JPH0774445B2 - 閉ループ制御反応スパッタリングにより所定成分比の金属化合物層を形成するプロセス及び装置 - Google Patents
閉ループ制御反応スパッタリングにより所定成分比の金属化合物層を形成するプロセス及び装置Info
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- JPH0774445B2 JPH0774445B2 JP2284094A JP28409490A JPH0774445B2 JP H0774445 B2 JPH0774445 B2 JP H0774445B2 JP 2284094 A JP2284094 A JP 2284094A JP 28409490 A JP28409490 A JP 28409490A JP H0774445 B2 JPH0774445 B2 JP H0774445B2
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、基板への金属化合物の層の反応スパッタリン
グに関する。特に、本発明は、ターゲットから該金属を
スパッタリングするのに使われる電圧を制御し、スパッ
タリングされる金属原子への反応ガスの流れを促進して
所定成分比の金属化合物層を形成させることを含む、半
導体基板上に所定成分比の金属化合物層を反応スパッタ
リングによって形成するプロセス及び装置に関する。
グに関する。特に、本発明は、ターゲットから該金属を
スパッタリングするのに使われる電圧を制御し、スパッ
タリングされる金属原子への反応ガスの流れを促進して
所定成分比の金属化合物層を形成させることを含む、半
導体基板上に所定成分比の金属化合物層を反応スパッタ
リングによって形成するプロセス及び装置に関する。
（従来技術とその問題点） 例えば平面型マグネトロンなどのパワーソースを一定パ
ワーの発生源として使用して例えばチタンターゲットな
どの金属ターゲットを窒素（N2）などの反応ガス雰囲気
中でスパッタリングする技術は、例えば窒化チタン（Ti
N）などの金属化合物の膜を高速蒸着させる周知の技術
である。しかし、この様な反応スパッタリングプロセス
を制御して、蒸着又は膜形成の速度を最大にし、膜の成
分比を制御することは、共に、達成困難であった。
ワーの発生源として使用して例えばチタンターゲットな
どの金属ターゲットを窒素（N2）などの反応ガス雰囲気
中でスパッタリングする技術は、例えば窒化チタン（Ti
N）などの金属化合物の膜を高速蒸着させる周知の技術
である。しかし、この様な反応スパッタリングプロセス
を制御して、蒸着又は膜形成の速度を最大にし、膜の成
分比を制御することは、共に、達成困難であった。
反応スパッタリングは非常に融通の効くコーティング技
術であり、チタンターゲットと反応ガスとしてのN2とを
使って、例えばTiNなどの、多様な化合物材料の調製を
可能にするものである。しかし、それには、従来から、
一つの大きな欠点があった。N2等の反応ガスの分圧が、
基板表面上に金属化合物の所定成分比の膜を形成するの
に適当なレベルに達すると、同じ金属化合物が金属ター
ゲットの表面にも形成される。これに起因して、ターゲ
ットの表面に金属化合物が形成される結果として、チャ
ンバ内の反応ガスと反応させることの出来るターゲット
金属の量が少なくなるので、チャンバ内の反応ガスの分
圧が上昇する。その原因は、金属ターゲットのスパッタ
リング速度がターゲット表面の金属化合物の存在により
変化して、ターゲットから弾き出されて反応ガスと反応
出来る金属イオンの量が少なくなること、反応ガスとの
反応に利用できる金属ターゲット表面が狭まること、の
両方である。
術であり、チタンターゲットと反応ガスとしてのN2とを
使って、例えばTiNなどの、多様な化合物材料の調製を
可能にするものである。しかし、それには、従来から、
一つの大きな欠点があった。N2等の反応ガスの分圧が、
基板表面上に金属化合物の所定成分比の膜を形成するの
に適当なレベルに達すると、同じ金属化合物が金属ター
ゲットの表面にも形成される。これに起因して、ターゲ
ットの表面に金属化合物が形成される結果として、チャ
ンバ内の反応ガスと反応させることの出来るターゲット
金属の量が少なくなるので、チャンバ内の反応ガスの分
圧が上昇する。その原因は、金属ターゲットのスパッタ
リング速度がターゲット表面の金属化合物の存在により
変化して、ターゲットから弾き出されて反応ガスと反応
出来る金属イオンの量が少なくなること、反応ガスとの
反応に利用できる金属ターゲット表面が狭まること、の
両方である。
反応ガス濃度の上昇と、ターゲット上に金属化合物が形
成されることに起因するターゲットのスパッタリング速
度の変化とに基づいて、形成される金属化合物膜の成分
比がこの様に変化するので、反応ガスと反応させること
の出来る弾き出された金属イオンの濃度が変化し、その
結果として、弾き出された金属原子及び反応ガス原子の
両方を含むけれども所望成分比の金属化合物の均一な層
を形成するの適した成分比を持たない望ましくない膜が
基板上に生じることとなる。
成されることに起因するターゲットのスパッタリング速
度の変化とに基づいて、形成される金属化合物膜の成分
比がこの様に変化するので、反応ガスと反応させること
の出来る弾き出された金属イオンの濃度が変化し、その
結果として、弾き出された金属原子及び反応ガス原子の
両方を含むけれども所望成分比の金属化合物の均一な層
を形成するの適した成分比を持たない望ましくない膜が
基板上に生じることとなる。
チャンバ内のN2の分圧を監視し、窒素圧の低下を感知し
たときにN2の流れを減少させることによってチタンの反
応スパッタリングを制御してTiN膜を形成することが提
案されている。これは、1985年５月/6月に刊行された真
空科学技術誌（the Journal of Vacuum Science Techno
logy,A 3（３）の592−595ページの、H.F.Hmielによる
「反応スパッタリングされる窒化チタンの分圧制御」
（“Partial Pressure Control of Reactively Sputter
ed Titanium Nitride"）に詳しく記載されている。著者
は、マイクロプロセッサ制御されるアルゴン及び窒素フ
ローバルブと共に四重極質量分析計を使用してスパッタ
リングチャンバ内へのアルゴン及び窒素の両方の流れを
制御してスパッタリングを制御することを説明してい
る。
たときにN2の流れを減少させることによってチタンの反
応スパッタリングを制御してTiN膜を形成することが提
案されている。これは、1985年５月/6月に刊行された真
空科学技術誌（the Journal of Vacuum Science Techno
logy,A 3（３）の592−595ページの、H.F.Hmielによる
「反応スパッタリングされる窒化チタンの分圧制御」
（“Partial Pressure Control of Reactively Sputter
ed Titanium Nitride"）に詳しく記載されている。著者
は、マイクロプロセッサ制御されるアルゴン及び窒素フ
ローバルブと共に四重極質量分析計を使用してスパッタ
リングチャンバ内へのアルゴン及び窒素の両方の流れを
制御してスパッタリングを制御することを説明してい
る。
残念なことに、この種のシステムの応答時間は違い。そ
れは、スパッタリングチャンバからサンプリングされた
ガスの窒素含有量を質量分析計内で分析し、その結果を
マイクロプロセッサに送らなければならず、その後に該
マイクロプロセッサがスパッタリングチャンバ内への窒
素の流れを調整して、結局は該チャンバ内の窒素濃度の
所望の変化を生じさせなければならないからである。
れは、スパッタリングチャンバからサンプリングされた
ガスの窒素含有量を質量分析計内で分析し、その結果を
マイクロプロセッサに送らなければならず、その後に該
マイクロプロセッサがスパッタリングチャンバ内への窒
素の流れを調整して、結局は該チャンバ内の窒素濃度の
所望の変化を生じさせなければならないからである。
この前に、アルミニウム・ターゲット及びAr/N2スパッ
タリングガス混合物を使うA1N膜の反応スパッタリング
の制御が1982年３月に刊行された真空科学技術誌（the
Journal of Vacuum Science Technology,A 20（３））
の第376−378ページの「A1N薄膜の電圧制御反応プレー
ナーマグネトロン・スパッタリング」（“Voltage Cont
rolled,Reactive Planar Magnetron Sputtering of A1N
Thin Films"）においてマクマホン（McMahon），アフ
ィチト（Affinito）、及びパーソンズ（Parsons）によ
り考究されると共に、1984年７月−９月の真空科学技術
誌（the Journal of Vacuum Science Technology.A2
（３）の第1275−1284ページの「Ar/N2及びAr/O2雰囲気
中でのAlの電圧制御反応プレーナーマグネトロン・スパ
ッタリングのメカニズム」（“Mechanisms of Volage C
ontrolled,Reactive Planar Magnetron Sputtering of
Al in Ar/N2 and Ar/O2 Atmospheres"）においてアフィ
ニト（Affinito），及びパーソンズ（Parsons）により
考究された。
タリングガス混合物を使うA1N膜の反応スパッタリング
の制御が1982年３月に刊行された真空科学技術誌（the
Journal of Vacuum Science Technology,A 20（３））
の第376−378ページの「A1N薄膜の電圧制御反応プレー
ナーマグネトロン・スパッタリング」（“Voltage Cont
rolled,Reactive Planar Magnetron Sputtering of A1N
Thin Films"）においてマクマホン（McMahon），アフ
ィチト（Affinito）、及びパーソンズ（Parsons）によ
り考究されると共に、1984年７月−９月の真空科学技術
誌（the Journal of Vacuum Science Technology.A2
（３）の第1275−1284ページの「Ar/N2及びAr/O2雰囲気
中でのAlの電圧制御反応プレーナーマグネトロン・スパ
ッタリングのメカニズム」（“Mechanisms of Volage C
ontrolled,Reactive Planar Magnetron Sputtering of
Al in Ar/N2 and Ar/O2 Atmospheres"）においてアフィ
ニト（Affinito），及びパーソンズ（Parsons）により
考究された。
この二つの論文において、アルゴン／窒素混合気中での
アルミニウムの反応スパッタリングにより所定成分比の
A1N薄膜を形成するためのガス供給、パワー、電流、及
び電圧の制御が論じられている。先の論文において、著
者は、一定ガス流量及び電圧の制御がアルミニウムの反
応プレーナーマグネトロン・スパッタリングには最も適
していると結論した。
アルミニウムの反応スパッタリングにより所定成分比の
A1N薄膜を形成するためのガス供給、パワー、電流、及
び電圧の制御が論じられている。先の論文において、著
者は、一定ガス流量及び電圧の制御がアルミニウムの反
応プレーナーマグネトロン・スパッタリングには最も適
していると結論した。
（先の論文の著者のうちの二人による）後の論文におい
て、著者はAl−Ar/N2系にはＶ（カソード電圧）及びＰ
（反応ガス分圧）の間に一価の単調な関数関係が存在
し、Ｉ（電流）各値がＶ又はＰの三つの値に対応する範
囲が存在することを既に発見していたと述べる共に、Ｖ
を制御することによって排気が操作されるときには、Ｉ
−Ｖ−Ｐの組合せの全範囲で操作することが出来た。と
述べた。しかし、その後で、後者は、その後に、Ar/O2
雰囲気中でのAl、Zn、In及びMoでの実験から、裸の金属
ターゲットの状態と、完全に被覆されたターゲットの状
態との間の遷移時には電圧制御が不可能であることが明
らかとなった、と記した。著者は、Ar/N2雰囲気中で
は、制御はMoでは不可能であったがZnは可能であったと
も記している。
て、著者はAl−Ar/N2系にはＶ（カソード電圧）及びＰ
（反応ガス分圧）の間に一価の単調な関数関係が存在
し、Ｉ（電流）各値がＶ又はＰの三つの値に対応する範
囲が存在することを既に発見していたと述べる共に、Ｖ
を制御することによって排気が操作されるときには、Ｉ
−Ｖ−Ｐの組合せの全範囲で操作することが出来た。と
述べた。しかし、その後で、後者は、その後に、Ar/O2
雰囲気中でのAl、Zn、In及びMoでの実験から、裸の金属
ターゲットの状態と、完全に被覆されたターゲットの状
態との間の遷移時には電圧制御が不可能であることが明
らかとなった、と記した。著者は、Ar/N2雰囲気中で
は、制御はMoでは不可能であったがZnは可能であったと
も記している。
反応ガスによる半導体ウェーハ上への所定成分比の金属
化合物の形成のプロセスの制御を改善する必要がある。
化合物の形成のプロセスの制御を改善する必要がある。
（本発明の目的） 従って、本発明の目的は、反応スパッタリングによる半
導体ウェーハ上への所定成分比の金属化合物層の形成を
改善する方法及び装置を提供することである。
導体ウェーハ上への所定成分比の金属化合物層の形成を
改善する方法及び装置を提供することである。
本発明の他の目的は、定電力源の電力レベルをリセット
してターゲット電圧を調整して、金属化合物が正しい成
分比を持って形成される範囲内に反応条件を維持するこ
とにより、反応スパッタリングによる半導体ウェーハ上
への所定成分比の金属化合物層の形成を改善する方法及
び装置を提供することである。
してターゲット電圧を調整して、金属化合物が正しい成
分比を持って形成される範囲内に反応条件を維持するこ
とにより、反応スパッタリングによる半導体ウェーハ上
への所定成分比の金属化合物層の形成を改善する方法及
び装置を提供することである。
本発明の他の目的は、ターゲット電圧監視信号から定電
力源上の電力レベルセット信号へのフィードバックルー
プを設けてターゲット電圧を調整して、金属化合物が正
しい成分比を持って形成される範囲内に反応条件を維持
することにより、反応スパッタリングによる半導体ウェ
ーハ上への所定成分比の金属化合物層の形成を改善する
方法及び装置を提供することである。
力源上の電力レベルセット信号へのフィードバックルー
プを設けてターゲット電圧を調整して、金属化合物が正
しい成分比を持って形成される範囲内に反応条件を維持
することにより、反応スパッタリングによる半導体ウェ
ーハ上への所定成分比の金属化合物層の形成を改善する
方法及び装置を提供することである。
本発明の他の目的は、チャンバ内の反応ガスを、スパッ
タリングされている金属ターゲットと、スパッタリング
された金属及び反応ガスの反応生成物が蒸着されるウェ
ーハとの間の領域へ輸送する手段を設けて、正しい成分
比を持った反応生成物の形成を促進することにより、反
応スパッタリングによる半導体ウェーハ上への所定成分
比の金属化合物層の形成を改善する方法及び装置を提供
することである。
タリングされている金属ターゲットと、スパッタリング
された金属及び反応ガスの反応生成物が蒸着されるウェ
ーハとの間の領域へ輸送する手段を設けて、正しい成分
比を持った反応生成物の形成を促進することにより、反
応スパッタリングによる半導体ウェーハ上への所定成分
比の金属化合物層の形成を改善する方法及び装置を提供
することである。
（実施例） 本発明は、反応ガスの存在下でターゲットから金属を弾
き出すことによって形成される所定成分比の金属化合物
層を半導体ウェーハ上に形成蒸着させる方法及び装置か
ら成るものである。
き出すことによって形成される所定成分比の金属化合物
層を半導体ウェーハ上に形成蒸着させる方法及び装置か
ら成るものである。
本発明は、反応スパッタリングによって所定成分比の金
属化合物層を形成する反応条件を制御するべくターゲッ
ト電圧を調整し制御するプロセス及び装置も包含する。
属化合物層を形成する反応条件を制御するべくターゲッ
ト電圧を調整し制御するプロセス及び装置も包含する。
本発明は、スパッタリングされるターゲットと、反応ガ
スとスパッタリングされる金属との所定成分比の反応生
成物の層が形成されるウェーハとの間の領域に充分な量
の反応ガスを輸送するプロセス及び装置も包含する。
スとスパッタリングされる金属との所定成分比の反応生
成物の層が形成されるウェーハとの間の領域に充分な量
の反応ガスを輸送するプロセス及び装置も包含する。
本書において、「反応ガス」という用語は、金属ターゲ
ットから弾き出された金属イオンと反応して金属化合物
を形成することが出来ると共に、スパッタリングされる
金属ターゲットと、所定成分比の生成物がその上に生じ
るウェーハとの間の領域に供給されて反応と所定成分比
の反応生成物の形成とを可能にするガスを定義するもの
である。
ットから弾き出された金属イオンと反応して金属化合物
を形成することが出来ると共に、スパッタリングされる
金属ターゲットと、所定成分比の生成物がその上に生じ
るウェーハとの間の領域に供給されて反応と所定成分比
の反応生成物の形成とを可能にするガスを定義するもの
である。
「反応スパッタリング」という用語は、金属ターゲット
のスパッタリングが、弾き出された金属イオンと反応す
ることの出来る反応ガスの存在下で行われて、半導体ウ
ェーハの表面上に反応生成物層を形成させるスパッタリ
ングプロセスを定義するものである。
のスパッタリングが、弾き出された金属イオンと反応す
ることの出来る反応ガスの存在下で行われて、半導体ウ
ェーハの表面上に反応生成物層を形成させるスパッタリ
ングプロセスを定義するものである。
「所定成分比の化合物」という用語は、ウェーハ上の原
子の物理的混合物ではなくて、化学的化合物を形成する
金属原子と反応ガス原子との反応生成物を意味する。ウ
ェーハ上に形成される層は、例えば50原子％チタン及び
50原子％窒素などの単相物質だけで含有するならば、所
定成分比の化合物と見なされる。
子の物理的混合物ではなくて、化学的化合物を形成する
金属原子と反応ガス原子との反応生成物を意味する。ウ
ェーハ上に形成される層は、例えば50原子％チタン及び
50原子％窒素などの単相物質だけで含有するならば、所
定成分比の化合物と見なされる。
反応窒素ガスの存在下でのチタン金属ターゲットの反応
スパッタリングとの関係で本発明を説明するけれども、
これは例示であって、限定的意味に解されるべきではな
い。
スパッタリングとの関係で本発明を説明するけれども、
これは例示であって、限定的意味に解されるべきではな
い。
ターゲット電圧を制御する方法及び手段と、ターゲット
及びウェーハの間の領域に反応ガスを輸送する方法及び
手段とを含む、半導体ウェーハ上に所定成分比の窒化チ
タン層を形成する後述の反応スパッタリングプロセス及
び装置は、半導体ウェーハ上に他の金属化合物を反応ス
パッタリングにより形成するのにも、同じく適用可能で
ある。
及びウェーハの間の領域に反応ガスを輸送する方法及び
手段とを含む、半導体ウェーハ上に所定成分比の窒化チ
タン層を形成する後述の反応スパッタリングプロセス及
び装置は、半導体ウェーハ上に他の金属化合物を反応ス
パッタリングにより形成するのにも、同じく適用可能で
ある。
例えば、スパッタリングされる金属は、チタンの他に、
Al、Si、Ta、Cu、及びZnであってもよく、反応ガスは、
窒素の他に、O2、シラン（SiH4）、及びN2Oであっても
よい。
Al、Si、Ta、Cu、及びZnであってもよく、反応ガスは、
窒素の他に、O2、シラン（SiH4）、及びN2Oであっても
よい。
以下に一層詳しく参照する第２図は、反応スパッタリン
グプロセスに使われる装置を一般的に示す。頂壁14を有
するチャンバ10がガス入口18を備えており、これを通し
てアルゴンなどのスパッタリングガスと窒素などの反応
ガスの混合気をチャンバ10へ送り込むことが出来る。
グプロセスに使われる装置を一般的に示す。頂壁14を有
するチャンバ10がガス入口18を備えており、これを通し
てアルゴンなどのスパッタリングガスと窒素などの反応
ガスの混合気をチャンバ10へ送り込むことが出来る。
チャンバ10は出口ポート20も備えており、これは、約１
×10-7Torrないし約１×10-7Torrの範囲内の真空をチャ
ンバ10内に維持するために真空ポンプ（図示せず）に接
続されている。
×10-7Torrないし約１×10-7Torrの範囲内の真空をチャ
ンバ10内に維持するために真空ポンプ（図示せず）に接
続されている。
例えばチタンなどの、スパッタリングされるべき金属か
ら成るターゲットが絶縁体32を介してチャンバ10の頂壁
14に取り付けられている。このターゲットは、プレーナ
ーマグネトロンなどの定電力接地電源40の負端子に接続
されており、この電源は、約500ないし約15,000ワット
の範囲内の一定電力を、約−250ないし約−750ボルト
の、好ましくは約−300ないし約−400Vの負電圧のター
ゲットに供給する。
ら成るターゲットが絶縁体32を介してチャンバ10の頂壁
14に取り付けられている。このターゲットは、プレーナ
ーマグネトロンなどの定電力接地電源40の負端子に接続
されており、この電源は、約500ないし約15,000ワット
の範囲内の一定電力を、約−250ないし約−750ボルト
の、好ましくは約−300ないし約−400Vの負電圧のター
ゲットに供給する。
チャンバ10は、反応スパッタリングプロセス中にウェー
ハを約25℃ないし約500℃の、好ましくは約300℃ないし
約500℃の範囲内の、典型的には約450℃の温度に保つ加
熱手段62を包含するウェーハ支持プラットフォーム60も
包含している。
ハを約25℃ないし約500℃の、好ましくは約300℃ないし
約500℃の範囲内の、典型的には約450℃の温度に保つ加
熱手段62を包含するウェーハ支持プラットフォーム60も
包含している。
プラットフォーム60は、更に、プラットフォーム60の上
面に密封的に取り付けられたウェーハ70の裏側にアルゴ
ンなどのガスを導入するためのガスポート64を包含す
る。このガスは、加熱及び冷却の目的でウェーハを支持
プラットフォームに熱的に結合させる役割を果たす。ウ
ェーハ70がチャンバ10内のプラットフォーム60上に装填
された後、プラットフォーム及びウェーハは第２図に示
されている位置まで昇降手段80によって持ち上げられ
る。
面に密封的に取り付けられたウェーハ70の裏側にアルゴ
ンなどのガスを導入するためのガスポート64を包含す
る。このガスは、加熱及び冷却の目的でウェーハを支持
プラットフォームに熱的に結合させる役割を果たす。ウ
ェーハ70がチャンバ10内のプラットフォーム60上に装填
された後、プラットフォーム及びウェーハは第２図に示
されている位置まで昇降手段80によって持ち上げられ
る。
スパッタリンプロセスを開始させるために、アルゴンな
どのスパッタリングガスが、反応ガスと共に、又は反応
ガス無しで、入口ポート18を通してチャンバ内に導入さ
れ、ターゲットとチャンバ10の接地されている壁との間
にプラズマが点火される。
どのスパッタリングガスが、反応ガスと共に、又は反応
ガス無しで、入口ポート18を通してチャンバ内に導入さ
れ、ターゲットとチャンバ10の接地されている壁との間
にプラズマが点火される。
プラズマ中のイオン化されたアルゴン原子は、チタンタ
ーゲット30に衝突してチタンイオンを表面から弾き出
す。反応ガスが未だ流れ始めていなければ、窒素などの
反応ガスの流れが始められて、反応窒素ガスと弾き出さ
れたチタンイオンとが半導体ウェーハ上又はその付近で
反応し、チタン及び窒素の両方の原子を含有する層が蒸
着される結果となる。
ーゲット30に衝突してチタンイオンを表面から弾き出
す。反応ガスが未だ流れ始めていなければ、窒素などの
反応ガスの流れが始められて、反応窒素ガスと弾き出さ
れたチタンイオンとが半導体ウェーハ上又はその付近で
反応し、チタン及び窒素の両方の原子を含有する層が蒸
着される結果となる。
典型的には、スパッタリングガスの流れは約30ないし約
150標準率法cm/分（sccm）であり、反応ガスの流れは約
30ないし約150sccmである。該混合気中のガスの該チャ
ンバ中への流れの正確な量は、チャンバのサイズ、真空
ポンプシステムの容量などの他の要素にも依存する。
150標準率法cm/分（sccm）であり、反応ガスの流れは約
30ないし約150sccmである。該混合気中のガスの該チャ
ンバ中への流れの正確な量は、チャンバのサイズ、真空
ポンプシステムの容量などの他の要素にも依存する。
該プロセスを、蒸着の速度と、形成される金属化合物の
層の所望の厚みとに関連する時間にわたって行わせるこ
とが出来る。蒸着速度は、普通は、毎分約500Åないし
毎分約5000Åにわたる範囲内の速度である。金属化合物
の蒸着される膜の厚みは普通は約500Åないし約2000Å
の範囲内の厚みである。
層の所望の厚みとに関連する時間にわたって行わせるこ
とが出来る。蒸着速度は、普通は、毎分約500Åないし
毎分約5000Åにわたる範囲内の速度である。金属化合物
の蒸着される膜の厚みは普通は約500Åないし約2000Å
の範囲内の厚みである。
ここで第３図のグラフを参照すると、チタンターゲット
をスパッタリングするのに使用されるターゲット電圧
が、反応スパッタリングプロセスが起こっているチャン
バ10内への反応ガスとしての窒素の流れと対照されてプ
ロットされている。
をスパッタリングするのに使用されるターゲット電圧
が、反応スパッタリングプロセスが起こっているチャン
バ10内への反応ガスとしての窒素の流れと対照されてプ
ロットされている。
このグラフにおいて、点を伴って図示されている線は、
チタンターゲットが最初にスパッタリングされてチタン
イオンを生じさせ、このイオン窒素ガス中の窒素原子と
反応して窒化チタンを形成するときの反応を示す。電圧
が高まり、窒素の流れも増えるにつれて、窒素の一部が
点Ｅからチタンターゲットと反応し始めてターゲットの
表面に窒化チタンを形成し、その結果として、定電力源
を使用していて窒化チタン層の抵抗が増大して電流の流
れが低下したためにグラフ上の点Ｆに示されている様に
ターゲット電圧が急に上昇する。
チタンターゲットが最初にスパッタリングされてチタン
イオンを生じさせ、このイオン窒素ガス中の窒素原子と
反応して窒化チタンを形成するときの反応を示す。電圧
が高まり、窒素の流れも増えるにつれて、窒素の一部が
点Ｅからチタンターゲットと反応し始めてターゲットの
表面に窒化チタンを形成し、その結果として、定電力源
を使用していて窒化チタン層の抵抗が増大して電流の流
れが低下したためにグラフ上の点Ｆに示されている様に
ターゲット電圧が急に上昇する。
その後、スパッタリングプロセスは、いわゆる「滅殺」
モード（poisoned mode）に入って、チタンターゲット
は、その上の窒化チタンの層と共にスパッタリングされ
続けて、少なくとも、窒素原子と反応し得るチタン原子
の産出が続くと共に、ターゲット表面に形成されつつあ
る窒化チタンのスパッタリングがある程度行われる結果
となる。
モード（poisoned mode）に入って、チタンターゲット
は、その上の窒化チタンの層と共にスパッタリングされ
続けて、少なくとも、窒素原子と反応し得るチタン原子
の産出が続くと共に、ターゲット表面に形成されつつあ
る窒化チタンのスパッタリングがある程度行われる結果
となる。
しかし、蒸着された層を分析することによって、基板上
に形成される、チタン及び窒素の両方を含む蒸着層は、
ターゲット電圧の急激な上昇の前にも後にも、所望の所
定成分比のTiNではないことが分かった。点Ｅと点Ｆと
の間にプロットされたターゲット電圧及び窒素流の反応
条件の下では、窒化チタンは、あるとしても極僅かで、
主としてチタンがターゲットから弾き出されるので、蒸
着する反応生成物はチタン含有量が多過ぎる。
に形成される、チタン及び窒素の両方を含む蒸着層は、
ターゲット電圧の急激な上昇の前にも後にも、所望の所
定成分比のTiNではないことが分かった。点Ｅと点Ｆと
の間にプロットされたターゲット電圧及び窒素流の反応
条件の下では、窒化チタンは、あるとしても極僅かで、
主としてチタンがターゲットから弾き出されるので、蒸
着する反応生成物はチタン含有量が多過ぎる。
一方、点を伴う線の上の点Ｆより右側の反応条件の下で
は、即ち、ターゲット電圧が突然上昇した後は、窒素流
が減少すると共に弾き出される使用可能なチタンイオン
が減少するので、反応生成物は窒素含有量が多過ぎるこ
とになる。
は、即ち、ターゲット電圧が突然上昇した後は、窒素流
が減少すると共に弾き出される使用可能なチタンイオン
が減少するので、反応生成物は窒素含有量が多過ぎるこ
とになる。
この点では、シーケンスを逆転させるためにオペレータ
によって窒素ガス流が減少させられるか又はターゲット
電圧が下げられる。しかし、グラフ中の十字印が付され
ている線により示されている様に、プロセス条件の逆転
は、先のプロットをたどらずに、点Ｄに到るまでターゲ
ット電圧及び窒素流の両方を徐々に低下させ、この時に
窒素流及び該電圧の両方が急速に低下し始める。
によって窒素ガス流が減少させられるか又はターゲット
電圧が下げられる。しかし、グラフ中の十字印が付され
ている線により示されている様に、プロセス条件の逆転
は、先のプロットをたどらずに、点Ｄに到るまでターゲ
ット電圧及び窒素流の両方を徐々に低下させ、この時に
窒素流及び該電圧の両方が急速に低下し始める。
ターゲット電圧及び窒素流量の両方を、曲線上に十字印
で示した点Ｃと点Ｄとの間の範囲に保つことが出来るな
らば、所定成分比のTiN生成物の層を半導体ウェーハ上
に形成させることが出来ることが分かっている。
で示した点Ｃと点Ｄとの間の範囲に保つことが出来るな
らば、所定成分比のTiN生成物の層を半導体ウェーハ上
に形成させることが出来ることが分かっている。
従来技術において、窒素流の制御によって所定成分比の
TiNを形成させることが出来ることが認められている
が、これに対して、本発明では、ターゲット電圧を監視
して、スパッタリングされているターゲットに接続され
た定電力源の電力レベルをリセットして所望のターゲッ
ト電圧を得ることによって、ターゲットの電圧レベルを
グラフ上の点Ｃと点Ｄとの間の範囲に、即ち、約370な
いし約385ボルトの範囲に保つことにより反応条件を制
御する。
TiNを形成させることが出来ることが認められている
が、これに対して、本発明では、ターゲット電圧を監視
して、スパッタリングされているターゲットに接続され
た定電力源の電力レベルをリセットして所望のターゲッ
ト電圧を得ることによって、ターゲットの電圧レベルを
グラフ上の点Ｃと点Ｄとの間の範囲に、即ち、約370な
いし約385ボルトの範囲に保つことにより反応条件を制
御する。
ここで第３図の略図を参照すると、定電力源又は電源40
を制御するのに使われる回路が示されている。電源40
は、アドバンスト・エネルギー・インダストリーズ（Ad
vanced Energy Industries）のモデルMDX10定電力源な
どの定電力接地電源であるが、電力セット入力端子を備
えていて、これを通して信号を該電源に送り込んで定電
力のレベルをセットすることが出来る。
を制御するのに使われる回路が示されている。電源40
は、アドバンスト・エネルギー・インダストリーズ（Ad
vanced Energy Industries）のモデルMDX10定電力源な
どの定電力接地電源であるが、電力セット入力端子を備
えていて、これを通して信号を該電源に送り込んで定電
力のレベルをセットすることが出来る。
第２図及び第４図に示されている様に、電力セット信号
を、最初に、電力セット48に接続されたＢ端子にスイッ
チ50をセットすることによって初期電力セット源48から
電源40に送り込むことが出来る。この初期電力セット信
号は、０ないし10Vの範囲内の調整可能な電圧源から成
るか、或いは、温度、圧力などの他のプロセスパラメー
タを監視し制御するのに使うことの出来るコンピュータ
ーなどの、一層複雑な制御メカニズムから成る。最も単
純な形においては、電力セット48は、単に、第３図にお
いて点Ｃと点Ｔとの間に指定される範囲内でプロセスを
開始させるのに一般に必要とされる大体の電力レベルを
提供するために経験的に決定することの出来る電圧の信
号から成る。
を、最初に、電力セット48に接続されたＢ端子にスイッ
チ50をセットすることによって初期電力セット源48から
電源40に送り込むことが出来る。この初期電力セット信
号は、０ないし10Vの範囲内の調整可能な電圧源から成
るか、或いは、温度、圧力などの他のプロセスパラメー
タを監視し制御するのに使うことの出来るコンピュータ
ーなどの、一層複雑な制御メカニズムから成る。最も単
純な形においては、電力セット48は、単に、第３図にお
いて点Ｃと点Ｔとの間に指定される範囲内でプロセスを
開始させるのに一般に必要とされる大体の電力レベルを
提供するために経験的に決定することの出来る電圧の信
号から成る。
スイッチ50がＢ位置にある間に、15V直流電源90に接続
されているポテンショメーターR1に零に調整され、又
は、電圧計52の読みがゼロとなるように点Ａ及びＢの間
の電圧を均衡させる。次にスイッチ50は点Ａに切り換え
られ、電源40の電力レベルのフィードバックループ制御
が始まる。
されているポテンショメーターR1に零に調整され、又
は、電圧計52の読みがゼロとなるように点Ａ及びＢの間
の電圧を均衡させる。次にスイッチ50は点Ａに切り換え
られ、電源40の電力レベルのフィードバックループ制御
が始まる。
第２図及び第４図の両方に示されている様に、電源40は
電圧監視信号端子も備えており、この端子には、電力セ
ット信号を介してセットされた電力レベルにおける電源
40の出力電圧に比例する低電圧が現れる。
電圧監視信号端子も備えており、この端子には、電力セ
ット信号を介してセットされた電力レベルにおける電源
40の出力電圧に比例する低電圧が現れる。
この、電源40からの電圧監視信号は、フィードバック制
御ループの点54に入力される。点Ａ及び点Ｂの両方に現
れる電圧は、最初、ポテンショメーターR1で均衡させら
れ、スイッチ50は点Ｂにセットされ、即ち、初期電圧セ
ットコントローラに接続されるので、スイッチ50が点Ａ
に移動させられた直後に最初に電源40にフィードバック
される電力セット信号の電圧レベルは変化するべきでは
ない。
御ループの点54に入力される。点Ａ及び点Ｂの両方に現
れる電圧は、最初、ポテンショメーターR1で均衡させら
れ、スイッチ50は点Ｂにセットされ、即ち、初期電圧セ
ットコントローラに接続されるので、スイッチ50が点Ａ
に移動させられた直後に最初に電源40にフィードバック
される電力セット信号の電圧レベルは変化するべきでは
ない。
しかし、（電力レベルは一定値のままであるので）電流
の変化を反映してターゲット電圧監視信号が変化すると
き、演算増幅器56及び58により増幅されるターゲット電
圧監視信号が変化した結果として、より高い又はより低
い電力セット信号が電源40にフィードバックされて電源
40の定電力セッティングを変化させる。
の変化を反映してターゲット電圧監視信号が変化すると
き、演算増幅器56及び58により増幅されるターゲット電
圧監視信号が変化した結果として、より高い又はより低
い電力セット信号が電源40にフィードバックされて電源
40の定電力セッティングを変化させる。
よって、例えば、ターゲット電圧が上昇していることを
示して電圧監視信号が上昇し始めるとき、点54の電圧が
より高くなる結果として、電源40にフィールドバックさ
れる電力セット信号がより高くなり、定電力レベルがよ
り高いレベルにリセットされることとなる。
示して電圧監視信号が上昇し始めるとき、点54の電圧が
より高くなる結果として、電源40にフィールドバックさ
れる電力セット信号がより高くなり、定電力レベルがよ
り高いレベルにリセットされることとなる。
その結果、より多量のチタンが弾き出されて、ターゲッ
ト電圧が低下して所望の電圧レベルに戻り、この点で電
圧監視信号が低下して電力レベルが再びリセットされる
ことになる。よって、スパッタリング条件の変化を反映
し、従って、反応する窒素の一定の流れと反応出来る弾
き出されたチタン原子の変化を反映するターゲット電圧
が変化すると、電源40の電力レベルが変化して、弾き出
されるチタン原子と反応性の窒素との比率が回復する状
態にターゲット電圧を戻す。よってTiNなどの、所定成
分比の金属化合物がウェーハ上に確実に形成蒸着され
る。
ト電圧が低下して所望の電圧レベルに戻り、この点で電
圧監視信号が低下して電力レベルが再びリセットされる
ことになる。よって、スパッタリング条件の変化を反映
し、従って、反応する窒素の一定の流れと反応出来る弾
き出されたチタン原子の変化を反映するターゲット電圧
が変化すると、電源40の電力レベルが変化して、弾き出
されるチタン原子と反応性の窒素との比率が回復する状
態にターゲット電圧を戻す。よってTiNなどの、所定成
分比の金属化合物がウェーハ上に確実に形成蒸着され
る。
ターゲット電圧を制御して所定比率のチタン原子を反応
性窒素原子と反応させるべく確実に供給することに加え
て、チャンバ10内に窒素などの反応ガスの流れを導入す
る結果として、ターゲット30とウェーハ70との間の小さ
な領域（第２図に100として記されている）において充
分な量の窒素原子が弾き出されたチタン原子と反応する
ことが重要である。換言すれば、チャンバ10内への窒素
原子全体の流れの量が、所望の所定成分比をもたらす量
であっても、充分な量を窒素原子が実際に領域100に到
達しなければ、（チャンバ10に入る流れから計算され
る）窒素原子の対応する量と釣り合わせるのに必要な電
圧の低下の結果として、たとえ所望の成分比が保たれた
としてもTiN層の実際の形成蒸着速度の望ましくない低
下が生じると共に、所望の成分比に影響が及び可能性が
生じる。
性窒素原子と反応させるべく確実に供給することに加え
て、チャンバ10内に窒素などの反応ガスの流れを導入す
る結果として、ターゲット30とウェーハ70との間の小さ
な領域（第２図に100として記されている）において充
分な量の窒素原子が弾き出されたチタン原子と反応する
ことが重要である。換言すれば、チャンバ10内への窒素
原子全体の流れの量が、所望の所定成分比をもたらす量
であっても、充分な量を窒素原子が実際に領域100に到
達しなければ、（チャンバ10に入る流れから計算され
る）窒素原子の対応する量と釣り合わせるのに必要な電
圧の低下の結果として、たとえ所望の成分比が保たれた
としてもTiN層の実際の形成蒸着速度の望ましくない低
下が生じると共に、所望の成分比に影響が及び可能性が
生じる。
従って、本発明は、他の面においては、弾き出された金
属と反応ガスとの反応生成物が、領域100から、該反応
生成物がチャンバ壁に蒸着して、チャンバ内の斯かる有
害な蒸着物を除去するために必要な定期的清掃の範囲を
拡大する様なチャンバ10の他の部分への流出と蒸着とを
阻止しながら反応ガスをチャンバ10の外側部分からター
ゲット30及びウェーハ70の間の領域に効率的に輸送する
方法及び手段を提供する。
属と反応ガスとの反応生成物が、領域100から、該反応
生成物がチャンバ壁に蒸着して、チャンバ内の斯かる有
害な蒸着物を除去するために必要な定期的清掃の範囲を
拡大する様なチャンバ10の他の部分への流出と蒸着とを
阻止しながら反応ガスをチャンバ10の外側部分からター
ゲット30及びウェーハ70の間の領域に効率的に輸送する
方法及び手段を提供する。
再び第２図を第５図及び第６図と共に参照すると、本発
明のこの面に従って、チャンバ10の頂壁14から下方に垂
れ下がる第１円柱状部材110が設けられる。円柱状部材1
10は、ほぼ、頂壁14に取り付けられている。
明のこの面に従って、チャンバ10の頂壁14から下方に垂
れ下がる第１円柱状部材110が設けられる。円柱状部材1
10は、ほぼ、頂壁14に取り付けられている。
円柱状部材110は第２の円柱状部材120内に同軸に収めら
れており、この第２円柱状部材は、チャンバ10の頂壁14
から離間していて、第１円柱状部材110へ延在する支持
ピン122によってチャンバ10内に支持される。第２円柱
状部材120は、第１円柱状部材110のそれより大きな距離
だけチャンバ10の底に向かって下方に延びている。
れており、この第２円柱状部材は、チャンバ10の頂壁14
から離間していて、第１円柱状部材110へ延在する支持
ピン122によってチャンバ10内に支持される。第２円柱
状部材120は、第１円柱状部材110のそれより大きな距離
だけチャンバ10の底に向かって下方に延びている。
第１円柱状部材110内に同軸に収められて、第２円柱状
部材120のそれとほぼ等しい距離だけチャンバ10の底に
向かって下方に伸びる第３の円柱状部材130が、第２円
柱状部材120及び第３円柱状部材130のそれぞれの底部円
柱状エッジに密封的に接合された定壁136を介して第２
円柱状部材120に結合され支持されている。
部材120のそれとほぼ等しい距離だけチャンバ10の底に
向かって下方に伸びる第３の円柱状部材130が、第２円
柱状部材120及び第３円柱状部材130のそれぞれの底部円
柱状エッジに密封的に接合された定壁136を介して第２
円柱状部材120に結合され支持されている。
第３円柱状部材130は、ターゲット30からのウェーハ70
の所望の距離にほぼ等しい距離だけターゲット30から下
方に位置する。第３円柱状部材130の上端にクランプ手
段140が担持されており、この手段は、ウェーハ70の上
面の外周を掴んで、ウェーハ支持プラットフォーム60の
上面周辺部に担持された密封手段66にそれを密封的に押
しつける様になっている。
の所望の距離にほぼ等しい距離だけターゲット30から下
方に位置する。第３円柱状部材130の上端にクランプ手
段140が担持されており、この手段は、ウェーハ70の上
面の外周を掴んで、ウェーハ支持プラットフォーム60の
上面周辺部に担持された密封手段66にそれを密封的に押
しつける様になっている。
クランプ手段140は、単に別の円柱状部材で構成するこ
との出来るものであり、この部材は、第３円柱状部材13
0の周囲に入れ子式に受容されたスカート142と、第３円
柱状部材130の頂部エッジ上に延在してウェーハ70の上
面とエッジに係合する内方に垂れ下がる水平フランジ14
4とを有する。
との出来るものであり、この部材は、第３円柱状部材13
0の周囲に入れ子式に受容されたスカート142と、第３円
柱状部材130の頂部エッジ上に延在してウェーハ70の上
面とエッジに係合する内方に垂れ下がる水平フランジ14
4とを有する。
クランプ手段140は、ウェーハ70をプラットフォーム60
に固着するだけではなくて、密封手段66と協働して、プ
ラットフォーム60とウェーハ70の裏側との間にチャンバ
の形成を可能にするものであり、このチャンバにプラッ
トフォーム60内のガスポート64を介してポンピングによ
りガスを送り込むことによりウェーハ70とプラットフォ
ーム60との熱的結合を改善することが出来る。
に固着するだけではなくて、密封手段66と協働して、プ
ラットフォーム60とウェーハ70の裏側との間にチャンバ
の形成を可能にするものであり、このチャンバにプラッ
トフォーム60内のガスポート64を介してポンピングによ
りガスを送り込むことによりウェーハ70とプラットフォ
ーム60との熱的結合を改善することが出来る。
第５図に示されている様に、プラットフォーム60が下降
位置にある間にウェーハ70が始めてチャンバ10内のプラ
ットフォーム60に載せられる。次にプラットフォーム60
は第３円柱状部材130の内側の点に持ち上げられ、そこ
でクランプ手段140のフランジ144は、第２図に示されて
いる様にウェーハ70に係合する。ウェーハ70を第１円柱
状部材110及び第３円柱状部材130の中のこの位置に持ち
上げると、チャンバ10内により小さな領域100が画定さ
れ、ここで反応スパッタリングプロセスが生じる。
位置にある間にウェーハ70が始めてチャンバ10内のプラ
ットフォーム60に載せられる。次にプラットフォーム60
は第３円柱状部材130の内側の点に持ち上げられ、そこ
でクランプ手段140のフランジ144は、第２図に示されて
いる様にウェーハ70に係合する。ウェーハ70を第１円柱
状部材110及び第３円柱状部材130の中のこの位置に持ち
上げると、チャンバ10内により小さな領域100が画定さ
れ、ここで反応スパッタリングプロセスが生じる。
ウェーハ70が第２図に示されている位置に持ち上げられ
た後、反応スパッタリングプロセスを開始させることが
出来る。この時、反応ガスとスパッタリングガスとの混
合気、又はスパッタリングガスだけがチャンバ10内へ導
入され、ターゲット30とチャンバ10の接地された部分と
の間にプラズマが点火される。
た後、反応スパッタリングプロセスを開始させることが
出来る。この時、反応ガスとスパッタリングガスとの混
合気、又はスパッタリングガスだけがチャンバ10内へ導
入され、ターゲット30とチャンバ10の接地された部分と
の間にプラズマが点火される。
本発明により、ガスは、第２円柱状部材120の頂部とチ
ャンバ10の頂壁14との間のスペースにより画定される通
路126を通過してチャンバ10外側部分から領域100に入
る。次に、ガスは、第２円柱状部材120内壁と第１円柱
状部材110の外壁とにより画定されるスペース内を下降
し、次に第１円柱状部材110の底と底壁136との間のスペ
ースにより画定される第２通路132を通過する。次に、
ガスは、第１円柱状部材110の内壁と第３円柱状部材130
の外壁との間に画定されたスペースを上向きに通過し
て、クランプリング140に隣接する第１円柱状部材110と
第３円柱状部材130との間の第３通路138の領域100内に
入る。
ャンバ10の頂壁14との間のスペースにより画定される通
路126を通過してチャンバ10外側部分から領域100に入
る。次に、ガスは、第２円柱状部材120内壁と第１円柱
状部材110の外壁とにより画定されるスペース内を下降
し、次に第１円柱状部材110の底と底壁136との間のスペ
ースにより画定される第２通路132を通過する。次に、
ガスは、第１円柱状部材110の内壁と第３円柱状部材130
の外壁との間に画定されたスペースを上向きに通過し
て、クランプリング140に隣接する第１円柱状部材110と
第３円柱状部材130との間の第３通路138の領域100内に
入る。
円柱状部材110、120、及び130により画定される、反応
ガスが領域100へ入る道となるこの曲がりくねった経路
は、充分な量の反応ガスが領域100に入って所望の所定
成分比の反応生成物を形成する同時に、生じた反応生成
物が領域100から移動してチャンバ10の他の部分に蒸着
するのを阻止又は抑制する。
ガスが領域100へ入る道となるこの曲がりくねった経路
は、充分な量の反応ガスが領域100に入って所望の所定
成分比の反応生成物を形成する同時に、生じた反応生成
物が領域100から移動してチャンバ10の他の部分に蒸着
するのを阻止又は抑制する。
第２図、第５図及び第６図に示されている様に、第１円
柱状部材110は、更に、弾き出された金属と反応ガスと
の反応生物の領域100の外への逆流を更に抑制する内方
に垂れ下がるフランジ112を備える。
柱状部材110は、更に、弾き出された金属と反応ガスと
の反応生物の領域100の外への逆流を更に抑制する内方
に垂れ下がるフランジ112を備える。
部材110、120及び130を円柱状部材として説明したけれ
ども、相互に対称的に位置して均一なガス流と、領域10
0内へのガスの均一な配給とを保証する限り、他の形状
を使用しても良い。均一なガス流及び領域100内へのガ
スの均一な配給を最大とすることが出来るので、円柱状
部材が好都合である。
ども、相互に対称的に位置して均一なガス流と、領域10
0内へのガスの均一な配給とを保証する限り、他の形状
を使用しても良い。均一なガス流及び領域100内へのガ
スの均一な配給を最大とすることが出来るので、円柱状
部材が好都合である。
本発明を更に説明するために、三つの入れ子にされたシ
リンダを通る上記の反応ガス経路を備えた反応スパッタ
リングチャンバ内にチタンターゲットを装置した。125m
mシリコンウェーハをチャンバ内のプラットフォーム上
に載せ、これを、最も内側のシリンダ上のクランプリン
グがウェーハの上面のエッジに係合する点まで上昇させ
た。ウェーハを約450℃の温度まで加熱し、チャンバを
約１×10-8Torrの圧力まで排気した。100sccmのアルゴ
ンパッタリングガスと、40sccmのN2ガスとチャンバに導
入し、約5000ワットの電力レベルのプラズマをターゲッ
ト間に点火したが、これは約−380Vの初期電位に保たれ
た。
リンダを通る上記の反応ガス経路を備えた反応スパッタ
リングチャンバ内にチタンターゲットを装置した。125m
mシリコンウェーハをチャンバ内のプラットフォーム上
に載せ、これを、最も内側のシリンダ上のクランプリン
グがウェーハの上面のエッジに係合する点まで上昇させ
た。ウェーハを約450℃の温度まで加熱し、チャンバを
約１×10-8Torrの圧力まで排気した。100sccmのアルゴ
ンパッタリングガスと、40sccmのN2ガスとチャンバに導
入し、約5000ワットの電力レベルのプラズマをターゲッ
ト間に点火したが、これは約−380Vの初期電位に保たれ
た。
次に電源コントローラを作動させて、ターゲット電圧を
監視することによって、プレーナーマグネトロン電源の
定電力レベルをリセットしてターゲット電圧を約−350
ないし約−380Vの範囲内に維持した。
監視することによって、プレーナーマグネトロン電源の
定電力レベルをリセットしてターゲット電圧を約−350
ないし約−380Vの範囲内に維持した。
１分後、ガス流と電力とを遮断し、被覆されたウェーハ
をチャンバから取り出し、細かく分けて、走査型電子顕
微鏡、針型プロフィールメーター（stylus profilomete
r）、シート抵抗モニター、及び応力モニターの下で検
査した。約50−80μΩcmの抵抗率と５×109ダイン/cm2
未満の応力とを有する1000Å窒化チタン層がウェーハの
表面上に形成されたことが分かった。この層を、ラザフ
ァード後方散乱オージェ（RBS）分析法と、スパッタリ
ング中性質量分光（SMMS）分析法とにより分析し、この
層が完全に所定成分比のTiN層、即ち、50原子％チタン
及び50原子％窒素を含有する単相の相であることが分か
った。
をチャンバから取り出し、細かく分けて、走査型電子顕
微鏡、針型プロフィールメーター（stylus profilomete
r）、シート抵抗モニター、及び応力モニターの下で検
査した。約50−80μΩcmの抵抗率と５×109ダイン/cm2
未満の応力とを有する1000Å窒化チタン層がウェーハの
表面上に形成されたことが分かった。この層を、ラザフ
ァード後方散乱オージェ（RBS）分析法と、スパッタリ
ング中性質量分光（SMMS）分析法とにより分析し、この
層が完全に所定成分比のTiN層、即ち、50原子％チタン
及び50原子％窒素を含有する単相の相であることが分か
った。
シリンダ内の、ターゲットとウェーハとの間の領域へ窒
素とアルゴンとの混合気体を導入しながら窒化チタン反
応生成物を円柱状部材が包含しないことを示す蒸着物に
ついて円柱状部材の外側のチャンバ壁を視覚的に検査し
た。チャンバ壁上には、窒化チタン蒸着物の形跡は殆ど
発見されず、入れ子式の円柱状部材により画定される曲
がりくねったガス経路が、ターゲットとウェーハとの間
の反応領域の外側への窒化チタン反応生成物の移動を阻
止したことが示される。
素とアルゴンとの混合気体を導入しながら窒化チタン反
応生成物を円柱状部材が包含しないことを示す蒸着物に
ついて円柱状部材の外側のチャンバ壁を視覚的に検査し
た。チャンバ壁上には、窒化チタン蒸着物の形跡は殆ど
発見されず、入れ子式の円柱状部材により画定される曲
がりくねったガス経路が、ターゲットとウェーハとの間
の反応領域の外側への窒化チタン反応生成物の移動を阻
止したことが示される。
よって、本発明は、定電力源の電力レベルの調整を通じ
てのターゲット電圧の新規な制御方法と、ターゲット
と、反応生成物がその上に形成されるウェーハとの間の
反応領域内へのガスの流れを制御して、ターゲットとウ
ェーハとの間の反応領域を囲む表面へ反応生成物を蒸着
させつつ反応ガスを充分に供給する新規な手段とによ
り、スパッタリングされた金属と反応ガスとの所定成分
比の反応生成物の反応スパッタリングを行う新規なプロ
セスと装置とを提供するものである。
てのターゲット電圧の新規な制御方法と、ターゲット
と、反応生成物がその上に形成されるウェーハとの間の
反応領域内へのガスの流れを制御して、ターゲットとウ
ェーハとの間の反応領域を囲む表面へ反応生成物を蒸着
させつつ反応ガスを充分に供給する新規な手段とによ
り、スパッタリングされた金属と反応ガスとの所定成分
比の反応生成物の反応スパッタリングを行う新規なプロ
セスと装置とを提供するものである。
第１図は、本発明のプロセスを示す流れ図である。 第２図は、反応スパッタリングによって所定成分比の化
合物を形成蒸着させるのに一般的に使われる反応スパッ
タリング装置の垂直断面図であり、スパッタリングされ
た金属及び反応ガスの反応生成物の所定成分比の層を形
成させ蒸着させるのに充分な量の反応ガスをターゲット
及びウェーハ間の反応領域に供給するのに使われる通路
手段を詳しく示す。 第３図は、TiNの所定成分比の層を形成させ蒸着させる
ための、チタン金属ターゲットのターゲット電圧及び反
応窒素ガス流の所望運転範囲を示すグラフである。 第４図は、TiNの所定成分比の層を形成させ蒸着させる
ためにターゲット電圧を制御してプロセスを所望運転範
囲内に維持するのに使われる回路の電気略図である。 第５図は、第２図に示されている装置の中央部分の断片
的垂直断面図であり、スパッタリングされる金属と反応
ガスとの反応生成物の所定成分比の層が形成蒸着される
位置に持ち上げられる前の装填位置にウェーハが示され
ている。 第６図は、第５図に示されている構造の、線VI−VIに沿
う上面図であり、図を明確にするためにウェーハの周囲
のクランプリングは省略されており、ターゲット及びウ
ェーハの間の領域に反応ガスを輸送する通路を形成する
手段の位置を示すためにウェーハは点線で示されてい
る。
合物を形成蒸着させるのに一般的に使われる反応スパッ
タリング装置の垂直断面図であり、スパッタリングされ
た金属及び反応ガスの反応生成物の所定成分比の層を形
成させ蒸着させるのに充分な量の反応ガスをターゲット
及びウェーハ間の反応領域に供給するのに使われる通路
手段を詳しく示す。 第３図は、TiNの所定成分比の層を形成させ蒸着させる
ための、チタン金属ターゲットのターゲット電圧及び反
応窒素ガス流の所望運転範囲を示すグラフである。 第４図は、TiNの所定成分比の層を形成させ蒸着させる
ためにターゲット電圧を制御してプロセスを所望運転範
囲内に維持するのに使われる回路の電気略図である。 第５図は、第２図に示されている装置の中央部分の断片
的垂直断面図であり、スパッタリングされる金属と反応
ガスとの反応生成物の所定成分比の層が形成蒸着される
位置に持ち上げられる前の装填位置にウェーハが示され
ている。 第６図は、第５図に示されている構造の、線VI−VIに沿
う上面図であり、図を明確にするためにウェーハの周囲
のクランプリングは省略されており、ターゲット及びウ
ェーハの間の領域に反応ガスを輸送する通路を形成する
手段の位置を示すためにウェーハは点線で示されてい
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヒロジ ハナワ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 95051 サンタ クララ フローラ ヴィ スタ 3427
Claims (4)
- 【請求項１】反応ガスの存在下で金属の反応スパッタリ
ングを行うことにより半導体ウェーハ上に所定成分比の
金属化合物の層を形成する改良されたプロセスであっ
て、ターゲット電圧を監視することにより金属ターゲッ
トの負電位を変化させて、反応ガスの一定流で反応ガス
原子と反応し得るスパッタリングされた金属原子の供給
を増加又は減少させ、ターゲット電圧の変化に応じて、
前記ターゲットに電気的に接続された定電力源の電力レ
ベルをリセットしてターゲット電圧レベルを回復させて
前記ウェーハ付近で前記のスパッタリングされた金属原
子の量と前記反応ガス原子の量との所定の比率を与えて
前記所定成分比の金属化合物を形成させることを特徴と
するプロセス。 - 【請求項２】反応ガスの存在下で金属の反応スパッタリ
ングを行うことにより半導体ウェーハ上に所定成分比の
金属化合物の層を形成する改良された装置であって、タ
ーゲット電圧を監視する手段、ターゲット電圧の変化に
応じて、前記ターゲットに電気的に接続された定電力源
の電力レベルを変化してターゲット電圧レベルを回復さ
せて前記ウェーハ付近で前記スパッタリングされた金属
原子の量と前記反応ガス原子の量との所定の比率を与え
て前記所定成分比の金属化合物を形成させる手段とを有
することを特徴とする装置。 - 【請求項３】反応ガスの存在下でチャンバ内で金属ター
ゲットの反応スパッタリングを行うことにより半導体ウ
ェーハ上に所定成分比の金属化合物の層を形成する改良
された装置であって、 （ａ） 前記ターゲットに電気的に接続されている定電
力源の電力レべルをリセットする手段を有する金属ター
ゲットの負電位を変化させて、前記反応ガスの一定流で
前記反応ガスの原子と反応し得るスパッタリングされた
金属原子の供給を増加又は減少させる手段と、 （ｂ） 前記ターゲットと前記ウェーハとの間の領域か
ら前記チャンバの他の部分への前記所定成分比の金属化
合物の移動を制限しながら前記領域へ前記反応ガスを流
すための経路を提供する手段とを有し、 前記ウェーハ付近で前記スパッタリングされた金属原子
の量と前記反応ガス原子の量との所定の比率を与えて前
記所定成分比の金属化合物を前記ウェーハ上に形成させ
るとことを特徴とする装置。 - 【請求項４】反応スパッタリングを行って、スパッタリ
ングされた金属と反応ガスとの反応により所定成分比の
金属化合物の層を半導体ウェハー上に形成する装置であ
って、 （ａ） 頂壁を有する真空チャンバと、 （ｂ） 前記チャンバの前記頂壁の付近に設けられた金
属ターゲットと、 （ｃ） 前記ターゲットの下の位置に保持されて、これ
とほぼ軸方向に整列する前記チャンバ内の円形の半導体
ウェーハと、 （ｄ） 前記チャンバの前記頂壁に取りつけられた上端
を有し、前記ターゲットの下に垂れ下がり、ほぼ対称的
に前記ターゲットを囲む第一シリンダと、 （ｅ） ほぼ同軸に前記第一のシリンダを囲むと共に、
前記頂壁から離間して、その間に第一通路を画定する上
端部と、前記第一シリンダの下端を越えて下方に垂れ下
がる下端とを有する第二シリンダと、 （ｆ） 前記第一シリンダを同軸に囲む前記チャンバ内
の前記位置に前記第二シリンダを支持する前記チャンバ
内の支持手段と、 （ｇ） 前記半導体ウェーハより僅かに大きい内径を有
する前記第一シリンダ内に同軸に位置すると共に、前記
チャンバの前記頂壁から離間して、その間に第二通路を
画定する上端部と、前記第二シリンダの前記下端とほぼ
同じ距離だけ垂れ下がる下端とを有する第三シリンダ
と、 （ｈ） 前記第二及び第三のシリンダの前記下端に接合
されて、その間のスペースを密封する円形の底壁とを有
し、 これにより、前記第二シリンダの外側の、前記チャンバ
内のスペースから前記第一通路を通じて前記第一及び第
二のシリンダの間のスペース内に延び、次に第一のシリ
ンダの前記下端の周囲を下向きに延びて前記第一及び第
三のシリンダの間のスペースへ延び、次に前記第二通路
を通じて延びるガス通路が画定されて、これにより前記
反応ガスは前記ウェーハの付近に出現して前記スパッタ
リングされた金属と反応して被覆を前記ウェーハ上に形
成することができることを特徴とする装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US444063 | 1982-11-22 | ||
| US44406389A | 1989-11-30 | 1989-11-30 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03223461A JPH03223461A (ja) | 1991-10-02 |
| JPH0774445B2 true JPH0774445B2 (ja) | 1995-08-09 |
Family
ID=23763335
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2284094A Expired - Lifetime JPH0774445B2 (ja) | 1989-11-30 | 1990-10-22 | 閉ループ制御反応スパッタリングにより所定成分比の金属化合物層を形成するプロセス及び装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0430229A3 (ja) |
| JP (1) | JPH0774445B2 (ja) |
| KR (1) | KR910021494A (ja) |
Families Citing this family (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CH689767A5 (de) | 1992-03-24 | 1999-10-15 | Balzers Hochvakuum | Verfahren zur Werkstueckbehandlung in einer Vakuumatmosphaere und Vakuumbehandlungsanlage. |
| DE69303853T2 (de) * | 1992-04-27 | 1996-12-12 | Central Glass Co Ltd | Verfahren zur Bildung einer Dünnschicht auf einem Substrat mittels reaktiven Gleichstrom-Sputtern |
| JPH06204323A (ja) * | 1992-10-27 | 1994-07-22 | Applied Materials Inc | ウェハプロセスチャンバ内のドーム状加熱ペディスタルのためのクランプリング |
| JP2630189B2 (ja) * | 1992-10-30 | 1997-07-16 | 株式会社島津製作所 | スパッタリング装置及びその電源 |
| JP3333605B2 (ja) * | 1992-11-12 | 2002-10-15 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | 低熱膨張クランプ機構 |
| FR2699934B1 (fr) * | 1992-12-30 | 1995-03-17 | Lorraine Inst Nat Polytech | Procédé de contrôle de la concentration en métalloïde d'un dépôt réalisés par voie physique en phase vapeur réactive à l'aide d'un plasma froid de pulvérisation. |
| CH686747A5 (de) * | 1993-04-01 | 1996-06-14 | Balzers Hochvakuum | Optisches Schichtmaterial. |
| US6190512B1 (en) * | 1993-09-07 | 2001-02-20 | Tokyo Electron Arizona Inc. | Soft plasma ignition in plasma processing chambers |
| US5791895A (en) * | 1994-02-17 | 1998-08-11 | Novellus Systems, Inc. | Apparatus for thermal treatment of thin film wafer |
| IL113882A0 (en) * | 1994-06-03 | 1995-08-31 | Varian Associates | Tin deposition method |
| DE4433863A1 (de) * | 1994-09-22 | 1996-03-28 | Interpane Entw & Beratungsges | Spektralselektive Kollektorbeschichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung |
| WO2003069013A2 (en) | 2002-02-14 | 2003-08-21 | Trikon Technologies Limited | Plasma processing apparatus |
| JP3866615B2 (ja) | 2002-05-29 | 2007-01-10 | 株式会社神戸製鋼所 | 反応性スパッタリング方法及び装置 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4166784A (en) * | 1978-04-28 | 1979-09-04 | Applied Films Lab, Inc. | Feedback control for vacuum deposition apparatus |
| US4201645A (en) * | 1978-06-26 | 1980-05-06 | Robert J. Ferran | Closed-loop sputtering system and method of operating same |
| US4428811A (en) * | 1983-04-04 | 1984-01-31 | Borg-Warner Corporation | Rapid rate reactive sputtering of a group IVb metal |
| JPS60204626A (ja) * | 1984-03-30 | 1985-10-16 | Anelva Corp | 酸化鉄薄膜の形成方法および装置 |
| NL8401721A (nl) * | 1984-05-29 | 1985-12-16 | Leer Koninklijke Emballage | Werkwijze en stelsel voor het produceren van een reactief gesputterde geleidende transparante metaaloxidefilm op een doorlopende materiaalbaan. |
| US4895765A (en) * | 1985-09-30 | 1990-01-23 | Union Carbide Corporation | Titanium nitride and zirconium nitride coating compositions, coated articles and methods of manufacture |
-
1990
- 1990-10-22 JP JP2284094A patent/JPH0774445B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1990-11-29 EP EP19900122833 patent/EP0430229A3/en not_active Withdrawn
- 1990-11-30 KR KR1019900019734A patent/KR910021494A/ko not_active Ceased
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0430229A3 (en) | 1992-05-06 |
| KR910021494A (ko) | 1991-12-20 |
| EP0430229A2 (en) | 1991-06-05 |
| JPH03223461A (ja) | 1991-10-02 |
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