JPS6299461A - 薄膜形成装置および薄膜形成方法 - Google Patents

薄膜形成装置および薄膜形成方法

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JPS6299461A
JPS6299461A JP60237258A JP23725885A JPS6299461A JP S6299461 A JPS6299461 A JP S6299461A JP 60237258 A JP60237258 A JP 60237258A JP 23725885 A JP23725885 A JP 23725885A JP S6299461 A JPS6299461 A JP S6299461A
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恒川　助芳
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/04—Coating on selected surface areas, e.g. using masks
    • C23C14/046—Coating cavities or hollow spaces, e.g. interior of tubes; Infiltration of porous substrates

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〕 本発明はスパッタリング法によるＭ膜形成技術に係り、
特に段差被覆性に優れた薄膜形成を可能にするための薄
膜形成装置に関する。
〔発明の背景〕
従来の薄膜形成装置及び方法の一例を、第２図を用いて
説明する。第２図は従来の薄膜形成装置の一例を示す。
これはバイアススパッタ装置と呼ばれるものである。同
図においてカソード］１は直流又は高周波電源（図示せ
ず）に接続されている。真空槽１０内にＡｒ等のガスを
導入し、カソード１１に電力を印加して負電位にバイア
スしてグロー放電を発生させる。放電によって発生した
Ａｒイオンは、カソード１１表面に入射して、表面のタ
ーゲット１３をエツチングする。シャッタ１４を開放す
ると被エツチング粒子は基板電極１２上に堆積する。こ
の過程において基板電極１２にも高周波電力を印加する
とＡｒイオンは基板電極１１にも入射し、堆積した粒子
の一部は再度エツチングされる（再スパツタ効果）。堆
積する粒子に対して、再度エツチングされる粒子の割合
せ再スパツタ率と呼ぶ。
上記バイアススパッタ法によって形成された膜表面は平
坦になり段差被覆性も向上するという大きな特徴を有す
る。さらにカソードとしてプレーナマグネトロン型カソ
ードを用いるとエクステイデイツド・アブストラクト・
イー・シー・ニス・オブ・フォーティーンス・ミーティ
ング（Ｅｘｔ、　Ａｂｓｔｓ　ＥＣ３１６４ｔｈ　Ｍｅ
ｅｔｊ、ｎｇ）Ｐ４３８．１９８３に示されている様に
、平坦化効果は維持しながら粒子の堆積速度を大幅に向
上させられる。しかしながらこのバイアススパッタ法は
以下に示す２つの問題を有していることがわかった。第
１は十分な平坦化効果、段差被覆性を得るためにはかな
り高い再スパツタの許で膜形成を行わねばならない点に
ある。再スパツタ率が低いと、特開昭５９−１７０２５
８に示されている様に、声内部に空胴を生ずる場合があ
る。このことは粒′子の堆積速度を著しく低下させる。
第２は、基板電極１１をバイアスすると堆積膜厚均一性
が著しく３） く低下することにある。この問題について特開昭５８−
５０３１２に示されている。
〔発明の目的〕
本発明の目的は改良された装置構造及びこれを用いた膜
形成法を提供し、従来技術の問題点を解消することであ
る。即ち比較的アスペクト比の大きな格子状の中間電極
をカソードと基板電極との間に設けることにより、より
低い再スパツタ率（従来の下限は約３０％、本発明では
２０％）での膜形成を可性にし、あわせて堆積膜厚均一
性を大幅に改善するものである。
〔発明の概要〕
第１図を用いて本発明の装置の特徴を、第３図を用いて
膜形成法の特徴を説明する。まず第１図について説明す
る。第１図は直空槽１ｏ内にカソード１１．基板電極１
２．ターゲット１３．シャッタ１４の他に複数個の孔１
５ａを有する格子状の中間電極１５が設けられているこ
とを示す。この中間電極１５を設置することによって堆
積膜厚の均一性を向上させ、かつ従来よりも低い再スパ
ツタによる膜形成を可能にするものである。本発明者は
従来技術の問題点が主に以下の理由によって発生するこ
とを見い出した。まずカソード１１としてプレーナマグ
ネトロン型又はこれに類似するカソードを用いた場合、
ターゲットから漏洩した磁場の影響が基板電極１２表面
にまで及びプラズマやイオンの分布を変化させて蒸厚均
−を劣化させる。また、通常のスパッタリングにおいて
はカソード１１表面のターゲット１３表面は負電位にバ
イアスされる一方、プラズマの電位はほぼ０もしくは若
干の正電位に保たれるといわれている。
これに対して同時に基板電極１２にも高層電力を印加し
、負にバイアスすると、カソード１１、基板電極１２間
のプラズマの電位が場所によって変化し、結果として膜
厚均一性を劣化させる。中間電極１５はこの様なプラズ
マの電位の不安定性を改善する効果を有するものと考え
られる。また必要に応じてこの中間電極２５の少なく共
一部を軟磁性体によって構成することにより、カソード
１１からの漏洩磁場の影響をより少なくすることができ
る。さらに中間電極１５の格子のアスペクト比を０．１
以上とすることにより、通常のスパッタ法において第３
図に、バイアススパッタ法については第４図に示す様に
堆積膜の被覆形状が改善され、従来よりも低い再スパツ
タ率１２０％の許での平坦化が可能となり、再スパツタ
率２０〜７０％で良好な結果が得られることを見い出し
た。
また基板電極に高周波電力を印加しない、通常のスパッ
タリング法においても、膜の段差被覆性が大幅に改善さ
れることを見い出した。
〔発明の実施例〕 以下本発明の実施例を第１図、第２図および第３図を用
いて説明する。
実施例１ 第１図を用いて説明する。プレーナマグネトロンカソー
ド１１及び基板電極１２の外径は１．５■、Ａｆｉから
なるターゲット１３表面と基板電極Ｊ２の表面との距離
を６０とした。カソード１１に２　Ｗ／ｃｘｌの直流電
力を加え、基板電極１．２上のウェーハ１６表面上に平
均厚さ約１μｍのＡＱ模膜形６） を形成した。Ａ　Ｑ圧力は０．６７Ｐａ、ＡＱ膜形成速
度は約０．３μｍ　／　ｍ　ｉ　ｍであった。Ａｆｌ膜
厚が±１０％の範囲にある領域（はぼ円形領域）の径ｒ
１の基板電極径Ｒに対する比ｒ　／　Ｒは約０．５であ
った。次にアスペクト比０．３の格子で開口率が約８０
％の厚さが５ｍの中間電極１５を第１図に示す様に設置
した、電位は基板電極１２と同じ接地とした。シャッタ
１４を開放して、はぼ同一条件で膜を形成した。膜形成
速度は約０．２μｍ／ｍ　ｊ、　ｍ　に低下したが、±
１０均一領域の比ｒ　／　Ｒは約０．７　　と大幅に向
上した。開口率を中間電極内部では低く１周辺部で高く
調整することによりｒ　／　Ｒは０．８〜０．９へと更
に改善された。また、Ｓｉウェハ１−６表面の段差部に
おける被覆性も大幅に改善されることが認められた。第
２図にその結果の一例を示す。同図にはＳｉウェハ２０
表面に形成された５ｊＯｚ膜２１中の溝部分におけるＡ
　Ｑ、膜２２の堆積形状の、中間電極の有無による変化
を比較して示す。溝のアスペクト比は約１で深さ、幅共
に１μｍであった。まず中間電極が存断面は２２ａとし
て示すようにオーバーハング状となっていた。段差被覆
係数Ｓ、即ち溝部におけるＡＱ膜の最も薄い部分の厚さ
Ｔｌの平坦部の膜厚Ｔに対する比Ｔ　Ｉ　／　Ｔ　はた
かだか０．１〜０．２であり信頼性の点で問題がある。
これに対して中間電極を設置した場合、ＡＱ堆稙断面は
３２ｂとして示す形状となり、オーバーハングは殆ど見
られなくなった。段差被覆係数’Ｉ”、　ｘ　／　Ｔは
約０．４と大幅に向上した。
実施例２ 第１図及び第３図を用いて説明する。
装置形状及び膜形成条件は実施例１とほぼ同一とした。
ただし本実施例においては基板電極１２にも約０．６Ｗ
／ａ＃の１３．５６ＭＨｚの高周波電力を印加した。ま
ず中間電極１５のない場合、膜形成速度は基板電極１２
への電力印加により０．３→０．２３μｙｎ　／　＋ｎ
ｉｎと約２５％（再スパッタ約２５％）低下した、また
ｒ　／　Ｒは０．５から０．２へと低下した。ＡＱ膜の
堆積断面形状は第３図に３２ａとして示す様にオーバー
ハング形状は解消し、表面はほぼ平坦化されたものの、
溝内部のＡＱ腹膜中は空洞３３が形成された。この空洞
３３が解消される為には再スパツタ率として約５０％が
必要であったが、その時のｒ　／　Ｒは更に減少した。
次に中間電極１５を設け、ＡＱ膜形成速度がＯ−２μｍ
　／　ｍｊ、ｎから０．１５　ｐ　ｍ／ｍｉｎと約２５
％低下するように基板電極１５に高周波電力を印加した
。その結果ｒ　／　Ｒ二ｏ　、　５　　を保つことがで
きた。また格子の開口率の調整によりｒ　／　Ｒは０．
７にまで高めることができた。
またＡΩ堆積膜断面形状は第３図３２ｂとして示すよう
に、第１図の中間電極１５によって若干改善されたのみ
であったが、空洞３３は消失し、低い再スパツタ率の許
でも十分な平坦化効果の得られることがわかった。
実施例３ 第１図と第３図を用い、Ｓ　ｉ　０２膜のバイアススパ
ッタ法による形成例について説明する。第１図に示す装
置において、プレーナマグネトロン力ソード１１には高
周波電力を、３．５Ｗ／ｄ印加し、基板電極１２には０
．６Ｗ／ｃｄの高周波電力を印加した。基板電極１２へ
の高周波電力印加により、ＳｉＯ２堆積速度は０　、６
　ｎ　ｍ　／ｍｉｎが０．４ｎ　ｍ　／　ｍｉｎと約３
０％低下した。ｒ　／　’Ｒは０．７が０．２へと低下
した。
次にアスペクト比１の格子を有する中間電極２５を設置
した。同一のカソード電力に対して再スパツタ率が３０
％となる様に約０．７５Ｗ／ｃｄの高周波電力を基板電
極に印加した。中間電極２５の設置により、ｒ／Ｒは約
０．６　と大幅に改善された。また第３図に於いて示さ
れた様な、ＳｉウェハのＡＱ膜３１中の溝部分に堆積し
た５ｉＯｚ膜３２には空洞３３が発生していないことも
わかった。
〔発明の実施例〕
本発明の格子状中間電極を有するスパッタ装置を用いる
ことにより、従来装置によるよりも膜形成速度は若干低
下するものの、膜厚均一性は大幅に向上する。格子の開
口率＠整により、膜厚均一性は更に向上する。また中間
電極中の孔又は溝のアスペクト比を適当に選ぶことによ
って膜の段差被覆性も大幅に向上し、特にバイアススパ
ッタ法に於てはより低い再スパツタ率の許で膜を形成し
ても十分な平坦化と空洞は消失させる効果が得られるこ
とがわかった。シャッタ１４と中間電極１５との位置関
係は、特に制約はないが中間電極１５、シャッタ１４よ
りも近くするとシャッタに付着する膜の剥離がやや発生
しにくいという効果が得られた。
格子の開口部は円、正方形その他任意の多角形であって
良い。また格子開口のアスペクト比は０゜１以」二であ
れば段差被覆性改善効果が現れる。アスペクト比の大き
い方が改善効果が著しいが、あまり大きいと堆積速度の
低下が発生するので、目的に応じて調整した方が好まし
い。実用上アスペクト比を０．３〜１．０の範囲に選べ
ば好ましい結果が得られる。なお膜形成材料としてはＡ
ＱやＡｆｌを主成分とする合金の他遷移金属など、殆ど
の金属９合金、金属間化合物、金属硅化物など導電性材
料に適用可能である。またＳ　ｊ０２．Ｓ　ｊＮ。
ＡＱｚＯｓなどの他、Ｔ（１，’Ｔ’ｉ　、Ｃｒ、ＡＱ
などの酸化物や窒化物など各種絶縁物も適用可能である
。
なおＡＱ等の低融点材料の膜形成には、中間電極２５を
冷却した方がより平滑性の高い膜が得られた。逆にＳｊ
、Ｏｚ膜等の形成に於いては、中間電極２５を加熱する
方が段差損性、膜質の両面で望ましい結果が得られた。
また膜形成前もしくは途中に中間電極を加熱することに
より、真空槽内の不純物ガスがより効果的に排出された
り、膜の結晶粒径が大きくなる等の効果が得られた。ま
たプレーナマグネトロン型カソードのみならず、従来の
カソードを用いた場合についても同様な効果の得られる
ことはいうまでもない。なお中間電極の孔のアスペクト
比は０．１　以上であれば段差被覆性改善効果が得られ
るが、０．３以−Ｊ＝の場合がより望ましい。
さらに５ｉ０２等の絶縁膜形成に適用する場合にも、ｍ
８２７２）に示した如く、高周波電力に直流電力を重畳
させたものをカソードもしくは基板電極の少なくともい
ずれかと中間電極との間に加えることによって、中間電
極表面を相対的に任意の電位に保つことができた。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例を説明するための図、第２図
および第３図は本発明の詳細な説明するための図である
。 １０・・・真空槽、１１・・・カソード、１２・・・基
板電極、１３・・・ターゲット、］、４・・・シャッタ
、１５・・・中間電極、２０．３０・・・Ｓｉウェハ、
２１，３１・・・段差を有する５ｉＯｚ又はＡＱの段差
、２２．３２・・・ＡＱ又は５ｊＯｚ膜、　２２ａ、３
２ａ＝−従来法による堆積膜断面形状、２２ｂ、３２ｂ
・・・本発明に（］３） 茅１図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、負電位にバイアスされた電極（カソード）表面をイ
    オンによつてエッチングし、被エッチング粒子を対応し
    て設置された基板電極上に堆積させるスパッタリング法
    を用いた薄膜形成装置において、カソードと基板電極と
    の間に溝又は孔の深さ（Ｄ）と幅（Ｗ）の比Ｄ／Ｗが０
    ．１以上の孔又は溝を少なく共１個含むことを特徴とす
    る薄膜形成装置。 ２、上記中間電極の電位をカソードもしくは基板電極の
    いずれかとほぼ同電位もしくはそのいずれかよりも正電
    位に保つ機構を有することを特徴とする特許請求の範囲
    第１項記載の薄膜形成装置。 ３、上記中間電極の少なくとも一部が軟磁性体によつて
    構成されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項
    もしくは第２項記載の薄膜形成装置。
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