JPH0621352B2 - スパツタリング装置 - Google Patents
スパツタリング装置Info
- Publication number
- JPH0621352B2 JPH0621352B2 JP60290577A JP29057785A JPH0621352B2 JP H0621352 B2 JPH0621352 B2 JP H0621352B2 JP 60290577 A JP60290577 A JP 60290577A JP 29057785 A JP29057785 A JP 29057785A JP H0621352 B2 JPH0621352 B2 JP H0621352B2
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- JP
- Japan
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- target
- magnetic field
- substrate
- microwave
- plasma
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- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は半導体素子等の薄膜形成工程において用いられ
るスパッタリング装置にかかわり、特に高集積化素子等
の微細な溝や穴を有する素子上への成膜および膜質の向
上に好適なスパッタリング装置に関する。
るスパッタリング装置にかかわり、特に高集積化素子等
の微細な溝や穴を有する素子上への成膜および膜質の向
上に好適なスパッタリング装置に関する。
スパッタ成膜は、陰極上に置かれたターゲット材料に、
所定値（スパッタリングのしきい値）以上のエネルギを
有するイオンを衝突させ、これにより放出されるターゲ
ット材料の構成原子または粒子が半導体基板上に付着堆
積して薄膜を形成することにより行われる。
所定値（スパッタリングのしきい値）以上のエネルギを
有するイオンを衝突させ、これにより放出されるターゲ
ット材料の構成原子または粒子が半導体基板上に付着堆
積して薄膜を形成することにより行われる。
スパッタ成膜を行う装置としては、特公昭53−19319 号
公報に記載されたものがある。この装置によれば、陰極
のターゲット材料面の裏側に磁気装置の一対の磁極を設
け、前記陰極面に沿って前記磁気装置によって生ぜしめ
られる弧状の磁力線を形成する。そして、陰極に電圧を
印加して発生させたプラズマの荷電粒子を前記磁力線に
よりサイクロトロン運動させて拘束することにより、２
極スパッタリング装置に比較して高密度プラズマを生ぜ
しめ、高い成膜速度と10-3Torr台の低い成膜圧力が得ら
れるようになっている。
公報に記載されたものがある。この装置によれば、陰極
のターゲット材料面の裏側に磁気装置の一対の磁極を設
け、前記陰極面に沿って前記磁気装置によって生ぜしめ
られる弧状の磁力線を形成する。そして、陰極に電圧を
印加して発生させたプラズマの荷電粒子を前記磁力線に
よりサイクロトロン運動させて拘束することにより、２
極スパッタリング装置に比較して高密度プラズマを生ぜ
しめ、高い成膜速度と10-3Torr台の低い成膜圧力が得ら
れるようになっている。
しかしながら、この方法では、基板上に付着堆積して形
成する薄膜の膜厚分布を均一にする目的からターゲット
と基板との距離は60mmから70mm程度離しておくため、イ
オンの衝突によりターゲットから放出された原子または
粒子は、雰囲気ガス（一般的にはAr等の不活性ガス）分
子と５回から６回程度衝突して基板上へ到達する。その
ため、基板上に付着堆積した膜中には雰囲気ガスが混入
し、膜質を悪いものにしていた。また、ターゲットから
放出された原子または粒子の基板への入射角度（基板法
線と入射原子・入射粒子の入射方向となす角度）も雰囲
気ガス分子との衝突により大きな角度となり、微細な溝
等が基板の下地にあると、入射粒子はこれら溝の入口角
部へ付着堆積し（一般にオーバハングと呼ばれる）、溝
幅が微細（実験によれば1.0μｍ以下）になると、溝入
口角部への付着のために、溝内部が入射粒子で完全に埋
まる前に入口部の両角部に付着堆積した膜が互いに接合
し、溝内部に空洞が生ずるといった問題があった。
成する薄膜の膜厚分布を均一にする目的からターゲット
と基板との距離は60mmから70mm程度離しておくため、イ
オンの衝突によりターゲットから放出された原子または
粒子は、雰囲気ガス（一般的にはAr等の不活性ガス）分
子と５回から６回程度衝突して基板上へ到達する。その
ため、基板上に付着堆積した膜中には雰囲気ガスが混入
し、膜質を悪いものにしていた。また、ターゲットから
放出された原子または粒子の基板への入射角度（基板法
線と入射原子・入射粒子の入射方向となす角度）も雰囲
気ガス分子との衝突により大きな角度となり、微細な溝
等が基板の下地にあると、入射粒子はこれら溝の入口角
部へ付着堆積し（一般にオーバハングと呼ばれる）、溝
幅が微細（実験によれば1.0μｍ以下）になると、溝入
口角部への付着のために、溝内部が入射粒子で完全に埋
まる前に入口部の両角部に付着堆積した膜が互いに接合
し、溝内部に空洞が生ずるといった問題があった。
本発明の目的は、高真空の雰囲気下でプラズマを安定し
て発生させ、10-4〜10-5Torrでもターゲット上を高密度
プラズマ化し、成膜速度を低下させることなく、基板上
に付着堆積する膜中に雰囲気ガスを取り込むことなく、
かつ微細な溝を下地にもつ基板の溝内部に空洞を作るこ
となく成膜が行えるスパッタリング装置を提供すること
にある。
て発生させ、10-4〜10-5Torrでもターゲット上を高密度
プラズマ化し、成膜速度を低下させることなく、基板上
に付着堆積する膜中に雰囲気ガスを取り込むことなく、
かつ微細な溝を下地にもつ基板の溝内部に空洞を作るこ
となく成膜が行えるスパッタリング装置を提供すること
にある。
本発明は、プラズマ発生はマイクロ波と静磁界とを組み
合わせた放電を利用して高真空雰囲気下で安定したプラ
ズマ発生を行わせるとともに、このプラズマを上記プラ
ズマ発生用磁気装置によりターゲット上に閉じ込め、高
真空下でもターゲット上を高密度プラズマ化することを
骨子とする。
合わせた放電を利用して高真空雰囲気下で安定したプラ
ズマ発生を行わせるとともに、このプラズマを上記プラ
ズマ発生用磁気装置によりターゲット上に閉じ込め、高
真空下でもターゲット上を高密度プラズマ化することを
骨子とする。
すなわち、本発明では、プラズマ発生部には静磁界の磁
力線と平行にマイクロ波を導入し、この静磁界の強度を
電子サイクロトロン共鳴条件（マイクロ波周波数2.45GH
zでは磁場強度875ガウス）以上として、10-4から10-5To
rr台の高真空雰囲気下で安定したプラズマの発生を可能
とし、ここで発生したプラズマは、プラズマ発生に利用
した磁気装置によりターゲット上に輸送し閉じ込めるこ
とによって、プラズマ輸送距離を最短とし輸送中の拡散
によるプラズマ損失をなくしてターゲット上を高密度プ
ラズマとする。そして、上記高真空雰囲気でスパッタリ
ング成膜を行い、ターゲットから放出された粒子の平均
自由行程を従来法と比較して１〜２桁大きくすることに
よって、これら粒子が雰囲気ガスと衝突することなく基
板上に付着堆積するスパッタリングを可能とする構成と
したものである。
力線と平行にマイクロ波を導入し、この静磁界の強度を
電子サイクロトロン共鳴条件（マイクロ波周波数2.45GH
zでは磁場強度875ガウス）以上として、10-4から10-5To
rr台の高真空雰囲気下で安定したプラズマの発生を可能
とし、ここで発生したプラズマは、プラズマ発生に利用
した磁気装置によりターゲット上に輸送し閉じ込めるこ
とによって、プラズマ輸送距離を最短とし輸送中の拡散
によるプラズマ損失をなくしてターゲット上を高密度プ
ラズマとする。そして、上記高真空雰囲気でスパッタリ
ング成膜を行い、ターゲットから放出された粒子の平均
自由行程を従来法と比較して１〜２桁大きくすることに
よって、これら粒子が雰囲気ガスと衝突することなく基
板上に付着堆積するスパッタリングを可能とする構成と
したものである。
以下、本発明の一実施例を第１図および第２図により説
明する。
明する。
第１図は、該実施例のスパッタリング装置のスパッタ成
膜部の構造を示す縦断面図である。同図において、ター
ゲット１と基板２とは平面対向しており、該ターゲット
１は裏面にバッキングプレート３を介して陰極４に密接
して設置され、該陰極４は絶縁物５を介してフランジ６
に設置され、該フランジ６は真空槽７に設置されてい
る。前記ターゲット１、バッキングプレート３および陰
極４の周囲には、絶縁リング８を介してアースシールド
９が真空槽７内に設置されている。ここでターゲット１
の中央部10は空洞となっており、この部分にプラズマ発
生室11が設置されており、該プラズマ発生室11の外周に
は導波管12が、プラズマ発生室11を保持するようにフラ
ンジ６に設置してある。前記導波管12にはフランジ13に
より別の導波管14が取り付けられ、該導波管14の他端に
はマイクロ波発生源15が設置されている。さらに前記プ
ラズマ発生室11の外周でかつ導波管12の外周には磁気装
置16が設置され、該磁気装置16の外周とマイクロ波発生
源15側にはヨーク17が設置されている。
膜部の構造を示す縦断面図である。同図において、ター
ゲット１と基板２とは平面対向しており、該ターゲット
１は裏面にバッキングプレート３を介して陰極４に密接
して設置され、該陰極４は絶縁物５を介してフランジ６
に設置され、該フランジ６は真空槽７に設置されてい
る。前記ターゲット１、バッキングプレート３および陰
極４の周囲には、絶縁リング８を介してアースシールド
９が真空槽７内に設置されている。ここでターゲット１
の中央部10は空洞となっており、この部分にプラズマ発
生室11が設置されており、該プラズマ発生室11の外周に
は導波管12が、プラズマ発生室11を保持するようにフラ
ンジ６に設置してある。前記導波管12にはフランジ13に
より別の導波管14が取り付けられ、該導波管14の他端に
はマイクロ波発生源15が設置されている。さらに前記プ
ラズマ発生室11の外周でかつ導波管12の外周には磁気装
置16が設置され、該磁気装置16の外周とマイクロ波発生
源15側にはヨーク17が設置されている。
また基板２は基板ホルダ18上に載置され、該基板ホルダ
18は軸19により真空槽７の真空を保持しうる状態で設置
されている。さらに陰極４には電源20が接続されてい
る。
18は軸19により真空槽７の真空を保持しうる状態で設置
されている。さらに陰極４には電源20が接続されてい
る。
第２図に示すように、第１図の構成における磁気装置16
は、磁力線21がヨーク17の端部22から出てプラズマ発生
室11へ入り、プラズマ発生室11の軸と同一方向となり、
ここからターゲット１上へ拡がってゆき、ターゲット１
の外周部でターゲット１を通過してヨーク17の他端23へ
入り込むように構成しておく。ここで、スパッタ成膜室
24は、雰囲気ガス（例えばアルゴンガスなどの不活性ガ
ス）の所定の真空状態（10-4から10-5Torr）にしてお
く。
は、磁力線21がヨーク17の端部22から出てプラズマ発生
室11へ入り、プラズマ発生室11の軸と同一方向となり、
ここからターゲット１上へ拡がってゆき、ターゲット１
の外周部でターゲット１を通過してヨーク17の他端23へ
入り込むように構成しておく。ここで、スパッタ成膜室
24は、雰囲気ガス（例えばアルゴンガスなどの不活性ガ
ス）の所定の真空状態（10-4から10-5Torr）にしてお
く。
さてマイクロ波発生源15からマイクロ波を発振すると、
マイクロ波は導波管14により導かれ、導波管12へ送ら
れ、さらにプラズマ発生室11を通過する。このとき磁気
装置16により作られる静磁界によって、該マイクロ波は
プラズマ発生室11内の10-4から10-5Torr台の雰囲気ガス
を電離し、プラズマ状態にする。このプラズマは、磁力
線21に沿ってターゲット１上へ輸送され、ターゲット１
の表面上にプラズマを発生する。
マイクロ波は導波管14により導かれ、導波管12へ送ら
れ、さらにプラズマ発生室11を通過する。このとき磁気
装置16により作られる静磁界によって、該マイクロ波は
プラズマ発生室11内の10-4から10-5Torr台の雰囲気ガス
を電離し、プラズマ状態にする。このプラズマは、磁力
線21に沿ってターゲット１上へ輸送され、ターゲット１
の表面上にプラズマを発生する。
ここで、プラズマ発生室11内のプラズマについて述べる
と、そこでは静磁界を有しかつ磁力線21がマイクロ波の
進行方向に沿う方向であり、また磁場強度が電子サイク
ロトロン共鳴条件（マイクロ波周波数2.45GHzで磁場強
度875ガウス）以上の磁場強度とすることにより、10-4
から10-5Torr台の高真空雰囲気でも安定してプラズマを
発生させることができる。
と、そこでは静磁界を有しかつ磁力線21がマイクロ波の
進行方向に沿う方向であり、また磁場強度が電子サイク
ロトロン共鳴条件（マイクロ波周波数2.45GHzで磁場強
度875ガウス）以上の磁場強度とすることにより、10-4
から10-5Torr台の高真空雰囲気でも安定してプラズマを
発生させることができる。
またターゲット１表面上の磁力線25が、ターゲット１表
面の広範囲においてほぼ平行であるため、陰極４に印加
された電圧により生ずるターゲット１表面上の電界によ
って、プラズマ中の荷電粒子は磁力線25に沿ってサイク
ロトロン運動しながらターゲット１の円周方向にドリフ
トし、ターゲット１表面に閉じ込められるため、ターゲ
ット１表面のプラズマを高密度化する。
面の広範囲においてほぼ平行であるため、陰極４に印加
された電圧により生ずるターゲット１表面上の電界によ
って、プラズマ中の荷電粒子は磁力線25に沿ってサイク
ロトロン運動しながらターゲット１の円周方向にドリフ
トし、ターゲット１表面に閉じ込められるため、ターゲ
ット１表面のプラズマを高密度化する。
さらに前記陰極４に電源20による電力を印加することで
ターゲット１表面に発生する負の電場は、前記ターゲッ
ト１表面上のプラズマ中のイオンを加速し、これをター
ゲット１表面に衝突させる。この衝突によりターゲット
１表面からはじき出された原子または粒子が基板２の表
面上に付着堆積し、薄膜を形成する。
ターゲット１表面に発生する負の電場は、前記ターゲッ
ト１表面上のプラズマ中のイオンを加速し、これをター
ゲット１表面に衝突させる。この衝突によりターゲット
１表面からはじき出された原子または粒子が基板２の表
面上に付着堆積し、薄膜を形成する。
上述の成膜において、ターゲット１表面からはじき出さ
れた原子または粒子が基板２の表面に到達するまでの間
に雰囲気ガス分子と衝突するかどうかは、分子の平均自
由行程によりわかる。平均自由行程λは、分子の直径、
温度および雰囲気圧力により定まり、次式で表わされ
る。
れた原子または粒子が基板２の表面に到達するまでの間
に雰囲気ガス分子と衝突するかどうかは、分子の平均自
由行程によりわかる。平均自由行程λは、分子の直径、
温度および雰囲気圧力により定まり、次式で表わされ
る。
λ＝2.331×10-26Ｔ／Ｐδ2 ここで、Ｔは分子温度（゜Ｋ）、Ｐは圧力(Torr)、δは
分子直径（ｍ）である。アルゴンガスでは、15℃、760T
orrで平均自由行程λ＝6.66×10-8ｍであり、雰囲気圧
力を１×10-4Torrとすると、λ＝5.06×10-1ｍ、すなわ
ちアルゴンガスでは衝突なしに約500mm移動することが
わかる。
分子直径（ｍ）である。アルゴンガスでは、15℃、760T
orrで平均自由行程λ＝6.66×10-8ｍであり、雰囲気圧
力を１×10-4Torrとすると、λ＝5.06×10-1ｍ、すなわ
ちアルゴンガスでは衝突なしに約500mm移動することが
わかる。
一方、ターゲット１表面からはじき出された粒子が雰囲
気ガスと衝突することなく移動しうる距離は、ターゲッ
ト１の材質すなわちターゲット１を構成する分子の直径
により異なるが、雰囲気圧力１×10-4Torrでは100mm程
度はあると考えられる。
気ガスと衝突することなく移動しうる距離は、ターゲッ
ト１の材質すなわちターゲット１を構成する分子の直径
により異なるが、雰囲気圧力１×10-4Torrでは100mm程
度はあると考えられる。
従って本実施例によれば、ターゲットからはじき出され
た粒子は、ほとんどが雰囲気ガス分子と衝突することな
しに基板に到達するため、基板へのスパッタ粒子の入射
角度（基板法線と粒子入射方向とのなす角度）も小さな
角度となり、基板上の微細な溝についても溝内へのスパ
ッタ粒子の入り込みがよくなる。また、基板表面に付着
堆積した薄膜中への雰囲気ガス分子の取り込みも少なく
なる。
た粒子は、ほとんどが雰囲気ガス分子と衝突することな
しに基板に到達するため、基板へのスパッタ粒子の入射
角度（基板法線と粒子入射方向とのなす角度）も小さな
角度となり、基板上の微細な溝についても溝内へのスパ
ッタ粒子の入り込みがよくなる。また、基板表面に付着
堆積した薄膜中への雰囲気ガス分子の取り込みも少なく
なる。
本発明によれば、マイクロ波と磁場とを組み合わせてプ
ラズマを発生させ、これを短い距離にてターゲット表面
に輸送するとともにプラズマ発生用磁場によって荷電粒
子を閉じ込めるため、10-4から10-5Torrの台の雰囲気圧
力で安定して高密度のプラズマが発生できるので、ター
ゲットからはじき出される粒子が雰囲気ガス分子と衝突
することなしに基板上に付着堆積し、基板へのスパッタ
粒子の入射角度が小さく、溝部を有する基板への成膜性
能が向上するとともに、基板上に付着堆積した薄膜中へ
の雰囲気ガスの取り込みが少なく膜質が向上するという
効果が得られる。
ラズマを発生させ、これを短い距離にてターゲット表面
に輸送するとともにプラズマ発生用磁場によって荷電粒
子を閉じ込めるため、10-4から10-5Torrの台の雰囲気圧
力で安定して高密度のプラズマが発生できるので、ター
ゲットからはじき出される粒子が雰囲気ガス分子と衝突
することなしに基板上に付着堆積し、基板へのスパッタ
粒子の入射角度が小さく、溝部を有する基板への成膜性
能が向上するとともに、基板上に付着堆積した薄膜中へ
の雰囲気ガスの取り込みが少なく膜質が向上するという
効果が得られる。
第１図は本発明の一実施例のスパッタリング装置の成膜
部の構造を示す縦断面図、第２図は第１図の成膜部での
磁力線を表わした縦断面図である。 １……ターゲット、２……基板、４……陰極、７……真
空槽、11……プラズマ発生室、12,14……導波管、15…
…マイクロ波発生源、16……磁気装置、17……ヨーク、
21,25……磁力線、24……スパッタ成膜室。
部の構造を示す縦断面図、第２図は第１図の成膜部での
磁力線を表わした縦断面図である。 １……ターゲット、２……基板、４……陰極、７……真
空槽、11……プラズマ発生室、12,14……導波管、15…
…マイクロ波発生源、16……磁気装置、17……ヨーク、
21,25……磁力線、24……スパッタ成膜室。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 相内 進 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (56)参考文献 特開 昭58−161774（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−75839（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−50167（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−194174（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−104074（ＪＰ，Ｕ)
Claims (3)
- 【請求項１】真空容器の内部に薄膜を形成する材料から
なるターゲットと、該ターゲットを支持する電極手段
と、該電極手段に前記真空容器の外部から電力を印加す
る電力印加手段と、前記ターゲットと所定の間隔を隔て
て対向する基板電極手段と、前記ターゲットの裏側にあ
って磁力線が前記ターゲットの表面近傍を弧状に覆う磁
場を発生させる磁場発生部とヨークとから構成される磁
場発生手段と、マイクロ波を前記ターゲットの中央部に
設けた開口部を通して前記真空容器内に供給するマイク
ロ波供給手段とを有し、前記電力印加手段により前記電
極手段に電力を印加すると共に、前記マイクロ波供給手
段からマイクロ波を前記ターゲットと前記基板電極手段
との間に供給して高密度のプラズマを発生させて前記磁
場発生手段で発生させた前記ターゲットの表面近傍を弧
状に覆う磁場により前記ターゲットの表面近傍に高密度
プラズマを閉じ込めることにより、前記ターゲットをス
パッタリングして前記基板電極手段の上に載置した基板
の表面に薄膜を形成することを特徴とするスパッタリン
グ装置。 - 【請求項２】前記磁場の強度が、前記マイクロ波の周波
数に応じた電子サイクロトロン共鳴条件を満たす臨界磁
場強度以上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。 - 【請求項３】前記磁場発生手段の前記ヨークの一端が、
前記マイクロ波を前記真空容器内に供給する部分の近傍
に設置され、前記ヨークの他端が、前記ターゲットの外
周部に設置され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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60290577A JPH0621352B2 (ja) | 1985-12-25 | 1985-12-25 | スパツタリング装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60290577A JPH0621352B2 (ja) | 1985-12-25 | 1985-12-25 | スパツタリング装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62151561A JPS62151561A (ja) | 1987-07-06 |
| JPH0621352B2 true JPH0621352B2 (ja) | 1994-03-23 |
Family
ID=17757821
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60290577A Expired - Lifetime JPH0621352B2 (ja) | 1985-12-25 | 1985-12-25 | スパツタリング装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0621352B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0715145B2 (ja) * | 1988-05-10 | 1995-02-22 | 松下電器産業株式会社 | スパッタ装置 |
| DE4230290A1 (de) * | 1992-09-10 | 1994-03-17 | Leybold Ag | Vorrichtung zum Erzeugen eines Plasmas mittels Kathodenzerstäubung und Mikrowelleneinstrahlung |
| JP2006163253A (ja) * | 2004-12-10 | 2006-06-22 | Sharp Corp | 画像形成装置 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5875839A (ja) * | 1981-10-30 | 1983-05-07 | Fujitsu Ltd | スパツタ装置 |
| JPS58161774A (ja) * | 1982-03-17 | 1983-09-26 | Fujitsu Ltd | スパツタリング処理方法 |
| JPS6050167A (ja) * | 1983-08-26 | 1985-03-19 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | プラズマ付着装置 |
| JPH0713295B2 (ja) * | 1985-02-22 | 1995-02-15 | 株式会社日立製作所 | スパツタリング装置 |
| JPS61104074A (ja) * | 1984-10-26 | 1986-05-22 | Hitachi Ltd | スパッタリング方法及びその装置 |
-
1985
- 1985-12-25 JP JP60290577A patent/JPH0621352B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62151561A (ja) | 1987-07-06 |
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