(57)【要約】【解決手段】実施形態では、原子層蒸着（ＡＬＤ）を用いた処理およびシステムの提供することによって、相互接続構造上に共形の薄膜を蒸着する装置および方法を提供している。より具体的には、それらのＡＬＤシステムの各々は、基板表面（４１０）の活性処理領域の真上に小さい反応空間を有する近接ヘッド（４３０）を備える。近接ヘッドは、比較的短時間で、近接ヘッドと基板との間の小さい反応空間に少量の反応物質およびパージガスを供給して、そこからポンプ除去することで、スループットを向上させる。実施形態の一例では、原子層蒸着（ＡＬＤ）によって薄膜を蒸着させるために反応物質およびパージガスを供給する近接ヘッドが提供されている。近接ヘッドは、反応ガス（４４５、４４３）およびパージガス（４４１）を順次供給して、近接ヘッドの下でＡＬＤ薄膜を蒸着させるよう構成されている。近接ヘッドは、基板表面の活性処理領域を覆う。近接ヘッドは、さらに、基板に対向する近接ヘッドの表面と基板との間の反応空間（４５０）から、余分な反応ガス、パージガス、または、蒸着副生成物を吸引するための少なくとも１つの真空チャネル（４６５）を備える。近接ヘッドは、複数のヘッド面を備えており、各ヘッド面は、近接ヘッドの下の基板表面上に反応ガスまたはパージガスのいずれかを供給するよう構成されている。各ヘッド面は、少なくとも１つの真空チャネルを有する。【選択図】図４
2010525162.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子層蒸着（ＡＬＤ）によって薄膜を蒸着するための装置であって、
基板を支持するよう構成された基板支持部と、
反応ガスおよびパージガスを順次供給して近接ヘッドの下方にＡＬＤ薄膜を蒸着するよう構成された近接ヘッドと、
を備え、
前記近接ヘッドは、基板表面の活性処理領域を覆い、
前記近接ヘッドは、前記基板に対向する前記近接ヘッドの表面と前記基板との間の反応空間から、余分な反応ガス、パージガス、または、蒸着副生成物を吸引するための少なくとも１つの真空チャネルを備える、装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置であって、前記近接ヘッドは、複数のヘッド面を備えており、各ヘッド面は、前記近接ヘッドの下方の前記基板表面上に反応ガスまたはパージガスを供給するよう構成されると共に、少なくとも１つの真空チャネルを有する、装置。
【請求項３】
請求項２に記載の装置であって、前記近接ヘッドは、少なくとも１回のＡＬＤ蒸着サイクルを完了させるように、ヘッド面から別のヘッド面に回転することが可能である、装置。
【請求項４】
請求項３に記載の装置であって、前記近接ヘッドは、約１サイクル／秒から約１００サイクル／秒の間の速度で前記近接ヘッドを回転させる回転構造を備えるよう構成される、装置。
【請求項５】
請求項３に記載の装置であって、前記近接ヘッドは、約１０サイクル／秒から約２０サイクル／秒の間の速度で前記近接ヘッドを回転させる回転構造を備えるよう構成される、装置。
【請求項６】
請求項２に記載の装置であって、前記近接ヘッドは、４つのヘッド面を備え、
第１のヘッド面は、第１の反応ガスを供給するよう構成され、前記第１のヘッド面に隣接する２つのヘッド面は、パージガスを供給するよう構成され、前記第１のヘッド面の対面のヘッド面は、第２の反応ガスを供給するよう構成されている、装置。
【請求項７】
請求項２に記載の装置であって、前記近接ヘッドは、３つのヘッド面を備え、
第１のヘッド面は、第１の反応ガスを供給するよう構成され、第２のヘッド面は、パージガスを供給するよう構成され、第３のヘッド面は、第２の反応ガスを供給するよう構成されている、装置。
【請求項８】
請求項２に記載の装置であって、前記近接ヘッドは、８つのヘッド面を備え、
対面する２つの第１のヘッド面は、第１の反応ガスを供給するよう構成され、
前記２つの第１のヘッド面に隣接すると共に対面する２つの第２のヘッド面は、パージガスを供給するよう構成され、
前記２つの第２のヘッド面に隣接し前記２つの第１のヘッド面とは隣接しない対面する２つの第３のヘッド面は、第２の反応ガスを供給するよう構成され、
前記２つの第３のヘッド面および前記２つの第１のヘッド面に隣接すると共に対面する２つの第４のヘッド面は、前記パージガスを供給するよう構成されている、装置。
【請求項９】
請求項２に記載の装置であって、前記近接ヘッドは、コンベヤベルトを備え、
前記コンベヤベルトは、複数の供給部を備え、前記複数の供給部の各々は、反応ガスまたはパージガスを供給し、前記コンベヤベルトは、沿って動く、装置。
【請求項１０】
請求項８に記載の装置であって、２回の蒸着サイクルを実行するよう構成された８つの供給部が設けられている、装置。
【請求項１１】
求項１に記載の装置であって、２つの真空チャネルが、前記反応ガスまたは前記パージガスを供給するための少なくとも１つのガスチャネルの両側に１つずつ設けられている、装置。
【請求項１２】
請求項１に記載の装置であって、前記反応ガスまたは前記パージガスを供給するための少なくとも１つのガスチャネルを取り囲む１つの真空チャネルが設けられている、装置。
【請求項１３】
請求項１に記載の装置であって、前記近接ヘッドの長さは、前記基板の直径よりも長く、前記供給される反応ガスまたはパージガスは、前記基板の前記直径以上の長さにわたって供給される、装置。
【請求項１４】
請求項１に記載の装置であって、前記近接ヘッドの長さは、前記基板の直径よりも短く、前記供給される反応ガスまたはパージガスは、前記基板の前記直径より短い長さにわたって供給される、装置。
【請求項１５】
請求項１に記載の装置であって、前記近接ヘッドは、現在の蒸着位置で前記ＡＬＤ薄膜が蒸着されると、前記現在の蒸着位置で蒸着された前記ＡＬＤ薄膜と重複する薄膜を蒸着するために、次の蒸着位置へ移動するよう構成されている、装置。
【請求項１６】
請求項１に記載の装置であって、前記近接ヘッドは、現在の蒸着位置でさらなる蒸着サイクルを実行するよう構成されている、装置。
【請求項１７】
請求項３に記載の装置であって、前記近接ヘッドが、ヘッド面から別のヘッド面へ前記近接ヘッドを回転させる回転構造によって回転された時に、前記近接ヘッドと前記基板との間のギャップ距離が変化する、装置。
【請求項１８】
請求項１に記載の装置であって、前記近接ヘッドと前記基板との間のギャップ距離が、５ｍｍ未満である、装置。
【請求項１９】
請求項１に記載の装置であって、前記ＡＬＤ薄膜の厚さは、前記近接ヘッドが前記基板を移動する速度によって決定される、装置。
【請求項２０】
請求項１に記載の装置であって、前記反応ガスは、バリア金属含有反応物質、または、前記バリア金属含有反応物質と共にバリア層を形成する反応ガスである、装置。
【請求項２１】
請求項１に記載の装置であって、前記反応ガスは、ライナ金属含有反応物質、または、前記ライナ金属含有反応物質と共にライナ層を形成する反応ガスである、装置。
【請求項２２】
請求項１に記載の装置であって、前記供給される反応ガスまたはパージガスは、前記基板支持部または前記近接ヘッドに接続された高周波（ＲＦ）電源によって、もしくは、遠隔のプラズマリアクタ内で、プラズマ化される、装置。
【請求項２３】
請求項１に記載の装置であって、ＡＬＤによって蒸着される前記薄膜は、バリア層またはライナ層であり、前記薄膜を形成する金属は、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｍ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、バナジウム（Ｖ）、ルテニウム（Ｒｕ）、および、クロム（Ｃｒ）からなる群から選択される、装置。
【請求項２４】
請求項１に記載の装置であって、ＡＬＤによって蒸着される前記薄膜は、バリア層またはライナ層であり、約１０Åから約５０Åの間の厚さを有する、装置。
【請求項２５】
原子層蒸着（ＡＬＤ）によって薄膜を蒸着するための反応ガスおよびパージガスを供給するための近接ヘッドであって、
前記近接ヘッドは、反応ガスおよびパージガスを順次供給して前記近接ヘッドの下方にＡＬＤ薄膜を蒸着するよう構成されており、
前記近接ヘッドは、基板表面の活性処理領域を覆い、
前記近接ヘッドは、前記基板に対向する前記近接ヘッドの表面と前記基板との間の反応空間から、余分な反応ガス、パージガス、または、蒸着副生成物を吸引するための少なくとも１つの真空チャネルを備え、
前記近接ヘッドは、複数のヘッド面を備えており、各ヘッド面は、前記近接ヘッドの下の前記基板表面上に反応ガスまたはパージガスを供給するよう構成されると共に、少なくとも１つの真空チャネルを有する、近接ヘッド。
【請求項２６】
請求項２５に記載の装置であって、前記近接ヘッドは、少なくとも１回のＡＬＤ蒸着サイクルを完了させるように、一のヘッド面から他のヘッド面に回転することが可能である、装置。
【請求項２７】
請求項２５に記載の装置であって、前記近接ヘッドは、４つのヘッド面を備え、
第１のヘッド面は、第１の反応ガスを供給するよう構成され、前記第１のヘッド面に隣接する２つのヘッド面は、パージガスを供給するよう構成され、前記第１のヘッド面の対面のヘッド面は、第２の反応ガスを供給するよう構成されている、装置。
【請求項２８】
請求項２５に記載の装置であって、２つの真空チャネルが、前記反応ガスまたは前記パージガスを供給するための少なくとも１つのガスチャネルの両側に設けられている、装置。
【請求項２９】
請求項２５に記載の装置であって、前記反応ガスまたは前記パージガスを供給するための少なくとも１つのガスチャネルを取り囲む１つの真空チャネルが設けられている、装置。
【請求項３０】
請求項２５に記載の装置であって、前記近接ヘッドの長さは、前記基板の直径よりも長く、前記供給される反応ガスまたはパージガスは、前記基板の前記直径以上の長さにわたって供給される、装置。
【請求項３１】
請求項２５に記載の装置であって、前記近接ヘッドは、現在の蒸着位置で前記ＡＬＤ薄膜が蒸着されると、前記現在の蒸着位置で蒸着された前記ＡＬＤ薄膜と重複がある薄膜を蒸着するために、次の蒸着位置へ移動するよう構成されている、装置。
【請求項３２】
請求項２６に記載の装置であって、前記近接ヘッドが、一のヘッド面から他のヘッド面へ前記近接ヘッドを回転させる回転構造によって回転された時に、前記近接ヘッドと前記基板との間のギャップ距離が変化する、装置。
【請求項３３】
請求項２５に記載の装置であって、前記供給される反応ガスまたはパージガスはプラズマ化される、装置。
【請求項３４】
請求項２５に記載の装置であって、ＡＬＤによって蒸着される前記薄膜は、バリア層またはライナ層であり、前記薄膜を形成する金属は、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｍ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、バナジウム（Ｖ）、ルテニウム（Ｒｕ）、および、クロム（Ｃｒ）からなる群から選択される、装置。
【請求項３５】
請求項２５に記載の装置であって、前記反応ガスは、バリア金属含有反応物質、または、前記バリア金属含有反応物質と共にバリア層を形成する反応ガスである、装置。
【請求項３６】
請求項２５に記載の装置であって、前記反応ガスは、ライナ金属含有反応物質、または、前記ライナ金属含有反応物質と共にライナ層を形成する反応ガスである、装置。
【請求項３７】
基板の基板表面上に原子層蒸着（ＡＬＤ）によって薄膜を蒸着する方法であって、
前記基板表面の活性処理領域に第１の反応ガスを供給するよう構成された少なくとも１つのガスチャネルを備えるＡＬＤ蒸着近接ヘッドを前記基板の上方に配置する工程であって、前記ＡＬＤ蒸着近接ヘッドは、前記基板表面の前記活性処理領域を覆う、工程と、
前記近接ヘッドの第１のヘッド面の下の前記基板表面の前記活性処理領域上に第１の反応ガスのパルスを供給する工程と、
前記近接ヘッドの下の前記基板表面の前記活性処理領域上にパージガスの第１のパルスを供給して、前記ＡＬＤ近接ヘッドと前記基板表面との間の反応空間から余分な第１の反応ガスをパージする工程と、
前記近接ヘッドの下の前記基板表面の前記活性処理領域上に第２の反応ガスのパルスを供給して、前記第１の反応ガスと反応させ、前記近接ヘッドの下の前記基板表面上に前記ＡＬＤ薄膜の一部を形成する工程と、
前記近接ヘッドの下の前記基板表面の前記活性処理領域上にパージガスの第２のパルスを供給して、前記ＡＬＤ近接ヘッドと前記基板表面との間の前記反応空間から余分な第２の反応ガスと前記ＡＬＤ薄膜の前記一部を形成した際の反応副生成物とを除去する工程と、
を備える、方法。
【請求項３８】
請求項３７に記載の方法であって、前記ＡＬＤ蒸着近接ヘッドは、複数のヘッド面を備え、
各ヘッド面は、前記近接ヘッドの下の前記基板表面の前記活性処理領域上に、前記第１の反応ガス、前記第２の反応ガス、または、前記パージガスのいずれかを供給するよう構成されると共に、少なくとも１つの真空チャネルを有しており、
前記ＡＬＤ蒸着近接ヘッドは、少なくとも１回のＡＬＤ蒸着サイクルを完了させるように、一のヘッド面から他のヘッド面へ回転する、方法。
【請求項３９】
請求項３７に記載の方法であって、前記ＡＬＤ蒸着近接ヘッドは、前記第１の反応ガス、前記第２の反応ガス、または、前記パージガスのいずれかを供給するために用いられる少なくとも１つのガスチャネルに隣接する少なくとも１つの真空チャネルを備え、
前記少なくとも１つの真空チャネルは、前記基板表面からの余分な反応ガス、パージガス、または、蒸着副生成物の除去を支援する、方法。
【請求項４０】
請求項３９に記載の方法であって、前記ＡＬＤ蒸着近接ヘッドは、少なくとも１回のＡＬＤ蒸着サイクルを完了させるように、一のヘッド面から他のヘッド面へ回転する、方法。
【請求項４１】
請求項４０に記載の方法であって、前記ＡＬＤ蒸着近接ヘッドは、約１サイクル／秒から約１００サイクル／秒の間の速度で回転する、方法。
【請求項４２】
請求項３７に記載の方法であって、前記供給される反応ガスおよびパージガスはプラズマ化される、方法。
【請求項４３】
請求項３３に記載の方法であって、ＡＬＤによって蒸着される前記薄膜は、バリア層またはライナ層であり、前記薄膜を形成する金属は、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｍ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、バナジウム（Ｖ）、ルテニウム（Ｒｕ）、および、クロム（Ｃｒ）からなる群から選択される、方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
集積回路、メモリセルなど、半導体素子の製造では、一連の製造動作を実行して、半導体ウエハ上にフィーチャを規定する。半導体ウエハは、シリコン基板上に規定された多層構造の形態の集積回路素子を備える。基板レベルには、拡散領域を有するトランジスタ素子が形成される。それに続くレベルには、相互接続メタライゼーション配線が、パターニングされトランジスタ素子に電気的に接続されており、それによって、所望の集積回路素子が規定される。また、パターニングされた導電層は、誘電材料によって他の導電層から絶縁されている。
【０００２】
サブミクロン以下のフィーチャを確実に形成することは、次世代の半導体素子の超大規模集積（ＶＬＳＩ）および超々大規模集積回路（ＵＬＳＩ）の鍵となる技術の１つである。しかし、ＶＬＳＩおよびＵＬＳＩ技術においては、相互接続の寸法が小さくなっていることから、処理能力に対する要求が高くなっている。回路の密度が増大するにつれて、ビア、コンタクト、その他のフィーチャ、および、それらの間の誘電材料の幅は、サブミクロンの寸法まで小さくなるが（例えば、０．１０マイクロメートル未満）、誘電体層の厚さは実質的に変わらないため、フィーチャのアスペクト比（すなわち、高さ／幅）が大きくなる。多くの従来の蒸着処理は、アスペクト比が４：１を超えるサブミクロン構造に対して実質的にボイドおよびシームのない充填を実現することが困難である。
【０００３】
現在では、抵抗率が低いことから、銅とその合金が、サブミクロン相互接続技術のための金属として選択されるようになっている。銅を使うことの問題の１つは、ケイ素、二酸化ケイ素、および、その他の誘電材料内に銅が拡散して、デバイスの完全性を損ないうるという問題である。銅の拡散を防ぐために、共形のバリア層を用いることができる。銅は、バリア層にうまく付着できないため、バリア層と銅との間に、ライナ層を蒸着することが必要な場合がある。バリア層およびライナ層の共形な蒸着は、銅の付着および／または蒸着を助けるために、良好な段差被覆性を提供することが重要である。
【０００４】
以上から、相互接続構造において共形の薄膜を蒸着するための装置および方法が必要である。
【発明の概要】
【０００５】
概して、実施形態では、原子層蒸着（ＡＬＤ）を用いた処理およびシステムの提供することによって、相互接続構造に共形の薄膜を蒸着する装置および方法への要求を満たす。より具体的には、それらのＡＬＤシステムの各々は、基板の一部の真上に小さい反応空間を有する近接ヘッドを備える。近接ヘッドは、比較的短時間で、近接ヘッドと基板との間の小さい反応空間に少量の反応物質およびパージガスを供給して、そこからポンプ除去することで、スループットを向上させる。
【０００６】
本発明は、解決法、処理、装置、または、システムなど、種々の形態で実施できることを理解されたい。以下では、本発明の実施形態をいくつか説明する。
【０００７】
一実施形態では、原子層蒸着（ＡＬＤ）によって薄膜を蒸着するための装置が提供されている。装置は、基板を支持するよう構成された基板支持部を備える。装置は、さらに、反応ガスおよびパージガスを順次供給して、近接ヘッドの下でＡＬＤ薄膜を蒸着させるよう構成された近接ヘッドを備える。近接ヘッドは、基板表面の活性処理領域を覆う。近接ヘッドは、さらに、基板に対向する近接ヘッドの表面と基板との間の反応空間から、余分な反応ガス、パージガス、または、蒸着副生成物を吸引するための少なくとも１つの真空チャネルを備える。
【０００８】
別の実施形態では、原子層蒸着（ＡＬＤ）によって薄膜を蒸着させるために反応物質およびパージガスを供給する近接ヘッドが提供されている。近接ヘッドは、反応ガスおよびパージガスを順次供給して、近接ヘッドの下でＡＬＤ薄膜を蒸着させるよう構成されている。近接ヘッドは、基板表面の活性処理領域を覆う。近接ヘッドは、さらに、基板に対向する近接ヘッドの表面と基板との間の反応空間から、余分な反応ガス、パージガス、または、蒸着副生成物を吸引するための少なくとも１つの真空チャネルを備える。近接ヘッドは、複数のヘッド面を備えており、各ヘッド面は、近接ヘッドの下の基板表面上に反応ガスまたはパージガスのいずれかを供給するよう構成されている。各ヘッド面は、少なくとも１つの真空チャネルを有する。
【０００９】
さらに別の実施形態では、基板の基板表面上に原子層蒸着（ＡＬＤ）によって薄膜を蒸着する方法が提供されている。その方法は、基板表面の活性処理領域に第１の反応ガスを供給するよう構成された少なくとも１つのガスチャネルを備えたＡＬＤ蒸着近接ヘッドを基板の上方に配置する工程を備える。ＡＬＤ蒸着近接ヘッドは、基板表面の活性処理領域を覆う。その方法は、さらに、近接ヘッドの第１のヘッド面の下の基板表面の活性処理領域上に第１の反応ガスのパルスを供給する工程を備える。その方法は、さらに、近接ヘッドの下の基板表面の活性処理領域上にパージガスの第１のパルスを供給して、ＡＬＤ近接ヘッドと基板表面との間の反応空間から余分な第１の反応ガスをパージする工程を備える。
【００１０】
さらに、その方法は、近接ヘッドの下の基板表面の活性処理領域上に第２の反応ガスのパルスを供給して、第１の反応ガスと反応させ、近接ヘッドの下の基板表面上にＡＬＤ薄膜の一部を形成する工程を備える。さらに、その方法は、近接ヘッドの下の基板表面の活性処理領域上にパージガスの第２のパルスを供給して、ＡＬＤ近接ヘッドと基板表面との間の反応空間から余分な第２の反応ガスとＡＬＤ薄膜の一部を形成した際の反応副生成物とを除去する工程を備える。
【００１１】
本発明のその他の態様および利点については、本発明の原理を例示した添付図面を参照しつつ行う以下の詳細な説明から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１Ａ】バリア層を蒸着された相互接続構造を示す図。
【図１Ｂ】バリア層、ライナ層、および、銅層を蒸着された相互接続構造を示す図。
【図２】ＡＬＤ蒸着サイクルの一例を示す図。
【図３】従来のＡＬＤチャンバの一例を示す概略図。
【図４】本発明の一実施形態に従って、近接ヘッドＡＬＤチャンバを示す概略図。
【図５Ａ】本発明の一実施形態に従って、ＡＬＤ用の近接ヘッドを示す概略図。
【図５Ｂ】本発明の一実施形態に従って、基板上方に配置されたＡＬＤ用の近接ヘッドを示す上面図。
【図５Ｃ】本発明の別の実施形態に従って、基板上方に配置されたＡＬＤ用の近接ヘッドを示す上面図。
【図５Ｄ】本発明のさらに別の実施形態に従って、基板上方に配置された表面処理用の近接ヘッドを示す上面図。
【図５Ｅ】本発明の一実施形態に従って、ＡＬＤ用の近接ヘッドを示す底面図。
【図５Ｆ】本発明の別の実施形態に従って、ＡＬＤ用の近接ヘッドを示す底面図。
【図５Ｇ】本発明の一実施形態に従って、基板下方に配置されたＡＬＤ用の近接ヘッドを示す概略断面図。
【図６Ａ】本発明の一実施形態に従って、近接ヘッドＡＬＤによって蒸着された薄膜を示す概略図。
【図６Ｂ】本発明の一実施形態に従って、近接ヘッドＡＬＤによって蒸着された複数層の薄膜を示す概略図。
【図７Ａ】本発明の一実施形態に従って、近接ヘッドを示す概略断面図。
【図７Ｂ】本発明の別の実施形態に従って、近接ヘッドを示す概略断面図。
【図７Ｃ】本発明のさらに別の実施形態に従って、近接ヘッドを示す概略断面図。
【図７Ｄ】本発明の一実施形態に従って、コンベヤベルトを備えた近接ヘッドを示す概略断面図。
【図８Ａ】本発明の一実施形態に従って、近接ヘッドを用いたＡＬＤの処理フローを示すフローチャート。
【図８Ｂ】本発明の別の実施形態に従って、近接ヘッドを用いたＡＬＤの処理フローを示すフローチャート。
【図９】本発明の一実施形態に従って、基板上方に配置された表面処理および蒸着用の複数の近接ヘッドを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
近接ヘッドを用いた原子層蒸着（ＡＬＤ）装置および方法のいくつかの実施形態を提供する。この近接ヘッドＡＬＤ装置および方法は、ＡＬＤの処理スループットを改善すると共に、同じ装置内にＡＬＤ蒸着の前処理および後処理を統合することを可能にする。本発明は、処理、方法、装置、または、システムなど、種々の形態で実施できることを理解されたい。以下では、本発明の実施形態をいくつか説明する。当業者にとって明らかなように、本発明は、本明細書で説明する具体的な詳細事項の一部または全てがなくとも実施可能である。
【００１４】
従来の物理蒸着（ＰＶＤ）処理では、段差における被覆性（段差被覆性）が悪いことから、図１Ａに示すような、相互接続構造１００の上部付近のバリア・オーバハング１０１が、銅によるギャップ充填の際に金属配線またはビア内に銅のボイドを引き起こすことが知られている。図１Ａに示すように、下隅部１０２においてバリア材料の蒸着が制限されることも、周知の問題であり、銅の拡散、エレクトロマイグレーション（ＥＭ）問題、および、応力によるボイド形成を引き起こす。下隅部に十分なバリア材料を形成するためには、十分なバリア材料が、相互接続構造に蒸着されることが必要である。従って、より共形なバリア蒸着が必要である。バリア層１０１は、窒化タンタル（ＴａＮ）、タンタル（Ｔａ）、または、これらの膜の組み合わせなどの耐熱金属化合物から形成されてよい。その他のバリア層材料を用いてもよい。バリア層の材料は、他の耐熱金属化合物であってもよく、特に、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、タングステン（Ｗ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、バナジウム（Ｖ）、ルテニウム（Ｒｕ）、および、クロム（Ｃｒ）を含むがそれらに限定されない。
【００１５】
段差被覆性の問題に加えて、窒化タンタル（ＴａＮ）などのバリア層は、誘電体層１５０とは良好に付着するが、ＴａＮと銅の間の付着は弱い。対照的に、タンタル（Ｔａ）などのバリア層は、銅と良好に付着するが、誘電体層とはそれほど付着しない。図１Ｂに示すように、相互接続構造に裏打ちしてＴａＮが誘電体層１５０に接触するようにＴａＮ層１１１を蒸着し、次いで、銅１１３がＴａ１１２と接触するようにＴａ層を蒸着することが可能である。Ｔａ層は、銅に対するライナ層または接着層として働く。しかし、２工程の処理はより複雑であり、第１のＴａＮの蒸着が相互接続構造のアスペクト比をさらに高くすることで、次のＴａ層の段差被覆性の問題を悪化させる。ライナ層の他の例としては、特に、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、ルテニウム（Ｒｕ）が挙げられるが、それらに限定されない。
【００１６】
原子層蒸着（ＡＬＤ）は、良好な段差被覆性で薄膜を形成することが知られている。ＡＬＤは、通例、図２に示すように、複数パルス（例えば、２パルス）の反応物質を供給し、間にパージを行うことで実現される。金属バリア蒸着では、バリア金属含有反応物質（Ｍ）２０１のパルスが基板表面に供給され、次いで、パージガス（Ｐ）２０２のパルスが供給される。窒化タンタルなどのバリア金属のためのバリア金属含有反応物質の例としては、ペンタ（エチルメチルアミノ）タンタル（ＰＥＭＡＴ；Ｔａ（ＮＣ2Ｈ5ＣＨ3）5）、ペンタ（ジエチルアミノ）タンタル（ＰＤＥＡＴ；Ｔａ［Ｎ（Ｃ2Ｈ5）2］5）、ペンタ（ジメチルアミノ）タンタル（ＰＤＭＡＴ、Ｔａ［Ｎ（ＣＨ3）2］5）、および、ＰＥＭＡＴ、ＰＤＥＡＴ、または、ＰＤＭＡＴの任意の誘導体が挙げられるが、これらに限定されない。他のタンタル含有前駆体としては、ｔ−ブチルイミドトリス（ジエチルアミド）タンタル（ＴＢＴＤＥＴ）、ｔ−ブチルイミドトリス（ジメチルアミド）タンタル（ＴＢＴＤＭＴ）、ｔ−ブチルイミドトリス（エチルメチルアミド）タンタル（ＴＢＴＥＭＴ）、および、ＴＢＴＤＥＴ、ＴＢＴＤＭＴ、ＴＢＴＥＭＴからの誘導体すべてが挙げられるが、それらに限定されない。さらに、他のタンタル含有前駆体としては、ＴａＸ5（Ｘはフッ素（Ｆ）、臭素（Ｂｒ）、または、塩素（Ｃｌ））などのハロゲン化タンタル、および、それらの誘導体が挙げられるが、それらに限定されない。パージガスの例としては、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、水素（Ｈ２）、窒素（Ｎ２）、および、それらの混合物が挙げられる。
【００１７】
基板表面に供給されたバリア金属含有反応物質２０１のパルスは、基板表面上にバリア金属（Ｔａなど）の単層を形成する。一実施形態において、パルス状のパージガスは、プラズマ強化（すなわちプラズマ支援）ガスである。Ｔａなどのバリア金属は、誘電材料から形成された基板表面に接着する。パージガス４０２は、基板表面から余分なバリア金属含有反応物質２０１を除去する。パージガス２０２のパルスに続いて、反応物質（Ｂ）２０３のパルスが基板表面に供給される。反応ガス（Ｂ）２０３は、窒素含有ガスまたは水素含有還元ガスであってよい。バリア材料が窒素（ＴａＮなど）を含む場合、反応物質（Ｂ）２０３は、窒素を含みうる。反応ガス（Ｂ）２０３の例としては、アンモニア（ＮＨ3）、Ｎ2、および、ＮＯが挙げられる。他の窒素含有前駆体ガスとしては、特に、ＮｘＨｙ（ｘおよびｙは整数で、例えばＮ2Ｈ4）、Ｎ2プラズマ源、および、ＮＨ2Ｎ（ＣＨ3）2を用いてもよいが、それらに限定されない。バリア材料が窒素をほとんど含まないか全く含まない場合、反応ガス（Ｂ）２０３は、Ｈ2などの水素含有還元ガスであってよい。パルス２０３に続いて、パージガス２０４のパルスが供給される。反応ガ物質Ａ、Ｂ、および、パージガスは、プラズマ強化されてもよいし、熱的に励起されてもよい。一実施形態において、反応ガス（Ｂ）２０３のパルスは、プラズマ強化（すなわちプラズマ支援）される。
【００１８】
窒化タンタル層の形成では、まず、基板上に単層のタンタル含有化合物を化学吸着し、次いで、単層の窒素含有化合物を化学吸着してよい。あるいは、窒化タンタル層の形成では、まず、基板上に単層の窒素含有化合物を化学吸着し、次いで、単層のタンタル含有化合物を化学吸着してよい。さらに、別の実施形態において、反応ガスの混合を防ぐために、反応ガスのパルス間に、ポンプ排気だけを行ってもよい。
【００１９】
図２は、バリア蒸着パルスの１サイクルを示している。１サイクルのバリア蒸着パルスの後に、バリア層またはライナ層の薄膜（または相）が蒸着される。バリア層が所望の厚さに達するまで、１または複数サイクルのパルスが印加される。パルス幅は、約１００ミリ秒から約２秒の間である。バリア層および／またはライナ層の厚さは、約１０Åから約５０Åの間であり、約２０Åから約３０Åの間が好ましい。
【００２０】
従来のＡＬＤ装置および処理において、反応ガスおよびパージガスは、基板表面の全体に渡って導入される。反応物質ＡまたはＢが基板表面全体に行き渡るためには、ある程度の時間ΔＴM、ΔＴBが必要である。同様に、余分な反応物質ＡまたはＢを基板表面からポンプで確実に除去するには、図２に示すように、十分なパージ時間ΔＴP1、ΔＴP2が必要である。ΔＴM、ΔＴB、ΔTP1、およびΔＴP2は、それぞれ、反応物質Ｍ、反応物質Ｍのパージガス、反応物質Ｂ、および、反応物質Ｂのパージガスのパルス時間（すなわちパルス幅）と呼ぶこともできる。反応物質Ｍのパルス時間、反応物質Ｍのパージガス、反応物質Ｂ、および、反応物質Ｂのパージガスは、バリア層蒸着のスループットに影響する。反応物質Ｂは、基板表面および処理チャンバから反応物質Ｍが実質的になくなった後に、処理チャンバ内すなわち基板表面に導入される。同様に、反応物質Ｍは、基板表面および処理チャンバから反応物質Ｂが実質的になくなった後に、処理チャンバ内すなわち基板表面に導入される。
【００２１】
図３は、処理チャンバ３００を示しており、基板支持部３２０上に基板３１０が配置されている。処理チャンバ３００内では、基板３１０の上方にシャワーヘッド３３０が吊り下げられている。ガス流入口３４０が、シャワーヘッド３３０に接続されている。ポンプ３６０が、処理チャンバ３００に接続されている。ポンプ３６０は、反応チャンバ３００内のガスを反応チャンバ外に排出すると共に、チャンバ内の圧力を維持する。シャワーヘッド３３０と基板３１０との間は、反応空間３５０である。パージ期間には、基板表面上の余分な反応物質ＭまたはＢが、基板表面からパージされる必要がある。反応物質ＭおよびＢの混合を防いで、粒子問題を防ぐために、処理チャンバの残りの部分から余分な反応物質ＭまたはＢをパージすることも望ましい。上述のように、一部の実施形態においては、パージの代わりに、ポンプを用いてもよい。基板表面全体および／または処理チャンバから余分な反応物質ＭまたはＢをパージするには、時間がかかる場合がある。
【００２２】
パルスの長さによって、蒸着サイクルが長くなり、蒸着速度が比較的低くなりうる。例えば、従来のＡＬＤ処理チャンバでの典型的な蒸着サイクルは、約１〜５秒／サイクルである。サイクルあたりの典型的な膜厚は、Ａｌ2０3については約１Å／サイクル、Ｗについては約２．５Å／サイクル、ＴａＮについては約０．４Å／サイクルから約２．６Å／サイクル、Ｒｕについては約０．４Å／サイクルである。Ｒｕの蒸着速度は、０．０８〜０．４Å／秒であり、比較的低い。上述のように、Ｒｕは、バリア層としても、ライナ層としても利用できる。
【００２３】
蒸着サイクルが比較的長いために、Ｒｕなど、一部のバリア層またはライナ層の蒸着速度（またはスループット）は、製造の観点からは低すぎると考えられる。蒸着速度を改善するために、蒸着サイクルを短縮する必要がある。蒸着サイクルの短縮の一つの方法は、反応ガスおよびパージガスのパルスの短縮（高速パージまたは高速ポンプ）である。反応空間が小さく、反応物質またはパージガスの真空除去（すなわちポンプ除去）が反応空間の近くで行われる場合には、短パルスが可能である。図４は、近接ヘッド４４０を備えたＡＬＤリアクタ４００の概略図を示す。リアクタ４００では、基板支持部４２０上に基板４１０が配置されている。近接ヘッド４４０は、基板４１０の上方に支持されている。近接ヘッド４３０と基板４１０との間には、反応空間４５０が存在する。
【００２４】
ガス流入口４４０および真空ライン４６５が、近接ヘッド４３０に接続されている。ガス流入口４４０は、反応物質およびパージガスを処理チャンバ４００に供給する。ガス流入口４４０は、反応物質またはパージガスを貯留する複数のコンテナに接続されてよい。例えば、ガス流入口４４０は、第１の反応物質（図２の反応物質Ｍなど）を貯留するコンテナ４４１に接続されてよい。一実施形態において、コンテナ４４１内の反応物質は、液体の状態であり、搬送ガスによってガス流入口４４０内に搬送される。なお、搬送ガスは、不活性ガスの１つ、または、反応物質Ｍ（Ｎ2など）と反応しないガスである。不活性ガスの例としては、ヘリウム、アルゴン、ネオン、クリプトン、キセノン、および、ラドンが挙げられる。ガス流入口４４０は、第２の反応ガス（図２の反応物質Ｂなど）を供給するコンテナ４４３とも接続されてよい。上述のように、反応物質Ｂは、プラズマ支援されてよい。一実施形態において、反応物質Ｂは、プラズマ化された反応物質Ｂを生成するリアクタ４４３’によって供給される。あるいは、リアクタ４４３’からプラズマ化した反応物質Ｂを供給する代わりに、反応物質Ｂが反応空間４５０内に供給される時にプラズマを生成して反応物質Ｂをプラズマ化するために、基板支持部４２０を高周波（ＲＦ）ジェネレータに接続してもよい。あるいは、ＲＦジェネレータ４７３を近接ヘッド４３０に接続して、プラズマを生成してもよい。一実施形態では、プラズマ生成の間、一方の電極がＲＦジェネレータに接続され、他方の電極が接地される。
【００２５】
ガス流入口４４０は、さらに、パージガスを貯留するコンテナ４４５に接続されてよい。パージガスおよび反応物質Ｂも、反応物質Ｍについて上述したように、搬送ガスによって希釈されてよい。搬送ガスは、チャンバ圧を維持するために用いられてよい。たいてい、反応物質Ｍは、貯留タンク内で液体の状態であるため搬送ガスを必要とする。揮発した反応物質Ｍを処理チャンバ内に移動させるために搬送ガスが必要になる。反応物質Ｂ（還元ガス）は、すでにガスの状態であるため、搬送ガスを必要としなくてもよい。しかし、反応物質Ｂは、チャンバ圧を維持するため、または濃度を低く保つために、搬送ガスを必要としてもよい。
【００２６】
基板の温度を維持するために、ヒータ（図示せず）および／またはクーラが、基板支持部４２０に接続または埋め込まれてもよい。処理温度を維持するために、さらに、チャンバの他の部分を加熱または冷却してもよい。
【００２７】
ＡＬＤ蒸着サイクル中には、反応物質Ｍ、Ｂ、および、パージガスＰの内の１つが、ガス流入口４４０に供給される。これらのガス供給のオン／オフは、バルブ４５１、４５３、および、４５５で制御される。真空ライン４６５の他端は、真空ポンプ４６０である。図４の反応空間４５０は、図３の反応空間３５０よりもかなり小さい。チャンバ圧を維持するために、さらに、真空ポンプ（図示せず）が圧力チャンバに接続されている。
【００２８】
図５Ａは、基板４１０の上方に配置された近接ヘッド４１０の一実施形態を示しており、近接ヘッド４１０と基板４１０との間には反応空間４５０が存在する。反応空間４５０の下の基板表面は、活性処理領域４５５である。近接ヘッド４１０は、反応物質Ｍ、Ｂ、または、パージガスＰを供給する１または複数のガスチャネル４１１を有する。ガスチャネル４１１の両側には、真空チャネル４１３、４１５が設けられており、余分な反応物質Ｍ、Ｂ、パージガス、および／または、反応空間４５０からの反応副生成物をポンプで排出する。余分な反応物質または反応物質の副生成物を基板表面から真空除去する真空チャネル４１３、４１５を設けることで、パージガスを必要としなくてもよくなる。図２のパージ工程２０２および２０４は、一部の実施形態では省略されてもよい。
【００２９】
反応ガスＭ、Ｂ、および、パージガスＰは、図２に示したような順序で順次ガスチャネル４１１を通される。ガスチャネル４１１は、反応物質Ｍ、Ｂ、および、パージガスＰなど、異なるガス源に接続されたガス流入口４４０に接続されている。反応物質Ｍ、Ｂ、または、Ｐのいずれかのガスのパルスが、ガスチャネル４１１から基板表面に導入されると、余分なガスは、真空チャネル４１３、４１５によって基板表面からポンプ除去され、それにより、反応空間が小さく保たれると共に、パージまたはポンプ除去の時間が短縮される。反応空間が小さいことから、その小さい反応空間に行き渡るのに必要な反応物質の量が少なくて済む。同様に、反応空間４５０から余分な反応ガスをパージするのに必要なパージガスの量も少なくて済む。さらに、真空チャネルは、小さい反応空間４５０のすぐ近くにあり、余分な反応物質、パージガス、および、反応副産物の基板表面からのポンプ除去またはパージを支援する。結果として、反応物質Ｍ、Ｂ、および、パージガスのパルス時間ΔＴＭ、ΔＴＢ、ΔＴＰ１およびΔＴＰ２を、大幅に短縮することができる。その結果、サイクル時間を短縮し、スループットを増大させることができる。
【００３０】
図５Ｂは、基板４１０の上方にある図４および図５Ａの近接ヘッド４３０の一実施形態を示す概略上面図である。近接ヘッド４３０は、基板表面を横切って移動する。この実施形態において、近接ヘッドの長さＬPHは、基板の直径以上の長さである。近接ヘッド下の反応空間は、その下の基板表面を覆っている。基板を横切って近接ヘッドを一回移動させると、基板表面全体に、薄膜のバリアまたはライナ層が蒸着される。別の実施形態では、基板４１０が近接ヘッド４３０の下で移動される。さらに別の実施形態では、近接ヘッド４３０および基板４１０の両方が移動するが、互いに反対方向にすれ違う。蒸着された薄膜の厚さは、近接ヘッド４３０が基板４１０を横切って移動する速さによって制御することができる。
【００３１】
あるいは、近接ヘッドの長さＬPHは、基板の直径より短くてもよい。基板表面に薄膜のバリアまたはライナ層を蒸着するには、基板を横切って近接ヘッド４３０’を複数回通過させる必要がある。図５Ｃは、基板の直径よりも短い近接ヘッドの長さＬPH≡を有する近接ヘッド４３０’を示す。近接ヘッド４３０’は、パス１で基板表面を横切った後に、下方へと移動し、パス２およびパス３で基板を横切って移動してよい。パス３の終了時には、基板表面全体にバリアまたはライナの薄膜層が蒸着されている。
【００３２】
図５Ｄは、基板４１０の表面上で回転する近接ヘッド４３０’’を備えた別の実施形態を示す。この実施形態において、処理ガスは、近接ヘッド４３０の端部に取り付けられたガス流入口４４０’に供給される。真空ライン４６５’も近接ヘッド４３０の端部に接続される。
【００３３】
図５Ｅは、図５Ａの近接ヘッド４３０の底面の一実施形態を示す。近接ヘッド４３０は、ガスチャネル４１１に接続され複数のガス導入孔４２１を備えたガス導入ヘッド４０１を有する。図５Ｅに示したガス導入孔４２１の配列と形状は、一例にすぎない。他の配列および形状の導入孔を用いてもよい。一実施形態において、導入ヘッド４１０は、１つの狭いスリット（図示せず）だけを備え、導入孔を備えていない。あるいは、例えば、１列ではなく、２列以上の導入孔を設けてもよい。その場合、導入孔は、千鳥配列でもよいし、並列で配置されてもよい。導入孔の形状は、円形、正方形、六角形、または、その他の形状であってよい。近接ヘッド４３０は、さらに、ガス導入ヘッド４０１の両側に、真空チャネル４１３、４１５と接続された真空ヘッド４０３、４０５を有している。この実施形態では、真空ヘッド４０３、４０５は、２つのスリットである。他の形状の真空ヘッドを用いてもよい。あるいは、真空ヘッド４０３および４０５のスリットをつなげて、図５Ｆの近接ヘッド４３０’’’に示すような、ガス導入ヘッド４０１を取り囲む単一のスリット４０３’として構成してもよい。
【００３４】
近接ヘッドの下に基板を配置することに加えて、近接ヘッドの上方に基板を配置して基板表面を処理することもできる。図５Ｇは、基板４１０の下に配置された近接ヘッド４３０の概略図であり、基板４１０のアクティブ面４７０は近接ヘッド４３０に対向している。アクティブ面４７０上にデバイスが加工される。基板４１０は、装置（図示せず）によって近接ヘッド４３０の上方に支持される。近接ヘッド４３０も、機械的装置（図示せず）によって支持される。
【００３５】
図６Ａは、基板６１０上に蒸着された薄膜のバリアまたはライナ層６２０の概略断面図を示す。基板６１０の端で、薄膜のバリアまたはライナ層６２０の小さい部分６２１が、近接ヘッドの下で蒸着される。部分６２１が蒸着された後、近接ヘッドは、左に移動され、部分６２１とわずかに重なる別の部分６２２を蒸着する。部分６２２の後に部分６２３が、部分６２３の後に部分６２４が蒸着され、以下同様に続く。基板の他端で、蒸着処理が停止し、完全な薄膜６１０が形成される。
【００３６】
図６Ｂは、基板上に蒸着された複数の薄膜層６２０、６３０の、概略断面図を示す。第１の層６２０が蒸着された後に、第２の層６３０が、第１の層６２０の上部に蒸着される。第２の層６２０は、膜の全厚を増大させるために、第１の層６２０と同じ材料で形成されてよい。あるいは、第１の層６２０の厚さが十分である場合、または、目標の厚さに達している場合、第２の層６３０は、異なる材料から形成されてよい。例えば、第１の層６２０の材料は、バリア層として機能するＴａＮであってよい。第２の層６３０の材料は、ライナ層として機能するＲｕであってよい。
【００３７】
図５Ａに示したシャワーヘッドの実施形態に加えて、他の実施形態も可能である。図６Ａは、基板７１０の上方に吊り下げられた回転近接ヘッド７００の断面図を示す。近接ヘッド７００の断面は、長方形または正方形であってよい。各ヘッド面の表面上には、中央にガス流入口が設けられ、その両側に真空チャネルが設けられている。例えば、ヘッド面１には、反応物質Ｍを供給するガス流入口７１１、および、真空チャネル７１３、７１５が設けられている。ヘッド面２には、パージガスＰを供給するガス流入口７２１、および、真空チャネル７２３、７２５が設けられている。ヘッド面３には、反応物質Ｂを供給するガス流入口７３１、および、真空チャネル７３３、７３５が設けられている。ヘッド面４には、パージガスＰを供給するガス流入口７４１、および、真空チャネル７４３、７４５が設けられている。図７Ａに示す実施形態において、真空チャネル７１３、７１５、７２３、７２５、７３３、７３５、７４３、７４５は、真空ポンプと接続する１つの真空プレナムに接続されている。一実施形態では、各真空チャネル７１３、７１５、７２３、７２５、７３３、７３５、７４３、７４５と真空プレナム７０１との間に、真空チャネルのオン／オフを制御する制御バルブ（図示せず）が設けられる。
【００３８】
図２の処理フローの開始時には、ヘッド面１が基板７１０の表面に対向する。反応物質Ｍのパルスが、近接ヘッドの下の基板表面上に散布される。余分な反応物質Ｍは、真空チャネル７１３、７１５によって基板表面からポンプ除去される。その後、近接ヘッド７００は、ヘッド面２を基板７１０の表面と対向させるように回転し、基板表面から余分な反応ガスＭを追い出すためにパージガスのパルスを供給する。なお、回転装置は図示していない。次いで、ヘッド面３が基板７１０の表面に対向するように回転し、近接ヘッドの下方にある基板表面上に反応物質Ｂのパルスを散布することが可能になる反応物質ＭおよびＢは、反応して、バリア層またはライナ層を形成する。反応が終わると、ヘッド面４が基板７１０の表面に対向するように回転し、余分な反応物質Ｂおよび反応副生成物を基板７１０の表面からパージして、１蒸着サイクルが終了する。蒸着サイクルの間、各ヘッド面と基板７００との間の距離は、ヘッド面ごとに異なってもよい。近接ヘッドを回転および移動させるメカニズム（装置）は、ヘッド面ごとに異なるギャップ空間を設けることを可能にする。１蒸着サイクルの終了時には、膜の厚さを増大させるために同じ場所でサイクルを繰り返してもよいし、図６Ａに示すように、薄膜の別の部分を蒸着するために現在の位置に隣接する位置に近接ヘッドを移動させてもよい。
【００３９】
近接ヘッドと基板との間のギャップ距離は、ＡＬＤサイクル中には小さい。バリア金属含有反応物質Ｍの供給中の近接ヘッドおよび基板間のギャップ距離は、約５ｍｍより小さい。一実施形態において、ギャップ距離は、約１ｍｍである。反応物質Ｂの供給中の近接ヘッドおよび基板の間のギャップ距離は、約５ｍｍより小さい一実施形態において、ギャップ距離は、約１ｍｍである。パージガスの供給中の近接ヘッドおよび基板の間のギャップ距離は、約５ｍｍより小さい。一実施形態において、ギャップ距離は約１ｍｍである。蒸着サイクル中、ギャップ距離は、近接ヘッドがヘッド面から次のヘッド面に回転する時に変化してよい。例えば、反応物質ＭまたはＢのパルス供給のためのギャップ距離は、パージガスＰのギャップよりも小さくてよい。反応物質ＭまたはＢのパルス供給中のギャップ距離が比較的小さいことで、反応空間が減少し、パージガスのパルス供給中のギャップ距離がやや大きいことで、パージ効率を上げることができる。
【００４０】
ガス流入口および真空チャネル周辺のヘッド面１、２、３、４の表面は、反応物質Ｍ、Ｂ、または、パージガスＰのパルスを基板表面上に均一に分布させるように、平坦であることが望ましい。さらに、真空チャネルは、基板表面にわたって均一に、余分な反応物質Ｍ、Ｂ、または、パージガスＰを吸引除去する。ヘッド面１、２、３、４の表面が平坦であることで、基板７１０の表面上で均一な薄膜蒸着を実現できる。
【００４１】
図７Ａに示した実施形態に加えて、ＡＬＤ蒸着のための近接ヘッドは、図７Ｂに示すように３つのヘッド面を備えてもよい。例えば、ヘッド面１には、反応物質Ｍを供給するガス流入口７５１、および、真空チャネル７５３、７５５が設けられている。ヘッド面２には、パージガスＰを供給するガス流入口７６１、および、真空チャネル７６３、７６５が設けられている。ヘッド面３には、反応物質Ｂを供給するガス流入口７７１、および、真空チャネル７７３、７７５が設けられている。真空チャネルは、真空ポンプと接続する真空プレナム７５７に接続されている。蒸着サイクル中、近接ヘッドは、ヘッド面１からヘッド面２、ヘッド面３へ回転し、その後、ヘッド面２へ戻って蒸着サイクルを完了することができる。
【００４２】
図６Ｃは、ＡＬＤ蒸着のための近接ヘッドの別の実施形態７８０を示している。この実施形態では、８つのヘッド面が設けられており、反応物質およびパージガスを、Ｍ−Ｐ−Ｂ−Ｐ−Ｍ−Ｐ−Ｂ−Ｐの順で供給する。近接ヘッド７８０が１回転すると、２回の蒸着サイクルが完了する。一実施形態において、近接ヘッドは、１つの位置に留まって、２回の蒸着サイクルを完了させる。別の実施形態において、近接ヘッド７８０は、第１の蒸着サイクルが終わると次の位置に移動し、新たな位置で第２の蒸着を実行して、近接ヘッド７８０の一回転を完了させる。
【００４３】
図７Ｄは、ＡＬＤ蒸着のための近接ヘッドの別の実施形態７９０を示している。この実施形態では、８つのガス流入口部分と真空チャネルとがコンベヤベルト７９５に結合されており、Ｍ−Ｐ−Ｂ−Ｐ−Ｍ−Ｐ−Ｂ−Ｐの順で反応物質およびパージガスを供給する。コンベヤベルトの下に反応空間７９７がある。反応空間７９７は、基板表面の領域７９８の上方、かつ、反応物質Ｍを供給する部分１Ｍの下方に位置する。反応物質Ｍのパルスが基板表面上に供給された後、コンベヤベルト７９５は、パージガスを供給するために、基板表面７９８の上方に位置するよう１Ｐ1部分を移動させる。近接ヘッド７９０が１回転すると、２回の蒸着サイクルが完了する。一実施形態において、近接ヘッドは、１つの位置に留まって、２回の蒸着サイクルを完了させる。別の実施形態において、近接ヘッド７９０は、第１の蒸着サイクルが終わると次の位置に移動し、新たな位置で第２の蒸着を実行して、近接ヘッド７９０の一回転を完了させる。さらに別の実施形態では、コンベヤベルトの下に別の蒸着空間７９６が存在する。蒸着空間７９６の下の表面７９４上では、薄膜蒸着が起こる。この実施形態では、２つの反応空間７９７、７９６がコンベヤベルトの下に存在する。表面７９４は、近接ヘッド７９０が以前の位置にあった時に、すでに反応物質Ｍに曝露されている。この実施形態では、単一の反応空間を有する実施形態の２倍の膜厚が実現される。
【００４４】
図８Ａは、近接ヘッドを用いてＡＬＤ層を蒸着するための処理フロー８００の一実施形態を示す。処理フローは、任意の種類のＡＬＤ膜の蒸着に用いられてよく、金属膜、バリア層、または、ライナ層の蒸着に限定されない。工程８０１において、反応物質Ｍを供給するよう構成されたガス流入口を備えた第１のヘッド面が基板表面と対向するように、ＡＬＤ蒸着近接ヘッドを基板の上方に配置する。工程８０２において、近接ヘッドの第１のヘッド面の下の基板表面上に、反応物質Ｍのパルスを供給する。工程８０３において、パージガスＰを供給するよう構成されたガス流入口を備えた第２のヘッド面が基板表面と対向するように、近接ヘッドを回転させる。工程８０４において、近接ヘッドの下の基板表面上にパージガスＰのパルスを供給し、近接ヘッドの下の基板表面から余分な反応物質Ｍをパージする。工程８０５おいて、反応物質Ｂを供給するよう構成されたガス流入口を備えた第３のヘッド面が基板表面と対向するように、近接ヘッドを回転させる。工程８０６において、近接ヘッドの下の基板表面に反応物質Ｂのパルスを供給し、反応物質Ｍと反応させて、近接ヘッドの下の基板表面上にＡＬＤ膜の薄層を形成する。工程８０７において、パージガスを供給するよう構成されたガス流入口を備えた第４のヘッド面が基板表面と対向するように、近接ヘッドを回転させる。工程８０８において、近接ヘッドの下の基板表面上にパージガスＰのパルスを供給し、近接ヘッドの下の基板表面から余分な反応物質ＢおよびＡＬＤの反応副生成物を除去する。
【００４５】
工程８０９おいて、反応物質Ｍを供給するよう構成されたガス流入口を備えたヘッド面が基板表面と対向するように、近接ヘッドを回転させる。工程８２０において、近接ヘッドを次の位置に移動させる。次の位置は、蒸着のための位置または近接ヘッドの休止位置であってよい。別の実施形態では、工程８０９および８２０が入れ替わってもよい。工程８２１において、蒸着を終了するかどうか決定がなされる。答えが「Ｙｅｓ」の場合、近接ヘッドによるＡＬＤ蒸着は終了する。答えが「Ｎｏ」の場合、処理は、工程８０２に戻って、薄膜蒸着を継続する。
【００４６】
別の実施形態では、近接ヘッドが次の位置に移動される前に、複数の蒸着サイクルを実行してもよい。図８Ｂは、近接ヘッドが次の位置に移動される前に複数の蒸着サイクルを実行する別の実施形態の処理フロー８５０を示す。この実施形態では、処理工程８１０が工程８０９の直後に挿入される。工程８１０において、現在の位置での蒸着サイクルを終了するかどうかの決定がなされる。答えが「Ｙｅｓ」の場合、処理は、工程８２０へ進み、次の蒸着位置に近接ヘッドを移動させる。答えが「Ｎｏ」の場合、処理は、工程８０２に戻って、現在の位置で薄膜蒸着を継続する。
【００４７】
一実施形態では、近接ヘッドを用いて、バリア層、ライナ層、または、バリア層とライナ層の組み合わせを蒸着するＡＬＤ処理は、約１５０℃から約４００℃の間の温度範囲で実行される。別の実施形態では、温度範囲は、約２５０℃から約３５０℃の間である。処理圧力は、約１０ｍＴｏｒｒから約１０Ｔｏｒｒの間である。パルスＭ、パルスＢ、および、パルスＰが異なる圧力下にあってよいことに注意されたい。
【００４８】
反応空間内の圧力をウエハ領域圧力（Ｐwap）とする。ＡＬＤの一実施形態において、Ｐwapは、約１０ｍＴｏｒｒから約１０Ｔｏｒｒの間の範囲である。ＡＬＤの別の実施形態において、Ｐwapは、約１００ｍＴｏｒｒから約２Ｔｏｒｒの間の範囲である。反応空間のウエハ領域圧力Ｐwapは、チャンバ圧力（Ｐchamber）よりも大きくなるよう制御する必要がある。チャンバ圧力（Ｐchamber）は、チャンバ圧力を制御するために用いられる真空ポンプの圧力よりも、少なくとも若干高い必要がある。反応物質Ｍ、Ｐ、および、パージガスＰの真空除去は、１０-6Ｔｏｒｒを実現できるターボポンプによって実行できる。
【００４９】
一実施形態において、図７Ａに示した近接ヘッドは、約１サイクル／秒（すなわちＨｚ）から約１００サイクル／秒（より狭い範囲では１０〜２０サイクル／秒）の速さで回転する。１サイクル中に、近接ヘッドは、完全に１周回転して、反応物質Ｍ、パージガスＰ、反応物質Ｂ、および、パージガスＰの順で、処理ガスを供給するサイクルを完了させる。回転速度が約１０〜２０サイクル／秒の場合を想定すると、０．４Å／サイクルのバリアまたはライナ層（Ｒｕなど）が蒸着するため、蒸着速度は、約４−８Å／秒となり、従来のＡＬＤ処理によって実現される蒸着率０．０８−０．４Å／秒の少なくとも１０倍である。近接ヘッドＡＬＤ処理によると、スループットを大幅に高くすることができる。
【００５０】
バリア層および／またはライナ層を蒸着される基板は、基板表面を洗浄するために、または、ＡＬＤによって蒸着される薄膜の質を高めるよう基板表面の準備をするために、前処理をする必要があってもよい。バリア／ライナ層の蒸着後、基板表面は、さらに、表面不純物を洗浄するために、または、銅シード層蒸着に向けての基板の準備のために、後処理されてもよい。これらの表面処理も近接ヘッドによって実行することが可能である。
【００５１】
ＡＬＤ近接ヘッド、前処理近接ヘッド、および／または、後処理近接ヘッドを単一の処理チャンバ内に統合して、蒸着処理と前後処理とを完結させることができる。上述のように、バリア薄膜層（ＴａＮなど）およびライナ層（Ｒｕなど）を蒸着される基板について、基板表面を洗浄するための前処理を実行してもよいし、ＡＬＤ蒸着のために基板表面を準備するための前処理を実行してもよい。ライナ層の蒸着後、基板表面は、銅シード層蒸着に向けて表面を準備するために後処理されてもよい。単一の統合的な蒸着／処理チャンバ内で、基板は、前処理され、バリア層およびライナ層を蒸着され、後処理される。図９は、基板９１０と、基板９１０上方の複数の前後処理および蒸着用の近接ヘッドを示す。前処理近接ヘッド９２０は、基板表面を前処理するために用いられ、不純物を除去するか、または、ＡＬＤに向けて基板表面を準備する。前処理近接ヘッド９２０の隣には、基板上にバリア層を蒸着するために用いられるＡＬＤ１近接ヘッド９３０が配置されている。ＡＬＤ１近接ヘッド９３０の後には、基板上にライナ層を蒸着するために用いられるＡＬＤ２近接ヘッド９４０が配置されている。ライナ層の蒸着後、基板は、不純物の除去、または、その次の銅シード層蒸着に向けた基板の準備のために、後処理される。後処理は、後処理近接ヘッド９５０によって実行される。各種の近接ヘッドは、基板表面を横切って順次移動され、表面に対する前後処理および蒸着を実行する。前後処理および蒸着処理は、同時に実行されてもよいし、順次実行されてもよい。図９に示した実施形態は、前後処理近接ヘッドと蒸着近接ヘッドとの統合の一例にすぎない。他の組み合わせも可能である。
【００５２】
近接ヘッドＡＬＤチャンバは、銅相互接続蒸着を実行するために、他の蒸着、基板洗浄、または、前処理システムと統合されてもよい。また、ＡＬＤ用の近接ヘッドは、バリア／ライナ層蒸着を実行するために、ＡＬＤまたはＣＶＤ用の別の近接ヘッド、前処理および後処理用の近接ヘッドと、同じＡＬＤ蒸着チャンバ内に統合されてもよい。
【００５３】
上述の近接ヘッドＡＬＤチャンバチャンバは、任意の種類のＡＬＤ薄膜の蒸着に利用可能であり、導電金属膜に限定されない。近接ヘッドを用いて薄膜蒸着を実行するＡＬＤチャンバにおいて、誘電体膜または半導電膜を蒸着することも可能である。
【００５４】
本発明は、いくつかの実施形態に沿って説明されているが、当業者が、これまでの明細書および図面から、様々な変更、追加、置き換え、および等価物を実現することは明らかである。したがって、本発明は、本発明の真の趣旨および範囲内での変更、追加、置き換え、および等価物の全てを含むよう意図されている。特許請求の範囲においては、要素および／または工程は、請求項の中で特に言及しない限り、特定の動作の順序を示すものではない。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図５Ｆ】
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【図５Ｇ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【国際調査報告】
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