(57)【要約】  物理的気相堆積プロセスを使用して誘電体膜層を形成する装置及び方法は、誘電体含有スパッタターゲットを有する処理チャンバの処理領域に位置付けられた基板に、スパッタガスを供給することと、スパッタリングプラズマを生成するために、スパッタガスにエネルギーパルスを供給することであって、スパッタリングプラズマが、５０ｋＨｚより小さく５ｋＨｚより大きい周波数で、約８００Ｖと約２０００Ｖとの間の平均電圧、及び約５０Ａと約３００Ａとの間の平均電流を有するエネルギーパルスによって形成されている、スパッタガスにエネルギーパルスを供給することと、誘電体含有スパッタターゲットからスパッタされた誘電体材料を含むイオン化種を形成するために、誘電体含有スパッタターゲットに向かってスパッタリングプラズマを方向付けることであって、イオン化種が基板の上に誘電体含有膜を形成する、スパッタリングプラズマを方向付けることとを含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物理的気相堆積プロセスを使用して誘電体膜層を形成する方法であって、
誘電体含有スパッタターゲットを有する処理チャンバの処理領域に位置付けられた基板に、スパッタガスを供給することと、
スパッタリングプラズマを生成するために、前記スパッタガスにエネルギーパルスを供給することであって、前記スパッタリングプラズマが、５０ｋＨｚより小さく５ｋＨｚより大きい周波数で、約８００Ｖと約２０００Ｖとの間の平均電圧、及び約５０Ａと約３００Ａとの間の平均電流を有するエネルギーパルスによって形成されている、エネルギーパルスを供給することと、
前記誘電体含有スパッタターゲットからスパッタされた誘電体材料を含むイオン化種を形成するために、前記誘電体含有スパッタターゲットに向かって前記スパッタリングプラズマを方向付けることであって、前記イオン化種が前記基板の上に誘電体含有膜を形成する、前記スパッタリングプラズマを方向付けることと
を含む方法。
【請求項２】
前記誘電体材料が炭素を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記エネルギーパルスが５マイクロ秒と１０マイクロ秒との間である、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記基板が、約２ｍＴｏｒｒと約２０ｍＴｏｒｒとの間の圧力で維持される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記エネルギーパルスの幅が、１００マイクロ秒より小さく５マイクロ秒より大きい、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記スパッタガスが、前記基板又は前記スパッタターゲットのうちの少なくとも１つに対して不活性なガスを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
物理的気相堆積プロセスを使用して誘電体膜層を形成するためのエネルギーパルスを供給するための発生器であって、
エネルギーチャージを供給するための整流回路と、
前記エネルギーチャージを反転させるための反転回路と、
反転した前記エネルギーチャージを前記エネルギーパルスに変換するためのパルス回路と
を含み、
前記発生器が、処理チャンバの処理領域に位置付けられた基板に近接したスパッタガスにエネルギーパルスを供給するように構成され、前記処理チャンバが、スパッタリングプラズマを生成するために誘電体含有スパッタターゲットを有しており、前記エネルギーパルスが、５０ｋＨｚより小さく５ｋＨｚより大きい周波数で、約８００Ｖと約２０００Ｖとの間の平均電圧、及び約５０Ａと約３００Ａとの間の平均電流を有している、発生器。
【請求項８】
前記整流回路によって供給された前記エネルギーチャージが、ＤＣ電力を含む、請求項７に記載の発生器。
【請求項９】
前記スパッタリングプラズマが、前記誘電体含有スパッタターゲットに向かって加速され、前記誘電体含有スパッタターゲットからスパッタされた誘電体材料を含むイオン化種を形成し、前記イオン化種が、前記基板の上に誘電体含有膜を形成する、請求項７に記載の発生器。
【請求項１０】
前記発生器が、１００マイクロ秒より小さく５マイクロ秒より大きい幅を有するエネルギーパルスを発生させる、請求項７に記載の発生器。
【請求項１１】
物理的気相堆積プロセスを使用して炭素膜層を形成する方法であって、
炭素含有スパッタターゲットを有する処理チャンバの処理領域に位置付けられた基板にスパッタガスを供給することと、
スパッタリングプラズマを生成するために、前記スパッタガスにエネルギーパルスを供給することであって、前記スパッタリングプラズマが、５０ｋＨｚより小さく５ｋＨｚより大きい周波数で、約８００Ｖと約２０００Ｖとの間の平均電圧、及び約５０Ａと約３００Ａとの間の平均電流を有するエネルギーパルスによって形成されている、エネルギーパルスを供給することと、
前記炭素含有スパッタターゲットからスパッタされた炭素材料を含むイオン化種を形成することであって、炭素含有層を前記基板の上に形成するイオン化種を形成することと
を含む方法。
【請求項１２】
前記基板が、約２ｍＴｏｒｒと約２０ｍＴｏｒｒとの間の圧力で維持される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記エネルギーパルスの幅が、１００マイクロ秒より小さく５マイクロ秒より大きい、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記スパッタガスがアルゴンを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記エネルギーパルスが、３０ｋＨｚと４０ｋＨｚとの間の周波数で供給される、請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［０００１］本原理の実施形態は、概して、膜の堆積のための方法及び装置に関し、より具体的には、誘電体高電力インパルスマグネトロンスパッタリング（ＨＩＰＩＭＳ）物理的気相堆積（ＰＶＤ）膜の堆積のためのパルスＨＩＰＩＭＳ源、及びその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
［０００２］半導体産業がより高性能かつより優れた機能性を有する新世代の集積回路（ＩＣ）を導入するにつれ、これらのＩＣを形成する要素の密度が増加し、その一方で、個々の部品又は要素間のサイズ及び間隔が減少している。これまで、このような減少は、フォトリソグラフィを使用して、構造を画定する能力によってのみ制限されていたが、マイクロメートル又はナノメートルで測定される寸法を有する装置の形状寸法が、導電性相互接続の導電率、相互接続間に使用される絶縁材料の比誘電率、小さな構造のエッチング、又は３Ｄ  ＮＡＮＤ若しくはＤＲＡＭフォーム処理における他の課題など、新たな限定要因を作り出した。これらの限定は、より耐久性があり、密度がより高く、硬度がより高いハードマスクによって利益が得られることがある。
【０００３】
［０００３］炭素ハードマスクといった厚い誘電体ハードマスクがよく知られており、一般的にＰＯＲ膜として使用される。しかしながら、グラファイト状、Ｓｐ２型、又は他の炭素ハードマスク組成物といった、現在の誘電体ハードマスクは、ＤＲＡＭ及びＮＡＮＤが約１０ｎｍ未満の状態まで縮小し続けると不十分であると予測される。このような縮小には、更に高いアスペクト比の深いコンタクト孔又はトレンチを形成するエッチングが必要になるだろう。目詰まり、孔形状の歪み、及びパターンの変形、最大限界寸法の膨張、ラインの屈曲、輪郭の反りを含む、高アスペクト比のエッチング問題が、概して、これらの用途で見られる。多くのエッチング課題は、ハードマスク材料特性に依存する。深いコンタクト孔の変形は、低いハードマスク密度及び大きい粒子数に関連する可能性がある。スリットパターンの変形又はライン屈曲は、ハードマスク材料の選択性及び応力が低いことに起因する。したがって、本発明者らは、より高い密度、より高いエッチング選択性、より低い応力、及びより高い反射率指数を有するエッチングハードマスクが望ましいだろうと考えている。
【発明の概要】
【０００４】
［０００４］物理的気相堆積プロセスを使用して誘電体膜層を形成する装置及び方法の実施形態が、本書に提示される。
【０００５】
［０００５］いくつかの実施形態では、物理的気相堆積プロセスを使用して誘電体膜層を形成する方法は、誘電体含有スパッタターゲットを有する処理チャンバの処理領域に位置付けられた基板に、スパッタガスを供給することと、スパッタリングプラズマを生成するために、スパッタガスにエネルギーパルスを供給することであって、スパッタリングプラズマが、５０ｋＨｚより小さく５ｋＨｚより大きい周波数で、約８００Ｖと約２０００Ｖとの間の平均電圧、及び約５０Ａと約３００Ａとの間の平均電流を有するエネルギーパルスによって形成されている、スパッタガスにエネルギーパルスを供給することと、誘電体含有スパッタターゲットからスパッタされた誘電体材料を含むイオン化種を形成するために、誘電体含有スパッタターゲットに向かってスパッタリングプラズマを方向付けることであって、イオン化種が基板の上に誘電体含有膜を形成する、スパッタリングプラズマを方向付けることとを含む。
【０００６】
［０００６］いくつかの実施形態では、物理的気相堆積プロセスを使用して誘電体膜層を形成するためのエネルギーパルスを供給するための装置は、電力を供給する電源と、高電力を供給するために電力を蓄積する充電回路と、エネルギーパルスを供給するための放電回路とを含む。少なくとも１つの実施形態では、装置は、処理チャンバの処理領域に位置付けられた基板に近接したスパッタガスに、エネルギーパルスを供給するように構成され、処理チャンバが、スパッタリングプラズマを生成するために誘電体含有スパッタターゲットを有しており、エネルギーパルスが、５０ｋＨｚより小さく５ｋＨｚより大きい周波数で、約８００Ｖと約２０００Ｖとの間の平均電圧、及び約５０Ａと約３００Ａとの間の平均電流を有している。
【０００７】
［０００７］いくつかの実施形態では、物理的気相堆積プロセスを使用して炭素膜層を形成する方法は、炭素含有スパッタターゲットを有する処理チャンバの処理領域に位置付けられた基板に、スパッタガスを供給することと、スパッタリングプラズマを生成するために、スパッタガスにエネルギーパルスを供給することであって、スパッタリングプラズマが、５０ｋＨｚより小さく５ｋＨｚより大きい周波数で、約８００Ｖと約２０００Ｖとの間の平均電圧、及び約５０Ａと約３００Ａとの間の平均電流を有するエネルギーパルスによって形成されている、スパッタガスにエネルギーパルスを供給することと、炭素含有スパッタターゲットからスパッタされた炭素材料を含むイオン化種を形成することであって、基板の上に炭素含有膜を形成するイオン化種を形成することとを含む。
【０００８】
［０００８］本原理の他の実施形態及び更なる実施形態が、以下に記載される。
【０００９】
［０００９］上記で簡潔に要約され、以下でより詳細に論じられる本原理の実施形態は、添付図面に示された原理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。しかしながら、添付図面は、本原理の典型的な実施形態を示しているにすぎず、したがって、本原理は他の等しく有効な実施形態を許容しうるため、範囲を限定するものと見なされるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】［００１０］本原理の実施形態による、物理的気相堆積（ＰＶＤ）処理チャンバの概略断面図を示す。
【図２】［００１１］本原理の実施形態による、ハイブリッド高電力インパルスマグネトロンスパッタリング（ＨＩＰＩＭＳ）電源の高レベル概略図を示す。
【図３】［００１２］本原理の実施形態による、ＨＩＰＩＭＳ  ＰＶＤプロセスから生じる周波数の増加の関数としての粒子数のグラフを示す。
【図４】［００１３］本原理による、２つの異なる周波数を使用して生成された炭素膜の形態の画像図を示す。
【図５】［００１４］本原理の実施形態による、ＰＶＤプロセスを使用して誘電体膜層を形成するための方法のフロー図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［００１５］理解を容易にするために、可能な場合には、図に共通する同一の要素を示すのに同一の参照番号を使用した。図は縮尺どおりには描かれておらず、分かり易くするために簡略化されることがある。１つの実施形態の要素及び特徴は、更なる記述がなくても、他の実施形態に有益に組み込まれることがある。
【００１２】
［００１６］以下の詳細な説明では、本書に記載の例示的な実施形態又は他の実施例の完全な理解を提供するために、多数の特定の詳細が示されている。しかしながら、これらの実施形態及び実施例は、特定の詳細なしで実施されてもよい。他の例では、以下の記載を不明瞭にしないように、周知の方法、手順、構成要素、及び／又は回路を詳細に説明していない。更に、開示された実施形態は、単なる例示目的のためのものであり、他の実施形態は、開示された実施形態の代わりに、又は開示された実施形態と組み合わせて使用されてもよい。
【００１３】
［００１７］図１は、本原理の実施形態による、高電力インパルスマグネトロンスパッタリング（ＨＩＰＩＭＳ）プロセスを使用して材料をスパッタ堆積するのに適した、例示的物理的気相堆積（ＰＶＤ）処理チャンバ１００（例えば、スパッタ処理チャンバ）を示す。本原理による誘電体膜を形成するために適合されうる処理チャンバの１つの例は、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から入手可能なＰＶＤ処理チャンバである。他の製造業者からのものを含む他のスパッタ処理チャンバは、本原理を実施するように適合されることがある。
【００１４】
［００１８］処理チャンバ１００は、内部に画定された処理空間（ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ｖｏｌｕｍｅ）１１８を有するチャンバ本体１０８を含む。チャンバ本体１０８は、側壁１１０及び底部１４６を有する。処理チャンバ１００のチャンバ本体１０８及び関連する構成要素の寸法は、限定されず、概して、処理される基板１９０のサイズより比例的に大きい。任意の適した基板サイズが処理されうる。適した基板サイズの例は、２００ｍｍの直径、３００ｍｍの直径、４５０ｍｍの直径又はそれより大きな直径を有する基板を含む。
【００１５】
［００１９］チャンバリッドアセンブリ１０４は、チャンバ本体１０８の最上部に装着される。チャンバ本体１０８は、アルミニウム又は他の適した材料から製造されうる。基板アクセスポート１３０は、チャンバ本体１０８の側壁１１０を通って形成され、基板１９０の処理チャンバ１００内外への移送を促進する。アクセスポート１３０は、移送チャンバ及び／又は基板処理システムの他のチャンバに連結されうる。
【００１６】
［００２０］ガス源１２８は、処理ガスを処理空間１１８内に供給するためにチャンバ本体１０８に連結される。１つの実施形態では、処理ガスは、不活性ガス、非反応性ガス、及び必要であれば反応性ガスを含みうる。ガス源１２８によって供給されうる処理ガスの例は、限定されないが、数ある中で、アルゴンガス（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオンガス（Ｎｅ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）、窒素ガス（Ｎ２）、酸素ガス（Ｏ２）、水素ガス（Ｈ２）、フォーミングガス（Ｎ２＋Ｈ２）、アンモニア（ＮＨ３）、メタン（ＣＨ４）、一酸化炭素（ＣＯ）、及び／又は二酸化炭素（ＣＯ２）を含む。
【００１７】
［００２１］ポンピングポート１５０は、チャンバ本体１０８の底部１４６を通って形成される。ポンピング装置１５２は、処理空間１１８に連結され、内部の圧力を排出及び制御する。ポンピングシステム及びチャンバ冷却設計により、熱収支のニーズに適した温度（例えば、摂氏−２５度から摂氏＋６５０度まで）で、高いベース真空（例えば、１Ｅ−８Ｔｏｒｒ以下）及び低い立ち上がり速度（例えば、１０００ｍＴｏｒｒ／分）が可能になる。ポンピングシステムは、結晶構造（例えば、Ｓｐ３含有量）、応力制御及び調整についての重要なパラメータである処理圧力の正確な制御を提供するように設計される。処理圧力は、約１ｍＴｏｒｒと約５００ｍＴｏｒｒとの間、例えば、約２ｍＴｏｒｒと約２０ｍＴｏｒｒとの間などの範囲で維持されうる。
【００１８】
［００２２］リッドアセンブリ１０４は、概して、ターゲット１２０と、それに連結された接地シールドアセンブリ１２６とを含む。ターゲット１２０は、ＰＶＤプロセス中に基板１９０の表面にスパッタ及び堆積させることができる材料源を提供する。ターゲット１２０は、例えばＤＣスパッタリング中に、プラズマ回路のカソードとして機能する。
【００１９】
［００２３］ターゲット１２０又はターゲットプレートは、堆積層に用いられる材料、又は誘電体材料といった、チャンバの中で形成される堆積層の要素から製造されうる。電源１３２などの高電圧電源は、ターゲット１２０からの材料のスパッタリングを促進するためにターゲット１２０に連結される。１つの実施形態では、ターゲット１２０は、グラファイト、アモルファスカーボン、これらの組み合わせなどを含む材料など、炭素又は炭素含有材料から製造されうる。ターゲットはまた、グラファイト状とすることもできるだろうし、及び／又はＳｐ２タイプの炭素材料構造を含むこともできるだろう。堆積プロセスは、Ｓｐ３層の堆積のための堆積ターゲットを含むＳｐ２材料の使用から利益を得ることがあり、これは、Ｓｐ２炭素材料が他の構造化されていない炭素ターゲットよりも構造的にＳｐ３に近いためである。１つの実施形態では、ターゲットは、グラファイト状ターゲットである。電源１３２、又は電源は、パルス状に（一定であるのとは対照的に）ターゲットに電力を供給することができる。要するに、電源は、いくつかのパルスをターゲットに供給することによって、電力をターゲットに供給することができる。
【００２０】
［００２４］ターゲット１２０は、概して、周辺部分１２４及び中心部分１１６を含む。周辺部分１２４は、チャンバの側壁１１０上に配置される。ターゲット１２０の中心部分１１６は、基板支持体１３８の上に配置された基板１９０の表面に向かってわずかに延びる湾曲面を有しうる。いくつかの実施形態では、ターゲット１２０と基板支持体１３８との間の間隔は、約５０ｍｍと約２５０ｍｍとの間に維持される。ターゲット１２０の寸法、形状、材料、構成、及び直径は、特定の処理条件又は基板条件で変化しうる。１つの実施形態では、ターゲット１２０は、基板表面にスパッタされることが望ましい材料によって接着及び／又は製造される中心部分を有するバッキング板を更に含みうる。
【００２１】
［００２５］リッドアセンブリ１０４は、処理中にターゲット１２０からの有効なスパッタリング材料を強化する、ターゲット１２０の上に装着された全面侵食マグネトロンカソード１０２を更に含みうる。全面侵食マグネトロンカソード１０２は、ウエハ全域にわたって一貫したターゲット侵食及び均一な堆積を保証しつつ、容易かつ迅速なプロセス制御及び調整された膜特性を可能にする。マグネトロンアセンブリの例は、プロセスのパルス又はＤＣプラズマ段階中に、ターゲット面に所望の侵食パターンを形成し、望ましいシース形成を可能にするための数ある形状の中で、直線的マグネトロン、蛇行マグネトロン、螺旋マグネトロン、ダブルディジテート（ｄｏｕｂｌｅ−ｄｉｇｉｔａｔｅｄ）マグネトロン、矩形化螺旋マグネトロンを含む。いくつかの構成では、マグネトロンは、上述したパターン（例えば、直線、蛇行、螺旋、ダブルディジテートなど）の１つなど、ターゲットの表面上に所望のパターンで位置付けられている永久磁石を含みうる。他の構成では、所望のパターンを有する可変磁場型マグネトロンは、交互に、又は更に永久磁石に加えて、ＨＩＰＭＳプロセスの１つ又は複数の部分全体にプラズマの形状及び／又は密度を調整するために使用されうる。
【００２２】
［００２６］リッドアセンブリ１０４の接地シールドアセンブリ１２６は、接地フレーム１０６及び接地シールド１１２を含む。接地シールドアセンブリ１２６はまた、他のチャンバシールド部材、ターゲットシールド部材、暗部シールド、及び暗部シールドフレームを含みうる。接地シールド１１２は、接地フレーム１０６によって周辺部分１２４に連結され、処理空間１１８のターゲット１２０の中心部分の下に上部処理領域１５４を画定する。接地フレーム１０６は、接地シールド１１２をターゲット１２０から電気的に絶縁し、その一方で側壁１１０を通して処理チャンバ１００のチャンバ本体１０８への接地経路を提供する。接地シールド１１２は、上部処理領域１５４内部での処理中に生成されるプラズマを抑制し、ターゲット源材料をターゲット１２０の制限された中心部分１１６から除去し、これにより、除去されたターゲット源材料が、主にチャンバ側壁１１０ではなく基板表面に堆積可能となる。
【００２３】
［００２７］チャンバ本体１０８の底部１４６を通って延びるシャフト１４０は、リフト機構１４４に連結する。リフト機構１４４は、下部移送位置と上部処理位置との間で基板支持体１３８を移動させるように構成される。ベローズ１４２は、シャフト１４０に外接し、基板支持体１３８に連結され、その間にフレキシブルシールを提供し、これによりチャンバ処理空間１１８の完全な真空が維持される。
【００２４】
［００２８］基板支持体１３８は、静電チャックであり、電極１８０を有しうる。基板支持体１３８は、静電チャック（ＥＳＣ）の実施形態を用いる際に、絶縁導電両型基板１９０を保持するために、反対電荷の引力を使用し、ＤＣ電源１８１により電力供給される。基板支持体１３８は、誘電体本体内部に埋設された電極を含むことができる。ＤＣ電源１８１は、約２００Ｖから約２０００ＶのＤＣチャッキング電圧を電極に供給しうる。ＤＣ電源１８１はまた、基板１９０をチャック及びチャック解除するためＤＣ電流を電極へ案内することによって電極１８０の動作を制御するためのシステムコントローラを含みうる。
【００２５】
［００２９］ＰＶＤプロセスの温度は、堆積した膜特性が望ましくなくなる温度未満で維持されうる。例えば、温度は、摂氏約２５０度未満であり、誘電体層の堆積を補助するために摂氏約５０度のマージンを有しうる。基板支持体１３８は、装置統合要求の熱収支により必要とされる温度範囲で作動する。例えば、基板支持体１３８は、摂氏−２５度から摂氏１００度の温度範囲のための取り外し可能な静電チャック（ＥＳＣ）、摂氏１００度から摂氏２００度の温度範囲のための中温（ｍｉｄ−ｔｅｍｐ）ＥＳＣ、ウエハの迅速かつ均一な加熱を保証する、摂氏２００度から摂氏５００度の温度範囲のための、高温若しくは高温バイアス可能又は高温高均一性ＥＳＣでありうる。
【００２６】
［００３０］処理ガスが処理チャンバ１００内に導入された後に、プラズマを形成するために、ガスにエネルギーが供給され、ＨＩＰＩＭＳ型ＰＶＤプロセスが実行できる。ＨＩＰＩＭＳ型ＰＶＤプロセスの例が、更に以下に記載される。
【００２７】
［００３１］シャドウフレーム１２２は、基板支持体１３８の外周領域に配置され、ターゲット１２０から基板表面の所望の位置までスパッタされるソース材料の堆積を制限するように構成される。チャンバシールド１３６は、チャンバ本体１０８の内壁に配置され、基板支持体１３８周囲に配置されたシャドウフレーム１２２を支持するように構成された、処理空間１１８に対して内側に延びるリップ１５６を有しうる。基板支持体１３８が処理のために上部位置まで上昇すると、基板支持体１３８に配置された基板１９０の外側エッジがシャドウフレーム１２２によって係合され、シャドウフレーム１２２は持ち上げられ、チャンバシールド１３６から間隔を空ける。基板支持体１３８が基板移送アクセスポート１３０に隣接した移送位置まで下げられると、シャドウフレーム１２２は、チャンバシールド１３６に後退する。基板１９０を基板支持体１３８の上方に持ち上げて、移送ロボット又はその他の適切な移送機構による基板１９０へのアクセスを容易にするために、リフトピン（図示せず）が、基板支持体１３８を通って選択的に移動する。
【００２８】
［００３２］コントローラ１４８が、処理チャンバ１００に連結される。コントローラ１４８は、中央処理装置（ＣＰＵ）１６０、メモリ１５８、及びサポート回路１６２を含む。コントローラ１４８は、プロセスシーケンスを制御するために用いられ、ガス源１２８から処理チャンバ１００内へのガス流の調節、及びターゲット１２０のイオン衝撃の制御が行われる。ＣＰＵ１６０は、工業環境で使用することができる汎用コンピュータプロセッサの任意の形態でありうる。ソフトウェアルーチンは、ランダムアクセスメモリ、読み出し専用メモリ、フロッピー若しくはハードディスクドライブ、又は他の形式のデジタルストレージなどのメモリ１５８に格納することができる。サポート回路１６２は、従来、ＣＰＵ１６０に接続されており、キャッシュ、クロック回路、入出力サブシステム、電源などを備えうる。ソフトウェアルーチンは、ＣＰＵ１６０によって実行されると、処理チャンバ１００を制御する特定用途コンピューター（コントローラ）１４８にＣＰＵを変換し、本原理に従ってプロセスが実行される。ソフトウェアルーチンはまた、処理チャンバ１００から遠隔に位置する第２のコントローラ（図示されず）によって格納及び／又は実行されてもよい。
【００２９】
［００３３］処理中に、材料がターゲット１２０からスパッタされ、基板１９０の表面に堆積される。いくつかの構成では、ターゲット１２０は、ガス源１２８により供給される処理ガスから形成されたプラズマを生成及び維持するために電源１３２によって、接地又は基板支持体に対してバイアスされる。プラズマで発生したイオンは、ターゲット１２０に向かって加速され、ターゲット１２０に衝突し、ターゲット材料がターゲット１２０から除去されるようにする。除去されたターゲット材料は、基板１９０上に所望の結晶構造及び／又は組成物を有する層を形成する。ＲＦ、ＤＣ又は高速スイッチングパルスＤＣ電源又はこれらの組み合わせは、誘電体材料にスパッタリング組成及び堆積速度の正確な制御のための調整可能なターゲットバイアスを提供する。
【００３０】
［００３４］いくつかの実施形態では、誘電体層堆積プロセスの異なる段階中に、基板にバイアスを個別に加えることも望ましい。したがって、バイアスは、源１８５（例えば、ＤＣ及び／又はＲＦ源）から基板支持体１３８のバイアス電極１８６（又はチャック電極１８０）に提供されてもよく、よって、基板１９０は、堆積プロセスの１つ又は複数の段階中に、プラズマに形成されたイオンと衝突することになる。いくつかのプロセスの例では、バイアスは、誘電体膜堆積プロセスが実行された後に、基板に加えられる。代替的には、いくつかのプロセスの例では、バイアスは、誘電体膜堆積プロセス中に、加えられる。より大きな負の基板バイアスは、プラズマ内で発生した正のイオンを基板に向かって又はその逆に駆動する傾向があり、イオンは、基板表面に衝突するときに、より大量のエネルギーを有している。
【００３１】
［００３５］再び図１の実施形態を参照すると、図１の実施形態の電源１３２は、発明者らによって開発されたハイブリッドＨＩＰＩＭＳ電源である。本原理によるハイブリッドＨＩＰＩＭＳ電源１３２は、約５０Ａと約３００Ａとの間など高電流で、かつ約８００Ｖから約２０００Ｖまでの電圧範囲で、約５ｋＨｚと約５０ｋＨｚとの間の周波数で、約５μｓと約１００μｓとの間の短期間にわたって、電力インパルスを供給するように構成される。即ち、所望の均一性及びアモルファス特性を有する高密度誘電体膜を生成するために、本原理の実施形態によるそれぞれの電源によって、上記の範囲の高電圧、高周波、より短い持続時間の電力パルスを有する信号を提供することができると、発明者らは判断した。
【００３２】
［００３８］本原理のハイブリッドＨＩＰＩＭＳ電源とは対照的に、従来のＨＩＰＩＭＳ発生器は、５０Ｈｚと５ｋＨｚとの間の周波数範囲で動作し、通常４０００Ａと２０００Ｖを超える電圧を出力する。そのような低周波数で高電圧パルスを供給することが、ＰＶＤプロセスを使用して製造された炭素膜などの誘電体材料膜の粗さ／形態要件を達成するのに不十分であると、発明者により判断された。つまり、低周波数で高電圧パルスを供給すると、アークが発生し、ＰＶＤプロセスを使用して製造された誘電体材料膜に大きい粒子数がもたらされる。
【００３３】
［００３７］本原理のハイブリッドＨＩＰＩＭＳ電源とは対照的に、ＰＶＤチャンバで使用される従来のパルスＤＣ発生器は、５０ｋＨｚと３００ｋＨｚとの間の周波数範囲で動作し、４０Ａの電流と８００Ｖを生成する。従来のパルスＤＣ発生器によって供給される周波数範囲は、ＰＶＤプロセスを使用して製造された誘電体材料膜の適切な堆積速度に到達するには速すぎると、発明者らによって判断されている。更に、本発明者らは、従来のパルスＤＣ発生器によって供給される電力は、炭素などの誘電体材料を処理するために必要とされる高密度プラズマを生成するのに十分高くないと判断した。
【００３４】
［００３８］図２は、本原理の実施形態によるハイブリッドＨＩＰＩＭＳ電源１３２の高レベル概略図を示す。図２の実施形態のハイブリッドＨＩＰＭＳは、実例として、ＡＣ／ＤＣ整流回路２１０、昇降圧回路２２０及びパルス回路２３０を含む。
【００３５】
［００３９］実例として、ＡＣ／ＤＣ整流回路２１０で、整流ダイオード、集合的にダイオード２０２が、ＡＣをＤＣに変換し、コンデンサＣ１をＶｄｃレベルに充電する。昇降圧回路は、スイッチＳ１のデューティサイクルを調整することにより、Ｖｄｃを負のＨＶｄｃ信号に変換する。つまり、スイッチＳ１が閉じると、ＶｄｃがインダクターＬ１及びダイオードＤ１を充電し、コンデンサＣ２への電流の流れを遮断する。Ｓ１が開いているとき、インダクターＬ１、コンデンサＣ２を充電し、負の電圧（ＨＶｄｃ）を生成する。図２のハイブリッドＨＩＰＩＭＳ電源１３２では、スイッチＳ１のデューティサイクルは、Ｖｄｃに対するＨＶｄｃの大きさを定義する。
【００３６】
［００４０］図２のパルス回路２３０は、ＨＶパルスＤＣ信号を発生させる。パルス回路２３０において、スイッチＳ２が閉じ、スイッチＳ３が開くと、ＨＶｄｃは、負荷、例えばプラズマに適用される。スイッチＳ２が開き、スイッチＳ３が閉じると、負荷が接地される。ダイオードＤ２は、スイッチＳ３が負荷を接地するときに、負荷電圧が正にならないことを保証する。
【００３７】
［００４１］本原理によれば、図２のハイブリッドＨＩＰＩＭＳ電源１３２は、約５０Ａと約３００Ａとの間など高電流、約５ｋＷと約４０ｋＷとの間などの高電力、かつ８００Ｖから約２０００Ｖまでの電圧範囲で、約５ｋＨｚと約５０ｋＨｚとの間の周波数で、約５μｓと約１００μｓとの間の短期間にわたって、電力インパルスを供給するように構成される。
【００３８】
［００４２］ある実験では、チャンバ圧力が８ｍＴに設定され、図１及び図２のＨＩＰＩＭＳ電源１３２といった、本原理のハイブリッドＨＩＰＩＭＳ電源によって提供されるＨＶパルスＤＣ信号が１５００Ｖに設定された。その実験では、ＨＶパルスＤＣ信号が、およそ４０ｋＨｚの周波数で提供された。そのような周波数で、プラズマを点火するのに必要なオンタイム期間は、およそ５μｓだけであった。およそ４０ｋＨｚの周波数及びおよそ５μｓのオンタイム期間では、電流がおよそ８０Ａに達した。
【００３９】
［００４３］それに対して、別の実験では、類似のチャンバ圧力が８ｍＴに設定され、ＨＶパルスＤＣ信号が再び１５００Ｖで供給されたが、ＨＶパルスＤＣ信号は、５ｋＨｚ弱の周波数で提供された。そのような周波数で、プラズマを点火するのに必要なオンタイム期間は、およそ２５μｓであった。５ｋＨｚ弱の周波数及びおよそ２５μｓのオンタイム期間では、電流がおよそ１５０Ａに達した。
【００４０】
［００４４］上記実験により示されるように、従来のＨＩＰＩＭＳ電源で利用できるよりも高い周波数でＨＶパルスＤＣ信号を提供することにより、本原理によるハイブリッドＨＩＰＩＭＳ電源は、より短いオンタイムを使用してプラズマを点火することができ、その結果、ピーク電流がより低くなる。より低いピーク電流は、例えば、アーク放電がより少ないため、生成された誘電体膜中の粒子数がより低くなり、誘電体膜の堆積速度が低下し、屈折率（ＲＩ）及び形態が改善される。
【００４１】
［００４５］例えば、図３は、本原理の実施形態による高電力インパルスマグネトロンスパッタリング（ＨＩＰＩＭＳ）ＰＶＤプロセスから生じる周波数増加の関数としての粒子数のグラフを示す。図３に示されるように、上記の電力範囲とオンタイム範囲を有する、本原理によるハイブリッドＨＩＰＩＭＳ電源からのＨＶパルスＤＣ信号の周波数が、例示的に１６ｋＨｚから３５ｋＨｚまで増加すると、例えば６０００オングストロームの炭素膜などの誘電体膜層の粒子数（例えば、加算値は、大幅に減少する。即ち、図３の実施形態に見られるように、本原理によるハイブリッドＨＩＰＩＭＳ源からのＨＶパルスＤＣ信号が１６ｋＨｚの周波数で供給されるとき、生成された炭素膜層で、２８２１の加算値が検出される。図３に更に示されるように、２０ｋＨｚの周波数で、２１８４の加算値が検出され、２５ｋＨｚの周波数で、１６１５の加算値が検出され、３０ｋＨｚの周波数で、１６０２の加算値が検出され、３５ｋＨｚの周波数では、本原理の実施形態による高電力インパルスマグネトロンスパッタリング（ＨＩＰＩＭＳ）ＰＶＤプロセスから生じる基板上に生成された炭素膜層で、１３２４の加算値だけしか検出されなかった。概して、図３に示されるように、プロセス条件を同一に固定デューティサイクルに対して維持し、周波数を増加させると、粒子数が減少する。発明者らは更に、周波数を増加させると、堆積速度が低下し、ＲＩ（又は密度）はほとんど一定のままであることを指摘した。
【００４２】
［００４６］前述のとおり、本発明の原理に従ってより高い周波数が使用される場合の粒子数の改善についての１つの説明は、ピーク電流が低いより短いオンタイムパルスでは、ターゲットの表面のアーク／マイクロアークが減少し、生成される誘電体膜の粒子数がより大きくなるということである。更に、別の説明は、ピーク電流が低いより短いオンタイムパルスでも、熱応力によりターゲットからの粒子が機械的にたわむ結果になりうるターゲットの表面加熱が最小限に抑えられるということであろう。
【００４３】
［００４７］ただし、例えば周波数の増加によりパルス持続時間が減少すると、ピーク電流はほぼ直線的に減少することに留意されたい。したがって、本原理によるハイブリッドＨＩＰＩＭＳ源からのＨＶパルスＤＣ信号によって供給される総電力が低下する。この影響を補償するために、周波数を増加させオンタイムパルスをより短くしながら、供給される電圧を増加させることができる。つまり、電源によって供給される電圧／総電力は、なおも、本原理に従って、プラズマを点火し、誘電体材料をより高い周波数及びより短いパルス時間で処理するために必要な高密度プラズマを生成するのに十分な高さであり、所望の堆積速度に達し、誘電体材料膜の粗さ／形態要件を満たす必要がある。
【００４４】
［００４８］図４は、本原理による２つの異なる周波数を使用して生成された炭素膜の形態の画像図を示す。具体的には、図４は、５ｋＨｚと１０ｋＨｚとの間の周波数、及び３０ｋＨｚと４０ｋＨｚとの間の周波数を使用して生成された、６０００オングストロームの炭素膜の形態の比較を示す。図４に示すように、３０ｋＨｚと４０ｋＨｚとの間のより高い周波数では、炭素膜の堆積が、はるかにアモルファスである。すなわち、本原理にしたがって本書に記載の範囲のより高い周波と共に、本原理にしたがって本書に記載の電力範囲のパルスを使用することで、堆積速度がわずかに低下する際に、炭素などの誘電体の堆積の形態が改善すると、本発明者らは判断した。より具体的には、少なくとも部分的に、本原理によるＰＶＤプロセスに使用される上記範囲のＨＶパルスＤＣ信号のより高い周波数及びより短いオンタイムパルスにより、パルスの電流上昇が制限され、堆積速度が低下し、粒子の堆積が減少し、よって、形態が改善され、表面粗さが減少する。より高い周波数では、誘電体膜の応力はわずかに増加する可能性があるが、上記の範囲でのより高い周波数での応力の増加は、より高い周波数を使用する利点と比較して無視できると考えられ、特に粒子数が減少し、膜の形態と粗さが改善する。
【００４５】
［００４９］図５は、本原理の実施形態による物理的気相堆積プロセスを使用して誘電体膜層を形成するための方法５００のフロー図を示す。方法５００は、５０２で開始することができ、その間に、スパッタガスが、例えば、図１に関して上述したような基板を有する処理チャンバの処理空間に供給される。いくつかの実施形態では、処理チャンバは、炭素ターゲットなどの誘電体含有ターゲットを有する。スパッタガスは、基板又はスパッタターゲットに対して不活性なガスとすることができる。１つの実施形態では、スパッタガスはアルゴンとすることができる。方法５００は次に、５０４に進むことができる。
【００４６】
［００５０］５０４において、少なくとも１つのエネルギーパルス、及び典型的には一連のエネルギーパルスが、スパッタガスに供給されて、スパッタリングプラズマを生成する。概して、５０４の間に供給されるエネルギーパルスは、少なくともターゲットバイアス電圧、パルス幅、パルス周波数の選択を含み、それらは、所望量のエネルギーを与えることになるプラズマを形成する。所望のプラズマエネルギー及びプラズマ密度を達成し、スパッタされた原子に対する高いイオン化速度とイオン化の度合いを実現して、所望のＨＩＰＩＭＳスパッタ堆積速度、膜結晶構造、及び膜密度を実現する。１つの実施形態では、上述のように、スパッタリングプラズマを形成するために使用されるエネルギーパルスは、約８００ボルトと約２０００ボルトとの間の平均電圧、約５０アンペアと約３００アンペアとの間の平均電流、５０ｋＨｚより小さく５ｋＨｚより大きい周波数で１００マイクロ秒より小さく５マイクロ秒より大きいパルス幅を各々が有することができる。方法５００は次に、５０６に進むことができる。
【００４７】
［００５１］５０６で、プラズマがいったん形成されると、スパッタガスのイオン化種（スパッタリングプラズマ）が、誘電体含有ターゲット材料に向かって加速され（方向付けられ）、そのターゲット材料と衝突する。これらの衝突により、誘電体含有ターゲットからスパッタされた誘電体材料を含むイオン化種を形成するターゲット原子が除去される。ターゲット原子は、基板の表面に堆積し、基板上に固体の誘電体含有膜を形成する。方法５００は、その後、終了することができる。炭素を含む誘電体材料に関する別の実施形態では、５０６は、炭素含有スパッタターゲットからスパッタされた炭素を含むイオン化種を形成するために、スパッタリングプラズマをスパッタターゲットに供給することを含むことができ、イオン化種は、基板上に炭素含有膜層を形成する。
【００４８】
［００５２］エネルギーパルス電力、周波数、及びパルス持続時間は、上記及び本原理にしたがって、密度が増加し、粒子数が減少したアモルファス特性を有する誘電体膜層を、基板上に形成できるようにする。
【００４９】
［００５３］上述のように、本原理によるハイブリッドＨＩＰＩＭＳ電源は、従来のＨＩＰＩＭＳ発電機よりも高い周波数で短期間に、従来のパルスＤＣ発電機よりも高い電圧で電力インパルスを供給し、ＨＩＰＩＭＳ  ＰＶＤプロセス中にアモルファス高密度誘電体膜を生成することができる。より具体的には、本原理によるハイブリッドＨＩＰＩＭＳ電源は、約５ＫＨｚと５０ＫＨｚとの間の周波数を有する、約５μｓと約１００μｓとの間の短期間で、約５０Ａと約３００Ａとの間などの高電流、約８００Ｖと約２０００Ｖとの間などの高電圧を供給可能である。
【００５０】
［００５４］パルスサイクル時間にわたって供給される電力又はエネルギーは、オンタイム期間中に非矩形波形を有する可能性があるため、低い周波数で供給される類似のパルスと比較して、持続時間にわたる平均電力が減少する。いくつかの実施形態では、ターゲットに供給される各電力インパルスは、等しい電力量及び／又は等しい持続時間を有することができる。しかし、本開示の実施形態は、それに限定されない。例えば、ターゲットに供給される各パルスは、異なる電力量及び／又は異なる持続時間を有することができる。引用された値は、単に例として理解されるべきであり、広い範囲で変化させることができる。高電力がターゲット（カソード）に印加される時間は、電源の定格及び介在期間中に電源を再充電するための再充電時間によって制限されることが多い。
【００５１】
［００５５］上記のとおり、本原理の実施形態による、本書に記載の範囲への典型的なＨＩＰＩＭＳ源と比較したパルス周波数の増加、及び本書に記載の範囲への典型的なＤＣパルス発生器と比較したパルス電圧の増加は、堆積速度、粒子欠陥及び表面粗さを低下させ、本原理によるＨＩＰＩＭＳ  ＰＶＤプロセスを使用して製造された誘電体膜の形態を改善する。
【００５２】
［００５６］上記は本原理の実施形態を対象としているが、その基本的な範囲から逸脱することなく、他の実施形態及び更なる実施形態が考案されてもよい。
【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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【国際調査報告】
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