JPS5871372A - Method and device for film formation by sputtering - Google Patents

Method and device for film formation by sputtering

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JPS5871372A
JPS5871372A JP16867181A JP16867181A JPS5871372A JP S5871372 A JPS5871372 A JP S5871372A JP 16867181 A JP16867181 A JP 16867181A JP 16867181 A JP16867181 A JP 16867181A JP S5871372 A JPS5871372 A JP S5871372A
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anode
target
sputtering
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秀 小林
Katsuo Abe
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Tsuneaki Kamei
亀井 常彰
Kazuyuki Fujimoto
藤本 一之
Tamotsu Shimizu
保 清水
Hideki Tateishi
秀樹 立石
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Abstract

PURPOSE:To reduce damages by the inflow of the charged particles of a substrate in a planar magnetron type sputtering device by combining respective magnetic pole terminals with magnetic field control means consisting of permanent magnets and soft magnetic materials. CONSTITUTION:The 3rd magnetic terminal 24 of a soft magnetic material is provided to magnetic pole terminals 22, 23 of magnetic materials and permanent further an energizing coil 24a is provided to intermediate space of the terminals 22, 24. The respective magnetic pole terminals are coupled magnetically by a yoke 26. An anode 30 of a central part is provided to the anode 29 around a disc-like flat plate 21 which is a target. A negative voltage is applied to a cathode 27, a voltage near the ground is applied to the anode 30 and the anode 29 and the vacuum vessel are grounded, then while the inflow of the charged partices to the substrate to be formed with film is held decreased, glow discharge is caused and sputtering is effected. If the energizing current to be supplied to the coil 24a is changed, the point where the magnetic lines of force parallel with the plate 21 is moved and the plasma region can be consequently moved.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は薄膜材料をスパッタリングによってallif
るスパッタリングによる成膜方法及びその装置に関する
ものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention is directed to allifing thin film materials by sputtering.
The present invention relates to a film forming method using sputtering and an apparatus therefor.

スパッタリング技術は、低圧の雰囲気ガスをグロー放電
を起こしてイオン化(プラズマ状)し、陰陽電極間に印
加されfc′It圧によシ、そのプラズマ状イオンが加
速されて1w#陰極におかれたターゲット材料の平板に
衝突させられる。
In the sputtering technology, a low-pressure atmospheric gas is ionized (plasma-like) by causing a glow discharge, and the plasma-like ions are accelerated by the fc'It pressure applied between the negative and anode electrodes and placed on the 1W# cathode. It is struck by a slab of target material.

衝突させられたイオンによシ飛び出されたターゲット材
料の構成数子又は粒子は、*極近傍に設けられ九基板上
に付着堆積して、ターゲット材料の薄膜を形成する技術
である。
This is a technique in which constituent molecules or particles of the target material ejected by the collided ions adhere and deposit on a substrate placed in close proximity to form a thin film of the target material.

この場合、グロー放電によって発生したイオンは、空間
内に高@度に閉じ込め、これをターゲット材料平板上に
有効に運び込むことが、堆積速度を改善し、1[子によ
る基板の損傷を低減する上で重要となっている。
In this case, the ions generated by the glow discharge are highly confined in the space and transported effectively onto the target material plate, which improves the deposition rate and reduces damage to the substrate caused by particles. It has become important.

その九めに前記のイオンをターゲット材料平板面上の空
間領域に閉じ込め高密度化を図ることが有効である。そ
して、Fi!i界構成が検討されて来ている。
Ninth, it is effective to confine the ions to a spatial region on the flat surface of the target material and increase the density. And Fi! The i-world configuration has been studied.

特にプレーナマグネトロン方式スパッタリング装置は、
その堆積速度が従来の抵抗加熱型真空蒸着装置に匹敵す
る程度になるK及び、近年薄膜集積回路や半導体デバイ
ス用の薄膜の形成装置として、その生産用成膜工程に多
用されるに到っ九。
In particular, planar magnetron sputtering equipment
K has a deposition rate comparable to that of conventional resistance heating vacuum evaporation equipment, and in recent years has come to be widely used in the production film forming process as a thin film forming equipment for thin film integrated circuits and semiconductor devices. .

第1図は良く知られ几従来技術によるプレーナマグネト
ロン方式スパッタリング装置のターゲット材料平板近傍
の構造を示す概念説明断面図である。ターゲット材料平
板(以下ターゲットという)1の裏面にヨーク6によシ
磁気結合されたリング状磁慣2と、そのリング状磁極2
の中心部に円柱状磁石3とが、fB気回路tsyaりて
ターゲット10表面側(第1図の下側)の空間に磁束線
の分布、換菖すれば円環体(Tonw)の高さ方向に喬
厘な平面で半裁し、その半裁面がターゲット10表面に
平行におかれたトンネル状磁界分布11が発生する。こ
のトンネル状磁界分布11によって、その内部に上記プ
ラズマ状イオンが高濃[&C閉じ込められる(図示せず
)。
FIG. 1 is a conceptual sectional view showing the structure of a planar magnetron type sputtering apparatus in the vicinity of a flat plate of a target material according to well-known prior art. A ring-shaped magnetic inertia 2 magnetically coupled to the back surface of a target material flat plate (hereinafter referred to as target) 1 by a yoke 6, and its ring-shaped magnetic pole 2.
A cylindrical magnet 3 is placed in the center of the fB air circuit tsya, and the distribution of magnetic flux lines is distributed in the space on the surface side of the target 10 (lower side in Fig. 1).In other words, the height of the torus (Tonw) is A tunnel-like magnetic field distribution 11 is generated in which the target 10 is cut in half by a flat plane with the half-cut plane parallel to the surface of the target 10 . This tunnel-like magnetic field distribution 11 confines the plasma-like ions in a highly concentrated manner (not shown).

このプラズマ状イオンは、さらに@&10とターゲット
裏面に設置されたl[7に印加された高電圧によシ発生
した。ターゲット10表面には)Y *厘な電界によっ
て加速され、ターゲット1表面に衝突し、その結果、タ
ーゲット1表面から順次、その原子又は粒子がはじき出
され、侵食領域12が形成される。
These plasma-like ions were further generated by high voltage applied to @&10 and l[7 installed on the back surface of the target. The surface of the target 10 is accelerated by an electric field of Y*, collides with the surface of the target 1, and as a result, the atoms or particles are sequentially ejected from the surface of the target 1, forming an eroded region 12.

この侵食領域12は1以上の説明から推定されるように
、スパッタリング工程の時間経過に伴って侵食度が進む
が、この侵食は通常第1図に示す構成のターゲット構造
体で4.ターゲットの特定の領域に限定されて進行する
ために、!j!効的には侵食領域の体積程度しか使用で
きないとされる。
As estimated from one or more of the above explanations, this erosion region 12 becomes more eroded as time passes during the sputtering process, and this erosion usually occurs in the target structure shown in FIG. To progress limited to a specific area of the target! j! It is said that only the volume of the eroded area can be used effectively.

したがって初期的には目的とする均一な膜厚分布が得ら
れても、さらに、かかる侵食領域の形成によって、はじ
き出されるターゲット材料の原子のはじき出され方向及
び量が変化するために、試料基板表面上の被堆積薄膜の
厚さ分布が均一にならず、はぼ下に凸な2次曲線状分布
あるいは上に凸な2次曲線状分布になってしまう。
Therefore, even if the desired uniform film thickness distribution is initially obtained, the formation of such erosion areas changes the direction and amount of the ejected atoms of the target material, causing the surface of the sample substrate to change. The thickness distribution of the thin film to be deposited is not uniform, resulting in a quadratic curve-like distribution convex downward or a quadratic curve-like distribution convex upward.

その皮めに大きな膜厚を得たいとか、長時間のスパッタ
リング工程の実行したい場合にその実行が不可能であり
、これが従来のスパッタリングターゲットの限界とされ
てい友のである。
However, if you want to obtain a large film thickness or perform a long sputtering process, it is impossible to do so, and this is considered to be a limitation of conventional sputtering targets.

その後、この欠点を除くために、上記侵食領域12がタ
ーゲット1表面上に広面積で発生するようKtB界分布
11t−変化してやることが提案され九。
Subsequently, in order to eliminate this drawback, it was proposed to change the KtB field distribution 11t so that the erosion region 12 is generated over a wide area on the surface of the target 1.

この従来のブレーナマグネトロン方式のスパッタ装置に
おいて最大のターゲット侵食は、磁力線がターゲツト板
に平行くなる上記の点或は領域に揃い且つこの領域の下
に横たわっている領域において発生するにあり、かくし
て磁界発生手段に対して前記の源に垂直な方向に補助的
表可変磁界奮発生させ、補助的な可変磁界を変化させて
その合成磁力線が前記の源と平行になる位t”を連続的
に移動させる奄のである。
In this conventional brainer magnetron type sputtering system, the maximum target erosion occurs in the area where the magnetic field lines are aligned with and underlying the above point or area where they are parallel to the target plate, thus generating an auxiliary variable magnetic field in a direction perpendicular to the source with respect to the magnetic field generating means, and continuously varying the auxiliary variable magnetic field until the resultant magnetic field lines are parallel to the source; Amano is to be moved.

このように従来の装置では、核中空空間における磁界分
布の変化に従って、グロー放電は移動するが、当該ター
ゲット平板上中央附近において発生するグロー放電ま几
社グロー放電の1部は、陽極よ〕も相対的に離れ、放電
電流としての荷電粒子の一部である電子は、試料基板側
にも多く流入することがある。このような電子線の流入
が試料基板に対し存在すると1、当該試料基板上にすで
に形成されている半導体素子に永久的な損傷を与えるこ
とがIり、製品不良を起こす欠点があった。
In this way, in the conventional device, the glow discharge moves according to changes in the magnetic field distribution in the nuclear hollow space. A large amount of electrons, which are relatively distant and are part of charged particles as a discharge current, may also flow into the sample substrate side. If such an electron beam flows into the sample substrate, it may cause permanent damage to the semiconductor elements already formed on the sample substrate, resulting in a defective product.

本発明の目的は、上記従来の欠点をなくシ。The object of the present invention is to eliminate the above-mentioned conventional drawbacks.

均一な、成膜が行えると共に、成膜対象である試料基板
に流入する負に帯電した荷電粒子の量を大幅に低減し、
荷電粒子の流入による試料へ与える損傷を低減するスパ
ッタリングによる成膜方法及びその1uit−提供する
にある。
In addition to being able to form a uniform film, it also greatly reduces the amount of negatively charged particles flowing into the sample substrate on which the film is being formed.
The present invention provides a method for forming a film by sputtering that reduces damage to a sample due to the inflow of charged particles, and a unit thereof.

即ち本発明は、磁力線が−の磁力線源から発生した場合
には、その性質として交鎖することがなく、磁力線相互
I/cma’xwall応力なる引力ないし付方が作用
することに鑑み、複数の磁極を有する−の磁力線源を構
成し、その一部の磁極に発生する磁力線を制御して、他
の残シの磁極に発する磁力線分布の立つ位置、すなわち
プラズマの立つ領域の位置を移動させる励磁手段(電磁
石)を具備したプレーナマグネトロン電極を用い、上記
励磁手段に所定の周期をもつ死重流を、流し、上記電極
の周囲と中央部とに設dられた陽極に接地に近い電位を
与えて底膜対象基板への荷電粒子の流入を低減させた状
態で。
That is, in the present invention, in view of the fact that when magnetic lines of force are generated from a negative magnetic force line source, they do not interlink as a matter of their nature, and an attractive force or direction of mutual I/cm x wall stress acts on the lines of magnetic force. Excitation that configures a - magnetic field line source with magnetic poles and controls the magnetic field lines generated at some of the magnetic poles to move the position of the magnetic field line distribution emitted from the remaining magnetic poles, that is, the position of the plasma region. Using a planar magnetron electrode equipped with a means (electromagnet), a dead weight current having a predetermined period is caused to flow through the excitation means, and an electric potential close to ground is applied to an anode provided around and at the center of the electrode. The bottom film reduces the inflow of charged particles into the target substrate.

環状のプラズマ発生領域を所定70周期で少くとも1回
以上移動させてそ些ぞれの環状プラス1発生領域におい
てえられる成iim厚を合成してることKある。
The annular plasma generation region is moved at least once in a predetermined period of 70 cycles, and the thickness obtained in each annular plus one generation region is synthesized.

以下に本発明の実施例を図面を用いて杵細に′説明する
Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

g2図は本発明忙係わるプレーナマグネトロン方式スパ
ッタリング装置のターゲット構造体の一実施例の断面構
造図である。
Figure g2 is a sectional structural view of one embodiment of a target structure of a planar magnetron type sputtering apparatus according to the present invention.

92図で21は被スパツタ材料からなるターゲット円盤
状平板で、 At−2%Si (純度99.999%)
直径8″ψ、板厚2Drnrntの材料および形状のも
のを使用した。22は第1のffi極端で、軟磁性材料
C高透磁率磁性材料)からなる、23は第2の磁極端で
、永久磁石からなる。24は本発明に係わる第Sのa極
端で、軟a性材料からなる。24aは同じく本発明に係
わる励磁用コイルで、第1の磁極端22と第30a極端
24との中間空間に300回巻回した円環体状コイル、
25はターゲット円盤状平板21を冷却する媒質、ここ
では水の導入出管、 26Fi第1.第2および第3の
磁極端を全体的に磁気的に結合するヨークで、軟磁性体
材料からなるもの、27は陰極、28は絶縁材層板。
In Figure 92, 21 is a target disc-shaped flat plate made of the material to be sputtered, At-2%Si (purity 99.999%).
Materials and shapes with a diameter of 8"ψ and a plate thickness of 2Drnrnt were used. 22 is the first ffi pole tip, made of a soft magnetic material (high permeability magnetic material), 23 is the second pole tip, made of a permanent magnetic material. 24 is the S-th a-end according to the present invention and is made of a soft a-based material. 24a is an excitation coil also according to the present invention, which is located between the first pole end 22 and the 30a-th end 24. A toroidal coil wound 300 times in space,
25 is a medium for cooling the target disc-shaped flat plate 21, in this case, a water inlet/outlet pipe; 26Fi 1. A yoke for magnetically coupling the second and third magnetic pole tips as a whole, made of a soft magnetic material, 27 a cathode, and 28 an insulating layer plate.

32#i侵食領域である。29と30は接地附近の電圧
が印加された第1の陽極と第2の陽極であり。
32#i erosion area. 29 and 30 are a first anode and a second anode to which a voltage close to ground is applied.

ターゲツト材平板21の周囲とターゲツト材平板21の
中央にターゲット平板21と電気的に絶縁さ・れて設け
られている。第2の陽極30は第2図のスパッタ電極構
造体を中央で買〈、冷却媒質(ここでは水)を導入、−
導出するための、同軸構造をとった管路によシ冷却され
、また電気的に本構造体裏面に引き出されている。
They are provided around the target material flat plate 21 and at the center of the target material flat plate 21 so as to be electrically insulated from the target material flat plate 21. The second anode 30 is constructed by purchasing the sputtered electrode structure shown in FIG.
It is cooled by a conduit with a coaxial structure and electrically led out to the back side of the structure.

wC3図及び第4図はともに第2図図示のプレーナマグ
ネトロン方式スパッタ装置のスパッタ電撓構遺体の動作
説明図で、ターゲット材料平板21上の磁束分布を示し
てトる。第3図、第4図におけるそれぞれの!501.
401は、ターゲット材料平板21上の高さくW)、ま
た!02,402はターゲット材料円盤の中心からの半
径方向の距離−を示している。
Both FIG. 3 and FIG. 4 are explanatory diagrams of the operation of the sputter electric deflection structure of the planar magnetron type sputtering apparatus shown in FIG. 2, and show the magnetic flux distribution on the target material flat plate 21. Each of the figures in Figures 3 and 4! 501.
401 is the height W) above the target material flat plate 21, and! 02,402 indicates the radial distance from the center of the target material disk.

第3図及び第4図はともに励磁用コイル24gには、第
2の磁極端22におけるgi極の極性が。
In both FIGS. 3 and 4, the excitation coil 24g has the polarity of the gi pole in the second magnetic pole tip 22.

永久磁石によるターゲット材料平板側の極性と反対とな
る向きに、制御用電流を通ずる。
A control current is passed in a direction opposite to the polarity of the flat plate of the target material caused by the permanent magnet.

第3図は、この制御励磁電流をOAとして流さない場合
のものである。また@4図はこの制御用励磁電流を7A
とし友時の磁束分布である。
FIG. 3 shows the case where this control excitation current is not passed as OA. Also, in Figure @4, this control excitation current is 7A.
This is the magnetic flux distribution at the time of tomo.

よく知られているように、プレーナマグネトロンスパッ
タ電極では、ターゲット材料平板に対して、ターゲット
材料平板上の磁力線が平行罠なる点を中心として、プラ
ズマ領域が形成され、したがって、このプラズマ領域か
ら一番近い距離にあるターゲツト材の平板32が侵食さ
れる。
As is well known, in a planar magnetron sputtering electrode, a plasma region is formed around the point where the magnetic field lines on the target material flat plate are parallel to the target material flat plate. A flat plate 32 of target material at a close distance is eroded.

第3図、第4図にあるように本発明になるスパッタ電極
では、励磁コイルに通ずる電流を変化させることで、磁
力線がターゲット材料平板に平行となる点を移動させる
ことができ、したがって侵食領域32ヲも移動させうろ
ことがわかる。
As shown in FIGS. 3 and 4, in the sputtering electrode according to the present invention, by changing the current flowing through the excitation coil, it is possible to move the point where the magnetic field lines are parallel to the target material flat plate, and therefore the erosion area I can see that 32wo should be moved as well.

ちなみに、永久磁石23は、第3の磁極端に付属する励
磁コイル24gに通ずる制御電流を流さぬ時に、  2
00〜300ガウス(αoyb、鷹)以上O磁場を、第
3.第4図におけるターゲット平板上の磁力線が、ター
ゲット平板と平行になる点で得られる強貞のものとした
By the way, when the permanent magnet 23 does not flow the control current through the excitation coil 24g attached to the third magnetic pole tip, 2
00~300 Gauss (αoyb, hawk) or more O magnetic field, 3rd. The line of magnetic force on the target flat plate in FIG. 4 was determined to be strong at a point where it is parallel to the target flat plate.

以下簡単にスパッタリング工程中にくシ込まれている様
子tスパッタリング工程の説明で示すことにする。
The following will briefly explain the sputtering process as it is incorporated into the sputtering process.

まず1本発明に係わるターゲット構造体を図示しないが
、良く知られた真壁排気系とシャッタと、Arガス導入
系を有し2ケのゲートパル1を有し、ウェハを連続的に
搬送できる搬送手段をもつ真空槽の一部の壁面に取シつ
ける。つぎにターゲット円盤状平板21の磁束線が形成
されている9間の上9JHK(第5図の天地を逆にした
配置)ターゲット円盤状平板21の表面に静止対向して
距離70關の位置に、その表面に平行に成膜対象となる
基板を良く知られた保持手段によシ設置保持する。つぎ
にこの真空槽t−1〜5X10 =Torr  程度ま
で^全排気し、排気后、4rガスを上記、4rガス導入
系より導入し、 Arガス圧t−2〜20惰Torrに
設定する。
First, although the target structure according to the present invention is not shown in the drawings, it has a well-known Makabe exhaust system, a shutter, an Ar gas introduction system, two gate pallets 1, and a transport means capable of continuously transporting wafers. It is installed on a part of the wall of a vacuum chamber with a Next, place the target disk-like flat plate 21 at a distance of 70 degrees from the surface of the target disk-like flat plate 21 at the upper 9JHK (inverted arrangement in FIG. 5) where the magnetic flux lines of the target disk-like flat plate 21 are formed. The substrate on which the film is to be formed is mounted and held parallel to its surface by well-known holding means. Next, this vacuum tank t-1 to 5X10 = Torr is completely evacuated, and after exhausting, 4R gas is introduced from the 4R gas introduction system, and the Ar gas pressure is set to t-2 to 20 Torr.

次にターゲット構造体21の第2の陽極50に、0〜+
50V、陰極27に一400Vを印加し、第1の陽極2
9.真空槽(図示せずンをアースに接続すると、Arガ
スはグロー放電を起こすが、この時、励磁コイル24g
に流すFiJ磁電流を、0〜7A程度変化させると、第
5図、第4図に示された磁力線がターゲット平板と平行
になる点が移動することで予想されたよう紀、Ar原子
がイオン化し、閉じ込められたプラズマ領域が、移動す
ることを目視によりて、実験的にNuすることができた
Next, 0 to +
50V, -400V is applied to the cathode 27, and the first anode 2
9. When the vacuum chamber (not shown) is connected to ground, the Ar gas causes a glow discharge, but at this time, the excitation coil 24g
When the FiJ magnetic current applied to the target plate is changed by about 0 to 7 A, the point where the magnetic field lines shown in Figs. However, we were able to experimentally confirm that the confined plasma region was moving by visually observing it.

第5図は1本実施例によって可能となった最大の技術を
開示するもので、スパッタにより得られる膜厚分布を基
板中心に対して任意の膜厚分布を形成するl[厚分布の
制御性を獲得したことである。
Figure 5 discloses the greatest technique made possible by this embodiment, which is to form an arbitrary film thickness distribution with respect to the center of the substrate from the film thickness distribution obtained by sputtering. was obtained.

纂5図扛、その一部の実験結果會示したものであって、
励磁コイル24aに流す制御電流を変化させた場合の基
板中心からの半径方向の距離に対する基板内膜厚分布の
変化を示し友ものである。実線501(0印)は下に凸
な膜厚分布。
This is a collection of five diagrams and some experimental results,
This figure shows the change in the film thickness distribution within the substrate with respect to the radial distance from the center of the substrate when the control current applied to the excitation coil 24a is changed. A solid line 501 (0 mark) indicates a downwardly convex film thickness distribution.

実線5Q4(○印)はほぼ均一な膜厚分布、実線505
(○印)は上に凸な膜厚分布を示すものである。
Solid line 5Q4 (○ mark) is almost uniform film thickness distribution, solid line 505
(○ mark) indicates an upwardly convex film thickness distribution.

以上の実験結果をふまえ、励磁コイル24Gに通ずる電
流を12秒を一絢期とし、−絢期の4秒間励磁電#Lを
7A、残シの8秒間励磁電流をOAとする電流波形とし
友。
Based on the above experimental results, the current flowing through the excitation coil 24G is set to a current waveform in which 12 seconds is the first phase, the excitation current #L is 7A for the first 4 seconds, and the excitation current is OA for the remaining 8 seconds. .

次にターゲット平板の第1の主平面に正対するように成
膜対象となる基板を搬送し、ターゲット構造体用シャッ
タ(図示せず)t−開き、陰極電圧350V 、陰極電
流15/Iで、ターゲット材料のAt−2%Si t−
2分間基板上に成膜し比。
Next, the substrate to be film-formed was transported so as to directly face the first main plane of the target flat plate, the shutter for the target structure (not shown) was opened t-, the cathode voltage was 350V, and the cathode current was 15/I. Target material At-2%Si t-
The film was deposited on the substrate for 2 minutes.

ちなみにこの時の成膜対象基板とターゲット平板の第1
の主面との距離は705mとした。
By the way, the first substrate of the target plate and the target flat plate at this time
The distance from the main surface was 705 m.

予定の堆積時間経過後に、シャッタを閉じ、At−2%
St験全堆積し九基板(Siウェハ)をゲートバルブを
開いて取シ出した1以上、同工程を繰シ返えし、実質的
にmル返え几爽験の結果を100時間以上にわたってチ
ェックした。
After the scheduled deposition time has elapsed, the shutter is closed and At-2%
The same process was repeated for more than 1 time after the entire deposition process was carried out, and nine substrates (Si wafers) were taken out by opening the gate valve. Checked.

第6図はその実験結果の一部を示すもので601は従来
のウェハ内膜厚分布を、602は本発明に係わるターゲ
ット構造体を使用したウェハ内膜厚分布の経時変化を示
す。本発明の効果は明らかである。また、こうして形成
したAt−2%SL膜は半導体配線用膜として良好な電
気的特性を示した。
FIG. 6 shows a part of the experimental results, in which 601 shows the conventional film thickness distribution within a wafer, and 602 shows the change over time in the film thickness distribution within a wafer using the target structure according to the present invention. The effects of the present invention are obvious. Furthermore, the At-2% SL film thus formed showed good electrical properties as a film for semiconductor wiring.

かかる良好なりエバ内膜岸分布および電気的%性は、タ
ーゲット円盤状平板のウニ八対向表面における侵食′領
域の形状に極めて強く依存していることは発明者らの研
究結礒からも明らかKされたが、第1図における侵食領
域32が局所的に侵食が進む九めに極めて狭く、時間経
過によってその侵食領域320局所的侵食領域の中心が
、優先的に侵食されてゆき、ついにターゲット円盤状平
板21の板厚に達し、ターゲット円盤状平板21が使用
できなくなる。
It is clear from the inventors' research that such good EVA endometrial distribution and electrical properties are extremely dependent on the shape of the eroded region on the surface of the target disk-shaped plate facing the sea urchin. However, the erosion area 32 in FIG. 1 is extremely narrow as the erosion progresses locally, and as time passes, the center of the erosion area 320 is preferentially eroded, and finally the target disk The thickness of the target disc-shaped flat plate 21 is reached, and the target disc-shaped flat plate 21 becomes unusable.

これに対して、第2図における侵食領域32は励磁コイ
ル24aに通ずる電流波形をえらびプラズマ領域を周期
的に移動させることにより長時間にわたυ、均一で良好
な成膜分布特性を維持しつつ、ターゲット材料平板の広
匹面積にわたシ、比較的均一に侵食領域を形成させるこ
とができた。
On the other hand, in the erosion region 32 in FIG. 2, by selecting the current waveform that passes through the excitation coil 24a and periodically moving the plasma region, uniform and good film formation distribution characteristics can be maintained over a long period of time. It was possible to form an eroded region relatively uniformly over a wide area of the target material flat plate.

これは高価格のターゲット材料平板21の長寿命を保証
しつつ、また生産プロセス上大きなあい路となるターゲ
ット材料平板の取シ替えに主に起因する大きな死時間の
削減をもたらす効果が生じ九のである。
This has the effect of ensuring a long life of the expensive target material flat plate 21, and also greatly reducing the dead time mainly due to the replacement of the target material flat plate, which is a major gap in the production process. be.

第7図は本発明にかかわる陽極の効果を示したものであ
る。本願スパッタ電極においては励磁コイルに通ずる電
流を大とすると、プラズマ領域をターゲット平面上の中
心に収縮させられる。しかし、この場合には、放電電流
の一部が基板、に流入し、基板上の半導体素子に損傷を
与えることがある。
FIG. 7 shows the effect of the anode according to the present invention. In the sputtering electrode of the present invention, when the current flowing through the excitation coil is increased, the plasma region can be contracted to the center on the target plane. However, in this case, a portion of the discharge current may flow into the substrate and damage the semiconductor elements on the substrate.

第7図中の曲線701は、本発明にかかわる陽極を設け
ない場合の、1基板上の素子の不良率を表している。プ
ラズマリングの半径が50W以下であると、不良率が増
大する。本発明にかかわる陽極が設置された場合の一基
板上の素子の不良率は同図中の曲線702に示されてい
るが、本発明にかかわる陽極の効果は明らかである。
A curve 701 in FIG. 7 represents the defect rate of elements on one substrate when the anode according to the present invention is not provided. If the radius of the plasma ring is less than 50W, the defect rate increases. The defect rate of elements on one substrate when the anode according to the present invention is installed is shown by a curve 702 in the figure, and the effect of the anode according to the present invention is clear.

第8図は本発明によるグレナーマグネトロン方式スパッ
タリング′f装置のターゲット構造体の他の実施例の断
面構成図である。第8図において、第2図における構成
と異表る点は、第2の磁極端31に永久磁石を用いずに
、軟磁性材料からなるものに、第2の多数巻きし九励磁
コイル31gを設は次点である。他の記号については第
2図表いし第5図における記号と全く同じ意味である。
FIG. 8 is a sectional view of another embodiment of the target structure of the Glenner magnetron sputtering apparatus according to the present invention. The difference between the configuration in FIG. 8 and that in FIG. 2 is that instead of using a permanent magnet for the second magnetic pole tip 31, a second multi-turn, nine excitation coil 31g is attached to a soft magnetic material. Setup is the runner-up. The other symbols have exactly the same meanings as the symbols in Figures 2 to 5.

本願発明の技術的思想には1本実施例における構成も含
まれる亀のであって、本実施例における2動作で第2図
のそれと異なる点は上述し皮溝成上のちがいから、W1
2の磁極端31と第3の磁極端24による磁束が、とも
に制御できることである。他のプラズマ領域の発生に到
る過程は同じである。
The technical idea of the present invention also includes the configuration of this embodiment, and the difference between the two operations in this embodiment and that shown in FIG. 2 is as described above, and W1
The magnetic flux generated by the second magnetic pole tip 31 and the third magnetic pole tip 24 can both be controlled. The process leading to the generation of other plasma regions is the same.

第9図は、第2図及び第8図に示す電極構造体の励磁用
電Wの概略構成を示したものである。
FIG. 9 shows a schematic configuration of the excitation electric power W of the electrode structure shown in FIGS. 2 and 8. FIG.

該励磁電源部の主九る構成としては、内側電磁石コイル
31α、外側電磁石コイル24a、を全く別に制御する
ために、電流供給回路が、2つ組み込まれている。該励
磁電源部#核内側および外側電磁石コイル31α、24
αに印加する電流を全く任意に、すなわち、時間的に変
化せぬ一定電#Lまたは、一定の周期をもった矩形波状
、三角波状等の電流波形に設定することができるように
!イクロゾロセッサ41と、メモリ42を用いており、
キーボード43、または適洛な外部記憶装置40(例え
は磁気テープ、磁気ディスク)から、所定の電流波形に
関する情報を与え、マイクロプロセッサ41の出力をデ
ジタル−アナログ信号変奥器44へ44b(D−Aコン
バータ)に加え、これをへらに電流増幅器45a、 4
5bにて該内、外側電磁石コイル24.25を励磁でき
るだけの所定の強度にまで増幅する。
The main configuration of the excitation power supply section includes two current supply circuits for controlling the inner electromagnetic coil 31α and the outer electromagnetic coil 24a completely separately. The excitation power supply section #nuclear inner and outer electromagnetic coils 31α, 24
The current applied to α can be set completely arbitrarily, that is, to a constant voltage #L that does not change over time, or to a current waveform such as a rectangular waveform or triangular waveform with a constant period! It uses an microprocessor 41 and a memory 42,
A keyboard 43 or a suitable external storage device 40 (e.g. magnetic tape, magnetic disk) provides information regarding the predetermined current waveform, and the output of the microprocessor 41 is routed 44b (D-) to a digital-to-analog signal transformer 44. A converter) and a current amplifier 45a, 4
5b, it is amplified to a predetermined intensity sufficient to excite the inner and outer electromagnetic coils 24 and 25.

第9図の該励磁電源部は、制御対象としては該内、外側
電磁石コイル31へ24αを扱うので、定電流特性をも
つ電源であシ、また出力電流検出部466.466によ
シ、出力電流すなわち該各電磁石電流値を検出し、これ
をDμ変換器44へ44bが出力される所定の電流値と
比較し、補正を行うために、電流増幅器45G、45b
に情報を帰還する手段をもっている。すなわち電磁石コ
イル2425に一定の電流ま友は一定の矩形波電流が印
加されるようKJII成されている。
The excitation power supply unit in FIG. 9 handles 24α to the inner and outer electromagnetic coils 31 as a control target, so a power supply with constant current characteristics is required, and the output current detection unit 466, 466 outputs Current amplifiers 45G and 45b detect the current, that is, the current value of each electromagnet, and compare it with a predetermined current value outputted from Dμ converter 44 by 44b to perform correction.
has the means to return information to In other words, a constant current is applied to the electromagnetic coil 2425 so that a constant rectangular wave current is applied to the electromagnetic coil 2425.

スパッタリングを行わせしめる放電々力を供給するため
の高圧電源、すなわちスパッタ電源には従来からよく知
られているように、0−a00V程区の出力電圧と0〜
15A程度の出力電流をもつものを用いた。またよく知
られているように、グロー放電へ投入する電力を制御す
るために、こO高圧電源は定電流出力特性をもつ本ので
ある。
As is well known, high-voltage power supplies for supplying the discharge force for sputtering, that is, sputter power supplies, have output voltages in the range of 0-a00V and 0 to 0.
A device with an output current of about 15 A was used. Also, as is well known, this high-voltage power supply has constant current output characteristics in order to control the power input to the glow discharge.

上記の構成によって、磁性体材料を磁気的に飽和させ、
それ以上容易に制御性をもたせて過剰の磁束線を使用す
ることができる(第2磁極端11が永久磁石では、板厚
が薄いものに限られるため、実用的には使用不可能とみ
られる)効果が生ずる。したがって、従来には磁性材料
のスパッタ膜堆積は対向ターゲット方式スパッタリング
装置でしか可能でなかったのが、本発明によってプレー
ナマグネトロン方式スパッタリング装置でも実用的に可
能とな−)7t0なお、以上に述べたことは、第1VB
極端、g2磁極端、第3ffl極端について特別な場合
に関するものであるが、各磁極端を永久磁石および軟磁
性材料(高速aSS性材料)と励磁コイルとからなる磁
界制御手段との任意の組み合わせにより実現する磁界制
御技術はすべて本発明の技術的思想に含まれるものであ
ることは明らかである。
With the above configuration, the magnetic material is magnetically saturated,
Excessive magnetic flux lines can be used with greater ease of control (if the second magnetic pole tip 11 is a permanent magnet, it is limited to a thin plate, so it seems that it cannot be used practically) effect occurs. Therefore, conventionally, sputtered film deposition of magnetic materials was only possible with facing target type sputtering equipment, but with the present invention, it is now practically possible with planar magnetron type sputtering equipment. The thing is, the 1st VB
Regarding the special case of the extreme, g2 magnetic pole tip, and third ffl extreme, each magnetic pole tip can be controlled by any combination of a permanent magnet, a magnetic field control means consisting of a soft magnetic material (high-speed aSS material), and an excitation coil. It is clear that all the magnetic field control techniques to be realized are included in the technical idea of the present invention.

助上述べた如く、本発明によれば、ターゲット円盤状平
板の長寿命化がはかれ、しかも任意の堆積膜厚分布が得
られ4j!に荷電粒子の試料への流入が大幅に低減でき
、試料の損傷を低減することが出来る効果を奏する。
As mentioned above, according to the present invention, the life of the target disc-shaped flat plate can be extended, and an arbitrary deposited film thickness distribution can be obtained. This has the effect of significantly reducing the inflow of charged particles into the sample and reducing damage to the sample.

第1図は従来のプレーナマグネトロン方式スパッタリン
グ装置の電極構造体を示す断面構造図、第2図は本発8
AKよるプレーナマグネトロン方式スパッタリング装置
の電極構造体の一夾IM例を示す断面構造図、第5図及
び第4図は第2図のスパッタ電極構造体による成磁束分
布測定図、ms図は第2図に示すスパッタ電極構造体に
よる成膜々厚分布を示す図、第6図は従来スパッタ電極
と、本発明の実施例によるa膜々厚分布の経時変化特性
を示す図、第7図は本発明による第2の陽極を設置する
ことの効果を示し友釣、第8図は本発明のプレーナマグ
ネトロン方式スパッタリング装置の電極構造体の他の実
施例を示す断面構造図、第9図は第2図及び第89図の
電極構造体の励磁用電源を示した図である。
Figure 1 is a cross-sectional structural diagram showing the electrode structure of a conventional planar magnetron sputtering device, and Figure 2 is a sectional view of the electrode structure of a conventional planar magnetron sputtering device.
A cross-sectional structure diagram showing an example of an IM of an electrode structure of a planar magnetron sputtering apparatus by AK, FIGS. 5 and 4 are magnetic flux distribution measurement diagrams using the sputtering electrode structure of FIG. FIG. 6 is a diagram showing the time-dependent change characteristics of the thickness distribution of a film formed by the conventional sputter electrode and the embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a sectional structural diagram showing another embodiment of the electrode structure of the planar magnetron sputtering apparatus of the present invention, and FIG. 9 is a diagram illustrating the effect of installing the second anode according to the present invention. 89 is a diagram showing a power source for excitation of the electrode structure of FIG. 89; FIG.

21・・・ターゲット円盤状平板 24・・・第3の磁極端   24g・・・第1の励磁
コイル26・・・ヨーク      27・・・陰極2
9・・・第1の陽極30・・・第2の陽極31・・・中
央磁極端 31 国 ス 12 記 第3 口 不4困 02 15記 ターゲ°ット消耗時間E時間〕 第r7図 ’      50     100 プラズマリン’)’半<+  [処帆〕n′i3  口 第 ′1I2i] 第1頁の続き 0発 明 者 清水保 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 0発 明 者 立石秀樹 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
21... Target disc-shaped flat plate 24... Third magnetic pole tip 24g... First excitation coil 26... Yoke 27... Cathode 2
9...First anode 30...Second anode 31...Central magnetic pole tip 31 Country 12 Note 3 Mouthlessness 4 trouble 02 15 Target consumption time E hours] Figure r7' 50 100 Plasmalin')'Half Inventor: Hideki Tateishi, Hitachi, Ltd. Production Technology Laboratory, 292 Yoshida-cho, Totsuka-ku, Yokohama

Claims (1)

【特許請求の範囲】 (11少くとも三つの磁極を有し、旦夕くとも2つの磁
界発生手段を有し、この磁界発生手段のうち少くとも1
つは電磁石を備えたプレーナマグネトロン電極を用い、
上記電磁石に所定の周りをもった電流を流し、上記電極
の周囲と中央部とに設けられた陽極に接地に近い電位を
与えて、成膜対象基板への荷電粒子の流入を低減させた
状態で、環状のプラズマ発生・領域を所定の周期で少く
とも1回以上移動させてそれぞれの環状プラズマ発生領
域においてえられる成膜膜厚を合成して上記成膜対象基
板に成膜をすることを特徴とするスパッタリングによる
成膜方法。 (2)  少くとも三つの磁極を有し、旦夕くとも2つ
の磁界発生手段t−有し、この磁界発生手段のうち少く
とも1つはt磁石を備え九プレーナマグネトc1/電極
f:設け、上記電磁石に所定の周期をもった電流を流す
制御手段を設け。 上記電極の周囲と中央部とに接地に近い電位が与えられ
た陽極を設けたことを特徴とするスパッタリングによる
成m装置。
[Scope of Claims] (11) having at least three magnetic poles and at least two magnetic field generating means;
One uses a planar magnetron electrode equipped with an electromagnet.
A state in which a current with a predetermined circumference is passed through the electromagnet, and a potential close to ground is applied to the anode provided around and at the center of the electrode, thereby reducing the inflow of charged particles to the substrate to be film-formed. Then, the annular plasma generation area is moved at least once or more at a predetermined period, and the film thickness obtained in each annular plasma generation area is synthesized to form a film on the substrate to be formed. Characteristic film formation method using sputtering. (2) having at least three magnetic poles and at least two magnetic field generating means, at least one of which comprises a nine planar magnet C1/electrode f; A control means is provided for causing current to flow at a predetermined period through the electromagnet. A deposition apparatus using sputtering, characterized in that an anode to which a potential close to ground is applied is provided around the electrode and at the center thereof.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6039160A (en) * 1983-07-19 1985-02-28 バリアン・アソシエイツ・インコーポレイテツド Magnetron sputter coating source for both magnetic and non-magnetic target substances
JPS63140078A (en) * 1986-11-29 1988-06-11 Tokyo Electron Ltd Film formation by sputtering
JPH0617242A (en) * 1992-03-11 1994-01-25 Fuji Xerox Co Ltd Thin film forming method and thin film forming device

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