JPH04365864A - スパッタリング装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置に電極配線
用等の薄膜を形成するスパッタリング装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路のメタライゼーション技
術には、主にスパッタリング法が用いられている。スパ
ッタリング法は配線用の金属膜を容易に形成することが
できるという特徴があるが、ステップカバレージが悪い
という欠点がある。スパッタリング法のうちバイアスス
パッタリング法は、この欠点を改善するのに有効な方法
であり、基板に対して負のバイアス電圧を加えることに
より、基板に堆積した膜をエッチングしつつ、成膜する
ものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ターゲット
に一個のイオンが入射したときにターゲット表面から飛
び出る原子の数（スパッタリング率）は、イオンの種類
やエネルギーの大きさ、イオン入射角度、ターゲット材
料、ターゲット結晶構造及び面方位等により変化する。 このスパッタリング率が異なれば、当然スパッタ速度（
単位時間当たりの成膜膜厚）及びイオンのスパッタ効果
を利用したエッチング速度も異なる。従来のバイアスス
パッタリング法では、一種類の正イオンによりターゲッ
トをスパッタすると共に、基板に堆積した膜をエッチン
グしているので、スパッタ速度が最適な速度となるよう
にイオンの種類等を決めると、それに対応してエッチン
グ速度も決まってしまい、エッチング速度についてはコ
ントロールすることができなかった。このように従来の
方法では、スパッタ速度とエッチング速度のそれぞれが
最適の速度となるように個別に制御することはできず、
したがってバイアススパッタリング法でも、ステップカ
バレージの問題は残っている。

【０００４】本発明は上記事情に基づいてなされたもの
であり、スパッタ速度とエッチング速度を独立して制御
することができるスパッタリング装置を提供することを
目的とするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明は、放電ガスを導入した真空槽内にグロー放
電を発生させることにより前記真空槽内のターゲットを
構成する粒子を基板上に堆積せしめて薄膜を形成するス
パッタリング装置において、前記真空槽内に１個又は複
数個のイオン源を設け、前記基板の表面にイオンを照射
することを特徴とするものである。また、前記イオンは
、前記基板に対して任意の方向から照射されるようにし
たことを特徴とするものである。

【０００６】

【作用】本発明は前記の構成によって、エッチング用の
イオン源を設けたことにより、イオンが基板面に入射す
る角度、イオンの種類やエネルギーの大きさを自由に変
えることができる。このため、イオン源からイオンを基
板表面に照射して基板面に堆積した薄膜をエッチングす
る速度は、プラズマ中の正イオンによるスパッタ速度と
は独立して変えることができる。更にイオンの基板に対
する照射方向を任意に調整できる。

【０００７】

【実施例】以下に本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。図１は本発明の一実施例であるスパッタリング
装置の概略構成図である。

【０００８】図１に示すスパッタリング装置は、スパッ
タチャンバー１２と、スパッタチャンバー１２内にアル
ゴン（Ａｒ）ガスを導入するガス導入管１４と、スパッ
タチャンバー１２内のアルゴンガスを排気する排気管１
８と、シリコンウエハ上に二酸化シリコンが堆積された
基板２４と、基板２４を保持する基板ホルダー２６と、
アルミニウム（Ａｌ）で形成したターゲット２８と、タ
ーゲット２８を保持するターゲットホルダー３２と、直
流電源３４と、イオン源３６，３６とを備えるものであ
る。

【０００９】ガス導入管１４にはガスの流量を調節する
バルブ１６が設けられている。排気管１８は真空ポンプ
２２に繋げられ、真空ポンプ２２はスパッタチャンバー
１２内の圧力を小さくして真空状態を維持する。基板ホ
ルダー２６とターゲット２８は対向して配置され、基板
ホルダー２６はアノード、ターゲット２８はカソードと
しての役割を果たす。直流電源３４は基板ホルダー２６
とターゲット２８に接続され、基本ホルダー２６は接地
されている。また、イオンや原子の衝突により基板２４
及びターゲット２８の温度が急激に上昇するのを抑える
ために、基板ホルダー２６及びターゲットホルダー３２
には図示しない冷却装置が設けられている。尚、基板ホ
ルダー２６は必要に応じて回転可能な構成としてもよい
。

【００１０】イオン源３６は、スパッタチャンバー１２
の側面の対称な位置に２つ設けられている。これらはイ
オンを基板２４に照射し、イオンのスパッタ効果を利用
して基板２４に形成される薄膜をエッチングするもので
ある。本実施例のイオン源３６はフリーマン型のものを
使用しており、フィラメントから放出される熱電子をキ
セノン（Ｘｅ）ガスに衝突させることにより、キセノン
イオン（Ｘｅ＋　）を生成し、加速電圧を印加して外部
に取り出している。イオン源３６はその設置位置におい
てスイープ運動して、照射するイオンを基板ホルダー２
６上で掃引することができる。

【００１１】次に、本実施例のスパッタリング装置を用
いて基板に薄膜を形成する動作について説明する。先ず
、ガス導入管１４を通してスパッタチャンバー１２内に
アルゴンガスを送り込み、真空ポンプ２２によりガス圧
力を１０−２〜１０−１Ｔｏｒｒに維持する。次に、基
板ホルダー２６とターゲット２８の間に直流電圧を印加
する。これにより、グロー放電が発生してアルゴンガス
が解離し、正イオンのアルゴンイオン（Ａｒ＋　）はカ
ソードであるターゲット２８表面に衝突し、アルミニウ
ム原子をはじき出す。はじき出されたアルミニウム原子
は、アルゴンイオンにより充分なエネルギーを得て、基
板２４に向かって飛行し、基板２４の表面に膜として付
着する。このとき、イオン源３６も作動させ、基板２４
の表面にキセノンイオンを照射する。ここで、イオン源
３６をスイープ運動させて、基板２４の表面にキセノン
イオンを均一に照射する。

【００１２】通常、基板上に形成された素子表面は１〜
２μｍ程度の凹凸を有し、スパッタリング法では、この
基板の段差部では均一に薄膜を形成することができない
。すなわち、段差部の入口付近の薄膜は厚く形成され、
その側面や底面の薄膜は薄く形成される。このため、配
線の断線や抵抗の増加などの信頼性の低下をもたらすこ
とが多い。しかし、本実施例では、イオン源３６の設置
位置や基板への入射角度を調整することにより、イオン
源３６からのイオンビームにより、この段差部の入口付
近の膜をエッチングすることができるので、ステップカ
バレージを向上させることができる。したがって、本実
施例によれば、特に高アスペクト比を有するコンタクト
ホール内でも薄膜を均一に形成することができる。なお
、本実施例でイオン源３６を対称な位置に２個設けてい
るのは、一般に段差部は溝状のものであることを考慮し
、段差部の両方の入口角部を均等にエッチングできるよ
うにするためである。

【００１３】本実施例のスパッタリング装置は、従来の
バイアススパッタリング装置と異なり、基板に堆積した
膜をエッチングするために別個にイオン源を設けたこと
により、ターゲット表面に衝突するイオン種と基板をエ
ッチングするイオン種とを自由に変えることができる。 一般に、スパッタリング率はイオンの種類により変化し
、希ガスで極大となり、原子番号が大きくなると全体的
に大きくなる傾向がある。このため、プラズマ中のイオ
ン種とイオン源のイオン種を変えることにより、単位時
間当たりのアルミニウムの成膜膜厚であるスパッタ速度
とアルミニウム膜のエッチング速度を独立して調節でき
るので、全体的な成膜速度をコントロールし、基板上の
薄膜を所望の厚さに均一に形成することができる。更に
、イオン源から発するイオンのエネルギーを容易にコン
トロールすることができるので、エッチングの最適化を
図ることができる。

【００１４】また、本実施例では、イオン源３６をスパ
ッタチャンバー１２の側面に設け、イオン源３６の照射
角度を自由に調整することができるようにすることによ
り、基板２４に入射するイオンの角度を所望の角度に調
整することができる。一般に、スパッタリング率はイオ
ン入射角度に依存し、９０度より少し小さい角度で最大
となる。このため、イオン源の角度を調節することによ
り、エッチングの制御性が向上する。

【００１５】更に、本実施例では、イオン源をスイープ
運動できるように構成したことにより、例えばイオン源
を基板ホルダーの中心部で速く、端部で遅くスイープ運
動させることにより、金属膜が厚く形成される部分にイ
オンを多く照射するようにコントロールすることができ
るので、基板表面の薄膜の均一性を一層、向上させるこ
とができる。

【００１６】尚、上記の実施例では、カソード部に磁場
を印加していない場合を説明したが本発明はこれに限定
されるものではなく、カソード内部に磁石を配置したマ
グネトロンタイプのカソードを用いてもよい。また、グ
ロー放電を発生させるのに、電極間に直流電圧を印加し
た場合について説明したが、本発明はこれに限定される
ものではなく、電極間に高周波電圧を印加してもよい。

【００１７】また、上記の実施例では、イオン源を２個
使用した場合について説明したが、本発明はこれに限定
されるものではなく、イオン源は１個又は３個以上設け
てもよい。

【００１８】更に、上記の実施例では、フリーマン型の
イオン源を用いた場合を説明したが、本発明はこれに限
定されるものではなく、イオン源としてマイクロ波型等
のものを用いてもよい。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、エ
ッチング用のイオン源を別個に設けたことにより、イオ
ン源に用いるイオン種とターゲットをスパッタするイオ
ン種とを自由に変えることができ、したがってスパッタ
速度とエッチング速度を独立に調整することができるの
で、全体的な成膜速度をコントロールすることができる
とともに、従来の装置に比べて均一に薄膜を形成するこ
とができるスパッタリング装置を提供することができる
。また、イオン源のイオンは基板に対して、任意の方向
から照射できるので、エッチングの制御性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例であるスパッタリング装置の
概略構成図である。

【符号の説明】 １２　　　　スパッタチャンバー １４　　　　ガス導入管 １６　　　　バルブ １８　　　　排気管 ２２　　　　真空ポンプ ２４　　　　基板 ２６　　　　基板ホルダー ２８　　　　ターゲット ３２　　　　ターゲットホルダー ３４　　　　直流電源 ３６　　　　イオン源

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　放電ガスを導入した真空槽内にグロー
   放電を発生させることにより前記真空槽内のターゲット
   を構成する粒子を基板上に堆積せしめて薄膜を形成する
   スパッタリング装置において、前記真空槽内に１個又は
   複数個のイオン源を設け、前記基板の表面にイオンを照
   射することを特徴とするスパッタリング装置。
2. 【請求項２】　　前記イオンは、前記基板に対して任意
   の方向から照射されることを特徴とする請求項１記載の
   スパッタリング装置。