一性が悪くなるという問
題が生ずる。

【００１５】以上のような問題は、窒化チタンばかりで
生ずるものではなく、アルミニウムをスパッタして堆積
させる場合にも発生する。これを裏付けるものとして、
図８（ｂ）に示すように、スパッタ原子の入射角度が５
０゜、４０゜、３０゜、…と小さくなるにつれ、アルミ
ニウム（Ａｌ）配線の寿命が低下する、という現象が確
認された。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
成膜装置では、ウェハ面内で、薄膜の堆積膜厚を均一化
させようとすると、膜質が不均一、特に薄膜中の比抵抗
分布が不均一となる、という問題があった。

【００１７】この発明は上記の点に鑑み為されたもの
で、その目的は、堆積膜厚、並びにその膜質をともに、
ウェハ面内で均一に成膜し得る成膜装置を提供すること
にある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】この発明の成膜装置は、
基板を保持する保持手段と、基板に対向して設けられた
スパッタタ−ゲットとを具備する。そして、基板に対向
したタ−ゲットの表面に、基板の中心から見て基板の周
縁部方向に向く面を設けたことを特徴としている。

【００１９】

【作用】上記構成の成膜装置によれば、基板に対向する
タ−ゲットの表面に、基板の周縁部方向に向く面が設け
られているので、タ−ゲットよりスパッタされたスパッ
タ原子の多くが、基板の周縁部に向って飛ぶようにな
る。このため、基板の中央部分において、斜め方向から
入射されるスパッタ原子の割合が減少するようになる。
これにより、その堆積膜厚を均一化させた場合でも、結
晶方位がそろい、かつ不純物の取り込み量も少ない高品
質の堆積膜を、基板全面上に形成することができる。こ
のような堆積膜の高品質化が為されることにより、特に
薄膜中の比抵抗分布を、より均一化できるようになる。

【００２０】

【実施例】以下、図面を参照してこの発明を実施例によ
り説明する。この説明において全図にわたり共通の部分
には共通の参照符号を付すことで重複する説明を避ける
ことにする。

【００２１】図１は、この発明の第１の実施例に係る平
行平板型マグネトロンスパッタ装置を示す図である。図
１に示すように、チャンバ１１内にはウェハ保持部１２
およびマグネット電極１３が設けられている。ウェハ保
持部１２には被スパッタ材であるウェハ１４が保持され
ている。マグネット電極１３上にはパッキングプレ−ト
１５が設けられ、このパッキングプレ−ト１５上にはウ
ェハ１４と対向してスパッタ材であるタ−ゲット１６が
設置されている。

【００２２】マグネット電極１３中には複数のマグネッ
ト１７-1、１７-2が同心円状に設けられている。タ−ゲ
ット１６の表面における磁場は、マグネット電極１３に
流す電流により変えることができる。従って、図１に示
す装置では、タ−ゲット１６のエロ−ジョンの位置を変
えることができ、その堆積膜厚を均一化できる。

【００２３】さらにタ−ゲット１６のタ−ゲット面１６
-tb には、ウェハ１４の中心から見てウェハ１４の周縁
部の方向に向いた面１６-ta を有するようにテ−パ加工
された溝が同心円状に形成されている。これらの溝は、
マグネット１７-1、１７-2の上方、即ちエロ−ジョンさ
せるべき領域に対応して設けられている。溝の傾斜角
度、並びにその大きさは、ウェハ１４とタ−ゲット１６
との間の距離、およびウェハ１４の大きさなどを考慮し
て、最適に設定される。

【００２４】次に、上記構成のスパッタ装置を用いた成
膜方法について説明する。成膜の一例としては、チャン
バ１１内の雰囲気、即ちプロセスガスに、アルゴン（Ａ
ｒ）、窒素（Ｎ₂ ）を用いる。また、タ−ゲット１６は
チタン（Ｔｉ）である。このような条件で反応性スパッ
タを行うと、ウェハ１４上に、窒化チタンが堆積され、
ウェハ１４上に窒化チタン膜を得ることができる。

【００２５】この反応性スパッタにおいては、Ａｒ⁺ イ
オンのタ−ゲット１６への入射角度が大きい程（即ち垂
直に近い角度で入射される程）、スパッタ原子の持つエ
ネルギが大きいため、スパッタレ−トの分布は、上述し
た図６に示すような関係となる。

【００２６】しかし、図１に示す装置では、そのタ−ゲ
ット面１６-tb に、ウェハ１４の周縁部に向く傾斜面１
６-ta を有する溝が同心円状に設けられているので、ス
パッタレ−トの分布は、図３に示すような関係となる。

【００２７】図３に示すように、傾斜面１６-ta が水平
では無く、その法線がウェハ１４の周縁部に向かってい
るために、タ−ゲット１６からはじき出されたスパッタ
原子は、ウェハ１４の周縁部へ向かって飛び出す。これ
により、ウェハ１４の中央部では、斜め方向から入射さ
れるスパッタ原子の割合が減少し、逆に垂直に近い角度
で入射されるスパッタ原子の割合が増加する。このた
め、ウェハ１４の中央部においては、比抵抗が高くなる
ような窒化チタンの堆積が減少する。結果として、窒化
チタン膜の比抵抗は、ウェハ１４面内で均一化される。

【００２８】図４にエロ−ジョンの位置を変化させ、窒
化チタン膜の膜厚が均一になるように堆積させた時の比
抵抗の面内分布を示す。図４に示すように、ウェハ１４
の中央部における比抵抗と、ウェハ１４の周縁部におけ
る比抵抗との差が、図７に示す従来のものよりも緩和さ
れており、比抵抗が、ウェハ１４の全域で均一化されて
いる。これは、ウェハ１４の中央部で、エロ−ジョン径
の小さい、言い換えれば入射角度の大きいスパッタ原子
の割合が増え、面内全域でその結晶方位がそろうためで
ある。

【００２９】このように結晶方位がそろった緻密な膜を
形成できることで、比抵抗の面内分布の不均一性が改善
される。さらにスパッタリング中に発生する不純物の取
り込み量も減るので、その改善の度合いは、より顕著に
得ることができる。

【００３０】次に、この発明の第２の実施例に係る成膜
装置について説明する。図２は、第２の実施例に係る成
膜装置が具備するタ−ゲットの断面図である。第１の実
施例に係る装置が具備するタ−ゲットは、そのタ−ゲッ
ト面１６-tbに、テ−パ加工された溝を、同心円状に複
数設けることで傾斜面１６-ta を形成した。これを、図
２に示すように、ウェハ１４の周縁部に向かう傾斜面１
６-taを、そのタ−ゲット面１６-tb の一部を円錐状に
加工することで得るようにしても良い。

【００３１】このように円錐状に加工されたタ−ゲット
面１６-tb を有するタ−ゲットであっても、その傾斜面
１６-tb にてスパッタされた原子は、ウェハ１４の周縁
部に向かって飛び出す。よって、ウェハ１４の中央部分
では、斜めから入射されたスパッタ原子の堆積量を減ら
すことができ、第１の実施例と同様な効果を得ることが
できる。

【００３２】また、タ−ゲットの材料を、チタンからア
ルミニウムに変えた場合も同様である。即ち堆積された
アルミニウム薄膜において、その結晶方位のバラツキを
低減でき、緻密、かつ不純物の取り込み量の少ない高品
質のアルミニウム薄膜を得ることができる。そして、こ
のアルミニウム薄膜を用いてＩＣ中の内部配線層を形成
することで、寿命が長い、高い信頼性を有する配線層を
得ることができる。

【００３３】また、タ−ゲットの材料は、チタン、ある
いはアルミニウムに限られることは無く、他の材料を用
いても、斜めから入射されたスパッタ原子の堆積量を減
少できるので、上記実施例と同様な効果を得ることがで
きる。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、堆積膜厚、並びにその膜質をともに、ウェハ面内で
均一化できる成膜装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１はこの発明の第１の実施例に係る成膜装置
を示す図。

【図２】図２はこの発明の第２の実施例に係る成膜装置
が有するタ−ゲットを示す図。

【図３】図３は図１に示すタ−ゲットにおけるスパッタ
レ−トの分布を示す図。

【図４】図４は図１に示す装置を用いて形成された薄膜
における比抵抗の面内分布を示す図。

【図５】図５は従来のスパッタ装置の構成を示す図であ
る。

【図６】図６は図５に示すタ−ゲットにおけるスパッタ
レ−トの分布を示す図。

【図７】図７は図５に示す装置を用いて形成された薄膜
における比抵抗の面内分布を示す図。

【図８】図８は膜質のスパッタ原子の入射角度依存性を
示す図で、（ａ）図は入射角度と比抵抗との関係を示す
図、（ｂ）図は入射角度と配線寿命との関係を示す図。

【符号の説明】

１１…チャンバ、１２…ウェハ保持部、１３…マグネッ
ト電極、１４…ウェハ、１５…パッキングプレ−ト、１
６…タ−ゲット、１６-ta …傾斜したタ−ゲット面、１
６-tb …タ−ゲット面、１７-1、１７-2…マグネット。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板を保持する保持手段と、 前記保持手段に対向して設けられたスパッタタ−ゲット
   とを具備し、 前記スパッタタ−ゲットに、前記基板に対向する表面の
   法線が基板の中心から見て基板周縁部分に向かう面を設
   けたことを特徴とする成膜装置。