JP2002536556A

JP2002536556A - イオン化金属堆積用高密度プラズマ源

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Publication number: JP2002536556A
Application number: JP2000599057A
Authority: JP
Inventors: ジアンミンフ
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 1999-02-12
Filing date: 1999-12-07
Publication date: 2002-10-29
Anticipated expiration: 2019-12-07
Also published as: KR20010102054A; US6290825B1; TW436863B; WO2000048226A1; US20030102208A1; EP1151465A1; KR100740811B1; JP4837832B2

Abstract

(57)【要約】低圧プラズマスパッタリングまたは維持型自己スパッタリングに特に有利な、面積は小さいが完全にターゲットをカバーするマグネトロン。このマグネトロンは、内側磁極面と、それを取り囲む外側磁極面と、それらの間の間隙とを含む。本発明のマグネトロンの外側磁極は、同じようにターゲットの中心から円周まで伸びる円形マグネトロンのそれより小さい。異なる形状は、競技用トラック、楕円形、卵形、三角形、及びターゲットの円周に順応する弧を有する三角形を含む。本発明によれば、銅の維持型自己スパッタリングが可能になり、また少なくとも0.1ミリトルまで低下させた圧力でのアルミニウム、チタン、及び他の金属のスパッタリングが可能である。若干の金属の場合には、ウェーハを担持するペデスタルを、限定された程度までＲＦバイアスすべきである。本発明によれば、容量性電力結合だけを使用して金属のイオン化の割合を20％にすることができ、アスペクト比が５の孔の底カバレッジを25％より大きくすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】（技術分野）本発明は、一般的には、材料のスパッタリングに関する。より特定的には、本
発明は、スパッタリングを強化するために使用される磁石に関する。

【０００２】（従来の技術）物理蒸着（ＰＶＤ）とも呼ばれるスパッタリングは、半導体集積回路の製造に
おいて金属及び関連する材料の層を堆積させる最も一般的な方法である。図１に
普通のＰＶＤ反応器１０の概要を断面で示してあり、この図は、カリフォルニア
州サンタクララのApplied Materials, Inc.から入手可能なEnduraＰＶＤ反応器
に基づいている。反応器１０は真空チャンバ１２を含み、このチャンバ１２は、
ＰＶＤターゲット１４に対してシールされている。ターゲット１４は、通常は金
属の材料（ヒーターペデスタル１８上に保持されているウェーハ１６上に堆積さ
せる）からなっている。チャンバ内に保持されているシールド２０は、スパッタ
される材料からチャンバ壁１２を保護し、また陽極接地板になっている。選択可
能な直流電源２２は、ターゲット１４をシールドに対して約−600Ｖに負にバイ
アスする。通常ペデスタル１８は、従ってウェーハ１６は、電気的に浮かせたま
まである。

【０００３】ガス源２４は、典型的には化学的に不活性なガスであるアルゴンのようなスパ
ッタリング作業ガスを、質量流コントローラ２６を通してチャンバ１２へ供給す
る。例えば窒化チタンのような反応性金属窒化物スパッタリングでは、窒素が、
別のガス源２７からそれ自体の質量コントローラ２６を通して供給される。Ａl₂ Ｏ₃のような酸化物を発生させるためには、酸素を供給することもできる。これ
らのガスは、図示のようにチャンバのトップから導入することも、またはその底
から導入することもできる。何れの場合も、ガスを導入するには、シールドの底
に突入している、またはシールド２０とペデスタル１８との間の間隙を通ってい
る１つまたはそれ以上の入口パイプを用いて行う。真空システム２８は、チャン
バを低圧に維持する。基本的圧力は約10^-7トル、またはそれより低くさえ保持す
ることができるが、作業ガスの圧力は、典型的には約１乃至1000ミリトルに維持
される。コンピュータをベースとするコントローラ３０は、直流電源２２及び質
量流コントローラ２６を含む反応器を制御する。

【０００４】アルゴンをチャンバ内に導入し、ターゲット１４とシールド２０との間に直流
電圧を印加するとアルゴンがプラズマに点弧され、正に帯電したアルゴンイオン
は負に帯電しているターゲット１４に引付けられる。イオンは実質的なエネルギ
でターゲット１４に衝突し、ターゲット原子または原子クラスタをターゲット１
４からスパッタさせる。若干のターゲット粒子はウェーハ１６に衝突し、それに
よってその上に堆積してターゲット材料のフィルムを形成する。金属窒化物の反
応性スパッタリングにおいては、窒素が付加的にチャンバ１２内に導入され、ス
パッタされた金属原子と反応してウェーハ１６上に金属窒化物を形成する。

【０００５】効率的にスパッタリングさせるには、マグネトロン３２をターゲット１４の後
側に位置決めする。マグネトロン３２は、逆極性の磁石３４、３６を有しており
、磁石３４、３６の近傍のチャンバ内に磁場を作る。この磁場は電子を捕捉し、
電荷を中和させるためにイオン密度も増加してマグネトロン３２に接するチャン
バ内に高密度プラズマ領域３８を形成する。マグネトロン３２は、通常はターゲ
ット１４の中心の周りを回転し、ターゲット１４のスパッタリングを完全にカバ
ーするようになっている。マグネトロンの形状が本願の主題であり、図示する形
状は単なる示唆に過ぎない。

【０００６】半導体集積回路における集積レベルが進歩するにつれて、スパッタリング設備
及びプロセスに対する要求も増加してきている。多くの問題がコンタクト及びバ
イア孔に付随している。図２に断面で示すように、バイアまたはコンタクト孔４
０は、レベル間誘電体層４２を通してエッチングされ、下に位置する層または基
板４６内の導電性フィーチャ４４に達している。次いで、スパッタリングを使用
して孔４０を金属で充填し、レベル間電気接続を形成させる。もし下に位置する
層４６が半導体基板であれば充填された孔４０をコンタクトと呼び、もし下に位
置する層が下側レベル金属化レベルであれば充填された孔４０をバイアという。
簡易化のために、以後単にバイアと称することにする。レベル間バイアの幅は、
0.25μｍまたはそれ以下に近くまで縮小されてきており、一方層間誘電体の厚み
は0.7μｍ程度でほぼ一定のままである。即ち、バイア孔のアスペクト比は、３
またはそれ以上になっている。若干の進歩した技術の場合、アスペクト比が６で
あること、またはより大きいことさえも要求する。

【０００７】このような高いアスペクト比は、スパッタリングに問題をもたらす。それは、
殆どのスパッタリングの形状が強い異方性ではないので、始めにスパッタされた
材料が孔のトップに優先的に堆積してそれをブリッジし、従って、孔の底の充填
を妨げ、バイア金属内にボイドを形成する恐れがあることである。

【０００８】しかしながら、スパッタされる粒子の高い割合をターゲット１４とペデスタル
１８との間のプラズマ内でイオン化させることによって、深い孔の充填を促進可
能にすることが知られるようになってきた。図１のペデスタル１８は、たとえそ
れが電気的に浮いているとしても直流自己バイアスを発生し、それが、ペデスタ
ル１８に接するプラズマシースを横切ってプラズマからのスパッタされ、イオン
化された粒子を孔内に深く引付ける。孔充填の有効性を表す２つのものは、底カ
バレッジと側カバレッジである。図２に概要を示してあるように、スパッタリン
グの初期相は、表面またはブランケット厚みｓ₁、底厚みｓ₂、及び側厚みｓ₃を
有する層４８を堆積させる。底カバレッジはｓ₂／ｓ₁に等しく、側カバレッジは
ｓ₃／ｓ₁に等しい。このモデルは過度に簡略化されているが、多くの状況を説明
するのに十分である。

【０００９】イオン化の割合を増加させる１つの方法は、図１のチャンバ１２の側の周りに
ＲＦコイルを付加する等によって、高密度プラズマ（ＨＤＰ）を発生させること
である。ＨＤＰ反応器は、高密度アルゴンプラズマを発生させるだけではなく、
スパッタされる原子のイオン化の割合をも増加させる。しかしながら、ＨＤＰ
ＰＶＤ反応器は新しいものであり、比較的高価である。主として図１のＰＶＤ反
応器の直流スパッタリングを使用し続けることが望ましい。

【００１０】イオン化比を増加させる別の方法は、ターゲットがトップハットの形状を有し
ているホローカソードマグネトロンを使用することである。この型の反応器は極
めてホットに動作するが、複雑な形状をしたターゲットは極めて高価である。

【００１１】誘導結合型ＨＤＰスパッタ反応器、またはホローカソード反応器の何れかを用
いてスパッタされる銅は、バイア側壁上に波形のフィルムを形成する傾向があり
、また堆積した金属は脱濡れ（dewet）する傾向があることが知られている。こ
れは、銅による孔の充填を完了させるために、スパッタされた銅層が電気めっき
のようなその後の堆積プロセスのためのシード層として使用される場合には特に
重大である。

【００１２】従来技術の別の問題は、側壁カバレッジが非対称になる（ターゲットの中心に
対面している側が、よりシールドされた側よりも厚く被膜される）傾向があるこ
とである。これは、所定の厚みを達成するためには過大な堆積を必要とするだけ
ではなく、フォトリソグラフィにおける整列標識として使用される十字形トレン
チが非対称に狭くなると、トレンチが移動したように見えることになる。

【００１３】深い孔の充填を促進する別の動作制御は、低いチャンバ圧力である。高い圧力
では、中性であろうが、イオン化されていようが、スパッタされた粒子がアルゴ
ンキャリヤーガスの原子と衝突する確率が高くなる。衝突は、イオンを中性化し
、速度をランダム化する傾向があり、これらは孔の充填を劣化させる効果を呈す
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
に接してプラズマが存在することに頼っている。最低圧力は幾つかのファクタに
依存するとは言え、もし圧力を下げ過ぎればプラズマは消滅する。

【００１４】低圧プラズマスパッタリングの極端例は、1997年５月８日付Fuらの米国特許出
願第08/854,008号に開示されているような、維持型自己スパッタリング（sustai
ned self-sputtering：ＳＳＳ）である。ＳＳＳでは、正にイオン化されたスパ
ッタされた原子の密度は、十分な数が負にバイアスされたターゲットに戻るよう
に引寄せられ、より多くのイオン化された原子を再スパッタさせる程高い。ＳＳ
Ｓでは、アルゴン作業ガスは必要ではない。銅はＳＳＳを最も受け易い金属であ
るが、それは高電力及び高磁場の条件の下においてだけである。銅スパッタリン
グは、銅の固有抵抗が低く、且つ電気移動に対する感受性が低いために、開発が
困難である。しかしながら、銅ＳＳＳが商業的に実現可能になり、フルカバレッ
ジ、高磁場マグネトロンを開発する必要がある。

【００１５】ターゲットに印加する電力を増加させると、多分維持型自己スパッタリングの
点まで圧力を低下させることができる。電力を増加させると、イオン化密度も増
加する。しかしながら、過大な電力は高価な電源を必要とし、また冷却を増す必
要がある。20乃至30ｋＷを越える電力レベルは実現不能であると考えられる。事
実、直接関係のあるファクタは、マグネトロンの下の領域内の電力密度である（
この領域は、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であるか
らである）。従って、小さくて高磁場の磁石が最も容易に高いイオン化密度を発
生しよう。この理由から、ある従来技術は、小さい円形磁石を開示している。し
かしながら、こ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
心の周りを回転させる必要があるだけではなく、完全且つ極めて均一なターゲッ
トのカバレッジを保証するために半径方向の走査をも必要とする。もし完全なマ
グネトロンカバレッジが達成されなければ、ターゲットが効率的に使用されない
だけではなく、より重要なことには、スパッタ堆積の均一性が劣化し、スパッタ
された材料の若干が、スパッタされない領域内のターゲット上に再堆積される。
再堆積された材料は剥落し易い厚みまで累積し、重大な粒子問題を惹起する。半
径方向の走査は潜在的にこれらの問題を回避するが、メカニズムは複雑であり、
一般的には実現不能であると考えられる。

【００１６】市販されているマグネトロンの１つの型は、Tepmanの米国特許第5,242,566号
に例示されているような腎臓型である。Parkerは、米国特許第5,242,566号にお
いて、この形状のより誇張された形状を開示している。図３に平面図で示してあ
るように、Tepmanマグネトロンは腎臓型をベースにしており、磁気的に対向して
いる磁極面５４、５６がほぼ一定の幅の回り道間隙５７によって分離されている
。磁極面５４、５６は、図示してない蹄鉄型磁石によって磁気的に結合されてい
る。このマグネトロンはターゲット１４の中心の、そして腎臓型内側磁極面の凹
んだ縁付近の回転軸５８を中心として回転する。その領域における間隙５７とほ
ぼ平行な外側磁極面５６の湾曲した外縁は、ターゲット１４の使用可能な部分の
外縁に接近している。この形状は、高磁場に対して、及び均一なスパッタリング
に対して最適化されているが、ターゲットの面積のほぼ半分の面積を有している
。磁極間隙５７から分離された領域では、磁場が比較的弱いことに注目されたい
。

【００１７】これらの理由から、深い孔の充填及び維持型自己スパッタリングを促進するよ
うに、完全なカバレッジを提供する小さい高磁場マグネトロンを開発することが
望ましい。

【００１８】（発明の概要）本発明は、同一の直径の円よりも小さい面積の長円または関連形状を有し、２
つの直径が、マグネトロンの典型的な回転軸に対するターゲット半径に沿って伸
びているスパッタリングマグネトロンを含む。形状は、競技用トラック形、楕円
形、卵形、三角形、及び弓形三角形を含む。マグネトロンは、ターゲットの裏側
で、好ましくはマグネトロンの細めの端付近の点を中心として回転し、マグネト
ロンの太めの端はターゲット周縁により接近している。

【００１９】本発明は、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方法を
も含む。維持型自己スパッタリングを受けない多くの金属を、0.5ミリトルより
低い、屡々0.2ミリトルより低い、そして0.1ミリトルより低いことさえあるチャ
ンバ圧力でスパッタさせることができる。200ｍｍウェーハを支持するようなサ
イズのペデスタル電極に250Ｗより低いＲＦバイアスを印加することによって、
底カバレッジを更に改善することができる。銅は、330ｍｍターゲット及び200ｍ
ｍウェーハの場合に18ｋＷの直流電力を用い、完全に自己維持型モードで、また
は0.3ミリトルまたはそれ以下の最低チャンバ圧力の何れかでスパッタさせるこ
とができる。

【００２０】（発明の実施の形態）本発明の一実施の形態は、図４に平面図で示すような競技用トラック形状のマ
グネトロン６０であり、一方の磁気極性を有するバー形状の中央磁極面６２を有
している。中央磁極面６２は、２つの丸められた端６６によって接続されている
対向する中央直線側６４を有している。中央磁極面６２は、他方の極性の細長い
リング状の外側磁極面６８によって取り囲まれており、両磁極面の間には間隙７
０が設けられている。他方の磁気極性の外側磁極面６８は、内側磁極面６２とほ
ぼ中心対称で、２つの丸められた端７４によって接続されている対向する中央直
線側７２を有している。中央区分７２及び丸められた端７４は、ほぼ同じ幅を有
する帯である。以下に短く説明する磁石は、磁極面６２、６８の磁気極性を逆に
する。これも以下に短く説明する裏当て板は、磁極面６２と６８との間の磁気ヨ
ークを構成すると共に、マグネトロン構造のための支持体にもなっている。

【００２１】２つの磁極面６２、６８は、紙面に対してほぼ直角に伸びる磁場を発生する特
定の磁気極性で示されているが、勿論、逆の組の磁気極性が本発明に関する限り
同じ効果を発生することは理解されよう。このアセンブリは、閉じた通路に沿っ
て伸び、中心に最小無磁場領域を有するトロイダル磁場を発生する。図４の磁極
アセンブリは、ターゲット１４の中心とほぼ一致し且つ外側磁極６８の一方の扁
長端８０に、またはその付近に位置する回転軸を中心として回転し、他方の扁長
端８２がターゲット１４の外側の半径方向の使用可能な広がりにほぼ位置し、そ
れによってターゲットを完全にカバーすることを意図している。異なるマグネト
ロンは、同じターゲットの異なる部分を使用するので、ターゲットの外側の使用
可能な周縁は容易には限定されない。しかしながら、それはターゲットの平坦な
領域によって画定され、殆ど常にスパッタ堆積中のウェーハの直径を超えて十分
に伸び、そしてターゲット面の面積より幾分小さい。200ｍｍウェーハの場合、
典型的にはターゲット面は325ｍｍである。ターゲット半径の使用されない15％
は、実際的な上限であると考えることができる。

【００２２】図５に平面図で示すように、２組の磁石９０、９２が磁極面６２、６８の後側
に配置されていて、２つの磁気極性を発生させる。磁石９０、９２は類似構造及
び組成であり、各垂直に面している端上に軸方向に伸びる磁束を発生する。磁石
９０、９２の断面を図６に示す。ある軸に沿って伸びる円筒形磁気コア９３は、
ネオジム・ホウ素・鉄（ＮdＢＦe）のような強い磁性材料からなる。このような
材料は容易に酸化するので、コア９３は、管状側壁９４と、それに溶接されて気
密の缶（キャニスター）を形成しているほぼ円形の２つのキャップ９６とで作ら
れているケース内にカプセル封じされている。キャップ９６は柔らかい磁性材料
、好ましくはSS410ステンレス鋼からなり、管状側壁９６は、非磁性材料、SS304
ステンレス鋼からなる。各キャップ９６は軸方向に伸びるピン９７を含み、この
ピン９７は磁極面６２、６８の一方内の、または以下に短く説明する磁気ヨーク
内の対応する捕捉孔と係合する。それによって、磁石９０、９２はマグネトロン
内に固定される。磁気コア９３は軸方向に沿って磁化されるが、図７に断面図で
示すように２つの異なる磁石９０、９２がマグネトロン６０内に配向されている
。即ち、内側磁極６２の磁石９０はそれらの磁場が一方向に垂直に伸びるように
整列され、外側磁極６８の磁石９２はそれらの磁場が他方向に垂直に伸びるよう
に整列されている。つまり、これらは逆の磁気極性を有しているのである。

【００２３】図６に断面図で示すように、磁石９０、９２は、（図１の向きにおいて）ター
ゲット１４の後側の直上に配置されている磁極面６２、６８上に近接して配列さ
れている。外側磁極面６８の外側周縁にほぼ順応している閉じた形状の磁気ヨー
ク９８は、磁石９０、９２の後側に近接して位置決めされて２つの磁極６２、６
８を磁気的に結合している。前述したように、磁極面６８、７２及びヨーク９８
内の孔が磁石９０、９２を固定する。

【００２４】内側磁石９０及び内側磁極面６２が一方の磁気極性の内側磁極を構成し、一方
外側磁石９２及び内側磁極面７２が他方の磁気極性で内側磁極を取り囲む外側磁
極を構成している。磁気ヨーク９８は内側及び外側磁極を磁気的に結合し、マグ
ネトロンの後側またはトップ側の磁場を実質的にヨーク９８内に閉じ込める。そ
れによって半トロイダル磁場１００が発生し、この磁場は非磁性ターゲット１４
を通って真空チャンバ１２内に伸びて高密度プラズマ領域３８を限定する。磁場
１００は非磁性ターゲット１４を通って真空チャンバ１２内に伸び、高密度プラ
ズマ領域３８の広がりを限定する。図示のようにマグネトロン６０は、ターゲッ
ト１４のほぼ中心から、ターゲット１４の使用可能領域の縁まで水平方向に伸び
ている。磁気ヨーク９０及び２つの磁極面６２、６８は、好ましくは、SS416ス
テンレス鋼のような柔らかい磁性材料で形成された板である。

【００２５】マグネトロン６０の内側扁長端８０は、回転軸７８に沿って伸びるシャフト１
０４に接続され、モータ１０６によって回転させられる。図示のように、マグネ
トロン６０はターゲット１４のほぼ中心から、ターゲット１４の使用可能領域の
右側まで水平方向に伸びている。Demarayらの米国特許第2,252,194号は、モータ
１０６、マグネトロン６０、及び真空チャンバ１２の間の接続例を詳細に記述し
ている。マグネトロンアセンブリ６０は、シャフト１０４の曲がりを避けるため
に、釣り合い錘を含むべきである。回転の中心７８を外側磁極面７２の内側扁長
端７４に配置することが好ましいのではあるが、その位置は僅かに異なる位置へ
最適化することができる。しかし、マグネトロン６０の扁長の長さに正規化して
、内側扁長端８０から20％より多く偏らせないことが好ましい。

【００２６】図４の競技用トラック形態は、極端に潰れた長円に代えることができる。例え
ば、楕円の長軸がターゲットの半径に沿って伸び、短軸が好ましくは回転円周に
平行な楕円形状のような他の長円形状も本発明に含まれる。

【００２７】別の長円形状が、図８に平面図で示されている卵形マグネトロン１０６によっ
て表されており、一方の磁気極性の外側磁極面１０８が他方の極性の内側磁極面
１１０を取り囲み、それらの間に間隙１２２を限定している。両磁極面１０８、
１１０は卵の外径に類似する形状であり、ターゲットの半径に沿って伸びる長軸
を有している。しかしながら、回転軸７８付近の外側磁極面１０８の内側の端１
１２は、ターゲットの周縁付近の外側端１１４よりも鋭い。この卵形状はほぼ楕
円形であるが、ターゲット半径に対して非対称である。即ち、長軸はターゲット
周縁付近において潰れている。内側磁極面１１０及び間隙１２２も同じような形
状である。

【００２８】関連する形状は、図９に平面図で示されている三角形マグネトロン１２６であ
り、一方の磁気極性の三角形の外側磁極面１２８が他方の極性の実質的に中実の
内側磁極面１３０を取り囲み、それらの間に間隙１３２を限定している。丸めら
れた角を有する内側磁極面１３０の三角形の形状は、ボタン磁石を、密に詰め込
んだ六角形（蜂巣状の）形状にすることを可能にする。３つの直線区分１３４を
有する外側磁極面１２８は、好ましくは互いに60°ずつずらせ、丸められた角１
３６によって接続する。好ましくは、丸められた角１３６の長さは、直線区分１
３４よりも小さくする。

【００２９】変更された三角形形状は、図１０に示す弓形の三角形マグネトロン１４０であ
る。三角形の内側磁極面１３０が弓形の三角形外側磁極面１４２によって取り囲
まれていてそれらの間に、及びそれらの磁極の磁石の間に間隙１４４を形成して
おり、間隙１４４の後側に磁気ヨークを有している。外側磁極面１４２は２つの
直線区分１４６を有し、これらの直線区分１４６は、丸められた頂角１４８によ
って互いに接続され、また丸められた円周角１５２によって弧区分１５０に接続
されている。回転中心７８は、頂角１４８付近に位置している。弧区分１５０は
ほぼターゲットの周縁付近に位置する。その曲率はターゲットの曲率に等しくす
る（即ち、回転の中心７８から等距離にする）ことができるが、回転中心７８か
ら見て凹状の弧区分になる他の最適化された曲率を選択することができる。

【００３０】磁場は、図１１に平面図で示す磁石の配列によって発生させる。第１の極性の
磁石１６０が内側磁極面１３０に接して蜂巣配列に配列されている。第２の極性
の磁石１６２が外側磁極面１４２の弧区分１５０接して配列され、一方第２の極
性の磁石１６４が外側磁極面１４２の残余の部分に接して配列されている。後述
する若干の状況では、外側磁極面１４２の異なる部分に異なる強度の磁石を配置
することが有利である。一実施の形態では、内側磁極内には10個の磁石が、また
外側磁極内には26個の磁石が存在していて、外側磁極内の同じ強さの磁石が内側
磁極内の2.6倍の磁束を発生させるようになっている。

【００３１】図９及び１０の三角形マグネトロン１２６、１４０は頂角θ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、特に60°より小さく減少させるこ
とが可能である。しかしながら、60°±15°が優れた均一性を与えるものと考え
られる。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、即ち、その
面積Ａ及びその円周Ｐに大きく影響する。弓形の三角形マグネトロン１４に対し
て最も容易に行われる若干の簡単な計算により、図１２の平面図で示す頂角θを
変化させた時の一般的な効果が解る。簡易化した弓形の三角形マグネトロン１７
０は、半径Ｒ_Tのターゲット１４の中心と円周との間に伸び、回転軸７８と一致
する頂点で交差する２つの直線側と、ターゲット１４の使用可能な周縁に順応し
ている弧側とを有している。この簡易弓形三角形マグネトロン１７０の面積Ａは
θＲ_T ²であり、その円周ＰはＲ_T（２＋θ）である（但し、θはラジアンで表さ
れている）。図１２には、Ｒ_T／２の半径と、回転軸７８に固定されている直径
とを有する円形マグネトロン１７２も示されている。円形マグネトロン１７２の
面積はπＲ_T ²／４であり、円周ＰはπＲ_Tである。両マグネトロン１７０、１７
２はターゲットを完全にカバーする。弓形三角形の面積Ａのマグネトロン頂角θ
への依存性は、図１３に線１７４によって（正規化した単位で）プロットされて
おり、円形面積は線１７６で示されている。45°より小さい場合には、三角形の
面積の方が小さい。三角形の円周Ｐの依存性は、図１４に線１７８によってプロ
ットされており、円形の円周は線１８０で示されている。65.4°より小さい場合
には、弓形の三角形円周の方が小さい。ターゲット電力は、より小さい面積に集
中し、また円周を小さくすることによって増加させることができる（縁損失は、
円周長にほぼ比例するので）から、イオン化効率は面積を最小にすることによっ
て向上する。勿論、磁場を発生させる磁石を受入れるのに十分に大きい面積は必
要である。また、これらの計算は均一性を斟酌してはいない。

【００３２】以上に示した形状は全て、ターゲット半径に対して対称的であった。しかしな
がら、本発明のマグネトロンは、例えば半径方向に伸びる一方の側が図４の競技
用トラックの形状であり、他方の側が例えば図７の卵形のように長円形であるよ
うな、または半径方向に伸びる一方の側が長円または直線であり、他方の側がタ
ーゲットの中心と円周との間に三角形の頂点を有しているような、非対称形状で
あるものを含む。

【００３３】上述したマグネトロンは全て、非対称内側及び外側磁極を有していた。即ち、
図１５に概要を示してある内側磁極１９０が発生する合計磁束∫Ｂ・ｄＳは、そ
れを取り囲んでいる外側磁極１９２が発生する磁束よりも遙かに、例えば少なく
とも１／1.5、好ましくは１／２だけ少ない。全てのマグネトロンは、外側磁極
１９２によって取り囲まれているコンパクトな内側磁極１９０を有していること
を特徴としている。その結果、磁場分布は、磁極１９０と１９２との間の間隙１
９６に接する反応器処理領域１９４内で極めて強くなるが、外側磁極１９２の磁
力線が磁気ヨークへ戻って閉じるので処理領域１９４内へ遠くまで伸びている。
ターゲットから処理領域１９４内に深く垂直に伸びる磁場の実質的な割合が、処
理領域１９４内へ深く進入する維持型自己スパッタリングプラズマを支えるのを
援助し、またウェーハへ向かうスパッタされイオン化された粒子を案内するのを
援助する。

【００３４】本発明の磁石は、比較的高い磁場を達成している。しかしながら、磁場の強さ
は、それ自体不十分なものである。前記Demarayらの特許に開示されているよう
な若干の従来のマグネトロンは、腎臓形状の線形通路に配列されている一並びの
馬蹄形磁石を使用しており、馬蹄形の磁極間には小さい間隙だけが設けられてい
る。その結果、腎臓形状の周縁領域内に比較的高い磁場強度を達成することがで
きる。しかしながら、高磁場の線形形状が、実質的に磁場が存在しない領域を取
り囲んでいる。その結果、電子は、高磁場領域の外部へだけではなく、その内部
へも逃げ出すことができる。それに反して、本発明の三角形マグネトロンの内側
磁極は、最小面積の磁気先端（cusp）を発生する。もし電子が内側磁極の一方の
側の磁場から失われれば、それらは他方の側に捕捉され、従って所与の電力密度
に対するプラズマ密度を増加させる。更に、内側磁極は、ほぼ均一な磁束を発生
させる単一の磁化可能な磁極面を含んでいる。もし複数の内側磁石のために複数
の内側磁極面を使用すれば、磁力線は内側磁石の間を伸びることになろう。

【００３５】本発明の設計のさらなる長所は、１つの磁極がある閉じた線内に形成され、他
の磁極を取り囲んでいることである。２組の磁極を近付けて離間させ、端が開い
た線内に馬蹄形磁石等を配列することによって、高磁場強度を有する極めて小さ
い線形に伸びるマグネトロンを形成させることができる。しかしながら、電子は
開いた端から容易に逃げ出すことができ、プラズマの密度を低下させる。

【００３６】上述した形状は、底磁石が使用されているよりもそれ程大きくない面積の帯状
の幅を有する磁極面と呼ぶことを理解されたい。これらの幅、特に外側磁極面は
、多分不均一であるとしても増加させることはできるが、この付加的な幅は所望
の高磁場を生成する上でそれ程有効ではないことを理解されたい。

【００３７】本発明の有益な結果は、大部分は長円形マグネトロン及び関連形状のマグネト
ロンが、過大な電力を必要とせずに高いプラズマイオン化密度を発生することに
よって達成される。それにも拘わらず、ターゲットは完全にカバーされる。一つ
の面において、本発明のマグネトロンは比較的小さい面積であるにも拘わらず、
半径方向に走査を行わずに、ターゲットを完全にカバーすることができる。図１
０の60°の頂角を有する三角形マグネトロン１６０は、使用可能なターゲット面
積の１／６（0.166）の面積を有している。これに対して、もし同じようにター
ゲットの中心から周縁まで伸びる円形マグネトロンを使用するものとすれば、マ
グネトロン面積はターゲット面積の１／４（0.25）である。その結果、ある電源
から大きい円形マグネトロンに給電した場合には、電力密度が小さくなる。ター
ゲットのオーバーレイパーセンテージは、図３の前記Tepmanの磁石よりもむしろ
高くなっている。

【００３８】小さい面積と、完全カバレッジとの組合わせは、ターゲットの中心からその使
用可能な円周まで伸びる（±15％）外側マグネトロン形状と、ターゲット半径の
半分における横方向寸法をターゲット半径より実質的に小さくする（即ち、ター
ゲット半径に沿って扁長である）ことによって達成される。この横方向寸法は、
回転通路に沿って円周方向に測定されるべきである。

【００３９】ターゲット半径に対して、ターゲットの回転の中心付近の内側端におけるより
もその円周付近の外側端において横方向に幅広い長円形の形状によって、均一性
を向上させることができる。即ち、短軸をターゲットの円周に向かって変位させ
るのである。

【００４０】処理本発明の弓形の三角形マグネトロンを、幾つかの実験で試験した。殆ど全ての
実験において、ターゲットをウェーハから190乃至200ｍｍ離間させ、ターゲット
は200ｍｍウェーハに対して330ｍｍの直径を有していた。

【００４１】銅をスパッタリングさせる場合、内側磁極内に10個の強い磁石１６０を使用し
、外側磁極の弧部分１５０に沿って強い磁石１６２を使用し、そして残余の外側
磁極に弱めの磁石１６４を使用することによって、均一性が改善された。強めの
磁石の直径は弱めの磁石の直径よりも30％大きいが、それ以外は類似の組成及び
構造であり、それによって70％大きい総合磁束がもたらされた。

【００４２】約30ｃｍの使用可能な直径を有するターゲットに９ｋＷの直流電力を印加して
アルゴン雰囲気内でプラズマを点弧させた後に、銅の維持型自己スパッタリング
が達成された。しかしながら、18ｋＷの直流電力と、少なくとも部分的にウェー
ハの裏側を冷却するために供給するガスが液冷ペデスタルへ漏洩することにより
生ずる約0.1ミリトルの最小アルゴン圧力とで動作させることが望ましいものと
考えられる。0.1乃至0.3ミリトルの高めのバックグラウンド圧力は、スパッタさ
れるイオンの散乱及び脱イオンを重大に増加させることなく、実効ウェーハ冷却
を高める。これらの数値が20ｋＷ乃至40ｋＷに達するような300ｍｍウェーハの
ための設備の開発を考える時、これらの比較的低めの直流電力は重要である。40
ｋＷより大きい電源は、実現不能ではないにしても、高価であると考えられる。

【００４３】イオン化した銅スパッタリングの一つの応用は、深くて狭いバイア孔内に薄い
順応的なシード層を堆積させることである。次いで、電気的な、または電気を使
用しないめっきを使用して、残余の孔を銅で迅速且つ経済的に充填することがで
きる。

【００４４】一実施の形態では、トップの幅が0.30μｍで、1.2μｍのシリカを通って伸び
るバイア孔を、先ずＴa／ＴaＮバリヤー層で被膜した。銅は、18ｋＷのターゲッ
ト電力と、0.2ミリトルの圧力とでバリヤー層の上に約0.18μｍのブランケット
厚に堆積させた。バイア孔の側は滑らかに被覆された。側壁上の銅の厚みは、ウ
ェーハ縁に位置するバイアの場合には、一方の側では約７ｎｍであり、他方の側
では11.4ｎｍであった。底の厚みは約24ｎｍであった。ウェーハの中心のバイア
孔の場合には、側壁の対称性は改善されていた。その滑らかさは、堆積された層
をシード層として、またその後の銅の電気めっきのための電極として使用するこ
とを促進する。２つの側壁の間の対称性が比較的良好であるので、従来技術にお
けるフォトグラフィック指標を移動させるような問題が解消される。

【００４５】アルミニウムターゲットのスパッタリングを、12ｋＷ及び18ｋＷの両電力を印
加し、約0.1ミリトルの最小圧力で遂行したところ、重要な改善が見られた。ア
ルミニウムスパッタリングの場合、側壁のカバレッジ、及び特に底のカバレッジ
はかなり改善されていた。またこのより良好な均一性は、ウェーハを支持してい
る自己バイアスされたペデスタルがその全面積にわたって、スパッタされイオン
化された粒子を引き付けるから、部分的にイオン化の割合が増加したことによる
ものと考えられる。本発明のマグネトロンは、２％から少なくとも20％まで、そ
して多分25％までイオン化の割合を増加させるものと推定される。

【００４６】類似した動作条件の下で、弓形三角形マグネトロンの動作と、図３のTepmanマ
グネトロンに似た従来のマグネトロンの動作とを比較した。アルミニウムのスパ
ッタリングに関して、比較の結果を表１に要約して示す。表１

【００４７】カバレッジ結果は、0.25μｍの幅と1.2μｍの深さとを有する、即ちアスペク
ト比が約５のバイア孔を使用して求めた。底カバレッジは、従来のマグネトロン
と比較して本発明の三角形マグネトロンにおいてかなりの改善が見られる。側壁
カバレッジも増加しており、更にカバレッジは滑らかであり、トップから底まで
均一である。これら２つの特性は、堆積された金属層を、その後の堆積ステップ
のためのシード層として使用することを促進する。これは銅にとって、第２の堆
積が電気めっきのような異なる処理によって遂行されるような場合、特に重要で
ある。底及び側壁のカバレッジが改善されているのは、スパッタされたアルミニ
ウム原子の高い割合が本発明の三角形マグネトロンによりイオン化された結果に
よるものと考えられる。このイオン化の割合は、25％またはそれ以上であるもの
と考えられる。ブランケット（平面状）堆積の均一性は、ターゲットとウェーハ
との間の間隔を190ｍｍにして、及び290ｍｍの遠投（ロングスロー）間隔にして
決定した。本発明の三角形マグネトロンは、特に遠投の場合に、より良好な均一
性を発生する。自己バイアスされたペデスタルのこのより良好な均一性も、ウェ
ーハを支持している自己バイアスされたペデスタルがその全面積にわたって、ス
パッタされイオン化された粒子を引き付けることに関係しているものと考えられ
る。同様に、本発明の三角形マグネトロンは、対向する２つの側壁のカバレッジ
間の非対称性を少なくする。イオン化密度の増加は、部分的に、外側ヨークの面
積よりも実質的に小さい面積を有する比較的小さい内側ヨークに起因する。その
結果、内側ヨークの一方の側から失われた電子は他方の側によって捕捉されるら
しい。

【００４８】弓形三角形マグネトロンを、チタンをスパッタさせるためにも使用した。チタ
ンは（ある場合には窒化チタンと共に）、コンタクト孔の底のシリコンへのシリ
サイド化されたコンタクトを設けるための、及びコンタクト孔内のシリコンに対
する、及びバイアまたはコンタクト側壁上のアルミニウムとシリカ誘電体との間
のバリヤー層として働くアルミニウム金属化物に有用である。従って、順応的な
且つ比較的厚い被膜が要求される。

【００４９】チタンターゲットを使用し、18ｋＷの直流ターゲット電力と、内側磁極内に６
個だけの磁石とを用いて一連の実験を遂行した。0.35ミリトルのチャンバ圧力に
おいて、底カバレッジ及び均一性は良好であることが観測された。

【００５０】被膜するバイア孔のアスペクト比（ＡＲ）の関数としての底カバレッジを測定
するために、チタン実験を継続した。ウェーハバイアスは印加せず、ペデスタル
ヒーターを電気的に浮かせたままとしたにも拘わらず、18ｋＷのターゲット電力
を印加したところ、ターゲットは約30乃至45Ｖに自己バイアスした。これらの条
件の下における底カバレッジを、図１５のグラフに線１９０で示す。孔のアスペ
クト比が高くなると底カバレッジは低下するが、それでもＡＲ＝６において、受
入れ可能な20％である。

【００５１】これらの実験の遂行中、図１に示すＲＦ電源１９２は結合用キャパシタ回路１
９４を通してヒーターペデスタルに接続されていた。プラズマに接するウェーハ
にこのようなＲＦ場を印加すると、直流自己バイアスが発生することが知られて
いる。400ｋＨｚ、100Ｗの電力を印加した場合、図１６のグラフの線１９６によ
って示すように、底カバレッジは大幅に増加する。これらの電力は、200ｍｍの
円形ウェーハに対して正規化すべきである。しかしながら、バイアス電力を250
Ｗに増加させると、バイア孔のトップ隅の再スパッタリング及びファセッティン
グが問題になり始める。一般的には、100Ｗのウェーハバイアスよりも悪化する
。13.56ＭＨｚの高いバイアス周波数でも同じような結果がもたらされる。

【００５２】本発明のマグネトロンは、ＴiＮのためのような反応性スパッタリングにも使
用することができる（窒素をチャンバ内へ付加的に導入し、例えばチタンのよう
なスパッタされる金属と反応させてＴiＮを生成させ、またはタンタルと反応さ
せてＴaＮを生成させる）。反応性スパッタリングは、より複雑であり、変化す
る化学である。ＴiＮを生成させるための反応性スパッタリングは、２つの方法
、即ち金属モード及び毒物（poison）モードで動作することが知られている。金
属モードは、ウェーハ上に高密度で金色のフィルムを生成する。高い窒素流を伴
うことが多い毒物モードは、有利なことに低応力の紫／茶フィルムを生成する。
しかしながら、毒物モードフィルムは多くのグレン境界を有しており、フィルム
欠陥はチップの歩留まりをかなり低下させる。更に、毒物モードにおける堆積速
度は、典型的には、金属モードにおける速度の１／４にしか過ぎない。一般には
、毒物モードにおいては、窒素がターゲットと反応してＴiターゲット上にＴiＮ
表面を形成し、一方、金属モードにおいては、ターゲット表面はきれいなままで
あり、ＴiＮはウェーハ上だけに形成される。

【００５３】弓形三角形マグネトロンを、窒化チタンの反応性スパッタリングのために使用
した。金属モードでの動作を得るためには、初期化条件が極めて重要であること
を見出した。一連の初期実験においては、先ずアルゴンだけをチャンバ内に導入
した。約0.5ミリトルのアルゴン圧力においてプラズマを点弧させた後に、アル
ゴン流を５ｓｃｃｍに減少させ、0.3ミリトルの圧力を発生させた。次いで窒素
流を段階的に100ｓｃｃｍまでランプアップさせた後に、チャンバ圧力を徐々に
低下させると、流れに依存するチャンバ圧力は図１７に示すヒステリシス形状を
呈する。窒素の流れが約50から70ｓｃｃｍまでの間では、中間のランプアップ圧
力２００は対応する中間のランプダウン圧力２０２より低い。より低い圧力２０
４及びより高い圧力２０５においては、ランプアップとランプダウンとの間に大
きい分離は存在しない。より低い圧力２０４及び中間ランプアップ圧力２００は
金属モードでのスパッタリングを生じさせ、中間ランプダウン圧力２０２は毒物
モードでのスパッタリングを生じさせるものと考えられる。

【００５４】これらの結果は、一般的に好ましい金属モードにおいてより高い動作堆積速度
を得るためには、中間ランプアップ圧力２００を越えない、即ち最大金属モード
流を越えない（これらの実験においては70ｓｃｃｍまたは僅かに高めであるが、
厳格に80ｓｃｃｍよりは低い）ことが重要であることを示している。アルゴン及
び窒素は同時に且つ迅速にターンオンさせることはできるが、好ましくは直流電
力も迅速にターンオンさせる。

【００５５】しかしながら、毒物モードでの動作が好ましい若干の応用が存在する。これは
、先ずより高い圧力２０６まで上昇させ、次いでランプダウン中間圧力２０２へ
低下させることによって達成することができる。代替として、直ちに所望のガス
流をターンオンさせるが、直流スパッタリング電源だけは５ｋＷ／ｓを越えない
レートで徐々にターンオンさせることによって毒物モードを達成することができ
る。

【００５６】アルゴン内でプラズマを点弧させた後に、50ｓｃｃｍのＮ₂流及び５ｓｃｃｍ
のアルゴン流において、金属及び毒物の両モードで高アスペクト比のバイア孔内
に窒化チタンをスパッタさせた。これらの流れは、金属モードにおいては1.7ミ
リトルの圧力を、また毒物モードでは2.1ミリトルの圧力を発生させる。堆積速
度は、金属モードでは100ｎｍ／分であり、毒物モードでは30ｎｍ／分である。
ＴiＮフィルム応力は、それが金属モードで堆積された場合には高く、一方毒物
モードではバイア孔のトップ付近に張出し（オーバーハング）を生じ、側壁厚み
が波形になる欠点を有している。結果として測定された底カバレッジを、図１８
のグラフに示す。線２１０は、金属モードでの底カバレッジを示しており、バイ
アのアスペクト比が５であってさえ比較的高く維持されている。一方、毒物モー
ドでの線２１２で示すステップカバレッジは、常に低く、アスペクト比が４より
高くなると劇的に低下する。

【００５７】本発明のマグネトロンは、例えばタングステンターゲットを使用してのＷ、及
びタンタルターゲット及びプラズマ内の窒素ガスを使用してのＴaＮのような、
他の材料のスパッタ堆積にも使用することができる。ＷＮの反応性スパッタリン
グも企図されている。

【００５８】以上説明したように、本発明のマグネトロンは、過大な電力を必要とせずに高
密度プラズマを発生させることができるので、高い割合でイオン化を発生させる
のに効率的である。それにも拘わらず、その完全なカバレッジは、均一な堆積及
びターゲットの完全利用を可能にする。そのスパッタリングの均一性は良好であ
る。それにも拘わらず、複雑なメカニズムは必要としない。

【００５９】このような小型且つ高磁場の磁石によって、比較的控えめなターゲット電力で
維持型自己スパッタリングが可能になり、また0.5ミリトルより低い、好ましく
は0.2ミリトルより低く低下させた圧力において、そして0.1ミリトルにおいてさ
え、アルミニウム及びチタンのような材料のスパッタリングが可能になる。これ
らの圧力においては、スパッタされる粒子（中性であろうが、またはイオン化し
ていようが）の散乱が減少するために、及びイオン化された粒子の中性化が減少
するために、容易に深い孔を充填することができる。高磁場の磁石は高い割合の
イオン化を更に促進し、これらは、ウェーハを適切な範囲内にバイアスすること
によって深くて狭い孔内に引込むことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】直流プラズマスパッタリング反応器の概要図である。

【図２】半導体集積回路内のレベル間バイアの断面図である。

【図３】従来のマグネトロンの平面図である。

【図４】本発明のマグネトロンの一実施の形態の磁極片を示す図６の４−４矢視平面図
である。

【図５】図４のマグネトロン内に使用されている磁石の平面図である。

【図６】本発明の実施の形態と共に使用される磁石の１つの断面図である。

【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】三角形の形状をしたマグネトロンの平面図である。

【図１０】弓形三角形マグネトロンと称する図９の三角形の形状をしたマグネトロンの変
形の平面図である。

【図１１】図１０の弓形三角形マグネトロン内に使用されている磁石の平面図である。

【図１２】面積及び円周の長さを計算するために使用される２つのモデルマグネトロンの
平面図である。

【図１３】三角形及び円形マグネトロンの面積の角度依存性を示すグラフである。

【図１４】図１２の２つの型のマグネトロンの円周の長さの角度依存性を示すグラフであ
る。

【図１５】本発明の実施の形態により発生する磁場を理想化して示す側面図である。

【図１６】チタンスパッタリングにおける底カバレッジに及ぼすＲＦウェーハバイアスの
効果を示すグラフである。

【図１７】チャンバ圧力の窒素流への依存性を示すグラフであって、本発明のマグネトロ
ンを用いて窒化チタンを反応性スパッタリングさせて得られる２つの堆積モード
を示している。

【図１８】本発明のマグネトロンを用いて窒化チタンを反応性スパッタリングさせた場合
に２つのスパッタリングモードで得られたステップカバレッジのグラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4K029 AA06 BA02 BA03 BA08 BA17 BA58 BA60 BC03 BD02 CA05 CA06 DC40 DC43 DC45 EA03 4M104 BB02 BB04 BB17 BB18 BB25 BB30 BB32 BB33 DD37 DD39 DD52 DD53 DD84 FF13 FF18 FF22 HH13

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】スパッタリングターゲットの後側に位置決め可能であり、且
つ上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、上記ターゲットの上記中心から上記ターゲットの円周周辺に向かって第１の距
離を伸びる中央アパーチャを有する閉じた帯からなる第１の磁気極性の第１の磁
極と、上記アパーチャ内に配置され、上記ターゲットの表面に沿って伸びる間隙によ
って上記第１の磁極から分離されている第２の磁気極性の第２の磁極と、を備え、上記第１の距離の半分に等しい上記中心からの第２の距離における上記第１の
磁極の幅は、上記第１の距離よりも小さい、ことを特徴とするマグネトロンアセンブリ。
【請求項２】上記第１の距離は、上記ターゲットの使用可能部分の半径プ
ラスまたはマイナス15％に等しいことを特徴とする請求項１に記載のマグネトロ
ンアセンブリ。
【請求項３】上記第１の磁極は、長軸が上記ターゲットの半径に沿って伸
びている長円形の外形形状を有していることを特徴とする請求項１に記載のマグ
ネトロンアセンブリ。
【請求項４】上記長円形形状は、上記ターゲットの上記半径に平行に伸び
る２つの対向する直線部分を有していることを特徴とする請求項３に記載のマグ
ネトロンアセンブリ。
【請求項５】上記長円形形状は、その短軸が上記ターゲット半径の半分か
ら外側に位置決めされている卵形であることを特徴とする請求項３に記載のマグ
ネトロンアセンブリ。
【請求項６】上記長円形形状は、三角形の形状であることを特徴とする請
求項３に記載のマグネトロンアセンブリ。
【請求項７】上記三角形形状は、上記ターゲットの中心から外側へ伸びる
２つの直線部分と、上記ターゲットの外周に接している弧状の部分とを含むこと
を特徴とする請求項６に記載のマグネトロンアセンブリ。
【請求項８】上記三角形形状は、上記ターゲットの中心から外側へ伸び、
互いに60°±15°の角度をなしている２つの直線部分を含むことを特徴とする請
求項７に記載のマグネトロンアセンブリ。
【請求項９】スパッタリングターゲットの後側に位置決め可能なマグネト
ロンアセンブリであって、一方の磁気極性の内側磁極片と、上記内側磁極片を取り囲み、間隙によってそれから分離され、上記ターゲット
の中心付近からその外周付近まで半径距離にわたって伸びている他方の磁気極性
の外側磁極片と、を備え、上記第２の磁極の面積は、上記半径距離にわたって伸びる円の面積よりは小さ
いことを特徴とするマグネトロンアセンブリ。
【請求項１０】三角形の形状をしたマグネトロンであって、三角形の形状をした内側磁極面と、六角形を密にパックした配列で上記内側磁極面の平面側に接して配置されてい
る第１の磁気極性の複数の第１の磁石と、上記内側磁極面を取り囲み、ある頂点において交わる２つの実質的に直線の側
及び上記直線の上記頂点とは反対側の端を結ぶ第３の側を有するほぼ三角形の形
状をした外側磁極面と、上記外側磁極面の平面側に沿い、且つそれに接する閉じた通路内に配置されて
いる第２の磁気極性の複数の第２の磁石と、を備えていることを特徴とする三角形マグネトロン。
【請求項１１】上記第３の側は、上記頂点から見て凹である弧の形状を有
していることを特徴とする請求項１０に記載の三角形マグネトロン。
【請求項１２】上記第１の磁石は第１の磁気の強さを有し、上記第２の磁
石は、上記第３の側に沿って配置されている上記第１の磁気の強さを有する第３
の磁石と、上記直線の側に沿って配置されている上記第１の磁気の強さより小さ
い第２の磁気の強さを有する第４の磁石とからなることを特徴とする請求項１０
に記載の三角形マグネトロン。
【請求項１３】プラズマスパッタリング反応器であって、真空チャンバと、上記チャンバ内に基板を支持するためのペデスタルと、上記ペデスタルと対向し、プラズマスパッタさせるために電気的に結合される
ようになっているスパッタリングターゲットと、上記ターゲット上の上記ペデスタルとは反対の側に配置され、一方の磁気極性
の内側磁極面を取り囲む他方の磁気極性の外側磁極面を含むマグネトロンと、を備え、上記マグネトロンは、上記マグネトロンを上記ターゲットの中心の周りに回転
させるための回転シャフトを更に含み、上記外側磁極面は、上記ターゲットの中心から上記ターゲットの円周部分まで
伸び、同じように伸びる円の面積よりは小さい面積を有している、ことを特徴とする反応器。
【請求項１４】上記外側磁極面、上記間隙、及び上記内側磁極面は、長円
形形状を有していることを特徴とする請求項１３に記載の反応器。
【請求項１５】上記外側磁極面は、短軸が上記ターゲットの中心よりもそ
の円周に近く配置されている卵形を有していることを特徴とする請求項１３に記
載の反応器。
【請求項１６】上記外側磁極面は、三角形形状を有していることを特徴と
する請求項１３に記載の反応器。
【請求項１７】上記三角形形状は、上記ターゲットの上記円周に接する弧
部分を有していることを特徴とする請求項１６に記載の反応器。
【請求項１８】上記間隙は、競技用トラックの形状を有していることを特
徴とする請求項１３に記載の反応器。
【請求項１９】アルミニウムからなるターゲットからアルミニウムを、シ
ステム内のペデスタル上に支持されている作業基板上にスパッタリングさせる方
法において、上記システムは、上記ターゲット上の上記ペデスタルとは反対の側
に配置されているマグネトロンを含み、上記マグネトロンは、一方の磁気極性の
内側磁極面を取り囲む他方の磁気極性の外側磁極面、及び上記マグネトロンを上
記ターゲットの中心の周りに回転させるための回転シャフトを含み、上記外側磁
極面は、上記ターゲットの中心から上記ターゲットの円周部分まで伸び、同じよ
うに伸びる円の面積よりは小さい面積を有しており、上記方法は、上記ターゲット及び上記ペデスタルを収容している真空チャンバ内へ作業ガス
を導入するステップと、上記真空チャンバを0.35ミリトルより低い圧力まで排気するステップと、 200ｍｍの直径を有する円形基板に対して正規化して18ｋＷより高くない直流
電力を上記ターゲットに印加し、それによって上記作業ガスをプラズマに励起し
て上記ターゲットから上記作業基板上にアルミニウムをスパッタさせるステップ
と、を含むことを特徴とする方法。
【請求項２０】上記圧力は、0.1ミリトルより高くないことを特徴とする
請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】金属からなるターゲットから、システム内のペデスタル上
に支持されている作業基板上に材料をスパッタする方法において、上記システム
は、上記ターゲット上の上記ペデスタルとは反対の側に配置されているマグネト
ロンを含み、上記マグネトロンは、一方の磁気極性の内側磁極を取り囲む他方の
磁気極性の外側磁極、及び上記マグネトロンを上記ターゲットの中心の周りに回
転させるための回転シャフトを含み、上記外側磁極は、上記ターゲットの中心か
ら上記ターゲットの円周部分まで伸び、同じように伸びる円の面積よりは小さい
面積を有しており、上記方法は、上記ターゲット及び上記ペデスタルを収容している真空チャンバ内へ作業ガス
を導入するステップと、上記真空チャンバを0.35ミリトルより低い圧力まで排気するステップと、上記ターゲットに直流電力を印加し、それによって上記作業ガスをプラズマに
励起して上記ターゲットから上記作業基板上に上記金属をスパッタさせるステッ
プと、 200ｍｍの直径を有する円形基板に対して正規化して250Ｗより低い量のＲＦ電
力を上記ペデスタルに印加するステップと、含むことを特徴とする方法。
【請求項２２】上記金属は、チタンからなることを特徴とする請求項２１
に記載の方法。
【請求項２３】上記チャンバ内へ窒素を導入し、上記作業基板上に金属窒
化物を反応的にスパッタさせるステップを更に含むことを特徴とする請求項２１
に記載の方法。
【請求項２４】金属からなるターゲットから、システム内のペデスタル上
に支持されている作業基板上に材料をスパッタする方法において、上記システム
は、上記ターゲット上の上記ペデスタルとは反対の側に配置されているマグネト
ロンを含み、上記マグネトロンは、一方の磁気極性の内側磁極を取り囲む他方の
磁気極性の外側磁極を含み、上記外側磁極は、上記ターゲットの中心から上記タ
ーゲットの円周部分まで伸び、同じように伸びる円の面積よりは小さい面積を有
しており、上記方法は、上記ターゲットの完全スパッタリングカバレッジを達成するために、上記マグ
ネトロンを上記ターゲットの中心の周りで回転させるステップと、上記ターゲットに直流電力を印加することによって少なくとも部分的に上記チ
ャンバ内へ電力を容量的に結合するが、上記チャンバ内へ電力を誘導的に結合す
ることはなく、それによって上記作業ガスをプラズマに励起して上記ターゲット
から上記作業基板上に上記金属をスパッタさせるステップと、を含み、上記直流電力の量は、200ｍｍの直径の円形基板に対して正規化して18ｋＷよ
り大きくなく、それによって少なくとも５のアスペクト比を有する孔において少
なくとも25％の底カバレッジを達成することを特徴とする方法。
【請求項２５】上記金属は、アルミニウムからなることを特徴とする請求
項２４に記載の方法。
【請求項２６】上記ペデスタルにＲＦ電力を印加するステップを更に含む
ことを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】上記ペデスタルに印加するＲＦ電力の量は、上記200ｍｍ
の直径を有する円形基板に対して正規化して250Ｗより大きくないことを特徴と
する請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】金属からなるターゲットから、システム内のペデスタル上
に支持されている作業基板上に材料をスパッタする方法において、上記システム
は、上記ターゲット上の上記ペデスタルとは反対の側に配置されているマグネト
ロンを含み、上記マグネトロンは、一方の磁気極性の内側磁極を取り囲む他方の
磁気極性の外側磁極を含み、上記外側磁極は、上記ターゲットの中心から上記タ
ーゲットの円周部分まで伸び、同じように伸びる円の面積よりは小さい面積を有
しており、上記方法は、上記ターゲットの完全スパッタリングカバレッジを達成するために、上記マグ
ネトロンを上記ターゲットの中心の周りで回転させるステップと、上記ターゲットに直流電力を印加することによって少なくとも部分的に上記チ
ャンバ内へ電力を容量的に結合するが、上記チャンバ内へ電力を誘導的に結合す
ることはなく、それによって上記作業ガスをプラズマに励起して上記ターゲット
から上記作業基板上に上記金属をスパッタさせるステップと、を含み、上記直流電力の量は、200ｍｍの直径の円形基板に対して正規化して18ｋＷよ
り大きくなく、それによって上記金属の少なくとも20％のイオン化密度を達成す
ることを特徴とする方法。
【請求項２９】上記金属は、アルミニウムからなることを特徴とする請求
項２８に記載の方法。
【請求項３０】上記金属は、銅からなることを特徴とする請求項２８に記
載の方法。