JP2756126B2 - Sputtering equipment - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、スパッタ装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Field of Industrial Application) The present invention relates to a sputtering apparatus.
（従来の技術） この種のスパッタ装置の一例として、半導体製造工程
に使用されるものが挙げることができる。このスパッタ
装置は、スパッタによって金属膜が形成される半導体ウ
エハと、金属ターゲットとをスパッタ室内に配置し、か
つ、このスパッタ室内に活性ガスと不活性ガスとを導入
してスパッタを実施するようになっている。ここで、上
記金属ターゲットとして遷移金属を用い、活性ガスとし
て窒素を用いた場合の遷移金属の窒化物は、純粋な金属
より低い電気抵抗率を持ち、TiNやZrNはシリコン原子に
対して不浸透性であり、従ってシリコンICなどにとって
はコンタクト構造での大変有力な拡散バリヤ層を形成す
ることができる。(Prior Art) An example of this type of sputtering apparatus is an apparatus used in a semiconductor manufacturing process. This sputtering apparatus arranges a semiconductor wafer on which a metal film is formed by sputtering and a metal target in a sputtering chamber, and introduces an active gas and an inert gas into the sputtering chamber to perform sputtering. Has become. Here, when using the transition metal as the metal target and using nitrogen as the active gas, the transition metal nitride has a lower electrical resistivity than the pure metal, and TiN and ZrN are impermeable to silicon atoms. Therefore, it is possible to form a very effective diffusion barrier layer in a contact structure for a silicon IC or the like.
ここで、上記のスパッタ装置によってTiN膜を形成し
た場合の、該膜の比抵抗について考察すると、この比抵
抗は第７図に示すようにスパッタ室内での窒素濃度に依
存している。すなわち、同図に示すように窒素濃度約35
％付近で比抵抗は最小値を示し、窒素濃度が低くても高
くてもその前後で抵抗率は増加し、約25％で極大値を示
している。半導体ウエハの製造工程では、このような比
抵抗はなるべく小さいものが好ましく、例えば活性ガス
である窒素と不活性ガスであるアルゴンとの分圧を1:1
に設定している。Here, when considering the specific resistance of the TiN film formed by the above sputtering apparatus, the specific resistance depends on the nitrogen concentration in the sputtering chamber as shown in FIG. That is, as shown in FIG.
%, The resistivity shows a minimum value, and the resistivity increases before and after the nitrogen concentration is low or high, and shows a maximum value at about 25%. In the semiconductor wafer manufacturing process, such specific resistance is preferably as small as possible.For example, the partial pressure of nitrogen, which is an active gas, and argon, which is an inert gas, is 1: 1.
Is set to
上記のように成膜条件を一定にする必要があり、この
ためには窒素ガス，アルゴンガスのスパッタ室に対する
流量調整を実行する必要がある。As described above, it is necessary to keep the film forming conditions constant. For this purpose, it is necessary to adjust the flow rates of nitrogen gas and argon gas to the sputtering chamber.
このようなガスの流量制御は、従来より下記の二種類
の方法により実行していた。その一つは、窒素ガス，ア
ルゴンガスの各導入経路途中に設けた流量制御器を、各
ガスの流量が常時一定になるように流量制御するもので
ある。他の一つは、差動排気付の質量分析器を用いて、
窒素ガス、アルゴンガスの分圧を検出し、この分圧を予
め定められた一定値にするように流量制御するものであ
る。Conventionally, such gas flow control has been performed by the following two methods. One of them is to control the flow rate of a gas flow controller provided in the middle of each of the introduction paths of the nitrogen gas and the argon gas so that the flow rate of each gas is always constant. The other uses a mass spectrometer with differential exhaust,
The partial pressures of the nitrogen gas and the argon gas are detected, and the flow rate is controlled so that the partial pressure is set to a predetermined constant value.
前者の流量制御方法によれば、スパッタ電力が異なる
毎に窒素ガスの消費量が変化するため、スパッタ室内で
の両ガスの分圧比を一定にするという成膜条件を確保す
ることが困難である。According to the former flow rate control method, since the consumption amount of the nitrogen gas changes every time the sputtering power is different, it is difficult to secure the film forming condition of keeping the partial pressure ratio of the two gases in the sputtering chamber constant. .
そこで、従来は後者の質量分析器を用いた分圧制御方
式を採用しているものが多い。Therefore, in many cases, the latter method employs the latter partial pressure control method using a mass spectrometer.
ここで、この作動排気付の質量分析器による分圧制御
を行う一構成例について第８図を参照して説明する。Here, an example of the configuration for performing the partial pressure control by the mass analyzer with the working exhaust will be described with reference to FIG.
同図において、スパッタ室１には、アルゴンガスを導
入するためのガス導入系及び窒素ガスを導入するための
ガス導入系とがそれぞれ接続されている。すなわち、ア
ルゴンガスボンベ２からのアルゴンガスは、マスフロー
コントローラ３及びリークバルブ４を介して前記スパッ
タ室１内に導入され、一方窒素ガスボンベ５からの窒素
ガスは同様にマスフローコントローラ６及びリークバル
ブ４を介して前記スパッタ室１内に導入されるようにな
っている。さらに、このスパッタ室１内の窒素ガス，ア
ルゴンガスの分圧を測定するために、スパッタ室１の排
気系には、圧力コンバータ7,ターボポンプ８及び分圧真
空計９が接続され、この分圧真空計９にて差動排気した
後の窒素ガス，アルゴンガスの各ガスの分圧を測定可能
となっている。さらに、前記分圧真空計９の出力を入力
する分圧制御器10が設けられ、この分圧制御器10にて、
予め定められた所定の分圧が得られるように、前記マス
フローコントローラ3,6を制御するようにしている。In FIG. 1, a gas introduction system for introducing an argon gas and a gas introduction system for introducing a nitrogen gas are connected to the sputtering chamber 1 respectively. That is, the argon gas from the argon gas cylinder 2 is introduced into the sputtering chamber 1 via the mass flow controller 3 and the leak valve 4, while the nitrogen gas from the nitrogen gas cylinder 5 is similarly passed through the mass flow controller 6 and the leak valve 4. Thus, it is introduced into the sputtering chamber 1. Further, in order to measure the partial pressures of the nitrogen gas and the argon gas in the sputtering chamber 1, a pressure converter 7, a turbo pump 8 and a partial pressure gauge 9 are connected to the exhaust system of the sputtering chamber 1, The partial pressure of each of the nitrogen gas and the argon gas after differential evacuation by the pressure vacuum gauge 9 can be measured. Further, a partial pressure controller 10 for inputting the output of the partial pressure vacuum gauge 9 is provided.
The mass flow controllers 3 and 6 are controlled so that a predetermined partial pressure is obtained.
尚、これと同様なガス流量制御を行うものが、特開昭
62−211377号に開示されている。It should be noted that a gas flow control similar to this is disclosed in
62-211377.
（発明が解決しようとする問題点） このようなガス分圧の測定系を有するスパッタ装置の
最大の問題は、このようなスパッタ室内のガス分圧を測
定するための測定系が極めて高価であり、従ってスパッ
タ装置自体の値段も高価とならざるを得ないということ
である。すなわち、このような分圧測定系は、もともと
他の用途のために開発され市販されているものであり、
上記のスパッタ装置では成膜条件を一定にする必要上上
記の高価な分圧測定計をそのまま適用したものである。
すなわち、従来では成膜条件を一定にすることのみを重
視し、その装置のコストダウンを図る何等の対策も図ら
れてなかった。(Problems to be Solved by the Invention) The biggest problem of the sputtering apparatus having such a gas partial pressure measuring system is that the measuring system for measuring the gas partial pressure in the sputtering chamber is extremely expensive. Therefore, the price of the sputtering apparatus itself must be high. That is, such a partial pressure measurement system was originally developed and marketed for other uses,
In the above-mentioned sputtering apparatus, the above-mentioned expensive partial pressure measuring instrument is applied as it is because the film forming conditions must be kept constant.
That is, in the past, emphasis was placed solely on keeping the film forming conditions constant, and no measures were taken to reduce the cost of the apparatus.
そこで、本発明の目的とするところは、スパッタ室内
での活性ガス，不活性ガスの分圧を一定にすることによ
り常時適正な成膜条件を確保でき、しかも装置のコスト
ダウンを図ることができるスパッタ装置を提供すること
にある。Therefore, an object of the present invention is to always keep appropriate film forming conditions by keeping the partial pressures of the active gas and the inert gas in the sputtering chamber constant, and to reduce the cost of the apparatus. An object of the present invention is to provide a sputtering apparatus.
［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 請求項１に記載の発明に係るスパッタ装置は、スパッ
タ室内にて、活性ガスと不活性ガスとを所定の分圧比に
設定してスパッタを行うスパッタ装置において、上記ス
パッタ室内への活性ガス導入系に設けられ、該活性ガス
の流量の調整を行う流量調整手段と、スパッタ室内の上
記全圧を検出する検出手段と、この検出手段で検出され
た全圧と、予め設定されている全圧との関係から、上記
流量調整手段による上記活性ガスのみの流量調整を制御
する制御手段と、を設けたことを特徴とする。[Structure of the Invention] (Means for Solving the Problems) In the sputtering apparatus according to the first aspect of the invention, the sputtering is performed by setting an active gas and an inert gas at a predetermined partial pressure ratio in a sputtering chamber. In the sputtering apparatus for performing the above, provided in the active gas introduction system into the sputtering chamber, a flow rate adjusting means for adjusting the flow rate of the active gas, a detecting means for detecting the total pressure in the sputtering chamber, the detecting means Control means for controlling flow rate adjustment of only the active gas by the flow rate adjustment means based on a relationship between the detected total pressure and a preset total pressure is provided.
（作用） 請求項１に記載の発明では、スパッタ室内で活性ガス
と不活性ガスとを所定の分圧に設定してスパッタを行う
場合、不活性ガスは消費されず活性ガスのみが消費され
る。したがって、本来はスパッタ室内の活性ガスの分圧
のみを検出し、活性ガスの流量制御を行うことで済む。
しかし、活性ガスの分圧を測定しようとすると、従来同
様、高価な分圧測定系を用いなければならない。(Operation) According to the first aspect of the present invention, when sputtering is performed by setting the active gas and the inert gas to a predetermined partial pressure in the sputtering chamber, the inert gas is not consumed and only the active gas is consumed. . Therefore, it is sufficient to detect only the partial pressure of the active gas in the sputtering chamber and control the flow rate of the active gas.
However, in order to measure the partial pressure of the active gas, an expensive partial pressure measurement system must be used as in the prior art.
そこで、請求項１ではスパッタ室内の全圧を測定して
いる。ここで、予め設定された全圧に対する測定全圧の
変動分は、活性ガスの分圧の変動分となる。Therefore, in claim 1, the total pressure in the sputtering chamber is measured. Here, the variation of the measured total pressure with respect to the preset total pressure is the variation of the active gas partial pressure.
このため、全圧の変動分に基づき、活性ガスのガス導
入系途中にある流量調整手段を制御し、活性ガスのみの
消費分を補うことで、スパッタ室内での活性ガス・不活
性ガスの分圧比を常時一定に制御できる。For this reason, based on the variation of the total pressure, the flow rate adjusting means in the middle of the active gas introduction system is controlled to compensate for the consumption of only the active gas, so that the amount of the active gas / inactive gas in the sputtering chamber can be reduced. The pressure ratio can be constantly controlled.
これにより、不活性ガスの分圧計測系、例えば特開昭
63−153268号のような活性ガス・不活性ガスの双方の流
量調整を行う制御系、不活性ガスの流量調整装置等が不
要となり、コストダウン及び装置の簡素化・小型化が図
れる。This makes it possible to measure the partial pressure of an inert gas, for example,
A control system for adjusting the flow rates of both the active gas and the inert gas and an inert gas flow rate adjusting device such as 63-153268 are not required, so that the cost can be reduced and the device can be simplified and downsized.
また、スパッタ室内の全圧を測定するための測定系
は、上述した従来の分圧測定系よりも著しく安価である
ため、スパッタ工程での成膜条件を一定に維持しつつ、
スパッタ装置を安価に構成できる。In addition, since the measurement system for measuring the total pressure in the sputtering chamber is significantly cheaper than the above-described conventional partial pressure measurement system, while maintaining a constant film forming condition in the sputtering process,
The sputtering apparatus can be configured at low cost.
（実施例） 以下、本発明装置をスパッタ装置に適用した一実施例
について、図面を参照して具体的に説明する。(Example) Hereinafter, an example in which the apparatus of the present invention is applied to a sputtering apparatus will be specifically described with reference to the drawings.
第１図において第８図に示す部材と同一機能を有する
ものについては同一符号を付してその説明を省略する。In FIG. 1, components having the same functions as those shown in FIG. 8 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
そこで、従来装置と異なる点についてのみ説明する
と、まず活性ガスである窒素ガスボンベ５の導入経路途
中には、本発明の流量制御手段の一例であるニードル弁
20が設けられている。このニードル弁20は後述する全圧
力制御器26によって、その流量調整制御が行われるよう
になっている。一方、アルゴンガスボンベ２の導入経路
途中には、弁22が設けられているが、この弁22は予め定
められたアルゴンガス流量を常時供給できるものであれ
ばよく、本実施例での制御の対象とはなっていない。ま
た、スパッタ室１には、真空計等で構成される全圧モニ
タ24が接続され、この全圧モニタ24にてスパッタ室１内
の全圧が測定されるようになっている。さらに、この全
圧モニタ24の出力は、前記全圧力制御器26に入力され、
この全圧力制御器26は予め設定されている全圧と、前記
全圧モニタ24にて検出された全圧との変動分を検出し、
この全圧の変動分に基づいて前記ニードル弁20の開口度
の調整制御を行うようになっている。Therefore, only the points different from the conventional apparatus will be described. First, a needle valve which is an example of the flow rate control means of the present invention is provided in the middle of the introduction path of the nitrogen gas cylinder 5 which is the active gas.
20 are provided. The flow control of the needle valve 20 is controlled by a total pressure controller 26 described later. On the other hand, a valve 22 is provided in the middle of the introduction path of the argon gas cylinder 2, and it is sufficient that the valve 22 can always supply a predetermined argon gas flow rate. It is not. Further, a total pressure monitor 24 composed of a vacuum gauge or the like is connected to the sputtering chamber 1, and the total pressure in the sputtering chamber 1 is measured by the total pressure monitor 24. Further, the output of the total pressure monitor 24 is input to the total pressure controller 26,
The total pressure controller 26 detects a variation between a preset total pressure and a total pressure detected by the total pressure monitor 24,
The opening degree of the needle valve 20 is adjusted and controlled based on the fluctuation of the total pressure.
尚、本実施例装置では、スパッタ室１内での窒素ガ
ス，アルゴンガスの分圧比は1:1に設定されるようにな
っていて、このため、アルゴンガスボンベ２からのアル
ゴンガスの導入は、上記分圧比を実現できるように常時
一定流量をスパッタ室１に導入するようになっている。
一方、窒素ガスボンベ５からの窒素ガスの導入は、スパ
ッタ室１にてスパッタが行われるたびにこの窒素ガスが
消費されるので、上述した全圧の測定によって流量を調
整することで、消費された窒素ガスを補充することによ
り上記の分圧比を確保するようにしている。In the apparatus of the present embodiment, the partial pressure ratio of the nitrogen gas and the argon gas in the sputtering chamber 1 is set to 1: 1. Therefore, the introduction of the argon gas from the argon gas cylinder 2 A constant flow rate is always introduced into the sputtering chamber 1 so that the above partial pressure ratio can be realized.
On the other hand, since the introduction of nitrogen gas from the nitrogen gas cylinder 5 is consumed every time sputtering is performed in the sputtering chamber 1, the nitrogen gas is consumed by adjusting the flow rate by measuring the total pressure described above. The above partial pressure ratio is ensured by supplementing nitrogen gas.
次に、作用について説明する。 Next, the operation will be described.
スパッタ室１内には、薄膜が形成される試料としての
半導体ウエハと、金属ターゲットとを対向して配置し、
この間に窒素ガスイオンのプラズマを形成し、この窒素
ガスイオンを負電圧側のターゲットに衝突させ、陽極側
に配置された前記半導体ウエハの表面に窒化された薄膜
を形成するようにしている。ここで、半導体ウエハ表面
に形成される窒化膜例えばTiN膜の比抵抗を極力小さく
することが要求されており、かつ、この比抵抗はスパッ
タ室１内での全ガス中の窒素濃度に依存している。本実
施例装置では、窒素ガスとアルゴンガスとの分圧比を1:
1に設定することで、例えば半導体ウエハ上に形成され
るTiN膜の比抵抗をなるべく小さくし、かつこの両ガス
の分圧比を常時一定に保つことにより成膜条件を一定と
するように制御している。In the sputtering chamber 1, a semiconductor wafer as a sample on which a thin film is formed, and a metal target are arranged to face each other,
During this time, a plasma of nitrogen gas ions is formed, and the nitrogen gas ions collide with a target on the negative voltage side to form a nitrided thin film on the surface of the semiconductor wafer arranged on the anode side. Here, it is required that the specific resistance of a nitride film, for example, a TiN film formed on the surface of the semiconductor wafer be reduced as much as possible, and this specific resistance depends on the nitrogen concentration in all gases in the sputtering chamber 1. ing. In the present embodiment, the partial pressure ratio between the nitrogen gas and the argon gas is set to 1:
By setting it to 1, for example, control is performed so that the specific resistance of the TiN film formed on the semiconductor wafer is as small as possible, and the deposition conditions are kept constant by always keeping the partial pressure ratio of these two gases constant. ing.
ここで、スパッタ室１内での窒素ガス，アルゴンガス
の分圧比を1:1に維持するための動作について説明す
る。スパッタ室１内でのスパッタは窒素ガスをイオン化
することで、この窒素ガスのイオンをターゲットに衝突
させて実施している。すなわち、このスパッタ現象によ
って消費されるガスとは、活性ガスである窒素ガスのみ
である。従って、上記の分圧比を一定に維持するために
は、この消費された分だけの窒素ガスを、その流量制限
によって補充する必要がある。Here, an operation for maintaining the partial pressure ratio of the nitrogen gas and the argon gas in the sputtering chamber 1 to 1: 1 will be described. Sputtering in the sputtering chamber 1 is performed by ionizing nitrogen gas and causing the ions of the nitrogen gas to collide with a target. That is, the gas consumed by this sputtering phenomenon is only the nitrogen gas which is the active gas. Therefore, in order to keep the above partial pressure ratio constant, it is necessary to replenish the consumed nitrogen gas by limiting the flow rate.
このために、本実施例装置ではスパッタ室１に接続さ
れた全圧モニタ24にて、スパッタ室１内の全圧力を検出
している。そして、この全圧モニタ24の出力は全圧力制
御器26に入力されることになる。そして、この全圧力制
御器26は、予め設定されたスパッタ室１内の全圧力と、
測定された全圧力との差分を零にするように、窒素ガス
導入経路途中に設けたニードル弁20の開口度を調整制御
する。For this reason, in the present embodiment, the total pressure in the sputtering chamber 1 is detected by the total pressure monitor 24 connected to the sputtering chamber 1. Then, the output of the total pressure monitor 24 is input to the total pressure controller 26. Then, the total pressure controller 26 controls the preset total pressure in the sputtering chamber 1 and
The opening degree of the needle valve 20 provided in the middle of the nitrogen gas introduction path is adjusted and controlled so that the difference from the measured total pressure becomes zero.
上記のように、本実施例装置ではスパッタ室１内の全
圧力を測定し、その測定された全圧力と設定値である全
圧力との差分を求めているが、この差分はすなわち窒素
ガスのスパッタ室１内での消費量に相当することにな
る。これは、上述したようにスパッタ室１内では窒素ガ
スのみが消費され、アルゴンガスは消費されることがな
いからである。As described above, in the present embodiment, the total pressure in the sputtering chamber 1 is measured, and the difference between the measured total pressure and the total pressure that is a set value is obtained. This corresponds to the consumption in the sputtering chamber 1. This is because, as described above, only the nitrogen gas is consumed in the sputtering chamber 1 and the argon gas is not consumed.
このように、本実施例では全圧の変動分に基づいて窒
素ガスの流量制御を行っているが、この全圧の変動分と
はすなわちスパッタ室１内で消費された窒素ガスに相当
するものであるから、この補充された窒素ガスを補うこ
とにより、スパッタ室１内での窒素ガス，アルゴンガス
の分圧比を常時1:1に維持することができる。したがっ
て、スパッタ室１内での成膜条件は常時一定に維持さ
れ、このため半導体ウエハ上に形成される例えばTiN膜
などの薄膜の比抵抗を、ウエハ表面の全面に亘ってほぼ
均一にかつこれを小さく維持しつつ形成することができ
る。As described above, in this embodiment, the flow rate of the nitrogen gas is controlled based on the variation in the total pressure. However, the variation in the total pressure corresponds to the nitrogen gas consumed in the sputtering chamber 1. Therefore, by supplementing the replenished nitrogen gas, the partial pressure ratio between the nitrogen gas and the argon gas in the sputtering chamber 1 can be constantly maintained at 1: 1. Therefore, the film forming conditions in the sputtering chamber 1 are always kept constant, and the specific resistance of a thin film such as a TiN film formed on a semiconductor wafer is substantially uniform over the entire surface of the wafer. Can be formed while maintaining small.
このように、本実施例ではスパッタ室１の全圧のみを
測定しながらも、結果的に活性ガスであるアルゴンガス
の分圧を測定したものと同様に作用することができ、し
たがってスパッタ室１内での成膜条件を常時一定に維持
することができる。しかも、従来構造とは異なりスパッ
タ室１内の全圧のみを測定する構成であるので、従来の
ような分圧を測定するための高価な機器を具備する必要
がなく、したがってスパッタ装置全体のコストダウンを
図ることができる。As described above, in the present embodiment, while measuring only the total pressure of the sputtering chamber 1, the same operation as the measurement of the partial pressure of the argon gas, which is the active gas, can be performed. It is possible to always keep the film formation conditions in the inside constant. In addition, unlike the conventional structure, since only the total pressure in the sputtering chamber 1 is measured, there is no need to provide expensive equipment for measuring the partial pressure as in the conventional case, and therefore the cost of the entire sputtering apparatus is reduced. Down can be planned.
ここで、半導体ウエハに形成される薄膜の比抵抗をな
るべく小さく維持するためには、下記の３つのことに注
意を払う必要がある。Here, in order to keep the specific resistance of the thin film formed on the semiconductor wafer as small as possible, it is necessary to pay attention to the following three points.
まず、本実施例装置ではスパッタ室１の全圧を予め所
定に設定しているが、この全圧はなるべく低くするもの
が好ましい。すなわち、第２図に示すように、スパッタ
室１内の全圧と薄膜の比抵抗との関係は、全圧が低くな
るほどこの比抵抗も低く維持することができる。尚、同
図では半導体ウエハの温度を400℃とし、かつ窒素ガ
ス，アルゴンガスの分圧比を1:1に設定し、スパッタ電
力を３種類に変えて測定したものであるが、このいずれ
の場合にも全圧が低いものほど薄膜の比抵抗は低くなる
関係にある。First, in the present embodiment, the total pressure of the sputtering chamber 1 is set to a predetermined value in advance, but it is preferable that the total pressure be as low as possible. That is, as shown in FIG. 2, the relationship between the total pressure in the sputtering chamber 1 and the specific resistance of the thin film can be maintained lower as the total pressure decreases. In the figure, the temperature of the semiconductor wafer is set to 400 ° C., the partial pressure ratio of the nitrogen gas and the argon gas is set to 1: 1, and the measurement is performed by changing the sputter power to three types. The lower the total pressure, the lower the specific resistance of the thin film.
次に、考慮すべき点は、スパッタ電力はなるべく高く
設定するものほど薄膜の比抵抗は小さくなる。すなわ
ち、第３図に示すように、半導体ウエハ温度を400℃と
し、分圧比を上記と同様に1:1にした場合に、スパッタ
室１の全圧を３種類に設定して前記スパッタ電力と薄膜
の比抵抗との関係を調べたところ、いずれの場合もスパ
ッタ電力パワーが高いものほど薄膜の比抵抗が小さくな
る関係にあった。Next, the point to be considered is that the higher the sputter power is set, the lower the specific resistance of the thin film becomes. That is, as shown in FIG. 3, when the semiconductor wafer temperature is set to 400 ° C. and the partial pressure ratio is set to 1: 1 in the same manner as above, the total pressure of the sputtering chamber 1 is set to three types and the sputtering power and Investigation of the relationship with the specific resistance of the thin film revealed that the higher the sputtering power, the smaller the specific resistance of the thin film in each case.
さらに、半導体ウエハの温度条件について考察する
と、この温度を高く設定するものほど薄膜の比抵抗を小
さくすることができる。すなわち、第４図に示すよう
に、スパッタ電力パワーを4.8KW,全圧を7mTorrとした場
合に、半導体ウエハの設定温度と薄膜の比抵抗との関係
は、同図に示すように半導体ウエハの表面温度が高いも
のほど薄膜の比抵抗が低くなる関係にあった。Further, considering the temperature conditions of the semiconductor wafer, the higher the temperature, the lower the specific resistance of the thin film. That is, as shown in FIG. 4, when the sputtering power is 4.8 kW and the total pressure is 7 mTorr, the relationship between the set temperature of the semiconductor wafer and the specific resistance of the thin film is as shown in FIG. The higher the surface temperature, the lower the specific resistance of the thin film.
以上、本発明の一実施例について説明したが、本発明
は上記実施例に限定されるものではなく本発明の要旨の
範囲で種々の変形実施が可能である。As mentioned above, although one Example of this invention was described, this invention is not limited to the said Example, A various deformation | transformation implementation is possible in the range of the summary of this invention.
上記実施例では、活性ガスとして窒素ガスを用い、不
活性ガスとしてアルゴンガスを用いたが、このようなガ
スに限定されないものであることはいうまでもない。ま
た、スパッタ室１内の全圧を測定するための検出手段及
び活性ガス導入経路途中に配置される流量制御手段につ
いても、これと同様の機能を有する他の種々の部材を適
用することが可能である。In the above embodiment, nitrogen gas was used as the active gas and argon gas was used as the inert gas. However, it goes without saying that the present invention is not limited to such a gas. Also, various other members having the same function can be applied to the detection means for measuring the total pressure in the sputtering chamber 1 and the flow rate control means arranged in the active gas introduction path. It is.
次に、本発明よりも成膜条件を一定にできるという効
果の点で劣るが、活性ガス，不活性ガスの分圧比をほぼ
一定に維持でき、かつスパッタ装置を安価にできる構成
について説明する。Next, a description will be given of a configuration in which the partial pressure ratio between the active gas and the inert gas can be maintained almost constant, and the sputtering apparatus can be inexpensive, although it is inferior to the present invention in that the film forming conditions can be made constant.
第５図に示す構成例では、前記窒素ガス導入経路途中
のニードル弁20の開口調整をCPU30によって制御してい
る。そして、このCPU30は何等もモニター出力を入力す
ることになく、単にスパッタ室１に供給されるスパッタ
電力の設定値のみを入力するようになっている。このCP
U30での前記ニードル弁調整動作原理について下記に説
明する。In the configuration example shown in FIG. 5, the CPU 30 controls the opening adjustment of the needle valve 20 in the nitrogen gas introduction path. The CPU 30 does not input any monitor output but simply inputs only the set value of the sputter power supplied to the sputter chamber 1. This CP
The principle of the needle valve adjustment operation in U30 will be described below.
スパッタ室１内の陽極、陰極に供給されるスパッタ電
力を多くすると、スパッタ室内にてイオン化される窒素
ガスの量も多くなることになる。したがって、スパッタ
電力と窒素ガスの消費量とは比例関係にあることが分か
る。Increasing the sputtering power supplied to the anode and cathode in the sputtering chamber 1 also increases the amount of nitrogen gas ionized in the sputtering chamber. Therefore, it can be seen that the sputter power and the nitrogen gas consumption are in a proportional relationship.
ここで、本発明者が実験により確認したところによる
と、スパッタ室１内の全圧を10mTorrとし、窒素ガス，
アルゴンガスの分圧比を1:1（N2,Ar＝30×10-10AMP）と
した時、前記スパッタ室１内での分圧比を一定に維持す
るための窒素ガスの供給増加量とスパッタ電力との関係
は、第６図に示す通りであった。また、この第６図の表
の３点でのスパッタ電力に対応するN2流量，N2流量増加
量及びAr流量は、下記の表の通りであった。Here, the present inventor confirmed by experiments that the total pressure in the sputtering chamber 1 was 10 mTorr,
When the partial pressure ratio of the argon gas is 1: 1 (N 2 , Ar = 30 × 10 −10 AMP), the supply amount of the nitrogen gas for maintaining the partial pressure ratio in the sputtering chamber 1 constant and the sputtering The relationship with the power was as shown in FIG. The N 2 flow rate, the N 2 flow rate increase amount and the Ar flow rate corresponding to the sputtering power at the three points in the table of FIG. 6 are as shown in the table below.
このように、スパッタ電力を変化させた場合のスパッ
タ室１内での窒素の消費量，すなわち分圧比を一定に維
持するための窒素ガス流量の増加量は、予め実験により
求めることができる。したがって、前記CPU30は、下記
スパッタ電力に対応する窒素流量増加量をメモリテーブ
ル32などに記憶しておくことで、スパッタ電力の設定値
が入力された場合にはこのテーブル32より窒素ガスの流
量増加量を読み出し、この流量増加量を上乗せしてスパ
ッタ室１内に窒素ガスを導入できるように、前記ニード
ル弁20を制御することで、スパッタ室１内での窒素ガ
ス，アルゴンガスの分圧比を計算上1:1に維持すること
ができる。 As described above, the amount of consumption of nitrogen in the sputtering chamber 1 when the sputtering power is changed, that is, the amount of increase in the flow rate of nitrogen gas for keeping the partial pressure ratio constant, can be obtained in advance by experiments. Therefore, the CPU 30 stores the nitrogen flow rate increase amount corresponding to the following sputter power in the memory table 32 or the like, so that when the set value of the sputter power is input, the nitrogen gas flow rate increase The needle valve 20 is controlled so that the nitrogen gas can be introduced into the sputtering chamber 1 by adding the amount of increase in the flow rate to the partial pressure ratio of the nitrogen gas and the argon gas in the sputtering chamber 1. It can be maintained at 1: 1 in calculation.
上記のような構成例によれば、本発明のようにスパッ
タ室１内の全圧を測定して窒素ガスの消費量を求め、こ
の消費量に対応する分だけ窒素ガスを補充して導入する
ものに比べれば、スパッタ室１内での分圧比を一定にす
ること、すなわち成膜条件を一定にするという効果の面
では劣るが、スパッタ室１内で消費されると予想される
分の窒素流量を増加させて導入しているので、スパッタ
室１内での分圧比をほぼ一定に維持することができる。
しかも、この構成例では何等のモニター検出を行うこと
がないので、構成部材点数を減少できる点で、装置のよ
り一層のコストダウンに寄与することができる。According to the above configuration example, as in the present invention, the total pressure in the sputtering chamber 1 is measured to determine the consumption of nitrogen gas, and nitrogen gas is replenished and introduced by an amount corresponding to this consumption. In comparison with the sputtering system, the effect of keeping the partial pressure ratio in the sputtering chamber 1 constant, that is, the effect of keeping the film forming conditions constant, is inferior, but the amount of nitrogen expected to be consumed in the sputtering chamber 1 is low. Since the flow rate is increased, the partial pressure ratio in the sputtering chamber 1 can be maintained substantially constant.
In addition, since no monitor detection is performed in this configuration example, the number of components can be reduced, which can contribute to further cost reduction of the apparatus.
［発明の効果］ 請求項１の発明によれば、スパッタ室内の全圧を測定
し、この測定全圧と予め設定されている全圧との変動差
分を打消すように活性ガスのみの流量制御を行うこと
で、スパッタ室内の消費分の活性ガスを補充して、スパ
ッタ室内の分圧比を常時一定に維持でき、しかも不活性
ガスの流量調整及び制御が不要となり、スパッタ装置の
コストダウンを図ることができる。また、全圧測定系は
安価であることから、さらなるコストダウンを図ること
ができる。According to the first aspect of the present invention, the total pressure in the sputtering chamber is measured, and the flow rate control of only the active gas is performed so as to cancel the fluctuation difference between the measured total pressure and a preset total pressure. By performing the above, the active gas consumed in the sputtering chamber is replenished, the partial pressure ratio in the sputtering chamber can be constantly maintained at a constant level, and further, the flow rate adjustment and control of the inert gas become unnecessary, and the cost of the sputtering apparatus is reduced. be able to. Further, since the total pressure measurement system is inexpensive, further cost reduction can be achieved.
第１図は、本発明の一実施例装置であるスパッタ装置の
概略説明図、第２図は、スパッタ室の全圧とスパッタに
より形成される薄膜の比抵抗との関係を示す特性図、第
３図は、スパッタ電力パワーと薄膜の比抵抗との関係を
示す特性図、第４図は、薄膜が形成される試料温度と、
薄膜の比抵抗との関係を示す特性図、第５図は、スパッ
タ電力の設定値に基づき活性ガスの導入流量を制御する
一構成例を示す概略説明図、第６図は、スパッタ電力と
供給活性ガス流量増加量との関係を示す特性図、第７図
は、スパッタ室内での活性ガス濃度と薄膜の比抵抗との
関係を示す特性図、第８図は、作動排気付の質量分析器
による分圧制御を採用した従来のスパッタ装置を説明す
る概略説明図である。 １…スパッタ室、20…流量制御手段、24…全圧検出手
段、26…制御手段。FIG. 1 is a schematic explanatory view of a sputtering apparatus which is an apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a characteristic diagram showing a relationship between the total pressure of a sputtering chamber and a specific resistance of a thin film formed by sputtering. FIG. 3 is a characteristic diagram showing the relationship between the sputter power and the specific resistance of the thin film, and FIG.
FIG. 5 is a characteristic diagram showing the relationship with the specific resistance of the thin film, FIG. 5 is a schematic explanatory view showing an example of a configuration for controlling the introduction flow rate of the active gas based on the set value of the sputtering power, and FIG. FIG. 7 is a characteristic diagram showing the relationship between the active gas flow rate increase amount, FIG. 7 is a characteristic diagram showing the relationship between the active gas concentration in the sputtering chamber and the specific resistance of the thin film, and FIG. FIG. 2 is a schematic explanatory view illustrating a conventional sputtering apparatus that employs partial pressure control according to the present invention. 1 ... sputter chamber, 20 ... flow rate control means, 24 ... total pressure detection means, 26 ... control means.
Claims (1)
とを所定の分圧比に設定してスパッタを行うスパッタ装
置において、 上記スパッタ室内への活性ガス導入系に設けられ、該活
性ガスの流量の調整を行う流量調整手段と、 スパッタ室内の上記全圧を検出する検出手段と、 この検出手段で検出された全圧と、予め設定されている
全圧との関係から、上記流量調整手段による上記活性ガ
スのみの流量調整を制御する制御手段と、 を設けたことを特徴とするスパッタ装置。1. A sputtering apparatus for performing sputtering by setting an active gas and an inert gas at a predetermined partial pressure ratio in a sputtering chamber, wherein the sputtering apparatus is provided in an active gas introduction system into the sputtering chamber. Flow rate adjusting means for adjusting a flow rate; detecting means for detecting the total pressure in the sputtering chamber; and a flow rate adjusting means based on a relationship between the total pressure detected by the detecting means and a preset total pressure. And a control means for controlling flow rate adjustment of only the active gas according to (1).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63277617A JP2756126B2 (en) | 1988-11-01 | 1988-11-01 | Sputtering equipment |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63277617A JP2756126B2 (en) | 1988-11-01 | 1988-11-01 | Sputtering equipment |
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| JPH02122623A JPH02122623A (en) | 1990-05-10 |
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|---|---|---|---|---|
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| JPS63153268A (en) * | 1986-12-17 | 1988-06-25 | Nippon Steel Corp | Method for controlling partial pressure of gas in continuous dry coating tank |
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1988
- 1988-11-01 JP JP63277617A patent/JP2756126B2/en not_active Expired - Fee Related
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