JPH0247539B2 - Pureenamagunetoronsupatsutaringuhoho - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、環状プラズマの径を変化させて合成
薄膜を形成するためのプレーナマグネトロンスパ
ツタリング方法に関するものである。

〔発明の背景〕

高融点金属シリサイドのスパツタ成膜にはコス
パツタ法と呼ばれる高融点金属単体用と、シリコ
ン単体用の複数のスパツタ電極を同一のチエンバ
内に設置して、これらの電極から同時に高融点金
属と、シリコンとを飛散させ、回転治具にとりつ
けられたウエハ（基板）上に高融点金属とシリコ
ンとの混合膜を形成する方法が一般的である。わ
ざわざ、高融点金属と、シリコンとを別々の電極
でスパツタするのは、高融点金属とシリコンとの
合金は非常に高い融点（一般に2000℃以上）をも
ち、精製が困難であり、純度の十分に高いものが
得られないからである。

一方、上記したコスパツタ法はウエハ上の高融
点金属とシリコンとの均一な組成比を得るために
ウエハを、自公転する回転蒸着治具に取りつけ
る。ウエハはこの回転治具上に多数枚装填され
る。コスパツタ法では、多数枚のウエハを一括し
て処理するために、生産性の点で問題は少ないと
いえるが、ウエハ一枚一枚が経験する成膜速度が
小さく成膜中の残留ガスの影響で、高品質な膜を
得ることができない欠点がある。

一般にスパツタ法で作成した高融点金属とシリ
コンとの混合膜は、次工程で、焼きなまし（アニ
ール）を行い合金化する。合金化した膜は成膜直
後に比較すると大きく抵抗値が減少するが、成膜
速度が遅い膜では成膜速度が高い条件で作成した
膜に比してアニール後でも抵抗値が大である。

以上述べたように一般に行われているコスパツ
タ法のもつ欠点を解決するために本願発明者ら
は、従来のコスパツタ法の10倍以上の成膜速度が
得られる合金成膜の方法を発明した。（特願昭56
−113660号、特願昭57−81457号）このスパツタ
法では第１図に示す如き同心２重に巻かれた電磁
石コイル１０４，１０５による磁場発生手段をも
つプレーナマグネトロン電極と、第１図に断面で
示される。また第２図では平面図で示した如き多
重円環状の高融点金属２０３と、シリコン２０
２，２０４とのターゲツト部材を、同心多重円環
状に配設したスパツタリングターゲツト構造体２
０１を使用する。

２重磁極構造のスパツタ電極の動作については
特開昭57−126969号、特開昭58−3975号及び特開
昭58−3976号に詳しく記載されている。なお、１
０３は陰極、１０２は陽極、１０６は鉄心磁極で
ある。このスパツタ電極では、発生する環状のグ
ロー放電（プラズマ）の径を端子１０４，１０５
から２つの電磁石（コイル）に流す電流を調整す
ることにより、任意に変えることができる。最初
に環状プラズマ径を大として、外側のシリコンの
ターゲツト部材２０２をスパツタする。次いで、
環状プラズマの径を小さくし、高融点金属からな
るターゲツト部材２０３をスパツタし、次いで、
更に環状プラズマ径を小さくし、中央の円板状の
シリコンのターゲツト部材２０４をスパツタす
る。再び環状プラズマ径を順次大きくしてゆき、
高融点金属２０３、最外シリコンターゲツト部材
２０２の順でスパツタを行う。以上を１サイクル
として、数サイクル〜数10サイクルスパツタを繰
り返えし高融点金属と、シリコンとの混合膜を基
板１１０上に堆積させる。この際、環状プラズマ
径の変化のさせ方をえらび、ウエハ（基板）１１
０上の膜厚分布と、組成の分布を所期範囲内に制
御する。

第１図、及び第２図に示したターゲツト構造体
２０１は、押え治具として、環状の押え板１０１
を最外周に用い、各ターゲツト部材自身を、こと
さら、バツキングプレートに固定することなく、
ターゲツト部材の取り付けを行つている。この方
方法の特長は、ターゲツト構造体のスパツタリン
グを受ける面にターゲツト部材以外の余計な固定
用部品等が露出していない点であり、高純度膜の
形成に適している。詳しくは、本願発明者らの発
明特願昭58−7261を参照されたい。

第１図、及び第２図に示したターゲツト構造で
の問題点は主に以下の２点である。

第１に、実際にスパツタリングを行うとターゲ
ツト部材の温度が上昇し、各ターゲツト部材間の
熱膨張率のちがい等により、外側の環状シリコン
ターゲツト部材２０２に割れを生じてしまうこと
である。発明者の実験によれば約1000Wがスパツ
タ電力の上限であつた。この時、平均成膜速度と
しては1000Å／分が得られたが、更に生産性を増
すためにはより一層の成膜速度の向上が必要であ
る。

第２の点としては、異なる物質でできたターゲ
ツト部材間の境界においてもスパツタリングが起
ることである。この境界部分の断面を拡大示した
図を第３図に示す。細くみると、各ターゲツト部
材の厚さのちがい、テーパ形状のちがいにより小
さな段部３０１，３０２が環状の高融点金属ター
ゲツト部の両側にある。

この高融点金属上に環状プラズマがあると、環
状プラズマは、ある程度のひろがりをもつので、
必らずしも高融点金属だけでなく、周囲のシリコ
ンもスパツタされる。この際、第３図に示した小
さな段部３０１，３０２では電界集中が発生し、
時には異常放電が発生する。スパツタ中の異常放
電は、例えば、小さなアーク放電と考えられてい
る。この異常放電、すなわち局部的な過大放電に
より、ターゲツト材の一部が、0.1〜100μｍ径の
かたまりとなつて基板上に付着することがある。
このかたまりはスプラツタまたはスプラツシユな
どと呼ばれている。このような異物が基板上に付
着すると、製品としては不良品となる。

第３図に示す段差構造は、ターゲツト材がスパ
ツタにより消耗してゆくと、更に強調されること
があり、この点でも上記した点が大きな問題とな
る。第１図乃至第３図に示した例では上記した異
常放電に起因すると考えられる異物が直径100mm
のウエハ上に3000Åの高融点金属シリサイド膜を
成膜した時に50〜200コ程度存在し、生産に適用
するのは困難であると考えられた。

〔発明の目的〕

本発明の目的は上記した従来技術の欠点を解決
し、より高速で、しかも異常放電による成膜対象
基板上への異物の付着が本質的に少ない薄膜、特
に合金薄膜のスパツタリングに好適なプレーナマ
グネトロンスパツタリング方法を提供することに
ある。

〔発明の概要〕

本発明は、上記目的を達成するために、電極上
に設置されたターゲツト上に孤状の磁界を発生さ
せてスパツタリングを行なうプレーナマグネトロ
ンスパツタリング方法において、複数のターゲツ
ト部材を一方を他方に対して突出するように上記
電極上に並設し、該突出したターゲツト部材間の
境界側面において電界の向きと磁界の向きをほぼ
平行にさせて該境界近傍において放電を抑止し、
各ターゲツト部材の主面においてスパツタリング
することを特徴とするプレーナマグネトロンスパ
ツタリング方法である。即ち、本発明は、複数の
ターゲツト部材の主面の高さを互いに変えること
によつて境界側面において電界の方向と磁界の方
向とをほぼ平行にさせて該境界近傍において放電
の発生を抑止して各ターゲツトの主面においてス
パツタを行うようにしたことにある。

〔発明の利用分野〕

本発明はスパツタリングによる薄膜形成の材料
となるスパツタリングターゲツトに係わるもので
あり、特に高純度であり、またスパツタリングに
際して異物の発生が少ないスパツタリングターゲ
ツトに関するものである。

〔発明の実施例〕

以下、図に従つて本発明に係わる実施例を説明
する。第４図は、通常のプレーナマグネトロンス
パツタ電極を用いた時のターゲツト板４０１上の
磁界分布と、ターゲツト板の消耗領域の場所とを
説明する概念説明図である。よく知られているよ
うに、磁界ベクトルがターゲツト板のスパツタ
リングを受ける面に対して平行となるところに、
マグネトロン放電と呼ばれる強い放電がおき、第
４図中に示すように放電グローは、環状となる。
この環状プラズマ４０２の直下にあるターゲツト
材がスパツタされる。このスパツタを受ける環状
の領域を通常ターゲツトの消耗領域４０３、ある
いはエロージヨン領域４０３と呼ぶ。ターゲツト
の消耗領域では、材料が消費してゆくがスパツタ
された粒子の一部は、第５図に示す如くターゲツ
ト板の中央部５０１、あるいは環状のエロージヨ
ン領域の外側５０２では逆に堆積される。図中の
破線は使用前のターゲツトの外形を示したもので
ある。

以上述べたように磁界ベクトルがターゲツト面
と平行である領域がスパツタされるが、これはタ
ーゲツトに第４図中に示す如く、電界ベクトル
が垂直に入射しているためで、換言すれば、磁界
ベクトルと電界ベクトルとが直交する領域に
強い放電が生じる。

第６図はターゲツト４０１′が完全な平面では
なく、リング状の凸部を持つたときの放電の様子
を示したものである。

発明者の実験によれば、第４図で述べた環状プ
ラズマ４０２は、第６図に示す如く３つの環状プ
ラズマ６０１，６０２，６０３に別かれた。もち
ろん、目視による観察では、強いグロー光のた
め、環状プラズマが、はつきりと分離しているよ
うに見えぬが、より詳細に第７図に示す如く、エ
ロージヨン領域が、３ケ所６１１，６１２，６１
３あり、更に、凸部の側面７０１，７０２には、
４０１′の物質が堆積していることから、環状プ
ラズマが３本存在していることが知得できた。

このように３重環状のエロージヨン領域が形成
される理由は、以下のように考えることができ
る。

まず、凸部があるターゲツト４０１′上の電界
分布を示す。第７図中点線は電界ベクトルを、
また実線は磁界ベクトルを示している。今、タ
ーゲツト材は金属の如く導電性のものであれば電
気力線は、ターゲツト材の表面に対し、垂直に入
射する。したがつて、第７図に、破線で示す如き
電界分布が形成される。

一方、磁界ベクトルは、ターゲツト材４０
１′が磁性材でない限り、第４図と同じく実線で
示す分布となる。エロージヨン領域６１１，６１
２，６１３の上では、磁界ベクトルと電界ベク
トルとが、ほぼ直交しており、エロージヨン領
域が形成されることがわかる。

これに対し、凸部の側面７０１，７０２におい
ては電界ベクトルと磁界ベクトルとがほぼ平
行となつており、強い放電がこの領域では発生し
ないことが予想され、先に述べた発明者らの実験
によるターゲツト材の消耗領域についての観察結
果を説明することができる。実際に放電が発生し
た時には、更に複雑な電界分布となることが予想
されるが、上記した実験結果を定性的に理解する
ことができる。

凸部のエロージヨン領域６１２の消耗速度は、
発生するプラズマに近い関係で多くのイオンが引
き込まれ他のエロージヨン領域に比較して５倍程
度早かつた。

以上説明したように、第７図に示すようにター
ゲツト材４０１′を突出させることによつて境界
側面近傍において磁界ベクトルＢと電界ベクトル
とがほぼ平行になり、放電抑止することができ
る。そしてターゲツト材が２つの場合には、プラ
ズマリングの径を固定させた状態でもよい。しか
しターゲツト材を３重にしてスパツタする主面を
半径方向に広くさせる必要がある場合、又は各主
面のスパツタ量を変化させたい場合には、第８図
に示すように、プラズマリングの径を変化させる
方式で行うのが良い。このように本発明に係わる
プラズマリングの径を変化させる方式について第
８図に示す一実施例に基いて説明する。スパツタ
電極本体には、従来技術である２重磁極構造をも
つ、環状プラズマの径を変化させられるものを用
いている。８０１はモリブデン製のリングであ
る。８０２はドーナツツ状のシリコンターゲツト
部材であり、以降外側シリコンターゲツト部材と
呼ぶ。８０３は円板状のシリコンターゲツト部材
であり、以降、中心シリコンターゲツト部材であ
る。これらのターゲツト部材はバツキングプレー
ト１０３にメタルボンデイングにより固定してあ
る。

最初に本願発明者らは、従来技術である、第１
図に示した平坦なターゲツトの場合と同じように
端子１０４，１０５から各電磁石（コイル）に流
す電流を変化させることによつて鉄心磁極１０６
から発生する合成磁力線の変化によつて環状プラ
ズマの径が変化できることを確認した。すなわ
ち、環状プラズマ径を適当な周期でもつて変化さ
せながらスパツタを行うことで成膜対象基板上に
均一に、所期の組成をもつたモリブデンとシリコ
ンとの混合膜が得られた。膜厚分布特性、組成分
布特性に多少の違いはあるものの十分な制御性を
もつている。

次に本願発明者らは、対膜対象基板１１０上の
異物数を調べた。対象基板１１０には直径100mm
のシリコンウエハを用いた。ウエハ上の異物数
は、組成比（シリコン：モリブデン）＝２：１、
膜厚3000Åを堆積した後に測定した。直径1μｍ
以上の異物の数は約３個〜７個のレベルであつ
た。これに対し第１図で説明した従来技術では50
〜200コであつたから、大きな改善効果があつた。

このように大きな異物数の低減は外側シリコン
ターゲツト部材、および中心シリコンターゲツト
部材とモリブデンターゲツト部材間の境界（つな
ぎ目）における異常放電の発生が十分に抑止され
たためである。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、複数ター
ゲツト部材を組み合せてスパツタするプレーナマ
グネトロンスパツタリング方法に於て、スパツタ
リングを行う際、各ターゲツト部材間の境界（つ
ぎめ部分）での異常放電の発生を効果的に抑制で
き、この異常放電のために成膜対象基板上に付着
する異物数を、従来に比し、約２ケタ近く低減す
ることができ、例えば3000ÅのMoSi₂膜の場合
0.1ケ／cm²以下の異物密度にすることができた。
これにより従来得られなかつた良品の半導体素子
チツプ等を得られるようになつた。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来技術であるスパツタリングターゲ
ツト構造体と、スパツタ電極の断面構造を示す
図、第２図は第１図のスパツタリングターゲツト
の上面図、第３図は第１図に示したスパツタリン
グターゲツトのターゲツト部材間の境界を示す断
面構造図、第４図はプラズマリングの発生位置を
説明するためのマグネトロンスパツタリングの概
念説明図、第５図は第４図に於けるスパツタリン
グによる消耗領域を示す図、第６図は本発明の原
理を示すスパツタリングターゲツト構造体の断面
構造と、スパツタリングにより消耗領域を示す概
念説明図、第７図は第６図に於る電場と磁場分布
を示す概念説明図、第８図は本発明の実施例であ
るスパツタリングターゲツト構造体の断面構造図
である。 １０１…スパツタリングターゲツト押えリン
グ、１０２…アノード、１０３…バツキングプレ
ート、１０４，１０５…電磁石コイル、１０６…
磁場発生用ヨーク、２０１…スパツタリングター
ゲツト構造体、１１０…成膜対象基板、３０１，
３０２…ターゲツト部材間の境界、４０３…消耗
領域、６０１，６０２，６０３…プラズマリン
グ、６１１，６１２，６１３…消耗領域、７０
１，７０２…ターゲツト部材壁面、８０１…環状
高融点金属ターゲツト部材、８０２，８０３…シ
リコンターゲツト部材、…磁場ベクトル、…
電場ベクトル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電極上に設置されたターゲツト上に孤状の磁
   界を発生させてスパツタリングを行なうプレーナ
   マグネトロンスパツタリング方法において、複数
   のターゲツト部材を一方を他方に対して突出する
   ように上記電極上に並設し、該突出したターゲツ
   ト部材間の境界側面において電界の向きと磁界の
   向きをほぼ平行にさせて該境界近傍において放電
   を抑止し、各ターゲツト部材の主面においてスパ
   ツタリングすることを特徴とするプレーナマグネ
   トロンスパツタリング方法。 ２ 上記複数のターゲツト部材は、少なくとも１
   つを他のターゲツト部材とは異なる物質で形成し
   たことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   プレーナマグネトロンスパツタリング方法。 ３ 上記複数のターゲツト部材間の境界を環状に
   形成したことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載のプレーナマグネトロンスパツタリング方
   法。 ４ 上記環状の境界を同心状に形成したことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載のプレーナマ
   グネトロンスパツタリング方法。 ５ 上記複数のターゲツト部材を、中心から順次
   第１、第２、第３のターゲツト部材によつて形成
   し、上記第１及び第３のターゲツト部材の主面
   を、ほぼ同じ高さを有すると共に上記第２のター
   ゲツト部材の主面に対して異なる平面になるよう
   に形成したことを特徴とする特許請求の範囲第４
   項記載のプレーナマグネトロンスパツタリング方
   法。 ６ 上記第１のターゲツト部材と第３のターゲツ
   ト部材とを同じ物質で形成したことを特徴とする
   特許請求の範囲第５項記載のプレーナマグネトロ
   ンスパツタリング方法。