JPH10298750A - スパッタリング装置 - Google Patents

スパッタリング装置

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JPH10298750A
JPH10298750A JP11631997A JP11631997A JPH10298750A JP H10298750 A JPH10298750 A JP H10298750A JP 11631997 A JP11631997 A JP 11631997A JP 11631997 A JP11631997 A JP 11631997A JP H10298750 A JPH10298750 A JP H10298750A
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JP
Japan
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target
collimator
sputtering apparatus
deposited
sputtering
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP11631997A
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English (en)
Inventor
Tomoyuki Uchiyama
朋幸 内山
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 成膜速度の低下を伴わず、コンタクトホール
への埋込性の良いスパッタリング装置を提供する。 【解決手段】 真空容器11内でターゲット12にプラ
ズマのイオンを衝突させ、ターゲット12から放出され
た粒子を被処理体14上に堆積させて膜を形成する。電
気的に絶縁された2つの部位を組み合わせることにより
形成されるコリメータ17を、ターゲット12本体と被
堆積基板14の間に配置する。コリメータ17を形成す
る2つの部位の間に高周波を印加する。コリメータ17
により方向性が揃えられたスパッタリング粒子がコリメ
ータ17内でイオン化され、電界によりさらに被堆積基
板14の法線方向の速度成分が大きくなるので、高アス
ペクト比のコンタクトホールの底部へのカバレッジ特性
が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、成膜装置に関し、
特に被処理体にスパッタリング粒子を被着させるスパッ
タリング装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来より半導体製造工程においては、半
導体ウェハなどの被処理体に対して電極を形成し、ある
いは配線を形成するために、所定の減圧雰囲気に置かれ
た処理室内に被処理体と所望の成膜材料からなるターゲ
ットを対向配置し、ターゲットからスパッタされたスパ
ッタリング粒子を被処理体に被着させるスパッタリング
装置が使用されている。
【0003】ところで、半導体デバイスの高集積化に伴
い半導体製造工程においても、より微細な加工を正確に
行う技術の確立が求められている。例えばスパッタリン
グ装置を用いた内部配線形成プロセスにおいて、径が小
さくかつ深さの深い、すなわちアスペクト比の大きなコ
ンタクトホールをスパッタリング粒子により埋め込む必
要性が生じている。
【0004】しかしながら、スパッタリングプロセス
は、一般にステップカバレッジ特性が低いため、開口部
の底部における断線不良が発生し易く、問題となってい
た。そこで最近の装置では、ターゲットと被処理体との
間に、金属板あるいは絶縁板に対して複数の円形または
ハニカム状の貫通孔を設けたコリメータを設置する。そ
してターゲットからcosθ曲線を描きながら放射され
るスパッタリング粒子の放射方向をコリメータにより規
制し、被処理体の処理面に対して垂直に入射する成分の
みを選択することにより、ステップカバレッジを改善さ
せるコリメートスパッタリング装置が用いられている
(例えば、特開平1−116070号公報参照)。
【0005】一方、図3に示すように真空チャンバ31
の外に高周波コイル38を設け、高周波電源39により
スパッタリング粒子をイオン化する。また、基板ホルダ
33とターゲット32の間に接続された直流電源35に
よって印加された電界によりスパッタリング粒子をウェ
ハ34上に引き込む方法(いわゆる、イオン化スパッタ
法)も用いられている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
コリメートスパッタリング装置ではホール内のカバレッ
ジ特性を改善するためにはコリメータのホールアスペク
ト比を3以上に大きくしなければならず、それに伴う成
膜速度の低下は避けられなかった。また、従来のイオン
化スパッタリング装置は、ランダムな方向のスパッタリ
ング粒子をイオン化することから、成膜面に対するスパ
ッタリング粒子の入射の際十分な垂直成分が得られな
い。従って、高アスペクト比のコンタクトホール内のカ
バレッジ特性を改善することができないのが実情であっ
た。
【0007】そこで本発明は、成膜速度の低下を招くこ
となく、高アスペクト比のコンタクトホールの底部への
カバレッジ特性を向上するスパッタリング装置を提供す
ることを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明のスパッタリング
装置は、真空容器内でターゲットにプラズマイオンを衝
突させ、該ターゲットから放出された粒子を被処理体上
に堆積させて膜を形成するスパッタリング装置におい
て、前記ターゲットと前記被処理体の間に電気的に絶縁
された2つの部位を組み合わせて形成されたコリメータ
を配置する。
【0009】また、本発明のスパッタリング装置は、真
空容器内でターゲットにプラズマイオンを衝突させ、該
ターゲットから放出された粒子を被処理体上に堆積させ
て膜を形成するスパッタリング装置において、前記ター
ゲットと前記被処理体の間に電気的に絶縁された第1お
よび第2のコリメータを所定の間隔をおいて配置する。
【0010】また、本発明のスパッタリング装置の一態
様において、前記コリメータに高周波を印加する。ま
た、本発明のスパッタリング装置の一態様において、前
記高周波は、周波数13.56MHz以上である。ま
た、本発明のスパッタリング装置の一態様において、前
記2つの構造体を組み合わせて形成されたコリメータの
アスペクト比は、1乃至3の範囲にある。
【0011】本発明によれば、コリメータにより方向性
がそろえられたスパッタリング粒子がコリメータ内でイ
オン化され、電界によってさらに被堆積基板の法線方向
の速度成分が大きくなる。これによりコンタクトホール
の底部へのカバレッジ特性が向上する。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
を適用した幾つかの具体的な実施形態について説明す
る。まず、本発明の第1の実施形態を図1を用いて説明
する。図1(a)は本発明のスパッタリング装置の縦断
面図である。図1(b)はコリメータの平面図を示して
いる。第1の実施形態のスパッタリング装置において
は、真空チャンバ11内にターゲット12とその対極に
基板ホルダ13が配置されている。
【0013】基板ホルダ13上には、ターゲット材料が
成膜されるウェハ14が設置されている。ターゲット1
2は真空チャンバ11と電気的に絶縁されており、ター
ゲット12の背面には磁石16が設置されている。この
磁石16によってターゲット12表面に磁力線を形成す
る。プラズマで発生した電子をターゲット12近傍で捕
獲することにより、スパッタリングガスであるアルゴン
イオンのターゲット12への衝突を促進し、成膜速度の
向上を図ることができる。
【0014】ターゲット12とウェハ14の間に2つの
構造体からなるコリメータ17が設置されている。この
コリメータ17を構成する2つの部分には高周波電源1
9が接続されている。このコリメータ17は、各穴の開
口幅が1cm、また穴の深さが1cm、すなわちアスペ
クト比が1になるように設計されている。
【0015】そして、図示しない排気ユニットによって
真空チャンバ11を排気すると共にArガスあるいはN
2 ガスなどの不活性ガスを真空チャンバ11内に導入
し、圧力を10-3Torr程度になるよう制御する。ウ
ェハ14を配置した基板ホルダ13とターゲット12の
間に、直流電源15によりターゲット12が負になるよ
うに直流電圧を印加する。これにより基板ホルダ13と
ターゲット12の間に放電を生起させる。この放電によ
って発生した正電荷を有するガスイオンを負電位のター
ゲット12に衝突させて、ターゲット12からスパッタ
リング粒子を放出させる。
【0016】ターゲット12から放出されたスパッタリ
ング粒子がコリメータ17を通過する際、コリメータ1
7を構成する2つの部分に印加された高周波、たとえば
周波数13.56MHz(もしくはそれ以上であればよ
い)の電界によりスパッタリング粒子はイオン化し、負
の電荷を帯びる。この負の電荷はスパッタリングガスが
正電荷を帯びた際に、生じた電子により与えられたもの
である。このイオン化されたスパッタリング粒子うち、
コリメータ17に対して比較的垂直に入射したスパッタ
リング粒子は、コリメータ17を通過することができ
る。そしてコリメータ17を通過した負電荷を帯びたス
パッタリング粒子は直流電源15による電界で、ウェハ
14面の法線方向に加速されるので、ウェハ14の面に
垂直に開口されたコンタクトホールの底部に到達し易く
なる。すなわち、スパッタ膜のボトムカバレッジが向上
する。
【0017】なお、第1の実施形態におけるコリメータ
のアスペクト比は、1より小さいとコリメータにより方
向性を揃えることが難しい。また3より大きいと、コリ
メータを通過するスパッタリング粒子が極端に少なくな
り、従ってアスペクト比は1乃至3の範囲が好ましい。
【0018】つぎに、本発明の第2の実施形態を図2を
用いて説明する。図2(a)は本発明のスパッタリング
装置の縦断面図である。また図2(b)はコリメータの
平面図を示している。第2の実施形態のスパッタリング
装置においては、真空チャンバ21内にターゲット22
とその対極に基板ホルダ23が配置されている。
【0019】基板ホルダ23上には、ターゲット材料が
成膜されるウェハ24が設置されている。ターゲット2
2は真空チャンバ21と電気的に絶縁されており、ター
ゲット22の背面には磁石26が設置されている。この
磁石26によってターゲット22表面に磁力線を形成す
る。プラズマで発生した電子をターゲット22近傍で捕
獲することにより、スパッタリングガスであるアルゴン
イオンのターゲット22への衝突を促進し、成膜速度の
向上を図ることができる。
【0020】ターゲット22とウェハ24の間に互いに
同様の形状をしたコリメータ27aおよび27bが適当
な間隔、たとえば1cm(好ましくは、0.5cm以
下)離間して設置されている。この2つのコリメータ2
7aおよび27bには高周波電源29が接続されてい
る。これらのコリメータ27a,27bはそれぞれ、各
穴の開口幅が1cm、また穴の深さが1cmであり、す
なわちこの例では2つのコリメータ27a,27bを組
合せたアスペクト比が3になるように設計されている。
【0021】そして、図示しない排気ユニットによって
真空チャンバ21を排気すると共にArガスあるいはN
2 ガスなどの不活性ガスを真空チャンバ21内に導入
し、圧力を10-3Torr程度になるよう制御する。ウ
ェハ24を配置した基板ホルダ23とターゲット22の
間に、直流電源25によりターゲット22が負になるよ
うに直流電圧を印加する。これにより基板ホルダ23と
ターゲット22の間に放電を生起させる。この放電によ
って発生した正電荷を有するガスイオンを負電位のター
ゲット22に衝突させて、ターゲット22からスパッタ
リング粒子を放出させる。
【0022】ターゲット22から放出されたスパッタリ
ング粒子が2つのコリメータ27aおよび27bの間を
通過する際、2つのコリメータ27a,27b間に印加
された高周波、たとえば周波数13.56MHz(もし
くはそれ以上であればよい)の電界によりスパッタリン
グ粒子はイオン化し、負の電荷を帯びる。この負の電荷
はスパッタリングガスが正電荷を帯びた際に、生じた電
子により与えられたものである。このうちコリメータ2
7a,27bに対して比較的垂直に入射したスパッタリ
ング粒子は、コリメータ27a,27bを通過すること
ができる。そしてコリメータ27aおよび27bを通過
した負電荷を帯びたスパッタリング粒子は直流電源25
による電界で、ウェハ24の面の法線方向に加速される
ので、ウェハ24の面に垂直に開口されたコンタクトホ
ールの底部に到達し易くなる。すなわち、スパッタ膜の
ボトムカバレッジが向上する。
【0023】なお、第2の実施の形態における2つのコ
リメータ27a,27bを組合せたアスペクト比は、1
よりも小さいとコリメータにより方向性を揃えることが
難しい。また3よりも大きいと、コリメータを通過する
スパッタリング粒子が極端に少なくなり、従ってアスペ
クト比は1乃至3の範囲が好ましい。
【0024】上記のように第1および第2の実施形態に
おいては、低アスペクト比のコリメータにより方向性が
揃えられたスパッタリング粒子がコリメータ内でイオン
化され、電界によりさらに被堆積基板の法線方向の速度
成分が大きくなるので、コンタクトホールの底部へのカ
バレッジ特性が向上する。
【0025】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、低
アスペクト比のコリメータにより方向性が揃えられたス
パッタリング粒子がコリメータ内でイオン化され、電界
によりさらに被堆積基板の法線方向の速度成分が大きく
なるので、成膜速度の低下を招くことなく、高アスペク
ト比のコンタクトホールの底部へのカバレッジ特性が向
上する。コンタクト抵抗などの電気特性が改善され、製
品性能および歩留の向上に寄与することができる等の利
点を有している。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による第1の実施形態を説明するための
装置縦断面図である。
【図2】本発明による第2の実施形態を説明するための
装置縦断面図である。
【図3】従来のスパッタリング装置を説明するための装
置縦断面図である。
【符号の説明】
11,21 真空チャンバ 12,22 ターゲット 13,23 基板ホルダ 14,24 ウェハ 15,25 直流電源 16,26 磁石 17,27a,27b コリメータ 19,29 高周波電源

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 真空容器内でターゲットにプラズマイオ
    ンを衝突させ、該ターゲットから放出された粒子を被処
    理体上に堆積させて膜を形成するスパッタリング装置に
    おいて、 前記ターゲットと前記被処理体の間に電気的に絶縁され
    た2つの構造体を組み合わせて形成されたコリメータを
    配置することを特徴を有するスパッタリング装置。
  2. 【請求項2】 真空容器内でターゲットにプラズマイオ
    ンを衝突させ、該ターゲットから放出された粒子を被処
    理体上に堆積させて膜を形成するスパッタリング装置に
    おいて、 前記ターゲットと前記被処理体の間に電気的に絶縁され
    た第1および第2のコリメータを所定の間隔をおいて配
    置することを特徴を有するスパッタリング装置。
  3. 【請求項3】 前記コリメータに高周波を印加すること
    を特徴とする請求項1または2に記載のスパッタリング
    装置。
  4. 【請求項4】 前記高周波は、周波数13.56MHz
    以上であることを特徴とする請求項1または2に記載の
    スパッタリング装置。
  5. 【請求項5】 前記2つの構造体を組み合わせて形成さ
    れたコリメータのアスペクト比は、1乃至3の範囲にあ
    ることを特徴とする請求項1に記載のスパッタリング装
    置。
JP11631997A 1997-04-18 1997-04-18 スパッタリング装置 Withdrawn JPH10298750A (ja)

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JP11631997A JPH10298750A (ja) 1997-04-18 1997-04-18 スパッタリング装置

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JPH10298750A true JPH10298750A (ja) 1998-11-10

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ID=14684048

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI621156B (zh) * 2016-03-14 2018-04-11 Toshiba Kk Processing device and collimator

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI621156B (zh) * 2016-03-14 2018-04-11 Toshiba Kk Processing device and collimator

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Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20040706