JP2010090424A - Sputtering film deposition method and plasma processing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、スパッタ成膜方法及びプラズマ処理装置に関するものであり、特に、半導体基板等の被処理体に形成されている凹部を埋め込む際に形成するバリア層やシード層のスパッタ成膜方法及びプラズマ処理装置に関するものである。 The present invention relates to a sputter film forming method and a plasma processing apparatus, and more particularly to a sputter film forming method and plasma of a barrier layer and a seed layer formed when a recess formed in an object to be processed such as a semiconductor substrate is embedded. The present invention relates to a processing apparatus.
集積回路デバイスにおいては、トレンチまたはホールなどを伝導性の金属で充填する必要がある。例えば、トレンチまたはホールなどをアルミニウムで充填する場合には、リフローと呼ばれる充填手法が用いられる。リフローと呼ばれる充填方法は、次の３つの工程を含んでいる。第１の工程は、Ｔｉ／ＴｉＮ等の耐熱性金属及び耐熱性金属化合物からなるバリア層を形成する工程である。第２の工程は、２００℃以下の低温でアルミニウムの種層（Ｓｅｅｄ層）と呼ばれる核生成層を成膜する工程である。第３の工程は、高温でアルミニウムをスパッタし、ホールを充填する工程である。 In an integrated circuit device, it is necessary to fill a trench or a hole with a conductive metal. For example, when a trench or a hole is filled with aluminum, a filling technique called reflow is used. The filling method called reflow includes the following three steps. The first step is a step of forming a barrier layer made of a heat resistant metal such as Ti / TiN and a heat resistant metal compound. The second step is a step of forming a nucleation layer called an aluminum seed layer (Seed layer) at a low temperature of 200 ° C. or lower. The third step is a step of filling holes by sputtering aluminum at a high temperature.
そして、アルミニウムの充填工程において必要なのは、スパッタされたアルミニウムがボイドと呼ばれる非充填箇所を形成せずに、ホール内を流れることであり、言い換えるならば、アルミニウムの流動性を確保することが必要である。 What is required in the aluminum filling process is that the sputtered aluminum does not form a non-filled portion called a void, but flows in the hole. In other words, it is necessary to ensure the fluidity of the aluminum. is there.
一般に、アルミニウムのような非耐熱金属の充填性能を向上させるためには、以下の２つの方法が考えられる。第１に、基板温度を高温にして、金属の流動性を上げることである。第２に、ホール底部まで流動する金属の動きを遮らぬよう、一様に連続でありかつ平坦な表面をもつ流動経路層を構成することである。 Generally, in order to improve the filling performance of a non-heat resistant metal such as aluminum, the following two methods can be considered. The first is to increase the fluidity of the metal by raising the substrate temperature. Secondly, a flow path layer having a uniformly continuous and flat surface is formed so as not to block the movement of the metal flowing to the bottom of the hole.
しかし、基板温度を高温にするにしても、半導体素子に影響を与えない程度の温度内に限定されてしまう。さらに、アルミニウムのような低融点金属では、成膜後の加熱によって、流動経路層としてのＳｅｅｄ層が凝集して個々の小滴となってしまうことから、基板温度を過度に上昇させることは、充填性能を向上させるうえで望ましくない。 However, even if the substrate temperature is increased, the temperature is limited to a level that does not affect the semiconductor element. Furthermore, in a low-melting point metal such as aluminum, the seed layer as a flow path layer aggregates into individual droplets by heating after film formation, so that the substrate temperature is excessively increased. It is not desirable for improving the filling performance.
一方、連続な流動経路層とは、ホール内部を途切れることなく被覆している状態のことであり、一般にカバレッジ率が高いと言われる状態のことである。カバレッジ率は、成膜した膜厚（ｄ）に対するホール底部への付着膜厚（ｄbottom）、あるいはホール側壁への付着膜厚（ｄside）の比（ｄbottom／ｄあるいはｄside／ｄ）で表現される。カバレッジ率は、スパッタされ放出された粒子のイオン化を促進することによって向上することが知られており、実際には成膜時の圧力を高めることで実現できる。 On the other hand, the continuous flow path layer is a state in which the inside of the hole is covered without interruption, and is generally a state that is said to have a high coverage rate. The coverage ratio is the ratio (d bottom / d or d side / d) of the film thickness (d bottom ) attached to the bottom of the hole to the film thickness (d) or the film thickness (d side ) attached to the side wall of the hole It is expressed by It is known that the coverage rate is improved by promoting ionization of the sputtered and emitted particles, and can actually be realized by increasing the pressure during film formation.
しかし、圧力を高めて成膜した膜の表面モフォロジーを観察した場合、表面凹凸が大きく、これもまた、金属の充填性能を著しく劣化させる。 However, when the surface morphology of the film formed by increasing the pressure is observed, the surface irregularities are large, which also significantly deteriorates the metal filling performance.
一方、成膜圧力を低くすることで、表面凹凸を小さくすることができるが、粒子のイオン化率が低くなってしまうため、カバレッジが悪い。特に、径の細いホールなどでは、ホール下部の側壁への付き周りが悪く、上述したように凝集を引き起こすこととなり、連続した流動経路層を形成することが困難である。 On the other hand, the surface unevenness can be reduced by lowering the film forming pressure, but the ionization rate of the particles is lowered, so that the coverage is poor. In particular, in a hole having a small diameter, the contact with the side wall at the bottom of the hole is poor, causing aggregation as described above, and it is difficult to form a continuous flow path layer.
このように、従来の成膜方法においては、連続かつ平坦な流動経路層を形成するための条件が相反するものとなり、効率的に充填することが困難であった。 Thus, in the conventional film forming method, the conditions for forming a continuous and flat flow path layer are contradictory, and it is difficult to efficiently fill the layer.
そこで、高密度集積回路のコンタクトホール等のカバレッジを改善するための技術が開示されている（特許文献１参照）。この特許文献１に記載された技術は、ターゲットと基板間距離を１１５ｍｍ以上とするとともに、成膜圧力を６６０ｍＰａ以下とし、基板バイアスを調整することで、カバレッジを制御するようにしている。 Therefore, a technique for improving the coverage of contact holes and the like of high-density integrated circuits has been disclosed (see Patent Document 1). In the technique described in Patent Document 1, the distance between the target and the substrate is set to 115 mm or more, the deposition pressure is set to 660 mPa or less, and the substrate bias is adjusted to control the coverage.
また、オーバハング部分を生ぜしめることなく凹部の内壁面に十分な厚さのシード膜やバリア層等の薄膜を形成するための技術が開示されている（特許文献２参照）。この特許文献２に記載された技術は、被処理体へ印加するバイアス電力を、被処理体の表面が実質的にスパッタされない領域下にて変化させるようにしたものである。 Further, a technique for forming a thin film such as a seed film or a barrier layer having a sufficient thickness on the inner wall surface of the recess without causing an overhang portion has been disclosed (see Patent Document 2). The technique described in Patent Document 2 changes the bias power applied to the object to be processed under a region where the surface of the object to be processed is not substantially sputtered.
しかしながら、上記した特許文献１及び特許文献２に記載された技術においても、十分なカバレッジ性と平坦性を有する膜を成膜することができなかった。本発明は、このような事情に鑑み提案されたもので、ホールやトレンチなどの凹部を被覆する膜のカバレッジ性を向上し、かつ、平坦な表面をもつ膜を成膜することが可能なスパッタ成膜方法を提供することを目的とする。 However, even the techniques described in Patent Document 1 and Patent Document 2 described above cannot form a film having sufficient coverage and flatness. The present invention has been proposed in view of such circumstances, and it is possible to improve the coverage of a film covering a concave portion such as a hole or a trench and to form a film having a flat surface. An object is to provide a film forming method.
本発明のスパッタ成膜方法は、上述した目的を達成するため、以下の特徴点を有している。 The sputter deposition method of the present invention has the following features in order to achieve the above-described object.
すなわち、本発明のスパッタ成膜方法は、
真空処理容器内で、金属ターゲットに高周波電力及び／又は直流電圧を印加して、プラズマを発生させるとともにターゲット粒子をイオン化させて金属イオンを発生させ、前記真空処理容器内の載置台上に載置された、表面に凹部を有する被処理体へ薄膜を形成するスパッタ成膜方法において、
第１の圧力下でスパッタ成膜を行うことにより第１の層を形成する第１の工程と、
前記第１の圧力より低い第２の圧力下でスパッタ成膜を行うことにより前記第１の層上に第２の層を形成する第２の工程と、
を含むことを特徴とする。
That is, the sputter film forming method of the present invention comprises:
In the vacuum processing container, high frequency power and / or DC voltage is applied to the metal target to generate plasma and ionize the target particles to generate metal ions, which are placed on the mounting table in the vacuum processing container. In the sputter film forming method for forming a thin film on the object to be processed having a recess on the surface,
A first step of forming a first layer by performing sputter deposition under a first pressure;
A second step of forming a second layer on the first layer by performing sputter deposition under a second pressure lower than the first pressure;
It is characterized by including.
また、本発明のプラズマ処理装置は、
真空処理容器と、
表面に凹部を有する被処理体を載置する載置台と、
前記真空処理容器内へ所定のガスを導入するガス導入手段と、
金属ターゲットを載置する電極と、
前記電極の裏側に設けられた磁石機構と、
前記電極に高周波電力を供給する高周波電源と、
前記電極に直流電圧を供給するＤＣ電源と、
前記真空処理容器内の圧力を測定する圧力計と、
前記圧力計により測定された圧力に応じて、前記真空処理容器内の圧力を制御する圧力制御機構と、
を具備し、
前記圧力制御機構は、第１の圧力下でスパッタ成膜を行った後に、前記第１の圧力より低い第２の圧力下でスパッタ成膜を行うように、前記真空処理容器内の圧力を制御することを特徴とする。
In addition, the plasma processing apparatus of the present invention,
A vacuum processing container;
A mounting table for mounting an object to be processed having a recess on the surface;
Gas introduction means for introducing a predetermined gas into the vacuum processing container;
An electrode for placing a metal target;
A magnet mechanism provided on the back side of the electrode;
A high frequency power source for supplying high frequency power to the electrode;
A DC power supply for supplying a DC voltage to the electrodes;
A pressure gauge for measuring the pressure in the vacuum processing vessel;
A pressure control mechanism for controlling the pressure in the vacuum processing container according to the pressure measured by the pressure gauge;
Comprising
The pressure control mechanism controls the pressure in the vacuum processing container so that the sputter film formation is performed under the second pressure lower than the first pressure after the sputter film formation is performed under the first pressure. It is characterized by doing.
本発明のスパッタ成膜方法によれば、ホールやトレンチなどの凹部を被覆する膜のカバレッジ性を向上し、かつ、平坦な表面をもつ膜を成膜することができる。 According to the sputtering film forming method of the present invention, it is possible to improve the coverage of a film covering a concave portion such as a hole or a trench and to form a film having a flat surface.
以下、図面を参照して、本発明に係るスパッタ成膜方法及びプラズマ処理装置の実施形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of a sputtering film forming method and a plasma processing apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings.
図１及び図２を参照して、本発明の実施形態に係るプラズマ処理装置の構成について説明する。図１は、本発明の実施形態に係るプラズマ処理装置の概略断面図である。また、図２は、磁石機構をターゲット電極（第１の電極）側から見た平面図である。 With reference to FIG.1 and FIG.2, the structure of the plasma processing apparatus which concerns on embodiment of this invention is demonstrated. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a plan view of the magnet mechanism as viewed from the target electrode (first electrode) side.
まず、本発明の実施形態に係るプラズマ処理装置の概略構成を説明する。 First, a schematic configuration of a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention will be described.
本発明の実施形態に係るプラズマ処理装置は、真空処理容器として機能するチャンバを備えている。チャンバ内には、被処理体である基板を載置する載置台として機能するステージホルダと、金属ターゲットである材料ターゲット材を載置するターゲット電極と、ターゲット電極の裏側に設けられた磁石機構とが設けられている。ターゲット電極には、高周波電力を供給する高周波電源である上部電極用高周波電源と、直流電圧を供給するＤＣ電源とが接続されている。また、チャンバには、チャンバ内へ所定のガスを導入するガス導入手段として機能するガス導入口と、チャンバ内の圧力を測定する圧力計が設けられている。さらに、プラズマ処理装置は、圧力計により測定された圧力に応じて、チャンバ内の圧力を制御する圧力制御機構を備えている。なお、被処理体である基板は、表面に凹部を有している。 A plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention includes a chamber that functions as a vacuum processing container. In the chamber, a stage holder that functions as a mounting table for mounting a substrate that is an object to be processed, a target electrode for mounting a material target material that is a metal target, and a magnet mechanism provided on the back side of the target electrode, Is provided. The target electrode is connected to a high frequency power supply for the upper electrode, which is a high frequency power supply for supplying high frequency power, and a DC power supply for supplying a DC voltage. Further, the chamber is provided with a gas introduction port that functions as a gas introduction means for introducing a predetermined gas into the chamber, and a pressure gauge that measures the pressure in the chamber. Furthermore, the plasma processing apparatus includes a pressure control mechanism that controls the pressure in the chamber in accordance with the pressure measured by the pressure gauge. Note that the substrate as the object to be processed has a concave portion on the surface.
次に、本発明の実施形態に係るプラズマ処理装置について、詳細に説明する。 Next, the plasma processing apparatus according to the embodiment of the present invention will be described in detail.
本発明の実施形態に係るプラズマ処理装置１００は、図１に示すように、上部電極１と下部電極３０１とを有するチャンバ２０１を備えている。チャンバ２０１は真空処理容器として機能するものであり、排気口２０５には、チャンバ２０１内を排気する真空用排気ポンプ１０が接続されるとともに、自動圧力制御機構（ＡＰＣ）３１が設けられている。また、チャンバ２０１内には、上部電極１と下部電極３０１が設けられている。上部電極には、整合器１０１を介して上部電極用高周波電源１０２とＤＣ電源１０３が接続されている。また、下部電極３０１には、整合器３０４を介して下部電極用高周波電源３０５が接続されている。
The
チャンバ２０１は略円柱状となっており、略円盤状の上部壁（天井壁）２０２と、略円筒形の側壁２０３と、略円盤状の底壁２０４とから構成されている。チャンバ２０１内の側壁２０３付近には、圧力を測定するための圧力計３０（例えば、ダイヤフラムゲージ）が設けられている。圧力計３０は、自動圧力制御機構３１と電気的に接続されており、チャンバ２０１内の圧力を自動制御できるように構成されている。
The
上部電極１は、上部壁２０２と、磁石機構５と、ターゲット電極（第１の電極）２と、絶縁体４と、シールド３とから構成されている。磁石機構５は上部壁２０２の下方に設けられており、磁石機構５の下方にはターゲット電極２が設けられている。また、絶縁体４は、ターゲット電極２とチャンバ２０１の側壁とを絶縁するとともに、ターゲット電極２をチャンバ２０１内に保持するためのものである。さらに、絶縁体４の下方には、シールド３が設けられている。なお、ターゲット電極２は、整合器１０１を介して、上部電極用高周波電源１０２とＤＣ電源１０３に接続されている。ターゲット電極２の主要部品は、Ａｌ、ＳＵＳ、Ｃｕなどの非磁性金属から構成されている。ターゲット電極２の減圧側には、基板３０６上に成膜するのに必要な材料ターゲット材（不図示）を設置することができる。また、上部電極１やターゲット電極２の中には配管が形成されており、この配管に冷却水を流すことによって、上部電極１やターゲット電極２を冷却することができる。
The upper electrode 1 includes an
磁石機構５は、マグネット支持板７と、マグネット支持板７に支持された複数のマグネットピース６と、複数のマグネットピース６の最外周側に設けられた磁場調整用磁性体８とから構成されている。なお、磁石機構５は、不図示の回転機構により、材料ターゲットの中心軸を回転軸として回転可能となっている。複数のマグネットピース６は、ターゲット電極２の上方であって、ターゲット電極２の表面と平行となるようにして、相互に隣接して配置されている。隣接するマグネットピース６には、プラズマを閉じ込めるために、閉じたポイントカスプ磁場１１が形成されている。磁場調整用磁性体８は、外周側に位置するマグネットピース６が、ターゲット電極２側において部分的に重なるようにして延設されている。このような構成とすることにより、ターゲット電極２とシールド３の隙間において、磁場強度を抑制（制御）することできる。
The
下部電極３０１は、ステージホルダ３０２と、冷却・加熱機構１２と、底壁２０４と、第２の電極用絶縁体３０３とから構成されている。ステージホルダ３０２は、基板３０６を載置するための装置であり、その内部には冷却・加熱機構１２が設けられている。第２の電極用絶縁体３０３は、ステージホルダ３０２とチャンバ２０１の底壁２０４とを電気的に絶縁して支持するための装置である。また、ステージホルダ３０２には、整合器３０４を介して下部電極用高周波電源３０５が接続されている。なお、図示していないが、ステージホルダ３０２には、単極型電極を有する静電吸着装置が設けられており、この単極型電極は、ＤＣ電源（不図示）と接続されている。さらに、図示していないが、ステージホルダ３０２には、基板３０６の裏面に対して、基板３０６を温度制御するためのガス（例えば、Ａｒなどの不活性ガス）を供給するため、複数のガス噴出口と、基板の温度を測定するための基板温度計測器が設けられている。
The
チャンバ２０１内には、アルゴン等のプロセスガスをチャンバ２０１内に供給するための複数のガス導入口９が設けられている。
A plurality of
図２を参照して、磁石機構５の形状について詳細に説明する。図２は、磁石機構５をターゲット電極２側から見た平面図である。
The shape of the
図２に示すように、円盤状のマグネット支持体７には、環状の磁場調整用磁性体８と、磁場調整用磁性体８の内周領域に配置されたマグネットピース６とが、支持されて設けられている。ここで、図２において、記号３ａはシールド３の内径を示しており、多数の小さな円は各々のマグネットピース６の外形を示している。また、各マグネットピース６は、同じ形状及び同じ磁束密度を有している。さらに、Ｎ及びＳの文字はターゲット電極２側から見たマグネットピース６の磁極を示している。
As shown in FIG. 2, an annular magnetic field adjusting magnetic body 8 and a
マグネットピース６は、互いに略同一の間隔（５乃至１００ｍｍの範囲）を空けて、碁盤の目状（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向）に配置され、隣接する各マグネットピース６は、反対の極性を有している。一方、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に沿って配置された任意の４つのマグネットピース６からなる四角形において、対角線方向に沿って隣接するマグネットピース６の極性はそれぞれ同一である。すなわち、隣接する任意の４つのマグネットピース６により、ポイントカスプ磁場１１が形成される。
The
マグネットピース６の高さは、通常は２ｍｍよりも大きくなっており、その断面形状は四角または円形である。マグネットピース６の直径や高さ、材質は、プロセスアプリケーションによって、適宜設定することができる。本実施形態においては、すべてのマグネットピース６は、同等の磁束密度となるように同じ磁石素材を想定している。プラズマ処理装置１００の上部電極１に高周波電力を供給したとき、プラズマは容量結合型のメカニズムによって生成される。このプラズマは、閉じたポイントカスプ磁場１１によって閉じ込めの作用を受ける。
The height of the
磁場調整用磁性体８は、外周側に位置するマグネットピース６が、ターゲット電極２側において、部分的に重なるように延設されている。これにより、ターゲット電極２とシールド３との隙間において、磁場強度を抑制（制御）することできる。磁場調整用磁性体８は、ターゲット電極２とシールド３の隙間の磁場強度を制御できる材料であればよく、例えば、ＳＵＳ４３０等の透磁率が高い材料が好ましい。磁石機構５において、マグネットピース６と磁場調整用磁性体８とが重なる面積を調整することにより、磁場調整することが可能である。すなわち、マグネットピース６と磁場調整用磁性体８とが重なる面積を調整すると、ターゲット電極２の最外周まで、ターゲット電極２をスパッタするのに必要な磁場を供給し、ターゲット電極２とシールド３との隙間には、磁場を供給しないようになる。
The magnetic body 8 for magnetic field adjustment is extended so that the
本実施形態においては、ポイントカスプ磁場１１を用いた場合を説明したが、ターゲット電極２よりも外周に位置するマグネットピース６のターゲット電極２側に、部分的に磁場調整用磁性体８が重なるように設置してもよい。そして、ターゲット電極２とシールド３の隙間の磁場強度を制御する機構を搭載すれば、ターゲット電極２よりも外側にシールド３が存在し、ターゲット電極２よりも外側に磁場が存在するようなマグネトロンスパッタ装置に対しても磁場調整が可能となる。
In the present embodiment, the case where the point cusp
図１、図３、及び図４を参照して、本実施形態に係るプラズマ処理装置を用いた成膜方法を、具体的実施例とともに説明する。図３は、成膜過程におけるホール断面図である。なお、本実施例では、ターゲット材として、アルミニウムを使用している。図４は、本実施形態に係る成膜フローチャートである。なお、以下で説明するホールとは、本発明における凹部の一例であり、その他、例えば、トレンチ（溝）などが凹部に該当する。 A film forming method using the plasma processing apparatus according to the present embodiment will be described together with specific examples with reference to FIGS. FIG. 3 is a sectional view of the holes in the film forming process. In this embodiment, aluminum is used as the target material. FIG. 4 is a film forming flowchart according to the present embodiment. In addition, the hole demonstrated below is an example of the recessed part in this invention, for example, a trench (groove) etc. correspond to a recessed part.
本発明のスパッタ成膜方法は、真空処理容器内で、金属ターゲットに高周波電力及び／又は直流電圧を印加して、プラズマを発生させるとともにターゲット粒子をイオン化させて金属イオンを発生させる。そして、真空処理容器内の載置台上に載置された、表面に凹部を有する被処理体へ、金属イオンを照射して薄膜を形成するものである。そして、第１のの圧力下でスパッタ成膜を行うことにより第１の層を形成する第１の工程と、第１の圧力より低い第２の圧力下でスパッタ成膜を行うことにより第１の層上に第２の層を形成する第２の工程と、を含んでいる。第１の圧力が５乃至１５Ｐａから選択され、前記第２の圧力が０．５乃至５Ｐａから選択されることが好ましい。また、高周波電力を供給する高周波電源の周波数は、２０乃至８０ＭＨｚであることが好ましい。 In the sputtering film forming method of the present invention, high frequency power and / or direct current voltage is applied to a metal target in a vacuum processing vessel to generate plasma and ionize target particles to generate metal ions. Then, a thin film is formed by irradiating an object to be processed, which is placed on a mounting table in a vacuum processing container and has a concave portion on the surface, with metal ions. A first step of forming the first layer by performing sputter deposition under a first pressure, and a first step of performing sputter deposition under a second pressure lower than the first pressure. Forming a second layer on the first layer. Preferably, the first pressure is selected from 5 to 15 Pa, and the second pressure is selected from 0.5 to 5 Pa. Further, the frequency of the high frequency power supply for supplying high frequency power is preferably 20 to 80 MHz.
具体的には、図３（ａ）に示すように、二酸化シリコン３３１によりホール３３０が形成されている。図３（ｂ）は、このホール３３０にバリア層（Ｔｉ）３３２を成膜した状態である。バリア層３３２のホールにアルミニウム膜を成膜する工程について、以下、詳細に説明する。なお、本実施形態に係る成膜工程は、図４に示すようになっている。
Specifically, as shown in FIG. 3A, a
まず、第１ステップにおいては、図１に示すプラズマ処理装置のガス導入口９からチャンバ２０１内に、アルゴンガスが所定の流量で導入される。これと同時に、磁石機構５が所定の回転速度で回転する。このとき、圧力計３０と自動圧力制御機構３１とにより、チャンバ内の圧力は比較的高い第１の圧力（好ましくは５乃至１５Ｐａ、本実施例では１０Ｐａ）に維持されている。なお、５Ｐａ未満になると、後述するように、スパッタ粒子がホール入口に堆積し、最悪の場合、ホール入口を塞いでしまう可能性がある。一方、１５Ｐａを超えると、プロセスガスの分子の数があまりにも多くなり、スパッタ粒子がイオン化してもプロセスガス分子との衝突によって多く散乱され、基板に十分到達できないという問題が発生する可能性がある。そして、所定時間経過後、チャンバ２０１にアルゴンガスが充満すると、次の第２ステップに進む。なお、基板は、基板温度計測器（不図示）と、ガス噴出口から噴出されるガスにより、所定の温度に維持されている。これにより、基板は、入射するスパッタ粒子が凝集しない温度となるように維持されている。
First, in the first step, argon gas is introduced into the
次に、第２ステップにおいて、上部電極用高周波電源１０２により、所定電力の高周波電力をターゲット電極２に印加する。本実施例においては、所定電力を５００Ｗとし、周波数を６０ＭＨｚとしている。なお、周波数は、１０乃至１００ＭＨｚであることが好ましく、特に２０乃至８０ＭＨｚであることが好ましい。このように、ターゲット電極２に所定周波数の高周波電力を印加するのは、プラズマ中のＡｒ粒子のイオン化を促進させ、ターゲットへの入射を促進して成膜速度を増幅するためである。さらに、スパッタされたＡｌ粒子のイオン化を促進し、カバレッジ性の良い膜を成膜することができる。なお、静電吸着装置（不図示）には、負の電圧が印加され、基板に吸着力が働く。
Next, in a second step, high frequency power of a predetermined power is applied to the target electrode 2 by the upper electrode high
次いで、ＤＣ電源１０３により、ターゲット電極２に電圧を印加することで、アルゴンイオンがＡｌターゲットに入射し、スパッタ成膜が開始される。
Next, by applying a voltage to the target electrode 2 from the
そして、所定時間、スパッタ成膜を行った後、次の第３ステップに進む。このように、比較的高い圧力下でスパッタ成膜することにより、スパッタされた粒子Ａｌのイオン化を促進して、ホール底部に向かう粒子の割合を多くすることができる。その結果として、ホール下部に到達するスパッタ粒子の量が増加して、ホール内部全面を被覆することが可能となる。すなわち、スパッタ粒子の凝集を抑制し、ホールに対して十分な付着量を確保することができる。 Then, after performing the sputter film formation for a predetermined time, the process proceeds to the next third step. Thus, by performing sputter deposition under a relatively high pressure, ionization of the sputtered particles Al can be promoted, and the proportion of particles toward the bottom of the hole can be increased. As a result, the amount of sputtered particles reaching the lower part of the hole is increased, and the entire surface inside the hole can be covered. That is, aggregation of sputtered particles can be suppressed and a sufficient amount of adhesion to the holes can be ensured.
第３ステップにおいては、ＤＣ電源１０３からターゲット電極２に印加される電圧を停止する。そして、チャンバ２０１内の圧力を第１ステップの圧力より低い第２の圧力（好ましくは０．５乃至５Ｐａ、より好ましくは０．５乃至２Ｐａであり、本実施例では１．３Ｐａ）に変更する。なお、処理圧力が０．５Ｐａ未満になると、中性スパッタ粒子のイオン化が十分でなくなる可能性がある。第３ステップでは、成膜処理を行わず、圧力を安定化させるための時間を確保している。第３ステップが終了すると、次の第４ステップに進む。
In the third step, the voltage applied from the
第４ステップにおいては、第３ステップにおける処理圧力を維持したまま、ＤＣ電源１０３より、ターゲット電極２に電圧を印加することで、低圧スパッタ成膜を開始する。これにより、成膜された膜の表面を平坦化することができる。
In the fourth step, low voltage sputter deposition is started by applying a voltage from the
そして、所定時間、成膜した後、ＤＣ電源１０３及び上部電極用高周波電源１０２により印加する電力を停止して、低圧スパッタ成膜を終了する。このようにして作成された膜を図３（ｃ）に示す。さらに、別の工程により、充填層（Ａｌ）を成膜し、完成したデバイスを図３（ｄ）に示す。
Then, after film formation for a predetermined time, the power applied by the
上述したように、高圧スパッタ工程（第１の工程）の後に低圧スパッタ工程（第２工程）を行うことにより、カバレッジ性が良い膜が成膜できる理由を、図５を参照して説明する。 As described above, the reason why a film having good coverage can be formed by performing the low-pressure sputtering process (second process) after the high-pressure sputtering process (first process) will be described with reference to FIG.
図５（ａ）は、スパッタ装置内の電位分布の模式図であり、図５（ｂ）は、基板近傍におけるスパッタ粒子の運動エネルギーを示す模式図である。図５（ａ）に示すように、基板近傍にはプラズマシースと呼ばれる電圧降下部が存在するため、イオン化されたスパッタ粒子は、このプラズマシースにより基板垂直方向へ引き込まれ、基板へ入射する。 FIG. 5A is a schematic diagram of the potential distribution in the sputtering apparatus, and FIG. 5B is a schematic diagram showing the kinetic energy of the sputtered particles in the vicinity of the substrate. As shown in FIG. 5A, since a voltage drop portion called a plasma sheath exists in the vicinity of the substrate, the ionized sputtered particles are drawn by the plasma sheath in the direction perpendicular to the substrate and enter the substrate.
図５（ｂ）に示すように、処理圧力が低い場合には、容器内のガス成分（Ａｒ）が少ないので、スパッタ粒子はガス成分とほとんど衝突しない。このため、スパッタ粒子は、イオン化率が低く、ターゲットから放出された際の高いエネルギーを維持したまま、基板近傍に到達する。そして、基板に到達するスパッタ粒子は、直線性の高いベクトルを有するため、プラズマシースによる垂直方向への加速・引き込みの効果が小さい。そのため、ホール底部に到着できず、結果としてホール入口に堆積し、最悪の場合、ホール入口を塞いでしまう。 As shown in FIG. 5B, when the processing pressure is low, since the gas component (Ar) in the container is small, the sputtered particles hardly collide with the gas component. For this reason, sputtered particles have a low ionization rate and reach the vicinity of the substrate while maintaining high energy when released from the target. And since the sputtered particle which reaches | attains a board | substrate has a vector with high linearity, the effect of acceleration and drawing in the perpendicular direction by a plasma sheath is small. Therefore, it cannot reach the bottom of the hole, and as a result, it accumulates at the hole entrance, and in the worst case, the hole entrance is blocked.
一方、処理圧力が高い場合には、容器内のガス成分（Ａｒ）が多いので、スパッタ粒子は、ガス成分と衝突してイオン化されるとともに、ターゲットから放出された際の運動エネルギーを消失して、基板近傍に到達する。そして、基板に到達するイオン化したスパッタ粒子は、運動エネルギーが小さいので、プラズマシースによる垂直方向への加速・引き込みが大きく作用して基板垂直方向へ引き込まれ、ホール底部まで到着する粒子が相対的に増加する。このため、カバレッジ性の優れた膜を成膜することができる。上述した理由により、本発明では、まず初めに高圧スパッタを行っている。 On the other hand, when the processing pressure is high, since the gas component (Ar) in the container is large, the sputtered particles collide with the gas component and are ionized, and the kinetic energy when released from the target is lost. And reach the vicinity of the substrate. And since the ionized sputtered particles that reach the substrate have a small kinetic energy, the acceleration and pulling in the vertical direction by the plasma sheath acts greatly, and the particles that reach the bottom of the hole are relatively pulled. To increase. For this reason, a film with excellent coverage can be formed. For the reasons described above, in the present invention, high-pressure sputtering is first performed.
なお、図５（ａ）では、基板側の電位を接地としているが、図１に示す下部電極用高周波電源３０５により任意の電圧を印加することで、基板側の電位を所望の値に調整することができる。
In FIG. 5A, the substrate side potential is grounded, but the substrate side potential is adjusted to a desired value by applying an arbitrary voltage from the lower electrode high-
ところで、高圧スパッタでは、容器内のガス成分（Ａｒ）が多いので、基板表面に入射するガスが増え、膜表面に凹凸ができてしまう。さらに、通常、Ａｌのスパッタ粒子が基板に到達すると、Ａｌスパッタ粒子は、エネルギー的に安定な場所に移動するという現象（マイグレーション）が生じる。しかし、高圧状態では、一般的にＶｄｃが小さくなり、成膜速度が低下する。結果的に、成膜時間が長くなり、膜に付着する不純物が増加して、スパッタ粒子のマイグレーションを妨げてしまい、膜表面が凸凹になると考えられる。こうした膜表面の凸凹を滑らかにするため、本発明における成膜方法では、高圧スパッタ工程後、低圧スパッタを行っている。 By the way, in high pressure sputtering, since there are many gas components (Ar) in a container, the gas which injects into a substrate surface will increase and an unevenness | corrugation will be made on the film | membrane surface. Further, normally, when the Al sputtered particles reach the substrate, a phenomenon (migration) occurs in which the Al sputtered particles move to an energetically stable place. However, in a high-pressure state, Vdc generally decreases and the film formation rate decreases. As a result, it is considered that the film formation time becomes longer, the impurities attached to the film increase, the migration of the sputtered particles is hindered, and the film surface becomes uneven. In order to smooth the unevenness of the film surface, in the film forming method of the present invention, low-pressure sputtering is performed after the high-pressure sputtering process.
１ 上部電極
２ ターゲット電極（第１の電極）
３ シールド
３ａ シールドの内径
４ 絶縁体
５ 磁石機構
６ マグネットピース
７ マグネット支持板
８ 磁場調整用磁性体
９ ガス導入口
１０ 真空用排気ポンプ
１１ ポイントカスプ磁場
１２ 冷却・加熱機構
３０ 圧力計
３１ 自動圧力制御機構（ＡＰＣ）
１００ プラズマ処理装置
１０１ 整合器
１０２ 上部電極用高周波電源
１０３ ＤＣ電源
２０１ チャンバ
２０２ 上部壁（天井壁）
２０３ 側壁
２０４ 底壁
２０５ 排気口
３０１ 下部電極
３０２ ステージホルダ
３０３ 第２の電極用絶縁体
３０４ 整合器
３０５ 下部電極用高周波電源
３０６ 基板
３３０ ホール
３３１ 二酸化シリコン
３３２ バリア層（Ｔｉ）
1 Upper electrode 2 Target electrode (first electrode)
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
203
Claims (6)
第１の圧力下でスパッタ成膜を行うことにより第１の層を形成する第１の工程と、
前記第１の圧力より低い第２の圧力下でスパッタ成膜を行うことにより前記第１の層上に第２の層を形成する第２の工程と、
を含むことを特徴とするスパッタ成膜方法。 In the vacuum processing container, high frequency power and / or DC voltage is applied to the metal target to generate plasma and ionize the target particles to generate metal ions, which are placed on the mounting table in the vacuum processing container. In the sputter film forming method for forming a thin film on the object to be processed having a recess on the surface,
A first step of forming a first layer by performing sputter deposition under a first pressure;
A second step of forming a second layer on the first layer by performing sputter deposition under a second pressure lower than the first pressure;
A sputter film forming method comprising:
表面に凹部を有する被処理体を載置する載置台と、
前記真空処理容器内へ所定のガスを導入するガス導入手段と、
金属ターゲットを載置する電極と、
前記電極の裏側に設けられた磁石機構と、
前記電極に高周波電力を供給する高周波電源と、
前記電極に直流電圧を供給するＤＣ電源と、
前記真空処理容器内の圧力を測定する圧力計と、
前記圧力計により測定された圧力に応じて、前記真空処理容器内の圧力を制御する圧力制御機構と、
を具備し、
前記圧力制御機構は、第１の圧力下でスパッタ成膜を行った後に、前記第１の圧力より低い第２の圧力下でスパッタ成膜を行うように、前記真空処理容器内の圧力を制御することを特徴とするプラズマ処理装置。 A vacuum processing container;
A mounting table for mounting an object to be processed having a recess on the surface;
Gas introduction means for introducing a predetermined gas into the vacuum processing container;
An electrode for placing a metal target;
A magnet mechanism provided on the back side of the electrode;
A high frequency power source for supplying high frequency power to the electrode;
A DC power supply for supplying a DC voltage to the electrodes;
A pressure gauge for measuring the pressure in the vacuum processing vessel;
A pressure control mechanism for controlling the pressure in the vacuum processing container according to the pressure measured by the pressure gauge;
Comprising
The pressure control mechanism controls the pressure in the vacuum processing container so that the sputter film formation is performed under the second pressure lower than the first pressure after the sputter film formation is performed under the first pressure. A plasma processing apparatus.
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