(57)【要約】  例えば、タンタル、窒化タンタル及び銅のような堆積材料をスパッタリングするためのマグネトロンスパッタリアクタ、及びその使用方法において、自己イオン化プラズマ（ＳＩＰ）スパッタリング、及び誘導性結合プラズマ（ＩＣＰ）スパッタリングが、同じチャンバー内で一緒に又は交互に促進される。又、底部カバレージは、ＩＣＰ再スパッタリングにより薄くされてもよいし排除されてもよい。ＳＩＰは、異なる磁気強度の磁極を有する小さなマグネトロンと、スパッタリング中にターゲットに供給される高い電力とによって促進される。ＩＣＰは、ＲＦエネルギーをプラズマへと誘導性結合する１つ以上のＲＦコイルによって形成される。ＳＩＰ−ＩＣＰの結合層は、ホールに対してライナー、バリア、種子又は核生成層として働くことができる。更に、ＩＣＰ再スパッタリング中に保護材料を与えるようにＲＦコイルがスパッタリングされてもよい。
2005514777.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターゲットを有するチャンバー内で基板に堆積材料をスパッタ堆積する方法において、
上記ターゲットの背部でマグネトロンを回転するステップであって、前記マグネトロンは、その面積が上記ターゲットの面積の１／４以下で、ある磁気極性の内部磁極が逆の磁気極性の外部磁極によって取り巻かれたものを含み、前記外部磁極の磁束は、前記内部磁極の磁束より少なくとも５０％は大きくて、前記ターゲットの付近に自己イオン化プラズマを発生するステップと、
前記ターゲットに電力を印加して、前記ターゲットから前記基板へと材料をスパッタし、そのスパッタされた材料の少なくとも一部分が前記自己イオン化プラズマ内でイオン化されるようにするステップと、
ＲＦ電力をコイルに印加してＲＦエネルギーを誘導性結合し、誘導性結合されたプラズマを前記基板の付近に発生するステップと、
を備えた方法。
【請求項２】
高さ対巾のアスペクト比が少なくとも４：１である前記基板のホールへイオン化された堆積材料を引き付けるに充分なほど前記基板をバイアスするステップを更に備えた、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記誘導性結合されたプラズマ内で発生されたイオンを使用して前記基板から堆積材料を再スパッタするに充分なほど前記基板をバイアスするステップを更に備えた、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
先駆ガスを前記チャンバーに供給し、前記先駆ガスは、前記誘導性結合されたプラズマ内でイオン化されて、前記基板から堆積材料を再スパッタするのに使用される前記イオンを発生するステップを更に備えた、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記誘導性結合されたプラズマを使用して付加的なスパッタされた堆積材料をイオン化するステップを更に備えた、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記誘導性結合されたプラズマを使用して前記基板に前記コイルからの材料をスパッタリングするステップを更に備えた、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記コイルからコイル材料がスパッタされる割合を制御するように、前記コイルに結合されたＤＣ電源を使用して前記コイルのＤＣバイアスを制御するステップを更に備えた、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記制御するステップは、前記コイルに結合されたブロッキングキャパシタを使用して前記コイルのＤＣバイアスをサポートする段階を備えた、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
第１ステップにおいて、高さ対巾のアスペクト比が少なくとも３：１である前記基板のホールへイオン化された堆積材料を引き付けるに充分なほど前記基板をバイアスして、前記ホールに堆積材料の層を形成し、前記層は底部及び側壁部分を有するものであり、更に、第２ステップにおいて、前記誘導性結合されたプラズマ内で発生されたイオンを使用して前記ホールの底部から堆積材料を再スパッタするに充分なほど前記基板をバイアスして、前記底部を少なくとも薄くする一方、前記第２ステップ中に前記ターゲットからスパッタされる材料の量を減少するように、前記ターゲットに供給される電力を少なくとも減少する、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記ターゲットに供給される前記電力は、前記第２ステップの少なくとも一部分の間に１ｋＷ未満に減少される、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記ターゲットに供給される前記電力は、前記第２ステップの少なくとも一部分の間に２００Ｗ未満に減少される、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記コイルに供給される前記ＲＦ電力は、前記第１ステップの少なくとも一部分の間に５００Ｗ未満であり、且つ前記第２ステップの少なくとも一部分の間に５００Ｗを越える、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記コイルに供給される前記ＲＦ電力は、前記第１ステップの少なくとも一部分の間に０Ｗであり、且つ前記第２ステップの少なくとも一部分の間に少なくとも１ｋＷである、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記層の前記側壁部分に前記コイルからコイル材料をスパッタリングする一方、前記第２ステップの間に前記誘導性結合されたプラズマを使用して前記層の底部から堆積材料を再スパッタリングする、請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
前記コイルのスパッタリングは、前記第２ステップの少なくとも一部分の間に前記コイルへＤＣ電力を供給することを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記層はバリア層である、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記バリア層は窒化タンタルで構成される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記層はライナー層である、請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
前記ライナー層はタンタルで構成される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記チャンバー内の圧力は、前記コイルにＲＦ電力を供給するときに５ｍTorr未満である、請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
前記ターゲットは、前記基板を保持するためのペデスタルから、前記基板の直径の５０％より大きいスロー距離だけ離間される、請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
前記スロー距離は、前記基板の直径の８０％より大きい、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記スロー距離は、前記基板の直径の１４０％より大きい、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記材料は、前記基板の誘電体材料に形成されたホールであって高さ対巾のアスペクト比が少なくとも４：１であるようなホールに堆積される銅である、請求項１に記載の方法。
【請求項２５】
基板の誘電体層に形成された各々アスペクト比が少なくとも４：１のホールに材料を堆積する方法において、
マグネトロンを使用してチャンバーのターゲットをスパッタリングするステップであって、該マグネトロンは、ターゲットからスパッタされた材料をイオン化する自己イオン化プラズマを発生するものであるステップと、
上記自己イオン化プラズマでイオン化されたスパッタされた材料を前記チャンバー内で基板の前記ホールに堆積するステップと、
ＲＦコイルを使用して前記チャンバー内で誘導性結合されたプラズマを発生して、前記基板を更に処理するステップと、
を備えた方法。
【請求項２６】
前記堆積するステップは、前記基板の前記ホールにイオン化された堆積材料を引き付けるに充分なほど前記基板をバイアスする段階を含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記誘導性結合されたプラズマ内で発生されたイオンを使用して前記基板の前記ホールから堆積材料を再スパッタするに充分なほど前記基板をバイアスするステップを更に備えた、請求項２５に記載の方法。
【請求項２８】
先駆ガスを前記チャンバーに供給し、前記先駆ガスは、前記誘導性結合されたプラズマ内でイオン化されて、前記基板から堆積材料を再スパッタするのに使用される前記イオンを発生するステップを更に備えた、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記誘導性結合されたプラズマを使用して付加的なスパッタされた堆積材料をイオン化するステップを更に備えた、請求項２５に記載の方法。
【請求項３０】
前記誘導性結合されたプラズマを使用して前記基板に前記コイルからの材料をスパッタリングするステップを更に備えた、請求項２５に記載の方法。
【請求項３１】
前記コイルからコイル材料がスパッタされる割合を制御するように、前記コイルに結合されたＤＣ電源を使用して前記コイルのＤＣバイアスを制御するステップを更に備えた、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記制御するステップは、前記コイルに結合されたブロッキングキャパシタを使用して前記コイルのＤＣバイアスをサポートする段階を備えた、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記堆積は、前記基板の前記ホールへイオン化された堆積材料を引き付けるに充分なほど前記基板をバイアスして、前記ホールに堆積材料の層を形成し、前記層は底部及び側壁部を有するようにし、更に、第２のステップにおいて、前記誘導性結合されたプラズマ内で発生されたイオンを使用して前記ホールの底部から堆積材料を再スパッタするに充分なほど前記基板をバイアスして、前記底部を少なくとも薄くする一方、前記第２ステップ中に前記ターゲットからスパッタされる材料の量を減少するように、前記ターゲットに印加される電力を少なくとも減少することを含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項３４】
基板に堆積材料をスパッタ堆積する方法において、
ターゲットを有するチャンバーを用意するステップと、
上記ターゲットの背部でマグネトロンを回転するステップであって、前記マグネトロンは、その面積が上記ターゲットの面積の約１／４以下で、ある磁気極性の内部磁極が逆の磁気極性の外部磁極によって取り巻かれたものを含み、前記外部磁極の磁束を、前記内部磁極の磁束より少なくとも５０％は大きくするステップと、
前記ターゲットに電力を印加して、前記ターゲットから前記基板へ第１の割合で材料をスパッタするステップと、
ＲＦ電力を第１コイルに印加して、前記チャンバー内で前記基板上の堆積材料を再スパッタするためのプラズマを形成するステップと、
を備えた方法。
【請求項３５】
前記ターゲットは、前記基板を保持するためのペデスタルから、前記基板の直径の５０％より大きいスロー距離だけ離間される、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記コイルをスパッタリングして前記基板上にコイル材料を堆積する一方、前記基板上のターゲット材料を再スパッタリングするステップを更に備えた、請求項３４に記載の方法。
【請求項３７】
前記基板上のターゲット材料を再スパッタリングする間に前記ターゲットのスパッタリングを禁止するステップを更に備えた、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
基板の誘電体層に形成された各々アスペクト比が少なくとも４：１のホールに材料を堆積する方法において、
チャンバー内でマグネトロン発生自己イオン化プラズマにおいてスパッタされたターゲット材料をイオン化するステップと、
上記自己イオン化プラズマにおいてイオン化されたスパッタされた材料を前記チャンバー内で基板の前記ホールに堆積するステップと、
前記チャンバー内の誘導性結合されたプラズマ中で前記ホール各々の底部の一部分から材料を再スパッタリングするステップと、
を備えた方法。
【請求項３９】
前記チャンバー内の前記誘導性結合されたプラズマ中で前記ホールの周りにＲＦコイル材料をスパッタ堆積するステップを更に備えた、請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
基板の誘電体層に形成されたホールにバリア層及びライナー層を形成する方法において、
マグネトロンを動作して、チャンバー内でターゲットの付近に自己イオン化プラズマを発生するステップと、
前記ターゲットをスパッタリングして、スパッタされたターゲット材料を形成し、前記スパッタされたターゲット材料の少なくとも一部分が前記自己イオン化プラズマ中でイオン化されるようにするステップと、
前記チャンバー内で前記マグネトロン発生自己イオン化プラズマにおいてイオン化されたスパッタされたターゲット材料で構成されるバリア層を前記ホールの各々に堆積するように前記チャンバー内で前記基板をバイアスするステップと、
ＲＦコイルを動作して、誘導性結合されたプラズマを前記チャンバー内に発生するステップと、
前記チャンバー内で前記ＲＦコイルからのコイル材料を前記基板上にスパッタリングするステップと、
前記チャンバー内で前記誘導性結合されたプラズマを使用して前記バリア層の底部を再スパッタリングして、前記バリア層の前記底部を薄くするステップと、
前記マグネトロンを動作して、前記チャンバー内で前記ターゲット付近に付加的な自己イオン化プラズマを発生するステップと、
前記ターゲットをスパッタリングして、付加的なスパッタされたターゲット材料を形成し、前記付加的なスパッタされたターゲット材料の少なくとも一部分が前記付加的な自己イオン化プラズマにおいてイオン化されるようにするステップと、
前記チャンバー内で前記付加的なマグネトロン発生自己イオン化プラズマにおいてイオン化された前記付加的なスパッタされたターゲット材料で構成されるライナー層を前記ホールの各々に堆積するように前記チャンバー内で前記基板をバイアスするステップと、
前記ＲＦコイルを動作して、前記チャンバー内に付加的な誘導性結合されたプラズマを発生するステップと、
前記チャンバー内で前記ＲＦコイルからの付加的なコイル材料を前記基板へスパッタリングするステップと、
前記チャンバー内で前記付加的な誘導性結合されたプラズマを使用して前記ライナー層の底部を再スパッタリングして、前記ライナー層の前記底部を薄くするステップと、
を備えた方法。
【請求項４１】
基板に膜をスパッタ堆積するためのプラズマスパッタリアクタにおいて、
チャンバー軸に整列されたペデスタルであって、スパッタ堆積されるべき基板を支持するための支持面を有するペデスタルを収容した真空チャンバーと、
前記基板にスパッタ堆積されるべき材料で構成され、前記真空チャンバーから電気的に隔離されたターゲットと、
前記ターゲットに隣接配置されたマグネトロンであって、その面積が上記ターゲットの面積の約１／４以下で、ある磁気極性の内部磁極が逆の磁気極性の外部磁極によって取り巻かれたものを含み、前記外部磁極の磁束は、前記内部磁極の磁束より少なくとも５０％は大きく、且つ前記チャンバー内で前記ターゲットの付近に自己イオン化プラズマを発生して、前記ターゲットからスパッタされた堆積材料をイオン化するよう構成されたマグネトロンと、
前記ターゲットと前記ペデスタルとの間に配置された第１のＲＦコイルであって、前記ターゲットとペデスタルとの間のプラズマ発生エリアに誘導性結合されたプラズマを発生するようにＲＦエネルギーを誘導性結合するための第１のＲＦコイルと、
を備えたプラズマスパッタリアクタ。
【請求項４２】
前記軸に対して一般的に対称的で且つ前記チャンバー内に配置された第１の導電性シールドを更に備え、前記コイルは、前記軸に対して一般的に対称的で且つ前記シールドにより絶縁性支持される、請求項４１に記載のリアクタ。
【請求項４３】
前記チャンバーに結合された圧力ポンプと、前記スパッタ堆積の少なくとも第１部分中に上記圧力ポンプ及び前記チャンバーの圧力を制御するためのコントローラとを更に備えた、請求項４１に記載のリアクタ。
【請求項４４】
前記コイルに結合されたソースと、高さ対巾のアスペクト比が少なくと４：１の前記基板のホールへイオン化された堆積材料を引き付けるに充分なほど前記基板をバイアスするように前記ソースを制御するためのコントローラとを更に備えた、請求項４１に記載のリアクタ。
【請求項４５】
前記コントローラは、前記誘導性結合されたプラズマにおいて発生されたイオンを使用して前記基板から堆積材料を再スパッタするに充分なほど前記基板をバイアスするように前記ソースを制御する、請求項４４に記載のリアクタ。
【請求項４６】
先駆ガス供給源を更に備え、前記コントローラは、前記チャンバーに先駆ガスを供給するように前記供給源を制御し、前記先駆ガスは、前記誘導性結合されたプラズマにおいてイオン化されて、前記基板から堆積材料を再スパッタするのに使用される前記イオンを発生する、請求項４５に記載のリアクタ。
【請求項４７】
前記コイルは、スパッタされるものであり、前記リアクタは、更に、前記コイルに結合されたＤＣソースと、前記コイルのＤＣバイアスを制御するように前記ＤＣソースを制御して、前記コイルからコイル材料がスパッタされる割合を制御するためのコントローラとを備えた、請求項４１に記載のリアクタ。
【請求項４８】
前記コイルのＤＣバイアスをサポートするように前記コイルに結合されたブロッキングキャパシタを更に備えた、請求項４７に記載のリアクタ。
【請求項４９】
前記ペデスタルに結合されたバイアスソースと、前記バイアスソースを制御するコントローラであって、第１ステップにおいて、高さ対巾のアスペクト比が少なくとも３：１である前記基板のホールへイオン化された堆積材料を引き付けるに充分なほど前記基板をバイアスして、前記ホール各々に堆積材料の層を形成し、前記層は底部及び側壁部を有し、更に、第２ステップにおいて、前記誘導性結合されたプラズマ内で発生されたイオンを使用して前記層の底部から堆積材料を再スパッタするに充分なほど前記基板をバイアスして、前記底部を少なくとも薄くする一方、前記第２ステップ中に前記ターゲットからスパッタされる材料の量を減少するように、前記ターゲットに供給される電力を少なくとも減少するコントローラとを更に備えた、請求項４１に記載のリアクタ。
【請求項５０】
前記ターゲットに電力を供給するための電源を更に備え、前記コントローラは、前記第２ステップの少なくとも一部分の間に前記ターゲットへ供給される電力を１ｋＷ未満に減少するように上記ターゲットの電源を制御する、請求項４９に記載のリアクタ。
【請求項５１】
前記ターゲットに供給される前記電力は、前記第２ステップの少なくとも一部分中に２００Ｗ未満に減少される、請求項４９に記載のリアクタ。
【請求項５２】
前記第２ステップの少なくとも一部分中には前記ターゲットから前記材料がスパッタされない、請求項５１に記載のリアクタ。
【請求項５３】
前記コイルにＲＦ電力を印加するためのＲＦ電源を更に備え、前記コントローラは、前記コイルにＲＦ電力を印加するための上記コイルのＲＦ電源を、前記第１ステップの少なくとも一部分中には５００Ｗ未満に、且つ前記第２ステップの少なくとも一部分中には５００Ｗより大きく制御する、請求項４９に記載のリアクタ。
【請求項５４】
前記コイルに印加される前記ＲＦ電力は、前記第１ステップの少なくとも一部分中には０Ｗであり、且つ前記第２ステップの少なくとも一部分中には少なくとも１ｋＷである、請求項５３に記載のリアクタ。
【請求項５５】
前記コイルにＤＣ電力を印加するためのＤＣ電源を更に備え、前記コントローラは、前記コイルにＤＣ電力を印加するための上記コイルのＤＣ電源を制御して、前記第２ステップの少なくとも一部分中にコイルのスパッタリングを制御する、請求項４９に記載のリアクタ。
【請求項５６】
前記コントローラは、前記コイルからのコイル材料を前記層の前記側壁部分にスパッタする一方、前記第２ステップ中に前記誘導性結合されたプラズマを使用して前記層の底部から堆積材料を再スパッタリングするように前記コイルのＤＣ電源を制御する、請求項５５に記載のリアクタ。
【請求項５７】
前記ターゲット材料はタンタルで構成される、請求項４１に記載のリアクタ。
【請求項５８】
前記コイル材料はタンタルで構成される、請求項４７に記載のリアクタ。
【請求項５９】
前記ターゲットは、前記ペデスタルから、上記基板の直径の５０％を越えるスロー距離だけ離間される、請求項４１に記載のリアクタ。
【請求項６０】
前記スロー距離は、前記基板の直径の８０％より大きい、請求項５９に記載のリアクタ。
【請求項６１】
前記スロー距離は、前記基板の直径の１４０％より大きい、請求項６０に記載のリアクタ。
【請求項６２】
基板に膜をスパッタ堆積するためのプラズマスパッタリアクタにおいて、
チャンバー軸に整列されたペデスタルであって、スパッタ堆積されるべき基板を支持するための支持面を有するペデスタルを収容した真空チャンバーと、
前記基板にスパッタ堆積されるべき材料で構成され、前記真空チャンバーから電気的に隔離されたターゲットと、
前記ターゲットに隣接配置されたマグネトロンであって、その面積が上記ターゲットの面積の約１／４以下で、ある磁気極性の内部磁極が逆の磁気極性の外部磁極によって取り巻かれたものを含み、前記外部磁極の磁束は、前記内部磁極の磁束より少なくとも５０％は大きく、且つ前記チャンバー内で前記ターゲットの付近に自己イオン化プラズマを発生して、前記ターゲットからスパッタされた堆積材料をイオン化するよう構成されたマグネトロンと、
前記ターゲットと前記ペデスタルとの間に配置された第１のＲＦコイルであって、前記ターゲットとペデスタルとの間のプラズマ発生エリアに誘導性結合されたプラズマを発生するようにＲＦエネルギーを誘導性結合し、前記基板からターゲット堆積材料を再スパッタするための第１のＲＦコイルと、
を備えたプラズマスパッタリアクタ。
【請求項６３】
前記コイルは、スパッタされるものであり、前記リアクタは、更に、前記コイルに結合されたＤＣソースと、前記コイルのＤＣバイアスを制御するように前記ＤＣソースを制御して、前記コイルからコイル材料がスパッタされる割合を制御するためのコントローラとを備えた、請求項６２に記載のリアクタ。
【請求項６４】
前記コイルのＤＣバイアスをサポートするように前記コイルに結合されたブロッキングキャパシタを更に備えた、請求項６３に記載のリアクタ。
【請求項６５】
複数のホールを有する基板に膜をスパッタ堆積するためのプラズマスパッタリアクタにおいて、
チャンバー軸に整列されたペデスタルであって、スパッタ堆積されるべき基板を支持するための支持面を有するペデスタルを収容した真空チャンバーと、
コントローラと、
前記コントローラに応答し、前記ペデスタルに結合されて、前記ペデスタルの支持面に支持された前記基板をバイアスするためのペデスタル電源と、
前記基板にスパッタ堆積されるべき材料で構成され、前記真空チャンバーから電気的に隔離され、更に、前記基板の直径の５０％より大きなスロー距離だけ前記ペデスタルから離間されたターゲットと、
前記コントローラに応答し、前記ターゲットに隣接配置されたマグネトロンであって、その面積が上記ターゲットの面積の約１／４以下で、ある磁気極性の内部磁極が逆の磁気極性の外部磁極によって取り巻かれたものを含み、前記外部磁極の磁束は、前記内部磁極の磁束より少なくとも５０％は大きく、且つ前記チャンバー内で前記ターゲットの付近に自己イオン化プラズマを発生して、前記ターゲットからスパッタされた堆積材料をイオン化するよう構成されたマグネトロンと、
前記ターゲットに結合され、前記コントローラに応答して、前記ターゲットからターゲット材料をスパッタさせるように前記ターゲットをバイアスするためのターゲット電源と、
前記軸に対して一般的に対称的で且つ前記チャンバー内に配置された第１の導電性シールドと、
前記軸に対して一般的に対称的で、前記シールドに絶縁支持され且つ前記ターゲットと前記ペデスタルとの間に配置されたＲＦコイルと、
前記コントローラに応答し、且つ前記ＲＦコイルに結合されて、ＲＦエネルギーを誘導性結合するように前記ＲＦコイルを作動し、前記ターゲットとペデスタルとの間のプラズマ発生エリアに誘導性結合されたプラズマを発生するためのＲＦ電源と、
前記コントローラに応答し、前記ＲＦコイルに結合されて、前記ＲＦコイルからコイル材料をスパッタさせるように前記ＲＦコイルをバイアスするためのコイルバイアスソースと、
を備え、前記コントローラが、
前記マグネトロンを動作して、自己イオン化されたプラズマを前記ターゲット付近に発生し、
前記ターゲット電源を動作して、前記ターゲットをスパッタするように前記ターゲットをバイアスして、スパッタされたターゲット材料を形成し、前記スパッタされたターゲット材料の少なくとも一部分が前記自己イオン化プラズマにおいてイオン化されるようにし、
前記ペデスタル電源を動作して、前記チャンバー内の前記基板をバイアスし、前記チャンバー内で前記マグネトロン発生自己イオン化プラズマにおいてイオン化されたスパッタされたターゲット材料で構成されたバリア層を前記ホール各々に堆積し、
前記ＲＦ電源を動作して、前記ＲＦコイルを動作し、前記チャンバー内に誘導性結合されたプラズマを発生し、
前記コイルバイアスソースを動作して、前記ＲＦコイルをバイアスし、前記チャンバー内で前記ＲＦコイルから前記基板へコイル材料をスパッタし、
前記ペデスタル電源を動作して、前記基板をバイアスし、前記チャンバー内で前記誘導性結合されたプラズマを使用して前記バリア層の底部を再スパッタして、前記バリア層の前記底部を薄くし、
前記マグネトロンを動作して、前記チャンバー内で前記ターゲットの付近に付加的な自己イオン化プラズマを発生し、
前記ターゲット電源を動作して、前記ターゲットをスパッタするように前記ターゲットをバイアスして、付加的なスパッタされたターゲット材料を形成し、前記付加的なスパッタされたターゲット材料の少なくとも一部分は、前記付加的な自己イオン化プラズマにおいてイオン化され、
前記ペデスタル電源を動作して、前記チャンバー内の前記基板をバイアスし、前記チャンバー内で前記付加的なマグネトロン発生自己イオン化プラズマにおいてイオン化された前記付加的なスパッタされたターゲット材料で構成されたライナー層を前記ホール各々に堆積し、
前記ＲＦ電源を動作して、前記ＲＦコイルを動作し、前記チャンバー内に付加的な誘導性結合されたプラズマを発生し、
前記コイルバイアスソースを動作して、前記ＲＦコイルをバイアスし、前記チャンバー内で前記ＲＦコイルから付加的なコイル材料を前記基板へスパッタし、
前記ペデスタル電源を動作して、前記基板をバイアスし、上記チャンバー内で前記付加的な誘導性結合されたプラズマを使用して前記ライナー層の底部を再スパッタして、前記ライナー層の前記底部を薄くする、
というように構成されたプラズマスパッタリアクタ。
【請求項６６】
前記ターゲット材料及び前記コイル材料はタンタルで構成され、前記バリア層は、窒化タンタルで構成され、更に、前記ライナー層はタンタルで構成される、請求項６５に記載のリアクタ。
【請求項６７】
基板に導電性材料を堆積するためのリアクタにおいて、
前記基板に導電性材料の層をスパッタ堆積するためのターゲット手段であって、該ターゲット手段からスパッタされた前記導電性材料の一部分を、前記基板に堆積する前にイオン化するための自己イオン化プラズマを発生するターゲット手段と、
誘導性結合されたプラズマを前記基板の付近に発生するための誘導性結合プラズマ手段と、
を備えたリアクタ。
【請求項６８】
基板に導電性材料を堆積するためのリアクタにおいて、
基板を支持するためのペデスタル手段と、
前記基板に導電性材料の層をスパッタ堆積するためのターゲット手段であって、該ターゲット手段からスパッタされた前記導電性材料の一部分を、前記基板に堆積する前にイオン化するための自己イオン化プラズマを発生するターゲット手段と、
前記ターゲット手段からのイオン化された導電性材料を、前記基板に堆積すべく引き付けるように前記基板をバイアスするための手段と、
前記チャンバー内にイオンを含む誘導性結合されたプラズマを発生するための誘導性結合プラズマ手段であって、導電性材料のＲＦコイルを含むような誘導性結合プラズマ手段と、
を備え、前記基板バイアス手段は、更に、前記ターゲット手段から前記基板に堆積された導電性材料を前記基板から再スパッタすべく、前記誘導性結合されたプラズマから前記イオンを引き付けるように前記基板をバイアスし、更に、
前記ターゲット手段の導電性材料が前記基板から再スパッタされる間に前記基板にコイル材料を堆積するように前記コイルをスパッタするための手段を備え、
前記ペデスタル手段は、基板支持面を備え、更に、前記ターゲット手段は、前記基板の直径の５０％を越えるスロー距離だけ前記基板支持面から離間されたターゲットを含むように構成されたリアクタ。
【請求項６９】
基板に堆積材料をスパッタ堆積するための方法において、
ターゲットを有するチャンバーを用意するステップと、
上記ターゲットの背部でマグネトロンを回転するステップであって、前記マグネトロンは、その面積が上記ターゲットの面積の約１／４以下で、ある磁気極性の内部磁極が逆の磁気極性の外部磁極によって取り巻かれたものを含み、前記外部磁極の磁束が前記内部磁極の磁束より少なくとも５０％は大きくされたステップと、
前記ターゲットに電力を供給して、前記ターゲットから前記基板へと材料をスパッタするステップと、
ＲＦ電力を第１コイルに供給して、前記チャンバーに付加的なプラズマ密度を与えるステップと、
を備えた方法。
【請求項７０】
前記ターゲットは、前記基板を保持するためのペデスタルから、前記基板の直径の５０％を越えるスロー距離だけ離間される、請求項６９に記載の方法。
【請求項７１】
ＲＦ電力を第２のコイルに供給して付加的なプラズマ密度を与えるステップを更に備えた、請求項６９に記載の方法。
【請求項７２】
前記第１コイルは、前記基板ペデスタルよりも前記ターゲットに接近して配置され、前記第２コイルは、前記ターゲットよりも前記基板ペデスタルに接近して配置される、請求項７１に記載の方法。
【請求項７３】
前記第２コイルは、前記基板にターゲット材料がスパッタされる第１インターバル中に前記第１コイルより大きい付加的なプラズマ密度を与える、請求項７２に記載の方法。
【請求項７４】
前記第１コイルは、前記基板にターゲット材料がスパッタされる第２インターバル中に前記第２コイルより大きい付加的なプラズマ密度を与える、請求項７３に記載の方法。
【請求項７５】
上記チャンバー内でプラズマが点火された後に、前記ターゲットの電力を印加する少なくとも第１部分中に前記チャンバーを５ｍTorr以下の圧力にポンピングするステップを更に備えた、請求項６９に記載の方法。
【請求項７６】
ターゲットの電力を印加する第２部分中に前記圧力を５ｍTorrより高い圧力にポンピングするステップを更に備えた、請求項７５に記載の方法。
【請求項７７】
前記第２部分の間に、５ｍTorrより高い前記圧力は、少なくとも２０ｍTorrであり、前記ＲＦ電力は、少なくとも１ｋＷであり、更に、前記ターゲット電力は、１０ｋＷ未満である、請求項７６に記載の方法。
【請求項７８】
前記第２部分の間に、５ｍTorrより高い前記圧力は、２０−４０ｍTorrであり、前記ＲＦ電力は、１−３ｋＷであり、更に、前記ターゲット電力は、１−２ｋＷＤＣである、請求項７６に記載の方法。
【請求項７９】
前記第１部分の間に、前記ＲＦ電力は、少なくとも１ｋＷであり、更に、前記ターゲット電力は、少なくとも１０ｋＷＤＣである、請求項７５に記載の方法。
【請求項８０】
前記第１部分の間に、前記ＲＦ電力は、少なくとも１ｋＷであり、更に、前記ターゲット電力は、少なくとも１８ｋＷＤＣである、請求項７９に記載の方法。
【請求項８１】
前記ターゲット電力を印加する前記第１部分の間には前記コイルにＲＦ電力が供給されない、請求項７５に記載の方法。
【請求項８２】
前記ターゲットは、前記基板を保持するためのペデスタルから、前記基板の直径の５０％より大きいスロー距離だけ離間され、前記圧力は２ｍTorr未満である、請求項７５に記載の方法。
【請求項８３】
前記スロー距離は前記基板の直径の８０％より大きい、請求項８２に記載の方法。
【請求項８４】
前記スロー距離は前記基板の直径の１４０％より大きい、請求項８３に記載の方法。
【請求項８５】
前記圧力は２ｍTorr未満である、請求項７５に記載の方法。
【請求項８６】
前記圧力は１ｍTorr未満である、請求項８５に記載の方法。
【請求項８７】
前記ターゲットは、前記基板を保持するためのペデスタルから、前記基板の直径の８０％より大きいスロー距離だけ離間される、請求項８６に記載の方法。
【請求項８８】
前記基板は、２００ｍｍのウェハであり、前記ターゲット電力印加ステップは、前記２００ｍｍのウェハに対して正規化されて前記ターゲットに少なくとも１８ｋＷのＤＣ電力を印加する、請求項７５に記載の方法。
【請求項８９】
前記基板を支持する支持体に電力を印加して前記基板をバイアスするステップを更に備えた、請求項７６に記載の方法。
【請求項９０】
前記支持体への前記電力印加中には、前記第２部分より前記第１部分中の方が高いレベルで供給される、請求項８９に記載の方法。
【請求項９１】
前記支持体への前記電力印加中には、前記第１部分中に約５００Ｗで印加されると共に、前記第２部分中に約１５０Ｗで印加される、請求項９０に記載の方法。
【請求項９２】
前記ターゲット電力印加は、前記２００ｍｍウェハに対して正規化されて前記ターゲットに少なくとも２４ｋＷのＤＣ電力を印加する、請求項８８に記載の方法。
【請求項９３】
前記基板は、２００ｍｍのウェハであり、前記圧力は、１ｍTorr未満であり、前記ターゲットは、前記基板を保持するためのペデスタルから、前記基板の直径の１４０％より大きいスロー距離だけ離間され、且つ前記ターゲット電力供給は、前記２００ｍｍウェハに対して正規化されて前記ターゲットに少なくとも２４ｋＷのＤＣ電力を印加する、請求項７５に記載の方法。
【請求項９４】
前記材料は、前記基板の誘電体層に形成されたアスペクト比が少なくとも４：１のホールに堆積される銅である、請求項６９に記載の方法。
【請求項９５】
前記銅は、前記基板の平らな上面に５０−３００ｎｍの厚みに堆積され、前記ホールの残り部分に銅を充填するステップを更に備えた、請求項９４に記載の方法。
【請求項９６】
前記厚みは１５０−２００ｎｍである、請求項９５に記載の方法。
【請求項９７】
前記充填は電気メッキを含む、請求項９５に記載の方法。
【請求項９８】
前記充填は化学蒸気堆積を含む、請求項９５に記載の方法。
【請求項９９】
前記材料は、前記基板の誘電体層に形成されたアスペクト比が少なくとも４：１のホールに堆積される銅であり、前記銅は、前記第１部分の間に前記基板の平らな上面に１００−２００ｎｍの厚みに堆積されると共に、前記第２部分の間に前記基板の平らな上面に５０−１００ｎｍの厚みに堆積される、請求項７６に記載の方法。
【請求項１００】
基板の誘電体層に形成されたアスペクト比が少なくとも４：１のホールに銅を堆積する方法において、
チャンバー内の自己イオン化プラズマ中で第１の銅層をスパッタ堆積して、前記ホールの壁の少なくとも第１部分に銅層を形成するが、前記ホールを充填することはないステップと、
前記チャンバー内の誘導性結合されたプラズマ中で第２の銅層をスパッタ堆積して、前記ホールの壁の少なくとも第２部分に別の銅層を形成するが、前記ホールを充填することはないステップと、
前記第１及び第２層の上に第３の銅層を堆積するステップと、
を備えた方法。
【請求項１０１】
前記第２の銅層のスパッタ堆積は、前記第１の銅層のスパッタ堆積の後に実行される、請求項１００に記載の方法。
【請求項１０２】
前記第２の銅層のスパッタ堆積は、前記第１の銅層のスパッタ堆積と同時に実行される、請求項１００に記載の方法。
【請求項１０３】
前記第２の銅層のスパッタ堆積は、ＲＦ誘導性結合を少なくとも部分的に使用して前記誘導性結合されたプラズマを形成する、請求項１００に記載の方法。
【請求項１０４】
前記第１の銅層は、第１のブランケット厚みの銅を有し、前記第２の銅層は、第２のブランケット厚みの銅を有し、前記第１と前記第２のブランケット厚みの比は、４：１から１：１の範囲である、請求項１００に記載の方法。
【請求項１０５】
前記第３の銅層の堆積は電気メッキを含む、請求項１００に記載の方法。
【請求項１０６】
前記第１の銅層の堆積は５ｍTorr未満のチャンバー圧力で実行される、請求項１００に記載の方法。
【請求項１０７】
前記第１の層は、前記誘電体層の上面における厚みが１００から２００ｎｍである、請求項１００に記載の方法。
【請求項１０８】
前記第２の層は、前記誘電体層の上面における厚みが５０から１００ｎｍである、請求項１００に記載の方法。
【請求項１０９】
前記第３の銅層の堆積は前記ホールに銅を充填する、請求項１００に記載の方法。
【請求項１１０】
前記第３の銅層の堆積は化学蒸気堆積を含む、請求項１００に記載の方法。
【請求項１１１】
第４の銅層を堆積するステップを更に備え、これは、前記第３の層上に銅で構成された前記第４の層を電気メッキして前記ホールに銅を充填することを含む、請求項１１０に記載の方法。
【請求項１１２】
第３の銅層の堆積は前記ホールに銅を充填する、請求項１１０に記載の方法。
【請求項１１３】
基板に銅をスパッタ堆積する方法において、
スパッタ被覆されるべき基板を保持するためのペデスタルから、上記基板の直径の５０％より大きいスロー距離だけ離間された、主として銅で構成されたターゲットを有するチャンバーを用意するステップと、
上記ターゲットの背部でマグネトロンを回転するステップであって、前記マグネトロンは、その面積が上記ターゲットの面積の約１／４以下で、ある磁気極性の内部磁極が逆の磁気極性の外部磁極によって取り巻かれたものを含み、前記外部磁極の磁束が前記内部磁極の磁束より少なくとも５０％は大きくされたステップと、
上記チャンバー内でプラズマが点火された後に、前記チャンバーを５ｍTorr以下の圧力にポンピングするステップと、
前記チャンバーが前記圧力にポンピングされる間に２００ｍｍウェハに対して正規化されて前記ターゲットに少なくとも１０ｋＷのＤＣ電力を供給して、前記ターゲットから前記基板に銅をスパッタするステップと、
ＲＦ電力をコイルに印加して付加的なプラズマ密度を与えるステップと、
を備えた方法。
【請求項１１４】
基板に膜をスパッタ堆積するためのプラズマスパッタリアクタにおいて、
チャンバー軸に整列されたペデスタルであって、スパッタ堆積されるべき基板を支持するための支持面を有するペデスタルを収容した金属性真空チャンバーと、
前記基板にスパッタ堆積されるべき材料で構成され、前記真空チャンバーから電気的に隔離されたターゲットと、
前記ターゲットに隣接配置されたマグネトロンであって、その面積が上記ターゲットの面積の約１／４以下で、ある磁気極性の内部磁極が逆の磁気極性の外部磁極によって取り巻かれたものを含み、前記外部磁極の磁束が前記内部磁極の磁束より少なくとも５０％は大きくされたマグネトロンと、
前記軸に対して一般的に対称的で、前記チャンバーに支持されてそこに電気的に接続され、且つ前記ターゲットから離れて前記チャンバーの壁に沿って前記支持面の後方のある高さまで延びる第１の導電性シールドと、
前記第１シールドにより絶縁支持された第１のＲＦコイルと、
前記スパッタ堆積の少なくとも第１部分中に前記チャンバー内の圧力を５ｍTorr以下の圧力に制御するためのコントローラと、
を備えたプラズマスパッタリアクタ。
【請求項１１５】
前記チャンバー内に絶縁支持された第２のＲＦコイルを更に備えた、請求項１１３に記載のリアクタ。
【請求項１１６】
前記チャンバーにより支持された電気的アイソレータと、
前記軸に対して一般的に対称的で、前記アイソレータに支持され、前記チャンバー及び前記ターゲットから電気的に隔離された第２の導電性シールドと、
前記第２シールドに絶縁支持された第２のＲＦコイルと、
を備えた請求項１１３に記載のリアクタ。
【請求項１１７】
前記ターゲットは、前記基板を保持するためのペデスタルから、前記基板の直径の５０％より大きなスロー距離だけ離間される、請求項１１４に記載のリアクタ。
【請求項１１８】
ＲＦ電力を前記第１コイルに供給するための第１のＲＦジェネレータを更に備えた、請求項１１４に記載のリアクタ。
【請求項１１９】
前記第１コイルは、前記基板支持体より前記ターゲットに接近して配置され、前記第２コイルは、前記ターゲットより前記基板支持体に接近して配置される、請求項１１５に記載のリアクタ。
【請求項１２０】
ＲＦ電力を前記第１コイルに印加するための第１のＲＦジェネレータと、ＲＦ電力を前記第２コイルに印加するための第２のＲＦジェネレータとを更に備え、前記コントローラは、ターゲット材料が前記基板にスパッタされる第１インターバル中に前記第１コイルより前記第２コイルへ大きなＲＦ電力を印加する、請求項１１９に記載のリアクタ。
【請求項１２１】
前記コントローラは、ターゲット材料が前記基板にスパッタされる第２インターバル中に前記第２コイルより前記第１コイルへ大きなＲＦ電力を供給する、請求項１２０に記載のリアクタ。
【請求項１２２】
前記コントローラは、ＲＦ電力が前記コイルに印加される間に前記スパッタ堆積の第２部分中に前記圧力を５ｍTorrより高い圧力に制御する、請求項１１８に記載のリアクタ。
【請求項１２３】
前記コントローラに応答し、前記ターゲットにターゲット電力を供給するＤＣ電源を更に備えた、請求項１２２に記載のリアクタ。
【請求項１２４】
前記第２部分中に、５ｍTorrより高い前記圧力は少なくとも２０ｍTorrであり、前記ＲＦ電力は少なくとも１ｋＷであり、更に、前記ターゲット電力は１０ｋＷ未満である、請求項１２３に記載のリアクタ。
【請求項１２５】
前記第２部分中に、５ｍTorrより高い前記圧力は２０−４０ｍTorrであり、前記ＲＦ電力は１−３ｋＷであり、更に、前記ターゲット電力は１−２ｋＷＤＣである、請求項１２３に記載のリアクタ。
【請求項１２６】
前記コントローラに応答し、前記第１コイルにＲＦ電力を印加するための第１のＲＦジェネレータを更に備え、前記第１部分の間に、前記ＲＦ電力は少なくとも１ｋＷである、請求項１１４に記載のリアクタ。
【請求項１２７】
前記コントローラに応答し、前記ターゲットにターゲット電力を供給するためのＤＣ電源を更に備え、前記第１部分の間に、前記ターゲット電力は少なくとも１０ｋＷＤＣである、請求項１２６に記載のリアクタ。
【請求項１２８】
前記第１部分の間に、前記ターゲット電力は少なくとも１８ｋＷＤＣである、請求項１２７に記載のリアクタ。
【請求項１２９】
前記コントローラは、前記スパッタ堆積の前記第１部分の間にＲＦ電力を供給しないように前記ＲＦジェネレータを制御する、請求項１１８に記載のリアクタ。
【請求項１３０】
前記ターゲットは、前記基板を保持するためのペデスタルから、前記基板の直径の５０％より大きなスロー距離だけ離間され、更に、前記圧力は２ｍTorr未満である、請求項１１８に記載のリアクタ。
【請求項１３１】
前記スロー距離は前記基板の直径の８０％より大きい、請求項１３０に記載のリアクタ。
【請求項１３２】
前記スロー距離は前記基板の直径の１４０％より大きい、請求項１３１に記載のリアクタ。
【請求項１３３】
前記圧力は２ｍTorr未満である請求項１１４に記載のリアクタ。
【請求項１３４】
前記圧力は１ｍTorr未満である請求項１３３に記載のリアクタ。
【請求項１３５】
前記ターゲットは、前記基板を保持するためのペデスタルから、前記基板の直径の８０％より大きなスロー距離だけ離間される、請求項１３４に記載のリアクタ。
【請求項１３６】
ＤＣ電源を更に備え、前記基板は２００ｍｍウェハであり、更に、前記コントローラは、前記２００ｍｍウェハに対して正規化されて前記ターゲットに少なくとも１８ｋＷのＤＣ電力を印加する、請求項１１４に記載のリアクタ。
【請求項１３７】
前記コントローラは、前記２００ｍｍウェハに対して正規化されて前記ターゲットに少なくとも２４ｋＷのＤＣ電力を供給する、請求項１３６に記載のリアクタ。
【請求項１３８】
前記基板は２００ｍｍウェハであり、前記圧力は１ｍTorr未満であり、更に、前記ターゲットは、前記基板を保持するためのペデスタルから、前記基板の直径の１４０％より大きなスロー距離だけ離間される、請求項４６に記載のリアクタ。
【請求項１３９】
前記コントローラに応答し、前記基板を支持する前記支持面に電力を印加して前記基板をバイアスするためのソースを更に備えた、請求項１２２に記載のリアクタ。
【請求項１４０】
前記支持体に印加される前記支持体電力は、前記第２部分より前記第１部分中の方が高いレベルで印加される、請求項１３９に記載のリアクタ。
【請求項１４１】
前記支持体に印加される前記支持体電力は、前記第１部分中には約５００Ｗで供給され、前記第２部分中には約１５０Ｗで印加される請求項１４０に記載のリアクタ。
【請求項１４２】
基板に導電性材料を堆積するためのリアクタにおいて、
前記基板に導電性材料の層をスパッタ堆積するためのターゲット手段であって、該ターゲット手段からスパッタされた前記導電性材料の一部分を、前記基板に堆積する前にイオン化するための自己イオン化プラズマを発生するターゲット手段と、
前記ターゲット手段からスパッタされた前記導電性材料の一部分を、前記基板に堆積する前にイオン化するための誘導性結合されたプラズマを発生するための誘導性結合プラズマ手段と、
を備えたリアクタ。
【請求項１４３】
前記ターゲット手段は、前記基板にスパッタ付着されるべき導電性材料で構成されたターゲットと、前記ターゲットに隣接配置されたマグネトロンであって、その面積が上記ターゲットの面積の約１／４以下で、ある磁気極性の内部磁極が逆の磁気極性の外部磁極によって取り巻かれたものを含み、前記外部磁極の磁束が前記内部磁極の磁束より少なくとも５０％は大きくされたマグネトロンとを備えた、請求項１４２に記載のリアクタ。
【請求項１４４】
前記誘導性結合プラズマ手段は、前記ターゲット手段と前記基板との間に配置されたＲＦコイルと、ＲＦエネルギーを前記ＲＦコイルに印加するためのＲＦジェネレータ手段とを備えた、請求項１４２に記載のリアクタ。
【発明の詳細な説明】
【発明の内容】
【０００１】
関連出願
[001]本出願は、参考として全体をここに援用する２００１年１２月２１日に出願された仮出願第６０／３４２，６０８号、及び２００１年８月３０日に出願された仮出願第６０／３１６，１３７号の優先権を主張する。
【０００２】
発明の分野
[002]本発明は、一般に、スパッタリング及び再スパッタリングに関する。より詳細には、本発明は、半導体集積回路の形成における材料のスパッタ堆積と、堆積された材料の再スパッタリングとに関する。
【０００３】
背景技術
[003]半導体集積回路は、通常、非常に多数のアクティブな半導体デバイス間に電気的接続を与えるために多数の金属化レベルを含む。進歩型集積回路、特に、マイクロプロセッサ用の集積回路は、５つ以上の金属化レベルを含むことがある。過去にはアルミニウムが有望な金属化材料であったが、進歩型集積回路の金属化材料として銅が開発された。
【０００４】
[004]図１の断面図に、典型的な金属化レベルが示されている。下位レベル層１１０は、導電性特徴部１１２を含む。下位レベル層１１０がシリカ又は他の絶縁材料のような下位レベル誘電体層である場合には、導電性特徴部１１２が下位レベルの銅の金属化でよく、上位レベル金属化の垂直部分は、２つの金属化レベルを相互接続するのでビアと称される。下位レベル層１１０がシリコン層である場合には、導電性特徴部１１２がドープされたシリコン領域でよく、ホールに形成された上位レベル金属化の垂直部分は、シリコンに電気的接触するのでコンタクトと称される。上位レベル誘電体層１１４は、下位レベル誘電体層１１０及び下位レベル金属化部分１１２の上に堆積される。ホールについては、ライン及びトレンチを含む更に別の形状がある。又、以下に述べるように、デュアルダマシン及び同様の相互接続構造においては、ホールが複雑な形状を有する。ある用途では、ホールは、誘電体層を貫通して延びなくてもよい。以下の説明は、ビアホールのみを参照するが、ほとんどの環境では、この説明が、この技術で良く知られた若干の変更のみを伴う他の形式のホールにも等しく適用される。
【０００５】
[005]従来、誘電体は、テトラエチルオーソシリケート（ＴＥＯＳ）を先駆物質として使用するプラズマエンハンスト化学蒸気堆積（ＰＥＣＶＤ）により生成された酸化シリコンである。しかしながら、他の組成の低ｋ材料及び堆積技術が考えられている。開発中のある低ｋ誘電体は、フッ化シリケートガラスのようなシリケートとして特徴付けることができる。以下、シリケート（酸化物）誘電体のみを直接説明するが、他の誘電体組成を使用してもよいことが意図される。
【０００６】
[006]通常、シリケート誘電体の場合にはフッ素系プラズマエッチングプロセスを使用して上位レベル誘電体層１１４にビアホールがエッチングされる。高度な集積回路では、ビアホールは、その巾が０．１８μｍ以下という小さなものでよい。誘電体層１１４の厚みは、通常、少なくとも０．７μｍであるが、時には、その２倍となり、従って、ホールのアスペクト比は、４：１以上でよい。６：１以上のアスペクト比が提案されている。更に、ほとんどの環境では、ビアホールは、垂直プロフィールを有していなければならない。
【０００７】
[007]ホールの底部及び側部並びに誘電体層１１４の上部には、ライナー層１１６が堆積されてもよい。このライナー１１６は、多数の機能を果たすことができる。これは、誘電体と金属との間の接着層として働くことができる。というのは、金属膜は、酸化物から剥離する傾向があるからである。又、このライナーは、酸化物系の誘電体と金属との間の相互拡散に対するバリアとして働くこともできる。又、種子及び核生成層として働いて、ホールを埋める金属の堆積に対し均一な接着及び成長とおそらくは低温度のリフローを促進すると共に、個別の種子層の均一な成長の核をなすこともできる。１つ以上のライナー層が堆積されて、１つの層が主としてバリア層として働き、他の層が主として接着、種子又は核生成層として働いてもよい。
【０００８】
[008]次いで、例えば、銅のような導電性金属の相互接続層１１８がライナー層１１６の上に堆積され、ホールを埋めると共に、誘電体層１１４の上部をカバーする。金属層１１８の平面部分を選択的にエッチングすることにより水平の相互接続部に従来のアルミニウム金属化部分がパターン化される。しかしながら、デュアルダマシンと称される銅金属化の好ましい技術は、誘電体層１１４のホールを２つの接続された部分へと成形し、その第１部分は、誘電体の底部を貫通する狭いビアであり、その第２部分は、それらビアを相互接続する表面部分の広いトレンチである。金属を堆積した後に、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）を行なって、誘電体酸化物上に露出する比較的柔軟な銅を除去するが、硬い酸化物上では停止する。その結果、次の下位レベルの導電性特徴部１１２と同様に、上位レベルの多数の銅充填トレンチが互いに分離される。銅充填トレンチは、銅充填ビア間の水平相互接続部として働く。デュアルダマシンとＣＭＰとの組み合わせにより、銅をエッチングする必要性が排除される。デュアルダマシンについては多数の層構造及びエッチングシーケンスが開発されており、他の金属化構造も同様の製造要件を有する。
【０００９】
[009]デュアルダマシンで行なわれるように、ライナーを設けて充填するビアホールと、同様に高いアスペクト比の構造は、それらのアスペクト比が増加し続けているので、絶え間ない挑戦をもたらす。４：１のアスペクト比は一般的であり、この値は更に増加するであろう。ここで使用するアスペクト比とは、ホールの深さと、通常は上面付近であるホールの最も狭い巾との比として定義される。０．１８μｍのビア巾も一般的であり、この値は更に減少するであろう。酸化物誘電体に形成される高度な銅相互接続部の場合に、バリア層の形成は、核生成及び種子層とは明確に分離される傾向がある。拡散バリアは、Ｔａ／ＴａＮ、Ｗ／ＷＮ又はＴｉ／ＴｉＮの二層体から形成されてもよいし、或いは他の構造でもよい。バリアの厚みは、１０から５０ｎｍが典型的である。銅の相互接続部については、核生成及び種子機能を満足するように１つ以上の銅層を堆積するのが有用であると分かっている。
【００１０】
[0010]スパッタリングとも称される従来の物理的蒸気堆積（ＰＶＤ）によるライナー層の堆積又は金属化は、比較的高速である。ＤＣマグネトロンスパッタリングリアクタは、スパッタ堆積されるべき金属で構成されたターゲットを有し、これは、ＤＣ電源で作動される。マグネトロンは、ターゲットの背面に対して走査され、その磁界をターゲット付近のリアクタの部分に投影し、そこのプラズマ密度を高めて、スパッタリング率を上昇させる。しかしながら、従来のＤＣスパッタリング（紹介すべき他の形式のスパッタリングとは対照的にＰＶＤと称される）は、主として中性原子をスパッタリングする。ＰＶＤにおける典型的なイオン密度は、しばしば１０９ｃｍ−３未満である。又、ＰＶＤは、ターゲット法線に対してコサイン依存性を通常有する広角分布へと原子をスパッタリングする傾向がある。このような広い分布は、バリア層１２４が既に堆積されている図２に示すような深くて狭いビアホール１２２を充填する上で欠点となる。非常に多数の角度ずれしたスパッタ粒子は、層１２６をホール１２２の上隅の周りに優先的に堆積させ、オーバーハング１２８を形成させる。大きなオーバーハングは、ホール１２２への導入を更に制限し、ホール１２２の側壁１３０及び底部１３２のカバレージを不充分なものにする。又、オーバーハング１２８は、ホール１２２を充填前に橋絡し、ホール１２２内の金属化部分にボイド１３４を形成することがある。ボイド１３４が形成されると、金属化部分をその融点付近まで加熱することによりそれをリフローすることはしばしば困難となる。たとえ、小さなボイドでも信頼性問題をもたらす可能性がある。第２の金属化堆積ステップが例えば電気メッキによって計画された場合には、橋絡したオーバーハングが、その後の堆積を更に困難にする。
【００１１】
[0011]オーバーハングの問題を改善する１つの解決策は、スパッタリングターゲットを、ウェハ又はスパッタ被覆される他の基板から比較的遠く離間するロングスロー(long-throw)スパッタリングである。例えば、ターゲット対ウェハの間隔は、ウェハの直径の少なくとも５０％であり、好ましくは、９０％より大きく、更に好ましくは、１４０％より大きい。その結果、スパッタリング分布の角度ずれ部分は、チャンバー壁へ優先的に向けられるが、中心角度部分は、実質的にウェハに向けられたままである。裁頭角度分布は、スパッタ粒子の大部分をホール１２２へ奥深く向けさせ、オーバーハング１２８の程度を減少させることができる。ターゲットとウェハとの間にコリメータを配置することにより同様の効果を達成することができる。コリメータは、アスペクト比の高いホールを多数有しているので、角度ずれしたスパッタ粒子は、コリメータの側壁に当たる傾向があり、中心角度の粒子は、そこを通過する傾向となる。通常、ロングスローターゲット及びコリメータは、両方とも、ウェハに到達するスパッタ粒子の束を減少し、従って、スパッタ堆積率を低下させる傾向となる。この低下は、アスペクト比の増加するビアホールを受け入れるためにスロー距離が長くなるかコリメーションが密接になるにつれて益々顕著なものになる。
【００１２】
[0012]又、ロングスロースパッタリングを延長できる長さを制限してもよい。ＰＶＤスパッタリングにしばしば使用される数ミリTorrのアルゴン圧力では、ターゲット対ウェハの間隔が増加するにつれてアルゴンがスパッタ粒子を散乱させる可能性が高くなる。従って、順方向粒子の幾何学的な選択が減少されてもよい。ロングスロー及びコリメーションの両方に伴う更に別の問題は、金属束の減少により堆積周期が長くなり、これは、スループットを下げるだけでなく、ウェハがスパッタリング中に経験する最大温度を上げる傾向もある。更に、ロングスロースパッタリングは、オーバーハングを減少させると共に、側壁の中間及び上部に良好なカバレージを与えることができるが、下部側壁及び底部カバレージは、満足なものにはなり得ない。
【００１３】
[0013]深いホールにライナーを設けて充填する別の技術は、イオン化金属メッキ（ＩＭＰ）と称されるスパッタリングプロセスにおける高密度プラズマ（ＨＤＰ）を使用したスパッタリングである。典型的な高密度プラズマは、プラズマシースを除いてプラズマを横切る平均プラズマ密度が少なくとも１０１１ｃｍ−３で、好ましくは、少なくとも１０１２ｃｍ−３というものである。ＩＭＰ堆積においては、例えば、ターゲットとウェハとの間のプラズマソース領域に周りに巻かれた電気的コイルからプラズマへＲＦ電力を誘導性結合することにより、ウェハから離れた領域に個別のプラズマソース領域が形成される。このようにして発生されるプラズマは、誘導性結合プラズマ（ＩＣＰ）と称される。この構成を有するＨＤＰチャンバーは、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズからＨＤＰ  ＰＶＤリアクタとして商業的に入手できる。他のＨＤＰスパッタリアクタも入手できる。高電力プラズマは、アルゴン作用ガスをイオン化するだけでなく、スパッタされる原子のイオン化部分を著しく増加し、ひいては、金属イオンを発生する。ウェハは、負の電位へ自己荷電するか、又はそのＤＣ電位を制御するようにＲＦバイアスされる。金属イオンは、負にバイアスされたウェハに接近するときに、プラズマシースを横切って加速される。その結果、それらの角度分布は、順方向に強いピークをもつことになり、ビアホール深くに引き込まれる。ＩＭＰスパッタリングでは、オーバーハングが著しい問題にならず、底部カバレージ及び底部側壁カバレージが比較的高くなる。
【００１４】
[0014]遠隔プラズマソースを使用するＩＭＰスパッタリングは、通常、３０ミリTorr以上の高い圧力で実行される。高い圧力及び高い密度のプラズマは、非常に多数のアルゴンイオンを発生することができ、これらイオンも、スパッタ堆積されている表面へとプラズマシースを横切って加速される。アルゴンイオンのエネルギーは、形成されつつある膜へ直接熱としてしばしば消散される。銅は、ＩＭＰで経験する高い温度では、窒化タンタル及び他のバリア材料からデウェッティングし、５０から７５Ｃの低い温度でもデウェッティングすることがある。更に、アルゴンは、生成する膜に埋め込まれる傾向がある。ＩＭＰは、図３の断面図に１３６で示すように銅の膜を堆積することができ、その表面の形態学的状態は、粗面又は不連続である。そのような場合に、この膜は、特にライナーが電気メッキ用の電極として使用されるときには、ホールの充填を促進しないことがある。
【００１５】
[0015]金属を堆積するための別の技術は、１９９７年５月８日に出願されたフュー氏等の米国特許出願第０８／８５４，００８号、及び１９９９年８月１２日に出願されたフュー氏の米国特許出願第０９／３７３，０９７号、即ち米国特許第６，１８３，６１４号に開示されたような持続型自己スパッタリング（ＳＳＳ）である。例えば、銅のターゲット付近のプラズマ密度が充分に高い場合には、充分に高い密度の銅イオンが発生し、これら銅イオンは、１以上の収率で銅のターゲットを再スパッタリングする。次いで、銅のプラズマが持続する間に、アルゴン作用ガスの供給を排除するか又は少なくとも非常に低い圧力に減少することができる。アルミニウムは、ＳＳＳに容易に影響されないと考えられる。又、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｇ及びＡｕのような他の幾つかの材料も、ＳＳＳに耐え得る。
【００１６】
[0016]銅の持続自己スパッタリングによる銅又は他の材料の堆積は、多数の効果を有する。ＳＳＳにおけるスパッタリング率は、高い傾向となる。銅イオンの大部分は、プラズマシースを横切って、バイアスされたウェハに向って加速され、スパッタ束の方向性を高めることができる。チャンバーの圧力は、バックサイド冷却ガスの漏れによりしばしば制限される非常に低い値にされてもよく、これにより、アルゴンイオンからのウェハ加熱を減少し、アルゴンによる金属粒子の散乱を減少することができる。
【００１７】
[0017]持続自己スパッタリングを促進するための技術及びリアクタ構造が開発されている。再スパッタ収率が１未満のためにＳＳＳを受けない幾つかのスパッタ材料でも、これらの同じ技術及び構造から利益を受けることが観察されている。というのは、おそらく、部分自己スパッタリングが部分自己イオン化プラズマ（ＳＩＰ）を生じるからである。更に、アルゴン作用ガスを伴わないＳＳＳを達成できても、低いが一定のアルゴン圧力で銅をスパッタリングするのがしばしば好都合である。従って、ＳＩＰスパッタリングは、作用ガスが低圧力又はゼロ圧力であるより一般的なスパッタリングプロセスに対する好ましい用語であり、ＳＳＳは、ＳＩＰの典型である。
【００１８】
[0018]又、金属は、ＣｕｐｒａＳｅｌｅｃｔという商標で付加的な添加物との独占的混合物においてシューマッハから商業的に入手できるＣｕ−ＨＦＡＣ−ＶＴＭＳのような金属−有機物先駆物質を使用する化学蒸気堆積（ＣＶＤ）によって堆積されてもよい。この技術で良く知られているように、この先駆物質と共に熱ＣＶＤプロセスが使用されてもよいが、プラズマエンハンストＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）も考えられる。ＣＶＤプロセスは、高いアスペクト比のホールであってもほぼ適合する膜を堆積することができる。例えば、ＣＶＤにより薄い種子層として膜が堆積されてもよく、次いで、ＰＶＤ又は他の技術が最終的なホール充填に使用されてもよい。しかしながら、ＣＶＤの銅の種子層は、粗面であることが観察されている。この粗面は、それを種子層として使用し、より詳細には、リフロー層として使用して、ホールの深くに銅を堆積した後の低温リフローを促進することにより、その影響を減じることができる。又、この粗面は、連続的な種子層を確実に被覆するには５０ｎｍの比較的厚いＣＶＤ銅層が必要であることを示す。ここで取り上げる狭いビアホールの場合には、ある厚みのＣＶＤ銅種子層であればホールをほぼ充填できる。しかしながら、ＣＶＤにより行なわれる完全な充填は、中央に継ぎ目が生じてデバイスの信頼性を損ない得るという欠点がある。
【００１９】
[0019]別の組み合わせ技術は、ＩＭＰスパッタリングを使用して、時々フラッシュ堆積とも称される薄い銅の核生成層を堆積し、このＩＭＰ層の上に厚いＣＶＤ銅種子層を堆積することである。しかしながら、図３に示すように、ＩＭＰ層１３６は、粗面となり、ＣＶＤ層は、その粗面基板を従順にたどる傾向がある。従って、ＩＭＰ層の上のＣＶＤ層も、粗面の傾向となる。
【００２０】
[0020]電気化学メッキ（ＥＣＰ）は、開発されつつある更に別の銅堆積技術である。この方法では、ウェハが、銅電解液バスに浸漬される。ウェハは、バスに対して電気的にバイアスされ、一般的な適合プロセスにおいてウェハに銅が電気化学的に堆積する。無電解メッキ技術も利用できる。電気メッキ及びそれに関連したプロセスは、簡単な装置で大気圧においてそれを実行でき、堆積率が高く、且つ液体処理がその後の化学的機械的研磨と一貫しているので、効果的である。
【００２１】
[0021]しかしながら、電気メッキは、それ自身の要件を課する。電気メッキされた銅に核を生成してそれをバリア材料に付着するために、通常、種子及び接着層が、Ｔａ／ＴａＮのようなバリア層の上に設けられる。更に、ビアホール１２２を取り巻く一般的な絶縁構造は、誘電体層１１４とビアホール１２２との間に電気メッキ用電極を形成することを必要とする。タンタル及び他のバリア材料は、通常、比較的不充分な電気導体であり、ビアホール１２２（銅の電解液を含む）を向いたバリア層１２４の通常の窒化物サブ層は、電気メッキに必要とされる長い横断電流路としては導電性が低い。従って、ビアホールの底部を効果的に充填する電気メッキを容易に行うために、良好な導電性種子及び接着層がしばしば堆積される。
【００２２】
[0022]バリア層１２４の上に堆積された銅の種子層は、通常、電気メッキ電極として使用される。しかしながら、連続的で、滑らかで且つ均一な膜が好ましい。さもなければ、電気メッキ電流が、銅でカバーされたエリアのみに向けられるか、厚い銅でカバーされたエリアに優先的に向けられる。銅の種子層の堆積は、それ自身の問題を引き起こす。ＩＭＰで堆積された種子層は、アスペクト比の高いホールにおいて良好な底部カバレージを与えるが、その側壁カバレージは、小さなものとなり、それにより得られる薄膜は粗面又は不連続なものとなる。ＣＶＤ堆積される薄い種子層も、粗面になり得る。厚いＣＶＤ種子層、又はＩＭＰ層上のＣＶＤ銅は、必要とされる連続性を達成するために著しく厚い種子層を必要とすることがある。又、電気メッキ電極は、主として、ホールの全側壁で作用し、従って、高い側壁カバレージが望ましい。ロングスローは、充分な側壁カバレージを与えるが、底部カバレージは、充分でないことがある。
【００２３】
例示用実施形態の概要
[0023]本発明の一実施形態は、ロングスロースパッタリング、自己イオン化プラズマ（ＳＩＰ）スパッタリング、誘導性結合プラズマ（ＩＣＰ）再スパッタリング、及びコイルスパッタリングを１つのチャンバーにおいて組み合せることにより、タンタル又は窒化タンタルのようなライナー材料をスパッタ堆積することに向けられる。ロングスロースパッタリングは、ターゲットから基板までの距離と基板の直径との比が比較的大きいことを特徴とする。ロングスローＳＩＰスパッタリングは、イオン化及び中性の両堆積材料成分での深いホールの被覆を促進する。ＩＣＰ再スパッタリングは、深いホールの層底部カバレージの厚みを減少して、接触抵抗を減少することができる。ＩＣＰ再スパッタリング中に、特に、再スパッタリングにより薄くなることが望まれないホール開口付近のエリアに、ＩＣＰコイルスパッタリングで保護層を堆積することができる。
【００２４】
[0024]本発明の別の実施形態は、ロングスロースパッタリング、自己イオン化プラズマ（ＳＩＰ）スパッタリング、及び誘導性結合プラズマ（ＩＣＰ）スパッタリングを１つのチャンバー内で組み合せることにより、銅のような相互接続材料をスパッタ堆積することに向けられる。この場合も、ロングスローＳＩＰスパッタリングは、イオン化及び中性の両銅成分での深いホールの被覆を促進する。ＩＣＰスパッタリングは、深いホールの良好な底部カバレージのために金属イオン化の増加を促進する。
【００２５】
[0025]ＳＩＰは、５ミリTorr未満、好ましくは、２ミリTorr未満、更に好ましくは、１ミリTorr未満の低い圧力で促進される傾向がある。特にこれらの低い圧力におけるＳＩＰは、ターゲット電力密度を高めるような比較的小さな面積を有するマグネトロン、及び基板に向って磁界を遠くへ貫通させる非対称的磁石を有するマグネトロンにより、促進される傾向がある。又、一実施形態では、ＳＩＰは、ターゲットから比較的遠く離れて、好ましくは、６から１０ｃｍの範囲で延びる電気的に浮動のスパッタリングシールドにより促進されてもよい。ＩＣＰスパッタリングは、プラズマ発生エリアの周りに配置された１つ以上のＲＦコイルを設けることにより促進されてもよい。ＲＦエネルギーは、プラズマを発生して維持するためにこのエリアに誘導性結合される。本発明の１つの態様によれば、ＳＩＰスパッタリングとＩＣＰスパッタリングの間を交番させるか、さもなければ、ＳＩＰスパッタリングとＩＣＰスパッタリングとのバランスをとって、スパッタ束における金属イオンと中性金属原子との比を制御するように、スパッタリング条件が制御される。
【００２６】
[0026]本発明は、後で堆積される層の核又は種子生成を促進する種子層であって、狭くて深いビアや誘電体層を貫通するコンタクトを形成するのに特に有用な種子層を堆積するのに使用できる。電気化学メッキ（ＥＣＰ）により更に別の層が堆積されてもよい。別の実施形態では、化学蒸気堆積（ＣＶＤ）により更に別の層が堆積される。ＣＶＤ層は、それ自体、その後のＥＣＰに対して種子層として使用されてもよいし、或いはＣＶＤ層は、特に、非常にアスペクト比の高いホールの場合に、ホールを完全に充填してもよい。
【００２７】
[0027]本発明の更に別の態様は、以下に説明する。それ故、以上の説明は、本発明のある実子形態及び態様の簡単な概要に過ぎないことを理解されたい。本発明の付加的な実施形態及び態様は、以下に説明する。ここに開示する実施形態の多数の変更が、本発明の精神又は範囲から逸脱せずになされ得ることが更に理解されよう。それ故、以上の概要は、本発明の範囲を限定するものではない。むしろ、本発明の範囲は、特許請求の範囲及びその等効物によってのみ決定されるものとする。
【例示用実施形態の説明】
【００２８】
[0029]ＤＣマグネトロンスパッタリングリアクタにおける側壁カバレージと底部カバレージとの間の分布は、誘電体層のホール又はビアに希望のプロフィールを有するライナー層のような金属層を形成するように仕立てることができる。アスペクト比の高いビアにスパッタ堆積されるＳＩＰ膜は、有利な上方側壁カバレージをもつことができ、オーバーハングを生じる傾向がない。希望であれば、ビアの底部のＩＣＰ再スパッタリングにより底部カバレージを薄くしてもよいし又は排除してもよい。本発明の１つの態様によれば、両形式のスパッタリングの効果は、ＳＩＰ及びＩＣＰの両プラズマ発生技術の選択された観点を好ましくは個別のステップで結合するリアクタにおいて得ることができる。このようなリアクタの一例が、図４に１５０で一般的に示されている。更に、ライナー層側壁の上方部分は、基板にコイル材料を堆積するためにチャンバー内に配置されたＩＣＰコイル１５１をスパッタリングすることにより、再スパッタリングから保護されてもよい。
【００２９】
[0030]又、リアクタ１５０は、ＳＩＰ及びＩＣＰの両発生プラズマを好ましくは結合状態で或いは交互に使用して、相互接続層のような金属層をスパッタ堆積するのに使用されてもよい。ＤＣマグネトロンスパッタリングリアクタにおけるイオン化原子束と中性原子束との間の分布は、誘電体層におけるホール又はビアに従順な被覆を形成するように仕立てることができる。上述したように、アスペクト比の高いホールに堆積されるＳＩＰ膜は、有利な上方側壁カバレージをもつことができ、オーバーハングを生じる傾向がない。一方、ＩＣＰで発生されるプラズマは、金属のイオン化を増加し、このようなホールにスパッタ堆積される膜が良好な底部及び底部コーナーカバレージをもつことができるようにする。本発明の更に別の態様によれば、両形式のスパッタリングの効果は、両堆積技術の選択された観点を結合したリアクタ１５０のようなリアクタにおいて得ることができる。更に、もし希望があれば、堆積層にも貢献するようにコイル材料がスパッタリングされてもよい。
【００３０】
[0031]ここに示す実施形態のリアクタ１５０は、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズインクから入手できるエンデュラＰＶＤリアクタの変形に基づくＤＣマグネトロン型のリアクタである。このリアクタ１５０は、真空チャンバー１５２を備え、これは、通常、金属のもので、電気的に接地され、且つＰＶＤターゲット１５６に対してターゲットアイソレータ１５４により密封され、ＰＶＤターゲットは、少なくともその表面部分がウェハ１５８にスパッタ堆積されるべき材料で構成されている。ターゲットスパッタリング面は、図面では平坦なものとして示されているが、ターゲットスパッタリング面（１つ又は複数）は、丸天井形や円筒状を含む種々の形状を有してもよいことが明らかである。ウェハは、１５０、２００、３００及び４５０ｍｍを含む種々のサイズのものでよい。図示されたリアクタ１５０は、ロングスローモードにおいて自己イオン化スパッタリング（ＳＩＰ）を行うことができる。このＳＩＰモードは、ホールの側壁に主として向けられるカバレージのような非従順なカバレージが望まれる一実施形態に使用されてもよい。又、ＳＩＰモードを使用して、従順なカバレージを得ることもできる。
【００３１】
[0032]又、リアクタ１５０は、ＲＦエネルギーをリアクタの内部に誘導性結合するＲＦコイル１５１も有する。このコイル１５１により供給されるＲＦエネルギーは、アルゴンのような先駆ガスをイオン化し、そのイオン化されたアルゴンを使用して堆積層を薄い底部カバレージへと再スパッタリングするためのプラズマを維持するか、又はスパッタリングされた堆積材料をイオン化して、底部カバレージを改善する。一実施形態では、高密度のＩＭＰプロセスに対して典型的な２０−６０ｍTorrのような比較的高い圧力にプラズマを維持するのではなく、例えば、窒化タンタルの堆積については１ｍTorr又はタンタルの堆積については２．５ｍTorrといった実質的に低い圧力に圧力を維持するのが好ましい。しかしながら、用途にもよるが、０．１から４０ｍTorrの範囲の圧力が適当であろう。その結果、リアクタ１５０内のイオン化率は、典型的な高密度ＩＭＰプロセスの場合より実質的に低くなると考えられる。このプラズマは、堆積された層を再スパッタするか、又はスパッタされた堆積材料をイオン化するか、或いはその両方を行なうように使用されてもよい。更に、コイル１５１それ自体をスパッタリングして、堆積された材料が薄くなるのを望まないエリアに対してウェハに堆積された材料の再スパッタリング中にウェハに保護被覆を設けるか、さもなければ、付加的な堆積材料を設けてもよい。
【００３２】
[0033]一実施形態では、１つのステップにＲＦ電力がほとんど又は全くコイルに印加されないようなマルチステッププロセスにおいて良好な上方側壁カバレージ及び底部コーナーカバレージを達成できると考えられる。従って、１つのステップでは、スパッタされたターゲット堆積材料のイオン化が、主として、自己イオン化の結果として生じる。従って、良好な上方側壁カバレージが得られると考えられる。第２のステップでは、好ましくは同じチャンバーにおいて、低い電力がターゲットに印加されるか又は全く印加されない間にＲＦ電力がコイル１５１に印加されてもよい。この実施形態では、ターゲット１５６からほとんど又は全く材料がスパッタリングされないが、先駆ガスのイオン化が、主として、コイル１５１により誘導性結合されるＲＦエネルギーの結果として生じる。ＩＣＰプラズマは、エッチング又は再スパッタリングにより底部カバレージを薄くするか又は排除して、ホールの底部でバリア層の抵抗を減少するように向けられてもよい。更に、コイル１５１をスパッタリングして、薄くなることが望まれない場所に保護材料を堆積してもよい。一実施形態では、圧力を比較的低く保持して、プラズマ密度を比較的低くし、コイルからのスパッタ堆積材料のイオン化を減少してもよい。その結果、スパッタされたコイル材料を大体中性に保持し、主として上方側壁に堆積して、これら部分が薄くならないように保護することができる。
【００３３】
[0034]図示されたリアクタ１５０は、自己イオン化スパッタリングを行うことができるので、堆積材料は、ＲＦコイル１５１により維持されるプラズマの結果としてイオン化されるだけでなく、ターゲット１５６それ自体のスパッタリングによってイオン化されてもよい。コンフォーマル（従順）な層を堆積することが望まれるときには、結合されたＳＩＰ及びＩＣＰイオン化プロセスが、良好な底部及び底部コーナーカバレージに対して充分なイオン化材料を与えると考えられる。しかしながら、ＲＦコイル１５１により与えられる低圧力プラズマの低いイオン化率は、充分な中性スパッタ材料が非イオン化状態に留まって、上方側壁に堆積されるのを許すことも考えられる。従って、イオン化堆積材料の結合されたソースは、以下に詳細に述べるように、良好な上方側壁カバレージ、並びに良好な底部及び底部コーナーカバレージの両方を与えることができると考えられる。
【００３４】
[0035]別の実施形態では、１つのステップにＲＦ電力がほとんど又は全くコイルに印加されないようなマルチステッププロセスにおいて良好な上方側壁カバレージ、底部カバレージ及び底部コーナーカバレージを得ることができると考えられる。従って、１つのステップでは、堆積材料のイオン化が、主として、自己イオン化の結果として生じる。その結果、良好な上方側壁カバレージが得られると考えられる。第２のステップでは、好ましくは同じチャンバーにおいて、ＲＦ電力がコイル１５１に印加されてもよい。更に、一実施形態では、圧力を実質的に上昇して、高密度プラズマを維持してもよい。その結果、第２ステップにおいて、良好な底部及び底部コーナーカバレージを得ることができると考えられる。
【００３５】
[0036]ウェハクランプ１６０は、ウェハ１５８をペデスタル電極１６２に保持する。ペデスタル１６２に抵抗ヒータ、冷却チャンネル及び熱伝達ガス空洞を設けて、ペデスタルの温度を−４０℃未満の温度に制御し、ウェハの温度を同様に制御することができる。
【００３６】
[0037]第２の誘電体シールドアイソレータ１６８で分離されたダークスペースシールド１６４及びチャンバーシールド１６６がチャンバー１５２内に保持されて、チャンバー壁１５２をスパッタ材料から保護する。ここに示す実施形態では、ダークスペースシールド１６４及びチャンバーシールド１６６の両方が接地される。しかしながら、ある実施形態では、シールドは、浮動であってもよいし、又は非接地レベルにバイアスされてもよい。又、チャンバーシールド１６６は、カソードターゲット１５６に対向するアノード接地平面として働いて、プラズマを容量的にサポートする。ダークスペースシールドが電気的に浮動することが許される場合には、若干の電子がダークスペースシールド１６４に堆積して、負の電荷がそこに蓄積する。負の電位は、更なる電子が堆積するのに反発するだけでなく、電子をメインプラズマエリア内に閉じ込めて、電子のロスを減少し、低圧スパッタリングを持続すると共に、必要に応じてプラズマ密度を高めることができると考えられる。
【００３７】
[0038]コイル１５１は、これを支持シールド１６４から電気的に絶縁する複数のコイルスタンドオフ１８０によりシールド１６４に支持される。更に、スタンドオフ１８０は、迷路状の通路を有し、これらは、ターゲット１１０からコイルスタンドオフ１８０への導電性材料の繰返しの堆積を許すが、コイル１５１からシールド１６４へ堆積材料の完全な導電性経路が形成されてコイル１５１をシールド１６４（通常、接地レベルにある）へ短絡するのを防止することができる。
【００３８】
[0039]コイルを回路として使用できるようにするために、ＲＦ電力が真空チャンバー壁及びシールド１６４を経てコイル１５１の端へ通される。真空フィードスルー（図示せず）が真空チャンバー壁を貫通して延びて、好ましくは真空圧力チャンバーの外部に配置されたジェネレータからＲＦ電流を供給する。ＲＦ電力は、フィードスルースタンドオフ１８２（図５）によりシールド１６４を経てコイル１５１へ印加され、フィードスルースタンドオフ１８２は、コイルスタンドオフ１８０と同様に、迷路状の通路を有していて、コイル１５１からシールド１６４へ堆積材料の経路が形成されてコイル１５１をシールド１６４へ短絡するのを防止する。
【００３９】
[0040]プラズマダークスペースシールド１６４は、一般的に円筒状である。プラズマチャンバーシールド１６６は、一般的にボウル状であって、一般的に円筒状の垂直に向けられた壁１９０を備え、これにはスタンドオフ１８０及び１８２が取り付けられて、コイル１５１を絶縁性支持する。
【００４０】
[0041]図５は、ここに示す実施形態のプラズマ発生装置の電気的接続を示す回路図である。プラズマにより発生されるイオンを引き付けるために、ターゲット１５６は、可変ＤＣ電源２００により、例えば、１−４０ｋＷのＤＣ電力で負にバイアスされるのが好ましい。電源２００は、プラズマを点火して維持するために、ターゲット１５６をチャンバーシールド１６６に対して約−４００から−６００ＶＤＣに負にバイアスする。プラズマを点火するために、通常、１から５ｋＷのターゲット電力が使用されるが、ここに述べるＳＩＰスパッタリングのためには１０ｋＷを越える電力が好ましい。例えば、ＳＩＰスパッタリングにより窒化タンタルを堆積するには、２４ｋＷのターゲット電力が使用されてもよく、ＳＩＰスパッタリングによりタンタルを堆積するには、２０ｋＷのターゲット電力が使用されてもよい。ＩＣＰ再スパッタリング中には、プラズマを均一に維持するために、ターゲット電力を例えば１００−２００Ｗに減少してもよい。或いは又、ターゲット電力は、ＩＣＰ再スパッタリング中にターゲットスパッタリングが望まれる場合には高いレベルに維持されてもよいし、或いは必要に応じて完全にターンオフされてもよい。
【００４１】
[0042]ペデスタル１６２、ひいては、ウェハ１５８は、電気的に浮動に保たれてもよいが、負のＤＣ自己バイアスがそこに発生されてもよい。或いは又、ペデスタル１６２は、基板１５８を負にバイアスして、イオン化された堆積材料を基板へ引き付けるために、電源２０２により−３０ＶＤＣに負にバイアスされてもよい。他の実施形態では、ＲＦバイアスをペデスタル１６２に印加して、そこに発生される負のＤＣバイアスを更に制御してもよい。例えば、バイアス電源２０２は、１３．５６ＭＨｚで動作するＲＦ電源であってもよい。例えば、１０Ｗから５ｋＷの範囲のＲＦ電力が供給されてもよいが、更に好ましい範囲は、ＳＩＰ堆積における２００ｍｍウェハの場合に１５０から３００Ｗである。
【００４２】
[0043]コイル１５１の一端は、フィードスルースタンドオフ１８２によりシールド１６６を経て増幅器及びマッチングネットワーク２０４の出力のようなＲＦソースに絶縁性結合される。マッチングネットワーク２０４の入力は、ＲＦジェネレータ２０６に結合され、これは、この実施形態のＩＣＰプラズマ発生に対して約１又は１．５ｋＷのＲＦ電力を供給する。例えば、窒化タンタルの堆積については１．５ｋＷの電力、更に、タンタルの堆積については１ｋＷの電力が好ましい。好ましい範囲は、５０Ｗから１０ｋＷである。ＳＩＰ堆積中には、必要に応じてコイルへのＲＦ電力をオフにしてもよい。或いは又、必要に応じてＳＩＰ堆積中にＲＦ電力を供給してもよい。
【００４３】
[0044]コイル１５１の他端も、同様のフィードスルースタンドオフ１８２によりシールド１６６を経て接地点へ絶縁性結合され、好ましくは、コイル１５１にＤＣバイアスをサポートするために可変キャパシタでよいブロッキングキャパシタ２０８を経て結合される。コイル１５１のＤＣバイアス、ひいては、コイルスパッタリング率は、米国特許第６，３７５，８１０号に説明されたように、コイル１５１に結合されたＤＣ電源２０９により制御されてもよい。ＩＣＰプラズマ発生及びコイルスパッタリングに適したＤＣ電力範囲は、５０Ｗから１０ｋＷを含む。好ましい値は、コイルスパッタリング中に５００Ｗである。コイル１５１へのＤＣ電力は、ＳＩＰ堆積中に必要に応じてオフにしてもよい。
【００４４】
[0045]上述した電力レベルは、もちろん、特定の用途に応じて変化してもよい。コンピュータベースのコントローラ２２４は、特定用途に基づき種々の電源の電力レベル、電圧、電流及び周波数を制御するようにプログラムされてもよい。
【００４５】
[0046]ＲＦコイル１５１は、このコイルからスパッタされた材料が、ウェハに当たるときに低い入射角となるように、チャンバー内で比較的低く配置されてもよい。その結果、コイル材料は、ホールの上方コーナーに優先的に堆積され、ホールの底部がＩＣＰプラズマにより再スパッタリングされるときにホールのこれら上方コーナー部分を保護することができる。ここに示す実施形態では、コイルの主たる機能が、ウェハを再スパッタするためのプラズマを発生すると共に、再スパッタ中に保護被覆を形成することであるときに、コイルがターゲットよりもウェハに接近して配置されるのが好ましい。多数の用途では、０から５００ｍｍのコイル対ウェハ間隔が適当であると考えられる。しかしながら、実際の位置は、特定用途に基づいて変化することが明らかである。コイルの主たる機能が堆積材料をイオン化するためのプラズマを発生することである用途では、コイルがターゲットに接近して配置されてもよい。又、１９９６年７月１０日に出願されて、本出願の譲受人に譲渡された「Sputtering Coil for Generating a Plasma」と題する出願中の特許出願第０８／６８０，３３５号（代理人ドケット１３９０−ＣＩＰ／ＰＶＤ／ＤＶ）に詳細に説明されたように、ＲＦコイルは、スパッタされたコイル材料で堆積層の均一性を改善するように配置されてもよい。更に、コイルは、螺旋又は渦巻状に形成された複数の巻回を有してもよいし、或いは複雑さ及びコストを減少すると共に清掃を容易にするために単一巻回といった少数の巻回を有してもよい。
【００４６】
[0047]種々のコイル支持スタンドオフ及びフィードスルースタンドオフを使用して、コイルを絶縁性支持してもよい。特に、ＳＳＳ、ＳＩＰ及びＩＣＰに関連した高い電力レベルでのスパッタリングは、高い電圧を伴うので、誘電体アイソレータが、通常、異なる状態でバイアスされた部分を分離する。その結果、このようなアイソレータを金属堆積から保護することが望ましい。
【００４７】
[0048]スタンドオフの内部構造は、２０００年２月２９日に出願され、本出願の譲受人に譲渡された「COIL AND COIL SUPPORT FOR GENERATING A PLASMA」と題する出願中の特許出願第０９／５１５，８８０号に詳細に説明されたように、迷路状であるのが好ましい。コイル１５１、及びプラズマに直接露出されるスタンドオフの部分は、堆積される材料と同じ材料で作られるのが好ましい。従って、堆積される材料がタンタルで作られる場合には、スタンドオフの外部もタンタルで作られるのが好ましい。堆積材料の接着を容易にするために、金属の露出面がビードブラスティングによって処理されてもよく、これは、堆積材料からの粒子の流出を減少する。タンタルに加えて、コイル及びターゲットは、銅、アルミニウム及びタングステンを含む種々の堆積材料から作られてもよい。迷路は、コイルからシールドへの完全な導電路の形成を禁止する大きさでなければならない。このような導電路は、導電性の堆積材料がコイル及びスタンドオフに堆積されるときに発生し得る。特定の用途に基づいて、迷路の他の大きさ、形状及び通路数も考えられることを認識されたい。迷路の設計に影響するファクタは、堆積される材料の形式と、スタンドオフの清掃又は交換が必要になるまでに望まれる堆積の回数とを含む。適当なフィードスルースタンドオフは、そのスタンドオフを経て延びるボルト又は他の導電性部材にＲＦ電力が印加される以外は同様に構成されてもよい。
【００４８】
[0049]コイル１５１は、重畳するが離間された両端を有してもよい。この構成では、各端のフィードスルースタンドオフ１８２を、図４に示すように、真空チャンバーターゲット１５６と基板ホルダ１６２との間のプラズマチャンバー中心軸に平行な方向に積み重ねてもよい。その結果、コイルの一端からコイルの他端へのＲＦ路を同様に重畳することができ、ひいては、ウェハ上のギャップを回避することができる。このような重畳構成は、１９９８年３月１６日に出願されて、本出願の譲受人に譲渡された出願中の特許出願第０９／０３９，６９５号に説明されたように、プラズマ発生、イオン化及び堆積の均一性を改善できると考えられる。
【００４９】
[0050]支持スタンドオフ１８０は、適当な支持を与えるようにコイルの残り部分の周りに分散されてもよい。ここに示す実施形態では、各コイルは、その外面において９０度の分離角で分散された３つのハブ部材５０４を有する。スタンドオフの個数及び間隔は、特定用途に基づいて変化してもよいことが明らかであろう。
【００５０】
[0051]ここに示す実施形態のコイル１５１は、単一巻回のコイルへと成形された２ｘ１／４インチのヘビーデューティビードブラスト処理のタンタル又は銅リボンで各々作られる。しかしながら、他の高電導性材料及び形状が使用されてもよい。例えば、コイルの厚みを１／１６インチに減少すると共に、その巾を２インとまで増加してもよい。又、特に、水冷却を希望する場合には、中空の管を使用してもよい。
【００５１】
[0052]適当なＲＦジェネレータ及びマッチング回路は、当業者に良く知られた要素である。例えば、マッチング回路及びアンテナとの最良の周波数マッチングを得るように周波数ハントする能力を有したＥＮＩジェネシスシリーズのようなＲＦジェネレータが適当である。コイルへのＲＦ電力を発生するためのジェネレータの周波数は、２ＭＨｚが好ましいが、その範囲は、例えば、１ＭＨｚから２００ＭＨ及び非ＲＦ周波数のような他のＡＣ周波数で変化してもよいことが明らかであろう。これらの要素は、プログラム可能なコントローラ２２４で制御されてもよい。
【００５２】
[0053]ターゲット１５６は、アルミニウム又はチタンのバッキングプレート２３０を含み、これには、タンタル又は銅のような堆積されるべき金属のターゲット部分２３２が半田付け又は拡散接合される。バッキングプレート２３０のフランジ２３３は、ターゲットアイソレータ１５４にのせられ、且つポリマーのターゲットＯ−リング２３４によりターゲットアイソレータ１５４に対して真空密封され、ターゲットアイソレータ１５４は、アルミナのようなセラミックで構成されるのが好ましい。このターゲットアイソレータ１５４は、チャンバー１５２にのせられ、且つアダプタＯ−リング２３５によりチャンバー１５２に対して真空密封され、チャンバー１５２は、実際には、メインチャンバー本体に密封されたアルミニウムアダプターでよい。
【００５３】
[0054]金属クランプリング２３６は、その半径方向内側に、上方に延びる環状リム２３７を有する。ボルト又は他の適当な固定具で金属クランプリング２３６をチャンバー１５２の内方に延びる張出部２３８に固定し、チャンバーシールド１６６のフランジ２３９を捕獲する。これにより、チャンバーシールド１６６は、接地されたチャンバー１５２に機械的及び電気的に接続される。
【００５４】
[0055]１９９９年１０月８日に出願されて、本出願の譲受人に譲渡された「Self-ionized Plasma for Sputtering Copper」と題する出願中の特許出願第０９／４１４，６１４号（代理人ドケット番号３９２０）は、チャンバーのシールドの適当な構造の一実施例を説明している。そこに詳細に述べられたように、シールドアイソレータ１６８は、クランプリング２３６に自由にのせられ、アルミナのようなセラミック材料から加工されてもよい。これは、コンパクトであるが、小さな巾に比して、約１６５ｍｍという比較的大きな高さを有し、リアクタの温度サイクル中に強度を与える。シールドアイソレータ１６８の下部は、クランプリング２３６のリム２３７の外面に適合する内部環状くぼみを有する。リム２３７は、クランプリング２３６に対してシールドアイソレータ１６８の内径をセンタリングするように働くだけでなく、セラミックシールドアイソレータ１６８と金属リングクランプ２３６との間のスライド面２５０に発生した粒子がメイン処理エリアに到達しないようにするバリアとしても働く。
【００５５】
[0056]ダークスペースシールド１６４のフランジ２５１は、シールドアイソレータ１６８に自由にのせられ、その外側のタブ即ちリム２５２は、シールドアイソレータ１６８の上方外部コーナーに形成された環状くぼみへと下方に延びる。これにより、タブ２５２は、シールドアイソレータ１６８の外径においてターゲット１５６に対してダークスペースシールド１６４をセンタリングする。シールドタブ２５２は、シールドアイソレータ１６８から狭いギャップで分離され、このギャップは、プラズマのダークスペースを整列させるに充分なほど小さなものであるが、シールドアイソレータ１６８のジャミングを防止するに充分なほど大きなものであり、ダークスペースシールド２５１は、タブ２５２の上及びその内側のスライド接触エリア２５３においてシールドアイソレータ１６８にのせられる。
【００５６】
[0057]ダークスペースシールド１６４のヘッド２５５とターゲット１５６との間に狭いチャンネル２５４が形成される。これは、プラズマダークスペースとして働くために約２ｍｍの巾を有する。この狭いチャンネル２５４は、図示された以上に半径方向内方に延びる経路において、バッキングプレートのフランジ２３４の下方に突出する張出部２５６を越えて、シールドヘッド２５５とターゲットアイソレータ１５４との間の上部後方ギャップ２６０まで連続する。これら要素の構造及びそれらの特性は、１９９８年１０月３０日に出願されたタン氏等の米国特許出願第０９／１９１，２５３号に開示されたものと同様である。上部後方ギャップ２６０は、その巾が室温において約１．５ｍｍである。シールド要素は、それらが温度サイクルを受けるときに、変形する傾向がある。ターゲット１５６に隣接する狭いチャンネル２５４より巾の小さい上部後方ギャップ２６０は、プラズマダークスペースを狭いチャンネル２５４に維持するに充分なものである。後方ギャップ２６０は、内側のシールドアイソレータ１６８及びリングクランプ２３６と、外側のチャンバー本体１５２との間の下部後方ギャップ２６２へと下方に連続する。下部後方ギャップ２６２は、セラミックのシールドアイソレータ１６８及びクランプリング２３６と、ダークスペースシールド１６４との間のスライド面２５０、２５３に発生するセラミック粒子を収集するための空洞として働く。シールドアイソレータ１６８は、更に、その上部内側コーナーに浅いくぼみ２６４を含み、その半径方向内側のスライド面２５３からセラミック粒子を収集する。
【００５７】
[0058]ダークスペースシールド１６４は、下方に延びる広い上方円筒部分２８８を備え、これは、フランジ２５１から下方に延び、その下端が遷移部分２９２を経て狭い下方円筒部分２９０に接続されている。同様に、チャンバーシールド１６６は、広い上方円筒部分２９４を有し、これは、ダークスペースシールド１６４の上方円筒部分の外側にあり、従って、それより広い。接地された上方円筒部分２９４は、その上端が、接地されたシールドフランジ２５０に接続されると共に、その下端は、チャンバーのほぼ半径方向に延びる遷移部分２９８を経て狭い下方円筒部分２９６に接続される。接地された下方円筒部分２９６は、ダークスペース下方円筒部分２９０の外側に嵌合し、従って、それより広いが、ダークスペース上方円筒部分１６４より約３ｍｍの半径方向分離だけ小さい。２つの遷移部分２９２、２９８は、どちらも、垂直及び水平方向にオフセットしている。従って、ダークスペースシールド１６４とチャンバーシールド１６６との間に迷路状の狭いチャンネル３００が形成され、接地された下方円筒部分２９６とダークスペース上方円筒部分１６４との間のオフセットは、２つの垂直チャンネル部分間に直接的な視線が生じないよう確保する。チャンネル３００の目的は、２つのシールド１６４、１６６を電気的に分離する一方、クランプリング２３６及びシールドアイソレータ１６８を銅の堆積から保護する。
【００５８】
[0059]シールド１６４、１６６の下方円筒部分２９０、２９６間に形成されたチャンネル３００の下部は、アスペクト比が４：１以上であり、好ましくは、８：１以上である。チャンネル３００の下部は、例えば、その巾が０．２５ｃｍで、その長さが２．５ｃｍであり、好ましい範囲は、０．２５から０．３ｃｍ及び２から３ｃｍである。従って、チャンネル３００を貫通する堆積材料イオン及び散乱した堆積材料原子は、おそらく、シールドから数回反発し、少なくとも上方の接地された円筒部２９４により停止された後に、クランプリング２３６及びシールドアイソレータ１６８に更に向う進路を発見できる。１回の反発で、おそらく、シールドによりイオンが吸収されることになろう。２つの遷移部分２９２、２９８間のチャンネル３００における２つの隣接した９０°の曲り即ち屈曲は、シールドアイソレータ１６８をプラズマから更に分離する。６０°の屈曲又は４５°の屈曲でも、弱いが同様の作用を得ることができるが、より効果的な９０°の屈曲は、シールドの材料で形成し易いものである。９０°の曲りは、いかなる方向から到来する堆積粒子も少なくとも１つの高い角度で当たってそれらのほとんどのエネルギーを失い、上方の接地された円筒部分２９４で停止される確率を高めるので、非常に効果的である。又、９０°の曲りは、クランプリング２３６及びシールドアイソレータ１６８を、堆積粒子による直接的な照射から隠す。金属は、ダークスペース遷移部分２９２の底部の水平面、及び垂直方向上方の接地された円筒部分２９４に優先的に堆積すると考えられ、これらは両方とも、片方の９０°曲り部の端部である。又、回旋状チャンネル３００は、処理中にシールドアイソレータ１６８から発生されたセラミック粒子をチャンバーシールド１６６の水平遷移部分２９８で収集する。このような収集された粒子は、同様にそこに収集される金属でおそらく貼り付けられることになろう。
【００５９】
[0060]図４の大きな図に戻ると、チャンバーシールド１６６の下方円筒部分２９６は、ウェハ１５８を支持するペデスタル１６２の上部の後方のウェルへと下方に連続する。チャンバーシールド１６６は、ボウル部分３０２において半径方向内方へ連続すると共に、最も内側の円筒部分１５１において垂直方向上方にほぼウェハ１５８の高さまで連続するが、ペデスタル１６２の半径方向外方に離間される。
【００６０】
[0061]シールド１６４、１６６は、通常、ステンレススチールで構成され、それらの内面は、そこにスパッタ堆積された材料の接着性を促進するためにビードブラスティングされてもよいし、さもなければ、粗面化されてもよい。しかしながら、延長されたスパッタリング中のある時点で、堆積された材料は、薄片に剥がれて有害な粒子を発生し易い厚みまで蓄積する。この点に到達するまでに、シールドを洗浄するか、又はおそらく新たなシールドと交換しなければならない。しかしながら、より高価なアイソレータ１５４、１６８は、ほとんどの保守サイクルで交換する必要がない。更に、保守サイクルは、シールドの薄片状の剥がれによって決定されるのであって、アイソレータの電気的短絡によって決定されるのではない。
【００６１】
[0062]上述したように、ダークスペースシールド１６４は、これが浮動である場合に、ある程度の電荷を累積し、負の電位を確立することができる。これにより、ダークスペースシールド１６４への更なる電子ロスを反発し、従って、プラズマをターゲット１５６の付近に閉じ込める。ディン氏等は、米国特許第５，７３６，０２１号において若干類似した構造をもつ同様の効果を開示している。しかしながら、図６のダークスペースシールド１６４は、その下方円筒部２９０が、ディン氏等の対応部分よりもターゲット１５６から相当に離れて延び、これにより、プラズマを大きな体積上に閉じ込める。しかしながら、ダークスペースシールド１６４は、チャンバーシールド１６６をターゲット１５６から電気的にシールドし、従って、ターゲット１５６からあまり離れて延びてはならない。もし長過ぎると、プラズマに当たることが困難になるが、もし短過ぎると、電子ロスが増加して、プラズマを低圧力で持続できなくなり、プラズマの密度が下がる。図６に示すように、ダークスペースシールド１６６の底部先端３０６がターゲット１５６の面から６ｃｍ分離され、ダークスペースシールド１６６の全軸方向長さが７．６ｃｍとなるような最適な長さが見つかっている。銅のスパッタリングが維持される最小の圧力に対して３つの異なるダークスペースシールドがテストされた。その結果が、１ｋＷ及び１８ｋＷのターゲット電力について図７に示されている。横軸には、全シールド長さが示され、シールド先端１６４とターゲット１５６との間の分離は１．６ｃｍ未満である。分離の好ましい範囲は、５から７ｃｍであり、長さの範囲は、６．６から８．６ｃｍである。シールドの長さを１０ｃｍに延ばすと、最小圧力が若干減少するが、プラズマに当たる困難さが増す。
【００６２】
[0063]再び図４を参照すれば、ガスソース３１４は、スパッタ作用ガス、通常、化学的に不活性な貴ガスであるアルゴンを、マスフローコントローラ３１６によりチャンバー１５２へ供給する。この作用ガスは、チャンバーの頂部へ導入することもできるし、或いは図示されたように、その底部において、シールドチャンバーシールド１６６の底部を通る１つ以上の導入パイプ貫通アパーチャー、或いはチャンバーシールド１６６とウェハクランプ１６０とペデスタル１６２との間のギャップ３１８を通して導入することもできる。広いポンピングポート３２２を経てチャンバー１５２へ接続された真空ポンプシステム３２０は、チャンバーを低圧力に維持する。基本的圧力は、約１０−７Torr又はそれ以下に保持できるが、作用ガスの圧力は、通常、従来のスパッタリングでは約１から１０００ミリTorrに維持されると共に、ＳＩＰスパッタリングでは約５ミリTorr以下に維持される。コンピュータベースのコントローラ２２４は、ＤＣターゲット電源２００、バイアス電源２０２及びマスフローコントローラ３１６を含むリアクタを制御する。
【００６３】
[0064]効率的なスパッタリングを行なうために、ターゲット１５６の後部にマグネトロン３３０が配置される。これは、磁気ヨーク３３６により接続支持された互いに逆の磁石３３２、３３４を有する。これら磁石は、チャンバー１５２内でマグネトロン３３０付近に磁界を形成する。この磁界は、電子を捕獲し、電荷中性化のためにイオン密度も増加して、高密度のプラズマ領域３３８が形成される。マグネトロン３３０は、通常、モータ駆動シャフト３４２によりターゲット１５６の中心３４０の周りで回転され、ターゲット１５６のスパッタリングにおける全カバレージを得る。銅の持続自己スパッタリングを許すに充分なイオン化密度の高密度プラズマ３３８を得るために、マグネトロン３３０の隣接エリアに供給される電力密度を高くするのが好ましい。これは、前記特許においてフュー氏により説明されたように、ＤＣ電源２００から供給される電力レベルを増加すると共に、マグネトロン３３０の面積を例えば三角形又はレーストラックの形状で減少することにより、達成することができる。６０°三角形マグネトロンは、その先端をターゲットの中心３４０にほぼ一致させて回転すると、いつでもターゲットの約１／６しかカバーしない。ＳＩＰスパッタリングを行うことのできる商業リアクタでは、１／４のカバレージが好ましい最大である。
【００６４】
[0065]電子のロスを減少するために、内側の磁石３３２及び磁極面で表わされた内側の磁極は、著しいアパーチャーをもたず、且つ外側の磁石３３４及び磁極面で表わされた連続的な外側の磁極により包囲されねばならない。更に、イオン化されたスパッタ粒子をウェハ１５８へガイドするために、外側の磁極は、内側の磁極より相当に高い磁束を発生しなければならない。延びる磁界線が電子を捕獲し、従って、プラズマをウェハ１５８の近くまで延ばす。磁束の比は、少なくとも１５０％であり、好ましくは、２００％以上でなければならない。フュー氏の三角形マグネトロンの２つの実施形態は、２５個の外側磁石と、６又は１０個の内側磁石を有し、これらは、強さが同じで極性が逆である。平らなターゲット面に関連して示したが、種々のアンバランスのマグネトロンを、種々のターゲット形状と共に使用して、自己イオン化プラズマを発生してもよいことが明らかであろう。
【００６５】
[0066]アルゴンがチャンバーに受け入れられると、ターゲット１５６とチャンバーシールド１６６との間のＤＣ電圧差でアルゴンがプラズマへ点火され、正に荷電されたアルゴンイオンが、負に荷電されたターゲット１５６に引き付けられる。イオンは、実質的なエネルギーでターゲット１５６に当たり、ターゲットの原子又は原子クラスターをターゲット１５６からスパッタリングさせる。ターゲット粒子の幾つかがウェハ１５８に当たって、そこに堆積され、ターゲット材料の膜を生成する。金属窒化物の反応性スパッタリングでは、窒素がソース３４３からチャンバーへ付加的に導入され、これは、スパッタされた金属原子と反応して、ウェハ１５８に金属窒化物を生成する。
【００６６】
[0067]図８Ａ−図８Ｅは、本発明の１つの態様に基づいてライナー層を生成するところを示す順次の断面図である。図８Ａを参照すれば、層間誘電体３４５（例えば、二酸化シリコン）が、相互接続部３４８（図８Ｅ）の第１金属層（例えば、第１銅層３４７ａ）の上に堆積される。次いで、層間誘電体３４５にビア３４９がエッチングされて、第１銅層３４７ａを露出させる。この第１金属層は、ＣＶＤ、ＰＶＤ、電気メッキ又は他の良く知られた金属体積技術を使用して堆積されてもよく、これは、コンタクトを経、誘電体層を通して、その下の半導体ウェハに形成されたデバイスに接続される。第１銅層３４７ａが酸素に露出された場合、例えば、第１銅層の上に横たわる酸化物をエッチングして、その第１銅層と、第２の堆積されるべき金属層との間にビアを形成するためのアパーチャーを形成するエッチングチャンバーからウェハを移動するときには、絶縁／高抵抗の銅酸化物層３４７ａ’を容易に生成することができる。従って、銅の相互接続部３４８の抵抗を減少するために、銅酸化物層３４７ａ’及びビア３４９内の処理残留物が除去されてもよい。
【００６７】
[0068]銅酸化物層３４７ａ’を除去する前に、層間誘電体３４５及び露出された第１銅層３４７ａの上にバリア層３５１が堆積されてもよい（例えば、図２のスパッタリングチャンバー１５２内で）。好ましくは、タンタル、窒化タンタル、窒化チタン、タングステン、又は窒化タングステンで構成されるこのバリア層３５１は、その後に堆積される銅層が層間誘電体３４５に結合されてそれを質低下させる（上述したように）のを防止する。
【００６８】
[0069]例えば、スパッタリングチャンバー１５２が窒化タンタル層を堆積するように構成された場合には、タンタルターゲット１５６が使用される。通常、アルゴン及び窒素の両ガスがガス導入口３６０（各ガスに１つづつ、多数の導入口を使用してもよい）を経てスパッタリングチャンバー１５２へ流入され、一方、ＤＣ電源２００を経てターゲット１５６へ電力信号が供給される。任意であるが、第１のＲＦ電源２０６を経てコイル１５１へ電力信号が供給されてもよい。定常の処理中に、窒素がタンタルターゲット１５６と反応して、タンタルターゲット１５６上に窒化物膜を生成し、そこから窒化タンタルがスパッタリングされるようにしてもよい。更に、非窒化タンタル原子もターゲットからスパッタリングされ、これら原子は窒素と結合して、ペデスタル１６２に支持されたウェハ（図示セス）上に、又は飛行状態で、窒化タンタルを生成することができる。
【００６９】
[0070]運転中、排気出口３６２に作動的に結合されたスロットルバルブが中間位置に配置されて、堆積チャンバー１５２を約１ｘ１０−８Torrの希望の低い真空レベルに維持し、その後、プロセスガス（１つ又は複数）がチャンバーへ導入される。スパッタリングチャンバー１５２内で処理を開始するために、アルゴン及び窒素の混合ガスが、ガス導入口３６０を経てスパッタリングチャンバー１５２へ流入される。ガスが約１０−１００ミリTorrの圧力（好ましくは、１０−６０ミリTorr、更に好ましくは、１５−３０ミリTorr）に安定した後、ＤＣ電源２００を経てタンタルターゲット１５６へＤＣ電力が印加される（その間、混合ガスがガス導入口３６０を経てスパッタリングチャンバー１５２へ流入し続け、そこからポンプ３７を経て圧送される）。ターゲット１５６に印加されたＤＣ電力は、アルゴン／窒素混合ガスでＳＩＰプラズマを形成させて、アルゴン及び窒素イオンを発生させ、これらイオンは、ターゲット１５６に引き付けられてそれに当たり、ターゲット材料（例えば、タンタル及び窒化タンタル）をそこから放出させる。放出されたターゲット材料は、ペデスタル１６２に支持されたウェハ１５８へ進んで、そこに堆積される。ＳＩＰプロセスでは、アンバランスのマグネトロンにより生成されたプラズマが、スパッタされたタンタル及び窒化タンタルの一部分をイオン化する。基板支持ペデスタル１６２へ供給されるＲＦ電力信号を調整することにより、基板支持ペデスタル１６２とプラズマとの間に負のバイアスを形成することができる。基板支持ペデスタル１６２とプラズマとの間に負のバイアスは、タンタルイオン、窒化タンタルイオン及びアルゴンイオンを、ペデスタル１６２及びそこに支持されたウェハに向けて加速させる。従って、中性及びイオン化の両窒化タンタルがウェハに堆積され、ＳＩＰスパッタリングに基づいて良好な側壁及び上部側壁カバレージを与えることができる。更に、特に、ＲＦ電力がＩＣＰコイルに任意に供給される場合には、ターゲット１５６からの窒化タンタル材料がウェハに堆積するのと同時にウェハがアルゴンイオンでスパッタ−エッチングされてもよい（即ち、同時の堆積／スパッタ−エッチング）。
【００７０】
[0071]バリア層３５１の堆積に続いて、ビア３４９の底部におけるバリア層３５１の部分と、その下の酸化銅層３４７ａ’（並びに処理残留物）は、底部を薄くするか又は排除することが望まれる場合に、図８Ｂに示すように、アルゴンプラズマによりスパッタ−エッチングされるか又は再スパッタリングされてもよい。アルゴンプラズマは、主としてＲＦ電力をＩＣＰコイルに供給することによりこのステップで発生されるのが好ましい。この実施形態ではスパッタリングチャンバー１５２（図２）内でスパッタ−エッチングを行う間に、ターゲット１５６に供給される電力を排除するか又は低いレベル（例えば、１００又は２００Ｗ）に減少して、ターゲット１５６からの著しい堆積を禁止又は防止することが好ましい。ターゲット電力が無いのではなく、ターゲット電力が低レベルであることは、より均一なプラズマを発生でき、現在のところこれが好ましい。
【００７１】
[0072]ＩＣＰアルゴンイオンは、電界によりバリア層３５１に向って加速され（例えば、図２の第２のＲＦ電源４１により基板支持ペデスタル１６２にＲＦ信号を印加して、負の自己バイアスをペデスタルに形成させ）、バリア層３５１に当たり、モーメントの伝達により、ビアアパーチャーの基部からバリア層材料をスパッタさせて、ビア３４９の側壁を覆うバリア層３５１の部分に沿ってそれを再分布させる。アルゴンイオンは、基板に実質的に垂直な方向に基板に引き付けられる。その結果、ビア側壁にはほとんどスパッタリングを生じないが、ビア基部には実質的なスパッタリングが生じる。再スパッタリングを容易にするために、ペデスタル及びウェハに印加されるバイアスは、例えば、４００ワットでよい。
【００７２】
[0073]再スパッタリングプロセスパラメータの特定値は、特定の用途に基づいて変化してもよい。出願中の又は発行された特許出願第０８／７６８，０５８号、第０９／１２６，８９０号、第０９／４４９，２０２号、第０９／８４６，５８１号、第０９／４９０，０２６号、及び第０９／７０４，１６１号は、再スパッタリングプロセスについて説明しており、これら全体を参考としてここに援用する。
【００７３】
[0074]本発明の別の態様によれば、ＩＣＰコイル１５１は、ターゲット１５６と同様にタンタルのようなライナー材料で形成されて、ビアの底部が再スパッタリングされる間にウェハに窒化タンタルを堆積するようにスパッタリングされてもよい。再スパッタリングプロセス中には圧力が比較的低いので、コイル１５１からスパッタされる堆積材料のイオン化率は、比較的低い。従って、ウェハに堆積されるスパッタされた材料は、主として、中性材料である。更に、コイル１５１は、チャンバー内の比較的低い位置で、ウェハを取り巻き且つそれに隣接するように配置される。
【００７４】
[0075]その結果、コイル１５１からスパッタされる材料の軌道は、比較的小さな入射角をもつ傾向となる。従って、コイル１５１からスパッタされた材料は、ウェハのホールの奥深くではなく、ウェハの上面及びウェハのホール又はビアの開口の周りで層３６４に堆積する傾向となる。コイル１５１からのこの堆積された材料は、バリア層が薄くなることが望まれない側壁及びホール開口の周囲ではなく、主としてホールの底部で再スパッタリングすることによりバリア層を薄くするように、再スパッタリングに対してある程度の保護を与えるのに使用されてもよい。
【００７５】
[0076]バリア層３５１がビアの基部からスパッタ−エッチングされると、アルゴンイオンが酸化銅層３４７ａ’に当たり、この酸化物層がスパッタされて、酸化銅層の材料をビアの基部から再分布させ、スパッタされた材料の若干又は全部が、ビア３４９の側壁を覆うバリア層３５１の部分に沿って堆積される。銅原子３４７ａ”も、ビア３４９の側壁に配置されたバリア層３５１及び３６４を覆う。しかしながら、最初に堆積されたバリア層３５１は、ビアの基部からビアの側壁へ再分布されたものと共に、銅原子３４７ａ”に対する拡散バリアとなるので、銅原子３４７ａ”は、バリア層３５１内で実質的に動かず、層間誘電体３４５に到達することが禁止される。それ故、側壁に堆積される銅原子３４７ａ”は、一般に、覆われない側壁に再分布されたときのように、ビア対ビア漏れ電流を発生しない。
【００７６】
[0077]その後、タンタルのような第２材料の第２ライナー層３７１が、同じチャンバー１５２、又はＳＩＰ及びＩＣＰの両能力を有する同様のチャンバーにおいて、以前のバリア層３５１に堆積されてもよい（図８Ｃ）。タンタルのライナー層は、その下の窒化タンタルのバリア層と、その後に堆積される銅のような導体の金属相互接続層との間の良好な接着を与える。第２のライナー層３７１は、第１のライナー層３５１と同様に堆積されてもよい。即ち、タンタルライナー３７１は、プラズマが主としてターゲットマグネトロン３３０により発生される第１のＳＩＰステップにおいて堆積されてもよい。しかしながら、窒素は導入されず、従って、窒化タンタルではなくタンタルが堆積される。ＳＩＰスパッタリングによれば、良好な側壁及び上部側壁カバレージが得られる。ＩＣＰコイル１５１へのＲＦ電力は、減少されてもよいし、又は必要に応じて排除されてもよい。
【００７７】
[0078]タンタルライナー層３７１の堆積に続いて、ビア３４９の底部におけるライナー層３７１の部分（及び処理残留物）は、底部を薄くするか又は排除することが望まれる場合に、図８Ｄに示すように、ライナー層３５１の底部と同様に、アルゴンプラズマによりスパッタ−エッチング又は再スパッタリングされてもよい。アルゴンプラズマは、このステップにおいて、主としてＲＦ電力をＩＣＰコイルに供給することにより発生されるのが好ましい。この場合も、スパッタリングチャンバー１５２（図２）内でのスパッタ−エッチング中に、ターゲット１５６に供給される電力を排除するか又は低いレベル（例えば、５００Ｗ）に減少し、第２のライナー層３７１の底部カバレージを薄くするか又は排除する間にターゲット１５６からの著しい堆積を禁止又は防止するのが好ましいことに注意されたい。更に、コイル１５１は、アルゴンプラズマで層の底部を再スパッタする間にライナー材料３７４を堆積するようにスパッタリングされて、底部の再スパッタリング中にライナーの側部及び上部が実質的に薄くならないよう保護するのが好ましい。
【００７８】
[0079]上述した実施形態では、ビアの側壁へのターゲット材料のＳＩＰ堆積は、主として、１ステップで行なわれ、ビアの底部のＩＣＰ再スパッタリング及びコイル１５１の材料のＩＣＰ堆積は、主として、その後続ステップで行なわれる。ビア３４９の側壁へのターゲット材料及びコイル材料の両方の堆積は、必要に応じて同時に行なえることが明らかである。更に、ビア３４９の底部での堆積材料のＩＣＰスパッタ−エッチングは、必要に応じて、側壁へのターゲット及びコイル材料の堆積と同時に行なえることも明らかである。同時の堆積／スパッタ−エッチングは、図２のチャンバー１５２内で、コイル１５１、ターゲット１５６及びペデスタル１６２に印加される電力信号を調整することにより実行されてもよい。コイル１５１を使用してプラズマを維持することができるので、プラズマは、ウェハに比較的低いバイアス（プラズマを維持するのに必要なものより低い）がかかった状態でウェハをスパッタリングすることができる。スパッタリングのスレッシュホールドに到達すると、特定のウェハバイアスに対し、ワイヤコイル１５１に印加されるＲＦ電力（「ＲＦコイル電力」）と、ターゲット１５６に印加されるＤＣ電力（「ＤＣターゲット電力」）との比が、スパッタ−エッチングと堆積との間の関係に影響を及ぼす。例えば、ＲＦ：ＤＣ電力比が高いほど、イオン化が増加し、それに伴いウェハへのイオン衝撃束が増加するために、より多くのスパッタ−エッチングが行なわれることになる。ウェハバイアスの増加（例えば、支持ペデスタル１６２に供給されるＲＦ電力の増加）は、到来するイオンのエネルギーを増加し、これは、スパッタリング収率及びエッチング率を高める。例えば、ペデスタル１６２に印加されるＲＦ信号の電圧レベルを増加すると、ウェハに入射するイオンのエネルギーが増加する一方、ペデスタル１６２に印加されるＲＦ信号のデューティサイクルを増加すると、入射するイオンの個数が増加する。
【００７９】
[0080]それ故、ウェハバイアスの電圧レベル及びデューティサイクルの両方を調整して、スパッタリング率を制御することができる。更に、ＤＣターゲット電力を低く保つと、堆積に利用できるバリア材料の量が低下する。ゼロのＤＣターゲット電力は、スパッタ−エッチングしか生じない。低いＤＣターゲット電力が高いＲＦコイル電力及びウェハバイアスと結合されると、ビア側壁の堆積とビア底部のスパッタリングを同時に行うことができる。従って、当該材料及び幾何学形状に対してプロセスを仕立てることができる。２００ｍｍウェハに設けられた典型的な３：１アスペクト比のビアの場合に、タンタル又は窒化タンタルをバリア材料として使用し、ＤＣターゲット電力が５００Ｗから１ｋＷで、ＲＦコイル電力が２から３ｋＷ又はそれ以上で、２５０Ｗから４００Ｗ又はそれ以上のウェハバイアスが連続的に印加されると（例えば、１００％のデューティサイクル）、ウェハの側壁にバリアを堆積すると共に、ビアの底部から材料を除去することができる。ＤＣターゲット電力が低いほど、側壁に堆積される材料は少なくなる。ＤＣターゲット電力が高いほど、ビアの底部をスパッタリングするのに、より多くのＲＦコイル電力及び／又はウェハバイアス電力が必要となる。例えば、同時の堆積／スパッタ−エッチングの場合に、コイル１５１における２ｋＷのＲＦコイル電力レベルと、ペデスタル１６２における１００％デューティサイクルでの２５０ＷのＲＦウェハ電力レベルとを使用してもよい。同時の堆積／スパッタ−エッチング中には、ビア底部からの材料のスパッタ−エッチングによる側壁の汚染を防止するに充分なビア側壁カバレージを許すために、最初は（例えば、特定の当該幾何学形状／材料にもよるが数秒又はそれ以上の間は）ウェハバイアスを印加しないのが望ましい。
【００８０】
[0081]例えば、ビア３４９の同時の堆積／スパッタ−エッチング中に最初にウェハバイアスを印加しないと、層間誘電体３４５の側壁に初期バリア層を容易に形成することができ、このバリア層は、スパッタされた銅原子が堆積／スパッタ−エッチング運転の残り部分中に層間誘電体３４５を汚染しないようにする。或いは又、堆積／スパッタ−エッチングは、同じチャンバー内で「逐次」に行われてもよいし、又は第１の処理チャンバー内でバリア層３５１を堆積すると共に、第２の個別の処理チャンバー（例えば、アプライドマテリアルズのプレクリーンIIチャンバーのようなスパッタ−エッチングチャンバー）内でバリア層３５１及び酸化銅層３４７ａ’をスパッタ−エッチングすることにより行われてもよい。
【００８１】
[0082]第２のライナー層３７１を堆積して、底部カバレージを薄くした後に、第２の金属層３４７ｂが堆積されて（図８Ｅ）、銅の相互接続部３４８が形成される。この第２の銅層３４７ｂは、従順に堆積されてもよいし、或いは図８Ｅに示すように、第２のライナー層３７１の上及び各ビアの基部に露出された第１銅層３４７ａの部分の上に銅のプラグ３４７ｂ’を形成するように堆積されてもよい。第１及び第２の銅層３４７ａ、３４７ｂは、直接接触のものであって、バリア層３５１又は第２のライナー層３７１を経て接触するものではないので、銅相互接続部３４８の抵抗は、ビア対ビアの漏れ電流と同様に低くすることができる。
【００８２】
[0083]相互接続部が、ライナー層とは異なる導体金属で形成される場合には、その異なる導体金属のターゲットを有するスパッタチャンバーにおいて相互接続層が堆積されてもよい。このスパッタチャンバーは、ＳＩＰ型でもよいしＩＣＰ型でもよい。金属の相互接続部は、ＣＶＤ及び電気化学的メッキを含む他の形式のチャンバー及び装置において他の方法で堆積されてもよい。
【００８３】
[0084]更に、本発明の別の態様によれば、ＳＩＰ及びＩＣＰの両プラズマを発生するチャンバー１５２と同様のスパッタチャンバーにおいて１つ以上の相互接続層が堆積されてもよい。チャンバー１５２のようなチャンバーで堆積される場合には、ターゲット１５６は、例えば、銅のような堆積材料で形成されることになろう。更に、ＩＣＰコイル１５１は、特に、相互接続金属堆積の若干又は全部に対してコイルのスパッタリングが望まれる場合には、同じ堆積材料で形成されてもよい。
【００８４】
[0085]既に述べたように、ここに示すチャンバー１５２は、持続自己スパッタリングを含む銅の自己イオン化スパッタリングを行うことができる。このケースでは、プラズマが点火された後、アルゴンの供給がＳＳＳの場合には遮断されてもよく、銅のイオンは、１より大きな収率で銅のターゲットを再スパッタするに充分な高い密度を有する。或いは又、あるアルゴンは、供給を続けてもよいが、それは、低い流量及びチャンバー圧力であると共に、おそらく、純粋な持続自己スパッタリングをサポートするには不充分なターゲット電力密度であるが、それでも自己スパッタリングの意義のある、しかし僅かな部分を行ない得るものである。アルゴンの圧力が５ミリTorrより著しく高く上昇された場合には、アルゴンが銅イオンからエネルギーを取り去り、従って、自己スパッタリングを減少させる。ウェハのバイアスは、銅粒子のイオン化された一部分をホールの奥深くに引き付ける。
【００８５】
[0086]しかしながら、部分中性束で深いホールの被覆を達成するには、ターゲット１５６とウェハ１５８との間の距離を増加し、即ちロングスローモードで運転することが望ましい。ロングスローでは、ターゲット対基板の間隔が、通常、基板直径の半分より大きく、好ましくは、ウェハの直径より大きく、更に好ましくは、基板の直径の少なくとも８０％であり、最も好ましくは、基板の直径の少なくとも１４０％である。前記実施例で述べたスローは、２００ｍｍのウェハを参照したものである。多くの用途では、ターゲット対ウェハの間隔は、５０から１０００ｍｍが適当であると考えられる。従来のスパッタリングにおけるロングスローは、スパッタリングの堆積率を減少するが、イオン化されたスパッタ粒子は、このような大きな減少を被らない。
【００８６】
[0087]自己イオン化プラズマ（ＳＩＰ）スパッタリング、誘導性結合プラズマ（ＩＣＰ）スパッタリング、及び持続自己スパッタリング（ＳＳＳ）の間の制御された分割は、中性スパッタ粒子とイオン化スパッタ粒子との間の配分を制御できるようにする。このような制御は、アスペクト比の高いビアホールにおいて銅種子層をスパッタ堆積するのに特に効果的である。スパッタリングのイオン化部分の制御は、自己イオン化プラズマ（ＳＩＰ）スパッタリングと誘導性結合プラズマ（ＩＣＰ）スパッタリングとの混合により達成される。
【００８７】
[0088]本発明による構造の一実施形態は、図９の断面図に示されたビアである。例えば、図４のロングスロースパッターリアクタを使用し、ＳＩＰとＩＣＰの結合及び／又はＳＩＰとＩＣＰの交番を促進する条件のもとで、ビアホール３８２においてライナー層３８４（これは、前記ＴａＮバリア層及びＴａライナー層のような１つ以上のバリア及びライナー層を含んでもよい）の上に銅の種子層３８０が堆積される。ＳＩＰ−ＩＣＰ銅層３８０は、例えば、５０から３００ｎｍ、又は更に好ましくは、８０から２００ｎｍのブランケット厚みに堆積されてもよい。ＳＩＰ−ＩＣＰ銅種子層３８０は、ビア側壁における厚みが、好ましくは２から２０ｎｍであり、更に好ましくは、７から１５ｎｍである。狭いホールに鑑み、側壁厚みは、５０ｎｍを越えてはならない。ペデスタルの温度を０１Ｃ未満に下げ、好ましくは、−４０１Ｃ未満に下げることにより膜の品質が改善され、従って、迅速なＳＩＰ堆積により与えられる冷たさが重要となる。
【００８８】
[0089]ＳＩＰ−ＩＣＰ銅種子層３８０は、良好な底部カバレージ及び改善された側壁カバレージを有すると考えられる。従順な銅種子層３８０が堆積された後に、ホールには、図１の銅層１８と同様の銅の層が充填されてもよく、これは、種子層３８０を電気メッキ電極の１つとして使用して電気−化学メッキにより行なうのが好ましい。しかしながら、ＳＩＰ−ＩＣＰ銅種子層３８０の滑らかな構造は、標準的なスパッタリング又は物理的蒸気堆積（ＰＶＤ）による銅のリフロー又は高温堆積も促進する。
【００８９】
[0090]一実施形態では、ＳＩＰ及びＩＣＰの両堆積技術の選択された観点を、ここで一般にＳＩＰ−ＩＣＰステップと称される１つのステップに結合するプロセスにおいて、ＳＩＰ−ＩＣＰ層が形成されてもよい。更に、別の実施形態によるリアクタ３８５は、図１０に示すように、コイル１５１に加えて第２のコイル３８６も有する。コイル１５１と同様に、コイル３８６の一端は、フィードスルースタンドオフ１８２によりダークスペースシールド１６４’を経て増幅器及びマッチングネットワーク３８７（図１１）の出力に絶縁性結合される。マッチングネットワーク３８７の入力は、ＲＦジェネレータ３８８に結合される。コイル３８６の他端は、フィードスルースタンドオフ１８２によりシールド１６４’を経、ブロッキングキャパシタ３８９を経て接地点に絶縁性結合され、コイル３８６にＤＣバイアスを与える。このＤＣバイアスは、個別のＤＣソース３９１によって制御されてもよい。
【００９０】
[0091]ＩＣＰ又はＳＩＰ−ＩＣＰ結合ステップでは、ＲＦエネルギーが、例えば、１−３ｋＷ及び２ＭＨｚの周波数でＲＦコイル１５１及び３８６の一方又は両方に供給される。コイル１５１及び３８６は、作動されると、ＲＦエネルギーをリアクタの内部へ誘導性結合する。コイルにより与えられるＲＦエネルギーは、アルゴンのような先駆ガスをイオン化し、スパッタされた堆積材料をイオン化するためのプラズマを維持する。しかしながら、高密度のＩＭＰプロセスに典型的な２０−６０ｍTorrのような比較的高い圧力にプラズマを維持するのではなく、圧力は、例えば、２ｍTorrのような実質的に低い圧力に維持されるのが好ましい。その結果、リアクタ１５０内のイオン化率は、典型的な高密度ＩＭＰプロセスの場合より実質的に低くなると考えられる。
【００９１】
[0092]更に、上述したように、ここに示すリアクタ１５０は、ロングスローモードで自己イオン化スパッタリングを行うこともできる。その結果、堆積材料は、１つ以上のＲＦコイルにより維持された低圧プラズマの結果としてイオン化されるだけでなく、ターゲットのＤＣマグネトロンスパッタリングにより自己発生されたプラズマによりイオン化されてもよい。ＳＩＰ及びＩＣＰ結合イオン化プロセスは、良好な底部及び底部コーナーカバレージに対して充分なイオン化材料を与えることができると考えられる。しかしながら、ＲＦコイル１５１及び３８６により形成される低圧プラズマの低いイオン化率は、リアクタのロングスロー能力により上部側壁に堆積されるに充分な中性のスパッタされた材料が非イオン化状態に留まるのを許すとも考えられる。従って、イオン化された堆積材料のＳＩＰ及びＩＣＰ結合ソースは、良好な上部側壁カバレージと、良好な底部及び底部コーナーカバレージの両方を与えることができると考えられる。別の実施形態では、１つのステップにおいて、上部コイル３９６への電力を取り去るか、又は下部コイル１５１に供給される電力に対して減少するように、コイル１５１及び３８６への電力を変更してもよい。このステップでは、誘導性結合されるプラズマの中心がターゲットから離れて基板へ近づくようにシフトされる。このような構成は、ターゲット付近に発生される自己イオン化プラズマと、１つ以上のコイルにより維持される誘導性結合プラズマとの間の相互作用を減少することができる。その結果、中性のスパッタされた材料が高い割合に維持されることになろう。
【００９２】
[0093]第２のステップでは、下部コイル１５１への電力を取り去るか、又は上部コイル３８６に供給される電力に対して減少するように、電力が逆転されてもよい。このステップでは、誘導性結合されたプラズマの中心がターゲットに向って基板から離れるようにシフトされてもよい。このような構成は、イオン化されスパッタされた材料の割合を増加してもよい。
【００９３】
[0094]別の実施形態では、層が２つ以上のステップで形成されてもよく、ここで一般にＳＩＰステップと称される１つのステップでは、各コイルにＲＦ電力がほとんど又は全く印加されない。更に、圧力は、比較的低いレベル、好ましくは、５ｍTorr未満、更に好ましくは、２ｍTorr未満、例えば、１ｍTorrに維持される。更に、ターゲットに印加される電力は、比較的高く、例えば、１８−２４ｋＷＤＣの範囲である。又、バイアスは、例えば、５００ワットの電力レベルで基板支持体に印加されてもよい。これらの条件のもとでは、堆積材料のイオン化が主として（ＳＩＰ）自己イオン化プラズマの結果として生じると考えられる。リアクタのロングスローモード構成と結合されると、良好な上部側壁カバレージを低いオーバーハングと共に達成できると考えられる。この初期ステップで堆積される層の部分は、例えば、１０００−２０００Åの範囲でよい。
【００９４】
[0095]ここでは一般的にＩＣＰステップと称される第２ステップにおいて、好ましくは、同じチャンバー内で、コイル１５１及び３８６の一方又は両方にＲＦ電力が供給されてもよい。更に、一実施形態において、高密度プラズマを維持できるように圧力が実質的に上昇されてもよい。例えば、圧力が２０−６０ｍTorrに上昇され、コイルへのＲＦ電力が１−３ｋＷの範囲に上昇され、ターゲットへのＤＣ電力が１−２ｋＷに減少され、更に、基板支持体へのバイアスが１５０Ｗに減少されてもよい。これらの条件のもとでは、堆積材料のイオン化が主として高密度ＩＣＰの結果として生じると考えられる。その結果、第２ステップでは、良好な底部及び底部コーナーカバレージを得ることができる。上述したように、電力が両コイルへ同時に供給されてもよいし交互に印加されてもよい。
【００９５】
[0096]銅の種子層が、ＳＩＰ及びＩＣＰを結合したプロセスによりスパッタ堆積された後、その同じプロセス又は別のプロセスによりホールの残り部分が充填されてもよい。例えば、電気メッキ又はＣＶＤによりホールの残り部分が充填されてもよい。
【００９６】
[0097]ＳＩＰ及びＩＣＰステップの順序を逆転し、ＳＩＰステップにおいて１つ以上のコイルにあるＲＦ電力を印加すると共に、ＩＣＰステップにおいてある自己イオン化を誘起してもよいことが明らかであろう。更に、１つ以上のステップにおいて持続自己スパッタリング（ＳＳＳ）が誘起されてもよい。従って、圧力、電力及びターゲット−ウェハ距離を含むプロセスパラメータは、希望の結果を得るように、特定用途に基づいて変更されてもよい。
【００９７】
[0098]例えば、１９９９年１０月８日に出願された出願中の特許出願第０９／４１４，６１４号は、ＲＦコイルをもたないリアクタにおいてプロセスパラメータを変更してＳＩＰ及びＳＳＳ堆積とロングスローモードの異なる組み合わせを得るための多数の実験について述べている。そこに述べられたプロセス条件は、ＳＩＰ−ＩＣＰステップ、ＳＩＰステップ及びＩＣＰステップを含むマルチステップ、又はその組み合わせが使用されたリアクタに適用されてもよい。
【００９８】
[0099]前記特許出願第０９／４１４，６１４号に述べられたように、１．２μｍ酸化物における０．２０μｍ巾のビアホールに種子層を堆積するＳＩＰにおいて多数の実験が行なわれている。ターゲット対基板の間隔が２９０ｍｍで、チャンバー圧力が０．１ｍTorr未満で（ＳＳＳモードを含む）、且つ６０１三角形マグネトロンでターゲットへ供給されるＤＣ電力が１４ｋＷの状態では、酸化物の上面に０．２μｍのブランケット厚みの銅を生成する堆積が、ビアの底部に１８ｎｍ及びビアの側壁に約１２ｎｍの層を形成する。堆積時間は３０秒以下が典型的である。ターゲットの電力を１８ｋＷに増加すると、側壁の厚みを著しく変化せずに底部カバレージが３７ｎｍに増加する。電力を高くすると、底部カバレージが高くなることは、イオン化の部分が大きいことを指示する。両方の場合に、堆積された銅の膜は、ＩＭＰ又はＣＶＤ銅に対して見られるものより非常に滑らかであることが観察される。
【００９９】
[00100]ＳＩＰ堆積は、比較的高速で、０．５から１．０μｍ／分であり、これに対してＩＭＰの堆積率は、０．２μｍ／分以下である。この高速堆積率は、堆積周期を短くすると共に、アルゴンイオン加熱が無いことと相まって、熱履歴を著しく減少する。低温のＳＩＰ堆積は、非常に滑らかな銅の種子層を形成すると考えられる。
【０１００】
[00101]１０個の内部磁石と２５個の外部磁石とを使用するフュー氏の標準的三角形マグネトロンでは、２９０ｍｍのスロー距離が使用された。イオン電流束は、種々の条件のもとでターゲットの中心からの半径の関数として測定されている。その結果が図１２Ａのグラフにプロットされている。曲線５６０は、１６ｋＷのターゲット電力と、０ｍTorrのチャンバー圧力とに対して測定されたものである。曲線５６２、５６４、５６４は、１８ｋＷのターゲット電力と、各々０、０．２及び１ｍTorrのチャンバー圧力とに対して測定されたものである。これらの電流は、１０１１から１０１２ｃｍ−３のイオン密度に対応し、これに対して従来のマグネトロン及びスパッタリアクタでは１０９ｃｍ−３未満であった。銅イオン化部分を測定するために、ゼロ圧力条件も使用された。空間的な依存性は、このイオン化部分がＤＣターゲット電力に直接依存して約１０％から２０％まで変化する状態で、ほぼ同じである。イオン化部分が比較的低いことは、ロングスローを伴わないＳＩＰが中性銅束の大きな部分を占有し、これが従来のＰＶＤの不利な深部充填特性となることを実証する。その結果、イオン化の増加により良好なステップカバレージを得るには高い電力での運転が好ましいことが示される。
【０１０１】
[00102]フュー氏のマグネトロンにおける内部磁石の数を６個に減少してテストを繰り返した。即ち、第２のマグネトロンは、磁束の均一性が改善され、これは、ウェハに向う均一なスパッタイオン束を促進する。その結果が図１２Ｂにプロットされている。曲線５６８は、１２ｋＷのターゲット電力及び０ｍTorrの圧力に対するイオン電流束を示し、曲線５７０は、１８ｋＷの場合である。１４ｋＷ及び１６ｋＷの場合の曲線は、それらの中間である。従って、この変形マグネトロンは、ウェハを横切って更に均一なイオン電流を発生し、これもターゲット電力に依存し、高い電力が好ましい。
【０１０２】
[00103]１０％から２０％という比較的低いイオン化部分は、９０％から１００％というＩＭＰ部分に比して実質的な中性銅束を示している。ウェハのバイアスは、ホールへの銅イオン深さを誘導できるが、ロングスローは、中性銅に対してほぼ同じことを行なう。
【０１０３】
[00104]スパッタ粒子の分布に対するスロー及びチャンバー圧力の結合作用を決定するために一連のテストが使用された。チャンバー圧力０において、１４０ｍｍのスローは、約４５１の分布を発生し、１９０ｍｍのスローは、約３５１の分布を発生し、更に、２９０ｍｍのスローは、約２５１の分布を発生する。１９０ｍｍのスローに対して圧力を変化させた。中心の分布は、０、０．５及び１ｍTorrに対してほぼ同じに保たれる。しかしながら、最も高い圧力の場合に低レベルのテールがほぼ１０１に押し出され、これは、ある粒子の散乱を表わす。これらの結果は、５ｍTorr未満で受け入れられる結果が得られるが、好ましい範囲は、２ｍTorr未満であり、更に好ましい範囲は、１ｍTorr未満であり、最も好ましい範囲は、０．２ｍTorr以下であることを示している。又、予想されるように、分布は、ロングスローに対して最良となる。
【０１０４】
[00105]非常に狭くて、アスペクト比の高いビアの場合に、ＳＩＰ側壁カバレージが問題となる。０．１３μｍ以下のビアに対する技術が開発されつつある。ブランケット厚みが約１００ｎｍ未満では、側壁カバレージが不連続になることがある。図１３Ａの断面図に示されたように、不利な幾何学形状は、ＳＩＰ銅膜３９０を、ビア側壁１３０にボイド又は他の不完全部３９２を含む不連続膜として形成することがある。不完全部３９２は、銅の不存在や、電気メッキカソードとして局部的に働き得ない薄い銅層である。それでも、ＳＩＰ銅膜３９０は、不完全部３９２はさておき、滑らかであって、充分に核生成される。従って、これらの挑戦的幾何学形状では、ＳＩＰ銅核生成膜３９０上に銅ＣＶＤ種子層３９４を堆積するのが効果的である。これは、化学蒸気堆積により堆積されるので、一般的に従順であり、ＳＩＰ銅膜３９０により充分に核生成される。ＣＶＤ種子層３９４は、不完全部３９２をパッチして非粗面の連続的な種子層を与え、後で銅の電気メッキを行ってホール３８２の充填を完了できるようにする。ＣＶＤ層は、銅の堆積用に設計されたＣＶＤチャンバー、例えば、上述した熱プロセスを使用するアプライドマテリアルズから入手できるＣｕｘＺチャンバーにおいて堆積されてもよい。
【０１０５】
[00106]２０ｎｍのＣＶＤ銅がＳＩＰ銅核生成層及びＩＭＰ核生成層に交互に堆積される実験が行なわれた。ＳＩＰとの結合は、比較的滑らかなＣＶＤ種子層を形成したが、ＩＭＰとの結合は、不連続点に達するような著しい粗面をＣＶＤ層に形成した。
【０１０６】
[00107]ＣＶＤ層３９４は、例えば、５−２０ｎｍの範囲の厚みに堆積されてもよい。次いで、ホールの残り部分は、他の方法により銅が充填されてもよい。ＣＶＤ銅によりＳＩＰ銅の核生成層の上面に形成された非常に滑らかな種子層は、形成されつつある狭いビアにおいて電気メッキ又は従来のＰＶＤ技術により銅を効率的にホール充填できるようにする。特に電気メッキの場合には、滑らかな銅核生成及び種子層が、電気メッキプロセスに電力供給するための連続的且つ均一な電極をなす。
【０１０７】
[00108]アスペクト比が非常に高いビア又は他のホールを充填する際には、電気メッキを省き、それに代わって、図１３Ｂの断面図に示すように、充分に厚いＣＶＤ銅層３９８をＳＩＰ銅核生成層３９０の上に堆積してビアを完全に充填するのが効果的である。ＣＶＤ充填の効果は、個別の電気メッキステップの必要性を排除することである。又、電気メッキは、０．１３μｍ未満のホール巾において制御が困難な流体流量を必要とする。
【０１０８】
[00109]本発明のこの実施形態の銅二層体の効果は、比較的低い熱履歴で銅の堆積を実行できることである。タンタルは、高い熱履歴において酸化物からデウェッティングする傾向がある。ＩＭＰは、深いホールの充填に対して多数の同じカバレージ効果を有するが、ＩＭＰは、非常に高い温度で作用する傾向がある。というのは、形成されている層にエネルギーを消散する高エネルギーアルゴンイオン束を発生するからである。更に、高圧ＩＭＰは、通常、堆積された膜にある程度のアルゴンをインプランテーションする。逆に、比較的薄いＳＩＰ層が比較的高い割合で堆積され、ＳＩＰプロセスは、アルゴンが存在しないので、本来高温にはならない。又、ＳＩＰ堆積率は、ＩＭＰの場合より相当に高速であり、従って、高温の堆積は、半分までと相当に短い。
【０１０９】
[00110]又、熱履歴は、ＳＩＰプラズマの冷間点火によっても減少される。冷間プラズマ点火及び処理シーケンスが図１４の流れ図に示されている。ウェハがロードロックバルブを経てスパッタリアクタに挿入された後に、ロードロックバルブが閉じられ、ステップ４１０において、ガス圧力が平衡される。アルゴンのチャンバー圧力は、点火に使用される圧力、通常、２から約５−１０ｍTorrに上昇され、アルゴンのバックサイド冷却ガスが、約５から１０Torrのバックサイド圧力でウェハの背後に供給される。ステップ４１２では、通常、１から５ｋＷの範囲の低レベルのターゲット電力でアルゴンが点火される。プラズマの点火が検出された後、ステップ４１４において、ターゲット電力をその低いレベルに保持した状態で、チャンバー圧力が例えば３秒にわたって迅速に下げられる。持続自己スパッタリングが計画された場合には、チャンバーのアルゴン供給がオフに切り換えられるが、ＳＳＳモードではプラズマが持続する。自己イオン化プラズマスパッタリングの場合には、アルゴンの供給が減少される。バックサイド冷却ガスは、供給され続ける。アルゴンの圧力が減少されると、ステップ４１６において、ターゲット電力が、意図されたスパッタリングレベルまで、例えば、２００ｍｍウェハの場合にはＳＩＰ又はＳＳＳスパッタリングに対して選択された１０から２４ｋＷ又はそれ以上の値まで迅速に増加される。圧力を減少すると同時に電力を増加することによりステップ４１４、４１６を結合することができる。ステップ４１８では、ターゲットは、選択された厚みの材料をスパッタ付着するのに必要な時間長さの間、選択されたレベルで通電され続ける。ターゲットがスパッタされ、そのスパッタされた堆積材料を、上述した結合ＳＩＰ−ＩＣＰイオン化プロセス、又はマルチステップのＳＩＰ及びＩＣＰプロセスにおいてイオン化することができる。いずれの場合にも、図１４の点火シーケンスは、意図されたスパッタリング電力レベルを点火に使用するものより低温になると考えられる。高いアルゴン圧力は、点火を容易にするが、高圧力のＩＣＰイオン化が膜の一部分に対して望まれるものでない限り、スパッタ堆積に望まれる高い電力レベルで継続した場合には、スパッタされた中性物質に悪影響を及ぼすことになる。低い点火電力では、減少された電力における堆積率が低いために非常に僅かな銅しか堆積されない。又、ペデスタルは、低温であって、点火プロセスにわたりウェハを冷却状態に保つことができる。
【０１１０】
[00111]上述したように、コイル１５１及び３８６は、独立して動作されてもよいし、一緒に動作されてもよい。一実施形態では、これらコイルが一緒に動作され、一方のコイルに印加されたＲＦ信号が、他方のコイルに印加された他のＲＦ信号に対して位相シフトされて、ヘリコン(helicon)波を発生することができる。例えば、米国特許第６，２６４，８１２号に説明されたように、波長の一部分だけＲＦ信号を位相シフトしてもよい。
【０１１１】
[00112]本発明の一実施形態は、図１５の平面図に概略的に示されたＥｎｄｕｒａ５５００プラットホームのような一体化多チャンバーツールにおいて好ましく実施される一体化プロセスを含む。このプラットホームは、テプマン氏等により米国特許第５，１８６，７１８号において機能が説明されている。
【０１１２】
[00113]誘電体層にビアホール又は他の構造が予めエッチングされたウェハは、独立して動作される２つのロードロックチャンバー４３２、４３４を経てシステムへ及びシステムからロードされ、これらロードロックチャンバー４３２、４３４は、その各々にロードされたウェハカセットからシステムへ及びそれとは逆にウェハを移送するように構成される。ウェハカセットがロードロックチャンバー４３２、４３４へロードされた後に、チャンバーは、例えば、１０−３から１０−４Torrの範囲の適度に低い圧力にポンピングされ、そのロードロックチャンバーと第１ウェハ移送チャンバー４３６との間のスリットバルブが開けられる。第１ウェハ移送チャンバー４３６の圧力は、その後、その低い圧力に維持される。
【０１１３】
[00114]第１移送チャンバー４３６に配置された第１ロボット４３８は、カセットから２つの脱ガス／方向付けチャンバー４４０、４４２の１つへウェハを移送し、次いで、第１プラズマ予備洗浄チャンバー４４４へ移送し、ここでは、ウェハの表面が水素又はアルゴンプラズマで洗浄される。ＣＶＤバリア層が堆積される場合には、第１ロボット４３８は、次いで、ウェハをＣＶＤバリアチャンバー４４６へ通す。ＣＶＤバリア層が堆積されると、ロボット４３８は、ウェハをパススルーチャンバー４４８へ通し、そこから、第２ロボット４５０がウェハを第２移送チャンバー４５２へ移送する。スリットバルブは、チャンバー４４４、４４６、４４８を第１移送チャンバー４３６から分離し、処理及び圧力レベルを隔離する。
【０１１４】
[00115]第２ロボット４５０は、周囲に配置された反応チャンバーへ及び反応チャンバーからウェハを選択的に移送する。第１のＩＭＰスパッタチャンバー４５４は、銅の堆積を専用に行うものでよい。上述したチャンバー１５０と同様のＳＩＰ−ＩＣＰスパッタチャンバー４５６は、ＳＩＰ−ＩＣＰ銅核生成層の堆積を専用に行う。このチャンバーは、底部カバレージに対するＩＣＰ堆積と、側壁カバレージに対するＳＩＰ堆積とを結合すると共に、上述したように、１ステップ又はマルチステッププロセスのいずれかでオーバーハングを減少する。又、例えば、Ｔａ／ＴａＮのバリア層の少なくとも一部分は、ＳＩＰスパッタリング及びコイルスパッタリング並びにＩＣＰ再スパッタリングにより堆積され、それ故、第２のＳＩＰ−ＩＣＰスパッタチャンバー４６０は、おそらく反応性窒素プラズマにおいて耐火金属のスパッタリングを専用に行う。この同じＳＩＰ−ＩＣＰスパッタチャンバー４６０を使用して、耐火金属及びその窒化物を堆積してもよい。ＣＶＤチャンバー４５８は、銅種子層の堆積を専用に行い、おそらく、ホールの充填を完了するように使用される。チャンバー４５４、４５６、４５８、４６０の各々は、スリットバルブにより第２の移送チャンバー４５２へ選択的に開放される。異なる構成を使用することもできる。例えば、ＩＭＰチャンバー４５４は、特に、ＣＶＤを使用してホールの充填を完了する場合には、第２のＣＶＤ銅チャンバーと置き換えられてもよい。
【０１１５】
[00116]低圧処理の後に、第２のロボット４５０は、中間に配置された熱チャンバー４６２へウェハを移送し、このチャンバーは、手前の処理が高温である場合には冷却チャンバーでもよいし、或いは金属化部分のアニールが要求される場合には急速熱処理（ＲＴＰ）チャンバーでもよい。熱処理の後に、第１ロボット４３８は、ウェハを引き出して、それをロードロックチャンバー４３２、４３４の一方におけるカセットへ移送して戻す。もちろん、一体化プロセスのステップに基づいて本発明を実施できる他の構成も考えられる。
【０１１６】
[00117]全システムは、各チャンバーに関連したサブコントローラと通信すべく制御バス４７２を経て動作するコンピュータベースのコントローラ４７０によって制御される。プロセス方法は、コントローラ４７０に挿入可能な磁気フロッピーディスク又はＣＤ−ＲＯＭのような記録可能な媒体４７４によるか又は通信リンク４７６を経てコントローラ４７０へ読み込まれる。
【０１１７】
[00118]本発明の装置及びプロセスの多数の特徴は、ロングスローを含まないスパッタリングにも適用できる。本発明は、現在のところ、タンタル及び窒化タンタルライナー層の堆積、並びに銅のレベル間金属化に特に有用であるが、他の材料のスパッタリングや他の目的に本発明の異なる態様を適用してもよい。２００１年８月３０日に出願された仮出願第６０／３１６，１３７号は、スパッタリング及び再スパッタリング技術に向けられたもので、参考としてここに援用する。
【０１１８】
[00119]従って、本発明は、簡単な要素を組み合せて使用するが、幾つかの困難な幾何学形状へスパッタリングするのに有用な改良されたスパッタリングチャンバーを提供する。又、本発明は、アスペクト比の高いホールへ銅を充填する簡単なプロセスも提供する。これら全ての効果は、従来技術に対して単純な変更をするだけで、ホールに金属を充填し、特に銅を充填する技術を進歩させるものである。
【０１１９】
[00120]当然、当業者であれば、本発明の変更がその種々の観点から明らかであり、そのあるものは、研究の後にのみ明らかとなり、他のものは、日常の機械的及びプロセス設計上の事柄であることを理解されたい。他の実施形態も考えられるが、それらの特定の構成は、特定の用途に基づくものである。従って、本発明の範囲は、ここに説明した特定の実施形態によって限定されず、特許請求の範囲及びその等効物によってのみ限定されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【０１２０】
【図１】従来技術で実施されるように、誘電体の上部もカバーする金属化部分をビアに充填したところを示す断面図である。
【図２】金属化部分をビアに充填している間にそれがビアホールにオーバーハングしてビアホールを閉じるところを示す断面図である。
【図３】イオン化金属メッキにより粗面の種子層が堆積されたビアを示す断面図である。
【図４】本発明の実施形態に使用できるスパッタリングチャンバーの概略図である。
【図５】図４のスパッタリングチャンバーの種々の要素の電気的相互接続を示す回路図である。
【図６】図４の一部分の拡大図で、ターゲット、シールド、コイル、スタンドオフ、アイソレータ、及びターゲットＯ−リングを詳細に示す図である。
【図７】浮動シールドの長さと、プラズマを維持する最小圧力との間の関係を示すグラフである。
【図８Ａ】本発明の一実施形態によるビアライナー及びビアライナー形成プロセスを示す断面図である。
【図８Ｂ】本発明の一実施形態によるビアライナー及びビアライナー形成プロセスを示す断面図である。
【図８Ｃ】本発明の一実施形態によるビアライナー及びビアライナー形成プロセスを示す断面図である。
【図８Ｄ】本発明の一実施形態によるビアライナー及びビアライナー形成プロセスを示す断面図である。
【図８Ｅ】本発明の一実施形態によるビアライナー及びビアライナー形成プロセスを示す断面図である。
【図９】本発明の一実施形態による方法に基づいて形成されたビア金属化部分の断面図である。
【図１０】本発明の別の実施形態によるスパッタリングチャンバーの概略図である。
【図１１】図１０のスパッタリングチャンバーの種々の要素の電気的相互接続を示す回路図である。
【図１２Ａ】異なるマグネット及び異なる動作条件に対してウェハを横切るイオン電流束をプロットしたグラフである。
【図１２Ｂ】異なるマグネット及び異なる動作条件に対してウェハを横切るイオン電流束をプロットしたグラフである。
【図１３Ａ】ＳＩＰプロセスによるビア金属化部分の断面図である。
【図１３Ｂ】別のＳＩＰプロセスによるビア金属化部分の断面図である。
【図１４】ウェハの加熱を減少するプラズマ点火シーケンスのフローチャートである。
【図１５】本発明の実施形態を実施できる一体化された処理ツールの概略図である。
【符号の説明】
【０１２１】
１５０・・・リアクタ、１５１・・・ＲＦコイル、１５２・・・真空チャンバー、１５４・・・ターゲットアイソレータ、１５６・・・ＰＶＤターゲット、１５８・・・ウェハ、１６０・・・ウェハクランプ、１６２・・・ペデスタル、１６４・・・ダークスペースシールド、１６６・・・チャンバーシールド、１６８・・・誘電体シールドアイソレータ、１８０、１８２・・・スタンドオフ、２０２・・・バイアス電源、２０４・・・増幅器及びマッチングネットワーク、２０６・・・ＲＦジェネレータ、２０８・・・ブロッキングキャパシタ、２０９・・・ＤＣ電源、２２４・・・コンピュータベースのコントローラ、２３０・・・バッキングプレート、２３３・・・フランジ、２３４・・・ポリマーターゲットＯ−リング、２３５・・・アダプタＯ−リング、２３６・・・クランプリング、２３７・・・リム、２５０・・・スライド面、２５１・・・フランジ、２５２・・・タブ、２５３・・・スライド接触エリア、２５４・・・狭いチャンネル、２５５・・・ヘッド、２５６・・・張出部、２６０・・・上部後方ギャップ、２６２・・・下部後方ギャップ、２８８・・・上方円筒部分、２９０・・・下方円筒部分、２９２・・・遷移部分、２９４・・・広い上方円筒部分、２９６・・・狭い下方円筒部分、２９８・・・遷移部分、３００・・・迷路状の狭いチャンネル、３１４・・・ガスソース、３１６・・・マスフローコントローラ、３１８・・・ギャップ、３２０・・・真空ポンプシステム、３３０・・・マグネトロン、３３２、３３４・・・磁石、３３６・・・磁気ヨーク、３３８・・・高密度プラズマ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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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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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図８Ｅ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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