JPS634066A - 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
性が高められている。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、このバイアススパッタ法は、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ンタにおいては、アスペクト比の
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、バイアススパッタ時における基板電流を検出
する手段と、基板の近傍に発生されるプラズマ密度をこ
の基板電流に基づいて制御するコントローラとを付設し
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。

更に、前記上部電極２の負電源４の回路内には電流計１
０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１
０からの電流値に基づいて前記下部電極３の負電源５を
制御し得るように構成している。

なお、図において１２はシリコンウェハＷを加熱するた
めのヒータ、１３は下部電極３に磁界を生じさせるため
の磁石である。

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１内を１０１トール
（Ｔｏｒｒ）程度に高真空排気を行った後、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間にプラズマが発生し
、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、前記プラズマの作用によって
シリコンウェハＷの表面に被着される。

このとき、上部電極２における電流は電流計１０で測定
され、コントローラ１工はこの電流値に基づいて前記負
電源５の電力（電流、電圧又はこの両者）をフィードバ
ック制御し、電流値が略所定の値以上となるように制御
する。これにより、上部電極２におけるバイアスを一定
に保持したままで前記プラズマ密度を制御し、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
。これにより、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、バイアススパッタにお
いてバイアス電圧−定の条°件では基板電流を太き（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、下部電極３の印加電力を変化することに
より、バイアスを一定に保持したままでこのプラズマの
密度を制御し、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、カソード電極としての下部電極３の周
囲に、同様にカソード電極として機能する補助下部電極
３Ａを付設し、かつこの補助下部電極３Ａに補助負電源
５Ａを接続して所要の電力を印加できるように構成して
いる。そして、前記コントローラ１１はこの補助負電源
５Ａに対して電力制御を実行し得るように回路を構成し
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は補助負電源５Ａ−ｔ−制御し、画電極２．
３間に発生するプラズマとは別のプラズマを上部電極２
の近傍に発生させ、かつこの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、この実施例では基板電流に基づ（下部電極３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、これによりターゲット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。

なお、前記補助下部電極３ＡはシリコンウェハＷに近接
配置した構成としてもよい。

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、バイアス電圧を一定
に保ったままで下部電極への印加電力を制御してプラズ
マ密度を増大させ、これにより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るので、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）カソード電極としての下部電極に補助電極を付設
し、この補助電極への印加電力を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一定に保持できスパッタ効率を安
定なものにできる。

（３）基板電流を直接測定し、この測定値に基づいて下
部電極又は下部補助電極への印加電力を制御しているの
で、基板電流を所定値に保持でき、安定した膜質、被着
性の成膜を行うことができる。

（４）上記（１）〜（３）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（、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（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に基板電流を検出する
手段と、基板近傍に発生するプラズマ密度をこの基板電
流に基づいて制御するコントローラとを備えているので
、基板のバイアス電圧を一定に保ったままで電極への印
加電力を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）、３Ａ・・・補助下
部電極、４・・・負電源、５・・・負電源、５Ａ・・・
補助負電源、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、１
３・・・磁石、Ｗ・・・シリコンウェハ（基板）、Ｔ・
・・ターゲット。

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、基板電流を検出する手段と、前記
   基板近傍に発生されるプラズマ密度を前記基板電流に基
   づいて制御するコントローラとを備えることを特徴とす
   るバイアススパッタ装置。 ２、コントローラは、前記基板電流に基づいて、基板に
   対向して設けた対向電極に印加する電力を制御可能に構
   成し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。 ３、前記対向電極に補助電極を付設し、コントローラは
   前記基板電流に基づいてこの補助電極に印加する電力を
   制御可能に構成してなる特許請求の範囲第２項記載のバ
   イアススパッタ装置。 ４、補助電極を対向電極の周囲でかつ基板に近接する位
   置に配置してなる特許請求の範囲第３項記載のバイアス
   スパッタ装置。