(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に複数の金属層を形成する方法であって、
ターゲットから金属をスパッタリングして、基板上に金属層を堆積させるスパッタリング工程と、
前記基板上の前記金属層に、前記金属のスパッタリングに必要なエネルギーレベルよりも低いエネルギーレベルのイオンを衝突させて、前記金属層内に金属原子の空所を形成するイオン衝突工程と、
前記基板上の前記金属層の表面を加熱して、前記金属層を再流動させる加熱工程と、を含み、
前記スパッタリング工程、前記イオン衝突工程及び前記加熱工程を繰り返して、前記スパッタリング工程と前記イオン衝突工程とを交互に行い、
前記イオン衝突工程と同時に行われ、前記ターゲットから金属をスパッタリングして、前記スパッタリング工程よりも低い堆積速度で前記基板上に金属を堆積させる工程を更に備える金属層の形成方法。
【請求項２】
基板上に複数の金属層を形成する方法であって、
ターゲットから金属をスパッタリングして前記基板上に金属層を堆積させるスパッタリング工程と、
前記基板上の前記金属層に、前記金属のスパッタリングに必要なエネルギーレベルよりも低いエネルギーレベルのイオンを衝突させて、先行する前記スパッタリング工程において堆積された前記金属層内の金属原子の空所の濃度を１〜１０％にするイオン衝突工程と、
前記基板上の前記金属層の表面を加熱して、前記金属層を再流動させる加熱工程と、を含み、
前記スパッタリング工程、前記イオン衝突工程及び前記加熱工程を繰り返して、前記スパッタリング工程と前記イオン衝突工程とを交互に行い、
前記イオン衝突工程と同時に行われ、前記ターゲットから金属をスパッタリングして、前記スパッタリング工程よりも低い堆積速度で前記基板上に金属を堆積させる工程を更に備える金属層の形成方法。
【請求項３】
基板上に複数の金属層を形成する方法であって、
ターゲットから金属をスパッタリングして、厚さが１０〜５０オングストロームの金属層を基板上に堆積させるスパッタリング工程と、
前記基板上の前記金属層に、前記金属のスパッタリングに必要なエネルギーレベルよりも低いエネルギーレベルのイオンを衝突させて、前記金属層内に金属原子の空所を形成するイオン衝突工程と、
前記基板上の前記金属層の表面を加熱して、前記金属層を再流動させる加熱工程と、を含み、
前記スパッタリング工程、前記イオン衝突工程及び前記加熱工程を繰り返して、前記スパッタリング工程と前記イオン衝突工程とを交互に行い、
前記イオン衝突工程と同時に行われ、前記ターゲットから金属をスパッタリングして、前記スパッタリング工程よりも低い堆積速度で前記基板上に金属を堆積させる工程を更に備える金属層の形成方法。
【請求項４】
基板上に複数の金属層を形成する装置であって、
スパッタ堆積チャンバと、
前記スパッタ堆積チャンバ内に配置されたターゲットと、
前記スパッタ堆積チャンバ内において前記基板の位置を保持するように構成されたプラットフォームと、
前記基板位置を加熱するように構成された熱源と、
前記ターゲットに対して給電可能に接続された第１のパワーサプライと、
前記プラットフォームに対して給電可能に接続された第２のパワーサプライと、
前記第１及び第２のパワーサプライ及び前記熱源を制御するコントロールユニットと、
を備え、
前記コントロールユニットが、
前記第１のパワーサプライを制御して、前記ターゲットに電力供給し、前記ターゲットから金属を前記基板位置に向けてスパッタリングする第１のフェーズと、
前記第２のパワーサプライを制御して、前記プラットフォームに負の電圧を印加し、その負の電圧により、前記金属内に金属原子の空所が形成されるエネルギーレベル以上で、且つ、前記金属をスパッタリングするのに必要とされるエネルギーレベルよりも低いエネルギーを有するイオンを前記基板位置に向かわせる第２のフェーズと、
前記熱源を制御して、前記基板位置を加熱する第３のフェーズと
を連続的に繰り返す、金属層の形成装置。
【請求項５】
前記第３のフェーズの際、前記熱源が前記基板位置に電子を衝突させることにより前記基板位置を加熱する、請求項４記載の金属層の形成装置。
【請求項６】
基板上に複数の金属層を形成する装置であって、
スパッタ堆積チャンバと、
前記スパッタ堆積チャンバ内に配置されたターゲットと、
前記スパッタ堆積チャンバ内において前記基板の位置を保持するように構成されたプラットフォームと、
前記基板位置を加熱するように構成された熱源と、
前記ターゲットに対して給電可能に接続された第１のパワーサプライと、
前記プラットフォームに対して給電可能に接続された第２のパワーサプライと、
前記第１及び第２のパワーサプライ及び前記熱源を制御するコントロールユニットと、
を備え、
前記コントロールユニットが、
前記第１のパワーサプライを制御して、前記ターゲットに電力供給し、前記ターゲットから金属を前記基板位置に向けてスパッタリングする第１のフェーズと、
前記第２のパワーサプライを制御して、前記プラットフォームに負の電圧を印加し、その負の電圧により、前記金属内に金属原子の空所が形成されるエネルギーレベル以上で、且つ、前記金属をスパッタリングするのに必要とされるエネルギーレベルよりも低いエネルギーを有するイオンを前記基板の位置に向かわせると共に、前記熱源を制御して、前記基板位置を加熱する第２のフェーズと
を連続的に繰り返す、金属層の形成装置。
【請求項７】
基板上に複数の金属層を形成する金属層の形成装置であって、
スパッタ堆積チャンバと、
前記スパッタ堆積チャンバ内に配置されたターゲットと、
前記スパッタ堆積チャンバ内において前記基板を保持するように構成されたプラットフォームと、
前記基板を加熱するように構成された熱源と、
前記ターゲットに対して給電可能に接続された第１のパワーサプライと、
前記プラットフォームに対して給電可能に接続された第２のパワーサプライと、
前記第１及び第２のパワーサプライ及び前記熱源に対して、制御可能に接続されたコントロールユニットと、を備え、
前記コントロールユニットは、
(i)前記第１のパワーサプライを制御して、前記ターゲットに電力供給し、前記ターゲットから金属をスパッタして、前記基板上に金属層を堆積させる第１のフェーズ、
(ii)前記第２のパワーサプライを制御して、前記プラットフォームに負の電圧を印加し、前記基板上の前記金属層に、前記金属のスパッタリングに必要なエネルギーレベルよりも低いエネルギーレベルのイオンを衝突させて、先行する前記第１のフェーズの間に堆積された前記金属層内の金属原子の空所の濃度を１〜１０％とする第２のフェーズ、及び、
(iii)前記熱源を制御して、前記基板を加熱する第３のフェーズ
を繰り返し、且つ、前記第１のフェーズと前記第２のフェーズとを交互に行うと共に、前記第３のフェーズを前記第２のフェーズと同時若しくは前記第２のフェーズの後に行う、金属層の形成装置。
【請求項８】
前記第２のフェーズの際、前記コントロールユニットは、前記第１のパワーサプライを制御して、前記第１のフェーズの際に前記ターゲットの金属がスパッタリングされる速度よりも低い速度で前記ターゲットの金属がスパッタリングされるように、前記ターゲットに電力供給する、請求項７記載の金属層の形成装置。
【請求項９】
前記第３のフェーズの際、前記熱源が前記基板に電子を衝突させることにより前記基板位置を加熱する、請求項７記載の金属層の形成装置。
【請求項１０】
基板上に複数の金属層を形成する金属層の形成装置であって、
スパッタ堆積チャンバと、
前記スパッタ堆積チャンバ内に配置されたターゲットと、
前記スパッタ堆積チャンバ内において前記基板を保持するように構成されたプラットフォームと、
前記基板を加熱するように構成された熱源と、
前記ターゲットに対して給電可能に接続された第１のパワーサプライと、
前記プラットフォームに対して給電可能に接続された第２のパワーサプライと、
前記第１及び第２のパワーサプライ及び前記熱源に対して、制御可能に接続されたコントロールユニットと、を備え、
前記コントロールユニットは、
(i)前記第１のパワーサプライを制御して、前記ターゲットに電力供給し、前記ターゲットから金属をスパッタリングして、厚さが１０〜５０オングストロームの金属層を前記基板上に堆積させる第１のフェーズ、
(ii)前記第２のパワーサプライを制御して、前記プラットフォームに負の電圧を印加し、前記基板上の前記金属層に、前記金属のスパッタリングに必要なエネルギーレベルよりも低いエネルギーレベルのイオンを衝突させて、前記金属層内に金属原子の空所を形成する第２のフェーズ、及び、
(iii)前記熱源を制御して、前記基板を加熱する第３のフェーズ
を繰り返し、且つ、前記第１のフェーズと前記第２のフェーズとを交互に行うと共に、前記第３のフェーズを前記第２のフェーズと同時若しくは前記第２のフェーズの後に行う、金属層の形成装置。
【請求項１１】
前記第２のフェーズの際、前記コントロールユニットは、前記第１のパワーサプライを制御して、前記第１のフェーズの際に前記ターゲットの金属がスパッタリングされる速度よりも低い速度で前記ターゲットの金属がスパッタリングされるように、前記ターゲットに電力供給する、請求項１０記載の金属層の形成装置。
【請求項１２】
前記第３のフェーズの際、前記熱源は前記基板に電子を衝突させることにより前記基板位置を加熱する、請求項１０記載の金属層の形成装置。
【請求項１３】
前記熱源がレーザーである、請求項４、６、７、８、１０及び１１のいずれかに記載の金属層の形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、集積回路を製造するために用いられる半導体ウエハのような基板  （ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ）上に堆積された金属フィルムを平面化する（ｐｌａｎａｒｉｚｉｎｇ）ための方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
大規模集積回路（ＶＬＳＩ（Ｖｅｒｙ  Ｌａｒｇｅ  Ｓｃａｌｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）  ｃｉｒｃｕｉｔｓ）の半導体製造は、一般に多くの段階のプロセスを含む。これらのプロセスの段階のうち一つ或いはそれ以上は、ウエハの表面を部分的にカバ−する絶縁層（例えばＳｉＯ2 ）上に金属層を堆積する工程を含むのが普通である。前の段階のプロセスで作られた絶縁層は、下にある半導体ウエハ内に形成されたデバイス（ｄｅｖｉｃｅｓ）に達する整列した（ａｒｒａｙ）コンタクトホ−ル（ｃｏｎｔａｃｔ  ｈｏｌｅｓ）を含む。なかんずく、その金属層は、集積回路内のデバイス間に導電性の（ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ）相互連結（ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｓ）を提供するように働く。下にあるデバイスに優れた電気的接触を与えるためには堆積金属層がコンタクトホ−ルを充満しなければならない。
【０００３】
半導体製造技術の水準が高まるにつれて、デバイスのサイズは劇的に小さくなり、驚くことではないが、コンタクトホ−ルへの開口の寸法もまた小さくなった。このことにより、プロセスの金属化段階にとって、ある問題が生じた。コンタクトホ−ルは、その開口がより小さくなったために、アスペクト比（ａｓｐｅｃｔ  ｒａｔｉｏｓ）（即ち深さの幅に対する比）が更に高くなり、金属で満たすことがどんどん難しくなったのである。コンタクトホ−ルの壁のシャド−効果（ｓｈａｄｏｗｉｎｇ  ｅｆｆｅｃｔ）のために、ホ−ル（ｈｏｌｅｓ）の底への金属堆積の速さがウエハの上面への堆積の速さ程高くなくなった。更に、堆積した金属は、絶縁層の表面上におけるコンタクトホ−ルのへり（ｒｉｍ）の近くに蓄積する傾向があり、それによって、そのホ−ルはマスキング（ｍａｓｋｉｎｇ）され、堆積中に金属を受け取ることがさらに妨げられる。
【０００４】
技術の進歩に伴ってもたらされたデバイス寸法の低減及び更に複雑になった多層（ｍｕｌｔｉ−ｌａｙｅｒｅｄ）デバイス構造のために他の問題も生じた。堆積金属層の表面は、それが堆積される絶縁層の輪郭（ｃｏｎｔｏｕｒｓ）に沿う（ｆｏｌｌｏｗ）傾向がある。また、絶縁層の表面は、前に堆積した金属導電ラインや前の段階のプロセスの間に下側の絶縁層に形成された接触開口（ｃｏｎｔａｃｔ  ｏｐｅｎｉｎｇｓ）のような下部構造（ｕｎｄｅｒｌｙｉｎｇ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ）の輪郭（ｃｏｎｔｏｕｒｓ）に沿う傾向がある。言いかえれば、堆積される金属層の表面はでこぼこ（ｉｒｒｅｇｕｌａｒｉｔｉｅｓ）になり、そのでこぼこは除去されないと、ウエハ上にサブミクロン（ｓｕｂｍｉｃｒｏｎ）の構造を作るための努力の邪魔をすることになる。
【０００５】
これらの問題に対処するために、平面化の工程（ｐｌａｎａｒｉｚｉｎｇ  ｓｔｅｐ）が製造プロセスに導入された。典型的には、金属層を堆積した後或いは金属堆積工程そのものの間に、堆積された或いは堆積されつつある金属の流動点近傍温度まで、ウエハ全体が加熱される。ウエハの温度を高くすることによって、堆積された金属はウエハの表面上を流れ、コンタクトホ−ルに流れ込む。ウエハ上の金属が再び流動することによってコンタクトホ−ルを充満し、金属の表面上のでこぼこを低減する。アルミニウムの場合、効果的な再流動（ｒｅｆｌｏｗ）を達成するのに必要な温度は約５２５から５３０℃であり、銅のような他の金属の場合それはもっと高くなる（例えば８００℃以上）。
【０００６】
【発明が解決すべき課題】
しかしながら、製造技術が更に進みまたデバイスのサイズが小さくなり続けると、ウエハがさらされる極端な温度状態（ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｅｘｔｒｅｍｅｓ）及びウエハが処理中に高温において費やす時間の長さを低減することもまた重要となる。高温に長時間さらすことや高温への周期的温度変化（ｒｅｐｅａｔｅｄ  ｃｙｃｌｉｎｇ）はウエハ内に応力を生じさせる。次に、その応力は、極端に小さいデバイスを破壊しうるような欠陥を創り出す傾向がある。加うるに、処理中に高温において費やされる長い時間はまた、デバイス内に望ましくない材料の移動（ｍｉｇｒａｔｉｏｎ）を増大する傾向がある。これら全ては、ウエハ上への回路製造の歩留まりを著しく低減しうる。このことを理由として、集積回路の製造者は、製造プロセスに対してまた使用される機器に対して、厳しい温度管理（ｔｈｅｒｍａｌ  ｂｕｄｇｅｔｓ）を課し始めた。技術の限界が更に押し進められるにつれて、これらの温度管理は将来更に厳しいものとなるのが確実である。
【０００７】
【課題を解決するための手段及び作用】
一般に、本発明は、従来の平面化技術に典型的に見られたような高温に基板をさらすということなしに、基板上に平担な金属層を堆積するための装置及び方法である。その平面化は、堆積プロセス中に行われる。その方法は、所望の合計金属厚さが得られるまで次々と繰り返される三段階（ｔｈｒｅｅ  ｐｈａｓｅｓ）の操作を含む。第一の段階（ｐｈａｓｅ）の間に、薄い金属層が基板の表面上に堆積される。第二の段階の間に、その堆積されたばかりの金属層に空所（ｖａｃａｎｃｉｅｓ）或いは穴（ｈｏｌｅｓ）を導入することによって金属原子の移動性（ｍｏｂｉｌｉｔｙ）が高められる。第三の段階の間に、その移動性が高められた金属層の表面が加熱され（例えば電子ビ−ムを使用することによって）金属を再流動させる。これによって、その金属をコンタクトホ−ルに再分配し（ｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｎｇ）、相互連結を形成し、また堆積された金属層の表面上のでこぼこを低減する。
【０００８】
一般に、ある一つの局面においては、本発明は基板上に平面化された金属フィルムを作るための方法である。その方法は、基板上に金属の薄いフィルムを堆積する工程と、その堆積した薄いフィルムの金属原子の移動性を増すために、その堆積された薄い金属フィルム中に空所を生じさせる工程と、その堆積された薄い金属フィルム中に空所を生じさせた後であって、更に多くの金属を堆積する前に、その薄い金属フィルム中の金属を再流動させるためにその堆積された薄いフィルムの表面を加熱する工程と、所定の厚さの金属層が形成されるまで上記の一連の工程を繰り返す工程を含む。
【０００９】
好ましい実施例は以下のような特徴を含む。その工程はプラズマを使って、プラズマチャンバ内で行われ、薄い金属フィルムを作るために、基板上にタ−ゲット（ｔａｒｇｅｔ）からの金属をスパッタ堆積する（ｓｐｕｔｔｅｒ  ｄｅｐｏｓｉｔ）。その金属堆積の工程は、接地（ｇｒｏｕｎｄ）に対して負の電圧のバイアスを、そのタ−ゲットにかける工程を含む。次の空所発生工程は、接地に対して負の電圧のバイアスをウエハにかける工程と、その堆積された薄いフィルムにプラズマで発生された（ｐｌａｚｍａ−ｇｅｎｅｒａｔｅｄ）イオンを衝突させ（ｂｏｍｂａｒｄｉｎｇ）空所を作り出す工程とを含む。前記加熱段階は、接地に対して正の電圧のバイアスをウエハにかける工程と、堆積された薄い金属フィルムの表面に電子（ｅｌｅｃｔｒｏｎｓ）を衝突させる工程とを含む。
【００１０】
一般に別の局面では、本発明は、基板上に平坦な金属フィルムを作る方法であって、基板を所定の温度まで加熱する工程と、その基板上に金属の薄いフィルムを堆積する工程と、その薄いフィルムを堆積した後に、その堆積された薄いフィルムにイオンを衝突させ、堆積された薄い金属フィルムに空所を作り出し、それによって、堆積された薄いフィルム内の金属原子の移動性を増す工程と、上記堆積工程とそれに続く衝突される工程を、所定の厚さの金属層が形成されるまで繰り返す工程とを含む方法である。この方法においては、前記衝突するイオンは、堆積された薄いフィルムのスパッタエネルギ−敷居値（ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）よりも低いエネルギ−を有する。
【００１１】
一般に更に別の局面においては、本発明は、基板上に前もって選ばれた（ｐｒｅｓｅｌｅｃｔｅｄ）金属でできたタ−ゲットから、平面化された金属層を作り出すための装置である。その装置は、処理中にそのタ−ゲットを保持するのに適したソ−ス（ｓｏｕｒｃｅ）組立体を含むスパッタ堆積チャンバと、処理中に基板を保持するのに適したプラットフォ−ムと、そのソ−ス組立体とプラットフォ−ムとの間に置かれたＲＦアンテナとを含む。更に、ＲＦアンテナに接続されたＲＦパワ−サプライと、時間の関数として変化するタ−ゲット電圧を発生する第一のパワ−サプライと、やはり時間の関数として変化するプラットフォ−ム電圧を発生する第二のパワ−サプライと、第一と第二のパワ−サプライの両方をコントロ−ルするコントロ−ルユニットとがある。そのコントロ−ルユニットは、前記第一と第二の電圧が次のような特性を有するようにプログラムされている。  （１）第一の期間の間は、第一の電圧はＶ11であり、ここでＶ11はタ−ゲットをスパッタするのに十分な負の値である、（２）前記第一の期間に続く第二の期間の間は、第一の電圧はＶ12であり第二の電圧はＶ22であり、ここでＶ12の大きさはＶ11の大きさよりも実質的に低く、そのためタ−ゲットのスパッタリング速さを十分に低減できるようなものであり、またここでＶ22は基板のイオン衝突を生じさせるに十分な負の値であり、（３）第二の期間に続く第三の期間の間、第一の電圧はＶ13であり第二の電圧はＶ23であり、ここでＶ13の大きさはＶ11大きさよりも十分に低く、タ−ゲットのスパッタリングの速さを十分に低減させるような値であり、またここでＶ23は基板の電子衝突を生じさせるに十分な正の値である。このシステムにおいては、操作の一サイクルは前記第一と第二と第三の期間から成る一連の操作と定義され、前記コントロ−ルユニットはその操作サイクルを何回も繰り返すようにプログラムされている。
【００１２】
本発明は、平面化を達成するために続けて行われる再流動（ｒｅｆｌｏｗ）或いは焼鈍（ａｎｎｅａｌ）工程の必要性を省く。それはまた、処理の平面化段階の間にウエハがさらされなければならない温度を著しく低下させる。
【００１３】
好ましい電子ビ−ム加熱は、それが第一に下部構造（ｕｎｄｅｒｌｙｉｎｇ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ）及び基板よりもむしろ堆積された金属層の表面を加熱するという利点を更に有する。温度上昇は、新しく（ｒｅｃｅｎｔｌｙ）堆積された金属層の表面に集中するので、それは金属の再流動を促進し、高温のサイクルを繰り返すことに伴う熱応力を避けることによってウエハの残りの部分に与える損傷が少なくなる。
【００１４】
他の利点及び特徴は、以下の好ましい実施例の記載及び請求項から明らかとなるであろう。
【００１５】
【実施例】
ハ−ドウェアについて説明する。本発明の主題である平面化の方法は、種々の商業的に入手可能なスパッタ堆積（ｓｐｕｔｔｅｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）システムの何れにおいても行うことができる。ここに記載された実施例の場合は、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株式会社（Ａｐｐｌｉｅｄ  ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．）によって製造販売されているエンデュラ  （Ｅｎｄｕｒａ）５５００ＰＶＤ（物理蒸着（ｐｈｙｓｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ））システムが用いられる。そのシステムに通常付いてくるスパッタリングチャンバは、内部ＲＦコイルを収容するように改造される。そのスパッタ堆積システムの基本的な部品は、図１に線図で示されている。
【００１６】
スパッタ堆積システムは、チャンバ本体１０、アダプタ１２、及びスパッタリングタ−ゲット１６を含むソ−ス組立体１４とを備える。ここに記載された実施例では、スパッタリングソ−スは、アルミニウムスパッタリングタ−ゲットの後ろに置かれた一組の磁石（図示せず）を含むマグネトロン（ｍａｇｎｅｔｒｏｎ）である。ソ−ス組立体（スパッタリングタ−ゲットを含む）は、絶縁リング２０によってチャンバの残りの部分から電気的に隔離されている。アダプタ１２は、チャンバの上部を延長し、内部ＲＦコイルアンテナ２２を収容するための空間を作っている。ここでそのアンテナは銅のチュ−ブでできている。ウエハ台座（ｐｅｄｅｓｔａｌ）上方のチャンバの内側周辺部には、ア−スされた（ｇｒｏｕｎｄｅｄ）金属シ−ルド２４があり、そのシ−ルドはチャンバ内のウエハ上方の領域に形成されるプラズマを閉じ込め、放出される（ｓｐｕｔｔｅｒｅｄ）原子がチャンバ本体に達しないようにしている。
【００１７】
チャンバ内の可動プラットフォ−ム２６が、タ−ゲット１６から放出される材料が堆積されるウエハ２８を保持している。そのプラットフォ−ムは機械的な昇降（ｌｉｆｔ）機構（ｍｅｃｈａｎｉｓｍ）３０によって上げ下げできる。ウエハがプラットフォ−ム上に置かれた後、昇降機構が、ウエハをクランプ（ｃｌａｍｐｉｎｇ）リング３２に接触するところまで持ち上げる。そのクランプリングは、ウエハの直径よりも僅かに小さい中央穴（ａｐｅｒｔｕｒｅ）３４を有しており、処理中に堆積材料からプラットフォ−ムを遮蔽している（ｓｈｉｅｌｄｓ）。
【００１８】
チャンバに接続された真空ポンプ３６が、処理実行のためにチャンバを排気するのに用いられる。ガスコントロ−ル回路（ｃｉｒｃｕｉｔｒｙ）３８が、処理中に不活性（ｉｎｅｒｔ）ガス（例えばＡｒ）をチャンバに流入流出させるのをコントロ−ルし、それによってスパッタリング工程中に所望のガス圧力を達成するのに用いられる。
【００１９】
そのシステムはまた従来のＲＦパワ−ソ−ス４０と従来の２つの変調された  （ｍｏｄｕｌａｔｅｄ）ＤＣパワ−サプライ４２及び４４とを含み、それらの出力電圧はコントロ−ル信号によって制御できる。ＲＦパワ−ソ−スは、４００ＫＨｚから６０ＭＨｚの範囲内で選択できる周波数を発生するものであり、マッチングネットワ−ク（ｍａｔｃｈｉｎｇ  ｎｅｔｗｏｒｋ）４６を通してコイル２２に接続されている。電圧供給貫通部（ｆｅｅｄ  ｔｈｒｏｕｇｈｓ）４８が、チャンバの内側に備えられ、チャンバの内側のＲＦアンテナに電気的な接続ができるようになっている。パワ−サプライ４２はタ−ゲットと接地電位（ｇｒｏｕｎｄ  ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）の間に接続されている。制御できる出力極性（ｐｏｌａｒｉｔｙ）を有するパワ−サプライ４４は、台座／ウエハと接地電位との間に接続されている。従来型のマイクロコントロ−ラ−（ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）５０が、下に述べるように堆積／平面化プロセスを行うのに必要とされる電圧波形を発生しまた同期するために両ＤＣパワ−サプライ４２及び４４の作動をコントロ−ルするコントロ−ル信号を発生する。
【００２０】
用いられる流量と圧力は、従来型のスパッタ堆積プロセスで用いられるものと同様である。例えば、アルゴン（Ａｒ）の圧力は、約１００ミリト−ル（ｍＴｏｒｒ）よりも低く、またしばしば０．５ミリト−ルのように低い圧力に或いは更に低く設定される。そのような圧力の場合、典型的なＡｒ流量は、約１０から１４０ｓｃｃｍ（標準立方センチメ−タ−毎分）の間である。勿論、これらのパラメ−タ−は、用いられる特定のパワ−レベル、ガス雰囲気、及びチャンバの幾何学的形状に対してそのプロセスを最適にするよう調整できる。
【００２１】
次に、三段階プロセス（Ｔｈｒｅｅ  Ｐｈａｓｅ  Ｐｒｏｃｅｓｓ）について説明する。堆積／平面化プロセスは、以下フェ−ズＩ、フェ−ズＩＩ、フェ−ズＩＩＩと呼ぶ三段階の操作を有する。フェ−ズＩの間、アルミニウム（Ａｌ）の薄い層がウエハの表面上にスパッタ堆積される（例えば１０−５０Å（オングストローム））。フェ−ズＩＩの間に、ウエハの表面は、低エネルギ−Ａｒ+ イオン（例えば１００ｅＶ）で撃たれ（ｂｏｍｂａｒｄｅｄ）、堆積されたばかりのＡｌの薄い層に空所（ｖａｃａｎｃｉｅｓ）或いは穴（ｈｏｌｅｓ）を生じさせる。フェ−ズＩＩＩの間に、ウエハの表面は、電子によって撃たれて、それがウエハの表面を励起し、金属層の再流動（ｒｅｆｌｏｗ）を可能にする。その一連の三つの段階が、所望の全体的金属厚さが達成されるまで何回も繰り返される。
【００２２】
その三段階の操作は、タ−ゲット及びウエハに印加される特定の電圧波形によって生じさせられる。タ−ゲットに印加される電圧は、図３の上半分に示されており、ウエハ／プラットフォ−ムに印加される電圧は図３の下半分に示されている。そのプロセス全体にわたって、ＲＦサプライ４０は、ＲＦアンテナに一定の動力（例えば３００−２５００ワット）を供給し、チャンバ内にＲＦプラズマを誘導的に（ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ）発生するように設定されている。その誘導的に発生されたＲＦプラズマは、フェ−ズＩの間はスパッタリングを高めるように、フェ−ズＩＩの間は空所（ｖａｃａｎｃｙ）を発生するためのＡｒ+ イオンの源（ｓｏｕｒｃｅ）を提供し、またフェ−ズＩＩＩの間は電子の源を提供するように働く。ここに記載された実施例では、約２００ｍｍの直径を有するウエハの処理は、４００ＫＨｚのＲＦ周波数で且つ約３００−４００ワットのＲＦパワ−を用いて成される。
【００２３】
フェ−ズＩの間には、タ−ゲット電圧はそのタ−ゲット上にスパッタリングプラズマを発生するためにマイナス（ｎｅｇａｔｉｖｅ）５００ボルトに設定され、一方内部アンテナに供給されるＲＦパワ−は第二のＡｒプラズマを発生している。ＲＦ発生プラズマは、作られるＡｒ+ イオンの量を増やすことによって、この段階の操作の間スパッタリング効率を高めるように作用する。スパッタリングが起っている間、ウエハ電圧はゼロに設定されるか、またはプラズマによって支配される電圧レベルに浮動する（ｆｌｏａｔ）に任されている。ウエハ電圧が浮動するのを可能にするために、ＤＣパワ−サプライ４４が、この段階の操作の間プラットフォ−ムから切り離されるようにされている。これらの稼働条件の下では、タ−ゲットへの電流は約２０アンペア（即ち約１０キロワットの動力がタ−ゲットに供給されている）であり、約毎分１０，０００Åの堆積速さを与える。フェ−ズＩの持続時間は（即ち図３中の時間ｔ1 ）約１０−１００ミリ秒（ｍｓｅｃ）の間であり、勿論その正確な値はどれだけ金属を堆積したいかによる。もし例えばｔ1 が約６０ミリ秒に設定されると、約１０ÅのＡｌがフェ−ズＩの間に堆積されるであろう。フェ−ズＩの間に堆積されるＡｌ層の最適の厚さは、衝突するイオンがフェ−ズＩＩの間に透過する最大の深さであり、そのことは以下説明される通りである。
【００２４】
フェ−ズＩＩの間は、アンテナへのＲＦパワ−は同水準に維持され、タ−ゲットへのパワ−は、スパッタリングプロセスを効果的に停止するに十分な程度に低減される。しかしながら、タ−ゲットパワ−を完全に止めるのは避けて、ある最低限度の堆積速さ（例えば数Å毎分）を維持するのが好ましい。その最小限の堆積速さは、この段階の操作の間新鮮な表面を保つように働く。もしスパッタ堆積が完全に停止されると、Ａｌ層の表面は汚染物質（例えば酸素及び／または窒素原子）を集める可能性が高くなり、その汚染物質は金属層の品質に有害な影響を与え、また再流動を妨げる傾向がある。
【００２５】
ここに記載された実施例では、フェ−ズＩＩの間（及びフェ−ズＩＩＩの間継続する）のタ−ゲットに対する背景（ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ）パワ−水準は、タ−ゲット電圧を約−２５０ボルトまで落すことによって、約５００ワットに低減される。このようにして、結果として得られるフェ−ズＩＩの間の堆積速さは、全出力運転（ｆｕｌｌ  ｐｏｗｅｒ  ｏｐｅｒａｔｉｏｎ）において達成される速さの約５％である。
【００２６】
フェ−ズＩＩの開始時にタ−ゲットパワ−が低減されると同時に、マイクロコントロ−ラ−５０は、パワ−サプライ４４をして、ウエハ上の電圧をそのゼロ電圧（或いはその代りの自由浮動状態）からアルゴンイオンを引き付けそれらがウエハにぶつかる（ｂｏｍｂａｒｄ）に十分な負の電圧、好ましくは−２０から−１５０ボルト（例えば−１００ボルト）の電圧に切り代えせしめる。このようにして、チャンバの空洞（ｃａｖｉｔｙ）内でＲＦ誘導プラズマによって発生される正に荷電したＡｒ+ イオンは、負に荷電されたウエハの表面に向かって引っ張られそれに衝突する。結果として生じる電流は約５−１０アンペアである。
【００２７】
ウエハの表面に衝突するＡｒ+ イオンは、金属層に透過し空所を生じさせる。ウエハ上の電圧は、Ａｒ+ イオンが堆積したばかりの金属層を透過し、その上全体に分布する空所を作るように十分に高い負の電圧に設定するのが望ましい（即ちＡｌの場合は約２０ｅＶ）。しかしながら、同時に、ウエハに逆スパッタリング（ｒｅｖｅｒｓｅ  ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）を生じさせたり（即ちフェ−ズＩでウエハ上に堆積された材料の幾らかをウエハからスパッタエッチングで取り去る）或いはイオンを金属層を貫通して更に下にある基板にまで透過させデバイスに損傷を与えるような高い電圧に設定することを避けるのが望ましい。言い替えれば、衝突するイオンは、金属原子を表面からスパッタで取り去るのに必要な敷居値（ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）エネルギ−（以下スパッタリングエネルギ−敷居値と呼ぶ）よりも小さいエネルギ−を有する。
【００２８】
フェ−ズＩＩの間には、堆積層の中に空所が作られるので、堆積したＡｌ層の密度が低くなり、その層内のＡｌ原子の可動性が増す。このようにして、その層内のＡｌ原子の有効拡散係数（ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ  ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ  ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）が十分増えて、Ａｌの流動点（即ち５２５−５３０℃）より十分低い温度でＡｌの十分な（ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ）再流動を起すことができる。
【００２９】
ここに記載された実施例では、フェ−ズＩＩの間に生じるイオンの衝突は、約１−５ミリ秒の間継続される。その目的は、約１−１０％（即ち層内の１００Ａｌ原子毎に一個のＡｌ原子が衝突するイオンによって置換される）の範囲内の空所濃度を生じることである。即ち、空所濃度は、フェ−ズＩＩＩの間に感知できる程の（ａｐｐｒｅｃｉａｂｌｅ）材料の再流動を生じさせるだけＡｌ原子の可動性を増すに十分な程高められる。もし空所濃度が低すぎると、再流動が十分に高められず、及び／またはフェ−ズＩＩＩの間さらに高い温度が必要とされる。一方、空所濃度が大き過ぎると金属はアモルファス（Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ）状になり、これは望ましいことではない。
【００３０】
フェ−ズＩの間に堆積される金属の量を制限することが望ましいということにも注目すべきである。もし堆積層が厚すぎると、フェ−ズＩＩでイオン衝突しても、堆積したばかりの層全体にわたって空所を作ることができない。
【００３１】
フェ−ズＩＩＩの間、アンテナへのＲＦパワ−は切られておらず、タ−ゲットパワ−はその低減された水準に維持されており、またウエハ上の電圧は約１００−２００ボルトの間の正の値（例えば図３の１５０ボルト参照）に切り替えられており、ウエハの電子衝突を生じさせる。その電圧は、十分に高く設定し、電子の衝突がアルミニウムの拡散及び再流動を促進するに十分なほど、堆積したばかりの金属層を加熱するようにすべきである。しかしながら、その電圧は電子が金属層を透過する程高く設定すべきではない。それらの電子が下にあるウエハを加熱し及び／或いはデバイスに照射損傷を生じさせる可能性があるからである。約１５０ボルトにおいては、結果として生じる電流は約１５−２０アンペアである。
【００３２】
フェ−ズＩＩＩの持続時間（即ちｔ3 −ｔ2 ）は三段階サイクル全体に比べて十分長く選ぶのが望ましく、その時間は、金属の効果的な再流動を生じさせるに十分な高さの金属層表面温度を達成するに十分な長さとする。ここに記載された実施例では、フェ−ズＩＩＩの持続時間は２０−５０ミリ秒の間に設定される。結果として得られるデュ−ティサイクル（ｄｕｔｙ  ｃｙｃｌｅ）は、表面層の温度を約３００−３５０℃まで高めると信じられている。これはまだＡｌの流動点より十分低いけれども、層内のＡｌ原子の高められた可動性のために、堆積された金属層の効果的な拡散及び再分散（ｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）（即ち平面化  （ｐｌａｎａｒｉｚａｔｉｏｎ））を達成する。このようにして、フェ−ズＩＩＩの間に生じる電子ビ−ム加熱は、Ａｌの堆積層をしてコンタクトホ−ル及びコ−ナ−（ｃｏｒｎｅｒｓ）の中に拡散せしめる。
【００３３】
典型的には、Ａｌの金属化の望ましい厚さは約６０００Åである。上に述べられた稼働条件を与えられると、その一連の三段階の工程は、この厚さを達成するために約６００回繰り返されなければならない。
【００３４】
本願のクレ−ムの範囲内で他の実施例も考えられる。例えば、マグネトロン源以外のスパッタ源を用いることができ、タ−ゲット用として他のタ−ゲット材料を用いることができる（例えばＣｕ、Ａｕ、及びＳｎ、等があげられる）。更に、電子ビ−ム以外の加熱技術が、ウエハの表面を加熱するのに用いられる。例えばレ−ザ−を用いることができる。また、これらの段階は重複してもよい。例えばもしフェ−ズＩＩＩにおいて堆積された金属の表面を加熱するのにレ−ザ−が用いられる場合は、その加熱はフェ−ズＩＩの全体或いは一部と同時に行うことができる。更に別の実施例においては、フェ−ズＩＩＩが省略され、プラットフォ−ム２６内の加熱エレメント６０が、空所高進金属層（ｖａｃａｎｃｙ  ｅｎｈａｎｃｅｄ  ｍｅｔａｌ  ｌａｙｅｒ）の感知しうる再流動及び拡散を達成するために十分な高い温度までウエハを加熱するのに用いられる。
【００３５】
以上述べたプロセスパラメ−タ−は説明の目的のためであることに注意すべきである。それらは、プロセスが行われる特定のシステム、堆積される金属、及び望ましい堆積層の特性に従って広く変化しうるものであるということが予測される。例えばフェ−ズＩの間には、さらに厚い金属層を堆積するのが望ましいかもしれないし、或いはフェ−ズＩＩＩの間に生じる加熱量をコントロ−ルするためにデュ−ティサイクル（ｄｕｔｙ  ｃｙｃｌｅ）を変えるのが望ましいかも知れない。そのような全ての改変は、特許請求の範囲に記載の発明の範囲内にある。
【００３６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、ウエハを極端な温度状態にさらすことがなく、ウエハを高温にさらす時間が短くなるので、ウエハ上の非常に小さいデバイスを破壊することがなく、生産歩留まりが向上される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が実行されるスパッタリングシステムを示す図である。
【図２】平面化方法の三つの段階を示す図である。
【図３】タ−ゲットに供給されるパワ−と、ウエハ／プラットフォ−ムに印加され三段階操作を生じさせる電圧波形（双方ともに時間の関数として表されている）とを示す図である。
【符号の説明】
１０…チャンバ本体、１２…アダプタ、１４…ソ−ス組立体、１６…スパッタリングタ−ゲット、２０…絶縁リング、２２…コイルアンテナ、２４…金属シ−ルド、２６…プラットフォ−ム、２８…ウエハ、３０…昇降機構、３２…クランプリング、３６…真空ポンプ、３８…ガスコントロ−ル回路、４０…ＲＦパワ−ソ−ス、４２、４４…ＤＣパワ−サプライ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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