JPH0791639B2 - スパツタ方法 - Google Patents
スパツタ方法Info
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- JPH0791639B2 JPH0791639B2 JP62000363A JP36387A JPH0791639B2 JP H0791639 B2 JPH0791639 B2 JP H0791639B2 JP 62000363 A JP62000363 A JP 62000363A JP 36387 A JP36387 A JP 36387A JP H0791639 B2 JPH0791639 B2 JP H0791639B2
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- JP
- Japan
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- substrate
- target
- bias voltage
- sputtering
- film
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は薄膜のスパッタ成膜技術に係り、特に半導体装
置等の基板表面の微細な段差、溝あるいは穴に、成膜材
料をつき回り良く付着させるスパッタ方法に関するもの
である。
置等の基板表面の微細な段差、溝あるいは穴に、成膜材
料をつき回り良く付着させるスパッタ方法に関するもの
である。
スパッタリング成膜技術において、ターゲット表面に平
行な成分の磁界を強くして、成膜対象へ流入する電流を
増加させる試みは、例えば特開昭60−221563号に記載さ
れている。即ち、マグネトロン型スパッタ電極と、基板
とを対向させ、基板表面に負のバイアス電圧を印加する
ことにより、マグネトロン型スパッタ電極上に発生する
プラズマ中のイオンの一部を、基板表面に流入させる、
一種のバイアススパッタ装置となっている。
行な成分の磁界を強くして、成膜対象へ流入する電流を
増加させる試みは、例えば特開昭60−221563号に記載さ
れている。即ち、マグネトロン型スパッタ電極と、基板
とを対向させ、基板表面に負のバイアス電圧を印加する
ことにより、マグネトロン型スパッタ電極上に発生する
プラズマ中のイオンの一部を、基板表面に流入させる、
一種のバイアススパッタ装置となっている。
一方、米国特許USP3,325,394号にカスプ磁界を用いたス
パッタリング成膜技術が記載されている。即ち、スパッ
タ電極と成膜対象基板とを対向配置し、２組の電磁石に
より、その間にカスプ磁界を形成してプラズマ密度を向
上させ、成膜速度の向上を計るものである。成膜速度向
上のためには上記カスプ磁界の補助によったスパッタリ
ング成膜法よりは、その後に公知となったマグネトロン
スパッタ成膜法の方が装置構成が簡単で効果が大きいた
め、カスプ磁界を用いることは顧みられなかった。
パッタリング成膜技術が記載されている。即ち、スパッ
タ電極と成膜対象基板とを対向配置し、２組の電磁石に
より、その間にカスプ磁界を形成してプラズマ密度を向
上させ、成膜速度の向上を計るものである。成膜速度向
上のためには上記カスプ磁界の補助によったスパッタリ
ング成膜法よりは、その後に公知となったマグネトロン
スパッタ成膜法の方が装置構成が簡単で効果が大きいた
め、カスプ磁界を用いることは顧みられなかった。
バイアススパッタ法とは基板に成膜材料を堆積しなが
ら、同時に基板表面に負のバイアス電圧を印加し、プラ
ズマ中のイオンを入射させ、イオンのエネルギを成膜粒
子に与え成膜粒子の表面移動度を高めることにより、
溝、穴へのつき回り性を向上させるものである。したが
って基板に入射するイオンのエネルギーを向上させるこ
とが重要であり、この手段としては、基板上のプラズマ
密度を向上させ基板に流入するイオン電流を向上させる
こと、あるいはバイアス電圧を向上させることが考えら
れる。
ら、同時に基板表面に負のバイアス電圧を印加し、プラ
ズマ中のイオンを入射させ、イオンのエネルギを成膜粒
子に与え成膜粒子の表面移動度を高めることにより、
溝、穴へのつき回り性を向上させるものである。したが
って基板に入射するイオンのエネルギーを向上させるこ
とが重要であり、この手段としては、基板上のプラズマ
密度を向上させ基板に流入するイオン電流を向上させる
こと、あるいはバイアス電圧を向上させることが考えら
れる。
従来のマグネトロンスパッタ電極はプラズマを基板に向
かいあったスパッタ電極表面に閉じ込めるものであるた
め、単に基板表面にバイアス電圧を印加しただけでは基
板上のプラズマ密度は十分には向上しない。我々の予備
実験では、バイアス電圧−100Vの時、基板上のプラズマ
密度は２×1010cm-3程度であり、この時基板に流入する
イオン電流は0.5A/φ125程度で、また1.0μｍ角の深さ
1.0μｍの穴への成膜材料（Al）のつき回りは十分では
なかった。
かいあったスパッタ電極表面に閉じ込めるものであるた
め、単に基板表面にバイアス電圧を印加しただけでは基
板上のプラズマ密度は十分には向上しない。我々の予備
実験では、バイアス電圧−100Vの時、基板上のプラズマ
密度は２×1010cm-3程度であり、この時基板に流入する
イオン電流は0.5A/φ125程度で、また1.0μｍ角の深さ
1.0μｍの穴への成膜材料（Al）のつき回りは十分では
なかった。
一方、バイアス電圧を高くするとスパッタ膜に吸蔵され
るArガス量が増えることが知られている。我々の予備実
験から、スパッタ後アニールすることにより、高いバイ
アス電圧で成膜したスパッタ膜にボイド、膨れが発生す
ること、この発生下限は140V程度であることが判った。
るArガス量が増えることが知られている。我々の予備実
験から、スパッタ後アニールすることにより、高いバイ
アス電圧で成膜したスパッタ膜にボイド、膨れが発生す
ること、この発生下限は140V程度であることが判った。
本発明の目的はボイド、膨れなどの膜不良を生じない低
バイアス電圧で、微細な段差、溝あるいは穴に成膜材料
をつき回りよく付着させるために、基板に流入するイオ
ン電流を向上させるスパッタ方法を提供することにあ
る。
バイアス電圧で、微細な段差、溝あるいは穴に成膜材料
をつき回りよく付着させるために、基板に流入するイオ
ン電流を向上させるスパッタ方法を提供することにあ
る。
またバイアス電圧を制御することにより、基板に流入す
るイオン量をほぼ一定に保つたまま、基板に入射するイ
オンエネルギを制御できるスパッタ方法を提供すること
にある。
るイオン量をほぼ一定に保つたまま、基板に入射するイ
オンエネルギを制御できるスパッタ方法を提供すること
にある。
上記目的は、カスプ磁界を用いたプラズマの高密度化
と、基板側電極にバイアスを印加するバイアススパッタ
を結びつけて達成される。
と、基板側電極にバイアスを印加するバイアススパッタ
を結びつけて達成される。
スパッタ電極と基板電極とを対向して配置し、その間に
カスプ磁界を形成することにより、高密度プラズマがス
パッタ電極表面から基板表面近傍まで発生する。さらに
基板表面に負のバイアス電圧を印加することにより、基
板表面近傍のプラズマ中の高密度イオンが膜不良を生じ
ない低バイアス電圧で基板にひきこまれ、基板流入イオ
ン電流が向上する。この結果、基板表面に付着したスパ
ッタ粒子の、基板表面での移動度が向上し、若しくは、
基板表面の段差上部の角、溝、穴入口の角に付着した膜
材料がスパッタされ、段差下部、溝、穴底面へ再付着す
る。このため膜不良を生じることなく段差、溝、穴への
スパッタ材料のつき回りを向上させることができる。
カスプ磁界を形成することにより、高密度プラズマがス
パッタ電極表面から基板表面近傍まで発生する。さらに
基板表面に負のバイアス電圧を印加することにより、基
板表面近傍のプラズマ中の高密度イオンが膜不良を生じ
ない低バイアス電圧で基板にひきこまれ、基板流入イオ
ン電流が向上する。この結果、基板表面に付着したスパ
ッタ粒子の、基板表面での移動度が向上し、若しくは、
基板表面の段差上部の角、溝、穴入口の角に付着した膜
材料がスパッタされ、段差下部、溝、穴底面へ再付着す
る。このため膜不良を生じることなく段差、溝、穴への
スパッタ材料のつき回りを向上させることができる。
また高密度プラズマの発生とは独立にバイアス電圧を設
定できるので、基板に流入するイオン電流をほぼ一定に
保ったまま、基板に入射するイオンエネルギを制御でき
る。
定できるので、基板に流入するイオン電流をほぼ一定に
保ったまま、基板に入射するイオンエネルギを制御でき
る。
以下本発明の一実施例を第１図により説明する。初めに
本実施例の構成を述べる。
本実施例の構成を述べる。
真空容器１の上部の開口２に、絶縁物３を介してスパッ
タ電極４が取付けられている。該スパッタ電極４の真空
室側にはスパッタ成膜材料より成るターゲット５、大気
側には磁界発生用のターゲットコイル６およびヨーク７
が、さらに該ターゲット５の外周には該ターゲットとの
間に放電を生じない距離だけターゲットより隔てて、絶
縁体８を介して真空容器１にアノード28が取付けられて
いる。
タ電極４が取付けられている。該スパッタ電極４の真空
室側にはスパッタ成膜材料より成るターゲット５、大気
側には磁界発生用のターゲットコイル６およびヨーク７
が、さらに該ターゲット５の外周には該ターゲットとの
間に放電を生じない距離だけターゲットより隔てて、絶
縁体８を介して真空容器１にアノード28が取付けられて
いる。
ヨーク７はターゲットコイル６により発生する漏えい磁
束密度を強めるために用いられている。
束密度を強めるために用いられている。
アノード28の電位は必要に応じて、フローティング、ア
ースあるいは任意の正、負の電位となるよう配線されて
いる。
ースあるいは任意の正、負の電位となるよう配線されて
いる。
該真空容器１の下部の開口９には基板25を載置する基板
電極10があり、基板電極10の周囲には真空シール機能を
持つ絶縁体11を介して、ターゲット５と基板電極10の表
面に垂直な方向に移動可能な基板押え12が、さらに基板
押え12の周囲には真空シール機能を持つ絶縁体13を介し
てシールド14が、真空容器１に対して固定で取付けられ
ている。また真空容器１の下部の他の開口15には、真空
容器１に対して真空シールされた状態に取付けられたコ
イル容器16の中に基板コイル17が取付けられている。
電極10があり、基板電極10の周囲には真空シール機能を
持つ絶縁体11を介して、ターゲット５と基板電極10の表
面に垂直な方向に移動可能な基板押え12が、さらに基板
押え12の周囲には真空シール機能を持つ絶縁体13を介し
てシールド14が、真空容器１に対して固定で取付けられ
ている。また真空容器１の下部の他の開口15には、真空
容器１に対して真空シールされた状態に取付けられたコ
イル容器16の中に基板コイル17が取付けられている。
真空容器１内は排気手段18により真空排気されるととも
にガス導入手段19によりガスが導入されて、主として10
-3Torr台の圧力に保たれる。
にガス導入手段19によりガスが導入されて、主として10
-3Torr台の圧力に保たれる。
スパッタ電極４、基板電極10、基板押え12、ターゲット
コイル６、基板コイル17には各々スパッタ電源20、高周
波電源21、直流電源22、ターゲットコイル電源23、基板
コイル電源24が、また真空容器１はアースに接続されて
いる。
コイル６、基板コイル17には各々スパッタ電源20、高周
波電源21、直流電源22、ターゲットコイル電源23、基板
コイル電源24が、また真空容器１はアースに接続されて
いる。
基板表面に直流バイアス電圧を印加する場合は高周波電
源21が、高周波バイアス電圧を印加する場合には直流電
源22が各々不要である。また高周波バイアス電圧を印加
する場合には基板押え12は高周波プラズマのシールドの
ため、絶縁物で作られる。
源21が、高周波バイアス電圧を印加する場合には直流電
源22が各々不要である。また高周波バイアス電圧を印加
する場合には基板押え12は高周波プラズマのシールドの
ため、絶縁物で作られる。
ターゲットコイル６とターゲットコイル電源23および基
板コイル17と基板コイル電源24はこれら電磁石に限ら
ず、これと等価な磁界を発生する永久磁石を用いてもよ
い。
板コイル17と基板コイル電源24はこれら電磁石に限ら
ず、これと等価な磁界を発生する永久磁石を用いてもよ
い。
スパッタ成膜処理を受ける基板25は、基板押え12がター
ゲット５側に、基板電極10より離間した状態で、図示し
ない搬送機構により基板電極10上に載置された後、基板
押え12で保持される。
ゲット５側に、基板電極10より離間した状態で、図示し
ない搬送機構により基板電極10上に載置された後、基板
押え12で保持される。
以上の構成の本実施例は以下のように動作する。
真空容器１の図示しない入口より搬送された基板25は、
基板電極10上に載置された後、基板押え12により固定さ
れる。排気手段18により真空容器１内を高真空排気した
後、ガス導入手段19によりArガスを導入し、所定のスパ
ッタ圧に保つ。ターゲットコイル電源23及び基板コイル
電源24により、それぞれターゲットコイル６及び基板コ
イル17に、相互に逆向きの磁界を発生するようにコイル
電流を印加すると第１図に示す磁力線26の形状のカスプ
磁界が発生する。さらにスパッタ電源20よりスパッタ電
極４にスパッタ電圧を印加すると、磁力線26と同形状の
高密度プラズマ27が、ターゲット５の表面から基板25の
表面近傍まで発生する。直流電源22より基板押え12を介
して基板25の表面に直流バイアスを印加するか、もしく
は高周波電源21より基板電源10に高周波電力を印加し基
板25上にさらに高周波プラズマを発生させ、基板25の表
面にバイアス電圧を誘起することにより、基板表面を負
のバイアス電位に保ち、プラズマ27中のイオンを基板25
上に流入される。
基板電極10上に載置された後、基板押え12により固定さ
れる。排気手段18により真空容器１内を高真空排気した
後、ガス導入手段19によりArガスを導入し、所定のスパ
ッタ圧に保つ。ターゲットコイル電源23及び基板コイル
電源24により、それぞれターゲットコイル６及び基板コ
イル17に、相互に逆向きの磁界を発生するようにコイル
電流を印加すると第１図に示す磁力線26の形状のカスプ
磁界が発生する。さらにスパッタ電源20よりスパッタ電
極４にスパッタ電圧を印加すると、磁力線26と同形状の
高密度プラズマ27が、ターゲット５の表面から基板25の
表面近傍まで発生する。直流電源22より基板押え12を介
して基板25の表面に直流バイアスを印加するか、もしく
は高周波電源21より基板電源10に高周波電力を印加し基
板25上にさらに高周波プラズマを発生させ、基板25の表
面にバイアス電圧を誘起することにより、基板表面を負
のバイアス電位に保ち、プラズマ27中のイオンを基板25
上に流入される。
以上のように本実施例ではカスプ磁界により高密度プラ
ズマを基板25の近傍まで発生させることができるため、
膜不良を生じない低バイアス電圧においても、段差、
溝、穴にスパッタ材料をつき回りよく成膜するだけの十
分なイオン電流を得ることができる。
ズマを基板25の近傍まで発生させることができるため、
膜不良を生じない低バイアス電圧においても、段差、
溝、穴にスパッタ材料をつき回りよく成膜するだけの十
分なイオン電流を得ることができる。
本実施例での流入電流の測定例を第２図に示す。第２図
は、基板バイアス電圧：−100V,基板と、ターゲットの
間隔:50mmでのデータである。基板コイル電流／ターゲ
ットコイル電流の比が小さい時はプラズマリングの中心
径は基板の径より大きい。この比を大きくするとプラズ
マリングの中心径を基板の径と等しくできる。そして従
来技術に比べ約５倍の１×1011cm-3のプラズマ密度と、
約２倍の１・1Aの基板流入電流（φ125内）が得られ
た。
は、基板バイアス電圧：−100V,基板と、ターゲットの
間隔:50mmでのデータである。基板コイル電流／ターゲ
ットコイル電流の比が小さい時はプラズマリングの中心
径は基板の径より大きい。この比を大きくするとプラズ
マリングの中心径を基板の径と等しくできる。そして従
来技術に比べ約５倍の１×1011cm-3のプラズマ密度と、
約２倍の１・1Aの基板流入電流（φ125内）が得られ
た。
基板流入イオン電流を変えて、バイアススパッタ法で微
細穴へAlを成膜した時のAlのつき回り性をSEM写真から
判定した結果を第１表に示す（穴深さは約１μm,成膜速
度は1200mm/min）。○印は穴側面へのAl付着が平坦部膜
厚の概ね40％以上であることを示す。このようにイオン
電流が1A/φ125で1.0平方μｍの穴へのAlつき回りが十
分であることを確認できた。
細穴へAlを成膜した時のAlのつき回り性をSEM写真から
判定した結果を第１表に示す（穴深さは約１μm,成膜速
度は1200mm/min）。○印は穴側面へのAl付着が平坦部膜
厚の概ね40％以上であることを示す。このようにイオン
電流が1A/φ125で1.0平方μｍの穴へのAlつき回りが十
分であることを確認できた。
また第３図に本実施例でのバイアス電圧と流入電流の関
係を示す（縦軸は相対単位である）。第２図と同様、基
板とターゲットの間隔は50mmである。バイアス電圧を−
100Vから−40Vまで変えても流入イオン電流はほぼ一定
である。すなわち基板に流入するイオン電流をほぼ一定
に保ったまま、基板に入射するイオンエネルギー総量を
幅広く制御することができる。
係を示す（縦軸は相対単位である）。第２図と同様、基
板とターゲットの間隔は50mmである。バイアス電圧を−
100Vから−40Vまで変えても流入イオン電流はほぼ一定
である。すなわち基板に流入するイオン電流をほぼ一定
に保ったまま、基板に入射するイオンエネルギー総量を
幅広く制御することができる。
本発明によれば低バイアス電圧で高い基板流入イオン電
流を得ることができるので、ボイド、フクレなどの膜不
良を生ずることなく、段差、溝、穴につき回りよくスパ
ッタ膜を付着させることができる。また高密度プラズマ
の発生とは独立に基板バイアス電圧を設定できるので、
基板に流入するイオン量をほぼ一定に保ったまま、イオ
ンエネルギを制御することができ、膜質制御の余裕度が
向上する。
流を得ることができるので、ボイド、フクレなどの膜不
良を生ずることなく、段差、溝、穴につき回りよくスパ
ッタ膜を付着させることができる。また高密度プラズマ
の発生とは独立に基板バイアス電圧を設定できるので、
基板に流入するイオン量をほぼ一定に保ったまま、イオ
ンエネルギを制御することができ、膜質制御の余裕度が
向上する。
第１図は本発明の一実施例の縦断面図、第２図は本発明
の実施例での基板流入電流データを示す図、第３図は本
発明の実施例でのバイアス電圧と流入電流データを示す
図である。 １……真空容器、２……開口、３……絶縁物、４……ス
パッタ電極、５……ターゲット、６……ターゲットコイ
ル、７……ヨーク、８……絶縁体、９……開口、10……
基板電極、11……絶縁体、12……基板押え、13……絶縁
体、14……シールド、15……開口、16……コイル容器、
17……基板コイル、18……排気手段、19……ガス導入手
段、20……スパッタ電源、21……高周波電源、22……直
流電源、23……ターゲットコイル電源、24……基板コイ
ル電源、25……基板、26……磁力線、27……プラズマ、
28……アノード。
の実施例での基板流入電流データを示す図、第３図は本
発明の実施例でのバイアス電圧と流入電流データを示す
図である。 １……真空容器、２……開口、３……絶縁物、４……ス
パッタ電極、５……ターゲット、６……ターゲットコイ
ル、７……ヨーク、８……絶縁体、９……開口、10……
基板電極、11……絶縁体、12……基板押え、13……絶縁
体、14……シールド、15……開口、16……コイル容器、
17……基板コイル、18……排気手段、19……ガス導入手
段、20……スパッタ電源、21……高周波電源、22……直
流電源、23……ターゲットコイル電源、24……基板コイ
ル電源、25……基板、26……磁力線、27……プラズマ、
28……アノード。
Claims (2)
- 【請求項１】電圧が印加されたスパッタ電極に載置され
たターゲットと、該ターゲットと所定の間隔を隔てて対
面する試料基板との間に、カスプ磁界を形成することに
より高密度プラズマを発生させ、試料基板へスパッタす
るようになしたスパッタ方法において、前記基板表面に
−140Vより小さい負のバイアス電圧を印加し、基板表面
にイオンを入射させながら、ターゲットからはじき出さ
れたスパッタ材料を基板に付着させて成膜することを特
徴とするスパッタ方法。 - 【請求項２】前記バイアス電圧を、−100V〜−40Vとな
したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のスパ
ッタ方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62000363A JPH0791639B2 (ja) | 1987-01-07 | 1987-01-07 | スパツタ方法 |
| US07/137,562 US4853102A (en) | 1987-01-07 | 1987-12-24 | Sputtering process and an apparatus for carrying out the same |
| KR1019870015286A KR910001879B1 (ko) | 1987-01-07 | 1987-12-30 | 스퍼터 성막방법 및 그 장치 |
| EP88100054A EP0275021B1 (en) | 1987-01-07 | 1988-01-05 | Sputtering process and an apparatus for carrying out the same |
| DE3854276T DE3854276T2 (de) | 1987-01-07 | 1988-01-05 | Kathodenzerstäubungsverfahren und Vorrichtung zur Durchführung desselben. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62000363A JPH0791639B2 (ja) | 1987-01-07 | 1987-01-07 | スパツタ方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63169378A JPS63169378A (ja) | 1988-07-13 |
| JPH0791639B2 true JPH0791639B2 (ja) | 1995-10-04 |
Family
ID=11471711
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62000363A Expired - Fee Related JPH0791639B2 (ja) | 1987-01-07 | 1987-01-07 | スパツタ方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0791639B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3126698B2 (ja) | 1998-06-02 | 2001-01-22 | 富士通株式会社 | スパッタ成膜方法、スパッタ成膜装置及び半導体装置の製造方法 |
| JP6415456B2 (ja) * | 2013-02-21 | 2018-10-31 | エリコン サーフェス ソリューションズ アーゲー、 プフェフィコン | 導入層のあるｄｌｃコーティング |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
-
1987
- 1987-01-07 JP JP62000363A patent/JPH0791639B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63169378A (ja) | 1988-07-13 |
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