(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板支持体が設けられている反応室内において、ある処理時間中に減圧下にターゲット板にガス放電からイオン衝撃を加えることにより、前記ターゲット板から物質を脱離させ、この際に前記基板支持体の近くの反応室構成部品の表面上に堆積する物質の接着性を一層良好にする手段を講ずることにより、前記基板上に層を設けるに当り、
前記堆積する物質に一層良好な接着性を付与する手段として、前記反応室構成部品の表面に前記ガス放電からイオン衝撃を加え、該イオン衝撃を加えられた反応室構成部品の表面を、前記基板上への前記層の堆積の開始まで真空に曝し続けることを特徴とする基板上に層を設ける方法。
【請求項２】
反応室構成部品の表面に対するイオン衝撃を、この表面にガス放電からのイオンが引き付けられるような電位を付与することにより達成することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記物質がタングステンまたはタングステン合金であることを特徴とする請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
前記反応室構成部品にイオン衝撃を加えている間前記支持体に支持されている基板を遮蔽することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つの項に記載の方法。
【請求項５】
反応室を具え、該反応室はガス放電発生手段、ターゲット板支持体、および基板支持体を具える、基板上に層を設けるためのスパッタリング装置において、
前記基板上への前記層の堆積の開始前に前記基板支持体の近くの反応室構成部品の表面にガス放電からイオン衝撃を加える手段と、
前記イオン衝撃を加えられた反応室構成部品の表面を、前記基板上への前記層の堆積の開始まで真空に曝し続ける手段と
を具えることを特徴とするスパッタリング装置。
【請求項６】
前記反応室構成部品の表面にイオン衝撃を加える手段が、ガス放電からのイオンを引き付けるような電位を、前記反応室構成部品の表面に付与するための電気結線を具えることを特徴とする請求項５記載のスパッタリング装置。
【請求項７】
前記基板支持体の前面に、前記基板を遮蔽することができる閉鎖部材が設けられている請求項５または６記載のスパッタリング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、基板支持体が設けられている反応室内において、ある処理時間中に減圧下にターゲット板にガス放電からイオン衝撃を加えることにより、前記ターゲット板から物質を脱離させ、この際に前記基板支持体の近くの反応室構成部品の表面上に堆積する物質の接着性を一層良好にする手段を講ずることにより、前記基板上に層を設ける方法に関するものである。また、本発明はこのような方法を実施するのに使用するスパッタリング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
このような方法は、金属層が設けられている（すなわち、スパッタリングされている）ことの多い半導体デバイスの製造に特に適しており、前記金属層はパターン化され、半導体デバイスが完成した後に導体として作用する。半導体デバイス（ＶＬＳＩ回路）の充填密度は絶えず増大してきたので、高品質要件がこのような金属層に課せられている。
【０００３】
スパッタリング中に、スパッタリングされた物質の一部分が半導体スライスの表面に到達できず、半導体スライスの近くの反応室構成部品の表面上、普通壁、スクリーン、制御電極、または閉鎖部材の上に堆積するのを回避することは不可能である。普通、このスパッタリングされた物質は接着性が不良であるので、この物質が粒子の形態で前記表面から脱離して半導体スライスを汚染する危険がある。このような粒子は金属層を妨害するので、この方法で製造した半導体デバイスは正しく作用しないことがある。従って、半導体スライスのこのような汚染を防止する手段を講じる必要があるのが普通である。
【０００４】
冒頭に記載した方法は特願昭63-162861 号から既知であり、この特許出願の方法では半導体スライスの近くの反応室壁の表面を粗面にしてここに堆積した物質に一層良好な接着性を与えている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述の既知方法は、実際に余りにも多数の粒子が半導体基板に到達するという欠点がある。他の欠点は、反応室構成部品を粗面にすると平滑な反応室構成部品の場合より表面積が大きくなることである。このような大きい表面は一層多量の不純物を吸収および脱離することができるので、スパッタリング処理に必要な減圧の達成および維持が容易でない。
本発明はなかんずく従来方法における上述の欠点を解決することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、前記堆積する物質に一層良好な接着性を付与する手段として、前記反応室構成部品の表面に前記ガス放電からイオン衝撃を加え、該イオン衝撃を加えられた反応室構成部品の表面を、前記基板上への前記層の堆積の開始まで真空に曝し続けることを特徴とする基板上に層を設ける方法によって、上述の目的を達成する。
【０００７】
本発明においては、基板支持体の近くの反応室構成部品にイオン衝撃を加えた場合に、この構成部品に到達するターゲット板からの物質が極めて良好な接着性を有することを見い出した。接着性が良好になるので、粒子は反応室構成部品から脱離しなくなる。これはいわゆるイオンめっきプロセスによってイオンが強い接着性を付与するからであり、このプロセスによりイオンは数原子の層の深さまで表面に侵入する。反応室構成部品を粗面にする必要がないので、減圧の達成および維持に関する問題が消滅する。実際に、全スパッタリング処理にわたって反応室構成部品にイオン衝撃を加えることは不必要になるのが普通である。
【０００８】
反応室構成部品の表面に、例えばスパッタリング処理の中断後に、あるいはターゲット板の交換中に反応室圧力が一時的に一層高い圧力になった後に、しばらくの間イオン衝撃を加えれば十分である。このような中断期間に基板表面が汚染され、その結果ターゲット板からの物質はもはや満足には接着しなくなると思われる。スパッタリング処理と同時にイオン衝撃を加えることにより良好な接着性を有する物質の層が反応室構成部品に固着する。この層は清浄な表面を有し、イオン衝撃を停止した後でもターゲット板からの物質はこの清浄な表面に対して良好な接着性を有する。イオン衝撃後に反応室構成部品の汚染が起こらないことが保証される場合には、半導体スライスが存在していない場合にも反応室構成部品に対してイオン衝撃を加えることができる。
【０００９】
本発明方法においては、反応室構成部品の表面に対するイオン衝撃を、この表面にガス放電からのイオンが引き付けられるような電位を付与することにより達成するのが好ましい。このようにして、極めて簡単にイオンを反応室構成部品の表面に送ることができる。電位の値はイオンが数原子の層の深さまで表面に侵入するように選定する。普通 500〜1000Ｖの電位がこのために十分な電位である。
【００１０】
半導体デバイスを製造する際の、反応室構成部品に対する接着性不良を伴う問題は、特にタングステン層またはタングステン合金層を設ける場合に起こる。従って、本発明方法においては、ターゲット板を構成する物質がタングステンまたはタングステン合金であるのが好ましい。
【００１１】
半導体スライスが支持体に支持されており、かつ反応室構成部品の表面にイオン衝撃を加えた場合には、これらのイオンの一部分は半導体スライスに衝突し、ここに放射損害を起すことがある。さらに、ターゲット板を構成する物質は反応室構成部品にスパッタリングされ、半導体スライスを汚染することがある。従って、反応室構成部品にイオン衝撃を加えている間、支持体に支持されている基板を遮蔽するのが好ましい。
【００１２】
また、本発明は、反応室を具え、該反応室はガス放電発生手段、ターゲット板支持体、および基板支持体を具える、基板上に層を設けるためのスパッタリング装置に関するものである。本発明装置は、前記基板支持体の近くの反応室構成部品の表面にガス放電からイオン衝撃を加える手段と、前記イオン衝撃を加えられた反応室構成部品の表面を、前記基板上への前記層の堆積の開始まで真空に曝し続ける手段とを具えることを特徴とするスパッタリング装置である。本発明のスパッタリング装置を使用して半導体デバイスを製造することができる。このスパッタリング装置においては、処理時間の少なくとも一部分の間に、反応室構成部品の表面にイオン衝撃を加えることができる。このようにして、ターゲット板から脱離した物質が半導体スライスに到達するのを防止することができる。イオンは電界または磁界によって反応室構成部品の方向に向きを変えることができる。
【００１３】
本発明装置の追加の利点は、前記反応室構成部品の表面にイオン衝撃を加える手段が、ガス放電からのイオンを引き付けるような電位を、前記反応室構成部品の表面に付与するための電気結線を具える場合に得られる。このような電気結線を具えている場合には、ガス放電からのイオンを引き付けるような電位を反応室構成部品の表面に容易に与えることができ、良好な接着性を有する層が得られる。
【００１４】
本発明装置の追加の利点は、前記基板支持体の前面に、前記基板を遮蔽することができる閉鎖部材が設けられている場合に得られる。反応室構成部品がイオン衝撃を受けている間半導体スライスが存在している場合には、このような閉鎖部材を半導体スライスに対する遮蔽部材として使用することができるので、半導体スライスの近くの反応室構成部品の表面がイオン衝撃を受けている間半導体スライスに衝突するイオンによって起こる放射損傷を防止することができる。
【００１５】
【実施例】
次に本発明を図面を参照して実施例について詳細に説明する。
図１は半導体基板１の上に層を設ける装置を示す。この装置は反応室２を具え、反応室２はガス放電４を発生する手段３、ターゲット板６を支持する支持体５および半導体基板１を支持する支持体７を具える。ガス放電４を発生する手段３は、例えば、ガス放電４に必要な電力を送給する電源ユニット３である。ターゲット板６は電源ユニット３の電力を伝達するための第１電極として作用し、半導体スライス１は電源ユニット３の電流を伝達するための第２電極として作用する。反応室２内において、ある処理時間中に減圧下にターゲット板６にガス放電４からイオン衝撃を加えることにより、ターゲット板６から物質が脱離し、次いでこの物質が半導体基板１の上に堆積する。
【００１６】
このような本発明装置および方法は、エッチングおよびパターン化の後に半導体デバイスにおいて導電パターンとして作用する金属層を半導体基板上に設けるのに特に適している。しかし、物質８の一部は半導体スライス１に近い反応室２の構成部品上にも堆積する。このような反応室の構成部品は例えばスクリーン９であり、スクリーン９は反応室の壁の汚染を防止し、またターゲット板支持体５およびターゲット板６の後方への飛散を防止する作用をするが、上述の反応室の構成部品は反応室の壁10、閉鎖部材11、補助電極（図示せず）あるいは同様な部材から形成することもできる。実際に、例えば反応室２を開放した後に、スクリーン９の表面に到達する物質８は接着性が不良であると思われ、この物質は粒子の形態でスクリーン９の表面から脱離することがあり、従って半導体スライス１を汚染することがある。反応室を開放している間スクリーン９の表面が汚染されるので、物質８は接着性が不良であると思われる。
【００１７】
本発明装置においては、スクリーン９の表面にガス放電４からイオン衝撃を加える手段をスパッタリング装置に設ける。処理時間の少なくとも一部分の期間にスクリーン９の表面にガス放電４からイオン衝撃を加えた場合には、物質８がスクリーン９の表面に対して極めて良好な接着性を有するようにすることができる。スクリーン９の表面にイオン衝撃を加えた後に、スクリーン９の表面に清浄で接着性の良好な層が形成される。スパッタリング処理を継続した場合には、この層に到達する物質もこの層に対して良好な接着性を有しているので、脱離して半導体スライスに到達することのある粒子の発生が防止される。勿論のことであるが、半導体スライスを装入する間に反応室構成部品の表面の新たな汚染が起こらない場合には、半導体スライスを存在させても、半導体スライスの支持体７の近くの反応室構成部品に対するターゲット板６からの物質８の接着性を良好にする必要はない。半導体スライス１の装入は、例えば、半導体スライス１をロードロック(load lock)(図示せず) によって導入することにより達成することができる。本発明装置においては、反応室構成部品の表面にイオン衝撃を加える手段は、ガス放電４からのイオンが引き付けられるような電位を反応室構成部品の表面に与えるための電気結線12を具える。従って、ガス放電４からのイオンは反応室構成部品の表面に向けて簡単に引き付けられる。
【００１８】
半導体スライス１の支持体７の近くの反応室構成部品がイオン衝撃を受けている間、半導体スライスが支持体７に支持されて存在している場合には、これらのイオンの一部は半導体スライス１に衝突し、ここに放射損傷を生じさせることがある。従って、本発明装置においては、スパッタリング装置は半導体スライス１の前面に閉鎖部材11を具え、これにより半導体スライス１を遮蔽することができる。従って、支持体７に支持されて存在している半導体スライス１は、反応室構成部品９がイオン衝撃を受けている間遮蔽されている。放射損傷はこのようにして防止される。
【００１９】
実際に、反応室２は排出口13を経て真空ポンプ14によって減圧に維持される。アルゴンガスを入口15から圧力約５×10−７トル(mmHg)の反応室２内に導入する。電源ユニット３は、第１電極として作用するターゲット板６と、第２電極として作用する直径約15cmの半導体スライス１との間に、電界を生じさせる。ガスは電界と相互作用してガス放電４を生じさせる。ターゲット板６は半導体スライス１の上に層を設けようとする物質８から構成されている。この物質８はなかんずく白金、チタン、窒化チタンまたはアルミニウムのような金属を含有することができるが、この代わりにタングステンまたはタングステン合金も使用することができる。
【００２０】
スパッタリング処理中に、反応室を５×10−７トル(mmHg)の圧力まで排気し、その後にアルゴンガスを導入して５×10−３トル(mmHg)の圧力を達成する。支持体５およびターゲット板６には電源ユニット３によって−500 Ｖ（電力５kw) の電位を与えるが、支持体７および半導体スライス１は大地電位にする。アルゴンイオンはターゲット板６によって引き付けられ、ターゲット板６からタングステン原子８を脱離させ、次いでタングステン原子８は半導体スライス１の上に堆積するが、一部分は半導体スライス１の近くの反応室構成部品、例えば、スクリーン９の上にも堆積する。反応室２の開放後に、例えば、タングステン原子８はスクリーン９に対する接着性が不良である。接着性不良のタングステン原子８は粒子の形態でスクリーン９の表面から脱離して半導体スライス１を汚染することがある。従って、本発明においては、スクリーン９の表面に汚染が生じる可能性が生じた後に、短期間、例えば約１分の間、スクリーン９に−1000Ｖの電位を与えて、ガス放電４からのアルゴンイオンをスクリーン９の方に引き付ける。この期間中半導体スライス１は存在していないのが好ましい。
【００２１】
アルゴンイオンは確実にタングステン原子８をスクリーン９に極めて良好に接着させるので、半導体スライス１を汚染することのある固着していないタングステン粒子の生成が防止される。この後に、ターゲット板６を−500 Ｖ（電力５kw）にし、この間に閉鎖部材11および半導体スライス１の支持体７を大地電位にすることにより、約１分間予備スパッタリングを行う。次いで、ガス放電を中断し、次いで真空を中断せずにいわゆるロードロックを経て半導体スライス１を反応室２に導入し、支持体上に位置させる。半導体スライス１を閉鎖部材11によって遮蔽し、予備スパッタリングを１〜２秒間行う。予備スパッタリングの後に、閉鎖部材11を回転させて遠ざけると、例えば１分の間に、厚さ100nm のタングステン層が半導体スライス１の上に設けられる。次いで、このタングステン層を通常のエッチング技術によってパターン化することができるので、このタングステン層を例えば半導体デバイスにおける導体層として使用することができる。
【００２２】
反応室構成部品から流れてくる粒子によって汚染されていない金属層は、上述の方法によって得られる。
本発明を半導体基板上に層を設ける場合について説明した。本発明はこの場合に特に適しているが、このような基板に限定されるものではない。本発明の方法および装置は高度の品質要件を満たす必要がある層を他の基板に設ける場合にも有用である。その例は、液晶表示テレビジョンスクリーン（ＬＶ−ＴＶ）を製造する際のような、ガラス上に金属層を設ける場合である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明方法により金属層をスパッタリングする装置の一例の断面図である。
【符号の説明】
１  基板（半導体スライス）
２  反応室
３  ガス放電発生手段（電源ユニット）
４  ガス放電
５  ターゲット板支持体
６  ターゲット板
７  基板支持体（スライス支持体）
８  ターゲット板からの物質（堆積する物質、タングステン原子）
９  遮蔽部材（反応室構成部品）
10  反応室の壁
11  閉鎖部材
12  電気結線
13  排出口
14  真空ポンプ
15  入口
【図１】
0003659653.tif 000002