JP2001140071A - 磁場を用いてｉｍｐ処理における側壁及び底面のカバレージを改善する方法及び装置 - Google Patents

磁場を用いてｉｍｐ処理における側壁及び底面のカバレージを改善する方法及び装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 デバイスの構造部位に優れた等角のカバレー
ジ、特に側壁に優れた等角のカバレージを設ける手法を
提供する。 【解決手段】 本発明は、堆積処理において等角なステ
ップ・カバレージを実現する方法及び装置を提供する。
少なくとも一つの態様において、ターゲット１０４は、
プラズマによりスパッタリングされ、その後、誘導コイ
ル１２２によってイオン化される材料のソースを提供す
る。プラズマ及びイオン化されたターゲット材料によっ
て提供される電子の一部は、基板１１０近傍に生じた磁
場１６１によって偏向される。誘引された電子の影響に
より、正帯電粒子は電子の方向へ移動するように誘導さ
れる。磁場１６１は、処理チャンバ１００の内部又は外
部に位置する一つ以上の磁石１６０によって提供可能で
あり、デバイスの構造部位での電子及びイオンの均一な
堆積を確保するために回転させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は基板処理装置及び方
法に関する。特に、本発明はイオン化金属プラズマ処理
において基板上に材料の等角層を堆積させる方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】サブ・クォータ・マイクロン・マルチレ
ベル・メタライゼーションは、集積回路（ＩＣ）におけ
る次世代の大規模集積（ＵＬＳＩ）にとって、重要なテ
クノロジの一つである。半導体その他の電子デバイスの
製造において、堆積する粒子の方向性は構造部位のフィ
リングにとって重要である。回路の密度が高くなるにつ
れ、バイア、コンタクトその他の構造部位の幅は０．２
５μｍ以下に減少し、一方で誘電層の厚さはほとんど一
定である。したがって、こうした部位の縦横比、つまり
横の寸法の最小に対する深さの割合は減少し、コンタク
トとバイアの縦横比を５：１以上に押し上げている。こ
うした構造部位の寸法が減少するにつれ、こうした構造
部位の側壁と底を等角に覆うために粒子の方向性がさら
に重要性を増している。
【０００３】粒子の方向性を提供できる処理の一つは、
イオン化金属プラズマ物理気相堆積（ＩＭＰ―ＰＶＤ）
で、高密度物理気相堆積としても知られている。通常の
ＩＭＰ−ＰＶＤチャンバは、基板が処理のために設置さ
れるサセプタ及びターゲット間で、高密度誘導結合プラ
ズマを維持するためのコイルを含む。このプラズマは、
ヘリウム又はアルゴンなどのガスをチャンバ内に導入
し、チャンバ内にエネルギを結合してガスをイオン化す
ることで生成される。ターゲットの裏側に配置されたマ
グネトロンアセンブリは磁力線を供給し、これはターゲ
ット近傍の電子を捕らえ、ターゲット表面でのスパッタ
リング・ガスのイオン化を増加させる。プラズマの物質
は、ターゲットに加えるバイアスによってターゲットに
対して加速され、単純な運動量の移動によりターゲット
からの物質のスパッタリングを発生させる。コイルに供
給される電力は、プラズマの密度を高める電流をプラズ
マ内で誘導する電磁場を創出し、コイルによって生成さ
れた電磁場を横切るスパッタリングした金属のフラック
スをイオン化する。加えられたバイアス又はセルフバイ
アスによる電場は、プラズマ及び基板の間の境界層又は
空間電荷層で発達し、電場に対して平行なベクトル及び
基板表面に対して垂直なベクトルで、基板への金属イオ
ンを加速する。セルフバイアスは、プラズマに対してサ
セプタを浮かせることで維持できるが、バイアスのエネ
ルギはＲＦ又はＤＣ電力等の電力をサセプタに加えるこ
とで好適に調整され、これにより、非常に方向性の強い
形で、基板表面に引きつけられるスパッタリングしたタ
ーゲット・イオンを増やし、基板内の構造部位を埋め
る。
【０００４】ＩＭＰ−ＰＶＤで遭遇する問題の一つは、
小型化が進むデバイスの構造部位において、等角のカバ
レージを実現できないことである。基板のバイアスによ
って提供される方向性は、良好な底面のカバレージにつ
ながるが、側壁のカバレージは普通のものになる。この
結果の原因は、部分的には、構造部位の底面に向かう誘
導されたイオンの方向性に、側壁に向かう方向性がほと
んどないためである。図１は、プラズマ１４から基板１
０に形成されたバイア１６に入るイオン１２の方向を表
している。イオン１２の方向は、バイア１６の底面１８
に向かう電場Ｅによって影響を受け、その結果、側壁２
０にはほとんど堆積がなくなる。
【０００５】ＩＭＰ−ＰＶＤの限界により、デバイスの
構造部位では、等角でない層が生じる可能性がある。構
造部位の底面１８及び側壁２０の等角カバレージは、エ
レクトロプレートなど、その後の処理を最適化するのに
必要である。例えば、エレクトロプレートでは、構造部
位の均一なフィリングを確保するために、デバイスの構
造部位内に等角バリア層及び等角シード層が必要にな
る。そのため、材料がデバイスの構造部位に整合的に供
給されない場合、その後のエレクトロプレートなどの処
理が成功せず、その結果、欠陥のあるデバイスが形成さ
れる可能性がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】そのため、デバイスの
構造部位に優れた等角のカバレージ、特に側壁に優れた
等角のカバレージを設ける手法を提供する必要がある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、全体として
は、スパッタリングされたイオン化材料を使用して、プ
ラズマ・チャンバ内の基板上に形成されたデバイスの構
造部位上に等角層を堆積させる装置及び方法を提供す
る。一実施形態においては、ターゲットと、基板支持部
材と、ターゲット材料をイオン化する磁場発生器を有す
るチャンバが提供される。ターゲットは、処理中にター
ゲットの近傍に形成されるプラズマによってスパッタリ
ングされる材料を備える。磁場発生器は、スパッタリン
グされた材料をイオン化するように第一の磁場を供す
る。磁場発生器は、チャンバの処理領域又はその近傍に
配置される一つ以上の単一巻き又は複数巻きコイルにす
ることができる。チャンバの内部又は外部領域に配置さ
れる一つ以上の磁石は、処理中に基板支持部材の上部表
面に略平行な第二の磁場を提供する。第二の磁場は、永
久磁石又は電磁石又はこれらの組み合わせにより発生で
きる。好ましくは、第二の磁場は、速度ベクトルを有す
る帯電した粒子を、第二の磁場及び基板支持部材の表面
に対して略垂直にする性質がある。
【０００８】本発明の別の態様においては、基板上に材
料を堆積させる方法が提供される。プラズマは、真空チ
ャンバ内に配置されたターゲットから材料をスパッタリ
ングするために提供される。スパッタリングされた材料
は、次に、第一の磁場によりイオン化される。第二の磁
場は、基板の上部表面に平行に提供され、プラズマによ
って供給される電子の一部の方向に影響を与える。一実
施形態において、第二の磁場は、基板に垂直な中心軸線
の周りを回転し、基板の表面上で電子を均一に分布させ
る。別の実施形態において、第二の磁場は最低２対の磁
力線を備えることができる。この場合、第二の磁場の極
性は、周期的に交番可能である。これに加えて、又はこ
れに代わって、第二の磁場は望ましい頻度でパルスにす
るか、または強度を調整することができる。
【０００９】本発明のさらに別の態様において、構造部
位を有する基板上に材料を堆積させる方法を提供する。
材料は、真空チャンバに配置されたターゲットからスパ
ッタリングされ、第一の磁場でイオン化され、少なくと
もイオン及び電子が発生する。基板の上部表面に略平行
になっている第二の磁場は、第二の磁場に垂直な速度ベ
クトル成分を有する電子の一部を偏向させる。したがっ
て、電子の一部は、基板上に形成された部位の側壁に向
かって偏向される。次に、イオンは、偏向された電子に
よって引っ張られ、偏向された電子の誘引的影響の下で
側壁に向かって進んでいく。第二の磁場は、基板に垂直
な中心軸の周りを回転することが可能で、基板の構造部
位、特に側壁上で、電子を均一に分布させる。
【００１０】上に列挙した本発明の特徴、利点、及び目
的を達成し且つ詳細に理解するために、添付図面に例示
された本発明の実施形態を参照することにより、上で簡
単に概要を述べた本発明の更に具体的な説明を成し得よ
う。
【００１１】ただし、本発明は同様に効果的なその他の
実施形態を許容するので、添付図面は本発明の代表的な
実施形態を例示しているに過ぎず、また、本発明の範囲
を制限するものではない。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下で説明する実施形態では、カ
リフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔ
ｅｒｉａｌｓ社が販売しているＥｎｄｕｒａ(R)プラッ
トフォーム及びイオン金属プラズマ・チャンバに、以下
に説明する修正を加えたもの等の処理設備を使用して実
施できる修正したイオン金属プラズマ（ＩＭＰ）処理を
好ましく使用している。イオン金属プラズマ（ＩＭＰ）
処理チャンバの一つは、ＩＭＰＶＥＣＴＲＡTMチャンバ
として知られており、カリフォルニア州サンタクララの
Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社が販売してい
る。
【００１３】図２は、本発明に従ったＩＭＰチャンバ１
００の断面図である。チャンバ１００は、壁１０１、リ
ッド１０２、底１０３を含んでいる。スパッタリングさ
れる材料を含むターゲット１０４は、リッド１０２に取
り付けられ、チャンバ１００内に配置され、処理領域１
０７の上限を画定する。磁石１０６はリッド１０２の裏
側に配置され、回転可能なマグネトロンの一部にするこ
とが可能であり、ターゲット表面で電子を捕らえる磁力
線を形成し、スパッタリング効率を増やすために、ター
ゲット１０４近傍のプラズマ密度を高める。基板支持部
材１１２は、基板１１０を支え、処理領域１０７の下限
を画定する。基板支持部材１１２は、チャンバ１００内
で可動式に配置され、基板１１０を支持するために上部
支持表面１０５を提供する。支持部材１１２は、降下し
たローディング／アンローディング位置および上昇した
処理位置の間で基板支持部材１１２を昇降させるモータ
アセンブリ１１４と接続するステム１０９に取り付けら
れている。チャンバ１００の開口部１０８は、基板支持
部材１１２が降下したローディング／アンローディング
位置にあるときにチャンバ１００での基板の搬入及び搬
出を行うロボット（表示なし）のためのアクセスを提供
する。コイル１２２は、チャンバ１００内の基板支持部
材１１２及びターゲット１０４間に取り付けられ、処理
中にチャンバ１００内に電磁場を提供し、ターゲット１
０４及び基板１１０間でのプラズマの発生及び維持を支
援する。
【００１４】プラズマ・ガスを含め、一種以上のガス
は、ガス源１３８、１４０からガス注入口１３６を通じ
てチャンバ１００内に供給され、それぞれの流入量コン
トローラ１４２、１４４によって計量される。一つ以上
の真空ポンプ１４６は、排気ポート１４８でチャンバ１
００と接続し、チャンバ１００を排気して、チャンバ内
を望ましい圧力に維持する。真空ポンプ１４６は、低温
ポンプ及びラフィング・ポンプを含み、１０-8ｍＴｏｒ
ｒの基本圧力を維持可能であることが好ましい。
【００１５】チャンバ１００内では、３つの電源が使用
される。第一の電源１３０は、ＲＦまたはＤＣ電力のい
ずれかをターゲット１０４に供給し、一種以上のプラズ
マ・ガスによってプラズマを発生させる。第二の電源１
３２は、好ましくはＲＦ電源で、メガヘルツの範囲でコ
イル１２２に電力を供給し、プラズマの密度を増加させ
る。第三の電源１３４は、好ましくはＲＦ又はＤＣ電源
で、プラズマに関して基板支持部材１１２にバイアスを
加え、イオン化されたスパッタリング材料を基板１１０
方向に誘引する。以下で説明するように、第三の電源は
オプションであり、その使用は、本発明の特定の実施形
態に応じて変化する。
【００１６】本発明のチャンバ１００は、好ましくは、
磁場１６１を提供し、少なくともその一部は、基板１１
０上部表面と平行である。さらに、磁場１６１及び基板
１１０は、好ましくは互いに対して回転可能である。図
２は、本発明の一実施形態を示しており、ここでは磁石
１６０は基板支持部材１１２に、水平面に対して平行に
設置されている。磁石１６０は、好ましくは、中心軸線
Ａの周囲を回転することが可能なマグネトロン１６２の
構成成分である。ステム１０９内に配置されているシャ
フト１６４は、上端でマグネトロン１６２と結合し、下
端では、軸線Ａの周囲でシャフト１６４を回転方向に動
かすモータアセンブリ１１４と結合する。好ましくは、
マグネトロン１６２は、４つの磁石を含み、これらの磁
極は共通の方向性で配置される。例えば、図３は、支持
部材１１２及びマグネトロン１６２の上面図を表してお
り、ここで磁石１６０は、それぞれのＮ極が第一の方向
を向き、それぞれのＳ極が第一の方向とは反対の第二の
方向を向いている。磁石１６０の正確な方向付けは、略
水平な磁場１６１の成分が基板１１０全体で発生する限
り、本発明を制限するものではない。水平とは、磁場１
６１の一部が基板１１０の上部表面と平行であることを
意味する。磁場１６１の方向に加え、以下で詳細に説明
するように、ターゲット１０４からスパッタリングされ
る材料の等角及び均一な堆積を実現するためには、十分
な均一性も必要になる。図２に示す磁場１６１は単なる
説明を目的としたものであり、結果として生じる磁力線
は、基板１１０が位置する領域を均一に占め、好ましく
は、基板１１０の直径全体で水平な構成成分を有する。
【００１７】図３では４つの磁石を示しているが、他の
実施形態では数を増減できる。したがって、本発明で
は、軸線Ａの周囲を回転する極を有する単一の磁石を使
用した実施形態を意図している。しかし、結果として生
じる基板１１０の上部表面での磁力線の均一性から、好
ましくは、二つ以上の磁石を使用して磁場１６１を発生
させる。処理中の堆積の均一性は、磁力線１６１によっ
て決定されるため、磁力線１６１は、好ましくは、上部
表面全体で均一にする。一般には、基板の直径が大きく
なるに従って、磁石の数も増やし、大きな基板の大きな
表面エリア全体での磁場１６１の均一性を確保する。
【００１８】コントローラ１４９は、電源と、モータア
センブリと、ガス注入用の流入量コントローラと、真空
ポンプと、マグネトロンと、その他の関連するチャンバ
構成成分及び機能の働きを制御する。コントローラ１４
９は、好適な実施形態においてはハードディスク・ドラ
イブであるコンピュータ使用可能媒体に格納されたシス
テム制御ソフトウェア製品のコンピュータ可読コードを
実行し、アナログ及びデジタル入力／出力ボードと、イ
ンタフェース・ボードと、ステッパ・モータ・コントロ
ーラ・ボードとを含むことが可能である。コンピュータ
可読コードは、例えば、電源１３０、１３２、１３４を
制御する電力制御コードと、ガス源１３８、１４０を制
御するガス制御コードとを含む。通常は、可動機械アセ
ンブリの位置の移動及び決定を行うために、光及び磁気
のどちらか一方又は両方のセンサを使用する。
【００１９】動作の際には、ロボットが、開口部１０８
を通じてチャンバ１００に基板１１０を搬入する。基板
１１０を支持部材１１２の上部表面上に置いた後、ロボ
ットはチャンバ１００から退出し、開口部１０８は封印
される。次に、基板支持部材１１２が基板１１０を処理
位置に上昇させる。好ましくは、ターゲット１０４と上
昇した処理位置にある基板支持部材１１２との間の間隔
は、約４０ｍｍから１９０ｍｍで、最も好ましくは約１
４０ｍｍである。その後、一種以上のプラズマ・ガスが
ガス源１３８、１４０からチャンバ内に注入され、チャ
ンバ１００内を処理圧力で安定させる。次に、マグネト
ロンの構成成分である磁石１０６が、ターゲット１０４
近傍でプラズマを発生させ、第一の電源１３０がプラズ
マの帯電粒子をターゲット１０４方向に誘引するバイア
スを提供し、ここでスパッタリングを発生させる。
【００２０】コイル１２２が発生させる磁場は、プラズ
マ内で電流を発生させ、プラズマの密度を高める。結果
として生じた高密度プラズマは、処理領域を通過するス
パッタリングされたターゲット材料フラックスをイオン
化する。スパッタリングされたターゲット材料によって
発生したイオンの一部は、ターゲット１０４及び支持部
材１１２の間の空間を横切り、基板１１０に堆積する。
支持部材１１２がプラズマに対して電気的に浮いている
場所では、支持部材１１２及びプラズマの間でセルフバ
イアスが発達し、正に帯電したイオンを基板１１０に向
けて誘引する。好適な実施形態においては、第三の電源
１３４を使用して、支持部材１１２に対する負のバイア
スを増やし、基板１１０に向かうイオンの方向性を強
め、結果として軸線Ａに平行に基板１１０の構造部位内
へ略垂直に降下させる。しかし、図２及び３に示すよう
に、磁石１６０が支持部材１１２内に配置される永久磁
石の場合、第三の電源１３４によって加えられるバイア
スは、磁石１６０の消磁を引き起こす可能性がある。そ
のため、永久磁石を使用した実施形態においては、好ま
しくは、第三の電源１３４を使用しない。第三の電源１
３４を使用しない実施形態が提供する方向性は、第三の
電源１３４を使用した場合に可能なものよりも少なくな
るが、本発明では、第三の電源１３４を使用しなくとも
優れた結果が達成される。
【００２１】磁石１６０は磁場１６１を提供し、その一
部は基板１１０の上部表面に略平行である。好ましく
は、マグネトロン１６２は堆積サイクル中に、磁場１６
１が軸線Ａの周囲を回転するように回転する。マグネト
ロン１６２の角速度は、一定に維持するか又は望ましい
頻度でパルスにすることができる。「パルス」とは、マ
グネトロン１６２が、断続的に３６０度の分数だけ回転
することを意味する。例えば、マグネトロン１６２は、
３０秒毎に９０度回転させ、１２０秒毎に回転を完了さ
せることができる。前記は単に説明を目的とする例であ
り、他のパルスサイクルも使用できる。
【００２２】堆積サイクルに続いて、基板支持部材１１
２はローディング／アンローディング位置まで降下す
る。次に、ロボットが開口部１０８を通じてチャンバ内
に伸び、チャンバからの除去のために基板がロボット上
に置かれ、その後の位置に搬出される。その後の位置に
は、エレクトロプレート・チャンバ等の各種処理チャン
バが含まれ、ここで基板にはその他の処理が施される。
【００２３】イオン化されたターゲット材料の処理中の
方向性は、主に、ターゲット１０４表面での最初の放出
特性と、イオンとプラズマ・ガスとの動的な相互作用
と、処理領域１０７全体の電圧の低下と、磁場１６１と
によって決定される。基板１１０のデバイス構造部位で
の良好なステップ・カバレージは、構造部位の底面のカ
バレージと側壁のカバレージとの適切な割合を確保する
ことで達成される。加えたバイアス又はセルフバイアス
によるプラズマ及び基板１１０の間の境界層全体での電
圧低下は、イオン化されたターゲット材料に基板１１０
への方向性を提供し、底面のカバレージを増加させる、
基板１１０に対して垂直な電場をもたらす。改善された
側壁のカバレージを実現するために、マグネトロン１６
２の磁石１６０は、電子の一部を側壁に向けて偏向でき
る、基板１１０の上部表面に平行な回転する磁場１６１
を提供する。偏向された電子はイオン化されたターゲッ
ト材料の一部を引っ張り、側壁でのイオンの堆積を生じ
させる。
【００２４】イオン及び電子の理論上想定される相互関
係にあるダイナミクスは、デバイス構造部位１７０を有
する基板１１０の断面図を示す図４、５を参照すること
で理解できる。バイア１７０は、側壁１７２及び底面１
７４を有することを示している。磁場１６１は、基板１
１０の上部表面及び側壁に平行であり、ページの平面に
垂直であることを示している。主にターゲット材料から
のスパッタリングにより形成されたイオン１７６及び電
子１７８を含むプラズマ１７５は、基板１１０の上部表
面の近傍にあることを示している。加えられたバイアス
又はセルフバイアスによって発生した基板１１０にとっ
て定位の電場Ｅは、バイア１７０へのイオン１７６を加
速する。磁場１６１がなければ、イオン１７６の大部分
が引き続きバイア１７０内を降下し、底面１７４に当た
り、側壁１７２にはほとんど堆積しない。本発明に従っ
て磁場１６１を加えることで、磁場１６１に垂直な速度
ベクトル成分（Ｖe）を持つ電子１７８は、図４に示す
ように、Ｖe及び磁場１６１の両方に対して垂直なロー
レンツ力（ＦL）によって偏向されると考えられる。電
子分布１８３は、磁場１６１による、ＦL方向の正味速
度バイアスを示している。この結果、電子１７８は、図
４の矢印１７１に示すように、磁場１６１によって側壁
へ向けて偏向される。本発明者は、電子１７８に比べて
大幅に高いイオンの質量対荷電比率から、イオン１７６
は、好ましくは最低約２００ガウスである磁場１６１の
影響をほとんど受けないと仮定する。しかし、近傍のイ
オン１７６は偏向電子に引っ張られ、図５の矢印１７３
に示すように、誘引する電子１７８のクーロン力の影響
下で、側壁１７２に向けて進んでいく。そのため、偏向
電子の影響は、ターゲット材料イオンの水平速度成分
（基板１１０上部表面に平行な成分）を増加させ、側壁
１７２上での等角堆積を発生させる。さらに、十分な運
動エネルギを有するイオン１７６の一部は、電場Ｅの影
響下でバイア１７０の高さを通過し、矢印１８１で示す
ように、底面１７４に堆積する。その結果、バイア１７
０の底面１７４及び側壁１７２は、等角に覆われる。イ
オン１７６が底面１７４に到達するのに必要な運動エネ
ルギ（ｅＶ）は、望ましい結果を得るために当業者に容
易に調整される処理パラメータによって変化する。
【００２５】望ましい電子偏向の度合いを実現するため
に磁場１６１の強度を調整できるが、本発明者は、約
３．５：１以上の縦横比において、良好な側壁のカバレ
ージを作成するには、５０乃至８００ガウスの磁場で十
分であることを発見している。最も好ましくは、磁場１
６１は最低でも約２００ガウスとする。理論上は、電子
に関係なく、イオンを直接操作するために本発明を調整
できるが、イオンを偏向させるのに必要な磁場の強度
は、電子を偏向させるのに必要なものよりも１０００倍
の規模で大きくなる。
【００２６】本発明は、特定の構造的な調整によって制
限されず、基板１１０の上部表面と略平行な磁力線１６
１を発生させる限り、任意の形で構築できる。したがっ
て、図２及び３は単に説明を目的とするものであり、当
業者は本発明の範囲に入る別種の手法や構成を理解でき
るであろう。例えば、磁石１６０には、壁１６０の近傍
など、チャンバ１００の外側に配置された磁石アセンブ
リが含まれる。さらに、磁石１６０は、永久磁石、電磁
石、又はそれらの組み合わせにすることができる。
【００２７】加えて、基板１１０及び磁場１６１は、好
ましくは、磁石１６０を回転させることで、互いに相対
的に回転するが、別の実施形態では、基板１１０を回転
させ、磁石１６０を固定することもできる。こうした実
施形態の一つを図６に示している。該当する個所につい
ては、前に説明したものと同じチャンバ構成成分の特定
に、図２と同じ数字を使用している。全体として、図６
に示した実施形態は、基板１１０と磁場１６１との相対
的な動きを提供する方法を除いて、あらゆる点で図２に
示した実施形態と類似している。そのため、図６では、
基板１１０を置くのに十分な寸法を有する回転可能なプ
レート１６３上に配置された基板１１０を示している。
プレート１６３は、好ましくは、基板１１０を置くこと
ができるサイズの直径を有する環状リップ１５１を有す
る取り付け面１６５を含む。このリップ１５１は、動作
の際に、プレート１６３の回転中、基板１１０を固定す
る。一実施形態において、取り付け面１６５には、アル
ミニウム等の非磁性材料を使用する。ステム１０９内を
通るシャフト１６４は、一端でプレート１６３と結合
し、別の一端でモータアセンブリ１１４と結合する。モ
ータアセンブリ１１４は、シャフト１６４及びプレート
１６３に回転を与えるように調整されている。プレート
１６３は、磁石１６０を収容する支持部材１１２にごく
接近している。磁石１６０は、それぞれの磁極が、基板
１１０の上部表面と略平行なプレート１６９に沿うよう
に配置され、同じく一部が基板１１０の上部表面と略平
行な磁場１６１を発生させる。図２の実施形態とは対照
的に、磁石１６０は支持部材１１２に対して固定した状
態で配置される。動作の際には、モータアセンブリ１１
４を作動させ、プレート１６３及び基板１１０を、磁石
１６０及び軸線Ａの周りの関連磁場１６１に対して回転
させる。その結果、磁場１６１は処理領域及び基板１１
０全体を通過し、図２に関して説明したように、電子を
基板１１０に向けて動かす力を提供する。
【００２８】電磁石を使用した本発明の別の実施形態は
図７に示している。図７はチャンバ１７５の上面図で、
基板１１０が配置された基板支持部材１１２を示してい
る。異なる表示がある箇所を除き、チャンバ１００は、
図２のチャンバ１００と略同じであり、等しい数字は同
じ構成成分を指している。細長い電磁石１８０、１８
２、１８４、１８６がチャンバ１７５の周囲に正方形に
似た配置で置かれているのを示しており、隣り合った磁
石は直角を成す関係にあり、向かい合った磁石は互いに
平行になっている。磁石１８０、１８２、１８４、１８
６がチャンバ１７５の外側の領域に配置されているのを
示しているが、別の実施形態においては、磁石１８０、
１８２、１８４、１８６をチャンバ１７５の内部に配置
することもできる。好ましくは、磁石１８０、１８２、
１８４、１８６は、基板１１０から等距離にあり、少な
くとも基板１１０の直径に等しい長さを有する。電磁石
１８０、１８２、１８４、１８６は、向かい合った磁石
による第一のペア１８０、１８２及び第二のペア１８
４、１８６を備え、各ペアはそれぞれ電源１８８、１９
０と結合している。
【００２９】動作の際には、磁石１８０、１８２及び１
８４、１８６によって発生する磁場を調整し、堆積結果
を制御する。一実施形態においては、電源１８８、１９
０は電力を磁石１８０、１８２及び１８４、１８６の二
つのペアに選択的に供給し、複数の磁極１９２を誘導
し、これらは、互いに位相が９０度ずれた２つの磁場１
９４、１９６を確立する。好ましくは、磁極１９２の極
性は、電源の電位を逆転することで交代し、磁場１９
４、１９６の方向性が完全に逆転するようになる。電子
の偏向方向は、磁場１９４、１９６の方向性によって決
定されるため、磁極の極性の交代によって、デバイスの
構造部位の側壁における電子の堆積の均一性はさらに高
まる。別の実施形態においては、電磁石１８０、１８
２、１８４、１８６は、電子の堆積を均一にするように
回転するマグネトロンの一部であってもよい。
【００３０】加えて、磁場１９４、１９６をパルスにし
て、構造部位の底面及び側壁の堆積比率をさらに制御す
ることができる。パルス磁場１９４、１９６を含む一実
施形態においては、堆積処理は三つの段階を含むことが
できる。第一の段階では、磁場１９４、１９６は第一の
極性に従った方向を向き、第二の段階では、磁場１９
４、１９６は第二の極性に従った方向を向く。したがっ
て、第一及び第二の段階には、前述したような磁場１９
４、１９６の極性の交代が含まれる。第三の段階では、
電源１８８、１９０が電気的に磁石１８０、１８２及び
１８４、１８６の二つのペアから切断され、磁場１９
４、１９６が除去される。一実施形態においては、電源
１８８、１９０及び磁石１８０、１８２及び１８４、１
８６の二つのペアに結合する電線に配置されたスイッチ
を使用して、電気的な切断を行うことができる。又は、
電源１８８、１９０をパルス電源にすることができる。
【００３１】したがって、第一及び第二の段階では、磁
場１９４、１９６の存在により、構造部位の側壁での堆
積が多くなり、第三の段階では、側壁の堆積が比較的少
なくなり、構造部位の底面に対して側壁に堆積する割合
が減少する。その結果、この処理は、構造部位における
等角なステップ・カバレージを提供し、パルスの頻度及
び三つの段階それぞれの長さを調整することで制御でき
る。
【００３２】前記の通り、電磁石１８０、１８２、１８
４、１８６の長さは、好ましくは、少なくとも基板１１
０の直径と等しくし、これにより、基板１１０上でのフ
リンジ力線（fringe field lines)１９７を排除するこ
とで磁場１９４、１９６の均一性をさらに確保する。フ
リンジ力線１９７とは、図７の略直線の力線１９４、１
９６とは異なる、曲がった力線を示す磁場の外辺部を指
す。基板１１０上のイオンの堆積は、基板１１０に対す
る磁場１９４、１９６の方向と直接関係するため、フリ
ンジ力線１９７の存在は不均一な堆積につながる恐れが
ある。したがって、堆積の均一性を確保するためには、
磁場１９４、１９６は、十分な長さの電磁石１８０、１
８２、１８４、１８６を設けることによって、処理され
る基板表面上で均一になるのが好ましい。
【００３３】例 下の表Ｉ及びIIは、それぞれ、従来のＩＭＰ−ＰＶＤ法
及び本発明に従った堆積処理の処理パラメータを提示す
るものである。
【表Ｉ】
【表ＩＩ】
表I及び表IIの内容は略同じであり、表IIの処理におい
て、前に説明した形で基板上部表面に平行な磁場を提供
し、デバイスの構造部位に入る電子を偏向させる点だけ
が異なっている。表IIの処理で使用する特定の装置は、
図５に示す実施形態と同様である。したがって、磁場は
基板下に配置された磁石によって提供され、基板は角速
度３０ｒｐｍで磁場に対して回転する。図５の実施形態
が使用され、永久磁石が磁場を供給することから、磁石
の消磁を避けるため、部材、プレート、及び基板にはバ
イアスは加えない。表Ｉ及び表ＩＩの各処理に関して、
バイアは約１．３５μｍの高さと０．３乃至０．４μｍ
の幅を有する。バイアはＳｉＯ2を含む誘電層に形成さ
れ、誘電層からＳｉを含む下層に達している。バイアの
側壁及び底面上にはチタン層が堆積する。
【００３４】その後、それぞれのケースの側壁及び底面
の堆積は、「フィールド」として知られる基板上部表面
の堆積と相対的に計測される。このように、二つの値が
求められ、該二つの値は側壁カバレージのパーセンテー
ジ（ＳＣ）と、底面カバレージのパーセンテージ（Ｂ
Ｃ）であり、ＳＣは側壁の堆積の厚さをフィールドの厚
さで割ったものであり、ＢＣは底面の堆積の厚さをフィ
ールドの厚さで割ったものである。ＳＣ及びＢＣの高い
値は、構造部位での優れた堆積を示し、好ましいもので
ある。表Ｉの処理後のＳＣは、バイアの開口部に最も近
い側壁の上端では約４％で、底面に最も近い側壁の下端
では約３％だった。表Ｉの処理後のＢＣは約３５％だっ
た。対照的に、表ＩＩの処理後のＳＣは、バイアの開口
部に最も近い側壁の上端では約７％で、底面に最も近い
側壁の下端では約６．１％であり、表ＩＩの処理後のＢ
Ｃは約５５％だった。したがって、本発明は、ＳＣおよ
びＢＣの改善につながっている。ＢＣの改善は、基板近
傍の電子密度が上昇した結果である。動作の際には、電
子が磁場に捕らえられ、負の領域が確立し、これはプラ
ズマ・イオンを誘引することで中性化される。その結
果、基板表面でのスパッタリングされたターゲット材料
のイオン化が全体的に増加し、堆積するターゲット材料
のイオンが高密度になる。
【００３５】したがって、本発明は、高い縦横比を有す
るデバイスの構造部位におけるステップ・カバレージの
改善を実現する方法及び装置を提供している。表Ｉ及び
表IIに示した処理パラメータは単に説明を目的とするも
ので、内容は特定の適用業務に合わせて調整できる。
【００３６】前記は本発明の好適な実施形態に向けたも
のであるが、本発明の基本的な領域から逸脱することな
く、本発明のその他の実施形態及び更なる実施形態を考
案することが可能であり、本発明の領域は本発明の請求
項によって決定される。
【図面の簡単な説明】
【図１】バイアが形成された基板を示す断面図である。
【図２】コイルを使用した、簡略化された代表的な処理
チャンバを示す断面図である。
【図３】マグネトロンが配置された基板支持部材を示す
平面図である。
【図４】磁場による電子の偏向を表示した、誘電材料に
形成された基板バイアを示す断面図である。
【図５】側壁に配置された電子の誘引力による図５ａの
バイアの側壁上でのイオン堆積を表示した、誘電材料に
形成された基板バイアを示す断面図である。
【図６】コイルを使用した処理チャンバの別の実施形態
を示す略断面図である。
【図７】チャンバの外部領域に配置された電磁石を表示
した、コイルが配置されたチャンバを示す平面図であ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウェイ ワン アメリカ合衆国， カリフォルニア州， クパティノ， ノース ステリング ロー ド 10870 アパートメント27エフ (72)発明者 キース エー． ミラー アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サンタ クララ， カレン ドライヴ 2409 ナンバー５ (72)発明者 ジェイムズ ヴァン ゴッホ アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サニーヴェイル， ヴァン ディック ド ライヴ 1239 (72)発明者 プラブラム ゴパルラジャ アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サニーヴェイル， ワイルドウッド アヴ ェニュー 1235 ナンバー277

Claims (29)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 （ａ）処理領域を画定する処理チャンバ
    と； （ｂ）処理チャンバ内に配置されたターゲットと； （ｃ）処理チャンバ内に配置された基板支持部材と； （ｄ）処理領域に隣接して配置されたプラズマ発生器
    と； （ｅ）基板支持部材の上部表面に略平行な磁場を提供す
    るように処理チャンバに近接して配置された磁場発生器
    と、 を備える装置。
  2. 【請求項２】 プラズマ発生器が誘導コイルである、請
    求項１記載の装置。
  3. 【請求項３】 ターゲットに隣接して配置されたマグネ
    トロンアセンブリを更に備える、請求項１記載の装置。
  4. 【請求項４】 磁場発生器が、永久磁石、電磁石、又は
    それらの任意の組み合わせから成る群から選択された一
    つ以上の磁石を備える、請求項１記載の装置。
  5. 【請求項５】 磁場発生器が基板支持部材内に配置され
    る、請求項１記載の装置。
  6. 【請求項６】 磁場発生器が処理チャンバの外側の領域
    に配置される、請求項１記載の装置。
  7. 【請求項７】 処理中に処理領域内でプラズマを生成す
    るガスを供給するように処理チャンバと結合されるガス
    源を更に備える、請求項１記載の装置。
  8. 【請求項８】 プラズマ発生器が誘導コイルであり、該
    コイルに結合された電源を更に備える、請求項１記載の
    装置。
  9. 【請求項９】 ターゲットに結合された電源を更に備え
    る、請求項１記載の装置。
  10. 【請求項１０】 （ａ）キャビティを形成する処理チャ
    ンバと； （ｂ）キャビティ内に配置されたターゲットと； （ｃ）キャビティ内に配置され、基板を支持するように
    適合された支持面を有する基板支持部材と； （ｄ）キャビティ内に第一の磁場を供するように配置さ
    れたコイルと； （ｅ）支持面に対して一部が略平行な第二の磁場を供す
    るように処理チャンバに隣接して配置された磁場発生器
    と； （ｆ）ターゲットと基板支持部材とコイルとに結合され
    た一つ以上の電源と； （ｇ）処理中に処理領域内にプラズマを生成するガスを
    供給するように処理チャンバに結合されたガス源と、 を備える装置。
  11. 【請求項１１】 磁場発生器が、支持面に対して略垂直
    な軸線を中心に回転可能なマグネトロンアセンブリを有
    する、請求項１０記載の装置。
  12. 【請求項１２】 磁場発生器が、永久磁石、電磁石、及
    びその任意の組み合わせから成る群から選定された一つ
    以上の磁石を有する、請求項１０記載の装置。
  13. 【請求項１３】 磁場発生器が、回転可能なマグネトロ
    ンアセンブリを有する、請求項１０記載の装置。
  14. 【請求項１４】 磁場発生器が、処理チャンバの外側に
    配置される、請求項１０記載の装置。
  15. 【請求項１５】 基板上に材料を堆積させる方法であっ
    て、前記方法は： （ａ）真空チャンバ内に配置されたターゲットから材料
    をスパッタリングするステップと； （ｂ）第一の部分が第一の極性を有し第二の部分が第二
    の極性を有する帯電粒子を生成するように材料をイオン
    化するステップと； （ｃ）真空チャンバ内に配置された基板の上部表面に略
    平行な方向の、真空チャンバ内の磁場を供給するステッ
    プと、 を含む、基板上への材料堆積方法。
  16. 【請求項１６】 （ａ）が： （ｉ）一種以上のガスを真空チャンバへ導入するステッ
    プと； （ｉｉ）ターゲットに負電圧のバイアスを加えるステッ
    プと、を含み、 （ｂ）が： （ｉ）真空チャンバ近傍に配置されたコイルを励磁する
    ステップと、 を含む、請求項１５記載の方法。
  17. 【請求項１７】 磁場が、該磁場に略垂直に方向づけら
    れる速度ベクトル成分を有する帯電粒子の少なくとも一
    部にバイアスをかけるように配置される、請求項１５記
    載の方法。
  18. 【請求項１８】 （ｃ）が、約５０ガウス乃至約８００
    ガウスの強度の磁場を供するステップを含む、請求項１
    ５記載の方法。
  19. 【請求項１９】 （ｄ）磁場を回転させるステップを更
    に含む、請求項１５記載の方法。
  20. 【請求項２０】 （ｄ）磁場と基板を互いに相対的に回
    転させるステップ、を更に含む、請求項１５記載の方
    法。
  21. 【請求項２１】 磁場を供するステップが、基板を配置
    した基板支持部材内に配置される一つ以上の双極子を有
    するマグネトロンを供給するステップを含み、更に、該
    マグネトロンを回転するステップを含む、請求項１５記
    載の方法。
  22. 【請求項２２】 基板上に材料を堆積させる方法であっ
    て、前記方法は： （ａ）真空チャンバ内に配置されたターゲットから材料
    をスパッタリングするステップと； （ｂ）真空チャンバ近傍に配置されたコイルに電力を供
    給するステップと； （ｃ）真空チャンバ内に配置された基板の上部表面に対
    して少なくとも周期的に略平行に方向づけられる一つ以
    上の磁場を調整するステップと、 を含む、基板上への材料堆積方法。
  23. 【請求項２３】 前記一つ以上の磁場が約５０ガウス乃
    至約８００ガウスの強度である、請求項２２記載の方
    法。
  24. 【請求項２４】 前記一つ以上の磁場に平行な平面上で
    より高い堆積速度が生成されるように、一つ以上の磁場
    が配置される、請求項２２記載の方法。
  25. 【請求項２５】 （ｃ）が、真空チャンバ近傍に配置さ
    れた一つ以上の電磁石にパルス電力を供給するステップ
    を含む、請求項２２記載の方法。
  26. 【請求項２６】 （ｃ）が、基板に対する一つ以上の磁
    場の極性を交番させるステップを含む、請求項２２記載
    の方法。
  27. 【請求項２７】 前記一つ以上の磁場と基板とを互いに
    相対的に回転させるステップを更に含む、請求項２２記
    載の方法。
  28. 【請求項２８】 （ｃ）が、離間して対向する関係に配
    置された第一の組の電磁石と、離間して対向する関係に
    配置された第二の組の電磁石に対して交互に電力を供給
    するステップを含み、第一の組と第二の組の電磁石が互
    いに対して直交配置され、内部に基板が配置されるエン
    クロージャを形成する、請求項２２記載の方法。
  29. 【請求項２９】 （ｃ）が、平行に配置された第一の組
    の電磁石と、平行に配置された第二の組の電磁石とに、
    パルス信号を供給するステップを含み、前記第一と第二
    の組の磁石が互いに対して直交配置され、内部に基板が
    配置されるエンクロージャを形成する、請求項２２記載
    の方法。
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