JPS61174725A - 薄膜形成装置 - 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】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は、薄膜形成装置に係り、特に、スパッタリング
法を利用した薄膜形成装置に関する。

〔従来技術とその問題点〕

半導体ウェハ等の基板上に薄膜を形成する１つの方法と
して、スパッタリング法が用いられている０ 一般のスパッタリング法では、１０　　　−４（〜１０ Ｔｏｒｒ　）程度の減圧雰囲気中で放電によって生じた
高い運動エネルギをもつイオンをターゲット電極に加速
衝突させ、このときにイオンのスパッタリング罠よシ該
ターケット電極から放出される原子を、基板上に堆積す
ることによって薄膜の形成がなされる。最近では、薄膜
の堆積速度を速めるために磁界を利用した、所謂マグネ
トロンスパッタリング法が採用されている。この方法は
、陰極降下領域で電界と垂直な磁界を作用せしめて、電
子をドリフト運動させるもので、電子は、電界と磁界の
直交する方向にサイクロイド曲線を描きながらドリフト
運動するため、電離衝突頻度が高まり、比較的低い印加
電圧と低い圧力でも放電を維持することができる上、膜
形成速度を高めることのできるものである。

しかしながら、この方法では、スパッタリング中にター
ゲット材料から放出される２次電子の影響により、膜の
堆積時に既に基板に形成されている素子（下地層）の物
性が劣化するという問題があった。

特に、トランジスタおよび電極等の形成されたＭＯＳデ
バイスの表面に、スパッタリング法を用いて酸化シリコ
ン膜を形成するような場合、トランジスタのしきい値電
圧が変動してデバイスの信頼性が低下することになる。

これは、イオンがターゲットをスパッタリング。

する際に、ターゲットから発生する２次電子が基板上に
照射され、下地であるＭＯＳデバイスのゲート酸化膜中
に正電荷や中性トラップが発生したりする等の欠陥が生
じるためであると考えられる。

これらの問題を解決するため、ターゲットと基板との間
に制御電極を設けることによシ、ターゲットからの２次
電子を捕獲し、基板への電子による悪影響を大幅に低減
するような方法も提案されてはいるが、この方法では、
制御電極があるために基板上でのスパッタ膜の堆積速度
が遅くなり生産性が低下するため、実用化には依然とし
て問題を残していた。

〔発明の目的〕

本発明は、前記実情に鑑みてなされたもので、マグネト
ロンスパッタリングによる薄膜の形成に際し、薄膜堆積
速度を減少させることなく、かつ該薄膜の形成される固
体表面に損傷を与えないような薄膜形成を可能とするマ
グネトロンスパッタリング装置を提供することを目的と
する。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するため、本発明では、マグネトロンス
パッタリング装置において、ターゲット面に対する磁界
の強さが異なる場合は自らターゲットから発生する２次
電子が基板に衝突する頻度が異なる点に着目し、ターゲ
ット面に対して垂直な磁界の強い所ではメツシュ間隔が
狭く、水平な磁界が強い所ではメツシュ間隔が広くなる
ように構成したメツシュ状の制御電極を用いており、こ
れをターゲットと基板との間に配置するようにしている
。

すなわち、本発明のマグネトロンスパッタリング装置で
は、ターゲットからの２次電子を捕獲し、基板への電子
による悪影響を抑制するためのメツシュ状制御電極を基
板とターゲットとの間に設けるが、ターゲット面に対し
垂直な磁界が強い所すなわちターゲットから発生する２
次電子が基板に衝突し易い所ではメツシュの間隔が狭く
、またターゲット面に対し水平な磁界が強い所すなわち
２次電子が基板に到達し難く、かつスパッタ粒子の多い
所ではメツシュ間隔が広くなるように構成しており、こ
の制御電極に直流の正の電圧を印加し、ターゲットから
の２次電子をこの制御電極に導き、基板上に到達するの
を防ぐと共に、スパッタ粒子が基板上に到達するのをで
きる限り妨げないような構造をなすようにしている。

〔発明の効果〕

かかる構成によれば、スパッタリング中に生じる２次電
子は、制御電極に捕獲され、基板上まで到達し難くなり
、その結果、基板すなわち基板上に形成され【いる素子
への悪影響は大幅に抑制される一方、スパッタ粒子の通
過もほとんど妨げられないため一１膜の堆積速度が小さ
くなることもない０ 例えば、ＭＯＳデバイスのゲート酸化膜への影響は従来
に比べて１０分の１以下になる。またこのとき、膜の堆
積速度は従来とほぼ同等であシ、生産性の低下はほとん
ど皆無であった。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について、図面を参照しつつ、詳
細に説明する。

このスパッタリング装置は、図にその概略構成を示す断
面図を示す如く、容器１内に相対向して配置された平板
状の上部電極２（陰極）および下部電接３（陽極）と、
これらの電極２，３の間に配設された網目状（メツシュ
状）のモリブデン線からなる制御電極４とから構成され
ている。

該上部電極２は、整合器５を介して高周波電力を供給す
る高周波電源６に接続されると共に、磁界を形成するた
めのマグネット７を具備しておシ、更に下面にターゲッ
ト材料８（例えば石英ガラスＳ藍０．）を担持している
。

また、該下部電極３は、通常接地されて′ｊ３シ、この
上に、膜形成用の基板９を載置するように構成されてい
る（ここで該基板９とターゲット８との間隔は約８ｃｍ
となっている。）。

更に、該制御電極４は、直流電源ＩＯを具備しており、
絶縁性の支柱１１により、下部電極上に載置される膜形
成用の基板９と上部電極との間にくるように支持されて
いる。

加えて、該制御電極４は、中央部の領域Ａと周辺部の領
域Ｂでピッチ間隔の異なるメツシュ構造を有しており、
第２図（Ａ）および（Ｂ）に夫々示す如く、制御電極４
の中央部の領域ＡではメツシュのピッチＰは２．５■、
メツシュの間隙Ｃは１．５ｍであシ、周辺部の領域Ｂで
は、ピップＰは５■、間隙Ｃは４ｍである。

そして、容器１の両端にはガスを導入するだめのガス導
入口１２とガスを排出するためのガス排出口１３とが相
対向して設けられている。

次に、本発明実施例のスパッタリング装置を用いて、保
護膜としての酸化シリコン膜を形成する方法について説
明する。

ここで、膜形成用の基板９として、膜厚２００　Ｘのゲ
ート酸化膜を有するＭＯＳ）ランジスタおよび電極の作
シ込まれたシリコン基板をまず、下部電極３上の所定の
位置に載置する。

そして、容器ｌ内をＩ　Ｘ　１０−’　（Ｔｏｒｒ　）
程度の真空に排気した後、ガス導入口１２よりアルゴン
（Ａｒ）ガスを導入し、容器ｌ内のガス圧をｌ０ＩＴ）
ＴｏｒｒＶｃ保持スル。

次いで、制御電極４を＋３０Ｖに維持すると共に高周波
電源６をＯＮにし、５Ｗ／ａｎｔの高周波電力を印加す
ることにより、上部電極２と下部電極３との間で放電を
起し、アルゴンイオン（よジターゲット材料８をスパッ
タリングすることＫよシ、基板９の表面に酸化シリコン
膜を約１μｍ堆積させる。

このようにして酸化シリコン膜を形成した後、スパッタ
リング装置から該基板をとり出してフォトリソエツチン
グにより電極用開口部を穿孔し、更に４５０ｖのフォー
ミングガス中で約２０分間にわたる熱処理を行なった。

熱処理後の該基板内のＭＯＳ）ランジスタのしきい値電
圧■ｔｈを測定した結果、本発明のスパッタリング装置
による該酸化シリコン膜形成前に比さて５ｍＶ変動した
に過ぎなかった。

比較のために１制御電極を具備していない従来のスパッ
タリング族＠ＶＣよって上記と同一のスノにツタ条件で
酸化シリコン欣を形成した場合のＭＯＳトランジスタの
しきい値電圧■ｔｈを測定すると、形成前に比べてｉ　
ｏ　ＯｍＶも変動したことがわかつた。

また、本発明の実施例の場合、酸化シリコン膜の堆積速
度は２５０　Ｘ　／ｍｉｎであり、制御電極がない場合
の堆積速度３００　Ａ　／ｍｉｎと比較して、わずかに
低下したに過ぎなかった。ちなみに、制御電極全面を第
２図（Ａ）に示したメツシュ構造で構０．１ 成した場合の堆積速度は８０　Ａ　／ｒｎｘ　ｎと一以
下への低下となった。

以上の比較から明らかなように、本発明実施例のスパッ
タリング装置を用いることにより、堆積速度をほとんど
低下させることなく形成し得ると共に、しきい値電圧の
変動を従来の２０分の１に抑えることができた。

なお、制御電極を構成する材料としては、実施例に示し
たモリブデン（Ｍｏ゛）に限定されるものではなく、タ
ングステン（Ｗ）等、他の高融点金属を用いてもよい。

史に、メツシュ構造も実施例に限定されるものではなく
、装置の構造に応じて、磁界強度の分布により適宜変形
可能である。

また、スパッタガスについても、アルゴンに限定される
ことなく、ヘリウム（Ｈｅ）　、ネオン（Ｎｅ）、クリ
プトン（Ｋｒ）　、キセノン（Ｘｅ）等、他のガスを用
いる場合にも、同様の効果が奏効される。

加えて、本発明は、基板側の下部電極にも電力を印加す
るバイアススパッタ等にも適用可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明実施例のスパッタリング装量の概略構
成を示す断面図、第２図（５）および但）は、夫々同装
置の制御電極の中央部の領域Ａおよび周辺部の領域Ｂに
おけるメツシュ構造を示す拡大図である。 １・・・容器、２・・・上部電極、３・・・下部電極、
４・・・制御電極、５・・・整合器、６・・・高周波電
源、７・・・マグネット、８・・・ターゲット材料、９
・・・基板、１０・・・直流電源、１１・・・支柱、１
２・・・ガス導入口、１３・・・ガス排出口。 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　マグネトロン放電により生じたイオンでターゲット材
   料をスパッタリングし、基板表面上に薄膜を堆積形成す
   る薄膜形成装置において、 前記ターゲット材料と前記基板との間に相当する位置に
   、直流電圧が印加されるメッシュ構造の制御電極を具備
   してなり、 該メッシュ構造は、ターゲット面に対して垂直な磁界が
   強い所ではメッシュの間隔がより狭くなるように構成さ
   れていることを特徴とする薄膜形成装置。