JPS6329504A - Bias sputtering - Google Patents

Bias sputtering

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Publication number
JPS6329504A
JPS6329504A JP17157986A JP17157986A JPS6329504A JP S6329504 A JPS6329504 A JP S6329504A JP 17157986 A JP17157986 A JP 17157986A JP 17157986 A JP17157986 A JP 17157986A JP S6329504 A JPS6329504 A JP S6329504A
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JP
Japan
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gas
film
bias sputtering
argon
argon gas
Prior art date
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Pending
Application number
JP17157986A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masatoshi Tsuneoka
正年 恒岡
Nobuo Owada
伸郎 大和田
Mitsuaki Horiuchi
光明 堀内
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.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
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Publication of JPS6329504A publication Critical patent/JPS6329504A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To obtain a bias sputtering method capable of making the coating property of a film to be formed excellent without causing the decrease of film quality, by forming a bias sputtering film applying a treatment gas having specific gravity larger than argon gas. CONSTITUTION:On the upper part of a chamber 1, a gas supplying port 7 connecting to a treatmint gas source 6 is arranged. For the treatment gas source 6, the following are adopted, krypton gas, xenon gas and radon gas having specific gravity larger than argon gas, or a mixed gas of thease gases and argon gas. The treatment gas is introduced into the chamber 1, whose inside is kept a vacuum of about 1-100 Torr, and electric power is supplied to a lower electrode 3 from a negative power source 5, while an upper electrode 2 is heated by a heater 12. As the result, the surface coating of a silicon wafer W is completed by the effect of plasma generating in the vicinity of the upper electrode 2. As the gas having specified gravity larger than argon gas is used, the acceleration which moves the treatment gas toward the wafer W is decreased. Therefore, the generation of voids can be restrained and the film quality is improved.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はバイアススパッタ方法に関し、特に膜質が良好
でしかもアスペクト比の大きなパターンに対する被着性
が良好なバイアススパッタ方法に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a bias sputtering method, and particularly to a bias sputtering method that provides good film quality and good adhesion to patterns with large aspect ratios.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

一般に半導体装置の製造工程では、半導体基板上に金属
膜を被着し、これを所要のパターンに形成して電極、配
線を形成している。近年、半導体装置の素子の微細化に
伴って電極及び配線も微細化され、これによりアスペク
ト比の大きなパターンへの金属膜被着の技術の必要性が
高められている。従来、このようなアスペクト比の大き
なパターンへ良好な金属膜被着を行う技術として、基板
に負の電圧を印加しながらスパッタを行う所謂バイアス
スパッタ法が知られている。
Generally, in the manufacturing process of a semiconductor device, a metal film is deposited on a semiconductor substrate and formed into a desired pattern to form electrodes and wiring. In recent years, with the miniaturization of elements of semiconductor devices, electrodes and wiring have also been miniaturized, and this has increased the need for techniques for depositing metal films on patterns with large aspect ratios. Conventionally, a so-called bias sputtering method in which sputtering is performed while applying a negative voltage to a substrate is known as a technique for successfully depositing a metal film on such a pattern with a large aspect ratio.

即ち、このバイアススパッタ法は、金属膜被着を行う基
板を支持した電極をカソード電極に対向配置するととも
に、この基板側電極に負のバイアス電圧を印加し、かつ
チャンバ内を所要のガス圧力に維持した状態でスパッタ
を行う方法である。
That is, in this bias sputtering method, an electrode supporting a substrate on which a metal film is to be deposited is placed opposite a cathode electrode, a negative bias voltage is applied to this substrate-side electrode, and the inside of the chamber is maintained at the required gas pressure. This is a method in which sputtering is performed in a maintained state.

このバイアススパッタ法によれば、印加されたバイアス
によってイオンの衝突を起こし、この際のスパッタエッ
チによって傾斜部を優先的にエッチし、平坦部に再付着
をさせることにより平坦性の高い膜被着を実現できる。
According to this bias sputtering method, an applied bias causes ion collisions, and the sputter etching at this time preferentially etches the sloped parts and redeposit the flat parts, resulting in highly flat film deposition. can be realized.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

この種のバイアススパッタにおいては、アスペクト比の
大きなパターンへの金属膜の被着性を向上させるために
は基板に供給される電力を増大させること、例えば−の
手段として基板のバイアス電圧を高めることが有効であ
るが、このバイアス電圧の増大に伴ってチャンバ内にお
けるアルゴンが膜中に取り込まれ易くなる。特に、アル
ゴンガスが比重が小さいために取り込み量が多くなる。
In this type of bias sputtering, in order to improve the adhesion of a metal film to a pattern with a large aspect ratio, it is necessary to increase the power supplied to the substrate, for example, to increase the bias voltage of the substrate. is effective, but as the bias voltage increases, argon in the chamber becomes more likely to be taken into the film. In particular, since argon gas has a low specific gravity, the amount of argon gas taken in is large.

このため、その後の熱処理工程によってこの取り込まれ
たアルゴンが熱膨張し、膜中においてボイドが発生しま
たヒロックの原因となる等、被着形成した膜質の低下を
招くという問題がある。
For this reason, the introduced argon thermally expands in the subsequent heat treatment step, causing voids in the film and causing hillocks, resulting in a problem that the quality of the deposited film deteriorates.

本発明の目的は、膜質の低下を招くことなく、しかも形
成する膜の被着性を良好なものにできるバイアススパッ
タ方法を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a bias sputtering method that can improve the adhesion of the formed film without causing a deterioration in film quality.

本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、
本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであ
ろう。
The above and other objects and novel features of the present invention include:
It will become clear from the description of this specification and the accompanying drawings.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
A brief overview of typical inventions disclosed in this application is as follows.

すなわち、クリプトンガス、キセノンガス、ラドンガス
又はこれらのガスとアルゴンガスとの混合ガス等のよう
に、アルゴンガスよりも比重の大きな処理ガスを用いて
バイアススパッタ成膜を行なっている。
That is, bias sputtering film formation is performed using a processing gas having a higher specific gravity than argon gas, such as krypton gas, xenon gas, radon gas, or a mixed gas of these gases and argon gas.

〔作用〕[Effect]

上記した装置によれば、反応処理ガスの比重が大きいた
めに、スパッタ形成される膜中へのガスの混入が抑制で
き、その後の処理における膨れを防止でき、これにより
良質でかつ被着性の良い成膜を行うことができる。
According to the above-mentioned apparatus, since the specific gravity of the reaction processing gas is high, it is possible to suppress the gas from entering the sputter-formed film, and prevent blistering during subsequent processing, thereby ensuring good quality and adhesion. Good film formation can be achieved.

〔実施例〕〔Example〕

第1図は本発明を実施するためのバイアススパッタ装置
の一例を示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing an example of a bias sputtering apparatus for carrying out the present invention.

内部を気密に保持可能なチャンバ1内には、上部電極2
と下部電極3とを対向配置し、上部電極2には成膜を行
うための基板としてのシリコンウェハWを支持し、下部
電極3には成膜材料としてのアルミニウムのターゲット
Tを支持している。
Inside the chamber 1, which can be kept airtight, there is an upper electrode 2.
and a lower electrode 3 are arranged to face each other, the upper electrode 2 supports a silicon wafer W as a substrate for film formation, and the lower electrode 3 supports an aluminum target T as a film formation material. .

そして、前記上部電極2には負電源4を接続して所定の
バイアス電圧をシリコンウェハWに印加し、また下部電
極3はカソード電極として負電源5を接続している。な
お、チャンバ1は接地しており、また、下部電極2には
ヒータ12を近接配置し、前記下部電極3には下部電極
3に磁界を生じさせる永久磁石13を配設している。
A negative power source 4 is connected to the upper electrode 2 to apply a predetermined bias voltage to the silicon wafer W, and a negative power source 5 is connected to the lower electrode 3 as a cathode electrode. The chamber 1 is grounded, a heater 12 is placed close to the lower electrode 2, and a permanent magnet 13 is placed on the lower electrode 3 to generate a magnetic field in the lower electrode 3.

更に、前記上部電極2の負電源4の回路内には電流計1
0を介挿し、かつこの電流計10をコントローラ11に
接続している。このコントローラ11は、前記電流計1
0からの電流値に基づいて前記負電源4を制御し、シリ
コンウェハWの電流を制御できるように構成している。
Furthermore, an ammeter 1 is installed in the circuit of the negative power supply 4 of the upper electrode 2.
0 is inserted, and this ammeter 10 is connected to the controller 11. This controller 11 includes the ammeter 1
The configuration is such that the negative power supply 4 is controlled based on the current value from 0, and the current flowing through the silicon wafer W can be controlled.

一方、前記チャンバ1の上部には処理ガスa6に連通し
たガス供給ロアを開設するとともに、下部にはチャンバ
1内を所定の圧力に減圧させる排気口8を開設しポンプ
9を配設している。
On the other hand, in the upper part of the chamber 1, a gas supply lower communicating with the processing gas a6 is provided, and in the lower part, an exhaust port 8 is provided to reduce the pressure inside the chamber 1 to a predetermined pressure, and a pump 9 is provided. .

ここで、前記処理ガス源6には、アルゴンガスよりも比
重の大きなりリプトンガス、キセノンガス、ラドンガス
又はこれらのガスとアルゴンガスとの混合ガスを採用し
ている。
Here, as the processing gas source 6, Lipton gas, xenon gas, radon gas, or a mixed gas of these gases and argon gas, which has a higher specific gravity than argon gas, is used.

このバイアススパッタ装置を用いた本発明方法は、先ず
排気口8及びポンプ9によりチャンバ1内を10−’T
orr程度に高真空排気を行った後、ガス供給ロアから
チャンバ1内に処理ガスを導入し内部を1〜100To
rr程度の真空度に設定する。
In the method of the present invention using this bias sputtering apparatus, first, the inside of the chamber 1 is heated at 10-'T by the exhaust port 8 and the pump 9.
After performing high vacuum evacuation to about 100 mA orr, the processing gas is introduced into the chamber 1 from the gas supply lower and the inside is heated to 1 to 100 Ton.
Set the degree of vacuum to about rr.

次いで、ヒータ12で上部型i2を加熱しながら下部電
極3に負電源5から電力を印加する。同時に上部電極2
にも買電a4から電力を印加し、所要のバイアスに設定
する。これにより、両電極2.3間にプラズマが発生し
、このプラズマの作用によって下部電極3上のアルミニ
ウムのターゲットTからアルミニウム原子が飛散される
。このアルミニウム原子は上部電極2上のシリコンウェ
ハWに向かって飛散され、今度は上部電極2の近傍に発
生しているプラズマの作用によってシリコンウェハWの
表面に被着される。
Next, while heating the upper mold i2 with the heater 12, power is applied to the lower electrode 3 from the negative power source 5. At the same time, upper electrode 2
Also, power is applied from the power purchase a4 to set the required bias. As a result, plasma is generated between both electrodes 2.3, and aluminum atoms are scattered from the aluminum target T on the lower electrode 3 due to the action of this plasma. These aluminum atoms are scattered toward the silicon wafer W on the upper electrode 2, and are then deposited on the surface of the silicon wafer W by the action of plasma generated near the upper electrode 2.

このとき、上部電極2における電流は電流計lOで測定
され、コントローラ11はこの電流値に基づいて前記買
電#4をフィードバック制御し、シリコンウェハWにお
ける電流が略所定の値以上となるように制御する。これ
により、上部電極2におけるバイアスを一定に保持した
ままで前記プラズマの下でシリコンウェハWに流れ込む
ガスのイオン量を増大させて基板電流を所定値以上に維
持できる。これにより、膜質が良好でかつ被着性の良い
成膜を実現できる。
At this time, the current in the upper electrode 2 is measured by an ammeter lO, and the controller 11 feedback-controls the power purchase #4 based on this current value so that the current in the silicon wafer W is approximately equal to or higher than a predetermined value. Control. Thereby, the amount of ions in the gas flowing into the silicon wafer W under the plasma can be increased while the bias at the upper electrode 2 is kept constant, and the substrate current can be maintained at a predetermined value or higher. This makes it possible to form a film with good film quality and good adhesion.

また、このとき処理ガスにはアルゴンガスよりも比重の
大きなガスを使用しているため、プラズマとともに処理
ガスがシリコンウェハWに向かって移動される加速度が
低下され、これにより処理ガスがシリコンウェハW中に
取り込まれる確率は処理ガスにアルゴンガスを用いた場
合によりも低減される。したがって、後工程においてシ
リコンウェハWの熱処理を行った場合でも、取り込まれ
たガス成分が熱膨張することによって発生されるボイド
を抑制でき、膜質の向上を達成できる。
In addition, since a gas having a higher specific gravity than argon gas is used as the processing gas at this time, the acceleration at which the processing gas is moved toward the silicon wafer W together with the plasma is reduced. The probability of being taken in is also reduced when argon gas is used as the processing gas. Therefore, even when the silicon wafer W is heat-treated in a post-process, voids generated due to thermal expansion of the captured gas components can be suppressed, and film quality can be improved.

上述した実施例によれば次の効果を得ることができる。According to the embodiment described above, the following effects can be obtained.

(1)処理ガスにアルゴンガスよりも比重の大きなガス
を利用しているため、バイアススパッタ反応時にガス成
分がシリコンウェハ中に取り込まれるも1率が低減し、
後工程における熱処理によってもガス成分による膨れ等
が抑制でき、膜質の向上を達成できる。
(1) Since a gas with a higher specific gravity than argon gas is used as the processing gas, the rate of gas components being incorporated into the silicon wafer during the bias sputtering reaction is reduced.
Heat treatment in the post-process can also suppress blistering caused by gas components and improve film quality.

(2)シリコンウェハの電流を制御しているので、均一
な成膜を行うことができ、アスペクト比の大きなパター
ンへの金属膜の被着性を向上することができる。
(2) Since the current flowing through the silicon wafer is controlled, uniform film formation can be performed, and the adhesion of the metal film to a pattern with a large aspect ratio can be improved.

(3)基板電流を直接測定し、この測定値に基づいて負
電源を制御しているので、基板電流を所定値に保持でき
、安定した膜質、被着性の成膜を行うことができる。
(3) Since the substrate current is directly measured and the negative power source is controlled based on this measured value, the substrate current can be maintained at a predetermined value and a film can be formed with stable film quality and adhesion.

以上本発明者によってなされた発明を実施例にもとづき
具体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定される
ものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可
能であることはいうまでもない。例えば、アルミニウム
以外の金属をスパッタ成膜する場合にも全く同様に適用
できる。また、処理ガスはアルゴンガスよりも比重の大
きなガスであれば、前記した以外のものを採用すること
もできる。
Although the invention made by the present inventor has been specifically explained above based on Examples, it goes without saying that the present invention is not limited to the above Examples and can be modified in various ways without departing from the gist thereof. Nor. For example, the present invention can be applied in exactly the same manner to the case where metals other than aluminum are formed by sputtering. Further, as the processing gas, gases other than those described above may be used as long as they have a higher specific gravity than argon gas.

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野である半導体装置における
薄膜を形成する場合に適用した場合について説明したが
、それに限定されるものではな(、種々の基板に対して
薄膜を形成する場合にも同様に適用できる。
In the above explanation, the invention made by the present inventor was mainly applied to the field of application in which it was applied, which is the formation of a thin film in a semiconductor device, but the invention is not limited to this. The present invention can be similarly applied to forming a thin film on a substrate.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりであ
る。
A brief explanation of the effects obtained by typical inventions disclosed in this application is as follows.

すなわち、バイアススパッタによる成膜に際し、クリプ
トンガス、キセノンガス、ラドンガス又はこれらのガス
とアルゴンガスとの混合ガス等のようにアルゴンガスよ
りも比重の大きな処理ガスを用いているので、基板中へ
のガス成分の取り込みを抑制し、後工程における熱処理
によってもガス成分の膨らみによるボイド等の発生を防
いで膜質の向上を図るとともに、アスペクト比の大きな
パターンに対する膜の被着性を向上することができる。
In other words, when forming a film by bias sputtering, a processing gas with a higher specific gravity than argon gas, such as krypton gas, xenon gas, radon gas, or a mixed gas of these gases and argon gas, is used, so that there is no possibility of infiltration into the substrate. By suppressing the incorporation of gas components and by heat treatment in the post-process, it is possible to improve film quality by preventing the generation of voids due to expansion of gas components, and improve the adhesion of the film to patterns with large aspect ratios. .

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

図は本発明方法を実施するための装置の一例を示す断面
図である。 1・・・チャンバ、2・・・上部電極(基板側電極)、
3・・・下部電極(カソード電極)、4・・・負電源、
5・・・負電源、6・・・処理ガス源、7・・−ガス供
給口、8・・・排気口、9・・・ポンプ、lO・・・電
流計、11・・・コントローラ、12・・・ヒータ、1
3・・・磁石、W・・・シリコンウェハ(基板)、T・
・・ターゲット。
The figure is a sectional view showing an example of an apparatus for carrying out the method of the present invention. 1... Chamber, 2... Upper electrode (substrate side electrode),
3... Lower electrode (cathode electrode), 4... Negative power supply,
5... Negative power supply, 6... Processing gas source, 7...-Gas supply port, 8... Exhaust port, 9... Pump, lO... Ammeter, 11... Controller, 12 ...Heater, 1
3...Magnet, W...Silicon wafer (substrate), T...
··target.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、所要の処理ガス雰囲気中で、基板にバイアス電圧を
印加してスパッタ成膜を行う方法において、前記処理ガ
スとしてアルゴンガスよりも比重の大きなガスを用いる
ことを特徴とするバイアススパッタ方法。 2、処理ガスがクリプトンガス、キセノンガス、ラドン
ガス又はこれらのガスとアルゴンガスとの混合ガスであ
る特許請求の範囲第1項記載のバイアススパッタ方法。 3、基板の電流を検出して基板に接続した電源を制御し
、基板の電流を所定値に制御してバイアススパッタを行
ってなる特許請求の範囲第1項記載のバイアススパッタ
方法。
[Claims] 1. A method for sputtering film formation by applying a bias voltage to a substrate in a required processing gas atmosphere, characterized in that a gas having a higher specific gravity than argon gas is used as the processing gas. bias sputtering method. 2. The bias sputtering method according to claim 1, wherein the processing gas is krypton gas, xenon gas, radon gas, or a mixed gas of these gases and argon gas. 3. The bias sputtering method according to claim 1, wherein the bias sputtering is performed by detecting the substrate current and controlling the power supply connected to the substrate to control the substrate current to a predetermined value.
JP17157986A 1986-07-23 1986-07-23 Bias sputtering Pending JPS6329504A (en)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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