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JP5693175B2 - Sputtering method - Google Patents
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Description

本発明は、例えば、半導体デバイスの製造工程にて、所定のアスペクト比を有する微細なホールまたはトレンチがパターニング形成された処理対象物に対して、ホール等を含む処理対象物の表面全体に亘って金属膜を成膜するためのスパッタリング方法に関し、特に、高アスペクト比の微細なホールに対してCu膜からなるシード層を形成することに最適なものに関する。   For example, in the manufacturing process of a semiconductor device, the present invention covers the entire surface of a processing object including holes and the like on a processing object in which fine holes or trenches having a predetermined aspect ratio are formed by patterning. The present invention relates to a sputtering method for forming a metal film, and particularly relates to an optimum method for forming a seed layer made of a Cu film for a fine hole having a high aspect ratio.

従来、半導体デバイスの製造工程において、所定のアスペクト比を有する微細なホールやトレンチに対してカバレッジよくCu膜からなるシード層を成膜する方法として、スパッタリング法等のPVD法を用いることが一般に知られている(特許文献1参照)。   Conventionally, it is generally known to use a PVD method such as a sputtering method as a method of forming a seed layer made of a Cu film with a good coverage in a fine hole or trench having a predetermined aspect ratio in a semiconductor device manufacturing process. (See Patent Document 1).

上記のものでは、プラズマ中のArイオンが、Cu製のターゲット面に衝突し、そのターゲット表面からCu原子やCuイオンが放出され、バイアス電力(例えば、50W)が投入されている基板に向かってかつ直進性を持って引き込まれて付着、堆積し、Cu膜からなるシード層が形成される。   In the above, Ar ions in the plasma collide with the target surface made of Cu, Cu atoms and Cu ions are released from the target surface, and toward the substrate on which bias power (for example, 50 W) is input. In addition, the seed layer made of a Cu film is formed by being drawn and adhered and deposited with straightness.

ところで、近年の半導体デバイスの高集積化や小型化に伴い、配線寸法の小型化が一層要求されているものの、配線膜や層間絶縁膜の厚さは、静電容量や寄生容量等を低減するために所定の厚さに保持する必要がある。このような要求を満たすために、所定の開口径を有するホール(ビアホールやコンタクトホール等)にはアスペクト比が3以上となるものがある。このようなホールに例えばCuからなるシート層を形成する場合、上記従来例のスパッタリング方法では、カバレッジ(被覆)率の良い層を形成することが困難(特に、ボール底部のカバレッジ率(ボトムカバレッジ率)を向上させることが困難)であり、その結果、信頼性の高い配線構造を形成する上で問題であった。ここで、ボトムカバレッジ率を向上させる方法の一つとして、成膜時間を長くすることが考えらえる。然し、これでは、成膜時間が著しく長くなって生産性が低下する不具合が生じる。   By the way, with recent high integration and miniaturization of semiconductor devices, there is a further demand for miniaturization of wiring dimensions. However, the thickness of wiring films and interlayer insulating films reduces capacitance, parasitic capacitance, and the like. Therefore, it is necessary to maintain a predetermined thickness. In order to satisfy such requirements, some holes (via holes, contact holes, etc.) having a predetermined opening diameter have an aspect ratio of 3 or more. When forming a sheet layer made of Cu, for example, in such a hole, it is difficult to form a layer with a good coverage rate (especially, the coverage rate at the bottom of the ball (bottom coverage rate) by the above-described sputtering method). As a result, it was a problem in forming a highly reliable wiring structure. Here, as one of the methods for improving the bottom coverage rate, it can be considered to lengthen the film formation time. However, this causes a problem that the film formation time is remarkably increased and the productivity is lowered.

特開2002−80962号公報JP 2002-80962 A

本発明は、以上の点に鑑み、高アスペクト比のホールまたはトレンチに対して被覆性よく、かつ、高い成膜レートで所定の金属膜を成膜できるスパッタリング方法を提供することをその課題とする。   In view of the above points, it is an object of the present invention to provide a sputtering method capable of forming a predetermined metal film at a high film formation rate with good coverage with respect to a high aspect ratio hole or trench. .

上記課題を解決するために、本発明は、処理対象物を、アスペクト比が3以上の微細なホールまたはトレンチがパターニング形成されたものとし、これらホールを含む処理対象物の表面全体に亘って金属膜を成膜するためのスパッタリング方法であって、真空チャンバ内に処理対象物と、処理対象物に形成しようとする金属膜に応じて作製されたターゲットとを対向配置し、ターゲットから処理対象物に向かう方向を、処理対象物からターゲットに向かう方向をとし、上下方向に沿う真空チャンバの壁面に、上下方向に間隔を存して夫々巻回してなる第1のコイルと第2のコイルに15A〜30Aの範囲で通電して処理対象物の全面に亘って垂直な磁場が作用するように垂直磁場を発生させると共に、ターゲットの上方に設けた磁石ユニットによりターゲットの下方に磁場を作用させ、真空チャンバ内にスパッタガスを導入し、ターゲットに所定の直流電力を投入して真空チャンバ内にプラズマを形成してターゲットをスパッタリングし、スパッタガスをアルゴンとして、スパッタリング中、真空チャンバ内のアルゴンの分圧を5〜30Paの範囲に保持して成膜することを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention assumes that a processing object is formed by patterning fine holes or trenches having an aspect ratio of 3 or more, and a metal is formed over the entire surface of the processing object including these holes. A sputtering method for forming a film, in which a processing object and a target prepared according to a metal film to be formed on the processing object are arranged opposite to each other in a vacuum chamber, and the processing object is processed from the target. down direction toward the, the top direction from the processing object to the target, the wall surface of the vacuum chamber along the vertical direction, a first coil and a second coil formed by turning each winding at intervals in the vertical direction Current in the range of 15A to 30A to generate a vertical magnetic field so that a vertical magnetic field acts on the entire surface of the object to be processed, and a magnet unit provided above the target. A magnetic field is applied to the lower part of the target by means of a target, a sputtering gas is introduced into the vacuum chamber, a predetermined direct current power is applied to the target, plasma is formed in the vacuum chamber, the target is sputtered, and the sputtering gas is used as argon. During sputtering, the film is formed while maintaining the partial pressure of argon in the vacuum chamber in the range of 5 to 30 Pa.

本発明によれば、スパッタリング中、所定金属からなるシード層を形成する従来のスパッタリング法における成膜条件(5Paより低い分圧)と比較して、5〜30Paの範囲の高いアルゴンの分圧に保持することで、金属イオンの電離が一層促進されてプラズマ中での金属イオン比率が増加する。そして、処理対象物に向けて垂直磁場を作用させることで、プラズマ中の金属イオンが、処理対象物へと一層高い指向性を持ってかつ強い直進性を持って、ホール等の底部まで到達するようになる。その結果、ホール等の底部における成膜レートが向上してボトムカバレッジ率が大幅に向上する。しかも、ホール等の底部に一旦付着、堆積した金属膜が、それと同時に引き込まれたArイオン(金属イオン)等により逆スパッタされ、この逆スパッタされた金属原子が、微細ホールの側壁下部を含む側壁全体に亘って付着、堆積するようになる。その結果、ホール等の内部をその全体に亘って所定膜厚で被覆性良くかつ短時間で成膜できる。本発明においては、アルゴン分圧が5Paより低いと、特にボトムカバレッジ率を効果的に向上させることができない一方で、アルゴン分圧が50Paを超えると、アルゴンとの散乱により金属イオンが著しく減少し、カバレッジが低下するという不具合が生じる。   According to the present invention, the argon partial pressure in the range of 5 to 30 Pa is higher than the film forming conditions (partial pressure lower than 5 Pa) in the conventional sputtering method for forming a seed layer made of a predetermined metal during sputtering. By holding, the ionization of metal ions is further promoted and the ratio of metal ions in the plasma is increased. Then, by applying a vertical magnetic field toward the object to be processed, the metal ions in the plasma reach the bottom of the hole or the like with higher directivity and strong straightness toward the object to be processed. It becomes like this. As a result, the film formation rate at the bottom of holes and the like is improved, and the bottom coverage rate is greatly improved. In addition, the metal film once adhered and deposited on the bottom of the hole or the like is reverse sputtered by Ar ions (metal ions) or the like drawn at the same time, and the reverse sputtered metal atom includes the side wall including the lower portion of the side wall of the fine hole. It adheres and accumulates throughout. As a result, the inside of the hole or the like can be formed in a short time with a predetermined film thickness over the entire surface with good coverage. In the present invention, when the argon partial pressure is lower than 5 Pa, the bottom coverage rate cannot be effectively improved. On the other hand, when the argon partial pressure exceeds 50 Pa, metal ions are remarkably reduced by scattering with argon. , The problem that the coverage is reduced occurs.

本発明において、スパッタリング中、所定のバイアス電力を処理対象物に投入し、ターゲットからのスパッタ粒子やプラズマ中で電子したスパッタ粒子のイオンを引き込むようにすれば、一層成膜レートを向上できてよい。この場合、処理対象物に印加するバイアス電力は、50〜200Wであることが好ましい。50Wより低いバイアス電力では、ホール底部の成膜レートを効果的に向上させることができず、また、200Wを超えると、逆スパッタ量が多くなり過ぎて、逆に微細ホール底部の成膜レートが遅くなる。   In the present invention, a film forming rate may be further improved by applying a predetermined bias power to the object to be processed during sputtering and drawing the sputtered particles from the target or the ions of the sputtered particles electronized in the plasma. . In this case, the bias power applied to the object to be processed is preferably 50 to 200 W. When the bias power is lower than 50 W, the film formation rate at the bottom of the hole cannot be effectively improved. When the bias power exceeds 200 W, the reverse sputtering amount increases so that the film formation rate at the bottom of the fine hole is reversed. Become slow.

なお、本発明は、前記ターゲットとしてCuを用い、所定のアスペクト比、特に3以上のアスペクト比のホールに対して、高い成膜速度で被覆性よくCuからなるシード層を成膜することに最適である。   The present invention uses Cu as the target, and is optimal for forming a seed layer made of Cu with high coverage at a high film formation rate for holes having a predetermined aspect ratio, particularly an aspect ratio of 3 or more. It is.

本発明の実施の形態によるスパッタリング装置の模式的断面図。1 is a schematic cross-sectional view of a sputtering apparatus according to an embodiment of the present invention. スパッタリング装置を用いて成膜したときの状態を模式的に説明する図。The figure which illustrates typically a state when it forms into a film using a sputtering device. 本発明に即した実験結果を示すグラフ。The graph which shows the experimental result according to this invention. 本発明に即した他の実験結果を示すグラフ。The graph which shows the other experimental result according to this invention.

以下、図面を参照して、処理対象物Wを、シリコンウエハ等の基板表面にシリコン酸化物層を所定の膜厚で形成し、このシリコン酸化物層にアスペクト比が3以上である微細なホールを形成したものとし(図2参照)、このホール内にCu膜を形成する場合を例として本発明の実施形態のスパッタリング方法を説明する。   Hereinafter, with reference to the drawings, a processing object W is formed by forming a silicon oxide layer with a predetermined thickness on the surface of a substrate such as a silicon wafer, and the silicon oxide layer has a fine hole with an aspect ratio of 3 or more. The sputtering method of the embodiment of the present invention will be described by taking as an example the case where a Cu film is formed in this hole (see FIG. 2).

図1を参照して、SMは、本実施形態のスパッタリング方法による成膜が可能なスパッタリング装置である。このスパッタリング装置SMは、真空雰囲気の形成が可能な真空チャンバ1を備え、真空チャンバ1の天井部にカソードユニットCが取付けられている。以下においては、図1中、真空チャンバ1の天井部側を向く方向を「上」とし、その底部側を向く方向を「下」として説明する。   With reference to FIG. 1, SM is a sputtering apparatus capable of forming a film by the sputtering method of the present embodiment. The sputtering apparatus SM includes a vacuum chamber 1 capable of forming a vacuum atmosphere, and a cathode unit C is attached to a ceiling portion of the vacuum chamber 1. In the following description, in FIG. 1, the direction facing the ceiling portion side of the vacuum chamber 1 is referred to as “up” and the direction facing the bottom portion side is described as “down”.

カソードユニットCは、ターゲット2と、このターゲット2の上方に配置された磁石ユニット3とから構成されている。ターゲット2はCu製であり、処理対象物Wの輪郭に応じて、公知の方法で平面視円形や矩形に形成されたものである。なお、ターゲット2は、処理対象物に形成しようとする金属膜に応じて適宜選択でき、例えばTiやAl、Ta、Co、Ni、W、Mo製とすることができる。ターゲット2は、図示省略のバッキングプレートに装着した状態で、そのスパッタ面を下方にして絶縁体Iを介して真空チャンバ1の上部に取り付けられる。また、ターゲット2は、DC電源や高周波電源等のスパッタ電源E1に接続され、スパッタ中、ターゲット2に負の電位を持った電力が投入される。   The cathode unit C includes a target 2 and a magnet unit 3 disposed above the target 2. The target 2 is made of Cu, and is formed in a circular shape or a rectangular shape in plan view by a known method according to the contour of the processing object W. The target 2 can be appropriately selected according to the metal film to be formed on the object to be processed. For example, the target 2 can be made of Ti, Al, Ta, Co, Ni, W, or Mo. The target 2 is attached to the upper portion of the vacuum chamber 1 via the insulator I with its sputtering surface facing downward while mounted on a backing plate (not shown). The target 2 is connected to a sputtering power source E1 such as a DC power source or a high frequency power source, and power having a negative potential is applied to the target 2 during sputtering.

ターゲット2の上方に配置される磁石ユニット3は、ターゲット2のスパッタ面21の下方空間に磁場を発生させ、スパッタ時にスパッタ面2aの下方で電離した電子等を捕捉してターゲット2から飛散したスパッタ粒子を効率よくイオン化する公知の閉鎖磁場若しくはカスプ磁場構造を有するものであり、ここでは詳細な説明を省略する。   The magnet unit 3 disposed above the target 2 generates a magnetic field in a space below the sputtering surface 21 of the target 2, captures electrons and the like ionized below the sputtering surface 2 a during sputtering, and scatters from the target 2. It has a known closed magnetic field or cusp magnetic field structure for efficiently ionizing particles, and detailed description thereof is omitted here.

真空チャンバ1内には導電性を有するアノードシールド4が配置されている。アノードシールド4は、ターゲット2の周囲を覆って下方に延びる筒状の部材である。アノードシールド4は通常グランドに接続するが、他のDC電源E2に接続し正の電位を印加してもよい。この場合、アノードシールド4は、イオン化したスパッタ粒子のイオンを反射し、強い直進性を持って基板Wへと放出されることをアシストする。   A conductive anode shield 4 is disposed in the vacuum chamber 1. The anode shield 4 is a cylindrical member that covers the periphery of the target 2 and extends downward. The anode shield 4 is normally connected to the ground, but may be connected to another DC power source E2 to apply a positive potential. In this case, the anode shield 4 reflects the ions of the ionized sputtered particles and assists in being released to the substrate W with strong straightness.

真空チャンバ1の底部には、カソードユニットCに対向させてステージ5が配置され、処理対象物Wが位置決め保持されるようになっている。ステージ5は高周波電源E3に接続され、スパッタ中、ステージ5、ひいては基板Wにバイアス電位が印加され、特にスパッタ粒子のイオンを基板Wに積極的に引き込む役割を果たす。真空チャンバ1の側壁には、スパッタガスたるアルゴンガスを導入するガス管6が接続され、このガス管6がマスフローコントローラ6aを介して図示省略のガス源に連通する。そして、これらの部品がガス導入手段を構成し、流量制御されたスパッタガスが真空チャンバ1内に導入できる。   A stage 5 is disposed at the bottom of the vacuum chamber 1 so as to face the cathode unit C, and the processing object W is positioned and held. The stage 5 is connected to a high-frequency power source E3, and during sputtering, a bias potential is applied to the stage 5 and eventually the substrate W, and in particular plays a role of actively attracting ions of sputtered particles to the substrate W. A gas pipe 6 for introducing argon gas as a sputtering gas is connected to the side wall of the vacuum chamber 1, and the gas pipe 6 communicates with a gas source (not shown) via a mass flow controller 6a. These components constitute gas introduction means, and a sputter gas whose flow rate is controlled can be introduced into the vacuum chamber 1.

また、真空チャンバの側壁には、リング状のヨーク71に導線72を巻回してなる上コイル7uと下コイル7dとが上下方向に所定間隔を存して設けられ、電源E4から両コイル7u、7dに通電できるようになっている。そして、ターゲット2のスパッタリングにより生じたスパッタ粒子が垂直磁場の影響で失活せずに、効率よく基板全面に亘って到達し、かつ、ターゲット2のスパッタ面21及び処理対象物W全面に亘って垂直な磁力線MFが所定間隔で通るように下向きの垂直磁場が発生するようになっている。なお、コイルの個数は上記に限定されるものではなく、また、上コイル7uと下コイル7dとの間の距離、導線72の径や巻数は、例えばターゲット2のスパッタ面21の面積、ターゲット3と基板Wとの間の距離、電源装置E4の定格電流値や発生させようとする磁場強度(ガウス)に応じて適宜設定される。   On the side wall of the vacuum chamber, an upper coil 7u and a lower coil 7d formed by winding a conducting wire 72 around a ring-shaped yoke 71 are provided at predetermined intervals in the vertical direction. 7d can be energized. The sputtered particles generated by sputtering of the target 2 reach the entire surface of the substrate efficiently without being deactivated by the influence of the vertical magnetic field, and extend over the entire sputtering surface 21 of the target 2 and the entire surface of the workpiece W. A downward vertical magnetic field is generated so that the vertical magnetic field lines MF pass at predetermined intervals. The number of coils is not limited to the above, and the distance between the upper coil 7u and the lower coil 7d, the diameter of the conductive wire 72, and the number of turns are, for example, the area of the sputtering surface 21 of the target 2 and the target 3 Is appropriately set according to the distance between the substrate W and the substrate W, the rated current value of the power supply device E4, and the magnetic field strength (Gauss) to be generated.

真空チャンバ1の底部には、ターボ分子ポンプやロータリポンプなどからなる図示省略の真空排気装置に通じる排気管8が接続されている。上記スパッタリング装置SMは、マイクロコンピュータやシーケンサ等を備えた公知の制御手段9を有し、制御手段9により上記各電源E1〜E4の作動、マスフローコントローラ6aの作動や真空排気装置の作動等を統括管理するようになっている。   Connected to the bottom of the vacuum chamber 1 is an exhaust pipe 8 leading to a vacuum exhaust apparatus (not shown) such as a turbo molecular pump or a rotary pump. The sputtering apparatus SM has a known control means 9 having a microcomputer, a sequencer, etc., and the control means 9 controls the operations of the power sources E1 to E4, the operation of the mass flow controller 6a, the operation of the vacuum exhaust device, and the like. It comes to manage.

次に、上記スパッタリング装置1を用いた処理対象物Wへのスパッタリング方法を説明する。先ず、真空排気手段を作動させて真空チャンバ1内を所定の真空度(例えば、10−5Pa)まで真空引きしておく。ステージ5に処理対象物Wをセットした後、電源E4により上コイル7u及び下コイル7dに通電し、ターゲット2及び処理対象物W全面に亘って下向きの垂直な磁力線MFが所定間隔で通るように垂直磁場を発生させる。そして、真空チャンバ1内にマスフローコントローラ6aを制御してアルゴンガス(スパッタガス)を所定の流量で導入し、スパッタ電源E1よりターゲット2に負の電位を持つ所定電力を投入して放電させ、真空チャンバ1内にプラズマ雰囲気を形成する。 Next, a sputtering method for the processing object W using the sputtering apparatus 1 will be described. First, the evacuation unit is operated to evacuate the vacuum chamber 1 to a predetermined degree of vacuum (for example, 10 −5 Pa). After the processing object W is set on the stage 5, the upper coil 7u and the lower coil 7d are energized by the power source E4 so that the downward vertical magnetic field lines MF pass through the entire surface of the target 2 and the processing object W at a predetermined interval. Generate a vertical magnetic field. Then, the mass flow controller 6a is controlled in the vacuum chamber 1 to introduce argon gas (sputtering gas) at a predetermined flow rate, and a predetermined electric power having a negative potential is applied to the target 2 from the sputtering power source E1 to discharge it. A plasma atmosphere is formed in the chamber 1.

ここで、従来技術では、Cu膜の成膜する場合、プラズマ雰囲気の形成後、マスフローコントローラ6aによりアルゴンガスの導入を停止する等、スパッタリング中のアルゴン分圧を0〜5Paの範囲に設定し、例えば自己放電プラズマを形成して成膜を行うことが知られている。然し、アスペクト比が3を超えるような微細ホールでは、たとえ上コイル7uと下コイル7dに通電する電流値やバイアス電力を適宜調節したとしても、特に、ホールの底部でのカバレッジ率を効果的に向上できない。   Here, in the prior art, when forming a Cu film, the argon partial pressure during sputtering is set to a range of 0 to 5 Pa, such as stopping the introduction of argon gas by the mass flow controller 6a after the formation of the plasma atmosphere, For example, it is known to form a film by forming a self-discharge plasma. However, in a fine hole with an aspect ratio exceeding 3, even if the current value and bias power applied to the upper coil 7u and the lower coil 7d are appropriately adjusted, the coverage rate at the bottom of the hole is effectively improved. Cannot improve.

本実施形態では、スパッタガス中、真空チャンバ内1のアルゴンの分圧が5〜30Paの範囲に保持するようにした。これにより、Arイオン(またはCuイオン)がターゲット2のスパッタ面21に衝突してスパッタされ、ターゲット2からCu原子が飛散する。このとき、アルゴン分圧を高めておくことで、ターゲット2から飛散するCu原子の量が多くなると共に、Cuの電離が促進されてプラズマ中でのCuイオン比率が増加する。   In the present embodiment, the partial pressure of argon in the vacuum chamber 1 is kept in the range of 5 to 30 Pa in the sputtering gas. Thereby, Ar ions (or Cu ions) collide with the sputtering surface 21 of the target 2 and are sputtered, and Cu atoms are scattered from the target 2. At this time, by increasing the argon partial pressure, the amount of Cu atoms scattered from the target 2 increases, and the ionization of Cu is promoted to increase the Cu ion ratio in the plasma.

そして、処理対象物Wの全面に亘って垂直に発生させ、高周波電源E3により処理対象物Wに所定のバイアス電力を印加することで、ターゲット2のスパッタリングにより生じたCu原子や電離したCuイオンが、処理対象物Wへと一層高い指向性を持ってかつ強い直進性を持って、ホールの底部まで引き込まれるようになる。その結果、図2に示すように、ホールHの底部Hbにおける成膜レートが向上して、特にボトムカバレッジ率が大幅に向上する。しかも、ホールHの底部Hbに一旦付着、堆積したCu膜が、それと同時に引き込まれたArイオン等により逆スパッタされ、この逆スパッタされたCuが、ホールHの側壁Hs下部を含む、この側壁Hs全体に亘って付着、堆積するようになる(つまり、ホールHの側壁Hsのカバレッジ率も向上する)。その結果、ホールHの内部をその全体に亘って所定膜厚で被覆性良くかつ短時間で成膜できるようになる(図2参照)。   Then, the Cu atoms generated by sputtering of the target 2 and the ionized Cu ions are generated by vertically generating the entire surface of the processing target W and applying a predetermined bias power to the processing target W by the high frequency power source E3. The processing object W is drawn to the bottom of the hole with higher directivity and strong straightness. As a result, as shown in FIG. 2, the film formation rate at the bottom Hb of the hole H is improved, and in particular, the bottom coverage rate is greatly improved. In addition, the Cu film once adhered and deposited on the bottom Hb of the hole H is reverse sputtered by Ar ions drawn at the same time, and this reverse sputtered Cu includes the lower portion of the side wall Hs of the hole H. It adheres and accumulates over the entire surface (that is, the coverage rate of the side wall Hs of the hole H is also improved). As a result, the inside of the hole H can be formed in a short time with a predetermined film thickness over the whole (see FIG. 2).

なお、アルゴン分圧が5Paより低いと、特にボトムカバレッジ率を効果的に向上させることができない一方で、アルゴン分圧が50Paを超えると、アルゴンとの散乱により金属イオンが著しく減少し、カバレッジが低下するという不具合が生じる。また、バイアス電力は、50〜200Wの範囲値に設定される。50Wより低いと、ホール底部の成膜レートを効果的に向上させることができない一方で、200Wを超えると、逆スパッタ量が多くなり過ぎて、逆に微細ホール底部の成膜レートが遅くなるという不具合が生じる。更に、上コイル7uと下コイル7dへの通電電流値は、15〜30Aの範囲に設定される。15Aより低いと、ホール底部の成膜レートを効果的に向上させることができない一方で、30Aを超えると、プラズマが不安的になるという不具合が生じる。   Note that when the argon partial pressure is lower than 5 Pa, the bottom coverage rate cannot be effectively improved. On the other hand, when the argon partial pressure exceeds 50 Pa, metal ions are remarkably reduced due to scattering with argon, and coverage is reduced. The problem of a drop occurs. The bias power is set to a range value of 50 to 200W. If it is lower than 50 W, the film formation rate at the bottom of the hole cannot be effectively improved. On the other hand, if it exceeds 200 W, the amount of reverse sputtering increases so that the film formation rate at the bottom of the fine hole is slowed down. A malfunction occurs. Furthermore, the energization current value to the upper coil 7u and the lower coil 7d is set in the range of 15 to 30A. If it is lower than 15 A, the film formation rate at the bottom of the hole cannot be improved effectively, while if it exceeds 30 A, there is a problem that the plasma becomes uneasy.

次に、以上の効果を確認するために、図1に示すスパッタリング装置SMを用いて以下の各実験を行った。実験1では、処理対象物Wとして、シリコン酸化物膜中に、開口径が0.06μm、アスペクト比が5のホールをパターニング形成されたものを用意した。そして、ターゲット2として高純度のCu製ターゲットを用いてCu膜を形成することとした。スパッタ条件として、ターゲット2と処理対象物Wとの間の距離を、400mm、スパッタ電源E1からターゲット2への投入電力20kW、電源E2からアースシールドへの投入電圧を30V、電源E3から投入するバイアス電力を200W、スパッタ時間を10secに設定した。また、上コイル7u及び下コイル7dへの通電電流を30Aとして下向きの垂直磁場を発生させるようにした。そして、実験1では、スパッタリング中、スパッタガスの分圧を0〜50Paの範囲で変化させ、処理対象物に成膜をした。   Next, in order to confirm the above effects, the following experiments were performed using the sputtering apparatus SM shown in FIG. In Experiment 1, a processing object W prepared by patterning holes having an opening diameter of 0.06 μm and an aspect ratio of 5 in a silicon oxide film was prepared. Then, the Cu film was formed using a high purity Cu target as the target 2. As sputtering conditions, the distance between the target 2 and the object W to be processed is 400 mm, the input power from the sputtering power source E1 to the target 2 is 20 kW, the input voltage from the power source E2 to the earth shield is 30 V, and the bias is input from the power source E3. The power was set to 200 W and the sputtering time was set to 10 seconds. In addition, a downward vertical magnetic field is generated by setting the current supplied to the upper coil 7u and the lower coil 7d to 30A. In Experiment 1, during sputtering, the partial pressure of the sputtering gas was changed in the range of 0 to 50 Pa to form a film on the object to be processed.

図3は、上記条件で処理対象物に成膜したときの、アルゴン分圧に対するホールHの底部Hbのカバレッジ率を測定したグラフである。カバレッジ率は、a/b×100の式で算出した。ここで、aは、処理対象物の表面におけるCu膜の膜厚であり、bは、ホールHの底部におけるCuの膜厚である(図2参照)。これによれば、アルゴン分圧が5Pa以上のとき、ホールHの底部Hbでのカバレッジ率を略100%にできたことが判る。また、ホールHの側壁でのカバレッジ率も従来技術のものと比較して向上できたことが確認された。   FIG. 3 is a graph obtained by measuring the coverage rate of the bottom Hb of the hole H with respect to the partial pressure of argon when a film is formed on the object to be processed under the above conditions. The coverage rate was calculated by the formula of a / b × 100. Here, a is the film thickness of the Cu film on the surface of the object to be processed, and b is the film thickness of Cu at the bottom of the hole H (see FIG. 2). According to this, it can be seen that when the argon partial pressure is 5 Pa or more, the coverage rate at the bottom Hb of the hole H can be made substantially 100%. It was also confirmed that the coverage rate at the side wall of the hole H could be improved as compared with that of the prior art.

次に、実験2では、コイル7u、7dへの通電電流とアルゴン分圧を変化させる以外は、上記実験1と同じ条件で成膜した。図4は、コイルコイル7u、7dへの通電電流を0A,15A,30Aに夫々設定し、各通電電流にてアルゴンガスの分圧を変化させたときの成膜速度(nm/sec)を示すグラフである。これによれば、ホールHの底部Hbにおけるカバレッジ率を向上できる5Pa以上の範囲では、コイル7u、7dへの通電電流を0A、即ち、処理対象物に垂直磁場を作用させない場合にエッチングレートが極端に低下していることが判る。それに対して、垂直磁場を作用させると、エッチングレートの低下量を低減でき、30Aの場合には、半分程度の低下量まで抑制でき、生産性が然程損なわないことが判る。   Next, in Experiment 2, a film was formed under the same conditions as in Experiment 1 except that the energization current to the coils 7u and 7d and the argon partial pressure were changed. FIG. 4 shows the deposition rate (nm / sec) when the energizing currents to the coil coils 7u and 7d are set to 0A, 15A, and 30A, respectively, and the partial pressure of the argon gas is changed at each energizing current. It is a graph. According to this, in the range of 5 Pa or more where the coverage rate at the bottom Hb of the hole H can be improved, the energizing current to the coils 7u and 7d is 0A, that is, the etching rate is extremely high when a vertical magnetic field is not applied to the object to be processed. It can be seen that it has dropped. On the other hand, when a vertical magnetic field is applied, the amount of decrease in the etching rate can be reduced. In the case of 30A, it can be suppressed to about half the amount of decrease, and it can be seen that the productivity is not significantly impaired.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記に限定されるものではない。上記実施形態では、コイルを用いて垂直磁場を発生させているが、永久磁石等を用いて磁場を発生させることができる。また、スパッタガスとしては、アルゴン以外の希ガスを用いることができ、スパッタガスとして用いる希ガスに応じて、磁場強度を適宜調節すれば、上記と同様の効果が得られる。また、処理対象物は上記のものに限定されるものではなく、所定のアスペクト比で微細なホールやトレンチが形成されたものであれば、本発明は広く適用できる。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited above. In the above embodiment, a vertical magnetic field is generated using a coil, but a magnetic field can be generated using a permanent magnet or the like. As the sputtering gas, a rare gas other than argon can be used. If the magnetic field strength is appropriately adjusted according to the rare gas used as the sputtering gas, the same effect as described above can be obtained. Further, the object to be processed is not limited to the above, and the present invention can be widely applied as long as fine holes and trenches are formed with a predetermined aspect ratio.

SM…スパッタリング装置、1…真空チャンバ、2…ターゲット、6…ガス管、7u、7d…コイル(垂直磁場発生)、C…カソードユニット、E1〜E4…電源、MF…磁束、W…処理対象物、H…ホール。   SM ... Sputtering device, 1 ... Vacuum chamber, 2 ... Target, 6 ... Gas pipe, 7u, 7d ... Coil (vertical magnetic field generation), C ... Cathode unit, E1-E4 ... Power supply, MF ... Magnetic flux, W ... Process object , H ... Hall.

Claims (3)

処理対象物を、アスペクト比が3以上の微細なホールまたはトレンチがパターニング形成されたものとし、これらホールを含む処理対象物の表面全体に亘って金属膜を成膜するためのスパッタリング方法であって、
真空チャンバ内に処理対象物と、処理対象物に形成しようとする金属膜に応じて作製されたターゲットとを対向配置し、
ターゲットから処理対象物に向かう方向を、処理対象物からターゲットに向かう方向をとし、上下方向に沿う真空チャンバの壁面に、上下方向に間隔を存して夫々巻回してなる第1のコイルと第2のコイルに15A〜30Aの範囲で通電して処理対象物の全面に亘って垂直な磁場が作用するように垂直磁場を発生させると共に、ターゲットの上方に設けた磁石ユニットによりターゲットの下方に磁場を作用させ、
真空チャンバ内にスパッタガスを導入し、ターゲットに所定の直流電力を投入して真空チャンバ内にプラズマを形成してターゲットをスパッタリングし、
スパッタガスをアルゴンとして、スパッタリング中、真空チャンバ内のアルゴンの分圧を5〜30Paの範囲に保持して成膜することを特徴とするスパッタリング方法。
It is a sputtering method for forming a metal film over the entire surface of a processing target including a hole on which the processing target is formed by patterning fine holes or trenches having an aspect ratio of 3 or more. ,
In a vacuum chamber, a processing object and a target prepared according to the metal film to be formed on the processing object are arranged to face each other.
Down in a direction toward the processing target from the target, the direction from the processing object to the target as above, the wall surface of the vacuum chamber along the vertical direction, a first coil formed by turning each winding at intervals in the vertical direction The second coil is energized in a range of 15A to 30A to generate a vertical magnetic field so that a vertical magnetic field acts on the entire surface of the object to be processed, and a magnet unit provided above the target is used to lower the target. A magnetic field is applied to
Sputter gas is introduced into the vacuum chamber, a predetermined direct current power is supplied to the target, plasma is formed in the vacuum chamber, and the target is sputtered.
A sputtering method, wherein sputtering is performed using argon as a sputtering gas, and the sputtering is performed while the partial pressure of argon in the vacuum chamber is maintained in the range of 5 to 30 Pa during sputtering.
スパッタリング中、所定のバイアス電力を処理対象物に投入し、ターゲットからのスパッタ粒子やプラズマ中で電離したスパッタ粒子のイオンを引き込むようにしたことを特徴とする請求項1記載のスパッタリング方法。 2. The sputtering method according to claim 1, wherein during the sputtering, a predetermined bias power is supplied to the object to be processed, and the sputtered particles from the target or the ions of the sputtered particles ionized in the plasma are drawn. 前記ターゲットとしてCuを用いることを特徴とする請求項1または請求項2記載のスパッタリング方法。
The sputtering method according to claim 1, wherein Cu is used as the target.
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