JPH0870004A - 金属フィルムを完全に平面化するための同期モデュレ−ションバイアススパッタ方式及び装置 - Google Patents
金属フィルムを完全に平面化するための同期モデュレ−ションバイアススパッタ方式及び装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ウエハの加熱を抑制し生産歩留まりを高め
る。 【構成】 基板上に平面化された金属フィルムを作るた
めの方法であり、基板上に金属の薄い膜を堆積する工程
と、その薄い膜が堆積された後、その堆積された薄い金
属フィルム内に空所を生じさせ、その堆積された薄いフ
ィルムの金属原子の可動性を高める工程と、その堆積さ
れた薄い金属フィルム内に空所を生じさせた後であって
更に多くの金属を堆積させる前に、その薄い金属フィル
ム内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、所定の厚さを有する金
属層が形成されるまで上記一連の工程を繰り返す工程と
を含む。
る。 【構成】 基板上に平面化された金属フィルムを作るた
めの方法であり、基板上に金属の薄い膜を堆積する工程
と、その薄い膜が堆積された後、その堆積された薄い金
属フィルム内に空所を生じさせ、その堆積された薄いフ
ィルムの金属原子の可動性を高める工程と、その堆積さ
れた薄い金属フィルム内に空所を生じさせた後であって
更に多くの金属を堆積させる前に、その薄い金属フィル
ム内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、所定の厚さを有する金
属層が形成されるまで上記一連の工程を繰り返す工程と
を含む。
Description
【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（ｓｕｂｓｔ
ｒａｔｅｓ）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。
めに用いられる半導体ウエハのような基板（ｓｕｂｓｔ
ｒａｔｅｓ）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（ｉｎ
ｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｓ）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。
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（ｉｎ
ｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｓ）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（ａｓｐｅｃ
ｔ 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（ｓｈａ
ｄｏｗｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ）のために、ホ−ル（ｈｏ
ｌｅｓ）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（ｒｉ
ｍ）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。
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（ａｓｐｅｃ
ｔ 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（ｓｈａ
ｄｏｗｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ）のために、ホ−ル（ｈｏ
ｌｅｓ）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（ｒｉ
ｍ）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−ｌ
ａｙｅｒｅｄ）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 ｓｔｒｕｃｔ
ｕｒｅｓ）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（ｓｕｂ
ｍｉｃｒｏｎ）の構造を作るための努力の邪魔をするこ
とになる。
寸法の低減及び更に複雑になった多層（ｍｕｌｔｉ−ｌ
ａｙｅｒｅｄ）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 ｓｔｒｕｃｔ
ｕｒｅｓ）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（ｓｕｂ
ｍｉｃｒｏｎ）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）。
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（ｔｅｍｐｅｒａｔｕ
ｒｅ 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（ｍｉｇｒａ
ｔｉｏｎ）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。
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（ｔｅｍｐｅｒａｔｕ
ｒｅ 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（ｍｉｇｒａ
ｔｉｏｎ）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（ｔｈ
ｒｅｅ ｐｈａｓｅｓ）の操作を含む。第一の段階（ｐ
ｈａｓｅ）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（ｈｏｌｅ
ｓ）を導入することによって金属原子の移動性（ｍｏｂ
ｉｌｉｔｙ）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。
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（ｔｈ
ｒｅｅ ｐｈａｓｅｓ）の操作を含む。第一の段階（ｐ
ｈａｓｅ）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（ｈｏｌｅ
ｓ）を導入することによって金属原子の移動性（ｍｏｂ
ｉｌｉｔｙ）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。
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−ｇｅｎｅｒａｔｅ
ｄ）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（ｅｌｅｃｔｒｏｎ
ｓ）を衝突させる工程とを含む。
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−ｇｅｎｅｒａｔｅ
ｄ）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（ｅｌｅｃｔｒｏｎ
ｓ）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。
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（ｐｒｅｓｅｌｅｃｔｅ
ｄ）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（ｓｏｕｒｃ
ｅ）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Ｖ
11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。
は、基板上に前もって選ばれた（ｐｒｅｓｅｌｅｃｔｅ
ｄ）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（ｓｏｕｒｃ
ｅ）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Ｖ
11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（ａｎｎｅ
ａｌ）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。
行われる再流動（ｒｅｆｌｏｗ）或いは焼鈍（ａｎｎｅ
ａｌ）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（ｕｎｄｅｒｌｙｉｎｇｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
ｓ）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。
下部構造（ｕｎｄｅｒｌｙｉｎｇｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
ｓ）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。
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 ｖａｐｏｒｄｅｐｏｓｉｔ
ｉｏｎ））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。
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 ｖａｐｏｒｄｅｐｏｓｉｔ
ｉｏｎ））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１
０、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（ｍａｇｎｅｔｒｏ
ｎ）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（ｐｅｄｅｓ
ｔａｌ）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（ｓｐｕｔｔｅｒｅ
ｄ）原子がチャンバ本体に達しないようにしている。
０、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（ｍａｇｎｅｔｒｏ
ｎ）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（ｐｅｄｅｓ
ｔａｌ）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（ｓｐｕｔｔｅｒｅ
ｄ）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（ｃｌａ
ｍｐｉｎｇ）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）。
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（ｃｌａ
ｍｐｉｎｇ）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。
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（ｍｏｄｕｌａｔｅ
ｄ）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。Ｒ
Ｆ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 ｐｏｔｅ
ｎｔｉａｌ）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−（ｍｉｃｒｏｃｏｎｔ
ｒｏｌｌｅｒ）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。
ス４０と従来の２つの変調された（ｍｏｄｕｌａｔｅ
ｄ）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。Ｒ
Ｆ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 ｐｏｔｅ
ｎｔｉａｌ）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−（ｍｉｃｒｏｃｏｎｔ
ｒｏｌｌｅｒ）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。
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 Ｐｈ
ａｓｅ 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（ｈｏｌｅ
ｓ）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。
ａｓｅ 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（ｈｏｌｅ
ｓ）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（ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ
ｌｙ）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（ｖａｃ
ａｎｃｙ）を発生するためのＡｒ+ イオンの源（ｓｏｕ
ｒｃｅ）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、４００Ｋ
Ｈｚ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。
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（ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ
ｌｙ）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（ｖａｃ
ａｎｃｙ）を発生するためのＡｒ+ イオンの源（ｓｏｕ
ｒｃｅ）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、４００Ｋ
Ｈｚ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。
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。
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Ｉ
Ｉ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 ｏｐｅｒａｔ
ｉｏｎ）において達成される速さの約５％である。
Ｉ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 ｏｐｅｒａｔ
ｉｏｎ）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（ｂｏｍ
ｂａｒｄ）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（ｃａｖ
ｉｔｙ）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。
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（ｂｏｍ
ｂａｒｄ）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（ｃａｖ
ｉｔｙ）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２０ｅ
Ｖ）。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。
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２０ｅ
Ｖ）。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（ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎ
ｔ）再流動を起すことができる。
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（ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎ
ｔ）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Ｉ
Ｉ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１０
０Ａｌ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。
Ｉ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１０
０Ａｌ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。
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１
００−２００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。
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１
００−２００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 −ｔ
2 ）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ＩＩ
Ｉ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 ｃｙ
ｃｌｅ）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 （ｐ
ｌａｎａｒｉｚａｔｉｏｎ））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−（ｃ
ｏｒｎｅｒｓ）の中に拡散せしめる。
2 ）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ＩＩ
Ｉ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 ｃｙ
ｃｌｅ）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 （ｐ
ｌａｎａｒｉｚａｔｉｏｎ））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−（ｃ
ｏｒｎｅｒｓ）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。
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Ｓ
ｎ、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（ｖａｃａｎｃ
ｙ 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。
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Ｓ
ｎ、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（ｖａｃａｎｃ
ｙ 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。
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。
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。
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。
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。
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、２
６…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、４
２、４４…ＤＣパワ−サプライ。
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、２
６…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、４
２、４４…ＤＣパワ−サプライ。
Claims (26)
- 【請求項１】 基板上に平面化された金属フィルムを作
るための方法であって、前記基板上に金属の薄いフィル
ムを堆積する工程と、 前記堆積された薄いフィルムの金属原子の可動性を増す
ために前記堆積された薄い金属フィルム内に空所を発生
させる工程と、 前記薄い金属フィルム内に前記金属の再流動を生じさせ
るために前記堆積された薄いフィルムの表面を加熱する
工程と、 所定の厚さを有する金属層が形成されるまで上記一連の
工程を多数回繰り返す工程とを含む方法。 - 【請求項２】 前記一連の工程において、空所を生じさ
せる工程が前記薄いフィルムが堆積された後に生じ、前
記表面を加熱する工程が、前記堆積された薄い金属フィ
ルム内に空所を生じさせる工程の後であって、更に金属
を堆積させる工程の前に生じる、請求項１記載の方法。 - 【請求項３】 前記堆積する工程が、プラズマを用いて
タ−ゲットから前記基板上に金属をスパッタ堆積し前記
薄い金属フィルムを作る工程を含む、請求項２記載の方
法。 - 【請求項４】 前記堆積する工程が、接地に対して負の
バイアス電圧を前記タ−ゲットにかける工程を含む、請
求項３記載の方法。 - 【請求項５】 前記空所を生じさせる工程が、前記堆積
された薄いフィルムにイオンを衝突させ空所を作る工程
を含む、請求項２記載の方法。 - 【請求項６】 前記空所を生じさせる工程が、空所を作
るイオンを発生させるためにプラズマを用いる工程を更
に含む、請求項５記載の方法。 - 【請求項７】 前記空所を生じさせる工程が、接地に対
して負のバイアス電圧をウエハにかける工程を更に含
む、請求項６記載の方法。 - 【請求項８】 前記堆積された薄い金属フィルムの表面
を加熱する工程が、前記堆積された薄い金属フィルムの
表面に電子を衝突させる工程を含む、請求項２記載の方
法。 - 【請求項９】 前記堆積された薄い金属フィルムの表面
を加熱する工程が、前記堆積された薄い金属フィルムの
表面に衝突する電子を発生させるためにプラズマを用い
る工程を含む、請求項８記載の方法。 - 【請求項１０】 前記堆積された薄い金属フィルムの表
面を加熱する工程が、接地に対して正のバイヤス電圧を
ウエハにかける工程を更に含む、請求項９記載の方法。 - 【請求項１１】 プラズマチャンバ内で前記堆積する工
程と発生させる工程と加熱する工程とを行う工程を更に
含む、請求項２記載の方法。 - 【請求項１２】 前記堆積する工程と発生させる工程と
加熱する工程とを行う工程の前に、プラズマチャンバを
排気する工程と、前記プラズマチャンバ内に不活性ガス
を導入する工程と、前記プラズマチャンバ内にプラズマ
を発生させる工程とを更に含む、請求項１１記載の方
法。 - 【請求項１３】 前記不活性ガスがアルゴンである、請
求項１２記載の方法。 - 【請求項１４】 前記堆積する工程が、タ−ゲットから
基板上に金属をスパッタ堆積し前記薄い金属フィルムを
作る工程を含む、請求項１２記載の方法。 - 【請求項１５】 前記堆積する工程が、接地に対して負
の方向のバイアスをタ−ゲットにかける工程を更に含
む、請求項１４記載の方法。 - 【請求項１６】 前記空所を生じさせる工程が、前記堆
積された薄いフィルムにイオンを衝突させ空所を作る工
程を含む、請求項１５記載の方法。 - 【請求項１７】 前記空所を生じさせる工程が、空所を
作るイオンを発生させるために前記プラズマを用いる工
程を更に含む、請求項１６記載の方法。 - 【請求項１８】 前記空所を生じさせる工程が、タ−ゲ
ット上の負のバイアスを十分に低減し、接地に対して負
の方向のバイアスをウエハにかける工程を更に含む、請
求項１７記載の方法。 - 【請求項１９】 前記堆積された薄い金属フィルムの表
面を加熱する工程が、前記堆積された薄い金属フィルム
の表面に電子を衝突させる工程を含む、請求項１８記載
の方法。 - 【請求項２０】 前記堆積された薄い金属フィルムの表
面を加熱する工程が、前記堆積された薄い金属フィルム
の表面に衝突する電子を発生させるために前記プラズマ
を用いる工程を含む、請求項１９記載の方法。 - 【請求項２１】 前記堆積された薄い金属フィルムの表
面を加熱する工程が、接地に対して正方向のバイアスを
ウエハにかける工程を更に含む、請求項２０記載の方
法。 - 【請求項２２】 前記金属が、アルミニウム、銅、金、
錫及び合成物（ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ）から成る金属のグ
ル−プから選択された金属である、請求項１２記載の方
法。 - 【請求項２３】 前記金属がアルミニウムである、請求
項２２記載の方法。 - 【請求項２４】 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って、 前記基板を所定の温度まで加熱する工程と、 金属の薄いフィルムを前記基板上に堆積する工程と、 前記薄いフィルムが堆積された後に、前記堆積された薄
いフィルムにイオンを衝突させ、前記堆積された薄い金
属フィルム内に空所を作り、またそれによって、前記堆
積された薄いフィルム内の金属原子の可動性を増す工程
であって、前記衝突するイオンが前記堆積された薄いフ
ィルムのスパッタ敷居値エネルギ−よりも小さいエネル
ギ−を有するものである工程と、前記堆積する工程とそ
れに続く衝突させる工程とを、所定の厚さを有する金属
層が形成されるまで繰り返す工程とを含む、方法。 - 【請求項２５】 予め選定された金属でできたタ−ゲッ
トから基板上に平面化された金属層を作るための装置で
あって、処理中に前記タ−ゲットを保持するに適したソ
−ス組立体を含むスパッタ堆積チャンバと、 堆積中に前記基板を保持するのに適した、前記チャンバ
内のプラットフォ−ムと、 前記ソ−ス組立体と前記プラットフォ−ムとの間に置か
れた、前記チャンバ内のＲＦアンテナと、 前記ＲＦアンテナに接続され、そのアンテナにＲＦパワ
−を供給するためのＲＦパワ−サプライと、 前記タ−ゲット上に、時間の関数として変化する第一の
電圧を発生する第一のパワ−サプライと、 時間の関数として変化する、前記プラットフォ−ム上に
第二の電圧を発生する第二のパワ−サプライと、 前記第一と第二の電圧が所定の特性を有するようにプロ
グラムされた、前記第一と第二のパワ−サプライの両方
をコントロ−ルするコントロ−ルユニットとを備え、 前記所定の特性が、第一の期間の間は、前記第一の電圧
が前記タ−ゲットをスパッタするに十分な程負の値であ
るＶ11であり、前記第一の期間に続く第二の期間の間
は、前記第一の電圧がＶ12であり、また前記第二の電圧
が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、十分に低いタ−ゲットスパッタリン
グ速さを与えるようなものであり、またここでＶ22は前
記基板のイオン衝突を生じさせるに十分な程負の値であ
り、 前記第二の期間に続く第三の期間の間は、前記第一の電
圧はＶ13であり、前記第二の電圧はＶ23であり、ここで
Ｖ13の大きさはＶ11の大きさよりも実質的に低く、タ−
ゲットスパッタリング速さを十分に低減させるようなも
のであり、またＶ23は前記基板の電子衝突を生じさせる
に十分な程正の値である、装置。 - 【請求項２６】 一サイクルの操作が、前記第一と第二
と第三の期間から成る一連の操作として定義され、また
前記コントロ−ルユニットが、前記サイクルの操作を多
数回繰り返すようにプログラムされている、請求項２５
記載の装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/241,648 US5639357A (en) | 1994-05-12 | 1994-05-12 | Synchronous modulation bias sputter method and apparatus for complete planarization of metal films |
| US08/241648 | 1994-05-12 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0870004A true JPH0870004A (ja) | 1996-03-12 |
| JP4179642B2 JP4179642B2 (ja) | 2008-11-12 |
Family
ID=22911588
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11460595A Expired - Fee Related JP4179642B2 (ja) | 1994-05-12 | 1995-05-12 | 金属層の形成方法及び形成装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5639357A (ja) |
| EP (1) | EP0682361A1 (ja) |
| JP (1) | JP4179642B2 (ja) |
| KR (1) | KR950034501A (ja) |
| TW (1) | TW304987B (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| KR100464393B1 (ko) * | 1997-09-02 | 2005-02-28 | 삼성전자주식회사 | 반도체소자의금속배선형성방법 |
| KR20060086988A (ko) * | 1996-11-21 | 2006-08-02 | 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 | 유도결합플라즈마를가지는챔버에서스퍼터링동안측벽커버리지를개선하기위한방법및장치 |
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| KR20160138296A (ko) * | 2014-04-15 | 2016-12-02 | 베이징 엔엠씨 씨오., 엘티디. | 기판 상에서의 공극 증착 공정 및 반도체 공정 장비 |
Families Citing this family (45)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US5783282A (en) | 1996-10-07 | 1998-07-21 | Micron Technology, Inc. | Resputtering to achieve better step coverage of contact holes |
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