JPH10259477A - 電子ビーム及び磁界を用いてイオン化金属プラズマを生成する方法 - Google Patents

電子ビーム及び磁界を用いてイオン化金属プラズマを生成する方法

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JPH10259477A
JPH10259477A JP10056955A JP5695598A JPH10259477A JP H10259477 A JPH10259477 A JP H10259477A JP 10056955 A JP10056955 A JP 10056955A JP 5695598 A JP5695598 A JP 5695598A JP H10259477 A JPH10259477 A JP H10259477A
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electrons
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Shu Zengu
シュ ゼング
Seshadri Ramaswami
ラマスワミ セシャドリ
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Abstract

(57)【要約】 【課題】プラズマをチャンバ内に発生して層をスパッタ
堆積するための改良された方法及び装置を提供する。 【解決手段】 本発明の堆積装置は、少なくとも１つの
電子銃を備えている。エネルギが付与された電子は、ス
パッタターゲット材料原子と衝突し、それによってター
ゲット材料原子をイオン化してエネルギーを失う。電子
は、ターゲットを基板に接続する半導体製造チャンバの
中心軸及び基板に平行に、チャンバシールド壁にほぼ接
線方向に送られる。送られた電子がターゲット材料原子
をイオン化するエネルギーを失うと、電子は、中心軸を
囲む半導体製造チャンバの中央領域内方に螺旋状に進
み、電子雲を中央領域内に形成する。所定配列の電磁石
がチャンバシールド壁に隣接して配置され、これによっ
て電子がチャンバシールド壁と衝突しない。

Description

【発明の詳細な説明】
【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、より詳細には、半導体装置の製造において材料の
層をスパッタ堆積するためにプラズマを発生する方法及
び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】低密度プラズマは、表面処理、堆積及び
エッチングプロセスを含むいろいろな半導体装置製造プ
ロセスで使用され得る、エネルギが付与された（energe
tic）イオン及び活性化原子の便利な発生源になった。
例えば、スパッタ堆積プロセスを用いて半導体ウエハ上
に材料を堆積するために、負にバイアスされたスパッタ
ターゲット材料の近傍にプラズマが生成される。このタ
ーゲットに隣接して形成されたイオンは、ターゲット表
面に衝突し、ターゲットから材料を取り出し、すなわち
“スパッタ"する。次に、スパッタされた材料は半導体
ウエハの表面上に移送されて堆積される。
【０００３】スパッタされた材料は、ターゲットから堆
積される基板までの直線経路の中を、基板表面に対して
斜めの角度で移動する傾向がある。結果として、深さ対
幅のアスペクト比が高いトレンチ或いは穴を有する半導
体装置の、エッチングされたトレンチ及び穴の中に堆積
される材料は、堆積層の中に好ましくない空洞を生じな
がら架橋する可能性がある。スパッタされた材料がプラ
ズマによって十分イオン化されるならば、基板に隣接し
た垂直に向けられた電界を配置するように基板を負に荷
電することによって、ターゲットと基板との間のほぼ垂
直な経路の中にスパッタされた材料を再案内してこれら
の空洞を防止することができる。しかしながら、低密度
プラズマでスパッタされた材料はしばしは１％未満のイ
オン化度であり、通常この値は、空洞が多く形成される
ことを回避するのには不十分である。従って、堆積層中
の好ましくない空洞形成を低減させるために、スパッタ
された材料のイオン化速度を増加させるようにプラズマ
の密度を増加させることが望ましい。ここで使用される
ような、用語“稠密（dense）プラズマ"とは、高い電子
密度及び高いイオン密度を有するプラズマを指すことを
意図している。
【０００４】容量結合、誘導結合及び波動加熱を含ん
だ、ＲＦ場でプラズマを励起するいくつかの公知の技術
がある。標準の誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）発生器で
は、プラズマを包囲しているコイルを流れるＲＦ電流に
よってプラズマの電磁電流が誘起される。これらの電流
は、オーム加熱によって導電プラズマを加熱するので、
導電プラズマは定常状態に保持される。例えば、米国特
許第４，３６２，６３２号明細書に示されるように、コ
イルを流れる電流は、インピーダンス整合回路網を通し
てコイルに結合されたＲＦ発生器によって供給されるの
で、コイルは変圧器の第１の巻線の役目を果たす。プラ
ズマは変圧器の単一巻の第２の巻線としての役目を果た
す。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】物理堆積チャンバ等の
堆積チャンバの多くは、チャンバ壁が、ステンレス鋼等
の導電性金属でしばしば作成されている。チャンバ壁が
導電性であるために、導電チャンバ壁は、アンテナから
放射する電磁エネルギーを阻止し或いは実質的に減衰す
るので、チャンバ自身の内部にアンテナコイル或いは電
極を配置することがしばしば必要である。結果として、
コイル及びその支持構造体は、堆積フラックス及びエネ
ルギが付与されたされたプラズマ粒子に直接晒されてい
る。これは、ウエハ上に堆積された膜の潜在的な汚染源
であって好ましくない。
【０００６】コイルを保護するために、セラミック等の
非導電性材料から作られたシールドがコイルの前に置か
れてもよい。しかしながら、多くの堆積プロセスでは、
製造されている電子デバイス上にアルミニウム等の導電
性材料の堆積が必要とされる。導電性材料はセラミック
シールドを被覆するので、セラミックシールドはすぐに
導電性になり、プラズマへの電磁放射の透過を再度かな
り減衰する。従って、堆積チャンバの内部を堆積材料か
ら保護するために、コイルの後にシールド壁を置くこと
が好ましい。しかしながら、この設計のスパッタリング
チャンバには粒状物質の問題が残る。
【０００７】本発明の目的は、実用的な目的のために、
前述の制約が取り除かれた、プラズマをチャンバ内に発
生して層をスパッタ堆積するための改良された方法及び
装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の１つの見地によ
ると、これら及び他の目的及び長所は、エネルギが付与
された電子を半導体製造チャンバに送り、非常に低い圧
力で比較的高い密度のプラズマを発生して維持するため
の少なくとも１つの電子源を備えるプラズマ発生装置に
よって達成することができる。例えば、１００マイクロ
トールのアルゴンガス等の非常に低い圧力の前駆物質ガ
スのイオン化原子に加えて、エネルギが付与された電子
は、基板の上方に位置するターゲットからスパッタされ
たターゲット材料原子と衝突するとも信じられ、それに
よってターゲット材料原子をイオン化し、衝突の結果と
してエネルギーを失う。結果として、プラズマを維持す
る誘導結合ＲＦ電力のためのコイル或いは他の構造体が
排除できる。
【０００９】好ましくは、高密度プラズマを包囲してい
るチャンバシールド壁に対してほぼ接線方向で電子を制
限磁界に放出するように配置された電子銃によって、放
出される。この磁界は、通常、半導体製造チャンバの中
心軸線に対して平行で、基板の表面にほぼ垂直に向けら
れるのが好ましい。放出された電子は、ターゲット材料
原子及び非常に低い圧力の前駆物質ガスの原子と衝突し
て原子をイオン化してエネルギーを失うと、中心軸線を
包囲している半導体製造チャンバの中央領域内方に向且
つて螺旋状に進み、中央領域に電子雲を形成する。制限
磁界を発生するように、電気磁石装置が高密度プラズマ
を囲むチャンバシールドの壁に隣接して置かれてもよ
い。制限磁界の形状は、電子を高密度プラズマを包囲し
ているチャンバシールドの壁と衝突させないようにする
と信じられている。
【００１０】
【発明の実施の形態】まず、図１〜図３を参照すると、
本発明の実施形態によるプラズマ発生器には、真空チャ
ンバ１０２（図３に概略的に示されている）に収容され
るほぼ円筒状の堆積装置１００が設けられている。本実
施形態の堆積装置１００には、真空チャンバ１０２の内
壁１０８（図２）を、堆積装置１００の内部に堆積され
ている材料から保護するチャンバシールド１０６が設け
られてい。
【００１１】イオン束は、真空チャンバ１０２の最上部
に置かれた負にバイアスされたターゲット１１０に衝突
する。このターゲット１１０は、ＤＣ電源３０００によ
って負にバイアスされる。イオンは、基板１１２上にタ
ーゲット１１０からの材料を放出する。なお基板１１２
はウエハ或いは他の加工物であり、堆積装置１００の底
部でペデスタル１１４によって支持されているであろ
う。ターゲット１１０の上に備えられている回転マグネ
トロン磁石アセンブリ１１６は、ターゲット１１０の全
面を走査する磁界を生じて、ターゲットの均一な浸食を
増進する。
【００１２】本発明の１つの見地によれば、エネルギが
付与された電子が、堆積装置１００の周辺の周りに接線
方向に配置された１以上の電子銃１０４によって堆積装
置１００の内部に放出されて、堆積装置１００内部のプ
ラズマ９００（図５）にエネルギを与える。ターゲット
１１０から放出された材料の原子は、次に、電子雲９０
０によりイオン化されて基板１１２に引き寄せられ、イ
オン化堆積材料は堆積層を形成する。ペデスタル１１４
は、基板１１２を外部からバイアスするためにＡＣ（Ｄ
Ｃ或いはＲＦ）源によって負にバイアスされているであ
ろう。
【００１３】電子銃１０４は、ほぼ連続的に或いはパル
ス化された方法でエネルギが付与された電子を放出する
ように同期化されているであろう。例えば、各々が約２
０ｋｅＶの電子放出エネルギー及び約１００ｍＡｃｍ-2
の電子電流密度で作動する８個の電子銃１０４を使用す
ると、約５×１０12ｃｍ-3の電子密度を高密度電子雲９
００内で発生させることができる。下記に、より詳述さ
れるように、高密度電子雲９００を制限するために磁界
が使用される。このような高密度電子雲９００を発生す
るのに必要な磁界強度は約５０ガウス以下であろう。イ
オン化電子は、電子銃１０４によって外部に備えられて
いるために、アルゴン（Ａｒ）ガスの動作圧力は、約５
×１０-4トール（０．５ミリトールすなわち５００マイ
クロトール）以下まで減少できる。約５×１０-4トール
以下の非常に低い動作圧力において、アルゴン（Ａｒ）
ガスの中で５×１０12ｃｍ-3の電子密度を有する高密度
電子雲９００が使用できることは有利であると信じられ
ている。多くのターゲット材料原子が高密度電子雲９０
０によってイオン化されるのに対して、少ないターゲッ
ト材料イオンは非常に低圧アルゴン（Ａｒ）ガスによっ
て偏向されるであろう。
【００１４】図１及び図７に示されるように、電子銃１
０４は、堆積装置１００の内部に露出された電子銃１０
４の端部から距離Ｄで配置された窪み窓１０５（想像線
で示す）を有しているであろう。例えば、図２に示され
るように、堆積装置１００の内部に露出されている電子
銃１０４の一部は、スロット１０７を通してチャンバシ
ールド１０６の壁１４０を通過しているであろう。電子
銃１０４の窪み窓１０５によって、堆積装置１００の内
部は高真空に維持されることができる。窓１０５の距離
Ｄは十分に大きく選択されて（電子銃１０４の長さＬよ
りも小さいことが必要であるが）、高さＨ及び幅Ｗ（図
１及び図２）を有する電子銃１０４の開口を通して基板
１１２上に堆積されるターゲット材料によって一面にメ
ッキされないようになっている。なおアスペクト比は、
Ｄ／Ｈが好ましくは約５以上、Ｈ／Ｗが好ましくは約２
以上となるように選択されている。真空チャンバ壁１０
８の内部に配置された電子銃１０４を図２に示すが、代
替の実施形態は、真空チャンバ１０８の外部に延びる１
以上の電子銃１０４を有することもできる。代替のエネ
ルギが付与された電子の発生源は、エネルギが付与され
た電子を熱放出する“ホット"フィラメントと、電子電
界放出を使用する“コールド"フィラメントとを含み、
タングステン或いはタンタルフィラメントを使用する
“ホット"放出が好ましい。
【００１５】以下により詳述に説明するが、本発明の１
つの見地によれば、チャンバシールド１０６は、チャン
バシールド１０６からの材料のスパッタリングを最少に
するために電磁石コイル１０００及び１０１０等の多様
なタイプの磁石によって発生される磁界によって磁気シ
ールドされる。更に、チャンバシールド１０６上へのタ
ーゲット材料の堆積も低減されるであろう。結果とし
て、チャンバシールド１０６からスパッタされる材料或
いはチャンバシールド１０６から落ちる粒状物質による
基板１１２の汚染は低減されるであろう。
【００１６】図３は、この説明された実施形態によるプ
ラズマ発生装置の電気的接続の概略図である。プラズマ
によって発生されたイオンを引き寄せるために、ターゲ
ット１１０は可変ＤＣ電源３０００に負にバイアスされ
ることが好ましい。同様に、ペデスタル１１４は、可変
ＤＣ電源３０１０によって負にバイアスされることがで
き、もって基板１１２は負にバイアスされ、イオン化堆
積材料が基板１１２に引き寄せられる。図４に示すよう
に、代替の実施形態では、ペデスタル１１４は高周波Ｒ
Ｆ電源によってバイアスされ、イオン化堆積材料を基板
１１２により均一に引き寄せるように基板１１２はバイ
アスされる。ペデスタル１１４は、入力がＲＦ発生器３
０４５に接続された増幅器及び整合回路網３０２５の出
力等のＲＦ源に接続されている。
【００１７】電磁石コイル１０００の一方の端部は、入
力がＡＣ電力発生器４０４０に接続された変圧器及び整
流回路４０２０の出力等のＤＣ電源に接続されているで
あろう。電磁石コイル１０００の他方の端部は、好まし
くは抵抗器４０６０を通してアースに接続されており、
その抵抗器は可変抵抗器であろう。同様に、電磁石コイ
ル１０１０の一方の端部は、入力がＡＣ電力発生器５０
４０に接続された変圧器及び整流回路５０２０の出力等
のＤＣ電源に接続されているであろう。電磁石コイル１
０１０の他方の端部は、好ましくは抵抗器５０６０を通
してアースに接続されており、その抵抗器は可変抵抗器
でもあってもよい。代替として、電磁石コイル１０００
及び１０１０の両方は同じであってもよく、或いは両方
が共通のＤＣ電力発生器に結合されてもよく、勿論、１
以上のＤＣ電源が使用されてもよい。電磁石１０００或
いは１０１０等の１以上の電磁石は超電導であり、高温
超電導或いは低温超電導の材料の巻線を使用しており、
必要に応じて極低温に冷却され、一度エネルギを付与さ
れると、いかなる電源からも切断され得るであろう。
【００１８】図５は、チャンバシールド１０６から材料
のスパッタリングを低減し、チャンバシールド１０６に
よって粒状物質の発生を低減し、従って基板１１２の汚
染を低減するための電磁石コイル１０００及び１０１０
の動作を概略的に示している。図５に示すように、磁界
ライン１１００が電磁石コイル１０００及び１０１０に
よって発生されて、高密度電子雲９００からのエネルギ
が付与された電子を磁界ライン１１００の周りの螺旋状
経路１２００で渦巻き形に進ませ、エネルギが付与され
た電子をチャンバシールド１０６への衝突から偏向させ
る。磁界ライン１１００によるエネルギが付与された電
子の偏向は、偏向された電子の移動の全般的な方向に沿
って電界も形成し、高密度電子雲９００のエネルギが付
与されたイオン及びターゲット材料イオンのチャンバシ
ールド１０６への衝突から偏向させる。更に、磁界ライ
ン１１００は、高密度電子雲９００をプラズマチャンバ
１００の中心軸の方へ内側に圧縮し、磁界ライン１１０
０の強度に応じて、チャンバシールド１０６から内側に
半径方向に、数ミリメートルから１センチメートルまで
の、或いはそれ以上までの緩衝領域を形成して、有利に
もチャンバシールド１０６の直接プラズマ加熱を避ける
と信じられている。これは、エネルギが付与された電子
がごく近傍に留まって、チャンバシールド１０６や基板
１１２を同様に汚染する可能性のある、チャンバシール
ド１０６からの材料をスパッタする可能性のあるガス原
子及び分子をイオン化することを阻止する。更に、磁界
ライン１１００は、ターゲット１１０から最初に放出さ
れたイオン化堆積材料から、限られた範囲でチャンバシ
ールド１０６を磁気シールドできる。結果として、チャ
ンバシールド１０６上のターゲット材料の蓄積物は低減
されることができ、それによってチャンバシールド１０
６から移動して、基板１１２に落下してこの基板を汚染
する微粒子の形成が低減される。チャンバシールド１０
６に隣接した領域内の電磁石コイル１０００及び１０１
０によって発生される通常の磁界強度は５０〜１１０ガ
ウスの範囲であろう。高密度電子雲９００の通常の電子
密度は約１０12ｃｍ-3〜約５×１０12ｃｍ-3のオーダで
あろう。アルゴン（Ａｒ）ガスの動作圧力は約５×１０
-4トール（０．５ミリトールすなわち５００マイクロト
ール）以下であろう。
【００１９】図６は、軸方向に磁界強度Ｂzの大きさに
対する好ましい均一の配置を概略的に示したもので、プ
ラズマチャンバ１００の中央対称軸からの距離ｘに対し
てプロットしたものである。例えば、図６に示すよう
に、プラズマチャンバ１００の中央対称軸に近い位置Ｘ
aでの軸方向の磁界強度ａ（図５）の大きさは、プラズ
マチャンバ１００の中央対称軸から離れた位置Ｘbでの
軸方向の磁界強度ｂ（図５）の大きさとほぼ同じであ
る。従って、高密度電子雲９００の中央領域への磁界ラ
イン１１００の影響は、軸方向の磁界強度Ｂzの大きさ
に対するこれらの好ましい均一配置で低下せず、均一な
プラズマが発生できる。プラズマチャンバ１００の中央
対称軸から軸方向への距離がｘである全位置での磁界強
度Ｂzの大きさの通常値は、図６に示すように、約５０
ガウス以下である。
【００２０】図２に示すように電磁石コイル１０００及
び１０１０は、電磁石コイル支持体１００５及び１０１
５の夫々によって支持されて、チャンバシールド１０６
の外部に置かれている。電磁石コイル支持体１００５
は、アダプタリングアセンブリ１５２に取り付けられ、
電磁石コイル支持体１０１５は真空チャンバ壁１０８に
取り付けられているであろう。電磁石コイル１０００
は、図３に示すように、アダプタリングアセンブリフィ
ードスルー（図示せず）を通してＤＣ電源に接続されて
いる。電磁石コイル１０１０は、図３に示すように、真
空チャンバ壁フィードスルー（図示せず）を通してＤＣ
電源にも接続されている。代替として、電磁石コイル１
０００及び１０１０の一方或いは両方がＡＣ電源に接続
されて、高密度の電子雲９０が回転され、基板１１２上
へのターゲット１１０からの材料の堆積の均一性が高め
られるようにすることもできる。
【００２１】図１〜図５の実施形態は、使用されている
２つの電磁石コイル１０００及び１０１０のみを示して
いるが、勿論、１つのみの電磁石コイルが使用される可
能性もあり、１０個以上もの電磁石コイルが使用される
可能性もあり、或いは電磁石及び永久磁石の組み合わせ
が使用される可能性もある。多くの電磁石コイルを使用
する長所は、多くの電磁石コイルが高密度の電子雲９０
０のより正確な形成或いは“ボトリング"を可能にする
ことである。この形成或いはボトリングは、高密度電子
雲９００の有効電子密度を増加して、基板１１２、特に
基板１１２の細かい特徴部及び構造部、とりわけ、深く
狭いトレンチ、バイア及びコンタクトホール等の非常に
高いアスペクト比を有する特徴部及び構造部へのターゲ
ット１１０からの材料堆積の均一性を高めることができ
る。
【００２２】図７は、図１〜図５の実施形態による堆積
装置１００の電子軌道を上部から見た概略平面図を示し
ている。図７に示すように、図１〜図５の実施形態にお
けるような電磁石コイル１０００及び１０１０によって
発生された磁界ライン１１００によって、高密度電子雲
９００でエネルギが付与されたされた電子は、磁界ライ
ン１１００の周りの螺旋状経路１２００を循環される。
図７に示すように、電子銃１０４は、チャンバシールド
１０６の内部に、エネルギが付与された電子をほぼ接線
方向に放出するように構成されている。更に、図７に示
すように、高密度電子雲９００の中心から半径方向の距
離ｒ（ベクトル）の電子は螺旋状経路１２００に沿って
接線方向に向けられた速度ｖ（ベクトル）を有する。図
７に示される螺旋状経路１２００は、磁界ライン１１０
０が図７の平面から出て行くので、電子に適切である。
ｋ番目の方向の磁界Ｂkのｊ番目の方向の速度ｖjで移動
する電子のｉ番目の方向のローレンツ力Ｆimの磁気成分
を、下記に示す（方向１、２、３は右手の座標系を形成
している）。
【００２３】
【数１】 ここで、電子の電荷ｅの絶対値は1.6021892±0.0000046
×10-19クーロン、光の速度ｃは2.99792458±0.0000000
12×1010ｃｍ／ｓｅｃ、εijkは完全に非対称なテンソ
ル（ε123＝１＝ε231＝ε312＝−ε213＝−ε132＝−
ε321、他の成分は全て同様にゼロである）、電子の静
止質量ｍeは0.511ＭｅＶ／ｃ2、電子速度の大きさは
ｖ、電子の軌道の半径はｒ1、ｉ番目の方向の単位ベク
トルはｘi／ｒ1であり、最後の等号は電子のローレンツ
力の磁気成分が電子の求心力に等しいことを示してい
る。例えば、図７において、第１方向が水平で、第２方
向が垂直で、第３方向がこの図の平面に垂直でこの図の
平面から出ていくとき、磁界ライン１１００が第３方向
正の向きでこの図の平面から出て行く（Ｂ1＝０、Ｂ2＝
０、Ｂ3＝Ｂ）。この平面の電子速度が第２方向正の向
きで上を向きのとき（ｖ1＝０、ｖ2＝ｖ、ｖ3＝０）、
ローレンツ力の磁気成分は第１の方向負の向きで左向き
で（Ｆ1m＝−ε123ｅｖ2Ｂ3／ｃ＝−ｅｖＢ／ｃ、Ｆ2m
＝０、Ｆ3m＝０）ある。この図の平面の電子速度が第１
方向負の向きで左向きのとき（ｖ1＝−ｖ、ｖ2＝０、ｖ
3＝０）、ローレンツ力の磁気成分は第２方向負の向き
で下向きである（Ｆ1m＝０、Ｆ2m＝−ε213ｅｖ1Ｂ3／
ｃ＝−ｅｖＢ／ｃ、Ｆ3m＝０）。この図の平面の電子速
度が第２方向負の向きで下向きのとき（ｖ1＝０、ｖ2＝
−ｖ、ｖ3＝０）、ローレンツ力の磁気成分は第１方向
正の向きで右向きである（Ｆ1m＝−ε123ｅＶ2Ｂ3／ｃ
＝ｅｖＢ／ｃ、Ｆ2m＝０、Ｆ3m＝０）。この図の平面の
電子速度が第１の方向正の向きで右向きであると（ｖ1
＝ｖ、ｖ2＝０、ｖ3＝０）、ローレンツ力の磁気成分は
第２の方向正の向きで上向きである（Ｆ1m＝０、Ｆ2m＝
−ε213ｅＶ1Ｂ3／ｃ＝ｅｖＢ／ｃ、Ｆ3m＝０）。従っ
て、図７に示すように、この図の面の電子は左回りに回
転することになる。
【００２４】図７に示すように、この図の平面の電子の
回転が時計回りの場合、ローレンツ力の磁気成分に対し
て上記で示す式の大きさを等しくすると、電子の軌道の
半径ｒは下記のように示される。
【００２５】
【数２】 ここで、電子の運動エネルギーＥは１／２ｍeＶ2である
ので、２ｍeＥは（ｍeＶ）2で、すなわち電子の（光速
に近い）運動量の平方である。電子の運動エネルギーＥ
が減少するにつれて、例えば、高密度の電子雲９００の
中でアルゴン原子及びチタニウム原子と衝突する結果と
して、電子の軌道の半径ｒはＥ1/2として減少し、図７
の螺旋状の経路１２００によって示されるように、堆積
装置１００内の高密度の電子雲９００の中央領域内方に
螺旋状に進む。電子は、十分なエネルギーを有するガス
及び／金属原子と衝突することによってイオンを形成す
ると信じられている。電子を磁気的に捕捉することによ
って、多くのイオン化が生じると信じられている。
【００２６】チャンバシールド１０６は、真空チャンバ
壁１０８を堆積される材料から保護する。図示された実
施形態では、チャンバシールド１０６は、２５〜３６ｃ
ｍ（１０〜１４インチ）の直径を有する通常円筒状に形
成された頑丈で、ビードブラストされた固体高純度（好
ましくは９９．９９５％純度）チタニウム等の導電材料
で作られている。しかしながら、他の高度の導電材料も
スパッタされる材料及び他の要因に応じて使用すること
ができる。
【００２７】被覆される構造体の材料は、ウエハ上にシ
ールド或いはチャンバ内部構造からのスパッタされた材
料が剥がれ落ちるのを低減するために、スパッタされた
材料の熱膨張率にぴったりと一致する熱膨張率を有する
べきである。更に、被覆される材料はスパッタされた材
料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、堆積材料がチタニウムであるならば、被覆され
る可能性のあるシールド、取り付け金具及び他の構造体
の好ましい金属は、ビードブラストされたチタニウムで
ある。スパッタされる可能性のある全ての表面が、例え
ば、高純度チタニウム等のターゲットと同じ種類の材料
で作られること好ましい。勿論、堆積される材料がチタ
ニウム以外の材料であるならば、好ましい金属は、堆積
材料、ステンレス鋼或いは銅である。付着は、ターゲッ
トをスパッタリングする前にモリブデンで構造体を被覆
することによっても改良され得る。しかしながら、モリ
ブデンがコイルからスパッタされる場合加工物を汚染し
得るので、コイル（或いはスパッタされそうな任意の他
の表面）がモリブデン或いは他の材料で被覆されないこ
とが好ましい。
【００２８】チャンバシールド１０６は、通常ボール状
（図２）であり、通常円筒状の垂直に向いた壁１４０を
含んでいる。チャンバシールド１０６は、更に、図示さ
れた実施形態では２０ｃｍ（８インチ）の直径を有する
基板１１２を支持するペデスタル１１４を囲む、通常は
環状の床壁１４２を有する。クランプリング１５４が、
基板１１２をペデスタル１１４に締め付けて、チャンバ
シールド１０６の床壁とペデスタル１１４との間のギャ
ップを覆うために使用されるでろう。
【００２９】堆積装置１００は、真空チャンバ壁１０８
の上部環状フランジ１５０と係合するアダプタリングア
センブリ１５２によって支持されている。外部シールド
１０６は、アダプタリングアセンブリ１５２を通して装
置のグランドに接地されている。チャンバシールド１０
６等の暗部シールド１３０はアダプタリングアセンブリ
１５２を通して接地されている。暗部シールド１３０
は、アダプタリングアセンブリ１５２の水平フランジ１
６２に固定されている上部フランジ１７０も有する。チ
ャンバシールド１０６等の暗部シールド１３０は、アダ
プタリングアセンブリ１５２を通して接地されている。
【００３０】ターゲット１１０は、通常ディスク状であ
り、これもアダプタリングアセンブリ１５２によって支
持されている。しかしながら、ターゲット１１０は負に
バイアスされるので、接地されるアダプタリングアセン
ブリ１５２から絶縁されるべきである。従って、セラミ
ック絶縁リングアセンブリ１７２が、ターゲット１１０
の下側に形成された円形チャネル１７６に着座してお
り、またアダプタリングアセンブリ１５２の上側の対応
するチャネル１７４にも着座している。セラミックを含
むいろいろな絶縁材で作ることができる絶縁体リングア
センブリ１７２は、アダプタリングアセンブリ１５２か
らターゲットを間隔を置いて配置されているので、ター
ゲット１１０は適当に負にバイアスされることができ
る。ターゲット、アダプタ及びセラミックリングアセン
ブリには、真空チャンバ１０２からターゲット１１０ま
で真空密アセンブリを提供するように、Ｏリング密封面
１７８が設けられている。
【００３１】ターゲット１１０の均一な浸食を高めるた
めに、マグネトロン１１６（図３）をターゲット１１０
の上に設けることができる。しかしながら、いくつかの
用途では、マグネトロンは、高密度の電子雲９００のエ
ネルギが付与された電子放出イオン化を増加することに
よって省略することができる。
【００３２】ターゲット１１０をバイアスするために設
定するＤＣ電力は、３ｋＷが好ましいが、２〜５ｋＷの
範囲及び３０ボルトＤＣのペダスタルバイアスが多くの
用途に対して十分であると信じられている。
【００３３】基板１１２とターゲット１１０との間隔
は、好ましくは約１４０ｍｍであるが、約８ｃｍ〜２０
ｃｍ（３インチ〜８インチ）の範囲にあってもよい。こ
の基板１１２とターゲット１１０との間隔に関しては、
約３６ｃｍ（１４インチ）のチャンバシールドの直径が
好ましい。
【００３４】Ａｒ、Ｈ2或いはＮＦ3、ＣＦ4等の反応ガ
ス、そしてその他多数を含む多様なガスがプラズマチャ
ンバ１００の中で利用できる。約０．１ミリトール以下
の圧力を含む多様なガス圧が適している。イオン化ＰＶ
Ｄの場合、約５×１０-4トール（０．５ミリトールすな
わち５００マイクロトール）以下の圧力がスパッタされ
た材料のイオン化に適している。
【００３５】多様な見地において、本発明の変更は当業
者に明らかであり、またいくつかは、通常の機械的、電
子的設計の問題である他のことを調べた後にのみ明らか
であることが勿論理解される。他の実施形態も可能であ
り、この特定の設計は特定の用途によるものである。従
って、本発明の範囲は、本明細書に記載された特定の実
施形態によって限定されるべきでなく、添付の特許請求
の範囲及び同様のものによってのみ画成されるべきであ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態によるプラズマ発生チャンバ
の斜視部分断面図である。
【図２】図１のプラズマ発生チャンバの部分断面図であ
り、真空チャンバに取り付けられた状態で示された図で
ある。
【図３】図１〜図２のプラズマ発生チャンバとの電気的
相互接続の概略図である。
【図４】図１〜図２のプラズマ発生チャンバとの代替の
電気的相互接続の概略図である。
【図５】図１〜図４の実施形態によるプラズマ発生チャ
ンバの概略断面図である。
【図６】図５の磁界形状の、軸方向の磁界強度の大きさ
を概略的に示した図である。
【図７】図１〜図４によるプラズマ発生チャンバの電子
軌道の上方からの概略的な平面図である。
【符号の説明】
１００…堆積装置、１０２…真空チャンバ、１０４…電
子銃、１０６…チャンバシールド、１１０…ターゲッ
ト、１１２…基板、１１４…ペデスタル、１１６…磁石
アセンブリ、９００…電子雲、１０００，１０１０…電
磁石コイル、１１００…磁界ライン。
フロントページの続き (72)発明者 セシャドリ ラマスワミ アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サン ノゼ， ジャーヴィス コート 1503

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基板上に材料をスパッタするために半導
    体製造装置内部のプラズマにエネルギを付与する装置で
    あって、 ターゲット及び前記ターゲットに隣接したプラズマ発生
    領域を有する半導体製造チャンバと、 前記半導体製造チャンバ内部に所定形状の磁界を発生す
    るように前記半導体製造チャンバに隣接して配置された
    所定配列の磁石と、 エネルギが付与された電子を前記半導体製造チャンバに
    放出して、前記スパッタされた材料をイオン化するよう
    に配置された少なくとも１つの電子源とを備え、 前記半導体製造チャンバ内部の前記形状の磁界が前記半
    導体製造チャンバ内部に前記電子を閉じ込めるようにな
    っている装置。
  2. 【請求項２】 前記磁石が電磁石を含む請求項１に記載
    の装置。
  3. 【請求項３】 前記電子源が電子銃を含む請求項１に記
    載の装置。
  4. 【請求項４】 基板上に材料をスパッタするために半導
    体製造装置内部のプラズマにエネルギを付与する装置で
    あって、 ターゲット及び前記ターゲットに隣接したプラズマ発生
    領域を有する半導体製造チャンバと、 前記半導体製造チャンバ内部に所定形状の磁界を発生す
    るように前記半導体製造チャンバに隣接して配置された
    所定配列の電磁石と、 エネルギが付与された電子を前記半導体製造チャンバに
    放出するための少なくとも一つの電子銃とを備え、 前記エネルギが付与された電子が、前記スパッタされた
    材料をイオン化してエネルギーを失い、前記半導体製造
    チャンバ内部の前記所定形状の磁界が、前記チャンバシ
    ールドから離れた所に前記電子を保持し、エネルギーを
    失った前記電子が前記半導体製造チャンバの中央領域の
    内方に螺旋状に進むようになっている装置。
  5. 【請求項５】 前記少なくとも１つの電子銃が、前記エ
    ネルギが付与された電子を、前記チャンバシールドに対
    して実質的に接線方向で前記半導体製造チャンバに放出
    する請求項４に記載の装置。
  6. 【請求項６】 前記ターゲットがチタニウムを含み、且
    つ前記チャンバシールドがチタニウムを含む請求項４に
    記載の装置。
  7. 【請求項７】 前記ターゲットがアルミニウムを含み、
    且つ前記チャンバシールドがアルミニウムを含む請求項
    ４に記載の装置。
  8. 【請求項８】 前記イオン化されてスパッタされた材料
    を引き寄せるために、前記基板にバイアスを印加する電
    源を含む請求項４に記載の装置。
  9. 【請求項９】 基板上に材料をスパッタするために半導
    体製造装置内部のプラズマにエネルギを付与する装置で
    あって、 包囲チャンバシールド及びプラズマ発生領域を有する半
    導体製造チャンバと、 前記半導体製造チャンバ内部に所定形状の磁界を発生す
    るために、前記半導体製造チャンバに隣接して配置され
    た所定配列の磁石と、 エネルギが付与された電子を前記半導体製造チャンバに
    送るために、前記電子銃の一部が前記チャンバシールド
    を通過した状態で前記チャンバシールドの周りにほぼ接
    線方向に配置された複数の電子銃とを備え、 前記エネルギが付与された電子が、前記スパッタされた
    材料をイオン化してエネルギーを失い、前記半導体製造
    チャンバ内部の前記所定形状の磁界が、前記チャンバシ
    ールドから離れた所に前記電子を保持し、エネルギーを
    失った前記電子が前記半導体製造チャンバの中央領域の
    内方に螺旋状に進み、前記半導体製造チャンバ内の前記
    所定形状の磁界が前記半導体製造チャンバの中央領域内
    に前記電子を閉じ込めるようになっている装置。
  10. 【請求項１０】 基板上に材料を堆積する方法であっ
    て、 前記基板の上に配置されたターゲットから材料をスパッ
    タするステップと、 前記スパッタされた材料をイオン化するためにエネルギ
    が付与された電子をプラズマに放出するステップと、 半導体製造チャンバの中央領域に前記電子を閉じ込める
    ステップと、からなる方法。
  11. 【請求項１１】 前記基板のバイアスを変えるステップ
    を含む請求項１０に記載の方法。
  12. 【請求項１２】 前記閉じ込めるステップが、前記電子
    を前記中央領域に閉じ込めるように所定形状の磁界を発
    生することを含む請求項１０に記載の方法。
  13. 【請求項１３】 前記閉じ込めるステップが、前記電子
    が前記ターゲットからスパッタされる材料をイオン化し
    てエネルギーを失い、前記電子が電子雲を形成する前記
    中央領域の内方に螺旋状に進むように、前記発生された
    形状の磁界を使用して前記プラズマを囲むチャンバシー
    ルドから離れた所に前記電子を保持することを更に含む
    請求項１２に記載の方法。
  14. 【請求項１４】 基板上に材料を堆積する方法であっ
    て、 前記基板の上に配置されたターゲットから材料をスパッ
    タするステップと、 前記スパッタされた材料をイオン化するために、複数の
    電子銃を用いてエネルギが付与された電子をプラズマ内
    に放出するステップと、 半導体製造チャンバの中央領域に前記電子を閉じ込める
    ステップと、を含む方法。
  15. 【請求項１５】 前記基板のバイアスを変えるステップ
    を含む請求項１４に記載の方法。
  16. 【請求項１６】 前記閉じ込めるステップが所定形状の
    磁界を発生することを含む請求項１４に記載の方法。
  17. 【請求項１７】 前記閉じ込めるステップが、前記電子
    が前記ターゲットからスパッタされる材料をイオン化し
    てエネルギーを失い、前記電子が電子雲を形成して前記
    半導体製造チャンバの前記中央領域の内方に螺旋状に進
    むように、前記発生された形状の磁界を使用して前記プ
    ラズマを囲むチャンバシールドから離れた所に前記電子
    を保持することを更に含む請求項１６に記載の方法。
JP10056955A 1997-03-07 1998-03-09 電子ビーム及び磁界を用いてイオン化金属プラズマを生成する方法 Withdrawn JPH10259477A (ja)

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