TWI403604B - 成膜裝置 - Google Patents
成膜裝置 Download PDFInfo
- Publication number
- TWI403604B TWI403604B TW099123542A TW99123542A TWI403604B TW I403604 B TWI403604 B TW I403604B TW 099123542 A TW099123542 A TW 099123542A TW 99123542 A TW99123542 A TW 99123542A TW I403604 B TWI403604 B TW I403604B
- Authority
- TW
- Taiwan
- Prior art keywords
- magnetic field
- target
- generating unit
- field generating
- sputtering
- Prior art date
Links
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 16
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims description 55
- 239000010408 film Substances 0.000 description 115
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 67
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 25
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 25
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 17
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 16
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 description 11
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 8
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 4
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 3
- 229910001925 ruthenium oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N ruthenium(iv) oxide Chemical compound O=[Ru]=O WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 2
- 229910000449 hafnium oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- WIHZLLGSGQNAGK-UHFFFAOYSA-N hafnium(4+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[Hf+4] WIHZLLGSGQNAGK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000013077 target material Substances 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- -1 argon ions Chemical class 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 229910000420 cerium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 1
- BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoceriooxy)cerium Chemical compound [Ce]=O.O=[Ce]=O BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoyttriooxy)yttrium Chemical compound O=[Y]O[Y]=O SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005477 sputtering target Methods 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/34—Sputtering
- C23C14/35—Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/34—Sputtering
- C23C14/35—Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering
- C23C14/351—Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering using a magnetic field in close vicinity to the substrate
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
- H01L21/283—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current
- H01L21/285—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
- H01L21/283—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current
- H01L21/285—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation
- H01L21/28506—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers
- H01L21/28512—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers on semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table
- H01L21/2855—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers on semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table by physical means, e.g. sputtering, evaporation
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
Description
本發明係關於一種用以於被處理體之表面形成被覆膜之成膜裝置，尤其是關於一種採用作為薄膜形成方法之一種之濺鍍法之DC(Direct Current，直流電)磁控方式之成膜裝置。
先前，例如於製作半導體元件之成膜步驟中，使用採用濺鍍法之成膜裝置(以下，稱為「濺鍍裝置」)。
此種用途之濺鍍裝置中，伴隨著近年來之配線圖案之微細化，強烈要求可於應處理之基板之整個表面，對如深度與寬度之比超過3之高縱橫比之微細孔以良好之被覆性成膜被覆膜，即提高覆蓋率。
通常，上述濺鍍裝置中，例如於靶材之後方(靶材中濺鍍面之相反側)配置有包含極性交替不同之複數個磁鐵之磁鐵組裝體。藉由該磁鐵組裝體而於靶材之前方(露出有濺鍍面之空間)產生通道狀之磁場，於靶材之前方捕捉電離之電子及藉由濺鍍所產生之二次電子，藉此提高靶材前方之電子密度，從而提高電漿密度。
此種濺鍍裝置中，優先對靶材中受到上述磁場之影響之區域進行濺鍍。因此，就放電之穩定性或靶材之使用效率之提高等觀點而言，若上述區域存在於例如靶材中央附近，則濺鍍時之靶材之沖蝕量於該中央附近變多。
此時，濺鍍之靶材粒子(例如金屬粒子，以下稱為「濺鍍粒子」)自靶材以相對於基板之鉛垂方向傾斜之角度入射而附著於基板之外周部。
其結果，於將濺鍍裝置用於上述用途之成膜步驟之情形時，尤其於基板之外周部形成有非對稱之覆蓋之問題自先前以來為人所知。即，存在如下問題：於形成在基板外周部之微細孔之剖面中，形成於微細孔之底部與一側壁之間之被覆膜之形狀、與形成於該底部與另一側壁之間之被覆膜之形狀相異。
為解決此種問題，例如日本專利特開2008-47661號公報中為人所知的是一種於真空腔室內之載置基板之平台之上方，與平台之表面大致平行地配置有第1濺鍍靶材，進而於平台之斜上方配置有朝向相對於平台表面而傾斜之方向之第2濺鍍靶材的濺鍍裝置，即包含複數個陰極單元之裝置。
然而，若如日本專利特開2008-47661號公報中所記載般將複數個陰極單元配置於真空腔室內，則存在如下不良情況，即裝置構成變得複雜，又需要與靶材之數量對應之濺鍍電源或磁鐵組裝體等，零件數增加、成本增加。進而，亦存在靶材之使用效率亦變差而導致製造成本增加之不良情況。
本發明係為解決上述課題而完成者，其目的在於提供一種對形成於基板上之高縱橫比之孔、溝槽或微細圖案以較高被覆性形成被覆膜，且於基板外周部亦可確保與基板之中央部相同水準之被覆性之成膜裝置。
本發明之第1態樣之成膜裝置包含：腔室，其包含以具有成膜面之被處理體與具有濺鍍面之靶材(被覆膜之母材)為對向之方式配置(收納)上述被處理體及上述靶材之雙方之內部空間；排氣部，其對上述腔室內進行減壓；第1磁場產生部，其於露出有上述濺鍍面之上述內部空間(濺鍍面之前方)產生磁場；直流電源，其對上述靶材施加負直流電壓；氣體導入部，其將濺鍍氣體導入至上述腔室內；第2磁場產生部，其以垂直之磁力線通過上述濺鍍面之整個表面與上述被處理體之上述成膜面之整個表面之間的方式產生垂直磁場；及第3磁場產生部，其配置於自上述第2磁場產生部觀察較上述靶材更上游側。
本發明之第1態樣之成膜裝置中，較佳為上述第2磁場產生部包含：第1產生部，其被施加以I(2u)定義之電流值且配置於接近上述靶材之位置(靶材附近)；及第2產生部，其被施加以I(2d)定義之電流值且配置於接近上述被處理體之位置(被處理體附近)；且對上述第3磁場產生部施加以I(3)定義之電流，滿足關係式I(2u)=I(2d)...(A1)，且滿足關係式I(2u)<I(3)或關係式I(2d)<I(3)...(A2)。
本發明之第1態樣之成膜裝置中，較佳為上述第2磁場產生部包含：第1產生部，其被施加以I(2u)定義之電流值且配置於接近上述靶材之位置(靶材附近)；及第2產生部，其被施加以I(2d)定義之電流值且配置於接近上述被處理體之位置(被處理體附近)；且對上述第3磁場產生部施加以I(3)定義之電流，滿足關係式I(2d)=I(3)...(B1)，且滿足關係式I(2u)=0...(B2)。
本發明之第2態樣之成膜裝置包含：腔室，其包含以具有成膜面之被處理體與具有濺鍍面之靶材(被覆膜之母材)為對向之方式配置(收納)上述被處理體及上述靶材之雙方之內部空間；排氣部，其對上述腔室內進行減壓；第1磁場產生部，其於露出有上述濺鍍面之上述內部空間(濺鍍面之前方)產生磁場；直流電源，其對上述靶材施加負直流電壓；氣體導入部，其將濺鍍氣體導入至上述腔室內；第2磁場產生部，其以垂直之磁力線通過上述濺鍍面之整個表面與上述被處理體之上述成膜面之整個表面之間的方式產生垂直磁場；及第4磁場產生部，其配置於自上述第2磁場產生部觀察較上述被處理體更下游側。
本發明之成膜裝置包含：第1磁場產生部，其於露出有靶材之濺鍍面之上述內部空間產生磁場；及第2磁場產生部，其以垂直之磁力線以特定之間隔通過靶材之濺鍍面之整個表面與上述被處理體之被成膜面之整個表面之間的方式產生垂直磁場；進而包含設置於自第2磁場產生部觀察較靶材更上游側之第3磁場產生部。藉此，垂直之磁力線通過靶材，將於接近靶材之位置(靶材附近)飛散之濺鍍粒子向被處理體有效地誘導。
藉此，可對形成於被處理體上之高縱橫比之孔、溝槽或微細圖案以較高被覆性形成被覆膜。進而能夠以與被處理體之中央部之被覆性相同水準之被覆性於被處理體之外周部形成被覆膜。又，消除於處理體之外周部形成非對稱之覆蓋之問題。即，消除於形成在基板外周部之微細孔之剖面中，形成於微細孔之底部與一側壁之間之被覆膜之形狀、與形成於該底部與另一側壁之間之被覆膜之形狀相異之問題。
以下，根據圖式對本發明之成膜裝置之實施形態加以說明。
又，於以下說明中所使用之各圖中，將各構成要素於圖式上設為可識別之程度之大小，因此使各構成要素之尺寸及比率與實際者適當不同。
如圖1所示，成膜裝置1為DC磁控濺鍍方式之成膜裝置，且包含可生成真空環境之真空腔室2(腔室)。
於真空腔室2之頂部安裝有陰極單元C。
再者，以下說明中，將接近真空腔室2之頂部之位置稱為「上」，將接近真空腔室2之底部之位置稱為「下」。
陰極單元C包含靶材3，靶材3安裝於固持器5上。
進而，陰極單元C包含於露出有靶材3之濺鍍面(下表面)3a之空間(濺鍍面3a之前方)產生通道狀之磁場的第1磁場產生部4。
靶材3係包含根據形成於應處理之基板W(被處理體)上之薄膜之組成而適當選擇之材料例如Cu、Ti、Al或Ta。
靶材3之形狀係對應於應處理之基板W之形狀，以濺鍍面3a之面積大於基板W之表面積之方式利用周知之方法而製作成特定形狀(例如於平面圖中為圓形)。
又，靶材3係電性連接於具有周知之構造之DC電源9(濺鍍電源、直流電源)，且施加特定之負電位。
第1磁場產生部4配置於固持器5上之與配置靶材3(濺鍍面3a)之位置相反之位置(上側、靶材3或固持器5之背面側)。
第1磁場產生部4係包含與靶材3平行地配置之磁軛4a、與設置於磁軛4a之下表面之磁鐵4b、4c。
以配置於接近靶材3之位置之磁鐵4b、4c之前端之極性交替不同的方式配置磁鐵4b、4c。
關於磁鐵4b、4c之形狀或個數，就放電之穩定性或靶材之使用效率之提高等觀點而言，根據形成於露出有濺鍍面3a之空間(靶材3之前方)之磁場(磁場之形狀或分佈)而適當選擇。
作為磁鐵4b、4c之形狀，例如可採用薄片形狀、棒形狀或適當組合該等形狀之形狀。
又，可於第1磁場產生部4設置移動機構，第1磁場產生部4可藉由移動機構而於靶材3之背面側進行往復運動或旋轉運動。
於真空腔室2之底部，以與靶材3對向之方式配置有平台10。
於平台10上搭載基板W，藉由平台10而決定基板W之位置且保持基板W。
又，於真空腔室2之側壁，連接有導入氬氣等濺鍍氣體之氣體管11(氣體導入部)之一端，氣體管11之另一端經由質量流量控制器(未圖示)而連通於氣體源。
進而，於真空腔室2，連接有通往包含渦輪分子泵或旋轉泵等之真空排氣部12(排氣部)之排氣管12a。
圖3表示使用成膜裝置1而形成有被覆膜之基板之一部分，且係模式性地表示成膜於基板上之高縱橫比之微細孔及溝槽之構造的剖面圖。圖3中，符號H為高縱橫比之微細孔，符號L為成膜於基板上之薄膜。關於應進行成膜處理之基板W，於Si晶圓表面形成氧化矽膜(絕緣膜)I後，藉由圖案化而於該氧化矽膜中形成高縱橫比之微細孔H。
然而，於先前之成膜方法中，若對靶材3進行濺鍍，則靶材3中受到由第1磁場產生部4所產生之磁場之影響之區域會優先受到濺鍍，在該濺鍍下而使作為靶材粒子之濺鍍粒子飛散。此情形時，靶材中，在如上所述受到磁場之影響之區域會發生沖蝕。又，自靶材飛散出之濺鍍粒子會以相對於基板W之鉛垂方向傾斜之角度入射至基板W之外周部並附著於基板W上。
若藉由利用此種先前之成膜方法對靶材3進行濺鍍而於基板W上成膜包含Al或Cu之籽晶層、或包含Ti或Ta之阻隔金屬層等薄膜L，會產生於位於基板W之外周部之微細孔中形成非對稱之覆蓋之問題。即，由於濺鍍粒子以相對於基板W之鉛垂方向傾斜之角度入射並附著於基板W之外周部，而使得於形成在基板外周部之微細孔之剖面中，形成於微細孔之底部與一側壁之間之被覆膜之形狀、與形成於該底部與另一側壁之間之被覆膜之形狀相異。
與此相對，本實施形態之成膜裝置1中，如圖2A所示，設置有於靶材3之濺鍍面3a之整個表面及基板W之整個表面之間產生垂直之磁力線M的第2磁場產生部13及陰極線圈18(第3磁場產生部)。第2磁場產生部13包含配置於接近靶材3之位置之上線圈13u(第1產生部)、與配置於接近基板W之位置之下線圈13d(第2產生部)。上線圈13u及下線圈13d係圍繞連結靶材3及基板W之中心之間之基準軸CL之周圍而設置於真空腔室2之外側壁。上線圈13u及下線圈13d係於真空腔室2之上下方向以特定間隔隔開。
上線圈13u包含設置於真空腔室2之外側壁之環狀的線圈支持體14，且藉由在線圈支持體14上捲繞導線15而構成。又，對上線圈13u供給電力(通電)之電源裝置16連接於上線圈13u。下線圈13d包含設置於真空腔室2之外側壁之環狀的線圈支持體14，且係藉由在線圈支持體14捲繞導線15、20而構成。又，對下線圈13d供給電力(通電)之電源裝置16連接於下線圈13d。
第3磁場產生部圍繞連結靶材3及基板W之中心之間之基準軸CL之周圍而配置，且藉由特定之設置方法設置於2個線圈支持體14之上方。即，第3磁場產生部設置於自第2磁場產生部13觀察較靶材3更靠垂直磁場之上游側。又，第3磁場產生部包含藉由在線圈支持體19捲繞導線20而構成之陰極線圈18、與對陰極線圈18供給電力(通電)之電源裝置21(參照圖1、2A、2B)。
又，如圖1所示，第3磁場產生部係以包圍第1磁場產生部4之方式配置於靶材之上方。
線圈之個數、導線15、20之直徑、或導線15、20之卷數例如根據靶材3之尺寸、靶材3與基板W之間之距離、電源裝置16、21之額定電流值或產生之磁場之強度(高斯)而適當設定。
電源裝置16、21具有包含可任意變更對上線圈13u、下線圈13d及陰極線圈18之各個所供給之電流值及電流之方向的控制電路(未圖示)之周知之構造。本實施形態中，藉由通電而於上線圈13u、下線圈13d及陰極線圈18之各個中產生垂直磁場，以對該等磁場進行合成而成之合成磁場於真空腔室2之內部空間內形成垂直之磁場的方式選擇對上線圈13u及下線圈13d之各個所供給之電流值及電流之方向(例如，線圈電流為15 A，內部空間中之垂直磁場為100高斯)。
再者，本實施形態中，說明了為任意變更對上線圈13u、下線圈13d及陰極線圈18之各個所供給之電流值及電流之方向，而於上線圈13u、下線圈13d及陰極線圈18之各個中設置有各個電源裝置16、21的構造。本發明並不限定該構成。於以相同電流值及相同電流方向對各線圈13u、13d、18供給電力之情形時，亦可採用藉由1個電源裝置而對各線圈13u、13d、18供給電力之構成。
又，本實施形態之成膜裝置1能夠以對上線圈13u所施加之電流值、對下線圈13d所施加之電流值、及對陰極線圈18所施加之電流值不同之方式，控制對線圈13u、13d、18所施加之電流。又，成膜裝置1亦可對線圈13u、13d、18中之一者不供給電流。
圖2A及圖2B係表示通過靶材3之整個表面及基板W之整個表面之間的垂直之磁力線M(M1、M2)之圖。
圖2A及圖2B中，磁力線M(M1、M2)係使用箭頭來進行圖示，但該箭頭係為便於說明而表示者，並不限定磁場之方向。即，磁力線M(M1、M2)包含自磁鐵之N極朝向S極之方向及自磁鐵之S極朝向N極之方向之雙方。
圖2A表示僅對上線圈13u及下線圈13d施加電流之情形時之磁力線M。藉由僅對上線圈13u及下線圈13d施加電流值，而使磁力線M以通過靶材3與基板W之間之方式產生。
另一方面，圖2B表示除上線圈13u及下線圈13d以外還對陰極線圈18施加電流之情形時之磁力線M。
藉由對陰極線圈18施加電流而使磁力線M通過靶材3內。
又，為產生此種磁力線M，本實施形態中，以下述方式決定對上線圈13u、下線圈13d及陰極線圈18所供給之電流值。
即，於以I(2u)定義供給至上線圈13u之電流值，以I(2d)定義供給至下線圈13d之電流值，以I(3)定義供給至陰極線圈18之電流值之情形時，滿足關係式I(2u)=I(2d)。又，滿足關係式I(2u)<I(3)或關係式I(2d)<I(3)。
又，亦能夠以滿足下述條件之方式決定對上線圈13u、下線圈13d及陰極線圈18所供給之電流值。
即，滿足關係式I(2d)=I(3)，且滿足關係式I(2u)=0。
以上述方式構成之成膜裝置1中，於對靶材3進行濺鍍時自靶材3飛散之濺鍍粒子帶有正電荷之情形時，藉由自靶材3朝向基板W之垂直磁場，而使濺鍍粒子飛散之方向發生變化。藉此，濺鍍粒子會相對於基板W大致垂直地入射並附著於基板W之整個表面。
其結果，於製作半導體元件之成膜步驟中，若使用本實施形態之成膜裝置1，則可於基板W之整個表面，在高縱橫比之微細孔及溝槽H中以良好之被覆性成膜特定之薄膜L。又，可解除於基板W之外周部形成非對稱之覆蓋之問題。即，解除形成在基板W之外周部之微細孔之剖面中，形成於微細孔之底部與一側壁之間之被覆膜之形狀、與形成於該底部與另一側壁之間之被覆膜之形狀相異的問題。藉此，提高形成於微細孔內之表面(露出面)之被覆膜之厚度的均一性(面內均一性)。
本實施形態之成膜裝置1中，決定優先濺鍍之靶材3之區域之第1磁場產生部4保持原樣，而藉由第2磁場產生部13之各線圈13u、13d及第3磁場產生部之陰極線圈18所生成之磁場來改變濺鍍粒子飛散之方向。藉此，不會使靶材3之利用效率下降，且不需使用如上述先前技術之使用複數個陰極單元之構造，可降低成膜裝置之製作成本或成膜裝置之運轉成本。
又，成膜裝置1中，僅將上線圈13u、下線圈13d及陰極線圈18設置於真空腔室2之外側，因此與為使用複數個陰極單元而變更裝置構成之情形相比，本實施形態之裝置構成極其簡單，可藉由改造既有之裝置而實現本實施形態之裝置。
繼而，對使用上述成膜裝置1之成膜方法與藉由該方法而形成之被覆膜加以說明。
首先，作為形成被覆膜之基板W，準備Si晶圓。於該Si晶圓之表面形成有氧化矽膜I，該氧化矽膜I係採用周知之方法，預先藉由圖案化而形成有配線用之微細孔及溝槽H。
其次，對藉由使用成膜裝置1之濺鍍而將作為籽晶層之Cu膜L成膜於Si晶圓上之情形加以說明。
首先，使真空排氣部12作動以真空腔室2內之壓力成為特定真空度(例如，10-5
Pa左右)之方式進行減壓。
其次，於平台10上搭載基板W(Si晶圓)，與此同時，使電源裝置16、21作動，對上線圈13u、下線圈13d及陰極線圈18通電，而於靶材3之整個表面及基板W之整個表面之間產生垂直之磁力線M。
繼而，於真空腔室2內之壓力達到特定值之後，以特定流量向真空腔室2內導入氬氣等(濺鍍氣體)，並自DC電源9對靶材3施加特定之負電位(導通電力)。藉此，於真空腔室2內生成電漿環境。此時，藉由利用第1磁場產生部4所產生之磁場，而於露出有濺鍍面3a之空間(前方空間)中捕捉電離之電子及藉由濺鍍而產生之二次電子，於露出有濺鍍面3a之空間產生電漿。
電漿中之氬離子等稀有氣體離子碰撞濺鍍面3a，藉此對濺鍍面3a進行濺鍍，Cu原子或Cu離子自濺鍍面3a朝向基板W飛散。
此時，特別是帶有正電荷之Cu飛散之方向藉由垂直磁場而變更為基板W之鉛垂方向，濺鍍粒子相對於基板W大致垂直地入射並附著於基板W之整個表面。藉此，於基板W之整個表面，在微細孔及溝槽H以良好之被覆性成膜被覆膜。
再者，本實施形態中，已說明對上線圈13u、下線圈13d及陰極線圈18通電而產生垂直磁場之裝置，但只要為可於靶材3之整個表面及基板W之整個表面之間產生垂直之磁力線M的裝置，則本發明並不限定裝置構造。例如，亦可藉由將周知之燒結磁鐵適當配置於真空腔室之內側或外側而於真空腔室內形成垂直磁場。
又，本實施形態中，對包含設置於較靶材3更靠垂直磁場之上游側之第3磁場產生部的成膜裝置1進行了說明，但本發明中，亦可於自第2磁場產生部13觀察較基板W更下游側設置第4磁場產生部。
其次，對本發明之成膜裝置之實施例進行說明。
本實施例中，使用圖1所示之成膜裝置1，於基板W上成膜Cu膜。
具體而言，準備於Φ
300 mm之Si晶圓表面整體形成有氧化矽膜，且於該氧化矽膜中以周知之方法藉由圖案化而形成有微細溝槽(寬度為40 nm，深度為140 nm)之基板W。又，作為靶材，使用製作成Cu之組成比為99%、濺鍍面之直徑為Φ
400 mm之靶材。將靶材與基板之間之距離設定為400 mm，並且將上線圈13u之下端與靶材3之間之距離及下線圈13d之上端與基板W之間之距離分別設定為50 mm。又，將上線圈13u之上端與陰極線圈18之下端之間之距離設定為200 mm。
進而，作為成膜條件，使用Ar作為濺鍍氣體，將該氣體以15 sccm之流量導入至真空腔室內。又，將供給至靶材之導通電力設定為18 kW(電流為30 A)。作為供給至各線圈13u、13d、18之電流值，以於真空腔室內產生朝下之垂直磁場之方式施加負極性之電流值。又，關於供給至線圈13u、13d、18之各電流值，為確認藉由改變電流值所引起之被覆性之變化，施加表1所示之3種條件之電流值。
其次，對3種條件之各個進行具體說明。
條件1為不對陰極線圈18施加電流而分別對上線圈13u及下線圈13d施加-15 A之條件。條件2為不對上線圈13u施加電流而分別對陰極線圈18與下線圈13d施加-15 A之條件。條件3為對陰極線圈18施加-25 A且分別對上線圈13u及下線圈13d施加-15 A之條件。
即，於以I(2u)定義供給至上線圈13u之電流值、以I(2d)定義供給至下線圈13d之電流值、且以I(3)定義供給至陰極線圈18之電流值之情形時，條件2係滿足關係式I(2d)=I(3)，並且滿足關係式I(2u)=0之條件。
又，條件3係滿足關係式I(2u)=I(2d)，並且滿足關係式I(2u)<I(3)或關係式I(2d)<I(3)之條件。
繼而，於條件1～條件3之各自下，將濺鍍時間設定為10秒，進行Cu膜之成膜。
如上所述，使供給至各線圈13u、13d、18之電流值變化而於基板W上形成Cu膜，並評價所形成之Cu膜。
評價基準(評價項目)係成膜於微細溝槽之側壁及底面之Cu膜之形狀、即底部覆蓋率及側面覆蓋率。圖3係模式性地表示成膜Cu膜之高縱橫比之微細溝槽之剖面圖。
首先，根據於上述各條件下形成之Cu膜之膜厚、即成膜於微細溝槽之底部之Cu膜之膜厚與成膜於微細孔之周圍之面之Cu膜的膜厚，算出底部覆蓋率，比較並評價各條件下之底部覆蓋率。
分別測定形成於圖3所示之微細孔H之周圍之面之膜的厚度Ta、與形成於微細孔之底面之膜之厚度Tb，算出厚度Tb除以厚度Ta所得之值即底部覆蓋率(Tb/Ta)。
表1中表示算出底部覆蓋率之結果。
表1表示算出基板W之中央部(基板中心部至半徑20 mm以內之區域)及外周部(距離基板中心僅距離130 mm之基板之外側區域(外周部))之底部覆蓋率之結果。於基板W之中央部，測定微細孔之底部中央部之底部覆蓋率(Tb1/Ta)。
另一方面，考慮濺鍍粒子以傾斜之角度入射並附著於基板W之外周部之情形，測定微細孔底部之兩端部之底部覆蓋率(Tb2/Ta、Tb3/Ta)。
若對條件1與條件2進行比較，則獲得於使用陰極線圈18而形成Cu膜之條件2下所得之Tb1/Ta、Tb2/Ta、Tb3/Ta之值(百分比)較條件1下之Tb1/Ta、Tb2/Ta、Tb3/Ta之值更高的結果。其如圖2B所示，表示垂直之磁力線M通過靶材對底部覆蓋率帶來良好影響。
又，若對條件2與條件3進行比較，則獲得於條件3下所得之Tb1/Ta、Tb2/Ta、Tb3/Ta之值(百分比)較於條件2下所得之Tb1/Ta、Tb2/Ta、Tb3/Ta更高之結果。此處，條件3係對上線圈13u及下線圈13d所施加之電流值相同，對陰極線圈18施加較對上線圈13u及下線圈13d所施加之電流值更大之電流值，藉此形成Cu膜之條件。
其表示藉由使對位於靶材3之上游側之陰極線圈18所施加之電流值大於對上線圈13u及下線圈13d所施加之電流值，而對底部覆蓋率帶來良好影響。具體而言，使靶材3之前位置及後位置之間之磁場梯度、即接近於露出有濺鍍面3a之靶材3之位置與接近面向第1磁場產生部4之靶材3之位置之間的磁場梯度增大會對底部覆蓋率帶來良好影響。
其次，根據於上述各條件下所形成之Cu膜，算出側面覆蓋率，比較並評價各條件下之側面覆蓋率。
作為於圖3所示之微細孔H之側面之上部之面所形成的Cu膜之膜厚，測定2個部位(Tc1、Td1)之膜厚，作為於微細孔H之側面之下部之面所形成的Cu膜之膜厚，測定2個部位(Tc2、Td2)之膜厚，算出側面覆蓋率(Td/Tc)。
表1中表示算出側面覆蓋率之結果。
若對條件1與條件2進行比較，則獲得於使用陰極線圈18而形成Cu膜之條件2下所得之Td2/Tc2之值(百分比)較條件1下之Td2/Tc2之值更高之結果。即，可知於條件2下形成於微細孔H之側面之Cu膜中，側面下部之側面覆蓋率提高。
於條件3下形成於微細孔H之側面之Cu膜之膜厚中，側面下部之膜厚與側面上部之膜厚相比幾乎不變，可知於基板外周部亦可實現與基板中央部之被覆性相同之被覆性。
根據以上結果，可知藉由對陰極線圈施加電流值而改善覆蓋率。特別是於陰極線圈、上線圈及下線圈之電流值分別為25 A、15 A、15 A之條件下所形成之膜中，底部覆蓋率及側面覆蓋率之評價結果均為良好。因此，解除形成於基板之外周部之微細孔之剖面中，形成於微細孔之底部與一側壁之間之被覆膜的形狀、與形成於該底部與另一側壁之間之被覆膜的形狀相異之覆蓋之非對稱性的問題。
本發明可廣泛適用於用以於被處理體之表面形成被覆膜之成膜裝置，特別是可適用於採用作為薄膜形成方法之一種之濺鍍法之DC磁控方式之成膜裝置。
1．．．成膜裝置
2．．．真空腔室
3．．．靶材
3a．．．濺鍍面
4．．．第1磁場產生部
4a．．．磁軛
4b、4c．．．磁鐵
5．．．固持器
9．．．DC電源(濺鍍電源)
10．．．平台
11．．．氣體管
12．．．真空排氣機構
12a．．．排氣管
13．．．第2磁場產生部
13u．．．上線圈(第1產生部)
13d．．．下線圈(第2產生部)
14、19．．．線圈支持體
15、20．．．導線
16、21．．．電源裝置
18．．．第3磁場產生部(陰極線圈)
C．．．陰極單元
CL．．．基準軸
H．．．微細孔
I．．．氧化矽膜
L．．．薄膜
M．．．磁力線
Ta、Tb1、Tb2、Tb3、Tc1、Td1、Tc2、Td2．．．厚度
W．．．基板(被處理體)
圖1係模式性地表示本發明之成膜裝置之構造之剖面圖。
圖2A係表示本發明之成膜裝置中產生垂直磁場之狀態之模式圖。
圖2B係表示本發明之成膜裝置中產生垂直磁場之狀態之模式圖。
圖3係模式性地表示成膜於基板上之高縱橫比之微細孔及溝槽之構造的剖面圖。
1．．．成膜裝置
2．．．真空腔室
3．．．靶材
3a．．．濺鍍面
4．．．第1磁場產生部
4a．．．磁軛
4b、4c．．．磁鐵
5．．．固持器
9．．．DC電源(濺鍍電源)
10．．．平台
11．．．氣體管
12．．．真空排氣機構
12a．．．排氣管
13．．．第2磁場產生部
13u．．．上線圈(第1產生部)
13d．．．下線圈(第2產生部)
14、19．．．線圈支持體
15、20．．．導線
16、21．．．電源裝置
18．．．第3磁場產生部(陰極線圈)
CL．．．基準軸
M．．．磁力線
W．．．基板(被處理體)
Claims (4)
- 一種成膜裝置，其特徵在於包含：腔室，其包含以具有成膜面之被處理體與具有濺鍍面之靶材為對向之方式配置上述被處理體及上述靶材之雙方之內部空間；排氣部，其對上述腔室內進行減壓；第1磁場產生部，其於露出有上述濺鍍面之上述內部空間產生磁場；直流電源，其對上述靶材施加負直流電壓；氣體導入部，其將濺鍍氣體導入至上述腔室內；第2磁場產生部，其以垂直之磁力線通過上述濺鍍面之整個表面與上述被處理體之上述成膜面之整個表面之間的方式產生垂直磁場；及第3磁場產生部，其配置於自上述第2磁場產生部觀察較上述靶材更上游側。
- 如請求項1之成膜裝置，其中上述第2磁場產生部包含：第1產生部，其被施加以I(2u)定義之電流值且配置於接近上述靶材之位置；及第2產生部，其被施加以I(2d)定義之電流值且配置於接近上述被處理體之位置；且對上述第3磁場產生部施加以I(3)定義之電流，滿足關係式I(2u)=I(2d)，且滿足關係式I(2u)<I(3)或關係式I(2d)<I(3)。
- 如請求項1之成膜裝置，其中上述第2磁場產生部包含：第1產生部，其被施加以I(2u)定義之電流值且配置於接近上述靶材之位置；及第2產生部，其被施加以I(2d)定義之電流值且配置於接近上述被處理體之位置；且對上述第3磁場產生部施加以I(3)定義之電流，滿足關係式I(2d)=I(3)，且滿足關係式I(2u)=0。
- 一種成膜裝置，其特徵在於包含：腔室，其含有以具有成膜面之被處理體與具有濺鍍面之靶材為對向之方式配置上述被處理體及上述靶材之雙方之內部空間；排氣部，其對上述腔室內進行減壓；第1磁場產生部，其於露出有上述濺鍍面之上述內部空間產生磁場；直流電源，其對上述靶材施加負直流電壓；氣體導入部，其將濺鍍氣體導入至上述腔室內；第2磁場產生部，其以垂直之磁力線通過上述濺鍍面之整個表面與上述被處理體之上述成膜面之整個表面之間的方式產生垂直磁場；及第4磁場產生部，其配置於自上述第2磁場產生部觀察較上述被處理體更下游側。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2009169448 | 2009-07-17 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TW201122140A TW201122140A (en) | 2011-07-01 |
| TWI403604B true TWI403604B (zh) | 2013-08-01 |
Family
ID=43449440
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW099123542A TWI403604B (zh) | 2009-07-17 | 2010-07-16 | 成膜裝置 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US9005413B2 (zh) |
| JP (1) | JP5373904B2 (zh) |
| KR (2) | KR20120023792A (zh) |
| CN (1) | CN102471878B (zh) |
| TW (1) | TWI403604B (zh) |
| WO (1) | WO2011007831A1 (zh) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6009220B2 (ja) * | 2012-05-21 | 2016-10-19 | 住友重機械工業株式会社 | 成膜装置 |
| US9953813B2 (en) * | 2014-06-06 | 2018-04-24 | Applied Materials, Inc. | Methods and apparatus for improved metal ion filtering |
| JP6126155B2 (ja) * | 2015-03-31 | 2017-05-10 | 株式会社日立国際電気 | 半導体装置の製造方法、プログラムおよび基板処理装置 |
| KR101687302B1 (ko) * | 2015-06-12 | 2016-12-16 | 주식회사 에스에프에이 | 스퍼터 장치 |
| US11037768B2 (en) * | 2016-03-05 | 2021-06-15 | Applied Materials, Inc. | Methods and apparatus for controlling ion fraction in physical vapor deposition processes |
| JP7438853B2 (ja) | 2020-06-05 | 2024-02-27 | 株式会社アルバック | マグネトロンスパッタリング装置 |
| KR102647736B1 (ko) * | 2021-03-05 | 2024-03-14 | 에이피시스템 주식회사 | 스퍼터링 장치 및 스퍼터링 방법 |
| CN118610064A (zh) * | 2024-08-07 | 2024-09-06 | 深圳市新凯来工业机器有限公司 | 具有磁性组件的半导体设备 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5907220A (en) * | 1996-03-13 | 1999-05-25 | Applied Materials, Inc. | Magnetron for low pressure full face erosion |
| TW200926906A (en) * | 2007-09-26 | 2009-06-16 | Shinmaywa Ind Ltd | Sheet plasma film forming apparatus |
Family Cites Families (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60136230A (ja) | 1983-12-24 | 1985-07-19 | Ulvac Corp | 基板表面の整形装置 |
| JPS61158032A (ja) * | 1984-12-28 | 1986-07-17 | Fujitsu Ltd | 垂直磁気記録媒体の製造方法 |
| JP2674995B2 (ja) | 1987-03-11 | 1997-11-12 | 株式会社日立製作所 | 基板処理方法およびその装置 |
| JPH01132765A (ja) * | 1987-11-19 | 1989-05-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | マグネトロンスパッタ装置 |
| JPH02156536A (ja) * | 1988-12-08 | 1990-06-15 | Hitachi Ltd | 膜形成方法およびそれに用いるスパッタ装置ならびにこれを用いた高集積型半導体装置の製造方法 |
| JPH03111563A (ja) * | 1989-09-26 | 1991-05-13 | Ube Ind Ltd | イオンアシストスパッタリング方法および装置 |
| US7718042B2 (en) * | 2004-03-12 | 2010-05-18 | Oc Oerlikon Balzers Ag | Method for manufacturing sputter-coated substrates, magnetron source and sputtering chamber with such source |
| US7527713B2 (en) * | 2004-05-26 | 2009-05-05 | Applied Materials, Inc. | Variable quadruple electromagnet array in plasma processing |
| JP2008047661A (ja) | 2006-08-14 | 2008-02-28 | Seiko Epson Corp | 成膜装置及び半導体装置の製造方法 |
| US7922880B1 (en) * | 2007-05-24 | 2011-04-12 | Novellus Systems, Inc. | Method and apparatus for increasing local plasma density in magnetically confined plasma |
| CN101790796A (zh) | 2007-09-19 | 2010-07-28 | 株式会社爱发科 | 太阳能电池的制造方法 |
| ATE526432T1 (de) | 2007-10-26 | 2011-10-15 | Oc Oerlikon Balzers Ag | Anwendung von hipims auf silicium durch metallisierung in einer dreidimensionalen wafer- verpackung |
| JP5301458B2 (ja) | 2007-11-28 | 2013-09-25 | 株式会社アルバック | スパッタ装置及び成膜方法 |
-
2010
- 2010-07-15 US US13/382,543 patent/US9005413B2/en active Active
- 2010-07-15 KR KR1020117029934A patent/KR20120023792A/ko active Application Filing
- 2010-07-15 WO PCT/JP2010/061975 patent/WO2011007831A1/ja active Application Filing
- 2010-07-15 JP JP2011522849A patent/JP5373904B2/ja active Active
- 2010-07-15 KR KR1020147008681A patent/KR20140054421A/ko active Search and Examination
- 2010-07-15 CN CN2010800262362A patent/CN102471878B/zh active Active
- 2010-07-16 TW TW099123542A patent/TWI403604B/zh active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5907220A (en) * | 1996-03-13 | 1999-05-25 | Applied Materials, Inc. | Magnetron for low pressure full face erosion |
| TW200926906A (en) * | 2007-09-26 | 2009-06-16 | Shinmaywa Ind Ltd | Sheet plasma film forming apparatus |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102471878A (zh) | 2012-05-23 |
| JP5373904B2 (ja) | 2013-12-18 |
| TW201122140A (en) | 2011-07-01 |
| CN102471878B (zh) | 2013-11-20 |
| WO2011007831A1 (ja) | 2011-01-20 |
| KR20120023792A (ko) | 2012-03-13 |
| KR20140054421A (ko) | 2014-05-08 |
| US9005413B2 (en) | 2015-04-14 |
| US20120103801A1 (en) | 2012-05-03 |
| JPWO2011007831A1 (ja) | 2012-12-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TWI393798B (zh) | 成膜裝置及成膜方法 | |
| TWI403604B (zh) | 成膜裝置 | |
| EP2345750B1 (en) | Thin film-forming sputtering systems | |
| KR101429069B1 (ko) | 성막 장치 및 성막 방법 | |
| TWI464285B (zh) | 成膜方法及成膜裝置 | |
| WO2009157439A1 (ja) | スパッタリング装置及びスパッタリング方法 | |
| JP5550565B2 (ja) | スパッタリング装置及びスパッタリング方法 | |
| TW201009102A (en) | Cathode unit and spattering device having same | |
| JP2018076561A (ja) | 成膜方法及び成膜装置 | |
| JP2011179068A (ja) | 金属薄膜の形成方法 | |
| JP2012111996A (ja) | スパッタリング方法 | |
| JP2012001761A (ja) | 成膜装置及び成膜方法 | |
| JP2015178653A (ja) | スパッタリング装置及びスパッタリング方法 |