JPH0955357A - 半導体製造装置および薄膜堆積方法 - Google Patents

半導体製造装置および薄膜堆積方法

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JPH0955357A
JPH0955357A JP20556895A JP20556895A JPH0955357A JP H0955357 A JPH0955357 A JP H0955357A JP 20556895 A JP20556895 A JP 20556895A JP 20556895 A JP20556895 A JP 20556895A JP H0955357 A JPH0955357 A JP H0955357A
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JP
Japan
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target
semiconductor substrate
thin film
manufacturing apparatus
target material
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JP20556895A
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English (en)
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Masashi Hiranabe
雅司 平鍋
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Hitachi Ltd
Renesas Semiconductor Package and Test Solutions Co Ltd
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Hitachi Hokkai Semiconductor Ltd
Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体基板上に複数種の薄膜を効率よく堆積
することができる半導体製造装置を提供する。 【構成】 減圧下での放電でイオン化された気体分子に
より叩き出されたターゲット原子で半導体基板１上に薄
膜を堆積する半導体製造装置であり、処理ガス８の導入
されるチャンバ４内には半導体基板１を保持するステー
ジ５が設置されている。それぞれの支持面１２ａ，１２
ｂがいずれも半導体基板１に対向し得るようにしてター
ゲット電極１２が設けられている。ターゲット電極１２
の各支持面１２ａ，１２ｂには相互に異なるターゲット
材であるＭｏ１７とＡｌ１８がそれぞれ取り付けられ
る。ターゲット電極１２は半導体基板１と平行に設けら
れてモータ１３によって回転するシャフト１４に取り付
けられている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体製造装置および薄
膜堆積方法に関し、特にスパッタリングによる薄膜堆積
に適用して有効な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体基板上に形成された回路素子は、
その断面構造からもわかるように、薄膜が幾層にも重ね
て作り上げられている。これらの薄膜は半導体や絶縁体
であったり、あるいは導電体であったりする。このよう
な半導体基板に対する薄膜形成技術としては、化学的手
法であるＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition) と物理的
手法であるＰＶＤ(Physical Vapor Deposition) とが知
られている。そして、ＰＶＤの代表的なものとして、イ
オンによるターゲット原子の叩き出しつまりスパッタリ
ングがあり、スパッタリングにより半導体基板上に薄膜
を堆積する半導体製造装置としてスパッタリング装置が
ある。
【０００３】たとえば、株式会社オーム社発行、「超微
細加工入門」（1989年 6月20日発行）、P120〜P124に記
載されているように、スパッタリング装置は、カソード
であるターゲット電極に取り付けられたターゲット材の
原子（以下「ターゲット原子」という。）をイオン化さ
れた気体分子ではじき飛ばしてアノードに設けられた半
導体基板に薄膜として堆積させている。ここで、工業調
査会発行、「電子材料別冊・超ＬＳＩ製造、試験装置ガ
イドブック」1994年版（平成 5年11月20日発行）、P41
〜P47 などに記載されているように、スパッタリング装
置には、異なるターゲット材がそれぞれセットされた複
数のチャンバを共通の搬送室に向けて設け、半導体基板
を順次各チャンバに導入して複数種の薄膜を順次形成す
るようにしたマルチチャンバシステムの採用されたもの
がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このマ
ルチチャンバシステムによれば、たとえばＭｏＳｉ2 −
Ａｌ−ＭｏＳｉ2(ＭｏＳｉ2 ：モリブデンシリサイド、
Ａｌ：アルミニウム）の３層の薄膜を形成する場合に
は、ターゲット材としてＭｏ（モリブデン）が設置され
た２台のチャンバと、Ａｌが設置された１台のチャンバ
の合計３チャンバが必要となり、装置が大型化してしま
うという問題点がある。
【０００５】また、ターゲット材がスパッタリングによ
り消耗されて寿命になったときには新しいターゲット材
との交換作業が必要になるが、この作業のためにチャン
バ内を大気開放にするとダウンタイムが非常に大きくな
ってスループットが大幅に低下する。
【０００６】ターゲット材の寿命を延して交換作業の頻
度を低減する技術として、工業調査会発行、「電子材料
別冊・超ＬＳＩ製造、試験装置ガイドブック」1993年版
（平成 4年11月20日発行）、P54 において、はんだ材を
使用しない一体化ターゲットが提案されているが、これ
によってもその寿命をたとえば倍以上というように圧倒
的に延ばすことは困難であると思われる。
【０００７】そこで、本発明の目的は、装置の小型化を
図りつつ半導体基板上に複数種の薄膜を効率よく堆積す
ることのできる技術を提供することにある。
【０００８】本発明の他の目的は、ターゲット材の交換
作業の頻度を低減することのできる技術を提供すること
にある。
【０００９】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかにな
るであろう。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を説明すれば、次の通
りである。
【００１１】すなわち、本発明による半導体製造装置は
減圧下での放電でイオン化された気体分子により叩き出
されたターゲット原子で半導体基板上に薄膜を堆積する
装置であり、処理ガスの導入されるチャンバ内には半導
体基板を保持するステージが設置されている。それぞれ
の支持面がいずれも半導体基板に対向し得るようにして
ターゲット電極が設けられている。ターゲット電極の各
支持面には第１および第２のターゲット材がそれぞれ取
り付けられる。この装置において、ターゲット電極は半
導体基板と平行に設けられて回転駆動手段によって回転
するシャフトに取り付けることができる。
【００１２】第１および第２のターゲット材には、たと
えばモリブデンとアルミニウムのように相互に異なるタ
ーゲット材を取り付けることができる。また、同一のタ
ーゲット材を取り付けることもできる。
【００１３】本発明による薄膜堆積方法は、減圧下での
放電でイオン化された気体分子により叩き出されたター
ゲット原子で半導体基板上に薄膜を堆積する方法であ
り、ターゲット電極のそれぞれの支持面に相互に異なる
ターゲット材を取り付け、これら２つのターゲット材の
うちの何れか一方のターゲット材を半導体基板に対向す
る位置に設定して薄膜を堆積し、その後、もう一方のタ
ーゲット材を半導体基板に対向する位置に設定して異な
る種類の薄膜を堆積するものである。
【００１４】そして、本発明による薄膜堆積方法は、減
圧下での放電でイオン化された気体分子により叩き出さ
れたターゲット原子で半導体基板上に薄膜を堆積する方
法であり、ターゲット電極のそれぞれの支持面に同一の
ターゲット材を取り付け、これら２つのターゲット材の
うちの何れか一方のターゲット材を半導体基板に対向す
る位置に設定して薄膜を堆積し、このターゲット材が寿
命に達したときにもう一方のターゲット材を半導体基板
に対向する位置に設定して薄膜を堆積するものである。
【００１５】
【作用】上記した手段によれば、ターゲット電極の各支
持面を半導体基板と対向可能にして相互に異なるターゲ
ット材を取り付けているので、１台のチャンバで複数種
の薄膜を効率よく形成することが可能になる。そして、
これにより、チャンバ数を削減して装置の小型化を図る
ことができる。
【００１６】また、ターゲット電極の各支持面を半導体
基板と対向可能にして同一のターゲット材を取り付けて
いるので、２つのターゲット材の合計寿命がターゲット
材の交換タイミングとなり、交換作業の頻度を約半分に
低減することができる。
【００１７】
【実施例】以下、本発明の実施例を、図面に基づいて詳
細に説明する。
【００１８】（実施例１）図１は本発明の一実施例であ
る半導体製造装置を示す断面図、図２および図３は図１
の半導体製造装置による半導体基板に対する薄膜堆積の
メカニズムを示す説明図である。
【００１９】図１に示すように、本実施例による半導体
製造装置は、イオン化された気体分子Ｐ1(図２、図３）
にスパッタリングされたターゲット原子Ｐ2,Ｐ3(図２、
図３）で半導体基板１に薄膜を堆積するスパッタリング
装置であり、内部を所定の真空度に排気するために拡散
ポンプなどの真空ポンプ２が真空配管３を介して接続さ
れたチャンバ４内には、半導体基板１を保持するための
ステージ５が設置されている。アノードとしてのこのス
テージ５は絶縁材６を介してチャンバ４に取り付けられ
て接地電位とされている。ステージ５の支持部５ａはチ
ャンバ４の外部に導出されて、ステージ５内に形成され
た流路へ冷却水７を供給する給水ポンプに接続されてい
る。
【００２０】なお、チャンバ４には不活性ガスのたとえ
ばＡｒ（アルゴン）やＸｅ（キセノン）といった処理ガ
ス８を導入するためのガス供給管９が接続されている。
また、真空配管３およびガス供給管９にはそれぞれバル
ブ１０，１１が取り付けられてこれらの経路が開閉可能
にされている。
【００２１】ステージ５と対向する位置にはカソードと
してのディスク状のターゲット電極１２が設けられてい
る。このターゲット電極１２は半導体基板１と平行に設
けられてモータ（回転駆動手段）１３によって回転する
シャフト１４に取り付けられ、それぞれの支持面１２
ａ，１２ｂがいずれも半導体基板１に対向し得るように
なっている。なお、このようにターゲット電極１２を回
転させるのではなく、たとえばターゲット電極１２を無
限軌道を描いて移動させて支持面１２ａ，１２ｂの方向
を変えるようにしてもよい。
【００２２】絶縁材１５ａ，１５ｂを介してチャンバ４
に取り付けられたシャフト１４には、ターゲット電極１
２に直流の負電圧を印加するためのＤＣ電源１６が接続
されている。したがって、ターゲット電極１２への電圧
印加により、アノードであるステージ５とカソードであ
るこのターゲット電極１２との間にはグロー放電が発生
する。なお、ターゲット電極１２へは、たとえば13.56M
Hzといった高周波電圧を印加するようにしてもよい。
【００２３】モータ１３に接続されていない側のシャフ
ト１４はチャンバ４の外部に導出されており、前記した
ステージ５と同様に、ターゲット電極１２内に形成され
た流路へ冷却水７を供給する給水ポンプに接続されてい
る。
【００２４】ターゲット電極１２の一方の支持面１２ａ
にはＭｏ（第１のターゲット材）１７が、他方の支持面
１２ｂにはＡｌ（第２のターゲット材）１８がそれぞれ
取り付けられている。そして、これらのターゲット材１
７，１８はモータにより回転されるターゲット電極１２
によっていずれかが半導体基板１に対向する位置に設定
される。
【００２５】本実施例の半導体製造装置による半導体基
板１への薄膜堆積は次のようにして行われる。
【００２６】先ず、図２に示すように、ターゲット電極
１２の一方の支持面１２ａに取り付けられたターゲット
材であるＭｏ１７を半導体基板１と対向するようにセッ
トする。そして、チャンバ４内を真空引きして処理ガス
８を導入し、ＤＣ電源１６によりたとえば１kW程度の電
力をターゲット電極１２に供給してグロー放電を発生さ
せ、気体分子Ｐ1 をイオン化してＭｏのターゲット原子
Ｐ2 をスパッタリングしてバリアメタルとしてのＭｏＳ
ｉ2 の薄膜を半導体基板１上に形成する。Ｍｏ１７によ
るスパッタリングはたとえば30sec 程度行う。
【００２７】次に、図３に示すように、ターゲット電極
１２を回転してもう一方の支持面１２ｂに取り付けられ
たターゲット材であるＡｌ１８を対向位置に設定し、た
とえば 9〜12kW程度の電力の下でＡｌのターゲット原子
Ｐ3 をスパッタリングして配線層としてのＡｌの薄膜を
形成する。このスパッタリングはたとえば1min程度行
う。
【００２８】Ａｌの薄膜を堆積した後、ターゲット電極
１２を回転して再び図２に示すようにＭｏ１７を半導体
基板１と対向する位置にセットして先と同一の条件下で
スパッタリングを行い、Ａｌの配線層の上にキャップと
してのＭｏＳｉ2 の薄膜を形成する。
【００２９】このように、本実施例の半導体製造装置で
はターゲット電極１２のそれぞれの支持面１２ａ，１２
ｂを半導体基板１と対向可能にしてＭｏ１７とＡｌ１８
という相互に異なるターゲット材を取り付けているの
で、１台のチャンバ４を有する装置により複数種の薄膜
（ここでは２種類３層の薄膜）を効率よく形成すること
が可能になる。
【００３０】なお、エッチングの不要な薄膜を堆積し、
その上層にさらに薄膜を堆積する場合には、ターゲット
電極１２を回転させて異なる薄膜を連続的に堆積するこ
とができるので、半導体基板１をあるチャンバから他の
チャンバに移送する必要がなくなり薄膜堆積時間の短縮
化を図ることができる。
【００３１】（実施例２）図４および図５は本発明の他
の実施例である半導体製造装置による半導体基板に対す
る薄膜堆積のメカニズムを示す説明図である。
【００３２】図示するように、本実施例の半導体製造装
置は、ターゲット電極１２の両方の支持面１２ａ，１２
ｂにたとえばＭｏ（第１のターゲット材）１７ａ、Ｍｏ
（第２のターゲット材）１７ｂという同一のターゲット
材が取り付けられたもので、他の装置構成に関しては実
施例１における半導体製造装置と同じとされている。な
お、本実施例において、２つのＭｏ１７ａ，１７ｂは同
一のサイズおよび重量とされているが、異なるものであ
ってもよい。
【００３３】本実施例の半導体製造装置での薄膜堆積は
次のようにして行われる。
【００３４】先ず、図４に示すように、ターゲット電極
１２の一方の支持面１２ａに取り付けられたＭｏ１７ａ
を半導体基板１と対向するようにセットしてスパッタリ
ングを行う。このようにしてＭｏ１７ａをターゲット材
に複数の半導体基板１に対して順次薄膜を形成して行
く。そして、スパッタリングされたＭｏ１７ａはたとえ
ば400kWhで寿命に達する。
【００３５】Ｍｏ１７ａが寿命になったならば、図４に
示すように、ターゲット電極１２を回転してもう一方の
支持面１２ｂに取り付けられたＭｏ１７ｂを半導体基板
１の対向位置に設定し、同様にして複数の半導体基板１
に薄膜を堆積して行く。前記のように、Ｍｏ１７ｂはＭ
ｏ１７ａと同一のサイズ・重量とされているので、この
Ｍｏ１７ｂもやはり400kWhで寿命に達する。
【００３６】そして、両方のＭｏ１７ａ，１７ｂが寿命
になった後、チャンバ４（図１）内を大気に開放してタ
ーゲット材の交換作業を行う。
【００３７】このように、本実施例の半導体製造装置に
よれば、回転可能とされたターゲット電極１２のそれぞ
れの支持面１２ａ，１２ｂに同一のターゲット材である
Ｍｏ１７ａ，１７ｂを取り付けているので、一方のＭｏ
１７ａが寿命になっても他方のＭｏ１７ｂをターゲット
材にして継続着工が可能になり、２つのＭｏ１７ａ，１
７ｂによる合計の寿命800kWhがターゲット材の交換タイ
ミングとなって、交換作業の頻度を 1/2に低減すること
ができる。
【００３８】以上、本発明者によってなされた発明を実
施例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例
に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲
で種々変更可能であることは言うまでもない。
【００３９】たとえば、本実施例におけるターゲット材
にはＭｏ１７，１７ａ，１７ｂおよびＡｌ１８が用いら
れているが、これらに限定されることなく、Ｔｉ（チタ
ン）やＷ（タングステン）など他の種々のターゲット材
を用いることができる。
【００４０】また、以上の説明では、主として本発明者
によってなされた発明をその背景となった利用分野であ
る半導体の製造に適用した場合について説明したが、そ
れに限定されるものではなく、他の種々の薄膜形成の分
野に適用することが可能である。
【００４１】
【発明の効果】本願において開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以
下の通りである。
【００４２】(1).すなわち、本発明の薄膜堆積技術によ
れば、ターゲット電極の各支持面を半導体基板と対向可
能にして相互に異なるターゲット材を取り付けているの
で、１台のチャンバで複数種の薄膜を効率よく形成する
ことが可能になる。
【００４３】(2).これにより、チャンバ数を削減して装
置の小型化を図ることができる。
【００４４】(3).なお、エッチングの不要な薄膜を堆積
し、その上層にさらに薄膜を堆積する場合には、異なる
薄膜を連続的に堆積することができるので、薄膜堆積時
間の短縮化を図ることが可能になる。
【００４５】(4).また、本発明の薄膜堆積技術によれ
ば、ターゲット電極の各支持面を半導体基板と対向可能
にして同一のターゲット材を取り付けているので、２つ
のターゲット材の合計寿命がターゲット材の交換タイミ
ングとなり、交換作業の頻度を約半分に低減することが
できる。
【００４６】(5).これにより装置の稼働時間が増加して
スループットの向上を図ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例である半導体製造装置を示す
断面図である。
【図２】図１の半導体製造装置による半導体基板に対す
る薄膜堆積のメカニズムを示す説明図である。
【図３】図１の半導体製造装置による半導体基板に対す
る薄膜堆積のメカニズムを示す説明図である。
【図４】本発明の他の実施例である半導体製造装置によ
る半導体基板に対する薄膜堆積のメカニズムを示す説明
図である。
【図５】本発明の他の実施例である半導体製造装置によ
る半導体基板に対する薄膜堆積のメカニズムを示す説明
図である。
【符号の説明】
１ 半導体基板 ２ 真空ポンプ ３ 真空配管 ４ チャンバ ５ ステージ ５ａ 支持部 ６ 絶縁材 ７ 冷却水 ８ 処理ガス ９ ガス供給管 １０ バルブ １１ バルブ １２ ターゲット電極 １２ａ 支持面 １２ｂ 支持面 １３ モータ（回転駆動手段） １４ シャフト １５ａ 絶縁材 １５ｂ 絶縁材 １６ ＤＣ電源 １７ Ｍｏ（第１のターゲット材） １７ａ Ｍｏ（第１のターゲット材） １７ｂ Ｍｏ（第２のターゲット材） １８ Ａｌ（第２のターゲット材） Ｐ1 気体分子 Ｐ2 ターゲット原子 Ｐ3 ターゲット原子

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 減圧下での放電でイオン化された気体分
    子により叩き出されたターゲット原子で半導体基板上に
    薄膜を堆積する半導体製造装置であって、 処理ガスの導入されるチャンバ内に設置され、前記半導
    体基板を保持するステージと、 それぞれの支持面がいずれも前記半導体基板に対向し得
    るように設けられ、所定の電圧が印加されるターゲット
    電極と、 前記ターゲット電極の各支持面にそれぞれ取り付けられ
    た第１および第２のターゲット材とを有することを特徴
    とする半導体製造装置。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の半導体製造装置におい
    て、前記ターゲット電極は前記半導体基板と平行に設け
    られて回転駆動手段によって回転するシャフトに取り付
    けられていることを特徴とする半導体製造装置。
  3. 【請求項３】 請求項１または２記載の半導体製造装置
    において、前記第１および第２のターゲット材は相互に
    異なるターゲット材であることを特徴とする半導体製造
    装置。
  4. 【請求項４】 請求項３記載の半導体製造装置におい
    て、前記第１のターゲット材はモリブデンで、前記第２
    のターゲット材はアルミニウムであることを特徴とする
    半導体製造装置。
  5. 【請求項５】 請求項１または２記載の半導体製造装置
    において、前記第１および第２のターゲット材は同一の
    ターゲット材であることを特徴とする半導体製造装置。
  6. 【請求項６】 減圧下での放電でイオン化された気体分
    子により叩き出されたターゲット原子で半導体基板上に
    薄膜を堆積する薄膜堆積方法であって、 ターゲット電極のそれぞれの支持面に相互に異なるター
    ゲット材を取り付け、 これら２つのターゲット材のうちの何れか一方の前記タ
    ーゲット材を前記半導体基板に対向する位置に設定して
    前記半導体基板上に薄膜を堆積し、 その後、もう一方の前記ターゲット材を前記半導体基板
    に対向する位置に設定して前記半導体基板上に前記薄膜
    と異なる種類の薄膜を堆積することを特徴とする薄膜堆
    積方法。
  7. 【請求項７】 減圧下での放電でイオン化された気体分
    子により叩き出されたターゲット原子で半導体基板上に
    薄膜を堆積する薄膜堆積方法であって、 ターゲット電極のそれぞれの支持面に同一のターゲット
    材を取り付け、 これら２つのターゲット材のうちの何れか一方の前記タ
    ーゲット材を前記半導体基板に対向する位置に設定して
    前記半導体基板上に薄膜を堆積して行き、 該ターゲット材が寿命に達したときにもう一方の前記タ
    ーゲット材を前記半導体基板に対向する位置に設定して
    前記半導体基板上に前記薄膜を堆積することを特徴とす
    る薄膜堆積方法。
JP20556895A 1995-08-11 1995-08-11 半導体製造装置および薄膜堆積方法 Pending JPH0955357A (ja)

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