JPH10321559A

JPH10321559A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JPH10321559A
Application number: JP12826397A
Authority: JP
Inventors: Takashi Nakajima; 中島　　隆; Hideo Miura; 英生三浦; Makoto Kitano; 誠北野
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-05-19
Filing date: 1997-05-19
Publication date: 1998-12-04

Abstract

(57)【要約】【課題】成膜室内に治具が設置される成膜装置おいて、
成膜中における異物の発生が少ない半導体装置の製造方
法を提供することである。【解決手段】成膜装置成膜室内に設置する防着治具の表
面に対して、ブラストなどの粗面化処理と陽極酸化を順
次行ってサブミクロンオーダーの細かな凹凸を形成した
ことにより、防着治具へ付着する成膜生成物の密着力を
向上させた状態で半導体基板へ成膜することを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置の製造方
法に係り、特に、スパッタ成膜室における成膜中の発塵
を低減させた半導体装置の製造方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】現在、半導体デバイス生産におけるスパ
ッタ成膜プロセスの管理においては、パーティクル（以
下、異物）発生が最も重要な問題となっている。異物が
ウエハに付着すると、付着部において成膜不良，配線の
断線などを引き起こす場合があり、異物寸法が大きいほ
どデバイス不良が発生する可能性が大きくなる。この異
物に起因した不良は、現在、デバイス不良の５０％以上
を占めると推定されている。異物の発生は、例えばスパ
ッタ成膜装置においては成膜室内の半導体基板（ウエ
ハ）以外の場所に不要に付着する膜に高い応力が残留
し、最終的に付着膜が割れたり、はがれたりするためと
考えられている。使用材料が多種多様化し、高い残留応
力を持つ膜が製品に採用されていることから、異物発生
工程数は増加傾向にある。したがって、デバイス安定生
産の観点から、成膜室内における異物発生の防止、すな
わち成膜室内付着膜の破壊防止は、必須課題となってい
る。

【０００３】この課題は、半導体装置の製造のみに関す
るものではなく、磁気ディスク，光ディスク，薄膜磁気
ヘッド，液晶パネルなどのスパッタ成膜によって製造す
るものに共通の課題である。

【０００４】成膜室内壁へ付着したスパッタ膜は、その
膜厚が厚くなるほど付着部界面に生じるせん断力が大き
くなり、内壁からはがれ落ちるようになる。このため、
防着治具と呼ばれるものを成膜室に設置して成膜室内壁
へのスパッタ原子付着を防止し、この防着治具へ所定の
厚さの膜が付着した時点で新しい防着治具に交換するこ
とが行われる。

【０００５】しかし、この防着治具の交換は、真空に保
たれている装置を大気開放して行うため、成膜室内が再
び成膜可能な真空状態になるまでの間、ウエハに成膜す
ることができず、このことがウエハ処理枚数（スループ
ット）向上の大きな妨げになっていた。したがって、交
換頻度が極力少なくすることが出来る成膜方法が望まれ
ている。

【０００６】この交換頻度を低減するための異物はがれ
防止技術としては、大きく分けて二つの方法が考えられ
る。一つは、付着する膜の応力を低減する方法であり、
もう一つは膜の密着強度を強くする方法である。

【０００７】膜密着強度の向上を目指した従来技術とし
ては、防着治具の膜付着部にサンドブラストあるいはア
ルミニウムなど溶射を行い、膜付着部の表面粗さを粗く
したことによるアンカー効果によって膜の密着力向上を
図っていた。これらの技術は例えば特開昭62−142758号
等に開示されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来技術にお
いては付着する膜の内部応力やその膜厚によって表面粗
さを適当な寸法領域にその都度変更しなければならない
という問題があった。

【０００９】たとえば、大きな凹凸しか形成されていな
い場合、付着膜が表面凹凸に比べ薄いと、ミクロ的には
凹凸間の平坦な部分に付着していることになるため、膜
の密着強度はあまり高くならない。近年、半導体デバイ
ス用薄膜として採用されている高融点金属膜などは膜内
部応力が１ＧＰａ以上と非常に大きいため、膜厚が薄い
場合でも膜密着強度を越えてしまい、膜がはく離してし
まう場合がある。逆に細かい凹凸のみしか形成していな
い場合、膜厚が薄いときの膜のはく離を防止できるが、
膜厚が厚くなってきたときにアンカー効果が期待でき
ず、膜がはく離しやすい状態になってしまう。したがっ
て、粗い凹凸と細かい凹凸が組み合わせられた形状が良
く、具体的には１００μｍ以上の大きな凹凸形状の上に
数μｍ以下の小さな凹凸が形成されていることが望まし
い。

【００１０】粗面化にする方法としてサンドブラストや
溶射などが行われ、これらの方法によって最大高さ数十
〜数百μｍの凹凸を持つような粗面化を行うことができ
る。しかし、数μｍ以下の細かいアルミニウム粉末を溶
射粒子を溶射に用いた場合、アークやプラズマなどの熱
によって溶射粒子が溶解して溶射粒子供給ノズルが目詰
まりするため、一般的には溶射することは難しい。この
ようにブラスト用サンドや溶射粉末は使用できる粒径範
囲が限られているため、非常に小さな粒子を用いて、そ
の表面に数μｍ以下の小さな凹凸を形成することは難し
い。したがって、全ての膜厚において良好な密着強度を
維持することはできなかった。

【００１１】本発明の目的は、成膜装置内の防着治具内
壁に対して、高さ数百μｍ〜数十μｍ程度の大きな凹凸
形状と数μｍ以下の小さな凹凸形状を同時に形成させ
て、該防着治具内壁からのはく離異物発生を抑制し、半
導体装置の生産性が向上するような製造方法を提供する
ことにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】成膜室内の発塵を低減さ
せた半導体装置の製造方法において、スパッタ成膜装置
内の防着治具内壁からのはく離異物発生を抑制した信頼
性が高い半導体装置の製造方法を提供するため、本発明
は以下の特徴を備える。

【００１３】（１）本発明の半導体装置の製造方法は、
スパッタ成膜室内に設置した防着治具に付着する膜のは
く離を防止し、成膜中における異物発生を抑制する成膜
する方法であって、アルミニウム製防着治具膜付着部表
面に対してサンドブラストなどの粗面化処理を施した後
に陽極酸化してミクロンオーダの凹凸を持つ多孔質皮膜
を形成し、該防着治具膜付着部表面に高さ数百μｍ〜数
十μｍの大きな凹凸と高さ数十μｍ〜数百ｎｍの小さな
凹凸を同時に形成した防着治具を設置した状態で成膜し
て、半導体装置を製造することを特徴とする。

【００１４】（２）本発明の成膜方法は、スパッタ成膜
室内に設置した防着治具に付着する膜のはく離を防止
し、成膜中における異物発生を抑制する成膜する方法で
あって、該防着治具内壁表面の少なくとも一部をサンド
ブラストなどにより粗面化し、ブラストした面をアルミ
ニウム膜でコーティング処理を施し、該アルミニウム膜
表面を陽極酸化して多孔質型酸化皮膜を形成して、該内
壁表面に高さ数百μｍ〜数十μｍの大きな凹凸と高さ数
十μｍ〜数百ｎｍの小さな凹凸を同時に形成した防着治
具を設置した状態で成膜して、半導体装置を製造するこ
とを特徴とする。

【００１５】（１）に記載した本発明における防着治具
の防着治具母材材料としてはアルミニウムに限るもので
はなく、陽極酸化されて多孔質皮膜を形成するような他
の材料、例えば、材料がアルミニウム合金，チタン，チ
タン合金，銅，銅合金から選択される一つであってもさ
しつかえない。また、防着治具表面へのサンドブラスト
などの粗面化処理を施した後に液体ホーニングなどの処
理を行うことによって、防着治具表面にブラストなどで
形成された高さ数百μｍ〜数十μｍの大きな凹凸形状
へ、更に細かな高さ数十μｍ〜数μｍの小さな凹凸を形
成し、最後に陽極酸化を行っても構わない。

【００１６】（２）に記載した本発明における防着治具
の母材材料としては、真空容器内に用いられるため脱ガ
ス特性が良好なものが好ましく、チタン，チタン合金，
アルミニウム，アルミニウム合金，ジルコニウム，ジル
コニウム合金，ステンレス，炭化シリコン，酸化アルミ
ニウム，酸化シリコンから選択される一つであることが
望ましい。

【００１７】また、（２）に記載した本発明における防
着治具母材をコーティングする材料としてはアルミニウ
ムに限るものではなく、陽極酸化されて多孔質皮膜を形
成するような他の材料、例えば、アルミニウム合金，チ
タン，チタン合金，銅，銅合金から選択される一つであ
ってもさしつかえない。コーティングする方法として
は、溶射，溶融塗布，蒸着，スパッタリングなどの薄膜
製造方法によってコーティングすることが望ましい。さ
らには、陽極酸化する前に防着治具上コーティング膜表
面へ液体ホーニングなどの処理を行うことによって、コ
ーティング膜上へより細かな高さ１０μｍ〜０.１μｍ
の小さな凹凸を形成することも可能である。

【００１８】（１）および（２）で述べた本発明におい
ては、該成膜装置内防着治具のすべての表面にその特徴
を有する必要はなく、膜が付着しやすい部分のみに対し
て本発明を適用して、半導体装置を製造することも有効
である。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明によれば、成膜装置内の防
着治具内壁に対して、サンドブラストなどの粗面化処理
を施した後、その表面を陽極酸化して多孔質皮膜を形成
することによって、該防着治具内壁表面に高さ数百μｍ
〜数十μｍの大きな凹凸と高さ数十μｍ〜数百ｎｍの小
さな凹凸を同時に形成し、この防着治具を設置した状態
で成膜することによって、成膜中に防着治具内壁からの
はく離異物発生を抑制した成膜を行うことができる。こ
のことによって、装置の安定稼動，デバイス製造歩留り
およびデバイス品質の向上につながり、高い信頼性を持
つ半導体装置を製造することが可能となる。

【００２０】以下本発明の実施例について、図面を参照
して説明する。

【００２１】（実施例１）本発明に基づく成膜方法に関
する一実施例を、スパッタリング装置にて成膜し、半導
体装置を製造した場合を例に説明する。

【００２２】本発明の実施例に基づく半導体装置の製造
方法を行うための装置構成を図１に示す。

【００２３】スパッタリング装置の成膜室用の真空チャ
ンバ３内に、電極絶縁物２を介してターゲット１が設置
されている。スパッタリングする場合には、ターゲット
１に対向するウエハステージ５上に半導体基板６を設置
し、真空チャンバ３内に導入口７からプラズマ生成用の
ガスを導入し、所定のガス圧に達した後でターゲット１
と半導体基板６との間に、配線９を介して電源１０によ
り直流あるいは交流電力を負荷してプラズマを発生さ
せ、ターゲット材料の薄膜を半導体基板６上に成膜す
る。導入したガスは排気口８を通して真空ポンプで排気
する。

【００２４】導入するガスには、アルゴンガスやクリプ
トンガス、あるいはキセノンガスが用いられるが、反応
性スパッタリングを行うために窒素ガスなどを混合して
もよい。

【００２５】スパッタを行うと半導体基板以外の場所に
も膜が付着するため、付着膜厚が厚くなると膜が持つ内
部応力によって自己崩壊してしまうため、異物となる。
防着治具４は、真空チャンバ１の内壁にスパッタ膜が直
接付着することを防止するとともに、付着膜の除去が防
着治具４の交換により容易に行えるために設置されてい
る。

【００２６】本発明では、この防着治具表面に付着膜は
く離防止処理を施して、付着膜がより厚くなるまではく
離を防止し、ウエハ上へ安定した成膜を行うことが可能
な信頼性が高い半導体装置の製造方法を提供する。以
後、防着治具母材にアルミニウムを使用した場合の防着
治具表面処理の方法について、図２（１）〜（３）を用
いて説明する。

【００２７】（１）まず、アルミニウム母材１１の表面
をブラスト粉末のアルミナ粒子１２などを用いてサンド
ブラストし、表面粗さを、例えば最大高さが数百μｍ〜
数十μｍ程度になるようにする。

【００２８】（２）アルミニウム母材１１を硫酸，リン
酸，シュウ酸，クロム酸などの酸性溶液９ｃに浸し、陰
極９ｂとアルミニウム母材１１の間に配線９ａを介して
電源１０ａを用いて酸性溶液９ｃに電圧を加えることに
よって、アルミニウム母材１１の表面を陽極酸化する。
例えば、1０〜２０ｗｔ.％の硫酸溶液９ｃを温度１０〜
３０℃で用いる場合、直流の電流密度０.５〜２Ａ／c
m²，電圧１０〜３０Ｖで処理を行うことによってアルミ
ニウム母材１１の表面に多孔質皮膜を形成する。また、
２〜４ｗｔ.％の硫酸溶液を温度２０〜３０℃で用いる
場合には、直流の電流密度０.５〜１Ａ／cm²，電圧２０
〜３０Ｖで処理を行うことによって、アルミニウム母材
１１の表面に多孔質皮膜を形成する。

【００２９】（３）最終的に、多孔質皮膜上にミクロン
オーダー以下の小さい凹凸が形成された母材表面を得る
ことができる。

【００３０】図２で説明した陽極酸化皮膜へ表面処理を
加えることで、さらに異物発生の抑制が可能である。陽
極酸化皮膜へ追加表面処理について図３（１），（２）
を用いて説明する。追加する表面処理としては、膜付着
部の下地材料を変化させることによって、付着膜の配向
性や粒径などの結晶性を制御することが考えられる。下
地材料を変化させる方法としては、図中（１）に示すよ
うなアルミニウム母材１１，多孔質皮膜１５の孔１３の
内面を化学処理することや表面に膜１７をコーティング
することで、孔の内径を小さくしたり、表面の下地材料
を変化させる方法がある。コーティングする方法として
は、溶融塗布，スパッタリング，化学蒸着などによって
コーティングすることが望ましい。また、（２）のよう
に多孔質皮膜１５の表面１６ａを化学溶解して新たな表
面１６ｂを形成し、孔１３の内面を広げることも可能で
ある。

【００３１】（１）あるいは（２）のような方法を用い
ることによって、表面の凹凸形状を精密に制御すること
ができ、付着膜のはく離をより抑制することが可能とな
る。

【００３２】サンドブラスト処理で形成した表面に液体
ホーニングを行って、更に細かい凹凸を形成する場合に
ついて図４（１）〜（４）を用いて説明する。液体ホー
ニングは、水と微小研磨剤（研磨剤サイズ５０μｍ以
下）の混合体を噴射して研磨加工する方法であり、通常
のサンドブラストに比べて細かい粒子を用いるため、細
かい凹凸を形成することが可能である。

【００３３】まず、（１）のようにアルミニウム母材１
１の表面をアルミナ粒子１２などを用いてサンドブラス
トし、数百〜数十μｍの最大高さを持つ凹凸表面を形成
する。次に（２）のように微小の研磨剤１８ａと液体１
８ｂの混合体を図中の矢印の方向１８ｃに噴射して液体
ホーニングを行う。このとき、細かな凹凸２０が形成さ
れる。(３)のようにアルミニウム母材１１の表面を陽極
酸化し、数μｍ〜数十ｎｍの凹凸２０の形状を形成し
て、最終的な図（４）のような形状を得る。この加工方
法を用いると、数百〜数十μｍの最大高さを持つ表面の
凹凸に、数十μｍ〜１μｍ程度の凹凸と更に細かい数μ
ｍ〜数十ｎｍの凹凸２０を形成することができる。この
液体ホーニングの後に陽極酸化を行うと、更に複雑な形
状になるため、より膜への密着強度を高めることがで
き、より安定した成膜によって信頼性が高い半導体装置
の製造が可能となる。

【００３４】次に、コリメータを用いてスパッタを行う
場合の本発明について図５（ａ），（ｂ）を用いて説明
する。コリメータ３０は、ターゲット１から半導体基板
６方向を向いたハニカム構造になっており、ターゲット
１とウエハの間に設置される。スッパタされる原子のウ
エハ方向への直進性を高め、アスペクト比が大きいコン
タクトホール内への成膜を可能にする。逆に、ターゲッ
ト１から半導体基板６への方向性が悪いスパッタ原子は
コリメータ孔３１に付着する。したがって、膜の付着膜
厚は、通常のコリメータを用いないスパッタ成膜時に比
べて、厚くなる。

【００３５】このコリメータのハニカム構造内面に対し
ては、付着膜の密着強度向上を目的として、通常、ブラ
ストによる粗面化処理がなされている。しかし、シール
ドなどのようにサンドを垂直に当てて削ることが容易で
ないため、ブラストのみで必要な表面凹凸形状を形成す
ることは難しい。ブラストのような物理的な粗面化処理
が難しい箇所に対しては、陽極酸化の場合化学的に凹凸
を形成するため、形状制御を容易に行うことが可能であ
る。

【００３６】以上のスパッタ成膜方法により半導体装置
を製造する方法について図６（ａ）〜（ｃ）中に示した
半導体装置断面を用いて説明する。

【００３７】（ａ）半導体基板６上にゲート電極４１の
形成，絶縁膜４２ａの堆積，絶縁膜４２ｂの堆積，コン
タクトホール４４ａの形成までを行ったときの半導体装
置断面である。ここまでの製造方法については、従来か
ら知られている技術を用いればよい。

【００３８】（ｂ）次に本発明のスパッタ成膜方法を用
いて配線４３ａを成膜する。異物発生を極力抑制してい
るため、堆積された薄膜４３ａは異物によって断線した
り、異物の陰になって成膜されないような場所がほとん
どなくなる。

【００３９】（ｃ）続いて絶縁膜４２ｃの堆積，薄膜４
３ｂの成膜，絶縁膜４２ｄの堆積を行う。薄膜４３ｂの
成膜に関しては、前記（ｂ）にて説明したのと同様、本
発明のスパッタ成膜方法を用いる。

【００４０】以上、本発明を用いることによって安定し
た成膜を行うことができ、高い信頼性を持った半導体装
置を提供することが可能になる。

【００４１】（実施例２）実施例１においては、アルミ
ニウムなどの陽極酸化が可能な金属を防着治具の母材に
用いた場合についての発明について説明を行った。しか
し、熱伝導，治具強度，表面形状などの材料特性によ
り、実施例１で説明したような材料とは異なるものを用
いる方が構造的に優れる場合がある。ここでは、任意の
防着治具母材を用いてその母材表面に膜をコーティング
し、コーティング膜に対して陽極酸化を行った場合につ
いて、図７（１）〜（４）を用いて説明する。

【００４２】（１）まず、アルミニウム母材１１にアル
ミナ粒子１２などでブラストする。母材材料は剛性を高
めるものとして、ステンレス，チタンなどが望ましい。

【００４３】（２）次に陽極酸化できる材料の粉末２０
をブラストした面に溶射し、コーティングする。溶射粉
末は直径１０〜１００μｍ程度の粉末を用いるため、溶
射膜２１ａはおよそ溶射粉末と同オーダーの凹凸が形成
される。溶射材料としては純アルミニウム，アルミニウ
ム合金，チタン，チタン合金，銅，銅合金などが望まし
い。

【００４４】（３）溶射膜２１ａを陽極酸化する。膜表
面に孔１３を多数有する多孔質の膜２１ｂが形成され
る。陽極酸化の方法としては、実施例１で説明した手順
に沿って行えばよい。その詳細は実施例１に譲るが、例
えば、陰極９ｂとアルミニウム母材１１の間に配線９ａ
を介して電源１０ａにつなぎ、硫酸，リン酸，シュウ
酸，クロム酸などの酸性溶液９ｃに浸して電圧を加え、
アルミニウム母材１１の表面に陽極酸化を行う。

【００４５】（４）最終的な形状として、ブラストおよ
び溶射によって数百〜数十μｍの最大粗さを持つ凹凸形
状に、数μｍ〜数十ｎｍの凹凸形状が形成された防着治
具表面形状を得ることができる。

【００４６】アルミニウム母材１１をコーティングする
方法として溶射する方法を説明したが溶射に限定される
ものではなく、溶融塗布やスパッタリングなどの他の方
法によってコーティングしても構わない。さらには、コ
ーティングする前あるいは陽極酸化する前に、より細か
な高さ１０μｍ〜０.１μｍの小さな凹凸を形成するこ
とを目的として、防着治具母材表面へあるいはコーティ
ング膜表面へ液体ホーニングなどの処理を行うことも有
効である。

【００４７】本発明を用いることによって、防着治具へ
付着する膜の密着強度を高めることができ、より安定し
た成膜を行うことによって信頼性が高い半導体装置の製
造が可能となる。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に基づく成
膜装置の成膜室用防着治具を用いることによって異物発
生を低減することができ、良好に成膜できるようにな
る。この成膜方法を用いることによってスパッタ装置を
安定稼動させ、安定した成膜によって信頼性が高い半導
体装置の製造が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に基づく実施例１に係る半導体装置の製
造方法を実施する場合の成膜装置の装置構成図である。

【図２】本発明に基づく実施例１に係る半導体装置の製
造方法を実施する場合に使用する防着治具の作製方法の
断面説明図である。

【図３】本発明に基づく実施例１に係る半導体装置の製
造方法を実施する場合に使用する防着治具への表面処理
方法の説明図である。

【図４】本発明に基づく実施例１に係る半導体装置の製
造方法を実施する場合に使用する別の防着治具の作製方
法の断面説明図である。

【図５】本発明に基づく実施例１に係るコリメータを用
いた半導体装置の製造方法を実施する場合の成膜装置の
装置構成図である。

【図６】本発明に基づく実施例２に係る半導体装置の製
造方法を実施する場合に使用する防着治具の作製方法の
断面説明図である。

【図７】本発明の実施例である成膜チャンバ装置内の成
膜方法の説明図である。

【符号の説明】

１…ターゲット、２…ターゲット絶縁物、３…真空チャ
ンバ、４…防着治具、５…ウエハステージ、６…半導体
基板、７…導入口、８…排気口、９，９ａ…配線、９ｂ
…陰極、９ｃ…酸性溶液（硫酸，リン酸，シュウ酸，ク
ロム酸など）、１０，１０ａ…電源、１１…アルミニウ
ム母材、１２…アルミナ粒子、１３…孔、１５…多孔質
皮膜、１６ａ，１６ｂ…表面、１７…膜、１８ａ…研磨
剤、18ｂ…液体、１８ｃ…矢印の方向、１９…液体ホー
ニングにて形成された防着治具母材表面の細かい凹凸、
２０…凹凸、２１ａ…溶射膜、２１ｂ…陽極酸化されて
細かい凹凸が形成された溶射膜、３０…コリメータ、３
１…コリメータ孔、４１…ゲート電極、４２ａ，４２
ｂ，４２ｃ，４２ｄ…絶縁膜、４３ａ，４３ｂ…薄膜、
４４ａ…コンタクトホール、４４ｂ…スルーホール。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】スパッタ装置内に半導体基板を搬送し、導
電性薄膜から成る配線あるいは容量をスパッタ法にて形
成する半導体装置の製造方法において、該スパッタ装置
の成膜室内壁表面あるいは内壁表面を覆い隠す防着治具
表面が最大高さ１０〜５００ミクロンの凹凸を有し、さ
らに該各凹凸表面に１０ナノメートル〜５ミクロンの凹
凸が形成されていることを特徴とする半導体装置の製造
方法。