JPH0499270A - スパッターターゲット及びスパッター成膜方法 - 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】 〔概　要〕 基板上に成膜するスパッター法に関し、成膜する膜を高
品質なものとするために高速成膜が可能であり、然もそ
の成膜を安定に行い得るようにすることを目的とし、 被スパッター材からなるターゲット本体の冷却面となる
面に、被スパッター材よりも耐蝕性が高く且つ硬質な材
料からなる保護膜を有するスパッターターゲットを用い
、該スパッターターゲットの冷却は、該保護膜に冷却水
を直接接触させて行うように構成し、また、前記スパッ
ターターゲットは、前記ターゲット本体と前記保護膜の
間に、該保護膜の金属よりも軟質で且つ前記被スパッタ
ー材よりも融点が高い材料からなる密着層が介在する場
合があるように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、基板上に成膜するスパッター法に係り、特に
、スパッターターゲット及びスパッター成膜方法に関す
る。

スパッター法は、スパッターターゲットの材料を基板の
表面に堆積させる技術であり、主として、半導体装置、
磁気デバイス、光学デバイスの分野の製造における非磁
性または磁性金属膜や絶縁物膜の成膜に用いられるもの
である。

例えば、半導体装置の製造では、半導体基板上の配線層
とするアルミニウムまたはアルミニウム合金（例えば、
純ＡＩ、　Ａｌ１％Ｓｉ、　Ａｌ−１％５ｉ−０，５％
Ｃｕなど）の膜なとがスパッター法によって成膜されて
おり、その膜質を高品質なものにすることが望まれてい
る。

〔従来の技術〕

スパッター法により成膜されたアルミニウム膜の膜質は
、スパッターの条件に敏感に影響を受けることが良く知
られている。配線層として高品質な膜を得るためには、
成膜中の不純物混入を抑える必要があり、そのために、
スパッターする真空雰囲気中の残留ガスを少なくするこ
と、成膜を高速で行うことが要求される。

成膜の高速化はスパッターターゲット（以下ターゲット
と略称する）に投入する電力を大きくすることで実現で
きるが、電力が増大するとターゲット材料（被スパッタ
ー材）のアルミニウムが溶融し始めて安定なスパッタリ
ングが維持できなくなる。そこで、ターゲットをできる
だけ冷却することが必要になり、高速成膜のために種々
の冷却方法が考えられている。

第３図はその従来例を説明するためのターゲット部模式
断面図であり、この従来例は一番普及している方法であ
る。

同図において、熱伝導率の大きな金属ぐ例えば、銅また
は銅合金など）からなり表面にターゲット１１を貼り着
ける支持板１３を用い、支持板１３の裏面から冷却水Ｉ
２で冷却するものである。支持板１３の表面は真空雰囲
気に対面し、ターゲット１１の貼り着けは低融点（約２
００℃程度）のハンダ材１４を介して行う。

この場合は、大きな電力を投入すると、ハンダ材１４が
溶は始めてターゲット１１が剥離し易くなり然もハンダ
材１４が真空雰囲気を汚染して、成膜中のアルミニウム
膜の品質を劣化させてしまう。

ハンダ材１４を使用しない方法として、支持板１３の代
わりにターゲット１１の周縁−を嵌合挿入する支持枠（
内部が水冷）を用い、ターゲッＭｌＯ熱膨張によりター
ゲット１１の周側面を支持枠に密着させてターゲット１
１を支持させるものがある。この場合は、ターゲットｌ
Ｉと支持枠相互間の寸法精度が極めて重要となり、安定
な冷却をとることがかなり困難である。

第４図は他の従来例を説明するためのターゲット部模式
断面図であり、この従来例はハンダ材を使用しないでタ
ーゲットを確実に冷却できる方法である。

同図において、ターゲット２１は、裏面周縁部が支持枠
２３にパツキン２４（例えばＯリング）を介し気密に固
定されて真空雰囲気を保持し、裏面から冷却水２２の直
接接触によって冷却される。先の従来例のようなハンダ
材を使用しないので大きな電力の投入が可能である。こ
の方法は、ターゲット２１を冷却水２２て直接冷却する
ことから、一般に直冷型と呼称されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが直冷型の上述した従来例では、ターゲット２１
が裏面も被スパッター材のアルミニウムまたはアルミニ
ウム合金であるため、 ■　冷却水２２が直接接触する部分に腐食が発生し易く
、然もその腐食が苔状となるので、長期の使用中にター
ゲット２１の冷却効率が低下する、■　ターゲット２１
の取付は取外しなどの取扱い中にターゲット２１に傷が
付き易く、その傷が裏面周縁部にあるとターゲット２１
の気密固定が困難となる、 ■　腐食の発生したターゲット２１を一旦取外し再度使
用するする際に、取付けの位置ずれによりターゲット２
１の気密固定が困難となる、といった問題を抱えており
、配線層として高品質なアルミニウム膜を安定に成膜す
ることが困難である。

そこで本発明は、基板上に成膜するスパッター法に関し
て、成膜する膜を高品質なものとするために高速成膜が
可能であり、然もその成膜を安定に行い得るようにする
ことを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

第１図は本発明の原理説明図である。

上記目的を達成するために、本発明によるスパッター法
は、本発明のターゲット１を用いて直冷型にしである。

即ち、ターゲット１においては、被スパッター材からな
るターゲット本体１ａの冷却面となる面に、被スパッタ
ー材よりも耐蝕性が高（且つ硬質な材料からなる保護膜
１ｂを有することを特徴としており、ターゲット本体１
ａと保護膜１ｂの間に、保護膜ｉｂの金属よりも軟質で
且つ前記被スパッター材よりも融点が高い材料からなる
密着層１ｃを介在させても良い。

また、成膜方法においては、前記ターゲットｌを用い、
ターゲット１の冷却は、保護膜１ａに冷却水２を直接接
触させて行うことを特徴としている。

〔作　用〕

本発明によるスパッター法は、ターゲット１に設けた保
護膜１ｂに冷却水２を直接接触させてターゲット１を冷
却する直冷型である。そして、保護膜１ｂは、耐蝕性に
より冷却水２に対し化学的に安定且つ不溶であり、然も
被スパッター材よりも硬質である。

このことから、ターゲット１に投入する電力を大きくす
ることができて高速成膜が可能であり、然も先に述べた
問題の■〜■が解消されて、高品質の膜を安定に成膜す
ることができる。

密着層１ｃの介在は、保護膜１ｂが接合面におけるなじ
みの悪さなどによりターゲット本体１ａ　（被スパッタ
ー材）から剥離し易くなることに対する対策であり、密
着層１ｃの軟質が保護膜１ｂの剥離を防止する。そして
密着層１ｃは、その融点からして従来例のハンダ材のよ
うに溶けることがない。

〔実施例〕

以下本発明の実施例について第２図のターゲット部断面
図を用いて説明する。

この実施例は、従来例に合わせて被スパッター材がアル
ミニウムまたはアルミニウム合金である場合を例にとっ
である。

同図において、１はターゲット、２は冷却水、３は支持
枠、４はパツキン（Ｏリング）、である。

ターゲット１は、支持部を含む外径が２８０ｍｍφで、
ターゲット本体１ａがアルミニウムまたはアルミニウム
合金からなり、図の上面（表面）中央部２５０ｍｍφの
領域がスパッタ面であり、冷却面となる裏面に、厚さ１
〜１００μｍ程度の銅からなる密着層１ｃと厚さ１０〜
１００μｍ程度の窒化チタンからなる保護膜１ｂを順次
被着したものである。密着層ＩＣとする銅膜はイオン・
ブレーティングにより、また保護膜１ｂとする窒化チタ
ン膜は反応性のイオン・ブレーティングによって成膜す
ることができる。また、密着層１ｃの成膜は湿式メツキ
法やスパッター法でも可能であり、保護膜１ｂの成膜は
反応性の溶射法やスパッター法でも可能である。保護膜
１ｂは、密着層１ｃの介在により、ターゲット１の温度
上下や取扱い中にターゲット本体１ａから剥離すること
がない。

支持枠３は、箱体をなしその開口側にフランジ３ａを有
し、内部に電磁石５が配設されており、ターゲット１が
保護膜１ｂを箱体に向けて箱体を気密に蓋するようにパ
ツキン４を介してフランジ３ａに固定される。また、フ
ランジ３ａが不図示の真空チャンバに気密に固定されて
ターゲットＩのスパッタ面を真空雰囲気に対面させる。

電磁石５は、その磁界によりプラスマをターゲットｌの
スパッタ面近傍に閉じ込めて、スパッターの効率を高め
るためのものである。

そして、保護膜１ｂ及び箱体内面と電磁石５との間が箱
体底面に設けられた冷却水人口６ａ及び冷却水出口６ｂ
に繋がる冷却水流路６を構成して、冷却水流路６を流す
冷却水２が保護膜１ｂに直接接触してターゲットＪを冷
却する。保護膜１ｂと電磁石５との間隙は約１０ｍｍで
ある。

このようにすることにより、ターゲット１は冷却水２に
よって腐食することがなくなり、ターゲット１に投入で
きる最大電力は１８〜２０ＫＷを長期に渡り維持するこ
とが可能となり、成膜速度は先に第３図で述べた従来例
と比較して５０〜６０％程度の増大を常に確保すること
ができた。然も、ターゲット１の取付は取外しなどの取
扱い中にターゲットの裏面に傷が付くことがなくなり、
ターゲット１は繰り返し使用の場合をも含めて確実に気
密固定されるようになった。

ちなみに、第４図で述べた従来例の成膜では、初期にお
いて上記の成膜速度を得ることができたが、ターゲット
２１の使用期間が長くなるに従いターゲット２１が過熱
して安定なスパッタリングの維持が困難となっていた。

実施例の一例によれば、ターゲット本体１ａをアルミニ
ウム・Ｉ％シリコン合金にしたターゲットｌを用い、ス
パッタ圧力を１〜１００　ｍＴｏｒｒ　、アルゴン流量
を１０〜１５０　ｓｅｃｍ、投入電力を約１８ＫＷ、基
板温度を３５０〜４５０℃にすることにより、アルミニ
ウム・シリコン合金膜を約３０秒で１μｍの厚さに成膜
することができ、スループットが第３図で述べた従来例
と比較して約３０％向上する。

然も、この高速成膜では、基板温度が上記のように低く
とも成膜中のアルミニウムが流動性に優れて、基板表面
に段差部があっても成膜表面が平坦になり、微細配線の
形成に極めて都合の良い結果が得られる。そして、厚さ
１μｍに成膜した上記アルミニウム・シリコン合金膜を
パターニングして得られた配線は、第３図で述べた従来
例による場合と比較して、電流密度に対する寿命が約１
桁向上していることも確認された。

上述の実施例は、半導体装置の配線層とするアルミニウ
ム膜の成膜の場合を例にとって説明したが、本発明のス
パッター法では、ターゲット本体ｌａの被スパッター材
として、アルミニウム、チタン、ジルコニウム、タング
ステン、モリブデン、金、タンタル、ニオブ、パラジウ
ム、銀、亜鉛、ルテニウム、テルル、これらの金属を主
成分とする合金、クロム、ニッケル、パーマロイなど磁
性を有する金属、チタン、タンクステン、モリブデンの
珪化物、シリコン、前記の酸化物（石英、アルミナなど
）、若しくはこれらの混合物、などを用いて種々な材質
の膜を安定に高速成膜することが可能であり、それによ
り成膜中の不純物混入を低減させて該膜を高品質なもの
にすることができる。

その際の保護膜１ｂの材料は、チタン、ジルコニウム、
ハフニウム、モリブデン、クロム、タングステンの窒化
物または炭化物または硼化物、チタン・アルミニウム・
バナジウム合金、若しくはこれらの組み合わせなとから
適宜に選択し、密着層ＩＣの材料は、銅、モリブデン、
クロム、前記銅乃至クロムの中の一つ以上を主成分とす
る合金、若しくはこれらの組み合わせなどから適宜に選
択するのが良い。そして、密着層１ｃを介在させなくと
も保護膜１ｂに剥離の恐れがない場合には、密着層１ｃ
を省略しても良い。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、基板上に成膜する
スパッター法に関して、高速成膜が安定に行うことがで
きるようになり、高品質な膜の安定した成膜を可能にさ
せて、例えば半導体装置の配線層に適用してその品質を
向上させる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理説明図、 第２図は実施例を説明するためのターゲット部断面図、 第３図は従来例を説明するためのターゲット部模式断面
図、 第４図は他の従来例を説明するためのターゲット部模式
断面図、 である。 図において、 １．　１１．２１はターゲット、 ｌａはターゲット本体、 １ｂは保護膜、 ｌｃは密着層、 ２、１２．２２は冷却水、 ３．２３は支持枠、 １３は支持板、 ４．２４はパツキン、 １４はハンダ材、 である。 １°クーゲツト 鼠ターゲット本体 Ｓ′ｆ磁石 ６（Ｌ　”／９ｉ却木入口 ６茜和罠略 ６ｂ＞令夫ｐ木出口 実施例Ｆ説明Ｔるためのターゲット部断面囚第　２　図 １：ターゲット １１）：保護族 ２　：　′／９４隊 ７ａ’ターゲしト木体 １ｃ′贋、着層 木宛明の原理説明図 第　１　図 １１゛ターケソト　　　　　１２′）置去ｐ水Ｉ３．支
持版　　　　　　　１４：ハンダ材Ｗ’Ｊ套説明するた
めのターゲット耶榎式断面図第　３　図 ２１　　ターゲツト ２３、支νμヤ ２２　　冷却水 ２４　　パラへン 他の従来ＰＪＥ説明ブるためのターゲット郭倶式断面囚
第４　囚

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）被スパッター材からなるターゲット本体（１ａ）の
   冷却面となる面に、被スパッター材よりも耐蝕性が高く
   且つ硬質な材料からなる保護膜（１ｂ）を有することを
   特徴とするスパッターターゲット。 ２）前記ターゲット本体（１ａ）と前記保護膜（１ｂ）
   の間に、該保護膜（１ｂ）の金属よりも軟質で且つ前記
   被スパッター材よりも融点が高い材料からなる密着層（
   １ｃ）が介在することを特徴とする請求項１に記載のス
   パッターターゲット。 ３）基板上に成膜するスパッターを行うに際して、 請求項１または２に記載のスパッターターゲット（１）
   を用い、該スパッターターゲット（１）の冷却は、前記
   保護膜（１ｂ）に冷却水（２）を直接接触させて行うこ
   とを特徴とするスパッター成膜方法。