JP2002069636A - マグネトロンスパッタリングリアクターにおける同軸状電磁石 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、ターゲットからスパッタされる金
属原子の１５％またはそれ以上をイオン化することがで
きるマグネトロンスパッタリアクターを提供する。 【解決手段】 反対磁極の閉じたバンドを有する小さな
マグネトロン３６がターゲット１６の中心の周りに回転
され、大きな量の電力がターゲット１６に加えら得る。
ＤＣコイルがターゲット１６とスパッタ被覆される基板
１４の間のスペースの周りに巻かれ、基板１４に向かう
金属イオンを案内する軸方向の磁界を発生する。基板１
４を支持するペデスタル電極２２は負にバイアスされ
て、高アスペクト比の孔の深くヘ金属イオンを加速す
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、一般にプラズマス
パッタリングに関する。特に、本発明はマグネトロンス
パッタリングの同軸状磁界源に関する。

【０００２】

【従来の技術】マグネトロンスパッタリングは、半導体
集積回路に接続及び他の構造を電気的に形成するため
に、集積回路の製造中に、集積回路に金属を堆積する基
本的な方法である。ターゲットは堆積されるべき金属か
らなっており、プラズマ中のイオンは、ターゲット原子
がスパッタされるターゲットから取り出される十分大き
なエネルギーでターゲットとに引き付けられる。スパッ
タされた原子は、スパッタ被膜されるウエハに向かって
弾道的に進み、そして金属原子は金属形状でウエハ上に
堆積される。また、金属原子はプラズマ中の他のガス、
例えば窒素と反応し、ウエハ上に金属化合物を堆積す
る。反応性スパッタリングは、狭いホールの側壁上にチ
タンナイトライドまたはタンタルナイトライドの薄いバ
リア層及び核形成を形成するためにしばしば用いられ
る。

【０００３】ＤＣマグネトロンスパッタリングは、スパ
ッタリングの最も普通に実施される商業的形成である。
金属のターゲットは約４００−６００ＶＤＣの範囲の負
のＤＣバイアスにバイアスされ、ターゲットに向かうア
ルゴンのワーキングガスの正のイオンを引きつけ、金属
原子をスパッタする。通常、スパッタリアクターの側壁
はシールドで覆われており、チャンバ壁をスパッタ堆積
から保護する。このシールドは、通常電気的に接地さ
れ、チャンバ及びそのプラズマにＤＣターゲット電力を
容量的に結合するために、ターゲットカソードに対向し
てアノードを与える。

【０００４】少なくとも１対の対向した磁極を有するマ
グネトロンがターゲットの裏側に設けられ、ターゲット
の前面近くに、平行に磁界を発生する。この磁界は、電
子をトラップし、そしてプラズマ中の電荷の中世に対し
て、追加のアルゴンイオンがマグネトロンに隣接する領
域に引きつけられ、そこに高密度プラズマを生成する。
それによって、スパッタリング速度が増大する。

【０００５】しかし、従来のスパッタリングは、高度の
集積回路の形成に挑戦している。上述のように、スパッ
タリングは、基本的に平坦な面をコーティングするのに
良く適しているが、高度の集積回路の狭いフィーチャ特
性に金属を堆積するのにはあまり適していない近似的な
等方性のスパッタリングパターンを有するバリスティッ
クプロセスである。例えば、高度の集積回路は、金属で
被覆したり、充填したりする必要のある５：１及びそれ
より高いアスペクト比を有する多くの中間レベルのビア
を有している。しかし、底や側壁を被覆し、その後孔を
ブリッジし、それによって空隙を形成することなく金属
で孔を充填するするために、狭く、深い孔内に深くスパ
ッタされた原子を引き付けるための技術が開発された。

【０００６】深い孔にスパッタリングをするための一般
的な技術は、、スパッタされた原子がイオン化されるよ
うにし、また正に帯電したスパッタされた金属原子がウ
エハに向かって加速するようにウエハを負にバイアスす
ることである。これによって、スパッタリングパターン
は異方性になり、孔の底へ指向される。負の自己バイア
スが電気的にフローティングしているペデスタル上に自
然に発生する。しかし、多くの制御のために、電圧をペ
デスタル上に印加することができる。一般に、ＲＦ電源
が結合キャパシタによってペデスタル電極に結合され、
負のＤＣ自己バイアス電圧がプラズマに隣接してペデス
タル上に発生する。

【０００７】スパッタリングチャンバ内にプラズマ密度
を増加し、それによってイオン化され、スパッタされた
原子の割合を増加する少なくとも２つの技術が利用可能
である。

【０００８】イオン化された金属めっき（ionized meta
l plating: IMP）はメガヘルツ周波数範囲のＲＦエネル
ギーを処理スペースに結合するためにターゲットとウエ
ハ間の処理スペースの周りにＲＦ誘導性コイルの巻回を
使用する。このコイルはプラズマのエッジに周囲の電界
を発生するプラズマ中に軸方向のＲＦ磁界を発生し、そ
れによってウエハから離れた領域にあるプラズマにエネ
ルギーを結合して、その密度を増大し、またそれによっ
て金属のイオン化の割合を増加する。ＩＭＰスパッタリ
ングは、一般に、５０〜１００ミリトルの比較的高いア
ルゴンの圧力で行なわれる。

【０００９】ＩＭＰは深い孔の充填に非常に効果的であ
る。そのイオン化の割合は、５０％をはるかに超えるこ
とができる。しかし、ＩＭＰ装置は比較的高価である。
さらに重要なことには、ＩＭＰは、非常に多くのアルゴ
ンイオンもウエハに向かって加速される熱い、エネルギ
の高い、高圧プロセスになる傾向がある。ＩＭＰから生
じる膜の品質は、全ての使用に適しているわけではな
い。

【００１０】近年開発された自己イオン化プラズマ(sel
f-ionized plasma: ＳＩＰ)スパッタリングの技術によ
って、プラズマスパッタリングリアクターが若干変更さ
れが、しかしそれでもなお低圧、低温のプロセスにおい
て高アスペクト比の孔へ金属の効率的充填を行なうこと
は困難である。この技術は、２０００年４月１１日に出
願されたＦu他の米国出願09/546,798、及び１９９９年
１０月８日に出願されたＣhiang他の米国出願09/414,61
4に記載されている。これらの記載は、レファレンスに
よってここに取り込まれる。

【００１１】上述の特許出願のＳＩＰスパッタリアクタ
ーは、単一のウエハ処理用に構成された従来のマグネト
ロンスパッタリアクターから変更されている。ＳＩＰス
パッタリングは、ターゲットに隣接して高密度のプラズ
マを発生し、プラズマを広げ、さらにウエハに向かって
金属イオンを案内するために、従来の容量性結合された
マグネトロンスパッタリアクタに対して種々の変更を用
いている。比較的高い量のＤＣ電力、例えば２００ｍｍ
のウエハ用に設計されたチャンバに対して２０〜４０ｋ
Ｗの電力がターゲットに加えられる。さらに、ターゲッ
ト電力がマグネトロンの小さな面積に集中され、したが
ってマグネトロン近くのＨＤＰ領域に供給される電力密
度を増加するように、マグネトロンは比較的小さな面積
を有する。この小さな面積のマグネトロンは、ターゲッ
トの中心の横に配置され、均一のスパッタリング及び堆
積を与えるために中心の周りに回転される。

【００１２】ＳＩＰスパッタリングの１つの形式におい
て、マグネトロンは、通常不平衡ポール、すなわち、弱
い内側の極の周りに１つの磁極の強い外側の極を有す
る。強い極からでる磁力線は、従来のターゲット面近く
の水平磁界ばかりでなくウエハに向かって伸びる垂直磁
界に分解することができる。垂直磁界はウエハに向かっ
て接近してプラズマを広げ、ウエハに向かう金属イオン
を案内する。さらに、チャンバ壁に近い水力磁力線はプ
ラズマから接地されたシールドへの電子の拡散を阻止す
る働きをする。減少した電子の損失は、プラズマ密度を
増加し、処理スペースを横切ってプラズマを広げるのに
特に効果的である。

【００１３】Ｇopalraja他は、２０００年３月２日に出
願され、ここにレファレンスによって取り込まれた米国
特許出願09/518,180のＳＩＰスパッタリングと呼ばれる
他の形式のＳＩＰスパッタリングを開示する。ＳＩＰス
パッタリングは、ウエハに面した環状のボールトの有る
形状を有するターゲットに依存する。ボールトの側面の
壁の裏に設けられた反対極性の磁石がボールト内に高密
度プラズマを生成する。この磁石は、通常ボールトの側
壁に沿って小さな円周の広がりを有し、均一なスパッタ
リングを与えるためにターゲットの中心の周りに回転す
る。幾つかの設計は非対称の大きさの磁石を使用するけ
れども、磁界はボールトの大きさに制限される。

【００１４】ＳＩＰスパッタリングはＲＦ誘導性コイル
を使用することなく達成することができる。小さなＨＤ
Ｐ領域は、深い孔に到達するのに十分で有る１０％と２
５％の間にあると評価される金属インの実質的な割合を
イオン化するのに十分である。特に、高イオン化の割合
において、イオン化され、スパッタされた金属原子はタ
ーゲットの裏側に引きつけられ、さらに金属原子をスパ
ッタする。結果的に、アルゴンのワーキング圧力をプラ
ズマつぶれがなく減少することができる。したがって、
ウエハのアルゴン加熱は問題がなく、イオン密度の減少
及び金属イオンのスパッタリングパターンをランダムに
する金属イオンのアルゴン原子との衝突の可能性が減少
する。

【００１５】しかし、ＳＩＰスパッタリングはまだ改善
される。イオン化の割合は緩やかに高いだけで有る。ス
パッタされた金属原子の残りの７５から９０％は中性で
あり、バイアスされたウエハに向かって加速されにく
い。この一般的に等方性の中性のフラックスは高アスペ
クト比の孔へは容易に入らない。さらに、広い中性のフ
ラックスパターンを考慮すると、ウエハの中央は、エッ
ジよりターゲットの大きな面積からの堆積を受け易いの
で、中性のフラックスはウエハの中央とエッジの間に不
均一な厚さを生成する。

【００１６】イオン化されたフラックス対して中性フラ
ックスを減少する１つの方法は、スパッタリアクターの
スロー、すなわちターゲットとペデスタルの間の間隔を
増加することである。２００ｍｍのウエハに対して、従
来のスローは１９０ｍｍであるが、ロング（長い）スロ
ーは２９０ｍｍである。ロングスローは、ウエハの直径
の１２５％より大きいスローとして定義される。ロング
スローにおいて、より多くの等方性の中性フラックスが
シールド上に優先的に堆積するが、異方性のイオン化さ
れたフラックスは実質的に減少されない。すなわち、中
性のものは除かれる。

【００１７】しかし、ロングスロースパッタリングは、
ウエハに向かう磁界を与えるために、不平衡のマグネト
ロンに依存するＳＩＰスパッタリングと組合せる時、欠
点を有している。垂直磁界はマグネトロンに必ず戻るの
で、垂直の磁界成分が比較的弱く、ターゲットから急速
に減衰する。一般的な不平衡マグネトロンに対して、タ
ーゲットに１キロガウスの水平磁界を生成することは、
ターゲットから１００ｍｍのところにわずか１０ガウス
の垂直磁界を生成するのみであり、それはさらに急速に
減少する。したがって、ロングスローのスパッタリアク
ターにおける不平衡マグネトロンは、ＳＩＰスパッタリ
ングの有益な結果を得るために必要とされるウエハの近
くに磁気プラズマを支持しないし、磁気を案内しない。

【００１８】ウエハに近い磁界の垂直成分は、それらが
マグネトロン向かって引き付けられるにしたがって、必
ず均一でないために、他の問題が強い不平衡のマグネト
ロンを用いるＳＩＰスパッタリングに生じる。磁界にお
けるこのような不均一性は、ウエハを横切るスパッタリ
ングの均一性を低下する。

【００１９】また、ボールトされたターゲットを伴うＳ
ＩＰスパッタリングにおいて、プラズマを支持し、ウエ
ハに向かう金属イオン案内するボールとから伸びる磁界
は比較的少ない。

【００２０】よって、磁界を閉じ込め、またイオン化さ
れ、スパッタされた原子を案内するための優れたものが
必要である。

【００２１】

【発明の概要】マグネトロンスパッタリアクターにおい
て、ターゲットとスパッタ被覆される基板を支持するペ
デスタルの間の処理スペースの周りにコイルが巻かれ
る。このコイルは、好適にはＤＣ電源によって電力が加
えられ、スパッタリアクター内に軸方向の磁界を生成す
る。軸方向の磁界は１５から１００ガウスの範囲が好ま
しい。

【００２２】好適には、マグネトロンは反対磁極の弱い
内側の極を囲む強い極によって不平衡にされる。好適に
は、強い極は同軸状のＤＣコイルによって発生された磁
束に平衡な磁束を発生する。

【００２３】

【発明の実施の形態】本発明のプラズマスパッタリング
リアクター１０の第１の実施の形態が図１の概略断面図
に示されている。真空チャンバ１２は、電気的に接地さ
れているほぼ円筒状の側壁１４を有する。図示されてい
ない接地された、取り替え可能なシールドが側壁１４内
に配置されて、側壁がスパッタ被覆されるのを保護して
いるが、それらは真空を保持するため以外にチャンバの
側壁として働く。スパッタされるべき金属からなるスパ
ッタリングターゲット１６が絶縁体１８によってチャン
バ１２にシールされる。ペデスタル電極２２がターゲッ
ト１６に対向して並列にスパッタ被覆されるウエハを支
持する。

【００２４】スパッタリングのワーキングガス、好まし
くはアルゴンがマスフローコントローラ２８を介してガ
ス源２６からチャンバへ供給される。真空ポンプシステ
ム３０がチャンバ１２の内部を一般に１０^-8トル或いは
それ以下の非常に低い基本圧力に維持する。プラズマの
点火中に、約５ミリトルのチャンバ圧力を生成する量の
アルゴンが供給されるが、後述するように、その後圧力
は減少される。ＤＣ電源３４がターゲット１６を約−６
００ＶＤＣにバイアスし、アルゴンのワーキングガスが
電子および正のアルゴンイオンを含むプラズマに励起さ
れるようにする。正のアルゴンイオンは負にバイアスさ
れたターゲット１６に引きつけられ、ターゲットから金
属原子をスパッタする。

【００２５】本発明は、小さなマグネトロン３６がター
ゲット１６の裏側にある図示されていない裏側板上に支
持されるＳＩＰスパッタリングに特に有用である。中心
軸３８に整列された、図示されていないモータ及び駆動
シャフトが裏側板及びターゲットを中心軸３８の周りを
回転する。チャンバ１２とターゲット１６は中心軸３８
の周りにほぼ円形に対称的である。ＳＩＰマグネトロン
３６は一方の極性である内側の磁極４０及び他方の極性
である周囲の外側の磁極４２を有し、双方の磁極は、磁
気ヨーク４４によって支持され、また磁気的に結合され
ている。不平衡のマグネトロンにおいて、外側の極４２
は、内側の極４０によって生成された磁束より大きな面
積にわたって一体化された全磁束を有する。反対の磁極
はチャンバ１２内のターゲット１６面の近くに、平行な
強い成分を有する磁界ＢＭを形成し、そこに高密度のプ
ラズマを形成し、それによって、スパッタリング速度を
増加し、またスパッタされた金属原子のイオン化割合を
増加する。例えば、１３．５６ｍＨｚの周波数を有する
ＲＦ電源５０がペデスタル電極２２に結合されて、ウエ
ハ２４上に負の自己バイアスを形成する。このバイアス
は、隣接プラズマのシースを横切って正に帯電した金属
原子を引きつけ、それによって高アスペクト比の孔の側
壁及び底を被膜する。

【００２６】ＳＩＰスパッタリングにおいて、マグネト
ロンは小さく、且つ高い磁気六を有し、さらにプラズマ
密度がターゲット１６近くに１０¹⁰ｃｍ^-3以上生じるよ
うに、ＤＣの高電力量がターゲットに加えられる。この
プラズマ密度の存在において、非常に多くのスパッタさ
れた原子が正に帯電した金属イオンにイオン化される。
その結果、金属イオンはアルゴンイオンをスパッタリン
グプロセスにおける効果的なワーキング種として少なく
とも部分的に置き換える。すなわち、アルゴンの圧力を
減少することができる。減少した圧力は、金属イオンの
散乱及び脱イオン化を減少するという利点を有する。ど
うのスパッタリングに対して、ある条件の下で、維持さ
れた自己スパッタリング(sustained self-sputtering:
SSS)と呼ばれるプロセスにおいて、プラズマが点火され
るとアルゴンのワーキングガスを完全に除くことが可能
である。アルミニウムまたはタングステンスパッタリン
グに対して、ＳＳＳは可能ではないが、アルゴン圧力
は、従来のアルゴン圧力、例えば１ミリトル以下で用い
られる圧力より実質的に減少される。

【００２７】本発明によれば、電磁石４０がチャンバ側
壁の周りに配置され、ターゲット１６とウエハ２４間に
チャンバ軸３８にほぼ平行に伸びる磁界Ｂ_Cを生成す
る。電磁石４０は、最も一般的には側壁１４の周りに巻
かれたコイルであり、電源４２からＤＣ電力が供給され
る。このコイルは、一般に中心軸３８の周りに中心が置
かれ、したがってチャンバ１２とターゲットと同軸状に
なっている。

【００２８】不平衡マグネトロン３６の磁界は、チャン
バ側壁の上部近くに電子を閉じ込めるのに役立つので、
コイルの磁界の方向は外側のマグネトロンの極４２によ
って生成される磁界とほぼ平行であるのが好ましい。

【００２９】コイルの磁界Ｂ_Cをは、２つの有益な効果
を生むようにプラズマ電子をトラップするのに十分強
い。図示されていないシールド（または等価的に接地さ
れたチャンバ側壁）に対する電子の損失は減少され、し
たがって、プラズマ密度を増加する。さらに、磁界ライ
ンはウエハ２４に向かって伸びおり、プラズマ電子はス
パイラルパターンでそれらの周りを旋回し、且つウエハ
２４に向かって進む。磁界ラインによって金属イオンが
トラップされなくても、それらはウエハ２４に向かって
プラズマ電子に続く。効果は、ウエハ上へスパッタされ
た金属イオンのフラックスの入射を増加することであ
る。イオン化されたフラックスは深く、狭い孔を満た
し、またはそれらの側壁を被覆するのに効果的である。

【００３０】前述したＳＩＰスパッタリングは、ウエハ
に向かう磁界を投射するのに、非常に不平衡なマグネト
ロン、すなわち著しく異なる全体の強さの磁極を有する
マグネトロンに依存する。不平衡なアプローチは、投射
された磁界がウエハの近傍で明らかに不均一であると言
う欠点を有している。対照的に、図１のスパッタリアク
ターは磁界を投射するのに著しく不平衡なマグネトロン
を必要としない。代わりに、電磁石４０は実質的に均一
な軸の磁界Ｂ_Cをターゲットからウエハへ投射する。

【００３１】磁界を投射するための不平衡なマグネトロ
ンの使用に伴う他の困難性は、不平衡化された部分のみ
が投射され、この部分がマグネトロンの裏側に戻らなけ
ればならないことである。このような磁界は、距離と共
に、一般的には、距離の４乗に依存して急速に減衰す
る。例示的には、減衰は１０００ガウスの磁界が１００
ｍｍで１０ガウスに減少する。スパッタされた金属原子
の残りの７５％は中性であり、ウエハのバイアスは高ア
スペクト比の孔内深くヘ中性成分を指向するのに効果的
でない。スパッタリアクターのスローを、例えば２００
ｍｍのウエハに対して２９０ｍｍへ延ばすことによっ
て、中性成分を除く必要がある。ロングスローは、中央
とエッジの不均一性を減少するという更なる利点を有し
ている。しかし、不平衡マグネトロンは、これらの増加
した距離にわたって磁界を容易に投射することができな
い。

【００３２】したがって、本発明は、不平衡マグネトロ
ンに対する必要性を減少する。特に、ＳＩＰスパッタリ
ングの多くの利点は、本発明の磁気コイルを使用して、
反対磁極性の同じかまたは実質的に同じ磁力の、内外に
閉じた磁気バンドを有する小さな回転可能なマグネトロ
ンによって得られる。平衡なバンド構造を有する閉じた
マグネトロンは公知であり、密閉した形状で、馬蹄形磁
石の極間に強い磁界を与える馬蹄形磁石によって容易に
達成される。これらは、米国特許第5,242,566号におけ
るＰarkerによって、及び米国特許第5,320,728号におけ
るＴepmanによって開示されている。しかし、これらの
マグネトロンは大きく、ＳＩＰマグネトロンがターゲッ
ト中央からその利用可能な面積の周辺まで延びる円より
小さな取り囲む面積を有するという要件、または代わり
にターゲットが中心軸を通る面によって分離された２つ
の半分の空間に分けられるという要件、及びマグネトロ
ンが半分のスペースに基本的に設けられるが、ターゲッ
ト半径より１５％だけ大きな他の半部のスペースまで延
びていないという要件に一致しない。

【００３３】対照的に、本発明の磁気コイルは、コイル
の長さにわたって実質的に均一な磁界を生成し、コイル
の外側でも磁界の強さは急激に減少しない。したがっ
て、スパッタリアクタのスローは、金属イオンフラック
スを不必要に減少しないで増大させることができる。

【００３４】米国特許第5,744,011号において、Ｏkubo
他は大きなマグネトロンの周りに巻かれたＤＣコイルを
開示している。しかし、それらの形状は、マグネトロン
とコイルの磁界の組合せが被覆される基板近くに水平磁
界を生成するように、大きな静止マグネトロンに基づか
れている。反対に、本発明のコイルは、ウエハに垂直磁
界を生成し、マグネトロンの磁界は実質的にターゲット
の近くに制限される。組合されたマグネトロンとコイル
の磁界は鉛直から２０度より大きくなく、好ましくは１
０度より大きくなくウエハの全ての部分に入射する。鉛
直入射の磁界と関連する他の区別するファクタは、本発
明のコイルはターゲットと同じくらいペデスタルに少な
くとも近い、好ましくはターゲットからペデスタルまで
の距離の７５％過ぎた領域においてウエハに向かって延
びている。これにより、コイルの磁界は、それがコイル
の外側へ戻るにしたがって、殆どそれることがない。対
照的に、Ｏkubo他は、コイルの磁界がウエハの近くで大
きく水平になるようにターゲット近くにコイルを置いて
いる。

【００３５】本発明は、チャンバ側壁１４の周りに電線
を３００〜４００回巻くことによってテストした。２ア
ンペアのコイル電流によって約１００ガウスの軸方向の
磁界を生成する。

【００３６】Ｆu他によって記載された種類の銅のター
ゲットとレーストラックのマグネトロンを有するスパッ
タリアクターがこの電磁石でテストされた。このターゲ
ットは３５ｋＷのＤＣ電力が加えられ、ペデスタルは１
３．５６ｍＨｚの電力でバイアスされ、５ｓｃｃｍのア
ルゴンがチャンバへ流された。ペデスタル電力へのイオ
ン電流はコイル電流の関数として計測された。その結果
は図２のグラフに示されている。５０ガウスのコイル磁
界を生成する１アンペアのコイル電流は、ペデスタルへ
のイオン電流を２倍以上増加する。ここに示された磁界
はコイルの中央近くのコイルの口径内で計測されてい
る。非常に薄いコイルに対して中心軸の磁界は、コイル
電流、巻き数、コイルの半径、及びコイルからの軸の距
離に依存する。

【００３７】深い孔へスパッタリングする場合、高いイ
オン電流が好適である。しかし、２アンペアと１００ガ
ウスヘさらに増加すると、イオン電流は減少することが
観察された。この減少は、水平のマグネトロン磁界のト
ラッピングを電子で邪魔する軸方向のコイル磁界によっ
て生じると考えられる。これらの結果から、一般的なＳ
ＩＰマグネトロンに対して、コイル磁界は１５ガウスよ
り大きく、１００ガウスより小さくする必要があること
が明らかである。

【００３８】本発明のＤＣ磁界コイルは、チャンバとシ
ールドが非磁性材料から成っている限り、コイルはチャ
ンバの外側に配置することができるという点で、ＩＭＰ
リアクタのＲＦコイルと有利に異なっている。逆に、誘
導的に結合されたＩＭＰリアクターに用いられるＲＦコ
イルは、チャンバの内部で、しかもシールド（シールド
がファラデーシールドに代えられないならば）の内部に
置かれる必要がある。さもなければ、導電性のチャンバ
及びシールドはＲＦ磁界をショートするであろう。

【００３９】本発明の幾つかの利点はコイルをその軸に
沿って磁化された環状磁石で置きかえることによっても
得られる。あるいはチャンバ側壁の周辺の周りに配置さ
れた一連の軸方向に磁化された磁石によっても同等のも
のが得られる。しかし、コイルは均一な磁界を生成する
のにより効果的であり、異なる磁界を得るために制御可
能である。

【００４０】コイルの準ｋＨｚのＡＣ電力によって本発
明の多くの利点を得ることが可能である。しかし、ＤＣ
コイル電力が最良である。何故ならば、それは常に無効
のない最大効果を生じるからである。

【００４１】本発明の磁気コイルは、ＳＩＰスパッタリ
ングに対してＧopalraja他によって示されたボールト化
ターゲットを有するスパッタリアクターにも有利に応用
することができる。コイルは、ボールと化ターゲットに
対して特に有利である。何故ならば、ボールトの対向し
た横側に磁石を置くことを含む制約された形状は不平衡
マグネトロンを達成するのに特に困難にするからであ
る。

【００４２】本発明は、誘導結合されたＩＭＰスパッタ
リアクターに対して置き換えることについて説明された
が、本発明の同軸上の磁気コイルはＩＭＰスパッタリア
クターと組合せることができる。ＲＦコイルによって生
成されるＲＦ磁界と違って、本発明のＤＣまたは低いＡ
Ｃ磁界は、ＩＭＰスパッタリアクターの高密度プラズマ
を深く貫通することができる。

【００４３】したがって、本発明は、標準的な、そして
経済的なコイルの追加によってマグネトロンスパッタリ
ングに対して更なる制御を行なうことができる。本発明
は、深い孔の充填に有用なスパッタされた金属原子の高
イオン化割合を発生するのに効果的であることが示され
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の磁気コイルを有するスパッタリアクタ
ーの概略断面図である。

【図２】与えられた磁界とイオンフラックスの依存関係
を示すグラフである。

【符号の説明】

１０ プラズマスパッタリングリアクター １２ 真空チャンバ １６ ターゲット １８ 絶縁体 ２２ ペデスタル電極 １４ ウエハ ３６ ＳＩＰマグネトロン

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 側壁を有する真空チャンバと、 前記真空チャンバの前記側壁にシールされるが、電気的
   に絶縁され、且つ電気的にバイアスされるように構成さ
   れたスパッタリングターゲットと、 前記ターゲットの裏側で、前記真空チャンバの中心軸の
   一方の側に主に設けられ、且つ前記軸の周りに回転可能
   なマグネトロンと、 前記ターゲットの材料でスパッタ被覆されるが、前記側
   壁に沿って前記ターゲットに対向して設けられた基板を
   支持するペデスタルと、 前記ターゲットと前記ペデスタル間の領域に前記中心軸
   に沿って延びる磁界を生成する手段と、を有することを
   特徴とするスパッタリアクター。
2. 【請求項２】 前記手段は、前記側壁の周りに巻かれ、
   前記磁界を生成するために電気的に電力が与えられるよ
   うに構成されたコイルを有することを特徴とする請求項
   １に記載のスパッタリアクター。
3. 【請求項３】 さらに、前記コイルに接続可能なＤＣ電
   源を有することを特徴とする請求項２に記載のスパッタ
   リアクター。
4. 【請求項４】 さらに、前記コイルに接続可能な１ｋＨ
   ｚ以下の周波数を有するＡＣ電源を有することを特徴と
   する請求項２に記載のスパッタリアクター。
5. 【請求項５】 前記コイルによって生成された前記磁界
   は、前記中心軸から２０度以上偏らない角度で前記ペデ
   スタルによって支持された前記基板上に入射することを
   特徴とする請求項２に記載のスパッタリアクター。
6. 【請求項６】 前記角度は１０度より多くないことを特
   徴とする請求項５に記載のスパッタリアクター。
7. 【請求項７】 前記基板は、実質的に円形であり、前記
   ターゲットと前記ペデスタル間の距離は、前記基板の直
   径の１２５％より大きいことを特徴とする請求項２に記
   載のスパッタリアクター。
8. 【請求項８】 前記マグネトロンは、第１の磁極の内側
   の極で、第１の全磁束を有し、且つ前記第１の磁極と反
   対の第２の磁極の外側の極で、前記第１の是磁束より大
   きな第２の全磁束を有することを特徴とする請求項１に
   記載のスパッタリアクター。
9. 【請求項９】 前記磁気手段は、前記ターゲットと前記
   ペデスタルの間の領域に前記第２の磁極の磁界を形成す
   ることを特徴とする請求項８に記載のスパッタリアクタ
   ー。
10. 【請求項１０】 スパッタリアクターであって、 側壁を有する真空チャンバと、 前記側壁にシールされたスパッタリングターゲットと、 前記ターゲットの裏側で、且つ中心軸の周りに回転可能
    に設けられたマグネトロンと、 前記ターゲットの材料でスパッタ被覆されるが、前記側
    壁に沿って前記ターゲットに対向する基板を支持するペ
    デスタルと、 前記中心軸の周りに巻かれ、且つ前記ターゲットから前
    記ペデスタルへの通路に沿って、前記ターゲットから少
    なくとも７５％の距離まで延びているコイルと、 前記コイルに接続可能なＤＣ電源と、を有することを特
    徴とするスパッタリアクター。
11. 【請求項１１】 前記マグネトロンは、前記ターゲット
    の面に隣接して第１の極性の磁界を生成する内側の極
    と、前記内側の極を囲み、前記ターゲットの面に隣接す
    る第２の極性の磁界を生成する外側の極とを有し、且つ
    前記コイルとＤＣ電源は、その内側に前記第１の極性の
    磁界を形成することを特徴とする請求項１０に記載のス
    パッタリアクター。
12. 【請求項１２】 前記内側の極は、第１の全磁束を生成
    し、前記外側の極は、前記第１の全磁束より大きな第２
    の全磁束を生成することを特徴とする請求項１１に記載
    のスパッタリアクター。
13. 【請求項１３】 スパッタリング方法であって、 スパッタリングターゲットに対向して、スパッタ被覆さ
    れる基板を真空チャンバないに取り付けるステップと、 前記真空チャンバの中心軸の周りに、前記基板の反対側
    の前記ターゲットの側面上に設けられたマグネトロンを
    回転するステップと、 前記ターゲットから粒子をスパッタするために、前記タ
    ーゲットへ電力を与えるステップと、 前記ターゲットから前記基板へ前記中心軸に沿って少な
    くとも部分的に延びるＤＣ磁界を与え、前記基板に向か
    う前記スパッタ粒子のイオン化されたものを案内するス
    テップと、を有することをと特徴とするスパッタリング
    方法。
14. 【請求項１４】 前記電力は、ＤＣ電力であることを特
    徴とする請求項１３に記載のスパッタリング方法。
15. 【請求項１５】 さらに、前記基板上に負のＤＣバイア
    スを誘導し、前記基板に向かって前記イオン化したスパ
    ッタ粒子を加速するステップを有することを特徴とする
    請求項１３に記載のスパッタリング方法。
16. 【請求項１６】 前記スパッタ粒子の前記イオン化した
    ものは、前記スパッタ粒子の少なくとも１０％を構成し
    ていることを特徴とする請求項１５に記載のスパッタリ
    ング方法。
17. 【請求項１７】 前記ＤＣ磁界は、１５ガウス以上で、
    １００ガウス以下の強さを有することを特徴とする請求
    項１３に記載のスパッタリング方法。
18. 【請求項１８】 ワーキングガスのプラズマを励起して
    前記粒子の前記スパッタリングに影響を与えるために、
    前記真空チャンバ内にワーキングガスの第１の圧力を維
    持するステップと、その後、前記粒子の前記スパッタリ
    ンに影響を続けて与えるために、前記第１の圧力以下の
    前記ワーキングガスの第２の圧力を維持するステップを
    有することを特徴とする請求項１３に記載のスパッタリ
    ング方法。