JP5661452B2 - Sputtering method - Google Patents
Sputtering method Download PDFInfo
- Publication number
- JP5661452B2 JP5661452B2 JP2010291234A JP2010291234A JP5661452B2 JP 5661452 B2 JP5661452 B2 JP 5661452B2 JP 2010291234 A JP2010291234 A JP 2010291234A JP 2010291234 A JP2010291234 A JP 2010291234A JP 5661452 B2 JP5661452 B2 JP 5661452B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- target
- reactive gas
- film
- substrate
- sputtering
- 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.)
- Active
Links
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 title claims description 30
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 96
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims description 33
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 33
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 33
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 33
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 20
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 20
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 18
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 239000002574 poison Substances 0.000 claims description 12
- 231100000614 poison Toxicity 0.000 claims description 12
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 11
- 239000013077 target material Substances 0.000 claims description 11
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 6
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 claims description 5
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000005477 sputtering target Methods 0.000 claims 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 43
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 21
- 238000000034 method Methods 0.000 description 13
- 238000005546 reactive sputtering Methods 0.000 description 10
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 9
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 8
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 7
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 6
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 description 5
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 4
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 4
- 229910018509 Al—N Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
Description
本発明は、半導体デバイスなどの製造工程において、基板に材料を堆積するために用いられるスパッタリング方法に関する。 The present invention relates to a sputtering method used for depositing a material on a substrate in a manufacturing process of a semiconductor device or the like.
基板に薄膜を堆積させるスパッタリング装置は、真空に排気された真空容器を有する。一般にスパッタリング装置は、真空容器にAr等の不活性ガスを導入し、ターゲットに高電圧を印加してプラズマを発生させる。放電プラズマ中の荷電粒子によるターゲットのスパッタ現象を利用して、ターゲット材料を基板ホルダーに支持された基板に付着させる。
プラズマ中の正イオンが負の電位のターゲット材料に入射すると、ターゲット材料からターゲット材料の原子分子が弾き飛ばされる。これをスパッタ粒子と呼ぶ。このスパッタ粒子が基板に付着してターゲット材料を含む膜が形成される。
A sputtering apparatus for depositing a thin film on a substrate has a vacuum vessel evacuated to a vacuum. In general, a sputtering apparatus introduces an inert gas such as Ar into a vacuum vessel and applies a high voltage to a target to generate plasma. The target material is attached to the substrate supported by the substrate holder by utilizing the target sputtering phenomenon by charged particles in the discharge plasma.
When positive ions in the plasma are incident on a target material having a negative potential, atoms and molecules of the target material are blown off from the target material. This is called sputtered particles. The sputtered particles adhere to the substrate to form a film containing the target material.
真空容器に導入するガスを、窒素や酸素等の反応性ガスをAr等の不活性ガスに加えてスパッタすることで、ターゲット材料と反応性ガスとの反応が生じる。これにより、ターゲット材料の酸化物や窒化物が堆積される。これを反応性スパッタ法と呼ぶ。 The gas introduced into the vacuum vessel is sputtered by adding a reactive gas such as nitrogen or oxygen to an inert gas such as Ar, thereby causing a reaction between the target material and the reactive gas. Thereby, an oxide or nitride of the target material is deposited. This is called reactive sputtering.
反応性ガスを真空容器に導入しながらターゲットを放電させた場合、反応性ガスの導入量がある閾値よりも多くなった場合、ターゲット表面に反応性ガスの原子が付着し、放電プラズマの状態が変化する。それに伴い、基板上の成膜速度が大きく低下する。このように、ターゲット表面に反応性ガスの原子が付着して、成膜速度が遅くなった状態をポイズンモードと呼ぶ。反対に、ターゲット表面に反応性ガスが付着せずに金属表面がむき出しになっていて、成膜速度が速い状態をメタルモードと呼ぶ。反応性ガスを充分に導入して、ポイズンモードの状態で放電させた堆積膜は、安定した化合物となる。 When the target is discharged while introducing the reactive gas into the vacuum vessel, when the amount of the reactive gas introduced exceeds a certain threshold, the reactive gas atoms adhere to the target surface, and the state of the discharge plasma is Change. Along with this, the deposition rate on the substrate is greatly reduced. A state in which the reactive gas atoms adhere to the surface of the target and the film formation rate is slow is referred to as a poison mode. On the other hand, the state in which the reactive gas does not adhere to the target surface and the metal surface is exposed and the film forming speed is high is called a metal mode. The deposited film in which the reactive gas is sufficiently introduced and discharged in the poison mode is a stable compound.
また、少なくとも2つ以上で異なる種類のターゲットを同時放電させた場合は、その異なる2つ以上の材料が同時スパッタされ、基板上に堆積することで、それらの化合物を形成することができる。 When at least two different types of targets are simultaneously discharged, the two or more different materials are simultaneously sputtered and deposited on the substrate to form these compounds.
特許文献1には、チタンターゲットとアルミニウムターゲットの同時放電を行い、尚且つ不活性ガスと窒素ガスを同時に真空室内へ導入することによって、チタンとアルミニウムを含有する金属窒化物(AlTiN)を作成する技術が開示されている。このAlTiNは、メタルゲート用の電極膜として用いることができる。 In Patent Document 1, a metal nitride (AlTiN) containing titanium and aluminum is prepared by simultaneously discharging a titanium target and an aluminum target, and simultaneously introducing an inert gas and a nitrogen gas into a vacuum chamber. Technology is disclosed. This AlTiN can be used as an electrode film for a metal gate.
しかし上記技術では、窒素ガスによりチタンターゲットとアルミニウムターゲットの両方で窒化が進み、窒化チタンだけでなく絶縁性を有する窒化アルミニウムも形成してしまう。このため、堆積する薄膜の電気抵抗が高くなってしまい、メタルゲートに適さない膜となってしまう。また、チタンとアルミニウムの合金ターゲットを用いた場合でも同様の結果となり、メタルゲート向けの膜を得るのは困難である。 However, in the above technique, nitriding proceeds on both the titanium target and the aluminum target by the nitrogen gas, and not only titanium nitride but also insulating aluminum nitride is formed. For this reason, the electric resistance of the deposited thin film becomes high, and the film is not suitable for a metal gate. Further, even when an alloy target of titanium and aluminum is used, the same result is obtained, and it is difficult to obtain a film for a metal gate.
すなわち、従来の、複数のターゲットの同時放電による反応性スパッタでは、反応性スパッタによって堆積された膜の組成をコントロールすることは非常に困難であった。 That is, in the conventional reactive sputtering by simultaneous discharge of a plurality of targets, it is very difficult to control the composition of the film deposited by reactive sputtering.
一方で、窒化チタンターゲットとアルミニウムターゲットを用いた同時スパッタを行うことで、アルミニウムと窒素の反応を抑制したAlTiNの成膜も考えられる。しかし、該方法によれば、求められる膜質が変更になる度にターゲットの交換が必要となってしまう。 On the other hand, AlTiN film formation in which the reaction between aluminum and nitrogen is suppressed by performing simultaneous sputtering using a titanium nitride target and an aluminum target is also conceivable. However, according to this method, it is necessary to replace the target every time the required film quality is changed.
上述した問題点に鑑み、本発明は、複数のターゲットの同時放電による反応性スパッタにおいて、基板上に所望の組成の化合物を成膜可能なスパッタリング方法を提供することを目的とする。 In view of the above-described problems, an object of the present invention is to provide a sputtering method capable of forming a compound having a desired composition on a substrate in reactive sputtering by simultaneous discharge of a plurality of targets.
上述した課題を解決するために、本発明は、互いに材料が異なるターゲットが取り付けられた2つのターゲットホルダーが配された真空容器内において、前記真空容器内に不活性ガス及び反応性ガスが導入された状態において、前記ターゲットホルダーにそれぞれ一定の電力を印可して、前記2つのターゲットを同時にスパッタリングすることで基板に前記2つのターゲットの材料の混合物を含有する膜を成膜する際に、前記2つの各ターゲットと反応して反応生成物を生じせしめる前記反応性ガスの量が各ターゲットによって異なることによって、スパッタリング中は、前記2つのターゲットのうちの一方がポイズンモードとなり、前記2つのターゲットのうちの他方がメタルモードとなって、基板に前記2つのターゲットの材料の混合物を含有するメタルゲート電極用の膜が成膜されることを特徴とする。
In order to solve the above-described problems, the present invention is configured such that an inert gas and a reactive gas are introduced into a vacuum vessel in which two target holders to which targets of different materials are attached are arranged. When the film containing the mixture of the materials of the two targets is formed on the substrate by applying a constant power to the target holder and simultaneously sputtering the two targets, The amount of the reactive gas that reacts with each of the two targets to generate a reaction product varies depending on the target, so that during sputtering, one of the two targets is in poison mode, The other is in metal mode and the substrate is a mixture of the two target materials Film for metal gate electrode containing is characterized in that it is deposited.
本発明によれば、複数のターゲットの同時放電による反応性スパッタにおいて、基板上に所望の組成の化合物を成膜することが可能となる。 According to the present invention, a compound having a desired composition can be formed on a substrate in reactive sputtering by simultaneous discharge of a plurality of targets.
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明するが、本発明はその主旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。なお、以下で説明する図面で、同機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略することもある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention can be variously modified without departing from the gist of the present invention. In the drawings described below, components having the same function are denoted by the same reference numerals, and repeated description thereof may be omitted.
(第1の実施形態)
図1を参照して、本実施形態に係るスパッタリング装置(以下、「成膜装置」ともいう)の全体構成について説明する。図1は、本実施形態に係る成膜装置1の概略図である。成膜装置1は、真空容器2を備える。真空容器2は、排気ポート8を通じて真空容器2を排気するターボ分子ポンプ48とドライポンプ49とを有する真空排気装置と接続される。また、成膜装置1は、真空容器2へ不活性ガスを導入することのできる不活性ガス導入機構17と、反応性ガスを導入することのできる反応性ガス導入機構15a及び15bとを備えている。
(First embodiment)
With reference to FIG. 1, an overall configuration of a sputtering apparatus (hereinafter also referred to as “film forming apparatus”) according to the present embodiment will be described. FIG. 1 is a schematic view of a film forming apparatus 1 according to this embodiment. The film forming apparatus 1 includes a vacuum container 2. The vacuum vessel 2 is connected to a vacuum exhaust device having a turbo molecular pump 48 and a dry pump 49 that exhaust the vacuum vessel 2 through an exhaust port 8. Further, the film forming apparatus 1 includes an inert gas introduction mechanism 17 that can introduce an inert gas into the vacuum vessel 2 and reactive gas introduction mechanisms 15 a and 15 b that can introduce a reactive gas. Yes.
排気ポート8は、例えば矩形断面の導管であり、真空容器2とターボ分子ポンプ48との間を繋いでいる。排気ポート8とターボ分子ポンプ48の間には、メインバルブ47が設けられている。 The exhaust port 8 is a conduit having a rectangular cross section, for example, and connects the vacuum vessel 2 and the turbo molecular pump 48. A main valve 47 is provided between the exhaust port 8 and the turbo molecular pump 48.
真空容器2の内部には、被スパッタ面が露出しているターゲット4a、4bがバックプレート5を介してターゲットホルダー6に保持されている。また、ターゲット4a、4bから放出されたスパッタ粒子が到達する所定の位置に、基板10を保持するための基板ホルダー7が設けられている。そのほか、真空容器2には、真空容器2の圧力を測定するための圧力計41が設けられている。真空容器2の内面には、接地された筒状のシールド40(防着シールド部材)が設けられている。シールド40は、スパッタ粒子が真空容器2の内面に直接付着するのを防止している。なお、図1ではターゲットの数は2であるが、これ以上の数でも良い。また、図1では双方のターゲットの脇に反応性ガス導入機構が設けられているが、反応性ガスとの反応が望まれるターゲット近傍にのみ反応性ガス導入機構が設けられていても良い。 Inside the vacuum vessel 2, targets 4 a and 4 b with exposed surfaces to be sputtered are held on a target holder 6 via a back plate 5. A substrate holder 7 for holding the substrate 10 is provided at a predetermined position where the sputtered particles emitted from the targets 4a and 4b reach. In addition, the vacuum vessel 2 is provided with a pressure gauge 41 for measuring the pressure of the vacuum vessel 2. A grounded cylindrical shield 40 (an adhesion shield member) is provided on the inner surface of the vacuum vessel 2. The shield 40 prevents sputtered particles from directly attaching to the inner surface of the vacuum vessel 2. In FIG. 1, the number of targets is two, but a larger number may be used. In FIG. 1, the reactive gas introduction mechanism is provided beside both targets, but the reactive gas introduction mechanism may be provided only in the vicinity of the target where reaction with the reactive gas is desired.
ターゲット4a及び4bは、基板10に対して斜め上方に配置されている。ターゲットホルダー6には、スパッタ放電用電力を印加する電源12が接続されている。図1に示す成膜装置1は、DC電源を備えているが、これに限定されるものではなく、例えば、RF電源を備えていてもよい。RF電源を用いた場合には電源12とターゲットホルダー6との間に整合器を設置する必要がある。電源12により、ターゲット4a及び4bに電圧が印加され、プラズマが形成されることで、スパッタリングが行われる。 The targets 4 a and 4 b are disposed obliquely above the substrate 10. The target holder 6 is connected to a power supply 12 for applying sputtering discharge power. The film forming apparatus 1 shown in FIG. 1 includes a DC power source, but is not limited to this, and may include, for example, an RF power source. When an RF power source is used, it is necessary to install a matching unit between the power source 12 and the target holder 6. A voltage is applied to the targets 4a and 4b by the power source 12 to form plasma, whereby sputtering is performed.
ターゲットホルダー6は、絶縁体により真空容器2から絶縁されている。ターゲットホルダー6はCu等の金属製であるので、DC又はRFの電力が印加された場合には電極となる。ターゲット4a、4bは、周知のとおり、基板へ成膜したい材料成分から構成される。膜の純度に関係するため、高純度のものが望ましい。ターゲット4a、4bとターゲットホルダー6の間に設置されているバックプレート5は、Cu等の金属から出来ている。 The target holder 6 is insulated from the vacuum vessel 2 by an insulator. Since the target holder 6 is made of a metal such as Cu, it becomes an electrode when DC or RF power is applied. As is well known, the targets 4a and 4b are made of material components desired to be deposited on the substrate. Since it relates to the purity of the film, a high purity is desirable. The back plate 5 installed between the targets 4a and 4b and the target holder 6 is made of a metal such as Cu.
ターゲットホルダー6の近傍には、円筒状の防着部材3がターゲットホルダー6を覆うように設置されており、スパッタ粒子が真空容器2の内面に直接付着するのを防止している。 In the vicinity of the target holder 6, a cylindrical adhesion preventing member 3 is installed so as to cover the target holder 6, thereby preventing sputter particles from directly adhering to the inner surface of the vacuum vessel 2.
不活性ガス導入機構17は、不活性ガスを導入するための配管、不活性ガスを貯蔵するボンベ、不活性ガスの流量を制御するためのマスフローコントローラー、ガスの供給を遮断したり開始したりするためのバルブ類、減圧弁やフィルターなどから構成されている。さらに、不活性ガス導入機構17は、制御装置により、指定されるガス流量を安定して流すことができる構成となっている。不活性ガスは不活性ガス導入部18より真空容器2に導入される。 The inert gas introduction mechanism 17 cuts off or starts the supply of gas, a pipe for introducing the inert gas, a cylinder for storing the inert gas, a mass flow controller for controlling the flow rate of the inert gas, and the like. It consists of valves, pressure reducing valves, filters, etc. Further, the inert gas introduction mechanism 17 is configured to allow a designated gas flow rate to flow stably by the control device. The inert gas is introduced into the vacuum vessel 2 from the inert gas introduction unit 18.
反応性ガス導入機構15a及び15bは、反応性ガスを導入するための配管、反応性ガスを貯蔵するボンベ、反応性ガスの流量を制御するためのマスフローコントローラー、ガスの流れを遮断したり開始したりするためのバルブ類、減圧弁やフィルターなどから構成されている。さらに、反応性ガス導入機構15a及び15bは、制御装置により、指定されるガス流量を安定に流すことができる構成となっている。反応性ガスは反応性ガス導入部16a、16bより真空容器2に導入される。 The reactive gas introduction mechanisms 15a and 15b include piping for introducing the reactive gas, a cylinder for storing the reactive gas, a mass flow controller for controlling the flow rate of the reactive gas, and shutting off or starting the gas flow. It consists of valves, a pressure reducing valve, a filter, etc. Further, the reactive gas introduction mechanisms 15a and 15b are configured to allow a designated gas flow rate to flow stably by the control device. The reactive gas is introduced into the vacuum vessel 2 from the reactive gas introduction portions 16a and 16b.
なお、図1では、不活性ガス導入部と反応性ガス導入部は異なる位置に設けられているが、不活性ガスと反応性ガスが同一のガス導入部から真空容器2に導入されても良い。 In FIG. 1, the inert gas introduction part and the reactive gas introduction part are provided at different positions, but the inert gas and the reactive gas may be introduced into the vacuum vessel 2 from the same gas introduction part. .
次に、本実施形態に係る成膜装置1を用いた成膜方法の手順を図1及び図2を用いて説明する。 Next, a procedure of a film forming method using the film forming apparatus 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
本実施形態に係る成膜装置1の主制御部100は、例えば、一般的なコンピュータと各種のドライバを備える。すなわち、主制御部100は、種々の演算、制御、判別などの処理動作を実行するCPU(不図示)と、このCPUによって実行される様々な制御プログラムなどを格納するROM(不図示)とを有する。また、主制御部100は、上記CPUの処理動作中のデータや入力データなどを一時的に格納するRAM、およびフラッシュメモリやSRAM等の不揮発性メモリなど(不図示)を有する。このような構成において、主制御部100は、上記ROMに格納された所定のプログラム又は上位装置の指令に従ってスパッタリングプロセスを実行する。その指令に従って放電時間、放電電力、プロセス圧力などの各種プロセス条件がコントロールされる。また、真空容器2内部の圧力を計測する圧力計41などのセンサの出力値も取得可能であり、装置の状態に応じた制御も可能である。 The main control unit 100 of the film forming apparatus 1 according to the present embodiment includes, for example, a general computer and various drivers. That is, the main control unit 100 includes a CPU (not shown) that executes processing operations such as various calculations, controls, and determinations, and a ROM (not shown) that stores various control programs executed by the CPU. Have. The main control unit 100 also includes a RAM that temporarily stores data during the CPU processing operation, input data, and the like, and a non-volatile memory such as a flash memory and an SRAM (not shown). In such a configuration, the main control unit 100 executes the sputtering process in accordance with a predetermined program stored in the ROM or a command from the host device. Various process conditions such as discharge time, discharge power, and process pressure are controlled according to the command. Moreover, the output value of sensors, such as the pressure gauge 41 which measures the pressure inside the vacuum vessel 2, can also be acquired, and control according to the state of the apparatus is also possible.
まず、主制御部100は、ターゲットシャッター駆動機構14にターゲットシャッター13を閉鎖するよう指示する。主制御機100の指示により、ターゲットシャッター13が閉じた状態となる。次に、主制御部100は、ターゲットシャッターを閉じた状態で、不活性ガス導入機構17から、不活性ガスを導入するように、不活性ガス導入機構17を制御する制御装置に指示する。不活性ガスとしては例えばArを用いる。その他としてNe、Kr、Xe等が用いられる。それと同時に、ターゲット4a及び4b近傍の反応性ガス導入機構15a及び15bから、反応性ガスを導入するように、反応性ガス導入機構15a及び15bを制御する制御装置に指示する。反応性ガス導入機構15a及び15bからの反応性ガス導入量は、各ターゲットをポイズンモードとしてスパッタリングを行うか、メタルモードとしてスパッタリングを行うかで調整する。メタルモードとしてスパッタリングを行うターゲットには反応性ガスの導入量を0としても良い。この状態で、電源12よりターゲット4aとターゲット4b双方へ電力を印加して、放電を開始する。 First, the main control unit 100 instructs the target shutter drive mechanism 14 to close the target shutter 13. In response to an instruction from the main controller 100, the target shutter 13 is closed. Next, the main control unit 100 instructs the control device that controls the inert gas introduction mechanism 17 to introduce the inert gas from the inert gas introduction mechanism 17 with the target shutter closed. For example, Ar is used as the inert gas. In addition, Ne, Kr, Xe, etc. are used. At the same time, the controller that controls the reactive gas introduction mechanisms 15a and 15b is instructed to introduce the reactive gas from the reactive gas introduction mechanisms 15a and 15b in the vicinity of the targets 4a and 4b. The amount of reactive gas introduced from the reactive gas introduction mechanisms 15a and 15b is adjusted depending on whether each target is sputtered in the poison mode or in the metal mode. The amount of reactive gas introduced may be set to 0 for the target to be sputtered in the metal mode. In this state, power is applied from the power source 12 to both the target 4a and the target 4b, and discharge is started.
一方で、主制御部100はゲートバルブ42を開けて、処理対象である基板10を真空容器2の中に搬入し、基板ホルダー7に保持するよう各制御装置に指示する。 On the other hand, the main control unit 100 opens the gate valve 42 to instruct each control device to carry the substrate 10 to be processed into the vacuum vessel 2 and hold it in the substrate holder 7.
次に、主制御部100は、ターゲットシャッター駆動機構14を駆動させ、ターゲットシャッター13を開くように指示する。これにより、ターゲット4aとターゲット4bから飛び出したスパッタ粒子が基板10に付着して、膜が堆積される。なお、内壁にシールド40が設けられている場合には、シールド40の表面にスパッタ粒子が付着して膜が堆積される。 Next, the main control unit 100 drives the target shutter drive mechanism 14 to instruct to open the target shutter 13. As a result, the sputtered particles that have jumped out of the target 4a and the target 4b adhere to the substrate 10, and a film is deposited. When the shield 40 is provided on the inner wall, sputtered particles adhere to the surface of the shield 40 and a film is deposited.
所定時間放電したのち、主制御部100は、電源12に対して電力の印加を停止させることで、放電を停止する。そして主制御部100は、不活性ガス導入機構17と反応性ガス導入機構15a及び15bを制御する制御装置に対し、ガスの供給を停止するように指示する。 After discharging for a predetermined time, the main control unit 100 stops the discharge by stopping the application of power to the power source 12. The main control unit 100 instructs the control device that controls the inert gas introduction mechanism 17 and the reactive gas introduction mechanisms 15a and 15b to stop the gas supply.
以上の手順により、メタルモードであるターゲットと反応性ガスの反応を抑制しながら、所望の組成を有する化合物を成膜することができる。 By the above procedure, a compound having a desired composition can be formed while suppressing the reaction between the metal mode target and the reactive gas.
ここで、図3(a)及び(b)を用いて反応性ガスをターゲット近傍に導入した場合の効果を説明する。 Here, the effect when the reactive gas is introduced in the vicinity of the target will be described with reference to FIGS.
図3(a)に通常の反応性スパッタにおける、反応性ガス流量と成膜速度の関係を示す。通常の反応性スパッタとは、すなわち、真空容器2内部の各ターゲットに対して均一に反応性ガスを供給して、ターゲットのスパッタリングを行うことを指す。図3(a)に示されるように、反応性ガスがある一定の流量に達すると成膜速度が落ちている。これはターゲットがメタルモードからポイズンモードになったことを示す。 FIG. 3A shows the relationship between the reactive gas flow rate and the film formation rate in normal reactive sputtering. The normal reactive sputtering means that the reactive gas is uniformly supplied to each target in the vacuum vessel 2 to perform sputtering of the target. As shown in FIG. 3A, when the reactive gas reaches a certain flow rate, the film forming speed decreases. This indicates that the target has changed from the metal mode to the poison mode.
次に、図3(b)に、ターゲット近傍に反応性ガス導入部を接続して、ターゲット近傍に反応性ガスを導入した場合の、反応性ガス流量と成膜速度の関係を示す。なお比較例として、図3(b)中に、図3(a)における反応性ガス流量と成膜速度の関係を破線で示す。図3(b)から分かるように、ターゲット近傍に反応性ガスを導入することで、反応性ガスの流量に対するメタルモードとポイズンモードの閾値を変動させることが可能となる。このため、ポイズンモードとして成膜処理を行うターゲット近傍に反応性ガスを導入することで、より少ない反応性ガス流量でポイズンモードとすることが可能となる。この場合、真空容器2内への反応性ガスの導入量が減少するため、メタルモードとして成膜処理を行うターゲットと反応性ガスとの反応を抑制することも可能となる。 Next, FIG. 3B shows the relationship between the reactive gas flow rate and the deposition rate when a reactive gas introduction unit is connected near the target and the reactive gas is introduced near the target. As a comparative example, in FIG. 3B, the relationship between the reactive gas flow rate and the film formation rate in FIG. As can be seen from FIG. 3B, by introducing the reactive gas in the vicinity of the target, the threshold values of the metal mode and the poison mode with respect to the flow rate of the reactive gas can be changed. For this reason, it becomes possible to set it in the poison mode with a smaller reactive gas flow rate by introducing the reactive gas in the vicinity of the target for performing the film forming process as the poison mode. In this case, since the introduction amount of the reactive gas into the vacuum vessel 2 is reduced, it is possible to suppress the reaction between the target for performing the film forming process and the reactive gas in the metal mode.
また、仮に各ターゲットと各反応性ガス導入部の位置関係を各々同一とした場合には、各反応性ガス導入部から真空容器2に導入する反応性ガス流量を調整することで、一部のターゲットをポイズンモードとし、他のターゲットをメタルモードとした状態でスパッタリングを行うことが可能となる。 Further, if the positional relationship between each target and each reactive gas introduction part is the same, by adjusting the flow rate of the reactive gas introduced from each reactive gas introduction part into the vacuum vessel 2, Sputtering can be performed with the target in the poison mode and the other target in the metal mode.
すなわち、本発明の本質は、2以上のターゲットによる同時スパッタにおいて、各ターゲットへの反応性ガスの供給量を制御することで、各ターゲットと反応性ガスとの反応を制御することで、所望の組成の化合物を成膜することにある。 That is, the essence of the present invention is to control the reaction between each target and the reactive gas by controlling the supply amount of the reactive gas to each target in the simultaneous sputtering with two or more targets. It is to form a film of a compound having a composition.
なお本発明において、「ガスの導入量」とは、真空容器2に導入されるガスの絶対量を指す。また「ターゲットへの反応性ガスの供給量」とは、各ターゲットと反応して反応生成物を生じせしめる反応性ガスの量を指す。よって、10sccmの反応性ガスを真空容器2に導入して、その中の1sccmの反応性ガスがターゲットと反応した場合、「ターゲットへの反応性ガスの供給量」は1sccmとなる。従って、各ターゲットへの反応性ガス導入量が同一であっても、導入位置を異ならせることで、各ターゲットへの反応性ガスの供給量を異ならせることができ、また各ターゲットと反応ガスの導入位置の位置関係が同一であっても、反応性ガスの導入量を異ならせることで、各ターゲットへの反応性ガスの供給量を異ならせることができる。 In the present invention, “the amount of gas introduced” refers to the absolute amount of gas introduced into the vacuum vessel 2. The “reactive gas supply amount to the target” refers to the amount of reactive gas that reacts with each target to generate a reaction product. Therefore, when 10 sccm of reactive gas is introduced into the vacuum vessel 2 and 1 sccm of the reactive gas reacts with the target, the “reactive gas supply amount to the target” is 1 sccm. Therefore, even if the amount of reactive gas introduced into each target is the same, the amount of reactive gas supplied to each target can be varied by changing the introduction position. Even if the positional relationship of the introduction positions is the same, the supply amount of the reactive gas to each target can be made different by changing the introduction amount of the reactive gas.
本実施形態を図1に示す装置を用いて、半導体デバイスのメタルゲート用電極の成膜に適用した場合の実施例を以下に説明する。本実施例ではメタルゲート用電極としてAlTiNを用いる。 An example in which this embodiment is applied to the formation of a metal gate electrode of a semiconductor device using the apparatus shown in FIG. 1 will be described below. In this embodiment, AlTiN is used as the metal gate electrode.
本発明に係る課題でも述べたように、メタルゲート用のAlTiNにおいて、電気抵抗の高いAlNが形成されるのは好ましくない。本実施例では、AlとNの結合を抑制し、TiとNが結合しているAlTiNの成膜を行う。 As described in the problem related to the present invention, it is not preferable that AlN having high electric resistance is formed in AlTiN for metal gate. In this embodiment, the bonding of Al and N is suppressed, and AlTiN in which Ti and N are bonded is formed.
まず、成膜前に、コンディションを整えるための放電(コンディショニング放電)を行う。コンディショニング放電は以下の条件で行った。
不活性ガス:Arガス
不活性ガス導入量:20sccm(standard cc /min)
反応性ガス:N2ガス
反応性ガス導入量:20sccm
圧力:0.04Pa
各ターゲットへの供給電力:700W
コンディショニング時間:1200秒
なお、コンディショニング放電において、反応性ガスであるN2ガスは、Tiターゲット近傍にのみ導入した。
First, before film formation, discharge (conditioning discharge) for adjusting the condition is performed. Conditioning discharge was performed under the following conditions.
Inert gas: Ar gas Inert gas introduced amount: 20 sccm (standard cc / min)
Reactive gas: N2 gas Reactive gas introduction amount: 20 sccm
Pressure: 0.04Pa
Power supplied to each target: 700W
Conditioning time: 1200 seconds In the conditioning discharge, N2 gas, which is a reactive gas, was introduced only in the vicinity of the Ti target.
その後に、直径300mmのSi基板上にSiO2(100nm)が形成された基板10を成膜装置1の基板ホルダー7に載置して、厚み10nmのチタンとアルミニウムを含有する金属窒化物の成膜を行った。成膜条件を以下に示す。
不活性ガス:Arガス
不活性ガス導入量:20sccm(standard cc /min)
反応性ガス:N2ガス
反応性ガス導入量:20sccm
圧力:0.04Pa
各ターゲットへの供給電力:700W
スパッタ時間:240秒
このときもコンディショニング放電と同様に、Tiターゲット近傍にのみN2ガスを導入した。
Thereafter, the substrate 10 in which SiO 2 (100 nm) is formed on the Si substrate having a diameter of 300 mm is placed on the substrate holder 7 of the film forming apparatus 1 to form a metal nitride film containing titanium and aluminum having a thickness of 10 nm. Went. The film forming conditions are shown below.
Inert gas: Ar gas Inert gas introduced amount: 20 sccm (standard cc / min)
Reactive gas: N2 gas Reactive gas introduction amount: 20 sccm
Pressure: 0.04Pa
Power supplied to each target: 700W
Sputtering time: 240 seconds At this time, N2 gas was introduced only in the vicinity of the Ti target in the same manner as the conditioning discharge.
比較のため、別の直径300mmのSi基板を搬入し、窒素ガス導入口をチタンターゲット近傍ではなく、基板近傍とした従来の図4に示される成膜装置を用いて成膜を行った。基板は上述した実施例と同様の、300mm直径のSi基板上にSiO2(100nm)が形成された基板を用いた。図4に示されるように、従来の反応性スパッタリング方法では、成膜装置1の内部に一様に反応性ガスが導入される。図4に示す方法によって、本実施例と同様のパラメータを用いて、厚み10nmのチタンとアルミニウムを含有する金属窒化物の成膜を行った。 For comparison, another Si substrate having a diameter of 300 mm was carried in, and film formation was performed using the conventional film formation apparatus shown in FIG. 4 in which the nitrogen gas inlet was not near the titanium target but near the substrate. As the substrate, a substrate in which SiO 2 (100 nm) was formed on a 300 mm diameter Si substrate was used as in the above-described example. As shown in FIG. 4, in the conventional reactive sputtering method, the reactive gas is uniformly introduced into the film forming apparatus 1. A metal nitride film containing titanium and aluminum having a thickness of 10 nm was formed by the method shown in FIG. 4 using the same parameters as in this example.
本実施例と比較例を成膜終了後、それぞれのシート抵抗測定装置(株式会社日立国際電気製 VR−120)を用いて堆積膜の比抵抗を、基板中心から基板端5mmの範囲で測定した。測定結果では実施例1よりも、堆積膜の比抵抗が増大していることが確認された。 After the film formation of this example and the comparative example was completed, the specific resistance of the deposited film was measured in the range from the substrate center to the substrate edge of 5 mm using each sheet resistance measuring device (VR-120 manufactured by Hitachi Kokusai Electric Co., Ltd.). . From the measurement results, it was confirmed that the specific resistance of the deposited film was increased as compared with Example 1.
比抵抗測定と併せて、実施例1で作成した堆積膜と、比較例で作成した堆積膜をXPSで測定し、堆積膜を構成している原子の結合状態を確認した。その結果、比較例として従来装置で成膜したチタンとアルミニウムを含有する金属窒化物の中に、Al−Nの結合が確認された。一方で、本実施形態に係るスパッタリング方法で成膜したチタンとアルミニウムを含有する金属窒化物の中には、Al−Nの結合はほとんど確認されなかった。 Along with the specific resistance measurement, the deposited film created in Example 1 and the deposited film created in the comparative example were measured by XPS, and the bonding state of the atoms constituting the deposited film was confirmed. As a result, Al—N bonds were confirmed in the metal nitride containing titanium and aluminum formed by a conventional apparatus as a comparative example. On the other hand, Al—N bonds were hardly confirmed in the metal nitride containing titanium and aluminum formed by the sputtering method according to the present embodiment.
以上の結果から、本実施形態を用いた場合、アルミニウムと窒素との結合が抑制され、比抵抗の低い、チタンとアルミニウムを含有した金属窒化物が成膜可能である事が確認された。 From the above results, it was confirmed that when this embodiment is used, the bonding between aluminum and nitrogen is suppressed, and a metal nitride containing titanium and aluminum having a low specific resistance can be formed.
(第2の実施形態)
図5に第1の実施形態と異なる第2の実施形態を示す。本実施形態では、真空容器2と不活性ガス導入機構が第1の実施形態と異なる位置に接続されている。本実施形態では不活性ガスはメタルモードとするターゲット近傍に導入される。この様な構成にすることで、ターゲット近傍と真空容器2の空間には圧力勾配が形成される。このため、真空容器2の内部に拡散した反応性ガスが、メタルモードのターゲット近傍に混入するのを防ぐことが可能となる。なお、メタルモードとするターゲットに加え、ポイズンモードとするターゲットの近傍に不活性ガス導入部を設けても良い。
(Second Embodiment)
FIG. 5 shows a second embodiment different from the first embodiment. In this embodiment, the vacuum vessel 2 and the inert gas introduction mechanism are connected to positions different from those in the first embodiment. In this embodiment, the inert gas is introduced in the vicinity of the target that is set to the metal mode. By adopting such a configuration, a pressure gradient is formed in the vicinity of the target and in the space of the vacuum vessel 2. For this reason, it becomes possible to prevent the reactive gas diffused inside the vacuum vessel 2 from being mixed in the vicinity of the metal mode target. In addition to the target for the metal mode, an inert gas introduction part may be provided in the vicinity of the target for the poison mode.
1 成膜装置
2 真空容器
3 円筒状の防着部材
4a、4b ターゲット
5 バックプレート
6 ターゲットホルダー
7 基板ホルダー
8 排気ポート
10 基板
12 電源
13 ターゲットシャッター
14 ターゲットシャッター駆動機構
15 反応性ガス導入機構
16a、16b 反応性ガス導入部
17 不活性ガス導入機構
18 不活性ガス導入部
40 シールド
41 圧力計
42 ゲートバルブ
47 メインバルブ
48 ターボ分子ポンプ
49 ドライポンプ
63 記憶装置
100 主制御部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Film-forming apparatus 2 Vacuum container 3 Cylindrical adhesion prevention member 4a, 4b Target 5 Back plate 6 Target holder 7 Substrate holder 8 Exhaust port 10 Substrate 12 Power supply 13 Target shutter 14 Target shutter drive mechanism 15 Reactive gas introduction mechanism 16a, 16b Reactive gas introduction part 17 Inert gas introduction mechanism 18 Inert gas introduction part 40 Shield 41 Pressure gauge 42 Gate valve 47 Main valve 48 Turbo molecular pump 49 Dry pump 63 Storage device 100 Main control part
Claims (7)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010291234A JP5661452B2 (en) | 2010-12-27 | 2010-12-27 | Sputtering method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010291234A JP5661452B2 (en) | 2010-12-27 | 2010-12-27 | Sputtering method |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2012136756A JP2012136756A (en) | 2012-07-19 |
JP2012136756A5 JP2012136756A5 (en) | 2014-01-09 |
JP5661452B2 true JP5661452B2 (en) | 2015-01-28 |
Family
ID=46674400
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2010291234A Active JP5661452B2 (en) | 2010-12-27 | 2010-12-27 | Sputtering method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5661452B2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2020197892A1 (en) | 2019-03-22 | 2020-10-01 | Applied Materials, Inc. | Method and apparatus for deposition of metal nitrides |
US11778926B2 (en) | 2019-03-22 | 2023-10-03 | Applied Materials, Inc. | Method and apparatus for deposition of multilayer device with superconductive film |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102081748B1 (en) * | 2012-08-09 | 2020-02-26 | 가부시키가이샤 아루박 | Film formation method and film formation device |
US9929310B2 (en) | 2013-03-14 | 2018-03-27 | Applied Materials, Inc. | Oxygen controlled PVD aluminum nitride buffer for gallium nitride-based optoelectronic and electronic devices |
TWI815945B (en) * | 2018-08-10 | 2023-09-21 | 美商應用材料股份有限公司 | Multicathode deposition system |
US11211230B2 (en) * | 2019-04-22 | 2021-12-28 | Applied Materials, Inc. | Gas flow system |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3866615B2 (en) * | 2002-05-29 | 2007-01-10 | 株式会社神戸製鋼所 | Reactive sputtering method and apparatus |
JP4740575B2 (en) * | 2004-11-01 | 2011-08-03 | 株式会社ユーテック | Opposing target type sputtering apparatus and opposing target type sputtering method |
JP2006130375A (en) * | 2004-11-02 | 2006-05-25 | Bridgestone Corp | Catalyst structure for storing and generating hydrogen and storage and generation method for hydrogen using it |
JP4761031B2 (en) * | 2005-08-03 | 2011-08-31 | セイコーエプソン株式会社 | Ferroelectric capacitor, method of manufacturing the same, and ferroelectric memory device |
JP4703349B2 (en) * | 2005-10-11 | 2011-06-15 | Okiセミコンダクタ株式会社 | Amorphous film deposition method |
US20100140083A1 (en) * | 2006-10-26 | 2010-06-10 | Hauzer Techno Coating Bv | Dual Magnetron Sputtering Power Supply And Magnetron Sputtering Apparatus |
-
2010
- 2010-12-27 JP JP2010291234A patent/JP5661452B2/en active Active
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2020197892A1 (en) | 2019-03-22 | 2020-10-01 | Applied Materials, Inc. | Method and apparatus for deposition of metal nitrides |
EP3942088A4 (en) * | 2019-03-22 | 2022-12-21 | Applied Materials, Inc. | Method and apparatus for deposition of metal nitrides |
US11739418B2 (en) | 2019-03-22 | 2023-08-29 | Applied Materials, Inc. | Method and apparatus for deposition of metal nitrides |
US11778926B2 (en) | 2019-03-22 | 2023-10-03 | Applied Materials, Inc. | Method and apparatus for deposition of multilayer device with superconductive film |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2012136756A (en) | 2012-07-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5661452B2 (en) | Sputtering method | |
JP5395255B2 (en) | Electronic device manufacturing method and sputtering method | |
JP4537479B2 (en) | Sputtering equipment | |
KR101067104B1 (en) | Film deposition apparatus, manufacturing method of electronic device | |
EP2530182B1 (en) | Film-forming method, film-forming apparatus, and apparatus for controlling the film-forming apparatus | |
KR101973879B1 (en) | Substrate processing apparatus | |
WO2011067820A1 (en) | Sputtering apparatus and method for manufacturing electronic device | |
WO2011117945A1 (en) | Sputtering device and manufacturing method for electronic device | |
WO2010044257A1 (en) | Sputtering apparatus, method for forming thin film, and method for manufacturing field effect transistor | |
JP4747802B2 (en) | Vacuum film forming method and vacuum film forming apparatus | |
KR20150126772A (en) | Film forming apparatus, exhausting apparatus, and exhausting method | |
KR20140027202A (en) | Improved method of controlling lithium uniformity | |
WO2022097539A1 (en) | Substrate processing method and substrate processing device | |
JP6037734B2 (en) | Room temperature bonding apparatus and room temperature bonding method | |
US10400327B2 (en) | Counter based time compensation to reduce process shifting in reactive magnetron sputtering reactor | |
JP6288083B2 (en) | Method for producing compound film | |
CN107710391B (en) | Method for etching multilayer film | |
JP2011132580A (en) | Film-forming apparatus and film-forming method | |
JP5632946B2 (en) | Shielding member | |
US20230175114A1 (en) | Sputtering apparatus and control method | |
US20150096881A1 (en) | Sputtering apparatus and sputtering method | |
US20240128075A1 (en) | Particle Reduction in Physical Vapor Deposition of Amorphous Silicon | |
TW202318920A (en) | Generating plasma in capacitively coupled plasma chamber with ion blocker plate | |
WO2006129671A1 (en) | Film forming apparatus and method | |
JP4855455B2 (en) | Copper thin film manufacturing method and sputtering apparatus used in the method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20131118 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20131118 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20140415 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20140603 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20140731 |
|
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: 20141118 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20141203 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5661452 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |