JPS60133631A - マグネトロンスパツタ電極構造体 - 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】 〔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マグネト
ロンスパッタ電極にかかわり、特に、高速に、高純度で
、かつ異物の少ない合金成膜を行うことのできるマグネ
トロンスパッタ電極構造体に関するものである。

〔発明の背景〕

スパッタリング、特にグレーナマグネトロンスパノタリ
ノグについては、すでに多くの解説がなされているので
、説明は省略する。

ところで、高融点金属シリサイドのスパッタ成膜には、
コスパノタ法と呼ばれる方法、すなわち高融点金属単体
用とノリコン単体用の複数の電極を同一のチェンバ内に
設置して、とれらの電極から同時に高融点金属とシリコ
ンとを飛散させ、回転治具に取り伺けられだウェハ（基
板）上に高融点金属とノリコンとの混合膜を形成する方
法が一般的である。ここで、わざわざ高融点金属とシリ
１コンとを別々の電極でスパッタするのは、高融点金属
とノリコンとの合金は非常に高い融点（一般に２０００
℃以上）をもち、精製が困雛であり、純度の十分高いも
のが得られないからである。一方上記したコスパノタ法
では、ウェハ上の高融点金属とノリコンとの均一な組成
比を得るために、ウェハを自公転する回転蒸着治具に取
り付ける。そして、ウェハは、この回転治具上に多数枚
装填される。このコスパノタ法では、多数枚のウェハを
一括して処理するだめに、生産性の点で問題は少ないと
いえるが、ウェハの一枚一枚が経験する成膜速度が小さ
く、成膜中の残留ガスの影響で、高品質な膜を得ること
ができない欠点がある。一般に、スパッタ法で作成した
高融点金属とノリコンとの混合膜は、次工程で焼きなま
しくアニール）を行い合金化する。この合金化した膜は
成膜直後に比較すると大きく抵抗値が減少するが、遅い
成膜速度で作成された膜では、成膜速度が高い条件で作
成した膜に比して、アニール後でも抵抗値が犬であると
いう問題がある。

以上述べたような一般に行われているコスパノタ法のも
つ欠点を解消するだめに、本願発明者らは、従来のコス
パノタ法の１０倍以上の成膜速度が得られる合金成膜の
方法を発明し、特許出願した（特願昭５６〜１１５６６
０号）。このスパッタ法では第１図に示すごとき同心２
重に巻かれた電磁石コイル１０４．１０５による磁場発
生手段をもつプレーナマグネトロン電極と、第１図に断
面で示され、また第２図に平面図で示したごとき、多重
円環状の高融点金属ターゲット部材２０６と、ノリコン
タ−ゲット部材２０２．２０４を、同心多重円環状に配
設しだスパッタリングターゲット構造体２０１を使用す
る。

上記した２重磁極構造のスパック電極の動作については
、本願発明者らの報告（Ｔｈ１ｎ　ＳｏｌｉｄＦｌｌｍ
Ｓ　９６　（１９８２）　２２５−２３３　）に詳しく
述べられているので、ここでは概要のみ説明する。この
スパッタ電極では、発生する環状のグロー放電（プラズ
マ）の径を、２つの電磁石に流す電流を調整することに
より、任意に変えることができる。

最初に、環状プラズマの口径を犬にして、外側のシリコ
ンのターゲット部材２０１をスパッタする。

ついで、環状プラズマの径を小さくし、高融点金属から
なるターゲット部材２０３をスパッタし、次に、さらに
環状プラズマの径を小さくし、中央の円板状のシリコン
のターゲソ）　部材２０４をスパッタする。次に、再び
環状プラズマ径を順次太きくしてゆき、高融点金属から
なるターゲット部材２０３、外側のプリコノターゲット
部材２０２の順でスパッタを行う。以上の動作を１サイ
クルとじて数サイクルないし数１０ザイクル　スパック
を繰り返し、高融点金属とノリコンとの混合膜を基板に
堆積させる。このとき、環状プラズマ径の変化のさせ方
を選び、成膜対象基板（ウェハ）１１０」ニの膜厚分布
と組成の分布を所期の範囲内に制御する第１図、第２図
に示したスパッタリングターゲット構造体２０１では、
押え治具として環状の押え板１０１を最外周に用い、各
ターゲット部材自身を殊更バッキングプレートに固定す
ることなく、ターゲット部材の取付けを行っている。こ
の方法の特長は、ターゲット構造体のスパッタリングを
受ける面に、ターゲット部材以外の余計な固定部品等が
露出していない点であり、高純度膜の形成に適している
。このターゲット部材の取付は方法については、本願発
明者らは、先に特許出願している（特願昭５８−７２６
１号）。

しかしながら、第１図、第２図に示しだターゲット構造
体には問題点があり、それは主に以下の２点である。第
１に、実際にスパッタリングを行うと、ターゲット部材
の温度が上昇し、各ターゲノド部材間の熱膨張率の違い
等により、外側の環状シリコンターゲット部材２０２に
割れが生じてし甘うことである。発明者らの実験によれ
ば、問題なくスパッタを行うには、約１，０ＯＯＷがス
パッタ電力の上限であった。このとき、平均成膜速度き
しては１．　ｏｏｏ　Ａ／分が得られたか、さらに生産
性を増すためには、より一層の成膜速度が必要である。

第２の点として、異なる物質でできたターゲット部材間
の境界においてもスパッタリングが起こることである。

この境界部分の様子を拡大して１模式的に示した断面図
を第６図に示す。この断面。

を細かく見ると、各ターゲット部制の厚さの違いテーパ
形状の違いにより、小さな段部３０１．３０２が環状の
高融点金属ターゲット部劇２０６の両側に在存する。そ
して、この高融点金属ターゲット部相の上に環状プラズ
マがあると、環状プラズマはある程度の広がりをもつの
で、必ずしも高融点金属タケでなく、その周囲のシリコ
ンもスパッタされる。このとき、第６図に示した小さな
段部６０１３［］２で電界集中が起こり、時には異常放
電が発生する。スパッタ中の異常放電は、例えば小さな
アーク放電と考えられている。この異常放電、すなわち
局部的な過大放電により、ターゲツト材の一部が０．１
〜１００μｍ径の塊となって基板上に４＝１Ｎすること
がある。この塊はスプラノタまだはスプラッシュなどと
呼ばれているが、このような異物が基板上に刺着すると
、その基板は製品としては不良品となる。

第６図に示す段差構造は、ターゲット拐がスパッタによ
り消耗してゆくと更に強調されることが１あり、この点
でも上記した事が大きな問題となる第１図ないし第６図
に示しだ例では、上記した異常放電に起因すると考えら
れる異物が、直径１００１１１　Ｉｎのウェハ上に３０
０ＯＡの高融点金属／リザイド膜を成膜したときに５０
〜２００個程度存在し、この方法を生産に適用するのは
木蝋であると考えられていた。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上記した従来技術の欠点をなくし、よ
り高速で、しかも異常放電による成膜対象基板上への異
物の付着が少ない、薄膜特に合金薄膜のスパッタリング
による形成ができるマグネトロンスパッタ電極構造体を
提供するにある。

〔発明の概要〕

本発明は、」ニ記目的を達成するだめ、スパッタ電極構
造体において、複数のターゲット部月間に存在するその
境界部分に対し、その境界に対応する部分における放電
閉じ込め用の磁界の方向と主面上の電界の方向とが直交
しないようになし、該境界の領域におけるスパッタリン
グの発生を低減ないし停止させ、境界部分における７７
２２９７７時の異常放電の発生の抑制ないし防止を図っ
たものである。以下、本発明をその原理と共に詳細に説
明する。

第４図は、通常のプレーナマグネトロンスパッタ電極を
用いたときの、ターゲツト板４０１上の磁界分布と、タ
ーゲツト板の消耗領域の場所とを説明する概念説明図で
ある。よく知られているように、磁界ベクトル旧がター
ゲツト板のスパッタリグネトロン放電と呼ばれる強い放
電が起き、第４図中に示すように放電グローは環状とな
る。この環状プラズマ４０２の直下にあるターゲラｌ−
月がスパッタされろ。このスパッタを受けろ環状の領域
を通常ターゲットの消耗領域（あるいはエロージョン領
域）４０６と呼ぶ。ターゲットの消耗領域では材料が消
耗してゆくが、スパッタされた粒子の一部は、第５図に
示すごとく、クーゲット板の中央部５０１あるいは環状
のエロージョン領域の外側５０２において逆に堆積され
る。なお、第５図中の破線は使用前のターゲットの外形
を示したものである。

以上述べたように、磁界ベクトルがターゲツト面と平行
である領域がスパッタされるが、これは第４図に示すご
とく、ターゲットに電界ベクトル１Ｅが垂直に入射して
いるだめで、換言すれば、磁界ベクトルＢと電界ベクト
ル旧とが直交する領域に強い放電が生じることによる。

第６図は、ターゲツト板４０１′が完全な平面ではｈ／
　磯升の四項（ル表っ各シ為内倫雷の焔ヱル壬したもの
である。本願発明者らの実験によれば、第４図で述べた
環状プラズマ４０２は、第６図に示すごとく６つのプラ
ズマリング６０１．６０２．６０３に分れた。もちろん
、目視による観察では、強いグロー光のだめ環状プラズ
マがはっきりと分離しているように見えないが、第６図
の要部をより詳細にした第７図に示すごとく、消耗領域
が６１１．６１２．６１ろの６個所あり、さらに、凸部
の側面７０１．７０２にはターゲツト板４０１′の物質
が堆積していることから、環状プラズマが６本存在して
いることがわかった。

以上のように５重環状のエロージョン領域が形成される
理由は、以下のように考えることができる。捷ず、凸部
があるターゲット板４Ｏ１′上の電界分布を考える。第
７図中、点線は電界ベクトルＥを、実線は磁界ベクトル
Ｂを示している。いま、ターゲツト材が金属のごとく導
電性のものであれば、電気力線はターゲツト材の表面に
対し垂直に入射する。従って、第７図に破線で示すごと
き電界分布が形成される。一方、磁界ベクトルＢは、タ
ーゲット利４０１が磁性体でない限り、第４図に示しだ
と同様に実線で示す分布となる。図から、消耗領域６１
１．６１２．６１６の上では磁界ベクトルＢと電界ベク
トルＥとがほぼ直交しており、消耗領域が形成されるこ
とがわかる。これに対し、凸部の側面７０１．７０２に
おいては、電界ベクトルＥと磁界ベクトルＢとがほぼ平
行となっており、この領域では強い放電は発生しないこ
とが予想され先に述べた本願発明者らの実験によるター
ゲット利の消耗領域についての観察結果を説明すること
ができる。実際に放電が発生したときには、更に複雑な
電界分布となることが予想されるが、上記した実験結果
を定性的に説明することができる。

なお、凸部の消耗領域６１２の消耗速度は、他の７Ｐ粍
領域に比較して５倍程度速かった。

〔発明の実施例〕

次に、本発明による実施例を説明する。第８図に、本発
明による一実施例であるマグネトロンスパッタ電極構造
体の断面を示す。スパッタ電極本体には、前記した２重
磁極構造をもった、環状プラズマの径を変化させられる
ものを用いている。

図において、８０１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、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は円板状のシリコンターゲット部材（以
下、中心シリコンターゲット部材と呼ぶ）である。これ
らのターゲット部材はバッキングプレート１０６にメタ
ルボンティノブにより固定しである。なお、モリブデン
ターゲット部＠８０１は、外側シリコンターゲット部材
８０２おｌよび中心ソリコンタ−ゲット部材８０３より
も突出させである。また、図中の１０２はアノード、１
０４および１０５は電磁石コイノペ１０６は磁場発生用
ヨーク、１１０は成膜対象基板である。また、６１１．
６１２．６１３はターゲツト材の消耗領域を示す。

以下、上記構成の実施例の作用と効果について述べる。

最初に、本願発明者らは、上記実施例によって、第１図
に示した平坦なターゲット部材の場合と同じように、環
状プラズマの径が変化できＡ　？−］＋　ル　Ｒな手刀
　１　也　ニド　ネ、」−十　ｎ罫↓ム　−・　二　−
・　−＾　〜を適当な周期でもって変化させながらスパ
ッタを行うことにより、成膜対象基板上に、均一に、所
期の組成をもったモリブデンとシリコンとの混合膜が得
られた。本実施例は、膜厚分布特性および組成分布特性
に多少の違いは生じるものの、十分な制御性をもってい
ることが確められた。

次に、本願発明者らは、成膜対象基板１１０上の異物数
を調べた。この成膜対象基板１１０には、直径１００　
ｍｍのシリコンウェハを用いた。ウェハ上の異物数の測
定は、組成比　シリコン：モリブデン−２：１、膜厚３
０００　Ｘの膜を堆積した後に行った。その結果、直径
１μｍ以上の異物の数は約６個〜７個のレベルであった
。これに対し、第１図で説明したスパッタ電極構造体の
場合は５０〜２００個であったことから、大きな改善効
果があったことが確認された。このように異物数が著る
しく低減したのは、外側シリコンターゲット部材および
中心シリコンターゲット部材と、モリブデンターゲット
部材との間の境界（つなぎ目）におけ′；Ａ界堂僑雪の
暴圧充キハＩｆｆ袖、Ｌシ七各各店イセヱ〔発明の効果
〕 本発明によれば、プレーナマグネトロンスパッタ電極を
用いて基板上に薄膜特に合金薄膜をスパッタリングによ
り形成させるに際し、より高速で、しかも異常放電によ
る成膜対象基板上への異物の付着の少ない成膜を行うこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来技術であるスパッタ面が平坦な多重円環状
のスパッタリングターゲット構造体を有するマグネトロ
ンスパッタ電極の構造を示す断面図、第２図は第１図に
示したスパッタリングターゲットの上面図、第６図は第
１図に示したスパッタリングターゲットのターゲット部
材間の境界（つなぎ目）の構造を模式的に示した断面図
、第４図はプラズマリングの発生位置を説明するだめの
マグネトロンスパッタリングの概念説明図、第５図は第
４図におけるスパッタリングによるクーゲット部材の消
耗領域を示す説明図、第６図は本発明の詳細な説明する
だめのスパッタリングターゲット構造体の断面構造と、
スパッタリングによる消耗領域とを示す概念説明図、第
７図は第６図における電場と磁場分布を示す概念説明図
、第８図は本発明の一実施例であるマグネトロンスパッ
ク電極構造体の構造を示す断面図である。 符号の説明 １０１・・・押え板 １０２・・・アノード １０６・・・バッキングプレー１・ １０４．１０５・・・電磁石コイル １０６・・・磁場発生用ヨーク。 １１０・・・成膜対象基板 ２０１・・・スパッタリングターゲット構造体６０１．
６０２．６０３・・プラズマリング６１１．６１２．６
１３・・・消耗領域８［］１・・モリブデンターゲット
部材８０２・・・外側シリコンターゲット部材８０３・
中心シリコンターゲット部材 代理人弁理士　中村純之助 −！ｌＰ２　咋１ 十５凹１ ４１゛６　図 ６１２　６０１ ６０−塙算ノー琴子ぎモ巳Ｌ６１２ １？７図 ｌ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　複数のターゲット部材を並設してなり、その一
   部または全部がスパッタリングを受ける主面をもつスパ
   ッタリング構造体を用い、各ターゲット部相のもつ主面
   上に発生するプラズマを磁気的に動かし上釜ターゲット
   部材をスパッタさせるグレーナマグネトロンスバッタ電
   極構造体であって前記主面内にある前記複数のターゲッ
   ト部材間の境界に対応する部分における放電閉じ込め用
   の磁界の方向と主面上の電界の方向とが直交しないよう
   になし、該境界がスパッタリングによるクーゲット材の
   非浸食領域にあるようにしたことを特徴とするマグネト
   ロ／スパッタ電極構造体。 （２、特許請求の範囲第１項に記載のマグネトロンスパ
   ッタ電極構造体において、各ターゲット部材がもつ複数
   の主面のうち、少なくともいずれか１つの主面が、他の
   残りの主面とは異なる平面内にあるようにし、主面が異
   なる平面内にあるターゲット部材間の境界に対応する部
   分における放電閉じ込め用の磁界の方向と主面上の電界
   の方向とが直交しないようにしたことを特徴とするマグ
   ネトロンスパッタ電極構造体。− （ろ）特許請求の範囲第１項に記載のマグネトロ／スパ
   ッタ電極構造体において、複数のターゲット部材のうち
   の１つまたは２つ以上を、他の残りのターゲット部材と
   は異なる物質で構成したことを＠徴とするマグネトロン
   スパッタ電極構造体。