JP4553992B2 - プラズマの発生及びスパッタのためのコイル - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマ発生器に関し、特には、半導体デバイスの製造において物質の層をスパッタ堆積するためにプラズマを発生するための方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
低電圧無線周波数（ＲＦ）で発生させたプラズマは、表面処理、堆積(depositions)及びエッチング工程を含む種々の半導体デバイスの製造工程において用いることができる高エネルギーイオン及び活性化された原子の慣用の供給源となっている。たとえば、スパッタ堆積方法を用いて半導体ウエハ上に物質を堆積させるために、陰性にバイアスされたスパッタ用標的物質の近くでプラズマが作られる。プラズマ内で作られたイオンは、標的の表面に衝突して、標的から物質を追い出す、すなわちスパッタする。次いで、スパッタされた物質は、半導体ウエハの表面上に移されそして堆積される。
【０００３】
スパッタされた物質は、基板の表面に対して斜めの角度にて、堆積される基板に標的からまっすぐな経路で移動する傾向がある。結果として、縦の長さ対幅の縦横比の溝及び穴を有する半導体デバイスのエッチングされた溝及び穴内に堆積された物質が、ブリッジを形成し、そして堆積層中に望ましくない空洞を引き起こす。このような空洞を防ぐために、もしスパッタされた物質がプラズマにより十分にイオン化されているならば、基板を陰性に荷電しかつ基板に隣接してほぼ垂直方向に向かった電場を配置することにより、スパッタされた物質は標的及び基板間の実質的に垂直の進路へと再び方向づけられ得る。しかしながら、低密度のプラズマによってスパッタされた物質はしばしば１％未満の電離度を有し、その電離度は通常、過度の数の空洞の形成を避けるためには不十分である。従って、堆積層中の望まない空洞の形成を減少させるために、スパッタされた物質の電離化率を増加させるべくプラズマの密度を増加させることが望ましい。本明細書で用いている「密なプラズマ」なる語は、高い電子及びイオン密度を有するプラズマを意味することを意図している。
【０００４】
静電結合、誘導結合及び波加熱等のＲＦ場を用いたプラズマを励起するためのいくつかの公知の技術がある。標準の誘導的結合プラズマ（ＩＣＰ）発生器において、プラズマの周りのコイルを通過するＲＦ電流は、プラズマ中の電磁の流れを誘発する。これらの流れは、オーム加熱によって伝導性プラズマを加熱し、その結果それは安定な状態に維持される。例えば、米国特許第4,362,632号明細書中に示されているように、コイルを通る電流は、インピーダンス整合回路網を通じてコイルに連結されたＲＦ発生器によって供給されて、そのコイルは変圧器の最初の巻きとして働く。プラズマは、変圧器の単巻きの第二の巻きとして働く。
【０００５】
多くの高密度プラズマの用途においては、プラズマイオンと堆積物質原子間の衝突頻度が増加され、それによって高密度プラズマゾーン中のスパッタされる物質の滞留時間を増加するように、比較的高電圧で操作されることがチャンバにとって好ましい。しかしながら、堆積物原子の散乱も同様に増加する。この堆積物原子の散乱は典型的には、標的の中心と一直線上に並んだ基板の部分はより厚くそして中心を離れた領域ではより薄くなるという基板上の堆積層の厚みを引き起こす。標的と基板間の距離を減少すること（これは、プラズマ散乱の効果を減少させる）により、堆積層がより均一に作られうるということが判った。
【０００６】
一方、スパッタされた原子のスパッタ速度率及び電離化を増加させるべくプラズマの電離化を増加させるために、標的と基板間の距離を増加させることが望ましいと判った。プラズマ中にエネルギーを結合させるために用いられるコイルは、典型的には、標的と基板間の空間を取り囲む。もし標的が基板に対してあまりに近くに配置されると、プラズマの電離化は不利に影響されうる。従って、プラズマ中にＲＦエネルギーを結合させるコイルを収容するために、標的を基板からある最少の距離にて空間を空けて配置することが（このような、最少の空間は、堆積物の均一性に不利に影響することがあり得るけれども）必要であるとしばしば理解されてきた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、実用目的のために上記した限界を回避する、チャンバ内にプラズマを発生するための及び層をスパッタ堆積させるための改善された方法及び装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
これらの及び他の目的及び利点が、本発明の一つの観点に従って、コイル（このコイルはまた、標的からワークピース上へスパッタされる物質を補うためにコイルからワークピース上へ物質をスパッタするのにも適している）から電磁気エネルギーを誘導的に結合させるプラズマ発生装置により達成される。コイルからスパッタされる原子が標的からスパッタされる原子と組合わさって所望の種類の物質の層を形成するように、コイルは好ましくは標的と同じ種類の物質から作られる。本発明の一つの実施態様に従ってコイルからスパッタされる物質の分布は、基板の端ではより厚くそして基板の中心に向かってより薄くなる傾向があると判った。このような分布は、標的からスパッタされる物質の分布プロファイル（そこでは標的からの物質が、端に比べて基板の中心においてより厚く堆積する傾向がある）を補償するのに非常に有利である。結果として、コイル及び標的の両者から堆積された物質は、組合わさって、基板の中心からその端へと、比較的均一な厚さの層を形成することができる。
【０００９】
一つの実施態様において、標的及びコイルの両者から基板上にスパッタされる物質が実質的に同じ物質、すなわちチタンであるように、標的及びコイルが共に比較的純粋なチタンから形成される。他の実施態様においては、他の種類の物質、例えばアルミニウムが堆積されうる。この場合は、コイル並びに標的は、同じグレードのアルミニウム、すなわち、目標グレードのアルミニウムから作られる。もし物質の混合物又は組み合わせを堆積することが望まれる場合は、標的及びコイルは、物質の同じ混合物から、或いは物質が基板上に堆積された時に組み合わさる又は混合するような異なった物質から作られうる。
【００１０】
また他の実施態様において、第一のコイルに加えて第二のコイル様構造物が、物質のスパッタについて追加の標的を提供する。この第二のコイルは好ましくは、ＲＦ発生器には連結されず、代わりにＤＣ電流でバイアスされている。物質が第一のコイルから連続的にスパッタされてもされなくても、コイルからスパッタされる物質は、第二のコイルがＤＣバイアス化されているので主として第二のコイルから由来する。このような配置は、第二コイルのＤＣバイアスに対する第一の標的のＤＣバイアスの比を、第一の標的から堆積される物質の厚みの不均一性を最適に補償するために設定することを可能とする。さらに、第一のコイルに供給されたＲＦ電流は、電離化のためのプラズマ密度の最適化のために、標的及び第二のコイルに供給されたバイアスとは別個に設定されることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
まず図１及び図２を参照すると、本発明の第一の実施態様に従ったプラズマ発生器は、減圧チャンバ１０２（図２中に概略的に示した）中に収容された実質上筒状のプラズマチャンバ１００を含む。この実施態様のプラズマチャンバ１００は、単巻きコイル１０４を有し、それはシールド１０６によって支持されている。シールド１０６は、減圧チャンバ１０２の内壁（図示せず）をプラズマチャンバ１００の内部に堆積する物質から保護する。
【００１２】
無線周波数（ＲＦ）発生器１０６からのＲＦエネルギーは、コイル１０４から堆積系１００の内部に放射され、それは堆積系１００内のプラズマを活発化する。活発化されたプラズマは、プラズマイオンの流束を発生させ、それは、チャンバ１０２の頂部に配置された陰性にバイアスされた標的１１０にぶつかる。標的１１０は、ＤＣ電源１１１によって陰性にバイアスされている。プラズマイオンは、標的１１０から基板１１２上へ物質を放出させる。基板は、台座１１４によって堆積系１００の底に支持されたウエハ又は他のワークピースでありうる。標的１１０の上に準備された回転磁石組立体１１６は、磁界を提供し、磁界は、標的１１０の表面上を掃射して標的の均一な浸食を促進する。
【００１３】
標的１１０から放出された物質の原子は、次いでプラズマに誘電的に結合されているコイル１０４によって活発化されているプラズマによって電離化される。
ＲＦ発生器１０６は、好ましくは増幅器及びインピーダンス整合回路網１１８を通じてコイル１０４に連結されている。コイル１０４の他の終端は、好ましくは、可変コンデンサであり得るコンデンサ１２０を通じて地面に連結されている。
電離化された堆積物質は、基板１１２に吸引されそしてその上に堆積層を形成する。台座１１４は、基板１１２を外部からバイアスするようにＡＣ（又はＤＣ又はＲＦ）供給源１２１によって陰性にバイアスされうる。同時係属している特許出願、シリアル番号第 号明細書（１９９６年７月９日出願（代理人番号、1402/PVD/DV）、発明の名称：「全面の高密度プラズマ堆積を提供する方法(Method for Providing Full-Face High Density Plasma Deposition)」、これは、本出願の譲受人に譲渡されており、引用することにより本明細書の一部である）にかなり詳細に記載されているように、基板１１２の外部からのバイアスは場合により除くことができる。
【００１４】
以下にかなり詳細に説明するように、本発明の一つの観点に従って、物質はまたコイル１０４から基板１１２上へスパッタされ、標的１１０からワークピース上へスパッタされる物質を補う。結果として、基板１１２上に堆積された層は、コイル１０４及び標的１０４の両者からの物質から形成され、そのことは得られる層の均一性を実質的に改善することができる。
【００１５】
コイル１０４は、コイル１０４を支持シールド１０６から電気的に絶縁している複数のコイル隔離碍子(standoff)１２２（図１）によってシールド１０６上に支持されている。同時係属している特許出願、シリアル番号第08/647,182号明細書（１９９６年５月９日出願（代理人番号、1186/PVD/DV）、発明の名称：「プラズマを発生するための埋込式コイル」、これは、本出願の譲受人に譲渡されており、引用することにより本明細書の一部である）にかなり詳細に記載されているように、絶縁コイル隔離碍子１２２は、コイル１０４をシールド１０６（これは典型的には接地されている）に短絡させることができるコイル１０４からシールド１０６への堆積された物質の完全な導電経路の形成を防ぎながら、標的１１０からコイル隔離碍子１２２上へ誘電性物質を繰り返し堆積することを可能とする内部ラビリンス構造を有する。
【００１６】
ＲＦ電力は、絶縁性のフィードスルー隔離碍子１２４によって支持されているフィードスルー（図示せず）によってコイル１０４に加えられる。フィードスルー隔離碍子１２４は、コイル支持隔離碍子１２２と同様に、コイル１０４からシールド１０６へ短絡する導電性通路を形成することなしに、標的からフィードスルー隔離碍子１２４上への伝導性物質の繰り返しの堆積を可能とする。従って、コイルフィードスルー隔離碍子１２４は、コイル１０４とシールドの壁１４０間の短絡の形成を防ぐために、コイル隔離碍子１２２と幾分似ている内部ラビリンス構造を有する。
【００１７】
図１に最もよく示されているように、プラズマチャンバ１００は、陰性にバイアスされる上部の標的１１０に関して接地面を提供する暗黒部シールドリング１３０を有する。さらに、上記した同時係属している特許出願、シリアル番号08/647,182号明細書にかなり詳しく説明されているように、シールドリング１３０は、標的の外側の端をプラズマからシールドし、標的の外側の端のスパッタリングを減少させる。暗黒部シールド１３０はまた、コイル１０４（及びコイル支持隔離碍子１２２及びフィードスルー隔離碍子１２４）を、標的からスパッタされる物質からシールドするために配置されるという他の機能をなしている。スパッタされる物質のあるものはプラズマチャンバ１００の垂直軸に対して斜めの角度で移動するので、暗黒部シールド１３０は、コイル１０４及びそれに付随する支持体構造を、スパッタされる物質の全てからは完全にはシールドしない。しかしながら、スパッタされる物質のほとんどは、チャンバの垂直軸に平行に又は垂直軸に対して比較的小さい斜角にて移動するので、コイル１０４の上に覆い被さるようにして配置された暗黒部シールド１３０は、スパッタされる物質の実質的な量がコイル１０４上に堆積されるのを防ぐ。或いは、コイル１０４上に堆積される物質の量を減らすことにより、コイル１０４（及びその支持体構造）上に堆積される物質による粒子の形成を実質的に減少することができる。
【００１８】
説明されている実施態様においては、暗黒部シールド１３０は、チタンの閉じた連続したリング（そこでは、チタンの堆積がチャンバ１００内で起こる）又は一般に逆（frusto）円錐性を有するステンレススチールである。暗黒部シールドは、１／４インチの距離にてコイル１０４を部分的に覆うように、プラズマチャンバ１００の中心に向かって内へと延びる。もちろん、重なり合う量は、コイル及び他の要素の相対的な大きさ及び配置に応じて変更されうることが認識される。例えば、重なり合いは、スパッタされる物質からのコイル１０４のシーリングを増加するために増加されうるが、重なり合いの増加はまた、プラズマから標的をさらにシールドしうることになり、このことはいくつかの用途において望ましくない可能性がある。代わりの実施態様において、コイル１０４は、コイルをさらに保護しそしてワークピース上への粒子の堆積を減少させるために、埋込式のコイルチャンバ（図示せず）内に配置されうる。
【００１９】
チャンバシールド１０６は、一般にボウル形状であり、そして一般に、筒状形状である垂直に延びた壁１０４を含み、隔離碍子１２２及び１２４がコイル１０４を絶縁的に支持するためにそこに取り付けられている。シールドはさらに、一般的に環状形状の床壁（図示せず）を有しており、それは、説明している実施態様では直径８インチのワークピース１１２を支持するチャック又は台座１１４を取り囲んでいる。クランプリング（図示せず）は、ウエハをチャック１１４にクランプするために、そしてシールド１１６の床壁とチャック１１４間のギャップを覆うために用いられ得る。
【００２０】
プラズマチャンバ１００は、減圧チャンバに係合しているアダプターリング組立品１５２によって支持されている。チャンバシールド１０６は、アダプターリング組立品１５２を通じて系の地面（アース）に接地されている。暗黒部シールド１３０は、チャンバシールド１０６と同様に、アダプターリング組立品１５２を通じて接地されている。
【００２１】
標的１１０は、一般に平円盤形状であり、またアダプターリング組立品１５２により支持されている。しかしながら、標的１１０は、陰性にバイアスされており、それ故、接地面（アース面）にあるアダプターリング組立品から絶縁されるべきである。従って、標的１１０の下側に形成された環状の導管内に、セラミック絶縁リング組立品１７２が収容され、それはまた、標的１５２の上側内の対応する導管１７４内に収容されている。セラミック等の種々の絶縁性物質から作られうる絶縁環状組立品１７２は、標的１１０が適当に陰性にバイアスされるように標的１１０をアダプターリング組立品１５２から離して間隔を開ける。標的、アダプター及びセラミックリング組立品は、Ｏ−リングシーリング表面（図示せず）を提供し、減圧チャンバから標的１１０までの減圧のしっかりとした組立体を提供する。
【００２２】
図解された実施態様のコイル１０４は、１／２Ｘ１／８インチの特別丈夫なビードブラスティッドソリッド（bead blasted solid）高純度（好ましくは９９．９９５％純度）チタンリボンから作られた直径１０〜１２インチの単巻きコイルである。しかしながら、他の誘電性の高い物質及び他の形状も、スパッタされる物質及び他の要因に応じて用いられ得る。例えば、リボンは１／１６インチ程度の薄さであり、長さは２インチを超えることもできる。また、もしスパッタされるべき物質がアルミニウムであれば、標的及びコイルは共に高純度のアルミニウムから作られうる。図で説明したリボンの形状の他に、特にもし水での冷却が望まれる場合は、中空のチューブも用いられ得る。
【００２３】
またさらに、図で説明したリボン形状の代わりに、コイルが複数の巻きを有する場合は、コイルの各単巻きは、平らな、端が開口した環状リング、例えば図３で２００として示したものも満足に用いられる。このような形状は、特に複数巻きのコイルに対して有利である。複数巻きコイルの利点は、要求される電流レベルが所与のＲＦ電力レベルに対して実質的に減少されうることである。しかしながら、複数巻きのコイルは、単巻きのコイルの比べてより複雑になり、従って、最もコストがかかり、洗浄が困難であるという傾向がある。例えば、チタンの３巻きの螺旋状コイル及びそれに付随する支持構造は、かなり高価であり得る。複数巻きコイルの製造コストは、図４に示されている複数巻きコイル１０４’を形成するためにいくつかのこのような平らなリング２００ａ〜２００ｃを用いることにより実質的に減少しうる。各リングは、一方の側において支持体隔離碍子２０４ａ〜２０４ｃにより、そして他方の側において一対のＲＦフィードスルー隔離碍子２０６ａ〜２０６ｃ及び２０８ａ〜２０８ｃ（図６）により支持されている。図５において最もよく示されているように、支持体隔離碍子２０４ａ〜２０４ｃは、好ましくは千鳥形の位置関係でシールド壁２１０上に配置されている。
各支持体隔離碍子２０４ａ〜２０４ｃは、適所にコイルリングを固定するため、対応するコイルリング２００の下側に形成された対応する溝２１２（図３）によって収容される。
【００２４】
コイルリング２００ａ〜２００ｃは、ＲＦフィードスルー隔離碍子２０６ａ〜２０６ｃ及び２０８ａ〜２０８ｃを通るＲＦフィードスルーによって、直列に互いに電気的に連結されている。支持体隔離碍子２０４ａ〜２０４ｃと同じ様式にて、フィードスルー隔離碍子２０６ａ〜２０６ｃ及び２０８ａ〜２０８ｃは、コイルリングの各端に隣接する各々のコイルリングの下側に形成された対応する溝２１２（図３）にそれぞれ収容される。図６に概略的に示されているように、シールド壁の外側のＲＦ導波管２２０ａは、フィードスルー隔離碍子２０６ａ中のＲＦフォードスルーによって、最も低いコイルリング２００ａの一方の端に連結されている。コイルリング２００ａの他の端は、フィードスルー隔離碍子２０８ａ中のＲＦフィードスルーによって他の外部のＲＦ導波管２２０ｂに連結されており、導波管２２０ｂは、フィードスルー隔離碍子２０６ｂ中のＲＦフィードスルーによって中央のコイルリング２００ｂの一方の端に連結されている。コイルリング２００ｂの他の端は、フィードスルー隔離碍子２０８ｂ中のＲＦフィードスルーによって他の外部のＲＦ導波管２２０ｃに連結されており、導波管２２０ｃは、フィードスルー隔離碍子２０６ｃ中のＲＦフィードスルーによって頂部のコイルリング２００ｃの一つの端に連結されている。最後に、頂部コイルリング２００ｃの他の端は、フィードスルー隔離碍子２０８ｃ中のＲＦフィードスルーによって他の外部のＲＦ導波管２２０ｄに連結されている。このようにして互いに連結されて、コイルリング２００ａ〜２００ｃを通る電流は、コイルリングによって作られる磁界が互いに構造的に強化し合うように、同じ方向に向けられている。コイル１０４’は複数巻きコイルであるので、フィードスルー隔離碍子２０６及び２０８の電流取り扱い要求は、所与のＲＦ電流レベルのための単巻きコイル１０４のフィードスルー支持体１２４のそれに比べて実質的に減少しうる。
【００２５】
上記したように、プラズマの電離化を容易とするためのコイル１０４の適合のために、標的１１０をワークピース１１２の表面から離すことが有益であると判った。しかしながら、標的及びワークピース間のこの増加された空間は、標的から堆積される物質の均一性には不都合に影響する。図７中の２５０に示されているように、このような不均一性は典型的には、ワークピースの中心に向かって堆積された物質が厚くなること、従って、ワークピースの端に向かって堆積された物質が薄くなることで示される。本発明の一つの特徴に従って、この不均一性は、ワークピースの上のスパッタ標的１１０からばかりでなく、ワークピースの端を取り囲むコイル１０４からの堆積物質をスパッタすることにより効果的に補償される。ワークピースの端はワークピースの中心よりコイル１０４に近いので、図３の２５２に示されるように、コイルからスパッタされた物質は、中心のよりワークピースの端に向かってより厚く堆積する傾向があることが判った。もちろん、このことは、標的１１０からの物質の堆積パターンの逆である。 図７の堆積プロファイル２５４によって示されるスパッタされた物質の両供給源からの層の全体の堆積プロファイルが、標的のみからしばしば得られるプロファイルより実質的により均一になるように、標的に与えられるバイアスのＤＣ電流レベルに対するコイル１０４に与えられるＲＦ電流レベルを適当に調節することにより、コイル１０４からスパッタされる物質の堆積レベルが、標的からの物質の堆積プロファイルの不均一性を実質的に補償するような方法にて選択されうるということが判った。物質が標的からスパッタされそしてウエハ上に堆積されることに加えて、コイルからスパッタされる物質が、ウエハの端で測定して少なくとも１分当たり５０オングストロームの速度にて堆積されるように、コイルがスパッタされる物質を十分に供給することが好ましい。
【００２６】
標的１１０から由来するスパッタリングに比べたコイル１０４から由来するスパッタリングの量は、標的１１０に与えられたＤＣ電流に対するコイル１０４に与えられたＲＦ電流の関数である。標的ＤＣ電流に対するコイルＲＦ電流の比を調節することにより、コイル１０４及び標的１１０からスパッタされる物質の相対的な量が、所望の均一性を達成するように変更されうる。図８に示されるように、標的ＤＣ電流に対するコイルＲＦ電流の特定の比が、コイル及び標的の両者から堆積される物質の層の最も小さい程度の不均一性を達成する（０％と表される）。コイルへのＲＦ電流が、標的に与えられるＤＣ電流に比べて増加すればするほど、図８に示される不均一性のだんだん負となるパーセントによって表されるように、堆積された層はより端が厚くなる傾向がある。図８の表示方式においては、端の厚さの不均一性は、不均一性の負のパーセントによって表されるように選択され、そして中心の厚さの不均一性は正の不均一性のパーセントによって表されるように選択される。パーセントの不均一性の絶対値が大きくなればなるほど、そのパーセントによって表される不均一性の程度（端の厚み又は中心の厚みのいずれか）は大きくなる。反対に、標的に与えられるＤＣ電流に対するコイルの与えられるＲＦ電流の比が減少すればするほど、堆積層の中心は、ますます増加する不均一性の正のパーセントによって表されるように端に比べてますます厚くなる傾向にある。従って、標的をバイアスするＤＣ電流に対するコイルに与えられるＲＦ電流の比を調節することによって、コイルからスパッタされる物質は、標的及びコイルの両者からの物質を含む堆積層をより均一にするように、標的から堆積された物質の不均一性を効果的に補償するように適当に増加又は減少されうる。単巻きコイル１０４にとっては、約１．５というコイルＲＦ電流対標的ＤＣ電流比は、８インチ直径のウエハに対して満足な結果を提供すると判った。図８は、３巻きコイルに対しての、種々のコイルＲＦ電流対標的ＤＣ電流の結果を示しており、そこでは、約０．７の比が、最適であることが示されている。
【００２７】
さらに、コイル及び標的間のスパッタの相対量はまた、標的１１０のＤＣバイアス化に対するコイル１０４のＤＣバイアス化の関数であり得ると信じられる。
このコイル１０４のＤＣバイアス化は、種々の方法によって調節されうる。例えば、整合回路網３０２は、典型的には、誘電子及びコンデンサーを含む。整合回路網の１以上のコンデンサーのキャパシタンスを変化させることによって、コイル１０４のＤＣバイアス化は、所望のレベルの均一性を達成するために調節されうる。一つの実施態様において、コイルへのＲＦ電流及びコイル１０４のＤＣバイアス化は、所望の結果を達成するために別個の調節入力を有し得る。代わりの電流配置は、わずかに異なる周波数で操作される２つのＲＦ発生器を含みうる。
一つの発生器の出力は、慣用の方法にてコイルに連結されるが、わずかに異なる周波数の他の発生器は、第二の発生器の電流レベルの変化がコイルのＤＣバイアスを変更するようにコイルに容量的に連結される。このような配置は、コイルに与えられるＲＦ電流及びＤＣバイアスの独立した制御を提供しうる。現時点では、所与のＲＦ電流レベルのために、コイルへのＤＣバイアスの比較的大きな変化が、コイルからスパッタされる物質の量に実質的な効果を与えるには必要であると信じられている。
【００２８】
上記で議論した実施態様の各々は、プラズマチャンバ中の単一のコイルを用いた。本発明は２以上のＲＦ電流が与えられたコイルを有するプラズマチャンバにも適用可能であると理解されるべきである。例えば、本発明は、同時係属している特許出願、シリアル番号第08/559,345号明細書に記載されているタイプのヘリコン波を発射するための複数コイルチャンバにも適用可能である。
【００２９】
適当なＲＦ発生器及び整合回路は、本技術分野の当業者によく知られた構成部品である。例えば、ENI Genesisシリーズ（これは、整合回路及びアンテナを有しており、最良の周波数整合のための「周波数追跡」の能力を有する）等のＲＦ発生器が適している。コイル１０４へとＲＦ電流を発生させるために発生器の周波数は、好ましくは、２ＭＨｚであるが、その範囲は、例えば、１ＭＨｚ〜１００ＭＨｚまで変化しうると予期される。４．５ｋＷでのＲＦ電流の設定が好ましいが、１．５〜５ｋＷの範囲も満足であると信じられている。いくつかの用途においては、エネルギーはまた、ＡＣ又はＤＣ電流をコイルに与えることによりまたは他のエネルギー伝達方法を用いることによりプラズマに伝達されうる。標的１１０を３ｋＷにバイアス化するためのＤＣ電流設定が好ましいが、２〜５ｋＷの範囲及び−３０ボルトＤＣの台座のバイアスボルトも多くの用途に満足であると信じられている。
【００３０】
図で説明した実施態様において、シールド１０６は１３．５インチの直径を有するが、良好な結果が６インチ〜２５インチの範囲の幅で得られうるということが予期される。シールドは、絶縁性物質、例えばセラミック又は石英等の種々の物質から作られうる。しかしながら、標的物質でコートされるべきであろうシールド及び全ての金属表面は、スパッタされる標的物質と同じ物質で作られることが好ましいが、例えばステンレススチール又は銅等の物質からも作られうる。コートされる構造物の物質は、シールド又はウエハ上の他の構造物からスパッタされた物質の剥離を減少させるために、スパッタされる物質の熱膨張率に非常近い熱膨張率を有するべきである。さらに、コートされるべき物質は、スパッタされる物質に対して良好な付着性を有するべきである。従って、例えば、もし堆積される物質がチタンなら、コートされるであろうシールド、ブラケット及び他の構造物における好ましい金属は、ビードブラステッドチタンである。例えば、コイル支持体のエンドキャップやフィードスルー隔離碍子等をより適当にスパッタするためには表面は、好ましくは、標的と同じタイプの物質、例えば高純度のチタン等から作られることが好ましい。もちろん、堆積されるべき金属がチタン以外の金属である場合は、好ましい金属は、堆積された物質、ステンレススチール又は銅である。付着性はまた、標的をスパッタするのに先だってモリブデンを用いて構造物をコートすることにより改善される。しかしながら、モリブデンはコイルからスパッタされた場合はワークピースを汚染することがあるので、コイル（又はスパッタするであろういずれかの他の表面）はモリブデン又は他の物質でコートされないことも好ましい。
【００３１】
標的とウエハの間隔は、好ましくは、約１４０ｍｍであるが、約１．５インチ〜８インチの範囲であり得る。この標的とウエハの間隔のために、満足のいく適用範囲、すなわちフィールドの堆積厚に対する開口部の底の堆積厚の比が、約２．９インチの距離を標的から空けた直径約１１．５インチのコイルを用いて達成できた。コイルの直径を増加させてワークピースの端からコイルを離すように位置を変えると、底の適用範囲に対して不利に影響する。一方、コイルの直径を減少させてウエハの端にコイルを近づけると、層の均一性に対して不利に影響しうる。コイルの直径を減少させることは、コイルを標的に対してより一列に並べることをもたらし、そのことは標的からコイル上への物質の実質的な堆積を結果し、従ってコイルからスパッタされる物質の均一性に対して不利に影響しうる。
【００３２】
堆積の均一性はまた、標的からのコイルの距離の関数とも思われる。先に議論したように、約２．９インチのコイルと標的間の空間は、１４０ｍｍの標的とウエハの空間にとって満足行くものであると判った。コイルを垂直方向にて、標的（又はウエハ）に近づけるか又は遠ざけると、堆積層の均一性に不利に影響しうる。
【００３３】
上記したように、標的１１０とコイル１０４からスパッタされる物質の相対的な量は、コイルの与えられるＲＦ電流と標的に与えられるＤＣ電流の比の関数である。しかしながら、いくつかの用途においては、コイル及び標的からの物質の堆積された層の均一性を改善する最適のＲＦ電流レベルが、電離化のためにプラズマ密度を発生するには最適ではないことがあり得るということが認識されている。図９は、図３で示したタイプの単一の末端が開口しているコイルリング２００ｄを形成するコイル１０４”を有するプラズマチャンバ１００”である代わりの実施態様を説明している。図１０に示す如く、コイル１０４”は、上記したコイル１０４と１０４’と同じ様式にて、フィードスルー隔離碍子２０６によりシールド３０８を通じて整合回路網１１８及びＲＦ発生器１０６に連結されている。しかしながら、チャンバ１００”は、第二の標的３１０を有し、この標的は、一般にコイル様の形状であるが、ＲＦ発生器には連結されない。代わりに、平らな閉じたリング４００で形成された第二の標的３１０は、フィードスルー隔離碍子２０６を通じて、図１０に示した可変の負のＤＣバイアス供給源３１２に連結されている。結果として、チャンバは３つの「標的」、すなわち、それぞれ第一及び第二の標的１１０及び３１０、並びにＲＦコイル１０４”を有する。しかしながら、コイル１０４”及び第二の標的３１０からスパッタされる物質のほとんどは、ＲＦ電流が与えられたコイル１０４”よりはＤＣバイアスされた標的３１０から由来する。
【００３４】
このような配置は、多くの利点を有する。コイルからスパッタされる物質のほとんどは、コイル１０４”よりは第二の標的３１０から由来するので、コイル１０４”からと第一及び第二の標的１１０及び３１０からスパッタされる物質の相対的な量は、標的３１０及び標的１１０の相対的なＤＣ電流バイアス化の一時的な関数である。従って、第一の標的１１０及び第二の標的３１０をそれぞれバイアス化する可変のＤＣ電力供給源１１１及び３１２は、コイル１０４”に電力を与えるＲＦ発生器１０６のためのＲＦ電力の設定とは、かなり無関係に物質の堆積の均一性を最適にするために設定されうる。逆に、コイル１０４”へのＲＦ電力は、電離化のためにプラズマ密度を最適化するために、標的１１０及び３１０へのＤＣバイアスとはかなり無関係に設定されうる。
【００３５】
さらに、コイル１０４”のためのＲＦ電流レベルはコイル１０４のためのそれと比べて低くてもよいと信じられている。例えば、コイル１０４”に適した電力範囲は１．５〜３．５ｋＷ ＲＦである。主要な標的１１０及び第二のターゲット（すなわちコイル３１０）の電力範囲は、それぞれ、２〜５ｋＷ ＤＣ及び１−３ｋＷ ＤＣである。もちろん、値は、特定の用途に応じて変更する。
【００３６】
図１１及び図１２は、他の代わりの実施態様を示しており、それは、複数巻きのＲＦコイル及び複数リングの第二の標的を含み、そこでは標的のリングがＲＦコイルの巻きに挟み込まれている。図１２のＲＦコイルは、図４〜６のコイル１０４’と同様に、ＲＦフィードスルー隔離碍子２０６ａ〜２０６ｃ及び２０８ａ〜２０８ｃを通って、ＲＦフィードスルーによって直列に電気的に互いに連結されている平らなリング２００ａ〜２００ｃ、及びＲＦ供給源及びＲＦ接地面への外部の導波管２２０ａ〜２２０ｄで形成されている。
第二の標的の閉じたリング４００ａ〜４００ｃは、ＲＦコイルのコイルリング２００ａ〜２００ｃと互いに重なり合っている。図１１及び図１２で概略的に示されているように、シールド壁の外部の負のバイアスＤＣ電力供給源３１２は、外部のストラップ３３０ａによって、第二のスパッタ用標的の最も低い位置のリング４００ａに対するフィードスルー隔離碍子２０６ｄ中のＤＣフィードスルーに連結されている。標的リング４００ａはまた、フィードスルー隔離碍子２０６ｄ中のＤＣフィードスルーによって他の外部のＤＣストラップ３３０ｂに連結され、そのストラップは、フィードスルー隔離碍子２０６ｅ中のＤＣフィードスルーによって中間の標的リング４００ｂに連結されている。標的リング４００ｂはまた、フィードスルー隔離碍子２０６ｅ中のＤＣフィードスルーによって他の外部ストラップ３３０ｃに連結され、そのストラップは、フィードスルー隔離碍子２０６ｆ中のＤＣフィードスルーによってスパッタ用の第二の標的の上部の標的リング４００ｃに連結されている。
【００３７】
この様式にて互いに連結されて、標的３１０’の標的リング４００ａ〜４００ｃは、負にＤＣバイアスされて、ＲＦコイル及び第二の４００ａ〜４００ｃ標的からスパッタされた物質の主要部分は第二の標的の標的リング４００ａ〜４００ｃから主として由来する。ＲＦコイルは複数巻きコイルなのでフィードスルー隔離碍子２０６及び２０８の電流操作条件としては、上記の所与のＲＦ電流レベルに対しての単巻きコイル１０４のフィードスルー隔離碍子１２４のそれと比べて実質的に減少させることができる。さらに、スパッタリングリングの寿命は複数のリングを用いた結果高めることができると信じられている。第二のスパッタリング標的３１０及び４００ａ〜４００ｃは平らなリング４００から作製されると記載したが、スパッタリングの第二の標的は、リボン及び環状の物質から、並びに筒及び筒の断片を含む種々の他の形状及びサイズから作製されうると考えられるべきである。しかしながら、第二の標的は、基板の軸に対して対称であり、プラズマの円周部にてチャンバの内部を取り囲むことが好ましい。第二の標的物質は、固形の、伝導性の物質であるべきであり、第一の標的１１０のそれと比べて、同じタイプの又は異なったタイプの伝導物質であってもよい。第一の及び第二の標的のバイアス化はＤＣバイアス化として記載したが、いくつかの用途においては、第一の及び第二の標的の一つの又は両者のＡＣ又はＲＦバイアス化が適していることもあると認識されるべきである。
【００３８】
種々の前駆体ガス、例えば、Ａｒ、Ｈ₂又はＮＦ₃、ＣＦ₄等の反応性ガス及びその他の多くのガスが、プラズマを発生させるために用いられうる。種々の前駆体ガスの圧力は０．１〜５０ｍＴｏｒｒの圧力が適している。電離化ＰＶＤのためには、１０〜１００ｍＴｏｒｒの圧力が、スパッタされた物質を最も電離化するために好ましい。
【００３９】
もちろん、本発明の改良が、本発明の種々の観点において、本技術分野の当業者に明らかであり、そしてあるものは研究の後でのみ明らかであり、そしてまたあるものは日常の機械的又は電気的設計の問題であると理解される。他の実施態様もまた可能であり、それらの特定の設計は特定の用途に応じる。そういうものとして、本発明の範囲は、本明細書に記載の特定の実施態様に限定されるべきではなく、特許請求の範囲又はそれと同等のものによってのみ限定されるべきものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の一つの実施態様に従ったプラズマ発生チャンバの部分断面図である。
【図２】図２は、図１のプラズマ発生チャンバへの電気的な相互な連結の概略図である。
【図３】図３は、本発明の他の実施態様に従ったプラズマ発生装置のためのコイルリングの斜視図である。
【図４】図４は、図３に示したコイルリングを用いた本発明の他の実施態様に従ったプラズマ発生チャンバの概略的な部分断面図である。
【図５】図５は、図４のプラズマ発生チャンバのための複数のコイルリング支持体隔離碍子を示している。
【図６】図６は、図４のプラズマ発生チャンバのための複数のコイルリングフィードスルー隔離碍子を示している。
【図７】図７は、図１の装置のコイル及び標的から堆積された物質のそれぞれの堆積プロファイルを示したチャートである。
【図８】図８は、標的のＤＣ電流バイアスに対するコイルに与えられたＲＦ電流の比の、堆積均一性における影響を示したグラフである。
【図９】図９は、二重コイルを用いた、本発明の他の実施態様に従ったプラズマ発生チャンバの概略的な部分断面図である。二重コイルの一つはプラズマ発生のためにＲＦ電流が与えられ、他のものは追加の標的を提供するためにＤＣバイアスされている。
【図１０】図１０は、図１０のプラズマ発生チャンバの電気的な相互の連結の概略図である。
【図１１】図１１は、２つの複数のリングコイルを有するプラズマ発生チャンバのための複数のコイルリングフィードスルー隔離碍子を示している。そこでは、２つのコイルのリングは互いに重なり合っている。
【図１２】図１２は、図１１のプラズマ発生チャンバの電気的な相互な重なり合いの概略図を示している。

Claims (26)

1. 電源と共に使用され、基板上に薄層をスパッタ堆積するための装置であって、該装置が、
   その中に維持され得る基板支持部材と、
   その中にあるプラズマ発生領域と、
   上記基板支持部材及び上記プラズマ発生領域の周りを実質的に取り囲む壁を有するシールドを有する減圧チャンバと、
   上記チャンバ内に配置された第一のバイアス可能なターゲットと、
   上記電源に取り付けられた第一端部及びアースされた第二端部を有するスパッタ可能なコイルであって、上記プラズマ発生領域を実質的に取り囲むと共に、上記壁によって絶縁された状態で支持され、上記プラズマ発生領域に対してエネルギーが誘導結合されるように配置され、上記コイルから上記基板上に物質をスパッタするために、上記基板支持部材に隣接して配置されたコイルと
   を含む装置。
2. 上記電源が、上記第一のターゲットに連結された第一の電源及び上記のコイルに連結された第二の電源を含む、請求項１に記載の装置。
3. 上記第二の電源がＡＣ電源である請求項２に記載の装置。
4. さらに、上記第一のバイアス可能なスパッタターゲットと上記基板支持体の間の空間近傍に配置された第二のバイアス可能なスパッタターゲットを含む請求項１に記載の装置。
5. 上記第二のスパッタターゲットがＤＣバイアスされている請求項４に記載の装置。
6. 上記第二のターゲットが上記プラズマによるそのスパッタを提供するために陰性にバイアスされる請求項５に記載の装置。
7. 上記ターゲットの各々が同じ物質からなる請求項６に記載の装置。
8. 上記第二のターゲットが固形部材である請求項６に記載の装置。
9. 上記コイルが、上記チャンバ中に維持され得るガスと誘導的に結合しそこからプラズマを発生する請求項１に記載の装置。
10. 上記コイルが固形部材である請求項１に記載の装置。
11. 上記コイルの第二端部とアースとの間をつなぐコンデンサをさらに備える請求項１に記載の装置。
12. 上記コンデンサは、上記プラズマの存在下において上記コイルがスパッタされるのに十分なレベルに、上記コイルのバイアスを維持する、請求項１に記載の装置。
13. 電源と共に使用され、半導体製造系内のプラズマを活発化してワークピース上に物質を堆積するための装置であって、その装置が、
    そのチャンバ内にプラズマ発生領域を有する半導体製造チャンバと、
    上記プラズマ発生領域の周りを実質的に取り囲む壁を有するシールドと、
    上記電源に取り付けられた第一端部及びアースされた第二端部を有する金属物質コイルであって、上記プラズマ発生領域を実質的に取り囲むと共に、上記シールドの壁によって絶縁された状態で支持され、上記プラズマ発生領域に対してエネルギーが誘導結合されるように配置され、上記コイルから金属物質を上記ワークピース上にスパッタするように配置されているコイルと
    を含む装置。
14. さらにチタンから作られたターゲットを含む請求項１３に記載の装置。
15. さらに、Ａｌ、Ｃｒ、Ｔｅ及びＳｉＯ２から選ばれる物質から作られたターゲットを含む請求項１３に記載の装置。
16. 電源と共に使用され、半導体製造系内のプラズマを活発化して、センター部及びエッジ部を有するワークピース上に物質を堆積するための装置であって、その装置が、
    そのチャンバ内にプラズマ発生領域を有する半導体製造チャンバと、
    該チャンバ内に置かれかつ第一の物質から作られたスパッタ用ターゲットであって、該ターゲット物質が、上記ワークピースの上記エッジ部に比べて上記センター部の方により高い堆積速度で堆積されるように配置されているターゲットと、
    上記チャンバ内に配置されかつ該ターゲットと同じ種類の物質から作られているコイルであって、上記電源に取り付けられた第一端部及びアースされた第二端部を有し、上記プラズマ発生領域に対してエネルギーが誘導結合されるように配置され、上記コイル物質が上記ワークピースの上記センター部に比べて上記エッジ部の方により高い堆積速度で堆積されて、上記コイル物質及び上記ターゲット物質の両者を上記ワークピースの上に堆積させワークピースの上に層を形成するように上記コイル物質を上記ワークピース上にスパッタするように配置されているコイルと
    を含む装置であって、
    上記電源が、上記コイルにＲＦ電流を供給する発生器であり、
    上記装置が、上記ターゲットへＤＣバイアスを供給する供給源と、上記ワークピースへＤＣバイアスを供給する供給源とを備え、
    上記ターゲットＤＣバイアスの電流と上記コイルＲＦ電流とが、上記ワークピースに堆積される上記コイル物質が上記ワークピース上に堆積された上記ターゲット物質の厚さの不均一性を補うように所定の関係を有しており、
    上記コイルＲＦ電流対上記ターゲットＤＣバイアス電流の比が１．５である、装置。
17. スパッタ堆積チャンバ内のセンター部及びエッジ部を有するワークピース上に物質を堆積する方法であって、該方法が、
    上記ワークピースの上記エッジ部に比べて上記センター部の方により高い堆積速度でターゲット物質が堆積するように、上記チャンバ内に配置されたターゲットから上記ワークピース上にターゲット物質をスパッタするステップと、
    電源に取り付けられた第一端部及びアースされた第二端部を有するコイルであって、コイル物質が上記ワークピースの上記センター部に比べて上記エッジ部の方により高い堆積速度で堆積するように、上記ワークピースに隣接して配置され、上記チャンバ内のガスに誘導的に連結されているコイルから、上記ワークピース上にコイル物質をスパッタするステップと
    を含む方法であって、
    上記ターゲット物質をスパッタするステップは、上記ターゲットへＤＣ電流を供給するステップを備え、且つ、上記コイル物質をスパッタするステップは、
    上記コイルへＲＦ電流を供給するステップを備え、上記方法は、
    上記ターゲットから上記ワークピース上にスパッタされる上記ターゲット物質の厚さの不均一性を補うために、上記ターゲットに供給されたＤＣ電流に対する上記コイルに供給されたＲＦ電流の比を調節するステップをさらに含み、
    上記の比が１．５である、方法。
18. スパッタ堆積チャンバ内のセンター部及びエッジ部を有するワークピース上に物質を堆積する方法であって、該方法が、
    上記ワークピースの上記エッジ部に比べて上記センター部の方により高い堆積速度でターゲット物質が堆積するように、上記チャンバ内に配置されたターゲットから上記ワークピース上にターゲット物質をスパッタするステップと、
    電源に取り付けられた第一端部及びアースされた第二端部を有するコイルであって、コイル物質が上記ワークピースの上記センター部に比べて上記エッジ部の方により高い堆積速度で堆積するように、上記ワークピースに隣接して配置され、上記チャンバ内のガスに誘導的に連結されているコイルから、上記ワークピース上にコイル物質をスパッタするステップと
    を含む方法であって、
    上記のターゲット物質及び上記のコイル物質が異なる種類の物質である、方法。
19. 電源と共に使用され、半導体製造系内のプラズマを活発化して、センター部及びエッジ部を有するワークピース上に物質を堆積するための装置であって、該装置が、
    そのチャンバ内にプラズマ発生領域を有する半導体製造チャンバと、
    上記チャンバ内に置かれかつ第一の物質から作られた第一のターゲットであって、上記ターゲット物質が、上記ワークピースの上記エッジ部に比べて上記センター部の方により高い堆積速度で上記ワークピース上に堆積するように配置されている第一のターゲットと、
    上記電源に取り付けられた第一端部及びアースされた第二端部を有するコイルであって、上記プラズマ発生領域に対してエネルギーが誘導結合されるように配置され、上記ワークピースの上記センター部に比べて上記エッジ部の方により高い堆積速度で上記コイル物質が堆積するように配置されているように、上記ワークピース上に上記コイル物質がスパッタされるのを許容するように配置されたコイルと、
    上記チャンバ内に上記第一のターゲットから離間して置かれかつ上記第一のターゲットと同じ種類の物質から形成されている第二のターゲットであって、上記第二のターゲット物質が、上記ワークピース上にスパッタされるように配置され、第二のターゲット物質が上記ワークピースの上記センター部に比べて上記エッジ部の方により高い堆積速度で堆積されて、上記コイル物質及び上記第一及び第二ターゲット物質を上記ワークピースの上に堆積させてワークピースの上に層を形成する第二のターゲットと
    を含む装置であって、
    上記コイルが複数の巻きを有し、上記の第二のターゲットが上記コイルの巻きと交互に重なった複数のリングを有している、装置。
20. ＲＦ電源に取り付けられた第一端部及びアースされた第二端部を有する第一のコイルからのＲＦエネルギーでプラズマを活発化するステップと、
    上記のワークピースに対面するように配置された第一のターゲットから上記のワークピース上に第一のターゲット物質を、上記第一のターゲット物質が上記ワークピースのエッジ部に比べてセンター部により厚く堆積されるようにスパッタするステップと、
    上記のワークピースの上に配置された第二のターゲットから上記のワークピース上に第二のターゲット物質を、上記第二のターゲット物質が上記ワークピースのセンター部に比べてエッジ部により厚く堆積されるようにスパッタするステップと、
    上記のワークピースに隣接して配置された第一のコイルから上記のワークピース上にコイル物質を、上記コイル物質が上記ワークピースのセンター部に比べてエッジ部により厚く堆積されるようにスパッタするステップと、
    を含む、ワークピース上へ物質を堆積する方法であって、
    上記コイルが複数の巻きを有し、上記の第二のターゲットが上記コイルの巻きと交互に重なった複数のリングを有する、方法。
21. 半導体製造系内のプラズマを活発化してワークピース上に堆積されるべき物質をイオン化するための、電源及びその内部にプラズマ発生領域を有する半導体製造チャンバに導入される装置であって、該装置が、
    上記チャンバに導入された際に上記プラズマ発生領域の周りを実質的に取り囲む壁を有するシールドと、
    上記電源に取り付けられた第一端部及びアースされた第二端部を有するスパッタ可能なコイルであって、上記チャンバに導入された際に、上記プラズマ発生領域を実質的に取り囲むと共に、上記壁によって絶縁された状態で支持され、上記プラズマ発生領域に対してエネルギーが誘導結合されるように配置され、上記コイルから上記ワークピース上に物質をスパッタするように配置されたコイルと
    を備える装置。
22. 上記シールドがほぼ筒状の形状である請求項２１記載の装置。
23. 上記コイルが単巻きのコイルである請求項２１記載の装置。
24. 上記コイルがリボン状である請求項２１記載の装置。
25. 電源及び第一の物質で形成されたスパッタ可能ターゲットを有する半導体製造チャンバと共に使用され、上記チャンバ内のプラズマ発生領域でプラズマを活発化してワークピース上に堆積されるべき物質をイオン化するための装置であって、
    上記ターゲットは、センター部及びエッジ部を有する上記ワークピース上に、上記ターゲット物質が上記ワークピースのエッジ部に比べて上記センター部の方により高い堆積速度で堆積するようにスパッタするように配置されており、
    上記チャンバに導入され、上記ターゲットを同じ種類の物質で形成されたコイルであって、上記電源に取り付けられた第一端部及びアースされた第二端部を有し、上記ワークピース上に薄層を形成するために上記コイル物質及び上記ターゲット物質の両方が上記ワークピース上に堆積されるように、上記コイル物質を上記ワークピースの上記センター部に比べて上記エッジ部の方により高い堆積速度で堆積するように、上記チャンバに導入された際、上記プラズマ発生領域に対してエネルギーが誘導結合されるように配置され、上記コイルから上記ワークピース上に物質をスパッタするように配置されたコイルを備える装置であって、
    上記チャンバに導入された際に、上記プラズマ発生領域の周りを実質的に取り囲む壁を有するシールドさらに備える、装置。
26. 上記シールドがほぼ筒状の形状である請求項２５記載の装置。

Images