(57)【要約】【課題】基板のトレンチとバイア内部の側壁カバレージを改善するために最低１トールの高圧で操作する方法と装置である。【解決手段】本装置はターゲットとペデスタルとを密閉するチャンバと、チャンバに処理ガスを供給する処理ガスと、チャンバ内の最低１トールの高圧を維持するポンプと、ターゲットに連結された電源とを有する。加えて、ターゲットと基板との間の距離は、スパッタ粒子とプラスマとの衝突が基板のトレンチとバイアで確実に起こるように設定される。本方法は、ガス圧力が最低約１トールであるように処理ガスをチャンバへと供給するステップと、処理ガスのプラズマを生成するステップと、材料をターゲットからスパッタするステップとを有する。【選択図】図１
2004506090.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
材料を堆積する装置であって、
ターゲットとペデスタルとを収容するチャンバと、
前記チャンバに連結された処理ガス源と、
最低でも約１トールの前記チャンバのガス圧力を維持するポンプと、
前記ターゲットに連結された電源とを有する装置。
【請求項２】
前記ターゲットと前記ペデスタルが約５０ミリメートル未満だけ隔たっている請求項１の装置。
【請求項３】
基板のフィーチャ内部で処理ガスのプラズマと前記ターゲットからスパッタされた粒子とを相互作用させる距離だけ前記ペデスタルと前記ターゲットが隔たっている請求項１の装置。
【請求項４】
基板のフィーチャ内部で前記プラズマと相互作用する粒子の数が、前記粒子で前記フィーチャの側壁を実質上均一に覆うに充分である請求項３の装置。
【請求項５】
材料を堆積する装置であって、
ターゲットとペデスタルとを密封するチャンバと、
前記チャンバに連結された処理ガス源と、
最低でも約１トールの前記チャンバのガス圧力を維持するポンプと、
前記ターゲットに連結された電源とを有し、
前記チャンバ内で前記ペデスタル上に支持された基板のフィーチャ内部で処理ガスのプラズマと前記ターゲットからスパッタされた粒子とを相互作用させる距離だけ前記基板と前記ターゲットが隔たっている装置。
【請求項６】
粒子をターゲットから基板へとスパッタする方法であって、
１トールより高い圧力をチャンバで生成する為に前記チャンバに処理ガスを供給するステップと、
前記処理ガスのプラズマを生成するステップと、
材料を前記ターゲットからスパッタするステップとを有する方法。
【請求項７】
請求項６の方法であって、
前記基板を前記ターゲットから約５０ミリメートル未満に位置付けるステップを更に有する方法。
【請求項８】
請求項６の方法であって、
前記基板のフィーチャ内部で前記プラズマと前記粒子の実質的な部分とを相互作用させる距離に、前記基板を前記ターゲットから位置付けるステップを更に有する方法。
【請求項９】
前記基板のフィーチャ内部で前記プラズマと相互作用する粒子の数が、前記粒子に前記フィーチャの側壁を実質上均一に覆わせるに充分となる距離に、前記基板を前記ターゲットから位置付けるステップを更に有する請求項６の方法。
【請求項１０】
粒子をターゲットから基板へとスパッタする方法であって、
前記ターゲットと前記基板を支持するペデスタルとを有するチャンバに処理ガスを供給するステップと、
前記処理ガスのプラズマを生成するステップと、
粒子を前記ターゲットからスパッタするステップとを有し、それにより、前記処理ガスの原子の少なくとも幾つかが前記粒子の幾つかと衝突し、
前記基板のフィーチャ内部でプラズマ原子と相互作用する粒子の数が、前記粒子で前記フィーチャの側壁を実質上均一に覆うに充分であるように、前記処理ガスの圧力と前記ターゲットと前記基板との間の距離が選択される方法。
【請求項１１】
フィーチャのある基板へと粒子をターゲットからスパッタする方法であって、
前記ターゲットのスパッタ可能な表面を前記基板から約５０ミリメートル以下の間隔をおいて配置するステップと、
前記ターゲットを収容するチャンバに処理ガスを供給するステップと、前記チャンバは最低でも約１トールの圧力であり、
前記処理ガスのプラズマを生成するステップと、
材料の粒子を前記ターゲットからスパッタするステップと、
前記粒子の少なくとも幾つかが前記基板の前記フィーチャに当たるように前記ターゲットと前記基板とをバイアスするステップとを有し、
前記基板のフィーチャ内部でプラズマ原子と相互作用する粒子の数が、前記粒子で前記フィーチャの側壁を実質上均一に覆うに充分であるように、前記処理ガスの圧力と前記ターゲットと前記基板との間の距離が選択される方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は物理気相堆積を行うためのシステムに関する。特に、本発明は高圧の物理気相堆積を行う方法と装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
トレンチとバイアを材料で充填するため、物理気相堆積を行う半導体ウェハ処理システムが使用される。この材料が金属であれば、充填されたトレンチとバイアは集積回路素子同士間に相互接続構造を形成する。
【０００３】
物理気相堆積（ＰＶＤ）システムの問題の１つに、基板に形成されたトレンチやバイアをスパッタ粒子（原子）が常に充分に充填しないことが挙げられる。フィーチャ（トレンチやバイア）内部では、スパッタ粒子は底面に沿っては堆積されるが、側壁に沿っては均一に堆積されない。従って、スパッタ粒子はフィーチャを完全に充填する前に基板表面の近くに蓄積してしまう。上記フィーチャが充分に充填されずボイドが形成されてしまう場合、相互接続構造は欠陥があり一般に役に立たない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従って、スパッタ粒子の側壁カバレージを向上させるＰＶＤの方法と装置を提供する必要がある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、アスペクト比が高い４分の１ミクロン以下の応用において、導電層同士間にボイドがなくコンタクトやバイア等のアパーチャを有する相互接続を形成する方法と装置を提供する。本方法と装置は物理気相堆積（ＰＶＤ）システムの側壁カバレージを向上させる。特に、本発明は、ターゲットと基板とを密閉するチャンバを有する。基板はチャンバ内部のペデスタル上に支持され、スパッタリングガスがチャンバへと導入される。ターゲット材料を基板へとスパッタするプラズマを生成する為にガスはエネルギーと共に注入される。
【０００６】
均一な側壁の堆積を容易にする為に、チャンバのガス圧力はＰＶＤで通常使用される圧力よりも実質的に高く、最低でも約１トールである。均一な側壁の堆積を更に向上させる為には、スパッタ粒子とプラズマの原子との衝突が基板のフィーチャ内部で実質的に多く発生するように、ターゲットと基板との間の距離は約５０ｍｍ以下であり、上記距離はＰＶＤ堆積で通常見られる距離よりはるかに短い。
【０００７】
粒子をターゲットから高アスペクト比のフィーチャのある基板へとスパッタする方法も提供される。本方法はチャンバ内部の相対的に高いガス圧力を維持するステップと、側壁の堆積を向上させる為に、ターゲットからスパッタされた粒子がフィーチャ内部でプラズマの原子と衝突するよう、材料をターゲットからスパッタするステップとを有する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の教示は、以下の詳細な記述を添付の図面と共に検討することで容易に了承できる。
【０００９】
理解を容易にする為に、可能な場合には同一の参照番号が図面に共通の同一の要素を示すよう、参照番号が使用されている。
【００１０】
本発明の方法では、アパーチャの側壁と底面を均一に覆うスパッタ粒子の傾向が更に強まるようにスパッタ粒子の軌道を修正することにより、ＰＶＤのフィーチャにおける充分な側壁カバレージが得られる。スパッタガス圧力が増加すると、プラズマのガス原子の密度が高くなり、スパッタ粒子との衝突に向け更なるガス原子とイオンが準備される。更に、ターゲットが基板の近くへと移動すると、スパッタ粒子がフィーチャ内部のガス原子と衝突する可能性も高まる。
【００１１】
図１は、スパッタタイプの物理気相堆積（ＰＶＤ）システム１００の略断面図を示す。ＰＶＤシステム１００は、チャンバ１０２と、ガス源１０４と、ポンプシステム１０６と、ターゲット電源１０８とを有する。チャンバ１０２は、ターゲット１１０と、垂直に移動可能なペデスタル１１２上の基板１２０と、反応帯１１８を密閉するシールド１１４とを密閉する。ペデスタル１１２をターゲット１１０に相対的に位置付ける為に、ペデスタル１１２にはリフト機構１１６が連結される。
【００１２】
チャンバ１０２はＰＶＤシステム１００のスパッタ反応を密閉する真空チャンバである。ガス源１０４は処理ガスをチャンバ１０２へと供給する。処理ガスは一般にアルゴン（Ａｒ）や他の何らかの不活性ガスを有する。ポンプシステム１０６はチャンバ１０２内部の圧力を制御する。
【００１３】
ターゲット１１０は一般にチャンバ１０２の上部から懸垂されている。ターゲット１１０には、ＰＶＤシステム１００の操作中にスパッタされる材料が含まれる。ターゲット１１０は堆積される材料として絶縁体や半導体から成る場合もあるが、ターゲット１１０は一般に、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）等の金属から成る。
【００１４】
ペデスタル１１２はチャンバ１０２内部で基板１２０を支持する。ペデスタル１１２は一般にターゲット１１０から固定距離に配置されている。ペデスタル１１２はリフト機構１１６により支持され、本リフト機構１１６はチャンバ１０２内部の垂直運動の範囲に従いペデスタル１１２を移動させる。
【００１５】
ＰＶＤシステム１００には、スパッタ粒子の基板１０４への堆積を向上させる為に付加的な構成要素が含まれる場合がある。例えば、ＰＶＤシステム１００には、基板１２０にバイアスをかける付加的なバイアス電源１２４が含まれる場合がある。基板１２０へのフィルム１２２の堆積を制御する為に、電源１２４はペデスタル１１２に連結される。電源１２４は一般にＡＣ電源であり、例えば約４００ｋＨｚの周波数である。
【００１６】
ＰＶＤシステム１００には、ターゲット１１０に隣接する磁界を生成する為にターゲット１１０の背後に位置付けられた磁石１２６即ち磁石のサブアセンブリが更に含まれる場合がある。ＰＶＤシステム１００には、シールド１１４内部でターゲット１１０と基板１１２との間に隣接して配置されたコイル１３０が更に含まれる場合がある。コイル１３０は、励磁される際にスパッタ粒子をイオン化する単巻きのコイル又は複数巻きのコイルから成る。上記プロセスはイオンメタルプラズマ（ＩＭＰ）堆積として既知である。コイル１３０は一般にＡＣ電源１３２に接続され、本ＡＣ電源１３２は例えば約２ＭＨｚの周波数である。
【００１７】
エネルギーを持つ処理ガスを注入する為に使用されるターゲット電源１０８は、ＤＣ電源や、無線周波数（ＲＦ）電源や、ＤＣパルス電源から構成される場合がある。ＤＣ電力又はＲＦ電力を上記の方法で印加すると、反応帯１１８に電界が生じる。上記電界は、処理ガスイオンと電子と（中性の）処理ガス原子とを有するプラズマを形成する為に反応帯１１８の処理ガスをイオン化する。ターゲット電源１０８はターゲット１１０に連結され、シールド１１４は接地される。ターゲット電源１０８がＤＣ電源又はＤＣパルス電源である場合、ターゲット１１０は負にバイアスされた陰極を形成し、シールド１１４は接地された陽極である。ターゲット電源１０８がＲＦ電源である場合は、シールド１１４は一般に接地され、ターゲット１１０の電圧は一般に１３．５６ＭＨｚの無線周波数でシールド１１４と相対的に変化する。上記の場合は、ターゲット１１０を負にバイアスする自己バイアス電圧を生成する為に、プラズマ中の電子がターゲット１１０に蓄積される。
【００１８】
更に、ターゲット１１０のターゲット粒子をスパッタする為に電界は処理ガスイオンをターゲット１１０へと加速する。プラズマ中の電子がスパッタターゲット粒子と衝突すると、上記ターゲット粒子はイオン化される。
【００１９】
上記構成により、フィルム１２２を上に形成する基板１２０へのターゲット１１０のスパッタされイオン化されたターゲット粒子の堆積が可能になる。シールド１１４は、チャンバ１０２の反応帯１１８のスパッタ粒子と非反応ガスを制限する。従って、シールド１１４は、不要な位置、例えば、ペデスタル１１２の下やターゲット１１０の裏側でのターゲット粒子の堆積を防止する。
【００２０】
バイアス電源１２４が印加されると、プラズマ中の電子は急速に基板に蓄積され、基板１２０とペデスタル１１２に負のＤＣオフセットを生成する。基板１２０の負のバイアスは、イオン化されるスパッタターゲット粒子を引き付ける。ターゲット粒子は一般に、基板と実質的に直交する方向で基板１２０へと引き付けられる。従って、バイアス電源１２４は、バイアスされていなかった基板１２０へのターゲット粒子の堆積を向上させる。
【００２１】
基板のバイア又はトレンチ内部の側壁に沿うスパッタターゲット材料の分布カバレージを向上させるために、ポンプシステム１０６は高いガス圧力を保ち、最低でもおよそ１トール（１０００ミリトール）が望ましく、上記圧力はＰＶＤで従来使用されていた圧力よりも実質的に高い。高いガス圧力はプラズマ中の処理ガス原子の密度を高め、その結果、処理ガス原子とイオンとスパッタターゲット粒子との衝突数が増加する。更に、ターゲット１１０と基板１２０との間の離隔距離は最短であり、約５０ミリメータ以下が望ましい。ターゲット１１０と基板１２０との間が近接していることにより、基板１２０のトレンチやバイアの内部で生ずる衝突が最大になると同時に、反応帯１１８内部での上記衝突の可能性が最小になる。バイアやトレンチ内部でのスパッタターゲット粒子と処理ガス原子とイオンとの衝突は、ターゲット粒子を側壁へと向け直すので、ターゲット材料の側壁への堆積率を高める。
【００２２】
上述のプロセスは、様々なチャンバやサブプロセッサを制御する産業用設定に使用される任意形式の汎用コンピュータプロセッサの１つにより制御される場合がある。コンピュータは任意の適切なメモリを使用する場合があり、上記メモリは例えば、ランダムアクセスメモリ、読み出し専用メモリ、フロッピーディスクドライブ、ハードディスク、局所的又は遠隔的な他の任意形式のデジタル記憶装置である。プロセッサを支持する為に従来の方法で様々な支持回路がＣＰＵに連結される場合がある。必要に応じてソフトウェアルーチンが、メモリに記憶されたり、遠く離れて配置される第２のＣＰＵに実行されたりする。
【００２３】
ソフトウェアルーチンは、基板がペデスタルに位置付けられた後に実行される。ソフトウェアルーチンは実行されると、汎用コンピュータを変えて、堆積プロセスを実行するようチャンバ操作を制御する特定のプロセスコンピュータにする。一方、本発明のプロセスは、集積回路に特定のアプリケーション又は他のタイプのハードウェアインプリメンテーションとしてハードウェアで実行されたり、又はソフトウェアとハードウェアとの組み合わせで実行されたりする。
【００２４】
図２は、図１に示すＰＶＤシステム１００を使用し、基板１２０に形成されたトレンチ２０２に堆積されたフィルム１２２の断面図である。ターゲット粒子は処理ガス原子と衝突し、トレンチ２０２の側壁２０６へと向け直される。従って、更に他の粒子がトレンチ２０２を充分に充填するようフィルム１２２は側壁２０６に沿って均一に分配される。
【００２５】
発明の特徴は様々なタイプのＰＶＤシステムに組み込まれる場合がある。例えば、本発明の１つの実施の形態には、ターゲットにＲＦバイアスをかけたりＤＣパルス化したりすることが含まれる場合がある。本発明の別の実施の形態には、ペデスタルの基板にＲＦバイアスをかけると同時にターゲットにＤＣバイアスをかけることが含まれる場合がある。更なる別の実施の形態には、ターゲットにＡＣ電源コイルでＤＣバイアスをかけることが含まれる場合がある。他の変形も本発明の範囲内で可能であり予期される。
【００２６】
本発明の教示を組み込んだ様々な実施の形態が本願に詳細に示され記載されたが、上記の教示を依然として組み込む他の多くの多様な実施の形態を当業者は容易に考案可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】
スパッタタイプの物理気相堆積（ＰＶＤ）システムの断面図を示す。
【図２】
図１に示すＰＶＤシステムを使用し、基板内部のフィーチャに堆積されたフィルムの断面図である。
【符号の説明】
１００…ＰＶＤシステム、１０２…チャンバ、１０４…ガス源、１０６…ポンプシステム、１０８…ターゲット電源、１１０…ターゲット、１１２…ペデスタル、１２０…基板。
【図１】
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【国際公開パンフレット】
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2004506090.tif 000005
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【国際調査報告】
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