JP2002533574A - Physical vapor deposition equipment for semiconductive and insulating materials - Google Patents
Physical vapor deposition equipment for semiconductive and insulating materialsInfo
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Abstract
(57)【要約】 本発明は、半導体材料、絶縁材料、そして特にチタン酸バリウムストロンチウムなどの高い誘電率（ＨＤＣ）の材料を、反応性スパッタリングによって基板上に蒸着させるための装置を提供する。この装置は、物理蒸着チャンバを含んでおり、これは非対称二極性パルス型直流電源を有しており、この電源はチャンバ内のターゲットに第１のバイアスを、基板支持部材に第２のバイアスを供給する。パルス型直流電源は、アルゴンイオンを引き付けてターゲットからスパッタリングを生じさせる負の蒸着電圧と、ターゲットの電荷を中性化させてターゲット表面上のアーク（arcing）及びマイクロアーク（micro-arcing）を除去する逆極性の小さな正の中和電圧からなる電気的な波形を供給する。第１のバイアスは、堆積期間及び中和期間のあいだ第２のバイアスと同期させることが好ましい。浮動接地シールドは、ターゲットと基板との間の処理領域を取り囲んでいる。第１のガス入口はチャンバの上部を通してプラズマのためのガスを導入し、第２のガス入口は基板に隣接して反応ガスを導入して、スパッタされた材料と反応してＨＤＣ薄膜を基板上に形成する。 SUMMARY The present invention provides an apparatus for depositing semiconductor materials, insulating materials, and particularly high dielectric constant (HDC) materials, such as barium strontium titanate, on a substrate by reactive sputtering. The apparatus includes a physical vapor deposition chamber, which has an asymmetric bipolar pulsed DC power supply that applies a first bias to a target in the chamber and a second bias to a substrate support member. Supply. The pulsed DC power supply removes arcing and micro-arcing on the target surface by neutralizing the charge on the target and the negative deposition voltage that attracts argon ions and causes sputtering from the target. An electrical waveform consisting of a small positive neutralization voltage of opposite polarity is supplied. Preferably, the first bias is synchronized with the second bias during the deposition and neutralization periods. The floating ground shield surrounds the processing area between the target and the substrate. A first gas inlet introduces a gas for plasma through the top of the chamber, and a second gas inlet introduces a reactive gas adjacent the substrate to react with the sputtered material and deposit the HDC thin film on the substrate. Formed.
Description
【０００１】 （発明の属する技術分野） 本発明は、一般に物理蒸着システムに関する。特に、本発明は、基板上に導電
性、半導体性及び／又は絶縁性物質を堆積するための物理蒸着装置に関する。TECHNICAL FIELD [0001] The present invention generally relates to a physical vapor deposition system. In particular, the present invention relates to a physical vapor deposition apparatus for depositing a conductive, semiconductive and / or insulating material on a substrate.
【０００２】 （従来の技術） 物理蒸着（ＰＶＤ）装置は、金属薄膜を形成するための半導体処理の分野にお
いて良く知られている。一般に、処理チャンバに接続された電源は、チャンバ内
のカソードとアノード間に電位を形成し、カソードとアノード間の領域に処理ガ
スのプラズマを生成する。プラズマからのイオンは、ターゲット（カソードバイ
アスされている）に衝突し、ターゲットから物質をスパッタし、それが基板（ア
ノードバイアスされている）上に堆積する。しかし、ＰＶＤを用いて、高誘電定
数（ここでは、約５０より大きな誘電定数κを有するものとして定義する。）を
有する絶縁膜を形成するために、反応性スパッタリングプロセスが必要であり、
反応性スパッタリングプロセスにおいて、ターゲットからスパッタされた物質が
プラズマ中でイオンと反応して、基板上に堆積する高κ物質を形成する。反応性
スパッタリングは、一般に基板上に、チタン酸バリウムストロンチウム（ＢＳＴ
）のような高誘電定数（high dielectric constant:ＨＤＣ）の薄膜を形成する
ために用いられる。しかし、反応性スパッタリングプロセスを用いることによっ
て、多くの問題に遭遇する。[0002] Physical vapor deposition (PVD) equipment is well known in the field of semiconductor processing for forming thin metal films. Generally, a power supply connected to the processing chamber creates a potential between a cathode and an anode in the chamber and generates a plasma of the processing gas in a region between the cathode and the anode. Ions from the plasma strike a target (cathode-biased) and sputter material from the target, which deposits on a substrate (anodically-biased). However, using PVD to form an insulating film having a high dielectric constant (defined here as having a dielectric constant κ greater than about 50) requires a reactive sputtering process,
In a reactive sputtering process, the material sputtered from the target reacts with the ions in the plasma to form a high-κ material that deposits on the substrate. Reactive sputtering generally involves the formation of barium strontium titanate (BST) on a substrate.
) Is used to form a thin film having a high dielectric constant (HDC). However, many problems are encountered by using a reactive sputtering process.
【０００３】 図１は、ＢＳＴ膜のようなＨＤＰ膜を堆積するのに有用な代表的なＰＶＤチャ
ンバの断面図である。このＰＶＤチャンバ１０は、一般にチャンバ外囲１２、基
板支持部材１４、ターゲット１６、シールド１８、クランプリング２０、ガス入
口２２、ガス排気装置２４、磁石組立体２６及び組合されたＲＦ／ＤＣ電源２８
を有している。処理中に、基板３０が基板支持部材１４上に置かれ、処理ガスが
、ターゲットのエッジとシールドの上部との間に設けられたガス入口２２を通し
て、ターゲット１６、基板３０及びシールド１８によって画定された処理領域３
２へ導入される。ＢＳＴ薄膜の堆積のために、処理ガスは、一般にアルゴンと酸
素を有する。ここでアルゴンはターゲット１６を叩くプラズマイオンのガス源と
して働き、酸素は、ターゲット１６からスパッタされた原子と反応し、金属原子
を酸化して、基板３０上に堆積されるＢＳＴ薄膜を形成する。ＲＦ／ＤＣ電源２
８は、組み合わされたＲＦ／ＤＣ電力をチャンバへ供給し、処理領域３２に処理
ガスのプラズマを生成し、維持する。一般に、ＲＦ／ＤＣ電源２８は、ターゲッ
トに電気的に接続され、一方基板支持部材１４とシールド１８は、処理中接地さ
れる。蒸着中に、プラズマにおけるイオンはターゲットを叩き、ターゲット表面
から物質をスパッタする。スパッタされた物質は、プラズマ中のイオンと反応し
、基板の表面に所望の薄膜を形成する。上述のＰＶＤチャンバはＨＤＣ物質の反
応性スパッタリングに使用することができる。しかし、ＨＤＣ物質を蒸着するた
めに典型的なＰＶＤを使用する場合、多くの問題に遭遇する。FIG. 1 is a cross-sectional view of a typical PVD chamber useful for depositing HDP films, such as BST films. The PVD chamber 10 generally includes a chamber enclosure 12, a substrate support member 14, a target 16, a shield 18, a clamp ring 20, a gas inlet 22, a gas exhaust 24, a magnet assembly 26, and a combined RF / DC power supply 28.
have. During processing, a substrate 30 is placed on the substrate support member 14 and processing gas is defined by the target 16, substrate 30 and shield 18 through a gas inlet 22 provided between the edge of the target and the top of the shield. Processing area 3
2 is introduced. For the deposition of BST thin films, the process gas typically comprises argon and oxygen. Here, argon acts as a gas source for plasma ions striking the target 16 and oxygen reacts with atoms sputtered from the target 16 to oxidize metal atoms to form a BST thin film deposited on the substrate 30. RF / DC power supply 2
8 supplies the combined RF / DC power to the chamber to generate and maintain a plasma of the processing gas in the processing region 32. Generally, an RF / DC power supply 28 is electrically connected to the target, while the substrate support member 14 and the shield 18 are grounded during processing. During deposition, ions in the plasma strike the target, sputtering material from the target surface. The sputtered material reacts with the ions in the plasma to form a desired thin film on the surface of the substrate. The PVD chamber described above can be used for reactive sputtering of HDC materials. However, many problems are encountered when using typical PVD to deposit HDC materials.
【０００４】 第１に、直流の処理電力を用いる導電性ターゲットの反応性スパッタリングに
よって、高絶縁性の薄膜又は高誘電定数の薄膜のＰＶＤは、ターゲット上に正の
電荷が蓄積する。正の電荷が過剰なレベルに達すると、ターゲット表面と接地さ
れたチャンバ壁、又はターゲットとチャンバ壁の間に設けられた接地されたシー
ルドの間にアークが発生する。アークが発生する結果、汚染粒子（大きな及び小
さな粒子の双方）が発生し、基板に損傷が生じ、廃棄されなければらない欠陥基
板を生じる。First, due to reactive sputtering of a conductive target using DC processing power, a positive charge is accumulated on a PVD of a highly insulating thin film or a thin film having a high dielectric constant on the target. When the positive charge reaches an excessive level, an arc is generated between the target surface and a grounded chamber wall or a grounded shield provided between the target and the chamber wall. The arcing results in the generation of contaminant particles (both large and small particles), causing damage to the substrate and a defective substrate that must be discarded.
【０００５】 第２に、プラズマ中のイオンとターゲット物質間の反応が、ターゲットのスパ
ッタリング表面上に発生し、ターゲットのスパッタリング表面上にＨＤＣ薄膜の
スポットを形成する。何故ならば、反応性ガスがターゲットのスパッタリング表
面に近接して設けられているガス入口を通して処理ガス領域に導入されるからで
ある。ターゲットのスパッタリング表面上に形成されたＨＤＣ薄膜は、多くの正
の電荷がターゲット表面に形成するようにすることによってアーク問題をさらに
悪化させる。ターゲットのスパッタリング表面上に形成されるＨＤＣ薄膜はスパ
ッタ可能なターゲットの表面積を減少し、スパッタリング速度が減少し、スパッ
タリング表面全体のスパッタリングの均一性が低下することにつながる。[0005] Second, a reaction between ions in the plasma and the target material occurs on the sputtering surface of the target, forming HDC thin film spots on the sputtering surface of the target. This is because the reactive gas is introduced into the process gas region through a gas inlet located in close proximity to the sputtering surface of the target. HDC thin films formed on the sputtering surface of the target further exacerbate the arcing problem by allowing many positive charges to form on the target surface. The HDC thin film formed on the sputtering surface of the target reduces the surface area of the sputterable target, resulting in a reduced sputtering rate and reduced sputtering uniformity across the sputtering surface.
【０００６】 第３に、ＲＦ電力がターゲットに印加されると、ターゲットのスパッタリング
表面の微小な抵抗率の変化によりターゲット表面上にマイクロアークが生じる。
アーク問題と共にこのマイクロアーク現象によりターゲットに重大な損傷を生じ
、ターゲット材料の大きな片がチャンバへ放たれる。ターゲットの損傷に加えて
、ターゲットから取り出された片はチャンバ内の他の要素に損傷を与え、その結
果、チャンバをクリーニングしてターゲットと他の損傷された要素を交換し、そ
してチャンバを処理状態に回復する作業に関連したに伴うダウンタイムを生じさ
せる。微小なアーク現象は、また汚染物質を発生させ、上述のように基板上に欠
陥を生じさせる。Third, when RF power is applied to the target, a small change in resistivity on the sputtering surface of the target causes a micro-arc on the target surface.
This micro-arc phenomena, along with the arcing problem, causes severe damage to the target, releasing large pieces of target material into the chamber. In addition to damage to the target, pieces removed from the target can damage other elements in the chamber, thereby cleaning the chamber, replacing the target with other damaged elements, and keeping the chamber in process. The downtime associated with the work involved in the recovery will occur. The micro arcing phenomenon also generates contaminants and causes defects on the substrate as described above.
【０００７】 ＢＳＴのＰＶＤにおいて遭遇する他の問題は、生じた薄膜の特性が異なる基板
間ばかりでなく、１つの基板内で不均一であり、一致しないことである。一般に
、不均一性及び不一致性の問題は、ターゲットのスパッタリング表面からターゲ
ット物質の均一な侵食を与えない現在の磁石源／ターゲット形状から生じる。タ
ーゲット物質の不均一な侵食により、スパッタリングされる物質の組成が制御さ
れないことになる。その結果、薄膜のキャパシタンスの不均一性は１５％のズレ
を超え、堆積された膜の厚さは、１つの基板内及び異なる基板間で８％まで変化
する。一般に、１０，０００以上の粒子欠陥（０．３ｍｍ以下の大きさを持つ汚
染物質の粒子）が基板上に形成し、その結果、膜は好ましくない粒状配向と結晶
品質を有する。ターゲット物質は、一般にいろいろな金属の組成物であるので、
ターゲット物質の均一な侵食が必要であり、そうして各々の金属の適正な割合が
所望の反応をし、基板上に堆積された薄膜を形成することが保証される。Another problem encountered in BST PVD is that the properties of the resulting thin films are non-uniform and inconsistent within one substrate as well as between different substrates. In general, non-uniformity and inconsistency problems arise from current magnet source / target geometries that do not provide uniform erosion of target material from the sputtering surface of the target. Non-uniform erosion of the target material will result in uncontrolled composition of the sputtered material. As a result, the non-uniformity of the capacitance of the thin film exceeds a deviation of 15%, and the thickness of the deposited film varies up to 8% within one substrate and between different substrates. In general, more than 10,000 particle defects (particles of contaminants having a size of less than 0.3 mm) form on the substrate, so that the film has an unfavorable granular orientation and crystal quality. Since the target substance is generally a composition of various metals,
A uniform erosion of the target material is required, ensuring that the proper proportions of each metal will react as desired and form a thin film deposited on the substrate.
【０００８】 ターゲットに対する物理的な損傷に関連する他の問題は、代表的なターゲット
は、処理中にターゲット上に影響を及ぼす圧力よるターゲットの破壊を防止する
ために、機械的な力を持たないことである。たとえば、３ｋｇｆ／ｃｍ2の圧力
に曝されたときに、ターゲットは１．１００ｍｍの裏打ち板のそりを示す。この
裏打ち板のそりは、ある圧力の下で裏打ち板の柔軟性又は曲がりの問題である。
ターゲットは、高いそりを有しているので、スパッタ可能な物質の片はターゲッ
トから剥がれ、基板の欠陥を生じる。[0008] Another problem associated with physical damage to the target is that typical targets have no mechanical force to prevent destruction of the target by pressure exerting on the target during processing. That is. For example, when exposed to a pressure of 3 kgf / cm 2 , the target exhibits a 1.100 mm backing plate warpage. This backing board warpage is a matter of flexibility or bending of the backing board under certain pressures.
Because the target has a high warpage, pieces of the sputterable material peel off from the target, resulting in substrate defects.
【０００９】 さらに、現在実施されているＢＳＴのＰＶＤは、１：１より大きなアスペクト
比を有するサブミクロンのアパーチャのような高アスペクト比のフィーチャの一
様なステップカバレージを与える能力には向いていない。また、ターゲットの寿
命及びプロセスキットの寿命は、過剰な粒子汚染物質のために、共に厳しく減少
され（５０ＫＷＨ以下に）ている。蒸着装置のスループットも、チャンバがしば
しばクリーニングを必要とするために、減少される。[0009] Further, currently practiced BST PVDs are not amenable to providing uniform step coverage of high aspect ratio features, such as sub-micron apertures having aspect ratios greater than 1: 1. . Also, the life of the target and the life of the process kit are both severely reduced (below 50 KWH) due to excess particulate contaminants. Evaporator throughput is also reduced because chambers often require cleaning.
【００１０】 従って、アーク及びターゲット上のマイクロアーク（微小なアーク）を減少し
、高品質、高κ誘電体膜、特にＢＳＴ薄膜を形成する蒸着装置に対する必要性が
ある。均一で、一致性のある処理結果ばかりでなく、高蒸着速度及び高スループ
ットを提供することは、蒸着装置にとって必要である。また、高κ誘電体物質を
高アスペクト比のフィーチャに蒸着するための蒸着装置に対する必要性がある。[0010] Accordingly, there is a need for a vapor deposition apparatus that reduces arcs and microarcs (small arcs) on a target to form high quality, high κ dielectric films, especially BST thin films. Providing high deposition rates and high throughput as well as uniform and consistent processing results is necessary for deposition equipment. There is also a need for a deposition apparatus for depositing high-κ dielectric materials on high aspect ratio features.
【００１１】 （発明の要約） 本発明は、一般に、半導体であって絶縁性の材料を基板上に蒸着させるための
装置を提供する。さらに具体的には、本発明は、チタン酸バリウムストロンチウ
ム（ＢＳＴ）等の高誘電率（ＨＤＣ）材料を、反応性スパッタリングによって基
板上に蒸着させるための装置を提供する。この装置は、物理蒸着チャンバであっ
て、ターゲットに第１のバイアスを供給するとともに、該チャンバ内で処理され
るべき基板に第２のバイアスを供給するパルス直流電源を有する物理蒸着チャン
バを備えている。この電源は、非対称性バイポーラパルス直流電源であって、蒸
着電圧及び中和電圧を含む電気波形を供給するものであるのが好ましい。この蒸
着電圧は、アルゴンイオンをターゲットの方向に引きつける負電圧であって、か
くしてターゲット材料のスパッタリングをもたらすものを含む。前記中和電圧は
、正電圧であって、電荷の中和をもたらし、ターゲット表面上でのマイクロアー
ク発生及びアーク発生を防止するものを含む。第１のバイアスが第２のバイアス
と同期しており、蒸着された材料の薄膜特性を向上させ、高アスペクト比の形態
について確実でコンフォーマルなステップカバレージを提供するのが好ましい。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention generally provides an apparatus for depositing a semiconductor and insulating material on a substrate. More specifically, the present invention provides an apparatus for depositing a high dielectric constant (HDC) material such as barium strontium titanate (BST) on a substrate by reactive sputtering. The apparatus comprises a physical vapor deposition chamber having a pulsed DC power supply for supplying a first bias to a target and providing a second bias to a substrate to be processed in the chamber. I have. Preferably, the power supply is an asymmetric bipolar pulsed DC power supply that supplies an electrical waveform including a deposition voltage and a neutralization voltage. This deposition voltage includes a negative voltage that attracts argon ions toward the target, thus causing sputtering of the target material. The neutralization voltage includes a positive voltage that causes charge neutralization and prevents micro-arcing and arcing on the target surface. Preferably, the first bias is synchronized with the second bias to improve thin film properties of the deposited material and to provide reliable and conformal step coverage for high aspect ratio features.
【００１２】 一つの態様において、本発明は、複数の処理ガスのための独立した複数のガス
入口を提供する。好ましくは、第１のガス入口は、チャンバの頂部を通ってプラ
ズマ発生ガスを導入し、第２のガス入口は、反応性ガスを基板表面近傍に導入し
て、スパッタされた材料と反応させ、基板上にＨＤＣ薄膜を形成させる。ＢＳＴ
の蒸着については、チャンバの頂部を通ってアルゴンを導入して、ターゲットか
らのスパッタリングをもたらすイオンを供給する一方、酸素を基板表面近傍に導
入して、スパッタされた材料と反応させ、基板上にＢＳＴを形成させるのが好ま
しい。 他の態様において、本発明は、接地に対して浮動電位を有するシールドであっ
て、ターゲットと基板との間の処理領域を包囲して、処理領域におけるプラズマ
密度を上昇させ、処理の蒸着速度を増加させるものを提供する。 好ましくは、本発明は、処理中の汚染粒子の発生が少なく、蒸着速度が高く、
処理量が多く、高アスペクト比の形態のギャップ充填に優れ（すなわちボイドが
なく）、アーク発生及びマイクロアーク発生を防止し、しかも得られるＢＳＴ薄
膜の結晶品質及びグレイン配向性が高い装置を提供する。In one aspect, the present invention provides independent multiple gas inlets for multiple process gases. Preferably, the first gas inlet introduces a plasma generating gas through the top of the chamber and the second gas inlet introduces a reactive gas near the substrate surface to react with the sputtered material; An HDC thin film is formed on a substrate. BST
For vapor deposition, argon is introduced through the top of the chamber to supply ions that cause sputtering from the target, while oxygen is introduced near the surface of the substrate to react with the sputtered material and deposit on the substrate. Preferably, BST is formed. In another aspect, the invention is a shield having a floating potential with respect to ground, surrounding a processing region between a target and a substrate, increasing a plasma density in the processing region, and increasing a deposition rate of the process. Offer something to increase. Preferably, the present invention has a low deposition rate during processing, a high deposition rate,
Provided is an apparatus which has a large throughput, is excellent in gap filling in a high aspect ratio form (that is, has no voids), prevents arc generation and micro arc generation, and has a high crystal quality and high grain orientation of the obtained BST thin film. .
【００１３】 本発明の特徴、効果及び目的を達成し、詳細な理解を得ることを可能にするた
め、添付した図面に示されている本発明の形態を参照して、上に要約した本発明
について、さらに詳細に説明する。 ただし、添付した図面は、本発明の通常の形態を説明したものに過ぎず、した
がって、本発明の範囲を限定するものと考えられるべきものではない。なぜなら
、本発明は、同様に有効な他の形態をも可能にするものだからである。[0013] In order to achieve the features, advantages and objects of the invention and to gain a detailed understanding, the invention summarized above with reference to the embodiments thereof illustrated in the accompanying drawings, in which: Will be described in more detail. However, the attached drawings are merely illustrative of the usual forms of the present invention, and therefore should not be considered as limiting the scope of the present invention. This is because the invention enables other forms which are equally effective.
【００１４】 （好ましい形態の詳細な説明） 図２は、本発明による、薄膜を形成するための物理蒸着チャンバの断面図であ
る。ＰＶＤチャンバ１００は、一般に、チャンバ外囲１０２、ターゲット１０４
、基板支持部材１０６、ガス入口１０８及びガス出口１１０を備えている。チャ
ンバ外囲１０２は、チャンバ底部１１２及びチャンバ側壁１１４を含んでいる。
スリットバルブ１１５がチャンバ側壁１１４の上に配置されており、基板１１６
をＰＶＤチャンバの内部及び外部へ移送するのを容易にしている。基板支持部材
１０６は、チャンバ底部１１２を貫通している基板支持部材のリフト組立体１１
８の上に配置されている。通常、ヒータ（図示せず）が基板支持部材１０６内に
組み込まれており、処理の間、基板１１６を所定の温度まで加熱する。好ましく
は、基板支持部材１０６はステンレス鋼製であり、ヒータは白金／ロジウムヒー
タを含む。ただし、本発明では、他の好適な材料とすることも想定されている。
基板支持部材のリフト組立体１１８は、基板移送位置と基板処理位置との間で基
板支持部材１０６を垂直に移動させる。リフトピン組立体１２０は、基板１１６
を基板支持部材１０６から上昇させ、基板をチャンバの内部及び外部へ移送する
のに用いられるロボットブレードとチャンバとの間で基板を移送するのを容易に
する。FIG. 2 is a sectional view of a physical vapor deposition chamber for forming a thin film according to the present invention. The PVD chamber 100 generally includes a chamber enclosure 102, a target 104
, A substrate support member 106, a gas inlet 108 and a gas outlet 110. The chamber enclosure 102 includes a chamber bottom 112 and a chamber side wall 114.
A slit valve 115 is disposed above the chamber side wall 114 and a substrate 116
To the interior and exterior of the PVD chamber. The substrate support member 106 includes a substrate support member lift assembly 11 that extends through the chamber bottom 112.
8. Typically, a heater (not shown) is incorporated within substrate support member 106 to heat substrate 116 to a predetermined temperature during processing. Preferably, substrate support member 106 is made of stainless steel and the heater includes a platinum / rhodium heater. However, in the present invention, other suitable materials are also assumed.
The substrate support member lift assembly 118 vertically moves the substrate support member 106 between a substrate transfer position and a substrate processing position. The lift pin assembly 120 is mounted on the substrate 116.
Is raised from the substrate support member 106 to facilitate transfer of the substrate between the chamber and a robot blade used to transfer the substrate into and out of the chamber.
【００１５】 ターゲット１０４は、チャンバ外囲１０２の頂部に配置されている。ターゲッ
ト１０４は、基板支持部材１０６の真上に配置されるのが好ましい。一般に、タ
ーゲット１０４は、スパッタ可能な材料の板１２４を支持する裏打ち板１２２を
備えている。スパッタ可能な材料の組成は、一般に、得られる薄膜の組成と一致
する。ＢＳＴの蒸着の場合、スパッタ可能な材料１２４は、バリウム、ストロン
チウム及びチタンの、通常約２５％のＢａ、約２５％のＳｒ及び約５０％のＴｉ
の組合せであって、これは（Ｂａ0.5Ｓｒ0.5）ＴｉＯ3を含む、得られるＢＳＴ
薄膜に対応する。裏打ち板１２２は、フランジ部分１２６を含み、これは操作の
間、チャンバ外囲１０２に固定されている。Ｏリングなどのシール１２８が、裏
打ち板１２２のフランジ部分１２６とチャンバ外囲１０２との間に用意され、処
理の間チャンバ内に真空環境を確立し維持することを可能にしているのが好まし
い。回転磁石組立体１３０が、裏打ち板１２２の上に配置されており、プラズマ
からのイオンをターゲットのスパッタリング表面の方向へ引きつける磁場を強化
して、材料のスパッタリングを向上させている。この磁場は、より多くの電子を
閉じ込めることによりイオン化を向上させ、かくしてより多くのイオンを提供し
て、ターゲットからのスパッタリングに寄与し、かつこれを増加させる。A target 104 is located on top of the chamber enclosure 102. The target 104 is preferably disposed directly above the substrate support member 106. Generally, target 104 includes a backing plate 122 that supports a plate 124 of a sputterable material. The composition of the sputterable material generally matches the composition of the resulting thin film. For BST deposition, the sputterable material 124 is typically about 25% Ba, about 25% Sr and about 50% Ti of barium, strontium and titanium.
Wherein the resulting BST comprises (Ba 0.5 Sr 0.5 ) TiO 3
Corresponds to thin film. The backing plate 122 includes a flange portion 126, which is secured to the chamber enclosure 102 during operation. A seal 128, such as an O-ring, is preferably provided between the flange portion 126 of the backing plate 122 and the chamber enclosure 102 to enable a vacuum environment to be established and maintained within the chamber during processing. A rotating magnet assembly 130 is disposed on the backing plate 122 to enhance the magnetic field that attracts ions from the plasma toward the target sputtering surface to enhance sputtering of the material. This magnetic field enhances ionization by confining more electrons, thus providing more ions to contribute to and increase sputtering from the target.
【００１６】 本発明による裏打ち板１２２は、公知の裏打ち板に比べて、厚さが増大してい
る。一般に、従来の裏打ち板は、ターゲット上のスパッタ可能な材料の最初の厚
さとほぼ同等（すなわち、±１０％）の厚さを有している。例えば、通常のター
ゲットは、約０．３３インチ（８．３８ｍｍ）の厚さの裏打ち板と、約０．３５
インチ（８．８９ｍｍ）の厚さのスパッタ可能な材料とを有している。本発明で
は、裏打ち板の厚さを、従来の裏打ち板の約２倍（すなわち、１８０％〜２２０
％）に増大させる一方、スパッタ可能な材料の厚さをそのまま同一にしている。
例えば、本発明は、約０．７１インチ（１８．０ｍｍ）の厚さの裏打ち板と、約
０．３５インチ（８．８９ｍｍ）の厚さのスパッタ可能な材料とを有するターゲ
ットを提供する。裏打ち板１２２の厚さを公知の裏打ち板の約２倍に増大させる
ことにより、ターゲットのスパッタリング表面にわたって、より均一な磁場が得
られる。なぜなら、磁石がターゲットのスパッタリング表面からさらに離れて配
置され、磁場の勾配が緩和されるからである。磁場がより均一になることにより
、イオン化がより均一となり、結果としてターゲットのスパッタリング及び侵食
がより均一となる。ターゲットの侵食が均一で制御されたものとなるに伴い、ス
パッタされるターゲット材料あるいはターゲットから放出される化学種は、ター
ゲットの化学種の組成割合と同一の比率となるように制御される。The backing plate 122 according to the present invention has an increased thickness compared to known backing plates. In general, conventional backing plates have a thickness that is approximately equal to the initial thickness of the sputterable material on the target (ie, ± 10%). For example, a typical target has a backing plate about 0.33 inches (8.38 mm) thick and about 0.35 inches (8.35 mm).
Inch (8.89 mm) thick sputterable material. In the present invention, the thickness of the backing plate is about twice that of the conventional backing plate (i.e., 180% to 220%).
%), While keeping the thickness of the sputterable material unchanged.
For example, the present invention provides a target having a backing plate about 0.71 inches (18.0 mm) thick and a sputterable material about 0.35 inches (8.89 mm) thick. Increasing the thickness of the backing plate 122 to about twice that of known backing plates results in a more uniform magnetic field across the sputtering surface of the target. This is because the magnet is located further away from the sputtering surface of the target and the gradient of the magnetic field is reduced. A more uniform magnetic field results in more uniform ionization and, consequently, more uniform sputtering and erosion of the target. As the erosion of the target becomes uniform and controlled, the target material to be sputtered or the chemical species released from the target is controlled to have the same composition ratio as the chemical species of the target.
【００１７】 また、本発明に従う、より厚い裏打ち板によって、既知の裏打ち板と比べて、
より良い（より小さい）たわみが与えられる。たわみは、特定の圧力を受けた時
の裏打ち板の最大屈曲（flex）（すなわち曲げ（bending））として定義される
。例えば、本発明の裏打ち板（厚さ１８．０ｍｍ）は０．３３７ｍｍのたわみを
示すのに対し、３ｋｇｆ／ｃｍ2の圧力を受ける一般的な裏打ち板（厚さ８．３
８ｍｍ）は１．１００ｍｍのたわみを示す。より小さいたわみによって、裏打ち
板の金属に比べて、より低い降伏点を有するターゲットのスパッター可能な材料
の亀裂が防止される。更に、より厚い裏打ち板によって、より強い物理的な強度
がターゲット全体に与えられ、それによって、ターゲット全体が、より強くなる
ため、ターゲットの物理的な損傷または亀裂の危険が減少する。Also, the thicker backing plate according to the present invention, compared to the known backing plate,
Better (smaller) deflection is provided. Deflection is defined as the maximum flex (or bending) of the backing plate when subjected to a certain pressure. For example, the backing plate of the present invention (thickness of 18.0 mm) exhibits a deflection of 0.337 mm, while the backing plate (thickness of 8.3) receiving a pressure of 3 kgf / cm 2.
8 mm) shows a deflection of 1.100 mm. The smaller deflection prevents cracking of the sputterable material of the target having a lower yield point compared to the metal of the backing plate. In addition, a thicker backing plate provides greater physical strength to the entire target, thereby reducing the risk of physical damage or cracking of the target because the entire target is stronger.
【００１８】 下部シールド１３２がチャンバーの最上部に配置されて、サポート部材および
ターゲットと組み合わさって処理領域を定め、また、処理領域以外のチャンバー
の外囲１０２の内面を蒸着から保護する。下部シールド１３２は、チャンバーの
側壁１１４の上部から処理位置の基板支持部材１０６の外縁に延びる。クランプ
リング１３４は、下部シールド１３２の内側の端１３６に取り外し可能に配置さ
れる。基板支持部材１０６が処理位置に移動すると、下部シールド１３２の内側
の端１３６は基板支持部材１０６を包囲し、また、基板１１６の外縁部はクラン
プリング１３４の内側の端１３９に係合し、下部シールド１３２の内側の端１３
６からクランプリング１３５を持ち上げる。クランプリング１３４は、蒸着処理
の間、基板１１６の外縁部１３８を保護すると共に基板１１６を固定または保持
するように機能する。複数の基板コンタクトパッド１４１はクランプリング１３
４の内側の端１３９の下面の周りに均一に分散して配置されている。従って、複
数のギャップが隣接するコンタクトパッド１４１間に存在して、クランプリング
１３４の下面と基板１１６の上面との間にガスの通路を与えている。代替として
は、クランプリング１３４の代わりに、シールドカバーリング（図示せず）が、
下部シールドの内側の端の上方に配置される。基板支持部材が処理位置に移動す
ると、シールドカバーリングの内側の端は、基板の外縁部の直ぐ上方に配置され
て、基板の外縁部を蒸着から保護する。しかしながら、シールドリングは基板に
接せずに、シールドカバーリングの下面と基板の上面との間にガスの通路を与え
るようにするのが好ましい。A lower shield 132 is located at the top of the chamber and defines a processing area in combination with a support member and a target, and also protects the inner surface of the outer periphery 102 of the chamber other than the processing area from vapor deposition. A lower shield 132 extends from the top of the chamber sidewall 114 to the outer edge of the substrate support member 106 at the processing location. Clamp ring 134 is removably disposed at inner end 136 of lower shield 132. When the substrate support member 106 moves to the processing position, the inner end 136 of the lower shield 132 surrounds the substrate support member 106, and the outer edge of the substrate 116 engages the inner end 139 of the clamp ring 134, and Inner edge 13 of shield 132
6. Lift the clamp ring 135 from 6. Clamp ring 134 functions to protect outer edge 138 of substrate 116 and to secure or hold substrate 116 during the deposition process. The plurality of substrate contact pads 141 are
4 are evenly distributed around the lower surface of the inner end 139. Accordingly, a plurality of gaps exist between adjacent contact pads 141 to provide a gas path between the lower surface of clamp ring 134 and the upper surface of substrate 116. Alternatively, a shield cover ring (not shown) may be used instead of the clamp ring 134.
It is located above the inner edge of the lower shield. As the substrate support moves to the processing position, the inner edge of the shield covering is positioned just above the outer edge of the substrate to protect the outer edge of the substrate from vapor deposition. However, it is preferable that the shield ring does not contact the substrate and provides a gas passage between the lower surface of the shield cover ring and the upper surface of the substrate.
【００１９】 上部シールド１４０が下部シールド１３２の上部の内側に配置されて、チャン
バーの側壁１１４の上部からクランプリング１３４の外縁１４２へ延びるのが好
ましい。上部シールド１４０は、チタンや他の金属といったようなターゲットを
構成する材料と同様の材料から構成されるのが好ましい。本発明に従う上部シー
ルド１４０は、接地に対して浮動した電位を有する。上部シールド１４０は、接
地された上部シールドに比べて、シールドによる電子の流出を防止することによ
り、プラズマのイオン化を増大し、ターゲットの縁部へ向かうイオン化の増大を
引き起こす。イオン化の増大によるプラズマ密度の増大によって、ターゲットの
縁部付近でのスパッタリングが強められ、その結果、ターゲット全体に、より均
一な腐食を生じる。また、イオン化の増大によって、ターゲット１０４に打ち込
むのに有効な、より多くのイオンが与えられて、ターゲット１０４からのスパッ
タリングの増大のために、より高い蒸着速度が達成される。より高い蒸着速度は
、より高い生産高につながる。何故ならば、同じ出力密度を使用してＢＳＴフィ
ルムを蒸着するのに、より短い時間で済むからである。An upper shield 140 is preferably located inside the upper portion of the lower shield 132 and extends from an upper portion of the chamber sidewall 114 to an outer edge 142 of the clamp ring 134. The upper shield 140 is preferably made of a material similar to the material constituting the target, such as titanium or another metal. The upper shield 140 according to the present invention has a floating potential with respect to ground. The upper shield 140 increases the ionization of the plasma by preventing electrons from escaping through the shield as compared to a grounded upper shield, causing an increase in ionization toward the edge of the target. Increased plasma density due to increased ionization enhances sputtering near the edges of the target, resulting in more uniform corrosion across the target. Also, increased ionization provides more ions that are effective to bombard the target 104 and achieves higher deposition rates due to increased sputtering from the target 104. Higher deposition rates lead to higher yields. This is because a shorter time is required to deposit a BST film using the same power density.
【００２０】 チャンバーの外囲１０２の最上部に配置されたガス入口１０８は、処理ガスを
ターゲット１０４と上部シールド１４０との間のギャップから処理領域１４６に
導入する。処理領域１４６は、ターゲット１０４、処理位置の基板支持部材１０
６に配置された基板１１６、および上部シールド１４０によって定められる。本
発明によると、酸素が、ＢＳＴフィルムの形成のために、基板１１６に隣接して
配置された第２のガス入口１４８から導入される一方、アルゴンが、ＢＳＴ薄膜
の蒸着のために、プラズマのための処理ガス源としてガス入口１０８から導入さ
れる。第２のガス入口１４８は、基板支持部材１０６内に配置されるのが好まし
い。しかし、第２のガス入口１４８は、基板蒸着面に反応ガスを与えるようにチ
ャンバーの別の部分に配置されても良い。第２のガス入口１４８は、基板支持部
材１０６の軸を通って延びるガスの通路に接続され、第２のガスを基板支持部材
１０６の表面の導管を通して配送する。基板の最上面に到達するために、第２の
ガスは、基板の縁を回り、クランプリング１３４の下面と基板の最上面との間の
ギャップを通って行く。このようにして、第２のガスは基板の最上面付近に集中
して、ターゲット中のスパッタされる材料と反応し、反応性スパッタリングの反
応を完了する。基板表面付近に、ターゲットのスパッタリング面から離して、反
応ガスを配送することによって、本発明は、ターゲットのスパッタリング面での
反応ガスの反応、および、その結果の、ターゲットのスパッタリング面での誘電
材料の形成を著しく減少する。ＢＳＴ蒸着の場合には、基板１１６の近くに酸素
を導入することにより、酸素はターゲットのスパッタリング面では殆ど反応せず
に、ターゲットのスパッタリング面にＢＳＴ薄膜を形成する。それはターゲット
面での電荷の蓄積を引き起こし、結果、ターゲット自体を損傷すると共に、アー
クを生じ、汚染粒子を生成する。A gas inlet 108 located at the top of the chamber outer periphery 102 introduces processing gas into the processing region 146 from the gap between the target 104 and the upper shield 140. The processing area 146 includes the target 104 and the substrate support member 10 at the processing position.
6 and a top shield 140. According to the present invention, oxygen is introduced from a second gas inlet 148 located adjacent to the substrate 116 for the formation of the BST film, while argon is introduced into the plasma for the deposition of the BST film. Is introduced from the gas inlet 108 as a processing gas source. The second gas inlet 148 is preferably located within the substrate support member 106. However, the second gas inlet 148 may be located in another portion of the chamber to provide a reactive gas to the substrate deposition surface. The second gas inlet 148 is connected to a gas passage extending through the axis of the substrate support member 106 and delivers the second gas through a conduit on the surface of the substrate support member 106. To reach the top surface of the substrate, the second gas passes around the edge of the substrate and passes through the gap between the lower surface of clamp ring 134 and the top surface of the substrate. In this way, the second gas concentrates near the top surface of the substrate and reacts with the sputtered material in the target, completing the reactive sputtering reaction. By delivering the reactive gas near the substrate surface and away from the sputtering surface of the target, the present invention provides for the reaction of the reactive gas at the sputtering surface of the target, and the resulting dielectric material at the sputtering surface of the target. Formation is significantly reduced. In the case of BST vapor deposition, by introducing oxygen near the substrate 116, oxygen hardly reacts on the sputtering surface of the target, and a BST thin film is formed on the sputtering surface of the target. It causes a build up of charge on the target surface, resulting in damage to the target itself, as well as arcing and producing contaminant particles.
【００２１】 ターゲット１０４にバイアスを供給するために、パルス直流（ＰＤＣ）電源１
５２がターゲット１０４に電気的に接続される。ＰＤＣ電源１５２は、蒸着電圧
（負）と中和電圧（正）より成る繰り返しのサイクルより成るバイアス波形を供
給する非対称バイポーラＰＤＣ電源であるのが好ましい。蒸着電圧は、サイクル
の約６０％から約１００％の間、約−１００ボルトから約−７００Ｖボルトであ
るのが好ましい。中和電圧または逆放電電圧は、サイクルの約０％から約４０％
の間、約３０ボルトから約８０ボルトであるのが好ましい。バイアス波形の周波
数は、約５０ＫＨｚから約２５０ＫＨｚであり、各サイクルは約４μｓから約２
０μｓの間継続するのが好ましい。バイアス波形は、約３．７５μｓの間の約−
３５８ボルトの蒸着電圧と約１．２５μｓの間の約＋８０ボルトの中和電圧より
成るデューティサイクルを有する２００ＫＨｚの波形であるのが非常に好ましい
。In order to supply a bias to the target 104, a pulse direct current (PDC) power supply 1
52 is electrically connected to the target 104. PDC power supply 152 is preferably an asymmetric bipolar PDC power supply that provides a bias waveform comprising a repetitive cycle of deposition voltage (negative) and neutralization voltage (positive). The deposition voltage is preferably between about -100 volts and about -700 volts, between about 60% and about 100% of the cycle. Neutralization or reverse discharge voltage ranges from about 0% to about 40% of the cycle
Between about 30 volts to about 80 volts. The frequency of the bias waveform is from about 50 KHz to about 250 KHz, and each cycle is from about 4 μs to about 2 KHz.
It preferably lasts for 0 μs. The bias waveform is about -75 for about 3.75 μs.
Highly preferred is a 200 KHz waveform with a duty cycle consisting of a deposition voltage of 358 volts and a neutralization voltage of about +80 volts between about 1.25 μs.
【００２２】 また、ＰＤＣ電源１５２は、蒸着処理中に基板支持部材１０６及びその上に配
置された基板１１６に第２のバイアスを供給すべく基板支持部材１０６に電気的
に接続される。ＰＤＣ電源１５２は、対応する第１及び第２のバイアスを供給す
るマスター及びスレーブ構成を供給するのが好ましい。基板１１６に印加される
バイアスは、蒸着処理中に一般的に約０ワット〜約３００ワットの間の範囲にあ
る。ＰＤＣ電源１５２は、サイクル／電圧が対応して変化するように、ターゲッ
ト１０４及び基板支持部材１０６に同期されたバイアスをそれぞれ供給するのが
好ましい。A PDC power supply 152 is electrically connected to the substrate support member 106 to supply a second bias to the substrate support member 106 and the substrate 116 disposed thereon during the deposition process. PDC power supply 152 preferably provides a master and slave configuration that provides corresponding first and second biases. The bias applied to substrate 116 typically ranges between about 0 watts to about 300 watts during the deposition process. PDC power supply 152 preferably provides synchronized bias to target 104 and substrate support member 106, respectively, such that the cycle / voltage changes correspondingly.
【００２３】 ＰＤＣ電源１５２がターゲット１０４に中和電圧（即ち、正の電圧）を供給す
るので、蒸着期間中にターゲット１０４に累積する正電荷は、解放されかつター
ゲット１０４のスパッタリング表面から撥ね退けられる。中和期間中ターゲット
も正なので、ターゲットに累積した正電荷は、撥ね退けられる。そこで、余剰の
正電荷はターゲットに累積せず、ターゲット１０４から上部シールド１４０又は
チャンバ外囲１０２までのアークは、排除される。汚染物質生成を更に低減する
ために、マイクロアーク現象が本発明のＰＶＤチャンバからも排除されるように
ＲＦ電源を利用しない。その結果、汚染物質粒子生成が最小化され、かつ汚染物
質粒子による基板に形成される欠陥が（基板上に１０，０００よりも多い欠陥を
生成する従来技術のＰＶＤ ＢＳＴチャンバと比較して）３０未満に実質的に低
減される。As the PDC power supply 152 supplies a neutralizing voltage (ie, a positive voltage) to the target 104, the positive charge that accumulates on the target 104 during the deposition period is released and repelled from the sputtering surface of the target 104. . Since the target is also positive during the neutralization period, the positive charges accumulated on the target are repelled. Thus, the excess positive charge does not accumulate on the target, and the arc from the target 104 to the upper shield 140 or the chamber enclosure 102 is eliminated. To further reduce contaminant generation, no RF power is utilized so that micro-arc phenomena are also eliminated from the PVD chamber of the present invention. As a result, contaminant particle generation is minimized and the defects formed in the substrate by the contaminant particles are 30 (compared to prior art PVD BST chambers that generate more than 10,000 defects on the substrate). Is substantially reduced to less than.
【００２４】 動作において、基板１１６は、スリットバルブ１１５を通してチャンバ１００
にロボットブレード（図示せず）で転送されかつ基板支持部材１０６の上に配置
される。リフトピン組立体１２０は、上方に移動しかつロボットブレードの上に
基板１１６を上昇させ、そしてロボットブレードは、チャンバ１００からリトラ
クト（撤回）する。スリットバルブ１１５は、密閉環境を供給するために閉じら
れ、かつチャンバは、ガス排気装置１１０に接続された真空ポンプ（図示せず）
によって真空引きされる。基板支持部材１０６は、処理位置に基板支持リフト組
立体１１８によって上方に移動される。基板支持部材１０６が上方に移動すると
、基板１１６は、基板支持部材１０６上に配置され、続いてクランプリング１３
４に係合する。次いで、ガス入口（ガス吸気口）１０８を通してアルゴンがチャ
ンバに導入され、かつターゲット１０４及び基板支持部材１０６にＰＤＣ電源１
５２から第１及び第２のバイアスをそれぞれ印加することによってプラズマが処
理領域１４６内で形成される。代替的に、アルゴンは、基板支持部材１０６内に
配置された第２のガス入口１４８を通してチャンバにも導入されうる。同時に、
酸素は、基板支持部材１０６内に配置された第２のガス入口１４８を通して基板
１１６の近くに導入される。ターゲット１０４からスパッタされた材料（Ｂａ、
Ｓｒ及びＴｉの組合せ）は、酸素イオンと反応し、基板１１６に移動し、ＢＳＴ
薄膜を形成する。処理領域１４６内の圧力は、約１０ｍＴｏｒｒ（ミリトル）と
約３０ｍＴｏｒｒの間に維持され、下部シールド１３２の外側とチャンバ外囲の
間の圧力は、約３ｍＴｏｒｒと１０ｍＴｏｒｒの間に維持されるのが好ましい。
処理中の基板１１６の温度は、約５５０℃に維持されるのが好ましい。In operation, the substrate 116 moves the chamber 100 through the slit valve 115.
Is transferred by a robot blade (not shown) and placed on the substrate support member 106. The lift pin assembly 120 moves upward and raises the substrate 116 above the robot blade, and the robot blade retracts from the chamber 100. The slit valve 115 is closed to provide a sealed environment, and the chamber is a vacuum pump (not shown) connected to the gas exhaust 110
Is evacuated. The substrate support member 106 is moved upward by the substrate support lift assembly 118 to the processing position. When the substrate support member 106 moves upward, the substrate 116 is placed on the substrate support member 106, and then the clamp ring 13
4 is engaged. Next, argon is introduced into the chamber through a gas inlet (gas inlet) 108, and the PDC power supply 1 is supplied to the target 104 and the substrate support member 106.
A plasma is formed in the processing region 146 by applying the first and second biases respectively from 52. Alternatively, argon can also be introduced into the chamber through a second gas inlet 148 located in the substrate support member 106. at the same time,
Oxygen is introduced near the substrate 116 through a second gas inlet 148 located in the substrate support member 106. The material sputtered from the target 104 (Ba,
The combination of Sr and Ti) reacts with oxygen ions, moves to the substrate 116, and
Form a thin film. Preferably, the pressure in the processing region 146 is maintained between about 10 mTorr (milliTorr) and about 30 mTorr, and the pressure between the outside of the lower shield 132 and the chamber surrounding is maintained between about 3 mTorr and 10 mTorr. .
Preferably, the temperature of the substrate 116 during processing is maintained at about 550 ° C.
【００２５】例 基板は、配向／脱ガスチャンバで基板が配向されかつ脱ガスされた後に、真空
にしたＰＶＤチャンバに転送され、基板支持部材上に配置される。基板支持部材
は、処理位置に移動し、処理ガスがチャンバに導入される。アルゴンは、約９５
ｓｃｃｍで第１のガス入口を通して導入され、また約１５ｓｃｃｍで基板支持部
材に第２のガス入口を通して導入される。また、酸素は、約１５ｓｃｃｍで第２
のガス入口を通して導入される。一度チャンバ圧力が約６ｍＴｏｒｒに安定する
と、ＰＤＣ電源がオンにされ、ターゲットに約２５％のデューティサイクルで２
００ＫＨｚで約１０００Ｗの第１のバイアスを供給し、それが５μｓｅｃのサイ
クルに変換され、これは負の電圧３．７５μｓｅｃ（スパッタリング）、正の電
圧１．２５μｓｅｃ（電荷中和）からなる。また、ＰＤＣ電源は、基板支持部材
に第１のバイアスに同期する約３００Ｗで第２のバイアスを供給する。蒸着処理
は、約３００Åの蒸着厚みを達成するために約２００Å／分の蒸着速度で約９０
秒間維持される。次いで、電源が切られ、処理ガスがチャンバから排気され、基
板がチャンバから移動される。 EXAMPLE A substrate is transferred to a evacuated PVD chamber and placed on a substrate support after the substrate has been oriented and degassed in an orientation / degas chamber. The substrate support moves to a processing position and a processing gas is introduced into the chamber. Argon is about 95
Introduced through the first gas inlet at sccm and into the substrate support member through the second gas inlet at about 15 sccm. Oxygen is second at about 15 sccm.
Is introduced through a gas inlet. Once the chamber pressure stabilizes to about 6 mTorr, the PDC power is turned on and the target is charged to 2% with a duty cycle of about 25%.
At 00 KHz, a first bias of about 1000 W was provided, which was converted into a 5 μsec cycle, consisting of a negative voltage of 3.75 μsec (sputtering) and a positive voltage of 1.25 μsec (charge neutralization). The PDC power supply supplies the substrate support member with a second bias at about 300 W synchronized with the first bias. The deposition process is performed at a deposition rate of about 200 ° / min for about 90 ° to achieve a deposition thickness of about 300 °.
Maintained for seconds. The power is then turned off, the processing gas is exhausted from the chamber, and the substrate is moved from the chamber.
【００２６】 本発明の効果は、処理中の低い汚染物質粒子生成、より高い蒸着速度、より高
いスループット、高いアスペクト比フィーチャの優れた（ボイドレス）ギャップ
充填、アーク及びマイクロアークの除去、及び結果として得られたＢＳＴ薄膜の
より良い結晶質及びグレイン配向を含む。例えば、例で説明した処理条件で、チ
ャンバ条件は、１２００個の基板の処理を実行した後も清浄なまま維持され、か
つ汚染物質粒子により基板上に形成される欠陥は、３０未満にまで実質的に低減
された。ターゲットの寿命は、１０００ＫＷＨよりも大きいと予想され、かつ処
理キットの寿命は、２５０ＫＷＨよりも大きいと予想される。スループットは、
（チャンバ毎の毎時の基板数）は、蒸着速度が約２００Å／分よりも大きく増加
するのと共にかなり増加する。また、蒸着された薄膜の組成均等性は、基板上で
２％内にかつ同じランの異なる基板間で１％内に制御される。The benefits of the present invention are lower contaminant particle generation during processing, higher deposition rates, higher throughput, superior (voidless) gap filling of high aspect ratio features, arc and microarc removal, and consequently Includes better crystalline and grain orientation of the resulting BST thin film. For example, with the processing conditions described in the example, the chamber conditions remain clean after performing the processing of 1200 substrates, and the defects formed on the substrates by the contaminant particles are substantially less than 30. Was reduced. The lifetime of the target is expected to be greater than 1000 KWH, and the lifetime of the processing kit is expected to be greater than 250 KWH. Throughput is
(Number of substrates per hour per chamber) increases significantly as the deposition rate increases by more than about 200 ° / min. Also, the compositional uniformity of the deposited thin film is controlled within 2% on the substrate and within 1% between different substrates of the same run.
【００２７】 本発明は、ＢＳＴ薄膜の形成に適用するように記述されたが、本発明は、酸化
コバルトストロンチウムランタン（ＬＳＣＯ）、ジリコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ
）、タンタレートビスマスストロンチウム（ＳＢＴ）、二酸化ケイ素（ＳiＯ2）
、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）を含む、反応ガスとして酸素を用いて形成され
た他のフィルムに対するアプリケーションを意図する。また、本発明は、窒化け
い素及び窒化アルミニウムを含む、反応ガスとして窒素を用いて形成された薄膜
に対する用途を意図している。Although the invention has been described as applied to the formation of BST thin films, the invention is directed to cobalt strontium lanthanum oxide (LSCO), lead zirconate titanate (PZT).
), Tantalate bismuth strontium (SBT), silicon dioxide (S i O 2)
For applications to other films formed using oxygen as a reactive gas, including aluminum oxide (Al 2 O 3 ). The present invention is also intended for use with thin films formed using nitrogen as a reaction gas, including silicon nitride and aluminum nitride.
【００２８】 上述した説明は、本発明の好ましい実施例を述べているが、その基本的な範疇
から逸脱することなく本発明の他の及び更なる実施例が考えられうるし、かつそ
の範疇は、特許請求の範囲によって決定されるものである。While the above description describes preferred embodiments of the invention, other and further embodiments of the invention may be envisaged without departing from its basic scope, and the scope is: It is determined by the claims.
【図１】 従来の、ＢＳＴ薄膜を蒸着させるためのＰＶＤチャンバの断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view of a conventional PVD chamber for depositing a BST thin film.
【図２】 本発明による、ＨＤＣ薄膜を形成するためのＰＶＤチャンバの断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of a PVD chamber for forming an HDC thin film according to the present invention.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 リム ヴィンセント アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94560 ニュウォーク メイヒューズ ラ ンディング ロード 5837 (72)発明者 シング コーシャル ケイ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 95051 サンタ クララ サン ラファエ ル アヴェニュー 2118 Ｆターム(参考） 4K029 BA50 BA58 CA06 CA13 DC20 DC21 DC34 EA09 【要約の続き】 に形成する。────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (72) Inventor Rim Vincent United States of America 94560 New Walk Maifuse Landing Road 5837 (72) Inventor Singing Corsair Cay United States of America 95051 Santa Clara Saint-Raphael Le Avenue 2118 F-term (reference) 4K029 BA50 BA58 CA06 CA13 DC13 DC20 DC21 DC34 EA09 [Continuation of summary]
Claims (22)
、 iv）前記ターゲットと前記シールドとの間に配置された第１のガス入口と、 v）前記チャンバに接続されたガス出口と、 を含む物理蒸着（ＰＶＤ）チャンバ、及び、 ｂ）第１のバイアスを前記ターゲットに、第２のバイアスを前記基板支持部材に
供給するパルス直流（ＰＤＣ）電源、 を備えることを特徴とする装置。1. An apparatus for depositing material on a substrate, comprising: a) i) a target disposed in a chamber; ii) a substrate support member disposed in the chamber; iii) the target and the support member. Iv) a first gas inlet disposed between the target and the shield; and v) a gas outlet connected to the chamber. A) a chamber; and b) a pulsed direct current (PDC) power supply for providing a first bias to the target and a second bias to the substrate support member.
１に記載の装置。2. The apparatus of claim 1, wherein said PDC power supply provides a deposition voltage and a reverse discharge voltage.
にわたって約−１００ボルトから約−７００ボルトの間の蒸着電圧を含む波形電
圧を与え、波形サイクルの約０％から約４０％にわたって約＋３０ボルトから約
＋８０ボルトの間の逆放電電圧を与える請求項１に記載の装置。3. The method according to claim 2, wherein the PDC power supply is between about 60% and about 100% of the waveform cycle.
Providing a waveform voltage comprising a deposition voltage between about -100 volts to about -700 volts over a period of time, and providing a reverse discharge voltage between about +30 volts to about +80 volts over about 0% to about 40% of the waveform cycles. An apparatus according to claim 1.
である請求項３に記載の装置。4. The apparatus of claim 3, wherein said waveform cycle is between about 4 microseconds and about 20 microseconds.
持部の間の領域を取り囲む上部シールドを備える請求項１に記載の装置。5. The apparatus of claim 1, wherein said PVD chamber further comprises an upper shield surrounding an area between said target and said substrate support.
項５に記載の装置。7. The apparatus of claim 5, wherein said upper shield has a floating potential with respect to ground.
載の装置。8. The apparatus of claim 1, wherein said substrate support has a second gas inlet.
第２のガス入口は酸素ガス供給部に接続されている請求項８に記載の装置。9. The apparatus according to claim 8, wherein the first gas inlet is connected to an argon gas supply, and the second gas inlet is connected to an oxygen gas supply.
ストロンチウム及びチタンの組合せ、ランタン、ストロンチウム及びコバルトの
組合せ、鉛、ジルコニウム及びチタンの組合せ、ストロンチウム、ビスマス及び
タンタルの組合せを構成要素とするグループから選択された材料を含む請求項９
に記載の装置。10. The target is made of silicon, aluminum, barium,
10. A material selected from the group consisting of a combination of strontium and titanium, a combination of lanthanum, strontium and cobalt, a combination of lead, zirconium and titanium, a combination of strontium, bismuth and tantalum.
An apparatus according to claim 1.
記第２のガス入口は窒素ガス供給部に接続されている請求項１に記載の装置。11. The apparatus according to claim 1, wherein the first gas inlet is connected to an argon gas supply, and the second gas inlet is connected to a nitrogen gas supply.
ループから選択された材料を含む請求項１に記載の装置。12. The apparatus of claim 1, wherein said target comprises a material selected from the group consisting of aluminum and silicon.
み、裏打ち板はスパッタ可能な材料の約２倍の厚さである請求項１に記載の装置
。13. The apparatus of claim 1, wherein the target comprises a backing plate and a sputterable material, the backing plate being about twice as thick as the sputterable material.
記ターゲットへ、そして第２のバイアスを前記基板支持部材へ供給する工程、及
び、 ｅ）前記ターゲットから材料をスパッタリングさせる工程、 を備えることを特徴とする方法。14. A method of forming a thin film on a substrate, comprising: a) disposing a substrate on a substrate support member in a chamber; b) introducing a first gas into the chamber; c) applying a first gas to the chamber. D) supplying a first bias to the target in the chamber and a second bias to the substrate support using a pulsed direct current (PDC) power supply; e) sputtering material from the target.
項１４に記載の方法。15. The method of claim 14, wherein said PDC power supply provides a deposition voltage and a reverse discharge voltage.
％にわたって約−１００ボルトから約−７００ボルトの間の蒸着電圧を含む波形
電圧を与え、波形サイクルの約０％から約４０％にわたって約＋３０ボルトから
約＋８０ボルトの間の逆放電電圧を与える請求項１４に記載の方法。16. The PDC power supply may include between about 60% and about 100% of a waveform cycle.
Providing a waveform voltage that includes a deposition voltage between about -100 volts to about -700 volts over a percent and a reverse discharge voltage between about +30 volts and about +80 volts over about 0% to about 40% of the waveform cycles. Item 15. The method according to Item 14.
間である請求項１６に記載の方法。17. The method of claim 16, wherein said waveform cycle is between about 4 microseconds and about 20 microseconds.
合せを含む請求項１４に記載の方法。18. The method of claim 14, wherein said target comprises a combination of barium, strontium, and titanium.
る請求項１８に記載の方法。19. The method according to claim 18, wherein said first gas is argon and said second gas is oxygen.
ールドを用いて取り囲む工程、 を備える方法。20. The method of claim 14, further comprising: f) surrounding the area between the target and the substrate with a shield having a floating potential with respect to ground.
導入される請求項１４に記載の方法。21. The method of claim 14, wherein said second gas is introduced through a gas inlet in a substrate support member.
いる請求項１４に記載の方法。22. The method of claim 14, wherein said first bias and said second bias are synchronized.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20070306 |