JPS6277459A - スパツタ電極 - 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、スパッタによる成膜に用いるスパッタ電極に
かかわり、特に、ＩＣ基板であるウェハ上の配線パター
ンのような凹凸のある面に薄膜を形成する際に、均一な
厚さの膜を形成するのに好適なスパッタ電極に関するも
のである。

〔発明の背景〕

従来のスパッタ電極によるスパッタ成膜では、月刊セミ
フ７　タフタワール）’（ＳＥＭＩＣＯＮＤ’ＵＣＴＯ
ＲＷＯＲＬＤ−）、１９８４年９月号、ｐ１２５〜１３
１に記載のように、被膜基板であるウェハの外周部分に
あるパターン段差において、ウェハ中心方向と反対の、
外向き段差での薄膜被覆率が低下することが指摘されて
いる。段差部における薄膜被覆率は一般にステップカバ
レジと呼ばれ、このステップカバレジが悪いと配線の抵
抗が増え、形成される素子特性が劣化したり、極端な場
合は配線が断線し、′必要な素子特性が得られないとい
う問題か生じた。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上記した従来のスパッタ電極の欠点を
な（し、ウェハ外周部の外向き段差部におけるステップ
カバレジの改善を図ったスパッタ電極を提供することに
ある。

〔発明の概要〕

本発明は、マグネトロン型スパッタ電極において、ター
ゲットの全面または一部に複数の溝または穴を設けるこ
とを特徴とするが、その原理は次の通りである。

現在、ウェハとターゲットとを静止対向させてスパッタ
成膜する際に用いられているスパッタ電極は、第４図に
示すような構成となっている。すなわち、成膜材料から
なる円形平板のターゲット２は、水冷されたバッキング
プレート３に固定されており、バッキングプレート３の
裏面には、ターゲット面上にトンネル状の磁界４を形成
するように磁石５が設けられている。ターゲット２の周
辺には、アノード６が設けられており、アノード−６と
ターゲット２の間に高電圧か印加される。このようにし
て発生した電界と、磁界とにより、ターゲット２面上に
ドーナツ状のプラズマ７が形成される。このプラズマ７
からイオン化したＡｒ粒子がターゲット２に衝突し、タ
ーゲット物質をたたき出し、対向したウェハ１へ膜を形
成する。ドーナツ状のプラズマ７の大きさＤは、被膜ウ
ェハに均一な厚さの膜が形成できるように、ウェハ１と
ターゲット２の離間距離Ｔとの関係で決められる。通常
、直径１５０　ｙｒｖｎウェハの場合、ウェハーターゲ
ット離間距離は８０Ｉｒｒｍ程度であり、ドーナツ状プ
ラズマの径は１６０咽程度である。

さて、段差被覆性について考えると、一般に段差被覆率
（ステップカバレジ）は、第５図に示すように、段差の
平坦部の膜厚（Ａ２）に対する段差側壁部の膜厚（Ａ＋
）の百分率で示される。すなわち、ステップカバレジ＝
−Ｘ１００である。

ここで、従来のスパッタ電極による段差部の被覆性につ
いて、第６図により説明する。ドーナツ状プラズマに対
応して、ターゲットの環状部分８から成膜材料を放出す
ることになるが、このとき、ウェハ外周部の外向き段差
９（段差側壁部に立てた法線がウェハの中心方向と逆を
向いている段差）へ膜を形成するのに寄与するターゲッ
ト部分は、環状部分８のうち実線で示す孤ＡＡ部分８−
１のみである。これに対し、内向き段差１０の成膜に寄
与するターゲット部分は破線で示す弧ＡＡ部分８−２で
あり、平坦部１１の成膜には環状部分８がすべて寄与す
るので、この結果、内向き段差に比べ外向き段差の段差
被覆率は低下する。このことから、ターゲットから放出
される成膜材料の放出分布が、ターゲットの法線方向に
対して指向性の強い分布にすれば、ウェハ外周部の内向
き段差や平坦部に対して、前記破線で示す弧ＡＡ部分か
らの成膜寄与率を大幅に減少することが可能であり、こ
の結果、相対的に外向き段差の段差被覆率を向上するこ
とができる。

次に、上記のように放出分布に指向性をつける方式につ
いて述べる。

まず、１つの方式は、ターゲットのドーナツ状プラズマ
が発生する部分に、リング状の溝をつける方式である。

これを、第７図および第８図によって説明する。ターゲ
ットの微小平面部分から、仮に余弧剤に従って成膜材料
が放出されるとする。

ドーナツ状のプラズマ７の直下のターゲット部分か最も
スパッタされ削られるので、等価的には、第７図に示す
ように、各微小平面部分からの放出される放出口２３は
、プラズマ直下から離れるに従って小さくなる。（放出
口の径が放出量と対応する。）これを成膜材料の放出ゾ
ーンとして見た場合、ターゲット面に溝がない場合、放
出分布はブロードになり、指向性が弱くなる。一方、リ
ング状の溝をつけたターゲットは、等価的に第８図に示
すようになり、指向性が強くなる。

また、第２の方式は、ターゲットにリング状の溝をつけ
る代りに、多孔穴を設けるも♀である。

これは、第１の方式のリング状の溝に相当する部分に、
径方向に多孔穴を均等に配列するもので、その原理は第
１の方式と同様である。第９図にこの方式を示す。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。図に
おいて、軟鉄材からなるセンタヨーク１５を中心軸とし
て、内側コイル１３、外側コイル１４の２つのコイルが
同心状に巻かれている。内側コイル１３と外側コイル１
４の中間には円環状のヨーク１６（中間ヨークと呼ぶ）
が設けられ、さらに外側フィル１４の外周部にも円環状
のヨーク１７（外周ヨークと呼ぶ）が設けられている。

各ヨークは、円板ヨーク１８により一体化され、磁路を
形成している。

内・外のコイル１３．１４により、中間ヨーク１６と外
周ヨーク１７の間で、ターゲットピースＡ２−２の傾斜
面から出て再びこの傾斜面に入る磁界４−２を形成し、
さらに中間ヨーク１６とセンタヨーク１５の間で、ター
ゲットピースＢ２−１の傾斜面から出て再びこの傾斜面
に入る磁界４−１を形成している。ターゲットピースＡ
２−２とＢ２−１は、水冷されたバッキングプレー）　
Ａ　３−２．８３−１にそれぞれ取り付けられ、各ター
ゲットピースには、それぞれのバッキングプレートの冷
却水管−を通じて、図示しない高圧電源からの負の高電
圧が、それぞれ独立に印加される。この結果、各ターゲ
ットピースには、電磁界の作用によって、２つのドーナ
ツ状プラズマ７−１．７−２（プラズマリングと呼ぶ）
が形成される。各ターゲットピースは、センタヨーク１
５を軸とした軸対称回転体形をしており、級スパッタ面
は軸方向を向いている。各プラズマリングからターゲッ
ト面に衝突するイオンの量を、各ターゲットピースに印
加する電力によって制御することにより、各ターゲット
ピースから放出される成膜材料の量をコントロールし、
対向するウェハ１の面上に均一な厚さの膜を形成する。

ターゲットピースＡ２−２．Ｂ２−１のプラズマリング
の発生する部分には、同心状の溝１９．２０が設けられ
ている。第２図に、ターゲットピースＡ２−２部を拡大
して示す。図において、プラズマリング７−２の中心部
の直下のターゲット部の面積が、該プラズマリング７−
２の周辺部の下のターゲット部の面積より広（なるよう
に、溝２０が設けである。このようにして、溝加工のな
いターゲットに比べ、プラズマリングの中心においてタ
ーゲット面に立てた法線方向に被スパッタ物質の放出量
が多い、指向性の強いスパッタ成膜が可能である。これ
により、ターゲットピース２−１．．２−２と静止対向
したウェハ１の外周部の外向き段差は、発明の概要の欄
で述べた原理に基づき、膜被覆率が向上する。

特に、本実施例の場合、ターゲットがセンタヨークの軸
方向を向いているので、円板ターゲットに上記のような
溝加工を施したものに比べ、段差部の膜付着量も増大し
、成膜速度が上がり、かつウェハ内のすべての段差部で
の膜被覆率の向上が図れる。

ターゲットには、溝の代りに穴を加工してもよい。穴の
場合には、溝と異なり、第３図に示すように、ターゲッ
トの面に対して任意の角度で加工できる。また、ターゲ
ットがスパッタされ、削られても、プラズマから見たタ
ーゲットの被スパ・ンタ面積が変わらないような穴加工
をすることができるので、ターゲットエロージョンの進
行に伴う被膜特性（例えば、膜厚分布等）の変化の少な
い一ターゲットにすることができる。実用上は、第８図
で示した溝より適していると考えられる。

第３図は、上記のようにターゲットに穴２１　、２２の
加工をした本発明の第２の実施例におけるターゲット部
分を示したものである。ターゲット上へプラズマを発生
させることについては、第１の実施例に示すようなプラ
ズマ発生手段や、従来のプレーナマグネトロン型スパッ
タ電極と同様にすればよいので、本実施例ではターゲッ
ト部分のみ説明する。第１の実施例と同様の効果を発揮
するには、同心状の溝を加工する代りに、多孔の穴をタ
ーゲット面に設けることによって可能である。また、タ
ーゲット面に立てた法線方向に指向性の強いスパッタ成
膜を行わせるためには、プラズマリングの幅の中心部の
直下に当たるターゲット部分の面積が、プラズマリング
の幅の外周部の直下に当たるターゲット部分の面積より
広くなるように加工すればよい。指向性を弱くするには
逆にすればよいのは当然である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、スパッタターゲット面から放出される
成膜材料の放出分布を制御することができ、例えば、タ
ーゲット面に立てた法線方向に指向性の強い放出分布を
もたせるように制御すると、対向するウェハ内における
内向き段差と外向き段差の膜被覆率を均一化し、今日問
題となっている外向き段差の膜被覆率を向上させること
が可能である。この結果、ウェハ内に形成されるＬＳＩ
の各チップの性能が安定し、歩留まり向上が図れる、

【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電極の縦断面
図、第２図は該実施−例におけるターゲットの溝加工部
の拡大断面図、第３図は他の実施例におけるターゲット
の穴加工部の拡大断面図、第４図は従来のマグネトロン
スパッタ電極の縦断面図、第５図はステップカバレジの
定義を説明するための説明図、第６図は外向き段差のス
テップカバレジ低下の原因を説明するための説明図、第
７図は従来のターゲットからの成膜材料の放出分布を示
す説明図、第８図、第９図は本発明によるターゲットか
らの成膜材料の放出分布を示す説明図である。 符号の説明 ２・・・ターゲット ２−１．２−２・・・ターゲットピース７−１．７−２
・・・プラズマリング １９．２０・・・溝 ２１．２２・・・穴

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）被膜基板とスパッタ電極とが静止対向してスパッ
   タ成膜を行うスパッタ成膜方式に用いられ、成膜材料か
   らなる軸対称回転体形のスパッタターゲットを具備し、
   該ターゲットは、その被膜基板と対面する側の面がター
   ゲットの軸対称の軸方向を向き、その傾斜角が０〜９０
   度の範囲の値を取っているものであり、該ターゲットの
   被スパッタ面と反対側に磁石が配置され、該磁石により
   、磁力線がターゲット面の被膜基板と対面する側の一部
   から出て、再び該ターゲット面に入るような磁場が形成
   されるようになされたマグネトロン型のスパッタ電極に
   おいて、ターゲットの全面または一部に複数の溝または
   穴を設けたことを特徴とするスパッタ電極。
2. （２）特許請求の範囲第１項に記載のスパッタ電極にお
   いて、ターゲットの傾斜面が、２個以上の異なる傾斜角
   の面をもつことを特徴とするスパッタ電極。