專利名稱：淀積膜的方法和濺射設(shè)備的制作方法
淀積膜的方法和用濺射法淀積金屬膜或金屬合金膜(金屬膜化合物)用的濺射設(shè)備。
用于LSI的半導(dǎo)體襯底上的金屬膜主要用濺射法淀積。其原因是，用濺射法能以不造成任何缺陷的穩(wěn)定方法高速地在襯底表面上淀積有良好質(zhì)量和雜質(zhì)含量小的均勻金屬膜。
在如LSI之類的半導(dǎo)體器件中，在半導(dǎo)體襯底上的層間絕緣膜中形成通過(或接觸孔)，以連接半導(dǎo)體元件和布線。由于LSI的越來越高的集成度的新趨勢，作為“通孔深度/通孔直徑”之比的計算出的縱橫比也越來越增大。因此，即使用通用的濺射方法，用金屬膜高精度地覆蓋通孔的內(nèi)壁表面是困難的。
因此，即使在縱橫比高的情況下，為了提高通孔底上形成的金屬膜的覆蓋能力，提出了平行(Collimated)濺射法和長投射(long throw)濺射法，這些方法通常是用濺射法提供沿基本上垂直于襯底表面方向的粒子行進(jìn)比率。以下將按具體方式說明這些濺射方法。
平行濺射法已由日本特許公開平1-116070公開，其中靶和襯底放入濺射室內(nèi)，靶與襯底之間放置有多個孔的平行板。粒子中只有朝襯底行進(jìn)穿過平行板并由平行俘獲的離子按基本上垂直于襯底的方向行進(jìn)。
在T.KIYOTA et.al發(fā)明的題為“FILING TECHNOLOGY FOR CONTACT HOLES WITHA HIGH ASPECT RATO USING SPUTTERING WITHOUT A COLLIMATOR VLVAC.PP.225-230.1994一文中報道了長投射濺射法。

圖1是用長投射濺射法在襯底表面上淀積金屬膜時濺射設(shè)備的典型圖。襯底夾具29放在濺射室22中，半導(dǎo)體襯底28，如直徑為8英寸的半導(dǎo)體襯底放在襯底夾具29上。靶25位于襯底28上方，按陰極電極26與靶25接觸的方式放置。陰極電極26接到放在濺射室22外的直流電流源27。在濺射室側(cè)壁上形成氣體噴嘴部件24，Ar氣徑氣體噴嘴部件24引入濺射室22。在濺射室22的底壁構(gòu)成真空抽氣部件23，經(jīng)真空抽氣部件23排出濺射室22中的氣體。
靶25的直徑例如是300mm，靶25與襯底28之間的距離例如300mm。磁鐵(沒畫)放在靶25后邊附近的位置(陰極電極26側(cè)邊附近)，因此，大多數(shù)粒子能從靶中直徑為150mm的區(qū)域釋放出來。
在這樣構(gòu)造的濺射設(shè)備中，把靶25與襯底28之間的距離做得長于通用濺射法中的靶與襯底之間的距離，并在較低氣壓下進(jìn)行濺射，因此，離子能到達(dá)襯底28而無因?yàn)R出的氣體分子引起的散射。
圖2A和2B是用長投射濺射法在襯底表面上形成各層Ti(鈦)膜時，展示Ti膜的覆蓋狀態(tài)的截面圖。襯底28上形成氧化硅膜42，氧化硅膜42中形成通孔42a和42b。應(yīng)指出的是，圖2A所示通孔42a形成在襯底28的周圍部分。如果用圖1所示濺射設(shè)備在通孔42a，42b的內(nèi)表面和氧化硅膜42的上表面形成Ti膜，用濺射法使粒子以均勻方式從孔42a的內(nèi)部空間釋出。因此，如圖2A所示，通孔42a的內(nèi)壁表面上(在側(cè)表面和底表面上)形成均勻的Ti膜41。
另一方面，從靶25的周圍部分濺射釋出的粒子數(shù)小于從靶25的中心部分釋放的粒子數(shù)，因而，氧化硅膜42中形成的通孔42b中，其內(nèi)壁表面上形成的Ti膜厚度在越靠近襯底28邊緣部分比越靠近中心部分的越厚。按此方式，即使用圖1所示濺射設(shè)備，在襯底28周圍部分形成的通孔42b的內(nèi)壁表面上形成的Ti膜其橫截面膜厚不均勻。
日本特許公開昭63-162862中公開的濺射設(shè)備中，能提高襯底部分層間絕緣膜中形成的通孔內(nèi)壁表面上形成的金屬膜與層間絕緣膜表面上形成的金屬膜之間均勻性(臺階式覆蓋范圍)。用濺射設(shè)備，方法所包括的靶或襯底可以用傾斜的，滑動的，或旋轉(zhuǎn)的，或這些方式的組合式，以均勻在通孔的內(nèi)壁表面上形成金屬膜。
用于在襯底上形成金屬膜的方法或設(shè)備中，無論是靶或襯底均按相互傾斜的方式放置，這在日本特許公開昭62-70568，平4-311842，平5-78831，和平6-81145中已公開。
美國專利4664935中所述方法中，為了提高膜厚均勻性，臺階式覆蓋范圍和濺射形成的金屬膜的表面形狀，使襯底相對于靶傾斜0至45°，并使旋轉(zhuǎn)襯底的方式進(jìn)行濺射。該方法中，襯底相對于靶的傾斜調(diào)節(jié)在10°至45°，以防止通孔頂部形成較厚的金屬膜和通孔局部封閉(自遮蔽)。
用上述的常規(guī)方法或設(shè)備之一在襯底表面上形成金屬膜時，會出現(xiàn)以下問題，其中之一是，通孔底表面上形成的金屬膜的覆率低，另一問題是，靶的有效利用率(或用一個靶能形成的金屬膜最大厚度)低。
本發(fā)明的第1目的是，提供膜的淀積方法和濺射設(shè)備，其中，可在有寬度小和深度大的通孔的側(cè)壁表面和底表面上形成均勻的金屬膜，因此，容易制造有精細(xì)通孔的高集成度的LSI。
本發(fā)明的第2目的是，提供膜的淀積方法和濺射設(shè)備，其中，能提高靶的利用率，提高濺射設(shè)備的工作速率，并以低成本提高生產(chǎn)率。
本發(fā)明的第1方案是涉及膜淀積方法，包括把靶和襯底放入濺射室內(nèi)的步驟。把襯底放置成使襯底表面基本上垂直于因?yàn)R射而從靶釋放出的大多數(shù)粒子的釋放方向，而且，穿過襯底中心垂直于襯底的線基本上穿過靶的中心。之后，濺射氣體引入濺射室。隨后，粒子在濺射氣體分子的自由行程比靶與襯底中心之間距離長，同時襯底繞垂直于其表面的軸轉(zhuǎn)動的條件下由濺射而從靶釋放出。
本發(fā)明的第2方案涉及膜淀積方法，其中，上述的靶和襯底放入淀積室內(nèi)的步驟中，襯底表面基本上垂直于因?yàn)R射而從靶釋放的大多數(shù)粒子的釋放方向。使穿過與襯底中心距離1/2半徑而更靠近靶的襯底上的第1位置并垂直于襯底的線穿過最接近襯底的并在釋放出大多數(shù)和粒子的主要區(qū)域中的靶上的第2位置的方式放置襯底。因?yàn)R射從靶釋放粒子的步驟中，條件設(shè)定成濺射氣體分子的平均自由路程大于襯底上的第1位置與靶上的第2位置之間的距離。該步驟之前，離靶較遠(yuǎn)的一側(cè)區(qū)域，即襯底表面中用線分割成兩半的中心以下的一半?yún)^(qū)濺射出的粒子達(dá)不到。
濺射而從靶釋放出大多數(shù)粒子的方向通常不垂直于靶表面。例如，釋放粒子的靶表面與襯底表面的夾角為45°或35°。按本發(fā)明，襯底表面設(shè)置成基本上垂直于因?yàn)R射而以靶中釋放出的大多數(shù)粒子的釋放方向。而且，由于濺射氣體分子的自由行程大于靶與襯底中心之間的距離，濺射粒子達(dá)到襯底之前濺射氣體分子使濺射粒子散射的機(jī)會少。而且，金屬膜能均勻地淀積在襯底中心附近和周圍部分分別形成的通孔內(nèi)壁上。此外，按本發(fā)明，由于膜淀積過程中襯底繞垂直于襯底表面的繞轉(zhuǎn)動，因此，襯底表面上金屬膜的厚度分布變得均勻。
按本發(fā)明的另一膜淀積方法，由濺射而從靶釋放粒子的步驟的實(shí)施條件是，濺射氣體分子的平均自由行程大于更靠近靶的方向與襯底中心距離1/2半徑的襯底上的第1位置與最遠(yuǎn)襯底的由濺射而釋放出大多數(shù)粒子的靶區(qū)中的第2位置之間的距離。離靶較遠(yuǎn)一側(cè)的區(qū)域，即，線分開成兩半中中心以下的一半，襯底表面被屏蔽，因此濺出的粒子達(dá)不到較遠(yuǎn)一側(cè)。按此條件，盡管金屬膜淀積在襯底表面上沒屏蔽的剩余區(qū)上，在整個表面上能形成均勻的金屬膜，因?yàn)樵谀さ矸e過程中襯底旋轉(zhuǎn)。此外，由于濺射設(shè)備設(shè)計成在靜止?fàn)顟B(tài)中形成的金屬膜只覆蓋用線分開成兩半中的以中心以下的一半?yún)^(qū)域，因此，不需要大直徑的靶，可在比常規(guī)襯底直徑大的襯底表面上形成金屬膜，并獲得均勻的膜厚。因此，能提高靶的利用效率，并能提高濺射設(shè)備的工作效率，能以低成本獲得高的半導(dǎo)體器件生產(chǎn)率。
圖1是用長投射濺射法在襯底表面上淀積金屬膜時濺射設(shè)備的典型圖；圖2A和2B分別用長投射濺射法在襯底表面上形成每層Ti膜時Ti膜的覆蓋狀態(tài)的剖視圖；圖3是按本發(fā)明第1實(shí)施例的濺射設(shè)備的典型圖；圖4是按本發(fā)明實(shí)施例的淀積方法的工藝流程度；圖5A和5B是用按本發(fā)明第1實(shí)施例的膜淀積方法在襯底表面上淀積金屬膜的覆蓋狀態(tài)的剖視圖；圖6是按本發(fā)明第2實(shí)施例的濺射設(shè)備的典型圖；以下將參見附圖以具體方式說明本發(fā)明的實(shí)施例。
圖3是按本發(fā)明第1實(shí)施例的濺射設(shè)備的典型圖。襯底7和襯底夾具8放入濺射室1內(nèi)。用位于其間的旋轉(zhuǎn)軸9把馬達(dá)10安裝到各襯底夾具8上，夾持襯底7的各襯底夾具8分別由馬達(dá)10驅(qū)動而轉(zhuǎn)動。濺射室1的上部空間中放入靶4和牢固地夾持靶4的陰極電極5，而且電極與靶4的上表面接觸。陰極電極5連接到位于濺射室1外邊的直流電源6。圖3中展示出兩個襯底7，按本發(fā)明，濺射室1中可以放置1個襯底，或3個以上的襯底。
濺射室1的底上可以構(gòu)成從濺射室內(nèi)排出氣體用的抽真空部件2，并將真空泵(沒畫)連到抽真空部件2。而且，在濺射室1的側(cè)壁構(gòu)成把諸如Ar氣的惰性氣體引入濺射室1的氣體噴嘴部件3。那就是說，把惰性氣體經(jīng)氣體引入部件3引入濺射室內(nèi)，可把濺射室1內(nèi)的壓力調(diào)節(jié)并保持在預(yù)定的壓力。
磁鐵(沒畫)放在靶4的后邊附近，即放在與陰極接觸的一邊附近。靶4中濺射釋放出大多數(shù)粒子的區(qū)域按磁鐵位置確定。此外，實(shí)施例中，把襯底7的表面設(shè)置成垂直于從靶4中濺射釋放出的大多數(shù)粒子的方向。即，穿過襯底中心與襯底垂直的線30(在襯底中心垂直于襯底的線)穿過靶4的中心。而且，濺射室1中的壓力調(diào)節(jié)到預(yù)定壓力時，襯底7的中心與靶4的中心之間的距離不僅要短于惰性氣體分子的自由行程，還要長于襯底7的直徑。
以下將參見圖4所示的工藝流程圖說明用這種結(jié)構(gòu)構(gòu)成的濺射設(shè)備淀積膜的方法。如圖4所示，首先把襯底7放在襯底夾具8上(步驟S1)。這時進(jìn)行步驟1，同時使濺射室1中處于大氣壓。但是，如果在大氣壓下進(jìn)行步驟S1，那么，在下一步驟要很長的時間把濺射室1內(nèi)的氣體抽空。因此，最好按下述方法把襯底7固定在濺射室1內(nèi)的襯底夾具8上。即，在濺射室1的附近設(shè)置裝料閉鎖室(沒畫)，之后，襯底7放入閉鎖室內(nèi)，并給閉鎖室抽真空。此后，在真空下把襯底7放入濺射室1內(nèi)。如按該方式進(jìn)行步驟S1，下一步驟就簡單了。
放好襯底7之后，用真空泵抽出濺射室1內(nèi)的氣體，使其壓力下降到例如1×10-7乇或以下(步驟2)。如果在步驟S1中用裝料閉鎖室等裝置，襯底7放到濺射室1中，并在步驟S2之前把濺射室1中的壓力調(diào)節(jié)到1×10-7乇或以下，則可省去步驟S2的工作。
之后，如Ar氣的惰性氣體經(jīng)氣體噴嘴部件3引入濺射室1中。此時，按把濺射室1內(nèi)的壓力設(shè)定在預(yù)定壓力的方式，用質(zhì)量流量控制器精確控制Ar氣流速。預(yù)定壓力是指在該壓力下Ar氣分子的平均自由行程大于靶4的中心與各襯底7中心之間的距離L1。如果需要，可改變抽真空部件2的傳導(dǎo)率，以使濺射室1內(nèi)的壓力設(shè)定在預(yù)定壓力(步驟S3)。
濺射室內(nèi)的壓力設(shè)定到預(yù)定值之下，其上分別固定有襯底7的襯底夾具8繞垂直于襯底7的旋轉(zhuǎn)軸9旋轉(zhuǎn)(步驟S4)。旋轉(zhuǎn)中心不必是襯底7的中部。但是，如果旋轉(zhuǎn)中心離開襯底7的中心部分，則襯底7旋轉(zhuǎn)覆蓋的空間就寬，因此，一個濺射室1中放多個襯底7是困難的。而且，最好按旋轉(zhuǎn)軸9位于各襯底7的中心部分附近的方法來設(shè)置每個襯底7及其旋轉(zhuǎn)軸9。
之后，打開直流電流源6的開關(guān)，把一負(fù)電壓加到陰極電極5，開始輝光放電(步驟S5)，由此，使Ar氣離子化，已離子化的氣體分子加速并撞擊靶4上，并使靶4的物質(zhì)撞擊成粒子。因而，在各襯底7的表面上形成金屬膜。
當(dāng)?shù)矸e到各襯底7的表面上的金屬膜達(dá)到規(guī)定厚度時，斷開直流電流源開關(guān)，輝光放電停止，因而，膜淀積終止(步驟S6)。之后，停止襯底夾具8旋轉(zhuǎn)，完成了各襯底7上的膜淀積，并從濺射室1中取出各襯底7。
圖5A和5B是用按本發(fā)明第1實(shí)施例的膜淀積方法在襯底表面上淀積金屬膜時，金屬膜的覆蓋狀態(tài)剖視圖。其中，圖5A展示出在襯底中心部分附近的襯底7上的氧化硅膜32中形成的通孔32a的內(nèi)表面上的金屬膜的覆蓋狀態(tài)。圖5B展示出襯底7的周圍部分附近襯底7上的氧化硅膜32中形成的通孔32b的內(nèi)表面上金屬膜的覆蓋狀態(tài)。
步驟S5中，濺射釋放出的大多數(shù)粒子的方向通常不垂直于靶4的表面，但與靶4的表面的傾斜角是20°至50°。按常規(guī)方法，靶與襯底之間的夾角不是最佳的。此外，如果在常規(guī)方法通用的壓力下進(jìn)行濺射，濺射出的粒子在到達(dá)襯底之前有很多機(jī)會與惰性氣體分子相撞，因此會改變它們原有的方向。
實(shí)施例中，把襯底7的表面放置成垂直于由濺射從靶4中釋放出的大多數(shù)粒子的方向取向。而且，把濺射室1內(nèi)的壓力調(diào)節(jié)到使其Ar分子的平均自由行程大于靶4的中心與襯底7的中心之間的距離L1的預(yù)定壓力。因此，實(shí)施例中，濺射出的粒子在到達(dá)襯底7之前被濺射氣體分子散射的機(jī)會較小。實(shí)施例中，由于靶4的中心與襯底7的中心之間的距離大于襯底7的直徑，因此，大多數(shù)按垂直于襯底7的方向釋放。而且，如圖5A，5B所示。當(dāng)有通孔32a和32b氧化硅膜形成在襯底7的表面上時，在襯底7的中心部分附近的通孔32a和襯底7周圍部分附近中的通孔32b的底上能形成均勻的金屬膜。
實(shí)施例中，電子在金屬膜淀積中旋轉(zhuǎn)襯底7，因此，襯底7的整個表面上的金屬膜厚均勻，而且臺階式覆蓋范圍也變得很好。
以下將以具體方式說明用圖3所示濺射設(shè)備在襯底7的表面上具體淀積鋁合金膜的條件和結(jié)果。用真空泵經(jīng)抽真空部件從濺射室1內(nèi)抽出氣體，并使濺射室1內(nèi)的壓力達(dá)到10-8乇以下。濺射室1中，把基本上按其(100)表面取向的多晶結(jié)構(gòu)的鋁合金靶4夾持在陰極電極5上。陰極電極5連接到設(shè)置于濺射室1外邊的直流電流電源6，靶的直徑例如是300mm。
濺射室1中，放置4組襯底夾具8和馬達(dá)10等，以便能同時固定4個襯底7。圖3中展示出兩組襯底夾具8和它們各自使用的馬達(dá)10，而省去了其余兩個襯底沒畫。用靜電粘接把直徑為8英寸的多個硅襯底7分別固定在襯底夾具8上。襯底夾具8分別固定在馬達(dá)10的旋轉(zhuǎn)軸9上。因此，每個襯底7繞作為旋轉(zhuǎn)中心的中心部分旋轉(zhuǎn)。
把每個襯底放入濺射室1中，使穿過襯底中心垂直于襯底7的線30穿過靶4的大致是中心部分，使各襯底7的表面與靶4表面的相對斜角為45°。在濺射室1的側(cè)邊上氣體噴嘴部件7，把Ar氣引入濺射室1。而且，用質(zhì)量流量控制器控制氣體流速把Ar氣引入濺射室1，使濺射室1內(nèi)的壓力調(diào)到預(yù)定壓力。
襯底7的中心與靶4的中心之間的距離L1例如是250mm。此時，如果引入Ar氣把濺射室1內(nèi)的壓力調(diào)到0.3m乇，Ar氣分子的平均自由行程在于襯底7的中心與靶4的中心之間的距離L1，因?yàn)槠骄杂尚谐淌?00mm。
以下將用具體方式說明用按這種方式構(gòu)成的濺射設(shè)備在襯底7的表面上淀積鋁合金膜的方法。把直徑為8英寸的襯底7首先設(shè)備在襯底夾具8上(步驟S1)。此時，如果把裝料閉鎖室放到濺射室1附近，并按裝料閉鎖方式把襯底7設(shè)置到濺射室1中，在不降低濺射室內(nèi)直空度的情況下把襯底7送入濺射室1中。這種情況下，可以縮短抽真空的時間而使下一步驟中的時間周期縮短。因此，能增加單位時間里處理的襯底數(shù)量，并能防止靶4的表面氧化和污染。
4個襯底設(shè)置在各襯底夾具8上之后，真空泵開起，抽出濺射室1內(nèi)的氣體，讓濺射室內(nèi)壓力達(dá)到1×10-7乇或以下(步驟S2)。本實(shí)施例中，由于在步驟S1中用裝料閉鎖室把襯底7放進(jìn)濺射室內(nèi)，濺射室1內(nèi)的壓力恒定在1×10-7乇以下。這種情況下，可省去步驟S2，用裝料閉鎖室時，由于在真空下送入襯底，因此，在作為濺射氣體的Ar氣流進(jìn)濺射室1的狀態(tài)下輸送襯底7。因此，由于濺射室1內(nèi)的壓力大于裝料閉鎖室內(nèi)的壓力，將如氧、氮之類的雜質(zhì)氣體從裝置閉鎖室中流進(jìn)濺射室1的機(jī)會很小。這種情況下，不必給濺射室1抽真空。
之后，諸如Ar氣之類的惰性氣體給氣體噴嘴部件引入濺射室1。此時，為了延長Ar分子的平均自由行程，需要降低濺射壓力。即，要完全打開抽真空部件2的閥門，精確控制Ar氣流速，由此把濺射室1內(nèi)的壓力調(diào)節(jié)0.3m乇。這種狀態(tài)下，平均自由行程會變成300mm，并長于靶4的中心與襯底7的中心之間距離L1(250mm)(步驟S3)。
調(diào)節(jié)了濺射室內(nèi)的壓力之后，其上已有襯底7的襯底夾具8繞垂直于襯底7的旋轉(zhuǎn)軸9旋轉(zhuǎn)(步驟S4)。旋轉(zhuǎn)中心設(shè)在襯底7的中心部分內(nèi)。旋轉(zhuǎn)速度為每分鐘10至100轉(zhuǎn)。例如，每分鐘50轉(zhuǎn)。
此后，接通直流電流源的開關(guān)，給陰極電極5加負(fù)電壓，開始輝氣放電(步驟S5)。濺射功率例如是20kw。這種狀態(tài)下，Ar氣離子化，并加速，撞擊到靶4上，從鋁合金靶4上釋放出鋁合金離子。實(shí)施例中，如圖3所示，電子靶4是主要按有(100)表面取向的鋁合金制成的，從靶4濺出的大多數(shù)粒子的方向與靶4的表面之間的斜角是45℃。
實(shí)施例中，把每個襯底7放置成使每個襯底7的表面與靶4的表面成45℃的斜角。降低濺射室1內(nèi)的壓力，使Ar氣的平均自由行程延長。從每個靶4釋放出的粒子到達(dá)每個襯底7之前被Ar分子散射的機(jī)會很小。因而，濺射出的許多粒子按幾乎垂直于每個襯底7表面的方向撞擊到每個襯底7的表面上。
因此，如圖5A和5B所示，在位于襯底7中心部分周圍的通孔32a和襯底7的四周的通孔32b的底表面上能淀積均勻的金屬膜。因而，與用常規(guī)濺射設(shè)備的情形相比，能在又小又深的通孔的內(nèi)壁表面上淀積均勻的鋁合金膜。此外，由于每個襯底7均旋轉(zhuǎn)。因此，能提高每個襯底7上的厚度分布均勻性能使臺階式覆蓋范圍更好。
為了在每個襯底7的表面淀積1.0μm的金屬膜，應(yīng)濺射約90秒鐘，之后，斷開直流電流電源6的開關(guān)，停止輝光放電，由此完成鋁合金膜的淀積(步驟S6)，之后，每個襯底夾具8停止轉(zhuǎn)動，其上已淀積完膜的4個襯底7從濺射室1中取出。隨后主要再在其它襯底表面上淀積鋁合金膜，則重復(fù)步驟S1至S6。
實(shí)施例中，使用基本上具有(100)取向表面的靶4，如果要改變構(gòu)成物質(zhì)的質(zhì)量和靶的取向表面，則應(yīng)根據(jù)每個靶改變靶與襯底之間的傾斜角。例如，用鋁合金靶作靶4時，如果靶4取向?yàn)榫哂幸粋€(111)定向表面，可把每個襯底7設(shè)置成每個襯底7的法線與靶表面的斜角為55°。那就是說，每個襯底7的表面與靶4表面傾斜35°。而且，使用Ti靶時，如果靶4按基本上有(002)表面取向時，每個襯底7可設(shè)置成襯底7的法線與靶表面的傾斜角為55°(或者說，每個襯底表面與靶表面的斜角為35°)。
圖6是展示按本發(fā)明第2實(shí)施例的濺射設(shè)備的典型圖。夾持襯底17襯底夾具18放入濺射室11中。用其中的旋轉(zhuǎn)軸19把馬達(dá)20分別安裝到襯底夾具18上。濺射室11的上部空間放置靶14，磁鐵(沒畫)和牢固地夾在靶14上表面上的陰極電極15。陰極電極15與位于濺射室外邊的直流電流電源16連接。
濺射室11的底上構(gòu)成抽真空部件12，用于抽出濺射室11內(nèi)的氣體，真空泵(沒畫)與抽真空部件12連接。濺射室11的側(cè)壁上構(gòu)成氣體噴嘴部件，用于引入如Ar氣之類的惰性氣體。即，經(jīng)氣體噴嘴部件13把惰性氣體引入濺射室11，把濺射室11內(nèi)的壓力調(diào)節(jié)到預(yù)定壓力。濺射室11的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與第1實(shí)施例相同。如實(shí)施例中所示，當(dāng)襯底夾具18設(shè)置在兩個相對位置處時，可有兩個襯底17上同時淀積金屬膜。
每個襯底17放置成使每個襯底17的表面垂直于從靶14釋放出的大多數(shù)粒子的方向，但是，第2實(shí)施例中，穿過襯底17中心并與每個襯底17垂直的線40(即在襯底中心垂直于每個襯底17的線)不穿過靶14的中心，但穿過與其中心隔開的位置。穿過與襯底中心相隔1/2半徑的襯底17上的第1位置50a的線50沿著更接近靶14的方向穿過靶14上產(chǎn)生等離子的密度最高并從靶14釋放出大多數(shù)粒子的區(qū)域中的第2位置。
設(shè)置屏蔽板(屏蔽件)21，使其覆蓋靶14和襯底17大約是中心的連線下面的區(qū)域。每個襯底17的表面上淀積金屬膜的區(qū)域只是最接近靶14的一半表面。但是，由于馬達(dá)20使每個襯底17旋轉(zhuǎn)，因此，每個襯底17的整個表面上能淀積金屬膜。
用這樣構(gòu)成的濺射設(shè)備的情況下，其操作與圖4所示相同。步驟S3中，Ar氣經(jīng)氣體噴嘴部件13引入濺射室11，把濺射室11內(nèi)的壓力調(diào)到預(yù)定壓力。第2實(shí)施例中，預(yù)定壓力是指在其壓力下Ar氣分子的平均自由行程大于距離L2。距離L2是第一位置50a和第二位置50b之間的距離，其中垂直于每個襯底17的線穿過第一位置50a并與靶表面交叉。而距離L2長于每個襯底17的半徑。
在本實(shí)施例中只要適當(dāng)設(shè)定襯底與靶14之間的夾角和濺射條件等，就能獲得與第1實(shí)施例相同效果。第2實(shí)施例中，由于只在每個襯底17的一半上淀積金屬膜，因此與在其直徑是襯底17的直徑一半的襯底上淀積金屬膜的惰形相同。而且，不增大靶14的直徑，可在直徑更大的襯底表面上淀積膜厚均勻的金屬膜。例如，甚至靶14的直徑與襯底17的直徑相同，也能獲得更均勻的金屬膜。
權(quán)利要求
1.膜淀積方法，包括以下工藝步驟靶和襯底放到濺射空內(nèi)，如此放置襯底，使襯底表面基本上垂直于由濺射從靶上釋放出的大多數(shù)粒子的方向，穿過襯底中心并與襯底垂直的線基本上穿過靶的中心濺射氣體引入所述濺射室內(nèi)；和在所述濺射氣體的分子平均自由行程大于所述襯底中心與所述靶中心之間的距離，所述襯底繞垂直于所述襯底表面的軸旋轉(zhuǎn)的條件下，由濺射面從靶釋放出的粒子。
2.按權(quán)利要求1的膜淀積方法，其中，所述的靶用鋁或鋁合金構(gòu)成，并具有(100)表面取向，所述襯底放置成使釋放粒子的靶表面與襯底表而的夾角是45
3.按權(quán)利要求1的膜淀積方法，其中，所述靶用Al或Al合金構(gòu)成，并具有(111)表面取向，所述襯底放置成使釋放粒子的靶表面與襯底表面之間的夾角是35°。
4.按照權(quán)利要求1的膜淀積方法，其中，所述靶用Ti構(gòu)成，并基本上按其(002)表面取向，所述襯底放置成使釋放粒子的靶表面與襯底表面之間的夾角為35°。
5.按權(quán)利要求1的膜淀積方法，其中，所述靶中心與所述襯底中心之間的距離大于所述襯底的直徑。
6.膜淀積方法，包括以下工藝步驟靶和襯底放入濺射室內(nèi)，把所述襯底放置成使襯底表面基本上垂直于由濺射從靶釋放出的大多數(shù)粒子的萬向，穿過第1位置并垂直于襯底的線沿更靠近所述靶的方向從距離其中心1/2半徑的所述靶上的第2位置穿過靶，使由濺射而從靶上釋放出大多數(shù)粒子的區(qū)域最接近襯底；屏蔽所述靶的較遠(yuǎn)的一側(cè)的區(qū)域，即由線分割開成兩半的中心下的一半?yún)^(qū)域，因此，使所濺射出的粒子不能到達(dá)較遠(yuǎn)的一側(cè)區(qū)域。濺射氣體引入所述濺射室；和在濺射氣體分子的平均自由行程大于所述襯底上的第1位置與靶上的第2位置之間的距離和所述襯底繞垂直于所述襯底表面的軸旋轉(zhuǎn)的條件下，從所述靶釋放出濺射粒子。
7.按權(quán)利要求6的膜淀積方法，其中，所述靶用Al或Al合金制成，并按其(100)表面取向，所述襯底放置成使釋放粒子的靶表面與所述襯底表面之間的夾角為45°。
8.按權(quán)利要求6的膜淀積方法，其中，所述靶用Al或Al合金制成，并按其(111)平面取向，所述襯底放置成使釋放粒子的靶表面與所述襯底表面之間的夾角為35°。
9.按權(quán)利要求6的膜淀積方法，其中，所述靶用Ti構(gòu)成，并按其(002)平面取向，所述襯底放置成使釋放粒子的所述靶表面與所述襯底表面之間的夾角是35°。
10.按權(quán)利要求6的膜淀積方法，其中，設(shè)定所述襯底上的第1位置與所述靶上的第2位置之間的距離大于所述襯底的半徑。
11.濺射設(shè)備，包括濺射室氣體噴嘴部件，用于把濺射氣體引入所述濺射室；靶，設(shè)置在所述濺射室內(nèi)，用濺射而釋放出粒子；襯底夾具，用于夾持襯底，使所述襯底按基本上垂直于由濺射從所述靶釋放出的大多數(shù)粒子的方向取向，使穿過所述襯底中心并垂直于所述襯底的線基本上穿過所述靶的中心，所述靶的中心與所述襯底中心之間的距離小于所述濺射氣體分子的平均自由行程；和旋轉(zhuǎn)裝置，使襯底繞垂直于所述襯底表面的軸旋轉(zhuǎn)。
12.按權(quán)利要求11的濺射設(shè)備，其中，所述靶用Al或Al合金制成，并按其(100)平面取向，所述襯底放置成使釋放粒子的靶表面與所述襯底之間的夾角是45°。
13.按權(quán)利要求1的濺射設(shè)備，其中，所述靶用Al或Al合金制成，并按其(111)平面取向，所述襯底放置成使釋放粒子的靶表面與所述襯底表面之間的夾角為35°。
14.按權(quán)利要求11的濺射設(shè)備，其中，所述靶用Ti制成，并按其(002)平面取向，所述襯底放置成釋放粒子的靶表面與所述襯底表面之間的夾角為35°。
15.按權(quán)利要求11的濺射設(shè)備，其中，所述靶的中心與所述襯底中心之間的距離設(shè)定成大于所述襯底的直徑。
16.濺射設(shè)備，包括濺射室氣體噴嘴，用于把濺射氣體引入所述濺射室內(nèi)；靶，設(shè)置在所述濺射室內(nèi)，由濺射使其釋放出粒子；襯底夾具，用于夾持襯底，使所述襯底表面按基本上垂直于由濺射從靶釋放出的大多數(shù)粒子的方向取向，穿過所述襯底上的并較接近所述靶的與所述中心隔開1/2半徑的第1位置并垂直于所述襯底的線穿過靶上離所述最近由濺射釋放大多數(shù)離子的區(qū)域中的第2位置，所述襯底上的第1位置與所述靶上的第2位置之間的距離短于所述濺射氣體分子的平均自由行程；屏蔽件，放在所述靶與所述襯底之間，屏蔽離靶較遠(yuǎn)的一側(cè)，即用線分割成兩半的中心以下的一半，使濺出的粒子達(dá)不到所述襯底表面中離靶較遠(yuǎn)的一側(cè)，和旋轉(zhuǎn)裝置，用于使所述襯底繞垂直于所述襯底表面的軸旋轉(zhuǎn)。
17.按利要求16的濺射設(shè)備，其中，所述靶用Al或Al合金制成，并基本上按其(100)平面取向，所述襯底放置成使釋放粒子的靶表面與襯底表面之間的夾角是45°。
18.按權(quán)利要求16的濺射設(shè)備，其中，所述靶用Al或Al合金制成，并基本上按其(111)平面取向，所述襯底放置成使釋放粒子的靶表面與襯底表面之間的夾角為35°。
19.按權(quán)利要求16的濺射設(shè)備，其中，所述靶用Ti制成，并基本按其(002)平面取向，所述襯底放置成使所述釋放粒子的靶表面與所述襯底表面之間的夾角為35°。
20.按權(quán)利要求16的濺射設(shè)備，其中，所述襯底上的第1位置與所述靶上的第2位置之間的距離設(shè)定成大于所述襯底的半徑。
全文摘要
襯底放入濺射室內(nèi),使襯底表面基本上垂直于從濺射靶釋放出的大多數(shù)離子的方向。穿過襯底中心并垂直于襯底的線穿過靶的中心。在使襯底的中心與靶的中心之間的距離小于惰性氣體分子的平均自由行程的條件下調(diào)節(jié)濺射室內(nèi)壓力。襯底中心與靶中心之間的距離大于襯底直徑。襯底繞垂直于襯底表面的軸旋轉(zhuǎn)。
文檔編號C23C14/34GK1195712SQ97109399
公開日1998年10月14日 申請日期1997年11月20日 優(yōu)先權(quán)日1996年11月20日
發(fā)明者山田義明 申請人:日本電氣株式會社