(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空室にして、該真空室内の真空処理空間を包囲する室壁を有する真空室、
前記真空処理空間に被覆材料を供給するための環状導電性被覆材料源であって、中央開口と、前記真空処理空間に連なる少なくとも一つの表面を有する環状導電性被覆材料源、
該環状導電性被覆材料源に対して前記真空処理空間の反対側の前記室内にある基板支持体、
前記環状被覆材料源の中央開口に誘電体窓を具備する前記室璧、
前記室外のＲＦエネルギー源、
前記窓に隣接するとともに、前記ＲＦエネルギー源に結合された前記室外のコイルであって、前記窓を通して前記真空室内に誘導的にエネルギーを結合して、誘導的に結合されたプラズマを前記真空処理空間内に形成するようになっており、前記プラズマが前記環状導電性被覆材料源から前記真空処理空間を経て移動する導電性被覆材料をイオン化するための十分な密度を有するようにしたコイル、および
前記窓と前記真空処理空間の間で前記窓の内側にある遮蔽構造体であって、前記コイルから前記真空処理空間内へのＲＦエネルギーの有効な実質的に誘導的な結合を可能にするとともに前記真空処理空間から導電性被覆材料の前記誘電性窓を物理的に遮蔽する構造になされている遮蔽構造体、を含むイオン化物理蒸着装置。
【請求項２】
前記基板支持体上の基板に電位を作るように前記基板支持体に連結されたバイアス電力源を更に有し、前記基板支持体は、プラズマに対して十分な負電位であり、それによって前記真空処理空間から前記基板に対して導電性被覆材料の正イオンを向かわせるようになっている請求項１に記載されたイオン化物理蒸着装置。
【請求項３】
前記環状導電性被覆材料源が、前記真空室の内部に連通するスパッタリング表面を有する導電性被覆材料から成る少なくとも一つの環状スパッタリング・ターゲットと、前記スパッタリング表面にＤＣ電位を付与するために前記スパッタリング・ターゲットに連結されたターゲット電力供給源とを含み、
前記スパッタリング・ターゲットの前記スパッタリング表面から前記真空処理空間内に材料をスパッタするために、前記スパッタリング表面がプラズマに対して十分な負電位になされる請求項１に記載されたイオン化物理蒸着装置。
【請求項４】
前記真空室の外側の、前記スパッタリング・ターゲットの背後に位置するマグネトロン磁石を更に有し、該マグネトロン磁石は、前記スパッタリング・ターゲットの前記スパッタリング表面に近接する範囲にスパッタリング・プラズマを制限するために有効である請求項３に記載されたイオン化物理蒸着装置。
【請求項５】
前記環状導電性被覆材料源が、少なくとも一つの平坦な環状スパッタリング・ターゲットを含み、該環状スパッタリング・ターゲットが、前記基板支持体上の基板に対して実質的に平行である平面内に概ね位置するスパッタリング表面を有する請求項３に記載されたイオン化物理蒸着装置。
【請求項６】
前記環状導電性被覆材料源が少なくとも一つの円筒スパッタターゲットを含み、該スパッタターゲットが前記支持体上の基板にほぼ垂直なスパッタリング表面を有する請求項１に記載されたイオン化物理蒸着装置。
【請求項７】
前記環状導電性被覆材料源が少なくとも一つの切頭円錐スパッタリングターゲットを含み、該スパッタターゲットが前記基板の表面に対しある角度で前記支持体上の基板に面しているスパッタリング表面を有する請求項１に記載されたイオン化物理蒸着装置。
【請求項８】
前記誘電性窓が前記環状導電性被覆材料源の中央開口内に配置されているほぼ平らな窓であり、
前記コイルが、前記窓にほぼ平行でその背後に設けられている実質的に平らなコイルである請求項１に記載されたイオン化物理蒸着装置。
【請求項９】
前記コイルが実質的に平坦でありかつ前記窓の背後においてそこに実質的に平行に置かれた導電体部分を有し、そして
前記遮蔽構造体が前記窓に対して実質的に平行な前記コイルの導電体部分に実質的に平行なスロットを有する導電性材料のスロットのあるシートを含む請求項１に記載されたイオン化物理蒸着装置。
【請求項１０】
前記誘電性窓が円筒側壁及び閉端を有すると共に、前記誘電性窓が前記環状導電性被覆材料源の中央開口内にあって前記処理空間に連通する凹所を形成し、
前記コイルが前記窓の円筒壁を囲むヘリカルコイルであり、そして
前記遮蔽構造体が、前記処理空間から移動する材料から前記円筒壁を物理的に遮蔽する導電性材料である１以上のシートの円筒状配列を含む請求項１に記載されたイオン化物理蒸着装置。
【請求項１１】
前記誘電性窓が、前記環状導電性被覆材料源の中央開口内にあるほぼ円筒状の窓であって、前記処理空間に連通し閉端を有する凹所を形成し、
前記コイルが前記円筒窓を囲むヘリカルコイルであり、
前記遮蔽構造体が前記処理空間から移動する材料から前記円筒壁を物理的に遮蔽する導電性材料である１以上のシートの円筒状配列を含み、
前記装置が更に前記凹所の閉端に設けた補助のターゲットを有する請求項１に記載されたイオン化物理蒸着装置。
【請求項１２】
真空室であって、該真空室内の真空処理空間を包囲する室壁を有する真空室と、
前記処理空間の一側にある前記真空室内の基板支持体と、
該基板支持体から前記処理空間の反対側にあり、中心開口と、前記基板支持体に向いたほぼ平坦な環状のスパッタリング表面とを有した導電性被覆材料の環状スパッタリング・ターゲットと、
前記環状スパッタリング・ターゲットの前記中心開口における誘電性窓を含む前記室璧と、
前記ターゲットに接続され、スパッタリング・プラズマを生成し、材料を前記ターゲットの前記スパッタリング表面から前記処理空間内にかつ前記基板支持体に向かって飛ばすのに十分な電位を前記スパッタリング表面に供給するターゲット電源供給装置と、
前記室外部のＲＦエネルギ源と、
前記中心開口の近くにあるＲＦコイルであって、前記ＲＦエネルギ源に接続され、エネルギを前記処理空間内に誘電結合させ、前記コイルから前記処理空間内で前記環状ターゲットからの導電性被覆材料を濃縮しイオン化するに十分である前記処理空間内での誘電結合されたプラズマを形成するＲＦコイルと、
前記窓と前記処理空間との間の前記窓内にあるファラデイシールド構造体であって、前記コイルから前記処理空間内にＲＦエネルギーの静電結合を妨げながら前記コイルから前記処理空間内へＲＦエネルギーの有効な誘電結合を可能にし、かつ前記処理空間から導電性被覆材料からの前記窓を物理的に遮蔽する構成にされているファラデイシールド構造体と、を有し、
前記基板支持体は、前記支持体上の基板にプラズマに対して十分に負である電位を付加し、前記基板を損ねることなく導電性被覆材料の正イオンを前記処理空間から前記基板へ向けるようになっているイオン化物理蒸着装置。
【請求項１３】
前記コイルが前記窓に対して実質的に平行な前記窓に隣接した導電体を有し、
前記遮蔽構造体が前記静電結合を妨げかつ前記コイルから前記処理空間内へのＲＦエネルギーの有効な誘電結合を可能にする構成されているスロットを有する請求項１２に記載されたイオン化物理蒸着装置。
【請求項１４】
前記誘電体窓は前記環状ターゲットの前記中心開口内に横たわった概ね平面的な窓であり、
前記コイルは前記窓の後ろに、窓と平行に位置した平坦コイルである請求項１３に記載されたイオン化物理蒸着装置。
【請求項１５】
前記遮蔽構造体は、導電性材料のスロットが形成されたシートを含みかつ前記コイル上のＲＦエネルギーに関して電気的に浮動する請求項１３に記載されたイオン化物理蒸着装置。
【請求項１６】
前記誘電体窓は、円筒形の側壁と閉端とを有し、該窓は前記環状ターゲットの前記中心開口内にあり、前記処理空間に連通している凹所を形成しており、
前記コイルは、前記窓の前記円筒状側壁を包囲しているヘリカルコイルであり、
前記遮蔽構造体は、前記処理空間から移動してくる材料から前記円筒形の壁を物理的に遮蔽する導電性材料の一つ以上のシートの円筒形配置を含む請求項１３に記載されたイオン化物理蒸着装置。
【請求項１７】
前記誘電体窓は、環状ターゲットの中心開口内にあって処理空間と連通すると共に閉端をもった凹所を形成された概ね円筒形の窓側壁であり、
前記コイルは前記円筒形窓を包囲するら螺旋形コイルであり、
前記遮蔽構造体は前記処理空間から移動する材料から円筒壁を物理的に遮蔽する１枚又は多数枚の導電材料のシートの円筒形配列を含み、
前記装置が更に前記凹所の閉端に位置して補助ターゲットを有する請求項１３に記載されたイオン化物理蒸着装置。
【請求項１８】
室璧内に包囲される真空処理室内の処理空間の一端に位置されかつ中心を有する導電性被覆材料のリングから前記被覆材料の粒子を前記処理空間内に解放する段階と、
前記真空処理室の外部の源泉から導電性被覆材料のリングの中心における導電性被覆材料の中心開口における前記室璧の誘電窓を通して前記室外のコイルから前記処理空間の中へＲＦエネルギーを誘導結合する段階と、
前記結合されたＲＦエネルギーで、前記処理空間内に反作用的に結合されたプラズマ、前記コイルから前記処理空間内のＲＦエネルギーの実質的な誘電結合を有効に可能にしながら、前記コイルから前記導電性被覆材料の実質的な誘電結合を減少するよう構成されたファラデイシールドでもって前記窓を導電性被覆材料によって前記窓を蒸着から物理的に遮蔽する段階と、
前記結合されたＲＦエネルギーでもって、前記処理空間内に導電性被覆材料の実質的な一部分をイオン化するに充分な濃さの前記処理空間内の誘電結合プラズマを形成する段階と、
導電性被覆材料のリングの反対側の処理空間の端部における基板を電気的に偏倚して、前記処理空間から前記基板に向って導電性被覆材料の正イオンをほぼ直角に向けるようにプラズマに対して十分に負の電位を作る段階と、を含むイオン化物理蒸着方法。
【請求項１９】
前記粒子を解放する段階は、
基板支持体から処理空間とは反対側の導電性被覆材料の開口を囲み前記導電性被覆材料上のスパッタリング表面を有する導電性被覆材料の環状スパッタリングターゲットを与える段階と、
スパッタリング表面にプラズマに対して十分に負のＤＣ電位を供給し、前記ターゲットのスパッタリング表面から処理空間の中へそして前記基板支持体に向って材料をスパッタするためにターゲット電源装置でターゲットに電圧を加える段階と、
ターゲットのスパッタリング表面の上とターゲットの中心開口を囲む磁場を発生し、そしてスパッタリングプラズマを前記ターゲットのスパッタリング表面の直ぐ近くに制限する段階と、含む請求項１８に記載されたイオン化物理蒸着方法。
【請求項２０】
前記ＲＦエネルギーを結合しかつプラズマを形成する段階は、
前記窓に実質的に平行な前記窓に隣接した伝導体を有する真空処理室の外部にコイルを設ける段階を含む前記結合する段階と、
前記コイルから被覆材料の中心リングにおける窓を通して処理空間の中へエネルギーを誘導的に結合する段階と、
前記コイルから処理空間の中へＲＦエネルギーの有効な実質的な誘電結合を許しながら、前記窓に隣接した前記コイルの伝導体に実質的に直角のスロットを有するファラデイシールドでもって被覆材料による蒸着から前記窓を物理的に遮蔽する段階と、を含む請求項１８に記載されたイオン化物理蒸着方法。
【請求項２１】
前記ＲＦ電極は、ターゲットの中央開口に置かれかつＲＦエネルギー源に連結されたコイルを含んで、前記処理空間内にエネルギーを誘導的に結合して、処理空間内で環状ターゲットから被覆材料をイオン化するに充分な密度の誘導的に結合されるプラズマを処理空間内に形成し、そして、
前記装置は、前記環状ターゲットの中央開口に最も近くかつ処理空間からコイルを遮断するように位置される誘電体窓と、
前記窓と処理空間との間で前記窓の内側の遮蔽構造体であって、処理空間内へのコイルからのＲＦエネルギーの誘導的な結合を可能としかつ処理空間からの被覆材料から前記窓を物理的に遮断するように形成される遮蔽構造体と、をさらに備えた請求項１２に記載されたイオン化物理蒸着装置。
【請求項２２】
前記ＲＦ電極は、ターゲットの中央開口に置かれかつ処理空間内にエネルギーを誘導的に伝達するＲＦエネルギー源に連結されたコイルを含み、処理空間内でエネルギーを誘導的に結合して、被覆材料を環状ターゲットからイオン化するに充分な密度の処理空間内で誘導的に結合されるプラズマを形成し、そして
前記装置は、前記環状ターゲットの中央開口に最も近くかつ処理空間からコイルを遮断するように位置される誘電体窓をさらに備えた請求項１２に記載されたイオン化物理蒸着装置。
【請求項２３】
前記コイルが処理空間から誘電体窓とは反対側の前記室の外側に位置決めされ、前記誘電体窓を通して処理空間内へエネルギーを誘導的に反応的に伝達する請求項２２に記載されたイオン化物理蒸着装置。
【請求項２４】
前記装置は、さらに、前記窓と処理空間の間で前記窓の内側の遮蔽構造体であって、処理空間内へのコイルからのＲＦエネルギーの有効な結合を可能としかつ前記窓を処理空間からの被覆材料から物理的に遮断するよう形成される遮蔽構造体、を備える請求項２３に記載されたイオン化物理蒸着装置。
【請求項２５】
実質的に平坦なスパッタリング表面の周りに磁界を形成することに有効で、スパッタリングプラズマをターゲットのスパッタリング表面に極めて近接に閉じ込めるようにターゲットの中央開口を取り囲む、室の外側でターゲットの背後のマグネトロン磁石組立体を、さらに備える請求項２４に記載されたイオン化物理蒸着装置。
【請求項２６】
実質的に平坦なスパッタリング表面の周りに磁界を形成することに有効で、スパッタリングプラズマをターゲットのスパッタリング表面に極めて近接に閉じ込めるようにターゲットの中央開口を取り囲む、室の外側でターゲットの背後のマグネトロン磁石組立体を、さらに備える請求項１２に記載されたイオン化物理蒸着装置。
【請求項２７】
基板上に導電性被覆材料のイオンを向けることにより基板上に導電性フィルムを形成する段階をさらに備えた請求項１８に記載されたイオン化物理蒸着方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、イオン化物理蒸着（ＩＰＶＤ）に関し、そして、さらに詳細には、被覆材料が供給されかつイオン化されて基板上への被覆材料の指向性を向上させる方法および装置に関している。
【０００２】
（発明の背景）
イオン化物理蒸着は、特にシリコンウエーハー上に高アスペクト比の構造体に充填しかつライニングする際に有用性を有する処理である。半導体ウエーハー上に薄い被覆材料の被着のためのイオン化物理蒸着（ＩＰＶＤ）においては、被着される材料が供給源からスパッタされるかまたは別の方法で蒸気化され、そして同時に蒸気化された材料の実質的な留分が被覆されるウエーハーに達する前に正のイオンに変換される。このイオン化は、真空室内のプロセスガスにおいて発生される高密度プラズマによって達成される。プラズマは、処置室の真空内にＲＦ促進励起コイルを通るＲＦエネルギを磁気的に結合することによって発生される。このように発生されたプラズマは、供給源とウエーハーとの間の領域に凝縮される。電磁力は、ウェーハーに負のバイアスを作用させることによるような、被覆材料の正のイオンに作用される。このような負のバイアスは、プラズマにウエーハーを浸漬することによるかまたはＲＦ電圧をウェーハーに作用させることによるかのいずれかで電気的に隔離されたウェーハーとともに発生する。バイアスは、被覆材料のイオンを、被覆材料の増大した留分がウェーハーに対して直角に近い角度でウエーハー上に被着するようにウェーハーに向って加速されるようする。このことは、深くそして狭い穴に含むウエーハー形態においての金属の被着を許しかつウェーハー表面上に溝を入れることになり、このような形態の底部および側壁に良好な適用範囲を提供する。
【０００３】
本願の譲受人によって提案されているあるシステムは、１９９７年４月２７日出願の米国特許出願第０８／８４４，７５１号，同第０８／８３７，５５１号、および同第０８／８４４，７５６号に開示されていて、かつこれによりここに参照することにより明白に取り込まれる。このようなシステムは、典型的な円筒形状していてかつ誘電体材料または窓の形状にされたその曲がった外壁の一部を具備している真空室を含む。螺旋形の電気的な伝導コイルは、誘電体窓の外側および室の回りおよび同心に配置され、コイルの軸線方向の延長部が誘電体窓の顕著な一部分となる。作用において、コイルは、適当な補助システムを通るＲＦ電力の供給により付勢される。誘電体窓は、コイルをプラズマとの直接接触から隔離しながら、室内に接続されるコイルからのエネルギを許容する。窓は、室の内部領域内へＲＦ磁場を通過することができる、代表的には金属により形成されたシールドの配置によって金属被覆材料の被着に対して保護され、一方これらの磁場によって生じられる電流が循環する伝導路を形成する傾向にある誘電体窓上への金属の被着を阻止する。このような電流は、抵抗加熱をもたらしかつコイルからプラズマへのプラズマ励起エネルギの磁気結合の減少をもたらすので、望ましくない。この励起エネルギの目的は、室の内部領域において高密度プラズマを生じさせることである。結合の減少というのは、プラズマ密度を減少させかつ処理の結果を低下させる。
【０００４】
このようなＩＰＶＤシステムにおいては、材料は、例えば、通常ＤＣ電源装置によって、プラズマに対して負の荷電がなされるターゲットに対してスパッタされる。ターゲットは、しばしばターゲットにスパッタするためのターゲットにおいてプラズマを閉じ込める磁気回路または他の磁石構造を取り込んだ平面のマグネトロンデザインからなるものである。材料は、ウェーハー支持体またはテーブル上に支持されたウェーハーに達し、ウェーハーにはＲＦバイアスが典型的にはＲＦ電源装置および補助ネットワークによって作用される。
【０００５】
幾分異なった形態は、真空室に対して内部に配置されたコイルによって生じたプラズマを採用している。かかる装置は、誘電性の室壁も該誘電性の室壁を保護する特殊な遮蔽体も必要としない。かかる装置は、本願明細書に引用して特に組み込んであるバーンズ他（Ｂａｒｎｅｓ ｅｔ ａｌ）の米国特許第５，１７８，７３９号に記載されている。バーンズ他の特許に開示された装置と同じく、真空室の外部にコイルを具備した装置は、スパッタターゲットとウェファの面の間の空間に物理的に位置し、これを占有する、真空室の内部または外部にある誘導コイルまたは他の結合素子の使用を伴う。
【０００６】
コイルのような結合素子が真空室の内部または外部にあろうと、装置の大きさは、蒸着源と基板との間におけるＲＦエネルギ結合素子の設置を許容する十分な蒸着源と基板との分離の必要性により抑制されていた。コイルまたは他の結合素子の設置のためウェファの回りに十分な直径もなければならない。結合素子用の空間を見越しておく必要性により蒸着源と基板との間の増大した間隔の直接的な結果として、かかる装置により蒸着の十分な一様性を達成するのは困難である。一様性を向上するため真空室の高さを減じると、真空室の中央領域においてプラズマ密度の損失があり、そして被覆材料のイオン化率が減じる。また、事実上、装置全体が抑制された直径内に適合する必要がある。その結果、ＲＦコイルが金属表面に近接していることから生じる加熱による問題がしばしば生じ、このことは余分な冷却を必要とすることがあり、技術および生産コストを増大させ、電力を浪費する。
【０００７】
室内にコイルを備えたＩＰＶＤ装置は、コイルがプラズマにより腐食し、それゆえターゲットからスパッタされるものと同じ種類のターゲット級の材料からなる必要があるという付加的不利益がある。さらに、真空室に置かれるコイルを相当に冷却する必要がある。コイルの冷却に液体を用いる場合、一様でない腐食またはアーキングがコイルを貫き、結果として装置に液体が漏洩するが、これは非常に望ましくなく、装置の長期間の清掃と再修正をもたらすことがある。さらに、室内の励起コイルはまたプラズマと容量結合して、励起電力の非効率な使用とイオンエネルギスペクトルの拡大に至り、このことはプロセスに望ましくない効果がある。
【０００８】
上記の考慮事項および問題の結果、ＩＰＶＤ処理装置において高密度の被覆材料イオン化プラズマにより効率的にエネルギを結合し、そして室の最適な大きさと干渉することなく、かつ好ましくは真空室にコイルまたは他の結合素子を配置することなくエネルギを結合する必要が残っている。
【０００９】
（発明の要約）
本発明の一目的は、コイルまたは他の結合素子の配置が処理装置の室の形態に悪影響を及ぼさないＩＰＶＤ法およびＩＰＶＤ処理装置を提供することである。本発明の他の目的は、ＩＰＶＤ性能についてより効率的で有効な方法と装置を提供することである。
【００１０】
本発明の原理によると、ＩＰＶＤ装置は、真空室内の処理空間への被覆材料の原子および微小粒子を含む蒸気を作り出す被覆材料のリング形状の源を備えている。リング形状の源の中央には、処理空間を通過する被覆材料をイオン化する、高密度で反作用的に結合したプラズマを処理空間内に生じさせるため、ＲＦエネルギを室内に結合させる結合素子が設けられている。被覆材料のイオンは、静電場または電磁場または他のものの影響下にあろうと、室内で処理空間の他端にある基板に向かって動いていく。例えば、基板からセンチメートルのオーダーの一定距離内に到着するイオンは、外装場に出会い、そして基板に向かって加速され、被覆材料の高い割合が基板に直角に対し基板に到着し、それにより基板の底部および側部をより有効にライニングまたは充填し、小さくて高いアスペクト比が基板の表面上で重要な役割をする。
【００１１】
本発明の好適実施例においては、好ましくはスパッタリングターゲットである被覆材料源には中央開口が設けられており、その中に非誘電体窓が配置されている。この窓の背後の、室の吸引部の外側には、ＲＦエネルギー源の出力に連結された好ましくはコイルである結合要素を含むプラズマ源が配置されている。結合要素は、エネルギー源から供給された好ましくは誘電的なエネルギーを、材料源の中央の開口における窓を通して、室の反対側端部における基板支持体上の半導体ウェハーのような、被覆材料源と基板の間の室の領域内に結合させる。
【００１２】
好ましくは、本発明の装置はセラミック製の中央窓を包囲する環状スパッタリングターゲットを含む。或る好適実施例では、この環状カソードは、平坦またはほとんど平坦に近い。マグネトロン磁気組立体はターゲットの背後に位置づけられてターゲット上に、その中央部における中央開口を包囲する環状ターゲットの表面上で、好ましくは環状トンネル形状の、ターゲット上に磁場を閉じ込めるプラズマを生成する。ターゲットは、負の直流またはパルス状直流電圧であることが好ましい負の電圧に励磁される。全体的にトンネルに閉じ込められたプラズマが生成されて、ターゲットからの材料をスパッターする。
【００１３】
結合要素は、好ましくは、環状スパッタリングターゲットの中央開口における非誘電体窓の背面の外側表面の背後およびこれに近く位置づけられるコイルである。例えば、１３．５６ＭＨＺのＲＦエネルギーをコイルに印加してターゲットと基板との間の室内に高密度の誘電結合プラズマを励起させる。ターゲットの表面においてマグネトロン磁石の場の下で補足される主スパッタリングプラズマは、ターゲットからの被覆材料を材料の大部分が電子を奪われて正イオンの被覆材料を形成する高密度の第２プラズマによって占有される処理空間の領域内にスパッターする。負バイアス電圧が基板ホルダー上のウェハーに印加されると、該印加は第２プラズマの領域からの材料を基板の表面に向けて並びに該表面上にスパッターする正イオンを引き寄せ、接近する入射角度は基板に対して垂直であるためウェハー基板上の堀および孔に入ってこれらの孔および堀の底部を覆うことができるようになっている。
【００１４】
本発明による装置の構造によれば、処理室は被覆材料源と基板との間に最適な空間を形成すべく寸法づけられ、もってスパッターした種の良好なイオン化並びにウェハー上へ付着を均一性良く行なうものである。
【００１５】
本発明はＩＰＶＤプロセスを最適化すると共に上記の発明の背景技術に述べたような困難さを克服するべく処理室を構成する上で設計の選択に多大な自由度を与える。
【００１６】
本発明のこれらおよび他の目的は、図面を参照した以下の詳細な説明からより容易に明らかとなるであろう。
【００１７】
（発明の詳細な説明）
図１に図式的にしめす先行技術のイオン化物理蒸着装置１０は、処理するための半導体ウェファ１２などの基板を内部で支持した密封真空室１１を有し、すなわちこの室１１は、典型的には形状が円筒の室壁１３により画成されている。この室壁１３は、導電性の材料製であり、アース電位に維持されている。ウェファ１２は、絶縁体１５により室壁１３から電気的に絶縁された状態で室壁１３により支持された基板あるいはウェファ支持体１４上に担持されるか、あるいはこれによりクランプされている。室１１内でスパッタターゲット１６が基板支持体１４に対向配置されている。このスパッタターゲット１６は、ターゲットホルダすなわち受け板１７に装着されている。すなわち、これは概略的に図示するように室壁１３と密封関係にある電気的絶縁体１８上に装着されている。ターゲット１６は、陰極電源１９の出力側に電気的に接続されている。この陰極電源１９は、直流電源として図示されており，ターゲット１６に負電位を与えている。ターゲット１６の背後で室１１の外側に通例のマグネトロン磁気パッケージ（図示せず）が配置されている。このパッケージにより、ターゲット１６の表面上にプラズマ捕捉磁界を発生させターゲット１６の表面に近接して主プラズマを閉じ込めるようになっている。この主プラズマにより室１１内に発生した、通例アルゴンなどの処理ガスの正イオンは、ターゲット１６の表面に引き付けられ、ターゲット１６を構成する被覆材料の原子およびその他の小さな粒子がターゲット１６から飛散スパッタされる。通常ターゲットホルダ１７にターゲット１６冷却用の冷却流体を流す構成（図示せず）が設けられている。
【００１８】
イオン化物理蒸着装置１０は、真空室１１の内部で基板ホルダ１４とターゲット１６との間にコイル２０が設けられており、このコイル２０は、ＲＦゼネレータ２２の出口側に適当な整合ネットワーク２１を介して結合されている。コイル２０は、ＲＦエネルギを室１１内のガスに伝達し、これにより室１１内にプラズマが発生する。ＲＦエネルギにより発生するプラズマは、材料に正イオンを発生するためのものであり、室１１内のターゲット１６と支持体１４上の基板１２との間の領域を通過した時点でターゲットから材料がスパッタされる。通例エネルギ源であるバイアスエネルギ源２３が支持体１４とウェファ１２に整合ネットワーク２３を介して結合され、これによりウェファ１２上に負のバイアス電位が発生する。
【００１９】
ＩＰＶＤ装置において、基体１２に対するターゲット１６の位置は、ＲＦコイル２０の存在により、ターゲット１６とウエーハー１２との間の空所に制限される。該コイル２０のために必要とされるターゲットと基体との間隔の直接の結果として、基体１２への堆積の均一性は、基体１２に対してターゲット１６を配置させる融通性に欠けていることにより危うくされている。更に、コイル２０内で冷却することが典型的には必要とされ、このことは製造及び製造コストに影響し且つ電力を消費する。装置１０のコイル２０は室１１内に有り且つその結果としてプラズマにより損なわれる。このためコイル２０は、ターゲット１６を形成している材料と同じターゲット・グレードの材料から作られねばならない。更にコイル２０の冷却は通常、コイル２０が作られている管あるいはその中空内部を通って水を流すことでおこなわれる。
【００２０】
図２は、典型的には円筒形である室壁３２によって画定されている室３１を備えたＩＰＶＤ装置３０を例示している。室３１中で基体１２が支持体１４に支持され、それはまた、絶縁体１５により室壁３２から電気的に絶縁されて支持されている。室３１は、誘電性の材料あるいは窓（ウインドウ）３３から作られ且つ湾曲した外壁３２を有する。室３１内で基体支持体１４の反対側にスパッタリングターゲット１６があり、このスパッタリングターゲットは、室壁３２と密封関係で電気絶縁体１８に装着されているとして概略が示されているターゲットホルダーあるいは裏板１７に装着されている。ターゲット１６はＤＣあるいはパルス化されたＤＣとして例示され且つマイナスの電位をターゲット１６に付与するカソード電源装置の出力部分に電気的に連結されている。ターゲット１６の後方で室３１の外側に、ターゲット１６の表面にプラズマ捕捉磁場を形成するマグネトロン・マグネット・パッケジ（図示せず）があり、該プラズマ捕捉磁場は主要なプラズマをターゲット１６の表面近くに閉じ込める。室１１内の典型的にはアルゴンである処理ガスの＋イオンはこの主要なプラズマ中に発生し、且つターゲット１６の表面に引き寄せられ、そこでそれらはターゲット１６から、ターゲット１６が作られている被覆材料の原子あるいは他の小粒子を放出させる。
【００２１】
螺旋形の電導コイル３５は、誘電体窓３３の外側で且つ室３１と中心を同じくして配置され、コイル３５の軸線方向の範囲は誘電性壁３３の軸線方向の範囲の大部分である。作動において、コイル３５は、整合装置２１を介してＲＦ電源２２からエネルギー供給を受ける。誘電体窓３３は、コイル３５をプラズマと直接に接触させないように隔てながら、コイル３５からのエネルギーを室３１中に誘導的に連結させるようにする。窓３３は、典型的には金属から作られ且つＲＦ磁場を室３１の内側領域中に通すことのできる一つ以上のシールド３６を配置することにより、誘電体窓３３に金属が堆積するのを殆ど防止しながら、ターゲット１６から放出された金属被覆材から保護されている。シールド３６は、室３１の周囲で電気的に分離された部分で形成されるか或いは室３１の周りで周囲を取り巻く電流通過を阻止する少なくとも一つの軸線方向のスリットあるいは空隙３７を有し、スリットあるいは空隙は室３１内でプラズマからコイル３５を電気的に遮蔽あるいはプラズマと電気的に結合しないようにする。室３１内でコイル３５により結合されたＲＦエネルギーは室３１内で密度の高いプラズマを発生させ、ターゲット１６から放出された材料の大部分が室３１を通り正にイオン化されるようにする。
【００２２】
陰性のバイアスが、整合ネットワーク２４を介してＲＦ給源２３から基体１２に付与され、結果として放出材料の正のイオンをプラズマから基体に該基体にほぼ垂直な方向に静電気的に引き付けあるいは向かわせる。このバイアスエネルギー給源２３は、スパッタ放出された陽性イオンをプラズマから基体のほうに引き付けるためプラズマの電位に対し充分に陰性である電位を基体に発生させるのに効果的なＲＦエネルギーあるいは他の形の電気的なエネルギーを使用し、結果として該陽性のイオンは基体表面に好ましくはほぼ直角な角度で基体１２に衝突し、結果として基体１２に高いアスペクト比形状の被覆を設けるのを可能とする。基体１２でのバイアス・ポテンシャルは、基体１２に形成される装置あるいは膜を実質的に腐食する或いは損傷するほど充分に高いエネルギーでイオンを基体に引き付けるほどの高いものであるべきではない。
【００２３】
本発明の好適な実施例によるＩＰＶＤスパッタリング装置４０が図３に例示されている。このＩＰＶＤ装置４０は室壁４２によって規定された真空室４１を含む。室４１は、高真空に室内を排気するための真空ポンプシステム４３と、ＲＦ発生させた負のバイアスを与えるための供給２３，２４を備えたウェーハ・ホルダ１４と、反応性のスパッタリングの際に用いる不活性ガスおよび反応ガスを供給するためのシステム４４と、ウェーハ・サポートまたはウェーハ・ホルダ１４と反対側の室４１の端部分に位置する大きな開口４５とを備えている。開口４５は、供給源配置または陰極および電極組立体５０によってシールされている。
【００２４】
サポート１４は、好適にはターゲットに対して調整可能に間隔をあけて配置されており、それによってターゲットの寿命まで所望の均一性を維持するようにターゲットを基板間隔に対して調整することができる。そのような調整可能なサポートが設けられている場合、サポート１４と室４１の壁４２との間に、例えば金属製ベローズ（図示せず）の形態のシールが設けられていてもよい。室４１の構成、特にウェーハ縁部に対する室の側壁の位置は、特に壁４２がウェーハに近い場合に蒸着の均一性に対して影響し、したがって室４１の構成は蒸着が均一となるように他のパラメータに関連して経験的配慮がなされていなければならない。
【００２５】
図３に示すように、組立体５０は、作動中に陰極電源供給器５２によって負に帯電される概ね環状のターゲット５１を含む。陰極電源供給器５２は、好適にはＤＣまたはパルスＤＣ電源供給器のいずれかの形態であるが、適切な対応ネットワークを介してターゲット５１に接続されたＲＦ供給器の形態であってもよい。ターゲット５１の浸食は内側および外側の暗部リング５３，５４によって制御されるが、好適には領域５５に概を示したマグネトロン磁石組立体５９の発生する磁場によっても制御される。ターゲット５１の冷却は、従来の内部ウォーターチャネル（図示せず）を使用して、または従来の適切な外部冷却システム（図示せず）を投入することによって達成される。ターゲット５１は絶縁体５６，５７によって接地表面から電気的に分離されている。環状ターゲット５１は内側開口５８を有し、この開口内にＲＦプラズマ励起システム６０が取り付けられる。
【００２６】
ＲＦプラズマ励起システム６０を幾つかの方法で設けることができる。１つの好適な実施例を図３および図４に例示する。このプラズマ励起システム６０は、環状ターゲット５１の開口５８をシールする平坦な誘電窓６１を含む。窓６１の基板１２側は室４１の真空に接し、窓６１の反対側すなわち外側は通常の大気環境に接している。窓６１の外面近傍には窓と平行に延びる励起コイル６５が設けられる。この励起コイルは、平面、または実質的に平面とすることができる。１つの好適なコイル６５は、例えばＯｇｌｅに付与された米国特許第４，９４８，４５８号、またはＡｓｈｔｉａｎｉに付与された米国特許第５，６６９，９７５号で説明されており、それらは参照によって本明細書に明確に組み込まれる。窓６１の内側には複数の遮蔽体６６，６７があり、これらは誘電窓６１にスパッタ金属または他のスパッタ材料が蒸着することを防ぐ物理的シールドとして作用するとともに、コイル６５から室４１への誘導結合ＲＦエネルギの通路を実現するファラデーシールドとして作用する。遮蔽体６６，６７は小さな距離を隔てて誘電窓６１の内側表面に近接して取り付けられている。遮蔽体６６，６７は、好適には暗部遮蔽体５３のスロットに取り付けられ、また、暗部遮蔽体５３に接地されていてもよく、好適には暗部遮蔽体５３と良好な熱接触状態に維持されている。暗部遮蔽体５３は好適には水冷されている。この代りに、遮蔽体６６，６７の一方または両方が少なくともコイル６５のＲＦエネルギに関して電気的に浮遊していてもよい。好適な実施例において、遮蔽体６６，６７は水冷された暗部遮蔽体５３に連結された、または必要であれば遮蔽体６６，６７を暗部遮蔽体５３から電気的に絶縁しつつ遮蔽体６６，６７の冷却を許容する任意の電気的絶縁および熱的伝導サポートリング６８を介して連結された縁部からの伝導によって冷却されている。他の遮蔽体冷却技術および遮蔽体の配置を使用することも可能である。
【００２７】
作動時にはＲＦ電圧が電力給源２２から整合ネットワーク２１を介して励磁コイル６５へ供給される。遮蔽体６６，６７への望ましくない容量結合を最小にするための整合ユニットおよび連結部の設計技術はアシタニに付与された米国特許第５，６６９，９７５号に記載されている。プロセスガスは室内の圧力を約１〜４０ｍＴｏｒｒに上昇させるように供給される。その後、室内で高密度のプラズマカンが点火される。ＤＣまたはＲＦ電力がスパッタリングターゲット５１に供給され、スパッタリングターゲット５１がメインプラズマからのイオン衝撃によって腐食される。メインプラズマによってターゲットから飛散した材料は、コイル６５からの誘導結合エネルギーによって支持された高密度プラズマを通るときにイオン化される。このイオン化されて飛散した被覆材料は、図２の装置３０に関連して記載したように負のバイアスをかけられたウェーハー１２に向けて加速される。
【００２８】
図５には、別のプラズマ励起システム６０ａを有する、装置４０の実施例が示されている。このプラズマ励起システム６０ａは、環状ターゲット５１の中央の内部開口５８内に位置する凹所若しくは室７０を備えている。凹所７０は石英または他の適当な誘電材料の壁７１によって仕切られており、その背後には、真空室４１の外側で窓７１と同心に、螺旋コイル７５が巻かれている。適当なファラデイ（Ｆａｒａｄａｙ）シールド７６，７７が窓７１に隣接して位置決めされている。このシールド７６，７７は、誘電材料が蒸着しないように保護する物理的遮蔽体としても機能し、また、ＲＦエネルギーがコイル７５から凹所７０へ通りそこから処理スペース全体に広がることを可能にしている。シールド７６，７７は、図２に関連して記載したシールド６６，６７と同様に物理的遮蔽体機能とＲＦ伝達機能とを有し、米国特許出願第０８／８４４，７５１号、０８／８３７，５５１号および０８／８４４，７５６号に記載された特徴を備えることができる。これら米国出願は、出願番号を記載することにより、本明細書に組み込まれているものとする。作動時に、螺旋コイル７５は高周波数のＲＦエネルギーによって付勢され、真空室４１内の凹所７０の領域に高密度プラズマが発生する。高密度プラズマは室４１の主処理領域に流入し、そこでターゲット５１から飛散した材料のイオン化が生じる。
【００２９】
図６に示した別の装置４０は、プラズマ励起システム６０ｂを有する。このシステム６０ｂは、図５のシステム６０と類似のものであるが、ターゲット５１の中央に円筒形で石英からなる壁８１に包囲された凹所７０ａを有し、壁８１の遠端部に除去可能な補助カソード装置８２が設けられている。  補助カソード装置８２には、小さくかつ平坦で、環状ターゲット５１と同一材料で形成された補助ターゲット８３が装架されている。好ましくは、ターゲット８３の背後にマグネトロン装置が設けられる。補助ターゲット８３はＤＣ電力給源８４によって付勢される。ターゲット８３の目的は、所望のときに基板へスパッタリング材料をより均一に蒸着するための、付加的な任意に使用し得るスパッタリング材料源を提供することである。
【００３０】
カソード・電極組立体５０の主環状スパッタリングターゲット４１は、図７〜９に示されているような多数の代替構成のものにすることができる。図７においては、組立体５０ａのターゲットは、適切な形状の内方および外方の暗黒スペース遮蔽体１６ａ，１７ａの間の平坦な環状ターゲット５１ａの形態になっており、一方、図８においては、カソード・電極組立体５０ｂのターゲットは、円筒形ターゲット５１ｂの形態になっている。図９においては、カソード・電極組立体５０ｃは、切頭円錐形のターゲット５０ｃを有する。ターゲットの幾何学形状の選定は、イオン化とターゲット材料の最適利用との間の所望のバランスに影響を与えるように行うことができる。例えば、図８の幾何学形状のターゲット５１ｂは、材料をスパッタリングターゲット５１ｂからプラズマの最高密度領域へ向わせ、それにより飛散（スパッタ）材料を効率的にイオン化し、少量の飛散材料をウェーハーに到達させるようにする傾向がある。
【００３１】
環状ターゲットあるいは他のリング形状源の中央の開口にプラズマ励起システムを位置決めすることの利点は、ヘリカルコイルをスパッタリング源の中心とウェーハーの中心との間で軸線周りに同心状に挿置する必要性から生ずる寸法上の束縛が無くなることである。別の利点は、環状ターゲットあるいは他のリング形状源の使用から、平坦で固体の平面状源の場合よりも、より大きなターゲットにおいてウェーハー分離に対してフィルムの均一性を向上させる恩恵が生ずることである。より大きなターゲットにおいて基板距離に対する均一性を達成する能力は、スパッタ材料をイオン化する一層の機会を可能にする。従来技術のスパッタ被覆装置にリング形状源をかって用いた際には、そのような装置は普通、その源の中央領域に、この領域におけるスパッタ材料の再堆積を防ぐように特別の遮蔽を必要とした。そのような場合、この材料の良好な吸着を確保し、室の粒子汚染を増すであろう堆積材料の剥がれ落ちを防ぐために、この中央領域の加熱が必要であった。本発明の実施例では、リング形状源の中央開口は、高密度プラズマを励起するのに使用する機器用の位置として用いられ、基板上への指向性堆積のためのスパッタ材料のイオン化に寄与することによって、責務よりも寧ろシステムの有用な部分になる。
【００３２】
本発明の種々の実施例から生ずる更なる利点は、カソードと、二次プラズマ励起構造とが従来技術におけるよりも一層コンパクトにでき、処理真空室への余分なフィードスルー（連通導体）或いは他の変更を要せず、励起モジュールへの源の適合を実際的にすることである。
当業者には、本文における本発明の手段が変更でき、発明が好適な実施例にて説明されていることが判るであろう。従って、追加と変更は、発明の原理と意図から逸脱することなく、成し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術によるＩＰＶＤ装置の一形式を示す横断面図である。
【図２】本発明の譲受け人によって提案されたＩＰＶＤ装置の一般的形式を示す図１に類似の横断面図である。
【図３】本発明の一実施例によるＩＰＶＤ装置を示す図２に類似の横断面図である。
【図４】図３のカソードおよび電極組立体の分解斜視図である。
【図５】図３のＩＰＶＤ装置に示された別のカソードおよび電極組立体を示す横断面図である。
【図６】更に別のカソードおよび電極組立体を示す図５に類似の横断面図である。
【図７】もう１つ別のカソードおよび電極組立体を示す図５に類似の横断面図である。
【図８】さらに別のカソードおよび電極組立体を示す図７に類似の横断面図である。
【図９】さらに別のカソードおよび電極組立体を示す図７に類似の横断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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