ターゲットへ同時にＲＦおよびＤＣ電力を用いる極めて均一なスパッタ堆積の方法
プラズマ促進物理蒸着反応器において、ワークピース全体にわたる堆積速度の半径方向分布の均一性を、ＲＦおよびＤＣ電力の両方をターゲットに印加し、ＲＦおよびＤＣ電力の電力レベルを別個に調整することによって向上させる。さらなる最適化は、ターゲットの上の磁石の高さを調整すること、ターゲットの上の磁石の軌道運動の半径を調整すること、および角度をつけたターゲットのエッジ面を設けることによって得られる。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
超高集積回路の製作は、物理蒸着（ＰＶＤ）を用いた金属膜の堆積を行うものである。通常は、ワークピースすなわち半導体ウェハ上に薄膜として堆積されるべき材料からなるターゲットが用意される。材料はたとえば、銅、チタン、タンタル、または他の金属、金属酸化物、金属窒化物とすることができる。たとえば１つのプロセスでは、ソースドレイン間チャネルの上に重なるＨｆＯ２の非常に薄いゲート酸化物層を含む薄膜構造上に窒化チタンが堆積される。このようなプロセスは、ワークピースすなわちウェハ全体にわたって、堆積された膜厚の高度に均一な分布を達成する必要がある。現在はＰＶＤプロセスは良好な均一性を得るために、通常は１００ｍｍ未満の短いターゲットウェハ間隔、またはウェハ裏面バイアスに依存している。しかし多くのプロセス、特に前工程の用途のためのプロセスは、堆積時にプラズマ損傷が誘起されないことが必要である。短いターゲットウェハ間隔およびウェハバイアスは共に、ウェハ上にプラズマ損傷を生成することになる。１１０ｍｍより長いターゲットウェハ間隔およびゼロワットのウェハバイアスの状態ではＰＶＤプロセスは、膜厚の標準偏差が約６％にて３００ｍｍの直径のウェハ全体にわたって堆積された膜厚均一性を達成することができる。フィーチャサイズまたは限界寸法が３２ｎｍ以下まで縮小されるのに従って、膜厚均一性の要件はより厳しくなり、膜厚の許容標準偏差は１％まで削減されつつある。現在のＰＶＤプロセスは、高信頼度ベースでこのような高度の均一性を達成することはできない。
【０００２】
従来のＰＶＤ反応器は、真空チャンバ、反応器チャンバ天井のスパッタターゲット（銅、チタン、タンタル、または他の望ましい金属）、天井の下で天井に面したワークピース（たとえば、半導体ウェハ）を保持するための支持台、ターゲットに結合された高電圧ＤＣ電源、および反応器チャンバ内にキャリアガス（たとえば、アルゴン）を導入するためのガス注入装置を含む。ターゲットへのＤＣ電圧は、スパッタターゲット付近にプラズマを生じるようにキャリアガスをイオン化するのに十分なものである。回転磁石からなるマグネトロンアセンブリは、天井およびスパッタターゲットの上にあり、ターゲットのプラズマスパッタを生じるようにターゲット付近にプラズマを閉じ込めるのに十分高い磁界を生成する。ターゲットからスパッタされた材料は、ターゲット化学種の中性粒子とイオンの両方を含むことができ、スパッタされた材料の一部分は、薄膜としてワークピース上に堆積される。一部の場合には、ターゲットからスパッタされたイオンを引き付けるために、ワークピースにＤＣまたはＲＦバイアス電力を結合することができる。
【０００３】
ターゲットは、マグネトロンによって覆われた領域で浸食される。堆積時にはマグネトロンは、ターゲット浸食を分散させ、ワークピース全体にわたって堆積を分散させるように、円または惑星運動にて天井の全体にわたって移動される。しかしワークピース全体にわたる堆積速度分布は、ワークピースの中心部で高く、縁部で低くなる傾向があり、均一性が制限され、それにより堆積された膜厚の最小偏差は５％を超える。
【発明の概要】
【０００４】
チャンバ内のワークピース上にプラズマ促進物理蒸着を行う方法が提供される。ワークピース上に堆積されるべき材料または材料の前駆体のスパッタターゲットがチャンバ内に用意される。ワークピースは、チャンバ内でスパッタターゲットと向かい合うように支持される。磁石は、スパッタターゲットの上にある。方法は、チャンバ内にキャリアガスを導入するステップと、ターゲット付近にプラズマを発生し、それに対応してワークピース上にターゲットからの材料の堆積を生じるように、ＲＦ電力およびＤＣ電力をターゲットに印加するステップとを含む。堆積は、ワークピース上への堆積速度の半径方向分布を有する。方法は、以下の
ａ．（ａ）半径方向分布の中央部高位型不均一性または、（ｂ）半径方向分布の縁部高位型不均一性の１つを、ＤＣ電力の電力レベルに対するＲＦ電力の電力レベルを増加することによって補正するステップと、
ｂ．（ａ）半径方向分布の中央部高位型不均一性または、（ｂ）半径方向分布の縁部高位型不均一性の他方の１つを、ＲＦ電力の電力レベルに対するＤＣ電力の電力レベルを増加することによって補正するステップと
の１つを行うステップをさらに含む。
【０００５】
一実施形態では、半径方向分布の不均一性が少なくともほぼ最小化されるまで、上記のＲＦまたはＤＣ電力レベルの調整が実行される。一実施形態では、ターゲットの上の磁石の高さを調整することによってターゲットが浸される磁力線の急峻性を調整することにより、半径方向分布均一性のさらなる最適化が得られる。別の実施形態では、ターゲットの上を磁石が回転される軌道運動の半径を調整することによって、半径方向分布均一性のさらなる最適化が得られる。他の実施形態では、半径方向分布の中央部高位型不均一性は、ターゲットの平坦な中央面に対して鋭角にターゲットのエッジ面に角度をつけることによって低減される。
【０００６】
本発明の例示的実施形態が実現され詳細に理解できるように、上記で簡潔に要約した本発明のより具体的な説明が、添付の図面に示されるその実施形態を参照することによって得られよう。本明細書では本発明が不明瞭とならないように、いくつかの良く知られたプロセスについては論じないことを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】特定の実施形態の方法を実行するのに使用することができるプラズマ促進物理蒸着反応器の簡略化したブロック図である。
【図２Ａ】図１の反応器におけるターゲットに対するマグネトロンの異なる位置を示す図である。
【図２Ｂ】図１の反応器のスパッタターゲットへの直流（ＤＣ）電力のみの印加時の薄膜堆積厚さの半径方向分布を示す、図２Ａに対応するグラフである。
【図２Ｃ】図１の反応器のスパッタターゲットへの無線周波数（ＲＦ）電力のみの印加時の薄膜堆積厚さの半径方向分布を示す、図２Ａに対応するグラフである。
【図３】第１の実施形態による、スパッタターゲットへのＲＦおよびＤＣ電力の両方の印加時の、結果としての薄膜堆積厚さの半径方向分布を示すグラフである。
【図４Ａ】図１の反応器で用いるための第１のマグネトロン構造を示す図である。
【図４Ｂ】（Ａ）ターゲットにＲＦ電力のみが印加された状態、および（Ｂ）ターゲットにＤＣ電力のみが印加された状態での、図４Ａのマグネトロンを用いて得られる膜厚の半径方向分布を示すグラフである。
【図５Ａ】図１の反応器で用いるための第２のマグネトロン構造を示す図である。
【図５Ｂ】（Ａ）ターゲットにＲＦ電力のみが印加された状態、および（Ｂ）ターゲットにＤＣ電力のみが印加された状態での、図５Ａのマグネトロンを用いて得られる膜厚の半径方向分布を示すグラフである。
【図６】第２の実施形態による、天井の上のマグネトロンの高さをコントローラによって変化することができる、図１の反応器のマグネトロンアセンブリにおける変更を示す図である。
【図７Ａ】ターゲットに近接して保持されたときの、スパッタターゲットとマグネトロンの力線との関係を示す図である。
【図７Ｂ】図７Ａに対応するターゲット付近のイオン速度の角度分布を示すグラフである。
【図７Ｃ】図７Ａに対応する薄膜堆積の瞬時半径方向分布を示す図である。
【図７Ｄ】図７Ａに対応するマグネトロンの１回または複数回の回転にわたって平均化された薄膜堆積の平均半径方向分布を示す図である。
【図８Ａ】ターゲットから離れて保持されたときの、スパッタターゲットとマグネトロンの力線との関係を示す図である。
【図８Ｂ】図８Ａに対応するターゲット付近のイオン速度の角度分布を示すグラフである。
【図８Ｃ】図８Ａに対応する薄膜堆積の瞬時半径方向分布を示す図である。
【図８Ｄ】図８Ａに対応するマグネトロンの１回または複数回の回転にわたって平均化された薄膜堆積の平均半径方向分布を示す図である。
【図９Ａ】他の実施形態による、コントローラによってマグネトロンの半径位置が小さな半径に設定された、図１の反応器に対する変更を示す図である。
【図９Ｂ】図９Ａの小さな半径の設定の膜厚特性の中央部高位型半径方向分布を示すグラフである。
【図１０Ａ】コントローラによってマグネトロンの半径位置が大きな半径に設定された、図１の反応器に対する変更を示す図である。
【図１０Ｂ】図９Ａの大きな半径の設定の膜厚の中央部低位型半径方向分布特性を示し、さらに破線にて図９Ａおよび１０Ａの異なるモードを時間平均することによって得られる結果としての分布を示すグラフである。
【図１１Ａ】図１の反応器にスパッタターゲットとして使用することができ、図１１のスパッタターゲットは特に図１の反応器での薄膜堆積の均一性を改善するように整形された、スパッタターゲットの垂直断面図である。
【図１１Ｂ】図１１Ａの整形されたターゲットを用いて得られる膜堆積の半径方向分布（実線）を、従来のスパッタターゲットを用いて得られる分布（破線）と比較した図である。
【図１２】一実施形態による方法を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
理解を容易にするために、可能な場合は図に共通な同一の要素を指定するために、同一の参照番号を用いている。一実施形態の要素および特徴は、さらに詳述することなく他の実施形態に有利に組み込み得ることが企図されている。しかし本発明は他の等しく効果的な実施形態に通じ得るので、添付の図面は本発明の例示的実施形態のみを示ししたがってその範囲を限定すると理解されるべきでないことに留意されたい。
【０００９】
図１を参照すると、ＰＥＰＶＤプロセスを行うための反応器は、円筒形の側壁１０２、天井１０４、および床部１０６によって囲まれた真空チャンバ１００からなる。ワークピース支持台１０８は、天井１０４に面してワークピースすなわちウェハ１１０を保持するために、チャンバ床部１０６の上に支持される。ガス分配リング１１２は、側壁１０２を貫通して延びる複数のガス注入開口部１１４を有し、プロセスガス供給源１１６から流量制御弁１１８を通じて供給される。真空ポンプ１２０は、圧力制御弁１２２を通じてチャンバ１００を排気する。スパッタターゲット１２４は、天井１０４に支持される。ＤＣ電源１２６は、ＲＦ阻止フィルタ１２８を通じてターゲット１２４に結合される。ＲＦ電力発生器１３０も、ＲＦインピーダンス整合器１３１を通じてスパッタターゲット１２４に結合される。プロセスコントローラ１３２は、ＤＣ電源１２６およびＲＦ電力発生器１３０の出力電力レベルを制御する。天井１０４の上にあるマグネトロン１３４は、スパッタターゲットの上に位置合わせされる。中心軸１３８および惑星軸１４０を含む回転アクチュエータ１３６は、軌道半径によって特性化される連続する軌道運動を行うように、天井の上でマグネトロン１３４の（任意選択で）２軸回転を容易にする。プロセスコントローラ１３２は、（上述のように）ＤＣおよびＲＦ電源１２６、１３０の出力電力レベル、ならびにプロセスガス供給源１１６、ガス流量弁１１８、真空ポンプ圧力制御弁１２２、およびマグネトロン回転アクチュエータ１３６を含む反応器のすべての側面を制御することができる。
【００１０】
図２Ａは、ターゲット１２４に対する回転マグネトロン１３４の瞬時位置を示し、図２Ｂは、ターゲット１２４にＤＣ電力のみが印加されたときに得られる、対応する薄膜堆積厚さ（または等価的に速度）の瞬時半径方向分布を示す。１８０°回転後のもう１つの瞬時マグネトロン位置は、図２Ａの破線で示され、対応する瞬時薄膜分布は、ＤＣ電力のみの場合に図２Ｂに破線で示される。図２Ｃは、結果としてのマグネトロンの複数の回転にわたって平均化された薄膜分布を示す。結果としての平均化された分布（図２Ｃ）は、瞬時分布（図２Ｂ）の不均一性により中央部高位型となる。典型的には、中央部高位型不均一性は、少なくとも５％または６％またはそれより大きな分布の標準偏差に相当する。
【００１１】
図３は（実線にて）、スパッタターゲット１２４にＲＦ電力のみが印加されたときに得られる膜堆積厚さの半径方向分布を示す。図３の実線で示されるＲＦ電力供給時の膜分布と、図２ＣのＤＣ電力供給時の膜分布は相補的である。このことを明らかに示すために、図２ＣのＤＣ電力供給時の膜分布は、図３に点線で再現している。図３は、ＲＦおよびＤＣ電力の両方をターゲット１２４に印加することができ、コントローラ１３２によるＤＣおよびＲＦ出力電力レベルの適切な調整によってＤＣおよびＲＦ電力供給時の膜分布の合計（図３の破線）は高度に均一になり、それによりＤＣおよびＲＦ電力の両方をターゲットに印加することによって均一な膜厚分布を生じるという、発明者らの発見を示している。発明者らは、組み合わせられた分布の偏差は１％以下にすることができることを発見しており、これは均一性において５倍または６倍の改善となる。一実施形態では、ＲＦおよびＤＣ電力は、同時にターゲット１２４に印加される。別の実施形態では、ＲＦ電力は交互の間隔で印加され、ＤＣ電力は残りの時間間隔の間に印加される。コントローラ１３２は、結果としての膜厚の半径方向分布（図３の破線）の均一性を最大化するようにＲＦおよびＤＣ出力電力レベルを調整する。
【００１２】
図４Ａは、図１のマグネトロンにおける第１の磁気的配置を示し、Ｎ極およびＮ極の周りの環状のＳ極は円対称をもたらす。図４Ｂには、ターゲット１２４にＲＦ電力のみ（実線）、およびＤＣ電力のみ（破線）を印加した状態での図４Ａのマグネトロンを用いて得られるワークピース上の堆積された膜厚の半径方向分布が示される。
【００１３】
図５Ａは、図１のマグネトロンの第２の磁気的配置を示し、一連のＮ極はインゲンマメ形境界の一方の半分に沿ってもたらされ、一連のＳ極はインゲンマメ形境界の他方の半分に沿ってもたらされる。図５Ｂには、（ａ）ＲＦ電力のみ（実線）および、（ｂ）ＤＣ電力のみ（破線）をターゲット１２４に印加した状態で図５Ａのマグネトロンを用いて得られるワークピース上の堆積された膜厚の半径方向分布が示される。図４Ｂと５Ｂとを比較することにより、（図４Ａおよび５Ａの）２つの磁石設計が交換された場合は、ＲＦおよびＤＣ電力を用いて得られる結果が逆になることが分かる。
【００１４】
図６を参照すると、マグネトロン回転アクチュエータ１３６は、天井１０４およびスパッタターゲット１２４の上のマグネトロン１３４の高さを調整することができる昇降アクチュエータ１５０を追加的に含むことができる。図７Ａに示されるようにマグネトロン１３４は、図４Ａに示される円対称タイプのものとすることができる。マグネトロン１３４が図６の実線位置（すなわちターゲット１２４の近く）にあるときは、ターゲット１２４はマグネトロン１３４に最も近い浅い磁力線に浸される。その結果、イオン速度の角度分布は図７Ｂに示されるように広くなる。対応する瞬時薄膜分布速度は図７Ｃに示され、比較的広い分布を有する。結果としてのマグネトロン１３４の複数の回転にわたって平均化された分布は図７Ｄに示され、中央部高位型薄膜分布を有する。
【００１５】
図８Ａを参照すると、マグネトロン１３４が図６の破線位置（すなわち、ターゲット１２４の上の比較的遠く）にあるときは、ターゲット１２４はマグネトロン１３４から最も遠い急峻な垂直磁力線に浸される。その結果、図８Ｂに示されるようにイオン速度の角度分布は、垂直線を中心として狭くなる。対応する瞬時薄膜分布速度は図８Ｃに示され、狭い分布を有する。結果としてのマグネトロン１３４の複数の回転にわたって平均化された分布は図８Ｄに示され、明瞭な中央部低位型薄膜分布を有する。他の実施形態によれば、コントローラ１３２はマグネトロン昇降アクチュエータ１５０を管理し、マグネトロンの高さを変化させて、図７Ｄの中央部高位型分布と、図８Ｄの中央部低位型分布との間で薄膜分布を最適な均一性に調整することができる。
【００１６】
図９Ａを参照すると、図１のマグネトロンアセンブリはさらに、プロセッサ１３２の制御下でマグネトロン１３４の半径位置を変化させることができる半径位置アクチュエータ１６０を含み、プロセッサ１３２はターゲット１２４の連続する回転運動の軌道半径を決定する。図９Ａでは半径位置は、ターゲットの円運動の最小軌道半径に対する最小限の半径に設定される。この設定では膜堆積分布は、マグネトロン１３４の複数の回転にわたって平均化されたときは中央部高位型となり、図９Ｂのグラフに示される。図１０Ａでは半径位置は、ターゲットの円運動の大きな軌道半径に対する大きな半径に設定される。この設定では膜堆積分布は、マグネトロン１３４の複数の回転にわたって平均化されたときは中央部低位型となり、図１０Ｂのグラフに示される。一実施形態によれば、コントローラ１３２は、半径位置アクチュエータ１６０を用いてマグネトロン１３４の半径位置（すなわち、円運動の軌道半径）を変えることによって堆積される膜厚の半径方向分布を調整する。たとえばコントローラは、マグネトロンが大きなおよび小さな半径位置にて費やす時間の相対的な大きさを調整することにより、分布形状を調整することができる。その結果は、図９Ｂと１０Ｂの半径方向分布の合計に対応し、図１０Ｂに破線で示される極めて平らな（均一な）分布とすることができる。
【００１７】
図１１Ａは、どのように図１のスパッタターゲット１２４を整形して、ワークピース上の膜堆積分布が中央部高位型となる傾向を低減できるかを示す。図１の実施形態ではスパッタターゲット１２４は、ターゲット１２４の平坦面１２７に対して直角な狭い側面１２５を有する。平坦面１２７は、全体的にワークピース１１０と平行である。図１では、すべて（または、ほぼすべて）のスパッタされた材料は、ターゲット平坦面１２７から発散し、したがって垂直方向を中心とする角度分布を有する。図１１Ａの変更されたターゲット２２４は、ターゲットの縁部からスパッタされた材料をワークピースの中心から離れるように向けることによって、ワークピース中心へのスパッタされた材料の流れを低減し、一方、ワークピース縁部へのスパッタされた材料の流れを増加する。図１１Ａの実施形態では、スパッタターゲット２２４は、平坦面２２６を取り囲む側面２２５を有する。任意選択でターゲット２２４はさらに、側面２２５を取り囲む環状の棚部２２７を含む。側面２２５は、ターゲット平坦面２２６に対して角度「Ａ」に方向付けられる（傾斜される）。傾斜側面２２５は、ターゲット平坦面２２６の周囲と一致する内側円形エッジ２２５ａと、棚部２２７と交わる外側円形エッジ２２５ｂとを有する。一実施形態では角度Ａは１５°であったが、角度Ａは５°から５０°、または３°から７０°などの適当な範囲内で任意とすることができる。
【００１８】
ターゲットからスパッタされた材料は、全体的に材料がスパッタされるターゲット表面に対して垂直な方向に放出される傾向がある。たとえば図１の簡単な平らなターゲット１２４からスパッタされた材料は、垂直（軸）方向を中心とする速度プロファイルを有する傾向がある。図１１Ａの整形されたターゲット２２４の場合は、平坦面２２６からスパッタされた材料は、垂直方向を中心とする速度プロファイルを有する傾向がある。しかし傾斜側面２２５からスパッタされた材料は、傾斜側面２２５に対して垂直、すなわち角度Ａから約９０°の方向を中心とする速度プロファイルを有する傾向がある。この方向は、ワークピース１１０の周縁部に向く。結果として、傾斜側面２２５からスパッタされた材料は、ワークピース周縁部での薄膜堆積に寄与し、それによってワークピース縁部での膜堆積を増加させる。これは、膜堆積分布が中央部高位型不均一性を有する傾向を緩和する。中央部高位型の膜分布不均一性が減少される程度は、傾斜側面２２５の角度Ａの選択によって制御することができる。
【００１９】
図１１Ｂは、図１１Ａに対応し、図１１Ａの整形されたターゲット２２４を用いて得られる薄膜堆積厚さ分布（図１１Ｂの実線グラフ）を、従来の平らなターゲット（たとえば、図１のターゲット１２４）を用いて得られる分布と比較したグラフである。従来のターゲットは不均一な（中央部高位型）分布をもたらし、一方、整形されたターゲット２２４は、より縁部高位型であり中央部高位型が弱められた改善された分布をもたらす。
【００２０】
棚部２２７の厚さｔは、棚部２２７がターゲット２２４の寿命の間にスパッタによって完全に浸食されないように十分なものである。以下では、いくつかの寸法が例示のみとして示され、実施形態は以下の寸法に限定されるものではなく、以下の範囲に制限されるものでもない。棚部厚さｔは、０．２５インチから１インチの適当な範囲内とすることができる。一実施形態では、厚さｔは約０．３インチであった。平坦面２２６の領域でのターゲット厚さＴは、約０．５インチから１．５インチの適当な範囲内とすることができる。一実施形態では、ターゲット厚さＴは、０．７７インチであった。傾斜面２２５の内側エッジ２２５ａの直径は、約１２インチ（３００ｍｍ）のワークピース直径に対して約９インチから１２インチの適当な範囲内とすることができる。一実施形態では、傾斜面２２５の内側エッジ２２５ａは、約１１インチの直径を有した。傾斜面２２５の外側エッジ２２５ｂの直径は、約１２インチから１５インチの適当な範囲内とすることができる。一実施形態では、傾斜面２２５の外側エッジ２２５ｂは、約１４インチの直径を有した。棚部２２７の外側エッジ２２７ａの直径は、約１０インチから２５インチの適当な範囲内とすることができる。一実施形態では、外側エッジ２２７ａの直径は、約１７インチから１８インチの範囲内であった。
【００２１】
図１〜３は第１の実施形態に関係し、そこではコントローラ１３２は、ターゲット１２４に印加されるＲＦおよびＤＣ電力の相対的な大きさを調整することによって薄膜堆積分布を調整する。図６〜８は第２の実施形態に関係し、そこではコントローラ１３２は、ターゲット１２４の上のマグネトロン１３４の高さを調整することによって薄膜堆積分布を調整する。図９〜１０は第３の実施形態に関係し、そこではコントローラ１３２は、マグネトロン１３４の半径位置を調整することによって薄膜堆積分布を調整する。図１１Ａ〜１１Ｂは第４の実施形態に関係し、そこではワークピースの周縁部付近での材料の堆積を促進するためにスパッタターゲット表面の周縁部分が傾斜されすなわち角度をつけられる。これら４つの実施形態のいずれかまたはすべては、単一の反応器内で組み合わせることができる。たとえば１つの組合せでは、コントローラ１３２は、（ａ）ターゲットに印加されるＲＦおよびＤＣ電力の比率を制御し（図１〜３）、かつ（ｂ）ターゲットからのマグネトロン１３４の距離（図６〜８）および、（ｃ）マグネトロンの半径位置（図９〜１０）のいずれか（または両方）を制御する。コントローラ１３２は、堆積速度（すなわち堆積される膜厚）の半径方向分布の均一性を最適化するように、上記の調整のいずれかまたはすべてを同時に、または異なる時点で行うことができる。別の組合せでは、コントローラ１３２は、上記の調整の任意の１つまたはすべてを行うことができ、一方、反応器には図１１Ａに示されるタイプの整形されたターゲットが用意される。
【００２２】
図１２は、上述の実施形態による方法を示す。方法は、図１のチャンバ１００内へキャリアガスを導入するステップ（図１２のブロック３１０）と、ターゲット１２４（図１）にＲＦ電力およびＤＣ電力を印加して（図１２のブロック３１２）ターゲット１２４の付近にプラズマを発生し、ワークピース１１０上へのターゲット１２４からの材料の対応する堆積を生じるステップとを含む。第１の実施形態では、プラズマの分布の半径方向不均一性は、ＤＣ電力の電力レベルに対するＲＦ電力の電力レベルを増加することによって補正される（図１２のブロック３１４）。不均一性は、（ａ）半径方向分布の中央部高位型不均一性（図１２のブロック３１４−１）または、（ｂ）前記半径方向分布の縁部高位型不均一性（図１２のブロック３１４−２）の場合がある。第２の実施形態では、プラズマの分布の半径方向不均一性は、ＲＦ電力の電力レベルに対するＤＣ電力の電力レベルを増加することによって補正される（図１２のブロック３２０）。不均一性は、（ａ）半径方向分布の中央部高位型不均一性（図１２のブロック３２０−１）または、（ｂ）前記半径方向分布の縁部高位型不均一性（図１２のブロック３２０−２）の場合がある。
【００２３】
図６に示された装置を用いた一実施形態では、ターゲットの上の磁石の高さを調整することにより、ターゲットが浸される磁力線の急峻性を調整することによってプラズマの半径方向分布均一性のさらなる最適化が得られる（図１２のブロック３３０）。図９Ａおよび１０Ａに示された装置を用いた別の実施形態では、ターゲットの上を磁石が回転される軌道運動の半径を調整することによって、半径方向分布均一性のさらなる最適化が得られる（図１２のブロック３３２）。図１１Ａに示される他の実施形態では、半径方向分布の中央部高位型不均一性は、ターゲットの平坦な中央面に対してターゲット１２４のエッジ面２２５を鋭角に角度をつけることによって低減される（図１２のブロック３３４）。
【００２４】
上記は本発明の実施形態を対象とするが、その基本的範囲から逸脱せずに、本発明の他の実施形態を考案することができ、その範囲は添付の特許請求の範囲によって定められる。
【背景技術】
【０００１】
超高集積回路の製作は、物理蒸着（ＰＶＤ）を用いた金属膜の堆積を行うものである。通常は、ワークピースすなわち半導体ウェハ上に薄膜として堆積されるべき材料からなるターゲットが用意される。材料はたとえば、銅、チタン、タンタル、または他の金属、金属酸化物、金属窒化物とすることができる。たとえば１つのプロセスでは、ソースドレイン間チャネルの上に重なるＨｆＯ２の非常に薄いゲート酸化物層を含む薄膜構造上に窒化チタンが堆積される。このようなプロセスは、ワークピースすなわちウェハ全体にわたって、堆積された膜厚の高度に均一な分布を達成する必要がある。現在はＰＶＤプロセスは良好な均一性を得るために、通常は１００ｍｍ未満の短いターゲットウェハ間隔、またはウェハ裏面バイアスに依存している。しかし多くのプロセス、特に前工程の用途のためのプロセスは、堆積時にプラズマ損傷が誘起されないことが必要である。短いターゲットウェハ間隔およびウェハバイアスは共に、ウェハ上にプラズマ損傷を生成することになる。１１０ｍｍより長いターゲットウェハ間隔およびゼロワットのウェハバイアスの状態ではＰＶＤプロセスは、膜厚の標準偏差が約６％にて３００ｍｍの直径のウェハ全体にわたって堆積された膜厚均一性を達成することができる。フィーチャサイズまたは限界寸法が３２ｎｍ以下まで縮小されるのに従って、膜厚均一性の要件はより厳しくなり、膜厚の許容標準偏差は１％まで削減されつつある。現在のＰＶＤプロセスは、高信頼度ベースでこのような高度の均一性を達成することはできない。
【０００２】
従来のＰＶＤ反応器は、真空チャンバ、反応器チャンバ天井のスパッタターゲット（銅、チタン、タンタル、または他の望ましい金属）、天井の下で天井に面したワークピース（たとえば、半導体ウェハ）を保持するための支持台、ターゲットに結合された高電圧ＤＣ電源、および反応器チャンバ内にキャリアガス（たとえば、アルゴン）を導入するためのガス注入装置を含む。ターゲットへのＤＣ電圧は、スパッタターゲット付近にプラズマを生じるようにキャリアガスをイオン化するのに十分なものである。回転磁石からなるマグネトロンアセンブリは、天井およびスパッタターゲットの上にあり、ターゲットのプラズマスパッタを生じるようにターゲット付近にプラズマを閉じ込めるのに十分高い磁界を生成する。ターゲットからスパッタされた材料は、ターゲット化学種の中性粒子とイオンの両方を含むことができ、スパッタされた材料の一部分は、薄膜としてワークピース上に堆積される。一部の場合には、ターゲットからスパッタされたイオンを引き付けるために、ワークピースにＤＣまたはＲＦバイアス電力を結合することができる。
【０００３】
ターゲットは、マグネトロンによって覆われた領域で浸食される。堆積時にはマグネトロンは、ターゲット浸食を分散させ、ワークピース全体にわたって堆積を分散させるように、円または惑星運動にて天井の全体にわたって移動される。しかしワークピース全体にわたる堆積速度分布は、ワークピースの中心部で高く、縁部で低くなる傾向があり、均一性が制限され、それにより堆積された膜厚の最小偏差は５％を超える。
【発明の概要】
【０００４】
チャンバ内のワークピース上にプラズマ促進物理蒸着を行う方法が提供される。ワークピース上に堆積されるべき材料または材料の前駆体のスパッタターゲットがチャンバ内に用意される。ワークピースは、チャンバ内でスパッタターゲットと向かい合うように支持される。磁石は、スパッタターゲットの上にある。方法は、チャンバ内にキャリアガスを導入するステップと、ターゲット付近にプラズマを発生し、それに対応してワークピース上にターゲットからの材料の堆積を生じるように、ＲＦ電力およびＤＣ電力をターゲットに印加するステップとを含む。堆積は、ワークピース上への堆積速度の半径方向分布を有する。方法は、以下の
ａ．（ａ）半径方向分布の中央部高位型不均一性または、（ｂ）半径方向分布の縁部高位型不均一性の１つを、ＤＣ電力の電力レベルに対するＲＦ電力の電力レベルを増加することによって補正するステップと、
ｂ．（ａ）半径方向分布の中央部高位型不均一性または、（ｂ）半径方向分布の縁部高位型不均一性の他方の１つを、ＲＦ電力の電力レベルに対するＤＣ電力の電力レベルを増加することによって補正するステップと
の１つを行うステップをさらに含む。
【０００５】
一実施形態では、半径方向分布の不均一性が少なくともほぼ最小化されるまで、上記のＲＦまたはＤＣ電力レベルの調整が実行される。一実施形態では、ターゲットの上の磁石の高さを調整することによってターゲットが浸される磁力線の急峻性を調整することにより、半径方向分布均一性のさらなる最適化が得られる。別の実施形態では、ターゲットの上を磁石が回転される軌道運動の半径を調整することによって、半径方向分布均一性のさらなる最適化が得られる。他の実施形態では、半径方向分布の中央部高位型不均一性は、ターゲットの平坦な中央面に対して鋭角にターゲットのエッジ面に角度をつけることによって低減される。
【０００６】
本発明の例示的実施形態が実現され詳細に理解できるように、上記で簡潔に要約した本発明のより具体的な説明が、添付の図面に示されるその実施形態を参照することによって得られよう。本明細書では本発明が不明瞭とならないように、いくつかの良く知られたプロセスについては論じないことを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】特定の実施形態の方法を実行するのに使用することができるプラズマ促進物理蒸着反応器の簡略化したブロック図である。
【図２Ａ】図１の反応器におけるターゲットに対するマグネトロンの異なる位置を示す図である。
【図２Ｂ】図１の反応器のスパッタターゲットへの直流（ＤＣ）電力のみの印加時の薄膜堆積厚さの半径方向分布を示す、図２Ａに対応するグラフである。
【図２Ｃ】図１の反応器のスパッタターゲットへの無線周波数（ＲＦ）電力のみの印加時の薄膜堆積厚さの半径方向分布を示す、図２Ａに対応するグラフである。
【図３】第１の実施形態による、スパッタターゲットへのＲＦおよびＤＣ電力の両方の印加時の、結果としての薄膜堆積厚さの半径方向分布を示すグラフである。
【図４Ａ】図１の反応器で用いるための第１のマグネトロン構造を示す図である。
【図４Ｂ】（Ａ）ターゲットにＲＦ電力のみが印加された状態、および（Ｂ）ターゲットにＤＣ電力のみが印加された状態での、図４Ａのマグネトロンを用いて得られる膜厚の半径方向分布を示すグラフである。
【図５Ａ】図１の反応器で用いるための第２のマグネトロン構造を示す図である。
【図５Ｂ】（Ａ）ターゲットにＲＦ電力のみが印加された状態、および（Ｂ）ターゲットにＤＣ電力のみが印加された状態での、図５Ａのマグネトロンを用いて得られる膜厚の半径方向分布を示すグラフである。
【図６】第２の実施形態による、天井の上のマグネトロンの高さをコントローラによって変化することができる、図１の反応器のマグネトロンアセンブリにおける変更を示す図である。
【図７Ａ】ターゲットに近接して保持されたときの、スパッタターゲットとマグネトロンの力線との関係を示す図である。
【図７Ｂ】図７Ａに対応するターゲット付近のイオン速度の角度分布を示すグラフである。
【図７Ｃ】図７Ａに対応する薄膜堆積の瞬時半径方向分布を示す図である。
【図７Ｄ】図７Ａに対応するマグネトロンの１回または複数回の回転にわたって平均化された薄膜堆積の平均半径方向分布を示す図である。
【図８Ａ】ターゲットから離れて保持されたときの、スパッタターゲットとマグネトロンの力線との関係を示す図である。
【図８Ｂ】図８Ａに対応するターゲット付近のイオン速度の角度分布を示すグラフである。
【図８Ｃ】図８Ａに対応する薄膜堆積の瞬時半径方向分布を示す図である。
【図８Ｄ】図８Ａに対応するマグネトロンの１回または複数回の回転にわたって平均化された薄膜堆積の平均半径方向分布を示す図である。
【図９Ａ】他の実施形態による、コントローラによってマグネトロンの半径位置が小さな半径に設定された、図１の反応器に対する変更を示す図である。
【図９Ｂ】図９Ａの小さな半径の設定の膜厚特性の中央部高位型半径方向分布を示すグラフである。
【図１０Ａ】コントローラによってマグネトロンの半径位置が大きな半径に設定された、図１の反応器に対する変更を示す図である。
【図１０Ｂ】図９Ａの大きな半径の設定の膜厚の中央部低位型半径方向分布特性を示し、さらに破線にて図９Ａおよび１０Ａの異なるモードを時間平均することによって得られる結果としての分布を示すグラフである。
【図１１Ａ】図１の反応器にスパッタターゲットとして使用することができ、図１１のスパッタターゲットは特に図１の反応器での薄膜堆積の均一性を改善するように整形された、スパッタターゲットの垂直断面図である。
【図１１Ｂ】図１１Ａの整形されたターゲットを用いて得られる膜堆積の半径方向分布（実線）を、従来のスパッタターゲットを用いて得られる分布（破線）と比較した図である。
【図１２】一実施形態による方法を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
理解を容易にするために、可能な場合は図に共通な同一の要素を指定するために、同一の参照番号を用いている。一実施形態の要素および特徴は、さらに詳述することなく他の実施形態に有利に組み込み得ることが企図されている。しかし本発明は他の等しく効果的な実施形態に通じ得るので、添付の図面は本発明の例示的実施形態のみを示ししたがってその範囲を限定すると理解されるべきでないことに留意されたい。
【０００９】
図１を参照すると、ＰＥＰＶＤプロセスを行うための反応器は、円筒形の側壁１０２、天井１０４、および床部１０６によって囲まれた真空チャンバ１００からなる。ワークピース支持台１０８は、天井１０４に面してワークピースすなわちウェハ１１０を保持するために、チャンバ床部１０６の上に支持される。ガス分配リング１１２は、側壁１０２を貫通して延びる複数のガス注入開口部１１４を有し、プロセスガス供給源１１６から流量制御弁１１８を通じて供給される。真空ポンプ１２０は、圧力制御弁１２２を通じてチャンバ１００を排気する。スパッタターゲット１２４は、天井１０４に支持される。ＤＣ電源１２６は、ＲＦ阻止フィルタ１２８を通じてターゲット１２４に結合される。ＲＦ電力発生器１３０も、ＲＦインピーダンス整合器１３１を通じてスパッタターゲット１２４に結合される。プロセスコントローラ１３２は、ＤＣ電源１２６およびＲＦ電力発生器１３０の出力電力レベルを制御する。天井１０４の上にあるマグネトロン１３４は、スパッタターゲットの上に位置合わせされる。中心軸１３８および惑星軸１４０を含む回転アクチュエータ１３６は、軌道半径によって特性化される連続する軌道運動を行うように、天井の上でマグネトロン１３４の（任意選択で）２軸回転を容易にする。プロセスコントローラ１３２は、（上述のように）ＤＣおよびＲＦ電源１２６、１３０の出力電力レベル、ならびにプロセスガス供給源１１６、ガス流量弁１１８、真空ポンプ圧力制御弁１２２、およびマグネトロン回転アクチュエータ１３６を含む反応器のすべての側面を制御することができる。
【００１０】
図２Ａは、ターゲット１２４に対する回転マグネトロン１３４の瞬時位置を示し、図２Ｂは、ターゲット１２４にＤＣ電力のみが印加されたときに得られる、対応する薄膜堆積厚さ（または等価的に速度）の瞬時半径方向分布を示す。１８０°回転後のもう１つの瞬時マグネトロン位置は、図２Ａの破線で示され、対応する瞬時薄膜分布は、ＤＣ電力のみの場合に図２Ｂに破線で示される。図２Ｃは、結果としてのマグネトロンの複数の回転にわたって平均化された薄膜分布を示す。結果としての平均化された分布（図２Ｃ）は、瞬時分布（図２Ｂ）の不均一性により中央部高位型となる。典型的には、中央部高位型不均一性は、少なくとも５％または６％またはそれより大きな分布の標準偏差に相当する。
【００１１】
図３は（実線にて）、スパッタターゲット１２４にＲＦ電力のみが印加されたときに得られる膜堆積厚さの半径方向分布を示す。図３の実線で示されるＲＦ電力供給時の膜分布と、図２ＣのＤＣ電力供給時の膜分布は相補的である。このことを明らかに示すために、図２ＣのＤＣ電力供給時の膜分布は、図３に点線で再現している。図３は、ＲＦおよびＤＣ電力の両方をターゲット１２４に印加することができ、コントローラ１３２によるＤＣおよびＲＦ出力電力レベルの適切な調整によってＤＣおよびＲＦ電力供給時の膜分布の合計（図３の破線）は高度に均一になり、それによりＤＣおよびＲＦ電力の両方をターゲットに印加することによって均一な膜厚分布を生じるという、発明者らの発見を示している。発明者らは、組み合わせられた分布の偏差は１％以下にすることができることを発見しており、これは均一性において５倍または６倍の改善となる。一実施形態では、ＲＦおよびＤＣ電力は、同時にターゲット１２４に印加される。別の実施形態では、ＲＦ電力は交互の間隔で印加され、ＤＣ電力は残りの時間間隔の間に印加される。コントローラ１３２は、結果としての膜厚の半径方向分布（図３の破線）の均一性を最大化するようにＲＦおよびＤＣ出力電力レベルを調整する。
【００１２】
図４Ａは、図１のマグネトロンにおける第１の磁気的配置を示し、Ｎ極およびＮ極の周りの環状のＳ極は円対称をもたらす。図４Ｂには、ターゲット１２４にＲＦ電力のみ（実線）、およびＤＣ電力のみ（破線）を印加した状態での図４Ａのマグネトロンを用いて得られるワークピース上の堆積された膜厚の半径方向分布が示される。
【００１３】
図５Ａは、図１のマグネトロンの第２の磁気的配置を示し、一連のＮ極はインゲンマメ形境界の一方の半分に沿ってもたらされ、一連のＳ極はインゲンマメ形境界の他方の半分に沿ってもたらされる。図５Ｂには、（ａ）ＲＦ電力のみ（実線）および、（ｂ）ＤＣ電力のみ（破線）をターゲット１２４に印加した状態で図５Ａのマグネトロンを用いて得られるワークピース上の堆積された膜厚の半径方向分布が示される。図４Ｂと５Ｂとを比較することにより、（図４Ａおよび５Ａの）２つの磁石設計が交換された場合は、ＲＦおよびＤＣ電力を用いて得られる結果が逆になることが分かる。
【００１４】
図６を参照すると、マグネトロン回転アクチュエータ１３６は、天井１０４およびスパッタターゲット１２４の上のマグネトロン１３４の高さを調整することができる昇降アクチュエータ１５０を追加的に含むことができる。図７Ａに示されるようにマグネトロン１３４は、図４Ａに示される円対称タイプのものとすることができる。マグネトロン１３４が図６の実線位置（すなわちターゲット１２４の近く）にあるときは、ターゲット１２４はマグネトロン１３４に最も近い浅い磁力線に浸される。その結果、イオン速度の角度分布は図７Ｂに示されるように広くなる。対応する瞬時薄膜分布速度は図７Ｃに示され、比較的広い分布を有する。結果としてのマグネトロン１３４の複数の回転にわたって平均化された分布は図７Ｄに示され、中央部高位型薄膜分布を有する。
【００１５】
図８Ａを参照すると、マグネトロン１３４が図６の破線位置（すなわち、ターゲット１２４の上の比較的遠く）にあるときは、ターゲット１２４はマグネトロン１３４から最も遠い急峻な垂直磁力線に浸される。その結果、図８Ｂに示されるようにイオン速度の角度分布は、垂直線を中心として狭くなる。対応する瞬時薄膜分布速度は図８Ｃに示され、狭い分布を有する。結果としてのマグネトロン１３４の複数の回転にわたって平均化された分布は図８Ｄに示され、明瞭な中央部低位型薄膜分布を有する。他の実施形態によれば、コントローラ１３２はマグネトロン昇降アクチュエータ１５０を管理し、マグネトロンの高さを変化させて、図７Ｄの中央部高位型分布と、図８Ｄの中央部低位型分布との間で薄膜分布を最適な均一性に調整することができる。
【００１６】
図９Ａを参照すると、図１のマグネトロンアセンブリはさらに、プロセッサ１３２の制御下でマグネトロン１３４の半径位置を変化させることができる半径位置アクチュエータ１６０を含み、プロセッサ１３２はターゲット１２４の連続する回転運動の軌道半径を決定する。図９Ａでは半径位置は、ターゲットの円運動の最小軌道半径に対する最小限の半径に設定される。この設定では膜堆積分布は、マグネトロン１３４の複数の回転にわたって平均化されたときは中央部高位型となり、図９Ｂのグラフに示される。図１０Ａでは半径位置は、ターゲットの円運動の大きな軌道半径に対する大きな半径に設定される。この設定では膜堆積分布は、マグネトロン１３４の複数の回転にわたって平均化されたときは中央部低位型となり、図１０Ｂのグラフに示される。一実施形態によれば、コントローラ１３２は、半径位置アクチュエータ１６０を用いてマグネトロン１３４の半径位置（すなわち、円運動の軌道半径）を変えることによって堆積される膜厚の半径方向分布を調整する。たとえばコントローラは、マグネトロンが大きなおよび小さな半径位置にて費やす時間の相対的な大きさを調整することにより、分布形状を調整することができる。その結果は、図９Ｂと１０Ｂの半径方向分布の合計に対応し、図１０Ｂに破線で示される極めて平らな（均一な）分布とすることができる。
【００１７】
図１１Ａは、どのように図１のスパッタターゲット１２４を整形して、ワークピース上の膜堆積分布が中央部高位型となる傾向を低減できるかを示す。図１の実施形態ではスパッタターゲット１２４は、ターゲット１２４の平坦面１２７に対して直角な狭い側面１２５を有する。平坦面１２７は、全体的にワークピース１１０と平行である。図１では、すべて（または、ほぼすべて）のスパッタされた材料は、ターゲット平坦面１２７から発散し、したがって垂直方向を中心とする角度分布を有する。図１１Ａの変更されたターゲット２２４は、ターゲットの縁部からスパッタされた材料をワークピースの中心から離れるように向けることによって、ワークピース中心へのスパッタされた材料の流れを低減し、一方、ワークピース縁部へのスパッタされた材料の流れを増加する。図１１Ａの実施形態では、スパッタターゲット２２４は、平坦面２２６を取り囲む側面２２５を有する。任意選択でターゲット２２４はさらに、側面２２５を取り囲む環状の棚部２２７を含む。側面２２５は、ターゲット平坦面２２６に対して角度「Ａ」に方向付けられる（傾斜される）。傾斜側面２２５は、ターゲット平坦面２２６の周囲と一致する内側円形エッジ２２５ａと、棚部２２７と交わる外側円形エッジ２２５ｂとを有する。一実施形態では角度Ａは１５°であったが、角度Ａは５°から５０°、または３°から７０°などの適当な範囲内で任意とすることができる。
【００１８】
ターゲットからスパッタされた材料は、全体的に材料がスパッタされるターゲット表面に対して垂直な方向に放出される傾向がある。たとえば図１の簡単な平らなターゲット１２４からスパッタされた材料は、垂直（軸）方向を中心とする速度プロファイルを有する傾向がある。図１１Ａの整形されたターゲット２２４の場合は、平坦面２２６からスパッタされた材料は、垂直方向を中心とする速度プロファイルを有する傾向がある。しかし傾斜側面２２５からスパッタされた材料は、傾斜側面２２５に対して垂直、すなわち角度Ａから約９０°の方向を中心とする速度プロファイルを有する傾向がある。この方向は、ワークピース１１０の周縁部に向く。結果として、傾斜側面２２５からスパッタされた材料は、ワークピース周縁部での薄膜堆積に寄与し、それによってワークピース縁部での膜堆積を増加させる。これは、膜堆積分布が中央部高位型不均一性を有する傾向を緩和する。中央部高位型の膜分布不均一性が減少される程度は、傾斜側面２２５の角度Ａの選択によって制御することができる。
【００１９】
図１１Ｂは、図１１Ａに対応し、図１１Ａの整形されたターゲット２２４を用いて得られる薄膜堆積厚さ分布（図１１Ｂの実線グラフ）を、従来の平らなターゲット（たとえば、図１のターゲット１２４）を用いて得られる分布と比較したグラフである。従来のターゲットは不均一な（中央部高位型）分布をもたらし、一方、整形されたターゲット２２４は、より縁部高位型であり中央部高位型が弱められた改善された分布をもたらす。
【００２０】
棚部２２７の厚さｔは、棚部２２７がターゲット２２４の寿命の間にスパッタによって完全に浸食されないように十分なものである。以下では、いくつかの寸法が例示のみとして示され、実施形態は以下の寸法に限定されるものではなく、以下の範囲に制限されるものでもない。棚部厚さｔは、０．２５インチから１インチの適当な範囲内とすることができる。一実施形態では、厚さｔは約０．３インチであった。平坦面２２６の領域でのターゲット厚さＴは、約０．５インチから１．５インチの適当な範囲内とすることができる。一実施形態では、ターゲット厚さＴは、０．７７インチであった。傾斜面２２５の内側エッジ２２５ａの直径は、約１２インチ（３００ｍｍ）のワークピース直径に対して約９インチから１２インチの適当な範囲内とすることができる。一実施形態では、傾斜面２２５の内側エッジ２２５ａは、約１１インチの直径を有した。傾斜面２２５の外側エッジ２２５ｂの直径は、約１２インチから１５インチの適当な範囲内とすることができる。一実施形態では、傾斜面２２５の外側エッジ２２５ｂは、約１４インチの直径を有した。棚部２２７の外側エッジ２２７ａの直径は、約１０インチから２５インチの適当な範囲内とすることができる。一実施形態では、外側エッジ２２７ａの直径は、約１７インチから１８インチの範囲内であった。
【００２１】
図１〜３は第１の実施形態に関係し、そこではコントローラ１３２は、ターゲット１２４に印加されるＲＦおよびＤＣ電力の相対的な大きさを調整することによって薄膜堆積分布を調整する。図６〜８は第２の実施形態に関係し、そこではコントローラ１３２は、ターゲット１２４の上のマグネトロン１３４の高さを調整することによって薄膜堆積分布を調整する。図９〜１０は第３の実施形態に関係し、そこではコントローラ１３２は、マグネトロン１３４の半径位置を調整することによって薄膜堆積分布を調整する。図１１Ａ〜１１Ｂは第４の実施形態に関係し、そこではワークピースの周縁部付近での材料の堆積を促進するためにスパッタターゲット表面の周縁部分が傾斜されすなわち角度をつけられる。これら４つの実施形態のいずれかまたはすべては、単一の反応器内で組み合わせることができる。たとえば１つの組合せでは、コントローラ１３２は、（ａ）ターゲットに印加されるＲＦおよびＤＣ電力の比率を制御し（図１〜３）、かつ（ｂ）ターゲットからのマグネトロン１３４の距離（図６〜８）および、（ｃ）マグネトロンの半径位置（図９〜１０）のいずれか（または両方）を制御する。コントローラ１３２は、堆積速度（すなわち堆積される膜厚）の半径方向分布の均一性を最適化するように、上記の調整のいずれかまたはすべてを同時に、または異なる時点で行うことができる。別の組合せでは、コントローラ１３２は、上記の調整の任意の１つまたはすべてを行うことができ、一方、反応器には図１１Ａに示されるタイプの整形されたターゲットが用意される。
【００２２】
図１２は、上述の実施形態による方法を示す。方法は、図１のチャンバ１００内へキャリアガスを導入するステップ（図１２のブロック３１０）と、ターゲット１２４（図１）にＲＦ電力およびＤＣ電力を印加して（図１２のブロック３１２）ターゲット１２４の付近にプラズマを発生し、ワークピース１１０上へのターゲット１２４からの材料の対応する堆積を生じるステップとを含む。第１の実施形態では、プラズマの分布の半径方向不均一性は、ＤＣ電力の電力レベルに対するＲＦ電力の電力レベルを増加することによって補正される（図１２のブロック３１４）。不均一性は、（ａ）半径方向分布の中央部高位型不均一性（図１２のブロック３１４−１）または、（ｂ）前記半径方向分布の縁部高位型不均一性（図１２のブロック３１４−２）の場合がある。第２の実施形態では、プラズマの分布の半径方向不均一性は、ＲＦ電力の電力レベルに対するＤＣ電力の電力レベルを増加することによって補正される（図１２のブロック３２０）。不均一性は、（ａ）半径方向分布の中央部高位型不均一性（図１２のブロック３２０−１）または、（ｂ）前記半径方向分布の縁部高位型不均一性（図１２のブロック３２０−２）の場合がある。
【００２３】
図６に示された装置を用いた一実施形態では、ターゲットの上の磁石の高さを調整することにより、ターゲットが浸される磁力線の急峻性を調整することによってプラズマの半径方向分布均一性のさらなる最適化が得られる（図１２のブロック３３０）。図９Ａおよび１０Ａに示された装置を用いた別の実施形態では、ターゲットの上を磁石が回転される軌道運動の半径を調整することによって、半径方向分布均一性のさらなる最適化が得られる（図１２のブロック３３２）。図１１Ａに示される他の実施形態では、半径方向分布の中央部高位型不均一性は、ターゲットの平坦な中央面に対してターゲット１２４のエッジ面２２５を鋭角に角度をつけることによって低減される（図１２のブロック３３４）。
【００２４】
上記は本発明の実施形態を対象とするが、その基本的範囲から逸脱せずに、本発明の他の実施形態を考案することができ、その範囲は添付の特許請求の範囲によって定められる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバ内のワークピース上にプラズマ促進物理蒸着を行う方法であって、
前記チャンバの天井付近に、前記ワークピース上に堆積されるべき材料または材料の前駆体を含むスパッタターゲットを用意するステップと、
前記ワークピースを、前記チャンバ内で前記スパッタターゲットと向かい合うように支持するステップと、
前記チャンバ内にキャリアガスを導入するステップと、
前記ターゲットの上に磁石を設けるステップと、
前記ターゲット付近にプラズマを発生させて、それに対応して前記ワークピース上に前記ターゲットからの材料の堆積を生じるように、ＲＦ電力およびＤＣ電力を前記ターゲットに印加するステップであって、前記堆積が、前記ワークピース上への堆積速度の半径方向分布を有するステップと、
（Ａ）（ａ）前記半径方向分布の中央部高位型不均一性および、（ｂ）前記半径方向分布の縁部高位型不均一性の一方を、前記ＤＣ電力の電力レベルに対する前記ＲＦ電力の電力レベルを増加することによって補正する第１の補正するステップ、あるいは
（Ｂ）（ａ）前記半径方向分布の中央部高位型不均一性および、（ｂ）前記半径方向分布の縁部高位型不均一性の他方を、前記ＲＦ電力の電力レベルに対する前記ＤＣ電力の電力レベルを増加することによって補正する第２の補正するステップ
を行うステップと
を含む方法。
【請求項２】
前記第１の補正するステップが、前記半径方向分布の中央部高位型不均一性を補正するステップを含み、
前記第２の補正するステップが、前記半径方向分布の縁部高位型不均一性を補正するステップを含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ＲＦ電力の電力レベルを増加することを、前記半径方向分布の前記中央部高位型不均一性が少なくともほぼ最小化されるまで実行する、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記ＤＣ電力の電力レベルを増加することを、前記半径方向分布の前記縁部高位型不均一性が少なくともほぼ最小化されるまで実行する、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記第１の補正するステップが、前記半径方向分布の縁部高位型不均一性を補正するステップを含み、
前記第２の補正するステップが、前記半径方向分布の中央部高位型不均一性を補正するステップを含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記ＲＦ電力の電力レベルを増加することを、前記半径方向分布の前記縁部高位型不均一性が少なくともほぼ最小化されるまで実行する、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記ＤＣ電力の電力レベルを増加することを、前記半径方向分布の前記中央部高位型不均一性が少なくともほぼ最小化されるまで実行する、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記磁石と前記ターゲットとの間の距離を調整することによって前記半径方向分布を調節するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記調整することが、前記磁石と前記ターゲットとの間の距離を減少することによって前記半径方向分布の中央部高位型不均一性を減少するステップを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記調整することが、前記磁石と前記ターゲットとの間の距離を増加することによって前記半径方向分布の縁部高位型不均一性を減少するステップを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記磁石が前記チャンバの外側で前記天井の上に配置され、前記調整することが前記天井に対して前記磁石を上昇および下降させるステップを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記調整することが、対称軸に対して浅い曲線を有する前記磁石の力線内の前記ターゲットの浸入を増加することによって前記半径方向分布の中央部高位型不均一性を低減するステップを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
前記調整することが、対称軸に対して急峻な曲線を有する前記磁石の力線内の前記ターゲットの浸入を増加することによって前記半径方向分布の縁部高位型不均一性を低減するステップを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１４】
軌道半径によって規定される軌道運動にて、前記ターゲットの上にあり全体的に前記ワークピースと平行な平面内で前記磁石を連続的に回転するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記磁石の前記軌道運動の前記軌道半径を増加することによって前記半径方向分布の中央部高位型不均一性を低減するステップをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記ターゲットの前記軌道運動の前記軌道半径を減少することによって前記半径方向分布の縁部高位型不均一性を低減するステップをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記ターゲットを、（ａ）前記ワークピースと平行でかつ前記ワークピースと向かい合う中央面と、（ｂ）前記中央面と交差して前記中央面を取り囲むエッジ面とを備える中実な要素として用意するステップをさらに含み、さらに、前記エッジ面を前記中央面に対して９０°未満の角度に方向付けることによって前記半径方向分布の中央部高位型不均一性を低減するステップを含み、前記エッジ面が半径方向に沿って外側に向く、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記方向付けることが、前記エッジ面を３°〜７０°に方向付けるステップを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記印加するステップが、前記ターゲットに前記ＲＦ電力および前記ＤＣ電力を、
（ａ）同時に、または
（ｂ）交互シーケンスで
印加するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１】
チャンバ内のワークピース上にプラズマ促進物理蒸着を行う方法であって、
前記チャンバの天井付近に、前記ワークピース上に堆積されるべき材料または材料の前駆体を含むスパッタターゲットを用意するステップと、
前記ワークピースを、前記チャンバ内で前記スパッタターゲットと向かい合うように支持するステップと、
前記チャンバ内にキャリアガスを導入するステップと、
前記ターゲットの上に磁石を設けるステップと、
前記ターゲット付近にプラズマを発生させて、それに対応して前記ワークピース上に前記ターゲットからの材料の堆積を生じるように、ＲＦ電力およびＤＣ電力を前記ターゲットに印加するステップであって、前記堆積が、前記ワークピース上への堆積速度の半径方向分布を有するステップと、
（Ａ）（ａ）前記半径方向分布の中央部高位型不均一性および、（ｂ）前記半径方向分布の縁部高位型不均一性の一方を、前記ＤＣ電力の電力レベルに対する前記ＲＦ電力の電力レベルを増加することによって補正する第１の補正するステップ、あるいは
（Ｂ）（ａ）前記半径方向分布の中央部高位型不均一性および、（ｂ）前記半径方向分布の縁部高位型不均一性の他方を、前記ＲＦ電力の電力レベルに対する前記ＤＣ電力の電力レベルを増加することによって補正する第２の補正するステップ
を行うステップと
を含む方法。
【請求項２】
前記第１の補正するステップが、前記半径方向分布の中央部高位型不均一性を補正するステップを含み、
前記第２の補正するステップが、前記半径方向分布の縁部高位型不均一性を補正するステップを含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ＲＦ電力の電力レベルを増加することを、前記半径方向分布の前記中央部高位型不均一性が少なくともほぼ最小化されるまで実行する、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記ＤＣ電力の電力レベルを増加することを、前記半径方向分布の前記縁部高位型不均一性が少なくともほぼ最小化されるまで実行する、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記第１の補正するステップが、前記半径方向分布の縁部高位型不均一性を補正するステップを含み、
前記第２の補正するステップが、前記半径方向分布の中央部高位型不均一性を補正するステップを含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記ＲＦ電力の電力レベルを増加することを、前記半径方向分布の前記縁部高位型不均一性が少なくともほぼ最小化されるまで実行する、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記ＤＣ電力の電力レベルを増加することを、前記半径方向分布の前記中央部高位型不均一性が少なくともほぼ最小化されるまで実行する、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記磁石と前記ターゲットとの間の距離を調整することによって前記半径方向分布を調節するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記調整することが、前記磁石と前記ターゲットとの間の距離を減少することによって前記半径方向分布の中央部高位型不均一性を減少するステップを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記調整することが、前記磁石と前記ターゲットとの間の距離を増加することによって前記半径方向分布の縁部高位型不均一性を減少するステップを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記磁石が前記チャンバの外側で前記天井の上に配置され、前記調整することが前記天井に対して前記磁石を上昇および下降させるステップを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記調整することが、対称軸に対して浅い曲線を有する前記磁石の力線内の前記ターゲットの浸入を増加することによって前記半径方向分布の中央部高位型不均一性を低減するステップを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
前記調整することが、対称軸に対して急峻な曲線を有する前記磁石の力線内の前記ターゲットの浸入を増加することによって前記半径方向分布の縁部高位型不均一性を低減するステップを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１４】
軌道半径によって規定される軌道運動にて、前記ターゲットの上にあり全体的に前記ワークピースと平行な平面内で前記磁石を連続的に回転するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記磁石の前記軌道運動の前記軌道半径を増加することによって前記半径方向分布の中央部高位型不均一性を低減するステップをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記ターゲットの前記軌道運動の前記軌道半径を減少することによって前記半径方向分布の縁部高位型不均一性を低減するステップをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記ターゲットを、（ａ）前記ワークピースと平行でかつ前記ワークピースと向かい合う中央面と、（ｂ）前記中央面と交差して前記中央面を取り囲むエッジ面とを備える中実な要素として用意するステップをさらに含み、さらに、前記エッジ面を前記中央面に対して９０°未満の角度に方向付けることによって前記半径方向分布の中央部高位型不均一性を低減するステップを含み、前記エッジ面が半径方向に沿って外側に向く、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記方向付けることが、前記エッジ面を３°〜７０°に方向付けるステップを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記印加するステップが、前記ターゲットに前記ＲＦ電力および前記ＤＣ電力を、
（ａ）同時に、または
（ｂ）交互シーケンスで
印加するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図７Ｄ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【図８Ｄ】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１２】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図７Ｄ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【図８Ｄ】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１２】
【公表番号】特表２０１１−５３０６５４（Ｐ２０１１−５３０６５４Ａ）
【公表日】平成２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５２２２０１（Ｐ２０１１−５２２２０１）
【出願日】平成２１年８月５日（２００９．８．５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０５２７８１
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０１７２５９
【国際公開日】平成２２年２月１１日（２０１０．２．１１）
【出願人】（３９００４０６６０）アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド (1,346)
【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月５日（２００９．８．５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０５２７８１
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０１７２５９
【国際公開日】平成２２年２月１１日（２０１０．２．１１）
【出願人】（３９００４０６６０）アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド (1,346)
【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
【Ｆターム（参考）】
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