DE69801106T2 - Verfahren und vorrichtung zur niederdruckzerstäubung - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft das Niederdruckzerstäuben bzw. Niederdrucksputtern, und insbesondere ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Zünden und Aufrechterhalten eines Plasmas während des Sputterbeschichtens von Merkmalen mit hohem Seitenverhältnis bei Drücken von weniger als 1,0 mTorr (0,133 N/m²) und insbesondere im Bereich von 0,05 bis 0,5 mTorr (0,0067 bis 0,067 N/m²) und darunter.
Hintergrund der Erfindung
• Bei der Herstellung von Halbleiterelementen mit sehr hohem Integrationsgrad (Very Large Scale Integration-(VLSI)-Halbleitern) werden die Merkmale kleiner und kleiner. Im Augenblick ist es notwendig, Kontakte an den Böden bzw. Unterseiten von Merkmalen mit hohem Seitenverhältnis zu metallisieren, die eine Breite im Bereich von 0,25 bis 0,35 um aufweisen. Das Metallisieren solcher Kontakte durch einen Sputterbeschichtungsvorgang ist wünschenswert, da das Sputtern wirtschaftliche Vorteile hinsichtlich Zeit sowie Kosten und der Einfachheit der Geräte gegenüber alternativen Prozessen bietet, insbesondere dort, wo Einrichtungen auf dem Substrat eine Beschädigung erleiden würden, wenn sie den erhöhten Temperaturen ausgesetzt werden, die bei Beschichtungsvorgängen, wie das chemische Abscheiden aus der Gasphase (CVD) erforderlich sind. Bei abnehmender Größe der Merkmale und hohen Seitenverhältnissen werden erhöhte Anforderungen an den Sputtervorgang und an die Notwendigkeit gestellt, einen höheren Grad an Richtungsabhängigkeit bzw. Richtungsbündelung des gesputterten Materials zu erzielen. Sofern die Wege der Partikel des gesputterten Materials, welches auf das Substrat auftrifft, nicht senkrecht zu der Substratoberfläche aufrecht erhalten werden können, ist der Versuch, Löcher mit hohem Seitenverhältnis mittels Sputtern zu beschichten, nicht effektiv.
• Ein Sputterbeschichtungsvorgang wird üblicherweise durch Anordnen des Substrats sowie eines Targets aus Beschichtungsmaterial in einer Vakuumkammer, welche mit einem inerten Gas, wie Argon, gefüllt ist, und durch Erzeugen eines Plasmas in dem Gas ausgeführt, wobei an dem Target ein negatives Potential umgelegt wird, so daß es als Kathode arbeitet, die Elektronen abgibt, um das Plasma aufrechtzuerhalten. Das Target ist üblicherweise Teil einer Magnetron- Kathodenanordnung, bei der hinter dem Target befindliche Magnete die Elektronen über der Oberfläche des Targets fangen, wo sie mit Atomen des Argongases kollidieren, Elektronen von den Atomen wegreißen und diese in positive Ionen umwandeln. Die Argonionen werden in Richtung des negativen Targets beschleunigt, wo sie mit der Oberfläche kollidieren und Targetmaterialpartikel abschlagen, die sich in der Vakuumkammer ausbreiten, wobei einige von ihnen auf dem Substrat auftreffen und dieses beschichten. Verschiedene Schematas wurden vorgeschlagen, um das Ausbreiten von Targetpartikeln so zu bewirken, daß sich diese in geraden Linien bewegen, welche im wesentlichen senkrecht zur Substratoberfläche verlaufen. Eines dieser Schemen besteht im Anordnen eines Kollimators zwischen dem Target und dem Substrat und ein weiteres Schema in dem Erhöhen des Abstandes zwischen dem Target und dem Substrat, was als "long-throw sputtering" bzw. Weitwurf-Sputtern bekannt ist. Die Kollimatoren bilden eine Quelle für Partikelverunreinigungen und eine sich verändernde Abscheidungsrate, während beide Verfahren dazu neigen, die Abscheidungsrate wesentlich zu verringern. Das Weitwurf-Sputtern führt außerhalb der Mitte des Wafers zu einer asymmetrischen oder anders geringstufigen Beschichtung. Das Ionisieren der Partikel und die elektrische Beschleunigung der Partikel in Richtung des Substrats mittels Hochfrequenz-Vorspannung des Wafersockels ist ein weiteres Verfahren, welches vorgeschlagen wurde, um die gewünschte senkrechte Ausrichtung der gesputterten Partikel, die sich in Richtung des Substrates bewegen, aufrechtzuerhalten. Derartige Schematas hatten begrenzten Erfolg und werden nicht im großen Umfang verwendet.
• Unabhängig von dem Verfahren des Ausrichtens der Wege der Sputterpartikel senkrecht zu dem Substrat unterliegen die Partikel, die sich in Richtung des Substrates bei den üblichen Drücken von 1 bis 3 mTorr (0,133 bis 0,400 N/m²) bewegen, welche beim Sputtern verwendet werden, Kollisionen mit Argongasatomen auf ihrem Weg zu dem Substrat. Diese Kollisionen bewirken, daß sich die Partikel zerstreuen. Das Zerstreuen führt viele der Partikel entlang von Wegen, die in Winkeln auf dem Substrat auftreffen, wobei sie in vertiefte Merkmale eintreten, so daß sie hauptsächlich auf die Seitenwände anstatt auf den Böden bzw. Unterseiten auftreffen, wo die Beschichtung bevorzugt sein kann. Die Verringerung des Druckes in der Kammer erzeugt eine entsprechende Verringerung in der Zahl der Kollisionen, denen die Partikel unterliegen. Jedoch wird unterhalb von 1 mTorr (0,133 N/m²) das Aufrechterhalten eines Gleichstrom- oder gepulsten Gleichstromplasmas zunehmend schwierig und erfordert Modifikationen an der Kathode, was die Kosten sowie die Komplexität erhöht. Weiterhin ist es bekannt, daß Niederdruckprozesse die Menge an Verunreinigungen, die für ein Hineinmischen in die entstehende Schicht zur Verfügung stehen, verringern, wodurch sich die Filmreinheit und die Zuverlässigkeit der integrierten Einrichtung, die aus solchen Schichten gebildet wird, verbessert.
• Demzufolge bleibt das Problem des Aufrechterhaltens der Ausrichtung des gesputterten Materials, wenn Merkmale mit hohen Seitenverhältnissen beschichtet werden müssen, und es bleibt der Bedarf zum Aufrechterhalten eines Plasmas, wenn das Sputtern bei einem niedrigen Druck, insbesondere bei 1 mTorr und darunter ausgeführt wird.
• Die EP-A-0 479 189 beschreibt eine Magnetron-Plasma-Verarbeitungseinrichtung zum Ätzen von integrierten Halbleiterschaltungen. Die Einrichtung enthält eine Vakuumkammer und eine Ätzgasquelle, eine Bodenelektrode bzw. untere Elektrode, welche mit einer Hochfrequenz-(HF)-Energiequelle verbunden oder geerdet werden kann, sowie eine obere Elektrode, welche entweder geerdet oder durch Hochfrequenz mit Energie versorgt werden kann. Demzufolge kann der Ätzvorgang als Anoden- oder Kathoden-Kopplungssystem arbeiten. Der bevorzugte Arbeitsdruck beträgt 10 bis 100 mTorr, wobei höhere Drücke bevorzugt sind.
• Die EP-A-0 469 469 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitereinrichtung. Es wird ein Gerät offenbart, welches eine Vakuumkammer, einen Prozeßgaseinlaß mit einem Strömungsgeschwindigkeits-Generator, eine geerdete Elektrode und eine Hochfrequenz-Elektrode mit einer Hochfrequenz-Energiequelle und zugehörigen Schaltungen umfaßt. Das Verfahren und das Gerät können bei einer Vorrichtung zum Sputtern eingesetzt werden. Jedoch besteht keine Offenbarung der Prozeßparameter für einen derartigen Einsatz.
Zusammenfassung der Erfindung
• Eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Sputterbeschichtung für Merkmale mit hohem Seitenverhältnis von VLSI-Halbleitereinrichtungen bereitzustellen und insbesondere die Effektivität von hochgerichteten bzw. hochdirektionalen Sputterbeschichtungen der Kontakte an den Böden bzw. Unterseiten derartiger Merkmale zu verbessern. Eine besondere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß Zerstreuen der gesputterten Partikel zu verringern und die Ausrichtung der gesputterten Partikel in einem Sputterbeschichtungsverfahren aufrechtzuerhalten.
• Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Aufrechterhalten eines Plasmas bei Plasmaverarbeitungsanwendungen mit geringem Druck bereitzustellen. Insbesondere liegt die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Niedrigdruckplasma bzw. Niederdurckplasma bei Sputterbeschichtungsanwendungen, beispielsweise für die Beschichtung von Merkmalen mit hohem Seitenverhältnis, bei Prozeßdrücken von weniger als 1 mTorr (0,133 N/m²), wie in dem Bereich von 0,05 bis 0,5 mTorr (0,0067 bis 0,067 N/m²) und darunter aufrechtzuerhalten.
• Gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung wird der Verlust der Ausrichtung bzw. Direktionalität des gesputterten Materials, welches sich in Richtung des Substrates bewegt, durch Sputtern bei niedrigem Druck unterhalb der üblichen 1 bis 3 mTorr (0,133 bis 0,400 N/m²) beispielsweise innerhalb des Bereiches von 0,05 bis 0,5 mTorr (0,007 bis 0,067 N/m²) und sogar niedrigeren Drücken verringert. Gemäß anderen Prinzipien der vorliegenden Erfindung wird ein Plasma bei niedrigem Druck durch Bereitstellen eines Zusatz- bzw. Hilfsplasmas zusätzlich zu dem Hauptplasma, welches für die Ionisierung des Gases, das beim Sputtern von Material von dem Target verwendet wird, aufrechterhalten.
• Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Sputterbeschichtungsvorgang bei niedrigem Druck, bei Unter-mTorr-Drücken wie in dem Bereich von 0,05 bis 0,5 mTorr (0,007 bis 0,067 N/m²) vorgesehen und ein Hauptplasma, wie ein Gleichstrom- oder gepulstes Gleichstrom-Plasma mit Magnetronverstärkung durch Bereitstellen eines Hochfrequenz-Zusatzplasmas nahe an der Oberfläche des Targets aufrechterhalten. Das Zusatzplasma und die niedrigen Sputterdrücke sind insbesondere in Kombination mit einer Substratvorspannung nützlich, um die Beschichtungs- und Schichtqualität zu verbessern. Das Zusatzplasma kann induktiv oder kapazitiv eingekoppelt werden. Eine dynamische Steuerung des Prozeßgasdruckes wird verwendet, um die Zündung des Zusatzplasmas zu erleichtern und um anschließend das Plasma bei einem geringen Druck zu halten. Insbesondere wird zunächst das Prozeßgas in dem Bereich von 1 bis 30 mTorr (0,133 bis 4,000 N/m²) gehalten, während das Zusatzplasma gezündet wird, und anschließend für die Bearbeitung auf den Unter-mTorr-Bereich, vorzugsweise in einem Bereich von 0,05 bis 0,5 mTorr (0,007 bis 0,067 N/m²) abgesenkt. Weiterhin wird die Abscheidungsrate durch Veränderung des Pegels der Energie an dem Target gesteuert.
• Die bevorzugten Ausführungsbeispiele enthalten den Einsatz von Hochfrequenzenergie, die mit einer einzelnen Spule an der Targetperipherie induktiv eingekoppelt wird, um das Zusatzplasma zu erzeugen, wobei die Spule vorzugsweise nahe an dem Magnetrontarget und dem Dunkelraumschild bzw. Abschirmschild angeordnet ist. Andere Formen von Spulen, wie beispielsweise eine unterteilte, schraubenförmige Spule können verwendet werden. Alternative Ausführungsbeispiele enthalten Hochfrequenzenergie, die mit einem getrennten Hochfrequenztarget kapazitiv eingekoppelt werden, welches in der Nähe der Kante des Haupttargets angeordnet ist, wobei das separate Target aus dem gleichen Material wie das Hauptsputtertarget hergestellt sein kann. Das separate Target kann darüberhinaus seinen eigenen Magnetron und ein Dunkelraumschild aufweisen, um das separate Target zu veranlassen, ein noch effektiveres Unterenergiesetzen des Prozeßgases aufzuweisen.
• Bei dem Start des Prozesses des bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung wird die Strömungsgeschwindigkeit des Prozeßgases in die Kammer erhöht, um einen Druckpegel zu erzielen, der ausreichend für die Zündung des Hochfrequenz-Zusatzplasmas ist. Die Energie für das Hochfrequenzplasma wird vorzugsweise ebenfalls für die Zündung des Hochfrequenzplasmas erhöht. Sobald das Hochfrequenzplasma gezündet und stabilisiert ist, wird das Haupt-Gleichstromplasma durch Anlegen von Energie an dem Target entwickelt, was ebenfalls bei einem höheren Druck erfolgen kann. Nach der Stabilisierung des Hochfrequenzplasmas vor oder nach der Zündung des Hauptplasmas an dem Target wird der Druck auf einen Unter-mTorr-Bereich verringert.
• Vorzugsweise wird die Elektrode oder das Element, mit dem die Hochfrequenzenergie eingekoppelt wird, um das Hochfrequenz-Zusatzplasma zu erzeugen, ausgestaltet und angeordnet, um das Entstehen von Gleichstrom- und Hochfrequenz- Kurzschlüsse während des Gebrauchs der Vorrichtung zu verhindern. Lücken, Schlitze, Trennungen und Zwischenräume werden vorzugsweise verwendet, um die Bildung von Gleichstrom-Kurzschlüssen sowie Hochfrequenz-Eddy-Strömen in dem Element selbst zu verhindern. Das Element sollte eine kleine Abmessung oder ein niedriges Profil in der Target-Substratrichtung aufweisen, um die Notwendigkeit zu vermeiden, den Target-Substratabstand für die Aufnahme des Elements deutlich zu erhöhen. Vorzugsweise wird darüberhinaus eine Wasserkühlung des Elementes vorgesehen. Das Element kann mit einer isolierenden Beschichtung versehen sein, um unerwünschte Stromflüsse zu vermeiden, kann eine Oberflächenbehandlung aufweisen, um die Haftung des Targetmaterials zu verbessern, wodurch Flaking und Verunreinigung verringert wird, und kann mit einem Material gebildet oder beschichtet sein, das identisch zu dem des Haupttargets ist, oder mit einem inerten Material beschichtet sein, wie Quarz oder ein Keramikmaterial, insbesondere wenn die Ätzrate bzw. Ätzgeschwindigkeit des Elements die Rate bzw. Geschwindigkeit der Abscheidung des gesputterten Materials auf dem Element überschreitet. Das Element wird vorzugsweise außerhalb des Target-Substrat- Weges und vorzugsweise so angeordnet, daß es eine minimale Abscheidung des Materials von dem Haupttarget erhält. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird das Element hinter der Ebene der Sputterfläche des Haupttargets angeordnet.
• Die vorliegende Erfindung erhöht die Ausrichtung bzw. Direktionalität eines Sputterbeschichtungsprozesses, insbesondere zum Beschichten von Merkmalen mit hohem Seitenverhältnis auf einer Halbleiter-Waferoberfläche. Die Erfindung verringert das Zerstreuen der Partikel des gesputterten Materials und erleichtert das Aufrechterhalten eines Gleichstrom- oder gepulsten Gleichstrom-Plasmas bei niedrigen Unter-mTorr-Drücken. Mit der Erfindung kann das Abscheiden bei einem geringen Druck mit hoher Geschwindigkeit und geringer Verunreinigung ausgeführt werden. Die Erfindung kann darüberhinaus zum Ätzen eingesetzt werden, wobei das zu ätzende Substrat eine Kathode ist und wobei das Hochfrequenzelement oder die Hochfrequenzelektrode benachbart der Kathode angeordnet ist, um ein Ätzplasma aufrechtzuerhalten.
• Diese sowie weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung deutlicher zu Tage treten.
Kurze Beschreibung der Zeichnungsfiguren
• Fig. 1 ist eine schematische Wiedergabe einer Sputtervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
• Fig. 2A ist eine schematische Wiedergabe eines Abschnittes, der in Fig. 1 mit 2 gekennzeichnet ist und der näher eine Form eines Hochfrequenz-Zusatzplasma- Kopplungselementes zeigt.
• Fig. 2B ist eine schematische Wiedergabe ähnlich zu Fig. 2A, die eine alternative Ausführungsform eines Hochfrequenz-Zusatzplasma-Kopplungselementes wiedergibt.
• Fig. 2C und 2B, ist eine schematische Darstellung ähnlich zu den Darstellungen der Fig. 2A welche eine weitere alternative Ausführungsform eines Hochfrequenz- Zusatzplasma-Kopplungselementes wiedergibt.
• Fig. 3 ist eine Zeitdiagramm eines Ausführungsbeispiels des Betriebs der Vorrichtung der Fig. 1.
Ausführliche Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
• Fig. 1 gibt schematisch eine Sputterbeschichtungsvorrichtung 10 gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung wieder. Die Vorrichtung 10 weist eine vakuumdichte Sputterprozeßkammer 12 auf, die eine darin angeordnete Waferhalterung oder einen darin angeordneten Wafersusceptor 14 mit einem darauf plazierten Halbleiterwafer 15 besitzt. Dem Wafer gegenüberliegend ist ein Target 16 aus Sputterbeschichtungsmaterial von der Art angeordnet, welches als eine dünne Schicht auf den Wafer 15 abzuscheiden ist. Das Target 16 ist Teil einer Kathodenanordnung 17, die einen Targethalter 18, an dem das Target 16 befestigt ist, und eine Magnetpackung 19 enthält. Ein Dunkelraumschild bzw. Abschirmschild 13 kann darüberhinaus um den Umfang des Targets 16 vorgesehen sein. Die Magnetpackung 19 enthält vorzugsweise Magnete, die einen geschlossenen magnetischen Tunnel bilden, der über der Oberfläche des Targets 16 Elektronen fängt, welche durch die Kathodenanordnung 17 in das Gas innerhalb der Kammer abgegeben werden.
• Die Vorrichtung 10 enthält eine Quelle für Gleichstromenergie 20, welche eingeschaltet werden kann, um konstant zu bleiben, oder gepulst werden kann, und die mit der Kathodenanordnung 17 über einen Hochfrequenzfilter 22 verbunden ist. Eine Zusatzenergiequelle, wie ein Hochfrequenzgenerator 24, kann darüberhinaus optional mit der Kathodenanordnung 17 verbunden sein, der über ein Anpaß- Netzwerk 25 verbunden sein könnte. Eine optionale Vorspannungsschaltung 27 kann darüberhinaus vorgesehen und mit dem Substrathalter 14 verbunden sein, um eine Vorspannung an einem Wafer 15 anzulegen.
• Gemäß bestimmten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ist ein Kopplungselement 30 in unmittelbarer Nähe zu der Oberfläche des Targets 16 vorgesehen. Vorzugsweise wird das Element dicht an der Umfangskante 31 des Targets 16 sehr nahe dem Dunkelraumschild bzw. Abschirmschild 13 und vorzugsweise entweder in der Ebene der Oberfläche des Targets 16 oder geringfügig vor bzw. hinter der Oberfläche des Targets 16 gehalten. Ein Hochfrequenzgenerator 32, der vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 60 MHz arbeitet, ist über ein Anpaß- Netzwerk 33 mit dem Element 30 verbunden. Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist das Element 30 eine ebene Spule 30a, wie es in Fig. 2A gezeigt ist, die über zwei Ausgangsleitungen mit der Hochfrequenz-Energiequelle 35 verbunden ist, welche aus dem Generator 32 und dem Anpaß-Netzwerk 33 besteht. Die Spule 30a dient dazu, die Hochfrequenz-Energie von der Quelle 35 in das Gas innerhalb der Kammer 12 induktiv einzubringen bzw. einzukoppeln, um ein Hilfs- bzw. Zusatzplasma nahe dem Target 16 zu erzeugen. Fig. 2B gibt eine mehrfach gewickelte, segmentierte Schraubenspule 30b wieder, welche eine Alternative zu der einzelnen flachen Spule 30a der Fig. 2A zum Erzeugen des Zusatzplasmas darstellt.
• In Fig. 2C ist eine weitere Alternative zu den Spulen 30a und 30b wiedergegeben, nämlich ein ringförmiges Zusatztarget 30c. Das Target 30c ist vorzugsweise aus dem gleichen Material wie das Target 16 hergestellt. Das Target 30c ist mit einer Ausgangsleitung der Hochfrequenz-Energiequelle 35 verbunden, um die Hochfrequenzenergie in das Gas kapazitiv einzukoppeln, so daß das Zusatzplasma entsteht.
• Eine Prozeßgasquelle 40 ist über eine Strömungssteuereinrichtung 41 mit der Kammer 12 verbunden. Für den Sputterprozeß ist das Gas aus der Quelle 40 üblicherweise ein inertes Gas, wie Argon. Die Steuerung 41 reguliert die Strömung von geringen Mengen des Gases in die Kammer 12, um eine feine Steuerung des Druckes in der Kammer bereitzustellen, sobald die Kammer im wesentlichen evakuiert und auf ein hohes Vakuum durch Einsatz einer Vakuumpumpe (nicht gezeigt), die mit der Kammer 12 verbunden ist, gebracht worden ist.
• Die Vorrichtung 10 enthält darüberhinaus eine Hauptsteuerung 50, die vorzugsweise eine mikroprozessorbasierende, programmierbare Steuereinrichtung ist, die dazu dient, den Betrieb der Komponenten, die vorstehend erläutert worden sind, zu sequenzieren und zu steuern. Die Steuereinrichtung 50 weist Ausgänge zum Steuern der Energiezuführung der Kathodenenergiequellen 20 und 24, der Substrat-Vorspannungs-Energiequelle 27, des Hochfrequenzgenerators zum Versorgen des Zusatzplasmaelementes 30 mit Energie und der Gasströmungssteuerung 41 auf. Gemäß bestimmten Prinzipien der vorliegenden Erfindung wird die Steuereinrichtung 50 programmiert, um die Gasströmungs-Steuereinrichtung 41 zu veranlassen, einen Druck in der Kammer auf 1 bis 50 mTorr (0,133 bis 6,666 N/m²) anzuheben, anschließend den Hochfrequenzgenerator 32 zu veranlassen, das Element 30 mit Energie zu versorgen, so daß ein Zusatzplasma in der Kammer 11 in unmittelbarer Nähe der Oberfläche des Targets 16 gezündet und aufrechterhalten wird. Sobald dieses Plasma stabilisiert ist, veranlaßt die Steuereinrichtung 50, daß der Druck auf 0,5 mTorr (0,667 N/m²) oder weniger verringert wird und veranlaßt die Energiequelle 20 für das Haupttarget 16, dieses mit Energie zu versorgen, um das Hauptplasma am Target 16 zu erzeugen, wobei das Hochfrequenz- Zusatzplasma durch die Hochfrequenzenergie aufrechterhalten wird, welche reaktiv von dem Element 30 eingekoppelt wird, um das Hauptplasma zu zünden und aufrechtzuerhalten, das andernfalls bei Drücken unterhalb von 1 mTorr (0,133 N/m²) nicht zünden würde. Mit diesem Hauptplasma wird ein Wafer 15 bei geringen Drücken verarbeitet, um den unteren Teil von Merkmalen mit hohem Seitenverhältnis besser zu beschichten.
• Fig. 3 gibt die Art und Weise, in der das Programm der Steuereinrichtung 50 die Vorrichtung 10 steuert, wieder. In Fig. 3 kennzeichnet die Kurve 60 ein Signal aus der Steuereinrichtung 50 an die Gasströmungs-Steuereinrichtung 41. Bei der Kurve 60 geht die Kurve zu einem hohen Strömungswert 60a für üblicherweise ca. 2 bis 5 Sekunden, beginnend mit der Zeit T1 (Start des Zyklus) und endend mit der Zeit T4 (was üblicherweise ca. 2 bis 5 Sekunden nach T1 ist) über. Bei der Kurve 61 beginnt der Druck bei der Zeit T1 anzusteigen, erreicht den gewünschten höheren Druck ca. in dem Bereich von 10 bis 50 mTorr (1,333 bis 6,666 N/m²) vor einer Zeit T2 und bleibt oberhalb dieses 1 mTorr-Druckes bis zur Zeit T4, wo er beginnt, zu fallen. In der Zeit T4 ändert das Strömungssteuerungssignal auf einen geringen Strömungssteuerungswert, der üblicherweise durch Signalisierung einer Strömung von 1 bis 100 sccm in die Kammer 12 erreicht wird, wie es bei 60b auf der Kurve 60 gezeigt ist. Dies veranlaßt den Druck in der Kammer 12, von dem Pegel 61a auf den Pegel 61b von der Zeit T4 bis zur Zeit T5 zu fallen.
• Die Kurve 62 kennzeichnet die Hochfrequenzenergie, die aus der Hochfrequenzquelle 35 dem Hochfrequenzelement 30 zugeführt wird. Die Steuereinrichtung 50 veranlaßt die Hochfrequenzenergie im Bereich von 1 bis 60 MHz, bei der Zeit T2 von null auf einen Pegel anzusteigen, der ausreicht, ein Plasma zu erzeugen, üblicherweise auf einen Energiewert von 1 zu 5 kW, wie es bei 62a der Kurve 62 gezeigt ist. Diese Hochfrequenzenergie bleibt auf dem hohen Pegel 62a bis zur Zeit T3, die 0,5 bis 3 Sekunden nach den Zeiten T1 und T2 vorliegt. Von der Zeit T3 bis zur Zeit T8, welche ungefähr 0,5 bis 5 Sekunden später als die Zeit T3 vorliegt, wird der Hochfrequenz-Energiepegel veranlaßt, vom Pegel 62a auf einen geringeren Pegel 62b zu sinken, welcher von dem Minimum entfernt ist, das notwendig ist, um das Plasma auf einem Pegel zu halten, der die Steuerung der Abscheidungsgeschwindkeit auf das Substrat 15 ermöglicht. Dieser Pegel 62b liegt üblicherweise zwischen 0,1 und 3 kW mit einer Frequenz von 0,1 bis 60 MHz.
• Vor der Zeit T3 und vorzugsweise bevor der Druck des Prozeßgases von dem hohen Pegel 61a auf den niedrigen Pegel 61b verringert wird, wird die Gleichstromenergie an dem Target 16 von null auf einen Arbeitsenergiepegel 63a angehoben, wie es in Kurve 63 gekennzeichnet ist, welcher normalerweise zwischen 0,5 und 30 kW für üblicherweise verwendete Targets mit einem Durchmesser von 12 Inch (30,48 cm) gehalten wird. Die Zunahme in der Targetenergie tritt zwischen den Zeiten T9 und T10 oder innerhalb von ca. 5 Sekunden auf. Die Gleichstromenergie wird auf einen Pegel 63a an dem Target 16 bis zur Zeit T6 aufrechterhalten, was solange ist, bis der Wafer 15 behandelt worden ist, was üblicherweise von 10 Sekunden bis mehrere Minuten von der Zeit T10 dauern kann. Bei der Zeit T6 wird der Gleichstromenergiepegel 63a von dem Target 16 entfernt und der Aufrechterhaltungs-Hochfrequenz-Energiepegel 62b von dem Zusatzelement 30 bei der Zeit T6 oder später entfernt. Anschließend wird bei der Zeit T7 die Gasströmung auf null verringert und der Gasdruck sinkt auf den unteren Abpumpdruck. Wenn der Wafer gegen einen neuen ausgetauscht worden ist, wird der Zyklus wiederholt.

Claims (16)

1. Sputterverfahren, das die folgenden Schritte enthält:

Halten eines Substrates (15) in einer Vakuumsputterkammer (12), das einer Sputterkathodenanordnung (17) gegenüberliegt, welche ein Target (16) aus Sputterbeschichtungsmaterial enthält, Erzeugen eines Vakuumdruckes eines Gases in der Kammer (12), Zünden eines Plasmas benachbart zu der Sputterkathodenanordnung durch reaktives Einkoppeln von Hochfrequenzenergie aus einer Zusatzplasmaelektrode (30, 30a, 30b, 30c) in das in der Kammer (12) befindliche Gas und anschließendes Zuführen von Energie zu der Sputterkathodenanordnung (17), um das Sputtern auszulösen, und Einsteuern des Gasdruckes auf weniger als 1 mTorr (0,133 N/m²) während des Sputterns.

2. Sputterverfahren nach Anspruch 1, bei dem der Zündschritt das Einsteuern des Druckes in der Kammer (12) und der Energie zur Zusatzplasmaelektrode (30, 30a, 30b, 30c) auf einen Pegel enthält, um das Plasma zu zünden, und bei dem nach dem Zuführen von Energie zur Sputterkathodenanordnung (17) der Druck und die Energie auf einen Pegel unterhalb desjenigen Pegels verringert wird, der zum Zünden des Plasmas notwendig ist, jedoch oberhalb eines Pegels liegt, der notwendig ist, um das Plasma aufrechtzuerhalten, so daß Beschichtungsmaterial gesputtert wird.

3. Sputterverfahren nach Anspruch 1 oder 2, weiterhin enthaltend das Bereitstellen der Zusatzplasmaelektrode (30, 30a, 30b, 30c) in der Sputterkammer (12) in der Nähe der Sputterkathodenanordnung (17).

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, weiterhin enthaltend das Bereitstellen der Zusatzplasmaelektrode in der Nähe einer Umfangskante (31) des Targets (16) und in der Nähe eines um das Target (16) in der Kammer (12) angeordneten Dunkelraumschildes (13).

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, weiterhin enthaltend das Bereitstellen der Zusatzplasmaelektrode (30, 30a, 30b, 30c) in der Nähe einer durch eine Sputteroberfläche des Targets (16) verlaufenden Ebene.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Hochfrequenzenergie durch Anlegen von Energie an ein Zusatztarget (30c) aus Sputtermaterial, welches das Target (16) in der Nähe von dessen Umfang umgibt, kapazitiv in das Gas eingekoppelt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Hochfrequenzenergie durch Zuführen von Energie zu einer Spule (30a, 30b), die das Target (16) in unmittelbarer Nähe von dessen Umfang (31) umgibt, induktivität in das Gas eingekoppelt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die Spule eine untergliederte, schraubenförmige Spule (30b) ist, welche symmetrisch in der Kammer (12) um den Umfang der Sputterkathodenanordnung (17) angeordnet ist.

9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Kathodenanordnung (17) Gleichstromenergie zugeführt wird.

10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Kathodenanordnung (17) gepulste Gleichstromenergie zugeführt wird.

11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, weiterhin enthaltend das Vorspannen des Substrats (15), das Ionisieren des von dem Target (16) gesputterten Materials an einem von dem Target (16) entfernten Punkt und das Steuern der Vorspannung, um die ionisierten, gesputterten Partikel in Richtung des Substrates (15) zu ziehen.

12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, weiterhin enthaltend das Steuern der Hochfrequenzenergie zur Zusatzplasmaelektrode (30, 30a, 30b, 30c), um die eingekoppelte Hochfrequenzenergie zu verändern, wodurch die Abscheidungsgeschwindigkeit auf das Substrat (15) gesteuert wird.

13. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Plasma bei einem Druck von zumindest 1 mTorr (0,133 N/m²) in der Kammer (12) gezündet wird, wobei, während die Kathode arbeitet, der Druck in der Kammer bei nicht mehr als 1 mTorr gehalten wird, um ein Sputterplasma mit der Kathode zu erzeugen.

14. Sputtervorrichtung, enthaltend eine Vakuumsputterkammer (12), eine Sputterkathodenanordnung (17), die ein Target (16) aus Sputtermaterial in der Kammer (12) enthält, eine Kathodenenergiequelle (20), die mit der Kathodenanordnung (17) verbunden ist, eine Gasstrom-Steuereinrichtung (41) zum Steuern der Strömung des Gases in die Kammer (12) zum Beeinflussen des Druckes in der Kammer, eine Zusatzplasmaelektrode (30, 30a, 30b, 30c), eine Hochfrequenz-Energiequelle (32), die mit der Elektrode verbunden ist, sowie eine Steuereinrichtung (50), die mit der Gasstrom- Steuereinrichtung (41), der Energiequelle (20) und der Hochfrequenzquelle (32) verbunden und so konfiguriert ist, daß die Gasstrom-Steuereinrichtung (41) veranlaßt wird, den Druck in der Kammer (12) zu steuern, während die Hochfrequenzquelle (32) der Elektrode auf einem Pegel Energie zuführt, um ein Plasma, benachbart der Kathodenanordnung (17,) zu zünden, und daß die Gasstrom-Steuereinrichtung veranlaßt wird, den Druck in der Kammer bei weniger als 1 mTorr (0,133 N/m²) zu halten, während die Kathodenenergiequelle (20) der Kathodenanordnung (17) Energie zuführt, um das Sputtern zu bewirken.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, bei der die Elektrode ein Zusatztarget (30c) ist, das aus dem Sputtermaterial besteht oder zumindest mit dem Sputtermaterial beschichtet ist, wobei die Elektrode so konfiguriert ist, daß Hochfrequenzenergie in das Gas innerhalb der Kammer (12) kapazitiv eingekoppelt wird, um ein Plasma darin zu zünden und aufrechtzuerhalten.

16. Vorrichtung nach Anspruch 14, bei der die Elektrode eine Spule (30a, 30b) ist, die den Umfang des Targets (16) umgibt und sich in dessen unmittelbarer Nähe befindet, um die Hochfrequenzenergie in das Gas innerhalb der Kammer (12) induktiv einzukoppeln, wodurch ein Plasma darin gezündet und aufrechterhalten wird.