JPH10223567A - 誘導結合プラズマを有するチャンバ内でのスパッタ中に、側壁カバレージを増加する方法及び装置 - Google Patents

誘導結合プラズマを有するチャンバ内でのスパッタ中に、側壁カバレージを増加する方法及び装置

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JPH10223567A
JPH10223567A JP10015773A JP1577398A JPH10223567A JP H10223567 A JPH10223567 A JP H10223567A JP 10015773 A JP10015773 A JP 10015773A JP 1577398 A JP1577398 A JP 1577398A JP H10223567 A JPH10223567 A JP H10223567A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 側壁部及び底部の両方のカバレージが増加し
た層をスパッタ堆積する。 【解決手段】 誘導結合プラズマチャンバ内で残りのメ
タルコンタクト層の堆積に先立ってぬれ層を形成するた
めに、比較的高純度のアルミニウム層をプラズマ発生装
置によってスパッタする。ぬれ下層を形成するために比
較的高純度のアルミニウムをスパッタすることによっ
て、ぬれ層のディウエッティングの発生がかなり低減さ
れる。その結果、基板内の、チャネル、バイア及び他の
高アスペクト比の開口部、並びに側壁を有する構造の側
壁のカバレージが改善され、上層のボイドの形成がかな
り低減される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術範囲】本発明はプラズマ発生器に関
し、更に詳細には、半導体装置の製造において材料層を
スパッタ堆積するためにプラズマを発生する方法及び装
置に関する。
【０００２】
【従来の技術】低圧プラズマは、表面加工、堆積及びエ
ッチング加工を含む多様な半導体装置製造プロセスに使
用されることのできる、高エネルギイオン及び活性化原
子の便利なソースになってきている。例えば、スパッタ
堆積プロセスを使用して半導体ウエハ上に材料を堆積す
るために、負にバイアスされたスパッタターゲット材料
の近傍にプラズマが作り出される。ターゲットに隣接し
て作り出されるイオンは、ターゲットの表面に衝突し
て、ターゲットから材料を移動、すなわち“スパッタ"
する。スパッタされた材料は次に、半導体ウエハの表面
に運ばれて堆積される。
【０００３】スパッタされた材料は、基板表面に対して
斜めの角度で、ターゲットから堆積される基板までの直
線パスを進む傾向を有している。結果として、深さ対幅
のアスペクト比が高い半導体装置のトレンチ及びホール
を含んだエッチングされた開口部に堆積される材料は、
開口部の壁部、特に底壁部を十分に被覆しない可能性が
ある。多量の材料が堆積されると、堆積材料は、堆積層
に不必要なキャビティを発生しながら架橋する可能性が
ある。このようなキャビティを防ぐために、スパッタ材
料がプラズマによって十分にイオンされた場合に、基板
に隣接して垂直に方向づけられた適切な電場を配置する
ことによって、また基板を負にバイアスすることによっ
て（又は自動的にバイアスすることによって）、スパッ
タされた材料はターゲットと基板との間のほぼ垂直パス
に再度向けられる。しかし、低密度プラズマによってス
パッタされる材料のイオン化度は１０％未満のことが多
く、通常この値は過剰なキャビティ形成を避けるには不
十分である。従って、堆積層内の不用のキャビティ形成
を低減するためには、スパッタ材料のイオン化率を増加
するためにプラズマ密度を増加することが望ましい。本
明細書で使用する場合、“高密度プラズマ"とは、１０
11〜１０13ions/cm3の高電子及びイオン密度を有するも
のを指すように意図されている。プラズマをＲＦフィー
ルドで励起するための技術としては、容量結合、誘導結
合及び高周波加熱を含んだ幾つかの技術が知られてい
る。 標準的な誘導結合式プラズマ（ＩＰＣ）発生器で
は、プラズマを包囲しているコイルを通過するＲＦ電流
によって、プラズマに電磁流が誘導される。これらの流
によって伝導性プラズマがオーム加熱で加熱され、プラ
ズマが安定状態に持続される。例えば、米国特許第４，
３６２，６３２号明細書に記載されているように、イン
ピーダンス整合回路網を通してコイルに接続されている
ＲＦ発生器によってコイルを通過する流れが供給され、
コイルは変圧器の第１の巻線として機能する。プラズマ
は変圧器のシングルターンの第２の巻線として機能す
る。
【０００４】堆積材料がイオン化されると、高アスペク
ト比のチャネル及びバイアが材料の堆積が容易となる
が、スパッタされたコンタクトメタルの多くは開口部の
側壁から“ディウエット"する傾向を有している。メタ
ルは通常、スパッタリングプロセスの結果、比較的高温
で堆積されるので、堆積されたメタルイオン及び原子は
比較的高度の移動度を有する可能性があり、そのために
堆積メタルは、所望の滑らかな連続層を形成するよりも
むしろ開口部の内面にビード(beads)を形成する可能性
がある。ビードを形成するこの傾向は、しばしば“ディ
ウエッティング"と呼ばれ、ボイドの堆積メタル中への
形成を引き起こす可能性ある。
【０００５】ディウエッティングを防止又は低減するた
めに、２つの分離された層内にコンタクトメタルを堆積
することが提案されている。第１番目に、比較的薄いぬ
れ層が堆積されて、開口部の内面が被覆される。このぬ
れ層は、多くの場合、メタルイオン及び原子の移動度を
低減するために、基板温度を制御して比較的低温で堆積
される。その結果、ぬれ層が堆積されると、堆積された
メタルの結晶性結合によってメタル原子及びイオンは所
定の位置に保持されることができ、ディウエッティング
の発生が低減される。アルミニウム合金コンタクトの堆
積用の典型的なぬれ層のメタルは、ＡｌＣｕ及びＡｌＳ
ｉＣｕ合金を含んでいる。ぬれ下層が堆積されて、所定
の位置にぬれ層を固着するために冷却されると、通常は
異なるスパッタ堆積或いはチャンバ内で、残りのメタル
コンタクト層が堆積されて平坦化される。残りの１又は
複数のコンタクトメタルの堆積に先立つ最初のぬれ層の
存在によって、ディウエッティング下層上に堆積される
メタルのディウエットがかなり低減されることが見出さ
れた。その結果、ボイドの形成も低減され得る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ぬれ下層が、
誘導結合プラズマスパッタチャンバ内で、高アスペクト
比の開口部内に堆積されると、ぬれ層がそれ自体ディウ
エットする傾向を有し、ぬれ層が開口部の内面上に連続
的な層を形成しない可能性がある。このディウエットす
る傾向は、誘導結合プラズマスパッタプロセスにおい
て、開口部の底面と比較すると、通常は相対的に薄く材
料が被覆される開口部の側壁面に特に頻繁に発生する。
ぬれ層がディウエットしない開口部の表面で、これらの
ディウエット面に堆積されるメタル層もディウエットす
る傾向があり、よってメタルコンタクト層に望まれない
ボイドが形成される機会が増す。
【０００７】本発明の目的は、側壁部及び底部の両方の
カバレージを増加する層をスパッタ堆積するための改善
された方法及び装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】これら及び他の目的及び
利点は、本発明の一つの見地によると、誘導結合プラズ
マチャンバ内で残りのメタルコンタクト層の堆積に先立
ってぬれ層を形成するための比較的高純度のアルミニウ
ム層をスパッタするプラズマ発生装置によって達成され
る。ぬれ下層を形成するために比較的高純度のアルミニ
ウム（好ましくは純度９９．９９９％）をスパッタする
ことによって、ぬれ層のディウエッティングの発生がか
なり低減されることが見出された。その結果、基板内の
チャネル、バイア及び他の高アスペクト比の開口部、並
びに側壁を有する構造の側壁のカバレージを改善するこ
とができ、上層のボイドの形成がかなり低減される。
【０００９】代替態様においては、ぬれ下層を水素−ア
ルゴン混合物内でスパッタすることができる。水素はス
パッタされるアルミニウムと化合されて、水素化アルミ
ニウム分子を含むぬれ層を形成する。これらの水素化ア
ルミニウム分子は、ぬれ層表面に対して比較的低い粘着
係数を有すると信じられている。その結果、水素化アル
ミニウム分子は、良好な側壁カバレージを有する連続
的、共形のぬれ下層の形成を促進するとも信じられてい
る。
【００１０】
【発明の実施の形態】まず、図１及び図２について述べ
る。本発明の実施形態に従って使用されるプラズマ発生
器の一実施例には、ほぼ円筒形のプラズマチャンバ１０
０が設けられ、そのチャンバ１００は真空チャンバ１０
２内（図２に概略的に示す）に収容されている。本実施
形態のプラズマチャンバ１００には、螺旋コイル１０４
が設けられており、その螺旋コイル１０４は真空チャン
バ壁の内部にチャンバシールド１０６によって支持され
ている。チャンバシールド１０６は、プラズマチャンバ
１００の内部で堆積される材料から、真空チャンバ１０
２の内壁を保護している。
【００１１】イオンフラックスは、プラズマチャンバ１
００の上方に配置されている負にバイアスされたターゲ
ット１１０に衝突する。プラズマイオンは、プラズマチ
ャンバ１００の底部のペデスタル１１４に支持されたウ
エハ又は他のワークピースである基板１１２上に、ター
ゲット１１０から材料を放出する。任意の回転磁石アセ
ンブリ１１６をターゲット１１０の上方に設けてもよ
く、ターゲット１１０のスパッタによる均一な侵食を促
進するためにターゲット１１０の面上を掃除する磁場が
発生される。高周波（ＲＦ）発生器３００（図２）から
のＲＦエネルギが、コイル１０４からプラズマチャンバ
１００の内部に放射されて、プラズマチャンバ１００内
のプラズマにエネルギが与えられる。ターゲット１１０
からスパッタされた堆積材料は、基板１１２上に堆積さ
れるのに先立ってコイル１０４によってエネルギが与え
られたプラズマを通過する。堆積材料のプラズマを通過
する部分はプラズマによってイオン化される。次いで、
イオン化された堆積材料は、基板１１２の負のポテンシ
ャルに引き寄せられる。この態様において、イオン化さ
れた堆積材料は、より垂直なパスに再度方向付けられ
て、基板の高アスペクト比開口部内への材料の更なる堆
積が促進される。
【００１２】以下により詳細に説明するが、本発明の一
つの見地によれば、ぬれ層が比較的高純度のターゲット
１１０のスパッタによって形成される。このようなぬれ
層は、ディウエッティングに抵抗性を有しており、残り
の相互接続層が堆積されるときに、開口部又は側壁を有
する他の構造の側壁カバレージを改良することが見出さ
れた。例えば、ぬれ下層の側壁カバレージを改良するこ
とは、付加されたアルミニウムがイオン化されない場合
でさえも、チャネルへの更なるアルミニウムの流れを実
質的に促進して、アルミニウム上層に形成される実質的
に望まれないボイドの発生を低減することが見出され
た。
【００１３】本発明に従う堆積プロセスは、ぬれ層、種
層及びニュークリエーション層を含む多様な下層に対し
て利用性が高い。更に、側壁を有するどの構造もコンデ
ンサ電極を含むこのプロセスによって利益を受けること
ができる。
【００１４】図２は本実施形態によるプラズマ発生装置
の電気的接続の概略図である。基板１１２上にターゲッ
ト材料をスパッタするために、ターゲット１１０は可変
DCパワー源３０２によって好ましくは負にバイアスされ
て、プラズマによって発生されたイオンを引き寄せる。
同様に、ペデスタル１１４は可変ＲＦパワー源３０４に
よって負にバイアスされて、基板１１２を負にバイアス
し、イオン化した堆積材料を基板１１２に引き寄せる。
代替実施形態において、基板１１２をバイアスするため
にペデスタル１１４を高周波ＲＦパワー源によってバイ
アスしてもよく、イオン化された堆積材料はより均一に
基板１１２に引き寄せられる。更に他の代替実施形態
が、“前面高密度プラズマ堆積を提供するための方法
（A Method for Providing Full-face High Density Pl
asma Physical Vapor Deposition）"という名称の、１
９９６年７月９日に出願され、本明細書の譲受人に譲渡
された同時継続出願第０８／６７７，５８８号明細書
（Attorney Docket Nｏ.1402／PVD／DV）に明らかにさ
れており、基板１１２の外部バイアスは省略されること
ができる。
【００１５】コイル１０４の一端は整合回路３０６及び
増幅器の出力等のＲＦ源に接続されており、そのＲＦ源
の入力はＲＦ発生器３００に接続されている。コイル１
０４の他端は、好ましくはコンデンサ３０８（可変コン
デンサであろう）を通してグランドに接続されている。
【００１６】コイル１０４はチャンバシールド１０６に
複数のコイル離隔絶縁部材（coil standoff）１２０(図
１)によって支えられており、コイル１０４を支持チャ
ンバシールド１０６から電気的に絶縁している。更に、
絶縁コイル離隔絶縁部材１２０は内部ラビリンス構造を
有しており、これによってターゲット１１０からコイル
離隔絶縁部材１２０上へ導電材料が繰り返して堆積で
き、一方、堆積材料がコイル１０４からチャンバシール
ド１０６まで完通した導電パスを形成することも防止さ
れる。このような貫通した導電パスは、コイル１０４を
チャンバシールド１０６（通常はグランドされている）
にショートするので望ましくない。
【００１７】ＲＦパワーは、絶縁フィードスルー離隔絶
縁部材１２４によって支持されているフィードスルーボ
ルトによってコイル１０４に印加される。フィードスル
ー離隔絶縁部材１２４は、コイル支持隔離絶縁部材１２
０と同様に、導電材料がターゲットからフィードスルー
離隔絶縁部材１２４上に、コイル１０４をチャンバシー
ルド１０６にショートする可能性のある導電パスの形成
なしで繰り返して堆積できるようにしている。コイルフ
ィードスルー離隔絶縁部材１２４は、コイル支持隔離絶
縁部材１２０と同様に内部ラビリンス構造を有し、コイ
ル１０４とシールドの壁部１２６との間がショートされ
るのを防止する。フィードスルーはＲＦ発生器３００
（図２に概略的に示す）に整合回路３０６（これも図２
に概略的に示す）を通して接続されている。
【００１８】上記で明らかなように、コイル１０４によ
って放射されるＲＦパワーは、チャンバ内のプラズマに
エネルギを与え、ターゲット１１０からスパッタされた
ターゲット材料をイオン化する。スパッタされてイオン
化されたターゲット材料は続いて、イオン化された堆積
材料を基板１１２に引き寄せるように負の（ＤＣ又はＲ
Ｆ）ポテンシャルになっている基板１１２に引き寄せら
れる。
【００１９】図３は基板の酸化物層４０２内にある開口
部４００の断面図である。開口部４００の中にはAlCu
（銅０．５％）のアルミニウム合金等のぬれ下層４０４
が堆積されている。開口部４００は、バイア、トレンチ
又は側壁を有する他の構造、即ち、狭い断面幅（例えば
１ミクロン以下）で、高い深さ対幅のアスペクト比とを
有しているであろう。図４の例において開口部は、幅が
約０．３４ミクロンで、深さ対幅のアスペクト比が約３
である。イオン化がない場合、基板の表面４０６上に到
達するアルミニウム合金原子の多くは、その到達角度
が、開口部４００内を深く進入するには斜角過ぎるであ
ろう。従って、開口部４００に入る材料の量を増加する
ためには、ターゲット１１０からスパッタされるアルミ
ニウム合金をチャンバ内のプラズマによってイオン化す
ることが好ましく、これによって少なくとも幾らかの堆
積材料の移動パスがより垂直に整列されて、開口部４０
０の底部に到達するようになる。
【００２０】図４のアルミニウム下層４０４の堆積にお
いて、アルゴンスパッタガスの圧力は約３０ｍTorrであ
り、これは高密度プラズマスパッタでは典型的な値であ
る。アルミニウムのイオン化は、下層４０４の底部４０
８によって示されるように非常に良好なボトムカバレー
ジを可能にするが、結果としての側壁カバレージは、基
板４０２の開口部４００の側壁部４１０に示すように非
常に薄く又は存在しない場合もあり、不連続となること
が分かった。不連続な側壁カバレージは、或いは非常に
薄いカバレージは、アルミニウム合金下層の結果、酸化
物表面からディウエットをもたらすと考えられている。
このような不連続又は薄いカバレージによって、アルミ
ニウム合金ぬれ層４０４と続いて堆積されるアルミニウ
ム相互接続層４１２（図４）との間の相互作用が妨げら
れ、ボイド４１４が望ましくない率でアルミニウム層内
に形成される。
【００２１】下層の側壁カバレージは、ぬれ層を形成す
るために、比較的高純度（好ましくは少なくとも純度９
９．９９％、更に好ましくは純度９９．９９９％）のア
ルミニウムをスパッタすることによってかなり改善され
得ることが分かった。図５（ａ）は、基板の酸化物層５
０２内の開口部５００を示しており、比較的高純度のぬ
れ層５０４が、イオン化誘導結合プラズマ内でスパッタ
堆積されたものである。図５（ａ）で示すように、底部
５０８に示す非常に良好なボトムカバレージが維持さ
れ、しかも側壁カバレージが実質的に下層５０４の側壁
部５１０に示すように厚くされている。（下層５０４の
相対比率は図５（ａ）において実際の率に応じて示され
ておらず、明確にする目的で誇張されている。）この改
善された側壁カバレージは、堆積されたアルミニウムの
ディウエッティングが低減したことによって生じている
と信じられている。
【００２２】図５（ｂ）は、比較的高純度のアルミニウ
ム下層５０４上に堆積され、平坦化されたアルミニウム
相互接続層５１２を示す。下層５０４の改善された側壁
カバレージによりアルミニウムの比較的高純度のアルミ
ニウムぬれ層との相互作用が改善されて、開口部はより
頻繁に、完全にボイドの形成がない状態で充填される。
【００２３】上記の実施形態の改善されたプロセスを、
ぬれ下層と関連して説明したが、本発明は、種層及びニ
ュークリエーション層等の他の層の側壁カバレージを増
加することにも適用できることが認識されるべきであ
る。更に、アルミニウム以外の材料が、本発明に従って
形成されたぬれ層又は他の下層上に堆積されることがで
きる。また、下層が、チタン、チッ化チタン、タンタル
及びチッ化タンタル等の多様な材料で形成されたバリア
層及び他の下層を含む酸化物表面以外の表面にも形成さ
れ得る。本発明のプロセスから利益を受けることのでき
る他の構造は、コンデンサ及び他のコンダクタ等の装置
の電極を含んでいるものである。図５（ａ）及び図５
（ｂ）の実施形態では、比較的高純度のアルミニウムタ
ーゲットがアルゴンのスパッタガス内でスパッタされ
て、ぬれ下層が形成された。代替実施形態においては、
ぬれ下層が水素―アルゴン混合物内でスパッタされる。
アルミニウムが比較的高純度のアルミニウムターゲット
からスパッタされて、プラズマによってイオン化される
と、水素がアルミニウムと結合して、形成されたぬれ層
が水素化アルミニウムの分子を含む。これらの水素化ア
ルミニウム分子は、形成する際にぬれ層の表面に比較的
低い付着係数を有すると信じられている。従って、水素
化アルミニウム分子も、良好な側壁カバレージを有する
連続、共形のぬれ下層の形成を促進することも信じられ
ている。水素（Ｈ2）の適切な圧力は１０〜１００mTorr
で、アルゴンの適切な圧力は２〜１０mTorrである。無
論、実際の値は適用する特定の態様に依存し、これらの
範囲以外の値が適用できる場合もある。
【００２４】図６は、米国特許第５，１８６，７１８号
明細書に詳細に説明されたタイプの段階的真空半導体ウ
エハ加工装置６２０の概略平面図である。装置６２０
は、ハウジング６２２を備えており、そのハウジング６
２２は、４つのチャンバ（一端にロボットバッファチャ
ンバ６２４、他端に搬送ロボットチャンバ６２８及び対
の中間加工（processing）又は処理（treatment）チャ
ンバ６２６及び６２７）を画している。１以上のロード
ロックチャンバ６２１が使用されてもよく、好ましくは
これらのチャンバの２または３がバッファチャンバに取
り付けられており、アクセスポート６３６及び関連した
スリットバルブ６３８を介してバッファロボットチャン
バの内部と連通している。複数の真空加工チャンバ６３
４（上述のチャンバ１００を含む）が搬送ロボットステ
ーションの周辺部に関して取り付けられている。チャン
バ６３４は、エッチング及び／又は堆積を含んだ多様な
タイプの加工に適用されているであろう。関連ポート６
３６及びゲートバルブ６３８によって、各々のチャンバ
間の或いは各々チャンバへのアクセスが行われる。
【００２５】ロボットチャンバ６２４及び６２８は、中
間加工又は処理チャンバ（処理チャンバとも呼ばれる）
６２６及び６２７を介して互いに連結されている。特に
中間処理チャンバ６２６は、搬送ロボットチャンバ６２
８をバッファロボットチャンバ６２４に接続している通
路（corridor）又は経路（pathway）６３０に沿って配
置されている。同様に、第２の中間処理チャンバ６２７
は、ロボット６２８及び６２４を接続している異なった
通路又は経路６３２に沿って配置されている。２つのロ
ボット即ち搬送チャンバ間のこれらの異なるパスによっ
て、ウエハ加工処理のために装置を使用する際に、ロー
ディング或いはアンローディングに１つのパスを使用す
ることができ、従って、スループットが増加する。チャ
ンバ６２６及びチャンバ６２７は、チャンバ６３４内で
加工する前のウエハの前処理（例えば、プラズマエッチ
洗浄及び／又は加熱）又はチャンバ６３４の処理に続く
ウエハの後処理(例えば冷却)専用にしてもよく、代わり
に、チャンバ６２６及びチャンバ６２７のうち１つ或い
は両方を前処理及び後処理の両方に適用することもでき
る。
【００２６】好ましくは、ハウジング６２２は一体型、
即ち機械加工されているか、アルミニウム等の１片の材
料から製造され、４つのチャンバ空洞６２４、６２６、
６２７及び６２８並びに相互接続通路即ち経路６３０及
び６３２を形成している。一体型構造を用いることによ
って、ウエハ搬送のための個々のチャンバの整列が促進
され、また個々のチャンバをシールする際の困難性も排
除される。
【００２７】装置２０を通したウエハ搬送のある典型的
な操作サイクルを以下に示す。初めに、チャンバ６２４
内のR THETAバッファロボット６４０によってウエハが
カセットロードロック６２１から持ち上げられ、ウエハ
の表面が実例としてエッチ洗浄されるチャンバ６２６に
ウエハが搬送される。チャンバ６２８内のR THETA 搬送
ロボット６４２によって前洗浄チャンバ６２６からウエ
ハが持ち上げられて、好ましくは高真空の処理チャンバ
６３４の選択された１つにウエハが搬送される。これら
のチャンバの１つは、チャンバ１００であり、上記した
比較的高純度のアルミニウムのぬれ層が堆積される。処
理が続けられると、加工のために、搬送ロボット６４２
によってウエハが１つ以上の他のチャンバ６３４に選択
的に搬送されるであろう。これらのチャンバには堆積チ
ャンバが含まれており、このチャンバでアルミニウム又
は他の適切な相互接続材料が、チャンバ１００内で前も
って堆積された下層に堆積される。このステップで、十
分な相互接続材料が堆積されて、バイア及びチャネルを
充填する。結果としての相互接続層は、通常は基板の加
熱を含む適切な平坦化技術によって平坦化されるのが好
ましい。
【００２８】ぬれ下層が、良好な側壁カバレージ及びボ
トムカバレージを有するため、アルミニウムを堆積する
チャンバは、高密度プラズマを発生してアルミニウムを
イオン化するためのＲＦコイルを有さない従来のマグネ
トロンスパッタチャンバであろう。代わりに、アルミニ
ウムはイオン化されることなく堆積されるが、開口部に
ボイドが少ない又はない比較的低抵抗を有する相互接続
層を形成することができる。堆積及びエッチングが完了
されると、搬送ロボット６４２によってウエハは中間加
工チャンバ６２７に搬送され、そのチャンバは例示的に
冷却チャンバである。冷却サイクルの後、バッファロボ
ット６４０によってウエハがチャンバ６２７から取り戻
され、適当なカセットロードロックチャンバ６２１に戻
される。
【００２９】バッファロボット６４０は、“マルチチャ
ンバ集積プロセス装置（Multi−Chamber Integrated Pr
ocess System）"とう名称であって、Maydan等の特許出
願に付与されたが現在は放棄されており、本明細書に援
用されている米国特許第２８３，０１５号明細書に開示
されているデュアルフォーバーリンクロボット（dualfo
ur-bar link robot）等の適当ないかなるロボットであ
ってもよい。搬送ロボット６４２も同様に、上記の米国
特許第５，１８６，７１８号明細書に記載されている適
当ないかなるロボット等であってもよい。
【００３０】ＲＦコイル、ターゲット及び基板へのパワ
ーの制御、ロボット制御、チャンバの通気及び排気制
御、並びにカセット位置合わせを含む、装置６００のた
めの上記した制御機能は、好ましくは、これらの装置部
材を上記に従って制御するようにプログラムされたワー
クステーション（図示せず）によって提供される。
【００３１】側壁カバレージを改善するための本発明の
プロセスは、側壁カバレージを増加するために他の技術
と組み合わされるであろう。例えば、“誘導結合プラズ
マを有するチャンバ内の側壁カバレージスパッタを改善
する方法及び装置（A Methodand Apparatus for Improv
ing Sidewall Coverage Sputtering in a Chamber Havi
ng an Inductive Coupled Plasma）"という名称の、１
９９６年１１月２１日にKenny Ngan等によって出願され
た、同時継続出願第０８／７５３，２５１号明細書（At
torney Document No.1657/PVD/DV）に明らかにされてい
るように、高密度プラズマチャンバ内において高密度プ
ラズマを、下層材料の当初部分の堆積中のみ発生するこ
とによってでさえ、下層材料によって増加された側壁カ
バレージは達成されるであろう。良好なボトムカバレー
ジは、高密度プラズマを用いて堆積の当初に下層堆積材
料をイオン化することによって達成されることが見出さ
れた。良好なボトムカバレージが達成されると、高密度
プラズマを発生するコイルへのＲＦパワーは完全にター
ンオフされ、残りの下層堆積は高密度プラズマなしで行
われるであろう。そして、良好な側壁カバレージが堆積
の後の部分で達成されることが見出された。結果とし
て、下層堆積の後の部分のときに得られる側壁カバレー
ジを堆積の当初部分のボトムカバレージと組み合わせる
ことによって、開口部の全領域の良好なカバレージが達
成されるであろう。
【００３２】上述の各実施形態において、複数巻のコイ
ル１０４が用いられているが、無論、 単数巻のコイル
が代わりに用いられてもよい。更に、リボン形コイル１
０４の代わりに、コイル１０４の各巻は、“プラズマ発
生するため及びスパッタするためのコイル（Coils for
Generating a Plasma and for Sputtering）"という名
称の、１９９６年７月１０日に出願され、本出願の譲受
人に譲渡された継続出願第０８／６８０，３３５号明細
書（Attorney Document No.1390-CIP/PVD/DV）に説明さ
れているような平らな解放端の環状リングで実行されて
もよく、その第０８／６８０，３３５号明細書の内容は
本明細書に完全に援用されている。
【００３３】上述の各実施形態は、プラズマチャンバ内
で単一コイルを利用している。本発明は、1以上の、Ｒ
Ｆパワードコイル或いはＲＦパワードシールドを有する
プラズマチャンバに適応できることが認識されるべきで
ある。例えば、本発明は、上述の、“プラズマ中でヘリ
コン波を発するための方法及び装置（Method And Appar
atus For Launching a Helicon Wave in a Plasma）"と
いう名称の継続出願第０８／５５９，３４５号明細書
（Attorney Docket No.938）で説明したタイプのヘリコ
ン波を発するためのマルチコイルチャンバに適応できる
であろう。
【００３４】適切なＲＦ発生器及び整合回路は当業者に
既知の構成要素である。例えば、整合回路及びアンテナ
整合する最良の周波数ための“周波数ハント（frequenc
y hunt）"ができるENI ジェネシス シリーズ等のＲＦ発
生器が適切である。ＲＦパワーをコイル１０４に発生す
る発生器の周波数は、好ましくは２MHzであるが、この
範囲は、例えば１〜４MHzで変化させることができると
予想される。ＲＦパワーは１．５ｋWで設定されている
のが好ましいが、１．５〜５ｋWが満足される値であろ
う。加えて、ターゲット１１０のためのＤＣパワーは５
ｋWで設定することが好ましいが、２〜１０ｋWであっ
て、〜３０ボルトのＤＣのペデスタル１１４バイアス電
圧が満足される値であろう。
【００３５】Arを含む多種のスパッタガスをプラズマを
発生するために利用することができ、NF3，CF4，H2，０
2等又は多くの他のものである多種の反応ガスが使用さ
れ得る。多様なスパッタガス圧は、０．１〜５０ｍTorr
の圧力であることが適切である。イオン化ＰＶＤにおい
ては、多くの場合１０〜１００ｍTorrの圧力で、スパッ
タ材料がよくイオン化される。
【００３６】無論、当業者にとって、多様な見地におい
て本発明の変形が明らかであり、そのうちの幾つかは研
究の後でのみ明らかにされ、他のものは一連の機械的及
び電気的設計の問題であろうことが理解されるであろ
う。他の実施形態も可能であり、その具体的な設計は、
本明細書に依存している。このように、本発明の範囲
は、本明細書で説明された特定の実施形態によって限定
されず、添付されている請求項及び均等物によってのみ
限定される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に従った態様で側壁カバレー
ジを改善するためのプラズマ発生チャンバを斜めから見
た部分断面図である。
【図２】図１のプラズマ発生チャンバに対する電気的相
互接続の概略図である。
【図３】高密度プラズマ中で堆積された従来技術の堆積
材料の下層を有する開口部の断面図である。
【図４】図３の下層上に堆積された相互接続層を有する
図３の開口部の断面図である。
【図５】（ａ）は本発明に従って、堆積材料の下層で堆
積された開口部の断面図であり、（ｂ）は（ａ）の下層
上に堆積された相互接続層を有する開口部の断面図であ
る。
【図６】図１及び図２の真空チャンバを組み込んだ段階
的真空マルチチャンバ半導体ウエハ加工装置の概略平面
図である。
【符号の説明】
１００…プラズマチャンバ、１０２…真空チャンバ、１
１０…ターゲット、１１２…基板（ワークピース）、１
１４…ペデスタル、３００…ＲＦ発生器、４００、５０
０…開口部、４０４、５０４…ぬれ下層、４０８、５０
８…底部、４１０、５１０…側壁部、４１２、５１２…
アルミニウム相互接続層、６２０…装置、６２８…搬送
ロボットチャンバ、６３４…真空加工チャンバ。
フロントページの続き (72)発明者 ゴングダ ヤオ アメリカ合衆国， カリフォルニア州， フリーモント， ワインディング レーン 44875

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 側壁を有するワークピース構造に材料層
    をスパッタ堆積するための方法であって、 ワークピースに向かってアルミニウムターゲット材料を
    スパッタするために、少なくとも９９．９９％のアルミ
    ニウムである前記材料のターゲットをスパッタするステ
    ップと、 前記ワークピース上に下層を形成するために、前記スパ
    ッタされたターゲット材料の一部分を、前記ワークピー
    ス上に堆積する前にイオン化するステップと、 第２のメタル層を前記下層に堆積するステップと、を備
    える方法。
  2. 【請求項２】 前記下層が、ぬれ層である請求項１に記
    載の方法。
  3. 【請求項３】 前記第２のメタル層が、相互接続層であ
    る請求項１に記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記下層が形成されているときに、前記
    スパッタされたターゲット材料と反応させて水素化アル
    ミニウムを含む堆積材料を形成するために、水素を含む
    ガスを提供するステップを更に備える請求項１に記載の
    方法。
  5. 【請求項５】 前記第２のメタル層が、アルミニウム及
    びアルミニウム合金を含む群から選択された材料で形成
    されている請求項１に記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記下層の形成が第１のチャンバで行わ
    れ、前記第２のメタル層堆積ステップが前記第１のチャ
    ンバと異なる第２のチャンバで形成される請求項５に記
    載の方法。
  7. 【請求項７】 前記第２のメタル層堆積ステップが、前
    記基板の開口部を前記第２のメタルで充填することと、
    前記第２のメタル層を平坦化することと含む請求項１に
    記載の方法。
  8. 【請求項８】 前記ターゲット材料が、少なくとも９
    ９．９９９％のアルミニウムである請求項１に記載の方
    法。
  9. 【請求項９】 材料層を、ワークピースのバイア又はチ
    ャネル内にスパッタ堆積する方法であって、 スパッタガスを前記チャンバ内に提供するステップと、 前記スパッタガスをイオン化してプラズマを形成するた
    めにＲＦパワーをコイルに印加するステップと、 ワークピースに向かってターゲット材料をスパッタする
    ために、少なくとも９９．９９％のアルミニウムをスパ
    ッタするステップと、 前記スパッタされたターゲット材料の一部分を、前記ワ
    ークピース上に堆積する前にイオン化するステップと、 前記スパッタされてイオン化されたターゲット材料のぬ
    れ層を前記ワークピース上に堆積するステップと、 第２のチャンバ内で、前記ぬれ層上にメタル相互接続層
    を堆積するステップと、 前記相互接続層を平坦化するステップと、 を備える方法。
  10. 【請求項１０】 前記ぬれ層が形成されているときに、
    前記スパッタされたターゲット材料と反応させて水素化
    アルミニウム含む堆積材料を形成するために水素を含む
    ガスを提供するステップを更に備える請求項９に記載の
    方法。
  11. 【請求項１１】 前記ターゲット材料が少なくとも９
    ９．９９９％のアルミニウムである請求項９に記載の方
    法。
  12. 【請求項１２】 ワークピース上の、底部及び側壁部を
    有する開口部の中に材料層を堆積する方法であって、 ワークピースに向かってターゲット材料をスパッタする
    ために、少なくとも９９．９９％のアルミニウムである
    前記材料のターゲットをスパッタするステップと、 前記開口部の前記底部及び側壁部に堆積されたスパッタ
    された材料がぬれ層を形成するように、前記スパッタさ
    れたターゲット材料の一部分を、前記ワークピース上に
    堆積される前にイオン化するステップと、 アルミニウムを含む第２の堆積材料層を、前記開口部の
    中の前記ぬれ層上に堆積するステップと、を備える方
    法。
  13. 【請求項１３】 前記ぬれ層が形成されているときに、
    前記スパッタされたターゲット材料と反応させて水素化
    アルミニウムを含む堆積材料を形成するために、水素を
    含むガスを提供するステップを更に備える請求項１２に
    記載の方法。
  14. 【請求項１４】 前記水素ガスが、１０〜１００ｍTorr
    の圧力で提供される請求項１３に記載の方法。
  15. 【請求項１５】 前記ターゲット材料が、少なくとも９
    ９．９９９％のアルミニウムである請求項１２に記載の
    方法。
  16. 【請求項１６】 材料の複数の層をワークピース上にス
    パッタするための半導体製造装置であって、 プラズマ発生領域を内部に有し、少なくとも９９．９９
    ％のアルミニウムである第１のターゲット材料のターゲ
    ットを有している第１の半導体製造チャンバと、 前記第１のチャンバで保持されて、前記第１のターゲッ
    ト材料をイオン化して前記ワークピース上に前記第１の
    材料の下層を形成するために、エネルギを前記プラズマ
    発生領域に接続するように配置されているコイルと、 前記下層に層を形成するための、アルミニウム及び銅の
    群から選択された材料を含む第２のターゲット材料の第
    ２のターゲットを有する第２の半導体製造チャンバと、
    を備える半導体製造装置。
  17. 【請求項１７】 材料の複数の層を、ワークピース上に
    スパッタするための半導体製造装置であって、 内部にプラズマ発生領域と、少なくとも９９．９９％の
    アルミニウムである第１のターゲット材料のターゲット
    を有する第１の半導体製造チャンバと、 前記チャンバによって保持されて、前記ワークピース上
    への堆積に先立って前記ターゲット材料をイオン化して
    前記ワークピース上にぬれ下層を形成するために、エネ
    ルギを前記プラズマ発生領域に接続するように配置され
    ているコイルと、 前記コイルにRFパワーを提供するために前記コイルに接
    続されたＲＦ発生器と、 前記ぬれ下層上に第２のターゲット材料層を形成するた
    めの、アルミニウム及び銅の群から選択された材料を含
    む第２のターゲット材料の第２のターゲットを有する第
    ２の半導体製造チャンバと、 前記第２のターゲット材料で作られた第２の層を前記ぬ
    れ層上に形成するために、前記第１のチャンバから前記
    第２のチャンバまで前記第１のターゲット材料のぬれ層
    を有するワークピースを搬送するための搬送ロボット
    と、を備える半導体製造装置。
  18. 【請求項１８】 前記ぬれ下層が形成されているとき
    に、前記スパッタされた第１のターゲット材料と反応さ
    せて水素化アルミニウムを含む堆積材料を形成するため
    に、前記第１のチャンバが水素を含むガスを包含してい
    る請求項１７に記載の装置。
  19. 【請求項１９】 前記ターゲット材料が、少なくとも９
    ９．９９９％のアルミニウムである請求項１７に記載の
    装置。
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