[发明专利]用于离子化物理气相淀积的磁增强电容性等离子体源

说明书

技术领域

本发明涉及离子化物理气相淀积(iPVD)，并且更具体地，涉及用于产生特别用于iPVD的高密度等离子体的源。

背景技术

诸如用在半导体制造中的离子化物理气相淀积是通过将金属或其它涂层材料离子化成高密度等离子体，然后将这些离子化的涂层材料粒子跨过等离子体鞘的电势降引导至衬底上来实现的。产生这样的等离子体的源是电容耦合型或电感耦合型的。电容耦合型的源通过经由来自电极的RF电场耦合能量来施加能量至真空处理室中的处理气体。电感耦合型的等离子体源经由来自天线的RF磁场耦合能量。

电容性源通常被认为比电感性源差，因为它们产生较低的等离子密度和在电极处较大的负的自偏压。一般电容性源的这些特性通常使它们不适合于iPVD应用。低等离子密度主要与电容耦合型源的大RF电压有关。等离子密度是在通过RF输入到等离子体中的能量和由于原子的活动(更重要地是动能)引起的能量损耗之间进行平衡的结果，或落入等离子壳体和离开等离子体鞘的离子之间进行平衡的结果。在RF电极处产生很大壳体，是等离子体和电极之间大电势差的特性，这些鞘作为等离子体能量的汇，导致等离子体密度的减小。在iPVD应用中，低等离子体密度减小了金属离子份额。此外，RF电极处大的鞘电压引起电极材料溅射到等离子体中，减小了其寿命。

ICP源趋于复杂，特别是在它们被设计成优化淀积均匀性的情况下。天线和挡板必须利用复杂的方法来设计。

关于用于一定应用的各种等离子体源报道了试验性的工作。 Furuya&Hirono测试了磁场强度对溅射速率和RF磁控管的偏压的影响。他们观测到随着场强增加，自偏压减小，并且等离子体密度增加。此外，他们观测到当磁场增大到400高斯以上时溅射速率减小。在他们的试验中，使用直径为4英寸(10cm)的CrCo靶，并且在10mTorr(1.33Pa)和200W的RF功率下进行试验。[Furuya A & Hirono S，1990，J.Appl.Phys.，68(1)，30410.]

此外，I等(1984)在改进的MRC RIE-51二极管蚀刻系统中检测磁场强度和压力对蚀刻速率的影响。随着磁场从60至240G变化，RF电极上的偏压从500V降至50V。[IL，Hinson D C，Class W H&Sandstrom R L1984Appl.Phys.Lett.44(2)，185.]

带有局部化磁场的电容性源中的磁场效应是由Wickramanayaka&Nakagawa(1998)研究的，他们在用于大面积处理的双频电容耦合源的顶部RF电极中使用嵌入的磁体阵列。磁体以棋盘的方式定位，导致随着远离电极表面磁场迅速减小。磁体的增加导致等离子体密度的三倍增加，并且观测到自偏压的相应减小。[Wickramanayaka S & Nakagawa Y 1998Jpn.J.Appl.Phys.37(11，pt.1)，6193.]

此外，Kaufman & Robinson(1993)提出了用于空间推进和工业应用的宽束离子源。[U.S.专利No.5,274,306]

由此，需要一种产生放电或污染物颗粒的风险低的简单的高密度等离子体源。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种简单的高密度等离子体源，并且该源特别适合用于iPVD。本发明的另一个目的是提供一种等离子体源，其具有减小产生放电或可能污染处理室中的环境的颗粒的可能性。本发明的另一个目的是提供一种能够用于替换高密度等离子体源的等离子体源。本发明另外的目的是提供一种能够用于产生对称且均匀的等离子体的高密度等离子体源。

根据本发明的原理，高密度、电容性耦合的等离子体源设置有嵌入在 磁场中的RF电极。磁场可以由磁体或磁体组来产生。磁体组例如可以包括多个磁体和轭。磁场线与电极的面对等离子体或处理室的表面大致平行或重合。

在图示的实施例中，源可替换美国专利No.6,287,435中所公开的ICP等离子体源。由源的磁体组产生的磁场被设计成最小化靠近电极表面的磁场强度，同时最小化磁通泄露。位于磁体组后面并围绕磁体组侧面的铁磁防护罩有效地最小化磁通泄露。最小化泄露还可以由磁体组的中心和环形磁体的体积和强度的构造来促进。等离子体源定位在溅射靶的中心处，来自等离子体源磁体的磁通泄露能够负面地改变溅射阴极组件的性能或使溅射阴极组件的设计复杂化。对于这样的特殊应用，构造的目的是避免使离开外侧环形磁体的基本所有磁通偏离朝向等离子体源的外部。