JP2001140073A - セルフスパッタリング用裏面冷却ガス - Google Patents

セルフスパッタリング用裏面冷却ガス

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JP2001140073A JP2000246014A JP2000246014A JP2001140073A JP 2001140073 A JP2001140073 A JP 2001140073A JP 2000246014 A JP2000246014 A JP 2000246014A JP 2000246014 A JP2000246014 A JP 2000246014A JP 2001140073 A JP2001140073 A JP 2001140073A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 非ＳＳＳ材料のスパッタリングイオン化の割
合を増大させ、これにより外部バイアスあるいはセルフ
バイアスのぺデスタルによって深いホール充填を促進す
る。 【解決手段】 特に銅の持続セルフスパッタリングある
いは低圧スパッタリング用に構成されたプラズマスパッ
タリングリアクタ１０であり、スパッタ堆積されるウェ
ーハ１８を支持するぺデスタル１６は伝熱ガスを介して
のウェーハ１８の裏面冷却あるいは加熱を含み、伝熱ガ
スはヘリウムである。アルゴンが供給されプラズマを始
動する。該アルゴンは低圧スパッタリング中にさらに供
給されてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体処理における
プラズマスパッタリングに関する。特に、本発明は低圧
スパッタリングあるいは持続セルフスパッタリングに用
いられる裏面冷却ガスに関する。
【０００２】
【従来の技術】今日の半導体集積回路は通常ウェーハ全
体に離隔配置されたデバイス間の水平相互接続の形成に
用いられる数レベルの金属被覆を含んでいる。従来、エ
レクトロマイグレーションを低減するため通常数パーセ
ントのシリコンあるいは銅を混合して合金化してはいる
が、金属被覆に用いられる代表的な金属はアルミであっ
た。しかし最近金属被覆に銅が用いられようになってき
ている。銅は抵抗が低く、エレクトロマイグレーション
もはるかに小さい。チタン、タンタル等その他金属も多
くは障壁あるいは湿潤層として金属被覆プロセスにおい
てしばしば用いられる。
【０００３】スパッタリングは物理気相堆積（ＰＶＤ）
とも呼ばれるが、半導体処理中シリコンあるいはガラス
基板にこうした金属を堆積して半導体集積回路を形成す
るのに最も広く用いられる技術である。
【０００４】従来技術のプラズマスパッタリングリアク
タ１０を図１に一部断面で略示してある。リアクタは頂
部に封止されたターゲット１４を有するバキュームチャ
ンバ１２を含む。ターゲット１４はスパッタ堆積される
金属、例えばアルミ合金あるいは銅等から構成される。
スパッタ被覆されるウェーハ１８を支持するぺデスタル
１６はターゲット１４に対向している。シールド２０が
ぺデスタル１６の周囲とチャンバ１２の壁部内に配置さ
れ、これらがスパッタ材料で被覆されないよう保護す
る。そうしない場合、スパッタ材料が有害粒子源を薄片
状に剥離するようになる厚さまで蓄積したら、シールド
２０を定期的に交換あるいは掃除する。
【０００５】通常シールド２０は接地される一方、ＤＣ
電源２２は約ＤＣ６００Ｖまでターゲット１４をマイナ
スバイアスする。高周波プラズマスパッタリングは公知
であるが通常の工業プロセスではない。チャンバの周囲
に巻回した高周波誘導コイルから補助電力を供給しても
よいが、この構成についてはこれ以上述べない。
【０００６】プラズマ作動ガスは通常アルゴンである
が、ガスソース２４からマスフローコントローラ２６を
介してプラズマチャンバに供給される。バキューム装置
２８はチャンバ内のガス圧を通常１〜１００ミリトルの
範囲に維持する。コントローラ３０はスパッタリングの
運転パラメータとして用いられる各種電源および弁を制
御する。
【０００７】ターゲット１４とシールド２０間に印加さ
れる負電力はこうした圧力では十分であって、作動ガス
は陽ガスイオンと陰電子のプラズマに放電する。プラズ
マを増強するためターゲット１４の背後にマグネトロン
３２が配置される。マグネトロンはチャンバ内部に隣接
磁界を発生する対向する磁極３４、３６を有する。磁界
は軽い電子を捕らえ、正荷電イオンは同一領域３８に移
動して電荷的中性状態を維持し、高密度プラズマを生成
する。マグネトロン３２は普通ターゲットの背後を中心
にして回転し、スパッタリングの均一性を増大させる。
【０００８】プラズマ中の陽イオンはマイナスバイアス
されたターゲット１４に吸引されるが、ターゲットは十
分な運動エネルギーと運動量を有しイオンはターゲット
１４の材料を原子あるいは原子サイズの粒子状にスパッ
タする。運動量は主としてイオンの質量、普通一重イオ
ン化で正である荷電状態、およびターゲット１４に近接
するプラズマシースの電圧降下によって決定される。タ
ーゲット１４から放出されたスパッタ粒子は通常広い角
分布で弾道状に移動するが、そのかなりの数がウェーハ
１８に到着し、ターゲット１４と組成が同じ金属層とし
てウェーハ１８の表面に堆積される。反応性スパッタリ
ングも可能であり、窒素等の補助ガスをスパッタチャン
バ内に入れてスパッタ金属原子と反応させ、ウェーハ１
８に金属窒化物層を形成する。ＴｉＮ、ＴａＮあるいは
ＷＮのスパッタ堆積はこのように実施してよい。反応性
スパッタリングについてはこれ以上述べない。
【０００９】半導体処理の場合、例えば米国特許第５、
６６７、６４５号においてレイファートによりアルゴン
と軽い希ガスの混合物も提案されたが、普通の作動ガス
はアルゴンである。希ガスが作動ガスとして望ましいの
は、化学的に不活性でありスパッタ金属イオンと反応し
ないからである。希ガスの原子がスパッタ堆積層に埋め
込まれたとしても金属には悪影響を与えないと考えられ
る。一般的には２種類の希ガスのみが妥当なコストで利
用可能である。ヘリウムとアルゴンである。両者のうち
アルゴンがはるかに好ましいのは、スパッタリングが運
動プロセスであり、アルゴンはヘリウムより約１０倍重
いからである。原子質量の差が意味するのは、ＤＣスパ
ッタリングにおいて、イオン化アルゴンがイオン化ヘリ
ウムより高い運動量でターゲットに到着するということ
である。さらに、重いアルゴンはイオン化電位が低く、
作動ガスのプラズマの点火と維持を容易にする。
【００１０】スパッタコーティング中のウェーハ１８の
温度は制御を要する。スパッタ堆積アルミ中の構造を微
細にするため幾分高めの温度、例えば１５０℃、が望ま
しい場合もある。さらに、スパッタリングは金属被覆レ
ベル間に伸長するバイアホールの金属充填に用いられ
る。改良型の回路ではこうしたバイアホールはアスペク
ト比が３以上に狭く深くできる。スパッタリングプロセ
スはそれ自体多分に等方的であり、角スパッタ分布は通
常垂線からの角度のコサインによって変化する。こうし
た深いバイアホールのスパッタ充填には問題がある。技
術によっては例えば約３５０℃の暖温アルミ堆積を、あ
るいは例えば５００℃までの高温堆積を採用しているの
で、スパッタアルミはボイド形成を含んだ堆積中でもバ
イアホールの頂部から底部へ流入することになる。しか
し、厳密な熱供給は普通製造シーケンス全体に対して設
定されるので、温度を厳密に制限するのが望ましい。過
度に高温にさらすと既堆積層内に不要な拡散あるいは酸
化を生ずる場合があり、デバイス性能を低下させたり信
頼性に問題を生ずる可能性がある。
【００１１】高密度プラズマスパッタリングを高温スパ
ッタリングの代わりに用いることがあるが、大量の熱を
生ずる可能性があり、ウェーハ４０を過度に高い温度に
する。こうした場合、冷却流体をぺデスタル１６を介し
て伸長する図示しない流体路に流し、ウェーハ１８を所
望温度に維持することが可能である。さらに、銅スパッ
タリング等の別の応用例では、コーティングを円滑に進
めるため−３０〜−５０℃の低温が望ましい。冷却ある
いは加熱のいずれの場合でもウェーハの精密な温度制御
が必要である。
【００１２】こうした理由から、スパッタぺデスタル１
６は、通常埋め込まれているがアルミぺデスタル１６か
らは絶縁されているとともに、ヒータ電源４２によって
制御可能に給電される図１に略示した抵抗ヒータ４０を
含む。実際には、抵抗ヒータ４０はらせん通路に沿って
形成される。さらに、あるいは代わりに、ぺデスタル１
６は冷却水又は低温冷却剤の冷却流体を流す図示しない
流体路を含んでよい。温度調節は通常ぺデスタル内の図
示しない熱電対によって行われ、コントローラ３０が温
度をモニタし、それに応じて電源４２あるいは冷却ポン
プを調節して温度を予め設定した範囲に制御可能にす
る。
【００１３】しかし、補助手段がないと、ヒータ４０あ
るいは冷却路の積極的な温度制御がプラズマスパッタリ
ングチャンバ内で無効となるのは、作動チャンバ圧力が
低く、通常１〜１００ミリトルであるからである。こう
した圧力では、ぺデスタル１６とウェーハ間の対流伝熱
は加熱であれ冷却であれほとんど存在しない。特にウェ
ーハ１６の前部は露出状態にしておく必要があり、 ぺデ
スタル１８にしっかり押圧することができないので、対
流伝熱は不確実である。一般に放射伝熱は、半導体処理
のスパッタリングにおいて見られる比較的低い温度およ
び温度差では無効である。こうした理由から、通常裏面
ガス冷却が半導体スパッタリングならびにプラズマエッ
チング、化学気相堆積（ＣＶＤ）等その他の半導体処理
形態においても用いられる。裏面ガス冷却では、伝熱ガ
スはウェーハ１８の背後のぺデスタル１６の表面のキャ
ビティ４６に導かれる。実際には、キャビティ４６はら
せんあるいは樹木状パターンに形成され、ぺデスタル１
６の頂部に略平面の表面を与えながらもウェーハ１６の
裏面全体に伝熱ガスを均一に分配する。調圧弁４８はキ
ャビティ４６内の伝熱ガスの圧力を十分高い圧力、例え
ば６〜８トルに維持し、伝熱ガスを介してウェーハ１８
とぺデスタル１６間の効果的な対流伝熱を促進する。な
お、伝熱ガスはぺデスタル１６へのあるいはぺデスタル
１６からの伝熱を行わず、閉循環路は一般的ではない。
【００１４】裏面ガス圧力はプラズマチャンバ圧力より
略高いのでウェーハは外側に曲がることになる。ぺデス
タル１６に埋め込んだ静電チャックを用いて、ウェーハ
１８をぺデスタルに完全に均一に吸引し圧力差を克服す
るようにしてもよい。また、リング状クランプがウェー
ハ１８の円周部をぺデスタルに押圧あるいは機械的にチ
ャックし、これによりウェーハの端縁を封止するように
してもよい。ウェーハの中心部はなお曲がっていてよい
が、制御された湾曲は曲率が同一のドームとしてぺデス
タル１６の頂部を形成することによって補正可能であ
る。こうした状態では、極薄層の伝熱ガスがぺデスタル
１６の略平面の頂部とウェーハ１８間に存在し、このよ
うな層は極めて効果的な対流伝熱を行うのはもちろんで
ある。
【００１５】記載されたチャッキング技術はいずれも、
一般に、ウェーハが伝熱ガスキャビティの外側のぺデス
タルに直接載置される場合には、ウェーハ外周部に別個
の弾性バキュームシールを使用しない。このため、バキ
ュームシールは完全でなく、かなりの量の伝熱ガスが通
常プラズマチャンバに漏洩する。従って、伝熱ガスはス
パッタ粒子と反応しないように希ガスであるのが望まし
い。ヘリウムがエッチングおよびＣＶＤ用として好適な
伝熱ガスであるのは、原子量が小さく対流伝熱に一層効
果的であるからである。しかし、アルゴンがスパッタリ
ング作動ガスとして既に使用されているので、アルゴン
がスパッタリアクタの伝熱ガスとしても一般に使用され
る。１つのガス供給のみが必要であり、メインチャンバ
への伝熱ガスの漏洩はスパッタリングに係るプラズマの
物理的特性に影響を与えない。伝熱ガス漏洩による圧力
変化は弁２６を介して作動ガスの供給を減少させること
によって、あるいはポンプ２８のポンプ速度を増加する
ことによって補償可能である。
【００１６】最近、約１ミリトルあるいはこれよりやや
低い最小圧力でのスパッタリングに関心が集まってい
る。一般的には、低めの圧力であっても、リアクタはプ
ラズマを維持しない。より異方的なスパッタリングフラ
ックスを発生するため様々な技術が利用可能である。し
かし、高いチャンバ圧力は異方的な粒子フラックスが作
動ガスからの散乱によって無作為化される確率を増大す
る。異方的なスパッタリングフラックスを達成する別の
技術はスパッタリアクタ内に高密度プラズマを発生させ
ることである。これは高い割合のイオン化したスパッタ
原子を発生させることになる。ＤＣブロッキングコンデ
ンサ５２を介してぺデスタル１６に接続された高周波電
源５０は、ぺデスタル１６にマイナスのＤＣセルフバイ
アスを誘起し、イオン化したスパッタ粒子をウェーハ１
８方向へ垂直にかつ充填されるバイアホールに深く吸引
する。ぺデスタル１６は電気的な変動状態におかれる場
合が多いが、十分マイナスのセルフバイアスがぺデスタ
ル１６に現れ、正荷電イオンをなお吸引する。しかしい
ずれにせよ、高い動作圧力が散乱を発生させ、フラック
スを無作為化するとともにスパッタイオンを中性化する
ことになる。異方性を増大させる別の技術は低圧遠隔ス
パッタリングである。この技術においては、ターゲット
およびウェーハは長めの間隔あるいはターゲットとウェ
ーハ間に介在させたコリメータによって離隔され、角度
を伴いスパッタされた粒子を吸収する。
【００１７】特に銅に適用可能な低圧スパッタリングの
最先端技術は持続セルフスパッタリング（ＳＳＳ）であ
る。十分高いプラズマ密度と適切なスパッタリング材料
を組合せることで、スパッタ原子のイオン化密度は十分
高くなり作動ガス（アルゴン）の役割を果たすほどにな
って、別途の作動イオンが不要となる。いったんプラズ
マが点火すると、アルゴンの供給は停止可能であるが、
ターゲットイオンはさらに多いターゲットイオンをセル
フスパッタするので、ターゲットのプラズマスパッタリ
ングは持続される。数種類の元素のみが十分大きい横断
面を有して持続セルフスパッタリングが可能である。現
時点ではこれらのうち銅が最も重要である。アルミはセ
ルフスパッタリングを持続できない。
【００１８】多くの特徴を用いて持続セルフスパッタリ
ングを促進可能であるが、一例はフー他が米国特許出願
第０８/８５４、００８号に記載しており、全文をここ
に併合する。ターゲット電力は高くなければならない。
マグネトロンは小型にしてターゲット電力密度を極めて
高くすべきである。マグネトロンは非対称磁極を有し、
一方が他方を囲繞し、外部磁極内の磁気強度が大きくな
るようにすべきである。フーは１９９９年２月１２日出
願の米国特許出願第０９/２４９、４６８号に有利なマ
グネトロン構成をいくつか開示している。バイアスした
グリッドあるいはウェーハリングをウェーハに近接して
プラズマを伸長させるのに用いることができる。こうし
た特徴によって、補助的な高周波誘電電力結合を用いず
に十分高いプラズマ密度が達成可能である。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】ＳＳＳを促進する同様
の特徴はＳＳＳに感度の低いターゲット材料によって高
密度プラズマを達成するのに効果的である。この結果、
アルゴンその他の作動ガスが依然として必要であるが、
アルゴン量を低減可能であり、プラズマを維持する最小
のチャンバ圧力が減少される場合十分なセルフスパッタ
リングが得られる。また、こうしたセルフスパッタリン
グの特徴は非ＳＳＳ材料のスパッタリングイオン化の割
合を増大させ、これにより外部バイアスあるいはセルフ
バイアスのぺデスタルによって深いホール充填を促進す
る。
【００２０】
【課題を解決するための手段】本発明はヘリウムあるい
はネオン、好ましくはヘリウムをスパッタリング中の裏
面伝熱ガスとして用いると要約することができる。これ
はスパッタリングが低圧で実施されているかあるいは例
えば銅の持続セルフスパッタリングである場合特に有利
である。
【００２１】低圧スパッタリングの場合、初めにアルゴ
ン等の作動ガスをバキュームチャンバに供給してプラズ
マを始動してよいが、その後供給は減じられる。低圧ス
パッタリングの場合、多少の作動ガスを直接チャンバに
供給してよい。
【００２２】
【発明の実施の形態】持続セルフスパッタリングあるい
は低圧スパッタリングにおいては、裏面冷却に用いる伝
熱ガスとしてアルゴンの代わりにヘリウム（Ｈｅ）を用
いると有利である。図２に略示したように、ヘリウムソ
ース５０は処理装置のガスパネル内に具備される。ヘリ
ウムのフローは調圧弁４８によって調節され、ぺデスタ
ル１６の頂部のキャビティ４６に供給されてウェーハ１
８と温度制御されるぺデスタル１６間の対流伝熱を行
う。前述のように、ぺデスタルは図示した抵抗ヒータ４
０、冷却流体用の図示しない流路、あるいはその両方を
含んでよい。ヘリウムはもちろん多くの製造工場で既に
利用されているが、エッチングおよびＣＶＤ用の裏面冷
却に用いるためである。
【００２３】伝熱ガスとしてヘリウムの代わりにアルゴ
ンを用いると利点がいくつかある。その多くは質量が軽
いことからきている。いくつかのスパッタリング材料の
希ガスと原子について原子量を表１に示す。
【表１】 ヘリウムはアルゴンよりはるかに軽いので、対流伝熱に
より有効であり、これによりキャビティ内の伝熱ガスの
圧力を低くすることができる。低めの圧力はチャンバへ
の漏洩を低減させるとともにウェーハの湾曲を低減させ
る。また、より有効な伝熱はウェーハ１８とぺデスタル
１６間の温度差を低くし、かくして処理サイクル中にチ
ャンバ温度が変化するのに応じて、ウェーハ領域全体に
わたって経時的に温度制御を行う。
【００２４】ヘリウムがスパッタリングチャンバに漏洩
すればスパッタリングプロセスの効果が減少する。原子
衝突の横断面を無視するにしても、スパッタ原子に対し
てヘリウムの質量が軽いということは、２つの散乱原子
間での運動量の伝達が質量比が１から離れるにつれて減
少するのでスパッタ原子の軌跡に偏向が少なくなるとい
う意味である。従って、スパッタリングイオン化、コリ
メーションその他の手段によって得られるスパッタリン
グフラックスプロフィールは、一定圧力のアルゴンに比
べてヘリウムでのほうが劣化が少ない。
【００２５】また、 ヘリウムはアルゴン（１５．８ｅ
Ｖ）よりイオン化エネルギーが高い（２４．６ｅＶ）。
従って、イオン化したスパッタ金属イオンと中性ヘリウ
ムが衝突してスパッタ金属が中性化することはまずあり
そうもない。
【００２６】ヘリウムの質量は軽いので、銅の、またよ
り程度的に少ないがチタンのセルフスパッタリングも促
進するが、プロセスは共にスパッタ粒子がイオン化され
ることによる。ヘリウムはプラズマ状にイオン化し、従
ってターゲットに衝突することはありそうだが、アルゴ
ンに対して少ない運動エネルギーで行われる。ヘリウム
の運動量ははるかに低いので、ヘリウムがどんなターゲ
ット原子でもスパッタすることはまずない。しかし、ア
ルゴンの質量は銅より幾分小さいだけなので、アルゴン
は銅ターゲットをスパッタすることはありそうだが、銅
イオンほど高エネルギーでではない。
【００２７】レイファートが記述したように、ヘリウム
もまた低圧でプラズマを維持するのに効果的であるの
は、アルゴンより二次電子を多く発生するからである。
【００２８】ネオンはアルゴンより優れた裏面冷却を行
うもう一つの希ガスである。アルゴンより質量が小さく
イオン化エネルギーが低く有利であるが、ヘリウムの値
ほど小さいわけではない。
【００２９】銅堆積に持続セルフスパッタリングが用い
られる場合ヘリウムは伝熱ガスとして最も有益である
が、アルゴンを継続的に供給して、例えばアルミ、チタ
ン、あるいはタンタルの低圧スパッタリングで低いがか
なりの圧力を維持する場合にも有益である。低圧プラズ
マは低圧でプラズマを連続的に維持するようにターゲッ
トの部分セルフスパッタリングに依拠してよい。持続セ
ルフスパッタリングの場合、一般的には初めにアルゴン
を供給してプラズマを始動する必要がある。その後、ア
ルゴン供給は実質的に停止される。低圧スパッタリング
の場合、初めにプラズマ始動用の高圧アルゴンを供給
し、その後アルゴン供給を減じて所望の低圧を達成する
必要がある。ヘリウムの使用は対流伝熱に一層効果的で
あるので、高いスパッタリング圧力にも有利に適用可能
である。ヘリウムのみを作動ガスソース２４から供給し
てプラズマを始動し、その後はセルフスパッタリングに
よってプラズマ密度を増加させてもよい。これによって
ガス供給が簡略化される。
【００３０】本発明は特に持続セルフスパッタリング、
一部持続セルフスパッタリング、および低圧スパッタリ
ングにおけるスパッタリング特性を改善しつつより有効
な熱接触を提供する。しかしながら、他の応用例に容易
に利用可能であり既に使用されているガスを用いること
も可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術およびセルフスパッタリングの特徴を
多く含むプラズマスパッタリアクタの一部断面概略図で
ある。
【図２】本発明により作動されるプラズマスパッタリア
クタの一部断面概略図である。
【符号の説明】
１０・・・プラズマスパッタリングリアクタ、１２・・・バキ
ュームチャンバ、１４・・・ターゲット、１６・・・ペデスタ
ル、１８・・・ウェーハ、２０・・・シールド、２４・・・ガス
ソース、３２・・・マグネトロン。

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 プラズマチャンバにおけるスパッタリン
    グ方法であって、前記方法は：ぺデスタルの表面に形成
    されるキャビティを含んで前記表面にウェーハ堆積され
    る基板を支持するステップと；プラズマスパッタリング
    プロセスによって基板にスパッタ堆積される材料を備え
    たターゲットに電力を供給するステップと；ぺデスタル
    の温度を制御するステップと；前記基板がぺデスタルの
    表面に支持される間前記キャビティにヘリウムおよびネ
    オンの少なくとも一方を含む伝熱ガスを供給するステッ
    プと、を含む、スパッタリング方法。
  2. 【請求項２】 前記伝熱ガスはヘリウムを含む、請求項
    １記載のスパッタリング方法。
  3. 【請求項３】 前記チャンバにアルゴンを供給するステ
    ップと、前記チャンバ内で前記アルゴンでプラズマを始
    動するステップと；その後前記アルゴンの供給を低減さ
    せるが前記プラズマは維持するステップと、をさらに含
    む、請求項１記載のスパッタリング方法。
  4. 【請求項４】 前記低減ステップは前記アルゴンのフロ
    ーを停止する、請求項３記載のスパッタリング方法。
  5. 【請求項５】 前記ターゲットは基板上への銅層堆積用
    の銅を備える、請求項１記載のスパッタリング方法。
  6. 【請求項６】 前記ターゲットはアルミを備える、請求
    項１記載のスパッタリング方法。
  7. 【請求項７】 前記プラズマスパッタリングプロセス中
    に前記チャンバ内を１ミリトル以下の圧力に維持するス
    テップをさらに含む、請求項１記載のスパッタリング方
    法。
  8. 【請求項８】 前記電力はＤＣ電力である、請求項１記
    載のスパッタリング方法。
  9. 【請求項９】 スパッタリング装置であって、前記装置
    は：バキュームチャンバと；前記チャンバに送られるア
    ルゴンのソースと；スパッタされる材料を備えたターゲ
    ットと；前記ターゲットに接続された電源と；スパッタ
    堆積される基板を表面で支持し、前記表面にキャビティ
    を含むぺデスタルと；前記キャビティに送られるヘリウ
    ムおよびネオンの一方のソースと、を備える、スパッタ
    リング装置。
  10. 【請求項１０】 前記ソースは前記キャビティにヘリウ
    ムを送る、請求項９記載のスパッタリング装置。
  11. 【請求項１１】 前記電源はＤＣ電源である、請求項９
    記載のスパッタリング装置。
  12. 【請求項１２】 前記ターゲットは銅ターゲットであ
    る、請求項９記載のスパッタリング装置。
  13. 【請求項１３】 前記ターゲットの背後に置かれ、前記
    チャンバ内の持続セルフスパッタリングプラズマを維持
    するマグネトロンをさらに備える、請求項１２記載のス
    パッタリング装置。
JP2000246014A 1999-08-12 2000-08-14 セルフスパッタリング用裏面冷却ガス Withdrawn JP2001140073A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011002058A1 (ja) * 2009-07-03 2011-01-06 キヤノンアネルバ株式会社 薄膜の成膜方法

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100446918B1 (ko) * 2001-12-31 2004-09-01 엘지.필립스 엘시디 주식회사 촉매금속을 증착하기 위한 디씨 마그네트론 증착장비의 증착조건
CN101307433B (zh) * 2007-05-16 2011-07-27 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 一种用于溅镀机台的承载台
CN101593711B (zh) * 2008-05-30 2012-05-09 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 减少芯片焊盘区晶格缺陷形成的方法及相应焊盘形成方法
US9399812B2 (en) * 2011-10-11 2016-07-26 Applied Materials, Inc. Methods of preventing plasma induced damage during substrate processing
CN102586737A (zh) * 2012-03-09 2012-07-18 上海先进半导体制造股份有限公司 铝铜膜的物理气相沉积方法
CN103572255B (zh) * 2012-08-10 2016-02-10 北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司 金属化学气相沉积设备及其反应腔室
CN108368599B (zh) * 2015-11-10 2020-11-06 山特维克知识产权股份有限公司 一种对用于涂覆的表面进行预处理的方法
US10608159B2 (en) 2016-11-15 2020-03-31 Northrop Grumman Systems Corporation Method of making a superconductor device
US10763419B2 (en) * 2017-06-02 2020-09-01 Northrop Grumman Systems Corporation Deposition methodology for superconductor interconnects
US10985059B2 (en) 2018-11-01 2021-04-20 Northrop Grumman Systems Corporation Preclean and dielectric deposition methodology for superconductor interconnect fabrication

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03240944A (ja) * 1990-02-17 1991-10-28 Masahiko Naoe アルミニウム薄膜形成用対向ターゲット式スパッタ法及び装置
US5178739A (en) * 1990-10-31 1993-01-12 International Business Machines Corporation Apparatus for depositing material into high aspect ratio holes
US6692617B1 (en) * 1997-05-08 2004-02-17 Applied Materials, Inc. Sustained self-sputtering reactor having an increased density plasma

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011002058A1 (ja) * 2009-07-03 2011-01-06 キヤノンアネルバ株式会社 薄膜の成膜方法

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