JPS62158863A - 被膜形成装置 - 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】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は、被膜を形成する装置に関するものであり、特
に集束式スパッタ技術を使用して、合金を生成する装置
に関するものである。

Ｂ、従来技術 集積回路等、多くの電子部品を製造する際には、基板上
に金属被膜を付着させる必要がある。特に、銅を含む材
料を、有機または無機の基板上に付着させ、それにエツ
チングその他の加工を施して、回路乃至は部品にするこ
とが多い。

特別な物理的特性と電気的特性とを兼ね備えた材料の使
用が望ましい場合が多い。その結果、組成物または２種
類以上の全屈の場合には合金を使うと、最終的にそれを
含む電子装置の性能向上に役立つ。したがって、それぞ
れの材料の最良の特性または品質を得るために、材料を
混合することが必要となる。

たとえば、銅はすぐれた電気良導体であることが知られ
ているが、強度および接着性の点ではそれほど評判が良
くない。電気回路を製造する際に、銅とクロムの混合物
を使うと、心電特性を損うことなく、回路のラインの基
板への接着が高まる。

窒化チタンは硬度が極めて高いことが知られているが、
導電特性は比較的劣っている。したがつて、窒化チタン
と、金、銅などの導電性の高い材料を組合わせると、比
較的導電性が高く、比較的硬度の高い材料が得られる。

電気回路を作製するために２種類以上の混合物を形成す
る場合を例にとって、以下にスパッタリング法を説明す
る。

プラズマ・デポジションの分野では、スパッタリングま
たはスパッタ・デポジションと呼ばれる方法により、陰
極に接続されたターゲットの表面から原子が追い出され
る。この方法では、ターゲットは銅その他の材料ででき
ている。ターゲットを接続した陰極に、アルゴン等の不
活性雰囲気中で高電圧を印加する。不活性ガスがイオン
化されてプラズマを形成し、それから陽イオンが飛散し
てターゲット露出面に衝突し、運動量の移動によって、
ターゲットの材料から原子または原子のクラスタを追出
す。このターゲット原子を追出すことがスパッタリング
と呼ばれている。

この方法を繰返すと、これらの主として中性の原子が多
数、ターゲット前方の比較的高真空の空間中を移動し、
通常ターゲットと至近距離にあるサンプルまたは基板と
呼ばれる受は器に衝突し、その表面で凝縮する。このよ
うにして、ターゲット材料の原子または分子の層による
コーティングを、基板上に堆積させることができるにの
ようなコーティングは、通常１０μより薄く、薄膜と呼
ばれる。

集積回路のメタライゼーションには、通常はこれで十分
である。

最も広く使用されているプラズマ反応器は、スパッタリ
ングされた原子が付着するサンプル表面に平行になるよ
うにその表面が配置されている１つのターゲットを有す
る。ターゲットから放出された原子は、余弦の法則に従
って分布する。すなわち、ターゲット表面から放出され
る原子の数は、原子が放出される方向についての垂線に
対する角度の余弦に比例する。

したがって、原子がターゲットから垂直に放出され、サ
ンプルの表面で垂直に受ける場合に、最適の付着が得ら
れる。

単一のターゲット構造を含むプラズマ反応器が最も普及
しているが、１台のプラズマ反応器に２つのターゲット
電極が使用できる構成も知られている。たとえば、米国
特許第４４２４１０１号明細書には、同時スパッタリン
グ法を用いて、ドーピングされたケイ化物を付着させる
方法が開示されている。このシステムでは、材料の層を
その上に付着すべき１つ以上のウェーハ、その他の加工
物に向かい合ってチェンバ内に、２つのターゲット電極
が設けられている。各ターゲットは異なる材料でできて
おり、その１つは電気を導通しゃすくするため、ドーピ
ングされたシリコンである。

シリコンは純粋な状態では電気の不良導体である。

ウェーハまたは加工物を、ターゲットの下にある回転プ
ラットフォームにのせ、順次回転させる。

このように、各加工物上に付着された第１の層は、第１
のターゲットの材料で形成されている。加工物を第２の
ターゲットの下に移動させると、第２のターゲットの材
料の層が第１の層の上に付着する。その結果、加工物上
に堆積する材料は、２っ以上の層が交互に重なっている
。得られた材料は均質でなく、したがって常識的な意味
で合金または混合物としての価値は低い。

米国特許第４４１５４２７号明細書には、基板上にドー
ピングされた薄膜を付着させるための、同時スパッタリ
ング陰極法が開示されている。この方法では、ドーパン
トをスパッタリングするためのダイオード・ターゲット
用に、中心部が空いた、長方形のスパッタ浸食領域を有
する比較的大型の平面マグネトロン・スパッタリング装
置が用いられる。この長方形の部分は、ホスト制料をス
パッタリングする、磁気的に強化された、すなわちマグ
ネトロン・スパッタリング装置として使用される。基板
を、マグネトロン／ダイオード装置に隣接して置き、そ
れに対して移動させる。マグネトロンから出た材料は、
まず基板上に付着する。

基板をマグネトロンに対して移動させると、ドーピング
された材料が、ホスト材料層の上に付着し、この場合も
基板上に交互に重なった個別の層（すなわち積層）が得
られる。

米国特許第４４８８９５６号明細書には、多層構造を形
成するためのカソード・システムが開示されている。こ
のカソード・システムは、１つの陰極を有し、その上に
２つのターゲット材料が交互に付着される。この場合も
、移動装置が基板を陰極に対して移動させる。基板上に
付着された材料では、ターゲットを構成する２つの材料
が交互に層を形成している。

Ｃ１発明が解決しようとする問題点 このように、従来技術によって得られる被膜は。

厚さ全体にわたって均質でなく、合金または混合組成物
として十分な品質になっていない。

Ｄ１問題点を解決するための手段 本発明の目的は、付着した材料の厚さ全体を通じて、は
ぼ均質である混合物の被膜すなわち合成被膜を形成する
ことのできる装置を提供することである。

本発明によれば、主軸をもつ表面を有する基板上に、真
空蒸着させて合金を形成するための装置が提供される。

この装置は、ガスを含有し、比較的高真空に維持するこ
とのできるスパッタリング・チエンバを有する。チェン
バには少なくとも２つのターゲット電極が設けられ、各
電極は異種の材料でできている。スパッタリング動作を
開始させるために、異なる電力が各電極に印加される。

ターゲットは、所定の組成の均質な合金の単一層が基板
上に形成されるように、基板に集束する位置に配置され
る。

Ｅ、実施例 第１図は、本発明の実施例を示す断面図である。

従来の真空用チェンバ等のプラズマ反応器すなわちスパ
ッタリング・チエンバ１ｏが設けられている。スパッタ
リング・チエンバ１０には、真空を生成するための従来
の手段（図示されていない）が設けである。チェンバ１
０内には、電極１２および１４が配置されている。この
電極１２および１４は、チェンバ内のハードウェアを使
って従来の方法（図示されていない）により、またはチ
ェンバ外のハードウェアにより、チェンバ１０の内部に
適切に取付けることができる。チェンバ１０の外部にハ
ードウェアを取付けると、装置の調整および保守がしや
すくなる。

電極１２には第１のターゲット１６が接続されている。

ターゲット１６は電極１２に機械的に。

または好ましくは、はんだペースト等による接着により
接続することができる。同様に、第２のターゲット１８
は、第２の電極１４に接続する。

ターゲット１６および１８を形成する材料は、同種類の
ものでよいが、この発明の目的には、異種の材料を用い
るべきである。たとえば、第１のターゲット１６は、下
記材料のうちの１つとする。

クロム、銅、パラジウム、ニッケル、セラミック。

金および銀である。電気絶縁体と電気良導体のいずれも
、ターゲットの材料として使用することができる。同様
に、ドーピングされた二酸化シリコンや、ガリウム・ヒ
素等の半導体材料も使用できる。２種類以上の元素で構
成される合金も、ターゲット材料として使用できる。

第２のターゲット１８の材料も、上記の材料から選択す
ることができる。したがって、ある種の応用分野では、
クロム・銅合金の被膜を形成するため、第１のターゲッ
ト１６をクロム、第２のターゲット１８を銅にすること
が可能であり、それが好ましいこともある。別の実施例
では、ターゲット１６および１８の一方または両方が２
種類以上の材料からなり、これらすべてを共通な電極お
よび電極の組合せにより、基板２４上に付着させること
ができる。しかし、適切な動作のためには、下記の述べ
るようにこれらの２種類以上の材料を、集束させなけれ
ばならない。

電極・ターゲット部品１２．１６は一般にターゲット・
アセンブリ１９と呼ばれる。同様に、部品１４および１
８は第２のターゲット・アセンブリ１９ａを形成する。

別の実施例では、３つ以上のターゲット・アセンブリ（
図示されていない）をチェンバ１０に導入することがで
きる。この場合、電極に適正なエネルギを与えると、３
種類以上の材料を組合わせて合金とすることができる。

ターゲット・アセンブリの構成は、オペレータの目的に
基づく設計によって決まる。

ターゲット・アセンブリ１９は、直流電源で給電される
装置の陰極を形成する。しかし、交流（ＡＣ）電源が供
給される装置では、ターゲット・アセンブリ１９は単に
電極と呼ぶ。浮型材料は、ＡＣスパッタリング装置でも
、ＤＣスパッタリング装置でもスパッタリングすること
ができるが、不電導性材料はＡＣ装置でないとスパッタ
リングされない。

ターゲット・アセンブリ１９は、磁石（図示されていな
い）を含むことが可能で、この場合、その部品はマグネ
トロンと呼ばれる。適当な性能を有するマグネトロンは
、Ｌｅｙｂｏｌｄ　−）１ｅｒａｅｕｓＴｅｃｈ＋＋ｏ
１ｇｙ　Ｉｎｃ、からＰＫ−５００の型式番号で市販さ
れているものである。

ターゲット・アセンブリ１９には、第１の電源２０が接
続される。電源２０は直流でも交流でもよい。電源２０
が直流の場合は、ターゲット１６の前の空間にグロー放
電すなわちプラズマを生成するために、比較的高い負電
圧を発生させる。上記の直流電源２０は、電子を発生し
下記に説明するように、それが最終的にプラズマを介し
てターゲット１６から放出される。適当な直流電源は、
Ｌｅｙｂｏｌｄ　−Ｈｅｒａｅｕｓ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏ
ｇｙ、　Ｉｎｃ、　から５Ｓｖ−１５の型式番号で市販
されているものである。

別法として、電源２０は交流を発生するものでもよい。

この場合は、一定の周波数以上でシステムを動作させる
ために、インピーダンス整合回路（図示されていない）
が必要である。ただし１本発明では、これより低い交流
周波数で実施することができるものとする。適当な交流
電源２ｏは、たとえばＲＦ　　Ｐｌａｓｍａ　Ｐｒｏｄ
ｕｃｔｓから市販されているものである。第２のターゲ
ット・アセンブリ１９ａには、第１の電源２０と同性能
の第２の電源２２が接続されている。しかし、本発明の
目的のためには、両電源２０．２２の特性が同一である
必要はない。したがって、第１の電源２ｏは直流装置で
、第２の電源２２が交流装置であってもよい。

アルゴン等の不活性ガス発生源２３は、ガス（図示され
ていない）が装置の動作中にチェンバ１０中にチューブ
またはパイプ２３ａを通じて導入されるように設けられ
る。この不活性ガスが、第１のターゲット１６および第
２のターゲット１８から発生する電子によってイオン化
され、プラズマを形成する。

不活性ガス以外のガスも、このような装置で使用するの
に適している。実際に、そのようなガスを使って、付着
被膜の組成を形成することができる。この目的のために
は、活性ガス（たとえば酸素）を、専管２３ａを通じて
チェンバ１０の中に導入する。クロムと銅のように、２
種類の異なる材料を使って、銅・クロム酸化物、すなわ
ち酸化クロムと酸化銅の合金を生成することができる。

ターゲット・アセンブリ１９および１９ａに向い合って
、基板２４を置く。基板２４は、電気回路（図示されて
いない）の不専電性支持体として使用するため、たとえ
ばガラス繊維強化エポキシ樹脂の比較的硬い層で作るこ
とができる。別法として、特に連続工程用に、基板２４
を柔軟性にして１合金を付着した後の取扱いを容易にす
ることもできる。同様に、基板２４は、有機材料（たと
えばポリイミド）または無機材料のどちらから形成する
こともでき、また実際に導電性のものでもよい。

本発明の実施例では、基板２４は、適当な従来の手段（
図示されていない）によって移動できるように、支持体
２６の上に置かれる。したがって、基板２４は、ターゲ
ット１９および１９ａに対して移動できる基板の移動速
度は、必要に応じて調節ができ、得られる付着材料の所
期の特性によって変わる。さらに、基板２４はターゲッ
ト・アセンブリ１９および１９ａに対して、Ｘ、Ｙまた
はＺ軸、もしくはこれらの組合せを含むあらゆる力面に
移動させることができる。

シールド２８は、基板２４に垂直に設けられ、第１のタ
ーゲット・アセンブリ１９を包囲する区域と、第２のタ
ーゲット・アセンブリ１９−ａを包囲する区域とを分割
する。シールド２８は、ステンレス鋼または銅製であり
、電気的に接地する。

シールド２８は、１つのターゲット（たとえばり−ゲッ
ト１６）から放出される材料を、他のターゲット（たと
えばターゲット１８）から放出される材料と分離し、１
つのターゲットからの材料が他のターゲットと相互作用
をしたり、他のターゲット上に付着したりするのを防止
する。

第２のシールド３０は、一般に基板２４に平行に配置さ
れる。このシールド３０も、ステンレン鋼または銅製で
、接地され、基板２４の一部分を絶縁分離して、基板の
所定の区域が、一方または他方のターゲット１６および
１８から出た濃縮材料を受けるのを防止する。基板２４
が、ターゲット１６および１８の寸法に比べて小さい場
合は、シールド３０は不要である。これは、この場合。

基板２４全体に均一な合金が形成されるためである。し
かし、第１図に示すターゲット・アセンブリ１９および
１９ａの構成および相対寸法の場合は、基板２４上に均
質な合金を均一に付着させるために、シールド３０が必
要である。

加工中の基板２４の温度を下げるため、水冷等の冷却装
置（図示されていない）をシールド３０とともに使用す
ることができる。さらに、加工中に電子を捕捉するため
に、正の電気的バイアスを発生させる手段（図示されて
いない）を設けて、シールド３ｏに正のバイアスをかけ
ることもできる。

シールド３０の構成は、オペレータの特定の目的に適し
たものにすべきである。たとえば、連続工程では、シー
ルド３０を使うと、必要な場合基板の一部分を合金でコ
ーティングし、基板２４の他の部分（たとえば縁部）に
は、高濃度量の特定のターゲット材料を付着させること
ができる。このような装置は、たとえば付着させる材料
の特性を、基板２４の中心から縁部に向って変えなけれ
ばならない場合に有利である。

別法として、シールド３０は、最初に付着される被膜の
組成が被膜の残りの部分の組成と異なるようにシールド
３０を構成することができる。たとえば、最初に付着さ
せる組成は完全な合金とし、基板２４が支持体２６によ
って移動するにしたがって、付着する材料の組成を、１
つのターゲット材料の濃度が高くなるように変えること
ができる。

したがって、たとえば、接着性の高い合金の最初の層を
、基板２４に直接接触するように形成し、混合によって
次第にその組成を変えて、付着材料のバルクを形成する
ことができる。

動作時に、第１および第２電源２０および２２が、ター
ゲット・アセンブリ１９および１９ａに電子を与える６
ターゲツト１６および１８からの電子は、それらの表面
に蓄積され、表面から放出される。放出された電子は、
真空チェンバｌｏ中のアルゴン原子に衝突して、それを
イオン化する。

得られた正に帯電したアルゴン・イオンは、負に帯電し
たターゲット１６および１８の表面に吸引され、その力
でターゲット１６および１８から、それぞれ３２および
３４で示す放出（スパッタリング）が生じる。イオン化
の過程で、３６および３８で示す区域にグロー放電すな
わちプラズマが発生する。

ターゲットの原子３２および３４が基板２４の表面上で
、はぼ同時に凝縮すると、合金が生成する。合金は基板
２４上に薄膜４２を形成する。

低温低圧スパッタリング法の場合、ターゲット１６およ
び１８からの原子３２および３４の放出は、主として視
線状に生じる。すなわち、原子３２は通常互に、または
スパッタ・ガスの煮干と衝突することなく、ターゲット
１６から基板２４へ移動する。シールド３０を、原子発
生源（ターゲット１６）の視線と基板２４との間に置く
と、ターゲット１６から出た原子は、シールド３０の影
になった区域には付着しない。影になった区域は４４で
示しである。このように、第１および第２のターゲット
１６および１８から出た材料が基板２４に同時に到達す
るようにシールドを構成すると１合金４２の皮膜はその
厚さ全体を通じてほぼ均一に付着する。

好ましい実施例では、ターゲット・アセンブリ１９とし
てマグネトロンが用いられる。第１図の断面図で、２点
４５および４６は、原子３２が放出される烏在化された
ターゲット・サイトを表わす。しかし、マグネトロンを
使用しないと、各り−ゲット１６および１８の表面上に
、原子が均一に放出される。マグネトロンを使用すると
、それより低いチェンバ１０内の圧力で、適正な動作が
行われ、基Ｆｉ２４に衝突する原子３２の平均自由行程
が長くなる。スパッタリング装置中のターゲットの原子
は、前記のいわゆる余弦の法則に従い、これによって原
子３２のほとんどが、ターゲット１６の面に垂直に放出
される。この原理と、低圧であることがあいまって、原
子３２が基板２４上に集束される。このように、２つ以
上のターゲット１６および１８を、基板２４の小区域に
集束するように配置すると、薄膜の厚さ全体を通じて、
同じ百分率の第１のターゲット材料１６と、第２のター
ゲット材料１８からなる均一な薄膜４２が得られる。す
なわち、この薄膜４２は、その深さ全体を通じて均質で
均一である。得られた合金の組成は、第１のターゲット
１６からの原子の到達速度と第２のターゲット１８から
の原子の到達速度の比によって決まる。すなわち、基板
２４に衝突する１つのターゲットからの原子の数が増大
するとそれに比例して、得られる合金４２中に存在する
そのターゲットの材料の割合が増大する。ターゲット１
６および１８のそれぞれから出る原子の付着速度は、こ
れらの接続された電源２０および２２から供給される電
力、材料のスパッタリング特性、および基板２４と各タ
ーゲットとの相対距離によって決まる。

シールド２８および３０を調整し、基板２４を可動支持
体２６により、ターゲット・アセンブリ１９および１９
ａに対して移動させることにより。

ターゲット１６または１８の１つからなる、はぼ純粋な
被膜４２を最初基板２４上に直接付着することができる
。上記の被膜４２は、たとえば、好ましい接着特性を有
する。次にシールド２８および３０、ならびに基板２４
を、ターゲット・アセンブリ１９および１９ａに対して
操作することにより、他の合金または混合物の層が、第
１の純粋な層４２の上に付着する。第２の層（第１図で
は分けて示していない）は、望ましい特性（たとえば導
電性）を有するが、必ずしも接着性はなくてもよい。同
様に、オペレータは、基板２４の上にターゲット１６お
よび１８の材料の合金または混合物からなる被膜４２の
第１の層を付着させ、この第１の混合物層４２の上に、
ターゲット１６または１８の１つからなるほぼ純粋な材
料の第２の層を付着させることもできる。２つ以上のタ
ーゲット材料を用いて３層以上を付着させることおよび
居間の移行を徐々に行ったり急激に行ったりして、それ
ぞれ一体層または離散層を得ることも含めて、上記の手
順のバリエーションは、本発明の範囲内に含まれる。

Ｆ８発明の効果 本発明により、以下のことが達成された。

（ｉ）スパッタリング環境で使用可能な合金を形成する
装置を提供すること。

（ｊｉ）基板に同時付着させることのできる２種類以上
のほぼ純粋な材料からなるターゲット陰極を有する装置
を提供すること。

（ｉｉｉ　）指定した材料からなるターゲットを基板上
に均一に付着するように、枕板に対して集束させること
によって、効果的に付着させる装置を提供すること。

（ｉｖ）各ターゲット陰極に印加する電力を制御して、
各ターゲット毎にそれに対するスパッタリングの量また
は強さを個別に変更でき、したがって得られる混合物、
または合金の組成が予め決定できるようにする装置を提
供すること。

（ｖ）比較的広い面積に、はぼ均一な合金を形成させる
こと。

（ｖｉ）１つ以上のターゲットから基板表面にスパッタ
リングされる材料の量を変えることができるシールド機
構を提供すること。

（ｖｉｉ　）特定の適用では均一な合金を作成する必要
がなく、最初純粋な材料の層を、混合によって所定の位
置で最初の材料を含む合金にすることのできる機構を提
供すること。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による装置の断面図である。 １０・・・・スパッタリング・チエンバ、１２．１４・
・・・電極、１６．１８・・・・ターゲット、２０、２
２・・・・電源装置、２４・・・・基板、２６・・・・
可動支持体、２８．．３０・・・・シールド。 出願人　　インターナショナル・ビジネス・マシーンズ
・コーポレーション 代理人　　弁理士　　岡　　１）　次　　生（外１名）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 主軸をもつ表面を有する基板の上に真空蒸着して被膜を
   形成する装置であつて、 ガスを含有し、比較的高真空を維持することのできるス
   パッタリング・チエンバと、 前記チエンバ内に配置され、それぞれが異なる材料から
   なる少なくとも２つのターゲット電極と、スパッタリン
   グ動作を開始させるために前記の電極に電力を供給する
   手段と、 を備え、前記電極材料の単一合成被膜が前記基板の上に
   形成されるように、前記ターゲットが前記基板に集束す
   る位置に配置された前記の装置。