【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、その内容全体を本願明細書の一部として引用した２００１年９月２７日に出願された米国仮出願番号第６０／３２５，３３２号の利益を請求する。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、エピ層および高品質フィルムのエピタキシャルなスパッタ蒸着のための二重供給源単一チャンバー法および器具に関する。
【背景技術】
【０００３】
スパッタリング工程を厚い（すなわち１μｍを超える厚さ）エピタキシャルなフィルム形成のために使用する上で遭遇する問題の一つは、スパッターガスの存在下で長時間にわたり超高真空条件を保つことの困難性である。超高真空条件は、蒸着チャンバー内に存在するあらゆる混入ガスの分圧の低レベルによって特徴づけられる。
【０００４】
（特許文献１）では、チャンバーからの混入ガス除去に使用するための真空サブリメーションポンプについて述べられる。ポンピング条件を作り出すために、あらゆる混入ガスを吸収するチタンフィルムを連続的に形成することが提案されている。チタンフィルムを作り出すために、チタンフィラメントをその昇華温度を超えて加熱することが提案されているが、フィルムはチャンバー壁に蒸着される。
【０００５】
その中で蒸着が起きるチャンバー内に混入ガスを除去するポンプを提供することによって、フィルム蒸着チャンバーから混入ガスを除去することが有利であることが今や分かっている。
【０００６】
【特許文献１】
米国特許第３，８１１，７９４号明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施態様は、（ａ）エピタキシャルなフィルムをスパッタリングするためのターゲット、（ｂ）ポンピングゲッターをスパッタリングするためのターゲット、および（ｃ）エピタキシャルなフィルムターゲットとポンピングゲッターターゲットとの間に介在する極低温シュラウドを含有する、フィルム蒸着のための器具である。
【０００８】
本発明の種々のその他の実施態様は、（ａ）スパッタ蒸着チャンバー内に配置された円柱状極低温ポンピングゲッターを含有するスパッタ蒸着チャンバー内に真空を作り出すための器具と、（ｂ）単一スパッタリングチャンバー内に（ｉ）エピタキシャルなフィルムをスパッタリングするターゲット、および（ｉｉ）ポンピングゲッターをスパッタリングするターゲットを含有する、フィルム蒸着のための器具と、（ｃ）単一スパッタリングチャンバー内に（ｉ）混入物を生ずるエピタキシャルなフィルムをスパッタリングするためのターゲット、および（ｉｉ）エピタキシャルなフィルムターゲット周囲に配置されてチャンバー内の混入物の濃度を低下させるシュラウドを含有する、フィルム蒸着のための器具と、（ｄ）（ｉ）エピタキシャルなフィルムをスパッタリングするターゲット、（ｉｉ）ポンピングゲッターをスパッタリングするターゲット、および（ｉｉｉ）エピタキシャルなフィルムターゲットとポンピングゲッターターゲットとの間に介在するポンピングゲッターとを含有する、フィルム蒸着のための器具である。ポンピングゲッターは円柱状であっても良い。
【０００９】
本発明の種々のその他の実施態様は、（ａ）単一スパッタリングチャンバー内で、（ｉ）基材上にエピタキシャルなフィルム材料、そして（ｉｉ）ポンピングゲッター上にポンピングゲッター材料をスパッタリングすることで、フィルムを蒸着する方法、（ｂ）ポンピングゲッター材料をスパッタ蒸着チャンバー内に配置された極低温ポンピングゲッター上にスパッタリングすることで、スパッタリングチャンバー内で混入を減少させる方法、あるいは（ｃ）ポンピングゲッター材料をポンピングゲッター材料を含有するターゲットと、エピタキシャルなフィルムをスパッタリングするための材料を含有するターゲットの間に配置されたポンピングゲッター上にスパッタリングすることで、スパッタリングチャンバー内の混入を減少させる方法などの本発明の器具の使用によるフィルムを蒸着する方法である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明は、スパッタリングを使用して、高品質の厚いエピ層を成長させる改善されたアプローチを提供する。この方法は、スパッタリング工程時間が非常に長いため、スパッタリング進行中に超高真空ポンプのポンピング速度が変化するかもしれない状況で特に有用である。昇華工程または粗引きポンプ（圧力を約１０−３トルに低下させる）、または熱分子ポンプ（圧力を約１０−７〜約１０−９トルに低下させる）を使用する代わりに、本発明ではスパッタリング工程が使用される。本発明のこのアプローチは、典型的に圧力を約１０−１１〜約１０−１２トルに低下させる。具体的には、スパッタリング工程を使用して反応性材料のフィルム（ポンピングゲッター）が形成される。ゲッターをスパッタリングするのに使用されるガスは、エピタキシャルなフィルムなどの所望の製品をスパッタリングするのに使用されるガスと同じであっても良い。このようなガスの典型的な例はアルゴンである。
【００１１】
本発明では、エピタキシャルなフィルムを成長させるためのスパッタリング工程と、ポンピングゲッターのためのフィルムを作り出すための独立したスパッタリング工程が、同一スパッタリングチャンバー内で提供される。したがってここでスパッタリングチャンバーは、２つのスパッタリング源を含むものとして実証される。図１で示されるように、第１のスパッタリング源２は、エピタキシャルなフィルムのスパッタリングのためのものである。第２のスパッタリング源４は、チタンクロムまたはチタン−モリブデンなどの反応性材料をスパッタリングして、ゲッターを作り出すためのものである。第１のスパッタリング源および基材６は、極低温液体窒素またはヘリウムによって冷却されるシュラウドなどの、シュラウド８によって囲まれている。第２のスパッタリング源は、極低温シュラウドの外側にマウントされる。エピタキシャルなフィルム材料の蒸着中に、ポンピングゲッターとして機能する反応性材が、Ｈ２、Ｎ２、ＣＯ、ＣＯ２、水蒸気などの混入ガスを効率的に吸収する。発明に従ったフィルム蒸着中に存在するこれら反応性混入ガスのレベルが顕著により低い結果、蒸着されるエピタキシャルなフィルムの純度および全体的品質は、（その他のまたは先行技術工程によって製造された、他の点では同様なフィルムと比べて）実質的により高い。エピタキシャルなフィルムと同時にスパッタリングされても良いゲッターフィルムのポンピング速度は、実質的に一定である。
【００１２】
極低温シュラウドは、典型的に液体窒素などの冷却剤で満たされ、両端が開いているステンレス鋼シリンダーである。混入ガスは、開放端から流れ出ても良い。シールドが開放端を保護して、スパッタリングされたゲッター材料の浸透が、円柱状シュラウドの内側によって囲まれる空間に入るのを防止する。シュラウド内でエピタキシャルなフィルムをスパッタリングするのに使用されるイオン化されたスパッタリングガスは、外側と比較して内側に高いガス圧力を作り出す。この条件は、スパッタリングされるゲッター材料が、シュラウド内部に浸透してエピタキシャルなフィルムに混入するのを防止する一助にもなる。
【００１３】
この装置のスパッタリングチャンバーは、２つのスパッタリング源を含む。第１のスパッタリング源は、エピタキシャルなフィルムのスパッタリングのためのものである。第２のスパッタリング源は、チタンなどの反応性材料をスパッタリングしてゲッターを作り出すためのものである。これはゲッターポンプである。ゲッター材料蒸着のためのスパッタリング源は、典型的ＲＦ（高周波）のダイオードスパッタリング源、または約１３．５６ＭＨｚなどのＡＣであっても良い。ゲッターターゲットの厚さは、エピタキシャルなフィルムのスパッタリング中に、連続的で同時のゲッター材料スパッタリングを提供するのに十分大きくなくてはならない。
【００１４】
第１のスパッタリング源および基材は、液体窒素シュラウドなどの極低温シュラウドによって囲まれる。第２のスパッタリング源は、極低温シュラウドの外側にマウントされる。前記ゲッターのスパッタリングは、極低温シュラウド外面で起きる。エピタキシャルなフィルムの蒸着工程中、ゲッターは、成長するエピ層の品質に影響するＨ２、Ｎ２、ＣＯ、ＣＯ２、および水蒸気などの反応性混入ガスを効率的に吸収する。一組のシールドが、極低温シュラウド内部のゲッター材料原子の浸透を防止し、成長するエピタキシャルなフィルムをゲッター材料混入なしの状態に保つのを助ける。シュラウド内のエピタキシャルなフィルムをスパッタリングするのに使用されるイオン化されたスパッタリングガスは、外側と比較して内側に高いガス圧力を作り出す。この条件は、スパッタリングされるゲッター材料が、シュラウド内部に浸透してエピタキシャルなフィルムに混入するのを防止する一助にもなる。
【００１５】
本発明では、第１のスパッタリング源２および第２のスパッタリング源４は、好ましくは、しかし必ずしもそうであるとは限らず、図１で示されるように互いにおよそ９０度の向きである。この配置は、ゲッター材料が典型的にシュラウドの外側に付着され、エピタキシャルなフィルム材料が基材に付着され、基材が典型的に本質的にシュラウド壁に垂直に配置される限りは、望ましい。
【００１６】
実施において、本発明には（ａ）エピタキシャルなフィルムをスパッタリングするためのターゲット、（ｂ）ポンピングゲッターをスパッタリングするためのターゲット、および（ｃ）エピタキシャルなフィルムターゲットとポンピングゲッターターゲットとの間に介在する極低温シュラウドを含有する、フィルム蒸着のための器具が関与する。このような器具内で、極低温シュラウドはポンピングゲッターであっても良く、またはポンピングゲッターは極低温シュラウド上にスパッタ蒸着されても良い。極低温シュラウドは、金属性円柱状容器であっても良く、液体窒素で冷却されても良い。ポンピングゲッターターゲットは、極低温シュラウド周囲に配置された環、帯、コイルまたはカラーであっても良く、ポンピングゲッターターゲットの材料はチタンであっても良い。エピタキシャルなフィルムターゲットおよびポンピングゲッターターゲットは、単一スパッタリングチャンバー内に位置しても良く、エピタキシャルなフィルムは１μｍを超える厚さを有しても良い。
【００１７】
その他の実施態様では、本発明は、（ａ）スパッタ蒸着チャンバー内に配置された円柱状の極低温ポンピングゲッターを含有する、スパッタ蒸着チャンバー内に真空を作り出すための器具、（ｂ）単一スパッタリングチャンバー内に（ｉ）エピタキシャルなフィルムをスパッタリングするターゲット、および（ｉｉ）ポンピングゲッターをスパッタリングするターゲットを含有する、フィルム蒸着のための器具、（ｃ）単一スパッタリングチャンバー内に（ｉ）混入物を生ずるエピタキシャルなフィルムをスパッタリングするためのターゲット、および（ｉｉ）エピタキシャルなフィルムターゲット周囲に配置されてチャンバー内の混入物の濃度を低下させるシュラウドを含有する、フィルム蒸着のための器具、あるいは（ｄ）（ｉ）エピタキシャルなフィルムをスパッタリングするためのターゲット、（ｉｉ）ポンピングゲッターをスパッタリングするためのターゲット、および（ｉｉｉ）エピタキシャルなフィルムターゲットとポンピングゲッターターゲットとの間に介在するポンピングゲッターを含有する、フィルム蒸着のための器具を提供する。ポンピングゲッターは、円柱状であっても良い。
【００１８】
本発明は、（ａ）単一スパッタリングチャンバー内で、（ｉ）基材上にエピタキシャルなフィルム材料、そして（ｉｉ）ポンピングゲッター上にポンピングゲッター材料をスパッタリングすることで、フィルムを蒸着する方法、（ｂ）ポンピングゲッター材料をスパッタ蒸着チャンバー内に配置された極低温ポンピングゲッター上にスパッタリングすることで、スパッタリングチャンバー内で混入を減少させる方法、あるいは（ｃ）ポンピングゲッター材料をポンピングゲッター材料を含有するターゲットとエピタキシャルなフィルムをスパッタリングするための材料を含有するターゲットとの間に配置されたポンピングゲッター上にスパッタリングすることで、スパッタリングチャンバー内の混入を減少させる方法などの本発明の器具の使用によるフィルムを蒸着する方法も提供する。
【００１９】
これらの方法では、エピタキシャルなフィルムおよびポンピングゲッターが同時にスパッタされ、蒸着が少なくとも１時間にわたり起きても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】フィルム蒸着装置の横断面図である。[Cross-reference of related applications]
[0001]
This application claims the benefit of US Provisional Application No. 60 / 325,332, filed Sep. 27, 2001, the entire contents of which are incorporated herein by reference.
【Technical field】
[0002]
The present invention relates to a dual source single chamber method and apparatus for epitaxial sputter deposition of epilayers and high quality films.
[Background]
[0003]
One of the problems encountered when using the sputtering process for thick (ie, greater than 1 μm) epitaxial film formation is the difficulty of maintaining ultrahigh vacuum conditions for extended periods in the presence of a sputtering gas. It is. Ultra high vacuum conditions are characterized by a low level of partial pressure of any entrained gas present in the deposition chamber.
[0004]
(Patent Document 1) describes a vacuum sublimation pump for use in removing mixed gas from a chamber. In order to create pumping conditions, it has been proposed to continuously form a titanium film that absorbs any entrained gas. To create a titanium film, it has been proposed to heat the titanium filament beyond its sublimation temperature, but the film is deposited on the chamber walls.
[0005]
It has now been found advantageous to remove entrained gas from the film deposition chamber by providing a pump for removing entrained gas in the chamber in which deposition occurs.
[0006]
[Patent Document 1]
US Pat. No. 3,811,794 [Disclosure of the Invention]
[Means for Solving the Problems]
[0007]
One embodiment of the present invention comprises (a) a target for sputtering an epitaxial film, (b) a target for sputtering a pumping getter, and (c) an intervening between the epitaxial film target and the pumping getter target. An apparatus for film deposition containing a cryogenic shroud.
[0008]
Various other embodiments of the present invention include: (a) an instrument for creating a vacuum in a sputter deposition chamber containing a cylindrical cryogenic pumping getter disposed in the sputter deposition chamber; and (b) a single sputtering. An apparatus for film deposition containing (i) a target for sputtering an epitaxial film in the chamber; and (ii) a target for sputtering a pumping getter; and (c) a contaminant in the single sputtering chamber. (Ii) an apparatus for film deposition containing a target for sputtering an epitaxial film that yields, and (ii) a shroud disposed around the epitaxial film target to reduce the concentration of contaminants in the chamber; ) (I) Epitaxy An apparatus for film deposition, comprising: (ii) a target for sputtering a pumping film; (iii) a target for sputtering a pumping getter; and (iii) a pumping getter interposed between the epitaxial film target and the pumping getter target. is there. The pumping getter may be cylindrical.
[0009]
Various other embodiments of the invention include: (a) sputtering a epitaxial film material on a substrate and (ii) a pumping getter material on a pumping getter in a single sputtering chamber; A method of depositing a film, (b) a method of reducing contamination in a sputtering chamber by sputtering a pumping getter material onto a cryogenic pumping getter disposed in a sputter deposition chamber, or (c) a pumping getter material Sputtering on a pumping getter located between a target containing a pumping getter material and a target containing a material for sputtering an epitaxial film to reduce contamination in the sputtering chamber A method of depositing a film by the use of a device of the invention, such as.
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
[0010]
The present invention provides an improved approach to growing high quality thick epi layers using sputtering. This method is particularly useful in situations where the pumping speed of the ultra-high vacuum pump may change during the sputtering process due to the very long sputtering process time. Instead of using a sublimation process or roughing pump (reducing the pressure to about 10 −3 Torr) or a thermal molecular pump (reducing the pressure to about 10 −7 to about 10 −9 Torr), the present invention uses sputtering A process is used. This approach of the present invention typically reduces the pressure to about 10-11 to about 10-12 torr. Specifically, a reactive material film (pumping getter) is formed using a sputtering process. The gas used to sputter the getter may be the same gas used to sputter the desired product, such as an epitaxial film. A typical example of such a gas is argon.
[0011]
In the present invention, a sputtering process for growing an epitaxial film and an independent sputtering process for creating a film for a pumping getter are provided in the same sputtering chamber. Thus, here the sputtering chamber is demonstrated as including two sputtering sources. As shown in FIG. 1, the first sputtering source 2 is for sputtering of an epitaxial film. The second sputtering source 4 is for sputtering a reactive material such as titanium chrome or titanium-molybdenum to produce a getter. The first sputtering source and the substrate 6 are surrounded by a shroud 8, such as a shroud cooled by cryogenic liquid nitrogen or helium. The second sputtering source is mounted outside the cryogenic shroud. During the deposition of the epitaxial film material, reactive material which functions as a pumping getter, H 2, N 2, CO , CO 2, to absorb the mixed gas, such as efficient water vapor. As a result of the significantly lower levels of these reactive entrained gases present during film deposition according to the invention, the purity and overall quality of the deposited epitaxial film (other or manufactured by other prior art processes, other (Substantially higher than that of a similar film). The pumping speed of a getter film that may be sputtered simultaneously with the epitaxial film is substantially constant.
[0012]
A cryogenic shroud is a stainless steel cylinder that is typically filled with a coolant such as liquid nitrogen and open at both ends. The mixed gas may flow out from the open end. A shield protects the open end and prevents permeation of the sputtered getter material from entering the space enclosed by the interior of the cylindrical shroud. The ionized sputtering gas used to sputter epitaxial films in the shroud creates a higher gas pressure on the inside compared to the outside. This condition also helps to prevent sputtered getter material from penetrating the shroud and entering the epitaxial film.
[0013]
The sputtering chamber of this apparatus includes two sputtering sources. The first sputtering source is for sputtering of an epitaxial film. The second sputtering source is for sputtering a reactive material such as titanium to produce a getter. This is a getter pump. The sputtering source for getter material deposition may be a typical RF (radio frequency) diode sputtering source, or an AC such as about 13.56 MHz. The thickness of the getter target must be large enough to provide continuous and simultaneous getter material sputtering during epitaxial film sputtering.
[0014]
The first sputtering source and substrate are surrounded by a cryogenic shroud, such as a liquid nitrogen shroud. The second sputtering source is mounted outside the cryogenic shroud. The getter sputtering occurs on the outer surface of the cryogenic shroud. During the epitaxial film deposition process, the getter efficiently absorbs reactive entrained gases such as H 2 , N 2 , CO, CO 2 , and water vapor that affect the quality of the growing epi layer. A set of shields prevents penetration of getter material atoms inside the cryogenic shroud and helps keep the growing epitaxial film free of getter material contamination. The ionized sputtering gas used to sputter the epitaxial film in the shroud creates a higher gas pressure on the inside compared to the outside. This condition also helps to prevent sputtered getter material from penetrating the shroud and entering the epitaxial film.
[0015]
In the present invention, the first sputtering source 2 and the second sputtering source 4 are preferably, but not necessarily, oriented approximately 90 degrees relative to each other as shown in FIG. This arrangement is desirable as long as the getter material is typically deposited on the outside of the shroud, the epitaxial film material is deposited on the substrate, and the substrate is typically positioned essentially perpendicular to the shroud wall.
[0016]
In practice, the present invention includes (a) a target for sputtering an epitaxial film, (b) a target for sputtering a pumping getter, and (c) interposed between the epitaxial film target and the pumping getter target. An apparatus for film deposition that contains a cryogenic shroud is involved. Within such an instrument, the cryogenic shroud may be a pumping getter, or the pumping getter may be sputter deposited onto the cryogenic shroud. The cryogenic shroud may be a metallic cylindrical container or may be cooled with liquid nitrogen. The pumping getter target may be a ring, strip, coil or collar disposed around the cryogenic shroud, and the material of the pumping getter target may be titanium. The epitaxial film target and the pumping getter target may be located in a single sputtering chamber, and the epitaxial film may have a thickness greater than 1 μm.
[0017]
In another embodiment, the present invention provides (a) an apparatus for creating a vacuum in a sputter deposition chamber, comprising a cylindrical cryogenic pumping getter disposed in the sputter deposition chamber; (I) a target for sputtering an epitaxial film in the chamber; and (ii) an apparatus for film deposition containing a target for sputtering a pumping getter; (c) (i) contaminants in a single sputtering chamber. A target for sputtering the resulting epitaxial film, and (ii) an apparatus for film deposition comprising a shroud disposed around the epitaxial film target to reduce the concentration of contaminants in the chamber, or (d) (I) Epita For film deposition, comprising a target for sputtering a film, (ii) a target for sputtering a pumping getter, and (iii) a pumping getter interposed between an epitaxial film target and a pumping getter target Providing equipment. The pumping getter may be cylindrical.
[0018]
The present invention provides a method of depositing a film in (a) a single sputtering chamber by sputtering (i) an epitaxial film material on a substrate and (ii) a pumping getter material on a pumping getter. b) A method of reducing contamination in the sputtering chamber by sputtering the pumping getter material onto a cryogenic pumping getter disposed in the sputter deposition chamber, or (c) a target containing the pumping getter material. Use of the apparatus of the present invention, such as a method of reducing contamination in a sputtering chamber by sputtering onto a pumping getter located between the substrate and a target containing a material for sputtering an epitaxial film. Also provides a method of depositing by the film.
[0019]
In these methods, the epitaxial film and the pumping getter may be sputtered simultaneously and deposition may occur for at least one hour.
[Brief description of the drawings]
[0020]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a film deposition apparatus.