JPS637364A - 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ッタにおいては、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。

Ｃ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、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す
るとともに、この磁石を基板に対して相対移動可能に構
成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（、基板近傍に設け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。

しかも、この磁石を基板に対して相対移動させることに
より基板に対する磁界の均一化を図り、かつプラズマ密
度の均一化を図って成膜の均一化をも達成できる。

〔実施例〕

第１図は本発明の一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を固
着しており、ターゲッＩ−Ｔ近傍に磁界を発生させてい
る。−方、前記上部電極２の背後には、図外の駆動機構
によって上部電極２の平面方向に往復移動可能なアーム
１０を配設し、このアーム１０に永久磁石１１を配設し
ている。したがって、ここではアーム１０の動作によっ
て永久磁石１１はシリコンウェハＷの平面方向に沿って
左右に往復移動されることになる。また、この上部電極
２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・
ヤンバｌ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１０−’）−
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
〜１ｏＯＴｏｒｒ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＃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１１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１１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１１
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。

更に、ここでは永久磁石１１をシリコンウェハＷの平面
方向に沿って往復移動可能に構成しているので、成膜の
実行中にこの永久磁石１１を少なくとも１回以上往復移
動させることにより、シリコンウェハＷに対する磁界強
度をその表面全面に亘って均一化し、更に発生するプラ
ズマの均一化を図ることができる。これにより、シリコ
ンウェハＷの全面に対するガスイオン量を均一化し、膜
質及び被着性の良好な成膜をシリコンウェハＷの全面に
対して均一に行うこともできる。

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）基板近傍の磁石を基板の平面方向に往復移動可能
に構成しているので、基板全面に対する磁界を均一化し
、プラズマ密度及びガスイオン量の均一化を図り、膜質
及び被着性の良好な成膜を均一に行うことができる。

（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。また、磁石は基板に対する磁界強度を変化でき
るものであれば、必ずしも基板の平面方向に移動させな
くともよい。また、場合によっては基板側を磁石に対し
て移動させるようにしてもよい。

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ＨＴＩの基板近傍に磁石を
配設するとともに、この磁石を基板に対して相対移動可
能に構成しているので、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、かつ基板に対する成膜を均一に行うことが
できる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の一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・・
・アーム、１１・・・永久磁石、１２・・・ヒータ、１
３・・・磁石、Ｗ・・・シリコンウェハ（基板）　、Ｔ
・・・ターゲット。 Ｃでバズ２歌 ９ボリフ６

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するとと
   もに、この磁石を前記基板に対して相対移動可能に構成
   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、磁石を基板の平面方向に往復移動可能に構成してな
   る特許請求の範囲第１項記載のバイアススパッタ装置。