JPH08213320A - スパッタリングターゲットとワークピースとの間の電極 - Google Patents
スパッタリングターゲットとワークピースとの間の電極Info
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- JPH08213320A JPH08213320A JP24777795A JP24777795A JPH08213320A JP H08213320 A JPH08213320 A JP H08213320A JP 24777795 A JP24777795 A JP 24777795A JP 24777795 A JP24777795 A JP 24777795A JP H08213320 A JPH08213320 A JP H08213320A
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- H01J37/3411—Constructional aspects of the reactor
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- H01J2237/332—Coating
- H01J2237/3322—Problems associated with coating
- H01J2237/3327—Coating high aspect ratio workpieces
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- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 定期的浄化交換を要しないコリメート装置を
備えるスパッター堆積装置を提供する。 【解決手段】 ターゲットをスパッタすることによって
半導体基板上に膜を堆積するスパッタリングチャンバ。
ターゲットと基板間に配されたコリメート電極は、電圧
源に接続される。この電圧は、コリメーターをスパッタ
清浄するため、またはターゲット材料イオンを加速する
ことによってターゲット材料流をコリメートするため、
または堆積膜中のスパッタリングプロセスガス量を制御
するために用いられる。第一電極と基板間に配された第
二電極は、正電圧に接続されてイオンを減速し、基板損
傷の危険を減じる。
備えるスパッター堆積装置を提供する。 【解決手段】 ターゲットをスパッタすることによって
半導体基板上に膜を堆積するスパッタリングチャンバ。
ターゲットと基板間に配されたコリメート電極は、電圧
源に接続される。この電圧は、コリメーターをスパッタ
清浄するため、またはターゲット材料イオンを加速する
ことによってターゲット材料流をコリメートするため、
または堆積膜中のスパッタリングプロセスガス量を制御
するために用いられる。第一電極と基板間に配された第
二電極は、正電圧に接続されてイオンを減速し、基板損
傷の危険を減じる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、スパッタリングター
ゲットおよびウエ−ハ間の電極を用いた、半導体ウエ−
ハ上へのスパッタ堆積装置及び方法に関する。
ゲットおよびウエ−ハ間の電極を用いた、半導体ウエ−
ハ上へのスパッタ堆積装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】スパッ
タリングは、薄膜層を半導体基板上に堆積する公知の方
法である。
タリングは、薄膜層を半導体基板上に堆積する公知の方
法である。
【０００３】典型的なスパッタリング装置には、ターゲ
ットおよび基板支持基台を収容する真空チャンバが設け
られている。ターゲットは典型的には真空チャンバの頂
部に固定されるが、チャンバの壁からは絶縁される。電
圧源が、真空チャンバの接地された壁に対しターゲット
を負電圧に保持するとともに、真空チャンバ内に低圧で
保持されたガスを励起してプラズマを形成する。このプ
ラズマからのイオンがターゲットをスパッタする(sputt
er) 。ターゲット粒子がタ−ゲット上のいずれかの箇所
でスパッタされると、ターゲット粒子の軌道は、余弦角
度分布(cosineangular distribution) を有する。即
ち、ターゲットの一点から発し、ターゲットの垂線に対
して所定の角度を成す軌道に沿って放出されるスパッタ
されたターゲット粒子の密度は、当該角度の余弦に比例
する。ターゲットからスパッタされたターゲット粒子は
総じて直線軌道を進行し、接触する任意の面上に堆積す
る傾向がある。
ットおよび基板支持基台を収容する真空チャンバが設け
られている。ターゲットは典型的には真空チャンバの頂
部に固定されるが、チャンバの壁からは絶縁される。電
圧源が、真空チャンバの接地された壁に対しターゲット
を負電圧に保持するとともに、真空チャンバ内に低圧で
保持されたガスを励起してプラズマを形成する。このプ
ラズマからのイオンがターゲットをスパッタする(sputt
er) 。ターゲット粒子がタ−ゲット上のいずれかの箇所
でスパッタされると、ターゲット粒子の軌道は、余弦角
度分布(cosineangular distribution) を有する。即
ち、ターゲットの一点から発し、ターゲットの垂線に対
して所定の角度を成す軌道に沿って放出されるスパッタ
されたターゲット粒子の密度は、当該角度の余弦に比例
する。ターゲットからスパッタされたターゲット粒子は
総じて直線軌道を進行し、接触する任意の面上に堆積す
る傾向がある。
【０００４】スパッタリングの一応用例では、基板上の
誘電層に設けた孔および溝を充填し、プラグおよび連結
部を形成する。好ましくは、金属膜は誘電(dielectric)
層全面にわたって均一な厚さの連続被覆層を形成すると
ともに、誘電層を通じて延在する孔および溝をコンフォ
−マル(conformally) に被覆すべきである。この金属膜
は次いでマスキングおよびエッチングに付され基板上に
隔離された金属連結部を形成する。該連結部は、孔およ
び溝の底部上に、誘電層の堆積金属膜の厚みと孔および
溝の深さの合計にほぼ等しい高さで形成される。基板上
に形成された各連結部に確実に同等の電気的特性を持た
せるためには、孔および溝を、不均一部または空隙がな
く、コンフォ−マルに被覆しなければならない。もし孔
および溝に堆積した材料層に不均一部または空隙が存在
すると、これらの不均一部や空隙によって、完成半導体
に欠陥が生じる可能性がある。
誘電層に設けた孔および溝を充填し、プラグおよび連結
部を形成する。好ましくは、金属膜は誘電(dielectric)
層全面にわたって均一な厚さの連続被覆層を形成すると
ともに、誘電層を通じて延在する孔および溝をコンフォ
−マル(conformally) に被覆すべきである。この金属膜
は次いでマスキングおよびエッチングに付され基板上に
隔離された金属連結部を形成する。該連結部は、孔およ
び溝の底部上に、誘電層の堆積金属膜の厚みと孔および
溝の深さの合計にほぼ等しい高さで形成される。基板上
に形成された各連結部に確実に同等の電気的特性を持た
せるためには、孔および溝を、不均一部または空隙がな
く、コンフォ−マルに被覆しなければならない。もし孔
および溝に堆積した材料層に不均一部または空隙が存在
すると、これらの不均一部や空隙によって、完成半導体
に欠陥が生じる可能性がある。
【０００５】孔および溝を充填する材料中に不均一部お
よび空隙を生じる一つの原因は、スパッタ堆積の本来の
特徴に起因するものである。つまり、基板に実質的に垂
直な進路で突入するターゲット粒子が孔または溝の底部
を充填する前に、基板表面に対し鋭角をなして突入する
ターゲット粒子が、孔および溝の上端を充填する傾向が
ある。結果として、孔および溝の開口部は、その堆積の
残りの部分が充填される前に堆積材料により閉塞されて
しまう。これが堆積材料内部に空隙を生じる原因とな
り、もしこの空隙を防止できれば孔および溝は均一に被
覆されることになる。
よび空隙を生じる一つの原因は、スパッタ堆積の本来の
特徴に起因するものである。つまり、基板に実質的に垂
直な進路で突入するターゲット粒子が孔または溝の底部
を充填する前に、基板表面に対し鋭角をなして突入する
ターゲット粒子が、孔および溝の上端を充填する傾向が
ある。結果として、孔および溝の開口部は、その堆積の
残りの部分が充填される前に堆積材料により閉塞されて
しまう。これが堆積材料内部に空隙を生じる原因とな
り、もしこの空隙を防止できれば孔および溝は均一に被
覆されることになる。
【０００６】孔および溝内に堆積する材料中に空隙を生
じることなく誘電層の孔および溝を充填する方法の一つ
に、ターゲット材料のコリメートされた(collimated)流
れ(flux)を使用して基板上に膜層を形成する方法があ
る。ターゲット材料のフラックスをコリメートすること
により、基板上に堆積するターゲット材料粒子は、実質
的に基板上面に対し垂直な軌道を進行する。これらター
ゲット粒子は、孔および溝の側壁部に堆積するターゲッ
ト粒子が孔および溝の開口部上端を閉塞する前に孔およ
び溝の底部を充填して、孔および溝に堆積するターゲッ
ト材料内部に空隙が形成されるのを防止する。
じることなく誘電層の孔および溝を充填する方法の一つ
に、ターゲット材料のコリメートされた(collimated)流
れ(flux)を使用して基板上に膜層を形成する方法があ
る。ターゲット材料のフラックスをコリメートすること
により、基板上に堆積するターゲット材料粒子は、実質
的に基板上面に対し垂直な軌道を進行する。これらター
ゲット粒子は、孔および溝の側壁部に堆積するターゲッ
ト粒子が孔および溝の開口部上端を閉塞する前に孔およ
び溝の底部を充填して、孔および溝に堆積するターゲッ
ト材料内部に空隙が形成されるのを防止する。
【０００７】ターゲット材料のコリメートされた流れを
形成する方法の一つは、ターゲットと基板間にプレート
コリメーターを配置することである。プレートコリメー
ターは、基板に対し概ね垂直に整合して(aligned) 設け
られた複数の貫通孔を有する。ターゲット粒子がプレー
トコリメーターの領域に到達すると、実質的に基板に垂
直に進行するターゲット粒子のみがプレートコリメータ
ーの貫通孔を通過する。このように、比較的均一なター
ゲット材料のコリメートされた流れが、プレートコリメ
ーターから下方に進行してて孔および溝の底面および側
部を充填する。しかしながら、ターゲットからスパッタ
された粒子の相当量がプレートコリメーター上面および
該プレートコリメーターの貫通孔側面に堆積する。ター
ゲットからスパッタされたかなりの粒子は、プレートコ
リメーターの表面に堆積して消費され、加えて、プレー
トコリメーターの貫通孔側壁部にターゲット材料皮膜が
徐々に堆積して該貫通孔を部分的に閉塞し、その径を縮
少させる。これによって、コリメーター貫通孔を通過し
基板に向かうスパッタされたターゲット粒子の進路を部
分的に妨げる。場合によっては、コリメーター上に堆積
した粒子が、コリメーター貫通孔を通過する粒子量を大
幅に減少させるため、コリメーターの交換が必要とな
る。
形成する方法の一つは、ターゲットと基板間にプレート
コリメーターを配置することである。プレートコリメー
ターは、基板に対し概ね垂直に整合して(aligned) 設け
られた複数の貫通孔を有する。ターゲット粒子がプレー
トコリメーターの領域に到達すると、実質的に基板に垂
直に進行するターゲット粒子のみがプレートコリメータ
ーの貫通孔を通過する。このように、比較的均一なター
ゲット材料のコリメートされた流れが、プレートコリメ
ーターから下方に進行してて孔および溝の底面および側
部を充填する。しかしながら、ターゲットからスパッタ
された粒子の相当量がプレートコリメーター上面および
該プレートコリメーターの貫通孔側面に堆積する。ター
ゲットからスパッタされたかなりの粒子は、プレートコ
リメーターの表面に堆積して消費され、加えて、プレー
トコリメーターの貫通孔側壁部にターゲット材料皮膜が
徐々に堆積して該貫通孔を部分的に閉塞し、その径を縮
少させる。これによって、コリメーター貫通孔を通過し
基板に向かうスパッタされたターゲット粒子の進路を部
分的に妨げる。場合によっては、コリメーター上に堆積
した粒子が、コリメーター貫通孔を通過する粒子量を大
幅に減少させるため、コリメーターの交換が必要とな
る。
【０００８】ターゲット材料のコリメートされたフラッ
クスを得る第二の方法は、ターゲットからスパッタされ
たターゲット原子をイオン化するイオン化装置、および
基板または基板支持部材の電圧を負に維持する電源を用
いて、イオン化されたターゲット原子を電気的に基板に
向かって吸引する方法である。正に帯電したターゲット
材料イオンの基板への吸引は、該イオンを基板表面に実
質的に垂直な軌道に静電的にコリメートするように行
う。このコリメートされたフラックスは基板最上層の孔
を空隙なく充填する。
クスを得る第二の方法は、ターゲットからスパッタされ
たターゲット原子をイオン化するイオン化装置、および
基板または基板支持部材の電圧を負に維持する電源を用
いて、イオン化されたターゲット原子を電気的に基板に
向かって吸引する方法である。正に帯電したターゲット
材料イオンの基板への吸引は、該イオンを基板表面に実
質的に垂直な軌道に静電的にコリメートするように行
う。このコリメートされたフラックスは基板最上層の孔
を空隙なく充填する。
【０００９】ターゲット粒子のフラックスの静電的コリ
メーションは、プレートコリメーター上にターゲット粒
子の一部が堆積することに基因する問題点を解決する。
しかしながら、基板に垂直な軌道にターゲットイオンを
コリメートするために基板に保持されねばならない電圧
は１０００ボルトという高電圧である。この電圧は、通
常、最終的に基板上に形成されるデバイスがその破損の
危険なく保持し得る最大許容電圧を超えている。更に、
この高電圧下で基板に衝突するイオンのエネルギーが、
基板上に形成されたデバイスを破損する恐れがある。こ
のように、電磁的にターゲット粒子のフラックスをコリ
メートするのに要する電圧は、誘電層または基板上に形
成された他の構造における欠陥を同時に生じさせる可能
性がある。
メーションは、プレートコリメーター上にターゲット粒
子の一部が堆積することに基因する問題点を解決する。
しかしながら、基板に垂直な軌道にターゲットイオンを
コリメートするために基板に保持されねばならない電圧
は１０００ボルトという高電圧である。この電圧は、通
常、最終的に基板上に形成されるデバイスがその破損の
危険なく保持し得る最大許容電圧を超えている。更に、
この高電圧下で基板に衝突するイオンのエネルギーが、
基板上に形成されたデバイスを破損する恐れがある。こ
のように、電磁的にターゲット粒子のフラックスをコリ
メートするのに要する電圧は、誘電層または基板上に形
成された他の構造における欠陥を同時に生じさせる可能
性がある。
【００１０】それ故、基板最上層の孔または溝を欠陥な
く充填し、かつ定期的清浄または交換を要することな
く、コリメ−ト装置によってターゲット材料の最大処理
量を保証するとともに基板への高電圧の印加を要しない
ターゲット材料のコリメート装置が望まれている。
く充填し、かつ定期的清浄または交換を要することな
く、コリメ−ト装置によってターゲット材料の最大処理
量を保証するとともに基板への高電圧の印加を要しない
ターゲット材料のコリメート装置が望まれている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】この発明に従えば、半導
体基板上に膜を堆積するスパッタリングチャンバ内に、
電源に接続されかつ基板とスパッタリングターゲット間
に配置されたコリメート電極を設ける。また、この発明
は、電圧が印加されるコリメート電極の基本的特徴に基
づいた多数の発明的観点または変更を包含する。
体基板上に膜を堆積するスパッタリングチャンバ内に、
電源に接続されかつ基板とスパッタリングターゲット間
に配置されたコリメート電極を設ける。また、この発明
は、電圧が印加されるコリメート電極の基本的特徴に基
づいた多数の発明的観点または変更を包含する。
【００１２】この発明の第一の観点によれば、上記コリ
メート電極は、穿孔または開孔の深さにより機械的にコ
リメーションを行う従来タイプの穿孔(perforated)プレ
ートコリメーターより構成される。スパッタリング時に
プレートコリメーターに負電圧を印加することによっ
て、基板を該チャンバ内で処理する際、プレートコリメ
ーター表面がスパッタ清浄される。電圧は、直流電源ま
たは交流（低周波またはＲＦ）電源によりプレートコリ
メーターに印加される。交流電源の場合、コリメーター
のスパッタ清浄は、コリメーター上に印加される交流電
圧が負電圧である期間に行われる。このスパッタ清浄に
よって、従来の構成ではスパッタ清浄がなければコリメ
ーター貫通孔を閉塞する粒子堆積が減少または解消され
る。これにより、コリメーターの定期的交換またはクリ
ーニングの必要性を減らすか解消することができる。
メート電極は、穿孔または開孔の深さにより機械的にコ
リメーションを行う従来タイプの穿孔(perforated)プレ
ートコリメーターより構成される。スパッタリング時に
プレートコリメーターに負電圧を印加することによっ
て、基板を該チャンバ内で処理する際、プレートコリメ
ーター表面がスパッタ清浄される。電圧は、直流電源ま
たは交流（低周波またはＲＦ）電源によりプレートコリ
メーターに印加される。交流電源の場合、コリメーター
のスパッタ清浄は、コリメーター上に印加される交流電
圧が負電圧である期間に行われる。このスパッタ清浄に
よって、従来の構成ではスパッタ清浄がなければコリメ
ーター貫通孔を閉塞する粒子堆積が減少または解消され
る。これにより、コリメーターの定期的交換またはクリ
ーニングの必要性を減らすか解消することができる。
【００１３】この発明の第二の観点によれば、、上記コ
リメート電極は、電源に接続されたオープン（即ち多孔
(porous)）グリッド電極より構成される。更に、スパッ
タターゲットとグリッド電極間の領域に電力を負荷する
ためのイオン化電源を設け、ターゲットからスパッタさ
れた原子の少なくとも一部をイオン化する。グリッドに
印加される電圧がチャンバ壁に対し負電圧の時は、ター
ゲット材料のイオン化原子はグリッドに向かって加速さ
れる。グリッドは多孔に構成されているので、グリッド
に向かって加速されたイオンの殆どが該グリッドを通過
して基板上に堆積する。ターゲット材料イオンの基板方
向の加速によって、イオンの軌道は、基板に対してより
垂直な方向に向けられる。これによって、基板上に堆積
するターゲット材料の静電的コリメーションを行うこと
が可能となる。
リメート電極は、電源に接続されたオープン（即ち多孔
(porous)）グリッド電極より構成される。更に、スパッ
タターゲットとグリッド電極間の領域に電力を負荷する
ためのイオン化電源を設け、ターゲットからスパッタさ
れた原子の少なくとも一部をイオン化する。グリッドに
印加される電圧がチャンバ壁に対し負電圧の時は、ター
ゲット材料のイオン化原子はグリッドに向かって加速さ
れる。グリッドは多孔に構成されているので、グリッド
に向かって加速されたイオンの殆どが該グリッドを通過
して基板上に堆積する。ターゲット材料イオンの基板方
向の加速によって、イオンの軌道は、基板に対してより
垂直な方向に向けられる。これによって、基板上に堆積
するターゲット材料の静電的コリメーションを行うこと
が可能となる。
【００１４】上記電圧は、直流電源または交流（低周波
またはＲＦ）電源によってグリッド電極に印加される。
交流電源の場合、イオン化ターゲット材料の基板方向の
加速は、コリメーターに印加される交流電圧が負電圧で
ある期間に行われる。
またはＲＦ）電源によってグリッド電極に印加される。
交流電源の場合、イオン化ターゲット材料の基板方向の
加速は、コリメーターに印加される交流電圧が負電圧で
ある期間に行われる。
【００１５】イオン化ターゲット材料を吸引し静電的に
コリメートするのに要する高電圧を、基板よりむしろグ
リッドに印加することによって、従来のイオン化スパッ
タリングシステムにおいて基板に加える高電圧をなくし
てしまうか大幅に低下させることができる。
コリメートするのに要する高電圧を、基板よりむしろグ
リッドに印加することによって、従来のイオン化スパッ
タリングシステムにおいて基板に加える高電圧をなくし
てしまうか大幅に低下させることができる。
【００１６】更に、グリッドは、ターゲットのスパッタ
に供するプロセスガス（例えばアルゴン）のイオンが基
板上の堆積膜内に包含される程度を制御するのに使用さ
れる。グリッドに印加される負電圧が増せば増すほど、
プロセスガスの基板方向の加速が増大され、これによっ
て基板上に堆積したターゲット材料膜中に包含されるプ
ロセスガスの濃度が増加する。堆積膜の電気的、光学的
および化学的特性は、膜中のプロセスガスの量をコント
ロールすることによって好適に制御することができる。
に供するプロセスガス（例えばアルゴン）のイオンが基
板上の堆積膜内に包含される程度を制御するのに使用さ
れる。グリッドに印加される負電圧が増せば増すほど、
プロセスガスの基板方向の加速が増大され、これによっ
て基板上に堆積したターゲット材料膜中に包含されるプ
ロセスガスの濃度が増加する。堆積膜の電気的、光学的
および化学的特性は、膜中のプロセスガスの量をコント
ロールすることによって好適に制御することができる。
【００１７】上記プレートコリメーター電極に関する発
明またはグリッド電極に関する発明のいずれにおいて
も、これら第一電極と基板間に第二の電極を付加するこ
とにより更なる改良を達成することができる。好ましく
は、該第二電極は、正電圧を印加されたオープングリッ
ドより構成される。正電圧は、第一電極により基板に向
かって加速されるイオンのエネルギーを減じ、イオンが
基板に衝突して基板上の半導体デバイスを損傷する危険
性を減少する。
明またはグリッド電極に関する発明のいずれにおいて
も、これら第一電極と基板間に第二の電極を付加するこ
とにより更なる改良を達成することができる。好ましく
は、該第二電極は、正電圧を印加されたオープングリッ
ドより構成される。正電圧は、第一電極により基板に向
かって加速されるイオンのエネルギーを減じ、イオンが
基板に衝突して基板上の半導体デバイスを損傷する危険
性を減少する。
【００１８】
【実施の形態】図１において示すこの発明の好ましい実
施態様に従ったスパタリング装置は、従来型のターゲッ
ト１４を内部に懸架した従来構成の真空チャンバ１０を
有する。好適なスパッタリングチャンバの一つは米国特
許５、２４２、５６６号 (Parker) に開示されている。
真空チャンバ１０は、少なくとも１つのガス取入口２６
および排気ポンプ（図示せず）に接続された排気口２８
を設けたチャンバ壁２４を有する。基板支持基台３０
は、チャンバ１０の底部に配置され、ターゲット１４
は、チャンバ１０の上部に配置される。ターゲット１４
は電気的にチャンバ壁２４から絶縁され、チャンバ壁２
４は接地されるのが好ましい。この結果、ターゲット上
の印加電圧は、接地されたチャンバ壁２４に対し保持さ
れる。
施態様に従ったスパタリング装置は、従来型のターゲッ
ト１４を内部に懸架した従来構成の真空チャンバ１０を
有する。好適なスパッタリングチャンバの一つは米国特
許５、２４２、５６６号 (Parker) に開示されている。
真空チャンバ１０は、少なくとも１つのガス取入口２６
および排気ポンプ（図示せず）に接続された排気口２８
を設けたチャンバ壁２４を有する。基板支持基台３０
は、チャンバ１０の底部に配置され、ターゲット１４
は、チャンバ１０の上部に配置される。ターゲット１４
は電気的にチャンバ壁２４から絶縁され、チャンバ壁２
４は接地されるのが好ましい。この結果、ターゲット上
の印加電圧は、接地されたチャンバ壁２４に対し保持さ
れる。
【００１９】堆積プロセス中に、スパッタリングプロセ
スガス、典型的にはアルゴン等、の非反応性(non-react
ive)ガスが、流量制御バルブ（図示せず）により調整さ
れ選択された流量にてガス取入口２６を通じて真空チャ
ンバ１０内に供給される。チャンバ１０内の圧力は、排
気口２８を通じてポンプアウトするガスの流量を制御す
ることによって調整される。
スガス、典型的にはアルゴン等、の非反応性(non-react
ive)ガスが、流量制御バルブ（図示せず）により調整さ
れ選択された流量にてガス取入口２６を通じて真空チャ
ンバ１０内に供給される。チャンバ１０内の圧力は、排
気口２８を通じてポンプアウトするガスの流量を制御す
ることによって調整される。
【００２０】直流電源５２は、電気的に接地されたチャ
ンバ壁２４に対しターゲット１４上に負電圧を印加し、
該プロセスガスをプラズマ状態に励起する。プラズマか
らのイオンがターゲット１４に衝突し、ターゲット材料
粒子をターゲット１４からスパッタする。
ンバ壁２４に対しターゲット１４上に負電圧を印加し、
該プロセスガスをプラズマ状態に励起する。プラズマか
らのイオンがターゲット１４に衝突し、ターゲット材料
粒子をターゲット１４からスパッタする。
【００２１】基板１２は、ターゲット１４に対し離間し
かつこれに平行に、基台３０上に配置する。スパッタさ
れたターゲット１４は、ターゲット材料のフラックスを
形成し、基板１２上に堆積層を形成する。堆積層は、所
望によって、基板上に既に設けられた１つ以上の誘電(d
ielectric)層、金属層または他の層の上に形成すること
ができ、誘電層または他の層の孔または溝を充填または
コンフォ−マルに被覆して、基板上にプラグまたは接続
部を形成する。
かつこれに平行に、基台３０上に配置する。スパッタさ
れたターゲット１４は、ターゲット材料のフラックスを
形成し、基板１２上に堆積層を形成する。堆積層は、所
望によって、基板上に既に設けられた１つ以上の誘電(d
ielectric)層、金属層または他の層の上に形成すること
ができ、誘電層または他の層の孔または溝を充填または
コンフォ−マルに被覆して、基板上にプラグまたは接続
部を形成する。
【００２２】更に、チャンバ１０は、好ましくは、従来
のマグネトロン型スパッタリング装置として構成され
る。ここでマグネット（図示せず）はターゲットの１４
上方に配置され、ターゲットの近隣、特にターゲット１
４の中央部と周辺部間の環状領域におけるイオン濃度を
高める。かかる装置は、米国特許５、２４２、５６６号
(Parker) に開示されている。
のマグネトロン型スパッタリング装置として構成され
る。ここでマグネット（図示せず）はターゲットの１４
上方に配置され、ターゲットの近隣、特にターゲット１
４の中央部と周辺部間の環状領域におけるイオン濃度を
高める。かかる装置は、米国特許５、２４２、５６６号
(Parker) に開示されている。
【００２３】プレートコリメターの実施例：図１は、こ
の発明のコリメーター要素の一実施例を示す。該コリメ
ーター要素は、従来のプレートコリメーター４０から構
成され、真空チャンバ１０内で基板支持基台３０とター
ゲット１４間に支持される。プレートコリメター４０
は、概ね平坦形状に形成され、上面４４と、底面４６
と、上面と底面間を貫通する複数の貫通孔４２とを有す
る。各貫通孔４２は、基板１２に垂直な長手軸４８を有
する開口六角柱状に形成される。
の発明のコリメーター要素の一実施例を示す。該コリメ
ーター要素は、従来のプレートコリメーター４０から構
成され、真空チャンバ１０内で基板支持基台３０とター
ゲット１４間に支持される。プレートコリメター４０
は、概ね平坦形状に形成され、上面４４と、底面４６
と、上面と底面間を貫通する複数の貫通孔４２とを有す
る。各貫通孔４２は、基板１２に垂直な長手軸４８を有
する開口六角柱状に形成される。
【００２４】各貫通孔の長さおよび直径は、従来のプレ
ートコリメーター設計原理に従って決定される。具体的
には、各貫通孔４２の、直径に対する長さの比は、基板
に対し実質的に傾斜する方向に進入するターゲット材
料、即ち基板に垂直な方向から所定の角度以上傾いた軌
道を進行するターゲット材料が該貫通孔の側面に堆積し
得るように十分大きく形成される。この結果、プレート
コリメーターは、かかる傾斜軌道を進行するターゲット
材料が、基板上に堆積するのを防止する。また、各貫通
孔４２の、直径に対する長さの比は、基板に対し実質的
に垂直に進行するターゲット材料の大部分がコリメータ
ー４０を通過して基板１２上に堆積し得るように十分小
さく形成される。
ートコリメーター設計原理に従って決定される。具体的
には、各貫通孔４２の、直径に対する長さの比は、基板
に対し実質的に傾斜する方向に進入するターゲット材
料、即ち基板に垂直な方向から所定の角度以上傾いた軌
道を進行するターゲット材料が該貫通孔の側面に堆積し
得るように十分大きく形成される。この結果、プレート
コリメーターは、かかる傾斜軌道を進行するターゲット
材料が、基板上に堆積するのを防止する。また、各貫通
孔４２の、直径に対する長さの比は、基板に対し実質的
に垂直に進行するターゲット材料の大部分がコリメータ
ー４０を通過して基板１２上に堆積し得るように十分小
さく形成される。
【００２５】プレートコリメーター４０は、前記真空チ
ャンバから電気的に絶縁した状態で真空チャンバ４２内
に支持される。電源５０は、コリメーター４０と真空チ
ャンバの接地された壁２４との間に電圧を印加する。電
源５０として、直流電源または交流電源（ＲＦまたは低
周波）を用いることができる。
ャンバから電気的に絶縁した状態で真空チャンバ４２内
に支持される。電源５０は、コリメーター４０と真空チ
ャンバの接地された壁２４との間に電圧を印加する。電
源５０として、直流電源または交流電源（ＲＦまたは低
周波）を用いることができる。
【００２６】ターゲット１４のスパッタリングによって
半導体基板１２上に膜形成を行う間に、タ−ゲット材料
のスパッタされた原子の一部が、貫通孔４２を含むプレ
ートコリメーター４０上に堆積する。従来技術において
は、ターゲット材料が貫通孔４２を閉塞し始めた時点で
定期的にプレートコリメーター４０の清浄化または交換
が必要となる。他方、この発明においては、ターゲット
材料がこれらの箇所に、ほとんど堆積するや否やプレー
トコリメーター４０から堆積ターゲット材料の除去清浄
を行う。この清浄化は、接地された壁２４に関連してプ
レートコリメーター４０に負電圧を印加するとともにプ
レートコリメーター４０をプラズマ発生領域内に配置す
ることにより達成される。この結果、貫通孔４２の側面
部を含むプレートコリメーター４０の表面が、スパッタ
リングプロセスガス（典型的にはアルゴン）のイオンに
よりスパッタリング清浄される。このように、ターゲッ
ト材料の堆積に起因する定期的なプレートコリメーター
の交換または清浄化の必要性が少なくなるかまたは不要
となる。
半導体基板１２上に膜形成を行う間に、タ−ゲット材料
のスパッタされた原子の一部が、貫通孔４２を含むプレ
ートコリメーター４０上に堆積する。従来技術において
は、ターゲット材料が貫通孔４２を閉塞し始めた時点で
定期的にプレートコリメーター４０の清浄化または交換
が必要となる。他方、この発明においては、ターゲット
材料がこれらの箇所に、ほとんど堆積するや否やプレー
トコリメーター４０から堆積ターゲット材料の除去清浄
を行う。この清浄化は、接地された壁２４に関連してプ
レートコリメーター４０に負電圧を印加するとともにプ
レートコリメーター４０をプラズマ発生領域内に配置す
ることにより達成される。この結果、貫通孔４２の側面
部を含むプレートコリメーター４０の表面が、スパッタ
リングプロセスガス（典型的にはアルゴン）のイオンに
よりスパッタリング清浄される。このように、ターゲッ
ト材料の堆積に起因する定期的なプレートコリメーター
の交換または清浄化の必要性が少なくなるかまたは不要
となる。
【００２７】電源５０は、プレートコリメーター４０に
対し負の直流電圧を印加することができる。これによっ
て、真空チャンバ内にプラズマが存在するときはいつで
もコリメーター４０の連続的なスパッタリング清浄が行
われる。あるいは、電源５０は、交流電圧（ＲＦまたは
低周波交流）をプレートコリメーター４０に印加するこ
ともでき、この場合は交流波形の負電圧領域の印加が行
われるとき、即ちコリメーター４０が真空チャンバの壁
２４およびプラズマに関連して十分な負電圧を印加され
た時に、プラズマイオンがプレートコリメーター４０に
向かって加速照射されてスパッタリング清浄が行われ
る。
対し負の直流電圧を印加することができる。これによっ
て、真空チャンバ内にプラズマが存在するときはいつで
もコリメーター４０の連続的なスパッタリング清浄が行
われる。あるいは、電源５０は、交流電圧（ＲＦまたは
低周波交流）をプレートコリメーター４０に印加するこ
ともでき、この場合は交流波形の負電圧領域の印加が行
われるとき、即ちコリメーター４０が真空チャンバの壁
２４およびプラズマに関連して十分な負電圧を印加され
た時に、プラズマイオンがプレートコリメーター４０に
向かって加速照射されてスパッタリング清浄が行われ
る。
【００２８】交流電源５０は、好ましくは、コンデンサ
を介してコリメーター電極４０に接続される。プラズマ
からの電子は、コンデンサを介して直流電圧を生起す
る。その結果、コリメーター４０が、真空チャンバの接
地された壁に対し負にバイアスされる。この負バイアス
電圧は、コリメーター４０のスパッタリング清浄速度を
増す。
を介してコリメーター電極４０に接続される。プラズマ
からの電子は、コンデンサを介して直流電圧を生起す
る。その結果、コリメーター４０が、真空チャンバの接
地された壁に対し負にバイアスされる。この負バイアス
電圧は、コリメーター４０のスパッタリング清浄速度を
増す。
【００２９】コンデンサとしては、交流電源自体の内部
の直列出力結合コンデンサを用いるか、または電源とコ
リメーター間に接続されたインピーダンス整合ネットワ
ーク(impedance matching network)内に配置しても良
い。
の直列出力結合コンデンサを用いるか、または電源とコ
リメーター間に接続されたインピーダンス整合ネットワ
ーク(impedance matching network)内に配置しても良
い。
【００３０】あるいはまた、電源５０は、直流電源と交
流電源を直列に接続し、コリメーターに印加した交流電
圧と直流電圧を独立に制御し得る構成とすることもでき
る。
流電源を直列に接続し、コリメーターに印加した交流電
圧と直流電圧を独立に制御し得る構成とすることもでき
る。
【００３１】交流電圧をプレートコリメーター４０に印
加すると、コリメーターに負電圧が印加されるときに、
プレートコリメーター４０の清浄化（即ち、スパッタエ
ッチング）が行われ、他方、コリメーター４０に正電圧
が印加されるときに、コリメーター上にターゲット材料
が堆積する。
加すると、コリメーターに負電圧が印加されるときに、
プレートコリメーター４０の清浄化（即ち、スパッタエ
ッチング）が行われ、他方、コリメーター４０に正電圧
が印加されるときに、コリメーター上にターゲット材料
が堆積する。
【００３２】直流負バイアス電圧に対する交流電圧の比
を制御することによって、堆積速度に対するエッチング
清浄化速度の比を理想的な１：１に調整することができ
る。この比が小さい場合は、コリメーター貫通孔閉塞速
度が高まり、またこの比が大きい場合は、コリメーター
がエッチングされて基板１２上の堆積膜を汚染する。後
者の問題を解消するために、コリメーター４０をターゲ
ット１４と同一の材質により形成し、プレートコリメー
ター４０からスパッタされた材料が基板１２を汚染しな
いように構成することもできる。あるいは、十分に厚み
のあるターゲット材料からなる皮膜をプレートコリメー
ター上に形成し、該エッチング工程でプレートコリメー
ターの基材が露出しないように構成することもできる。
を制御することによって、堆積速度に対するエッチング
清浄化速度の比を理想的な１：１に調整することができ
る。この比が小さい場合は、コリメーター貫通孔閉塞速
度が高まり、またこの比が大きい場合は、コリメーター
がエッチングされて基板１２上の堆積膜を汚染する。後
者の問題を解消するために、コリメーター４０をターゲ
ット１４と同一の材質により形成し、プレートコリメー
ター４０からスパッタされた材料が基板１２を汚染しな
いように構成することもできる。あるいは、十分に厚み
のあるターゲット材料からなる皮膜をプレートコリメー
ター上に形成し、該エッチング工程でプレートコリメー
ターの基材が露出しないように構成することもできる。
【００３３】プレ−トコリコリメーター４０上へのター
ゲット材料皮膜の形成は、真空チャンバ１０内にコリメ
−タ−４０を配置する前に、従来の堆積法を用いて行う
ことができる。また、半導体基板１２を真空チャンバ内
に取り付ける前に、真空チャンバ内でスパッタを行い、
プレートコリメーター４０上にターゲット材料層を形成
することもできる。後者の方法は、コリメーターを接地
することにより、負バイアスされたターゲット（陰極）
に対しコリメーターを陽極として機能させて行うことが
できる。続いて真空チャンバ１０内で基板１２を処理す
る際には、コリメーター４０は、接地から外され、上記
のように電源５０に接続される。
ゲット材料皮膜の形成は、真空チャンバ１０内にコリメ
−タ−４０を配置する前に、従来の堆積法を用いて行う
ことができる。また、半導体基板１２を真空チャンバ内
に取り付ける前に、真空チャンバ内でスパッタを行い、
プレートコリメーター４０上にターゲット材料層を形成
することもできる。後者の方法は、コリメーターを接地
することにより、負バイアスされたターゲット（陰極）
に対しコリメーターを陽極として機能させて行うことが
できる。続いて真空チャンバ１０内で基板１２を処理す
る際には、コリメーター４０は、接地から外され、上記
のように電源５０に接続される。
【００３４】プレートコリメーターの実施例における利
点：基板１２を真空チャンバ内１０内で処理する際、プ
レートコリメーター４０をスパッタリング清浄すること
により、プレートコリメーター４０は、交換または清浄
化を不要として無期限に使用することが可能となる。こ
のように、プレートコリメーター４０によりターゲット
材料のフラックスを好適な方向に進行させることができ
るとともに、従来、プレートコリメーター上にターゲッ
ト材料が堆積したために必要であったコリメーターの清
浄化または交換を不要とすることができる。
点：基板１２を真空チャンバ内１０内で処理する際、プ
レートコリメーター４０をスパッタリング清浄すること
により、プレートコリメーター４０は、交換または清浄
化を不要として無期限に使用することが可能となる。こ
のように、プレートコリメーター４０によりターゲット
材料のフラックスを好適な方向に進行させることができ
るとともに、従来、プレートコリメーター上にターゲッ
ト材料が堆積したために必要であったコリメーターの清
浄化または交換を不要とすることができる。
【００３５】以下で更に詳しく述べるように、プレート
コリメーター４０に印加する電圧を調整することによ
り、基板１２上の堆積膜内に包含されるスパッタリング
プロセスガス原子（典型的にはアルゴン）の量を制御す
ることができる。
コリメーター４０に印加する電圧を調整することによ
り、基板１２上の堆積膜内に包含されるスパッタリング
プロセスガス原子（典型的にはアルゴン）の量を制御す
ることができる。
【００３６】グリッド電極の実施例：図２は、この発明
の他の実施例を示す。図２において、コリメーター要素
は、概ね平坦なグリッド１００から成る。グリッド１０
０は、基板１２に平行に配設されるとともに、ターゲッ
ト１４のスパッタリングにより堆積層を形成する基板１
２の上面に近接して配置される。
の他の実施例を示す。図２において、コリメーター要素
は、概ね平坦なグリッド１００から成る。グリッド１０
０は、基板１２に平行に配設されるとともに、ターゲッ
ト１４のスパッタリングにより堆積層を形成する基板１
２の上面に近接して配置される。
【００３７】グリッド１００は、電気絶縁部材（図示せ
ず）を介して真空チャンバの壁２４に取り付けられる。
好ましくは、該グリッド１００は、導電性メッシュまた
はスクリーンから成り、スパッタされたターゲット材料
の通過を著しく阻害しないように最小表面積および最小
厚に構成される。更に、真空チャンバ１０内には、コイ
ル１０８等のイオン化電源が配設される。コイル１０８
は、ＲＦ電源１０９に接続される。該ＲＦ電源１０９
は、グリッド１００とターゲット１４との間の領域に高
エネルギー場を供給し、ターゲット１４からスパッタさ
れたターゲット原子をイオン化する。コイル１０８は、
チャンバ１０の少なくとも一部を囲んでおり、交流電源
により動力を供給される。その交流電源はＲＦであるの
が好ましい。そのコイルは、供給される動力をプラズマ
が存在しているチャンバの内側の領域に誘導的に（indu
ctively ）連結し、そのチャンバ１０内に高密度プラズ
マを提供する。コイル１０８は、チャンバ１０の外側に
示されているが、チャンバ１０内に置いてもよい。
ず）を介して真空チャンバの壁２４に取り付けられる。
好ましくは、該グリッド１００は、導電性メッシュまた
はスクリーンから成り、スパッタされたターゲット材料
の通過を著しく阻害しないように最小表面積および最小
厚に構成される。更に、真空チャンバ１０内には、コイ
ル１０８等のイオン化電源が配設される。コイル１０８
は、ＲＦ電源１０９に接続される。該ＲＦ電源１０９
は、グリッド１００とターゲット１４との間の領域に高
エネルギー場を供給し、ターゲット１４からスパッタさ
れたターゲット原子をイオン化する。コイル１０８は、
チャンバ１０の少なくとも一部を囲んでおり、交流電源
により動力を供給される。その交流電源はＲＦであるの
が好ましい。そのコイルは、供給される動力をプラズマ
が存在しているチャンバの内側の領域に誘導的に（indu
ctively ）連結し、そのチャンバ１０内に高密度プラズ
マを提供する。コイル１０８は、チャンバ１０の外側に
示されているが、チャンバ１０内に置いてもよい。
【００３８】また、イオン化ターゲット原子を生起する
イオン化電源および真空チャンバの望ましい形態の一つ
は米国特許第５、１７８、７３９号 (Barnes他) に開示
されている。
イオン化電源および真空チャンバの望ましい形態の一つ
は米国特許第５、１７８、７３９号 (Barnes他) に開示
されている。
【００３９】グリッド１００は、真空チャンバの接地さ
れた壁２４に対し負電圧、好ましくは約２００〜１、０
００ボルトに維持される。この負電圧は、ターゲットか
らスパッタリングされたターゲット材料のイオンをグリ
ッド１００に向かって、つまり基板に対し垂直な方向に
加速し、これによって静電的にターゲットイオンのフラ
ックスをコリメートして基板１２上に堆積させる。言い
替えると、グリッド１００の平坦面を基板表面に平行か
つ近接して配置することによって、グリッド１００付近
およびグリッド上のイオンが、グリッド１００および基
板１２に垂直な方向に加速され、基板１２に向かって進
行させられる。グリッド１００は、最小表面積を有する
導電体のオ−プンアレイまたは多孔アレイより形成され
るため、イオンの殆どはグリッドを１００を通過して基
板上面に対し垂直な方向へ進行中に基板上に堆積する。
れた壁２４に対し負電圧、好ましくは約２００〜１、０
００ボルトに維持される。この負電圧は、ターゲットか
らスパッタリングされたターゲット材料のイオンをグリ
ッド１００に向かって、つまり基板に対し垂直な方向に
加速し、これによって静電的にターゲットイオンのフラ
ックスをコリメートして基板１２上に堆積させる。言い
替えると、グリッド１００の平坦面を基板表面に平行か
つ近接して配置することによって、グリッド１００付近
およびグリッド上のイオンが、グリッド１００および基
板１２に垂直な方向に加速され、基板１２に向かって進
行させられる。グリッド１００は、最小表面積を有する
導電体のオ−プンアレイまたは多孔アレイより形成され
るため、イオンの殆どはグリッドを１００を通過して基
板上面に対し垂直な方向へ進行中に基板上に堆積する。
【００４０】グリッド１００は、電源５０によって直流
バイアスまたは交流（低周波又はＲＦ）バイアスされ
る。グリッドが直流負バイアスされた場合、ターゲット
イオンは、連続的にグリッド１００、従って基板１２に
向かって加速される。一方、グリッド１００が交流バイ
アスされた場合、ターゲットイオンは、グリッド１００
に負電圧が印加される毎にグリッド１００、従って基板
１２に向かって加速される。直流電源（図示せず）を、
交流電源５０と直列に結合して、低周波交流電圧に加え
てグリッド１００に負電圧を印加してもよい。また、交
流電源５０を、後述する実施例において説明するよう
に、静電容量的(capacitively)にグリッドへ接続し、プ
ラズマからの電子の蓄積によりグリッド１００に負バイ
アス電圧を印加してもよい。負バイアス電圧および交流
電圧の加重印加によって、イオン化ターゲット原子は基
板に向かって交流電圧の周波数に呼応してパルス的に加
速される。
バイアスまたは交流（低周波又はＲＦ）バイアスされ
る。グリッドが直流負バイアスされた場合、ターゲット
イオンは、連続的にグリッド１００、従って基板１２に
向かって加速される。一方、グリッド１００が交流バイ
アスされた場合、ターゲットイオンは、グリッド１００
に負電圧が印加される毎にグリッド１００、従って基板
１２に向かって加速される。直流電源（図示せず）を、
交流電源５０と直列に結合して、低周波交流電圧に加え
てグリッド１００に負電圧を印加してもよい。また、交
流電源５０を、後述する実施例において説明するよう
に、静電容量的(capacitively)にグリッドへ接続し、プ
ラズマからの電子の蓄積によりグリッド１００に負バイ
アス電圧を印加してもよい。負バイアス電圧および交流
電圧の加重印加によって、イオン化ターゲット原子は基
板に向かって交流電圧の周波数に呼応してパルス的に加
速される。
【００４１】単一グリッド電極の実施例の利点：上述の
コイル１０８および電源１０９のような、ターゲットか
らスパッタされた材料をイオン化するためのイオン化電
源と組み合わせて使用することによって、グリッド１０
０はターゲット材料イオンを基板１２の方向に加速し、
実質的に基板に対し垂直に進行させられるターゲット材
料イオンの静電的にコリメートされた流れつまりフラッ
クスを提供する。このように、プレートコリメーターま
たは他の機械的コリメート装置を用いることなく、ター
ゲット材料のコリメートされた流れつまりフラックスが
基板１２の表面に供給される。機械的コリメーターは、
過度に傾斜した軌道を進行するスパッタされたターゲッ
ト材料を機械的にブロックするので、必然的にターゲッ
ト材料の浪費を招く。これに対し、静電的コリメーター
はスパッタ材料をブロックせず、その軌道を基板に対し
より垂直な方向に好適に変更させる。
コイル１０８および電源１０９のような、ターゲットか
らスパッタされた材料をイオン化するためのイオン化電
源と組み合わせて使用することによって、グリッド１０
０はターゲット材料イオンを基板１２の方向に加速し、
実質的に基板に対し垂直に進行させられるターゲット材
料イオンの静電的にコリメートされた流れつまりフラッ
クスを提供する。このように、プレートコリメーターま
たは他の機械的コリメート装置を用いることなく、ター
ゲット材料のコリメートされた流れつまりフラックスが
基板１２の表面に供給される。機械的コリメーターは、
過度に傾斜した軌道を進行するスパッタされたターゲッ
ト材料を機械的にブロックするので、必然的にターゲッ
ト材料の浪費を招く。これに対し、静電的コリメーター
はスパッタ材料をブロックせず、その軌道を基板に対し
より垂直な方向に好適に変更させる。
【００４２】従来の静電的(electrostatic) コリメータ
ーは、この発明のように別体形成された電極をバイアス
するよりむしろ半導体基板を負バイアスすることにより
イオン化ターゲット材料をコリメートしていた。しかし
ながら、基板に高電圧を印加すると、基板上に形成され
た半導体デバイスが破損する恐れがある。この発明にお
いては、グリッド１００に負電圧を加えることにより、
従来と同等のコリメーション性能を達成し得るととも
に、半導体基板に印加する電圧を大幅に減らすか不要と
成し、それによってかかる電圧印加により基板上の半導
体デバイスを破損する危険性を減らすことが可能とな
る。
ーは、この発明のように別体形成された電極をバイアス
するよりむしろ半導体基板を負バイアスすることにより
イオン化ターゲット材料をコリメートしていた。しかし
ながら、基板に高電圧を印加すると、基板上に形成され
た半導体デバイスが破損する恐れがある。この発明にお
いては、グリッド１００に負電圧を加えることにより、
従来と同等のコリメーション性能を達成し得るととも
に、半導体基板に印加する電圧を大幅に減らすか不要と
成し、それによってかかる電圧印加により基板上の半導
体デバイスを破損する危険性を減らすことが可能とな
る。
【００４３】グリッド１００は、また、自己清浄が可能
である。作動時に、スパッタリングガスイオンはグリッ
ド１００に衝突し、グリッド１００上に堆積しているか
もしれないターゲット材料をスパッタしてグリッド１０
０から解離させる。グリッド１００に更なる負電圧を印
加することによって、スパッタリングガスイオンがグリ
ッド１００に衝突する速度が増し、これによってグリッ
ド面の清浄速度が増す。グリッド１００上の堆積速度お
よびスパッタ清浄速度は、グリッド１００に印加する負
バイアス電圧を調整することによりバランスをとること
ができる。
である。作動時に、スパッタリングガスイオンはグリッ
ド１００に衝突し、グリッド１００上に堆積しているか
もしれないターゲット材料をスパッタしてグリッド１０
０から解離させる。グリッド１００に更なる負電圧を印
加することによって、スパッタリングガスイオンがグリ
ッド１００に衝突する速度が増し、これによってグリッ
ド面の清浄速度が増す。グリッド１００上の堆積速度お
よびスパッタ清浄速度は、グリッド１００に印加する負
バイアス電圧を調整することによりバランスをとること
ができる。
【００４４】また、グリッド１００上の印加電圧を調整
することにより、以下に詳述するように基板１２上の堆
積膜内に包含されるスパッタプロセスガス原子（典型的
にはアルゴン）の量を制御することができる。
することにより、以下に詳述するように基板１２上の堆
積膜内に包含されるスパッタプロセスガス原子（典型的
にはアルゴン）の量を制御することができる。
【００４５】第二電極：図３は、図１のプレートコリメ
ーター装置、または図２のグリッドコリメーター装置の
いずれかに適用される更なる改良例を示す。この改良例
においては、第一の電極４０または１００と基板１２と
の間、好ましくは基板により接近して、第二の電極１１
２が配設される。第二の電極１１２の構造は、コリメー
ター電極１００の構造と同一であってもよい。
ーター装置、または図２のグリッドコリメーター装置の
いずれかに適用される更なる改良例を示す。この改良例
においては、第一の電極４０または１００と基板１２と
の間、好ましくは基板により接近して、第二の電極１１
２が配設される。第二の電極１１２の構造は、コリメー
ター電極１００の構造と同一であってもよい。
【００４６】第二電極１１２は、接地電圧に対し正電圧
に維持されるかまたは、第一電極よりも小さい負電圧に
維持される。それ故、第二電極は、第一電極４０または
１００によって基板方向に加速されたイオンを減速し、
これによって高エネルギーイオンの衝突による基板上の
半導体デバイスの破損の危険性を減らすことができる。
に維持されるかまたは、第一電極よりも小さい負電圧に
維持される。それ故、第二電極は、第一電極４０または
１００によって基板方向に加速されたイオンを減速し、
これによって高エネルギーイオンの衝突による基板上の
半導体デバイスの破損の危険性を減らすことができる。
【００４７】接地電圧に対し正電圧にバイアスする場
合、第二電極１１２は、また、基板表面の隣接領域から
電子を吸引して、高エネルギー電子が基板１２に衝突す
るのを防止する。
合、第二電極１１２は、また、基板表面の隣接領域から
電子を吸引して、高エネルギー電子が基板１２に衝突す
るのを防止する。
【００４８】第二電極１１２に印加される電圧は、直流
電源５４またはこの直流電源５４に直列に結合された交
流電源（図示せず）により供給される。
電源５４またはこの直流電源５４に直列に結合された交
流電源（図示せず）により供給される。
【００４９】堆積膜中にプロセスガスを包含する制御：
プレート型コリメーター４０またはグリッド型コリメー
ター１００のいずれの場合においても、そのコリメータ
ー電極に印加される電圧を調整することによって、アル
ゴンイオンまたはプラズマ中の他種のイオンが基板上の
堆積膜中に包含される(incorporated)量を制御すること
ができる。接地された壁に対し負電圧に印加されたコリ
メーター電極４０または１００は、スパッタリングプロ
セスガスからイオンを吸引する。プレートコリメーター
４０に印加される電圧をより大きな（またはより小さ
な）負電圧に調整することによって、グリッドを通過し
て基板上に堆積するスパッタリングガスイオンの量が増
加（または減少）し、これによって半導体基板上に堆積
したターゲット材料膜中に包含されるスパッタリングプ
ロセスガス中のアルゴンイオンまたは他種のイオンの割
合を増加（または減少）させることができる。堆積膜の
電気的、光学的および化学的性質は、膜中に包含される
プロセスガス種(process gas species) の量を調整する
ことにより好適に制御することができる。
プレート型コリメーター４０またはグリッド型コリメー
ター１００のいずれの場合においても、そのコリメータ
ー電極に印加される電圧を調整することによって、アル
ゴンイオンまたはプラズマ中の他種のイオンが基板上の
堆積膜中に包含される(incorporated)量を制御すること
ができる。接地された壁に対し負電圧に印加されたコリ
メーター電極４０または１００は、スパッタリングプロ
セスガスからイオンを吸引する。プレートコリメーター
４０に印加される電圧をより大きな（またはより小さ
な）負電圧に調整することによって、グリッドを通過し
て基板上に堆積するスパッタリングガスイオンの量が増
加（または減少）し、これによって半導体基板上に堆積
したターゲット材料膜中に包含されるスパッタリングプ
ロセスガス中のアルゴンイオンまたは他種のイオンの割
合を増加（または減少）させることができる。堆積膜の
電気的、光学的および化学的性質は、膜中に包含される
プロセスガス種(process gas species) の量を調整する
ことにより好適に制御することができる。
【００５０】スパッタリングチャンバに、スパッタされ
るターゲット材料をイオン化する電源１０８、１０９を
設けない場合は、該スパッタされたターゲット材料は電
荷を持たない。それ故、コリメーター電極４０または１
００への印加電圧を調整することにより、ターゲット材
料の堆積速度に影響を与えることなくプロセスガスの堆
積速度を制御し得る。このように、コリメーター電極
は、基板上の堆積膜中に包含されるプロセスガス種の割
合を制御する方法を提供する。
るターゲット材料をイオン化する電源１０８、１０９を
設けない場合は、該スパッタされたターゲット材料は電
荷を持たない。それ故、コリメーター電極４０または１
００への印加電圧を調整することにより、ターゲット材
料の堆積速度に影響を与えることなくプロセスガスの堆
積速度を制御し得る。このように、コリメーター電極
は、基板上の堆積膜中に包含されるプロセスガス種の割
合を制御する方法を提供する。
【００５１】逆に、もしスパッタリングチャンバに、ス
パッタされるターゲット材料をイオン化する電源１０
８、１０９を設けた場合は、電源１０９の出力レベルを
調整することにより、該スパッタされるターゲット材料
のイオン化の割合を制御することができる。
パッタされるターゲット材料をイオン化する電源１０
８、１０９を設けた場合は、電源１０９の出力レベルを
調整することにより、該スパッタされるターゲット材料
のイオン化の割合を制御することができる。
【００５２】基板上の堆積膜中に包含されるスパッタリ
ングプロセスガスの割合は、真空チャンバ内の所望のガ
ス種の分圧を増加（または減少）させることにより調整
することができる。
ングプロセスガスの割合は、真空チャンバ内の所望のガ
ス種の分圧を増加（または減少）させることにより調整
することができる。
【図１】この発明の一実施例に従ったスパッタリングチ
ャンバの、一部断面で示した斜視図であり、この発明の
コリメ−ト要素を含む。
ャンバの、一部断面で示した斜視図であり、この発明の
コリメ−ト要素を含む。
【図２】この発明のコリメート要素の他の実施例を含む
スパッタリングチャンバの、一部断面で示した斜視図で
ある。
スパッタリングチャンバの、一部断面で示した斜視図で
ある。
【図３】この発明のコリメート要素の更に他の実施例を
含むスパッタリングチャンバの、一部断面で示した斜視
図である。
含むスパッタリングチャンバの、一部断面で示した斜視
図である。
１０…真空チャンバ、１２…基板、１４…タ−ゲット、
２４…チャンバ壁、２６…ガス取入口、２８…排気口、
３０…基板支持台、４０…コリメ−タ−、４２…貫通
孔、４４…上面、４６…底面、４８…長手軸、５０…電
源、５２…交流電源、５４…直流電源、１００…グリッ
ド、１０８…コイル、１０９…ＲＦ電源、１１２…第２
電極
２４…チャンバ壁、２６…ガス取入口、２８…排気口、
３０…基板支持台、４０…コリメ−タ−、４２…貫通
孔、４４…上面、４６…底面、４８…長手軸、５０…電
源、５２…交流電源、５４…直流電源、１００…グリッ
ド、１０８…コイル、１０９…ＲＦ電源、１１２…第２
電極
Claims (31)
- 【請求項１】 電気的に接地された壁を有するスパッタ
リングチャンバと、 前記スパッタリングチャンバ内に配されたスパッタリン
グターゲットと、 プロセスガスを前記スパッタリングチャンバ内に供給す
るガス源と、 前記ターゲットの隣接域で前記プロセスガスをプラズマ
状態に励起して前記ターゲットからのターゲット材料の
スパッタリングを促進するプラズマ源と、 前記スパッタリングチャンバ内に半導体基板を保持する
支持部材と、 前記ターゲットと前記基板支持部材との間に配されたコ
リメーター電極と、 前記コリメーター電極と接地された前記チャンバ壁との
間に第一の電圧を供給するために接続された第一の電圧
源とを備え、 前記第一の電圧源が前記基板上の堆積ターゲット材料内
に包含されるプロセスガス原子の量を制御する、 ターゲットからスパッタされコリメートされた材料のフ
ラックスを半導体基板上に堆積する装置。 - 【請求項２】 更に、前記コリメーター電極と前記基板
支持部材との間に配された第二の電極と、 接地された前記壁に対し正である電圧を前記第二の電極
に供給するために接続された第二の電圧源を備え、 前記第二の電極に印加された正電圧が、前記コリメータ
ーから前記基板に向かって進行させられるイオンを減速
し、高エネルギーイオンが前記基板を損傷する危険を減
らした、 請求項１に記載の装置。 - 【請求項３】 電気的接地部に接続された壁を有するス
パッタリングチャンバと、 前記スパッタリングチャンバ内に配されたスパッタリン
グターゲットと、 プロセスガスを前記スパッタリングチャンバ内に供給す
るガス源と、 前記ターゲットの隣接域で前記プロセスガスをプラズマ
状態に励起して前記ターゲットからのターゲット材料の
スパッタリングを促進するプラズマ源と、 前記スパッタリングチャンバ内に半導体基板を保持する
支持部材と、 前記ターゲットと前記基板支持部材との間に配されると
ともに、前記基板に垂直な方向から所定の角度以上に偏
向した軌道を進行させられるターゲット材料のコリメー
ター通過を妨げるのに十分大きい長さ対幅比を有する１
つ以上の開口を設けた穿孔コリメータープレートと、 前記コリメータープレートに第一の電圧を供給するため
に接続された第一の電圧源とを備え、 前記第一の電源が前記基板上に堆積されたターゲット材
料内に包含されるプロセスガス原子の割合を制御する、 ターゲットからスパッタされコリメートされた材料のフ
ラックスを半導体基板上に堆積する装置。 - 【請求項４】 前記第一の電圧が、ある期間、前記電気
的接地部に対し負電圧であり、これによってプラズマ中
のイオンが前記コリメータープレートに吸引されて、前
記コリメータープレートをスパッタ清浄する、 請求項３に記載の装置。 - 【請求項５】 更に、前記コリメーター電極と前記基板
支持部材との間に配された第二の電極と、 接地された前記壁に対し正である電圧を第二の電極に供
給するように接続された第二の電圧源を有し、 前記第二の電極に印加された正電圧が、前記コリメータ
ーから前記基板に向かって進行させられるされるイオン
を減速し、高エネルギーイオンが前記基板を損傷する危
険を減らした、 請求項４に記載の装置。 - 【請求項６】 前記コリメーターが、少なくとも外側部
を前記ターゲットと同一材料から形成された、 請求項４に記載の装置。 - 【請求項７】 前記第一の電圧源が、直流負電圧を供給
する、 請求項４に記載の装置。 - 【請求項８】 前記第一の電圧源が、そのサイクルの一
部の期間は負である周期的波形を有する交流電圧を供給
する、 請求項４に記載の装置。 - 【請求項９】 前記第一の電圧源が、直流オフセット負
電圧を重ね合わされた交流電圧を供給する、 請求項４に記載の装置。 - 【請求項１０】 前記第一の電圧源が、交流電圧源と、
前記交流電圧源と前記コリメーターとの間に結合された
コンデンサとを包含し、前記コンデンサを通じて直流電
圧が生起され、前記コリメーターに直流負バイアスを印
加する、 請求項４に記載の装置。 - 【請求項１１】 電気接地部に接続された壁を有するス
パッタリングチャンバと、 前記スパッタリングチャンバ内に配されたスパッタリン
グターゲットと、 プロセスガスを前記スパッタリングチャンバ内に供給す
るガス源と、 前記ターゲットの隣接域で前記プロセスガスをプラズマ
状態に励起して前記ターゲットからのターゲット材料の
スパッタリングを促進するプラズマ源と、 前記スパッタリングチャンバ内に半導体基板を保持する
支持部材と、 前記ターゲットと前記基板支持部材との間に配された多
孔グリッド電極と、 前記ターゲットと前記グリッドとの間の領域でスパッタ
されたターゲット材料の少なくとも一部をイオン化する
ためのエネルギーを供給するイオン化電源と、 少なくとも一部の期間は前記電気接地部に対し負となる
第一電圧を前記グリッド電極に供給するように接続され
た第一の電圧源とを備え、 前記第一の電圧が負である期間にイオン化ターゲット材
料が前記グリッドに向かって加速され、これにより前記
基板上に堆積されるターゲット材料のフラックスがコリ
メートされる、 ターゲットからスパッタされコリメートされた材料のフ
ラックスを半導体基板上に堆積する装置。 - 【請求項１２】 更に、前記コリメーター電極と前記基
板支持部材との間に配された第二の電極と、 接地された前記壁に対し正である電圧を前記第二の電極
に供給するために接続された第二の電圧源とを有し、 前記第二電極に印加された正電圧が、前記コリメーター
から前記基板に向かって進行させられるイオンを減速
し、高エネルギーイオンが前記基板を損傷する危険を減
らした、 請求項１１に記載の装置。 - 【請求項１３】 前記第一の電圧源が直流負電圧を供給
する、 請求項１１に記載の装置。 - 【請求項１４】 前記第一の電圧源が、そのサイクルの
一部の期間に負である周期的波形を有する交流電圧を供
給する、 請求項１１に記載の装置。 - 【請求項１５】 前記第一の電圧源が、直流オフセット
負電圧を重ね合わされた交流電圧を供給する、 請求項１１に記載の装置。 - 【請求項１６】 前記第一の電圧源が、交流電圧源と、 前記交流電圧源と前記グリッド電極との間に結合された
コンデンサとを包含し、 直流電圧が前記コンデンサを通じて生起され、前記グリ
ッド電極に直流負バイアスを印加する、 請求項１１に記載の装置。 - 【請求項１７】 少なくともスパッタリングターゲット
と基板支持部材とを内部に有する接地されたエンクロ−
ジャを設けること、 前記エンクロ−ジャにスパッタリングガスを供給してそ
のガスをプラズマに励起すること、 前記プラズマにより前記ターゲットをスパッタして基板
上に膜層を堆積するターゲット材料のフラックスを形成
すること、 前記基板と前記ターゲットとの間に多孔電極を配置する
こと、 前記多孔電極に負電圧を印加してスパッタリングガスを
前記多孔電極の方向にかつそれを通過させて引き付けて
前記基板上に堆積させること、 前記多孔電極に印加された負電圧の強度を変化させ、こ
れにより前記基板上に堆積されるターゲット材料の量に
対する前記基板上の堆積膜内に包含されるスパッタリン
グガスの量を変化させることを含む、 基板上に堆積された膜層内へのスパッタリングガスの包
含を制御する方法。 - 【請求項１８】 更に、前記エンクロ−ジャ内の前記ス
パッタリングガスの分圧を変化させ、これにより前記基
板上に堆積されるターゲット材料の量に対する前記基板
上の堆積膜内に包含されるスパッタリングガスの量を変
化させる工程を包含する、 請求項１７に記載の方法。 - 【請求項１９】 少なくともスパッタリングターゲット
と基板支持部材とを内部に有する接地されたエンクロ−
ジャを設けること、 前記エンクロ−ジャにスパッタリングガスを供給し、前
記スパッタリングガスを励起してプラズマを形成するこ
と、 前記プラズマにより前記ターゲットをスパッタし、基板
上に膜層を堆積するターゲット材料のフラックスを形成
すること、 前記基板と前記ターゲットとの間に多孔電極を配置する
こと、 前記多孔電極に負電圧を印加してスパッタリングガスを
前記多孔電極の方向にかつそれを通過させて引き付け
て、前記基板上に堆積させること、 前記エンクロ−ジャ内のスパッタリングガスの分圧を変
化させ、これにより前記基板上に堆積されるターゲット
材料の量に対する前記基板上の堆積膜内に包含されるス
パッタリングガスの量を変化させることを含む、 基板上に堆積された膜層内へのスパッタリングガスの包
含を制御する方法。 - 【請求項２０】 更に、前記多孔電極に印加される負電
圧の強度を変化させ、これにより前記基板上に堆積され
るターゲット材料の量に対する前記基板上の堆積膜内に
包含されるスパッタリングガスの量を変化させる工程を
包含する、 請求項１９に記載の方法。 - 【請求項２１】 エンクロ−ジャとターゲットを内部に
有するスパッタリングチャンバを設けること、 前記ターゲットに隣接してプレートコリメーターを配置
すること、 前記コリメーターを電気的接地部に接続して前記ターゲ
ットをスパッタし、前記コリメーター上にターゲット材
料層を堆積させることを含む、 使用中にスパッタ清浄可能な、スパッタリングチャンバ
内で使用するプレートコリメーターの調製方法。 - 【請求項２２】 更に、前記コリメーターが前記基板支
持部材と前記ターゲットとの間に配置されるように前記
スパッタリングチャンバ内に前記基板支持部材を配置す
ること、 前記ターゲットをスパッタして前記基板上への堆積に供
するターゲット材料のフラックスを形成すること、 前記ターゲット材料のフラックスを前記コリメーターを
通過させ、これにより前記基板に到達する前記ターゲッ
ト材料のフラックスをコリメートすること、 前記コリメーターに負電圧を保持させて前記コリメータ
ーをスパッタ清浄する工程と、を包含する、 請求項２１に記載の方法。 - 【請求項２３】 更に、前記ターゲットをスパッタする
期間の少なくとも一部の期間に前記コリメーターに負電
圧を保持させる工程を包含する、 請求項２２に記載の方法。 - 【請求項２４】 スパッタリングターゲットおよび電気
的に接地された壁を有するスパッタリングチャンバ内に
半導体ウエ−ハを支持すること、 前記チャンバ内にプロセスガスを供給すること、 前記ターゲットの隣接領域で前記プロセスガスをプラズ
マ状態に励起して前記ターゲットからターゲット材料を
スパッタすること、 前記ターゲットと半導体基板支持部材との間にコリメー
ター電極を設けること、 前記コリメーター電極と接地された壁との間に第一の電
圧を供給することを含み、 前記第一の電圧が、前記基板上に堆積されるターゲット
材料内のプロセスガス原子の割合を制御する、 ターゲットからスパッタされたターゲット材料のコリメ
ートされたフラックスを半導体基板上に堆積する方法。 - 【請求項２５】 更に、前記第一の電圧を調整して、前
記基板上にプロセスガス原子を所望の割合で含有するタ
ーゲット材料膜を堆積する工程を包含する、請求項２４
に記載の方法。 - 【請求項２６】 更に、前記コリメーター電極と前記基
板との間に第二の電極を設けること、 接地された前記壁に対し正である電圧を前記第二の電極
に供給する工程を含み、 前記第二の電極に印加された正電圧が、前記コリメータ
ーから前記基板に向かって進行させられるイオンを減速
し、高エネルギーイオンが前記基板を損傷する危険を減
らす、 請求項２４に記載の方法。 - 【請求項２７】 スパッタリングターゲットおよび電気
的に接地された壁を有するスパッタリングチャンバ内に
半導体ウエ−ハを支持すること、 前記チャンバ内にプロセスガスを供給すること、 前記ターゲットの隣接領域で前記プロセスガスをプラズ
マ状態に励起して前記ターゲットからターゲット材料を
スパッタすること、 前記ターゲットと前記基板支持部材との間に、前記基板
に垂直な方向から所定の角度以上に偏向した軌道を進行
させられるターゲット材料のコリメーター通過を妨げる
のに十分大きい長さ対幅比を有する１つ以上の開口を有
する穿孔コリメータープレートを設けること、 コリメーター電極と接地された壁との間に第一の電圧を
供給することを含み、 前記第一の電圧が、前記基板上に堆積されるターゲット
材料内に包含されるプロセスガス原子の割合を制御す
る、 ターゲットからスパッタされたターゲット材料のコリメ
ートされたフラックスを半導体基板上に堆積する方法。 - 【請求項２８】 前記第一の電圧が、ある期間に前記電
気接地部に対し負であり、これによりプラズマ内のイオ
ンが前記コリメータープレートに吸引されて前記コリメ
ータープレートをスパッタ清浄する、 請求項２７に記載の方法。 - 【請求項２９】 更に、前記コリメーター電極と前記基
板との間に第二の電極を設けること、 接地された前記壁に対し正である電圧を前記第二の電極
に供給することを有し、 これにより前記第二の電極に印加された正電圧が、前記
コリメーターから前記基板に向かって進行させられるイ
オンを減速し、高エネルギーイオンが前記基板を損傷す
る危険を減らした、 請求項２８に記載の方法。 - 【請求項３０】 スパッタリングターゲットおよび電気
的に接地された壁を有するスパッタリングチャンバ内に
半導体ウエ−ハを支持すること、 前記チャンバ内にプロセスガスを供給すること、 前記ターゲットの隣接領域で前記プロセスガスをプラズ
マ状態に励起して前記ターゲットからターゲット材料を
スパッタすること、 前記ターゲットと前記基板支持部材との間に多孔グリッ
ド電極を設けること、 前記ターゲットと前記グリッド電極との間の領域にスパ
ッタされたターゲット材料の少なくとも一部をイオン化
するエネルギーを供給すること、 前記コリメーター電極と接地された前記壁との間に、少
なくとも一部の期間に前記電気的接地部に対し負である
第一の電圧を供給することを含み、 これにより前記第一の電圧が負である期間に、イオン化
ターゲット材料が前記グリッドに向かって加速され、こ
れにより前記基板上への堆積に供するターゲット材料の
フラックスをコリメートする、 ターゲットからスパッタされたターゲット材料のコリメ
ートされたフラックスを半導体基板上に堆積する方法。 - 【請求項３１】 更に、前記コリメーター電極と前記基
板との間に第二の電極を設けること、 接地された前記壁に対し正である電圧を前記第二の電極
に供給することを有し、 これにより第二の電極に印加された正電圧が、前記コリ
メーターから前記基板に向かって進行させられるイオン
を減速し、高エネルギーイオンが前記基板を損傷する危
険を減らした、請求項３０に記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US31250594A | 1994-09-26 | 1994-09-26 | |
| US08/312505 | 1994-09-26 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08213320A true JPH08213320A (ja) | 1996-08-20 |
Family
ID=23211763
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24777795A Withdrawn JPH08213320A (ja) | 1994-09-26 | 1995-09-26 | スパッタリングターゲットとワークピースとの間の電極 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0703598A1 (ja) |
| JP (1) | JPH08213320A (ja) |
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| KR20160082764A (ko) * | 2014-12-29 | 2016-07-11 | 삼성디스플레이 주식회사 | 스퍼터링 장치 |
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- 1995-09-25 EP EP95115028A patent/EP0703598A1/en not_active Withdrawn
- 1995-09-26 JP JP24777795A patent/JPH08213320A/ja not_active Withdrawn
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0703598A1 (en) | 1996-03-27 |
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