(57)【要約】【課題】金属による高い側壁被覆率を達成することが可能なプラズマ蒸着方法を提供する。【解決手段】本発明は、対象物の凹部中に金属をプラズマ蒸着する方法に関する。この方法は、ＡｒとＨｅおよび／またはＮｅの混合物をスパッタガスとして用い、Ｈｅおよび／またはＮｅ：Ａｒの比率を少なくとも約１０：１とすることによって、凹部中の底面における金属の再スパッタを達成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属ターゲットをスパッタガスによってスパッタリングすることによって、凹部底面の金属の側壁上への再スパッタを達成するように、対象物の前記凹部中に金属をプラズマ蒸着する方法において、前記スパッタガスはＡｒとＨｅおよび／またはＮｅの混合物であり、Ｈｅおよび／またはＮｅ：Ａｒの比率は、少なくとも約１０：１である、プラズマ蒸着方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、前記比率は約２０：１である、プラズマ蒸着方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法において、前記Ａｒの流速は１０ｓｃｃｍより小さく、且つ、Ｈｅおよび／またはＮｅの流速は１００ｓｃｃｍより大きい、プラズマ蒸着方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法であって、前記Ｈｅの流速は約１４０ｓｃｃｍであり、Ａｒの流速は約７ｓｃｃｍである、プラズマ蒸着方法。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか１項に記載の方法において、前記金属は、銅、チタニウム、タンタル、金またはルテニウムから選択される、プラズマ蒸着方法。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか１項に記載の方法において、Ｈｅおよび／またはＮｅとＡｒの混合物はターゲット電流密度が０．０３５Ａ／ｃｍ2となるものである、プラズマ蒸着方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、凹部底面の金属が側壁上へ再スパッタされるように、対象物の凹部に金属をプラズマ蒸着する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高出力非平衡マグネトロン放電源を含む、イオン化スパッタリング技術の使用は既に知られている。ウエハ基台にＲＦ電力を印加することによって誘起されたＤＣバイアスを使用することにより、金属イオンは、半導体ウエハのような対象物に形成された凹部底面に引き付けられる。これにより、凹部底面及び側壁の被覆率が改善される。既に底面上に蒸着された金属を凹部側壁の下部および中間部に再スパッタすることによって、更なる改善が達成可能であることが知られている。再スパッタするためには、５０Ｖから５００Ｖの範囲のＤＣバイアス電圧が必要である。ＤＣバイアスが高くなれば成る程、再スパッタが多くなり、側壁被覆率が改善される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
例えそうであっても、結果としての電流は全ての目的に対して満足のいくものではない。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、その一側面では、金属ターゲットをスパッタガスによってスパッタすることによって、凹部底面の金属が側壁上に再スパッタされるように、対象物の凹部中に金属をプラズマ蒸着するための方法であり、この方法において、スパッタガスはＡｒとＨｅの比率が少なくとも約１０：１のＡｒとＨｅの混合物である。
【０００５】
この比率は約２０：１であることが好ましい。
【０００６】
Ａｒの流速は１０ｃｃｍより小さく、Ｈｅの流速は１００ｓｃｃｍよりも大きい。従って、例えば、Ｈｅの流速は約１４０ｓｃｃｍであり、Ａｒの流速は約７ｓｃｃｍであっても良い。
【０００７】
上記の何れのケースについても、金属は銅であり得る。
【０００８】
更なる実施形態では、この方法は、ＨｅとＡｒの混合物が、ターゲットの電流密度が少なくとも約０．０３５Ａ／ｃｍ2、好ましくは約０．０３７Ａ／ｃｍ2となるようなものであることを特徴とする。
【０００９】
本発明は以上に定義されているが、上記の特徴または以下に記載の発明性のある全ての組合せを含むことを理解すべきである。
【００１０】
本発明は、種々の方法によって達成することができるが、以下に、例示のためのみに、特定の実施形態を添付の図面を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】ＤＣマグネトロンイオン化蒸着スパッタシステムの断面図である。
【図２】衝撃エネルギーとガスの種類の関数として、ＭｏおよびＷターゲット上に入射するイオンの２次電子放出を示すグラフであり、この図は、Ｃｈａｐｍｅｎによる「Ｇｌｏｗ  Ｄｉｓｃｈａｇｅ  Ｐｒｏｃｅｓｓ」、Ｗｉｌｅｙ  ａｎｄ  Ｓｏｎｓ、１９８０から取ったものである。
【図３】ＡｒスパッタプロセスにＨｅを加えることによる、各流速でのターゲット電流と電圧の変化を示す図である。
【図４】標準のＡｒプロセスに対して、５：１トレンチ構造における側壁被覆率を示す図である。
【図５】最適化されたＨｅ／Ａｒプロセスに対する、図４の等価図を示す。
【図６】Ｈｅ流を減少させたＨｅ／Ａｒプロセスに対する等価図である。
【図６Ａ】蒸着速度（ツーリングファクタ）に対する、Ｈｅ／Ａｒ流の効果を示す図である。
【図６Ｂ】ストレスに対する、Ｈｅ／Ａｒ流の効果を示す図である。
【図６Ｃ】ウエハ内不均一性（ｗｉｔｈｉｎ  ｗａｆｅｒ  ｎｏｎ  ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ）に対する、Ｈｅ／Ａｒ流の効果を示す図である。
【図７】図５に対する別のＨｅレシピの等価図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
非平衡ＤＣマグネトロンイオン化スパッタ蒸着システムにおいて、金属とガスのイオン化は、金属とガスの原子が、ターゲット表面で形成された２次電子と衝突することによって達成される。この２次電子は、ターゲット表面に供給される負のバイアスによって加速され、典型的には２００から１０００ｅＶの高エネルギーに達する。これらの高エネルギー２次電子は、金属およびガス原子と衝突してイオンを形成する。従って、ターゲットから放出された２次電子の量が増加すると、全ての中性種に対するイオンの比率である、イオン化比率が増加する。
【００１３】
図２に示す様に、種々のスパッタガスに対する２次電子特性は、使用したスパッタガスに依存して変化する。ＨｅとＮｅは、ＡｒおよびＫｒのような重いガスに比べて高いレベルで２次電子を放出する。従って、出願人は、Ａｒの代わりにＨｅまたはＮｅをスパッタリングすることによって、結果として、ターゲットからより多くの２次電子が放出され、それ故に高いイオン化比率をもたらす可能性が高いことを認識した。
【００１４】
この効果は、出願人によって、銅のターゲットを使用して徐々にヘリウム流レベルを増加させ且つアルゴン流を減少させることによって調査され、Ｈｅが増加しＡｒが減少すると、ターゲット表面での２次電子の形成に基づいて電流が増加することが見出された。膜密度の品質を維持するためには、低レベルのアルゴンの存在が必要であることも見出された。
【００１５】
［実験］
出願人は、次に、図１の装置を使用して、以下の表１に示すプロセス条件で実験を行った。
【表１】
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これは、図１の装置上で実行される標準のＡｒのみのプロセス、および、Ａｒ流が７ｓｃｃｍでありＨｅ流が１４０ｓｃｃｍであるＨｅ／Ａｒプロセスを比較した。第１のプロセスに対するその結果の被覆率を図４に示し、第２のプロセスに対してはその被覆率を図５に示している。結果的なステップ被覆率を以下の表２に要約している。
【００１６】
Ｈｅ／Ａｒプロセスでは、Ａｒのみのプロセス値に対して、絶対値で５％、比例的に３０％、側壁被覆率が増加したことが理解される。
【００１７】
表１から、プラテンに印加されたＲＦ電力がＡｒのみ（標準）のプロセスに比べて１６５Ｗ（５０％）増加したにもかかわらず、Ｈｅ／ＡｒプロセスにおいてプラテンＤＣバイアスが３０Ｖ（１２％）しか増加しなかったことが理解される。このことは、プラズマ中の正のイオンがプラテンによって達成された負のＤＣバイアスを減少させる傾向があるために、Ｈｅ／Ａｒプロセスがより高いイオン化レベルを有することを示している。
【００１８】
図６において、今度は７５ｓｃｃｍのＨｅ流で同じプロセスを実行し、その結果を以下の表３に要約している。
【表２】
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【表３】
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【００１９】
これから、Ｈｅ流を低減することによって、１４０Ｈｅ／７ＡｒプロセスとＡｒのみのプロセスの両方に比べて、側壁被覆率が減少することが理解される。これは、この実験において、プラズマ中で形成された２次電子が、Ｈｅ流が低いために減少したことによる。
【００２０】
プラズマを維持しＣｕターゲットのスパッタリングを行わせるためには、Ａｒを１０ｓｃｃｍより小さくする必要があることが、この実験によって示された。反対に、プラズマの維持を助けさらに追加の２次電子を提供して、その構造の底面でのスパッタリング効果を増進させて側壁被覆率を改善するためには、１００ｓｃｃｍより大きいＨｅ流が必要とされる。
【００２１】
更なる実験において、蒸着速度ストレスおよびウエハ内非均一性を、流れを変化させてモニタし、その結果を図６Ａから６Ｃにそれぞれ示している。Ｈｅの追加によって蒸着速度は低下するが、７Ａｒ／１４０Ｈｅプロセスは依然として生産目的からは充分に高いことが理解される。この組合せは特に優れたストレス値と受け入れ可能な均一性を有している。膜のストレスを低減することによって、Ｃｕ膜が下地層材料から剥離することが防止される。
【００２２】
図７は、アルゴン流を増加させながらヘリウム流を低減することを示しており、以下の表４に示す様にステップ被覆率が低減されることを示している。
【表４】
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従って、要約すれば、ヘリウム流速を約１００ｓｃｃｍ以上とし、アルゴンの流速を約１０ｓｃｃｍ以下とすることによって、相当の改善が見られることが分かる。上述した理由によって、７Ａｒ／１４０Ｈｅは、結果として特に好ましいプロセスとなる。
【００２３】
実際の流速はチャンバ毎に変化することがあるため、達成した性能に関してガスの分圧は比較的一定に保たれることから、分圧について述べることが、実際、一般的により適当である。以下の表５は、実験的な流速に対して等価な分圧を設定している。
【表５】
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実験に使用した金属は銅であった。この発明のプロセスは、チタニウム、タンタル、金またはルテニウムに対して同様に適用できる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【外国語明細書】
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