JPH10229057A - 誘導結合プラズマによるチャンバ内スパッタリングにおいて側壁カバレージを改善する方法及び装置 - Google Patents

誘導結合プラズマによるチャンバ内スパッタリングにおいて側壁カバレージを改善する方法及び装置

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JPH10229057A
JPH10229057A JP9362418A JP36241897A JPH10229057A JP H10229057 A JPH10229057 A JP H10229057A JP 9362418 A JP9362418 A JP 9362418A JP 36241897 A JP36241897 A JP 36241897A JP H10229057 A JPH10229057 A JP H10229057A
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ケー． ンガン ケニー
Simon Hui
フイ サイモン
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 プラズマをチャンバ内部に生成し、側壁及び
底部のカバレージを改良する層のスパッタ堆積するため
の、改善された方法と装置を提供する。 【解決手段】 チャンネル、バイアやその他の高アスペ
クト比の開口の側壁のカバレージや、基板中の側壁を有
する構造体の側壁のカバレージを増大させるような方法
で、チタン、チタン化合物又はその他の適切な堆積材料
の層を、その内部で堆積させるプラズマ生成装置によ
り、本発明の利点が実現される。下層材料による側壁カ
バレージの増加は、比較的低い圧力の先駆物質又はスパ
ッタリングガスの中で、イオン化プラズマを生成するこ
とで実現される。下層の側壁カバレージを増やすことに
よって、開口へのアルミニウムあるいはその他の上層材
料の流れが改良されて、上層のボイド形成を大幅に低減
できることが見出された。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマジェネレ
ータに関し、特に、半導体デバイスの製造においてプラ
ズマを発生させて材料の層をスパッタ堆積するための方
法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】低圧力の高周波（ＲＦ:radio frequenc
y）発生プラズマは、表面処理、堆積やエッチングプロ
セスを含む様々な半導体デバイス製造プロセスに使用可
能な、エネルギーイオン(enrgetic ions)や活性原子(ac
tivated atoms)の便利なソースになった。例えば、スパ
ッタ堆積プロセスを用いて半導体ウエハ上へ材料を堆積
するため、負のバイアスが与えられたスパッタターゲッ
ト材料の近傍にプラズマが発生する。ターゲットに隣接
して生成したイオンが、ターゲットの表面に衝突してこ
れを追い出し、つまり、材料をターゲットからスパッタ
する。次いで、スパッタされた材料は、半導体ウエハへ
輸送されてそこに堆積する。
【０００３】スパッタされた材料は、ターゲットから堆
積すべき基板まで、基板表面に対して斜めとなる角度を
もって、直線経路で進行する傾向を有する。その結果、
深さ対幅のアスペクト比が高い開口を有する半導体デバ
イスの、ホールやトレンチを含むエッチングによる開口
に堆積される材料は、適切に開口（特にその底壁）の壁
を覆わないだろう。多量の材料を堆積しようとする場
合、堆積された材料が堆積層にブリッジングを引き起こ
し、望ましくないキャビティの形成を堆積層に引き起こ
す。そのようなキャビティ形成を防止するためには、ス
パッタ材料がプラズマによって十分にイオン化される場
合は、基板を負にバイアス（あるいは、自己バイアス）
し、基板に隣接する垂直配向電界を適切に配置させるこ
とにより、スパッタ材料を、ターゲットと基板の間で実
質的に垂直な経路に向け直させることができる。しか
し、低密度プラズマによってスパッタされた材料は、イ
オン化度がしばしば１０％未満となり、これでは、多数
のキャビティ形成を防止するためには通常不十分であ
る。それゆえに、堆積層において不必要なキャビティの
形成を低減するためには、プラズマの密度を大きくして
スパッタ材料のイオン化率を増加させることが望まし
い。ここで使われるように、「高密度プラズマ」なる語
は、１０11〜１０13イオン／ｃｍ3の範囲の高い電子密
度及びイオン密度を有するプラズマを意味するものであ
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】プラズマを容量結合、
誘導結合やウェーブヒーティングを含むＲＦ電界で励起
するための既知の技術が存在する。標準的な誘導結合プ
ラズマ（ＩＣＰ）ジェネレータでは、プラズマを囲んで
いるコイルに流れるＲＦ電流は、プラズマ中に電磁流を
誘導する。この電流は、抵抗加熱によって導体のプラズ
マを加熱するため、定常状態が保たれる。例えば米国特
許第４，３６２，６３２号に示されるように、インピー
ダンス整合回路網を介してコイルに結合されるＲＦジェ
ネレータによって、コイルを流れる電流が供給され、こ
のためこのコイルがトランスの第１の巻きとして機能す
る。プラズマは、トランスのシングルターンの第２の巻
きとして機能する。
【０００５】このような技術によりボイドの形成を減ら
すことができるが、ボイド形成を更に低減する必要があ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、プラズ
マをチャンバ内部に生成し、側壁及び底部のカバレージ
を改良する層のスパッタ堆積するための、改善された方
法と装置を提供することにある。
【０００７】本願の１つの特徴に従って、チャンネル、
バイアやその他の高アスペクト比の開口の側壁のカバレ
ージや、基板中の側壁を有する構造体の側壁のカバレー
ジを増大させるような方法で、チタン、チタン化合物又
はその他の適切な堆積材料の層を、その内部で堆積させ
るプラズマ生成装置により、ここに記載される目的及び
利点並びにそれ以外の目的及び利点が実現される。下層
の側壁カバレージを増やすことによって、開口へのアル
ミニウムあるいはその他の上層材料の流れが改良され
て、上層のボイド形成を大幅に低減できることが見出さ
れた。
【０００８】一つの具体例では、下層材料による側壁カ
バレージの増加は、比較的低い圧力の先駆物質又はスパ
ッタリングガスの中で、イオン化プラズマを生成するこ
とで実現される。スパッタリングガスの圧力を減少させ
ることにより、プラズマ中を通過する下層堆積材料のイ
オン化速度（又は方向性、又はその両方）もこれに対応
して減少すると考えられ、これにより、下層による側壁
カバレージが増大する考えられる。イオン化速度は低減
するが、下層材料によるチャンネルの充分な底部カバレ
ージは維持される。スパッタリングガス圧力を減らすも
う一つの利点は、また、下層材料の堆積速度を増加させ
ることができるという点である。
【０００９】代替的な具体例では、高密度プラズマチャ
ンバ内においても、高密度プラズマを下層材料堆積工程
の初期部分の間だけ発生させれば、下層材料による側壁
カバレージの向上が実現できる。堆積工程の初期部分の
間、高密度プラズマを用いて下層堆積材料をイオン化す
ることにより、良好な底部カバレージを実現できること
が見出された。良好な底部カバレージが実現されたなら
ば、高密度プラズマを生じているコイルへのＲＦ電力を
完全にオフにし、下層堆積の残りの部分はは高密度プラ
ズマなしで行ってもよい。良好な側壁カバレージをその
後堆積工程の後半で実現されることが見出された。従っ
て、堆積工程の初期部分の底部カバレージと、下層堆積
工程の後半部分に得られる側壁カバレージを組み合わせ
た形で、開口の良好な全面カバレージが実現される。
【００１０】
【発明の実施の形態】先ず図１〜２を参照すれば、本発
明の具体例に従って用いられるプラズマジェネレータの
一例は、真空チャンバ１０２（図２）の中に受容される
略円筒状のプラズマチャンバ１００を備える。この具体
例のプラズマチャンバ１００は、チャンバシールド１０
６によって真空チャンバ壁の内側に保持される一つのヘ
リカルコイル１０４を有している。チャンバシールド１
０６は、プラズマチャンバ１００の内側に堆積されるべ
き材料から真空チャンバ１０２の内部の壁を保護する。
【００１１】ＲＦジェネレータ３００（図２）からの高
周波（ＲＦ）エネルギーは、コイル１０４からプラズマ
チャンバ１００の内側に放射され、プラズマチャンバ１
００内のプラズマにエネルギーを与える。イオン流束
は、プラズマチャンバ１００上方に配置された、負バイ
アスが与えられたターゲット１１０に衝突する。プラズ
マイオンが、ターゲット１１０から基板１１２上へと材
料を追い出すが、この基板は、プラズマチャンバ１００
の底でペデスタル１１４に支持されたウエハ又はその他
のワークピースであってもよい。ターゲット１１０の面
を掃引してターゲット１１０のスパッタリングによる一
様な消費を促進するための磁界を生成するよう、随意的
な回転マグネット組立体１１６が、ターゲット１１０の
上方に提供されてもよい。
【００１２】ターゲット１１０からスパッタされた堆積
材料は基板１１２上に堆積されるに先立ち、コイル１０
４からエネルギーが与えられるプラズマを通過する。堆
積材料のプラズマ中を通過する部分が、プラズマによっ
てイオン化される。そして、イオン化した堆積材料は、
基板１１２上の負電位に引きつけられる。このように、
イオン化堆積材料はより垂直な経路に向け直され、これ
により、基板の高いアスペクト比の開口により多くの材
料が堆積されるのが容易になる。
【００１３】以下に更に詳細に説明されるように、本発
明の一つの特徴に従い、側壁を有する開口又はその他の
構造体の側壁カバレージを改善しつつ良好な底部カバレ
ージを維持するよう、堆積材料のイオン化が制御され
る。下層をアルミニウム等のメタルの相互接続層のため
に堆積する場合は、このような構成は特に有用である。
例えば、下層の側壁カバレージを改善することにより、
アルミニウムがイオン化されない場合であってもチャン
ネルへのアルミニウムの流入が容易になり、アルミニウ
ム層に望ましくないボイドを形成する入射が低減するよ
うになることが見出された。
【００１４】本発明に従う堆積プロセスは、ぬれ層、種
層、核形成層や、アルミニウム、銅、タングステン、タ
ングステン弗化物、チタン、チタン窒化物及びタンタル
窒化物を含む様々な堆積材料で形成されたバリア層を含
む様々な下層に有用である。それに加えて、チタンや白
金を始めとする数多くの電極材料で形成されるキャパシ
タ電極を含む、側壁を有するあらゆる構造体は、このプ
ロセスの恩恵を受けることができる。このプロセスは、
ＢＳＴ（バリウムチタン酸ストロンチウム）やＰＺＴ
（鉛ジルコニウムチタン酸塩）を含む強誘電体や、アル
ミニウム、銅や金を含む導体を堆積するために用いられ
てもよい。
【００１５】図２は、この例示具体例のプラズマ生成装
置の電気的接続の概説的表示を含んでいるターゲット材
料を基板１１２上へスパッタするため、可変ＤＣ電源３
０２によってターゲット１１０に負のバイアスを与え
て、プラズマにより生成したイオンを引きつけることが
好ましい。同様の方法で、ペデスタル１１４に可変のＤ
Ｃ電源３０４により負のバイアスを与えて基板１１２に
負のバイアスを与え、イオン化堆積材料を基板１１２に
引きつけてもよい。代替的な具体例では、高周波ＲＦ電
源によりペデスタル１１４にバイアスを与えて基板１１
２にバイアスを与え、より均等にイオン化堆積材料を基
板１１２に引きつけてもよい。また一つの代替具体例で
は、本願の譲受人に譲渡された１９９６年７月９日出願
の（Ａｔｔｏｒｎｅｙ Ｄｏｃｋｅｔ＃１４０２／ＰＶ
Ｄ／ＤＶ）係属中の出願番号０８／６７７，５８８号、
標題「フルフェース高密度プラズマ物理気相堆積を提供
するための方法」の中で説明されているように、基板１
１２の外部バイアスは省略されてもよい。
【００１６】コイル１０４の一つの端が、増幅器及び整
合回路網３０６の出力等のＲＦソースに結合され、増幅
器及び整合回路網３０６の入力は、ＲＦジェネレータ３
００に結合されている。コイル１０４の他方の端は接地
に結合され、これはより好ましくはキャパシタ３０８を
介して行われ、このキャパシタは可変コンデンサーであ
ってもよい。
【００１７】コイル１０４は複数のコイルスタンドオフ
１２０（図１）によって、チャンバシールド１０６に支
持されるが、このコイルスタンドオフは、支えているチ
ャンバシールド１０６からコイル１０４を電気的に絶縁
する。加えて、絶縁コイルスタンドオフ１２０は、内部
ラビリンス構造体を有し、これにより、コイル１０４か
らチャンバシールド１０６に至る堆積材料の導電性の経
路の完成を防ぎつつ、ターゲット１１０からコイルスタ
ンドオフ１２０の上へ導電材料の反復堆積が許容される
ようになる。このような導電経路が完成することは望ま
しくなく、何故なら、コイル１０４をチャンバシールド
１０６に短絡させ得るからである（典型的にはアースさ
れる）。
【００１８】絶縁貫通接続スタンドオフ１２４で支えら
れる貫通接続ボルトによって、ＲＦ電力がコイル１０４
に印加される。コイル支持スタンドオフ１２０と同様
に、貫通接続スタンドオフ１２４により、コイル１０４
をチャンバシールド１０６に短絡させ得る導電経路を形
成させずに、ターゲットから貫通接続スタンドオフ１２
４上への導電材料の反復堆積が許容される。コイル支持
スタンドオフ１２０と同様に、コイル貫通接続スタンド
オフ１２４は、コイル１０４とシールドの壁１２６の間
の短絡形成をを防止する内部ラビリンス構造体を有す
る。この貫通接続は、整合回路網３０６（図２の中に概
略的に示される）を介してＲＦジェネレータ３００（図
２に概略的に示される）に結合される。
【００１９】上で説明されるように、コイル１０４によ
って放射されたＲＦ電力はチャンバの中でプラズマにエ
ネルギーを与え、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。そしてイオン化スパッ
タされたターゲット材料は負（ＤＣ又はＲＦの）電位に
ある基板１１２に引きつけられ、イオン化堆積材料を基
板１１２に引きつける。
【００２０】図３は、チタンの下層４０４が堆積された
基板の酸化物層４０２にある開口４００を断面で示すも
のである。開口４００は、バイア、チャンネル、あるい
は、側壁又は狭い横断面幅（例えば１ミクロン以下）と
高い深さ対幅のアスペクト比を有するその他の構造体で
あってもよい。図４の例では、開口は、幅およそ０．３
４ミクロンであり、深さ対幅のアスペクト比がおよそ３
である。不在のイオン化、基板の表面４０６に到達する
チタン原子の多数は、角度が斜角すぎるため、開口４０
０に深く入りこめない。従って、開口４００に進入する
材料の量を増加させるため、堆積材料の少くとも一部の
行程の経路をより垂直に調心して開口４００の底部に到
達できるよう、ターゲット１１０からスパッタされたチ
タンが、プラズマによってチャンバ内でイオン化される
ことが好ましい。
【００２１】図４のチタン下層４０４の堆積では、アル
ゴン先駆物質又はスパッタリングガスの圧力は、およそ
３０ｍＴｏｒｒであり、これは高密度プラズマスパッタ
リングに対する標準的な値であった。下層４０４の底部
部分４０８で示される如くこの圧力でのチタンのイオン
化により非常に良好な底部カバレージが可能となるもの
の、下層４０４の側壁部分４１０で示される如く、結果
として生じる側壁カバレージが非常に薄くなりあるいは
不連続となる場合があることが見出された。この薄い側
壁カバレージがチタン下層４０４とその後堆積されたア
ルミニウム相互接続層４１２（図４）の間の作用を妨害
し、望ましくない速度でアルミニウム層にボイド４１４
を形成すると考えられる。
【００２２】イオン化しているプラズマを高密度プラズ
マスパッタリングで典型的に用いられる圧力よりも低い
圧力で発生させることにより、下層の側壁カバレージを
大幅に改善することができる。図５（ａ）は、基板の酸
化物層５０２の開口５００を示すものであり、ここで
は、チタンの下層５０４の堆積が、３０ｍＴｏｒｒでは
なく５ｍＴｏｒｒのアルゴンスパッタガス圧力で生成し
たプラズマ中で行われた。図５（ａ）の中で示されるよ
うに、底部分５０８で示されるように非常に良好な底部
カバレージが維持された一方、下層５０４の側壁部分５
１０で示されるように、側壁カバレージが大幅に厚くな
った（下層５０４の相対的な割合は、図５（ａ）では比
例するように示されず、明確化の目的のために誇張され
る。）この改善された側壁カバレージは、プラズマによ
るチタンのイオン化速度の減少によって生じると考えら
れる。プラズマが低圧力アルゴンスパッタリングガス中
で生成しているため、プラズマ中で生成するアルゴンイ
オンと電子の数が少なくなり、基板上に堆積する前にイ
オン化するチタン原子の数が少なくなると考えられる。
その結果、チタン原子の入射角について、平均して斜角
度が増すため、開口５００の底部よりも側壁上に堆積す
るチタンのパーセンテージが上昇する。それにもかかわ
らず、開口５００の底部に対して適切なカバレージも保
証するため、チタンの十分な量がイオン化される。良好
な側壁カバレージと良好な底部カバレージは、２０ｍＴ
ｏｒｒ及び１０ｍＴｏｒｒを含む３０ｍＴｏｒｒ以下の
その他のスパッタリングガス圧力で実現されてもよいと
考えられる。
【００２３】図５（ｂ）は、チタン下層５０４の上に堆
積したアルミニウム相互接続層５１２を示している。下
層５０４の側壁カバレージが改善されたことにより、ア
ルミニウムのチタン下層５０４との相互作用が改善さ
れ、ボイドを形成せずに開口を完全に充填する頻度が増
加する。圧力１０ｍＴｏｒｒ及び圧力２０ｍＴｏｒｒで
チタン下層が堆積された試験ウエハについて、そのバイ
アに堆積されるアルミニウム相互接続層の抵抗は、チタ
ン下層が圧力３０ｍＴｏｒｒで堆積された場合に対し
て、大幅に減少したことが示された。この抵抗の大幅な
改善は、チタン下層による側壁カバレージの改善の結
果、バイア内のアルミニウム層におけるボイドの数が相
当に低減した結果であると考えられる。
【００２４】例示される具体例の改善されたプロセスで
は、チタン下層とアルミニウム上層に関して説明を行っ
てきたが、本発明が他の種類の材料のぬれ層、種層や核
形成層の側壁カバレージを改良することに適用できるこ
とは認識されるべきである。例えば、本プロセスは、ア
ルミニウム充填層及び銅バリア層のための窒化チタン、
タンタルや窒化タンタルで形成された下層の側壁カバレ
ージを改良するために適用されてもよい。他の用途とし
ては、非イオン化アルミニウム（又は銅）をその後に堆
積するためのアルミニウム（又は銅）の種層の側壁を改
良することが挙げられる。また別の例としては、ＣＶＤ
（化学気相堆積）プロセスの一部として、タングステン
核形成層の側壁カバレージを改善することが挙げられ
る。本発明のプロセスで利益を得ることができるこの他
の構造体としては、キャパシタやその他の導電体等のデ
バイスの電極が挙げられる。
【００２５】代替具体例の中で、その上にある相互接続
層のための下層は、２ステップのプロセスで形成され、
そのプロセスにおける最初のステップでは、ＲＦ電力を
比較的高いレベル（例えば１５００ワット）でコイル１
０４に印加した高圧（例えば３０ｍＴｏｒｒ）のプラズ
マ中で、下層の初期部分が堆積され。この結果、下層の
この初期部分が、図３に描かれた下層と実質的に同様な
様子を示し、即ち良好な底部カバレージを実現しつつも
側壁カバレージは比較的薄くなる。しかし、下層の堆積
が完了される前に、第２のステップにおいて、堆積すべ
き材料のイオン化を低減又は排除するため、コイル１０
４へのＲＦ電力を大幅に減らすか、あるいはオフにして
もよい。その結果、コイルへのＲＦ電力をオフにした後
は、基板の上に斜角で堆積される堆積材料の量が増加
し、それによって、図５（ａ）に示したと同様の方法で
開口の側壁カバレージが改良される。このように、開口
の底部が最初のステップにおいて優先的に堆積され、次
いで、第２のステップでは側壁が優先的に堆積され、下
層を形成する底部と側壁の両方に良好な全面コーティン
グを実現するようになる。第２のステップの間、圧力は
３０ｍＴｏｒｒのレベルに維持されてもよいが、あるい
はその代わりに、堆積材料のイオン化が低減されるか排
除されることから、圧力を大幅に低下させて、散乱を減
らし、基板の上へ堆積速度を増加させてもよい。
【００２６】図６は、米国特許第５，１８６，７１８号
で説明されるタイプのステージ真空半導体ウエハ処理シ
ステム６２０の模式的な平面図である。システム６２０
は、４つのチャンバを画成するハウジング６２２を有し
ており、一方の端にはロボットバッファチャンバ６２４
が、反対の端には移送ロボットチャンバ６２８が、ま
た、一対の中間処理又は処置のチャンバ６２６と６２７
がある。一つ以上のロードロックチャンバ６２１を用い
てもよいが、このチャンバを２つ又は３つバッファチャ
ンバに装着し、アクセスポート６３６とこれに対応する
スリット弁６３８を介してバッファロボットチャンバの
内部と連通させることが好ましい。複数の真空処理チャ
ンバ６３４（上述のチャンバ１００を含む）が、移送ロ
ボットステーションの周囲に装着される。チャンバ６３
４は、エッチングや堆積を含む様々な種類の処理に適応
されてもよい。対応するポート６３６とゲート弁６３８
により、各チャンバ相互間のアクセスが与えられる。
【００２７】ロボットチャンバ６２４及び６２８は、中
間処理又は処置チャンバ６２６及び６２７（「処置」チ
ャンバと称する）を介して相互に連通する。具体的に
は、中間処置チャンバ６２６は、移送ロボットチャンバ
６２８をバッファロボットチャンバ６２４に接続する通
路又は経路６３０に沿って配置される。同じように、第
２の中間処置チャンバ６２７は、ロボット６２８及び６
２４を接続する別個の通路又は経路６３２に沿って配置
される。２つのロボット又は移送チャンバの間にこのよ
うな別個の経路があることにより、システムがウエハ処
置のために使われている間、一方の経路を搬入又は搬出
のために用いることができ、そのため、スループットが
上昇する。チャンバ６２６及び６２７は、チャンバ６３
４内での処理の前のウエハの前処理（例えば、プラズマ
エッチクリーニング及び／又は加熱）又は、チャンバ６
３４内の処理の後に行われるウエハの後処理（例えば、
冷却）に専用としてもよく、あるいは、チャンバ６２６
及び６２７の両方とも、前処理と後処理の両方に適応さ
せてもよい。
【００２８】ハウジング６２２はモノリスであることが
好ましく、即ち、アルミニウム等の材料のワンピースを
機械加工又はその他の方法で加工して、４つのチャンバ
キャビティ６２４、６２６、６２７及び６２８並びに、
相互に連結させている通路又は経路６３０及び６３２を
形成する。モノリス構造を用いることにより、ウエハ移
送のための個々のチャンバの調心が容易になり、また、
個々のチャンバのシールの困難性を排除する。
【００２９】システム２０を介したウエハ移送の代表的
な運転サイクルの１つは、次のようである。最初に、チ
ャンバ６２４内の R THETA バッファロボット６４０
は、カセットロードロック６２１からウエハをピックア
ップし、このウエハをチャンバ６２６へと移送ウエハす
るが、このチャンバ６２６は、ウエハの表面のエッチク
リーニングを行うと例示される。チャンバ６２８の中の
R THETA移送ロボット６４２は、プレクリーニングチャ
ンバ６２６からウエハをピックアップし、ウエハを好ま
しい高真空処理チャンバ６３４の中で選択された１つに
移送する。これらのチャンバのうちの１つは、上述され
るように、チタン又はその他の適切な材料の下層を堆積
するチャンバ１００である。処理に続いて、移送ロボッ
ト６４２は、処理のためのその他のチャンバ６３４の１
つ以上を選択してウエハを移送することができる。堆積
チャンバは、これらのチャンバの間に有される。それ
は、アルミニウム又はその他の適切な相互接続材料を、
チャンバ１００内で予め堆積した下層の上に堆積する。
下層が底部カバレージと同様に良好な側壁を有するた
め、アルミニウムを堆積するチャンバは、アルミニウム
のイオン化のため高密度プラズマを生成するＲＦコイル
を有しない、従来のマグネトロンスパッタリングチャン
バであってもよい。その代わりに、アルミニウムがイオ
ン化されることなく堆積されてもよいが、その場合で
も、比較的低い抵抗を有する相互接続層を、開口にボイ
ドがほとんどないかまったくなく形成することができ
る。堆積とエッチングが完了すれば、移送ロボット６４
２は、ウエハを中間のプロセッシングチャンバ６２７へ
移送するが、このチャンバは冷却チャンバであると例示
される。冷却サイクルの後、バッファロボット６４０
は、チャンバ６２７からのウエハを取り出し、適当なカ
セットロードロックチャンバ６２１にそれを返す。
【００３０】バッファロボット６４０は、許可されたＭ
ａｙｄａｎらの米国特許出願Ｎｏ．２８３０１５号、
「統合型マルチチャンバプロセスシステム」（現在は放
棄されている）に開示されるような、デュアルフォーバ
ーリンクロボット等のいかなる適切なロボットででもあ
ってもよい。移送ロボット６４２は、同様に前記米国特
許第５，１８６，７１８号で説明されたロボット等のあ
らゆる適切なロボットであってもよい。
【００３１】ＲＦコイル、ターゲット及び基板への電力
制御、ロボット制御、チャンバ排気及びポンピングの制
御の並びにカセットインデクシングを含むシステム６０
０に対する、上述の制御機能は、上記の説明に従ってこ
れらのシステムエレメントを制御するためにプログラム
されたワークステーション（図示せず）で提供されるこ
とが好ましい。
【００３２】上で論議された具体例の各々の中で、多巻
きコイル１０４が用いられているが、無論、シングルタ
ーンコイルを用いてもよい。また更に、ここに例示のリ
ボン形コイル１０４の代わりに、コイル１０４の各ター
ンを、平らな、開放式環状のリングとしてもよく、これ
は１９９６年７月１０日出願の（ＡｔｔｏｒｎｅｙＤｏ
ｃｋｅｔ＃１３９０‐ＣＩＰ／ＰＶＤ／ＤＶ）係属中の
米国特許出願０８／６８０，３３５号、標題「プラズマ
生成及びスパッタリングのためのコイル」に記載される
如きである。
【００３３】上述の具体例の各々では、プラズマチャン
バ内でシングルコイルを利用したものである。本発明
が、１つ以上のＲＦ電力印加コイル又はＲＦ電力印加シ
ールドを有するプラズマチャンバに適用できることが認
識されるべきである。例えば、本発明は、前記の１９９
５年１１月１５日出願で係属中の米国特許出願０８／５
５９，３４５号（Ａｔｔｙ Ｄｏｃｋｅｔ Ｎｏ．９３
８）、標題「プラズマの中にヘリコン波を発生するため
の方法及び装置」で説明された種類のヘリコン波を発生
するための多数のコイルチャンバに適用されてもよい。
【００３４】適切なＲＦジェネレータ及び整合回路は、
当業者に周知の構成部分である。例えば、整合回路とア
ンテナの最良の周波数整合のための周波数捜査能力を有
するENI Genesis シリーズ等のＲＦジェネレータが適切
である。ＲＦ電力をコイル１０４まで生じるためのジェ
ネレータの周波数は、２ＭＨｚであることが好ましい
が、この範囲は、例えば１ＭＨｚ〜４ＭＨｚの範囲で変
更してもよいことが予想される。１．５ｋＷのＲＦ電力
設定であればより好ましいが、１．５〜５ｋＷの範囲に
あれば満たされる。更に、ターゲット１１０をバイアス
するためのＤＣ電力の設定は５ｋＷが好ましいが、２〜
１０ｋＷの範囲及び−３０ボルトＤＣのペデスタル１１
４のバイアス電圧であれば満たされる。
【００３５】Ａｒ、Ｈ２、Ｏ２や、ＮＦ３、ＣＦ４その
他多くの反応性ガスを始めとする様々なスパッタリング
ガスを用いて、プラズマを生じてもよい。０．１〜５０
ｍＴｏｒｒの圧力を始めとして様々なスパッタリングガ
ス圧がが適している。イオン化ＰＶＤに対しては、１０
〜１００ｍＴｏｒｒの圧力が、スパッタ材料のイオン化
のために最も好ましい。
【００３６】本発明のその様々な特徴の中での修正が当
業者に明らかであることは、無論理解されるだろうし、
一部は検討の後であれば明らかになり、その他はルーチ
ン的な機械面及び電気面の設計の問題である。また、他
の具体例も可能であり、その特定の設計は特定の用途に
依存する。このように、本発明の範囲は、ここに説明さ
れた特別な具体例により限定されるべきではなく、添付
の特許請求の範囲及びそれと均等なものによって画定さ
れなければならない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の具体例に従った方法で側壁カバレージ
を改善するための、プラズマ生成チャンバの部分的な横
断面図を含む斜視図である。
【図２】図１のプラズマへ生成チャンバの電気の相互接
続の回路図である。
【図３】高密度プラズマ中で堆積された堆積材料の下層
を有する開口の横断面図である。
【図４】図３の下層の上に堆積される相互接続層を有す
る、図３の開口の横断面図である。
【図５】図５（ａ）は、本発明に従って低圧プラズマ中
で堆積材料の下層が堆積された開口の横断面図であり、
図５（ｂ）は、図５（ａ）の下層の上に堆積された相互
接続層を有する図５（ａ）の開口の横断面図である。
【図６】図１〜２の真空チャンバを有するステージ真空
マルチチャンバ半導体ウエハ処理システムの上面図であ
る。
【符号の説明】
１００…プラズマチャンバ、１０２…真空チャンバ、１
０４…シングルヘリカルコイル、１０６…チャンバシー
ルド、１１０…ターゲット、１１２…基板、１１４…ペ
デスタル、１１６…マグネット組立体、３００…ＲＦジ
ェネレータ、３０２，３０４…可変ＤＣ電源。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 サイモン フイ アメリカ合衆国， カリフォルニア州， フリーモント， マクミラン ウェイ 33871 (72)発明者 セシャドリ ラマスワミ アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サン ノゼ， ジャーヴィス コート 1503

Claims (24)

    【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体へ材料
    をスパッタ堆積するためのプロセスであって、 スパッタリングガスをチャンバ内へ２０ｍＴｏｒｒ以下
    の圧力で与えるステップと、 コイルにＲＦ電力を印加してスパッタリングガスをイオ
    ン化し、プラズマを生成するステップと、 ターゲットをスパッタリングして、ターゲット材料をワ
    ークピースの方へスパッタリングするステップと、 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
    を有するプロセス。
  2. 【請求項２】 前記スパッタリングガスが５〜１０ｍＴ
    ｏｒｒの圧力にある請求項１に記載のプロセス。
  3. 【請求項３】 前記ターゲット材料が、チタンと、タン
    タルと、アルミニウムと、銅と、タングステンとから成
    る群より選択される請求項１に記載のプロセス。
  4. 【請求項４】 前記ターゲット材料が、タンタルとチタ
    ンとから成る群より選択される材料と、窒素との化合物
    である請求項３に記載のプロセス。
  5. 【請求項５】 ワークピースのバイア又はチャンネルに
    材料の層をスパッタ堆積するためのプロセスであって、 チャンバ内にスパッタリングガスを与えるステップと、 コイルにＲＦ電力を印加してスパッタリングガスをイオ
    ン化し、プラズマを生成するステップと、 ターゲットをスパッタリングして、ターゲット材料をワ
    ークピースの方へスパッタリングするステップと、 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、 前記ターゲットのスパッタリングを継続しつつ前記コイ
    ルへの前記ＲＦ電力を下げ、前記スパッタされたターゲ
    ット材料のイオン化を、前記ワークピース上に堆積され
    る前に低減するステップとを有するプロセス。
  6. 【請求項６】 ＲＦ電力を下げる前記ステップで、前記
    ＲＦ電力をゼロに下げる請求項５に記載のプロセス。
  7. 【請求項７】 底部と側壁とを有するワークピースの開
    口の中に材料の層をスパッタ堆積するためのプロセスで
    あって、 ターゲットをスパッタリングして、ターゲット材料をワ
    ークピースの方へスパッタリングするステップと、 前記スパッタされたターゲット材料の一部を、前記ワー
    クピース上に堆積される前にイオン化し、前記開口内に
    堆積したスパッタ材料が主に前記開口の底部に堆積する
    ようにするステップとスパッタ材料の前記イオン化を低
    下させて、前記開口内に堆積するスパッタ材料が主に前
    記開口の側壁に堆積するようにするステップとを有する
    プロセス。
  8. 【請求項８】 イオン化を低下させる前記ステップで、
    スパッタ材料のイオン化をゼロに下げる請求項７に記載
    のプロセス。
  9. 【請求項９】 前記スパッタリングガスが５〜１０ｍＴ
    ｏｒｒの圧力にある請求項７に記載のプロセス。
  10. 【請求項１０】 前記ターゲット材料が、チタンと、タ
    ンタルと、アルミニウムと、銅と、タングステンとから
    成る群より選択される請求項７に記載のプロセス。
  11. 【請求項１１】 底部と側壁とを有するワークピース構
    造体の中に材料の層をスパッタ堆積するためのプロセス
    であって、 第１のチャンバ内の第１のターゲットをスパッタリング
    し、ターゲット材料をワークピースの方へスパッタリン
    グするステップと、 前記スパッタされた第１のターゲット材料の一部を、前
    記ワークピース上に堆積される前にイオン化し、前記構
    造体内に堆積したスパッタ材料が主に前記構造体の底部
    に堆積するようにするステップと第１のターゲットスパ
    ッタ材料の前記イオン化を低下させて、前記構造体内に
    堆積する第１のターゲットスパッタ材料が主に前記構造
    体の側壁に堆積するようにするステップと前記ワークピ
    ースを第２のチャンバへ移送するステップと、 第２のターゲットをスパッタリングし、第２のターゲッ
    ト材料を前記ワークピースの前記構造体上へスパッタリ
    ングして、前記構造体上に堆積した前記第１の材料の頂
    部に堆積するステップとを有するプロセス。
  12. 【請求項１２】 前記スパッタリングガスが５〜１０ｍ
    Ｔｏｒｒの圧力にある請求項１１に記載のプロセス。
  13. 【請求項１３】 前記ターゲット材料が、チタンと、タ
    ンタルと、アルミニウムと、銅と、タングステンとから
    成る群より選択される請求項１１に記載のプロセス。
  14. 【請求項１４】 前記ターゲット材料が、アルミニウム
    と銅とから成る群より選択される請求項１１に記載のプ
    ロセス。
  15. 【請求項１５】 ワークピースのバイア又はチャンネル
    に材料の層をスパッタ堆積するためのプロセスであっ
    て、 第１のチャンバ内にスパッタリングガスを２０ｍＴｏｒ
    ｒ以下の圧力で与えるステップと、 前記第１のチャンバ内のコイルにＲＦ電力を印加してス
    パッタリングガスをイオン化し、プラズマを生成するス
    テップと、 ターゲットをスパッタリングして、ターゲット材料をワ
    ークピースの方へスパッタリングするステップと、 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、 前記ワークピースを第２のチャンバへ移送するステップ
    と、 第２のターゲットをスパッタリングし、第２のターゲッ
    ト材料を前記ワークピースの方へスパッタリングするス
    テップとを有するプロセス。
  16. 【請求項１６】 前記スパッタリングガスが５〜１０ｍ
    Ｔｏｒｒの圧力にある請求項１５に記載のプロセス。
  17. 【請求項１７】 前記ターゲット材料が、チタンと、タ
    ンタルと、アルミニウムと、銅と、タングステンとから
    成る群より選択される請求項１５に記載のプロセス。
  18. 【請求項１８】 前記ターゲット材料が、アルミニウム
    と銅とから成る群より選択される請求項１５に記載のプ
    ロセス。
  19. 【請求項１９】 半導体製造システム内でプラズマにエ
    ネルギーを与えて材料をワークピース上にスパッタリン
    グするための装置であって、 内部にプラズマ生成領域を有し、スパッタリングガスを
    ２５ｍＴｏｒｒより低い圧力で内包する、半導体チャン
    バと、 前記チャンバにより保持され、前記プラズマ生成領域に
    エネルギーを結合するような配置をとるコイルとを備え
    る装置。
  20. 【請求項２０】 チタンと、タンタルと、アルミニウム
    と、銅と、タングステンとから成る群より選択されるタ
    ーゲット材料を有するターゲットを有する請求項１９に
    記載の装置。
  21. 【請求項２１】 多数の材料層をワークピース上にスパ
    ッタリングするための半導体製造システムであって、 内部にプラズマ生成領域を有し、スパッタリングガスを
    ２５ｍＴｏｒｒより低い圧力で内包する、第１の半導体
    製造チャンバであって、 前記第１のチャンバは、チタンと、タンタルと、アルミ
    ニウムと、銅と、タングステンとから成る群より選択さ
    れる材料を有する第１のターゲット材料のターゲットを
    有する、前記第１の半導体製造チャンバと、 前記第１のチャンバにより保持されるコイルであって、
    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、前記
    プラズマ生成領域にエネルギーを結合するような配置を
    とる、前記コイルと、 第２の半導体製造チャンバであって、 前記第２のチャンバは、前記下層上に層を形成するため
    の、アルミニウムと銅とから成る群より選択される材料
    を有する第２のターゲット材料の第２のターゲットを有
    する、前記第２の半導体チャンバとを備える半導体製造
    システム。
  22. 【請求項２２】 半導体製造システム内でプラズマにエ
    ネルギーを与えて材料をワークピース上にスパッタリン
    グするための装置であって、 内部にプラズマ生成領域を有する半導体チャンバと、 前記チャンバにより保持されるコイルであって、前記ワ
    ークピース上への堆積の前に前記材料をイオン化するた
    めに、前記プラズマ生成領域にエネルギーを結合するよ
    うな配置をとる、前記コイルと前記コイルに結合して前
    記コイルにＲＦ電力を与えるＲＦジェネレータと、 スパッタリング堆積工程の初期の部分の間は高いレベル
    で電力を与え、前記スパッタリング堆積工程のその後の
    部分の間はゼロ電力を含む低減レベルで電力を与えるよ
    うに、前記ＲＦジェネレータを制御する制御手段とを備
    える装置。
  23. 【請求項２３】 チタンと、タンタルと、アルミニウム
    と、銅と、タングステンとから成る群より選択される材
    料を有するターゲットを有する請求項２２に記載の装
    置。
  24. 【請求項２４】 多数の材料層をワークピース上にスパ
    ッタリングするための半導体製造システムであって、 内部にプラズマ生成領域を有し、また、チタンと、タン
    タルと、アルミニウムと、銅と、タングステンとから成
    る群より選択される材料を有する第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、 前記チャンバにより保持されるコイルであって、前記ワ
    ークピース上への堆積の前に前記第１のターゲット材料
    をイオン化するため、前記プラズマ生成領域にエネルギ
    ーを結合するような配置をとる、前記コイルと、 前記コイルに結合して前記コイルにＲＦ電力を与えるＲ
    Ｆジェネレータと、 スパッタリング堆積工程の初期の部分の間は高いレベル
    で電力を与え、前記スパッタリング堆積工程のその後の
    部分の間はゼロ電力を含む低減レベルで電力を与えるよ
    うに、前記ＲＦジェネレータを制御する制御手段と第２
    の半導体製造チャンバであって、 前記第２のチャンバは、前記下層上に層を形成するため
    の、アルミニウムと銅とから成る群より選択される材料
    を有する第２のターゲット材料の第２のターゲットを有
    する、前記第２の半導体チャンバとを備える半導体製造
    システム。
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