JPH11302842A - Sputtering method and sputtering apparatus - Google Patents
Sputtering method and sputtering apparatusInfo
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- JPH11302842A JPH11302842A JP11543598A JP11543598A JPH11302842A JP H11302842 A JPH11302842 A JP H11302842A JP 11543598 A JP11543598 A JP 11543598A JP 11543598 A JP11543598 A JP 11543598A JP H11302842 A JPH11302842 A JP H11302842A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 アスペクト比7以上のホールに対してボト
ムカバレッジ率のみならずサイドカバレッジ率も十分高
い成膜が行えるようにする。
【解決手段】 微細なホールが形成された基板9の表面
への成膜を底面成膜行程と側面成膜行程とに分ける。底
面成膜行程では、距離変更機構46によって基板9とタ
ーゲット42との距離を短い第一の距離とするとともに
ガス導入系44及び排気系41によりスパッタチャンバ
ー2内を高い第一の圧力にし、ターゲット42から放出
されるスパッタ粒子をイオン化させて基板9により垂直
に入射させるイオン化スパッタの手法によりホールの底
面への成膜速度を高めて成膜を行う。側面成膜工程で
は、距離変更機構46により基板9とターゲット42と
の距離を長い第二の距離とするとともにガス導入系44
及び排気系41によりスパッタチャンバー2内を低い第
二の圧力にし、低圧遠隔スパッタの手法によりホールの
側面への成膜速度を高めて成膜を行う。
(57) [Problem] To form a film having a sufficiently high side coverage ratio as well as a bottom coverage ratio for a hole having an aspect ratio of 7 or more. SOLUTION: Film formation on the surface of a substrate 9 in which fine holes are formed is divided into a bottom film formation process and a side film formation process. In the bottom surface deposition process, the distance between the substrate 9 and the target 42 is set to a short first distance by the distance changing mechanism 46.
The inside of the sputtering chamber 2 is set to a high first pressure by the gas introduction system 44 and the exhaust system 41, and the sputter particles emitted from the target 42 are ionized and vertically incident on the substrate 9. Film formation is performed at an increased film formation rate. In the side film forming step, the distance between the substrate 9 and the target 42 is set to a long second distance by the distance changing mechanism 46 and the gas introduction system 44 is set.
Then, the inside of the sputtering chamber 2 is set to a low second pressure by the exhaust system 41, and the film is formed by increasing the film forming rate on the side surface of the hole by a low-pressure remote sputtering method.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本願の発明は、スパッタリン
グによって基板の表面に所定の薄膜を作成するスパッタ
リング装置に関し、特に、基板の表面に形成された微小
なホールの内面への成膜に適したスパッタリング装置に
関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a sputtering apparatus for forming a predetermined thin film on the surface of a substrate by sputtering, and more particularly, to a sputtering apparatus suitable for forming a film on the inner surface of minute holes formed on the surface of the substrate. It concerns the device.
【0002】[0002]
【従来の技術】各種メモリやロジック等の半導体デバイ
スの製造工程において、配線用導電膜の作成や異種層の
相互拡散を防止するバリア膜の作成にスパッタリングの
手法が多用されている。スパッタリングプロセスに要求
される特性は色々あるが、基板の表面に形成されたホー
ルの内面を十分な厚さの薄膜で被覆できることが、最近
強く求められている。具体的に説明すると、FET構造
を有する多くの半導体デバイスの製造では、チャンネル
の上側に形成した絶縁層にコンタクトホールを設け、こ
のコンタクトホール内を導電膜で埋め込んでチャンネル
配線とすることが行われている。このようなチャンネル
配線の形成工程では、配線用の導電膜と下地であるチャ
ンネルとの相互拡散等を防止するため、コンタクトホー
ルの内面(底面及び側面)にバリア膜を作成することが
行われる。また、多層配線構造を採るデバイスの製造で
は、層間配線用のスルーホールの内面に同様のバリア膜
を設け、層間配線と下地配線層との相互拡散を防止する
場合がある。このようなコンタクトホールやスルーホー
ルは、デバイスの高集積度化や高機能化を背景として、
そのアスペクト比がどんどん高くなる傾向にある。アス
ペクト比は、ホールの開口の直径又は幅に対するホール
の深さの比である。スパッタリングは、ターゲットをス
パッタすることでターゲットの材料の粒子(以下、スパ
ッタ粒子)をターゲットから放出させ、このスパッタ粒
子を対象物の表面に到達させて成膜する技術であるが、
アスペクト比が高くなると、ホールの内面にくまなくス
パッタ粒子を到達させることが難しくなる。この結果、
ホールの内面への成膜が不十分となる。2. Description of the Related Art In the process of manufacturing semiconductor devices such as various memories and logics, a sputtering method is often used for forming a conductive film for wiring and a barrier film for preventing mutual diffusion of different layers. Although various characteristics are required for the sputtering process, it has recently been strongly required that the inner surface of the hole formed on the surface of the substrate can be covered with a thin film having a sufficient thickness. More specifically, in the manufacture of many semiconductor devices having an FET structure, a contact hole is provided in an insulating layer formed above a channel, and the inside of the contact hole is filled with a conductive film to form a channel wiring. ing. In the process of forming such a channel wiring, a barrier film is formed on the inner surface (bottom surface and side surface) of the contact hole in order to prevent mutual diffusion between the conductive film for wiring and the underlying channel. In the manufacture of a device having a multilayer wiring structure, a similar barrier film may be provided on the inner surface of a through hole for an interlayer wiring to prevent interdiffusion between an interlayer wiring and a base wiring layer. Such contact holes and through-holes have been developed due to the high integration and high functionality of devices.
The aspect ratio tends to be higher and higher. The aspect ratio is the ratio of the depth of the hole to the diameter or width of the opening of the hole. Sputtering is a technique in which particles of a target material (hereinafter, sputtered particles) are released from the target by sputtering the target, and the sputtered particles reach the surface of the target to form a film.
As the aspect ratio increases, it becomes more difficult for sputtered particles to reach the entire inner surface of the hole. As a result,
Film formation on the inner surface of the hole becomes insufficient.
【0003】コンタクトホールやスルーホールのような
微小なホールの内面への成膜の指標として、ボトムカバ
レッジ率という指標がある。ボトムカバレッジ率は、ホ
ールの周囲の面(ホール外の面)への成膜速度に対する
ホールの底面への成膜速度の比である。上記のように、
高アスペクト比のホールについては、ホールの底面への
スパッタ粒子の到達が不十分になるので、ボトムカバレ
ッジ率が低下する問題がある。ボトムカバレッジ率が低
下すると、バリア膜の場合、ホールの底面でバリア膜が
薄くなり、ジャンクションリーク等のデバイス特性に致
命的な欠陥を与える恐れがある。ボトムカバレッジ率を
向上させるスパッタリングの手法として、イオン化スパ
ッタリングの手法が実用化されている。イオン化スパッ
タリングは、ターゲットから放出されるスパッタ粒子を
イオン化するとともに、ホールの深さ方向の電界を設定
し、イオン化したスパッタ粒子(以下、イオン化スパッ
タ粒子)を電界で基板に垂直に導いてホール内に到達さ
せる手法である。イオン化スパッタリングでは、イオン
化スパッタ粒子が基板に対して垂直に飛行して多く基板
に入射するので、ボトムカバレッジ率の高い成膜ができ
るメリットがある。As an index of film formation on an inner surface of a minute hole such as a contact hole or a through hole, there is an index called a bottom coverage ratio. The bottom coverage ratio is a ratio of a film formation rate on the bottom surface of the hole to a film formation rate on a surface around the hole (a surface outside the hole). as mentioned above,
With respect to holes having a high aspect ratio, there is a problem that the bottom coverage ratio is reduced because the sputter particles do not sufficiently reach the bottom surfaces of the holes. When the bottom coverage ratio decreases, in the case of a barrier film, the barrier film becomes thinner at the bottom of the hole, which may cause a fatal defect in device characteristics such as junction leak. As a sputtering technique for improving the bottom coverage ratio, an ionization sputtering technique has been put to practical use. Ionized sputtering ionizes sputtered particles emitted from a target, sets an electric field in the depth direction of a hole, and guides ionized sputtered particles (hereinafter, ionized sputtered particles) perpendicularly to a substrate by an electric field into a hole. It is a technique to reach. In ionized sputtering, since ionized sputtered particles fly perpendicular to the substrate and enter a large amount of the substrate, there is an advantage that a film having a high bottom coverage ratio can be formed.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、益々高
くなるデバイスの集積度を背景として、ホールのアスペ
クト比もどんどん高くなってきている。このため、上記
イオン化スパッタリングの手法でも限界があると予想さ
れる。即ち、DRAM(記憶保持動作が必要な随時読み
出し書き込み型メモリ)を例にすると、現在、64メガ
ビットクラスのDRAMの量産が本格的に開始されよう
としている。64メガビットクラスでは、回路の線幅は
0.25ミクロン前後であり、コンタクトホールのアス
ペクト比は4〜5程度である。この程度のホールであれ
ば、上述したイオン化スパッタリングでも15%程度の
ボトムカバレッジ率が得られ、量産対応が可能であると
考えられる。しかしながら、次世代デバイスといわれる
線幅0.18〜0.13ミクロンのデバイスでは、アス
ペクト比は7〜10程度にまで達すると予想される。こ
の程度にまで高くなったアスペクト比のホールについて
は、上記イオン化スパッタリングでは十分なボトムカバ
レッジ率での成膜が不可能であり、技術的なブレークス
ルーが必要であると考えられる。However, the aspect ratio of holes has been increasing steadily against the background of the increasing degree of integration of devices. For this reason, it is expected that there is a limit even in the ionization sputtering method. That is, taking a DRAM (a random read / write memory requiring a memory holding operation) as an example, mass production of a 64-Mbit class DRAM is about to start at present. In the 64-Mbit class, the line width of the circuit is around 0.25 microns, and the aspect ratio of the contact hole is about 4 to 5. With such holes, a bottom coverage ratio of about 15% can be obtained by the above-described ionization sputtering, and it is considered that mass production is possible. However, in a device having a line width of 0.18 to 0.13 microns, which is called a next-generation device, the aspect ratio is expected to reach about 7 to 10. With respect to holes having an aspect ratio increased to this level, it is impossible to form a film with a sufficient bottom coverage rate by the ionization sputtering, and it is considered that a technical breakthrough is required.
【0005】この点を、図6を使用してより具体的に説
明する。図6は、高アスペクト比のホールに対する成膜
の技術的困難性を説明した図である。図6には、次世代
デバイスの製造に使用される基板の一例として、アスペ
クト比10のホールを有する基板9の断面概略図が示さ
れている。前述した従来のイオン化スパッタリングの手
法をこの図6に示すホール90内の成膜に利用した場
合、従来と同じ条件ではボトムカバレッジ率が不足し、
実用化は困難である。従来のイオン化スパッタリングの
延長線上で考えると、スパッタ粒子のイオン化効率を向
上させたり、イオン化スパッタ粒子を導く電界の強度を
高くしたりすることで、ある程度の改善が行われ、ボト
ムカバレッジ率の点では量産化に対応できる可能性があ
る。[0005] This point will be described more specifically with reference to FIG. FIG. 6 is a diagram for explaining the technical difficulty of film formation for a hole having a high aspect ratio. FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a substrate 9 having holes having an aspect ratio of 10 as an example of a substrate used for manufacturing a next-generation device. When the above-described conventional ionization sputtering technique is used for film formation in the hole 90 shown in FIG. 6, the bottom coverage ratio is insufficient under the same conditions as the conventional one,
Practical application is difficult. Considering the extension of conventional ionized sputtering, some improvement is made by improving the ionization efficiency of the sputtered particles or by increasing the intensity of the electric field for guiding the ionized sputtered particles, and in terms of the bottom coverage ratio, It may be possible to respond to mass production.
【0006】しかしながら、発明者の検討によると、こ
のような改善を行っていくと、サイドカバレッジ率の低
下という問題が発生し、量産化の新たな障害となること
が分かった。サイドカバレッジ率は、ホール90外の面
に対するホール90の側面91への成膜速度の比であ
る。より具体的に説明すると、イオン化効率を向上させ
てさらに多くのスパッタ粒子をイオン化させ、電界強度
を高くしてさらに多くのイオン化スパッタ粒子をホール
の深さ方向に飛行させて成膜を行うと、基板9に入射す
るスパッタ粒子は、殆どがホール90の深さ方向に飛行
するものになってしまう。この結果、ホール90内に進
入しても、スパッタ粒子は殆どがホール90の底面92
に達し、ホール90の側面91には殆ど達しない。この
ため、ホール90の側面91への成膜速度が極端に低下
してしまう。バリア膜の場合、ボトムカバレッジ率のみ
ならずサイドカバレッジ率についても20%程度は必要
であると考えられるが、上述した従来のイオン化スパッ
タリングの延長線上ではこれを達成することは困難であ
り、根本的な解決が必要であると考えられる。However, according to studies by the inventors, it has been found that such improvement leads to a problem of a decrease in the side coverage rate, which is a new obstacle to mass production. The side coverage ratio is a ratio of a film forming rate on the side surface 91 of the hole 90 to a surface outside the hole 90. More specifically, when film formation is performed by improving ionization efficiency to ionize more sputtered particles, increasing the electric field intensity and flying more ionized sputtered particles in the depth direction of the hole, Most of the sputtered particles incident on the substrate 9 fly in the depth direction of the hole 90. As a result, even if the particles enter the hole 90, most of the sputtered particles will
, And hardly reaches the side surface 91 of the hole 90. For this reason, the film forming speed on the side surface 91 of the hole 90 is extremely reduced. In the case of a barrier film, it is considered that not only the bottom coverage rate but also the side coverage rate is required to be about 20%, but it is difficult to achieve this on an extension of the above-mentioned conventional ionized sputtering. It is thought that an appropriate solution is necessary.
【0007】本願の発明は、上記課題を解決するために
成されたものであり、線幅が0.18ミクロン以下とな
る次世代のデバイスをにらみ、7以上の高アスペクト比
のホールに対してボトムカバレッジ率のみならずサイド
カバレッジ率も十分高い成膜が行えるブレークスルーを
提案するものである。The invention of the present application has been made to solve the above-mentioned problem, and is aimed at a next-generation device having a line width of 0.18 μm or less. The present invention proposes a breakthrough in which a film having a sufficiently high side coverage ratio as well as a bottom coverage ratio can be formed.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本願の請求項1記載の発明は、基板の表面に形成さ
れたホールの内面にスパッタリングによって所定の薄膜
を作成するスパッタリング方法であって、ターゲットか
ら放出されるスパッタ粒子をイオン化させるとともに前
記ホールの深さ方向に成分を持つ電界を設定し、イオン
化したスパッタ粒子をこの電界で加速することで前記ホ
ールの底面への成膜速度を高めた底面成膜工程と、底面
成膜工程に比べてターゲットと基板との距離を長くする
とともに圧力を低くしてスパッタリングを行って前記ホ
ールの側面への成膜速度を高める側面成膜工程とを含
み、底面成膜工程と側面成膜工程とが真空中で連続して
行われるという構成を有する。また、上記課題を解決す
るため、請求項2記載の発明は、基板の表面に形成され
たホールの内面にスパッタリングによって所定の薄膜を
作成するスパッタリング装置であって、排気系を備えた
スパッタチャンバーと、スパッタチャンバー内に所定の
ガスを導入するガス導入系と、スパッタチャンバー内に
被スパッタ面が露出するようにして設けられたターゲッ
トと、ターゲットに電圧を印加してターゲットをスパッ
タするスパッタ電源と、スパッタによりターゲットから
放出されたスパッタ粒子をイオン化するためのイオン化
手段と、スパッタチャンバー内の所定位置に基板を保持
するための基板ホルダーと、イオン化手段によりイオン
化されたスパッタ粒子を基板に垂直に加速するための電
界を設定する電界設定手段と、ターゲットと基板との間
の距離を変更する距離変更機構と、排気系、ガス導入
系、イオン化手段、電界設定手段及び距離変更機構を制
御することが可能な制御部を備えており、前記制御部
は、前記イオン化手段及び前記電界設定手段を動作させ
る際には前記スパッタチャンバー内の圧力を高い第一の
圧力に保つよう前記排気系及び前記ガス導入系を制御す
るとともに前記ターゲットと基板との距離を短い第一の
距離になるよう距離変更手段を制御し、前記前記イオン
化手段及び前記電界設定手段を動作させない際には前記
スパッタチャンバー内の圧力を第一の圧力より低い第二
の圧力に保つよう前記排気系を制御するとともに前記タ
ーゲットと基板との距離を第一の距離より長い第二の距
離になるよう距離変更手段を制御するものであるという
構成を有する。また、上記課題を解決するため、請求項
3記載の発明は、上記請求項2の構成において、前記ス
パッタ電源は高周波電源であり、この高周波電源によっ
て設定された電界により前記スパッタ粒子をイオン化さ
せることが可能であって前記スパッタ電源は前記イオン
化手段に兼用されており、さらに、前記ターゲットに負
の直流電圧を印加する負の直流電源が設けられており、
高周波電源の電圧と負の直流電源の電圧とが選択的に又
は同時に前記ターゲットに印加されるようにするスイッ
チ回路を有している。また、上記課題を解決するため、
請求項4記載の発明は、中央に設けられたセパレーショ
ンチャンバーの周囲に少なくとも一つのロードロックチ
ャンバーと複数の処理チャンバーとを気密に接続したマ
ルチチャンバータイプのスパッタリング装置であって、
前記複数の処理チャンバーのうちの一つは第一スパッタ
チャンバーであって、他の一つは第二スパッタチャンバ
ーであり、前記第一スパッタチャンバーには、第一スパ
ッタチャンバー内を排気する第一排気系と、第一スパッ
タチャンバー内に所定のガスを導入する第一ガス導入系
と、第一スパッタチャンバー内に被スパッタ面が露出す
るようにして設けられた第一ターゲットと、第一ターゲ
ットに電圧を印加してターゲットをスパッタする第一ス
パッタ電源と、スパッタにより第一ターゲットから放出
されたスパッタ粒子をイオン化するためのイオン化手段
と、第一スパッタチャンバー内の所定位置に基板を保持
するための第一基板ホルダーと、イオン化手段によりイ
オン化されたスパッタ粒子を基板に垂直に加速するため
の電界を設定する電界設定手段とが設けられており、第
一の排気系及び第一ガス導入系は第一スパッタチャンバ
ー内を高い第一の圧力に維持することが可能であり、ま
た、第一基板ホルダーは基板と第一ターゲットとの間の
距離が短い第一の距離となるよう基板を保持するもので
あり、前記第二スパッタチャンバーには、第二スパッタ
チャンバー内を排気する第二排気系と、第二スパッタチ
ャンバー内に被スパッタ面が露出するようにして設けら
れた第二ターゲットと、第二ターゲットに電圧を印加し
て第二ターゲットをスパッタする第二スパッタ電源と、
第二スパッタチャンバー内の所定位置に基板を保持する
ための第二基板ホルダーとが設けられており、前記第二
排気系は第二スパッタチャンバー内を第一の圧力より低
い第二の圧力に維持することが可能であり、前記第二基
板ホルダーは基板と第二ターゲットとの間の距離が第一
の距離より長い第二の距離となるよう基板を保持するも
のであるという構成を有する。また、上記課題を解決す
るため、請求項5記載の発明は、上記請求項2、3又は
4の構成において、前記第一の圧力は10mTorrか
ら100mTorrの範囲内であって前記第二の圧力は
1mTorr以下であり、前記第一の距離は基板の最大
幅の1/2.5から1/1の範囲内の距離であって前記
第二の距離は基板の最大幅の1から1.5倍の範囲内の
距離であるという構成を有する。According to a first aspect of the present invention, there is provided a sputtering method for forming a predetermined thin film on the inner surface of a hole formed in a surface of a substrate by sputtering. The ionization of the sputter particles emitted from the target is performed, and an electric field having a component in the depth direction of the hole is set. Bottom film forming step and a side film forming step of increasing the distance between the target and the substrate and lowering the pressure as compared to the bottom film forming step to increase the film forming rate on the side surface of the hole by performing sputtering. In this case, the bottom film forming step and the side film forming step are performed continuously in a vacuum. According to another aspect of the present invention, there is provided a sputtering apparatus for forming a predetermined thin film by sputtering on an inner surface of a hole formed on a surface of a substrate, wherein the sputtering apparatus includes an exhaust system. A gas introduction system for introducing a predetermined gas into the sputtering chamber, a target provided so that a surface to be sputtered is exposed in the sputtering chamber, a sputtering power supply for applying a voltage to the target and sputtering the target, Ionization means for ionizing sputter particles emitted from a target by sputtering, a substrate holder for holding a substrate at a predetermined position in a sputtering chamber, and acceleration of sputter particles ionized by the ionization means perpendicular to the substrate Field setting means for setting an electric field for the target, the target and the substrate And a control unit capable of controlling an exhaust system, a gas introduction system, an ionization unit, an electric field setting unit, and a distance change mechanism, and the control unit controls the ionization. When operating the means and the electric field setting means, the exhaust system and the gas introduction system are controlled so as to keep the pressure in the sputtering chamber at a high first pressure, and the distance between the target and the substrate is short. Control the distance changing means so that the distance is equal to, and when the ionization means and the electric field setting means are not operated, the evacuation system so as to keep the pressure in the sputtering chamber at a second pressure lower than the first pressure. And the distance changing means is controlled so that the distance between the target and the substrate becomes a second distance longer than the first distance. According to a third aspect of the present invention, in the configuration of the second aspect, the sputter power supply is a high-frequency power supply, and the sputter particles are ionized by an electric field set by the high-frequency power supply. It is possible that the sputtering power supply is also used as the ionization means, further provided with a negative DC power supply for applying a negative DC voltage to the target,
A switch circuit for selectively or simultaneously applying the voltage of the high-frequency power supply and the voltage of the negative DC power supply to the target; Also, in order to solve the above problems,
The invention according to claim 4 is a multi-chamber type sputtering apparatus in which at least one load lock chamber and a plurality of processing chambers are hermetically connected around a separation chamber provided in the center,
One of the plurality of processing chambers is a first sputtering chamber, the other is a second sputtering chamber, and the first sputtering chamber has a first evacuation chamber for evacuating the inside of the first sputtering chamber. System, a first gas introduction system for introducing a predetermined gas into the first sputtering chamber, a first target provided such that a surface to be sputtered is exposed in the first sputtering chamber, and a voltage applied to the first target. A first sputtering power supply for applying a pressure to the target, ionizing means for ionizing sputter particles emitted from the first target by sputtering, and a second power supply for holding the substrate at a predetermined position in the first sputtering chamber. One substrate holder and an electric field for accelerating the sputtered particles ionized by the ionization means perpendicularly to the substrate are set. Field setting means is provided, the first exhaust system and the first gas introduction system can maintain a high first pressure in the first sputtering chamber, and the first substrate holder And holding the substrate so that the distance between the first target and the first target is a short first distance, the second sputtering chamber, a second exhaust system for exhausting the second sputtering chamber, a second exhaust system, A second target provided such that the surface to be sputtered is exposed in the sputtering chamber, and a second sputtering power supply for applying a voltage to the second target to sputter the second target,
A second substrate holder for holding the substrate at a predetermined position in the second sputtering chamber is provided, and the second exhaust system maintains the inside of the second sputtering chamber at a second pressure lower than the first pressure. And the second substrate holder holds the substrate such that a distance between the substrate and the second target is a second distance longer than the first distance. In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 5 is the invention according to claim 2, 3 or 4, wherein the first pressure is in a range of 10 mTorr to 100 mTorr, and the second pressure is 1 mTorr or less, the first distance is a distance within a range of 1 / 2.5 to 1/1 of the maximum width of the substrate, and the second distance is 1 to 1.5 times the maximum width of the substrate. The distance is within the range.
【0009】[0009]
【発明の実施の形態】以下、本願発明の実施の形態につ
いて説明する。まず、請求項2及び3のスパッタリング
装置の発明に属する第一の実施形態について説明する。
図1は、請求項2及び3の発明に属する第一の実施形態
に係るスパッタリング装置の構成を示した平面概略図で
ある。図1に示すスパッタリング装置はマルチチャンバ
ータイプの装置であり、中央に配置されたセパレーショ
ンチャンバー1と、セパレーションチャンバー1の周囲
に気密に接続された複数の処理チャンバー2,3,4,
8及び二つのロードロックチャンバー5からなるチャン
バー配置になっている。各チャンバー1,2,3,4,
5,8は専用又は兼用の不図示の排気系を備えており、
所定の圧力まで排気されるようになっている。各チャン
バー同士の接続箇所にはゲートバルブ6が設けられてい
る。Embodiments of the present invention will be described below. First, a first embodiment belonging to the invention of the sputtering apparatus of claims 2 and 3 will be described.
FIG. 1 is a schematic plan view showing a configuration of a sputtering apparatus according to a first embodiment which belongs to the second and third aspects of the present invention. The sputtering apparatus shown in FIG. 1 is a multi-chamber type apparatus, which includes a separation chamber 1 disposed at the center and a plurality of processing chambers 2, 3, 4, which are hermetically connected around the separation chamber 1.
8 and two load lock chambers 5. Each chamber 1, 2, 3, 4,
5, 8 are provided with a dedicated or combined exhaust system (not shown),
The gas is exhausted to a predetermined pressure. A gate valve 6 is provided at a connection point between the chambers.
【0010】セパレーションチャンバー1内には、チャ
ンバー間で基板9の搬送を行うための搬送機構として搬
送ロボット11が設けられている。搬送ロボット11
は、多関節ロボットが使用されている。この搬送ロボッ
ト11はいずれか一方のロードロックチャンバー5から
基板9を一枚ずつ取り出し各処理チャンバー2,3,
4,8に送って順次処理を行い、最後の処理を終了した
後、いずれか一方のロードロックチャンバー5に戻すよ
うになっている。そして、ロードロックチャンバー5の
外側にはオートローダ7が設けられている。オートロー
ダ7は大気側にある外部カセット62から基板9を一枚
ずつ取り出し、ロードロックチャンバー5内のロック内
カセット51に収容するようになっている。複数の処理
チャンバー2,3,4,8のうち一つは、スパッタリン
グによって所定の薄膜を作成するスパッタチャンバー4
である。また、別の処理チャンバー2,3,8の一つ
は、スパッタリングの前に基板9を予備加熱するプリヒ
ートチャンバー2であり、さらに別の一つは、スパッタ
リングの前に基板9の表面の自然酸化膜又は保護膜を除
去するための前処理エッチングを行う前処理エッチング
チャンバー3である。In the separation chamber 1, a transfer robot 11 is provided as a transfer mechanism for transferring the substrate 9 between the chambers. Transfer robot 11
Uses an articulated robot. The transfer robot 11 takes out the substrates 9 one by one from one of the load lock chambers 5 and treats each of the processing chambers 2, 3, 3.
4 and 8, the processing is sequentially performed, and after the last processing is completed, the processing is returned to one of the load lock chambers 5. An autoloader 7 is provided outside the load lock chamber 5. The autoloader 7 takes out the substrates 9 one by one from the external cassette 62 on the atmosphere side, and stores the substrates 9 in the lock cassette 51 in the load lock chamber 5. One of the processing chambers 2, 3, 4, and 8 is a sputter chamber 4 for forming a predetermined thin film by sputtering.
It is. One of the processing chambers 2, 3, and 8 is a preheat chamber 2 for preheating the substrate 9 before sputtering, and another is a natural oxidation of the surface of the substrate 9 before sputtering. A pre-processing etching chamber 3 for performing pre-processing etching for removing a film or a protective film.
【0011】次に、本実施形態の装置の主要部を成すス
パッタチャンバー4の構成について図2を使用して説明
する。図2は、図1に示すスパッタチャンバー4の構成
を示す正面概略図である。図2に示すように、スパッタ
チャンバー4は、内部を排気する排気系41と、スパッ
タチャンバー4内に被スパッタ面を露出されるようにし
て設けられたターゲット42と、ターゲット42に所定
の電力を与える二つのスパッタ電源421,422と、
ターゲット42の背後に設けられた磁石機構43と、ス
パッタチャンバー4内に所定のスパッタ用ガスを導入す
るガス導入系44と、ターゲット42に対向したスパッ
タチャンバー4内の所定の位置に基板9を配置するため
の基板ホルダー45とから主に構成されている。Next, the configuration of the sputtering chamber 4 which is a main part of the apparatus of the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a schematic front view showing the configuration of the sputtering chamber 4 shown in FIG. As shown in FIG. 2, the sputtering chamber 4 includes an exhaust system 41 for exhausting the inside, a target 42 provided in the sputtering chamber 4 so that a surface to be sputtered is exposed, and a predetermined power supplied to the target 42. Two sputtering power supplies 421 and 422 to be provided;
A magnet mechanism 43 provided behind the target 42, a gas introduction system 44 for introducing a predetermined sputtering gas into the sputtering chamber 4, and the substrate 9 at a predetermined position in the sputtering chamber 4 facing the target 42. And a substrate holder 45 for performing the operation.
【0012】排気系41は、クライオポンプ等の真空ポ
ンプ411を使用してスパッタチャンバー4内を10-8
Torr程度まで排気可能に構成される。排気系41
は、バリアブルオリフィス等の排気速度調整器412を
有する。ターゲット42は、絶縁材420を介してスパ
ッタチャンバー4に取り付けられている。ターゲット4
2は、この実施形態ではチタン製である。二つのスパッ
タ電源421,422は、本実施形態の装置の大きな特
徴点を成している。二つのスパッタ電源の一つは負の直
流電圧をターゲット42に印加する電源(以下、スパッ
タ用直流電源)421であり、他の一つは高周波電圧を
印加する電源(以下、スパッタ用高周波電源)422で
ある。スパッタ用直流電源421としては、−400〜
−600V程度の電圧をターゲット42に印加するもの
が使用される。スパッタ用直流電源421のターゲット
42への投入電力は10〜20kW程度である。また、
スパッタ用高周波電源422としては、周波数が13.
56MHzで実効値300〜500V程度の電圧をター
ゲット42に印加するものが使用される。スパッタ用高
周波電源422のターゲット42への投入電力は3〜8
kW程度である。尚、スパッタ用高周波電源422とス
イッチ回路423の間には、整合器424が設けられて
いる。スパッタ用直流電源421を使用すると、通常の
直流スパッタと同様にターゲット42がスパッタされ
る。また、スパッタ用高周波電源422を使用すると、
高周波スパッタの原理によりスパッタが行われる。The exhaust system 41 uses a vacuum pump 411 such as a cryopump to evacuate the inside of the sputtering chamber 4 to 10 -8.
It is configured to be able to exhaust to about Torr. Exhaust system 41
Has an exhaust speed adjuster 412 such as a variable orifice. The target 42 is attached to the sputtering chamber 4 via an insulating material 420. Target 4
2 is made of titanium in this embodiment. The two sputter power supplies 421 and 422 form a major feature of the apparatus of the present embodiment. One of the two sputtering power supplies is a power supply (hereinafter, sputtering DC power supply) 421 for applying a negative DC voltage to the target 42, and the other is a power supply for applying a high frequency voltage (hereinafter, sputtering high frequency power supply). 422. As the DC power supply 421 for sputtering, -400 to
What applies a voltage of about −600 V to the target 42 is used. The power supplied to the target 42 by the DC power supply 421 for sputtering is about 10 to 20 kW. Also,
As the sputtering high-frequency power supply 422, the frequency is 13.
A device which applies a voltage of 56 MHz to an effective value of about 300 to 500 V to the target 42 is used. The power supplied to the target 42 from the sputtering high-frequency power supply 422 is 3 to 8
It is about kW. Note that a matching unit 424 is provided between the sputtering high-frequency power supply 422 and the switch circuit 423. When the DC power supply 421 for sputtering is used, the target 42 is sputtered in the same manner as ordinary DC sputtering. In addition, when the high frequency power supply for sputtering 422 is used,
Sputtering is performed according to the principle of high frequency sputtering.
【0013】高周波スパッタについてより詳しく説明す
ると、ターゲット42とスパッタ用高周波電源422と
の間には、コンデンサ等のキャパシタンスが設けられて
いる。スパッタ用高周波電源422によってターゲット
42に高周波電圧を印加すると、ターゲット42を臨む
空間に高周波放電が生じ、プラズマが形成される。この
際、キャパシタンスを介してターゲット42に高周波電
圧を印加すると、キャパシタンスの充放電にプラズマ中
の電子と正イオンが作用し、電子と正イオンの移動度の
違いによって基板9に負の自己バイアス電位が生じる。
プラズマの空間電位は0〜40ボルト程度の正の電位で
あり、負の自己バイアス電位が生じたターゲット42と
プラズマとの間にターゲット42に向かって徐々に電位
が下がる電界が設定される。プラズマ中の正イオンはこ
の電界によって加速されてターゲット42に衝突し、タ
ーゲット42をスパッタしてスパッタ放電が持続する。
尚、スパッタ用直流電源421とスパッタ用高周波電源
422とはターゲット42に対してパラレルに接続され
ており、その分岐部分にはスイッチ回路423が設けら
れている。図2から分かる通り、スイッチ回路423
は、スパッタ用直流電源421,スパッタ用高周波42
2のいずれかを接続するか、もしくは、その両方を同時
に接続するかが選択できるよう構成されている。The high-frequency sputtering will be described in more detail. A capacitance such as a capacitor is provided between the target 42 and the high-frequency power supply 422 for sputtering. When a high-frequency voltage is applied to the target 42 by the high-frequency power supply 422 for sputtering, a high-frequency discharge is generated in a space facing the target 42 to form plasma. At this time, when a high-frequency voltage is applied to the target 42 via the capacitance, electrons and positive ions in the plasma act on charge and discharge of the capacitance, and a negative self-bias potential is applied to the substrate 9 due to a difference in mobility between the electrons and the positive ions. Occurs.
The space potential of the plasma is a positive potential of about 0 to 40 volts, and an electric field whose potential gradually decreases toward the target 42 is set between the plasma and the target 42 where the negative self-bias potential is generated. Positive ions in the plasma are accelerated by the electric field, collide with the target 42, sputter the target 42, and the sputter discharge continues.
The DC power supply 421 for sputtering and the high-frequency power supply 422 for sputtering are connected in parallel to the target 42, and a switch circuit 423 is provided at a branch portion thereof. As can be seen from FIG. 2, the switch circuit 423
Are the DC power supply 421 for sputtering and the high frequency 42 for sputtering.
2 or both of them can be connected at the same time.
【0014】磁石機構43は、中心に配置された柱状の
中心磁石431と、中心磁石431を取り囲むリング状
の周辺磁石432と、中心磁石431と周辺磁石432
とを繋ぐヨーク433とから構成されている。中心磁石
431の前面と周辺磁石432の前面とは互いに異なる
磁極になっており、図2に示すようなアーチ状の磁力線
434がターゲット42を貫いて設定されるようになっ
ている。スパッタ用直流電源421がターゲット42を
介してスパッタチャンバー4内に設定する電界は、アー
チ状の磁力線434の頂点付近で磁界と直交する。この
ため、形成されるスパッタ放電において、電子はマグネ
トロン運動を行うようになり、マグネトロン放電が達成
される。このため、中性ガス分子のイオン化の効率が高
くなり、高効率でスパッタリングが行える。The magnet mechanism 43 includes a columnar central magnet 431 disposed at the center, a ring-shaped peripheral magnet 432 surrounding the central magnet 431, a central magnet 431 and a peripheral magnet 432.
And a yoke 433 connecting the two. The front surface of the center magnet 431 and the front surface of the peripheral magnet 432 have different magnetic poles, and an arch-shaped magnetic force line 434 as shown in FIG. The electric field set in the sputtering chamber 4 by the sputtering DC power supply 421 via the target 42 is orthogonal to the magnetic field near the apex of the arch-shaped line of magnetic force 434. For this reason, in the formed sputter discharge, the electrons perform magnetron motion, and the magnetron discharge is achieved. Therefore, the efficiency of ionization of neutral gas molecules is increased, and sputtering can be performed with high efficiency.
【0015】ガス導入系44は、本実施形態では、アル
ゴンガスをスパッタ用ガスとして導入するようになって
いる。ガス導入系44は、アルゴンガスを溜めたボンベ
442とスパッタチャンバー4とを繋ぐ配管441と、
配管441上に設けたバルブ443や流量調整器444
等から構成されている。基板ホルダー45は、上面に基
板9を載置して保持するよう構成されている。基板ホル
ダー45には、静電吸着によって基板9を所定位置に固
定する静電吸着機構が必要に応じて設けられる。また、
基板9を所定温度に加熱するヒータ451が基板ホルダ
ー45内に設けられている。In this embodiment, the gas introduction system 44 introduces an argon gas as a sputtering gas. The gas introduction system 44 includes a pipe 441 connecting the cylinder 442 storing the argon gas and the sputtering chamber 4,
Valve 443 and flow regulator 444 provided on pipe 441
And so on. The substrate holder 45 is configured to place and hold the substrate 9 on the upper surface. The substrate holder 45 is provided with an electrostatic attraction mechanism for fixing the substrate 9 at a predetermined position by electrostatic attraction as needed. Also,
A heater 451 for heating the substrate 9 to a predetermined temperature is provided in the substrate holder 45.
【0016】さて、本実施形態の装置の大きな特徴点
は、基板ホルダー45に、ターゲット42と基板9との
距離を変えるための距離変更機構46が備えられている
点である。具体的に説明すると、基板ホルダー45は支
柱452によって支えられている。距離変更機構46
は、この支柱452の下端を保持した保持板463と、
保持板463を固定した被駆動体464と、被駆動体4
64を駆動するボールネジ461と、このボールネジ4
61を回転させるモータ462とから主に構成されてい
る。A major feature of the apparatus of the present embodiment is that the substrate holder 45 is provided with a distance changing mechanism 46 for changing the distance between the target 42 and the substrate 9. Specifically, the substrate holder 45 is supported by a support 452. Distance changing mechanism 46
Is a holding plate 463 holding the lower end of the support 452,
The driven body 464 to which the holding plate 463 is fixed, and the driven body 4
Ball screw 461 for driving the screw 64, and the ball screw 4
It mainly comprises a motor 462 for rotating 61.
【0017】被駆動体464は、ボールネジ461の外
径に適合した内径を有する筒状の部材である。被駆動体
464の内面は、精度よくねじ切りされており、ボール
ネジ461にかみ合っている。また、被駆動体464
は、不図示の回転止めによって回転しないようになって
いる。モータ462によってボールネジ461が回転す
ると、この回転の力は被駆動体464に伝えられる。被
駆動体464は、不図示の回転止めにより回転しないよ
うになっているのため上下動のみ行う。この結果、被駆
動体464に固定された保持板463を介して支柱45
2が上下動し、これに伴い基板ホルダー45も上下動す
るようになっている。ターゲット42はスパッタチャン
バー4内に固定されているため、上記のような距離変更
機構46の動作により基板ホルダー45に載置された基
板9とターゲット42との距離を変えることができるよ
うになっている。尚、支柱452はスパッタチャンバー
4の底板を気密に貫通している。そして、支柱452の
上下動を許容しつつ貫通部分を封止するメカニカルシー
ル等の封止手段453が設けられている。The driven body 464 is a cylindrical member having an inner diameter adapted to the outer diameter of the ball screw 461. The inner surface of the driven body 464 is precisely threaded and meshes with the ball screw 461. In addition, the driven body 464
Are not rotated by a rotation stopper (not shown). When the ball screw 461 is rotated by the motor 462, the force of this rotation is transmitted to the driven body 464. Since the driven body 464 is not rotated by a rotation stopper (not shown), it only moves up and down. As a result, the column 45 is held via the holding plate 463 fixed to the driven body 464.
2 moves up and down, and accordingly, the substrate holder 45 also moves up and down. Since the target 42 is fixed in the sputtering chamber 4, the distance between the substrate 9 placed on the substrate holder 45 and the target 42 can be changed by the operation of the distance changing mechanism 46 as described above. I have. The column 452 passes through the bottom plate of the sputtering chamber 4 in an airtight manner. Further, a sealing means 453 such as a mechanical seal for sealing the penetrating portion while allowing the column 452 to move up and down is provided.
【0018】本実施形態の装置の別の特徴点は、スパッ
タチャンバー4内でイオン化スパッタが行えるようにな
っている点である。即ち、本実施形態の装置は、ターゲ
ット42から放出されるスパッタ粒子をイオン化するイ
オン化手段を有する。そして、このイオン化手段には前
述したスパッタ用高周波電源422が兼用されており、
イオン化手段は、スパッタ用高周波電源422と、イオ
ン化スパッタを効果的に行うための補助電極47及び電
界設定手段48等から構成されている。Another feature of the apparatus of this embodiment is that ionization sputtering can be performed in the sputtering chamber 4. That is, the apparatus of the present embodiment has ionization means for ionizing sputter particles emitted from the target 42. The high frequency power source 422 for sputtering is also used for this ionization means.
The ionization means includes a high-frequency power source 422 for sputtering, an auxiliary electrode 47 for effectively performing ionization sputtering, an electric field setting means 48, and the like.
【0019】補助電極47は、ターゲット42と基板ホ
ルダー45との間のスパッタ粒子の飛行空間を取り囲む
ように設けられた円筒状である。補助電極47は、スパ
ッタチャンバー4外に設けられたコンデンサ471を介
して接地されている。また、コンデンサ471と並列に
補助電源472が設けられている。そして、補助電源4
72への線路とコンデンサ471への線路とが分岐する
部分には、スイッチ473が設けられており、コンデン
サ471を介して補助電極47を接地するか、補助電源
472を介して接地するかが選択できるようになってい
る。補助電源472は高周波電源であり、例えば周波数
13.56MHz出力2kW程度のものである。尚、ス
パッタチャンバー4は接地されており、補助電極47と
スイッチ473とを結ぶ線路がスパッタチャンバー4の
器壁を気密に貫通する部分には不図示の絶縁材が設けら
れている。The auxiliary electrode 47 has a cylindrical shape provided so as to surround a flight space of sputter particles between the target 42 and the substrate holder 45. The auxiliary electrode 47 is grounded via a capacitor 471 provided outside the sputtering chamber 4. An auxiliary power supply 472 is provided in parallel with the capacitor 471. And the auxiliary power supply 4
A switch 473 is provided at a portion where the line to 72 and the line to the capacitor 471 are branched, and it is possible to select whether to ground the auxiliary electrode 47 via the capacitor 471 or to ground via the auxiliary power supply 472. I can do it. The auxiliary power supply 472 is a high-frequency power supply, for example, having a frequency of 13.56 MHz and an output of about 2 kW. The sputter chamber 4 is grounded, and an insulating material (not shown) is provided at a portion where the line connecting the auxiliary electrode 47 and the switch 473 passes through the wall of the sputter chamber 4 in an airtight manner.
【0020】ガス導入系44によってスパッタ用ガスが
スパッタチャンバー4に導入されている状態でスパッタ
用高周波電源422を動作させると、前述したように、
ターゲット42が高周波スパッタされる。この際、高周
波電界によってガスがプラズマ化してプラズマが形成さ
れる。ターゲット42から放出される中性スパッタ粒子
は、このプラズマ中の通過する際に、プラズマ中のイオ
ンや電子と衝突してイオン化する(以下、イオン化スパ
ッタ粒子)ようになっている。このイオン化スパッタ粒
子は、電界設定手段48が設定する電界によって加速さ
れてプラズマから引き出され、基板9に対してより垂直
に近い角度で飛行して基板9に入射するようになってい
る。具体的には、電界設定手段48には、基板ホルダー
45に高周波電圧を印加して高周波とプラズマとの相互
作用により基板9に負の自己バイアス電圧を与える高周
波電源481が採用されている。高周波電源481とし
ては、例えば13.56MHz出力1KW程度のものが
使用できる。高周波電源481と基板ホルダー45との
間には、整合器482が設けられている。さらに、基板
9及び基板ホルダー45がいずれも導体である場合、高
周波の伝送経路に所定のコンデンサが設けられ、コンデ
ンサを介して基板9に高周波電圧を印加するよう構成さ
れる。When the sputtering high-frequency power supply 422 is operated while the sputtering gas is being introduced into the sputtering chamber 4 by the gas introduction system 44, as described above,
The target 42 is subjected to high frequency sputtering. At this time, the gas is turned into plasma by the high-frequency electric field to form plasma. When passing through the plasma, the neutral sputtered particles emitted from the target 42 collide with ions or electrons in the plasma and are ionized (hereinafter, ionized sputtered particles). The ionized sputtered particles are accelerated by the electric field set by the electric field setting means 48, are extracted from the plasma, fly at an angle more perpendicular to the substrate 9, and enter the substrate 9. Specifically, the electric field setting means 48 employs a high frequency power supply 481 which applies a high frequency voltage to the substrate holder 45 and applies a negative self-bias voltage to the substrate 9 by the interaction between the high frequency and the plasma. As the high-frequency power supply 481, for example, a power supply with a 13.56 MHz output of about 1 KW can be used. A matching device 482 is provided between the high frequency power supply 481 and the substrate holder 45. Further, when the substrate 9 and the substrate holder 45 are both conductors, a predetermined capacitor is provided in a high-frequency transmission path, and a high-frequency voltage is applied to the substrate 9 via the capacitor.
【0021】前述したスパッタ用高周波電源422の場
合と同様に、キャパシタンスを介して基板9に高周波電
圧を印加すると、基板9に自己バイアス電圧が生じ、基
板9とプラズマとの間に基板9に向かって徐々に電位が
下がる電界が設定される。この電界の向きは基板9に対
して垂直であり、正にイオン化されたスパッタ粒子はこ
の電界によって加速されて基板9に垂直に入射するよう
になっている。上記イオン化スパッタにおいて、プラズ
マ中のイオンは、電界の向きの周期的な変化に追従する
ようにして運動方向を変える。この際、補助電極47は
コンデンサ471によって接地電位から絶縁されるか補
助電源472が接続されるため、補助電極47に付近に
も電界が設定される。この結果、イオンは広い範囲にわ
たって運動を行うようになっており、イオンが中性スパ
ッタ粒子に衝突してイオン化する確率が高い。つまり、
補助電極47は、スパッタ粒子のイオン化効率を高める
作用を持っている。When a high-frequency voltage is applied to the substrate 9 via a capacitance as in the case of the high-frequency power source 422 for sputtering described above, a self-bias voltage is generated in the substrate 9 and the substrate 9 is moved between the substrate 9 and the plasma toward the substrate 9. Thus, an electric field whose potential gradually decreases is set. The direction of the electric field is perpendicular to the substrate 9, and the positively ionized sputtered particles are accelerated by the electric field and vertically incident on the substrate 9. In the ionization sputtering, ions in the plasma change the direction of movement so as to follow a periodic change in the direction of the electric field. At this time, since the auxiliary electrode 47 is insulated from the ground potential by the capacitor 471 or is connected to the auxiliary power supply 472, an electric field is set near the auxiliary electrode 47. As a result, the ions move over a wide range, and there is a high probability that the ions collide with the neutral sputtered particles and are ionized. That is,
The auxiliary electrode 47 has the function of increasing the ionization efficiency of sputtered particles.
【0022】また、本実施形態の装置は、スパッタチャ
ンバー4内の動作を制御する不図示の制御部を有してい
る。この制御部は、排気系41、スパッタ電源421,
422、スイッチ回路423、ガス導入系44、ヒータ
451、距離変更機構46及びイオン化手段47等に制
御信号を送って、後述する動作を各部が行うよう構成さ
れている。The apparatus of the present embodiment has a control unit (not shown) for controlling the operation in the sputtering chamber 4. The control unit includes an exhaust system 41, a sputtering power supply 421,
422, a switch circuit 423, a gas introduction system 44, a heater 451, a distance changing mechanism 46, and a control signal are transmitted to the ionization means 47 and the like, so that each unit performs an operation described later.
【0023】次に、請求項1のスパッタリング方法の実
施形態の説明も兼ね、このスパッタチャンバー4内にお
ける装置の動作について、図2を使用して説明する。ま
ず、基板9は搬送ロボット11によってセパレーション
チャンバー1からゲートバルブ6を通してスパッタチャ
ンバー4内に搬入される。スパッタチャンバー4内は、
排気系41によって所定圧力まで予め排気されており、
基板9は基板ホルダー45に載置される。基板ホルダー
45内のヒータ451が予め動作しており、基板ホルダ
ー45に載置された基板9は、ヒータ451の熱によっ
て所定温度まで急速に加熱され、その温度が維持され
る。そして、ゲートバルブ6を閉じた後、ガス導入系4
4が動作してスパッタリングが行われる。本実施形態の
装置及び方法の大きな特徴点は、表面に微細なホールが
形成された基板9に対して成膜を行うに際し、ホールの
底面への成膜速度を高めた底面成膜工程と、ホールの側
面への成膜速度を高めた側面成膜工程とを分けて行う点
である。特に順序は問わないが、以下の例では、最初に
底面成膜工程を行い、次に側面成膜工程を行うとして説
明する。Next, the operation of the apparatus in the sputtering chamber 4 will be described with reference to FIG. First, the substrate 9 is carried into the sputtering chamber 4 from the separation chamber 1 through the gate valve 6 by the transfer robot 11. The inside of the sputtering chamber 4
Exhausted to a predetermined pressure by an exhaust system 41 in advance,
The substrate 9 is placed on the substrate holder 45. The heater 451 in the substrate holder 45 is operated in advance, and the substrate 9 placed on the substrate holder 45 is rapidly heated to a predetermined temperature by the heat of the heater 451, and the temperature is maintained. After closing the gate valve 6, the gas introduction system 4
4 is operated to perform sputtering. A major feature of the apparatus and method of the present embodiment is that, when forming a film on the substrate 9 having fine holes formed on the surface, a bottom film forming step in which the film forming rate on the bottom surface of the hole is increased, The point is that the process is performed separately from the side surface film forming step in which the film forming speed on the side surface of the hole is increased. Although there is no particular limitation on the order, the following example will be described assuming that the bottom surface film forming step is performed first, and then the side surface film forming step is performed.
【0024】まず、底面成膜工程を行う場合、不図示の
排気速度調整器及び流量調整器444を制御してスパッ
タチャンバー4内を高い第一の圧力に保つ。また、距離
変更機構46は、ターゲット42と基板9との距離(以
下、TS距離)が短い第一の距離になるよう予め基板ホ
ルダー45を移動させている。この状態で、スパッタ用
高周波電源422及び電界設定手段48を動作させ、イ
オン化スパッタを行う。即ち、前述したように、スパッ
タ用高周波電源422がターゲット42に与える電圧に
より高周波スパッタを行うとともにプラズマ中でスパッ
タ粒子をイオン化させる。そして、電界設定手段48が
設定した電界によりイオン化スパッタ粒子を引き出して
基板9により垂直に入射させる。スパッタ粒子が基板9
により垂直に入射するようになると、スパッタ粒子はホ
ールの底面まで到達し易くなるから、ホールの底面での
膜堆積が促進される。即ち、ホールの底面の成膜速度が
増加する。First, when performing the bottom film forming step, the inside of the sputtering chamber 4 is kept at a high first pressure by controlling the not-shown evacuation speed controller and flow rate controller 444. Further, the distance changing mechanism 46 moves the substrate holder 45 in advance so that the distance between the target 42 and the substrate 9 (hereinafter, referred to as TS distance) becomes a short first distance. In this state, the sputtering high-frequency power supply 422 and the electric field setting means 48 are operated to perform ionized sputtering. That is, as described above, the high-frequency sputtering power supply 422 performs high-frequency sputtering with the voltage applied to the target 42 and ionizes the sputtered particles in the plasma. Then, the ionized sputtered particles are drawn out by the electric field set by the electric field setting means 48 and vertically incident on the substrate 9. The sputtered particles are on the substrate 9
When the light is incident vertically, the sputtered particles can easily reach the bottom surface of the hole, so that film deposition on the bottom surface of the hole is promoted. That is, the film forming speed on the bottom surface of the hole increases.
【0025】次に、側面成膜工程を行う。具体的には、
距離変更機構46を動作させ、TS距離が長い第二の距
離になるよう予め基板ホルダー45を移動させる。ま
た、不図示の排気速度調整器及び流量調整器444を制
御してスパッタチャンバー4内を低い第二の圧力に保
つ。この状態で、スパッタ用直流電源421を動作さ
せ、直流スパッタを行う。この際、TS距離が長く圧力
が低いので、ホールの側面への膜堆積が促進され、側面
成膜速度の高いスパッタリングが行える。そして、この
スパッタリングを所定時間行った後、スパッタ用高周波
電源422、電界設定手段48、ガス導入系44等の動
作を止め、基板9をスパッタチャンバー4から取り出
す。Next, a side face film forming step is performed. In particular,
The distance changing mechanism 46 is operated to move the substrate holder 45 in advance so that the TS distance becomes the second long distance. In addition, an unillustrated evacuation rate controller and flow rate controller 444 are controlled to maintain the inside of the sputtering chamber 4 at a low second pressure. In this state, the DC power supply 421 for sputtering is operated to perform DC sputtering. At this time, since the TS distance is long and the pressure is low, film deposition on the side surface of the hole is promoted, and sputtering with a high side surface deposition rate can be performed. Then, after performing this sputtering for a predetermined time, the operations of the high-frequency power source for sputtering 422, the electric field setting means 48, the gas introduction system 44 and the like are stopped, and the substrate 9 is taken out from the sputtering chamber 4.
【0026】上述したスパッタチャンバー4内での動作
における側面成膜速度の向上について、図3を使用して
さらに詳しく説明する。図3は、側面成膜速度の向上に
ついて模式的に説明した図である。図3に示すように、
TS距離をL1からL2へと長くした場合、ホール90
の側面の一点Pから見ることのできるターゲット42の
被スパッタ面の面積は、L1に比べてL2の場合の方が
大きくなる(S1<S2)。ターゲット42の被スパッ
タ面の面積(S1,S2)は、ホールの側面の一点Pに
到達することが可能なスパッタ粒子の放出部分の面積で
あるから、L1に比べてL2の場合の方が点Pに到達す
るスパッタ粒子の量が多くなる。このため、側面成膜速
度を高くできるのである。また、圧力を低くすると、こ
のようにホール90の側面に向かって飛行するスパッタ
粒子がガス分子に散乱されることが少なくなる。このた
め、スパッタ粒子がより確実にホール90の側面に到達
し、側面成膜速度の向上に寄与する。The improvement of the side surface film forming speed in the above-described operation in the sputtering chamber 4 will be described in more detail with reference to FIG. FIG. 3 is a diagram schematically illustrating an improvement in the side surface film forming speed. As shown in FIG.
If the TS distance is increased from L1 to L2, the hole 90
The area of the surface to be sputtered of the target 42 that can be seen from one point P of the side surface is larger in the case of L2 than in L1 (S1 <S2). The area (S1, S2) of the surface to be sputtered of the target 42 is the area of the emission part of the sputtered particles that can reach one point P on the side surface of the hole. The amount of sputter particles reaching P increases. For this reason, the side surface deposition rate can be increased. When the pressure is reduced, the sputtered particles flying toward the side surface of the hole 90 are less scattered by gas molecules. Therefore, the sputtered particles more reliably reach the side surface of the hole 90, which contributes to the improvement of the side surface film forming speed.
【0027】上記スパッタチャンバー4における動作に
おいて、高い第一の圧力は10mTorr〜100mT
orrの範囲とすることが好ましい。この範囲より高く
なると、多数のガス分子の存在によってイオン化スパッ
タ粒子が散乱され、基板9に十分到達できない問題があ
る。また、この範囲より低くなると、プラズマ密度が低
下してイオン化効率が十分でなくなる問題がある。ま
た、低い第二の圧力は、放電が持続する範囲内で1mT
orr以下とすることが好ましい。この圧力より高くな
ると、前述した低圧遠隔スパッタの効果が十分得られな
くなる問題がある。さらに、短い第一の距離は、具体的
には、基板9の最大幅の1/2.5から1/1の範囲内
の距離とすることが好ましい。尚、基板9の「最大幅」
とは、最も幅が広くなる方向で見た基板9の幅の意味で
あり、基板9が円形であれば直径である。第一の距離が
上記範囲より短くなると、膜厚等の膜特性の面内分布が
悪化する恐れがある。また、この範囲より長くなると、
基板9に到達できないスパッタ粒子がいたずらに多くな
り、効率が悪くなる。また、長い第二の距離は、基板の
最大幅の1から1.5倍の範囲内の距離とすることが好
ましい。この範囲より長くなると、成膜の効率があまり
にも悪くなって好適ではない。また、この範囲より短く
なると、上記低圧遠隔スパッタの効果が得られない。In the operation in the sputtering chamber 4, the high first pressure is 10 mTorr to 100 mT
It is preferable to be in the range of orr. If it is higher than this range, there is a problem that ionized sputtered particles are scattered by the presence of a large number of gas molecules and cannot reach the substrate 9 sufficiently. On the other hand, if it is lower than this range, there is a problem that the plasma density is lowered and the ionization efficiency becomes insufficient. Also, the low second pressure is 1 mT within a range where the discharge is maintained.
It is preferably set to orr or lower. If the pressure is higher than this, there is a problem that the effect of the low-pressure remote sputtering described above cannot be sufficiently obtained. Further, it is preferable that the short first distance is specifically a distance in a range of 1 / 2.5 to 1/1 of the maximum width of the substrate 9. The “maximum width” of the substrate 9
The term “width” means the width of the substrate 9 as viewed in the direction in which the width becomes the widest, and the diameter if the substrate 9 is circular. If the first distance is shorter than the above range, the in-plane distribution of film characteristics such as film thickness may be deteriorated. Also, if it is longer than this range,
The number of sputter particles that cannot reach the substrate 9 is unnecessarily increased, and the efficiency is deteriorated. Further, it is preferable that the long second distance is a distance within a range of 1 to 1.5 times the maximum width of the substrate. If the length is longer than this range, the efficiency of film formation becomes too poor, which is not preferable. On the other hand, if it is shorter than this range, the effect of the low-pressure remote sputtering cannot be obtained.
【0028】次に、図1に戻り、本実施形態のスパッタ
リング装置の他の構成について説明する。図1に示す前
処理エッチングチャンバー3は、成膜に先だって基板9
をエッチングして基板9の表面の自然酸化膜や保護膜を
除去するよう構成されている。前処理エッチングチャン
バー3は、内部にプラズマを形成し、プラズマ中のイオ
ンを基板9の表面に衝突させて自然酸化膜や保護膜をエ
ッチング除去するようになっている。また、プリヒート
チャンバー2は、成膜に先だって基板9を加熱して、基
板9の吸蔵ガスを放出させるよう構成されている。この
吸蔵ガスの放出を行わない場合、成膜時の熱により吸蔵
ガスが急激に放出され、発泡によって膜の表面が粗くな
る問題がある。プリヒートチャンバー2内には、所定の
温度に加熱維持される不図示のヒートステージが設けら
れている。基板9はこのヒートステージに載置され、所
定の温度に加熱されることによりプリヒートされる。Next, returning to FIG. 1, another configuration of the sputtering apparatus of the present embodiment will be described. The pre-treatment etching chamber 3 shown in FIG.
Is etched to remove a natural oxide film and a protective film on the surface of the substrate 9. The pre-treatment etching chamber 3 forms plasma inside, and causes ions in the plasma to collide with the surface of the substrate 9 to etch away the natural oxide film and the protective film. In addition, the preheat chamber 2 is configured to heat the substrate 9 prior to film formation and release the occluded gas of the substrate 9. If the occluded gas is not released, there is a problem that the occluded gas is rapidly released due to heat during film formation and the surface of the film becomes rough due to foaming. A heat stage (not shown) that is heated and maintained at a predetermined temperature is provided in the preheat chamber 2. The substrate 9 is placed on this heat stage and is preheated by being heated to a predetermined temperature.
【0029】次に、本実施形態のスパッタリング装置の
全体の動きについて説明する。外部カセット62に収容
された基板9は、オートローダ7によってロードロック
チャンバー5内のロック内カセット51に搬入される。
ロック内カセット51に搬入された基板9は、セパレー
ションチャンバー1に設けられた搬送ロボット11によ
り、まずプリヒートチャンバー2に搬入される。プリヒ
ートチャンバー2内に搬入された基板9は、不図示のヒ
ートステージに載置され、所定の温度に加熱される。こ
れによって基板9は予備加熱され、基板9中の吸蔵ガス
が放出される。次に、基板9は前処理エッチングチャン
バー3に搬送され、基板9の表面の自然酸化膜又は保護
膜がエッチングされる。その後、基板9は下地膜作成チ
ャンバー8に搬入され、下地膜としてチタン薄膜が薄く
作成される。そして、基板9はスパッタチャンバー4に
搬入される。そして、スパッタチャンバー4内で上述し
たように底面成膜工程と側面成膜工程とを行う。この結
果、基板9がアスペクト比の高いホールを有する場合で
も、ホールの底面及び側面に十分な厚さの薄膜が作成さ
れる。Next, the overall operation of the sputtering apparatus of this embodiment will be described. The substrate 9 accommodated in the external cassette 62 is carried into the in-lock cassette 51 in the load lock chamber 5 by the autoloader 7.
The substrate 9 carried into the lock cassette 51 is first carried into the preheat chamber 2 by the transfer robot 11 provided in the separation chamber 1. The substrate 9 carried into the preheat chamber 2 is placed on a heat stage (not shown) and heated to a predetermined temperature. Thereby, the substrate 9 is preheated, and the occluded gas in the substrate 9 is released. Next, the substrate 9 is transferred to the pre-treatment etching chamber 3, and the natural oxide film or the protective film on the surface of the substrate 9 is etched. Thereafter, the substrate 9 is carried into the base film forming chamber 8, and a thin titanium film is formed as the base film. Then, the substrate 9 is carried into the sputtering chamber 4. Then, the bottom film forming step and the side film forming step are performed in the sputtering chamber 4 as described above. As a result, even when the substrate 9 has a hole having a high aspect ratio, a thin film having a sufficient thickness is formed on the bottom and side surfaces of the hole.
【0030】その後、基板9はスパッタチャンバー4か
ら搬出され、必要に応じて反射防止膜の作成や冷却等の
処理をした後、搬送ロボット11によりロードロックチ
ャンバー5内のロック内カセット51に収容される。そ
の後、の後ロック内カセット51に所定数の処理済みの
基板9が収容されると、オートローダ7が動作し、処理
済みの基板9を外部カセット62に搬出する。Thereafter, the substrate 9 is carried out of the sputtering chamber 4 and subjected to processing such as formation of an anti-reflection film and cooling if necessary. You. Thereafter, when a predetermined number of processed substrates 9 are accommodated in the post-lock cassette 51, the autoloader 7 operates to carry out the processed substrates 9 to the external cassette 62.
【0031】成膜の一例について説明すると、本実施形
態の装置は、バリア膜の作成に使用されると好適であ
る。具体的には、チタン製のターゲット42を使用して
スパッタリングを行う。最初はアルゴンガスを導入して
チタン薄膜を作成し、その後、窒素ガスを導入して窒素
とチタンとの反応を補助的に利用しながら窒化チタン薄
膜を作成するようにする。この結果、チタン薄膜の上に
窒化チタン薄膜を積層したバリア膜の構造が得られる。
尚、上述した本実施形態の装置において、スパッタ用直
流電源421とスパッタ用高周波電源422とを同時に
動作させても、一定のメリットが得られる場合がある。
これらを同時に動作させると、スパッタ用高周波電源4
22の高周波電圧にスパッタ用直流電源421の負の直
流電圧を重畳させてターゲット42に印加することにな
る。例えば側面成膜工程で上記重畳を行うと、低圧遠隔
スパッタを行いながらスパッタ粒子の一部をイオン化し
てイオン化スパッタを補助的に利用しながら成膜を行う
ことができる。あまり圧力が低いとイオン化効率が悪く
なるし、圧力が高くなると低圧遠隔スパッタの効果が薄
れるので、この際の圧力選定が難しいが、例えば1〜
1.5mTorr程度でよい。また、底面成膜工程で上
記重畳を行うと、前述した自己バイアス電圧に加えてス
パッタ用直流電源421の電圧によってもイオンが加速
されるので、全体のスパッタリングの効率が良くなる効
果がある。An example of film formation will be described. The apparatus of the present embodiment is suitable for use in forming a barrier film. Specifically, sputtering is performed using a target 42 made of titanium. First, an argon gas is introduced to form a titanium thin film, and then, a nitrogen gas is introduced to form a titanium nitride thin film while assisting the reaction between nitrogen and titanium. As a result, a barrier film structure in which the titanium nitride thin film is laminated on the titanium thin film is obtained.
In the above-described apparatus of the present embodiment, a certain merit may be obtained even if the sputtering DC power supply 421 and the sputtering high-frequency power supply 422 are simultaneously operated.
When these are operated at the same time, the high-frequency power source for sputtering 4
The negative DC voltage of the DC power supply for sputtering 421 is superimposed on the high frequency voltage of 22 and applied to the target 42. For example, when the above-described superposition is performed in the side-surface film forming process, a part of the sputtered particles can be ionized while performing low-pressure remote sputtering, and film formation can be performed while using ionized sputtering in an auxiliary manner. When the pressure is too low, the ionization efficiency is deteriorated, and when the pressure is high, the effect of the low-pressure remote sputtering is weakened. Therefore, it is difficult to select the pressure at this time.
It may be about 1.5 mTorr. In addition, when the superposition is performed in the bottom surface film forming step, ions are accelerated by the voltage of the DC power supply for sputtering 421 in addition to the self-bias voltage described above, so that there is an effect that the efficiency of overall sputtering is improved.
【0032】また、本実施形態の装置では、スパッタ用
高周波電源422がイオン化手段に兼用されているが、
スパッタ用の電源とは別の電源を使用してイオン化を行
ってもよい。具体的には、補助電極47に設けた補助電
源472を動作させてこの補助電源472からの高周波
エネルギーを主に利用してイオン化を行ってもよい。In the apparatus of this embodiment, the high-frequency power source 422 for sputtering is also used as the ionizing means.
The ionization may be performed using a power supply different from the power supply for sputtering. Specifically, the auxiliary power supply 472 provided to the auxiliary electrode 47 may be operated to perform ionization mainly using high-frequency energy from the auxiliary power supply 472.
【0033】次に、請求項4の発明に属する第二の実施
形態について説明する。図4は、第二の実施形態のスパ
ッタリング装置の構成を説明する平面概略図、図5は、
図4に示すスパッタリング装置のX−Xにおける断面概
略図である。上述した第一の実施形態の装置では、一つ
のスパッタチャンバー4内で底面成膜工程と側面成膜工
程とが連続して行われた。しかしながら、スパッタチャ
ンバーを二つ設け、一方のスパッタチャンバーで底面成
膜工程を行い、他方のスパッタチャンバーで側面成膜工
程を行うようにすることができる。図4及び図5に示す
装置は、この構成である。具体的には、図4に示すよう
に、複数の処理チャンバーのうちの二つがスパッタチャ
ンバー81,82である。そして、二つのスパッタチャ
ンバーのうちの一つが底面成膜工程を行う第一スパッタ
チャンバー81であり、他の一つが側面成膜工程を行う
第二スパッタチャンバー82である。Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 4 is a schematic plan view illustrating the configuration of the sputtering apparatus according to the second embodiment, and FIG.
FIG. 5 is a schematic sectional view taken along line XX of the sputtering apparatus shown in FIG. 4. In the above-described apparatus of the first embodiment, the bottom film forming step and the side film forming step are continuously performed in one sputtering chamber 4. However, it is possible to provide two sputtering chambers, perform the bottom surface film forming process in one of the sputtering chambers, and perform the side surface film forming process in the other sputtering chamber. The device shown in FIGS. 4 and 5 has this configuration. Specifically, as shown in FIG. 4, two of the plurality of processing chambers are sputtering chambers 81 and 82. One of the two sputtering chambers is a first sputtering chamber 81 for performing a bottom surface film forming process, and the other is a second sputtering chamber 82 for performing a side surface film forming process.
【0034】図5に示すように、二つのスパッタチャン
バー81,82とも、図2に示す第一の実施形態のスパ
ッタチャンバーとほぼ同じ構成である。即ち、第一スパ
ッタチャンバー81は、内部を排気する第一排気系81
1と、被スパッタ面を内部に露出させた第一ターゲット
812と、第一ターゲット812をスパッタするための
第一スパッタ電源813と、内部にガスを導入する第一
ガス導入系814と、内部の所定位置に基板9を保持す
る第一基板ホルダー815とを備えている。また、第二
スパッタチャンバー82は、内部を排気する第二排気系
821と、被スパッタ面を内部に露出させた第二ターゲ
ット822と、第二ターゲット822をスパッタするた
めの第二スパッタ電源823と、内部にガスを導入する
第二ガス導入系824と、内部の所定位置に基板9を保
持する第二基板ホルダー825とを備えている。As shown in FIG. 5, the two sputter chambers 81 and 82 have substantially the same configuration as the sputter chamber of the first embodiment shown in FIG. That is, the first sputtering chamber 81 is provided with a first exhaust system 81 for exhausting the inside.
1, a first target 812 having a sputtered surface exposed inside, a first sputtering power supply 813 for sputtering the first target 812, a first gas introduction system 814 for introducing gas into the inside, A first substrate holder 815 for holding the substrate 9 at a predetermined position. The second sputtering chamber 82 includes a second exhaust system 821 for exhausting the inside, a second target 822 having a sputtered surface exposed inside, and a second sputtering power supply 823 for sputtering the second target 822. , A second gas introduction system 824 for introducing gas into the inside, and a second substrate holder 825 for holding the substrate 9 at a predetermined position inside.
【0035】また、第一スパッタ電源813は、第一の
実施形態におけるスパッタ用高周波電源422と同様の
高周波電源である。そして、第一スパッタ電源813と
第一ターゲット812との間には不図示の整合器が設け
られている。また、第一基板ホルダー815は、TS距
離が短い第一の距離になるように基板9を保持するよう
構成されている。さらに、第一スパッタチャンバー81
内には、第一の実施形態の補助電極47と同様の補助電
極817が設けられており、基板ホルダー815には第
一の実施形態の電界設定手段48と同様の電界設定手段
818が設けられている。また一方、第二スパッタチャ
ンバー82の第二スパッタ電源823は、第一の実施形
態におけるスパッタ用直流電源421と同様の負の直流
電源である。また、第二基板ホルダー825は、TS距
離が短い第二の距離になるように基板9を保持するよう
構成されている。The first sputtering power supply 813 is a high-frequency power supply similar to the sputtering high-frequency power supply 422 in the first embodiment. A matching device (not shown) is provided between the first sputtering power source 813 and the first target 812. The first substrate holder 815 is configured to hold the substrate 9 such that the TS distance is a short first distance. Further, the first sputtering chamber 81
Inside, an auxiliary electrode 817 similar to the auxiliary electrode 47 of the first embodiment is provided, and a substrate holder 815 is provided with an electric field setting means 818 similar to the electric field setting means 48 of the first embodiment. ing. On the other hand, the second sputtering power supply 823 of the second sputtering chamber 82 is a negative DC power supply similar to the sputtering DC power supply 421 in the first embodiment. The second substrate holder 825 is configured to hold the substrate 9 such that the TS distance is a short second distance.
【0036】上記構成に係る第二の実施形態の装置で
は、基板9は、第一スパッタチャンバー81においてイ
オン化スパッタによりホールの底面の成膜速度を高くし
た成膜が行われ、第二スパッタチャンバー82において
低圧遠隔スパッタによりホールの側面の成膜速度を高く
した成膜が行われる。この場合も、第一の実施形態の場
合と同様に、アスペクト比7以上の非常に高いアスペク
ト比のホールの内面に対して十分な厚さで成膜を行うこ
とができる。尚、底面成膜工程と側面成膜工程とが真空
中で連続して行われるので、両工程の間で基板9が汚損
されることがなく、良質な薄膜が作成できる。また、底
面成膜工程と側面成膜工程とが別のスパッタチャンバー
81,82で行われるので、タクトタイムを短くできる
点である。従って、前述した第一の実施形態で、各処理
チャンバーのうちスパッタチャンバー4内での処理が最
も時間を要している場合、この第二の実施形態によると
生産性の向上が望める。但し、スパッタチャンバーが二
つになるので、装置のコストとしては高くなる。逆に言
うと、前述した第一の実施形態は、装置のコストの点で
は有利である。In the apparatus according to the second embodiment having the above structure, the substrate 9 is formed in the first sputtering chamber 81 by ionization sputtering at a high film forming rate on the bottom surface of the hole. In this case, a film is formed at a high film forming rate on the side surface of the hole by low-pressure remote sputtering. Also in this case, as in the case of the first embodiment, it is possible to form a film with a sufficient thickness on the inner surface of a hole having an extremely high aspect ratio of 7 or more. Since the bottom film forming process and the side film forming process are continuously performed in a vacuum, the substrate 9 is not stained between both processes, and a high quality thin film can be formed. Also, the bottom film forming step and the side film forming step are performed in different sputtering chambers 81 and 82, so that the tact time can be shortened. Therefore, in the above-described first embodiment, when the processing in the sputtering chamber 4 among the processing chambers requires the longest time, the improvement in productivity can be expected according to the second embodiment. However, since the number of sputtering chambers is two, the cost of the apparatus is high. Conversely, the first embodiment described above is advantageous in terms of the cost of the device.
【0037】[0037]
【実施例】次に、上記実施形態の発明の実施例を説明す
る。まず、底面成膜工程及び側面成膜工程の双方に共通
した条件は、以下の通りである。 ・基板;直径200mmのシリコンウェーハ ・ホール;開口直径0.4μm,深さ2μm,アスペク
ト比5 ・ターゲット;直径300mmのチタン製Next, an example of the present invention will be described. First, the conditions common to both the bottom film forming step and the side film forming step are as follows.・ Substrate: 200 mm diameter silicon wafer ・ Hole: Opening diameter 0.4 μm, depth 2 μm, aspect ratio 5 ・ Target: Titanium 300 mm in diameter
【0038】また、底面成膜工程の条件は、以下の条件
で行える。 ・成膜圧力;60mTorr ・放電用ガス;アルゴン又は窒素 ・ガス流量;60cc/分 ・スパッタ電源:周波数13.56MHz出力3kW ・ターゲットへの印加電圧;300V ・TS距離;90mm ・基板の温度;350℃ ・基板の自己バイアス電圧;100V 上記条件によると、ホールの底面に対して350オング
ストローム毎分程度の成膜速度で薄膜の作成ができる。
この際のボトムカバレッジ率(ホール外の面に対するホ
ールの底面への成膜速度の比)は、70%程度である。The conditions of the bottom film forming step can be set as follows.・ Film forming pressure: 60 mTorr ・ Discharge gas: Argon or nitrogen ・ Gas flow rate: 60 cc / min ・ Sputter power supply: frequency 13.56 MHz, output 3 kW ・ Applied voltage to target; 300 V ・ TS distance: 90 mm ・ Substrate temperature; 350 ° C. Self-bias voltage of the substrate; 100 V Under the above conditions, a thin film can be formed on the bottom surface of the hole at a deposition rate of about 350 Å / min.
At this time, the bottom coverage ratio (the ratio of the film formation rate on the bottom surface of the hole to the surface outside the hole) is about 70%.
【0039】また、側面成膜工程は、以下の条件で行え
る。 ・成膜圧力;0.3mTorr ・放電用ガス;アルゴン又は窒素 ・ガス流量;10cc/分 ・スパッタ電源;−600V ・ターゲットへの投入電力;12kW ・TS距離;230mm ・基板の温度;350℃ 上記条件によると、ホールの側面に対して700オング
ストローム毎分程度の成膜速度で薄膜の作成ができる。
この際のサイドカバレッジ率(ホール外の面に対するホ
ールの側面への成膜速度の比)は、25%程度である。Further, the side face film forming step can be performed under the following conditions. -Deposition pressure: 0.3 mTorr-Discharge gas: Argon or nitrogen-Gas flow rate: 10 cc / min-Sputter power supply: -600 V-Power input to target: 12 kW-TS distance: 230 mm-Substrate temperature: 350 ° C According to the conditions, a thin film can be formed on the side surface of the hole at a film forming rate of about 700 angstroms per minute.
At this time, the side coverage ratio (the ratio of the film forming rate on the side surface of the hole to the surface outside the hole) is about 25%.
【0040】上述した各実施形態及び実施例において、
必要な厚さの薄膜を底面成膜工程一回と側面成膜工程一
回で作成するのでなく、複数回に分けて作成するように
してもよい。即ち、例えば底面成膜工程の後に側面成膜
工程を行い、このサイクルを複数回繰り返すようにして
もよい。このようにすると、底面成膜工程で作成された
薄膜と側面成膜工程作成された薄膜とは互い違いに積層
された構造が得られる。底面成膜工程で作成される薄膜
と側面成膜工程で作成される薄膜に多少の特性の相違が
ある場合、この相違を緩和し、全体に均質な薄膜を作成
できるメリットがある。In each of the above embodiments and examples,
A thin film having a required thickness may be formed in a plurality of times instead of being formed in one bottom film forming step and one side film forming step. That is, for example, the side surface deposition process may be performed after the bottom surface deposition process, and this cycle may be repeated a plurality of times. In this manner, a structure is obtained in which the thin film formed in the bottom film forming step and the thin film formed in the side film forming step are alternately stacked. When there is a slight difference in characteristics between the thin film formed in the bottom film forming process and the thin film formed in the side film forming process, there is an advantage that the difference can be reduced and a uniform thin film can be formed as a whole.
【0041】[0041]
【発明の効果】以上説明した通り、本願の請求項1の方
法及び請求項2の装置によれば、イオン化スパッタによ
る底面成膜工程と低圧遠隔スパッタによる側面成膜工程
とを組み合わせて真空中で連続して行うので、アスペク
ト比7以上のホールの内面に対しても十分な厚さで成膜
を行うことができる。従って、線幅0.18μm以下の
次世代デバイスの生産にためのブレークスルーを提供す
ることができる。また、請求項3の装置によれば、上記
請求項2の効果に加え、スパッタチャンバーが一つで済
むので、装置のコストが安くできる。また、請求項5の
発明によれば、請求項2の効果に加え、底面成膜工程と
側面成膜程とが別のスパッタチャンバーで行われるの
で、タクトタイムが短くなり、生産性を高くできる可能
性がある。さらに、請求項6の発明によれば、底面成膜
工程及び側面成膜工程の圧力及びTS距離の条件が最適
なものとなり、上記請求項2の効果をより確実に得るこ
とができる。As described above, according to the method of claim 1 and the apparatus of claim 2, the bottom film forming step by ionization sputtering and the side film forming step by low-pressure remote sputtering are combined in a vacuum. Since the film is continuously formed, a film having a sufficient thickness can be formed even on the inner surface of a hole having an aspect ratio of 7 or more. Therefore, it is possible to provide a breakthrough for the production of next-generation devices having a line width of 0.18 μm or less. According to the apparatus of the third aspect, in addition to the effect of the second aspect, since only one sputtering chamber is required, the cost of the apparatus can be reduced. According to the fifth aspect of the present invention, in addition to the effect of the second aspect, the bottom surface forming step and the side surface forming step are performed in different sputtering chambers, so that the tact time is shortened and the productivity can be increased. there is a possibility. Further, according to the invention of claim 6, the conditions of the pressure and the TS distance in the bottom film forming step and the side film forming step are optimized, and the effect of claim 2 can be more reliably obtained.
【図1】請求項2及び3の発明に属する第一の実施形態
に係るスパッタリング装置の構成を示した平面概略図で
ある。FIG. 1 is a schematic plan view showing a configuration of a sputtering apparatus according to a first embodiment belonging to the inventions of claims 2 and 3;
【図2】図1に示すスパッタチャンバー4の構成を示す
正面概略図である。FIG. 2 is a schematic front view showing a configuration of a sputtering chamber 4 shown in FIG.
【図3】側面成膜速度の向上について模式的に説明した
図である。FIG. 3 is a diagram schematically illustrating an improvement in a side surface film forming speed.
【図4】第二の実施形態のスパッタリング装置の構成を
説明する平面概略図FIG. 4 is a schematic plan view illustrating the configuration of a sputtering apparatus according to a second embodiment.
【図5】図4に示すスパッタリング装置のX−Xにおけ
る断面概略図である。5 is a schematic cross-sectional view taken along line XX of the sputtering apparatus shown in FIG.
【図6】高アスペクト比のホールに対する成膜の技術的
困難性を説明した図である。FIG. 6 is a diagram for explaining the technical difficulty of film formation for a hole having a high aspect ratio.
1 セパレーションチャンバー 11 搬送ロボット 2 プリヒートチャンバー 3 前処理エッチングチャンバー 4 スパッタチャンバー 41 排気系 42 ターゲット 421 スパッタ用直流電源 422 スパッタ用高周波電源 423 スイッチ回路 43 磁石機構 45 基板ホルダー 451 ヒータ 44 放電用ガス導入系 46 距離変更機構 47 補助電極 471 コンデンサ 472 補助電源 5 ロードロックチャンバー 6 ゲートバルブ 7 オートローダ 81 第一スパッタチャンバー 82 第二スパッタチャンバー 9 基板 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Separation chamber 11 Transfer robot 2 Preheat chamber 3 Pre-processing etching chamber 4 Sputter chamber 41 Exhaust system 42 Target 421 DC power supply for sputtering 422 High frequency power supply for sputtering 423 Switch circuit 43 Magnet mechanism 45 Substrate holder 451 Heater 44 Discharge gas introduction system 46 Distance changing mechanism 47 Auxiliary electrode 471 Capacitor 472 Auxiliary power supply 5 Load lock chamber 6 Gate valve 7 Autoloader 81 First sputter chamber 82 Second sputter chamber 9 Substrate
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【手続補正書】[Procedure amendment]
【提出日】平成11年2月17日[Submission date] February 17, 1999
【手続補正1】[Procedure amendment 1]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】請求項2[Correction target item name] Claim 2
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【手続補正2】[Procedure amendment 2]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】0001[Correction target item name] 0001
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本願の発明は、スパッタリン
グによって基板の表面に所定の薄膜を作成するスパッタ
リング方法及び装置に関し、特に、基板の表面に形成さ
れた微小なホールの内面への成膜に適したスパッタリン
グ方法及び装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a sputtering method and apparatus for forming a predetermined thin film on the surface of a substrate by sputtering, and is particularly suitable for forming a film on the inner surface of minute holes formed on the surface of the substrate. And a sputtering method and apparatus.
【手続補正3】[Procedure amendment 3]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】0008[Correction target item name] 0008
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本願の請求項1記載の発明は、基板の表面に形成さ
れたホールの内面にスパッタリングによって所定の薄膜
を作成するスパッタリング方法であって、ターゲットか
ら放出されるスパッタ粒子をイオン化させるとともに前
記ホールの深さ方向に成分を持つ電界を設定し、イオン
化したスパッタ粒子をこの電界で加速することで前記ホ
ールの底面への成膜速度を高めた底面成膜工程と、底面
成膜工程に比べてターゲットと基板との距離を長くする
とともに圧力を低くしてスパッタリングを行って前記ホ
ールの側面への成膜速度を高める側面成膜工程とを含
み、底面成膜工程と側面成膜工程とが真空中で連続して
行われるという構成を有する。また、上記課題を解決す
るため、請求項2記載の発明は、基板の表面に形成され
たホールの内面にスパッタリングによって所定の薄膜を
作成するスパッタリング装置であって、排気系を備えた
スパッタチャンバーと、スパッタチャンバー内に所定の
ガスを導入するガス導入系と、スパッタチャンバー内に
被スパッタ面が露出するようにして設けられたターゲッ
トと、ターゲットに電圧を印加してターゲットをスパッ
タするスパッタ電源と、スパッタによりターゲットから
放出されたスパッタ粒子をイオン化するためのイオン化
手段と、スパッタチャンバー内の所定位置に基板を保持
するための基板ホルダーと、イオン化手段によりイオン
化されたスパッタ粒子を基板に垂直に加速するための電
界を設定する電界設定手段と、ターゲットと基板との間
の距離を変更する距離変更機構と、排気系、ガス導入
系、イオン化手段、電界設定手段及び距離変更機構を制
御することが可能な制御部を備えており、前記制御部
は、前記イオン化手段及び前記電界設定手段を動作させ
る際には前記スパッタチャンバー内の圧力を高い第一の
圧力に保つよう前記排気系及び前記ガス導入系を制御す
るとともに前記ターゲットと基板との距離を短い第一の
距離になるよう前記距離変更機構を制御し、前記イオン
化手段及び前記電界設定手段を動作させない際には前記
スパッタチャンバー内の圧力を第一の圧力より低い第二
の圧力に保つよう前記排気系を制御するとともに前記タ
ーゲットと基板との距離を第一の距離より長い第二の距
離になるよう前記距離変更機構を制御するものであると
いう構成を有する。また、上記課題を解決するため、請
求項3記載の発明は、上記請求項2の構成において、前
記スパッタ電源は高周波電源であり、この高周波電源に
よって設定された電界により前記スパッタ粒子をイオン
化させることが可能であって前記スパッタ電源は前記イ
オン化手段に兼用されており、さらに、前記ターゲット
に負の直流電圧を印加する負の直流電源が設けられてお
り、高周波電源の電圧と負の直流電源の電圧とが選択的
に又は同時に前記ターゲットに印加されるようにするス
イッチ回路を有している。また、上記課題を解決するた
め、請求項4記載の発明は、中央に設けられたセパレー
ションチャンバーの周囲に少なくとも一つのロードロッ
クチャンバーと複数の処理チャンバーとを気密に接続し
たマルチチャンバータイプのスパッタリング装置であっ
て、前記複数の処理チャンバーのうちの一つは第一スパ
ッタチャンバーであって、他の一つは第二スパッタチャ
ンバーであり、前記第一スパッタチャンバーには、第一
スパッタチャンバー内を排気する第一排気系と、第一ス
パッタチャンバー内に所定のガスを導入する第一ガス導
入系と、第一スパッタチャンバー内に被スパッタ面が露
出するようにして設けられた第一ターゲットと、第一タ
ーゲットに電圧を印加してターゲットをスパッタする第
一スパッタ電源と、スパッタにより第一ターゲットから
放出されたスパッタ粒子をイオン化するためのイオン化
手段と、第一スパッタチャンバー内の所定位置に基板を
保持するための第一基板ホルダーと、イオン化手段によ
りイオン化されたスパッタ粒子を基板に垂直に加速する
ための電界を設定する電界設定手段とが設けられてお
り、第一の排気系及び第一ガス導入系は第一スパッタチ
ャンバー内を高い第一の圧力に維持することが可能であ
り、また、第一基板ホルダーは基板と第一ターゲットと
の間の距離が短い第一の距離となるよう基板を保持する
ものであり、前記第二スパッタチャンバーには、第二ス
パッタチャンバー内を排気する第二排気系と、第二スパ
ッタチャンバー内に被スパッタ面が露出するようにして
設けられた第二ターゲットと、第二ターゲットに電圧を
印加して第二ターゲットをスパッタする第二スパッタ電
源と、第二スパッタチャンバー内の所定位置に基板を保
持するための第二基板ホルダーとが設けられており、前
記第二排気系は第二スパッタチャンバー内を第一の圧力
より低い第二の圧力に維持することが可能であり、前記
第二基板ホルダーは基板と第二ターゲットとの間の距離
が第一の距離より長い第二の距離となるよう基板を保持
するものであるという構成を有する。また、上記課題を
解決するため、請求項5記載の発明は、上記請求項2、
3又は4の構成において、前記第一の圧力は10mTo
rrから100mTorrの範囲内であって前記第二の
圧力は1mTorr以下であり、前記第一の距離は基板
の最大幅の1/2.5から1/1の範囲内の距離であっ
て前記第二の距離は基板の最大幅の1から1.5倍の範
囲内の距離であるという構成を有する。According to a first aspect of the present invention, there is provided a sputtering method for forming a predetermined thin film on the inner surface of a hole formed in a surface of a substrate by sputtering. The ionization of the sputter particles emitted from the target is performed, and an electric field having a component in the depth direction of the hole is set, and the ionized sputter particles are accelerated by the electric field to increase the film forming speed on the bottom surface of the hole. Bottom film forming step and a side film forming step of increasing the distance between the target and the substrate and lowering the pressure as compared to the bottom film forming step to increase the film forming rate on the side surface of the hole by performing sputtering. In this case, the bottom film forming step and the side film forming step are performed continuously in a vacuum. According to another aspect of the present invention, there is provided a sputtering apparatus for forming a predetermined thin film by sputtering on an inner surface of a hole formed on a surface of a substrate, wherein the sputtering apparatus includes an exhaust system. A gas introduction system for introducing a predetermined gas into the sputtering chamber, a target provided so that a surface to be sputtered is exposed in the sputtering chamber, a sputtering power supply for applying a voltage to the target and sputtering the target, Ionization means for ionizing sputter particles emitted from a target by sputtering, a substrate holder for holding a substrate at a predetermined position in a sputtering chamber, and acceleration of sputter particles ionized by the ionization means perpendicular to the substrate Field setting means for setting an electric field for the target, the target and the substrate And a control unit capable of controlling an exhaust system, a gas introduction system, an ionization unit, an electric field setting unit, and a distance change mechanism, and the control unit controls the ionization. When operating the means and the electric field setting means, the exhaust system and the gas introduction system are controlled so as to keep the pressure in the sputtering chamber at a high first pressure, and the distance between the target and the substrate is short. controls the distance changing mechanism so that the a distance, the ions
When the decomposing means and the electric field setting means are not operated, the exhaust system is controlled so that the pressure in the sputtering chamber is maintained at a second pressure lower than the first pressure, and the distance between the target and the substrate is set to a first value. The distance changing mechanism is controlled to be a second distance longer than the distance. According to a third aspect of the present invention, in the configuration of the second aspect, the sputter power supply is a high-frequency power supply, and the sputter particles are ionized by an electric field set by the high-frequency power supply. It is possible that the sputtering power supply is also used for the ionization means, further provided with a negative DC power supply for applying a negative DC voltage to the target, the voltage of the high frequency power supply and the negative DC power supply A switch circuit for selectively or simultaneously applying a voltage to the target. In order to solve the above problem, the invention according to claim 4 is a multi-chamber type sputtering apparatus in which at least one load lock chamber and a plurality of processing chambers are air-tightly connected around a separation chamber provided at the center. Wherein one of the plurality of processing chambers is a first sputter chamber, the other is a second sputter chamber, and the first sputter chamber is evacuated from the inside of the first sputter chamber. A first exhaust system, a first gas introduction system for introducing a predetermined gas into the first sputtering chamber, a first target provided in the first sputtering chamber so that the surface to be sputtered is exposed, A first sputtering power source for applying a voltage to one target to sputter the target; Ionizing means for ionizing sputter particles released from the slot, a first substrate holder for holding the substrate at a predetermined position in the first sputter chamber, and the sputter particles ionized by the ionizing means perpendicular to the substrate. An electric field setting means for setting an electric field for accelerating is provided, and the first exhaust system and the first gas introduction system can maintain the inside of the first sputtering chamber at a high first pressure. The first substrate holder holds the substrate so that the distance between the substrate and the first target is a short first distance, and the second sputter chamber is evacuated from the second sputter chamber. A second exhaust system, a second target provided such that the surface to be sputtered is exposed in the second sputtering chamber, and applying a voltage to the second target. A second sputtering power source for sputtering the two targets, and a second substrate holder for holding the substrate at a predetermined position in the second sputtering chamber are provided, and the second exhaust system is configured to pass the second sputtering chamber through the second sputtering chamber. The second substrate holder can maintain the substrate at a second pressure lower than the first pressure such that a distance between the substrate and the second target is a second distance longer than the first distance. It has a configuration to hold. In order to solve the above-mentioned problem, the invention described in claim 5 is based on claim 2,
In the configuration of 3 or 4, the first pressure is 10 mTo
rr to 100 mTorr and the second pressure is 1 mTorr or less, and the first distance is a distance within a range of 1 / 2.5 to 1/1 of the maximum width of the substrate, and The second distance has a configuration in which the distance is within a range of 1 to 1.5 times the maximum width of the substrate.
【手続補正4】[Procedure amendment 4]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】0013[Correction target item name] 0013
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【0013】高周波スパッタについてより詳しく説明す
ると、ターゲット42とスパッタ用高周波電源422と
の間には、コンデンサ等のキャパシタンスが設けられて
いる。スパッタ用高周波電源422によってターゲット
42に高周波電圧を印加すると、ターゲット42を臨む
空間に高周波放電が生じ、プラズマが形成される。この
際、キャパシタンスを介してターゲット42に高周波電
圧を印加すると、キャパシタンスの充放電にプラズマ中
の電子と正イオンが作用し、電子と正イオンの移動度の
違いによって基板9に負の自己バイアス電圧が生じる。
プラズマの空間電位は0〜40ボルト程度の正の電位で
あり、負の自己バイアス電圧が生じたターゲット42と
プラズマとの間にターゲット42に向かって徐々に電位
が下がる電界が設定される。プラズマ中の正イオンはこ
の電界によって加速されてターゲット42に衝突し、タ
ーゲット42をスパッタしてスパッタ放電が持続する。
尚、スパッタ用直流電源421とスパッタ用高周波電源
422とはターゲット42に対してパラレルに接続され
ており、その分岐部分にはスイッチ回路423が設けら
れている。図2から分かる通り、スイッチ回路423
は、スパッタ用直流電源421,スパッタ用高周波42
2のいずれかを接続するか、もしくは、その両方を同時
に接続するかが選択できるよう構成されている。The high-frequency sputtering will be described in more detail. A capacitance such as a capacitor is provided between the target 42 and the high-frequency power supply 422 for sputtering. When a high-frequency voltage is applied to the target 42 by the high-frequency power supply 422 for sputtering, a high-frequency discharge is generated in a space facing the target 42 to form plasma. At this time, when a high-frequency voltage is applied to the target 42 via the capacitance, electrons and positive ions in the plasma act on charging and discharging of the capacitance, and a negative self-bias voltage is applied to the substrate 9 due to a difference in mobility between the electrons and the positive ions. Occurs.
The space potential of the plasma is a positive potential of about 0 to 40 volts, and an electric field whose potential gradually decreases toward the target 42 is set between the plasma and the target 42 where the negative self-bias voltage is generated. Positive ions in the plasma are accelerated by the electric field, collide with the target 42, sputter the target 42, and the sputter discharge continues.
The DC power supply 421 for sputtering and the high-frequency power supply 422 for sputtering are connected in parallel to the target 42, and a switch circuit 423 is provided at a branch portion thereof. As can be seen from FIG. 2, the switch circuit 423
Are the DC power supply 421 for sputtering and the high frequency 42 for sputtering.
2 or both of them can be connected at the same time.
【手続補正5】[Procedure amendment 5]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】0020[Correction target item name] 0020
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【0020】ガス導入系44によってスパッタ用ガスが
スパッタチャンバー4に導入されている状態でスパッタ
用高周波電源422を動作させると、前述したように、
ターゲット42が高周波スパッタされる。この際、高周
波電界によってガスがプラズマ化してプラズマが形成さ
れる。ターゲット42から放出される中性スパッタ粒子
は、このプラズマ中を通過する際に、プラズマ中のイオ
ンや電子と衝突してイオン化する(以下、イオン化スパ
ッタ粒子)ようになっている。このイオン化スパッタ粒
子は、電界設定手段48が設定する電界によって加速さ
れてプラズマから引き出され、基板9に対してより垂直
に近い角度で飛行して基板9に入射するようになってい
る。具体的には、電界設定手段48には、基板ホルダー
45に高周波電圧を印加して高周波とプラズマとの相互
作用により基板9に負の自己バイアス電圧を与える高周
波電源481が採用されている。高周波電源481とし
ては、例えば13.56MHz出力1kW程度のものが
使用できる。高周波電源481と基板ホルダー45との
間には、整合器482が設けられている。さらに、基板
9及び基板ホルダー45がいずれも導体である場合、高
周波の伝送経路に所定のコンデンサが設けられ、コンデ
ンサを介して基板9に高周波電圧を印加するよう構成さ
れる。When the sputtering high-frequency power supply 422 is operated while the sputtering gas is being introduced into the sputtering chamber 4 by the gas introduction system 44, as described above,
The target 42 is subjected to high frequency sputtering. At this time, the gas is turned into plasma by the high-frequency electric field to form plasma. Neutral sputtering particles emitted from the target 42, this plasma as it passes through, ionizing collide with ions and electrons in the plasma (hereinafter, ionized sputter particles) is adapted. The ionized sputtered particles are accelerated by the electric field set by the electric field setting means 48, are extracted from the plasma, fly at an angle more perpendicular to the substrate 9, and enter the substrate 9. Specifically, the electric field setting means 48 employs a high frequency power supply 481 which applies a high frequency voltage to the substrate holder 45 and applies a negative self-bias voltage to the substrate 9 by the interaction between the high frequency and the plasma. The high frequency power source 481, for example, of about 13.56MHz output 1 k W can be used. A matching device 482 is provided between the high frequency power supply 481 and the substrate holder 45. Further, when the substrate 9 and the substrate holder 45 are both conductors, a predetermined capacitor is provided in a high-frequency transmission path, and a high-frequency voltage is applied to the substrate 9 via the capacitor.
【手続補正6】[Procedure amendment 6]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】0021[Correction target item name] 0021
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【0021】前述したスパッタ用高周波電源422の場
合と同様に、キャパシタンスを介して基板9に高周波電
圧を印加すると、基板9に自己バイアス電圧が生じ、基
板9とプラズマとの間に基板9に向かって徐々に電位が
下がる電界が設定される。この電界の向きは基板9に対
して垂直であり、正にイオン化されたスパッタ粒子はこ
の電界によって加速されて基板9に垂直に入射するよう
になっている。上記イオン化スパッタにおいて、プラズ
マ中のイオンは、電界の向きの周期的な変化に追従する
ようにして運動方向を変える。この際、補助電極47は
コンデンサ471によって接地電位から絶縁されるか補
助電源472が接続されるため、補助電極47付近にも
電界が設定される。この結果、イオンは広い範囲にわた
って運動を行うようになっており、イオンが中性スパッ
タ粒子に衝突してイオン化する確率が高い。つまり、補
助電極47は、スパッタ粒子のイオン化効率を高める作
用を持っている。When a high-frequency voltage is applied to the substrate 9 via a capacitance as in the case of the high-frequency power source 422 for sputtering described above, a self-bias voltage is generated in the substrate 9 and the substrate 9 is moved between the substrate 9 and the plasma toward the substrate 9. Thus, an electric field whose potential gradually decreases is set. The direction of the electric field is perpendicular to the substrate 9, and the positively ionized sputtered particles are accelerated by the electric field and vertically incident on the substrate 9. In the ionization sputtering, ions in the plasma change the direction of movement so as to follow a periodic change in the direction of the electric field. At this time, since the auxiliary electrode 47 is insulated from the ground potential by the capacitor 471 or is connected to the auxiliary power supply 472, an electric field is also set near the auxiliary electrode 47 . As a result, the ions move over a wide range, and there is a high probability that the ions collide with the neutral sputtered particles and are ionized. That is, the auxiliary electrode 47 has the function of increasing the ionization efficiency of sputtered particles.
【手続補正7】[Procedure amendment 7]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】0024[Correction target item name] 0024
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【0024】まず、底面成膜工程を行う場合、排気速度
調整器412及び流量調整器444を制御してスパッタ
チャンバー4内を高い第一の圧力に保つ。また、距離変
更機構46は、ターゲット42と基板9との距離(以
下、TS距離)が短い第一の距離になるよう予め基板ホ
ルダー45を移動させている。この状態で、スパッタ用
高周波電源422及び電界設定手段48を動作させ、イ
オン化スパッタを行う。即ち、前述したように、スパッ
タ用高周波電源422がターゲット42に与える電圧に
より高周波スパッタを行うとともにプラズマ中でスパッ
タ粒子をイオン化させる。そして、電界設定手段48が
設定した電界によりイオン化スパッタ粒子を引き出して
基板9により垂直に入射させる。スパッタ粒子が基板9
により垂直に入射するようになると、スパッタ粒子はホ
ールの底面まで到達し易くなるから、ホールの底面での
膜堆積が促進される。即ち、ホールの底面の成膜速度が
増加する。尚、このように圧力を低くし、且つ、TS距
離を長くして行うスパッタは、「低圧遠隔スパッタ」と
呼ばれる。 First, when performing the bottom surface deposition step, the inside of the sputtering chamber 4 is maintained at a high first pressure by controlling the pumping speed controller 412 and the flow rate controller 444. Further, the distance changing mechanism 46 moves the substrate holder 45 in advance so that the distance between the target 42 and the substrate 9 (hereinafter, referred to as TS distance) becomes a short first distance. In this state, the sputtering high-frequency power supply 422 and the electric field setting means 48 are operated to perform ionized sputtering. That is, as described above, the high-frequency sputtering power supply 422 performs high-frequency sputtering with the voltage applied to the target 42 and ionizes the sputtered particles in the plasma. Then, the ionized sputtered particles are drawn out by the electric field set by the electric field setting means 48 and vertically incident on the substrate 9. The sputtered particles are on the substrate 9
When the light is incident vertically, the sputtered particles can easily reach the bottom surface of the hole, so that film deposition on the bottom surface of the hole is promoted. That is, the film forming speed on the bottom surface of the hole increases. It should be noted that the pressure is reduced as described above and the TS distance is reduced.
Sputtering with a long separation is called "low pressure remote sputtering".
be called.
【手続補正8】[Procedure amendment 8]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】0025[Correction target item name] 0025
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【0025】次に、側面成膜工程を行う。具体的には、
距離変更機構46を動作させ、TS距離が長い第二の距
離になるよう予め基板ホルダー45を移動させる。ま
た、排気速度調整器412及び流量調整器444を制御
してスパッタチャンバー4内を低い第二の圧力に保つ。
この状態で、スパッタ用直流電源421を動作させ、直
流スパッタを行う。この際、TS距離が長く圧力が低い
ので、ホールの側面への膜堆積が促進され、側面成膜速
度の高いスパッタリングが行える。そして、このスパッ
タリングを所定時間行った後、スパッタ用高周波電源4
22、電界設定手段48、ガス導入系44等の動作を止
め、基板9をスパッタチャンバー4から取り出す。Next, a side face film forming step is performed. In particular,
The distance changing mechanism 46 is operated to move the substrate holder 45 in advance so that the TS distance becomes the second long distance. Further, the inside of the sputtering chamber 4 is kept at a low second pressure by controlling the pumping speed controller 412 and the flow rate controller 444.
In this state, the DC power supply 421 for sputtering is operated to perform DC sputtering. At this time, since the TS distance is long and the pressure is low, film deposition on the side surface of the hole is promoted, and sputtering with a high side surface deposition rate can be performed. After performing the sputtering for a predetermined time, the high-frequency power source 4 for sputtering is used.
22, the operation of the electric field setting means 48, the gas introduction system 44 and the like are stopped, and the substrate 9 is taken out of the sputtering chamber 4.
【手続補正9】[Procedure amendment 9]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】0030[Correction target item name] 0030
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【0030】その後、基板9はスパッタチャンバー4か
ら搬出され、必要に応じて反射防止膜の作成や冷却等の
処理をした後、搬送ロボット11によりロードロックチ
ャンバー5内のロック内カセット51に収容される。そ
の後、ロック内カセット51に所定数の処理済みの基板
9が収容されると、オートローダ7が動作し、処理済み
の基板9を外部カセット62に搬出する。Thereafter, the substrate 9 is carried out of the sputter chamber 4 and subjected to processing such as formation of an anti-reflection film and cooling if necessary. Then, the substrate 9 is accommodated in the lock cassette 51 in the load lock chamber 5 by the transfer robot 11. You. After that , when a predetermined number of processed substrates 9 are stored in the cassette 51 inside the lock , the autoloader 7 operates to carry out the processed substrates 9 to the external cassette 62.
【手続補正10】[Procedure amendment 10]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】0035[Correction target item name] 0035
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【0035】また、第一スパッタ電源813は、第一の
実施形態におけるスパッタ用高周波電源422と同様の
高周波電源である。そして、第一スパッタ電源813と
第一ターゲット812との間には不図示の整合器が設け
られている。また、第一基板ホルダー815は、TS距
離が短い第一の距離になるように基板9を保持するよう
構成されている。さらに、第一スパッタチャンバー81
内には、第一の実施形態の補助電極47と同様の補助電
極817が設けられており、基板ホルダー815には第
一の実施形態の電界設定手段48と同様の電界設定手段
818が設けられている。また一方、第二スパッタチャ
ンバー82の第二スパッタ電源823は、第一の実施形
態におけるスパッタ用直流電源421と同様の負の直流
電源である。また、第二基板ホルダー825は、TS距
離が長い第二の距離になるように基板9を保持するよう
構成されている。The first sputtering power supply 813 is a high-frequency power supply similar to the sputtering high-frequency power supply 422 in the first embodiment. A matching device (not shown) is provided between the first sputtering power source 813 and the first target 812. The first substrate holder 815 is configured to hold the substrate 9 such that the TS distance is a short first distance. Further, the first sputtering chamber 81
Inside, an auxiliary electrode 817 similar to the auxiliary electrode 47 of the first embodiment is provided, and a substrate holder 815 is provided with an electric field setting means 818 similar to the electric field setting means 48 of the first embodiment. ing. On the other hand, the second sputtering power supply 823 of the second sputtering chamber 82 is a negative DC power supply similar to the sputtering DC power supply 421 in the first embodiment. The second substrate holder 825 is configured to hold the substrate 9 such that the TS distance is a long second distance.
【手続補正11】[Procedure amendment 11]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】0041[Correction target item name] 0041
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【0041】[0041]
【発明の効果】以上説明した通り、本願の請求項1の方
法及び請求項2の装置によれば、イオン化スパッタによ
る底面成膜工程と低圧遠隔スパッタによる側面成膜工程
とを組み合わせて真空中で連続して行うので、アスペク
ト比7以上のホールの内面に対しても十分な厚さで成膜
を行うことができる。従って、線幅0.18μm以下の
次世代デバイスの生産のためのブレークスルーを提供す
ることができる。また、請求項3の装置によれば、上記
請求項2の効果に加え、スパッタチャンバーが一つで済
むので、装置のコストが安くできる。また、請求項5の
発明によれば、請求項2の効果に加え、底面成膜工程と
側面成膜程とが別のスパッタチャンバーで行われるの
で、タクトタイムが短くなり、生産性を高くできる可能
性がある。さらに、請求項6の発明によれば、底面成膜
工程及び側面成膜工程の圧力及びTS距離の条件が最適
なものとなり、上記請求項2の効果をより確実に得るこ
とができる。As described above, according to the method of claim 1 and the apparatus of claim 2, the bottom film forming step by ionization sputtering and the side film forming step by low-pressure remote sputtering are combined in a vacuum. Since the film is continuously formed, a film having a sufficient thickness can be formed even on the inner surface of a hole having an aspect ratio of 7 or more. Therefore, it is possible to provide a breakthrough for the production of the following next-generation devices linewidth 0.18 .mu.m. According to the apparatus of the third aspect, in addition to the effect of the second aspect, since only one sputtering chamber is required, the cost of the apparatus can be reduced. According to the fifth aspect of the present invention, in addition to the effect of the second aspect, the bottom surface forming step and the side surface forming step are performed in different sputtering chambers, so that the tact time is shortened and the productivity can be increased. there is a possibility. Further, according to the invention of claim 6, the conditions of the pressure and the TS distance in the bottom film forming step and the side film forming step are optimized, and the effect of claim 2 can be more reliably obtained.
【手続補正12】[Procedure amendment 12]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】符号の説明[Correction target item name] Explanation of sign
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【符号の説明】 1 セパレーションチャンバー 11 搬送ロボット 2 プリヒートチャンバー 3 前処理エッチングチャンバー 4 スパッタチャンバー 41 排気系 42 ターゲット 421 スパッタ用直流電源 422 スパッタ用高周波電源 423 スイッチ回路 43 磁石機構 44 ガス導入系 45 基板ホルダー 451 ヒータ 46 距離変更機構 47 補助電極 471 コンデンサ 472 補助電源 5 ロードロックチャンバー 6 ゲートバルブ 7 オートローダ 81 第一スパッタチャンバー 82 第二スパッタチャンバー 9 基板[Description of Signs] 1 Separation chamber 11 Transfer robot 2 Preheat chamber 3 Pretreatment etching chamber 4 Sputter chamber 41 Exhaust system 42 Target 421 DC power supply for sputtering 422 High frequency power supply for sputtering 423 Switch circuit 43 Magnet mechanism 44 Gas introduction system 45 Substrate holder 451 Heater 46 Distance changing mechanism 47 Auxiliary electrode 471 Capacitor 472 Auxiliary power supply 5 Load lock chamber 6 Gate valve 7 Autoloader 81 First sputter chamber 82 Second sputter chamber 9 Substrate
Claims (5)
スパッタリングによって所定の薄膜を作成するスパッタ
リング方法であって、 ターゲットから放出されるスパッタ粒子をイオン化させ
るとともに前記ホールの深さ方向に成分を持つ電界を設
定し、イオン化したスパッタ粒子をこの電界で加速する
ことで前記ホールの底面への成膜速度を高めた底面成膜
工程と、底面成膜工程に比べてターゲットと基板との距
離を長くするとともに圧力を低くしてスパッタリングを
行って前記ホールの側面への成膜速度を高める側面成膜
工程とを含み、底面成膜工程と側面成膜工程とが真空中
で連続して行われることを特徴とするスパッタリング方
法。1. A sputtering method for forming a predetermined thin film on the inner surface of a hole formed on a surface of a substrate by sputtering, wherein a sputtered particle emitted from a target is ionized and a component is formed in a depth direction of the hole. An electric field to be set is set, and the distance between the target and the substrate is increased as compared with the bottom film forming step in which a film forming speed on the bottom surface of the hole is increased by accelerating the ionized sputter particles by this electric field. Includes a longer side and a lower pressure to perform a sputtering to increase the film forming rate on the side surface of the hole, and a side surface film forming step and a side surface film forming step are continuously performed in a vacuum. A sputtering method characterized by the above-mentioned.
スパッタリングによって所定の薄膜を作成するスパッタ
リング装置であって、 排気系を備えたスパッタチャンバーと、スパッタチャン
バー内に所定のガスを導入するガス導入系と、スパッタ
チャンバー内に被スパッタ面が露出するようにして設け
られたターゲットと、ターゲットに電圧を印加してター
ゲットをスパッタするスパッタ電源と、スパッタにより
ターゲットから放出されたスパッタ粒子をイオン化する
ためのイオン化手段と、スパッタチャンバー内の所定位
置に基板を保持するための基板ホルダーと、イオン化手
段によりイオン化されたスパッタ粒子を基板に垂直に加
速するための電界を設定する電界設定手段と、ターゲッ
トと基板との間の距離を変更する距離変更機構と、排気
系、ガス導入系、イオン化手段、電界設定手段及び距離
変更機構を制御することが可能な制御部を備えており、 前記制御部は、前記イオン化手段及び前記電界設定手段
を動作させる際には前記スパッタチャンバー内の圧力を
高い第一の圧力に保つよう前記排気系及び前記ガス導入
系を制御するとともに前記ターゲットと基板との距離を
短い第一の距離になるよう距離変更手段を制御し、前記
前記イオン化手段及び前記電界設定手段を動作させない
際には前記スパッタチャンバー内の圧力を第一の圧力よ
り低い第二の圧力に保つよう前記排気系を制御するとと
もに前記ターゲットと基板との距離を第一の距離より長
い第二の距離になるよう距離変更手段を制御するもので
あることを特徴とするスパッタリング装置。2. A sputtering apparatus for forming a predetermined thin film by sputtering on an inner surface of a hole formed on a surface of a substrate, comprising: a sputter chamber provided with an exhaust system; and a gas for introducing a predetermined gas into the sputter chamber. An introduction system, a target provided in a sputtering chamber so that a surface to be sputtered is exposed, a sputtering power supply for applying a voltage to the target to sputter the target, and ionizing sputter particles emitted from the target by sputtering. Ionization means for holding a substrate in a predetermined position in a sputtering chamber, a substrate holder, an electric field setting means for setting an electric field for vertically accelerating sputter particles ionized by the ionization means to the substrate, and a target A distance changing mechanism for changing a distance between the substrate and the substrate; A gas system, a gas introduction system, an ionization unit, an electric field setting unit, and a control unit capable of controlling a distance changing mechanism are provided.The control unit is configured to operate the ionization unit and the electric field setting unit. Controlling the exhaust system and the gas introduction system so as to maintain the pressure in the sputtering chamber at a high first pressure, and controlling a distance changing unit so that the distance between the target and the substrate is a short first distance, When the ionization unit and the electric field setting unit are not operated, the exhaust system is controlled so as to maintain the pressure in the sputtering chamber at a second pressure lower than the first pressure, and the distance between the target and the substrate is reduced. A sputtering apparatus for controlling a distance changing means so as to be a second distance longer than the first distance.
この高周波電源によって設定された電界により前記スパ
ッタ粒子をイオン化させることが可能であって前記スパ
ッタ電源は前記イオン化手段に兼用されており、さら
に、前記ターゲットに負の直流電圧を印加する負の直流
電源が設けられており、高周波電源の電圧と負の直流電
源の電圧とが選択的に又は同時に前記ターゲットに印加
されるようにするスイッチ回路を有していることを特徴
とする請求項2記載のスパッタリング装置。3. The high frequency power supply according to claim 1, wherein the sputtering power supply is a high frequency power supply.
The sputter particles can be ionized by an electric field set by the high-frequency power supply, and the sputter power supply is also used as the ionization means, and further, a negative DC power supply for applying a negative DC voltage to the target 3. The switch according to claim 2, further comprising: a switch circuit configured to selectively or simultaneously apply a voltage of the high-frequency power supply and a voltage of the negative DC power supply to the target. Sputtering equipment.
バーの周囲に少なくとも一つのロードロックチャンバー
と複数の処理チャンバーとを気密に接続したマルチチャ
ンバータイプのスパッタリング装置であって、 前記複数の処理チャンバーのうちの一つは第一スパッタ
チャンバーであって、他の一つは第二スパッタチャンバ
ーであり、 前記第一スパッタチャンバーには、第一スパッタチャン
バー内を排気する第一排気系と、第一スパッタチャンバ
ー内に所定のガスを導入する第一ガス導入系と、第一ス
パッタチャンバー内に被スパッタ面が露出するようにし
て設けられた第一ターゲットと、第一ターゲットに電圧
を印加してターゲットをスパッタする第一スパッタ電源
と、スパッタにより第一ターゲットから放出されたスパ
ッタ粒子をイオン化するためのイオン化手段と、第一ス
パッタチャンバー内の所定位置に基板を保持するための
第一基板ホルダーと、イオン化手段によりイオン化され
たスパッタ粒子を基板に垂直に加速するための電界を設
定する電界設定手段とが設けられており、第一の排気系
及び第一ガス導入系は第一スパッタチャンバー内を高い
第一の圧力に維持することが可能であり、また、第一基
板ホルダーは基板と第一ターゲットとの間の距離が短い
第一の距離となるよう基板を保持するものであり、 前記第二スパッタチャンバーには、第二スパッタチャン
バー内を排気する第二排気系と、第二スパッタチャンバ
ー内に被スパッタ面が露出するようにして設けられた第
二ターゲットと、第二ターゲットに電圧を印加して第二
ターゲットをスパッタする第二スパッタ電源と、第二ス
パッタチャンバー内の所定位置に基板を保持するための
第二基板ホルダーとが設けられており、前記第二排気系
は第二スパッタチャンバー内を第一の圧力より低い第二
の圧力に維持することが可能であり、前記第二基板ホル
ダーは基板と第二ターゲットとの間の距離が第一の距離
より長い第二の距離となるよう基板を保持するものであ
ることを特徴とするスパッタリング装置。4. A multi-chamber type sputtering apparatus in which at least one load lock chamber and a plurality of processing chambers are air-tightly connected around a separation chamber provided at a center, wherein the plurality of processing chambers are provided. One is a first sputtering chamber, and the other is a second sputtering chamber. The first sputtering chamber has a first exhaust system for exhausting the inside of the first sputtering chamber, and a first sputtering chamber. A first gas introduction system for introducing a predetermined gas into the first target, a first target provided such that a surface to be sputtered is exposed in a first sputtering chamber, and applying a voltage to the first target to sputter the target. The first sputter power source and the sputter particles emitted from the first target by sputtering are ionized. An ionization means for converting the ionization means, a first substrate holder for holding the substrate at a predetermined position in the first sputtering chamber, and an electric field for vertically accelerating the sputtered particles ionized by the ionization means toward the substrate. Electric field setting means is provided, the first exhaust system and the first gas introduction system can maintain a high first pressure in the first sputtering chamber, and the first substrate holder And holding the substrate so that the distance between the first target and the first target is a short first distance, the second sputtering chamber, a second exhaust system for exhausting the second sputtering chamber, a second exhaust system, A second target provided in the sputtering chamber so that the surface to be sputtered is exposed, and a second sputtering for applying a voltage to the second target to sputter the second target. A power supply and a second substrate holder for holding the substrate at a predetermined position in the second sputtering chamber are provided, and the second exhaust system is configured to supply a second pressure lower than the first pressure in the second sputtering chamber. It is possible to maintain the pressure, the second substrate holder is to hold the substrate so that the distance between the substrate and the second target is a second distance longer than the first distance. Sputtering equipment.
00mTorrの範囲内であって前記第二の圧力は1m
Torr以下であり、前記第一の距離は基板の最大幅の
1/2.5から1/1の範囲内の距離であって前記第二
の距離は基板の最大幅の1から1.5倍の範囲内の距離
であることを特徴とする請求項2、3又は4記載のスパ
ッタリング装置。5. The method according to claim 1, wherein the first pressure is from 10 mTorr to 1 mTorr.
00 mTorr and the second pressure is 1 m
Torr or less, the first distance is a distance within a range of 1 / 2.5 to 1/1 of the maximum width of the substrate, and the second distance is 1 to 1.5 times the maximum width of the substrate. 5. The sputtering apparatus according to claim 2, wherein the distance is within the range.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP11543598A JP4167749B2 (en) | 1998-04-24 | 1998-04-24 | Sputtering method and sputtering apparatus |
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JPH11302842A true JPH11302842A (en) | 1999-11-02 |
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ID=14662501
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1998
- 1998-04-24 JP JP11543598A patent/JP4167749B2/en not_active Expired - Lifetime
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