專利名稱：用于離子化物理氣相淀積的磁增強(qiáng)電容性等離子體源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及離子化物理氣相淀積(iPVD)，并且更具體地，涉及用于 產(chǎn)生特別用于iPVD的高密度等離子體的源。
背景技術(shù)：
諸如用在半導(dǎo)體制造中的離子化物理氣相淀積是通過(guò)將金屬或其它涂 層材料離子化成高密度等離子體，然后將這些離子化的涂層材料粒子跨過(guò) 等離子體鞘的電勢(shì)降引導(dǎo)至襯底上來(lái)實(shí)現(xiàn)的。產(chǎn)生這樣的等離子體的源是 電容耦合型或電感耦合型的。電容耦合型的源通過(guò)經(jīng)由來(lái)自電極的RF電 場(chǎng)耦合能量來(lái)施加能量至真空處理室中的處理氣體。電感耦合型的等離子 體源經(jīng)由來(lái)自天線的RF磁場(chǎng)耦合能量。
電容性源通常被認(rèn)為比電感性源差，因?yàn)樗鼈儺a(chǎn)生較低的等離子密度 和在電極處較大的負(fù)的自偏壓。 一般電容性源的這些特性通常使它們不適 合于iPVD應(yīng)用。低等離子密度主要與電容耦合型源的大RF電壓有關(guān)。 等離子密度是在通過(guò)RF輸入到等離子體中的能量和由于原子的活動(dòng)(更 重要地是動(dòng)能)引起的能量損耗之間進(jìn)行平衡的結(jié)果，或落入等離子殼體 和離開(kāi)等離子體鞘的離子之間進(jìn)行平衡的結(jié)果。在RF電極處產(chǎn)生很大殼 體，是等離子體和電極之間大電勢(shì)差的特性，這些鞘作為等離子體能量的 匯，導(dǎo)致等離子體密度的減小。在iPVD應(yīng)用中，低等離子體密度減小了 金屬離子份額。此外，RF電極處大的鞘電壓引起電極材料濺射到等離子 體中，減小了其壽命。
ICP源趨于復(fù)雜，特別是在它們被設(shè)計(jì)成優(yōu)化淀積均勻性的情況下。 天線和擋板必須利用復(fù)雜的方法來(lái)設(shè)計(jì)。
關(guān)于用于一定應(yīng)用的各種等離子體源報(bào)道了試驗(yàn)性的工作。Furuya&ffirono測(cè)試了磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)濺射速率和RF磁控管的偏壓的影響。他 們觀測(cè)到隨著場(chǎng)強(qiáng)增加，自偏壓減小，并且等離子體密度增加。此外，他 們觀測(cè)到當(dāng)磁場(chǎng)增大到400高斯以上時(shí)濺射速率減小。在他們的試驗(yàn)中， 使用直徑為4英寸(10cm)的CrCo靶，并且在10mTorr (U3Pa)和 200W的RF功率下進(jìn)行試驗(yàn)。[Furuya A & Hirono S,1990， J. AppL Phys"68(1),304 10.]
此外，1等(1984)在改進(jìn)的MRC RIE-51 二極管蝕刻系統(tǒng)中檢測(cè)磁 場(chǎng)強(qiáng)度和壓力對(duì)蝕刻速率的影響。隨著磁場(chǎng)從60至240G變化，RF電極 上的偏壓從500V降至50V。 [I L,Hinson D C,Class W H&Sandstrom R L 1984 Appl. Phys丄ett.44(2),185.]
帶有局部化磁場(chǎng)的電容性源中的磁場(chǎng)效應(yīng)是由Wickramanayaka &NakagaWa (1998)研究的，他們?cè)谟糜诖竺娣e處理的雙頻電容耦合源的 頂部RF電極中使用嵌入的磁體陣列。磁體以棋盤的方式定位，導(dǎo)致隨著 遠(yuǎn)離電極表面磁場(chǎng)迅速減小。磁體的增加導(dǎo)致等離子體密度的三倍增加， 并且觀測(cè)到自偏壓的相應(yīng)減小。[Wickramanayaka S & Nakagawa Y 1998 Jpn. J. Appl. Phys.37(ll,pU),6193,]
此外，Kaufman & Robinson(1993)提出了用于空間推進(jìn)和工業(yè)應(yīng)用的 寬束離子源。[U.S.專利No.5,274，306]
由此，需要一種產(chǎn)生放電或污染物顆粒的風(fēng)險(xiǎn)低的簡(jiǎn)單的高密度等離 子體源。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種簡(jiǎn)單的高密度等離子體源，并且該源特 別適合用于iPVD。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種等離子體源，其具有 減小產(chǎn)生放電或可能污染處理室中的環(huán)境的顆粒的可能性。本發(fā)明的另一 個(gè)目的是提供一種能夠用于替換高密度等離子體源的等離子體源。本發(fā)明 另外的目的是提供一種能夠用于產(chǎn)生對(duì)稱且均勻的等離子體的高密度等離 子體源。
根據(jù)本發(fā)明的原理，高密度、電容性耦合的等離子體源設(shè)置有嵌入在磁場(chǎng)中的RF電極。磁場(chǎng)可以由磁體或磁體組來(lái)產(chǎn)生。磁體組例如可以包 括多個(gè)磁體和軛。磁場(chǎng)線與電極的面對(duì)等離子體或處理室的表面大致平行 或重合。
在圖示的實(shí)施例中，源可替換美國(guó)專利No.6,287,435中所公開(kāi)的ICP 等離子體源。由源的磁體組產(chǎn)生的磁場(chǎng)被設(shè)計(jì)成最小化靠近電極表面的磁 場(chǎng)強(qiáng)度，同時(shí)最小化磁通泄露。位于磁體組后面并圍繞磁體組側(cè)面的鐵磁 防護(hù)罩有效地最小化磁通泄露。最小化泄露還可以由磁體組的中心和環(huán)形 磁體的體積和強(qiáng)度的構(gòu)造來(lái)促進(jìn)。等離子體源定位在濺射靶的中心處，來(lái) 自等離子體源磁體的磁通泄露能夠負(fù)面地改變?yōu)R射陰極組件的性能或使濺 射陰極組件的設(shè)計(jì)復(fù)雜化。對(duì)于這樣的特殊應(yīng)用，構(gòu)造的目的是避免使離 開(kāi)外側(cè)環(huán)形磁體的基本所有磁通偏離朝向等離子體源的外部。
通過(guò)將位于電極的環(huán)形表面之下的磁體與內(nèi)側(cè)和外側(cè)磁體(例如環(huán)形 磁體)結(jié)合、并將背側(cè)軛或被側(cè)磁體環(huán)和中心磁體與襯墊電極表面的磁體 結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了高強(qiáng)度的磁場(chǎng)。仔細(xì)設(shè)計(jì)磁通泄露、磁體的幾何布置和強(qiáng) 度，其中場(chǎng)強(qiáng)優(yōu)選地盡可能大。高場(chǎng)強(qiáng)減小了電極的DC電壓并允許源以 上至至少大約100mTorr的較高壓力操作。
在優(yōu)選實(shí)施例中，磁體組通過(guò)薄的銅或鋁箔保護(hù)層從RF場(chǎng)屏蔽。此 外，磁體優(yōu)選地與其熱隔離。
根據(jù)本發(fā)明的一些方面，源設(shè)置有向外彎曲或大致凸起以向外延伸到 處理室中的RF電極。此形狀有助于將等離子體從源噴濺到處理空間中。
在本發(fā)明的可選實(shí)施例中，源在其中心處構(gòu)造成開(kāi)放的。根據(jù)開(kāi)放的 構(gòu)造，源的中心部分可以用于氣體流入或噴頭。這樣的源可以是平的或設(shè) 置有錐形或圓柱形的幾何形狀。這樣的可選構(gòu)造可以用于提供高的等離子 體均勻性。
提供電極浸沒(méi)在磁場(chǎng)中的等離子體源所獲得的優(yōu)點(diǎn)是，磁場(chǎng)中的等離 子體顯示出自然的振動(dòng)模式，稱作等離子體波。這些等離子體波是通常意 義上具有速度和波長(zhǎng)的波。這種行為與ICP源不同。在ICP源中，等離子 體將RF波擋在外面，將RF波約束在表層深度，而且，在ICP源中，波長(zhǎng) 和速度的概念是無(wú)效的。等離子體支持兩種類型的波電磁波和靜電波。這些是兩種在它們的波長(zhǎng)、能量傳輸機(jī)理以及極化性質(zhì)上相當(dāng)不同的波。 不像電磁波，靜電波經(jīng)由電場(chǎng)和電子流攜帶能量。波的電子流部分造成能量擴(kuò)散和電子加熱。在螺旋型(helicon)等離子體中，電磁波被稱作螺旋 波。根據(jù)本發(fā)明的源的絕大多數(shù)實(shí)施例都希望能夠直接激發(fā)靜電波，其中 少量能量或沒(méi)有能量變成螺旋波。這樣就將能量擴(kuò)散到靠近電極的電子， 這與RF能量由RF電流擴(kuò)散在大量等離子體中的典型的電容性源不同。根據(jù)本發(fā)明的源，在電場(chǎng)和等離子體波之間提供了非常好的耦合，并 且能量傳輸?shù)降入x子體非常有效。結(jié)果，等離子體表現(xiàn)出至源的高阻抗。 這導(dǎo)致電極的RF電壓降低和DC偏壓減小。最終的結(jié)果是電極濺射減小 并且等離子體密度增加。在iPVD模塊中，根據(jù)本發(fā)明的源提供了簡(jiǎn)單性、對(duì)稱性和高的處理 性能。使電極具有一定形狀同時(shí)將其浸沒(méi)在強(qiáng)磁場(chǎng)中進(jìn)一步減小了電極的濺 射并增加了等離子體密度。源的硬件簡(jiǎn)化得到了一種電感耦合等離子體源 的有吸引力的替代技術(shù)。通過(guò)適當(dāng)?shù)臉?gòu)造，根據(jù)本發(fā)明的源能夠用作裝入 即可式(drop-in)替換的等離子體源，特別是提供了附加的簡(jiǎn)化和改進(jìn)的 等離子體對(duì)稱性，不會(huì)對(duì)等離子體均勻性和雙極漂移造成負(fù)面影響。本發(fā)明的源給ICP源提供的優(yōu)點(diǎn)是，不需要電介質(zhì)窗口和一般被設(shè)置 用于保護(hù)電介質(zhì)窗口的擋板防護(hù)。
本發(fā)明的這些和其它目的和優(yōu)點(diǎn)將從下面對(duì)附圖的詳細(xì)描述中變得更 加清楚，其中圖1是裝有根據(jù)本發(fā)明若干實(shí)施例的高密度等離子體源的iPVD設(shè)備 的剖面示意圖。圖2是圖1的iPVD設(shè)備的涂層材料源組件的放大剖視圖，更詳細(xì)地 示出等離子體源。圖3是可替換的涂層材料源組件的放大剖視圖，類似于圖2。圖4是另一個(gè)可替換的涂層材料源組件的另一個(gè)放大剖視圖，類似于圖2和3。圖5是類似于圖2的另一個(gè)放大剖視圖，圖示等離子體源的若干實(shí)施 例的附加特征。圖6是圖5的等離子體源的背部磁體的立體示意圖。
具體實(shí)施方式
圖1圖示離子化物理氣相淀積(iPVD)或?yàn)R射涂覆設(shè)備之類的晶片處 理設(shè)備10，其中半導(dǎo)體晶片15是通過(guò)涂金屬膜(未示出)來(lái)處理的。設(shè) 備IO包括室壁11，室壁11圍繞封閉在其中的處理室12。室壁11 一般接 地。蓋13密封至室壁并接地至室壁11，封閉室12—端的開(kāi)口。處理氣體 源16供應(yīng)處理氣體至室12，同時(shí)真空泵17將室12內(nèi)的氣體保持在真空 壓力水平。室12內(nèi)的襯底支撐18將晶片支撐在其中用于處理。室防護(hù)罩 14 (若干防護(hù)罩中的一個(gè))保護(hù)室壁11和室的其它更多永久性部件免受 淀積。涂層材料源20設(shè)置成由蓋13支撐并面對(duì)支撐18上的晶片15。材料源20包括涂層材料的濺射靶21，其在圖示的實(shí)施例中是環(huán)形 的，并且更具體地，是截頭圓錐形狀。RF能量源22以美國(guó)專利 No.6,287,435中詳細(xì)公開(kāi)的方式安裝在環(huán)形耙21的中心的開(kāi)口中，該美國(guó) 專利通過(guò)引用明確包含在這里。在該美國(guó)專利中，描述了 ICPRF源，其 具有位于室外部并在電介質(zhì)窗口背后的天線，電介質(zhì)窗口被槽式隔板保護(hù) 以免受到污染。根據(jù)本發(fā)明的RF能量源22的一個(gè)實(shí)施例包括中心定位在室12的軸 19上的金屬電極23。電極23安裝成密封靶21中心的開(kāi)口，其表面41面 對(duì)室12。電極23通過(guò)一對(duì)環(huán)形絕緣體24和25與靶21電隔離，絕緣體24 和25之間是接地的環(huán)形金屬防護(hù)罩26。靶21電連接至DC電源27的負(fù) 極輸出，同時(shí)電極具有連接至RF發(fā)生器28的RF輸出的饋電接線端 28a。商用的高頻頻率可以用于發(fā)生器，但是優(yōu)選大約60MHz的更高頻 率。電極23背后是環(huán)形的磁體組30，其產(chǎn)生中心定位在軸19上并在電極 23的表面41上在室12內(nèi)延伸的環(huán)形磁道形式的磁場(chǎng)31。RF電極23優(yōu)選地由與濺射靶21相同的材料制成。電極23嵌入在由 磁體組30的磁體32-36和磁體組鐵磁背件37產(chǎn)生的磁場(chǎng)31中。這些磁體 包括由三個(gè)同心的環(huán)形部分33-35形成的表面磁體或電極磁體以及外側(cè)和 內(nèi)側(cè)的磁體32和36。每個(gè)環(huán)形部分33-35自身都是磁體，具有共同定位 的徑向極軸。這些側(cè)面磁體32和36圖示成圓柱形狀的環(huán)形磁體。背件37 例如可以是鐵磁體軛。理想地，磁場(chǎng)31的線與電極23的面對(duì)室12的表面 41大致平行或一致。電極23具有沿其周圍的水冷通道29,水冷通道29在 其相對(duì)端處連接至設(shè)備10中的循環(huán)冷卻水供應(yīng)系統(tǒng)(未示出)。RF能量源22可以被構(gòu)造用于替換現(xiàn)有的ICP源。由此RF源22置于 濺射靶21上，由RF絕緣體24分離，如圖2所示。這樣的用于iPVD設(shè)備 的ICP源描述在2001年6月29日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào) No.09/896，890中，因此其整個(gè)內(nèi)容通過(guò)引用包含在這里。為了替代這樣的 IPVD源組件，源例如可以包括殼體組件，該殼體組件具有外部接地連接 器、外部耙電源連接器、RF電源連接器、外部冷卻流體循環(huán)端口、內(nèi)部 靶電源接線端、內(nèi)部RF連接器、多個(gè)內(nèi)部冷卻流體端口、以及被構(gòu)造成 圍繞室頂部處的開(kāi)口密封源的支撐結(jié)構(gòu)。由于磁場(chǎng)的構(gòu)造，電極23的一些部分易于濺射，因此電極優(yōu)選地由 與濺射靶21相同的材料制成。防護(hù)罩26可以可選地設(shè)置在靶21和源22 之間，為等離子體提供帶有局部接地或其它基準(zhǔn)，等離子體能夠相對(duì)于該 局部接地或其它基準(zhǔn)建立電勢(shì)。防護(hù)罩26安裝在絕緣體24之間和絕緣體 25之間，絕緣體24將防護(hù)罩26與靶21隔離，絕緣體25將防護(hù)罩26與 電極23隔離。防護(hù)罩26也優(yōu)選地由與電極23相同的材料制成。如果設(shè)置 了防護(hù)罩26，根據(jù)處理因素，其可以接地，或者其可以DC偏壓至一些其 它的電勢(shì)或者甚至浮置。磁場(chǎng)31被設(shè)計(jì)成最大化靠近電極23的表面41的磁場(chǎng)強(qiáng)度。最小化磁 通泄露也是必要的并且通過(guò)使用鐵磁防護(hù)罩37b替代鐵磁的背件37或優(yōu) 選地除鐵磁的背件37外使用鐵磁防護(hù)罩37b能夠?qū)崿F(xiàn)，如下面結(jié)合圖5所 描述的。其它設(shè)計(jì)方法能夠某種程度上進(jìn)一步減小磁通泄露，例如對(duì)磁體 組30的體積和強(qiáng)度的細(xì)心設(shè)計(jì)，特別是其內(nèi)部環(huán)形磁體36和外部環(huán)形磁體32。在泄露的磁通會(huì)與其它的室部件(例如磁電濺射陰極組件)干涉的
應(yīng)用中，目標(biāo)是確保磁場(chǎng)31的基本所有磁通限定在等離子體源22內(nèi)。
通過(guò)位于外部和內(nèi)部環(huán)形磁體32和36之間并襯在電極23環(huán)形區(qū)域的 電極表面41上的磁體，例如磁體33-35，與外部和內(nèi)部環(huán)形磁體32和36 結(jié)合能夠?qū)崿F(xiàn)磁場(chǎng)31的高強(qiáng)度。這些磁體33-35的幾何形狀和強(qiáng)度能夠被 優(yōu)化以進(jìn)一步最小化磁通泄露。側(cè)面磁體32和36具有與電極23的表面大 致垂直的極軸，其中更靠近電極23的磁極與表面磁體33-35鄰近的極的極 性相同。在此示例中，外側(cè)磁體是N極而內(nèi)側(cè)磁體是S極。因?yàn)榇朋w組 30的磁體的共用極布置成互相靠近導(dǎo)致趨向于引起磁體分離的磁力，所以 磁體組30的磁體優(yōu)選地裝在樹(shù)脂或其它的盒子中(未示出)。
磁場(chǎng)31的強(qiáng)度優(yōu)選地是盡可能大，并且例如至少大約lkG。高的場(chǎng) 強(qiáng)減小了電極23的DC電壓，并允許RF源22以例如上至lOOmTorr或更 高的較高壓力運(yùn)行。電極磁體33-35貢獻(xiàn)了在電極23的室側(cè)表面上延伸的 磁場(chǎng)31的強(qiáng)度的絕大部分。沿鐵軛形式的背件37附加的側(cè)面磁體32和 36使磁場(chǎng)31增強(qiáng)了大約30%。使用更厚的電極磁體33-35也導(dǎo)致磁場(chǎng)31 的強(qiáng)度的增加。使用粘結(jié)的NeFeB作為制造磁體的材料產(chǎn)生大約400-500 高斯的磁場(chǎng)31的強(qiáng)度，使用更強(qiáng)的NeFeB材料產(chǎn)生大約1400-1500Gauss 的場(chǎng)強(qiáng)。
磁體組30優(yōu)選地通過(guò)薄的銅或鋁箔保護(hù)層(未示出)對(duì)RF場(chǎng)屏蔽， 以最小化對(duì)于磁體組30的磁體32-36和軛37的RF加熱和能量損耗。此 外，因?yàn)殡姌O23可能變得非常熱，所以磁體組30的磁體32-36和其它部 件可以與防護(hù)罩26熱隔離。
RF電極23及其表面41是凸起的，或向外彎曲到室12中。這種形狀 有助于等離子體從源驅(qū)進(jìn)處理空間中。磁場(chǎng)31的磁力線的曲率與電極23 的面對(duì)室12的表面的曲率大致相同。為了最好地達(dá)到這個(gè)情況，電極23 和磁體組30可以一起設(shè)計(jì)，并且可以修改其中的任一個(gè)以使其形狀適合 于另一個(gè)。設(shè)計(jì)目標(biāo)應(yīng)當(dāng)是使電極23的室側(cè)表面的形狀與電極的內(nèi)、外 邊緣之間大部分表面上的磁場(chǎng)31的形狀相匹配，使場(chǎng)31僅在側(cè)面磁體32 和36附近彎曲到電極23中。其它實(shí)施例可基于提供開(kāi)放式RF源22a。通過(guò)將繞軸19的中心部分 與電極23分離，可以提供開(kāi)放式RF源22a。這樣，如圖3所示給電極 23a造成了可以與電極23電分離或物理分離的中心部分42。這種構(gòu)造可以 有利于一些處理場(chǎng)合，特別是在等離子體的均勻性更加重要的場(chǎng)合中。源 23a的中心部分42能夠用作例如氣體供給、噴頭或等離子體整形電極。
另一個(gè)實(shí)施例可以包含開(kāi)放式RF源22b，其中設(shè)置具有非平面幾何 形狀的電極23b，例如4中所示的圓錐形或圓柱形(未示出)。
如圖5所示，對(duì)于背件37，可以設(shè)置背部磁體37a用于代替鐵磁材料 的軛，由此使磁場(chǎng)31的強(qiáng)度增加大約10%。此背部磁體37a增大了電極 23處的磁場(chǎng)31的強(qiáng)度。此外，為了減小磁通泄露，在背件37之外或也用 于背件37的軛或磁體的目的，可以設(shè)置鐵磁材料的防護(hù)罩37b。這樣的防 護(hù)罩37b優(yōu)選地具有位于磁體組30后部的平面盤形部分，其與圍繞磁體 組30并在外側(cè)磁體32外部的圓柱形邊緣部分形成為一體。此構(gòu)造將來(lái)自 磁體組30的磁場(chǎng)限定成徑向位于等離子體源22的外徑內(nèi)，使得來(lái)自等離 子體源22的磁場(chǎng)不耦合到與靶21相關(guān)的任何磁場(chǎng)。
如圖6所示，背部磁體37a優(yōu)選地以段38的形式制造。對(duì)于大致圓形 或環(huán)形的背部磁體37a，這樣的段通常是并排設(shè)置的楔形角狀分段以形成 環(huán)形的環(huán)，每個(gè)段都帶有徑向朝向的極軸。對(duì)于磁體32-36中的任一個(gè)都 可以采用這種分段構(gòu)造，這種磁體的每一個(gè)段，其極軸都在圖中所示的N 和S極之間延伸。
圖5中的防護(hù)罩37b示作與磁體37a或其它背件分離的防護(hù)罩。這樣 的防護(hù)罩可以由例如1008或1010鋼之類的鋼制成，并且應(yīng)當(dāng)有幾毫米的 厚度。防護(hù)罩的外部圓柱部分優(yōu)選地離外部磁體32大約2-3厘米。
根據(jù)本發(fā)明，RF源22既不是磁增強(qiáng)反應(yīng)離子蝕刻機(jī)(MERIE)，也 不是ECR源，也不是螺旋波(helicon)源，其具有由Kaufman&Robinson (1993)在美國(guó)專利No.5,274,306中提出的RF磁控管或等離子體推進(jìn)源 的電極磁場(chǎng)交互作用的一些特性。該美國(guó)專利中的源是用于空間推進(jìn)和工 業(yè)應(yīng)用的寬束離子源。該專利的磁場(chǎng)和電極構(gòu)造具有與圖4的本發(fā)明的實(shí) 施例的開(kāi)放式構(gòu)造和圓柱形幾何形狀有一些可比性。此外，用本發(fā)明的源將能量傳輸至電子的機(jī)理與ECR源根本上不同。 在ECR源中，RF場(chǎng)以恒定地加速電子的方式匹配到局部的回旋加速頻 率。在本發(fā)明的源中，電場(chǎng)產(chǎn)生與電極面平行的多層電子流。這些電子流 層振蕩并在與氣體和等離子體離子的碰撞中擴(kuò)散。
根據(jù)本發(fā)明的源類似地不同于磁增強(qiáng)反應(yīng)離子蝕刻機(jī)的那些源。這種 蝕刻機(jī)的磁增強(qiáng)電容性源類似于ECR源，因?yàn)樗鼈円蕾囉陔娮拥幕匦铀?運(yùn)動(dòng)。在這些源中，RF場(chǎng)的頻率是電子回旋加速頻率的兩倍。在等離子 鞘界面處，振蕩鞘在它們的回旋加速轉(zhuǎn)動(dòng)的每半個(gè)周期中加速電子。
本發(fā)明的源還不同于螺旋波源，主要是在波激發(fā)的方法上。兩種類型 的源之間的主要差別是RF "發(fā)射器"。在螺旋波源中，發(fā)射器是天線， 其中RF電流是激發(fā)等離子體中的電場(chǎng)和磁場(chǎng)的原因。在本發(fā)明的源中， 發(fā)射器是電極，其中RF電場(chǎng)是激發(fā)等離子體中的電場(chǎng)的原因。結(jié)果，本 發(fā)明的源比螺旋波源更有效，所有能量都進(jìn)入到最有效的能量淀積通道。
在根據(jù)本發(fā)明的RF源中，增大的磁場(chǎng)導(dǎo)致RF電壓的減小、等離子體 密度增加以及電極濺射率減小。
用于產(chǎn)生與靶表面平行的磁場(chǎng)的磁體結(jié)構(gòu)已經(jīng)由本發(fā)明的共同發(fā)明人 Derrek Andrew Russell提出。該磁體結(jié)構(gòu)描述在共同轉(zhuǎn)讓且待決的美國(guó)專 利申請(qǐng)序列號(hào)No.10/324,213中，由此通過(guò)引用明確包含在這里。
已經(jīng)就示例性實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理 解，可以在不脫離本發(fā)明的原理的情況下對(duì)這里所描述的特征進(jìn)行添加、 刪除和修改。
權(quán)利要求
1.一種在真空處理設(shè)備的室中產(chǎn)生高密度等離子體的方法，包括提供環(huán)形磁體組，所述環(huán)形磁體組具有足夠的強(qiáng)度和體積以產(chǎn)生延伸到處理室中的磁場(chǎng)；將電極嵌入所述處理室中的所述磁場(chǎng)中，使磁通大致平行于所述電極的表面；為所述電極供給射頻能量以將所述能量電容耦合到所述室中，以由此產(chǎn)生高密度等離子體。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，用于制造半導(dǎo)體，還包括用所述高密 度等離子體處理所述室中的半導(dǎo)體晶片。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，用于制造半導(dǎo)體，還包括 用所述高密度等離子體離子化所述室中的涂層材料； 用所述離子化的涂層材料涂覆半導(dǎo)體晶片。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，還包括 從處理設(shè)備去掉電感耦合等離子體源；所述提供環(huán)形磁體組和嵌入電極的步驟包括用電容性耦合源裝入即可 式替換所述電感耦合等離子源。
5. 如權(quán)利要求1所述的方法，還包括 從處理設(shè)備去掉電感耦合等離子源；所述提供環(huán)形磁體組和嵌入電極的步驟包括用電容性耦合源裝入即可 式替換所述電感耦合等離子源，所述電容性耦合源包括 在所述真空室內(nèi)具有環(huán)形表面的電極， 具有耦合到所述電極的輸出的射頻發(fā)生器， 磁體組，所述磁體組包括環(huán)形表面磁體，具有內(nèi)側(cè)磁極和外側(cè)磁極并具有在內(nèi)、外側(cè) 磁極之間延伸的極軸，所述環(huán)形表面磁體位于徑向面上并大致平 行于所述電極的表面，外側(cè)磁體，其具有與所述電極的表面相交的極軸，所述外側(cè)磁體的第一磁極更靠近所述電極，所述外側(cè)磁體的第二磁極更遠(yuǎn)離所述電極，所述外側(cè)磁體的第一磁極靠近所述表面磁體的外側(cè)磁極并與其具有相同的極性，內(nèi)側(cè)磁體，其具有與所述電極的表面相交的極軸，所述內(nèi)側(cè)磁體的第一磁極更靠近所述電極，所述內(nèi)側(cè)磁體的第二磁極更遠(yuǎn)離所述電極，所述內(nèi)側(cè)磁體的第一磁極靠近所述表面磁體的內(nèi)側(cè) 磁極并與其具有相同的極性，鐵磁背件，其在所述內(nèi)側(cè)磁體的第二磁極和外側(cè)磁體的第二 磁極之間延伸并靠近所述內(nèi)側(cè)磁體的第二磁極和外側(cè)磁體的第二 磁極，所述磁體組的磁體具有足夠的體積和強(qiáng)度，使其所產(chǎn)生的磁場(chǎng)大 致從所述表面磁體的外側(cè)磁極和所述外側(cè)磁體的第一磁極延伸至所述 表面磁體的內(nèi)側(cè)磁極和所述內(nèi)側(cè)磁體的第一磁極，所述電極嵌入在所 述磁場(chǎng)中。
6. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述嵌入步驟包括提供具有大致 凹入的表面的電極，并將所述電極嵌入在所述磁場(chǎng)中使得其表面向外延伸 到所述室中。
7. 如權(quán)利要求1所述的方法，還包括使所述磁體組和所述電極位于 濺射涂覆設(shè)備的環(huán)形靶的中心，以將來(lái)自所述電極的射頻能量電容性地耦 合到所述設(shè)備的室中的高密度等離子體。
8. 如權(quán)利要求1所述的方法，還包括使所述磁體組和所述電極位于 濺射涂覆設(shè)備的環(huán)形靶的中心；并將所述磁場(chǎng)限定在所述環(huán)形靶的內(nèi)部。
9. 一種等離子體源，用于將高密度等離子體電容性地耦合到處理設(shè)備 的處理室中，包括在所述真空室內(nèi)具有環(huán)形表面的電極； 具有耦合到所述電極的輸出的射頻發(fā)生器； 磁體組，所述磁體組包括環(huán)形表面磁體，具有內(nèi)側(cè)磁極和外側(cè)磁極并具有在內(nèi)、外側(cè)磁極 之間延伸的極軸，所述環(huán)形磁體位于徑向面上并大致平行于所述電極的表面，外側(cè)磁體，其極軸與所述電極的表面相交，其第一磁極更靠近所 述電極，其第二磁極更遠(yuǎn)離所述電極，所述第一磁極靠近所述表面磁 體的外側(cè)磁極并與其具有相同的極性，內(nèi)側(cè)磁體，其極軸與所述電極的表面相交，其第一磁極更靠近所 述電極，其第二磁極更遠(yuǎn)離所述電極，所述內(nèi)側(cè)磁體的第一磁極靠近 所述表面磁體的內(nèi)側(cè)磁極并與其具有相同的極性，鐵磁背件，其在所述內(nèi)側(cè)磁體的第二磁極和外側(cè)磁體的第二磁極 之間延伸并靠近所述內(nèi)側(cè)磁體的第二磁極和外側(cè)磁體的第二磁極； 所述磁體組的磁體具有足夠的體積和強(qiáng)度，使產(chǎn)生的磁場(chǎng)大致從所述 表面磁體的外側(cè)磁極和所述外側(cè)磁體的第一磁極延伸至所述表面磁體的內(nèi) 側(cè)磁極和所述內(nèi)側(cè)磁體的第一磁極； 所述電極嵌入在所述磁場(chǎng)中。
10. 如權(quán)利要求9所述的等離子體源，其中，所述鐵磁背件包括背部 磁體，所述背部磁體具有外側(cè)磁極和內(nèi)側(cè)磁極，所述背部磁體的外側(cè)磁極 靠近所述外側(cè)磁體的第二磁極并與其具有相反的極性，所述背部磁體的內(nèi) 側(cè)磁極靠近所述內(nèi)側(cè)磁體的第二磁極并具有與其相反的極性。
11. 如權(quán)利要求9所述的等離子體源，還包括防護(hù)罩，由鐵磁材料制成，位于所述磁體組的與所述電極相反的側(cè)上 并繞所述外側(cè)磁體延伸，所述防護(hù)罩被構(gòu)造成將磁通約束為從所述外側(cè)磁 體大致徑向向內(nèi)。
12. 如權(quán)利要求9所述的等離子體源，其中，所述鐵磁背件包括防護(hù) 罩，所述防護(hù)罩由鐵磁材料制成，位于所述磁體組的與所述電極相反的側(cè) 上并繞所述外側(cè)磁體延伸，所述防護(hù)罩被構(gòu)造成將磁通約束為從所述外側(cè) 磁體大致徑向向內(nèi)。
13. 如權(quán)利要求9所述的等離子體源，其中 所述外側(cè)磁體是靠近所述電極表面的外邊緣的外圈磁體； 所述內(nèi)側(cè)磁體是靠近所述電極表面的內(nèi)邊緣的內(nèi)圈磁體。
14. 如權(quán)利要求9所述的等離子體源，其中所述磁體組的磁體具有足夠的體積和強(qiáng)度，使產(chǎn)生的磁場(chǎng)能夠?qū)⒒旧纤械拇磐ū幌薅ǖ剿?等離子體源的附近。
15. 如權(quán)利要求9所述的等離子體源，其中，所述電極的面對(duì)所述室 的表面是凸出的并向外彎曲到所述室中。
16. 如權(quán)利要求9所述的等離子體源，其中，所述磁場(chǎng)與所述電極的 面對(duì)所述室的表面大致一致。
17. 如權(quán)利要求9所述的等離子體源，其中所述電極在其中心處具有開(kāi)口。
18. 如權(quán)利要求9所述的等離子體源，其中所述磁體具有位于其表面上的導(dǎo)電材料涂層。
19. 如權(quán)利要求9所述的等離子體源，其中所述源是備用源，其被構(gòu)造成對(duì)離子化物理氣相淀積設(shè)備的電感耦合等離子體源進(jìn)行裝入即可式 替換。
20. —種離子化物理氣相淀積設(shè)備，包括如權(quán)利要求9所述的等離子體源，并且還包括真空室，其中具有用于支撐將被處理的襯底的襯底支撐；圍繞所述等離子體源的環(huán)形濺射靶。
21. 如權(quán)利要求9所述的等離子體源，其中所述環(huán)形表面磁體由按角度排列的多個(gè)段形成。
22. —種等離子體處理設(shè)備，包括真空室，其中具有用于支撐將待處理襯底的襯底支撐；電容性耦合的高密度等離子體源，其包括-具有位于所述真空室內(nèi)的環(huán)形表面的電極， 具有耦合到所述電極的輸出的射頻發(fā)生器，磁體組，所述磁體組包括具有內(nèi)側(cè)磁極和外側(cè)磁極并與所述電極的表面大致平行的環(huán) 形表面磁體，外側(cè)磁體，具有靠近所述表面磁體并與所述表面磁體的外側(cè) 磁極極性相同的磁極，內(nèi)側(cè)磁體，具有靠近所述表面磁體并與所述表面磁體的內(nèi)側(cè) 磁極極性相同的磁極，鐵磁背件，其在所述內(nèi)側(cè)磁體和外側(cè)磁體之間延伸并靠近所 述內(nèi)側(cè)磁體和外側(cè)磁體； 所述磁體塊的磁體具有大致從所述外側(cè)磁體延伸到所述內(nèi)側(cè)磁體的磁場(chǎng)；所述電極嵌入在所述磁場(chǎng)中。
23. 如權(quán)利要求22所述的設(shè)備，用于在半導(dǎo)體晶片上進(jìn)行離子化物理 氣相淀積，還包括與圍繞所述等離子體源的室連通的環(huán)形濺射靶； 所述等離子體源具有限制磁場(chǎng)遠(yuǎn)離所述濺射靶的鐵磁防護(hù)罩。
24. 如權(quán)利要求22所述的設(shè)備，其中，所述電極的室側(cè)表面是凸出 的，并向外彎曲到所述室中，所述磁場(chǎng)與所述電極的表面大致一致。
25. 如權(quán)利要求22所述的設(shè)備，其中 所述電極在其中心具有開(kāi)口；所述設(shè)備還包括在所述電極中心的開(kāi)口處的氣體引入源。
26. 如權(quán)利要求22所述的設(shè)備，其中所述鐵磁背件包括背部磁體， 所述背部磁體具有靠近所述外側(cè)磁體的外側(cè)磁極和靠近所述內(nèi)側(cè)磁體的內(nèi) 側(cè)磁極。
27. —種等離子體源，用于將高密度等離子體電容性地耦合到處理設(shè) 備的處理室中，包括電極，其具有向內(nèi)延伸到所述真空室中的凸面，并能夠用其向室內(nèi)延 伸的凸面支撐在室的一端處；射頻發(fā)生器，其具有耦合到所述電極的輸出；磁體組，其位于所述電極后面并具有與所述電極的凸起表面大致一致 的凸磁場(chǎng)；所述電極嵌入在所述磁場(chǎng)中并具有與所述磁場(chǎng)大致一致的凸起表面。
28. 如權(quán)利要求27所述的源，其中，所述電極為環(huán)形形狀，具有在其整個(gè)半徑上凸出的環(huán)形表面；所述磁場(chǎng)是環(huán)形的并在其整個(gè)半徑上凸出，并與所述電極的環(huán)形表面 一致。
29. —種離子化物理氣相淀積設(shè)備，包括 真空室，其中具有用于支撐待處理襯底的襯底支撐； 濺射靶；如權(quán)利要求27所述的等離子體源，其具有延伸到所述室中的凸起的 磁場(chǎng)，電極嵌入在磁場(chǎng)中。
30. —種離子化物理氣相淀積設(shè)備，具有如權(quán)利要求27所述的等離子 體源，并且還包括真空室，其中具有用于支撐待處理襯底的襯底支撐； 濺射靶；其中，所述等離子體源安裝在所述室的一端處，其中，凸起的磁場(chǎng)具 有嵌入在其中的電極并延伸到所述室中。
31. —種等離子體處理設(shè)備，具有如權(quán)利要求27所述的等離子體源， 并且還包括真空室，其中具有用于支撐待處理襯底的襯底支撐； 其中，所述等離子體源安裝在所述室的一端處，其中，凸起的磁場(chǎng)具 有嵌入在其中的電極并延伸到所述室中。
全文摘要
用于iPVD的電容性等離子體源(22)浸沒(méi)在強(qiáng)的局部磁場(chǎng)(31)中，并可以用于裝入即可式替換iPVD的電感耦合等離子體(ICP)源。該源包括環(huán)形電極(23)，環(huán)形電極(23)具有位于其后面的磁體組(30)，磁體組(30)包括與電極表面大致平行的表面磁體(33-35)，其中，磁場(chǎng)在電極表面上徑向延伸。諸如內(nèi)側(cè)和外側(cè)環(huán)形圈磁體(分別是36和32)之類的側(cè)面磁體具有極軸，極軸與電極相交，最靠近電極的磁極與表面磁體的鄰近磁極具有相同極性。鐵磁背板(37)或背部磁體(37a)使側(cè)面磁體(32、36)的背部磁極互相連接。位于磁體組(30)后面的鐵磁防護(hù)罩(37b)限制磁場(chǎng)(31)離開(kāi)iPVD材料源(21)。
文檔編號(hào)H01J7/24GK101300657SQ200580001514
公開(kāi)日2008年11月5日 申請(qǐng)日期2005年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月5日
發(fā)明者德里克·安德魯·拉塞爾, 米羅·沃克維克 申請(qǐng)人:東京毅力科創(chuàng)株式會(huì)社