JP2720464B2 - Method and apparatus for forming metal thin film - Google Patents
Method and apparatus for forming metal thin filmInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は薄膜形成後の後処理に関するものである。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to post-processing after forming a thin film.
従来の技術 近年の超LSIの高密度集積化にともなって多層の配線
化技術が必要不可欠となってきている。この高密度化さ
れた多層配線では下層と上層の金属配線の接続が必要で
あり、アスペクト比(コンタクトホールの直径に対する
深さ)の大きいコンタクトホールを接続することができ
る薄膜形成方法が開発されつつある。2. Description of the Related Art With the recent high-density integration of VLSI, multilayer wiring technology has become indispensable. This high-density multilayer wiring requires connection of lower and upper metal wirings, and a thin film forming method capable of connecting a contact hole having a large aspect ratio (depth with respect to the diameter of the contact hole) is being developed. is there.
この薄膜形成方法の一例の従来例として、バイアスス
パッタ法を第6図をもとに説明する。As a conventional example of this thin film forming method, a bias sputtering method will be described with reference to FIG.
チェンバー101内にはアノード電極104とカソード電極
102があり、カソード電極102はAl−Si(2%)ターゲッ
ト、アノード電極には基板105が置かれる。また二つの
電極にはコンデンサー107を介してRF電源(1)103とRF
電源((2)106が接続されており、一般にはカソード
電極102の方に大きい電力が印加される。An anode electrode 104 and a cathode electrode are provided in the chamber 101.
The cathode electrode 102 has an Al—Si (2%) target, and the anode electrode has a substrate 105. The two electrodes are connected to the RF power source (1) 103 and the RF
A power supply ((2) 106) is connected, and generally, a larger electric power is applied to the cathode electrode 102.
堆積方法は通常、チェンバー内101にArガスを導入
し、数mTorrぐらいに真空度を保ち放電を行う。RFバイ
アスの印加された両電極には自己負バイアスが誘発され
て、電極表面のシースではArイオンによるスパッタリン
グが起き、ターゲット側ではAl削られることになり、ス
パッタリングされたAl原子はアノード電極104側で基板1
05に堆積する。またアノード電極104では堆積とスパッ
タリングが同時に行われる為、基板105上のAlは削られ
ては堆積し、平坦化しながら堆積することになる。In the deposition method, an Ar gas is usually introduced into the chamber 101, and discharge is performed while maintaining a degree of vacuum at about several mTorr. A self-negative bias is induced on both electrodes to which the RF bias is applied, and sputtering by Ar ions occurs on the sheath on the electrode surface, and Al is removed on the target side, and the sputtered Al atoms are removed from the anode electrode 104 side. With substrate 1
Deposits on 05. Further, since deposition and sputtering are performed simultaneously on the anode electrode 104, Al on the substrate 105 is shaved and deposited, and is deposited while flattening.
この方法によれば0.8μmφのコンタクトホールの金
属薄膜の埋め込みが可能であるため、高密度集積化され
た将来のVLSIの技術として使われる可能性がある。According to this method, it is possible to embed a metal thin film in a contact hole of 0.8 μmφ, so that it may be used as a future VLSI technology with high density integration.
発明が解決しようとする課題 しかしながら、上記の従来のバイアススパッタ法では
薄膜の堆積中に基板105を直接にプラズマ内のイオンで
叩くために、予め基板に形成したトランジスタにダメー
ジを与え、その特性を変動させてしまうこと、また、バ
イアススパッタで堆積させたAl薄膜は粒子の安定性が悪
く、そのAl配線は熱処理後に断線することが多いこと
や、フォトリソグラフィーの工程においてアライメント
が取りにくいこと等の問題点を抱えている。However, the conventional bias sputtering method described above directly hits the substrate 105 with ions in the plasma during the deposition of the thin film, thereby damaging a transistor formed on the substrate in advance and degrading its characteristics. In addition, the Al thin film deposited by bias sputtering has poor particle stability, the Al wiring often breaks after heat treatment, and it is difficult to align in the photolithography process. I have a problem.
本発明は前記問題点を鑑み、より微細なコンタクトホ
ールに薄膜を形成する形成方法を提供することを提案す
るものである。The present invention has been made in view of the above problems, and proposes to provide a forming method for forming a thin film in a finer contact hole.
課題を解決するための手段 本発明の金属薄膜の形成方法は、コンタクトホールが
形成された基板に金属薄膜を堆積し、金属薄膜を堆積し
た基板を保持台に固定し、真空雰囲気で保持台を所定の
点を中心に基板の基板表面を中心に向けて円運動を行な
わせ、遠心力によりコンカクトホールに金属薄膜を埋め
込むことを特徴とする構成となっており、上記の形成を
行うにあたっては、チェンバーと、チェンバー内を真空
排気する手段と、チェンバー内に設置されコンタクトホ
ールが形成された基板を保持する保持台と、保持台を所
定の点を中心に基板の基板表面を中心に向けて円運動を
行なわせる手段と、チェンバー内を加熱する手段とを有
する装置を用いる。Means for Solving the Problems The method for forming a metal thin film of the present invention comprises: depositing a metal thin film on a substrate having a contact hole formed thereon, fixing the substrate on which the metal thin film is deposited to a holding table, and holding the holding table in a vacuum atmosphere. A circular motion is made toward the substrate surface of the substrate around a predetermined point, and a metal thin film is embedded in a concact hole by centrifugal force. A chamber, a means for evacuating the chamber, a holding table installed in the chamber and holding a substrate having a contact hole formed therein, and a holding table with the substrate surface of the substrate centered on a predetermined point. An apparatus having a means for performing a circular motion and a means for heating the inside of the chamber is used.
作用 遠心力により、高アスペクト比を持つコンタクトホー
ルに薄膜の一部を流動させ金属配線の層間接続を可能と
する。Function By centrifugal force, a part of the thin film flows into the contact hole having a high aspect ratio, thereby enabling the interlayer connection of the metal wiring.
実施例 以下、本発明の一実施例について、図面に基ずいて説
明する。Embodiment Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
まず、本発明に用いられる一例の装置の構成外観上面
図を第2図に、第3図には同装置の構成外観正面図を示
す。First, FIG. 2 shows a top view of the configuration of an example of an apparatus used in the present invention, and FIG. 3 shows a front view of the configuration of the same apparatus.
同図において、チェンバー10は円筒形のステンレス製
容器で作られており、脚19の上に設置されている。チェ
ンバー10の上部端面の一部にふた11が備えられており、
ここを通じて試料の交換が行なわれる。また、チェンバ
ー10には排気系12とガス導入系13がつながれており、チ
ェンバー内は各種のガス雰囲気を保つことができる。チ
ェンバー10の中心の中心軸14からは十字にアーム15が4
本延び、アーム15の先には基板搬器16が取り付けられて
いる。中心軸14はチェンバー10の下に位置するダイレク
トドライブモーター17に接続され、基板搬器16を任意速
度で回転させることができる。系の加熱機構としてチェ
ンバー10の回りにはヒーター18が取り囲んであり、チェ
ンバー10内を450℃まで一様に加熱できる。In the figure, a chamber 10 is made of a cylindrical stainless steel container and is set on legs 19. A lid 11 is provided on a part of the upper end surface of the chamber 10,
The sample is exchanged through this. An exhaust system 12 and a gas introduction system 13 are connected to the chamber 10, so that various gas atmospheres can be maintained in the chamber. From the center axis 14 at the center of the chamber 10, four arms 15
The substrate carrier 16 is attached to the end of the arm 15 at the end of the arm 15. The central shaft 14 is connected to a direct drive motor 17 located below the chamber 10, and can rotate the substrate transporter 16 at an arbitrary speed. A heater 18 surrounds the chamber 10 as a heating mechanism of the system, and can uniformly heat the inside of the chamber 10 to 450 ° C.
さらに同装置のアーム15と基板搬器16の詳細につい
て、第4図と第5図に示す。第4図は静止時における 基板搬器16とアーム15の側面図である。アーム15と基
板搬器16は延長アーム20によって接続されており、延長
アーム20にある可動軸21によって基板搬器16は可動軸21
を中心にして動く。回転時には図中矢印の方向に動き、
アーム15は基板搬器16の底に対して放線方向となる。4 and 5 show details of the arm 15 and the substrate transporter 16 of the apparatus. FIG. 4 is a side view of the substrate carrier 16 and the arm 15 at rest. The arm 15 and the substrate carrier 16 are connected by an extension arm 20, and the substrate carrier 16 is moved by a movable shaft 21 on the extension arm 20.
Move around. When rotating, it moves in the direction of the arrow in the figure,
The arm 15 is in the radiation direction with respect to the bottom of the substrate carrier 16.
第5図は回転時における基板搬器16とアーム15の上面
図である。基板搬器16内にはウエハーカセット22が入っ
ている。このウエハーカセット22は基板搬器16内に脱着
可能であり、ウエハーを準備するときにセットされる。FIG. 5 is a top view of the substrate transporter 16 and the arm 15 during rotation. The substrate cassette 16 contains a wafer cassette 22. The wafer cassette 22 is detachable from the substrate carrier 16, and is set when preparing a wafer.
次にこの装置用いた本発明の薄膜形成方法の一例を第
1図を用いて説明する。Next, an example of the thin film forming method of the present invention using this apparatus will be described with reference to FIG.
サンプルとしては6インチSi基板上に熱酸化膜30を堆
積後、第1アルミ配線(0.8μm厚)を形成する。次に
エッチバック法を用いたプラズマSiO2膜32による平坦化
膜を形成し、フォトグラフィーとドライエッチングを用
いてコンタクトホール33を所望の第1アルミ配線31上の
プラズマSiO2膜32に開口する。その後スパッタ法をもち
いて堆積したAlをフォトグラフィーとドライエッチング
を用いて第2アルミ配線34とする。As a sample, a first aluminum wiring (0.8 μm thick) is formed after depositing a thermal oxide film 30 on a 6-inch Si substrate. Next, a planarization film is formed by a plasma SiO 2 film 32 using an etch-back method, and a contact hole 33 is opened in the plasma SiO 2 film 32 on a desired first aluminum wiring 31 by using photography and dry etching. . Thereafter, the Al deposited using the sputtering method is used as the second aluminum wiring 34 by using photography and dry etching.
第1図(a)にこのサンプルの断面形状を示す。左の
1.2μmφのコンタクトホール内には側壁にわずかのAl
の堆積は認められるものの、0.7μmφコンタクトホー
ルにはAlの付着は判別し堅い。FIG. 1A shows a cross-sectional shape of this sample. left
A small amount of Al
Deposition is recognized, but adhesion of Al is discriminated in the 0.7 μmφ contact hole, and it is hard.
上記のサンプルを、上記装置によって処理する。装置
は使用前にチェンバー10内を450℃の一定雰囲気に保
ち、ガス導入系13よりN2ガスを2l/min流しておく。ウエ
ハーカセット22内に前記サンプルをいれ、ふた11を開
け、基板搬器16内に挿入する。バランスをとるために他
の基板搬器16にあらかじめウエハーカセット22を入れて
おく。ふた11を締め排気系12についたロータリーポンプ
をオン(ON)し、チェンバー10内を真空排気する。回転
は30秒で200rpm上げたあと、2分30秒で6000rpmまであ
げる。6000rpm保ったままで30分間運転を続ける。この
時ウエハー面上にかかる重力加速度は a=ω2r=(2π×6000/60)2×0.5 =32800m/s2 a:重力加速度 ω:角速度 r:アームの長さ となり、すなわち3350gの重力が加わることになる。The sample is processed by the device. Before using the apparatus, the inside of the chamber 10 is kept at a constant atmosphere of 450 ° C., and N 2 gas is flown at 2 l / min from the gas introduction system 13. The sample is placed in a wafer cassette 22, the lid 11 is opened, and inserted into the substrate transporter 16. The wafer cassette 22 is placed in another substrate transporter 16 in advance for balancing. The lid 11 is closed, the rotary pump attached to the exhaust system 12 is turned on, and the inside of the chamber 10 is evacuated. The rotation speed is increased to 200 rpm in 30 seconds, and then to 6000 rpm in 2 minutes and 30 seconds. Continue running for 30 minutes while maintaining 6000 rpm. At this time, the gravitational acceleration applied on the wafer surface is a = ω 2 r = (2π × 6000/60) 2 × 0.5 = 32800 m / s 2 a: gravitational acceleration ω: angular velocity r: arm length, ie, gravity of 3350 g Will be added.
次に5分間で減速し、ロータリーポンプをオフ(OF
F)して系を大気圧に戻し、ふた11を開いてウエハーカ
セット22を取り出し、ウエハーを取り出す。以上の処理
をしたウエハーのSEMの断面構造図を第1図(b)に示
す。素子の構造は(a)と同じである。1.2μmφ、0.7
μmφのどちらのコンタクトホール内にもAlが完全に陥
没し、空洞は生じていない。Next, decelerate in 5 minutes and turn off the rotary pump (OF
F) to return the system to atmospheric pressure, open the lid 11, take out the wafer cassette 22, and take out the wafer. FIG. 1B shows a cross-sectional structural view of the SEM of the wafer subjected to the above processing. The structure of the element is the same as that of FIG. 1.2μmφ, 0.7
Al was completely depressed in both the contact holes of μmφ, and no cavity was formed.
これは、回転時における重力加速度がAlの自重の約33
50倍の重さになることと、雰囲気がAlの融点(663℃)
に近い450℃であるため、Alのグレインは流動的なモー
ドになり、コンタクトホールにマイグレーション(移
動)を起こす事が原因と考えられる。This is because the gravitational acceleration during rotation is approximately 33% of the weight of Al.
50 times the weight and the atmosphere is the melting point of Al (663 ℃)
Since the temperature is 450 ° C., which is close to, the grain of Al is in a fluid mode, which is considered to be caused by migration (movement) in the contact hole.
このコンタクトホールを電気的に測定した結果は0.7
μmφにおいて、第1アルミと第2アルミ間の抵抗は処
理前と比較して、0.8Ωから0.01Ωに変化した。また、
このあとパッシベーション膜としてP−SiN膜(ストレ
ス5×109dyn/cm)を堆積し、熱ストレス試験(150℃50
0時間)を行った後も、コンタクト接続における断線発
生はみられなかった。The result of electrically measuring this contact hole is 0.7
At μmφ, the resistance between the first aluminum and the second aluminum changed from 0.8Ω to 0.01Ω as compared with before the treatment. Also,
Thereafter, a P-SiN film (stress 5 × 10 9 dyn / cm) is deposited as a passivation film, and subjected to a thermal stress test (150 ° C. 50 dyn / cm).
0 hour), no disconnection was observed in the contact connection.
特に前述したバイアススパッタ法との比較において優
位である点は、 1.下地トランジスタに対してダメージがまったくないこ
と。In particular, the advantages in comparison with the bias sputtering method described above are as follows: 1. There is no damage to the underlying transistor.
2.膜処理時において熱的な安定度が高いこと 3.本発明の処理をおこなった後においても、AL表面の荒
れはまったくなく、後のフォトリソグラフィーにおける
アライメントの合わせが極めて容易であること。2. High thermal stability during film processing. 3. Even after performing the processing of the present invention, there is no roughness on the AL surface, and alignment in subsequent photolithography is extremely easy.
4.Al配線のグレインの成長は450℃の高温放置と同等で
あり、バイアススパッタの時にみられる様な異常な断線
は起こらない。4. The grain growth of Al wiring is equivalent to high temperature storage at 450 ° C., and no abnormal disconnection such as that observed during bias sputtering occurs.
5.Al配線後に必要なシンターのプロセスを同時に行うこ
とができる 発明の効果 本発明による薄膜の形成方法を用いることにより以上
の効果をもたらす 1.高アスペクト比を持つコンタクトホール内に所定の金
属を完全に埋め込み、かつ上層と下層の金属配線間を低
抵抗で接続可能である。5. The required sintering process can be performed simultaneously after Al wiring. Effect of the Invention The above effects can be obtained by using the method of forming a thin film according to the present invention. 1. A predetermined metal is placed in a contact hole having a high aspect ratio. It can be completely buried and can be connected with low resistance between the upper and lower metal wirings.
2.基板に予め形成されたトランジスタの特性に変動を与
えない。2. The characteristics of the transistor formed in advance on the substrate are not changed.
3.金属薄膜の処理の後で金属配線の信頼性が落ちること
はない。3. The reliability of metal wiring does not decrease after the processing of the metal thin film.
4.本発明におけるこの処理はプロセス進行中であって
も、終了後であっても、行なうことができる。4. This process according to the present invention can be performed during or after the process is completed.
第1図は本発明の薄膜形成方法をしめす工程断面図、第
2図は本発明に関する装置の構成外観上面図、第3図は
同装置の構成外観正面図、第4図は同装置の静止時にお
ける基板搬搬器とアームの側面図、第5図は同装置の回
転時における基板搬搬器とアームの側面図、第6図は一
般的なバイアススパッタ装置の構成概念図である。 30……熱酸化膜、31……第1アルミ、32……SiO2、33…
…コンタクトホール、34……第2アルミ。FIG. 1 is a cross-sectional view showing a process of the thin film forming method of the present invention, FIG. 2 is a top view of the external appearance of the apparatus according to the present invention, FIG. 3 is a front view of the external appearance of the apparatus, and FIG. FIG. 5 is a side view of the substrate transporter and the arm at the time of rotation, FIG. 5 is a side view of the substrate transporter and the arm at the time of rotation of the apparatus, and FIG. 6 is a conceptual view of the configuration of a general bias sputtering apparatus. 30 ... thermal oxide film, 31 ... first aluminum, 32 ... SiO 2 , 33 ...
... contact hole, 34 ... second aluminum.
Claims (2)
薄膜を堆積し、前記金属薄膜を堆積した基板を保持台に
固定し、真空雰囲気で前記保持台を所定の点を中心に前
記基板の基板表面を中心に向けて円運動を行なわせ、遠
心力により前記コンタクトホールに前記金属薄膜を埋め
込むことを特徴とする金属薄膜の形成方法。A metal thin film is deposited on a substrate on which a contact hole is formed, and the substrate on which the metal thin film is deposited is fixed to a holder, and the holder is placed in a vacuum atmosphere around a predetermined point. A method for forming a metal thin film, wherein a circular motion is performed toward a surface, and the metal thin film is embedded in the contact hole by centrifugal force.
気する手段と、前記チェンバー内に設置されコンタクト
ホールが形成された基板を保持する保持台と、前記保持
台を所定の点を中心に前記基板の基板表面を中心に向け
て円運動を行なわせる手段と、前記チェンバー内を加熱
する手段とを有する金属薄膜の形成装置。2. A chamber, means for evacuating the chamber, means for holding a substrate provided in the chamber and having a contact hole formed therein, and means for holding the substrate on a predetermined point with respect to the holding table. An apparatus for forming a metal thin film, comprising: means for performing a circular motion toward the center of the substrate surface; and means for heating the inside of the chamber.
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| JP63185950A JP2720464B2 (en) | 1988-07-26 | 1988-07-26 | Method and apparatus for forming metal thin film |
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| JP63185950A JP2720464B2 (en) | 1988-07-26 | 1988-07-26 | Method and apparatus for forming metal thin film |
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| JPH0235732A JPH0235732A (en) | 1990-02-06 |
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