JP2000188265A - Sputtering device and method - Google Patents
Sputtering device and methodInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体の配線膜形
成工程等で用いられるマグネトロンスパッタリング装置
および本装置を用いた成膜方法、さらに本発明の装置ま
たは方法を用いて製造される半導体集積回路などの電子
デバイスに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetron sputtering apparatus used in a process of forming a wiring film of a semiconductor, a film forming method using the apparatus, and a semiconductor integrated circuit manufactured using the apparatus or the method of the present invention. For electronic devices such as.
【０００２】[0002]
【従来の技術】プラズマスパッタリング技術は、低圧の
雰囲気ガスをグロー放電を起こしてイオン化（プラズマ
状）し、陰陽電極間に印加された高電圧により上記プラ
ズマ状のイオンを加速し、陰極におかれたターゲット材
料に衝突させ、上記衝突したイオンにより飛び出させた
ターゲット材料の構成原子または粒子を、陽極近傍に設
けた基板上に付着堆積して、ターゲット材料の薄膜を形
成する技術である。この場合、グロー放電によって発生
したイオンを空間内に高密度に閉じ込め、これをターゲ
ット材料平板上に有効に運び込むことが、堆積速度を改
善し、電子による基板の損傷を低減する上で重要となっ
ている。2. Description of the Related Art In a plasma sputtering technique, a low-pressure atmosphere gas is ionized (plasma-like) by causing a glow discharge, and the plasma-like ions are accelerated by a high voltage applied between a negative electrode and a positive electrode. This is a technique of forming a thin film of the target material by adhering and depositing constituent atoms or particles of the target material ejected by the collision ions onto a substrate provided near the anode. In this case, it is important to confine the ions generated by the glow discharge in the space at a high density and effectively transport them to the target material flat plate in order to improve the deposition rate and reduce damage to the substrate by electrons. ing.
【０００３】上述のような装置として、特にプレーナー
マグネトロン方式スパッタリング装置は、薄膜集積回路
や半導体デバイス用の薄膜形成装置として、量産用成膜
工程に多用されてきた。[0003] As the above-mentioned apparatus, in particular, a planar magnetron type sputtering apparatus has been frequently used in a film forming process for mass production as a thin film forming apparatus for a thin film integrated circuit or a semiconductor device.
【０００４】図１は従来例によるプレーナーマグネトロ
ン方式スパッタリング装置の模式図である。１０１は真
空槽で、その中には成膜させたい物質のターゲット１０
２がターゲット電極１０３に装着され、ターゲット１０
２に対向して成膜対象基板１０４が基板載置台１０５に
載置される。ターゲット電極１０３の裏面にはグロー放
電により発生したイオンを空間領域に高密度に閉じ込め
るための磁気回路１０６が設けられている。通常、エロ
ージョンを均一化するために磁気回路１０６はターゲッ
ト１０２の中心から偏心して配置され、ターゲット１０
２の中心を軸に回転可能になっている。また、スパッタ
電極１０３にはスパッタ電源１０７より負電圧が印加さ
れ、これによって放電を起こさせるようになっている。
ここで、１０８は排気手段、１０９は放電ガス導入手
段、１１０は反応性スパッタを行う場合に必要な反応ガ
スの導入手段である。また、処理室内壁にスパッタ膜の
付着を避けるための防着シールド板１１１がターゲット
と基板間の間の空間と処理室内壁を仕切るために設けて
ある。FIG. 1 is a schematic view of a conventional planar magnetron type sputtering apparatus. Reference numeral 101 denotes a vacuum chamber in which a target 10 of a substance to be formed is formed.
2 is attached to the target electrode 103 and the target 10
The substrate 104 on which the film is to be formed is placed on the substrate mounting table 105 so as to face the substrate 2. On the back surface of the target electrode 103, a magnetic circuit 106 for confining ions generated by the glow discharge in a space region at a high density is provided. Normally, the magnetic circuit 106 is disposed eccentrically from the center of the target 102 to make the erosion uniform,
2 is rotatable around the center. Further, a negative voltage is applied to the sputter electrode 103 from a sputter power source 107, thereby causing a discharge.
Here, 108 is an exhaust unit, 109 is a discharge gas introducing unit, and 110 is a reactive gas introducing unit necessary for performing reactive sputtering. In addition, a deposition shield plate 111 for preventing the sputter film from adhering to the inner wall of the processing chamber is provided to separate the space between the target and the substrate from the inner wall of the processing chamber.
【０００５】通常のスパッタリング装置では、ターゲッ
ト１０２と基板１０４間の間隔（Ｔ／Ｓ距離）は３０〜
６０ｍｍ程度、放電ガス圧は０．２〜１Ｐａ程度とされ
る。しかし近年では、半導体デバイスの微細化に伴って
製造工程で高アスペクト比の微細なコンタクトホール、
またはビアホールに配線金属を埋め込む技術が要求され
る。このような場合、前記した通常の構成のスパッタリ
ング方法ではターゲット表面から垂直に叩き出された粒
子だけでなく、斜めに叩き出された粒子も多く基板に到
達するため、上記微細ホール内部に埋め込まれる前に開
口部をふさいでしまうような堆積（オーバーハング）が
おきる。In an ordinary sputtering apparatus, the distance (T / S distance) between the target 102 and the substrate 104 is 30 to
The discharge gas pressure is about 0.2 mm to about 1 Pa. However, in recent years, with the miniaturization of semiconductor devices, fine contact holes with a high aspect ratio
Alternatively, a technique for embedding a wiring metal in a via hole is required. In such a case, in the sputtering method having the above-described normal configuration, not only particles that are vertically driven out from the target surface but also many particles that are driven out obliquely reach the substrate, so that they are embedded in the fine holes. Deposition (overhang) that blocks the opening beforehand occurs.
【０００６】上記オーバーハング現象を避けて微細ホー
ルを埋め込むスパッタ技術の一つとして特開平６−２２
０６２７もしくは特開平８−２６４４４７で開示されて
いる方法によれば、基板とターゲットの間隔を大きくと
ることでターゲット表面から斜めに叩き出されたスパッ
タ粒子の基板上への被着を阻み、ターゲット表面から垂
直に叩き出された粒子のみを堆積させることが可能とな
り、微細ホールを埋め込むことができる。ただしスパッ
タ粒子は、その飛行過程で放電ガス粒子と衝突すると飛
行方向が変わってしまうので、放電ガスとスパッタ粒子
の衝突確率を極力小さくするために、プラズマ発生を
０．２Ｐａ以下の雰囲気で行う必要がある。Japanese Patent Laid-Open No. 6-22 / 1994 discloses one of the sputtering techniques for filling fine holes while avoiding the overhang phenomenon.
According to the method disclosed in Japanese Patent No. 0627 or JP-A-8-26447, the distance between the substrate and the target is increased to prevent the sputtered particles slantingly hit from the target surface from adhering to the substrate. It is possible to deposit only the particles that have been hammered vertically from the substrate, and it is possible to embed fine holes. However, if the sputtered particles collide with the discharge gas particles during the flight process, the flight direction changes, so in order to minimize the probability of collision between the discharge gas and the sputtered particles, it is necessary to generate plasma in an atmosphere of 0.2 Pa or less. There is.
【０００７】ところが、上記ターゲットと基板間の距離
を大きく離し、なおかつ０．２Ｐａ以下の低圧で行うス
パッタ方法においては、通常の０．２Ｐａ以上の圧力下
でなされるマグネトロンスパッタの磁場分布では放電ガ
ス分子のイオン化が困難となり、プラズマ状態を維持さ
せることができず、新たに磁気回路を改善する必要があ
る。However, in the sputtering method in which the distance between the target and the substrate is greatly increased and the pressure is set to a low pressure of 0.2 Pa or less, the discharge gas is not included in the magnetic field distribution of the magnetron sputtering normally performed at a pressure of 0.2 Pa or more. Molecule ionization becomes difficult, the plasma state cannot be maintained, and a new magnetic circuit needs to be improved.
【０００８】特開平９−４１１３７で開示された１０-2
Ｐａ台でプラズマ放電維持を可能とする磁気回路によれ
ば、ターゲット表面における垂直磁場強度が０となる位
置での水平磁場強度が１４０ガウス以上、しかも水平磁
場強度が０となる位置での垂直磁場強度が６０ガウス以
上となるような磁場分布を形成する必要があるとされて
いる。さらに特開平９−４１１３６で開示された方法に
よれば、磁気回路が形成する磁場分布のうち水平磁場強
度が０となる位置がターゲットの外径よりも内側である
必要があるとされている。[0008] disclosed in JP-A-9-41137 10-2
According to the magnetic circuit capable of maintaining the plasma discharge in the Pa range, the horizontal magnetic field intensity at the position where the vertical magnetic field intensity is 0 on the target surface is 140 gauss or more, and the vertical magnetic field at the position where the horizontal magnetic field intensity is 0 It is said that it is necessary to form a magnetic field distribution having an intensity of 60 Gauss or more. Further, according to the method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-41136, the position where the horizontal magnetic field intensity becomes 0 in the magnetic field distribution formed by the magnetic circuit needs to be inside the outer diameter of the target.
【０００９】すなわち上記２件の従来技術に従えば、
０．２Ｐａ以下の低圧スパッタでは、通常のスパッタで
用いられる磁場分布では放電ガス分子と電子との衝突が
不十分となり、放電ガスのイオン化に十分な電子を捕捉
させるためには０．２Ｐａ以上で行われる通常スパッタ
時の磁場よりも強磁場でかつプラズマリング径を小さく
する必要があることを示している。That is, according to the above two prior arts,
In low-pressure sputtering of 0.2 Pa or less, the collision between the discharge gas molecules and the electrons becomes insufficient with the magnetic field distribution used in normal sputtering, and in order to capture enough electrons for ionization of the discharge gas, the pressure is 0.2 Pa or more. This indicates that it is necessary to use a stronger magnetic field than the magnetic field during normal sputtering and to reduce the plasma ring diameter.
【００１０】図２に０．２Ｐａ以上の放電ガス圧で行わ
れる通常のマグネトロンスパッタで用いられる磁場分布
のイメージを示す。これに対し図３にターゲットと基板
間距離を大きくして０．２Ｐａ以下で放電をさせるため
に必要な磁場分布のイメージを示す。両図とも、磁力線
は磁気回路中央付近からターゲット前面の空間に曲線を
描いて磁気回路の端部に戻るが、通常のスパッタに使用
される磁場分布（図２）の形状と比較して、図３の例で
はその描く円弧が基板方向に大きく張り出ている。FIG. 2 shows an image of a magnetic field distribution used in ordinary magnetron sputtering performed at a discharge gas pressure of 0.2 Pa or more. On the other hand, FIG. 3 shows an image of a magnetic field distribution necessary for increasing the distance between the target and the substrate to discharge at 0.2 Pa or less. In both figures, the magnetic field lines draw a curve from the vicinity of the center of the magnetic circuit to the space in front of the target and return to the end of the magnetic circuit, but compared with the shape of the magnetic field distribution (FIG. 2) used for normal sputtering. In the example of No. 3, the drawn arc largely extends in the direction of the substrate.
【００１１】ところが、上記低圧のスパッタ装置では、
改善された磁気回路によってプラズマを生成させること
はできても、場合によって基板もしくは基板周辺にある
防着シールド板のある領域の表面構成材料に溶融箇所が
発生することがわかった。また、このような溶融は、上
記溶融部位への流入電流密度が大きいため、そのジュー
ル熱によって引き起こされていることがわかった。However, in the low-pressure sputtering apparatus,
It has been found that, although plasma can be generated by the improved magnetic circuit, in some cases, a melting point is generated in the surface constituent material of the substrate or an area of the shield plate around the substrate. Further, it has been found that such melting is caused by Joule heat because the current density flowing into the above-mentioned melting portion is large.
【００１２】このような溶融現象の発生は、半導体デバ
イス製造での不良発生の原因となる。たとえ上記溶融が
基板以外の周辺部で生じたとしても、異物の発塵等を引
き起こし、間接的に不良をもたらすことになり、半導体
デバイスの生産歩留まりを落とす原因となる。The occurrence of such a melting phenomenon causes defects in the manufacture of semiconductor devices. Even if the above-mentioned melting occurs in a peripheral portion other than the substrate, it causes dust and the like of foreign matter, indirectly causes a defect, and lowers the production yield of semiconductor devices.
【００１３】[0013]
【発明が解決しようとする課題】上記溶融や過昇温が発
生する現象は、放電ガスのイオン化で発生される電子お
よびターゲット面から発生する二次電子と放電ガス粒子
との衝突確率が、通常のスパッタ装置に比較して小さ
く、上記電子がイオン化に寄与せずに基板まで到達しや
すいことに起因する。また、低圧でプラズマを生成する
ために、図３に示したように通常のスパッタより強磁場
を使用しているが、閉じ込め磁場が強いほど基板や周辺
治具への流入電流密度が増すことがわかっている。これ
はターゲットから叩き出される二次電子が増え、低圧の
ため電子の平均自由行程も長いので放電ガスに衝突せ
ず、エネルギを失わずにプラズマ領域から逃れて基板方
向に向かった磁力線に巻きつきながら基板へ到達する電
子の数が増すためと考えられる。The above-mentioned phenomena of melting and overheating occur when the probability of collision between the discharge gas particles and the electrons generated by ionization of the discharge gas and the secondary electrons generated from the target surface increases. This is because the electrons easily reach the substrate without contributing to ionization. Also, in order to generate plasma at a low pressure, a stronger magnetic field is used than normal sputtering, as shown in FIG. 3, but the stronger the confinement magnetic field, the higher the current density flowing into the substrate and surrounding jigs. know. This is because the number of secondary electrons bombarded by the target increases and the mean free path of the electrons is long due to the low pressure, so it does not collide with the discharge gas and escapes from the plasma region without losing energy and wraps around the magnetic field line heading toward the substrate This is probably because the number of electrons reaching the substrate increases.
【００１４】実際の不具合発生の形態としてはターゲッ
トと基板間の空間を取り囲む防着シールド板の側壁には
特に変化はなく、ターゲット表面に対向した成膜対象基
板に平行な平面を持つ治具上に形成されたアルミニウム
溶射膜に、基板中心を中心として円環状に溶融現象が起
きた。この形状はちょうどターゲット表面のエロージョ
ンの深い領域を上記治具上まで平行移動した位置に一致
している。As a form of actual trouble occurrence, there is no particular change in the side wall of the deposition shield plate surrounding the space between the target and the substrate, and a jig having a plane parallel to the substrate to be film-formed facing the surface of the target. In the aluminum sprayed film formed in the above, a melting phenomenon occurred in an annular shape around the center of the substrate. This shape coincides with the position where the erosion deep region of the target surface is translated to the jig.
【００１５】上述のような現象は、０．２Ｐａ以上で比
較的弱い磁場で行う通常のスパッタでは大きな問題にな
っておらず、低圧で強磁場を用いる方式のスパッタ装置
において始めて顕在化した問題であり、微細ホールの穴
埋めのためにターゲット−基板間距離を長くし、低圧で
行うスパッタ成膜方式の副作用として発生した現象とい
える。The above-mentioned phenomenon is not a serious problem in ordinary sputtering performed in a relatively weak magnetic field at 0.2 Pa or more, but is a problem that first became apparent in a sputtering apparatus using a strong magnetic field at a low pressure. It can be said that this phenomenon occurs as a side effect of the sputter deposition method in which the distance between the target and the substrate is increased to fill the fine holes and the sputtering is performed at a low pressure.
【００１６】本発明は、上記した微細ホールの穴埋めの
ためにターゲット−基板間距離を長くし、低圧で行うス
パッタ成膜で発生する成膜対象基板や周辺治具の溶融や
過昇温による成膜不良の発生を防止できる装置または方
法を提供することを目的としてなされたものである。According to the present invention, the distance between the target and the substrate is increased to fill the above-mentioned fine holes, and the substrate to be formed and the peripheral jig generated by the sputter deposition performed at a low pressure are melted or formed by excessive heating. An object of the present invention is to provide an apparatus or a method capable of preventing occurrence of a film defect.
【００１７】[0017]
【課題を解決するための手段】上記課題の解決は、本現
象の原因であるプラズマもしくはターゲット表面より放
出された電子の基板や周辺治具への流入量を積極的に抑
制してやることで達成できる。The above object can be attained by actively suppressing the amount of plasma or electrons emitted from the surface of the target, which is the cause of the phenomenon, flowing into the substrate or peripheral jig. .
【００１８】すなわち本発明の装置または方法は、
（１）０．２Ｐａ以下の放電ガス圧力でスパッタ用ター
ゲット前面にプラズマを発生させるスパッタ電極および
上記スパッタ電極への高電圧印加手段と磁界発生手段を
有し、上記ターゲットと成膜基板との距離が少なくとも
基板の直径より大きく離して対向させ配置されたマグネ
トロンスパッタ装置において、成膜対象基板表面、およ
び成膜対象基板を載置している基板載置台の表面への流
入電流密度を所定の値以下に抑制するための手段を具備
したことを特徴とする。That is, the apparatus or method of the present invention comprises:
(1) a sputter electrode for generating plasma on the front surface of the sputter target at a discharge gas pressure of 0.2 Pa or less, a high voltage applying means to the sputter electrode and a magnetic field generating means, and a distance between the target and the film forming substrate In a magnetron sputtering apparatus arranged so as to face at least a distance larger than the diameter of the substrate, the density of the current flowing into the surface of the substrate on which the film is to be formed and the surface of the substrate mounting table on which the substrate to be formed is mounted is set to a predetermined value. It is characterized by having means for suppressing the following.
【００１９】（２）また、上記プラズマおよび上記ター
ゲット表面から放出された電子の流入によるジュール熱
によって成膜対象基板表面、および成膜対象基板を載置
している基板載置台の表面の構成材料がプラズマ発生中
に融解しないように上記表面への流入電流密度を抑制す
るための手段を具備したことを特徴とする。(2) Further, constituent materials of the surface of the substrate to be formed and the surface of the substrate mounting table on which the substrate to be formed is mounted by Joule heat caused by the inflow of the plasma and the electrons emitted from the surface of the target. Has a means for suppressing the density of current flowing into the surface so as not to melt during the generation of plasma.
【００２０】（３）また、上記成膜対象基板表面、およ
び成膜対象基板を載置する基板載置台の表面への流入電
流密度が、その流入電流密度と電流流入面の構成材料の
抵抗率との積のプラズマ放電の開始から終了までの積分
量が、各構成材料の融点に達するまでに要する熱量と融
解熱の和を超えない範囲に抑制する手段を具備したこと
を特徴とする。(3) The density of the current flowing into the surface of the substrate on which the film is to be formed and the surface of the substrate mounting table on which the substrate to be formed is mounted is determined by the density of the flowing current and the resistivity of the constituent material of the current flowing surface. And a means for suppressing the integral amount from the start to the end of the plasma discharge of the product of the product from the sum of the amount of heat required to reach the melting point of each constituent material and the heat of fusion.
【００２１】（４）また、上記成膜対象基板表面および
成膜対象基板を載置する基板載置台の表面への流入電流
密度を抑制するための手段が、上記基板載置台をプラズ
マ発生中に所定の負の電位に保持する手段であることを
特徴とする。(4) In addition, the means for suppressing the current density flowing into the surface of the substrate on which the film is to be formed and the surface of the substrate mounting table for mounting the substrate on which the film is to be formed is provided. It is a means for holding at a predetermined negative potential.
【００２２】（５）また、上記成膜対象基板表面および
成膜対象基板を載置する基板載置台の表面への流入電流
密度を調整するための手段が、上記基板載置台の電位
を、プラズマ発生中に予め測定して得た成膜対象基板の
配置位置でのバイアス電位と電流密度との関係を用い
て、流入電流密度が各構成材料の融点に達するまでに要
する熱量と融解熱の和を抵抗率で除しプラズマ放電時間
をかけた値の平方根のうち最小値を超えないことを以っ
て決定されたバイアス電位に保持する手段であることを
特徴とする。(5) Further, the means for adjusting the current density flowing into the surface of the substrate on which the film is to be formed and the surface of the substrate mounting table on which the substrate on which the film is to be mounted is mounted is characterized in that: Using the relationship between the bias potential and the current density at the position where the film formation target substrate is obtained and measured in advance during generation, the sum of the amount of heat and the heat of fusion required for the inflow current density to reach the melting point of each constituent material Is divided by the resistivity and held at a bias potential determined by not exceeding a minimum value among square roots of values obtained by multiplying the plasma discharge time.
【００２３】（６）また、上記成膜対象基板表面および
成膜対象基板を載置する基板載置台の表面への流入電流
密度を調整するための手段が、上記基板載置台の電位
を、−１０Ｖから−２０Ｖに保持する手段であることを
特徴とする。(6) Further, the means for adjusting the density of the current flowing into the surface of the substrate on which the film is to be formed and the surface of the substrate mounting table for mounting the substrate on which the film is to be formed can be adjusted by setting the potential of the substrate mounting table to- It is a means for holding from 10V to -20V.
【００２４】（７）また、上記成膜対象基板表面、およ
び成膜対象基板を載置する基板載置台の表面への流入電
流密度を抑制するための手段が、スパッタターゲットと
上記ターゲット電極との周囲に配置されたシールド電極
を、成膜対象基板表面、および成膜対象基板を載置して
いる基板載置台の表面の電位に対して正側に高い電位に
保持する手段であることを特徴とする。(7) Further, means for suppressing the current density flowing into the surface of the substrate on which the film is to be formed and the surface of the substrate mounting table for mounting the substrate on which the film is to be formed is provided between the sputter target and the target electrode. It is a means for maintaining a shield electrode arranged around the potential at a higher potential on the positive side with respect to the potential of the surface of the substrate on which the film is to be formed and the surface of the substrate mounting table on which the substrate to be formed is mounted. And
【００２５】（８）また、上記成膜対象基板表面、およ
び成膜対象基板を載置する接地された基板載置台の表面
への流入電流密度を抑制するための手段が、スパッタタ
ーゲットと上記ターゲット電極との周囲に配置されたシ
ールド電極を、１０Ｖから２０Ｖまでの電位に保持する
手段であることを特徴とする。(8) In addition, the means for suppressing the current density flowing into the surface of the substrate on which the film is to be formed and the surface of a grounded substrate mounting table on which the substrate for film formation is to be mounted includes a sputter target and the target. It is characterized in that it is a means for holding a shield electrode disposed around the electrode at a potential of 10 V to 20 V.
【００２６】（９）また、上記ターゲット面上のエロー
ジョン領域をターゲット面の法線ベクトルに平行に平行
移動した時に通過するスパッタ処理室内空間で、成膜対
象基板載置面をターゲット表面の法線ベクトルに平行に
平行移動した時に通る領域を除いた空間領域をターゲッ
トのある空間領域とない空間領域とに曲面で分けた時に
できる断面領域を含む金属製治具を配置し、上記金属製
治具に電位を印加させるように構成したことを特徴とす
る。(9) Also, in the space inside the sputtering processing chamber which passes when the erosion area on the target surface is moved in parallel with the normal vector of the target surface, the mounting surface of the substrate on which the film is to be formed is normal to the target surface. A metal jig including a cross-sectional area formed when a space area excluding an area passing when translated in parallel with a vector is divided into a space area with a target and a space area without a target by a curved surface, and the metal jig is provided. Characterized in that it is configured to apply a potential.
【００２７】（１０）また、上記ターゲット面上のエロ
ージョン領域をターゲット面の法線ベクトルに平行に平
行移動した時に通過するスパッタ処理室内空間で、成膜
対象基板載置面をターゲット表面の法線ベクトルに平行
に平行移動した時に通る領域を除いた空間領域をターゲ
ットのある空間領域とない空間領域とに曲面で分けた時
にできる断面領域を含む金属製治具を配置し、上記金属
製治具に電位を印加させるように構成し、プラズマ発生
中に上記成膜対象基板への流入電流密度の最大値と上記
金属製治具への流入電流密度の最大値の比が０．９〜
１．１の範囲になるように上記金属製治具への印加電位
を設定したことを特徴とする。(10) Also, in the space inside the sputtering processing chamber which passes when the erosion area on the target surface is translated in parallel to the normal vector of the target surface, the mounting surface of the substrate on which the film is to be formed is normal to the target surface. A metal jig including a cross-sectional area formed when a space area excluding an area passing when translated in parallel with a vector is divided into a space area with a target and a space area without a target by a curved surface, and the metal jig is provided. And the ratio of the maximum value of the current density flowing into the substrate to be formed and the maximum value of the current density flowing into the metal jig during the generation of plasma is 0.9 to 0.95.
The potential applied to the metal jig is set so as to fall within the range of 1.1.
【００２８】（１１）また、上記ターゲット面上のエロ
ージョン領域をターゲット面の法線ベクトルに平行に平
行移動した時に通過するスパッタ処理室内空間で、成膜
対象基板載置面をターゲット表面の法線ベクトルに平行
に平行移動した時に通る領域を除いた空間領域をターゲ
ットのある空間領域とない空間領域とに曲面で分けた時
にできる断面領域を含む金属製治具を配置し、上記金属
製治具の表面形状をターゲット表面に対して６０度以上
の傾きを持つ面で構成することを特徴とする。(11) Further, in the space inside the sputtering processing chamber which passes when the erosion area on the target surface is translated in parallel to the normal vector of the target surface, the mounting surface of the substrate on which the film is to be formed is normal to the target surface. A metal jig including a cross-sectional area formed when a space area excluding an area passing when translated in parallel with a vector is divided into a space area with a target and a space area without a target by a curved surface, and the metal jig is provided. Is characterized by a surface having an inclination of 60 degrees or more with respect to the target surface.
【００２９】（１２）また、上記成膜対象基板を載置し
ている基板載置台の裏面から発せられ、ターゲットと基
板との間の空間を取り囲む防着シールド板表面に入るよ
うな磁力線を持ち、成膜対象基板の中心線が対称軸にな
るように磁界が形成されるように基板裏面、およびシー
ルド板裏面に磁石を設けたことを特徴とする。(12) In addition, the magnetic head has a line of magnetic force emitted from the back surface of the substrate mounting table on which the film formation target substrate is mounted and entering the surface of the shield plate surrounding the space between the target and the substrate. In addition, magnets are provided on the back surface of the substrate and the back surface of the shield plate so that a magnetic field is formed such that the center line of the substrate on which the film is formed is a symmetric axis.
【００３０】すなわち本発明が対象としている低圧での
埋め込みスパッタで生じる成膜大正基板や周辺治具への
熱的な損傷の原因は基板もしくは周辺治具への流入電流
密度が非常に大きいことに起因しており、上記本発明の
（１）ないし（３）の構成は、この流入電流を抑制する
手段を設けることが必須であることを示している。その
他の上記（４）ないし（１２）の構成は、上記流入電流
密度の抑制の具体的実現手段を提供している。電子の被
処理基板またはその防着シールドなどの周辺治具への流
入量を調整する手段は、上記本発明の構成の（４）ない
し（６）に記載のように、直接対象となる部位の電位を
負電位の方向に変更させる方式とするか、もしくは
（７）、（８）記載のように上記対象部位を接地電位と
しておく場合には、その他の場所を正電位に保持し、上
記正電位側に電子を引き込むような構成をとることでも
本発明の目的を達成できる。That is, the cause of the thermal damage to the film formation Taisho substrate and peripheral jigs caused by buried sputtering at a low pressure, which is the object of the present invention, is due to the extremely large current density flowing into the substrate or peripheral jigs. This is because the configurations (1) to (3) of the present invention indicate that it is essential to provide a means for suppressing the inflow current. The other configurations (4) to (12) provide specific means for suppressing the inflow current density. The means for adjusting the amount of electrons flowing into a peripheral jig such as a substrate to be processed or its deposition-inhibiting shield is, as described in (4) to (6) of the above-described configuration of the present invention, a part of a part directly targeted. When the potential is changed in the direction of the negative potential, or when the target portion is set to the ground potential as described in (7) and (8), the other portions are held at the positive potential and the positive potential is maintained. The object of the present invention can be achieved by adopting a structure in which electrons are drawn to the potential side.
【００３１】[0031]
【発明の実施の形態】図４に本発明の第１の実施例のプ
ラズマスパッタリング装置の縦断面図を示す。図１と同
じ部分の説明は省略する。処理チャンバ（真空槽）１０
１は接地されている。図において、４０１はターゲット
の側壁を取り囲んで配置されている防着板を兼ねたアノ
ードシールド板である。上記アノードシールド４０１も
接地されている。また、ターゲット１０２の表面に対向
した成膜対象基板４０３の載置台１０５とそれに付随し
た底部防着シールド板４０２は、電源４０４により電圧
Ｖｓを印加されている。この電圧Ｖｓは負電位であり、
この負電位はターゲット１０２もしくはプラズマ（図示
せず）から飛行してきた電子の障壁となり、基板４０３
および底部防着板４０２への電子の入射を妨げる作用を
する。FIG. 4 is a longitudinal sectional view of a plasma sputtering apparatus according to a first embodiment of the present invention. Description of the same parts as in FIG. 1 is omitted. Processing chamber (vacuum tank) 10
1 is grounded. In the drawing, reference numeral 401 denotes an anode shield plate which also serves as a deposition-preventing plate and is arranged so as to surround the side wall of the target. The anode shield 401 is also grounded. Further, a voltage Vs is applied by a power supply 404 to the mounting table 105 of the film formation target substrate 403 facing the surface of the target 102 and the bottom deposition shield plate 402 attached thereto. This voltage Vs is a negative potential,
This negative potential acts as a barrier for electrons flying from the target 102 or plasma (not shown),
Also, it has an effect of preventing the incidence of electrons on the bottom deposition preventing plate 402.
【００３２】このＶｓの値は、経験的に防着板の表面材
料や基板に堆積されている薄膜材料が溶融しない程度に
設定することができる。本発明者は、実際に防着板表面
のコーティング材として広く用いられているアルミニウ
ム溶射膜が溶融しない電位を基準に設定した。The value of Vs can be empirically set to such an extent that the surface material of the deposition-preventing plate or the thin film material deposited on the substrate does not melt. The present inventor has set the potential based on the potential at which the aluminum sprayed film, which is actually widely used as a coating material on the surface of the deposition-preventing plate, does not melt.
【００３３】表１に半導体装置の配線材料とされるアル
ミニウムおよび銅の融点、比熱、融解熱および抵抗率を
示す。表１の数値をもとに、表面物質を溶融させない範
囲のおおよその電子電流密度を求めることができる。物
体が溶融するためには、成膜温度から融点まで温度を上
げるのに要する熱量とその物体の融解熱を加えた熱量が
必要である。厳密には周辺への熱伝導による放熱量があ
るが、ここでは溶融する最小限の熱量を定めようとして
いるので上記放熱量は無視し、連続のプロセス時間を６
０秒、板厚を１００μｍ程度として求めた。すべてを電
子電流によるジュール熱によるとすると、アルミニウム
の場合、約１５ｍＡ／ｃｍ2程度という値が算出され
た。Table 1 shows the melting point, specific heat, heat of fusion and resistivity of aluminum and copper used as wiring materials for semiconductor devices. Based on the numerical values in Table 1, an approximate electron current density in a range where the surface material is not melted can be obtained. In order for the object to melt, the amount of heat required to raise the temperature from the film formation temperature to the melting point and the amount of heat obtained by adding the heat of fusion of the object are required. Strictly speaking, there is an amount of heat radiation due to heat conduction to the surroundings. However, since the minimum amount of heat to be melted is determined here, the amount of heat radiation is ignored, and the continuous process time is reduced by 6 hours.
0 seconds, the sheet thickness was determined to be about 100 μm. Assuming that everything is due to Joule heat due to electron current, a value of about 15 mA / cm 2 was calculated for aluminum.
【００３４】[0034]
【表１】 [Table 1]
【００３５】図５はプローブにて測定した基板バイアス
電圧と基板のある平面上での最大の流入電流密度との関
係を示している。同図において５０１は通常のスパッタ
装置での基板バイアスと基板流入電流の相関曲線、５０
２は低圧穴埋めスパッタ装置での基板バイアスと基板流
入電流の相関曲線、５０３は低圧穴埋めスパッタ装置で
側面防着シールド板に正電圧印加での基板バイアスと基
板流入電流の相関曲線、５０４は１回の成膜でアルミニ
ウム溶射膜の溶融する限界の基板流入電流値を示してい
る。すなわち５０１は図１の構成で示される通常のスパ
ッタ装置で見られる特性である。５０２は図４の構成で
示される本発明の対象としているスパッタで測定された
結果である。また、５０３は基板以外の場所を基板より
も高い電位に設定した場合、たとえば第２の実施例であ
る図６で示された構成で得られる特性である。また、Ｖ
０，Ｖ１，Ｖ２はそれぞれの場合のフローティング電位
を示す。いずれの場合もフローティング電位以下になる
と正電流を示す。これは電子によるものではなく、正イ
オンの衝突によるものと考えられる。FIG. 5 shows the relationship between the substrate bias voltage measured by the probe and the maximum inflow current density on a certain plane of the substrate. In the figure, reference numeral 501 denotes a correlation curve between a substrate bias and a substrate inflow current in a normal sputtering apparatus;
2 is a correlation curve between the substrate bias and the substrate inflow current in the low-pressure hole filling sputtering apparatus, 503 is a correlation curve between the substrate bias and the substrate inflow current when a positive voltage is applied to the side shield plate in the low-pressure hole filling sputtering apparatus, and 504 is one time. Shows the substrate inflow current value at the limit where the aluminum sprayed film is melted by the film formation. That is, 501 is a characteristic seen in the normal sputtering apparatus shown in the configuration of FIG. Reference numeral 502 denotes a result measured by the sputter which is the object of the present invention shown in the configuration of FIG. Reference numeral 503 denotes a characteristic obtained when, for example, a location other than the substrate is set to a potential higher than that of the substrate, for example, the configuration shown in FIG. 6 of the second embodiment. Also, V
0, V1, and V2 indicate the floating potential in each case. In any case, a positive current is indicated when the potential becomes lower than the floating potential. This is not due to electrons but to positive ion collisions.
【００３６】５０４は所定の成膜条件における前記した
許容流入電流密度の値である。これを超えればそのプロ
セスでアルミニウムが溶融するという境界を示す。した
がって曲線５０２から、通常行われているように基板載
置台をアースにした場合は、大電流密度の電子流入が生
じることがわかる。基板バイアス電圧はＶｍより低い電
位にする必要があることがわかる。我々はこの値が−１
０Ｖ程度であるという結果を得ている。すなわち−１０
Ｖ以下に設定することによって、基板もしくはその周辺
治具への流入電流を、表面材料を溶融させないように抑
制することができる。また、図６で示す構成では側面側
防着シールド６０１の電位Ｖａを＋１０Ｖ以上に設定す
ることで同様の効果が得られる。Reference numeral 504 denotes a value of the above-mentioned allowable inflow current density under predetermined film forming conditions. Exceeding this indicates a boundary where the process melts the aluminum. Therefore, it can be seen from the curve 502 that when the substrate mounting table is grounded as usual, an electron inflow with a large current density occurs. It can be seen that the substrate bias voltage needs to be lower than Vm. We assume that this value is -1
The result is about 0V. That is, -10
By setting the voltage to V or less, the current flowing into the substrate or its peripheral jig can be suppressed so as not to melt the surface material. Further, in the configuration shown in FIG. 6, the same effect can be obtained by setting the potential Va of the side-surface-side shield 601 to +10 V or more.
【００３７】また、本発明の第３の実施例である図７で
示された前記（９）または（１０）記載の構成では、電
子流入電流密度が他の場所に比べ特に大きくなる領域、
すなわちターゲットエロージョンの最深となる円環状部
分をターゲット表面に垂直に平行移動してできる平面上
を最も密度の高い電子流がよぎるために、上記平面上に
特に金属製の治具７０２を設けて他部よりも電位Ｖｎを
正側に高くし、他部の流入電流密度と同レベルにするこ
とによって局所的なジュール熱による融解を防ぐ方式と
なっている。図５で示される曲線５０２はこのような領
域で得られる特性である。したがってこの部分のみを基
板載置台と電気的に切り離し、上記部分の電位Ｖｎを流
入電流が他の部分とほぼ等しくなるように各々設定する
ように構成してもよい。Further, in the configuration according to the above (9) or (10) shown in FIG. 7 which is the third embodiment of the present invention, the region where the electron inflow current density is particularly large as compared with other places,
In other words, a metal jig 702 is particularly provided on the above-mentioned plane in order to pass the highest density electron flow on a plane formed by translating the annular part which is the deepest part of the target erosion perpendicularly to the target surface. By making the potential Vn higher on the positive side than on the part and making it the same level as the inflow current density of the other part, local melting due to Joule heat is prevented. A curve 502 shown in FIG. 5 is a characteristic obtained in such a region. Therefore, only this portion may be electrically separated from the substrate mounting table, and the potential Vn of the portion may be set so that the inflow current is substantially equal to the other portions.
【００３８】また、金属板への電流密度を下げるための
別の方法として、図８で示された前記（１１）記載の構
成のように、電子が垂直に入射しないように金属製の治
具８０２の表面をターゲット面にできるだけ垂直に近い
面で構成し、表面積を増やす方式でも効果がある。もし
ターゲット１０３のエロージョンが最深となる円環状部
分に対応した領域が、成膜対象基板１０５に重なってい
る場合には、上記方法等で電子の捕獲面積を増やして電
流密度を下げる工夫を施すか、あるいは大電流でも溶融
しな高耐熱性コーティング（例えばＮｉＡｌ合金等）８
０３を施しておき、かつ上記金属製の治具８０２に基板
電位に対して高い電位を設定し、基板への電子流入を本
金属板８０２によって吸い込ませることで、基板１０５
自身を損傷しないようにすることもできる。As another method for reducing the current density to the metal plate, a metal jig is used to prevent electrons from being vertically incident as in the configuration described in (11) shown in FIG. The effect is also obtained by forming the surface of 802 as close as possible to the target surface and increasing the surface area. If the region corresponding to the annular portion where the erosion of the target 103 is the deepest overlaps with the film formation target substrate 105, it is necessary to increase the electron capture area and reduce the current density by the above method or the like. Or a high heat-resistant coating (for example, NiAl alloy) that does not melt even with a large current 8
03, the metal jig 802 is set to a higher potential than the substrate potential, and the inflow of electrons into the substrate is sucked by the metal plate 802, whereby the substrate 105
You can also prevent yourself from being damaged.
【００３９】または図９で示している前記（１２）記載
の構成のように、最も流入電流密度の高くなる領域の前
面に、電子飛行方向を変化させるための磁場を形成する
磁気回路９０２を設ける方法もある。この磁気回路９０
２によって電子のエネルギ差にしたがって電子の飛行方
向を分散させることができる。Alternatively, as in the configuration described in (12) shown in FIG. 9, a magnetic circuit 902 for forming a magnetic field for changing the electron flight direction is provided in front of a region where the inflow current density is highest. There are ways. This magnetic circuit 90
2 makes it possible to disperse the flight direction of the electrons according to the energy difference of the electrons.
【００４０】[0040]
【発明の効果】近年の半導体デバイスの微細化が進むに
連れて本発明の対象としている微細孔への埋め込みスパ
ッタは必須の技術となっている。本発明により本埋め込
みスパッタによる内部治具もしくは成膜対象基板への熱
的損傷というの不具合を改善し、十全に埋め込みプロセ
スを行うことができるようになる。これにより、製品歩
留まりを引き上げることができ、さらに装置の全掃周期
を延伸することにもつながる。As semiconductor devices have been miniaturized in recent years, buried sputtering into micro holes, which is the object of the present invention, has become an essential technology. According to the present invention, the problem of thermal damage to the internal jig or the substrate to be film-formed by the embedded sputtering can be improved, and the embedding process can be performed completely. As a result, the product yield can be increased, and the entire cleaning cycle of the apparatus can be extended.
【図１】従来のプレーナマグネトロンスパッタ装置の断
面図。FIG. 1 is a sectional view of a conventional planar magnetron sputtering apparatus.
【図２】通常のマグネトロンスパッタ装置における磁場
分布の一例を示す断面図。FIG. 2 is a sectional view showing an example of a magnetic field distribution in a normal magnetron sputtering apparatus.
【図３】低圧埋め込みスパッタにおける磁場分布の一例
を示す断面図。FIG. 3 is a sectional view showing an example of a magnetic field distribution in low-pressure buried sputtering.
【図４】本発明の第１の実施例を示すスパッタリング装
置の断面図。FIG. 4 is a sectional view of a sputtering apparatus showing a first embodiment of the present invention.
【図５】基板バイアス電圧と基板流入電流との相関を示
す測定図。FIG. 5 is a measurement diagram showing a correlation between a substrate bias voltage and a substrate inflow current.
【図６】本発明の第２の実施例を示すスパッタリング装
置の断面図。FIG. 6 is a sectional view of a sputtering apparatus showing a second embodiment of the present invention.
【図７】本発明の第３の実施例を示すスパッタリング装
置の断面図。FIG. 7 is a sectional view of a sputtering apparatus showing a third embodiment of the present invention.
【図８】本発明の第４の実施例を示すスパッタリング装
置の断面図。FIG. 8 is a sectional view of a sputtering apparatus showing a fourth embodiment of the present invention.
【図９】本発明の第５の実施例を示すスパッタリング装
置の断面図。FIG. 9 is a sectional view of a sputtering apparatus showing a fifth embodiment of the present invention.
１０１…真空槽、１０２…ターゲット、１０３…ターゲ
ット電極、１０４…成膜対象基板、１０５…基板載置
台、１０６…磁気回路、１０７…スパッタ電源、１０８
…排気手段、１０９…放電ガス導入手段、１１０…反応
ガス導入手段、１１１，４０１，６０１，７０１，８０
１，９０１…防着シールド板、４０２，６０２…防着シ
ールド板、４０３…成膜対象基板、４０４…負電位の基
板電圧印加機構、６０３…防着シールド板への正電位の
電圧印加手段、７０２…入射電流低減用金属板、８０２
…入射電流低減用金属板、９０２…入射電流入射方向変
更用磁気回路。101: vacuum chamber, 102: target, 103: target electrode, 104: substrate for film formation, 105: substrate mounting table, 106: magnetic circuit, 107: sputtering power supply, 108
... exhaust means, 109 ... discharge gas introduction means, 110 ... reaction gas introduction means, 111, 401, 601, 701, 80
1,901: deposition shield plate, 402, 602: deposition shield plate, 403: deposition target substrate, 404: negative substrate voltage applying mechanism, 603: positive potential voltage applying means to the deposition shield plate, 702: Metal plate for reducing incident current, 802
... Metal plate for reducing incident current 902, magnetic circuit for changing the incident current incident direction.
フロントページの続き (72)発明者 小林 秀 東京都小平市上水本町五丁目20番１号 株 式会社日立製作所半導体事業本部内 (72)発明者 中島 隆 茨城県土浦市神立502番地 株式会社日立 製作所機械研究所内 (72)発明者 西原 晋治 東京都小平市上水本町五丁目20番１号 株 式会社日立製作所半導体事業本部内 (72)発明者 内田 淳一 東京都青梅市藤橋３丁目３番地２ 日立東 京エレクトロニスク株式会社内 Ｆターム(参考） 4K029 BD01 CA05 CA13 DC45 EA03 EA09 4M104 BB02 BB04 CC01 DD07 DD37 DD39 FF21 GG13 HH13 HH20Continued on the front page (72) Inventor Hide Kobayashi 5-2-1, Josuihonmachi, Kodaira-shi, Tokyo Inside Semiconductor Division of Hitachi, Ltd. (72) Inventor Takashi Nakajima 502 Shinchi, Tsuchiura City, Ibaraki Prefecture Inside the Machinery Research Laboratory (72) Inventor Shinji Nishihara 5-2-1, Josuihoncho, Kodaira-shi, Tokyo Inside Semiconductor Division, Hitachi, Ltd. F-term (reference) in Hitachi Tokyo Electronics Co., Ltd. 4K029 BD01 CA05 CA13 DC45 EA03 EA09 4M104 BB02 BB04 CC01 DD07 DD37 DD39 FF21 GG13 HH13 HH20
Claims (15)
用ターゲット前面にプラズマを発生させるスパッタ電極
および上記スパッタ電極への高電圧印加手段と磁界発生
手段を有し、上記ターゲットと成膜基板との距離が少な
くとも基板の直径より大きく離して対向させ配置された
マグネトロンスパッタ装置において、成膜対象基板表
面、および成膜対象基板を載置している基板載置台の表
面への流入電流密度を所定の値以下に抑制するための手
段を具備したことを特徴とするスパッタリング装置。A sputter electrode for generating plasma at the front surface of the sputter target at a discharge gas pressure of 0.2 Pa or less; a high voltage applying means for the sputter electrode; and a magnetic field generating means. In a magnetron sputtering apparatus in which the distance of at least is larger than the diameter of the substrate and opposed to each other, the inflow current density to the surface of the substrate to be film-formed and the surface of the substrate mounting table on which the substrate to be film-formed is set to a predetermined value. Characterized in that the sputtering apparatus comprises means for suppressing the value to be equal to or less than the value.
用ターゲット前面にプラズマを発生させるスパッタ電極
および上記スパッタ電極への高電圧印加手段と磁界発生
手段を有し、上記ターゲットと成膜基板との距離が少な
くとも基板の直径より大きく離して対向させ配置された
マグネトロンスパッタ装置において、上記プラズマおよ
び上記ターゲット表面から放出された電子の流入による
ジュール熱によって成膜対象基板表面、および成膜対象
基板を載置している基板載置台の表面の構成材料がプラ
ズマ発生中に融解しないように上記表面への流入電流密
度を抑制するための手段を具備したことを特徴とするス
パッタリング装置。2. A sputtering apparatus comprising: a sputter electrode for generating plasma on the front surface of a sputter target at a discharge gas pressure of 0.2 Pa or less; a high voltage applying means to the sputter electrode; and a magnetic field generating means. In a magnetron sputtering apparatus, the distance of which is at least larger than the diameter of the substrate and opposed to each other, in the magnetron sputtering apparatus, the surface of the film formation target substrate, A sputtering apparatus, comprising: means for suppressing a current density flowing into said surface so that a constituent material of a surface of a substrate mounting table on which the substrate is placed is not melted during plasma generation.
用ターゲット前面にプラズマを発生させるスパッタ電極
および上記スパッタ電極への高電圧印加手段と磁界発生
手段を有し、上記ターゲットと成膜基板との距離が少な
くとも基板の直径より大きく離して対向させ配置された
マグネトロンスパッタ装置において、成膜対象基板表
面、および成膜対象基板を載置する基板載置台の表面へ
の流入電流密度が、その流入電流密度と電流流入面の構
成材料の抵抗率との積のプラズマ放電の開始から終了ま
での積分量が、各構成材料の融点に達するまでに要する
熱量と融解熱の和を超えない範囲に抑制する手段を具備
したことを特徴とするスパッタリング装置。3. A sputtering electrode for generating plasma on the front surface of a sputtering target at a discharge gas pressure of 0.2 Pa or less, means for applying a high voltage to the sputtering electrode, and magnetic field generating means. In the magnetron sputtering apparatus, the distance of which is at least larger than the diameter of the substrate, the current density flowing into the surface of the substrate to be deposited and the surface of the substrate mounting table on which the substrate to be deposited is Suppress the integral of the product of the current density and the resistivity of the constituent material on the current inflow surface from the start to the end of the plasma discharge not to exceed the sum of the amount of heat required to reach the melting point of each constituent material and the heat of fusion A sputtering apparatus, comprising:
置する基板載置台の表面への流入電流密度を抑制するた
めの手段が、上記基板載置台をプラズマ発生中に所定の
負の電位に保持する手段であることを特徴とする請求項
１ないし３のいずれか記載のスパッタリング装置。And means for suppressing the density of current flowing into the surface of the substrate on which the film is to be formed and the surface of the substrate mounting table on which the substrate to be formed is mounted. 4. The sputtering apparatus according to claim 1, wherein the sputtering apparatus is a means for maintaining a potential.
置する基板載置台の表面への流入電流密度を調整するた
めの手段が、上記基板載置台の電位を、プラズマ発生中
に予め測定して得た成膜対象基板の配置位置でのバイア
ス電位と電流密度との関係を用いて、流入電流密度が各
構成材料の融点に達するまでに要する熱量と融解熱の和
を抵抗率で除しプラズマ放電時間をかけた値の平方根の
うち最小値を超えないことを以って決定されたバイアス
電位に保持する手段であることを特徴とする請求項４記
載のスパッタリング装置。5. A plasma processing apparatus comprising: means for adjusting a current density flowing into a surface of a substrate on which a film is to be formed and a surface of a substrate mounting table on which the substrate to be formed is mounted; Using the relationship between the bias potential and the current density at the position where the film formation target substrate is obtained and measured, the sum of the amount of heat and the heat of fusion required for the inflow current density to reach the melting point of each constituent material is expressed as resistivity. 5. The sputtering apparatus according to claim 4, wherein the biasing potential is maintained at a bias potential determined by not exceeding a minimum value of a square root of a value obtained by dividing the plasma discharge time.
置する基板載置台の表面への流入電流密度を調整するた
めの手段が、上記基板載置台の電位を、−１０Ｖから−
２０Ｖに保持する手段であ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。6. A device for adjusting a current density flowing into a surface of a substrate on which a film is to be formed and a surface of a substrate mounting table on which the substrate to be formed is mounted, comprising:
6. A means for holding at 20V.
The sputtering apparatus as described in the above.
載置する基板載置台の表面への流入電流密度を抑制する
ための手段が、スパッタターゲットと上記ターゲット電
極との周囲に配置されたシールド電極を、成膜対象基板
表面、および成膜対象基板を載置している基板載置台の
表面の電位に対して正側に高い電位に保持する手段であ
ることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか記載の
スパッタリング装置。7. A means for suppressing a current density flowing into a surface of a substrate on which a film is to be formed and a surface of a substrate mounting table on which the substrate to be formed is mounted is arranged around a sputter target and the target electrode. Means for holding the shielded electrode at a higher potential on the positive side with respect to the potential of the surface of the substrate on which the film is to be formed and the surface of the substrate mounting table on which the substrate to be formed is mounted. 4. The sputtering apparatus according to any one of claims 1 to 3.
載置する接地された基板載置台の表面への流入電流密度
を抑制するための手段が、スパッタターゲットと上記タ
ーゲット電極との周囲に配置されたシールド電極を、１
０Ｖから２０Ｖまでの電位に保持する手段であることを
特徴とする請求項４のスパッタリング装置。8. A means for suppressing a current density flowing into a surface of a substrate to be formed and a surface of a grounded substrate mounting table on which the substrate to be formed is mounted is provided around a sputter target and the target electrode. The shield electrode placed in
5. The sputtering apparatus according to claim 4, wherein said means is a means for maintaining a potential between 0 V and 20 V.
用ターゲット前面にプラズマを発生させるスパッタ電極
および上記スパッタ電極への高電圧印加手段と磁界発生
手段を有し、上記ターゲットと成膜基板との距離が少な
くとも基板の直径より大きく離して対向させ配置された
マグネトロンスパッタ装置において、ターゲット面上の
エロージョン領域をターゲット面の法線ベクトルに平行
に平行移動した時に通過するスパッタ処理室内空間で、
成膜対象基板載置面をターゲット表面の法線ベクトルに
平行に平行移動した時に通る領域を除いた空間領域をタ
ーゲットのある空間領域とない空間領域とに曲面で分け
た時にできる断面領域を含む金属製治具を配置し、上記
金属製治具に電位を印加させるように構成したことを特
徴とするスパッタリング装置。9. A sputtering electrode for generating plasma on the front surface of a sputtering target at a discharge gas pressure of 0.2 Pa or less, a high voltage applying means to said sputtering electrode, and a magnetic field generating means. In a magnetron sputtering apparatus, the distance of which is at least larger than the diameter of the substrate and opposed to each other, in a sputter processing chamber space that passes when the erosion region on the target surface is translated in parallel to the normal vector of the target surface,
Includes a cross-sectional area formed when the space area excluding the area that passes when the deposition target substrate mounting surface is translated in parallel to the normal vector of the target surface is divided into a space area with the target and a space area without the target on a curved surface A sputtering apparatus, wherein a metal jig is arranged, and a potential is applied to the metal jig.
タ用ターゲット前面にプラズマを発生させるスパッタ電
極および上記スパッタ電極への高電圧印加手段と磁界発
生手段を有し、上記ターゲットと成膜基板との距離が少
なくとも基板の直径より大きく離して対向させ配置され
たマグネトロンスパッタ装置において、ターゲット面上
のエロージョン領域をターゲット面の法線ベクトルに平
行に平行移動した時に通過するスパッタ処理室内空間
で、成膜対象基板載置面をターゲット表面の法線ベクト
ルに平行に平行移動した時に通る領域を除いた空間領域
をターゲットのある空間領域とない空間領域とに曲面で
分けた時にできる断面領域を含む金属製治具を配置し、
上記金属製治具に電位を印加させるように構成し、プラ
ズマ発生中に上記成膜対象基板への流入電流密度の最大
値と上記金属製治具への流入電流密度の最大値の比が
０．９〜１．１の範囲になるように上記金属製治具への
印加電位を設定したことを特徴とするスパッタリング装
置。10. A sputter electrode for generating plasma on the front surface of a sputter target at a discharge gas pressure of 0.2 Pa or less, means for applying a high voltage to the sputter electrode, and magnetic field generating means, In a magnetron sputtering apparatus, the distance of which is at least larger than the diameter of the substrate and opposed to each other, a sputter processing chamber space that passes when the erosion region on the target surface is translated in parallel to the normal vector of the target surface. Metals including cross-sectional areas formed when the space area excluding the area that passes when the film target substrate mounting surface is translated parallel to the normal vector of the target surface is divided into a space area with the target and a space area without the target Place the jig,
A potential is applied to the metal jig, and the ratio between the maximum value of the current density flowing into the film forming target substrate and the maximum value of the current density flowing into the metal jig during plasma generation is 0. A sputtering apparatus wherein the potential applied to the metal jig is set so as to fall within a range of 0.9 to 1.1.
タ用ターゲット前面にプラズマを発生させるスパッタ電
極および上記スパッタ電極への高電圧印加手段と磁界発
生手段を有し、上記ターゲットと成膜基板との距離が少
なくとも基板の直径より大きく離して対向させ配置され
たマグネトロンスパッタ装置において、ターゲット面上
のエロージョン領域をターゲット面の法線ベクトルに平
行に平行移動した時に通過するスパッタ処理室内空間
で、成膜対象基板載置面をターゲット表面の法線ベクト
ルに平行に平行移動した時に通る領域を除いた空間領域
をターゲットのある空間領域とない空間領域とに曲面で
分けた時にできる断面領域を含む金属製治具を配置し、
上記金属製治具の表面形状をターゲット表面に対して６
０度以上の傾きを持つ面で構成することを特徴とするス
パッタリング装置。11. A sputter electrode for generating plasma on the front surface of a sputter target at a discharge gas pressure of 0.2 Pa or less, a high voltage applying means to the sputter electrode, and a magnetic field generating means. In a magnetron sputtering apparatus, the distance of which is at least larger than the diameter of the substrate and opposed to each other, a sputter processing chamber space that passes when the erosion region on the target surface is translated in parallel to the normal vector of the target surface. Metals including cross-sectional areas formed when the space area excluding the area that passes when the film target substrate mounting surface is translated parallel to the normal vector of the target surface is divided into a space area with the target and a space area without the target Place the jig,
Set the surface shape of the metal jig to 6
A sputtering apparatus comprising a surface having an inclination of 0 degree or more.
を載置する基板載置台の表面への流入電流密度を抑制す
るための手段として、成膜対象基板を載置している基板
載置台の裏面から発せられ、ターゲットと基板との間の
空間を取り囲む防着シールド板表面に入るような磁力線
を持ち、成膜対象基板の中心線が対称軸になるように磁
界が形成されるように基板裏面、およびシールド板裏面
に磁石を設けたことを特徴とする請求項１ないし３のい
ずれか記載のスパッタリング装置。12. As a means for suppressing the current density flowing into the surface of a substrate on which a film is to be formed and the surface of a substrate mounting table on which the substrate to be formed is mounted, a substrate mounting member on which the substrate to be formed is mounted. It has magnetic lines of force emitted from the back of the mounting table and entering the surface of the shield plate surrounding the space between the target and the substrate, and a magnetic field is formed so that the center line of the substrate to be film-formed becomes a symmetric axis. 4. The sputtering apparatus according to claim 1, wherein a magnet is provided on a back surface of the substrate and a back surface of the shield plate.
なくとも上記基板の直径より大きく離して対向させ、
０．２Ｐａ以下の放電ガス圧力でスパッタ用ターゲット
前面にプラズマを発生させるスパッタリング方法におい
て、上記成膜対象基板の表面および成膜対象基板の載置
台表面に流入する電流密度を、所定の値以下に抑制する
工程を含むことを特徴とするスパッタリング方法。13. A target and a film formation target substrate are opposed to each other at a distance larger than at least the diameter of the substrate.
In a sputtering method in which plasma is generated on the front surface of a sputtering target at a discharge gas pressure of 0.2 Pa or less, the current density flowing into the surface of the deposition target substrate and the mounting table surface of the deposition target substrate is set to a predetermined value or less. A sputtering method comprising a step of suppressing.
の表面および成膜対象基板の載置台表面に流入する電流
密度を、その流入電流密度と電流流入面の構成材料の抵
抗率との積のプラズマ放電の開始から終了までの積分量
が、各構成材料の融点に達するまでに要する熱量と融解
熱の和を超えない範囲に制御することを特徴とするスパ
ッタリング方法。14. The method according to claim 13, wherein the current density flowing into the surface of the substrate to be film-formed and the surface of the mounting table of the substrate to be film-formed is a product of the inflow current density and the resistivity of the constituent material of the current inflow surface. A sputtering method characterized in that the integral amount from the start to the end of the plasma discharge does not exceed the sum of the amount of heat required to reach the melting point of each constituent material and the heat of fusion.
置または方法を用いて製造したことを特徴とする電子デ
バイス。15. An electronic device manufactured by using the apparatus or the method according to claim 1.
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- 1998-12-22 JP JP36406798A patent/JP3686540B2/en not_active Expired - Fee Related
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