JPS63140078A - スパツタリングによる成膜方法 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、金属等からなるターゲットをスパッタして半
導体ウェハ等の被処理基板上に薄膜を形成する方法に関
する。

（従来の技術） −ｍに、スパッタリングによる成膜方法では、直流電場
、交流電場等で、反応気体例えばアルゴンガス等をイオ
ン化して加速し、アルミニウム等からなるターゲットに
衝突させてスパッタし、このスパッタ粒子を半導体ウェ
ハ等の被処理基板上に付着堆積させて薄膜を形成する。

また、ターゲットの周囲に電界と直交する磁界を形成し
、この磁界内に荷電粒子を閉じ込めることにより、スパ
ッタ速度を向上させて、成膜速度を向上させる方法いわ
ゆるマグネトロンスパッタリングによる成膜方法もある
。

このようなスパッタリングによる成膜方法では、例えば
第２図に示すように、半導体ウェハ１表面にエツ、チン
グ等によって形成された＠紺な消２の底面２ａおよび側
面２ｂにまで成膜する必要がある場合が多い、このとき
、例えば？Ｉ！２の底面２ａに形成される膜の膜厚に対
して、側面２ｂに形成される膜の膜厚が薄くなるという
現象、即ちステップカバレージが悪化するという問題が
起き、場合によっては、形成された薄膜に不連続部が生
じることもある。

そこでターゲット形状に工夫しなものが種々あり例えば
、被処理基板に対向する平面状のスパッタ面を形成する
円板リング状のインナーターゲットと、その周囲に逆円
錐リング形状のスパッタ面を有するアウターターゲット
等、被処理基板に対して角度の異なるスパッタ面を形成
する複数のターゲットを用い、これらのターゲットの例
えばインナーターゲット中心孔に円板状の磁極を、そし
てインナーターゲット外周とアウターターゲット内周と
の間隙およびアウターターゲット外周に環状磁極を設け
、これら磁極間に一定の磁界を形成して活性化した反応
気体例えばプラズマ粒子の密度を高めて成膜を行う方法
もある。

この場合、インナーターゲットの平面状のスパッタ面は
、主に渭２の底面２ａに対するスパッタ面となり、アウ
ターターゲットの傾斜面からなるスパッタ面は、主に？
ｌｌ＆２の側面２ｂに対するスパッタ面となる。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上記説明の従来の方法では、被処理基板
に対して角度の異なるスパッタ面を形成する複数のター
ゲットを用いる方法でも、例えば第３図に示すように、
斜め方向からの飛翔粒子が溝２の入口付近に付着しここ
に膜厚の厚い部分が形成され、この膜の影となって消２
内の底面２ａの周辺部および側面２ｂの底面の膜厚が薄
くなりステップカバレージが悪化するという問題がある
。

本発明は上述した問題を解決するためになされ、従来に
比べて大幅にステップカバレージを向上させることので
きるスパッタリングによる成膜方法を提供するものであ
る。

［発明の構成コ （問題点を解決するための手段） 本発明のスパッタリングによる成膜方法は、ターゲット
をスパッタして飛翔しな粒子により被処理基板上に薄膜
を形成する成膜方法において、上記ターゲット前面に形
成した磁界の強さを変化させて導入した反応気体の活性
化領域の分布を制御しながら成膜を行うことを特徴とす
る。

（作　用） 本発明のスパッタリングによる成膜方法では、ターゲッ
ト表面に形成される磁界の強さを変化させて導入した反
応気体の活性化領域を変化させ、被処理基板へのスパッ
タ粒子の付着量を均一化することで、被処理基板表面に
形成された溝の底面および側面の膜厚が均一となり、ス
テップカバレージを向上させることができる。

磁界の制御は、電磁石への印加電力例えば電流値を周期
的に変化させながら行うとよい。

（実施例） 以下本発明の′スパッタリングによる成膜方法の一実施
例について図を参照にして説明する。

第１図に示すスパッタリング装置の処理室３内に配置さ
れたターゲットは、平面状のスパッタ面を有する直径約
２０ｃｍ程度のリング状のインナーターゲット４と、そ
の周囲に同心的にわずかな間隙を保持して配置された逆
円錐状の傾斜面からなるスパッタ面を有する幅約５ｃｍ
程度のリング状のアウターターゲット５とから構成され
ており、それぞれスパッタ電源６．７に接続されている
。ターゲットの材質としては、例えばアルミニウム、タ
ングステン、プラチナ等やこれら合金等種々のものが用
いられている。

これらターゲット背面には、ターゲットのスパッタ面上
に磁界を形成してプラズマ粒子を閉し込めるための電磁
石８が配置されており、この電磁石８は同心的に３つの
円筒状ｆｌｌｉ極を内設する一端を開放した円筒体構造
を形成している。そして磁極は電磁石８の開放端中心部
から外周部に向かって互い違いの磁極例えば中央部円柱
状磁極がＮ磁極９、このＮ磁極９に周設された円筒状磁
極がＳ磁極１０、そして五外周部を形成する磁極がＮ磁
Ｉｉ！１１となっている。

この電磁石８前縁部に、上記インナーターゲット中央孔
にＮ磁極９が、インナーターゲツト４外周部とアウター
ターゲツト５内周部との間隙にＳ磁極１０が、そしてア
ウターターゲツト５外周部を囲むようにＮ磁極１１が嵌
挿するようにターゲットが配置されている。

これら磁極間底辺にはマグネット電源１２．１３に接続
された電磁石コイル１４および１５が挿着されており、
この電磁石コイル１４および１５の作用によりインナー
ターゲット４とアウターターゲット５のスパッタ面近傍
を覆うように弧状の磁界Ａが形成される。

半導体ウェハ１６等の被処理基板は、ターゲット４．５
に対向して、ウェハ保持部１７に保持されている。そし
て、反応気体例えばアルゴンガス等は例えば処理室３の
上部から下部へ向゛けて、半導体ウェハ１６とターゲッ
トとの間隙を流通する構造となっている。

このようなスパッタリング装置による成膜作業は、まず
スパッタ処理室３内を図示を省略した真空ポンプにより
高真空例えば１０−’　Ｔｏｒｒとし、反応気体例えば
アルゴンガスを処理室３上方から下方へ向かって流し、
次に予め定められたプログラムによるタイミングでター
ゲットに直流電流を印加して処理室３内に導入した反応
気体をターゲット近傍でプラズマ化する。生成されたプ
ラズマ粒子は、ターゲット近傍に形成した電磁石コイル
１４．１５の磁界Ａにより図中Ｂで示す如くターゲット
のスパッタ面近傍にドーナツ状に閉じ込められるが、こ
のとき電磁石コイル１４．１５へ流ず電流を周期的に変
化させなから成膜作業を行う０本実施例方法では、電流
値を２アンペアと　３アンペアとし、その変化周期を毎
秒５０サイクルとした。

ところでスパッタリング作業において磁界の強さはプラ
ズマ領域の広がりを決定する重要な要因であり、本実施
例方法のように電磁石コイル１４．１５の電流を変化さ
せて磁界の強さを変化することでプラズマ領域の広がり
も変化する。

従って本実施例方法の場合には、電磁石コイル１４．１
５に２アンペアの電流を流したときのプラズマ領域Ｂ２
は、第１図（ａ）に示すようにプラズマに対する磁界の
拘束力が弱いためターゲット全面にプラズマ領域が拡散
し、ターゲットのほぼ全面にわたってスパッタが行われ
る。従って飛翔粒子は半導体ウェハ１６に対しほぼ真上
から入射する粒子数が多くなり、半導体ウェハ１６上に
形成された？１１１８の底面１８ａに重点的に薄膜が形
成される。

電磁石コイル１４．１５に３アンペアの電流を流したと
きのプラズマ領域Ｂ１は第１図（ｂ）に示すようにプラ
ズマに対する磁界の拘束力が強いため磁極間にプラズマ
領域が集中し、しかもプラズマ密度が高くなる。従って
ターゲットの傾斜面と平板面が集中的にスパッタされる
ため、斜め方向の飛翔粒子数が増大し、渭１８の側面１
８ｂにも薄膜が形成される。

このように本実施例方法では、ターゲットをそれぞれ半
導体ウェハ１６表面に対して角度の異なるスパッタ面を
有するインナーターゲット１２と、アウターターゲット
１３とから構成し、これらのターゲット背面に配置した
磁界形成用の電磁石１４．１５のマグネット電流を制御
することで、ターゲット前面に形成されるプラズマ領域
の分布が変化し、半導体ウェハ１６の表面に形成された
微細な渭１８の底面１８ａおよび側面１８ｂともに、均
一な膜厚で成膜することができ、従来に比べて大幅にス
テップカバレージを向上させることができる。

上述実施例では磁界の変化を周期的に行ったが、磁界の
強さを部分的に変化例えばインナーターゲット上面の磁
界をアウターターゲット上面の磁界よりも強くする等し
てもよい。

なお、本発明方法に使用するターゲットの形状および磁
極構造は上述実施例方法のものに限定されず、−円盤状
のターゲットの背面に磁極を配置したもの等、磁界によ
り活性化した反応気体を閉込めてスパッタリングを行う
ものであればいずれでもよい。

［発明の効果コ 以上説明したように本発明のスパッタリングによる成膜
方法によれば、従来に比べて大幅にステップカバレージ
を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のスパッタリングによる成膜
方法を示す説明図、第２図および第３図は従来方法によ
って成膜された半導体ウェハの要部を拡大して示す縦断
面図である。 ４・・・・・・インナーターゲット、５・・・・・・ア
ウターターゲット、８・・・・・・電磁石、９・・・・
・・Ｎ磁極、１０・・・・・・Ｓ磁極、１１・・・・・
・Ｎａ極、１２．１３・・・・・・マグネット電源、１
４．１５・・・・・・電磁石コイル、１６・・・・・・
半導体ウェハ。 出願人　　　東京エレクトロン株式会社代理人　　　弁
理士　　須　山　佐　−第２図 り 第３す

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ターゲットをスパッタして飛翔した粒子により被
   処理基板上に薄膜を形成する成膜方法において、 前記ターゲット前面に形成した磁界の強さを変化させて
   導入した反応気体の活性化領域の分布を制御しながら成
   膜を行うことを特徴とするスパッタリングによる成膜方
   法。
2. （２）磁界の制御はターゲット背面に装着された電磁石
   コイルへの供給電力を変化させて行うことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載のスパッタリングによる成膜
   方法。
3. （３）電磁石コイルへの供給電力の変化は電流値を周期
   的に変化させて行う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による成膜方法。