JPS6250462A - スパツタリング装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、半導体回路や表面処理などのスパッタリング
成膜において、被膜対象物を加熱・冷却して温度制御す
ることにより最適な膜を形成する様にしたスパッタリン
グ装置に関するものである。

〔発明の背景〕

半導体回路や表面処理など成膜を行うスパッタ装置とし
ては、特公昭５３−１９３１９号公報に記載のマグネト
ロンスパッタ装置や特開昭５８−７５８３９号公報に記
載のマイクロ波を用いたスパッタ装置などがある。

１　Ｍ〜４　ＭｂｉｔＤＲＡＭ等ノＶ　Ｌ　Ｓ　Ｉ　テ
ハ高密度集積化や高速化に対応するため配線の多層化が
必須の技術であり、これに伴い上層配線の断線を防止す
るため層間絶縁膜の平担化技術が重要である。

バイアススパッタ法と呼ばれる方法は、基板にバイアス
電位を与えて基板上に堆積した膜のエツチングを行うも
のである。膜の堆積速度が基板表面形状に無関係に一定
であるのに対しスハツタエツチ速度が傾斜部で大きくな
ることから、デポジションとエツチングを併用すること
により！工程で平担膜が形成でき、さらにプロセスのド
ライ化から最も期待の大きい方法である。

しかし、この方法は基板に堆積した膜をプラズマ中のイ
オンによりスパッタエッチするため。

基板への熱流入があり、　Ａｌ配線の場合には耐熱温度
の４５０℃以上で断線が生じたり、ＭＯＳデバイスにお
いては素子寿命の低下が生じたりする恐れがある。

このため、従来のスパッタ装置においては基板の温度コ
ントロールができないため上記のような問題があった。

〔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シ、成
膜時の基板への熱流入による素子ダメージをなくすとと
もに、膜の結晶制御を可能とするスパッタ装置を提供す
るにある。

〔発明の概要〕

本発明は、上記目的を達成するため、スパッタ装置の基
板固定電極を、直接あるいは間接に基板の加熱・冷却が
可能な様に形成した。また。

基板の温度検出手段を設け、基板の温度制御が可能な様
にしたものである。

〔発明の実施例〕

本発明の実施例を図に従って説明する。第１図は多層配
線を用いたＭ　ＯＳ　（Ｍｅｔａｌ　−Ｏｘｉｄｅ−８
ｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　）型素子構造の概略を示し
たものである。Ｓｉプレート１０表面には、不純物をド
ープしたソース・ドレイン領域２が形成されている。こ
れら各電極からは、コンタクトホール３を通して最下層
の配線４が接続されている。多層配線ではこの上に絶縁
層５が形成され、スルーホール６を通して上層の配線７
に接続されている。

この多層配線構造を形成するうえで、配線間の絶縁膜５
を平担にすることは配線の断線をなくすなど信頼性の点
から重要な技術である。これを実現するため、いくつか
の方法が考えられているが最も効果があるものとしてバ
イアススパッタ法がある。

第２図は、このバイアススパッタ法の概要ヲ示したもの
である。ａ）は膜堆積と平担化の関係ｂ）は平担化の原
理について１例をあげて説明したものである。横軸は堆
積部の傾斜角θを、縦軸はデポジションおよびエツチン
グ速度を示している。

点線ＩＯはデポジションを、実線１１はエツチングを示
す。この結果、デボジシラン速度トエッチング速度が等
しくなる傾斜角θ０に対し、θ〉先の傾斜角をもつ基板
ｌ上の配線４に対しては。

絶縁物５が傾斜部ではデポジション速度よりエツチング
速度が大ぎいため堆積せず、平担部のみに堆積しｉ’）
ｉｉ）由）のように進んで平担膜が形成される。

第３図は、上記のパ・イアススバッタ法を実現するよう
にしたマイクロ波放電スパッタ装置の例であり、第４図
は上記装置において基板の温度制御を行うようにした基
板固定電極部の一実施例である。

ターケノト２０はバッキングプレート２１ヲ介シて陰極
２２に、また陰極２２は絶縁物２３を介して真空槽２４
に設置されている。２５は陽極である。この陽陰電極間
に電源２６が設置されている。２７はプラズマ発生室で
あり、外周には導波管２８が絶縁物２９を介して陰極２
２に固定されており、前記導波管２８の他端にはマイク
ロ波発生源３０が設置されている。前記導波管２８には
同心状に磁気装置３１が設置されている。

また、基板３２は基板ホルダ３３上にチャンク３４によ
り押し付けられる。基板ホル４′３３の上面は数十μｍ
厚の訪電体３５から成り９表面はなだらかな凸形状をし
ている。基板ホルダ３３の中央には微細穴３６が加工さ
れて粘り、ガス３７の供給バイブ３８につながっている
。さらに基板ホルダ３３にはシースヒータ３９が埋め込
まれていると同時に裏面には冷却水用流路４０がうす巻
き状に形成されている。冷却水流路４０はパイプ４１．
基板電極４２により形成の流入冷却水４３用流路４４お
よび流出冷却水４５用流路４６と接接している。基板電
極４２は絶縁物４７を介して真空槽２４に固定されてい
る。４８は陽極である。ターゲットと同様に基板電極４
２と陽極４８の間にｔ源４９が設置されている。

５０は温度検出器で、ばね５１を介し、て基板ホルダ３
３に設置されている。

以上の構成に粘いて、磁気装置３１はミラー磁場を構成
し、マイクロ波発生源３０からのマイクロ波を導波管２
８によりプラズマ発生室２７に導くと、前記磁気装置ｊ
ｔ３１によって作られる靜磁界によってマイクロ波はプ
ラズマ発生室２７内の雰囲気ガスをｔｌｔｌｉｌＩＬ、
プラズマ状態とする。さらにプラズマは磁力、ｗ５２に
清ってターゲットｉの表面全面に輸送される。ここで、
陽陰電極間に電源２６により電力を印加するとスパツタ
リングが生じ基板３２上に膜が形成される。

ところで、基板３２はチャック３４により基板ホルダ３
３上の凸形状をした絶縁物３５上に押し付けられ固定さ
れており、Ｘ源４９により基板電極４２と陽極４８間に
電力を供給するとプラズマを介してＴＷ直吸着により全
面が絶縁物に吸着される。

と同時に基板上に付漬・の膜もバイアススパッタされ膜
の平担化が行われる。この時、基板には熱流入があり６
例えばＡｒ　、　Ｎ２などのガス３７を基板ホルダ３３
の微小穴３６から絶縁物３５・基板３２の微小すきまに
供給し、さらに冷却７に４３を流路４０に流すこと釦よ
り前記ガス３７を介して効果的に基板３２の冷却が可能
となる。さらに、基板の温度を上げたい場合には冷却水
さらに、基板３２の温度をさらに上げたい場合には、冷
却水４３の供給をやめシースヒータ３９を作動させるこ
とにより、同様にガス３７を介して効率よく加熱するこ
とができる。

また、基板を一定温度に維持したい場合には。

基板３２にばね５１をダンパーにして接する温度計５０
を用いて、冷却水４３の供給・停止およびシースヒータ
３９の０Ｎ−ＯＦＦを行うことにより実現できる。ここ
では、温度計を接触形に限定して述べたが、非接触形の
温度計を用いても同様に制御ができるのは言うまでもな
い。

なお、上記はマイクロ波を用いてプラズマを形成しスパ
ッタを行う装置の基板温度制御について述べたが、従来
のプレーナマグネトロン型スパッタ装置の場合にも同様
に応用可能であることは言うまでもない。

以上のごとくスパッタ装置の基板温度を制御可能とする
ことにより、素子の耐熱条件を満足できるとともに、素
子寿命の確保が実現できた。

〔発明の効果〕

以上述べたように、スパッタ装置でバイアススパッタの
ように基板への熱流入がある場合。

基板温度を制御可能に基板ホルダを構成することにより
、素子内配線や不純物ドーププロフィルの様に熱影響を
うけやすい対象を保護することが可能となる。また、基
板温度を最適温度に制御することにより素子寿命の低下
が防げるなど素子の信頼性および性能を向上することが
できる。

また０通常スパッタ膜は堆積原子・分子が複雑に並んだ
アモルファス状態を呈しているが。

基板温度制御を行うことにより、多結晶状態を形成する
ことも可能であり、膜の結晶制御も可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の半導体の多層配線構造の一
例を示す縦断面図、第２図はバイアススパッタ法の原理
を示す説明図、第３図は本発明の実施例を応用したスパ
ッタ装置の構造を示す断面図、第４図は本発明の実施例
を示す基板温度ｉ１ｔ制御部の構造を示す断面図である
。 ２０・・・ター”！）、　　　　３２・・・基板。 ３３・・・基板ホルダ、３７・・・ガス。 ３９・・・シースヒータ、４３・・・冷却水。 ５０・・・温度計。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、スパッタ物質から成るターゲットと、プラズマ形成
   手段と、該プラズマ中の電離イオンに作用して該ターゲ
   ットのスパッタリングに必要な電力を供給する電源を有
   するスパッタリング装置において、試料基板を加熱、冷
   却あるいは任意温度に制御可能に、該基板の固定台に加
   熱、冷却および温度検出手段を設けたことを特徴とする
   スパッタリング装置。