JP2015201662A - スパッタリング及び再スパッタリングのための自己イオン化したプラズマ及び誘導結合したプラズマ - Google Patents

Abstract

【課題】ＳＩＰスパッタリング及びＩＣＰスパッタリングが促進される、マグネトロンスパッタリアクタ４１０及びその使用方法を提供する。
【解決手段】別のチャンバ４１２においては、マグネトロンスパッタリアクタの側壁４１４に沿って、ターゲットからウェーハの方へ向いて側面に配置された補助磁石のアレイが開示されている。マグネトロン４３６は、好ましくは、全てヨーク４４４上の、第２の極性のより弱い内側極４４０を囲む第１の極性のより強い外側極４４２を有する小さなものであり、回転手段４４６、４４８、４５０を用いてチャンバの軸４３８の周りに回転する。補助磁石４６２は、好ましくは、不平衡な磁界４６０をウェーハ４２４の方へ引っ張る第１の極性を有し、該ウェーハは、電力４５４が供給されるペデスタル４２２上にある。アルゴン４２６は、バルブ４２８を介して供給される。ターゲット４１６には、電力４３４が供給される。
【選択図】図１０

Description

［関連出願］
［001］本出願は、２０００年１０月１０日に出願された係属中の出願第０９／６８５，９７８号の一部継続出願、（米国特許第６，３９８，９２９号として発行された）１９９９年１０月８日に出願された出願第０９／４１４，６１４号の分割出願であり、また、（２００１年８月３０日に出願された仮出願第６０／３１６，１３７号、および２００１年１２月２１日に出願された同第６０／３４２，６０８号に対して優先権を主張する）２００２年７月２５日に出願された係属中の出願第１０／２０２，７７８号の一部継続出願であり、また、２００１年１１月１４日に出願された係属中の出願第０９／９９３，５４３号の一部継続出願であり、これら全体を本願明細書に組み入れる。

［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。具体的には、本発明は、半導体集積回路の形成における、材料物質のスパッタ堆積及び堆積した材料物質の再スパッタリングに関する。

［003］半導体集積回路は、通常、多数のアクティブな半導体デバイス間に電気的接続を形成するために、複数の層のメタライゼーションを含む。進歩した集積回路、特にマイクロプロセッサ用集積回路は、５つ以上のメタライゼーション層を含む。従来、アルミニウムは、有利なメタライゼーションであったが、進歩した集積回路のためのメタライゼーションとして、銅が新たに使用されてきている。

［004］典型的なメタライゼーション層を、図１の断面図に示す。低位の層１１０は、導電性形状構成１１２を含む。低位の層１１０が、シリカや他の絶縁材料等の低位の絶縁層である場合、導電性形状構成１１２は、低位の銅メタライゼーションであってもよく、また、上位のメタライゼーションの垂直部分は、２つの層のメタライゼーションを相互接続するため、ビアと呼ばれている。低位の層１１０がシリコン層である場合、導電性形状構成１１２は、ドープされたシリコン領域であってもよく、また、ホール内に形成された上位のメタライゼーションの垂直部分は、シリコンと電気的に接触するため、コンタクトと呼ばれている。上位の絶縁層１１４は、低位の絶縁層１１０及び低位のメタライゼーション１１２を覆って堆積されている。ラインやトレンチを含む上記ホールの他の形状もある。また、デュアルダマシン及び同様の配線構造においては、以下に説明するように、上記ホールは複雑な形状を有する。いくつかの適用においては、上記ホールは、上記絶縁層を貫通して伸びていないこともある。以下の説明においては、ビアホールのみを説明するが、たいていの状況において、該説明は、当技術分野で周知のように多少の変更によって、他の種類のホールにも同様に良好に適用できる。

［005］従来、上記絶縁層は、前駆物質としてテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）を使用した、プラズマＣＶＤ（ｐｌａｓｍａ−ｅｎｈａｎｃｅｄ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；ＰＥＣＶＤ）によって形成されたシリコン酸化膜である。しかし、他の組成の低比誘電率（ｌｏｗ−ｋ）材料及び堆積技術も考えられている。開発されているｌｏｗ−ｋ絶縁体のうちのいくつかは、フッ化シリケートガラス等の珪酸塩として特徴付けることができる。以後、シリケート（酸化物）絶縁体のみを直接的に説明するが、他の絶縁体構成を用いることができることも意図されている。

［006］ビアホールは、シリケート絶縁体の場合、一般に、フッ素をベースとしたプラズマエッチングプロセスを用いて、上位の絶縁層１１４内にエッチングされる。進歩した集積回路においては、該ビアホールは、０．１８μｍ程度またはそれ以下の幅を有する。絶縁層１１４の厚さは、通常、少なくとも０．７μｍであり、またはその２倍であり、そのため、該ホールのアスペクト比は、４：１以上となる。６：１以上のアスペクト比が提案されている。さらに、たいていの状況においては、上記ビアホールは、垂直の断面を有する。

［007］ライナー層１１６は、上記ホールの底部及び側部と、絶縁層１１４の上に堆積することができる。ライナー１１６は、いくつかの機能を実行することができる。該ライナーは、金属膜は、酸化物から剥離しようとするため、該絶縁体と該金属との間の接着層として作用することができる。また、該ライナーは、酸化物をベースとした絶縁体と金属との間の相互拡散に対するバリアとして作用することもできる。該ライナーは、上記ホールを充填する金属の堆積のための均一な接着、成長及び可能な限り低い温度のリフローを促進するための、および個別のシード層の成長の核もなすためのシード及び核形成層として作用してもよい。１つまたはそれ以上のライナー層を堆積させてもよく、１つの層は、主にバリア層として機能し、他の層は、主に接着層、シード層または核形成層として機能してもよい。

［008］その後、銅等の導電性金属からなる配線層１１８が、例えば、上記ホールを充填するためにライナー層１１６を覆って、および絶縁層１１４の上部を被覆するために堆積される。従来のアルミメタライゼーションは、金属層１１８の平坦部の選択性エッチングによって、水平配線部内にパターン形成される。しかし、デュアルダマシンと呼ばれる銅メタライゼーションのための方法は、絶縁層１１４内の上記ホールを２つの接続部分に形成し、第１の接続部分は、該絶縁層の底部を貫通する狭いビアであり、第２の接続部分は、該ビアを相互接続する表面部分内の幅広のトレンチである。金属堆積の後、上記絶縁体酸化物上に露出した比較的柔らかい銅を除去するが、より固い酸化物上で停止する、化学的機械的研磨（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ；ＣＭＰ）が行われる。その結果、隣接する低位層の導電性形状構成１１２と同様の、上記上位の複数の銅が充填されたトレンチが互いに絶縁される。該銅が充填されたトレンチは、該銅が充填されたビア間の水平方向の配線として機能する。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なくなる。複数層構造及びエッチング順序は、デュアルダマシンのために進歩してきており、また他のメタライゼーション構造も、同様の製造上の必要条件を有する。

［009］デュアルダマシンにおいて生じる、ビアホールを裏打ちすること及び充填すること、および同様の高アスペクト比構造は、それらのアスペクト比が増加し続けた場合、継続的な挑戦をもたらす。４：１のアスペクト比は一般的であり、該値は、さらに増加するであろう。本願明細書において用いるアスペクト比は、上記ホールの深さと、通常その上部面に近い、該ホールの最も狭い幅との比として定義される。また、０．１８μｍのビア幅も一般的であり、該値は、さらに減少するであろう。酸化物絶縁体内に形成された進歩した銅配線の場合、上記バリア層の形成は、上記核形成層及びシード層から明確に絶縁されようとする。拡散バリアは、Ｔａ／ＴａＮ、Ｗ／ＷＮまたはＴｉ／ＴｉＮあるいは他の構造からなる二重層で形成してもよい。１０〜５０ｎｍのバリアの厚さが一般的である。銅配線の場合、上記核形成及びシード機能を満たすために、１つまたはそれ以上の銅層を堆積させることが実用的であることが分かっている。

［0010］スパッタリングとも呼ばれる、従来の物理気相堆積（ｐｈｙｓｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；ＰＶＤ）による上記ライナー層またはメタライゼーションの堆積は、比較的速い。ＤＣマグネトロンスパッタリングリアクタは、スパッタ堆積すべき金属からなり、かつ直流電源によって動かされるターゲットを有する。該マグネトロンは、プラズマ密度を高めて、それによってスパッタリング速度を増加させるために、該ターゲットの裏の周りをスキャンし、その磁界を上記リアクタの一部に突出している。しかし、（導入すべき他の種類のスパッタリングとは対照的にＰＶＤと呼ぶことにする）従来のＤＣスパッタリングは、中性の原子を主にスパッタする。ＰＶＤにおける一般的なイオン密度は、１０⁹ｃｍ^-3以下である。また、ＰＶＤは、原子を広角度の配分で原子をスパッタする傾向があり、目標の垂線周りのコサイン依存性を一般的に有する。このような高配分は、バリア層１２４がすでに堆積されている、図２に示すような深くかつ狭いビアホール１２２を充填することに対しては、不利になる可能性がある。多数の角度を外れたスパッタ粒子は、層１２６を、ホール１２２の上方角部の周囲に優先的に付着させ、オーバハング１２８を形成する可能性がある。大きなオーバハングは、さらに、ホール１２２内への進入を制限し、ホール１２２の側壁１３０及び底部１３２の不十分な被覆性を生じる可能性がある。また、該オーバハング１２８は、ホール１２２が充填され、かつホール１２２内のメタライゼーションにボイド１３４を形成する前に、該ホールをブリッジ接続する可能性がある。ボイド１３４が一旦形成されると、該メタライゼーションを、その融点付近まで加熱することによって該ボイドをリフローすることは困難である。小さなボイドでさえ、信頼性の問題を引き起こす可能性がある。例えば、電気メッキ等による第２のメタライゼーション堆積工程を予定している場合、上記ブリッジ接続したオーバハングは、連続的な堆積をより困難にする。

［0011］上記のオーバハングの問題を改善する一つのアプローチは、スパッタリングターゲットが、ウェーハまたはスパッタ被覆されている他の基板から比較的離れている、ロングスロースパッタリングである。例えば、ターゲットからウェーハまでの間隔は、ウェーハの口径の少なくとも５０％、好ましくは９０％以上、より好ましくは１４０％以上とすることができる。その結果として、上記スパッタリング配分の角度を外れた部分は、チャンバ壁へ優先的に向けられるが、中心角部分は、実質的に該ウェーハに向けられたままである。切形の角配分は、スパッタ粒子の大部分を、ホール１２２内の深部に向けさせ、かつオーバハング１２８の大きさを削減さすることができる。同様の効果は、ターゲットとウェーハとの間にコリメータを配置することによって実施することができる。該コリメータは、高アスペクト比の多数のホールを有するため、上記角度を外れたスパッタ粒子は、該コリメータの側壁に衝突する傾向があり、また中心角の粒子は、通過する傾向がある。ロングスローターゲット及びコリメータは共に、一般的に、ウェーハに達するスパッタ粒子の束を低減し、それに伴ってスパッタ堆積速度を低減しようとする。この低減は、スローが長くなると、あるいは、アスペクト比の増加に関してビアホールを適応させるために視準がきつくなる場合、より顕著になる。

［0012］また、ロングスロースパッタリングを増加させることができる長さは、制限してもよい。ＰＶＤスパッタリングにおいてよく用いられる数ミリトルのアルゴン圧力においては、ターゲットからウェーハまでの間隔が増加するので、スパッタされた粒子を散乱させるアルゴンの非常に大きな可能性がある。すなわち、前方の粒子の幾何学的な選択は減らしてもよい。ロングスロー及び視準に伴うさらに別の問題は、低減された金属束が、スループットを低下させるだけでなく、スパッタリング中にウェーハがさらされる最大温度を上昇させる傾向がある、より長い堆積期間を生じる可能性があるということである。さらに、ロングスロースパッタリングは、オーバハングを削減することができ、かつ上記側壁の中間部及び上方部において、良好な被覆性を実現できるが、下方の側壁の及び底部の被覆性は、決して満足できるものではない。

［0013］深いホールの裏打ち及び充填のための他の技術は、イオン化メタルプレーティング（ｉｏｎｉｚｅｄ ｍｅｔａｌ ｐｌａｔｉｎｇ；ＩＭＰ）と呼ばれる、スパッタリングプロセスにおける高密度プラズマ（ｈｉｇｈ−ｄｅｎｓｉｔｙ ｐｌａｓｍａ；ＨＤＰ）を用い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、少なくとも１０¹¹ｃｍ^-3、好ましくは、少なくとも１０¹²ｃｍ^-3のプラズマの全体にわたって平均的なプラズマ密度を有するプラズマである。ＩＭＰ堆積においては、別々のプラズマソース領域が、例えば、ターゲットとウェーハとの間のプラズマソース領域を覆った電気コイルからＲＦ電力をプラズマに誘導結合することにより、該ウェーハから離れた領域に形成される。このようにして生成したプラズマは、誘導結合プラズマ（ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ ｃｏｕｐｌｅｄ ｐｌａｓｍａ；ＩＣＰ）と呼ばれる。この構成を有するＨＤＰチャンバは、カリフォルニア州サンタクララのアプライド・マテリアルズ社からＨＤＰ ＰＶＤリアクタとして入手可能である。その他のＨＤＰスパッタリアクタも使用可能である。より高い電力は、アルゴン作用ガスをイオン化するだけでなく、スパッタされた原子のイオン化を著しく増大させ、すなわち、金属イオンを生成する。ウェーハは、負の電位に自己充電するか、または、その直流電位を制御するためにＲＦバイアスされる。上記金属イオンは、負にバイアスされたウェーハに近づくと、上記プラズマシースの全域で加速される。その結果、該イオンの角配分は、該イオンが、上記ビアホール内に深く引き込まれるように、前方方向にピークをつけることになる。オーバハングは、ＩＭＰスパッタリングにおいては、あまり問題にならず、底部被覆性及び底部側壁被覆性は、比較的高い。

［0014］遠隔プラズマ源を用いたＩＭＰスパッタリングは、通常、３０ミリトルまたはそれ以上の高い圧力で行われる。より高い圧力及び高密度プラズマは、非常に多くのアルゴンイオンを生成することができ、該アルゴンイオンも、プラズマシースの全域で、スパッタ堆積される表面に対して加速される。該アルゴンイオンエネルギは、多くの場合、形成される膜に向けられる熱として放散される。銅は、ＩＭＰにおいてさらされる高い温度で、また５０〜７０度でも、タンタルナイトライド及び他のバリア材料からディウェッティングすることができる。さらに、アルゴンは、生成中の膜内に埋まる傾向がある。ＩＭＰは、粗いまたは不連続な表面形態を有する、図３の断面図の１３６に示すような銅膜を堆積することができる。そのような場合、このような膜は、特に、上記ライナーを、電気メッキのための電極として用いている場合には、ホール充填を促進しなくてもよい。

［0015］材料物質を堆積する別の方法は、１９９７年５月８日に出願された米国特許出願第０８／８５４，００８号明細書においてＦｕ等が、また１９９９年８月１２日に出願された米国特許第６，１８３，６１４Ｂ１号明細書においてＦｕが記載したような、持続性セルフスパッタリング（ｓｕｓｔａｉｎｅｄ ｓｅｌｆ−ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ；ＳＳＳ）であり、それらの明細書の全体を本願明細書に組み入れる。例えば、十分に高い密度の銅イオンは、銅ターゲット近傍の十分高いプラズマ密度で発生し、該銅イオンは、均一性を超える歩留まりで銅ターゲットを再スパッタする。そのため、アルゴン作用ガスの供給は、なくすことができ、あるいは、少なくとも非常に低い圧力に低減することができると共に、銅プラズマは持続する。アルミニウムは、ＳＳＳに影響されやすくないと信じられている。Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｇ及びＡｕ等の他の材料物質は、ＳＳＳに耐えることができる。

［0016］銅の持続性セルフスパッタリングによって銅または他の金属を堆積することは、多くの利点を有する。ＳＳＳにおけるスパッタリング速度は、高くなる傾向がある。プラズマシースの全域で、かつバイアスされたウェーハに対して加速することができる銅イオンがわずかにあり、それに伴ってスパッタの流れの指向性が増す。裏面冷却ガスの漏れによって制限されることがあるチャンバ圧力は、非常に低くすることができ、それにより、アルゴンイオンからのウェーハ加熱が低減され、かつアルゴンによる金属粒子の散乱が減る。

［0017］持続性セルフスパッタリングを促進するために、技術及びリアクタ構造が改良されてきた。それらの同じ技術及び構造からの恩恵にもかかわらず、半均一性の再スパッタ歩留まりのため、おそらく、部分的な自己イオン化プラズマ（ｓｅｌｆ−ｉｏｎｉｚｅｄ ｐｌａｓｍａ；ＳＩＰ）を生じる部分的なセルフスパッタリングのため、いくつかのスパッタ材料が、ＳＳＳにさらせないことが認識されている。さらに、たとえどのようなアルゴン作用ガスも必要ないＳＳＳが実現可能であっても、低いが限定されているアルゴン圧力で銅をスパッタすることが有利な場合もある。すなわち、ＳＩＰスパッタリングは、ＳＳＳがある種のＳＩＰであるような低減されたまたはゼロの圧力の作用ガスを含むより包括的なスパッタリングプロセスのための好ましい用語である。ＳＩＰスパッタリングは、米国特許第６，２９０，８２５号明細書においてＦｕ等により、また、１９９９年１０月８日に出願された米国特許出願第０９／４１４，６１４号明細書においてＣｈｉａｎｇ等によりすでに記載されており、両方共その全体を本願明細書に組み入れる。

［0018］ＳＩＰスパッタリングは、ターゲットに隣接した高密度プラズマ（ＨＤＰ）を生成し、また該プラズマを広げて金属イオンをウェーハの方へ案内する従来の容量結合マグネトロンスパッタリアクタに対する様々な変更を利用する。２００ｍｍウェーハのために設計されたチャンバの場合、例えば、２０〜４０ｋＷの比較的高いＤＣ電力がターゲットに印加される。さらに、上記マグネトロンは、ターゲット電力が、該マグネトロンのより小さな領域に集中されるように、比較的小さな領域を有し、それに伴って、該マグネトロンに隣接したＨＤＰ領域に印加される電力密度が増加する。この小領域のマグネトロンは、該ターゲットの中心の側に配置され、また、より均一なスパッタリング及び堆積を可能にするために、該中心周りに回転される。

［0019］ある種のＳＩＰスパッタリングにおいては、上記マグネトロンは、不平衡な極を有しており、一般的に、一方の磁極性の強力な外側の極が、他方の極性の弱い内側の極を囲んでいる。強力な極からでる磁界線は、ターゲット面に隣接した従来の水平方向の磁界だけでなく、ウェーハの方に伸びる垂直な磁界にも分解することができる。垂直な磁界線は、プラズマをウェーハの方へ伸ばし、かつ金属イオンを該ウェーハの方へ案内する。さらに、チャンバ壁に近接する垂直な磁界線は、プラズマから接地されたシールドへの電子の拡散を防ぐように作用する。低減された電子の損失は、プラズマ密度を高める際に、および処理空間の全域にプラズマを広げる際に特に有効である。

［0020］ＳＩＰスパッタリングは、ＲＦ誘導コイルを使用することなく実施してもよい。小さなＨＤＰ領域は、１０〜２５％と推定される金属イオンの一部をイオン化するのには十分であり、これは、深いホールを有効にスパッタ被覆する。特に高イオン化部分においては、イオン化されスパッタされた金属原子は、ターゲットに引きつけられ、さらに別の金属原子をスパッタする。その結果として、アルゴン作用圧力は、プラズマ崩壊を伴うことなく低減することができる。そのため、ウェーハのアルゴン加熱は問題ではなく、金属イオンがアルゴン原子と衝突する可能性は低くなり、それにより、イオン密度が低減されると共に、金属イオンのスパッタリングパターンは任意化される。

［0021］ＳＩＰスパッタリングに使用される不平衡なマグネトロンの別の利点は、強い外側の環状極からの磁界が、ウェーハに向かってプラズマ処理領域内に深く突出していることである。この突出した磁界は、プラズマ処理領域の大部分で強力なプラズマを維持し、イオン化したスパッタ粒子をウェーハの方へ案内するという利点を有する。Ｗｅｉ Ｗａｎｇは、２０００年７月１０日に出願された米国特許出願第０９／６１２，８６１号明細書において、ターゲットからウェーハまで伸びる磁界成分を生成するために、プラズマ処理領域の大部分をおおった同軸電磁コイルの使用について開示している。磁気コイルは、ＳＩＰスパッタリングをロングスロースパッタリアクタ、すなわち、補助的な磁界が、プラズマを維持し、さらにイオン化されたスパッタ粒子を案内するため、ターゲットとウェーハとの間により大きな空間を有するリアクタに組み合わせる際に特に有効である。Ｌａｉは、米国特許第５，５９３，５５１号明細書において、ターゲット近傍でのより小さなコイルについて開示している。

［0022］しかし、ＳＩＰスパッタリングは、さらに改良することができる。その根本的な問題の一つは、磁界の構成を最適化する際に使用できる変数の限定された数である。マグネトロンは、ターゲットの電力密度を最大化するために小さくすべきであるが、該ターゲットは、均一にスパッタされる必要がある。磁界は、そこに閉じ込められる電子を最大化するために、ターゲットに隣接する強力な水平成分を有するべきである。磁界のある成分は、イオン化されたスパッタ粒子を案内するために、ターゲットからウェーハの方へ突出すべきである。Ｗａｎｇの同軸磁気コイルは、これらの問題のうちの一部のみを扱うものである。Ｌａｉにより米国特許第５，５９３，５５１号明細書において開示された、水平方向に配置された永久磁石は、この影響を不十分に扱っている。

［0023］金属は、ＣｕｐｒａＳｅｌｅｃｔという商品名の、独占的な、追加的な添加物との混合物において、シューマッカー社より入手可能なＣｕ−ＨＦＡＣ−ＶＴＭＳ等の有機金属の前駆物質を使用した化学気相堆積（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；ＣＶＤ）によっても堆積することができる。熱ＣＶＤプロセスは、当技術分野で周知のように、この前駆物質と共に使用することができるが、プラズマＣＶＤ（ｐｌａｓｍａ ｅｎｈａｎｃｅｄ ＣＶＤ；ＰＥＣＶＤ）も可能である。ＣＶＤプロセスは、高アスペクト比のホール内にもほぼ等角の膜を堆積することが可能である。例えば、膜を、ＣＶＤによって薄いシード層として堆積することができ、その後、ＰＶＤまたは他の方法を、最終的なホール充填に利用してもよい。しかし、ＣＶＤ銅シード層は、粗いことが知られている。この粗さは、そのシード層としての使用、より具体的には、ホール深部への銅の堆積後の低温リフローを促進するリフロー層としての利用を損なう可能性がある。また、該粗さは、５０ｎｍ程度の比較的厚いＣＶＤ銅層が、連続するシード層を確実に被覆する必要があることを示す。ここで考慮する狭いビアホールの場合、一定の厚さのＣＶＤ銅シード層は、該ホールをほぼ充填する可能性がある。しかし、ＣＶＤによって行われる完全な充填は、デバイスの信頼性に悪い影響を与える可能性のあるセンターシーム（ｃｅｎｔｅｒ ｓｅａｍｓ）という欠点を有する。

［0024］他の組み合わせ技術は、薄い銅核形成層を堆積する、フラッシュデポジション（ｆｌａｓｈ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）とも呼ばれることもあるＩＭＰスパッタリングを用い、厚いＣＶＤ銅シード層が、ＩＭＰ層上に堆積される。しかし、図３に示したように、ＩＭＰ層１３６は、粗くなる可能性があり、該ＣＶＤ層は、該粗い基板に等角に追従する傾向がある。すなわち、ＩＭＰ層を覆うＣＶＤ層も粗くなる傾向がある。

［0025］電気化学メッキ法（Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｐｌａｔｉｎｇ；ＥＣＰ）は、開発中のさらに別の銅堆積技術である。この方法においては、ウェーハは、銅電解液槽に浸漬される。該ウェーハは、該槽に対して電気的にバイアスされ、銅は、一般的な等角プロセスで該ウェーハ上に電気化学的に堆積する。無電解メッキ法も利用可能である。電気メッキ及びその関連するプロセスは、大気圧で簡単な設備で実行できるため有利であり、その堆積速度は速く、液体処理は、後の化学的機械的研磨と矛盾しない。

［0026］しかし、電気メッキは、それ自体の必要条件を負わせる。シード及び接着層は、通常、電気メッキされた銅の核を形成してバリア材料に付着させるために、例えば、Ｔａ／ＴａＮからなるバリア層の上面に形成される。さらに、ビアホール１２２を囲む概して絶縁的な構造は、絶縁層１１４とビアホール１２２との間に電気メッキ電極が形成されていることを必要とする。タンタル及び他のバリア材料は、一般的に、比較的弱い電気導電体であり、（銅電解質を含む）ビアホール１２２と対向するバリア層１２４の通常の窒化物の副層は、電気メッキにおいて必要とされる長い横方向の電流経路に対して導電性が小さい。すなわち、上記ビアホールの底部を有効に充填する電気メッキを容易にするために、良好な導電性のシード及び接着層が堆積される場合がある。

［0027］バリア層１２４を覆って堆積された銅シード層は、通常、電気メッキ電極として使用される。しかし、連続する、滑らかなで均一な膜が好ましい。さもなければ、電気メッキ電流は、銅で被覆された領域のみに向けられるか、あるいは、厚い銅で被覆された領域に優先的に向けられることになる。上記銅のシード層を堆積することは、それ自体の困難性をもたらす。ＩＭＰで堆積したシード層は、高アスペクト比のホールにおいて良好な底部被覆性を実現できるが、その側壁の被覆性は、小さくなる可能性があるため、結果として生じる薄い膜が粗くなり、または不連続になる可能性がある。薄いＣＶＤ堆積シードも粗くなりすぎる可能性がある。厚いＣＶＤシード層、またはＩＭＰ銅を覆うＣＶＤ銅は、所望の連続性を実現するために、過剰に厚いシード層を要する可能性がある。また、上記電気メッキ電極は、高い側壁被覆性が望まれるように、ホール側壁全体に対して主に作用する。ロングスローは、適切な側壁被覆性をもたらすが、上記底部被覆性は、十分ではない可能性がある。

［例示実施形態の概要］
［0028］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つのチャンバ内で組み合わせることにより、タンタルまたはタンタルナイトライド等のライナー材料をスパッタ堆積するように注力されている。ロングスロースパッタリングは、ターゲット・基板間の距離と、該基板の直径との比較的高い比を特徴とする。ロングスローＳＩＰスパッタリングは、イオン化された及び中性の堆積材料成分の両方の深いホール被覆を促進する。ＩＣＰ再スパッタリングは、深いホールを覆う層底部の厚さを低減して、接触抵抗を低減することができる。ＩＣＰ再スパッタリングの間、ＩＣＰコイルスパッタリングは、特に、再スパッタリングによる薄膜化は好ましくないホール開口部に隣接しているような領域上に、保護層を堆積することができる。

［0029］本発明の別の実施形態は、１つのチャンバ内で、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ＳＩＰ再スパッタリングを組み合わせることにより、銅等の配線材料をスパッタ堆積することに注力している。また、ロングスローＳＩＰスパッタリングは、イオン化したおよび中性の銅成分の両方の深ホール被覆を促進する。ＳＩＰ再スパッタリングは、堆積を再配分して、深いホールの良好な底部角部被覆性をもたらすことが可能である。

［0030］ＳＩＰは、５ミリトル以下、好ましくは、２ミリトル以下、より好ましくは、１ミリトル以下の低い圧力によって促進される傾向がある。特に、それらの低い圧力におけるＳＩＰは、比較的小さな領域を有するマグネトロンによって促進され、それによりターゲットの電力密度が増加する傾向、および磁界を遠くの基板に対して貫通させる非対称の磁石を有するマグネトロンによって促進される傾向がある。このようなプロセスは、シード層を堆積するのに用いて、絶縁層を貫通する狭くかつ深いビアまたはコンタクトを形成するのに特に有用な、堆積層の後の核形成またはシーディングを促進することができる。別の層を、電気化学メッキ法（ＥＣＰ）によって堆積してもよい。他の実施形態においては、別の層は、化学気相堆積（ＣＶＤ）によって堆積される。

［0031］一実施形態は、ウェーハに近接してチャンバの周囲に配設され、かつ第１の垂直磁石極性を有するマグネトロンスパッタリアクタ内に補助磁石アレイを含む。該磁石は、永久磁石、または、チャンバの中心軸に沿ってコイル軸を有する電磁石のアレイのいずれかでよい。

［0032］一実施形態においては、第１の磁性極性の強力な外側極を有する回転可能なマグネトロンは、反対極性の弱い極を囲んでいる。上記補助磁石は、好ましくは、外側極からウェーハの方へ磁界の不平衡な部分を引っ張るために、該ウェーハの近傍の処理空間の半分に配置されている。

［0033］ＳＩＰチャンバ内での再スパッタリングは、複数の工程で促進することができ、１つの実施形態においては、ウェーハのバイアスが堆積中に増加される。別法として、ターゲットへのパワーを堆積中に減らして、ビア及び他のホールの底部角部まで堆積を再配分することができる。

［0034］本発明に対しては、以下に説明するように、追加的な態様がある。そのため、上述したことは、本発明のいくつかの実施形態及び態様の要約にすぎないことを理解すべきである。本発明の追加的な実施形態及び態様を以下に説明する。さらに、本発明の趣旨または範囲を逸脱することなく、開示した実施形態に対する多くの変形が可能であることを理解すべきである。従って、上述した要約は、本発明の範囲を限定することを意味しない。本発明の範囲は、添付クレーム及びそれらの均等物によってのみ判断すべきである。

［0035］
従来技術において実施された、絶縁体の上面も被覆するメタライゼーションで充填されたビアの断面図である。 ビアホールの上に張り出して封鎖するメタライゼーションでの充填中のビアの断面図である。 イオン化メタルプレーティングにより堆積された粗いシード層を有するビアの断面図である。 本発明の実施形態に対して使用可能なスパッタリングチャンバの概略図である。 図４のスパッタリングチャンバの種々の構成部材の電気的配線の概略図である。 本発明の一実施形態に係る、ビアライナー及びメタライゼーション、およびビアライナーとメタライゼーションの形成プロセスの断面図である。 本発明の一実施形態に係る、ビアライナー及びメタライゼーション、およびビアライナーとメタライゼーションの形成プロセスの断面図である。 本発明の一実施形態に係る、ビアライナー及びメタライゼーション、およびビアライナーとメタライゼーションの形成プロセスの断面図である。 本発明の一実施形態に係る、ビアライナー及びメタライゼーション、およびビアライナーとメタライゼーションの形成プロセスの断面図である。 本発明の一実施形態に係る、ビアライナー及びメタライゼーション、およびビアライナーとメタライゼーションの形成プロセスの断面図である。 本発明に係る補助磁石アレイを含むスパッタリアクタの概略断面図である。 図１０のスパッタリアクタにおける上部マグネトロンの底面図である。 補助磁石アレイを支持するアセンブリの実施形態の正射投影図である。 補助磁石アレイが、電磁石からなるアレイを含むスパッタリアクタの概略断面図である。 本発明の一実施形態に係るビアシード層及びビアシード層形成プロセスの断面図である。 本発明の一実施形態に係るビアシード層及びビアシード層形成プロセスの断面図である。 本発明に対して使用可能な他のスパッタリングチャンバの概略図である。 ターゲット、シールド、絶縁体及びターゲットＯリングを詳細に示す、図１５の一部の分解組立図である。 フローティングシールドの長さと、プラズマを持続させる最少圧力との関係を示すグラフである。 本発明の別の実施形態に係るビアメタライゼーションの断面図である。 ２つの異なるマグネトロン及び異なる動作条件の場合の、ウェーハに流れるイオン電流をプロットしたグラフである。 ２つの異なるマグネトロン及び異なる動作条件の場合の、ウェーハに流れるイオン電流をプロットしたグラフである。 本発明の他の実施形態に係るビアメタライゼーションの断面図である。 本発明の他の実施形態に係るビアメタライゼーションの断面図である。 ウェーハの加熱を低減するプラズマ点火シーケンスのフロー図である。 本発明の別の実施形態によるプロセスに従って形成されたビアメタライゼーションの断面図である。 本発明の別の実施形態によるスパッタリングチャンバの概略図である。 図２５のスパッタリングチャンバの様々な構成部材の電気的配線の該略図である。 それに対して本発明を実施することができるインテグレーテッド処理装置の概略図である。

［例示実施形態の説明］
［0036］ＤＣマグネトロンスパッタリングリアクタにおける側壁被覆性と底部被覆性との間の配分は、絶縁層中のホールまたはビアにおいて所望の断面を有するライナー層等のメタル層を形成するように調整することができる。高アスペクト比のビア内にスパッタ堆積したＳＩＰ膜は、有利な上方側壁被覆性を有することが可能であり、オーバーハングを生じる傾向はない。所望する場合には、底部被覆は、上記ビアの底部のＩＣＰ再スパッタリングによって薄くまたは排除してもよい。本発明の一つの態様によれば、両スパッタリングの利点は、別々の工程でもよいＳＩＰ及びＩＣＰの両プラズマ生成方法のうちの選択した態様を組み合わせ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実施例を、図４に符号１５０で示す。また、ライナー層の側壁の上方部分は、コイル材を基板上に配置するためにチャンバ内に配設されたＩＣＰコイル１５１をスパッタリングすることによる再スパッタリングから保護してもよい。

［0037］リアクタ１５０は、好ましくは、ＳＩＰ及びＩＣＰ生成プラズマを組み合わせて、別法として、代替的に用いて、バリアまたはライナー層等のメタル層をスパッタ堆積するのに使用することもできる。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された原子の流れと中性の原子の流れとの間の配分は、絶縁層中のホールまたはビア内に被覆を形成するように調整することができる。上述したように、高アスペクト比のホール内にスパッタ堆積したＳＩＰ膜は、有利な上方側壁被覆性を有することが可能であり、オーバーハングを生じる傾向はない。他方、ＩＣＰで生成したプラズマは、そのようなホール内にスパッタ堆積した膜が、良好な底部被覆性及び底部角部被覆性を有するような金属のイオン化を増大させることができる。本発明のさらに別の態様によれば、両タイプのスパッタリングの利点は、両方の堆積技術のうちの選択した態様を組み合わせるリアクタ１５０等のリアクタ内で得ることができる。また、コイル材は、必要に応じて、堆積層に対して寄与するようにスパッタすることもできる。

［0038］リアクタ１５０、およびライナー、バリア及び他の層を形成する様々なプロセスは、２００２年７月２５日に出願された、係属中の米国特許出願第１０／２０２，７７８号（代理人名簿番号４０４４）に詳細に記載されており、その全体を本願明細書に組み入れる。該出願に記載されているように、図示の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・マテリアルズ社から入手できるＥｎｄｕｒａ ＰＶＤリアクタの変更に基づいたＤＣマグネトロン型リアクタである。このリアクタは、通常、金属からなり、かつウェーハ１５８上にスパッタ堆積すべき材料物質からなる少なくとも表面部分を有するＰＶＤターゲット１５６に対して、ターゲットアイソレータ１５４によって電気的に接地され密封された真空チャンバ１５２を含む。ターゲットのスパッタリング面は、図では平坦なものとして示されているが、該ターゲットのスパッタリング面は、アーチ型や円筒型を含む様々な形状を有してもよいことが認識される。上記ウェーハは、１５０、２００、３００及び４５０ｍｍを含む様々なサイズであってもよい。例示したリアクタ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（ＳＩＰ）が可能である。このＳＩＰモードは、被覆が、主に、上記ホールの側壁に向けられている一実施形態において用いることができる。該ＳＩＰモードは、良好な底部被覆性を実現するために用いることもできる。

［0039］また、リアクタ１５０は、ＲＦエネルギを該リアクタの内部に誘導結合するＲＦコイル１５１も有する。コイル１５１により生成されたＲＦエネルギは、アルゴン等の前駆物質ガスをイオン化して、イオン化したアルゴンを薄い底部の被覆に対して用いて、堆積層を再スパッタするためにプラズマを維持し、あるいは、スパッタした堆積物質をイオン化して底部被覆性を向上させる。一つの実施形態においては、高密度ＩＭＰプロセスの場合、２０〜６０ｍトル等比較的高い圧力でプラズマを維持すべきであり、該圧力は、好ましくは、充分に低い圧力に、例えば、タンタルナイトライドの堆積の場合１ｍトル、あるいは、タンタルの堆積に対しては２．５ｍトルに維持される。しかし、用途により、０．１〜４０ｍトルの範囲の圧力が適切になる。従って、リアクタ１５０内でのイオン化速度は、一般的に高い密度のＩＭＰプロセスのイオン化速度よりもかなり低くなると考えられる。このプラズマは、堆積した層を再スパッタするのに、あるいは、スパッタした堆積材料をイオン化するのに、またはその両方に用いることができる。さらに、コイル１５１自体は、堆積物質の薄膜化が望まれない領域のために、上記ウェーハ上に堆積した物質の再スパッタリングの間に、該ウェーハ上に保護被覆を形成するために、あるいは、追加的な堆積材料を供給するためにスパッタすることができる。

［0040］一つの実施形態においては、良好な上部側壁被覆性及び底部角部被覆性は、一つの工程において、上記コイルに少しのＲＦ電力が印加される、あるいは該コイルにＲＦ電力が印加されない、マルチステッププロセスにおいて実現することができると考えられる。すなわち、一つの工程において、スパッタされたターゲット堆積材料のイオン化は、主に自己イオン化の結果として生じることになる。その結果として、良好な上部側壁被覆性を実現できると考えられる。第２の工程において、および好ましくは同じチャンバ内において、ＲＦ電力は、コイル１５１に印加され、上記ターゲットには、低電力が印加され、または該ターゲットには電力が印加されない。この実施形態においては、ターゲット１５６からは少しの材料がスパッタされ、または該ターゲットからは材料がスパッタされず、前駆物質ガスのイオン化は、主に、コイル１５１によって誘導結合されたＲＦエネルギの結果として起きる。ＩＣＰプラズマは、上記ホールの底部におけるバリア層の抵抗を低減するためのエッチングまたは再スパッタリングにより、底部被覆を薄くするためまたは該被覆をなくすために注がれる。また、コイル１５１は、薄膜化が所望されない場合に、保護材料を堆積させるためにスパッタしてもよい。一つの実施形態においては、上記圧力は、プラズマ密度が、上記コイルからのスパッタされた堆積材料のイオン化を低減するように比較的低くなるように、比較的低く保ってもよい。その結果として、スパッタされたコイル材は、主に上方側壁に堆積してその部分を薄膜化から保護するように、十分に中性のままとすることができる。

［0041］図示したリアクタ１５０は、自己イオン化スパッタリングが可能であるため、堆積材料は、ＲＦコイル１５１によって持続されたプラズマの結果としてだけではなく、ターゲット１５６自体のスパッタリングによってもイオン化することができる。良好な底部被覆性を有する層を堆積することが望まれる場合には、ＳＩＰとＩＣＰを組み合わせたイオン化プロセスが、良好な底部被覆性及び底部角部被覆性のための十分なイオン化材料を供給すると考えられる。しかし、ＲＦコイル１５１によって生成された低圧プラズマの低いイオン化速度が、十分な中性のスパッタ材料を、上記上部側壁に堆積されるようにイオン化しないままとすることが可能であるとも考えられる。すなわち、イオン化した堆積材料のソースの組合せが、以下により詳細に説明するように、良好な上部側壁被覆性、および良好な底部被覆性及び底部角部被覆性を実現できると考えられる。

［0042］代替の実施形態においては、良好な上部側壁被覆性、および良好な底部被覆性及び底部角部被覆性は、一つの工程において、上記コイルに少しのＲＦ電力が印加される、あるいは該コイルにＲＦ電力が印加されない、マルチステッププロセスにおいて実現することができると考えられる。すなわち、一つの工程において、堆積材料のイオン化は、主に自己イオン化の結果として生じることになる。その結果として、良好な上部側壁被覆性を実現できると考えられる。第２の工程において、および好ましくは同じチャンバ内において、ＲＦ電力をコイル１５１に印加してもよい。また、一つの実施形態において、上記圧力は、高密度プラズマを維持できるように、充分に上昇させることができる。その結果として、良好な底部被覆性及び底部角部被覆性を上記第２の工程において実現できると考えられる。

［0043］ウェーハクランプ１６０は、ウェーハ１５８をペデスタル電極１６２上に保持する。ペデスタル１６２内の抵抗性ヒータ、冷却剤流路及び熱伝達ガスキャビティは、該ペデスタルの温度を、−４０℃以下の温度に制御できるようにし、それにより上記ウェーハの温度を同様に制御できるようにするために設けることができる。

［0044］部分的に中性の流れを用いてより深いホール被覆を実現するために、ターゲット１５６とウェーハ１５８との間の距離を、ロングスローモードで動作するように増加させることができる。使用時において、上記ターゲットと基板間の間隔は、通常、該基板の口径の半分よりも大きい。例示の実施形態において、該間隔は、好ましくは、ウェーハの口径の９０％以上であるが（例えば、２００ｍｍウェーハの場合１９０ｍｍ、３００ｍｍウェーハの場合２９０ｍｍ）、基板口径の１００％以上及び１４０％以上を含む８０％以上の間隔も適切であると考えられる。たいていの用途の場合、５０〜１０００ｍｍの、ターゲットとウェーハとの間隔が適切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、スパッタリング堆積速度を低減するが、イオン化したスパッタ粒子には、そのような大きな減少はない。

［0045］第２の絶縁シールドアイソレータ１６８によって絶縁された暗黒部シールド１６４及びチャンバシールド１６６は、チャンバ壁部１５２をスパッタ材料から保護するために、チャンバ１５２内に保持されている。例示の実施形態においては、暗黒部シールド１６４及びチャンバシールド１６６は、共に接地さている。しかし、いくつかの実施形態においては、非接地レベルにフローティングまたはバイアスしてもよい。チャンバシールド１６６も、カソードターゲット１５６と対向するアノード接地面として作用し、それにより、プラズマを容量的に支持する。上記暗黒部を電気的に浮遊させることができる場合、負の電荷がそこに蓄積するように、いくつかの電極を暗黒部シールド１６４上に堆積させることができる。負の電位が、さらなる電子が堆積するのを防止するだけでなく、該電子を主要なプラズマ領域内に閉じ込めることができ、それに伴って、必要に応じて、電子の損失を低減し、低圧スパッタリングを持続させ、かつプラズマ密度を増加させることができると考えられる。

［0046］コイル１５１は、コイル１５１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によってシールド１６４上に載置されている。また、スタンドオフ１８０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り返し堆積を可能にすると共に、コイル１５１を（一般に接地されている）シールド１６４に対して短絡させる可能性がある、堆積材料のコイル１５１からシールド１６４への完全な導電経路の形成を防ぐ迷路状の通路を有する。

［0047］上記コイルを回路経路として使用できるようにするために、ＲＦ電力が、上記真空チャンバ壁を通って、およびシールド１６４を通ってコイル１５１の端部に流される。真空フィードスルー（図示せず）は、好ましくは、真空圧力チャンバの外側に配設されたジェネレータからＲＦ電流を供給するために、上記真空チャンバを通って伸びている。ＲＦ電力は、シールド１６４を通って、コイルスタンドオフ１８０と同様に、コイル１５１をシールド１６４に対して短絡させる可能性がある、コイル１５１からシールド１６４への堆積材料からなる経路の形成を防ぐ迷路状の通路を有するフィードスルースタンドオフ１８２（図５）によってコイル１５１に印加される。

［0048］プラズマ暗黒部シールド１６４は、概して円筒型形状である。プラズマチャンバシールド１６６は、概してカップ状であり、コイル１５１を絶縁支持するためにスタンドオフ１８０及び１８２が取り付けられる、概して円筒型形状で、垂直方向に向けられた壁部１９０を含む。

［0049］図５は、例証となる実施形態のプラズマ生成装置の電気的接続を表わす概略図である。プラズマによって生成されたイオンを誘引するために、ターゲット１５６は、好ましくは、可変ＤＣ電源２００により、例えば、１〜４０ｋＷのＤＣ電力で負の電位にバイアスされる。電源２００は、プラズマを点火し、持続させるために、ターゲット１５６をチャンバシールド１６６に対して約−４００〜−６００ＶＤＣに負の電位にバイアスする。１〜５ｋＷのターゲット電力は、通常、プラズマを点火するのに用いられ、１０ｋＷ以上の電力は、本願明細書に記載したＳＩＰスパッタリングに対して好ましい。例えば、２４ｋＷのターゲット電力は、ＳＩＰスパッタリングによってタンタルナイトライドを堆積させるのに使用することができ、また、２０ｋＷのターゲット電力は、ＳＩＰスパッタリングによりタンタルを堆積するのに使用することができる。ＩＣＰ再スパッタリングの間、ターゲット電力は、例えば、プラズマ均一性を維持するために、１００〜２００ワットに低減してもよい。別法として、ターゲット電力は、ＩＣＰ再スパッタリング中のターゲットのスパッタリングが望まれる場合には、高いレベルに維持してもよく、あるいは、必要に応じてターンオフしてもよい。

［0050］ペデスタル１６２及びウェーハ１５８は、電気的に浮遊させたままでもよいが、負のＤＣ自己バイアスは、かけてもかまわない。別法として、ペデスタル１６２は、イオン化した堆積材料を上記基板に引きつけるように基板１５８を負の電位にバイアスするために、電源２０２によって−３０ｖＤＣで負の電位にバイアスしてもよい。別の実施形態は、上記ペデスタルに対して発生させる負のＤＣバイアスをさらに制御するために、ＲＦバイアスをペデスタル１６２に加えてもよい。例えば、バイアス電源２０２は、１３．５６ＭＨｚで作動するＲＦ電源であってもよい。ＳＩＰ堆積における２００ｍｍウェーハの場合、例えば、１０Ｗ〜５ｋＷ、より好ましくは、１５０〜３００ＷのＲＦ電力を供給することができる。

［0051］コイル１５１の一端部は、フィードスルースタンドオフ１８２によってシールド１６６を介して、増幅器及び整合ネットワーク２０４の出力等のＲＦ電源に絶縁結合されている。整合ネットワーク２０４の入力は、この実施形態の場合に、ＩＣＰプラズマ生成のために、１または１．５ｋＷ程度でＲＦ電力を供給するＲＦジェネレータ２０６に結合されている。例えば、タンタルナイトライドの堆積の場合には、１．５ｋＷの電力が、タンタルの堆積の場合には、１ｋＷの電力が好ましい。好ましい範囲は、５０Ｗ〜１０ｋＷである。ＳＩＰ堆積の間、上記コイルへのＲＦ電力は、必要に応じてターンオフしてもよい。別法として、ＲＦ電力は、必要に応じて、ＳＩＰ堆積中に供給してもよい。

［0052］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によってシールド１６６を介して、好ましくは、コイル１５１に対するＤＣバイアスをサポートする可変コンデンサであってもよい阻止コンデンサ２０８を介してアースに絶縁結合されている。コイル１５１に対するＤＣバイアス及びコイルスパッタリング速度は、米国特許第６，３７５，８１０号明細書に記載されているように、コイル１５１に結合されたＤＣ電源２０９によって制御することができる。ＩＣＰプラズマ生成及びコイルスパッタリングに対する適切なＤＣ電力の範囲としては、５０Ｗ〜１０ｋＷが挙げられる。コイルスパッタリング中の好ましい値は５００Ｗである。コイル１５１に対するＤＣ電力は、必要に応じて、ＳＩＰ堆積中にターンオフしてもよい。

［0053］上述した電力レベルは、特定の用途により、当然変化してもよい。コンピュータをベースとしたコントローラ２２４は、特定の用途に従って、様々なソースの電力レベル、電圧、電流及び周波数を制御するようにプログラムすることができる。

［0054］ＲＦコイル１５１は、該コイルからスパッタされた材料物質が、上記ウェーハにぶつかったときに低い入射角を有するように、上記チャンバ内に比較的低く配置してもよい。そのため、コイル材料は、上記ホールの底部がＩＣＰプラズマによって再スパッタされているときに、該ホールの上方角部を保護するように、該ホールの上方角部に優先的に堆積させることができる。図示の実施形態においては、上記コイルの主な機能が、上記ウェーハを再スパッタするためのプラズマを生成すること、および再スパッタリング中の保護被覆を形成することである場合には、該コイルを上記ターゲットよりも該ウェーハの近くに配置することが好ましい。たいていの用途の場合、コイルとウェーハとの間隔は０〜５００ｍｍが適切であると考えられている。しかし、実際の位置は、特定の用途により変化することが認識されている。上記コイルの主な機能が、堆積材料をイオン化するためのプラズマを生成することである用途においては、該コイルは、上記ターゲットに近づけて配置してもよい。また、１９９６年７月１０日にファイルされ（代理人登録番号１３９０−ＣＩＰ／ＰＶＤ／ＤＶ）、本出願の譲受人に譲渡され、「プラズマを生成するためのスパッタリングコイル」と題された米国特許第６，３６８，４６９号明細書に詳細に記載されているように、ＲＦコイルは、スパッタされたコイル材料によって堆積層の均一性を改善するように配置することもできる。さらに、該コイルは、ヘリックスまたは螺旋状に形成された複数の巻線を有してもよく、あるいは、複雑性及びコストを低減しかつクリーニングを容易にするために、単一の巻線や数回の巻線を有してもよい。

［0055］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、該コイルを絶縁支持するのに使用することができる。特に、ＳＳＳ、ＳＩＰ及びＩＣＰに関連する高電力レベルにおけるスパッタリングは、高電圧を伴うので、絶縁アイソレータは、通常、異なるバイアスの部材を絶縁する。その結果として、そのようなアイソレータをメタル堆積から保護することが望ましい。

［0056］上記スタンドオフの内部構造は、好ましくは、２０００年２月２９日にファイルされ本出願の譲受人に譲渡された、「プラズマを生成するためのコイル及びコイル支持体」と題された、同時係属出願第０９／５１５，８８０号明細書に詳細に記載されているように入り組んでいる。プラズマに直接さらされるコイル１５１及び上記スタンドオフのそのような部分は、好ましくは、堆積される同じ材料で形成される。すなわち、堆積される材料物質がタンタルからなる場合には、上記スタンドオフの外側部分は、好ましくは、タンタルで形成される。堆積材料の付着を容易にするために、メタルの露出面は、粒子の堆積材料からの発散を低減するビードブラストによって処理してもよい。タンタルの他にも、上記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様々な堆積材料で形成することができる。上記迷路状の通路は、上記コイルからシールドへの完全な導電経路の形成を妨げるように形成すべきである。このような導電性経路は、導電性堆積材料が、上記コイル及びスタンドオフ上に堆積したときに形成される可能性がある。特定の用途により、他の寸法、形状及び数の迷路状の通路も可能であることを認識すべきである。該迷路のデザインに影響を及ぼす要因としては、堆積する材料物質の種類、上記スタンドオフが洗浄または交換を必要とする前の所望の堆積数が挙げられる。適当なフィードスルースタンドオフは、ＲＦ電力が、該スタンドオフを貫通して伸びるボルトまたは他の導電性部材に印加されることを除いて、同じように構成することができる。

［0057］コイル１５１は、重なっているが離間した端部を有してもよい。この構成においては、各端部のためのフィードスルースタンドオフ１８２は、図４に示すように、真空チャンバターゲット１５６と基板ホルダ１６２との間のプラズマチャンバの中心軸と平行な方向に重ねてもよい。その結果、上記コイルの一端部から該コイルの他端部へのＲＦ経路は、同様に重ねて、上記ウェーハ上の間隙を避けることができる。そのような重なり構成は、１９９８年３月１６日にファイルされ本出願の譲受人に譲渡された、同時係属出願第０９／０３９，６９５号明細書に記載されているように、プラズマの生成、イオン化及び堆積の均一性を改善することができると考えられる。

［0058］支持スタンドオフ１８０は、適切な支持を可能にするために、上記コイルの残りの部分の周りに配設してもよい。図示の実施形態においては、上記コイルは、それぞれ、各コイルの外側面に９０度の間隔で配設された３つのハブ部材５０４を有する。上記スタンドオフの数及び間隔は、特定の用途により変化してもよいことを認識すべきである。

［0059］図示の実施形態のコイル１５１は、それぞれ、単一巻のコイル内に形成された２インチ×１／４インチの高耐久のビードブラストしたタンタルまたは銅のリボンで形成されている。しかし、他の高導電性材料及び形状を用いてもよい。例えば、上記コイルの厚さは、１／１６インチまで低減してもよく、かつ幅は、２インチまで増してもよい。また、特に、水冷が望まれる場合には、中空管も使用することができる。

［0060］適切なＲＦジェネレータ及び整合回路は、当業者には周知の構成部材である。例えば、上記整合回路及びアンテナとの最良の周波数整合のために周波数を探す能力を有するＥＮＩ Ｇｅｎｅｓｉｓシリーズ等のＲＦジェネレータが適切である。上記コイルへのＲＦ電力を生成するジェネレータの周波数は、好ましくは２ＭＨｚであるが、レンジは、例えば、１ＭＨｚ〜２００ＭＨｚ等のＡ．Ｃ．周波数や非ＲＦ周波数において変化する可能性があることが予想される。なお、これらの構成部材は、プログラム可能なコントローラ２２４によって制御することができる。

［0061］図４に戻って、チャンバシールド１６６の底部円筒型部分２９６は、ウェーハ１５８を支持するペデスタル１６２の上部の裏の凹んだ部分へ続いている。そして、チャンバシールド１６６は、カップ状部分３０２内に径方向内側に、および最も内側の円筒形部分１５１内に垂直方向上方に続いて、ウェーハ１５８の高さに近づくが、ペデスタル１６２の径方向外側に離間している。

［0062］シールド１６４、１６６は、一般に、ステンレス鋼で構成されており、またそれらの内側は、該内側にスパッタ堆積される材料の付着を促進するように、ビードブラストされ、あるいは他の方法で粗面化してもよい。しかし、長いスパッタリングの間のある時点で、上記堆積材料は、剥がれやすい厚さに堆積して、有害な粒子を生成する。この時点に達する前に、上記シールドをクリーニングするべきであり、あるいは、新たなシールドと交換すべきである。しかし、より高価なアイソレータ１５４、１６８は、たいていのメンテナンス期間においては交換する必要はない。さらに、該メンテナンス周期は、該アイソレータの電気的短絡ではなく、該シールドの剥がれによって決まる。

［0063］ガスソース３１４は、スパッタリング作用ガス、一般には化学的に不活性なアルゴンガスを、マスフローコントローラ３１６を介してチャンバ１５２に供給する。該作用ガスは、シールドチャンバシールド１６６の底部を通る、またはチャンバシールド１６６、ウェーハクランプ１６０及びペデスタル１６２の間の間隔３１８を通る開口を貫通する１つまたはそれ以上の流入パイプによって、該チャンバの上部に、あるいは、図に示すように、その底部に進入することができる。広いポンピングポート３２２を介してチャンバ１５２に接続された真空ポンプ装置３２０は、該チャンバを低圧に維持する。ベース圧力は、約１０^-7トルまたはそれより低く保持することができるが、上記作用ガスの圧力は、従来のスパッタリングにおいては、通常、約１〜１０００ミリトルに、およびＳＩＰスパッタリングにおいては約５ミリトル以下に維持される。コンピュータをベースとしてコントローラ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を含む上記リアクタを制御する。

［0064］有効なスパッタリングを可能にするために、ターゲット１５６の裏にマグネトロン３３０が配置されている。該マグネトロンは、磁気ヨーク３３６に接続され、該ヨークによって支持された対抗する磁極の磁石３３２、３３４を有する。該磁石は、チャンバ１５２内のマグネトロン３３０の近くに磁界を形成する。該磁界は、電子をトラップし、電荷が中性の場合、イオン密度も、高密度プラズマ領域３３８を形成するように増加する。マグネトロン３３０は、ターゲット１５６のスパッタリング時の完全な被覆を実現するために、通常、モータで駆動される軸３４２によってターゲット１５６の中心３４０の周りに回転される。持続性自己スパッタリングを可能にする十分なイオン化密度の高密度プラズマ３３８を実現するために、マグネトロン３３０の近くの領域に供給される電力密度は、高くすることができる。このことは、上記の引用特許においてＦｕ及びＣｈｉａｎｇによって記載されているように、ＤＣ電源２００から供給される電力レベルを増加させることにより、および例えば、三角形または競馬場の形にマグネトロン３３０の領域を低減することにより実現することができる。その先端部をターゲットの中心３４０とほぼ一致させた状態で回転される６０度の三角形状マグネトロンは、いつでも該ターゲットの約１／６のみをカバーする。ＳＩＰスパッタリングが可能な市販のリアクタにおいては、１／４のカバレージが好ましい最大値である。

［0065］電子の損失を減らすためには、内側磁石３３２によって表わされる内側磁極及び磁極面は、相当数の開口を有すべきではなく、また外側磁石３３４によって表わされる連続外側磁極及び磁極面によって囲むべきである。さらに、イオン化したスパッタ粒子をウェーハ１５８へ案内するために、外側の極は、内側の磁極よりもかなり高い磁束を生成すべきである。広がっている磁界線は、電子をトラップし、それに伴ってプラズマをウェーハ１５８の近くまで伸ばす。磁束の比は、少なくとも１５０％、好ましくは２００％以上とすべきである。Ｆｕの三角形状マグネトロンの２つの実施形態は、同じ強度であるが逆極性の２５の外側磁石と６または１０の内側磁石を有する。平坦なターゲット面と共に示しているが、様々な不平衡なマグネトロンを、自己イオン化したプラズマを生成する様々なターゲット形状と共に使用することができることが認識される。該磁石は、円形やその他の形状を含む三角形以外の形状を有してもよい。

［0066］アルゴンが上記チャンバ内に入ると、ターゲット１５６とチャンバシールド１６６との間のＤＣ電圧差が該アルゴンをプラズマにし、正に荷電したアルゴンイオンは、負に荷電したターゲット１５６に引きつけられる。該イオンは、かなりのエネルギでターゲット１５６にぶつかって、ターゲット原子または原子群をターゲット１５６からスパッタさせる。ターゲット粒子のうちのいくつかは、ウェーハ１５８に衝突し、それによって該ウェーハ上に堆積され、ターゲット材料からなる膜を形成する。金属ナイトライドの反応性スパッタリングにおいては、窒素が、ソース３４３から上記チャンバ内に追加的に入れられ、該窒素は、スパッタされた金属原子と反応してウェーハ１５８上に金属ナイトライドを形成する。

［0067］図６〜図９ｂは、本発明の一つの態様に係るライナー層の形成に関する連続的な断面図を示す。図６を参照すると、層間絶縁体３４５（例えば、二酸化シリコン）が、配線３４８（図９ｂ）の第１のメタル層（例えば、第１の銅層３４７ａ）を覆って堆積されている。そして、第１の銅層３４７ａを露出させるために、層間絶縁体３４５内にビア３４９がエッチングされる。上記第１のメタル層は、ＣＶＤ、ＰＶＤ、電気メッキあるいは、公知の金属堆積技術を用いて堆積することができ、また、該メタル層は、コンタクトを介して、絶縁層を介して、下にある半導体ウェーハに形成されたデバイスと接続される。第１の銅層３４７ａが酸素にさらされる場合、例えば、上記ウェーハが、該第１の銅層と第２のメタル層との間のビアの形成のための開口を形成するために、該第１の銅層に重なる酸化物がエッチングされるエッチングチャンバから移動される場合、該第１の銅層上に、絶縁性／高抵抗性の銅酸化物層３４７ａ’を容易に形成することができる。従って、銅配線３４８の抵抗を低減するために、ビア３４９内のいかなる銅酸化物層３４７ａ’及び処理残留物も除去してよい。

［0068］バリア層３５１は、銅酸化物層３４７ａ’を除去する前に、（例えば、図４のスパッタリングチャンバ１５２内で）層間絶縁体３４５を覆って、および第１の銅層３４７ａを覆って堆積することができる。好ましくは、タンタル、タンタルナイトライド、チタンナイトライド、タングステンまたはタングステンナイトライドからなるバリア層３５１は、（前述したように）後に堆積される銅層が、層間絶縁体３４５に混ざって該絶縁体を劣化させることを防ぐ。

［0069］例えば、スパッタリングチャンバ１５２が、タンタルナイトライド層の堆積のために構成されている場合には、タンタルターゲット１５６が用いられる。一般的に、アルゴン及び窒素ガスは、共に、ガスインレット３６０（それぞれが各ガス用のものである複数のインレットを使用することができる）を介してスパッタリングチャンバ１５２内に流れ込み、電力信号は、ＤＣ電源２００を介してターゲット１５６に印加される。状況に応じて、電力信号は、第１のＲＦ電源２０６を介してコイル１５１に印加してもよい。定常状態処理の間、窒素は、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上にナイトライド膜を形成し、そこからタンタルナイトライドがスパッタされる。また、非窒化物タンタル原子も上記ターゲットからスパッタされ、該原子は、窒素と結合して飛翔するタンタルナイトライドを形成し、または、ペデスタル１６２によって支持されたウェーハ（図示せず）上にタンタルナイトライドを形成する。

［0070］動作中、排気口３６２に作用可能に結合されたスロットルバルブは、プロセスガスのチャンバ１５２内への導入の前に、堆積チャンバ１５２を、約１×１０^-8トルの所望の低真空レベルに維持するために、中間位置に位置している。スパッタリングチャンバ１５２内での処理を開始するために、アルゴンガスと窒素ガスとの混合物が、ガスインレット３６０を介してスパッタリングチャンバ１５２内に流入される。ＤＣ電力は、ＤＣ電源２００を介してタンタルターゲット１５６に印加される（また、上記ガス混合物は、ガスインレット３６０を介してスパッタリングチャンバ１５２内に流入し続けると共に、ポンプ３７を介して供給される）。ターゲット１５６に印加されるＤＣ電力は、上記アルゴン／窒素ガス混合物に、ＳＩＰプラズマを生成させ、かつターゲット材料（例えば、タンタルやタンタルナイトライド）を該ターゲットから射出させるターゲット１５６に引き付けられて該ターゲットに衝突するアルゴンイオン及び窒素イオンを生成させる。射出されたターゲット材料は、ペデスタル１６２によって支持されたウェーハ１５８まで移動して、該ウェーハ上に堆積する。上記ＳＩＰプロセスによれば、上記不平衡なマグネトロンによって生成されたプラズマは、スパッタされたタンタル及びタンタルナイトライドの一部をイオン化する。基板支持ペデスタル１６２に印加するＲＦ電力信号を調整することにより、負のバイアスを、基板支持ペデスタル１６２とプラズマとの間に形成することができる。基板支持ペデスタル１６２とプラズマとの間の負のバイアスは、タンタルイオン、タンタルナイトライドイオン及びアルゴンイオンを、ペデスタル１６２及び該ペデスタル上に支持されたウェーハの方へ加速させる。それに応じて、中性及びイオン化したタンタルナイトライドを上記ウェーハ上に堆積させることができ、ＳＩＰスパッタリングにしたがって、良好な側壁被覆性及び上方側壁被覆性を実現できる。さらに、特に、ＲＦ電力を上記ＩＣＰコイルに随意に印加した場合、上記ウェーハをアルゴンイオンによってスパッタエッチングできると同時に、ターゲット１５６からのタンタルナイトライド材料が、該ウェーハ上に堆積する（例えば、同時堆積／スパッタエッチング）。

［0071］バリア層３５１の堆積に続いて、ビアの底部の薄膜化または除去が望まれる場合には、ビア３４９の底部におけるバリア層３５１の一部、および該バリア層の下の銅酸化物層３４７ａ’（及び処理残留物）を、図７に示す様なアルゴンプラズマによってスパッタエッチングまたは再スパッタしてもよい。該アルゴンプラズマは、好ましくは、この工程において、主に、ＲＦ電力を上記ＩＣＰコイルに印加することによって生成される。この実施形態におけるスパッタリングチャンバ１５２（図４）内でのスパッタエッチングの間、ターゲット１５６に印加される電力は、ターゲット１５６からの著しい堆積を防ぐためまたは抑制するために、好ましくは、取り除かれるか、あるいは、低レベル（例えば、１００または２００Ｗ）に低減されることに注意する。ゼロのターゲット電力ではなく低いターゲット電力レベルは、より均一なプラズマを生成することができ、好ましい。

［0072］ＩＣＰアルゴンイオンは、電界（例えば、負の自己バイアスを上記ペデスタル上に形成させる、図４の第２のＲＦ電源４１を介して基板支持ペデスタル１６２に印加されるＲＦ信号）を介してバリア層３５１の方へ加速されて、バリア層３５１に衝突し、運動量の伝達により、ビア開口の底部からのバリア層材料をスパッタし、該材料を、ビア３４９の側壁を被覆するバリア層３５１の部分に沿って再配分する。該アルゴンイオンは、上記基板とほぼ直角な方向で該基板に引き付けられる。その結果として、上記ビアの側壁のわずかなスパッタリングであるが、該ビアの底部の実質的なスパッタリングが行われる。再スパッタリングを容易にするために、上記ペデスタル及びウェーハに印加されるバイアスは、例えば、４００Ｗにしてもよい。

［0073］上記再スパッタリングプロセスのパラメータの特定の値は、特定の用途により変化してもよい。同時係属のまたは発行された出願第０８／７６８，０５８号、同第０９／１２６，８９０号、同第０９／４４９，２０２号、同第０９／８４６，５８１号、同第０９／４９０，０２６号及び同第０９／７０４，１６１号は、再スパッタリングプロセスについて記載しており、それらの出願全体を本願明細書に組み入れる。

［0074］本発明の他の態様によれば、ＩＣＰコイル１５１は、ターゲット１５６と同じように、タンタル等のライナー材料で形成してもよく、また、上記ビアの底部が再スパッタされる間、上記ウェーハ上にタンタルナイトライドを堆積させるためにスパッタしてもよい。上記再スパッタリングプロセスの間の比較的低い圧力のため、コイル１５１からスパッタされた堆積材料のイオン化速度は、比較的低い。すなわち、上記ウェーハ上に堆積した上記スパッタされた材料物質は、主に中性の材料である。また、コイル１５１は、上記チャンバ内の比較的低い位置に配置され、上記ウェーハを囲みかつ該ウェーハに隣接する。

［0075］従って、コイル１５１からスパッタされた材料物質の軌跡は、比較的小さな入射角を有する傾向がある。すなわち、コイル１５１からのスパッタされた材料物質は、上記ウェーハの上面の層３６４に、および該ウェーハのホール内の深部よりは該ウェーハのホールまたはビアの開口部の周りに堆積する傾向がある。このコイル１５１からの堆積した材料物質は、上記バリア層の薄膜化が所望されない場合に、該バリア層が、上記側壁上及び上記ホールの開口部の周囲ではなく、主に該ホールの底部において再スパッタリングすることにより薄膜化されるような、再スパッタリングからの一定の保護を可能にするために用いることができる。

［0076］バリア層３５１が、一旦、上記ビアの底部からスパッタエッチングされると、上記アルゴンイオンは、銅酸化物層３４７ａ’に衝突し、該酸化物層は、該ビアの底部から銅酸化物層材料を再配分するようにスパッタされ、該スパッタされた材料物質のうちの一部または全ては、ビア３４９の側壁を被覆するバリア層３５１の部分に沿って堆積される。また、銅原子３４７ａ”は、ビア３４９の側壁上に堆積したバリア層３５１及び３６４を被覆する。しかし、最初に堆積したバリア層３５１、および上記ビアの底部からビアの側壁に再配分された層は銅原子３４７ａ”に対する拡散バリアであるため、銅原子３４７ａ”は、バリア層３５１内で実質的に静止しており、層間絶縁体３４５に達することが妨げられている。従って、上記側壁に堆積される“銅原子３４７ａ”は、被覆されていない側壁に再配分されても、ビア間漏れ電流を概して生成しない。

［0077］その後、タンタル等の第２の材料物質からなる第２のライナー層３７１を、同じチャンバ１５２内で、あるいは、ＳＩＰ及びＩＣＰの両能力を有する同様のチャンバ内で、直前のバリア層３５１上に堆積することができる（図８）。タンタルライナー層は、下にあるタンタルナイトライドバリア層と、銅等の導電体からなる、後に堆積されるメタル配線層との間に良好な付着を実現できる。しかし、ある用途においては、シード層の前に、または上記ホールを充填する前に、バリア層またはライナー層を堆積させることが好ましい。

［0078］第２のライナー層３７１は、第１のライナー層３５１と同じ方法で堆積することができる。すなわち、タンタルライナー３７１は、主にターゲットマグネトロン３３０によってプラズマが生成される第１のＳＩＰ工程において、堆積することができる。しかし、タンタルナイトライドではなくタンタルが堆積されるように、窒素は進入しない。ＳＩＰスパッタリングによれば、良好な側壁被覆性及び上方側壁被覆性を得ることができる。ＩＣＰコイル１５１へのＲＦ電力は、必要に応じて低減またはなくすことができる。

［0079］タンタルライナー層３７１の堆積に続いて、上記底部の薄膜化または排除が所望される場合には、該ライナー層の下のビア３４９の底部（及び処理残留物）におけるライナー層３７１の部分を、図９ａに示すように、ライナー層３５１の底部と同様の方法で、アルゴンプラズマによってスパッタエッチングまたは再スパッタしてもよい。該アルゴンプラズマは、好ましくは、この工程において、主にＲＦ電力を上記ＩＣＰコイルに印加することによって生成される。またここでも、スパッタリングチャンバ１５２（図４）内でのスパッタエッチングの間、ターゲット１５６に印加される電力は、第２のライナー層３７１の底部被覆の薄膜化または排除の間に、ターゲット１５６からの著しい堆積を防ぐためまたは抑制するために、好ましくは、取り除かれるか、あるいは、低レベル（例えば、５００Ｗ）に低減されることに注意する。また、コイル１５１は、好ましくは、ライナー材料３７４を堆積させるためにスパッタされ、アルゴンプラズマは、該ライナー側壁及び上方部が、底部の再スパッタリングの間に実質的に薄膜化されることから保護するために、該ライナー層の底部を再スパッタする。

［0080］上述した実施形態においては、ターゲット材料の上記ビアの側壁へのＳＩＰ堆積は、主として１つの工程中に行われ、上記ビア底部のＩＣＰ再スパッタリング及びコイル１５１材料のＩＣＰ堆積は、主に後の工程において行われる。ターゲット材料及びコイル材料のビア３４９の側壁への堆積は、必要に応じて、同時に行うことができることを認識されたい。また、堆積材料の、ビア３４９の底部におけるＩＣＰスパッタエッチングは、必要に応じて、ターゲット材料及びコイル材料の上記側壁への堆積と同時に行うことができることを認識されたい。同時堆積／スパッタエッチングは、コイル１５１、ターゲット１５６及びペデスタル１６２に印加する電力信号を調節することにより、図４のチャンバ１５２によって実行することができる。コイル１５１は、プラズマを維持するのに使用することができるため、該プラズマは、（該プラズマを持続させるのに必要なバイアスより小さい）上記ウェーハに対する比較的低いバイアスで該ウェーハをスパッタすることができる。スパッタリングのしきい値に一旦達すると、特定のウェーハバイアスの場合、ターゲット１５６に印加されるＤＣ電力（“ＤＣターゲット電力”）と比べて、ワイヤコイル１５１に印加されるＲＦ電力（“ＲＦコイル電力”）の比は、スパッタエッチングと堆積との関係に影響を及ぼす。例えば、ＲＦ電力とＤＣ電力との比が高ければ高い程、スパッタエッチングは、増加したイオン化、および上記ウェーハに対する増加したイオン衝撃流によりより多く行われることになる。上記ウェーハバイアスを増加させること（例えば、支持ペデスタル１６２に供給されるＲＦ電力を増加させること）は、スパッタリング能力を増し、エッチング速度を増加させる、生じるイオンのエネルギを増すことになる。例えば、ペデスタル１６２に印加するＲＦ信号の電圧レベルを増加させると、上記ウェーハに入射するイオンのエネルギが増加すると共に、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させると、入射イオンの数が増加する。

［0081］従って、上記ウェーハバイアスの電圧レベル及びデューティサイクルは、スパッタリング速度を制御するために調節することができる。また、ＤＣターゲット電力を低く保つことは、堆積に利用可能なバリア材料の量を減らすことになる。ゼロのＤＣターゲット電力は、スパッタエッチングのみをもたらすことになる。高ＲＦコイル電力及びウェーハバイアスと結合した低いＤＣターゲット電力は、同時のビア側壁堆積及びビア底部スパッタリングをもたらすことができる。従って、上記プロセスは、上記材料物質及び該構造のために調整することができる。２００ｍｍウェーハの一般的な３：１のアスペクト比の場合、タンタルまたはタンタルナイトライドをバリア材料として用いると、連続的に印加される（例えば、１００％デューティサイクル）５００Ｗ〜１ｋＷのＤＣターゲット電力、２〜３ｋＷ以上のＲＦコイル電力、２５０Ｗ〜４００Ｗ以上のウェーハバイアスで、上記ウェーハ側壁へのバリア堆積及び上記ビア底部からの材料の除去が可能になる。上記ＤＣターゲット電力を低くすればする程、上記側壁に堆積される材料物質は少なくなる。上記ＤＣターゲット電力を高くすればする程、上記ビアの底部をスパッタするのに必要なＲＦコイル電力および／またはウェーハバイアス電力は多くなる。例えば、コイル１５１に対する２ｋＷのＲＦコイル電力レベル及びペデスタル１６２に対する、１００％デューティサイクルの２５０ＷのＲＦウェーハ電力レベルは、同時堆積／スパッタエッチングに用いることができる。同時堆積／スパッタエッチングの間、最初は、（例えば、特定の構造／材料により、数秒間またはそれ以上）ウェーハバイアスを印加せずに、充分なビア側壁の被覆を可能にして、該ビアの底部からスパッタエッチングされた材料物質による該側壁の汚染を防ぐことが好ましい。

［0082］例えば、ビア３４９の同時堆積／スパッタエッチングの間、最初はウェーハバイアスをかけないことにより、堆積／スパッタエッチング工程の残りの間に、スパッタされた銅原子が層間絶縁体３４５を汚染するのを防ぐ、層間絶縁体３４５の側壁上への最初のバリア層の形成を容易にすることができる。別法として、堆積／スパッタエッチングは、同じチャンバ内で“連続的に”実行してもよく、あるいは、第１の処理チャンバ内でバリア層３５１を堆積した後、異なる第２の処理チャンバ（例えば、アプライドマテリアルズ社のＰｒｅｃｌｅａｎ IIチャンバ等のスパッタエッチングチャンバ）内でバリア層３５１及び銅酸化物層３４７ａ’をスパッタエッチングすることによって実行することができる。

［0083］第２のライナー層３７１の堆積及び底部被覆の薄膜化に続いて、銅配線３４８を形成するために、第２のメタル層３４７ｂが堆積される（図９ｂ）。第２の銅層３４７ｂは、図９ｂに示すように、第２のライナー層３７１を覆う、および各ビアの底部に露出する第１の銅層３４７ａの一部を覆う被覆として、または銅プラグ３４７ｂ’として堆積させることができる。銅層３４７ｂは、銅シード層を含んでもよい。第１及び第２の銅層３４７ａ、３４７ｂは、バリア層３５１または第２のライナー層３７１を介して接触しているのではなく、直接接触しているため、銅配線３４８の抵抗は、ビア間漏れ電流と同様に低くすることができる。しかし、ある用途においては、上記ビアの底部に、上記ライナー層またはバリア層あるいはその両方の被覆を残すことが好ましいことを認識されたい。

［0084］上記配線が、上記ライナー層と異なる導電性金属で形成される場合、該配線層は、該異なる導電金属からなるターゲットを有するスパッタチャンバ内で堆積することができる。該スパッタチャンバは、ＳＩＰ型またはＩＣＰ型であってもよい。しかし、現在の銅シード層の堆積は、図１０と共に以下に説明する種類のチャンバ内で行うことが好ましい。上記メタル配線は、他の種類のチャンバ内での別の方法及びＣＶＤ及び電気化学メッキを含む装置によって堆積してもよい。

［0085］銅シード層は、図１０の概略断面図に示すような別のプラズマスパッタリングリアクタ４１０によって堆積してもよい。リアクタ４１０、及びシード及び他の層を形成するための種々のプロセスは、２００１年１１月１４日に出願された、同時係属の出願第０９／９９３，５４３号明細書（代理人登録番号６２６５）に記載されており、その全体を本願明細書に組み入れる。該明細書に記載されているように、真空チャンバ４１２は、電気的に接地されている概して円筒形の側壁４１４を含む。一般的には、該側壁をスパッタ被覆から保護するために、側壁４１４の内側に、図示していない接地された交換可能なシールドが設けられているが、該シールドは、真空を保持することを除いて、チャンバ側壁として機能する。スパッタされる金属からなるスパッタリングターゲット４１６は、電気的アイソレータ４１８を介してチャンバ４１２に密封されている。ペデスタル電極４２２は、ターゲット４１６と対向して平行にスパッタ被覆されるウェーハ４２４を支持する。処理空間は、ターゲット４１６と、上記シールドの内側のウェーハ４２４との間に形成される。

［0086］スパッタリング作用ガス、好ましくはアルゴンは、マスフローコントローラ４２８を介してガス供給部４２６から上記チャンバ内に計量供給される。図示しない真空ポンピング装置は、チャンバ４１２の内部を、通常１０^-8トル以下の非常に低いベース圧力に維持する。プラズマの点火中、アルゴンの圧力は、５ミリトル程度のチャンバ圧力を生成する量で供給されるが、後述するように、該圧力は、その後減少する。ＤＣ電源４３４は、ターゲット４１６に−６００ＶＤＣ程度の負の電位のバイアスをかけて、上記アルゴン作用ガスを、電子及び正のアルゴンイオンを含むプラズマに励起させる。該正のアルゴンイオンは、負のバイアスをかけられたターゲット４１６に引き付けられ、該ターゲットから金属原子をスパッタする。

［0087］本発明は、特に、小さな入れ子状のマグネトロン４３６が、ターゲット４１６の後ろの図示されていないバックプレート上に支持されているＳＩＰスパッタリングに対して有用である。チャンバ４１２及びターゲット４１６は、概して円筒形で、中心軸４３８周りに対称的である。ＳＩＰマグネトロン４３６は、第１の垂直磁極性の内側磁極４４０と、対向する第２の垂直磁極性の外側を囲む磁極４４２とを含む。両極とも、磁気ヨーク４４４によって支持され、かつ該ヨークを介して磁気結合されている。ヨーク４４４は、中心軸４４３８に沿って伸びる回転軸４４８に支持されている回転アーム４４６に固着されている。軸４４８に結合されたモータ４５０は、マグネトロン４３６を中心軸４３８周りに回転させる。

［0088］不平衡マグネトロンにおいては、外側極４４２は、好ましくは、少なくとも１５０％の磁力比を有する、内側極４４０によって形成されるものよりも大きな領域に一体化された総磁束を有する。対向する磁極４４０、４４２は、ターゲット４１６の面に平行で近接する強力な成分を有する、概して半トロイダルな磁界をチャンバ４１２の内部に形成して、そこに高密度プラズマを生成し、それによりスパッタリング速度を高め、かつスパッタされた金属原子のイオン化量を増大させる。外側極４４２は、内側極４４０よりも磁気的に強力であるため、外側極４４２からの磁界の一部は、外側極４４２の後ろに戻ってループを形成して磁気回路を完成する前に、ペデスタル４２２の方へ突出する。

［0089］例えば、１３．５６ＭＨｚの周波数を有するＲＦ電源４５４は、ウェーハ４２４に対して負の自己バイアスをかけるために、ペデスタル電極４２２に接続されている。該バイアスは、隣接するプラズマのシースを横切る正に帯電した金属原子を引き付け、それにより、層間ビア等の、上記ウェーハ内の高アスペクト比ホールの側部及び底部を被覆する。

［0090］ＳＩＰスパッタリングにおいては、上記マグネトロンは、小さく、かつ高い磁気強度を有し、プラズマ密度が、ターゲット４１６近傍で約１０^-10ｃｍ^-3まで上昇するように、大量のＤＣ電力が該ターゲットに印加される。このプラズマ密度がある場合には、大量のスパッタされた原子が、正に帯電した金属イオンにイオン化される。金属イオン密度は充分高いため、大量のイオンが上記ターゲットに戻って引き付けられて、さらに多くの金属イオンがスパッタされる。その結果、該金属イオンは、アルゴンイオンをスパッタリングプロセスにおける有効な作用種として少なくとも部分的に置換する。すなわち、アルゴン圧力を低減することができる。低減された圧力は、金属イオンの散乱及び脱イオン化を低減するという効果を有する。銅スパッタリングの場合、ある条件下で、持続性自己スパッタリング（ＳＳＳ）と呼ばれるプロセスにおいて、プラズマが一旦点火されると、アルゴン作用ガスを完全に除去することが可能である。アルミニウムまたはタングステンスパッタリングの場合、ＳＳＳは不可能であるが、上記アルゴン圧力は、従来のスパッタリングで用いる圧力よりもかなり低減することができ、例えば、１ミリトル未満に低減することができる。

［0091］本発明の一実施形態においては、永久磁石４６２からなる補助アレイ４６０が、チャンバ側壁４１４の周囲に配置され、該アレイは、ウェーハ４２４に向かって、処理空間の半体内に概して配置されている。この実施形態において、補助磁石４６２は、磁界の不平衡な部分を外側極４４２から引っ張るために、入れ子状マグネトロン４３６の外側極４４２と同じ第１の垂直磁極性を有する。以下に詳細に説明する実施形態においては、８つの永久磁石があるが、中心軸４３８の周りに配置された４つまたはそれ以上のどのような数でも、同様の良好な結果をもたらす。補助磁石４６２を、チャンバ側壁４１４の内側、好ましくは、薄い側壁シールドの外側に配置して、処理領域における有効な強度を増加させることが可能である。しかし、全体的な処理結果にとっては、側壁４１４の外側での配置が好ましい。

［0092］上記補助磁石アレイは、円形の対称的な磁界を形成するために、中心軸４３８の周りに、概して対称的に配置されている。一方、入れ子状マグネトロン４３６は、中心軸４３８の周りに非対称的に配置される磁界配置を有するが、該磁界配置が、回転時間の経過とともに平均化されると、該磁界配置は対称的になる。入れ子状マグネトロン４３６の形態には、多くの形態がある。最も単純であるがあまり好ましくない形態は、その磁界が、チャンバ軸４３８からずれている軸の周りに対称的で、かつ入れ子状マグネトロンの軸が、チャンバ軸４３８周りに回転されるような、円形環状外側極４４２によって囲まれたボタン中心極４４０を有する。好ましい入れ子状マグネトロンは、中心軸４３８の近くに頂点を有し、ターゲット４１６の周囲近傍に底辺を有する、図１１の底面図に示す三角形状を有する。この形状は、磁界の時間平均が、円形の入れ子状マグネトロンの場合よりもより均一であるため、特に有利である。

［0093］回転周期中の特定の瞬間における有効な磁界を、図１０に点線で示す。半トロイダル磁界Ｂ_Mは、ターゲット４１６の面と平行で接近した強い水平成分を生じ、それにより、プラズマの密度、スパッタリング速度及びスパッタされた粒子のイオン化を増加させる。補助磁界Ｂ_A1、Ｂ_A2は、補助磁石アレイ４６０からの磁界と、入れ子状マグネトロン４３６の磁界の不平衡部分の合計である。入れ子状マグネトロン４３６から離れた上記チャンバの側では、入れ子状マグネトロン４３６の磁界の不平衡部分からの成分Ｂ_A1が優勢であり、該成分は、ウェーハ４２４の方までは及んでいない。しかし、入れ子状マグネトロン４３６の側のチャンバ側壁４１４の近傍では、補助磁石４６２は、外側磁極４４２と強く結合しており、ウェーハ４２４の方まで突出する磁界成分ＢＡ２を生成する。図の平面の範囲外では、上記磁界成分は、２つの成分Ｂ_A1、Ｂ_A2を組み合わせたものである。

［0094］この構造は、補助磁石４４２及び強力な外側磁極４４２のアライメントのため、強力な垂直磁界が、その周りで動く入れ子状マグネトロン４３６の下の領域内で、チャンバ側壁４１４の実質的な長さの近傍に沿って形成されるという結果をもたらす。その結果として、最も強くスパッタされるターゲット４１６の領域に隣接するチャンバ４１２の外側に、強力な垂直磁界が存在する。この突出する磁界は、プラズマの領域を広げること、およびイオン化した粒子をウェーハ４２４に案内することの両方に有効である。

［0095］補助磁石アレイ４６０は、そのうちの１つは、図１２に正射投影法で示されている、２つの半円形磁石キャリア４７０の使用によって実施することができる。各キャリア４７０は、その内部に面し、かつ１つの磁石４６２を含む各磁石アセンブリ４７４を収容するような大きさになっている４つの凹部４７２を含む。磁石アセンブリ４７４は、円弧状の上方クランプ部材４７６と、下方クランプ部材４７８とを含み、該部材は、２つのネジ４８０が、２つのクランプ部材４７６、４７８を締め付けたときに、円筒形の磁石４６２を凹部内に捕える。キャリア４７０及びクランプ部材４７６、４７８は、アルミニウム等の非磁性材料で形成してもよい。下方クランプ部材４７８は、凹部４７２に嵌まるような長さを有するが、上方クランプ部材４７６は、凹部４７２を越え、かつそこを貫通して２つのスルーホール４８２が穿孔されている端部を有する。２つのネジ４８４は、各スルーホールを通って、ネジ４８４を、磁石キャリア４７０のネジ穴４８６に固定できるようにし、それによって磁石４６２を磁石キャリア４７０上の定位置に固定する。このように組み立てられた２つの半円形磁石キャリア４７０はチャンバ壁部４１４の周囲のリング内に配置されて、従来の固定手段によって固定される。この構造は、磁石４６２を、チャンバ壁部４１４の外部に直接隣接して配置する。

［0096］Ｗｅｉ Ｗａｎｇの電磁石コイルの内側に形成されたソレノイド磁界は、永久磁石の環状アレイによって形成された周囲の双極子磁界よりも、上記リアクタチャンバの直径にわたってより均一である。しかし、永久磁石４６２を、図１３の断面図に示すような、チャンバ壁の周囲に配置された電磁気コイル４９０からなる環状アレイと置き換えることによって、同じような形状の双極子磁界を形成することが可能である。コイル４９０は、一般に、中心軸４３８と平行な各軸周りのヘリックスとして巻回されており、上記チャンバの内側に、ほぼ同じ磁気双極子界を形成するように電気的に作動される。このようなデザインは、上記補助磁界の強度及び該磁界の極性の迅速な調整を可能にするという利点を有する。

［0097］本発明は、銅のＳＩＰスパッタリングに適用してきた。従来のＳＩＰリアクタは、シート抵抗測定値により決まる９％の非均一性を有する銅膜をスパッタするが、上記補助マグネトロンは、ある実施形態においては、１％の非均一性を生じるように最適化できると考えられる。均一性の改善は、ある用途における改良されたプロセス制御のためには好ましい、深いホール内への薄い銅シード層の堆積の場合、ある適用においては、低減された堆積速度を伴う可能性がある。

［0098］本発明を、ＳＩＰスパッタリアクタでの使用のために説明してきたが、上記補助永久磁石アレイは、米国特許第６，２５１，２４２号明細書のＳＩＰリアクタの環状アーチ型のターゲット、米国特許第６，１７９，９７３号明細書または２０００年７月／８月、Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙのＫｌａｗｕｈｎ等による「進歩したメタライゼーションのための中空カソードマグネトロンソースを用いたイオン化された物理気相堆積」の中空カソードターゲット、米国特許第６，０４５，５４７号明細書の誘導結合ＩＭＰリアクタ、あるいは、例えば、２０００年のＩＥＥＥのＷａｄａ等による「イオンリフレクタを有する自己イオンスパッタリング（ＳＩＳ）を用いた、０．１３μｍ技術世代のためのＣｕデュアルダマシンプロセス」に記載されているようなイオンリフレクタを使用して、基板へのイオン流を制御する自己イオンスパッタリング（ＳＩＳ）システム等の他のターゲット及び電力構成に対して有利に適用することができる。平衡マグネトロン及び静止型等の他のマグネトロン構成も用いることができる。さらに、上記補助磁石の極性は、上部マグネトロンの外側極の磁極性と平行または非平行にしてもよい。Ａｌ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｗ等及び耐熱性金属からなる窒化物を含む他の材料物質をスパッタしてもよい。

［0099］従って、上記補助磁石アレイは、マグネトロンスパッタリングに有用な磁界の追加的な制御を実現できる。しかし、部分的に中性なイオン流でより深いホール被覆を実現するには、ターゲット４１６とウェーハ４２４との距離を長くすること、すなわち、ロングスローモードで作動させることが好ましい。図４のチャンバと共に上述したように、ロングスローにおいては、ターゲット・基板間の間隔は、通常、該基板の口径の半分よりも大きい。ＳＩＰ銅シード堆積で使用する場合、好ましくは、２００ｍｍウェーハの場合、１４０％ウェーハ口径よりも大きく（例えば、２９０ｍｍ間隔）、３００ｍｍウェーハの場合１３０％以上（例えば、４００ｍｍ間隔）であるが、基板口径の９０％以上及び１００％以上を含む８０％以上の間隔が適切であると考えられる。たいていの用途の場合、５０〜１０００ｍｍのターゲット・ウェーハ間の間隔が適切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、スパッタリング堆積速度を低減するが、イオン化したスパッタ粒子には、そのような大きな減少という欠点がない。

［00100］図４のチャンバ及び図１０のチャンバによって形成できる構造からなる一実施形態は、図１４ａに断面で示すビアである。シード銅層４９２は、図１０のチャンバによって、ビアホール４９４内で、ＳＩＰ及びＩＣＰを促進する条件下で、上述のＴａＮバリア３５１、３６４及びＴａライナー層３７１、３７４等の１つまたはそれ以上のバリア及びライナー層を含んでもよい、図４のチャンバ内で形成されたライナー層を覆って堆積される。ＳＩＰ銅層４９２は、例えば、５０〜３００ｎｍ、または、より好ましくは８０〜２００ｎｍの厚みを被覆するために堆積してもよい。ＳＩＰ銅シード層４９２は、好ましくは、上記ビア側壁上で、２〜２０ｎｍ、より好ましくは、７〜１５ｎｍの範囲の厚さを有する。狭いホールのため、５０ｎｍを超える上記側壁の厚さは、ある用途に対しては最適ではない可能性がある。該膜の品質は、ある用途においては、上記ペデスタルの温度を、０℃以下、好ましくは−４０℃以下に低下させることによって改善することができる。このような適用においては、迅速なＳＩＰ堆積が有利である。

［00101］例えば、スパッタリングチャンバ４１０が、銅層の堆積のために構成されている場合、銅ターゲット４１６が使用される。動作中、上記チャンバ排気口に操作可能に結合されたスロットルバルブは、プロセスガスの該チャンバ内への導入前に、堆積チャンバ４１０を、約１×１０^-8トルの所望の低い真空レベルに維持するために、中間位置に配置される。スパッタリングチャンバ４１０内での処理を開始するために、ガスインレット４２８を介して、スパッタリングチャンバ４１０内に、アルゴンガスが流入される。ロングスローＳＩＰチャンバ内での銅シードの堆積の場合、０〜２ｍトル等の非常に低い圧力が好ましい。図示の実施形態においては、０．２ｍトルの圧力が適切である。ＤＣ電力は、ＤＣ電源４３４を介して銅ターゲット４１６に印加される（同時に、上記ガス混合物は、ガスインレット３６０を介してスパッタリングチャンバ４１０内に流入され続け、該チャンバから適当なポンプを介して供給される）。ターゲット４１６に印加される電力は、銅ターゲットの場合、２００ｍｍウェーハに対して２０〜６０ｋＷの範囲でもよい。一つの実施例においては、電源４３４は、銅ターゲット４１６に、−６００ＶＤＣで３８ｋＷを印加することができる。３００ｍｍウェーハ等の大きなウェーハの場合、５６ｋＷ等のより大きな値が適切であることが予想される。特定の用途により、他の値を用いてもよい。

［00102］ターゲット４１６に印加されるＤＣ電力は、アルゴンに、ＳＩＰプラズマを形成させ、かつターゲット材料（例えば、銅）をそこから射出させるターゲット４１６に引き付けられて衝突するアルゴンイオンを生成させる。射出したターゲット材料は、移動して、ペデスタル４２２によって支持されたウェーハ４２４上に付着する。上記ＳＩＰプロセスによれば、上記不平衡マグネトロンによって生成されたプラズマは、スパッタされた銅の一部をイオン化する。基板支持ペデスタル４２２に印加されるＲＦ電力信号を調節することにより、基板支持ペデスタル４２２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。

［00103］ペデスタル４２２に印加される電力は、銅シード堆積の場合、０〜１２００Ｗの範囲であってもよい。一実施例においては、ＲＦ電源４５４は、２００ｍｍウェーハの場合、ペデスタル４２２に３００Ｗ印加することができる。３００ｍｍウェーハ等のより大きなウェーハの場合には、より大きな値が適切であると予想される。特定の用途により、他の値を用いることもできる。

［00104］基板支持ペデスタル４２２とプラズマとの間の負のバイアスは、銅イオン及びアルゴンイオンを、ペデスタル４２２及び該ペデスタル上に支持されたウェーハの方へ加速させる。従って、中性及びイオン化した銅を、該ウェーハ上に堆積させることができ、ＳＩＰスパッタリングに従って良好な底部、側壁及び上方側壁被覆性を実現できる。また、上記ウェーハ、ターゲット４１６からの銅材料が、該ウェーハ上に堆積すると同時に、上記アルゴンイオンによってスパッタエッチングしてもよい（例えば、同時堆積／スパッタエッチング）。

［00105］シード層４９２の堆積の後または間に、ビア４９４の底部４９６におけるシード層４９２の一部は、該底部の再配分が好ましい場合、図１４Ｂに示すようなアルゴンプラズマによってスパッタエッチングまたは再スパッタしてもよい。底部４９６は、図１４Ｂに示すように、上記銅シード層の底部角部領域４９８の被覆厚を増加させるために再配分してもよい。たいていの用途においては、上記ビア全体にわたる適切なシード層被覆を形成するために、銅シード層の底部４９６が、完全に除去されていないことが好ましい。

［00106］上記アルゴンプラズマは、好ましくは、この再スパッタリング工程において、電力を上記ターゲット及びペデスタルに印加することによってＳＩＰプラズマとして生成される。ＳＩＰアルゴンイオンは、電界によってシード層４９２の方へ加速され（例えば、負の自己バイアスを該ペデスタル上に形成する、図１０の第２のＲＦ電源４５４を介して基板支持ペデスタル４２２に印加されるＲＦ信号）、シード層４９２にぶつかり、運動量の伝達により、ビア開口の底からのシード層材料をスパッタし、ビア３４９の底部角部を被覆するシード層４９２の一部４９８に沿って該材料を再配分する。

［00107］上記アルゴンイオンは、上記基板とほぼ直角な方向で該基板に引き付けられる。その結果、上記ビアの側壁のスパッタリングはほとんど起きないが、該ビアの底部の実質的なスパッタリングが行われる。この実施形態におけるスパッタリングチャンバ４１０（図１０）内での銅シード層の再スパッタリングの間、ペデスタル４２２に印加される電力は、例えば、該銅シード層の底部の再配分を容易にするために、例えば６００〜１２００Ｗあるいは９００Ｗの高い値まで増加させることができる。すなわち、この実施例においては、上記ペデスタル電力は、上記再スパッタリングの再配分効果を強めるために、６００Ｗ以下のレベル（例えば、３００Ｗ）から，６００Ｗ以上のレベル（例えば、９００Ｗ）まで上昇する。

［00108］他の実施例においては、ターゲット４１６に印加される電力は、上記銅シード層の底部の再配分を容易にするために、ターゲット４１６からの付着を妨げるように、例えば、３０ｋＷまたは２８ｋＷ等の低い値に低減することができる。ゼロのターゲット電力ではなく、低いターゲット電力レベルは、より均一なプラズマを生成することができ、シード層の底部の再配分のために、現在ターゲット電力が低減される実施形態においては好ましい。従って、この実施例においては、上記ターゲット電力は、再スパッタリングを強めるために、３００００（例えば、３８ｋＷ）を超えるレベルから３００００Ｗ（例えば、２８ｋＷ）未満レベルに低下される。

［00109］さらに別の実施例においては、上記銅シード層の底部の再スパッタリングは、上記ターゲット及びペデスタルの電力レベルを、該シード層の堆積中に、比較的一定に維持できるように（例えば、それぞれ３８ｋＷ及び３００ｋＷ）、該銅シード層堆積全体にわたって同時に実行してもよい。他の実施形態においては、ターゲット電力の低減は、シード層の底部の再配分を容易にするために、ペデスタル電力の増加と交互に行うか、または該ペデスタル電力の増加と組み合わせてもよい。

［00110］上記再スパッタリングプロセスのパラメータの特定の値は、特定の用途により変化してもよい。同時係属または発行された出願第０８／７６８，０５８号、同第０９／１２６，８９０号、同第０９／４４９，２０２号、同第０９／８４６，５８１号、同第０９／４９０，０２６号及び同第０９／７０４，１６１号は、再スパッタリングプロセスについて記載しており、それらの出願全体を本願明細書に組み入れる。

［00111］ＳＩＰ銅シード層４９２は、良好な底部及び側壁被覆性と、強化された底部角部被覆性とを有する。銅シード層４９２が堆積された後、上記ホールは、好ましくは、シード層４９２を電気メッキ電極のうちの１つとして用いる電気化学メッキにより、図１に示すように、銅層１８によって充填される。別法として、ＳＩＰシード層４９２の円滑な構造は、リフローまたは標準的なスパッタリングまたは物理気相堆積（ＰＶＤ）による銅の高温堆積を促進する。

［00112］図４及び１０のチャンバは、イオン化した及び中性の原子流を共に用いる。その全体を本願明細書に組み入れる米国特許第６，３９８，９２９号明細書（代理人登録番号３９２０）に記載されているように、ＤＣマグネトロンスパッタリングリアクタ内でのイオン化した及び中性の原子流の配分は、絶縁層内のホール内に有利な層を形成するように調整することができる。このような層は、それ自体により、あるいは、化学気相堆積（ＣＶＤ）により、スパッタした銅核形成層を覆って堆積された銅シード層と共に用いることができる。銅ライナー層は、電気メッキした銅のための薄いシード層として特に有用である。

［00113］従来のＤＣマグネトロンスパッタリングリアクタは、従来の作用ガススパッタリング、または持続性自己スパッタリングに注力してきた。この２つアプローチは、異なる種類のスパッタリングを強調する。一方、上記銅ライナーのためのリアクタは、イオン化した銅原子と中性粒子の間の配分を制御するために、従来技術の様々な態様を組み合わせることが好ましい。このようなリアクタ５５０の実施例を、図１５の概略断面図に示す。図４、１０及び１３のリアクタは、カリフォルニア、サンタクララのアプライドマテリアルズ社から入手可能なＥｎｄｕｒａ ＰＶＤリアクタの変更に基づいている、図１５のリアクタの態様を用いてもよい。リアクタ５５０は、一般に金属からなり、かつ電気的に接地され、ウェーハ５５８上にスパッタ堆積される、この場合銅または銅合金である材料物質かなる表面部分を少なくとも有するＰＶＤターゲット５５６に対して、ターゲットアイソレータ５５４によって密封された真空チャンバ５５２を含む。合金元素は、通常、５重量％未満であり、また適切なバリアが別な方法で形成される場合、本質的に純粋な銅を使用してもよい。ウェーハクランプ５６０は、ウェーハ５５８をペデスタル電極５６２上に保持する。ペデスタル５６２内の図示しない抵抗性ヒータ、冷却流路及び熱伝達ガスキャビティは、該ペデスタルの温度を−４０℃未満の温度に制御できるようにし、それにより該ウェーハの温度を同様に制御できるようにする。

［00114］第２の絶縁シールドアイソレータ５６８によって絶縁されたフローティングシールド５６４と接地シールド５６６は、チャンバ５５２内に保持されて、チャンバ壁５５２をスパッタされた材料物質から保護する。接地シールド５６６は、カソードターゲット５５６と対向するアノード接地面としても作用し、それによりプラズマを容量的に支持する。いくつかの電子は、フローティングシールド５６４上に堆積して、そこに負の電荷を蓄積する。該負の電位は、さらなる電子が堆積されるのを防止するだけではなく、該電子を主要なプラズマ領域内に閉じ込めて、電子の損失を低減し、低圧スパッタリングを持続させ、プラズマ密度を増加させる。

［00115］上記ターゲット及びシールドの詳細を、図１６の拡大断面図に示す。ターゲット５５６は、銅ターゲット部５７２がはんだ接合または拡散接合されるアルミニウムまたはチタン支持プレート５７０を含む。支持プレート５７０のフランジ５７３は、好ましくは、アルミナ等のセラミックで構成されているターゲットアイソレータ５５４上に載置され、かつ重合ターゲットＯリング５７４を介してターゲットアイソレータ５５４に対して真空密閉されている。ターゲットアイソレータ５５４は、実際には、主チャンバ本体に対して密封されたアルミニウムアダプタであってもよいチャンバ５５２上に載置され、かつアダプタＯリング５７５を介して該チャンバ５５２に対して真空密封されている。メタルクランプリング５７６は、その内側径方向側部に、上方に伸びる環状リム５７７を有する。図示しないボルトは、メタルクランプリング５７６を、チャンバ５５２の内側に伸びる棚部５７８に固定して、接地シールド５６６のフランジ５７９を捕捉する。それによって、接地シールド５６６は、接地されたチャンバ５５２に、機械的かつ電気的に接続される。

［00116］シールドアイソレータ５６８は、クランプリング５７６上に自由に載置し、かつアルミナ等のセラミック材で機械加工できる。該アイソレータは、コンパクトであるが、上記リアクタの温度サイクル中に強度をもたらす小さな幅と比較して、１６５ｍｍ程度の比較的大きな高さを有する。シールドアイソレータ５６８の低部は、クランプリング５７６のリム５７７の外側に嵌合する内側環状凹部を有する。リム５７７は、クランプリング５７６に対して、シールドアイソレータ５６８の内径をセンタリングするように作用するだけではなく、主処理領域に達してから、セラミックシールドアイソレータ５６８とメタルリングクランプ５７６との間のスライド面５８０で生成されたいかなるパーティクルに対してもバリアとして作用する。

［00117］フローティングシールド５６４のフランジ５８１は、シールドアイソレータ５６８上に自由に載置され、かつその外側に、シールドアイソレータ５６８の上方外側角部に形成された環状凹部内まで下方に伸びるタブまたはリム５８２を有する。それによって、タブ５８２は、シールドアイソレータ５６８の外径において、ターゲット５５６に対してフローティングシールド５６４をセンタリングする。シールドタブ５８２は、プラズマ暗黒部を位置合わせするには充分小さいが、シールドアイソレータ５６８のジャミングを防ぐには充分大きい狭い間隙によって、シールドアイソレータ５６８から分離されており、フローティングシールド５８１は、タブ５８２の内側上部のスライド接触領域５８３において、シールドアイソレータ５６８上に載置されている。

［00118］フローティングシールド５６４のヘッド５８５とターゲット５５６との間には、狭いチャネル５８４が形成されている。該チャネルは、プラズマ暗黒部として作用する約２ｍｍの幅を有する。狭いチャネル５８４は、図示よりもさらに径方向内側に伸びる経路内で、支持プレートフランジ５７４の下方に突出する隆起部５８６を通って、シールドヘッド５８５とターゲットアイソレータ５５４との間の上方裏間隙５８４ａへ続いている。これらの構成要素の構造及びそれらの特性は、Ｔａｎｇ等により、１９９８年１０月３０日に出願された米国特許出願０９／１９１，２５３号明細書に開示されているものと同様である。上方裏間隙５８４ａは、室温で約１．５ｍｍの幅を有する。上記シールド要素が温度サイクルにさらされると、該要素は、変形する傾向がある。ターゲット５５６に隣接する狭いチャネル５８４よりも小さな幅を有する上方裏間隙５８４ａは、狭いチャネル５８４内にプラズマ暗黒部を維持するには充分である。該裏間隙５８４ａは、下方に向かって、内側のシールドアイソレータ５６８及びリングクランプ５７６と、外側のチャンバ本体５５２との間の低部裏間隙５８４ｂ内に続いている。低部裏間隙５８４ｂは、セラミックシールドアイソレータ５６８、クランプリング５７６、フローティングシールド５６４間のスライド面５８０、５８３で発生したセラミック粒子を集めるキャビティとして機能する。また、シールドアイソレータ５６８は、その上方内側角部に、その径方向内側のスライド面５８３からセラミック粒子を集める中空凹部５８３ａを含む。

［00119］フローティングシールド５６４は、フランジ５８１から下方に伸び、かつその低い方の端部が、接続部５９２を介して狭い低部円筒形部分５９０に接続された、下方に伸びる幅広の上部円筒形部分５８８を含む。同様に、接地シールド５６６は、フローティングシールド５６４の上方円筒形部分５８８の外側、すなわち該上方円筒形部分よりも幅広の上方円筒形部分５９４を有する。接地された上方円筒形部分５９４は、その上端部が接地シールドフランジ５８０に、またその低端部が、上記チャンバの径方向に伸びる接続部５９８を介して狭い低部円筒形部分５９６に接続されている。接地された低部円筒形部分５９６は、フローティング低部円筒形部分５９０の外側に嵌合し、それに伴って該フローティング低部円筒形部分よりも幅広になっているが、フローティング上方円筒形部分５６４よりは、約３ｍｍの径方向間隔だけ小さい。２つの接続部分５９２、５９８は、垂直方向及び水平方向にずれている。それにより、フローティングシールド５６４と接地シールド５６６との間には、２つの垂直チャネル部の間に直進する視線を保障しない、接地低部円筒形部分５９６とフローティング上方円筒形部分５６４との間のずれを有する迷路状の狭いチャネル６００が形成される。チャネル６００の目的は、２つのシールド５６４、５６６を電気的に絶縁すると共に、クランプリング５７６及びシールドアイソレータ５６８を銅の堆積から保護することである。

［00120］シールド５６４、５６６の低部円筒形部分５９０、５９６間のチャネル６００の低部は、４：１以上、好ましくは、８：１以上のアスペクト比を有する。チャネル６００の低部は、具体例としての０．２５ｃｍの幅及び２．５ｃｍの長さを有し、好ましい範囲は、０．２５〜０．３ｃｍ及び２〜３ｃｍである。それによって、チャネル６００を通るどのような銅イオン及び散乱した銅原子も、更にクランプリング５７６及びシールドアイソレータ５６８の方への経路が見つかる前に、該シールドから数回跳返り、上方の接地円筒形部分５９４によって少なくとも停止することになる。どの１度の跳返りも、上記シールドにより吸収されるイオンを生じやすい。２つの接続部５９２、５９８間のチャネル６００における２つの隣接する９０度の曲がりまたは湾曲は、更にシールドアイソレータ５６８を銅プラズマから絶縁する。同様であるが限定された効果は、６０度の湾曲や４５度の湾曲でも実現することができるが、より効果的な９０度の湾曲は、上記シールド材に形成するのに容易である。該９０度の曲がりは、あらゆる方向から来る銅粒子が、少なくとも１度の高角度の衝突を有し、それにより、上方接地円筒形部分５９４により停止されるほとんどのエネルギを失うことになる可能性を増すため、かなり有効である。また該９０度の曲がりは、クランプリング５７６及びシールドアイソレータ５６８を、銅粒子に直接更されることから保護する。銅は、フローティング接続部５９２の底部における水平面上、および垂直上方接地円筒形部分５９４上の、共に上記９０度の曲がりのうちの１つの端部に優先的に堆積することが分かってきている。また、入り組んだチャネル６００は、接地シールド５６６の水平接続部５９８上での処理中に、シールドアイソレータ５６８から生成されたセラミック粒子を集める。このように集められた粒子は、そこで集められた銅にくっつきやすい。

［00121］図１５に戻って、接地シールド５６６の低部円筒形部分５９６は、ウェーハ５５８を支持するペデスタル５６２の上部の裏のウェルに向かって下方に続いている。そして、接地シールド５６６は、カップ状部分６０２内で径方向内側に続いた後、ウェーハ５５８のペデスタル５６２の径方向外側に離間した略持ち上げのために最も内側の円筒形部分６０４において垂直上方に続いている。

［00122］シールド５６４、５６６は、一般に、ステンレス鋼で構成されており、それらの内側面は、該面上に堆積した銅スパッタの付着を促進するために、ビードブラストまたは他の方法で粗面化してもよい。しかし、長いスパッタリングの間のある時点において、銅は、剥がれやすい厚さに堆積して、有害な粒子を生成する。この時点に達する前に、上記シールドは、クリーニングするか、あるいは、新しいシールドと交換すべきである。しかし、より高価なアイソレータ５５４、５６８は、たいていのメンテナンス期間において交換する必要はない。更に、該メンテナンス期間は、該アイソレータの電気的短絡によってではなく、該シールドの剥がれによって判断される。

［00123］上述したように、フローティングシールド５６４は、電子電荷を蓄積し、負の電位を蓄積する。それにより、フローティングシールド５６４に対する更なる電子の損失が防止され、ターゲット５５６のより近くにプラズマが閉じ込められる。Ｄｉｎｇ等は、多少似ている構造を用いた同様の効果を、米国特許第５，７３６，０２１号明細書に開示している。しかし、図１６のフローティングシールド５６４は、Ｄｉｎｇ等の対応する部分よりも、ターゲット５５６からかなり離れて伸びている、その低部円筒形部分５９０を有しており、それによって、プラズマをより大きな空間にわたって閉じ込める。しかし、フローティングシールド５６４は、ターゲット５５６から離れすぎて伸びないように、接地シールド５６６をターゲット５５６から電気的にシールドする。長すぎた場合には、プラズマにぶつかるのが困難になるが、短すぎた場合には、電子の損失が増加して、プラズマを低圧で持続させることができず、プラズマ密度が低下する。最適な長さは、フローティングシールド５６６の総軸長が７．６ｃｍである場合、フローティングシールド５６６の底部の先端部６０６が、図１６に示すように、ターゲット５５６の表面から６ｃｍ離れている長さであることが分かってきている。銅スパッタリングが持続される最少圧力に対して、３つの異なるフローティングシールドをテストした。１ｋＷ及び１８ｋＷのターゲット電力に対するその結果を図１７に示す。横座標は、総シールド長を示し、シールド先端部６０６とターゲット５５６との間の間隔は、１．６ｃｍ未満である。該間隔の好ましい範囲は、５〜７ｃｍであり、該長さの好ましい範囲は、６．６〜８．６ｃｍである。該シールド長を１０ｃｍまで伸ばすと、上記最少圧力がかなり低減されるが、プラズマにぶつかることの困難さは増す。

［00124］再び図１５に戻って、選択可能なＤＣ電源６１０は、プラズマを点火して維持するために、ターゲット５５６に、接地シールド５６６に対して約−４００〜−６００ＶＤＣの負のバイアスをかける。１〜５ｋＷのターゲット電力は、通常、プラズマを点火するのに用いられ、１０ｋＷ以上の電力は、ここに記載したＳＩＰスパッタリングに好ましい。従来、ペデスタル５６２及びウェーハ５５８は、電気的に浮遊されているが、該ペデスタルには、負のＤＣ自己バイアスがかかっている。一方、あるデザインにおいては、ペデスタルに生じる負のＤＣバイアスを更に制御するために、ＤＣまたはＲＦバイアスをペデスタル５６２に印加する制御可能な電源６１２を使用する。テストした構成においては、バイアス電源６１２は、１３．５６ＭＨｚで作動するＲＦ電源である。６００ＷまでのＲＦ電力を供給してもよく、２００ｍｍウェーハの場合の好ましい範囲は、３５０〜５５０Ｗである。

［00125］ガスソース６１４は、一般に、化学的に不活性なアルゴンガスである、スパッタリング作用ガスを、マスフローコントローラ６１６を介してチャンバ５５２に供給する。該作用ガスは、シールド接地シールド５６６の底部を通って、あるいは、接地シールド５６６、ウェーハクランプ５６０及びペデスタル５６２間の間隙６１８を通って、開口を貫通する１つまたはそれ以上のインレットパイプによって、該チャンバの上部に進入することが可能であり、あるいは、図に示すように、その底部に進入することが可能である。幅広のポンピングポート６２２を介してチャンバ５５２に接続された真空ポンプ装置６２０は、該チャンバを低圧に維持する。ベース圧力は、約１０^-7トルまたはそれ未満に保持することができるが、上記作用ガスの圧力は、従来のスパッタリングにおいては、通常、約１〜１０００ミリトルに、ＳＩＰスパッタリングにおいては、約５ミリトル以下に維持される。コンピュータをベースとしたコントローラ６２４は、ＤＣターゲット電源６１０、バイアス電源６１２及びマスフローコントローラ６１６を含むリアクタを制御する。

［00126］効果的なスパッタリングを可能にするために、ターゲット５５６の裏にマグネトロン６３０が配設されている。該マグネトロンは、磁気ヨーク６３６に接続され該ヨークによって支持された、対向する磁石６３２、６３４を有する。該磁石は、チャンバ５５２内のマグネトロン６３０の近傍に磁界を形成する。この磁界は、電子を捕え、電荷が中性の場合、イオン密度も増加して、高密度プラズマ領域６３８を形成する。マグネトロン６３０は、通常、モータ駆動軸６４２によってターゲット５５６の中心６４０周りに回転して、ターゲット５５６のスパッタリングにおける完全なカバレージを実現する。銅の持続性自己スパッタリングを可能にするための充分なイオン化密度の高密度プラズマ６３８を実現するには、マグネトロン６３０に隣接する上記領域に供給される電力密度は、高くしなければならない。このことは、Ｆｕが上述の引用特許に記載しているように、ＤＣ電源６１０から供給される電力レベルを増加させることにより、およびマグネトロン６３０の領域を、例えば、三角形または競馬場の形状に低減することにより実現することができる。その先端部を、ターゲット中心６４０と略一致させて回転される６０１三角形マグネトロンは、いつでも上記ターゲットの１／６程度のみをカバーする。ＳＩＰスパッタリングが可能な工業用リアクタにおいては、１／４のカバレージが好ましい最大値である。

［00127］電子の損失を減らすために、内側の磁石６３２及び図示しない磁極面によって表わされる内側磁極は、相当数の開口を有するべきではなく、また外側磁石６３４及び図示しない磁極面によって表わされる連続した外側磁極によって囲むべきである。更に、イオン化したスパッタ粒子をウェーハ５５８へ案内するために、外側磁極は、内側磁極よりもかなり高い磁束を生成すべきである。伸びている磁界線は、電子を捕え、それによって、プラズマをウェーハ５５８の近くまで拡げる。磁束の比は少なくとも１５０％、好ましくは２００％を超えるべきである。Ｆｕの三角形状マグネトロンの２つの実施形態は、同じ強度であるが反対極性の、２５個の外側磁石と、６個または１０個の内側磁石を有する。

［00128］アルゴンが、上記チャンバ内に入ると、ターゲット５５６と接地シールド５６６とのＤＣ電圧差が、該アルゴンを点火してプラズマにし、正に荷電したアルゴンイオンが、負に荷電したターゲット５５６に引き付けられる。該イオンは、かなりのエネルギでターゲット５５６にぶつかって、ターゲット原子または原子群をターゲット５５６からスパッタさせる。上記ターゲット粒子のうちのいくつかは、ウェーハ５５８にぶつかり、それによって該ウェーハ上に堆積されて、該ターゲット材料からなる膜を形成する。金属窒化物の反応性スパッタリングにおいては、上記チャンバ内に窒素が追加的に入れられて、スパッタされた金属原子と反応し、金属窒化物をウェーハ５５８上に形成する。

［00129］図示のチャンバは、持続性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が可能である。この場合、プラズマが点火された後、アルゴンの供給は、ＳＳＳの場合には遮断してもよく、銅イオンは、２以上のイールドで銅ターゲットを再スパッタするのに充分高い密度を有する。別法として、低減された流量及びチャンバ圧力で、あるいは純粋な持続性自己スパッタリングを維持するのに不十分なターゲット電力密度と共に、かなりの量であるが低減された量の自己スパッタリングに対して、ある程度のアルゴンを供給し続けてもよい。アルゴン圧力が５ミリトルを超えていちぢるしく増加すると、アルゴンは、銅イオンからエネルギを取り除き、それに伴って自己スパッタリングを減じる。ウェハーバイアスはイオン化された銅粒子をホールの深くまでひきつける。

［00130］しかし、部分てきな中性流でより深いホール被覆を実現するには、ターゲット５５６とウェーハ５５８との間の距離を増加させること、すなわち、ロングスローモードで作動させることが好ましい。ロングスローにおいては、ターゲット・基板間の間隔は、通常、基板の口径の半分よりも大きい。使用時には、ウェーハ口径の９０％を超えるが好ましいが、基板口径の１００％及び１４０％を含む８０％を超えるの間隔が適切であると考えられる。本実施形態の実施例において述べたスローは、２００ｍｍウェーハについて説明している。従来のスパッタリングにおけるロングスローは、スパッタリング堆積速度を低減するが、イオン化したスパッタ粒子には、そのような大きな減少という欠点はない。

［00131］従来の（アルゴンをベースとした）スパッタリングと持続自己スパッタリング（ＳＳＳ）との間の制御された分配は、中性のスパッタ粒子とイオン化したスパッタ粒子との間の配分の制御を可能にする。このような制御は、特に、高アスペクト比のビアホールへの銅シード層のスパッタ堆積に有利である。スパッタ原子のイオン化の制御は、自己イオン化プラズマ（ＳＩＰ）スパッタリングと呼ばれている。

［00132］本発明によって形成される構造の一実施形態は、図１８の断面図に示すビアである。シード銅層６５０は、例えば、図１５のロングスロースパッタリアクタを使用して、ＳＩＰを促進する条件下で、バリア層２４を覆ってビアホール２２内に堆積される。ＳＩＰ銅層６５０は、例えば、５０〜３００ｎｍ、より好ましくは、８０〜２００ｎｍの被覆厚に堆積される。ＳＩＤ銅シード層６５０は、好ましくは、上記ビアの側壁上に、２〜２０ｎｍ、より好ましくは、７〜１５ｎｍの範囲の厚さを有する。狭いホールのため、上記側壁の厚さは、５０ｎｍを越えるべきではない。該膜の品質は、迅速なＳＩＰ堆積により与えられる冷たさが重要になるので、上記ペデスタルの温度を、０℃未満、好ましくは−４０℃未満に下げることにより改善される。

［00133］ＳＩＰ銅シード層６５０は、良好な底部被覆性及び強められた側壁被覆性を有する。バリア層２４を直接覆って堆積されたＩＭＰまたはＣＶＤ銅よりもはるかに滑らかであることが実験的に分かっている。銅シード層６５０が堆積された後、上記ホールが、好ましくは、シード層６５０を電気メッキ電極のうちの１つとして用いた電気化学メッキにより、図１に示すように銅層１１８で充填される。しかし、ＳＩＰ銅シード層６５０の滑らかな構造は、一般的なスパッタリングまたは物理気相堆積（ＰＶＤ）によるリフローまたは銅の高温堆積を促進する。

［00134］このようなシード層を、０．２０μｍ幅のビアホール内に１．２μｍ厚の酸化膜で堆積するいくつかの実験をＳＩＰで行った。ターゲット・基板間の間隔が２９０ｍｍ、チャンバ圧力が０．１ミリトル以下（ＳＳＳモードを表わす）、および６０１三角形状マグネトロンによって上記ターゲットに印加されるＤＣ電力が１４ｋＷの場合、上記酸化膜の上面に０．２μｍの被覆厚の銅を形成する堆積は、上記ビア底部に１８ｎｍ、上記ビア側壁に約１２ｎｍ形成する。３０秒以下の堆積時間が一般的である。上記ターゲット電力を１８ｋＷに増加させると、上記底部被覆性は、側壁の厚さの顕著な変化を伴うことなく、３７ｎｍに増加する。高電力での高い底部被覆性は、高いイオン化量を示す。どちらの場合も、堆積した銅膜は、ＩＭＰまたはＣＶＤ銅よりもかなり滑らかであることが観察される。

［00135］０．２μｍ／分のＩＭＰ堆積速度と比較して、ＳＩＰ堆積は、比較的速く、０．５〜１．０μｍ／分である。速い堆積速度は、短い堆積期間をもたらし、またアルゴンイオンの加熱がない場合には、熱量をかなり低減する。低温ＳＩＰ堆積は、非常に滑らかな銅シード層をもたらすと考えられる。

［00136］２９０ｍｍのスローは、１０個の内側磁石及び２５個の外側磁石を用いるＦｕの標準的な三角形状マグネトロンと共に用いられた。イオン電流は、様々な条件下での、上記ターゲットの中心からの半径の関数として測定された。その結果を、図１９のグラフにプロットする。曲線６６０は、１６ｋＷのターゲット電力及び０ミリトルのチャンバ圧力の場合に測定された。曲線６６２、６６４、６６４は、１８ｋＷのターゲット電力で、それぞれ、０、０．２及び１ミリトルのチャンバ圧力の場合に測定された。これらの電流は、従来のマグネトロン及びスパッタリアクタでの１０^-9ｃｍ^-3と比べて、１０^-11〜１０^-12ｃｍ^-3のイオン密度に相当する。ゼロ圧力条件も、銅イオン化量を測定するのに用いられた。空間的な依存性は、ＤＣターゲット電力に対する直接的な依存性によって約１０〜２０％変化するイオン化量とほぼ同等である。比較的低いイオン化量は、ロングスローを用いないＳＩＰが、従来のＰＶＤの好ましくない深い充填特性を有する可能性がある大量の中性銅流を有する可能性があることを示す。結果は、高電力での動作が、増加したイオン化による良好なステップカバレージに対して好ましいことを示している。

［00137］Ｆｕのマグネトロンにおける内側磁石の数を６個に減らして上記テストを繰り返した。すなわち、第２のマグネトロンは、磁束の均一性が改善されており、それにより、均一なスパッタイオン流を上記ウェーハの方へ促進する。その結果を図２０にプロットする。曲線６６８は、１２ｋＷのターゲット電力及び０ミリトルの圧力の場合のイオン電流を、曲線６７０は、１８ｋＷの場合のイオン電流を示す。１４ｋＷ及び１６ｋＷの場合の曲線は、中間である。すなわち、変更したマグネトロンは、上記ウェーハの全域でより均一なイオン電流を生成し、これも、好ましい高電力を有するターゲット電力に依存する。

［00138］１０％〜２０％の比較的低いイオン化量は、９０％〜１００％のＩＭＰと比較すると、中性の銅のかなりの流れを示す。ウェーハバイアスは、銅イオンを上記ホール内の深部に案内することができるが、ロングスローは、中性の銅に対して同様のことを行う。

［00139］一連のテストは、スパッタ粒子の配分時に、スローとチャンバ圧力を組み合わせた効果を判断するのに用いられた。ゼロチャンバ圧力では、１４０ｍｍのスローは、約４５度の配分を形成し、１９０ｍｍのスローは、約３５度の配分を形成し、２９０ｍｍのスローは、約２５度の配分を形成する。上記圧力は、１９０ｍｍのスローの場合変化した。中央の配分は、０、０．５及び１ミリトルの場合、ほぼ同じままである。しかし、低レベルの末端は、最も高い圧力の場合、いくつかの粒子の散乱を示す、ほとんど１０１にふくらむ。これらの結果は、許容できる結果は、５ミリトル未満で得られるが、好ましい範囲は、２ミリトル未満であり、より好ましい範囲は、１ミリトル未満であり、最も好ましい範囲は、０．２ミリトル以下であることを示す。また、予想されるように、上記配分は、ロングスローの場合に最良となる。

［00140］高アスペクト比のホール内に堆積されたＳＩＰ膜は、好ましい上方側壁被覆性を有し、オーバハングを生じにくい。一方、そのようなホール内に堆積されたＩＭＰ膜は、良好な底部被覆性及び底部角部被覆性を有するが、側壁膜は、不十分な被覆性を有しやすく、また粗くなりやすい傾向がある。両タイプのスパッタリングの利点は、２工程銅シードスパッタ堆積を用いることによって組み合わせることができる。第１の工程においては、銅が、高密度プラズマを生成するＩＭＰリアクタ内で、例えば、ＲＦ誘導電源を使用することにより堆積される。例示的な堆積条件は、２０〜６０ミリトルの圧力、１〜３ｋＷのＲＦコイル電力、１〜２ｋＷのＤＣターゲット電力、および１５０Ｗのバイアス電力である。該第１の工程は、良好であるが粗い底部被覆性及び底部側壁被覆性をもたらす。第２の及び好ましくは次の工程において、より少ない銅イオン化を生じる上述したタイプのＳＩＰリアクタ内で、銅が堆積される。例示的な堆積条件は、１トル圧力、１８〜２４ｋＷのＤＣターゲット電力及び５００Ｗのバイアス電力である。該第２の工程は、良好で滑らかな上方側壁被覆性をもたらし、そのうえ、すでに堆積されたＩＭＰ層を平滑にする。該２つの工程の場合の被覆性膜厚さは、ＩＭＰ堆積に対して５０〜１００ｎｍ、ＳＩＰ層に対して１００〜２００ｎｍの範囲であることが好ましい。被覆厚さは、３０：７０〜７０：３０の比率であってもよい。別法として、上記ＳＩＰ層は、上記ＩＭＰ層の前に堆積することができる。上記銅シード層が上記２工程プロセスによってスパッタ堆積された後、上記ホールの残りの部分が、例えば、電気メッキによって充填される。

［00141］上記ＳＩＰ側壁被覆性は、非常に狭い高アスペクト比のビアの場合に、問題となる可能性がある。０．１３μｍ以下のビアのための技術が開発されている最中である。約１００ｎｍの被覆厚未満で、側壁被覆は、不連続となる可能性がある。図２１の断面図に示すように、好ましくない構造が、ＳＩＰ銅膜６８０を、ビア側壁３０上にボイドまたは他の欠陥６８２を含む不連続な膜として形成する可能性がある。欠陥６８２は、銅の欠乏、あるいは、電気メッキカソードとして局所的に作用できない、銅からなる薄い層の可能性がある。それにもかかわらず、ＳＩＰ銅膜６８０は欠陥６８２を除いて平坦であり、また良好に核を形成する。これらの挑戦的な構造においては、銅ＣＶＤシード層６８４を、ＳＩＰ銅核形堆積６８０を覆って堆積することが有利である。該膜は、化学気相堆積によって堆積されるため、該膜は、概して等角であり、ＳＩＰ銅膜６８０によって良好に核形成される。ＣＶＤシード層６８４は、ホール２２の充填を完全にするために、欠陥６８２を修繕して、後の銅の電気メッキのために、連続的な、粗くないシード層をもたらす。該ＣＶＤ層は、アプライドマテリアルズ社から入手できるＣｕｘＺチャンバ等の銅堆積のためにデザインされたＣＶＤチャンバ内で、上述した熱プロセスを用いて堆積することができる。

［00142］２０ｎｍのＣＶＤ銅をＳＩＰ銅核形成層及びＩＭＰ核形成層に交互に堆積する実験を行った。ＳＩＰとの組合せは、比較的滑らかなＣＶＤシード層を形成し、また、ＩＭＰとの組合せは、不連続といってもよいかなり粗い面をＣＶＤ層内に形成した。

［00143］ＣＶＤ層６８４は、例えば、５〜２０ｎｍの範囲の厚さに堆積することができる。上記ホールの残りの部分は、他の方法により銅で充填してもよい。ＳＩＰ銅の核形成層の上面のＣＶＤ銅によって形成された非常に平坦なシード層は、形成されている狭いビア内での電気メッキまたは従来のＰＶＤ技術により、銅の効率的なホール充填を実現できる。特に電気メッキの場合、上記滑らかな銅核形成層及びシード層は、電気メッキプロセスを促進する連続的でほぼ均一な電極を形成する。

［00144］非常に高いアスペクト比を有するビアまたは他のホールの充填においては、電気メッキを省くこと、およびその代わりに、図２２の断面図に示すように、充分に厚いＣＶＤ銅層６８８を、ＳＩＰ銅核形成層６８０を覆って堆積して、該ビアを完全に充填することが有利である。ＣＶＤ充填の利点は、別々の電気メッキ工程の必要性を排除できることである。また、電気メッキは、０．１３μｍ未満の幅のホールでは制御しにくい流体フローを要する。

［00145］本発明のこの実施形態の銅の二重層の利点は、銅の堆積を、比較的低い熱量で実行できるようにすることである。タンタルは、高い熱量で酸化膜からディウェッティングされる傾向がある。ＩＭＰは、深いホール充填に対して多くの同じ被覆利点を有するが、ＩＭＰは、堆積される層内でエネルギを放散する、強力なアルゴンイオン流を生成するため、かなりの高温で作用する傾向がある。更に、ＩＭＰは、ある程度のアルゴンを、堆積された膜内に常に埋め込む。一方、比較的薄いＳＩＰ層は、比較的高速で堆積され、ＳＩＰプロセスは、アルゴンがないため、本質的に熱くない。また、ＳＩＰ堆積速度は、どの熱い堆積も、半分くらい短いため、ＩＭＰの場合よりもかなり速い。

［00146］上記熱量は、ＳＩＰプラズマの冷点火によっても低減される。冷プラズマ点火及び処理シーケンスを、図２３のフロー図に示す。ウェーハが、ロードロックバルブを介して上記スパッタリアクタ内に挿入された後、該ロードロックバルブが閉じられ、工程６９０において、ガス圧力が釣り合わせられる。アルゴンチャンバ圧力は、点火に用いられる圧力まで、通常、２ミリトルから約５〜１０ミリトルの間に増加され、アルゴン裏面冷却ガスが、約５〜１０トルの裏面圧力で上記ウェーハの裏面に供給される。工程６９２において、該アルゴンは、通常１〜５ｋＷの範囲の低レベルのターゲット電力で点火される。プラズマが点火するのが検知された後、工程６９４において、上記チャンバ圧力が、上記ターゲット電力を低レベルに保持した状態で急速に、例えば３秒間で低減される。持続性自己スパッタリングを行う場合、チャンバへのアルゴンの供給は停止されるが、プラズマは、ＳＳＳモードで継続する。自己イオン化プラズマスパッタリングの場合には、上記アルゴンの供給は低減される。上記裏面冷却ガスは、供給し続けられる。該アルゴン圧力が、一旦、低減されると、工程６９６において、上記ターゲット電力が、ＳＩＰ又はＳＳＳスパッタリングのために選定された、２００ｍｍウェーハの場合の例えば１０〜２４ｋＷ以上の意図されたスパッタリングレベルまで急速に増加される。圧力を低減すると同時に、上記電力を増加させることにより、工程６９４、６９６を組み合わせることが可能である。工程６９８において、上記ターゲットは、選定した厚さの材料物質をスパッタ堆積するのに必要な時間に対して選定されたレベルで作動し続ける。この点火シーケンスは、点火のために意図されたスパッタリング電力レベルを用いることよりも冷たい。スパッタ堆積に所望される高い電力レベルで続けられる場合、より高いアルゴン圧力は、点火を容易にするが、スパッタされた中性粒子に有害な影響を及ぼす。低い点火電力において、非常に少ない銅が、低減された電力で低い堆積速度により堆積される。また、ペデスタル冷却は、点火プロセスの間、上記ウェーハを冷たく保つ。

［00147］本発明の装置及びプロセスのほとんどの特徴は、ロングスローを伴わないスパッタリングにも適用することができる。

［00148］本発明は、現在、銅層間メタライゼーション、およびバリア及びライナー堆積に対して特に有用であるが、本発明の異なる態様は、他の材料物質のスパッタリング、および他の目的に対しても適用することができる。

［00149］その全体を本願明細書に組み入れる、２００２年７月２５日に出願された同時係属出願第１０／２０２，７７８号（代理人登録番号４０４４）に記載されているように、上記配線層は、ＳＩＰ及びＩＣＰプラズマの両方を生成するチャンバ１５２（図４）と同様のスパッタチャンバ内で堆積することもできる。チャンバ１５２のようなチャンバ内で堆積する場合、ターゲット１５６は、例えば、銅等の堆積材料で形成される。また、ＩＣＰコイル１５１は、特に、配線金属の堆積の一部又は全てに対して、コイルスパッタリングが所望される場合には、同じ堆積材料で形成してもよい。

［00150］上述したように、図示のチャンバ１５２は、持続性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が可能である。この場合、プラズマが点火された後、アルゴンの供給は、ＳＳＳの場合、遮断してもよく、銅イオンは、２以上のイールドで銅ターゲットを再スパッタするのに充分高い密度を有する。別法として、低減された流速及びチャンバ圧力、あるいは、相当だが低減された量の自己スパッタリングと共に、純粋な持続性自己スパッタリングを持続するのには不十分なターゲット電力密度で、ある程度のアルゴンを供給し続けてもよい。アルゴン圧力が、約５ミリトルを超えて増加すると、アルゴンは、銅イオンからエネルギを除去し、自己スパッタリングを減少させる。上記ウェーハバイアスは、イオン化された銅粒子を上記ホール深部に引き付ける。

［00151］しかし、一部の中性流で深いホール被覆を実現するには、ターゲット１５６とウェーハ１５８との間の距離を増加させること、すなわち、上述したようなロングスローモードで作動させることが好ましい。自己イオン化プラズマ（ＳＩＰ）スパッタリング、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）スパッタリング及び持続性自己スパッタリング（ＳＳＳ）の間の制御された割り振りは、中性のスパッタ粒子とイオン化されたスパッタ粒子との間の配分の制御を可能にする。このような制御は、高アスペクト比のビアホール内への銅シード層のスパッタ堆積に対して特に有利である。スパッタ粒子のイオン化量の制御は、自己イオン化プラズマ（ＳＩＰ）スパッタリングと誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）スパッタリングとを混合することによって実現される。

［00152］本発明による構造の一実施形態は、図２４の断面図に示すビアである。銅シード層７００は、例えば、図４に示すタイプのロングスロースパッタリアクタを用いて、ＳＩＰ及びＩＣＰの組合せをおよび／またはＳＩＰ及びＩＣＰを交互に促進する条件下で、（上述したＴａＮバリア層及びＴａライナー層等の１つ又はそれ以上のバリア層及びライナー層を含んでもよい）ライナー層７０４を覆って、ビアホール７０２内に堆積される。ここで、上記リアクタは、銅又は他のシード層堆積材料を含むターゲットを有する。ＳＩＰ−ＩＣＰ銅層７００は、例えば、５０〜３００ｎｍ、またはより好ましくは、８０〜２００ｎｍの被覆厚さに堆積してもよい。ＳＩＰ−ＩＣＰ銅シード層７００は、好ましくは、上記ビアの側壁上で、２〜２０ｎｍ、より好ましくは、７〜１５ｎｍの範囲の厚さを有する。狭いホールのため、上記側壁の厚さは、５０ｎｍを越えるべきではない。該膜の品質は、速いＳＩＰ堆積によって与えられる冷たさが重要になるため、上記ペデスタルの温度を、０℃未満、好ましくは、−４０℃未満に低下させることによって改善される。

［00153］ＳＩＰ−ＩＣＰ銅シード層７００は、良好な底部被覆性及び向上した側壁被覆性を有すると考えられる。以下に詳細に説明するように、銅シード層７００は、銅堆積材料を再配分して、上記ビアの内側底部角部における被覆を増加させると共に、該ビアの底部の中心部分は薄い被覆のままにするように、別の工程で、あるいは、初期の堆積中のいずれかにおいて再スパッタすることができる。銅シード層７００が堆積され（必要に応じて再配分され）た後、上記ホールは、好ましくは、シード層７００を電気メッキ電極のうちの１つとして用いた電気化学メッキにより、図１４ｂの銅層３４７ｂ’と同様の銅層で充填することができる。しかし、ＳＩＰ−ＩＣＰ銅シード層７００の滑らかな構造も、一般的なスパッタリングまたは物理気相堆積（ＰＶＤ）による銅のリフローまたは高温堆積を促進する。

［00154］一実施形態において、ＳＩＰ−ＩＣＰ層は、ＳＩＰ及びＩＣＰの両堆積方法の選択された態様を１つの工程に組み合わせるプロセスで形成することができる。また、代替の実施形態によるリアクタ７１５は、図２５に示すように、第２のコイル７１６及びコイル１５１を有する。コイル１５１と同様の方法で、コイル７１６の一方の端部は、フィードスルースタンドオフ１８２により暗黒部シールド１６４’を介して、増幅器及び整合ネットワーク７１７の出力に絶縁結合されている（図２６）。整合ネットワーク７１７の入力は、ＲＦジェネレータ７１８に結合されている。コイル７１６の他端は、ＤＣバイアスをコイル７１６に対してかけるために、阻止コンデンサ７１９を介して、フィードスルースタンドオフ１８２によりシールド１６４’を介してアースに絶縁結合されている。ＤＣバイアスは、独立したＤＣ電源７２１によって制御することができる。

［00155］ＩＣＰ工程又は組み合わせたＳＩＰ−ＩＣＰ工程において、例えば、１〜３ｋＷ及び２Ｍｈｚの周波数で、ＲＦエネルギが、ＲＦコイル１５１及び７１６のうちの一方又は両方に印加される。コイル１５１及び７１６は、作動されると、ＲＦエネルギを上記リアクタの内部に誘導結合する。上記コイルによって生成されたＲＦエネルギは、プラズマを維持して、スパッタされた堆積材料をイオン化するために、アルゴン等の前駆体ガスをイオン化する。しかし、プラズマを、比較的高い圧力、例えば、一般的に高密度ＩＭＰプロセスの場合に２０〜６０ｍトルに維持するよりは、該圧力は、好ましくは、かなり低い圧力、例えば、２ｍトルに維持される。従って、リアクタ１５０内でのイオン化速度は、一般的な高密度ＩＭＰプロセスのイオン化速度よりもかなり低くなると考えられる。

［00156］更に、上述したように、図示したリアクタ１５０も、ロングスローモードで自己イオン化スパッタリングが可能である。従って、堆積材料は、上記ＲＦコイルにより維持される低圧プラズマの結果としてイオン化できるだけではなく、上記ターゲットのＤＣマグネトロンスパッタリングにより自己生成されたプラズマによってもイオン化することができる。ＳＩＰ及びＩＣＰイオン化プロセスの組合せは、充分なイオン化した材料に良好な底部及び底部角部被覆性をもたらすと考えられる。しかし、ＲＦコイル１５１及び７１６によって生成された低圧プラズマの低イオン化速度が、充分な中性スパッタ材料を、上記リアクタのロングスロー能力によって上方側壁に堆積するように、イオン化しないままとすることを可能にするとも考えられる。すなわち、イオン化した堆積材料のＳＩＰ及びＩＣＰソースの組合せは、良好な上方側壁被覆性、および良好な底部及び底部角部被覆性を実現できると考えられる。別の実施形態においては、コイル１５１及び７１６への電力は、１つの工程において、上方のコイル７２６への電力が、下方のコイル１５１に印加される電力に対して除去または低減されるように、交互に印加される。この工程において、誘導結合したプラズマの中心は、上記ターゲットから離れて上記基板の近くにずれる。このような構成は、該ターゲットの近くで生成された自己イオン化されたプラズマと、上記コイルのうちの１つ又はそれ以上によって維持される誘導結合したプラズマとの間の相互作用を低減できる。従って、中性のスパッタされた材料物質の高い割合を維持することができる。

［00157］第２の工程において、上記電力は、下方のコイル１５１への電力が、上方コイル７１６へ印加される電力に対して除去又は低減されるように、逆にしてもよい。この工程において、上記誘導結合されたプラズマの中心は、上記基板から離れて上記ターゲットの方へずれる。このような構成は、イオン化したスパッタ材料の割合を増加させる。

［00158］他の実施形態においては、上記層は、本願明細書中でＳＩＰ工程と呼ぶ１つの工程において、ＲＦ電力が、どちらかのコイルに少しだけ印加される、あるいはまったく印加されない、２つ又はそれ以上の工程で形成してもよい。また、上記圧力は、比較的低いレベル、好ましくは、５ｍトル未満、より好ましくは、例えば、１ｍトルなどの２ｍトル未満に維持される。更に、上記ターゲットに印加される電力は、例えば、１８〜２４ｋＷＤＣの範囲のように比較的高くなる。例えば、５００Ｗの電力レベルで、上記基板支持部にバイアスをかけてもよい。これらの条件下では、上記堆積材料のイオン化は、主に、自己イオン化プラズマ（ＳＩＰ）の結果として行われると考えられる。上記リアクタのロングスローモード構成と組み合わせると、良好な側壁被覆性を、低オーバハングで実現できると考えられる。この最初の工程で堆積された層の一部は、例えば、１０００〜２０００Åの範囲であってもよい。

［00159］本願明細書中でＩＣＰ工程と呼び、かつ好ましくは同じチャンバ内における第２の工程において、ＲＦ電力は、コイル１５１及び７１６のうちの一方又は両方に印加してもよい。また、一つの実施形態において、上記圧力は、高密度プラズマを維持できるように、実質的に上昇させてもよい。例えば、該圧力は、２０〜６０ｍトルに、上記コイルへの上記ＲＦ電力は、１〜３ｋＷの範囲に上昇させてもよく、また、上記ターゲットへのＤＣ電力は、１〜２ｋＷに、上記基板支持部へのバイアスは、１５０Ｗに低減してもよい。これらの条件下では、上記堆積材料のイオン化は、高密度ＩＣＰの結果として行われると考えられる。その結果、良好な底部及び底部角部被覆性を、上記第２の工程において実現できる。上述したように、電力は、上記両方のコイルに同時にまたは交互に印加することができる。

［00160］上記銅シード層が、ＳＩＰ及びＩＣＰを組み合わせたプロセスによってスパッタ堆積された後、上記ホールの残りの部分は、同じ又は別のプロセスによって充填することができる。例えば、該ホールの残りの部分は、電気メッキ又はＣＶＤによって充填することができる。

［00161］上記ＳＩＰ工程及びＩＣＰ工程の順序は、逆にしてもよいこと、および該ＳＩＰ工程において、一定のＲＦ電力を１つ又はそれ以上のコイルに印加してもよいこと、および一定の自己イオン化は、該ＩＣＰ工程に含まれてもよいことを認識すべきである。また、持続性自己スパッタリング（ＳＳＳ）は、１つ又はそれ以上の工程に含まれてもよい。すなわち、圧力、電力及びターゲット・ウェーハ間の距離を含むプロセスパラメータは、所望の結果を実現するために、特定の用途により変化してもよい。

［00162］上述したように、コイル１５１及び５１６は、独立して、または一緒に作動させることができる。一実施形態においては、上記コイルは、一緒に作動させることができ、この場合、一方のコイルに印加されるＲＦ信号は、ヘリコン波を生成するように、他方のコイルに印加される別のＲＦ信号に対して位相がずれている。例えば、該ＲＦ信号は、米国特許第６，２６４，８１２号明細書に記載されているように、１波長の何分の一か位相がずれていてもよい。

［00163］本発明の一実施形態は、図２７の平面図に概略的に示すＥｎｄｕｒａ ５５００プラットフォーム等のインテグレーテッドマルチチャンバツールに対して好ましくは実施される統合プロセスを含む。該プラットホームは、Ｔｅｐｍａｎ等により、米国特許第５，１８６，７１８号明細書に機能的に記載されている。

［00164］ビアホールまたは絶縁層内の他の構造によってすでにエッチングされているウェーハは、各ロードロックチャンバに装填されたウェーハカセットから、ウェーハをシステムに出し入れするように構成された、２つの独立して作動されるロードロックチャンバ７３２、７３４を介して、該システムに対して取り入れ及び取り出しされる。ウェーハカセットが、ロードロックチャンバ７３２、７３４内に装填された後、上記チャンバは、適度に低圧に、例えば、１０^-3〜１０^-4トルに加圧され、該ロードロックチャンバと第１のウェーハ移送チャンバ７３６との間のスリットバルブが開かれる。第１のウェーハ移送チャンバ７３６の圧力は、その後、該低圧に維持される。

［00165］第１の移送チャンバ７３６内に配設された第１のロボット７３８は、上記ウェーハを、上記カセットから、２つの脱気／指向チャンバ７４０、７４２のうちの一方に移送した後、水素またはアルゴンプラズマが、該ウェーハの表面をクリーニングする第１のプラズマプリクリーンチャンバ７４４へ移送する。ＣＶＤバリア層が堆積されている場合、第１のロボット７３８は、上記ウェーハをＣＶＤバリアチャンバ７４６へ渡す。ＣＶＤバリア層が堆積された後、ロボット７３８は、該ウェーハを通路チャンバ７４８内に移し、そこから第２のロボット７５０が、該ウェーハを第２の移送チャンバ７５２へ移送する。スリットバルブは、処理レベルと圧力レベルを分離するように、チャンバ７４４、７４６、７４８を第１の移送チャンバ７３６と分離する。

［00166］第２のロボット７５０は、周囲に配置された反応チャンバへ及び該チャンバからウェーハを選択的に移送する。第１のＩＭＰスパッタチャンバ７５４は、銅の堆積専用のものである。上述したチャンバ４１０と同様のＳＩＰスパッタチャンバ７５６は、ＳＩＰ銅シード層または核形成層の堆積専用のものである。このチャンバは、底部及び側壁被覆のためのＳＩＰと、１つの工程または、上述したようなマルチステッププロセスのいずれかで底部角部被覆性を改善するための再スパッタリングとを兼ねる。また、例えば、Ｔａ／ＴａＮからなるバリア層の少なくとも一部は、ＳＩＰスパッタリング及びコイルスパッタリング及びＩＣＰ再スパッタリングによって堆積されており、そのため、ＳＩＰ−ＩＣＰスパッタチャンバ７６０は、可能な限り反応性窒素プラズマ内での耐熱性金属のスパッタリング専用になっている。同様のＳＩＰ−ＩＣＰチャンバ７６０は、耐熱性金属及びその窒化物を堆積するのに使用することができる。ＣＶＤチャンバ７５８は、銅核形成、シードまたはライナー層の堆積のための、あるいは、上記ホールの充填を完了するための、またはその両方のための専用のものである。チャンバ７５４、７５６、７５８、７６０の各々は、スリットバルブにより、第２の移送チャンバ７５２に対して選択的に開かれる。異なる構成を用いることも可能である。例えば、ＩＭＰチャンバ７５４は、特に、上記ホールの充填を完了するためにＣＶＤを用いる場合には、第２のＣＶＤ銅チャンバと置き換えてもよい。

［00167］低圧処理の後、第２のロボット７５０は、前の処理が熱かった場合には冷却チャンバであってもよく、あるいは、メタライゼーションのアニーリングが必要な場合には、瞬時熱プロセス（ＲＴＰ）であってもよい、中間部に配置された熱チャンバ７６２へ上記ウェーハを移送する。熱処理後、第１のロボット７３８は、該ウェーハを取り出して、該ウェーハをロードロックチャンバ７３２、７３４のうちの一方においてカセットへ戻す。それを用いて本発明を統合プロセスの工程により実施することができる他の構成も、当然可能である。

［00168］上記システム全体は、上記チャンバの各々と関連付けられたサブコントローラと接続される制御バス７７２を通じて作動する、コンピュータをベースとしたコントローラ７７０によって制御される。プロセス方法は、コントローラ７７０に挿入可能な、または通信リンク７７６と通じる、磁気フロッピー（登録商標）ディスクまたはＣＤ−ＲＯＭ等の読み取り可能なメディア７７４によってコントローラ７７０に読み込まれる。

［00169］本発明の装置及びプロセスのほとんどの特徴は、ロングスローを伴わないスパッタリングにも適用することができる。本発明は、現在、タンタル及びタンタルナイトライドライナー層の堆積及び銅層間メタライゼーションに対して特に有用であるが、本発明の異なる態様を、他の材料物質のスパッタリングに、および他の目的のために適用することもできる。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注力しており、該出願を本願明細書に組み入れる。

［00170］本発明の変更が、その様々な態様において、当業者には明らかであり、いくつかは研究後に明らかになり、他のものは、普通の機械的かつプロセスのデザインであることは、当然理解されるであろう。他の実施形態も可能であり、それらの特定のデザインは、特定の用途に依存する。従って、本発明の範囲は、本願明細書に記載した特定の実施形態によって限定すべきではなく、添付クレーム及びその均等物のみによって定義すべきである。

４１０…プラズマスパッタリングリアクタ、４１２…真空チャンバ、４１４…側壁、４１６…スパッタリングターゲット、４１８…電気的アイソレータ、４２２…ペデスタル電極、４２４…ウェーハ、４２６…ガス供給部、４２８…マスフローコントローラ、４３４…ＤＣ電源、４３６…マグネトロン、４３８…中心軸、４４０…内側磁極、４４２…外側極、４４４…磁気ヨーク、４４６…回転アーム、４４８…回転軸、４５０…モータ、４５４…ＲＦ電源、４６０…補助アレイ、４６２…補助磁石、Ｂ_A1、Ｂ_A2…補助磁界、Ｂ_M…半トロイダル磁界。

Claims (82)

1. 少なくとも４：１のアスペクト比を有し、かつ基板の絶縁層内に形成されたホール内に金属を堆積させる方法であって、
   金属を含む堆積材料を、チャンバ内の誘導結合プラズマ中で、前記ホール内にスパッタ堆積することと、
   金属を含む堆積材料を、チャンバ内の自己イオン化したプラズマ中で、前記ホール内にスパッタ堆積することとを含む方法。
2. 前記ホールを金属で充填することを更に含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記充填は、電気メッキを含む、請求項２に記載の方法。
4. 前記自己イオン化したプラズマ中でのスパッタ堆積は、前記誘導結合プラズマ中でのスパッタ堆積に先行する、請求項１に記載の方法。
5. 前記自己イオン化したプラズマ中でのスパッタ堆積、および前記誘導結合プラズマ中でのスパッタ堆積は、同じチャンバ内で行われる、請求項１に記載の方法。
6. 前記誘導結合プラズマ中でのスパッタ堆積は、前記自己イオン化したプラズマ中で堆積した堆積材料を、前記誘導結合プラズマ中で再スパッタリングすることを更に含む、請求項４に記載の方法。
7. 前記再スパッタリングは、前記ホールの底部に堆積した堆積材料を除去することを含む、請求項６に記載の方法。
8. 前記自己イオン化したプラズマ中でのスパッタ堆積は、タンタルおよびタンタルナイトライドのうちの少なくとも一つを含む堆積材料を堆積する、請求項１に記載の方法。
9. 前記自己イオン化したプラズマ中でのスパッタ堆積は、銅を含む堆積材料を堆積する、請求項１に記載の方法。
10. 前記誘導結合プラズマ中でのスパッタ堆積は、タンタルおよびタンタルナイトライドのうちの少なくとも一つを含む堆積材料を堆積する、請求項１に記載の方法。
11. 前記誘導結合プラズマ中でのスパッタ堆積は、銅を含む堆積材料を堆積する、請求項１に記載の方法。
12. 前記誘導結合プラズマ中でのスパッタ堆積は、前記誘導結合プラズマを形成するために前記誘導結合プラズマを含む前記チャンバ内部のコイルとのＲＦ誘導結合を少なくとも部分的に用いる、請求項１に記載の方法。
13. 少なくとも４：１のアスペクト比を有し、かつ基板の絶縁層内に形成されたホール内に金属を堆積させるツールであって、
    移送チャンバと、
    前記移送チャンバと結合され、かつＩＭＰチャンバ内で誘導結合プラズマを形成するように適合された、かつ金属を含む堆積材料を、前記誘導結合プラズマ中で、前記ホール内にスパッタ堆積させるように適合されたＩＭＰスパッタチャンバと、
    前記移送チャンバに結合され、かつＳＩＰチャンバ内に自己イオン化したプラズマを形成するように適合され、かつ金属を含む堆積材料を、前記自己イオン化したプラズマ中で前記ホール内にスパッタ堆積させるように適合されたＳＩＰチャンバとを備えるツール。
14. 前記ＳＩＰチャンバは、
    中心軸周りに配置された側壁と、
    前記基板を前記ＳＩＰチャンバ内で支持するペデスタルと、
    前記中心軸に沿って、前記ペデスタルと対向して配置されたスパッタリングターゲットであって、処理空間が、前記ペデスタルと、前記ターゲットと、前記側壁との間の領域内に形成されているスパッタリングターゲットと、
    前記処理空間と対向する、前記ターゲットの側部に配置されたマグネトロンと、
    前記中心軸に沿って第１の磁極を有する、前記処理空間の周りに少なくとも部分的に配置された補助磁石とを有する、請求項１３に記載のツール。
15. 前記ターゲットは、前記基板の口径の５０％を超えるであるスロー距離だけ、前記ペデスタルから離れている、請求項１４に記載のツール。
16. 前記ＩＭＰチャンバは、前記基板を支持し、かつ前記基板にバイアスをかけるように適合されたペデスタルを有し、前記ツールは、前記ペデスタルを制御して、前記誘導結合プラズマのイオンを引き付けて堆積材料を再スパッタするように、前記基板にバイアスをかけるように適合されたコントローラを備える、請求項１３に記載のツール。
17. 前記再スパッタリングは、前記ホールの底部に堆積した堆積材料を除去することを含む、請求項１６に記載のツール。
18. 前記ＳＩＰチャンバは、タンタルを含むスパッタターゲットを有する、請求項１３に記載のツール。
19. 前記ＳＩＰチャンバは、銅を含むスパッタターゲットを有する、請求項１３に記載のツール。
20. 前記ＩＭＰチャンバは、タンタルを含むスパッタターゲットを有する、請求項１３に記載のツール。
21. 前記ＩＭＰチャンバは、銅を含むスパッタターゲットを有する、請求項１３に記載のツール。
22. 前記ＩＭＰチャンバは、ＲＦエネルギを前記誘導結合プラズマに誘導結合するように適合された内部ＲＦコイルを有する、請求項１３に記載のツール。
23. 少なくとも４：１のアスペクト比を有し、かつ基板の絶縁層内に形成されたホール内に配線を形成する方法であって、
    チャンバ内の自己イオン化したプラズマ中で、前記ホール内にバリア層をスパッタ堆積することと、
    チャンバ内の誘導結合プラズマ中で、前記バリア層の底部を再スパッタリングして、前記バリア層の底部の少なくとも一部を除去することと、
    チャンバ内の自己イオン化したプラズマ中で、前記ホール内の前記バリア層上に、ライナー層をスパッタ堆積することと、
    チャンバ内の誘導結合プラズマ中で、前記ライナー層の底部を再スパッタリングして、前記ライナー層の底部の少なくとも一部を除去することと、
    チャンバ内の自己イオン化したプラズマ中で、前記ホール内にシード層をスパッタ堆積することと、
    チャンバ内の自己イオン化したプラズマ中で、前記シード層の底部を再スパッタリングして、前記シード層の底部の少なくとも一部を再配分することと、
    を含む方法。
24. 前記シード層を再スパッタリングした後、前記ホール内に導電性金属を充填することを更に含む、請求項２３に記載の方法。
25. 前記充填することとは、電気メッキを含む、請求項２４に記載の方法。
26. 前記自己イオン化したプラズマ中で、バリア層及びライナー層をスパッタ堆積することと、前記誘導結合プラズマ中で、前記バリア層及びライナー層の底部を再スパッタリングすることとは、同じチャンバ内で行われる、請求項２３に記載の方法。
27. 前記自己イオン化したプラズマ中でシード層をスパッタ堆積することと、前記自己イオン化したプラズマ中で、シード層の底部を再スパッタリングすることとは、同じチャンバ内で行われる、請求項２３に記載の方法。
28. 前記自己イオン化したプラズマ中でバリア層をスパッタ堆積することは、タンタルナイトライドを含む堆積材料を堆積する、請求項２３に記載の方法。
29. 前記自己イオン化したプラズマ中でシード層をスパッタ堆積することは、銅を含む堆積材料を堆積する、請求項２３に記載の方法。
30. 前記誘導結合プラズマ中で再スパッタリングすることは、前記誘導結合プラズマを形成する前記誘導結合プラズマを含むチャンバ内部のコイルとのＲＦ誘導結合を、少なくとも部分的に用いる、請求項２３に記載の方法。
31. 前記自己イオン化したプラズマ中で再スパッタリングすることは、ターゲットと、中心軸を有するチャンバ内の基板支持ペデスタルとの間の処理空間の周囲に少なくとも部分的に配置された補助磁石を少なくとも部分的に用い、前記磁石が、前記中心軸に沿って第１の磁極を有する、請求項２３に記載の方法。
32. 前記自己イオン化したプラズマ中でシード層をスパッタ堆積することは、前記基板に第１のレベルでバイアスをかけることを含み、前記自己イオン化したプラズマ中でシード層の底部を再スパッタリングすることは、前記第１のレベルよりも高い第２のレベルで前記基板にバイアスをかけることを含む、請求項２７に記載の方法。
33. 前記自己イオン化したプラズマ中でシード層をスパッタ堆積することは、ターゲットに第１のレベルの電力を印加することを含み、前記自己イオン化したプラズマ中でシード層の底部を再スパッタリングすることは、前記第１のレベルよりも低い第２のレベルで電力を印加することを含む、請求項２７に記載の方法。
34. 少なくとも３：１のアスペクト比を有し、かつ基板の絶縁層内に形成されたホール内に配線を形成する方法であって、
    中心軸の周りに配置された側壁を有する真空チャンバ内で、ターゲットの側部に配置されたマグネトロンを用いて前記ターゲットをスパッタリングすることと、
    前記中心軸に沿って前記ターゲットと対向するペデスタルによって支持された基板の方へ、イオンを向けることとを含み、
    前記ターゲットは、前記基板の口径の５０％を超えるスロー距離だけ、前記ペデスタルから離れており、前記イオンを基板の方へ向けることは、前記中心軸に沿って第１の磁極を有する、前記処理空間の周りに少なくとも部分的に配置された補助磁石を用いる、方法。
35. 前記基板に第１のレベルのバイアスをかけて、前記ホール内にターゲット材をスパッタ堆積させることと、前記第１のレベルよりも高い第２のレベルのバイアスを前記基板にかけて、前記ホール内に堆積した前記ターゲット材の底部を再スパッタすることとを更に含む、請求項３４に記載の方法。
36. 前記第１のレベルのバイアスは、６００Ｗ未満であり、前記第２のレベルのバイアスは、６００Ｗを超える、請求項３５に記載の方法。
37. 前記ターゲットに、第１のレベルで電力を印加して、前記ホール内にターゲット材をスパッタ堆積させることと、前記第１のレベルよりも低い第２のレベルで前記ターゲットに電力を印加して、前記ホール内に堆積した前記ターゲット材の底部を再スパッタすることとを更に含む、請求項３４に記載の方法。
38. 前記第１のターゲット電力レベルは、３００００Ｗを超え、前記第２のターゲット電力レベルは、３００００Ｗ未満である、請求項３７に記載の方法。
39. 前記スロー距離は、前記基板の口径の８０％を超える、請求項３４に記載の方法。
40. 前記スロー距離は、前記基板の口径の９０％を超える、請求項３４に記載の方法。
41. 前記スロー距離は、前記基板の口径の１００％を超える、請求項３４に記載の方法。
42. 前記スロー距離は、前記基板の口径の１４０％を超える、請求項３４に記載の方法。
43. 前記チャンバは、前記軸周りに概して対称的で、前記チャンバ内に配置された第１の導電性シールドを有し、前記補助磁石は、前記軸周りに概して対称的に配置されている、請求項３４に記載の方法。
44. 前記スパッタリングの少なくとも第１の部分の間に、前記チャンバ内の圧力を、２ミリトル以下の圧力に制御することを更に含む、請求項３４に記載の方法。
45. 前記イオンを含む自己イオン化プラズマを生成して、マグネトロンを用い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ことを更に含む、請求項３４に記載の方法。
46. 前記基板を第１のレベルでバイアスをかけて、少なくとも３：１の縦横アスペクト比を有する前記基板内のホール内に、イオン化した堆積材料を引き付け、前記ホールの各々に、堆積材料からなる層を形成することであって、前記層が、底部、側壁部、および前記底部と前記側壁部との間の角部とを有することと、第２の工程において、前記第１のレベルよりも高い第２のレベルで前記基板にバイアスをかけて、イオンを引き付け、前記層の底部から、少なくとも前記角部へ堆積材料を再スパッタすることとを更に含む、請求項４５に記載の方法。
47. 前記基板に第１のレベルでバイアスをかけることは、前記ペデスタルに６００Ｗ以下のレベルで電力を印加することを含み、前記基板に第２のレベルでバイアスをかけることは、前記ペデスタルに、６００Ｗ以上のレベルで電力を印加することを含む、請求項４５に記載の方法。
48. 前記基板にバイアスをかけると共に、前記ターゲットを第１のレベルでスパッタリングして、少なくとも３：１の縦横アスペクト比を有する前記基板内のホール内に、イオン化した堆積材料を引き付け、各ホール内に、堆積材料からなる層を形成することであって、前記層が、底部、側壁部、および前記底部と前記側壁部との間の角部とを有することと、第２の工程において、前記基板にバイアスをかけると共に、前記第１のレベルよりも低い第２のレベルで前記ターゲットをスパッタリングしてイオンを引き付け、前記層の底部から少なくとも前記角部へ堆積材料を再スパッタすることとを更に含む、請求項４５に記載の方法。
49. 前記ターゲットを前記第１のレベルでスパッタリングすることは、３０ｋＷを超えるレベルで前記ターゲットに電力を印加することを含み、前記ターゲットを前記第２のレベルでスパッタリングすることは、３０ｋＷ未満のレベルで前記ターゲットに電力を印加することを含む、請求項４８に記載の方法。
50. 前記ターゲット材は、銅を含む、請求項３４に記載の方法。
51. 前記中心軸周りにマグネトロンを回転させることを更に含む、請求項３４に記載の方法。
52. 前記マグネトロンは、前記中心軸に沿って第２の磁極を有する内側極と、前記内側極を囲み、かつ前記第１の磁極と対向して前記中心軸に沿って、第３の磁極を有する外側極とを含む、請求項５１に記載の方法。
53. 前記外側極は、前記内側極の少なくとも１５０％の一体化した磁束を有する、請求項５２に記載の方法。
54. 前記第１の磁極は、前記第３の磁極と位置合わせされている、請求項５２に記載の方法。
55. 前記外側極は、前記内側極の少なくとも１５０％の一体化した磁気密度を有する、請求項５４に記載の方法。
56. 前記内側極は、前記中心軸から完全にずれている、請求項５２に記載の方法。
57. 前記補助磁石は、前記処理空間の半分を通って前記ターゲットに向かう面内には伸びていない、請求項３４に記載の方法。
58. 前記補助磁石は、永久磁石を含む、請求項３４に記載の方法。
59. 前記補助磁石は、電磁石を含む、請求項３４に記載の方法。
60. 前記ターゲットの裏周りでマグネトロンを回転させることを更に含み、前記マグネトロンが、前記ターゲットの領域の１／４以下の領域を有し、かつ反対の磁極性の外側磁極によって囲まれた一方の磁極の内側磁極を含み、前記外側磁極の磁束は、前記ターゲットの近くに自己イオン化したプラズマを生成するために、前記内側極の磁束よりも少なくとも５０％大きい、請求項３４に記載の方法。
61. 中心軸周りに配設された側壁を有する真空チャンバと、
    前記真空チャンバ内で基板を支持するペデスタルと、
    前記ペデスタルと対向して、前記中心軸に沿って配置されたスパッタリングターゲットであって、前記ペデスタルと、前記ターゲットと、前記側壁との間の領域に処理空間が形成されており、前記ターゲットが、前記基板の口径の５０％を超えるスロー距離だけ前記ペデスタルから離れている、スパッタリングターゲットと、
    前記処理空間と対向して前記ターゲットの側に配置されたマグネトロンと、
    前記中心軸に沿って第１の磁極性を有する、前記処理空間の周囲に少なくとも部分的に配置された補助磁石と、を備える、プラズマスパッタリアクタ。
62. 前記スロー距離は、前記基板の口径の８０％を超えるである、請求項６１に記載のリアクタ。
63. 前記スロー距離は、前記基板の口径の９０％を超える、請求項６１に記載のリアクタ。
64. 前記スロー距離は、前記基板の口径の１００％を超える、請求項６１に記載のリアクタ。
65. 前記スロー距離は、前記基板の口径の１４０％を超える、請求項６１に記載のリアクタ。
66. 前記軸周りに概して対称的であり、かつ前記チャンバ内に配設された第１の導電性シールドを更に備え、前記補助磁石は、前記軸周りに概して対称的に配設されている、請求項６１に記載のリアクタ。
67. 前記チャンバに結合された圧力ポンプと、前記ターゲットをスパッタリングすることの少なくとも第１の部分の間に、前記圧力ポンプを制御して、前記チャンバ内の圧力を２ミリトル以下の圧力に制御するように適合されたコントローラとを更に備える、請求項６１に記載のリアクタ。
68. 前記マグネトロンは、前記ターゲットの近くに配置され、かつ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に配置されたイオンからなるプラズマを生成するように適合された、請求項６１に記載のリアクタ。
69. 前記ペデスタルに結合されたバイアス源と、第１の工程において、前記基板に第１のレベルでバイアスをかけて、イオン化した堆積材料を前記基板内のホール内に引き付け、前記ホールの各々の中に堆積材料からなる層を形成するように前記バイアス源を制御するように適合されており、前記層が、底部と、側壁部と、前記底部と前記側壁部との間の角部とを有し、第２の工程において、前記第１のレベルよりも高い第２のレベルで前記基板にバイアスをかけてイオンを引き付け、前記層の底部から少なくとも前記角部へ堆積材料を再スパッタするように前記バイアス源を制御するように適合されたコントローラとを更に備える、請求項６８に記載のリアクタ。
70. 前記第１のレベルのバイアスは、６００Ｗ未満であり、前記第２のレベルのバイアスは、６００Ｗを超える、請求項６９に記載のリアクタ。
71. 前記ターゲットに電力を印加するように適合された電力源と、前記ペデスタルに結合されたバイアス源と、前記基板にバイアスをかけると共に、前記ターゲットを第１のレベルでスパッタリングして、イオン化した堆積材料を、前記基板内のホール内に引き付け、前記ホールの各々の中に、堆積材料からなる層を形成するように、ターゲット電力源及びバイアス源を制御するように適合されており、前記層が、底部と、側壁部と、前記底部と前記側壁部との間の角部とを有し、また、第２の工程において、前記基板にバイアスをかけると共に、前記第１のレベルよりも低い第２のレベルで前記ターゲットをスパッタリングしてイオンを引き付け、前記層の底部から少なくとも前記角部へ堆積材料を再スパッタするように前記ターゲット電力源及びバイアス源を制御するように適合されたコントローラとを更に備える、請求項６８に記載のリアクタ。
72. 前記電力源は、前記ターゲットが、前記第１のレベルでスパッタリングされているときに、１ｋＷを超えるレベルで前記ターゲットに電力を印加し、前記電力源は、前記ターゲットが前記第２のレベルでスパッタリングされているときに、１ｋＷ未満のレベルで前記ターゲットに電力を印加する、請求項７１に記載のリアクタ。
73. 前記ターゲット材は、銅を含む、請求項６１に記載のプラズマスパッタリアクタ。
74. 前記マグネトロンは、前記中心軸周りに回転される、請求項６１に記載のプラズマスパッタリアクタ。
75. 前記マグネトロンは、前記中心軸に沿って第２の磁極を有する内側極と、前記内側極を囲み、かつ前記第１の磁極性と対向して、前記中心軸に沿って第３の磁極性を有する外側極とを含む、請求項７４に記載のリアクタ。
76. 前記外側極は、前記内側極の少なくとも１５０％の一体化した磁束を有する、請求項７５に記載のリアクタ。
77. 前記第１の極性は、前記第３の磁極性と位置合わせされている、請求項７５に記載のリアクタ。
78. 前記外側極は、前記内側極の少なくとも１５０％の一体化した磁気密度を有する、請求項７７に記載のリアクタ。
79. 前記内側極は、前記中心軸から完全にずれている、請求項７５に記載のリアクタ。
80. 前記補助磁石は、前記処理空間の半分を通って前記ターゲットに向かう面内には伸びていない、請求項６１に記載のリアクタ。
81. 前記補助磁石は、永久磁石を含む、請求項６１に記載のリアクタ。
82. 前記補助磁石は、電磁石を含む、請求項６１に記載のリアクタ。

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