JP2018533673A - Pvdスパッタチャンバ向けのバイアス可能なフラックスオプティマイザ/コリメータ - Google Patents
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Abstract
Description
物理的気相堆積(PVD)としても知られているスパッタリングは、集積回路内に金属性の特徴を堆積させるために広く使用されている。スパッタリングは、拡散バリア、シード層、1次導体、反射防止コーティング、およびエッチング停止として使用するための層を堆積させるために使用される。電界によって強く加速されたイオンが、ターゲットなどのソース材料に衝撃を与える。この衝撃によりターゲットから材料が排出され、次いでこの材料が基板上に堆積する。堆積中、排出された粒子は、基板表面に対して略直交ではなく、様々な方向に進むことがあり、その結果、基板内の高アスペクト比の特徴の隅に張り出し構造が形成される。望ましくないことに、張り出しの結果、堆積した材料内に孔またはボイドが形成される可能性があり、その結果、形成された特徴の導電率が低下する。幾何形状のアスペクト比が高ければ高いほど、ボイドなく充填する難易度も高くなる。
スパッタリングを使用して高アスペクト比の特徴の底部内に薄い膜を堆積させることを可能にするために開発された1つの技法は、コリメータスパッタリングである。コリメータとは、スパッタリング源と基板との間に位置決めされる濾板である。コリメータは、典型的には、均一の厚さを有し、この厚さを通って形成された複数の通路を含む。スパッタされた材料は、スパッタリング源から基板へのその経路上でコリメータを通過する。コリメータは、普通なら所望の角度を超過する鋭角で加工物に当たるはずの材料を濾過または収集する。
所与のコリメータによって実現される実際の材料濾過量は、コリメータを通る開孔のアスペクト比に依存する。基板に対して法線方向に接近する経路を進む粒子などの材料は、コリメータを通過し、基板上に堆積する。これにより、高アスペクト比の特徴の底部内で到達範囲の改善が可能になる。しかし、典型的には全体的に六角形の形状を有する従来技術のコリメータの使用に伴って、特定の問題が存在する。残念ながら、従来技術のコリメータを有するPVDチャンバは、六角形のコリメータの隅が影になるため、基板のエッジ付近でセルが詰まり、6点の堆積物が残ることが多い。
さらに別の実装形態では、スパッタリングターゲットを取り囲むコリメータアセンブリが提供される。コリメータアセンブリは、コリメータ部分に結合された遮蔽部分を備える。コリメータ部分は、中心領域と、周辺領域と、中心領域と周辺領域との間に配置された遷移領域とを有する本体を備える。中心領域は、第1のアスペクト比を有する中心領域内の第1の複数の開孔を有する。周辺領域は、第1のアスペクト比より小さい第2のアスペクト比を有する第2の複数の開孔を有する。遷移領域は、遷移領域内の第3の複数の開孔を有し、第3の複数の開孔は、遷移領域が中心領域を取り囲む円錐形の形状を形成するように切断される。遮蔽部分は、頂部リングと、半径方向外方へ延びる頂部リングの下の支持レッジと、支持レッジから下方へ延びる円筒形バンドとを備える。円筒形バンドは、第1の垂直または略垂直部分と、第1の垂直または略垂直部分から下方へ延びる半径方向内方へ傾斜した部分と、半径方向内方へ傾斜した部分から下方へ延びる第2の垂直または略垂直部分とを有し、半径方向内方へ傾斜した部分は、周辺領域内の第2の複数の開孔の一部分にわたって延びる。
本開示の上述した特徴を詳細に理解することができるように、実装形態を参照することによって、上記で簡単に要約した実装形態のより具体的な説明を得ることができる。これらの実装形態のいくつかが、添付の図面に示されている。しかし、本開示は他の等しく有効な実装形態も許容しうるため、添付の図面は本開示の典型的な実装形態のみを示しており、したがって本開示の範囲を限定すると見なされるべきではないことに留意されたい。
以下の開示は、PVDスパッタリング向けのコリメータ/フラックスオプティマイザについて記載する。以下の説明および図1〜6では、本開示の様々な実装形態の徹底的な理解を提供するために、特定の詳細について述べる。コリメータおよびPVDスパッタリングに関連することが多いよく知られている構造およびシステムについて記載する他の詳細については、様々な実装形態の説明を不必要に曖昧にしないために、以下の開示では述べない。
これらの図に示す詳細、寸法、角度、および他の特徴の多くは、特定の実装形態の単なる例示である。したがって、他の実装形態では、本開示の精神または範囲から逸脱することなく、他の詳細、構成要素、寸法、角度、および特徴を有することができる。加えて、後述する詳細のいくつかがなくても、本開示のさらなる実装形態を実行することができる。
本明細書に記載の実装形態について、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EnCoRe(登録商標)PVD処理チャンバなどのPVD処理システムを参照して以下に説明する。スパッタリングプロセスを実行することが可能な他の工具も、本明細書に記載の実装形態から利益を得るように適合することができる。加えて、本明細書に記載のスパッタリングプロセスを可能にする任意のシステムを有利に使用することができる。本明細書に記載の装置の説明は例示的であり、本明細書に記載の実装形態の範囲を限定すると推論または解釈されるべきではない。
処理チャンバ100は、スパッタリング表面145を有するスパッタリングターゲット142などのスパッタリング源と、基板154(たとえば、半導体基板)をその上に受け取るための基板支持ペデスタル152とを含み、支持ペデスタル152は、周辺エッジ153を有する。基板支持ペデスタル152は、チャンバ壁150内に位置することができる。
一実装形態では、処理チャンバ100は、接地導電アダプタ144によって誘電体絶縁物146を介して支持されたスパッタリングターゲット142を含む。スパッタリングターゲット142は、スパッタリング中に基板154の表面上に堆積させるべき材料を含んでおり、基板154内に形成された高アスペクト比の特徴内にシード層として堆積させるために銅を含むことができる。一実装形態では、スパッタリングターゲット142はまた、銅などのスパッタ可能な材料の金属性の表面層とアルミニウムなどの構造材料のバッキング層との接着複合材を含むことができる。
一実装形態では、ガス源162から質量流量コントローラ164を通って処理チャンバ100の下部内へ処理ガスを供給することができる。一実装形態では、処理チャンバ100に結合された制御可能な直流(DC)電源148を使用して、スパッタリングターゲット142に負の電圧またはバイアスを印加することができる。基板支持ペデスタル152に高周波(RF)電源156を結合して、基板154上でDC自己バイアスを誘起することができる。一実装形態では、基板支持ペデスタル152は接地されている。一実装形態では、基板支持ペデスタル152は電気的に浮遊している。
一実装形態では、処理チャンバ100は、接地することができる一体型の下部シールド180を含み、一体型の下部シールド180は、チャンバ壁150によって支持されてチャンバ壁150に電気的に結合された支持フランジ182を有する。一体型の上部シールド部分186は、接地導電アダプタ144の導電フランジ184によって支持され、導電フランジ184に電気的に結合される。一体型の上部シールド部分186および一体型の下部シールド180は、接地導電アダプタ144およびチャンバ壁150と同様に、電気的に結合される。一実装形態では、一体型の上部シールド部分186と一体型の下部シールド180はどちらも、ステンレス鋼から構成される。別の実装形態では、一体型の上部シールド部分186と一体型の下部シールド180はどちらも、アルミニウムから構成される。一実装形態では、処理チャンバ100は、一体型の上部シールド部分186に結合された中間シールド(図示せず)を含む。一実装形態では、一体型の上部シールド部分186および一体型の下部シールド180は、処理チャンバ100内で電気的に浮遊している。一実装形態では、一体型の上部シールド部分186および一体型の下部シールド180は、電源に結合することができる。
一実装形態では、一体型の下部シールド180は、円筒形の外側バンド196内へ下方へ延び、円筒形の外側バンド196は概して、基板支持ペデスタル152の頂面の下までチャンバ壁150に沿って延びる。一体型の下部シールド180は、円筒形の外側バンド196から半径方向内方へ延びるベースプレート198を有することができる。ベースプレート198は、基板支持ペデスタル152の周囲を取り囲む上方へ延びる円筒形の内側バンド103を含むことができる。一実装形態では、基板支持ペデスタル152が下部のローディング位置にあるときは、カバーリング102が円筒形の内側バンド103の頂部上に位置し、基板支持ペデスタル152が上部の堆積位置にあるときは、基板支持ペデスタル152をスパッタ堆積から保護するために、基板支持ペデスタル152の外周部上に位置する。
一実装形態では、スパッタリングターゲット142と基板支持ペデスタル152との間にコリメータアセンブリ108を位置決めすることによって、指向性スパッタリングを実現することができる。
コリメータ部分110は、一体型の上部シールド部分186に機械的および電気的に結合することができる。一実装形態では、コリメータ部分110は、処理チャンバ100内でより下に位置決めされた中間シールド(図示せず)に結合することができる。一実装形態では、コリメータ部分110は、図2A〜2Bに示すように、一体型の上部シールド部分186に一体化される。一実装形態では、コリメータ部分110は、一体型の上部シールド部分186に溶接される。一実装形態では、コリメータ部分110および一体型の上部シールド部分186は、一塊の材料から機械加工される。一実装形態では、コリメータ部分110および一体型の上部シールド部分186は、アルミニウム、銅、およびステンレス鋼から選択された材料から構成される。別法として、一体型の上部シールド部分186およびコリメータ部分110は、別個の部品として形成され、溶接などの適した取り付け手段を使用してともに結合される。一実装形態では、コリメータ部分110は、処理チャンバ100内で電気的に浮遊することができる。一実装形態では、コリメータ部分110は、電源に結合することができる。
コリメータ部分110のハニカム構造218は、コリメータ部分110を通過するイオンの流路、イオン分率、およびイオン軌道挙動を改善するために、一体化されたフラックスオプティマイザとして働くことができる。一実装形態では、遮蔽部分に隣接する壁126は、入口角部分406および半径を有する。コリメータ部分110の一体型の上部シールド部分186は、処理チャンバ100内へのコリメータ部分110の設置を助けることができる。
一実装形態では、コリメータ部分110は、コリメータ部分110を通過するイオンの方向を制御するために、バイポーラモードで電気的にバイアスすることができる。たとえば、制御可能な直流(DC)またはACコリメータ電源390をコリメータ部分110に結合して、交番する正または負のパルス電圧をコリメータ部分110に提供し、コリメータ部分110をバイアスすることができる。いくつかの実装形態では、電源390はDC電源である。
図4は、本開示の実装形態による図2A〜2Bのコリメータアセンブリ108の横断面図を示す。コリメータ部分110は、約2.5:1〜約3:1などの高いアスペクト比を伴う第1の複数の開孔320を有する中心領域220を有する本体またはハニカム構造218を含む。一実装形態では、中心領域220のアスペクト比は、約2.6:1〜約2.7:1である。外周領域240内のコリメータ部分110の第2の複数の開孔340のアスペクト比は、中心領域220内の第1の複数の開孔320に対して減少する。一実装形態では、外周領域240内の第2の複数の開孔340は、約1:1〜約2:1のアスペクト比を有する。一実装形態では、外周領域240内の第2の複数の開孔340は、約1:1のアスペクト比を有する。アスペクト比が高ければ高いほど、コリメータ部分110の中心領域220内の開孔をより多くすることが可能になる。一実装形態では、中心領域は、61個の開孔を含む。
六角形開孔128を画定する壁126の上部は、スパッタされた材料によって六角形開孔128が詰まる速度を減少させるために、入口角部分406を有する。入口角部分406は、六角形開孔128内へ所定の距離402だけ延び、所定の角度404で形成される。一実装形態では、所定の距離402は、約0.15インチ(3.81ミリメートル)〜約1インチ(2.54センチメートル)であり、所定の角度は、約2度〜約16度である。一実装形態では、所定の距離402および所定の角度404は、それぞれ約0.15インチ(3.81ミリメートル)および15度である。一実装形態では、所定の距離402および所定の角度404は、それぞれ約1インチ(2.54センチメートル)および2.5度である。
一実装形態では、コリメータ部分110は、円筒形バンド514の第1の垂直または略垂直部分521に結合される。一実装形態では、コリメータ部分110および第1の垂直または略垂直部分521は、一塊の材料から機械加工される。
図5Bは、図2A〜2Bのコリメータアセンブリ548の別の実装形態の一部分の横断面図を示す。図5Bのコリメータアセンブリ548は、図5Bの円筒形バンド514が図5Aの円筒形バンド514より短いことを除いて、コリメータアセンブリ108に類似している。図5Aのコリメータアセンブリ108と同様に、コリメータアセンブリ548の円筒形バンド514は、第1の垂直または略垂直部分521と、半径方向内方へ傾斜した部分522と、第2の垂直または略垂直部分553とを有する。しかし、コリメータアセンブリ548の第2の垂直または略垂直部分553は、コリメータアセンブリ108の第2の垂直または略垂直部分523より短い。一実装形態では、コリメータアセンブリ548の第2の垂直または略垂直部分553は、ハニカム構造218の中心領域220より短い。たとえば、第2の垂直または略垂直部分553は、外周領域240の第2の複数の開孔340の下の高さまで延びるが、中心領域220の第1の複数の開孔320の下の高さまでは延びない。
要約すると、本開示の利益のいくつかは次のとおりである。本明細書に記載のいくつかの実装形態では、バイアス可能なコリメータアセンブリが提供される。コリメータアセンブリをバイアスする能力により、スパッタ化学種が通過する電界の制御が可能になる。本開示のいくつかの実装形態では、コリメータアセンブリの六角形アレイのコリメータアセンブリの周辺部に沿って低いアスペクト比を維持しながら高い有効アスペクト比を有するコリメータアセンブリが提供される。いくつかの実装形態では、六角形アレイ内に急勾配の入口エッジを有するコリメータアセンブリが提供される。コリメータアセンブリ内で急勾配の入口エッジを使用することで、従来技術のコリメータ設計に比べて、六角形アレイのセルの堆積物の張り出しおよび閉塞が実質上低減されることがわかった。いくつかの実装形態では、半径方向内方へ傾斜した部分を含む円筒形バンドを有するコリメータアセンブリが提供される。半径方向内方へ傾斜した部分は、コリメータアセンブリの他の部分から剥離したスパッタ堆積物およびスパッタリングターゲットの周辺部からのスパッタ堆積物がそこに付着するための表面を提供する。半径方向内方へ傾斜した部分により、特にエッジの周りで基板の汚染が実質上最小になる。従来技術のコリメータ設計に比べて、これらの様々な特徴により、膜の均一性が実質上増大し、洗浄間の期間が低減される一方で、コリメータアセンブリおよびプロセスキットの寿命が延びる。
「備える、含む(comprising)」、「含む(including)」、および「有する(having)」という用語は、包括的であり、記載した要素以外の追加の要素が存在しうることを意味することが意図される。
Claims (15)
- 六角形開孔を画定および分離する壁を有するハニカム構造を備え、前記六角形開孔は、
第1のアスペクト比を有する中心領域内の第1の複数の六角形開孔と、
前記第1のアスペクト比より小さい第2のアスペクト比を有する周辺領域内の第2の複数の六角形開孔と、
前記中心領域と前記周辺領域との間に配置された遷移領域内の第3の複数の六角形開孔とを含み、前記遷移領域の前記第3の複数の開孔を画定する壁が、前記中心領域を取り囲む円錐形の形状を形成し、前記壁の上部が、入口角部分を含む、
コリメータ。 - 前記入口角部分は、約2度〜約16度の所定の角度を有する、請求項1に記載のコリメータ。
- 前記入口角部分は、約2.5度の所定の角度を有し、約2.54センチメートルの長さを有する、請求項2に記載のコリメータ。
- 前記入口角部分は、約15度の所定の角度を有し、約3.81ミリメートルの長さを有する、請求項2に記載のコリメータ。
- 前記第1のアスペクト比は、約2.5:1〜約3:1であり、前記第2のアスペクト比は、約1:1〜約2:1である、請求項1に記載のコリメータ。
- コリメータ部分であって、
六角形開孔を画定および分離する壁を有するハニカム構造を備え、前記六角形開孔は、
第1のアスペクト比を有する中心領域内の第1の複数の六角形開孔、
前記第1のアスペクト比より小さい第2のアスペクト比を有する周辺領域内の第2の複数の六角形開孔、および
前記中心領域と前記周辺領域との間に配置された遷移領域内の第3の複数の六角形開孔を含み、前記遷移領域の前記第3の複数の開孔を画定する壁が、前記中心領域を取り囲む円錐形の形状を形成し、前記壁の上部が、入口角部分を含む、コリメータ部分と、
前記コリメータに結合された遮蔽部分であって、
頂部リング、
半径方向外方へ延びる前記頂部リングの下の支持レッジ、および
前記支持レッジから前記ハニカム構造の下の高さまで下方へ延びる円筒形バンドを備える遮蔽部分と
を備えるコリメータアセンブリ。 - 前記円筒形バンドは、
第1の略垂直部分と、
前記第1の略垂直部分から下方へ延びる半径方向内方へ傾斜した部分とを備える、請求項6に記載のコリメータアセンブリ。 - 前記半径方向内方へ傾斜した部分から下方へ延びる第2の略垂直部分
をさらに備える、請求項7に記載のコリメータアセンブリ。 - 前記半径方向内方へ傾斜した部分は、前記周辺領域内の前記第2の複数の開孔の一部分にわたって延びる、請求項7に記載のコリメータアセンブリ。
- 前記第1の複数の開孔、前記第2の複数の開孔、および前記第3の複数の開孔は、テキスチャ化される、請求項6に記載のコリメータアセンブリ。
- 前記入口角部分は、約2度〜約16度の所定の角度を有する、請求項6に記載のコリメータアセンブリ。
- 前記入口角部分は、約2.5度の所定の角度を有し、約2.54センチメートルの長さを有する、請求項11に記載のコリメータアセンブリ。
- 前記第1の複数の開孔の前記第1のアスペクト比は、約2.5:1〜約3:1である、請求項6に記載のコリメータアセンブリ。
- 前記第2のアスペクト比は、約1:1〜約2:1である、請求項13に記載のコリメータアセンブリ。
- 前記半径方向内方へ傾斜した部分は、前記第1の略垂直部分に対して約40〜約50度の角度を有する、請求項7に記載のコリメータアセンブリ。
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