JPH03180467A - Method and device for forming thin film - Google Patents
Method and device for forming thin filmInfo
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- JPH03180467A JPH03180467A JP14742289A JP14742289A JPH03180467A JP H03180467 A JPH03180467 A JP H03180467A JP 14742289 A JP14742289 A JP 14742289A JP 14742289 A JP14742289 A JP 14742289A JP H03180467 A JPH03180467 A JP H03180467A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は薄膜形成装置および薄膜形成方法に係る。[Detailed description of the invention] [Industrial application field] The present invention relates to a thin film forming apparatus and a thin film forming method.
[従来の技術]
現在、集積回路の導電性配線材料や絶縁性薄膜形成には
スパッタ法が広く用いられている。スパッタ法とは真空
容器内にArガスを導入し、ターゲット材料を取り付け
たカソードに直流または高周波電力を加えてグロー放電
を発生させ成膜を行なう方法である。グロー放電の結果
、ターゲット表面はプラズマに対し負にバイアス(これ
を自己バイアスと呼ぶ)されるが、このバイアス電圧に
よって加速されたArイオンがターゲット表面にぶつか
ってターゲット材料をスパッタエツチングする。こうし
てエツチングされた材料粒子は、対向して設置されたウ
ェーハ上に堆積して底膜が行なわれる。これに対し、タ
ーゲットだけでなく、ウェーハを取り付けるサセプタ自
身にも高周波電力を加え、ウェーハ表面に膜の堆積を行
なうとともに、ウェーハ表面に形成された自己バイアス
によってスパッタエツチングを同時に行なうようにした
ものが高周波バイアス・スパッタと呼ばれる方法である
。[Prior Art] Currently, sputtering is widely used to form conductive wiring materials and insulating thin films for integrated circuits. The sputtering method is a method in which Ar gas is introduced into a vacuum container, and direct current or high frequency power is applied to a cathode to which a target material is attached to generate glow discharge to form a film. As a result of the glow discharge, the target surface is negatively biased with respect to the plasma (this is called self-biasing), and Ar ions accelerated by this bias voltage impinge on the target surface and sputter-etch the target material. The material particles etched in this way are deposited on wafers placed opposite each other to form a bottom film. In contrast, a method that applies high-frequency power not only to the target but also to the susceptor itself to which the wafer is attached, deposits a film on the wafer surface, and simultaneously performs sputter etching using a self-bias formed on the wafer surface. This method is called high frequency bias sputtering.
第5図に、従来用いられている代表的なバイアス・スパ
ッタ装置の断面構造の模式図を示す、第5図において、
501は、例えばSin、。FIG. 5 shows a schematic diagram of the cross-sectional structure of a typical conventionally used bias sputtering device.
501 is, for example, Sin.
S i 3 N4 、 A1203 、 AjLN等の
絶縁物のターゲットであり、502はターゲットを取り
付けであるターゲット電極である。また、503゜50
4はそれぞれ半導体ウェーハあるいはガラスや石英など
の基板及びサセプタの電極である。The target is an insulating material such as S i 3 N4, A1203, AjLN, etc., and 502 is a target electrode to which the target is attached. Also, 503°50
Reference numerals 4 denote electrodes of a semiconductor wafer, a substrate such as glass or quartz, and a susceptor, respectively.
ターゲット電8i502及びサセプタ電8i504には
それぞれ整合回路を介して高周波電力が供給されており
、真空容器505はアースされている。High frequency power is supplied to the target electric current 8i502 and the susceptor electric current 8i504 through matching circuits, and the vacuum vessel 505 is grounded.
ここで高周波電源(RF電源)は、発振周波数13.5
6M)(zのものを用いるのが普通である。なお、実際
の装置では、以上に述べた以外に、真空用の排気ユニッ
トやガスの導入口、その他ウェーへの出し入れのための
機構が設けられているが本図では簡単のため省略しであ
る。Here, the high frequency power supply (RF power supply) has an oscillation frequency of 13.5
6M) (Z) is normally used.In addition to the above, the actual equipment is equipped with a vacuum exhaust unit, gas inlet, and other mechanisms for entering and exiting the wafer. However, it is omitted in this figure for simplicity.
半導体ウェーハ等の基板503及びサセプタ504表面
は、サセプタに加えられたRF電力のためにプラズマに
対し負の自己バイアスがかかり、この電界で加速された
Arイオンがぶつかるため、堆積膜の一部が再びスパッ
タされる0本方法を用いると、機械的強度の優れた薄膜
が得られる。また段差部に形成された膜がスパッタされ
やすいという性質を利用して表面形状の平坦な膜を形成
できるという特徴ももっている。しかし、半導体ウェー
ハ等の基板に自己バイアスで加速されたArイオンが衝
突するため、下地に損傷を与え素子の特性を劣化させる
という、半導体N膜、導電性薄膜、絶縁性薄膜等の各種
薄膜形成上の問題を生じている。これらの問題が、バイ
アス・スパッタ装置を実用化する上で大きな障害となっ
ていた。The surfaces of the substrate 503 such as a semiconductor wafer and the susceptor 504 are negatively self-biased with respect to the plasma due to the RF power applied to the susceptor, and Ar ions accelerated by this electric field collide with each other, so that part of the deposited film is By using the zero sputtering method, a thin film with excellent mechanical strength can be obtained. Another feature is that it is possible to form a film with a flat surface by taking advantage of the property that the film formed on the stepped portion is easily sputtered. However, since Ar ions accelerated by self-bias collide with substrates such as semiconductor wafers, the formation of various thin films such as semiconductor N films, conductive thin films, and insulating thin films damages the underlying material and deteriorates the characteristics of devices. This is causing the above problem. These problems have been a major obstacle in putting bias sputtering devices into practical use.
[発明が解決しようとするH題]
本発明は以上の点に鑑みなされたものであり、高品質の
薄膜を下地基板に損傷を与えることなく形成できる薄膜
製造装置および薄膜形成方法を提供するものである。[Problem H to be solved by the invention] The present invention has been made in view of the above points, and provides a thin film manufacturing apparatus and a thin film forming method that can form a high quality thin film without damaging the underlying substrate. It is.
[課題を解決するための手段]
本発明の薄膜形成装置は、減圧状態になされた雰囲気中
において、ターゲットをスパッタリングすることにより
、半導体やガラス、石英、金属等の基体表面に薄膜を堆
積させる薄膜形成装置において、ターゲットと、前記基
体を装置内Cて保持するサセプタとの両方に、それぞれ
第1の周波数及び第2の周波数を有する高周波電力が供
給され、かつ第2の周波数が第1の周波数より大となる
ように設定されたことを特徴とする。すなわち、ターゲ
ットとサセプタの画電極にそれぞれ周波数の異なる高周
波電力を印加できるようにしたことを特徴としている。[Means for Solving the Problems] The thin film forming apparatus of the present invention deposits a thin film on the surface of a substrate such as a semiconductor, glass, quartz, metal, etc. by sputtering a target in a reduced pressure atmosphere. In the forming apparatus, high frequency power having a first frequency and a second frequency is supplied to both a target and a susceptor that holds the substrate within the apparatus, and the second frequency is equal to the first frequency. It is characterized by being set to be larger. That is, it is characterized in that high-frequency power having different frequencies can be applied to the image electrodes of the target and the susceptor, respectively.
また、本発明の薄膜形成方法は、減圧状態になされた雰
囲気中において、ターゲットをスパッタリングすること
により基体表面に薄膜を堆積させる薄膜形成方法におい
て、ターゲットと、前記基体を装置内にて保持するサセ
プタとの両方に、それぞれ第1の周波数及び第2の周波
数を有する高周波電力を供給し、かつ第2の周波数が第
1の周波数より大となるように設定して薄膜形成を行う
ことを特徴とする。Further, the thin film forming method of the present invention is a thin film forming method in which a thin film is deposited on the surface of a substrate by sputtering a target in a reduced pressure atmosphere, which includes a target and a susceptor that holds the substrate in an apparatus. and supplying high frequency power having a first frequency and a second frequency, respectively, and forming a thin film by setting the second frequency to be higher than the first frequency. do.
[実施例] 以下図面を用いて本発明の詳細な説明する。[Example] The present invention will be described in detail below using the drawings.
なお、当然のことではあるが、本発明の範囲は以下の実
施例により限定されるものではない。Note that, as a matter of course, the scope of the present invention is not limited to the following examples.
第1図(a)は本発明の第1の実施例である絶縁性薄膜
を形成するためのバイアススパッタ装置を示す模式図で
ある。ここでは、基体として半導体基板を用い、半導体
基板上に絶縁膜を堆積する例について説明する。FIG. 1(a) is a schematic diagram showing a bias sputtering apparatus for forming an insulating thin film, which is a first embodiment of the present invention. Here, an example will be described in which a semiconductor substrate is used as a base and an insulating film is deposited on the semiconductor substrate.
101は例えばS i O,のターゲットであり、ター
ゲット電極102上に取り付けられている。Reference numeral 101 denotes a target of, for example, S i O, and is attached on the target electrode 102 .
ターゲット電極には従来例(第5図)と同様に整合回路
を介して例えば13.56MHz (第一の周波数f1
)の高周波電力が加えられている。また、シリコンウェ
ーハ103及びサセプタ104には整合回路を介して、
ターゲットに加えられている高周波より大きな周波数例
えば(第二の周波数f、)100M)(zの高周波電力
が加えられている。For example, a signal of 13.56 MHz (first frequency f1
) high-frequency power is applied. In addition, the silicon wafer 103 and the susceptor 104 are connected to each other via a matching circuit.
A radio frequency power of a frequency greater than the radio frequency being applied to the target, for example (second frequency f,) 100M) (z) is applied.
さらに、ターゲット電極102及びサセプタ電極104
にはそれぞれ13.56MHz。Furthermore, a target electrode 102 and a susceptor electrode 104
13.56MHz for each.
100MHzの周波数の高周波のみが入力されるように
バンドエリミネータ−(Band E1ia+1nat
or)102’ 、104°が設けられている。サセプ
タ電極104に用いられるバンドエリ稟ネーターは例え
ば第1図(b)に示したように104bの構成をとれば
よい、L、Cの並列回路はf2−1/(2π(Lt C
+ )”” )の共振周波数でインピーダンスが最大と
なり(第1図(C))、それ以外の周波数C対しては、
はとんど短絡となるため、所定の周波数(この場合はf
z−100MHz)の高周波のみ選択して電極に供給す
ることができる。すなわち、第1の周波数fr (こ
こでは13.56MHz)に対しては、殆ど完全にサセ
プタはアースに短絡されている。ここに示した第1図(
b)の構成はあくまでも基本的な原理を示すものであり
種々の改善のための変更を加えてもよいことはいうまで
もない。A band eliminator (Band E1ia+1nat
or) 102', 104° are provided. The band eliminator used for the susceptor electrode 104 may have the configuration 104b as shown in FIG. 1(b), for example.
The impedance is maximum at the resonant frequency of +)"") (Fig. 1 (C)), and for other frequencies C,
is almost always short-circuited, so the predetermined frequency (in this case f
It is possible to select and supply only a high frequency wave (100 MHz) to the electrodes. That is, for the first frequency fr (here 13.56 MHz), the susceptor is almost completely shorted to ground. Figure 1 shown here (
It goes without saying that the configuration b) merely shows the basic principle and may be modified for various improvements.
例えば、第1図(d)は改善の一例である。For example, FIG. 1(d) is an example of an improvement.
104bの回路は直流的には接地となっているが、これ
を直流的に浮遊状態(floating )としたい場
合には例えば第1図(d)の104dのようにコンデン
サC1を付加し、直流パスをカットすればよい、この場
合、回路の共振周波数がf2からずれないように01の
値は
f2 ・L、>17f、C。The circuit 104b is grounded in terms of DC, but if you want to make it floating in terms of DC, for example, add a capacitor C1 as shown in 104d in Figure 1(d) to connect the DC path. In this case, the value of 01 is f2 ·L, >17f, C so that the resonant frequency of the circuit does not deviate from f2.
を満たすよう十分大きな値とする必要がある。It is necessary to set a value large enough to satisfy the following conditions.
この場合fo = t/ (2yr (Lt Cs )
”” )の周波数に対し、Ll、C,の直列回路はイ
ンピーダンスが0となり、周波数toの高周波に対し短
絡となる。このfoをターゲットに加えられる周波数1
3.56MHzに等しくとっておくと、サセプタに13
.56MHzの高周波がのるのを有効に防止することが
できる。すなわち、ターゲットに入る高周波電力の電界
が、電極102から電極104に垂直に終端するように
しても、電極104は周波数f、に対してはアースに短
絡されているから、電極104の電圧が周波数f、で変
動することはない、ターゲット電極102裏面に設けら
れた円筒状磁石106により、ターゲット材料101表
面に略々平行な磁界が生じ、電子はこの磁界についてサ
イクロトロン運動する。102,104の電極間に垂直
な高周波電界が存在すると、このサイクロトロン運動す
る電子に有効にエネルギーが与えられ、高周波電力が有
効に高密度プラズマを発生させる。In this case fo = t/ (2yr (Lt Cs)
The impedance of the series circuit of Ll, C, becomes 0 for the frequency of ""), and it becomes a short circuit for the high frequency of the frequency to. Frequency 1 at which this fo can be added to the target
If we set it equal to 3.56MHz, 13
.. It is possible to effectively prevent the high frequency of 56 MHz from being transmitted. In other words, even if the electric field of high-frequency power entering the target terminates vertically from the electrode 102 to the electrode 104, since the electrode 104 is short-circuited to the ground with respect to the frequency f, the voltage of the electrode 104 is The cylindrical magnet 106 provided on the back surface of the target electrode 102, which does not fluctuate at f, generates a magnetic field approximately parallel to the surface of the target material 101, and electrons perform cyclotron motion with respect to this magnetic field. When a perpendicular high-frequency electric field exists between the electrodes 102 and 104, energy is effectively imparted to the cyclotron-moving electrons, and the high-frequency power effectively generates high-density plasma.
真空容器105はアースにつながれている。また、10
6はマグネトロン放電のための永久磁石である。さらに
装置には真空容器を真空に引く排気ユニットや、ガスを
導入する機構、さらにウェーハを出し入れする機構が設
けられているが、ここには簡単のため省略しである。Vacuum container 105 is connected to ground. Also, 10
6 is a permanent magnet for magnetron discharge. Furthermore, the apparatus is provided with an exhaust unit that evacuates the vacuum container, a mechanism for introducing gas, and a mechanism for loading and unloading wafers, but these are omitted here for simplicity.
本発明によって下地半導体ウェーハに損傷を与えること
なく、絶縁薄膜のバイアススパッタリングによる成膜が
可能となった理由を以下に説明する。The reason why the present invention makes it possible to form an insulating thin film by bias sputtering without damaging the underlying semiconductor wafer will be explained below.
第2図は電極の電流電圧特性を測定するための装置の模
式図である。装置そのものは第1図に示したものと同じ
であるが、直流電源201、電流計202が例えば第1
図(b)に示したバンドエリミネータ−104bのよう
にサセプタに加わる高周波電源の周波数の所でだけイン
ピーダンスが高く、その周波数からずれた周波数に対し
てはほとんど短絡となる高周波フィルタ203を介して
1つの電極(この図の場合はサセプタ電極204に接続
されている。この状態で、例えばArガスを5X10−
’Torrの圧力で導入し、放電を起し、電極に加える
直流電圧■とその結果疏れる電流の関係をとったものを
第3図に示す。FIG. 2 is a schematic diagram of an apparatus for measuring the current-voltage characteristics of an electrode. The device itself is the same as that shown in FIG. 1, but the DC power supply 201 and ammeter 202 are
Like the band eliminator 104b shown in FIG. two electrodes (in this figure, they are connected to the susceptor electrode 204. In this state, for example, Ar gas
Fig. 3 shows the relationship between the direct current voltage (2) applied to the electrode and the resulting current that is introduced at a pressure of 'Torr to cause discharge.
この場合、高周波電源205の周波aは可変とし、f4
MHz、40.88MHz及び100MHzの3つの周
波数に対してとった結果が図は示されている。また電極
に正電荷を持ったイオンが流れ込む電流を正の値にとっ
ている。In this case, the frequency a of the high frequency power supply 205 is variable, and f4
The figure shows results taken for three frequencies: MHz, 40.88 MHz and 100 MHz. Also, the current that positively charged ions flow into the electrode is taken as a positive value.
例えば、100MHzの特性をみると、■が約−95V
にの値をVSaと表す)のとき、I=0となり、V>V
saではI<O,V<Vsaでは■〉Oとなっている。For example, looking at the characteristics of 100MHz, ■ is approximately -95V
When the value of is expressed as VSa), I=0, and V>V
For sa, I<O, and for V<Vsa, ■>O.
この■。は自己バイアスと呼ばれ、電極がフローティン
グの状態で高周波放電させたときに発生する直流バイア
ス電圧である。すなわち、電極がこの電位にあるときは
、プラズマより電極に流れ込むイオンと電子の数が相等
しいため互いに打ち消し合い電流がOとなっているので
ある。外部より加えた直流バイアスにより電極の電位を
コントロールしてやると電流が流れる。例えばV>Vs
aとするとより多くの電子が流れ込みI<Oとなる。This ■. is called self-bias and is a DC bias voltage generated when high-frequency discharge is performed while the electrode is floating. That is, when the electrode is at this potential, the numbers of ions and electrons flowing into the electrode from the plasma are equal, so they cancel each other out and the current becomes O. When the potential of the electrode is controlled by an externally applied DC bias, a current flows. For example, V>Vs
If it is a, more electrons will flow in and I<O.
また、一方、V<Vsaとすると電子に対するポテンシ
ャルバリヤが高くなって電子の流入数が減少するためイ
オン電流の方が大きくなり正の電流が流れる。ざらに■
を負の方に大きくすると、V=V、で電流値は飽和し、
はぼ一定値となる。On the other hand, when V<Vsa, the potential barrier to electrons increases and the number of electrons flowing in decreases, so that the ionic current becomes larger and a positive current flows. Roughly ■
When increasing in the negative direction, the current value is saturated at V=V,
becomes a constant value.
これはイオンのみの電流値に等しい0以上の事実から考
えて、V>VoにおけるI−V特性の傾きは電子のエネ
ルギー分布の巾に対応している。すなわち、傾きが大き
いことは電子のエネルギーの分布用が狭いことを意味し
ている0図から明らかなように14MHzにくらべ、1
00MHzの場合はエネルギー分布が約1/10程度に
小さくなっている。一方、イオンのエネルギー分布巾を
ΔElonとし、電子のエネルギー分布の巾を△E1と
したとき両者の間には略々比例関係があるので、イオン
のエネルギー分布の巾も同様に約1/10に減少してい
るといえる。Considering the fact that the current value is equal to the current value of only ions and is greater than or equal to 0, the slope of the IV characteristic when V>Vo corresponds to the width of the electron energy distribution. In other words, a large slope means that the electron energy distribution is narrow.
In the case of 00 MHz, the energy distribution is reduced to about 1/10. On the other hand, when the ion energy distribution width is ΔElon and the electron energy distribution width is ΔE1, there is a roughly proportional relationship between the two, so the ion energy distribution width is also approximately 1/10. It can be said that it is decreasing.
さらに、■!!1の値も14MHzの場合の一400V
に対し100MHzでは約−95Vと絶対値で1/4以
下に小さくなっている。Furthermore,■! ! The value of 1 is also -400V at 14MHz.
On the other hand, at 100 MHz, the absolute value is about -95 V, which is less than 1/4.
従来のバイアススパッタ法では、下地基板に損傷が生じ
、デバイスの特性が劣化していたのは次の理由による。The reason why the conventional bias sputtering method causes damage to the underlying substrate and deteriorates the characteristics of the device is as follows.
すなわち、従来例では13.56MHzの周波数で放電
させていたため、IVs−b I=4oov〜600
0Vとなり、この高電圧で加速されたイオンが基板にぶ
つかっていた。さらにイオンのエネルギー分布が大きく
、たとえエネルギーの平均値を制御しても平均値より十
分大きなエネルギーをもったイオンが数多く存在するこ
とになり、こうしたハイエネルギーのイオンが大きなイ
オン衝撃を基板に与えることになり、これが損傷の生じ
る原因であった。That is, in the conventional example, since discharge was performed at a frequency of 13.56 MHz, IVs-b I = 4oov ~ 600
The voltage was 0V, and ions accelerated by this high voltage were hitting the substrate. Furthermore, the energy distribution of ions is large, and even if the average value of energy is controlled, there will be many ions with energy sufficiently higher than the average value, and these high-energy ions will cause a large ion bombardment to the substrate. This was the cause of the damage.
しかるに、本発明の第1実施例では、クエーハ・サセプ
タ電極104には100MHzの高周波を用いているた
め、従来の13.56MHzの場合にくらべてIVsa
lは約1/4〜115、△Eta。は1/10以下と小
さくすることができた。サセプタに加える高周波電力(
f2)は、サセプタに生じる自己バイアスを制御するた
めのものであるから、その電力を小さくすることにより
、自己バイアスを基板に損傷を与えない程度に小さくす
ることができる9本発明の装置では、放電はターゲット
(加えられる高周波電力(f、)により維持されている
のである。その結果、基板への損傷をなくすことができ
たのである。However, in the first embodiment of the present invention, since a high frequency of 100 MHz is used for the quaternary susceptor electrode 104, the IVsa is lower than that of the conventional case of 13.56 MHz.
l is about 1/4 to 115, ΔEta. could be reduced to 1/10 or less. High frequency power applied to the susceptor (
f2) is for controlling the self-bias generated in the susceptor, so by reducing its power, the self-bias can be made small to the extent that it does not damage the substrate.9 In the device of the present invention, The discharge is maintained by the target (high frequency power (f) applied). As a result, damage to the substrate can be eliminated.
VSaは高周波電源の周波数が高くなるほどまた高周波
電力を小さくする程低くなる。したがって、基板上に堆
構される薄膜の品質を十分なものにするに必要なイオン
エネルギーとイオンの照射量になるように周波数f2及
び電力をサセプタに与えるように選択すればよい。VSa decreases as the frequency of the high-frequency power source increases and as the high-frequency power decreases. Therefore, it is only necessary to select the frequency f2 and the power to be applied to the susceptor so as to provide the ion energy and ion irradiation amount necessary to obtain sufficient quality of the thin film deposited on the substrate.
また一方、ターゲット電極102には従来と同じ13.
56MHzが加えられているため、大きな自己バイアス
が生じており、大きなイオンエネルギーによるスパッタ
が生じるため、ターゲットのスパッタ速度が低下するこ
とはない、さらに、第1図の実施例ではマグネット10
6が装着されており、ターゲット基板近傍でマグネトロ
ン放電(電子が磁力線に巻きついてサイクロトロン運動
しながら、高周波電界からエネルギーをもらって、中性
のAr原子を効率よくイオン化する。)を起すことによ
りイオン濃度を高めてさらにスパッタ速度を大きくする
構成となっている。On the other hand, the target electrode 102 has the same 13.
Since 56 MHz is applied, a large self-bias occurs, and sputtering occurs due to large ion energy, so the sputtering speed of the target does not decrease.Furthermore, in the embodiment shown in FIG.
6 is attached, and the ion concentration is increased by causing a magnetron discharge (electrons wrap around magnetic lines of force and move in a cyclotron, receiving energy from a high-frequency electric field and efficiently ionizing neutral Ar atoms) near the target substrate. The structure is such that the sputtering speed is further increased by increasing the sputtering speed.
以上述べたように本発明による2周波励起RFバイアス
スパッタ装置によれば、大きな成膜速度を維持しつつ、
基板に損傷を生じない高品質な絶縁膜のスパッタ成膜が
可能となった。As described above, according to the dual frequency excitation RF bias sputtering apparatus according to the present invention, while maintaining a high film formation rate,
It has become possible to sputter deposit a high-quality insulating film without damaging the substrate.
また、第2図に示したように電極に直流バイアスを加え
ることによってサセプタに流入するイオンのエネルギー
をコントロールすることも可能である。ただし、この直
流バイアスを印加する方法は、成膜する薄膜が導電性材
料である場合に有効である。It is also possible to control the energy of ions flowing into the susceptor by applying a DC bias to the electrodes as shown in FIG. However, this method of applying a DC bias is effective when the thin film to be formed is a conductive material.
以上ターゲット及びサセプタに供給するRFの周波数を
それぞれ13.56MHzと100MHzの場合につい
てのみ述べたが、これに限る必要のないことは言うまで
もない、要するに前者に対し後者を大きくすればよいの
であって、実際の値はそれぞれの目的に応じて必要な成
膜速度や形成され1:Hの段差部での被覆形状等を考慮
して決めればよい。Above, we have described only the case where the RF frequencies supplied to the target and susceptor are 13.56 MHz and 100 MHz, respectively, but it goes without saying that it is not necessary to limit the frequency to these.In short, it is sufficient to make the latter larger than the former. The actual value may be determined depending on the purpose, taking into consideration the required film formation rate, the shape of the coating at the 1:H step, etc.
しかし、例えば、2.45GHzのようなマクロ波を用
いたような場合には電磁波の波長が基板ウェーハ径にく
らべて小さくなるため膜厚のバラツキの原因となること
があるため好ましくな成膜する材料も絶縁物に限ること
はなく、当然導電性材料C対しても有効である。However, for example, when macro waves such as 2.45 GHz are used, the wavelength of the electromagnetic waves becomes smaller than the diameter of the substrate wafer, which may cause variations in film thickness. The material is not limited to insulators, and of course it is also effective for conductive materials C.
高周波放電に使う高周波電源の波長は少なくともウェー
八口径の2倍より大きいことが均一成膜の立場から要求
される。望ましくは100MHz(波長3m) 〜t
GHz (波長30cm)程度である。From the viewpoint of uniform film formation, the wavelength of the high frequency power source used for high frequency discharge is required to be at least twice the diameter of the wafer. Preferably 100MHz (wavelength 3m) ~t
It is approximately GHz (wavelength: 30 cm).
またターゲット電極102裏面に設置した磁石106は
第1図に示した構成に限ることはない。Further, the structure of the magnet 106 installed on the back surface of the target electrode 102 is not limited to that shown in FIG. 1.
たとえば第4図(a)の本発明の第2の実施例に示した
ように強力な競争路形磁石409を設置し均一性を上げ
るために走査を行ってもよい、この場合、例えば第4図
(a)に示したように走査系410を真空容器405の
外に出しておけば反応系が機械的な動作から生じる発じ
んにより汚染されることが防げて好都合である。また不
必要ならば磁石108を省略しても、もちろん本発明の
主旨から逸脱することはない。For example, as shown in the second embodiment of the present invention in FIG. It is advantageous to place the scanning system 410 outside the vacuum vessel 405 as shown in Figure (a) to prevent the reaction system from being contaminated by dust generated from mechanical operations. Furthermore, if unnecessary, the magnet 108 may be omitted without departing from the spirit of the present invention.
さらに、ウェハサセプタ側にも磁石を設置して基板に損
傷を生じない低エネルギーイオン照射の効率を上げても
よい、またここで使う磁石は、第1図106のように静
止して取り付けられていてもよいし、第4図(a)41
0のように移動できるものであってもかまわない。Furthermore, a magnet may be installed on the wafer susceptor side to increase the efficiency of low-energy ion irradiation without causing damage to the substrate; 41 (Fig. 4(a))
It may be something that can be moved like 0.
また基板への損傷をさらに小さくするため例えば次のよ
うな方法をとることも可能である1例えば、露出してい
るシリコン表面に直接Sin。Furthermore, in order to further reduce damage to the substrate, it is also possible to take the following method.1 For example, directly inject the exposed silicon surface.
などの絶縁膜を積層させる場合、まず最初の数10人〜
100人程度の膜が形成される間はシリコン基板に供給
するRF電力をゼロとして再スパツタしないでつけ、そ
の後、バイアス・スパッタに切りかえる方式である。こ
うすればシリコン表面の出ている間は再スパツタを行な
わず、表面に薄膜が形成されてからスパッタ成膜を開始
するため基板シリコン表面への損傷をほとんど0とする
ことが可能である。照射するイオンの運動エネルギーが
大きくなりすぎれば、どんな材料でも損傷を生じる。材
料に損傷が生じ始めるのは、各材料の原子間結合力より
、照射イオンの運動エネルギーがやや大きくなったとき
である。この原子間結合力は、通常絶縁物の方が半導体
より大きい。When laminating insulating films such as
During the formation of about 100 films, the RF power supplied to the silicon substrate is set to zero without re-sputtering, and then it is switched to bias sputtering. In this way, resputtering is not performed while the silicon surface is exposed, and sputtering film formation is started after a thin film is formed on the surface, so that damage to the silicon surface of the substrate can be reduced to almost zero. If the kinetic energy of the irradiating ions becomes too great, any material will be damaged. Damage begins to occur in the material when the kinetic energy of the irradiated ions becomes slightly larger than the interatomic bonding force of each material. This interatomic bonding force is usually greater in insulators than in semiconductors.
基板材料、成膜材料の性質を整合した形で照射イオンの
エネルギーを決めればよい。The energy of the irradiation ions may be determined by matching the properties of the substrate material and film forming material.
第4図(b)は本発明の第3実施例を示すもので基板へ
の損傷を小さく抑えつつ、且つ基板を照射するイオンの
エネルギを自由に選択できる方法を示している。′M1
図(a)の第1の実施例と比較してかわっている点は、
サセプタに対し、fz、fsという2つの異る周波数を
切り換えて入力できるようになっている点であり、それ
社応じてバンドエリミネータ−401も変換しである。FIG. 4(b) shows a third embodiment of the present invention, which shows a method in which damage to the substrate can be suppressed to a minimum and the energy of ions with which the substrate is irradiated can be freely selected. 'M1
The differences compared to the first embodiment shown in Figure (a) are as follows:
The difference is that two different frequencies, fz and fs, can be switched and input to the susceptor, and the band eliminator 401 is also converted depending on the company.
402及び403はしCの共振回路であり、それぞれf
、、f、の共振周波数をもっている。402 and 403 are resonant circuits of C, each with f
,,f, has a resonant frequency.
fz =t/(2π (LI C,)”’ )t
s = 1 / (2π (L2 C2)””
)2つの共振回路402,403を直列に接続したバン
ドエリ主ネーター401はfz、f3の2つの周波数に
対してのみインピーダンスが大きくなり、これ以外の周
波数に対しては短絡となっているため、これら2種類の
高周波のみ選択的にサセプタに供給する機能をもってい
る。fz =t/(2π (LI C,)”')t
s = 1 / (2π (L2 C2)""
) Band Eliminator 401, in which two resonant circuits 402 and 403 are connected in series, has a large impedance only for the two frequencies fz and f3, and is short-circuited for other frequencies. It has a function of selectively supplying only two types of high frequencies to the susceptor.
例えば、flは13.56MHzとし、f2=100
M Hz 、 f 3 = 40 M HZとする。そ
して、例えば露出しているシリコン表面に直接5i02
等の絶縁膜を成長させる場合、まず最初の数10A〜1
00A程度の膜を形成させる間は、サセプタ104に加
える高周波の周波数をfz (100MHz)とする
、そして、その後は周波数をf 3(40M HZ )
に切り換えて厚い膜(例えば0.5〜1μm)を形成す
る。このようにすればシリコン表面の露出している間は
100MHzに対応する小さな自己バイアス値約10〜
20Vで基板表面をArイオンが照射するため基板への
ダメージは殆どない0表面が100A程度の5i02で
カバーされた時点で周波数を40MHzに切り換えて、
さらにその電力を制御すると自己バイアス値はたとえば
30〜250Vと大きくなり、大きな再スパツタ効果が
得られるようになる。しかし、すでにSt裏表面5i0
2で覆われているため基板への損傷はなくなる。For example, fl is 13.56MHz and f2=100
MHz, f3 = 40 MHz. Then, for example, apply 5i02 directly to the exposed silicon surface.
When growing an insulating film such as
While forming a film of about 00A, the frequency of the high frequency applied to the susceptor 104 is set to fz (100MHz), and thereafter the frequency is set to f3 (40MHz).
to form a thick film (for example, 0.5 to 1 μm). In this way, while the silicon surface is exposed, a small self-bias value of about 10~ corresponding to 100MHz can be maintained.
Ar ions irradiate the substrate surface with 20V, so there is almost no damage to the substrate.When the 0 surface is covered with 5i02 of about 100A, switch the frequency to 40MHz.
Furthermore, if the power is controlled, the self-bias value becomes large, for example, 30 to 250 V, and a large resputtering effect can be obtained. However, already St back surface 5i0
2, so there is no damage to the board.
このような方法は、バイアススパッタ法により堆積した
絶に111iの表面形状の平坦度をコントロールする場
合特に重要になってくる。なぜなら周波数を変化させる
ことにより最も有効な再スッパタ用のArイオンのエネ
ルギをコントロールでき、最適のエネルギ値を基板への
ダメージの心配をしないで選べるからである。Such a method becomes particularly important when controlling the flatness of the surface topography of 111i deposited by bias sputtering. This is because by changing the frequency, the most effective energy of Ar ions for re-sputtering can be controlled, and the optimum energy value can be selected without worrying about damage to the substrate.
ここではf、、f、の2つの異る周波数の場合について
のみ述べたが、例えばfz、fs。Here, only the case of two different frequencies f, , f has been described, but for example, fz and fs.
f4という3つの値を用いてもよいことはいうまでもな
い、ただし、この場合、最初に印加する周波数f2はf
r>fs、f4として、最も高周波のものを用いダメー
ジを小さくすることが重要である。また複数の周波数を
用いる場合、これらはターゲットの周波数flも含め、
fl + ’2 rf3.・・・・は互いに高調波の
関係にないように選ぶのが望ましい。放電空間は非線形
であり、従ってfr、fz、fs、・・・・の高調波が
放電条件によっては全く違った形でのってしまうことが
あり条件の設定が不正確になるからである。It goes without saying that three values of f4 may be used; however, in this case, the first frequency f2 to be applied is f
When r>fs and f4, it is important to use the highest frequency to minimize damage. In addition, when using multiple frequencies, these include the target frequency fl,
fl + '2 rf3. It is desirable to select them so that they do not have a harmonic relationship with each other. This is because the discharge space is nonlinear, and therefore the harmonics of fr, fz, fs, etc. may appear in completely different forms depending on the discharge conditions, making the setting of the conditions inaccurate.
以上本発明の実施例は主としてs i 0211iの堆
積についてのみ述べてきたが、これに限る必要はもちろ
んない0例えば、PSG膜、BPSG膜、シリコン窒化
膜、An、O,膜、AItN膜等の形成に用いてもよい
、この技術は絶縁性薄膜形成に有効なことはもちろんで
あるが、当然An、AIL合金、W、Mo、Ti、Ta
等の導電性薄膜にも通用できる。さらに、基板材料の性
質を問わない成膜が可能である。Although the embodiments of the present invention have been mainly described above with respect to the deposition of s i 0211i, it is of course not limited to this. This technique is of course effective for forming insulating thin films, but it also applies to An, AIL alloys, W, Mo, Ti, and Ta.
It can also be used for conductive thin films such as Furthermore, film formation is possible regardless of the properties of the substrate material.
ガラス板1石英板等の上&:薄膜を形成する時に、特に
有効な技術である。This is a particularly effective technique when forming a thin film on a glass plate 1 quartz plate, etc.
これまで、Arイオンを用いてRFバイアススパッタ技
術への適用例を述べてきたが、例えば513N4膜成膜
において、ターゲットにSi基板を用い、導入ガスとし
てN、あるいはNH,を用いて、5t3N、膜を成膜す
る反応性RFバイアススパッタ技術にも本発明はそのま
ま適用できる。AfNの成膜では、Aftをターゲット
基板とし、導入ガスをN2もしくはNH,とすればよい
。So far, we have described an example of application to RF bias sputtering technology using Ar ions. For example, when forming a 513N4 film, a Si substrate is used as the target and N or NH is used as the introduced gas. The present invention can also be directly applied to reactive RF bias sputtering technology for forming films. In forming an AfN film, Aft may be used as a target substrate, and N2 or NH may be introduced as a gas.
また、例えばポリイミド膜やレジストなどの高分子材料
に対しても必要に応じて用いてもよいことはいうまでも
ない。It goes without saying that it may also be used for polymeric materials such as polyimide films and resists, if necessary.
また、成膜を行なう基板も半導体ウェーハ上限らないこ
とはいうまでもない。Further, it goes without saying that the substrate on which the film is formed is not limited to a semiconductor wafer.
[発明の効果]
本発明によれば基板への損傷を生じることなく、高品質
で表面平坦度の優れた薄膜を容易に得ることが可能とな
った。[Effects of the Invention] According to the present invention, it has become possible to easily obtain a thin film of high quality and excellent surface flatness without causing damage to the substrate.
第1図(a)〜(d)は本発明の第1実施例を示す装置
の模式図及び説明図である。¥S2図は電極の電流電圧
特性を測定するための装置を示す模式図である。第3図
は電極の電流電圧特性の実験データを示すグラフである
。第4図 (a)、Cb)はそれぞれ本発明の第2実施
例及び第3実施例を示す模式図である。第5図は従来例
を示す模式図である。
101・・・ターゲット、102・・・ターゲット電極
、103・・・ウェーハ、104・・・サセプタ電極、
105・・・真空容器、102°、104°、104b
、104d、401・・・バンドエリミネータ−第1
図
(&)
弔1図
(b)
第1図
(d)
第2図
第4
図+a)
弔
4
図(b)
第
図FIGS. 1(a) to 1(d) are schematic diagrams and explanatory diagrams of an apparatus showing a first embodiment of the present invention. Figure S2 is a schematic diagram showing an apparatus for measuring the current-voltage characteristics of an electrode. FIG. 3 is a graph showing experimental data of current-voltage characteristics of the electrode. FIG. 4 (a) and Cb) are schematic diagrams showing a second embodiment and a third embodiment of the present invention, respectively. FIG. 5 is a schematic diagram showing a conventional example. 101... Target, 102... Target electrode, 103... Wafer, 104... Susceptor electrode,
105...vacuum container, 102°, 104°, 104b
, 104d, 401...Band Eliminator - Fig. 1 (&) Fig. 1 (b) Fig. 1 (d) Fig. 2 Fig. 4 + a) Fig. 4 (b) Fig.
Claims (4)
トをスパッタリングすることにより基体表面に薄膜を堆
積させる薄膜形成装置において、ターゲットと、前記基
体を装置内にて保持するサセプタとの両方に、それぞれ
第1の周波数及び第2の周波数を有する高周波電力が供
給され、かつ第2の周波数が第1の周波数より大となる
ように設定されたことを特徴とする薄膜形成装置。(1) In a thin film forming apparatus that deposits a thin film on the surface of a substrate by sputtering a target in a reduced-pressure atmosphere, both the target and a susceptor that holds the substrate within the apparatus each have a A thin film forming apparatus characterized in that high frequency power having a first frequency and a second frequency is supplied, and the second frequency is set to be higher than the first frequency.
記第2の周波数が100MHz以上である特許請求の範
囲第1項記載の薄膜形成装置。(2) The thin film forming apparatus according to claim 1, wherein the first frequency is 13.56 MHz and the second frequency is 100 MHz or more.
トをスパッタリングすることにより基体表面に薄膜を堆
積させる薄膜形成方法において、ターゲットと、前記基
体を装置内にて保持するサセプタとの両方に、それぞれ
第1の周波数及び第2の周波数を有する高周波電力を供
給し、かつ第2の周波数が第1の周波数より大となるよ
うに設定して薄膜形成を行うことを特徴とする薄膜形成
方法。(3) In a thin film forming method in which a thin film is deposited on the surface of a substrate by sputtering a target in a reduced pressure atmosphere, both the target and a susceptor that holds the substrate in the apparatus are A method for forming a thin film, comprising supplying high frequency power having a first frequency and a second frequency, and forming a thin film by setting the second frequency to be higher than the first frequency.
力をほぼ0とし、数10Å程度に膜が形成された後にバ
イサススパッタを行う特許請求の範囲第3項記載の薄膜
形成方法。(4) The thin film forming method according to claim 3, wherein the high frequency power supplied to the susceptor is set to approximately 0 in the early stage of film formation, and bisass sputtering is performed after the film is formed to a thickness of approximately several tens of angstroms.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1147422A JPH0678583B2 (en) | 1989-06-09 | 1989-06-09 | Thin film forming apparatus and thin film forming method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1147422A JPH0678583B2 (en) | 1989-06-09 | 1989-06-09 | Thin film forming apparatus and thin film forming method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03180467A true JPH03180467A (en) | 1991-08-06 |
| JPH0678583B2 JPH0678583B2 (en) | 1994-10-05 |
Family
ID=15429959
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1147422A Expired - Lifetime JPH0678583B2 (en) | 1989-06-09 | 1989-06-09 | Thin film forming apparatus and thin film forming method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0678583B2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005031403A1 (en) * | 2003-09-29 | 2005-04-07 | Konica Minolta Holdings, Inc. | Optical element for display |
| JP2011521433A (en) * | 2008-05-21 | 2011-07-21 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | Thin film battery and manufacturing method thereof |
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| JPS61153275A (en) * | 1984-12-25 | 1986-07-11 | Anelva Corp | Formation of thin film by sputtering |
| JPS61261472A (en) * | 1985-05-13 | 1986-11-19 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Bias sputtering method and its apparatus |
-
1989
- 1989-06-09 JP JP1147422A patent/JPH0678583B2/en not_active Expired - Lifetime
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0678583B2 (en) | 1994-10-05 |
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