JPH1126381A

JPH1126381A - スパッタ方法およびスパッタ装置

Info

Publication number: JPH1126381A
Application number: JP18236097A
Authority: JP
Inventors: Akinori Mizogami; 昭典溝上
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1997-07-08
Filing date: 1997-07-08
Publication date: 1999-01-29

Abstract

(57)【要約】【課題】均一な膜質のスパッタ膜を成膜して、半導体
製品の歩留まりを向上することができ、または動作の信
頼性を向上することができるスパッタ方法およびスパッ
タ装置を提供する。【解決手段】隔てて配置された２つの電極１３，１４
のうち、互いに対向する一方の電極１４の表面に半導体
ウエハ１７を、他方の電極１３の表面にターゲット１６
を支持し、電極１３，１４間に反応ガスを導入しつつ、
半導体ウエハ１７にスパッタ成膜するスパッタ方法にお
いて、電極１３，１４間の電界方向に沿って、反応ガス
を導入する。このように、電極１３，１４間の電界方向
に沿って反応ガスを導入するので、反応ガスの濃度は電
界方向に垂直な方向に均一に分布する。よって、均一な
厚みおよび組成のスパッタ膜を形成でき、半導体製品の
歩留まりが向上し、または動作の信頼性が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子の製造
に用いる半導体ウエハに、スパッタ成膜するためのスパ
ッタ方法およびスパッタ装置に関し、特に２つの電極間
に反応ガスを導きつつ、反応性のスパッタ成膜をするた
めのスパッタ方法およびスパッタ装置である。

【０００２】

【従来の技術】図３は、従来のスパッタ装置を示す断面
図である。スパッタ装置１は、筺体２および電極３，４
を備え、筺体２に導入孔５を有する。電極３および電極
４は、筺体２内に互いに隔てられて配置される。導入孔
５は、筺体２の電極３，４間に臨む部位に１個だけ設け
られる。

【０００３】スパッタ装置１を用いてスパッタを行うと
きは、電極４に対向する電極３の表面にターゲット６を
支持し、電極３に対向する電極４の表面に半導体ウエハ
７を支持する。ターゲット６および半導体ウエハ７を支
持した状態で、電極３，４間に所定の電圧を印加させな
がら、導入孔５を通じて筺体２内に反応ガスを導入す
る。これによって、半導体ウエハ７上にスパッタ膜を成
膜する。

【０００４】スパッタ装置１では、導入孔５が筺体２の
電極３，４間に臨んで設けられているので、反応ガスは
電極３，４間に導入される。また、電極３および電極４
の間に電圧を印加すると、電極３から電極４に向かう方
向に、あるいは電極４から電極３に向かう方向に電界が
形成されるので、反応ガスは電極３，４間の側方から電
界を横切るように導入される。さらに、半導体ウエハ７
上に成膜されるスパッタ膜は、ターゲット６からのスパ
ッタ粒子が反応ガスと反応して形成されるので、ターゲ
ット６の構成元素および反応ガスの構成元素から構成さ
れる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】導入孔５から電極３，
４間に流れ込む反応ガスは、導入孔５から離れて流れて
行くとともに、スパッタ成膜のために使用されてその濃
度を減少させる。つまり、電極３，４間の反応ガスは、
導入孔５から離れるとともに減少するような濃度分布を
示し、電極３，４に平行な方向に不均一に分布する。半
導体ウエハ７は電極４に支持されており、反応ガスの雰
囲気中で半導体ウエハ７表面にスパッタ成膜される。

【０００６】このようなスパッタ装置１において、電極
４上に複数の半導体ウエハ７を支持したとき、半導体ウ
エハ毎に厚みや組成が異なるスパッタ膜が形成されてし
まう。また、同一の半導体ウエハ７であっても、場所に
よって厚みや組成が異なるスパッタ膜が形成されてしま
う。つまり、導入孔５に近い部分では反応ガスの濃度が
高いので、スパッタ粒子と反応ガスとの反応の頻度が高
いが、導入孔５から遠くなるにつれて反応の頻度が乏し
くなり、半導体ウエハ７上に成膜されたスパッタ膜の膜
質が不均一になる。

【０００７】スパッタ膜の膜質が不均一であると、スパ
ッタによって導電膜を形成したときに、導電膜の導電性
が不良になることがある。また、電気絶縁膜を形成した
ときでも、その絶縁性が不良になることがある。たとえ
ば、半導体結晶の表面にオーミック電極膜を形成し、該
オーミック電極膜上に電気絶縁膜を介してボンディング
パッドを形成した場合では、電気絶縁膜の膜質が不均一
であると、局所的に絶縁不良な部位が発生し、そこから
絶縁破壊を起こしてしまう。

【０００８】さらに、たとえば電極のパターニングのた
めにスパッタ膜にエッチングを施す場合には、エッチン
グ時間にばらつきが生じ、電極残りまたはオーバーエッ
チングが発生してしまう。すなわち、所望の形状のパタ
ーニングが、非常に困難である。

【０００９】このように、従来のスパッタ法を用いて半
導体製品を製造する場合に、スパッタ膜の膜質が不均一
になり、半導体製品の歩留まりが低下してしまう、ある
いは動作の信頼性が低下してしまう。

【００１０】本発明の目的は、均一な膜質のスパッタ膜
を成膜して、半導体製品の歩留まりを向上することがで
き、または動作の信頼性を向上することができるスパッ
タ方法およびスパッタ装置を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、隔てて配置さ
れた２つの電極のうち、互いに対向する一方の電極の表
面に半導体ウエハを、他方の電極の表面にターゲットを
支持し、電極間に反応ガスを導入しつつ、半導体ウエハ
にスパッタ成膜するスパッタ方法において、前記電極間
の電界方向に沿って、反応ガスを導入することを特徴と
するスパッタ方法である。

【００１２】本発明に従えば、電界方向に沿って反応ガ
スを導入するので、反応ガスの濃度は電界方向に垂直な
方向に均一に分布する。よって、均一な厚みおよび組成
のスパッタ膜を形成でき、半導体製品の歩留まりが向上
し、または動作の信頼性が向上する。

【００１３】また本発明は、隔てて配置された２つの電
極を備え、互いに対向する一方の電極の表面に半導体ウ
エハを、他方の電極の表面にターゲットを支持し、電極
間に反応ガスを導入しつつ、半導体ウエハにスパッタ成
膜するスパッタ装置において、前記電極は、反応ガスを
導入するための導入孔を有することを特徴とするスパッ
タ装置である。

【００１４】本発明に従えば、反応ガスは電極に設けら
れた導入孔から、２つの電極間に導入されるので、反応
ガスは電極間の電界方向に沿って流れる。よって、２電
極間には電界方向に垂直な方向に均一に反応ガスの濃度
が分布するので、均一な厚みおよび組成のスパッタ膜を
形成でき、半導体製品の歩留まりが向上し、または動作
の信頼性が向上する。

【００１５】また本発明は、前記導入孔は、電極全面に
わたって複数個配置されることを特徴とする。

【００１６】本発明に従えば、複数個の導入孔が電極全
面にわたって設けられるので、反応ガスの局在が解消さ
れて、反応ガスの電界方向に垂直な方向の分布がさらに
均一になり、均一な厚みおよび組成のスパッタ膜を形成
でき、確実に半導体製品の歩留まりを向上することがで
きる、または確実に動作の信頼性を向上することができ
る。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の一実施形態であ
るスパッタ装置を示す断面図である。スパッタ装置１０
は、密閉された筺体１２内に２つの電極１３，１４を備
え、電極１４に導入孔１５を有する。筺体１２は、メイ
ンバルブ２１を介して主排気用のクライオポンプ２２に
接続され、荒引きバルブ２３を介して補助排気用の油回
転ポンプ２４に接続されている。

【００１８】電極１３，１４は、それぞれターゲット１
６および半導体ウエハ１７を支持するための部材をも兼
ねている。一方の電極１３は図示しない電源に接続さ
れ、電気絶縁部材３１によって筺体１２とは電気的に絶
縁される。電源は、直流電源でもよいし、高周波の発振
機であってもよい。また、電極１３はシールド３２によ
って覆われており、電極１３自身がスパッタ成膜されな
いようになっている。さらに、電極１３内には冷却水が
通され、スパッタ中にターゲット１６の温度が過剰に上
昇することを防止している。他方の電極１４は、筺体１
２を介して接地される。

【００１９】電極１３，１４は両方ともに平板であり、
互いに隔てられて平行に配置される。また、使用するタ
ーゲット１６は、Ａｌなどの金属から成る平板であり、
半導体ウエハ１７も平板である。よって、電極１３，１
４間に電圧が印加されると、電極１３，１４の表面に対
して垂直な方向に電界が形成される。

【００２０】筺体１２内には、電極１３，１４の間をス
ライドするシャッタ４１が設けられている。スパッタの
開始および終了にあわせてシャッタをスライドさせ、半
導体ウエハ１７上に成膜するスパッタ膜の厚みを制御す
ることができる。

【００２１】図２は、図１の電極１４および導入孔１５
を示す平面図である。電極１４には複数個の導入孔１５
が全面にわたって設けられており、電極１４の表面に垂
直な方向に沿って反応ガスを電極１３，１４間に導入で
きる。反応ガスは、たとえば酸素や窒素などである。な
お、図２では半導体ウエハ１７は２個であり、導入孔１
５は３個であるが、これに限らず何個でもよい。また、
半導体ウエハ１７および導入孔１５は、図２では等間隔
で交互に配列されているが、それぞれの配置関係はこれ
に限らず、電極１４上に半導体ウエハ１７同士、導入孔
１５同士が局在しないように、均一に散在していればよ
い。

【００２２】以下、図１のスパッタ装置１０を用いたス
パッタ方法を説明する。クライオポンプ２２および油回
転ポンプ２４を用いて、筺体１２内を所定の圧力まで減
圧する。このとき、筺体１２内には、Ａｒガスなどの希
ガスが微量残るようにする。電極１３，１４上にターゲ
ット１６、半導体ウエハ１７を支持した状態で、両電極
１３，１４間に所定の電圧を印加する。この電圧によっ
て、両電極１３，１４間のＡｒガスが、プラズマ化され
る。このときに、導入孔１５を通じて両電極１３，１４
間に、酸素ガスや窒素ガスなどの反応ガスを導入する。
このようにすれば、半導体ウエハ１７の表面に、ターゲ
ット１６および反応ガスの構成元素から成るスパッタ
膜、たとえば酸化アルミニウム膜や窒化アルミニウム膜
などが成膜される。

【００２３】特に図２に示したように、導入孔１５を電
極１４に設けることで、電極１３，１４間の電界方向に
沿って、反応ガスを導入することができ、電極１３，１
４に平行な方向に反応ガス濃度を均等に分布させること
ができる。しかも、導入孔１５は複数個あり、電極１４
全面にわたって設けられているので、反応ガスの濃度分
布はさらに均一化される。

【００２４】なお、導入孔１５は必ずしも電極１４に設
けられる必要はなく、電極１３に設けられてもよい。電
極１３に設けられた場合も、電極１３に設けられたとき
と同様に、電極１３，１４に垂直な方向に沿って導入さ
れた反応ガス濃度は、電極１３，１４に平行な方向に均
一に分布する。

【００２５】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、膜質の均
一なスパッタ膜を成膜できるので、半導体製品の歩留ま
りを向上することができ、あるいは半導体製品の動作の
信頼性を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態であるスパッタ装置を示す
断面図である。

【図２】図１の電極１４および導入孔１５を示す平面図
である。

【図３】従来のスパッタ装置を示す断面図である。

【符号の説明】

１０スパッタ装置１３，１４電極１５導入孔１６ターゲット１７半導体ウエハ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】隔てて配置された２つの電極のうち、互
いに対向する一方の電極の表面に半導体ウエハを、他方
の電極の表面にターゲットを支持し、電極間に反応ガス
を導入しつつ、半導体ウエハにスパッタ成膜するスパッ
タ方法において、前記電極間の電界方向に沿って、反応ガスを導入するこ
とを特徴とするスパッタ方法。
【請求項２】隔てて配置された２つの電極を備え、互
いに対向する一方の電極の表面に半導体ウエハを、他方
の電極の表面にターゲットを支持し、電極間に反応ガス
を導入しつつ、半導体ウエハにスパッタ成膜するスパッ
タ装置において、前記電極は、反応ガスを導入するための導入孔を有する
ことを特徴とするスパッタ装置。
【請求項３】前記導入孔は、電極全面にわたって複数
個配置されることを特徴とする請求項２記載のスパッタ
装置。