JPH0585634B2 - - Google Patents

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JPH0585634B2
JPH0585634B2 JP60021642A JP2164285A JPH0585634B2 JP H0585634 B2 JPH0585634 B2 JP H0585634B2 JP 60021642 A JP60021642 A JP 60021642A JP 2164285 A JP2164285 A JP 2164285A JP H0585634 B2 JPH0585634 B2 JP H0585634B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、スパツタリングによる膜形成技術に
係り、特にシリコンウエハ上にICを形成する際
の凹凸のある面に均一な厚さの膜を形成するのに
好適なスパツタターゲツトとスパツタ電極に関す
る。
〔発明の背景〕
従来のスパツタ装置によるスパツタ成膜では、
セミコンタクターワールド
（SEMICONDUCTOR WORLD）1984年９月号
P125〜131に記載の様に、シリコンウエハの外周
部分にあるパターン段差のウエハ中心方向と反対
の、外向き段差の被覆率（ステツプカバレジ）が
低下することが指摘されている。ステツプカバレ
ジが悪いと配線の抵抗がふえ、形成される素子特
性が劣化したり、極端な場合には配線が断線し、
歩留りの低下や、素子の信頼性が下がる。
ウエハとターゲツトを静止対向させてスパツタ
成膜する際に用いられている従来のプレー＋マグ
ネトロン形スパツタ電極は、例えばφ125mmのウ
エハ上へ膜を形成する場合、ウエハ内に均一な厚
さの膜を形成する為に、ウエハとターゲツト間隔
は70〜90mm、またターゲツト上に発生されるドー
ナツ状のプラズマの大きさはφ120〜φ140mmにな
る様、設計されている。この様な位置関係ではウ
エハ外周部の外向き段差への成膜量が、平坦部、
内向き段差部に比べ原理的に少なく、本質的にス
テツプカバレジは悪くなる。この対策としてウエ
ハ外周部における外向き段差への成膜量を増加さ
せる為に、ウエハ径よりも大きなプラズマを発生
させ、かつウエハとターゲツト間隔を短くして成
膜すればよい。しかし、この様にして成膜すると
ウエハ外周部での膜厚が厚くなり、均一な膜厚分
布を得ることができない。これを補償するために
は、ウエハ径よりも小さなプラズマを発生させ、
大小プラズマを同時に、もしくは個別に発生さ
せ、膜形成を行なえばよい。しかし、通常の平板
形ターゲツトでは、小プラズマを発生させた場
合、ウエハ外周部の内向き段差及び平坦部への成
膜量の影響で、結果的には、ウエハ外周部の外向
き段差のカバレジは従来と同程度である。
〔発明の目的〕
本発明の目的は上記した従来のスパツタ電極の
欠点をなくし、ウエハ外周部の外向き段差のステ
ツプカバレジの改善を計り、かつ均一な厚さの膜
を形成しうるスパツタリング方法及びその装置を
提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明は、マグネトロン放電により基板上に薄
膜を形成するスパツタリング成膜方法及びその装
置であつて、法線が対向する前記基板の中心方向
に傾いた環状の第１のスパツタリング面と該第１
のスパツタリング面の外周部に環状の第２のスパ
ツタリング面とを有するターゲツトと、該ターゲ
ツトを保持し前記第１のスパツタリング面及び前
記第２のスパツタリング面の近傍にそれぞれ弧状
の磁界を発生する磁界発生手段を備えたスパツタ
電極とを有し、前記第１のスパツタリング面の前
記基板の径よりも小さい領域に第１のマグネトロ
ン放電を発生させて前記基板の主に中央部分に薄
膜を形成し、前記第２のスパツタリング面の前記
基板の径よりも大きい領域に第２のマグネトロン
放電を発生させて前記基板の主に周辺部分に薄膜
を形成するスパツタリング成膜方法及びその装置
である。
結果的には、ウエハ外周部の外向き段差のカバ
レジを良くするためには、小プラズマを発生させ
た時に、ウエハ外周部への成膜量を少なくすれば
よい。つまり、小プラズマが発生するターゲツト
面に、ウエハの中心方向を向いた傾斜、ターゲツ
トの中心軸方向を向いた傾斜をつければよい。ま
た、大プラズマを発生させる場合には、プラズマ
の発生する面がウエハ面と平行であつても、ウエ
ハ中心方向を向いた傾斜をもつてもよい。
〔発明の実施例〕
第１図は、本発明の一実施例である。
ウエハ１とターゲツト２は互いいに向かい合つ
ており、ウエハ１は成膜中は静止している。ター
ゲツト２は軸対称形状で、３は軸対称の軸（仮
想）である。スパツタ電極５はターゲツト２の裏
面にパツキングプレート６を介して、２個のコイ
ル９，１０を中心軸３のまわりに同心状に配置
し、断面がくし形のヨーク７によつて磁気回路を
形成している。パツキングプレート６とコイル間
は冷却水が供給され、パツキングプレート６を介
してのターゲツト冷却と２個のコイル９，１０を
直冷している。（図示せず。） スパツタ電極５の近傍におかれたアノード１１
とスパツタ電極には高電圧が印加され（図示せ
ず）、（〜数ｍ Torr）のAr雰囲気下でマグネト
ロン形グロー放電を行なう。ターゲツト２はウエ
ハ面に対し平行な面（ターゲツトの軸対称軸３と
ターゲツト面に立てた法線が平行となる。）１２
と、傾斜面１３等と対向する。
マグネトロン形スパツタ電極においては、ター
ゲツト面に対して磁力線が平行になる位置にプラ
ズマが形成される（電界はターゲツト面近傍では
垂直になり、荷重粒子はローレンツカによつて電
磁界が直交する部分に収束する為）ので、２つの
コイルへの通電電流を変えることにより、磁界分
布を制御し、プラズマの発生位置を変えることが
できる。（第２，３図参照）この様にして、ウエ
ハ径よりも大きなプラズマ１４をターゲツト面１
２に形成し、主にウエハ１の外周部の成膜を行な
う。とくにウエハとターゲツト間隔H1を短くす
ると、外周部での外向き段差への成膜量が増加
し、ステツプカバレジを向上させる。一方、ウエ
ハ径よりも小さく、ウエハ中心方向を向いたター
ゲツト面１３にプラズマ１４を形成し、主にウエ
ハの内部（中心部）の成膜を行なう。ターゲツト
面１２，１３で発生させるプラズマの各滞在時間
をウエハ内の膜厚分布が均一になる様に設定し、
成膜を行なう。第４図に従来のプレーナマグネト
ロン形スパツタ電極によつて形成された膜のステ
ツプカバレジと、本発明によるステツプカバレジ
を比較して示す。本発明によれば、ウエハ内の内
外段差部におけるステツプカバレジは全て改善さ
れ、特にウエハ外周部の外向き段差のステツプカ
バレジは８％から17％と大幅に改善されている。
第５図は、本発明の第２の実施例であ。第１の
実施例と異なりターゲツト面が軸３方向を向いて
傾斜し、それぞれ傾斜角度の異なる２つの面１
３，１３′を具備している。面１３と１３′は滑ら
かにつながれ、鋭い斜めの接合部を除去すること
によつて電界集中を防止し、接合部１８の選択的
スパツタがない様にしている。２つのコイル９，
１０への通電電流を制御することにより、傾斜面
１３，１３′にそれぞれプラズマを発生すること
ができる。
ヨーク９の外周をターゲツト側へ伸ばすことに
より傾斜面１３にプラズマが発生するようにして
いる傾斜面１３でスパツタ成膜を行なうことによ
り、ウエハ外周部のステツプカバレジの改善を計
り、傾斜面１３′でスパツタ成膜を行なうことに
より、ウエハ内部でのステツプカバレジを改善す
る。
また、本ターゲツト構造の特徴的な効果は、タ
ーゲツト全体としてすりばち状になつており、タ
ーゲツトから飛び出した成膜粒子がウエハへ有効
に利用されることである。貴金属膜のスパツタに
有効である。
第６図は、本発明の第３の実施例である。
ターゲツト２のスパツタを受ける側とは反対の
側にパツキングプレート６を介して永久磁石２１
が配置されている。永久磁石２１によつて形成さ
れる磁界は、ターゲツトの傾斜面の１つであるタ
ーゲツト面１２（第２図）から磁力線が出て、再
びこの面１２へ入る様な磁界と、さらにターゲツ
トの傾斜面のもう１つのターゲツト面１３（第３
図）から磁力線が出て、再びこの面１３へ入る様
な磁界とから構成されている。
第６図に示す様なターゲツトを用いる場合、上
記の様な磁界を形成する為には、中央に円筒状の
永久磁石２３を配置し、この永久磁石を中心とし
て円環状または棒状永久磁石を環状に配置してな
る永久磁石２４，２４′を同心状に配置し、かつ、
中央の永久磁石２３よりも、環状永久磁石２４，
２４′が、ターゲツト２側へ出つぱつた形となつ
ている。本実施例ではターゲツト側に永久磁石と
はめ込む方式にてこれを実現している。
本実施例によれば、ターゲツトの２つの傾斜面
１２，１３にプラズマを発生させることができ、
概略、ターゲツト２の全面にプラズマを形成する
ことができる。この結果、ターゲツトへの印加パ
ワーを増大できるので、成膜速度の向上が計れ、
またターゲツトのエロージヨン部分が広がり有効
にターゲツトを利用で、ターゲツトの寿命が延び
る効果がある。
〔発明の効果〕
本発明によれば、ウエハ内での膜厚を均一に保
ちながら、段差部のステツプカバレジを改善でき
るので、ICの配線の抵抗の増加を防止でき、高
品質のICの素子が得られる割合が増加する。ま
たカバレジ不足に起因するIC配線の断線を防止
できるので、IC素子の信頼性も向上する。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の実施例の１つであるスパツタ
電極の縦断面図、第２図、第３図はターゲツト面
上で発生するプラズマと磁力線の関係を示す図、
第４図は本発明による電極でのステツプカバレジ
と従来の電極によるステツプカバレジの比較図、
第５図は本発明による第２の実施例であるスパツ
タ電極の縦断面図、第６図は本発明による第３の
実施例であるスパツタ電極の縦断面図である。 １……ウエハ、２……ターゲツト、３……軸対
称軸の仮想線、５……スパツタ電極、６……バツ
キングプレート、７……ヨーク、８……オサエリ
ング、９，１０……コイル、１１……アノード、
１２，１３，１３′……ターゲツトの傾斜面、１
４……プラズマ、１５……磁力線、１６，１７…
…コイルへの通電線、１９……冷却水の給排水
管、２０……磁力線、２１……永久磁石。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ マグネトロン放電によりターゲツトと対向し
    て配置された基板上に薄膜を形成するスパツタリ
    ング成膜方法であつて、法線が前記基板の中心方
    向に傾いた前記ターゲツトの環状の第１のスパツ
    タリング面の前記基板の径よりも小さい領域を第
    １のマグネトロン放電によりスパツタして前記基
    板の主に中央部分に薄膜を形成する工程と、前記
    第１のスパツタリング面の外側に位置する前記タ
    ーゲツトの環状の第２のスパツタリング面の前記
    基板の径よりも大きい領域を第２のマグネトロン
    放電によりスパツタして前記基板の主に周辺部分
    に薄膜を形成する工程とを含むことを特徴とする
    スパツタリング成膜方法。 ２ マグネトロン放電により基板上に薄膜を形成
    するスパツタリング成膜装置であつて、法線が対
    向する前記基板の中心方向に傾いた環状の第１の
    スパツタリング面と該第１のスパツタリング面の
    外周部に環状の第２のスパツタリング面とを有す
    るターゲツトと、該ターゲツトを保持し前記第１
    のスパツタリング面及び前記第２のスパツタリン
    グ面の近傍にそれぞれ弧状の磁界を発生する磁界
    発生手段を備えたスパツタ電極とを有し、前記第
    １のスパツタリング面の前記基板の径よりも小さ
    い領域に第１のマグネトロン放電を発生させて前
    記基板の主に中央部分に薄膜を形成し、前記第２
    のスパツタリング面の前記基板の径よりも大きい
    領域に第２のマグネトロン放電を発生させて前記
    基板の主に周辺部分に薄膜を形成することを特徴
    とするスパツタリング成膜装置。 ３ 前記磁界発生手段が外部の磁界制御手段に接
    続された電磁石で構成されていることを特徴とす
    る特許請求の範囲第２項記載のスパツタリング成
    膜装置。 ４ 前記磁界発生手段が永久磁石で構成されてい
    ることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の
    スパツタリング成膜装置。 ５ 前記第２のスパツタリング面が、前記基板に
    平行に形成されていることを特徴とする特許請求
    の範囲第２項記載のスパツタリング成膜装置。 ６ 前記第２のスパツタリング面が、該第２のス
    パツタリング面の法線が前記基板の中心方向に傾
    いて形成されていることを特徴とする特許請求の
    範囲第２項記載のスパツタリング成膜装置。
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