JPS6116347B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、薄膜製造プロセスによつて作製され
る試料基板表面上に堆積された薄膜の厚み方向の
組成制御ないしは組成の異つた薄膜を単一の成膜
源にて作製し得るプレーナマグネトロン方式のス
パツタリング方法に関するものである。

スパツタリング技術は、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た電圧により、そのプラズ
マ状イオンが加速されて、陰極におかれたターゲ
ツト材料の平板に衝突させられる。

衝突させられたイオンにより飛び出されたター
ゲツト材料の構成原子又は粒子は、陽極近傍に設
けられた基板上に付着堆積して、ターゲツト材料
の薄膜を形成する技術である。

上記スパツタリング技術を用いたプレーナマグ
ネトロン方式スパツタリング装置は、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
度になるに及び、近年薄膜集積回路や半導体デバ
イス用の薄膜形成装置として、その生産用成膜工
程に多用されるに到つた。

第１図はよく知られた従来技術によるプレーナ
マグネトロン方式スパツタリング装置のターゲツ
ト材料平板近傍の構造を示す概念説明断面図であ
る。ターゲツト材料平板（以下ターゲツト平板と
いう）１の裏面にヨーク２により磁気結合された
リング状磁極３と、そのリング状磁極３の中心部
に円柱状磁極４とが、磁気回路を構成して配置さ
れている。これらの磁極３，４によつてターゲツ
ト平板１の表面側（第１図１の下側）の空間に磁
力線の分布、換言すれば円環体（Torus）の高さ
方向に垂直な平面で半截し、その半截面がターゲ
ツト平板１の表面に平行におかれた半円環状磁界
分布、通称トンネル状磁界分布５が発生する。こ
のトンネル状磁界分布５によつて、その内部に上
記プラズマ状イオンが高濃度に閉じ込められる
（図示せず）。このプラズマ状イオンは、さらに陽
極６とターゲツト平板１の裏面に配置された陰極
７間に印加された高電圧により発生しているター
ゲツト平板１の表面にほぼ垂直な電界によつて加
速され、ターゲツト平板１表面に衝突し、その結
果、ターゲツト平板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８が形成され
る。

この侵食領域８は、以上の説明から推定される
ように、スパツタリング工程の時間経過に伴つて
侵食度が進むが、この侵食は通常第１図に示す構
成のターゲツト平板構造体では、ターゲツト平板
の特定の領域に限定されて進行する。前記侵食領
域は、磁力線がターゲツト平板に平行になる点あ
るいは領域に対応して発生する。なお、説明が遅
れたが、図において９は絶縁板、１０はシール
ド、１１はターゲツト平板１を冷却する媒質（例
えば水）の導入出管である。

第２図は、上記第１図に示したターゲツト電極
構造体を有した従来の複数物質のスパツタリング
装置の要部構成説明図である。図面並に説明を簡
明にするために、２つの物質Ａ及びＢをスパツタ
する場合で説明する。なお、図において、前出の
ものと同一符号は同一または均等部分を示すもの
とする。図から明らかなように、本スパツタリン
グ装置は、被スパツタ物質としてそれぞれ物質Ａ
及び物質Ｂを有するターゲツト平板を備えたター
ゲツト電極構造体及びが、図示しないが良く
知られた真空排気系、雰囲気ガス（例えばアルゴ
ン）導入系、試料基板搬送手段等をもつ真空槽内
に併置されて構成されている。

上記従来の装置を用いて、試料基板表面上に堆
積された薄膜の厚み方向の組成制御を行うには、
試料基板（図中に示さず）上に物質Ａ（例えば
Al）と物質Ｂ（例えばSi）の原子（又は粒子）が
到達し付着する速度の比を、陽極６−陰極７電極
間に印加する電圧及び電流をターゲツト電極構造
体とで別個に制御し、所望の組成の物質を得
ることができる。

しかしながら、ターゲツト平板からはじき出さ
れるスパツタ物質の量は方向により異なり、試料
基板面上での堆積厚さが均一なものを得るには、
該試料基板をターゲツト電極構造体及びから
十分な距離を置いて設置する必要があり、成膜速
度が非常に低下してしまい実用的でなかつた。

本発明の目的は、上記した従来技術の欠点を解
消し、試料基板表面に均一に種々の組成の膜を効
率良く形成できるようにしたプレーナマグネトロ
ン方式のスパツタリング方法を提供することにあ
る。

上記の目的を達成するために、本発明のスパツ
タリング装置においては、成膜源としてのターゲ
ツト平板及びターゲツト構造体を改良し、その改
良したターゲツト構造体を１つ用いるのみで、複
数の物質をスパツタすることができるように構成
した。すなわち、本発明の要点とするところは、
磁力線が一つ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
にMaxwell応力なる引力ないし斤力が作用するこ
とに鑑み、複数の磁極を有する一つの磁力線源を
構成し、その一部の磁極に発生する磁力線を制御
して他の残りの磁極に発する磁力線分布の立つ位
置を移動させることにより、プラズマの立つ位置
を移動させることができる励磁手段を具備させ、
また、ターゲツト平板には被スパツタ物質として
２種以上の異つた環状の物質領域を設けたことを
特徴とするものである。即ち、本発明は、異なつ
た物質を環状に配設したターゲツト材を準備し、
陰極電極と陽極電極との間でもつてターゲツト材
上に電界分布を発生させる電界発生手段と、磁気
的に結合された少なくとも３つの磁極体、及び少
なくとも１つは電磁石コイルで構成された少なく
とも２つの磁束発生手段を有し、ターゲツト材上
に所定の磁界分布を発生する磁界発生手段とを有
するプレーナマグネトロンスパツタ電極を用いて
上記ターゲツト材上に環状のプラズマの位置を、
上記電磁石コイルの励磁電流を制御して磁気的に
移動させて基板に所定の組成比でもつて合成膜を
形成することを特徴とするプレーナマグネトロン
方式のスパツタリング方法である。

以下、本発明を実施例によつて詳細に説明す
る。但し、本発明のターゲツト構造体の磁力線源
及び磁力線の分布形状制御手段については、本願
の発明者等が先に提案（特願昭56−11682号）し
たものに記載され、第３図に示すように構成され
ている。即ち、３は第２の磁極で、軟磁性材料
（高透磁率磁性材料）からなる。４は第１の磁極
で、永久磁石からなる。第１の磁極４および第２
の磁極３で主磁速発生手段を構成する。１３は本
発明に係わる第３の磁極で、軟磁性材料からな
る。１４は同じく本発明に係わる励磁用コイル
で、第２の磁極３と第３の磁極１３との中間空間
に設置した多数巻きした環体状コイルで磁束分布
制御手段を構成している。９は絶縁板、１０はシ
ールド、１１はターゲツト平板Ａ、Ｂを冷却する
媒質（例えば水）の導入出管である。主磁束発生
手段である第２磁極３の下側方向にＳ極が、第１
磁極４の下側方向にＮ極が、磁束分布制御手段で
ある第３磁極１３の下側にＳ極が生じている場合
には、第１磁極（永久磁石）４に発した磁束はヨ
ーク２を経由して一部は第２磁極３、残りは第３
磁極１３のそれぞれのＳ極からよく知られた磁束
線図を描いて、第１磁極４のＮ極に集束される。
即ち、この磁束は代表的磁束線にて示される分布
を形成されるが、第３磁極１３に付属する励磁コ
イル１４に通ずる磁束制御電流によつて、この全
体の磁束分布、即ち磁束線分布の形が制御され
る。上記説明ではＳ極に磁励していた第３磁極１
３を励磁コイル１４によりＮ極に変更し、代表的
磁束線１５ａ，１５ｂは、第２磁極３の磁極端よ
り発生し、第１の磁極４と第３の磁極１３に磁束
の吸入端を有するような磁界分布を形成する。こ
の結果磁束は２分割され、二つのＮ極から吸入さ
れたヨーク２から第２磁極３に回帰する。そこ
で、第３磁極１３を、励磁コイル１４を流れる制
御電流を正方向電流から負方向電流に一定の振副
値と周期を得るように制御して、maxwellの応力
関係から磁束分布が時間的に変化し、即ち、プラ
ズマ領域が上記所与の制御電流によつて、堆積時
間内で多数回、縮小、拡大ないし移動が繰り返え
される。

第３図は、本発明に係わるプレーナマグネトロ
ン方式スパツタリング装置のターゲツト電極構造
体の一実施例の断面構造図である。図において、
１２は複数の異なる被スパツタ材料を備えたター
ゲツト平板である。本実施例においても説明を簡
単にするため、被スパツタ材料として２つの物質
Ａ及びＢを備えた場合で説明する。

上記ターゲツト平板１２は、物質Ａとして
Al、物質ＢとしてSiよりなる直径80mmφ、板厚20
mmの円盤状平板である。物質Ａ及びＢは該円盤状
平板の半径方向に異なる同心円状領域に配設され
ている。４及び３は主磁速発生用に中央部に設け
た永久磁石からなる第１の磁極とそれを取巻く外
周に設けた軟磁性材料（高透磁率磁性材料：例え
ばパーマロイ）からなる第２の磁極である。１３
及び１４は磁力線の分布形状制御手段としてヨー
ク２に磁気的に連結して設けた軟磁性材料からな
る第３の磁極及び第３の磁極１３の励磁用コイル
である。励磁用コイル１４は第２の磁極３と第３
の磁極１３との中間空間に多数巻した円環状コイ
ルで、こゝに通ずる制御電流に、よつて、この全
体の磁速分布すなわち磁力線分布の形が制御され
る。このように磁力線分布を制御して、ターゲツ
ト平板１２の試料基板と対向する側の中空空間
に、実線及び点線で示すような２種の磁力線１５
ａ，１５ｂに偏平部を設けることができ、プラズ
マ領域１６ａ，１６ｂを発生できる。そのため、
ターゲツト平板１２における侵食領域は、被スパ
ツタ物質Ａ（Al）の領域及び物質Ｂ（Si）の領域
の２つに存在し、物質Ａと物質Ｂを交互に飛び出
させることができ、しかもプラズマの応答は数十
ｍｓの速さで、各物質領域上での滞在時間及びそ
の比を自由に設定することができるので、種々の
組成比のスパツタ膜が容易に得られる。また、膜
厚方向に組成を容易に制御することができる。

なお、従来、例えばCr−Siの合金薄膜を基板
面に堆積させるのに、CrとSiを短柵状に並べた
ターゲツトを用いることが行なわれているが、こ
の場合、Cr−Si合金薄膜の組成は、被スパツタ
面を占めるCrとSiの面積比で決まつていた。こ
の従来法を本発明に代え、ターゲツト平板の物質
ＡとしてCr、物質ＢとしてSiを用いれば、種々
の組成の膜を容易に作製することができる。

以上説明したように、本発明のターゲツト構造
体を備えたスパツタリング装置及びその制御手段
を用いることにより、２つの異なる物質ＡとＢ
（例えばAl−Si又はCr−Si等）を種々の組成比で
効率よく試料基板上に堆積し得ることができる。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるも
のではなく、磁力線源を構成する磁極を分割した
り、増加したり、また永久磁石を電磁石に変える
など種々の変更が可能であり、また、ターゲツト
平板の複数（２種以上）のスパツタ物質配置に関
しても、その各物質の領域の位置、面積等の配分
が種々行なわれることは言うまでもないことであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のプレーナマグネトロン方式スパ
ツタリング装置のターゲツト電極構造体を示す断
面図、第２図は第１図のターゲツト電極構造体を
有する従来の複数物質スパツタリング装置の要部
構成説明図、第３図は本発明の装置のターゲツト
電極構造体の断面構造図である。 １……ターゲツト平板、２……ヨーク、３……
磁極（第２の磁極）、４……磁極（第１の磁極）
５……磁界分布、６……陽極、７……陰極、８…
…侵食領域、１２……ターゲツト平板、１３……
磁極（第３の磁極）、１４……励磁用コイル、１
５ａ，１５ｂ……磁力線、１６ａ，１６ｂ……プ
ラズマ領域、Ａ，Ｂ……被スパツタ物質。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 異なつた物質を環状に配設したターゲツト材
   を準備し、陰極電極と陽極電極との間でもつてタ
   ーゲツト材上に電界分布を発生させる電界発生手
   段と、磁気的に結合された少なくとも３つの磁極
   体、及び少なくとも１つは電磁石コイルで構成さ
   れた少なくとも２つの磁束発生手段を有し、ター
   ゲツト材上に所定の磁界分布を発生する磁界発生
   手段とを有するプレーナマグネトロンスパツタ電
   極を用いて上記ターゲツト材上に環状のプラズマ
   の位置を、上記電磁石コイルの励磁電流を制御し
   て磁気的に移動させて基板に所定の組成比でもつ
   て合成膜を形成することを特徴とするプレーナマ
   グネトロン方式のスパツタリング方法。 ２ 上記物質を金属物質で形成し、合成膜として
   合金膜を形成することを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載のプレーナマグネトロン方式のスパ
   ツタリング方法。