JPH05179438A - Sputtering device - Google Patents

Sputtering device

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Publication number
JPH05179438A
JPH05179438A JP35977691A JP35977691A JPH05179438A JP H05179438 A JPH05179438 A JP H05179438A JP 35977691 A JP35977691 A JP 35977691A JP 35977691 A JP35977691 A JP 35977691A JP H05179438 A JPH05179438 A JP H05179438A
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JP
Japan
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sample
target
region
electric field
plasma generation
Prior art date
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Pending
Application number
JP35977691A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroto Kanao
寛人 金尾
Takashi Akahori
孝 赤堀
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Filing date
Publication date
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Priority to JP35977691A priority Critical patent/JPH05179438A/en
Publication of JPH05179438A publication Critical patent/JPH05179438A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To enable uniform film formation on a stepped part having a high aspect ratio with satisfactory step coverage and to enable film formation with high efficiency of utilization of a target. CONSTITUTION:In this sputtering device, a target 4 is put in the boundary region between a plasma generating region 2 and a sample arranged region 3. The target 4 has plural holes or is composed of plural tubes so that the regions 2, 3 are allowed to communicate with each other. A means to apply a high-frequency or DC electric field to a sample holder and a mechanism for rotating the sample holder are arranged.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造におけ
る薄膜の形成装置、特に凹凸面を持つ半導体基板上に薄
膜を形成する装置であって、より詳しくは、半導体基板
上に配線材料、バリアメタルあるいは絶縁材料の薄膜を
形成するための装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for forming a thin film in the manufacture of a semiconductor device, and more particularly to an apparatus for forming a thin film on a semiconductor substrate having an uneven surface, and more specifically, a wiring material and a barrier on the semiconductor substrate. The present invention relates to an apparatus for forming a thin film of metal or insulating material.

【0002】[0002]

【従来の技術】LSI の高集積化に伴いデバイス構造が3
次元化し多層配線技術が用いられるようになってきてい
る。この多層配線技術においては段差部への成膜技術及
び成膜平坦化技術が重要である。特に、高集積化に伴い
配線構造のアスペクト比(深さ/幅)が増大し、微細で
かつアスペクト比の大きいスルーホール、コンタクトホ
ールへの配線材料の埋め込み技術及び層間絶縁膜の成膜
平坦化技術が重要となっている。
2. Description of the Related Art With the high integration of LSIs, the device structure has become 3
It is becoming more and more dimensional to use multilayer wiring technology. In this multi-layer wiring technique, a film forming technique on the step portion and a film forming flattening technique are important. In particular, the aspect ratio (depth / width) of the wiring structure is increased with the increase in the degree of integration, and the technology of burying the wiring material in the through holes and contact holes, which are fine and have a large aspect ratio, and the flattening of the interlayer insulating film. Technology is important.

【0003】この埋め込み技術、平坦化技術の一つとし
て、バイアススパッタ法が知られている。図4は従来の
平行平板型バイアススパッタ装置の模式的縦断面図であ
る。配線材料であるAlのコンタクトホールの埋め込みは
以下のように行われる。反応室31内の試料台32に試料S
を載置し、反応室1内を図示せざる排気系により真空に
排気し、ガス導入系36よりArガスを導入しAlターゲット
33に高周波電源35により高周波電界を付加しプラズマを
生成しターゲット33をスパッタし試料SにAlを成膜す
る。
The bias sputtering method is known as one of the embedding technology and planarization technology. FIG. 4 is a schematic vertical sectional view of a conventional parallel plate type bias sputtering apparatus. The filling of the contact hole of Al, which is the wiring material, is performed as follows. The sample S is placed on the sample table 32 in the reaction chamber 31.
The reaction chamber 1 is evacuated to a vacuum by an unillustrated exhaust system, and Ar gas is introduced from the gas introduction system 36 to place an Al target.
A high frequency electric field is applied to 33 by a high frequency power supply 35 to generate plasma, a target 33 is sputtered, and Al is deposited on the sample S.

【0004】試料台32にも高周波電源34により高周波電
界が印加されているため、Arイオンは試料Sにも入射す
る。そのため試料S上に付着したAl原子のうち、イオン
の入射角が大きな部分に付着したAl原子は再スパッタさ
れ、高周波電界を印加しない場合にくらべステップカバ
レッジ良く成膜する。また絶縁膜SiO2 の平坦化はター
ゲット33としてSiO2 を用いることにより行われる。こ
の場合も同様に、試料台に加えられる高周波電界により
Arイオンは試料Sに入射し、ArイオンによるSiO2 膜の
エッチング速度が基板に平行な面を持つ部分よりも傾斜
した部分の方が速いためSiO2 膜表面が平坦化されるの
である。
Since a high frequency electric field is applied to the sample stage 32 by the high frequency power source 34, Ar ions also enter the sample S. Therefore, among the Al atoms attached to the sample S, the Al atoms attached to the portion where the incident angle of the ion is large are re-sputtered, and the film is formed with good step coverage as compared with the case where the high frequency electric field is not applied. The flattening of the insulating film SiO 2 is performed by using SiO 2 as the target 33. In this case as well, due to the high-frequency electric field applied to the sample table,
Ar ions are incident on the sample S, and the etching rate of the SiO 2 film by Ar ions is higher in the inclined portion than in the portion having the surface parallel to the substrate, so that the surface of the SiO 2 film is flattened.

【0005】しかし、この平行平板型の装置は、スルー
ホール・コンタクトホールの配線材料の埋め込みまた絶
縁膜の平坦化においては、ともにアスペクト比 (深さ/
幅)が大きくなるとステップカバレッジが悪くなりボイ
ドを生じるという問題がある。これは動作圧力が高いた
めにターゲットよりスパッタされた粒子が途中で衝突し
段差に対し斜めに入射するためである。試料台に加えら
れる高周波電界による再スパッタではステップカバレッ
ジの回復が不十分になる。
However, in the parallel plate type device, the aspect ratio (depth / depth /
If the (width) becomes large, there is a problem that the step coverage deteriorates and a void is generated. This is because, since the operating pressure is high, the particles sputtered from the target collide on the way and are obliquely incident on the step. Resputtering due to the high-frequency electric field applied to the sample stage results in insufficient recovery of step coverage.

【0006】これに対して、マイクロ波を用いてECR(電
子サイクロトロン共鳴) を利用したECR バイアススパッ
タ装置 (特開昭61-218134 号) が提案されている。図5
は従来のECR バイアススパッタ装置の模式的縦断面図で
ある。プラズマ生成室41と試料Sを配置する試料室42か
らなり、両者の間にプラズマ引出窓43を設け、このプラ
ズマ引出窓の周囲に円筒状のターゲット44を配置してい
る。またターゲット44には負の直流電源50が、試料Sを
載置する試料台には高周波電源49が接続されている。
On the other hand, there has been proposed an ECR bias sputtering apparatus (Japanese Patent Laid-Open No. 61-218134) which utilizes ECR (electron cyclotron resonance) using microwaves. Figure 5
FIG. 4 is a schematic vertical sectional view of a conventional ECR bias sputtering apparatus. It comprises a plasma generation chamber 41 and a sample chamber 42 in which the sample S is arranged, a plasma extraction window 43 is provided between them, and a cylindrical target 44 is arranged around the plasma extraction window. A negative DC power source 50 is connected to the target 44, and a high frequency power source 49 is connected to the sample table on which the sample S is placed.

【0007】このECR バイアススパッタ装置の動作につ
いて説明する。まずプラズマ生成室41、試料室42を図示
せざる排気系により真空に排気し、プラズマ生成室41内
にガス導入系47を通じてAr等を導入する。励磁コイル46
によりプラズマ生成室内41にECR に必要な磁界を形成
し、導波管45を介してマイクロ波を導入しプラズマ生成
室41内にプラズマを生成する。この生成したプラズマは
励磁コイルによる発散磁界により試料室42内に引き出さ
れ、途中円筒状のターゲット44をスパッタする。発生し
たスパッタ粒子は試料S上に導かれ薄膜を形成するので
ある。この薄膜形成時に試料台に高周波電界を印加する
ことにより、ステップカバレッジは向上する。
The operation of this ECR bias sputtering apparatus will be described. First, the plasma generation chamber 41 and the sample chamber 42 are evacuated to a vacuum by an unillustrated exhaust system, and Ar or the like is introduced into the plasma generation chamber 41 through a gas introduction system 47. Excitation coil 46
Thus, a magnetic field required for ECR is formed in the plasma generation chamber 41, and microwaves are introduced through the waveguide 45 to generate plasma in the plasma generation chamber 41. The generated plasma is drawn into the sample chamber 42 by the divergent magnetic field generated by the exciting coil and sputters the cylindrical target 44 on the way. The generated sputtered particles are introduced onto the sample S to form a thin film. The step coverage is improved by applying a high frequency electric field to the sample stage when forming this thin film.

【0008】このようなECR スパッタ装置においては、
平行平板型の装置に比べ、低ガス圧で動作することが可
能であるためスパッタされた粒子は指向性が良く、スル
ーホール・コンタクトホールの埋め込みにおいても、ア
スペクト比 (深さ/幅) が1以上の場合においてもステ
ップカバレッジ良く成膜することが可能である。またプ
ラズマ生成電力とスパッタ電力が独立しているため、タ
ーゲット44への衝突イオン数とプラズマエネルギーを独
立に制御できるために、ターゲット44の材質に適したス
パッタ条件の設定が可能である。
In such an ECR sputtering apparatus,
Compared to the parallel plate type device, it is possible to operate at a lower gas pressure, so the sputtered particles have better directivity, and the aspect ratio (depth / width) is 1 even when burying through holes and contact holes. Even in the above cases, it is possible to form a film with good step coverage. Further, since the plasma generation power and the sputtering power are independent, the number of ions bombarding the target 44 and the plasma energy can be controlled independently, so that the sputtering conditions suitable for the material of the target 44 can be set.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来のECR バイアススパッタ装置は、従来のECR スパッタ
装置に共通する問題を有している。即ち、ターゲットの
口径が大きいため、ターゲットから飛び出したスパッタ
粒子は試料外へ飛ぶものも多いために試料に付着する割
合が低く、またターゲットの口径の大きさに比べ表面積
が小さいためターゲットの利用効率が悪く、更にターゲ
ットの位置が試料Sの周縁部にあるために成膜の面内均
一性も悪い等の問題である。本発明はこのような問題点
を解決することを目的とするものであり、高アスペクト
比に対応し、均一な成膜が可能で、しかもターゲットの
利用効率が高い装置を提供することにある。
However, this conventional ECR bias sputtering apparatus has a problem common to the conventional ECR sputtering apparatus. That is, since the target has a large diameter, sputtered particles that have jumped out of the target often fly out of the sample, so the rate of attachment to the sample is low, and because the surface area is smaller than the size of the target, the utilization efficiency of the target is low. However, since the target is located at the peripheral portion of the sample S, the in-plane uniformity of film formation is also poor. An object of the present invention is to solve such a problem, and it is an object of the present invention to provide an apparatus which is compatible with a high aspect ratio, can form a uniform film, and has high target utilization efficiency.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明者は先に、ECR ス
パッタ装置において、プラズマ生成領域と試料配置領域
とを連通する複数の孔を有するターゲットを用いる、あ
るいはプラズマ生成領域と試料配置領域とを連通する複
数の筒体でターゲットを構成することによって、ターゲ
ットの利用効率を高くすることができるとともに、高い
成膜速度で指向性、均一性が良く成膜できることを発見
し、この知見をもとに特許出願を行った。 (特願平3-26
7237号)
The present inventor has previously used a target having a plurality of holes for communicating the plasma generation region and the sample placement region in the ECR sputtering apparatus, or the plasma generation region and the sample placement region. By constructing the target with multiple cylinders communicating with each other, it was found that the utilization efficiency of the target can be increased, and the directivity and uniformity can be formed at a high film forming speed. And applied for a patent. (Japanese Patent Application No. 3-26
(No. 7237)

【0011】そして、この知見を生かして、ECR バイア
ススパッタ装置の主な問題点である均一性、ターゲット
利用効率を改善することを試みた。すなわち、ECR バイ
アススパッタ装置にこの改良型のターゲットを用いた
が、この改良型ターゲットを組み込んだECR スパッタ装
置の試料台に単純に高周波又は直流電界を加えた場合、
試料上のプラズマ密度分布はターゲットの陰になるか否
かで若干異なるために、試料台に高周波又は直流電界を
加えた時に生じるバイアス電位が試料内の位置により異
なるという結果となり、もって試料の位置により成膜速
度・ステップカバレッジが異なるという別の問題が生じ
ることがわかった。
Based on this knowledge, the inventors attempted to improve the uniformity and target utilization efficiency, which are the main problems of the ECR bias sputtering apparatus. That is, although this improved target was used in the ECR bias sputtering device, if a high frequency or DC electric field was simply applied to the sample stage of the ECR sputtering device incorporating this improved target,
Since the plasma density distribution on the sample is slightly different depending on whether it is behind the target or not, the result is that the bias potential generated when a high frequency or DC electric field is applied to the sample stage varies depending on the position within the sample. It was found that the other problem that the film forming speed and the step coverage are different caused by.

【0012】本発明者は、試料台に高周波又は直流電界
を加えると同時に試料台を回転すると、試料に加わるバ
イアス電位が均一化されるので、アスペクト比の高い構
造に対してもステップカバレッジ良く成膜できることを
見いだしこれを解決した。すなわち、本発明は、次の通
りである。
The present inventor applies a high frequency or direct current electric field to the sample stage, and at the same time rotates the sample stage, the bias potential applied to the sample is made uniform, so that the step coverage can be formed with good step coverage even for a structure having a high aspect ratio. I found that I could make a film and solved it. That is, the present invention is as follows.

【0013】(1) マイクロ波による電界と電磁コイル又
は永久磁石による磁界とを利用してプラズマを発生させ
るプラズマ発生領域と、試料を載置する試料台を備えた
試料配置領域と、前記プラズマ発生領域と前記試料配置
領域との間にターゲット支持体に支持されたターゲット
とを具備するスパッタ装置において、前記ターゲット
は、前記プラズマ発生領域と前記試料配置領域とを連通
する複数の孔を有し、前記試料台に高周波電界又は直流
電界を加える手段及び前記試料台を回転させる回転機構
を有することを特徴とするスパッタ装置。
(1) A plasma generation region for generating plasma by using an electric field generated by microwaves and a magnetic field generated by an electromagnetic coil or a permanent magnet; a sample arrangement region provided with a sample stage for mounting a sample; In a sputtering device comprising a target supported by a target support between the region and the sample placement region, the target has a plurality of holes that communicate the plasma generation region and the sample placement region, A sputtering apparatus comprising: a means for applying a high frequency electric field or a direct current electric field to the sample stage and a rotating mechanism for rotating the sample stage.

【0014】(2) マイクロ波による電界と電磁コイル又
は永久磁石による磁界とを利用してプラズマを発生させ
るプラズマ発生領域と、試料を載置する試料台を備えた
試料配置領域と、前記プラズマ発生領域と前記試料配置
領域との間にターゲット支持体に支持されたターゲット
とを具備するスパッタ装置において、前記ターゲットは
前記プラズマ発生領域と前記試料配置領域とを連通する
複数の筒体で構成されており、前記試料台に高周波電界
又は直流電界を加える手段、及び前記試料台を回転させ
る回転機構を有することを特徴とするスパッタ装置。
(2) A plasma generation region for generating plasma by using an electric field generated by microwaves and a magnetic field generated by an electromagnetic coil or a permanent magnet; a sample arrangement region provided with a sample stage for mounting a sample; In a sputtering apparatus including a target supported by a target support between the region and the sample placement region, the target is composed of a plurality of cylinders that communicate the plasma generation region and the sample placement region. And a means for applying a high frequency electric field or a direct current electric field to the sample stage, and a rotating mechanism for rotating the sample stage.

【0015】[0015]

【作用】ターゲットがプラズマ生成領域と試料配置領域
とを連通する複数の孔を有する場合 (図2) あるいはタ
ーゲットがプラズマ生成領域と試料配置領域とを連通す
る複数の筒体で構成されている場合 (図3) の効果を、
複数の孔を有する場合で代表して説明する。図6はター
ゲットよりスパッタされた粒子の軌跡の方向を簡単に示
したものである。図6(a) は従来のECR スパッタ装置の
ターゲットの場合、図6(b) は本発明の複数の孔を有す
るターゲットの場合である。この図より本発明の複数の
孔を有するターゲットの方がスパッタ粒子の指向性が高
くなり、試料に入射する確率も高くなることがわかる。
また単位長さ当たりのターゲットの表面積も1つ1つの
孔の表面積は小さいが個数が多いことにより全体として
大きくなっており、ターゲットの利用効率が高くなって
いる。また、従来のスパッタ装置に比べターゲットの有
する孔の位置と大きさを組み合わせることにより、試料
上での成膜速度の均一化が可能である。
When the target has a plurality of holes that connect the plasma generation region and the sample placement region (FIG. 2), or when the target is composed of a plurality of cylinders that connect the plasma generation region and the sample placement region. (Fig. 3)
The case where a plurality of holes are provided will be described as a representative. FIG. 6 simply shows the directions of the trajectories of particles sputtered from the target. FIG. 6 (a) shows the case of the target of the conventional ECR sputtering apparatus, and FIG. 6 (b) shows the case of the target having a plurality of holes of the present invention. From this figure, it is understood that the target having a plurality of holes of the present invention has a higher directivity of sputtered particles and a higher probability of being incident on the sample.
Also, the surface area of the target per unit length is large because the surface area of each hole is small but the number of holes is large, and the utilization efficiency of the target is high. Further, by combining the position and size of the holes of the target as compared with the conventional sputtering apparatus, it is possible to make the film forming rate uniform on the sample.

【0016】さらに、高周波又は直流電界を試料台に加
えることにより、イオンを試料に入射させる。これによ
り試料S上に付着したスパッタ粒子のうち、イオンの入
射角が大きな部分に付着したスパッタ粒子を再スパッタ
し側壁部に再付着させ、ステップカバレッジを向上させ
るのである。
Further, by applying a high frequency or direct current electric field to the sample stage, the ions are made incident on the sample. As a result, among the sputtered particles adhered on the sample S, the sputtered particles adhered to a portion having a large ion incident angle are re-sputtered and re-adhered to the side wall portion to improve the step coverage.

【0017】しかし、本来このターゲットのECR スパッ
タ装置は非常に均一に成膜できるものではあるが、高周
波又は直流電界を加えた時にはこの均一性が悪化する。
それは、ターゲットの形状に対して試料上で陰になるか
否かで若干のプラズマの分布の変化がありこれが高周波
電界等を加えたとき位置によるバイアス電位の違いとな
って強調され、これが成膜速度及びステップカバレッジ
の分布の均一性の悪化となって現れるためである。即ち
ターゲットの陰になる部分はプラズマ密度が小さいた
め、試料に飛び込むイオンの量が少なく、またバイアス
電位が小さくなるために、スパッタ粒子による成膜は進
むが、再スパッタが減るために、成膜速度は速いがステ
ップカバレッジに劣り、逆に、陰でない部分は、成膜速
度は遅いがステップカバレッジが良いという結果になる
ためである。これを、試料台を回転をしながら高周波又
は直流電界を加えることにより、バイアス電位の分布を
均一化し均一性の悪化を防ぐのである。
However, although the ECR sputtering apparatus for this target is originally capable of forming a very uniform film, this uniformity deteriorates when a high frequency or DC electric field is applied.
This is because there is a slight change in the plasma distribution depending on whether it is shaded on the sample with respect to the shape of the target, and this is emphasized as a difference in bias potential depending on the position when a high frequency electric field is applied. This is because the uniformity of speed and step coverage distribution deteriorates. That is, since the plasma density of the shadow area of the target is low, the amount of ions jumping into the sample is small and the bias potential is small, so film formation by sputtered particles proceeds, but resputtering decreases, so film formation is reduced. This is because the speed is high but the step coverage is inferior, and conversely, the non-shadowed portion has a low film formation speed but good step coverage. By applying a high frequency or a DC electric field to the sample while rotating the sample table, the bias potential distribution is made uniform and deterioration of the uniformity is prevented.

【0018】[0018]

【実施例】以下に本発明の実施例を図面に基づき具体的
に説明する。図1は本発明の一実施例であるスパッタ装
置の模式的断面図であり、図中1は反応容器を示してい
る。反応容器1は内部にECR プラズマ発生領域2と、試
料Sを載置する試料台12を配置する試料配置領域3から
なっており、両者の境界部分にはターゲット4が配設さ
れている。
Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a sputtering apparatus which is an embodiment of the present invention, in which 1 denotes a reaction vessel. The reaction container 1 is composed of an ECR plasma generation region 2 and a sample placement region 3 in which a sample stand 12 on which a sample S is placed is placed, and a target 4 is placed at the boundary between the two.

【0019】プラズマ発生領域2の上部には導波管5を
介してマイクロ波発振器6が接続される構成になってい
る。さらに反応容器の上部の周囲には磁場を発生するた
めの励磁コイル7が、また反応容器の上部には反応容器
内にガスを供給するためのガス導入系8が配設されてい
る。そして、試料配置領域内には電極13を有する試料台
12が配設され、この電極13には高周波電源14が、試料台
12には試料台12を回転させるための駆動用モータ15が接
続されている。また、試料配置領域の周囲壁にもガス導
入系9が接続されている。ターゲット4にはイオンを引
き込むための直流電源10が接続されている。ターゲット
4の上部にはターゲットの上面が不必要なスパッタを受
けないようにプラズマ遮蔽板11が配設されている。
A microwave oscillator 6 is connected to the upper portion of the plasma generation region 2 via a waveguide 5. Further, an exciting coil 7 for generating a magnetic field is arranged around the upper part of the reaction container, and a gas introduction system 8 for supplying gas into the reaction container is arranged on the upper part of the reaction container. Then, the sample table having the electrode 13 in the sample placement area
12 is provided, and a high frequency power source 14 is connected to this electrode 13
A drive motor 15 for rotating the sample table 12 is connected to the sample 12. The gas introduction system 9 is also connected to the peripheral wall of the sample placement area. A DC power supply 10 for drawing ions is connected to the target 4. A plasma shielding plate 11 is arranged above the target 4 so that the upper surface of the target does not receive unnecessary spatter.

【0020】次に動作について説明する。反応容器1を
図示せざる排気系に排気しArガスをガス導入系8より反
応器1に導入し所定の真空度に設定する。試料Sを試料
台12に載置し駆動モータ15にて試料台12を回転させる。
そして、プラズマ発生領域2の圧力が、10-4〜10-2Torr
の圧力領域において、励磁コイル7によりプラズマ発生
領域にECR(電子サイクロトロン共鳴) に必要な磁場を発
生させ、マイクロ波発生源6からマイクロ波を導波管5
を介してプラズマ生成領域2に導入し、ECR によりプラ
ズマを生成する。このプラズマ中のArイオンは発散磁界
により試料方向に引き出され、ターゲット4に付加され
た直流電源による負の電位により、Arイオンはターゲッ
ト4に引き寄せられ、ターゲット4をスパッタし試料S
上に薄膜を形成させる。そしてこの薄膜形成の際、試料
台電極13に高周波電界を印加することにより再スパッタ
を同時に行うことにより、ステップカバレッジ良く薄膜
を形成するのである。
Next, the operation will be described. The reaction vessel 1 is evacuated to an unillustrated exhaust system, Ar gas is introduced into the reactor 1 from the gas introduction system 8, and a predetermined degree of vacuum is set. The sample S is placed on the sample table 12, and the sample motor 12 is rotated by the drive motor 15.
The pressure in the plasma generation region 2 is 10 −4 to 10 −2 Torr.
In the pressure region of, the magnetic field required for ECR (electron cyclotron resonance) is generated in the plasma generation region by the excitation coil 7, and the microwave is generated from the microwave generation source 6 in the waveguide 5
It is introduced into the plasma generation region 2 via and the plasma is generated by ECR. Ar ions in this plasma are extracted toward the sample by the divergent magnetic field, and due to the negative potential of the DC power source added to the target 4, the Ar ions are attracted to the target 4 and sputter the target 4 to sputter the sample S.
Form a thin film on top. When this thin film is formed, a high frequency electric field is applied to the sample base electrode 13 to perform resputtering at the same time, thereby forming a thin film with good step coverage.

【0021】次にAlターゲットを用いた、試料であるSi
基板上のSiO2 コンタクトホールの埋め込みについて具
体的に説明する。ターゲットとしては、図2の複数の孔
を有するものを用いた。試料であるSi基板Sを試料台12
上に載置し、試料台12を5rpm で回転した。そして、Ar
ガスを43sccmの流量でプラズマ発生領域2にガス導入系
8を通じて導入し、プラズマ発生領域2内の圧力を1×
10-3Torrに設定した。そして励磁コイル7によりECR に
必要な磁場を印加し、マイクロ波電力 (周波数2.45GHz)
を2.0kW導入し、ECR によりプラズマを発生させスパッ
タ成膜をおこなった。Alターゲット4には直流電源10に
より−600Vの電圧を印加した。試料台には高周波電力(1
3.56MHz)を150W印加した。
Next, a sample of Si using an Al target was used.
The filling of the SiO 2 contact hole on the substrate will be specifically described. A target having a plurality of holes shown in FIG. 2 was used as the target. Si sample S, which is a sample, is mounted on the sample stand 12
It was placed on top and the sample stage 12 was rotated at 5 rpm. And Ar
Gas is introduced into the plasma generation region 2 through the gas introduction system 8 at a flow rate of 43 sccm, and the pressure in the plasma generation region 2 is set to 1 ×.
Set to 10 -3 Torr. Then, the magnetic field required for ECR is applied by the excitation coil 7, and the microwave power (frequency 2.45 GHz)
Was introduced at 2.0 kW and plasma was generated by ECR to perform sputter deposition. A voltage of −600 V was applied to the Al target 4 by the DC power supply 10. High frequency power (1
(3.56 MHz) was applied at 150 W.

【0022】図7はこれにより得られた薄膜の成膜速度
の面内分布を示すものである。縦軸は成膜速度 (Å/mi
n)、横軸は中心からの位置(mm)である。図中○はX軸方
向の分布を、図中□はY軸方向の分布を示している。X
軸は図2のターゲットのXX′方向であり、Y軸はそれ
に垂直な方向であり、原点は試料の中心である。試料の
面内の成膜速度の均一性はX軸、Y軸方向夫々±4.6
%, ±4.2 %であった。
FIG. 7 shows the in-plane distribution of the deposition rate of the thin film thus obtained. The vertical axis is the film formation rate (Å / mi
n), the horizontal axis is the position (mm) from the center. In the figure, ◯ indicates the distribution in the X axis direction, and □ in the figure indicates the distribution in the Y axis direction. X
The axis is the XX 'direction of the target in FIG. 2, the Y axis is the direction perpendicular to it, and the origin is the center of the sample. The uniformity of the film formation rate within the surface of the sample is ± 4.6 in the X-axis and Y-axis directions, respectively.
%, ± 4.2%.

【0023】図8は試料台に高周波電力を150W印加した
が、試料台を回転しなかった場合の結果である。面内の
成膜速度の均一性はX軸、Y軸方向夫々±4.8 %, ±9.
8 %であった。Y軸方向の均一性が悪くなったのは、Y
軸方向のY=25mm付近がターゲットの陰であるために、
成膜速度が速くなっているためである。この2つの結果
より、回転を加えることにより面内分布の均一性が悪化
することを防ぐことができたことがわかる。
FIG. 8 shows the results when 150 W of high frequency power was applied to the sample table but the sample table was not rotated. The uniformity of the in-plane deposition rate is ± 4.8% in the X-axis direction and ± 9% in the Y-axis direction.
It was 8%. The reason why the uniformity in the Y-axis direction deteriorated is that
Since Y = 25mm in the axial direction is the shadow of the target,
This is because the film forming speed is increasing. From these two results, it can be seen that it was possible to prevent the uniformity of the in-plane distribution from being deteriorated by applying rotation.

【0024】図9、図10、図11は改良型ターゲット
を用いた装置において、本発明の試料台に高周波を印加
しつつ試料台を回転する場合、従来の試料台に高周波印
加しない場合、試料台に高周波は印加するが試料台を回
転しない場合、の夫々の場合に得られたコンタクトホー
ル部の断面を示す図である。夫々(a),(b) はX=25mm,
Y=25mmの位置のものである。また加えた高周波電力は
150Wであった。この結果より高周波電界を印加すること
によりステップカバレッジが改善されることが、また試
料台を回転することにより面内分布の均一性が改善する
ことがわかる。
FIGS. 9, 10, and 11 show an apparatus using an improved target, in which the sample stage is rotated while the high frequency is applied to the sample stage of the present invention, when the high frequency is not applied to the conventional sample stage, It is a figure which shows the cross section of the contact hole part obtained in each case when a high frequency is applied to a stand but a sample stand is not rotated. For each of (a) and (b), X = 25mm,
It is at the position of Y = 25 mm. The high frequency power added is
It was 150W. From this result, it is understood that the step coverage is improved by applying the high frequency electric field, and the uniformity of the in-plane distribution is improved by rotating the sample stage.

【0025】またこれらの結果より、従来のECR バイア
ススパッタ装置に比べ、均一性及びステップカバレッジ
が向上した、ことがわかる。なお、本実施例は、磁場発
生手段として励磁コイルを用いたが、コイルの代わりに
永久磁石を用いても良い。また、本実施例はECR の場合
であるが、特にECRとしなくとも、磁場を加えることに
おいてプラズマ発生の低圧力化は可能であり、その低圧
力化による効果がある。
From these results, it can be seen that the uniformity and step coverage are improved as compared with the conventional ECR bias sputtering apparatus. Although the exciting coil is used as the magnetic field generating means in this embodiment, a permanent magnet may be used instead of the coil. Further, although the present embodiment is the case of ECR, it is possible to reduce the pressure of plasma generation by applying a magnetic field without particularly using ECR, and there is an effect due to the reduction of pressure.

【0026】また、試料台に加える高周波電界の周波数
として13.56MHzを用いたが、試料にバイアス電位を与え
られる周波数であれば良く、他の周波数2MHz,400kHz等
を用いても効果は得られる。また、試料台の回転数とし
て5rpm を用いたが、他の回転数でもよく、また回転角
度についても、試料上の点から見て、ターゲットが対称
となる回転角度 (本実施例では30°) の往復回転でも良
い。回転の中心に関しても、試料中心でなくても良く、
逆に回転の中心をずらすことはバイアス電位の均一化に
関して効果的である。
Further, although 13.56 MHz is used as the frequency of the high frequency electric field applied to the sample stage, any frequency may be used as long as a bias potential can be applied to the sample, and the effect can be obtained by using other frequencies such as 2 MHz and 400 kHz. Further, although 5 rpm was used as the rotation speed of the sample stage, other rotation speeds may be used, and the rotation angle may be a rotation angle at which the target is symmetric from the point on the sample (30 ° in this embodiment). The reciprocating rotation of is also acceptable. The center of rotation does not have to be the center of the sample,
On the contrary, shifting the center of rotation is effective for equalizing the bias potential.

【0027】なお、本実施例はAlのコンタクトホール埋
め込みであり、ターゲットとしてAlを用いたが、これ以
外の材料の薄膜作成に用いるために、ターゲットとして
Al以外の他の材料、例えばAl合金 (Ai−Si−Cu),Cu,
W,WSi2 ,Ti, TiN,TiSi2 ,TiW,Ta, Si、SiO2
等)を用いても良く、またこれらのターゲットととも
に、プラズマ発生領域に導入するガスをAr+O2 とする
と、上記のターゲット材料の酸化物、例えばAlターゲッ
トの場合にはAl2 3 、Siターゲットの場合にはSi
2 、Taターゲットの場合にはTa2 5 の薄膜が形成で
きる。同様にしてAr+N2 又はAr+NH3 を導入した場
合には、Alターゲットの場合にはAlN、Siターゲットの
場合にはSi3 4 、Tiターゲットの場合にはTiNの薄膜
を形成しうる。
In this embodiment, the contact hole was filled with Al, and Al was used as the target. However, since it was used for forming a thin film of a material other than this, the target was used.
Other materials than Al, such as Al alloy (Ai-Si-Cu), Cu,
W, WSi 2 , Ti, TiN, TiSi 2 , TiW, Ta, Si, SiO 2
Etc.), and if the gas introduced into the plasma generation region together with these targets is Ar + O 2 , then oxides of the above target materials, such as Al 2 O 3 in the case of Al targets, and Si targets In case Si
In the case of O 2 or Ta target, a thin film of Ta 2 O 5 can be formed. Similarly, when Ar + N 2 or Ar + NH 3 is introduced, it is possible to form a thin film of AlN in the case of an Al target, Si 3 N 4 in the case of a Si target, and TiN in the case of a Ti target.

【0028】[0028]

【発明の効果】以上の如く本発明装置にあっては、ター
ゲットがプラズマ生成領域と試料配置領域とを連通する
複数の孔を有するため、あるいはターゲットがプラズマ
生成領域と試料配置領域とを連通する複数の筒体で構成
されているため、ターゲットの利用効率が高く、高い成
膜速度で成膜することが可能であり、さらに試料台を回
転しながら高周波あるいは直流電界を加えられる構造と
したために、成膜速度の均一性を落とすことなくステッ
プカバレッジの良い成膜を行うことが可能となる。
As described above, in the apparatus of the present invention, the target has a plurality of holes that connect the plasma generation region and the sample placement region, or the target connects the plasma generation region and the sample placement region. Since it is composed of multiple cylinders, the target utilization efficiency is high, and it is possible to form a film at a high film formation rate. Furthermore, because the structure is such that a high frequency or DC electric field can be applied while rotating the sample stage. Thus, it is possible to form a film with good step coverage without lowering the uniformity of the film formation rate.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明実施例のスパッタ装置の模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram of a sputtering apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明実施例に用いられた複数の孔を有するタ
ーゲットの模式図であり、(a)上面図、(b) X−X′断
面図である。
FIG. 2 is a schematic view of a target having a plurality of holes used in an example of the present invention, (a) a top view, and (b) an XX ′ cross-sectional view.

【図3】本発明の他の実施例の複数の筒体からなるター
ゲットの模式図であり、(a) 上面図、(b) X−X′断面
図である。
FIG. 3 is a schematic view of a target composed of a plurality of cylinders according to another embodiment of the present invention, (a) a top view, and (b) an XX ′ cross-sectional view.

【図4】従来の平行平板型のバイアススパッタ装置の模
式図である。
FIG. 4 is a schematic view of a conventional parallel plate type bias sputtering apparatus.

【図5】従来のECR バイアススパッタ装置の模式図であ
る。
FIG. 5 is a schematic diagram of a conventional ECR bias sputtering apparatus.

【図6】スパッタされる粒子の飛翔する方向の模式図で
あり、(a) 従来型のターゲット、(b) 本発明のターゲッ
トである。
6A and 6B are schematic views of a flying direction of particles to be sputtered, (a) a conventional target and (b) a target of the present invention.

【図7】本発明の実施例における成膜速度の分布を示す
図である。
FIG. 7 is a diagram showing a distribution of a film forming rate in an example of the present invention.

【図8】本発明者の以前に提案したECR スパッタ装置に
おいて試料台に高周波電力のみを印加した場合の成膜速
度の分布を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a distribution of film formation rates when only high-frequency power is applied to the sample stage in the ECR sputtering apparatus previously proposed by the present inventor.

【図9】本発明の実施例におけるコンタクトホールの断
面を示す図であり、(a) X=25mmの位置、(b) Y=25mm
の位置である。
FIG. 9 is a diagram showing a cross section of a contact hole in an example of the present invention, where (a) X = 25 mm position, and (b) Y = 25 mm.
Is the position.

【図10】本発明者の以前に提案したECR スパッタ装置
におけるコンタクトホールの断面を示す図であり、(a)
X=25mmの位置、(b) Y=25mmの位置である。
FIG. 10 is a view showing a cross section of a contact hole in the ECR sputtering apparatus previously proposed by the present inventor, (a)
X = 25 mm position, (b) Y = 25 mm position.

【図11】本発明者の以前に提案したECR スパッタ装置
において試料台に高周波電力のみを印加した場合におけ
るコンタクトホールの断面を示す図であり、(a) X=25
mm位置、(b) Y=25mmの位置である。
FIG. 11 is a diagram showing a cross section of a contact hole when only high-frequency power is applied to the sample stage in the ECR sputtering apparatus previously proposed by the present inventor, and (a) X = 25.
mm position, (b) Y = 25 mm position.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 反応容器 2 プラズマ発生領域 3 試料配置領域 4 ターゲット 5 導波管 6 マイクロ波発振器 7 励磁コイル 8 ガス導入系 9 ガス導入系 10 直流電源 11 プラズマ遮蔽板 12 試料台 13 電極 14 高周波電源 15 駆動用モータ 21 複数の孔を有するターゲット 22 ターゲット単体 (孔) 23 ターゲット単体 (孔) 24 複数の筒体からなるターゲット 25 ターゲットケース 26 ターゲット筒体 27 ターゲット筒体 31 反応室 32 試料台 33 ターゲット 34 高周波電源 35 高周波電源 36 ガス導入系 41 プラズマ生成室 42 試料室 43 プラズマ引出窓 44 ターゲット 45 導波管 46 励磁コイル 47 ガス導入系 48 試料台 49 高周波電源 50 直流電源 1 Reaction Vessel 2 Plasma Generation Area 3 Sample Placement Area 4 Target 5 Waveguide 6 Microwave Oscillator 7 Excitation Coil 8 Gas Introduction System 9 Gas Introduction System 10 DC Power Supply 11 Plasma Shielding Plate 12 Specimen Base 13 Electrode 14 High Frequency Power Supply 15 For Driving Motor 21 Target with multiple holes 22 Target unit (hole) 23 Target unit (hole) 24 Target consisting of multiple cylinders 25 Target case 26 Target cylinder 27 Target cylinder 31 Reaction chamber 32 Sample stand 33 Target 34 High frequency power supply 35 High-frequency power supply 36 Gas introduction system 41 Plasma generation chamber 42 Sample chamber 43 Plasma extraction window 44 Target 45 Waveguide 46 Excitation coil 47 Gas introduction system 48 Sample stage 49 High-frequency power supply 50 DC power supply

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 マイクロ波による電界と電磁コイル又は
永久磁石による磁界とを利用してプラズマを発生させる
プラズマ発生領域と、 試料を載置する試料台を備えた試料配置領域と、 前記プラズマ発生領域と前記試料配置領域との間にター
ゲット支持体に支持されたターゲットとを具備するスパ
ッタ装置において、 前記ターゲットは、前記プラズマ発生領域と前記試料配
置領域とを連通する複数の孔を有し、前記試料台に高周
波電界又は直流電界を加える手段及び前記試料台を回転
させる回転機構を有することを特徴とするスパッタ装
置。
1. A plasma generation region in which plasma is generated using an electric field generated by microwaves and a magnetic field generated by an electromagnetic coil or a permanent magnet, a sample arrangement region including a sample stage on which a sample is mounted, and the plasma generation region. In a sputtering device comprising a target supported by a target support between the sample placement region and the sample placement region, the target has a plurality of holes communicating the plasma generation region and the sample placement region, A sputtering apparatus comprising: a means for applying a high frequency electric field or a direct current electric field to the sample stage and a rotating mechanism for rotating the sample stage.
【請求項2】 マイクロ波による電界と電磁コイル又は
永久磁石による磁界とを利用してプラズマを発生させる
プラズマ発生領域と、 試料を載置する試料台を備えた試料配置領域と、 前記プラズマ発生領域と前記試料配置領域との間にター
ゲット支持体に支持されたターゲットとを具備するスパ
ッタ装置において、 前記ターゲットは前記プラズマ発生領域と前記試料配置
領域とを連通する複数の筒体で構成されており、前記試
料台に高周波電界又は直流電界を加える手段、及び前記
試料台を回転させる回転機構を有することを特徴とする
スパッタ装置。
2. A plasma generation region in which plasma is generated using an electric field generated by microwaves and a magnetic field generated by an electromagnetic coil or a permanent magnet, a sample placement region including a sample stage on which a sample is mounted, and the plasma generation region. In a sputtering apparatus comprising a target supported by a target support between the sample placement region and the sample placement region, the target is composed of a plurality of cylinders that connect the plasma generation region and the sample placement region. A sputtering apparatus comprising: a means for applying a high frequency electric field or a direct current electric field to the sample stage; and a rotating mechanism for rotating the sample stage.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008060472A (en) * 2006-09-01 2008-03-13 Sumitomo Electric Ind Ltd Semiconductor laser, and manufacturing method thereof
WO2017112439A1 (en) * 2015-12-20 2017-06-29 Applied Materials, Inc. Methods and apparatus for processing a substrate

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008060472A (en) * 2006-09-01 2008-03-13 Sumitomo Electric Ind Ltd Semiconductor laser, and manufacturing method thereof
WO2017112439A1 (en) * 2015-12-20 2017-06-29 Applied Materials, Inc. Methods and apparatus for processing a substrate
US10431440B2 (en) 2015-12-20 2019-10-01 Applied Materials, Inc. Methods and apparatus for processing a substrate

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