JPH10204634A - マグネトロンカソードおよびこれを備えたメタル配線スパッタ装置 - Google Patents
マグネトロンカソードおよびこれを備えたメタル配線スパッタ装置Info
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- JPH10204634A JPH10204634A JP9007811A JP781197A JPH10204634A JP H10204634 A JPH10204634 A JP H10204634A JP 9007811 A JP9007811 A JP 9007811A JP 781197 A JP781197 A JP 781197A JP H10204634 A JPH10204634 A JP H10204634A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 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メタル配線ス
パッタ装置の提供。 【解決手段】 メタル配線スパッタ装置において、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するように
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、１０-2Ｐａ台の低圧でも、スパ
ッタされた粒子のイオン化率を高くできる構成としたマ
グネトロンカソードを設け、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
粒子が高アスペクト比の穴内に導入され、埋め込みが行
われるように構成する。
ペクト比の穴の埋め込みを効率よく行えるメタル配線ス
パッタ装置の提供。 【解決手段】 メタル配線スパッタ装置において、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するように
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、１０-2Ｐａ台の低圧でも、スパ
ッタされた粒子のイオン化率を高くできる構成としたマ
グネトロンカソードを設け、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
粒子が高アスペクト比の穴内に導入され、埋め込みが行
われるように構成する。
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および
該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。
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および
該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、単純なプレーナマグネトロンスパッタ
（図１及び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）、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）、
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) 328
5及びJ. Vac. Sci. Technol. B 12 (1994)449)などが用
いられてきた。
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、単純なプレーナマグネトロンスパッタ
（図１及び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）、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）、
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) 328
5及びJ. Vac. Sci. Technol. B 12 (1994)449)などが用
いられてきた。
【０００３】上記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。
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。
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、２
４は排気口、２５は低圧スパッタ用磁石、２６はＤＣ電
源である。
-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、２
４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。
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およびこの
装置に用いるのに適した誘導結合ＲＦプラズマ支援マグ
ネトロンカソードを提供することにある。
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およびこの
装置に用いるのに適した誘導結合ＲＦプラズマ支援マグ
ネトロンカソードを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の誘導結合ＲＦプ
ラズマ支援マグネトロンカソードは、プレーナマグネト
ロンターゲットの上に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の近傍のガス圧力を該カバー
の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、１０-2Ｐａ台の低圧でも、スパッタされた
粒子のイオン化率を高くできる構造を有する。
ラズマ支援マグネトロンカソードは、プレーナマグネト
ロンターゲットの上に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の近傍のガス圧力を該カバー
の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、１０-2Ｐａ台の低圧でも、スパッタされた
粒子のイオン化率を高くできる構造を有する。
【０００９】また、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、真空室に前記誘導結合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。
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、真空室に前記誘導結合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。
【００１０】本発明の誘導結合ＲＦプラズマ支援マグネ
トロンカソードの原理そのものは、特開平６−４１７３
９号公報に示されている。
トロンカソードの原理そのものは、特開平６−４１７３
９号公報に示されている。
【００１１】本発明の誘導結合ＲＦプラズマ支援マグネ
トロンカソードにおいて、スパッタ粒子のＲＦコイル放
電プラズマによるイオン化促進は以下のように考えられ
る。該カソードでは、ターゲットおよびＲＦコイルの周
囲がカソードカバーで覆われており、さらに該カバーの
内側でかつ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の表面に吹き付けるた
め、ターゲットおよびＲＦコイル近傍のガス圧力はカソ
ードカバーの外側の真空チャンバー内の圧力より１桁以
上高くできる。従って、カソードカバー内でのスパッタ
された粒子とＲＦプラズマガスとの衝突確率が高くなる
ので、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になる。
トロンカソードにおいて、スパッタ粒子のＲＦコイル放
電プラズマによるイオン化促進は以下のように考えられ
る。該カソードでは、ターゲットおよびＲＦコイルの周
囲がカソードカバーで覆われており、さらに該カバーの
内側でかつ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の表面に吹き付けるた
め、ターゲットおよびＲＦコイル近傍のガス圧力はカソ
ードカバーの外側の真空チャンバー内の圧力より１桁以
上高くできる。従って、カソードカバー内でのスパッタ
された粒子とＲＦプラズマガスとの衝突確率が高くなる
ので、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になる。
【００１２】そして、前記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
スロースパッタの特長を備えたまま、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。
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
スロースパッタの特長を備えたまま、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。
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穴
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。
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穴
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。
【００１５】図７に示すように、本発明のカソードは、
カソード電極４０の前面に設けられたターゲット４１お
よび該ターゲットの前方に設けられたＲＦコイル４２が
カソードカバー４３で覆われ、ガス導入用ノズル４４が
該カバーの内側でかつターゲットの近傍に設けられるよ
うな構成になっている。該ＲＦコイル４２は、その中心
軸が該ターゲットの中心と直交しており、その末端が高
周波電源４５およびマッチングボックス４６に接続され
ている。また、該ターゲット４１の背面には１組の永久
磁石４７が設けられ、該ターゲット４１にはＤＣ電源４
８が接続されている。図７において、４９は磁場を示
す。
カソード電極４０の前面に設けられたターゲット４１お
よび該ターゲットの前方に設けられたＲＦコイル４２が
カソードカバー４３で覆われ、ガス導入用ノズル４４が
該カバーの内側でかつターゲットの近傍に設けられるよ
うな構成になっている。該ＲＦコイル４２は、その中心
軸が該ターゲットの中心と直交しており、その末端が高
周波電源４５およびマッチングボックス４６に接続され
ている。また、該ターゲット４１の背面には１組の永久
磁石４７が設けられ、該ターゲット４１にはＤＣ電源４
８が接続されている。図７において、４９は磁場を示
す。
【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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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（ＢａＳ
ｒ）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。
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（ＢａＳ
ｒ）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。
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】本発明の誘導結合高周波プラズマ支援マ
グネトロンカソードおよびそれを備えたスパッタ装置に
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。
グネトロンカソードおよびそれを備えたスパッタ装置に
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。
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。
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。
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。
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。
するための概略側面図。
【図６】図５に示す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。
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】本発明のカソードの一実施例を示す概略側面
図。
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。
面図。
【図９】（ａ）本発明のカソードでスパッタされたＡｌ
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）本発明のカソードでスパッタされたＡｌ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）。
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）本発明のカソードでスパッタされたＡｌ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Ａｌ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）。
場合のＡｌ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。
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。
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。
１、１１、３１、５３ 基板ホルダー ２、１０、２
１、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
１、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
Claims (2)
- 【請求項１】 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
コイルの近傍のガス圧力を該カバーの外側の真空室内の
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台の低圧でも、スパッタされた粒子のイオン化率を
高くできる構造を有する誘導結合ＲＦプラズマ支援マグ
ネトロンカソード。 - 【請求項２】 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、１０-2Ｐａ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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP00781197A JP3949205B2 (ja) | 1997-01-20 | 1997-01-20 | 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 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP00781197A JP3949205B2 (ja) | 1997-01-20 | 1997-01-20 | 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 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10204634A true JPH10204634A (ja) | 1998-08-04 |
| JP3949205B2 JP3949205B2 (ja) | 2007-07-25 |
Family
ID=11675995
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP00781197A Expired - Lifetime JP3949205B2 (ja) | 1997-01-20 | 1997-01-20 | 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 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3949205B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2342927A (en) * | 1998-10-23 | 2000-04-26 | Trikon Holdings Ltd | Sputtering |
| JP2005500644A (ja) * | 2001-08-20 | 2005-01-06 | ハネウェル・インターナショナル・インコーポレーテッド | 磁気フィルムを堆積させる方法および装置 |
| US10215817B2 (en) | 2015-09-15 | 2019-02-26 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Insulated RF coil and magnetic resonance imaging apparatus including the same |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0816266B2 (ja) * | 1990-10-31 | 1996-02-21 | インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション | 高アスペクト比の穴に材料を付着させる装置 |
| JPH08302464A (ja) * | 1995-05-10 | 1996-11-19 | Ulvac Japan Ltd | スパッタリングカソード及びスパッタリング装置 |
-
1997
- 1997-01-20 JP JP00781197A patent/JP3949205B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0816266B2 (ja) * | 1990-10-31 | 1996-02-21 | インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション | 高アスペクト比の穴に材料を付着させる装置 |
| JPH08302464A (ja) * | 1995-05-10 | 1996-11-19 | Ulvac Japan Ltd | スパッタリングカソード及びスパッタリング装置 |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US6179974B1 (en) | 1998-10-23 | 2001-01-30 | Trikon Holdings Ltd. | Apparatus and methods for sputtering |
| GB2342927B (en) * | 1998-10-23 | 2003-05-07 | Trikon Holdings Ltd | Apparatus and methods for sputtering |
| JP2005500644A (ja) * | 2001-08-20 | 2005-01-06 | ハネウェル・インターナショナル・インコーポレーテッド | 磁気フィルムを堆積させる方法および装置 |
| US10215817B2 (en) | 2015-09-15 | 2019-02-26 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Insulated RF coil and magnetic resonance imaging apparatus including the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3949205B2 (ja) | 2007-07-25 |
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