JPH06330309A - コリメートスパッタ法による成膜方法及び装置 - Google Patents
コリメートスパッタ法による成膜方法及び装置Info
- Publication number
- JPH06330309A JPH06330309A JP14159493A JP14159493A JPH06330309A JP H06330309 A JPH06330309 A JP H06330309A JP 14159493 A JP14159493 A JP 14159493A JP 14159493 A JP14159493 A JP 14159493A JP H06330309 A JPH06330309 A JP H06330309A
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- Japan
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- collimator
- film forming
- forming method
- sputtering method
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- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
〔目的〕コリメータの開口に堆積層による目詰まり生じ
るまでの時間( 寿命) を大幅に延長してプロセスの稼働
率を向上させると共にプロセスの運用コストを低減した
コリメートスパッタ法による成膜方法及び装置を提供す
る。 〔構成〕ターゲット(2) と基板ホルダー(3) との間に設
置されるコリメータ(4)を成膜中に振動させる手段(6a,
６b)を備えている。このコリメータ(4) を振動させる手
段は、好適には100KHz以上の周波数で励振される超音波
振動子から構成される。
るまでの時間( 寿命) を大幅に延長してプロセスの稼働
率を向上させると共にプロセスの運用コストを低減した
コリメートスパッタ法による成膜方法及び装置を提供す
る。 〔構成〕ターゲット(2) と基板ホルダー(3) との間に設
置されるコリメータ(4)を成膜中に振動させる手段(6a,
６b)を備えている。このコリメータ(4) を振動させる手
段は、好適には100KHz以上の周波数で励振される超音波
振動子から構成される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、多層配線構造の半導体
装置の製造などに利用されるコリメートスパッタ法によ
る成膜方法及び装置に関するものであり、特に、多層配
線用の接続孔の埋め込みに適した成膜方法及び装置に関
するものである。
装置の製造などに利用されるコリメートスパッタ法によ
る成膜方法及び装置に関するものであり、特に、多層配
線用の接続孔の埋め込みに適した成膜方法及び装置に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】ＤＲＡＭやＳＲＡＭなどの半導体装置は
年々その集積度を高めており、これに伴い回路パターン
などに対する微細細加工の必要性が高まっている。特
に、多層配線構造の半導体装置の製造において、コンタ
クトホールやビアホールなどの接続孔の埋め込み工程
は、デバイスの歩留りや信頼性に直結するという点で、
重要な工程となっている。接続孔の埋め込み材料は Al
やその合金が主要なものであるが、接続孔の底部におけ
るシリコン基板内への拡散などを回避するために、Tiや
TiN などのバリア層が形成される。従来、 Al やその
合金、あるいは Ti やTiN などでは、比較的簡易なスパ
ッタリングや反応性スパッタリング（ TiN の場合）に
よる成膜方法が広く用いられている。
年々その集積度を高めており、これに伴い回路パターン
などに対する微細細加工の必要性が高まっている。特
に、多層配線構造の半導体装置の製造において、コンタ
クトホールやビアホールなどの接続孔の埋め込み工程
は、デバイスの歩留りや信頼性に直結するという点で、
重要な工程となっている。接続孔の埋め込み材料は Al
やその合金が主要なものであるが、接続孔の底部におけ
るシリコン基板内への拡散などを回避するために、Tiや
TiN などのバリア層が形成される。従来、 Al やその
合金、あるいは Ti やTiN などでは、比較的簡易なスパ
ッタリングや反応性スパッタリング（ TiN の場合）に
よる成膜方法が広く用いられている。
【０００３】上述のように、半導体デバイスについては
微細加工化の度合いが年々高まっており、これに伴い接
続孔の寸法もサブミクロンからハーフミクロンへと、さ
らにはサブハーフミクロンへと微細化し、直径に対する
相対的な深さを示すアスペクト比も 1.0 から 1.5 へ
と、さらには 2.0 以上へと増大しつつある。このよう
な微細かつアスペクト比の大きい接続孔への埋め込み
に、スパッタリングによる成膜の手法を適用する場合、
セルフシャドゥイング効果によって接続孔上部に先に堆
積層が形成されてしまい、この上部の堆積層に遮蔽され
てしまうことにより接続孔内部、特に底部への堆積が困
難になるという問題が生じる。
微細加工化の度合いが年々高まっており、これに伴い接
続孔の寸法もサブミクロンからハーフミクロンへと、さ
らにはサブハーフミクロンへと微細化し、直径に対する
相対的な深さを示すアスペクト比も 1.0 から 1.5 へ
と、さらには 2.0 以上へと増大しつつある。このよう
な微細かつアスペクト比の大きい接続孔への埋め込み
に、スパッタリングによる成膜の手法を適用する場合、
セルフシャドゥイング効果によって接続孔上部に先に堆
積層が形成されてしまい、この上部の堆積層に遮蔽され
てしまうことにより接続孔内部、特に底部への堆積が困
難になるという問題が生じる。
【０００４】上記セルフシャドゥイング効果は、ターゲ
ットから飛来する粒子がほぼランダムな入射角で基板に
到達することと、接続孔からターゲットを見た立体角が
上部ほど大きいことのため、接続孔の上部ほど飛来粒子
の堆積確率が大きくなるためである。この問題に対処す
るため種々の対策が講じられている。これらの代表的な
一つであるコリメートスパッタ法は、ターゲットと基板
との間に細長い（高アスペクト比の）開口群が形成され
たコリメータを設置し、ほぼランダムな角度で飛来する
粒子のうち基板への直進性が高いもののみを通過させ、
それ以外のものは開口群の内壁面に捕獲してしまう方法
である。
ットから飛来する粒子がほぼランダムな入射角で基板に
到達することと、接続孔からターゲットを見た立体角が
上部ほど大きいことのため、接続孔の上部ほど飛来粒子
の堆積確率が大きくなるためである。この問題に対処す
るため種々の対策が講じられている。これらの代表的な
一つであるコリメートスパッタ法は、ターゲットと基板
との間に細長い（高アスペクト比の）開口群が形成され
たコリメータを設置し、ほぼランダムな角度で飛来する
粒子のうち基板への直進性が高いもののみを通過させ、
それ以外のものは開口群の内壁面に捕獲してしまう方法
である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述したコリメートス
パッタ法によれば、基板に向かう粒子の相当部分がコリ
メータの開口の内面に捕獲されて堆積するため、開口の
径が次第に減少してゆき遂には目詰まりが生じてしま
う。このため、実際の成膜プロセスにおいては、適宜な
周期でコリメータを交換することが必要になり、成膜プ
ロセスの稼働率が低下すると共にコリメータの交換に労
力がかかるためプロセスの運用コストが増加するという
問題がある。従って、本発明の主要な目的は、コリメー
タの交換周期を長くすることにより稼働率を高めると共
に、プロセスの運用コストを低減したコリメートスパッ
タ法による成膜方法及び装置を提供することにある。
パッタ法によれば、基板に向かう粒子の相当部分がコリ
メータの開口の内面に捕獲されて堆積するため、開口の
径が次第に減少してゆき遂には目詰まりが生じてしま
う。このため、実際の成膜プロセスにおいては、適宜な
周期でコリメータを交換することが必要になり、成膜プ
ロセスの稼働率が低下すると共にコリメータの交換に労
力がかかるためプロセスの運用コストが増加するという
問題がある。従って、本発明の主要な目的は、コリメー
タの交換周期を長くすることにより稼働率を高めると共
に、プロセスの運用コストを低減したコリメートスパッ
タ法による成膜方法及び装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明のコリメートスパ
ッタ法による成膜方法及び装置によれば、コリメータを
振動させることによりコリメータの開口の内面への粒子
の堆積を抑制するように構成されている。
ッタ法による成膜方法及び装置によれば、コリメータを
振動させることによりコリメータの開口の内面への粒子
の堆積を抑制するように構成されている。
【０００７】
【作用】コリメータの開口の内面に堆積されるターゲッ
ト金属やその化合物などの粒子は、堆積密度が小さな初
期の状態では開口の内面に直接あるい他の堆積粒子を介
して間接的に比較的弱い力で吸着されていると考えられ
る。この初期状態の脆弱な堆積層が超音波振動子などに
よって高速で振動せしめられると、未堆積の粒子や、放
電用のアルゴンガス、あるいは反応用の窒素ガスなど他
の粒子と激しく衝突して弾き跳ばされることにより、堆
積層の成長が妨げられると考えられる。
ト金属やその化合物などの粒子は、堆積密度が小さな初
期の状態では開口の内面に直接あるい他の堆積粒子を介
して間接的に比較的弱い力で吸着されていると考えられ
る。この初期状態の脆弱な堆積層が超音波振動子などに
よって高速で振動せしめられると、未堆積の粒子や、放
電用のアルゴンガス、あるいは反応用の窒素ガスなど他
の粒子と激しく衝突して弾き跳ばされることにより、堆
積層の成長が妨げられると考えられる。
【０００８】
【実施例】図１は、本発明の一実施例のコリメートスパ
ッタ法による成膜装置の構成図であり、１は真空チャン
バー、２はターゲット、３は基板（半導体ウエーハ）ホ
ルダー、４はコリメータ、５ａ，５ｂはコリメータ保持
棒、６ａ，６ｂは超音波振動子、７は排気装置、８は放
電用高周波電源、９は振動子励振用高周波電源、１０は
Ａｒガス供給管、１１は窒素ガス供給管である。
ッタ法による成膜装置の構成図であり、１は真空チャン
バー、２はターゲット、３は基板（半導体ウエーハ）ホ
ルダー、４はコリメータ、５ａ，５ｂはコリメータ保持
棒、６ａ，６ｂは超音波振動子、７は排気装置、８は放
電用高周波電源、９は振動子励振用高周波電源、１０は
Ａｒガス供給管、１１は窒素ガス供給管である。
【０００９】真空チャンバー１内のターゲットホルダー
上に Ti などを素材とするターゲット２が保持されてい
る。さらに、この真空チャンバー1 内には、ターゲット
２と対向して、基板ホルダー３が設置されており、この
基板ホルダー３に接続孔が形成されたシリコン半導体ウ
エーハ（基板）SUB が保持される構成となっている。真
空チャンバー１内にはArガス供給管１０を通してArガス
が供給されると共に、反応性スパッタリングの場合には
窒素ガス供給管１１を通して窒素ガス（N2）が供給され
る構成となっている。真空チャンバー１内のArガスと窒
素ガスの分圧は、それぞれの供給量と排気装置７とによ
って最適の値に保持される。
上に Ti などを素材とするターゲット２が保持されてい
る。さらに、この真空チャンバー1 内には、ターゲット
２と対向して、基板ホルダー３が設置されており、この
基板ホルダー３に接続孔が形成されたシリコン半導体ウ
エーハ（基板）SUB が保持される構成となっている。真
空チャンバー１内にはArガス供給管１０を通してArガス
が供給されると共に、反応性スパッタリングの場合には
窒素ガス供給管１１を通して窒素ガス（N2）が供給され
る構成となっている。真空チャンバー１内のArガスと窒
素ガスの分圧は、それぞれの供給量と排気装置７とによ
って最適の値に保持される。
【００１０】放電用高周波電源８から供給される高周波
の高電界によってターゲット２と基板ホルダー３との間
のＡｒガス中でグロー放電が生じ、電離したＡｒイオン
がターゲット２に衝突する。ターゲット２からは、その
素材である Ti などの金属イオンが飛び出し、コリメー
タ４の高アスペクト比の開口群を通って基板ホルダー３
に向けて飛翔する。この金属イオン、例えばTiイオン
は、反応性スパッタリングの場合には飛翔途中でチャン
バー１内の窒素ガスと化合して TiNとなり、基板ホルダ
ー３上に保持された半導体基板の表面に堆積する。
の高電界によってターゲット２と基板ホルダー３との間
のＡｒガス中でグロー放電が生じ、電離したＡｒイオン
がターゲット２に衝突する。ターゲット２からは、その
素材である Ti などの金属イオンが飛び出し、コリメー
タ４の高アスペクト比の開口群を通って基板ホルダー３
に向けて飛翔する。この金属イオン、例えばTiイオン
は、反応性スパッタリングの場合には飛翔途中でチャン
バー１内の窒素ガスと化合して TiNとなり、基板ホルダ
ー３上に保持された半導体基板の表面に堆積する。
【００１１】コリメータ４は４本のコリメータ保持棒で
支承されており、このうちの２本が５ａ，５ｂとして図
示されている。各コリメータ保持棒とコリメータ４との
間に４個の超音波振動子が設置されており、このうちの
２個が超音波振動子６ａ，６ｂとして図示されている。
各超音波振動子は、例えば、Ni合金やフェライトを主体
とする磁歪振動子から構成されており、励振用高周波電
源９から超音波帯域(60KHz〜200KHz) の高周波電力を受
けて図中の上下方向に振動し、コリメータ４を振動させ
る。コリメータ４が高周波で振動することにより、基板
SUB に向けて飛翔するTiイオンやTiN などの粒子が開口
の内周面に付着して堆積するのを防止する。
支承されており、このうちの２本が５ａ，５ｂとして図
示されている。各コリメータ保持棒とコリメータ４との
間に４個の超音波振動子が設置されており、このうちの
２個が超音波振動子６ａ，６ｂとして図示されている。
各超音波振動子は、例えば、Ni合金やフェライトを主体
とする磁歪振動子から構成されており、励振用高周波電
源９から超音波帯域(60KHz〜200KHz) の高周波電力を受
けて図中の上下方向に振動し、コリメータ４を振動させ
る。コリメータ４が高周波で振動することにより、基板
SUB に向けて飛翔するTiイオンやTiN などの粒子が開口
の内周面に付着して堆積するのを防止する。
【００１２】本発明者は、コリメータの寿命と振動周波
数との関係について実験を行った。ただし、コリメータ
４の寿命は、開口群のうち最初に目詰まりが生じたもの
についてこの目詰まりが生じるまでの使用開始からの経
過時間とした。コリメータとして SUS304 製のハニカム
構造( 直径 200 mm,厚み300 mm, 平行面間隔 3mm )のも
のを使用し、ターゲットとして直径 200mmのチタンを使
用した。また、電離ガスとして分圧2mTorrのArガスを使
用し、反応性ガスとして分圧3 〜5mTorrの窒素ガスを使
用した。振動の振幅を一定に保ちながら、励振周波数を
60KHz 〜200KHzまで変化させた場合のコリメータの寿命
を図２に示す。横軸は、励振周波数であり、縦軸は振動
させない場合の寿命に対する相対値である。
数との関係について実験を行った。ただし、コリメータ
４の寿命は、開口群のうち最初に目詰まりが生じたもの
についてこの目詰まりが生じるまでの使用開始からの経
過時間とした。コリメータとして SUS304 製のハニカム
構造( 直径 200 mm,厚み300 mm, 平行面間隔 3mm )のも
のを使用し、ターゲットとして直径 200mmのチタンを使
用した。また、電離ガスとして分圧2mTorrのArガスを使
用し、反応性ガスとして分圧3 〜5mTorrの窒素ガスを使
用した。振動の振幅を一定に保ちながら、励振周波数を
60KHz 〜200KHzまで変化させた場合のコリメータの寿命
を図２に示す。横軸は、励振周波数であり、縦軸は振動
させない場合の寿命に対する相対値である。
【００１３】図２の実験データから明らかなように、コ
リメータを振動させることによりその寿命が大幅に延長
されており、特に励振周波数が100KHzを超えるとこの励
振周波数の増加と共に寿命の延びが顕著になる。最高の
200kHzの周波数では、振動させない場合に比べて１桁近
くも寿命が延びている。
リメータを振動させることによりその寿命が大幅に延長
されており、特に励振周波数が100KHzを超えるとこの励
振周波数の増加と共に寿命の延びが顕著になる。最高の
200kHzの周波数では、振動させない場合に比べて１桁近
くも寿命が延びている。
【００１４】図３は、コリメータの使用を開始してから
一定時間が経過した時点での開口内のTiN の堆積の状況
を断面図面であり、（Ａ）は200KHzで励振した場合,
（Ｂ）は励振しない場合である。コリメータを振動させ
た場合は、開口内に比較的均一に堆積層が形成されてい
る。これに対し、コリメータを振動させない場合には、
開口内に不均一にかつターゲットに近い側ほど厚く堆積
層形成されている。図２と図３の実験データから、振動
による寿命の延びは明らかである。
一定時間が経過した時点での開口内のTiN の堆積の状況
を断面図面であり、（Ａ）は200KHzで励振した場合,
（Ｂ）は励振しない場合である。コリメータを振動させ
た場合は、開口内に比較的均一に堆積層が形成されてい
る。これに対し、コリメータを振動させない場合には、
開口内に不均一にかつターゲットに近い側ほど厚く堆積
層形成されている。図２と図３の実験データから、振動
による寿命の延びは明らかである。
【００１５】以上、振動子として磁歪振動子を使用する
構成を例示したが、圧電効果を利用する振動子を使用す
ることもできる。
構成を例示したが、圧電効果を利用する振動子を使用す
ることもできる。
【００１６】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
コリメートスパッタ法による成膜方法及び装置はコリメ
ータを振動させる構成であるから、開口内への堆積層の
形成が抑制され、寿命が大幅に延長される。このため、
コリメータの交換回数が大幅に低減され、成膜プロセス
の稼働率が大幅に向上する。また、交換作業に費やす労
力も軽減され、プロセスの運用コストも低減される。
コリメートスパッタ法による成膜方法及び装置はコリメ
ータを振動させる構成であるから、開口内への堆積層の
形成が抑制され、寿命が大幅に延長される。このため、
コリメータの交換回数が大幅に低減され、成膜プロセス
の稼働率が大幅に向上する。また、交換作業に費やす労
力も軽減され、プロセスの運用コストも低減される。
【図１】本発明の一実施例に係わるコリメートスパッタ
法による成膜装置の構成を示す図である。
法による成膜装置の構成を示す図である。
【図２】上記実施例の成膜装置について得られたコリメ
ータの寿命と励振周波数との関係を示す実験データであ
る。
ータの寿命と励振周波数との関係を示す実験データであ
る。
【図３】上記実施例の成膜装置について得られたコリメ
ータの開口内の堆積層の形成の状況を、振動させた場合
（Ａ）と振動させない場合（Ｂ）とを比較して示す実験
データである。
ータの開口内の堆積層の形成の状況を、振動させた場合
（Ａ）と振動させない場合（Ｂ）とを比較して示す実験
データである。
１ 真空チャンバー ２ ターゲット ３ 基板ホルダー ４ コリメータ 5a,5b コリメータ保持棒 6a,6b 超音波振動子 ８ 放電用高周波電源 ９ 振動子励振用高周波電源
Claims (4)
- 【請求項１】スパッタリングによって生じた金属又はこ
の金属の化合物から成る粒子をコリメータを通して半導
体ウエーハの表面に形成された多層配線用の接続孔内に
到達させて堆積させる成膜方法において、 前記成膜中に前記コリメータを振動させることを特徴と
するコリメートスパッタ法による成膜方法。 - 【請求項２】スパッタリングによって生じた金属又はこ
の金属の化合物から成る粒子をコリメータを通して半導
体ウエーハの表面に形成された多層配線用の接続孔内に
到達させて堆積させる成膜装置において、 前記成膜中に前記コリメータを振動させる手段を備えた
ことを特徴とするコリメートスパッタ法による成膜装
置。 - 【請求項３】 請求項２において、 前記コリメータを振動させる手段は、超音波振動子であ
ることを特徴とするコリメートスパッタ法による成膜方
法及び装置。 - 【請求項４】 請求項３において、 前記超音波振動子は、100KHz以上の周波数で励振される
ことを特徴とするコリメートスパッタ法による成膜装置
及び方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14159493A JPH06330309A (ja) | 1993-05-20 | 1993-05-20 | コリメートスパッタ法による成膜方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14159493A JPH06330309A (ja) | 1993-05-20 | 1993-05-20 | コリメートスパッタ法による成膜方法及び装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06330309A true JPH06330309A (ja) | 1994-11-29 |
Family
ID=15295643
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14159493A Withdrawn JPH06330309A (ja) | 1993-05-20 | 1993-05-20 | コリメートスパッタ法による成膜方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06330309A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6268661B1 (en) | 1999-08-31 | 2001-07-31 | Nec Corporation | Semiconductor device and method of its fabrication |
| EP1184483A2 (en) | 2000-08-29 | 2002-03-06 | Canon Kabushiki Kaisha | Thin-film formation system and thin-film formation process |
| JP2019516865A (ja) * | 2016-05-24 | 2019-06-20 | イマジン・コーポレイション | 高精度シャドーマスク堆積システム及びその方法 |
| US11275315B2 (en) | 2016-05-24 | 2022-03-15 | Emagin Corporation | High-precision shadow-mask-deposition system and method therefor |
| CN115305451A (zh) * | 2021-07-23 | 2022-11-08 | 台湾积体电路制造股份有限公司 | 沉积系统及衬底处理室中将材料从靶沉积到衬底上的方法 |
| CN120679784A (zh) * | 2025-08-21 | 2025-09-23 | 上海谙邦半导体设备有限公司 | 用于反应腔的清洁系统及清洁方法 |
-
1993
- 1993-05-20 JP JP14159493A patent/JPH06330309A/ja not_active Withdrawn
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US12331392B2 (en) * | 2021-07-23 | 2025-06-17 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Deposition system and method |
| US12577653B2 (en) | 2021-07-23 | 2026-03-17 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Deposition system and method |
| CN120679784A (zh) * | 2025-08-21 | 2025-09-23 | 上海谙邦半导体设备有限公司 | 用于反应腔的清洁系统及清洁方法 |
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| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
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