JPS63290267A - スパッタリング方法 - 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） 本発明はスパッタリング方法に関し、特に大口径の半導
体ウェーハに薄膜を形成する際に利用するものである。

（従来の技術） 薄膜を利用した電子デバイス製品は近年急速に増大して
おり、その種類も多種多様化している。

スパッタリング法を用いて、工業的に薄膜を作成する場
合、薄膜の均一性、成膜速度及びその安定性等数多くの
問題点があるが、年々大口径化が進む半導体ウェーハに
ついては素子の微細化に対する良好なステップカバレー
ジの維持といった大きな問題もかかえており、スパッタ
リング技術に関する問題は非常に深刻になっている。又
一方、製造コスト面に目を向けると、単純な形状のター
ゲットを用いかつターゲットライフを向上させることに
よりコストをできるだけ下げようという動きもあり、技
術的な改善が求められている。

従来、工業的に最も広く利用されているスパッタリング
方式は陰極の近くに永久磁石を設置したマグネトロンス
パッタリング方式である。

この装置は陰極形状によって平板型あるいは円型に分類
されるが、何れも原理上永久磁石の作る磁界の分布が一
定なため、極く限られたプラズマ密度の大きい部分でタ
ーゲットの消耗が激しくターゲットライフは比較的短い
。また大面積をもつ被成膜物に対して良好なステップカ
バレージならびに成膜の均一性は得られない。この問題
を回避する方法として被成膜物をスパッタリング中に移
動させることと、複数の永久磁石を組合わせる事によっ
て、プラズマ密度を均一化させる方法即ちプラズマの入
射角を一定にする方法があり、両方法とも広く利用され
ている。

近年ターゲットの近所にコイルを設置した平板型マグネ
トロンスパッタリング装置が出現し、この円形ターゲッ
トの裏側に２重極コイルを設置した装置を第３図によっ
て説明する。

被成膜物１１に対向して配置するターゲット１２には２
個のコイル１３を設置し、ここには一定の電流を流し、
この２個の電流を周期的に変化すると、プラズマ密度が
最大となる領域はこの周期に従って変化する。

よってこの装置では２個の永久磁石を利用してスパッタ
リングを実施していることになり、膜厚の均一化とステ
ップカバレージには効果を発揮している。

（発明が解決しようとする問題点） 前述の被成膜物をスパッタリング中に移動する方法は装
置の信頼性及びターゲットライフの点等から実用性に欠
け、更に複数の永久磁石を組合せる方法はターゲット形
状の工夫によって半導体ウェーハの大口径化に対応して
きたが、入射角が一定のためにその能力はほぼ限界に達
している。

更に２個のコイルを設置して、しかも周期的に２つの電
流を変化させる手法ではプラズマ密度が大きい領域での
みターゲットの消耗が激しく、また膜厚の均一性、ステ
ップカバレージの面でも将来の半導体ウェーハの大口径
化に備えて、より複雑なコイル電流のシーケンスが必要
になる。

本発明は上記欠点を除去する新規なスパッタリング方法
を提供し、特に大面積をもつ被成膜物に対して良好な膜
厚の均−性及びステップカバレージを与えかつターゲッ
トライフを大幅に延長することを目的とするものである
。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するために本発明ではターゲットに隣接
して設置する陰極近辺に配置する複数のコイルの中、少
なくとも１個を付勢する電流を連続的に変化させる手法
を採用する。

（作　用） 本発明ではスパッタリング中に陰極近辺に配置する複数
のコイルのうち少なくとも１個に付勢する電流を連続的
に変化させることにより、陰極近辺の磁界分布を連続的
に変化させてスパッタリングが激しく起こるプラズマ密
度の大きい領域も連続的に変化させて、被成膜物に対し
て良好な膜厚の均一性とステップカバレージを与えると
共に、ターゲットライフをも延長するものである。

（実施例） 第１図〜第２　ａ　”　ｄ図によって本発明の詳細な説
明するが、従来例と同様な記述が都合玉出てくるものの
新番号を付して述べる。

第１図は本発明を適用するのに必要な装置の概要を示す
断面図、第２　ａ　＝　ｄ図はその作用を説明する図面
である。

即ち円形のターゲットを設；αした陰極近辺には２組の
コイルが配置された直流スパッタリング装置を示してあ
り、この２組のコイルは同心状に設置し、付勢する電流
の変化及びプラズマ密度が最大となる径の変化を第２図
に示す。この２個コイルを使用した場合プラズマ径はこ
の両コイルに流れる電流の比によって決まるが、この例
では外側のコイルに流す電流を連続的に変化させている
。

この場合勿論内側のコイルに流れる電流を連続的に変化
させても、又２つのコイルに流れる電流を同時に連続的
に変化させても、プラズマ径は連続的に変化する。

但し後者の場合２個のコイルに流れる電流の比が常に一
定であってはプラズマ径は変化しない。

ところで、第１図に明らかなように被成膜物１に相対向
してかつ間隔をもってターゲット２を配置し、この裏側
に設置する。

この陰極３の近辺には２組のコイル４，４を設置し、陰
極３のアースシールド５も配置し更に陰極３にコンデン
サー６を介して接地するが、勿論アースシールド５も同
様に接地する。

被成膜物１のある位置における膜厚及びステップカバレ
ージはこの位置、ターゲット２と被成膜物１間の距離な
らびにプラズマ径の時間に対する関数によって求まり、
被成膜物１の大きさと、被成膜物１とターゲット間の距
離が決まれば計算機によるシュミレーションによって、
膜厚の均−性及びステップカバレージを良好にするのに
プラズマ径の時間に対する関数を最適化することが可能
となる。

一方、被成膜物１の径が一定の場合はターゲット２と被
成膜物１間の距離を縮めることによって大きなスパッタ
リングレートが得られ、又小さいターゲットで膜厚の均
−性及びステップカバレージに対しても同様な効果が得
られる。

〔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方法を使用
すると、被成膜物の径、ターゲットと被成膜物間の距離
に対してコイル電流の時間についての関数を最適化する
ことによって、大面積をもつ被成膜物には永久磁石を使
用するマグネトロン、スパッタリング方式では得られな
い良好な膜厚の均−性及びステップカバレージが得られ
る。又ターゲットは均一に消耗されるためターゲットラ
イフを大幅に向上でき、さらにターゲット形状は単純な
平板型で十分なためにターゲットコストは非常に安くな
る。

最近ステップカバレージの一層の改善策としてバイアス
スパッタリング法が開発、実用の段階に入っているが、
半導体基板側にバイアスを加える前の問題としてターゲ
ットからの成膜の均−性及びステップカバレージは重要
でありバイアススパッタリングのスループットにも影響
し、従って本発明はバイアススパッタリングにも適用可
能である。

ところで第２図ａ　＝　ｂによって本発明の詳細な説明
しており、ａならびにｂではコイル電流とプラズマ径が
時間によってどのように変化するかを示しており、Ｃ及
びｄでは従来方式におけるコイル電流とプラズマ径が時
間によってどのように変化するかを明示した。

即ちａならびにｂでは内側のコイル電流は一定とし、外
側のコイル電流を１秒車位で変化し、これによるプラズ
マ径の変化を明らかにした。更にＣでは従来方式におけ
るターゲットの裏側に設置した内側のコイル電流は３Ａ
とし、１．３秒程度経過後外側のコイル電流としては負
の３Ａ位の電流をやはり１．３秒程度流すとｄ図に示す
プラズマ径が得られることを示している。

【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概略を示す図、
第２図ａ　−ｄはこの装置の動作を説明する図、第３図
は従来方式による平板型マグネトロンスパッタリング装
置の概略を示す図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 被成膜物から相対向してかつ間隔を以て配置するターゲ
   ットに隣接して設ける陰極近辺に複数のコイルを形成し
   、このコイルの少なくとも１個を付勢する電流を連続的
   に変化することを特徴とするスパッタリング方法。