JPS63262462A - プラズマ制御マグネトロンスパツタリング装置及び方法 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は少なくとも二種類の元素から成る組成の異なる
部分構造の組み合わせからなるターゲットを用い、プラ
ズマ分布を変えターゲットのスパックされる領域を移動
させることによって堆積膜の成分組成を厚さ方向に変化
させることができるプラズマ制御マグネトロンスパッタ
リ゛ング装置及び方法に関する。

〔従来の技術およびその問題点〕

直流または交流マグネトロンスパッタリングにおいて、
ターゲット裏面のマグネトロン磁石に加え、ターゲット
の前部側面にソレノイドコイルを設置し、両磁石の合成
磁界を変えることによりプラズマ分布を変化させるプラ
ズマ制御マグネトロンスパッタリング装置については本
発明者が既に出願を行っている（特願昭６１−１８３３
７５号）。この装置を用いることにより、厚さ方向に組
成分布が変化する堆積膜を基板上に形成することが可能
であり、例えば半導体の配線、電極などの有用な部材を
提供できる。

二の装置においては前面ソレノイド磁石を真空室の外周
部に設置しておりターゲットと前面ソレノイド磁石との
距離が大きく、従ってプラズマ分布を変化させるために
は前面ソレノイド磁石を強くする必要があり、このため
装置が大きくなったり、大きな電流を必要とするなどの
若干の問題があった。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明者はさらに使用特性、実用性に優れたプラズマ制
御マグネトロンスパッタリング装置及びその方法を開発
すべく鋭意検討の結果、本発明に到達した。

本発明は、（１）直流または交流マグネトロンスパッタ
リング装置において、ターゲット裏面及び基板裏面にそ
れぞれ磁極を設け、これら磁極の少なくとも一つの磁界
強度または極性を変化させることのできる磁界調節装置
を備えることを特徴とするプラズマ制御マグネトロンス
パッタリング装置、及び（２）直流または交流マグネト
ロンスパッタリング法において、ターゲット裏面及び基
板裏面にそれぞれ磁極を設け、これら磁極の少なくとも
一つの磁界強度または極性を変更し、ターゲットに接す
るプラズマの分布を調節することにより１スパツタリン
グを行うことを特徴とするプラズマ制御マグネトロンス
パッタリング法に関する。

また設置位置微動調節装置により誘導部材の一部を可動
とする事によりターゲットまたは基板の位置を微調整し
、最適の位置関係を得るようにすることができる。

以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて詳細に説明
する。

第１図は本発明の装置の一実施例を示す縦断面図である
。

ターゲット７の裏面にターゲット裏面磁極１が設けられ
、基板８の裏面に基板裏面磁極９として永久磁石４が設
けられている。ターゲット裏面磁極１としてはソレノイ
ドコイル２または永久磁石の何れであってもよい。永久
磁石４は、上下方向に可動であり真空室の外部に一端が
突き出た誘導部材５に取りつけられている。誘導部材５
は図示しない設置位置微動調節装置によって上下方向に
移動させることができる。誘導部材の材質は磁力線によ
り帯ｉｆｆできるものである限り特に制限はなく、例え
ばステンレスで表面被覆された珪素鉄であることができ
る。誘導部材を設けたことにより真空室の小型化、装置
の簡素化が可能である。

真空室の外部にソレノイドコイル６が設置されており、
その磁界の強さまたは極性は、ソレノイドコイル６に接
続された磁界調整装置１１により　　　　“任意に変化
させることができる。磁界調整装置１１の具体例として
はトランスフォーマ−１極性切換えスイ・ツチまたはパ
ルス発生器を挙げることができる。

真空室外部のソレノイドコイル６の磁界の方向は中央部
のターゲット裏面磁極１とは逆の方向に設定されている
。

ターゲットの外側前方に補助磁極３が設けられており、
補助磁極３によりターゲット７近傍の磁界が吸引される
。各磁極の合成磁界は第１図において矢印を有する線で
示したような分布を示す。

基板裏面磁極９の磁界とはこの例の場合基板裏面の永久
磁石４の磁界と誘導部材５により真空室内に誘導された
真空室外部のソレノイドコイル６の磁界との合成磁界を
指すものとする。

第２図に、本発明のもう一つの例を示す。第２図（ａ）
のような並行板状に配置されたターゲットを用い、第２
図（ｂ）のような複数のソレノイドコイルをターゲット
裏面に配置した装置において、ソレノイドコイル１０ａ
とソレノイドコイル１０ｂとは独立に磁界の強さ、極性
を変える事ができる。第２図（ｂ）にはソレノイドコイ
ルｌＯａの極性を基板磁極９とは逆方向、ソレノイドコ
イル１０ｂの極性を基板磁極と同じにした場合の磁界分
布を例示している。

ターゲッＩ−Ａ近傍の合成磁界はターゲットに対し並行
、ターゲラ）Ｂ近傍の合成磁界はターゲットに対し垂直
の成分が主となり、ターゲラ）Ａがスパッタされるのに
対し、ターゲットＢはスパックされない。従って堆積膜
には主としてＡ成分が含まれることになる。

ある時点でソレノイドコイル１０ａ、１０ｂの極性を逆
転させると磁界分布は反転し、ターゲットＢが主として
スパックされて、堆積膜の主成分をＢ成分に切り換える
ことができる。

ソレノイドコイル１０ａ、１０ｂの極性を同方向にすれ
ば両成分を同時スパッタも可能である。

この場合、ソレノイドコイル１０ａ、・１０ｂの磁界の
強さを変えることにより堆積膜中のＡ成分、Ｂ成分の比
率を任意に変えることができる。

第１図の装置において、第７図に示す形状のターゲット
７を用い、ターゲットＸ面磁極ｌの強さを変えた場合の
磁力線の方向とスパックされる位置を示す部分図を第３
図に示す。

第３図（ａ）、（ｂ）に磁界の強さを変化させた場合の
スパッタされる位置の変化の様子を示す。

基板裏面磁極９の磁界を強めターゲット裏面磁極ｌを弱
めると第３図（ａ）のように合成磁界は変化し、外周辺
の部分がスパッタされる。また基板裏面磁極９の磁界を
弱めターゲット裏面磁極ｌの磁界を強めると第３図（ｂ
）のように合成磁界は変化し、ターゲットの中央部分が
スパッタされる。

また誘導部材５を上下方向に移動し基板８とターゲット
７との距離を変えても類似の効果が得られる。基板８の
磁界の強さを変える代わりにターゲット裏面磁極１の磁
界の強さまたはターゲット裏面磁極１とターゲット７と
の距離を変えても同様の効果が得られる。

さらにソレノイドコイル６及び／または２に流す電流を
パルス発生器１０により変調し、磁界の強さをパルス状
とする事により印加磁界の強さを時間的にパルス変化さ
せる事も可能である。

本発明の厚さ方向に組成が変化する堆積膜を形成する方
法につき、第１図の装置を例として説明する。

第４図（ｇ）にターゲット配置の一例を示す。

同心円状にＡ、Ｂの二種のターゲットが配置されている
。

一例として第１図の装置において、ターゲット裏面磁石
１の磁界の強さを一定とし、ソレノイドコイル６の電源
回路にパルス発生器１０を設け、ソレノイドコイル６に
かける電圧を変えて基板磁界の強さを第４図（Ｃ）のよ
うに変えた場合、ターゲット上のプラズマの位置は第４
図（ａ）、（ｂ）の様に制御される。

材料Ａを飛ばすには基板磁界の強さＢｓをプラズマ密度
の高い点が材料Ａ上に来る値（Ｂｏ）に設定する。Ｂｓ
をそれより弱いＢ１にすると第４図（ｂ）に示すように
プラズマはターゲットの外周辺まで移動し材料Ｂと材料
Ａが同時にスパッタされる。材料Ａが材料已に混入する
割合はターゲットの配置とＢ１．の値による。

従って、二層膜を堆積するには例えばまずＢｓ”　Ｂ　
ｏで所望の膜厚までＡを堆積し、次いでＢｓ”　Ｂ　Ｉ
でＡ、Ｂの混合膜をその上に堆積すればよい〔第４図（
ｄ））、第４図（Ｃ）のデユーティ比および繰り返し周
波数を調節することによりＡ。

Ｂの混合比及び膜厚を望む値に調節できる。例えば、堆
積膜の表面に向けて、膜Ａの厚みを順次減少させ、Ａと
Ｂの混合膜の厚みを順次増大させることもできる〔第４
図（ｆ）〕。またＡとＢの混金膜中のＢの混合割合を次
第うこ増大させることもできる。またプラズマ位置の切
換えを第４図（Ｃ）のように三位置間で不連続に切り換
えるのではなく、連続的に変化させることにより各堆積
膜間の界面層の組成を連続的に変化することもできる。

さら磁界の強さＢｓを適当に設定すればＡ、Ｂを各単独
に堆積することも可能である〔第４図（ｅ）〕。同様に
Ａ、Ｂ、Ｂ’等の種々の組み合わせの多層膜や連続的に
組成の変化する膜を形成することができる。

〔製造例〕

以下、製造例により本発明を更に具体的に説明する。

製造例１ 同心円状に配置されたＡおよびＢターゲット（Ａ：シリ
コン、Ｂ：チタン、タングステン、モリブデンなどの高
融点金属）を用い、基Ｖｉ、磁界の強さを調節してスパ
ック初期にはプラズマがＡターゲットのみに接触し、ス
パッタ後期にはプラズマがＡ、８両ターゲットに接触す
るように運転する。生成した膜の断面は下層がポリシリ
コン、上層がチタンとシリコンの合金などの高融点金属
合金からなる二層膜となった（第５図）。

製造例２ 同心円状に配置されたＡおよびＢターゲット（Ａ：シリ
コン、Ｂ：モリブデン、タングステン、チタンなどの高
融点金属）を用い基板磁界の強さを調節して、スパック
初期にはシリコンのみにプラズマが接触、中期には基板
磁界の強さを徐々に弱めて行きスパッタ後期には両ター
ゲットにプラズマが接触するように運転した。

得られた膜の断面は下層がポリシリコン、中層は連続的
に組成が変化して上層の高融点金属シリコン合金につな
がる三層構造となった（第６図）。

製造例３ ターゲットとして第７図に示したような角型形状のもの
を用い並行板状に配置されたＡおよびＢターゲットをも
つ角型スパッタ装置を用い（Ａ：モリブデン、Ｂ：シリ
コン）、基Ｖｉ磁界の強さを調節してスパッタ初期には
プラズマが両ターゲットに接触し、のち次第に圧縮され
てＡターゲットのみに接触するように運転した。

下層で謹やかに組成が変化する金属膜が得られ、はがれ
などのトラブルが改善された（第８図）。

製造例４ 第１図の装置を用い、酸化イツトリウム／酸化イツトリ
ウムバリウム銅二成分ターゲシト上でプラズマを振動さ
せて酸化イツトリウム基板上に超格子膜を形成した。プ
ラズマの振動周期を次第にずらすことにより基板に近い
層では酸化イツトリウム層を厚く、酸化イットリウにバ
リウム銅層を薄＜シ、堆積膜が基板から遠ざかるにつれ
次第に酸化イツトリウム層を薄く、酸化イツトリウムバ
リウム銅層を厚くした。１０００℃のアニールでもクラ
ックのない良好な多層膜が得られた。

〔発明の効果〕

本発明によれば、プラズマを制御することにより、成分
の異なるターゲットへのスパッタ比をコントロールして
スパッタ堆積膜の組成を容易にコントロールする方法及
びその装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかるプラズマ制御マグネトロンスパ
ッタリング装置の構造を表す継断面略図であり、第２図
（ａ）はターゲットの一例を示す図であり、第２図（ｂ
）、第３図（ａ）及び第３図（ｂ）は磁極の極性または
磁界の強さを変えた場合の磁力線の方向とスパッタされ
る位置を示す部分図であり、第４〜第８図はそれぞれ本
発明の実施態様を示す図である。 １・・・ターゲット裏面磁極、２．６．１０ａ、１０ｂ
・・・ソレノイドコイル、３・・・補助＆２ｍ、４・・
・永久磁石、５・・・誘導部材、７・・・ターゲット、
８・・・基板、９・・・基板裏面磁極、１１・・・磁界
調整装置（トランスフォーマ−１極性切換えスイッチ、
パルス発生器）。 特許出願人　　宇部興産株式会社 第１図 第２図 ＜ａ） 第３図 （ａ） 第３図 （ｂ） ８４図 第４図 （ｄ）　　　　　　　（ｅ）　　　　　　　（ｆ）第　
５　図 （ａ） （ｂン （Ｃン 第６図 （ａ） （ｂ） （Ｃ） 第８図 （ａ） （ｂ） →時間 （Ｃン

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）直流または交流マグネトロンスパッタリング装置
   において、 ターゲット裏面及び基板裏面にそれぞれ磁極を設け、こ
   れら磁極の少なくとも一つの磁界強度または極性を変化
   させることのできる磁界調節装置を備えることを特徴と
   するプラズマ制御マグネトロンスパッタリング装置。
2. （２）真空室の外部に磁場可変のソレノイドコイルを設
   置し、帯磁しうる材質からなる誘導部材によりその磁力
   線を基板またはターゲットに導くことを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載のプラズマ制御マグネトロンスパ
   ッタリング装置。
3. （３）ターゲットの外側前方に補助磁極を設けることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載のプラズマ制御マ
   グネトロンスパッタリング装置。
4. （４）直流または交流マグネトロンスパッタリング法に
   おいて、ターゲット裏面及び基板裏面にそれぞれ磁極を
   設け、これら磁極の少なくとも一つの磁界強度または極
   性を変更し、ターゲットに接するプラズマの分布を調節
   することによりスパッタリングを行うことを特徴とする
   プラズマ制御マグネトロンスパッタリング法。
5. （５）ターゲットのスパッタさせたい領域ではターゲッ
   ト裏面磁極と基板裏面磁極との間で反発磁界を形成し、
   ターゲットのスパッタさせたくない領域ではターゲット
   裏面磁極と基板裏面磁極との間で吸引磁界を形成させる
   ことを特徴とする特許請求の範囲第４項記載のプラズマ
   制御マグネトロンスパッタリング法。
6. （６）少なくとも二種類の組成の異なる部分を有するタ
   ーゲットを用い、プラズマ分布を変えターゲットのスパ
   ッタされる領域を移動させることによって堆積膜の成分
   組成を厚さ方向に変化させることを特徴とする特許請求
   の範囲第４項記載のプラズマ制御マグネトロンスパッタ
   リング法。