JPS627855A - 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〕 本発明は半導体装置の製造に用いられるスパッタリング
装置に係シ、特にプレーナマグネトロンスパッタリング
法にもとづくスパッタリング装置に関する。

〔発明の背景〕

従来のプレーナマグネトロンスパッタリング装置を用い
た成膜工程においては、ターゲット即ちスパッタリング
ソースからスパッタされて基板上ヘ飛来する粒子の飛来
方向の分布は余弦則に従うことが知られている。たとえ
ば、ジョン・エル・ヴオッセン、ウエルナーケルン；「
スインフィルムプロセスイズ」アカデミツクプレス１９
７８年発行（Ｊｏｈｎ　Ｌ、Ｖｏｓｓｅｎ　、　Ｗｅｒ
ｎｅｒ　Ｋａｒｎ　：　「Ｔｈ１ｎ　ＦｉｌｍＰｒｏｃ
ｅｓｓｅｓ　Ｊ　Ａｃａｄｅｍｉｃ　Ｐｒｅｓ＋ｓ　、
　１９７８　）には、通常のプレーナマグネトロンスパ
ッタ法が詳述されている。

このような従来のブレーナマグネトロンスパッタリング
装置においては、不活性ガスイオンがターゲット部材に
衝突してスパッタリングがおきるが、スパッタ粒子の飛
来する方向は余弦則に従うため、成膜対象基板に対する
スパッタ粒子の入射角度は指向性を有していない。その
ため、基板の下地形状に応じた膜形成がなされないとい
う問題がある。従来の問題点を第７図によって具体的に
述べる。成膜対象基板１０には１１１ｍ１Ｘ１瓢×１１
ｗ＋のサイズの微小な角孔１１が形成されているとする
。角孔１１は基板１０の表面１２に垂直に形成され、側
壁１３と底壁１４とを有している。基板１０はターゲッ
トに対して平行に配置されておシ、ターゲットから飛来
するスパッタ粒子１５は基板に垂直な方向１６に対して
入射角度θの方向１７から入射するものとする。この角
度θは余弦則に従かった分布を有するため、角度θの大
きなスパッタ粒子による成膜量が全体的に多く、第７図
に示すように、角孔の開口端部においてはオーバーハン
グ形状１８が発生し、それによって角孔側壁１３および
底壁１４においては成膜量が極端に少なくなるという現
象が起る。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、成膜対象基板上の微小な下地形状に応
じた被膜特性を得ることができるスパッタリング装置を
提供することにある。

本発明の他の目的は、成膜対象基板上の微細な段差部分
においてオーバーハング形状が生じないように、スパッ
タ粒子の飛来方向に指向性を与えることができるスパッ
タリング装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明のスパッタリング装置は、ターゲットの表面にて
スパッタされたスパッタ粒子のうち一定の範囲内の飛行
方向成分を有する粒子だけを基板に向けて飛行させると
共に成膜対象基板とターゲットとの間に介設したスリッ
ト部材によシ基板に入射するスパッタ粒子の入射方向を
制御するようにしたものである。

本発明はブレーナマグネトロンスパッタリングにもとづ
くものであ）、そのターゲット表面におけるスパッタリ
ングについて第４図ないし第６図を参照にして説明する
。本発明のターゲットにはその表面に複数個の凹部１０
２（図においては１個だけ示す）が設けられている。タ
ーゲットには、互いに直交する電界Ｅと磁場Ｂとが加え
られており、ターゲットの凹部１０２において電子１０
１はその電界Ｅと磁場已によりサイクロトロン運動をす
る。即ちＥｘａ方向へ、らせん運動をする。この運動を
Ｅｘａドリフトと称する。このＥｘａドリフトによシ凹
部側壁１０３に電子１０１が近づくとターゲットが高負
電位であるために反発されＥｘａドリフトと逆方向へ押
し戻されることにまる。しかしまたＥｘＢドリフトの力
によシ凹部側壁１０３に向って進むが、電界の反発力を
受けて押し戻されるという運動を繰シ返す。以上のよう
に磁場Ｂと凹部側壁の電界電位とによシミ子１０１を凹
部内に閉じ込めることができ、加えてこのサイクロトロ
ン運動によシ雰囲気の不活性ガスをイオン化する時に放
出する新たな電子が発生し、この電子がまたサイクロト
ロン運動をするので高密度なグロー放電を持続できる。

このグロー放電は凹部底壁１０４周辺に集中し、正イオ
ン化したガスによりスパッタリングが生じるが凹部の内
側において通常の余弦則に従って放出されるスパッタ粒
子の一部は第５図に示すように凹部の側壁１０３および
１０３によって、ターゲット表面外への飛行が阻止され
てしまう。即ち凹部内で放出されるスパッタ粒子のうち
、ターゲット表面外へ飛行可能な粒子は、凹部内からタ
ーゲットの凹部が形成されない水平面１０５上の空間を
見た時の立体角に従がって制限された粒子だけである。

このことは、凹部内で放出され、ターゲット表面外へ飛
行するスパッタ粒子の飛行方向が一定の指向性を有する
ことを示している。

一方、ターゲットの凹部が形成されない部分、即ち水平
面１０５でも、放電が起るので、第６図に示すように水
平面１０５からもスパッタ粒子が放出される。このスパ
ッタ粒子も余弦則に従った放出角度分布を有しておシ、
放出角度の大きな粒子は成膜対象基板へ向って飛行し、
基板に入射する前にスリット部材により阻止されるよう
になっている。このスリット部材はターゲットと基板と
の間に介設され、ターゲットの凹部と関連した位置に配
置され、基板に入射するスパッタ粒子を、基板に垂直な
方向に関し一定の範囲内の入射角度を有する粒子だけに
制限するようになっている。

またターゲットの水平面１０５周辺においては、凹部内
部よシも磁場Ｂを小さくすることができ、これによシ凹
部内部よシも電子の運動エネルギーが小さくなシ、放出
されるスパッタ粒子の量を少なくすることができる。こ
れによって余弦則に従う放出角度の大きなスパッタ粒子
の量を少なくすることが可能であるが、ターゲットの水
平面１０５の面積をできるだけ小さくすることが望まし
い。

即ち、ターゲット表面における凹部のしめる割合を大き
くすることが有利である。凹部内における有効スパッタ
リング面は主に凹部の底面に集中するため、ターゲット
表面には凹部を規則正しく配設して有効スパッタリング
面をできる限９大きくすることが望ましい。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図および第２図によシ説
明する。

第１図は本発明によるプレーナマグネトロンスパッタリ
ング装置の要部を示す概略断面図である。

図において符号１００はターゲット、１１０はアノード
である。アノード１１０は接地され、ターゲット１００
はアノード１１０に対して高負電位に保たれている。タ
ーゲット１００に対向した位置には、成膜対象基板１２
０が配置されていると共にターゲット１００と基板１２
０との間にはスリット部材１３０が配設されている。タ
ーゲット１００と基板１２０とスリット部材１３０とで
形成される空間には不活性ガス、たとえば靜ガスが封入
されている。この実施例におけるターゲット１００はア
ルミニウム板で形成され、その表面には複数個の垂直孔
１０２が設けられている。垂直孔１０２はほぼ円筒形に
形成され、側壁１０３と底壁１０４とによって囲まれて
いる。符号１０５はターゲット表面の垂直孔１０２が形
成され遅い残シの水平面である。ターゲット１００の下
方には永久磁石１４０が配設されており、ターゲット１
００の水平面１０５および垂直孔１０２の底壁１０４に
対して垂直な方向に形成された電界に垂直な磁場を発生
させるようになっている。ターゲット１００が高負電位
になっているので、ターゲット１００を囲んでいるにガ
ス雰囲気中でグロー放電が生じると共にターゲット１０
０の垂直孔１０２内部でも高密度なグロー放電が生じ、
ターゲット表面が紅ガスイオンによってスパッタされる
ように構成される。この実施例においては垂直孔１０２
の直径と深さとの比が１：１に形成されておシ、垂直孔
内部で放出されるスパッタ粒子のうち特定の粒子だけを
ターゲット表面外に飛行させるようになっている。また
垂直孔１０２の底壁１０４の面積の総和が水平面１０５
の総面積よシも大きく形成して水平面１０５上で放出さ
れるスパッタ粒子の量を少なくしである。このようにす
ることによって、ターゲット表面から放出されるスパッ
タ粒子の指向性を高めである。

ターゲット表面から放出されて、成膜対象基板１２０に
向って飛行するスパッタ粒子のほとんどは一定の指向性
を有しているが、水平面１０５上で放出されたスパッタ
粒子は余弦則に従う飛来方向成分を有するため、これら
のスパッタ粒子のうち基板１２０に対して垂直な方向に
関して大きな入射角度を有する粒子が基板１２０に入射
しないように、基板１２０の手前にスリット部材１３０
が配置されている。スリット部材１５０は互いに等間隔
ｄで配置された６枚の平行スリット板１３２から構成さ
れ、各スリット板１３２は基板１２０に垂直な方向に沿
って延長されている。この実施例におけるスリット板の
長さＬは、Ｌ＝ｄとなるような長さに選定されている。

ターゲット表面から飛来するスパッタ粒子のうちＬとｄ
とで決められる入射角度以上の方向成分を有するスパッ
タ粒子はスリット板にて基板１２０への入射を阻止され
る。スリット板１３２間の間隔ｄとスリット板１３２の
長さＬをＬ≧ｄの範囲内で変化させることにより、基板
１２０へ入射することのできるスパッタ粒子の飛来方向
成分を制限することができ、スパッタ粒子の指向性を基
板１２０上の下地形状に応じて制御することができる。

基板１２０の下地形状の代表的なものとして第２図に示
すよりな１．Ｘｌ、Ｘ１厘の微小な角孔があシ、このよ
うな角孔の開口端部においては、オーバーハング形状の
発生が阻止される。第３図は基板１２０上に形成された
１１１１１　Ｘ　１■Ｘ１１ｍ１１のサイズの角孔に対
する被膜状態を示している。図からも理解されるように
、基板表面１２１にはほぼ均一なアルミニウム膜１２５
が形成されオーバーハング形状が発生しないので、角孔
の底壁１２２および側壁１２３においても十分なアルミ
ニウム膜１２６および１２７をそれぞれ得ることができ
る。

この実施例においては、ターゲット表面に円筒状の垂直
孔を設けてスパッタ粒子に指向性を与えているが、ター
ゲット表面に格子状の凸部を形成し、格子状の凸部で囲
まれた凹部を有効スパッタリング面とすることもできる
。またスリット部材は平行なスリット板に限定されるべ
きものではなく、三次元的な形状、たとえば格子状ある
いはハニカム形状に形成することもできることはもちろ
んのことである。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明のスパッタリング装置によ
れば、ターゲット表面から成膜対象基板に飛来するスパ
ッタ粒子の指向性が高められ、基板に形成された微小な
段差部におけるオーバーハング形状の発生が阻止され、
基板の下地形状に応じた被膜特性を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のスパッタリング装置の一実施例を示す
要部概略断面図、第２図は成膜対象基板上の微小段差部
を示す断面図、第３図は本発明の一実施例による微小段
差部における被膜特性を説明する断面図、第４図は本発
明のスパッタリング装置のターゲット凹部でのマグネト
ロン放電を説明する説明図、第５図はターゲット凹部で
放出されるスパッタ粒子の指向性を説明する原理説明図
、第６図はターゲットの凹部以外の表面で放出されるス
パッタ粒子の飛行方向を示す説明図、第７図は従来のマ
グネトロンスパッタリング装置による微小段差部での被
膜特性を説明するための断面図である。 １００・・・・・・ターゲット １０２・・・・・・垂直孔 １０３・・・・・・側壁 １０４・・・・・・底壁 １０５・・・・・・水平面 １１０・・・・・・アノード １２０・・・・・・成膜対象基板 １３０・・・・・・スリット部材 １３２・・・・・・スリット板 代理人弁理士　小　川　勝　男・ 才　／　図 オ　２　図 ケ３　図　　・ 才　仝　図 （Ｃ） ′ＩＯ４ 才　ｚｒＳＡ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、不活性ガスイオンを加速し、ターゲットに衝突させ
   てスパッタリングをおこし、そのターゲット材の粒子を
   ターゲットに対向配置させた基板上に堆積させるための
   スパッタリング装置において、前記ターゲットのスパッ
   タリングを受ける表面は少なくとも一部において複数個
   の凹部に形成されると共に前記ターゲットと前記基板と
   の間において前記凹部と関連する位置にスリット部材を
   介設させ、前記表面から前記基板に向って飛来する粒子
   のうち前記基板に対して垂直な方向に関して一定の範囲
   内の入射角度を有する粒子だけを選択的に前記基板上に
   飛来させるように構成したスパッタリング装置。 ２、前孔凹部は、前記ターゲットの表面に複数個の垂直
   孔を設けることにより形成されることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載のスパッタリング装置。 ３、前記ターゲットの表面のうち、前記凹部の底面の面
   積が凹部以外の表面の面積よりも大きく形成されている
   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
   リング装置。 ４、前記スリット部材は前孔基板に対して垂直な方向に
   延びる複数個のスリット板から構成され、各スリット板
   の前記方向に沿った長さが隣接するスリット間の最大距
   離以上に選定されていることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項ないし第４項記載のスパッタリング装置。