JP3949205B2 - Metal wiring sputtering equipment with magnetron cathode - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高集積化されたシリコン半導体デバイス等のメタル配線スパッタプロセス技術において、高アスペクト比の穴の埋め込みに適した誘導結合RFプラズマ支援マグネトロンカソードを備えたメタル配線スパッタ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
高集積化されたシリコン半導体デバイスの高アスペクト比の穴の埋め込みを可能とするものとして、これまで、▲1▼単純なプレーナマグネトロンスパッタ(図1及び2)、▲2▼カソードターゲットとシリコン基板との間にコリメーターを入れたコリメーションスパッタ(図3)、▲3▼10-2Pa台の低圧でも放電できるプレーナマグネトロンカソードを用いシリコン基板とターゲットとの間隔を広げたロングスロースパッタ(図4)、▲4▼カソードターゲットとシリコン基板との間にRFコイルを入れたイオン化メタルプラズマスパッタ(図5;S.M. Rossnagel et.al.:Appl. Phys. Lett. 63 (1993) 3285及びJ. Vac. Sci. Technol. B 12 (1994)
449)などが用いられてきた。
【0003】
上記▲1▼の単純なプレーナマグネトロンスパッタ(ノーマルスパッタ)では、スパッタは10-1Pa台で行われるが、この場合、スパッタされた粒子は矢印Aで示されるように雰囲気ガスにより散乱され、基板3に対しランダムな角度で入射し、堆積する(図1)。その結果、スパッタ膜4は高アスペクト比の穴の入り口付近に多く堆積し、穴の中まで膜を堆積出来ず、穴は中空のままになる(図2)。図1において、1は基板ホルダー、2はターゲットを示す。
【0004】
上記▲2▼のコリメーションスパッタでは、カソードターゲット10とシリコン基板13との間に入れたコリメーター12により、基板13に対し高角度をなすスパッタされた粒子Bのみを選別し、この粒子を高アスペクト比の穴の埋め込みに用いる(図3)。この場合、穴の埋め込みは可能となるが、長時間使用しているとコリメーターに付着した厚い膜が剥離し、基板13上に降るため、パーティクルによるメタル配線の断線などの欠陥が生じやすいなどの問題が発生する。図3において、11は基板ホルダーを示す。
【0005】
上記▲3▼のロングスロースパッタでは、10-2Pa台の低圧でも放電できるプレーナマグネトロンカソード27を用いるため、雰囲気ガスにより散乱されるスパッタ粒子Cは少なくなり、シリコン基板20とターゲット21との間隔を広げられる。その結果、基板20に対し高角度の粒子のみが飛来できることになり(図4)、高アスペクト比の穴埋めが可能となる。この方法は構造が単純でパーティクル形成などの問題も少ないが、アスペクト比が高くなるにつれ、斜め入射粒子の影響が無視できなくなり、ボトムカバレッジが低下するなどの問題が発生する。図4において、22は静電チャックホットプレート、23a及び23bはガス導入口、24は排気口、25は低圧スパッタ用磁石、26はDC電源である。
【0006】
上記▲4▼のイオン化メタルプラズマスパッタでは、カソードターゲット30と基板ホルダー31上に載置されたシリコン基板34との間にRFコイル32を入れ、RFコイル32により発生させた誘導結合プラズマでスパッタされた粒子をイオン化させ、更にシリコン基板34にDCあるいはRFバイアス33を印加して当該スパッタ粒子を高アスペクト比の穴に導入することにより穴の埋め込みを行う(図5)。この場合、確かにイオン化率を高くでき(図6)、高アスペクト比の穴の埋め込みを行うことは可能であるが、反応室内のガスの衝突でイオン化するため、10-1Pa台以下ではイオン化率が急激に低下し(図6)、本法が適用できなくなる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記従来のスパッタ法では困難とされていた問題を解消し、超高集積化シリコン半導体デバイスの高アスペクト比の穴の埋め込みを効率よく行えるスパッタ装置を提供することにある
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明のメタル配線スパッタ装置は、シリコン半導体メタル配線プロセスにおいて高アスペクト比の穴の埋め込みを行うメタル配線スパッタ装置において、真空室に誘導結合RFプラズマ支援マグネトロンカソードを備え、高いイオン化率のスパッタ粒子を生成させ、さらに該カソードの前面部に設けられているターゲットと対向するように設置される基板にDCまたはRFバイアスを印加して該スパッタされた指向性のある中性の粒子およびイオン化された粒子が高アスペクト比の穴内に導入され、穴の埋め込みが行われるような構成になっている。
【0012】
誘導結合RFプラズマ支援マグネトロンカソードを備えたスパッタ装置を用いて、シリコン基板の高アスペクト比の穴の埋め込みを行うと、イオン化されていない中性粒子はロングロースパッタの特徴を備えたまま、また、イオン化されたスパッタ粒子は基板に印加したDCまたはRFバイアスにより基板に垂直に入射できるため、高アスペクト比の穴に対しても極めて効率よく埋め込みができることになる。また、バイアスにより適度に加速されたイオン化粒子は、その運動エネルギーにより穴の内表面の堆積膜上でのマイグレーションが加速され、結果として緻密な結晶性に優れた膜が堆積できることになる。
【0013】
【実施例】
次に、本発明の実施例を図面を参照して説明するが、これは単なる説明のためのもので本発明を何ら限定するものではない。
【0014】
図7に本発明のスパッタ装置に備えられる誘導結合RFプラズマ支援マグネトロンカソードの構成を示し、図8に図7に示したカソードを備え、シリコン基板の高アスペクト比の孔の埋め込みを効率よく行えるスパッタ装置の構成を示す。なお、カソードの直径は2インチのものを用いた。
【0016】
前記カソードを備えたスパッタ装置は、図8に示すように、真空室50内にArガス等の不活性ガス等を導入するガス導入口51と真空排気口52とを備え、該真空室50の内部には、該カソードの前面に設けられたターゲット41と基板ホルダー53に保持されたシリコン基板54とが対向して設けられる。基板ホルダー53はDCまたはRFバイアス源55に接続し、さらにアノードとなるようにアースに接続した。
【0017】
次に、図7に示すカソードによるイオン化率および図8に示すスパッタ装置を使用して行った高アスペクト比の穴の埋め込みについて説明する。
【0018】
先ず、図7に示した誘導結合RFプラズマ支援マグネトロンカソードを利用して、Alターゲット41をスパッタした際のスパッタされたAl粒子のイオン化率について述べる。図9〜10にAlイオンのエネルギー分布測定結果を示す。イオン化された粒子の数は曲線と底辺で囲まれた面積に比例する。この測定では、該カソード前方約130mmの位置に設置したシリンドリカルミラー型イオンエネルギーフィルター付の四重極質量分析計を用い、RFコイルへの高周波電力の投入は、図11に示すような(a)誘導結合または(b)容量結合のいずれかで行った。図9(a)は誘導結合、図9(b)は容量結合の場合を示す。
【0019】
図9の場合には、Arスパッタガス圧力を0.13Pa、ターゲット投入電力をDC60W一定とし、RFコイル投入電力を変化させてスパッタを行った。図9でRFコイル0Wとした曲線が、従来のプレーナマグネトロンスパッタに対応する。これに対し、RFコイルへ高周波電力を投入するとイオン化されるAl粒子の数が急激に増加できることが図9より判る。また、高周波電力の投入法については、図9(a)と図9(b)との比較より判るように誘導結合プラズマのほうが効率的である。なお、従来のプレーナマグネトロンスパッタのイオン化率は0.1%〜数%とされているので、本法によるイオン化率はそれより1桁以上大きい。
【0020】
図10の場合には、ターゲット投入電力をDC60W、RFコイル容量結合の接続でその投入電力を40W一定とし、Arスパッタガス圧力を変化させてスパッタを行った。図10より、本スパッタ法では10-2Pa台の低圧でもスパッタされた粒子のイオン化率を高く保てることが判る。これが、10-1Pa台以下ではイオン化率が急激に低下するイオン化メタルプラズマスパッタ(図6)との基本的な相違である。
【0021】
次に、図8に示す装置を用いて、シリコン基板の高アスペクト比の穴の埋め込みを配線材料としてTiを用いて行った。
【0022】
ターゲット41下部約220mmの位置にある基板ホルダー53にシリコン基板54をセットした後、真空排気系によって該室内をほぼ10-6Paの高真空に排気する。その後基板54を背後よりヒーター(図示せず)により所望の温度250℃まで加熱する。この温度に到達後、ガス導入口51から室内にArガスを導入し、スパッタガス圧を0.065Paに調整する。次いで、ターゲットにDC60W、誘導結合の接続(RFコイルの終端を接地)にしたRFコイルに30Wの電力を投入しプラズマをたてる。この状態で基板バイアスとしてDC20W一定になるように基板印加電圧を調整し、スパッタ成膜を開始する。予め測定しておいた成膜速度より成膜時間を算出し、所望の膜厚約0.2μmに達したところで成膜を終了する。
【0023】
本法の場合、シリコン基板表面の高アスペクト比の穴へのTiの埋め込みのメカニズムとして、これまで述べたように高いイオン化率のTiイオンを基板に印加したDCバイアスで基板に垂直に引き込む作用、ロングスロースパッタでイオン化されてない中性Ti粒子を基板に高角度で入射させる作用があげられる。さらにはスパッタガスであるArのイオン化率も高いため、Arイオンも基板に垂直に引き込まれるが、この入射するArイオンにより図2に示したような穴の入口近傍および壁面に堆積したTi膜が削られ(スパッタされ)るので、この作用による側壁へのTi膜付着の低減および穴底への膜堆積の向上への寄与もある。
【0024】
このようにして成膜した基板は、該室より取り出した後、穴の埋め込みの程度を調べるため、割ってその断面を走査型電子顕微鏡で観察・測定した。その測定結果を図12に示す。図中ボトムカバレッジとは、穴の底に堆積した膜の厚さを基板表面に堆積した膜の厚さで除したもので、この値が高いほど穴の埋め込み性能が優れている。図には、従来法との比較例としてロングスロースパッタの結果も併記した。ここでのロングスロースパッタとは、RFコイル投入電力を0Wとしたときの結果である。図12より本発明の方がロングスロースパッタより穴の埋め込み性能が優れていることが判る。
【0025】
上記実施例では配線材料としてTiを用いた場合の例を示したが、その他Al、Cu、Wなどの金属、TiNなどの化合物配線材料、さらには(BaSr)TiO3などの高誘電体材料などの種々の材料を用いる薄膜への適用が可能である。
【0026】
また、上記実施例ではシリコン基板メタル配線プロセスについて述べたが、その他フラットパネルディスプレー、薄膜磁気ヘッドをはじめ種々の電子機器デバイス薄膜作製プロセスへの適用が可能であることは言うまでもない。
【0027】
【発明の効果】
誘導結合RFプラズマ支援マグネトロンカソードを備えた本発明のスパッタ装置により、今後ますます集積化の進む基板について、高アスペクト比の穴の埋め込みが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図1】 従来のプレーナマグネトロンスパッタを説明するための概略側面図。
【図2】 図1の従来のマグネトロンスパッタによる穴の埋め込み状態を説明するための概略断面図。
【図3】 従来のコリメーションスパッタを説明するための概略側面図。
【図4】 従来のロングスロースパッタを説明するための概略側面図。
【図5】 従来のイオン化メタルプラズマスパッタを説明するための概略側面図。
【図6】 図5に示す従来のイオン化メタルプラズマスパッタを用いた場合のスパッタ圧力とイオン化率との関係を示すグラフ。
【図7】 本発明のスパッタ装置に備えられるカソードの一実施例を示す概略側面図。
【図8】 本発明のスパッタ装置の一実施例を示す概略側面図。
【図9】 (a)本発明のスパッタ装置に備えられるカソードでスパッタされたA1イオンのエネルギー分布を示すグラフ(誘導結合プラズマによる高周波電力供給)。
(b)本発明のスパッタ装置に備えられるカソードでスパッタされたA1イオンのエネルギー分布を示すグラフ(容量結合プラズマによる高周波電力供給)。
【図10】 本発明のスパッタ装置を用いてスパッタした場合のA1イオンエネルギー分布のスパッタ圧力依存性を示すグラフ(容量結合プラズマ)。
【図11】 (a)誘導結合プラズマによるRFコイルへの高周波電力供給法を説明するための線図。
(b)容量結合プラズマによるRFコイルへの高周波電力供給法を説明するための線図。
【図12】 本発明のスパッタ装置を用いた場合の、穴のアスペクト比とボトムカバレッジ(%)との関係を、従来のロングスロースパッタ法と比較して示すグラフ。
【符号の説明】
1、11、31、53 基板ホルダー 2、10、21、30 ターゲット
3、13、20、34 基板 4 スパッタ膜
12 コリメーター 22 静電チャックホットプレート
23a、23b ガス導入口 24 排気口
25 低圧スパッタ用磁石 26 DC電源
27 プレーナマグネトロンカソード 32 RFコイル
33 DCまたはRFバイアス 40 カソード電極
41 ターゲット 42 RFコイル
43 カソードカバー 44 ガス導入用ノズル
45 高周波電源 46 マッチングボックス
47 永久磁石 48 DC電源
49 磁場 50 真空室
51 ガス導入口 52 排気口
54 シリコン基板 55 DCまたはRFバイアス源
56 高アスペクト比の穴
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a metal wiring sputtering apparatus including an inductively coupled RF plasma assisted magnetron cathode suitable for filling a high aspect ratio hole in a metal wiring sputtering process technology such as a highly integrated silicon semiconductor device.
[0002]
[Prior art]
To enable high-aspect-ratio hole filling in highly integrated silicon semiconductor devices, (1) simple planar magnetron sputtering (FIGS. 1 and 2), (2) cathode target and silicon substrate Collimation sputter with a collimator in between (Fig. 3), (3) Long throw spatter with a planar magnetron cathode capable of discharging even at a low pressure of 10-2 Pa, and widening the gap between the silicon substrate and the target (Fig. 4) , (4) ionized metal plasma sputtering with an RF coil placed between the cathode target and the silicon substrate (FIG. 5; SM Rossnagel et.al .: Appl. Phys. Lett. 63 (1993) 3285 and J. Vac. Sci Technol. B 12 (1994)
449) have been used.
[0003]
In the simple planar magnetron sputtering (normal sputtering) of (1) above, sputtering is performed on the order of 10 −1 Pa. In this case, the sputtered particles are scattered by the atmospheric gas as indicated by arrow A, and the substrate 3 is incident at a random angle and deposited (FIG. 1). As a result, a large amount of the sputtered film 4 is deposited near the entrance of the high aspect ratio hole, the film cannot be deposited into the hole, and the hole remains hollow (FIG. 2). In FIG. 1, 1 is a substrate holder, and 2 is a target.
[0004]
In the collimation sputtering of (2) above, only the sputtered particles B that form a high angle with respect to the substrate 13 are selected by the collimator 12 placed between the cathode target 10 and the silicon substrate 13, and these particles are selected to have a high aspect ratio. Used to fill ratio holes (FIG. 3). In this case, it is possible to embed holes, but if used for a long time, the thick film attached to the collimator peels off and falls on the substrate 13, so that defects such as disconnection of metal wiring due to particles are likely to occur. Problems occur. In FIG. 3, reference numeral 11 denotes a substrate holder.
[0005]
In the long throw sputtering of the above (3), the planar magnetron cathode 27 that can be discharged even at a low pressure of 10 −2 Pa is used, so that the number of sputtered particles C scattered by the atmospheric gas is reduced, and the distance between the silicon substrate 20 and the target 21 is reduced. Can be expanded. As a result, only high-angle particles can fly to the substrate 20 (FIG. 4), and high-aspect-ratio filling is possible. This method is simple in structure and has few problems such as particle formation. However, as the aspect ratio increases, the influence of obliquely incident particles cannot be ignored, and problems such as lower bottom coverage occur. In FIG. 4, 22 is an electrostatic chuck hot plate, 23a and 23b are gas inlets, 24 is an exhaust port, 25 is a low-pressure sputtering magnet, and 26 is a DC power source.
[0006]
In the ionized metal plasma sputtering of (4) above, an RF coil 32 is inserted between the cathode target 30 and the silicon substrate 34 placed on the substrate holder 31, and sputtering is performed by inductively coupled plasma generated by the RF coil 32. The particles are ionized, and further, DC or RF bias 33 is applied to the silicon substrate 34 to introduce the sputtered particles into the high aspect ratio hole, thereby filling the hole (FIG. 5). In this case, the ionization rate can surely be increased (FIG. 6), and it is possible to embed holes with a high aspect ratio. However, since ionization occurs due to gas collision in the reaction chamber, ionization is performed at 10 −1 Pa level or less. The rate drops sharply (FIG. 6) and the method cannot be applied.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a sputtering apparatus that can solve the problems that have been difficult to achieve with the above-described conventional sputtering method, and that can efficiently fill holes with a high aspect ratio in an ultra-highly integrated silicon semiconductor device.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The metal wiring sputtering apparatus of the present invention is a metal wiring sputtering apparatus that embeds a hole with a high aspect ratio in a silicon semiconductor metal wiring process. The metal wiring sputtering apparatus includes an inductively coupled RF plasma assisted magnetron cathode in a vacuum chamber, and sputters particles with a high ionization rate. Further, the sputtered directional neutral particles and ionized particles by applying a DC or RF bias to a substrate that is generated and applied to a substrate disposed to face a target provided on the front surface of the cathode Is introduced into a hole having a high aspect ratio, and the hole is embedded.
[0012]
When a high aspect ratio hole in a silicon substrate is embedded using a sputtering apparatus with an inductively coupled RF plasma assisted magnetron cathode , the non-ionized neutral particles remain with the characteristics of long low sputtering, and Since the ionized sputtered particles can be perpendicularly incident on the substrate by a DC or RF bias applied to the substrate, it is possible to embed very efficiently even in a high aspect ratio hole. In addition, the ionized particles moderately accelerated by the bias accelerate the migration on the deposited film on the inner surface of the hole by the kinetic energy, and as a result, a film having a fine crystallinity can be deposited.
[0013]
【Example】
Next, examples of the present invention will be described with reference to the drawings. However, these are merely illustrative and do not limit the present invention in any way.
[0014]
FIG. 7 shows the configuration of an inductively coupled RF plasma assisted magnetron cathode provided in the sputtering apparatus of the present invention, and FIG. 8 shows the sputtering shown in FIG. 7 which can efficiently embed high aspect ratio holes in a silicon substrate. The structure of an apparatus is shown. The cathode diameter was 2 inches.
[0016]
As shown in FIG. 8, the sputtering apparatus including the cathode includes a gas introduction port 51 and a vacuum exhaust port 52 for introducing an inert gas such as Ar gas into the vacuum chamber 50. Inside, a target 41 provided on the front surface of the cathode and a silicon substrate 54 held by a substrate holder 53 are provided facing each other. The substrate holder 53 was connected to a DC or RF bias source 55 and further connected to ground so as to be an anode.
[0017]
Next, the ionization rate by the cathode shown in FIG. 7 and the filling of holes with a high aspect ratio performed using the sputtering apparatus shown in FIG. 8 will be described.
[0018]
First, the ionization rate of the sputtered Al particles when the Al target 41 is sputtered using the inductively coupled RF plasma assisted magnetron cathode shown in FIG. 7 will be described. 9 to 10 show the energy distribution measurement results of Al ions. The number of ionized particles is proportional to the area enclosed by the curve and the base. In this measurement, a quadrupole mass spectrometer with a cylindrical mirror type ion energy filter installed at a position of about 130 mm in front of the cathode is used, and the RF power is supplied to the RF coil as shown in FIG. Either inductive coupling or (b) capacitive coupling was performed. 9A shows the case of inductive coupling, and FIG. 9B shows the case of capacitive coupling.
[0019]
In the case of FIG. 9, sputtering was performed with an Ar sputtering gas pressure of 0.13 Pa, a target input power of constant DC 60 W, and an RF coil input power varied. 9 corresponds to the conventional planar magnetron sputtering. On the other hand, it can be seen from FIG. 9 that the number of Al particles ionized can be increased rapidly when high-frequency power is supplied to the RF coil. As for the method of supplying high-frequency power, inductively coupled plasma is more efficient, as can be seen from the comparison between FIG. 9A and FIG. 9B. In addition, since the ionization rate of the conventional planar magnetron sputtering is 0.1% to several percent, the ionization rate by this method is one digit or more larger than that.
[0020]
In the case of FIG. 10, sputtering was performed by changing the Ar sputtering gas pressure while setting the target input power to DC 60 W, the input power to be constant 40 W by the RF coil capacitive coupling connection. From FIG. 10, it can be seen that in this sputtering method, the ionization rate of the sputtered particles can be kept high even at a low pressure of 10 −2 Pa. This is a fundamental difference from the ionized metal plasma sputtering (FIG. 6) in which the ionization rate rapidly decreases below 10 −1 Pa.
[0021]
Next, using the apparatus shown in FIG. 8, high-aspect-ratio holes in a silicon substrate were filled using Ti as a wiring material.
[0022]
After the silicon substrate 54 is set on the substrate holder 53 at a position of about 220 mm below the target 41, the chamber is evacuated to a high vacuum of about 10 −6 Pa by a vacuum exhaust system. Thereafter, the substrate 54 is heated from the back to a desired temperature of 250 ° C. by a heater (not shown). After reaching this temperature, Ar gas is introduced into the room through the gas inlet 51 and the sputtering gas pressure is adjusted to 0.065 Pa. Next, plasma is generated by applying power of 30 W to an RF coil having DC 60 W as a target and inductively coupled connection (the end of the RF coil is grounded). In this state, the substrate applied voltage is adjusted so that the substrate bias is constant at DC 20 W, and sputtering film formation is started. The film formation time is calculated from the film formation speed measured in advance, and the film formation is terminated when the desired film thickness reaches about 0.2 μm.
[0023]
In the case of this method, as described above, as a mechanism for embedding Ti in a high aspect ratio hole on the surface of the silicon substrate, an action of attracting a high ionization rate Ti ion vertically to the substrate with a DC bias applied to the substrate, There is an effect that neutral Ti particles that are not ionized by long throw sputtering are incident on the substrate at a high angle. Furthermore, since the ionization rate of Ar, which is a sputtering gas, is high, Ar ions are also drawn perpendicularly to the substrate, but the Ti film deposited near the entrance of the hole and on the wall surface as shown in FIG. Since it is shaved (sputtered), this action also contributes to reduction of Ti film adhesion to the side wall and improvement of film deposition on the hole bottom.
[0024]
The substrate thus formed was taken out of the chamber, and was then broken and observed and measured with a scanning electron microscope in order to examine the degree of hole filling. The measurement results are shown in FIG. In the figure, the bottom coverage is obtained by dividing the thickness of the film deposited on the bottom of the hole by the thickness of the film deposited on the substrate surface. The higher this value, the better the hole filling performance. The figure also shows the results of long throw sputtering as a comparative example with the conventional method. The long throw sputtering here is a result when the power supplied to the RF coil is set to 0 W. From FIG. 12, it can be seen that the hole filling performance of the present invention is superior to that of long throw sputtering.
[0025]
In the above embodiment, Ti is used as the wiring material. However, other metal such as Al, Cu, and W, compound wiring material such as TiN, and high dielectric material such as (BaSr) TiO 3. It is possible to apply to thin films using various materials.
[0026]
Although the silicon substrate metal wiring process has been described in the above embodiment, it is needless to say that the present invention can be applied to various electronic device device thin film manufacturing processes including flat panel displays and thin film magnetic heads.
[0027]
【The invention's effect】
The sputtering apparatus of the present invention equipped with an inductively coupled RF plasma assisted magnetron cathode has made it possible to embed high aspect ratio holes in increasingly more integrated substrates.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic side view for explaining conventional planar magnetron sputtering.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view for explaining a state of hole filling by the conventional magnetron sputtering of FIG.
FIG. 3 is a schematic side view for explaining conventional collimation sputtering.
FIG. 4 is a schematic side view for explaining conventional long throw sputtering.
FIG. 5 is a schematic side view for explaining conventional ionized metal plasma sputtering.
6 is a graph showing the relationship between sputtering pressure and ionization rate when the conventional ionized metal plasma sputtering shown in FIG. 5 is used.
FIG. 7 is a schematic side view showing an embodiment of a cathode provided in the sputtering apparatus of the present invention.
FIG. 8 is a schematic side view showing an embodiment of the sputtering apparatus of the present invention.
FIG. 9A is a graph showing the energy distribution of A1 ions sputtered at the cathode provided in the sputtering apparatus of the present invention (high-frequency power supply by inductively coupled plasma).
(B) The graph which shows the energy distribution of A1 ion sputtered with the cathode with which the sputtering device of the present invention is provided (high-frequency power supply by capacitively coupled plasma).
FIG. 10 is a graph (capacitive coupling plasma) showing the sputtering pressure dependence of the A1 ion energy distribution when sputtering is performed using the sputtering apparatus of the present invention.
FIG. 11A is a diagram for explaining a method of supplying high-frequency power to an RF coil by inductively coupled plasma.
(B) The diagram for demonstrating the high frequency electric power supply method to RF coil by capacitive coupling plasma.
FIG. 12 is a graph showing the relationship between the hole aspect ratio and the bottom coverage (%) in comparison with the conventional long throw sputtering method when the sputtering apparatus of the present invention is used.
[Explanation of symbols]
1, 11, 31, 53 Substrate holder 2, 10, 21, 30 Target 3, 13, 20, 34 Substrate 4 Sputtered film 12 Collimator 22 Electrostatic chuck hot plate 23a, 23b Gas inlet 24 Exhaust 25 For low-pressure sputtering Magnet 26 DC power supply 27 Planar magnetron cathode 32 RF coil 33 DC or RF bias 40 Cathode electrode 41 Target 42 RF coil 43 Cathode cover 44 Gas introduction nozzle 45 High frequency power supply 46 Matching box 47 Permanent magnet 48 DC power supply 49 Magnetic field 50 Vacuum chamber 51 Gas inlet 52 Exhaust outlet 54 Silicon substrate 55 DC or RF bias source 56 High aspect ratio hole

Claims (1)

シリコン半導体メタル配線プロセスにおいて高アスペクト比の穴の埋め込みを行うメタル配線スパッタ装置において、真空室に誘導結合RFプラズマ支援マグネトロンカソードを備え、該カソードを、プレーナマグネトロンターゲットの前方にRFコイルを取り付け、該ターゲットおよび該コイルの周囲をカバーで覆い、該カバー内のターゲットおよびコイル近傍のガス圧力を該カバー外側の真空室内の圧力より高くなるようにし、該カバーの内側でかつ該ターゲットの近傍に設けたガス導入用ノズルよりスパッタガスをターゲット表面に吹きつけることにより、10 -2 Pa台の低圧において、スパッタされた粒子のイオン化率を高くできる構成とし、さらに該カソードの前面部に設けられているターゲットと対向するように設置される基板にDCまたはRFバイアスを印加して該スパッタされた指向性のある中性の粒子およびイオン化された粒子が高アスペクト比の穴内に導入され、穴の埋め込みが行われるように構成することを特徴とするメタル配線スパッタ装置。In a metal wiring sputtering apparatus for filling a high aspect ratio hole in a silicon semiconductor metal wiring process, an inductively coupled RF plasma assisted magnetron cathode is provided in a vacuum chamber, and the cathode is attached to an RF coil in front of a planar magnetron target. The periphery of the target and the coil was covered with a cover, and the gas pressure in the vicinity of the target and the coil in the cover was made higher than the pressure in the vacuum chamber outside the cover, and was provided inside the cover and in the vicinity of the target. By spraying a sputtering gas from the gas introduction nozzle onto the target surface, the ionization rate of the sputtered particles can be increased at a low pressure of 10 −2 Pa , and the target provided on the front surface of the cathode The base installed to face DC sputtered directional neutral particles and ionized particles are introduced into the high aspect ratio hole by applying a DC or RF bias to the hole, and the hole is embedded. Metal wiring sputtering equipment.
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