JP2000026964A - Formation of film and device - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、特に半導体及び電子機
器の製造工程で基板上の微細な穴埋めを行うのに使用さ
れる成膜方法及び装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and an apparatus for forming a fine hole on a substrate in a process of manufacturing semiconductor and electronic equipment.
【０００２】[0002]
【従来技術】半導体や電子機器等の製造工程では多層配
線を行うために薄膜上の小さな穴に金属を埋め込む技術
が重要となってきている。この穴埋めの方法としては従
来スパッタリング法やCVD 法等が知られている。特に、
基板上に開いた微細な穴を埋めるには後者のCVD 法が有
効であるが、金属材料のうちガス化できないものには使
用できないという欠点がある。すなわちCVD 法はガスの
反応により基板上に膜を堆積させるもので、微細な穴で
も埋めることができる。しかしながら、CVD 法では、反
応して堆積物を生成できるガスを作ることが前提条件と
なる。例えば、Si基板上にTiN 膜を成長させる場合にTi
膜はTiN ／Ti／Siのサンドイッチ構造として必要な膜で
あるが、Ti膜を成長できるようなガス源は現在のところ
提供されてない。そのためこのような場合には物理的な
方法であるスパッタリング法に頼るしかないのが実状で
ある。スパッタリング法においては、真空槽内に成膜さ
せたい物質のターゲットと基板とを対向させて配置し、
真空槽内には放電ガスを導入すると共に真空槽内を一定
の減圧状態に維持し、ターゲット側に負電圧を印加して
放電を起こさせ、放電中の電離されたガス分子（イオ
ン）が負電圧で加速されてターゲットに入射し、ターゲ
ット表面の原子を叩き出し、こうしてターゲットから叩
き出され、余弦則によって様々な方向に飛び出していく
原子の内の一部が基板上に堆積して薄膜を形成する。2. Description of the Related Art In the manufacturing process of semiconductors and electronic devices, a technique of embedding metal in small holes in a thin film has become important in order to perform multilayer wiring. As a method of filling the hole, a sputtering method, a CVD method, and the like are conventionally known. In particular,
The latter CVD method is effective for filling the fine holes opened on the substrate, but has a drawback that it cannot be used for metal materials that cannot be gasified. That is, the CVD method deposits a film on a substrate by a gas reaction, and can fill even a fine hole. However, a prerequisite for the CVD method is to create a gas that can react and produce a deposit. For example, when growing a TiN film on a Si
Although the film is required as a sandwich structure of TiN / Ti / Si, a gas source capable of growing a Ti film is not provided at present. Therefore, in such a case, the actual situation is that the sputtering method, which is a physical method, must be used. In the sputtering method, a target and a substrate of a substance to be formed into a film are placed in a vacuum chamber so as to face each other,
A discharge gas is introduced into the vacuum chamber, and the vacuum chamber is maintained at a constant reduced pressure. A negative voltage is applied to the target to cause a discharge, and the ionized gas molecules (ions) during the discharge are negative. Accelerated by the voltage, it is incident on the target and strikes out the atoms on the target surface.Thus, some of the atoms that are ejected from the target and fly out in various directions according to the cosine law accumulate on the substrate and form Form.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】図５のＡにはスパッタ
リング法でターゲットから叩き出された原子が基板１上
の微細な各穴２に入る様子を示し、ターゲット原子は矢
印３で示すように様々の方向から基板に入射して堆積し
ていく。その結果微細な各穴２の部分の堆積は図５のＢ
に示すように基板１に対して斜め方向から入射してきた
原子が穴の開口部付近に堆積し、穴の底の部分にはほと
んど堆積しない。従ってこれを加熱してリフローイング
しても図５のＣに示すように穴２の中にボイドが発生し
てしまう。またバイアスを掛けた場合でも同様に図５の
Ｄに示すように穴２の中にボイドが発生してしまう。従
って従来のスパッタリング法では完全な穴埋めはできな
いという問題があった。すなわち、従来のスパッタリン
グ装置ではターゲットと基板との間隔は、使用するター
ゲットの寸法にもよるが数cmから10cm程度までが多く、
ほとんどの場合使用される基板の直径より短い。このた
め基板上に斜めに入射する成分が多くなり上述のような
問題が生じていた。図６を参照して基板１対して斜めに
入射する場合について考察すると、最も大きな影響の出
るのは図５のＡに示すようにターゲット４の一端から飛
び出した原子が基板１の他端に入射する場合であり、そ
の時の入射角Θは最も小さくなる。図６のＢに示すよう
に入射角Θで基板１に入射してくる原子は基板１上の穴
２に飛び込むが、その際穴２の径ａと深さｂとの比ｂ／
ａと入射角Θとの関係がｂ／ａ＞tan Θにある場合には
穴２に入射した原子は穴２の側壁に付着してしまうもの
が支配的となる。そこで穴２に入射する原子を全て穴２
の底に付着させるためには の関係が成り立たなければ成らない。またターゲット４
から出たターゲット原子は実際には基板１に到達するま
でにガス分子と衝突し、進行方向が変わることになる。
従来のスパッタリング装置ではスパッタリングは１×10
-1Pa以上のガス圧力で行われており、１×10-1Pa以上の
ガス圧力の時の原子の平均自由行程は数cmであり、これ
は従来のスパッタリング装置におけるターゲットと基板
との間隔にほぼ等しい値である。そのため、ターゲット
４から出た原子は一回衝突するかしないかのうちに基板
１に到達することになる。平均自由行程がターゲットと
基板との間隔より小さな値の場合には、ターゲット原子
は基板に到達する前に多数回ガス分子に散乱され、成膜
速度が落ちてしまう。FIG. 5A shows a state in which atoms struck out of the target by the sputtering method enter each of the fine holes 2 on the substrate 1, and the target atoms are indicated by arrows 3 as shown in FIG. It is incident on the substrate from various directions and is deposited. As a result, the deposition at the fine holes 2 is as shown in FIG.
As shown in (2), atoms incident obliquely to the substrate 1 accumulate near the opening of the hole, and hardly accumulate at the bottom of the hole. Therefore, even if this is heated and reflowed, voids are generated in the holes 2 as shown in FIG. 5C. Also, when a bias is applied, voids are similarly generated in the holes 2 as shown in FIG. Therefore, there has been a problem that the conventional sputtering method cannot completely fill the hole. That is, in the conventional sputtering apparatus, the distance between the target and the substrate is often from several cm to about 10 cm, depending on the size of the target used,
In most cases it is shorter than the diameter of the substrate used. For this reason, components obliquely incident on the substrate increase, and the above-described problem has occurred. Considering the case where the light is obliquely incident on the substrate 1 with reference to FIG. 6, the most significant effect occurs as shown in FIG. And the incident angle 入射 at that time becomes the smallest. As shown in FIG. 6B, atoms incident on the substrate 1 at the incident angle 込 む jump into the holes 2 on the substrate 1, and at this time, the ratio b / d of the diameter a of the holes 2 to the depth b is obtained.
When the relation between a and the incident angle Θ is b / a> tan Θ, the atoms that have entered the hole 2 dominantly adhere to the side wall of the hole 2. Therefore, all the atoms that enter hole 2
To attach to the bottom of Must be satisfied. Also target 4
The target atoms that have come out collide with gas molecules before actually reaching the substrate 1, and the traveling direction changes.
In conventional sputtering equipment, sputtering is 1 × 10
At a gas pressure of 1 × 10 -1 Pa or more, the mean free path of atoms is several cm, which is a distance between a target and a substrate in a conventional sputtering apparatus. The values are almost equal. Therefore, the atoms coming out of the target 4 reach the substrate 1 with or without colliding once. If the mean free path is smaller than the distance between the target and the substrate, the target atoms are scattered by gas molecules many times before reaching the substrate, and the film formation rate is reduced.
【０００４】この問題を解決して有効な穴埋めを実施で
きるようにするために、ターゲットと基板との間に、細
長い穴を多数設けたフィルタを配置し、基板上の微細な
穴に対して垂直方向の気体分子のみを入射させるように
した成膜装置が提案されている（米国特許第4,824,544
号明細書参照）。しかしながら、このような装置ではタ
ーゲットから飛び出したスパッタ原子の大部分がターゲ
ットと基板との間に設けたフイルタに付着し、これが基
板上に剥がれ落ちてダストとなる問題があった。[0004] In order to solve this problem and to enable effective hole filling, a filter provided with a number of elongated holes is arranged between a target and a substrate, and a filter is provided perpendicular to the fine holes on the substrate. There has been proposed a film forming apparatus in which only gas molecules in a direction are incident (US Pat. No. 4,824,544).
No.). However, in such an apparatus, there is a problem that most of the sputtered atoms jumping out of the target adhere to a filter provided between the target and the substrate, and this is peeled off on the substrate to become dust.
【０００５】そこで、本発明は、従来のスパッタリング
法による微細な穴埋めに伴う上記の問題点を解決して、
ダストの発生等の問題なしに基板上の微細な穴埋めを有
効に実施できる成膜方法及び装置を提供することを目的
としている。Therefore, the present invention solves the above-mentioned problems associated with the fine hole filling by the conventional sputtering method,
It is an object of the present invention to provide a film forming method and apparatus capable of effectively performing fine hole filling on a substrate without problems such as generation of dust.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の成膜方法は、内部を真空排気する真空排
気部及び内部に放電ガスを導入する放電ガス導入部を備
えた真空槽内において、ターゲットから飛び出した原子
が基板に対して垂直に近い角度で入射するようにターゲ
ットと基板との距離を少なくとも基板の直径より大きく
設定し、スパッタ原子の平均自由行程を長くするため真
空槽内の圧力を１×10-1Pa以下に維持してスパッタリン
グ成膜を実施し、基板上の微細な穴埋めを行うことを特
徴としている。In order to achieve the above object, a film forming method according to the present invention comprises a vacuum pump having a vacuum exhaust unit for evacuating the inside and a discharge gas introducing unit for introducing a discharge gas into the inside. In the tank, the distance between the target and the substrate is set to be at least larger than the diameter of the substrate so that the atoms ejected from the target are incident on the substrate at an angle close to perpendicular, and vacuum is used to extend the mean free path of sputtered atoms. The method is characterized in that a film is formed by sputtering while maintaining the pressure in the tank at 1 × 10 −1 Pa or less, and a fine hole is filled on the substrate.
【０００７】また本発明による成膜装置は、内部を真空
排気する真空排気部及び内部に放電ガスを導入する放電
ガス導入部を備え、スパッタリング成膜時には１×10-1
Pa以下の圧力に維持される真空槽と、真空槽内に対向し
て配置され、それぞれターゲット及び基板が装着され、
しかもターゲット及び基板との間の距離が少なくとも基
板の直径より大きくなるように位置決めされたターゲッ
ト電極及び基板電極と、ターゲット電極に負電圧を印加
して高周波・直流結合バイアススパッタリングを行わせ
る直流電源及び高周波電源と、基板電極に設けられ、基
板を加熱する基板加熱手段とで構成される。[0007] film-forming apparatus according to the invention comprises a discharge gas inlet for introducing the evacuator and the inside discharge gas to evacuate the interior, at the time of sputtering film formation 1 × 10 -1
A vacuum chamber maintained at a pressure of Pa or less, and disposed opposite to each other in the vacuum chamber, and a target and a substrate are mounted, respectively.
Moreover, a target electrode and a substrate electrode positioned so that the distance between the target and the substrate is at least larger than the diameter of the substrate, a DC power supply for applying a negative voltage to the target electrode and performing high frequency / DC coupled bias sputtering. It comprises a high-frequency power supply and a substrate heating means provided on the substrate electrode for heating the substrate.
【０００８】本発明の別の特徴によれば、成膜装置は、
内部を真空排気する真空排気部及び内部に放電ガスを導
入する放電ガス導入部を備え、スパッタリング成膜時に
は１×10-1Pa以下の圧力に維持される真空槽と、真空槽
内に対向して配置され、それぞれターゲット及び基板が
装着され、しかもターゲット及び基板との間の距離が少
なくとも基板の直径より大きくなるように位置決めされ
たターゲット電極及び基板電極と、ターゲット電極に負
電圧を印加して高周波・直流結合バイアススパッタリン
グを行わせる直流電源及び高周波電源と、基板電極に高
周波バイアス電圧を印加する高周波バイアス電源とで構
成される。According to another feature of the present invention, a film forming apparatus includes:
It has a vacuum exhaust unit for evacuating the inside and a discharge gas introducing unit for introducing a discharge gas into the inside, and a vacuum chamber which is maintained at a pressure of 1 × 10 -1 Pa or less during sputtering film formation. A target electrode and a substrate electrode, each of which is mounted with a target and a substrate, and positioned so that the distance between the target and the substrate is at least larger than the diameter of the substrate; and applying a negative voltage to the target electrode. It comprises a DC power supply and a high-frequency power supply for performing high-frequency / DC coupling bias sputtering, and a high-frequency bias power supply for applying a high-frequency bias voltage to the substrate electrode.
【０００９】本発明の別の特徴によれば、成膜装置は、
内部を真空排気する真空排気部及び内部に放電ガスを導
入する放電ガス導入部を備え、スパッタリング成膜時に
は１×10-1Pa以下の圧力に維持される真空槽と、真空槽
内に対向して配置され、それぞれターゲット及び基板が
装着され、しかもターゲット及び基板との間の距離が少
なくとも基板の直径より大きくなるように位置決めされ
たターゲット電極及び基板電極と、ターゲット電極に負
電圧を印加して高周波・直流結合バイアススパッタリン
グを行わせる直流電源及び高周波電源と、基板電極に設
けられ、基板を加熱する基板加熱手段と、基板電極に高
周波バイアス電圧を印加する高周波バイアス電源とで構
成される。According to another feature of the present invention, a film forming apparatus includes:
It has a vacuum exhaust unit for evacuating the inside and a discharge gas introducing unit for introducing a discharge gas into the inside, and a vacuum chamber which is maintained at a pressure of 1 × 10 -1 Pa or less during sputtering film formation. A target electrode and a substrate electrode, each of which is mounted with a target and a substrate, and positioned so that the distance between the target and the substrate is at least larger than the diameter of the substrate; and applying a negative voltage to the target electrode. It comprises a DC power supply and a high-frequency power supply for performing high-frequency / DC coupled bias sputtering, a substrate heating means provided on the substrate electrode for heating the substrate, and a high-frequency bias power supply for applying a high-frequency bias voltage to the substrate electrode.
【００１０】本発明の別の特徴によれば、成膜装置は、
内部を真空排気する真空排気部及び内部に放電ガスを導
入する放電ガス導入部を備え、スパッタリング成膜時に
は１×10-1Pa以下の圧力に維持される真空槽と、真空槽
内に対向して配置され、それぞれターゲット及び基板が
装着され、しかも基板上の微細な穴の径をａ、深さをｂ
とし、ターゲットからのターゲット原子の基板に対する
入射角をΘとしたとき、 の関係が成り立つような位置にターゲットと基板とを位
置させるように位置決めされたターゲット電極及び基板
電極と、ターゲット電極に負電圧を印加して高周波・直
流結合バイアススパッタリングを行わせる直流電源及び
高周波電源と、基板電極に設けられ、基板を加熱する基
板加熱手段とにより構成される。According to another feature of the present invention, a film forming apparatus includes:
It has a vacuum exhaust unit for evacuating the inside and a discharge gas introducing unit for introducing a discharge gas into the inside, and a vacuum chamber which is maintained at a pressure of 1 × 10 -1 Pa or less during sputtering film formation. The target and the substrate are mounted respectively, and the diameter of the fine hole on the substrate is a and the depth is b.
And the incident angle of target atoms from the target to the substrate is Θ, And a DC power supply and a high frequency power supply for applying a negative voltage to the target electrode to perform high frequency / DC coupling bias sputtering. And a substrate heating means provided on the substrate electrode for heating the substrate.
【００１１】本発明のさらに別の特徴によれば、成膜装
置は、内部を真空排気する真空排気部及び内部に放電ガ
スを導入する放電ガス導入部を備え、スパッタリング成
膜時には１×10-1Pa以下の圧力に維持される真空槽と、
真空槽内に対向して配置され、それぞれターゲット及び
基板が装着され、しかも基板上の微細な穴の径をａ、深
さをｂとし、ターゲットからのターゲット原子の基板に
対する入射角をΘとしたとき、 の関係が成り立つような位置にターゲットと基板とを位
置させるように位置決めされたターゲット電極及び基板
電極と、ターゲット電極に負電圧を印加して高周波・直
流結合バイアススパッタリングを行わせる直流電源及び
高周波電源と、基板電極に高周波バイアス電圧を印加す
る高周波バイアス電源とにより構成される。According to yet another feature of the invention, the film forming apparatus is provided with a discharge gas inlet for introducing the evacuator and the inside discharge gas to evacuate the interior, at the time of sputtering film formation 1 × 10 - A vacuum chamber maintained at a pressure of 1 Pa or less;
The target and the substrate were mounted facing each other in the vacuum chamber, and the diameter of the fine hole on the substrate was a, the depth was b, and the incident angle of target atoms from the target to the substrate was Θ. When And a DC power supply and a high frequency power supply for applying a negative voltage to the target electrode to perform high frequency / DC coupling bias sputtering. And a high frequency bias power supply for applying a high frequency bias voltage to the substrate electrode.
【００１２】本発明のさらに別の特徴によれば、成膜装
置は、内部を真空排気する真空排気部及び内部に放電ガ
スを導入する放電ガス導入部を備え、スパッタリング成
膜時には１×10-1Pa以下の圧力に維持される真空槽と、
真空槽内に対向して配置され、それぞれターゲット及び
基板が装着され、しかも基板上の微細な穴の径をａ、深
さをｂとし、ターゲットからのターゲット原子の基板に
対する入射角をΘとしたとき、 の関係が成り立つような位置にターゲットと基板とを位
置させるように位置決めされたターゲット電極及び基板
電極と、ターゲット電極に負電圧を印加して高周波・直
流結合バイアススパッタリングを行わせる直流電源及び
高周波電源と、基板電極に設けられ、基板を加熱する基
板加熱手段と、基板電極に高周波バイアス電圧を印加す
る高周波バイアス電源とにより構成される。According to a further feature of the invention, the film forming apparatus is provided with a discharge gas inlet for introducing the evacuator and the inside discharge gas to evacuate the interior, at the time of sputtering film formation 1 × 10 - A vacuum chamber maintained at a pressure of 1 Pa or less;
The target and the substrate were mounted facing each other in the vacuum chamber, and the diameter of the fine hole on the substrate was a, the depth was b, and the incident angle of target atoms from the target to the substrate was Θ. When And a DC power supply and a high frequency power supply for applying a negative voltage to the target electrode to perform high frequency / DC coupling bias sputtering. And a substrate heating means provided on the substrate electrode for heating the substrate, and a high frequency bias power supply for applying a high frequency bias voltage to the substrate electrode.
【００１３】本発明においては、ターゲットと基板との
距離を少なくとも基板の直径より大きく設定したことに
より、ターゲットから飛び出した原子が基板に対して垂
直に近い角度で入射する確率は増大し、それにより基板
上の微細な穴の開口周囲への堆積は減少され、穴の底へ
の堆積を増大させることができるようになる。また、ス
パッタリング成膜時の真空槽内の圧力を１×10-1Pa以下
に維持することにより、スパッタ原子の平均自由行程は
長くなり、スパッタ原子がターゲットから出て基板へ到
達するまでの飛行中に衝突する確率を低く抑えることが
できるようになる。さらに、本発明による装置において
は、基板を加熱する基板加熱手段または基板電極に高周
波バイアス電圧を印加する高周波バイアス電源を設ける
ことにより、前者の場合には基板を加熱してリフローイ
ングさせることまた後者の場合にはバイアスを印加する
ことによって基板の穴の中まで完全に穴埋めすることが
できるようになる。In the present invention, by setting the distance between the target and the substrate to be at least larger than the diameter of the substrate, the probability that atoms ejected from the target enter the substrate at a nearly perpendicular angle is increased. The deposition of fine holes around the opening on the substrate is reduced, allowing the deposition at the bottom of the holes to be increased. In addition, by maintaining the pressure in the vacuum chamber at 1 × 10 -1 Pa or less during sputtering film formation, the mean free path of sputtered atoms becomes longer, and the flight of sputtered atoms from the target to reach the substrate. The probability of colliding inside can be kept low. Furthermore, in the apparatus according to the present invention, by providing a substrate heating means for heating the substrate or a high-frequency bias power supply for applying a high-frequency bias voltage to the substrate electrode, in the former case, the substrate is heated and reflowed. In this case, it is possible to completely fill the hole in the substrate by applying a bias.
【００１４】[0014]
【発明の実施の形態】以下添付図面を参照して本発明の
実施の形態について説明する。図１には本発明の一つの
実施の形態を示し、５は真空槽で、放電ガス導入口６及
び真空排気口７を備えている。真空槽５内にはターゲッ
ト８の装着されるターゲット電極９と基板10の装着され
る基板ホルダ11が対向して配置されている。ターゲット
電極９は一方では高周波フィルタ12を介して直流電源13
にまた整合回路14を介して高周波電源15に接続されてい
る。ターゲット電極９の裏面には磁石16が配置されてい
る。図示実施の形態では、ターゲット８は直径250mm 、
基板10は直径150mm の寸法であり、ターゲット８と基板
10との距離は、基板10の直径150mm より長く、150mm 〜
1000mmになるように設定されている。真空槽１内は真空
排気口７を介して真空ポンプ（図示してない）により減
圧状態にされ、そして放電ガス導入口６からはアルゴン
ガスが導入され、真空槽１内が２〜５×10-2Pa台となる
ように排気速度とガス導入量とが調節される。ターゲッ
ト電極９には直流電源12から直流負電圧約400V、電流約
10A がまた高周波電源14からは100MHz、1.5KW の高周波
電力が印加されるように構成されている。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 shows an embodiment of the present invention. Reference numeral 5 denotes a vacuum chamber, which has a discharge gas inlet 6 and a vacuum exhaust port 7. In the vacuum chamber 5, a target electrode 9 on which a target 8 is mounted and a substrate holder 11 on which a substrate 10 is mounted are arranged to face each other. On the one hand, the target electrode 9 is connected to a DC power supply 13 through a high-frequency filter 12.
And a high-frequency power supply 15 via a matching circuit 14. A magnet 16 is arranged on the back surface of the target electrode 9. In the illustrated embodiment, the target 8 has a diameter of 250 mm,
The substrate 10 has a diameter of 150 mm, and the target 8 and the substrate
The distance from the substrate 10 is 150 mm
It is set to be 1000mm. The inside of the vacuum chamber 1 is evacuated by a vacuum pump (not shown) through a vacuum exhaust port 7, and argon gas is introduced from a discharge gas inlet 6, and the inside of the vacuum chamber 1 is 2 to 5 × 10 The pumping speed and the gas introduction amount are adjusted so as to be on the order of -2 Pa. The target electrode 9 has a DC negative voltage of about 400 V from the DC power supply 12 and a current of about
10 A is also configured so that a high frequency power of 100 MHz and 1.5 KW is applied from the high frequency power supply 14.
【００１５】このように構成した図示装置の動作につい
て説明すると、高周波−直流結合バイアスによるマグネ
トロン放電が発生され、これにより雰囲気ガスすなわち
アルゴンガスのイオン化が促進される。イオン化された
アルゴンガスは、負電圧によって加速され、ターゲット
８に入射し、ターゲット８の表面の原子をスパッタす
る。こうして叩き出された原子は余弦則によって種々の
方向へ飛んで行くことになり、その一部は基板10上に堆
積して膜を形成する。ここでターゲット８と基板10との
距離が1000mmの場合には基板10上に入射するターゲット
原子の入射角Θは約85°となる。しかもスパッタリング
中の圧力が十分に低いため、ターゲット８から飛び出し
たターゲット原子の平均自由行程は長くなり、雰囲気ガ
スと衝突する確率は低下し、その結果基板10に対してほ
ぼ垂直に叩き出された原子はそのまま基板10に入射する
確率が高くなる。それにより基板10の穴の開口付近の堆
積は減少し、穴の底の部分に基板の表面上の堆積膜の厚
さとほぼ同じ厚さに堆積させることができる。The operation of the illustrated apparatus constructed as described above will be described. A magnetron discharge is generated by a high frequency-DC coupling bias, thereby promoting the ionization of the atmosphere gas, that is, the argon gas. The ionized argon gas is accelerated by the negative voltage, enters the target 8, and sputters atoms on the surface of the target 8. The atoms struck out in this manner fly in various directions according to the cosine law, and a part of the atoms is deposited on the substrate 10 to form a film. Here, when the distance between the target 8 and the substrate 10 is 1000 mm, the incident angle の of target atoms incident on the substrate 10 is about 85 °. In addition, since the pressure during sputtering is sufficiently low, the mean free path of the target atoms ejected from the target 8 is increased, and the probability of collision with the ambient gas is reduced. As a result, the target atoms are struck almost perpendicularly to the substrate 10. The probability that the atoms are incident on the substrate 10 as it is is increased. Thereby, the deposition near the opening of the hole of the substrate 10 is reduced, and the deposition at the bottom of the hole can be made to be almost the same thickness as the deposited film on the surface of the substrate.
【００１６】成膜圧力を従来のスパッタリング装置で使
用されている３×10-1Paにした場合と本発明に従って３
×10-2Paにした場合とにおいてターゲット８と基板10と
の種々の距離における成膜速度を下表に例示する。 距 離 ３×10-1Pa ３×10-2Pa ７mm 5600オングストローム／分 4000オングストローム／分 300mm 500オングストローム／分 1000オングストローム／分 1050mm １オングストローム／分 35オングストローム／分 この表に示されるように、ターゲット８と基板10との距
離が７７mmの時（これは通常のスパッタリング装置の場
合と同じ程度）には圧力３×10-1Paでは平均自由行程と
同程度となるので３×10-2Paの場合と比較して成膜速度
にはあまり差がないことが認められる。距離が300mmに
なると、圧力３×10-1Paの場合には平均自由行程より十
分に長い距離となるので、ターゲットから基板に到達す
るまでにターゲット原子は散乱され、３×10-2Paの場合
と比較して成膜速度が落ちている。本発明では、成膜圧
力を低く設定することにより、ターゲットから基板に到
達するまでに散乱されて基板に入射しなくなるのを低減
すると共に、散乱されて基板に対して斜めに入射するタ
ーゲット原子を低減することができる。According to the present invention, when the film forming pressure is set to 3 × 10 -1 Pa used in a conventional sputtering apparatus, and
The following table shows the film forming rates at various distances between the target 8 and the substrate 10 when the pressure is set to × 10 -2 Pa. Distance 3 × 10 -1 Pa 3 × 10 -2 Pa 7mm 5600 angstroms / min 4000 angstroms / min 300mm 500 angstroms / min 1000 angstroms / min 1050mm 1 angstroms / min 35 angstroms / min As shown in this table, the target 8 and when the distance between the substrate 10 is 77 mm (which is usually the same degree as that of the sputtering apparatus) to 3 × 10 -2 Pa for since the same level and the pressure 3 × 10 -1 Pa in the mean free path It can be seen that there is not much difference in the film forming speed as compared with the case. At a distance of 300 mm, the pressure becomes 3 × 10 -1 Pa, and the distance becomes sufficiently longer than the mean free path. Therefore, target atoms are scattered before reaching the substrate from the target, and 3 × 10 -2 Pa The film formation speed is lower than in the case. In the present invention, by setting the film forming pressure to be low, it is possible to reduce the scattering of the target atoms from reaching the substrate and not to enter the substrate, and to reduce the target atoms which are scattered and obliquely enter the substrate. Can be reduced.
【００１７】図２には本発明の別の実施の形態を示し、
図１の装置に対応した部分は図１と同じ符号で示す。こ
の実施の形態では、基板10の表面及び各穴内に堆積した
膜をリフローイングさせて各穴の中まで完全に穴埋めす
るため、基板ホルダ11に基板加熱用のヒータ17が組み込
まれ、このヒータ17は外部ヒータ電源18によって付勢さ
れるように構成されている。FIG. 2 shows another embodiment of the present invention.
Parts corresponding to those in the apparatus of FIG. 1 are denoted by the same reference numerals as in FIG. In this embodiment, a heater 17 for heating the substrate is incorporated in the substrate holder 11 in order to reflow the film deposited on the surface of the substrate 10 and in each hole to completely fill each hole. Is configured to be energized by the external heater power supply 18.
【００１８】図３には本発明のさらに別の実施の形態を
示し、図１の装置に対応した部分は図１と同じ符号で示
す。この実施の形態では、基板10の各穴の中まで完全に
穴埋めするため、基板ホルダ11にバイアス電圧を掛けて
いる。すなわち基板ホルダ11には整合回路19を介して高
周波バイアス電源20が接続され、高周波電力が印加され
るように構成されている。FIG. 3 shows still another embodiment of the present invention, in which parts corresponding to those in the apparatus of FIG. 1 are denoted by the same reference numerals as in FIG. In this embodiment, a bias voltage is applied to the substrate holder 11 in order to completely fill each hole of the substrate 10. That is, a high-frequency bias power supply 20 is connected to the substrate holder 11 via the matching circuit 19 so that high-frequency power is applied.
【００１９】図４には上記各実施の形態による装置を用
いて成膜、穴埋めした状態を示し、Ａは成膜中の状態で
あり、またＢは穴埋め後の状態である。これらの図面か
ら穴中にボイドを生じることなしに完全に穴埋めされて
いるのが認められる。FIG. 4 shows a state in which film formation and hole filling are performed using the apparatus according to each of the above embodiments. A shows a state during film formation and B shows a state after hole filling. From these figures it can be seen that the hole is completely filled without voids in the hole.
【００２０】ところで図１及び図２に示す実施の形態で
は、RF-DC 結合バイアススパッタリング装置として構成
しているが、１×10-1Pa以下の真空雰囲気中でも放電を
維持できるように構成した装置であればいかなる方式の
スパッタリング装置として構成してもよい。In the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, the apparatus is configured as an RF-DC coupled bias sputtering apparatus, but an apparatus configured to maintain discharge even in a vacuum atmosphere of 1 × 10 -1 Pa or less. Any type of sputtering apparatus may be used.
【００２１】[0021]
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明におい
ては、ターゲットと基板との距離を少なくとも基板の直
径より大きく設定するかまたは基板上の微細な穴の径を
ａ、深さをｂとし、ターゲットからのターゲット原子の
基板に対する入射角をΘとしたとき、 の関係が成り立つように設定し、しかもスパッタリング
成膜時の真空槽内の圧力を１×10-1Pa以下に維持してい
るので、スパッタ原子の平均自由行程が長くなり、スパ
ッタ原子がターゲットから出て基板へ到達するまでの飛
行中に衝突する確率を低く抑えることができることによ
ってターゲットから飛び出した原子が基板に対して垂直
に近い角度で入射する確率が増大され、その結果基板上
の微細な穴の開口付近への堆積は減少され、穴の底への
堆積を増大させることができるようになり、基板上の微
細な穴埋めを有効に行うことができる。また本発明によ
る成膜装置においては、基板を加熱してリフローイング
させたり、或いは基板に高周波バイアスをかけることに
より、基板上の微細な穴をボイドを生じることなしに完
全に穴埋めすることができるようになる。As described above, in the present invention, the distance between the target and the substrate is set to be at least larger than the diameter of the substrate, or the diameter of the fine hole on the substrate is defined as a and the depth is defined as b. , When the incident angle of the target atom from the target with respect to the substrate is Θ, And the pressure in the vacuum chamber at the time of sputtering film formation is maintained at 1 × 10 -1 Pa or less, so that the mean free path of the sputter atoms becomes longer, and the sputter atoms move from the target. By reducing the probability of collision during flight before exiting and arriving at the substrate, the probability that atoms ejected from the target are incident on the substrate at an angle close to normal is increased, and as a result, fine The deposition near the opening of the hole is reduced, the deposition at the bottom of the hole can be increased, and fine hole filling on the substrate can be effectively performed. Further, in the film forming apparatus according to the present invention, it is possible to completely fill fine holes on the substrate without generating voids by heating the substrate to cause reflow or applying a high frequency bias to the substrate. Become like
【図１】 本発明の一つの実施の形態を示す要部の概略
部分断面図。FIG. 1 is a schematic partial sectional view of a main part showing one embodiment of the present invention.
【図２】 本発明の別の実施の形態を示す要部の概略部
分断面図。FIG. 2 is a schematic partial cross-sectional view of a main part showing another embodiment of the present invention.
【図３】 本発明のさらに別の実施の形態を示す要部の
概略部分断面図。FIG. 3 is a schematic partial cross-sectional view of a main part showing still another embodiment of the present invention.
【図４】 Ａ及びＢは本発明により基板に成膜、穴埋め
した状態を示す拡大部分断面図。4A and 4B are enlarged partial cross-sectional views showing a state where a film is formed on a substrate and a hole is filled according to the present invention.
【図５】 Ａは従来のスパッタリング装置において基板
上の微細な穴へ飛来してくるターゲット原子の様子を示
す拡大部分断面図。Ｂは従来のスパッタリング装置にお
いて基板上の微細な穴の穴埋め状態を示す拡大部分断面
図。Ｃは従来のスパッタリング装置において加熱処理に
よるリフローイングで得られた基板上の微細な穴の穴埋
め状態を示す拡大部分断面図。Ｄは従来のスパッタリン
グ装置において高周波バイアスにより得られた基板上の
微細な穴の穴埋め状態を示す拡大部分断面図。FIG. 5A is an enlarged partial cross-sectional view showing a target atom flying into a fine hole on a substrate in a conventional sputtering apparatus. 4B is an enlarged partial cross-sectional view showing a state in which fine holes on the substrate are filled in the conventional sputtering apparatus. C is an enlarged partial cross-sectional view showing a state in which fine holes on a substrate are filled by reflowing by heat treatment in a conventional sputtering apparatus. D is an enlarged partial cross-sectional view showing a state of filling fine holes on a substrate obtained by a high-frequency bias in a conventional sputtering apparatus.
【図６】 Ａはターゲットから基板へ入射する原子の最
小入射角を示す概略正面図。Ｂは原子の入射角と基板上
の微細な穴の寸法との関係を示す拡大部分断面図。FIG. 6A is a schematic front view showing a minimum incident angle of an atom incident on a substrate from a target. B is an enlarged partial cross-sectional view showing the relationship between the angle of incidence of atoms and the size of a fine hole on the substrate.
５：真空槽 ６：放電ガス導入口 ７：真空排気口 ８：ターゲット ９：ターゲット電極 10：基板 11：基板ホルダ 12：高周波フィルタ 13：直流電源 14：整合回路 15：高周波電源 16：磁石 17：基板加熱用ヒータ 18：ヒータ電源 19：整合回路 20：高周波バイアス電源 5: Vacuum tank 6: Discharge gas inlet 7: Vacuum exhaust 8: Target 9: Target electrode 10: Substrate 11: Substrate holder 12: High frequency filter 13: DC power supply 14: Matching circuit 15: High frequency power supply 16: Magnet 17: Substrate heating heater 18: Heater power supply 19: Matching circuit 20: High frequency bias power supply
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） // Ｈ０１Ｌ 21/203 Ｈ０１Ｌ 21/203 Ｓ (72)発明者 豊田 聡 神奈川県茅ケ崎市萩園2500番地 日本真空 技術株式会社内 (72)発明者 門倉 好之 静岡県裾野市須山1220−14 日本真空技術 株式会社富士裾野工場内──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification FI FI Theme coat ゛ (Reference) // H01L 21/203 H01L 21/203 S (72) Inventor Satoshi Toyoda 2500 2500 Hagizono, Chigasaki City, Kanagawa Prefecture Nihon Vacuum Technology Co., Ltd. (72) Inventor Yoshiyuki Kadokura 1220-14 Suyama, Susono City, Shizuoka Prefecture Japan Vacuum Technology Co., Ltd.
Claims (7)
に放電ガスを導入する放電ガス導入部を備えた真空槽内
において、ターゲットから飛び出した原子が基板に対し
て垂直に近い角度で入射するようにターゲットと基板と
の距離を少なくとも基板の直径より大きく設定し、スパ
ッタ原子の平均自由行程を長くするため真空槽内の圧力
を１×10-1Pa以下に維持してスパッタリング成膜を実施
し、基板上の微細な穴埋めを行うことを特徴とする成膜
方法。In a vacuum chamber provided with an evacuation unit for evacuating the inside and a discharge gas introduction unit for introducing a discharge gas into the inside, atoms ejected from a target are incident on the substrate at an almost perpendicular angle. The distance between the target and the substrate is set to be at least larger than the diameter of the substrate, and the pressure in the vacuum chamber is maintained at 1 × 10-1 Pa or less to increase the mean free path of the sputtered atoms. Forming a fine hole on a substrate.
埋めを行うようにした成膜装置において、 内部を真空排気する真空排気部及び内部に放電ガスを導
入する放電ガス導入部を備え、スパッタリング成膜時に
は１×10-1Pa以下の圧力に維持される真空槽と、 真空槽内に対向して配置され、それぞれターゲット及び
基板が装着され、しかもターゲット及び基板との間の距
離が少なくとも基板の直径より大きくなるように位置決
めされたターゲット電極及び基板電極と、 ターゲット電極に負電圧を印加して高周波・直流結合バ
イアススパッタリングを行わせる直流電源及び高周波電
源と基板電極に設けられ、基板を加熱する基板加熱手段
とを有することを特徴とする成膜装置。2. A film forming apparatus in which fine holes are filled on a substrate by sputtering, comprising: a vacuum exhaust section for evacuating the inside and a discharge gas introducing section for introducing a discharge gas into the inside; A vacuum chamber maintained at a pressure of 1 × 10 -1 Pa or less, and a vacuum chamber arranged opposite to the vacuum chamber, each of which has a target and a substrate mounted thereon, and the distance between the target and the substrate is at least smaller than the diameter of the substrate. A target electrode and a substrate electrode positioned so as to be large; a DC power supply for applying a negative voltage to the target electrode to perform high-frequency / DC coupled bias sputtering; and a substrate heating provided on the substrate electrode and heating the substrate. Means for forming a film.
埋めを行うようにした成膜装置において、 内部を真空排気する真空排気部及び内部に放電ガスを導
入する放電ガス導入部を備え、スパッタリング成膜時に
は１×10-1Pa以下の圧力に維持される真空槽と、 真空槽内に対向して配置され、それぞれターゲット及び
基板が装着され、しかもターゲット及び基板との間の距
離が少なくとも基板の直径より大きくなるように位置決
めされたターゲット電極及び基板電極と、 ターゲット電極に負電圧を印加して高周波・直流結合バ
イアススパッタリングを行わせる直流電源及び高周波電
源と基板電極に高周波バイアス電圧を印加する高周波バ
イアス電源とを有することを特徴とする成膜装置。3. A film forming apparatus in which fine holes are filled on a substrate by sputtering, comprising: a vacuum exhaust section for evacuating the inside and a discharge gas introducing section for introducing a discharge gas into the inside; A vacuum chamber maintained at a pressure of 1 × 10 -1 Pa or less, and a vacuum chamber arranged opposite to the vacuum chamber, each of which has a target and a substrate mounted thereon, and the distance between the target and the substrate is at least smaller than the diameter of the substrate. A target electrode and a substrate electrode positioned so as to be large; a DC power supply for applying a negative voltage to the target electrode to perform high-frequency / DC coupled bias sputtering; and a high-frequency bias power supply for applying a high-frequency bias voltage to the high-frequency power supply and the substrate electrode A film forming apparatus comprising:
埋めを行うようにした成膜装置において、 内部を真空排気する真空排気部及び内部に放電ガスを導
入する放電ガス導入部を備え、スパッタリング成膜時に
は１×10-1Pa以下の圧力に維持される真空槽と、 真空槽内に対向して配置され、それぞれターゲット及び
基板が装着され、しかもターゲット及び基板との間の距
離が少なくとも基板の直径より大きくなるように位置決
めされたターゲット電極及び基板電極と、 ターゲット電極に負電圧を印加して高周波・直流結合バ
イアススパッタリングを行わせる直流電源及び高周波電
源と基板電極に設けられ、基板を加熱する基板加熱手段
と基板電極に高周波バイアス電圧を印加する高周波バイ
アス電源とを有することを特徴とする成膜装置。4. A film forming apparatus in which fine holes are filled on a substrate by sputtering, comprising: a vacuum exhaust section for evacuating the inside and a discharge gas introducing section for introducing a discharge gas into the inside; A vacuum chamber maintained at a pressure of 1 × 10 -1 Pa or less, and a vacuum chamber arranged opposite to the vacuum chamber, each of which has a target and a substrate mounted thereon, and the distance between the target and the substrate is at least smaller than the diameter of the substrate. A target electrode and a substrate electrode positioned so as to be large; a DC power supply for applying a negative voltage to the target electrode to perform high-frequency / DC coupled bias sputtering; and a substrate heating provided on the substrate electrode and heating the substrate. Means for applying a high frequency bias voltage to the substrate electrode.
埋めを行うようにした成膜装置において、 内部を真空排気する真空排気部及び内部に放電ガスを導
入する放電ガス導入部を備え、スパッタリング成膜時に
は１×10-1Pa以下の圧力に維持される真空槽と、 真空槽内に対向して配置され、それぞれターゲット及び
基板が装着され、しかも基板上の微細な穴の径をａ、深
さをｂとし、ターゲットからのターゲット原子の基板に
対する入射角をΘとしたとき、 の関係が成り立つような位置にターゲットと基板とを位
置させるように位置決めされたターゲット電極及び基板
電極とターゲット電極に負電圧を印加して高周波・直流
結合バイアススパッタリングを行わせる直流電源及び高
周波電源と基板電極に設けられ、基板を加熱する基板加
熱手段と、を有することを特徴とする成膜装置。5. A film forming apparatus in which a fine hole is filled on a substrate by sputtering, comprising: a vacuum exhaust unit for evacuating the inside and a discharge gas introducing unit for introducing a discharge gas into the inside. A vacuum chamber maintained at a pressure of 1 × 10 -1 Pa or less, and disposed opposite to each other in the vacuum chamber, each having a target and a substrate mounted thereon. b, and the incident angle of the target atom from the target to the substrate is Θ, A DC power supply and a high-frequency power supply for applying a negative voltage to the target electrode and the substrate electrode and the target electrode positioned so as to position the target and the substrate at a position such that the relationship holds, and performing high-frequency / DC coupling bias sputtering. A film forming apparatus comprising: a substrate heating means provided on a substrate electrode for heating a substrate.
埋めを行うようにした成膜装置において、 内部を真空排気する真空排気部及び内部に放電ガスを導
入する放電ガス導入部を備え、スパッタリング成膜時に
は１×10-1Pa以下の圧力に維持される真空槽と、 真空槽内に対向して配置され、それぞれターゲット及び
基板が装着され、しかも基板上の微細な穴の径をａ、深
さをｂとし、ターゲットからのターゲット原子の基板に
対する入射角をΘとしたとき、 の関係が成り立つような位置にターゲットと基板とを位
置させるように位置決めされたターゲット電極及び基板
電極と、 ターゲット電極に負電圧を印加して高周波・直流結合バ
イアススパッタリングを行わせる直流電源及び高周波電
源と基板電極に高周波バイアス電圧を印加する高周波バ
イアス電源とを有することを特徴とする成膜装置。6. A film forming apparatus in which fine holes are filled on a substrate by sputtering, comprising: a vacuum exhaust section for evacuating the inside and a discharge gas introducing section for introducing a discharge gas into the inside; A vacuum chamber maintained at a pressure of 1 × 10 -1 Pa or less, and disposed opposite to each other in the vacuum chamber, each having a target and a substrate mounted thereon. b, and the incident angle of the target atom from the target to the substrate is Θ, And a DC power supply and a high frequency power supply for applying a negative voltage to the target electrode to perform high frequency / DC coupled bias sputtering. And a high frequency bias power supply for applying a high frequency bias voltage to the substrate electrode.
埋めを行うようにした成膜装置において、 内部を真空排気する真空排気部及び内部に放電ガスを導
入する放電ガス導入部を備え、スパッタリング成膜時に
は１×10-1Pa以下の圧力に維持される真空槽と、 真空槽内に対向して配置され、それぞれターゲット及び
基板が装着され、しかも基板上の微細な穴の径をａ、深
さをｂとし、ターゲットからのターゲット原子の基板に
対する入射角をΘとしたとき、 の関係が成り立つような位置にターゲットと基板とを位
置させるように位置決めされたターゲット電極及び基板
電極と、 ターゲット電極に負電圧を印加して高周波・直流結合バ
イアススパッタリングを行わせる直流電源及び高周波電
源と基板電極に設けられ、基板を加熱する基板加熱手段
と、 基板電極に高周波バイアス電圧を印加する高周波バイア
ス電源とを有することを特徴とする成膜装置。7. A film forming apparatus in which fine holes are filled on a substrate by sputtering, comprising: a vacuum exhaust section for evacuating the inside and a discharge gas introducing section for introducing a discharge gas into the inside; A vacuum chamber maintained at a pressure of 1 × 10 -1 Pa or less, and disposed opposite to each other in the vacuum chamber, each having a target and a substrate mounted thereon. b, and the incident angle of the target atom from the target to the substrate is Θ, And a DC power supply and a high frequency power supply for applying a negative voltage to the target electrode to perform high frequency / DC coupled bias sputtering. And a substrate heating means provided on the substrate electrode for heating the substrate, and a high frequency bias power supply for applying a high frequency bias voltage to the substrate electrode.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13445799A JP2000026964A (en) | 1992-10-28 | 1999-05-14 | Formation of film and device |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4-289817 | 1992-10-28 | ||
| JP28981792 | 1992-10-28 | ||
| JP13445799A JP2000026964A (en) | 1992-10-28 | 1999-05-14 | Formation of film and device |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16257393A Division JP3231900B2 (en) | 1992-10-28 | 1993-06-30 | Film forming equipment |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000026964A true JP2000026964A (en) | 2000-01-25 |
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ID=26468570
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13445799A Withdrawn JP2000026964A (en) | 1992-10-28 | 1999-05-14 | Formation of film and device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000026964A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010199131A (en) * | 2009-02-23 | 2010-09-09 | Aisin Seiki Co Ltd | Film forming method for thermoelectric element |
-
1999
- 1999-05-14 JP JP13445799A patent/JP2000026964A/en not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010199131A (en) * | 2009-02-23 | 2010-09-09 | Aisin Seiki Co Ltd | Film forming method for thermoelectric element |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Effective date: 20040217 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A132 |
|
| A761 | Written withdrawal of application |
Effective date: 20040305 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 |