JP7818399B2 - アーク放電を低減させた物理的気相堆積（ｐｖｄ）チャンバ - Google Patents

Description

本開示の実施形態は、一般に、半導体処理技法に関し、より詳細には、基板への材料の物理的気相堆積のための技法に関する。

物理的気相堆積（ＰＶＤ）としても知られるスパッタリングは、集積回路に特徴部を形成する方法である。スパッタリングは、基板上に材料の層を堆積させる。ターゲットなどのソース材料は、イオンによって衝撃を与えられて、ターゲットから材料を放出する。次いで、その材料は基板に堆積する。発明者らは、堆積プロセス中に、材料または汚染物質が基板からガスを放出させることがあることを観察した。基板からのガス放出は、ターゲットに達することがあり、アーク放電を引き起こすことがある。

それゆえに、発明者らは、改善したＰＶＤ処理チャンバおよびそれの使用の方法を提供した。

物理的気相堆積（ＰＶＤ）プロセスチャンバの実施形態が、本明細書で提供される。いくつかの実施形態では、プロセスチャンバは、内部容積部を有するチャンバ本体と、内部容積部に配置された基板支持体と、内部容積部内に配置され、基板支持体に対向するターゲットと、内部容積部に配置され、ターゲットを囲む上部部分および基板支持体を囲む下部部分を有するプロセスシールドであり、上部部分が、プロセスシールドとターゲットとの間に間隙を画定するために、ターゲットの外径よりも大きい内径を有する、プロセスシールドと、使用中に内部容積部からの粒子が間隙に入るのを実質的に防止するために、間隙を通してまたは間隙の前面開口を横切って内部容積部にガスを供給するためのガス入口とを含む。

いくつかの実施形態では、物理的気相堆積（ＰＶＤ）プロセスチャンバは、ＰＶＤプロセスチャンバの内部容積部内でＰＶＤプロセスチャンバのリッドの近くに配置されたターゲットと、ＰＶＤプロセスチャンバに配置され、ターゲットに対向する基板支持体と、ターゲットを囲み、プロセスシールドとターゲットとの間に間隙を画定するためにターゲットから離して配置されたプロセスシールドと、使用中にプロセスチャンバ内からの粒子が間隙に入るのを実質的に防止するために、間隙を通してまたは間隙の前面開口を横切って内部容積部にガスを供給するように基板支持体とリッドとの間に配置された１つまたは複数のガス入口と、使用中にプロセスチャンバからガスを取り除くためにプロセスチャンバと流体連結するポンプとを含む。

いくつかの実施形態では、基板を処理する方法は、プロセスチャンバの内部容積部内で基板に物理的気相堆積（ＰＶＤ）プロセスを実行することであり、ターゲットの外側側壁およびプロセスシールドの内面が間隙を画定するように、プロセスシールドが内部容積部でターゲットのまわりに配置される、実行することと、内部容積部からの粒子が間隙に入るのを実質的に防止するために、第１のガス入口を介して、間隙を通してまたは間隙の前面開口を横切って、プロセスチャンバ内にガスを注入することとを含む。

本開示の他のおよびさらなる実施形態が、以下で説明される。

上述で簡潔に要約され、以下でより詳細に論じられる本開示の実施形態は、添付の図面に描かれた本開示の例示的な実施形態を参照することによって理解することができる。添付の図面は本開示のいくつかの実施形態のみを示しており、それゆえに、本開示が他の等しく有効な実施形態を認めることができるので、範囲の限定と考えるべきでない。

本開示の少なくともいくつかの実施形態によるプロセスチャンバの概略図である。 本開示の少なくともいくつかの実施形態によるプロセスチャンバの概略図である。 本開示の少なくともいくつかの実施形態による基板を処理する方法の流れ図である。

理解しやすくするために、同一の参照番号が、可能であれば、図に共通する同一の要素を示すために使用されている。図は、一定の縮尺で描かれておらず、明瞭にするために簡単化されていることがある。１つの実施形態の要素および特徴は、さらなる詳述なしに、他の実施形態に有益に組み込むことができる。

改善されたプロセスチャンバおよび基板を処理する改善された方法の実施形態が、本明細書で提供される。上述で開示された実施形態は、適切に構成された物理的気相堆積（ＰＶＤ）プロセスチャンバで実行することができる。例えば、図１および図２は、本開示のいくつかの実施形態に従って本明細書で説明される方法を実行するのに適するプロセスチャンバの概略図を示す。プロセスチャンバの特定の構成は例示であり、他の構成を有するプロセスチャンバも、本明細書で提供される教示による変形からも利益を得ることができる。本明細書で開示される教示による変形に適するプロセスチャンバの例には、カリフォルニア州、サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ， Ｉｎｃ．から市販されているＰＶＤ処理チャンバのＥＮＤＵＲＡ（登録商標）ラインのいずれかが含まれる。Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ， Ｉｎｃ．または他社製品からの他の処理チャンバも、本明細書で開示される教示から利益を得ることができる。

図１に示されるように、ＰＶＤプロセスを実行するためのプロセスチャンバ１００は、チャンバ本体１５２を含む。チャンバ本体１５２は、一般に、頂壁１０２（またはリッド）と、底壁１０４と、頂壁１０２を底壁１０４に接続する側壁１０６とを含む。頂壁１０２、底壁１０４、および側壁１０６は、内部容積部１２２を画定する。いくつかの実施形態では、チャンバ本体１５２は、側壁１０６から半径方向内側に延びるアダプタ１１２を含む。アダプタ１１２は、側壁１０６の一部とすることができ、または別個の構成要素とすることができる。いくつかの実施形態では、アダプタ１１２は、プロセスシールド（以下で説明される）の一部とすることができる。頂壁１０２は、アダプタ１１２を介して側壁１０６に結合することができる。いくつかの実施形態では、アダプタ１１２と頂壁１０２との間の流体の出入りを防止する（例えば、内部容積部１２２において真空圧力で処理する間）ために、シールリング１１４をアダプタ１１２と頂壁１０２との間に配置することができる。頂壁１０２は、一般に、例えば、以下で論じられるターゲット１１０の維持または取替えを容易にするために側壁１０６から取外し可能である。チャンバ本体１５２は、接地１５４への結合を介して接地することができる。頂壁１０２は、電気的に浮いていてもよいし、または接地されてもよい。

排気口１２０が、チャンバ本体１５２の底壁１０４に隣接して配置される。図１に示されるように、排気口１２０は、底壁１０４の開口に配置される。いくつかの実施形態では、ポンプ１１８が、排気口１２０に結合される。ポンプ１１８は、チャンバ本体１５２内の圧力を調整するように、例えば、真空を維持するなどのように構成される。いくつかの実施形態では、ポンプ１１８は、堆積プロセス中に内部容積部１２２に導入されたガスを排気するように構成される。いくつかの実施形態では、ポンプ１１８は、堆積プロセス中に形成されたガスを排気するように構成される。

基板支持体１２４が、内部容積部１２２に配置される。いくつかの実施形態では、基板支持体１２４は、シャフト１２６と、ペデスタル１２８とを含む。シャフト１２６は、例えば、流体、冷却剤、電力などをペデスタル１２８に供給する導管を含むことができる。ペデスタル１２８は、処理のために、基板１３０（２００ｍｍ、３００ｍｍなどのウエハまたは他のフォームファクタを有する基板）を受け取るように構成された上面１３４を有する。基板支持体１２４は、基板１３０の中心がプロセスチャンバ１００の（または以下で論じられる処理容積部１５６の）中心軸と位置合わせされるように基板１３０を支持するように構成される。基板支持体１２４は、ＲＦバイアス電源１１６に結合される。いくつかの実施形態では、ＲＦバイアス電源１１６は、基板１３０にＡＣバイアスまたはＤＣバイアスを誘導するように構成される。

ターゲット１１０は、チャンバ本体１５２の内部容積部１２２内に配置される。ターゲット１１０は、基板支持体１２４に対向して配置される。例えば、ターゲット１１０は、頂壁１０２に結合されてもよい。プロセスチャンバ１００は、ＲＦ電源１０８と、ターゲット１１０に結合された関連するマグネトロンとを含む。ＲＦ電源１０８は、ＲＦエネルギーをターゲット１１０に供給するように構成される。ターゲット１１０は、スパッタリング中に基板１３０に堆積されるべきソース材料を含む。いくつかの実施形態では、ソース材料は、金属、金属酸化物、合金などとすることができる。いくつかの実施形態では、ターゲット１１０は、導電性材料を含むバッキング板を含むことができ、その結果、ＲＦ電源１０８は、バッキング板を介してターゲット１１０に結合することができる。

上部部分１４０および下部部分１４２を有するプロセスシールド１３８が、内部容積部１２２に配置される。いくつかの実施形態では、プロセスシールド１３８は、円筒状本体を有する。いくつかの実施形態では、プロセスシールド１３８は、一体成形金属本体を含む。いくつかの実施形態では、プロセスシールド１３８は、アダプタ１１２を含む一体成形本体を含む。下部部分１４２は、基板支持体１２４を囲む。いくつかの実施形態では、上部部分１４０は、ターゲット１１０のまわりに、ターゲット１１０から離して配置されて、プロセスシールド１３８の上部部分１４０とターゲット１１０との間に間隙１５０（例えば、円形のターゲット／シールド構成では環状間隙）を形成する。間隙１５０は、プロセスシールド１３８の上部部分１４０の内面からターゲット１１０の外側側壁まで延びる。ターゲット１１０の外側エッジおよび上部部分１４０の内面は、間隙１５０の前面開口を画定する。プロセスシールド１３８、ターゲット１１０、および基板支持体は、内部容積部１２２内に処理容積部１５６を画定する。

以下でより詳細に説明されるように、ガス入口はターゲット１１０の近くに配置されて、ターゲット１１０に隣接した場所でプロセスガスを内部容積部１２２に供給する。いくつかの実施形態では、図１に示されるように、ガス入口は、プロセスシールド１３８の上面を通して配置されたガス入口１４６である。導管１６４が、プロセスシールド１３８を通して配置され、ガス入口１４６で終端する。導管１６４は、第１のガス源１７０に結合されて、ガス、例えば、プロセスガスを、ガス入口１４６を通して処理容積部１５６に供給する。ガス入口１４６は、プロセスチャンバ内からの粒子が間隙１５０に流れ込むのを有利に防止するかまたは実質的に防止するために、間隙１５０を通るガス流路１４４を設ける位置に配置される。いくつかの実施形態では、ガス入口１４６は、図示のように、プロセスシールド１３８の頂面に配置することができる。いくつかの実施形態では、ガス入口１４６は、内部容積部１２２に供給されるガスが間隙１５０を通って流れるように、プロセスシールド１３８の頂面に隣接する半径方向内向きの表面に配置されてもよい。いくつかの実施形態では、ガス流路１４４は、頂壁１０２とプロセスシールド１３８との間の空間から間隙１５０を通って処理容積部１５６にガス入口１４６を介して入る。ガス入口１４６は、プロセスガスを内部容積部１２２に流すように構成され、その結果、プロセスガスは、内部容積部内のガスを、プロセスシールド１３８とターゲット１１０との間の間隙１５０から遠ざける。いくつかの実施形態では、プロセスガスは、反応性であり、例えば、窒素（Ｎ₂）、酸素（Ｏ₂）などを含む。いくつかの実施形態では、プロセスガスは、不活性であり、例えば、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）などである。いくつかの実施形態では、プロセスガスは、反応性ガスと不活性ガスの混合物、例えば、上述で開示された反応性ガスと不活性ガスのいずれかの組合せである。誘導流路１３６は、処理容積部１５６から、プロセスシールド１３８の下部部分１４２と基板支持体１２４との間の間隙を介して、底壁１０４の方に（例えば、排気口１２０の方に）下方に進む。ガス入口１４６は、１つまたは複数のガス入口を含むことができる。いくつかの実施形態では、ガス入口１４６は、プロセスチャンバ１００の外部の供給源から処理容積部１５６にガスを均一に分配するように構成される。

いくつかの実施形態では、図２に示されるように、ガス入口は、プロセスシールド１３８の側壁に配置されたガス入口２０２である。導管２１２は、プロセスシールド１３８を通して配置され、プロセスシールド１３８のガス入口２０２で終端する。導管２１２は、第１のガス源１７０に結合されて、ガス、例えば、プロセスガスを、ガス入口２０２を通して処理容積部１５６に供給する。ガス入口２０２は、有利には、プロセスチャンバ内からの粒子が間隙１５０に流れ込むのを防止するかまたは実質的に防止するために、間隙１５０の開口を横切るガス流路２０４を設ける（例えば、間隙１５０の前面を横切るガスカーテンを形成する）位置に配置される。プロセスガスは、図１に関して上記されたプロセスガスのいずれかとすることができる。ガス入口２０２は、１つまたは複数のガス入口を含むことができる。いくつかの実施形態では、ガス入口２０２は、プロセスチャンバ１００の外部の供給源から処理容積部１５６にガスを均一に分配するように構成される。

ガス入口１４６またはガス入口２０２のいずれかまたは両方は、粒子が間隙１５０に流れ込むのを防止するかまたは実質的に防止するために、間隙１５０を通して処理容積部１５６にまたは間隙１５０の前面開口を横切って実質的に均一のガスの流れを供給するように配置された１つのガス入口または複数のガス入口とすることができる。例えば、第１のガス源１７０は、プロセスシールド１３８に配置された１つまたは複数の入口に結合されて、プロセスシールド１３８内に配置された内部チャネルまたはプレナムにガスを供給することができる。例えば、ガス入口１４６またはガス入口２０２として構成された複数のガス入口は、ガス入口を介して内部チャネルまたはプレナムを処理容積部１５６に結合するようにプロセスシールド１３８に配置することができる。いくつかの実施形態では、複数のガス入口は、等距離で角をなして互いに間隔をあけることができる。

使用中、ターゲット１１０などのソース材料は、プラズマからのイオンによって衝撃を与えられて、ターゲット１１０から材料を放出する。例えば、プロセスガスを処理容積部に供給し、十分な電力をターゲット１１０に供給して、プロセスガスをプラズマに励起することができる。次いで、放出された材料は、基板１３０に堆積する。堆積プロセス中に、材料または汚染物質が、例えばガス放出を介して基板からターゲット１１０の方に解放される可能性があり、一般に、矢印１３２によって表される。材料または汚染物質は、ターゲット１１０とプロセスシールド１３８との間の区域内を含めて処理容積部１５６に面する表面で凝縮することがある。ターゲット１１０とプロセスシールド１３８との間の区域内の凝縮は、処理中にアーク放電を引き起こすことがある。

ターゲット１１０の近くに配置されたガス入口１４６、２０２は、有利には、材料または汚染物質（例えば、矢印１３２）が、ターゲット１１０、またはターゲットとプロセスシールド１３８との間の領域に達するのを低減または防止して、アーク放電を低減または防止する。ターゲット１１０の近くに配置されたガス入口１４６、２０２は、有利には、材料または汚染物質が、ターゲット１１０、またはプロセスシールド１３８の上部部分に再堆積するのを低減または防止する。ポンプ１１８は、使用中にプロセスチャンバ１００からガスを取り除くために、排気口１２０を介してプロセスチャンバ１００と流体連結する。

いくつかの実施形態では、第２のガス入口１４８が、底壁１０４内に配置されることを含めて、プロセスシールド１３８と底壁１０４との間に配置される。例えば、第２のガス入口１４８は、処理容積部１５６の外側および下に、またはペデスタル１２８の下に配置することができる。導管１６８は、側壁１０６を通して配置され、第２のガス入口１４８で終端する。導管１６８は、第２のガス源１８０に結合されて、ガスを、ガス入口１４８を通して処理容積部１５６に供給する。第２のガス入口１４８は、追加の不活性物質、反応性物質、または不活性と反応性のプロセスガスの混合物を内部容積部１２２に供給することができる。追加のプロセスガスは、ガス入口１４６、２０２によって供給されるプロセスガスと同じであってもよい。いくつかの実施形態では、第２のガス入口１４８は、内部容積部１２２内のガスを排気口１２０の方に導くように構成される。例えば、第２のガス入口１４８は、誘導流路１３６からのガスを排気口１２０の方に導くことができる。いくつかの実施形態では、第２のガス入口１４８は、ポンプ１１８と反対側のチャンバ本体１５２の側面に位置づけられる。

いくつかの実施形態では、プロセスチャンバ１００は、ガス入口１４６およびガス入口２０２を含むことができる。いくつかの実施形態では、プロセスチャンバ１００のパラメータは、チャンバ本体１５２内の下向きのガス流を促進するように調整することができる。パラメータは、プロセスガスの流量、圧力などを含む。

図３は、本開示の少なくともいくつかの実施形態による基板を処理する方法３００の流れ図である。３０２において、基板を処理する方法３００は、プロセスチャンバの内部容積部内で基板に物理的気相堆積（ＰＶＤ）プロセスを実行することを含み、ターゲットの外側側壁およびプロセスシールドの内面が間隙を画定するように、プロセスシールドが内部容積部でターゲットのまわりに配置される。いくつかの実施形態では、上述のプロセスチャンバ１００を使用して、方法３００を実行することができる。いくつかの実施形態では、任意の適切なＰＶＤプロセスチャンバを使用することができる。

３０４において、方法３００は、内部容積部からの粒子が間隙に入るのを実質的に防止するために、第１のガス入口を介して、間隙を通してまたは間隙の前面開口を横切って、プロセスチャンバ内にガスを注入することを含む。ガスは、反応性または不活性とすることができる。いくつかの実施形態では、方法３００は、プロセスチャンバからガスを取り除くためにポンプを使用することを含む。いくつかの実施形態では、方法３００は、プロセスチャンバ内のガス流をポンプの方に導くために、第２のガス入口を介してプロセスチャンバの下部部分の近くにガスを追加として注入することを含む。第２のガス入口によって注入されるガスは、反応性または不活性とすることができる。

前述は本開示の実施形態に関するが、本開示の他のおよびさらなる実施形態を本開示の基本的な範囲から逸脱することなく考案することができる。

Claims (15)

1. 内部容積部を有するチャンバ本体と、
   前記内部容積部に配置された基板支持体と、
   前記内部容積部に配置され、ターゲットを囲むように構成された上部部分および前記基板支持体を囲む下部部分を有するプロセスシールドであり、前記上部部分が、前記プロセスシールドと前記ターゲットとの間に間隙を画定するために、前記ターゲットの外径よりも大きい内径を有し、前記間隙が、開放された第１の端部と、前記第１の端部とは反対側の閉鎖された第２の端部とを有する、プロセスシールドと、
   前記間隙を通してまたは前記間隙の前面開口を横切って前記内部容積部にガスを供給するためのガス入口であり、前記ガス入口が、前記間隙の前面開口の垂直上方で、前記間隙の前記閉鎖された第２の端部に近接して前記プロセスシールドの上面に配置されるか、または前記ターゲットの下方に配置され、前記ターゲットに近接して前記間隙の前面開口を横切ってガスを水平方向内側に向けるように構成され、前記ガス入口が、使用中に前記内部容積部からの粒子が前記間隙に入るのを実質的に防止するように構成された、ガス入口と
   を含むプロセスチャンバ。
2. 前記チャンバ本体の底壁に隣接して配置された排気口をさらに含む、請求項１に記載のプロセスチャンバ。
3. 前記ガス入口が、前記ターゲットの下方に配置され、前記プロセスシールドの側壁を貫通して水平に延び、前記間隙の前面開口を横切って前記ガスを供給する、請求項１に記載のプロセスチャンバ。
4. 前記プロセスシールドと底壁との間に配置された第２のガス入口をさらに含む、請求項３に記載のプロセスチャンバ。
5. 前記ガス入口が、第１のガス源に結合され、前記第２のガス入口が、前記第１のガス源から流体的に独立している第２のガス源に結合される、請求項４に記載のプロセスチャンバ。
6. 前記第２のガス入口が、前記内部容積部内のガスを排気口の方に導くように構成される、請求項４に記載のプロセスチャンバ。
7. 前記第２のガス入口が、ポンプの反対側の前記基板支持体の側に位置づけられる、請求項４に記載のプロセスチャンバ。
8. 前記ガス入口が、前記プロセスシールドに配置される、請求項１～７のいずれか１項に記載のプロセスチャンバ。
9. 前記ガス入口が、前記プロセスシールドと前記ターゲットとの間に置かれた間隙を通して前記ガスを流すように構成される、請求項１～７のいずれか１項に記載のプロセスチャンバ。
10. 前記プロセスシールドが、一体成形金属本体を含む、請求項１～７のいずれか１項に記載のプロセスチャンバ。
11. 前記プロセスシールドが円筒状本体を有する、請求項１～７のいずれか１項に記載のプロセスチャンバ。
12. 基板を処理する方法であって、
    プロセスチャンバの内部容積部内で基板に物理的気相堆積（ＰＶＤ）プロセスを実行することであり、ターゲットの外側側壁およびプロセスシールドの内面が、開放された第１の端部と、前記第１の端部とは反対側の閉鎖された第２の端部とを有する間隙を画定するように、前記プロセスシールドが前記内部容積部で前記ターゲットのまわりに配置される、実行することと、
    前記プロセスシールドの上面に、前記間隙の前面開口の垂直上方で、前記閉鎖された第２の端部に近接して配置された第１のガス入口を介して前記間隙を通して、または前記ターゲットの下方に配置され、前記ターゲットに近接して前記間隙の前面開口を横切ってガスを水平方向内側に向けるように構成された第１のガス入口を介して前記間隙の前面開口を横切って、前記プロセスチャンバ内にガスを注入することと
    を含み、
    前記第１のガス入口が、前記内部容積部からの粒子が前記間隙に入るのを実質的に防止するように構成された、方法。
13. 前記プロセスチャンバから前記ガスを取り除くためにポンプを使用することをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
14. 前記プロセスチャンバ内の前記ガスを前記ポンプの方に導くために、第２のガス入口を介して前記プロセスチャンバの下部部分の近くに前記ガスを追加として注入することをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
15. 前記第１のガス入口が、前記プロセスシールドと前記ターゲットとの間に配置された間隙を通して前記ガスを流すように構成される、請求項１２～１４のいずれか１項に記載の方法。