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JPS6127463B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPS6127463B2
JPS6127463B2 JP18536281A JP18536281A JPS6127463B2 JP S6127463 B2 JPS6127463 B2 JP S6127463B2 JP 18536281 A JP18536281 A JP 18536281A JP 18536281 A JP18536281 A JP 18536281A JP S6127463 B2 JPS6127463 B2 JP S6127463B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
substrate
film
target
sputtering
potential
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
JP18536281A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS5887271A (en
Inventor
Hide Kobayashi
Katsuo Abe
Kazuyuki Fujimoto
Tsuneaki Kamei
Tamotsu Shimizu
Hideki Tateishi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP18536281A priority Critical patent/JPS5887271A/en
Publication of JPS5887271A publication Critical patent/JPS5887271A/en
Publication of JPS6127463B2 publication Critical patent/JPS6127463B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
    • H01J37/3402Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering using supplementary magnetic fields
    • H01J37/3405Magnetron sputtering
    • H01J37/3408Planar magnetron sputtering

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、成膜対象である基板に薄膜を形成す
るプレーナマグネトロンスパツタ装置に関するも
のである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a planar magnetron sputtering apparatus for forming a thin film on a substrate to be film-formed.

スパツタリング技術は、10-4〜10-2Torr程度の
低圧の雰囲気ガス中で、グロー放電を起こし、こ
のスパツタ雰囲気ガスをイオン化(プラズマ状)
し、陰陽極間に印加された電圧により、そのプラ
ズマ状イオンが加速されて陰極におかれたターゲ
ツト材料の平板に衝突させる。スパツタリングに
よる成膜技術とは、衝突させられたイオンにより
たたき出されたターゲツト材料粒子は陽極近傍に
設置された基板上に付着堆積して、ターゲツト材
料の薄膜を形成する技術である。
Sputtering technology generates a glow discharge in a low-pressure atmospheric gas of about 10 -4 to 10 -2 Torr, and ionizes this sputtering atmospheric gas (in the form of plasma).
A voltage applied between the cathode and the anode accelerates the plasma-like ions and causes them to collide with a flat plate of target material placed at the cathode. The sputtering film forming technique is a technique in which target material particles ejected by colliding ions are deposited on a substrate placed near the anode to form a thin film of the target material.

上記したスパツタリング法はコンベンシヨナル
ダイオード型と呼ばれるもので、以下に挙げる欠
点をもつ、すなわち (1) 堆積成膜速度が小さい。
The sputtering method described above is called a conventional diode type, and has the following drawbacks: (1) The deposition rate is low.

(2) 荷電粒子の基板への流入量が大であり、基板
の温度上昇が著しい。またこの荷電粒子の流に
より半導体素子に損傷を与えることがある。
(2) The amount of charged particles flowing into the substrate is large, and the temperature of the substrate increases significantly. Furthermore, this flow of charged particles may damage semiconductor devices.

以上のコンベシヨナルダイオードスパツタリン
グ方式の欠点を解決するために、マグネトロン型
スパツタ電極が開発された、マグネトロン型スパ
ツタ電極はターゲツト平板の成膜対象基板と対向
した第1の主面と反対側の第2の主面側に、永久
磁石または電磁石を配置し、第1の主面上に円弧
状の磁界を形成させ、プラズマ状にイオン化した
スパツタガスイオンをこの磁界で集束し、より密
度高いプラズマを形成せしめ、より高い電流密度
でターゲツト平板を衝撃し、大きな成膜堆積速度
を得るものである。マグネトロンスパツタ電極の
なかではターゲツト材を平板としたプレーナマグ
ネトロン電極が近年最も多用されている。プレー
ナマグネトロン電極による堆積速度が、従来の抵
抗加熱や、電子線加熱蒸着法に匹敵するに至り、
薄膜集積回路や半導体素子用の薄膜形成装置とし
て、その生産用工程に取り入れられるようになつ
てきた。
In order to solve the above-mentioned drawbacks of the convectional diode sputtering method, a magnetron-type sputtering electrode was developed. A permanent magnet or an electromagnet is placed on the second main surface side of the main surface to form an arc-shaped magnetic field on the first main surface, and the sputter gas ions that have been ionized into a plasma are focused by this magnetic field, making them more dense. A high plasma is formed and a target flat plate is bombarded with a higher current density to obtain a high film deposition rate. Among magnetron sputter electrodes, planar magnetron electrodes in which the target material is a flat plate have been most frequently used in recent years. The deposition rate using planar magnetron electrodes has become comparable to conventional resistance heating and electron beam heating evaporation methods.
It has come to be incorporated into the production process as a thin film forming apparatus for thin film integrated circuits and semiconductor devices.

第1図は良く知られた従来技術によるプレーナ
マグネトロン方式のスパツタ電極を用いたスパツ
タリング装置の構造を示す概念説明図である。タ
ーゲツト材料平板(以下単にターゲツトと呼ぶ)
1の裏面にヨーク6により磁気的に結合された円
環状磁極2と、その円環状磁極2の中心部に円柱
状磁石3とが磁気回路を構成して配置されてい
る。これらの磁極2,3によりターゲツト1の表
面(第1の主面、第1図に於ては下側)の空間
に、トンネル状の磁界分布、すなわち円環体の高
さ方向に垂直な平面で半裁し、その半裁面がター
ゲツト1の第1の主面上に平行におけれたトンネ
ル状の磁界分布11が発生する。このトンネル状
磁界分布11によつてその内部に上述したプラズ
マ状イオンが高濃度に閉じ込められる。このプラ
ズマ状イオンはさらに陽極10と、陰極面である
ターゲツトの第1の主面との間に印加されている
電圧により発生するターゲツトの第1の主面に垂
直に入射する電気力線に沿つてターゲツトの第1
の主面に入射し、以つてターゲツト材料を衝撃
し、スパツタリングが行われ、ターゲツトには侵
食領域12が形成される。
FIG. 1 is a conceptual explanatory diagram showing the structure of a sputtering apparatus using a planar magnetron type sputtering electrode according to a well-known prior art. Target material flat plate (hereinafter simply referred to as target)
A circular magnetic pole 2 magnetically coupled to the back surface of the circular magnetic pole 1 by a yoke 6, and a cylindrical magnet 3 at the center of the circular magnetic pole 2 are arranged to form a magnetic circuit. These magnetic poles 2 and 3 create a tunnel-like magnetic field distribution in the space on the surface of the target 1 (the first main surface, the lower side in FIG. 1), that is, a plane perpendicular to the height direction of the torus. When the target 1 is cut in half, the half-cut surface is parallel to the first main surface of the target 1, and a tunnel-shaped magnetic field distribution 11 is generated. This tunnel-like magnetic field distribution 11 confines the above-mentioned plasma-like ions inside at a high concentration. These plasma-like ions are further generated along lines of electric force that are incident perpendicularly to the first main surface of the target, which is generated by the voltage applied between the anode 10 and the first main surface of the target, which is the cathode surface. The first target
is incident on the main surface of the target material, thereby causing sputtering and forming an eroded region 12 in the target.

プラズマ中に存在する電子はよく知られるよう
にトンネル状磁界により、トロコイダル運動をし
ながら、円環状に発生したプラズマ中を、円環に
沿つて移動しながらスパツタガス分子をイオン化
し、イオン化のエネルギを失つた電子は陽極に流
入する。このために成膜対象基板101に流入す
る電子の量は、著しく減少する。またプラズマ化
したスパツタガス分子の殆んどはターゲツト1に
向うので、正の荷電粒子の成膜対象基板への流入
も少ない。
As is well known, the electrons existing in the plasma move along the ring in the plasma generated in a ring while making trochoidal motion due to the tunnel magnetic field, ionizing sputter gas molecules and releasing ionization energy. The lost electrons flow into the anode. For this reason, the amount of electrons flowing into the film-forming target substrate 101 is significantly reduced. Furthermore, since most of the sputter gas molecules turned into plasma head toward the target 1, there is little inflow of positively charged particles into the substrate on which the film is to be formed.

近年大規模集積回路等の出現により、半導体素
子等の微細化が大きく進行し、若干の結晶基板へ
の損傷も素子に大きな影響を与え、上記プレーナ
マグネトロンスパツタ電極を用いたプレーナマグ
ネトロンスパツタ装置に於ても、基板に流入する
荷電粒子が高集積度のMOSメモリIC等に於ては
素子歩留りを低下させる欠点を有した。
In recent years, with the advent of large-scale integrated circuits, the miniaturization of semiconductor devices has progressed significantly, and even slight damage to the crystal substrate can have a large impact on the devices. However, charged particles flowing into the substrate have the disadvantage of reducing device yield in highly integrated MOS memory ICs and the like.

本発明の目的は上記した従来技術の欠点をなく
し、プレーナマグネトロンスパツタ電極を用いた
スパツタリング成膜法による成膜中の成膜対象基
板への荷電粒子の流入を抑止して成膜中の成膜対
象基板の温度上昇を防止すると共に、成膜対象基
板に作製された半導体素子等への損傷を低減する
ことができるようにしたプレーナマグネトロンス
パツタ装置を提供するにある。
The purpose of the present invention is to eliminate the above-mentioned drawbacks of the prior art, and to suppress the inflow of charged particles to a substrate to be film-formed during film-forming by a sputtering film-forming method using a planar magnetron sputter electrode. An object of the present invention is to provide a planar magnetron sputtering apparatus that can prevent a temperature rise of a substrate to be film-formed and reduce damage to semiconductor elements and the like formed on the substrate to be film-formed.

即ち本発明はプレーナマグネトロンスパツタ電
極を用いたスパツタ装置において、ターゲツト平
板のスパツタリングにより侵食をうける第1の主
面上に、この第1の主面に対しほぼ垂直に入射す
る磁力線分布を形成させてトンネル状の磁束の頂
部を抑え、同時に成膜対象基板、または周辺に設
けられた筒状の金属部材に正の電位を与え、負に
荷電した軽量なる荷電粒子(すなわち電子)の成
膜中の成膜対象基板への流入量と、正に荷帯した
荷電粒子の基板への衝突速度とを減少させること
のできるようにしたことを特徴とするものであ
る。
That is, the present invention uses a sputtering device using a planar magnetron sputtering electrode to form, on the first main surface of a target flat plate which is eroded by sputtering, a distribution of lines of magnetic force that are incident almost perpendicularly to the first main surface. to suppress the top of the tunnel-shaped magnetic flux, and at the same time apply a positive potential to the substrate to be film-formed or to a cylindrical metal member provided around the film-forming substrate, thereby producing light, negatively charged charged particles (i.e., electrons) during film-forming. The present invention is characterized in that it is possible to reduce the amount of particles flowing into the substrate on which a film is to be formed and the collision speed of positively charged particles with the substrate.

以下本発明を図に示す実施例にもとづいて具体
的に説明する。即ち本発明の要点について具体的
に説明する。
The present invention will be specifically described below based on embodiments shown in the drawings. That is, the main points of the present invention will be specifically explained.

第4図に示すように、基板101への流入荷電
粒子の存在の有無を確めるために基板を銅枚と
し、この基板に流入する電流と、また基板に印加
する電圧との関係を調べるために、電流計20
1、電圧計202を設置する。基板に流入する電
流をIs、印加した電圧をVsと以下呼ぶことにす
る。Isの極性は基板101から、基板バイアス電
源203の方向に流れる時を正とし、またVsの
極性は基板101の大地接地された真空槽102
に対してであるとする。
As shown in FIG. 4, in order to confirm the presence or absence of charged particles flowing into the substrate 101, a copper plate is used as the substrate, and the relationship between the current flowing into the substrate and the voltage applied to the substrate is examined. For this purpose, ammeter 20
1. Install the voltmeter 202. Hereinafter, the current flowing into the substrate will be referred to as Is, and the applied voltage will be referred to as Vs. The polarity of Is is positive when it flows from the substrate 101 to the substrate bias power supply 203, and the polarity of Vs is positive when it flows from the substrate 101 to the grounded vacuum chamber 103.
Suppose that it is for.

第2図が、基板流入電流Is、基板印加電圧Vs
との関係を示したものである。この時、スパツタ
電極のターゲツトの大きさはφ8インチ、プラズ
マリングの大きさは材質は99.999%のアルミ材で
あり、ターゲツトの第1の主面と基板101との
距離は95ミリメートルである。スパツタガスとし
て99.999%の純アルゴンをスパツタガス圧力が
5.4mTorrとなるように導入した。ターゲツタ印
加電圧と電流はそれぞれ、405V、13.5Aである。
すなわちターゲツトへの電気入力は405×13.5≒
5.5KWであつた。
Figure 2 shows the substrate inflow current Is and the substrate applied voltage Vs.
This shows the relationship between At this time, the size of the target of the sputter electrode is 8 inches, the size of the plasma ring is made of 99.999% aluminum, and the distance between the first main surface of the target and the substrate 101 is 95 mm. The sputter gas pressure is 99.999% pure argon.
It was introduced so that it would be 5.4mTorr. The voltage and current applied to the target ivy are 405V and 13.5A, respectively.
In other words, the electrical input to the target is 405×13.5≒
It was 5.5KW.

第2図に示したように、基板バイアス電圧Vs
を0V(基板を接地した状態)から除々に負に大
きくしてゆくと、基板電流Isはマイナス数アンベ
アから急激に減少し、Vs=−7V程度でほぼ零と
なる。更にVsを負に大きくしてゆくと、基板電
流Isは正に増加し、やがて飽和し始め、Vs=−
10V程度から、Vsがより負に大であればIsはほぼ
直線的に増加してゆく。
As shown in Figure 2, the substrate bias voltage Vs
When Is is gradually increased from 0V (with the board grounded) to a negative value, the board current Is rapidly decreases from minus several amperes and becomes almost zero at about Vs = -7V. As Vs is further increased to a negative value, the substrate current Is increases positively and eventually begins to saturate, resulting in Vs=-
From about 10V, Is increases almost linearly as Vs becomes more negative.

上述のような基板電位一電流特性は、以下述べ
るように解釈することができる。
The substrate potential-current characteristic as described above can be interpreted as described below.

第1に基板電位は、高々−40Vであるから、基
板側から基板電流の電流担体となりうるイオンや
電子が放出されることはない。従つて基板電流は
全て基板に流入する電子を、正イオンのために発
生すると考えてよい。
First, since the substrate potential is -40V at most, ions and electrons that can serve as current carriers of the substrate current are not emitted from the substrate side. Therefore, it can be considered that the substrate current is generated entirely by electrons flowing into the substrate due to positive ions.

したがつて基板電位Vsをマイナス10V程度から
零Vに近づけてゆく時に流れる大きな電流は、そ
の荷電担体は電子であると考えられる。更にスパ
ツタリング現象中の電子のもつ運動エネルギはス
パツタガスをイオン化するために、その殆んどが
消費され、スパツタガスのイオン化エネルギー、
アルゴンであれば15.76eV以下に制限されてしま
う。したがつて電子のもつ運動エネルギーは高々
16eV以下である。今基板方向に10eVの運動エネ
ルギをもつた電子が飛来しても基板電位Vsマイ
ナス10V程度であればそれらの電子の殆んど全て
は基板に到達する前に減速をうけ、基板に流入す
ることができない。
Therefore, it is considered that the charge carriers of the large current that flows when the substrate potential Vs is brought closer to zero V from about -10 V are electrons. Furthermore, most of the kinetic energy of the electrons during the sputtering phenomenon is consumed to ionize the sputtering gas, and the ionization energy of the sputtering gas,
If it is argon, it will be limited to 15.76eV or less. Therefore, the kinetic energy of the electron is at most
It is 16eV or less. Even if electrons with a kinetic energy of 10 eV fly toward the substrate, if the substrate potential Vs is about minus 10 V, almost all of those electrons will be decelerated before reaching the substrate and will flow into the substrate. I can't.

以上述べた考察から、基板電位Vsを0Vから−
10V程度で、負に流れる電流の主成分は、基板に
飛来流入する電子であると考えることができる。
一方基板電位Vsを−10V以下で正に流れる電流は
何らかの正の荷電粒子が基板に流入するためのも
のであると考えられる。すなわち第2図に示した
基板電位Vs−電流Is特性は第3図の直線301
と曲線302の2成分を足し合せた形として成り
立ち、直線301は正イオン成分、曲線302は
電子流成分であると推定される。
From the above considerations, the substrate potential Vs can be changed from 0V to −
At about 10V, the main component of the negative current can be considered to be electrons flying into the substrate.
On the other hand, the current flowing positively when the substrate potential Vs is −10 V or less is considered to be caused by some positively charged particles flowing into the substrate. In other words, the substrate potential Vs - current Is characteristic shown in Fig. 2 corresponds to the straight line 301 in Fig. 3.
It is assumed that the straight line 301 is the positive ion component and the curve 302 is the electron flow component.

即ち、第4図に示す如く、成膜対象基板101
面に平行に平等磁界410を、電磁石401によ
り発生させ、基板電位Vs−電流特性Isを求め
た。これを第5図に示す。曲線402,403,
404の順に基板101上の平等磁界410を増
してゆくと、電子流成分と考えられる成分は減少
してゆくが、正イオン電流成分と考えられる電流
成分は殆んど変化しなかつた。このことから2つ
の電流成分は大きく、それぞれの荷電担体の質量
が大きく異なるものであることが推論され、前述
した推測をうらづけられた。
That is, as shown in FIG.
A uniform magnetic field 410 parallel to the plane was generated by an electromagnet 401, and the substrate potential Vs-current characteristic Is was determined. This is shown in FIG. Curves 402, 403,
When the uniform magnetic field 410 on the substrate 101 was increased in the order of 404, the component considered to be the electron flow component decreased, but the current component considered to be the positive ion current component hardly changed. From this, it was inferred that the two current components were large and the masses of the respective charge carriers were greatly different, confirming the above-mentioned speculation.

以上述べたように基板バイアス電位Vsによ
り、ある程度成膜対象基板101に流入する荷電
粒子を弁別することができることがわかつたの
で、それぞれの基板電流条件で、実際に成膜を行
い、基板上の半導体素子を与える損傷の度合を検
討したところの結果を以下に述べる。
As mentioned above, it has been found that charged particles flowing into the substrate 101 to be film-formed can be discriminated to some extent by the substrate bias potential Vs. The results of examining the degree of damage caused to semiconductor elements are described below.

素子損傷の評価に用いた基板は、伝導型がP型
のシリコンウエハであり、1000Åの熱酸化膜を形
成した後に、この熱酸化膜の上にスポツト状にマ
スクを用いてアルミを第4図に示した系で成膜し
た。ターゲツト材には99.999%のA−2%Siを
用い、成膜速度3300Å/分、成膜々厚0.9μm、
基板、ターゲツト間距離は94mmである。成膜時の
基板バイアスは第2図の4点、すなわち151,
152,153,154をえらんだ。これらの第
2図内の点をえらんだ理由は、正イオンのみの流
入する条件で、その正イオンに対する加速電圧の
大小と、また電子流も正イオン電流ととも流入す
る時の電子流の大小とのそれぞれの場合の影響を
調べるためである。
The substrate used for evaluating element damage was a silicon wafer with conductivity type P. After forming a thermal oxide film of 1000 Å, aluminum was deposited in spots on the thermal oxide film using a mask as shown in Fig. 4. The film was formed using the system shown in . 99.999% A-2% Si was used as the target material, the film formation rate was 3300 Å/min, the film thickness was 0.9 μm,
The distance between the substrate and target is 94mm. The substrate bias during film formation is at the four points in Figure 2, namely 151,
I chose 152, 153, and 154. The reason for choosing these points in Figure 2 is that only positive ions flow in, and the magnitude of the accelerating voltage for the positive ions, and also the magnitude of the electron flow when the electron flow flows together with the positive ion current. This is to investigate the influence of each case.

第6図に以上述べた成膜条件で得られた静電容
量対、電圧特性(通常CV曲線と呼ばれている)
を示す。測定周波数は1MHzであり、CV曲線の
測定よく知られた手法であるので説明は割愛す
る。第6図中曲線501,502,503,50
4はそれぞれ、第2図中の151,152,15
3,154の点の基板バイアス条件に対応してい
る。第6図の曲線は、成膜後500℃1時間、水素
雰囲気中で熱処理を行つた試料を測定したもので
あり、曲線501,502,503は抵抗加熱蒸
着によつて成膜直後に得られるCV曲線505が
やや左にずれており、そのずれの大きさは50
1,502,503の順で大きいことがわかつ
た。曲線504は殆んど抵抗加熱蒸着によるCV
曲線にほぼ一致している。
Figure 6 shows the capacitance vs. voltage characteristics (usually called the CV curve) obtained under the film formation conditions described above.
shows. The measurement frequency is 1MHz, and since this is a well-known method for measuring CV curves, we will omit the explanation. Curves 501, 502, 503, 50 in Figure 6
4 are 151, 152, and 15 in Figure 2, respectively.
This corresponds to the substrate bias conditions of 3,154 points. The curves in Figure 6 were measured on samples heat-treated in a hydrogen atmosphere at 500°C for 1 hour after film formation, and curves 501, 502, and 503 were obtained immediately after film formation by resistance heating evaporation. The CV curve 505 is slightly shifted to the left, and the magnitude of the shift is 50
It was found that the order of numbers is 1,502,503. Curve 504 is mostly CV due to resistance heating evaporation.
It almost matches the curve.

抵抗加熱蒸着で得られるCV曲線からのズレは
電子ビーム蒸着でよく知られているように何らか
の損傷が熱酸化膜中に発生したためと考えること
ができる。
The deviation from the CV curve obtained by resistance heating evaporation can be considered to be due to some damage occurring in the thermal oxide film, as is well known in electron beam evaporation.

第2図154の条件で成膜した試料には最も損
傷が少ないと考えられるが、実際には電子電流が
1アンベアオーダ流入するために、シリコンウエ
ハ上で成膜されたアルミ薄膜に電流が流れ、ジユ
ール発熱が発生し、成膜の終了時点には430℃程
度まで上昇した。この基板温度の上昇のため膜が
白濁する。成膜速度を3300Å以上更に増加させる
と、成膜されたアルミ薄膜が溶融することもあつ
た。
It is thought that the sample formed under the conditions shown in Fig. 2 154 has the least damage, but in reality, an electron current of the order of 1 ambae flows, so a current flows through the aluminum thin film formed on the silicon wafer. Joule heat generation occurred, and the temperature rose to about 430°C at the end of film formation. This rise in substrate temperature causes the film to become cloudy. When the deposition rate was further increased beyond 3300 Å, the deposited aluminum thin film sometimes melted.

以上述べたように、電子流を抑制する方向に基
板バイアスを印加すると、大きな素子損傷をう
け、逆に基板バイアスをある程度印加しなけれ
ば、電子線の流入が大きく、基板の温度上昇が大
であることがわかつた。
As mentioned above, if a substrate bias is applied in a direction that suppresses the electron flow, the device will be seriously damaged, and on the other hand, if a certain amount of substrate bias is not applied, the electron beam will flow in a large amount and the temperature of the substrate will rise significantly. I found out something.

上述したCV曲線の移動はよく知られたように
MOSトランジスタのトランジスタ特性のしきい
値電圧を変動させる。現在超微細素子が次第に製
造され始めているが、工程管理上このようなトラ
ンジスタ特性の変動は、できる限り小さいことが
好しい。また過度な成膜中の基板温度の上昇は成
膜プロセス上好ましいことではない。
As is well known, the movement of the CV curve mentioned above is
Changes the threshold voltage of the transistor characteristics of a MOS transistor. Currently, ultra-fine devices are gradually being manufactured, and it is preferable for process control to keep such fluctuations in transistor characteristics as small as possible. Furthermore, an excessive rise in substrate temperature during film formation is not desirable in terms of the film formation process.

更に具体的に本発明の要点を説明する。第12
図は従来のプレーナマグネトロンスパツタ電極の
磁束発生手段を電磁石とし、そのコイルを2重巻
きにし、そのおのおの通電電流を独立に、任意に
設定できるようにしたものである。各コイルの間
には円環状の軟磁性材料(高透磁率材料)による
新たな第3の磁極を設ける。
The gist of the present invention will be explained more specifically. 12th
The figure shows a conventional planar magnetron sputter electrode in which the magnetic flux generating means is an electromagnet, the coil of which is wound twice, and the energizing current of each can be set independently and arbitrarily. A new third magnetic pole made of an annular soft magnetic material (high magnetic permeability material) is provided between each coil.

内側コイルに電流を通じ、ターゲツト面上10〜
30mmの高さで、ターゲツト平板面に平行な磁界成
分が200ガウス程度となるようにする。この状態
でスパツタガスを導入し、スパツタ電極に負の高
電圧(−600V)を印加すると、プラズマリング
が発生する。この時プラズマリングの発生する位
置はほぼ第3の磁極上になる。
Pass current through the inner coil and place it on the target surface for 10~
At a height of 30 mm, the magnetic field component parallel to the target flat plate surface should be approximately 200 Gauss. When sputtering gas is introduced in this state and a negative high voltage (-600V) is applied to the sputtering electrode, a plasma ring is generated. At this time, the position where the plasma ring is generated is approximately on the third magnetic pole.

更に外側励磁コイルに、内側励磁コイルとは逆
向きに電流を通ずる。外側励磁電流を次第に零か
ら大きくしてゆくと、プリズマリングはその直径
を小さくしてゆく。外側励磁コイルと、内側励磁
コイルとによる起磁力(アンペアターン)の比が
1:2程度になるまで外側励磁コイルの電流を増
加させると、プラズマリングの大きさは外側励磁
電流が零の場合に比し、約1/2の直径となる。
Further, a current is passed through the outer excitation coil in the opposite direction to that of the inner excitation coil. As the outer excitation current is gradually increased from zero, the prism ring becomes smaller in diameter. When the current of the outer excitation coil is increased until the ratio of the magnetomotive force (ampere turns) between the outer excitation coil and the inner excitation coil becomes about 1:2, the size of the plasma ring becomes the same as when the outer excitation current is zero. The diameter is approximately 1/2 that of the previous one.

このようにプラズマリングの発生位置を2重に
巻いたスパツタ電極を構成することで、制御でき
ると、スパツタ電極使用上のメリツトが生ずる。
If the position where the plasma ring is generated can be controlled by configuring the sputter electrode with double wraps in this way, there will be advantages in using the sputter electrode.

すなわち、従来のプレーナマグネトロン型スパ
ツタ電極では、スパツタにより発生するターゲツ
トの消耗領域が細い円環状となり、そのために ターゲツトの一部分しかスパツタされずター
ゲツトの材料利用効率が小である。
That is, in the conventional planar magnetron type sputter electrode, the area of consumption of the target generated by sputtering is a thin annular shape, and therefore only a portion of the target is sputtered, resulting in a low material utilization efficiency of the target.

プラズマリングの発生位置が固定されている
ので、成膜対象基板上に良好な膜厚分布を得る
ためには、成膜対象基板と、ターゲツト平板と
の距離をある程度大としなければならず、この
ためにターゲツトより飛散したスパツタ粒子の
基板での収率が低い。
Since the generation position of the plasma ring is fixed, in order to obtain a good film thickness distribution on the substrate to be deposited, the distance between the substrate to be deposited and the target flat plate must be increased to some extent. Therefore, the yield of spatter particles scattered from the target on the substrate is low.

ターゲツトの消耗が進行し、ターゲツト平板
上の侵食領域に谷が形成されるようになると、
成膜々厚分布特性が劣化する。
As target wear progresses and valleys begin to form in the eroded area on the target plate,
The film thickness distribution characteristics deteriorate.

等の欠点があるが、プラズマリングの位置を移動
させることにより、上記した欠点解決することが
できる。しかしながら外側励磁コイルの電流を増
加させ、プラズマリングをターゲツト平板の中央
部に寄せると、プラズマリングの断面が第14図
に示す1305の如き形となり、プラズマが成膜
対象基板方向に成長する。プラズマリングが第1
4図に示す1305の如く発達した場合には非常
に大きな基板電流が流入する。また基板に流入す
る正負の荷電粒子の数も大きく増大する。したが
つて本発明の要点であるターゲツト平板の面にほ
ぼ垂直に入射する磁場の発生手段を具備したこと
と、基板バイアス印加手段を具備したスパツタ装
置では、上記した2重の電磁極をもつスパツタ電
極の特長を最大限に発揮させることができる。
However, by moving the position of the plasma ring, the above-mentioned drawbacks can be overcome. However, when the current in the outer excitation coil is increased and the plasma ring is brought closer to the center of the target flat plate, the cross section of the plasma ring becomes shaped like 1305 shown in FIG. 14, and the plasma grows toward the substrate on which the film is to be deposited. Plasma ring is the first
When it develops like 1305 shown in FIG. 4, a very large substrate current flows. Furthermore, the number of positively and negatively charged particles flowing into the substrate also increases significantly. Therefore, the gist of the present invention is that the sputtering apparatus is equipped with means for generating a magnetic field that is incident almost perpendicularly to the surface of the target flat plate, and that is equipped with means for applying a substrate bias. The features of the electrode can be maximized.

ところで第7図は本発明の一実施例を示したも
のであり1は円盤状ターゲツト材で、直径200
mm、厚さ6mm、材料として、99.999%のアルミ2
%シリコンを用いている。2は円環状の磁石であ
り、3はターゲツト材の中心に配置された円柱状
の磁石である。2,3の磁石により、ターゲツト
面上(図では下側)には、11の如きトンネル状
の磁界分布が形成される。6は2,3の磁気的結
合手段であり、軟磁性材料で作る。111は本発
明に係わる真空容器102の外側に巻いたコイル
である。101は成膜対象基板、201,202
はそれぞれ基板の電流計と電圧計である。203
は本発明にかかわる基板バイアス印加用低圧電源
である。20はスパツタリングを行うための高圧
定電流源である。
By the way, FIG. 7 shows an embodiment of the present invention, in which 1 is a disk-shaped target material, with a diameter of 200 mm.
mm, thickness 6mm, material: 99.999% aluminum 2
% silicon is used. 2 is an annular magnet, and 3 is a cylindrical magnet placed at the center of the target material. Magnets 2 and 3 form a tunnel-like magnetic field distribution as shown in 11 on the target surface (lower side in the figure). 6 is the magnetic coupling means of 2 and 3 and is made of soft magnetic material. 111 is a coil wound around the outside of the vacuum container 102 according to the present invention. 101 is a substrate to be film-formed, 201, 202
are the ammeter and voltmeter on the board, respectively. 203
is a low voltage power supply for applying substrate bias according to the present invention. 20 is a high voltage constant current source for sputtering.

22はスパツタガスとして用いたアルゴンのボ
ンベ、21はアルゴンガスを導入するための流量
を制御することのできるスパツタガス圧力調整弁
である。24は真空排気用の真空ポンプであり
1000/秒の排気速度をもつものを用いた。23
は真空排気用のバルブである。
22 is an argon cylinder used as sputter gas, and 21 is a sputter gas pressure regulating valve that can control the flow rate for introducing argon gas. 24 is a vacuum pump for vacuum evacuation.
A pump with a pumping speed of 1000/sec was used. 23
is a vacuum exhaust valve.

以下実際に本実施例を用いてスパツタリングに
よる成膜を行つた方法について記す。
The method of actually forming a film by sputtering using this example will be described below.

最初に真空排気手段23,24により真空容器
102を10-7Torr台の高真空に排気した。21
を開け、アルゴンガスを真空槽内が5.4mTorrと
なるよう21により導入した。基板バイアス電源
203をONとし、基板の電位が真空容器102
に対し−40V〜+20Vとなるように203を設定
する。次に電磁石コイル111に、ターゲツトに
垂直な方向の磁場が得られるよう通電し、電磁石
コイルのみで、ターゲツト板1中心附近で約30ガ
ウスの磁場から得られるように、電磁石コイル1
11への通電電流を設定した。
First, the vacuum container 102 was evacuated to a high vacuum of about 10 -7 Torr by the evacuation means 23 and 24 . 21
was opened, and argon gas was introduced through 21 so that the pressure inside the vacuum chamber was 5.4 mTorr. Turn on the substrate bias power supply 203 and set the potential of the substrate to the vacuum chamber 102.
Set 203 so that the voltage is -40V to +20V. Next, the electromagnetic coil 111 is energized so that a magnetic field in the direction perpendicular to the target is obtained, and the electromagnetic coil 111 is energized so that a magnetic field of about 30 Gauss can be obtained near the center of the target plate 1 using only the electromagnetic coil.
11 was set.

スパツタ用高圧定電流源20をONとし、ター
ゲツト板1に、真空容器に対して負の高電圧を印
加し、プラズマをターゲツト上に発生させた。
The high voltage constant current source 20 for sputtering was turned on, and a negative high voltage was applied to the target plate 1 with respect to the vacuum vessel to generate plasma on the target.

シヤツタ30を閉じた状態で、ターゲツトへの
印加電力5KWにて、3分間スパツタリングを行
つたのち、シヤツタ30を開き、成膜対象基板で
あるφ4インチシリコンウエハ101へ成膜を
2.5分間行い、約9000Åの膜厚を行つた。
With the shutter 30 closed, sputtering was performed for 3 minutes with a power of 5KW applied to the target, and then the shutter 30 was opened and a film was deposited on the 4-inch silicon wafer 101, which was the substrate to be deposited.
It was carried out for 2.5 minutes, and a film thickness of about 9000 Å was obtained.

以上の条件下で、基板バイアス電圧Vsと、基
板流入電流Isとの特性を調べたところ、第8図の
曲線801の如き特性を得た。同図中曲線802
は、電磁石111に電流を通じなかつた時の特性
である。曲線801上の4点811,812,8
13,814と曲線802上の点815の状態で
成膜を行い、試料を作製し、成膜後450℃、1時
間水素雰囲気中で熱処理を行つた。これらの試料
から得られたC−V曲線を第9図に示す。曲線9
01,902,903,905は、それぞれ第8
図の基板バイアス条件811,812,813,
814に対応している。また904は第8図中の
815の条件に対応している。第9図の曲線90
6は同一の試料に抵抗加熱蒸着法により成膜を行
つたものから得られたCV曲線である。
When the characteristics of the substrate bias voltage Vs and the substrate inflow current Is were investigated under the above conditions, the characteristics as shown by a curve 801 in FIG. 8 were obtained. Curve 802 in the same figure
is the characteristic when no current is passed through the electromagnet 111. Four points 811, 812, 8 on the curve 801
13,814 and a point 815 on the curve 802 to prepare a sample. After the film formation, heat treatment was performed at 450° C. for 1 hour in a hydrogen atmosphere. The CV curves obtained from these samples are shown in FIG. curve 9
01, 902, 903, 905 are the 8th
Substrate bias conditions 811, 812, 813,
814 compatible. Further, 904 corresponds to the condition 815 in FIG. Curve 90 in Figure 9
6 is a CV curve obtained from a film formed on the same sample by the resistance heating vapor deposition method.

第8図の実験条件、第9図の実験結果から、基
板電位を正とし、且つ電子線の流入量を減じた8
14の条件の905の曲線が抵抗加熱蒸着で得ら
れたCV曲線と一致し荷電粒子の基板への流入で
発生する素子損傷が殆んどないことがわかる。
From the experimental conditions shown in Figure 8 and the experimental results shown in Figure 9, the substrate potential was positive and the amount of electron beam inflow was reduced.
It can be seen that the curve 905 under condition No. 14 coincides with the CV curve obtained by resistance heating vapor deposition, and there is almost no element damage caused by the inflow of charged particles into the substrate.

以上のように本発明の技術的思想は、第8図曲
線802で示された基板電位Vs、電流Is特性を
第7図の真空容器102の外側に設けた電磁石と
いうターゲツト平板に垂直に入射する第2の磁場
を発生させる手段により、トンネル状磁界の頂部
を基板101より遠ざけ、基板101に流入する
電子の量を本質的に減少させることにより、第8
図曲線801の如きものに強制的に変形させ、第
8図点801という従来のスパツタ装置では得ら
れなかつた基板電位Vs、電流Is特性上の点で成
膜を行うことを可能にさせる点にある。
As described above, the technical idea of the present invention is to make the substrate potential Vs and current Is characteristics shown by the curve 802 in FIG. The means for generating the second magnetic field moves the top of the tunneling magnetic field away from the substrate 101, thereby essentially reducing the amount of electrons flowing into the substrate 101.
By forcibly deforming the curve 801 in the figure, it is possible to form a film at a point 801 in the figure 8, which is a point on the characteristics of the substrate potential Vs and current Is that cannot be obtained with conventional sputtering equipment. be.

第10図は本発明の第2の実施例を示したもの
である。第10図の実施例は第7図とは次の点で
異つている。すなわち第7図中の陽極10を、基
板101の高さまでおろし、更に水平に基板の周
辺を囲むようにした点と、この陽極10′を直接
接地することなく、陽極バイアス電圧VAを、陽
極バイアス電源99により印加できるようにした
点と、基板保持機構により基板を直接接地した点
である。
FIG. 10 shows a second embodiment of the invention. The embodiment of FIG. 10 differs from that of FIG. 7 in the following points. In other words, the anode 10 in FIG. 7 is lowered to the height of the substrate 101 and further horizontally surrounds the periphery of the substrate, and the anode bias voltage V A is applied to the anode without directly grounding the anode 10'. The bias voltage can be applied by the bias power supply 99, and the substrate is directly grounded by the substrate holding mechanism.

以上のような第2の実施例に於て、基板101
は接地されているものの、陽極10′の電位を変
化させれば、基板101との電位差を作り出すこ
とができ、この電位差により荷電流子を基板10
1または陽極10′に選択的に流入させることが
でき、本実施例が本質的に第1の実施例と同一で
あることが理解できよう。
In the second embodiment as described above, the substrate 101
Although the anode 10' is grounded, by changing the potential of the anode 10', a potential difference with the substrate 101 can be created.
It will be appreciated that this embodiment is essentially the same as the first embodiment.

更に第10図の陽極10′をいくつかに分割し
た第11図の如き構成でも同様の効果が期待でき
る。この場合には99を取り除き、陽極10′を
接地し、陽極10″に基板バイアス電位を与える
使用方法を考えられる。
Furthermore, similar effects can be expected with a configuration as shown in FIG. 11 in which the anode 10' of FIG. 10 is divided into several parts. In this case, a method of use can be considered in which 99 is removed, the anode 10' is grounded, and a substrate bias potential is applied to the anode 10''.

逆に第10図の陽極10′形状においても陽極
バイアス電源99を除去し、陽極10′を接地
し、基板101に基板バイアス電位を第7図の如
く与える方法もある。
Conversely, even in the anode 10' shape shown in FIG. 10, there is a method in which the anode bias power supply 99 is removed, the anode 10' is grounded, and a substrate bias potential is applied to the substrate 101 as shown in FIG.

第12図は本発明の第3の実施例を示すもので
あり、本発明の最も著しい効果を顕示するもので
ある。
FIG. 12 shows a third embodiment of the present invention, and shows the most remarkable effect of the present invention.

第12図の実施例ではプレーナマグネトロン電
極に同心状に巻かれた2つの電磁石励磁コイル7
1,72をもつたものを使用している。より中心
側の内側コイル72の中心には円柱状の軟磁性材
料で構成された中心磁極3′、内側コイル72
と、より外側の励磁コイル73との間に軟磁性材
料で構成された円環状の磁極2′、外側コイル7
1の外側にはやはり軟磁性材料で構成された円環
状磁極62が配置されている。内側コイル72に
電流を通じ、ターゲツト1面上(図では下側)10
〜30ミリメートルの高さで、ターゲツト1面に平
行な磁界成分が200ガウス程度の強さになるよ
う、この内側コイルの励磁電流を調節する。
In the embodiment shown in FIG. 12, two electromagnetic excitation coils 7 are wound concentrically around a planar magnetron electrode.
I am using one with 1.72. At the center of the inner coil 72 closer to the center, there is a central magnetic pole 3' made of a cylindrical soft magnetic material, and the inner coil 72
An annular magnetic pole 2' made of a soft magnetic material is placed between the outer coil 73 and the outer excitation coil 73.
An annular magnetic pole 62 also made of a soft magnetic material is arranged on the outside of the magnetic pole 1 . A current is passed through the inner coil 72, and the target is placed on one surface (lower side in the figure) 10
Adjust the excitation current of this inner coil so that the magnetic field component parallel to the target plane at a height of ~30 mm has a strength of about 200 Gauss.

この状態で通常の技法によりスパツタリングを
行うと、プラズマリングは円環状磁極2′の半径
上(ターゲツト板1の下方)に発生する。次に側
の励磁コイル71に内側コイル72とは逆向きに
電流を通じる。外側コイル71による起磁力を大
としてゆくと、プラズマリングの半径は縮少を始
め、内、外コイルの起磁力の比が2:1程度とす
ると、プラズマリングの大きさはほぼ中心の磁極
3′の太さ程度までになる。すなわちプラズマリ
ングの大きさを外側コイル電流の大きさを調整す
ることでほぼ任意に変化させることができる。
When sputtering is performed using a conventional technique in this state, a plasma ring is generated on the radius of the annular magnetic pole 2' (below the target plate 1). Next, current is passed through the excitation coil 71 on the side in the opposite direction to that of the inner coil 72. As the magnetomotive force of the outer coil 71 increases, the radius of the plasma ring begins to decrease.If the ratio of the magnetomotive force of the inner and outer coils is about 2:1, the size of the plasma ring will be approximately equal to that of the central magnetic pole 3. ′ thickness. That is, the size of the plasma ring can be changed almost arbitrarily by adjusting the size of the outer coil current.

このような電極では、例えばプラズマリングの
位置を移動させながら成膜を行えば、ターゲツト
材の消耗領域が固定、限定されることなく発生
し、ターゲツト材の利用効率の向上が計れまた良
好な成膜々厚分布を得るように制御することもで
きる等の特長がある。
With such an electrode, for example, if film formation is performed while moving the position of the plasma ring, the area where the target material is consumed is not fixed or limited, which improves the utilization efficiency of the target material and results in good film formation. It has the advantage of being able to be controlled to obtain a film thickness distribution.

第12図に示す電極に於て外側コイルの起磁力
を増減させたときのターゲツト1上(図では下
方)の磁界分布を第13図及び第14図に示す。
第13図及び第14図の横軸1301はターゲツ
ト1上の半径R、縦軸1302はターゲツト1上
の高さである。
FIGS. 13 and 14 show the magnetic field distribution above the target 1 (downward in the figure) when the magnetomotive force of the outer coil is increased or decreased in the electrode shown in FIG. 12.
In FIGS. 13 and 14, the horizontal axis 1301 is the radius R above the target 1, and the vertical axis 1302 is the height above the target 1.

第13図は内外側コイルの起磁力の比が18:
1、第14図は18:10の時のものである。第13
図及び第14図の点線で囲まれた領域1305に
プラズマリングが発生する。
Figure 13 shows that the ratio of the magnetomotive force of the inner and outer coils is 18:
1. Figure 14 is from 18:10. 13th
A plasma ring is generated in a region 1305 surrounded by dotted lines in the figure and FIG.

第14図にみられるように中央部にプラズマリ
ングを収縮させると、プラズマリングの分布は、
ターゲツト面から上方に伸びてゆく。このために
プラズマリング半径が小さい時にはプラズマの荷
電粒子が基板に流入することが考えられる。第1
2図の装置において、ターゲツト面、基板間距離
を70ミリメートル、基板を直接接地し、ターゲツ
ト平板1直径254mmメートル、アルゴン圧力
5.4mTorr、ターゲツト電気入力5KW、電磁石1
11に通電せぬ状態で基板流入電流を求めたの
が、第15図に示す曲線1510である。第15
図の縦軸1501は、基板流入電流Isで、横軸1
502には、プラズマリングの半径Rをとつてあ
る。プラズマリング半径が60ミリメートル以下で
は、ほぼ放電電流に等しい電流々入がある。
When the plasma ring is contracted in the center as shown in Figure 14, the distribution of the plasma ring is
It extends upward from the target surface. For this reason, when the radius of the plasma ring is small, charged particles of the plasma may flow into the substrate. 1st
In the apparatus shown in Figure 2, the distance between the target surface and the substrate is 70 mm, the substrate is directly grounded, the target plate 1 has a diameter of 254 mm, and the argon pressure is
5.4mTorr, target electrical input 5KW, electromagnet 1
A curve 1510 shown in FIG. 15 is a curve 1510 shown in FIG. 15th
The vertical axis 1501 in the figure is the substrate inflow current Is, and the horizontal axis 1
502 indicates the radius R of the plasma ring. When the radius of the plasma ring is less than 60 mm, there is a current input approximately equal to the discharge current.

本発明の特徴である本実施例では真空槽外部に
設けられた電磁石111に電流を通じ、この電磁
石単独でターゲツト面上垂直磁界成分が約40ガウ
スとなるようにすると、プラズマリング半径Rに
対する基板電流特性は第15図中の曲線1520
の如くになる。
In this embodiment, which is a feature of the present invention, a current is passed through the electromagnet 111 provided outside the vacuum chamber, and when this electromagnet alone causes the vertical magnetic field component on the target surface to be approximately 40 Gauss, the substrate current with respect to the plasma ring radius R is The characteristics are curve 1520 in Figure 15.
It will be like this.

基板バイアス電源203をONとし、+10Vの基
板バイアスを与えたときのプラズマリング半径R
対基板電流Isの特性は第15図中の曲線1530
の如くなり、プラズマリングを成膜中に移動させ
ても基板流入電流Isを非常に小さく保つことがで
き、更に正イオンの流入対しても10Vの減速電位
を基板に与えることができ、成膜した試料での損
傷についても、抵抗蒸着膜と同様の良好な特性が
得られた。
Plasma ring radius R when substrate bias power supply 203 is turned on and +10V substrate bias is applied
The characteristics of the current to the substrate Is are curve 1530 in Figure 15.
As a result, even if the plasma ring is moved during film formation, the substrate inflow current Is can be kept very small, and a deceleration potential of 10 V can be applied to the substrate even with the inflow of positive ions, which makes it possible to keep the substrate inflow current Is very small. The same good characteristics as the resistive vapor-deposited film were obtained with regard to damage in the sample.

以上述べた如く本発明によれば、負の荷電粒子
の成膜対象基板への流入による基板の温度上昇を
防止すると共に、正の荷電粒子の成膜対象基板へ
の流入による半導体素子等の損傷の発生を防止す
ることができ、高品質の半導体薄膜集積回路等が
得られる効果を奏する。
As described above, according to the present invention, it is possible to prevent temperature rise of the substrate due to the inflow of negatively charged particles into the substrate to be film-formed, and damage to semiconductor elements, etc. due to the inflow of positively charged particles into the substrate to be film-formed. This has the effect that high quality semiconductor thin film integrated circuits and the like can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は従来のプレーナマグネトロン電極を用
いたスパツタ装置の概略を示す断面図、第2図は
スパツタ装置における基板バイアス電圧−電流特
性を示す図、第3図は第2図の電流成分を説明す
る図、第7図は第2図の基板流入電流の成分を弁
別するための本発明に係る実験装置の断面図、第
5図は第4図の実験結果である基板バイアス電流
特性を示す図、第6図は第5図中に示された実験
条件で得られたMOSキヤパシタのCV曲線を示す
図、第7図は本発明に係わる第1の実施例を示す
図、第8図は第7図の装置における電子流抑止特
性を示した図、第9図は第8図中の実験条件で得
られたMOSキヤパシタのCV曲線を示す図、第1
0図は本発明に係わる第2の実施例を示す断面
図、第11図は本発明に係わる第2の実施例を変
形した例を示す断面図、第12図は本発明に係わ
る第3の実施例を示す断面図、第13図及び第1
4図は第12図の実施例中のスパツタ電極で得ら
れる磁場特性の例を示す図、第15図は第12図
の実施例での基板流入電流とプラズマリング半径
の関係を示す図である。 1……ターゲツト板、2,3……磁石、6……
磁気的結合手段、20……高圧定電流源、23,
24……真空排気手段、30……シヤツタ、7
1,72……電磁石励磁コイル、102……真空
容器、111……コイル、203……低圧電源。
Fig. 1 is a cross-sectional view schematically showing a sputtering device using a conventional planar magnetron electrode, Fig. 2 is a diagram showing the substrate bias voltage-current characteristics in the sputtering device, and Fig. 3 explains the current components in Fig. 2. 7 is a sectional view of an experimental apparatus according to the present invention for discriminating the components of the substrate inflow current shown in FIG. 2, and FIG. 5 is a diagram showing the substrate bias current characteristics as the experimental results shown in FIG. 4. , FIG. 6 is a diagram showing the CV curve of the MOS capacitor obtained under the experimental conditions shown in FIG. 5, FIG. 7 is a diagram showing the first embodiment according to the present invention, and FIG. Figure 7 shows the electron flow suppression characteristics of the device; Figure 9 shows the CV curve of the MOS capacitor obtained under the experimental conditions in Figure 8;
FIG. 0 is a cross-sectional view showing a second embodiment of the present invention, FIG. 11 is a cross-sectional view of a modified example of the second embodiment of the present invention, and FIG. 12 is a cross-sectional view of a third embodiment of the present invention. Cross-sectional view showing the embodiment, Fig. 13 and Fig. 1
FIG. 4 is a diagram showing an example of the magnetic field characteristics obtained with the sputter electrode in the embodiment of FIG. 12, and FIG. 15 is a diagram showing the relationship between substrate inflow current and plasma ring radius in the embodiment of FIG. 12. . 1... Target board, 2, 3... Magnet, 6...
Magnetic coupling means, 20...high voltage constant current source, 23,
24...Evacuation means, 30...Shutter, 7
1, 72...Electromagnetic excitation coil, 102...Vacuum container, 111...Coil, 203...Low voltage power supply.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 真空雰囲気を維持するための真空槽と、該真
空槽内に真空雰囲気を作製するための真空排気手
段と、スパツタリングガスを導入して任意の圧力
に設定するガス導入手段と、ターゲツトの中心に
設けられた第1の磁極体とその周辺に設けられた
環状の第2の磁極体とを設置し、これら磁極体の
後端に板状体を配置して磁気的に接続し、これら
磁極体の先端に配置したターゲツト板上に環状の
トンネル状の磁束を発生させる磁束発生手段を有
するプレーナマグネトロン型スパツタリング電極
と、該スパツタリング電極により成膜を行う成膜
対象基板を上記スパツタリング電極に適当な距離
をおいて対向するように保持する基板保持手段
と、該基板保持手段に正の電位を付与する電位付
与手段と、上記ターゲツト板の面に垂直な磁界を
発生させて上記トンネル状の磁束の頂部を上記成
膜対象基板から離す磁界発生手段とを具備し、上
記電位附与手段、及び磁界発生手段によつて成膜
対象基板上へのスパツタリングによる成膜中に、
成膜対象基板へ流入する荷電粒子の量を抑制する
ことを特徴とするプレーナマグネトロンスパツタ
装置。 2 真空雰囲気を維持するための真空槽と、該真
空槽内に真空雰囲気を作製するための真空排気手
段と、スパツタリングガスを導入して任意の圧力
に設定するガス導入手段と、ターゲツトの中心に
設けられた第1の磁極体とその周辺に設けられた
環状の第2の磁極体とを設置し、これら磁極体の
後端に板状体を配置して磁気的に接続し、これら
磁極体の先端に配置したターゲツト板上に環状の
トンネル状の磁束を発生させる磁束発生手段を有
するプレーナマグネトロン型スパツタリング電極
と、該、スパツタリング電極により成膜を行う成
膜対象基板を上記スパツタリング電極に適当な距
離をおいて対向するように保持する基板保持手段
と、上記ターゲツト平板の周辺部から成膜対象基
板の周辺部までの空間を囲むように設置された筒
状の金属部材と、この金属部材に電位を附与する
電位附与手段と、上記ターゲツト平板の面に垂直
な磁界を発生させて上記トンネル状の磁束の頂部
を上記成膜対象基板から離す磁界発生手段とを具
備し、上記電位附与手段、及び磁界発生手段によ
つて成膜対象基板上へのスパツタリングによる成
膜中に、成膜対象基板へ流入する荷電粒子の量を
抑制することを特徴とするプレーナマグネトロン
スパツタ装置。
[Claims] 1. A vacuum chamber for maintaining a vacuum atmosphere, a vacuum evacuation means for creating a vacuum atmosphere in the vacuum chamber, and a gas for introducing sputtering gas to set an arbitrary pressure. An introduction means, a first magnetic pole body provided at the center of the target and an annular second magnetic pole body provided around the target are installed, and a plate-like body is placed at the rear end of these magnetic pole bodies to generate magnetism. A planar magnetron type sputtering electrode having a magnetic flux generating means that is connected to the target plate and generates an annular tunnel-shaped magnetic flux on a target plate disposed at the tips of these magnetic pole bodies, and a substrate to be film-formed on which a film is formed using the sputtering electrode. a substrate holding means for holding the sputtering electrode so as to face the sputtering electrode at an appropriate distance; a potential applying means for applying a positive potential to the substrate holding means; and a potential applying means for generating a magnetic field perpendicular to the surface of the target plate. and a magnetic field generating means for separating the top of the tunnel-shaped magnetic flux from the substrate to be film-formed, and during film formation by sputtering on the substrate to be film-formed by the potential imparting means and the magnetic field generating means. ,
A planar magnetron sputtering device characterized by suppressing the amount of charged particles flowing into a substrate to be film-formed. 2. A vacuum chamber for maintaining a vacuum atmosphere, a vacuum evacuation means for creating a vacuum atmosphere in the vacuum chamber, a gas introduction means for introducing sputtering gas and setting it to an arbitrary pressure, and a A first magnetic pole body provided at the center and an annular second magnetic pole body provided around it are installed, and a plate-shaped body is placed at the rear end of these magnetic pole bodies to magnetically connect them. A planar magnetron type sputtering electrode having a magnetic flux generating means for generating an annular tunnel-shaped magnetic flux on a target plate disposed at the tip of a magnetic pole body, and a substrate to be deposited on which a film is to be formed by the sputtering electrode are attached to the sputtering electrode. a cylindrical metal member installed to surround a space from the periphery of the target flat plate to the periphery of the substrate to be film-formed; The method further comprises: a potential applying means for applying a potential to a member; and a magnetic field generating means for generating a magnetic field perpendicular to the surface of the target flat plate to separate the top of the tunnel-shaped magnetic flux from the substrate to be film-formed; A planar magnetron sputtering apparatus characterized by suppressing the amount of charged particles flowing into a substrate to be film-formed during film formation by sputtering on the substrate to be film-formed by using a potential imparting means and a magnetic field generating means. .
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