TWI520802B - Self - ion sputtering device - Google Patents

Description

自離子濺鍍裝置

本發明，係有關於自離子濺鍍裝置。

例如，為了對於高縱橫比之細微孔而以良好覆蓋率來形成Cu種晶層，係利用有所謂的自離子濺鍍裝置(以下，稱為「自濺鍍裝置」)。作為先前技術之自濺鍍裝置，在專利文獻1中，係週知有一種具備有：在真空處理室內而被與應處理之基板作對向配置之Cu製的標靶、和對於此標靶施加負的直流電位之DC電源(濺鍍電源)、和以將標靶之前方空間作包圍的方式而被配置，並被施加有正的電位之陽極遮罩、和將Ar等之濺鍍氣體導入至真空處理室內之氣體導入手段、以及對於基板施加偏壓電位之偏壓電源者。

在上述專利文獻1所記載者中，在藉由濺鍍之成膜開始時，係經介於氣體導入手段而將濺鍍氣體導入至真空處理室內。於此狀態下，若是藉由DC電源來對於標靶施加特定之負的電位，並且藉由其他之DC電源來對於陽極遮罩而施加正電位，則在標靶之濺鍍面前方的空間中，係產生輝光放電。而後，若是對於質量流控制器作控制並停止濺鍍氣體之導入，則係於上述空間中而在低壓力下進行自我放電。而後，電漿中之Ar離子係與標靶之濺鍍面相碰撞並被作濺鍍，Cu原子係飛散，適宜地藉由陽極遮罩而被反射之Cu原子或是電離了的Cu離子，係從標靶而被朝向基板放出，並朝向被施加有偏壓電位之基板而以強的直線前進性被作拉入並附著、堆積，而形成由Cu所成之種晶層。

於此，在一般之濺鍍裝置中所使用的濺鍍電源中，通常係具備有電弧抑制電路。而後，係成為對於從DC電源而來之輸出電壓或是輸出電流作監測，若是當由於某些之原因而發生電弧放電並使電漿阻抗有所變化，而導致輸出電壓或是輸出電流改變，並超過特定之範圍，則自動地例如施加逆電壓而進行放電維持操作或者是進行再放電操作。

然而，在上述自濺鍍裝置中，就算是在電弧放電發生後而進行有上述之操作，亦由於並未被供給有在放電維持或是再放電中所必要之濺鍍氣體，因此，會有著發生放電中斷一般之問題。於此種情況，雖然係亦考慮有進行藉由手動或者是自動來將濺鍍氣體導入至真空處理室內並使其再放電之操作，但是，如此一來，係無法對於濺鍍時間作嚴密的管理，而會產生使製品良率降低之問題。

另一方面，藉由專利文獻2，係週知有：使用在高純度Cu中而將Ag或是Au一般之離子化率為與Cu相異之材料以使其之合計含有量成為0.005～500ppm之範圍的方式而作了混入的標靶，來以不會發生放電中斷的方式而使電漿安定化之事態。然而，若是此種標靶，則其之製作成本係變高，並且，其之製作亦為麻煩。

[先前技術文獻]

[專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2002-80962號公報

[專利文獻2]日本特開2001-342560號公報

本發明，係有鑑於上述之點，而以提供一種：就算是在由於某些的原因而發生了電弧放電時，亦能夠防止放電中斷的低成本之自濺鍍裝置一事，作為課題。

為了解決上述課題，本發明之自離子濺鍍裝置，其特徵為，具備有：真空處理室，係被配置有應處理之基板；和標靶，係被與前述基板作對向配置；和濺鍍電源，係對於前述標靶施加負的直流電位；和陽極遮罩，係以將前述標靶之前方空間作包圍的方式而被配置，並被施加有正的電位；和氣體導入手段，係將特定之濺鍍氣體導入至前述真空處理室內，該自離子濺鍍裝置，係與從前述直流電源起而至標靶之輸出電路並聯地而具備有LC共振電路。

若藉由本發明，則當由於某些之原因而發生了電弧放電的情庫時，起因於電漿之阻抗急遽地變小一事，會產生急遽的電壓降低，伴隨於此，電流係會增加，但是，由於係與從直流電源起至標靶輸出電路並聯地而具備有LC共振電路，因此，藉由輸出電流之共振，而對於輸出電壓的必要以上之降低作防止，而放電係成為被維持。

如此這般，在本發明中，僅需追加LC共振電路，並不需要添加有與Cu為離子化率相異之材料的特別之標靶，藉由簡單的構成，就算是在發生了電弧放電時，亦能夠防止放電中斷，而成為低成本之放電中斷對策。

在本發明中，較理想，係以不會在對於標靶之輸出電路處而附加有雜訊的方式，而在從前述直流電源而至標靶之輸出處更進而具備有雜訊濾波器。

以下，參考圖面，針對適合於形成由Cu所成之種晶層的本發明之實施形態的自離子濺鍍裝置(以下，稱為「自濺鍍裝置」)作說明。

如圖1中所示一般，自濺鍍裝置M，係具備有能夠形成真空氛圍之真空處理室1，在真空處理室1之頂板部處，係被安裝有陰極單元C。另外，於以下，係將朝向真空處理室1之頂板部側的方向設為「上」，並將朝向其之底部側的方向作為「下」，來進行說明。

陰極單元C，係由標靶2和被配置在此標靶2之上側的磁石單元3所構成。標靶2，係設為因應於欲在應處理之基板W上所形成之薄膜的組成而適宜選擇了的材料，例如，除了Cu以外，係可設為Ti或是Ta製，並藉由週知的方法而形成之。又，標靶2，係在被裝著於省略圖示之擋板上的狀態下，經介於絕緣體I而被安裝於真空處理室1處。另一方面，磁石單元3，係為用以在標靶2之濺鍍面2a的下方空間處使磁場產生，並在濺鍍時將在濺鍍面2a之下方所電離了的電子等作捕捉並將從標靶2所飛散出的濺鍍粒子有效率地離子化者，並具備有週知的構造，於此，係省略詳細之說明。標靶2，係被連接於身為濺鍍電源之DC電源E1處，並在濺鍍中，對於標靶2而施加負的直流電位。

於此，DC電源E1，係為具備有電弧抑制電路之具有週知構造者。而後，係成為對於從DC電源E1而來並通過標靶2之輸出Ek的電壓或是電流作監測(參考圖2)，若是當由於某些之原因而發生電弧放電並使電漿阻抗有所變化，而導致上述輸出電壓或是輸出電流改變，並超過特定之範圍，則自動地例如施加逆電壓而進行放電維持操作或者是進行再放電操作。

在真空處理室1內，係被配置有具備導電性之陽極遮罩4。陽極遮罩4，係為將標靶2之周圍作覆蓋並朝向下方而延伸之筒狀的構件。陽極遮罩4，係被連接於其他之DC電源E2處，並在濺鍍中，被施加有正的直流電位。而後，經由此陽極遮罩4，而將離子化了的濺鍍粒子之離子作反射，並對於使其具備有強直線前進性地而朝向基板W被放出一事作輔助。

在真空處理室1之底部，係與陰極單元C相對向地而被配置有平台5，而能夠將矽晶圓等之應處理基板W作定位並作保持。平台5，係被連接於高頻電源E3處，在濺鍍中，於平台5乃至基板W處，係被施加有偏壓電位，並特別將濺鍍粒子之離子積極地拉入至基板W處。

在真空處理室1之側壁處，係被連接有將氬等之身為希有氣體的濺鍍氣體作導入的氣體管6，此氣體管6，係經介於質量流控制器6a而與省略圖示之氣體源相通連。而，此些之零件，係構成氣體導入手段，而能夠將被作了流量控制之濺鍍氣體導入至真空處理室1內。又，在真空處理室1之底部處，係被連接有與由渦輪分子幫浦或是旋轉幫浦等所成之真空排氣裝置7相通的排氣管7a。另外，上述自濺鍍裝置M，係具有具備著微電腦或是序列器等之週知的控制手段(未圖示)，並成為藉由控制手段，來對於上述各DC電源以及高頻電源E1乃至E3之動作、質量流控制器6a之動作或是真空排氣裝置7之動作等作統籌管理。

作為藉由上述自濺鍍裝置M而被作處理之基板W，係使用有：在Si晶圓表面上形成矽氧化物膜(絕緣膜)，而後在此矽氧化物膜中藉由週知的方法而將配線用之細微孔進行圖案化而作了形成者。以下，將在此基板W上藉由上述之自濺鍍裝置M而成膜身為種晶層之Cu膜的情況為例，來對其之動作進行說明。

在將基板W載置於與陰極單元C相對向之平台5之上後，使真空排氣手段7動作，並將真空處理室1內真空抽氣至特定之真空度(例如，10^-5Pa)。若是真空處理室1內之壓力達到了特定值，則對於質量流控制器6a作控制，而將Ar氣體以特定流量來導入至真空處理室1內。而後，藉由DC電源E2而對於陽極遮罩4施加正電位(例如100V)，並藉由DC電源E1而對於標靶2施加負電位(例如-500V)，並且，藉由高頻電源E3而對於基板W施加負的偏壓電位(例如，投入電力300W)。

藉由此，在濺鍍面2a之下方的被陽極遮罩4所圍繞之空間中，係產生有輝光放電，而藉由以磁石單元3所產生了的磁場，電漿係被封閉。而後，若是對於質量流控制器6a作控制並停止濺鍍氣體之導入，則係於上述空間中而在低壓力下進行自我放電。

在此狀態下，電漿中之氬離子等係與標靶2之濺鍍面2a相碰撞並被作濺鍍，Cu原子係飛散，Cu原子或是電離了的Cu離子，係一面適宜地藉由陽極遮罩4而被反射，一面以強的直線進行性而被朝向基板W放出，藉由施加偏壓電位，濺鍍粒子或是濺鍍粒子之離子，係積極地相對於基板W而被略垂直地作拉入並附著、堆積。

然而，在上述自濺鍍裝置M中，於自我放電中，由於係將濺鍍氣體之導入停止，因此，係產生電弧放電，就算是藉由DC電源E1而進行有放電維持或是再放電之操作，亦並不存在必須之濺鍍氣體。因此，係有必要設為使其不會發生放電中斷。

因此，在本實施形態中，係如圖2中所示一般，在濺鍍電源E內，與由對於標靶2之輸出Ek與接地電位所成的輸出電路並聯地而設置有LC共振電路8。於此情況，作為構成LC共振電路8之線圈8a，係使用有5～200 μH者，又，作為電容器8b，係使用有0.10～0.44 μF者。又，在對於標靶2之輸出Ek處，例如，係被設置有由線圈所成之雜訊濾波器9，而設為不會使雜訊附加在電源電路中。於此情況，作為雜訊濾波器9之線圈，係使用有0.7μH～5mH者。另外，如圖2中所示一般，在對於標靶之輸出(線)處，係被連接有電壓計(電流計)，而成為能夠對於輸出電流(或者是輸出電壓)作測定。

藉由採用上述構成，則當由於某些之原因而發生了電弧放電的情況時，起因於電漿之阻抗急遽地變小一事，會產生急遽的電壓降低，伴隨於此，電流係會增加，但是，藉由設置有LC共振電路8，輸出電流係共振，而對於輸出電壓的必要以上之降低作防止，其結果，輝光放電係成為被維持。藉由此，僅需追加LC共振電路8，而並不需要如同先前技術一般之添加有Ag或是Au等之與Cu為離子化率相異之材料的特別之標靶，便能夠藉由簡單的構成而防止放電中斷。

為了對以上之效果作確認，使用如圖2中所示之使用有DC電源E1的自濺鍍裝置M(發明品)，而成膜了Cu膜。作為基板W，係使用有：在涵蓋於Φ300mm之Si晶圓表面全體地而形成了矽氧化物膜後，在此矽氧化物膜中藉由週知的方法而將細微孔(寬幅40nm，深度140nm)進行圖案化而作了形成者。另一方面，作為陰極材，係使用組成比99.9999%之Cu製且厚度被形成為12mm者。

作為成膜條件，將標靶2之濺鍍面2a與基板W之間的距離設定為300mm，並將對於標靶2之投入電力設定為16kW(電流38A)，且將對於陽極遮罩8之投入電壓設為100V，將偏壓電力設定為300W，並將濺鍍時間設定為30秒，而進行了Cu膜之成膜。而後，作為濺鍍氣體，使用Ar，在由濺鍍所致之成膜的開始初始3秒鐘之間，以10sccm之流量而將濺鍍氣體作了導入。作為比較實驗，設為使用了並不具備有LC共振電路之DC電源(先前技術品)。

若是參考圖3並作說明，則在先前技術品中，可以得知：若是發生電弧放電，則輸出電壓係急遽的降低，伴隨於此，輸出電流係急遽的上升，並發生放電中斷(參考圖3(b))。相對於此，在發明品中，可以得知：在發生了電弧放電的起初，雖然係見到有輸出電壓之降低，但是，藉由輸出電流之共振，輸出電壓之降低係被抑制，而能夠維持放電(參考圖3(a))。

以上，雖係針對本發明之實施形態的自濺鍍裝置M作了說明，但是，本發明，係並不被限定於上述形態者。例如，在上述實施形態中，係以使用有1個的濺鍍電源E1之情況為例而作了說明，但是，就算在像是於主電源處連接從屬(slave)電源而構成電源裝置一般的情況中，亦能夠適用本發明，於此情況，係在每一電源處，而設置上述之LC共振電路。

M．．．自離子濺鍍裝置

1．．．真空處理室

2．．．標靶

4．．．陽極遮罩

6．．．氣體管(氣體導入手段)

8．．．LC共振電路

9．．．雜訊濾波器

El．．．DC電源(濺鍍電源)

Ek．．．輸出

W．．．基板

[圖1]本發明之實施形態的自離子濺鍍裝置之模式性說明圖。

[圖2]對於在標靶處而施加直流電位之濺鍍電源的輸出電路作說明之圖。

[圖3](a)係為對於發明品中之電弧放電發生時的輸出波形作展示之圖，(b)係為對於先前技術品之電弧放電發生時之輸出波形作展示之圖。

2．．．標靶

8．．．LC共振電路

8a．．．線圈

8b．．．電容器

9．．．雜訊濾波器

E1．．．DC電源(濺鍍電源)

Ek．．．輸出

Claims (2)

1. 一種自離子濺鍍裝置，其特徵為，具備有：真空處理室，係被配置有應處理之基板；和標靶，係被與前述基板作對向配置；和濺鍍電源，係對於前述標靶施加負的直流電位；和陽極遮罩，係以將前述標靶之前方空間作包圍的方式而被配置，並被施加有正的電位；和氣體導入手段，係將特定之濺鍍氣體導入至前述真空處理室內，前述氣體導入手段，係將濺鍍氣體導入至前述真空處理室內，並對於前述標靶投入電力而在藉由前述標靶和前述陽極遮罩所包圍之空間中使放電產生，之後，停止該濺鍍氣體之導入而在此空間中進行自我放電，該自離子濺鍍裝置，係與從前述濺鍍電源起而至前述標靶之輸出電路並聯地而具備有LC共振電路，作為該LC共振電路之線圈，係使用5~200μH之範圍內者，並且，作為該LC共振電路之電容器，係使用0.10~0.44μF之範圍內者，並構成為若是在自我放電中發生電弧放電，則使從前述濺鍍電源而來之輸出電流共振以抑制輸出電壓之降低而維持自我放電。
2. 如申請專利範圍第1項所記載之自離子濺鍍裝置，其中，係在從前述濺鍍電源起而對於前述標靶之輸出處，而更進而具備有雜訊濾波器。