JP2001518558A - 改良された物理蒸着方法及び物理蒸着装置 - Google Patents
改良された物理蒸着方法及び物理蒸着装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、スパッタリングターゲットと誘導アンテナとを統合した改良されたスパッタリング・ターゲット（１１２）に関する。
【解決手段】 スパッタリングターゲットが励起されると、スパッタリング材料粒子がスパッタリングターゲットから叩き出され、そして、プラズマ（１３０）が誘導される。スパッタリングターゲットは、エネルギ源（１２０）によって励起されていてもよい。エネルギー源は、バイアス電源と誘導電源とを含んでいてもよい。バイアス電源は、対象物に対する電位をスパッタリングターゲットに印加する。誘導電源は、スパッタリングターゲットに電流を供給する。電位および電流により、スパッタリング材料が叩き出され、プラズマが形成され、そして、叩き出された材料粒子が異方的に分散する。
Description
【０００１】
本発明は物理蒸着法に関し、特に、改良されたイオン化物理蒸着方法及びイオ
ン化物理蒸着装置に関する。
ン化物理蒸着装置に関する。
【０００２】
一般的に、スパッタリングと通常呼ばれる物理蒸着法は、材料をスパッタリン
グターゲットから対象物へ移動させる方法である。スパッタリングは、通常、ス
パッタリングターゲットと対象物との間に電圧差を与えることによって、スパッ
タリングターゲットから対象物に材料を移動させる。
グターゲットから対象物へ移動させる方法である。スパッタリングは、通常、ス
パッタリングターゲットと対象物との間に電圧差を与えることによって、スパッ
タリングターゲットから対象物に材料を移動させる。
【０００３】 図１は、従来の物理蒸着（ＰＶＤ）装置１０を示す図である。物理蒸着装置１
０は、スパッタリングターゲット１５と、チャック２０と、直流バイアス電源２
５とを備えている。ＰＶＤ装置１０は、内部チャンバ１２を備えており、内部チ
ャンバ１２内には、スパッタリングターゲット１５とチャック２０とが配置され
ている。対象物３０は、チャック２０上に配置される。内部チャンバ１２は、通
常、非常に低い圧力に保たれ、低圧に保たれた内部チャンバ１２内にアルゴンガ
スが導入される。プラズマ状態のガスは、ターゲットから材料粒子を叩き出すの
に適している。
０は、スパッタリングターゲット１５と、チャック２０と、直流バイアス電源２
５とを備えている。ＰＶＤ装置１０は、内部チャンバ１２を備えており、内部チ
ャンバ１２内には、スパッタリングターゲット１５とチャック２０とが配置され
ている。対象物３０は、チャック２０上に配置される。内部チャンバ１２は、通
常、非常に低い圧力に保たれ、低圧に保たれた内部チャンバ１２内にアルゴンガ
スが導入される。プラズマ状態のガスは、ターゲットから材料粒子を叩き出すの
に適している。
【０００４】 直流バイアス電源２５は、グランドに対する負のバイアスをスパッタリングタ
ーゲット１５に印加する。スパッタリングターゲット１５とグランドとの間の電
位により、アルゴンガス粒子はイオン化される。そして、イオンがスパッタリン
グターゲット１５に衝突すると、金属粒子４０が叩き出される。金属粒子４０は
チャンバ１２内全体に衝突し、金属粒子４０の一部が対象物３０上に堆積する。
ーゲット１５に印加する。スパッタリングターゲット１５とグランドとの間の電
位により、アルゴンガス粒子はイオン化される。そして、イオンがスパッタリン
グターゲット１５に衝突すると、金属粒子４０が叩き出される。金属粒子４０は
チャンバ１２内全体に衝突し、金属粒子４０の一部が対象物３０上に堆積する。
【０００５】 スパッタリング速度を高めるため、外部磁界５０がスパッタリングターゲット
１５付近に与えられる。磁界５０により、スパッタリングターゲット１５付近に
は高いイオン密度を有するプラズマ４５が形成される。スパッタリングターゲッ
ト１５付近に多くのイオンが存在すると、イオンとスパッタリングターゲットと
の間の相互作用がより誘起されるので、スパッタリング速度を高めることが可能
となる。
１５付近に与えられる。磁界５０により、スパッタリングターゲット１５付近に
は高いイオン密度を有するプラズマ４５が形成される。スパッタリングターゲッ
ト１５付近に多くのイオンが存在すると、イオンとスパッタリングターゲットと
の間の相互作用がより誘起されるので、スパッタリング速度を高めることが可能
となる。
【０００６】 従来のＰＶＤ装置では、許容可能な速度でスパッタリングを行うためにかなり
電力が必要となるという問題がある。許容可能な堆積速度を得るために、電源２
５は２０キロワットの電力を要する。
電力が必要となるという問題がある。許容可能な堆積速度を得るために、電源２
５は２０キロワットの電力を要する。
【０００７】 また、従来のＰＶＤ装置１０では、スパッタリングターゲット１５から叩き出
された金属粒子４０は、等方的に分散するという問題がある。すなわち、スパッ
タリング粒子４０はランダムな方向に飛散する。スパッタリングを利用する場合
には、金属粒子４０の等方的な分散は望まれない場合がある。
された金属粒子４０は、等方的に分散するという問題がある。すなわち、スパッ
タリング粒子４０はランダムな方向に飛散する。スパッタリングを利用する場合
には、金属粒子４０の等方的な分散は望まれない場合がある。
【０００８】 図２Ａ〜図２Ｃは、対象物３０、すなわち、半導体基板３０’の溝３１を充填
する様子を示す図である。スパッタリングを利用する場合、半導体基板３０’の
溝３１は、金属スパッタリング材料で充填される。金属粒子４０の等方的な分散
は、図２Ｂに示すような金属層４１の堆積を引き起こす。金属層４１は、溝３１
の底部だけでなく、溝３１の壁にも形成される。最終的には、図２Ｃに示すよう
に、溝３１は金属層４１で満たされるが、空隙４３が溝３１内に形成されること
が多い。溝内の空隙４３は、完成した半導体デバイスの故障を引き起こすことが
多い。
する様子を示す図である。スパッタリングを利用する場合、半導体基板３０’の
溝３１は、金属スパッタリング材料で充填される。金属粒子４０の等方的な分散
は、図２Ｂに示すような金属層４１の堆積を引き起こす。金属層４１は、溝３１
の底部だけでなく、溝３１の壁にも形成される。最終的には、図２Ｃに示すよう
に、溝３１は金属層４１で満たされるが、空隙４３が溝３１内に形成されること
が多い。溝内の空隙４３は、完成した半導体デバイスの故障を引き起こすことが
多い。
【０００９】 図３Ａおよび図３Ｂは、異方的に分散した金属粒子によって溝３１が充填され
る様子を示す図である。異方的に分散した金属粒子は全体的に同じ方向へ移動す
る。したがって、半導体基板３０’に直交する方向に異方的に進む金属粒子４０
は、より均一な金属層４１’を堆積する。図３Ａおよび図３Ｂに示すように、金
属層４１’は、溝３１を初めから均一に満たすので、空隙４３の形成が阻止され
る。
る様子を示す図である。異方的に分散した金属粒子は全体的に同じ方向へ移動す
る。したがって、半導体基板３０’に直交する方向に異方的に進む金属粒子４０
は、より均一な金属層４１’を堆積する。図３Ａおよび図３Ｂに示すように、金
属層４１’は、溝３１を初めから均一に満たすので、空隙４３の形成が阻止され
る。
【００１０】 金属粒子を異方的に堆積させる従来の方法は、いくつかの問題点を有する。 例えば、図４は、コリメーター６０を使用した従来のＰＶＤ装置１０’を示す図
である。コリメーター６０は、対象物３０に直交する方向に向かう金属粒子のみ
がコリメーター６０を通過するように金属粒子４０を選別する。コリメーター６
０と対象物３０との間で、金属粒子４０が他の粒子と衝突（これにより等方的に
分散する）しないようにするためには、チャンバ１２内をより高い真空度にする
必要がある。
である。コリメーター６０は、対象物３０に直交する方向に向かう金属粒子のみ
がコリメーター６０を通過するように金属粒子４０を選別する。コリメーター６
０と対象物３０との間で、金属粒子４０が他の粒子と衝突（これにより等方的に
分散する）しないようにするためには、チャンバ１２内をより高い真空度にする
必要がある。
【００１１】 叩き出された金属粒子の大部分が除去されることにより、堆積速度は低下する
。したがって、コリメーターを使用していないＰＶＤ装置と同等の堆積速度を得
るためには、より大きな電力が必要となる。
。したがって、コリメーターを使用していないＰＶＤ装置と同等の堆積速度を得
るためには、より大きな電力が必要となる。
【００１２】 図５は、誘導コイル７０を使用した従来のＰＶＤ装置１０”の断面図である。
誘導コイル７０は、高周波電源７２と接続されている。高周波電源７２は、誘導
コイル７０に交流電流を供給し、コイル７０の周内にプラズマ４５’を導く。
誘導コイル７０は、高周波電源７２と接続されている。高周波電源７２は、誘導
コイル７０に交流電流を供給し、コイル７０の周内にプラズマ４５’を導く。
【００１３】 スパッタリングターゲット１５は、電源２５によって独立してバイアスされる
。バイアス電源２５は、スパッタリング速度を調整し、高周波電源７２はイオン
の発生を調整する。プラズマの端に拡散したイオンは、プラズマと境界との間の
電位を低下させ、境界に直交する速度成分を得る。このプロセスは、通常、イオ
ン化物理蒸着法と呼ばれている。
。バイアス電源２５は、スパッタリング速度を調整し、高周波電源７２はイオン
の発生を調整する。プラズマの端に拡散したイオンは、プラズマと境界との間の
電位を低下させ、境界に直交する速度成分を得る。このプロセスは、通常、イオ
ン化物理蒸着法と呼ばれている。
【００１４】 しかし、ＰＶＤ装置１０”はいくつか制限を有する。第１に、バイアス電位の
形成と誘導コイル７０の励起とに、ＰＶＤ装置１０”は大きな電力を必要とする
。次に、誘導コイル７０とスパッタリングターゲット１５とは、汚染を防止する
ために、同じ種類および品質の材料で形成しなければならない。第３に、誘導コ
イル７０自体も堆積工程において消費されるので、スパッタリングターゲット１
５のみならず誘導コイル７０も交換する必要が生じる。
形成と誘導コイル７０の励起とに、ＰＶＤ装置１０”は大きな電力を必要とする
。次に、誘導コイル７０とスパッタリングターゲット１５とは、汚染を防止する
ために、同じ種類および品質の材料で形成しなければならない。第３に、誘導コ
イル７０自体も堆積工程において消費されるので、スパッタリングターゲット１
５のみならず誘導コイル７０も交換する必要が生じる。
【００１５】 最後に、スパッタリングターゲット１５は、通常、均一に消費されない。イオ
ン化ＰＶＤシステムで使用されるスパッタリングターゲット１５は、通常、円形
ディスクである。ディスクは、その外径の内側において、環状に最も速く消費さ
れる。このように不均一に消費されるのは、外部磁界５０がイオンをスパッタリ
ングターゲット１５に不規則に引き寄せるからである。スパッタリングターゲッ
トが不均一に消費されると、スパッタリングターゲット１５を頻繁に交換する必
要が生じる。
ン化ＰＶＤシステムで使用されるスパッタリングターゲット１５は、通常、円形
ディスクである。ディスクは、その外径の内側において、環状に最も速く消費さ
れる。このように不均一に消費されるのは、外部磁界５０がイオンをスパッタリ
ングターゲット１５に不規則に引き寄せるからである。スパッタリングターゲッ
トが不均一に消費されると、スパッタリングターゲット１５を頻繁に交換する必
要が生じる。
【００１６】 上記のことから、より低いエネルギ消費で、スパッタリング材料を対象物上に
異方的に堆積させる方法および装置が望まれている。また、堆積プロセスで使用
され消費される部材の数は、最小限とすることが好ましい。最後に、堆積プロセ
スのスループットを増大させることが望まれている。
異方的に堆積させる方法および装置が望まれている。また、堆積プロセスで使用
され消費される部材の数は、最小限とすることが好ましい。最後に、堆積プロセ
スのスループットを増大させることが望まれている。
【００１７】
本発明は、スパッタリングターゲットと誘導アンテナとを統合した改良された
スパッタリングターゲットに関する。改良されたスパッタリングターゲットは、
物理蒸着工程を実行するために必要な電力量を低減する。さらに、改良されたス
パッタリングは、物理蒸着装置の設計を簡単にできる。
スパッタリングターゲットに関する。改良されたスパッタリングターゲットは、
物理蒸着工程を実行するために必要な電力量を低減する。さらに、改良されたス
パッタリングは、物理蒸着装置の設計を簡単にできる。
【００１８】 改良されたスパッタリングターゲットは、スパッタリング材料で形成される。
スパッタリングターゲットが励起されると、スパッタリング材料粒子が叩き出さ
れる。そして、スパッタリング材料粒子が異方的に進むようにプラズマが誘導さ
れる。
スパッタリングターゲットが励起されると、スパッタリング材料粒子が叩き出さ
れる。そして、スパッタリング材料粒子が異方的に進むようにプラズマが誘導さ
れる。
【００１９】 スパッタリングターゲットは、エネルギ源によって励起されていてもよい。エ
ネルギ源は、バイアス電源と誘導電源とを含んでいてもよい。バイアス電源は、
対象物またはグラウンドに対する電位をスパッタリングターゲットに印加する。
誘導電源は、スパッタリングターゲットに電流を供給する。電位および電流によ
り、スパッタリング材料が叩き出され、プラズマが形成され、そして、叩き出さ
れた材料粒子が異方的に分散する。
ネルギ源は、バイアス電源と誘導電源とを含んでいてもよい。バイアス電源は、
対象物またはグラウンドに対する電位をスパッタリングターゲットに印加する。
誘導電源は、スパッタリングターゲットに電流を供給する。電位および電流によ
り、スパッタリング材料が叩き出され、プラズマが形成され、そして、叩き出さ
れた材料粒子が異方的に分散する。
【００２０】 スパッタリングターゲットは、任意の適切なサイズ、形状、組成としてもよい
。また、スパッタリングターゲットは、チャンバの表面に設置されていてもよい
。さらに、スパッタリングターゲットはシールドされていてもよい。
。また、スパッタリングターゲットは、チャンバの表面に設置されていてもよい
。さらに、スパッタリングターゲットはシールドされていてもよい。
【００２１】 また、改良されたスパッタリングターゲットを有する物理蒸着装置を開示する
。物理蒸着装置は、エネルギ源を有している。エネルギ源は、バイアス電源と誘
導電源と整合フィルタとを備えるようにしてもよい。整合フィルタは、２つの電
源の電力出力を結合し、結合された電力出力をスパッタリングターゲットに供給
する。
。物理蒸着装置は、エネルギ源を有している。エネルギ源は、バイアス電源と誘
導電源と整合フィルタとを備えるようにしてもよい。整合フィルタは、２つの電
源の電力出力を結合し、結合された電力出力をスパッタリングターゲットに供給
する。
【００２２】 さらに、物理蒸着方法を開示する。本発明の特徴および効果は、以下の詳細な
説明と種々の図面により明らかになる。
説明と種々の図面により明らかになる。
【００２３】
幾つかの好ましい実施形態およびこれに関連する図面に基づいて、本発明を詳
述する。以下では、本発明の理解のため、細部について説明する。しかしながら
、一定の細部を省略しても本発明を実現できることは明らかである。また、本発
明を明確なものとするために、周知の工程の詳細な説明は省略する。
述する。以下では、本発明の理解のため、細部について説明する。しかしながら
、一定の細部を省略しても本発明を実現できることは明らかである。また、本発
明を明確なものとするために、周知の工程の詳細な説明は省略する。
【００２４】 本発明の実施形態では、スパッタリングターゲットと誘導アンテナとを統合し
たスパッタリングアンテナを開示する。スパッタリングターゲットと誘導アンテ
ナとの機能を１つのエレメントに統合することによって、物理蒸着プロセスの多
くの要素を大幅に改善できる。まず、スパッタリングアンテナにバイアス電位を
与え、そして、スパッタリングアンテナに誘導電流を供給するのに必要な電力量
を大幅に低減できる。次に、スパッタリングターゲットと誘導アンテナとを１つ
のエレメントに統合したことにより、１つのエレメントだけが必要とされる。そ
して、スパッタリングアンテナはほぼ均一に消費されるため、スパッタリングア
ンテナの寿命を長くできる。さらに、スパッタリングアンテナは、比較的高い圧
力下で使用できるので、スループットを増大させる。
たスパッタリングアンテナを開示する。スパッタリングターゲットと誘導アンテ
ナとの機能を１つのエレメントに統合することによって、物理蒸着プロセスの多
くの要素を大幅に改善できる。まず、スパッタリングアンテナにバイアス電位を
与え、そして、スパッタリングアンテナに誘導電流を供給するのに必要な電力量
を大幅に低減できる。次に、スパッタリングターゲットと誘導アンテナとを１つ
のエレメントに統合したことにより、１つのエレメントだけが必要とされる。そ
して、スパッタリングアンテナはほぼ均一に消費されるため、スパッタリングア
ンテナの寿命を長くできる。さらに、スパッタリングアンテナは、比較的高い圧
力下で使用できるので、スループットを増大させる。
【００２５】 本発明の特徴および効果は、以下の図面および説明により理解できる。図６は
、本発明の実施形態における改良された物理蒸着装置１００の概略図である。こ
の改良された物理蒸着装置１００は、チャンバ１１０と、スパッタリングターゲ
ットと誘導アンテナとを統合したスパッタリングアンテナ１１２と、チャック１
１５と、電源１２０とを備えている。スパッタリングアンテナ１１２は、チャッ
ク１１５に対向した状態でチャンバ１１０内に設けられている。スパッタリング
材料が堆積する対象物１２２は、チャック１１５上に配置される。電源１２０は
、対象物１２２およびスパッタリングアンテナ１１２と電気的に接続されている
。
、本発明の実施形態における改良された物理蒸着装置１００の概略図である。こ
の改良された物理蒸着装置１００は、チャンバ１１０と、スパッタリングターゲ
ットと誘導アンテナとを統合したスパッタリングアンテナ１１２と、チャック１
１５と、電源１２０とを備えている。スパッタリングアンテナ１１２は、チャッ
ク１１５に対向した状態でチャンバ１１０内に設けられている。スパッタリング
材料が堆積する対象物１２２は、チャック１１５上に配置される。電源１２０は
、対象物１２２およびスパッタリングアンテナ１１２と電気的に接続されている
。
【００２６】 チャンバ１１０内が真空状態となると、ガスがチャンバ１１０内に導入される
。このガスとしては、物理蒸着プロセスでの使用に適したものであればよい。例
えば、アルゴンやキセノンなどの希ガスは、物理蒸着プロセスにおいて良好な結
果を示すことが確認されている。また、窒素ガスや銅ガスなどの他の適切なガス
をＰＶＤプロセスに使用してもよい。
。このガスとしては、物理蒸着プロセスでの使用に適したものであればよい。例
えば、アルゴンやキセノンなどの希ガスは、物理蒸着プロセスにおいて良好な結
果を示すことが確認されている。また、窒素ガスや銅ガスなどの他の適切なガス
をＰＶＤプロセスに使用してもよい。
【００２７】 電源１２０は、対象物１２２とスパッタリングアンテナ１１２との間にバイア
ス電圧電位を与える。なお、スパッタリングアンテナ１１２はグランドに対して
バイアスされていてもよい。また、電源１２０は、高周波誘導電流をスパッタリ
ングアンテナ１１２に供給する。スパッタリングアンテナ１１２を流れる誘導電
流はプラズマ１３０を生成する。バイアス電圧電位と誘導電流とは可変であり、
プラズマ１３０のサイズや密度を変更できる。また、バイアス電位を調整するこ
とにより、スパッタリング速度を変更できる。
ス電圧電位を与える。なお、スパッタリングアンテナ１１２はグランドに対して
バイアスされていてもよい。また、電源１２０は、高周波誘導電流をスパッタリ
ングアンテナ１１２に供給する。スパッタリングアンテナ１１２を流れる誘導電
流はプラズマ１３０を生成する。バイアス電圧電位と誘導電流とは可変であり、
プラズマ１３０のサイズや密度を変更できる。また、バイアス電位を調整するこ
とにより、スパッタリング速度を変更できる。
【００２８】 なお、プラズマ１３０を生成するために、通常、外部磁界５０（図１，図４，
図５参照）は必要ない。ＰＶＤ装置１００は、外部磁界５０を用いずに、外部磁
界を用いた従来の装置システムと同等あるいはより高い電荷粒子密度を有するプ
ラズマを生成できる。
図５参照）は必要ない。ＰＶＤ装置１００は、外部磁界５０を用いずに、外部磁
界を用いた従来の装置システムと同等あるいはより高い電荷粒子密度を有するプ
ラズマを生成できる。
【００２９】 しかしながら、外部磁界５０をスパッタリングアンテナ１１２付近に与え、ス
パッタリングアンテナ１１２付近に多くのイオンを滞留させるようにしてもよい
。こうすれば、本発明の効率をさらに増大させることができる。外部磁界５０を
用いるとスパッタリングアンテナ１１２が不均一に消費されるおそれがあるが、
外部磁界５０を用いることによりスループットを増大させることが可能となる。
どちらの場合にも効率は増大されており、従来のＰＶＤ装置に対する改善となっ
ている。
パッタリングアンテナ１１２付近に多くのイオンを滞留させるようにしてもよい
。こうすれば、本発明の効率をさらに増大させることができる。外部磁界５０を
用いるとスパッタリングアンテナ１１２が不均一に消費されるおそれがあるが、
外部磁界５０を用いることによりスループットを増大させることが可能となる。
どちらの場合にも効率は増大されており、従来のＰＶＤ装置に対する改善となっ
ている。
【００３０】 スパッタリングアンテナ１１２の励起によって発生したガスイオンは、スパッ
タリングアンテナ１１２に衝突する。そして、スパッタリングアンテナ１１２か
らスパッタリング材料粒子１４０が叩き出される。
タリングアンテナ１１２に衝突する。そして、スパッタリングアンテナ１１２か
らスパッタリング材料粒子１４０が叩き出される。
【００３１】 図７は、図６の改良された物理蒸着装置１００に電力を供給する電源１２０の
概略ブロック図である。電源１２０は、誘導電源１５０と、バイアス電源１５１
と、整合回路群１５３とを備えている。誘導電源１５０は、スパッタリングアン
テナ１１２に高周波電流を供給する。なお、スパッタリングアンテナ１１２にプ
ラズマを十分生成させるものであれば、他の適切な電源を使用してもよい。誘導
電源１５０の電流出力を調整することにより、プラズマのパラメータを制御でき
る。
概略ブロック図である。電源１２０は、誘導電源１５０と、バイアス電源１５１
と、整合回路群１５３とを備えている。誘導電源１５０は、スパッタリングアン
テナ１１２に高周波電流を供給する。なお、スパッタリングアンテナ１１２にプ
ラズマを十分生成させるものであれば、他の適切な電源を使用してもよい。誘導
電源１５０の電流出力を調整することにより、プラズマのパラメータを制御でき
る。
【００３２】 バイアス電源１５１は、直流電圧源である。電圧は、スパッタリングアンテナ
１１２と対象物１２２との間に印加される。バイアス電源１５１の電圧レベルを
調整することにより、スパッタリング速度を制御できる。なお、スパッタリング
アンテナ１１２と対象物１２２との間に電圧電位を形成できるものであれば、他
の適切な電源を使用してもよい。例えば、バイアス電源１５１を交流電源にして
もよいし、電圧オフセットを有する交流電源にしてもよい。また、対象物１２２
に対してスパッタリングアンテナ１１２をバイアスするのに代えて、グランドに
対してスパッタリングアンテナ１１２をバイアスするようにしてもよい。
１１２と対象物１２２との間に印加される。バイアス電源１５１の電圧レベルを
調整することにより、スパッタリング速度を制御できる。なお、スパッタリング
アンテナ１１２と対象物１２２との間に電圧電位を形成できるものであれば、他
の適切な電源を使用してもよい。例えば、バイアス電源１５１を交流電源にして
もよいし、電圧オフセットを有する交流電源にしてもよい。また、対象物１２２
に対してスパッタリングアンテナ１１２をバイアスするのに代えて、グランドに
対してスパッタリングアンテナ１１２をバイアスするようにしてもよい。
【００３３】 誘導電源１５０およびバイアス電源１５１の出力は、整合回路群１５３に供給
される。整合回路群１５３は、電源１５０，１５１の出力を整合させる。そして
、電力がプラズマに効率よく変換されるように、電源１５０，１５１の出力をス
パッタリングアンテナ１１２のインピーダンスと整合させる。
される。整合回路群１５３は、電源１５０，１５１の出力を整合させる。そして
、電力がプラズマに効率よく変換されるように、電源１５０，１５１の出力をス
パッタリングアンテナ１１２のインピーダンスと整合させる。
【００３４】 整合回路群１５３は、導線１２１，１３１によってスパッタリングアンテナ１
１２と電気的に接続されている。導線１２１，１３１は、スパッタリングアンテ
ナ１１２との回路をつなぎ、誘導電源１５０によって生成された誘導電流を供給
する。導線１２１，１３１は、対象物１２２に対するバイアス電圧を供給する。
このバイアス電圧は、バイアス電源１５１によって形成されている。また、対象
物１２２は、導線１３３によってバイアス電源１５１と電気的に接続されている
。なお、対象物１２２は、グランドに対して独立にバイアスされていてもよい。
１２と電気的に接続されている。導線１２１，１３１は、スパッタリングアンテ
ナ１１２との回路をつなぎ、誘導電源１５０によって生成された誘導電流を供給
する。導線１２１，１３１は、対象物１２２に対するバイアス電圧を供給する。
このバイアス電圧は、バイアス電源１５１によって形成されている。また、対象
物１２２は、導線１３３によってバイアス電源１５１と電気的に接続されている
。なお、対象物１２２は、グランドに対して独立にバイアスされていてもよい。
【００３５】 図８Ａおよび図８Ｂは、整合回路群１５３の変形例を示す概略図である。図８
Ａでは、整合回路群１５３は、コンデンサ２０１，２２０と、可変トランス２０
２と、可変コンデンサ２０４，２０６と、インダクタ２０８，２１０を備えてい
る。コンデンサ２０１と可変トランス２０２と可変コンデンサ２０４とは、電源
１５０，１５１の出力を結合する整合回路を形成する。インダクタ２０８と可変
コンデンサ２０６とは、電源１５０と電源１５１との間のインピーダンスを整合
させる。インダクタ２１０とコンデンサ２２０とは、バイアス電源１５１の出力
に対してローパスフィルタとして機能する。
Ａでは、整合回路群１５３は、コンデンサ２０１，２２０と、可変トランス２０
２と、可変コンデンサ２０４，２０６と、インダクタ２０８，２１０を備えてい
る。コンデンサ２０１と可変トランス２０２と可変コンデンサ２０４とは、電源
１５０，１５１の出力を結合する整合回路を形成する。インダクタ２０８と可変
コンデンサ２０６とは、電源１５０と電源１５１との間のインピーダンスを整合
させる。インダクタ２１０とコンデンサ２２０とは、バイアス電源１５１の出力
に対してローパスフィルタとして機能する。
【００３６】 図８Ｂでは、整合回路群１５３は、コンデンサ２３０〜２３３を備えている。
図８Ａに示すトランスを使用した実施形態とは異なり、コンデンサ２３０〜２３
３が整合回路を形成している。いずれの場合にも、ローパスフィルタとインピー
ダンス整合回路との間にノード２５０を配置できる。後述するように、ノード２
５０には、スパッタリングアンテナ１１２の他にバイアスを印加すべきものを接
続できる。
図８Ａに示すトランスを使用した実施形態とは異なり、コンデンサ２３０〜２３
３が整合回路を形成している。いずれの場合にも、ローパスフィルタとインピー
ダンス整合回路との間にノード２５０を配置できる。後述するように、ノード２
５０には、スパッタリングアンテナ１１２の他にバイアスを印加すべきものを接
続できる。
【００３７】 整合回路群１５３は、導線１２１，１３１によってスパッタリングアンテナ１
１２と接続されている。バイアス電源１５１は、導線１３３によって対象物１２
２と接続されており、これがバイアス電圧の基準となる。なお、電源１５０，１
５１の出力を結合するのに適した他の整合回路を使用してもよい。
１２と接続されている。バイアス電源１５１は、導線１３３によって対象物１２
２と接続されており、これがバイアス電圧の基準となる。なお、電源１５０，１
５１の出力を結合するのに適した他の整合回路を使用してもよい。
【００３８】 本発明の明らかな効果としては、単一のエレメントに与えられるバイアス電位
および誘導電流の累積的な効果が挙げられる。プラズマを形成するためのバイア
ス電位を独立して必要としないので、バイアス電位を従来の装置のバイアス電位
ほど高くする必要がない。
および誘導電流の累積的な効果が挙げられる。プラズマを形成するためのバイア
ス電位を独立して必要としないので、バイアス電位を従来の装置のバイアス電位
ほど高くする必要がない。
【００３９】 また、従来の装置と異なり、スパッタリングアンテナ１１２によって生成され
るプラズマ１３０の密度は、バイアス電力のみを使用する従来の装置のプラズマ
密度よりもかなり大きい。スパッタリングアンテナ１１２を使用することにより
、１立方センチメートルあたり５×１０11個の電荷粒子を有する高い密度を形成
できる。
るプラズマ１３０の密度は、バイアス電力のみを使用する従来の装置のプラズマ
密度よりもかなり大きい。スパッタリングアンテナ１１２を使用することにより
、１立方センチメートルあたり５×１０11個の電荷粒子を有する高い密度を形成
できる。
【００４０】 この結果、バイアス電圧電位は約２００ボルトまで低くできる。２５０ボルト
のバイアス電圧では、実用的なスパッタリング速度が実現されることが確認され
ている。また、交流誘導電流の大きさおよび周波数を変更することにより、プラ
ズマ１３０の特性を調整できる。例えば、誘導電流の電力を１３．５６ＭＨｚで
約５００〜約５，０００ワットとすれば、望ましい結果が得られる。一般的に、
誘導電流の大きさは、周波数よりも重要である。本発明では、他の適切な誘導電
流周波数を利用してもよい。
のバイアス電圧では、実用的なスパッタリング速度が実現されることが確認され
ている。また、交流誘導電流の大きさおよび周波数を変更することにより、プラ
ズマ１３０の特性を調整できる。例えば、誘導電流の電力を１３．５６ＭＨｚで
約５００〜約５，０００ワットとすれば、望ましい結果が得られる。一般的に、
誘導電流の大きさは、周波数よりも重要である。本発明では、他の適切な誘導電
流周波数を利用してもよい。
【００４１】 スパッタリングアンテナ１１２によって形成された十分にイオン化されたプラ
ズマ１３０は、境界において、シースを横切って移動するイオン化された粒子を
、確実に異方的に分散させる。したがって、改良されたイオン化ＰＶＤ装置１０
０は、より高いガス圧で動作し得る。例えば、約０．１〜約５０ミリトールのア
ルゴンガス圧では、望ましい結果が得られることが確認されている。約１０ミリ
トールのアルゴンガス圧では、満足な結果が得られている。
ズマ１３０は、境界において、シースを横切って移動するイオン化された粒子を
、確実に異方的に分散させる。したがって、改良されたイオン化ＰＶＤ装置１０
０は、より高いガス圧で動作し得る。例えば、約０．１〜約５０ミリトールのア
ルゴンガス圧では、望ましい結果が得られることが確認されている。約１０ミリ
トールのアルゴンガス圧では、満足な結果が得られている。
【００４２】 表１は、本実施例において望ましい結果が得られるおおよその値を示している
。
。
【００４３】
【表１】
【００４４】 一般的に、対象物１２２上に均一に堆積させることができるプラズマを誘起可
能であれば、スパッタリングアンテナ１１２の形状やサイズは任意である。例え
ば、スパッタリングアンテナ１１２は、平らな渦巻き形コイルや、半球形コイル
、円錐形コイル、平板、円板、線形部材、溝を有する平板、溝を有する円板など
の形状にできる。
能であれば、スパッタリングアンテナ１１２の形状やサイズは任意である。例え
ば、スパッタリングアンテナ１１２は、平らな渦巻き形コイルや、半球形コイル
、円錐形コイル、平板、円板、線形部材、溝を有する平板、溝を有する円板など
の形状にできる。
【００４５】 スパッタリングアンテナ１１２は任意の形状とすることができ、直線状に延び
た形状としてもよい。直線状に延びたスパッタリングアンテナを用いることによ
り、スパッタリングアンテナ１１２の不均一な消費を引き起こす不均一な励起を
阻止することができる。このように、直線状に延びたスパッタリングアンテナを
用いれば、均一に消費されることとなる。直線状に延びた任意の形状を使用でき
る。例えば、図９Ａおよび図９Ｂは、それぞれ、ほぼ平らなコイル形状１１２ａ
およびジグザグ形状１１２ｂを有する直線状に延びたスパッタリングアンテナを
示す図である。
た形状としてもよい。直線状に延びたスパッタリングアンテナを用いることによ
り、スパッタリングアンテナ１１２の不均一な消費を引き起こす不均一な励起を
阻止することができる。このように、直線状に延びたスパッタリングアンテナを
用いれば、均一に消費されることとなる。直線状に延びた任意の形状を使用でき
る。例えば、図９Ａおよび図９Ｂは、それぞれ、ほぼ平らなコイル形状１１２ａ
およびジグザグ形状１１２ｂを有する直線状に延びたスパッタリングアンテナを
示す図である。
【００４６】 また、直線状に延びたスパッタリングアンテナの断面形状は、任意の適切な形
状とすることがすることができる。図１０Ａ〜図１０Ｄは、スパッタリングアン
テナ１１２の断面形状の例を示す図である。図１０Ａ〜図１０Ｄは、それぞれ、
伸びた卵形を有する断面１８０ａ、円形断面１８０ｂ、半円形断面１８０ｃ、切
り欠き状の断面１８０ｄを示している。スパッタリングアンテナ１１２の断面は
、他の適切な形状としてもよい。
状とすることがすることができる。図１０Ａ〜図１０Ｄは、スパッタリングアン
テナ１１２の断面形状の例を示す図である。図１０Ａ〜図１０Ｄは、それぞれ、
伸びた卵形を有する断面１８０ａ、円形断面１８０ｂ、半円形断面１８０ｃ、切
り欠き状の断面１８０ｄを示している。スパッタリングアンテナ１１２の断面は
、他の適切な形状としてもよい。
【００４７】 さらに、スパッタリングアンテナ１１２の断面形状を変更して、スパッタリン
グ材料が弾き出される方向を制御できるようにしてもよい。これは、電流を流し
た際の断面の電流密度分布に応じて実現される。スパッタリングアンテナ１１２
の一方の側面の表面積を、他方の側面の表面積よりも大きくすることによって、
一方の側面でより多くのスパッタリング粒子が生成される。例えば、図１０Ｃの
半円形断面１８０ｃの場合、スパッタリングアンテナ１１２の平坦な側面よりも
円弧状の側面の方で、より多くのスパッタリング粒子が生成される。このように
、スパッタリングアンテナ１１２の断面形状は、スパッタリング粒子を指向させ
る。一方の側面が他方の側面よりも大きな表面積を有する任意の断面形状を利用
することができる。例えば、図１０Ｄに示す切り欠き状の断面１８０ｄを利用し
てもよい。
グ材料が弾き出される方向を制御できるようにしてもよい。これは、電流を流し
た際の断面の電流密度分布に応じて実現される。スパッタリングアンテナ１１２
の一方の側面の表面積を、他方の側面の表面積よりも大きくすることによって、
一方の側面でより多くのスパッタリング粒子が生成される。例えば、図１０Ｃの
半円形断面１８０ｃの場合、スパッタリングアンテナ１１２の平坦な側面よりも
円弧状の側面の方で、より多くのスパッタリング粒子が生成される。このように
、スパッタリングアンテナ１１２の断面形状は、スパッタリング粒子を指向させ
る。一方の側面が他方の側面よりも大きな表面積を有する任意の断面形状を利用
することができる。例えば、図１０Ｄに示す切り欠き状の断面１８０ｄを利用し
てもよい。
【００４８】 スパッタリングアンテナ１１２は、適切なスパッタリング材料で構成されてい
る。一般的には、金属がスパッタリング材料として使用される。これは、金属は
、誘導電源１５０から供給された誘導電流を導通するためである。電流を導通さ
せるものであれば、他の材料をスパッタリング材料として使用してもよい。例え
ば、アルミニウム，銅，アルミニウム合金，亜鉛，スズ，タングステン，ガリウ
ム，チタン，タンタルを使用できる。
る。一般的には、金属がスパッタリング材料として使用される。これは、金属は
、誘導電源１５０から供給された誘導電流を導通するためである。電流を導通さ
せるものであれば、他の材料をスパッタリング材料として使用してもよい。例え
ば、アルミニウム，銅，アルミニウム合金，亜鉛，スズ，タングステン，ガリウ
ム，チタン，タンタルを使用できる。
【００４９】 図１０Ｅは、本発明の実施形態におけるハイブリッドスパッタリングアンテナ
１１２’の断面を示す図である。ハイブリッドスパッタリングアンテナは、コア
１８１と外側シース１８２とを備えている。
１１２’の断面を示す図である。ハイブリッドスパッタリングアンテナは、コア
１８１と外側シース１８２とを備えている。
【００５０】 一般的に、高い抵抗を有する材料は、抵抗損失により多くの電力が失われるの
で、ＰＶＤ装置で使用するスパッタリング材料としてはあまり適していない。本
発明の実施形態では、抵抗材料を、スパッタリング材料すなわち外側シース１８
２として使用している。コア１８１を導電材料で形成し、外側シース１８２を抵
抗材料で形成する。電源１２０により電流はコア１８１に流れるが、コア１８１
の材料よりもむしろ外側シース１８２の抵抗材料が弾き出されて、対象物１２２
上に堆積する。
で、ＰＶＤ装置で使用するスパッタリング材料としてはあまり適していない。本
発明の実施形態では、抵抗材料を、スパッタリング材料すなわち外側シース１８
２として使用している。コア１８１を導電材料で形成し、外側シース１８２を抵
抗材料で形成する。電源１２０により電流はコア１８１に流れるが、コア１８１
の材料よりもむしろ外側シース１８２の抵抗材料が弾き出されて、対象物１２２
上に堆積する。
【００５１】 外側シース１８２としては、スパッタリングに適した任意の抵抗材料を使用で
きる。例えば、窒化チタン，窒化アルミニウム，窒化タンタルを用いてもよい。
したがって、コア１８１に使用される材料の抵抗が外側シース１８２に使用され
る材料の抵抗よりも小さい限り、任意の適切な２種類の材料を使用することがで
きる。
きる。例えば、窒化チタン，窒化アルミニウム，窒化タンタルを用いてもよい。
したがって、コア１８１に使用される材料の抵抗が外側シース１８２に使用され
る材料の抵抗よりも小さい限り、任意の適切な２種類の材料を使用することがで
きる。
【００５２】 図１１は、図６のスパッタリングアンテナの変形例を示す図である。図６では
、スパッタリングアンテナ１１２は、チャンバの表面から離れた状態でチャンバ
１１０内に設けられている。このとき、スパッタリング材料がスパッタリングア
ンテナ１１２の両側から叩き出されるという問題がある。チャンバの壁に対向す
るスパッタリングアンテナ１１２の側面から叩き出されたスパッタリング材料は
、対象物１２２に堆積するよりも、チャンバの壁や他の部分に堆積しやすい。対
象物１２２に対向するスパッタリングアンテナ１１２の側面から材料を叩き出し
、その反対側の側面からは材料を叩き出さないことが望ましい。
、スパッタリングアンテナ１１２は、チャンバの表面から離れた状態でチャンバ
１１０内に設けられている。このとき、スパッタリング材料がスパッタリングア
ンテナ１１２の両側から叩き出されるという問題がある。チャンバの壁に対向す
るスパッタリングアンテナ１１２の側面から叩き出されたスパッタリング材料は
、対象物１２２に堆積するよりも、チャンバの壁や他の部分に堆積しやすい。対
象物１２２に対向するスパッタリングアンテナ１１２の側面から材料を叩き出し
、その反対側の側面からは材料を叩き出さないことが望ましい。
【００５３】 変形例では、スパッタリングアンテナ１１２とそれに対向するチャンバの壁と
の間に、シールド１９０が配置されている。シールド１９０は、電源１２０と接
続され、スパッタリングアンテナ１１２に印加されるバイアス電位と同じバイア
ス電位が電源１２０によって印加される。シールド１９０とスパッタリングアン
テナ１１２とに同じようにバイアスされているので、シールド１９０に対向する
スパッタリングアンテナ１１２の部分は、対象物１２２に対向するスパッタリン
グアンテナ１１２の部分よりもスパッタリングによって叩き出され難い。例えば
、シールド１９０は、図８Ａ，図８Ｂに示す電源１２０のノード２５０に接続さ
れる。
の間に、シールド１９０が配置されている。シールド１９０は、電源１２０と接
続され、スパッタリングアンテナ１１２に印加されるバイアス電位と同じバイア
ス電位が電源１２０によって印加される。シールド１９０とスパッタリングアン
テナ１１２とに同じようにバイアスされているので、シールド１９０に対向する
スパッタリングアンテナ１１２の部分は、対象物１２２に対向するスパッタリン
グアンテナ１１２の部分よりもスパッタリングによって叩き出され難い。例えば
、シールド１９０は、図８Ａ，図８Ｂに示す電源１２０のノード２５０に接続さ
れる。
【００５４】 図１２は、図６のスパッタリングアンテナの他の変形例を示す図である。スパ
ッタリング材料をスパッタリングアンテナ１１２から非対称に叩き出すには、ス
パッタリングアンテナ１１２をチャンバ１１０の壁に設置するようにしてもよい
。絶縁体１９２と導体１９１とを、スパッタリングアンテナ１１２とチャンバの
壁との間に配置する。絶縁体１９２は、導体１９２とスパッタリングアンテナ１
１２との間を絶縁する。導体１９２は、電源１２０に接続されており、スパッタ
リングアンテナ１１２と同じようにバイアスされる。
ッタリング材料をスパッタリングアンテナ１１２から非対称に叩き出すには、ス
パッタリングアンテナ１１２をチャンバ１１０の壁に設置するようにしてもよい
。絶縁体１９２と導体１９１とを、スパッタリングアンテナ１１２とチャンバの
壁との間に配置する。絶縁体１９２は、導体１９２とスパッタリングアンテナ１
１２との間を絶縁する。導体１９２は、電源１２０に接続されており、スパッタ
リングアンテナ１１２と同じようにバイアスされる。
【００５５】 導体１９２をバイアスすることによって、スパッタリング粒子１４０が絶縁体
１９２の露出部分１９５に堆積するのを防止できる。なお、絶縁体１９２は、誘
電体でもある。
１９２の露出部分１９５に堆積するのを防止できる。なお、絶縁体１９２は、誘
電体でもある。
【００５６】 図１３は、図６のスパッタリングアンテナのさらに他の変形例を示す図である
。スパッタリングアンテナ１１２は、チャンバ１１０の壁上に設置されており、
これにより、スパッタリングアンテナ１１２は、その一方の側面だけが均一に消
費される。図１１２に示すような電力を供給するための導体に代えて、異なる幾
何学的断面形状がスパッタリングアンテナ１１２に採用されている。絶縁体１９
２は、スパッタリングアンテナ１１２とチャンバの壁との間に配置されている。
スパッタリング材料粒子１４０が絶縁体１９２の露出部分１９５に堆積すること
を防止するため、スパッタリングアンテナ１１２の断面は鋸歯形状になっている
。この鋸歯形状によって、露出部分１９５に堆積しよとするスパッタリング粒子
１４０を除去できる。
。スパッタリングアンテナ１１２は、チャンバ１１０の壁上に設置されており、
これにより、スパッタリングアンテナ１１２は、その一方の側面だけが均一に消
費される。図１１２に示すような電力を供給するための導体に代えて、異なる幾
何学的断面形状がスパッタリングアンテナ１１２に採用されている。絶縁体１９
２は、スパッタリングアンテナ１１２とチャンバの壁との間に配置されている。
スパッタリング材料粒子１４０が絶縁体１９２の露出部分１９５に堆積すること
を防止するため、スパッタリングアンテナ１１２の断面は鋸歯形状になっている
。この鋸歯形状によって、露出部分１９５に堆積しよとするスパッタリング粒子
１４０を除去できる。
【００５７】 図示する実施形態では、露出部分１９５を取り囲む緩やかに曲がった壁が示さ
れているが、スパッタリングアンテナ１１２は他の適切な形状としてもよい。例
えば、壁を階段状に形成してもよいし、より多くの折り返し部分を壁に設けても
よい。実際には、イオンが露出部分１９５へ到達することを阻止する形状を有す
るようなスパッタリングアンテナ１２であればよい。
れているが、スパッタリングアンテナ１１２は他の適切な形状としてもよい。例
えば、壁を階段状に形成してもよいし、より多くの折り返し部分を壁に設けても
よい。実際には、イオンが露出部分１９５へ到達することを阻止する形状を有す
るようなスパッタリングアンテナ１２であればよい。
【００５８】 物理蒸着プロセスにおいて、スパッタリングターゲットと誘導アンテナとを一
体にして使用することは、この技術分野において新しく、かつ、自明でない進歩
である。前述のように、従来のＰＶＤ装置では、材料を異方的に分散させて対象
物に堆積させるために、コリメータや独立した誘導コイルが使用されている。本
発明以前には、ＰＶＤプロセスで、材料粒子を異方的に分散させるために、スパ
ッタリングターゲットを誘導アンテナと一体にして使用する提案はなかった。
体にして使用することは、この技術分野において新しく、かつ、自明でない進歩
である。前述のように、従来のＰＶＤ装置では、材料を異方的に分散させて対象
物に堆積させるために、コリメータや独立した誘導コイルが使用されている。本
発明以前には、ＰＶＤプロセスで、材料粒子を異方的に分散させるために、スパ
ッタリングターゲットを誘導アンテナと一体にして使用する提案はなかった。
【００５９】 スパッタリングターゲットと誘導アンテナとを統合することにより、種々の効
果が生じる。ＰＶＤプロセスをより低い電力で実現することが可能である。さら
に、ＰＶＤプロセスの圧力をより高くできるので、高い真空度を形成するという
困難な作業を軽減することができ、この結果、スループットを増大させることが
できる。同時に、同じ電力量を消費する従来の装置と比較して、より大きな密度
およびサイズを有するプラズマを発生させることができる。
果が生じる。ＰＶＤプロセスをより低い電力で実現することが可能である。さら
に、ＰＶＤプロセスの圧力をより高くできるので、高い真空度を形成するという
困難な作業を軽減することができ、この結果、スループットを増大させることが
できる。同時に、同じ電力量を消費する従来の装置と比較して、より大きな密度
およびサイズを有するプラズマを発生させることができる。
【００６０】 スパッタリングアンテナ１１２は単一のエレメントであり、通常、追加のエレ
メントを必要としないので、異なるエレメントに使用される材料を整合させる必
要がなくなる。また、スパッタリングアンテナ１１２は、交換前に、均一に、そ
して、十分に消費されることとなる。さらに、本発明は、スパッタリングアンテ
ナ１１２を均一に、そして、十分に完全に消費する方法を提供する。
メントを必要としないので、異なるエレメントに使用される材料を整合させる必
要がなくなる。また、スパッタリングアンテナ１１２は、交換前に、均一に、そ
して、十分に消費されることとなる。さらに、本発明は、スパッタリングアンテ
ナ１１２を均一に、そして、十分に完全に消費する方法を提供する。
【００６１】 本発明は、広い用途に適用することができ、上記のアプリケーション以外の他
のアプリケーションにも適用可能である。本発明を等方的なアプリケーションで
使用してもよい。バイアス電源および誘導電源を変化させることによって、スパ
ッタリング材料を等方的に分散させることができる。さらに、従来のＰＶＤ装置
よりも低い電力消費で、等方的な分散による堆積を実現できる。材料を等方的お
よび異方的に分散させ対象物上に堆積させることができれば便利である。
のアプリケーションにも適用可能である。本発明を等方的なアプリケーションで
使用してもよい。バイアス電源および誘導電源を変化させることによって、スパ
ッタリング材料を等方的に分散させることができる。さらに、従来のＰＶＤ装置
よりも低い電力消費で、等方的な分散による堆積を実現できる。材料を等方的お
よび異方的に分散させ対象物上に堆積させることができれば便利である。
【００６２】 また、本発明の広い用途として、化学蒸着に適用してもよい。この場合、チャ
ンバ１１０内には混合ガスが導入される。スパッタリングアンテナ１１２は、混
合ガスと反応する材料で形成される。スパッタリング材料粒子１４０と導入され
たガスとは、プラズマ１３０の内側や外側で反応する。
ンバ１１０内には混合ガスが導入される。スパッタリングアンテナ１１２は、混
合ガスと反応する材料で形成される。スパッタリング材料粒子１４０と導入され
たガスとは、プラズマ１３０の内側や外側で反応する。
【００６３】 例えば、アルゴンと窒素とがチャンバ１１２内に導入される。スパッタリング
アンテナ１１２は、タンタルで構成されている。前述のように、アルゴンはスパ
ッタリングを促進させるが、叩き出されたタンタル粒子とは反応しない。一方、
窒素はタンタルと反応する。窒化タンタル粒子が形成され、窒化タンタル粒子は
対象物１２２上に堆積する。ガスとスパッタリング材料とを適切に組み合わせれ
ば、所望の材料を堆積させることができる。また、ガスおよびスパッタリング材
料の他の適切な組み合わせを本発明に適用してもよい。
アンテナ１１２は、タンタルで構成されている。前述のように、アルゴンはスパ
ッタリングを促進させるが、叩き出されたタンタル粒子とは反応しない。一方、
窒素はタンタルと反応する。窒化タンタル粒子が形成され、窒化タンタル粒子は
対象物１２２上に堆積する。ガスとスパッタリング材料とを適切に組み合わせれ
ば、所望の材料を堆積させることができる。また、ガスおよびスパッタリング材
料の他の適切な組み合わせを本発明に適用してもよい。
【００６４】 本発明を幾つかの好ましい実施形態に基づいて説明したが、この発明の範囲内
において、変更や置換、等価なものの実施も可能である。例えば、本発明を対象
物への堆積ではなく、対象物へのドーピングに適用してもよい。また、本発明の
方法や装置を実施する多くの変形例もある。したがって、以下の請求の範囲は、
この発明の趣旨および範囲内における変更や置換、等価なものを含むものとして
解釈されるべきである。
において、変更や置換、等価なものの実施も可能である。例えば、本発明を対象
物への堆積ではなく、対象物へのドーピングに適用してもよい。また、本発明の
方法や装置を実施する多くの変形例もある。したがって、以下の請求の範囲は、
この発明の趣旨および範囲内における変更や置換、等価なものを含むものとして
解釈されるべきである。
本発明は、添付図面に例示されているが、これは本発明を限定するものではい
。添付図面では、同じ符号は同じ要素を示す。
。添付図面では、同じ符号は同じ要素を示す。
【図１】 図１は、従来の物理蒸着（ＰＶＤ）装置を示す図である。
【図２】 図２Ａ〜図２Ｃは、半導体基板内の溝を充填する様子を示す図である。
【図３】 図３Ａ及び図３Ｂは、異方的に分散したスパッタリング金属粒子によって溝が
充填される様子を示す図である。
充填される様子を示す図である。
【図４】 図４は、コリメーターを使用した従来のＰＶＤ装置の断面図である。
【図５】 図５は、イオン化誘導コイル（断面を図示）を使用した従来の別のＰＶＤ装置
の断面図である。
の断面図である。
【図６】 図６は、本発明の実施形態における改良された物理蒸着装置の概略図である。
【図７】 図７は、本発明の実施形態における図６の改良された物理蒸着装置に電力を供
給する電源の概略ブロック図である。
給する電源の概略ブロック図である。
【図８】 図８Ａおよび図８Ｂは、整合回路群の変形例をそれぞれ示す概略図である。
【図９】 図９Ａ及び図９Ｂは、スパッタリングアンテナの例示的な形状を示す図である
。
。
【図１０】 図１０Ａ〜図１０Ｅは、スパッタリングアンテナの例示的な断面形状を示す図
である。
である。
【図１１】 図１１は、本発明のスパッタリングアンテナの変形例を示す断面図である。
【図１２】 図１２は、本発明のスパッタリングアンテナの他の変形例を示す断面図である
。
。
【図１３】 図１３は、本発明のスパッタリングアンテナのさらに他の変形例を示す断面図
である。
である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ベンジャミン・ニール・エム. アメリカ合衆国 カリフォルニア州94303 イースト・パロ・アルト，グリーン・ス トリート，216 (72)発明者 ペリー・アンドリュー・ジェイ. アメリカ合衆国 カリフォルニア州94536 フリモント，ホワイト・バーチ・テラス ＃300，1540 (72)発明者 バヘディ・バヒッド アメリカ合衆国 カリフォルニア州94706 アルバニー，ポーセン・アベニュー, 1503
Claims (28)
- 【請求項１】 プラズマ物理蒸着装置内の対象物に材料層を堆積させるため
に使用されるスパッタリングターゲットであって、 前記スパッタリングターゲットは、スパッタリングされることによって前記堆
積に用いられるスパッタリング材料粒子を生成するように構成されており、 さらに、前記スパッタリングターゲットは、励起されたときに、前記プラズマ
物理蒸着装置内でプラズマを生成するためのアンテナとしても同時に機能するよ
うに構成されていることを特徴とするスパッタリングターゲット。 - 【請求項２】 請求項１記載のスパッタリングターゲットであって、 前記スパッタリングターゲットが可変エネルギ源によって励起されるように構
成されているときに、前記スパッタリングターゲットから前記スパッタリング材
料粒子が叩き出される速度は、前記可変エネルギ源の設定に応じて変化する、ス
パッタリングターゲット。 - 【請求項３】 請求項１記載のスパッタリングターゲットであって、 前記スパッタリングターゲットが前記プラズマ物理蒸着装置内で励起されたと
き、前記スパッタリング材料粒子は、前記対象物に向かってほぼ異方的に進む、
スパッタリングターゲット。 - 【請求項４】 請求項１記載のスパッタリングターゲットであって、 前記スパッタリングターゲットの形状は、コイルである、スパッタリングター
ゲット。 - 【請求項５】 請求項４記載のスパッタリングターゲットであって、 前記コイルは、ほぼ平らになっている、スパッタリングターゲット。
- 【請求項６】 請求項１記載のスパッタリングターゲットであって、 前記スパッタリングターゲットの形状は、直線状に延びた部材と、リングと、
円錐形コイルと、半球形コイルと、溝を有する平板と、溝を有する円板とで構成
されるグループから選択された形状である、スパッタリングターゲット。 - 【請求項７】 請求項１記載のスパッタリングターゲットであって、 前記スパッタリングターゲットは、前記スパッタリングターゲットの第１の側
面から叩き出されるスパッタリング材料粒子の第１の量が、前記スパッタリング
ターゲットの第２の側面から叩き出されるスパッタリング材料粒子の第２の量よ
りも大きくなるように形成されている、スパッタリングターゲット。 - 【請求項８】 請求項７記載のスパッタリングターゲットであって、 前記第１の側面は、前記第２の側面よりも大きな表面積を有する、スパッタリ
ングターゲット。 - 【請求項９】 請求項１記載のスパッタリングターゲットであって、 前記スパッタリングターゲットは金属で構成されている、スパッタリングター
ゲット。 - 【請求項１０】 請求項１記載のスパッタリングターゲットであって、 前記スパッタリングターゲットは、アルミニウムと、銅と、アルミニウム合金
と、タングステンと、チタンと、タンタルとで構成されるグループから選択され
たスパッタリング材料で形成されている、スパッタリングターゲット。 - 【請求項１１】 請求項１記載のスパッタリングターゲットであって、 前記スパッタリング材料は導電性のコアを含んでおり、 前記導電性のコアは、外側カバーの内側に包まれており、 前記外側カバーは、前記スパッタリングターゲットが励起されたときに、スパ
ッタリング材料粒子を飛散させるように構成されている、スパッタリングターゲ
ット。 - 【請求項１２】 請求項１１記載のスパッタリングターゲットであって、 前記外側カバーは、前記導電性のコアよりも高い抵抗率を有する外側カバー材
料で形成されている、スパッタリングターゲット。 - 【請求項１３】 請求項１１記載のスパッタリングターゲットであって、 前記外側カバー材料は、窒化チタンと、窒化アルミニウムと、窒化タンタルと
で構成されるグループから選択される、スパッタリングターゲット。 - 【請求項１４】 対象物に材料層を堆積させるために使用されるプラズマエ
ンハンスド物理蒸着装置であって、 前記堆積中に、前記対象物を取り囲むチャンバと、 エネルギ源と、 前記チャンバ内に配置され、前記エネルギ源と電気的に接続されたスパッタリ
ングターゲットと、 を備え、 前記スパッタリングターゲットは、堆積中に、スパッタリングされることによ
ってスパッタリング材料粒子を生成するように構成されており、 さらに、前記スパッタリングターゲットは、前記エネルギ源によって励起され
たときに、前記プラズマエンハンスド物理蒸着装置内でプラズマを生成するため
のアンテナとしても同時に機能するように構成されていることを特徴とするプラ
ズマエンハンスド物理蒸着装置。 - 【請求項１５】 請求項１４記載のプラズマエンハンスド物理蒸着装置であ
って、 対象物は、前記チャンバ内に配置され、前記エネルギ源と電気的に接続されて
いる、プラズマエンハンスド物理蒸着装置。 - 【請求項１６】 請求項１５記載のプラズマエンハンスド物理蒸着装置であ
って、 前記エネルギ源は、バイアス電源を含んでおり、 前記エネルギ源が前記スパッタリングターゲットを励起する際、前記バイアス
電源は、前記対象物に対する電位を前記スパッタリングターゲットに与え、前記
電位は、前記スパッタリングターゲットからの前記スパッタリング材料粒子の飛
散を促進させ、前記スパッタリング材料粒子は前記対象物に向かって進む、プラ
ズマエンハンスド物理蒸着装置。 - 【請求項１７】 請求項１６記載のプラズマエンハンスド物理蒸着装置であ
って、 前記バイアス電源は、前記対象物に対する交流電圧電位および直流電圧電位を
前記スパッタリングターゲットに与える、プラズマエンハンスド物理蒸着装置。 - 【請求項１８】 請求項１６記載のプラズマエンハンスド物理蒸着装置であ
って、 前記バイアス電源は、可変であり、 前記スパッタリングターゲットから前記スパッタリング材料粒子が叩き出され
る速度は、前記可変バイアス電源の設定に応じて変化する、プラズマエンハンス
ド物理蒸着装置。 - 【請求項１９】 請求項１５に記載のプラズマエンハンスド物理蒸着装置で
あって、 前記エネルギ源は、誘導電源を含んでおり、 前記エネルギ源が前記スパッタリングターゲットを励起する際、前記誘導電源
は、電流を前記スパッタリングターゲットに与え、前記電流が前記スパッタリン
グターゲットに与えられたとき、前記電流は、前記チャンバ内での前記プラズマ
の生成を促進させ、これにより、前記スパッタリング材料粒子は、前記対象物に
向かってほぼ異方的に進む、プラズマエンハンスド物理蒸着装置。 - 【請求項２０】 請求項１９記載のプラズマエンハンスド物理蒸着装置であ
って、 前記誘導電源は、可変であり、 前記プラズマのサイズおよび密度は、前記誘導電源の設定に応じて変化し、こ
れにより、前記対象物に向かう前記スパッタリング材料粒子の移動が制御される
、プラズマエンハンスド物理蒸着装置。 - 【請求項２１】 請求項１５に記載のプラズマエンハンスド物理蒸着装置で
あって、 前記エネルギ源は、 誘導電力を出力する誘導電源と、 バイアス電力を出力するバイアス電源と、 前記誘導電源および前記バイアス電源に電気的に接続された整合回路と、 を備え、 前記整合回路は、 前記誘導電力出力を前記バイアス電力出力と整合させ、整合した出力を前記ス
パッタリングターゲットに供給する、プラズマエンハンスド物理蒸着装置。 - 【請求項２２】 請求項１６記載のプラズマエンハンスド物理蒸着装置であ
って、 前記スパッタリングターゲットは、前記チャンバの表面に接続されており、 前記プラズマエンハンスド物理蒸着装置は、さらに、 前記チャンバの表面と前記スパッタリングターゲットとの間に配置され、前記
エネルギ源と接続された導体と、 前記導体と前記スパッタリングターゲットとの間に配置された絶縁体であって
、前記スパッタリングターゲットに対向する前記絶縁体の一面は前記スパッタリ
ングターゲットによって完全に覆われておらず、前記絶縁体の露出部分が露出さ
れている前記絶縁体と、 を備え、 前記バイアス電源は、 前記スパッタリングアンテナおよび前記導体に電位を与え、これにより、前記
スパッタリング材料粒子が前記絶縁体の露出部分に堆積するのを阻止する、プラ
ズマエンハンスド物理蒸着装置。 - 【請求項２３】 請求項１４記載のプラズマエンハンスド物理蒸着装置であ
って、 前記スパッタリングターゲットは、前記チャンバの表面に接続されており、 前記プラズマエンハンスド物理蒸着装置は、さらに、 前記導体と前記スパッタリングターゲットとの間に配置された絶縁体であって
、前記スパッタリングターゲットに対向する前記絶縁体の一面は前記スパッタリ
ングターゲットによって完全に覆われておらず、前記絶縁体の露出部分が露出さ
れている前記絶縁体を備え、 前記スパッタリングターゲットは、前記スパッタリング材料粒子が前記絶縁体
の露出部分に堆積するのを阻止するような形状を有する、プラズマエンハンスド
物理蒸着装置。 - 【請求項２４】 請求項１６記載のプラズマエンハンスド物理蒸着装置であ
って、さらに、 前記エネルギ源と接続されたシールドを備え、 前記シールドは、前記スパッタリングターゲットの第１の側面付近に配置され
ており、 前記バイアス電源は、 前記シールドおよび前記スパッタリングターゲットに電位を与え、これにより
、前記スパッタリング材料粒子が前記絶縁体の露出部分に堆積するのを阻止する
、プラズマエンハンスド物理蒸着装置。 - 【請求項２５】 プラズマプロセスチャンバ内において半導体基板に材料層
を堆積させる方法であって、 前記半導体基板を前記プラズマプロセスチャンバ内に設置する工程と、 前記プラズマプロセスチャンバ内でスパッタリングターゲットを励起する工程
と、 を含み、 前記スパッタリングターゲットは、前記堆積中に、スパッタリングされること
によってスパッタリング材料粒子を生成するように構成されており、 さらに、前記スパッタリングターゲットは、励起されたときに、前記プラズマ
エンハンスド物理蒸着装置内でプラズマを生成するためのアンテナとしても同時
に機能するように構成されていることを特徴とする方法。 - 【請求項２６】 請求項２５記載の方法であって、 前記励起する工程は、バイアス電位および誘導電流によって前記スパッタリン
グターゲットを励起する工程を含み、 前記バイアス電位は、前記スパッタリングターゲットからスパッタリング材料
粒子を叩き出すのを促進し、前記誘導電流は、プラズマの発生を促進し、これに
より、スパッタリング材料粒子は異方的に分散し、前記対象物に向かって進む、
方法。 - 【請求項２７】 請求項２５記載の方法であって、 前記励起する工程は、 バイアス電位を発生させる工程と、 誘導電流を発生させる工程と、 前記バイアス電位を前記誘導電流と結合して、結合された電力出力を生成し、
前記結合された電力出力を前記スパッタリングターゲットに与える工程と、 を含む、方法。 - 【請求項２８】 対象物に材料層を堆積させるためのプラズマエンハンスド
物理蒸着装置であって、 スパッタリング材料粒子を生成する手段と、 前記生成手段にエネルギを供給する手段と、 を備え、 前記生成手段は、前記エネルギ供給手段によってエネルギが供給されたときに
、前記プラズマエンハンスド物理蒸着装置内でプラズマを誘導発生させるととも
に、前記スパッタリング材料粒子を前記対象物上に弾き出すことを特徴とするプ
ラズマエンハンスド物理蒸着装置。
Applications Claiming Priority (3)
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|---|---|---|---|
| US08/939,182 US6168690B1 (en) | 1997-09-29 | 1997-09-29 | Methods and apparatus for physical vapor deposition |
| US08/939,182 | 1997-09-29 | ||
| PCT/US1998/020707 WO1999016925A1 (en) | 1997-09-29 | 1998-09-29 | Improved methods and apparatus for physical vapor deposition |
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|---|---|
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|---|---|---|---|
| JP2000513984A Expired - Fee Related JP4564164B2 (ja) | 1997-09-29 | 1998-09-29 | 改良された物理蒸着方法及び物理蒸着装置 |
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| JP (1) | JP4564164B2 (ja) |
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