JPS6318071A

JPS6318071A - 枚葉式バイアススパツタ装置

Info

Publication number: JPS6318071A
Application number: JP16310586A
Authority: JP
Inventors: Toshihiko Katsura; 桂　敏彦
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1986-07-11
Filing date: 1986-07-11
Publication date: 1988-01-25

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】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は、半導体装置の製造などに際して用いられるス
パッタ装置に係夛、特に枚葉式バイアススパッタ装置に
関する。

（従来の技術）半導体集積回路の多層配線工程において、層間絶縁膜と
か金属膜をスパッタ法により形成するために用いられる
枚葉式バイアススパッタ装置は、従来、たとえば第３図
に示すように構成されている。即ち、第３図に示す電磁
石マグネトロン・バイアススパッタ装置において、３１
および３２は成膜室内で平行に相対向する一対の電橋で
あり、この一対の電ｈ３１＊３ｊ！の対向面にはターゲ
ット３３および基板（半導体ウェー・）３４が各対応し
て保持されている。そして、ターゲット側電極３１には
、ｌ−間絶縁膜の形成に際してはマグネトロンを用いた
ＲＦ’（高周波）電源３５からＲＦ電力がターゲットバ
イアスとして印加され、金属膜（＆ｌ膜、ｓ−１合金膜
、高融点金Ｘ膜あるいはそのクリサイドなど）の形成に
際しては直流電源（図示せず）から直ａｔ王がターゲッ
トバイアスとして印加される。また、基板側電極３２に
は、ＲＦ電源３６からＲＦ’＠＠が基板バイアスとして
印加される。そして、ターゲット側電極３１のターゲッ
ト裏面側には絶縁物質３７を介して電磁石の励磁コイル
３８が配設されている。

上記バイアススパッタ装置においては、電極３１．３２
間でマグネトロン放電により希ガス等のプラズマ３９を
発生させ、プラズマ中１１Ｃ存在ｆるイオンのターゲツ
ト材への衝撃全利用して基板−ヒに層間絶縁膜あるいは
金属膜をスパッタ形成するものである。なお、ターゲッ
トｉｌｌ！Ｉｔ磁石は、その発生する磁界によシプラズ
マ領域を制御してプラズマを閉じ込め、プラズマによる
基板へのダメージを軽減すると共にスパッタ成膜速度を
高速化するものである。

上記バイアススパッタ装置によれば、成膜の下地段差部
（配線の段差部、絶縁膜の開孔部）のステップカバレー
ジ、成膜表面の平坦性が改善される〇一力、上記電磁石に代えて第４図ｔａｌ　、　（ｂ）に
示すようにヨーク４１に円柱状の永久磁石４２および円
筒状の永久磁石４３が取り付けられたものがターゲラ）
ｆｉｌ橋３１のターゲット裏面に配置される永久磁石マ
グネトロン・バイアススパッタ装置の場合にも、上述し
たと同様にスパッタ成膜を行なうことができる。なお、
第４図において、第３図中と同一部分には同一符号を付
している。

しかし、上記したような従来のスパッタ装置は、次に述
べるような理由によシ基板面内に均一なバイアス効果（
スパッタ膜下地段差部上のステップカバレージの向上、
スパッタ膜表面の平坦化）が必らずしも十分ではない。

即ち、（１）ターゲット上に発生する磁場の分布は、タ
ーゲットバイアス時に基板上に均一な薄膜をスパッタ形
成し得るようになっている。しかし、この磁場の効果に
よシ、基板にバイアスを印加したときの基板面内でのバ
イアス効果が不均一になってしまい、バイアス効果の変
動値は±４０％を超えることもあり、この様子を第５図
に示して込る。即ち、第５図（ａ）は、ターゲットバイ
アス印加時の成膜速度が均一になる条件での（イ）ター
ゲットバイアス２０００Ｗ時の成膜速度、（ロ）バイア
ススパッタ時（ターゲラ）　２０００Ｗ／基板２００　
Ｗ）の成膜速度、ＶＪ基板バイアス２００Ｗ時の基板ス
パッタ速度のそれぞれについて基板面内分布金示してい
る。また、上記条件におけるウェハ中央部、ウェハ周辺
部でのスパッタ成膜（絶縁膜の場合）のステップカバレ
ージの様子を各対応して第５図（ｂ）　、　（Ｃｌに示
している。（２）上記とけ逆に、基板面内でのバイアス
効果が均一になるようにターゲット側の磁石により磁場
を設定すると、ターゲットバイアス印加時の成膜分布が
不均一になり、この様子を第６図に示している。

即ち、！＠６図ｔａ）は、基板バイアス印加時の逆スパ
ツタ速度が基板面内で均一になる条件での（イ）ターゲ
ットバイアス時の成膜速度、（ロＪバイアススパッタ時
のＩ膜速度、Ｖ→基板バイアス時の基板スパッタ速度の
それぞれについて基板−内分布を示している。また、上
記条件におけるウェハ中央部、ウニ・・周辺部でのスパ
ッタ成膜（絶縁膜の場合）のステップカバレージの様子
を各対応して第６図ｔｂ）、（Ｃ）に示している。

なお、第５図１ｂ）　、　ＩｃＩおよび第６図１ｂｌ　
１　（Ｃ）に＆イて、５１はシリコン基板（ウェーＳ）
、５２は熱酸化膜（８ｉ０．膜）、５３は金属配線パタ
ーン（たとえばＡｌ−８１合金からなる）、５４はスパ
ッタ形成されたスパッタ酸化膜である。

上記した第５図（ａ）、第６図（ａ）の特性から分るよ
うに、従来のバイアススパッタ装置によれば、スパッタ
酸化膜の成膜速度の基板面内均一性は約１５％となり、
また金属配線の段差上でのステップカバレージはウェー
・周辺部では良好である（良好なテーパが付く）が、ウ
ェハ中央部では良くない。同様に、絶縁膜の開孔部に金
属膜上スパッタ成膜する場合にも、ウェハ中央部ではス
テップカバレージが悪くなるので、エレクトロ・マイグ
レーシ冒ン等による断線のおそれがある。

（発明が解決しようとする問題点）本発明は、上記したようにターゲットバイアスと基板バ
イアスと磁場分布との関係全バイアス効果が基板面内で
均一になるように設定することが困難であるという問題
点を解決すべくなされたもので、基板面内のバイアス効
果の均一性を改善し得るように磁場分布を適正に設定し
得る枚葉式バイアススパッタ装置を提供することを目的
とする。

〔発明の構成〕

（問題点ｔｌ−解決するための手段）本発明の枚葉式バイアススパッタ装置は、ターゲラ）１
！Ｉｌｉ極の基板対向面側の反対側と基板側電極のター
ゲット対向面側の反対側とにそれぞれ所定の磁場分布を
形成するための磁石金膜けてなることを特徴とする。

（作用）ターゲットバイアス時に基板上に均一な薄膜をスパッタ
形成し得るようにターゲットｉ１１！Ｉｉａ石の磁場分
布を形成し、基板バイアス印加時の逆スパツタ速度が基
板面内で均一になるように基板側磁石の磁場分布を形成
することによって、基板面内で均一なバイアス効果が得
られるようになる。

（実施例）以下、図面全参照して本発明の一実施例全詳細に説明す
る。

第１図は電磁石マグネトロン・バイアススパッタ装置を
概略的に示しており、１１および１２はたとえばＡｒガ
スを導入して高真空に維持される成膜室内で平行に相対
向する一対の電極であり、ターゲット側電極１１の対向
面にはターゲット１３が保持されており、基板側電極１
２の対向面には基ｆｆＬ（半導体ウェハ）１４が保持さ
れている。

ターゲット側電極１１には、眉間絶縁膜形成に際しては
ＲＦ電源１５からＲＦＫ力がターゲットバイアスとして
印加され、導電膜形成に際しては直ｆＩＬｔ源（図示せ
ず）から直流１王がターゲットバイアスとして印加され
る。また、基板側１極１２には、ＲＦ′＆源１６からＲ
ＦｙＬ力が基板バイアスとして印加される。そして、前
記ターゲット＠電極１１の基板対向ｌｊＩｉｇａの反対
ｃｋｉ側には絶縁物質１７を介してターゲットａ’ｔｉ
ａ石の励磁コイル１８が配設されており、同様に基板側
電極１２のターゲット対向面側の反対面側には絶縁物質
１７を介して基板側電磁石の励磁コイル１９が配設され
ている。

なお、上記ターゲット側電磁石、基板側電磁石に代えて
第４図ｔａ）　、　（ｂ）に示したような永久磁石を配
設するようにしてもよい。

上記バイアススパッタ装置において、ターゲット側磁石
はターゲットバイアス時に基板上に均一な薄膜をスパッ
タ形成し得るように磁場が設定されており、基板ｇａｇ
ｉ石は基板バイアス印加時の逆スパツタ速度が基板面内
で均一になるように磁場が設定されている。

上記バイアススパッタ装置を用いてスパッタ酸化膜をス
パッタ形成する方法について第２図（ｂ）。

（ｅ）　？参照して説明する。先ず、半導体基板２１上
に熱酸化膜２２を１００（ｌの膜厚となるように形成し
、その上に１．０μｍ厚の入Ｉｔ　−Ｓ　ｉ　膜ｆスパ
ッタ法により堆積形成し、通常のフォトリングラフィ法
とＲＩＢ（反応性イオンエツチング）法により配線パタ
ーン２３を形成する。次に、上記バイアススパッタ装置
により１．１ｐｍ厚のスパッタ酸化膜２４を成膜する。

このときのスパッタ条件は、スパッタ時のスパッタ室（
成膜室）の真空度（ｘｒ分圧）が０．４０パスカル（Ｐ
ａ）、ターゲット電極印加電力が２０００Ｗ、基板電極
印加電力が２００Ｗであり、成膜速度は約８００Ａ／ｍ
ｉｎである。

上記したようなバイアススパッタ装置における（イ）タ
ーゲットバイアス時の成膜速度のウェハ面内分布、（ロ
）バイアススパッタ時の成膜速度のウェハ面内分布、（
ハ）基板バイアス時の基板スパッタ速度のウェハ面内分
布は第２図（ａ）中に示すような特性が得られた。また
、このときウェー・中央部およびウェハ周辺部での金属
配線の段差部上の絶縁膜のステップカバレージの様子は
各対応して第２図ｔｂ）、（Ｃ）に示すようになる。即
ち、上記特性から分るように、スパッタ酸化膜の成膜速
度の基板面内均一性として、従来例に比べ１大幅に改善
された±４％という良好な値が得られた。また、ステッ
プカバレージも、ウェー・中央部、ウェハ周辺部でそれ
ぞれ良好な形状が得られた。

なお、コンタクトホール、スルーホール等の開孔部を有
する絶縁膜上にへｌ膜やＡ／−８ノ合金膜等のスパッタ
成膜を行なった場合にも、絶縁膜開孔部のステップカバ
レージおよび成膜表面の平坦度が良好に得られ、断線に
強い金属配線を基板上で均一に形成することができた。

したがって、本発明のバイアススパッタ装置によれば、
半導体基板上に多層配線を形成する際の絶縁膜形成工程
、金属膜形成工程でそれぞれ使用可能である。

〔発明の効果〕

上述したような本発明の枚葉式バイアススパッタ装置に
よれば、基板面内のバイアス効果の均一性を大幅に改善
でき、金属配線の段差部上にステップカバレージの良い
スパッタ絶縁膜を形成したり、絶縁膜の開孔部にステッ
プカバレージの良いスパッタ金属膜を形成することがで
きるので、半導体集積回路の製造に際して多層配線構造
の形成工程に使用して好適である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の枚葉式バイアススパッタ装置の一実施
例を示す構成説明図、第２図（ａ）は第１図の装置によ
りスパッタ酸化膜を形成した際の特性を示す図、第２図
１ｂ）　、　（Ｃ１は同図（ａ）の特性の下でウェハ中
央部およびウェハ周辺部で得られた酸化膜のステップカ
バレージを示す断面図、第３図は従来の枚葉式バイアス
スパッタ装置の一例を示す構成説明図、第４図ｔａ）は
同じ〈従来の枚葉式バイアススパッタ装置の他の例を示
す構成説明図、第４図１ｂ）は同図ｔ８）中のターゲッ
ト側永久磁石を取９出して示す平面図、第５図（ａ）は
第３図の装置をターゲットバイアス印加時の成膜速度が
均一となるようにターゲラ）１１１１ｉＨ石を設定した
状態でスパッタ酸化膜を形成した際の特性を示す図、第
５図（ｂ）、

【Ｃ】は同図（ａ）の特性の下で９工バ中
央部およびウェハ周辺部で得られた酸化膜のステップカ
バレージを示す断面図、第６図（ａ）は第３図の装置上
基板バイアス印加時の逆スパツタ速度が均一となるよう
にターゲット＠磁石を設定した状態でスパッタ酸化膜を
形成した際の特性を示す図、第６図（ｂ）。（Ｃ）は同図（ａ）の特性の下でウェー・中央部および
ウェハ周辺部で得られた酸化膜のステップカバレージ金
示す断面１くである。１ノ・・・ターゲット側′屯橋、１２・・・基板側電極
、１３・・・ターゲット、１４・・・基板（半導体ウェ
ハ）、１５．１６・・・高周波電源、１７・・・絶縁物
、１８・・・ターゲラ）ＩＩｇ電磁石の励磁コイル、１
９・・・基板側電磁石の励磁コイル。出願人代理人　弁理士　鈴　江　武　彦第１図ウニへＦｇ９ブ迂で【（ａ）第２図第３図ｃｒｓ　　　　　　　　ｓ３＋夫ラエノ＼上：＝１イ尤＝ｉ艷（ａ）（ｂ）　　　　　　　　　　　　　（Ｃ）第５図ウェハ上９ｆ立置＜ａ＞第６図

Claims

【特許請求の範囲】

成膜室内で平行に対向して設けられたターゲット側電極
およびスパッタ膜形成用基板側電極と、上記ターゲット
側電極に保持されたターゲットと、上記ターゲット側電
極に高周波電力または直流電圧を印加する高周波電源ま
たは直流電源と、前記基板側電極に高周波電源を印加す
る高周波電源と、前記ターゲット側電極の基板対向面側
の反対側に配設され所定の磁場分布を形成するターゲッ
ト側磁石と、前記基板側電極のターゲット対向面側の反
対側に配設され所定の磁場分布を形成する基板側磁石と
を具備することを特徴とする枚葉式バイアススパッタ装
置。