JPH09256149A - Sputtering device and sputtering method - Google Patents
Sputtering device and sputtering methodInfo
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- JPH09256149A JPH09256149A JP9172896A JP9172896A JPH09256149A JP H09256149 A JPH09256149 A JP H09256149A JP 9172896 A JP9172896 A JP 9172896A JP 9172896 A JP9172896 A JP 9172896A JP H09256149 A JPH09256149 A JP H09256149A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明が属する技術分野】本発明は、半導体デバイスを
製造する際に行われるＣｕ配線等の埋込等に用いられる
スパッタリング装置およびスパッタリング方法に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a sputtering apparatus and a sputtering method used for embedding Cu wiring and the like performed when manufacturing a semiconductor device.
【０００２】[0002]
【従来の技術】半導体デバイスを製造する場合に、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
術が求められる。このような技術として一般的にスパッ
タリング法が採用されている。2. Description of the Related Art When manufacturing a semiconductor device, a technique of burying a wiring metal in a contact hole or a via hole is required. As such a technique, a sputtering method is generally adopted.
【０００３】一方、配線金属としては、Ａｌ、Ｗ、Ｃｕ
等が用いられており、これらの中でもＣｕは低抵抗なた
め、次世代の配線材料として期待されている。On the other hand, as the wiring metal, Al, W, Cu
Etc. are used, and among them, Cu has low resistance, and is expected as a next-generation wiring material.
【０００４】しかしながら、通常のスパッタリング法を
採用してこれらの金属を埋め込む場合には、Ａｒガス等
の不活性ガスを導入してプラズマを形成し、これにより
Ｃｕ等をスパッタするため、Ｃｕ原子等のスパッタ粒子
の方向性を揃えることが難しく、最初にホールの入り口
部分にオーバーハングした堆積部分、いわゆる肩が形成
されるため、アスペクト比（高さ／幅）３以上のホール
にこれら金属を埋め込むことは実質的に不可能である。However, when embedding these metals by adopting the ordinary sputtering method, an inert gas such as Ar gas is introduced to form plasma, and Cu or the like is sputtered by this, so that Cu atoms or the like are sputtered. It is difficult to align the directionality of the sputtered particles and the overhanging deposition part, so-called shoulder, is formed at the entrance of the hole at first, so these metals are embedded in the holes with aspect ratio (height / width) of 3 or more. Is virtually impossible.
【０００５】このため、Rossnagel らは、スパッタリン
グチャンバー内に誘導磁界を形成してスパッタリングと
誘導結合プラズマ（ＩＣＰ；Inducive Coupled Pladma
）とを組み合わせ、基板にバイアスを印加することに
より、ホール入り口に形成された肩の部分をＡｒイオン
により除去し（いわゆる肩落し）、アスペクト比３以上
のホールに配線金属を埋め込むことを提案している。For this reason, Rossnagel et al. Formed an induction magnetic field in the sputtering chamber to form sputtering and inductively coupled plasma (ICP).
) With a bias applied to the substrate, the shoulder portion formed at the hole entrance is removed by Ar ions (so-called shoulder drop), and a wiring metal is embedded in the hole having an aspect ratio of 3 or more. ing.
【０００６】しかしながら、このような技術を用いても
アスペクト比３以上のホールに金属を完全に埋め込むこ
とは困難であり、しかもＡｒイオンにより肩落しする際
にホールの底も同時に削られてしまいサブトレンチが形
成されるという不都合が生じる。これを回避するために
基板バイアスを低くすると肩落しが不十分となってしま
う。However, even if such a technique is used, it is difficult to completely embed a metal in a hole having an aspect ratio of 3 or more, and when the shoulder is dropped by Ar ions, the bottom of the hole is also shaved at the same time. The disadvantage that a trench is formed occurs. If the substrate bias is lowered to avoid this, the shoulder drop becomes insufficient.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる事情に
鑑みてなされたものであって、サブトレンチが形成され
ることなく、高アルペクト比のホールに配線金属を埋め
込むことができるスパッタリング装置およびスパッタリ
ング方法を提供することを課題とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and a sputtering apparatus and a sputtering apparatus capable of embedding a wiring metal in a hole having a high arpect ratio without forming a sub-trench. The challenge is to provide a method.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、第１に、被処理体が収容されるスパッタ
室と、該スパッタ室内に配設されたスパッタターゲット
と、該スパッタターゲットに対向するようにスパッタ室
内に設けられた、被処理体支持用のサセプタと、前記ス
パッタターゲットに給電しスパッタ粒子を放出させるた
めの第１の給電手段と、放出されたスパッタ粒子をイオ
ン化するイオン化手段と、前記サセプタにバイアスを印
加し、イオン化したスパッタ粒子をサセプタ側に加速さ
せる第２の給電手段と、前記スパッタターゲットの表面
近傍に、自己維持放電が可能な程度の磁界を形成する磁
界形成手段とを具備するスパッタリング装置を提供す
る。In order to solve the above-mentioned problems, the present invention firstly provides a sputtering chamber in which an object to be processed is housed, a sputtering target disposed in the sputtering chamber, and the sputtering target. A susceptor for supporting the object to be processed, which is provided in the sputtering chamber so as to face the target, a first power supply unit for supplying power to the sputtering target to release sputtered particles, and ionizes the released sputtered particles. Ionizing means, second power feeding means for applying a bias to the susceptor to accelerate ionized sputtered particles toward the susceptor, and magnetic field for forming a magnetic field near the surface of the sputter target to the extent that self-sustaining discharge is possible. A sputtering apparatus having a forming means is provided.
【０００９】第２に、被処理体が収容されるスパッタ室
内に配設されたスパッタターゲットに給電するととも
に、該スパッタターゲット表面に磁界を形成して、その
スパッタターゲットからスパッタ粒子を放出させ、該ス
パッタ粒子を被処理体に形成されたホール内に堆積させ
るスパッタリング方法であって、前記スパッタ室に不活
性ガスのプラズマを形成する工程と、不活性ガスの供給
を停止し、前記スパッタターゲット表面の磁界の磁束密
度を制御して自己維持放電に移行させる工程と、スパッ
タターゲットから放出されたスパッタ粒子をイオン化す
る工程と、前記被処理体にバイアスを印加して前記イオ
ン化されたスパッタ粒子を前記被処理体に向けて加速さ
せる工程とを具備し、スパッタ粒子を前記ホール内に堆
積させることを特徴とするスパッタリング方法を提供す
る。Secondly, power is supplied to the sputter target disposed in the sputter chamber in which the object to be processed is housed, and a magnetic field is formed on the surface of the sputter target to emit sputter particles from the sputter target. A sputtering method for depositing sputtered particles in a hole formed in an object to be processed, the step of forming a plasma of an inert gas in the sputtering chamber, and the supply of the inert gas is stopped so that the sputtering target surface Controlling the magnetic flux density of the magnetic field to shift to self-sustaining discharge; ionizing the sputtered particles emitted from the sputter target; and applying a bias to the object to be treated to ionize the sputtered particles. A step of accelerating toward a processing object, wherein sputtered particles are deposited in the hole. To provide a sputtering method to.
【００１０】本発明においては、スパッタターゲット表
面近傍に自己維持放電が可能な程度の磁界を形成し、タ
ーゲットからスパッタ粒子を放出させるとともに、この
スパッタ粒子をイオン化し、サセプタを介して被処理体
にバイアスを印加することにより、イオン化したスパッ
タ粒子を被処理体側に加速させる。In the present invention, a magnetic field is formed in the vicinity of the surface of the sputter target to the extent that self-sustaining discharge is possible to emit sputter particles from the target, and the sputter particles are ionized to the object to be processed through the susceptor. By applying the bias, the ionized sputtered particles are accelerated toward the object to be processed.
【００１１】この場合に、スパッタ室内ではターゲット
金属のイオンにより自己維持放電が形成されるため、ス
パッタリングの際にスパッタ室内にＡｒなどの不活性ガ
スを供給する必要がなく、このため、スパッタ粒子が不
活性ガスに衝突して散乱することを回避することができ
る。また、スパッタ粒子をイオン化するとともに被処理
体にバイアスを印加するので、スパッタ粒子が被処理体
側に加速される。したがって、スパッタ粒子が被処理体
のホールに対し略垂直に入射することが可能となる。In this case, since the self-sustaining discharge is formed in the sputtering chamber by the ions of the target metal, it is not necessary to supply an inert gas such as Ar into the sputtering chamber during the sputtering, and therefore the sputtered particles are not generated. It is possible to avoid the collision and scattering of the inert gas. Further, since the sputtered particles are ionized and a bias is applied to the object to be processed, the sputtered particles are accelerated toward the object to be processed. Therefore, it becomes possible for the sputtered particles to enter the hole of the object to be processed substantially vertically.
【００１２】さらに、Ａｒなどの不活性ガスではなくス
パッタ粒子により肩落しを行うため、肩の除去と堆積と
を同時に行うことができる。Further, since the shoulder is dropped by sputtered particles instead of an inert gas such as Ar, the shoulder can be removed and deposited at the same time.
【００１３】このように、スパッタ粒子が散乱すること
なく被処理体のホール（トレンチ）に対して略垂直に入
射し、しかもスパッタ粒子により肩の除去と堆積とを同
時に行うことができるので、高アスペクト比のホール
（トレンチ）にもサブトレンチが形成されることなく均
一に配線金属を埋め込むことができる。As described above, the sputtered particles can be incident on the hole (trench) of the object to be processed substantially perpendicularly without being scattered, and the shoulders can be removed and deposited simultaneously by the sputtered particles. Wiring metal can be evenly embedded in a hole (trench) having an aspect ratio without forming a sub-trench.
【００１４】[0014]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て具体的に説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be specifically described below.
【００１５】図１は本発明の一実施形態に係るスパッタ
リング装置の概略を示す断面図である。このスパッタリ
ング装置は、気密に構成された略円筒状のスパッタ室１
を有しており、その中の下部には被処理体である半導体
基板Ｓが支持されるサセプタ２が水冷構造の支持部材３
に支持された状態で設けられている。また、処理室１の
上部にはサセプタ２に対向するようにスパッタターゲッ
ト４が設けられている。スパッタターゲット４は水冷構
造の支持部材６に支持され、支持部材６内にはターゲッ
ト４の背面に隣接するように永久磁石５が設けられてい
る。FIG. 1 is a sectional view showing the outline of a sputtering apparatus according to an embodiment of the present invention. This sputtering apparatus has a substantially cylindrical sputtering chamber 1 that is airtight.
And a susceptor 2 for supporting the semiconductor substrate S, which is an object to be processed, is provided in the lower part of the support member 3 having a water cooling structure.
It is provided in a state of being supported by. A sputter target 4 is provided above the processing chamber 1 so as to face the susceptor 2. The sputter target 4 is supported by a support member 6 having a water cooling structure, and a permanent magnet 5 is provided in the support member 6 so as to be adjacent to the back surface of the target 4.
【００１６】スパッタターゲット４としては、Ｃｕ、Ａ
ｌ、Ｗまたはこれらのいずれかを含む合金等が用いられ
る。また、スパッタターゲット４とサセプタ２との間の
距離は、スパッタターゲット４の直径以上であることが
好ましい。このように構成されることにより、カバレッ
ジがより向上する。As the sputtering target 4, Cu, A
l, W or an alloy containing any of these is used. Further, the distance between the sputter target 4 and the susceptor 2 is preferably equal to or larger than the diameter of the sputter target 4. With such a configuration, coverage is further improved.
【００１７】スパッタターゲット４には第１の直流電源
７が接続されており、この電源７からターゲット４にス
パッタリングに必要な電力が供給される。また、サセプ
タ２には基板Ｓにバイアスを印加するための第２の直流
電源８が接続されている。A first DC power supply 7 is connected to the sputter target 4, and the power necessary for sputtering is supplied to the target 4 from this power supply 7. A second DC power source 8 for applying a bias to the substrate S is connected to the susceptor 2.
【００１８】スパッタターゲット４とサセプタ２との間
には、イオン化手段を構成するリング状のアンテナ９が
水平に配置されており、このアンテナ９には周波数が例
えば１３．５６ＭＨｚのＲＦ電源１０が接続されてい
る。そして、ＲＦ電源１０からのＲＦ電力によってアン
テナ９の周囲に誘導磁界が形成され、これによって誘導
結合プラズマが形成されて、スパッタ粒子がイオン化さ
れる。Between the sputter target 4 and the susceptor 2, a ring-shaped antenna 9 forming an ionization means is horizontally arranged, and an RF power source 10 having a frequency of 13.56 MHz is connected to the antenna 9. Has been done. Then, an induction magnetic field is formed around the antenna 9 by the RF power from the RF power source 10, and thereby an inductively coupled plasma is formed and the sputtered particles are ionized.
【００１９】永久磁石５は、スパッタターゲット４の表
面近傍にターゲット４を構成する金属のイオンによる自
己維持放電が可能な程度の磁界を形成するものであり、
具体的にはスパッタターゲット４の表面近傍の磁束密度
が３００〜４００ガウスとなるようにする。磁束密度が
この範囲よりも低いと電子のトラップが不十分となる
し、この範囲より大きくても自己維持スパッタに必要な
条件が満たされない。The permanent magnet 5 forms a magnetic field in the vicinity of the surface of the sputter target 4 to the extent that self-sustaining discharge by the ions of the metal constituting the target 4 is possible.
Specifically, the magnetic flux density near the surface of the sputter target 4 is set to 300 to 400 gauss. If the magnetic flux density is lower than this range, electron trapping will be insufficient, and if it is higher than this range, the conditions required for self-sustained sputtering will not be satisfied.
【００２０】前記永久磁石５には、例えばシリンダ機構
などからなるアクチュエータ１１が接続されており、こ
れにより永久磁石５が上下動可能となっている。また、
ターゲット４の表面近傍には磁気センサー１２が設けら
れており、この出力がコントローラ１３に入力される。
コントローラ１３はアクチュエータ１１に接続されてお
り、磁気センサー１２の検出値の基づいて、スパッタタ
ーゲット４の表面近傍に磁束密度が上記所望の範囲にな
るようにアクチュエータ１１により永久磁石５の位置を
制御する。具体的には、スパッタターゲット４がスパッ
タされることによってその表面の磁束密度が変化する
が、その変化を打ち消すように永久磁石５の位置を制御
する。An actuator 11 composed of, for example, a cylinder mechanism is connected to the permanent magnet 5 so that the permanent magnet 5 can be moved up and down. Also,
A magnetic sensor 12 is provided near the surface of the target 4, and its output is input to the controller 13.
The controller 13 is connected to the actuator 11, and controls the position of the permanent magnet 5 by the actuator 11 based on the detection value of the magnetic sensor 12 so that the magnetic flux density in the vicinity of the surface of the sputter target 4 falls within the desired range. . Specifically, the magnetic flux density on the surface of the sputter target 4 changes due to the sputtering, but the position of the permanent magnet 5 is controlled so as to cancel the change.
【００２１】スパッタ室１の底部には排気口１４が形成
され、この排気口１４には排気管１４ａを介して真空ポ
ンプ１５が接続されており、この真空ポンプ１４により
スパッタ室１内が所定の圧力まで排気される。An exhaust port 14 is formed at the bottom of the sputtering chamber 1, and a vacuum pump 15 is connected to the exhaust port 14 via an exhaust pipe 14a. Exhausted to pressure.
【００２２】また、スパッタ室１の側壁にはガス導入口
１６が形成され、このガス導入口１６にはガス導入管１
６ａを介してＡｒガス源１７が接続されており、ガス供
給管１６ａにはバルブ１８が設けられている。そして、
自己維持放電に移行する前にこのＡｒガス源１７からス
パッタ室１内に少量のＡｒガスが供給される。すなわ
ち、初期段階でＡｒガスのプラズマを形成してスパッタ
ターゲット４からスパッタ粒子を叩き出すが、その直後
にバルブ１８を閉じてＡｒガスの供給を停止し、自己維
持放電に移行させる。なお、Ａｒガスの代わりに他の不
活性ガスを用いることもできる。A gas introducing port 16 is formed on the side wall of the sputtering chamber 1, and the gas introducing pipe 1 is provided in the gas introducing port 16.
An Ar gas source 17 is connected via 6a, and a valve 18 is provided in the gas supply pipe 16a. And
Before the self-sustaining discharge, a small amount of Ar gas is supplied from the Ar gas source 17 into the sputtering chamber 1. That is, in the initial stage, plasma of Ar gas is formed and the sputtered particles are knocked out from the sputter target 4. Immediately after that, the valve 18 is closed to stop the supply of Ar gas and shift to self-sustaining discharge. Other inert gas may be used instead of Ar gas.
【００２３】なお、サセプタ２および支持部材３には冷
却水通路１９が形成され、支持部材６には冷却水通路２
０が形成されている。そして冷却水通路１９には給水管
１９ａおよび配水管１９ｂが接続され、冷却水通路２０
には給水管２０ａおよび配水管２０ｂが接続され、冷却
水通路１９および２０内を冷却水が循環することによ
り、サセプタ２、支持部材３および６が冷却される。A cooling water passage 19 is formed in the susceptor 2 and the supporting member 3, and a cooling water passage 2 is formed in the supporting member 6.
0 is formed. A water supply pipe 19a and a water distribution pipe 19b are connected to the cooling water passage 19, and the cooling water passage 20
A water supply pipe 20a and a water distribution pipe 20b are connected to the cooling water passages, and the cooling water circulates in the cooling water passages 19 and 20, whereby the susceptor 2 and the support members 3 and 6 are cooled.
【００２４】次に、このように構成されるスパッタリン
グ装置を用いてホール内に金属を埋め込む場合の動作に
ついて図２を参照しながら説明する。Next, the operation of embedding a metal in the hole using the sputtering apparatus having the above-described structure will be described with reference to FIG.
【００２５】まず、スパッタ室１内を所定の圧力、例え
ば１×１０-6Torrまで排気した後、第１の直流電源７か
ら自己維持放電に必要な電力をスパッタターゲット４に
印加し、ガス導入口１６を介して少量のＡｒガスをスパ
ッタ室１内に導入して放電を開始し、その直後にバルブ
１８を閉じてＡｒガスの供給を停止し、自己維持放電に
移行させる。すなわち、Ａｒガスは最初のスパッタ粒子
の放出のために用いるのみであり、スパッタリングには
関与しない。First, the inside of the sputtering chamber 1 is evacuated to a predetermined pressure, for example, 1 × 10 -6 Torr, and then the power required for self-sustaining discharge is applied from the first DC power source 7 to the sputtering target 4 to introduce gas. A small amount of Ar gas is introduced into the sputtering chamber 1 through the port 16 to start discharge, and immediately after that, the valve 18 is closed to stop the supply of Ar gas and shift to self-sustaining discharge. That is, Ar gas is used only for the initial emission of sputtered particles and does not participate in sputtering.
【００２６】この際に、スパッタターゲット４の表面近
傍が自己維持放電が生じる程度の磁束密度、例えば３０
０〜４００ガウスになるように、コントローラ１３から
アクチュエータ１１に出力される制御信号により永久磁
石５の位置を制御する。At this time, the magnetic flux density in the vicinity of the surface of the sputter target 4 is such that self-sustaining discharge occurs, for example, 30
The position of the permanent magnet 5 is controlled by the control signal output from the controller 13 to the actuator 11 so as to be 0 to 400 gauss.
【００２７】一方、ＲＦ電源１０からアンテナ９に所定
のＲＦ電力、例えば２００〜６００Ｗを供給することに
より、アンテナ９の周囲に誘導磁界が形成され、これに
よって誘導結合プラズマＰが形成されて、スパッタター
ゲットから放出されたスパッタ粒子、例えばＣｕ原子が
イオン化される。On the other hand, by supplying a predetermined RF power, for example, 200 to 600 W, from the RF power source 10 to the antenna 9, an inductive magnetic field is formed around the antenna 9, whereby an inductively coupled plasma P is formed and sputtering is performed. Sputtered particles, such as Cu atoms, emitted from the target are ionized.
【００２８】また、第２の直流電源８からはサセプタ２
を介して基板Ｓに所定のバイアス（例えば−２０〜−１
００Ｖ）が印加され、イオン化されたスパッタ粒子が基
板Ｓ側に加速される。Further, from the second DC power source 8, the susceptor 2
A predetermined bias (for example, -20 to -1 to the substrate S via the
00 V) is applied, and the ionized sputtered particles are accelerated toward the substrate S side.
【００２９】このように、スパッタリングの際にＡｒガ
スを導入せずに、自己維持放電を生じさせるため、スパ
ッタ粒子がＡｒガスに衝突して散乱することを回避する
ことができ、また、スパッタ粒子をイオン化するととも
に被処理体にバイアスを印加するので、スパッタ粒子が
基板Ｓのホール２１に対し略垂直に入射することが可能
となる。このため、スパッタ粒子が堆積する際にホール
２１の入り口にオーバーハングしずらく、さらにＡｒで
はなくスパッタ粒子により肩落しを行うため、肩の除去
と堆積とを同時に行うことができる。したがって、高ア
スペクト比のホールにもサブトレンチが形成されること
なく均一に配線金属を埋め込むことができる。As described above, since self-sustaining discharge is generated without introducing Ar gas during sputtering, it is possible to prevent the sputtered particles from colliding with Ar gas and scattering, and the sputtered particles can be avoided. Is ionized and a bias is applied to the object to be processed, it becomes possible for the sputtered particles to enter the holes 21 of the substrate S substantially vertically. Therefore, when the sputtered particles are deposited, it is hard to overhang at the entrance of the hole 21, and the shoulders are dropped by the sputtered particles instead of Ar. Therefore, the shoulders can be removed and deposited at the same time. Therefore, the wiring metal can be uniformly embedded in the hole having a high aspect ratio without forming the sub-trench.
【００３０】なお、以上の説明では、スパッタリングを
行うための電源として直流電源を用いたがこれに限ら
ず、ＲＦ電源等であってもよい。また、バイアスを印加
するための電源も直流電源に限らず、ＲＦ電源等を用い
ることができる。さらに、磁界形成手段として永久磁石
を用いたが電磁石であってもよいことはいうまでもな
い。電磁石を用いた場合には、供給する電流値を制御す
ることにより磁束密度を制御することができる。さらに
また、イオン化手段としてアンテナを用いた例を示した
が、これに限らず、スパッタ粒子をイオン化できるもの
であればよい。In the above description, the DC power supply is used as the power supply for performing the sputtering, but the power supply is not limited to this, and an RF power supply or the like may be used. Further, the power supply for applying the bias is not limited to the DC power supply, but an RF power supply or the like can be used. Further, although the permanent magnet is used as the magnetic field forming means, it goes without saying that it may be an electromagnet. When an electromagnet is used, the magnetic flux density can be controlled by controlling the value of the supplied current. Furthermore, although an example in which an antenna is used as the ionization means has been shown, the present invention is not limited to this, and any means that can ionize sputtered particles may be used.
【００３１】[0031]
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。Embodiments of the present invention will be described below.
【００３２】ターゲットとしてＣｕを用い、ターゲット
と基板との間の距離を１５０ｍｍにセットした図１に示
す装置によりスパッタリングを行った。まず、スパッタ
室を１×１０-6Torrまで排気し、少量のＡｒガスを導入
するとともに、スパッタターゲットに印加する直流電力
を自己維持放電可能な６２０Ｖ／９．７Ａとし、放電を
開始した。その直後にＡｒを停止し、自己維持放電に移
行させた。この際に、スパッタターゲット表面近傍の磁
束密度が３５０ガウスになるように永久磁石の位置を制
御した。一方、１３．５６ＭＨｚのＲＦ電源からアンテ
ナに０、２００、４００、６００ＷのＲＦ電力を供給
し、基板バイアスを０〜−１５０Ｖの間で変化させた。
基板としてはホール（トレンチ）のないものを用いた。Sputtering was performed using the apparatus shown in FIG. 1 in which Cu was used as the target and the distance between the target and the substrate was set to 150 mm. First, the sputtering chamber was evacuated to 1 × 10 −6 Torr, a small amount of Ar gas was introduced, and the direct current power applied to the sputtering target was set to 620 V / 9.7 A capable of self-sustaining discharge to start discharge. Immediately after that, Ar was stopped and the self-sustaining discharge was started. At this time, the position of the permanent magnet was controlled so that the magnetic flux density near the surface of the sputter target was 350 gauss. On the other hand, RF powers of 0, 200, 400, and 600 W were supplied to the antenna from a 13.56 MHz RF power supply, and the substrate bias was changed between 0 and -150V.
A substrate having no holes (trench) was used.
【００３３】このようにしてスパッタリングを行った際
の堆積速度を求めた。その結果を図３に示す。図３は、
横軸に基板バイアスをとり縦軸に堆積速度をとって、各
高周波電力におけるこれらの関係を示す図である。The deposition rate when sputtering was performed in this way was determined. The result is shown in FIG. FIG.
It is a figure which shows these relations in each high frequency electric power by taking a substrate bias in a horizontal axis and taking a deposition rate in a vertical axis.
【００３４】この図から明らかなように、基板バイアス
が低いところでは高周波電力が高いほど成膜速度が大き
くなることがわかる。すなわち、イオン化による効果が
確認された。また、基板バイアスを上げていくと成膜速
度が低下する傾向にあるが、これはＣｕイオンによるス
パッタ除去効果によるものと考えらる。すなわち、基板
バイアスを上げるほどスパッタによる肩落し効果が大き
くなることが確認される。したがって、イオン化のため
の高周波電力とバイアス電圧を適切に調整することによ
り、スパッタ粒子を有効に堆積させつつ、肩落しも可能
なことが把握される。As is clear from this figure, it is understood that the higher the high frequency power is, the higher the film formation rate is when the substrate bias is low. That is, the effect of ionization was confirmed. Further, as the substrate bias is increased, the film formation rate tends to decrease, which is considered to be due to the sputter removal effect of Cu ions. That is, it is confirmed that as the substrate bias is increased, the shoulder drop effect due to sputtering becomes greater. Therefore, it is understood that by appropriately adjusting the high frequency power and the bias voltage for ionization, the sputtered particles can be effectively deposited and the shoulder can be dropped.
【００３５】次に、本発明によってホール（トレンチ）
の埋込を行った場合と、従来の方法でホールの埋込を行
った場合とで埋込状態を比較した結果について説明す
る。Next, according to the present invention, a hole (trench) is formed.
The results of comparing the embedding state between the case where the embedding is performed and the case where the hole is embedded by the conventional method will be described.
【００３６】本発明例として、Ｃｕターゲットを用い、
スパッタ室内圧力を１×１０-6Torr、スパッタターゲッ
トに印加する直流電力を６２０Ｖ／９．７Ａ、スパッタ
ターゲット表面の磁束密度を３５０ガウス、イオン化の
ためのＲＦ電力を２００Ｗ、基板バイアスを−２０Ｖに
設定して、他は上述した条件・手順と同様にしてスパッ
タリングを行ない、幅１μｍ、深さ３μｍ（アスペクト
比３）のホールの埋込を行った。その際の埋込状態を図
４に示す。図４は本発明例でスパッタした場合のホール
の埋込状態を示す走査型電子顕微鏡写真であり、（ａ）
は２分間スパッタリングを行った後の状態、（ｂ）は５
分間スパッタリングを行った後の状態を後を示すもので
ある。この図から、肩落しが十分になされ、Ｃｕが均一
に埋め込まれており、しかもサブトレンチが形成されて
いないことが確認される。As an example of the present invention, a Cu target is used,
The pressure inside the sputtering chamber was 1 × 10 -6 Torr, the DC power applied to the sputtering target was 620 V / 9.7 A, the magnetic flux density on the surface of the sputtering target was 350 Gauss, the RF power for ionization was 200 W, and the substrate bias was -20 V. After setting, the sputtering was carried out in the same manner as the above-described conditions and procedures to fill a hole having a width of 1 μm and a depth of 3 μm (aspect ratio 3). The embedded state at that time is shown in FIG. FIG. 4 is a scanning electron micrograph showing a buried state of holes when sputtering is performed in the example of the present invention.
Is the state after sputtering for 2 minutes, (b) is 5
The state after the sputtering for a minute is shown below. From this figure, it is confirmed that the shoulder drop is sufficiently performed, Cu is uniformly filled, and the sub-trench is not formed.
【００３７】従来例として、Ａｒガスを用いてＤＣスパ
ッタリングを行った後、ＩＣＰによるスパッタ粒子のイ
オン化および基板バイアスの印加を行った。この実験で
は、１×１０-6Torrまで排気した後、スパッタ室内にＡ
ｒガスを圧力が５×１０-4Torrになるまで導入してＤＣ
スパッタリングを行った後、１３．５６ＭＨｚのＲＦ電
源に５００Ｗの電力を供給し、基板バイアスを−１００
Ｖに設定して肩落しを行った。その際のホール（トレン
チ）の状態を図５に示す。図５（ａ）、（ｂ）は従来例
により肩落しを行った際のホールの状態を示す走査型電
子顕微鏡写真である。この図から、肩落しは十分になさ
れているが、ホール（トレンチ）の底にサブトレンチが
形成されていることが確認される。As a conventional example, after DC sputtering was performed using Ar gas, ionization of sputtered particles by ICP and application of a substrate bias were performed. In this experiment, after exhausting to 1 × 10 -6 Torr, A
DC is introduced by introducing r gas until the pressure reaches 5 × 10 −4 Torr.
After sputtering, 500 W of power is supplied to the 13.56 MHz RF power source and the substrate bias is set to -100.
It was set to V and the shoulder was dropped. The state of the holes (trench) at that time is shown in FIG. 5 (a) and 5 (b) are scanning electron micrographs showing the state of holes when the shoulder is dropped by the conventional example. From this figure, it is confirmed that sub-trench is formed at the bottom of the hole (trench), although the shoulder drop is sufficiently performed.
【００３８】[0038]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
サブトレンチが形成されることなく、高アルペクト比の
ホールに配線金属を埋め込むことができるスパッタリン
グ装置およびスパッタリング方法が提供される。As described above, according to the present invention,
Provided are a sputtering apparatus and a sputtering method capable of embedding a wiring metal in a hole having a high arpect ratio without forming a sub-trench.
【図１】本発明の一実施形態に係るスパッタリング装置
の概略を示す断面図。FIG. 1 is a sectional view showing an outline of a sputtering apparatus according to an embodiment of the present invention.
【図２】本発明のスパッタリング方法を説明するための
図。FIG. 2 is a diagram for explaining the sputtering method of the present invention.
【図３】イオン化のための高周波電力を種々変化させた
際の基板バイアスと堆積速度との関係を示す図。FIG. 3 is a diagram showing a relationship between a substrate bias and a deposition rate when various high-frequency powers for ionization are changed.
【図４】本発明例でスパッタした場合のホールの埋込状
態を示す走査型電子顕微鏡写真。FIG. 4 is a scanning electron micrograph showing a hole filling state when sputtering is performed in an example of the present invention.
【図５】従来例により肩落しを行った際のホールの状態
を示す走査型電子顕微鏡写真。FIG. 5 is a scanning electron microscope photograph showing the state of holes when shoulders are dropped according to a conventional example.
１……スパッタ室 ２……サセプタ ３，６……支持部材 ４……スパッタターゲット ５……永久磁石 ７……第１の直流電源 ８……第２の直流電源 ９……アンテナ １０……ＲＦ電源 １１……アクチュエーター １２……磁気センサー １３……コントローラ ２１……ホール（トレンチ） 1 ... Sputtering chamber 2 ... Susceptor 3, 6 ... Supporting member 4 ... Sputtering target 5 ... Permanent magnet 7 ... First DC power supply 8 ... Second DC power supply 9 ... Antenna 10 ... RF Power supply 11 …… Actuator 12 …… Magnetic sensor 13 …… Controller 21 …… Hall (trench)
Claims (8)
設けられた、被処理体支持用のサセプタと、 前記スパッタターゲットに給電しスパッタ粒子を放出さ
せるための第１の給電手段と、 放出されたスパッタ粒子をイオン化するイオン化手段
と、 前記サセプタにバイアスを印加し、イオン化したスパッ
タ粒子をサセプタ側に加速させる第２の給電手段と、 前記スパッタターゲットの表面近傍に、ターゲット金属
の自己維持放電が可能な程度の磁界を形成する磁界形成
手段とを具備するスパッタリング装置。1. A sputtering chamber in which an object to be processed is accommodated, a sputtering target disposed in the sputtering chamber, and a susceptor for supporting the object to be processed, which is provided in the sputtering chamber so as to face the sputtering target. A first power supply means for supplying power to the sputter target to emit sputter particles, an ionization means for ionizing the emitted sputter particles, and a bias applied to the susceptor to transfer the ionized sputter particles to the susceptor side. A sputtering apparatus comprising: a second power supply unit for accelerating; and a magnetic field forming unit for forming a magnetic field in the vicinity of the surface of the sputter target such that a self-sustaining discharge of the target metal is possible.
ゲット表面近傍の磁束密度を３００〜４００ガウスに維
持することを特徴とする請求項１に記載のスパッタリン
グ装置。2. The sputtering apparatus according to claim 1, wherein the magnetic field forming unit maintains the magnetic flux density in the vicinity of the surface of the sputtering target at 300 to 400 Gauss.
磁石を有していることを特徴とする請求項１または請求
項２に記載のスパッタリング装置。3. The sputtering apparatus according to claim 1, wherein the magnetic field forming means has a permanent magnet or an electromagnet.
を制御する制御手段をさらに具備することを特徴とする
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のスパッ
タリング装置。4. The sputtering apparatus according to claim 1, further comprising control means for controlling the magnetic flux density on the surface of the sputtering target.
トがスパッタされることによるその表面の磁束密度の変
化を打ち消すように前記磁界形成手段を制御することを
特徴とする請求項４に記載のスパッタリング装置。5. The sputtering apparatus according to claim 4, wherein the control unit controls the magnetic field forming unit so as to cancel a change in magnetic flux density on the surface of the sputtering target caused by sputtering. .
間の距離が、前記スパッタターゲットの直径以上である
ことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１
項に記載のスパッタリング装置。6. The distance between the sputter target and the susceptor is equal to or more than the diameter of the sputter target, according to any one of claims 1 to 5.
The sputtering apparatus according to the item.
ゲットと前記サセプタとの間の位置に配置されたアンテ
ナと、このアンテナに接続されたＲＦ電源とを有し、前
記ＲＦ電源からのＲＦ電力によって前記アンテナの周囲
に形成される誘導結合プラズマにより、前記スパッタ粒
子をイオン化することを特徴とする請求項１ないし請求
項６のいずれか１項に記載のスパッタリング装置。7. The ionization means has an antenna arranged at a position between the sputter target and the susceptor, and an RF power source connected to the antenna, and the RF power from the RF power source causes the ionization means to perform the operation. The sputtering apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein the sputtered particles are ionized by inductively coupled plasma formed around the antenna.
設されたスパッタターゲットに給電するとともに、該ス
パッタターゲット表面に磁界を形成して、そのスパッタ
ターゲットからスパッタ粒子を放出させ、該スパッタ粒
子を被処理体に形成されたホール内に堆積させるスパッ
タリング方法であって、 前記スパッタ室に不活性ガスのプラズマを形成する工程
と、 不活性ガスの供給を停止し、前記スパッタターゲット表
面の磁界の磁束密度を制御して自己維持放電に移行させ
る工程と、 スパッタターゲットから放出されたスパッタ粒子をイオ
ン化する工程と、 前記被処理体にバイアスを印加して前記イオン化された
スパッタ粒子を前記被処理体に向けて加速させる工程と
を具備し、前記スパッタ粒子を前記ホール内に堆積させ
ることを特徴とするスパッタリング方法。8. The sputtering target disposed in a sputtering chamber in which the object to be processed is supplied with power, and a magnetic field is formed on the surface of the sputtering target to emit sputtered particles from the sputter target. Is a sputtering method of depositing in a hole formed in the object to be processed, the step of forming a plasma of an inert gas in the sputtering chamber, the supply of the inert gas is stopped, the magnetic field of the sputtering target surface Controlling the magnetic flux density to shift to self-sustaining discharge; ionizing the sputtered particles emitted from the sputter target; applying a bias to the object to be treated to ionize the sputtered particles to the object to be treated. And a step of accelerating toward the hole to deposit the sputtered particles in the hole. Sputtering method to.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9172896A JPH09256149A (en) | 1996-03-22 | 1996-03-22 | Sputtering device and sputtering method |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP9172896A JPH09256149A (en) | 1996-03-22 | 1996-03-22 | Sputtering device and sputtering method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09256149A true JPH09256149A (en) | 1997-09-30 |
Family
ID=14034578
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9172896A Pending JPH09256149A (en) | 1996-03-22 | 1996-03-22 | Sputtering device and sputtering method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09256149A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2342927A (en) * | 1998-10-23 | 2000-04-26 | Trikon Holdings Ltd | Sputtering |
| US6423192B1 (en) | 1999-10-29 | 2002-07-23 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Sputtering apparatus and film forming method |
| JP2006508242A (en) * | 2002-11-29 | 2006-03-09 | ユナキス・バルツェルス・アクチェンゲゼルシャフト | Method for plasma treatment of surface in vacuum and apparatus therefor |
| JP2009062568A (en) * | 2007-09-05 | 2009-03-26 | Tsuru Gakuen | Magnetron sputtering film deposition system |
-
1996
- 1996-03-22 JP JP9172896A patent/JPH09256149A/en active Pending
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