JPS60202925A - スパツタタ−ゲツトおよびスパツタリング方法 - 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】 ［技術分野］ 本発明は、試料表面に薄膜を形成するための技術に関す
るもので、特にアノードとカソード間に発生したイオン
を、スパッタクーゲットに衝突せしめ、その衝突のエネ
ルギーにより放出したスパッタターゲットの構成原子や
分子を飛散させて、試料表面に膜を形成するのに利用し
て有効な技術に関するものである。

［背景技術］ 従来、半導体装置を形成するのに用いられるウェハ表面
に電極配線材料の膜を形成するために、アノード、カソ
ード間のプラズマ放電により励起され発生するたとえば
アルゴンイオンを、スパッタターゲット表面に衝突させ
、ターゲットを構成する原子を飛散させて成膜するいわ
ゆるスパッタ法が用いられている（工業調査会１９８２
年版・電子材料別冊参照）。この方法を用いて、Ａ１合
金やＭｏ（モリブデン）、Ｗ（タングステン）等の高融
点金属の薄膜の形成を行っていた。

しかしながら、Ａ１合金は低融点であるため、高温プロ
セスでは使用できず、またＭｏ、、Ｗ等は酸化しやすく
、さらに加工性が悪いため近年、高融点金属とシリコン
の合金（シリサイド）をゲート電極として用いようとす
る傾向にある。そこで、前述したスパッタ法を用いてウ
ェハ上面にシリサイド膜を形成するためには、次の２つ
の方法が名えられる。

（１）、シリサイド膜を形成するのに必要な金属ごとに
、スパッタターゲットを構成して、その各々をスパッタ
電極に載置して同時にスパツクする方法。

（２）、複数の金属の粉末を一定の比率で混ぜ合わせ、
触媒にて焼結し、それをターゲットとしてスパツクする
方法。

しかしながら、前者の方法にあっては、各々の金属のス
パッタ飛散速度が異なるため、一定の合金比率を得るた
めには、スパッタ電極への印加電圧や成膜時間を精密に
コントロールする必要があり、技術的かつ作業性はきわ
めて困難である。後者の方法では、複数の金属粉を焼結
するために触媒を用いる必要性があるため、触媒自身が
合金に含まれてしまい、スパツクしたときに触媒をもス
パツクして、触媒を構成する原子がウェハ表面に飛着し
、薄膜の純度を低下させてしまう。

また、特開昭５７−１４５９８２号公報には、ターゲッ
ト基材の一部に、該ターゲット基材とは別個のターゲツ
ト材を埋め込んだスパッタクーゲットが開示されている
。

ところが、このスパックターゲットにおいては、ターゲ
ツト材がターゲット基材の一部に埋め込まれているので
、各スパッタ材料の組成比は必然的に各ターゲット毎に
決まってしまい、所望の合金組成比よりなる薄膜を試料
表面上に形成するためには何種類もの組成比のスパッタ
ターゲットを用意しなければならないという問題がある
。また、このスパックターゲットを製造するためには、
高価な複数の単一スパッタ材料を精密に切削加工しなけ
ればならず、製造が面倒で、材料の無駄も多い等の問題
があることを本発明者は見い出した。

［発明の目的］ 本発明の目的は、試料表面上に形成される膜の合金組成
比を容易に制御し、所望の特性の膜を形成できるスパッ
タ技術を提供することにある。

本発明の他の目的は、スパッタ材料の無駄をなくすこと
のできるスパッタ技術を提供するごとにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう
。

［発明の概要］ 本順において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、次の通りである。

すなわち、異なるスパッタ材料よりなる複数のターゲツ
ト材の面積を互いく異ならせ、小面積のターゲツト材が
大面積のターゲツト材に対して部分的に分散して重なり
合わせることにより、クーゲット材の面積比を容易に変
えることができ、試料表面上に形成される膜の合金組成
比、ひいては膜の特性を所望通りに容易に制御できるも
のである。

［実施例１コ 第１図は本発明の一実施例であるスパッタターゲットを
適用できるスパッタ装置の略断面図、第２図は本発明に
よるスパッタターゲットの一実施例を示す正面図、第３
図（８）〜ｌｄｌはターゲツト材の配列の様々な例を示
す平面図である。

この実施例において、スパッタ装置は内部を気密に保っ
たチャンバ１内に、７ノードとしての上部電極２とカッ
、−ドとしての下部電極３を対向配置し、下部電極３に
は高周波電源４が接続されている。

下部電極３の下側には絶縁材５が設けられる一方、その
上面にはスパッタターゲット６が載置される。また、こ
のスパッタターゲット６と対向する上部電極２の下面に
は、たとえばウェハの如き膜形成用の試料７が図示しな
い治具等で保持される。

さらに、両電極２．３の間には、シールド８が設けられ
、該シールド８の中央部はスパフタリングのために開口
している。そして、チャンバ１内には、アルゴンガス等
のガス供給口９、およびチャンバｌ内を所望の圧力（真
空度）とする排気口１０が接続されている。

前記スパッタターゲット６は第２図および第３図にも示
すように、下部電極３の上に載置された大面積の一方の
ターゲツト材１１の上に部分的に分散された小面積の他
方のターゲツト材１２とからなる０本実施例では、ター
ゲツト材１１はシリコン（Ｓｉ）の単一材料で構成され
た円板状の構造よりなり、ターゲツト材１２はモリブデ
ン（ＭＯ）の単一材料を四角形に切断した小板片状の構
造よりなる。ターゲツト材１１はターゲツト材１２の上
に単に載せられているだけであり、ターゲツト材１２上
におけるターゲツト材１１の部分的分散配置は第３図体
）〜（ｄ）にも例示するように、成膜される合金組成比
に応じて両ターゲット材１１と１２の面積比を変えるよ
う自由に選ぶことができる。なお、第３図の破線の円は
実際にスパッタされる領域を表す。

ここで、ターゲソｌｌＪ’ｌｌと１２の面積比を決定す
る場合について説明すると、次の通りである。

すなわち、ターゲツト材１１と１２を前記の如くそれぞ
れＳｉとＭｏで構成するとした場合、これらのターゲ７
）材１１，１２により試料７の上に形成される膜の質は
、スパッタ源としてＡｒ”　（アルゴンイオン）を用い
、かつ高周波電源４で電極２．３間に電圧を印加したと
すれば、Ａｒ＋の衝突エネルギーとイールドの関係は第
４図に示すようになる（ｌｌａｎｄｂｏｏｋ　ｏｆ　Ｔ
ｈ１ｎ　Ｆｉｌｍ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＋１９７０参
Ｉ！！ｌり。第４図のグラフによれば、Ａｒ十の衝突エ
ネルギーが増すにつれて、ＭｏもＳｉもイールドは増加
し、その値はＭｏの方が大きく、たとえば高周波電源４
がら印加される高周波電圧が２ｋＶの場合には、Ｍｏと
Ｓｉのイールドはそれぞれ１．３と０．９になる。

そしてターゲツト材１１と１２の面積比および原子数比
とＭｏシリサイド膜の特性との関係は第５図に示す通り
であり、面積比および原子数比が大きくなるにつれてＭ
ｏシリサイド膜の比抵抗が減少し、その傾向は熱処理前
（破線）も熱処理後（実線）も同じであるが、熱処理後
の方が熱処理前よりも比抵抗の低下が少ないことが第５
図かられかる。

したがって、本実施例においては、大面積のターゲツト
材ｌｌ上に部分的に分散載置される小面積のターゲツト
材１２の個数“を所望に応して変えるだけで所要の特性
のＭｏシリサイド膜等の薄膜をスパッタ材料することが
でき、ターゲツト材１２がターゲツト材１１上に単に載
置されているだけであるので、ターゲツト材１２の配置
換えや追加等は極めて容易である。

本実施例のスパックターゲットを用いて第１図のスパッ
タ装置でスパッタリングを行う場合、まず、大面積のタ
ーゲツト材１１の上に小面積のクーゲット材１２を部分
的に分散させて載置したスパッタターゲット６をチャン
バ１内の下部電極３の上にセットし、スパッタターゲッ
ト６の外周部および側方を遮蔽するシールド８を設置し
、電極２と３の間の距離を所定の距離に調整する。

次に、チャンバ１内をスパッタ雰囲気に変換し、試料７
を加熱する。また、排気口１０を経てチャンバ１内を所
定の圧力で排気し、ガス供給口９から高純度のアルゴン
ガスをチャンバ１内に導入する。

そして、高周波電源４により電極２，３間に高周波電力
を印加すると、チャンバ１内に生じたアルゴンイオンが
スパッタターゲット６に衝突し、本実施例ではターゲツ
ト材１１からＳｉ原子、クーゲット材１２からはＭＯ原
子が飛散し、試料７の対向面にＭＯシリサイド膜を形成
する。

その場合、スパックターゲット６におしノるターゲツト
材ｌｌ上のターゲソＨ，（’１１の個数を所望に応して
変えるこ吉により、ターゲツト材１１と１２との面積比
を所望の値に調整すると、試料７に形成される薄膜の合
金比を所望の値に調整し、所望の特性を得ることができ
る。

また、大面積のクーゲット材１１の表面のうち、小面積
のターゲソｌ−４，１’　１２を載置されていない部分
はスパッタリングの進行につれてスパッタされるが、タ
ーゲツト材１２で覆われたターゲソ１４４１１の部分は
スパッタされていないので、ターゲソＤＪ’１２を並べ
換えれば、以前にターゲツト材１２で覆われていなかっ
たターゲツト材１１の部分を新たなスパッタ面として利
用でき、スパッタ材料の無駄をなくすこともできる。

［実施例２］ 第６図は本発明によるスパッタターゲットの他の実施例
を示す側面図である。

この実施例では、スパッタターゲット６は実施例１とは
逆に試料７の上方に配置されるものであしたがって、本
実施例２においては、小面積のターゲツト材１２はたと
えばＭＯをメソシュ状に構成した構造よりなり、その外
周部にはガードリング１３が設けられている。そして、
この場合における大面積のターゲツト材１１は前記メツ
シュ状構造のターゲット祠１２の上に載置されている。

本実施例２においても、スパッタターゲット６ば小面積
のクーゲット材１２上に大面積のターゲツト材１１を載
置するだけで容易に構成できる。

また、たとえばターゲツト材１２を水平方向に移動可能
とすれば、ターゲツト材１１のスパッタ面を全面的に有
効利用できる。

［実施例３］ 第７図は本発明によるスパックターゲットのさらに他の
実施例を示す側面図である。

この実施例３では、３種類の異なるスパッタ材料が使用
されており、そのため、小面積のターゲツト材１２は２
枚のメツシュ状構造のターゲット＋４’　１２　Ａとｔ
　２　Ｂを食い違い状に重ね合わせるようになっている
。この場合のスパッタ材料としては、たとえばターゲツ
ト材１１をＳｉ、１２ＡをＭＯ１１２Ｂをタングステン
（Ｗ）で構成することが考えられる。

なお、本実施例では、メソシュ状のターゲツト材１２Ａ
と１２Ｂとの一方または両方を互いに水平方向に相対移
動させることにより、大面積のターゲツト材１１および
上側（中間）のターゲツトｌｔＡ工２　Ａのスパッタ面
の面積、言い換えれば各ターゲソＤＪの面積比を所望の
値に調整できる。

また以上の実施例においてはＭｏ、　Ｗ、　Ｓ　ｉ等を
不活性雰囲気中でスパッタする場合について説明したが
、本発明においてはさらに酸化性雰囲気等の活性雰囲気
を用積の基板としてｓｂを用い、Ａｒ中に２０％の０２
を付加したＩ×ｌ０−２Ｔｏｒｒの雰囲気中で２．５〜
７ＫＶの電圧でスパッタを行ない、２７００〜４４００
Ａの導電性酸化膜を得ることも出来る。

［効果］ （１）、一方が大面積、（６方が小面積を有する異なる
スパッタ材料の複数のターゲツト材を、小面積のターゲ
ツト材が大面積のターゲツト材に対して部分的に分散し
て重なり合わされるよう構成することにより、各ターゲ
ツト材どうしの面積比を容易に変えることができ、所望
の合金組成比よりなる所要の特性の膜を容易に得ること
ができる。

（２）、ターゲツト材が互いに一体的に嵌合または固着
されるものに比べてクーゲット材の加工が少なくて済み
、スパッタ材料の無駄をなくすことができる。

（３）、クーゲット材どうしが結合されていないことに
より、ターゲツト材の並べ換えや移動、追加等を極めて
容易に行うことができ、小面積のターゲツト材の並べ換
えまたは移動により、大面積のターゲツト材のスパッタ
面を無駄なく有効利用できる。

（４）、小面積のクーゲット材を複数枚のメソシュ状構
造で形成し、それらを互いに平面方向に移動させること
により、ターゲツト材どうしの面積比を容易に調整でき
る。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない。

たとえば、各ターゲツト材の形状や材料、配置、あるい
はそれらの面積比等は伯のものとすることもできる。

また、メンシェ状のターゲツト材の伯に、多孔板の如き
貫通空隙付きの構造よりなるものを小面積のクーゲット
材として利用することもできる。

さらに、本発明を適用するスパック装置としては、高周
波二極スパッタ装置の他、マグネトロンスパッタ装置、
さらにはコンヘンショナルダイオードスバソタ装置等を
用いることもできる。

［利用分Ｌ！Ｆ１ 以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野である半導体装置を形成す
るためのスパッタ技術に適用した場合について説明した
が、それに限定されるものではなく、たとえば、磁気テ
ープやその他の物品に薄膜を形成する場合に用いること
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ターゲットを
適用できるスパッタ装置の略断面図、第２図は本発明に
よるスパッタクーゲットの一実施例を示す正面図、 第３図＋ａｌ〜Ｆｄｌはターゲ７）材の配列の様々な例
を示す平面図、 第４図はＡｒ十の衝突エネルギーとイールドの関係を示
す図、 第５図はターゲツト材の面積比および原子数比と股の比
抵抗の関係を示す図、 第６図は本発明によるスパッタクーゲットの他の実施例
を示す概略側面図、 第７図は本発明によるスパッタクーゲットのさらに他の
実施例を示す概略側面図である。 １・・・チャンバ、２・・・上部電極、３・・・下部電
極、４・・・高周波電源、５・・・絶縁材、６・・・ス
パッタクーゲット、７・・・試料、８・・・シールド、
９・・・ガス供給口、１ｏ・・・排気口、１１・・・大
面積のターゲット、１２．１２Ａ、１２Ｂ・・・小面積
のターゲット、１３・・・ガードリング。 第　４　図 Ａｙ＋の褌ゴタエ午ルヘパ一（ボパルト〕面　積　ｒ、
こ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、異なるスパック材料よりなる複数のクーゲット材の
   うら、一方が大面積、他方が小面積を有し、前記小面積
   のターゲツト材が前記大面積のターゲツト材に対して部
   分的に分散して重なり合わされてなるスパッタターゲッ
   ト。 ２、前記小面積のターゲツト材が試料の下方において前
   記大面積のターゲツト材の上に部分的に分散して載置さ
   れていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   スパッタターゲット。 ３、前記小面積のターゲツト材がメソシュ状等の貫通空
   隙付きの構造よりなり、前記大面積のターゲツト材が試
   料の上方において前記小面積のターゲツト材の上に配置
   されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   のスパックターゲット。 ４、前記小面積のターゲツト材が、複数種の異なる材料
   よりなりかつ互いに平面方向に相対移動可能な複数枚の
   メソシュ状等の貫通空隙付きの構造で構成されているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第３項記載のスパックタ
   ーゲット。 ５、一方が大面積、他方が小面積を有しかつ異なるスパ
   ッタ材料よりなる複数のターゲツト材を、前記小面積の
   ターゲツト材が前記大面積のターゲツト材に対して部分
   的に分散して重なり合うよう配置したスパッタターゲッ
   トを、対向する電極の一方の側に配置した後、前記対向
   する電極間に電力を印加し、前記スパックターゲットを
   スパッタして試料表面上に薄膜を形成するスパンクリン
   グ方法。 ６、前記小面積のターゲツト材を試料の下方において前
   記大面積のターゲツト材の上に部分的に分散して載置し
   、前記小面積のターゲツト材はスパッタリングの進行に
   応じて位置変更または交換されることを特徴とする特許
   請求の範囲第５項記載のスパンクリング方法。 ７、前記小面積のターゲツト材をメツシュ状等の貫通空
   隙付きの構造とし、前記大面積のターゲソト材を試料の
   上方において前記小面積のターゲツト材の上に配置し、
   前記ターゲツト材をスパフタリングの進行に応じて互い
   に平面方向に相対移動させることを特徴とする特許請求
   の範囲第５項記載のスパッタリング方法。 ８、前記小面積のターゲツト材を複数枚の異なる材料の
   メツシュ状等の貫通空隙付きの構造とし、各貫通空隙付
   き構造を互いに平面方向に相対移動させることを特徴と
   する特許請求の範囲第７項記載のスパッタリング方法。