JPH0610345B2 - スパッタリング装置 - Google Patents

スパッタリング装置

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JPH0610345B2
JPH0610345B2 JP32105887A JP32105887A JPH0610345B2 JP H0610345 B2 JPH0610345 B2 JP H0610345B2 JP 32105887 A JP32105887 A JP 32105887A JP 32105887 A JP32105887 A JP 32105887A JP H0610345 B2 JPH0610345 B2 JP H0610345B2
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JP
Japan
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target
sputtering apparatus
sputtering
plasma
silicon
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謙一 久保
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Tokyo Electron Ltd
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34Sputtering
    • C23C14/3407Cathode assembly for sputtering apparatus, e.g. Target
    • C23C14/3414Metallurgical or chemical aspects of target preparation, e.g. casting, powder metallurgy

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は、スパッタリング装置に関する。
(従来の技術) 半導体製造において、半導体ウエハ上へ高融点金属ある
いはこの高融点金属の珪化物等の合金膜を形成する装置
として、例えば圧力が10-3〜10-2Torr程度の雰囲気のア
ルゴンガス中で、2つの電極間に電圧を印加してアルゴ
ンプラズマを発生させ、このアルゴンプラズマでターゲ
ットをスパッタし、半導体ウエハ上に合金膜を被着形成
させるスパッタリング装置が使用されている。ここでい
う高融点金属とは、スパッタリング法の特徴を生かすこ
とができる金属で、融点が例えばアルミニウムよりも比
較的高い金属をいい、このような高融点金属としては、
例えばタングステン、モリブデンなどの半導体素子の配
線膜に用いられる金属を挙げることができる。
そして、このスパッタリング装置に使用するターゲット
の材料としては、半導体素子の動作の高速化等の見地か
ら、例えば被着形成された合金膜の比抵抗が低い高融点
金属シリサイド例えばタングステン・シリサイド(WS
i2)製のものが多用されている。
そして、このタングステン・シリサイド製のターゲット
は、一般に、タングステン(W)の粉とシリコン(Si)の粉
を高温高圧の雰囲気中にて成型することにより製作され
ている。
また、上記ターゲットの他に、例えば高融点金属にシリ
コンを埋め込んだものとして特開昭58−193364号公報に
て開示されたものがある。
(発明が解決しようとする問題点) しかしながら、前者のターゲットは、その製作において
タングステンとシリコン粒子の分布および粒径が一様に
形成されるように制御するのは難しく、例えばシリコン
の粒子が局部的に大きな粒径をなして残存することがあ
る。この大粒径のシリコンがターゲットに存在すると次
に述べるような問題がある。
第3図(a)において、ターゲット(1)のスパッタ面(2)と
平行に磁界H(3)、垂直に電界E(4)をかけてスパッタリ
ングを行う際に、仮に上記ターゲット(1)が均一な比抵
抗を有するものであれば、上記電界E(4)はスパッタ面
(2)に一様な分布をもって入る。
しかし、大粒径のシリコン(5)がターゲット(1)のスパッ
タ面(2)に存在すると、ターゲット(1)中のタングステン
・シリサイド(6)の比抵抗に比べて上記大粒径のシリコ
ン(5)の比抵抗が大きいので電界E(4)は上記大粒径のシ
リコン(5)には入りにくく、第3図(a)(b)に示すように
この大粒径のシリコン(5)近傍の比抵抗のより低いタン
グステン・シリサイド(7)に集中して入るようになる。
そして、この電界E(4)が集中したタングステン・シリ
サイド(7)の部分に異常放電が発生し、ターゲット(1)の
一部分が剥れて異物としてスパッタリング装置内を浮遊
して半導体ウエハ(図示せず)に異物として付着する。
一方、後者においては、異常放電は発生しないがターゲ
ット基材にシリコンを埋め込むものであるため製作が複
雑になる。
本発明は、上記問題点を解決するためになされたもの
で、ターゲットでの電界集中による異常放電を防止し、
延いては異常放電に基づいたターゲットからの異物の発
生を防止して基板に形成される合金膜へ異物が付着する
虞がないスパッタリング装置を提供することを目的とし
ている。
〔発明の構成〕
(問題点を解決するための手段) 本発明のスパッタリング装置は、減圧状態を保持する処
理室と、この処理室内に供給されたプラズマ発生用のガ
スの存在下で放電してプラズマを発生させる第1、第2
電極と、これら両電極間の電界に作用する磁界を形成
し、この磁界によりプラズマを閉じ込める第1、第2磁
極と、これら両磁極間の磁界により閉じ込められたプラ
ズマ中の活性種の衝突によりスパッタ粒子を発生するよ
うに上記いずれかの電極に装着されたスパッタ用ターゲ
ットと、このスパッタ用ターゲットからのスパッタ粒子
により薄膜が形成される基板を保持する保持体とを備え
たスパッタリング装置において、上記スパッタ用ターゲ
ットを高融点金属の粉末と少なくともシリコンの粉末を
含む焼結体として形成すると共に、上記シリコンに周期
律表のIII族またはV族に属する原子を不純物原子と
して予めドープし、その比抵抗を1Ω−cm以下に調整
したことを特徴とする。
(作用) 本発明によれば、減圧状態の処理室内にプラズマ発生用
のガスを供給した後、第1、第2電極間に電圧を印加す
ると、これら両電極間の放電によりガスがプラズマ化し
て活性種を発生すると共に、このプラズマ領域に第1、
第2磁極間の磁界が作用してプラズマを閉じ込め、この
ように閉じ込められたプラズマ中の活性種が第1、第2
電極間の電界の作用と相俟ってスパッタ用ターゲットに
衝突して高融点金属の原子及びシリコンの原子がスパッ
タ粒子として発生し、これらのスパッタ粒子が処理室内
を拡散して基板に被着して高融点金属シリサイド膜を形
成するが、この際スパッタ用ターゲットに含有されるシ
リコンは周期律表のIII族またはV族に属する原子を
不純物原子として予めドーピングされ、シリコンの比抵
抗が1Ω−cm以下で周囲の比抵抗との差が小さくなっ
ているため、スパッタ用ターゲットの表面近傍で均等な
電界が形成されてスパッタ用ターゲット表面での電界集
中がなくなり、その表面での異常放電を防止することが
できる。
(実施例) 以下、本発明スパッタリング装置の一実施例を図面を参
照して説明する。
処理室(11)の底部には、例えば円筒状に形成されたスパ
ッタガン部(12)が溶接その他の手段により気密に取着さ
れている。
このスパッタガン部(12)内の下部には、スパッタガン部
(12)の中心部を軸にする如く環状に巻かれた励磁コイル
(13)が内蔵されており、この励磁コイル(13)は励磁コイ
ル電源(14)に接続されている。
次に、上記スパッタガン部(12)の上部には環状に溝(15)
が形成され、この溝(15)の外側部分内側部分には、励磁
コイル(13)によって発生した磁界により、それぞれ外側
磁極(16)及び内側磁極(17)が第1磁極及び第2磁極とし
てとして作用すると共に、プラズマ発生用の第1の電極
(18)として機能する如く磁性体により構成されている。
また、溝(15)内には、環状に形成されたターゲット(19)
を備えたプラズマ発生用の第2の電極(20)が、第1の電
極(18)とは絶縁した状態で配置されている。
ここで、上記ターゲット(19)について説明する。
ターゲット(19)の材料として、例えばタングステン(W)
とシリコン(Si)を使用する。先ず、粉末状に粉砕したシ
リコンに例えば熱拡散等の処理手段により周期律表のI
II族またはV族に属する原子であるホウ素(B)ある
いは燐(P)等を不純物原子としてをドープし、ドープ
後の上記シリコンの比抵抗が1Ω−cm程度以下になるよ
うに低抵抗化しておく。
次に、高融点金属であるタングステンを粉末状に粉砕し
たものと、上記ドープ後の粉末状のシリコンとを混合
し、高温高圧下の雰囲気中にて焼結させて、所定の形状
例えば平板で環状の、タングステン・シリサイド(WS
i2)からなるターゲット(19)を成型して作る。
次に、上記第1の電極(18)と第2の電極(20)は処理室(1
1)外に設けられるスパッタ電源(21)に接続されている。
一方、処理室(11)内の上方部には、加熱機構(図示せ
ず)を備え、基板としての半導体ウエハ(22)をスパッタ
ガン部(12)に対向した状態で保持する保持体として円板
状のサセプタ(23)が吊設されている。
さらに、処理室(11)の側壁を介して、処理室(11)内を所
定の圧力に減圧するための真空ポンプ(24)、処理室(11)
内の真空度を表示する真空ゲージ(25)、処理室(11)内に
プラズマ発生用のガス例えばアルゴン(Ar)ガスを導入す
るための主ガス導入源(26)が接続されてスパッタリング
装置が構成されている。
次に動作を説明する。
先ず、搬送機構(図示せず)等により半導体ウエハ(22)
を処理室(11)内に搬入し、サセプタ(23)により半導体ウ
エハ(22)を保持する。次に真空ポンプ(24)を作動させて
排気し、また半導体ウエハ(22)が所定の温度となるよう
に加熱する。次に、主ガス導入源(26)からアルゴンガス
を導入し、真空ゲージ(25)の表示が10-3〜10-2Torr程度
となるように処理室(11)内を減圧状態に保つ。
そして、励磁コイル電源(14)により励磁コイル(13)に電
流を流してスパッタガン部(12)を磁化し、例えば内側磁
極(17)をN極、外側磁極(16)をS極となるように磁化す
る。
また、スパッタ電源(21)により、例えば第1の電極(18)
を陽極、ターゲット(19)を備えた第2の電極(20)を陰極
として0.5〜1KV程度の直流電圧を印加してプラズマ
放電を生起させることによりターゲット(19)の上面にア
ルゴンプラズマ(図示せず)を発生させる。
この時、外側磁極(16)と内側磁極(17)により形成された
磁界(27)によってターゲット(19)上面に閉じ込められた
活性種であるアルゴンプラズマ(図示せず)のアルゴン
イオン(図示せず)がターゲット(19)に衝突し、ターゲ
ット(19)から高融点金属あるいはこの高融点金属の珪化
物、例えばスパッタ粒子としてタングステン原子(図示
せず)及びシリコン原子(図示せず)が叩き出されて処
理室(11)内を飛散して進行し、半導体ウエハ(22)に被着
して高融点金属シリサイドとしてのタングステン・シリ
サイド薄膜を形成する。
そして、上記スパッタは、第2図(a)(b)に示すように、
ターゲット(19)のスパッタ面(28)に概ね平行に磁界H(2
9)を垂直に電界E(30)をかけた状態で上記ターゲット(1
9)をスパッタするのであるが、ターゲット(11)の材料で
あるタングステン・シリサイド(31)中に大粒径のシリコ
ン(32)が残存していたとしても、次に述べるような理由
により従来のような異常放電は発生しない。
一般に、上述のようにして形成されたタングステン・シ
リサイド(31)の比抵抗は概ね数十〜数百μΩ−cm程度、
またホウ素(B)あるいは燐(P)等が不純物原子とし
てドープされ低抵抗化した大粒径のシリコン(32)の比抵
抗は1Ω−cm程度以下が実現されている。
したがって、シリコン(32)単体の比抵抗を1Ω−cm以下
にしたターゲット材を使用すれば、直流マグネトロンス
パッタで充分安定したプラズマを発生可能な抵抗領域で
あるため、大粒径のシリコン(32)近傍のタングステン又
はタングステン・シリサイド境界面(33)で、プラズマが
不安定になる程度の電界集中がなくなり異常放電は発生
しない。故に、ターゲット(19)が剥れて半導体ウエハ(2
2)に異物として付着することはなく、付着物のない清浄
な膜を形成することができる。
なお、タングステン・シリサイド(31)とホウ素(B)あ
るいは燐(P)等が不純物原子としてをドープしたシリ
コン(32)の比抵抗が、両者同一のとき本発明の効果は最
大であるが、1Ω−cm以下の範囲内であれば、実用上支
障ない程度の効果が得られる。
また、ターゲット(19)の材料は、上記実施例の2つの材
料、タングステンとシリコンに限定されるものではな
く、比抵抗が1Ω−cm程度以下で均一になるのであれ
ば、他の材料、不純物を使用してもよく、また3つ以上
の材料を使用してターゲット(19)を成型してもよいのは
言うまでもない。
さらに、ターゲット(19)は成型により作られるので価格
も安価になる。
〔発明の効果〕 以上説明したように本発明によれば、減圧状態を保持す
る処理室と、この処理室内に供給されたプラズマ発生用
のガスの存在下で放電してプラズマを発生させる第1、
第2電極と、これら両電極間の電界に作用する磁界を形
成し、この磁界によりプラズマを高密度化する第1、第
2磁極と、これら両磁極間の磁界により高密度化したプ
ラズマ中の活性種の衝突によりスパッタ粒子を発生する
ように上記いずれかの電極に装着されたスパッタ用ター
ゲットと、このスパッタ用ターゲットからのスパッタ粒
子により薄膜が形成される基板を保持する保持体とを備
えたスパッタリング装置において、上記スパッタ用ター
ゲットを高融点金属の粉末と少なくともシリコンの粉末
を含む焼結体として形成すると共に、上記シリコンに周
期律表のIII族またはV族に属する原子を不純物原子
として予めドープし、その比抵抗を1Ω−cm以下に調
整するようにしたため、スパッタ用ターゲットでの電界
集中による異常放電を防止し、延いては異常放電に基づ
いたターゲットからの異物の発生を防止して基板に形成
される合金膜へ異物が付着する虞がないスパッタリング
装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明スパッタリング装置の一実施例を示す
構成図、第2図は第1図の主要部の作用説明図、第3図
は従来例の作用説明図である。 11…処理室、12 …スパッタガン部、 19…ターゲット、 31…タングステン・シリサイド、 32…大粒径のシリコン。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】減圧状態を保持する処理室と、この処理室
    内に供給されたプラズマ発生用のガスの存在下で放電し
    てプラズマを発生させる第1、第2電極と、これら両電
    極間の電界に作用する磁界を形成し、この磁界によりプ
    ラズマを閉じ込める第1、第2磁極と、これら両磁極間
    の磁界により閉じ込められたプラズマ中の活性種の衝突
    によりスパッタ粒子を発生するように上記いずれかの電
    極に装着されたスパッタ用ターゲットと、このスパッタ
    用ターゲットからのスパッタ粒子により薄膜が形成され
    る基板を保持する保持体とを備えたスパッタリング装置
    において、上記スパッタ用ターゲットを高融点金属の粉
    末と少なくともシリコンの粉末を含む焼結体として形成
    すると共に、上記シリコンに周期律表のIII族または
    V族に属する原子を不純物原子として予めドープし、そ
    の比抵抗を1Ω−cm以下に調整したことを特徴とする
    スパッタリング装置。
  2. 【請求項2】上記周期律表のV族に属する原子は、燐で
    あることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載のスパ
    ッタリング装置。
  3. 【請求項3】上記周期律表のIII族に属する原子は、
    ホウ素であることを特徴とする特許請求の範囲第1項記
    載のスパッタリング装置。
  4. 【請求項4】上記高融点金属は、タングステンであるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項ないし3項のいず
    れか一つに記載のスパッタリング装置。
JP32105887A 1987-12-18 1987-12-18 スパッタリング装置 Expired - Lifetime JPH0610345B2 (ja)

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JPH01162762A JPH01162762A (ja) 1989-06-27
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