KR19980041860A - Low Pressure Remote Sputtering Device - Google Patents

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KR19980041860A
KR19980041860A KR1019970044448A KR19970044448A KR19980041860A KR 19980041860 A KR19980041860 A KR 19980041860A KR 1019970044448 A KR1019970044448 A KR 1019970044448A KR 19970044448 A KR19970044448 A KR 19970044448A KR 19980041860 A KR19980041860 A KR 19980041860A
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low pressure
coverage
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KR1019970044448A
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고바야시마사히코
누마자와요이치로
다카하시노부유키
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니시히라순지
아네루바가부시키가이샤
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Abstract

오버행에 기인한 문제를 해결하면서 보텀 커버리지 만이 아니라 측면 커버리지도 향상시킨다.It solves the problems caused by overhang, improving not only bottom coverage but also side coverage.

압력이 1mTorr 이하이고 타겟(2)과 기판(50)의 거리를 기판(50) 크기로 나눈 값을 1이상으로 하는 저압원격 스퍼터 구성에 있어서, 기판(50) 표면 근방의 공간에 그 표면을 향하는 전계가 전계설정 기구(7)에 의해 설정된다. 전계 설정기구(7)는 기판(50)을 유지한 기판홀더(5)에 고주파 전압을 인가하여 플라즈마와의 상호 작용에 의해 기판(50)에 셀프 바이어스 전압을 부여한다. 기판(50) 표면에는 일정 애스펙트비의 홀(500)이 형성되고, 홀(500)의 개구 가장자리(501)에 퇴적하는 스퍼터 입자는 전계에 의해 가속된 이온(40)에 의해 재스퍼터되고 홀(500) 측면(503)에서 막퇴적이 촉진된다.In a low-pressure remote sputtering configuration having a pressure of 1 mTorr or less and a distance obtained by dividing the distance between the target 2 and the substrate 50 by the size of the substrate 50, the surface of the substrate 50 faces the surface in a space near the surface of the substrate 50. The electric field is set by the electric field setting mechanism 7. The electric field setting mechanism 7 applies a high frequency voltage to the substrate holder 5 holding the substrate 50 to impart a self bias voltage to the substrate 50 by interaction with the plasma. A hole 500 having a certain aspect ratio is formed on the surface of the substrate 50, and sputtered particles deposited at the opening edge 501 of the hole 500 are resputtered by the ions 40 accelerated by an electric field. 500) Film deposition is promoted on the side 503.

Description

저압원격 스퍼터장치Low Pressure Remote Sputtering Device

발명이 속하는 기술분야FIELD OF THE INVENTION

본 발명은 기판표면에 스퍼터링에 의해 원하는 박막을 퇴적하는 스퍼터장치에 관한 것으로, 특히, 방전 압력을 통상보다도 낮게 유지함과 동시에 타겟 기판과의 거리를 통상보다도 길게 하는 저압원격 스퍼터장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a sputtering apparatus for depositing a desired thin film on the surface of a substrate by sputtering, and more particularly, to a low pressure remote sputtering apparatus which maintains a discharge pressure lower than usual and makes a distance from a target substrate longer than usual.

종래의 기술Conventional technology

스퍼터장치는 LSI(대규모 집적회로)나 LCD(액정 디스플레이), 정보 기록 디스크 제작시에 많이 사용되고 있다. 도 4는 종래부터 사용되고 있는 스퍼터장치를 나타내고, 도 5는 도 4의 종래 스퍼터장치에 의해 홀에 퇴적한 막의 스텝 커버리지의 프로파일을 나타내는 홀의 단면도이다.Sputtering apparatuses are widely used in the production of LSIs (large scale integrated circuits), LCDs (liquid crystal displays), and information recording discs. FIG. 4 shows a sputtering apparatus used in the related art, and FIG. 5 is a cross-sectional view of the hole showing the profile of the step coverage of the film deposited in the hole by the conventional sputtering apparatus of FIG. 4.

도 4에 도시된 스퍼터장치는 배기계(11)를 갖춘 진공용기(1)를 갖는다. 이 진공용기(1)내에 타겟(2)과 스퍼터방전을 낳는 전극(3)을 배치하고 있다. 진공용기(1)는 스퍼터방전을 위한 방전용 가스를 도입하는 가스도입계(4)를 구비하고 있다. 또한, 진공용기(1)내에 스퍼터된 타겟(2) 재료로 피막된 기판(50)을 배치하기 위한 기판홀더(5)가 배치되어 있다.The sputtering apparatus shown in FIG. 4 has a vacuum vessel 1 with an exhaust system 11. In this vacuum container 1, the target 2 and the electrode 3 which produce sputter discharge are arrange | positioned. The vacuum container 1 is provided with the gas introduction system 4 which introduces the discharge gas for sputter discharge. Further, a substrate holder 5 for arranging the substrate 50 coated with the sputtered target 2 material in the vacuum container 1 is disposed.

이같은 스퍼터장치에는 해마다 집적도가 높아지는 각종 반도체 디바이스 분야에서는 스텝 커버리지 향상이 중요 과제가 되고 있다.In such a sputtering apparatus, step coverage improvement has become an important problem in various semiconductor device fields where the degree of integration increases year by year.

스텝 커버리지란 기판 표면에 형성된 구멍이나 홈, 또는 단차에 대한 피복성을 의미한다. 또한, 스텝 커버리지 특성은 상면에의 박막 퇴적량에 대한 홈 또는 구멍(이하, 홀이라 총칭함) 저부에의 박막 퇴적량의 비인 보텀 커버리지를 포함한다.Step coverage means coverage of holes, grooves or steps formed in the substrate surface. The step coverage characteristic also includes bottom coverage, which is the ratio of the deposition amount of the thin film to the bottom of the groove or hole (hereinafter collectively referred to as the hole) relative to the deposition amount of the thin film on the upper surface.

콘택트홀 또는 스루홀과 같은 홀에 배리어 막을 스퍼터링에 의해 퇴적할 경우, 홀 저부에 충분한 두께의 배리어 막이 퇴적되지 않으면, 즉 보텀 커버리지가 충분치 않으면, 층간의 확산방지가 충분치 않게 된다. 전크션리키지(junction leakage)이라 하는 디바이스 성능에 치명적 결함을 주는 경우가 있다.When the barrier film is deposited by sputtering into a hole such as a contact hole or a through hole, the diffusion prevention between layers is not sufficient unless a barrier film having a sufficient thickness is deposited at the bottom of the hole, that is, the bottom coverage is not sufficient. In some cases, there is a fatal flaw in device performance called junction leakage.

집적도가 높아지고 배선의 미세화가 진행되면 배선폭이 더 한층 좁아진다. 그런 한편, 디바이스의 고성능화를 배경으로 한 배선구조의 복잡화에 의해 홀 깊이가 더 깊어지는 경향이 있다. 그 결과, 홀의 애스펙트비(홀 깊이/홀 개구폭)가 한층 높아지는 경향이 있다.The higher the degree of integration and the finer the wiring, the narrower the wiring width. On the other hand, the hole depth tends to be deeper due to the complexity of the wiring structure on the background of the high performance of the device. As a result, the aspect ratio (hole depth / hole opening width) of the hole tends to be further increased.

그러나, 종래의 일반적 스퍼터장치는 애스펙트비 1∼2정도의 홀에의 성막이 한계가 되고 있고, 16메가비트 이상의 집적회로를 제작할 때의 기술적 장애가 되고 있다. 그 원인은 도 4의 종래 스퍼터장치는 기판(50)에 경사지게 입사하는 스퍼터 입자가 많고, 홀 저부에 도달 가능한 스퍼터입자의 양이 적기 때문이다. 그 결과, 도 5와 같이, 기판(50)의 구멍 또는 홀(500)의 저부에의 막퇴적이 적어지고, 보텀 커버리지(도 5의 (b/a)×100%)는 상당히 낮아진다.However, in the conventional general sputtering device, film formation in holes having an aspect ratio of about 1 to 2 is a limit, and it is a technical obstacle when manufacturing an integrated circuit of 16 megabits or more. The reason for this is that the conventional sputtering apparatus of FIG. 4 has a large amount of sputtered particles entering the substrate 50 at an inclined angle, and the amount of sputtered particles that can reach the bottom of the hole is small. As a result, as shown in FIG. 5, film deposition on the bottom of the hole or hole 500 of the substrate 50 decreases, and the bottom coverage ((b / a) × 100% of FIG. 5) is considerably lowered.

스텝 커버리지를 향상시키는 데는 기판(50)에 대하여 수직으로 입사하는 스퍼터 입자를 많게 하는 것이 중요하다. 스퍼터 입자를 수직으로 입사시키는 콜리메이트 스퍼터법이 알려져 있다. 도 6은 종래의 콜리메이트 스퍼터장치의 개략 표시도이다.In order to improve the step coverage, it is important to increase the number of sputter particles which are incident perpendicularly to the substrate 50. A collimated sputtering method is known in which sputter particles are incident vertically. 6 is a schematic display of a conventional collimated sputtering device.

이 도 6의 스퍼터장치에서는 타겟(2)과 기판(50) 사이의 공간에 콜리메이트판(8)이 설치되어 있다. 이 콜리메이트판(8)은 격자상이나 허니컴(honey-comb)상 스퍼터 입자가 통과하는 비행통로를 형성하고 있다.In the sputtering apparatus of FIG. 6, a collimating plate 8 is provided in the space between the target 2 and the substrate 50. The collimating plate 8 forms a flight path through which lattice or honey-comb sputter particles pass.

그러나, 이 콜리메이트 스퍼터법에서는 콜리메이트판(8)에 스퍼터 입자가 부착하여 퇴적한다. 스퍼터처리를 상당시간 행하면, 비행통로의 단면적이 작아진다. 그 결과, 콜리메이트판(8)을 통과할 수 있는 스퍼터 입자가 감소한다. 콜리메이트 스퍼터법은 성막속도가 저하되는 문제가 있고, 양산용 장치로는 치명적 결함이 되고 있다. 콜리메이트판(8)의 교환을 위한 메인터넌스가 다시 필요해지기 때문에 양산장치로서의 충분한 생산성이 확보되지 않는 문제도 있다.However, in this collimated sputtering method, sputter particles adhere to and deposit on the collimated plate 8. If the sputtering process is performed for a considerable time, the cross section of the flight path is reduced. As a result, the sputter particle which can pass through the collimate board 8 reduces. The collimated sputtering method has a problem that the film formation speed is lowered, which is a fatal defect in mass production equipment. Since maintenance for the replacement of the collimated plate 8 is required again, there is a problem that sufficient productivity as a mass production device is not secured.

이같은 콜리메이트 스퍼터법의 과제를 해결하는 것으로, 방전압력을 통상보다도 낮게 유지함과 동시에 타겟과 기판의 거리를 통상보다도 길게 한 저압원격 스퍼터 장치가 최근 주목되고 있다. 도 7은 종래 알려져 있는 저압원격 스퍼터장치의 개략 표시도이다.In order to solve such a problem of the collimated sputtering method, the low-pressure remote sputtering apparatus which kept the discharge pressure lower than usual and made the distance of a target and a board | substrate longer than usual has attracted attention recently. 7 is a schematic view of a conventionally known low pressure remote sputtering device.

도 7로 알수 있듯이, 이 스퍼터장치는 타겟(2)과 기판(50)의 거리(이하, TS거리)가 통상의 장치 보다 크다. 타겟(2)에서 방출되는 스퍼터 입자중 기판(50) 표면에 대하여 수직에 가까운 방향으로 비행하는 스퍼터 입자만이 기판(50)에 도달하게 한다. 기판(50) 표면에 대하여 경사 방향으로 비행하는 스퍼터입자는 진공용기(1) 기벽을 향한다. 따라서, 수직입사하는 기판(50) 표면에 도달하는 스퍼터입자의 양이 상대적으로 많아진다. 그 결과, 스텝 커버리지가 향상한다.As can be seen from FIG. 7, this sputtering device has a larger distance (hereinafter, referred to as TS distance) between the target 2 and the substrate 50 than the conventional device. Of the sputter particles emitted from the target 2, only the sputter particles flying in a direction close to the surface of the substrate 50 reach the substrate 50. Sputter particles flying in an oblique direction with respect to the surface of the substrate 50 face the base wall of the vacuum container 1. Therefore, the amount of sputtered particles reaching the surface of the vertically incident substrate 50 becomes relatively large. As a result, step coverage is improved.

또, 상기 저압원격 스퍼터장치는 수직 입사의 스퍼터 입자를 많게 하기 위하여 방전력을 가령 1mTorr 정도 이하까지 낮게 하도록 하고 있다. 압력을 낮게 함으로써 스퍼터 입자의 평균 자유 행정을 크게 하고, 방전용 가스와의 충돌로 스퍼터 입자의 산란을 감소시키고 있다. 그 결과로 수직입사의 스퍼터입자를 많게 하도록 하는 것이다.In addition, the low-pressure remote sputtering device is designed to lower the discharge force to, for example, about 1 mTorr or less in order to increase the number of sputter particles of vertical incidence. By lowering the pressure, the average free path of the sputter particles is increased, and scattering of the sputter particles is reduced by collision with the gas for discharge. As a result, the number of sputter particles of vertical incidence is increased.

종래의 저압원격 스퍼터장치는 TS거리의 증대와 방전압력의 저하로, 수직에 가까운 입사각의 스퍼터 입자를 산란시킴이 없이 효율적으로 기판에 도달시킴으로써 스텝 커버리지의 비약적 향상을 가능하게 하고 있다. 콜리메이트 스퍼터를 행하는 장치에서 보는 바와 같은 경시적 성막속도 저하의 문제가 없다.The conventional low pressure remote sputtering device enables a significant improvement in step coverage by efficiently reaching a substrate without scattering sputter particles having an angle of incidence close to vertical due to an increase in TS distance and a decrease in discharge pressure. There is no problem of deterioration in film formation over time as seen in the apparatus for performing the collimated sputtering.

가령, TS거리 340㎜, 방전압력 0.3mTorr의 조건으로, 티탄으로 이루어지는 타겟을 스퍼터할 경우, 애스펙트비 2의 홀에 대하여 약 40%, 애스펙트비 3.5의 홀에 대하여 약 20% 정도의 보텀 커버리지가 얻어지고, 16메가비트를 넘는 집적회로 제조에 유망시되고 있다.For example, when sputtering a target made of titanium under a condition of a TS distance of 340 mm and a discharge pressure of 0.3 mTorr, a bottom coverage of about 40% for holes having aspect ratio 2 and about 20% for holes having aspect ratio 3.5 is obtained. It is obtained and is promising for the manufacture of integrated circuits over 16 megabits.

그러나, 디바이스 집적도가 더 향상하고, 또한 애스펙트 비가 높아지면 상기한 종래의 저압 원격 스퍼터장치에는 대응할 수 없을 우려가 있다. 가령 256메가비트 또는 1기가비트의 DRAM에 있어서는 애스펙트비가 4∼5나 된다. 이같은 고애스펙트비의 홀에 대하여 15% 정도 이상의 보텀 커버리지로 성막할 것이 요구된다. 그러나, 이같은 고애스펙트비의 홀에 대해서는 종래의 저압원격 스퍼터장치로도 10% 정도의 보텀 커버리지가 한계이고, 차세대의 디바이스 실용화에 장애가 될 것이 염려된다.However, if the device integration degree is further improved and the aspect ratio is high, there is a possibility that the above-mentioned conventional low pressure remote sputtering device cannot cope with. For example, in the case of 256 megabit or 1 gigabit DRAM, the aspect ratio is 4-5. It is required to form a film with a bottom coverage of about 15% or more for such a high aspect ratio hole. However, in such a high aspect ratio hole, the bottom coverage of about 10% is limited even with a conventional low-pressure remote sputtering device, and there is concern that it will hinder the practical use of the next-generation device.

미세 홀에 대한 커버리지를 개선하지 못하는 원인의 하나에 오버행 현상이 있다. 도 8은 종래장치의 문제점인 오버행을 도시한 단면 개략도이다.One of the causes of not improving the coverage for the fine holes is the overhang phenomenon. 8 is a cross-sectional schematic diagram showing an overhang which is a problem of the conventional apparatus.

도 8의 도시와 같이, 홀(500)이 형성된 기판(50) 표면에 박막을 스퍼터링으로 퇴적시킬 경우, 스퍼터 입자는 홀(500)의 개구 가장자리(501) 부분에 많이 퇴적한다. 이 가장자리(501) 부분에 박막이 솟아 오르게 퇴적하는 경향이 있다. 이 가장자리 부분에 솟아오른 퇴적막은 오버행이라 불린다. 이 오버행(502)이 생기면 홀(500)의 개구 면적이 작아지기 때문에, 홀(500)내에 도달하는 스퍼터입자의 양이 저하하여 커버리지가 악화된다. 특히, 오버행(502)은 홀(500) 측면(503)을 향하여 비행하는 스퍼터 입자를 완전히 차단한다. 오버행(502) 형성은 측면 커버리지 {(c/b)×100(%)}의 저하에 결렬된다.As illustrated in FIG. 8, when the thin film is sputtered on the surface of the substrate 50 on which the holes 500 are formed, the sputter particles are deposited on the opening edge 501 of the hole 500. There is a tendency for thin films to rise and rise at this edge portion 501. The sediment which rose to this edge is called an overhang. When this overhang 502 occurs, the opening area of the hole 500 becomes small, so that the amount of sputtered particles that reach the hole 500 decreases and the coverage deteriorates. In particular, overhang 502 completely blocks sputter particles flying towards hole 500 side 503. The overhang 502 formation breaks down with the decrease in side coverage {(c / b) × 100 (%)}.

측면 커버리지라는 점에서는 종래의 저압원격 스퍼터장치는 본질적인 이하와 같은 문제점을 안고 있다. 이 문제점을 도 9를 사용하여 상세히 설명한다.In terms of side coverage, the conventional low pressure remote sputtering device has the following problems. This problem is described in detail with reference to FIG.

도 9는 기판표면에 형성된 홀에 박막이 퇴적하는 상황을 나타낸 단면 개략도이다. 도 9중 (C)는 기판 중앙부에 형성된 홀 내면에의 박막의 퇴적상황을 나타내고, (P)는 기판 주변부분에 형성된 홀 내면에의 박막의 퇴적 상황을 나타내고 있다.9 is a schematic cross-sectional view showing a situation in which a thin film is deposited in a hole formed in the substrate surface. (C) in FIG. 9 shows the deposition state of the thin film on the inner surface of the hole formed in the center portion of the substrate, and (P) shows the deposition state of the thin film on the inner surface of the hole formed in the peripheral portion of the substrate.

도 9의 도시와 같이, 종래 저압원격 스퍼터장치에서는 홀(500) 저면(504)에의 막퇴적에 비해 홀(500) 측면(503)에의 막퇴적이 적어지는 경향이 있다. 홀(500) 측면(503)에의 성막속도가 저면(504)에 비해 낮다. 이 경향은 기판(50) 주변부분 보다 중앙부분쪽이 현저하다.As shown in FIG. 9, in the conventional low pressure remote sputtering device, the film deposition on the side surface 503 of the hole 500 tends to be smaller than the film deposition on the bottom surface 504 of the hole 500. The deposition rate on the side surface 503 of the hole 500 is lower than that of the bottom 504. This tendency is more prominent in the central portion than in the peripheral portion of the substrate 50.

이같은 홀 측면의 막퇴적 감소는 기판(50)에 수직 입사하는 스퍼터 입자의 양을 많게 하고 있음이 원인이 된다. 기판(50)에 입사하는 스퍼터 입자중, 기판(50)에 수직입사하는 스퍼터 입자의 양을 Qv, 경사 입사하는 스퍼터 입자의 양을 Qo, 홀(500) 저면(504)에의 성막속도를 Db, 홀(500) 측면(503)에의 성막속도를 Ds로 할 경우, (Qo/Qs)·(Ds/Db)가 된다.This decrease in film deposition on the side of the hole is caused by increasing the amount of sputter particles perpendicularly incident on the substrate 50. Among the sputter particles incident on the substrate 50, Qv is the amount of sputter particles perpendicularly incident to the substrate 50, the amount of the sputter particles is obliquely incident is Qo, and the film formation speed at the bottom surface 504 of the hole 500 is Db, When the film formation speed on the side surface 503 of the hole 500 is set to Ds, it is (Qo / Qs) · (Ds / Db).

기판(50)의 중앙부분에서는 주변부분에 비해 수직입사하는 스퍼터 입자량이 보다 많기 때문에 다시 측면(503)에 경사입사하는 것이 적다. 즉, 중앙부분에 있어서의 (Qo/Qv)를 Rc로 하고, 주변 부분에 있어서의 (Qo/Qv)를 Rp로 하면, Rc Rp가 된다. 따라서, 중앙부분에 있어서의 (Ds/Db)를 rc로 하고, 주변부분에 있어서의 (Ds/Db)를 rp로 하면, rc rp가 된다. 따라서, 주변부분 보다 중앙부분 쪽이 측면 커버리지 저하가 두드러진다.In the central portion of the substrate 50, since the amount of sputtered particles which are vertically incident to the peripheral portion is larger than that of the peripheral portion, it is less inclined to the side surface 503 again. That is, when (Qo / Qv) in the center portion is set to Rc and (Qo / Qv) in the peripheral portion is set to Rp, it becomes Rc Rp. Therefore, when (Ds / Db) in the center portion is rc and (Ds / Db) in the peripheral portion is rp, rc rp is obtained. Therefore, the side coverage decreases more noticeably in the central portion than in the peripheral portion.

이같은 측면 커버리지 저하는 가령 배리어 막의 경우, 측면부분에 있어서의 확산방지 효과를 저하시킨다. 전크션리키지라는 치명적 결함으로 이어질 우려가 있다.Such lowering of side coverage reduces, for example, the diffusion preventing effect in the side portion in the case of the barrier film. There is a fear that it will lead to a fatal flaw called the exection.

본 발명은 이같은 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 보텀 커버리지 만이 아니라, 측면 커버리지도 향상시킬 수 있는 저압원격 스퍼터장치를 제공함을 목적으로 한다.The present invention has been made to solve such a problem, and an object thereof is to provide a low pressure remote sputtering device capable of improving not only bottom coverage but also side coverage.

도 1은 본 발명의 실시형태에 관한 저압원격 스퍼터장치의 개략을 나타내는 정면 단면도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is front sectional drawing which shows the outline of the low pressure remote sputter apparatus which concerns on embodiment of this invention.

도 2는 이온 입사(入射)를 나타내는 단면 개략도이다.2 is a cross-sectional schematic diagram illustrating ion incidence.

도 3은 실시예의 조건으로 본 발명 스퍼터장치와 종래 스퍼터장치에 있어서의 애스펙트비에 대한 커버리지 표시도이다.3 is a coverage display diagram of aspect ratios in the sputtering apparatus of the present invention and the conventional sputtering apparatus under the conditions of the embodiment.

도 4는 종래부터 사용되던 스퍼터장치의 구성 표시도이다.4 is a configuration display diagram of a sputtering apparatus used in the related art.

도 5는 도 4의 종래 스퍼터장치에 의한 스텝 커버리지의 프로파일 표시도이다.FIG. 5 is a profile display diagram of step coverage by the conventional sputtering apparatus of FIG. 4. FIG.

도 6은 콜리메이터 스퍼터법을 행하는 종래의 스퍼터장치의 개략 표시도이다.6 is a schematic display diagram of a conventional sputtering apparatus for performing a collimator sputtering method.

도 7은 종래의 저압원격 스퍼터장치의 개략 표시도이다.7 is a schematic view of a conventional low pressure remote sputtering device.

도 8은 홀에 있어서의 오버행을 도시한 단면 개략도이다.8 is a cross-sectional schematic diagram showing an overhang in a hole.

도 9는 종래의 저압원격 스퍼터장치에 있어서의 스텝 커버리지의 프로파일 표시도이다.9 is a profile display diagram of step coverage in a conventional low pressure remote sputtering apparatus.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)(Explanation of symbols for the main parts of the drawing)

1: 진공용기 2: 타겟 3: 전극 34: 방전용 전원1: vacuum container 2: target 3: electrode 34: power supply for discharge

4: 가스도입계 5: 기판홀더 50: 기판 500: 홀4: gas introduction boundary 5: substrate holder 50: substrate 500: hole

6: 실드 7: 전계 설정수단 71: 고주파전원6: shield 7: electric field setting means 71: high frequency power supply

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 저압원격 스퍼터에 있어서, 전계 설정수단에 의해 이온을 기판 표면에 수집입사시키는 전계를 설정하는 것을 특징으로 한다. 저압원격 스퍼터는 진공용기내 압력을 1mTorr 이하로 유지함과 동시에, 타겟과 기판의 거리를 기판 크기로 나눈 값인 규격화 TS 거리를 1이상으로 함으로써 달성시킨다.In order to achieve the above object, the present invention is characterized in that, in the low-pressure remote sputter, an electric field for collecting and injecting ions onto the substrate surface by an electric field setting means is set. The low pressure remote sputter is achieved by maintaining the pressure in the vacuum vessel at 1 mTorr or less and at the same time the normalized TS distance, which is a value obtained by dividing the distance between the target and the substrate by the substrate size, to be 1 or more.

기판 표면상에 형성된 일정 애스펙트비의 홀에 있어서, 전계설정 수단으로 기판 표면에 수직입사시킨 이온이 그 홀의 개구 가장자리에 퇴적하는 스퍼터 입자를 재스퍼터한다. 그 결과, 홀 측면에의 막퇴적을 촉진한다.In a hole having a constant aspect ratio formed on the substrate surface, ions vertically incident on the substrate surface by the electric field setting means resputter sputtered particles deposited on the opening edge of the hole. As a result, film deposition on the hole side is promoted.

바람직하게는 전계 설정수단은 기판홀더에 일정한 고주파 전압을 인가함으로써 플라즈마와의 상호 작용에 의해 기판에 셀프 바이어스 전압을 부여한다.Preferably, the electric field setting means applies a high frequency voltage to the substrate holder to impart a self bias voltage to the substrate by interaction with the plasma.

발명의 실시형태Embodiment of the invention

이하, 본 발명의 실시형태에 대하여 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, embodiment of this invention is described.

도 1은 본 발명 실시형태의 저압원격 스퍼터장치의 개략을 나타내는 정면 단면도이다. 도 1에 도시한 장치는 스퍼터 방전을 위한 가스를 도입하는 가스도입계(4)와 배기계(11)를 구비한 진공용기(1)를 가지고 있다. 이 진공용기(1)내에 타겟(2)과 스퍼터 방전을 낳게 하는 전극(3)과 기판(50)을 유지하는 기판홀더(5)를 배치하고 있다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is front sectional drawing which shows the outline of the low pressure remote sputter apparatus of embodiment of this invention. The apparatus shown in FIG. 1 has a gas introduction system 4 for introducing a gas for sputter discharge and a vacuum vessel 1 having an exhaust system 11. In this vacuum container 1, the target 2, the electrode 3 which produces sputter | spatter discharge, and the board | substrate holder 5 holding the board | substrate 50 are arrange | positioned.

진공용기(1)는 도시하지 않은 게이트 밸브를 구비한 기밀용기이다. 이 진공용기(1)는 기판(50)을 넣기 전에 기판(50)이 배치되어 진공화되는 도시하지 않은 로드록실(load-lock chamber)을 인접하여 설치하고 있다. 배기계(11)는 크라이오펌프와 같은 진공펌프를 구비하여 10-8Torr 정도의 도달 압력까지 배기한다.The vacuum container 1 is an airtight container including a gate valve (not shown). This vacuum vessel 1 is provided with a load-lock chamber (not shown) adjacent to which the substrate 50 is disposed and evacuated before placing the substrate 50 therein. The exhaust system 11 is provided with a vacuum pump such as a cryopump and exhausts up to an reached pressure of about 10 -8 Torr.

타겟(2)은 기판(50)을 피막하는 재료로 이루어지는 원형의 판상 부재이다. 이 타겟(2)은 전극(3) 전면측에 나사고정으로 고정되어 있다. 타겟(2) 주연을 피복하도록 하여 타겟실드(35)가 설치되어 있다. 이 타겟실드(35)는 타겟(2) 주위에서의 불필요한 방전을 방지한다. 타겟(2) 주연을 일정한 좁은 간격을 가지고 피복하면서 어스되어 있다.The target 2 is a circular plate-shaped member made of a material for coating the substrate 50. This target 2 is fixed to the front side of the electrode 3 by screwing. The target shield 35 is provided to cover the periphery of the target 2. This target shield 35 prevents unnecessary discharge around the target 2. It is grounded, covering the periphery of the target 2 with a fixed narrow space | interval.

타겟(2)으로는 기판(50) 보다 약간 큰 것을 사용하는 것이 좋다. 약간 큰 타겟 쪽이 기판(50) 주연 근방에 대한 성막을 골고루 행한다.As the target 2, a slightly larger one than the substrate 50 may be used. The slightly larger target side evenly forms the film around the periphery of the substrate 50.

본 실시형태의 저압원격 스퍼터장치는 평판 마그네트론 스퍼터장치이다. 전극(3)으로는 마그네트론 음극이 채용되고 있다. 전극(3)은 타겟(2) 배후에 설치된 한쌍의 자석(31, 32)과 이를 잇는 요크(33)로 이루어진다. 한쌍의 자석(31, 32)은 타겟(2)의 전방으로 닫힌 자력선을 형성하기 위한 영구자석이다. 중앙의 원주상 자석(N극; 31)과 그것을 둘러싼 링모양 자석(S극; 32)으로 이루어진다. 전극(3)에는 방전용 전원(34)이 접속되어 있고, 일정한 음의 직류전압 또는 고주파 전압이 전극(3)에 인가된다.The low pressure remote sputtering device of the present embodiment is a flat plate magnetron sputtering device. As the electrode 3, a magnetron cathode is employed. The electrode 3 consists of a pair of magnets 31 and 32 provided behind the target 2 and a yoke 33 connecting them. The pair of magnets 31 and 32 are permanent magnets for forming a magnetic force line closed in front of the target 2. It consists of a central columnar magnet (N pole) 31 and a ring-shaped magnet (S pole) 32 surrounding it. A discharge power supply 34 is connected to the electrode 3, and a constant negative DC voltage or a high frequency voltage is applied to the electrode 3.

방전용 가스로는 스퍼터율이 높은 아르곤과 같은 불활성 가스가 사용된다. 방전용 가스를 도입하는 가스도입계(4)는 도시하지 않은 봄베와 진공용기(1)를 잇는 가스도입용 배관(43)으로 이루어진다. 가스도입용 배관(43)에 가스도입관(44)이 접속되어 있다. 가스도입용 배관(43)에 밸브(45)와 도시하지 않은 유량 조정기가 설치되어 있다.As the discharge gas, an inert gas such as argon having a high sputtering rate is used. The gas introduction system 4 which introduces a gas for discharge consists of a gas introduction pipe 43 which connects a cylinder (not shown) and the vacuum container 1. The gas introduction pipe 44 is connected to the gas introduction pipe 43. The valve 45 and a flow regulator not shown are provided in the gas introduction pipe 43.

방전용 가스 유량은 진공용기(1)내의 압력이 저압원격 스퍼터 효과가 얻어지는 값이 되게 조정된다. 이 압력은 일반적으로 1mTorr 이하이다. 1mTorr 이하의 압력이 되게 배기계(11)를 동작시키면서 가스도입계(4)의 유량조정기가 제어된다.The discharge gas flow rate is adjusted so that the pressure in the vacuum vessel 1 becomes a value at which a low pressure remote sputter effect is obtained. This pressure is generally below 1 mTorr. The flow rate regulator of the gas introduction system 4 is controlled while operating the exhaust system 11 to have a pressure of 1 mTorr or less.

기판 홀더(5)는 저압거리 스퍼터 효과가 얻어질 정도의 TS 거리만큼 타겟(2)에서 이간된 위치에 있다. 저압원격 스퍼터 효과는 상기와 같이 스텝 커버리지가 개선되는 효과이다. 이 효과는 일반적으로는 TS 거리를 150㎜ 이상으로 하는 것으로 충분히 얻어진다.The substrate holder 5 is at a position separated from the target 2 by a TS distance such that a low pressure distance sputtering effect is obtained. The low pressure remote sputter effect is an effect of improving the step coverage as described above. Generally, this effect is sufficiently obtained by making TS distance into 150 mm or more.

TS 거리를 기판 크기로 나눈(규격화한) 규격화 TS거리(TS거리/기판 크기)로 하면 더욱 적합하다. 이 경우, 규격화 TS거리를 1 이상으로 하는 것이 좋다. 「기판 크기」란 기판(50) 형상이 원형의 경우는 직경, 방형의 경우는 대각선 길이이다. 이 이외의 형상의 경우는 「윤곽 주위상의 2점중 기장 긴 것을 연결한 길이」로 한다.It is more suitable to use the standardized TS distance (TS distance / substrate size) divided by the TS distance divided by the board size. In this case, the standardized TS distance is preferably 1 or more. "Substrate size" means diameter when the shape of the board | substrate 50 is circular, and diagonal length in the case of square. In the case of shapes other than this, it shall be "the length which connected the longest of two points on the outline periphery."

기판 홀더(5)내에는 표면에 정전기를 유기하여 기판(50)을 정전흡착하기 위한 정전 척이나, 기판(50)을 일정온도로 가열하기 위한 히터가 설치되어 있다. 진공용기(1)는 접지되어 있고, 기판홀더(5)는 이 진공용기(1)에 대해 절연되어 있다.The substrate holder 5 is provided with an electrostatic chuck for electrostatically adsorbing the substrate 50 by inducing static electricity on its surface, and a heater for heating the substrate 50 to a constant temperature. The vacuum vessel 1 is grounded, and the substrate holder 5 is insulated from the vacuum vessel 1.

진공용기(1) 내측에는 원통 실드(6)가 설치되어 있다. 실드(6)는 진공용기(1)의 기벽에의 스퍼터 입자 부착을 방지한다. 타겟(2)과 기판 홀더(5) 사이의 공간을 둘러싸게 설치되어 있다. 실드(6)는 진공용기(1)에 설치된 도시하지 않은 부착구에 착탈이 자유롭게 부착되어 있다. 실드(6)에는 퇴적한 박막이 박리하여 기판(50)에 낙하하지 않도록 박막 부착 강도가 커지는 표면처리, 가령 발라스트(ballast) 처리가 실시되어 있다.A cylindrical shield 6 is provided inside the vacuum container 1. The shield 6 prevents sputtered particles from adhering to the base wall of the vacuum container 1. It is provided so as to surround the space between the target 2 and the substrate holder 5. The shield 6 is detachably attached to an attachment hole (not shown) provided in the vacuum container 1. The shield 6 is subjected to a surface treatment such as a ballast treatment in which the thin film adhesion strength is increased so that the deposited thin film does not peel off and fall on the substrate 50.

실드(6)에는 방전용 가스의 배기공(42)이 설치되어 있다. 가스도입계(4)는 부착실드(6)의 타겟(2)에 가까운 쪽의 단부 부근으로 부터 방전공간을 향하여 가스를 도입한다. 도입된 방전용 가스는 상당량이 실드(6)의 배기공(42)을 지나 배출된다.The shield 6 is provided with an exhaust hole 42 for discharging gas. The gas introduction system 4 introduces gas toward the discharge space from near the end portion near the target 2 of the attachment shield 6. The introduced discharge gas is discharged through the exhaust hole 42 of the shield 6 in a substantial amount.

본 실시형태의 장치의 큰 특징점은 기판(50) 표면 근방의 공간에 기판표면에 수직인 전계를 설정하는 전계 설정기구(7)가 설치되어 있는 점이다. 본 실시형태에 있어서의 전계 설정기구(7)에는 고주파 전원(71)이 사용되고 있다. 고주파 전원(71)은 기판 홀더(5)에 일정한 고주파 전압을 인가함으로써 플라즈마와의 상호 작용으로 기판(50)에 셀프바이어스 전압을 발생시킨다.A large feature of the apparatus of this embodiment is that an electric field setting mechanism 7 for setting an electric field perpendicular to the substrate surface is provided in a space near the surface of the substrate 50. The high frequency power supply 71 is used for the electric field setting mechanism 7 in this embodiment. The high frequency power source 71 generates a self bias voltage on the substrate 50 by interacting with the plasma by applying a constant high frequency voltage to the substrate holder 5.

고주파 전원(71)은 400kHz 출력 150W 정도의 것이 사용되고 있다. 고주파 전원(71)이 기판홀더(5)에 주는 고주파 전압에 의해 기판(50) 표면 근방에 고주파 전계가 유기된다. 이 고주파 전계에 의해 플라즈마 중의 또는 플라즈마로부터 확산하여 부유하는 전자나 이온이 주기적으로 기판(50)에 달라 붙는다. 특히, 전자는 이온 보다 훨씬 가볍기 때문에 기판(50)에 많이 달라붙는다. 그 결과, 기판(50) 표면에는 전자가 풍부하게 존재하는 상태가 되고, 기판(50)은 음의 전위로 바이어스된다.The high frequency power supply 71 has a 400 kHz output of about 150 W. The high frequency electric field is induced near the surface of the substrate 50 by the high frequency voltage applied to the substrate holder 5 by the high frequency power source 71. Electrons or ions floating in the plasma or floating by the high frequency electric field periodically adhere to the substrate 50. In particular, the electrons are much lighter than ions, and thus adhere to the substrate 50 much. As a result, abundant electrons exist on the surface of the substrate 50, and the substrate 50 is biased at a negative potential.

이같은 고주파와 플라즈마의 상호작용으로 기판(50) 표면은 가령 -600V (평균치) 정도의 전위로 셀프바이어스된다. 이 셀프바이어스 전위에 의해 대략 접지 전위와 동등한 방전공간의 플라즈마 사이에 전계가 형성된다. 이 전계의 기울기는 기판(50) 표면에 대하여 수직이고, 플라즈마 중에서 양이온을 인출하여 기판(50)에 수직 입사시킨다. 「기판 근방의 공간」이 기판 표면으로부터 어느 정도의 거리인가는 압력이나 플라즈마 강도, 플라즈마의 확산 상태에 따라 다르나, 가령 40∼50㎜ 정도의 거리이다.Due to the interaction between the high frequency and the plasma, the surface of the substrate 50 is self-biased at a potential of, for example, about -600V (average value). This self bias potential forms an electric field between the plasmas in the discharge space that is approximately equal to the ground potential. The inclination of the electric field is perpendicular to the surface of the substrate 50, and the cations are extracted in the plasma and made to enter the substrate 50 perpendicularly. The distance to which the "space near the board | substrate" is from the surface of a board | substrate is a distance of about 40-50 mm, for example, depending on a pressure, plasma intensity | strength, and the plasma diffusion state.

기판(50)이 바이어스되는 데는 고주파 전원(71)과 기판(50) 사이에 용량이 존재하고 있는 것이 필요하다. 이 때문에 기판홀더(5) 일부를 유전체로 형성하거나 또는 고주파 전원(71)과 기판홀더(5) 사이에 콘덴서를 설치하거나 한다. 유기기판과 같이 기판(50) 자체가 유전체일 경우에는 이같은 기구가 존재하지 않더라도 바이어스된다. 또, 고주파 전원(71)과 기판홀더(5) 사이의 고주파 선로에는 도시하지 않은 정합기가 설치된다.In order for the substrate 50 to be biased, it is necessary that a capacitance exists between the high frequency power supply 71 and the substrate 50. Therefore, a part of the substrate holder 5 is formed of a dielectric or a capacitor is provided between the high frequency power supply 71 and the substrate holder 5. If the substrate 50 itself is a dielectric such as an organic substrate, it is biased even if such a mechanism does not exist. A high frequency line between the high frequency power supply 71 and the substrate holder 5 is provided with a matching device (not shown).

이와 같이 설정된 전계에 의해 인출된 양이온은 상기 오버행에 기인한 문제를 해소한다. 이 점을 도 2를 사용하여 설명한다. 도 2는 도 1의 장치에 있어서의 전계 설정기구(7)의 작용을 설명하는 단면 개략도이다.The cation drawn out by the electric field set as described above solves the problem caused by the overhang. This point is explained using FIG. FIG. 2 is a cross-sectional schematic diagram illustrating the operation of the electric field setting mechanism 7 in the apparatus of FIG. 1.

도 2의 도시와 같이, 본 실시형태의 장치는 전계설정기구(7)로 설정된 전계에 의해 이온(40)이 기판(50)을 향하여 입사한다. 이들 이온(40)은 도 2의 표시와 같이, 가장자리(501) 부분에 축적한 오버행(502)을 재스퍼터한다. 재스퍼터된 스퍼터 입자는 홀(500)내에 낙하한다. 이 결과, 홀(500)내에 도달한 스퍼터입자의 양이 증가하여 보텀 커버리지가 향상한다. 또한, 오버행(502)으로부터 스퍼터된 스퍼터 입자는 랜덤한 방향성을 갖기 때문에, 홀(500) 측면(503)에 도달한다. 이 결과, 오버행(502)의 재스퍼터가 측면 커버리지 향상에도 기여한다.As shown in FIG. 2, in the apparatus of the present embodiment, ions 40 are incident toward the substrate 50 by an electric field set by the electric field setting mechanism 7. These ions 40 resputter the overhang 502 accumulated at the edge 501 as shown in FIG. 2. The resputtered sputter particles fall into the hole 500. As a result, the amount of sputtered particles reached in the hole 500 increases, and bottom coverage is improved. In addition, the sputter particles sputtered from the overhang 502 have a random orientation, and thus reach the side surface 503 of the hole 500. As a result, the sputter of the overhang 502 also contributes to the improvement of side coverage.

퇴적되고 있는 기판(50) 표면에 이온이 도달하면 이온은 표면을 충격하여 에너지를 부여하기 때문에 성막이 촉진되는 효과가 있다. 이같은 이온충격을 이용하여 성막촉진 방법을 이온어시스트법이라 일컫는다. 이온어시스트법은 충격 에너지가 비교적 낮을 경우에 성막 촉진에 대하여 효과적이다. 그러나, 높은 전계 강도에 의해 이온을 가속하여 충격하면 상기와 같이 박막을 재스퍼터하게 된다. 어느 정도까지 높은 전계 강도를 설정하면 재스퍼터가 지배적이게 되는가에 대해서는 일의적으로 결정될 수 없으나 일반적으로는 200V 정도 이상의 전계를 설정함으로써 이온어시스트에서 재스퍼터로 바뀐다고 생각된다.When ions reach the surface of the substrate 50 that is being deposited, the ions impact the surface to impart energy, thereby promoting the film formation. The film formation promotion method using such an ion bombardment is called an ion assist method. The ion assist method is effective for promoting film formation when the impact energy is relatively low. However, when the ions are accelerated and impacted by high electric field strength, the thin film is resputtered as described above. To what extent a high electric field strength is set, it cannot be determined uniquely that the sputter becomes dominant, but in general, it is thought that the electric field is changed from an ion assist to a sputter by setting an electric field of about 200V or more.

다음에, 본 실시 형태의 장치의 전체 동작에 대해 간단히 설명한다.Next, the overall operation of the apparatus of the present embodiment will be briefly described.

우선, 도시하지 않은 로드록실내에 기판(50)이 배치된 후, 로드록실과 진공용기(1)를 배기하여, 10-8Torr 정도의 압력으로 한다. 도시하지 않은 게이트 밸브를 열어 기판(50)을 진공용기(1)내에 반입한다. 기판(50)은 기판홀더(5)에 재치하여 유지된다. 게이트 밸브를 닫은 후, 가스도입계(4)를 동작시켜 일정량의 방전용 가스를 진공용기(1)내에 도입하면서 배기계(11)에 의해 압력을 조정한다. 진공용기(1)내를 저압원격 스퍼터 효과가 얻어지는 압력(가령 1mTorr 이하)으로 설정한다.First, after the board | substrate 50 is arrange | positioned in the load lock chamber which is not shown in figure, the load lock chamber and the vacuum container 1 are exhausted, and it is set as the pressure of about 10-8 Torr. A gate valve (not shown) is opened to carry the substrate 50 into the vacuum container 1. The substrate 50 is placed on the substrate holder 5 and held therein. After closing the gate valve, the gas introduction system 4 is operated to introduce a certain amount of gas for discharge into the vacuum vessel 1 while adjusting the pressure by the exhaust system 11. The inside of the vacuum vessel 1 is set to a pressure (for example, 1 mTorr or less) at which a low pressure remote sputtering effect is obtained.

이 압력으로 방전용 전원(34)을 동작시켜 전극(3)에 음의 직류전압 또는 고주파 전압을 인가한다. 병행하여, 고주파 전원(71)으로 이루어지는 전계 설정기구(7)가 동작하여, 기판홀더(5)에 일정한 고주파 전압을 인가한다. 방전용 전원(34)이 전극(3)에 주는 전압으로 방전용 가스가 전리(電離)하고, 타겟(2)이 스퍼터되어 스퍼터 방전이 생긴다. 스퍼터된 타겟(2) 재료(스퍼터 입자)는 대향 공간을 비행하여 기판(50)에 도달하고 박막이 퇴적한다.The discharge power supply 34 is operated at this pressure to apply a negative DC voltage or a high frequency voltage to the electrode 3. In parallel, the electric field setting mechanism 7 composed of the high frequency power supply 71 operates to apply a constant high frequency voltage to the substrate holder 5. The discharge gas is ionized by the voltage supplied to the electrode 3 by the discharge power supply 34, and the target 2 is sputtered to generate sputter discharge. The sputtered target 2 material (sputter particles) fly in opposing spaces to reach the substrate 50 and a thin film is deposited.

저압원격 스퍼터의 효과에 따라 기판(50) 표면에 형성된 홀(50) 저면(504)에 효율좋게 막이 퇴적된다. 상기와 같이 전계설정기구(7)가 설정하는 전계에 의해 오버행(502)이 재스퍼터되어 홀(500) 측면(503)에도 효율 좋게 막이 퇴적된다. 이 결과, 보텀 커버리지 만이 아니라 측면 커버리지도 향상된다.According to the effect of the low pressure remote sputter, a film is efficiently deposited on the bottom surface 504 of the hole 50 formed on the surface of the substrate 50. As described above, the overhang 502 is sputtered by the electric field set by the electric field setting mechanism 7, and the film is efficiently deposited on the side surface 503 of the hole 500. As a result, not only bottom coverage but also side coverage is improved.

이같은 스퍼터 성막을 행하고, 박막이 원하는 막두께 까지 도달하면 스퍼터 처리를 종료시키기 위하여 방전용 전원(34), 전계설정기구(7) 및 가스도입계(4)의 동작을 정지시킨다. 스퍼터 처리 종료후, 진공용기(1)내를 재차 배기 후, 기판(50)을 반출한다.When such sputter film formation is performed and the thin film reaches the desired film thickness, the operation of the discharge power supply 34, the electric field setting mechanism 7 and the gas introduction system 4 is stopped in order to terminate the sputtering process. After completion of the sputtering process, the substrate 50 is carried out after evacuating the inside of the vacuum container 1 again.

실시예Example

다음에, 상기 실시형태의 장치를 사용하여 성막할 때의 실시예에 대하여 설명한다. 상기 실시형태의 장치를 사용하면서 배리어막으로서 티탄막을 퇴적할 경우를 예로서 설명한다. 이하와 같은 조건으로 티탄막의 성막이 행해진다.Next, the Example at the time of forming into a film using the apparatus of the said embodiment is demonstrated. The case where a titanium film is deposited as a barrier film while using the apparatus of the said embodiment is demonstrated as an example. The film formation of a titanium film is performed under the following conditions.

타겟재료: 티탄Target Material: Titanium

전극(3)에의 공급전력: 9kWSupply power to the electrode 3: 9 kW

전계설정기구(7): 주파수 400KHz 출력 150W의 고주파 전원Electric field setting mechanism (7): High frequency power supply with frequency 400KHz output 150W

방전압력: 0.25mTorrDischarge Pressure: 0.25mTorr

방전용 가스의 종류: 아르곤Type of discharge gas: Argon

도 3은 상기 실시예의 조건으로 장치를 동작시키면서 여러 가지 애스펙트비의 홀에의 커버리지를 조사한 실험 결과를 도시하는 도면이다. 도 7에 도시한 종래의 저압원격 스퍼터장치에 의해 스텝 커버리지도 함께 도시하고 있다. 도 3의 가로축은 애스펙트비, 세로축은 보텀 커버리지를 도시하고 있다. 또, 도 7중, ○은 종래장치에 있어서의 기판 중앙부분의 보텀 커버리지, ●은 종래장치에 있어서의 기판주변 부분의 보텀 커버리지, □은 실시예장치에 있어서의 기판 중앙부분의 보텀 커버리지, ■은 실시예 장치에 있어서의 기판주변 부분의 보텀 커버리지를 각각 도시하고 있다.FIG. 3 is a diagram showing experimental results of investigating coverage of holes in various aspect ratios while operating the apparatus under the conditions of the embodiment. The step coverage is also shown by the conventional low pressure remote sputtering apparatus shown in FIG. 3 shows the aspect ratio and the vertical axis shows the bottom coverage. In Fig. 7, o is the bottom coverage of the center portion of the substrate in the conventional apparatus, o is the bottom coverage of the portion around the substrate in the conventional apparatus, o is the bottom coverage of the center portion of the substrate in the embodiment apparatus, Shows bottom coverage of the portion around the substrate in the example apparatus, respectively.

도 3의 도시와 같이, 애스펙트비 2를 넘는 홀에 대한 보텀 커버리지에 있어서, 본 실시예 장치에서는 현저한 개선이 보인다. 기판 중앙부분과 기판 주변 부분에서 보텀 커버리지의 차이는 거의 없다. 보텀 커버리지의 기판면내 분포의 점에서도 본 실시예 장치는 양호한 것을 나타내고 있다.As shown in Fig. 3, in the bottom coverage of the holes exceeding the aspect ratio 2, a remarkable improvement is seen in the apparatus of this embodiment. There is almost no difference in bottom coverage at the center of the substrate and at the periphery of the substrate. The device of this embodiment also shows good results in terms of the in-plane distribution of the bottom coverage.

도시하지 않고 있으나, 측면 커버리지의 점에서도 애스펙트비 3정도의 홀에 대하여 30% 정도의 측면 커버리지가 얻어지고 있다.Although not shown, in terms of side coverage, about 30% of side coverage is obtained for holes having an aspect ratio of about three.

이상 설명한 본 발명의 실시형태 및 실시예에 있어서, 전계 설정기구(7)는 고주파 전원(71)으로 이루어지는 것이고, 고주파와 플라즈마의 상호 작용에 의해 기판에 셀프바이어스 전위를 발생시키고 있다. 그러나, 전계설정기구(7)는 직류 전원이라도 좋다.In the embodiments and examples of the present invention described above, the electric field setting mechanism 7 is made of a high frequency power source 71 and generates a self bias potential on the substrate by the interaction of the high frequency and the plasma. However, the electric field setting mechanism 7 may be a DC power supply.

전극(3)은 마그네트론 음극으로 하였으나 자석을 사용하지 않는 이극(DC) 스퍼터나 고주파 스퍼터와 같은 방식의 것도 좋다. 또, 방전용 가스의 종류로는 아르곤 이외의 질소가스나 수소가스도 좋다.The electrode 3 may be a magnetron cathode, but may be of a type such as a bipolar (DC) sputter or a high frequency sputter that does not use a magnet. Moreover, as a kind of discharge gas, nitrogen gas other than argon and hydrogen gas may be sufficient.

구리와 같은 스퍼터율이 높은 재료의 타겟을 사용할 경우, 스퍼터된 재료의 이온화 과정만을 사용하여 방전을 유지하는 방식이 채용되는 일이 있다. 이같은 방전방식을 자기유지형 스퍼터라 한다. 아르곤과 같은 방전용 가스를 별도 사용하지 않으므로, 박막중에의 방전용 가스 혼입이 원리적으로 제로가 되고 양질의 박막이 되는 이점이 있다. 이같은 자기유지형 스퍼터의 경우에도 전계설정기구(7)를 사용하여 이온을 기판에 입사시키면, 오버행을 재스퍼터하여 홀내 스텝 커버리지를 향상시키는 효과가 얻어진다.When using a target of a material with a high sputtering rate such as copper, a method of maintaining a discharge by using only an ionization process of the sputtered material may be employed. This type of discharge is called a self-maintaining sputter. Since a discharge gas such as argon is not used separately, mixing of the discharge gas into the thin film becomes in principle zero, and there is an advantage of becoming a high quality thin film. Even in such a self-maintaining sputter, when the ions are incident on the substrate using the electric field setting mechanism 7, the effect of improving the in-hole step coverage by sputtering the overhang is obtained.

퇴적하는 박막 종류로는 배리어막 이외의 각종 도전성 또는 절연성 박막, 가령 배선용 금속박막이나 층간 절연막 작성에도 본 발명 장치는 사용될 수 있다. 특히 상기 배리어 막의 경우, 티탄 박막과 질화티탄 박막을 적층하는 경우가 있다. 이 경우에는 아르곤으로 티탄을 스퍼터하여 티탄 박막을 작성후, 질소로 동일하게 티탄을 스퍼터하여 질소와 티탄의 반응을 보조적으로 이용하면서 질화티탄 박막을 퇴적한다.As the type of thin film to be deposited, the apparatus of the present invention can also be used to prepare various conductive or insulating thin films other than barrier films, such as wiring metal thin films and interlayer insulating films. In particular, in the barrier film, a titanium thin film and a titanium nitride thin film may be laminated. In this case, after titanium is sputtered with argon to form a titanium thin film, the titanium nitride thin film is deposited by sputtering titanium with nitrogen in the same manner and assisting the reaction between nitrogen and titanium.

본 발명의 저압원격 스퍼터장치는 보텀 커버리지 만이 아니라 측면 커버리지도 향상시킬 수 있다. 특히 해마다 애스펙트비가 높아지는 반도체 집적회로, 특히 256메가비트 이후의 차세대 디바이스 제조에 큰 힘을 발휘한다.The low pressure remote sputtering device of the present invention can improve not only bottom coverage but also side coverage. In particular, it has great power in the manufacture of semiconductor integrated circuits, which have a high aspect ratio every year, especially next-generation devices after 256 megabits.

Claims (3)

진공용기내 압력을 1mTorr 이하로 유지함과 동시에, 타겟과 기판의 거리를 기판 크기로 나눈 값인 규격화 TS 거리를 1이상으로 하여 스퍼터 성막을 행하는 저압원격 스퍼터장치에 있어서, 플라즈마 중에서 이온을 인출하여 기판 표면에 수직으로 입사시키도록 전계를 설정시키는 전계설정 수단이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 저압원격 스퍼터장치.In a low pressure remote sputtering apparatus which maintains a pressure in a vacuum container at 1 mTorr or less and sputters film at a standardized TS distance of 1 or more divided by the size of a target and a substrate, the ion is extracted from the plasma to the surface of the substrate. A low pressure remote sputtering device, characterized in that an electric field setting means is provided for setting an electric field so as to be incident perpendicularly to the plane. 제 1 항에 있어서, 전계 설정수단은 기판 홀더에 일정한 고주파 전압을 인가함으로써 플라즈마와의 상호 작용에 의해 기판에 셀프바이어스 전압을 부여하는 것을 특징으로 하는 저압원격 스퍼터장치.The low pressure remote sputtering device according to claim 1, wherein the electric field setting means applies a high frequency voltage to the substrate holder to impart a self bias voltage to the substrate by interaction with the plasma. 진공용기내 압력을 1mTorr 이하로 유지하고, 타겟과 기판의 거리를 기판 크기로 나눈 값인 규격화 TS 거리를 1이상으로 하고, 그리고 플라즈마 중에서 이온을 기판 표면에 수직으로 입사시키도록 전계를 설정하는 것을 특징으로 하는 스퍼터 방법.The pressure in the vacuum vessel is maintained at 1 mTorr or less, the standardized TS distance, which is a value obtained by dividing the distance between the target and the substrate by the substrate size, is set to 1 or more, and the electric field is set to inject ions perpendicularly to the substrate surface in the plasma. Sputtering method
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