JPH09120991A - 結晶学的に配向されたライナー層を利用した、狭いアパーチャに対する金属の充填及び相互接続の形成 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 誘電体層に形成されたアスペクト比の大きい
及びコンタクトの充填にとりわけ有効な、また、電気移
動に対する抵抗力が強い相互接続の形成にも有効な、ア
ルミニウム・スパッタ・プロセスを提供する。 【解決手段】誘導結合プラズマを用いて実施されるよう
な、高密度プラズマＰＶＤによって、ライナー層の堆積
を行なう。ライナー層の第１の下層はＴｉ層である。第
２の下層はＴｉＮを含む。第３の下層はＴｉを含むがＴ
ｉＮからＴｉに漸変させるのが望ましい。ライナー層の
上のアルミニウム層はライナー層によって３２０〜５０
０゜Ｃの範囲の、できれば、３５０〜４２０゜Ｃの範囲
の比較的低い温度で、アルミニウム堆積の最も熱い部分
を実施することが可能になるが、同時に、狭いプラグ・
ホールの充填も行われることになり、ＴｉＮにアニール
を施して、シリコン内への拡散に対する有効なバリアを
形成する必要がなくなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一般に、半導体デバイ
スの製造に関するものである。特に、本発明は、半導体
集積回路における絶縁層のコンタクト、ビア(via)、ま
たは、他のアパーチャに金属を充填し、コンタクト及び
ビアを相互接続する金属ラインを堆積させることに関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】最新の集積回路（ＩＣ）は、介在する誘
電体層にエッチングされたアパーチャを通って延びる垂
直相互接続をますます必要とするようになっている。Ｉ
Ｃの横寸法の縮小によって、該垂直相互接続の縦横比を
大きくすること、すなわち、相互接続の形状を狭く、深
くすることが必要になる。必要とされる複雑な電気経路
を実現するため、水平方向にワイヤ・ラインを相互接続
することによって、これらのコンタクト及びビアについ
て、互いに配線を施すことも必要になる。典型的な製造
プロセスには、半導体またはパターン化金属の水平相互
接続層の上に誘電体層を堆積させ、フォトリソグラフィ
によって、プラグ・ホールまたは他の構造が、その上部
から半導体または水平方向相互接続層の上に重なるその
底部まで延びるように、該誘電体層を形成し、さらに、
プラグ・ホール、すなわち、誘電体層の上になんとかし
て導電性材料を堆積させ、同時に、誘電体層の上に水平
相互接続のための材料も堆積させることが必要になる。

【０００３】メモリであろうと、論理回路であろうと、
あるいは、他のデバイスであろうと、通常の集積回路に
は、導電率、ドーピング・タイプ、または、ドーピング
順位の異なる各種領域が形成される半導体シリコン基板
が必要であり、これらの導電率、タイプ、及び、ドーピ
ング順位は、厳しく制御しなければならない。前述のよ
うに、シリコン基板の上に１つ以上の誘電体層が堆積さ
せられ、それぞれの層に、エッチングによってホールが
形成され、その後、ホールを充填して、シリコン基板で
あろうと、あるいは、堆積済みの誘電体層の上に形成さ
れた配線パターン層であろうと、とにかく下に位置する
層への垂直相互接続が形成される。上部の金属配線層
は、その下の垂直相互接続と同時に堆積させられるのが
普通である。垂直相互接続によって、その底部がシリコ
ン基板と接続される場合、それは、シリコン基板とコン
タクトするのでコンタクトと呼ばれ、金属とシリコンの
間には、過度のコンタクト抵抗を回避するため、適切な
安定したオーム抵抗を形成しなければならない。この相
互接続によって、その底部が、多層メタライゼーション
構造における金属と接続される場合、それはと呼ばれ
る。コンタクトまたはビアは、プラグまたは垂直相互接
続と呼ぶことも可能であるが、相互接続は、別段の指定
がない限り、水平相互接続であると仮定する。及びコン
タクトは、一般に、その表面積を最小限に抑えるため、
円形またはほぼ正方形である。ただし、他のホールが、
幅が狭く、長さが長いトレンチ(trench)の形状に形成さ
れる場合もあり、これらのトレンチには、さらに、金属
を充填する必要がある。

【０００４】充填すべきホールの縦横比が大きい場合、
厳しい問題が生じることになる。縦横比は、誘電体層ま
たは他のタイプの層に形成されるプラグの深さ対幅の比
である。トレンチの場合、縦横比を決める幅は、最小の
横寸法である。集積回路における構成要素の密度が増す
につれて、コンタクト、ビア、トレンチ、及び他のアパ
ーチャの幅が狭くなるが、集積回路におけるスタック層
を電気的に分離するのに、最小限の誘電体の厚さが必要
とされるので、その深さはあまり浅くならない。従っ
て、縦横比は増大している。旧式のテクノロジーは、一
般に、縦横比が０．５：１以下のコンタクト、ビア、及
びトレンチに対する充填に制限された。最新のテクノロ
ジーでは、約２：１までの縦横比が利用される。先進テ
クノロジーは、５：１以上の縦横比に適応しなければな
らない。

【０００５】通常通り、プラグまたはトレンチに充填さ
れる導電性材料の大部分が金属である場合、さらに、そ
の金属が下に位置する層と反応するか、あるいは、金属
とシリコンのコンタクトによって生じるような、有害な
相互拡散を生じる可能性がある場合、金属を堆積させる
前に、アパーチャに拡散バリヤ層のコーティングを行う
必要があり、さらに、該バリヤ層の上により厚く多量の
金属が充填される。適度な導電性を有し、何らかの追加
処理を施すと、シリコンとアルミニウムの両方に適合す
るので、バリヤ層には、現在のところ窒化チタン（Ｔｉ
Ｎ）が最も一般的に用いられている。

【０００６】ホール充填プロセスでは、ほぼ必然的に、
誘電体層及びホールの上に横方向に厚さが変動する金属
層の堆積が行われることになる。結果として、通常は、
ホール充填プロセスの一部として金属層を平坦化し、比
較的平坦な表面に対して後続の処理を実施できるように
することが必要になる。波状の基板は、投影されるパタ
ーンの焦点をずらす可能性があるので、フォトリソグラ
フィには平坦な表面がとりわけ必要とされる。平坦な表
面は、大きい垂直方向の段差部の上に配置すると切れる
ことになりがちな、細い相互接続ラインの下に設けるの
にも望ましい。

【０００７】物理的蒸着（ＰＶＤ）は、アパーチャに対
する金属の充填、及び、水平方向の相互接続のための平
坦な金属の堆積の両方に関して、集積回路の製造におい
て周知の方法である。最新のＰＶＤシステムの一例とし
て、カリフォルニア州サンタ・クララのＡｐｐｌｉｅｄ
Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から入手可能なＥｎｄ
ｕｒａＲＰＶＤ Ｓｙｓｔｅｍがある。標準的なＰＶＤ
プロセスの場合、堆積を施すことが望ましい金属組成物
の金属ターゲットが、プラズマ反応室内において、金属
を堆積させることになるウェーハに比較的近接して向か
い合うように配置される。減圧したアルゴンが、ターゲ
ットとウェーハの間の空間に充填される。ウェーハに対
して十分に負の直流バイアスを金属ターゲットにかける
ことによって、アルゴン・ガスが放出され、アルゴン・
プラズマが形成される。プラズマ中にその結果生じる正
のアルゴン・イオンは、負のバイアスがかかったターゲ
ットに強力に吸引されて、大きいエネルギーでターゲッ
トにぶつかるので、ターゲット材料の原子または原子ク
ラスタが、ターゲットから押し退けられて放出される、
すなわち、ターゲットからスパッタされることになる。
スパッタされる原子の少なくとも一部は、実質上、衝撃
プロセスによってウェーハ上に堆積させられる。スパッ
タされる金属の例には、アルミニウムとチタンがある。

【０００８】ＰＶＤは、ほぼ純粋なチタンターゲットか
らチタンがスパッタされ、ターゲットとウェーハの間に
介在する空間を充填する窒素ガス（またはプラズマ）と
反応する、反応スパッタと呼ばれるプロセスにおいて、
ＴｉＮのような化合物のスパッタによる堆積を行うのに
利用される。これらの比較的低い圧力におけるチタン原
子は、ウェーハ上に堆積させられた後、窒素と表面反応
するので、ウェーハは、スパッタによってＴｉＮが堆積
させられることになる。このプロセスについては、１９
９３年１月のＳｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｔｅｃｈｎｏｌ
ｏｇｙ、７３〜７６、７８、７９、８２ページにおけ
る、Ｐｒａｍａｎｉｋ他による「Ｂａｒｒｉｅｒ Ｍｅ
ｔａｌｓ ｆｏｒ ＵＬ．ＳＩ：Ｄｅｐｏｓｉｔｏｎ
ａｎｄ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ」に記載がある。

【０００９】特に、プラグ・アパーチャに対するアルミ
ニウムのスパッタ堆積に戻ると、図１には、結晶シリコ
ンまたはポリシリコンの表面部分を備えるものと仮定さ
れる基板１００が示されている。基板１００の上に誘電
体層１０２を重ねることによって、電界酸化物または層
間誘電体が形成される。最新のシリコン処理において、
誘電体層１０２は、一般にＳｉＯ₂の熱成長またはプラ
ズマ強化科学蒸着（ＰＥＣＶＤ）によって形成されるの
が普通であるが、ケイ酸塩ガラス、さらには、有機誘電
体といった、他の絶縁体の利用も可能である。

【００１０】誘電体層１０２を介した電気的アクセスを
可能にし、パターン化された上方の金属相互接続水平面
が誘電体層１０２の上に形成されて、ＭＯＳトランジス
タのソースまたはドレインのような、シリコン基板の特
定の限定された部分とコンタクトするようにするため、
コンタクトホール１０４が、フォトリソグラフィによっ
て形成され、さらに、誘電体層１０２へのエッチングに
よって、シリコン基板１００にまで延びることになる。
代替案として、基板１００を下方の金属相互接続水平面
とすることが可能であり、この場合、ビア・ホールと呼
ばれるホール１０４が、下方金属水平面の誘電体層１１
０の上に重ねて形成された金属ラインの上にかぶさるよ
うに配置されるので、その金属ラインと上方金属水平面
におけるもう１つの金属ラインが電気的にコンタクトす
ることになる。さらにもう１つの代替案として、誘電体
層１０２にトレンチ・アパーチャを形成することが可能
であり、該アパーチャは、平面内を、例図の外まで、比
較的長い距離にわたって延びているが、図示のように比
較的幅が狭いので、結果として縦横比が大きくなる。

【００１１】図２には、比較的縦横比の大きいコンタク
トホール１０４に標準的な低温によるアルミニウムのス
パッタを行った結果が示されている。ＰＶＤプロセスに
よって、誘電体層１０２の水平部分の上に平坦なアルミ
ニウムの層１０６が形成される。しかし、標準的なＰＶ
Ｄの場合、アルミニウム原子のほぼ等方性の衝撃パター
ンが生じ、低温プロセスでは、スパッタされたアルミニ
ウムは、ウェーハとの衝突位置の比較的近くに固着する
ことになる。結果として、アルミニウム層１０６は、コ
ンタクトホール１０４の上方コーナー１１０の近くにオ
ーバーハング１０８を形成することになる。いったん形
成されると、オーバーハング１０８は、コンタクトホー
ル１０４の底壁１１２をシールドして、直接スパッタに
よるかなりの堆積によってホールが充填されるのを阻止
する。コンタクトホール１０４の側壁１１４の下方部分
は、等方性パターンによる堆積に適した配向が施されて
いない。

【００１２】標準的なＰＶＤプロセスが続行される場
合、図３の断面図で示すように、オーバーハング１０８
が合体して、コンタクトホール１０４にかかるブリッジ
１１２を形成し、このため、コンタクトホール１０４内
に堆積したアルミニウムにボイド(void）が生じること
になる。図３には、その影響が誇張して示されている
が、ボイドが含まれることによって、コンタクト導電率
が低下し、信頼性の問題が導入されることになる。ま
た、図３によって明らかなように、コンタクトにスパッ
タで堆積したアルミニウム層に、凹部１１６が形成され
ることになりがちである。ボイド１１４の形成が回避さ
れたとしても、堆積金属の平面性はやはり不十分であ
る。

【００１３】縦横比が１：１か、または、それを多少上
回る場合、ボイドと平坦化の問題は、リフロー・プロセ
スによって解決することが可能である。アルミニウム
は、４８０゜Ｃに近いか、それを超える温度で移動また
はフローを生じる傾向があり、表面エネルギーを最小限
に抑えると、アルミニウムが移動して、非平面部分を充
填するので、コンタクトが完全に充填され、図４に示す
ように、アルミニウム層１０６が平坦化されるが、残留
凹部１１８は、おそらく残ることになる。基板１００の
温度を４８０゜Ｃ以上に保持することによって、スパッ
タ堆積時に、リフローを連続して実施することが可能で
ある。代替案として、低温ＰＶＤプロセス後に、高温リ
フローを実施することも可能である。

【００１４】詳細に後述することになるコールド・ホッ
ト・プロセスによる典型的なＡｌのホール充填ＰＶＤ堆
積には、最初に、短時間の、大電力及び低温によるシー
ド層の堆積が必要とされる。次に、長時間の、小電力及
び高温による残りの層のＰＶＤ堆積が行われる。後者の
ステップにおける温度は、リフロー温度と呼ばれる場合
もある。全てのアルミニウムを低温で堆積させ、次に、
同時にそれ以上のアルミニウムを堆積させないようにし
て、高温で堆積層にリフローを施すことが可能である
が、このプロセスは、時間が長くかかるので、中間構造
にボイドのような不連続部を導入する可能性がある。

【００１５】しかし、リフローは、完全な解決策にはな
らない。まず、リフロー温度は、幾分高めになり、複雑
なチップに関する熱割り当ての大部分を消費することに
なりがちである。実際、必要とされるリフロー温度は、
既に形成済みの層に含まれるいくつかの低温材料を排除
する可能性がある。フッ素化酸化ケイ素のような先進の
誘電体、または、ポリイミドまたはパラレンのような有
機ポリマーは、４００゜Ｃ未満の最高処理温度を必要と
する。第２に、例えば、縦横比が２：１以上といったよ
うに、プラグが狭くなりすぎる場合、リフローはボイド
を回避することができないので、例示の形状寸法はリフ
ローの効用がある、限度ぎりぎりである。

【００１６】リフローでは、縦横比の大きいプラグに充
填することはできない。というのも、こうした形状寸法
の場合、強力なシャドーイングに先立つプラグ・ホール
に対する材料の十分な堆積が阻止されるためである。リ
フロー・プロセスの高温には、少量のアルミニウムを半
球状の粒にまとめる作用もある。この粒は、プラグ・ホ
ールを有効に閉じる前に、合体によって表面を均一にカ
バーする平滑なフィルムになるのに十分なサイズまで、
成長することはない。ウェッティングについては、アル
ミニウムの自由表面の表面張力と、アルミニウムと基板
との間における表面張力との相対的大きさに関連して説
明することが可能である。アルミニウムは、Ｔｉを十分
に濡らし、ＴｉＮを適度に十分に濡らすが、ＳｉＯ₂に
ついては不十分な濡らし方になる。２５０゜Ｃを超える
と、ＳｉＯ₂上におけるアルミニウムのディウェッティ
ングが生じるが、この正確な温度は、他のパラメータ間
における初期条件によって決まる。すなわち、アルミニ
ウムは、アルミニウムのフローが生じる温度より低い温
度で、ディウェッティングを生じるので、それ以上のス
テップを行わない限り、ウェッティングとフローイング
の状況を分離することによって、アルミニウムのリフロ
ーは簡単に阻止される。

【００１７】狭いプラグの充填問題におけるこの問題の
克服を意図したプロセスの１つは、コヒーレント堆積と
呼ばれる。ターゲットからスパッタされた、例えばアル
ミニウムのような金属の粒子が、かなり縦横比の大きい
垂直アパーチャを備えるコリメータに通される。結果と
して、コリメータの主平面、従って、基板の主平面に対
してほぼ垂直に移動した粒子だけが、自由にコリメータ
を通過することになる。すなわち、スパッタされた粒子
の等方性衝撃パターンが、ほぼ垂直パターンに変更さ
れ、粒子は、シャドーイングを生じるオーバーハングを
形成することなく、アパーチャ内に深く浸透することが
可能になる。しかし、このプロセスは、粒子の残りの部
分が、コリメータ・アパーチャの側面、及び、アパーチ
ャを形成するコリメータの平面マトリックス部分に付着
し、スパッタされたアルミニウムの多くを損失すること
になるので、効率が悪い。ロング・スローと呼ばれる関
連プロセスによって、ターゲットと基板の間の離隔距離
が広がるので、ＰＶＤの軌道はいっそう垂直になる。し
かし、ロング・スローＰＶＤは、ほぼ垂直にスパッタさ
れた粒子だけしか用いないので、そのスパッタ・レート
は、比例して低下する。

【００１８】コヒーレント堆積とリフローを結合した比
較プロセスにおいて、アルミニウムの初期コヒーレント
（指向性）堆積が、例えば、１５０゜Ｃといった比較的
低い基板温度で実施され、プラグ・ホール内にシード層
が形成される。該温度では、リフローはあまり発生せ
ず、原子は、プラグ底部１１２（図２参照）の最初に衝
突した位置に固着する。平行化のため、オーバーハング
１０８は生じなくなる。側壁１１４における平行化ビー
ムの堆積に関する形状寸法は、好ましいものではない
が、プラグ底部１１２からの後方散乱を考慮すると、薄
くてかなり均一な層を生じさせるのに十分である。

【００１９】平行化低温度ＰＶＤは、その不経済な堆積
レートのため、プラグ・ホールの充填に十分な長さにわ
たって継続されない。代わりに、プラグ・ホール内にお
ける安定したシード層の堆積が済むと、ウウエーハは、
コヒーレントＰＶＤ室から標準的な等方性（すなわち、
非コヒーレント）ＰＶＤ室に移され、標準的なＰＶＤプ
ロセスによって、高いレートでアルミニウムの等方性堆
積が実施され、基板温度は、最終的に、堆積したアルミ
ニウムのリフローに十分な温度まで上昇する。新たに堆
積したアルミニウムは、既に堆積済みのシード層まで濡
れるので、堆積したアルミニウムは、ボイドを形成する
ことなく、プラグを充填する層として簡単にフローを生
じ、露出層を平滑にして、ほぼ平坦にする。

【００２０】シード層と高温リフロー層の両方を順次堆
積させるコールド・ホット標準等方性ＰＶＤプロセスに
おいて、極めてよく似た結果を得ることが可能であると
いうことが分かった。

【００２１】達成可能な結果の例として、リフローを利
用して、深さ１．２μｍ、縦横比約１：１のアパーチャ
にアルミニウムを充填する場合、基板温度が４８０゜Ｃ
であれば、アルミニウムは約３〜４分で平坦化する。し
かし、深さ１．２μｍのプラグの幅が０．５μｍ以下に
縮小される場合、すなわち、縦横比が２：１以上になる
場合、リフローによって有効性が制限された。コヒーレ
ントＰＶＤによって最初にプラグの堆積を行った場合で
も、許容可能な低リフロー温度で実施される標準的な等
方性堆積プロセスは、縦横比の大きいホールの充填に必
要な時間が長すぎる。

【００２２】高温堆積中に基板温度を高くすると、アル
ミニウムの平坦化が促進され、加速されるが、基板が熱
くなりすぎると、シード層が合体して小球となり、コン
フォーマル・フィルム層の形成を阻止する。さらに、Ｐ
ＶＤに関するある基板温度を超えると、既に堆積済みの
他の材料が、寸法的に歪みを生じたり、あるいは、熱的
に劣化したりする。

【００２３】縦横比の大きいホールを充填するもう１つ
の既知の方法では、ターゲットからスパッタされた原子
の少なくとも一部をイオン化し、次に、イオン化された
ターゲット原子を電気的に基板に吸引することが必要に
なる。スパッタされたイオンの電界制御移動によれば、
電界に調整を加えることによって、スパッタされた原子
またはクラスタを基板平面に対してほぼ垂直に移動させ
ることが可能になる。これによって、スパッタされた材
料は、プラグ・ホールの底部並びに側壁の底部に達する
ことになり、プラグ・ホールの上方エッジには集まらな
い。

【００２４】例えば、米国特許第５，１７８，７３９号
において、Ｂａｒｎｅｓ他は、端部スパッタ・ターゲッ
トと基板の間に配置された中空の円筒形スパッタ・ター
ゲットを備え、その全てが真空室内に納められている、
スパッタ堆積システムについて説明している。円筒形タ
ーゲットに隣接したアルゴン・プラズマの密度を高める
ことによって、該ターゲットからスパッタされる材料の
量を増大させるため、真空室の外側ではあるが、円筒形
ターゲットに隣接して、磁石が配置されている。ターゲ
ットに隣接して、プラズマを生じさせるため、ＲＦ電力
が、ターゲットとウエーハの間において真空室に誘導結
合される。高レベルのＲＦ電力がプラズマに結合される
と、高密度のプラズマ（ＨＤＰ）が生じ、ターゲット原
子のうち、ウエーハへの移動時にイオン化されることに
なる部分が増大する。イオン化ターゲット原子を吸引す
るため、ウエーハを支持するペデスタル、従って、ウエ
ーハには、電気的に直流バイアスがかけられる。ウエー
ハのバイアス量によって、ターゲット原子がウエーハに
衝突する時のエネルギー及び指向性が決まる。従って、
イオン化ＰＶＤプロセスの設計は、イオン化ターゲット
原子が、ウエーハに隣接したプラズマ・シースを通過し
た後、小さい角度の発散を生じ、これによって、縦横比
の大きい、プラグのようなアパーチャの底部を均一に充
填することができるように施される。後述のように、他
の方法を用いて、ＨＤＰ−ＰＶＤプロセスを実施するこ
とも可能である。

【００２５】既知のように、金属のイオン化堆積によっ
て、深いホールを充填することが可能であるが、この技
法は、明らかに、標準的なＰＶＤよりも堆積レートが低
くなるので、その利用の経済性が損なわれるし、要求さ
れる電力が大きく、その装置は、標準的なＰＶＤ装置よ
りも高価である。こうした欠点にもかかわらず、多くの
人が、縦横比が約２：１を超えるホールの充填にはイオ
ン化ＰＶＤが必要であり、標準的なＰＶＤ及びリフロー
が後続するコヒーレントＰＶＤのような他の技法では、
ＩＣライン幅の縮小を続ける産業界の要求を満たすこと
ができないと信じている。

【００２６】コンタクトホールを充填するアルミニウム
が、下方に位置するシリコンと電気的にコンタクトする
必要があるコンタクトの場合、さらに問題が生じる。ア
ルミニウムとシリコンを直接物理的にコンタクトさせる
場合、アルミニウムがシリコン内に拡散し、その半導体
特性を激しく乱すことになる。従って、シリコンとコン
タクト充填材の間には、バリヤ層を形成しなければなら
ない。典型的な解決策は、プラグ・ホールにアルミニウ
ムを充填する前に、コンタクトホールにＴｉ/ＴｉＮハ゛
リヤ層を堆積させることである。しかし、Ｔｉ/ＴｉＮ
バリヤ層は、ＰＶＤによって堆積させられるが、結果生
じるＴｉＮは、比較的多孔性であるため、やはり、アル
ミニウムがそれに拡散する可能性がある。結果として、
Ｎｇａｎ他によって米国特許第５，３７８，６６０号に
開示されているように、酸素を含む環境において、ＰＶ
Ｄ堆積によるＴｉ/ＴｉＮ層を４５０゜〜４８０゜Ｃ、
あるいは、できれば、それより幾分高い温度でアニール
するのが一般的な方法であった。この処理によって、Ｔ
ｉＮの微細孔に酸素が「詰め込まれ」、アルミニウムの
拡散を阻止することになる。

【００２７】通常、ＴｉまたはＴｉＮのようなＴｉ化合
物の層は、アルミニウムを濡らすので、アルミニウム
は、その上にビードを形成しなくなり、その上により容
易にフローを生じることになる。ウェッティングによっ
て、適度な温度で狭いプラグ・ホールの充填が促進され
る。しかし、ＰＶＤによって堆積したＴｉＮに酸素が詰
め込まれると、そのウエッティング特性が大幅に劣化す
る。この影響を回避するため、Ｏｎｇは、米国特許第
５，３７１，０４２号において、酸素でアニールしたＴ
ｉＮバリヤ層の上に、ＴｉまたはＴｉを含む材料による
もう１つのウェッティング層を堆積させることを提案し
ている。このプロセスは、図５の流れ図においてより完
全に示されている。ステップ１２０では、標準的なＰＶ
Ｄプロセスを用いて、最初に、Ｔｉ層を堆積させ、次
に、その上にＴｉＮ層を堆積させる。ステップ１２２で
は、一般に、独立したアニール室までウエーハを移動さ
せ、酸素環境においてアニールが施される。ステップ１
２４では、ウエーハをＰＶＤ室に戻し、Ｔｉ層のスパッ
タ堆積が施される。ステップ１２６では、ウエーハをも
う１つのＰＶＤ室に送り、第１のコールド・ステップに
おいてアルミニウム層のスパッタ堆積が施され、ホット
・リフロー・ステップがこれに後続する。

【００２８】Ｏｎｇのプロセスは、現在企図されている
プラグ及びコンタクトについて十分なホール充填をもた
らすものと思われる。しかし、該プロセスは、過度に複
雑であり、酸素中におけるアニールによって分割される
ＴｉまたはＴｉＮの少なくとも２回のＰＶＤ堆積を必要
とする。縦横比の大きいプラグに充填するためのより単
純なプロセスを提供することが極めて望ましい。

【００２９】垂直相互接続のような多くの用途に関し
て、コンタクトまたはを充填するために堆積させられる
アルミニウムは、同時に、誘電体層１０２の平坦な表面
上にも堆積させられる。図示していないが通常はＴｉＮ
による反射防止コーティングの堆積が済むと、その後、
この薄いアルミニウム層には、図６の正投影図に示すよ
うにフォトリソグラフィによるパターン化が施され、下
方に位置する２つのコンタクトまたは１３２、１３４を
接続する例示の相互接続１３０のように、所定の配線パ
ターンによって異なる素子をリンクする相互接続ライン
が形成されるが、１３２、１３４の一方または両方と上
に重なる層との接続が可能になる。

【００３０】先進の集積回路の場合、配線パターンは、
極めて密度の高いものにすることが可能である。従っ
て、相互接続ラインは比較的細くなる。しかし、その細
さのために、電気素子間における相互接続を流れる電流
の、要求されるレベルによって、該相互接続における電
流密度が比較的高くなる。アルミニウムにおける高電流
密度のために、極在化する小さい欠陥１３６によって生
じるような、ホット・スポットから離れるアルミニウム
の電気移動が生じるのが、周知の問題である。しかし、
この移動によって、ホット・スポット１３６から材料が
除去されるので、そのポイントにおける相互接続の断面
積が小さくなり、電気移動がさらに促進される。図７に
正投影図で示すように、電気移動によって、小さな欠陥
１３６のまわりのホット・スポットが、相互接続１３０
の破損箇所１３８を生じることになり、これによって、
２つのプラグ１３２、１３４間の電気接続が破壊される
可能性がある。従って、電気移動によって、使用期間が
すぎると、アルミニウム相互接続が切断されることにな
る、故障メカニズムが導入される。

【００３１】周知のように、あるタイプの結晶学的配向
が施されたＴｉＮの上にアルミニウムを堆積させると、
電気移動が減少する。Proceedings IEEE VMIC Confe
rence,June 27-29,1995(104/95/0443),p.443の「The e
ffect of reactive-sputtered TiN on electromig
ration of Al alloy metallization」には、Kim他に
よってこうした結果が示されている。Journal of Ele
ctronic Materials,vol.22,1993,pp.589-596の「Relati
onship Between Texture and Electromigration L
ifetime in Sputtered Al-1% Si Thin Films」に
は、Campbell他によってその影響に関する徹底した調査
が示されている。Journal of AppliedPhysics,vol.7
9,1996,pp.2409-2417の「The role of texture in
the electromigration behavior in pure aluminu
m films」では、Knorr他によって、電気移動と堆積した
アルミニウム・フィルムの結晶学的配向とが関連づけら
れている。注目されるのは、Knorr他の報告によれば、
アルミニウムを堆積させる方法の１つにおけるイオンの
含有量が１〜２％という点である。Journal ofApplied
Physics,vol.74,1993,pp.5391-5394の「Correlation
between stress voiding of Al(Si)(Cu)metallizat
ions and crystal orentation ofalumimum grain」
には、Kordic他によって、別の故障モードについて、結
晶学的配向に対する同様の依存性が解説されている。と
もかく、どんなプラグ充填プロセスが開発されるにせ
よ、プレーナ・プロセスと統合可能であって、相互接続
における電気移動を満足のゆく程度に低減させることが
大いに所望される。

【００３２】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、とりわけ、縦横比の大きい、コンタクト、ビア、及
び、他のアパーチャに金属または他の材料を充填する方
法を提供することにある。

【００３３】もう１つの目的は、経済的で、高い堆積レ
ートを示す前記方法を提供することにある。

【００３４】さらにもう１つの目的は、水平方向の金属
相互接続平面の同時堆積に適合する、こうしたホール充
填プロセスを提供することにある。

【００３５】さらにもう１つの目的は、結晶学的な質の
優れた金属平面層を堆積させる方法を提供することにあ
る。

【００３６】以上の及びそれ以外の目的については、明
細書及び請求項を理解することによって明らかになるで
あろう。

【００３７】

【課題を解決するための手段】本発明は、とりわけ、縦
横比の大きいアパーチャに充填するのに有効な、さら
に、後で相互接続を形成することになる平面金属層の堆
積に有効な、ＰＶＤ（物理的蒸着）によって金属の堆積
を行う方法と要約することができる。このプロセスに
は、できれば、高堆積レートをもたらす標準的なＰＶＤ
プロセスを利用したアルミニウムのＰＶＤ堆積が後続す
る、高密度プラズマ（ＨＤＰ）を利用したＰＶＤプロセ
スによって、ライナー層を堆積させることが含まれる。
該ライナー層には、１〜３の特有の下層が含まれてい
る。Ｔｉのような耐熱金属が望ましい第１の下層は、特
に、金属が下方に位置するシリコンと接続される際に堆
積させられ、Ｔｉを含んでいる。重要な第２の下層は、
耐熱化合物、とりわけ、ＨＤＰ−ＰＶＤによって堆積さ
せると、より平滑で、密度の高い結晶構造を形成するこ
とになる、ＴｉＮのような耐熱窒化物を含む。第３の下
層には、Ｔｉのような耐熱金属の上方部分が含まれてお
り、その下方部分におけるＴｉＮから漸変させることが
可能である。それは、２つの機能を実施する。それを形
成することによって、次のウエーハのためのスパッタ・
ターゲットがクリーニングされ、その耐熱金属表面によ
って、狭いアパーチャ内におけるリフローが促進され
る。ホールを充填するため、２ステップ・プロセスで、
すなわち、最初に、コールド堆積、次に、ホット堆積と
いうやり方で、標準的なＰＶＤによって、今日の用途で
はアルミニウムが望ましいとされる相互接続金属の堆積
が行われるが、これは、比較的低い温度範囲内の１つま
たは２つの室内において実施することが可能である。そ
の結果生じるアルミニウムの結晶学的特性によって、電
気移動に対する抵抗力が強化される。さらに、Ａｌの堆
積が後続するＨＤＰ ＴｉＮ層は、平坦化を必要とせ
ず、改良された結晶学的構造に起因する電気移動に対す
る抵抗力の強化の恩恵に浴する他の構造にも適用するこ
とが可能である。

【００３８】

【発明の実施の形態】高アスペクト比を有するプラグの
充填がプラグホール又は他のアパーチャの内部をライナ
ー層で予め被覆することによって容易にできることを発
見した。ライナー堆積は、高密度プラズマを使用する物
理的気相堆積（ＰＶＤ）によって実行される。そのよう
に形成されたライナー層は、アルミニウムのような後堆
積金属に対してその強い結晶配向、高密度、表面平滑
度、及び増加されたぬれ性によって特徴付けられてい
る。ライナー層は、アパーチャを充填するための標準Ｐ
ＶＤ処理によって堆積される材料の流れを促進し、充填
処理は、５００℃より著しく低く、４００℃よりもさら
に低い、比較的低い温度で実行できる。好ましくは、ラ
イナー層は窒化チタンの下層で形成されている。窒化チ
タンのいかなる酸素アニール又は他の酸素処理も、バリ
ヤ層の役目を果たすのに必要ない。電気的にコンタクト
されるべき下にある材料がシリコンである場合、窒化チ
タンの下層は、高温アニールでシリコンによってケイ化
物にされることができるチタンの下層の上に堆積される
ことができる。ケイ化チタンの２面間の層は、電子バリ
ヤの高さの金属ー半導体の中間面をほぼ減少し、したが
って良好なオームコンタクトを生成する。チタンの最上
部下層は、窒素のターゲットをクリーンにし、さらに狭
いプラグの中へのリフローを促進する。

【００３９】例えば、我々はアルミニウムの上にある金
属層が、２つのステップ、すなわちコールドーホットＰ
ＶＤ処理で堆積されるのが好ましいことをホール充填に
対しても発見した。ホット堆積さえ、好ましくは３５０
℃〜４２０℃の範囲又はさらに低い範囲の、比較的低い
温度で実行できる。

【００４０】図８の断面図は、例えば、シリコン基板１
４４の上に形成された二酸化シリコンの誘電体層１４２
を通るコンタクト１４０を含む本発明の実施例を示す。
誘電体層１４２を通る図示されたコンタクト１４０は、
１.２μｍの典型的な厚さ１４８を有する誘電体層１４
２を通る０.２５μｍの典型的な幅１４６を有する。コ
ンタクト１４０は大体一定の比率に応じて示されている
が、コンタクトの中に充填された層は、明瞭にするため
に幾分誇張された厚さを有している。特に、コンタクト
側壁１５２上の層厚さは著しく誇張されている。前述の
コンタクトの寸法は、コンタクト１４０の約５：１のア
スペクト比を結果として生じ、本発明が重要となる近傍
である。これらの寸法のプラグが、アプライドマテリア
ル社から入手できるＨＤＰ酸化エッチング室内でＣＦ₄
又はＣ₂Ｆ₆でエッチングできることは公知である。しか
しながら、このような等しい寸法のプラグ又はトレンチ
のような充填は、現時点では著しい技術的な問題を提示
している。

【００４１】本発明によると、好ましくはアルミニウム
又はアルミニウム合金である金属層１５６がＰＶＤ処理
によってコンタクト１４０の中に堆積される前に、高密
度プラズマを使用するＰＶＤ処理は、誘電体層１４２の
コンタクト１４０の両側１５２及び最下部１５４の上に
ライナー層１５０を被覆するために使用される。ライナ
ー層１５０は本発明では付加的な機能をとるが、それは
しばしばバリヤ層と称される。一般的には、ライナー層
１５０は、誘電体１４２の上部表面１５８上に同時に被
覆されているので、金属層１５６は、コンタクトホール
１４０を充填するばかりでなく、ライナー層１５０が介
在する平らな誘電体面１５８の上を横方向に延びる。し
たがって、ライナー層及び塗布(coater)層１５０、１５
６は、コンタクト１４０と連結するように相互接続する
金属のような表面特徴を形成するためにフォトリソグラ
フィによって画成されることができる。

【００４２】金属層１５６は、ライナー層１５０又はそ
の下層のいずれとも機能的に判別されることができる。
ライナー層及びその下層は、フィルムの小さい寸法、す
なわち、その厚さを横切って導電することが予測されて
いる点で横の薄いフィルムとして機能する。したがっ
て、ライナー層及びその下層は導電する必要があるが、
その導電率の値は重要でなく、確かに窒化チタン及びチ
タンさえもアルミニウムよりも著しく小さい導電率を示
す。しかしながら、金属層は本体の主要寸法に沿ってあ
る方向に導電するように予測されている。主要寸法は、
プラグの深さ又は相互接続の縦の大きさであり得る。い
ずれの場合も、特に相互接続の場合を除いて、金属層の
低い抵抗が重要になる。

【００４３】ＨＤＰーＰＶＤ及び圧力依存関係の理論 本発明は、我々がその効果を説明すると信じている理論
によって限定されないが、下記の説明は本発明の機構の
いくつかの我々の理解を含んでいる。

【００４４】ライナー層に対して好ましいＨＤＰーＰＶ
Ｄ処理によってスパッタされる粒子は１０％〜１００％
の範囲のイオン化部分で完全に又は部分的にイオン化さ
れると信じられている。イオン化部分は、ＲＦ電力レベ
ル及び処理ガスの圧力によって主に制御される。イオン
化部分は通常直接に測定されないが、イオン化の程度
は、結果として生じる狭いプラグの充填を示す走査電子
顕微鏡写真（ＳＥＭ）の目視検査によって監視される。
さらに、イオン化されたスパッタ粒子は静電的に直流バ
イアスされた基板に引き寄せられ、この引き寄せは有効
的に狭いプラグホールの最下部を被覆し、より薄い層で
両側を被覆するために使用されることができると思われ
る。基板の直流バイアスは、直流自己バイアスを形成す
る基板ホールのＲＦバイアスで達成されることができる
ことが理解される。確かに、直流バイアスは、ウエーハ
の誘電体部分上に形成される電荷のために好ましくな
い。

【００４５】高密度プラズマは、内部の全容積を実質的
に充填し、１０¹¹ｃｍ^-3よりも大きい平均イオン化密度
を有すると考えられる。実質的に容積を充填するプラズ
マは、境界層（外装）を充填することも予測されない
し、小さいアパーチャの背後の容積のような陰になった
容積を充填することも予測されない。プラズマの全容積
にわたって平均化されると、そのプラズマ密度は非常に
小さいために、容積充填要件は、１０¹¹ｃｍ^-3より上の
プラズマ密度を限定するがＨＤＰ発生源とみなされない
プラズマ発生源について区別するように課される。例え
ば、標準マグネトロンスパッタ発生源は、ターゲットの
近くの浸食トラック内に非常に高いプラズマ密度を有す
るが、密度はターゲットから僅かな距離でさえ離れると
非常に低い。プラズマ密度を測定する好ましい方法は、
1993年に発行された「Journal ofVacuum Science and
Technology A」(第11巻、pp152〜156)のHopwood他著の
論文「ＲＦ誘導プラズマのラングミュアプローブ」に記
載されているようなラングミュアプローブの使用による
ものである。このような高密度プラズマは、多数の方法
によって達成されることができ、そのいくつかの例は下
記に示されている。

【００４６】粒子がターゲットからスパッタされる場
合、粒子は通常は中性である。粒子は、ターゲットと基
板との間に介在する高密度プラズマを通過するときにイ
オン化されることができる。その結果生じる金属スパッ
タイオンは、適当に基板をバイアスすることによって基
板に指向されることができる。さらに、基板バイアス
は、金属イオンの投射エネルギーを制御するために使用
されることができ、したがって、より密で、より滑らか
なフィルムを達成するためのツールを提供する。

【００４７】２つのイオン化処理は、スパッタ原子が高
密度プラズマを通過し、プラズマ粒子内で粒子と相互作
用するときにスパッタ原子のイオン化をもたらすことが
できる。電子が原子のイオン化ポテンシャルよりも大き
いエネルギーを有するならば、プラズマにおけるスパッ
タ原子と電子との衝突は、スパッタ原子をイオン化でき
る。通常スパッタされるいくつかの金属のイオン化ポテ
ンシャルは表１に示される。

【００４８】

【表１】 第２のイオン化処理では、スパッタ原子とバックグラウ
ンドガスの準安定の中性子との衝突もまた、ペニングイ
オン化として知られている処理においてスパッタ原子を
イオン化できる。アルゴンは、スパッタにおいて最も一
般的に使用されるバックグラウンドガスである。アルゴ
ンは約１２ｅＶの準安定エネルギーを有するので、準安
定原子は重要なイオン化の発生源であり得る。

【００４９】図１０に関係して詳細に後述される好まし
いＰＶＤプラズマ反応装置は、チャンバの側面の周りに
巻かれている、ＲＦ電源に接続された誘導コイルによっ
て高密度プラズマを発生する。コイルを介して供給され
たＲＦ電力は、通常軸方向の磁界を介して、チャンバ内
部に通常方位角にあり、バックグラウンドガス(アルゴ
ン)の分解を生じるのに十分強い電界を形成する。コイ
ル及びプラズマは、コイルが一次巻線でプラズマが巻数
１回の二次巻線である場合、変圧器とみなされることが
ある。この二次巻線に誘導された電流は主に循環する電
子で構成されている。

【００５０】プラズマ密度は、通常コイルに印加される
ＲＦ電力に直線的に依存しているので、ＲＦ電力を二倍
にすることはプラズマ密度を二倍にする。しかしなが
ら、ターゲットに印加される直流電力は、プラズマ密度
を低下させる傾向があり、より多くスパッタされた原子
がプラズマに付加されるときプラズマにおける電子エネ
ルギーは降下する。したがって、スパッタ原子のイオン
化の部分は、ＲＦ電力を増加する場合、増加し、直流タ
ーゲット電力を増加する場合、減少する。

【００５１】スパッタされた金属原子のイオン化の確率
は、プラズマ密度並びに金属原子がプラズマ内で費やす
時間の長さの両方に依存する。典型的な低圧スパッタで
は、スパッタ原子は、１から１０ｅＶのオーダーの顕著
なエネルギーを有するターゲットから放出される。この
ように、スパッタ原子は、ターゲットの方向に高速に進
行し、イオン化の低確率をもたらす。イオン化確率は、
衝突がエネルギーの減少及び方向のランダム化の両方を
行うプラズマ内の粒子とスパッタ原子の衝突を確実にす
ることによって劇的に増加されることができる。衝突確
率はより高いガス圧力でプラズマを機能することによっ
て増加される。一旦イオンのエネルギーが減少される
と、ウエーハ表面に垂直なその速度は、基板バイアスに
よって増加されることができる。

【００５２】原子が、アルゴンバックグラウンドガスに
おけるチタンターゲットから高アスペクト比を有するア
パーチャへスパッタされる実験が実行された。最下部被
覆率はいろいろなアルゴン圧力で測定された。最下部被
覆率は、アパーチャの最下部で堆積された金属の厚さと
平らな表面上に堆積された厚さとを比較する。図９の線
１５９で示された結果は、１０mTorr及びそれ以下で、
最下部被覆率が２０％より小さいことを示している。最
下部被覆率は、１０mTorr以上で増加し、３０mTorrで約
５０％であった。依存関係が約５０mTorrで漸近線に近
づくことが予測される。これらのデータは、スパッタリ
ング中の圧力が１０mTorr以上、好ましくは３０mTorr又
はそれ以上であるべきであることを示している。これら
の値は、アパーチャの幾何学的形状、ターゲット材料、
及びチャンバ設計に依存するので、約１mTorrと１００m
Torr間の好ましい圧力範囲が予想される。

【００５３】基板上に投射するスパッタ原子の方向性
は、基板バイアスによって決定され、深いホール充填の
場合、ウエーハ平面に垂直な速度成分は平行成分よりも
非常に大きくあるべきである。基板バイアスの静電引力
は、垂直成分だけ増加するのに対して、高圧操作は、静
電引力よりも前に垂直成分と同様に平行成分を減少す
る。特定の基板バイアスがない場合さえ、プラズマ電位
とウエーハの浮遊電位との差が存在するので、投射イオ
ンはある方向性を示す。浮遊電位は−２Ｖのオーダであ
る。プラズマ電位を測定しなかったが、１０Ｖから３０
Ｖのオーダーであると予測される。基板とプラズマとの
間のいかなる電位差も、通常中性であるが、導電性のプ
ラズマと基板との間の薄い境界層においてのみ現れる。
この境界層は、高密度プラズマの場合、１ｍｍよりも小
さい幅を有するプラズマ外装(sheath)として知られてい
る。

【００５４】コンタクト構造 ライナー層１５０の第１の実施例は、３つの下層を含ん
でいる。この実施例のためにもたらされた材料は、本発
明で使用される可能な材料を全て含むものでない。

【００５５】第１の下層１６０は、スパッタリング処理
中チタンターゲットからスパッタされ、部分的又は完全
にイオン化されるチタンを含んでいる。第１の下層１６
０は、高温アニールステップによって下にあるシリコン
１４４とケイ化物にされてもよい。下にある基板が金属
相互接続のような金属であるならば、それほど著しく必
要とされない。

【００５６】第２の下層１６２は、チタン化合物、この
ましくは、窒化チタンを含む。好ましくは、窒化チタン
は反応的にスパッタされる。この処理では、チタンはチ
タンターゲットからスパッタされ、またイオン化もされ
る。チタンは、圧力を減少するためにプラズマ反応室を
充填する窒素ガスと反応し、反応化合物窒化チタンがウ
エーハ上に被覆される。

【００５７】第３の下層１６４は、窒化チタンとして始
まり、比較的純粋なチタンとして終わる漸変するスパッ
タ堆積材料の層である。この下層１６４は、その成分も
またＴｉ_yＮ_x（ここで、ｙ≧ｘである）と指定されるこ
とができるが、ＴｉＮ_x層（ここで、ｘは原子百分率で
約１から０まで変わる）としばしば称される。

【００５８】厚さが５〜１００ｎｍ、好ましくは４０〜
８０ｎｍの範囲にある得るが、ライナー層１５０の全厚
さは平坦な最上部表面１５８上で測定されたとき約８０
ｎｍである。イオン化されたＰＶＤによる３つの下層１
６０、１６２、１６４の形成は、側面１６２のある程度
と、及び特にコンタクトホール１４０の最下部１５４を
被覆することを確実にする。 ＨＰＤ−ＰＶＤで堆積さ
れたライナー層１５０は、アルミニウムでのコンタクト
ホール１４０の有効充填を促進し、都合よく上に堆積さ
れた金属内部の高度に配向された結晶構造を促進する３
つの特性を有するように見える。

【００５９】第一番目に、ライナー層１５０のＨＰＤ−
ＰＶＤ堆積、すなわち主に元素からなるチタン層１６０
及び反応的にスパッタされた窒化チタン下層１６２の両
方は、コンタクト１４０の最下部１５４を覆う層を堆積
する際に高い最下部被覆率を与える。スパッタされた粒
子の少なくとも相当な部分のイオン化によって、粒子が
ウエーハ１４４の表面と直角を成す角度で引き寄せら
れ、したがって深く狭いコンタクトホール１４０の中へ
大いに入り込むことができると思われる。側壁１５２の
被覆は、さらに効果が低いが、約１０％の被覆率のため
になお生じる。

【００６０】第二番目に、ＨＰＤ−ＰＶＤ堆積は、非常
に滑らかな表面を有するライナー層１５０を生じる。こ
の効果は、チタン及び窒化チタン基板１６０、１６２で
起こると思われる。走査電子顕微鏡写真は、そのように
堆積されたライナー層の窒化チタン部が、非常に滑らか
な表面を有する密な結晶構造を有し、結晶構造が高材料
密度を示すことを示している。両方の効果は、平均熱エ
ネルギーが非常に低い場合、リフローと対照的に、約１
０ｅＶの比較的高いエネルギーで基板に突き当たるイオ
ン化されたスパッタ粒子から生じると思われる。ＳＥＭ
は、表面が、従来的にスパッタされた層を有する４〜５
ｎｍの従来の値の約３分の一である約１．５ｎｍＲＭＳ
（二乗平均平方根）の表面粗面度を有することを示す。
表面粗面度は、表面のＳＥＭ断面を目視検査すること、
及び平均表面レベルと上部及び下部の表面偏位の両方を
決定することによって測定される。偏位のＲＭＳ値は、
通常の統計サンプリングによって決定される。高密度
は、ＨＰＤ堆積された窒化チタンが多孔質でなく、した
がっていかなる多孔質通路を詰めるためにアニールされ
る必要がないことを意味している。すなわち、ＨＤＰ堆
積されるような窒化チタンは、有効なバリヤ層を提供す
る。

【００６１】第三番目に、そのように形成されたライナ
ー層１５０は、後堆積材料、特にアルミニウム及びその
合金に対して高度のぬれ性を示す。ライナー層とアルミ
ニウムとの間の界面での強いぬれ性のために、アルミニ
ウムの露出された表面上の表面張力は十分低く、アルミ
ニウムが数珠形にならず、したがってぬれ性はアルミニ
ウムが短い時間に低い温度でコンタクトホール１４０の
壁に沿って流れるのに有利である。ぬれ性はチタンで提
供されたぬれ性よりも小さいが、窒化チタン下層さえも
良好なぬれ性を与え、酸素を詰め込む必要もない。

【００６２】さらに、下にある材料がシリコンであるな
らば、ライナー層１５０は、２つの付加機能を行なう。
ライナー層の窒化チタン部分は、アルミニウムとシリコ
ン基板１４４との間のバリヤ層としての役目を果たし、
したがってアルミニウムがシリコンの中に移動し、その
敏感な半導体特性に影響を及ぼすことを防止する。シリ
コン基板１４４はポリシリコンレベル、ライン、又は他
の特徴であり得るが、それはまた、ドーピング濃度が重
要であるトランジスタの一部を構成する不純物を加えら
れた結晶領域であってもよい。また、最下のチタン下層
１６０は、シリコン基板１４４のためにケイ化物にされ
ることができる。すなわち、チタンがシリコン上に堆積
された後、一般にはライナー層の第１の２つの下層が堆
積された後に、ウエーハは、界面近くのシリコン下層部
分(underlayment)の一部及びチタン層を一緒に拡散さ
せ、漸変する成分の合金領域を形成するように６００℃
又はそれ以上の十分高い温度でアニールされることがで
きる。ケイ化物にすることは、界面でのエネルギーバリ
ヤを減少することによってオームコンタクトの形成を助
ける。

【００６３】前述の成分のライナー層１５０と共に、金
属層１５６は、従来のＰＶＤ処理によって堆積されるこ
とができ、比較的低い温度で及び比較的短い時間の間
に、実行されるリフロー処理は、ボイドの形成なしにコ
ンタクト１４０をさらに充填できる。好ましくは、下記
に詳述されるように、アルミニウム堆積は、より長いホ
ット堆積が後に続く短い初期のコールド堆積を有する２
つのステップＰＶＤ処理である。より多くのデータが後
に提示されるが、４８０℃よりも低く、３５０℃と同じ
くらい低い実際のリフロー温度が確認され、より低い温
度限界は、多くの材料の組み合わせ及び妥当なリフロー
期間によって３２０℃であることが予測される。例え
ば、２分間３９０℃でのリフロー、又は１０分間３５０
℃でのリフローはコンタクトホールを充填する。したが
って、従来技術のいくつかの提案に反して、全てのプラ
グ充填に対してイオン化堆積は必要されない。そしてそ
の上により低いリフロー温度は、感温素子が既に形成さ
れた後にＰＶＤが実行されることを可能にする。金属堆
積のバルクのための標準ＰＶＤ堆積は、そのより高い堆
積速度のために非常に好ましく、システムで可能である
スループットを非常に増加する。同様に、金属層１５６
を堆積するための標準ＰＶＤの使用は、ＰＶＤシステム
のコスト及び複雑さを著しく低減する。 ＨＤＰ−ＰＶＤチャンバ ＨＤＰ−ＰＶＤプラズマチャンバの例は図１０に示され
ている。真空室１７０は、スパッタターゲット１７２及
び処理されているウエーハ１７６を支持する基板ペデス
タル１７４を含む空間を囲む。スパッタターゲット１７
２は、真空室１７０の壁の一部を形成するが、その残り
から電気的に絶縁されている。ターゲット１７２の後部
に配置されたスパッタマグネット１７８の回転アレー
は、スパッタ速度を増加するためにターゲット１７２に
隣接して強力なプラズマを形成するマグネトロンターゲ
ットアセンブリを形成する。ＤＣ電源１８０は、基板ペ
デスタル１７４にたいしてスパッタターゲット１７２を
負にバイアスするので、ターゲット１７２は陰極として
の役目を果たし、チャンバ壁１７０は陽極としての役目
を果たす。負の電圧は、真空室１７０内部のアルゴンプ
ラズマを部分的に維持し、したがってターゲット１７２
から粒子をスパッタするのに十分なエネルギーでターゲ
ット１７２に突き当たるようにイオン化アルゴン原子を
引き寄せる。ＲＦ電源１８２は、プラズマに対してペデ
スタル１７４を直流自己バイアスし、したがってウエー
ハ１７６に突き当たる粒子のエネルギーを制御するよう
に基板ペデスタル１７４に接続される。

【００６４】高密度プラズマを達成するために、誘導コ
イル１８６はターゲット陰極１７２とペデスタル陽極１
７４との間の空間を囲み、他のＲＦ電源１８８は、コイ
ル１８６の両端間に接続される。コイル１８６は、大量
のＲＦエネルギーをプラズマに誘導的に結合する。真空
室１７０の壁の正確な形状及びコイル１８６は本発明に
は重要でなく、図１０は、単に概略的に表されている。
したがって、コイル１８６は真空室１７０の内部にある
ように示されているが、真空室１７０の片側を形成する
円筒状誘電体壁の外部にコイルを配置することが可能で
あり、コイルの他の形状及び配置は可能である。

【００６５】コイル１８６によってプラズマに供給され
る付加エネルギーが、そのプラズマを通過するスパッタ
された粒子のかなりのイオン化を生じると我々は信じて
いる。我々はさらにイオン化の一部は、誘導コイル１８
６に供給されたＲＦ電力とターゲット陰極１７２に供給
された直流電力との比とともに増加するものとさらに信
じている。２００％までの比が他の幾何学的形状のため
に必要とされ得るが、２０から６０％の範囲でのＲＦ電
力対直流電力の比が、使用されているＨＤＰ−ＰＶＤチ
ャンバの幾何学的形状に対して好ましいように思える。
基板ペデスタル上にＲＦ電源１８２によって発生された
直流自己バイアスが、プラグホールの中にさらにイオン
化粒子を引き寄せるように増加するにつれ、イオン化の
効果はより著しくなる。

【００６６】チャンバに供給される制御ガスがない場
合、真空ポンプシステム１９０は、真空室１７０内部の
ベース圧力を強い真空、好ましくは１０^-7トル及び一般
的には約２×１０^-8トルに維持する。窒素及びアルゴン
は、バス２０２を介してシステムコントローラに結合さ
れることができるコンピュータ化チャンバコントローラ
２００によってそれぞれの質量流量コントローラ１９６
を通して制御される量でそれぞれの発生源１９２、１９
４からチャンバ１７０に供給される。下記に詳述される
ように、プラグ充填は、ＨＤＰスパッタ中、チャンバ１
７０に維持された圧力に非常に依存し、圧力は０．１mT
orrと６０mTorrの間、好ましくは３０mTorr以上であ
る。

【００６７】キーブルの米国特許第４，８４４，７７５
号によって記載されたシステムのような、類似したＨＤ
Ｐ−ＰＶＤシステムが知られている。より正確に規定さ
れた処理パラメータは実験例で記載されているが、下記
に記載された実験で使用されたシステムは、いくらかよ
り詳細に記載されている。実験システムは、８インチ
（２００ｍｍ）ウエーハを処理できる。ターゲットでチ
タンを合金にすることは周知であるが、ターゲット１７
２の活性部分は、チタン又は窒化チタンのスパッタ堆積
のためのチタンで主に形成される。ターゲット１７２
は、１４インチ（３５．５ｃｍ）の直径を有し、約５イ
ンチ（１２．７ｃｍ）だけペデスタル１７４から離隔さ
れている。ターゲット１７２は、約２４ｋＷの直流電力
まで電力を吸収できるが、実験では、直流電力は、約３
ｋＷから５ｋＷの間に制限されている。他の形状が容易
に採用されるが、コイル１８６は３回の巻数を有し、冷
却水が通過する０．２５インチ（６．４ｍｍ）の直径の
金属管で構成されている。標準１３．５６ＭＨｚのよう
な他の周波数が使用されることができるが、そのＲＦ発
生源１８８は、１．５ｋＷの典型的なＲＦ電力によって
２〜４ＭＨｚの範囲で作動する。

【００６８】図１０の誘導的に結合されるＨＤＰ−ＰＶ
Ｄシステムは好ましいが、高密度プラズマを形成でき、
スパッタされた材料をイオン化できる他のＨＤＰ−ＰＶ
Ｄシステムも知られている。このようなＰＶＤシステム
は、参照することによってここに取り込まれている松岡
による米国特許第４，９１１，８１４号によって記載さ
れているようなＥＣＲ（電子サイクロトロン共振）又は
参照することによって本明細書に取り込まれているキャ
ンベルによる米国特許第４，９９０，２２９号によって
記載されているようなヘリコン式結合装置を含む。スパ
ッタされた粒子をイオン化するために十分高密度のプラ
ズマを提供する他の形式が可能である。

【００６９】ＨＤＰ−ＰＶＤ反応器は標準ＰＶＤ反応器
と対比される。例えばアプライドマテリアル社から入手
できるエンデュラＰＶＤシステムで実施されるような現
在実施されている商用ＰＶＤ処理は、より標準なＰＶＤ
処理によってもたらされる。この標準ＰＶＤシステム
は、プラズマの励起及びターゲットへのイオン化された
アルゴンスパッタイオンの引き寄せの両方を行うように
ウエーハに対して直流バイアスされているターゲットを
含む。したがって、ターゲットは、しかしながら、大部
分に関しては中性のままであるターゲットから粒子をス
パッタする。標準ＰＶＤ反応室は、高密度プラズマを発
生せず、商用バージョンは、ペデスタル１７４に対して
誘導コイル１８６及びＲＦ発生源１８２がない点で、図
１０のＨＤＰ−ＰＶＤチャンバと異なる。その代わり
に、ペデスタルはターゲット１７２に対して電気的に浮
遊されたままであり、グランドから絶縁されている。前
述されたアプライドマテリアル社のエンデュラシステム
は高密度プラズマシステムとみなされず、いかなる手段
もスパッタされた金属粒子のフラックスをイオン化する
ように特に備えられていない。金属イオン化部分、すな
わちイオン化されているスパッタされた粒子は、１０％
よりも小さく、一般的に標準ＰＶＤシステムでは１％よ
りも小さいと推測される。本発明は、全金属層１５６が
ＨＤＰ−ＰＶＤシステムで堆積されることを可能にする
が、ＨＤＰ−ＰＶＤが通常従来のＰＶＤよりも非常に低
い速度で材料を堆積し、より高価な反応器もまた必要と
するため、このような一様な処理は低いスループットを
欠点として持つ。

【００７０】クラスタツール スパッタは、非常に高真空を必要とする処理であり、多
くのスパッタされた層は、少量の酸素が存在しただけで
直ちに品質が低下する。したがって、本発明のステップ
の全てがないにしても、いくつかは図１１で示されるエ
ンデュラプラットホーム２１０のようなマルチチャンバ
クラスタツールで実行されることが好ましい。エンデュ
ラプラットホームは、テップマン(Tepman)他による米国
特許第５，１８６，７１８号で機能的に記載され、初期
のマルチチャンバクラスタツールは、メイダン(Maydan)
による米国特許第４，９５１，６０１号によってより詳
細に記載されている。エンデュラプラットホームは、先
に引用された特許のオング(Ong)によって使用される。
３つの上記に引用された特許は、参照することによって
ここに取り込まれている。

【００７１】ウエーハは、それぞれのロードロックチャ
ンバに装填されたウエーハカセットからシステムの内外
にウエーハを移送するように構成された２つの独立して
操作されるロードロックチャンバ２１２、２１４によっ
てシステム２１０に装填されている。ロードロックが図
示されていないスリットバルブを介して選択的に接続さ
れることができる第１のウエーハ移送チャンバ２１６の
圧力は、カセットの大気又は幾分の低圧から例えば１０
^-3から１０^-5Torrの範囲の適度な低圧の間で調整される
ことができる。第１の移送室２１６及び選択ロードロッ
ク室２１２、２１４のポンプダウン後、第１の移送室２
１６にある第１のロボット２１８は、ウエーハをカセッ
トから２つのウエーハ配置器２２０、２２２の一つに移
送し、次に脱気配置室２２４に移送する。次に、第１の
ロボット２１８は、ウエーハを中間に配置されたプラズ
マ予洗浄室２２４の中に送り、そこから第２のロボット
２２８が、好ましくは１０^-7トール及び一般的には２×
１０^-8トールよりも小さい著しい低圧に保持される第２
の移送室２３０にウエーハを移送する。第２のロボット
２２８は、その周辺の周りに配置された反応室、例えば
図示されないスリットバルブによって第２の移送室２３
０のために選択的に開放された例えば２つのＨＤＰ−Ｐ
ＶＤチャンバ２３２、２３４及び２つの標準ＰＶＤチャ
ンバ２３６、２３８など、に向かって又はそこから選択
的に移送する。低圧ＰＶＤ処理後、第２のロボット２２
８は、ウエーハを中間に配置された冷却室２４０に移送
し、そこから、第１のロボット２１８はウエーハを取り
出し、標準ＰＶＤチャンバ２４２にそれを移送する。Ｐ
ＶＤチャンバ２４２は、第２の移送室２３０の周りのＰ
ＶＤチャンバに直前に堆積された金属層の上で反射防止
膜（ＡＲＣ）として機能する制御された厚さ及び誘電率
の窒化チタン層をウエーハ上に堆積する。ＡＲＣ層は、
非常に反射する金属層のフォトリソグラフィを容易にす
る。ＡＲＣ堆積後、ウエーハは、２つのロードロック２
１２、２１４のうちの一つのカセットに転送される。ク
ラスタツール及び関連チャンバの他の形状も可能であ
る。

【００７２】全システムは、システム及びそのいろいろ
なチャンバ、バルブ、及びロボットと制御バス２０２を
通して通信するパーソナルコンピュータ、ワークステー
ション、ミニコンピュータ、又は他の同様なディジタル
制御装置であってもよいシステムコントローラ２５０に
よってコンピュータ制御されている。単一の構成要素と
して示されているが、それはいろいろなチャンバ及びロ
ボットと関連する図１０で示されるチャンバコントロー
ラ２００のような単一のマスタコントローラ及びいくつ
かのサブコントローラを含み得る。本発明の処理は、プ
ログラム又はレシピ(recipe）が通常の方法で記録され
ているフロッピーディスク、光ＣＤ−ＲＯＭ、磁気テー
プ、又は他の同様な媒体のような運ぶことのできる媒体
２５４のようなロード手段によってシステムコントロー
ラ２５０にロードされるプログラム及び方法によってシ
ステムコントローラ２５０によって最終的に指令され
る。一方、ロード手段は、局部的に端末に接続されるか
又はプログラム又はレシピが通信プロトコル(protocol
s)に従って転送されるデータリンクを通してシステム供
給者又は保守者のオフィスに遠隔に接続されている通信
リンク２５６を含んでもよい。

【００７３】コンタクト処理 下にあるシリコン層に本発明のコンタクトを形成するた
めの典型的な処理は、図８のコンタクト構造、図１０の
ＨＤＰ−ＰＶチャンバ、及び図１２の処理ステップを同
時に参照して今から説明される。ウエーハは、所望のシ
リコン表面構造、例えば、横形ＭＯＳトランジスタを形
成するために本発明のステップよりも前に処理される。
誘電体層１４２は、シリコン基板１４４の上に堆積さ
れ、ステップ２７０では、コンタクトホール１４０は、
シリコン１４４に到達するように誘電体層１４２を通し
てエッチングされる。全てのこれらの処理は周知であ
り、エッチング、ＣＶＤ（化学気相堆積法）、フォトリ
ソグラフィ、フォトレジスト除去(stripping)、及び他
の周知の処理のための標準半導体処理装置で実行され
る。コンタクトホール１４０は、十分深くて狭いので、
標準ＰＶＤ処理によって充填することが困難である高い
アスペクト比を有していると推測される。

【００７４】図８に図示された構造中のＰＶＤ以外の部
分の完成後に、部分的に処理されたウエーハ１７６は、
図１１のマルチチャンバクラスタツール２１０に移送さ
れる。マルチチャンバクラスタツール２１０は、大気に
ウエーハをさらすさずにＰＶＤステップの全てが実行さ
れることを可能にする利点及びその酸化効果を有してい
る。後述される処理は、第２の移送室２３０の中及び周
りの低圧ＰＶＤ領域で酸素部分圧が１０^-7Torrよりも低
く、好ましくは５×１０^-7Torrよりも低く、最も好まし
くは５×１０^-8Torrよりも低く十分に保持される状態で
実行されるべきである。酸素装填は、多分、ＨＤＰ成長
ライナー層のバリヤ特性を促進するが、そのぬれ特性を
減じる。前述のように、クラスタツール２１０のいろい
ろなチャンバは、反射防止膜を堆積するポストＰＶＤス
テップと同様に配置、脱気、及びプラズマ予洗浄を含む
予備処理をウエーハ１７６上で実行する。これらのステ
ップは周知であり、直接本発明に含まれないので、ここ
では詳述しない。

【００７５】ライナー層堆積の場合、ウエーハ１７６
は、ＨＤＰ−ＰＶＤ反応室のペデスタル１７４の上に置
かれる。チタンの超硬合金層の堆積の場合、ＰＶＤター
ゲット１７２は、チタン又はチタン合金で形成される。

【００７６】ライナー層のための第１のＨＤＰスパッタ
ステップ２６２を開始するために、ＨＤＰ−ＰＶＤチャ
ンバはポンプダウンされ、減圧でアルゴンで充填され
る。陰極及びコイル電源１８０、１８８は、電源が入れ
られて高密度アルゴンプラズマを形成し、陽極電源１８
２は電源が入れられてウエーハー１７６を直流自己バイ
アスする。アルゴンはターゲット１７２をスパッタし、
高密度プラズマを通過する、結果として得られるチタン
粒子は少なくとも部分的にイオン化される。ウエーハ１
７６上の自己バイアスは、イオン化されたチタン粒子を
ウエーハの元の面にほぼ垂直な方向でウエーハ１７６に
突き当たるようにし、したがって、側面１５２の被覆率
を減少するが、高アスペクト比を有するコンタクトホー
ル１６０の最下部１５４の高被覆率を提供する。チタン
はまた、ライナー層１５０、特に、超硬合金層である第
１の下層１６０を形成する際に誘電体層１４２の平らな
最上部１５８も被覆する。典型的な堆積は、２０ｎｍの
厚さを有するチタンの平らな表面層を形成し、１４ｎｍ
の厚さの層が、１．２μｍ幅及び５：１のアスペクト比
を有するコンタクトホール１４０の最下部１５４上に形
成される。すなわち、最下部被覆率は約７０％である。
他のチタンの厚さは本発明とともに使用されることがで
きる。約２ｎｍの最小厚さはアパーチャの最下部にとっ
て好ましい。５０ｎｍよりも厚い厚さが使用されること
ができるが、それは大部分の現在のアプリケーションに
とっては非経済的なように思える。

【００７７】ライナー層１５０のチタン下層１６０が堆
積された後、チタンとシリコンとの間の接合はステップ
２６４によりケイ化物にされ、ステップは、標準ＰＶＤ
チャンバ２３６、２３８又は、好ましくは、分離したＲ
ＴＰ（高速熱処理）チャンバ、（ランプ照射されたサセ
プタによって加熱されることができる）金属アニールチ
ャンバ、及び炉(furnace)、の内の１つで行なわれ、必
ずしも取り付ける必要はないが、その全てがエンデュラ
プラットホームに取り付けできる。ケイ化物にすること
は、シリコンにコンタクトしないビアには必要ない。ケ
イ化物にすることは、ナガン他の上記に引用された特許
で開示されているように、非酸化窒素の環境で約６００
℃よりも高い温度での、好ましくは約７５０℃〜８５０
℃でのアニールを含む。全部の加熱経費を最少にするた
めに、ケイ化物化は高速加熱アニールＲＴＰによって実
行されることが好ましい。ケイ化物にすることは、窒化
下層の堆積後まで遅延され得るが、高温の窒素に富んだ
ケイ化物にする環境はチタンを窒素チタンに変換するの
で、最上部チタン下層の堆積後まで遅延されるべきでな
い。

【００７８】ライナー層のための第２のＨＤＰスパッタ
ステップ２６６では、窒素もまたアルゴン窒素混合物を
形成するように同一のＨＤＰ−ＰＶＤチャンバの中に導
入される。高密度プラズマが継続されるので、スパッタ
されたチタンは部分的にイオン化される。チタンは、堆
積処理中、窒素と反応し、窒化チタンとしてウエーハ上
に堆積されている。典型的な堆積は、８０ｎｍの厚さを
有する窒化チタンの平たんな表面層及び狭いコンタクト
ホール１４０の最下部で約５４ｎｍの厚さを有する、す
なわち６８％の最下部被覆率の層を形成する。ホールの
最下部での窒化チタンの最小の厚さは約１０ｎｍである
ことが予測される。最大の厚さはいくつかの要因に依存
する。狭いアパーチャの場合、それは金属充填に対する
空間を許容するめのアパーチャ幅よりもかなり小さいも
のであるべきである。より狭いアパーチャの場合、より
厚い窒化チタンは全抵抗率を増加する。したがって、大
部分の状況では、２００ｎｍよりも大きい厚さは、非生
産的である。

【００７９】ライナー層のための第３のＨＤＰスパッタ
ステップ２６８では、同一のＨＤＰ−ＰＶＤチャンバへ
の窒素の供給は、高密度プラズマが継続する間中止さ
れ、チタンの他の層は、ライナー層１５０の第３の下層
１６４を形成するようにスパッタ堆積される。しかしな
がら、窒素環境でのチタンの反応スパッタから純チタン
スパッタへの遷移は、界面の近くでより高い窒素含有量
(ｘ≒１)を有し、その他方で実質的に純チタン(ｘ≒０)
であるＴｉＮ_xの漸変する層の窒化チタン下層１６２を
生じる。典型的な堆積は、６０％の最下部被覆率の場
合、表面で１０ｎｍ、コンタクトホールの最下部で６ｎ
ｍを堆積する。そのように形成された層は、第３の下層
１６４の最下部上に最初に形成された約１０％の窒化チ
タンを形成している。多くの場合、最少量の上部チタン
だけが、おそらく２〜１０ｎｍ堆積される必要があり、
厚さは好ましくは６０ｎｍ又は１００ｎｍに制限される
ことを示すデータが後に提示される。

【００８０】３つ全ての下層の最下部被覆率は、ホール
充填のための本発明の効果的な使用に対して比較的高く
あるべきである。ホールは効果的に充填されないので、
２０％よりも低い値は好ましくない。１００％が望まし
いが、９０％よりも大きい値は、処理が十分推し進めら
れていないことを示す。

【００８１】典型的な操作中、窒素の供給は、第３の堆
積ステップ２６８の開始でチャンバから急に遮断され
る。しかしながら、前の窒化チタン堆積ステップ２６６
では、大量の窒素がチャンバ１７０に導入され、特に、
チタンターゲット１７２上に窒化チタン表面を形成する
ようにチタンターゲット１７２と反応した。したがっ
て、第３のＰＶＤステップ２６８の開始で、全ての窒素
がターゲット１７２から取り除かれるまで、かなりの量
の窒化チタンがターゲット１７２からスパッタされる。
第３の堆積ステップ２６８の主要な理由は、次のウエー
ハが処理される場合、ステップ２６２のチタン堆積がシ
リコン上の半導体特性に悪影響を及ぼす可能性があるい
かなる窒素も堆積させないように、窒素の中でチタンタ
ーゲット１６２を窒素から洗浄することにある。第３の
堆積ステップ２６８に対する要求は多くの要因に依存す
る。プラグが、プラグの最下部が他の金属にコンタクト
するように２つの金属層を相互接続するために使用され
ているならば、起こり得る窒素汚染は下部金属へのプラ
グコンタクトに大きく影響を及ぼさないので、第３の堆
積ステップ２６８のターゲット洗浄はターゲット洗浄と
して必要とされない。後のデータは、窒素が不足した金
属性チタンのいくつかの最小層が少なくともデータの重
要なパラメータの場合、狭いプラグへのアルミニウムの
リフローを促進するように窒化チタンの上に形成される
べきであることを示す。全てのプラグ、特に幅広いプラ
グのための最上部チタン湿潤及び平たい堆積の一般的な
要求は示されていない。

【００８２】漸変するＴｉＮ_x下層を堆積する前述のス
テップ２６８は窒素の供給を急激に遮断するが、窒化チ
タンからチタンへの漸変を調整するために窒素供給をさ
らに徐々に減少することは可能である。

【００８３】上記の具体例で記載されているように、異
なる下層に対して別々のチャンバを使用することは可能
であるが、ライナー層を形成するための３つのＨＤＰ−
ＰＶＤ堆積ステップ２６２、２６４、２６６は、コント
ローラ２００、２５０のコントロールの下で、ガス成分
及び恐らく電力レベルの変化によって区別される３つの
ステップによって同一のＨＤＰ−ＰＶＤチャンバで実行
されることが好ましい。この制限された臨界は証明され
ていないが、ＨＤＰ−ＰＶＤ処理は窒化チタン下層１６
２だけに重要であると信じられていて、もし十分な最下
部被覆率が他の方法で達成されることができるならば、
標準ＰＶＤチャンバは上部及び下部のチタン下層１６
０、１６４のために使用されることができる。しかしな
がら、できるだけ経済的にプラグ充填を完了するために
は、ライナー層１５０の堆積後、ウエーハは、次に一般
的にはアルミニウム又はＡｌの０．５％Ｃｕ合金のよう
なアルミニウム合金である相互接続金属の堆積のために
従来のスパッタチャンバ２３６、２３８に移送されるべ
きである。標準ＰＶＤ処理は、高密度プラズマのない状
態及びスパッタ粒子の比較的低いイオン化を有する状態
で実行される。しかしながら、スパッタ堆積は、高速
で、比較的安価な装置で実行される。

【００８４】好ましくは、アルミニウムは、ライナー層
のさらなるアニールのない、またライナー堆積とアルミ
ニウム堆積との間で空気ブレイクなしでの従来のスパッ
タ装置のコールドホットスパッタ処理である２つのステ
ップで堆積される。両方のステップは、２つのステップ
間でのペデスタル加熱を著しく変えることによって単一
標準ＰＶＤ反応器で容易に実行されることができる。も
ちろん、別々のＰＶＤ反応器は２つのステップのために
使用されることができる。

【００８５】第１のアルミニウムスパッタステップ２７
０では、およそ２００ｎｍのアルミニウムが、１３０℃
又はそれよりも低い温度に保持された基板を有するライ
ナー層１５０の上にスパッタ堆積される。このコールド
スパッタは、玉状になること(beading)なしで上部チタ
ン層１６４にうまく付着する種層を形成する。第２のア
ルミニウムスパッタステップ２７２では、大部分のアル
ミニウムは、より高い温度に保持された基板を有するコ
ールド堆積層の上にスパッタ堆積される。ホットスパッ
タのために選択された温度は、より低い温度とより長い
リフロー時間との間の釣り合い(tradeoff)である。詳細
データは後で提示されるが、４７０゜Ｃより高くないホ
ットスパッタ温度が要求され、３５０℃と同じくらい低
いホットスパッタ温度は、適度に短い堆積又はリフロー
アニールを与えることが示されている。ホット堆積され
た金属層の典型的な厚さは、平らな平面上に８００ｎｍ
であり、１．２μｍの深さのプラグ１４０を充填するの
に十分であり、実質的にその上の表面を平面化するが、
他の厚さも可能である。

【００８６】ライナー層の前述の３つのステップのＰＶ
Ｄ堆積では、ＴｉＮ及びＴｉＮ_x下層は、酸素部分圧に
対するＴｉＮの有効酸化温度よりもはるかに低い温度で
連続的に実行される処理シーケンスにおいて堆積され、
確かに３００℃よりも低い温度で実行されることができ
ることは注目される。さらに、環境は、アルミニウム堆
積の終わりまでずっと酸素が実質的にないように保持さ
れている。したがって、窒化チタン層は、酸化しそのぬ
れ性を失う機会もなく、アルミニウムでさえほぼ酸化が
ない。

【００８７】

【実施例】

処理例１ ＨＤＰ−ＰＶＤ処理での部分的にイオン化されたチタン
の１２０ｎｍ／分の堆積速度が、２００ｎｍウエーハの
場合、前述のチャンバで下記のパラメータによって達成
された。コイルＲＦ電源１８８は、２ＭｈＺの周波数を
有し、１．５ｋＷのＲＦ電源を誘導コイル１８６に結合
させた。直流電源１８０は、５ｋＷの直流電力をチタン
ターゲット陰極１７２に印加した。ウエーハバイアス電
源１８２は、３５０Ｗの電力をペデスタル陽極１７４に
供給するように３５０ｋＨｚで作動し、その結果ウエー
ハ１７５上に４５Ｖの直流自己バイアスを生じた。チャ
ンバ圧力は、アルゴンの２０〜３０mTorrの範囲で保持
されており、ウエーハ温度は約５０℃であった（ケイ化
物にすることは別のステップで実行される）。平らな平
面上で１２０ｎｍ／分のチタン堆積を得るために、約４
５ｓｃｃｍ（分当たりの標準立法センチメートル、すな
わち、ガスが７６０Torrの圧力にあり、０℃の温度であ
るならば、生じるであろうｃｃにおける容積流量速度に
対応する質量流量速度）のアルゴン供給速度に対応する
圧力は、２０mTorrに保持された。

【００８８】処理例２ イオン化されたチタンを使用して反応的にスパッタされ
る窒化チタンの３０ｎｍ／分の堆積速度は、２００ｎｍ
ウエーハに対して、同一チャンバ及び下記の条件の下で
の同一周波数のＲＦ電源を有する場合に得られる。コイ
ル１８６には、１．５ｋＷのＲＦ電力が印加され、ター
ゲット陽極１７２には、５ｋＷの直流電力が印加され、
ペデスタル陽極１７４には９０ＷのＲＦ電力が印加さ
れ、その結果、ウエーハ１７６上に７０Ｖの直流自己バ
イアスを生じた。同一の圧力範囲は使用可能であり、同
一の５０℃基板温度を生じた。平らな平面上で３０ｎｍ
／分の窒化チタン堆積を得るために、圧力は３０mTorr
に保持されていて、上記圧力は４５ｓｃｃｍのアルゴン
供給速度及び７０ｓｃｃｍの窒素供給速度から生じた。

【００８９】ライナー処理ウィンドウ 高いアスペクト比を有するプラグホール、特に０．３５
μｍの直径及び３．５：１のアスペクト比を有するプラ
グの堆積を増進するより良い処理パラメータを決定する
ために、電源１８０、１８２、１８８からの電力レベル
及びチャンバ圧力を変える一連の実験が実行された。プ
ラグホールは、約１．２μｍの厚さを有するシリカ層で
形成されたが、実験で使用されたシリカ層は、シリコ
ン、金属、又は現在商用されているようなおそらくいく
らかの他の材料のいずれかの基板の上に、ＳｉＯ₂のＰ
ＥＣＶＤ堆積によってよりもむしろ下にあるシリコンの
熱酸化によって形成された。この処理は、ＰＥＣＶＤ−
ＳｉＯ₂に対して別々に最適化される必要があるが、結
果は、熱ＳｉＯ₂に対する結果に近いことが予測され
る。

【００９０】データは、図１３のグラフに示される。横
座標は、ペデスタル陽極１７６上で発生された直流自己
バイアスによって乗じられた、ターゲット陰極１７２に
供給される直流電力で除されたコイル１８６に供給され
るＲＦ電力の、比に等しい電力パラメータに対して正規
化された。縦座標に沿って、百分率最下部被覆率、すな
わち、プラグホールの最下部部分での堆積層の厚さ対プ
ラグホールの最上部を囲む平らな表面上の厚さがプロッ
トされる。プラグホールの全体に延びるライナー層を高
速に形成する場合、高い最下部被覆率が望まれる。

【００９１】一つの組の実験で、電力は、５mTorrから
１０mTorrのアルゴン圧力下でチタンのＨＤＰ−ＰＶＤ
堆積に対して変えられる。データは、通常、線２８０を
たどる三角形によって示される。最下部被覆率が低いこ
とを除いて、これらのデータはいかなる特定の傾向も示
さない。

【００９２】第２の組の実験では、アルゴン圧力は２０
mTorrに上昇される。正規化電力による最下部被覆率の
変動は、通常、線２８２をたどる円で示されている。最
下部被覆率は、商用の可能なしきい値として解釈される
１０〜１５Ｖの正規化電力パラメータの場合、正規化電
力とともに通常増加する。

【００９３】第３の組の実験では、窒化チタンは反応を
示すようにスパッタされる。チャンバ圧力は、１０ｓｃ
ｃｍ及び７０ｓｃｃｍのそれぞれの前述された値に保持
されているアルゴン供給及び窒素供給下で３０ｍmTorr
に保持される。データは、通常線２８４をたどる正方形
によって示される。鋭い急な折れ曲がりが線２８４上の
１５Ｖの正規化電力で存在し、それより上で最下部被覆
率は非常に高い値を示すが、許容可能な値は、１０Ｖ及
びそれ以上の正規化電力の位置で発生する。

【００９４】コイルに供給されるＲＦ電力の高い値での
効果的な最下部充填からかけ離れていても、プラズマの
密度を増加し、増加された最下部被覆率は堆積ライナー
層の増加された滑らかさを伴い、アルミニウムが予期し
ない容易さ、つまり低い温度でボイド形成なしでより容
易により迅速に堆積するように、プラグホールの壁を流
れることを可能にする。ライナー層の滑らかさは、１０
ｅＶ近くのエネルギーで部分的に形成された表面に衝突
するイオン化された粒子から生じ、表面を洗浄し、平衡
状態に置くためであると思われている。したがって、本
発明の層もまた相互接続での電気移動に対する抵抗の増
加を提供すると信じられている。

【００９５】上部及び下部チタン層 コンタクトがシリコンに対して形成されているとき、ラ
イナー層における下部チタン層のための主要な目的は、
良好なオームコンタクトを形成するように下にあるシリ
コンをケイ化物にするための原材料を提供することであ
る。もし一方、例えば、コンタクトが２つのレベルの配
線を接続する上部層誘電体におけるビアを通って金属に
対して形成されているならば、チタン層は必要ない。同
様に、漸変する上部ＴｉＮ_x下層は、次のウエーハのチ
タン堆積のための準備において窒素のスパッタターゲッ
トを洗浄することを主に必要とする。したがって、ホー
ル充填が窒化チタン下層だけで推進されることができる
ならば、漸変する上部ＴｉＮ_xは、金属に対する最下部
コンタクトを必要としない。いくつかの金属間コンタク
トを含むいくらかの材料及び構造上の結合といくつかの
平面構造の場合、ライナー層は、アルミニウムのその後
の堆積に対して滑らかな表面を与えるように本発明によ
って窒化チタン下層のみ成長させることを必要徒するこ
とが可能であると信じられている。

【００９６】コヒーレント対ＨＤＰ ＴｉＮ その両方が同様なプラグ被覆特性を提供するコヒーレン
ト(coherent)（直線にされた）ＴｉＮに対するライナー
層の主要な部分としてのＨＤＰ ＴｉＮの利点を示す実
験が実行された。コヒーレントＴｉＮは、２：１コンタ
クトホールを充填するように設計されたチャンバで反応
的にスパッタされる。コヒーレントＴｉＮ膜は、ターゲ
ット陰極に印加される１２ｋＷの直流電力の場合、３０
０秒の期間にわたって堆積された。基板は、熱酸化被覆
を有し、３００℃に保持された。ＨＤＰ ＴｉＮ膜は、
ターゲットに印加された５ｋＷの直流電力及びコイルに
印加された１．５ｋＷのＲＦ電力の場合、ＨＤＰ−ＰＶ
Ｄチャンバで反応を示すようにスパッタされ、９０Ｗの
ＲＦ電力は、−７０Ｖの直流自己バイアスを生じるペデ
スタルに印加された。ペデスタルは２５℃に保持され
た。

【００９７】ＴｉＮ堆積（いかなる漸変するＴｉＮ_x層
もない）後に、ウエーハは、３００℃のペデスタル温度
の場合、３６秒にわたって１０ｋＷの直流電力を使用し
て銅と０．５％で合金される３００ｎｍのアルミニウム
を堆積する標準アルミニウムスパッタ室に移送された。
密着して堆積されたウエーハに対して２時間の空気ブレ
イクがあるが、ＨＤＰ堆積されたサンプルはいかなる空
気ブレイクもなかった。

【００９８】目視検査によると、ＨＤＰ-ＴｉＮの上に
堆積されたアルミニウムはコヒーレントＴｉＮの上に堆
積されたアルミニウムよりも光沢のある外観を有してい
た。透過電子顕微鏡写真によると、ＨＤＰ-ＴｉＮの上
に成長されたアルミニウム粒がコヒーレントＴｉＮの上
に成長されたアルミニウム粒よりも約３倍大きかった。
ＨＤＰ-ＴｉＮを有するサンプルのＸ線回折よると、約
７０：１の信号対雑音比の場合、３０゜から６０゜の範
囲内で、アルミニウム＜１１１＞配向に対応する約３
８．７゜で単一のピークを示した。一方、コヒーレント
ＴｉＮを有するサンプルのＸ線回折によると、主ピーク
の約１５％のピーク高さを有する３６．８゜でのより小
さいピークを有する約２０：１の信号雑音比を有する同
様の３８．７゜のピークを示した。この二次ピークはＨ
ＤＰ-ＴｉＮが下に置かれたサンプルでは現れなかっ
た。

【００９９】Ｘ線振動曲線は図１４のグラフで提示され
ている。振動曲線２９０は、ＨＤＰＴｉＮ層を含むサン
プルを有するアルミニウム＜１１１＞の場合であり、振
動曲線292は、コヒーレントＴｉＮ層を含むサンプルを
有する同様なピークの場合である。これらの振動曲線
は、コヒーレントＴｉＮの上に成長されたアルミニウム
が、実質的にランダムな結晶学的配向を有するのに対し
て、ＨＤＰ ＴｉＮの上に成長されたアルミニウムに平
面に垂直な＜111＞配向で密に配置されていることを示
している。

【０１００】データは、ＨＤＰ ＴｉＮ上に堆積された
アルミニウムに一直線にされたＴｉＮ上に堆積されたア
ルミニウムよりもより大きな粒構造及びより指向された
粒配向が現れることを示している。前述のように、一様
に大きいＴｉＮ結晶性及び増加された結晶学的配向は電
気移動を減少する。

【０１０１】上部チタン処理ウィンドウ ＨＤＰ-ＰＶＤで成長されたとき、特にその密で滑らか
な結晶構造に現れるように、ＴｉＮ層は後堆積されたア
ルミニウムの基本特性を追い出すように見える。しかし
ながら、ＴｉＮとＡｌとの間に介在するいかなるチタン
も重要な効果を有する。ほとんど純粋なチタンは、漸変
するＴｉＮ_xの上部で得られるが、同様な効果は、もし
特別のチタンスパッタ処理が含まれているいかなる窒素
も含めないで実行されるならば、同様な効果が得られる
ことができる。

【０１０２】チタンは、それの上に堆積されたアルミニ
ウムに対して公知のぬれ性及び結合機能を提供する。し
たがって、上部表面でほぼ純粋な形（ＴｉＮ_x、ｘ≒
０）でチタンを含む要求はこれまではっきりと示されて
いないが、重要な量のチタンは望ましいように思える。
一方、チタンの過剰な厚さは、チタンの上に堆積された
アルミニウムのリフロー特性を促進する際にＴｉＮ層の
結晶構造の有効性を減少するように思われる。プラグ充
填アプリケーションの場合、チタンのあまりの厚い層
は、プラグホールを潜在的に陰にするＴｉＡｌ₃のオー
バーハングを生じることが観測される。上記に提示され
たＸ線データは、Ｔｉ又はＴｉＮ_x層なしであるがＨＤ
Ｐ ＴｉＮだけを有する平面サンプルで測定されたこと
は注目される。しかしながら、プラグがないことは、リ
フローが必要されなかったことを意味する。

【０１０３】漸変する層のＴｉＮ_xの厚さを変えること
によって、またいくつかの場合、ホット堆積温度及びプ
ラグアスペクト比を変えることによって、一連の実験
は、実行された。

【０１０４】実験に対する典型的な処理パラメータは下
記のとおりである。プラグは、熱酸化シリコンで形成さ
れ、２：１〜４：１の範囲のアスペクト比を有した。こ
の構造は、２０ｎｍの厚さの下部チタン層、６００ｎｍ
の厚さのＴｉＮ層、１０ｎｍの厚さのＴｉＮ_xの漸変す
る層を有した。したがって、そのように形成されたライ
ナー層は、従来のＰＶＤ装置で２００ｎｍのコールドア
ルミニウム及び８００ｎｍのホットアルミニウムでスパ
ッタ堆積された。

【０１０５】ＳＥＭから、ホットアルミニウム堆積の場
合、４５０℃のヒータ温度で、充填特性は、薄い１０ｎ
ｍの厚さの漸変する層に対してさらに良いことは明かで
ある。より厚い６０ｎｍの漸変する層は、ＴｉＡｌ₃を
形成するためにその上に堆積されたアルミニウムと反応
し、粗い粒構造がプラグの中へのアルミニウムのフロー
を示していると信じられている。５３５℃のより高い温
度で、より厚いＴｉＮ_xの漸変する層は種層（コールド
堆積されたアルミニウム）のぬれ性低下(dewetting)を
示す傾向があるため、それは、僅かにより良好な動作を
行う。本発明は、下部アルミニウム堆積及びリフロー温
度によって第一目的を与えられているので、５３５℃で
のより厚い漸変する層のより良い性能は二番目に重要で
ある。

【０１０６】他の組の実験は、１０ｎｍの厚さのＴｉＮ
_xの漸変する層の最上部への４５０℃でのリフローと、
ＴｉＮ_x層を使用しない、すなわち、一番上にＴｉぬれ
層のないリフローと比較した。ＳＥＭは、リフローが１
０ｎｍのＴｉＮ_xで著しく改良されたことを示した。

【０１０７】最終結論は、上部チタンぬれ層は、狭いプ
ラグ充填では要求され、恐らく平面堆積では必要なく、
少なくとも上記で提示された処理パラメータ空間では、
その厚さは６０ｎｍよりも小さくあるべきであるという
ことである。その大部分が実質的に純粋なチタンである
ので、引用された厚さはＴｉＮ_xの漸変する層の場合で
ある。チタンの厚さの下限は多分アスペクト比及び他の
処理パラメータに密接に依存する。少なくとも典型的な
データの処理パラメータの場合、厚さは、１０ｎｍに等
しいか又はそれよりも大きい必要があり、１０ｎｍの厚
さは使用される処理パラメータに対して好ましい。

【０１０８】アルミニウム処理ウィンドウ 誘電体を通るプラグホールの中のライナー層の実質的に
適応した堆積は、以前よりもさらに高いアスペクト比を
有するプラグホールを残す。たとえライナー層が後堆積
金属によってプラグ充填を促進するとしても、プラグが
適当な長さの時間で、多くのアプリケーションの場合、
実用的である程度に低い温度で、ボイドなしに充填され
るのであるならば、金属化のための堆積パラメータは重
要である。前述のように、好ましい金属化は、２つのス
テップ、すなわちコールドーホットスパッタ処理を含
む。コールドーホットスパッタ処理それ自体は周知であ
る。オングの上記に引用された特許は、５０℃〜１５０
℃でのコールド堆積及び５５０℃でのホットステップを
提案している。ワング(Wang)の米国特許第５，１０８，
５７０号は、５０℃〜２５０℃でのコールド堆積及び４
００℃を越えないホット堆積温度を提案している。ワン
グは、ホット堆積の最小温度に対して良好なデータを提
示していなく、４００℃よりもさらに低いこともあり得
るいかなる提案もない。しかしながら、特に適当に短い
ＰＶＤ堆積時間が必要であるならば、ライナー層は、ホ
ットスパッタがほぼ低い温度で実行されることを可能に
することがわかった。

【０１０９】他の一連の実験は、高いアスペクト比を有
するプラグホールへの標準ＰＶＤによるアルミニウム堆
積に対して実行された。これらの実験の場合、誘電体層
は、熱酸化物であり、すなわち、シリコンは、表面を二
酸化シリコンへ酸化させるように酸素環境において高温
に保持されてた。それに反して、工業用製造は、通常、
プラズマ強化ＣＶＤ又はその後に硬化されるスピンオン
(spin-on)ガラスによって堆積される酸化物で行われ
る。これらの材料の各々は、そのアルミニウム処理ウィ
ンドウを決定するために別々の組みの実験を必要とした
であろう。

【０１１０】図１５の検査された領域３００は、従来の
高アスペクト比のプラグを充填する処理が適用できる処
理ウィンドウを示している。特に、ＴｉＮライナー層
は、一直線にされたＰＶＤによって堆積され、アルミニ
ウムはコールドホットＰＶＤ処理でそれの上に堆積され
る。縦軸は、アルミニウムのスパッタ堆積のホット部分
中の基板温度を示し、横軸は、プラグを有効的に充填す
るために堆積中又はその後の独立のリフロー処理中この
高い温度に保持されることを必要とする時間を示す。図
示されるように、４３０℃及びそれ以下で、リフロー期
間は、高いスループットＰＶＤに対して過剰とみなされ
る３．５分以上の間保持されねばならない。

【０１１１】それに反して、斜線が入れられた領域３０
２は、アルミニウムがライナー層で、そしてまた低温ア
ルミニウム種層で予め被覆されたプラグホールに充填さ
れる本発明の処理を示している。データは、０．２５μ
ｍの直径及び５のアスペクト比を有するホールへ８００
ｎｍのアルミニウムのホット堆積が後に続く２００ｎｍ
のアルミニウムのコールド堆積に基づいている。スパッ
タは、０．５〜２mTorrの範囲のアルゴン圧力を有する
標準ＰＶＤチャンバで生じる。直流ターゲット電力は、
所与の時間に８００ｎｍのホットアルミニウムを堆積す
るように調整され、ターゲット対ウエーハの距離は、コ
ールド堆積とホット堆積との間に保持されている。デー
タは、ホールの異なる幾何学的形状、金属層の厚さ、及
び他の処理パラメータに対して幾分変わり得る。ぬれ性
低下温度が約２５０℃であるので、２００℃又はそれ以
下でコールド堆積を実行することが好ましい。そしてま
た、プロットされた温度はホット堆積中の基板温度であ
り、時間はホット堆積中の時間である。

【０１１２】本発明の処理は、より低い温度とより短い
堆積及びリフロー時間の場合の両方で有用であることが
わかる。特に、非常に短い堆積時間は、４７０℃で、４
３０℃でさえ得られる。３９０℃でのホット堆積又はさ
らに３５０℃でのホット堆積の場合、リフロー時間は４
分よりももっと少ない。およそ３５０℃で、リフロー期
間はなお管理できる６分である。ホット堆積に対して好
ましい範囲の温度は３５０℃〜４００℃であるが、３２
０℃又は３００℃程度の低さの基板温度が、より低い温
度のために最適化された処理ウィンドウに対して考えら
れる。

【０１１３】これらのデータは、比較的冷たい温度で堆
積された初期のアルミニウム層の利点を示している。本
発明のライナー層上に堆積された場合、このような層
は、滑らかであり、したがってリフローを促進する。そ
の後、ホットアルミニウム堆積には、アルミニウムを、
コールドアルミニウム層とライナー層との間の中間面を
妨害することなしにフローさせる。したがって、アルミ
ニウムは、比較的高温でさえ、ぬれ性が低下せずに球形
にならない。

【０１１４】インターレベルビア 上記の説明は、下にあるシリコンに対するコンタクト充
填に主に関係がある。２つの金属層間のビアの場合、下
にあるシリコンの価値を落とす問題は存在しない。した
がって、下部チタン層の必要性は明らかでない。それに
もかかわらず、本発明の多数の態様はビアにも等しく適
用可能である。

【０１１５】典型的なビア構造は、それが充填される以
前に図１６の断面に示されている。例えば、アルミニウ
ムのパターン化された中間の金属層３１０（ここでは、
金属１層と呼ばれる）は、金属層３１０からの過剰な反
射を防止する際のフォトリソグラフィパターン化中に有
用なＴｉＮの反射防止（ＡＲＣ）膜３１２を上に置く。
その上には、例えば二酸化シリコンのレベル間誘電体層
３１４が堆積されている。金属層３１０は一様な厚さで
示されているが、多くの直線的に延びる相互接続を含む
配線レベルに予めパターン化されているので、多くの領
域で、誘電体層３１４はより低いレベルの誘電体層３１
６に直接コンタクトする。しかしながら、ビアは金属層
３１０の残りの部分の上に形成される。上部レベル誘電
体層３１４の上には、ビア領域３２０を露出するように
現像されるフォトレジスト３１８が堆積される。レベル
間誘電体層３１４は、ビア領域３２０でエッチングして
取り除かれ、その後、フォトレジスト３１８ははぎとら
れる。プラズマ予洗浄によって取り除かれるように残さ
れることもあるが、ときどき、ＴｉＮ ＡＲＣ層３１２
もまた誘電体エッチングによってエッチングされる。ど
ちらの場合も、フォトレジスト層３１８の除去から生じ
る薄い酸化アルミニウム層及び他の異物は、ビアホール
３２０の最下部に一般に形成する。絶縁酸化アルミニウ
ム層３２２の除去は、異物を除去する予洗浄以外のいか
なる他のステップも必要ないと思っているが、プラズマ
予洗浄によるこの安定絶縁酸化アルミニウム層３２２の
除去は問題がある。ビア３１８の最下部で良好なコンタ
クトを確実にするために、チタン層が堆積されることが
できる。チタンは、導電ＴｉＡｌ₃を形成し、絶縁酸化
アルミニウムの介在層３２０を突破するように下にある
アルミニウムと強く反応する。したがって、下位レベル
金属層３１０のためにケイ化物にする必要もないが、ラ
イナー層１５０の下部チタン下層１６０は、下にある金
属層に対する良好なコンタクトを確実にするためにいく
つかの状況ではなお好ましい。

【０１１６】したがって、好ましい充填されたビア構造
は、図１７に断面で示されていて、その形成の主要なス
テップは図１８のフロー図で示される。ステップ３３０
では、図１６のビアホール３２０は、上部誘電体層３１
４及びＡＲＣ層３２２を貫通してエッチングされる。上
記ステップはプラズマ予洗浄を含んでもよい。レベル間
ビアとともに、前出のオング特許で記載されているよう
にエッチング及び予洗浄処理によってビアホール３２０
の上部コーナーの小面を刻む(facet)ことは好ましい。
エネルギープラズマ粒子が露出されたシリコンを損傷す
る恐れがあるため、このような小面を刻むことはコンタ
クトに対して使用されない。

【０１１７】ステップ２６２、２６６、２６８でＨＤＰ
−ＰＶＤ処理は、図８のコンタクト１４０に対してなさ
れたものと同様にライナー層１５０を堆積するために使
用されている。ライナー層１５０は、ビアホール３２０
の内部及び誘電体層３１４の上部表面３３２を被覆す
る。ライナー層１５０は、Ｔｉ、ＴｉＮ、及びＴｉＮ_x
の３つの下層１６０、１６２、１６４を含んでいる。Ｈ
ＤＰ−ＰＶＤ処理は、滑らかで、密で結晶学的に整列さ
れたライナー層１５０を確保する。

【０１１８】アルミニウムの４００℃堆積温度は、Ｔｉ
Ａｌ₃を形成するために下にあるチタンとの合金化に十
分であるため、いかなる別々のケイ化物化もビアに対し
て実行されない。ステップ２７０、２７２で温かい上部
金属層（金属２）３３４は、図８のコンタクト１４０に
対して行われたように、ビア３２０の中へ及び誘電体層
３１４の上に堆積される。２つのステップ処理は、最初
のコールド標準ＰＶＤ処理及びその後のホット標準ＰＶ
Ｄ処理を含んでいる。ステップ３３６では、ＡＲＣ層３
３８は、相互接続へのフォトリソグラフィ描写を容易に
するために上部金属層３３４の上に堆積される。

【０１１９】一番下のＨＤＰ ＴｉＮ層はバリヤ特性を
可能にするために酸素で充填される必要もなく、チタン
がケイ化物にされる必要もないので、いくつかの状況で
は、一番下のＨＤＰ ＴｉＮ層は必要な電気的コンタク
トを与えるが、ライナー層の３層の実施例は、高度に配
向された結晶の滑らかなライナー層という利点を提供す
る。さらに、ＴｉＮライナー層は、シリカ層３１４に取
り込まれたいかなる湿気もビア３２０に充填されたアル
ミニウムへ移動することを防止する。上記のデータは、
ライナー層での上部チタン下層の最小厚さの要求を示し
ているが、上部チタン下層がリフローのために必要とさ
れないときに処理ウィンドウが使用されるならば、上部
チタン下層の窒素洗浄機能はレベル間ビアに対しても必
要ないし、したがってなしで済ますこともできる。

【０１２０】このように、本発明は、金属で狭いアパー
チャを充填するための有効的であるが経済的な方法を提
供する。上記に提示された技術的データは、提示された
特別な例によって限定されないクレームで規定された多
くの結論に導く。

【０１２１】例は、ほぼ対称的なコンタクト及びビアと
主に関連しているが、本発明はそのように限定されな
い。同一の概念は、トレンチ幅がアスペクト比を決定す
るコンタクト又はビアトレンチに適用されることができ
る。

【０１２２】図１９で正斜影で図示されている双対のダ
マシーン(damascene)模様と呼ばれる有望な構造は、相
互接続によりプラグと結合する。双対リソグラフィ処理
は、誘電体層３４２の最上部に沿って横方向に延びるト
レンチ３４０及びトレンチ３４０の最下部での上部アパ
ーチャ３４６から図示されないシリコン基板又は下部相
互接続レベルに隣接した誘電体層３４２の最下部での最
下部アパーチャまで延びるプラグ３４４の両方を形成す
る。本発明の充填処理の単一のステップは、プラグ３４
４及びトレンチ３４０の両方へ金属を充填するために使
用される。トレンチ３４０の中の金属は相互接続として
使用されるが、プラグ３４４の中の金属は垂直層間接続
のために使用される。このような構造は、相互接続の高
密度形成を可能にする。そして、また誘電体層３４２の
パターン化されない部分を露出するための上部表面の化
学的機械的研磨によるような平面化のみで、いかなる金
属リソグラフィも必要とされない。しかしながら、トレ
ンチ及び下にあるプラグの両方が同時に充填される必要
があるので、双対のダマシーン模様構造は充填のための
非常に高いアスペクト比を示す。本発明はこのような狭
く深いホールを充填するように向けられている。

【０１２３】本発明は、誘電体層を通って唯一の部分通
路に延びるＤＲＡＭのためのトレンチのような他のアパ
ーチャ構造に適用されることもまたできる。本発明の概
念の多くは、狭いアパーチャに決定的に依存しない平面
構造に適用されることができる。

【０１２４】相互接続 コンタクト及びビア充填の両方の上記の論議は、本発明
のプラグ充填が充填プラグの上で相互接続するための金
属層の堆積と一体にできることを強調している。確か
に、図１４に関して検討されたＸ線回折データは、本発
明のライナー層の上に形成された特にアルミニウムの金
属相互接続は、金属結晶の大きな均一な粒の大きさ及び
高い結晶学的配向のための最上の電気移動のふるまいを
示す。しかしながら、狭いプラグ充填を必要としないい
くつかのアプリケーションでは、ライナー層の３つ全て
の下層を必要としない。Ｘ線回折データは、ＴｉＮ層の
上に直接堆積されたアルミニウムを有するサンプルに対
して測定されていることが注目される。同様に、上部チ
タン下層は、小さい導電プラグの充填に対して最も明ら
かに重要である。

【０１２５】したがって、本発明の相互接続構造は、図
２０及び図２１に断面で示されている。その最も重要な
製造ステップは、図２２のフロー図で示されている。ス
テップ３５０では、ＨＤＰ−ＰＶＤ処理は、例えば、二
酸化シリコンの誘電体層３５４上にライナー層３５２を
堆積するために使用される。ライナー層３５２は、図８
のコンタクト１４０のＴｉＮ下層１６２と同様に少なく
ともＴｉＮ下層を含む。ＨＤＰ-ＰＶＤによるその形成
は、Ｘ線回折実験で示されるように、滑らかな表面、大
きな結晶性、高度に配向された結晶性を有することにな
る。さらに、ライナー層３５２は、ＴｉＮ下層の下の下
部チタン下層又はＴｉＮ下層の上の上部ＴｉＮ_x下層あ
るいは両者を含むが、その介在が相互接続に必要である
ことは知られていない。

【０１２６】ステップ３５６で、例えば、アルミニウム
の金属層３５８は、ライナー層３５２の上に堆積され
る。ホール充填の場合と違って、この平面堆積は重要で
ないので、もし望まれるならば、それは標準ＰＶＤによ
る単一温度ステップで実行されることができる。ステッ
プ３６０では、反射防止膜３６２は、金属層３５８の上
に堆積され、ステップ３６４では、フォトレジスト材の
フォトリソグラフィマスク３６６は、意図された相互接
続の上に堆積され、パターン化される。さて、図２１を
参照すると、この構造は、ライナー層３５２上への形成
のために、密に配向された＜１１１＞結晶構造を有する
均一な大きな粒を有する相互接続３７０を残すようにス
テップ３６８でマスク３６６の周りをエッチングされ
る。

【０１２７】他の実施例 本発明の現在最も重要なアプリケーションは、プラグホ
ールを充填し、アルミニウムで相互接続を形成している
が、本発明はそのように限定されない。アルミニウム
は、例えば、１０重量％まで、他の金属で合金にされて
もよい。このような合金の例は、アルミニウム‐銅、ア
ルミニウム‐銅‐シリコン、アルミニウム‐シリコン、
アルミニウム‐ゲルマニウム、及びアルミニウム‐パラ
ジウム‐シリコンである。銅のような他の金属及びその
合金並びにケイ化物は、コンタクト及び相互接続のため
に考慮され、アルミニウムコンタクト及び相互接続と同
じ制限を受け、したがって本発明の同様な利点を享受で
きる。

【０１２８】実例の誘電体層は二酸化シリコンであった
が、本発明はそのように限定されない。Ｓｉ₃Ｎ₄のよう
な他の無機誘電体は、現在のところ通常電界誘電体とし
て使用され、有機体を含む他の絶縁材は、それに適用す
ることが有利である本発明の場合、誘電体層として使用
されることができる。

【０１２９】前述の実例のチタン層は、ぬれ性及びケイ
化物化の両方のために使用された。コバルトのような他
の超硬合金もまたこれらの機能のために使用されること
ができ、したがって、本発明内に含まれる。いくつかの
グループがオームコンタクト材料としてＣｏＳｉを調査
している。超硬合金は、化学量的に近い量の２つの超硬
合金を含む金属間合金であってもよい。

【０１３０】好ましくは、本発明で使用されたＴｉＮ
は、良好な導電率を有し、非常に滑らかな表面を有する
金属化合物である。ＴｉＮ層は、いくつかな有利な結果
を与えるが、他の導電超硬合金窒化化合物は、特に、銅
が相互接続金属として使用されるならば、ＴａＮのよう
に取り換えられることができる。その元素形式及び窒化
物形式で使用されることができるＴｉ及びＴａ以外の超
硬合金は、Ｗ及びＮｉである。

【０１３１】

【発明の効果】したがって、本発明は、高アスペクト比
を有し、優れた結晶学特性の金属層を堆積するホールを
有効的に充填する方法を提供する。狭いホールを金属で
充填する処理は、電気移動に抵抗性がある相互接続に規
定されることができる金属の堆積と同時に実行されるこ
とができる。それにもかかわらず、処理は高価でない装
置で実行されることができ、一方なお高堆積速度を示
し、したがって削減されたコストで高スループットを達
成する。

【図面の簡単な説明】

【図１】半導体集積回路における誘電体層を通して延び
るコンタクト又はビアホールの概略断面図である。

【図２】部分的にスパッタされた金属で堆積された後の
図１のコンタクト又はビアの断面図である。

【図３】不適切な堆積がボイドを形成したコンタクト又
はビアの断面図である。

【図４】金属がコンタクト又はビアを充填し、表面を平
面化するようにリフローするコンタクト又はビアの概略
断面図である。

【図５】従来のホール充填の処理のためのフロー図であ
る。

【図６】相互接続及び電気移動によるその故障モードの
概略表現の正射影図である。

【図７】相互接続及び電気移動によるその故障モードの
概略表現の正射影図である。

【図８】本発明のライナー層で製造され、その後に金属
で充填されたコンタクトの断面図である。

【図９】高密度プラズマでの圧力に依存する最下部被覆
率のグラフである。

【図１０】高密度プラズマ（ＨＤＰ）での物理的蒸着
（ＰＶＤ）を実行することができる反応室の概略立面図
である。

【図１１】本発明が実施できる多室クラスタツールの概
略平面図である。

【図１２】本発明の処理実施例のためのフロー図であ
る。

【図１３】電力レベル及び圧力の関数としてライナー層
の堆積のための処理ウィンドウを示すグラフである。

【図１４】本発明のーにより形成された窒化チタン層に
堆積されたアルミニウム層の結晶化度を実証するＸ線振
動曲線を示すグラフである。

【図１５】本発明のライナー層を有するプラグの中への
アルミニウムの標準ＰＶＤ堆積のための処理ウィンドウ
を示すグラフである。

【図１６】ビアホールの断面図である。

【図１７】本発明によるその金属化後のビアホールの断
面図である。

【図１８】本発明によるビアを充填する際の主要ステッ
プのフロー図である。

【図１９】その充填よりも前の双対ダマスク模様構造の
正射影図である。

【図２０】本発明により形成された相互接続の断面図で
ある。

【図２１】本発明により形成された相互接続の断面図で
ある。

【図２２】本発明による相互接続を形成する際の主要ス
テップのフロー図である。

【符号の説明】

１４０…コンタクト、１４２…誘電体層、１４４…シリ
コンウエーハ、１５６…金属層、１６０、１６２、１６
４…下層、１７２…スパッタターゲット、１７４…ペデ
スタル、１７６…ウエーハ、１８６…誘導コイル、３１
０…金属層、３１２…ＡＲＣ膜、３１４…誘電体層、３
１８…ホトレジスト、３２０…ビアホール、３３４…金
属層、３３８…ＡＲＣ層、３４０…トレンチ、３４４…
プラグ、３４６…アパーチャ、３５２…ライナー層、３
５４…誘電体層、３５８…金属層、３６２…ＡＲＣ膜、
３６６…マスク。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/285 ３０１ Ｈ０１Ｌ 21/285 ３０１Ｌ (72)発明者 ジョン フォースター アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サン フランシスコ， ハラム ストリー ト 41 (72)発明者 ツェ−ヤン ヤウ アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サニーヴェール， ヴィセント ドライヴ 1243 ナンバー78 (72)発明者 ジェイム ヌルマン アメリカ合衆国， カリフォルニア州， パロ アルト， エル カミノ ウェイ 4155−ジー (72)発明者 フセン チェン アメリカ合衆国， カリフォルニア州， キュパティノ， ポータル プラザ 19910

Claims (58)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上にスパッタを行なう方法であっ
   て、 高密度プラズマ中において前記基板に対し耐熱金属の化
   合物を含む第１の層のスパッタ堆積を行なう第１のステ
   ップと、 前記第１の層の上に、第２の金属層をスパッタ堆積する
   第２のステップと、を含む方法。
2. 【請求項２】 前記第２の層が、長軸に沿って導電性の
   要素を形成することを特徴とする、請求項１に記載の方
   法。
3. 【請求項３】 前記第２のステップが、前記第１のステ
   ップの前記高密度プラズマより実質的に小さい密度を有
   するプラズマにより実施されることを特徴とする、請求
   項１に記載の方法。
4. 【請求項４】 前記第１のステップが、前記高密度プラ
   ズマが前記高密度プラズマ空間を包囲する誘導コイルに
   よって少なくとも部分的に付勢される、第１の反応室内
   で実施されることを特徴とする、請求項３に記載の方
   法。
5. 【請求項５】 前記第１のステップが、前記高密度プラ
   ズマが前記高密度プラズマ空間を包囲する誘導コイルに
   よって少なくとも部分的に付勢される、第１の反応室内
   で実施されることを特徴とする、請求項１に記載の方
   法。
6. 【請求項６】 前記第２のステップが、主として、前記
   金属の少なくとも一部を含むスパッタ・ターゲットと前
   記基板を支持するペデスタルとの間に印加される電圧に
   よって付勢される、プラズマ反応室内で実施されること
   を特徴とする、請求項５に記載の方法。
7. 【請求項７】 耐熱金属の前記化合物が、耐熱金属の窒
   化物を含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
8. 【請求項８】 前記耐熱金属の前記化合物が、ＴｉＮを
   含むことを特徴とする、請求項７に記載の方法。
9. 【請求項９】 さらに、前記第１のステップと第２のス
   テップの間に実施される、高密度プラズマ中において前
   記第１の層に第３の層をスパッタ堆積させる、第３のス
   テップを含み、前記第２の層に面する前記第３の層の少
   なくとも一部が、主として少なくとも１つの耐熱金属か
   らなることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
10. 【請求項１０】 前記少なくとも１つの耐熱金属がＴｉ
    を含むことを特徴とする、請求項９に記載の方法。
11. 【請求項１１】 前記基板が、基板層の上に横たわる誘
    電体層備えて形成され、誘電体層を通り少なくとも１：
    １のアスペクト比を有するアパーチャ(aperture)を含
    み、前記第１、第２、及び、第３のステップが、前記第
    １、第２、及び、第３の層を前記アパーチャに堆積する
    ことを特徴とする、請求項９に記載の方法。
12. 【請求項１２】 前記基板層がシリコンを含み、さら
    に、主として、少なくとも１つの第２の耐熱金属を本質
    的に含む第４の層を前記基板層上にスパッタ堆積する第
    ４のステップを含むことを特徴とする、請求項９に記載
    の方法。
13. 【請求項１３】 前記少なくとも１つの第２の耐熱金属
    がＴｉを含むことを特徴とする、請求項１２に記載の方
    法。
14. 【請求項１４】 前記第２の堆積ステップが、 前記基板が第１の温度に保持されている間に、第１の下
    層をスパッタ堆積する第１のサブステップと、 前記基板が前記第１の温度より高い第２の温度に保持さ
    れている間に、第２の下層をスパッタ堆積する第２のサ
    ブステップと、を含むことを特徴とする請求項１に記載
    の方法。
15. 【請求項１５】 前記金属層がアルミニウムを含むこと
    と、前記第１の温度が２５０゜Ｃより小さく前記第２の
    温度が３５０゜Ｃと４７０゜Ｃの範囲内であること、を
    特徴とする請求項１３に記載の方法。
16. 【請求項１６】 前記第２の温度が４３０゜Ｃより小さ
    いことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
17. 【請求項１７】 前記第１のステップが、プラズマ反応
    室を包囲する誘導コイルを含むプラズマ反応室内で実施
    され、第１のＲＦ電源によって電力供給を受け、直流電
    源が、チタンを含むスパッタ・ターゲットと前記基板を
    支持するペデスタルの間に接続されていることを特徴と
    する請求項１に記載の方法。
18. 【請求項１８】 高密度プラズマの発生中に、前記ＲＦ
    電源が前記コイルにＲＦ電力Ｐ_RFを供給し、前記直流電
    源が前記ターゲットに直流電力Ｐ_DCを供給すること、及
    びＰ_RFがＰ_DCの２０％と等しいか又はそれ以上であるこ
    とを特徴とする請求項１７に記載の方法。
19. 【請求項１９】 前記プラズマ反応室に、さらに前記高
    密度プラズマ中に直流自己バイアスＶ_BIASを生じさせる
    為に、前記ペデスタルにＲＦバイアスをかける第２のＲ
    Ｆ電源が含むこと、及び前記高密度プラズマの前記発生
    中に下記条件： 【数１】 が満たされることを特徴とする請求項１７に記載の方
    法。
20. 【請求項２０】前記条件が： 【数２】 であることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
21. 【請求項２１】 前記第１のスパッタ・ステップが、前
    記高密度プラズマを含み、１ミリトールより大きい圧力
    を有する室内で実施されることを特徴とする請求項１に
    記載の方法。
22. 【請求項２２】 前記圧力が１０ミリトールを超えるこ
    とを特徴とする請求項２１に記載の方法。
23. 【請求項２３】 前記圧力が３０ミリトールを超えるこ
    とを特徴とする請求項２２に記載の方法。
24. 【請求項２４】 前記圧力が１００ミリトールより小さ
    いことを特徴とする請求項２３に記載の方法。
25. 【請求項２５】 前記圧力が１００ミリトールより小さ
    いことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
26. 【請求項２６】 内部でプラズマを形成するための誘導
    コイルを含む第１のスパッタ室内に基板を配置すること
    と、 前記第１のスパッタ室内の前記基板上に、少なくとも１
    つの耐熱金属の化合物を含む第１の層を堆積させる第１
    のサブステップを含む第１のステップであって、前記誘
    導コイルによって形成されるプラズマを利用している前
    記第一堆積ステップと、 前記第１のスパッタ室から、プラズマが主として関連し
    た少なくとも２つの電極によって発生される第２のスパ
    ッタ室へ前記基板を移送するステップと、 前記少なくとも２つの電極によって発生する前記プラズ
    マを利用して、金属を含む第２の層を前記第１の層に堆
    積させるステップと、を含む金属層のスパッタを行う方
    法。
27. 【請求項２７】 前記化合物が、前記耐熱金属の窒化物
    であることを特徴とする請求項２６に記載の方法。
28. 【請求項２８】 前記少なくとも１つの耐熱金属がＴｉ
    を含むことを特徴とする、請求項２６に記載の方法。
29. 【請求項２９】 前記第１のステップが、前記第１のサ
    ブステップの前に実施される、主として少なくとも１つ
    の第２の耐熱金属から本質的に成る第２の下層を堆積す
    る第２のステップを含むことを特徴とする、請求項２６
    に記載の方法。
30. 【請求項３０】 前記少なくとも１つの第２の耐熱金属
    が、Ｔｉを含むことを特徴とする請求項２９に記載の方
    法。
31. 【請求項３１】 コンタクトホールの底部に隣接したシ
    リコン部分を包含する基板上に形成された、誘電体層に
    形成されているコンタクトホールをスパッタで充填する
    ための方法であって、 高密度プラズマ中において実施される、前記コンタクト
    ホールを包含する前記基板上に、金属チタンを含む第１
    の層をスパッタ堆積する第１のステップと、 高密度プラズマ中において実施される、前記第１の層の
    上にＴｉＮを含む第２の層をスパッタ堆積する第２のス
    テップと、 前記第２の層の上に、金属チタンを含む上部を有する第
    ３の層をスパッタ堆積する第３のステップと、 前記第３の層の上に、主としてアルミニウムを含む第４
    の層をスパッタ堆積する第４のステップと、の各ステッ
    プを含む方法。
32. 【請求項３２】 前記第１、第２、及び、第３のステッ
    プが、第１のスパッタ室内で実施され、前記第４のステ
    ップが、第２のスパッタ室内で実施されることを特徴と
    する請求項３１に記載の方法。
33. 【請求項３３】 前記第４のステップが、チタンを含む
    スパッタ・ターゲットと前記基板を支持するペデスタル
    の間に加えられる直流電気信号によって主として発生す
    るプラズマ中において実施されることを特徴とする請求
    項３２に記載の方法。
34. 【請求項３４】 前記第２のステップが、 前記基板及びチタンを含むスパッタ・ターゲットの表面
    を包囲するスパッタ室にガス状窒素を供給することと、 前記基板上にＴｉＮが反応的にスパッタされるようにす
    るように、前記窒素の存在する状態で前記スパッタ・タ
    ーゲットをスパッタすることと、の各ステップを含むこ
    とを特徴とする請求項３１に記載の方法。
35. 【請求項３５】 前記第３のステップが、前記第３の層
    がＴｉＮとＴｉの間で漸変する(graded）組成物ＴｉＮ_x
    を堆積されるように、前記第２のステップと第３のステ
    ップの間にプラズマを持続させている間に前記室への前
    記窒素の供給を中断することを含む、ことを特徴とする
    請求項３４に記載の方法。
36. 【請求項３６】 前記第２のステップが、１から１００
    mTorrの圧力に維持された前記高密度プラズマを含む室
    内で実施されることを特徴とする、請求項３１に記載の
    方法。
37. 【請求項３７】 前記圧力が、３０mTorr以上であるこ
    とを特徴とする、請求項３６に記載の方法。
38. 【請求項３８】 誘電体層の上に相互接続を形成する方
    法であって、 高密度プラズマ中において、誘電体層の上に耐熱金属の
    化合物を含むライナー層を堆積させることと、 前記ライナー層の上に金属層を堆積させることと、 フォトリソグラフィによって前記金属層を水平方向に延
    びる電気的相互接続をなすように画成すること、の各ス
    テップを含む方法。
39. 【請求項３９】 耐熱金属の前記化合物が、Ｔｉ及びＮ
    を含むことを特徴とする請求項３８に記載の方法。
40. 【請求項４０】 前記金属層がアルミニウムを含むこと
    を特徴とする請求項３９に記載の方法。
41. 【請求項４１】 シリコン表面部分を含む基板と、 前記基板上に形成され、前記シリコン表面部分を貫通し
    て広がるアパーチャを有する誘電体層と、 前記アパーチャの壁面及び底部に堆積し、第１の耐熱金
    属を含む第１の層と、 前記第１の層の上に堆積した、第２の耐熱金属の化合物
    を含む第２の層と、 前記第２の層の上に堆積した、第３の耐熱金属を含む第
    ３の層と、 前記第３の層の上に堆積した、第４の耐熱金属を含む第
    ４の層と、から構成され、 前記第３の層のＲＭＳ表面の粗さが、１．５ｎｍより大
    きくないことを特徴とするコンタクト構造。
42. 【請求項４２】 前記第４の層によって、前記アパーチ
    ャがほぼ充填されることを特徴とする請求項４１に記載
    のコンタクト構造。
43. 【請求項４３】 前記第２の耐熱金属の前記化合物が、
    前記第３の耐熱金属の窒化物を含むことを特徴とする、
    請求項４１に記載のコンタクト構造。
44. 【請求項４４】 前記第１、第２、及び、第３の耐熱金
    属が、それぞれ、チタンを含むことを特徴とする請求項
    ４３に記載のコンタクト構造。
45. 【請求項４５】 前記第４の層がアルミニウムを含むこ
    とを特徴とする、請求項４１に記載のコンタクト構造。
46. 【請求項４６】 表面誘電体部分を含む基板と、 前記基板上に堆積した第１の耐熱金属の化合物を含む第
    １の層と、 前記第１の層の上に堆積した、少なくとも１つの縦方向
    に延びる電気接続を画成するように形成される金属の第
    ２の層と、から構成され、前記第１の層のＲＭＳ表面の
    粗さが、１．５ｎｍより大きくないことを特徴とする相
    互接続構造。
47. 【請求項４７】 前記化合物が耐熱窒化物であることを
    特徴とする請求項４６に記載の相互接続構造。
48. 【請求項４８】 前記第１の耐熱金属がチタンを含むこ
    とを特徴とする請求項４７に記載の相互接続構造。
49. 【請求項４９】 前記第１の層によってその上に堆積さ
    れ第２の耐熱金属を含む前記基板の上に堆積された、第
    ３の層をさらに含むことを特徴とする請求項４６に記載
    の相互接続構造。
50. 【請求項５０】 前記化合物が耐熱窒化物であることを
    特徴とする請求項４９に記載の相互接続構造。
51. 【請求項５１】 前記第１と第２の耐熱金属がチタンを
    含むことを特徴とする請求項５０に記載の相互接続構
    造。
52. 【請求項５２】 （ａ）チタンを含むターゲット、及び
    窒素ガス供給源を含む第１の高密度プラズマＰＶＤ反応
    室、（ｂ）前記第１のＰＶＤ反応室に比べて実質的に低
    い最大密度のプラズマを発生することが可能であり、ア
    ルミニウムを含むターゲットを有する第２のＰＶＤ反応
    室、（ｃ）前記第１と第２のＰＶＤ反応室に選択的に接
    続可能であり、真空ブレイクをすることなく、前記ＰＶ
    Ｄ反応室のそれぞれに選択的に基板を出し入れする少な
    くとも１つの基板ハンドラを具備する、少なくとも１つ
    の移送室、（ｄ）前記第１及び第２のＰＶＤ反応室と前
    記ロボットの働きを制御するコントローラ、を含む半導
    体処理装置において、 前記第１のＰＶＤ反応室で、チタンと窒素を含むライナ
    ー層を基板に堆積させることと、 次に、前記ロボットに、前記基板が前記第１のＰＶＤ反
    応室から前記第２の反応室へ移送されるようにすること
    と、 次に、前記第２のＰＶＤ反応室において、前記ライナー
    層の上にアルミニウムの層を堆積させること、の各ステ
    ップを含む制御プログラムを前記コントローラにロード
    するローディング手段を含む半導体処理装置。
53. 【請求項５３】 ローディング手段が、前記コントロー
    ル・プログラムが記録された、転送可能な記録可能な媒
    体を含むことを特徴とする、請求項５２に記載の半導体
    処理装置。
54. 【請求項５４】 前記第１のＰＶＤ反応室に、ＲＦ電力
    を前記第１のＰＶＤ反応室のプラズマに結合する誘導コ
    イルを含むことと、 前記第２のＰＶＤ反応室に、主として前記第２のＰＶＤ
    反応室内においてプラズマを発生するために直流電力を
    結合する、少なくとも２つの電極を含むこと、を特徴と
    する請求項５２に記載の半導体処理装置。
55. 【請求項５５】 第１のリアクタ内部に高密度のプラズ
    マを発生させるために、ＲＦ電源に結合された誘導コイ
    ルを具備する第１のＰＶＤリアクタと、 主として第２リアクタ内部にプラズマを発生させるた
    め、ＲＦ電源に結合された２つの電極を具備する第２の
    ＰＶＤリアクタと、 前記第１と第２のＰＶＤリアクタに対して選択的に開放
    され、真空引きが可能で、且つその内部に、前記第１と
    第２のリアクタへの基板の出し入れをするためのロボッ
    トを具備する転送室と、 前記第１と第２のリアクタ及び前記ロボットを制御する
    ためのコントローラと、を含む統合製造ツール。
56. 【請求項５６】 前記第１のリアクタが、耐熱金属を含
    むＰＶＤターゲットを含んでいることを特徴とする請求
    項５５に記載のツール。
57. 【請求項５７】 前記耐熱金属がチタンであることを特
    徴とする、請求項５６に記載のツール。
58. 【請求項５８】 前記第２のリアクタが、アルミニウム
    を含むＰＶＤターゲットを含んでいることを特徴とす
    る、請求項５７に記載のツール。