JPS634063A - Bias sputtering device - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明はバイアススパッタ装置に関し、特に膜質が良好
でしかもアスペクト比の大きなパターンに対する被着性
が良好なバイアススパッタ装置に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a bias sputtering device, and particularly to a bias sputtering device that has good film quality and good adhesion to patterns with large aspect ratios.
一般に半導体装置の製造工程では、半導体基板上に金属
膜を被着し、これを所要のパターンに形成して電極、配
線を形成している。近年、半導体装置の素子の微細化に
伴って電極及び配線も微細化され、これによりアスペク
ト比の大きなパターンに対する金属膜被着の技術の必要
性が高められている。従来、このようなアスペクト比の
大きなのように、基板に負の電圧を印加しながらスパッ
タを行う所謂バイアススパッタ法が知られている。Generally, in the manufacturing process of a semiconductor device, a metal film is deposited on a semiconductor substrate and formed into a desired pattern to form electrodes and wiring. In recent years, with the miniaturization of elements of semiconductor devices, electrodes and wiring have also been miniaturized, and this has increased the need for metal film deposition techniques for patterns with large aspect ratios. Conventionally, a so-called bias sputtering method is known in which sputtering is performed while applying a negative voltage to a substrate with such a large aspect ratio.
即ち、このバイアススパッタ法は、金属膜被着を行う基
板を支持した電極をカソード電極に対向配置するととも
に、この基板側電極に負のバイアス電圧を印加し、かつ
チャンバ内を所要のガス圧力に維持した状態でスパッタ
を行う方法である。That is, in this bias sputtering method, an electrode supporting a substrate on which a metal film is to be deposited is placed opposite a cathode electrode, a negative bias voltage is applied to this substrate-side electrode, and the inside of the chamber is maintained at the required gas pressure. This is a method in which sputtering is performed in a maintained state.
このバイアススパッタ法によれば、印加されたバイアス
によってイオンの衝突を起こし、この際のスパッタエッ
チによって傾斜部を優先的にエッチし、平坦部に再付着
をさせることにより平坦性の高い膜被着を実現できる。According to this bias sputtering method, an applied bias causes ion collisions, and the sputter etching at this time preferentially etches the sloped parts and redeposit the flat parts, resulting in highly flat film deposition. can be realized.
この種のバイアススパッタにおいては、アスペクト比の
大きなパターンへの金属膜の被着性を向上させるために
は基板に供給される電力を増大させること、例えば−の
手段として基板のバイアス電圧を高めることが有効であ
るが、このバイアス電圧の増大に伴ってチャンバ内にお
けるＡｒ（アルゴン）が膜中に取り込まれ易くなる。こ
のため、その後の熱処理工程によってこの取り込まれた
Ａｒメクの原因となる等、被着形成した膜質の低下を招
（という問題がある。In this type of bias sputtering, in order to improve the adhesion of a metal film to a pattern with a large aspect ratio, it is necessary to increase the power supplied to the substrate, for example, to increase the bias voltage of the substrate. is effective, but as the bias voltage increases, Ar (argon) in the chamber becomes more likely to be incorporated into the film. For this reason, there is a problem that the quality of the deposited film is deteriorated, such as by causing the incorporation of Ar in the subsequent heat treatment step.
本発明の目的は、膜質の低下を招くことなく、しかも形
成する膜の被着性を良好なものにできるバイアススパッ
タ装置を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a bias sputtering apparatus that can improve the adhesion of the formed film without causing deterioration in film quality.
本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、
本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであ
ろう。The above and other objects and novel features of the present invention include:
It will become clear from the description of this specification and the accompanying drawings.
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、下記のとおりである。A brief overview of typical inventions disclosed in this application is as follows.
すなわち、バイアススパッタ時における基板電流を検出
する手段と、基板表面に近接配置したイオン発生源と、
このイオン発生源からのイオン発生量をこの基板電流に
基づいて制御するコントローラとを付設してバイアスス
パッタ装置を構成している。That is, a means for detecting the substrate current during bias sputtering, an ion source disposed close to the substrate surface,
A bias sputtering apparatus is constructed by adding a controller that controls the amount of ions generated from this ion source based on this substrate current.
上記した装置によれば、バイアス電圧を増大させること
なく、発生されたイオンによって基板近傍において発生
するプラズマ中のガスイオン量を増大して基板に流れ込
むガスイオン量を増大でき、これにより成膜中へのガス
の取り込みを抑制して良質でかつ被着性の良い成膜を行
うことができる。According to the above-mentioned apparatus, the amount of gas ions flowing into the substrate can be increased by increasing the amount of gas ions in the plasma generated near the substrate by the generated ions without increasing the bias voltage, thereby increasing the amount of gas ions flowing into the substrate. It is possible to form a film of high quality and good adhesion by suppressing gas incorporation into the film.
第１図は本発明の一実施例のバイアススパッタ装置の断
面図である。FIG. 1 is a sectional view of a bias sputtering apparatus according to an embodiment of the present invention.
内部を気密に保持可能なチャンバ１内には、上部電極２
と下部電極３とを対向配置し、上部電極２には成膜を行
うための基板どしてのシリコンウェハＷを支持し、下部
電極３には成膜材料としてのアルミニウムのターゲット
Ｔを支持している。Inside the chamber 1, which can be kept airtight, there is an upper electrode 2.
and a lower electrode 3 are arranged to face each other, the upper electrode 2 supports a silicon wafer W as a substrate for film formation, and the lower electrode 3 supports an aluminum target T as a film formation material. ing.
そして、前記上部電極２には負電源４を接続して所定の
バイアス電圧をシリコンウェハＷに印加し、また下部電
極３はカソード電極として負電源５を接続している。な
お、チャンバ１は接地している。A negative power source 4 is connected to the upper electrode 2 to apply a predetermined bias voltage to the silicon wafer W, and a negative power source 5 is connected to the lower electrode 3 as a cathode electrode. Note that the chamber 1 is grounded.
また、前記下部電極３には下部電極３に磁界を生じさせ
る永久磁石１３を配設している。更に、前記上部電極２
と下部電極３との間には、前記シリコンウェハＷの表面
に近接する位置にイオン発生源としてアルゴンガスのイ
オン発生器１４を配設し、両電極間の特にシリコンウェ
ハＷに近い位置に所望量のアルゴンガスイオンを供給さ
せるようになっている。なお、前記上部電極２の背後に
はヒータ１２を配設している。Furthermore, a permanent magnet 13 is disposed on the lower electrode 3 to generate a magnetic field in the lower electrode 3. Furthermore, the upper electrode 2
An ion generator 14 of argon gas is disposed as an ion generation source at a position close to the surface of the silicon wafer W between the lower electrode 3 and the silicon wafer W, and a desired argon gas ions are supplied. Note that a heater 12 is provided behind the upper electrode 2.
また、前記チャンバ１の上部にはアルゴンガス源６に連
通したガス供給ロアを開設するとともに、下部にはチャ
ンバ１内を所定の圧力に減圧させる排気口８を開設しポ
ンプ９を配設している。Further, a gas supply lower communicating with an argon gas source 6 is provided in the upper part of the chamber 1, and an exhaust port 8 is provided in the lower part to reduce the pressure inside the chamber 1 to a predetermined pressure, and a pump 9 is provided. There is.
更に、前記上部電極２の負電源４の回路内には電流計１
０を介挿し、かつこの電流計１０をコントローラ１１に
接続している。このコントローラ１１は、前記電流計１
０からの電流値に基づいて前記イオン発生器１４を制御
し、そのイオン発生量を制御できるように構成している
。Furthermore, an ammeter 1 is installed in the circuit of the negative power supply 4 of the upper electrode 2.
0 is inserted, and this ammeter 10 is connected to the controller 11. This controller 11 includes the ammeter 1
The ion generator 14 is controlled based on the current value from 0, and the amount of ions generated can be controlled.
このバイアススパッタ装置を用いた成膜方法は、先ず排
気口８及びポンプ９によりチャンバ１内を１０１トール
（Ｔｏｒｒ）程度に高真空排気を行った後、ガス供給ロ
アからチャンバ１内にアルゴンガスを導入し内部を１〜
１００Ｔｏｒｒ程度の真空度に設定する。In the film forming method using this bias sputtering device, first, the inside of the chamber 1 is evacuated to a high vacuum of about 101 Torr using the exhaust port 8 and the pump 9, and then argon gas is introduced into the chamber 1 from the gas supply lower. Introduce the inside from 1 to
Set the degree of vacuum to about 100 Torr.
次いで、ヒータ１２で上部電極２を加熱しながら下部電
極３に負電源５から電力を印加する。同時に上部電極２
にも負電源４から電力を印加し、所要のバイアスに設定
する。これにより、画電極２．３間にプラズマが発生し
、このプラズマの作用によって下部電極３上のアルミニ
ウムのターゲットＴからアルミニウム原子が飛散される
。このアルミニウム原子は上部電極２上のシリコンウェ
ハＷに向かって飛散され、今度は上部電極２の近傍に発
生しているプラズマの作用によってシリコンウェハＷの
表面に被着される。Next, power is applied from the negative power source 5 to the lower electrode 3 while heating the upper electrode 2 with the heater 12 . At the same time, upper electrode 2
Also, power is applied from the negative power supply 4 to the negative power source 4, and the required bias is set. As a result, plasma is generated between the picture electrodes 2 and 3, and aluminum atoms are scattered from the aluminum target T on the lower electrode 3 by the action of this plasma. These aluminum atoms are scattered toward the silicon wafer W on the upper electrode 2, and are then deposited on the surface of the silicon wafer W by the action of plasma generated near the upper electrode 2.
このとき、上部電極２における電流は電流計１０で測定
され、コントローラ１１はこの電流値に基づいて前記イ
オン発生器１４をフィードバック制御し、イオン発生器
１４から画電極２，３間の特に上部電極２に近い位置に
供給されるイオン量を制御する。これにより、プラズマ
中におけるガスイオン量が増大され、シリコンウェハＷ
における前記電流値が増大される。したがって、この電
流値が略所定の値以上となるように制御することにより
、上部電極２におけるバイアスを一定に保持したままで
前記プラズマの下でシリコンウェハＷに流れ込むガスの
イオン量を増大させて基板電流を所定値以上に維持でき
る。これにより、膜質が良好でかつ被着性の良い成膜を
実現できる。At this time, the current in the upper electrode 2 is measured by an ammeter 10, and the controller 11 performs feedback control on the ion generator 14 based on this current value, and especially between the ion generator 14 and the image electrodes 2 and 3, the upper electrode The amount of ions supplied to the position close to 2 is controlled. As a result, the amount of gas ions in the plasma is increased, and the silicon wafer W
The current value at is increased. Therefore, by controlling this current value to be approximately equal to or higher than a predetermined value, the amount of ions in the gas flowing into the silicon wafer W under the plasma can be increased while keeping the bias at the upper electrode 2 constant. The substrate current can be maintained at a predetermined value or higher. This makes it possible to form a film with good film quality and good adhesion.
即ち、本発明者の検討によれば、バイアススバフ夕にお
いてバイアス−定の条件では基板電流を大きくすると、
膜の被着性が向上され、アスペクト比の大きなパターン
においても良好な成膜が実現でき、しかもバイアス電圧
を増大したときのようなアルゴンガスの取り込みが生ず
ることはなく、したがってボイドやヒロック等が発生す
ることもないことが判明している。That is, according to the inventor's study, when the substrate current is increased under constant bias conditions during bias buffing,
The adhesion of the film is improved, and good film formation can be achieved even on patterns with large aspect ratios. Furthermore, argon gas is not taken in like when the bias voltage is increased, so voids, hillocks, etc. are eliminated. It has been found that this does not occur.
そして、この基板電流は上部電極２の近傍に発生するプ
ラズマの密度、更に言えばシリコンウェハＷに流れ込む
ガスのイオン量（ここではアルゴンイオン）に相関を有
することから、画電極２゜３間、特に上部電極２に近い
位置にイオンを供給することによりこの部分でのガスイ
オン量を増大させる。これにより、バイアスを一定に保
持したままでこのガスイオン量を制御し、基板電流を所
要の値以上に設定することができる。したがって、前記
したように膜質が良好でかつアスペクト比の大きなパタ
ーンに対しても被着性の良好な成膜を実現できる。Since this substrate current has a correlation with the density of plasma generated in the vicinity of the upper electrode 2 and, more specifically, with the amount of ions (argon ions in this case) in the gas flowing into the silicon wafer W, between the picture electrodes 2.3, In particular, by supplying ions to a position close to the upper electrode 2, the amount of gas ions in this area is increased. Thereby, the amount of gas ions can be controlled while the bias is kept constant, and the substrate current can be set to a required value or higher. Therefore, as described above, it is possible to form a film with good film quality and good adhesion even to a pattern with a large aspect ratio.
上述した実施例によれば次の効果を得ることができる。According to the embodiment described above, the following effects can be obtained.
（１）基板表面に臨んでイオン発生源を設け、これを基
板電流に基づいて制御してイオン発生量を制御している
ので、バイアス電圧を一定に保ったままでプラズマ中の
ガスイオン量を増大させ、これにより基板に流れ込むガ
スイオン量を増大して基板電流を増大できるので、アス
ペクト比の大きなパターンに対する膜の被着性を向上す
るとともに、アルゴンガスの取り込みを防止して膜質の
向上を達成できる。(1) An ion generation source is provided facing the substrate surface and is controlled based on the substrate current to control the amount of ions generated, increasing the amount of gas ions in the plasma while keeping the bias voltage constant. This increases the amount of gas ions flowing into the substrate and increases the substrate current, improving film adhesion to patterns with large aspect ratios, and improving film quality by preventing the incorporation of argon gas. can.
（２）イオン発生源にイオン発生器を用いているので、
これに供給する電力を制御するだけで、イオン発生量を
容易に制御でき、トータルのガスイオン量の制御及び基
板電流の制御を容易に行うことができる。(2) Since an ion generator is used as the ion source,
By simply controlling the power supplied to this, the amount of ions generated can be easily controlled, and the total amount of gas ions and substrate current can be easily controlled.
（３）基板電流を直接測定し、この測定値に基づいてイ
オン発生源を制御しているので、基板電流を所定値に保
持でき、安定した膜質、被着性の成膜を行うことができ
る。(3) Since the substrate current is directly measured and the ion generation source is controlled based on this measured value, the substrate current can be maintained at a predetermined value, making it possible to form a film with stable film quality and adhesion. .
（４）上記（１）〜（３）により、アスペクト比の大き
なパターンにおいても均一に膜を形成でき、半導体装置
の微細化及び高集積化を達成できる。(4) According to (1) to (3) above, a film can be formed uniformly even in a pattern with a large aspect ratio, and miniaturization and high integration of semiconductor devices can be achieved.
以上本発明者によってなされた発明を実施例にもとづき
具体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定される
ものではな（、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可
能であることはいうまでもない。例えば、アルミニウム
以外の金属をスパッタ成膜する場合にも全く同様に適用
できる。また、イオン発生源はＥＣＲを用いてもよく、
或いは他の箇所で発生したイオンをチャンバ内に導入さ
せる構成であってもよい。Although the invention made by the present inventor has been specifically explained above based on examples, the present invention is not limited to the above-mentioned examples (although it is possible to make various changes without departing from the gist of the invention). Needless to say. For example, it can be applied in exactly the same way when sputtering metals other than aluminum. Also, ECR may be used as the ion source.
Alternatively, a configuration may be adopted in which ions generated elsewhere are introduced into the chamber.
以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用を野である半導体装置における
薄膜を形成する場合に適用した場合について説明したが
、それに限定されるものではなく、種々の基板に対して
薄膜を形成する場合にも同様に適用できる。In the above explanation, the invention made by the present inventor was mainly applied to the case of forming a thin film in a semiconductor device in the field. The present invention can be similarly applied to forming a thin film on a substrate.
本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりであ
る。A brief explanation of the effects obtained by typical inventions disclosed in this application is as follows.
すなわち、バイアススパッタ装置に基板電流を検出する
手段と、基板表面に臨んで配設したイオン発生源と、こ
のイオン発生源を前記基板電流に基づいて制御するコン
トローラとを備えているので、基板のバイアス電圧を一
定に保ったままでイオン発生源を制御してプラズマ中の
ガスイオン量を増大させ、これにより基板電流を増大で
き、アスペクト比の大きなパターンに対する膜の被着性
を向上するとともに、アルゴンガスの取り込みを防止し
て膜質の向上を達成できる。That is, since the bias sputtering apparatus is equipped with a means for detecting the substrate current, an ion generation source disposed facing the substrate surface, and a controller that controls the ion generation source based on the substrate current, the substrate current is detected. By controlling the ion source while keeping the bias voltage constant, the amount of gas ions in the plasma can be increased, which increases the substrate current and improves the adhesion of the film to patterns with large aspect ratios. It is possible to improve film quality by preventing gas incorporation.
図は本発明の一実施例の断面図である。
１・・・チャンバ、２・・・上部電極（基板側電極）、
３・・・下部電極（カソード電極）、４・・・負電源、
５・・・負電源、６・・・アルゴンガス源、７・・・ガ
ス供給口、８・・・排気口、９・・・ポンプ、１０・・
・電流計、１１・・・コントローラ、１２・・・ヒータ
、１３・・・［石、１４・・・イオン発生源（イオン発
生器）、Ｗ・・・シリコンウェハ（基板）、Ｔ・・・タ
ーゲット。The figure is a sectional view of one embodiment of the present invention. 1... Chamber, 2... Upper electrode (substrate side electrode),
3... Lower electrode (cathode electrode), 4... Negative power supply,
5... Negative power supply, 6... Argon gas source, 7... Gas supply port, 8... Exhaust port, 9... Pump, 10...
- Ammeter, 11... Controller, 12... Heater, 13... [Stone, 14... Ion source (ion generator), W... Silicon wafer (substrate), T... target.
Claims (1)
を行う装置において、基板電流を検出する手段と、前記
基板表面に近接配置したイオン発生源と、このイオン発
生源のイオン発生量を前記基板電流に基づいて制御する
コントローラとを備えることを特徴とするバイアススパ
ッタ装置。 ２、イオン発生源はイオン発生器である特許請求の範囲
第１項記載のバイアススパッタ装置。 ３、イオン発生源はＥＣＲである特許請求の範囲第１項
記載のバイアススパッタ装置。 ４、イオン発生源は、基板を支持する電極と、これに対
向してターゲットを支持する電極との間に配設してなる
特許請求の範囲第１項乃至第３項のいずれかに記載のバ
イアススパッタ装置。[Claims] 1. An apparatus for performing sputtering by applying a bias voltage to a substrate on which a film is to be formed, comprising means for detecting a substrate current, an ion generation source disposed close to the surface of the substrate, and the ion generation source. a controller for controlling the amount of ions generated based on the substrate current. 2. The bias sputtering apparatus according to claim 1, wherein the ion source is an ion generator. 3. The bias sputtering apparatus according to claim 1, wherein the ion source is an ECR. 4. The ion generation source according to any one of claims 1 to 3, wherein the ion source is disposed between an electrode that supports the substrate and an electrode that supports the target opposite thereto. Bias sputtering equipment.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14690886A JPS634063A (en) | 1986-06-25 | 1986-06-25 | Bias sputtering device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14690886A JPS634063A (en) | 1986-06-25 | 1986-06-25 | Bias sputtering device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS634063A true JPS634063A (en) | 1988-01-09 |
Family
ID=15418288
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14690886A Pending JPS634063A (en) | 1986-06-25 | 1986-06-25 | Bias sputtering device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS634063A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5512512A (en) * | 1992-11-30 | 1996-04-30 | Nec Corporation | Contact hole filling in a semiconductor device by irradiation with plasma of inert gas ions |
-
1986
- 1986-06-25 JP JP14690886A patent/JPS634063A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5512512A (en) * | 1992-11-30 | 1996-04-30 | Nec Corporation | Contact hole filling in a semiconductor device by irradiation with plasma of inert gas ions |
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