JP3956406B2 - スパッタ装置 - Google Patents
スパッタ装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3956406B2 JP3956406B2 JP22627296A JP22627296A JP3956406B2 JP 3956406 B2 JP3956406 B2 JP 3956406B2 JP 22627296 A JP22627296 A JP 22627296A JP 22627296 A JP22627296 A JP 22627296A JP 3956406 B2 JP3956406 B2 JP 3956406B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- substrate
- cooling
- chamber
- gas
- film
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、スパッタ装置に関し、更に詳しくは、ポイズンドビア(Poisoned Via)の発生を防止して良好な金属配線層を成膜する配線形成方法に使用するスパッタ装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
半導体デバイスの配線形成では、一般に、ビアホールの形成された層間絶縁膜上にスパッタ装置で金属配線層を成膜し、エッチングを行い金属配線を形成している。
図4は、従来のスパッタ装置の概念を示す側面断面図である。従来の直流放電型のスパッタ装置10は、チャンバ12と、高電圧を供給する直流電源13とを備えている。
チャンバ12は、成膜時に高電圧の陰電圧が印加される放電電極である金属ターゲット14と、ターゲット14に対向し、基板の加熱機構及び水冷による基板の間接冷却機構を有し、基板を載せて保持するホルダ15とを備えている。更に、放電に使用するAr等の不活性ガスを導入するガス導入管16と、チャンバ12内を真空排気する排気管18とを備えている。
【0003】
スパッタ装置10を用いて基板に金属配線層を成膜するには、成膜する組成物質からなるターゲット14を装着し、基板20をホルダ15に載せ、チャンバ12内を真空排気後、不活性ガスを導入し、高電圧を印加して放電し、スパッタリングにより成膜する。
従来、成膜する際、金属配線層の膜質を安定させステップカバレジを良くするために、基板を加熱しながらスパッタリングしている。具体的には、基板は、予備加熱では150℃、金属配線層の成膜時では250℃に加熱、保持されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の方法では、ポイズンドビアがビアホールに発生し、配線材料がポイズンドビア内に異常成長し、導通不良が発生し易いという問題があった。層間絶縁膜として塗布ガラス膜であるSOG(Spin On Glass )膜を成膜する際、SOG膜がビアホール側壁に露出していると、ポイズンドビアが発生して配線材料がポイズンドビア内に異常成長する傾向が、更に強くなる。図3は、スパッタ装置10を用い、SOG膜がビアホール内に露出している基板に、基板温度220℃にしてAl膜をスパッタリングにより成膜し、エッチングしてAl配線22を形成した一例の平面図である。ポイズンドビアを有するビアホール24内には、Alが異常成長している。
【0005】
以上のような事情に照らして、本発明の目的は、ポイズンドビアの発生を防止して良好な金属配線層を成膜するスパッタ装置を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、基板が加熱されると、層間絶縁膜からビアホール内にガスが放出され易いことに着目した。そして、スパッタリングにより金属配線層を成膜する際、基板が加熱されて層間絶縁膜からガスが放出され、この結果、ポイズンドビアが発生して配線材料が異常成長することを突き止めた。層間絶縁膜がSOG膜であると、ビアホールの壁面から水蒸気が発生し易く、ポイズンドビアが発生する傾向が特に強くなることも突き止めた。
そこで、本発明者は、ポイズンドビアの発生を防止する対策として、ビアホール側壁にSOG膜を露出させないことを検討した。しかし、エッチバック等の工程を追加する必要があることや、SOG膜の平坦性が悪化するという別の問題が発生した。また、別の対策として、加熱されても水蒸気の放出量の少ない材質のSOG膜を成膜することも検討した。しかし、加熱されても水蒸気の放出量が十分に少ないSOG膜の成膜材料は、現状では存在せず、このため、水蒸気放出量を十分に抑えることができない。
そこで、本発明者は、鋭意検討の結果、層間絶縁膜の温度が低いと、層間絶縁膜から放出されるガス量が少ないことに着眼し、スパッタリングにより金属配線層を成膜する際、基板温度を一定温度以下に下げることを見い出し、本発明を完成するに至った。
【0007】
上記目的を達成するために、本発明に係るスパッタ装置は、チャンバとチャンバ内に基板の裏面を保持するホルダとを備えたスパッタ装置において、
ホルダは、基板の裏面に0℃以下の温度の不活性ガスを吹き付けて基板を直接的に冷却する手段と、冷媒を通す管群を備え、冷媒からの輻射冷熱により基板を間接的に冷却する手段とを有することを特徴としている。
本発明に係るスパッタ装置は、成膜時に冷却される必要のある全ての基板に適用できる。
基板に吹き付けた不活性ガスを、基板とホルダの基板保持面との間からチャンバ内に導入するようにした構造のスパッタ装置であると、吹き付ける不活性ガスを放電用の不活性ガスと同じ種類にすることにより、ガスを有効に利用することができる。不活性ガスは一般的にはArガスである。
【0008】
また、本発明に係るスパッタ装置を使用した配線形成方法は、下層配線層又は拡散領域上に層間絶縁膜を有する基板の層間絶縁膜にビアホールを開口し、次いで、スパッタリングにより金属配線層を層間絶縁膜上に成膜しながらビアホールを埋め込み、エッチングして上層配線を形成する配線形成方法において、
金属配線層を成膜する際、基板の温度を100℃以下に維持してスパッタリングにより金属配線層を成膜することを特徴としている。
これにより、スパッタリングにより金属配線層を成膜する際、層間絶縁膜の壁面からビアホール内に放出されるガス量を抑えることができるので、ポイズンドビアの発生を防止でき、良好な金属配線層を成膜することができる。
金属配線層を成膜する際、本発明に係るスパッタ装置を用いて基板の温度を100℃以下に維持すると、不活性ガスが有効利用されるので、経済的に成膜することができる。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下に、実施例を挙げ、添付図面を参照して、本発明の実施の形態をより具体的に説明する。
スパッタ装置の実施例
本実施例は、本発明に係るスパッタ装置の実施例である。図1は、本実施例の直流放電型スパッタ装置の基板冷却機構の側面断面図である。本実施例のスパッタ装置25は、スパッタ装置10で、基板を保持する天井壁を有し、輻射冷却による冷却手段と、冷温のArガスを基板に吹き付ける冷却手段とをするホルダ26をホルダ15に代えて備えているスパッタ装置である。よって、図4に示したスパッタ装置10と同じ部品には同じ符号を付してその説明を省略する。
【0010】
ホルダ26は、短い円筒状で、内部に冷却室27を有し、室の天井壁上に基板を保持する短円柱状のホルダ本体28と、ホルダ本体28に摺動自在に着脱され、基板29の上面周縁を上から押さえる押さえチャック30とを備えている。
押さえチャック30は、短円筒状で中空の縁部と、縁部上端から中心軸に向けて突き出たリング状円板の押さえ部とから構成される。押さえ部の代わりに中心軸に向いた爪が数本形成されていてもよい。
縁部下端とホルダ本体28との間には、基板保持時に押さえチャック30に引張力を加えるバネ32が、数カ所にわたり取り付けられている。
ホルダ本体28の天井壁には、冷却室27とチャンバ内の空間とを連通するようにした細長い短冊状の開口部33が、互いに均等な間隔で数本形成されている。ホルダ本体28の天井壁周縁には、基板29が保持されても冷却室28とチャンバ内の空間とが連通するように、凹凸形状(図示せず)が形成されている。
【0011】
また、ホルダ26は、Heガスを流し輻射冷熱により基板29を冷却する蛇管状の冷却パイプ34を冷却室27に備えている。冷却パイプ34は、輻射冷熱により基板29を冷却できる限り、井桁状でもヘッダ状でも何でもよい。
更に、ホルダ本体28の下部中央には、冷却室27にArガスを導入する不活性ガス供給パイプ36が挿入されている。
【0012】
スパッタ装置25を用いて基板29に成膜するには、基板29をホルダ26に保持し、チャンバ内を真空引きした後、冷却パイプ34に冷温のHeガスを流し、輻射冷熱により基板29を冷却する。更に、不活性ガス供給パイプ36から冷温のArガスを、基板29に吹き付けながら冷却室27に導入する。これにより、基板29は所定温度に冷却され、かつ、Arガスは基板29とホルダ本体28の天井壁の凹凸形状との隙間からチャンバ内に導入される。
次いで、ターゲット14とホルダ26との間に高電圧を印加し、導入されたArガスを放電用ガスとして使用してスパッタリングを行い、基板29に成膜する。
【0013】
本実施例では、基板29の冷却は、冷温のHeガスからの輻射冷熱による間接的な冷却と、冷温のArガスを吹き付ける直接的な冷却とにより行われているので、基板を低温度に維持することができる。また、基板29に吹き付けたArガスは、スパッタリング時の放電用ガスとして使用されるので、ガスを無駄なく利用することができ、よって、経済的に基板に成膜することができる。
【0014】
配線形成方法の実施例
本実施例は、本発明のスパッタ装置25を用い、配線を形成する方法の例である。図2(a)から(d)は、本実施例の工程毎の基板断面図である。
本実施例では、トランジスタや抵抗等の素子(図示せず)が形成された基板40に層間絶縁膜42を成膜し、次いで、Al配線44を形成した(図2(a)参照)。
次いで、TEOSガスを流し、プラズマエンハンスドCVD法により膜厚300nmの第1層間絶縁膜46を以下の条件の下で成膜した。
TEOSガス流量 :800sccm
O2 ガス流量 :600sccm
TEOSガス及びO2 ガスの混合ガス圧力:1133Pa
基板温度 :400℃
高周波放電出力 :700W
【0015】
次いで、膜厚500nmのSOG膜である第2層間絶縁膜48を以下の条件の下で成膜した。
SOG膜の成膜材料:東京応化製OCD−14000T
熱処理温度 :400℃
熱処理時間 :30min
次いで、第3層間絶縁膜50を、第1層間絶縁膜46と同じ条件で同じ膜厚になるように成膜した(図2(b)参照)。
【0016】
次いで、従来と同じように、レジスト膜の成膜、レジスト膜のパターンニング、層間絶縁膜のドライエッチング及びレジスト膜除去を行い、図2(c)に示すように、第1層間絶縁膜46、第2層間絶縁膜48、及び第3層間絶縁膜50を貫通してAl配線44を露出するビアホール52を形成した。
【0017】
次いで、スパッタ装置25のホルダ26により基板40をチャンバ内に保持し、チャンバ内を真空引きした後、以下の条件の下でスパッタリングによりAl膜54を成膜した。
Arガス圧力:0.4Pa
直流放電電力:5kW
Heガス温度:−5℃
Arガス流量:100sccm
Arガス温度:−5℃
これにより、Al膜54の成膜中では、Al粒子の入射作用及び放電プラズマの加熱作用により加熱される基板40を、30℃の一定温度に維持した。
次いで、Al膜54をパターンニングし、Al配線56を形成した(図2(d)参照)。
【0018】
本実施例では、Al膜54をスパッタリングにより成膜する際、基板温度が30℃なので、SOG膜である第2層間絶縁膜48からのビアホール52内への放出ガス量を抑えることができ、ポイズンドビアが発生しないので、ビアホール52内にAlが異常成長しなかった。そして、その後のパターンニングにより良好なAl配線56を形成することができた。
【0019】
【発明の効果】
本発明によれば、スパッタ装置のホルダは、基板の裏面にガスを吹き付けて基板を直接的に冷却する手段と、冷媒を通す管群を備え、冷媒からの輻射冷熱により基板を間接的に冷却する手段とを有している。
これにより、基板温度を低温度に維持することができる。また、ガス流量を調整することにより、基板を任意の冷却温度に維持することができる。
また、本発明によれば、ビアホールが形成された層間絶縁膜上にスパッタリングにより金属配線層を成膜する際、基板温度を100℃以下にしてスパッタリングすることができる。
これにより、成膜する際、露出している層間絶縁膜からのガス放出量を抑えることができるので、ポイズンドビアの発生を防止でき、良好な金属配線層を成膜することができる。
よって、信頼性の高い半導体デバイスを高歩留まりで製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 スパッタ装置の実施例のスパッタ装置の基板冷却機構の側面断面図である。
【図2】 図2(a)から(d)は、配線形成方法の実施例の工程毎の基板断面図である。
【図3】 ビアホール内にAlが異常成長した基板の平面図である。
【図4】 従来のスパッタ装置の概念を示す側面断面図である。
【符号の説明】
10……スパッタ装置、12……チャンバ、13……直流電源、14……ターゲット、15……ホルダ、16……ガス導入管、18……排気管、20……基板、22……Al配線、24……ポイズンドビア、25……スパッタ装置、26……ホルダ、27……冷却室、28……ホルダ本体、29……基板、30……押さえチャック、32……バネ、33……開口部、34……冷却パイプ、36……不活性ガス供給パイプ、40……基板、42……層間絶縁膜、44……Al配線、46……第1層間絶縁膜、48……第2層間絶縁膜、50……第3層間絶縁膜、52……ビアホール、54……Al膜、56……Al配線。
Claims (1)
- チャンバと該チャンバ内に基板の裏面を保持するホルダとを備えたスパッタ装置において、
前記ホルダは内部に冷却室を有し、
前記ホルダの天井壁には短冊状の開口が形成されるとともに、
前記冷却室と前記チャンバは前記天井壁の周縁に形成された凹凸形状により連通しており、
前記冷却室内部には、冷媒を通す管群を有し、
前記基板の裏面に0℃以下の不活性ガスを吹きつけて前記基板を直接的に冷却する手段と、
前記冷媒を通す管群により、冷媒からの輻射冷却により、前記基板を間接的に冷却する手段とを備え、
前記不活性ガスは前記基板と前記凹凸形状との隙間からチャンバ内に導入され、スパッタ用の放電用ガスとして使用されることを特徴とするスパッタ装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP22627296A JP3956406B2 (ja) | 1996-08-28 | 1996-08-28 | スパッタ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP22627296A JP3956406B2 (ja) | 1996-08-28 | 1996-08-28 | スパッタ装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1068073A JPH1068073A (ja) | 1998-03-10 |
JP3956406B2 true JP3956406B2 (ja) | 2007-08-08 |
Family
ID=16842614
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP22627296A Expired - Fee Related JP3956406B2 (ja) | 1996-08-28 | 1996-08-28 | スパッタ装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3956406B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113249692B (zh) * | 2021-04-29 | 2023-10-20 | 三河同飞制冷股份有限公司 | 一种大功率半导体元器件的冷却板 |
-
1996
- 1996-08-28 JP JP22627296A patent/JP3956406B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH1068073A (ja) | 1998-03-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4889640B2 (ja) | 処理領域で基板に化学気相堆積を行うためのチャンバ | |
CN1841214B (zh) | 在抗蚀剂剥离室中从衬底上除去抗蚀剂的方法 | |
JP3942672B2 (ja) | 基板処理方法および基板処理装置 | |
TWI338918B (ja) | ||
KR100587629B1 (ko) | 기판 표면에 걸쳐서 층류의 가스 흐름을 제공하는 가스분배판 조립체 | |
JP2618445B2 (ja) | 反応器チャンバー自己清掃方法 | |
TW550674B (en) | Processing apparatus and a cleaning method | |
WO1992010308A1 (en) | Minimization of particle generation in cvd reactors and methods | |
KR0134326B1 (ko) | 불활성 가스이온 플라즈마의 조사에 의한 반도체 디바이스의 접촉홀 충진 방법 및 장치 | |
JPH0917770A (ja) | プラズマ処理方法およびこれに用いるプラズマ装置 | |
KR100284753B1 (ko) | 성막장치 | |
JPH088232A (ja) | プラズマ処理方法 | |
JP3956406B2 (ja) | スパッタ装置 | |
JPH09223685A (ja) | プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法 | |
JPH11330047A (ja) | エッチング装置及びエッチング方法 | |
JPH0745536A (ja) | タングステンcvd装置 | |
JPH05109655A (ja) | Cvd−スパツタ装置 | |
JP3675065B2 (ja) | ドライエッチング方法 | |
JP2000133639A5 (ja) | ||
JPH07142401A (ja) | 半導体デバイス製造用の成膜装置及び半導体装置の製造方法 | |
JP3449736B2 (ja) | メタルプラグの形成方法 | |
JP3273827B2 (ja) | 半導体装置およびその製造方法 | |
JP2844693B2 (ja) | 高融点金属膜の形成方法 | |
JP4570186B2 (ja) | プラズマクリーニング方法 | |
JP3259452B2 (ja) | プラズマcvd装置に用いる電極及びプラズマcvd装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20051020 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060711 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060904 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20061128 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070123 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20070417 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20070430 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |