KR19990028451A - Apparatus and method for improved deposition of high aspect ratio conformal liner thin films and plugs - Google Patents

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KR19990028451A
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코리 에이 웨이스
부르스 지틀만
제프리 불슨
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바리 켄네쓰 티.
마테리알스 리서치 코포레이션
이데이 노부유끼
소니 가부시끼 가이샤
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Abstract

스퍼터 시스템 및 방법은 진공 시스템(36), 타깃(44), 콜리메이터(46) 및 기판(38)을 포함한다. 상기 타깃(44)은, 콜리메이터(46)를 통해 기판(38)상에 물질 층을 증착하기 위하여, 바이어스되고 스퍼터된다. 상기 기판(38)은, 증착과 동시에 에칭되도록, 바이어스될 수 있다. 상기 에칭은, 접촉 개구부에서 과잉 증착을 감소시키기 위해 접촉부 내의 증착된 물질을 재분배하고, 기판의 바이어스가 없을 때보다 접촉부 내부에서 보다 등각의 증착을 생성한다. 본 발명은, 고 종횡비를 가지는 등각의 라이너와 미소 크기의 접촉부의 빈 공간이 없는 충진을 생성하는데 특히 유용하다.Sputter systems and methods include a vacuum system 36, a target 44, a collimator 46, and a substrate 38. The target 44 is biased and sputtered to deposit a layer of material on the substrate 38 via the collimator 46. The substrate 38 may be biased to be etched simultaneously with deposition. The etching redistributes the deposited material in the contacts to reduce excess deposition in the contact openings and produces a more conformal deposition inside the contacts than when there is no bias in the substrate. The present invention is particularly useful for creating fill free of voids in conformal liners and microsized contacts having high aspect ratios.

Description

고 종횡비의 등각 라이너 박막 및 플러그들의 개선된 증착을 위한 장치 및 방법Apparatus and Method for Improved Deposition of High Aspect Ratio Conformal Liner Thin Films and Plugs

집적회로의 제조에 있어서, 특히, 논리 및 기억회로, 상기 이용되는 회로 구조들은 더욱더 밀도화되고 조밀화(compact)되었다. 또한, 현재에 집적회로는 레벨당 증가된 상호 접속의 고밀도화는 물론 복수의 금속레벨의 상호 접속 증가에 이용되었다. 집적회로 제조시, 연속으로 형상화된 구멍, 간극 및 홈(trench)은 기판에 형성되고, 특히, 구멍/간극은 금속 층들 사이의 상호접속을 제공하기 위해 집적회로의 금속 층에 형성된다. 예를 들면, 한 개의 기판 금속 층이 다른 층의 상부에 형성되었을 때, 하부 층에 상호접속을 제공하기 위해 구멍이 상부 층에 만들어진다. 구멍 및 간극들은 자주, 접촉부 또는 통로부(via)에 관한 기술에 관련되며, "접촉부(contacts)"같은 장소에 집합적으로 관련될 것이다. 층들 사이에 상호접속이 이루어졌을 때, 상기 접촉부는 적합한 금속 플러그로 충진된다. 때때로 상기 금속 플러그는 라이너 박막의 증착으로 진행되어 왔다.In the manufacture of integrated circuits, in particular, logic and memory circuits, the circuit structures used are more and more dense and compact. In addition, integrated circuits are now used to increase the interconnection of a plurality of metal levels as well as to increase the density of interconnections per level. In integrated circuit fabrication, continuously shaped holes, gaps and trenches are formed in the substrate, and in particular, holes / gaps are formed in the metal layer of the integrated circuit to provide interconnection between the metal layers. For example, when one substrate metal layer is formed on top of another layer, holes are made in the top layer to provide interconnection to the bottom layer. Holes and gaps often relate to techniques relating to contacts or vias, and will collectively relate to places such as "contacts." When interconnection is made between the layers, the contacts are filled with a suitable metal plug. Sometimes the metal plug has proceeded to the deposition of a liner thin film.

집적회로 디바이스의 제조에 있어서, 다양한 상호 접속 금속층들은 반도체 기판에 또는 접촉부를 통한 상호접속의 다른 레벨에 전기적인 접촉으로 만들어진다. 상기 접촉부는 본 기술의 통상의 지식을 가진 자에게 공지된 에칭, 마스킹 또는 다른 기술로 다양한 상호접속 금속 층을 형성시킨다. 1회에 접촉부가 형성되고, 상기 상호 접속 금속 층 또는 플러그는 층들 사이의 전기적인 상호접속을 제공하기 위해 상기 접촉부내로 증착된다. 이러한 박막 및 층들은 일반적으로 화학증기증착(chemical vapor deposition;CVD) 또는 물리증기증착 (physical vapor deposition; PVD)과 같은 공지된 기술로 증착될 수 있다.In the manufacture of integrated circuit devices, various interconnect metal layers are made in electrical contact to a semiconductor substrate or to other levels of interconnect through the contacts. The contacts form various interconnect metal layers by etching, masking or other techniques known to those of ordinary skill in the art. At one time a contact is formed and the interconnect metal layer or plug is deposited into the contact to provide electrical interconnection between the layers. Such thin films and layers may generally be deposited by known techniques such as chemical vapor deposition (CVD) or physical vapor deposition (PVD).

종래에 공지된 물리증기증착 기술은 스퍼터(sputter)증착이다. 스퍼터 증착에 있어서, 금속 타깃(target)과 같은 물질의 타깃은 일반적으로 재료의 플러그 또는 층을 수용하는 기판에 대향된 진공챔버(chamber)내에 배치된다. 작업가스는 타깃에 인접한 진공챔버 내로 도입되고, 양으로 충전된 가스이온들을 갖는 가스 플라즈마를 생성시키기 위해 전기적으로 여기(excited)된다. 상기 타깃은 음으로 바이어스되고, 상기 이온화된 플라즈마 종(species)들은 축출된 물질(dislodging material) 또는 "스퍼터링" 타깃같은 음극타깃에 충돌된다. 상기 축출된 또는 스퍼터된 물질은 기판 표면상에 증착되고, 상기 기판 표면을 덮으며, 이렇게 하여 노출된 기판 표면에 형성된 어떤 접촉부들에 배선(line)을 이루거나 충진된다.A conventionally known physical vapor deposition technique is sputter deposition. In sputter deposition, a target of a material, such as a metal target, is generally placed in a vacuum chamber opposite the substrate that receives a plug or layer of material. The working gas is introduced into a vacuum chamber adjacent to the target and electrically excited to produce a gas plasma having positively charged gas ions. The target is negatively biased and the ionized plasma species impinge on a negative electrode target, such as a dislodging material or a "sputtering" target. The evicted or sputtered material is deposited on the substrate surface and covers the substrate surface, thus forming or filling a line with certain contacts formed on the exposed substrate surface.

기판상에 회로구조를 더욱더 밀도화 및 조밀화함에 있어서, 상기 상호 접촉부의 임계(critical)치수는 점점 더 작게 만들어진다. 상기 접촉부의 "종횡비"는 폭(또는, 만일 접촉부 구멍이 환형이면 직경)에 대한 접촉부 길이의 비이다. 접촉부 치수를 작게하면, 상기 접촉부에 종횡 비는 점점 더 높아진다. 이러한 접촉부의 고 종횡비는 상기 고 접촉부 벽에 의해 스퍼터된 물질의 방해로 인해 충진하기 힘들고, 그 결과로 상기 접촉부 내부의 부분에 음영(shadowing)이 생긴다. 그러나 현재 보다 작은 구조를 갖는 집적회로 기술은 성능 및 저 비용을 개선하는 것이 바람직하다.In densifying and densifying circuit structures on a substrate, the critical dimensions of the interconnects are made smaller and smaller. The “aspect ratio” of the contact is the ratio of the contact length to the width (or diameter if the contact hole is annular). If the contact dimension is made small, the aspect ratio of the contact portion becomes higher and higher. The high aspect ratio of these contacts is difficult to fill due to the interference of the material sputtered by the high contact walls, resulting in shadowing of the parts inside the contacts. However, current integrated circuit technology with smaller structures is desirable to improve performance and low cost.

일반적으로 스퍼터 증착은 전도성 라이너 박막 및 전도성 플러그를 유용하게 실험해 왔으며, 접촉부 안으로 박막 및 플러그 같은 증착이 매우 높은 종횡비, 예로 종횡비가 1.5보다 크거나 같을 때에는 종래의 스퍼터 증착기술은 문제가 있다. 이와 같이, 접촉부의 종횡비가 1을 초과할 때, 종래의 스퍼터 증착은 접촉부의 바닥부와 측면부 안으로 물질을 증착시키는데 효과적이지 못하게 된다. 접촉부 측면벽의 물리적인 음영은 경사진 측벽 증착시에 발생되고, 상기 접촉부는 바닥부 구석에서 거의 증착이 이루어지지 않는다. 알 수 있는 바와 같이, 이러한 문제는 접촉부 종횡비가 증가할 때 더 악화된다.In general, sputter deposition has been useful in testing conductive liner thin films and conductive plugs, and conventional sputter deposition techniques are problematic when deposition such as thin films and plugs into contacts is very high in aspect ratio, eg, aspect ratio is greater than or equal to 1.5. As such, when the aspect ratio of the contact exceeds 1, conventional sputter deposition becomes ineffective for depositing material into the bottom and side portions of the contact. Physical shading of the sidewalls of the contact occurs during deposition of the inclined sidewalls and the contact is hardly deposited at the bottom corners. As can be seen, this problem is exacerbated when the contact aspect ratio increases.

고 종횡비 접촉부에 바닥부 및 측벽의 코팅 또는 커버리지(coverage)를 개선시키는 한가지 공지된 기술은 판형의 콜리메이터(collimator)를 사용하는 것이다. 상기 판형 콜리메이터는 전형적으로 기판에 평행하게 배치된다. 콜리메이터는 타깃으로부터 다소의 스퍼터된 물질을 차단하는 벽, 연속적인 관을 가진다. 0°(콜리메이터에 수직에 관해서)로부터 떨어진 각도에서 상기 스퍼터된 물질 또는 입사된 플럭스(flux)는 제거된다. 단지 콜리메이터 구멍직경에 대한 구멍의 높이 비율에 비례되는 각도 내에서 입사 플럭스의 부분은 상기 콜리메이터를 통해 통과되도록 허용된다. 이러한 비의 감소로, 상기 콜리메이터 관의 종횡비는 증가되고, 전체 플럭스의 큰 백분율은 수직으로부터 매우 적은 각도 내에서 기판상에 입사된다. 그러나, 판형 콜리메이터의 고 종횡비시에는 적합한 증착이 제공되고, 이 들은 증착 속도에 큰 감소를 초래하며, 풍부한 스퍼터 물질이 콜리메이터상에 증착되기 때문에 타깃 이용의 효율을 감소시킨다. 본 발명은 고 종횡비의 콜리메이터에 유사한 증착 윤곽(profile)을 얻도록 낮은 종횡비 콜리메이터를 허용하며, 증착율과 타깃 이용에 대한 충격을 감소시킨다. 또한, 본 발명은 축적되는 물질의 비율을 감소시킴으로서 콜리메이터의 더 큰 이용을 허락한다.One known technique for improving the coating or coverage of the bottom and sidewalls in high aspect ratio contacts is to use plate-shaped collimators. The plate collimator is typically placed parallel to the substrate. The collimator has a wall, continuous tube, which blocks some sputtered material from the target. At an angle away from 0 ° (relative to the collimator), the sputtered material or incident flux is removed. Only a portion of the incident flux is allowed to pass through the collimator within an angle proportional to the ratio of the height of the hole to the collimator hole diameter. With this reduction in ratio, the aspect ratio of the collimator tube is increased and a large percentage of the total flux is incident on the substrate within a very small angle from vertical. However, at high aspect ratios of the plate collimator, suitable deposition is provided, which results in a large reduction in deposition rate, and reduces the efficiency of target utilization because abundant sputter material is deposited on the collimator. The present invention allows a low aspect ratio collimator to achieve a deposition profile similar to that of a high aspect ratio collimator and reduces the impact on deposition rate and target utilization. In addition, the present invention allows greater use of the collimator by reducing the proportion of material that accumulates.

최근에, 티타늄 및 질화티타늄의 사용은 라이닝 접촉부를 위해 바람직하다. 일반적으로 티타늄 및 질화티타늄은 증착 전도체를 위한 콜리메이터 기술로 규칙적인 결정형태 및 낮은 불순물 농도, 낮은 저항도를 나타내는 박막을 생성시킨다. 그러나, 종래의 콜리메이터 공정은 후속의 상호접속 공정의 신뢰성을 감소시키는 바람직스럽지 못한 단점을 여전히 가진다. 일반적으로 이러한 단점은 접촉부 내부에 증착이 접촉부의 구석에 부적합한 물질로 여전히 비균일하게 될 수 있다. 예를 들면, 도 1은 증착물질(14)의 층을 수용하는 상부표면(12)을 구비한 기판(10)을 도시했다. 기판(10)에 형성된 접촉부(16)는 측벽(18) 및 바닥부 표면(20)을 가진다. 도 1에 도시된 바와 같이, 종래에 공지된 콜리메이터 기술에 의한 스퍼터 증착은 상부로부터 바닥부까지 경사진 측벽(18)상에 라이너 박막(22)을 생성시키고, 접촉부(16)의 바닥 구석부(21)에 불연속적으로 생성될 수 있다. 상기 측벽 박막(22) 및 상기 구석부의 불연속성은 상기 상호접속부의 전기적인 고장을 초래할 수 있다.Recently, the use of titanium and titanium nitride is preferred for lining contacts. In general, titanium and titanium nitride are collimator technologies for deposition conductors that produce thin films with regular crystal morphology, low impurity concentrations and low resistivity. However, conventional collimator processes still have the undesirable disadvantage of reducing the reliability of subsequent interconnect processes. In general, this disadvantage is that deposition inside the contacts can still be non-uniform with materials that are unsuitable for the corners of the contacts. For example, FIG. 1 shows a substrate 10 having an upper surface 12 that receives a layer of deposition material 14. The contact 16 formed in the substrate 10 has a sidewall 18 and a bottom surface 20. As shown in FIG. 1, sputter deposition by a conventionally known collimator technique produces a liner thin film 22 on a sidewall 18 that slopes from top to bottom, and the bottom corners of the contact 16 ( 21 may be produced discontinuously. Discontinuities in the sidewall thin film 22 and the corners can cause electrical failure of the interconnects.

추가의 단점은 인접한 표면(12) 접촉부(16)의 개구부에서 물질의 축적이 초래된다. 다시 도 1을 참조하면, 통상적으로 "과잉 증착"에 관련된 상기 둥근 축적부(24)는 접촉부(16)의 측벽(18) 음영 및 접촉 개구부 안으로 과잉 증착되어 있다. 상기 과잉 증착은 때때로 접촉부에 후속으로 증착된 플러그 내에 열쇠구멍과 관련된 빈 공간(void)을 초래한다. 도 2에 관하여, 티타늄 또는 질화티타늄 같은 전도성 라이너(liner) 박막(26)은 스퍼터 증착 또는 화학증기증착(CVD)(도1에 도시)에 의해 증착되고, 다음에 알루미늄 또는 텅스텐 같은 플러그층(22)은 상기 접촉부(16)를 충진하기 위해 라이너 박막(26)위에 증착된다. 알루미늄의 플러그층은 스퍼터링에 의해 증착되고, 텅스텐의 플러그 층은 화학증기증착에 의해 증착된다. 플러그 충진 공정시 접촉 개구부에서 둥근 과잉 증착부(24)는 접촉부가 증착물질로 완전히 충진되기 전에 접촉부 개방 폐쇄를 벗어난 플러그층(28)보다 빠르게 성장된다. 공정온도 의존성에 있어서, 상기 플러그층(28)은 접촉부(16)의 바닥부로 유동하지 않고, 때때로 열쇠구멍과 관련된 빈 공간(30)을 남기게 된다. 이러한 열쇠구멍은 두 스퍼터 증착된 알루미늄 및 화학증기 증착된 텅스텐에 접촉부의 조급한 폐쇄로 인해 나타나고, 특히 고 종횡비를 가지는 접촉부에서는 난제이다. 상기 열쇠구멍의 빈 공간은 제조수율을 감소시켜 신뢰성 없는 전기적인 접촉부를 초래하고, 기판당 사용 가능한 디바이스의 수를 감소시킨다.A further disadvantage is the accumulation of material in the openings of the adjacent surface 12 contact 16. Referring again to FIG. 1, the round accumulations 24, typically associated with “overdeposit”, are overdeposited into the sidewalls 18 shade and contact openings of the contact 16. This overdeposition sometimes results in voids associated with the keyhole in the plug subsequently deposited on the contacts. 2, a conductive liner thin film 26, such as titanium or titanium nitride, is deposited by sputter deposition or chemical vapor deposition (CVD) (shown in FIG. 1), followed by a plug layer 22 such as aluminum or tungsten. ) Is deposited on the liner thin film 26 to fill the contact 16. The plug layer of aluminum is deposited by sputtering, and the plug layer of tungsten is deposited by chemical vapor deposition. In the plug filling process, the round excess deposition 24 in the contact opening grows faster than the plug layer 28 that is out of the contact opening closure before the contact is completely filled with the deposition material. In process temperature dependence, the plug layer 28 does not flow to the bottom of the contact 16 and sometimes leaves a void 30 associated with the keyhole. These keyholes appear due to the hasty closure of contacts in both sputter deposited aluminum and chemical vapor deposited tungsten, and are particularly challenging for contacts with high aspect ratios. The voids in the keyholes reduce manufacturing yields, resulting in unreliable electrical contacts, and reduce the number of devices available per substrate.

따라서, 본 발명의 목적은 전도성 물질로 접촉부를 적합하게 충진하는 것을 개선하기 위한 것이다.Accordingly, it is an object of the present invention to improve the adequate filling of contacts with conductive materials.

본 발명의 또 다른 목적은 고 종횡비를 갖는 접촉부에서 등각의 라이너 층을 생성시키는 것이다.Yet another object of the present invention is to create a conformal liner layer at the contacts having a high aspect ratio.

본 발명의 또 다른 목적은 고 종횡비의 접촉 구멍내에 만들어진 전기적인 접촉부의 신뢰성을 증가시키는 것이다.Another object of the present invention is to increase the reliability of electrical contacts made in high aspect ratio contact holes.

본 발명의 또 다른 목적은 경사진 측벽과 접촉부내에 전도성 층의 과잉 증착을 감소시키는 것이다.Another object of the present invention is to reduce the overdeposition of the conductive layer in the inclined sidewalls and contacts.

본 발명의 또 다른 목적은 개구부, 열쇠구멍 또는 빈공간들로부터 자유로운 전도성 플러그를 생산하는 것이고, 웨이퍼층들 사이의 더욱더 신뢰성있는 전기적인 상호 접속을 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to produce a conductive plug free from openings, keyholes or voids, and to provide more reliable electrical interconnection between wafer layers.

본 발명의 다른 목적은 고 종횡비 접촉부를 가지는 기판의 제조수율을 증가시키고, 기판 웨이퍼로부터 사용가능한 디바이스의 수를 증가시키는 것이다.Another object of the present invention is to increase the production yield of substrates with high aspect ratio contacts and to increase the number of devices available from the substrate wafer.

본 발명의 또 다른 목적은 콜리메이터 수명을 확장시키는 것이다.Another object of the present invention is to extend the collimator life.

본 발명은 집적회로(IC's)들을 위한 전기적인 상호 접속부들 또는 회로 소자들을 생성하기 위한 전도성 라이너(liner)들의 형성 및 전도성 플러그(plug)들의 형성 또는 비전도성 플러그들의 형성에 관한 것이다. 특히, 상기 발명은 고 종횡비(aspect ratio)를 갖는 간극(aperture) 또는 기판 접촉부에 전도성 라이너 및 전도성 플러그의 형성에 관한 것이다.The present invention relates to the formation of conductive liners and the formation of conductive plugs or the formation of non-conductive plugs for producing electrical interconnects or circuit elements for integrated circuits (IC's). In particular, the invention relates to the formation of conductive liners and conductive plugs in apertures or substrate contacts with high aspect ratios.

본 명세서의 부분적인 구성 및 구체화를 첨부시킨 도면은 본 발명의 실시예를 도시함과 동시에 상기 주어진 발명을 설명하며, 상기 발명의 원리를 설명하기 위해 수용되고, 아래에 주어진 실시예를 상세하게 설명한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The drawings accompanying the partial constructions and embodiments of this specification illustrate embodiments of the invention and at the same time describe the invention given above, which are accepted to illustrate the principles of the invention and the embodiments given below will be described in detail. do.

도 1은 종래의 콜리메이터로 증착된 물질 층을 가지는 접촉부를 도시한 횡단면도.1 is a cross-sectional view showing a contact having a layer of material deposited with a conventional collimator.

도 2는 도 1의 기판 접촉부에 증착된 물질 층을 도시한 접촉부의 횡단면도.FIG. 2 is a cross-sectional view of a contact showing a layer of material deposited on the substrate contact of FIG. 1. FIG.

도 3은 본 발명을 실시하기 위한 스퍼터 증착배열을 도시한 횡단면 선도.3 is a cross-sectional diagram illustrating a sputter deposition arrangement for practicing the present invention.

도 4A는 본 발명의 원리에 따른 고주파 바이어스 전압의 함수에 따른 증착속도 및 기판전류를 도시한 그래프.4A is a graph showing deposition rate and substrate current as a function of high frequency bias voltage in accordance with the principles of the present invention.

도 4B는 본 발명의 원리에 따라 추가의 직류 바이어스 전압의 함수에 따른 증착속도 및 기판 전류를 도시한 그래프.4B is a graph showing deposition rate and substrate current as a function of additional direct current bias voltage in accordance with the principles of the present invention.

도 4C는 직류 바이어스 전압의 함수에 따라 도시된 기판 바이어스 없이 콜리메이터를 이용한 스퍼터된 유속에 대한 기판 바이어스와 콜리메이터를 이용하여 얻어진 순 스퍼터된 유속의 비율을 도시한 그래프.4C is a graph showing the ratio of the substrate bias to the sputtered flow rate using the collimator and the net sputtered flow rate obtained using the collimator without the substrate bias shown as a function of the DC bias voltage.

도 4D는 기판 바이어스 전압의 함수에 따른 증착속도를 도시한 막대그래프.4D is a bar graph depicting deposition rate as a function of substrate bias voltage.

도 5A는 기판 바이어스 전압의 함수에 따른 기판의 측정된 저항을 도시한 막대그래프.5A is a bar graph showing the measured resistance of the substrate as a function of substrate bias voltage.

도 5B는 기판 바이어스 전압의 함수에 따른 본 발명의 원리에 따라 코팅된 기판의 판저항의 균일성을 도시한 막대그래프.5B is a bar graph showing the uniformity of sheet resistance of a substrate coated in accordance with the principles of the present invention as a function of substrate bias voltage.

도 6A,도 6B,도 6C는 각각의 고주파 기판 바이어스 전압이 0볼트, 250볼트 및 450볼트 때의 판 저항의 균일성을 도시한 지도.6A, 6B, and 6C are diagrams showing uniformity of plate resistance when the high frequency substrate bias voltages are 0 volts, 250 volts, and 450 volts, respectively.

도 7은 기판 바이어스 전압의 함수에 따른 본 발명의 원리에 따라 코팅된 기판의 측정된 반사율을 도시한 막대그래프.7 is a bar graph showing measured reflectance of a substrate coated in accordance with the principles of the present invention as a function of substrate bias voltage.

도 8A,도 8B및 도 8C는 본 발명에 따라 450볼트 고주파 기판 바이어스로 증착된 적합한 박막을 구비한 다양한 기판 접촉부를 도시한 사진.8A, 8B and 8C are photographs showing various substrate contacts with suitable thin films deposited with a 450 volt high frequency substrate bias in accordance with the present invention.

본 발명은 스퍼터 증착시 개선된 바닥부 및 측벽의 커버리지를 제공하고, 특히, 고 종횡비를 가지는 유용한 접촉부 기판을 위한 개선된 커버리지를 제공하는 것이다. 본 발명은 라이너 박막 및 라이너 박막위에 형성된 상호접속의 전기적인 신뢰도를 개선하기 위해 더욱더 균일하고 적합한 전도체 플러그를 증착하기에 유용하다. 추가로, 본 발명은 빈 공간이 없는 상호 접속 플러그를 제공하기 위한 접촉부의 개구부에서 과잉 축적을 감소시키는 것이다. 추가의 본 발명은 전도성 물질로 접촉부를 플러깅(plugging)하는데 이용된다.The present invention provides improved coverage of bottom and sidewalls in sputter deposition and, in particular, improved coverage for useful contact substrates having high aspect ratios. The present invention is useful for depositing even more uniform and suitable conductor plugs to improve the electrical reliability of the liner thin film and the interconnections formed on the liner thin film. In addition, the present invention is to reduce excess accumulation in the openings of the contacts for providing interconnect plugs without voids. A further invention is used to plug the contacts with a conductive material.

본 발명은 기판을 바이어스하기 위한 스퍼터 증착시 기판에 작동가능하게 결합되는 전기적인 바이어싱 시스템(biasing system)과 결합하여 콜리메이터를 구비한 스퍼터 증착장치를 이용한다. 상기 콜리메이터는 타깃물질과 기판사이에 배치되고, 특히, 고 종횡비를 가지는 접촉부 및 기판 접촉부 안으로 균일한 증착을 증진시키고, 소정의 입사각도로 스퍼터된 입자들을 차단시키기 위해 배열된다. 전기적인 바이어싱 시스템은 바이어스되는 기판을 위해 스퍼터 증착시 기판에 작동가능하게 결합되고, 스퍼터링 플라즈마로 부터의 이온들은 상기 기판 표면에 충돌되며, 동시에 스퍼터 증착으로 상기 표면을 유효하게 에칭시킨다. 상기 콜리메이터는 고 종횡비 접촉부에 박막을 성장시키기 위한 스퍼터 증착 입자들의 거의 수직입사를 제공한다. 콜리메이터에 대하여 음으로 웨이퍼를 전기적으로 바이어싱시킴으로서, 동시에 층 성장시 이온 충돌이 발생된다. 상기 콜리메이터는 본 발명의 장점 및 결과를 산출하기 위해 성장 기판층 상에 거의 수직인 입사 이온으로 기판의 이온 충돌에 영향을 미친다.The present invention utilizes a sputter deposition apparatus having a collimator in combination with an electrical biasing system operatively coupled to the substrate during sputter deposition for biasing the substrate. The collimator is disposed between the target material and the substrate, and in particular arranged to promote uniform deposition into the high aspect ratio contact and the substrate contact and to block sputtered particles at a predetermined angle of incidence. An electrical biasing system is operatively coupled to the substrate during sputter deposition for the substrate to be biased, and ions from the sputtering plasma impinge upon the substrate surface and at the same time effectively etch the surface with sputter deposition. The collimator provides nearly perpendicular incidence of sputter deposited particles for growing thin films in high aspect ratio contacts. By electrically biasing the wafer negatively with respect to the collimator, at the same time ion collisions occur during layer growth. The collimator affects the ion bombardment of the substrate with incident ions nearly perpendicular to the growth substrate layer to yield the advantages and results of the present invention.

동시에 상기 스퍼터 증착 및 유효하게 수직으로 입사된 이온 충돌은 접촉부의 개구부에서의 과잉 증착 또는 둥근 증착부을 포함하는 물질을 재 분배시킨다. 상기 재 분배된 물질은 접촉부내에 플러그 또는 보다 균일하며 등각의 라이너 박막으로 기판의 평평한 영역위와 상기 접촉부 안으로 이동된다. 상기 본 발명은 상기 접촉부의 개구부에서 실질적인 과잉 증착없이 보다 균일하며 등각의 라이너 층을 제공하는 것이다. 후속으로 기판상에 증착된 물질층 및 접촉부 안으로 증착된 플러그는 빈 공간 또는 열쇠구멍이 없으며, 이러한 층 및 플러그를 제공함으로서 전기적인 상호접속의 고장을 최소화한다. 이로서, 기판으로 부터의 회로 및 디바이스의 제조 수율을 증가시킨다. 또한 본 발명은 종래의 바이어스된 콜리메이터(즉 기판 바이어스 없는 콜리메이터)를 위해 개선된 평평한 영역에 균일한 특성을 중요하게 제공한 것이다. 예를 들면, 판 저항의 균일성 및 반사율은 개선된 비 바이어스된 콜리메이션 기술에 관한 것이다.At the same time the sputter deposition and effectively perpendicularly incident ion bombardment redistributes the material comprising overdeposition or round deposition in the openings of the contacts. The redistributed material is transferred into and into the contact with a flat area of the substrate with a plug or more uniform, conformal liner thin film within the contact. The present invention is to provide a more uniform and conformal liner layer without substantial overdeposition in the openings of the contacts. Subsequently, the layer of material deposited on the substrate and the plug deposited into the contacts have no voids or keyholes, and by providing such layers and plugs, the failure of electrical interconnects is minimized. This increases the manufacturing yield of circuits and devices from the substrate. In addition, the present invention significantly provides uniform properties in improved flat areas for conventional biased collimators (ie, collimators without substrate bias). For example, the uniformity and reflectivity of the plate resistance relates to improved non-biased collimation techniques.

본 발명의 적합한 실시예에 있어서, 1과 2사이의 종횡비를 가지는 콜리메이터가 이용된다. 이러한 콜리메이터와 바이어스된 기판의 결합은 균일하며 등각의 증착을 제공하고, 통상적으로 2내지 3과 같은 고 종횡비를 가지는 콜리메이터로 가능한 한도내에서 과잉 증착을 감소시킨다. 본 발명에 이용된 낮은 종횡비 콜리메이터를 가지면, 상기 증착율은 고 종횡비 콜리메이터를 갖는 경우와 같이 상당히 감소되지 않는다. 즉, 다소의 스퍼터 증착물질은 콜리메이터에 의해 수집되고, 다음에 더욱더 기판상에 증착을 위해 이용가능하다. 특히, 상기 본 발명은 고 종횡비의 접촉부로 서브 미크론(Sub-micron,mm)내에 라이너층 및 플러그의 증착에 유용하다.In a suitable embodiment of the invention, a collimator having an aspect ratio between 1 and 2 is used. The combination of these collimators and biased substrates provides uniform and conformal deposition and reduces excess deposition to the extent possible with collimators, typically having high aspect ratios such as 2-3. With the low aspect ratio collimator used in the present invention, the deposition rate is not significantly reduced as is the case with the high aspect ratio collimator. That is, some sputter deposition material is collected by the collimator and then further available for deposition on the substrate. In particular, the present invention is useful for the deposition of liner layers and plugs in sub-microns (mm) with high aspect ratio contacts.

상기 본 발명의 다른 목적 및 장점은 첨부된 도면으로부터 도시되고 설명된다.Other objects and advantages of the present invention are shown and described in the accompanying drawings.

도 3은 본 발명을 실시하기 위한 장비 배열을 도시한 것이다. 특히, 본 발명을 실시하기 위한 스퍼터 증착장치는 기판을 포함하는 공정 챔버내로 한정된 공정 하우징(32)을 구비한다. 하우징(32)은 챔버(34)에 진공을 생성시키기 위한 진공장치(36)에 작동 가능하게 결합된다. 본 발명을 실시하기 위한 적합한 장치는 뉴욕,콘저스의 재료연구협회로부터 이용 가능한 엑립스 마크Ⅱ 이다. 챔버(34)내에 기판(38)은 될 수 있으면 기판(38)에 작동가능하게 결합되는 기판 지지부(40)상에 지지되고, 기판(38)의 후방 측부와 기판의 효율적인 가열을 위한 지지부(40)의 표면 사이에 후방측부 가열가스(도시않함)를 제공한다.3 shows an arrangement of equipment for practicing the present invention. In particular, a sputter deposition apparatus for practicing the present invention includes a process housing 32 defined within a process chamber containing a substrate. The housing 32 is operatively coupled to a vacuum device 36 for generating a vacuum in the chamber 34. A suitable device for practicing the present invention is Exrips Mark II available from the Materials Research Association of Congers, NY. The substrate 38 in the chamber 34 is supported on a substrate support 40 that is operably coupled to the substrate 38, and supports the back side of the substrate 38 and the support 40 for efficient heating of the substrate. A backside heating gas (not shown) is provided between the surfaces of the < RTI ID = 0.0 >

챔버(34)내에 대항하여 배치된 기판(38)은 기판(38)의 상부표면(45)상에 증착될 타깃(44)물질에 결합되는 타깃 장착부(42)이다. 상기 타깃(44)과 기판(38)사이에 배치되는 것은 제한된 장소에 복수의 간극(48)을 구비한 콜리메이터이다. 상기 전극(48)은 육각형 또는 환형 형태 중에 하나이고, 콜리메이터(46)는 기판표면(45)상에 충돌하기 위해 적합한 방향인 타깃(44)으로부터 수율 스퍼터 입자들까지 스퍼터된 입자들의 차단을 제공하고, 그 곳에 형성된 충전부 또는 배선(line)접촉부는 라이너층 또는 플러그를 제공한다. 보호물(50)은 타깃(44)을 둘러싸고, 챔버(34)는 벽면 상에 증착으로부터 스퍼터 증착입자들을 차단한다. 상기 보호물(50)은 바람직하게 접지 되고, 제거될 수 있으며, 시스템(30)의 주기적인 유지시에 교환된다.Substrate 38 disposed in chamber 34 is a target mount 42 that is coupled to target 44 material to be deposited on top surface 45 of substrate 38. Placed between the target 44 and the substrate 38 is a collimator having a plurality of gaps 48 in a limited place. The electrode 48 is either hexagonal or annular in shape, and the collimator 46 provides for the blocking of sputtered particles from the target 44 to yield sputtered particles in a suitable direction to impinge on the substrate surface 45 and The charging section or line contact section formed therein provides a liner layer or a plug. The shield 50 surrounds the target 44, and the chamber 34 blocks sputter deposited particles from deposition on the wall. The blank 50 is preferably grounded, can be removed, and replaced during periodic maintenance of the system 30.

상기 타깃 지지부(42) 및 타깃(44)은 타깃(44)을 바이어스하기 위한 직류전원 공급기에 전기적으로 접속된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 타깃(44)은 접지전위로 유지되는 콜리메이터(46)에 대하여 음으로 바이어스 된다. 증착시에, 가스는 공정 가스 공급부(54)로부터 챔버(34)안으로 도입된다. 상기 가스는 음극 타깃(44)과 콜리메이터(46)사이로 적합하게 도입된다. 전원은 플라즈마 구름(56)과 같이 도 3에 도시된 플라즈마를 점화하기 위해 챔버(34)내에 공정가스로 결합된다 음극성인 음극 타깃(44)에 이끌리는 양으로 충전된 다양한 이온들은 플라즈마 구름(56)내에 함유되고, 이로서 타깃을 충돌시킨다. 타깃입자들은 적합한 화살표 및 참조번호(60)으로서 도시된 바와 같이 타깃(44)으로부터 스퍼터되거나 축출된다. 다소의 스퍼터된 입자(60)들은 기판(38)을 향해 공정 챔버(35)로 이동된다. 이들 다소의 입자(60)들은 과도의 소정의 입사 각도 또는 콜리메이터(40)로 입자들이 충돌하기 위해 기인된 비행의 각도를 가지며, 입자들은 차단된다. 콜리메이터의 면아래에서 소정의 각도에 관련된 입사 각도를 가지는 이들 타깃입자(60)들은 콜리메이터(46)에 의해 차단되지 않으며, 기판표면(45)상에 증착된다. 상기 소정의 입사각도 아래에서 스퍼터된 입자들은 차단되므로 상기 콜리메이터는 본 기술의 숙련된 기술자에게는 잘 공지된 바와 같이 콜리메이터 간극(48)의 깊이 및 직경의 함수이다. 그러므로 여기에서 더 이상 논의하지 않는다.The target support 42 and the target 44 are electrically connected to a DC power supply for biasing the target 44. As shown in FIG. 3, the target 44 is negatively biased relative to the collimator 46 held at ground potential. Upon deposition, gas is introduced into the chamber 34 from the process gas supply 54. The gas is suitably introduced between the cathode target 44 and the collimator 46. The power source is coupled to the process gas in the chamber 34 to ignite the plasma shown in FIG. 3, such as the plasma cloud 56. Various ions charged in an amount attracted to the negative electrode target 44 that are negative are generated by the plasma cloud ( 56), thereby colliding the target. The target particles are sputtered or expelled from the target 44 as shown by a suitable arrow and reference numeral 60. Some sputtered particles 60 are moved to the process chamber 35 toward the substrate 38. These some particles 60 have an excessively predetermined angle of incidence or an angle of flight caused by the particles to collide into the collimator 40, and the particles are blocked. These target particles 60 having an angle of incidence associated with a predetermined angle below the surface of the collimator are not blocked by the collimator 46 and are deposited on the substrate surface 45. Since the sputtered particles below the predetermined angle of incidence are blocked, the collimator is a function of the depth and diameter of the collimator gap 48 as is well known to those skilled in the art. Therefore, we do not discuss it here anymore.

콜리메이터(46)의 간극(48)은 제한된 높이 또는 깊이(60) 및 폭 또는 직경(64)을 가진다. 상기 폭(64)에 대한 깊이(62)의 비율은 콜리메이터(46)의 종횡비로 정의된다. 알려진 바와 같이, 고 종횡비를 가지는 콜리메이터 간극(48)은 깊은 깊이(62) 및 또는 좁은 폭(64)을 가지며, 일반적으로 작은 종횡비(즉, 폭 및 또는 얕은 간극)를 가지는 콜리메이터 간극보다 다수의 스퍼터 입자(60)들을 차단시킬 것이다. 예를 들면, 스퍼터 입자(60b)는 간극(48)중의 하나의 측면벽을 부딪치는 것을 보증하는 콜리메이터의 면에 관련된 타깃표면(57)으로부터 입사각도(Φ)를 가진다. 그러나, 스퍼터된 입자(60a)는 표면(57)에 보다 수직인 비행 경로를 가지고, 다음에 콜리메이터를 통하여 통과하기 위해 콜리메이터 간극(48)의 측벽면에 충돌을 피하는 입사각도(θ)를 가지며, 기판표면(45)상에 증착되고, 다음에 기판표면(45)상에 위치된 접촉부에 금속 층 또는 플러그를 생성하기 위해 기여된다. 일반적으로 콜리메이터는 수직에 가까운 입사된 표면(45)의 입사각도를 가지는 입자들의 스퍼터 증착을 제공하는데 이용된다. 각도가 90°로부터 떨어진 스퍼터 입자(60)들은 비행 경로를 가지며, 일반적으로 수직비행 경로는 콜리메이터(46)에 의해 차단될 것이다. 콜리메이터 간극의 종횡비가 크면, 스퍼터된 입자들의 백분율이 커서 많이 차단될 것이다. 상기에 언급한 바와 같이, 콜리메이터는 이들 스퍼터된 입자들을 제거함으로서 충진 접촉부에 조력을 제공한다. 그러나, 콜리메이터는 스퍼터 입자들의 차단을 평가하고, 콜리메이터(46)는 스퍼터 증착의 증착속도를 감소시키며, 다수의 스퍼터된 입자들이 기판(38)에 증착되기 보다는 콜리메이터(46)상에 증착되기 때문에 효율적인 타깃 이용을 감소시킬 것이다.The gap 48 of the collimator 46 has a limited height or depth 60 and a width or diameter 64. The ratio of the depth 62 to the width 64 is defined as the aspect ratio of the collimator 46. As is known, the high aspect ratio collimator gap 48 has a deep depth 62 and / or a narrow width 64 and generally has a greater number of sputters than the collimator gap having a small aspect ratio (ie, width and or shallow gap). Will block the particles 60. For example, the sputter particles 60b have an angle of incidence Φ from the target surface 57 associated with the face of the collimator that ensures to hit the side wall of one of the gaps 48. However, the sputtered particles 60a have a flight path that is more perpendicular to the surface 57 and then have an angle of incidence θ that avoids impingement on the sidewall surface of the collimator gap 48 for passing through the collimator, It is deposited on the substrate surface 45 and then contributes to create a metal layer or plug in the contacts located on the substrate surface 45. In general, the collimator is used to provide sputter deposition of particles having an angle of incidence of the incident surface 45 near normal. Sputter particles 60 at an angle of 90 ° have a flight path, and generally the vertical flight path will be blocked by the collimator 46. If the aspect ratio of the collimator gap is large, the percentage of sputtered particles is large and will block a lot. As mentioned above, the collimator provides assistance to the filling contact by removing these sputtered particles. However, the collimator evaluates the blocking of sputter particles, the collimator 46 reduces the deposition rate of sputter deposition, and is efficient because a large number of sputtered particles are deposited on the collimator 46 rather than being deposited on the substrate 38. Will reduce target usage.

고 종횡비를 가지는 접촉부를 충진하기 위해, 2.5 또는 그 이상의 고 종횡비 간극을 갖는 콜리메이터가 유용할 것이다. 그러나, 증착속도의 감소 결과로 스퍼터 증착공정의 효율성을 감소시키고, 그러므로서 전체 비용을 증가시킨다. 본 발명은 통상적으로 종래의 콜리메이터 기술에 요구되는 종횡비 보다 낮은 종횡비를 가지는 콜리메이터(46)를 이용하여 고 종횡비 접촉부의 적합한 코팅을 제공하는 것이다. 그러므로, 본 발명은 종래의 콜리메이터로 성취되는 그 이상의 증착속도를 효과적으로 증가시킨다. 바꿔말하면, 본 발명은 서브 미크론 정도의 적합한 라이너를 제공하고, 일반적으로, 단지 상대적으로 고 종횡비를 갖는 콜리메이터로 고 종횡비 접촉부를 제공하는 것이다.In order to fill contacts with high aspect ratios, collimators with 2.5 or more high aspect ratio gaps will be useful. However, as a result of the reduction in deposition rate, the efficiency of the sputter deposition process is reduced, thus increasing the overall cost. The present invention typically provides a suitable coating of high aspect ratio contacts using a collimator 46 having an aspect ratio lower than the aspect ratio required for conventional collimator techniques. Therefore, the present invention effectively increases the deposition rate beyond that achieved with conventional collimators. In other words, the present invention provides a suitable liner on the order of sub-microns and generally provides high aspect ratio contacts with only a relatively high aspect ratio collimator.

본 발명의 원리에 따라서, 기판 지지부(40) 및 기판(38)은 스퍼터 증착시 기판(38)에 바이어스를 제공하기 위해 바이어스하기 위한 소스(source)에 작동가능하기 위한 교류 또는 펄스된 직류소스(70) 또는 직류소스(72)중에 결합된다.In accordance with the principles of the present invention, the substrate support 40 and the substrate 38 are alternating or pulsed direct current sources to be operable to a source for biasing to provide a bias to the substrate 38 during sputter deposition. 70) or in direct current source (72).

일반적으로, 기판(38)은 접지 전위에서 유지되는 콜리메이터(46)에 대하여 음으로 바이어스된다. 입자(59)와 같이, 플라즈마 구름(56)의 이온화된 플라즈마 입자들은 표면(45)을 충돌하기 위해 음으로 바이어스된 기판(38)으로 이끌린다. 예를 들면, 다소의 입자(58)들이 음극의 음 타깃(44)으로 이끌리는 동안 플라즈마(56)에서 이온화된 다른 입자(59)들은 음으로 바이어스된 기판(38)으로 이끌린다. 이온화된 입자(59)들은 표면(45)으로 이끌리고, 표면에 충돌하며, 그러므로서 표면상의 스퍼터 증착물질층을 에칭시킨다.In general, substrate 38 is negatively biased against collimator 46 maintained at ground potential. Like particles 59, ionized plasma particles of plasma cloud 56 are attracted to negatively biased substrate 38 to impinge upon surface 45. For example, other particles 59 ionized in the plasma 56 are attracted to the negatively biased substrate 38 while some particles 58 are attracted to the negative target 44 of the cathode. Ionized particles 59 are attracted to surface 45 and impinge on the surface, thus etching the layer of sputter deposited material on the surface.

또한, 본 발명의 원리에 따라서, 기판(38)에 이끌린 다소의 이온화된 입자(59)들은 콜리메이터에 의해 차단될 입자(59a)들을 도시한 바와 같이, 콜리메이터로 충돌시키고, 표면(45)에칭으로부터 차단된다. 다른 이온화된 입자를 예를 들면, 입자(59b)들은 표면(45)을 에칭하기 위해 콜리메이터(46)를 통하여 통과될 것이다. 그 방법으로, 본 발명은 콜리메이터된 에칭을 제공하고, 일반적으로 표면(45)상에 수직입사를 가지기 위해 에칭 입자를 초점화시킨다. 상기 발명은 보다 효과적인 에칭을 제공하고, 종래의 콜리메이터 보다 접촉부내에서 스퍼터 증착된 물질을 재분배시키는 것을 제공한다.Also, in accordance with the principles of the present invention, some of the ionized particles 59 attracted to the substrate 38 impinge on the collimator, as shown by the particles 59a to be blocked by the collimator, and from the surface 45 etching. Is blocked. For example, other ionized particles, particles 59b will be passed through collimator 46 to etch surface 45. In that way, the present invention provides a collimated etch and generally focuses the etch particles to have normal incidence on the surface 45. The invention provides more efficient etching and redistributes the sputter deposited material within the contacts than conventional collimators.

본 발명의 특별한 장점은 측벽과 바닥부의 접합부에서 구석부에 형성된 빈 공간을 제거하기 위해 접촉부내에 스퍼터 증착된 물질을 재분배시킨다는 것이다. 추가로, 본 발명에 의해 동시에 제공되는 스퍼터 에칭은 보다 균일하고 적합한 라이너층을 제공하기 위해 상기 접촉부 안으로 과잉 증착 물질을 재분배시킨다. 또한, 과잉 증착의 감소는 구석부에 빈 공간을 제거시키는 것을 돕는다. 본 발명이 모든 접촉부에 이용될 시 특히, 고 종횡비를 가지는 서브 미크론 크기의 접촉부에 이용된다. 보다 균일하고 적합한 라이너를 제공함으로서 접촉 개구부에서 과잉 증착이 작아지고, 후속의 전도성 플러그는 접촉부내에 열쇠구멍 또는 빈 공간의 생성없이 접촉부안으로 증착될 것이다. 그러므로, 본 발명은 기판으로부터 칩(Chip) 및 디바이스의 증가된 수율을 제공하고, 또한 디바이스의 증가된 신뢰성을 제공한다. 추가로, 동시에 스퍼터 증착함으로서 얻어진 평평한 영역의 기판 성질 및 상기 발명의 에칭은 산업용으로 수용된다.A particular advantage of the present invention is the redistribution of the sputter deposited material in the contacts to remove the voids formed in the corners at the junction of the side walls and the bottom. In addition, the sputter etching provided simultaneously by the present invention redistributes the excess deposition material into the contact to provide a more uniform and suitable liner layer. In addition, the reduction of excess deposition helps to remove voids in the corners. When the present invention is used for all contacts, it is used in particular for submicron sized contacts having a high aspect ratio. Providing a more uniform and suitable liner will result in less overdeposition at the contact openings, and subsequent conductive plugs will be deposited into the contact without creating keyholes or voids in the contact. Therefore, the present invention provides increased yield of chips and devices from the substrate, and also provides increased reliability of the device. In addition, the flat area substrate properties obtained by sputter deposition at the same time and the etching of the invention are accepted for industrial use.

다양한 공정 수행은 평평한 영역의 성질을 결정하기 위해 본 발명을 이용하여 만들어진다. 공정 작업용, 재료연구협회로부터 이용 가능한 엑립스 마크Ⅱ 장치는 상술한 바와 같이 이용된다. 기판은 바이어스 없이(0볼트), 직류 바이어스 200 및 400볼트, 고주파 바이어스(13.56MHz) 250 및 450볼트로 공정한다. 연속으로 1500 내지 5000Å 박막은 하기에 논의된 바와 같이 평평한 영역 자료를 얻기 위해 한 개와 5개의 웨이퍼(wafer)사이에 증착된다. 웨이퍼 대 웨이퍼의 평평한 영역성질은 웨이퍼의 중심부에서 측정되고, 평균값 이상의 2 내지 5개의 웨이퍼는 주어진 바이어스 조건에서 작업되는 전체 웨이퍼의 수에 의존한다. 박막 두께가 2000Å인 티타늄(Ti)은 판 저항 자료 및 반사율을 얻기 위해 10kÅ인 이산화 실리콘(SiO2)을 가진 순수한 실리콘(Si)상에 증착된다. 박막 두께가 2000Å인 티타늄은 응력 자료를 얻기 위해 본래의 산화물을 가진 순수한 실리콘 상에 증착된다. 박막두께가 2000 내지 5000Å인 티타늄은 접촉부 충진 정보를 위한 형상화된/활성적인 웨이퍼상에 증착된다.Various process runs are made using the present invention to determine the properties of flat areas. The Exrips Mark II apparatus available from the Institute of Materials Research for process operations is used as described above. The substrate is processed with no bias (0 volts), direct current bias 200 and 400 volts, high frequency bias (13.56 MHz) 250 and 450 volts. Continuously 1500 to 5000 micron thin films are deposited between one and five wafers to obtain flat area data as discussed below. The flat area properties of the wafer to wafer are measured at the center of the wafer, and two to five wafers above the average value depend on the total number of wafers operating at a given bias condition. Titanium (Ti) with a film thickness of 2000 μs is deposited on pure silicon (Si) with silicon dioxide (SiO 2 ) of 10 kÅ to obtain plate resistivity data and reflectance. Titanium with a film thickness of 2000 μs was deposited on pure silicon with the native oxide to obtain stress data. Titanium with a film thickness of 2000 to 5000 micrometers is deposited on the shaped / active wafers for contact fill information.

상기 콜리메이터는 1.5의 종횡비를 갖는 것이 이용되고, 본 발명을 위한 콜리메이터는 종횡비가 1.25 내지 2.0 범위를 가지는 콜리메이터를 이용하는 것이 바람직하다. 상기 콜리메이터의 구멍은 육각형이고, 직경은 15.875mm(0.625인치)를 가지며, 콜리메이터 판의 두께는 23.825mm(0.938인치)이다. 상기 콜리메이터와 기판사이에 유지된 이격거리는 38.100mm(1.500인치)이다.The collimator having an aspect ratio of 1.5 is used, the collimator for the present invention preferably uses a collimator having an aspect ratio in the range of 1.25 to 2.0. The holes of the collimator are hexagonal, have a diameter of 15.875 mm (0.625 inch), and the thickness of the collimator plate is 23.825 mm (0.938 inch). The separation distance maintained between the collimator and the substrate is 38.100 mm (1.500 inches).

상기 스퍼터 음극은 티타늄 타깃을 가지는 아이씨씨-12 회전되는 자석을 이용한다. 콜리메이터에 타깃 이격거리는 36.880mm(1.452인치)로 유지된다. 균일한 스퍼터 증착을 제공하기 위해 상기 타깃 후방의 회전되는 자석은 140rpm으로 회전된다. 15kW의 전력은 음극 타깃으로 공급되고, 상기 기판 지지부(40)또는 후방평면은 열적인 열교환 목적을 위해 후방평면 압력은 6torr 내지 8torr를 가지며, 온도는 300℃로 유지된다. 아르곤(Ar)의 유동속도는 25sccm이 이용되고, 그 결과로 1.1m Torr로의 작동 압력으로 챔버(32)내를 유지시킨다.The sputter cathode uses an IC-12 rotating magnet having a titanium target. The target spacing to the collimator is maintained at 36.880 mm (1.452 inches). The rotating magnet behind the target is rotated at 140 rpm to provide uniform sputter deposition. Power of 15 kW is supplied to the cathode target, and the substrate support 40 or the rear plane has a rear plane pressure of 6 to 8 tor for thermal heat exchange purposes, and the temperature is maintained at 300 ° C. A flow rate of argon (Ar) of 25 sccm is used, as a result of which the chamber 32 is maintained at an operating pressure of 1.1 m Torr.

공정결과Process result

증착속도Deposition rate

증착속도는 고주파 및 직류 바이어스 함수에 따라 측정된다. 또한, 전체 후방평면 전류도 측정된다. 직류후방 평면에 접지 전류는 직류 전력공급기를 가진 직렬로 접속된 멀티 미터(multi-meter)로 측정되고, 직렬로 접속된 정밀 저항체 위에 전압 강하로 측정된다. 상기 고주파 전류측정은 전류변압기로 측정되는데, 캘리포니아, 팔로 알토의 피어슨사로부터 전류 모니터 모델 4100의 구입이 가능하며, 0.50V/A 및 a±3dB의 감도, 140Hz 내지 35MHz의 밴드 폭(bandwidth)을 가진다. 상기 전류 변압기 출력은 모니터링 오실로스코프에서 50 ohms으로 결정된다.Deposition rates are measured according to high frequency and direct current bias functions. In addition, the total backplane current is also measured. The ground current in the DC rear plane is measured with a multimeter connected in series with a DC power supply, and measured as a voltage drop over a series of precision resistors connected in series. The high-frequency current measurement is performed with a current transformer, which can be purchased from Pearson, Palo Alto, Calif., With current monitor model 4100, with a sensitivity of 0.50V / A and a ± 3dB, and a bandwidth of 140Hz to 35MHz. Have The current transformer output is determined to be 50 ohms in the monitoring oscilloscope.

상기 증착속도는 스퍼터 증착된 층의 박리로 제거되고, 펜-스트립핑 리프트-오프공정(pen-stripping lift-off)을 사용함으로서 두께 측정이 계산되며, 박리된 인접한 박막의 두께는 증착속도의 계산을 위해 측정된다. 상기 두께 측정은 윤곽기(profiler)로 측정되는데, 캘리포니아, 마운틴 뷰의 덴코 기기 사로부터 모델 피-1롱 스캔 윤곽기를 구입할 수 있다.The deposition rate is removed by stripping of the sputter deposited layer, and the thickness measurement is calculated by using a pen-stripping lift-off, and the thickness of adjacent stripped films is calculated from the deposition rate. Is measured for. The thickness measurement is measured with a profiler, which can be purchased from Denko Instruments, Mountain View, California.

도 4A는 각종 고주파 바이어스 전압을 위한 증착속도 및 측정된 웨이퍼 대 접지전류의 그래프를 도시했다. 도 4A에 도시된 바와 같이, 증착측정 바이어스값은 다른 평평한 영역을 결정하는 것 보다 더 잘 이용된다. 상기 그림에서 X축을 지시하는 참조 화살표는 특히 곡선과 관련된다. 도 4A를 참조하면, 상기 전류는 고주파 바이어스를 증가시키는 반면 증착속도는 감소된다.4A shows a graph of deposition rate and measured wafer vs. ground current for various high frequency bias voltages. As shown in Figure 4A, the deposition measurement bias value is better used than to determine other flat areas. In the figure, the reference arrow pointing to the X axis is particularly related to the curve. Referring to Figure 4A, the current increases the high frequency bias while the deposition rate is reduced.

도 4B는 직류 바이어스 전압의 함수에 따른 웨이퍼 대 접지전류 및 증착속도의 그래프를 도시했다. 도 4B는 도 4A에 도시된 바와 같이 전류와 증착속도 사이에 거의 역수관계를 도시하는 반면 상기 전류는 증가된 직류 바이어스를 증가시키나, 일반적으로 증착속도는 감소된다. 상기 기판의 증가된 바이어스는 기판(38)에서 발생되는 재 스퍼터링으로 인해 유효한 증착속도는 감소되고, 증가되는 플라즈마 이온(59)의 수는 음극으로 바이어스된 기판으로 이끌린다.4B shows a graph of wafer versus ground current and deposition rate as a function of direct current bias voltage. FIG. 4B shows a nearly inverse relationship between current and deposition rate as shown in FIG. 4A while the current increases the increased direct current bias, but generally the deposition rate is reduced. The increased bias of the substrate is reduced due to the re-sputtering generated in the substrate 38, and the effective deposition rate is reduced, and the increased number of plasma ions 59 leads to the substrate biased to the cathode.

순수한 증착속도는 측정된 직류 바이어스 전류로 계산된다. 실제로 중성이라고 가정하면, 이온 유속은 공간적으로 균일하고, 순수한 증착속도의 평가는 다음 방정식으로 주어진다.Pure deposition rate is calculated from the measured direct current bias. Assuming that it is actually neutral, the ion flow rate is spatially uniform, and the evaluation of the pure deposition rate is given by the following equation.

Rnet=R ′C-RW∝ Φnet=ΦCW Rnet = R ′ C -R W ∝ Φnet = Φ CW

여기서,Φ는 입자 유속이고, 아래첨자 C 및 W는 각기 음극(Cathod) 및 웨이퍼(Wafer)스퍼터링으로부터 웨이퍼 증착에 관련된다. 상기 입자의 유속은 음극으로부터 웨이퍼에 의해 수용되고 방정식 2로 주어진다.Where? Is the particle flow rate, and the subscripts C and W relate to wafer deposition from cathode and wafer sputtering, respectively. The flow rate of the particles is received by the wafer from the cathode and given by equation (2).

웨이퍼로부터 스퍼터된 입자의 유속은 방정식 3으로 주어진다.The flow rate of particles sputtered from the wafer is given by equation (3).

여기서 P는 타깃 물질의 질량 밀도이고, R은 증착속도이며, NA는 아보가드로의 수이고, W는 타깃 물질의 원자량(질량/몰)이며, I는 웨이퍼를 통한 이온 전류이고, e는 공정가스 이온 전하이며, 그리고 A는 웨이퍼 면적이다. 아르곤/티타늄 장치를 위한 수율(Y)은 다음 방정식으로 얻어진다.Where P is the mass density of the target material, R is the deposition rate, N A is the number of avogadros, W is the atomic mass (mass / mole) of the target material, I is the ion current through the wafer, and e is the process gas Ionic charge, and A is the wafer area. The yield (Y) for the argon / titanium device is obtained by the following equation.

여기서 t는 타깃이고, P는 입자이며, E는 이온화 에너지(keV)이고, Z는 원자번호이며, 그리고 U는 표면원자의 결합에너지(eV)(응용물리학회지에이36,37(1985))이다.Where t is the target, P is the particle, E is the ionization energy (keV), Z is the atomic number, and U is the binding energy (eV) of the surface atoms (Journal of Applied Physics 36,37 (1985)). .

두 이론 유속 대 실험유속의 비 Φnetc는 도 4 C에 도시했다. 도 4C의 이론적인 곡선(80)은 기판(38)에서의 재 스퍼터링 결과로 증가되는 직류 바이어스에 따라 측정된 증착속도의 감소를 정확하게 예측한다. 그러나, 직류 바이어스 400볼트에서는 증착의 실제 두께 측정으로 인한 예외적인 고 증착 속도가 존재하게 된다.The ratio Φ net / Φ c of the two theoretical and experimental flow rates is shown in FIG. 4C. The theoretical curve 80 of FIG. 4C accurately predicts a decrease in the deposition rate measured with increasing direct current bias as a result of re-sputtering on the substrate 38. However, at 400 volts DC bias there is an exceptionally high deposition rate due to the actual thickness measurement of the deposition.

도 4D를 참조하면, 상기 증착속도는 바이어스 전압의 함수에 따른 막대 그래프를 도시했다. 측정된 증착속도로부터, 상기 직류바이어스는 주어진 바이어스 레벨을 위한 고주파 바이어스를 위한 것 보다 기판을 재 스퍼터링한 곳에서 더욱더 유효한 것을 입증하였다.Referring to FIG. 4D, the deposition rate is a bar graph as a function of bias voltage. From the measured deposition rates, the direct current bias proved more effective at resputtering the substrate than for high frequency bias for a given bias level.

판 저항Plate resistance

상기 판 저항은 프로메트릭스사로부터 구입 가능한 모델 280씨, 4디 자동 4점 탐침 미터로 웨이퍼 중심부에서 측정되었다. 저항은 웨이퍼의 중심부에서 증착된 박막의 두께로서 판 저항을 측정하여 곱셈하므로서 유도된다. 저항은 도 5A에 바이어스 전압의 함수에 따른 막대 그래프를 도시했다. 도시된 바와 같이 웨이퍼의 저항은 바이어스 전압이 증가됨에 따라 증가됨을 알 수 있다. 대개 고 저항은 박막으로 증가된 결함의 결과이고, 증착된 층에 박막은 입도구조를 퇴화시키며, 동시에 증착시에 에칭된다. 추가로 티타늄 안으로 아르곤의 혼합(incorporation)은 바이어스된 증착시에 기대되고, 또한 저항을 증가시키는 작용을 한다.The plate resistance was measured at the center of the wafer with a Model 280, 4D automatic four point probe meter available from Prometrics. The resistance is derived by measuring and multiplying the sheet resistance as the thickness of the thin film deposited at the center of the wafer. The resistance is shown in FIG. 5A as a bar graph as a function of bias voltage. As shown, the resistance of the wafer increases as the bias voltage increases. Usually high resistance is the result of increased defects in the thin film, and the thin film in the deposited layer degrades the grain structure and is etched at the same time as the deposition. In addition, the incorporation of argon into titanium is expected in biased deposition and also serves to increase the resistance.

도 5B는 바이어스 전압의 함수에 따른 웨이퍼(WiW)내의 균일한 판 저항을 도시했다. 도시된 바와 같이, 일반적으로 균일한 판 저항은 증가된 바이어스 전압으로 개선된다. 즉, 증가된 웨이퍼 바이어스를 위한 웨이퍼내의 다소의 백분율의 변화가 존재한다.5B shows uniform plate resistance in the wafer WiW as a function of bias voltage. As shown, generally uniform plate resistance is improved with increased bias voltage. That is, there is a slight percentage change in the wafer for increased wafer bias.

도 6A,도 6B 및 도 6C는 고주파 바이어스를 증가시키기 위한 균일하고 개선된 판 저항을 도시했다. 도 6A는 0볼트 바이어스를 위한 균일한 상호 웨이퍼 판 저항을 도시한 반면 도 6B 및 도 6C는 각기 250볼트 고주파 바이어스 및 450볼트 고주파 바이어스를 위한 균일한 상호 웨이퍼 판 저항을 도시했다. 도시된 바와 같이, 도 6C의 기판은 450볼트 바이어스 등고선에서 효과적으로 균일하게 개선된 판 저항을 가진다.6A, 6B and 6C show uniform and improved plate resistance to increase high frequency bias. 6A shows uniform reciprocal wafer plate resistance for zero volt bias while FIGS. 6B and 6C show uniform reciprocal wafer plate resistance for 250 volt high frequency bias and 450 volt high frequency bias, respectively. As shown, the substrate of FIG. 6C has improved plate resistance effectively and uniformly at 450 volt bias contours.

반사율reflectivity

반사율 측정은 캘리포니아, 써니발레 나노메트릭사로부터 구입 가능한 나노스펙/에이에프티 미소영역 게이지로 이루어지며, 도 7에 막대 그래프로 도시했다. 반사율의 범위는 전형적으로 최적의 바이어스 조건을 위한 하한계의 120%를 수용할 수 있을 정도로 뛰어나다.Reflectance measurements were made with NanoSpec / FT microarea gauges available from Sunnyvale Nanometrics, Calif., And are shown as bar graphs in FIG. The range of reflectance is typically high enough to accommodate 120% of the lower limit for optimum bias conditions.

응력Stress

또한, 응력측정은 캘리포니아, 써니발레 플렉서스사로부터 구입가능한 모델 에프 2300을 사용하여 측정했다. 응력측정 결과는 고주파 바이어스가 증가함에 따라 잔류응력이 감소됨을 나타내었다.In addition, the stress measurement was measured using the Model F 2300 available from Sunnyvale Flexus, California. The stress measurement results show that the residual stress decreases as the high frequency bias increases.

공정작업자료Process work data

하기의 표 1 내지 표 4는 본 발명을 이용하여 만든 여러 가지의 공정작업으로부터 측정된 다양한 본래(raw)의 자료를 나타냈다. 상기에 논의된 그림으로부터 하기의 표에 도시된 공정작업의 결과는 본 발명이 표준인 비 콜리메이트된 공정에 비교할 때 평평한 영역의 성능을 수용가능하게 산출시킨 것을 도시했다.Tables 1 to 4 below show various raw data measured from various process operations made using the present invention. The results of the process operations shown in the table below from the figure discussed above show that the present invention yields an acceptable calculation of flat area performance when compared to the standard uncollimated process.

또한, 상기 본 발명은 개선된 스텝 커버리지(step coverage)성능 및 적합한 박막의 증착 및 서브 미크론 크기의 접촉부에 고 종횡비의 플러그를 제공하고, 사실은 종래의 기술인 장치 및 방법위에 중요한 라이너 및 플러그의 개선된 증착을 산출하는 것이다. 도 8A, 도 8B 및 도 8C는 본 발명의 원리에 따른 기판공정의 다양한 접촉부의 사진이고, 개선된 스텝 커버리지 및 적합한 박막 커버리지를 나타냈다.In addition, the present invention provides a high aspect ratio plug for improved step coverage performance and suitable thin film deposition and sub-micron size contacts, and in fact improves liner and plug, which is important for prior art devices and methods. Yields a deposited deposition. 8A, 8B and 8C are photographs of the various contacts of a substrate process in accordance with the principles of the present invention, showing improved step coverage and suitable thin film coverage.

도 8A 내지 도 8C는 웨이퍼상에 400볼트의 고주파 바이어스 및 종횡비가 1.5:1을 가지는 콜리메이터를 사용한 본 발명의 원리에 따라 서브 0.5미크론의 접촉부에 티타늄의 증착을 도시했다. 도 8A는 3.5:1의 종횡비를 가지는 접촉부(90)를 도시했다. 상기 증착된 박막(92)은 적합하고, 종래의 기술 장치 및 방법(도 1참조)에 결과로 구석부에서 빈공간을 없애기 위해 극적으로 바닥부의 구석부에 경사가 지지 않는다. 또한, 접촉부의 상부에 과증착(96)은 유효하게 감소된다. 도 8B는 4.5:1의 고 종횡비를 가지는 보다 좁은 접촉부(98)를 도시한 반면 도 8C는 도 8B의 접촉부의 확대된 부분이다. 도 8B에 도시된 바와같이, 4.5:1의 고 종횡비를 가지는 서브 0.5미크론 크기의 접촉부 조차도 도 8C에서 보다 더 명백하고, 상기 박막(100)은 매우 적합하고, 구석부(102)에 빈 공간이 생기지 않으며, 바닥 구석부(102) 아래로 경사가 지지 않는다. 도 8C에 도시된 바와 같이, 상기 박막(100)은 측벽(104)상에 적합하고, 접촉부(98)의 바닥부(106) 및 접촉부의 상부에서의 돌출부(108)가 감소된다(도 8B참조). 따라서, 본 발명은 고 종횡비의 접촉부인 매우 작은 장소에 증착이 적합하고, 개선된 스텝 커버리지를 제공한다. 또한, 상기 발명에 의해 생성된 과잉 증착의 감소는 후속의 층 또는 플러그가 배선된 접촉부(도 2참조)에 증착될 때 생기는 열쇠구멍을 감소시킨다.8A-8C illustrate the deposition of titanium on sub 0.5 micron contacts in accordance with the principles of the present invention using a collimator having a high frequency bias of 400 volts and an aspect ratio of 1.5: 1 on the wafer. 8A shows a contact 90 having an aspect ratio of 3.5: 1. The deposited thin film 92 is suitable and does not dramatically tilt in the corners of the bottom to eliminate voids in the corners as a result of prior art apparatus and methods (see FIG. 1). In addition, overdeposition 96 on top of the contact is effectively reduced. FIG. 8B shows a narrower contact 98 having a high aspect ratio of 4.5: 1 while FIG. 8C is an enlarged portion of the contact of FIG. 8B. As shown in FIG. 8B, even sub 0.5 micron sized contacts with a high aspect ratio of 4.5: 1 are more apparent than in FIG. 8C, and the thin film 100 is well suited, with empty space in the corner 102. It does not occur and does not slope down the bottom corner 102. As shown in FIG. 8C, the thin film 100 fits on the sidewall 104 and the bottom portion 106 of the contact portion 98 and the protrusion 108 at the top of the contact portion are reduced (see FIG. 8B). ). Thus, the present invention is suitable for deposition in very small places, which are high aspect ratio contacts, and provide improved step coverage. In addition, the reduction of overdeposition produced by the invention reduces the keyholes that occur when subsequent layers or plugs are deposited on the wired contacts (see FIG. 2).

반 사 율Reflectance 바이어스(볼트)Bias (Bolts) 웨이퍼 번호Wafer number 중심부center 모서리부Corner 405nm405 nm 436nm436 nm 480nm480 nm 405nm405 nm 436nm436 nm 480nm480 nm 0 V dc0 V dc 33 111.4111.4 123.0123.0 137.3137.3 108.9108.9 120.7120.7 134.7134.7 0 V dc0 V dc 44 110.2110.2 121.8121.8 136.2136.2 107.9107.9 119.5119.5 133.6133.6 0 V dc0 V dc 55 108.8108.8 120.6120.6 135.1135.1 106.8106.8 118.3118.3 132.1132.1 0 V dc0 V dc 66 108.8108.8 120.4120.4 134.7134.7 108.0108.0 119.6119.6 133.9133.9 0 V dc0 V dc 77 108.5108.5 120.1120.1 134.6134.6 106.1106.1 117.8117.8 131.9131.9 250 rf250 rf 33 111.3111.3 122.8122.8 137.3137.3 109.6109.6 120.6120.6 134.7134.7 250 rf250 rf 44 111.4111.4 123.0123.0 137.5137.5 109.7109.7 121.1121.1 135.0135.0 450 rf450 rf 33 110.6110.6 122.2122.2 136.2136.2 108.3108.3 119.9119.9 133.1133.1 450 rf450 rf 44 109.3109.3 120.7120.7 134.6134.6 110.2110.2 121.7121.7 135.9135.9 200 dc200 dc 33 113.3113.3 125.1125.1 139.3139.3 113.5113.5 125.3125.3 139.7139.7 200 dc200 dc 44 113.5113.5 125.2125.2 139.3139.3 113.1113.1 125.0125.0 139.0139.0 400 dc400 dc 33 107.4107.4 118.4118.4 132.2132.2 108.6108.6 119.7119.7 133.5133.5 400 dc400 dc 44 106.2106.2 117.8117.8 131.2131.2 106.8106.8 118.0118.0 132.0132.0

증착율Deposition rate 바이어스(볼트)Bias (Bolts) 웨이퍼 번호Wafer number 두께(A)Thickness (A) (A/s)(A / s) 시간(초)Time in seconds 100 rf100 rf 33 1811.11811.1 9.69.6 189189 250 rf250 rf 66 1767.01767.0 9.39.3 189189 325 rf325 rf 99 1738.01738.0 9.29.2 189189 450 rf450 rf 1212 1738.01738.0 9.29.2 189189 0 dc0 dc 1515 1693.01693.0 8.98.9 190190 100 dc100 dc 33 1741.01741.0 9.29.2 190190 200 dc200 dc 66 1706.01706.0 9.09.0 190190 300 dc300 dc 99 1649.01649.0 8.78.7 190190 400 dc400 dc 33 1709.01709.0 9.09.0 190190 400 dc400 dc 1212 1695.01695.0 8.98.9 190190 0 dc0 dc 33 1941.01941.0 10.310.3 189189 0 dc0 dc 66 1968.01968.0 10.410.4 189189 0 dc0 dc 99 1968.01968.0 10.410.4 189189 0 dc0 dc 1212 1935.01935.0 10.210.2 189189 0 dc0 dc 1515 1942.01942.0 10.310.3 189189 200 dc200 dc 77 1296.01296.0 9.19.1 142142 200 dc200 dc 1313 1676.01676.0 8.98.9 189189 400 dc400 dc 1010 1687.01687.0 8.98.9 189189 400 dc400 dc 33 1676.01676.0 8.98.9 189189 250 rf250 rf 33 4652.04652.0 9.89.8 474474 450 rf450 rf 1212 1767.01767.0 9.39.3 189189 450 rf450 rf 1515 1763.01763.0 9.39.3 8.98.9

응 력Stress 바이어스(볼트)Bias (Bolts) 웨이퍼 번호Wafer number (dyne/cm2)(dyne / cm 2 ) 0 dc0 dc 88 -2.22E + 09-2.22E + 09 0 dc0 dc 99 -2.11E + 09-2.11E + 09 250 rf250 rf 55 -1.88E + 09-1.88E + 09 250 rf250 rf 66 -1.86E + 09-1.86E + 09 450 rf450 rf 55 -5.49E + 07-5.49E + 07 450 rf450 rf 66 -6.89E + 06-6.89E + 06 200 dc200 dc 55 -9.68E + 09-9.68E + 09 200 dc200 dc 66 3.67E + 093.67E + 09 200 dc200 dc 6(초 작동)6 (seconds working) 1.30E + 091.30E + 09 200 dc200 dc 77 4.58E + 094.58E + 09 400 dc400 dc 55 -1.52E + 08-1.52E + 08 400 dc400 dc 66 -2.54E - 08-2.54E-08

판 저항Plate resistance 바이어스(볼트)Bias (Bolts) 웨이퍼 번호Wafer number σ(μΩ-cm)σ (μΩ-cm) Rs(Ω/sq)Rs (Ω / sq) Unif(%)Unif (%) 0 dc0 dc 33 62.0262.02 3.1793.179 4.774.77 0 dc0 dc 44 24.0424.04 3.2833.283 4.004.00 0 dc0 dc 55 63.7063.70 3.2653.265 4.164.16 0 dc0 dc 66 62.6662.66 3.2123.212 4.344.34 0 dc0 dc 77 61.6961.69 3.1623.162 4.424.42 250 rf250 rf 33 69.3269.32 3.7373.737 2.392.39 250 rf250 rf 44 69.5569.55 3.7493.749 1.971.97 450 rf450 rf 33 77.2377.23 4.3754.375 1.231.23 450 rf450 rf 44 76.8076.80 4.3514.351 1.191.19 200 dc200 dc 33 61.7961.79 3.6333.633 2.272.27 200 dc200 dc 44 61.2061.20 3.5993.599 1.591.59 400 dc400 dc 33 67.4967.49 4.0144.014 2.042.04 400 dc400 dc 44 68.8368.83 4.0944.094 2.162.16

본 발명은 다양한 실시예에 의해 도시되었고, 이들 실시예들은 상당히 상세하게 설명되었지만, 본 발명의 출원인은 첨부된 청구범위의 범주를 상기와 같이 상세하게 제한하려는 것은 아니다. 추가적인 장점 및 개량은 당업자에게는 쉽게 알 수 있는 것이다. 따라서, 본 발명의 넓은 특성에서의 범주는 장치 및 방법을 나타내는 특정 상세사항, 그리고 도시되고 설명된 실시예에 한정되지 않는다. 따라서 본 발명은 출원인의 일반적인 발명 사상 또는 범위로부터 일탈 없이 상세사항으로부터 개선될 수 있다.Although the present invention has been illustrated by various embodiments, these embodiments have been described in considerable detail, but the applicant of the present invention is not intended to limit the scope of the appended claims in detail as above. Additional advantages and improvements will be readily apparent to those skilled in the art. Accordingly, the scope of the broad features of the invention is not limited to the specific details representing the apparatus and method, and to the embodiments shown and described. Accordingly, the present invention can be improved from the details without departing from the general spirit or scope of the applicant.

Claims (30)

매우 작은 크기를 가지는 기판 접촉부 안으로 물질의 층을 스퍼터 증착하기 위한, 스퍼터링 플라즈마를 내부에 구비하는 진공챔버를 포함하는 스퍼터 증착 시스템에 있어서,A sputter deposition system comprising a vacuum chamber having a sputtering plasma therein for sputter depositing a layer of material into a substrate contact having a very small size, the sputter deposition system comprising: 챔버 내의 기판 표면상과 기판 접촉부 내부에 증착하기 위하여, 스퍼터링 플라즈마로부터의 이온이To deposit on the substrate surface in the chamber and within the substrate contacts, ions from the sputtering plasma 타깃(target)에 충돌하고 물질 입자를 생성하도록, 진공 챔버 내에 위치하고, 타깃을 음으로 바이어스시키기 위한 타깃 바이어스 소스에 결합된, 증착 재료의 타깃과,A target of deposition material, located in a vacuum chamber, coupled to a target bias source for negatively biasing the target to impinge on the target and produce material particles, 기판 접촉부 내의 균일한 증착을 증진하기 위하여, 타깃에 대향하여 배치되고, 기판 표면에 소정의 입사각도의 스퍼터된 입자를 차단하도록 위해 배열된, 콜리메이터(collimator)와,A collimator disposed opposite the target and arranged to block sputtered particles of a predetermined angle of incidence on the substrate surface to promote uniform deposition in the substrate contact, 스퍼터 증착 도중에 상기 기판에 작동 가능하게 결합되는 전기적인 바이어스 시스템으로서, 접촉부내의 과잉 증착을 감소시키고, 접촉부 내의 균일한 증착을 추가로 증진시키기 위하여, 스퍼터링 플라즈마로부터의 이온이 기판 표면과 충돌하고 일반적으로 스퍼터 증착과 동시에 표면을 효과적으로 에칭하며, 접촉부 내에 증착된 입자를 재분배하도록, 상기 기판을 바이어스시키도록 작동할 수 있는, 전기적인 바이어스 시스템을 포함함으로서,An electrical bias system operatively coupled to the substrate during sputter deposition, wherein ions from the sputtering plasma collide with the substrate surface and generally reduce the excess deposition in the contacts and further promote uniform deposition in the contacts. By including an electrical bias system, operable to bias the substrate to effectively etch the surface concurrently with sputter deposition and to redistribute the deposited particles within the contacts, 큰 종횡비를 가지는 기판 접촉부는, 물질 층으로 균일하게 코팅될 수 있고, 빈 공간의 수가 감소된 물질로 채워질 수 있는 것을 특징으로 하는 스퍼터 증착 시스템.A substrate contact having a large aspect ratio can be uniformly coated with a layer of material and can be filled with a material having a reduced number of void spaces. 제 1항에 있어서, 상기 콜리메이터는, 상기 기판 바이어스 시스템 및 상기 타깃 바이어스 소스에 작동 가능하게 결합되고, 상기 타깃 및 상기 바이어스된 기판 모두에 공통의 기준 전위로 작용하는 것을 특징으로 하는 스퍼터 증착 시스템.2. The sputter deposition system of claim 1, wherein the collimator is operably coupled to the substrate bias system and the target bias source and acts as a common reference potential for both the target and the biased substrate. 제 1항에 있어서, 상기 기판 바이어스 시스템은, 스퍼터 증착시 기판을 바이어스하기 위하여, 교류 소스와 펄스형 직류 소스 중 하나를 구비하는 것을 특징으로 하는 스퍼터 증착 시스템.The sputter deposition system of claim 1, wherein the substrate bias system comprises one of an alternating current source and a pulsed direct current source to bias the substrate during sputter deposition. 제 3항에 있어서, 상기 바이어스 소스는 200MHz 이하에서 작동하는 것을 특징으로 하는 스퍼터 증착 시스템.4. The sputter deposition system of claim 3, wherein the bias source operates at 200 MHz or less. 제 3항에 있어서, 상기 바이어스 소스는 20MHz 이하에서 작동하는 것을 특징으로 하는 스퍼터 증착 시스템.4. The sputter deposition system of claim 3, wherein the bias source operates at 20 MHz or less. 제 1항에 있어서, 상기 기판 바이어스 시스템은, 스퍼터 증착시 직류 전압으로 기판을 바이어스시키기 위하여, 직류 소스를 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터 증착 시스템.2. The sputter deposition system of claim 1, wherein the substrate bias system comprises a direct current source to bias the substrate with a direct current voltage during sputter deposition. 제 1항에 있어서, 상기 기판 바이어스 시스템은, 10 내지 5000볼트의 범위에서 기판을 바이어스시키도록 작동 가능한 것을 특징으로 하는 스퍼터 증착 시스템.10. The sputter deposition system of claim 1, wherein the substrate bias system is operable to bias the substrate in the range of 10 to 5000 volts. 매우 작은 크기를 가지는 기판 접촉부 안으로 물질의 층을 스퍼터 증착하기 위한, 스퍼터링 플라즈마를 내부에 구비하는 진공챔버를 포함하는 스퍼터 증착 시스템에 있어서,A sputter deposition system comprising a vacuum chamber having a sputtering plasma therein for sputter depositing a layer of material into a substrate contact having a very small size, the sputter deposition system comprising: 챔버 내의 기판 표면상과 기판 접촉부 내부에 증착하기 위하여, 스퍼터링 플라즈마로부터의 이온이 타깃에 충돌하고 물질 입자를 생성하도록, 진공 챔버 내에 위치하고, 타깃을 음으로 바이어스시키기 위한 타깃 바이어스 소스에 결합된, 증착 재료의 타깃과,Deposition, coupled to a target bias source for negative biasing of the target, located in the vacuum chamber, so that ions from the sputtering plasma impinge on the target and produce material particles for deposition on the substrate surface in the chamber and within the substrate contacts. The target of the material, 기판 접촉부 내의 균일한 증착을 증진하기 위하여, 타깃에 대향하여 배치되고, 기판 표면에 소정의 입사각도의 스퍼터된 입자를 차단하도록 위해 배열된, 콜리메이터(collimator)와,A collimator disposed opposite the target and arranged to block sputtered particles of a predetermined angle of incidence on the substrate surface to promote uniform deposition in the substrate contact, 스퍼터 증착 도중에 상기 기판에 작동 가능하게 결합되는 전기적인 바이어스 시스템으로서, 접촉부내의 과잉 증착을 감소시키고, 접촉부 내의 균일한 증착을 증진시키기 위하여, 스퍼터링 플라즈마로부터의 이온이 기판 표면과 충돌하고 일반적으로 스퍼터 증착과 동시에 표면을 효과적으로 에칭하며, 접촉부 내에 증착된 입자를 재분배하도록, 상기 기판을 음으로 바이어스시키도록 작동할 수 있는, 전기적인 바이어스 시스템을 포함함으로서,An electrical bias system operatively coupled to the substrate during sputter deposition, wherein ions from the sputtering plasma collide with the substrate surface and generally sputter deposition to reduce excess deposition in the contacts and promote uniform deposition in the contacts. And an electrical bias system, operable to negatively bias the substrate to effectively etch the surface and simultaneously redistribute the particles deposited within the contacts. 큰 종횡비를 가지는 기판 접촉부는, 물질 층으로 균일하게 코팅될 수 있고, 빈 공간의 수가 감소된 물질로 채워질 수 있는 것을 특징으로 하는 스퍼터 증착 시스템.A substrate contact having a large aspect ratio can be uniformly coated with a layer of material and can be filled with a material having a reduced number of void spaces. 매우 작은 크기를 가지는 기판 접촉부 안으로 물질의 층을 스퍼터 증착하기 위한 스퍼터 증착 시스템에 있어서,A sputter deposition system for sputter depositing a layer of material into a substrate contact having a very small size, 진공 챔버와,With vacuum chamber, 상기 챔버 안으로 가스를 제공하는 가스 공급부와,A gas supply for providing gas into the chamber; 이온을 포함하는 스퍼터링 플라즈마 안으로 상기 가스를 여기시키기 위한 여기 시스템과,An excitation system for exciting the gas into a sputtering plasma comprising ions, 작은 크기를 갖는 접촉부를 구비한 기판을, 챔버 안쪽에서, 지지하기 위한 지지부와,A support for supporting a substrate having a contact portion having a small size, inside the chamber, 상기 기판 지지부에 대향한 챔버 내에서 증착 물질의 타깃을 지지하기 위한 타깃 지지부로서, 기판의 표면 위와 접촉부 안으로 증착시키기 위하여, 스퍼터링 플라즈마로부터의 이온이 타깃과 충돌하고, 물질 입자들을 생성하도록, 상기 타깃을 바이어스시키기 위해 작동 가능한, 타깃 지지부와,A target support for supporting a target of deposition material in a chamber opposite the substrate support, such that ions from the sputtering plasma collide with the target and produce material particles to deposit on the surface of the substrate and into the contact; A target support operable to bias the 기판 접촉부 내부의 균일한 증착을 증진시키고, 기판 접촉부의 빈 공간이 없는 충진을 증진시키기 위하여, 상기 타깃 지지부와 상기 기판 지지부 사이에 배치되고, 상기 기판 표면에 소정의 각도로 입사되는 스퍼터된 입자를 차단하도록 구성된 콜리메이터와,Sputtered particles disposed between the target support and the substrate support and disposed at a predetermined angle on the surface of the substrate to promote uniform deposition inside the substrate contact and to promote empty filling of the substrate contact. Collimator configured to block, 접촉부내의 과잉 증착을 감소시키고, 접촉부 내의 균일한 증착을 추가로 증진시키기 위하여, 스퍼터링 플라즈마로부터의 이온이 기판 표면과 충돌하고 스퍼터 증착과 동시에 표면을 효과적으로 에칭하며, 접촉부 내에 증착된 입자를 재분배하도록, 스퍼터 증착 시에 상기 기판을 바이어스시키도록 상기 기판에 작동 가능하게 결합되는 전기적인 바이어스 시스템을 포함함으로서,In order to reduce excess deposition in the contacts and further promote uniform deposition in the contacts, ions from the sputtering plasma collide with the substrate surface, effectively etch the surface simultaneously with sputter deposition, and redistribute the particles deposited in the contacts, An electrical bias system operatively coupled to the substrate to bias the substrate during sputter deposition, 매우 작은 종횡비를 가지는 기판은, 물질 층으로 균일하게 코팅될 수 있고, 빈 공간의 수가 감소된 물질로 채워질 수 있는 것을 특징으로 하는 스퍼터 증착 시스템.A substrate having a very small aspect ratio can be uniformly coated with a layer of material and filled with a material having a reduced number of void spaces. 제 9항에 있어서, 상기 콜리메이터는 기판 바이어스 시스템 및 상기 바이어스된 타깃 지지부에 작동 가능하게 결합되고, 상기 타깃 및 상기 바이어스된 기판 에 공통의 기준 전위로 작용하는 것을 특징으로 하는 스퍼터 증착 시스템.10. The sputter deposition system of claim 9, wherein the collimator is operably coupled to a substrate bias system and the biased target support and acts as a common reference potential to the target and the biased substrate. 제 9항에 있어서, 상기 타깃 지지부는 약 10 내지 1000볼트의 범위에서 상기 타깃을 바이어스시키기 위해 작동 가능한 것을 특징으로 하는 스퍼터 증착 시스템.10. The sputter deposition system of claim 9, wherein the target support is operable to bias the target in the range of about 10 to 1000 volts. 제 9항에 있어서, 상기 기판 바이어스 시스템은 약 10 내지 5000볼트의 범위에서 기판을 바이어스시키기 위해 작동 가능한 것을 특징으로 하는 스퍼터 증착장치.10. The apparatus of claim 9, wherein the substrate bias system is operable to bias the substrate in the range of about 10 to 5000 volts. 제 9항에 있어서, 상기 기판 바이어스 시스템은 스퍼터 증착시 상기 기판을 바이어스시키기 위한 교류 소스와 펄스형 직류 소스 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터 증착 시스템.10. The sputter deposition system of claim 9, wherein the substrate bias system comprises one of an alternating current source and a pulsed direct current source for biasing the substrate during sputter deposition. 제 13항에 있어서, 상기 바이어스 소스는 대략 직류와 20MHz사이에서 작동하는 것을 특징으로 하는 스퍼터 증착 시스템.14. The sputter deposition system of claim 13, wherein the bias source operates between approximately direct current and 20 MHz. 제 13항에 있어서, 상기 교류 또는 펄스형 직류 소스는 약 100KHz와 20MHz 사이에서 작동하는 것을 특징으로 하는 스퍼터 증착 시스템.14. The sputter deposition system of claim 13, wherein the alternating current or pulsed direct current source operates between about 100 KHz and 20 MHz. 제 9항에 있어서, 상기 기판 바이어스 시스템은 스퍼터 증착시 직류 전압으로 기판을 바이어스시키기 위한 직류 소스를 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터 증착 시스템.10. The sputter deposition system of claim 9, wherein the substrate bias system comprises a direct current source for biasing the substrate with a direct current voltage during sputter deposition. 매우 작은 크기를 가지는 기판 접촉부 안으로 물질 층을 스퍼터 증착하는 방법에 있어서,A method of sputter depositing a layer of material into a substrate contact having a very small size, 진공 챔버 내에 기판을 위치시키는 단계와,Positioning the substrate in the vacuum chamber; 상기 챔버 내에 이온을 포함하는 스퍼터링 플라즈마를 여기시키는 단계와,Exciting a sputtering plasma comprising ions in the chamber; 상기 기판의 표면 위와 상기 기판 표면 내에 형성된 접촉부 내에 스퍼터된 물질 입자의 증착을 생성하기 위하여, 스퍼터링 플라즈마로부터의 이온이 타깃에 충돌하도록, 상기 기판에 대향하는 챔버 내에 증착 물질의 타깃을 위치시키고, 상기 타깃을 바이어스시키는 단계와,To create a deposition of sputtered material particles on the surface of the substrate and in the contacts formed within the substrate surface, the target of the deposition material is placed in a chamber opposite the substrate such that ions from the sputtering plasma impinge on the target, and Biasing the target, 상기 기판 접촉부 내에 균일한 증착을 증진시키고, 상기 기판 접촉부의 빈 공간이 없는 충진을 증진시키기 위하여, 기판 표면에 소정의 각도로 입사하는 스퍼터된 입자를 차단시키는 단계와,Blocking sputtered particles incident at a predetermined angle on the substrate surface to promote uniform deposition in the substrate contacts and to promote void-free filling of the substrate contacts; 상기 접촉부 내의 과잉 증착을 감소시키고, 접촉부 내의 균일한 증착을 추가로 증진시키기 위하여, 스퍼터링 플라즈마로부터의 이온이 상기 기판 표면과 충돌하고 스퍼터 증착과 일반적으로 동시에 표면을 효과적으로 에칭하며, 접촉부 내에 증착된 입자를 재분배하도록, 상기 기판을 바이어스시키는 단계를 포함함으로서,In order to reduce excess deposition in the contacts and further promote uniform deposition in the contacts, ions from the sputtering plasma collide with the substrate surface and effectively etch the surface generally at the same time as the sputter deposition, and particles deposited in the contacts Biasing the substrate to redistribute 큰 종횡비를 가지는 접촉부를 구비한 기판이 물질 층으로 균일하게 코팅될 수 있고, 빈 공간의 수가 감소된 물질로 충진될 수 있는 것을 특징으로 하는 스퍼터 증착 방법.A sputter deposition method, characterized in that a substrate having a contact with a large aspect ratio can be uniformly coated with a material layer and filled with a material having a reduced number of void spaces. 제 17항에 있어서, 스퍼터된 입자를 차단시키는 상기 단계는, 스퍼터된 입자를 차단하기 위해 상기 타깃과 기판사이에 콜리메이터를 위치시키는 단계를 포함하는데,18. The method of claim 17, wherein blocking the sputtered particles comprises placing a collimator between the target and the substrate to block the sputtered particles. 상기 스퍼터 증착 방법은, 상기 콜리메이터가 상기 타깃 및 바이어스된 기판에 공통의 기준 전위로 작용되도록, 상기 콜리메이터에 타깃과 기판을 전기적으로 결합하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터 증착 방법.The sputter deposition method further comprises electrically coupling a target and a substrate to the collimator such that the collimator acts at a common reference potential to the target and biased substrate. 제 17항에 있어서, 상기 플라즈마로부터 양으로 바이어스된 이온으로 상기 기판 표면을 에칭하기 위하여, 상기 기판을 음으로 바이어스시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터 증착 방법.18. The method of claim 17, further comprising negatively biasing the substrate to etch the substrate surface with positively biased ions from the plasma. 제17항에 있어서, 약 10내지 1000볼트의 범위로 상기 타깃을 바이어스시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터 증착 방법.18. The method of claim 17, further comprising biasing the target in the range of about 10 to 1000 volts. 제 17항에 있어서, 약 10내지 5000볼트의 범위로 상기 기판을 바이어스시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터 증착 방법.18. The method of claim 17, further comprising biasing the substrate in the range of about 10 to 5000 volts. 제 17항에 있어서, 스퍼터 증착시 교류 전압으로 상기 기판을 바이어스시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터 증착 방법.18. The method of claim 17, further comprising biasing the substrate with an alternating voltage during sputter deposition. 제 22항에 있어서, 직류와 약 20MHz 사이에서 상기 기판을 바이어스시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터 증착 방법.23. The method of claim 22, further comprising biasing the substrate between direct current and about 20 MHz. 제 22항에 있어서, 약 100KHz와 20MHz 사이에서 상기 기판을 바이어스시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터 증착 방법.23. The method of claim 22, further comprising biasing the substrate between about 100 KHz and 20 MHz. 제 17항에 있어서, 스퍼터 증착시 직류 전압으로 상기 기판을 바이어스시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터 증착 방법.18. The method of claim 17, further comprising biasing the substrate with a direct current voltage during sputter deposition. 매우 작은 크기를 가지는 기판 접촉부 내에 물질의 층을 스퍼터 증착하는 방법에 있어서,A method of sputter depositing a layer of material into a substrate contact having a very small size, 스퍼터 증착 챔버 내에 물질의 타깃을 위치시키는 단계와,Positioning a target of material in the sputter deposition chamber; 형성된 접촉부를 가지는 기판 표면이 상기 타깃과 마주보게 하면서, 타깃에 대향하는 챔버 내에 기판을 배치하는 단계와,Placing the substrate in a chamber opposite the target, with the substrate surface having the formed contact facing the target; 상기 기판 표면 위와 상기 접촉부 내에 물질 층을 스퍼터 증착시키기 위하여, 여기된 가스 플라즈마로부터의 입자를 타깃에 충돌시키는 단계와,Impinging particles from the excited gas plasma onto a target to sputter deposit a layer of material on the substrate surface and within the contact; 상기 접촉부 내의 과잉 증착을 감소시키고, 접촉부 내의 균일한 증착을 증진시키기 위하여, 입자를 상기 기판 표면과 충돌시켜, 물질 층의 스퍼터 증착과 일반적으로 동시에 상기 기판 표면과 상기 물질 층을 에칭하고, 상기 접촉부 내에 상기 증착된 물질을 재분배시키는 단계를 포함함으로서,In order to reduce excess deposition in the contacts and to promote uniform deposition in the contacts, particles are collided with the substrate surface to etch the substrate surface and the material layer generally simultaneously with sputter deposition of a material layer, and the contacts Redistributing the deposited material within 큰 종횡비를 가지는 접촉부를 구비한 기판이 물질 층으로 균일하게 코팅될 수 있고, 빈 공간의 수가 감소된 물질로 충진될 수 있는 것을 특징으로 하는 스퍼터 증착 방법.A sputter deposition method, characterized in that a substrate having a contact with a large aspect ratio can be uniformly coated with a material layer and filled with a material having a reduced number of void spaces. 제 26항에 있어서, 상기 기판 접촉부 내에 균일한 증착을 추가로 증진시키기 위하여, 상기 기판 표면에 소정의 각도로 입사하는 스퍼터된 입자들을 차단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터 증착 방법.27. The method of claim 26, further comprising blocking sputtered particles incident at a predetermined angle on the substrate surface to further promote uniform deposition within the substrate contacts. 제 26항에 있어서, 입자들을 차단하는 상기 단계는, 스퍼터된 입자를 차단하기 위해 상기 타깃과 기판 사이에 콜리메이터를 위치시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터 증착 방법.27. The method of claim 26, wherein blocking the particles comprises placing a collimator between the target and the substrate to block the sputtered particles. 제 26항에 있어서, 상기 콜리메이터가 상기 타깃과 상기 기판에 공통의 기준전위로 작용하도록, 상기 콜리메이터에 기판과 타깃을 전기적으로 결합시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터 증착 방법.27. The method of claim 26, further comprising electrically coupling a substrate and a target to the collimator such that the collimator acts as a common reference potential to the target and the substrate. 제 26항에 있어서, 상기 플라즈마로부터 양으로 바이어스된 이온으로 상기 기판 표면을 에칭하기 위해 상기 기판을 바이어스시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터 증착 방법.27. The method of claim 26, further comprising biasing the substrate to etch the substrate surface with positively biased ions from the plasma.
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