JPS634062A - バイアススパツタ装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はバイアススパッタ装置に関し、特に膜質が良好
でしかもアスペクト比の大きなパターンに対する被着性
が良好なバイアススパッタ装置に関するものである。

〔従来の技術〕

一般に半導体装置の製造工程では、半導体基板上に金属
膜を被着し、これを所要のパターンに形成して電極、配
線を形成している。近年、半導体装置の素子の微細化に
伴って電極及び配線も微細化され、これによりアスペク
ト比の大きなパターンに対する金属膜被着の技術の必要
性が高められ　”でいる、従来、このようなアスペクト
比の大きなのように、基板に負の電圧を印加しながらス
パッタを行う所謂バイアススパッタ法が知られている。

即ち、このバイアススバッタ法は、金属膜被着を行う基
板を支持した電極をカソード電極に対向配置するととも
に、この基板側電極に負のバイアス電圧を印加し、かつ
チャンバ内を所要のガス圧力に維持した状態でスパッタ
を行う方法である。

このバイアススパッタ法によれば、印加されたバイアス
によってイオンの衝突を起こし、この際のスパッタエッ
チによって傾斜部を優先的にエッチし、平坦部に再付着
をさせることにより平坦性の高い膜被着を実現できる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

この種のバイアススパッタにおいては、アスパラ）１４
の大きなパターンへの金属膜の被着性を向上させるため
には基板に供給される電力を増大させること、例えば−
の手段として基板のバイアス電圧を高めることが有効で
あるが、このバイアス電圧の増大に伴ってチャンバ内に
おけるＡｒ（アルゴン）が膜中に取り込まれ易くなる。

このため、その後の熱処理工程によってこの取り込まれ
たＡｒが凝集し、膜中においてボイドが発生しまたヒロ
ックの原因となる等、被着形成した膜質の低下を招くと
いう問題がある。

本発明の目的は、膜質の低下を招くことなく、しかも形
成する膜の被着性を良好なものにできるバイアススパッ
タ装置を提供することにある。

本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、
本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであ
ろう。

〔問題点を解決するための手段〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を節単に説明すれば、下記のとおりである。

すなわち、成膜を行う基板にバイアス電圧を印加してス
パッタを行う装置において、基板の近傍に磁石を配設し
てバイアススパッタ装置を構成している。

〔作用〕

上記した装置によれば、バイアス電圧を増大させること
なく基板近傍に配置した磁石の磁界によって基板近傍に
おいて発生するプラズマ密度を増大して基板に流れ込む
ガスのイオン量を増大でき、これにより成膜中へのガス
の取り込みを抑制して良質でかつ被着性の良い成膜を行
うことができる。

〔実施例１〕 第１図は本発明の第１実施例のバイアススパッタ装置の
断面図である。

内部を気密に保持可能なチャンバ１内には、上部電極２
と下部電極３とを対向配置し、上部電極２には成膜を行
うための基板としてのシリコンウェハＷを支持し、下部
電極３には成膜材料としてのアルミニウムのターゲット
Ｔを支持している。

そして、前記上部電極２には負電源４を接続して所定の
バイアス電圧をシリコンウェハＷに印加し、また下部電
極３はカソード電極として負電源５を接続している。な
お、チャンバ１は接地している。

また、前記下部電極３の裏面位置には永久磁石１３を配
設しているとともに、前記上部電極２の背後にもシリコ
ンウェハＷに近接して永久磁石１４を配設し、かつこの
近傍にはヒータ１２を配設している。

更に、前記チャンバ１の上部にはアルゴンガス源６に連
通したガス供給ロアを開設するとともに、下部にはチャ
ンバ１内を所定の圧力に減圧させる排気口８を開設しポ
ンプ９を配設している。

このバイアススパッタ装置を用いた成膜方法は、先ず排
気口８及びポンプ９によりチャンバｌ内を１Ｏ−７）−
ル（Ｔｏｒｒ）程度に高真空排気を行った辛、ガス供給
ロアからチャンバ１内にアルゴンガスを導入し内部を１
　＝　１００Ｔｏｒｒ程度の真空度に設定する。

次いで、ヒータ１２で上部電極２を加熱しながら下部電
極３に負電源５から電力を印加する。同時に上部電極２
にも負電源４から電力を印加し、所要のバイアスに設定
する。これにより、画電極２．３間の下部電極３近傍で
は、印加電力による電界と永久磁石１３による磁界の作
用によってプラズマが発生し、このプラズマの作用によ
って下部電極３上のアルミニウムのターゲットＴからア
ルミニウム原子が飛散される。このアルミニウム原子は
上部電極２上のシリコンウェハＷに向かって飛散される
。また、上部電極２のシリコンウェハＷ表面近傍では、
電界と永久磁石１４の磁界によって前記プラズマとは別
にプラズマを発生させ、このプラズマに起因されるアル
ゴンガスのイオンの作用によってシリコンウェハＷの表
面にアルミニウムを被着させる。

これにより、上部電極２におけるバイアスを一定に保持
したままで永久磁石１４の作用によって上部電極２近傍
のプラズマ密度を増大し、この十分なプラズマの下でシ
リコンウェハＷに流れ込むガスのイオン量を増大させて
基板電流を所定値以上に維持できる。したがって、膜質
が良好でかつ被着性の良い成膜を実現できる。

即ち、本発明者の検討によれば、バイアス電圧が一定の
条件ではバイアススパッタにおいて基板電流を大きくす
ると、膜の被着性が向上され、アスペクト比の大きなパ
ターンにおいても良好な成膜が実現でき、しかもバイア
ス電圧を増大したときのようなアルゴンガスの取り込み
が生ずることはなく、したがってボイドやヒロック等が
発生することもないことが判明している。

そして、この基板電流は上部電極２の近傍に発生するプ
ラズマの密度、更に言えばシリコンウェハＷに流れ込む
ガスのイオン量（ここではアルゴンイオン）に相関を有
することから、上部電極２の近傍に新たに永久磁石１４
を設けてプラズマを発生させかつその密度を増大させる
ことにより、バイアスを一定に保持したままで基板電流
を所要の値以上に設定することができる。これにより、
前記したように膜質が良好でかつアスペクト比の大きな
パターンに対しても被着性の良好な成膜を実現できる。

〔実施例２〕 第２図は本発明の他の実施例を示す断面図であり、第１
図と同一部分には同一符号を付しである。

この実施例では、上部電極２の背後に設ける磁石を電磁
石１４Ａで構成している。そして、前記下部電極２の負
電源４の回路内には電流計１０を介挿し、かつこの電流
計１０をコントローラ１１に接続している。このコント
ローラ１１は、前記電流計１０からの電流値に基づいて
前記電磁石１４Ａに通流する電力を制御し得るように構
成している。

このバイアススパッタ装置によれば、上部電極２におけ
る基板電流を電′流計１０で測定した値に基づいてコン
トローラ１１は電磁石１４Ａに通流される電力を制御し
、その磁界強度を制御して上部電極２の近傍に発生する
プラズマ密度を自由にコントロールすることができる。

したがって、バイアスを一定に保持したままでシリコン
ウェハＷに流れ込むガスイオン量を増大させて基板電流
を所定値以上に保ち、この状態でスパッタ成膜を実行す
ることができ、膜質の向上と被着性の向上を達成できる
。

なお、前記各実施例のいずれも基板電流に基づく下部電
極３への電力制御は行っていないので、下部電極３の電
力を一定に保持し、したがって画電極２．３間に発生す
るプラズマ密度を一定に保ち、かつターゲットＴにおけ
るスパッタ効率を安定に保って成膜の高効率化を同時に
実現できる。

上述した実施例によれば次の効果を得ることができる。

（１）バイアススパッタにおいて、基板近傍に磁石を配
設することにより、基板近傍に発生するプラズマ密度を
増大させるので、バイアス電圧を一定に保ったままで基
板に流れ込むガスイオン量を増大して基板電流を増大で
き、アスペクト比の大きなパターンに対する膜の被着性
を向上するとともに、アルゴンガスの取り込みを防止し
て膜質の向上を達成できる。

（２）基板近傍に設けた磁石を電磁石で構成し、この電
磁石への印加電力を基板電流に基づいて制御してプラズ
マ密度を増大させ、これにより基板電流を増大している
ので、下部電極の印加電圧を制御する必要はなくスパッ
タ効率を安定なものにできる。

（３）上記（１）、（２）により、アスペクト比の大き
なパターンにおいても均一に膜を形成でき、半導体装置
の微細化及び高集積化を達成できる。

以上本発明者によってなされた発明を実施例にもとづき
具体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定される
ものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可
能であることはいうまでもない。例えば、アルミニウム
以外の金属をスパッタ成膜する場合にも全く同様に適用
できる。

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野である半導体装置における
薄膜を形成する場合に適用した場合について説明したが
、それに限定されるものではなく、種々の基板に対して
薄膜を形成する場合にも同様に適用できる。

〔発明の効果〕

本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりであ
る。

すなわち、バイアススパッタ装置の基板近傍に磁石を配
設し、この磁石によって基板近傍にプラズマを発生させ
、かつそのプラズマ密度を所定値以上に増大させている
ので、基板電流を増大でき、アスペクト比の大きなパタ
ーンに対する膜の被着性を向上するとともに、アルゴン
ガスの取り込みを防止して膜質の向上を達成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の断面図、第２図は本発明
の第２実施例の断面図である。 １・・・チャンバ、２・・・上部電極（基板側電極）、
３・・・下部電極（カソード電極）、４・・・負電源、
５・・・負電源、６・・・アルゴンガス源、７・・・ガ
ス供給口、８・・・排気口、９・・・ポンプ、１０・・
・電流計、１１・・・コントローラ、１２・・・ヒータ
、１３・・・１石、１４・・・永久磁石、１４Ａ・・・
電磁石、Ｗ・・・シリコンウェハ（基板）、Ｔ・・・タ
ーゲット。 第　　ｌ　　　図 Ｃでバズ弐歌 ？ボＱ〕フ０ 第２図 デボ９〕７゜

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、成膜を行う基板にバイアス電圧を印加してスパッタ
   を行う装置において、基板の近傍に磁石を配設したこと
   を特徴とするバイアススパッタ装置。 ２、磁石は永久磁石である特許請求の範囲第１項記載の
   バイアススパッタ装置。 ３、磁石は電磁石であり、前記基板の電流を測定する手
   段と、この基板電流に基づいて前記電磁石に通流する電
   流を制御するコントローラを備えてなる特許請求の範囲
   第１項記載のバイアススパッタ装置。