JPH02152229A - Treatment of substrate - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、基板の処理方法に関し、特に、半導体装置の
製造等におけるエツチング方法および金属配線の形成工
程に用いて好適な導電膜の形成方法に関するものである
。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a method for processing a substrate, and in particular, a method for forming a conductive film suitable for use in an etching method and a metal wiring formation process in the manufacture of semiconductor devices, etc. It is related to.
〔従来の技術］
半導体装置の製造においては、半導体素子の形成過程で
ある拡散等のウェハー処理工程を経た後、ウェハー表面
に対して一層以上の、必要な金属配線を施す。[Prior Art] In the manufacture of semiconductor devices, after a wafer processing process such as diffusion, which is a process of forming semiconductor elements, one or more layers of necessary metal wiring are applied to the wafer surface.
この目的のため、通常、シリコンウェハーの表面酸化膜
に、フォトプロセスを適用して、電極形成のための窓開
けを行い、次いで、金属配線形成のため、アルミニュウ
ムの蒸着を行う、二層目配線を施す場合も同様に、層間
絶縁膜にフォトプロセスを適用して、層間接続用の窓を
形成し、二層目配線形成用のアルミニュウム薄着を行う
。For this purpose, a photo process is usually applied to the surface oxide film of the silicon wafer to open a window for electrode formation, and then aluminum is vapor deposited to form the metal wiring. Similarly, when performing this, a photo process is applied to the interlayer insulating film to form a window for interlayer connection, and thin aluminum is deposited for forming the second layer wiring.
このアルミニュウム蒸着にあたっては、実際には、電気
的接続を良好とするため、表面の自然酸化膜を除去して
から蒸着を行うのであり、一般には、緩衝弗酸溶液に浸
漬して自然酸化膜を除去し、直ちにアルミニュウム蒸着
を行う、このエツチングに際し、ドライエツチングを適
用することもできるが、通常は、０．１〜０．３ Ｔｏ
ｒｒという圧力下で行うものであり、基板に対するダメ
ージが大きい。特に、ＭＯＳメモリにおけるトレンチ形
成においては、基板に対するダメージが問題となるので
、より低圧でのドライエツチングが望まれる。In actuality, the natural oxide film on the surface is removed before the aluminum evaporation process is performed to ensure good electrical connection.Generally, the natural oxide film is removed by immersion in a buffered hydrofluoric acid solution. Dry etching can also be applied during this etching process, in which aluminum is removed and immediately vapor-deposited, but usually 0.1 to 0.3 To
This process is performed under a pressure of RR, which causes significant damage to the substrate. In particular, when forming a trench in a MOS memory, damage to the substrate becomes a problem, so dry etching at a lower pressure is desired.
上記の従来の配線形成では、蒸着に際して湿式処理が必
要となっており、種類の異なる処理が必要となっており
、工程が煩雑である。また、ドライエツチングの如き、
配線形成のための前処理を配線形成材料被着装置内で行
うことができる、簡便で処理能力の改善された導電膜の
形成方法を擾供することを目的とする。In the conventional wiring formation described above, wet processing is required during vapor deposition, different types of processing are required, and the process is complicated. Also, such as dry etching,
An object of the present invention is to provide a method for forming a conductive film that is simple and has improved throughput, in which pretreatment for wiring formation can be performed in a wiring forming material deposition apparatus.
上記の問題点を解決するため、本発明では、第１に、永
久磁石により互いに対向したターゲット間にプラズマ収
束磁界を生じさせる共に、エツチング用ガスを導入し、
対向ターゲット外の低真空位置に配置した基板にバイア
ス電位を供給しながら基板表面のエツチングを行うこと
を特徴とする基板の処理方法とするものであり、また、
本発明の第２の特徴では、永久磁石により互いに対向し
たターゲット間にプラズマ収束磁界を生じさせる状態で
導電材ネ１のターゲットをスパッタリングさせるように
構成されたスパッタリング装置を用い、該装置にエツチ
ング用ガスを導入し、対向ターゲット外に配置した基板
にバイアス電位を供給しながら）ＳＦｊ、表面のエツチ
ングを行い、直らに、−上記スパッタリング装置を用い
て導電膜を形成することを特徴とする基板の処理方法で
ある。In order to solve the above problems, the present invention firstly generates a plasma focusing magnetic field between mutually facing targets using permanent magnets, and introduces an etching gas.
A substrate processing method characterized by etching the substrate surface while supplying a bias potential to the substrate placed in a low vacuum position outside the opposing target, and further comprising:
In a second feature of the present invention, a sputtering apparatus configured to sputter a target of conductive material 1 in a state where a permanent magnet generates a plasma focusing magnetic field between mutually facing targets is used, and the apparatus is equipped with an etching apparatus. SFj, etching the surface while introducing a gas and supplying a bias potential to the substrate disposed outside the facing target, and immediately forming a conductive film using the sputtering apparatus described above. This is a processing method.
本発明では、導電膜の形成手段およびエツチングガスと
して、スパッタリング装置を基本手段として採用するが
、その装置構成例としては、導電膜の材料、好ましくは
アルミニュウムをターゲットとして対向配置したスパッ
タリング装置を用い２る。この種のスパッタリング装置
は、対向ターゲット式スパッタリング装置を代表とする
ものであり、永久磁石の作用により、プラズマ収束磁界
をターゲット表面に垂直になるようにセットしてあり、
アルゴンまたはアルゴンと窒素の雰囲気ガスを導入して
スパッタリングを行うと、対向したクーゲット間にプラ
ズマが効率良く捕捉される結果、高速スパッタが行われ
る。In the present invention, a sputtering device is adopted as a basic means for forming a conductive film and as an etching gas. As an example of the device configuration, two sputtering devices are used in which the material of the conductive film, preferably aluminum, is disposed as a target. Ru. This type of sputtering equipment is typically a facing target type sputtering equipment, in which the plasma focusing magnetic field is set perpendicular to the target surface by the action of a permanent magnet.
When sputtering is performed by introducing an atmospheric gas of argon or argon and nitrogen, plasma is efficiently captured between opposing cougets, resulting in high-speed sputtering.
本発明が特徴とするのは、このスパッタリングを行うに
あたり、上記のアルゴン系の雰囲気ガスに代えて、前処
理を施すためのエツチングガス。The present invention is characterized by the use of an etching gas for pre-treatment in place of the above-mentioned argon-based atmospheric gas when performing this sputtering.
もしくは、基板表面の導電膜または絶縁膜をエツチング
するためのガスを導入し、プラズマエツチングを行う。Alternatively, plasma etching is performed by introducing a gas for etching the conductive film or insulating film on the surface of the substrate.
このエツチングガスとしては、アルミニュウムの第一層
に対する前処理を行うときは、例えば、ｃ ｕ Ｆ ３
を用いる。シリコン基板に対する前処理またはトレンチ
エツチングに対しては、例えば、ＣＦ、 ＋５ズ０□、
又はＳＦ、を用いる。As this etching gas, when performing pretreatment on the first layer of aluminum, for example, c u F 3
Use. For pretreatment or trench etching on silicon substrates, e.g. CF, +5Z0□,
Or use SF.
このプラズマエツチングを行った後、先のアルゴン系の
雰囲気ガスを導入して、同一・装置内にて続けてスパッ
タリングを行い、アルミニュウム等の導電材料の被膜を
形成する。After performing this plasma etching, the aforementioned argon-based atmospheric gas is introduced, and sputtering is subsequently performed in the same apparatus to form a film of a conductive material such as aluminum.
このようにすれば、スパッタリング装置内にて、前処理
としてのエツチングを行うことができ、］―程の短縮と
ドライ化を実現できる。特長として、基板面は、プラズ
マにさらされない状態にて表面処理を行え、また、ゼロ
電位に近い低いバイアスにて処理を行えるので、従って
、基板に対するダメージをなくすることができる。なお
、この低いバイアスの極性を選択することで、等方性エ
ツチングか異方性エツチングかを選択できる。即ち、負
のバイアス下では、プラスイオンを引き出すことができ
、等方性エツチングとすることができ、正のバイアス下
では、マイナスイオンを引き出すことができ、異方性エ
ツチングとすることができる。In this way, etching can be performed as a pretreatment in the sputtering apparatus, and it is possible to achieve a reduction in time and dryness. As a feature, the surface treatment can be performed without exposing the substrate surface to plasma, and the treatment can be performed at a low bias close to zero potential, so that damage to the substrate can be eliminated. Note that by selecting the polarity of this low bias, it is possible to select isotropic etching or anisotropic etching. That is, under a negative bias, positive ions can be extracted and isotropic etching can be performed, and under a positive bias, negative ions can be extracted and anisotropic etching can be performed.
なお、本発明に関連した公知技術として、デポジション
と同時にエツチングする技術があり、最近の公知例とし
て時開６２−２！１３６１９号がある。但しこれらはＥ
ＣＲプラズマ装置によるデポジションを行っている最中
に、薄膜化成用ガスに加えて該薄膜をエツチングできる
ガスを同時に導入することで、堆積させた膜の表面の平
坦性を改善するというものであり、スパッタリング装置
でのエツチングとスパッタリングを連続して行う本発明
とは異なるものである。Incidentally, as a known technique related to the present invention, there is a technique of performing etching simultaneously with deposition, and a recent known example is No. 62-2!13619. However, these are E
During deposition using a CR plasma device, a gas capable of etching the thin film is simultaneously introduced in addition to a gas for forming the thin film, thereby improving the surface flatness of the deposited film. This is different from the present invention in which etching and sputtering are performed continuously using a sputtering device.
所で、導電材料としては、モリブデンやタングステンの
高融点金属のシリサイドとすることの要請もあり、この
ためには、これらの金属を対向ターゲットとして、反応
性スパッタリングにより、シリサイドを形成する０例え
ば、モリブデンシリサイドは、モリブデンをターゲット
として、スパッタリング中にモノシランなどのシリコン
ソースを導入し、スパッタされたモリブデンと反応させ
ることにより、モリブデンシリサイドを形成する以上の
様に、本発明においては、対向スパッタリング装置内に
て、エツチングガスを導入して前処理としてのエンチン
グを行うので、このエツチングの際、プラズマが基板に
達することなく、基板の…傷を受けることがなく、先の
スパッタリングを連続して実施できる。By the way, there is a demand for silicides of high melting point metals such as molybdenum and tungsten as conductive materials, and for this purpose, silicides are formed by reactive sputtering using these metals as opposing targets. Molybdenum silicide is formed by introducing a silicon source such as monosilane during sputtering using molybdenum as a target and reacting with the sputtered molybdenum. During etching, an etching gas is introduced to perform etching as a pretreatment, so the plasma does not reach the substrate during this etching, and the substrate is not scratched, allowing the previous sputtering to be performed continuously. .
第一の実施例として、第−層アルミニュウム配線を施し
たシリコンウェハーに対して、第二層アルミニュウム配
線を形成する過程に適用する場合について説明する。As a first embodiment, a case where the present invention is applied to a process of forming a second layer aluminum wiring on a silicon wafer having a first layer aluminum wiring will be described.
本実施例にて使用する永久磁石内蔵型対向スパッタリン
グ袈１の断面構造を第１図に示す。FIG. 1 shows a cross-sectional structure of a permanent magnet built-in facing sputtering frame 1 used in this example.
図中、ｌはガス導入管２を有するステンレスカバーで、
アース接続しである。３は、一対のアルミニュウムター
ゲットで、各々、ステンレス円筒４０対向円端面にセッ
トされる。ステンレス円筒４は、各々密閉し、水冷とす
ると共に、各々、負電位を印加しておく。In the figure, l is a stainless steel cover with a gas introduction pipe 2,
It is connected to earth. Reference numeral 3 denotes a pair of aluminum targets, each of which is set on the opposite circular end surface of the stainless steel cylinder 40. The stainless steel cylinders 4 are each sealed, water-cooled, and each has a negative potential applied to it.
円筒４の内部には、各々、図示の極性を持つ円筒形の永
久磁石５を配置し、図の下から上向きの磁界Ｈを生成す
る。Inside each cylinder 4, cylindrical permanent magnets 5 having the polarities shown in the figure are arranged to generate a magnetic field H directed upward from the bottom of the figure.
シリコン基普反６は、ホルダー７の上に配置されている
。図示していないが、ホルダー７の下側にポンプの排気
口を配している。A silicon-based fabric 6 is placed on a holder 7. Although not shown, a pump exhaust port is provided below the holder 7.
配置の一例として、対向ターゲット間隔は１５０Ｉ、ス
テンレス円筒４の中心からシリコン基板６までの距離７
５ｍｍとする。内部は、アルゴン圧力１〜４ ｍＴｏｒ
ｒとすることで、定電圧放電に近い放電特性を実現し、
マグネトロンスパッタ法の放電特性１ ｃｃ Ｖ ”
（ｎ ＝ ４〜９程度）と同様の傾向（ｎ≧８程度）を
得て、対向ターゲット式電極配置によってもマグネトロ
ン方式の場合と同様にガンマ電子の閉じ込めを実現する
。この種の対向ターゲット式スパッタリング装置は、株
式会社 大阪真空機器製作所のＬＡＢＩＯＩ型を基本と
して構成することができる。As an example of the arrangement, the distance between the opposing targets is 150I, and the distance from the center of the stainless steel cylinder 4 to the silicon substrate 6 is 7.
The length shall be 5 mm. Inside, argon pressure is 1 to 4 mTorr.
By setting r, discharge characteristics close to constant voltage discharge are achieved,
Discharge characteristics of magnetron sputtering method 1 cc V”
(n = about 4 to 9) and the same tendency (n≧8) is obtained, and gamma electron confinement can be achieved by the facing target electrode arrangement as well as by the magnetron method. This type of facing target sputtering apparatus can be constructed based on the LABIOI type manufactured by Osaka Vacuum Equipment Manufacturing Co., Ltd.
本実施例では、第−層配線を覆う層間絶縁膜に対してフ
ォトプロセスとドライエツチングプロセスを適用して第
二層配線用の層間接続用窓を開けたシリコンウェハーを
第一図のスパッタリング装置のホルダー７の上に配置す
る。第−層のアルミニュウム配線は、先のフォトプロセ
スとドライプロセスを経た後、空気に接することにより
、その表面に表面酸化膜を容易に形成する。In this example, a silicon wafer with an interlayer connection window for the second layer interconnection formed by applying a photo process and a dry etching process to the interlayer insulating film covering the first layer interconnection is used in the sputtering apparatus shown in FIG. Place it on the holder 7. After the aluminum wiring in the -th layer undergoes the photo process and dry process, it comes into contact with air and easily forms a surface oxide film on its surface.
第二層アルミニュウム配線を形成するにあたり、その表
面酸化膜を除去する必要があるが、この除去は、従来の
ウェット処理によらず、上記のスパッタリング装置内に
て実行する。In forming the second layer aluminum wiring, it is necessary to remove the surface oxide film, but this removal is performed in the above-mentioned sputtering apparatus without using conventional wet processing.
即ち、ガス導入管２から最初にＣＨＦ２を導入し、プラ
ズマエツチングを行う。That is, CHF2 is first introduced from the gas introduction pipe 2 to perform plasma etching.
この後、先のアルゴンガスをガス導入管２から導入し、
スパッタリングを行い、アルミニュウムの被着を行う。After this, the above argon gas is introduced from the gas introduction pipe 2,
Perform sputtering to deposit aluminum.
上記の実施例では、第１図のスパッタリング装置４にお
いて、シリコン基板６は電気的にフローティング状態と
したが、第２図の改良したスパッタリング装置では、シ
リコン基板６を載置するホルダーとして、ヒーター内蔵
の金属板とし、直流バイアスを印加する構成とし、＋イ
オンの衝撃による処理を可能としている。内蔵ヒーター
は、スパッタ膜の密着性を改善することを目的とするが
、エツチング特性の改善を図る目的で・も使用できるイ
オン衝撃には、バイアス極性を反転する。In the above embodiment, the silicon substrate 6 is electrically floating in the sputtering apparatus 4 shown in FIG. 1, but in the improved sputtering apparatus shown in FIG. This metal plate is configured to apply a direct current bias, making it possible to perform processing using positive ion bombardment. The built-in heater reverses the bias polarity for ion bombardment, which is intended to improve adhesion of sputtered films, but can also be used to improve etching properties.
スパッタリングに先立つエツチングでは、プラズマ中か
ら、エツチングの＋イオン種を取り出して、第１図と同
様、プラズマから離れた位置にてエツチングを実行でき
る。この意味で、第２図の装置は、スパッタリング装置
であると同時にプラズマエツチングソースでもある。In etching prior to sputtering, + ion species for etching can be extracted from the plasma and etching can be performed at a position away from the plasma, as in FIG. 1. In this sense, the apparatus of FIG. 2 is both a sputtering apparatus and a plasma etching source.
第２図での実施例装置における基板バイアスは直流バイ
アスによらずとも、第３図に示した構成により、周知の
高周波電源８とマツチングボックス９を用いて基板ホル
ダーをバイアスすることで、十数１００ｖ〜−敗１００
Ｖの範囲で可変にできる、高周波電源８に直流バイア
スを併用できる。Even if the substrate bias in the embodiment device shown in FIG. 2 is not based on a DC bias, it is sufficient to bias the substrate holder using the well-known high frequency power source 8 and matching box 9 with the configuration shown in FIG. Number 100v~-Loss 100
A DC bias can be used together with the high frequency power supply 8, which can be varied within a range of V.
第１図の２Ｍにおいて、ガスは図の左側から供給したが
、ラジカルのとじこめをより完全にするために、ターゲ
ットの中央から噴出させる構成にするのがより好ましい
、このようすると、プラズマ部では圧力は高く、しかも
、プラズマ密度は高く保てる。一方、基板はターゲット
から離れた排気側空間に配置することで、従来の０．７
〜０．ＩＴｏｒｒ以下の１０− ’Ｔｏｒｒ程度の真空
にたもつことができ、エッチレートを下げずに高真空で
の処理が実現でき、例えば、トレンチ形成での垂直エッ
チを高精度で行うことができる。従って、エツチングイ
オン種を高密度に保ち、しかも、Ｏ，ＩＴｏｒｒ以下の
高真空にてドライエツチングを行うことも本発明の他の
特長である。In 2M of Fig. 1, the gas was supplied from the left side of the figure, but in order to more completely trap the radicals, it is preferable to configure the gas to be ejected from the center of the target. is high, and the plasma density can be maintained high. On the other hand, by placing the substrate in the exhaust side space away from the target, the conventional 0.7
~0. It can maintain a vacuum of about 10-' Torr, which is less than ITorr, and can perform high vacuum processing without lowering the etch rate. For example, vertical etching in trench formation can be performed with high precision. Therefore, another feature of the present invention is that the etching ion species are kept at a high density and the dry etching is performed in a high vacuum of less than O,ITorr.
なお、ターゲットとその近傍の接地レベルにある導体端
との間では、プラズマ放電が生ずることがあり、そこで
のパーティクル発生があり得るので、基板に対する影響
を阻止するために、先の接地レベルよりは高い電位に保
持したシールド板を基板側に離れた位置にて設置するの
がよい。In addition, plasma discharge may occur between the target and the conductor end at the ground level in the vicinity, and particles may be generated there. Therefore, in order to prevent the influence on the board, the conductor end at the ground level should be It is preferable to install a shield plate held at a high potential at a distance from the substrate side.
（発明の効果）
以上の通り、本発明では、スパッタリング装置を改変す
ることにより、スパッタリング装置内にて、スパッタリ
ングの前処理としてのエツチングを行い、連続してスパ
ッタリングを実施できるので、−貫したプロセスのドラ
イ化を実現でき、同時に処理能率の向上を図ることがで
きる。特に、ウェハーはカセット方式を採用することに
より、または、連続移送方式とすることにより、スルー
プットの一段の改善を図ることができる。(Effects of the Invention) As described above, in the present invention, by modifying the sputtering apparatus, etching can be performed as a pretreatment for sputtering in the sputtering apparatus, and sputtering can be performed continuously. It is possible to realize a dry process and at the same time improve processing efficiency. In particular, throughput can be further improved by employing a cassette system for wafers or by using a continuous transport system.
勿論、エツチングとスパッタリングは同一の装置内にて
連続して実施でき、プロセスの簡略化ばかりでなく、処
理の均一性を高めることができる。Of course, etching and sputtering can be performed continuously in the same apparatus, which not only simplifies the process but also improves the uniformity of the process.
図中、■はステンレスカバー、２はガス導入管、３は一
対のアルミニュウムターゲット、４はステンレス円筒、
５は円筒形の永久磁石、６はシリコン基板、７はホルダ
ー、８は高周波電源、９はマツチングボックスを示す。In the figure, ■ is a stainless steel cover, 2 is a gas introduction pipe, 3 is a pair of aluminum targets, 4 is a stainless steel cylinder,
5 is a cylindrical permanent magnet, 6 is a silicon substrate, 7 is a holder, 8 is a high frequency power source, and 9 is a matching box.
第１図は本発明の本実施例にて使用する永久磁石内蔵型
対向スパッタリング装置の断面構造を示す図、第２図は
第１図のスパッタリング装置のホルダーを改善したスパ
ッタリング装置の断面図、第３図は基板バイアスの印加
方法を示す改良したスパッタリング装置の部分断面図で
ある。
イーイー印１．爽矛ｔイ列にτイ丈ｍ−ｔ’、り１γｌ
タシンダ装す斯６０レコホルダ′−五改＋ＬＴｚスノマ
ッグリング閣ｌり断面図雫２図FIG. 1 is a cross-sectional view of a facing sputtering device with a built-in permanent magnet used in this embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view of a sputtering device with an improved holder of the sputtering device shown in FIG. FIG. 3 is a partial cross-sectional view of an improved sputtering apparatus showing a method of applying a substrate bias. Eee mark 1. The length of the spear is m-t', and the length is 1γl.
Tashinda outfit 60 record holder '-5 reform + LTz snowmag ring cabinet 1 cross-sectional view drop 2 figure
Claims (1)
ズマ収束磁界を生じさせる共に、エッチング用ガスを導
入し、対向ターゲット外の低真空位置に配置した基板に
バイアス電位を供給しながら基板表面のエッチングを行
うことを特徴とする基板の処理方法。 ２）永久磁石により互いに対向したターゲット間にプラ
ズマ収束磁界を生じさせる状態で導電材料のターゲット
をスパッタリングさせるように構成されたスパッタリン
グ装置を用い、該装置にエッチング用ガスを導入し、対
向ターゲット外に配置した基板にバイアス電位を供給し
ながら基板表面のエッチングを行い、直ちに、上記スパ
ッタリング装置を用いて導電膜を形成することを特徴と
する基板の処理方法。[Claims] 1) A plasma convergence magnetic field is generated between mutually facing targets using a permanent magnet, while an etching gas is introduced and a bias potential is supplied to a substrate placed in a low vacuum position outside the facing targets. A substrate processing method characterized by etching the substrate surface. 2) Using a sputtering device configured to sputter a conductive material target in a state where a permanent magnet generates a plasma convergence magnetic field between mutually facing targets, an etching gas is introduced into the device and sputtered outside the facing target. A method for processing a substrate, comprising etching the surface of the substrate while supplying a bias potential to the placed substrate, and immediately forming a conductive film using the sputtering apparatus described above.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30516188A JPH02152229A (en) | 1988-12-03 | 1988-12-03 | Treatment of substrate |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30516188A JPH02152229A (en) | 1988-12-03 | 1988-12-03 | Treatment of substrate |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02152229A true JPH02152229A (en) | 1990-06-12 |
Family
ID=17941801
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30516188A Pending JPH02152229A (en) | 1988-12-03 | 1988-12-03 | Treatment of substrate |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02152229A (en) |
-
1988
- 1988-12-03 JP JP30516188A patent/JPH02152229A/en active Pending
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