ＰＶＤチャンバ用スパッターターゲット
ターゲット組立体とターゲット組立体を含むＰＶＤチャンバが開示される。ターゲット組立体は凹形状のターゲットを含む。ＰＶＤチャンバ内で使用されると、凹状ターゲットは、スパッターチャンバ内に配置された基板上の半径方向に均一な堆積層を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施の形態は、物理蒸着の分野に一般に関連する。より具体的には、本発明の実施の形態は、物理蒸着チャンバ内で蒸着されたフィルムの均一性を改良するために設計された凹状のスパッターターゲットと、凹状のスパッターターゲットを含むチャンバ、および凹状のターゲットを用いた基板上への材料のスパッタリング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
スパッタリングは物理蒸着（ＰＶＤ）工程であり、その蒸着工程において、高エネルギーイオンが固体のターゲットに衝突し、固体ターゲットを浸食して、ターゲット材料を、半導体基板の表面上に堆積する。特定の例はシリコンウエーハである。半導体の製造において、スパッター工程は、ＰＶＤ工程チャンバ、あるいは、スパッターチャンバとしても知られる半導体製造チャンバ内で通常遂行される。
【０００３】
スパッターチャンバは、例えば、集積回路チップや映像表示部といった電子回路を製造するため基板上に材料をスパッター堆積するために用いられる。典型的には、スパッターチャンバは、その中にプロセスガスが導入されるプロセス領域を囲む包囲壁と、プロセスガスを活性化するガス活性化装置と、チャンバ内のプロセスガスの排気と圧力制御のための排気ポートと、を有する。スパッターチャンバは、例えば、アルミニウム、銅、タングステン、あるいはタンタルといった金属、あるいは窒化タンタル、窒化タングステン、あるいは窒化チタンといった金属化合物といったスパッターターゲットからの材料を基板上にスパッター堆積するために用いられる。スパッタリング工程において、スパッターターゲットにプラズマといった高エネルギーイオンが衝突し、材料がターゲットから叩き出され、基板上にフィルムとして堆積される。
【０００４】
典型的な半導体作成チャンバは、ターゲットを保持する受け板に支持された固体金属またはその他材料の円盤形ターゲットを含むターゲット組立体を持つ。均一な堆積を促進するために、ＰＶＤチャンバは、円盤形ターゲットを円周方向に取り囲む、しばしばシールドと呼ばれる円環状で同心円の金属リングを持つ。シールドの内側面と、ターゲットの円周面の間の隙間は、よくダークスペースギャップと呼ばれる。
【０００５】
図１および図２は、ＰＶＤチャンバ内で用いられるターゲット組立体の先行技術の配列を示す。図１は、先行技術の半導体製造チャンバ１００の模式的断面図であり、該チャンバは、チャンバ本体１０２と、チャンバ本体１０２内に基板支持体１０６によって支持された基板１０４を有する。ターゲット組立体１１１は、受け板１１４によって支持されたターゲット１１２を含む。ターゲットは、基板支持体１０６に対して一定の間隔を空けて配置された正面あるいはスパッター可能領域１２０を含む。シールド１０８は、ターゲットを囲んで延びる一般に円環形状の金属リングからなる。シールド１０８は、シールド支持体１１０によってチャンバ内の所定位置に保持されている。ターゲット１１２の正面１２０は実質的に平坦面である。
【０００６】
図２は、先行技術のターゲット組立体２１１のその他の構成を示し、受け板２１４と受け板と結合されたターゲット２１２を含む。ターゲット２１２は、錐台の形状であり、かつそれは、ターゲットの周辺部がターゲットの中心部より厚さが薄い、内側に向かって面取りした２つの端部２１３をもつ一般に凸形状である。
【０００７】
半導体工業の最近の発展において、特に、高誘電体と金属ゲートの応用において、約１〜５オングストロームの薄いフィルムの良好な均一性が厳しく要求され、これは、従来の物理蒸着（ＰＶＤ）に難題を課している。ターゲット表面からウエーハまでの距離が長いマグネトロンスパッタリングにおいて、ウエーハの中心領域のフィルムはウエーハの他の場所より厚くなり、このことが得られるフィルムの厚さの均一性を阻害する。基板の全半径に亘って、フィルム厚さのより良好な均一性を付与できるフィルムのスパッタリングシステムを供給することが望まれている。
【発明の概要】
【０００８】
従って、本発明の１つまたはそれ以上の実施の形態はスパッタリング装置を示し、該スパッタリング装置は、基板支持体と、基板支持体から間隔を空けたターゲットとを含む工程領域を画成する壁部を持つチャンバを有し、そして、
【０００９】
ターゲットから材料をスパッターするためにターゲットに結合した電源と、ターゲットは、ターゲットの周辺端部間に延びるスパッター可能なターゲット面を画成する正面と、周辺端部間にほぼ全体的に凹形を画成しているスパッター可能なターゲット表面をもつ。
【００１０】
１つの実施の形態において、全体的な凹形は、傾斜領域に囲まれたほぼ平坦な中心領域で画成される。１つの実施の形態において、傾斜領域は約５度から約３０度の範囲で傾斜して、ターゲットの周囲の厚さが中心領域の厚さより厚い。ある特定の例では、傾斜領域の角度は、約７度から約１５度の範囲である。さらに、より特定の実施形態では、傾斜領域の角度は、約７度から約１３度の範囲である。より具体的な実施形態において、傾斜領域は約７度から１３度の範囲である。
【００１１】
ある実施の形態において、傾斜領域は周囲端部にまで延びる。それに替わる実施形態では、傾斜領域は周辺正面領域にまで延びる。
【００１２】
１つまたはそれ以上の実施の形態において、ターゲットの周辺端部は、ターゲットの直径Ｒｐを画成し、中心領域は直径Ｒｃを持ち、中心領域の直径は、比Ｒｃ／Ｒｐが０％から約９０％の範囲にある。１つあるいはそれ以上の実施の形態において、比Ｒｃ／Ｒｐが少なくとも約６０％そして約９０％以下である。特定の実施形態では、比Ｒｃ／Ｒｐが約７０％である。
【００１３】
本発明のその他の態様は、スパッターチャンバ内で用いるターゲット組立体に関し、ターゲットは周辺端部間に延びるスパッター可能なターゲット表面を画成する正面と、ほぼ両端部間で全体的に凹形状を画成しているスパッター可能なターゲット表面とを有する。１つの実施の形態において、全体的な凹形状は、傾斜領域に囲まれたほぼ平坦な中心領域によって画成される。１つの実施の形態において、傾斜領域の角度は、約５度から約２０度の範囲にあって、ターゲットの周辺端部の厚さが中心領域の厚さより厚くなり、傾斜領域の角度は、例えば、約７度から１５度の範囲で、より具体的には、約７度から１３度の範囲で傾斜している。特定の実施の形態において、ターゲットの周辺端部はターゲットの直径Ｒｐを画成し、中心領域は直径Ｒｃを持ち、中心領域の直径は、比Ｒｃ／Ｒｐが少なくとも約５０％であり約９０％以下である。その他の実施の形態において、比Ｒｃ／Ｒｐは少なくとも約６０％であり約９０％以下である。特定の実施例においては、比Ｒｃ／Ｒｐは約７０％である。１つの実施の形態において、ターゲットは受け板に結合されている。
【００１４】
その他の態様は、スパッターチャンバ内でのスパッタリング工程の半径方向の均一性を改良する方法に関し、その方法は、スパッターチャンバ内に、ターゲットに対面している半径方向表面を持つ基板と空間を空けてターゲットを配置し、ターゲットがターゲットの両端部間に延びるスパッター可能ターゲット表面を画成する正面と、ほぼ周辺端部との間に延びる全体的な凹形状を画成するスパッター可能なターゲット表面とを有し、ターゲットからの材料が基板の半径方向の表面に均一に堆積される工程を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
上記に簡単に要約した本発明のより詳細な説明は、添付した図面に図示されるその実施の形態を参照することによってなされる。しかし、明記すべきは、添付した図面は本発明の単なる典型的な実施形態に過ぎず、従って、本発明の範囲を制限するものではなく、本発明は他の同じく有効な実施の形態を容認する。
【００１６】
【図１】図１は、平坦なターゲットを持つ先行技術の半導体製造チャンバの模式的断面図である。
【００１７】
【図２】図２は、錐台形ターゲットを持つターゲット組立体の模式的断面図である。
【００１８】
【図３Ａ】図３Ａは、第１実施形態によるターゲットを含む半導体製造チャンバの模式的断面図である。
【００１９】
【図３Ｂ】図３Ｂは、図３Ａに示すターゲット組立体の模式的断面図である。
【００２０】
【図３Ｃ】図３Ｃは、ターゲット組立体の代替の実施形態の模式的断面図である。
【００２１】
【図３Ｄ】図３Ｄは、ターゲット組立体の代替の実施形態の模式的断面図である。
【００２２】
【図３Ｅ】図３Ｅはターゲット組立体の代替の実施形態の模式的断面図である。
【００２３】
【図４】図４は３つのターゲット構造に対するＴｉＮフィルムのフィルムの厚さを比較するグラフである。
【００２４】
【図５】図５は、傾斜したターゲットの端部の角度がＴｉＮフィルムの厚さおよび厚さの不均一性に及ぼす影響を示すグラフである。
【００２５】
【図６Ａ】図６Ａは、本発明の実施の形態によるターゲットについて、Ａｒガス流量が規格化されたＡｌの厚さに及ぼす影響を示す、ＲＦ電力を用いた工程において作られたグラフである。
【００２６】
【図６Ｂ】図６Ｂは、平坦なターゲットについて、Ａｒガス流量が規格化されたＡｌの厚さに及ぼす影響を示す、ＲＦ電力を用いた工程において作られた比較用グラフである。
【００２７】
【図６Ｃ】図６Ｃは、本発明の実施の形態によるターゲットについて、ターゲットとウエーハとの間隔（Ｔ−Ｗ）が規格化されたＡｌの厚さに及ぼす影響を示すＲＦ電力を用いた工程において作られたグラフである。
【００２８】
【図６Ｄ】図６Ｄは、平坦なターゲットについて、ターゲットとウエーハとの間隔（Ｔ−Ｗ）が規格化されたＡｌの厚さに及ぼす影響を示す、ＲＦ電力を用いた工程において作られた比較用グラフである。
【００２９】
【図６Ｅ】図６Ｅは、本発明の実施の形態によるターゲットについての、電力レベル（ＲＦ）が規格化されたＡｌの厚さに及ぼす影響を示すＲＦ電力を用いた工程において作られたグラフである。
【００３０】
【図６Ｆ】図６Ｆは、平坦なターゲットについての、電力レベル（ＲＦ）が規格化されたＡｌの厚さに及ぼす影響を示すＲＦ電力を用いた工程において作られた比較用グラフである。
【００３１】
【図７Ａ】図７Ａは、本発明の実施の形態によるターゲットについて、Ａｒガス流量が規格化されたＡｌの厚さに及ぼす影響を示すＤＣ電力を用いた工程において作られたグラフである。
【００３２】
【図７Ｂ】図７Ｂは、平坦なターゲットについて、Ａｒガス流量が規格化されたＡｌの厚ささに及ぼす影響を示すＤＣ電力を用いた工程において作られた比較用グラフである。
【００３３】
【図７Ｃ】図７Ｃは本発明の実施の形態によるターゲットについて、ターゲットとウエーハとの間隔（Ｔ−Ｗ）が規格化されたＡｌの厚さに及ぼす影響を示す、ＤＣ電力を用いた工程において作られたラフである。
【００３４】
【図７Ｄ】図７Ｄは、平坦なターゲットについて、ターゲットとウエーハとの間隔（Ｔ−Ｗ）が規格化されたＡｌの厚さに及ぼす影響を示す、ＤＣ電力を用いた工程において作られた比較用グラフである。
【００３５】
【図７Ｅ】図７Ｅは、本発明の実施の形態のターゲットについて、電力レベル（ＤＣ）が規格化されたＡｌの厚さに及ぼす影響を示すＤＣ電力を用いた工程において作られたグラフである。
【００３６】
【図７Ｆ】図７Ｆは、平坦なターゲットについて、電力レベル（ＤＣ）が規格化されたＡｌの厚さに及ぼす影響を示すＤＣ電力を用いた工程において作られた比較用グラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
本発明の幾つかの例示的な実施の形態を記述する前に、本発明は、以下の記載に定義された構成や処理ステップの詳細に限定されないことを理解されたい。本発明は、その他の実施の形態であり得るし、種々の方法で実行又は遂行できる。
【００３８】
図３Ａおよび図３Ｂを参照すると、一般に凹形状を持つターゲットを備えた処理工程用チャンバの第１実施形態が示されている。図３Ａは、チャンバ本体３０２とチャンバ本体３０２内の基板支持体３０６に支持された基板３０４とを有し、第１の実施の形態による半導体製造チャンバ３００を示す。基板支持体３０６は、電気的にフロート状態か、またはペデスタル電源（図示されていない）によってバイアスされている。ターゲット組立体３１１は、受け板３１４によって支持されているターゲット３１２からなる。ターゲット３１２は、基板支持体３０６に対して隙間を空けた関係で配置されているスパッター可能領域３２０を含む正面を含む。チャンバ３００の一例示実施形態は、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアル社によって開発されたＳＩＰ型チャンバのような自己イオン化されたプラズマチャンバである。典型的なチャンバ３００は、スパッタリング作業のため基板３０４が配置されている工程空間を画成する、囲いの側壁３３０、底部壁３３２および天井部３３４からなる。
【００３９】
プロセスガスは、通常、１つあるいはそれ以上のガス源を含む、チャンバの１つの壁部の開口であるガス導入口を経由してチャンバ内にガスを流入させる１つあるいはそれ以上のガス管にガスを供給する、プロセスガス供給部（図示していない）を含むガス供給システムを経由してチャンバ３００内に導入される。プロセスガスは、ターゲット３１２に高エネルギーで衝突し、材料をスパッターする、アルゴンやキセノンといった非反応性ガスを有する。プロセスガスは、また、スパッターされた材料と反応可能で基板３０４上に層を形成する、１つまたはそれ以上の酸素含有ガスおよび窒素含有ガスといった反応性ガスを含むことも出来る。ターゲット３１２は、チャンバ３００から絶縁され、例えば、ＲＦ電源、ＤＣ電源、パルスＤＣ電源、ＲＦ電力および／またはＤＣ電力またはパルスＤＣ電力を用いる複合電力といったターゲット電源（図示されていない）に接続されている。１つの実施の形態において、ターゲット電源はターゲット３１２に負の電圧を印加し、プロセスガスをエネルギー化し、ターゲット３１２から材料を基板３０４上にスパッターする。
【００４０】
アルミニウム、チタン、タングステン、あるいはその他の適切な材料といった通常は金属であるターゲットからスパッターされる材料は、基板３０４上に堆積し、金属の固体層を形成する。この層は、パターン化され、かつエッチングされるか、あるいは、続いてバルクメタルを堆積して、半導体ウエーハに相互接続層を形成する。
【００４１】
図３Ａおよび３Ｂにおいて、ターゲット組立体３１１は、ターゲット３１２に結合された受け板３１４を含む。正面３２０と反対のターゲットの背面は、受け板３１４に結合される。ターゲット３１２は、溶接、ロウ付け、機械的ファスナー、あるいはその他適切な結合技術で、受け板と結合されていることが分かるだろう。受け板は、高強度、導電性の金属で作られ、ターゲットと電気的に接続されている。ターゲットの受け板３１４およびターゲット３１２は、単一あるいは一体構造として形成されるが、通常、それらは、互いに結合した別々の部品である。
【００４２】
ターゲット３１２は、ターゲット３１２の外周辺端部３２４に延びるチャンバ内に基板３０４と対面している正面３２０またはスパッター可能領域を持つ。正面３２０またはスパッター可能領域は、スパッター作業の間スパッターされるターゲットの面に触れることが分かる。ターゲットの全体の直径は、図３Ｂに示される距離Ｒｐとして定義される。図３Ｂに示されるように、外周辺端部３２４の間にほぼ延びる周辺直径Ｒｐを横断して延びる正面３２０全体の断面形状は凹状である。凹形状は、ターゲット３１２の外周部の厚さＴｐが、直径Ｒｃによって画成される正面の中心領域の厚さＴｃより大きいように傾斜したまたは斜角の正面３２０の両端部領域３１３によって定義される。中心領域の直径Ｒｃは外周辺端部３２４の間の全体の直径Ｒｐより小さいことが分かる。端部領域３１３は、ターゲットの中心領域を囲む周辺領域である。距離Ｒｃによって実質的に画成される中心領域はほぼ平坦である。
【００４３】
当然のことながら、周辺端部の厚さＴｐは、図３Ｂの「Ａ」によって示される傾斜角度によって決められ、傾斜あるいは斜面の端部領域３１３の長さは、中心領域直径Ｒｃの全体ターゲット直径Ｒｐに対する比によって決められることが理解されるだろう。示した実施の形態において、比Ｒｃ／Ｒｐは、約６０％から約７５％の範囲にある。このＲｃ／Ｒｐの比は、約０％、１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、あるいは９０％であってもよい。そして、この比は、基板３０４上へのフィルムの均一な堆積を最適化するための種々のターゲット材料の実験によって最適化することが出来る。中心領域からの傾斜あるいは斜面の角度によって定義されるように、傾斜端部３１３の角度「Ａ」は、約５度から３０度の間、より具体的には約５度から約２０度の間、あるいは、７度と１５度の間で変えることができ、最も具体的には、約７度と１３度の間である。傾斜端部の角度「Ａ」は、基板３０４の直径を横切って、均一な半径方向の堆積を得るための実験によって最適化することができる。
【００４４】
図３Ｃは、Ｒｃが概略０％で、Ｒｃ／Ｒｐの比がほぼ０％のターゲットについての別の実施の形態を示す。換言すれば、傾斜端部３１３は、ターゲットの外周辺端部３２４から延びターゲット３１２の中心領域に集まる、図３Ｄは、さらに別の実施の形態を示し、その実施の形態においては、傾斜端部が、ターゲットの外周辺端部３２４にまで延びない。代わりに、傾斜領域３１５は傾斜端部を囲む外周辺正面領域３２６に延び、ほぼ平坦であり、ターゲットの外周辺端部３２４は外周辺正面領域３２６と隣接する。図３Ｅは、図３Ｄに示した構成の変形の１つである。図３Ｅにおいて、周辺端部領域は、受け板３１４の端部３１８に延びているので、ターゲットの直径ＲＴは、受け板の直径ＲＢＰとほぼ等しい。図３Ｅの外周辺正面領域３２６は、図３Ｄの周辺辺正面より大きく、このことによって、スパッタリング期間中の受け板からの汚染を防ぐことができる。図３Ｄおよび図３Ｅの傾斜領域３１５は両外周辺端部３２４の間にほぼ延びることが分かるだろう。実際の外周辺端部３２４に延びるというより、傾斜領域３１５は外周辺正面領域３２６に延びる。１つまたはそれ以上の実施の形態において、外周辺正面領域３２６はターゲットのスパッター可能表面領域の約３０％、２０％、１０％を超えない。従って、１つあるいはそれ以上の実施の形態によれば、スパッター可能な表面の全体的な凹形状が「ほぼ両端部の間」に延びるといわれる時、このことは、全体的な凹形状が、ターゲットの中心領域から周辺端部、または、スパッター可能な表面の３０％を超えない領域を有する周辺領域にまで延びるという意味を持つことを意図しているのである。
【００４５】
中心領域のターゲットの厚さＴｃの厚さは１／８インチの間、そして外周辺端部３２４の厚さＴｐが１／８インチから３／４インチの間で変えることができる。当然のことながら、これらの厚さとその他の寸法は特定のスパッター工程の堆積特性を最適化するために変えることが出来ることが理解されるだろう。その他の変形では、傾斜端部は平坦であるとことが示されるが、傾斜端部３１３は凹状あるいは凸状の形状を持つこともできる。
【００４６】
本発明のその他の態様は、スパッタリング工程の半径方向の均一性を改良するために上述の種類のスパッターチャンバ内で凹状のターゲットから材料をスパッターする方法に関連する。この方法は、ターゲットに対面する半径方向の表面を持つ基板と空間を空けてターゲットをスパッターチャンバ内に配置することを含む。ターゲットは、ターゲットの周辺端部の間に延びるスパッター可能なターゲット表面を画成する正面と、周辺端部の間の全体に凹形状の表面をほぼ画成するスパッター可能表面とを含む。この方法は、さらに、ターゲットからの材料が基板の半径方向表面全体に均一に堆積されるようにターゲットからの材料をスパッターすることを含む。
【００４７】
傾斜あるいは斜面の端部領域を持つ凹形状のターゲットを利用する効果を示すために、ＤＣあるいはＲＦ電力を用いて、チャンバ内で、各種実験が行われた。図４から図７に亘る図は、傾斜ターゲットを利用した実験データを示す。図４から図７に亘る図は、３種のターゲット構造、即ち、図３Ａおよび図３Ｂに示す種類の凹状ターゲット、図１に示す種類の平坦なターゲット、および図２に示す種類の錐台形ターゲットについてフィルムの厚さおよびフィルムの厚さの不均一性を比較したグラフである。凹状ターゲットは、全体直径Ｒｐがおおよそ１７、５インチであり、中心領域直径Ｒｃが約１２インチ（即ち、比Ｒｃ／Ｒｐが約６８．５％）、そして、傾斜を変化させてテストした図５を除いて、端部の傾斜は約７度であった。
【００４８】
図４および図５は、ＲＦチャンバ内でチタンターゲットを用いたデータを示し、チャンバ内の工程パラメーターは、種々のターゲットについて一定に維持された。図４は、規格化されたアルミニウムの厚さ対３００ｍｍ基板上での位置を示す。凹上のターゲットは、３．３８％の変動を示したが、平坦なターゲットは、５．５６％の変動を生み、錐台形ターゲットは、７．０８％の変動を生じた。図５は、傾斜ターゲットの端部の角度が、フィルムの厚さおよび厚さの不均一性に及ぼす影響を示し、ここで、Ｘ軸は０度から１３度の間で変わる角度と、Ｙ軸は不均一性（ＮＵ％）とフィルムの厚さを示す。
【００４９】
図６Ａは、アルミニウムの凹状ターゲットを用いて、ＲＦを電力源としたスパッターチャンバ内で得られたデータを示す。３００ｍｍ基板上の種々の半径方向の位置で、規格化されたアルミニウムの厚さが測定された。図６Ａは、アルゴンの流量が２０ｓｃｃｍ、３０ｓｃｃｍ、および４０ｓｃｃｍ場合のＡｒガスの流量が規格化されたＡｌの厚さに及ぼす影響について示す。図６Ｂは、図６Ａに示したと同じアルゴンの流量において、平坦なターゲットについて、Ａｒガスの流量が規格化されたＡｌの厚さに及ぼす影響について示す。図６Ａと図６Ｂのデータを比較すると、凹状のターゲットの厚さの均一性は平板のターゲットの厚さの均一性より良好であり、かつ、凹状のターゲットについて半径方向の厚さの均一性に及ぼすアルゴンの流量の影響はより小さいことがわかる。
【００５０】
図６Ｃは、凹状ターゲットについて、ターゲットとウエーハ間の間隔（Ｔ−Ｗ）が規格化されたＡｌの厚さに及ぼす影響について、そして、図６Ｄは、平坦なターゲットについてターゲット−ウエーハ間の間隔（Ｔ−Ｗ）が規格化されたＡｌの厚さに及ぼす効果について示す。凹状ターゲットは、平坦なターゲットよりターゲットとウエーハ間の距離を調整すると、基板の半径方向表面全体に亘って厚さの均一性は良く変化は少ない。
【００５１】
図６Ｅは、凹状ターゲットについて電力レベル（ＲＦ）が規格化されたＡｌの厚さに及ぼす影響について示し、図６Ｆは平坦なターゲットについて、電力レベル（ＲＦ）が規格化されたＡｌの厚さに及ぼす影響について示す。凹状ターゲットはスパッター電力を最適化することによって、平坦なターゲットに比してはるかに良好なフィルムの均一性が得られることを示した。
【００５２】
図７Ａから図７Ｆは、凹状および平坦なアルミニウムターゲットを用いてＤＣ電力源のチャンバ内で得られた結果である。凹状のターゲットは上述と同じ寸法であった。図７Ａは凹状ターゲットについて、Ａｒガスの流量が規格化されたＡｌの厚さに及ぼす影響を示し、図７Ｂは、平坦なターゲットについてＡｒガスの流量が規格化されたＡｌの厚さに及ぼす影響を示している。凹状ターゲットでは、平坦なターゲットに比して、Ａｌの厚さの半径方向の均一性ははるかに良好であった。
【００５３】
図７Ｃは、凹状のターゲットについて、ターゲットとウエーハの間隔（Ｔ−Ｗ）が規格化されたＡｌの厚さに及ぼす影響について示し、図７Ｄは、平坦なターゲットについてターゲットとウエーハの間隔（Ｔ−Ｗ）が規格化されたＡｌの厚さに及ぼす影響について示している。凹状ターゲットは、Ａｌの厚さの半径方向の均一性が良好であることを示している。
【００５４】
図７Ｅは、本発明の実施の１つの実施形態によるターゲットについて、電力レベル（ＤＣ）が規格化されたＡｌの厚さに及ぼす影響について示し、そして、図７Ｆは、平坦なターゲットについて、電力レベル（ＤＣ）が規格化されたＡｌの厚さに及ぼす影響について示している。凹状ターゲットはＡｌの厚さの半径方向の均一性が良好であった。
【００５５】
上記データは、ＤＣおよびＲＦの両電力源としたチャンバについて、電力、ターゲット−ウエーハ間隔、およびプロセスガスの流量を変えた工程条件においても、凹状ターゲットが、基板の半径方向表面の全域で良好な半径方向の均一性を示している。従って、図３Ａおよび図３Ｂに示した種類の凹形状ターゲットを用いることによって、基板の半径方向表面の全域において堆積のさらなる均一性が得られるだろう。さらに、ターゲットとウエーハの間隔、プロセルガス流量、および電力といったプロセスのパラメータの変化は、堆積物の半径方向の均一性に影響が小さいと考えられる。
【００５６】
本明細書を通して用いられた「１つの実施の形態」、「ある実施の形態」、「１つ又はそれ以上の実施の形態」、「１実施の形態」といった表現は、実施の形態に関して記載された独特の特徴、構造、材料、あるいは特性が、本発明の少なくとも１つの実施の形態に含まれることを意味する。それ故、この明細書を通して種々の場所に見られる「１つ又はそれ以上の実施の形態において」、「ある実施の形態において」、「１つの実施の形態において」といった表現は、必ずしも本発明の同じ実施の形態を参照しているわけではない。さらに、独特の特徴、構造、材料、あるいは特性は、１つ又はそれ以上の実施の形態において、適切な方法で組み合わせることができる。
【００５７】
本発明は、ここに、個別詳細な実施の形態を参照して記載されたが、これらの実施の形態は本発明の原理あるいは応用の実例であるに過ぎないことを理解されたい。本発明の精神と範囲から逸脱することなく、本発明の方法や装置に対して種々の修正や変化を行なうことができることは当業者にとって明らかである。それ故、本発明は、添付した請求項やそれと同等なものの範囲内で、改良形や変形を含んでいることを意味する。
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施の形態は、物理蒸着の分野に一般に関連する。より具体的には、本発明の実施の形態は、物理蒸着チャンバ内で蒸着されたフィルムの均一性を改良するために設計された凹状のスパッターターゲットと、凹状のスパッターターゲットを含むチャンバ、および凹状のターゲットを用いた基板上への材料のスパッタリング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
スパッタリングは物理蒸着（ＰＶＤ）工程であり、その蒸着工程において、高エネルギーイオンが固体のターゲットに衝突し、固体ターゲットを浸食して、ターゲット材料を、半導体基板の表面上に堆積する。特定の例はシリコンウエーハである。半導体の製造において、スパッター工程は、ＰＶＤ工程チャンバ、あるいは、スパッターチャンバとしても知られる半導体製造チャンバ内で通常遂行される。
【０００３】
スパッターチャンバは、例えば、集積回路チップや映像表示部といった電子回路を製造するため基板上に材料をスパッター堆積するために用いられる。典型的には、スパッターチャンバは、その中にプロセスガスが導入されるプロセス領域を囲む包囲壁と、プロセスガスを活性化するガス活性化装置と、チャンバ内のプロセスガスの排気と圧力制御のための排気ポートと、を有する。スパッターチャンバは、例えば、アルミニウム、銅、タングステン、あるいはタンタルといった金属、あるいは窒化タンタル、窒化タングステン、あるいは窒化チタンといった金属化合物といったスパッターターゲットからの材料を基板上にスパッター堆積するために用いられる。スパッタリング工程において、スパッターターゲットにプラズマといった高エネルギーイオンが衝突し、材料がターゲットから叩き出され、基板上にフィルムとして堆積される。
【０００４】
典型的な半導体作成チャンバは、ターゲットを保持する受け板に支持された固体金属またはその他材料の円盤形ターゲットを含むターゲット組立体を持つ。均一な堆積を促進するために、ＰＶＤチャンバは、円盤形ターゲットを円周方向に取り囲む、しばしばシールドと呼ばれる円環状で同心円の金属リングを持つ。シールドの内側面と、ターゲットの円周面の間の隙間は、よくダークスペースギャップと呼ばれる。
【０００５】
図１および図２は、ＰＶＤチャンバ内で用いられるターゲット組立体の先行技術の配列を示す。図１は、先行技術の半導体製造チャンバ１００の模式的断面図であり、該チャンバは、チャンバ本体１０２と、チャンバ本体１０２内に基板支持体１０６によって支持された基板１０４を有する。ターゲット組立体１１１は、受け板１１４によって支持されたターゲット１１２を含む。ターゲットは、基板支持体１０６に対して一定の間隔を空けて配置された正面あるいはスパッター可能領域１２０を含む。シールド１０８は、ターゲットを囲んで延びる一般に円環形状の金属リングからなる。シールド１０８は、シールド支持体１１０によってチャンバ内の所定位置に保持されている。ターゲット１１２の正面１２０は実質的に平坦面である。
【０００６】
図２は、先行技術のターゲット組立体２１１のその他の構成を示し、受け板２１４と受け板と結合されたターゲット２１２を含む。ターゲット２１２は、錐台の形状であり、かつそれは、ターゲットの周辺部がターゲットの中心部より厚さが薄い、内側に向かって面取りした２つの端部２１３をもつ一般に凸形状である。
【０００７】
半導体工業の最近の発展において、特に、高誘電体と金属ゲートの応用において、約１〜５オングストロームの薄いフィルムの良好な均一性が厳しく要求され、これは、従来の物理蒸着（ＰＶＤ）に難題を課している。ターゲット表面からウエーハまでの距離が長いマグネトロンスパッタリングにおいて、ウエーハの中心領域のフィルムはウエーハの他の場所より厚くなり、このことが得られるフィルムの厚さの均一性を阻害する。基板の全半径に亘って、フィルム厚さのより良好な均一性を付与できるフィルムのスパッタリングシステムを供給することが望まれている。
【発明の概要】
【０００８】
従って、本発明の１つまたはそれ以上の実施の形態はスパッタリング装置を示し、該スパッタリング装置は、基板支持体と、基板支持体から間隔を空けたターゲットとを含む工程領域を画成する壁部を持つチャンバを有し、そして、
【０００９】
ターゲットから材料をスパッターするためにターゲットに結合した電源と、ターゲットは、ターゲットの周辺端部間に延びるスパッター可能なターゲット面を画成する正面と、周辺端部間にほぼ全体的に凹形を画成しているスパッター可能なターゲット表面をもつ。
【００１０】
１つの実施の形態において、全体的な凹形は、傾斜領域に囲まれたほぼ平坦な中心領域で画成される。１つの実施の形態において、傾斜領域は約５度から約３０度の範囲で傾斜して、ターゲットの周囲の厚さが中心領域の厚さより厚い。ある特定の例では、傾斜領域の角度は、約７度から約１５度の範囲である。さらに、より特定の実施形態では、傾斜領域の角度は、約７度から約１３度の範囲である。より具体的な実施形態において、傾斜領域は約７度から１３度の範囲である。
【００１１】
ある実施の形態において、傾斜領域は周囲端部にまで延びる。それに替わる実施形態では、傾斜領域は周辺正面領域にまで延びる。
【００１２】
１つまたはそれ以上の実施の形態において、ターゲットの周辺端部は、ターゲットの直径Ｒｐを画成し、中心領域は直径Ｒｃを持ち、中心領域の直径は、比Ｒｃ／Ｒｐが０％から約９０％の範囲にある。１つあるいはそれ以上の実施の形態において、比Ｒｃ／Ｒｐが少なくとも約６０％そして約９０％以下である。特定の実施形態では、比Ｒｃ／Ｒｐが約７０％である。
【００１３】
本発明のその他の態様は、スパッターチャンバ内で用いるターゲット組立体に関し、ターゲットは周辺端部間に延びるスパッター可能なターゲット表面を画成する正面と、ほぼ両端部間で全体的に凹形状を画成しているスパッター可能なターゲット表面とを有する。１つの実施の形態において、全体的な凹形状は、傾斜領域に囲まれたほぼ平坦な中心領域によって画成される。１つの実施の形態において、傾斜領域の角度は、約５度から約２０度の範囲にあって、ターゲットの周辺端部の厚さが中心領域の厚さより厚くなり、傾斜領域の角度は、例えば、約７度から１５度の範囲で、より具体的には、約７度から１３度の範囲で傾斜している。特定の実施の形態において、ターゲットの周辺端部はターゲットの直径Ｒｐを画成し、中心領域は直径Ｒｃを持ち、中心領域の直径は、比Ｒｃ／Ｒｐが少なくとも約５０％であり約９０％以下である。その他の実施の形態において、比Ｒｃ／Ｒｐは少なくとも約６０％であり約９０％以下である。特定の実施例においては、比Ｒｃ／Ｒｐは約７０％である。１つの実施の形態において、ターゲットは受け板に結合されている。
【００１４】
その他の態様は、スパッターチャンバ内でのスパッタリング工程の半径方向の均一性を改良する方法に関し、その方法は、スパッターチャンバ内に、ターゲットに対面している半径方向表面を持つ基板と空間を空けてターゲットを配置し、ターゲットがターゲットの両端部間に延びるスパッター可能ターゲット表面を画成する正面と、ほぼ周辺端部との間に延びる全体的な凹形状を画成するスパッター可能なターゲット表面とを有し、ターゲットからの材料が基板の半径方向の表面に均一に堆積される工程を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
上記に簡単に要約した本発明のより詳細な説明は、添付した図面に図示されるその実施の形態を参照することによってなされる。しかし、明記すべきは、添付した図面は本発明の単なる典型的な実施形態に過ぎず、従って、本発明の範囲を制限するものではなく、本発明は他の同じく有効な実施の形態を容認する。
【００１６】
【図１】図１は、平坦なターゲットを持つ先行技術の半導体製造チャンバの模式的断面図である。
【００１７】
【図２】図２は、錐台形ターゲットを持つターゲット組立体の模式的断面図である。
【００１８】
【図３Ａ】図３Ａは、第１実施形態によるターゲットを含む半導体製造チャンバの模式的断面図である。
【００１９】
【図３Ｂ】図３Ｂは、図３Ａに示すターゲット組立体の模式的断面図である。
【００２０】
【図３Ｃ】図３Ｃは、ターゲット組立体の代替の実施形態の模式的断面図である。
【００２１】
【図３Ｄ】図３Ｄは、ターゲット組立体の代替の実施形態の模式的断面図である。
【００２２】
【図３Ｅ】図３Ｅはターゲット組立体の代替の実施形態の模式的断面図である。
【００２３】
【図４】図４は３つのターゲット構造に対するＴｉＮフィルムのフィルムの厚さを比較するグラフである。
【００２４】
【図５】図５は、傾斜したターゲットの端部の角度がＴｉＮフィルムの厚さおよび厚さの不均一性に及ぼす影響を示すグラフである。
【００２５】
【図６Ａ】図６Ａは、本発明の実施の形態によるターゲットについて、Ａｒガス流量が規格化されたＡｌの厚さに及ぼす影響を示す、ＲＦ電力を用いた工程において作られたグラフである。
【００２６】
【図６Ｂ】図６Ｂは、平坦なターゲットについて、Ａｒガス流量が規格化されたＡｌの厚さに及ぼす影響を示す、ＲＦ電力を用いた工程において作られた比較用グラフである。
【００２７】
【図６Ｃ】図６Ｃは、本発明の実施の形態によるターゲットについて、ターゲットとウエーハとの間隔（Ｔ−Ｗ）が規格化されたＡｌの厚さに及ぼす影響を示すＲＦ電力を用いた工程において作られたグラフである。
【００２８】
【図６Ｄ】図６Ｄは、平坦なターゲットについて、ターゲットとウエーハとの間隔（Ｔ−Ｗ）が規格化されたＡｌの厚さに及ぼす影響を示す、ＲＦ電力を用いた工程において作られた比較用グラフである。
【００２９】
【図６Ｅ】図６Ｅは、本発明の実施の形態によるターゲットについての、電力レベル（ＲＦ）が規格化されたＡｌの厚さに及ぼす影響を示すＲＦ電力を用いた工程において作られたグラフである。
【００３０】
【図６Ｆ】図６Ｆは、平坦なターゲットについての、電力レベル（ＲＦ）が規格化されたＡｌの厚さに及ぼす影響を示すＲＦ電力を用いた工程において作られた比較用グラフである。
【００３１】
【図７Ａ】図７Ａは、本発明の実施の形態によるターゲットについて、Ａｒガス流量が規格化されたＡｌの厚さに及ぼす影響を示すＤＣ電力を用いた工程において作られたグラフである。
【００３２】
【図７Ｂ】図７Ｂは、平坦なターゲットについて、Ａｒガス流量が規格化されたＡｌの厚ささに及ぼす影響を示すＤＣ電力を用いた工程において作られた比較用グラフである。
【００３３】
【図７Ｃ】図７Ｃは本発明の実施の形態によるターゲットについて、ターゲットとウエーハとの間隔（Ｔ−Ｗ）が規格化されたＡｌの厚さに及ぼす影響を示す、ＤＣ電力を用いた工程において作られたラフである。
【００３４】
【図７Ｄ】図７Ｄは、平坦なターゲットについて、ターゲットとウエーハとの間隔（Ｔ−Ｗ）が規格化されたＡｌの厚さに及ぼす影響を示す、ＤＣ電力を用いた工程において作られた比較用グラフである。
【００３５】
【図７Ｅ】図７Ｅは、本発明の実施の形態のターゲットについて、電力レベル（ＤＣ）が規格化されたＡｌの厚さに及ぼす影響を示すＤＣ電力を用いた工程において作られたグラフである。
【００３６】
【図７Ｆ】図７Ｆは、平坦なターゲットについて、電力レベル（ＤＣ）が規格化されたＡｌの厚さに及ぼす影響を示すＤＣ電力を用いた工程において作られた比較用グラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
本発明の幾つかの例示的な実施の形態を記述する前に、本発明は、以下の記載に定義された構成や処理ステップの詳細に限定されないことを理解されたい。本発明は、その他の実施の形態であり得るし、種々の方法で実行又は遂行できる。
【００３８】
図３Ａおよび図３Ｂを参照すると、一般に凹形状を持つターゲットを備えた処理工程用チャンバの第１実施形態が示されている。図３Ａは、チャンバ本体３０２とチャンバ本体３０２内の基板支持体３０６に支持された基板３０４とを有し、第１の実施の形態による半導体製造チャンバ３００を示す。基板支持体３０６は、電気的にフロート状態か、またはペデスタル電源（図示されていない）によってバイアスされている。ターゲット組立体３１１は、受け板３１４によって支持されているターゲット３１２からなる。ターゲット３１２は、基板支持体３０６に対して隙間を空けた関係で配置されているスパッター可能領域３２０を含む正面を含む。チャンバ３００の一例示実施形態は、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアル社によって開発されたＳＩＰ型チャンバのような自己イオン化されたプラズマチャンバである。典型的なチャンバ３００は、スパッタリング作業のため基板３０４が配置されている工程空間を画成する、囲いの側壁３３０、底部壁３３２および天井部３３４からなる。
【００３９】
プロセスガスは、通常、１つあるいはそれ以上のガス源を含む、チャンバの１つの壁部の開口であるガス導入口を経由してチャンバ内にガスを流入させる１つあるいはそれ以上のガス管にガスを供給する、プロセスガス供給部（図示していない）を含むガス供給システムを経由してチャンバ３００内に導入される。プロセスガスは、ターゲット３１２に高エネルギーで衝突し、材料をスパッターする、アルゴンやキセノンといった非反応性ガスを有する。プロセスガスは、また、スパッターされた材料と反応可能で基板３０４上に層を形成する、１つまたはそれ以上の酸素含有ガスおよび窒素含有ガスといった反応性ガスを含むことも出来る。ターゲット３１２は、チャンバ３００から絶縁され、例えば、ＲＦ電源、ＤＣ電源、パルスＤＣ電源、ＲＦ電力および／またはＤＣ電力またはパルスＤＣ電力を用いる複合電力といったターゲット電源（図示されていない）に接続されている。１つの実施の形態において、ターゲット電源はターゲット３１２に負の電圧を印加し、プロセスガスをエネルギー化し、ターゲット３１２から材料を基板３０４上にスパッターする。
【００４０】
アルミニウム、チタン、タングステン、あるいはその他の適切な材料といった通常は金属であるターゲットからスパッターされる材料は、基板３０４上に堆積し、金属の固体層を形成する。この層は、パターン化され、かつエッチングされるか、あるいは、続いてバルクメタルを堆積して、半導体ウエーハに相互接続層を形成する。
【００４１】
図３Ａおよび３Ｂにおいて、ターゲット組立体３１１は、ターゲット３１２に結合された受け板３１４を含む。正面３２０と反対のターゲットの背面は、受け板３１４に結合される。ターゲット３１２は、溶接、ロウ付け、機械的ファスナー、あるいはその他適切な結合技術で、受け板と結合されていることが分かるだろう。受け板は、高強度、導電性の金属で作られ、ターゲットと電気的に接続されている。ターゲットの受け板３１４およびターゲット３１２は、単一あるいは一体構造として形成されるが、通常、それらは、互いに結合した別々の部品である。
【００４２】
ターゲット３１２は、ターゲット３１２の外周辺端部３２４に延びるチャンバ内に基板３０４と対面している正面３２０またはスパッター可能領域を持つ。正面３２０またはスパッター可能領域は、スパッター作業の間スパッターされるターゲットの面に触れることが分かる。ターゲットの全体の直径は、図３Ｂに示される距離Ｒｐとして定義される。図３Ｂに示されるように、外周辺端部３２４の間にほぼ延びる周辺直径Ｒｐを横断して延びる正面３２０全体の断面形状は凹状である。凹形状は、ターゲット３１２の外周部の厚さＴｐが、直径Ｒｃによって画成される正面の中心領域の厚さＴｃより大きいように傾斜したまたは斜角の正面３２０の両端部領域３１３によって定義される。中心領域の直径Ｒｃは外周辺端部３２４の間の全体の直径Ｒｐより小さいことが分かる。端部領域３１３は、ターゲットの中心領域を囲む周辺領域である。距離Ｒｃによって実質的に画成される中心領域はほぼ平坦である。
【００４３】
当然のことながら、周辺端部の厚さＴｐは、図３Ｂの「Ａ」によって示される傾斜角度によって決められ、傾斜あるいは斜面の端部領域３１３の長さは、中心領域直径Ｒｃの全体ターゲット直径Ｒｐに対する比によって決められることが理解されるだろう。示した実施の形態において、比Ｒｃ／Ｒｐは、約６０％から約７５％の範囲にある。このＲｃ／Ｒｐの比は、約０％、１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、あるいは９０％であってもよい。そして、この比は、基板３０４上へのフィルムの均一な堆積を最適化するための種々のターゲット材料の実験によって最適化することが出来る。中心領域からの傾斜あるいは斜面の角度によって定義されるように、傾斜端部３１３の角度「Ａ」は、約５度から３０度の間、より具体的には約５度から約２０度の間、あるいは、７度と１５度の間で変えることができ、最も具体的には、約７度と１３度の間である。傾斜端部の角度「Ａ」は、基板３０４の直径を横切って、均一な半径方向の堆積を得るための実験によって最適化することができる。
【００４４】
図３Ｃは、Ｒｃが概略０％で、Ｒｃ／Ｒｐの比がほぼ０％のターゲットについての別の実施の形態を示す。換言すれば、傾斜端部３１３は、ターゲットの外周辺端部３２４から延びターゲット３１２の中心領域に集まる、図３Ｄは、さらに別の実施の形態を示し、その実施の形態においては、傾斜端部が、ターゲットの外周辺端部３２４にまで延びない。代わりに、傾斜領域３１５は傾斜端部を囲む外周辺正面領域３２６に延び、ほぼ平坦であり、ターゲットの外周辺端部３２４は外周辺正面領域３２６と隣接する。図３Ｅは、図３Ｄに示した構成の変形の１つである。図３Ｅにおいて、周辺端部領域は、受け板３１４の端部３１８に延びているので、ターゲットの直径ＲＴは、受け板の直径ＲＢＰとほぼ等しい。図３Ｅの外周辺正面領域３２６は、図３Ｄの周辺辺正面より大きく、このことによって、スパッタリング期間中の受け板からの汚染を防ぐことができる。図３Ｄおよび図３Ｅの傾斜領域３１５は両外周辺端部３２４の間にほぼ延びることが分かるだろう。実際の外周辺端部３２４に延びるというより、傾斜領域３１５は外周辺正面領域３２６に延びる。１つまたはそれ以上の実施の形態において、外周辺正面領域３２６はターゲットのスパッター可能表面領域の約３０％、２０％、１０％を超えない。従って、１つあるいはそれ以上の実施の形態によれば、スパッター可能な表面の全体的な凹形状が「ほぼ両端部の間」に延びるといわれる時、このことは、全体的な凹形状が、ターゲットの中心領域から周辺端部、または、スパッター可能な表面の３０％を超えない領域を有する周辺領域にまで延びるという意味を持つことを意図しているのである。
【００４５】
中心領域のターゲットの厚さＴｃの厚さは１／８インチの間、そして外周辺端部３２４の厚さＴｐが１／８インチから３／４インチの間で変えることができる。当然のことながら、これらの厚さとその他の寸法は特定のスパッター工程の堆積特性を最適化するために変えることが出来ることが理解されるだろう。その他の変形では、傾斜端部は平坦であるとことが示されるが、傾斜端部３１３は凹状あるいは凸状の形状を持つこともできる。
【００４６】
本発明のその他の態様は、スパッタリング工程の半径方向の均一性を改良するために上述の種類のスパッターチャンバ内で凹状のターゲットから材料をスパッターする方法に関連する。この方法は、ターゲットに対面する半径方向の表面を持つ基板と空間を空けてターゲットをスパッターチャンバ内に配置することを含む。ターゲットは、ターゲットの周辺端部の間に延びるスパッター可能なターゲット表面を画成する正面と、周辺端部の間の全体に凹形状の表面をほぼ画成するスパッター可能表面とを含む。この方法は、さらに、ターゲットからの材料が基板の半径方向表面全体に均一に堆積されるようにターゲットからの材料をスパッターすることを含む。
【００４７】
傾斜あるいは斜面の端部領域を持つ凹形状のターゲットを利用する効果を示すために、ＤＣあるいはＲＦ電力を用いて、チャンバ内で、各種実験が行われた。図４から図７に亘る図は、傾斜ターゲットを利用した実験データを示す。図４から図７に亘る図は、３種のターゲット構造、即ち、図３Ａおよび図３Ｂに示す種類の凹状ターゲット、図１に示す種類の平坦なターゲット、および図２に示す種類の錐台形ターゲットについてフィルムの厚さおよびフィルムの厚さの不均一性を比較したグラフである。凹状ターゲットは、全体直径Ｒｐがおおよそ１７、５インチであり、中心領域直径Ｒｃが約１２インチ（即ち、比Ｒｃ／Ｒｐが約６８．５％）、そして、傾斜を変化させてテストした図５を除いて、端部の傾斜は約７度であった。
【００４８】
図４および図５は、ＲＦチャンバ内でチタンターゲットを用いたデータを示し、チャンバ内の工程パラメーターは、種々のターゲットについて一定に維持された。図４は、規格化されたアルミニウムの厚さ対３００ｍｍ基板上での位置を示す。凹上のターゲットは、３．３８％の変動を示したが、平坦なターゲットは、５．５６％の変動を生み、錐台形ターゲットは、７．０８％の変動を生じた。図５は、傾斜ターゲットの端部の角度が、フィルムの厚さおよび厚さの不均一性に及ぼす影響を示し、ここで、Ｘ軸は０度から１３度の間で変わる角度と、Ｙ軸は不均一性（ＮＵ％）とフィルムの厚さを示す。
【００４９】
図６Ａは、アルミニウムの凹状ターゲットを用いて、ＲＦを電力源としたスパッターチャンバ内で得られたデータを示す。３００ｍｍ基板上の種々の半径方向の位置で、規格化されたアルミニウムの厚さが測定された。図６Ａは、アルゴンの流量が２０ｓｃｃｍ、３０ｓｃｃｍ、および４０ｓｃｃｍ場合のＡｒガスの流量が規格化されたＡｌの厚さに及ぼす影響について示す。図６Ｂは、図６Ａに示したと同じアルゴンの流量において、平坦なターゲットについて、Ａｒガスの流量が規格化されたＡｌの厚さに及ぼす影響について示す。図６Ａと図６Ｂのデータを比較すると、凹状のターゲットの厚さの均一性は平板のターゲットの厚さの均一性より良好であり、かつ、凹状のターゲットについて半径方向の厚さの均一性に及ぼすアルゴンの流量の影響はより小さいことがわかる。
【００５０】
図６Ｃは、凹状ターゲットについて、ターゲットとウエーハ間の間隔（Ｔ−Ｗ）が規格化されたＡｌの厚さに及ぼす影響について、そして、図６Ｄは、平坦なターゲットについてターゲット−ウエーハ間の間隔（Ｔ−Ｗ）が規格化されたＡｌの厚さに及ぼす効果について示す。凹状ターゲットは、平坦なターゲットよりターゲットとウエーハ間の距離を調整すると、基板の半径方向表面全体に亘って厚さの均一性は良く変化は少ない。
【００５１】
図６Ｅは、凹状ターゲットについて電力レベル（ＲＦ）が規格化されたＡｌの厚さに及ぼす影響について示し、図６Ｆは平坦なターゲットについて、電力レベル（ＲＦ）が規格化されたＡｌの厚さに及ぼす影響について示す。凹状ターゲットはスパッター電力を最適化することによって、平坦なターゲットに比してはるかに良好なフィルムの均一性が得られることを示した。
【００５２】
図７Ａから図７Ｆは、凹状および平坦なアルミニウムターゲットを用いてＤＣ電力源のチャンバ内で得られた結果である。凹状のターゲットは上述と同じ寸法であった。図７Ａは凹状ターゲットについて、Ａｒガスの流量が規格化されたＡｌの厚さに及ぼす影響を示し、図７Ｂは、平坦なターゲットについてＡｒガスの流量が規格化されたＡｌの厚さに及ぼす影響を示している。凹状ターゲットでは、平坦なターゲットに比して、Ａｌの厚さの半径方向の均一性ははるかに良好であった。
【００５３】
図７Ｃは、凹状のターゲットについて、ターゲットとウエーハの間隔（Ｔ−Ｗ）が規格化されたＡｌの厚さに及ぼす影響について示し、図７Ｄは、平坦なターゲットについてターゲットとウエーハの間隔（Ｔ−Ｗ）が規格化されたＡｌの厚さに及ぼす影響について示している。凹状ターゲットは、Ａｌの厚さの半径方向の均一性が良好であることを示している。
【００５４】
図７Ｅは、本発明の実施の１つの実施形態によるターゲットについて、電力レベル（ＤＣ）が規格化されたＡｌの厚さに及ぼす影響について示し、そして、図７Ｆは、平坦なターゲットについて、電力レベル（ＤＣ）が規格化されたＡｌの厚さに及ぼす影響について示している。凹状ターゲットはＡｌの厚さの半径方向の均一性が良好であった。
【００５５】
上記データは、ＤＣおよびＲＦの両電力源としたチャンバについて、電力、ターゲット−ウエーハ間隔、およびプロセスガスの流量を変えた工程条件においても、凹状ターゲットが、基板の半径方向表面の全域で良好な半径方向の均一性を示している。従って、図３Ａおよび図３Ｂに示した種類の凹形状ターゲットを用いることによって、基板の半径方向表面の全域において堆積のさらなる均一性が得られるだろう。さらに、ターゲットとウエーハの間隔、プロセルガス流量、および電力といったプロセスのパラメータの変化は、堆積物の半径方向の均一性に影響が小さいと考えられる。
【００５６】
本明細書を通して用いられた「１つの実施の形態」、「ある実施の形態」、「１つ又はそれ以上の実施の形態」、「１実施の形態」といった表現は、実施の形態に関して記載された独特の特徴、構造、材料、あるいは特性が、本発明の少なくとも１つの実施の形態に含まれることを意味する。それ故、この明細書を通して種々の場所に見られる「１つ又はそれ以上の実施の形態において」、「ある実施の形態において」、「１つの実施の形態において」といった表現は、必ずしも本発明の同じ実施の形態を参照しているわけではない。さらに、独特の特徴、構造、材料、あるいは特性は、１つ又はそれ以上の実施の形態において、適切な方法で組み合わせることができる。
【００５７】
本発明は、ここに、個別詳細な実施の形態を参照して記載されたが、これらの実施の形態は本発明の原理あるいは応用の実例であるに過ぎないことを理解されたい。本発明の精神と範囲から逸脱することなく、本発明の方法や装置に対して種々の修正や変化を行なうことができることは当業者にとって明らかである。それ故、本発明は、添付した請求項やそれと同等なものの範囲内で、改良形や変形を含んでいることを意味する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スパッタリング装置であって、スパッタリング装置は、
基板支持体を含み、処理空間を画成する壁部をもつチャンバと、
基板支持体から空間を空けて設けられたターゲットと、そして、
ターゲットから材料をスパッターするためターゲットに結合されたＲＦ電力であって、
ターゲットは、ターゲットの周辺端部間に延びるスパッター可能なターゲット表面を画成する正面を持ち、ほぼ周辺端部間が全体的な凹形状をなすスパッター可能ターゲット表面をもつスパッタリング装置。
【請求項２】
全体的な凹形状は、傾斜領域に囲まれたほぼ平坦な中央領域によって画成される請求
項１の装置
【請求項３】
前記傾斜領域が約５度から約３０度の範囲の角度で傾斜し、ターゲットの周辺端部の厚さが中心領域の厚さより厚くなっている請求項２の装置。
【請求項４】
傾斜領域の角度が約７度から１３度の範囲である請求項３の装置。
【請求項５】
傾斜領域が周辺端部まで延びる請求項３の装置。
【請求項６】
傾斜領域が周辺正面領域まで延びる請求項３の装置。
【請求項７】
ターゲットの周辺端部はターゲットの直径Ｒｐを画成し、中央領域は直径Ｒｃを持ち、
中央領域の直径は比Ｒｃ／Ｒｐが約６０％から約９０％の範囲にある請求項４の装置。
【請求項８】
スパッターチャンバ内で用いられるターゲット組立体であって、ターゲットは、
周辺端部の間に延びるスパッター可能なターゲット領域を画成する正面と、ほぼ両周辺
部間の全体的な凹形状を画成するスパッター可能なターゲット領域と、を有し、ターゲッ
トの周辺端部はターゲット直径Ｒｐを画成し、中央領域は直径Ｒｃを持ち、そして、中央
領域の直径は、比Ｒｃ／Ｒｐが約６０％から約９０％の範囲に入るターゲット組立体。
【請求項９】
全体的な凹形状は、傾斜領域に囲まれたほぼ平坦な中央領域によって画成される請求
項８のターゲット組立体。
【請求項１０】
傾斜領域は、角度が約５度から約２０度の範囲で傾斜し、ターゲットの周辺端部の厚
さが中央領域の厚さより厚い請求項９のターゲット組立体。
【請求項１１】
傾斜領域の角度が約７度から約１３度の範囲である請求項１０のターゲット組立体。
【請求項１２】
ターゲットが受け板に結合されている請求項８のターゲット組立体。
【請求項１３】
装置はさらに、ターゲットから材料をスパッターするためにＤＣ電源がターゲットに結
合されている請求項１の装置。
【請求項１】
スパッタリング装置であって、スパッタリング装置は、
基板支持体を含み、処理空間を画成する壁部をもつチャンバと、
基板支持体から空間を空けて設けられたターゲットと、そして、
ターゲットから材料をスパッターするためターゲットに結合されたＲＦ電力であって、
ターゲットは、ターゲットの周辺端部間に延びるスパッター可能なターゲット表面を画成する正面を持ち、ほぼ周辺端部間が全体的な凹形状をなすスパッター可能ターゲット表面をもつスパッタリング装置。
【請求項２】
全体的な凹形状は、傾斜領域に囲まれたほぼ平坦な中央領域によって画成される請求
項１の装置
【請求項３】
前記傾斜領域が約５度から約３０度の範囲の角度で傾斜し、ターゲットの周辺端部の厚さが中心領域の厚さより厚くなっている請求項２の装置。
【請求項４】
傾斜領域の角度が約７度から１３度の範囲である請求項３の装置。
【請求項５】
傾斜領域が周辺端部まで延びる請求項３の装置。
【請求項６】
傾斜領域が周辺正面領域まで延びる請求項３の装置。
【請求項７】
ターゲットの周辺端部はターゲットの直径Ｒｐを画成し、中央領域は直径Ｒｃを持ち、
中央領域の直径は比Ｒｃ／Ｒｐが約６０％から約９０％の範囲にある請求項４の装置。
【請求項８】
スパッターチャンバ内で用いられるターゲット組立体であって、ターゲットは、
周辺端部の間に延びるスパッター可能なターゲット領域を画成する正面と、ほぼ両周辺
部間の全体的な凹形状を画成するスパッター可能なターゲット領域と、を有し、ターゲッ
トの周辺端部はターゲット直径Ｒｐを画成し、中央領域は直径Ｒｃを持ち、そして、中央
領域の直径は、比Ｒｃ／Ｒｐが約６０％から約９０％の範囲に入るターゲット組立体。
【請求項９】
全体的な凹形状は、傾斜領域に囲まれたほぼ平坦な中央領域によって画成される請求
項８のターゲット組立体。
【請求項１０】
傾斜領域は、角度が約５度から約２０度の範囲で傾斜し、ターゲットの周辺端部の厚
さが中央領域の厚さより厚い請求項９のターゲット組立体。
【請求項１１】
傾斜領域の角度が約７度から約１３度の範囲である請求項１０のターゲット組立体。
【請求項１２】
ターゲットが受け板に結合されている請求項８のターゲット組立体。
【請求項１３】
装置はさらに、ターゲットから材料をスパッターするためにＤＣ電源がターゲットに結
合されている請求項１の装置。
【図１】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図３Ｅ】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図６Ｄ】
【図６Ｅ】
【図６Ｆ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図７Ｄ】
【図７Ｅ】
【図７Ｆ】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図３Ｅ】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図６Ｄ】
【図６Ｅ】
【図６Ｆ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図７Ｄ】
【図７Ｅ】
【図７Ｆ】
【公表番号】特表２０１２−５２２８９４（Ｐ２０１２−５２２８９４Ａ）
【公表日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５０３５９８（Ｐ２０１２−５０３５９８）
【出願日】平成２２年３月３０日（２０１０．３．３０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０２９１７１
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１１４８２３
【国際公開日】平成２２年１０月７日（２０１０．１０．７）
【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２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月３０日（２０１０．３．３０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０２９１７１
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１１４８２３
【国際公開日】平成２２年１０月７日（２０１０．１０．７）
【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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