JPH10219441A - 改良物理気相堆積チャンバ及び材料を低圧で堆積する方法 - Google Patents
改良物理気相堆積チャンバ及び材料を低圧で堆積する方法Info
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- JPH10219441A JPH10219441A JP9368582A JP36858297A JPH10219441A JP H10219441 A JPH10219441 A JP H10219441A JP 9368582 A JP9368582 A JP 9368582A JP 36858297 A JP36858297 A JP 36858297A JP H10219441 A JPH10219441 A JP H10219441A
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- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 低圧でプラズマを維持することのできるスパ
ッタリングチャンバを提供する。 【解決手段】 従来型スパッタリングチャンバを、プラ
ズマ領域を囲むと共に電子をプラズマに閉じ込めるター
ゲット延長部を提供することによって改良する。プラズ
マの閉じ込めを向上することは、プラズマを維持するた
めに必要な圧力を低減する。低圧下において、スパッタ
された核種の散乱が低減され、より多くのスパッタされ
た粒子が垂直方向に基板に到着して、高アスペクト比開
口部の充填が改良される。
ッタリングチャンバを提供する。 【解決手段】 従来型スパッタリングチャンバを、プラ
ズマ領域を囲むと共に電子をプラズマに閉じ込めるター
ゲット延長部を提供することによって改良する。プラズ
マの閉じ込めを向上することは、プラズマを維持するた
めに必要な圧力を低減する。低圧下において、スパッタ
された核種の散乱が低減され、より多くのスパッタされ
た粒子が垂直方向に基板に到着して、高アスペクト比開
口部の充填が改良される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はスパッタ堆積用の装
置と方法に関する。より詳細には、本発明は低圧におけ
る堆積を可能にする改良物理気相堆積装置に関する。
置と方法に関する。より詳細には、本発明は低圧におけ
る堆積を可能にする改良物理気相堆積装置に関する。
【０００２】
【発明の背景】チタン、チタニウムタングステン、窒化
チタン、アルミニウム、アルミニウム合金、タングステ
ン、珪化タングステン、珪化モリブデン、シリコン、及
び銅と銅合金等の材料のスパッタ堆積が従来から行なわ
れている。一般的な物理気相堆積チャンバ（ＰＶＤ）を
図１に概略図示する。
チタン、アルミニウム、アルミニウム合金、タングステ
ン、珪化タングステン、珪化モリブデン、シリコン、及
び銅と銅合金等の材料のスパッタ堆積が従来から行なわ
れている。一般的な物理気相堆積チャンバ（ＰＶＤ）を
図１に概略図示する。
【０００３】図１に従って説明する。チャンバ１０は、
上部壁１１と側壁１２とを有しており、スパッタされる
材料又はその前駆物質(precursor)で作られたターゲッ
ト１３を備えている。ターゲット１３は、電源１５に接
続されたターゲットサポート１４に取り付けられてい
る。スパッタされる基板２０を支持するためのサセプタ
１６が、その上面１７がターゲット１３に平行離隔関係
で配置されるように取り付けられている。サセプタ１６
も電源１８に接続されている。ガス入口ポート１９によ
ってアルゴン等の不活性及び／又は反応性のガスがチャ
ンバ１０に加えられるようになっている。
上部壁１１と側壁１２とを有しており、スパッタされる
材料又はその前駆物質(precursor)で作られたターゲッ
ト１３を備えている。ターゲット１３は、電源１５に接
続されたターゲットサポート１４に取り付けられてい
る。スパッタされる基板２０を支持するためのサセプタ
１６が、その上面１７がターゲット１３に平行離隔関係
で配置されるように取り付けられている。サセプタ１６
も電源１８に接続されている。ガス入口ポート１９によ
ってアルゴン等の不活性及び／又は反応性のガスがチャ
ンバ１０に加えられるようになっている。
【０００４】対の磁石２１がターゲット１３の背後に取
り付けられている。この対の磁石２１によって、プラズ
マをサセプタ１６の上方に閉じ込めるのに役立つ磁場が
ターゲット１３の外周の付近に作り出される。対の磁石
２１によって、ターゲット１３とサセプタサポート１６
との間に鎖線で示す直交電磁場２２が形成されて、それ
によってプラズマ密度が向上されると共に、スパッタさ
れた皮膜の品質に悪影響を与えることなく堆積速度が増
加されるので、スパッタリング効率が改良される。
り付けられている。この対の磁石２１によって、プラズ
マをサセプタ１６の上方に閉じ込めるのに役立つ磁場が
ターゲット１３の外周の付近に作り出される。対の磁石
２１によって、ターゲット１３とサセプタサポート１６
との間に鎖線で示す直交電磁場２２が形成されて、それ
によってプラズマ密度が向上されると共に、スパッタさ
れた皮膜の品質に悪影響を与えることなく堆積速度が増
加されるので、スパッタリング効率が改良される。
【０００５】ガスがチャンバ１０内に流れ始めると、タ
ーゲット１３とサセプタ１６との間の領域の不活性ガス
分子がイオン化されて、ターゲット１３の表面と衝突
し、基板２０上に堆積するターゲット１３の材料の分子
と置換する。
ーゲット１３とサセプタ１６との間の領域の不活性ガス
分子がイオン化されて、ターゲット１３の表面と衝突
し、基板２０上に堆積するターゲット１３の材料の分子
と置換する。
【０００６】しかしながら、スパッタされた材料は不規
則な方向に散乱するので、それは基板２０ばかりでな
く、壁１１,１２やチャンバ１０内の固定具にも堆積す
る。このため、ターゲット１３の周辺まわりに、基板２
０の方向に延びるシールド２４を取り付けることも従来
行なわれている。散乱したスパッタされた材料は、チャ
ンバ１０の壁１１,１２ではなく、シールド２４,２４'
の上に堆積するので、チャンバ壁を清掃する必要性が少
なくなる。シールド２４,２４'を定期的に清掃してこれ
らの堆積を除去する様々な方法が知られており、また、
時々シールド２４,２４'を交換することもできる。
則な方向に散乱するので、それは基板２０ばかりでな
く、壁１１,１２やチャンバ１０内の固定具にも堆積す
る。このため、ターゲット１３の周辺まわりに、基板２
０の方向に延びるシールド２４を取り付けることも従来
行なわれている。散乱したスパッタされた材料は、チャ
ンバ１０の壁１１,１２ではなく、シールド２４,２４'
の上に堆積するので、チャンバ壁を清掃する必要性が少
なくなる。シールド２４,２４'を定期的に清掃してこれ
らの堆積を除去する様々な方法が知られており、また、
時々シールド２４,２４'を交換することもできる。
【０００７】ミクロンやサブミクロンの設計ルールの出
現によって、アルミニウム等のコンタクト材料がスパッ
タされる基板の開口部は次第に小さくなってきており、
これらの開口部のアスペクト比、すなわち開口部の深さ
対直径の比は次第に大きくなってきている。ＰＶＤチャ
ンバ内でスパッタされた材料は、ターゲットから不規則
な方向に散乱して、スパッタされた粒子のごく少量しか
垂直方向に基板に衝突しないので、上記の小さな開口部
を充填することは難しい。従って、スパッタされた材料
の大部分は、開口部の底ではなく、基板の開口部の上面
と側壁面とに堆積する。これによって、堆積物の上部が
開口部にブリッジを構成して、図２に示すボイドを残
す。図２は、シリコン基板４２の高アスペクト比開口部
４１内にボイド４３を残して堆積したアルミニウム層４
０を示す。
現によって、アルミニウム等のコンタクト材料がスパッ
タされる基板の開口部は次第に小さくなってきており、
これらの開口部のアスペクト比、すなわち開口部の深さ
対直径の比は次第に大きくなってきている。ＰＶＤチャ
ンバ内でスパッタされた材料は、ターゲットから不規則
な方向に散乱して、スパッタされた粒子のごく少量しか
垂直方向に基板に衝突しないので、上記の小さな開口部
を充填することは難しい。従って、スパッタされた材料
の大部分は、開口部の底ではなく、基板の開口部の上面
と側壁面とに堆積する。これによって、堆積物の上部が
開口部にブリッジを構成して、図２に示すボイドを残
す。図２は、シリコン基板４２の高アスペクト比開口部
４１内にボイド４３を残して堆積したアルミニウム層４
０を示す。
【０００８】圧力を高くするよりも低くした方が、良好
な底部充填が達成できることも知られている。しかしな
がら、約１ミリトールよりも遥かに低い圧力では、プラ
ズマを維持することが極めて難しい。再び図１によって
説明すると、ターゲット１３の周辺の磁場２２はシール
ド２４,２４'の上に重なっている。プラズマから逃れた
電子はシールド２４,２４'に衝突して、そこで消滅す
る。電子の大きな割合が低圧の下で失われると、プラズ
マの運転状態が希薄になってプラズマが消滅することに
なる。
な底部充填が達成できることも知られている。しかしな
がら、約１ミリトールよりも遥かに低い圧力では、プラ
ズマを維持することが極めて難しい。再び図１によって
説明すると、ターゲット１３の周辺の磁場２２はシール
ド２４,２４'の上に重なっている。プラズマから逃れた
電子はシールド２４,２４'に衝突して、そこで消滅す
る。電子の大きな割合が低圧の下で失われると、プラズ
マの運転状態が希薄になってプラズマが消滅することに
なる。
【０００９】従って、低圧でプラズマが維持できて、ボ
イドの形成なしで、高アスペクト比開口部を充填できる
ようなスパッタリングチャンバを提供することが極めて
望ましいであろう。
イドの形成なしで、高アスペクト比開口部を充填できる
ようなスパッタリングチャンバを提供することが極めて
望ましいであろう。
【００１０】
【発明の概要】本発明によれば、ＰＶＤチャンバはカソ
ード（ターゲット）を延長するように改良されて、それ
によってプラズマ領域近くの電場が変化されてプラズマ
領域内の電子の閉じ込めが向上される。これによって結
果的に、プラズマを維持するために必要なガス圧の大き
さが低減されるので、スパッタされた種の散乱が低減さ
れると共に、高アスペクト比開口部の充填が改良され
る。
ード（ターゲット）を延長するように改良されて、それ
によってプラズマ領域近くの電場が変化されてプラズマ
領域内の電子の閉じ込めが向上される。これによって結
果的に、プラズマを維持するために必要なガス圧の大き
さが低減されるので、スパッタされた種の散乱が低減さ
れると共に、高アスペクト比開口部の充填が改良され
る。
【００１１】
【発明の実施の形態】出願人の発明を図３によって更に
説明する。図３は、延長部１０２を有するターゲット１
０１を持つ物理気相堆積チャンバ１００の一部を示す。
チャンバ１００は、ターゲット１０１の背後に取り付け
られた磁石１０３，１０４、基板１０８を支持するため
のサセプタ１０６、及びシールドつまりアノード１２４
も含んでいる。カソード１０１は、プラズマ領域１１０
近くの電場をアノード１２４に対して変化させるように
延長されている。ターゲット延長部１０２はターゲット
１０１と同電位にあり、従ってこの領域の電場は増大さ
れる。この増大された電場は高い負電位を有し、これに
よって、プラズマから逃れた負電荷を有する電子が再び
プラズマ領域１１０に押し戻される。かくして、プラズ
マ内への電子の閉じ込めが増大する。その結果、プラズ
マは消滅させられることなく、低いチャンバ圧力のチャ
ンバ１００内に維持され得る。
説明する。図３は、延長部１０２を有するターゲット１
０１を持つ物理気相堆積チャンバ１００の一部を示す。
チャンバ１００は、ターゲット１０１の背後に取り付け
られた磁石１０３，１０４、基板１０８を支持するため
のサセプタ１０６、及びシールドつまりアノード１２４
も含んでいる。カソード１０１は、プラズマ領域１１０
近くの電場をアノード１２４に対して変化させるように
延長されている。ターゲット延長部１０２はターゲット
１０１と同電位にあり、従ってこの領域の電場は増大さ
れる。この増大された電場は高い負電位を有し、これに
よって、プラズマから逃れた負電荷を有する電子が再び
プラズマ領域１１０に押し戻される。かくして、プラズ
マ内への電子の閉じ込めが増大する。その結果、プラズ
マは消滅させられることなく、低いチャンバ圧力のチャ
ンバ１００内に維持され得る。
【００１２】ターゲット延長部１０２は、ターゲット１
０１からスパッタされた材料によってコーティングされ
ることになり、ターゲット材料は、結果的に、ターゲッ
ト延長部１０２からスパッタされるだろう。しかしなが
ら、ターゲット延長部１０２からのスパッタリング速度
は、磁石１０３，１０４の下のターゲット面１０１にお
けるスパッタリング速度よりも低い。更に、延長部１０
２上への堆積速度は、延長部１０２を作るために用いら
れる材料のスパッタリング速度よりも高い。かくして、
ターゲット材料の正味の堆積がターゲット延長部１０２
の上に堆積することになる。従ってスパッタリングプロ
セス中、ターゲット延長部１０２から基板１０８上へス
パッタされる材料は、ターゲット延長部１０２自体から
スパッタされた材料ではなくて、すべてターゲット材料
である。かくして、ターゲット延長部１０２は基板１０
８を汚染しない。
０１からスパッタされた材料によってコーティングされ
ることになり、ターゲット材料は、結果的に、ターゲッ
ト延長部１０２からスパッタされるだろう。しかしなが
ら、ターゲット延長部１０２からのスパッタリング速度
は、磁石１０３，１０４の下のターゲット面１０１にお
けるスパッタリング速度よりも低い。更に、延長部１０
２上への堆積速度は、延長部１０２を作るために用いら
れる材料のスパッタリング速度よりも高い。かくして、
ターゲット材料の正味の堆積がターゲット延長部１０２
の上に堆積することになる。従ってスパッタリングプロ
セス中、ターゲット延長部１０２から基板１０８上へス
パッタされる材料は、ターゲット延長部１０２自体から
スパッタされた材料ではなくて、すべてターゲット材料
である。かくして、ターゲット延長部１０２は基板１０
８を汚染しない。
【００１３】ターゲット延長部１０２はターゲット１０
１の一部でもよいし、所望であれば、バイアスが独立に
制御される分離したピースでもよい。ＰＶＤチャンバ１
００内のシールドつまりアノード１２４の位置も変更可
能で、形状も変更できることは当業者に既知である。し
かしながら、上記で説明したように、強い電場は、依然
としてターゲット延長部１０２で発生している。
１の一部でもよいし、所望であれば、バイアスが独立に
制御される分離したピースでもよい。ＰＶＤチャンバ１
００内のシールドつまりアノード１２４の位置も変更可
能で、形状も変更できることは当業者に既知である。し
かしながら、上記で説明したように、強い電場は、依然
としてターゲット延長部１０２で発生している。
【００１４】このように、本発明を特定の実施形態によ
って開示したが、本装置に対しては様々な変更が可能で
あり、それらは本明細書に含まれるものとする。本発明
は、添付の特許請求の範囲によってのみ限定されるもの
とする。
って開示したが、本装置に対しては様々な変更が可能で
あり、それらは本明細書に含まれるものとする。本発明
は、添付の特許請求の範囲によってのみ限定されるもの
とする。
【図１】シールドを内蔵する従来技術の物理気相堆積チ
ャンバの概略図である。
ャンバの概略図である。
【図２】従来技術の物理気相堆積チャンバを用いて部分
的に充填された基板の開口部の断面図である。
的に充填された基板の開口部の断面図である。
【図３】本発明を示す物理気相堆積チャンバの領域の概
略図である。
略図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ピ一ター サティツプンウェイチャ アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サンタ クララ， グラナダ アヴェニュ ー 3421 (72)発明者 ペイジュン ディング アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サン ノゼ， リヴァーサイド ウェイ ウエスト 1020 (72)発明者 ジョー ジー． クルツ アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サン ノゼ， ランディング エルク グ ローヴ 1855 (72)発明者 ザング シュ アメリカ合衆国， カリフォルニア州， フォースター シティー， ハドソン ベ イ ストリート 279
Claims (6)
- 【請求項１】 カソードターゲット、アノードシール
ド、基板サポート、及び前記ターゲットの背後に取り付
けられた一対の磁石、を備える物理気相堆積チャンバに
おいて、電子をプラズマ領域に閉じ込めるターゲット延
長部を備えた改良物理気相堆積チャンバ。 - 【請求項２】 前記ターゲット延長部が負に帯電され
る、請求項１に記載のチャンバ。 - 【請求項３】 物理気相堆積チャンバ内にプラズマを維
持するために必要とされる圧力を低減する方法であっ
て、電子をプラズマに閉じ込めるためにターゲットをプ
ラズマ領域のまわりに延長することを含む方法。 - 【請求項４】 前記ターゲット延長部が負に帯電され
る、請求項３に記載の方法。 - 【請求項５】 電子を前記プラズマに閉じ込めるために
スパッタリングターゲットをプラズマ領域のまわりに延
長して、それによって前記プラズマを維持するために必
要な圧力を低減し且つスパッタされた種の散乱を低減
し、それによって前記基板に垂直に衝突するスパッタさ
れた粒子の数を増加させること、を含むスパッタリング
によって基板内の高アスペクト比開口部の充填を改良す
る方法。 - 【請求項６】 前記ターゲット延長部が負に帯電され
る、請求項５に記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US76158496A | 1996-12-06 | 1996-12-06 | |
| US08/761584 | 1996-12-06 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10219441A true JPH10219441A (ja) | 1998-08-18 |
Family
ID=25062660
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9368582A Withdrawn JPH10219441A (ja) | 1996-12-06 | 1997-12-08 | 改良物理気相堆積チャンバ及び材料を低圧で堆積する方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0846786A3 (ja) |
| JP (1) | JPH10219441A (ja) |
| KR (1) | KR19980063630A (ja) |
| SG (1) | SG53126A1 (ja) |
| TW (1) | TW399101B (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007012040A (ja) * | 2005-05-31 | 2007-01-18 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 通信システム及び認証カード |
| US8700910B2 (en) | 2005-05-31 | 2014-04-15 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Communication system and authentication card |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6149784A (en) * | 1999-10-22 | 2000-11-21 | Applied Materials, Inc. | Sputtering chamber shield promoting reliable plasma ignition |
| GB0100151D0 (en) * | 2001-01-04 | 2001-02-14 | Trikon Holdings Ltd | Methods of sputtering |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4610774A (en) * | 1984-11-14 | 1986-09-09 | Hitachi, Ltd. | Target for sputtering |
| DE3530087A1 (de) * | 1985-08-22 | 1987-02-26 | Siemens Ag | Vorrichtung zum hochleistungs-kathodenzerstaeuben |
| JPS62260055A (ja) * | 1986-05-06 | 1987-11-12 | Hitachi Ltd | スパツタリングタ−ゲツト |
| US5362372A (en) * | 1993-06-11 | 1994-11-08 | Applied Materials, Inc. | Self cleaning collimator |
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