JP2001140070A - イオン化金属堆積用の高密度プラズマ源 - Google Patents
イオン化金属堆積用の高密度プラズマ源Info
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- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 深い正孔充填及び銅の持続自己スパッタリン
グを促進させるのに十分なカバレージを与える小さな高
磁場マグネトロンを開発する。 【解決手段】 面積は小さいがターゲットカバレージが
十分である低圧プラズマスパッタリング又は持続自己ス
パッタリングに特に有利なマグネトロンを提供する。該
マグネトロンは、内部磁極面６２を取り囲んでいる外部
磁極面６８をそれらの間のギャップ７０と共に含んでい
る。本発明のマグネトロンの外部磁極は、ターゲットの
中心から周囲に同様に伸びる円形マグネトロンより小さ
い。異なる形としては、ループ状、楕円形、卵形、三角
形、及び弧がターゲット周囲にはまっている三角形が含
まれる。小さな形は、高電力密度がスパッタされる実際
のターゲットの領域に印加されることを可能にする。好
ましくは、外部磁極によって生じた磁束は、内部磁極に
よって生じた磁束より大きい。
グを促進させるのに十分なカバレージを与える小さな高
磁場マグネトロンを開発する。 【解決手段】 面積は小さいがターゲットカバレージが
十分である低圧プラズマスパッタリング又は持続自己ス
パッタリングに特に有利なマグネトロンを提供する。該
マグネトロンは、内部磁極面６２を取り囲んでいる外部
磁極面６８をそれらの間のギャップ７０と共に含んでい
る。本発明のマグネトロンの外部磁極は、ターゲットの
中心から周囲に同様に伸びる円形マグネトロンより小さ
い。異なる形としては、ループ状、楕円形、卵形、三角
形、及び弧がターゲット周囲にはまっている三角形が含
まれる。小さな形は、高電力密度がスパッタされる実際
のターゲットの領域に印加されることを可能にする。好
ましくは、外部磁極によって生じた磁束は、内部磁極に
よって生じた磁束より大きい。
Description
【０００１】
【関連出願】本出願は、1999年2月12日出願の出願第09/
249,468号の一部継続出願である。
249,468号の一部継続出願である。
【０００２】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般的には、物質
のスパッタリングに関する。特に、スパッタリングを向
上させるための磁場をつくりだすマグネトロンに関す
る。
のスパッタリングに関する。特に、スパッタリングを向
上させるための磁場をつくりだすマグネトロンに関す
る。
【０００３】
【従来の技術】スパッタリング、或いは物理気相成長(P
VD)と呼ばれるものは、半導体集積回路の製造におい
て、金属及び関連物質の層を堆積させる最も一般的な方
法である。図1に、従来のPVDリアクタ10の断面図が図式
的に示され、この図は、カリフォルニア州サンタクララ
のアプライドマテリアルズ社(Applied Materials,Inc.)
から入手可能なEndura PVDリアクタを基に示されてい
る。リアクタ10は、真空チャンバ12を含み、この真空チ
ャンバ12は、PVDターゲット14に密閉されており、PVDタ
ーゲット14は、ウエハ16上にスパッタ堆積される物質、
大抵は金属から構成され、ウエハ16は、ヒータペデスタ
ル18に固定されている。シールド20は、チャンバ内に固
定されており、チャンバ壁12に物質がスパッタされない
ようにするとともに陽極接地面を与える。選択性DC電源
22は、ターゲット14をシールド20に対して約-600VDCま
で負のバイアスを加える。慣用的には、ペデスタル18、
従ってウエハ16も電気的に浮動している状態になる。
VD)と呼ばれるものは、半導体集積回路の製造におい
て、金属及び関連物質の層を堆積させる最も一般的な方
法である。図1に、従来のPVDリアクタ10の断面図が図式
的に示され、この図は、カリフォルニア州サンタクララ
のアプライドマテリアルズ社(Applied Materials,Inc.)
から入手可能なEndura PVDリアクタを基に示されてい
る。リアクタ10は、真空チャンバ12を含み、この真空チ
ャンバ12は、PVDターゲット14に密閉されており、PVDタ
ーゲット14は、ウエハ16上にスパッタ堆積される物質、
大抵は金属から構成され、ウエハ16は、ヒータペデスタ
ル18に固定されている。シールド20は、チャンバ内に固
定されており、チャンバ壁12に物質がスパッタされない
ようにするとともに陽極接地面を与える。選択性DC電源
22は、ターゲット14をシールド20に対して約-600VDCま
で負のバイアスを加える。慣用的には、ペデスタル18、
従ってウエハ16も電気的に浮動している状態になる。
【０００４】ガス供給源24は、スパッタリングワーキン
グガスを供給し、典型的には化学的に不活性なガスであ
るアルゴンをマスフローコントローラ26を介してチャン
バ12に供給する。反応性金属窒化物、例えば窒化チタン
のスパッタリングにおいて、窒素が別のガス供給源27か
ら、それ自体のマスフローコントローラ26を介して供給
される。Al2O3のような酸化物をつくるときには酸素も
供給され得る。図示されるように、ガスは、チャンバの
上部から、又は下から入れることが可能で、一つ以上の
注入パイプからガスが導入される。注入パイプは、シー
ルドの下を貫通しているか、又は、シールド20とペデス
タル18の間のギャップを貫通している。真空装置28は、
チャンバ内を低圧に保つ。基本的な圧力は、約10-7トル
又はそれよりも低く保たれ得るが、ワーキングガスの圧
力は、典型的には、約1〜1000ミリトルの間に維持され
る。コンピュータを有するコントローラ30は、DC電源22
及びマスフローコントローラー26を含むリアクタを制御
する。
グガスを供給し、典型的には化学的に不活性なガスであ
るアルゴンをマスフローコントローラ26を介してチャン
バ12に供給する。反応性金属窒化物、例えば窒化チタン
のスパッタリングにおいて、窒素が別のガス供給源27か
ら、それ自体のマスフローコントローラ26を介して供給
される。Al2O3のような酸化物をつくるときには酸素も
供給され得る。図示されるように、ガスは、チャンバの
上部から、又は下から入れることが可能で、一つ以上の
注入パイプからガスが導入される。注入パイプは、シー
ルドの下を貫通しているか、又は、シールド20とペデス
タル18の間のギャップを貫通している。真空装置28は、
チャンバ内を低圧に保つ。基本的な圧力は、約10-7トル
又はそれよりも低く保たれ得るが、ワーキングガスの圧
力は、典型的には、約1〜1000ミリトルの間に維持され
る。コンピュータを有するコントローラ30は、DC電源22
及びマスフローコントローラー26を含むリアクタを制御
する。
【０００５】アルゴンがチャンバ内に導入されると、タ
ーゲット14とシールド20の間のDC電圧がアルゴンに点火
してプラズマに変え、正に帯電したアルゴンイオンが負
に帯電したターゲット14に引きつけられる。イオンは、
かなりのエネルギーでターゲット14に衝突し、ターゲッ
トの原子又は原子クラスターをターゲット14からスパッ
タさせる。ターゲット粒子の一部は、ウエハ16に衝突
し、それによって、ウエハ16上に堆積し、その結果、タ
ーゲット物質の薄膜が形成される。金属窒化物の反応性
スパッタリングにおいては、更に、窒素がチャンバ12に
導入され、窒素がスパッタした金属イオンと反応してウ
エハ16上で金属窒化物を形成する。
ーゲット14とシールド20の間のDC電圧がアルゴンに点火
してプラズマに変え、正に帯電したアルゴンイオンが負
に帯電したターゲット14に引きつけられる。イオンは、
かなりのエネルギーでターゲット14に衝突し、ターゲッ
トの原子又は原子クラスターをターゲット14からスパッ
タさせる。ターゲット粒子の一部は、ウエハ16に衝突
し、それによって、ウエハ16上に堆積し、その結果、タ
ーゲット物質の薄膜が形成される。金属窒化物の反応性
スパッタリングにおいては、更に、窒素がチャンバ12に
導入され、窒素がスパッタした金属イオンと反応してウ
エハ16上で金属窒化物を形成する。
【０００６】効率のよいスパッタリングを与えるため
に、ターゲット14の後ろにマグネトロン32が配置され
る。マグネトロン32の磁石34,36は向き合っており、磁
石34,36の付近でチャンバ内に磁場を発生させる。磁場
は電子を捉え、電子的中性を保つためにイオン密度もま
た増し、マグネトロン32に隣接したチャンバ内に高密度
プラズマ領域38が形成される。マグネトロン32は、大
抵、ターゲット14のスパッタリングにおいて十分なカバ
レージが達成されるようにターゲット14の中心の周りを
回転する。マグネトロンの形は、本特許出願の主題であ
り、図形は、示唆を意図しているに過ぎない。
に、ターゲット14の後ろにマグネトロン32が配置され
る。マグネトロン32の磁石34,36は向き合っており、磁
石34,36の付近でチャンバ内に磁場を発生させる。磁場
は電子を捉え、電子的中性を保つためにイオン密度もま
た増し、マグネトロン32に隣接したチャンバ内に高密度
プラズマ領域38が形成される。マグネトロン32は、大
抵、ターゲット14のスパッタリングにおいて十分なカバ
レージが達成されるようにターゲット14の中心の周りを
回転する。マグネトロンの形は、本特許出願の主題であ
り、図形は、示唆を意図しているに過ぎない。
【０００７】半導体集積回路における集積レベルの向上
は、スパッタリング装置及びプロセスに対する要求を増
加させることとなった。問題の多くは、コンタクトホー
ルとバイアホールに付随するものである。図2の断面図
に示されているように、バイアホール又はコンタクトホ
ール40は、インタレベル誘電層42を介してエッチングさ
れ、下の層又は基板46中の導電特徴44に達する。次に、
スパッタリングは、正孔40の中に金属を充填するために
使われ、インタレベルの電気的接続を供給する。下の層
46が半導体基板の場合には、充填正孔40は、コンタクト
ホールと呼ばれ、もし下の層が、低レベルメタライゼー
ションレベルの場合、充填正孔40は、バイアホールと呼
ばれる。簡単にするために、これから以降、我々は、た
だバイアとのみ呼ぶことにする。インタレベルバイアの
幅は、0.25.m以下近くまで減少し、一方、インタレベル
誘電体の厚さは、約0.7.mでほぼ一定である。その結
果、進歩した集積回路におけるバイアホールは、3以上
のアスペクト比に増大する。開発中のいくつかの技術で
は、6以上のアスペクト比が必要とされている。
は、スパッタリング装置及びプロセスに対する要求を増
加させることとなった。問題の多くは、コンタクトホー
ルとバイアホールに付随するものである。図2の断面図
に示されているように、バイアホール又はコンタクトホ
ール40は、インタレベル誘電層42を介してエッチングさ
れ、下の層又は基板46中の導電特徴44に達する。次に、
スパッタリングは、正孔40の中に金属を充填するために
使われ、インタレベルの電気的接続を供給する。下の層
46が半導体基板の場合には、充填正孔40は、コンタクト
ホールと呼ばれ、もし下の層が、低レベルメタライゼー
ションレベルの場合、充填正孔40は、バイアホールと呼
ばれる。簡単にするために、これから以降、我々は、た
だバイアとのみ呼ぶことにする。インタレベルバイアの
幅は、0.25.m以下近くまで減少し、一方、インタレベル
誘電体の厚さは、約0.7.mでほぼ一定である。その結
果、進歩した集積回路におけるバイアホールは、3以上
のアスペクト比に増大する。開発中のいくつかの技術で
は、6以上のアスペクト比が必要とされている。
【０００８】そのような高いアスペクト比は、スパッタ
リングにおいて問題を呈する。何故なら、大抵のスパッ
タリングの形態は、強い異方性を持たず、垂直から離れ
たコサイン依存性が典型的であるので、最初にスパッタ
した物質は、正孔の上方に堆積しがちであり、架橋して
しまう。従って、正孔の底部が埋まるのを妨げ、バイア
金属中にボイドを生じる。
リングにおいて問題を呈する。何故なら、大抵のスパッ
タリングの形態は、強い異方性を持たず、垂直から離れ
たコサイン依存性が典型的であるので、最初にスパッタ
した物質は、正孔の上方に堆積しがちであり、架橋して
しまう。従って、正孔の底部が埋まるのを妨げ、バイア
金属中にボイドを生じる。
【０００９】しかしながら、充填している深部正孔は、
スパッタ粒子のかなりの割合がターゲット14とペデスタ
ル18の間のプラズマ中でイオン化することによって促進
され得るということが知られてきた。図1のペデスタル1
8は、例え電気的に浮動しているとしても、DC自己バイ
アスを生じ、このDC自己バイアスがペデスタル18に隣接
したプラズマシース及び誘電層42中の正孔40の深部を横
切ってプラズマからのイオン化されたスパッタ粒子を引
きつける。この効果は、更に、プラズマシースからウエ
ハ16に向かうイオン化した粒子を加速させ、よってスパ
ッタ堆積の方向性を制御する、付加的なペデスタル電極
18のDC又はRFバイアスで強調され得る。かなりの割合の
イオン化スパッタ原子でスパッタするプロセスは、イオ
ン化金属堆積又は、イオン化金属めっき(IMP)と呼ばれ
る。正孔充填の効率を量的に測定する2つの関連した基
準は、底部カバレージと側面カバレージである。図2に
図式的に示されているように、スパッタリングの最初の
段階では層50が堆積する。この層の表面又はブランケッ
トの厚さはs1、底部の厚さはs2、側壁の厚さはs3であ
る。底部カバレージは、S2/S1に等しく、側壁カバレー
ジは、S3/S1に等しい。モデルは、非常に単純化された
ものであるが、多くの状況においてはこれで十分であ
る。
スパッタ粒子のかなりの割合がターゲット14とペデスタ
ル18の間のプラズマ中でイオン化することによって促進
され得るということが知られてきた。図1のペデスタル1
8は、例え電気的に浮動しているとしても、DC自己バイ
アスを生じ、このDC自己バイアスがペデスタル18に隣接
したプラズマシース及び誘電層42中の正孔40の深部を横
切ってプラズマからのイオン化されたスパッタ粒子を引
きつける。この効果は、更に、プラズマシースからウエ
ハ16に向かうイオン化した粒子を加速させ、よってスパ
ッタ堆積の方向性を制御する、付加的なペデスタル電極
18のDC又はRFバイアスで強調され得る。かなりの割合の
イオン化スパッタ原子でスパッタするプロセスは、イオ
ン化金属堆積又は、イオン化金属めっき(IMP)と呼ばれ
る。正孔充填の効率を量的に測定する2つの関連した基
準は、底部カバレージと側面カバレージである。図2に
図式的に示されているように、スパッタリングの最初の
段階では層50が堆積する。この層の表面又はブランケッ
トの厚さはs1、底部の厚さはs2、側壁の厚さはs3であ
る。底部カバレージは、S2/S1に等しく、側壁カバレー
ジは、S3/S1に等しい。モデルは、非常に単純化された
ものであるが、多くの状況においてはこれで十分であ
る。
【００１０】イオン化割合を増加させる方法は、図1の
チャンバ12の側面を取り囲むRFコイルを加えることなど
によって高密度プラズマ(HDP)をつくりだすことであ
る。HDPリアクタは、高密度アルゴンプラズマをつくり
だすだけでなく、スパッタ原子のイオン化割合をも増加
させる。しかしながら、HDP PVDリアクタは、新しくて
比較的費用がかかり、堆積膜の品質は必ずしも最良では
ない。図1のPVDリアクタのDCスパッタリングを主に用い
て続けることが望ましい。
チャンバ12の側面を取り囲むRFコイルを加えることなど
によって高密度プラズマ(HDP)をつくりだすことであ
る。HDPリアクタは、高密度アルゴンプラズマをつくり
だすだけでなく、スパッタ原子のイオン化割合をも増加
させる。しかしながら、HDP PVDリアクタは、新しくて
比較的費用がかかり、堆積膜の品質は必ずしも最良では
ない。図1のPVDリアクタのDCスパッタリングを主に用い
て続けることが望ましい。
【００１１】イオン化率を高める他の方法は、ターゲッ
トの形がシルクハットである中空陰極マグネトロンを用
いることである。このタイプのリアクタは、しかし、稼
動中に大変熱くなり、複雑な形をしたターゲットは、大
変高価である。
トの形がシルクハットである中空陰極マグネトロンを用
いることである。このタイプのリアクタは、しかし、稼
動中に大変熱くなり、複雑な形をしたターゲットは、大
変高価である。
【００１２】誘導結合HDPスパッタリアクタ、又は、中
空陰極リアクタによってスパッタした銅は、バイアの側
壁上に起伏状の銅膜を形成する傾向があり、更に、堆積
した金属は、脱湿潤する傾向があることが観察されてい
る。スパッタした銅層が、銅正孔充填を完了する電気め
っきのようなその後の堆積プロセスへの所定の最低の厚
さのシード層として使われるときに、厚さが様々になっ
てしまうことは特に深刻である。
空陰極リアクタによってスパッタした銅は、バイアの側
壁上に起伏状の銅膜を形成する傾向があり、更に、堆積
した金属は、脱湿潤する傾向があることが観察されてい
る。スパッタした銅層が、銅正孔充填を完了する電気め
っきのようなその後の堆積プロセスへの所定の最低の厚
さのシード層として使われるときに、厚さが様々になっ
てしまうことは特に深刻である。
【００１３】従来技術において更に問題なのは、側壁カ
バレージが非対称である傾向があり、ターゲット中央に
向いている側面がターゲット外側の大きな立体角度に向
いたシールドされた側面よりも厚く被覆されることであ
る。非対称によって、所定の最低の厚さのシード層を達
成するために過度の堆積が必要になるだけでなく、フォ
トリソグラフィにおいてアラインメント印として使われ
るクロス形トレンチも生じ、トレンチを非対称に狭くな
るように移動させる。
バレージが非対称である傾向があり、ターゲット中央に
向いている側面がターゲット外側の大きな立体角度に向
いたシールドされた側面よりも厚く被覆されることであ
る。非対称によって、所定の最低の厚さのシード層を達
成するために過度の堆積が必要になるだけでなく、フォ
トリソグラフィにおいてアラインメント印として使われ
るクロス形トレンチも生じ、トレンチを非対称に狭くな
るように移動させる。
【００１４】深い正孔充填を促進する他の制御操作は、
チャンバ圧である。一般的に、低チャンバ圧が正孔充填
を促進すると考えられている。高い圧力では、スパッタ
粒子が、中性又はイオン化のいずれもアルゴンキャリア
ガスの原子と衝突する可能性が高くなる。衝突によっ
て、イオンを中性化され、速度が乱れる傾向があり、ど
ちらの作用も正孔充填を低下させる。しかしながら、前
述したように、スパッタリングは、少なくともターゲッ
トに隣接したプラズマの存在に依存する。最低圧力がい
くつかの要因に依存しているとはいえ、圧力が過度に下
がる場合には、プラズマは崩壊する。
チャンバ圧である。一般的に、低チャンバ圧が正孔充填
を促進すると考えられている。高い圧力では、スパッタ
粒子が、中性又はイオン化のいずれもアルゴンキャリア
ガスの原子と衝突する可能性が高くなる。衝突によっ
て、イオンを中性化され、速度が乱れる傾向があり、ど
ちらの作用も正孔充填を低下させる。しかしながら、前
述したように、スパッタリングは、少なくともターゲッ
トに隣接したプラズマの存在に依存する。最低圧力がい
くつかの要因に依存しているとはいえ、圧力が過度に下
がる場合には、プラズマは崩壊する。
【００１５】Fu他による、1997年5月8日出願の米国特許
出願第08/854,008号に開示されたように、極度の低圧プ
ラズマスパッタリングは持続自己スパッタリング(SSS)
である。SSSにおいて、正にイオン化したスパッタ原子
の密度は、十分な数が負にバイアスが加えられたターゲ
ットに引き戻されてイオン化した原子を再びスパッタす
るほど高い。限られた数のターゲット金属の正しい条件
においては、セルフスパッタリングは、プラズマを維持
し、アルゴンワーキングガスは不必要である。銅は、最
もSSSを起こしやすい金属であるが、それは高電力、高
磁場の条件においてだけである。銅の抵抗率が低く且つ
エレクトロマイグレーションに対する感受性が低いこと
から銅スパッタリングが開発されているのは重要なこと
である。しかしながら、銅SSSが商業的に便利になるた
めには、十分なカバレージ、高磁場マグネトロンの開発
が求められている。
出願第08/854,008号に開示されたように、極度の低圧プ
ラズマスパッタリングは持続自己スパッタリング(SSS)
である。SSSにおいて、正にイオン化したスパッタ原子
の密度は、十分な数が負にバイアスが加えられたターゲ
ットに引き戻されてイオン化した原子を再びスパッタす
るほど高い。限られた数のターゲット金属の正しい条件
においては、セルフスパッタリングは、プラズマを維持
し、アルゴンワーキングガスは不必要である。銅は、最
もSSSを起こしやすい金属であるが、それは高電力、高
磁場の条件においてだけである。銅の抵抗率が低く且つ
エレクトロマイグレーションに対する感受性が低いこと
から銅スパッタリングが開発されているのは重要なこと
である。しかしながら、銅SSSが商業的に便利になるた
めには、十分なカバレージ、高磁場マグネトロンの開発
が求められている。
【００１６】ターゲットに印加される高電力は、、多
分、持続自己スパッタリングの点で、低圧を可能にす
る。高電力は、また、イオン化密度を増す。しかしなが
ら、過度の電力によって、高価な電源が必要になり、冷
却の増強も必要になる。20〜30kWの過剰の電力レベル
は、商業的な環境では実行不可能と考えられている。実
際、適切な要因は、電力ではなく、マグネトロンの下の
領域における電力密度である。その領域が、効果的なス
パッタリングを促進する高密度プラズマの領域だからで
ある。従って、小さな高磁場磁石は、最も容易に高イオ
ン化密度をつくりだす。そのために、いくつかの先行技
術によって小さな円形の磁石が開示されている。しかし
ながら、そのようなマグネトロンは、均一性を与えるた
めに、ターゲットの中央において回転させる必要がある
だけでなく、ターゲットの全体且つ完全に均一なカバレ
ージを確かめるために放射状の走査も必要である。十分
なマグネトロンカバレージが達成されない場合には、タ
ーゲットが効率良く使用できないだけでなく、重要なこ
とには、スパッタ堆積の均一性が低下し、スパッタ材料
の一部がターゲットのスパッタされていない領域に再び
堆積してしまう。更に、非スパッタ領域に再堆積した材
料は、薄片となって剥がれ落ちるような厚さに積もり、
深刻な問題を引き起こしてしまう。放射状の走査によっ
て、潜在的にこれらの問題は回避されるが、必要な走査
メカニズムは複雑であり、製造環境においては一般的に
不適切であると考えられている。
分、持続自己スパッタリングの点で、低圧を可能にす
る。高電力は、また、イオン化密度を増す。しかしなが
ら、過度の電力によって、高価な電源が必要になり、冷
却の増強も必要になる。20〜30kWの過剰の電力レベル
は、商業的な環境では実行不可能と考えられている。実
際、適切な要因は、電力ではなく、マグネトロンの下の
領域における電力密度である。その領域が、効果的なス
パッタリングを促進する高密度プラズマの領域だからで
ある。従って、小さな高磁場磁石は、最も容易に高イオ
ン化密度をつくりだす。そのために、いくつかの先行技
術によって小さな円形の磁石が開示されている。しかし
ながら、そのようなマグネトロンは、均一性を与えるた
めに、ターゲットの中央において回転させる必要がある
だけでなく、ターゲットの全体且つ完全に均一なカバレ
ージを確かめるために放射状の走査も必要である。十分
なマグネトロンカバレージが達成されない場合には、タ
ーゲットが効率良く使用できないだけでなく、重要なこ
とには、スパッタ堆積の均一性が低下し、スパッタ材料
の一部がターゲットのスパッタされていない領域に再び
堆積してしまう。更に、非スパッタ領域に再堆積した材
料は、薄片となって剥がれ落ちるような厚さに積もり、
深刻な問題を引き起こしてしまう。放射状の走査によっ
て、潜在的にこれらの問題は回避されるが、必要な走査
メカニズムは複雑であり、製造環境においては一般的に
不適切であると考えられている。
【００１７】商業的に利用可能なマグネトロンの1つの
種類は、Tepmanの米国特許第5,320,728号に例示されて
いる腎臓形である。Parkerは、この形の拡張した形を米
国特許第5,242,566号に開示している。図3の平面図に示
されるように、Tepmanマグネトロン52は、腎臓形に基づ
いており、磁性の異なる磁極面54,56がほぼ一定の幅で
ある回り道のギャップ57によって隔てられている。磁極
面54,56は、図示されていないギャップ57を架橋してい
る馬蹄形磁石によって結合されている。マグネトロン
は、ターゲット14の中央にあり且つ腎臓形内部磁極面54
の凹んだ縁近傍にある回転軸58のまわりを回転する。外
部磁極面 56の凸面をなしている外周部は、その領域に
あるギャップ57にほぼ平行であるが、ターゲット14の使
用可能な部分の外周部に接近している。この形は、高磁
場及び均一なスパッタリングに最適であるが、領域はタ
ーゲットのほぼ半分である。磁極ギャップ57から分離さ
れた領域においては磁場が比較的弱い。
種類は、Tepmanの米国特許第5,320,728号に例示されて
いる腎臓形である。Parkerは、この形の拡張した形を米
国特許第5,242,566号に開示している。図3の平面図に示
されるように、Tepmanマグネトロン52は、腎臓形に基づ
いており、磁性の異なる磁極面54,56がほぼ一定の幅で
ある回り道のギャップ57によって隔てられている。磁極
面54,56は、図示されていないギャップ57を架橋してい
る馬蹄形磁石によって結合されている。マグネトロン
は、ターゲット14の中央にあり且つ腎臓形内部磁極面54
の凹んだ縁近傍にある回転軸58のまわりを回転する。外
部磁極面 56の凸面をなしている外周部は、その領域に
あるギャップ57にほぼ平行であるが、ターゲット14の使
用可能な部分の外周部に接近している。この形は、高磁
場及び均一なスパッタリングに最適であるが、領域はタ
ーゲットのほぼ半分である。磁極ギャップ57から分離さ
れた領域においては磁場が比較的弱い。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】これらの理由により、
深い正孔充填及び銅の持続自己スパッタリングを促進さ
せるのに十分なカバレージを与える小さな高磁場マグネ
トロンを開発することが望ましい。
深い正孔充填及び銅の持続自己スパッタリングを促進さ
せるのに十分なカバレージを与える小さな高磁場マグネ
トロンを開発することが望ましい。
【００１９】
【課題を解決するための手段】本発明は、２つの等しい
直径を持つ円よりも小さな領域を有する楕円形か又はそ
れに類する形のスパッタリングマグネトロンを含んでお
り、ここでマグネトロンの2つの直径はマグネトロンの
典型的な回転軸を基準にしてターゲットの半径に沿って
伸びている。これらの形は、ターゲットの中央に関して
非対称に配置されたループ状、楕円形、卵形、三角形、
及び弧状三角形を含んでいる。マグネトロンは、ターゲ
ットの裏面でマグネトロンの薄い端の好ましくは近傍に
ある点のまわりを回転し、より厚い端は、ターゲットの
周囲に近接して配置される。好ましくは、磁束の合計は
ターゲット半径の２分の１の内側でよりも外側でより大
きくなる。
直径を持つ円よりも小さな領域を有する楕円形か又はそ
れに類する形のスパッタリングマグネトロンを含んでお
り、ここでマグネトロンの2つの直径はマグネトロンの
典型的な回転軸を基準にしてターゲットの半径に沿って
伸びている。これらの形は、ターゲットの中央に関して
非対称に配置されたループ状、楕円形、卵形、三角形、
及び弧状三角形を含んでいる。マグネトロンは、ターゲ
ットの裏面でマグネトロンの薄い端の好ましくは近傍に
ある点のまわりを回転し、より厚い端は、ターゲットの
周囲に近接して配置される。好ましくは、磁束の合計は
ターゲット半径の２分の１の内側でよりも外側でより大
きくなる。
【００２０】小さな領域は、18kWの電源から少なくとも
600W/cm2の電力密度を、200mmウエハをスパッタ堆積す
るのに用いられる完全被覆されたスパッタリングターゲ
ットに印加することを可能にする。
600W/cm2の電力密度を、200mmウエハをスパッタ堆積す
るのに用いられる完全被覆されたスパッタリングターゲ
ットに印加することを可能にする。
【００２１】マグネトロンは、周囲の外部磁極よりも内
部磁極において小さな磁束を生じるように配置されてい
る。よって、磁場は、スパッタリングチャンバの遠くま
で届き、低圧スパッタリング及び持続自己スパッタリン
グを促進する。
部磁極において小さな磁束を生じるように配置されてい
る。よって、磁場は、スパッタリングチャンバの遠くま
で届き、低圧スパッタリング及び持続自己スパッタリン
グを促進する。
【００２２】本発明は、また、このようなマグネトロン
を用いて達成可能なスパッタリング法も含んでいる。小
さな閉鎖領域に広がる高磁場は、持続自己スパッタリン
グを促進する。持続自己スパッタリングに向いていない
多くの金属が、0.5ミリトル未満（しばしば0.2ミリトル
未満）のチャンバ圧力で、また0.1ミリトルでさえもス
パッタさせることが可能である。底部カバレージは、20
0mmウエハを支持するような大きさのペデスタル電極に2
50W未満のRFバイアスを印加することによって更に改善
され得る。銅は、330mmターゲットと200mmウエハに対し
ては、18kWのDC電力で、完全な自己持続方式においてか
又は0.3ミリトル以下の最小チャンバ圧においてスパッ
タされ得る。
を用いて達成可能なスパッタリング法も含んでいる。小
さな閉鎖領域に広がる高磁場は、持続自己スパッタリン
グを促進する。持続自己スパッタリングに向いていない
多くの金属が、0.5ミリトル未満（しばしば0.2ミリトル
未満）のチャンバ圧力で、また0.1ミリトルでさえもス
パッタさせることが可能である。底部カバレージは、20
0mmウエハを支持するような大きさのペデスタル電極に2
50W未満のRFバイアスを印加することによって更に改善
され得る。銅は、330mmターゲットと200mmウエハに対し
ては、18kWのDC電力で、完全な自己持続方式においてか
又は0.3ミリトル以下の最小チャンバ圧においてスパッ
タされ得る。
【００２３】本発明は、低容量の電源による高電力密度
スパッタリングを提供する。
スパッタリングを提供する。
【００２４】
【発明の実施の形態】本発明の実施例は、図4の平面図
に示されたループ状マグネトロン60である。ループ状マ
グネトロン60は、対向した平行な中央直線側面を有する
一方の磁気極性の中央棒状磁極面が2つの丸い端66によ
って結合されている。中央棒状磁極面62は、棒状磁極面
と環状磁極面62、68を分けているほぼ一定の幅のギャッ
プ70を有するもう一方の極性の伸長した外部環状磁極面
68によって囲まれている。もう一方の磁気極性の外部磁
極面68は、内部磁極面62と共にほぼ中心対称に2つの丸
い端74によって結合された対向した平行な中央直線部分
72を含んでいる。中央部分72と丸い端74は、幅がほぼ同
じバンドである。間単に述べると、磁石によって磁極面
62、68は対向した磁気極性をもつ。ここでもまた簡単に
述べると、裏打プレートは磁気的に対向した磁極面62、
68間の磁気継鉄とマグネトロン構造の支持体とを共に備
えている。
に示されたループ状マグネトロン60である。ループ状マ
グネトロン60は、対向した平行な中央直線側面を有する
一方の磁気極性の中央棒状磁極面が2つの丸い端66によ
って結合されている。中央棒状磁極面62は、棒状磁極面
と環状磁極面62、68を分けているほぼ一定の幅のギャッ
プ70を有するもう一方の極性の伸長した外部環状磁極面
68によって囲まれている。もう一方の磁気極性の外部磁
極面68は、内部磁極面62と共にほぼ中心対称に2つの丸
い端74によって結合された対向した平行な中央直線部分
72を含んでいる。中央部分72と丸い端74は、幅がほぼ同
じバンドである。間単に述べると、磁石によって磁極面
62、68は対向した磁気極性をもつ。ここでもまた簡単に
述べると、裏打プレートは磁気的に対向した磁極面62、
68間の磁気継鉄とマグネトロン構造の支持体とを共に備
えている。
【００２５】2つの磁極面62、68は図の平面にほぼ垂直
に伸びる磁界を生じる特定の磁気極性で示されている
が、本発明に関する限り、一組の反対の磁気極性が大体
同じ磁気効果を生じることは当然理解されるであろう。
図示されたアセンブリは、中央に磁場のない最小領域を
備える閉鎖経路に垂直に伸びる平行な弧を有する概ねセ
ミトロイダルな磁界を生じる。これは、結果としてトン
ネルのストラットを形成する磁界の閉鎖トンネルを生じ
る。
に伸びる磁界を生じる特定の磁気極性で示されている
が、本発明に関する限り、一組の反対の磁気極性が大体
同じ磁気効果を生じることは当然理解されるであろう。
図示されたアセンブリは、中央に磁場のない最小領域を
備える閉鎖経路に垂直に伸びる平行な弧を有する概ねセ
ミトロイダルな磁界を生じる。これは、結果としてトン
ネルのストラットを形成する磁界の閉鎖トンネルを生じ
る。
【００２６】図4の磁極アセンブリは、均一な構成のタ
ーゲット14の中心とほぼ一致した回転軸78の周りをかな
り高い回転率でスパッタ堆積中に絶えず回転するもので
ある。回転軸78は、外部磁極面68の一方の長形端80に又
はその近傍に位置し、もう一方の長形端82はターゲット
14の使用可能な外部半径範囲にほぼ位置する。ターゲッ
トの中心に対する回転マグネトロン60の非対称配置は、
十分なターゲットカバレージを得るにもかかわらず小さ
いマグネトロンを供する。ターゲットの使用可能な外周
部は、異なったマグネトロンの設計が同じターゲットの
異なる部分に使われることから容易に画成されない。し
かしながら、ターゲットの使用可能な外周部はターゲッ
トの平坦な領域によって画定され、スパッタ堆積される
ウエハの直径をかなり超えるまでほとんど常に伸び、ま
たターゲット面の領域よりいくぶん小さい。200mmウエ
ハについては、325mmのターゲット面が典型的である。1
5％の使われないターゲット半径は、実用上限として見
なされ得る。ループ状マグネトロンは従来技術において
周知であるが、たいていターゲットの中心の周りに対称
に配置される。記載された発明においては、ループ状マ
グネトロンは非対称に配置され、その内部端はターゲッ
ト中心の上に重なっているか又はターゲット中心からタ
ーゲット半径の好ましくは20％以内、更に好ましくは10
％以内の半径位置で終わっている。図示されたループ状
マグネトロンは、ターゲットの直径に沿って伸びてい
る。
ーゲット14の中心とほぼ一致した回転軸78の周りをかな
り高い回転率でスパッタ堆積中に絶えず回転するもので
ある。回転軸78は、外部磁極面68の一方の長形端80に又
はその近傍に位置し、もう一方の長形端82はターゲット
14の使用可能な外部半径範囲にほぼ位置する。ターゲッ
トの中心に対する回転マグネトロン60の非対称配置は、
十分なターゲットカバレージを得るにもかかわらず小さ
いマグネトロンを供する。ターゲットの使用可能な外周
部は、異なったマグネトロンの設計が同じターゲットの
異なる部分に使われることから容易に画成されない。し
かしながら、ターゲットの使用可能な外周部はターゲッ
トの平坦な領域によって画定され、スパッタ堆積される
ウエハの直径をかなり超えるまでほとんど常に伸び、ま
たターゲット面の領域よりいくぶん小さい。200mmウエ
ハについては、325mmのターゲット面が典型的である。1
5％の使われないターゲット半径は、実用上限として見
なされ得る。ループ状マグネトロンは従来技術において
周知であるが、たいていターゲットの中心の周りに対称
に配置される。記載された発明においては、ループ状マ
グネトロンは非対称に配置され、その内部端はターゲッ
ト中心の上に重なっているか又はターゲット中心からタ
ーゲット半径の好ましくは20％以内、更に好ましくは10
％以内の半径位置で終わっている。図示されたループ状
マグネトロンは、ターゲットの直径に沿って伸びてい
る。
【００２７】図5の平面図に示されているように、2組の
磁石90、92が磁極面62、68の裏に配置されて2つの磁気
極性を生じる。磁極面62、68、磁石90、92、及びおそら
く逆磁気継鉄の組合わせが、磁極面62、68によって画成
された領域を有する2つの対向磁極を生じる。他の手段
が、そのような磁極を得るのに使用されてもよい。
磁石90、92が磁極面62、68の裏に配置されて2つの磁気
極性を生じる。磁極面62、68、磁石90、92、及びおそら
く逆磁気継鉄の組合わせが、磁極面62、68によって画成
された領域を有する2つの対向磁極を生じる。他の手段
が、そのような磁極を得るのに使用されてもよい。
【００２８】2つのタイプの磁石90、92は、それぞれが
垂直に面している端に軸方向に伸びている磁束を生じ
る、類似した構造及び組成であってもよい。磁気組成、
直径、又は長さが異なる場合には、異なる磁石によって
生じる磁束が異なってもよい。磁石90、92の断面図を図
6に示す。軸に沿って伸びている円筒状の磁気コア93
は、ネオジミウムホウ素鉄(NdBFe)のような強磁性材料
から構成される。そのような材料は酸化されやすいこと
から、コア93は一緒に溶接した管側壁94と2つのほぼ円
形のキャップ96からつくられたケースに封入され、気密
缶を形成する。キャップ96は、軟らかい磁性材料、好ま
しくはSS410ステンレス鋼から構成され、管側壁96は非
磁性材料、好ましくはSS304ステンレス鋼から構成され
る。それぞれのキャップ96は軸方向に伸びているピン97
を含み、簡単に述べると、磁極面62、68の一方又は磁気
継鉄内の対応する捕獲正孔に係合している。これによっ
て、磁石90、92はマグネトロンに固定される。磁気コア
93は、軸方向に沿って磁化されるが、2つの異なるタイ
プの磁石90、92は、図7の断面図に示されるように、マ
グネトロン60に向けられるので、内部磁極62の磁石90は
一方の向きに垂直に伸びる磁界をもつように配列され、
外部磁極68の磁石92はもう一方の向きに垂直に伸びる磁
界をもつように配列される。即ち、対向する磁気極性を
もつ。
垂直に面している端に軸方向に伸びている磁束を生じ
る、類似した構造及び組成であってもよい。磁気組成、
直径、又は長さが異なる場合には、異なる磁石によって
生じる磁束が異なってもよい。磁石90、92の断面図を図
6に示す。軸に沿って伸びている円筒状の磁気コア93
は、ネオジミウムホウ素鉄(NdBFe)のような強磁性材料
から構成される。そのような材料は酸化されやすいこと
から、コア93は一緒に溶接した管側壁94と2つのほぼ円
形のキャップ96からつくられたケースに封入され、気密
缶を形成する。キャップ96は、軟らかい磁性材料、好ま
しくはSS410ステンレス鋼から構成され、管側壁96は非
磁性材料、好ましくはSS304ステンレス鋼から構成され
る。それぞれのキャップ96は軸方向に伸びているピン97
を含み、簡単に述べると、磁極面62、68の一方又は磁気
継鉄内の対応する捕獲正孔に係合している。これによっ
て、磁石90、92はマグネトロンに固定される。磁気コア
93は、軸方向に沿って磁化されるが、2つの異なるタイ
プの磁石90、92は、図7の断面図に示されるように、マ
グネトロン60に向けられるので、内部磁極62の磁石90は
一方の向きに垂直に伸びる磁界をもつように配列され、
外部磁極68の磁石92はもう一方の向きに垂直に伸びる磁
界をもつように配列される。即ち、対向する磁気極性を
もつ。
【００２９】図7の断面図に示されるように、磁石90、9
2は、ターゲット14の裏のすぐ上に位置する磁極面62、6
8の上に(図1の向きを用いて)近接して配置される。ほぼ
閉じられた形が外部磁極面68の外周部にほぼ適合してい
る磁気継鉄98は、2つの磁極62、68を磁気的に結合する
ように磁石90、92の裏に近接して配置される。前述のよ
うに、磁極面62、68及び継鉄98の正孔は磁石90、92を固
定し、図示されていないハードウエアは磁極面62、68を
継鉄98に固定する。
2は、ターゲット14の裏のすぐ上に位置する磁極面62、6
8の上に(図1の向きを用いて)近接して配置される。ほぼ
閉じられた形が外部磁極面68の外周部にほぼ適合してい
る磁気継鉄98は、2つの磁極62、68を磁気的に結合する
ように磁石90、92の裏に近接して配置される。前述のよ
うに、磁極面62、68及び継鉄98の正孔は磁石90、92を固
定し、図示されていないハードウエアは磁極面62、68を
継鉄98に固定する。
【００３０】内部磁石90及び内部磁極面62は、一方の磁
気極性の内部磁極を構成し、外部磁極面68は、もう一方
の磁気極性の周りの外部磁極を構成する。磁気継鉄98
は、内部磁極と外部磁極を磁気的に結合し、マグネトロ
ンの裏面又は継鉄98に対して上面の磁界を実質的に限定
する。よって、セミトロイダル磁界100が生じ、非磁気
ターゲット14を介して真空チャンバ12へ伸びて高密度プ
ラズマ領域38を画成する。磁界100は、非磁気ターゲッ
ト14を介して真空チャンバ12へ伸びて高密度プラズマ領
域38の範囲を画成する。磁石90、92は、異なる磁力であ
ってもよい。しかしながら、後に説明される理由によ
り、外部磁石92によって生じる全磁束は内部磁石90によ
って生じる全磁束よりもかなり大きいことが望まれる。
図示されるように、マグネトロン60は、ターゲット14の
ほぼ中央からターゲット14の使用可能な領域の縁まで水
平に伸びている。磁気継鉄90及び2つの磁極面62、68
は、SS416ステンレス鋼のような軟らかい磁性材料から
形成されたプレートであることが好ましい。
気極性の内部磁極を構成し、外部磁極面68は、もう一方
の磁気極性の周りの外部磁極を構成する。磁気継鉄98
は、内部磁極と外部磁極を磁気的に結合し、マグネトロ
ンの裏面又は継鉄98に対して上面の磁界を実質的に限定
する。よって、セミトロイダル磁界100が生じ、非磁気
ターゲット14を介して真空チャンバ12へ伸びて高密度プ
ラズマ領域38を画成する。磁界100は、非磁気ターゲッ
ト14を介して真空チャンバ12へ伸びて高密度プラズマ領
域38の範囲を画成する。磁石90、92は、異なる磁力であ
ってもよい。しかしながら、後に説明される理由によ
り、外部磁石92によって生じる全磁束は内部磁石90によ
って生じる全磁束よりもかなり大きいことが望まれる。
図示されるように、マグネトロン60は、ターゲット14の
ほぼ中央からターゲット14の使用可能な領域の縁まで水
平に伸びている。磁気継鉄90及び2つの磁極面62、68
は、SS416ステンレス鋼のような軟らかい磁性材料から
形成されたプレートであることが好ましい。
【００３１】マグネトロン60の内部長形端80は、回転軸
78に沿って伸びているシャフト104に接続され、モータ1
06によって回転する。図示されているように、マグネト
ロン60は、ターゲット14のほぼ中央からターゲット14の
使用可能な領域の右側まで伸びている。Demarayらの米
国特許第5,252,194号には、モータ106、マグネトロン6
0、及び真空チャンバ12間の接続の具体的な詳細が開示
されている。マグネトロンアセンブリ60は、シャフト10
4の屈曲を避けるためにカウンタウェイティングを含ま
なければならない。回転78の中心は、外部磁極面72の内
部長形端74内に配置されることが好ましいが、その位置
は、わずかに異なる位置に最適化されてもよい。しか
し、規格化された内部長形端80からマグネトロン60の長
形の長さまで、20％以上外れないのが好ましく、更に好
ましいのは10％である。最も好ましくは、長形端80近く
の外部磁極面68の内部端は、回転中心78に重なる。
78に沿って伸びているシャフト104に接続され、モータ1
06によって回転する。図示されているように、マグネト
ロン60は、ターゲット14のほぼ中央からターゲット14の
使用可能な領域の右側まで伸びている。Demarayらの米
国特許第5,252,194号には、モータ106、マグネトロン6
0、及び真空チャンバ12間の接続の具体的な詳細が開示
されている。マグネトロンアセンブリ60は、シャフト10
4の屈曲を避けるためにカウンタウェイティングを含ま
なければならない。回転78の中心は、外部磁極面72の内
部長形端74内に配置されることが好ましいが、その位置
は、わずかに異なる位置に最適化されてもよい。しか
し、規格化された内部長形端80からマグネトロン60の長
形の長さまで、20％以上外れないのが好ましく、更に好
ましいのは10％である。最も好ましくは、長形端80近く
の外部磁極面68の内部端は、回転中心78に重なる。
【００３２】図4のループ状構造は、簡単さと非常に小
さな領域の利点をもつとともに十分なターゲットカバレ
ージを与える。後述されるように、2つの磁極の非対称
磁束は、低圧スパッタリング及び持続自己スパッタリン
グに有利である。
さな領域の利点をもつとともに十分なターゲットカバレ
ージを与える。後述されるように、2つの磁極の非対称
磁束は、低圧スパッタリング及び持続自己スパッタリン
グに有利である。
【００３３】図4のループ状構造は、また、非常に平ら
な楕円形として特徴づけることも可能である。他の楕円
形もまた本発明の範囲内に含まれており、例えば、主軸
がターゲットの半径に沿って伸び、短軸が回転の円周に
好ましくは平行である楕円形といった、直径が連続して
変化する連続湾曲形状のものが挙げられる。公開された
日本特許出願第63-282263号にTabuchiが対称楕円マグネ
トロンを示している。しかしながら、この形は、特に磁
石を内部磁極内に充填するために形が複雑であるという
欠点がある。
な楕円形として特徴づけることも可能である。他の楕円
形もまた本発明の範囲内に含まれており、例えば、主軸
がターゲットの半径に沿って伸び、短軸が回転の円周に
好ましくは平行である楕円形といった、直径が連続して
変化する連続湾曲形状のものが挙げられる。公開された
日本特許出願第63-282263号にTabuchiが対称楕円マグネ
トロンを示している。しかしながら、この形は、特に磁
石を内部磁極内に充填するために形が複雑であるという
欠点がある。
【００３４】他の楕円形は、図8の平面図に示される卵
形マグネトロン106によって表される。一方の磁気極性
の外部磁極面108がもう一方の極性の内部磁極面110をほ
ぼ一定のギャップ122で取り囲んでいる。両磁極面108、
110は、卵の輪郭のような形であり、長い方の軸がター
ゲットの半径に沿って伸びている。しかしながら、回転
軸78近傍の外部磁極面108の内部端112は、ターゲットの
周囲近傍の外部端114より尖っている。卵形は、楕円形
に関連しているがターゲット半径に対して非対称であ
る。特に、短軸は、押されて中心よりターゲット周囲に
近くなる。内部磁極面110とギャップ122は、同じような
形をしている。そのような卵形は、多くの磁束が入りタ
ーゲット周囲に近くなり、スパッタリング均一性を改善
する。そのような好ましい磁束分布は、中心から使用可
能な外径まで伸びるターゲットの半径の1/2に対して確
認され得る。改善された均一性については、半径の1/2
の外部に位置する全磁束は、例えば、少なくとも3:2
比、好ましくは1.8〜2.3だけ半径の1/2の内部に位置す
るより大きい。この構造におけるターゲットの半径の1/
2の外部と内部の磁束の比は、約2:1である。
形マグネトロン106によって表される。一方の磁気極性
の外部磁極面108がもう一方の極性の内部磁極面110をほ
ぼ一定のギャップ122で取り囲んでいる。両磁極面108、
110は、卵の輪郭のような形であり、長い方の軸がター
ゲットの半径に沿って伸びている。しかしながら、回転
軸78近傍の外部磁極面108の内部端112は、ターゲットの
周囲近傍の外部端114より尖っている。卵形は、楕円形
に関連しているがターゲット半径に対して非対称であ
る。特に、短軸は、押されて中心よりターゲット周囲に
近くなる。内部磁極面110とギャップ122は、同じような
形をしている。そのような卵形は、多くの磁束が入りタ
ーゲット周囲に近くなり、スパッタリング均一性を改善
する。そのような好ましい磁束分布は、中心から使用可
能な外径まで伸びるターゲットの半径の1/2に対して確
認され得る。改善された均一性については、半径の1/2
の外部に位置する全磁束は、例えば、少なくとも3:2
比、好ましくは1.8〜2.3だけ半径の1/2の内部に位置す
るより大きい。この構造におけるターゲットの半径の1/
2の外部と内部の磁束の比は、約2:1である。
【００３５】関連した形は、図9の平面図に示される三
角マグネトロン126によって表される。一方の磁気極性
の三角形外部磁極面128がもう一方の磁気極性のほぼ固
体の内部磁極面130をギャップ132で取り囲んでいる。角
の丸い内部磁極130の三角形は、図6のボタン形磁石の六
方最密充填を可能にする。外部磁極面128は、3つの直線
部分134をもち、相互に60°で合わせられ、丸い角で接
続している。好ましくは、丸い角136は、直線部分134よ
り長さが短い。丸い角136は、回転中心78とターゲット
中心近傍にターゲット半径の20％以内、好ましくは10％
以内、最も好ましくは回転中心78に重なる外部磁極面12
8の頂点において位置する。三角形の形をした内部磁極
部分130は、中央アパーチャを含むことができるが、該
アパーチャのサイズは中央磁気カスプのサイズを最小に
するように小さく維持することが好ましい。
角マグネトロン126によって表される。一方の磁気極性
の三角形外部磁極面128がもう一方の磁気極性のほぼ固
体の内部磁極面130をギャップ132で取り囲んでいる。角
の丸い内部磁極130の三角形は、図6のボタン形磁石の六
方最密充填を可能にする。外部磁極面128は、3つの直線
部分134をもち、相互に60°で合わせられ、丸い角で接
続している。好ましくは、丸い角136は、直線部分134よ
り長さが短い。丸い角136は、回転中心78とターゲット
中心近傍にターゲット半径の20％以内、好ましくは10％
以内、最も好ましくは回転中心78に重なる外部磁極面12
8の頂点において位置する。三角形の形をした内部磁極
部分130は、中央アパーチャを含むことができるが、該
アパーチャのサイズは中央磁気カスプのサイズを最小に
するように小さく維持することが好ましい。
【００３６】改良した三角形は、図10の弧状三角形マグ
ネトロン140で表される。三角形内部磁極面130が弧状三
角形外部磁極面142とそれらの間及びそれぞれの磁極の
磁石の間のギャップ144及びギャップ144の裏の磁気継鉄
と共に囲まれたものが含まれる。外部磁極面142には、
丸い頂角148で相互に接続し、丸い外周の角152で弧部分
150に接続した2つの直線部分が含まれる。頂角148は、
回転中心78及びターゲット中心の近くに、ターゲット半
径の好ましくは20％以内、更に好ましくは10％以内に置
かれる。弧部分150は、ターゲットの外周部のほぼ近傍
に位置する。曲率はターゲットと同じであってもよい。
即ち、回転中心78から等距離であってもよいが、他の最
適化曲率は弧部分が回転中心78に対してへこむように選
ばれてもよい。チャンバ内のターゲット周囲近傍に、好
ましくは25％以内、更に好ましくは15％以内に位置す
る。横山Yokoyamaらの公開日本特許出願第62-89864号に
は、複数の弧状三角形マグネトロンがターゲット中心の
周りに対称に配置された利点が開示されている。しかし
ながら、複数のマグネトロンは、小さな全領域には供給
しないので、スパッタリング用の高電力密度を達成しな
い。更に、Yokoyamaにおける個々のマグネトロン部分の
尖点は、ターゲット中心から比較的離れて位置するの
で、多くの部分を除いてスパッタリングの均一性が悪
い。
ネトロン140で表される。三角形内部磁極面130が弧状三
角形外部磁極面142とそれらの間及びそれぞれの磁極の
磁石の間のギャップ144及びギャップ144の裏の磁気継鉄
と共に囲まれたものが含まれる。外部磁極面142には、
丸い頂角148で相互に接続し、丸い外周の角152で弧部分
150に接続した2つの直線部分が含まれる。頂角148は、
回転中心78及びターゲット中心の近くに、ターゲット半
径の好ましくは20％以内、更に好ましくは10％以内に置
かれる。弧部分150は、ターゲットの外周部のほぼ近傍
に位置する。曲率はターゲットと同じであってもよい。
即ち、回転中心78から等距離であってもよいが、他の最
適化曲率は弧部分が回転中心78に対してへこむように選
ばれてもよい。チャンバ内のターゲット周囲近傍に、好
ましくは25％以内、更に好ましくは15％以内に位置す
る。横山Yokoyamaらの公開日本特許出願第62-89864号に
は、複数の弧状三角形マグネトロンがターゲット中心の
周りに対称に配置された利点が開示されている。しかし
ながら、複数のマグネトロンは、小さな全領域には供給
しないので、スパッタリング用の高電力密度を達成しな
い。更に、Yokoyamaにおける個々のマグネトロン部分の
尖点は、ターゲット中心から比較的離れて位置するの
で、多くの部分を除いてスパッタリングの均一性が悪
い。
【００３７】図11の平面図に示される磁石の配置により
磁界が生じる。第1極性の磁石160は、有利な六方最密充
填配列で内部磁極面130に隣接して配置される。第2極性
の磁石162は、外部磁極面142の弧部分150に隣接して配
置され、第2極性の磁石164は、外部磁極面142の残りの
部分に隣接して配置される。後述されるある状態におい
ては、外部磁極面142の異なる部分に異なる強度の磁石
を置くことが有利である。実施例においては、内部磁極
に10個の磁石及び外部磁極に26個の磁石があり、同じ強
度の磁石が内部磁極より外部磁極で2.6以上の磁束を生
じる。
磁界が生じる。第1極性の磁石160は、有利な六方最密充
填配列で内部磁極面130に隣接して配置される。第2極性
の磁石162は、外部磁極面142の弧部分150に隣接して配
置され、第2極性の磁石164は、外部磁極面142の残りの
部分に隣接して配置される。後述されるある状態におい
ては、外部磁極面142の異なる部分に異なる強度の磁石
を置くことが有利である。実施例においては、内部磁極
に10個の磁石及び外部磁極に26個の磁石があり、同じ強
度の磁石が内部磁極より外部磁極で2.6以上の磁束を生
じる。
【００３８】図9及び図10の三角マグネトロン126、140
では、ボタン形磁石の六方最密充填を促進する頂角が60
°であるように示されているが、頂角は変化させること
ができ、特に60°より小さくすることができる。しかし
ながら、60°±15°は優れた均一性を与えると思われ
る。頂角は、本発明のマグネトロンの2つの重要なパラ
メーター、面積Aと周囲Pの数値に著しく影響する。図12
の平面図に示されるように、弧状三角形マグネトロン14
0に対して最も容易に行われる簡単な計算から、頂角.の
変化による一般的な影響がわかる。単純化した又はモデ
ルの弧状三角形マグネトロン170では、2つの直線側面が
半径RTのターゲットの中心と周辺間に伸び、回転軸78と
一致した頂角に集まり、またターゲット14の使用可能な
周囲にあてはまる弧側面が更に含まれる。単純化した弧
状三角形マグネトロン170の面積Aは.RT 2/2であり、外周
PはRT(2＋.)であり、.はラジアンで測定される。図12に
は、半径がRT/2であり、回転軸78に固定した直径をもつ
モデルの円形マグネトロン172も示されている。面積A
は.RT 2/4であり、外周Pは.RTである。マグネトロン17
0、172は共に十分なターゲットカバレージを与える。頂
角.に対する弧状三角形面積Aの依存は、線174で図13の
規格化単位にプロットされ、円形面積については線176
でプロットされる。90°以下の場合、三角形面積のほう
がより小さい。三角形の外周Pの依存は、線178で図14に
プロットされ、円周については線180でプロットされ
る。65.4°以下の場合、弧状三角形の外周のほうがより
小さい。イオン化効率は、ターゲット電力が小さな面積
に集中するので、面積を最小にすることにより高くな
り、エッジロスが周辺の長さにほぼ比例するので、外周
を最小にすることにより高くなる。当然のことながら面
積は磁界を生成する磁石を収容するのに十分な大きさを
必要としている。また、これらの計算は、均一性を無視
している。円形マグネトロン170は、弧状三角形マグネ
トロン172に相対して均一性が低いようである。
では、ボタン形磁石の六方最密充填を促進する頂角が60
°であるように示されているが、頂角は変化させること
ができ、特に60°より小さくすることができる。しかし
ながら、60°±15°は優れた均一性を与えると思われ
る。頂角は、本発明のマグネトロンの2つの重要なパラ
メーター、面積Aと周囲Pの数値に著しく影響する。図12
の平面図に示されるように、弧状三角形マグネトロン14
0に対して最も容易に行われる簡単な計算から、頂角.の
変化による一般的な影響がわかる。単純化した又はモデ
ルの弧状三角形マグネトロン170では、2つの直線側面が
半径RTのターゲットの中心と周辺間に伸び、回転軸78と
一致した頂角に集まり、またターゲット14の使用可能な
周囲にあてはまる弧側面が更に含まれる。単純化した弧
状三角形マグネトロン170の面積Aは.RT 2/2であり、外周
PはRT(2＋.)であり、.はラジアンで測定される。図12に
は、半径がRT/2であり、回転軸78に固定した直径をもつ
モデルの円形マグネトロン172も示されている。面積A
は.RT 2/4であり、外周Pは.RTである。マグネトロン17
0、172は共に十分なターゲットカバレージを与える。頂
角.に対する弧状三角形面積Aの依存は、線174で図13の
規格化単位にプロットされ、円形面積については線176
でプロットされる。90°以下の場合、三角形面積のほう
がより小さい。三角形の外周Pの依存は、線178で図14に
プロットされ、円周については線180でプロットされ
る。65.4°以下の場合、弧状三角形の外周のほうがより
小さい。イオン化効率は、ターゲット電力が小さな面積
に集中するので、面積を最小にすることにより高くな
り、エッジロスが周辺の長さにほぼ比例するので、外周
を最小にすることにより高くなる。当然のことながら面
積は磁界を生成する磁石を収容するのに十分な大きさを
必要としている。また、これらの計算は、均一性を無視
している。円形マグネトロン170は、弧状三角形マグネ
トロン172に相対して均一性が低いようである。
【００３９】弧状三角形マグネトロン172のターゲット
の1/2の半径の外側と内側の磁束の比は、(1+.)による2
つの領域において側面170の長さによって近づくことが
でき、45°の頂角.については1.79、60°については2.0
5、75°については2.31、及び90°については2.57であ
る。
の1/2の半径の外側と内側の磁束の比は、(1+.)による2
つの領域において側面170の長さによって近づくことが
でき、45°の頂角.については1.79、60°については2.0
5、75°については2.31、及び90°については2.57であ
る。
【００４０】図10及び図11の弧状三角形配置のバリエー
ションは、頂角を、例えば、47°に小さくすることであ
る。六方最密充填内部磁石160のほかに、1以上の内部磁
石が六方最密充填磁石の内角から外部磁石164の内角に
向かって線状に配置される。結果は、ループ状マグネト
ロンと弧状三角形マグネトロンの中間である。
ションは、頂角を、例えば、47°に小さくすることであ
る。六方最密充填内部磁石160のほかに、1以上の内部磁
石が六方最密充填磁石の内角から外部磁石164の内角に
向かって線状に配置される。結果は、ループ状マグネト
ロンと弧状三角形マグネトロンの中間である。
【００４１】上記の形は、磁極面が用いられるボタン型
磁石よりあまり大きくない領域のバンド状の幅であるこ
とを意味することが理解されるであろう。幅、特に外部
磁極面の幅は、おそらく均一でなくても大きくすること
ができるが、追加の幅は所望の高磁界を生じるのに効率
が悪い。
磁石よりあまり大きくない領域のバンド状の幅であるこ
とを意味することが理解されるであろう。幅、特に外部
磁極面の幅は、おそらく均一でなくても大きくすること
ができるが、追加の幅は所望の高磁界を生じるのに効率
が悪い。
【００４２】上で示した形は、全てターゲット半径につ
いて対称であった。しかしながら、本発明のマグネトロ
ンは、非対称の形、一方の半径方向に伸びている側面が
図4のループ状の形であり、もう一方の側面が楕円形、
例えば、図7の卵形であるか、又は一方の半径方向に伸
びている側面が楕円形か直線であり、もう一方の側面に
はターゲットの中心と周囲間に三角形の頂角がある。
いて対称であった。しかしながら、本発明のマグネトロ
ンは、非対称の形、一方の半径方向に伸びている側面が
図4のループ状の形であり、もう一方の側面が楕円形、
例えば、図7の卵形であるか、又は一方の半径方向に伸
びている側面が楕円形か直線であり、もう一方の側面に
はターゲットの中心と周囲間に三角形の頂角がある。
【００４３】上記マグネトロンの全ては、内部磁極と外
部磁極の非対称領域を有し、同様のボタン形磁石90、92
の同様の充填を前提とすると、非対称磁束を有する。特
に、図15に図式的に示された内部磁極190によって生じ
る全磁束∫B・dSは、取り囲んでいる外部磁極192によっ
て生じるものより、例えば、多くても2/3、好ましくは1
/2だけ少ない。全てのマグネトロンは、また外部磁極19
2によって取り囲まれたコンパクトな内部磁極190をもつ
ものとして特徴づけられる。結果は、磁極190、192間の
ギャップ196に隣接したリアクタ処理領域内に非常に強
い磁界分布であるが、磁気継鉄198の裏に近接した外部
磁極192の磁界ラインとして処理領域194へ遠くに伸びて
いる。深部ターゲットから処理領域194へ垂直に伸びる
磁界の実質的部分は、多くの利点を与える。軽い電子が
磁界ラインの周りを回ることから、伸長した磁界が電子
を捕捉するので、深部高密度プラズマを処理領域194へ
支持するのを援助する。同じ相互作用により、チャンバ
接地シールドに近接して平行に伸びている磁界によっ
て、シールドへの電子ロスが減少し、プラズマ密度が高
くなる。結果として、プラズマは低圧で支持され得る
し、自己持続もされ得る。磁界は、また、重い正粒子を
部分的にトラップするので、イオン化スパッタ粒子をウ
エハの方へ向ける。
部磁極の非対称領域を有し、同様のボタン形磁石90、92
の同様の充填を前提とすると、非対称磁束を有する。特
に、図15に図式的に示された内部磁極190によって生じ
る全磁束∫B・dSは、取り囲んでいる外部磁極192によっ
て生じるものより、例えば、多くても2/3、好ましくは1
/2だけ少ない。全てのマグネトロンは、また外部磁極19
2によって取り囲まれたコンパクトな内部磁極190をもつ
ものとして特徴づけられる。結果は、磁極190、192間の
ギャップ196に隣接したリアクタ処理領域内に非常に強
い磁界分布であるが、磁気継鉄198の裏に近接した外部
磁極192の磁界ラインとして処理領域194へ遠くに伸びて
いる。深部ターゲットから処理領域194へ垂直に伸びる
磁界の実質的部分は、多くの利点を与える。軽い電子が
磁界ラインの周りを回ることから、伸長した磁界が電子
を捕捉するので、深部高密度プラズマを処理領域194へ
支持するのを援助する。同じ相互作用により、チャンバ
接地シールドに近接して平行に伸びている磁界によっ
て、シールドへの電子ロスが減少し、プラズマ密度が高
くなる。結果として、プラズマは低圧で支持され得る
し、自己持続もされ得る。磁界は、また、重い正粒子を
部分的にトラップするので、イオン化スパッタ粒子をウ
エハの方へ向ける。
【００４４】本発明の磁石は、また、相対的に高い磁界
を達成する。しかしながら、それ自体の磁界の強度は不
十分である。Demarayらが上記特許に開示しているよう
な従来のマグネトロンは、馬蹄形の磁極間の小さなギャ
ップをもつ腎臓形直線通路に配置された馬蹄形磁石のラ
インを用いる。結果として、相対的に高い磁界の強度は
腎臓形の周辺の領域に達成し得る。しかしながら、高磁
界の直線形は、実質的に磁界のない領域を取り囲んでい
る。結果として、電子は高磁場領域の外部だけでなく内
部にも逃げ得る。対照的に、本発明の三角形マグネトロ
ンの内部磁極は、最小領域の磁気カスプを生じる。内部
磁極の一方の側面の磁界から電子が失われる場合には、
もう一方の側面に捕獲されるので、一定の電力レベルに
対してプラズマ密度を高める。更に、内部磁極はほぼ均
一な磁束を生じる単一の磁化可能な磁極面を含んでい
る。多数の内部磁極面が多数の内部磁石に用いられた場
合には、磁界ラインは内部磁石間まで伸びる。
を達成する。しかしながら、それ自体の磁界の強度は不
十分である。Demarayらが上記特許に開示しているよう
な従来のマグネトロンは、馬蹄形の磁極間の小さなギャ
ップをもつ腎臓形直線通路に配置された馬蹄形磁石のラ
インを用いる。結果として、相対的に高い磁界の強度は
腎臓形の周辺の領域に達成し得る。しかしながら、高磁
界の直線形は、実質的に磁界のない領域を取り囲んでい
る。結果として、電子は高磁場領域の外部だけでなく内
部にも逃げ得る。対照的に、本発明の三角形マグネトロ
ンの内部磁極は、最小領域の磁気カスプを生じる。内部
磁極の一方の側面の磁界から電子が失われる場合には、
もう一方の側面に捕獲されるので、一定の電力レベルに
対してプラズマ密度を高める。更に、内部磁極はほぼ均
一な磁束を生じる単一の磁化可能な磁極面を含んでい
る。多数の内部磁極面が多数の内部磁石に用いられた場
合には、磁界ラインは内部磁石間まで伸びる。
【００４５】本発明の設計の利点は、更に、一方の磁極
が閉鎖ラインに形成され、もう一方の磁極を取り囲むこ
とである。2組の磁極が近接して隔置されている開放終
了ラインに馬蹄形磁石等を配置することにより磁界の強
度の大きい非常に小さな直線的に伸びるマグネトロンを
形成することが可能である。しかしながら、そのとき電
子は開放端から容易に逃げるとともにプラズマの密度を
低下し得る。
が閉鎖ラインに形成され、もう一方の磁極を取り囲むこ
とである。2組の磁極が近接して隔置されている開放終
了ラインに馬蹄形磁石等を配置することにより磁界の強
度の大きい非常に小さな直線的に伸びるマグネトロンを
形成することが可能である。しかしながら、そのとき電
子は開放端から容易に逃げるとともにプラズマの密度を
低下し得る。
【００４６】本発明の有益な結果は、大部分において楕
円形マグネトロン及び関連した形のマグネトロンが過度
の電力を必要とせずに高いプラズマイオン化密度を生じ
ることから達成されると思われる。それにもかかわら
ず、十分なターゲットカバレージが達成される。態様に
おいては、本発明のマグネトロンは相対的に小さな領域
をもつが、ラジアル走査せずに十分なターゲットカバレ
ージを可能にする。60°の頂角を有する図10の三角形マ
グネトロン160の領域は、使用可能なターゲット領域の1
/6(0.166)である。対照的に、円形マグネトロン162が使
われ、ターゲット中心から周辺に同様に伸びる場合に
は、マグネトロン領域はターゲット領域の1/4(0.25)で
ある。結果として、大きな円形マグネトロンを出力する
一定の電源に対して電力密度は低い。ターゲットオーバ
ーレイ％は、図3のTepman磁石については更に高い。
円形マグネトロン及び関連した形のマグネトロンが過度
の電力を必要とせずに高いプラズマイオン化密度を生じ
ることから達成されると思われる。それにもかかわら
ず、十分なターゲットカバレージが達成される。態様に
おいては、本発明のマグネトロンは相対的に小さな領域
をもつが、ラジアル走査せずに十分なターゲットカバレ
ージを可能にする。60°の頂角を有する図10の三角形マ
グネトロン160の領域は、使用可能なターゲット領域の1
/6(0.166)である。対照的に、円形マグネトロン162が使
われ、ターゲット中心から周辺に同様に伸びる場合に
は、マグネトロン領域はターゲット領域の1/4(0.25)で
ある。結果として、大きな円形マグネトロンを出力する
一定の電源に対して電力密度は低い。ターゲットオーバ
ーレイ％は、図3のTepman磁石については更に高い。
【００４７】小さな面積と十分なカバレージの組合わせ
は、ターゲット中心からその使用できる周辺(±15％)ま
で伸び且つターゲット半径よりかなり小さいターゲット
半径の半分の横の寸法、即ち、ターゲット半径に沿った
長形をもつ外部マグネトロンによって達成される。横の
寸法は、回転経路に沿った外周で測定されなければなら
ない。
は、ターゲット中心からその使用できる周辺(±15％)ま
で伸び且つターゲット半径よりかなり小さいターゲット
半径の半分の横の寸法、即ち、ターゲット半径に沿った
長形をもつ外部マグネトロンによって達成される。横の
寸法は、回転経路に沿った外周で測定されなければなら
ない。
【００４８】均一性は、回転中心近くの内部端よりター
ゲット周囲近傍の外部端において、ターゲット半径につ
いて横に広い楕円形によって高められる。即ち、短軸
は、ターゲットの外周に向かってずれる。
ゲット周囲近傍の外部端において、ターゲット半径につ
いて横に広い楕円形によって高められる。即ち、短軸
は、ターゲットの外周に向かってずれる。
【００４９】マグネトロンの小さな面積は、それでも十
分なターゲットカバレージを与えるが、非常に高い電力
密度が合理的なサイズの電源をターゲットに印加するこ
とを可能にする。Tepman設計と異なり、小さな面積は、
磁場のない領域が内部にほとんど含まれない。200mmウ
エハについては、マグネトロンは約300mmの使用可能な
ターゲット径まで伸びる。弧状三角形マグネトロンの有
効面積は、この大きな直径に付随した面積の約1/6、即
ち、約117cm2である。従って、マグネトロンの一定の位
置でスパッタされる領域の平均電力密度は、約150W/cm2
である。誘導コイルを含まずに達成されるそのような高
電力密度は、低アルゴン圧でプラズマを支持するか、或
いは銅のような選定された金属の持続自己スパッタリン
グを可能にする。300mmウエハとでさえ、大きな寸法に
比例した本発明の小さなマグネトロンと連結した27kW電
源は、103W/cm2のターゲット電力密度を生じる。下記に
示されるように、銅の持続自己スパッタリングには76W/
cm2の電力密度が十分である。
分なターゲットカバレージを与えるが、非常に高い電力
密度が合理的なサイズの電源をターゲットに印加するこ
とを可能にする。Tepman設計と異なり、小さな面積は、
磁場のない領域が内部にほとんど含まれない。200mmウ
エハについては、マグネトロンは約300mmの使用可能な
ターゲット径まで伸びる。弧状三角形マグネトロンの有
効面積は、この大きな直径に付随した面積の約1/6、即
ち、約117cm2である。従って、マグネトロンの一定の位
置でスパッタされる領域の平均電力密度は、約150W/cm2
である。誘導コイルを含まずに達成されるそのような高
電力密度は、低アルゴン圧でプラズマを支持するか、或
いは銅のような選定された金属の持続自己スパッタリン
グを可能にする。300mmウエハとでさえ、大きな寸法に
比例した本発明の小さなマグネトロンと連結した27kW電
源は、103W/cm2のターゲット電力密度を生じる。下記に
示されるように、銅の持続自己スパッタリングには76W/
cm2の電力密度が十分である。
【００５０】プロセス 図4及び図5のループ状マグネトロンを銅スパッタリング
と共に試験した。構造においては、6個の磁石を中央磁
極面62の後ろに置き、同じ強度であるが対向の極性の25
個の磁石を外部磁極面68の後ろと周りに配置し、33cmタ
ーゲットと200mmウエハとの間の空間は190mmである。こ
の構造により、±18％の堆積均一性を生じる。第2構造
においては、磁石の強度が異なり、強いものは30％以上
の磁束を生じる。6個の強力な磁石が中央磁極面の後ろ
に置かれ、25個の弱い磁石が外部磁極面の周りに置かれ
る。強力な内部磁極面にもかかわらず、外部磁石によっ
て生じる全磁束は内部磁石によって生じるものより大き
い。第2構造は、8.9％の改善された堆積均一性を生じ
る。第2構造は、また、幅0.5.m、深さ2.mのバイアホー
ルに充填する優れたホールを与える。265nmのブランケ
ット銅については、底部カバレージは10〜15％であり、
側壁カバレージは約2.8％である。深部正孔充填は、高
イオン化密度を与えるループ状マグネトロンの小さな面
積によって促進される。第3構造においては、強力な磁
石が外部磁極の端近傍の弱い磁石の一部に置き換わる。
これにより、いくぶん良好な均一性が生じる。
と共に試験した。構造においては、6個の磁石を中央磁
極面62の後ろに置き、同じ強度であるが対向の極性の25
個の磁石を外部磁極面68の後ろと周りに配置し、33cmタ
ーゲットと200mmウエハとの間の空間は190mmである。こ
の構造により、±18％の堆積均一性を生じる。第2構造
においては、磁石の強度が異なり、強いものは30％以上
の磁束を生じる。6個の強力な磁石が中央磁極面の後ろ
に置かれ、25個の弱い磁石が外部磁極面の周りに置かれ
る。強力な内部磁極面にもかかわらず、外部磁石によっ
て生じる全磁束は内部磁石によって生じるものより大き
い。第2構造は、8.9％の改善された堆積均一性を生じ
る。第2構造は、また、幅0.5.m、深さ2.mのバイアホー
ルに充填する優れたホールを与える。265nmのブランケ
ット銅については、底部カバレージは10〜15％であり、
側壁カバレージは約2.8％である。深部正孔充填は、高
イオン化密度を与えるループ状マグネトロンの小さな面
積によって促進される。第3構造においては、強力な磁
石が外部磁極の端近傍の弱い磁石の一部に置き換わる。
これにより、いくぶん良好な均一性が生じる。
【００５１】図10及び図11の弧状三角形マグネトロン
は、スパッタリング組成の異なる一連の実験で試験し
た。ほとんど全ての実験について、ターゲットはウエハ
から190〜200mm間に隔置され、ターゲットの直径は200m
mのウエハについては330mmであった。
は、スパッタリング組成の異なる一連の実験で試験し
た。ほとんど全ての実験について、ターゲットはウエハ
から190〜200mm間に隔置され、ターゲットの直径は200m
mのウエハについては330mmであった。
【００５２】銅 銅スパッタリングについて、内部磁極に10個の強力磁石
160、外部磁極の弧部分150に沿って強力磁石162、及び
外部磁極の残りに弱い磁石164を用いることにより均一
性が改善される。強い方の磁石の直径は弱い方の磁石の
直径より30％大きいが、同様の組成又は構造を有し、よ
って70％大きい統合磁束を生成する。
160、外部磁極の弧部分150に沿って強力磁石162、及び
外部磁極の残りに弱い磁石164を用いることにより均一
性が改善される。強い方の磁石の直径は弱い方の磁石の
直径より30％大きいが、同様の組成又は構造を有し、よ
って70％大きい統合磁束を生成する。
【００５３】銅の持続自己スパッタリングは、アルゴン
環境中でプラズマにぶつかった後に達成され、ターゲッ
トに印加される9kWのDC電力の使用可能直径は約30cmで
あり、弧状三角形マグネトロンにより電力密度76W/cm2
を生じる。しかしながら、18kWのDC電力及びガスの漏れ
から少なくとも部分的に生じる約0.1ミリトルの最小ア
ルゴン圧力で作動させ、液体冷却ペデスタルにウエハの
裏面冷却を与えることが望ましい。0.1〜0.3ミリトルの
高バックグラウンド圧は、スパッタイオンの散乱と脱イ
オン化が顕著に増加せずに効果的なウエハ冷却を増強す
る。これらの相対的に低いDC電力は、300mmウエハの進
行中の装置開発のために重要であり、これらの数は20kW
と40kWに比例する。40kWより大きい電源は、実行可能で
あっても高価なものであると考えられる。
環境中でプラズマにぶつかった後に達成され、ターゲッ
トに印加される9kWのDC電力の使用可能直径は約30cmで
あり、弧状三角形マグネトロンにより電力密度76W/cm2
を生じる。しかしながら、18kWのDC電力及びガスの漏れ
から少なくとも部分的に生じる約0.1ミリトルの最小ア
ルゴン圧力で作動させ、液体冷却ペデスタルにウエハの
裏面冷却を与えることが望ましい。0.1〜0.3ミリトルの
高バックグラウンド圧は、スパッタイオンの散乱と脱イ
オン化が顕著に増加せずに効果的なウエハ冷却を増強す
る。これらの相対的に低いDC電力は、300mmウエハの進
行中の装置開発のために重要であり、これらの数は20kW
と40kWに比例する。40kWより大きい電源は、実行可能で
あっても高価なものであると考えられる。
【００５４】イオン化銅スパッタリングの適用は、深く
て狭いバイアホールに銅のコンホーマルな薄いシード層
を堆積することである。その後、正孔の残りを銅で急速
且つ経済的に充填するために電気めっき又は無電解めっ
きが用いられ得る。
て狭いバイアホールに銅のコンホーマルな薄いシード層
を堆積することである。その後、正孔の残りを銅で急速
且つ経済的に充填するために電気めっき又は無電解めっ
きが用いられ得る。
【００５５】実験においては、上方の幅が0.30.mであり
1.2.mのシリカを貫通して伸びるバイアホールをまずTa/
TaNバリヤ層で被覆した。弧状三角形マグネトロンを用
いて、18kWのターゲット電力及び0.2ミリトルの圧力で
バリヤ層上に堆積した。堆積を約0.15.mのブランケット
厚さまで行った。バイアホールの両側を平滑に被覆し
た。実験から、銅の側壁の厚さがウエハエッジ部に位置
するバイアの一方の側面で約7nm及びもう一方の側面で1
1.4nm(5％及び8％)であることがわかる。底部カバレー
ジは約24nm(16％)である。ウエハ中央のバイアホールの
側壁対称が改善される。平滑性はシード層として及び続
いての銅の電気めっきの電極としての堆積層の使用を促
進する。2つの側壁間の比較的良好な対称によって、ホ
トリソグラフィ決定を明らかにずらす従来技術の問題が
除去される。
1.2.mのシリカを貫通して伸びるバイアホールをまずTa/
TaNバリヤ層で被覆した。弧状三角形マグネトロンを用
いて、18kWのターゲット電力及び0.2ミリトルの圧力で
バリヤ層上に堆積した。堆積を約0.15.mのブランケット
厚さまで行った。バイアホールの両側を平滑に被覆し
た。実験から、銅の側壁の厚さがウエハエッジ部に位置
するバイアの一方の側面で約7nm及びもう一方の側面で1
1.4nm(5％及び8％)であることがわかる。底部カバレー
ジは約24nm(16％)である。ウエハ中央のバイアホールの
側壁対称が改善される。平滑性はシード層として及び続
いての銅の電気めっきの電極としての堆積層の使用を促
進する。2つの側壁間の比較的良好な対称によって、ホ
トリソグラフィ決定を明らかにずらす従来技術の問題が
除去される。
【００５６】アルミニウム 弧状三角形マグネトロンを用いたアルミニウムターゲッ
トのスパッタリングは、12kWと18kWの印加電力の双方に
おいて約0.1ミリトルの最低圧で顕著な改善が達成され
た。アルミニウムスパッタリングについては、側壁カバ
レージ、特に底部カバレージが顕著に改善される。良好
な均一性もまた、ウエハを支持する自己バイアスペデス
タルがスパッタイオン化粒子を全領域を横切って引きつ
けるので高イオン化割合に部分的に関係すると思われ
る。本発明のマグネトロンは、イオン化割合を2％から
少なくとも20％、たぶん25％に高めることが予想され
る。
トのスパッタリングは、12kWと18kWの印加電力の双方に
おいて約0.1ミリトルの最低圧で顕著な改善が達成され
た。アルミニウムスパッタリングについては、側壁カバ
レージ、特に底部カバレージが顕著に改善される。良好
な均一性もまた、ウエハを支持する自己バイアスペデス
タルがスパッタイオン化粒子を全領域を横切って引きつ
けるので高イオン化割合に部分的に関係すると思われ
る。本発明のマグネトロンは、イオン化割合を2％から
少なくとも20％、たぶん25％に高めることが予想され
る。
【００５７】弧状三角形マグネトロンを、図3のTepman
マグネトロンに似ている従来のマグネトロンの動作と同
様の動作条件下で比較した。アルミニウムスパッタリン
グの比較結果を表1に纏める。
マグネトロンに似ている従来のマグネトロンの動作と同
様の動作条件下で比較した。アルミニウムスパッタリン
グの比較結果を表1に纏める。
【表１】
【００５８】幅0.25.m及び深さ1.2.m、即ち、アスペク
ト比約5であるバイアホールのカバレージ結果を得た。
従来のマグネトロンと比較した本発明の三角形マグネト
ロンにより底部カバレージは顕著に改善される。側壁カ
バレージも増加し、カバレージは上部から底部まで平滑
且つ均一である。これらの2つの特性は、続いての堆積
ステップのシード層としての堆積金属層の使用を促進さ
せる。これは、第2堆積が電気めっきのような異なるプ
ロセスで行われる銅については特に重要である。底部及
び側壁の高カバレージは、本発明の三角形マグネトロン
で達成されたスパッタアルミニウム原子の高イオン割合
によると思われる。このイオン化割合は、25％以上であ
ると思われる。プランケット(平面)堆積の均一性をター
ゲットとウエハ間の190mmの分離についてもロングスロ
ー実施における290mmの分離についても求めた。本発明
の三角形マグネトロンは、良好な均一性を、特にロング
スローについて与える。良好な均一性もまた、ウエハを
支持する自己バイアスペデスタルがイオン化スパッタ粒
子を全領域を横切って引きつけるので高イオン化割合に
関係があると思われる。同様に、本発明の三角形マグネ
トロンによって、2つの対向する側壁のカバレージ間の
非対称が少ない。高イオン化密度は、一部には比較的小
さな内部継鉄の面積が外部継鉄より実質的に小さいこと
による。結果として、内部継鉄の一方の側面から失われ
た電子は、もう一方の側面によって捕獲されると考えら
れる。
ト比約5であるバイアホールのカバレージ結果を得た。
従来のマグネトロンと比較した本発明の三角形マグネト
ロンにより底部カバレージは顕著に改善される。側壁カ
バレージも増加し、カバレージは上部から底部まで平滑
且つ均一である。これらの2つの特性は、続いての堆積
ステップのシード層としての堆積金属層の使用を促進さ
せる。これは、第2堆積が電気めっきのような異なるプ
ロセスで行われる銅については特に重要である。底部及
び側壁の高カバレージは、本発明の三角形マグネトロン
で達成されたスパッタアルミニウム原子の高イオン割合
によると思われる。このイオン化割合は、25％以上であ
ると思われる。プランケット(平面)堆積の均一性をター
ゲットとウエハ間の190mmの分離についてもロングスロ
ー実施における290mmの分離についても求めた。本発明
の三角形マグネトロンは、良好な均一性を、特にロング
スローについて与える。良好な均一性もまた、ウエハを
支持する自己バイアスペデスタルがイオン化スパッタ粒
子を全領域を横切って引きつけるので高イオン化割合に
関係があると思われる。同様に、本発明の三角形マグネ
トロンによって、2つの対向する側壁のカバレージ間の
非対称が少ない。高イオン化密度は、一部には比較的小
さな内部継鉄の面積が外部継鉄より実質的に小さいこと
による。結果として、内部継鉄の一方の側面から失われ
た電子は、もう一方の側面によって捕獲されると考えら
れる。
【００５９】チタン チタンをスパッタするために弧状三角形マグネトロンを
用いた。窒化チタンとしばしば関連させたチタンは、コ
ンタクトホールの底部のシリコンにシリサイドのコンタ
クトを与えるアルミニウム金属化において及び湿潤層と
して及び窒化チタンとの関連においてはコンタクトホー
ルのシリコンに対するバリヤとして及びバイア又はコン
タクト側壁上のアルミニウムとシリカの誘電体間のバリ
ヤとしての働きをするのに有効である。従って、コンホ
ーマルで比較的厚いコーティングが必要である。
用いた。窒化チタンとしばしば関連させたチタンは、コ
ンタクトホールの底部のシリコンにシリサイドのコンタ
クトを与えるアルミニウム金属化において及び湿潤層と
して及び窒化チタンとの関連においてはコンタクトホー
ルのシリコンに対するバリヤとして及びバイア又はコン
タクト側壁上のアルミニウムとシリカの誘電体間のバリ
ヤとしての働きをするのに有効である。従って、コンホ
ーマルで比較的厚いコーティングが必要である。
【００６０】18kWのターゲットDC電力及び内部磁極の6
個だけの磁石160と共にチタンターゲットを用いて一連
の実験を行った。0.35ミリトルのチャンバ圧において、
底部カバレージと均一性が良好であることが観察され
る。
個だけの磁石160と共にチタンターゲットを用いて一連
の実験を行った。0.35ミリトルのチャンバ圧において、
底部カバレージと均一性が良好であることが観察され
る。
【００６１】被覆されるバイアホールのアスペクト比(A
R)の関数として底部カバレージを測定するためにチタン
実験を続けた。ウエハバイアスを印加せず、ペデスタル
ヒータ18が電気的に浮動しているにもかかわらず、18kW
のターゲット電力はターゲットを約30〜45Vに自己バイ
アスする。これらの条件下での底部カバレージは、図16
のグラフのライン190によって示されている。底部カバ
レージは高アスペクト比の正孔に対して減少するが、AR
=6において20％がなお許容範囲である。
R)の関数として底部カバレージを測定するためにチタン
実験を続けた。ウエハバイアスを印加せず、ペデスタル
ヒータ18が電気的に浮動しているにもかかわらず、18kW
のターゲット電力はターゲットを約30〜45Vに自己バイ
アスする。これらの条件下での底部カバレージは、図16
のグラフのライン190によって示されている。底部カバ
レージは高アスペクト比の正孔に対して減少するが、AR
=6において20％がなお許容範囲である。
【００６２】これらの実験を続けるにあたり、図1に示
されるRF電源192をヒータペデスタル18に結合キャパシ
タ回路194を介して接続した。プラズマに隣接したウエ
ハに印加したRF磁場がDC自己バイアスを生成することは
既知である。100Wの400kHz電力を0.3ミリトルのチャン
バ圧で印加するとき、底部カバレージは、図16のグラフ
のライン196で示されるように顕著に増加する。しかし
ながら、バイアス電力を250Wまで上げるとき、バイアホ
ールの上部角の再スパッタリングとフェーシングが問題
である。250Wの底部カバレージ結果をライン198で示
す。4.5より高いアスペクト比については、250Wのウエ
ハバイアスによる底部カバレージは、たいていは100Wの
ウエハバイアスより悪いので、バイアス電力は2MHz以下
の低バイアス周波数に対して250Wより低く維持しなけれ
ばならない。これらの電力は、200mmの円形基準ウエハ
に規格化されなければならない。300mmのような他のサ
イズのウエハも用いることができ、これらのウエハはフ
ラット又はノッチを位置合わせすることから完全に円形
でなくてもよい。しかしながら、上記の電力レベルが20
0mm円形基準ウエハに関係づけてから実質的に円形の加
工ウエハの異なる領域に従って評価される場合には同じ
効果が予想される。
されるRF電源192をヒータペデスタル18に結合キャパシ
タ回路194を介して接続した。プラズマに隣接したウエ
ハに印加したRF磁場がDC自己バイアスを生成することは
既知である。100Wの400kHz電力を0.3ミリトルのチャン
バ圧で印加するとき、底部カバレージは、図16のグラフ
のライン196で示されるように顕著に増加する。しかし
ながら、バイアス電力を250Wまで上げるとき、バイアホ
ールの上部角の再スパッタリングとフェーシングが問題
である。250Wの底部カバレージ結果をライン198で示
す。4.5より高いアスペクト比については、250Wのウエ
ハバイアスによる底部カバレージは、たいていは100Wの
ウエハバイアスより悪いので、バイアス電力は2MHz以下
の低バイアス周波数に対して250Wより低く維持しなけれ
ばならない。これらの電力は、200mmの円形基準ウエハ
に規格化されなければならない。300mmのような他のサ
イズのウエハも用いることができ、これらのウエハはフ
ラット又はノッチを位置合わせすることから完全に円形
でなくてもよい。しかしながら、上記の電力レベルが20
0mm円形基準ウエハに関係づけてから実質的に円形の加
工ウエハの異なる領域に従って評価される場合には同じ
効果が予想される。
【００６３】アスペクト比4.5のホールについて300WのR
Fウエハバイアスを13.56MHzの周波数で用いて実験を続
けた。0.7ミリトルの圧力におけるブランケット堆積速
度は128nm/分であり、底部カバレージは31％〜52％で変
動する。1.4ミリトルの圧力における堆積速度は142nm/
分であり、底部カバレージは42％〜62％で変動する。高
い圧力における側壁カバレージは10.4％〜11.5％で変動
し、認知できる側壁非対称は認められない。予想とは反
対に0.7ミリトルより高い圧力によって、チタン堆積速
度は高くなり、底部カバレージは良好になる。高バイア
ス周波数は、高バイアス電力を印加することを可能にす
る。
Fウエハバイアスを13.56MHzの周波数で用いて実験を続
けた。0.7ミリトルの圧力におけるブランケット堆積速
度は128nm/分であり、底部カバレージは31％〜52％で変
動する。1.4ミリトルの圧力における堆積速度は142nm/
分であり、底部カバレージは42％〜62％で変動する。高
い圧力における側壁カバレージは10.4％〜11.5％で変動
し、認知できる側壁非対称は認められない。予想とは反
対に0.7ミリトルより高い圧力によって、チタン堆積速
度は高くなり、底部カバレージは良好になる。高バイア
ス周波数は、高バイアス電力を印加することを可能にす
る。
【００６４】窒化チタン 本発明のマグネトロンは、また、TiNのような反応性ス
パッタリングに使用することができ、窒素は、更に、ス
パッタ金属と反応させるために、例えば、チタンとTiN
を生成し又はタンタルとTaNを生成するためにチャンバ
内に加えられる。反応性スパッタリングは、更に複雑で
あり、化学的に変化する。TiNを生成する反応性スパッ
タリングは、2つの方式、金属方式と有害方式で動作す
ることが既知である。金属方式は、ウエハ上に金色の高
密度膜を生成する。高窒素フローをしばしば随伴する有
害方式は、応力が小さいことが有利である紫色/褐色膜
を生成する。しかしながら、有害方式膜は粒界が多く、
膜欠陥によりチップ歩留まりが致命的に低下する。更
に、有害方式における堆積速度は、金属方式の速度の典
型的には1/4にすぎない。一般的には、有害方式におい
ては窒素とターゲットとを反応させてTiターゲット上に
TiN表面を形成し、金属方式においてはターゲット表面
が清浄なままであり、TiNはウエハ上にのみ形成する。
パッタリングに使用することができ、窒素は、更に、ス
パッタ金属と反応させるために、例えば、チタンとTiN
を生成し又はタンタルとTaNを生成するためにチャンバ
内に加えられる。反応性スパッタリングは、更に複雑で
あり、化学的に変化する。TiNを生成する反応性スパッ
タリングは、2つの方式、金属方式と有害方式で動作す
ることが既知である。金属方式は、ウエハ上に金色の高
密度膜を生成する。高窒素フローをしばしば随伴する有
害方式は、応力が小さいことが有利である紫色/褐色膜
を生成する。しかしながら、有害方式膜は粒界が多く、
膜欠陥によりチップ歩留まりが致命的に低下する。更
に、有害方式における堆積速度は、金属方式の速度の典
型的には1/4にすぎない。一般的には、有害方式におい
ては窒素とターゲットとを反応させてTiターゲット上に
TiN表面を形成し、金属方式においてはターゲット表面
が清浄なままであり、TiNはウエハ上にのみ形成する。
【００６５】弧状三角形マグネトロンについて、スパッ
タ堆積チタンに用いられる同じチャンバ内で窒化チタン
の反応性スパッタリングを試験した。
タ堆積チタンに用いられる同じチャンバ内で窒化チタン
の反応性スパッタリングを試験した。
【００６６】スパッタ堆積窒化チタンの初期化条件は、
金属方式において動作を得るために非常に重要であるこ
とがわかる。一連の開始実験においては、アルゴンのみ
がチャンバ内に加えられる。プラズマを約0.5ミリトル
のアルゴン圧力で衝突させた後、アルゴンフローを5scc
mに下げて0.3ミリトルの圧力を与える。窒素フローを段
階的に100sccmまで上げてから、徐々に下げ、フローに
対するチャンバ圧の依存性は図17に示されるヒステレシ
ス形をとる。約50〜70sccmの窒素間の中間ランプアップ
圧200は対応する中間ランプダウン圧202より低い。低圧
204及び高圧206においては、ランプアップとランプダウ
ン間に著しい分離がない。低圧204と中間ランプアップ
圧200は金属方式でスパッタリングを生じ、高圧206と中
間ランプダウン圧202は有害方式でスパッタリングを生
じる。
金属方式において動作を得るために非常に重要であるこ
とがわかる。一連の開始実験においては、アルゴンのみ
がチャンバ内に加えられる。プラズマを約0.5ミリトル
のアルゴン圧力で衝突させた後、アルゴンフローを5scc
mに下げて0.3ミリトルの圧力を与える。窒素フローを段
階的に100sccmまで上げてから、徐々に下げ、フローに
対するチャンバ圧の依存性は図17に示されるヒステレシ
ス形をとる。約50〜70sccmの窒素間の中間ランプアップ
圧200は対応する中間ランプダウン圧202より低い。低圧
204及び高圧206においては、ランプアップとランプダウ
ン間に著しい分離がない。低圧204と中間ランプアップ
圧200は金属方式でスパッタリングを生じ、高圧206と中
間ランプダウン圧202は有害方式でスパッタリングを生
じる。
【００６７】これらの結果は、一般的に好ましい金属方
式の高操作堆積速度について、中間ランプアップ圧200
を超えないこと、即ち、最大金属方式フローを超えない
ことが重要であり、これらの実験においては70sccmかそ
れよりわずかに高いが明確には80sccmより低いことを示
している。アルゴンと窒素は、同時に且つ急速にオンに
することができるが、DC電力も急速にオンにすることが
好ましい。
式の高操作堆積速度について、中間ランプアップ圧200
を超えないこと、即ち、最大金属方式フローを超えない
ことが重要であり、これらの実験においては70sccmかそ
れよりわずかに高いが明確には80sccmより低いことを示
している。アルゴンと窒素は、同時に且つ急速にオンに
することができるが、DC電力も急速にオンにすることが
好ましい。
【００６８】しかしながら、有害方式の操作が好ましい
用途がある。これは、まず高圧206にし、次にランプダ
ウン中間圧202に下げることにより達成され得る。ま
た、有害方式は、直ちに所望のガスフローをオンにし、
スパッタリングDC電源を5kW/sを超えない速度で徐々に
オンにするだけで達成され得る。
用途がある。これは、まず高圧206にし、次にランプダ
ウン中間圧202に下げることにより達成され得る。ま
た、有害方式は、直ちに所望のガスフローをオンにし、
スパッタリングDC電源を5kW/sを超えない速度で徐々に
オンにするだけで達成され得る。
【００６９】窒化チタンは、プラズマをアルゴン中で衝
突させた後に50sccmのN2フロー及び5sccmのArフローの
金属方式においても有害方式においても高アスペクト比
バイアホールにスパッタされた。これらのフローは、金
属方式で1.7ミリトルの圧力及び有害方式で2.1ミリトル
の圧力を生じる。堆積速度は、金属方式で100nm/分及び
有害方式で30nm/分である。一方、金属方式で堆積され
る場合、TiN膜応力は大きいが、一方、有害方式はバイ
アホール上部近傍に突き出た起伏のある側壁厚さを受け
る。一連の実験は、アスペクト比の異なるバイアホール
にTiNを堆積した。図18のグラフに示される得られた底
部カバレージ測定値は、ライン210では、5のアスペクト
比でさえ相対的に高いままであり、ライン212では、有
害方式のステップカバレージは常に低く、4以上のアス
ペクト比については劇的に低下することを示している。
しかしながら、ウエハに更にバイアスが加えられる場合
には、有害方式で堆積したTiNのステップカバレージは
受け入れられる。
突させた後に50sccmのN2フロー及び5sccmのArフローの
金属方式においても有害方式においても高アスペクト比
バイアホールにスパッタされた。これらのフローは、金
属方式で1.7ミリトルの圧力及び有害方式で2.1ミリトル
の圧力を生じる。堆積速度は、金属方式で100nm/分及び
有害方式で30nm/分である。一方、金属方式で堆積され
る場合、TiN膜応力は大きいが、一方、有害方式はバイ
アホール上部近傍に突き出た起伏のある側壁厚さを受け
る。一連の実験は、アスペクト比の異なるバイアホール
にTiNを堆積した。図18のグラフに示される得られた底
部カバレージ測定値は、ライン210では、5のアスペクト
比でさえ相対的に高いままであり、ライン212では、有
害方式のステップカバレージは常に低く、4以上のアス
ペクト比については劇的に低下することを示している。
しかしながら、ウエハに更にバイアスが加えられる場合
には、有害方式で堆積したTiNのステップカバレージは
受け入れられる。
【００７０】Tiを堆積するのに用いられる同じチャンバ
内でのTiNの堆積の成功から、Ti/TiNバリヤは連続動作
において本発明に従って堆積され得ることが証明され
る。
内でのTiNの堆積の成功から、Ti/TiNバリヤは連続動作
において本発明に従って堆積され得ることが証明され
る。
【００７１】集積タングステンプラグプロセス 本発明の弧状マグネトロンで堆積したTi/TiNバリヤとバ
リヤ被覆正孔に化学気相成長(CVD)で堆積したタングス
テンプラグを組合わせた集積プロセスを証明するために
2組の試験を行った。この組合わせは、タングステンCVD
が気体前駆体として6フッ化タングステン(WF6)を用いて
いることから過去に問題があった。WF6は、Tiを攻撃す
るとともにプラグにボイドを生じる火山に似たWプラグ
に形成された構造を生じる傾向がある。
リヤ被覆正孔に化学気相成長(CVD)で堆積したタングス
テンプラグを組合わせた集積プロセスを証明するために
2組の試験を行った。この組合わせは、タングステンCVD
が気体前駆体として6フッ化タングステン(WF6)を用いて
いることから過去に問題があった。WF6は、Tiを攻撃す
るとともにプラグにボイドを生じる火山に似たWプラグ
に形成された構造を生じる傾向がある。
【００７２】第1組の試験においては、バリヤ層は、別
の従来の無誘導スパッタリアクタ内の本発明の弧状マグ
ネトロンで堆積した30nmのTiNで被覆された30nmのTiか
らなった。Ti/TiN堆積に続いて、チップを、強い放射ラ
ンプがウエハ表面を短時間急速に加熱する急速熱処理(R
TP)に供した。第2組の試験においては、バリヤ層は第1
組のように堆積した10nmのTiNによって被覆された30nm
のTiからなった。しかしながら、第2試験においては、T
i/TiN堆積前にウエハをプラズマプレクリーンに供した
が、後のRTPはなかった。いずれの場合にもタングステ
ンがTi/TiN上にCVD堆積した。
の従来の無誘導スパッタリアクタ内の本発明の弧状マグ
ネトロンで堆積した30nmのTiNで被覆された30nmのTiか
らなった。Ti/TiN堆積に続いて、チップを、強い放射ラ
ンプがウエハ表面を短時間急速に加熱する急速熱処理(R
TP)に供した。第2組の試験においては、バリヤ層は第1
組のように堆積した10nmのTiNによって被覆された30nm
のTiからなった。しかしながら、第2試験においては、T
i/TiN堆積前にウエハをプラズマプレクリーンに供した
が、後のRTPはなかった。いずれの場合にもタングステ
ンがTi/TiN上にCVD堆積した。
【００７３】これらの実験から、いずれのプロセスも火
山を生じないことがわかる。更に、TiNの厚さと抵抗率
は良好な均一性を示している。TiN抵抗率は、45..-cm未
満であることが測定される。アスペクト比が5:1である
正孔においてウエハバイアスを使用せずにTiN/Ti二重層
の20％の底部カバレージが認められる。ウエハバイアス
によって、アスペクト比が10:1である正孔に同じ底部カ
バレージが生じる。従って、本発明のマグネトロンで行
われたTi/TiNプロセスは、タングステンプラグプロセス
に巧く組込まれ得る。本発明のマグネトロンは、また、
他の材料、例えば、タングステンターゲットを用いて
W、又はタンタルターゲットとプラズマ中に窒素ガスを
用いてTaNをスパッタ堆積するために使用し得る。WNの
反応性スパッタリングも企図される。
山を生じないことがわかる。更に、TiNの厚さと抵抗率
は良好な均一性を示している。TiN抵抗率は、45..-cm未
満であることが測定される。アスペクト比が5:1である
正孔においてウエハバイアスを使用せずにTiN/Ti二重層
の20％の底部カバレージが認められる。ウエハバイアス
によって、アスペクト比が10:1である正孔に同じ底部カ
バレージが生じる。従って、本発明のマグネトロンで行
われたTi/TiNプロセスは、タングステンプラグプロセス
に巧く組込まれ得る。本発明のマグネトロンは、また、
他の材料、例えば、タングステンターゲットを用いて
W、又はタンタルターゲットとプラズマ中に窒素ガスを
用いてTaNをスパッタ堆積するために使用し得る。WNの
反応性スパッタリングも企図される。
【００７４】このように、本発明のマグネトロンは、過
度の電力を必要とせずに高密度プラズマをつくることが
できることから高イオン化割合を生じるのに効率がよ
い。それにもかかわらず、その十分なカバレージは、均
一な堆積と十分なターゲット利用を可能にする。そのス
パッタリング均一性は良好である。それにもかかわら
ず、複雑なメカニズムは必要としない。
度の電力を必要とせずに高密度プラズマをつくることが
できることから高イオン化割合を生じるのに効率がよ
い。それにもかかわらず、その十分なカバレージは、均
一な堆積と十分なターゲット利用を可能にする。そのス
パッタリング均一性は良好である。それにもかかわら
ず、複雑なメカニズムは必要としない。
【００７５】高性能の十分なカバレージスパッタリング
を与える点で本発明のマグネトロンの有効性は、3つの
相互に関係した相乗効果に基づくものである。マグネト
ロンの磁気領域は小さい。それにより、平均磁界を強く
することができ、プラズマロスを減少させることができ
る。小さなマグネトロンは、また、マグネトロンの下の
ターゲットの領域に高平均電力密度を印加することを可
能にする。即ち、全体としてターゲットに印加される電
力は相対的に弱いが、スパッタされる瞬間の実際の領域
内の電力密度と得られたプラズマ密度は高い。マグネト
ロンの内部及び外部磁極の非対称は、マグネトロンの周
辺を垂直に取り囲んで伸び且つチャンバ内の遠くに伸び
る磁界部分を生じる。この磁界分布によって、プラズマ
ロスが減少し、イオン化スパッタ粒子が基板へ導かれ
る。唯一の円周方向走査によりターゲットの十分なカバ
レージスパッタリングを与えるマグネトロン、及び均一
なターゲットスパッタリング及び均一な基板堆積を生じ
る最適な形をとり得るマグネトロンは、これらの利点全
てに恵まれている。
を与える点で本発明のマグネトロンの有効性は、3つの
相互に関係した相乗効果に基づくものである。マグネト
ロンの磁気領域は小さい。それにより、平均磁界を強く
することができ、プラズマロスを減少させることができ
る。小さなマグネトロンは、また、マグネトロンの下の
ターゲットの領域に高平均電力密度を印加することを可
能にする。即ち、全体としてターゲットに印加される電
力は相対的に弱いが、スパッタされる瞬間の実際の領域
内の電力密度と得られたプラズマ密度は高い。マグネト
ロンの内部及び外部磁極の非対称は、マグネトロンの周
辺を垂直に取り囲んで伸び且つチャンバ内の遠くに伸び
る磁界部分を生じる。この磁界分布によって、プラズマ
ロスが減少し、イオン化スパッタ粒子が基板へ導かれ
る。唯一の円周方向走査によりターゲットの十分なカバ
レージスパッタリングを与えるマグネトロン、及び均一
なターゲットスパッタリング及び均一な基板堆積を生じ
る最適な形をとり得るマグネトロンは、これらの利点全
てに恵まれている。
【００７６】そのような小さな高磁場磁石は、相対的に
低いターゲット電力で持続自己スパッタリングを可能に
し、0.5ミリトルより低い（好ましくは0.2ミリトルより
低い）低圧で、また0.1ミリトルの低圧でさえも、アル
ミニウムやチタンのような材料のスパッタリングを可能
にする。これらの圧力において、中性又はイオン化いず
れにせよスパッタ粒子の低散乱によって、及びイオン化
粒子の低中和によって深部正孔充填が促進され得る。し
かしながら、少なくともチタンについては、本発明のマ
グネトロンの使用により、約0.7ミリトルより高いガス
分圧を作用することにより改善されることがわかった。
高磁場磁石は、更に、適切な範囲内でウエハにバイアス
を加えることにより深くて狭い正孔に引きつけ得る高イ
オン化割合を促進する。
低いターゲット電力で持続自己スパッタリングを可能に
し、0.5ミリトルより低い（好ましくは0.2ミリトルより
低い）低圧で、また0.1ミリトルの低圧でさえも、アル
ミニウムやチタンのような材料のスパッタリングを可能
にする。これらの圧力において、中性又はイオン化いず
れにせよスパッタ粒子の低散乱によって、及びイオン化
粒子の低中和によって深部正孔充填が促進され得る。し
かしながら、少なくともチタンについては、本発明のマ
グネトロンの使用により、約0.7ミリトルより高いガス
分圧を作用することにより改善されることがわかった。
高磁場磁石は、更に、適切な範囲内でウエハにバイアス
を加えることにより深くて狭い正孔に引きつけ得る高イ
オン化割合を促進する。
【００７７】これらの利点の全てが、かなり単純な設計
のマグネトロンを用いて従来の容量結合DCスパッタリア
クタにおいて得ることができる。本発明のマグネトロン
が誘導結合RF電力によるHDPリアクタのような他の種類
のスパッタリアクタにも有利に使用し得ることは当然の
ことである。
のマグネトロンを用いて従来の容量結合DCスパッタリア
クタにおいて得ることができる。本発明のマグネトロン
が誘導結合RF電力によるHDPリアクタのような他の種類
のスパッタリアクタにも有利に使用し得ることは当然の
ことである。
【図１】DCプラズマスパッタリングリアクタの概略図で
ある。
ある。
【図２】半導体集積回路内のインタレベルバイアの断面
図である。
図である。
【図３】従来のマグネトロンの平面図である。
【図４】図7の4-4の線に沿って切った本発明のマグネト
ロンの実施例の磁極部分の平面図である。
ロンの実施例の磁極部分の平面図である。
【図５】図4のマグネトロンに用いられる磁石の平面図
である。
である。
【図６】本発明の実施例と共に用いられる磁石の1つの
断面図である。
断面図である。
【図７】図4のマグネトロンの断面図である。
【図８】卵形マグネトロンの平面図である。
【図９】三角形の形をしたマグネトロンの平面図であ
る。
る。
【図１０】弧状三角形マグネトロンと呼ばれる、図9の
三角形の形をしたマグネトロンの変形の平面図である。
三角形の形をしたマグネトロンの変形の平面図である。
【図１１】図10の弧状三角形マグネトロンに用いられる
磁石の平面図である。
磁石の平面図である。
【図１２】面積と周辺の長さに用いられる2つのモデル
マグネトロンの平面図である。
マグネトロンの平面図である。
【図１３】三角形の面積及び円形マグネトロンの面積の
角度依存性のグラフである。
角度依存性のグラフである。
【図１４】図12の2種類のマグネトロンの周囲長さの角
度依存性のグラフである。
度依存性のグラフである。
【図１５】本発明の記載された実施例により生じた磁界
の理想化の側面図である。
の理想化の側面図である。
【図１６】チタンスパッタリングの底部カバレージにお
けるRFウエハバイアスの影響を示すグラフである。
けるRFウエハバイアスの影響を示すグラフである。
【図１７】本発明のマグネトロンによる窒化チタンの反
応性スパッタリングにおいて得られた2つの堆積方式を
示す窒素フローに対するチャンバ圧の依存性のグラフで
ある。
応性スパッタリングにおいて得られた2つの堆積方式を
示す窒素フローに対するチャンバ圧の依存性のグラフで
ある。
【図１８】本発明のマグネトロンによる窒化チタンの反
応性スパッタリングの2つのスパッタリング方式で得ら
れたステップカバレージのグラフである。
応性スパッタリングの2つのスパッタリング方式で得ら
れたステップカバレージのグラフである。
10…PVCリアクタ、12…真空チャンバ、14…ターゲッ
ト、16…ウエハ、18…ヒータペデスタル、20…シール
ド、22…DC電源、24…ガス源、26…マスフローコントロ
ーラ、27…ガス源、28…真空装置、30…コントローラ、
32…マグネトロン、34…磁石、36…磁石、38…高密度プ
ラズマ領域、40…バイアホール又はコンタクトホール、
42…誘電層、44…導電様相、46…下にある層又は基板、
50…層、52…Tepmanマグネトロン、54…磁極面、56…磁
極面、57…ギャップ、58…回転軸、60…ループ状マグネ
トロン、62…中央棒状磁極面、64…側面、66…丸い端、
68…環状磁極面、70…ギャップ、72…直線部分、74…丸
い端、78…回転軸、80…長形端、82…長形端、90…磁
石、92…磁石、93…円筒状磁気コア、94…管状側壁、96
…キャップ、97…ピン、98…磁気継鉄、100…磁場、104
…シャフト、106…モータ、108…外部磁極面、110…内
部磁極面、112…内部端、114…外部端、122…ギャッ
プ、126…三角形マグネトロン、128…三角形マグネトロ
ン、130…内部磁極面、132…ギャップ、134…直線部
分、136…丸い角、140…弧状三角形マグネトロン、142
…弧状三角形内部磁極面、144…ギャップ、146…直線部
分、148…丸い頂角、150…弧部分、152…丸い外周角、1
60…磁石、162…磁石、164…磁石、170…単純化又はモ
デル弧状三角形マグネトロン、172…モデル円形マグネ
トロン、174…ライン、180…ライン、190…磁極、192…
磁極、194…処理領域、196…ギャップ、198…磁気継
鉄、200…中間ランプアップ圧、202…中間ランプダウン
圧、204…低い圧力、206…高い圧力、210…ライン、212
…ライン。
ト、16…ウエハ、18…ヒータペデスタル、20…シール
ド、22…DC電源、24…ガス源、26…マスフローコントロ
ーラ、27…ガス源、28…真空装置、30…コントローラ、
32…マグネトロン、34…磁石、36…磁石、38…高密度プ
ラズマ領域、40…バイアホール又はコンタクトホール、
42…誘電層、44…導電様相、46…下にある層又は基板、
50…層、52…Tepmanマグネトロン、54…磁極面、56…磁
極面、57…ギャップ、58…回転軸、60…ループ状マグネ
トロン、62…中央棒状磁極面、64…側面、66…丸い端、
68…環状磁極面、70…ギャップ、72…直線部分、74…丸
い端、78…回転軸、80…長形端、82…長形端、90…磁
石、92…磁石、93…円筒状磁気コア、94…管状側壁、96
…キャップ、97…ピン、98…磁気継鉄、100…磁場、104
…シャフト、106…モータ、108…外部磁極面、110…内
部磁極面、112…内部端、114…外部端、122…ギャッ
プ、126…三角形マグネトロン、128…三角形マグネトロ
ン、130…内部磁極面、132…ギャップ、134…直線部
分、136…丸い角、140…弧状三角形マグネトロン、142
…弧状三角形内部磁極面、144…ギャップ、146…直線部
分、148…丸い頂角、150…弧部分、152…丸い外周角、1
60…磁石、162…磁石、164…磁石、170…単純化又はモ
デル弧状三角形マグネトロン、172…モデル円形マグネ
トロン、174…ライン、180…ライン、190…磁極、192…
磁極、194…処理領域、196…ギャップ、198…磁気継
鉄、200…中間ランプアップ圧、202…中間ランプダウン
圧、204…低い圧力、206…高い圧力、210…ライン、212
…ライン。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 21/285 ３０１ Ｈ０１Ｌ 21/285 ３０１Ｚ
Claims (57)
- 【請求項１】 スパッタリングターゲットの裏面に配置
可能で且つ前記ターゲットの中心位置の周りに回転可能
なマグネトロンアセンブリであって、前記中心位置の周
りに非対称に配置された単一マグネトロンを備え：中央
アパーチャを有し且つ前記ターゲットの前記中心から第
1距離を横切って前記ターゲットの外周部に向かって伸
びている閉鎖バンドを含む第1磁気極性の第1磁極と;前
記アパーチャ内に配置され且つ前記ターゲットの表面に
沿って伸びているギャップによって前記第1磁極から分
離された第２磁気極性の第2磁極と；を含み、 外部の前記磁極が前記第1距離の1/2より前記中心位置に
近い内部面積及び前記第1距離の1/2より前記中心位置か
ら遠い外部面積に分かれた第1面積を囲み、前記外部面
積が前記内部面積より大きい、マグネトロンアセンブ
リ。 - 【請求項２】 前記第1距離が前記ターゲットの使用可
能部分の半径±15％に等しい、請求項1記載のマグネト
ロンアセンブリ。 - 【請求項３】 前記第1磁極の外形が楕円形であり、主
軸が前記ターゲットの半径に沿って伸びている、請求項
1記載のマグネトロンアセンブリ。 - 【請求項４】 前記楕円形が卵形であり、その短軸が前
記ターゲット半径の1/2に外向きに位置している、請求
項3記載のマグネトロンアセンブリ。 - 【請求項５】 前記楕円形が三角形である、請求項1記
載のマグネトロンアセンブリ。 - 【請求項６】 前記三角形には、前記ターゲットの中心
から外向きに伸びている2つの直線部分と前記ターゲッ
トの外周部に隣接した弧の部分が含まれている、請求項
5記載のマグネトロンアセンブリ。 - 【請求項７】 前記三角形には、前記ターゲットの中心
から外向きに伸び且つ60°±15°の角度で相互に傾いて
いる2つの直線部分が含まれている、請求項6記載のマグ
ネトロンアセンブリ。 - 【請求項８】 前記第1磁極が前記第2磁極によって生成
されたものより少なくとも50％大きい統合磁束を生成す
る、請求項1記載のマグネトロンアセンブリ。 - 【請求項９】 前記第1磁極が前記第2磁極によって生成
されたものより少なくとも2倍の統合磁束を生成する、
請求項8記載のマグネトロンアセンブリ。 - 【請求項１０】 スパッタリングターゲットの裏面に配
置可能で且つ前記ターゲットの中心位置の周りを回転可
能なマグネトロンアセンブリであって、前記中心位置の
周りに非対称に配置された単一マグネトロンを備え：第
1距離が前記ターゲットの前記中心から前記ターゲット
の外周部に向かって伸び、前記ターゲットの半径に実質
的に平行に伸び且つ前記中心位置に対して非対称に配置
された2つの対向する直線部分を有する閉鎖バンドを含
む第1磁気極性の第1磁極と;前記アパーチャ内に配置さ
れ且つ前記ターゲットの表面に沿って伸びているギャッ
プによって前記第1磁極から分離された前記第1磁気極性
に対向する第2磁気極性の第2磁極と；を含む、マグネト
ロンアセンブリ。 - 【請求項１１】 前記第1距離が前記ターゲットの使用
可能部分±15％の半径に等しい、請求項10記載のマグネ
トロンアセンブリ。 - 【請求項１２】 前記閉鎖バンドの内部端が前記中心位
置から前記半径の20％以内にある、請求項11記載のマグ
ネトロンアセンブリ。 - 【請求項１３】 前記内部端が前記中心位置の上にあ
る、請求項12記載のマグネトロンアセンブリ。 - 【請求項１４】 前記第1磁極の一部として配置された
第1磁気強度の第1の複数の磁石と;前記第2磁極の一部と
して配置された前記第1磁気強度より大きい第2磁気強度
の第２の複数の磁石と、を更に含む、請求項10記載のマ
グネトロンアセンブリ。 - 【請求項１５】 前記第１の複数の磁石の全磁束が前記
第２の複数の磁石の全磁束より大きい、請求項14記載の
マグネトロンアセンブリ。 - 【請求項１６】 スパッタリングターゲットの裏面に配
置可能で且つ前記ターゲットの中心位置の周りに回転可
能なマグネトロンアセンブリであって：統合磁束の第1
値を生成し、第1距離が前記ターゲットの前記中心から
前記ターゲットの外周部に向かって伸びている中央アパ
ーチャを有する閉鎖バンドを含む、第1磁気極性の第1磁
極と;統合磁束の第2値を生成し、前記アパーチャ内に配
置され、前記ターゲットの表面に沿って伸びているギャ
ップによって前記第1磁極から分離された、前記第１磁
気極性に対向する第2磁気極性の第2磁極と；を含み、 前記第1値と前記第2値の比が少なくとも1.5である、マ
グネトロンアセンブリ。 - 【請求項１７】 前記比が少なくとも2である、請求項1
6記載のマグネトロンアセンブリ。 - 【請求項１８】 前記中心からの、前記第1距離の1/2に
等しい、第2距離での前記第1磁極の幅が前記第1距離よ
り小さい、請求項16記載のマグネトロンアセンブリ。 - 【請求項１９】 実質的に円形のスパッタリングターゲ
ットの裏に配置可能なマグネトロンアセンブリであっ
て：第1磁気極性の内部磁極部分と;前記内部磁極部分を
取り囲み、ギャップによって分離され、第1点から第2点
までの前記ターゲットの直径方向に沿って伸びている半
径距離にわたって伸びる、前記第1磁気極性に対向する
第2磁気極性の外部磁極部分と、を含み、 前記第1点が前記ターゲットの中心から前記半径距離の2
0％以内であり、 前記第2点が前記中心より前記外周部に近く、 前記ターゲットの前記中心から前記半径距離の1/2より
遠い前記第2磁極の面積が、前記ターゲットの前記中心
から前記半径距離の1/2より近い前記第2磁極の面積より
少なくとも50％大きい、マグネトロンアセンブリ。 - 【請求項２０】 前記第1点が前記ターゲットの中心か
ら前記半径距離の10％以内である、請求項19記載のマグ
ネトロンアセンブリ。 - 【請求項２１】 三角形の形をしたマグネトロンであっ
て：三角形の形をした内部磁極面と;前記内部磁極面の
平面に隣接した六方最密配列に配置された第1磁気極性
の複数の第1磁石と;前記内部磁極面を取り囲み、頂点に
集まる2つの実質的に直線の側面と前記頂点に対向する
前記直線の側面の端に結合した第3側面を有するほぼ三
角形の形をした外部磁極面と;前記外部磁極面の平面に
沿い且つ隣接した閉鎖経路に配置された第2磁気極性の
複数の第2磁石と、を含む、三角形の形をしたマグネト
ロン。 - 【請求項２２】 前記第3側面が前記頂点に対してくぼ
んだ弓形をもつ、請求項21記載の三角形マグネトロン。 - 【請求項２３】 前記第1磁石が第1磁気強度を有し、前
記第2磁石が、前記第1磁気強度を有し且つ前記第3側面
に沿って配置された第3磁石と、前記第1磁気強度より小
さい第2磁気強度を有し且つ前記直線面に沿って配置さ
れた第4磁石と、を含む、請求項21記載の三角形マグネ
トロン。 - 【請求項２４】 実質的に円形のスパッタリングターゲ
ットの裏面に配置可能な三角形の形をしたマグネトロン
であって：第1磁気極性の三角形の形をした内部磁極と;
前記内部磁極を取り囲み、ギャップによって分離され、
前記ターゲットの半径方向に沿ってほぼ伸び且つ頂角に
結合した第1側面及び第2側面と、前記頂角から離れて前
記第1側面と第2側面を結合している第3側面とを有し、
前記頂角が前記ターゲットの半径の20％以内で前記ター
ゲットの中心近傍に配置されている、前記第1磁気極性
に対向する第2磁気極性のほぼ三角形の形をした外部磁
極と、を含む、三角形の形をしたマグネトロン。 - 【請求項２５】 前記第3側面が前記頂角に対してくぼ
んだ弓形をもつ、請求項24記載のマグネトロン。 - 【請求項２６】 前記第3側面が前記ターゲットの前記
半径の25％以内で前記ターゲットの外周部近傍に位置す
る、請求項25記載のマグネトロン。 - 【請求項２７】 前記内部磁極部分と外部磁極部分が前
記ターゲットの面に平行な前記ターゲットの前記中心の
周りに回転可能である、請求項24記載のマグネトロン。 - 【請求項２８】 プラズマスパッタリングリアクタであ
って：真空チャンバと;前記チャンバ内で基板を支持す
るペデスタルと;前記ペデスタルに対向しており、プラ
ズマスパッタリングに電気的に結合するように適合され
たスパッタリングターゲットと;前記ペデスタルに対向
して前記ターゲットの側面に配置され、第1磁気極性の
外部磁極面と、それを取り囲んでいる前記第1磁気極性
に対向する第2磁気極性の内部磁極面と、前記ターゲッ
トの中心の周りで前記マグネトロンを回転させる回転シ
ャフトと、を含むマグネトロンと、を含み、 前記外部磁極面が、前記ターゲットの前記中心から前記
ターゲットの外周部まで伸びている第1距離の1/2より前
記中心位置に近い内部領域と、前記第1距離の1/2より前
記ターゲットの前記中心から離れた外部領域とに分かれ
た第1領域を囲んでいる、プラズマスパッタリングリア
クタ。 - 【請求項２９】 前記外部磁極面の周囲が、前記中心か
ら前記円の周囲まで伸びている前記円の周囲より小さ
い、請求項28記載のリアクタ。 - 【請求項３０】 前記外部磁極面、前記ギャップ、及び
前記内部磁極面の形が楕円形である、請求項28記載のリ
アクタ。 - 【請求項３１】 前記外部磁極面の形が卵形であり、短
軸が前記ターゲットの前記中心より前記周囲近くに位置
する、請求項28記載のリアクタ。 - 【請求項３２】 前記外部磁極面の形が三角形である、
請求項28記載のリアクタ。 - 【請求項３３】 前記三角形の弧の部分が前記ターゲッ
トの周囲に隣接している、請求項32記載のリアクタ。 - 【請求項３４】 前記ターゲットに結合可能な少なくと
も18kWのDC電源を更に含んでいる、請求項28記載のリア
クタ。 - 【請求項３５】 前記外部磁極面が、前記内部磁極面に
よって生成されたものより少なくとも50％大きい統合磁
束を生成する、請求項28記載のリアクタ。 - 【請求項３６】 前記ターゲットに結合可能な少なくと
も18kWのDC電源を更に含む、請求項35記載のリアクタ。 - 【請求項３７】 プラズマスパッタリングリアクタであ
って：真空チャンバと;前記チャンバ内で基板を支持す
るペデスタルと;前記ペデスタルに対向しており、プラ
ズマスパッタリングに電気的に結合するように適合され
たスパッタリングターゲットと;前記ペデスタルに対向
して前記ターゲットの側に配置され、第1値の統合磁束
を生成する一方の磁気極性の外部磁極面と、それを取り
囲んでいる第2値の統合磁束を生成するもう一方の磁気
極性の内部磁極面と、前記ターゲットの中心の周りで前
記マグネトロンを回転させる回転シャフトと、を含むマ
グネトロンと、を含み、 前記第1値と前記第2値の比が少なくとも1.5である、 プ
ラズマスパッタリングリアクタ。 - 【請求項３８】 前記比が少なくとも2である、請求項3
7記載のリアクタ。 - 【請求項３９】 前記外部磁極面は、前記ターゲットの
前記中心から前記ターゲットの周囲部分まで伸び、同様
に伸びている円よりも小さい面積を有する、請求項37記
載のリアクタ。 - 【請求項４０】 前記ターゲットに結合可能な少なくと
も18kWのDC電源を更に含んでいる、請求項39記載のリア
クタ。 - 【請求項４１】 前記ターゲットに結合可能な少なくと
も18kWのDC電源を更に含む、請求項37記載のリアクタ。 - 【請求項４２】 前記ターゲットに結合可能なDC電源
と;前記チャンバの内部に結合した誘導コイルと;前記誘
導コイルに結合可能なRF電源と、を更に含む、請求項37
記載のリアクタ。 - 【請求項４３】 装置内のペデスタル上に支持された実
質的に円形の加工基板にアルミニウムを含むターゲット
からのアルミニウムをスパッタし、該装置が、前記ペデ
スタルに対向する前記ターゲットの側面に配置されたマ
グネトロンを含み、一方の磁気極性の外部磁極面と、そ
れを取り囲んでいるもう一方の磁気極性の内部磁極面
と、前記ターゲットの中心の周りで前記マグネトロンを
回転させる回転シャフトとを含み、前記外部磁極面が前
記ターゲットの中心から前記ターゲットの周囲部分まで
伸び、同様に伸びている円より小さい面積を有する、方
法であて、前記方法は：前記ターゲットと前記ペデスタ
ルを含む真空チャンバ内にワーキングガスを加えるステ
ップと;前記真空チャンバを0.35ミリトル未満の圧力ま
でポンピングするステップと;直径が200mmである円形標
準基板に規格化された18kW以下で前記ターゲットにDC電
力を加えて、それによって前記ワーキングガスをプラズ
マに励起させて、前記加工基板に前記ターゲットからの
アルミニウムをスパッタするステップと、を含む、方
法。 - 【請求項４４】 前記圧力が0.1ミリトル以下である、
請求項43記載の方法。 - 【請求項４５】 装置内のペデスタル上に支持された実
質的に円形の加工基板に金属を含むターゲットからの材
料をスパッタし、該装置が、前記ペデスタルに対向する
前記ターゲットの側面に配置されたマグネトロンを含
み、一方の磁気極性の外部磁極面と、それを取り囲んで
いるもう一方の磁気極性の内部磁極面と、前記ターゲッ
トの中心の周りで前記マグネトロンを回転させる回転シ
ャフトとを含み、前記外部磁極面が前記ターゲットの前
記中心から前記ターゲットの周囲部分まで伸び、同様に
伸びている円よりも小さい面積を有する、方法であっ
て、前記方法は：前記ターゲットと前記ペデスタルを含
む真空チャンバ内にワーキングガスを加えるステップ
と;前記真空チャンバを0.35ミリトル未満の圧力までポ
ンピングするステップと;前記ターゲットにDC電力を加
えて、それによって前記ワーキングガスをプラズマに励
起させ、前記加工基板に前記ターゲットからの金属をス
パッタするステップと;RF電力を、直径が200mmである円
形基板に規格化されるように250W未満の量で前記ペデス
タルに加えるステップと、を含む、方法。 - 【請求項４６】 前記金属がチタンを含む、請求項45記
載の方法。 - 【請求項４７】 前記加工基板に金属窒化物を反応的に
スパッタするように前記チャンバに窒素を加えるステッ
プを更に含んでいる、請求項45記載の方法。 - 【請求項４８】 装置内のペデスタル上に支持された実
質的に円形の加工基板に金属を含むターゲットからの材
料をスパッタし、該装置が、前記ペデスタルに対向する
前記ターゲットの側に配置されたマグネトロンを含み、
一方の磁気極性の外部磁極面と、それを取り囲んでいる
もう一方の磁気極性の内部磁極を含み、前記外部磁極面
が前記ターゲットの前記中心から前記ターゲットの周囲
部分まで伸び、同様に伸びている円より小さい面積を有
する、方法であって、前記方法は：前記ターゲットの中
心の周りで前記マグネトロンを回転させて前記ターゲッ
トの十分なスパッタリングカバレージを得るステップ
と;前記ターゲットにDC電力を加えることにより少なく
とも部分的に前記チャンバ内に電力を容量的に結合する
が前記チャンバ内に電力を誘導的に結合せず、よって、
プラズマに前記ワーキングガスを励起させ、前記加工基
板に前記ターゲットからの金属をスパッタし、前記DC電
力の量が直径200mmの円形標準基板に対して規格化され
た18kW以下であり、よってアスペクト比が少なくとも5
であるホールに少なくとも25％の底部カバレージを得る
ステップと、を含む、方法。 - 【請求項４９】 前記金属がアルミニウムを含む、請求
項48記載の方法。 - 【請求項５０】 RF電力を前記ペデスタルに加えるステ
ップを更に含んでいる、請求項48記載の方法。 - 【請求項５１】 13.56MHz以下の周波数で前記ペデスタ
ルに加えたRF電力の量が、直径が200mmである前記円形
基板に規格化された300W以下である、請求項48記載の方
法。 - 【請求項５２】 前記周波数が2MHz以下であり、前記RF
電力量が250W未満である、請求項51記載の方法。 - 【請求項５３】 前記金属がチタンを含み、前記チャン
バ内にアルゴンを少なくとも0.7ミリトルの圧力まで加
えるステップを更に含む、請求項48記載の方法。 - 【請求項５４】 前記ペデスタルにRF電力を13.56MHz以
下の周波数と、前記直径が200mmである前記円形標準基
板に規格化された300W以下の量で加えるステップを更に
含んでいる、請求項53記載の方法。 - 【請求項５５】 装置内のペデスタル上に支持された加
工基板に金属を含むターゲットからの材料をスパッタ
し、該装置が、前記ペデスタルに対向する前記ターゲッ
トの側に配置されたマグネトロンを含み、一方の磁気極
性の外部磁極面と、それを取り囲んでいるもう一方の磁
気極性の内部磁極を含み、前記外部磁極が前記ターゲッ
トの前記中心から前記ターゲットの周囲部分まで伸び、
同様に伸びている円より小さい面積を有する、方法であ
って、前記方法は：前記ターゲットの中心の周りに前記
マグネトロンを回転させて前記ターゲットの十分なスパ
ッタリングカバレージを得るステップと;前記ターゲッ
トにDC電力を加えることにより少なくとも部分的に前記
チャンバ内に電力を容量的に結合するが前記チャンバ内
に電力を誘導的に結合せず、よって、プラズマに前記ワ
ーキングガスを励起させて前記加工基板に前記ターゲッ
トからの金属をスパッタし、前記DC電力の量が直径200m
mの円形標準基板に対して規格化された18kW以下であ
り、よって、少なくとも20％の前記金属のイオン化密度
を得るステップと、を含む、方法。 - 【請求項５６】 前記金属がアルミニウムを含む、請求
項55記載の方法。 - 【請求項５７】 前記金属が銅を含む、請求項55記載の
方法。
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