KR20020004783A - RF Sputtering Apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 제조 프로세스 등에서 사용되는 RF 스퍼터링 장치, 및 RF 스퍼터링 방법의 개량에 관한 것이다.The present invention relates to improvements in RF sputtering devices and RF sputtering methods used in semiconductor manufacturing processes and the like.
반도체 제품의 고집적화가 진행되고 콘택트 홀부의 종횡비가 증대함으로써, 직류 전력(DC Power)만의 스퍼터링법으로는 충분한 커버리지의 확보가 불가능하게 되었다. 그에 따라, 커버리지 성능을 향상시킬 목적으로 개발된 장치가 RF(고주파)를 이용한 스퍼터링 장치(이온화 스퍼터링 장치)이다.As the integration of semiconductor products progresses and the aspect ratio of the contact hole portion increases, sufficient coverage cannot be secured by sputtering only DC power. Accordingly, a device developed for the purpose of improving coverage performance is a sputtering device (ionization sputtering device) using RF (high frequency).
RF(고주파)를 이용한 종래의 스퍼터링 장치에서는 한 쌍의 RF 전극 사이에서 방전을 시키고, 타겟 표면으로부터 금속막을 스퍼터한다. 타겟으로부터 튀어나온 금속 입자는 RF에 의해 챔버 내부의 고 플라즈마 밀도 영역을 통과함으로써 이온화되고, 전위차와 시스 전압에 의해 기판 표면에 수직으로 가속화되어 성막된다.In the conventional sputtering apparatus using RF (high frequency), discharge is performed between a pair of RF electrodes, and a metal film is sputtered from the target surface. The metal particles protruding from the target are ionized by passing through the high plasma density region inside the chamber by RF, and are accelerated and deposited perpendicular to the substrate surface by the potential difference and the sheath voltage.
이 종래의 RF 스퍼터링 장치에서는 한 쌍의 RF 전극의 한 쪽인 기판 홀더 상에 성막이 실시되는 기판을 직접 설치하고, RF 스퍼터링과 동시에 금속 입자를 이온화시켜 기판상에 박막을 형성하고 있었다.In this conventional RF sputtering apparatus, a substrate on which a film is formed is directly provided on a substrate holder, which is one of a pair of RF electrodes, and metal particles are ionized simultaneously with RF sputtering to form a thin film on the substrate.
최근, 반도체 제조에 있어서 웨이퍼 직경이 대구경화됨에 따라서 종래의 RF 스퍼터링 장치에서는 웨이퍼 면내의 막두께 균일성을 확보하는 것이 점점 더 곤란해지게 되었다.In recent years, as the diameter of a wafer becomes large in semiconductor manufacturing, it has become increasingly difficult to secure film thickness uniformity in a wafer surface in a conventional RF sputtering apparatus.
또한, 웨이퍼 근방의 시스 전압의 균일성은 웨이퍼 면내의 성막 속도의 균일성 및 커버리지에 크게 영향을 준다. RF를 사용하는 스퍼터링 장치는 웨이퍼 직경의 대구경화와 그에 수반되는 파워의 증가에 의해 기판에 강한 시스 전압이 형성되고, 시스 전압의 불균일성을 심화시켜 성막 특성이 열화되어 버린다.In addition, the uniformity of the sheath voltage near the wafer greatly affects the uniformity and coverage of the deposition rate in the wafer plane. In sputtering apparatus using RF, a strong sheath voltage is formed on the substrate by large diameter of the wafer diameter and the increase in power accompanying thereto, and the film formation characteristics are deteriorated due to the unevenness of the sheath voltage.
성막 특성의 균일성이 열화되면, RF 스퍼터링 장치를 사용하여 형성되는 반도체 장치의 우량품 생산 수율을 저하시키고, 제조 비용을 증가시킨다는 문제가 있다.If the uniformity of the film formation characteristics is deteriorated, there is a problem that the yield of high quality products of the semiconductor device formed using the RF sputtering device is lowered and the manufacturing cost is increased.
또한, 대구경화에 따른 생산성 향상을 위해 높은 RF를 이용함으로써 기판 주위 실드를 스퍼터링(어스 불충분)하고, 실드로부터의 불순물이 웨이퍼상에 형성한 막중에 포함되어, 형성되는 반도체 집적 회로의 동작 특성을 열화시킨다는 문제가 있다.In addition, by using high RF to improve productivity due to large diameter, the shield around the substrate is sputtered (insufficient earth), and impurities from the shield are included in the film formed on the wafer, thereby improving the operating characteristics of the formed semiconductor integrated circuit. There is a problem of deterioration.
도1은 본 발명에 의한 RF 스퍼터링 장치의 단면 모식도.1 is a schematic cross-sectional view of an RF sputtering apparatus according to the present invention.
도2는 본 발명에 의한 다른 RF 스퍼터링 장치의 단면 모식도.Figure 2 is a schematic cross-sectional view of another RF sputtering apparatus according to the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
1 : 스퍼터링 챔버1: sputtering chamber
2 : 기판 홀더2: substrate holder
3 : 베이스부3: Base part
4 : 전극4: electrode
5 : 석영판5: quartz plate
6 : 기판(웨이퍼)6: substrate (wafer)
7 : 백 바이어스 전원7: back bias power supply
8 : 홀더 주위 실드8: shield around the holder
9 : 전극 주위 실드9: shield around the electrode
10 : 동판10: copper plate
11 : 타겟판11: target plate
12 : RF 전원12: RF power
13 : 이온화 영역13: ionization zone
본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 한 쌍의 RF 전극의 한 쪽인 기판 홀더의 전극상에 절연판을 구비하고, 성막해야 할 기판을 절연판을 거쳐서 RF 전극상에 보유 지지하는 구조로 했다. 또한, 기판 홀드 주변의 실드를 기판보다 하방에 배치하는 구조로 했다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the conventional problems as described above, and includes an insulating plate on an electrode of a substrate holder, which is one of a pair of RF electrodes, and holds a substrate to be deposited on an RF electrode via an insulating plate. I made it to the structure. Moreover, it was set as the structure which arrange | positions the shield around board | substrate hold below a board | substrate.
즉, 본 발명의 청구항 1의 RF 스퍼터링 장치는 한 쌍의 RF 전극을 구성하는 한 쪽 전극상에 기판을 보유 지지하는 절연판을 배치한 것을 특징으로 하는 것이다.That is, the RF sputtering apparatus of Claim 1 of this invention arrange | positions the insulating plate which hold | maintains a board | substrate on one electrode which comprises a pair of RF electrode. It is characterized by the above-mentioned.
또한, 본 발명의 청구항 2의 RF 스퍼터링 장치는 청구항 1에 기재된 장치에있어서, 상기 절연판으로서 소정 두께의 석영판을 이용한 것을 특징으로 하는 것이다.Moreover, the RF sputtering apparatus of Claim 2 of this invention used the quartz plate of predetermined thickness as the said insulating plate in the apparatus of Claim 1, It is characterized by the above-mentioned.
또한, 본 발명의 청구항 3의 RF 스퍼터링 장치는 청구항 1 또는 2에 기재된 장치에 있어서, 상기 한 쪽 전극의 표면과 대략 병행한 면에 그 주위를 평면형으로 둘러싸는 실드를 구비하고, 이 실드를 상기 한 쪽 전극에 보유 지지되는 기판의 표면보다 낮은 위치가 되도록 배치한 것을 특징으로 하는 것이다.Moreover, the RF sputtering apparatus of Claim 3 of this invention WHEREIN: The apparatus of Claim 1 or 2 WHEREIN: The shield which surrounds the circumference | surroundings in planar shape on the surface substantially parallel with the surface of the said one electrode, The shield is said It is arrange | positioned so that it may become a position lower than the surface of the board | substrate hold | maintained by one electrode.
또한, 본 발명의 청구항 4의 RF 스퍼터링 방법은, 한 쌍의 RF 전극의 한 쪽 전극상에 소정 두께의 절연판을 배치하고, 이 절연판상에 기판을 보유 지지하여 타겟 재료로 구성되는 다른 쪽 전극과 대향시키고, 상기 한 쌍의 전극 사이에 RF 전압을 인가하여 스퍼터링을 행하는 것을 특징으로 하는 것이다.In addition, the RF sputtering method of claim 4 of the present invention includes an insulating plate having a predetermined thickness on one electrode of a pair of RF electrodes, and holding the substrate on the insulating plate, and the other electrode composed of a target material; And the sputtering is performed by applying an RF voltage between the pair of electrodes.
이상과 같이 본 발명에 따르면, RF 전극인 기판 홀더상에 절연체를 구비하여, 시스 전압의 균일성을 향상시키고 막내의 성막 특성의 균일성을 향상시킨다.According to the present invention as described above, an insulator is provided on the substrate holder, which is an RF electrode, to improve the uniformity of the sheath voltage and to improve the uniformity of the film-forming properties in the film.
또한, 실드가 기판보다 하방에 존재하므로, 실드로부터 스퍼터된 불순물이 기판상에 입사되는 것을 방지할 수 있으며, 막의 순도의 열화를 방지할 수 있다.In addition, since the shield exists below the substrate, it is possible to prevent impurities sputtered from the shield from being incident on the substrate and to prevent deterioration of the purity of the film.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, embodiment of this invention is described with reference to drawings.
도1은 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 RF 스퍼터링 장치의 개략 구성을 도시한 단면도이다.1 is a sectional view showing a schematic configuration of an RF sputtering apparatus according to a first embodiment of the present invention.
도1에 있어서, 도면 부호 1은 스퍼터링 챔버, 2는 스퍼터링 챔버(1)의 하부에 고정된 기판 홀더이고, 이 기판 홀더(2)는 베이스부(3) 상에 전극(4)을 배치하고, 그 위에 석영판(5)(절연판)을 배치하며, 이들을 일체적으로 고정하여 형성하고있다. 이 전극(4)은 고주파를 인가하는 한 쌍의 전극의 한 쪽을 구성하는 것이며, 시스 전압을 부여하는 백 바이어스 전원(7)을 거쳐서 접지되어 있다. 석영판(5) 상에는 성막해야 할 기판(6)이 적재되고, 기판(6)과 전극(4) 사이에는 석영판(5)에 의해 소정 간극이 형성되며, 기판(6) 상에 소정의 막이 스퍼터링에 의해 성막된다.In Fig. 1, reference numeral 1 denotes a sputtering chamber, 2 denotes a substrate holder fixed to the lower portion of the sputtering chamber 1, and the substrate holder 2 disposes the electrode 4 on the base portion 3, A quartz plate 5 (insulating plate) is disposed thereon, and these are fixedly formed. This electrode 4 constitutes one of a pair of electrodes to which a high frequency is applied, and is grounded via a back bias power supply 7 to which a sheath voltage is applied. The substrate 6 to be formed on the quartz plate 5 is stacked, and a predetermined gap is formed between the substrate 6 and the electrode 4 by the quartz plate 5, and a predetermined film is formed on the substrate 6. It is formed by sputtering.
기판 홀더(2)의 주위는 홀더 주위 실드(8)에 의해 둘러싸여 있고, 이것은 접지 전위에 실드되어 있다. 전극(4)의 주위에는 전극(4)과 동일한 평면으로 전극 주위 실드(9)가 배치되어 있고, 동판(10)을 거쳐서 홀더 주위 실드(8)에 접속되어 있다. 전극 주위 실드(9)의 상부 표면은 예를 들어 전극(4)의 상부 표면과 동일하게 배치되고, 석영판(4) 위에 배치된 기판(6)과는 석영판(4)의 두께량만큼 단차가 있도록 낮은 위치에 있다.The periphery of the substrate holder 2 is surrounded by the shield around the holder 8, which is shielded at ground potential. The electrode surrounding shield 9 is arranged in the same plane as the electrode 4 around the electrode 4, and is connected to the holder surrounding shield 8 via the copper plate 10. The upper surface of the shield around the electrode 9 is arranged in the same manner as the upper surface of the electrode 4, for example, and is different from the substrate 6 disposed on the quartz plate 4 by the thickness of the quartz plate 4. Is in a low position to let go.
도면 부호 11은 스퍼터링 챔버(1)의 상부에 배치된 타겟판으로서, 고주파를 인가하는 한 쌍의 전극의 다른 쪽을 구성하는 것이며, RF 전원(12)에 접속되어 있다. 이 타겟판(11)의 재료가 기판(5)의 표면에 스퍼터링되는 것이다.Reference numeral 11 denotes a target plate disposed above the sputtering chamber 1, which constitutes the other of the pair of electrodes to which high frequency is applied, and is connected to the RF power supply 12. The material of the target plate 11 is sputtered on the surface of the substrate 5.
13은 이온화 영역으로서, 스퍼터링 챔버(1)에 도입된 Ar 가스를 한 쌍의 전극(4, 11) 사이의 고주파 전압에 의해 이온화한 영역이다.13 is an ionization region, in which Ar gas introduced into the sputtering chamber 1 is ionized by a high frequency voltage between the pair of electrodes 4 and 11.
스퍼터링 처리에 있어서는 스퍼터링 챔버(1)에 Ar 가스를 도입하고, RF 전원(12)에 의해 타겟판(11)에 RF 전압을 인가한다.In the sputtering process, Ar gas is introduced into the sputtering chamber 1 and an RF voltage is applied to the target plate 11 by the RF power supply 12.
이 RF 전압에 의해 한 쌍의 전극(4, 11) 사이에서 방전하여, 타겟판(11)의 표면으로부터 금속 재료를 스퍼터한다. 타겟판(11)으로부터 튀어나온 금속 입자는 RF 전압에 의해 스퍼터링 챔버(1) 내부의 고 플라즈마 밀도 영역을 통과함으로써이온화되고, RF 전압의 전위차와 백 바이어스 전원(7)에 의한 시스 전압에 의해 기판(6)의 표면을 향해서 수직으로 가속되어 기판(6)의 표면에서 성막된다.The RF voltage is discharged between the pair of electrodes 4 and 11 to sputter a metal material from the surface of the target plate 11. The metal particles protruding from the target plate 11 are ionized by passing through the high plasma density region inside the sputtering chamber 1 by the RF voltage, and the substrate is caused by the potential difference of the RF voltage and the sheath voltage by the back bias power supply 7. It is accelerated vertically toward the surface of (6) and is deposited on the surface of the substrate (6).
이상과 같이, 본 발명에서는 한 쪽의 RF 전극인 기판 홀더(2)측의 전극(3) 상에 석영판(4)(절연체 판)을 구비하고, 기판(6)이 석영판(4)을 거쳐서 전극(3)(RF 전극)과 근접한 구조로 했다.As described above, in the present invention, the quartz plate 4 (insulator plate) is provided on the electrode 3 on the substrate holder 2 side, which is one RF electrode, and the substrate 6 is formed of the quartz plate 4. Through this configuration, the structure was close to the electrode 3 (RF electrode).
또한, 전극 주위 실드(9)를 기판(6)보다 하방에 배치했다.In addition, the electrode surroundings shield 9 was disposed below the substrate 6.
이와 같이, 한 쌍의 RF 전극의 한 쪽인 기판 홀더측의 전극(4) 상에 석영판(절연체 판)(5)을 구비함으로써, 기판(6) 근방의 시스 전압의 균일성을 향상시킬 수 있고, 그 결과로서 기판(1) 상에 형성하는 성막 특성의 균일성을 향상시킬 수 있다.In this way, by providing the quartz plate (insulator plate) 5 on the electrode 4 on the substrate holder side, which is one of the pair of RF electrodes, the uniformity of the sheath voltage near the substrate 6 can be improved. As a result, the uniformity of the film-forming characteristic formed on the board | substrate 1 can be improved.
또한, 전극 주위 실드(9)가 기판(6)보다 하방에 존재하므로, 전극 주위 실드(9)로부터 스퍼터된 불순물이 기판(6) 상에 입사되는 것을 방지할 수 있고, 기판(6) 상에 형성되는 막의 순도의 열화를 방지할 수 있다.In addition, since the shield around the electrode 9 is present below the substrate 6, it is possible to prevent impurities sputtered from the shield around the electrode 9 from being incident on the substrate 6, and on the substrate 6. Degradation of the purity of the formed film can be prevented.
도2는 본 발명의 실시 형태의 변형예를 도시한 RF 스퍼터링 장치의 단면도이다.2 is a cross-sectional view of an RF sputtering apparatus showing a modification of the embodiment of the present invention.
도2에 있어서, 도면 부호 9a는 전극 주위 실드이고, 도1의 전극 주위 실드(9)에 비해 더욱 낮은 위치에 배치되며, 홀더 주위 실드(8)에 접속되어 있다. 그 밖의 구성은 도1과 동일하다.In FIG. 2, reference numeral 9a denotes an electrode surrounding shield, which is disposed at a lower position than the electrode surrounding shield 9 in FIG. 1, and is connected to the holder surrounding shield 8. The rest of the configuration is the same as in FIG.
이와 같이 하면, 전극 주위 실드(9a)로부터 스퍼터된 불순물이 기판(6) 상에 입사되는 것을 더욱 효과적으로 방지할 수 있다.By doing this, it is possible to more effectively prevent the impurity sputtered from the shield around the electrode 9a to be incident on the substrate 6.
또, 이상은 반도체 기판상에 금속막을 스퍼터링으로 형성하는 예에 대하여 설명했지만, 본 발명은 이러한 예로 한정되는 것이 아니라, 어떠한 기판상에 어떠한 막을 스퍼터링으로 성막하는 경우에 널리 적용할 수 있는 것이다.In addition, although the example which formed the metal film on the semiconductor substrate by sputtering was demonstrated, this invention is not limited to this example, It is applicable widely when a film is sputtered on any board | substrate.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 반도체 제조 프로세스 등에 있어서 스퍼터링 막을 형성할 때 성막의 균일성과, 커버리지가 우수하고 또한 막 순도가 좋은 막을 형성하는 것이 가능해지며, 신뢰성이 높은 반도체 장치를 고수율로 제공할 수 있다.As described above, according to the present invention, when forming a sputtering film in a semiconductor manufacturing process or the like, it becomes possible to form a film having excellent film uniformity, excellent coverage and high film purity, and providing a highly reliable semiconductor device with high yield. can do.
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