JP2006083459A

JP2006083459A - Sputtering system and sputtering method

Info

Publication number: JP2006083459A
Application number: JP2004272031A
Authority: JP
Inventors: Koichi Fukuda; 航一福田
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2004-09-17
Filing date: 2004-09-17
Publication date: 2006-03-30

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a DC or DC-pulse sputtering system capable of increasing the film deposition rate and enhancing the uniformity of the film thickness distribution. <P>SOLUTION: A cathode 21 is installed in a treatment chamber 20. A target T is placed on the cathode 21. A deposition-preventive plate 23 is arranged on an upper surface of the treatment chamber 20. A substrate holder 24 is provided on the deposition-preventive plate 23, and a silicon substrate 25 is held on the substrate holder 24. Gas is introduced to a side surface of the treatment chamber 20 through a gas introduction pipe 27 from a gas source 26. The electric potential of the deposition-preventive plate 23 is equal to that of the substrate holder 24, which is floating. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明はスパッタリング装置及びスパッタリング方法に関し、特に直流もしくは直流パルス型スパッタリング装置及びスパッタリング方法に関する。 The present invention relates to a sputtering apparatus and a sputtering method, and more particularly to a direct current or direct current pulse sputtering apparatus and a sputtering method.

従来のスパッタリング装置においては、スパッタリング処理中に装置上面又は側面に付着した物質が剥がれ落ちてパーティクルになることを防止するために、装置上面又は側面に防着板と呼ばれる板状体を配置している。この防着板は、表面をブラスト処理により粗面化して表面積を大きくし、スパッタリング物質をその表面に付着させるものである。 In the conventional sputtering apparatus, a plate-like body called an adhesion preventing plate is arranged on the upper surface or side surface of the apparatus in order to prevent the material attached to the upper surface or side surface of the apparatus from peeling off and becoming particles. Yes. This deposition preventing plate is roughened by blasting to increase the surface area, and a sputtering substance is attached to the surface.

特開２００３−２７７９０９号公報JP 2003-277909 A

スパッタリング装置には、高周波を印加するタイプの高周波（ＲＦ）型スパッタリング装置の他に、装置内に直流電圧を連続的にもしくはパルス状に印加するタイプの直流（ＤＣ）型又は直流（ＤＣ）パルス型スパッタリング装置がある。従来から、ＲＦスパッタリング装置における防着板についての検討は数多くなされているが、ＤＣ又はＤＣパルススパッタリング装置における防着板についての検討はあまりなされていないのが現状である。特に、ＤＣ又はＤＣパルススパッタリング装置において、防着板の存在による成膜速度や膜厚分布などについての検討はなされていなかった。 In addition to a high frequency (RF) type sputtering device that applies a high frequency, the sputtering device includes a direct current (DC) type or a direct current (DC) pulse that applies a DC voltage continuously or in pulses in the device. There is a type sputtering apparatus. Conventionally, many studies have been made on the adhesion preventing plate in the RF sputtering apparatus, but there are not many studies on the adhesion preventing plate in the DC or DC pulse sputtering apparatus. In particular, in the DC or DC pulse sputtering apparatus, the film forming speed and film thickness distribution due to the presence of the adhesion preventing plate have not been studied.

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、成膜速度を上げ、かつ、膜厚分布の均一性を向上させることができるＤＣ又はＤＣパルススパッタリング装置を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of this point, and it aims at providing the DC or DC pulse sputtering apparatus which can raise the film-forming speed | rate and can improve the uniformity of film thickness distribution.

本発明のスパッタリング装置は、プラズマチャンバ内に置かれた電極に直流電圧を連続的にもしくはパルス状に印加することにより得られる放電を用いて被処理基板に対してスパッタリング処理するスパッタリング装置であって、装置本体と、前記装置本体内に設置され、ターゲットを載置し、直流電圧を印加するカソードと、前記装置本体内に前記カソードと対向して前記装置本体との間に絶縁性部材を介して配置された防着部材と、前記防着部材に取り付けられ、前記カソードと対向するように被処理基板を保持する基板保持部材と、を具備し、前記防着部材の電位と前記基板保持部材の電位が等しく、かつ、フローティングであることを特徴とする。 A sputtering apparatus according to the present invention is a sputtering apparatus that performs a sputtering process on a substrate to be processed by using a discharge obtained by applying a DC voltage continuously or in pulses to electrodes placed in a plasma chamber. An apparatus main body, a cathode installed in the apparatus main body, on which a target is placed, and a DC voltage is applied, and an insulating member between the apparatus main body and the cathode facing the cathode in the apparatus main body And a substrate holding member that is attached to the adhesion preventing member and holds the substrate to be processed so as to face the cathode, and the potential of the adhesion preventing member and the substrate holding member Are equal in potential and floating.

この構成によれば、防着部材及び基板保持部材が電気的に接地から絶縁された状態となっているので、成膜中に被処理基板と接地された装置本体との間で異常放電が起こることがない。その結果、カソードに印加された直流電圧を効率良くスパッタリングに利用することができるので、成膜速度を低下させることなく、しかも均一な膜厚分布を得ることが可能となる。 According to this configuration, since the deposition preventing member and the substrate holding member are electrically insulated from the ground, abnormal discharge occurs between the substrate to be processed and the grounded apparatus body during film formation. There is nothing. As a result, the direct current voltage applied to the cathode can be efficiently used for sputtering, so that a uniform film thickness distribution can be obtained without reducing the film formation rate.

本発明のスパッタリング装置は、プラズマチャンバ内に置かれた電極に直流電圧を連続的にもしくはパルス状に印加することにより得られる放電を用いて被処理基板に対してスパッタリング処理するスパッタリング装置であって、装置本体と、前記装置本体内にガスを導入するガス導入手段と、前記装置本体内に設置され、ターゲットを載置し、直流電圧を印加するカソードと、前記装置本体内に前記カソードと対向して前記装置本体との間に絶縁性部材を介して配置された防着部材と、前記防着部材に取り付けられ、前記カソードと対向するように被処理基板を保持し、前記防着部材と同電位の基板保持部材と、前記防着部材の電位を接地あるいはフローティングに切り替える切替手段と、を具備することを特徴とする。 A sputtering apparatus according to the present invention is a sputtering apparatus that performs a sputtering process on a substrate to be processed by using a discharge obtained by applying a DC voltage continuously or in pulses to electrodes placed in a plasma chamber. An apparatus main body, a gas introduction means for introducing gas into the apparatus main body, a cathode placed in the apparatus main body, on which a target is placed and applied with a DC voltage, and a cathode facing the cathode in the apparatus main body An adhesion preventing member disposed between the apparatus main body via an insulating member, a substrate attached to the adhesion preventing member, and a substrate to be processed so as to face the cathode, and the adhesion preventing member A substrate holding member having the same potential and switching means for switching the potential of the deposition preventing member to ground or floating are provided.

この構成によれば、防着部材の電位と基板保持部材の電位を同じとし、防着部材の電位と基板保持部材の電位を、フローティングにする状態と接地する状態とに切り替えることができる。これにより、膜の種類に応じて電位状態を変えることができるので、膜毎に成膜速度を向上させることができる。 According to this configuration, the potential of the deposition preventing member and the potential of the substrate holding member can be made the same, and the potential of the deposition preventing member and the potential of the substrate holding member can be switched between a floating state and a grounding state. Thereby, since the potential state can be changed according to the type of film, the film formation rate can be improved for each film.

本発明のスパッタリング方法は、装置本体と、前記装置本体内にガスを導入するガス導入手段と、前記装置本体内に設置され、ターゲットを載置し、直流電圧を印加するカソードと、前記装置本体内に前記カソードと対向して前記装置本体との間に絶縁性部材を介して配置された防着部材と、前記防着部材に取り付けられ、前記カソードと対向するように被処理基板を保持し、前記防着部材と同電位の基板保持部材と、前記防着部材の電位を接地あるいはフローティングに切り替える切替手段と、を具備するスパッタリング装置において、前記カソードに直流電圧を連続的にもしくはパルス状に印加することにより得られる放電を用いて前記被処理基板に対してスパッタリング処理するスパッタリング方法であって、前記防着部材の電位と前記基板保持部材の電位をフローティングにした状態下で、不活性ガス及び第１の元素を含むガスを導入して第２の元素を含むターゲットを用いてスパッタリング処理を行って被処理基板上に前記第１及び第２の元素を含む膜を形成することを特徴とする。 The sputtering method of the present invention includes an apparatus main body, gas introduction means for introducing gas into the apparatus main body, a cathode installed in the apparatus main body, on which a target is placed and a DC voltage is applied, and the apparatus main body. An adhesion preventing member disposed through an insulating member between the apparatus main body and the cathode, and a substrate to be processed that is attached to the adhesion preventing member and faces the cathode. A sputtering apparatus comprising: a substrate holding member having the same potential as that of the deposition preventing member; and a switching unit that switches the potential of the deposition preventing member to ground or floating. A DC voltage is continuously or pulsed to the cathode. A sputtering method for performing a sputtering treatment on the substrate to be processed using a discharge obtained by applying the electric potential to the adhesion member In a state where the potential of the substrate holding member is floating, a gas containing an inert gas and a first element is introduced, a sputtering process is performed using a target containing a second element, and the first substrate is formed on the substrate to be processed. A film containing the first and second elements is formed.

この方法によれば、防着部材及び基板保持部材が電気的に接地から絶縁された状態となっているので、成膜中に被処理基板と接地された装置本体との間で異常放電が起こることがない。その結果、カソードに印加された直流電圧を効率良くスパッタリングに利用することができるので、成膜速度を低下させることなく、しかも均一な膜厚分布で、被処理基板上にガスに含まれる第１の元素とターゲットに含まれる第２の元素を含む膜を得ることが可能となる。 According to this method, since the deposition preventing member and the substrate holding member are electrically insulated from the ground, abnormal discharge occurs between the substrate to be processed and the grounded apparatus body during film formation. There is nothing. As a result, since the DC voltage applied to the cathode can be efficiently used for sputtering, the first film contained in the gas on the substrate to be processed has a uniform film thickness distribution without decreasing the film formation speed. It is possible to obtain a film containing the above element and the second element contained in the target.

本発明のスパッタリング方法は、装置本体と、前記装置本体内にガスを導入するガス導入手段と、前記装置本体内に設置され、ターゲットを載置し、直流電圧を印加するカソードと、前記装置本体内に前記カソードと対向して前記装置本体との間に絶縁性部材を介して配置された防着部材と、前記防着部材に取り付けられ、前記カソードと対向するように被処理基板を保持し、前記防着部材と同電位の基板保持部材と、前記防着部材の電位を接地あるいはフローティングに切り替える切替手段と、を具備するスパッタリング装置において、前記カソードに直流電圧を連続的にもしくはパルス状に印加することにより得られる放電を用いて前記被処理基板に対してスパッタリング処理するスパッタリング方法であって、前記防着部材の電位と前記基板保持部材の電位をフローティングにした状態下で、不活性ガス及び第１の元素を含むガスを導入して第２の元素を含むターゲットを用いてスパッタリング処理を行って被処理基板上に前記第１及び第２の元素を含む第１の膜を形成する工程と、前記切替手段により前記防着部材を接地した状態で、前記不活性ガスを導入して第２の元素を含むターゲットを用いてスパッタリング処理を行って前記第１の膜上に前記第２の元素からなる導電性の第２の膜を形成する工程と、を具備することを特徴とする。 The sputtering method of the present invention includes an apparatus main body, gas introduction means for introducing gas into the apparatus main body, a cathode installed in the apparatus main body, on which a target is placed and a DC voltage is applied, and the apparatus main body. An adhesion preventing member disposed through an insulating member between the apparatus main body and the cathode, and a substrate to be processed that is attached to the adhesion preventing member and faces the cathode. A sputtering apparatus comprising: a substrate holding member having the same potential as that of the deposition preventing member; and a switching unit that switches the potential of the deposition preventing member to ground or floating. A DC voltage is continuously or pulsed to the cathode. A sputtering method for performing a sputtering treatment on the substrate to be processed using a discharge obtained by applying the electric potential to the adhesion member In a state where the potential of the substrate holding member is floating, a gas containing an inert gas and a first element is introduced, a sputtering process is performed using a target containing a second element, and the first substrate is formed on the substrate to be processed. A step of forming a first film containing the first and second elements, and a target containing the second element by introducing the inert gas in a state where the deposition member is grounded by the switching means. And performing a sputtering process to form a conductive second film made of the second element on the first film.

この方法によれば、第１の膜を形成する第１の状態で、防着部材の電位と基板保持部材の電位を同じとし、防着部材の電位と基板保持部材の電位をフローティングにし、第２の膜を形成する第２の状態では、両者の電位を接地する。これにより、第１の膜の成膜中には被処理基板と接地された装置本体との間で異常放電が起こることがなく、成膜速度を低下させることなく、しかも均一な膜厚分布を得ることが可能となる。また、第２の膜の成膜中には防着部材と基板保持部材が接地されているので、第２の膜の成膜速度を上げることができる。 According to this method, in the first state in which the first film is formed, the potential of the deposition preventing member and the potential of the substrate holding member are the same, the potential of the deposition preventing member and the potential of the substrate holding member are floated, In the second state in which the second film is formed, both potentials are grounded. As a result, during the formation of the first film, abnormal discharge does not occur between the substrate to be processed and the grounded apparatus main body, and the uniform film thickness distribution is achieved without reducing the film formation speed. Can be obtained. Further, since the deposition preventing member and the substrate holding member are grounded during the deposition of the second film, the deposition rate of the second film can be increased.

本発明のスパッタリング方法においては、前記第１の膜が絶縁膜であることが好ましい。 In the sputtering method of the present invention, it is preferable that the first film is an insulating film.

本発明によれば、ＤＣ又はＤＣパルススパッタリング装置において、防着部材の電位と基板保持部材の電位を同じとし、防着部材の電位と基板保持部材の電位をフローティングにするので、防着部材と基板保持部材との間の異常放電の発生を防止できる。その結果、プラズマ化したガス種がほとんどスパッタリングに使用されることになり、成膜速度を低下させることなく、均一な膜厚分布を得ることが可能となる。 According to the present invention, in the DC or DC pulse sputtering apparatus, the potential of the deposition member and the potential of the substrate holding member are made the same, and the potential of the deposition member and the potential of the substrate holding member are floated. The occurrence of abnormal discharge with the substrate holding member can be prevented. As a result, most of the gasified gas species are used for sputtering, and a uniform film thickness distribution can be obtained without reducing the film formation rate.

本発明者は、ＲＦスパッタリング装置に設けられている防着板をＤＣもしくはＤＣパルススパッタリング装置に配置した場合において、被処理基板上に絶縁膜をスパッタリングすると、次のような問題が生じることに着目した。ＤＣもしくはＤＣパルス型スパッタリング装置にＲＦスパッタリング装置に設けられている防着板を同様に配置すると図１に示すようになる。 The inventor of the present invention pays attention to the following problems that occur when an insulating film is sputtered on a substrate to be processed when a deposition plate provided in an RF sputtering apparatus is arranged in a DC or DC pulse sputtering apparatus. did. FIG. 1 shows a DC or DC pulse type sputtering apparatus with the same deposition plate provided in the RF sputtering apparatus.

図１に示すスパッタリング装置においては、処理チャンバ１０内に、カソード１１が設置されている。このカソード１１上には、ターゲットＴが載置される。処理チャンバ１０の上面（天井）には、防着板１２が配置されており、防着板１２上には、絶縁性部材１３を介して基板ホルダ１４が設けられており、この基板ホルダ１４には、被処理基板であるシリコン基板１５が保持されている。また、処理チャンバ１０の側面には、ガス導入部が形成されており、ガス源１７からガス導入管１８を通じてガスが導入されるようになっている。 In the sputtering apparatus shown in FIG. 1, a cathode 11 is installed in a processing chamber 10. A target T is placed on the cathode 11. A deposition plate 12 is disposed on the upper surface (ceiling) of the processing chamber 10, and a substrate holder 14 is provided on the deposition plate 12 via an insulating member 13. Holds a silicon substrate 15 which is a substrate to be processed. A gas introduction part is formed on the side surface of the processing chamber 10, and gas is introduced from the gas source 17 through the gas introduction pipe 18.

上記構成においては、防着板１２は処理チャンバ１０に直接取り付けられているので接地されている。一方、ＤＣスパッタリング装置では、シリコン基板１５上に絶縁膜を形成する際に絶縁膜が基板ホルダ１４に付着し、その絶縁膜がチャージアップして絶縁破壊を起こすことがある。このため、このような問題を解決するために、処理チャンバ１０（防着板１２）と基板ホルダ１４との間に絶縁性部材１３を介在させている。したがって、このような構成においては、フローティングである基板ホルダ１４と、接地されている防着板１２との間で異常放電１６が起こると考えられる。異常放電１６が起こると、この放電によりプラズマ化したガス種が引っ張られてしまい、スパッタリングへの寄与度が小さくなる。その結果、成膜速度が低下し、膜厚分布が不均一になってしまう。 In the above configuration, the adhesion preventing plate 12 is directly attached to the processing chamber 10 and thus is grounded. On the other hand, in the DC sputtering apparatus, when an insulating film is formed on the silicon substrate 15, the insulating film adheres to the substrate holder 14, and the insulating film may be charged up to cause dielectric breakdown. For this reason, in order to solve such a problem, the insulating member 13 is interposed between the processing chamber 10 (protection plate 12) and the substrate holder 14. Therefore, in such a configuration, it is considered that an abnormal discharge 16 occurs between the floating substrate holder 14 and the grounded protection plate 12. When the abnormal discharge 16 occurs, the gas species converted into plasma by this discharge are pulled, and the contribution to sputtering is reduced. As a result, the film formation rate decreases and the film thickness distribution becomes non-uniform.

そこで、本発明者は、異常放電を起こす防着部材と基板保持部材とを同じ電位にすることにより、上記問題を解決できることを見出し本発明をするに至った。すなわち、本発明の骨子は、ＤＣもしくはＤＣパルススパッタリング装置において、防着部材の電位と基板保持部材の電位を同じにし、防着部材の電位と基板保持部材の電位をフローティングにすることにより、防着部材と基板保持部材との間の異常放電の発生を防止して、成膜速度を低下させず、膜厚分布を均一にすることである。 Therefore, the present inventor has found that the above problem can be solved by setting the adhesion preventing member that causes abnormal discharge and the substrate holding member to the same potential, and has led to the present invention. That is, the main point of the present invention is that in a DC or DC pulse sputtering apparatus, the potential of the deposition preventing member and the potential of the substrate holding member are made the same, and the potential of the deposition preventing member and the potential of the substrate holding member are floated. It is to prevent the occurrence of abnormal discharge between the deposition member and the substrate holding member, and to make the film thickness distribution uniform without reducing the deposition rate.

以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
（実施の形態１）
本実施の形態においては、被処理基板であるシリコン基板に絶縁膜であるＴｉＯｘ膜をＤＣスパッタリングにより形成する場合について説明する。図２は、本発明の実施の形態１に係るスパッタリング装置の概略構成を示す図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
(Embodiment 1)
In this embodiment, a case where a TiOx film as an insulating film is formed on a silicon substrate as a substrate to be processed by DC sputtering will be described. FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of the sputtering apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.

図２に示すスパッタリング装置は、装置本体である処理チャンバ２０を備えている。この処理チャンバ２０は、例えば５００ｍｍφの外径を有する。この処理チャンバ２０内には、陰極電極であるカソード２１が設置されている。このカソード２１に直流電圧を連続的にもしくはパルス状に印加する。このカソード２１上には、ターゲットＴが載置される。 The sputtering apparatus shown in FIG. 2 includes a processing chamber 20 that is an apparatus main body. The processing chamber 20 has an outer diameter of, for example, 500 mmφ. A cathode 21 that is a cathode electrode is installed in the processing chamber 20. A DC voltage is applied to the cathode 21 continuously or in pulses. A target T is placed on the cathode 21.

処理チャンバ２０の上面（天井）には、防着板２３が配置されている。この防着板２３は、例えばステンレス鋼で構成され、例えば０．５ｍｍの厚さを有しており、下側（カソード側）の表面には、ブラスト処理がなされて粗面化されている。この防着板２３は、処理チャンバ２０の上面に絶縁性部材２２を介して取り付けられている。この絶縁性部材２２は、例えばアルミナなどの絶縁性材料で構成され、厚さが約５ｍｍ〜１０ｍｍである。この防着板２３上には、金属製の基板ホルダ２４が設けられており、この基板ホルダ２４には、被処理基板であるシリコン基板２５が保持されている。このシリコン基板２５は、カソード１１と対向するように基板ホルダ２４により保持されている。なお、シリコン基板２５は、例えば１００ｍｍφの外径を有する。 On the upper surface (ceiling) of the processing chamber 20, a deposition preventing plate 23 is disposed. The adhesion preventing plate 23 is made of, for example, stainless steel and has a thickness of, for example, 0.5 mm. The lower surface (cathode side) is roughened by blasting. The adhesion preventing plate 23 is attached to the upper surface of the processing chamber 20 via an insulating member 22. The insulating member 22 is made of an insulating material such as alumina and has a thickness of about 5 mm to 10 mm. A metal substrate holder 24 is provided on the deposition preventing plate 23, and a silicon substrate 25 as a substrate to be processed is held on the substrate holder 24. The silicon substrate 25 is held by a substrate holder 24 so as to face the cathode 11. The silicon substrate 25 has an outer diameter of 100 mmφ, for example.

処理チャンバ２０の側面には、ガス導入部が形成されており、ガス源２６からガス導入管２７を通じてガスが導入されるようになっている。なお、図２においては、ガス源２６は一つであるが、これに限定されず、複数のガス源から処理チャンバ２０に複数のガスを混合して又は切り替えて導入できるような構成であっても良い。 A gas introduction part is formed on the side surface of the processing chamber 20, and gas is introduced from a gas source 26 through a gas introduction pipe 27. In FIG. 2, the number of the gas sources 26 is one. However, the present invention is not limited to this, and the configuration is such that a plurality of gases can be mixed or switched from a plurality of gas sources to the processing chamber 20. Also good.

防着板２３は、図１に示す防着板１２と異なり、処理チャンバ２０の上面から絶縁性部材２２を介して取り付けられている。また、その防着板２３上に基板ホルダ２４が設けられ、その基板ホルダ２４にシリコン基板２５が保持されている。このため、防着板２３及び基板ホルダ２４は、電気的に接地から絶縁された状態となっている。すなわち、防着板２３の電位と基板ホルダ２４の電位が同じであり、しかも防着板２３の電位と基板ホルダ２４の電位がフローティングである。このように防着板２３及び基板ホルダ２４が電気的に接地から絶縁された状態となっているので、成膜中にシリコン基板２５と接地された防着板２３との間で異常放電が起こることがない。その結果、カソード２１に印加された直流電圧を効率良くスパッタリングに利用することができるので、成膜速度を低下させることなく、しかも均一な膜厚分布を得ることが可能となる。 Unlike the deposition plate 12 shown in FIG. 1, the deposition plate 23 is attached from the upper surface of the processing chamber 20 via an insulating member 22. A substrate holder 24 is provided on the deposition preventing plate 23, and a silicon substrate 25 is held on the substrate holder 24. For this reason, the deposition preventing plate 23 and the substrate holder 24 are electrically insulated from the ground. That is, the potential of the deposition preventing plate 23 and the potential of the substrate holder 24 are the same, and the potential of the deposition preventing plate 23 and the potential of the substrate holder 24 are floating. Thus, since the deposition preventing plate 23 and the substrate holder 24 are electrically insulated from the ground, abnormal discharge occurs between the silicon substrate 25 and the grounded deposition preventing plate 23 during film formation. There is nothing. As a result, since the direct current voltage applied to the cathode 21 can be efficiently used for sputtering, it is possible to obtain a uniform film thickness distribution without reducing the film formation rate.

このような構成を有するスパッタリング装置において、ガス源２６からガス導入管２７を通して、不活性ガス、例えばＡｒガスを処理チャンバ２０に導入し、カソード２１に直流電圧、例えば４００Ｖを印加する。これにより、処理チャンバ２０内に放電が起こり、Ａｒガス中のＡｒがプラズマ化（イオン化）する。このプラズマ化したＡｒ⁺は、陰極であるターゲットＴに引き寄せられ、ターゲットＴをたたく。これにより、ターゲット原子がターゲットＴから飛び出してシリコン基板２５表面に被着する。 In the sputtering apparatus having such a configuration, an inert gas such as Ar gas is introduced into the processing chamber 20 from the gas source 26 through the gas introduction pipe 27, and a direct current voltage such as 400 V is applied to the cathode 21. As a result, discharge occurs in the processing chamber 20, and Ar in the Ar gas is turned into plasma (ionized). This plasmaized Ar ⁺ is attracted to the target T, which is a cathode, and strikes the target T. Thereby, target atoms jump out of the target T and adhere to the surface of the silicon substrate 25.

次に、上記構成を有するスパッタリング装置において、シリコン基板２５上に絶縁膜としてＴｉＯｘ膜を形成する場合について説明する。まず、処理チャンバ２０内のカソード２１上にＴｉＯｙターゲットを置く。次いで、ガス源２６からガス導入管２７を通してＡｒガスとＯ₂ガスをそれぞれ別ルートで処理チャンバ２０内に導入する。その状態で、カソード２１に４００Ｖを印加する。これにより、処理チャンバ２０内に放電電力１ｋＷのＤＣ放電が発生する。このＤＣ放電によりＡｒガス及びＯ₂ガスがプラズマ化して反応性スパッタリング処理がなされて、ＴｉＯｘ膜がシリコン基板２５に被着する。 Next, a case where a TiOx film is formed as an insulating film on the silicon substrate 25 in the sputtering apparatus having the above configuration will be described. First, a TiOy target is placed on the cathode 21 in the processing chamber 20. Next, Ar gas and O ₂ gas are introduced from the gas source 26 through the gas introduction pipe 27 into the processing chamber 20 through different routes. In that state, 400 V is applied to the cathode 21. As a result, a DC discharge with a discharge power of 1 kW is generated in the processing chamber 20. By this DC discharge, Ar gas and O ₂ gas are turned into plasma and subjected to reactive sputtering treatment, and the TiOx film is deposited on the silicon substrate 25.

このような成膜中において、防着板２３及び基板ホルダ２４が電気的に接地から絶縁された状態となっているので、シリコン基板２５と防着板２３との間で異常放電が起こることがない。その結果、Ａｒ⁺がほとんどスパッタリングに使用されることになり、カソード２１でＡｒ⁺を損失なく制御することが可能となる。したがって、成膜速度を低下させることなく、しかも均一な膜厚分布を得ることが可能となる。 During such film formation, since the deposition preventing plate 23 and the substrate holder 24 are electrically insulated from the ground, abnormal discharge may occur between the silicon substrate 25 and the deposition preventing plate 23. Absent. As a result, almost Ar ⁺ is used for sputtering, and Ar ⁺ can be controlled by the cathode 21 without loss. Therefore, it is possible to obtain a uniform film thickness distribution without reducing the film formation rate.

ここで、本発明の効果を明確にするために行った実施例について説明する。図１に示すスパッタリング装置と図２に示す本発明に係るスパッタリング装置において、それぞれシリコン基板２５上にＴｉＯｘ膜を厚さ１００ｎｍ成膜した。このときの成膜速度とシリコン基板２５内の膜厚分布について調べた。なお、成膜速度は、ＴｉＯｘ膜の厚さが１００ｎｍになるまでの時間を測定することにより求め、膜厚分布は、触針式段差計DEKTAK（ULVAC社製、商品名）により求めた。その結果を図３に示す。 Here, the Example performed in order to clarify the effect of this invention is described. In the sputtering apparatus shown in FIG. 1 and the sputtering apparatus according to the present invention shown in FIG. 2, a TiOx film having a thickness of 100 nm was formed on a silicon substrate 25, respectively. The film formation rate and the film thickness distribution in the silicon substrate 25 at this time were examined. The film formation rate was determined by measuring the time until the thickness of the TiOx film reached 100 nm, and the film thickness distribution was determined by a stylus type step gauge DEKTAK (trade name, manufactured by ULVAC). The result is shown in FIG.

図３は、本発明の実施の形態１に係るスパッタリング装置の効果を説明するための図である。図３から明らかなように、図１に示すスパッタリング装置で成膜したＴｉＯｘ膜（参考例：破線）は、特定の部分の膜厚が極端に厚くなっている。これは、接地されている防着板１２と接地から絶縁されている基板ホルダ１４との間で異常放電が起こっているためであると考えられる。一方、本発明に係るスパッタリング装置で成膜したＴｉＯｘ膜（実施例：実線）は、シリコン基板全面にわたって均一に成膜できている。 FIG. 3 is a diagram for explaining the effect of the sputtering apparatus according to the first embodiment of the present invention. As is clear from FIG. 3, the TiOx film (reference example: broken line) formed by the sputtering apparatus shown in FIG. 1 has an extremely thick film at a specific portion. This is presumably because an abnormal discharge is occurring between the grounded deposition preventing plate 12 and the substrate holder 14 insulated from the ground. On the other hand, the TiOx film (Example: solid line) formed by the sputtering apparatus according to the present invention can be uniformly formed over the entire surface of the silicon substrate.

また、成膜速度は、図１に示すスパッタリング装置では、０．１ｎｍ／ｓｅｃであり、本発明に係るスパッタリング装置では、０．２ｎｍ／ｓｅｃであった。本発明に係るスパッタリング装置では、異常放電が起こっていないので、カソードに印加した直流電圧が効率良くスパッタリングに利用される。このため、本発明に係るスパッタリング装置での成膜速度は、異常放電が起こった図１に示すスパッタリング装置での成膜速度の約２倍に向上した。 In addition, the film formation rate was 0.1 nm / sec in the sputtering apparatus shown in FIG. 1 and 0.2 nm / sec in the sputtering apparatus according to the present invention. In the sputtering apparatus according to the present invention, since abnormal discharge does not occur, the DC voltage applied to the cathode is efficiently used for sputtering. For this reason, the film forming speed in the sputtering apparatus according to the present invention was improved to about twice the film forming speed in the sputtering apparatus shown in FIG. 1 in which abnormal discharge occurred.

本実施の形態では、絶縁膜がＴｉＯｘ膜である場合について説明しているが、本発明は、絶縁膜がＳｉＯｘ膜である場合にも同様に適用することができる。 Although the case where the insulating film is a TiOx film has been described in the present embodiment, the present invention can be similarly applied to the case where the insulating film is a SiOx film.

（実施の形態２）
本実施の形態においては、ＤＣパルススパッタリングにより被処理基板であるシリコン基板に絶縁膜であるＡｌＯｘ膜を形成し、その上にＡｌ膜を形成する場合について説明する。図４は、本発明の実施の形態２に係るスパッタリング装置の概略構成を示す図である。図４において、図２と同じ部分については図２と同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。 (Embodiment 2)
In this embodiment, the case where an AlOx film that is an insulating film is formed on a silicon substrate that is a substrate to be processed by DC pulse sputtering and an Al film is formed thereon will be described. FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of a sputtering apparatus according to Embodiment 2 of the present invention. 4, the same parts as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals as those in FIG. 2, and detailed description thereof is omitted.

図４に示す装置は、防着板２３を接地するスイッチ３０を備えている。このスイッチ３０は、不活性ガス、例えばＡｒガス及び第１の元素を含むガス、例えばＯ₂ガスを導入して第２の元素、例えばＡｌを含むターゲット、例えばＡｌターゲットを用いてスパッタリング処理を行ってシリコン基板２５上に第１及び第２の元素を含む絶縁膜、例えばＡｌＯｘ膜を形成する第１の状態と、不活性ガスを導入して第２の元素を含むターゲットを用いてスパッタリング処理を行って絶縁膜上に第２の元素からなる導電膜、例えばＡｌ膜を形成する第２の状態とを切り替える。 The apparatus shown in FIG. 4 includes a switch 30 for grounding the adhesion preventing plate 23. The switch 30 introduces an inert gas, for example, Ar gas and a gas containing a first element, for example, O ₂ gas, and performs a sputtering process using a second element, for example, a target containing Al, for example, an Al target. First, an insulating film containing first and second elements, for example, an AlOx film, is formed on the silicon substrate 25, and a sputtering process is performed using a target containing the second element by introducing an inert gas. And switching to a second state in which a conductive film made of the second element, eg, an Al film, is formed on the insulating film.

すなわち、絶縁膜を形成する第１の状態では、防着板２３の電位と基板ホルダ２４の電位を同じとし、防着板２３の電位と基板ホルダ２４の電位をフローティングにするために、スイッチ３０はＯＦＦにする。一方、導電膜を形成する第２の状態では、少なくとも防着板２３の電位を接地するために、スイッチ３０はＯＮにする。導電膜を形成する第２の状態で少なくとも防着板２３の電位を接地するのは次の理由による。 That is, in the first state in which the insulating film is formed, the switch 30 is set so that the potential of the deposition preventing plate 23 and the potential of the substrate holder 24 are the same, and the potential of the deposition preventing plate 23 and the potential of the substrate holder 24 are floated. Is turned off. On the other hand, in the second state in which the conductive film is formed, the switch 30 is turned on to ground at least the potential of the deposition preventing plate 23. Grounding at least the potential of the deposition preventing plate 23 in the second state in which the conductive film is formed is as follows.

例えば、Ａｌターゲットを用いて、ＡｒガスとＯ₂ガスの反応性スパッタリングでシリコン基板上にＡｌＯｘ膜を形成し、その後ＡｒガスのみのスパッタリングでＡｌＯｘ膜上にＡｌ膜を形成するとする。Ａｌ膜を形成する際に、防着板２３の電位と基板ホルダ２４の電位がフローティングである第１の状態のままであると、Ａｌターゲットから飛び出たＡｌ原子がシリコン基板２５に被着し難くなる。このため、少なくとも防着板２３の電位を接地した第２の状態にして、Ａｌターゲットから飛び出たＡｌ原子をシリコン基板２５に被着させる。 For example, it is assumed that an AlOx film is formed on a silicon substrate by reactive sputtering of Ar gas and O ₂ gas using an Al target, and then an Al film is formed on the AlOx film by sputtering of only Ar gas. When the Al film is formed, if the potential of the deposition preventing plate 23 and the potential of the substrate holder 24 remain in the first state, the Al atoms jumping out of the Al target are difficult to adhere to the silicon substrate 25. Become. For this reason, at least the potential of the deposition preventive plate 23 is set to the second state, and Al atoms jumping out from the Al target are deposited on the silicon substrate 25.

このように、防着板２３の電位と基板ホルダ２４の電位を同じとし、防着板２３の電位と基板ホルダ２４の電位をフローティングにする状態と、少なくとも防着板２３の電位を接地する状態とを切り替えることができる。これにより、膜の種類（絶縁膜、導電膜）に応じて電位状態を変えることができるので、膜毎に成膜速度を向上させることができる。 In this manner, the potential of the deposition preventing plate 23 and the potential of the substrate holder 24 are the same, the potential of the deposition preventing plate 23 and the potential of the substrate holder 24 are floating, and the potential of at least the potential of the deposition preventing plate 23 is grounded. And can be switched. Thus, since the potential state can be changed according to the type of film (insulating film, conductive film), the deposition rate can be improved for each film.

また、Ａｌターゲットを用いてスパッタリングを行うと、処理中にターゲット表面が酸化して、できた酸化物がチャージアップする。このため、ＤＣスパッタリングであると、カソード上で絶縁破壊が起こる恐れがあるので、ＤＣパルススパッタリングで周期的にチャージを抜くようにしている。 Further, when sputtering is performed using an Al target, the target surface is oxidized during processing, and the resulting oxide is charged up. For this reason, if DC sputtering is used, dielectric breakdown may occur on the cathode. Therefore, the charge is periodically removed by DC pulse sputtering.

本実施の形態においては、絶縁膜を形成する第１の状態で、防着板２３の電位と基板ホルダ２４の電位を同じとし、防着板２３の電位と基板ホルダ２４の電位をフローティングにし、導電膜を形成する第２の状態では、少なくとも防着板２３の電位を接地する。これにより、絶縁膜の成膜中にはシリコン基板２５と防着板２３との間で異常放電が起こることがなく、成膜速度を低下させることなく、しかも均一な膜厚分布を得ることが可能となる。また、導電膜の成膜中には少なくとも防着板２３が接地されているので、導電膜の成膜速度を向上させることができる。 In the present embodiment, in the first state of forming the insulating film, the potential of the deposition plate 23 and the potential of the substrate holder 24 are the same, the potential of the deposition plate 23 and the potential of the substrate holder 24 are floated, In the second state in which the conductive film is formed, at least the potential of the deposition preventing plate 23 is grounded. As a result, no abnormal discharge occurs between the silicon substrate 25 and the deposition preventing plate 23 during the formation of the insulating film, and a uniform film thickness distribution can be obtained without reducing the film formation rate. It becomes possible. In addition, since at least the deposition preventing plate 23 is grounded during the formation of the conductive film, the film formation rate of the conductive film can be improved.

次に、上記構成を有するスパッタリング装置において、シリコン基板２５上に絶縁膜としてＡｌＯｘ膜を形成し、その後ＡｌＯｘ膜上に導電膜としてＡｌ膜を形成する場合について説明する。まず、処理チャンバ２０内のカソード２１上にＡｌターゲットを置く。次いで、ガス源２６からガス導入管２７を通してＡｒガスとＯ₂ガスをそれぞれ別ルートで処理チャンバ２０内に導入する。その状態で、カソード２１に４００Ｖを間歇的に印加する。このとき、スイッチ３０はＯＦＦにする。これにより、処理チャンバ２０内に放電電力１ｋＷ、パルス周波数５０ｋＨｚ、デューティ比４５％のＤＣパルス放電を発生させる。このＤＣパルス放電によりＡｒガス及びＯ₂ガスがプラズマ化して反応性スパッタリング処理がなされて、ＡｌＯｘ膜がシリコン基板２５に被着する。 Next, in the sputtering apparatus having the above-described configuration, a case where an AlOx film is formed as an insulating film on the silicon substrate 25 and then an Al film is formed as a conductive film on the AlOx film will be described. First, an Al target is placed on the cathode 21 in the processing chamber 20. Next, Ar gas and O ₂ gas are introduced from the gas source 26 through the gas introduction pipe 27 into the processing chamber 20 through different routes. In this state, 400 V is intermittently applied to the cathode 21. At this time, the switch 30 is turned off. As a result, a DC pulse discharge with a discharge power of 1 kW, a pulse frequency of 50 kHz, and a duty ratio of 45% is generated in the processing chamber 20. By this DC pulse discharge, Ar gas and O ₂ gas are turned into plasma and reactive sputtering is performed, and the AlOx film is deposited on the silicon substrate 25.

ＡｌＯｘ膜の成膜中において、防着板２３及び基板ホルダ２４が電気的に接地から絶縁された状態となっているので、シリコン基板２５と防着板２３との間で異常放電が起こることがない。その結果、Ａｒ⁺がほとんどスパッタリングに使用されることになり、カソード２１でＡｒ⁺を損失なく制御することが可能となる。したがって、成膜速度を低下させることなく、しかも均一な膜厚分布を得ることが可能となる。 During the formation of the AlOx film, since the deposition preventing plate 23 and the substrate holder 24 are electrically insulated from the ground, abnormal discharge may occur between the silicon substrate 25 and the deposition preventing plate 23. Absent. As a result, almost Ar ⁺ is used for sputtering, and Ar ⁺ can be controlled by the cathode 21 without loss. Therefore, it is possible to obtain a uniform film thickness distribution without reducing the film formation rate.

次いで、ガス源２６からガス導入管２７を通してＡｒガス（この場合の混合割合は、Ａｒ：Ｏ₂＝１００：０）を処理チャンバ２０内に導入する。その状態で、カソード２１−アノード２６間に４００Ｖを間歇的に印加する。このとき、スイッチ３０はＯＮにする。これにより、処理チャンバ２０内に放電電力１ｋＷ、パルス周波数５０ｋＨｚ、デューティ比４５％のＤＣパルス放電を発生させる。このＤＣパルス放電によりＡｒガスがプラズマ化してスパッタリング処理がなされて、Ａｌ膜がＡｌＯｘ膜上に被着する。 Next, Ar gas (mixing ratio in this case: Ar: O ₂ = 100: 0) is introduced into the processing chamber 20 from the gas source 26 through the gas introduction pipe 27. In this state, 400 V is intermittently applied between the cathode 21 and the anode 26. At this time, the switch 30 is turned on. As a result, a DC pulse discharge with a discharge power of 1 kW, a pulse frequency of 50 kHz, and a duty ratio of 45% is generated in the processing chamber 20. Ar gas is turned into plasma by this DC pulse discharge and a sputtering process is performed, and an Al film is deposited on the AlOx film.

Ａｌ膜の成膜中において、防着板２３及び基板ホルダ２４が電気的に接地されたＡｌ膜がＡｌＯｘ膜に効率良く被着した。スイッチ３０をＯＦＦにした状態で上記条件でＡｌＯｘ膜上にＡｌ膜を成膜したときには、成膜速度が１ｎｍ／ｓｅｃであったが、スイッチをＯＮにした状態でＡｌＯｘ膜上にＡｌ膜を成膜したときには、成膜速度が２ｎｍ／ｓｅｃとなり、２倍に向上した。また、ＡｌＯｘ膜の成膜速度は、図１に示すスパッタリング装置では、０．１５ｎｍ／ｓｅｃであったが、図４に示すスパッタリング装置では、０．３ｎｍ／ｓｅｃであった。 During the formation of the Al film, the Al film in which the deposition preventing plate 23 and the substrate holder 24 were electrically grounded was efficiently deposited on the AlOx film. When the Al film was formed on the AlOx film under the above conditions with the switch 30 turned off, the film formation rate was 1 nm / sec. However, the Al film was formed on the AlOx film with the switch turned on. When deposited, the deposition rate was 2 nm / sec, which was doubled. Further, the deposition rate of the AlOx film was 0.15 nm / sec in the sputtering apparatus shown in FIG. 1, but was 0.3 nm / sec in the sputtering apparatus shown in FIG.

本実施の形態では、絶縁膜（第１の膜）がＡｌＯｘ膜であり、導電膜（第２の膜）がＡｌ膜である場合について説明しているが、本発明は、絶縁膜がＴｉＮ膜であり、導電膜がＴｉ膜である場合にも同様に適用することができる。 In this embodiment, the case where the insulating film (first film) is an AlOx film and the conductive film (second film) is an Al film is described. However, in the present invention, the insulating film is a TiN film. The same applies to the case where the conductive film is a Ti film.

本発明は上記実施の形態１，２に限定されず、種々変更して実施することが可能である。例えば、上記実施の形態で説明した数値や材質については特に制限はなく、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更することが可能である。また、本実施の形態１，２においては、防着板が装置上面に配置された場合について説明しているが、本発明は、防着板が装置側面に配置された場合にも同様に適用することが可能である。その他、スパッタリング装置の構成（カソードの位置や、ガス源の数や供給路など）は、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更することが可能である。 The present invention is not limited to Embodiments 1 and 2 above, and can be implemented with various modifications. For example, the numerical values and materials described in the above embodiments are not particularly limited and can be appropriately changed without departing from the scope of the object of the present invention. Further, in the first and second embodiments, the case where the deposition preventing plate is disposed on the upper surface of the apparatus is described. However, the present invention is similarly applied to the case where the deposition preventing plate is disposed on the side of the apparatus. Is possible. In addition, the configuration of the sputtering apparatus (the position of the cathode, the number of gas sources, the supply path, etc.) can be changed as appropriate without departing from the scope of the object of the present invention.

ＤＣスパッタリング装置における問題点を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the problem in DC sputtering device. 本発明の実施の形態１に係るスパッタリング装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the sputtering device which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態１に係るスパッタリング装置の効果を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the effect of the sputtering device which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態２に係るスパッタリング装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the sputtering device which concerns on Embodiment 2 of this invention.

Explanation of symbols

１０，２０処理チャンバ
１１，２１カソード
１２，２３防着板
１３，２２絶縁性部材
１４，２４基板ホルダ
１５，２５シリコン基板
１６異常放電
１７，２６ガス源
１８，２７ガス導入管
３０スイッチ
Ｔターゲット
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10,20 Process chamber 11,21 Cathode 12,23 Deposit board 13,22 Insulating member 14,24 Substrate holder 15,25 Silicon substrate 16 Abnormal discharge 17,26 Gas source 18,27 Gas introduction pipe 30 Switch T Target

Claims

A sputtering apparatus for performing a sputtering process on a substrate to be processed using a discharge obtained by applying a DC voltage continuously or pulsed to an electrode placed in a plasma chamber,
An apparatus main body, a cathode installed in the apparatus main body, on which a target is placed, and a DC voltage is applied, and an insulating member between the apparatus main body and the cathode facing the cathode in the apparatus main body An adhesion preventing member disposed; and a substrate holding member that is attached to the adhesion preventing member and holds the substrate to be processed so as to face the cathode, and the potential of the adhesion preventing member and the substrate holding member A sputtering apparatus characterized by equal potentials and floating.

A sputtering apparatus for performing a sputtering process on a substrate to be processed using a discharge obtained by applying a DC voltage continuously or pulsed to an electrode placed in a plasma chamber,
An apparatus main body, a gas introduction means for introducing gas into the apparatus main body, a cathode placed in the apparatus main body, on which a target is placed, and a DC voltage is applied; and the cathode in the apparatus main body is opposed to the cathode. An adhesion preventing member disposed between the apparatus main body via an insulating member, and a substrate to be processed that is attached to the adhesion preventing member and faces the cathode, and is the same as the adhesion preventing member. A sputtering apparatus comprising: a substrate holding member having a potential; and switching means for switching the potential of the deposition preventing member to ground or floating.

An apparatus main body, a gas introduction means for introducing gas into the apparatus main body, a cathode placed in the apparatus main body, on which a target is placed, and a DC voltage is applied; and the cathode in the apparatus main body is opposed to the cathode. An adhesion member disposed between the apparatus main body via an insulating member, and a substrate to be processed that is attached to the adhesion member and faces the cathode, and is the same as the adhesion member. Discharge obtained by applying a DC voltage continuously or in a pulsed manner to the cathode in a sputtering apparatus comprising a substrate holding member having a potential and a switching means for switching the potential of the deposition preventing member to ground or floating. A sputtering method for performing a sputtering process on the substrate to be processed using
In a state where the potential of the deposition preventing member and the potential of the substrate holding member are in a floating state, a gas containing an inert gas and a first element is introduced, and a sputtering process is performed using a target containing a second element. And forming a film containing the first and second elements on the substrate to be processed.

An apparatus main body, a gas introduction means for introducing gas into the apparatus main body, a cathode placed in the apparatus main body, on which a target is placed, and a DC voltage is applied; and the cathode in the apparatus main body is opposed to the cathode. An adhesion preventing member disposed between the apparatus main body via an insulating member, and a substrate to be processed that is attached to the adhesion preventing member and faces the cathode, and is the same as the adhesion preventing member. Discharge obtained by applying a DC voltage continuously or in a pulsed manner to the cathode in a sputtering apparatus comprising a substrate holding member having a potential and a switching means for switching the potential of the deposition preventing member to ground or floating. A sputtering method for performing a sputtering process on the substrate to be processed using
In a state where the potential of the deposition preventing member and the potential of the substrate holding member are in a floating state, a gas containing an inert gas and a first element is introduced, and a sputtering process is performed using a target containing a second element. Forming a first film containing the first and second elements on the substrate to be processed;
In a state where the adhesion preventing member is grounded by the switching means, the inert gas is introduced and a sputtering process is performed using a target containing the second element, so that the second element is deposited on the first film. Forming a conductive second film comprising:
A sputtering method comprising:

The sputtering method according to claim 3 or 4, wherein the first film is an insulating film.