JPS6187869A

JPS6187869A - スパツタ装置

Info

Publication number: JPS6187869A
Application number: JP20815684A
Authority: JP
Inventors: Tamotsu Shimizu; 保清水; Yutaka Saito; 裕斉藤; Yasumichi Suzuki; 康道鈴木; Hidezo Sano; 秀造佐野; Susumu Aiuchi; 進相内
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1984-10-05
Filing date: 1984-10-05
Publication date: 1986-05-06

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の利用分野〕本発明はマイクロ波を用いてプラズマを発生し、特に１
メガビツトメモリを始めとするＶＬＳＩの配線膜や絶縁
膜を形成するのに好適なスパッタ装置に関するも゛ので
ある。

〔発明の背景〕

今日スパッタ装置として広く用いられているマグネトロ
ンスパッタ装置は、特公昭５５−１９３１９号に記載の
ように成膜材料からなる陰極の裏面に磁石が設けられカ
ソード表面に磁場を形成することによりカソードから放
出される２次電子をカソード近傍に捕捉し、Ａｒ等の雰
囲気ガスをイオン化し、プラズマ形成している。

通常カソードに接続される電源は、膜形成物質が導電物
質の場合には定電流電源が、絶縁膜には、ＲＦ　（Ｒａ
ｄｉｏ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　）　電源が用いられる。

この様なタイプのスパッタ装置では、Ａｒ等の雰囲気ガ
スをプラズマ化するｔめのエネルギと、プラズマからＡ
ｒ等のイオンを引き出しターゲットをスパッタするため
のエネルギが同一電源から供給される。

さて１メガビットＤＲＡＭ等のＶＬＳ　Ｉでは微細なス
ルーホールやコンタクトホールへの膜の埋込みが必要で
あるが、従来のマグネトロン型スパッタ装置ではＡｒ圧
力が高く（数ｍｔｏｒｒ　）カソードから放出された成
膜物質が基板に到達する前に散乱され、微細穴（１３〜
０．８μｍ）への膜の埋込みが困難であった。例えばＡ
ｒ圧力５ｍＴｏｒｒ　Ｆでの平均自由行程は１６ｒｍで
あり、基板−カソード間隔をｊＤＯｍと仮定すると８回
近くの衝突をくりかえすことになる。そこで成膜物質が
衝突せず基板へ到達するためには、Ａｒ圧力を１０−’
ｍＴｏｒｒ以下にする必要がある。従来のマグネトロン
型スパッタ装置は％　Ａｒイオンがカソード面に衝突し
たとき放出される２次電子が消費されたＡｒイオンを生
み出し放電を持続しているためＡｒ圧力が低くなると、
放電を持続するのに必要なＡｒイオンや電子が不足し、
放電が停止する。またたとえ放電が持続したとしても、
Ａｒイオンや電子が少ないため放電インピーダンスが高
くなり、この結果放電電圧も上昇する。放電電圧が高く
なると、Ａｒイオンのカソードへの衝撃力が増加するが
、Ａｒイオンのエネルギは放出される成膜材料粒子へエ
ネルギを与えるだけでなく、多くはカソード表面の温度
上昇に消費される。その結果、カソードは内部に大きな
内部応力を生じ破壊することがある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、１０　　ｍＴｏｒｒ以下の圧力下で、
スパッタリングが行なえるスパッタ装置を提供すること
にある。また低圧下でも放電電圧を低く保ち、成膜材料
からなるカソードの破壊を防止する様にしたスパッタ装
置を提供することにある。

〔発明の概要〕

１０−４以下の低圧下で放電を発生させる為、ターゲッ
トと基板間の空間にマイクロ波を導入し、磁石を用いて
上記空間内の電子の固有撮動とマイクロ波周波数が一致
するような磁場を形成し、電子共振状態を作る。共振状
態の電子は、マイクロ波エネルギを有効に吸収し、高エ
ネルギを持つので、従来より低い圧力にもかかわらず、
高密度のプラズマが形成できる。またプラズマ密度は供
給するマイクロ波のエネルギにより制御できるので、放
電電圧を適当な値に設定できる。

〔発明の実施例〕

以下本発明の一実施例を第１図により説明する。

真空チェンバ１は排気装置（図示せず）により排気口２
より所定の圧力まで排気され、その後、所定のＡｒ圧力
になる様にＡｒガスを導管３より導入する。基板ホルダ
４に載置された被膜基板５と成膜材料であるカソード６
は対向して配置されている。軸７を中心として２つの電
磁石コイル８．９が巻かれ、ミラー磁場１０を形成して
おり基板ホルダとスパッタ電極間の空間のほぼ中央の位
置Ｐにおけるａ場の強さを所定のマイクロ波周波数き電
子の共振周波数が一致する様に決めている。例えば２゜
４５　ＧＨｚのマイクロ波の場合、電子が共振運動をす
るために必要な出来密度は約８７５ガウスである。マイ
クロ波は導波管１１．１２によって真空チェンバ内に導
入されている。マイクロ波発生源は図示していない。

カソード６には電源１３が接続され、ターゲツト材が絶
縁物の場合にはＲＦ電源を４電物の場合にはＤＣ電源ま
たはＲＦ電源を接続する。基板ホルダ４はアースに接続
されている。本実施例のスパッタ装置の動作を説明する
。

一度高真空（１０Ｔｏｒｒ以下）に排気され１、所定の
圧力（１０〜１ｏ　　Ｔｏｒｒ　）になる様にＡｒガス
が供給された真空チェンバ内にマイクロ波を導入し、基
板ホルダ４とカソード６間の空間のほぼ中央Ｐで電子に
共振運動を起こさせ、マイクロ波からのエネルギを電子
に効率よく吸収させる。さらにこの電子はミラー出場１
０内に閉じ込められる。この様にして高エネルギを得た
電子は、まわりのＡｒ原子をイオン化するため、Ａｒ圧
力が従来より低いにもかかわらず、高密度のプラズマ１
４を得ることが可能である。またプラズマ密度は印加す
るマイクロ波エネルギにより制御できるので、スパッタ
時の放電インピーダンスを制御でき、その結果ターゲッ
トのスパッタ率を最大にできる放電電圧に設定すること
が可能である。よって、効率よくスパッタリングが行な
える。

本実施例では２方向からマイクロ波を導入したが、これ
はカソード面上でのプラズマが均一になる様にするため
であり、より均一にするためには複数方向からマイクロ
波を導入するのが望ましい。

本発明の第２の実施例を第２図に示す。本実施例は第１
の実施例のコイル配置をマイクロ波の導入方向に対して
垂直にしたものである。本実施例でも第１の実施例と同
一の効果があるが、基板がプラズマにさらされるため、
荷電粒子のダメージを受ける可能性がある。しかし、基
板にバイアス電圧を加えて、基板を軽く荷電粒子によっ
てスパッタしなから成膜を行なうバイアススパッタ装置
としては用いることができる。

本実施例では、基板側にも電源１６を接続し、バイアス
電圧を適当に選択できる様にしている。

〔発明の効果〕

本発明によれば、１０　〜１０　　Ｔｏｒｒの圧力下で
も高密度のプラズマが形成でき、スパッタリングによる
膜形成が可能であるので、０．８〜１３μｍの微細穴に
も膜を形成することが可能である。

また、出船するマイクロ波のエネルギによりプラズマ密
度を制御できるので、スパッタ時の放電電圧を制御する
ことが可能である。この結果、カソード材料に適した放
電電圧に設定することができ、スパッタ効率の向上が計
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるスパッタ装置の実施例を示す図、
第２図は本発明によるスパッタ装置の他の実施例を示す
図である。１・・・真壁チェンバ、　　２・・・排気口、３・・・
Ａｒ導入口、　　　　４・・・基板ホルダ、５・・・基
板、　　　　　　６・・・カソード、７・・・軸、　　
　　　　　８．９・・・コイル、１０・・・ミラー磁場
、　　１１　、１２・・・磁場、１３　、　ＩＳ・・・
電源、１４・・・プラズマ、１５・・・ガラス窓。

Claims

【特許請求の範囲】１、高周波又は直流スパッタ装置であつて、スパッタ成
膜処理室内にミラー磁場を形成し、かつ該ミラー磁場内
にマイクロ波を導入することを特徴とするスパッタ装置
。２、特許請求の範囲第１項記載のスパッタ装置において
、前記スパッタ成膜処理室内に被膜形成基板と成膜材料
から成るカソードとが対向して設置され、両者の間に前
記ミラー磁場を形成することを特徴とするスパッタ装置
。３、特許請求の範囲第１項又は第２項記載のスパッタ装
置において、前記ミラー磁場は同一軸上に巻かれた複数
個のコイルであって、該磁場内の電子のサイクロトン周
波数と前記マイクロ波の周波数とが整合するに必要な磁
束密度を発生するものによって与えられることを特徴と
するスパッタ装置。