JPH11214332A - Sputtering method using ionized thin-film forming substance - Google Patents
Sputtering method using ionized thin-film forming substanceInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子の製造
方法に係り、さらに詳細には金属配線工程における、イ
オン化された薄膜形成物質を用いたスパッタリング方法
に関するものである。The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a sputtering method using an ionized thin film forming material in a metal wiring process.
【０００２】[0002]
【従来の技術】最近、半導体素子の高集積化及び微細化
に伴って、コンタクトホールの大きさは非常に小さくな
っており、コンタクトホールの縦横比は増加しつつあ
る。特に６４メガＤＲＡＭ以上の半導体素子のコンタク
トホールの大きさは０．５μｍ以下、縦横比（アスペク
ト比）は３以上になっているのが実情である。従って、
金属配線工程で歩留まり、速度及び信頼性を維持するた
めには、縦横比が高くて、小さいコンタクトホールを、
抵抗がなく、金属で互いによく連結させて、絶縁層に平
坦に埋め立てるべきである。従って、金属配線工程では
チタニウム（Ｔｉ）及び窒化チタニウム（ＴｉＮ）のよ
うな抵抗層、及び障壁層を金属配線層と共に使用するこ
とにより、金属配線間の導電特性を向上させ、上部及び
下部膜質からの不純物拡散を防止している。2. Description of the Related Art In recent years, the size of contact holes has become extremely small with the increase in integration and miniaturization of semiconductor devices, and the aspect ratio of contact holes has been increasing. In particular, the size of a contact hole of a semiconductor device of 64 mega DRAM or more is 0.5 μm or less, and the aspect ratio (aspect ratio) is 3 or more. Therefore,
In order to maintain the yield, speed and reliability in the metal wiring process, a small contact hole with a high aspect ratio is required.
It should have no resistance, be well connected to each other by metal, and be buried flat in the insulating layer. Therefore, in the metal wiring process, a conductive layer between metal wirings is improved by using a resistance layer such as titanium (Ti) and titanium nitride (TiN) and a barrier layer together with the metal wiring layer to improve the quality of the upper and lower films. Impurity diffusion is prevented.
【０００３】一般に、抵抗層及び障壁層に使用されるチ
タニウム（Ｔｉ）及び窒化チタニウム（ＴｉＮ）のよう
な物質は、スパッタリングを用いて半導体基板に形成す
るが、スパッタリングを通じて形成された抵抗層及び障
壁層はステップカバレージが劣化する問題点がある。従
って、縦横比が高くて、小さいコンタクトホールが半導
体基板内に形成されている場合、コンタクトホールの内
部を完全に埋め立てられない。即ち、コンタクトホール
の内部に抵抗層及び障壁層を形成するとき、ステップカ
バレージ特性が悪くなってチタニウム及び窒化チタニウ
ム膜の厚さが薄くなって接触抵抗及び漏洩電流の増加を
誘発する。その上に、ひどい場合には金属配線間の連結
過程で短絡欠陥が発生して半導体素子の歩留まり及び信
頼性を低下させる場合もある。In general, materials such as titanium (Ti) and titanium nitride (TiN) used for a resistance layer and a barrier layer are formed on a semiconductor substrate by sputtering. Layers suffer from step coverage degradation. Therefore, when a small contact hole with a high aspect ratio is formed in the semiconductor substrate, the inside of the contact hole cannot be completely filled. That is, when the resistance layer and the barrier layer are formed inside the contact hole, the step coverage characteristics are deteriorated, and the thickness of the titanium and titanium nitride films is reduced, so that the contact resistance and the leakage current are increased. In addition, in severe cases, a short-circuit defect may occur during the connection process between the metal wirings, thereby reducing the yield and reliability of the semiconductor device.
【０００４】このような問題を解決するために、スパッ
タリング過程で蒸着される物質の直進性を向上させ、ス
テップカバレージを改善しようとするいろいろの方法等
が研究されている。代表的な方法として、アノードと
カソードとの間のプラズマ領域内にコリメートを設置し
てスパッタリングを遂行するコリメートスパッタリング
方法、アノードとカソードとの間隔を広く設定してス
パッタリングを遂行するロングスルースパッタリング方
法、スパッタリングが起こるチャンバの圧力を低圧に
調節してスパッタリングを進行する低圧スパッタリング
方法及び蒸着されるターゲットをプラズマ領域でイオ
ン化させ、半導体基板にスパッタリングするイオン化さ
れた薄膜形成物質を用いたスパッタリング方法等があ
る。In order to solve such a problem, various methods have been studied for improving the straightness of a material deposited in a sputtering process and improving the step coverage. Typical methods include a collimated sputtering method in which a collimator is installed in a plasma region between an anode and a cathode to perform sputtering, a long-through sputtering method in which a distance between the anode and the cathode is set to be large and sputtering is performed, There are a low-pressure sputtering method in which sputtering is performed by adjusting the pressure of a chamber in which sputtering occurs to a low pressure, and a sputtering method using an ionized thin film forming material in which a target to be deposited is ionized in a plasma region and sputtered on a semiconductor substrate. .
【０００５】前記方法の中、イオン化された薄膜形成物
質を用いたスパッタリングに対する先行特許がアメリカ
合衆国特許第５５９１３１３号(Title:Apparatus and m
ethod for localized sputtering、Date:1997、Jan.07)と
して登録されている。Among the above-mentioned methods, a prior patent for sputtering using an ionized thin film forming material is disclosed in US Pat. No. 5,591,313 (Title: Apparatus and m.
ethod for localized sputtering, Date: 1997, Jan.07).
【０００６】しかし、イオン化された薄膜形成物質を用
いたスパッタリング方法は、ウェーハが置かれる部分に
交流電力(AC Bias)を印加して、ウェーハの裏面へ交流
電力が供給されるようになっている。従って、カソード
とアノード間のプラズマ領域内で陰イオンに帯電されて
いる薄膜形成物質粒子がウェーハ方向に引かれてステッ
プカバレージを向上させるようになっている。ここで、
ウェーハの裏面へ印加する交流電力の役割はプラズマ領
域とウェーハ間に発生する電位差をさらに大きくするこ
とにより、薄膜形成物質粒子の直進性を向上させること
である。However, in a sputtering method using an ionized thin film forming substance, an AC power (AC Bias) is applied to a portion where a wafer is placed, and the AC power is supplied to the back surface of the wafer. . Therefore, in the plasma region between the cathode and the anode, the thin film forming material particles charged with the anion are attracted toward the wafer to improve the step coverage. here,
The role of the AC power applied to the back surface of the wafer is to further increase the potential difference between the plasma region and the wafer, thereby improving the straightness of the thin film forming material particles.
【０００７】しかし、ウェーハの裏面へ印加される交流
電力が大きければ、薄膜形成物質粒子がウェーハに到達
する速度が非常に早くなって、プラズマを形成して薄膜
形成物質粒子を蒸着物質であるターゲットから取り離す
ために使用されるアルゴンイオン（Ａｒ+ ）もウェーハ
方向に引かれてくる。したがって、ウェーハ方向に引か
れてくるアルゴンイオンはウェーハ表面に損傷を誘発す
る問題点がある。このようなウェーハ表面の損傷は金属
配線でコンタクト抵抗を増加させ、半導体素子の速度及
び信頼性を落とす原因になる。However, if the AC power applied to the back surface of the wafer is large, the speed at which the thin film forming material particles reach the wafer becomes very fast, and a plasma is formed so that the thin film forming material particles are deposited on the target which is a deposition material. Argon ions (Ar + ) used for separation from the wafer are also drawn toward the wafer. Therefore, there is a problem that the argon ions drawn in the direction of the wafer cause damage to the wafer surface. Such damage on the surface of the wafer increases contact resistance in the metal wiring and causes a reduction in speed and reliability of the semiconductor device.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、半導体素子
の金属配線工程でステップカバレージ特性を低下させず
に半導体基板表面の損傷を抑制できる、イオン化された
薄膜形成物質を用いたスパッタリング方法を提供するこ
とにある。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a sputtering method using an ionized thin film forming material, which can suppress damage to the surface of a semiconductor substrate without deteriorating step coverage characteristics in a metal wiring process of a semiconductor device. Is to do.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】前記技術的な課題を達成
するために、本発明は、下記（１）〜（１２）に記載の
方法により達成される。Means for Solving the Problems In order to achieve the above technical object, the present invention is achieved by the following methods (1) to (12).
【００１０】（１） 任意の膜が形成された半導体基板
をスパッタリング装置にローディングする段階と、前記
スパッタリング装置で薄膜形成物質をイオン化させる段
階と、前記イオン化された薄膜形成物質を交流電力を印
加しない状態で前記半導体基板に蒸着して１次蒸着膜を
形成する段階と、前記スパッタリング装置で交流電力を
印加しながら前記１次蒸着膜上にイオン化された薄膜形
成物質を蒸着して２次蒸着膜を形成する段階とを含むこ
とを特徴とするイオン化された薄膜形成物質を用いたス
パッタリング方法。(1) A step of loading a semiconductor substrate on which an arbitrary film is formed into a sputtering apparatus, a step of ionizing a thin film forming substance by the sputtering apparatus, and applying no AC power to the ionized thin film forming substance. Forming a first deposition film by depositing on the semiconductor substrate in the state, and depositing an ionized thin film forming material on the first deposition film while applying AC power by the sputtering apparatus. Forming a sputtering method using an ionized thin film forming material.
【００１１】（２） 前記任意の膜は、絶縁膜であるこ
とを特徴とする上記（１）に記載のイオン化された薄膜
形成物質を用いたスパッタリング方法。(2) The sputtering method using an ionized thin film forming material according to (1), wherein the arbitrary film is an insulating film.
【００１２】（３） 前記絶縁膜は、コンタクトホール
を有することを特徴とする上記（２）に記載のイオン化
された薄膜形成物質を用いたスパッタリング方法。(3) The sputtering method according to the above (2), wherein the insulating film has a contact hole.
【００１３】（４） 前記スパッタリング装置は、スパ
ッタリングが起こるチャンバと、蒸着物質が位置するカ
ソードと、前記カソードと対向される所に構成されたア
ノードと、前記カソードとアノードとの間で薄膜形成物
質をイオン化させ得る手段とを含む構成であることを特
徴とする上記（１）に記載のイオン化された薄膜形成物
質を用いたスパッタリング方法。(4) The sputtering apparatus includes a chamber in which sputtering occurs, a cathode on which a deposition material is located, an anode configured to face the cathode, and a thin film forming material between the cathode and the anode. (1) The sputtering method using an ionized thin film forming substance according to the above (1), wherein the sputtering method comprises:
【００１４】（５） 前記薄膜形成物質をイオン化させ
得る手段として、ＲＦバイアスが印加されるコイルを使
用することを特徴とする上記（４）に記載のイオン化さ
れた薄膜形成物質を用いたスパッタリング方法。(5) The sputtering method using an ionized thin film forming material according to (4), wherein a coil to which an RF bias is applied is used as a means for ionizing the thin film forming material. .
【００１５】（６） 前記スパッタリング装置は、前記
チャンバ内に磁界が印加できるマグネトロンをさらに具
備することを特徴とする上記（４）に記載のイオン化さ
れた薄膜形成物質を用いたスパッタリング方法。(6) The sputtering method according to (4), wherein the sputtering apparatus further comprises a magnetron capable of applying a magnetic field to the chamber.
【００１６】（７） 前記蒸着物質には、スパッタリン
グが可能で、チャンバ内でイオン化ができる金属を使用
することを特徴とする上記（１）に記載のイオン化され
た薄膜形成物質を用いたスパッタリング方法。(7) The sputtering method using an ionized thin film forming material according to the above (1), wherein a metal capable of being sputtered and ionizable in a chamber is used as the vapor deposition material. .
【００１７】（８） 前記蒸着物質には、金属配線工程
で形成する抵抗層、障壁層及び配線層に用いられる物質
を使用することを特徴とする上記（１）に記載のイオン
化された薄膜形成物質を用いたスパッタリング方法。(8) The ionized thin film formation as described in (1) above, wherein a substance used for a resistance layer, a barrier layer, and a wiring layer formed in a metal wiring process is used as the deposition material. A sputtering method using a substance.
【００１８】（９） 前記蒸着物質は、白金、タングス
テン、アルミニウム、銅、チタニウム、窒化チタニウ
ム、タンタル、窒化タンタル及びチタニウムタングステ
ンよりなる群から選択されてなるいずれか一つであるこ
とを特徴とする上記（８）に記載のイオン化された薄膜
形成物質を用いたスパッタリング方法。(9) The vapor deposition material is one selected from the group consisting of platinum, tungsten, aluminum, copper, titanium, titanium nitride, tantalum, tantalum nitride, and titanium tungsten. A sputtering method using the ionized thin film forming substance according to (8).
【００１９】（１０） 前記１次蒸着膜の厚さは、前記
１次蒸着膜と２次蒸着膜の厚さとを合わせた全体膜厚さ
の１／２０から１／２の間の厚さに形成することを特徴
とする上記（１）に記載のイオン化された薄膜形成物質
を用いたスパッタリング方法。(10) The thickness of the primary deposited film is between 1/20 and 1/2 of the total thickness of the primary deposited film and the secondary deposited film. The sputtering method using the ionized thin film-forming substance according to the above (1), which is formed.
【００２０】（１１） 前記２次蒸着膜を形成すると
き、印加する交流電力は、ウェーハの裏面へ電力が印加
されるようにすることを特徴とする上記（１）に記載の
イオン化された薄膜形成物質を用いたスパッタリング方
法。(11) The ionized thin film according to (1), wherein the AC power to be applied when forming the secondary vapor-deposited film is such that power is applied to the back surface of the wafer. A sputtering method using a forming material.
【００２１】（１２） 前記ウェーハの裏面へ印加され
る電力は、１００〜１０００Ｗの範囲で印加されるもの
であることを特徴とする上記（１１）に記載のイオン化
された薄膜形成物質を用いたスパッタリング方法。(12) The ionized thin film forming material according to (11), wherein the electric power applied to the back surface of the wafer is applied in the range of 100 to 1000 W. Sputtering method.
【００２２】[0022]
【発明の実施の形態】以下、本発明に係るイオン化され
た薄膜形成物質を用いたスパッタリング方法につき、説
明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a sputtering method using an ionized thin film forming material according to the present invention will be described.
【００２３】本発明のイオン化された薄膜形成物質を用
いたスパッタリング方法では、まず、任意の膜が上部に
形成された半導体基板をスパッタリング装置にローディ
ング(loading)する。続いて、前記スパッタリング装置
で、プラズマを生成してカソードにあるターゲットの蒸
着物質に加速されたイオン（例えば、アルゴンイオン）
を照射させて、該ターゲットの蒸着物質から該蒸着物質
表面の原子や分子である薄膜形成物質（粒子）を外部に
放出させ（取り離して）、放出された該薄膜形成物質
（粒子）をプラズマ領域でイオン化させる。続けて、蒸
着初期には交流電力を半導体基板に印加しない状態で、
１次蒸着膜を形成して半導体基板表面の損傷を防止し
て、最後に交流電力を半導体基板に供給しながら２次蒸
着膜を形成する。In the sputtering method using the ionized thin film forming material of the present invention, first, a semiconductor substrate having an arbitrary film formed thereon is loaded into a sputtering apparatus. Subsequently, in the sputtering apparatus, a plasma is generated to accelerate ions (e.g., argon ions) on the target deposition material on the cathode.
To emit (separate) the thin film-forming substance (particles), which is an atom or molecule on the surface of the vapor-deposited substance, from the deposition substance of the target to the outside, and discharge the released thin-film forming substance (particle) by plasma Ionize in the area. Subsequently, in the initial stage of the deposition, in a state where AC power is not applied to the semiconductor substrate,
A primary deposition film is formed to prevent damage to the semiconductor substrate surface, and finally, a secondary deposition film is formed while supplying AC power to the semiconductor substrate.
【００２４】本発明の望ましい実施態様としては、前記
半導体基板の上部に形成された任意の膜は絶縁膜で、内
部にブァイアホール(via hole)または薄膜形成物質コン
タクトホールが形成されているものが望ましい。In a preferred embodiment of the present invention, the arbitrary film formed on the semiconductor substrate is an insulating film, in which a via hole or a thin film forming material contact hole is formed. .
【００２５】さらに、前記半導体基板がローディングさ
れるスパッタリング装置は、スパッタリングが起こるチ
ャンバと、前記チャンバ内でターゲットの蒸着物質が位
置するカソードと、前記カソードとは対向される領域に
構成されたアノードと、前記カソードとアノードとの間
で薄膜形成物質をイオン化させ得る手段、例えば、ＲＦ
バイアス（高周波バイアス；radio frequency bias)が
印加されるコイルとを含めて構成されていることが望ま
しい。また、前記スパッタリング装置は、チャンバ内へ
磁界を印加し得るマグネトロンをさらに具備できる。Further, the sputtering apparatus into which the semiconductor substrate is loaded includes a chamber in which sputtering occurs, a cathode in which a deposition material of a target is located in the chamber, and an anode formed in a region opposed to the cathode. Means for ionizing a thin film-forming substance between the cathode and the anode, for example, RF
It is desirable to include a coil to which a bias (radio frequency bias) is applied. Further, the sputtering apparatus may further include a magnetron capable of applying a magnetic field into the chamber.
【００２６】望ましくは、前記ターゲットの蒸着物質
は、スパッタリングが可能で、イオン化が可能な金属で
あって、金属配線工程で、抵抗層、障壁層及び配線層を
スパッタリングによって形成するときに使用される金属
として、白金（Ｐｔ）、タングステン（Ｗ）、アルミニ
ウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、チタニウム（Ｔｉ）、窒化
チタニウム（ＴｉＮ）、タンタル（Ｔａ）、窒化タンタ
ル（ＴａＮ）及びチタニウムタングステン（ＴｉＷ）よ
りなる群から選択されてなる一つであるものが望まし
い。Preferably, the deposition material of the target is a metal that can be sputtered and ionized, and is used when forming a resistance layer, a barrier layer, and a wiring layer by sputtering in a metal wiring process. Platinum (Pt), tungsten (W), aluminum (Al), copper (Cu), titanium (Ti), titanium nitride (TiN), tantalum (Ta), tantalum nitride (TaN), and titanium tungsten (TiW) as metals Preferably, the one selected from the group consisting of:
【００２７】また、本発明の望ましい実施態様として
は、前記半導体基板に交流電力を印加せずに形成する１
次蒸着膜の厚さは１次蒸着膜と２次蒸着膜との厚さを合
わせた全体膜厚さの１／２０から１／２の間の厚さで形
成することが望ましい。また、前記半導体基板に印加さ
れる交流電力は、１００〜１０００Ｗの範囲で調整する
ことが望ましい。In a preferred embodiment of the present invention, the semiconductor substrate is formed without applying AC power to the semiconductor substrate.
It is desirable that the thickness of the next deposited film is formed to be between 1/20 and 1/2 of the total thickness of the primary deposited film and the secondary deposited film. Further, it is preferable that the AC power applied to the semiconductor substrate is adjusted in a range of 100 to 1000 W.
【００２８】本発明によると、半導体素子の金属配線工
程でイオン化された薄膜形成物質を用いて抵抗層、障壁
層及び配線層をスパッタリングにより形成するとき、半
導体基板の表面で誘発される損傷を抑制しながらステッ
プカバレージの優れた膜質を形成することにより全体的
な接触抵抗が向上された膜質を形成できる。According to the present invention, when a resistance layer, a barrier layer and a wiring layer are formed by sputtering using a thin film forming material ionized in a metal wiring process of a semiconductor device, damage induced on the surface of the semiconductor substrate is suppressed. By forming a film with excellent step coverage, a film with improved overall contact resistance can be formed.
【００２９】[0029]
【実施例】以下、添付した図面を参照して本発明の望ま
しい実施例を詳細に説明する。Preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
【００３０】本明細書中に記述の、カソードとアノード
との間で薄膜形成物質をイオン化させる手段は、広い意
味で使用しており、ＲＦ電力（高周波バイアス）が印加
されるコイルだけに限られるものではない。このような
薄膜形成物質のイオン化は、マイクロウェーブを使用し
ても達成できる。また、任意の膜は特定コンタクトホー
ルが形成された絶縁膜のみに限られるものではなく、ど
のような膜でも半導体基板の表面の損傷を防止できれ
ば、本発明の思想内（技術的範囲内）に包含されるとい
える。さらに、本発明の望ましい実施例では、発明を詳
細に説明するために、ウェーハの裏面に印加される交流
電力の範囲を限ったが、これは他の条件を変化させても
当然達成可能であって、以下の実施例によってなんら制
限を受けるものではない。従って、以下の望ましい実施
例で記載された内容は例示的なものであり、これらに限
定されるものではない。The means described herein for ionizing a thin film forming material between a cathode and an anode is used in a broad sense and is limited to only coils to which RF power (high frequency bias) is applied. Not something. Such ionization of the thin film forming substance can be achieved also by using microwaves. Further, the arbitrary film is not limited to the insulating film having the specific contact hole formed therein, but any film can prevent damage to the surface of the semiconductor substrate within the concept of the present invention (within the technical scope). It can be said that it is included. Further, in the preferred embodiment of the present invention, the range of the AC power applied to the back surface of the wafer is limited in order to explain the present invention in detail, but this can be naturally achieved by changing other conditions. Therefore, the present invention is not limited by the following embodiments. Accordingly, the contents described in the following preferred embodiments are illustrative and not restrictive.
【００３１】図１〜図５は、本発明の望ましい実施例に
よりイオン化された薄膜形成物質を用いたスパッタリン
グ方法を説明するために示した図面である。FIGS. 1 to 5 are views illustrating a sputtering method using an ionized thin film forming material according to a preferred embodiment of the present invention.
【００３２】図１は、金属配線工程のための、任意の膜
が形成された半導体基板の断面図である。FIG. 1 is a sectional view of a semiconductor substrate on which an arbitrary film is formed for a metal wiring process.
【００３３】図１を参照すると、半導体基板１００にト
ランジスタ、下部金属配線と同じ下部構造（図示せず）
を形成して、任意の膜、例えば、絶縁膜１０２を形成す
る。ついで、相互連結のためのコンタクトホール１０４
を写真及び蝕刻工程を遂行して形成する。また、前記コ
ンタクトホール１０４は、下部へ金属配線が形成されて
いるブァイアコンタクトホールで、あるいは半導体基板
１００のシリコーン層と直接連結される薄膜形成物質コ
ンタクトホールでありうる。続いて、前記任意の膜１０
２が形成された半導体基板１００をスパッタリング装置
にローディングした後、スパッタリング装置内にターゲ
ットから放出され離れてくる薄膜形成物質を、ＲＦバイ
アスが印加されたコイルのようなイオン化手段を通じて
イオン化させる。本発明のスパッタリング装置で使用す
るターゲットの蒸着物質は、スパッタリング及びイオン
化が可能で、半導体装置の金属配線工程において、スパ
ッタリングによって形成される抵抗層、障壁層及び金属
配線層に使用可能な金属であれば、どのようなものでも
可能である。例えば、白金（Ｐｔ）、タングステン
（Ｗ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、チタニウ
ム（Ｔｉ）、窒化チタニウム（ＴｉＮ）、タンタル（Ｔ
ａ）、窒化タンタル（ＴａＮ）及びチタニウムタングス
テン（ＴｉＷ）よりなる群から選択されてなる一つを使
用できる。Referring to FIG. 1, a semiconductor substrate 100 has the same lower structure (not shown) as a transistor and lower metal wiring.
To form an arbitrary film, for example, an insulating film 102. Next, contact holes 104 for interconnection are formed.
Is formed by performing a photographing and etching process. In addition, the contact hole 104 may be a via contact hole in which a metal wiring is formed below or a thin film forming material contact hole directly connected to the silicone layer of the semiconductor substrate 100. Subsequently, the optional film 10
After the semiconductor substrate 100 on which the semiconductor substrate 2 is formed is loaded into a sputtering apparatus, the thin film forming material emitted from the target into the sputtering apparatus and separated from the target is ionized through ionizing means such as a coil to which an RF bias is applied. The deposition material of the target used in the sputtering apparatus of the present invention is a metal that can be sputtered and ionized and can be used for a resistance layer, a barrier layer, and a metal wiring layer formed by sputtering in a metal wiring process of a semiconductor device. Anything is possible. For example, platinum (Pt), tungsten (W), aluminum (Al), copper (Cu), titanium (Ti), titanium nitride (TiN), tantalum (T
a), one selected from the group consisting of tantalum nitride (TaN) and titanium tungsten (TiW) can be used.
【００３４】図２は図１の半導体基板がローディングさ
れるスパッタリング装置の概略図である。FIG. 2 is a schematic view of a sputtering apparatus on which the semiconductor substrate of FIG. 1 is loaded.
【００３５】図２を参照すれば、本発明の望ましい実施
例で使用するスパッタリング装置は、スパッタリングが
起こるチャンバ２００と、蒸着物質であるターゲットが
位置するカソード２０２と、チャンバ２００の下部でヒ
ーターと連結されて前記カソード２０２の対向される領
域に構成されたアノード２０４と、前記カソード２０２
とアノード２０４との間でターゲットから離れてくる薄
膜形成物質をイオン化させる手段であるＲＦバイアスが
印加されるコイル２０６とを基本構成にする。また、チ
ャンバ２００の内部へ磁界を印加し得るマグネトロン
（図示せず）がチャンバ上部２１２に構成され得る。前
記アノード２０４は、半導体基板が置かれる領域であっ
て、ヒーターが設置されていてスパッタリングに必要な
適切な温度を提供し、ターゲットから離れてきて陰イオ
ンに帯電された薄膜形成物質粒子が半導体基板方向に引
かれ得るように交流電力を印加できる。図面で参照番号
２０８はチャンバシールドを示し、参照番号２１０は半
導体基板、即ちウェーハを固定させるクランプを示す。Referring to FIG. 2, a sputtering apparatus used in a preferred embodiment of the present invention includes a chamber 200 where sputtering occurs, a cathode 202 where a target which is a deposition material is located, and a heater below the chamber 200. An anode 204 formed in a region opposed to the cathode 202;
A coil 206 to which an RF bias is applied, which is a means for ionizing a thin film forming material coming away from a target between the anode and the anode 204, is used as a basic configuration. In addition, a magnetron (not shown) capable of applying a magnetic field to the inside of the chamber 200 may be configured in the upper part 212 of the chamber. The anode 204 is an area where the semiconductor substrate is placed. The anode 204 is provided with a heater to provide an appropriate temperature required for sputtering. AC power can be applied so that it can be pulled in the direction. In the drawings, reference numeral 208 denotes a chamber shield, and reference numeral 210 denotes a clamp for fixing a semiconductor substrate, that is, a wafer.
【００３６】図３は、図２に説明されたスパッタリング
装置で半導体基板に交流電力を印加せず、１次蒸着膜を
形成したときの断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view when a primary vapor deposition film is formed without applying AC power to a semiconductor substrate in the sputtering apparatus described in FIG.
【００３７】図３を参照すれば、前記スパッタリング装
置で、アルゴンガス（Ａｒ）を用いてプラズマを生成し
てカソードにあるターゲットにイオンを照射させて、該
ターゲットから薄膜形成物質を外部に放出させて（取り
離して）、該薄膜形成物質を半導体基板の表面に付着、
積層させて１次蒸着膜１０６を形成する。この際、スパ
ッタリング装置のチャンバ内でターゲットから分離され
た薄膜形成物質は、ＲＦバイアスが印加されたコイルに
よりイオン化されるが、半導体基板１００に交流電力は
印加しない。従って、１次蒸着膜１０６をスパッタリン
グで蒸着するとき、交流電力を半導体基板に印加しない
ことにより、プラズマ生成のために使用されたアルゴン
イオン（Ａｒ+ ）が薄膜形成物質と共に半導体基板にぶ
つかって任意の膜が形成されている半導体基板の表面に
損傷を誘発する問題を防止できる。即ち、スパッタリン
グするとき、半導体基板が位置するアノードに交流電力
を印加しなければ半導体基板の表面に発生する損傷を防
止できる。半導体基板表面の損傷が抑制されたことは、
金属配線工程でコンタクト抵抗を改善できる結果を生
む。このような１次蒸着膜１０６の厚さはスパッタリン
グを通じて蒸着しようとする全体膜厚さの１／２０〜１
／２の間の厚さで形成することが望ましい。Referring to FIG. 3, the sputtering apparatus generates plasma using argon gas (Ar) and irradiates the target on the cathode with ions to discharge the thin film forming material from the target to the outside. (Separate) and attach the thin film forming substance to the surface of the semiconductor substrate,
The primary deposition film 106 is formed by stacking. At this time, the thin film forming material separated from the target in the chamber of the sputtering apparatus is ionized by the coil to which the RF bias is applied, but no AC power is applied to the semiconductor substrate 100. Therefore, when the primary deposition film 106 is deposited by sputtering, no AC power is applied to the semiconductor substrate, so that argon ions (Ar + ) used for plasma generation collide with the thin film forming material and arbitrarily strike the semiconductor substrate. Can be prevented from causing damage to the surface of the semiconductor substrate on which the film is formed. In other words, when sputtering is performed, damage to the surface of the semiconductor substrate can be prevented unless AC power is applied to the anode where the semiconductor substrate is located. The fact that damage to the semiconductor substrate surface was suppressed
The result is that the contact resistance can be improved in the metal wiring process. The thickness of the primary deposition film 106 is 1/20 to 1 of the total thickness to be deposited through sputtering.
/ 2 is desirably formed.
【００３８】図４は、図２に説明されたスパッタリング
装置で１次蒸着膜を形成した後、半導体基板に交流電力
を印加して２次蒸着膜を形成したときの断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing a case where a secondary deposition film is formed by applying an AC power to a semiconductor substrate after a primary deposition film is formed by the sputtering apparatus described in FIG.
【００３９】図４を参照すれば、１次蒸着膜１０６が形
成された半導体基板に交流電力を１００〜１０００Ｗの
範囲で印加しながら２次蒸着膜１０８を所望の厚さに形
成する。この際、交流電力はスパッタリング装置のアノ
ードを通じて半導体基板へ伝達されるものが適合であ
る。そうすれば、カソードとアノードとの間のプラズマ
領域で陰イオンに帯電されている薄膜形成物質は交流電
力により半導体基板方向へ引く力を受ける。この際、１
次蒸着膜１０６が半導体基板の表面に既に形成されてお
り、アルゴンイオン（Ａｒ+ ）が半導体基板の表面に引
かれてきて損傷を誘発したとしても、全体的な接触抵抗
特性は低下しない。また、最終的に形成された２次蒸着
膜１０８は交流電力を印加しながら作られるから、ステ
ップカバレージ特性は大きく低下しない。Referring to FIG. 4, a secondary deposition film 108 is formed to a desired thickness while applying AC power in a range of 100 to 1000 W to the semiconductor substrate on which the primary deposition film 106 is formed. At this time, it is suitable that the AC power is transmitted to the semiconductor substrate through the anode of the sputtering apparatus. Then, the thin film-forming substance charged to the negative ions in the plasma region between the cathode and the anode receives a pulling force toward the semiconductor substrate by the AC power. At this time, 1
Even if the next deposition film 106 is already formed on the surface of the semiconductor substrate and the argon ions (Ar + ) are attracted to the surface of the semiconductor substrate to cause damage, the overall contact resistance characteristics do not decrease. In addition, since the finally formed secondary vapor-deposited film 108 is formed while applying AC power, the step coverage characteristics are not significantly reduced.
【００４０】図５は、本発明に応じて、スパッタリング
装置で半導体基板に印加される交流電力を調整したとき
の、蒸着される膜の接触抵抗特性を示したグラフであ
る。グラフでＹ軸は測定地点の分布度（％）を示し、Ｘ
軸はこれに対する接触抵抗値（Ω／ｃｍ3 ）である。こ
の際、ターゲットの蒸着物質にはチタニウム（Ｔｉ）を
使用し、半導体基板に印加される交流電力としては２５
０Ｗを使用した。まず、グラフで□に連結される線は、
半導体基板の表面へ交流電力としては２５０Ｗを印加し
てチタニウム膜を蒸着したときの結果である。このとき
はステップカバレージ特性は向上されるものの、半導体
基板の表面に損傷を招き得る。そして、グラフで○に連
結される線は、半導体基板に交流電力を印加せず、チタ
ニウム膜を蒸着したときの結果である。ステップカバレ
ージ特性が低下されて全体的に顕著な接触抵抗の改善は
現れない。最後に、グラフで△に連結された線は、本発
明のとおり交流電力を印加しない状態で１次蒸着膜を形
成し、連続して交流電力を印加した状態で２次蒸着膜を
形成することによりチタニウム膜を形成した場合の接触
抵抗を示した結果である。１次蒸着膜を形成するとき、
半導体基板の表面に発生する損傷を防止し、２次蒸着膜
を形成するとき、ステップカバレージ特性を改善したの
で、全体的な接触抵抗特性が改善されたことが分かる。FIG. 5 is a graph showing the contact resistance characteristics of the deposited film when the AC power applied to the semiconductor substrate is adjusted by the sputtering apparatus according to the present invention. In the graph, the Y axis indicates the distribution (%) of the measurement points, and X
The axis is the contact resistance value (Ω / cm 3 ). At this time, titanium (Ti) is used as a deposition material of the target, and AC power applied to the semiconductor substrate is 25.
0 W was used. First, the line connected to □ in the graph is
The results are obtained when a titanium film is deposited by applying 250 W as AC power to the surface of the semiconductor substrate. In this case, although the step coverage characteristics are improved, the surface of the semiconductor substrate may be damaged. In the graph, a line connected to a circle indicates a result when a titanium film is deposited without applying AC power to the semiconductor substrate. The step coverage characteristics are degraded, and no remarkable improvement in the contact resistance is exhibited as a whole. Finally, in the graph, the line connected to △ indicates that the primary vapor-deposited film is formed with no AC power applied and the secondary vapor-deposited film is continuously formed with AC power applied as in the present invention. 5 is a result showing contact resistance when a titanium film is formed by the method. When forming a primary deposition film,
It can be seen that the step coverage characteristics were improved when forming a second deposition film by preventing damage occurring on the surface of the semiconductor substrate, so that the overall contact resistance characteristics were improved.
【００４１】[0041]
【発明の効果】前述した本発明によると、半導体素子の
金属配線工程において、イオン化された薄膜形成物質を
用いて抵抗層、障壁層及び配線層をスパッタリングで形
成するとき、半導体基板の表面で誘発される損傷を抑制
しながらステップカバレージの優れた膜質を形成するこ
とにより、金属配線工程での接触抵抗を向上できる。According to the present invention, when a resistance layer, a barrier layer, and a wiring layer are formed by sputtering using an ionized thin film forming material in a metal wiring process of a semiconductor device, it is induced on the surface of the semiconductor substrate. By forming a film with excellent step coverage while suppressing the damage caused, the contact resistance in the metal wiring process can be improved.
【００４２】本発明は、前記の実施例に限らず、本発明
の属する技術的な思想内で当分野の通常の知識を有する
者によって様々な変更ができる。The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made by those having ordinary skill in the art without departing from the technical concept of the present invention.
【図１】 本発明の金属配線工程のための、任意の膜が
形成された半導体基板の断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view of a semiconductor substrate on which an arbitrary film is formed for a metal wiring step of the present invention.
【図２】 本発明の図１の半導体基板がローディングさ
れるスパッタリング装置の概略図である。FIG. 2 is a schematic view of a sputtering apparatus for loading the semiconductor substrate of FIG. 1 of the present invention.
【図３】 本発明の図２に説明されたスパッタリング装
置で交流電力を印加せず、１次蒸着膜を形成したときの
半導体基板の断面図である。3 is a cross-sectional view of a semiconductor substrate when a primary deposition film is formed without applying AC power in the sputtering apparatus illustrated in FIG. 2 of the present invention.
【図４】 本発明の図２に説明されたスパッタリング装
置で１次蒸着膜を形成した後、半導体基板に交流電力を
印加して２次蒸着膜を形成したときの半導体基板の断面
図である。4 is a cross-sectional view of a semiconductor substrate when a secondary deposition film is formed by applying AC power to a semiconductor substrate after forming a primary deposition film with the sputtering apparatus illustrated in FIG. 2 of the present invention. .
【図５】 本発明に応じてスパッタリング装置で半導体
基板に印加される交流電力を調整したときの、蒸着され
る膜の接触抵抗特性を示したグラフである。FIG. 5 is a graph showing contact resistance characteristics of a film to be deposited when an AC power applied to a semiconductor substrate is adjusted by a sputtering apparatus according to the present invention.
１００…半導体基板、 １０２…絶縁
膜、１０４…コンタクトホール、 １０６…１
次蒸着膜、１０８…２次蒸着膜、 ２０
０…チャンバ、２０２…カソード、
２０４…アノード、２０６…コイル、
２０８…チャンバシールド、２１０…クランプ、
２１２…チャンバ上部。100 semiconductor substrate, 102 insulating film, 104 contact hole, 106 1
Next deposited film, 108 ... Secondary deposited film, 20
0: chamber, 202: cathode,
204: anode, 206: coil,
208: chamber shield, 210: clamp,
212: Upper part of the chamber.
Claims (12)
ッタリング装置にローディングする段階と、 前記スパッタリング装置で薄膜形成物質をイオン化させ
る段階と、 前記イオン化された薄膜形成物質を交流電力を印加しな
い状態で前記半導体基板に蒸着して１次蒸着膜を形成す
る段階と、 前記スパッタリング装置で交流電力を印加しながら前記
１次蒸着膜上にイオン化された薄膜形成物質を蒸着して
２次蒸着膜を形成する段階とを含むことを特徴とするイ
オン化された薄膜形成物質を用いたスパッタリング方
法。1. A step of loading a semiconductor substrate on which an arbitrary film is formed into a sputtering apparatus, a step of ionizing a thin film forming substance by the sputtering apparatus, and a state in which no AC power is applied to the ionized thin film forming substance. Forming a first deposition film by depositing on the semiconductor substrate, and depositing an ionized thin film forming material on the first deposition film while applying AC power with the sputtering device to form a second deposition film. Forming a film using the ionized thin film forming material.
徴とする請求項１に記載のイオン化された薄膜形成物質
を用いたスパッタリング方法。2. The sputtering method according to claim 1, wherein the arbitrary film is an insulating film.
ることを特徴とする請求項２に記載のイオン化された薄
膜形成物質を用いたスパッタリング方法。3. The sputtering method according to claim 2, wherein the insulating film has a contact hole.
ングが起こるチャンバと、蒸着物質が位置するカソード
と、前記カソードと対向されるところに構成されたアノ
ードと、前記カソードとアノードとの間で薄膜形成物質
をイオン化させ得る手段とを含む構成であることを特徴
とする請求項１に記載のイオン化された薄膜形成物質を
用いたスパッタリング方法。4. The sputtering apparatus includes a chamber in which sputtering occurs, a cathode on which a deposition material is located, an anode configured to be opposed to the cathode, and a thin film forming material between the cathode and the anode. 2. A sputtering method using an ionized thin film forming substance according to claim 1, wherein the sputtering method comprises a means capable of being ionized.
段として、ＲＦバイアスが印加されるコイルを使用する
ことを特徴とする請求項４に記載のイオン化された薄膜
形成物質を用いたスパッタリング方法。5. The sputtering method according to claim 4, wherein a coil to which an RF bias is applied is used as a means for ionizing the thin film forming material.
バ内に磁界が印加できるマグネトロンをさらに具備する
ことを特徴とする請求項４に記載のイオン化された薄膜
形成物質を用いたスパッタリング方法。6. The sputtering method according to claim 4, wherein the sputtering apparatus further comprises a magnetron capable of applying a magnetic field to the chamber.
能で、チャンバ内でイオン化ができる金属を使用するこ
とを特徴とする請求項１に記載のイオン化された薄膜形
成物質を用いたスパッタリング方法。7. The sputtering method as claimed in claim 1, wherein the deposition material is a metal that can be sputtered and ionized in a chamber.
される抵抗層、障壁層及び配線層に用いられる物質を使
用することを特徴とする請求項１に記載のイオン化され
た薄膜形成物質を用いたスパッタリング方法。8. The ionized thin film forming material according to claim 1, wherein a material used for a resistance layer, a barrier layer, and a wiring layer formed in a metal wiring process is used as the deposition material. Sputtering method.
アルミニウム、銅、チタニウム、窒化チタニウム、タン
タル、窒化タンタル及びチタニウムタングステンよりな
る群から選択されてなるいずれか一つであることを特徴
とする請求項８に記載のイオン化された薄膜形成物質を
用いたスパッタリング方法。9. The deposition material may be platinum, tungsten,
The ionized thin film forming material according to claim 8, wherein the material is one selected from the group consisting of aluminum, copper, titanium, titanium nitride, tantalum, tantalum nitride, and titanium tungsten. Sputtering method.
着膜と２次蒸着膜の厚さとを合わせた全体膜厚さの１／
２０から１／２の間の厚さに形成することを特徴とする
請求項１に記載のイオン化された薄膜形成物質を用いた
スパッタリング方法。10. The thickness of the primary deposited film is 1/1 / th of the total thickness of the combined primary and secondary deposited films.
2. The method according to claim 1, wherein the thickness is between 20 and 1/2.
する交流電力は、ウェーハの裏面へ電力が印加されるよ
うにすることを特徴とする請求項１に記載のイオン化さ
れた薄膜形成物質を用いたスパッタリング方法。11. The ionized thin film forming material according to claim 1, wherein the AC power applied to the second deposition film is applied to the back surface of the wafer. Sputtering method.
は、１００〜１０００Ｗの範囲で印加されるものである
ことを特徴とする請求項１１に記載のイオン化された薄
膜形成物質を用いたスパッタリング方法。12. The sputtering method according to claim 11, wherein the power applied to the back surface of the wafer is applied in a range of 100 to 1000 W. .
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Cited By (1)
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| KR101028972B1 (en) | 2002-09-13 | 2011-04-12 | 가부시키가이샤 알박 | Bias sputtering film forming process and bias sputtering film forming apparatus |
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| KR19990065298A (en) | 1999-08-05 |
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