JP2000323436A - 銅相互接続部に用いるバリア層の形成方法 - Google Patents
銅相互接続部に用いるバリア層の形成方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 改良した銅インレイド相互接続部を形成する
方法を提供する。 【解決手段】 最初に、チャンバ（１０）内においてイ
ンレイド構造上にＲＦ予備浄化処理（４０８）を行う。
ＲＦ予備浄化で構造の角部（２１０ａ，２０６ａ）を丸
めることによって、ボイディングを減少させ、ステップ
・カバレッジを改善するが、下側に露出する銅相互接続
部表面（２０２ａ）から銅原子を大量に移転させない。
次に、タンタル・バリア（２２０）を堆積する。この場
合、タンタル・バリアの一部分は、タンタル・バリアの
他の部分よりも張力が高い。バリア層（２２０）の形成
後、バリア層の上面に銅シード層（２２２）を形成す
る。銅シード層を形成する間、改良クランプ（８５）に
よってウエハをクランプし、銅の剥離およびウエハ・エ
ッジにおける汚染を低減する。次に、銅の電気めっきお
よび化学機械式研摩（ＣＭＰ）プロセスを用いて、銅相
互接続構造を完成する。
方法を提供する。 【解決手段】 最初に、チャンバ（１０）内においてイ
ンレイド構造上にＲＦ予備浄化処理（４０８）を行う。
ＲＦ予備浄化で構造の角部（２１０ａ，２０６ａ）を丸
めることによって、ボイディングを減少させ、ステップ
・カバレッジを改善するが、下側に露出する銅相互接続
部表面（２０２ａ）から銅原子を大量に移転させない。
次に、タンタル・バリア（２２０）を堆積する。この場
合、タンタル・バリアの一部分は、タンタル・バリアの
他の部分よりも張力が高い。バリア層（２２０）の形成
後、バリア層の上面に銅シード層（２２２）を形成す
る。銅シード層を形成する間、改良クランプ（８５）に
よってウエハをクランプし、銅の剥離およびウエハ・エ
ッジにおける汚染を低減する。次に、銅の電気めっきお
よび化学機械式研摩（ＣＭＰ）プロセスを用いて、銅相
互接続構造を完成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般的に、半導体
の製造に関し、更に特定すれば、銅相互接続部のバリア
／シード堆積(barrier/seed deposition)プロセスに関
するものである。
の製造に関し、更に特定すれば、銅相互接続部のバリア
／シード堆積(barrier/seed deposition)プロセスに関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】集積回路（ＩＣ）業界において、現在、
相互接続部におけるアルミニウムに代わる材料として、
銅の相互接続部が開発されている。銅は、その製造がア
ルミニウムよりも安価であるので、銅相互接続部は全体
としてアルミニウム相互接続部よりも優れている。加え
て、銅相互接続部は、アルミニウム相互接続部よりも抵
抗が少なく、したがって、発熱量も少ない。また、銅の
抵抗が小さいために、ＩＣが動作することができる動作
周波数を高めることが可能となり、このために性能が向
上する。加えて、銅は、アルミニウムと比較すると、電
気移動抵抗(electromigration resistance)も改善され
ている。
相互接続部におけるアルミニウムに代わる材料として、
銅の相互接続部が開発されている。銅は、その製造がア
ルミニウムよりも安価であるので、銅相互接続部は全体
としてアルミニウム相互接続部よりも優れている。加え
て、銅相互接続部は、アルミニウム相互接続部よりも抵
抗が少なく、したがって、発熱量も少ない。また、銅の
抵抗が小さいために、ＩＣが動作することができる動作
周波数を高めることが可能となり、このために性能が向
上する。加えて、銅は、アルミニウムと比較すると、電
気移動抵抗(electromigration resistance)も改善され
ている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の利点にも拘らず、銅が実現可能な代替物となるために
は、克服しなければならない多数の欠点がある。銅の欠
点の１つに、その移動イオン汚染源となり得ることが含
まれる。銅イオンは、半導体の製造に用いられる従来の
誘電体物質を介して容易に拡散する。適正な含有量でな
いと、銅は素子のアクティブ・エリアに拡散することに
よって、素子の信頼性に影響を及ぼす可能性がある。加
えて、銅はエッチングが容易でない。したがって、相互
接続はインレイド構造(inlaid structure)として形成し
なければならず、このため一層複雑化し、化学機械式研
摩（ＣＭＰ）プロセスの使用が必要となる。更に、銅の
処理には、新たな材料や新たなプロセスの使用も必要で
あり、製造プロセスに適正に統合されない場合、種々の
問題や合併作用が生ずる可能性がある。
の利点にも拘らず、銅が実現可能な代替物となるために
は、克服しなければならない多数の欠点がある。銅の欠
点の１つに、その移動イオン汚染源となり得ることが含
まれる。銅イオンは、半導体の製造に用いられる従来の
誘電体物質を介して容易に拡散する。適正な含有量でな
いと、銅は素子のアクティブ・エリアに拡散することに
よって、素子の信頼性に影響を及ぼす可能性がある。加
えて、銅はエッチングが容易でない。したがって、相互
接続はインレイド構造(inlaid structure)として形成し
なければならず、このため一層複雑化し、化学機械式研
摩（ＣＭＰ）プロセスの使用が必要となる。更に、銅の
処理には、新たな材料や新たなプロセスの使用も必要で
あり、製造プロセスに適正に統合されない場合、種々の
問題や合併作用が生ずる可能性がある。
【０００４】例えば、銅相互接続部を用いる場合、典型
的にバリア層が必要となる。バリア層は、銅を封じ込め
るためにその周囲に形成され、これによって銅が隣接す
る層やアクティブ・エリアを汚染することを防止する。
これらのバリア層は、通常アルミニウムには不要であ
り、新たな製造および統合上の問題が生じ、これらに対
処しなければならない。これらのバリアを形成するため
に用いられる材料やプロセスは、よく理解されていな
い。したがって、これらを形成するための材料やプロセ
スにおける一層の改良によって、ウエハの歩留まり、素
子の信頼性、および機器のアップタイム(uptime)を格段
に向上させる潜在的な可能性がある。
的にバリア層が必要となる。バリア層は、銅を封じ込め
るためにその周囲に形成され、これによって銅が隣接す
る層やアクティブ・エリアを汚染することを防止する。
これらのバリア層は、通常アルミニウムには不要であ
り、新たな製造および統合上の問題が生じ、これらに対
処しなければならない。これらのバリアを形成するため
に用いられる材料やプロセスは、よく理解されていな
い。したがって、これらを形成するための材料やプロセ
スにおける一層の改良によって、ウエハの歩留まり、素
子の信頼性、および機器のアップタイム(uptime)を格段
に向上させる潜在的な可能性がある。
【０００５】銅処理においてバリアに用いられる材料
（例えば、耐熱金属）の多くは、素子の信頼性に悪影響
を及ぼす可能性を有する。これら信頼性の問題は、部分
的に、隣接する膜に対するバリア層の応力に起因するも
のである。したがって、バリアの応力制御によっても、
ＩＣ全体の歩留まり改善および信頼性向上の潜在的な可
能性がある。
（例えば、耐熱金属）の多くは、素子の信頼性に悪影響
を及ぼす可能性を有する。これら信頼性の問題は、部分
的に、隣接する膜に対するバリア層の応力に起因するも
のである。したがって、バリアの応力制御によっても、
ＩＣ全体の歩留まり改善および信頼性向上の潜在的な可
能性がある。
【０００６】更に、相互接続部において銅を堆積する際
に用いられているプロセスやチャンバは、厚さおよび均
一性制御に関しては、最適化されていない。制御の欠如
は問題である。堆積された銅膜の均一性が大きくばらつ
く場合、歩留まりに悪影響を及ぼす可能性があり、非均
一に堆積された膜を補うために調節が必要になることに
よって、後続の処理が更に複雑化する虞れがある。
に用いられているプロセスやチャンバは、厚さおよび均
一性制御に関しては、最適化されていない。制御の欠如
は問題である。堆積された銅膜の均一性が大きくばらつ
く場合、歩留まりに悪影響を及ぼす可能性があり、非均
一に堆積された膜を補うために調節が必要になることに
よって、後続の処理が更に複雑化する虞れがある。
【０００７】加えて、銅および銅バリア材料のチャンバ
構成部品に対する接着性欠如が、堆積の間およびウエハ
運搬の間に、問題を生ずる可能性がある。これらの材料
は、潜在的な粒子源となる。堆積プロセスを最適化し、
これらの材料の接着性を高めることができれば、歩留ま
りを改善し、処理チャンバ内における粒子汚染を減少さ
せるという利点が得られよう。
構成部品に対する接着性欠如が、堆積の間およびウエハ
運搬の間に、問題を生ずる可能性がある。これらの材料
は、潜在的な粒子源となる。堆積プロセスを最適化し、
これらの材料の接着性を高めることができれば、歩留ま
りを改善し、処理チャンバ内における粒子汚染を減少さ
せるという利点が得られよう。
【０００８】多くの銅プロセスには、ステップ・カバレ
ッジ(step coverage)の問題があり、ビアやトレンチの
側壁は、平坦な表面よりも銅膜の被覆が少ない。加え
て、開口上部の堆積膜が余りに高いレートで堆積された
場合、その結果銅のボイディング(voiding)の問題も生
ずる可能性がある。これは、開口を完全に充填する前
に、フィルムの最上部が挟み取られ(pinch off)、その
結果開口内部にボイドが形成される可能性がある。ステ
ップ・カバレッジを改善し、ボイディングを極力抑える
プロセスは、銅相互接続部を有する素子の歩留まり改善
および信頼性向上をもたらす潜在的な可能性を有する。
ッジ(step coverage)の問題があり、ビアやトレンチの
側壁は、平坦な表面よりも銅膜の被覆が少ない。加え
て、開口上部の堆積膜が余りに高いレートで堆積された
場合、その結果銅のボイディング(voiding)の問題も生
ずる可能性がある。これは、開口を完全に充填する前
に、フィルムの最上部が挟み取られ(pinch off)、その
結果開口内部にボイドが形成される可能性がある。ステ
ップ・カバレッジを改善し、ボイディングを極力抑える
プロセスは、銅相互接続部を有する素子の歩留まり改善
および信頼性向上をもたらす潜在的な可能性を有する。
【０００９】更に、予備金属堆積プロセスの間、アルミ
ニウムでは必ずしも問題とはならない、材料のバック・
スパッタリング(back-sputtering)が、先に引用した移
動イオンの懸念のため、銅では気掛かりとなる。露出し
たウエハ表面上にアルミニウムがバック・スパッタされ
ても、それを除去する化学物質およびプロセスが存在す
る。加えて、このアルミニウムは、種々の層を介して容
易に拡散することはない。逆に、バック・スパッタされ
た銅は、化学的にもそれ以外の方法でも除去するのは容
易ではない。バリアによって封じ込めない限り、隣接す
る膜を通過して拡散し、歩留まりおよび信頼性に影響を
及ぼす可能性が高い。したがって、下地の銅層を露出さ
せるあらゆる相互接続プロセスは、露出領域からの銅の
移転を最少に止めることを保証するように設計しなけれ
ばならない。
ニウムでは必ずしも問題とはならない、材料のバック・
スパッタリング(back-sputtering)が、先に引用した移
動イオンの懸念のため、銅では気掛かりとなる。露出し
たウエハ表面上にアルミニウムがバック・スパッタされ
ても、それを除去する化学物質およびプロセスが存在す
る。加えて、このアルミニウムは、種々の層を介して容
易に拡散することはない。逆に、バック・スパッタされ
た銅は、化学的にもそれ以外の方法でも除去するのは容
易ではない。バリアによって封じ込めない限り、隣接す
る膜を通過して拡散し、歩留まりおよび信頼性に影響を
及ぼす可能性が高い。したがって、下地の銅層を露出さ
せるあらゆる相互接続プロセスは、露出領域からの銅の
移転を最少に止めることを保証するように設計しなけれ
ばならない。
【００１０】このように、メタライゼーション処理の改
良によって、銅相互接続部を大量に、低コストで製造
し、しかも歩留まりおよび信頼性を向上させることが、
当業界では求められている。
良によって、銅相互接続部を大量に、低コストで製造
し、しかも歩留まりおよび信頼性を向上させることが、
当業界では求められている。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明の特徴および利点は、添付
図面と関連付けた以下の詳細な説明から一層明確に理解
されよう。図面において、同様の参照番号は同様の部分
および対応する部分を示すこととする。
図面と関連付けた以下の詳細な説明から一層明確に理解
されよう。図面において、同様の参照番号は同様の部分
および対応する部分を示すこととする。
【００１２】図面におけるエレメントは、簡略化および
明確化のために、示されており、必ずしも同一拡大率で
描かれている訳ではないことを、当業者は認めよう。例
えば、図面におけるエレメントの中には、本発明の実施
例の理解の促進を助けるために、その寸法が他のエレメ
ントよりも誇張されているものもある。
明確化のために、示されており、必ずしも同一拡大率で
描かれている訳ではないことを、当業者は認めよう。例
えば、図面におけるエレメントの中には、本発明の実施
例の理解の促進を助けるために、その寸法が他のエレメ
ントよりも誇張されているものもある。
【００１３】全体的に、図１ないし図１４は、銅インレ
イド相互接続構造を形成するための、改良された方法を
教示するものである。概して言えば、本方法は、インレ
イドまたはデュアル・インレイド構造の予備金属堆積処
理の改良，インレイド構造内部における銅バリアの堆積
処理の改良，およびバリア層上のシード層の堆積処理の
改良を教示する。
イド相互接続構造を形成するための、改良された方法を
教示するものである。概して言えば、本方法は、インレ
イドまたはデュアル・インレイド構造の予備金属堆積処
理の改良，インレイド構造内部における銅バリアの堆積
処理の改良，およびバリア層上のシード層の堆積処理の
改良を教示する。
【００１４】具体的には、従来技術のバリア堆積チャン
バでは、電気的にバイアスされた構成部品が、他の導電
性構成部品に密接して共に配置されている。場合によっ
ては、これらは偶発的に回路を短絡し、印加されたバイ
アスを変化させ、その結果処理の一貫性を損なうことに
なる。電気的にバイアスされたウエハ・ペデスタル（支
持部材）および他の導電性チャンバ部分間でこれが発生
するのを防止するために、ペデスタルおよびその他の導
電性チャンバ構成部品間に、誘電体またはセラミック性
絶縁リングを配置する。ウエハをアークおよび短絡回路
から保護することに加えて、絶縁リングは、印加したバ
イアスが、ウエハに近接するチャンバの他の導電性部分
ではなく、ウエハに向かうことを保証するのにも役立
つ。これによって、更に、ウエハが正しく効率的に処理
され、一貫性のある結果が得られることを保証する。
バでは、電気的にバイアスされた構成部品が、他の導電
性構成部品に密接して共に配置されている。場合によっ
ては、これらは偶発的に回路を短絡し、印加されたバイ
アスを変化させ、その結果処理の一貫性を損なうことに
なる。電気的にバイアスされたウエハ・ペデスタル（支
持部材）および他の導電性チャンバ部分間でこれが発生
するのを防止するために、ペデスタルおよびその他の導
電性チャンバ構成部品間に、誘電体またはセラミック性
絶縁リングを配置する。ウエハをアークおよび短絡回路
から保護することに加えて、絶縁リングは、印加したバ
イアスが、ウエハに近接するチャンバの他の導電性部分
ではなく、ウエハに向かうことを保証するのにも役立
つ。これによって、更に、ウエハが正しく効率的に処理
され、一貫性のある結果が得られることを保証する。
【００１５】タンタル（Ｔａ）を用いてバリアを形成す
る場合、これはセラミック性絶縁リングにはよく接着し
ないことがわかった。この結果、タンタル粒子がセラミ
ック絶縁リングから剥離し、ウエハ上に付着する。これ
らの粒子は、集積回路の歩留まりに重大な影響を及ぼ
す。粒子のレベルを低下させるために、セラミック絶縁
リング全体にアルミニウム・コーティングをフレーム溶
射(flame spray)またはアーク溶射(arc spray)する設計
が組み込まれた。アルミニウム・コーティングは、タン
タルの絶縁リングへの接着性を高め、粒子数を大幅に減
少させることがわかった。
る場合、これはセラミック性絶縁リングにはよく接着し
ないことがわかった。この結果、タンタル粒子がセラミ
ック絶縁リングから剥離し、ウエハ上に付着する。これ
らの粒子は、集積回路の歩留まりに重大な影響を及ぼ
す。粒子のレベルを低下させるために、セラミック絶縁
リング全体にアルミニウム・コーティングをフレーム溶
射(flame spray)またはアーク溶射(arc spray)する設計
が組み込まれた。アルミニウム・コーティングは、タン
タルの絶縁リングへの接着性を高め、粒子数を大幅に減
少させることがわかった。
【００１６】加えて、銅シード層堆積の間ウエハを固着
するために用いていた従来のクランプは、当技術では不
適当であることがわかった。クランプの隆起影領域(ele
vated shadow region)が、ウエハの表面上に余りに高く
なるように設計されたために、影領域の下で、銅がウエ
ハ上に大量に堆積する可能性がある。このために銅の小
結節(nodule)が形成され、更にウエハ上に、ウエハの周
囲に向かうに連れて銅の厚さが徐々に減少するエリアが
生じた（傾斜銅領域(graded copper region)）。続くめ
っきおよび／または化学機械式研摩（ＣＭＰ）処理の
間、これら銅小結節や傾斜銅領域は粒子源となり、ウエ
ハ表面から剥がれ易いために、ダイの歩留まりを低下さ
せることがわかった。加えて、銅をスパッタしたエリア
においてクランプをウエハに接触させると、スパッタし
た銅がクランプ表面およびウエハ表面双方に付着する可
能性があり、クランプおよびウエハを互いに分離する
と、これらの表面上でこのスパッタした銅が裂けたり剥
ぎ取られる可能性がある。これらの問題を回避するため
に、改良したクランプが開発され、前述の望ましくない
現象を防止することによって、歩留まりが大幅に改善さ
れることをここに記載する。
するために用いていた従来のクランプは、当技術では不
適当であることがわかった。クランプの隆起影領域(ele
vated shadow region)が、ウエハの表面上に余りに高く
なるように設計されたために、影領域の下で、銅がウエ
ハ上に大量に堆積する可能性がある。このために銅の小
結節(nodule)が形成され、更にウエハ上に、ウエハの周
囲に向かうに連れて銅の厚さが徐々に減少するエリアが
生じた（傾斜銅領域(graded copper region)）。続くめ
っきおよび／または化学機械式研摩（ＣＭＰ）処理の
間、これら銅小結節や傾斜銅領域は粒子源となり、ウエ
ハ表面から剥がれ易いために、ダイの歩留まりを低下さ
せることがわかった。加えて、銅をスパッタしたエリア
においてクランプをウエハに接触させると、スパッタし
た銅がクランプ表面およびウエハ表面双方に付着する可
能性があり、クランプおよびウエハを互いに分離する
と、これらの表面上でこのスパッタした銅が裂けたり剥
ぎ取られる可能性がある。これらの問題を回避するため
に、改良したクランプが開発され、前述の望ましくない
現象を防止することによって、歩留まりが大幅に改善さ
れることをここに記載する。
【００１７】加えて、窒化タンタル（ＴａＮ）コーティ
ングをバリア堆積チャンバの構成部品上に塗着すると、
チャンバ・メンテナンスの後、粒子のためのチャンバ・
ダウン・タイムが大幅に短縮することもわかった。チャ
ンバにＴａＮを被覆しなかった場合、チャンバの内部コ
ンポネント上にスパッタした残留タンタルは、容易に剥
がれ、チャンバ内部およびウエハ上に粒子を発生させ
た。この結果、チャンバ浄化の頻度を高める必要性が生
じ、対応して機器のダウンタイムが増大した。周期的に
ＴａＮをチャンバに被覆／乾燥させることによって、タ
ンタルの内部チャンバ構成部品に対する接着性を高め、
粒子を減少させ、これによってチャンバのダウン・タイ
ムを短縮し、半導体素子のダイの歩留まりが改善するこ
とが発見された。
ングをバリア堆積チャンバの構成部品上に塗着すると、
チャンバ・メンテナンスの後、粒子のためのチャンバ・
ダウン・タイムが大幅に短縮することもわかった。チャ
ンバにＴａＮを被覆しなかった場合、チャンバの内部コ
ンポネント上にスパッタした残留タンタルは、容易に剥
がれ、チャンバ内部およびウエハ上に粒子を発生させ
た。この結果、チャンバ浄化の頻度を高める必要性が生
じ、対応して機器のダウンタイムが増大した。周期的に
ＴａＮをチャンバに被覆／乾燥させることによって、タ
ンタルの内部チャンバ構成部品に対する接着性を高め、
粒子を減少させ、これによってチャンバのダウン・タイ
ムを短縮し、半導体素子のダイの歩留まりが改善するこ
とが発見された。
【００１８】従来技術の処理では、ビア・エッチングお
よび予備金属堆積プロセスは、典型的に、露出した下地
のアルミニウム移転(removal)を減少させることを保証
するようには最適化されていなかった。典型的に、再度
堆積したアルミニウムは隣接した層を介して容易に拡散
せず、しかもアルミニウムは後続の化学処理によって容
易に除去されるので、アルミニウム移転の減少は懸念で
はなかった。しかしながら、銅の膜ではそうはいかな
い。この場合、銅の移動イオンによる汚染を生ずる潜在
的な可能性のために、エッチングおよび予備金属堆積プ
ロセスを進める際、その目的とする作業を遂行する間
に、露出した銅を大量に移転させないことが有利であ
る。したがって、ここでは、バック・スパッタリングお
よび露出した相互接続領域からの銅の移転に起因する銅
関連汚染に伴う問題を抑えることにより、歩留まり改善
および信頼性向上を図る、新たなビア処理技術を教示す
る。加えて、予備金属堆積処理の間に移転する銅の量
は、大幅に減少し、しかも開口の角部は十分に予備浄化
され、輪郭を明確にし、即ち、丸くすることができるた
め、接触抵抗が改善し、ステップ・カバレッジが改善
し、後続の金属堆積処理の間ボイドの形成が減少する。
よび予備金属堆積プロセスは、典型的に、露出した下地
のアルミニウム移転(removal)を減少させることを保証
するようには最適化されていなかった。典型的に、再度
堆積したアルミニウムは隣接した層を介して容易に拡散
せず、しかもアルミニウムは後続の化学処理によって容
易に除去されるので、アルミニウム移転の減少は懸念で
はなかった。しかしながら、銅の膜ではそうはいかな
い。この場合、銅の移動イオンによる汚染を生ずる潜在
的な可能性のために、エッチングおよび予備金属堆積プ
ロセスを進める際、その目的とする作業を遂行する間
に、露出した銅を大量に移転させないことが有利であ
る。したがって、ここでは、バック・スパッタリングお
よび露出した相互接続領域からの銅の移転に起因する銅
関連汚染に伴う問題を抑えることにより、歩留まり改善
および信頼性向上を図る、新たなビア処理技術を教示す
る。加えて、予備金属堆積処理の間に移転する銅の量
は、大幅に減少し、しかも開口の角部は十分に予備浄化
され、輪郭を明確にし、即ち、丸くすることができるた
め、接触抵抗が改善し、ステップ・カバレッジが改善
し、後続の金属堆積処理の間ボイドの形成が減少する。
【００１９】加えて、銅バリア層を形成するために用い
られる耐熱金属の多くは、その膜応力特性が、上下に位
置する導電層および誘電体層に関して、大幅に変動する
可能性がある。これらの応力差のために、重大な信頼性
および歩留まりの問題が生ずる虞れがある。ここでは、
複合タンタル・バリア層の堆積を教示する方法を記載す
る。この場合、互いに対して、層の一部分の張力(tensi
le)を大きくし、層の他の部分の張力を小さくすること
によって、応力に関連する合併作用(complication)を減
少させる。この張力設計複合層(tensile-engineered co
mposite layer)を形成するには、バリア・チャンバのコ
イルに供給する電力のデューティ・サイクルを、バリア
・チャンバのターゲットに供給する電力に対して変化さ
せる。加えて、ターゲットと共に、ウエハ上に物質をス
パッタするためのソースとしてコイルも利用し、複合膜
（例えば、コイルから１つの材料、ターゲットから別の
材料）を形成し、ウエハ全体にわたる堆積層の全体的な
均一性を改善することができる。
られる耐熱金属の多くは、その膜応力特性が、上下に位
置する導電層および誘電体層に関して、大幅に変動する
可能性がある。これらの応力差のために、重大な信頼性
および歩留まりの問題が生ずる虞れがある。ここでは、
複合タンタル・バリア層の堆積を教示する方法を記載す
る。この場合、互いに対して、層の一部分の張力(tensi
le)を大きくし、層の他の部分の張力を小さくすること
によって、応力に関連する合併作用(complication)を減
少させる。この張力設計複合層(tensile-engineered co
mposite layer)を形成するには、バリア・チャンバのコ
イルに供給する電力のデューティ・サイクルを、バリア
・チャンバのターゲットに供給する電力に対して変化さ
せる。加えて、ターゲットと共に、ウエハ上に物質をス
パッタするためのソースとしてコイルも利用し、複合膜
（例えば、コイルから１つの材料、ターゲットから別の
材料）を形成し、ウエハ全体にわたる堆積層の全体的な
均一性を改善することができる。
【００２０】したがって、前述の改善を統合することに
より、銅相互接続部に用いるバリアおよびシード層プロ
セスの著しい改善がもたらされる。前述の統合的改善
は、図１ないし図１４を具体的に参照することにより、
一層理解を深めることができよう。
より、銅相互接続部に用いるバリアおよびシード層プロ
セスの著しい改善がもたらされる。前述の統合的改善
は、図１ないし図１４を具体的に参照することにより、
一層理解を深めることができよう。
【００２１】図１は、マルチ・チャンバ集積回路堆積シ
ステム１を示す。システム１は、ウエハを一地点から別
の地点に移動させるように設計された、２つのロボット
制御転送チャンバを含む。第１ロボティック・チャンバ
はバッファ・チャンバ３であり、第２ロボティック・チ
ャンバは転送チャンバ２である。
ステム１を示す。システム１は、ウエハを一地点から別
の地点に移動させるように設計された、２つのロボット
制御転送チャンバを含む。第１ロボティック・チャンバ
はバッファ・チャンバ３であり、第２ロボティック・チ
ャンバは転送チャンバ２である。
【００２２】図１に示すロード・ロック(load lock)７
の１つにウエハを配置することによって、システム１に
入れる。ロード・ロック７が適切な温度，圧力等におい
て安定化した後、バッファ・チャンバ３がウエハをロー
ド・ロック７から脱気および整合チャンバ５に移動させ
る。脱気および整合チャンバ５は、半導体ウエハ内に形
成されているフラット(flat)またはノッチを用いて、シ
ステム１内部での処理のために、回転によりウエハを整
合させる。加えて、ウエハを種々の処理チャンバの１つ
に導入する前に、脱気および整合チャンバ５はウエハに
熱またはエネルギを加え、有機的な汚染，水，またはそ
の他の望ましくない物質をウエハから除去する。かかる
除去は、これらの物質がシステム１内のチャンバのいず
れかを汚染するという可能性を低下させるために行われ
る。
の１つにウエハを配置することによって、システム１に
入れる。ロード・ロック７が適切な温度，圧力等におい
て安定化した後、バッファ・チャンバ３がウエハをロー
ド・ロック７から脱気および整合チャンバ５に移動させ
る。脱気および整合チャンバ５は、半導体ウエハ内に形
成されているフラット(flat)またはノッチを用いて、シ
ステム１内部での処理のために、回転によりウエハを整
合させる。加えて、ウエハを種々の処理チャンバの１つ
に導入する前に、脱気および整合チャンバ５はウエハに
熱またはエネルギを加え、有機的な汚染，水，またはそ
の他の望ましくない物質をウエハから除去する。かかる
除去は、これらの物質がシステム１内のチャンバのいず
れかを汚染するという可能性を低下させるために行われ
る。
【００２３】チャンバ５内部での処理の後、バッファ・
チャンバ３を介して、図１に示す（図２も参照）高周波
（ＲＦ）予備浄化チャンバ１０の１つに、ウエハを移動
させる。ＲＦ予備浄化チャンバ１０は、インレイド・ビ
アおよび／またはトレンチ開口の角部分を丸めるために
用いられる。加えて、予備浄化チャンバでは、後続の銅
バリアおよび銅シード層形成の準備として、半導体ウエ
ハの露出した導電面を浄化する。
チャンバ３を介して、図１に示す（図２も参照）高周波
（ＲＦ）予備浄化チャンバ１０の１つに、ウエハを移動
させる。ＲＦ予備浄化チャンバ１０は、インレイド・ビ
アおよび／またはトレンチ開口の角部分を丸めるために
用いられる。加えて、予備浄化チャンバでは、後続の銅
バリアおよび銅シード層形成の準備として、半導体ウエ
ハの露出した導電面を浄化する。
【００２４】チャンバ１０によって処理された後、転送
チャンバ９を介して、転送チャンバ２にウエハを転送す
る。次いで、転送チャンバ２は、ウエハをバリア堆積チ
ャンバ４０（図３も参照）に導入する。転送チャンバ２
を介した処理チャンバ間のウエハの転送は、制御された
状態の下で、制御された環境で行われ、これによってウ
エハ転送の間ウエハ上の汚染が減少する。バリア堆積チ
ャンバ４０は、ウエハ上に銅を堆積する前に、半導体ウ
エハ上に銅バリア層を堆積する。バリアは、好ましく
は、タンタル，あるいはその他の何らかの耐熱金属また
は耐熱金属窒化物である。あるいは、バリア層の形成に
有用な他の種類の単一材料または複合材料を用いて形成
することも可能である。
チャンバ９を介して、転送チャンバ２にウエハを転送す
る。次いで、転送チャンバ２は、ウエハをバリア堆積チ
ャンバ４０（図３も参照）に導入する。転送チャンバ２
を介した処理チャンバ間のウエハの転送は、制御された
状態の下で、制御された環境で行われ、これによってウ
エハ転送の間ウエハ上の汚染が減少する。バリア堆積チ
ャンバ４０は、ウエハ上に銅を堆積する前に、半導体ウ
エハ上に銅バリア層を堆積する。バリアは、好ましく
は、タンタル，あるいはその他の何らかの耐熱金属また
は耐熱金属窒化物である。あるいは、バリア層の形成に
有用な他の種類の単一材料または複合材料を用いて形成
することも可能である。
【００２５】バリア層を形成した後、シード層堆積チャ
ンバ７０（図４も参照）にウエアを移送する。チャンバ
７０において、銅シード層を形成し、その上に、電気め
っき、無電解めっき、堆積、スパッタ等で銅を形成する
ことができる。銅シード層を形成した後、チャンバ９を
介してオプションの冷却チャンバ（図示せず）にウエハ
を移送し、バッファ・チャンバ３に移動させる前にウエ
ハを冷却する。次に、バッファ・チャンバ３は、チャン
バ９からロード・ロック７に逆にウエハを転送すること
により、ウエハをシステム１から取り出す。取り出す時
点で、処理された半導体ウエハは、その露出表面上に、
導電性バリア層および銅シード層が形成されており、バ
ルク銅堆積およびＣＭＰの準備が整っている。
ンバ７０（図４も参照）にウエアを移送する。チャンバ
７０において、銅シード層を形成し、その上に、電気め
っき、無電解めっき、堆積、スパッタ等で銅を形成する
ことができる。銅シード層を形成した後、チャンバ９を
介してオプションの冷却チャンバ（図示せず）にウエハ
を移送し、バッファ・チャンバ３に移動させる前にウエ
ハを冷却する。次に、バッファ・チャンバ３は、チャン
バ９からロード・ロック７に逆にウエハを転送すること
により、ウエハをシステム１から取り出す。取り出す時
点で、処理された半導体ウエハは、その露出表面上に、
導電性バリア層および銅シード層が形成されており、バ
ルク銅堆積およびＣＭＰの準備が整っている。
【００２６】マルチ・チャンバ堆積システム１内部の個
々のチャンバおよびそれらの副構成部品については、図
３ないし図７において更に詳しく論ずる。システム１
が、先に論じたシーケンスによって移送される半導体ウ
エハに対して有する効果については、ここの図８ないし
図１１に詳しく示す。加えて、図１のシステム１が半導
体ウエハ上で行う工程については、ここの図１２ないし
図１４を参照しながら、更に例示し論ずることにする。
したがって、図２ないし図１４の論述によって、先に論
じたプロセスを一層深く理解することができよう。
々のチャンバおよびそれらの副構成部品については、図
３ないし図７において更に詳しく論ずる。システム１
が、先に論じたシーケンスによって移送される半導体ウ
エハに対して有する効果については、ここの図８ないし
図１１に詳しく示す。加えて、図１のシステム１が半導
体ウエハ上で行う工程については、ここの図１２ないし
図１４を参照しながら、更に例示し論ずることにする。
したがって、図２ないし図１４の論述によって、先に論
じたプロセスを一層深く理解することができよう。
【００２７】図２は、図１に示したＲＦ予備浄化チャン
バ１０を更に詳しく示す。チャンバ１０は、ドーム１２
を含み、これを用いてＲＦ予備浄化チャンバ１０内部に
ＲＦ予備浄化環境を封じ込める。通常、ドーム１２は、
ビーズ噴射クオーツ(bead blasted quartz)で作られ、
粒子の接着を促進する。加えて、クオーツは誘電体材料
であり、外部電界（例えば、以下で論ずるコイル１６か
らの電界）が、予備浄化処理環境に影響を及ぼし、ウエ
ハの処理を行うことを可能にする。したがって、クオー
ツが好ましい材料ではあるが、外部電界の通過を妨げな
いのであれば、他の材料も使用可能である。
バ１０を更に詳しく示す。チャンバ１０は、ドーム１２
を含み、これを用いてＲＦ予備浄化チャンバ１０内部に
ＲＦ予備浄化環境を封じ込める。通常、ドーム１２は、
ビーズ噴射クオーツ(bead blasted quartz)で作られ、
粒子の接着を促進する。加えて、クオーツは誘電体材料
であり、外部電界（例えば、以下で論ずるコイル１６か
らの電界）が、予備浄化処理環境に影響を及ぼし、ウエ
ハの処理を行うことを可能にする。したがって、クオー
ツが好ましい材料ではあるが、外部電界の通過を妨げな
いのであれば、他の材料も使用可能である。
【００２８】ドーム１２は、シールド１４によって側面
および上面に沿って密封(encase)され、更にベース・プ
レート１８によって底面に沿って密封されている。エレ
メント１４，１８は通常アルミニウム，または無線周波
数（ＲＦ）を遮蔽可能な同様の金属材料で作られる。シ
ールド１４およびドーム１２間に位置するのはコイル１
６である。コイル１６は、その形状が円筒状であり、ク
オーツ・ドーム１２を包囲する。コイル１６には、コイ
ル電源２６によって、低周波ＲＦ電力が供給される。
および上面に沿って密封(encase)され、更にベース・プ
レート１８によって底面に沿って密封されている。エレ
メント１４，１８は通常アルミニウム，または無線周波
数（ＲＦ）を遮蔽可能な同様の金属材料で作られる。シ
ールド１４およびドーム１２間に位置するのはコイル１
６である。コイル１６は、その形状が円筒状であり、ク
オーツ・ドーム１２を包囲する。コイル１６には、コイ
ル電源２６によって、低周波ＲＦ電力が供給される。
【００２９】図２に示すように、半導体ウエハ２２がウ
エハ・ペデスタル２０（ウエハ・チャック）上に置か
れ、ここで続いて処理される。ウエハ・ペデスタル２０
には、ペデスタル電源２４によって、高周波ＲＦ電力が
供給される。ウエハ２２は、真空，機械式クランプ，静
電力等を用いて、ペデスタル２０に固着することができ
る。あるいは、システムによっては、ウエハを固着せず
に放置してもよい。図２は、ガス供給ライン２８を示
す。ガス供給ライン２８は、クオーツ・ドーム１２によ
って封じ込められている内部チャンバ環境にガスを供給
する。内部チャンバ環境に供給されるガスは、通常不活
性スパッタリング・ガスであり、典型的に、アルゴン，
窒素，またはキセノンが含まれる。加えて、図２は、排
気ポート３０を示す。排気ポート３０は、反応後の副産
物および未反応の副産物をチャンバ１０から除去し、ウ
エハ処理の間圧力を維持する。通常、チャンバ１０は、
ウエハ２２の予備処理および予備浄化を行い、バリア層
およびシード層を堆積する前に、インレイド開口の角部
を丸め、開口内部の露出されている導電面を浄化する。
予備浄化プロセスについては、図９および図１２を参照
しながら更に詳しく説明する。
エハ・ペデスタル２０（ウエハ・チャック）上に置か
れ、ここで続いて処理される。ウエハ・ペデスタル２０
には、ペデスタル電源２４によって、高周波ＲＦ電力が
供給される。ウエハ２２は、真空，機械式クランプ，静
電力等を用いて、ペデスタル２０に固着することができ
る。あるいは、システムによっては、ウエハを固着せず
に放置してもよい。図２は、ガス供給ライン２８を示
す。ガス供給ライン２８は、クオーツ・ドーム１２によ
って封じ込められている内部チャンバ環境にガスを供給
する。内部チャンバ環境に供給されるガスは、通常不活
性スパッタリング・ガスであり、典型的に、アルゴン，
窒素，またはキセノンが含まれる。加えて、図２は、排
気ポート３０を示す。排気ポート３０は、反応後の副産
物および未反応の副産物をチャンバ１０から除去し、ウ
エハ処理の間圧力を維持する。通常、チャンバ１０は、
ウエハ２２の予備処理および予備浄化を行い、バリア層
およびシード層を堆積する前に、インレイド開口の角部
を丸め、開口内部の露出されている導電面を浄化する。
予備浄化プロセスについては、図９および図１２を参照
しながら更に詳しく説明する。
【００３０】図３は、図１に示したバリア堆積チャンバ
４０を更に詳細に示す。図３のバリア堆積チャンバ４０
は、アルミニウムまたはアルミニウム・アーク溶射ステ
ンレス鋼で作られたシールド４２を含む。シールド４２
の上面上には、トップ・プレート４４がある。トップ・
プレート４４は、回転磁気アセンブリ４６を収容即ち支
持する。回転磁気アセンブリ４６は、ターゲット４８か
らウエハ２２上にバリア材料をスパッタする間、原子を
スパッタリング・ターゲット４８に放射する。スパッタ
リング・ターゲット４８は、トップ・プレート４４の底
面に取り付けられており、好ましくはタンタル（Ｔａ）
で作られる。あるいは、バリア層ターゲットは、窒化タ
ンタル（ＴａＮ），窒化チタン（ＴｉＮ），タンタル・
タングステン（ＴｉＷ）等のような、その他の材料で構
成することも可能である。ターゲット４８には、典型的
に、図３に示すようなターゲット電源５０によって供給
される、直流（ＤＣ）を給電する。
４０を更に詳細に示す。図３のバリア堆積チャンバ４０
は、アルミニウムまたはアルミニウム・アーク溶射ステ
ンレス鋼で作られたシールド４２を含む。シールド４２
の上面上には、トップ・プレート４４がある。トップ・
プレート４４は、回転磁気アセンブリ４６を収容即ち支
持する。回転磁気アセンブリ４６は、ターゲット４８か
らウエハ２２上にバリア材料をスパッタする間、原子を
スパッタリング・ターゲット４８に放射する。スパッタ
リング・ターゲット４８は、トップ・プレート４４の底
面に取り付けられており、好ましくはタンタル（Ｔａ）
で作られる。あるいは、バリア層ターゲットは、窒化タ
ンタル（ＴａＮ），窒化チタン（ＴｉＮ），タンタル・
タングステン（ＴｉＷ）等のような、その他の材料で構
成することも可能である。ターゲット４８には、典型的
に、図３に示すようなターゲット電源５０によって供給
される、直流（ＤＣ）を給電する。
【００３１】筐体４２の内周は、コイル５２を支持す
る。コイル５２は、コイル電源５４に接続されており、
これによって、ウエハ処理の間コイル５２にバイアスを
かけることができる。ウエハ２２は、チャンバ４０のウ
エハ・ペデスタル５６（ウエハ・チャック）上に置かれ
る。真空，機械式クランプ，静電力等を用いて、ウエハ
をウエハ・ペデスタル５６に固着することができる。し
かしながら、ここに記載中の実施例では、ウエハ・ペデ
スタル５６にウエハを固着しない。ペデスタル５６に
は、ペデスタル電源５８によってバイアスがかけられ
る。具体的なバイアス条件については、後に図１４を参
照しながら詳細に論ずることにする。
る。コイル５２は、コイル電源５４に接続されており、
これによって、ウエハ処理の間コイル５２にバイアスを
かけることができる。ウエハ２２は、チャンバ４０のウ
エハ・ペデスタル５６（ウエハ・チャック）上に置かれ
る。真空，機械式クランプ，静電力等を用いて、ウエハ
をウエハ・ペデスタル５６に固着することができる。し
かしながら、ここに記載中の実施例では、ウエハ・ペデ
スタル５６にウエハを固着しない。ペデスタル５６に
は、ペデスタル電源５８によってバイアスがかけられ
る。具体的なバイアス条件については、後に図１４を参
照しながら詳細に論ずることにする。
【００３２】ベース・プレート６０内には開口（群）が
あり、図３に示すように、これを通じて入力ガス・ソー
ス６２がチャンバ内に供給される。入力ガス・ソース・
ポート６２は、窒素，アルゴン，および／またはキセノ
ンというような種々のガスを、処理チャンバ４０内に導
入し、スパッタリング処理を一層効果的に行うことを可
能にする。加えて、図３は、排気ポート６４も示す。排
気ポート６４は、スパッタリング処理の残留副産物を除
去するため、およびウエハ２２のスパッタ処理の間チャ
ンバ内の圧力を規制するために用いられる。
あり、図３に示すように、これを通じて入力ガス・ソー
ス６２がチャンバ内に供給される。入力ガス・ソース・
ポート６２は、窒素，アルゴン，および／またはキセノ
ンというような種々のガスを、処理チャンバ４０内に導
入し、スパッタリング処理を一層効果的に行うことを可
能にする。加えて、図３は、排気ポート６４も示す。排
気ポート６４は、スパッタリング処理の残留副産物を除
去するため、およびウエハ２２のスパッタ処理の間チャ
ンバ内の圧力を規制するために用いられる。
【００３３】ウエハ２２がペデスタル電源５８によって
効率的にバイアスされることを保証するために、図３に
示す誘電体絶縁リング５３を用いて、ウエハ・ペデスタ
ルおよびその他の導電性チャンバ構成部品間の電気的接
触を防止する。誘電体絶縁リング５３は、セラミック材
料で作ることが好ましい。しかしながら、タンタル・タ
ーゲット４８からセラミック絶縁リング５３上に本来ス
パッタされるタンタル（Ｔａ）は、強く接着せず、この
ため、タンタルのセラミック絶縁リング５３からの剥離
が頻繁に生じ、ウエハ２２上の粒子汚染を増大すること
がわかっている。この粒子汚染は、ダイの歩留まりを著
しく低下させる。したがって、本発明の一実施例によれ
ば、セラミック即ち誘電体絶縁リング５３の上面の露出
面に、アーク溶射アルミニウムまたはフレーム溶射アル
ミニウムの層を被覆する。このようにセラミック絶縁リ
ング５３上に表面を追加することにより、タンタル堆積
の間、タンタルの絶縁リング５３への接着性が高くな
り、これによって、従来技術において用いられていた絶
縁リングに対して、チャンバ内の粒子制御が大幅に改善
される。
効率的にバイアスされることを保証するために、図３に
示す誘電体絶縁リング５３を用いて、ウエハ・ペデスタ
ルおよびその他の導電性チャンバ構成部品間の電気的接
触を防止する。誘電体絶縁リング５３は、セラミック材
料で作ることが好ましい。しかしながら、タンタル・タ
ーゲット４８からセラミック絶縁リング５３上に本来ス
パッタされるタンタル（Ｔａ）は、強く接着せず、この
ため、タンタルのセラミック絶縁リング５３からの剥離
が頻繁に生じ、ウエハ２２上の粒子汚染を増大すること
がわかっている。この粒子汚染は、ダイの歩留まりを著
しく低下させる。したがって、本発明の一実施例によれ
ば、セラミック即ち誘電体絶縁リング５３の上面の露出
面に、アーク溶射アルミニウムまたはフレーム溶射アル
ミニウムの層を被覆する。このようにセラミック絶縁リ
ング５３上に表面を追加することにより、タンタル堆積
の間、タンタルの絶縁リング５３への接着性が高くな
り、これによって、従来技術において用いられていた絶
縁リングに対して、チャンバ内の粒子制御が大幅に改善
される。
【００３４】加えて、ターゲット４８からスパッタされ
るタンタル（Ｔａ）はチャンバ４０内部の他のコンポネ
ント上にも容易に堆積することがわかっている。一例と
して、タンタルは、シールド４２，クランプ５５，また
はチャンバ４０内部にあるその他のコンポネント上に堆
積することができる。通常、タンタルは、時間が経過か
しても、これらのコンポネントに直接適当に接着しな
い。スパッタされたタンタルがこれらのコンポネントに
強く接着しない場合、剥離して粒子量の増大を招き、歩
留まりに悪影響を及ぼし、システムのダウンタイムが増
大する。
るタンタル（Ｔａ）はチャンバ４０内部の他のコンポネ
ント上にも容易に堆積することがわかっている。一例と
して、タンタルは、シールド４２，クランプ５５，また
はチャンバ４０内部にあるその他のコンポネント上に堆
積することができる。通常、タンタルは、時間が経過か
しても、これらのコンポネントに直接適当に接着しな
い。スパッタされたタンタルがこれらのコンポネントに
強く接着しない場合、剥離して粒子量の増大を招き、歩
留まりに悪影響を及ぼし、システムのダウンタイムが増
大する。
【００３５】これらの問題を回避するために、チャンバ
４０を浄化する際に、ウエハをチャンバ４０に再度導入
する前に、チャンバ４０にコンディショニング工程を実
行するとよいことがわかっている。このコンディショニ
ング工程は、ガス入力ライン６２を通じてチャンバ４０
に窒素を導入しつつ、窒素雰囲気内でターゲット４８か
らＴａを反応的にスパッタすることから成る。一例とし
て、一実施例では、これは、ターゲット４８に約１３０
０ないし１７００ワット（Ｗ）の範囲の電力を供給し、
コイル５２に約１３００ないし１７００Ｗの範囲の電力
を供給し、電源５０，５４および／または５８によって
ペデスタル５６に電力を供給することによって、チャン
バ４０の内面部分およびその構成部品全体に、窒化タン
タル膜の堆積が形成されるようにすることによって、反
応性スパッタリング堆積システムにおいて行われる。窒
化タンタル膜は、約０．２５ないし０．７５ミクロンの
範囲の厚さに堆積される。コンディショニング工程の
間、ペデスタル上に金属ディスクを配置し、スパッタさ
れた物質がヒータ上に堆積するのを防止する。このコン
ディショニング工程によって、クリティカルな内部チャ
ンバ構成部品にＴａＮを被覆することによって、ウエハ
処理の間にチャンバ構成部品上に続いて堆積されるタン
タルの接着性を高める。チャンバ４０によって指定数の
ウエハを処理し終えた後、別のチャンバ・メンテナンス
浄化過程，および内部チャンバ構成部品上に窒化タンタ
ル（ＴａＮ）を堆積する別のコンディショニング処理を
再度行う。代替実施例では、窒素環境においてターゲッ
トからのＴａをスパッタしＴａＮ層を形成する代わり
に、複合ＴａＮターゲットを代わりに用いて、内部チャ
ンバ構成部品上に窒化タンタル層を堆積することも可能
である。
４０を浄化する際に、ウエハをチャンバ４０に再度導入
する前に、チャンバ４０にコンディショニング工程を実
行するとよいことがわかっている。このコンディショニ
ング工程は、ガス入力ライン６２を通じてチャンバ４０
に窒素を導入しつつ、窒素雰囲気内でターゲット４８か
らＴａを反応的にスパッタすることから成る。一例とし
て、一実施例では、これは、ターゲット４８に約１３０
０ないし１７００ワット（Ｗ）の範囲の電力を供給し、
コイル５２に約１３００ないし１７００Ｗの範囲の電力
を供給し、電源５０，５４および／または５８によって
ペデスタル５６に電力を供給することによって、チャン
バ４０の内面部分およびその構成部品全体に、窒化タン
タル膜の堆積が形成されるようにすることによって、反
応性スパッタリング堆積システムにおいて行われる。窒
化タンタル膜は、約０．２５ないし０．７５ミクロンの
範囲の厚さに堆積される。コンディショニング工程の
間、ペデスタル上に金属ディスクを配置し、スパッタさ
れた物質がヒータ上に堆積するのを防止する。このコン
ディショニング工程によって、クリティカルな内部チャ
ンバ構成部品にＴａＮを被覆することによって、ウエハ
処理の間にチャンバ構成部品上に続いて堆積されるタン
タルの接着性を高める。チャンバ４０によって指定数の
ウエハを処理し終えた後、別のチャンバ・メンテナンス
浄化過程，および内部チャンバ構成部品上に窒化タンタ
ル（ＴａＮ）を堆積する別のコンディショニング処理を
再度行う。代替実施例では、窒素環境においてターゲッ
トからのＴａをスパッタしＴａＮ層を形成する代わり
に、複合ＴａＮターゲットを代わりに用いて、内部チャ
ンバ構成部品上に窒化タンタル層を堆積することも可能
である。
【００３６】図４は、図１に示したバリア堆積チャンバ
７０を更に詳細に示す。図３と同様に、チャンバ７０
は、これまでに論じたエレメントと同様のシールド７
２，トップ・プレート７４，回転磁気アセンブリ７６，
銅ターゲット７８，ターゲット電源８０，コイル８２，
コイル電源８４，ウエハ・ペデスタル８６，ペデスタル
電源８８，ボトム・プレート９０，入力ガス・ソース９
２，排気ポート９４を備えている。しかしながら、図４
のウエハ支持およびクランプ構造は、図３のチャンバ４
０に示すそれとは異なる。図３におけるウエハはチャン
バ４０内において自由放置状態であったのに対して、図
４におけるウエハは、改良クランプ８５を用いて、図４
のウエハ・ペデスタル８６にクランプされている。
７０を更に詳細に示す。図３と同様に、チャンバ７０
は、これまでに論じたエレメントと同様のシールド７
２，トップ・プレート７４，回転磁気アセンブリ７６，
銅ターゲット７８，ターゲット電源８０，コイル８２，
コイル電源８４，ウエハ・ペデスタル８６，ペデスタル
電源８８，ボトム・プレート９０，入力ガス・ソース９
２，排気ポート９４を備えている。しかしながら、図４
のウエハ支持およびクランプ構造は、図３のチャンバ４
０に示すそれとは異なる。図３におけるウエハはチャン
バ４０内において自由放置状態であったのに対して、図
４におけるウエハは、改良クランプ８５を用いて、図４
のウエハ・ペデスタル８６にクランプされている。
【００３７】動作の間、電源８０、８４、８８は、アル
ゴン（Ａｒ）または同様の不活性ガスを入力９２を通じ
てチャンバ７０に供給する間、システムに給電する。こ
の結果、銅がターゲット７８からウエハ２２上にスパッ
タされる。ここに述べる改良は、プロセスにおいては、
図４において用いられている具体的な改良クランプ８５
における程多くない。したがって、図５ないし図７によ
って、クランプ８５の詳細な論述を行うことにする。
ゴン（Ａｒ）または同様の不活性ガスを入力９２を通じ
てチャンバ７０に供給する間、システムに給電する。こ
の結果、銅がターゲット７８からウエハ２２上にスパッ
タされる。ここに述べる改良は、プロセスにおいては、
図４において用いられている具体的な改良クランプ８５
における程多くない。したがって、図５ないし図７によ
って、クランプ８５の詳細な論述を行うことにする。
【００３８】図４に示すクランプ８５は、ウエハの周辺
領域における銅の剥離を減少させることによってＩＣ製
造の間における粒子および粒子に関連する歩留まりの問
題を減ずるために、設計し直されたものである。図５
は、図４に示すクランプの内周部分の拡大断面図を示
し、更にウエハ２２に対するその位置および機能を示
す。クランプ８５の接触部分１００は、基礎となるウエ
ハ・ペデスタル即ち支持部材（図示せず）にウエハを固
着するために用いられる。クランプの内径に位置する隆
起領域を、シャドウ部分(shadow portion)と呼ぶ。これ
は、ウエハ２２の周辺部分の領域１０２上に位置する。
図５は、クランプ８５のシャドウ部分が、ウエハ２２の
表面から距離１０４だけ上に位置することを示す。図５
に示すクランプの設計における重要な点は、クランプ８
５がウエハ２２に接触する、または近接する点１０５に
ある。通常、点１０５がクランプの他の寸法に対して適
正に設計されていない場合、スパッタされた銅の望まし
くない堆積が生ずる。これは、ウエハを外す(unclamp)
ときに問題となり得る。ウエハを外す際、点１０５付近
でウエハおよびクランプ双方に連続して形成された銅
は、これらの表面双方から剥がれ易い。これは、粒子を
発生する可能性があり、更に後の処理の間にウエハから
銅膜が後から剥がれる原因ともなり得る。
領域における銅の剥離を減少させることによってＩＣ製
造の間における粒子および粒子に関連する歩留まりの問
題を減ずるために、設計し直されたものである。図５
は、図４に示すクランプの内周部分の拡大断面図を示
し、更にウエハ２２に対するその位置および機能を示
す。クランプ８５の接触部分１００は、基礎となるウエ
ハ・ペデスタル即ち支持部材（図示せず）にウエハを固
着するために用いられる。クランプの内径に位置する隆
起領域を、シャドウ部分(shadow portion)と呼ぶ。これ
は、ウエハ２２の周辺部分の領域１０２上に位置する。
図５は、クランプ８５のシャドウ部分が、ウエハ２２の
表面から距離１０４だけ上に位置することを示す。図５
に示すクランプの設計における重要な点は、クランプ８
５がウエハ２２に接触する、または近接する点１０５に
ある。通常、点１０５がクランプの他の寸法に対して適
正に設計されていない場合、スパッタされた銅の望まし
くない堆積が生ずる。これは、ウエハを外す(unclamp)
ときに問題となり得る。ウエハを外す際、点１０５付近
でウエハおよびクランプ双方に連続して形成された銅
は、これらの表面双方から剥がれ易い。これは、粒子を
発生する可能性があり、更に後の処理の間にウエハから
銅膜が後から剥がれる原因ともなり得る。
【００３９】図５の設計における改良（群）は、図７に
示す従来技術のクランプ９９に関して、最良に理解し論
述することができる。クランプ９９がウエハ２２を固着
している間、銅または銅シード層１０８が上に位置する
ターゲットからスパッタされる。シャドウ部分の高さ１
１４が高過ぎる場合、銅は、経路１１６のような経路に
沿ってスパッタされ、ウエハのシャドウ部分の下の領域
に形成される可能性がある。これらの領域に形成される
銅は、（厚い層から薄い層へ）段階的な厚さを有し、最
終的にシャドウ部分１１５の下の最外側エリアにおいて
銅の小結節として終結する可能性がある。このシャドウ
部分は、ウエハ２２の周辺部分に向かって位置する。銅
小結節１１０および傾斜銅部分１１２は、後続の銅めっ
き処理において非均一にめっきされるため、問題であ
る。加えて、銅めっきおよび化学機械式研摩（ＣＭＰ）
処理が銅小結節１１０および傾斜銅部分１１２上で行わ
れるために、時が経つに連れてウエハからかなり剥離す
る潜在的な可能性があり好ましくない。したがって、当
技術分野では、可能な限り常に銅小結節１１０および傾
斜銅領域１１２の形成を減少させる必要性がある。
示す従来技術のクランプ９９に関して、最良に理解し論
述することができる。クランプ９９がウエハ２２を固着
している間、銅または銅シード層１０８が上に位置する
ターゲットからスパッタされる。シャドウ部分の高さ１
１４が高過ぎる場合、銅は、経路１１６のような経路に
沿ってスパッタされ、ウエハのシャドウ部分の下の領域
に形成される可能性がある。これらの領域に形成される
銅は、（厚い層から薄い層へ）段階的な厚さを有し、最
終的にシャドウ部分１１５の下の最外側エリアにおいて
銅の小結節として終結する可能性がある。このシャドウ
部分は、ウエハ２２の周辺部分に向かって位置する。銅
小結節１１０および傾斜銅部分１１２は、後続の銅めっ
き処理において非均一にめっきされるため、問題であ
る。加えて、銅めっきおよび化学機械式研摩（ＣＭＰ）
処理が銅小結節１１０および傾斜銅部分１１２上で行わ
れるために、時が経つに連れてウエハからかなり剥離す
る潜在的な可能性があり好ましくない。したがって、当
技術分野では、可能な限り常に銅小結節１１０および傾
斜銅領域１１２の形成を減少させる必要性がある。
【００４０】加えて、従来技術のクランプは、図７に示
すように、十分に広くないシャドウ領域１１５を生ずる
場合がある。この領域１１５が狭すぎ、高さ１１４が大
きすぎると、典型的にクランプ９９をウエハ２２に接触
させる点１１７も、その上およびその周囲に銅を堆積さ
せる潜在的な可能性がある。その結果、十分な銅が点１
１７上に形成し、クランプをウエハから分離するとき
に、点１１７において、銅層１０８が裂けたり剥ぎ取ら
れることになる。これは、ウエハ２２のエッジから粒子
が発生することによって、歩留まりに影響を及ぼす可能
性がある。したがって、銅または銅シード層の形成に用
いるために改良された機能的なクランプを開発するため
には、寸法１１５，１１４は、当技術分野に現在存在す
るものよりも注意深く設計しなければならない。
すように、十分に広くないシャドウ領域１１５を生ずる
場合がある。この領域１１５が狭すぎ、高さ１１４が大
きすぎると、典型的にクランプ９９をウエハ２２に接触
させる点１１７も、その上およびその周囲に銅を堆積さ
せる潜在的な可能性がある。その結果、十分な銅が点１
１７上に形成し、クランプをウエハから分離するとき
に、点１１７において、銅層１０８が裂けたり剥ぎ取ら
れることになる。これは、ウエハ２２のエッジから粒子
が発生することによって、歩留まりに影響を及ぼす可能
性がある。したがって、銅または銅シード層の形成に用
いるために改良された機能的なクランプを開発するため
には、寸法１１５，１１４は、当技術分野に現在存在す
るものよりも注意深く設計しなければならない。
【００４１】図５は、かかる改良されたクランプ８５を
示す。寸法１０４は、図７の高さ寸法１１４よりも小さ
い。即ち、従来技術は、寸法１１４が８ミル未満のシャ
ドウ部分を有するクランプを作成していない。ウエハ２
２から離れたかかる「高い」シャドウ部分は、少なくと
も部分的には、クランプ９９に対して先に論じた問題の
原因となる。図５では、クランプ８５の寸法１０４は、
８ミル未満と設計されている。好適実施例では、寸法１
０４は５ミル未満であり、場合によっては３ミル未満と
する。通常、図５の寸法１０４は、殆どの場合、おおま
かに２ないし５ミルの範囲にあるいずれかの値である。
寸法１０４を小さくすると、シャドウ部分の下に形成さ
れる銅の量が減少し、これに対応して、シャドウ部分の
下に生ずる傾斜した銅や銅の小結節に伴う問題も減少す
る。図５のクランプの内周１０７とウエハを接触させな
いことは重要である。これは重要であり、そうでないと
図７の点１１７に関して先に論じた引裂の問題が生ず
る。ただし、この場合は、かかる銅の蓄積および引き裂
きは、図５の点１０５ではなく、１０７において発生す
る。したがって、スタンドオフ寸法１０４を、ウエハ・
トポグラフィ(wafer topography)および堆積したバリア
の厚さ，シードおよび／または銅層に依存するなんらか
のスレシホルド未満の点に下げないことには、正当な理
由がある。
示す。寸法１０４は、図７の高さ寸法１１４よりも小さ
い。即ち、従来技術は、寸法１１４が８ミル未満のシャ
ドウ部分を有するクランプを作成していない。ウエハ２
２から離れたかかる「高い」シャドウ部分は、少なくと
も部分的には、クランプ９９に対して先に論じた問題の
原因となる。図５では、クランプ８５の寸法１０４は、
８ミル未満と設計されている。好適実施例では、寸法１
０４は５ミル未満であり、場合によっては３ミル未満と
する。通常、図５の寸法１０４は、殆どの場合、おおま
かに２ないし５ミルの範囲にあるいずれかの値である。
寸法１０４を小さくすると、シャドウ部分の下に形成さ
れる銅の量が減少し、これに対応して、シャドウ部分の
下に生ずる傾斜した銅や銅の小結節に伴う問題も減少す
る。図５のクランプの内周１０７とウエハを接触させな
いことは重要である。これは重要であり、そうでないと
図７の点１１７に関して先に論じた引裂の問題が生ず
る。ただし、この場合は、かかる銅の蓄積および引き裂
きは、図５の点１０５ではなく、１０７において発生す
る。したがって、スタンドオフ寸法１０４を、ウエハ・
トポグラフィ(wafer topography)および堆積したバリア
の厚さ，シードおよび／または銅層に依存するなんらか
のスレシホルド未満の点に下げないことには、正当な理
由がある。
【００４２】加えて、図５における寸法１０２は、概略
的に２０ミル以上に設定し、対角線堆積経路１１６（図
７に示す）による銅材料の好ましくない蓄積が点１０５
において生じないことを保証する。この寸法１０４に対
する１０２の相対的な寸法の延長によって、更に、シー
ド層の周辺部分の引裂が回避されるか、あるいは大幅に
減少することを保証する。要約すると、改良クランプ８
５は、図７に示す、銅の傾斜１１２および銅の小結節１
１０を減少させることによって、周辺の銅剥離および粒
子を大幅に減少させる。加えて、新たに設計したクラン
プ８５は、ウエハに接触するクランプ８５の表面付近に
銅の蓄積が発生せず、銅シード層の形成の間に、意に反
してウエハ２２の表面から銅が引裂かれることがないよ
うに保証する。
的に２０ミル以上に設定し、対角線堆積経路１１６（図
７に示す）による銅材料の好ましくない蓄積が点１０５
において生じないことを保証する。この寸法１０４に対
する１０２の相対的な寸法の延長によって、更に、シー
ド層の周辺部分の引裂が回避されるか、あるいは大幅に
減少することを保証する。要約すると、改良クランプ８
５は、図７に示す、銅の傾斜１１２および銅の小結節１
１０を減少させることによって、周辺の銅剥離および粒
子を大幅に減少させる。加えて、新たに設計したクラン
プ８５は、ウエハに接触するクランプ８５の表面付近に
銅の蓄積が発生せず、銅シード層の形成の間に、意に反
してウエハ２２の表面から銅が引裂かれることがないよ
うに保証する。
【００４３】本質的に、図７に示す問題は、寸法１１
５，１１４によって既定される矩形二次元形状によるも
のである。図５に既定する矩形領域の形状を、寸法１０
２，１０４によって変更することによって、銅シード層
の形成に改良が得られる。したがって、前述の具体的な
寸法１０２，１０４によるクランプの改良について説明
する代わりに、寸法１０２、即ち、オーバーハングは、
ウエハの表面から上に、シャドウ部分の寸法１０４即ち
高さの少なくとも２．５倍となるようにしなければなら
ないことを代わりに述べることができよう。内輪に見積
もって、距離１０２は、寸法１０４の少なくとも４．０
倍とすべきであろう。かかる幾何学的関係により、図７
の傾斜した銅１１２の形成および小結節１１０の形成を
減少させるかまたは回避することを保証し、同時に図５
の接触点１０５または外周点１０７においてウエハから
銅シード層が引裂かれないことも保証する。
５，１１４によって既定される矩形二次元形状によるも
のである。図５に既定する矩形領域の形状を、寸法１０
２，１０４によって変更することによって、銅シード層
の形成に改良が得られる。したがって、前述の具体的な
寸法１０２，１０４によるクランプの改良について説明
する代わりに、寸法１０２、即ち、オーバーハングは、
ウエハの表面から上に、シャドウ部分の寸法１０４即ち
高さの少なくとも２．５倍となるようにしなければなら
ないことを代わりに述べることができよう。内輪に見積
もって、距離１０２は、寸法１０４の少なくとも４．０
倍とすべきであろう。かかる幾何学的関係により、図７
の傾斜した銅１１２の形成および小結節１１０の形成を
減少させるかまたは回避することを保証し、同時に図５
の接触点１０５または外周点１０７においてウエハから
銅シード層が引裂かれないことも保証する。
【００４４】図６は、図４のチャンバ７０において用い
られるクランプ８５を上から見た図を示す。殆どの半導
体ウエハ２２は、英数字識別領域１０６を含み、典型的
にウエハの表面を横切ってレーザで刻印された文字を含
む。図３のチャンバ４０では、これらの英数字を処理
し、Ｔａバリア層で被覆した。バリア層は非常に薄く、
これに比して、英数字は非常に深く形成されているの
で、英数字は、英数字のトポグラフィ内のバリア層の堆
積によって、歪んだり、埋まったり、事実上消去される
ことはない。しかしながら、銅シード層は、続いて潜在
的に０．４ミクロン以上の厚さに形成され得るので、英
数字識別領域１０６を完全に隠すか、あるいは実質的に
歪める可能性がある。したがって、図４および図５に示
すクランプ８５は、図６において、クランプがウエハ上
に位置する場合に、英数字識別領域１０６を覆う部分を
有するリング形状に加工される。こうすることによっ
て、銅シード層は、英数字識別領域を除いた領域に形成
され、これによって銅めっきを行った後でも、これら識
別記号は保存される。
られるクランプ８５を上から見た図を示す。殆どの半導
体ウエハ２２は、英数字識別領域１０６を含み、典型的
にウエハの表面を横切ってレーザで刻印された文字を含
む。図３のチャンバ４０では、これらの英数字を処理
し、Ｔａバリア層で被覆した。バリア層は非常に薄く、
これに比して、英数字は非常に深く形成されているの
で、英数字は、英数字のトポグラフィ内のバリア層の堆
積によって、歪んだり、埋まったり、事実上消去される
ことはない。しかしながら、銅シード層は、続いて潜在
的に０．４ミクロン以上の厚さに形成され得るので、英
数字識別領域１０６を完全に隠すか、あるいは実質的に
歪める可能性がある。したがって、図４および図５に示
すクランプ８５は、図６において、クランプがウエハ上
に位置する場合に、英数字識別領域１０６を覆う部分を
有するリング形状に加工される。こうすることによっ
て、銅シード層は、英数字識別領域を除いた領域に形成
され、これによって銅めっきを行った後でも、これら識
別記号は保存される。
【００４５】したがって、図５および図６双方によっ
て、図４のシード層堆積チャンバ７０内部で用い、銅相
互接続部の処理を改良する、改良クランプ構造を示す。
て、図４のシード層堆積チャンバ７０内部で用い、銅相
互接続部の処理を改良する、改良クランプ構造を示す。
【００４６】図８ないし図１１は、図１ないし図６に既
に示したシステムを用いて、デュアル・インレイド銅相
互接続構造を形成する方法を断面図で示す。
に示したシステムを用いて、デュアル・インレイド銅相
互接続構造を形成する方法を断面図で示す。
【００４７】図８は、基板上に形成された誘電体領域２
００を示す。好適な形態では、基板はシリコン・ウエハ
である。しかしながら、シリコン・カーバイド，ゲルマ
ニウム・シリコン，ゲルマニウム，ガリウム砒素，その
他のＩＩＩ−Ｖ化合物、絶縁物上シリコン（ＳＯＩ）基
板，および同様の半導体材料のような、その他の基板
も、本願の教示によれば使用可能である。この基板の上
面上には、種々の導電層および誘電体層が形成される。
これらの層は、金属，耐熱金属，シリサイド，ポリシリ
コン，窒化物，酸化物等のような材料を含むが、これら
に限定されるという訳ではない。基板上面上のこれらの
層は、種々の能動素子，受動素子，および基板表面上の
電気素子間の相互接続領域を形成する。
００を示す。好適な形態では、基板はシリコン・ウエハ
である。しかしながら、シリコン・カーバイド，ゲルマ
ニウム・シリコン，ゲルマニウム，ガリウム砒素，その
他のＩＩＩ−Ｖ化合物、絶縁物上シリコン（ＳＯＩ）基
板，および同様の半導体材料のような、その他の基板
も、本願の教示によれば使用可能である。この基板の上
面上には、種々の導電層および誘電体層が形成される。
これらの層は、金属，耐熱金属，シリサイド，ポリシリ
コン，窒化物，酸化物等のような材料を含むが、これら
に限定されるという訳ではない。基板上面上のこれらの
層は、種々の能動素子，受動素子，および基板表面上の
電気素子間の相互接続領域を形成する。
【００４８】図８において、かかる相互接続領域の１つ
を相互接続部２０２として示す。好適な形態では、相互
接続部２０２は銅材料で作られ、適切なバリア層（図８
には具体的に示されていない）を有するデュアル・イン
レイドまたは単一インレイド構造であることが好まし
い。相互接続部２０２の上面上には、窒化シリコン，シ
リコン濃厚窒化シリコン，酸窒化シリコン，プラズマ・
エンハンス窒化物，および／または同様の材料あるいは
複合材のような、エッチ・ストップ層２０４を形成す
る。エッチ・ストップ層２０４上には、１つ以上の誘電
体層２０６を形成する。誘電体層２０６は、１つ以上の
テトラエチルオルトシリケート（ＴＥＯＳ：tetraethyl
orthosilicate），ボロフォスフォシリケート・ガラス
（ＢＰＳＧ：borophosphosilicate glass），フォスフ
ォシリケート・ガラス（ＰＳＧ：phosphosilicate glas
s），フッ素ドープＴＥＯＳ，低誘電率誘電体(low-k di
electrics)，酸窒化物，および／または同様の誘電体あ
るいはその複合体を含む。層２０６上には、第２エッチ
・ストップおよび反射防止コーティング（ＡＲＣ：anti
reflective coating）層２０８を形成する。層２０８
を形成するために用いる材料は、層２０４を形成するた
めに用いる材料と同様である。層２０８の上面上には、
別の誘電体層２１０があり、誘電体層２０６について先
に論じたのと同様の材料および処理によって形成する。
を相互接続部２０２として示す。好適な形態では、相互
接続部２０２は銅材料で作られ、適切なバリア層（図８
には具体的に示されていない）を有するデュアル・イン
レイドまたは単一インレイド構造であることが好まし
い。相互接続部２０２の上面上には、窒化シリコン，シ
リコン濃厚窒化シリコン，酸窒化シリコン，プラズマ・
エンハンス窒化物，および／または同様の材料あるいは
複合材のような、エッチ・ストップ層２０４を形成す
る。エッチ・ストップ層２０４上には、１つ以上の誘電
体層２０６を形成する。誘電体層２０６は、１つ以上の
テトラエチルオルトシリケート（ＴＥＯＳ：tetraethyl
orthosilicate），ボロフォスフォシリケート・ガラス
（ＢＰＳＧ：borophosphosilicate glass），フォスフ
ォシリケート・ガラス（ＰＳＧ：phosphosilicate glas
s），フッ素ドープＴＥＯＳ，低誘電率誘電体(low-k di
electrics)，酸窒化物，および／または同様の誘電体あ
るいはその複合体を含む。層２０６上には、第２エッチ
・ストップおよび反射防止コーティング（ＡＲＣ：anti
reflective coating）層２０８を形成する。層２０８
を形成するために用いる材料は、層２０４を形成するた
めに用いる材料と同様である。層２０８の上面上には、
別の誘電体層２１０があり、誘電体層２０６について先
に論じたのと同様の材料および処理によって形成する。
【００４９】層２０４ないし２１０の形成後、フォトリ
ソグラフ・プロセスをエッチング・プロセスと共に用い
て、図８に示すように、層２０４ないし２１０を貫通す
る単一インレイドまたはデュアル・インレイド開口を形
成する。図８では、トレンチ部２１２ａおよびビア部２
１２ｂを有するデュアル・インレイド開口が示されてい
る。開口２１２は、「ビア最初／トレンチ最後」、「ト
レンチ最初／ビア最後」、または図８に示す構造全体を
結果的に形成するその他のいずれかの方法で形成可能で
ある。
ソグラフ・プロセスをエッチング・プロセスと共に用い
て、図８に示すように、層２０４ないし２１０を貫通す
る単一インレイドまたはデュアル・インレイド開口を形
成する。図８では、トレンチ部２１２ａおよびビア部２
１２ｂを有するデュアル・インレイド開口が示されてい
る。開口２１２は、「ビア最初／トレンチ最後」、「ト
レンチ最初／ビア最後」、または図８に示す構造全体を
結果的に形成するその他のいずれかの方法で形成可能で
ある。
【００５０】図８に示す構造の形成後、図１に示すよう
に、システム１のロード・ロック７内にウエハ２２を配
置する。ここで教示したように、ＲＦ予備浄化チャンバ
１０にウエハを転送する。ＲＦ予備浄化チャンバ１０内
において、図９に示すように、アルゴンまたはキセノン
のような不活性ガスを電界の存在の下でイオン化し、イ
オン化粒子２１４をウエハ表面に向かわせることによっ
て、ウエハ２２をエッチングする。イオン化粒子２１４
は、図９に示すように、層２１０，２０６，２０２の表
面上で衝突する。しかしながら、露出表面２０２ａから
露出された銅層２０２の部分を大量にスパッタまたは除
去することなく、丸い角部２１０ａ，２０６ａが形成さ
れるように、イオン化粒子２１４に給電する。深さに基
づいてかかる選択的除去を行うには、コイル電源２６を
用いてコイル１６に高レベルのＲＦ電力を給電し、ペデ
スタル電源２４を用いてウエハ・ペデスタルに比較的低
いレベルのＲＦパワーを給電する（図１３も参照）。こ
の電力差によって、下側の露出表面部分に対して、上側
の露出表面部分に沿った方に、イオン衝撃からの高いエ
ッチング・レートが得られることを保証する（例えば、
角部２１０ａは、角部２０６よりも大きく丸められる。
何故なら、表面２１０は表面２０６よりも高いレートで
エッチングされるからである）。更に、開口底面におけ
る露出表面２０２は、受けるイオン衝撃量が最も少ない
ので、開口の部分からは最少量の材料が除去即ちスパッ
タされる。更に、角部２１０ａ，２０６ａの端部から除
去される材料の量は、表面２０２ａから除去される材料
の量よりも多い。角部を丸めることによって、その後に
堆積するバリアおよび導電膜のステップ・カバレッジを
改善し、開口内においてこれらの膜を一層均一に堆積可
能とすることによって、開口底面におけるボイド発生の
低減に供することになる。
に、システム１のロード・ロック７内にウエハ２２を配
置する。ここで教示したように、ＲＦ予備浄化チャンバ
１０にウエハを転送する。ＲＦ予備浄化チャンバ１０内
において、図９に示すように、アルゴンまたはキセノン
のような不活性ガスを電界の存在の下でイオン化し、イ
オン化粒子２１４をウエハ表面に向かわせることによっ
て、ウエハ２２をエッチングする。イオン化粒子２１４
は、図９に示すように、層２１０，２０６，２０２の表
面上で衝突する。しかしながら、露出表面２０２ａから
露出された銅層２０２の部分を大量にスパッタまたは除
去することなく、丸い角部２１０ａ，２０６ａが形成さ
れるように、イオン化粒子２１４に給電する。深さに基
づいてかかる選択的除去を行うには、コイル電源２６を
用いてコイル１６に高レベルのＲＦ電力を給電し、ペデ
スタル電源２４を用いてウエハ・ペデスタルに比較的低
いレベルのＲＦパワーを給電する（図１３も参照）。こ
の電力差によって、下側の露出表面部分に対して、上側
の露出表面部分に沿った方に、イオン衝撃からの高いエ
ッチング・レートが得られることを保証する（例えば、
角部２１０ａは、角部２０６よりも大きく丸められる。
何故なら、表面２１０は表面２０６よりも高いレートで
エッチングされるからである）。更に、開口底面におけ
る露出表面２０２は、受けるイオン衝撃量が最も少ない
ので、開口の部分からは最少量の材料が除去即ちスパッ
タされる。更に、角部２１０ａ，２０６ａの端部から除
去される材料の量は、表面２０２ａから除去される材料
の量よりも多い。角部を丸めることによって、その後に
堆積するバリアおよび導電膜のステップ・カバレッジを
改善し、開口内においてこれらの膜を一層均一に堆積可
能とすることによって、開口底面におけるボイド発生の
低減に供することになる。
【００５１】従来技術では、典型的に、コイル電力およ
びウエハ・ペデスタル電力（ウエハ電力）は、２００ワ
ットのような等しいレベルに設定されていた（例えば、
図１３参照）。このように等しいレベルが用いられてい
たのは、アルミニウム相互接続部における露出アルミニ
ウムの移転即ちスパッタリングが、集積回路の歩留まり
および信頼性に対して有害ではないからである。しかし
ながら、図９において表面２０２ａからバック・スパッ
タされ移転され、更に誘電体層２１０，２０６上に再度
堆積される銅は、従来技術のアルミニウムとは異なり、
歩留まりに悪影響を及ぼす可能性がある。層２１０，２
０６上に堆積されたいずれの銅も、層２１０，２０６を
介して容易に拡散し、潜在的に素子の汚染および歩留ま
りの低下を招く可能性がある。加えて、銅の汚染は、ア
ルミニウムの場合のように、化学処理やエッチングによ
って容易に除去することができない。したがって、図９
のプロセスによって、相互接続部２０２の表面２０２ａ
からの銅の移転率を減少させることが、素子の信頼性に
とって有効である。
びウエハ・ペデスタル電力（ウエハ電力）は、２００ワ
ットのような等しいレベルに設定されていた（例えば、
図１３参照）。このように等しいレベルが用いられてい
たのは、アルミニウム相互接続部における露出アルミニ
ウムの移転即ちスパッタリングが、集積回路の歩留まり
および信頼性に対して有害ではないからである。しかし
ながら、図９において表面２０２ａからバック・スパッ
タされ移転され、更に誘電体層２１０，２０６上に再度
堆積される銅は、従来技術のアルミニウムとは異なり、
歩留まりに悪影響を及ぼす可能性がある。層２１０，２
０６上に堆積されたいずれの銅も、層２１０，２０６を
介して容易に拡散し、潜在的に素子の汚染および歩留ま
りの低下を招く可能性がある。加えて、銅の汚染は、ア
ルミニウムの場合のように、化学処理やエッチングによ
って容易に除去することができない。したがって、図９
のプロセスによって、相互接続部２０２の表面２０２ａ
からの銅の移転率を減少させることが、素子の信頼性に
とって有効である。
【００５２】要約すると、図２のチャンバ１０内で行わ
れる図９のプロセスは、丸めた角部２１０ａ，２０６ａ
を形成し、ステップ・カバレッジを改善し、その後の銅
相互接続部のボイディングを減少させる一方、同時に表
面２０２ａからの銅のスパッタリングの割合を低下させ
ることによって、歩留まり低下を招く銅の汚染を発生す
る可能性を低下させる。
れる図９のプロセスは、丸めた角部２１０ａ，２０６ａ
を形成し、ステップ・カバレッジを改善し、その後の銅
相互接続部のボイディングを減少させる一方、同時に表
面２０２ａからの銅のスパッタリングの割合を低下させ
ることによって、歩留まり低下を招く銅の汚染を発生す
る可能性を低下させる。
【００５３】図９を用いて説明した予備浄化処理を実行
した後、ウエハ２２を図１のチャンバ１０から図１のバ
リア堆積チャンバ４０に移動させる。尚、図１のチャン
バ４０は、図３にも更に詳しく示されていることを注記
しておく。図１０は、図１および図３に示すチャンバ４
０を用いて、図９に以前に示したウエハの表面上に、バ
リア層２２０を堆積する工程を示す。典型的に、層２２
０は、厚さ約２００オングストロームないし７５０オン
グストロームに形成し、タンタル（Ｔａ）層であること
が好ましい。好適な形態では、複合層２２０の応力を設
計する際、層２１０の部分は張力が徐々に減少する層と
して堆積し、一方層２１０の他の部分は張力が徐々に増
大する層として堆積する。言い換えると、図１０におい
て、層２２０の張力が高い部分を少なくとも１箇所形成
し、層２２０の張力が低い部分を少なくとも１箇所形成
し、完全なＴａバリア層を形成する。かかるバリア層２
２０の形成によって、ＩＣ製造における、ストレスに関
連する信頼性の懸念が減少し、全体的にＩＣの歩留まり
が改善する。高張力および低張力複合層２２０を形成す
るために使用可能な具体的な方法については、以下で図
１２および図１４を参照しながら更に具体的に明記す
る。
した後、ウエハ２２を図１のチャンバ１０から図１のバ
リア堆積チャンバ４０に移動させる。尚、図１のチャン
バ４０は、図３にも更に詳しく示されていることを注記
しておく。図１０は、図１および図３に示すチャンバ４
０を用いて、図９に以前に示したウエハの表面上に、バ
リア層２２０を堆積する工程を示す。典型的に、層２２
０は、厚さ約２００オングストロームないし７５０オン
グストロームに形成し、タンタル（Ｔａ）層であること
が好ましい。好適な形態では、複合層２２０の応力を設
計する際、層２１０の部分は張力が徐々に減少する層と
して堆積し、一方層２１０の他の部分は張力が徐々に増
大する層として堆積する。言い換えると、図１０におい
て、層２２０の張力が高い部分を少なくとも１箇所形成
し、層２２０の張力が低い部分を少なくとも１箇所形成
し、完全なＴａバリア層を形成する。かかるバリア層２
２０の形成によって、ＩＣ製造における、ストレスに関
連する信頼性の懸念が減少し、全体的にＩＣの歩留まり
が改善する。高張力および低張力複合層２２０を形成す
るために使用可能な具体的な方法については、以下で図
１２および図１４を参照しながら更に具体的に明記す
る。
【００５４】図１のチャンバ４０内におけるバリア層２
２０の形成の後、ウエハをチャンバ４０からチャンバ７
０に移動させる。尚、チャンバ７０は、本明細書の図４
に更に詳細に示されていることを注記しておく。図４で
は、図５および図６に示し先に論じた改良クランプを用
いて、図１０のバリア層２２０上に、改良された銅シー
ド層２２２を形成する。通常、層２２２は銅層として形
成し、通常厚さ１００オングストロームないし２０００
オングストロームの間に形成する。時として、特にほぼ
垂直なビア側壁では、シード層の厚さは、平坦面の方が
側壁表面よりも大きくなる場合がある。しかしながら、
先に図９に示した丸い角部２１０ａ，２０６ａのため
に、かかるステップ・カバレッジを改善することができ
る。加えて、図１０のプロセスにおける図５および図６
の改良クランプの使用により、特にウエハ周囲におい
て、従来技術において用いられていたハードウエアおよ
びプロセスに対して、歩留まりが大幅に改善する。
２０の形成の後、ウエハをチャンバ４０からチャンバ７
０に移動させる。尚、チャンバ７０は、本明細書の図４
に更に詳細に示されていることを注記しておく。図４で
は、図５および図６に示し先に論じた改良クランプを用
いて、図１０のバリア層２２０上に、改良された銅シー
ド層２２２を形成する。通常、層２２２は銅層として形
成し、通常厚さ１００オングストロームないし２０００
オングストロームの間に形成する。時として、特にほぼ
垂直なビア側壁では、シード層の厚さは、平坦面の方が
側壁表面よりも大きくなる場合がある。しかしながら、
先に図９に示した丸い角部２１０ａ，２０６ａのため
に、かかるステップ・カバレッジを改善することができ
る。加えて、図１０のプロセスにおける図５および図６
の改良クランプの使用により、特にウエハ周囲におい
て、従来技術において用いられていたハードウエアおよ
びプロセスに対して、歩留まりが大幅に改善する。
【００５５】更に、チャンバ・コイルおよびチャンバ・
ターゲット双方からシード層および／またはバリア層を
スパッタすることによって、均一性が格段に改善するこ
とがわかった。加えて、５０ミクロン未満の粒度(grain
size)を有する銅シード層のコイルは、銅シード層の品
質を高め、電気移動および信頼性に対して潜在的に効果
があることがわかった。通常、従来技術では、コイルの
粒度は、銅シード層の品質には殆ど影響を及ぼさないと
考えられていた。
ターゲット双方からシード層および／またはバリア層を
スパッタすることによって、均一性が格段に改善するこ
とがわかった。加えて、５０ミクロン未満の粒度(grain
size)を有する銅シード層のコイルは、銅シード層の品
質を高め、電気移動および信頼性に対して潜在的に効果
があることがわかった。通常、従来技術では、コイルの
粒度は、銅シード層の品質には殆ど影響を及ぼさないと
考えられていた。
【００５６】加えて、銅シード層の均一性は、更に、意
図的にコイルおよびターゲット双方から物質をスパッタ
することによって、制御され改善される。これは、コイ
ルから偶発的に生ずる残留スパッタリングと同一ではな
い。当技術分野では、コイルから物質をスパッタするこ
とは望ましくない。何故なら、当技術分野では、かかる
スパッタリングには何ら利点が見出されず、しかもかか
るスパッタリングはコイルの寿命を縮めるだけに過ぎな
いからである。しかしながら、あらゆるスパッタリング
・システムにおいても、常にチャンバ構成部品から物質
に対して、微量のスパッタリングおよび取るに足らない
スパッタリングがある。ここに教示するプロセスは、コ
イルからのスパッタリングの割合を意図的に高めるによ
って、堆積した層の大部分を、コイルから移転された材
料とすることを教示する。例えば、本発明の実施例は、
銅シード層における材料全体の少なくとも最少５％がコ
イルから得たものであるとするが、一方、従来技術で
は、典型的に、銅シード層内の材料の内、コイルから得
るのは１ないし２％以下である。加えて、コイルおよび
ターゲットは、いずれも、銅，銅合金，または異なる材
料で形成し、ウエハ上に複合層を形成することも可能で
ある。要約すると、故意的に給電しコイルからスパッタ
することによって、堆積される層の均一性に対する制御
性を更に高めるという予期しない効果が得られた。
図的にコイルおよびターゲット双方から物質をスパッタ
することによって、制御され改善される。これは、コイ
ルから偶発的に生ずる残留スパッタリングと同一ではな
い。当技術分野では、コイルから物質をスパッタするこ
とは望ましくない。何故なら、当技術分野では、かかる
スパッタリングには何ら利点が見出されず、しかもかか
るスパッタリングはコイルの寿命を縮めるだけに過ぎな
いからである。しかしながら、あらゆるスパッタリング
・システムにおいても、常にチャンバ構成部品から物質
に対して、微量のスパッタリングおよび取るに足らない
スパッタリングがある。ここに教示するプロセスは、コ
イルからのスパッタリングの割合を意図的に高めるによ
って、堆積した層の大部分を、コイルから移転された材
料とすることを教示する。例えば、本発明の実施例は、
銅シード層における材料全体の少なくとも最少５％がコ
イルから得たものであるとするが、一方、従来技術で
は、典型的に、銅シード層内の材料の内、コイルから得
るのは１ないし２％以下である。加えて、コイルおよび
ターゲットは、いずれも、銅，銅合金，または異なる材
料で形成し、ウエハ上に複合層を形成することも可能で
ある。要約すると、故意的に給電しコイルからスパッタ
することによって、堆積される層の均一性に対する制御
性を更に高めるという予期しない効果が得られた。
【００５７】図１１は、更に、銅充填材を堆積し、デュ
アル・インレイド相互接続構造を形成した後の図１０の
デュアル・インレイド開口を示す。図１１では、無電
解，電気めっき，またはＣＶＤプロセスを用いて、シー
ド層２２２上およびデュアル・インレイド開口内部に、
銅膜２２４を堆積した。したがって、銅層２２４は、ほ
ぼ開口を充填し、ボイディングが減少または排除され、
シード層２２上に形成される。典型的に、銅層２２４の
厚さは、５０００オングストロームないし１．２ミクロ
ンの間である。層２２４の形成後、化学機械式研摩（Ｃ
ＭＰ）プロセスを実行し、デュアル・インレイド開口内
に含まれない銅層２２４，シード層２２２，およびバリ
ア２２０の部分を除去する。この研磨プロセスによっ
て、図１０に示すような、デュアル・インレイド相互接
続構造が形成される。
アル・インレイド相互接続構造を形成した後の図１０の
デュアル・インレイド開口を示す。図１１では、無電
解，電気めっき，またはＣＶＤプロセスを用いて、シー
ド層２２２上およびデュアル・インレイド開口内部に、
銅膜２２４を堆積した。したがって、銅層２２４は、ほ
ぼ開口を充填し、ボイディングが減少または排除され、
シード層２２上に形成される。典型的に、銅層２２４の
厚さは、５０００オングストロームないし１．２ミクロ
ンの間である。層２２４の形成後、化学機械式研摩（Ｃ
ＭＰ）プロセスを実行し、デュアル・インレイド開口内
に含まれない銅層２２４，シード層２２２，およびバリ
ア２２０の部分を除去する。この研磨プロセスによっ
て、図１０に示すような、デュアル・インレイド相互接
続構造が形成される。
【００５８】図１２は、図１のシステム１にウエハを配
置する時点から、図１のシステム１からウエアを取り出
す時点までの統合化プロセスを、フロー・チャートで示
す。第１ステップ４００において、図１のロード・ロッ
ク７にウエハ２２を配置する。ステップ４０２におい
て、ロード・ロック７からバッファ・チャンバ３を介し
て脱気チャンバ５にウエハを転送する。チャンバ５にお
いて、ウエハを加熱し有機物や水分をウエハの表面から
除去し、他のチャンバにおける後続処理のために準備し
ておく。加えて、チャンバ５は、ウエハをウエハ・ノッ
チまたはウエハ・フラットと空間的に整合する。
置する時点から、図１のシステム１からウエアを取り出
す時点までの統合化プロセスを、フロー・チャートで示
す。第１ステップ４００において、図１のロード・ロッ
ク７にウエハ２２を配置する。ステップ４０２におい
て、ロード・ロック７からバッファ・チャンバ３を介し
て脱気チャンバ５にウエハを転送する。チャンバ５にお
いて、ウエハを加熱し有機物や水分をウエハの表面から
除去し、他のチャンバにおける後続処理のために準備し
ておく。加えて、チャンバ５は、ウエハをウエハ・ノッ
チまたはウエハ・フラットと空間的に整合する。
【００５９】ステップ４０６において、チャンバ５から
バッファ・チャンバ３を介してチャンバ１０にウエハを
転送する。チャンバ１０を用いて、ウエハ２２をＲＦ予
備浄化する。ステップ４０８の具体的な予備浄化条件
を、従来技術の予備浄化条件と、図１３において比較す
る。このプロセスおよびその効果について、更に図９の
断面図に示す。図１３において、従来技術の予備浄化プ
ロセスは、コイルおよびウエハをおおまかに同じ電力レ
ベルに給電する。これらの電力設定は、スループットの
理由のために行われる。コイルおよびウエハの電力が双
方共高い電力（例えば、２００ワット）に設定された場
合、予備浄化プロセスによって、高速でウエハの全表面
から物質を除去する。したがって、スループットの理由
からは、高電力プロセスは望ましいものであり、これに
よって、開口内部で、露出した下地のアルミニウムが大
量に、偶然にウエハの表面上にスパッタされた。しかし
ながら、従来技術のプロセスでは、アルミニウムのスパ
ッタリングを問題にしていない。何故なら、スパッタさ
れたアルミニウムは除去することができ、アルミニウム
の汚染は懸念されなかったからである。
バッファ・チャンバ３を介してチャンバ１０にウエハを
転送する。チャンバ１０を用いて、ウエハ２２をＲＦ予
備浄化する。ステップ４０８の具体的な予備浄化条件
を、従来技術の予備浄化条件と、図１３において比較す
る。このプロセスおよびその効果について、更に図９の
断面図に示す。図１３において、従来技術の予備浄化プ
ロセスは、コイルおよびウエハをおおまかに同じ電力レ
ベルに給電する。これらの電力設定は、スループットの
理由のために行われる。コイルおよびウエハの電力が双
方共高い電力（例えば、２００ワット）に設定された場
合、予備浄化プロセスによって、高速でウエハの全表面
から物質を除去する。したがって、スループットの理由
からは、高電力プロセスは望ましいものであり、これに
よって、開口内部で、露出した下地のアルミニウムが大
量に、偶然にウエハの表面上にスパッタされた。しかし
ながら、従来技術のプロセスでは、アルミニウムのスパ
ッタリングを問題にしていない。何故なら、スパッタさ
れたアルミニウムは除去することができ、アルミニウム
の汚染は懸念されなかったからである。
【００６０】しかしながら、図１２のステップ４０８
は、図９に示す表面２０２ａ上に露出した銅が存在する
状態での予備浄化プロセスである。本発明の一実施例に
よれば、この目的のためにコイル電力を３００ワット以
上に高め、一方ウエハ電力は１００ワット以下に落と
し、電力勾配を形成した。これらの電力は概算値(conse
rvatve number)であり、単にコイル電力からウエハ電力
に対しておおまかに２：１の電力比を維持するために必
要であるに過ぎない。この電力勾配によって、層２１０
の露出上面からの物質のスパッタリング即ち移転が、層
２０６の露出表面からの物質の移転またはスパッタリン
グよりも多いことを保証する。一方、これら双方は、図
９における開口の底面の露出銅表面２０２ａからスパッ
タされる物質の量よりは多い。したがって、図９におけ
る角部２１０ａ，２０６ａの有利な丸めが、この場合に
も得られ（角部２１０ａは角部２０６ａよりも多少丸み
が大きい）、かかる丸みによってステップ・カバレッジ
が改善し、ボイディングが減少する。利点である丸め形
状(rounded profile)が得られることに加えて、電力勾
配によって、図９の表面２０２ａからの銅の移転が最少
に抑えられるので、従来技術のアルミニウム処理では全
く問題にならなかった汚染が、銅接続部についても最小
となる。
は、図９に示す表面２０２ａ上に露出した銅が存在する
状態での予備浄化プロセスである。本発明の一実施例に
よれば、この目的のためにコイル電力を３００ワット以
上に高め、一方ウエハ電力は１００ワット以下に落と
し、電力勾配を形成した。これらの電力は概算値(conse
rvatve number)であり、単にコイル電力からウエハ電力
に対しておおまかに２：１の電力比を維持するために必
要であるに過ぎない。この電力勾配によって、層２１０
の露出上面からの物質のスパッタリング即ち移転が、層
２０６の露出表面からの物質の移転またはスパッタリン
グよりも多いことを保証する。一方、これら双方は、図
９における開口の底面の露出銅表面２０２ａからスパッ
タされる物質の量よりは多い。したがって、図９におけ
る角部２１０ａ，２０６ａの有利な丸めが、この場合に
も得られ（角部２１０ａは角部２０６ａよりも多少丸み
が大きい）、かかる丸みによってステップ・カバレッジ
が改善し、ボイディングが減少する。利点である丸め形
状(rounded profile)が得られることに加えて、電力勾
配によって、図９の表面２０２ａからの銅の移転が最少
に抑えられるので、従来技術のアルミニウム処理では全
く問題にならなかった汚染が、銅接続部についても最小
となる。
【００６１】図１３から図１２に戻り、ステップ４１０
の後にステップ４０８が続く。ステップ４１０では、ウ
エハ２２を図１および図２の予備浄化チャンバ１０か
ら、図１および図３のチャンバ４０に移動させる。ステ
ップ４１２では、図３のチャンバ４０が、図１０に示す
バリア層２２０を堆積する。バリア膜の堆積は、図１４
に示しかつ説明したプロセス・シーケンスにしたがって
行う。
の後にステップ４０８が続く。ステップ４１０では、ウ
エハ２２を図１および図２の予備浄化チャンバ１０か
ら、図１および図３のチャンバ４０に移動させる。ステ
ップ４１２では、図３のチャンバ４０が、図１０に示す
バリア層２２０を堆積する。バリア膜の堆積は、図１４
に示しかつ説明したプロセス・シーケンスにしたがって
行う。
【００６２】図１４において、チャンバ４０内にウエハ
を配置し、チャンバを安定化させた後、図３のターゲッ
ト４８に１０００ワット（ターゲット・バイアス）の電
力を印加する。図１０のバリア層２２０の堆積の間、電
力を継続的に印加する。ターゲット電力は、具体的に１
００ワットの印加電力を有するものとして示すが、所望
の処理結果，および使用する堆積機器の種類に応じて、
他のいずれの電力設定でも使用可能である。バリア堆積
プロセスの処理期間の間、ターゲット・バイアスに印加
する電力は１０００ワットであり、図３のペデスタル電
源５８によってウエハ２２に印加する電力（ウエハ・バ
イアス）は、低い値即ち０ワットに設定する。初期期間
の後、ウエハ・バイアスを約０ワットから４５０ワット
に変化させ、相互接続開口の底面から開口の側壁にバリ
ア物質をバック・スパッタし、開口内部のバリア膜のカ
バレッジ全体を改善する。ウエハ・バイアスに印加する
波形は、図１４に示すものとは別にすることができる。
更に、所望のプロセス結果および使用する機器の種類に
応じて、４５０ワット以外の他の電力レベルに傾斜させ
ることも可能である。システムの中には、バリア堆積プ
ロセスの間、ウエハには全くバイアスしない場合もあ
る。
を配置し、チャンバを安定化させた後、図３のターゲッ
ト４８に１０００ワット（ターゲット・バイアス）の電
力を印加する。図１０のバリア層２２０の堆積の間、電
力を継続的に印加する。ターゲット電力は、具体的に１
００ワットの印加電力を有するものとして示すが、所望
の処理結果，および使用する堆積機器の種類に応じて、
他のいずれの電力設定でも使用可能である。バリア堆積
プロセスの処理期間の間、ターゲット・バイアスに印加
する電力は１０００ワットであり、図３のペデスタル電
源５８によってウエハ２２に印加する電力（ウエハ・バ
イアス）は、低い値即ち０ワットに設定する。初期期間
の後、ウエハ・バイアスを約０ワットから４５０ワット
に変化させ、相互接続開口の底面から開口の側壁にバリ
ア物質をバック・スパッタし、開口内部のバリア膜のカ
バレッジ全体を改善する。ウエハ・バイアスに印加する
波形は、図１４に示すものとは別にすることができる。
更に、所望のプロセス結果および使用する機器の種類に
応じて、４５０ワット以外の他の電力レベルに傾斜させ
ることも可能である。システムの中には、バリア堆積プ
ロセスの間、ウエハには全くバイアスしない場合もあ
る。
【００６３】図１４は、好適なターゲット・バイアス電
力波形およびウエハ・バイアス電力波形と共に、３つの
可能なコイル電力波形６００，６０２，６０４の１つを
使用可能であることを示す。第１コイル電力波形６００
は、図３のコイル５２にターゲット４８とほぼ同じ時点
に電源を入れることを示す。したがって、波形６００
は、ターゲット４８に最初に約１０００ワット給電する
のとほぼ同時に、コイルに約１５００ワット給電するこ
とを示す。波形６００では約１５００ワットを示すが、
必要であれば、種々のプロセスおよび機器に対処するた
めに、他の電力レベルも使用可能である。指定した時間
期間が過ぎた後、図１４における波形６００で示すよう
に、バリア堆積プロセスを終了する前に、コイル電力を
停止するかまたは低下させる。言い換えると、高コイル
電力処理シーケンスの間に図１０のバリア膜２２０の初
期部分を堆積し、低コイル電力またはゼロ・コイル電力
処理シーケンスの間に、膜２２０の別の部分を堆積す
る。コイルに給電している初期時間期間の間に形成した
タンタル・バリアの部分は、比較的低い電力量をコイル
に印加したときに形成されたタンタル・バリアの部分と
比較すると、異なる応力特性を有する。コイルに給電し
ている間では、低張力のタンタル・バリア膜が堆積され
る。コイル電力を停止または低下させた時間では、張力
が高いタンタル・バリア膜が堆積される。したがって、
バリアの堆積の間、コイルへの電力を選択的に制御する
ことによって、上側および下側の層の各応力に対処し
て、バリアの応力を設計することができ、これによって
接着性およびＩＣ全体の歩留まりを改善する。
力波形およびウエハ・バイアス電力波形と共に、３つの
可能なコイル電力波形６００，６０２，６０４の１つを
使用可能であることを示す。第１コイル電力波形６００
は、図３のコイル５２にターゲット４８とほぼ同じ時点
に電源を入れることを示す。したがって、波形６００
は、ターゲット４８に最初に約１０００ワット給電する
のとほぼ同時に、コイルに約１５００ワット給電するこ
とを示す。波形６００では約１５００ワットを示すが、
必要であれば、種々のプロセスおよび機器に対処するた
めに、他の電力レベルも使用可能である。指定した時間
期間が過ぎた後、図１４における波形６００で示すよう
に、バリア堆積プロセスを終了する前に、コイル電力を
停止するかまたは低下させる。言い換えると、高コイル
電力処理シーケンスの間に図１０のバリア膜２２０の初
期部分を堆積し、低コイル電力またはゼロ・コイル電力
処理シーケンスの間に、膜２２０の別の部分を堆積す
る。コイルに給電している初期時間期間の間に形成した
タンタル・バリアの部分は、比較的低い電力量をコイル
に印加したときに形成されたタンタル・バリアの部分と
比較すると、異なる応力特性を有する。コイルに給電し
ている間では、低張力のタンタル・バリア膜が堆積され
る。コイル電力を停止または低下させた時間では、張力
が高いタンタル・バリア膜が堆積される。したがって、
バリアの堆積の間、コイルへの電力を選択的に制御する
ことによって、上側および下側の層の各応力に対処し
て、バリアの応力を設計することができ、これによって
接着性およびＩＣ全体の歩留まりを改善する。
【００６４】先に論じた異なるバリア部分の応力特性の
差は、堆積したバリア部分へのアルゴン（または同様の
不活性ガス）の合体の割合が、コイルに印加する電力上
昇の結果として、異なることに起因すると考えられる。
即ち、コイルに給電している場合、チャンバ内のアルゴ
ンはイオン化される度合いが大きく、バリア膜内に堆積
される量も多くなる。コイルに給電しない場合、チャン
バ４０（図３参照）においてイオン化されるアルゴンは
減少し、したがってバリア膜内に合体するアルゴンも減
少する。したがって、この膜の厚さによるアルゴンの差
／勾配は、コイルのデューティ・サイクル曲線（図１４
における曲線６００，６０２，または６０４の１つ）に
比例する。最終的なバリア膜におけるこれらアルゴンの
勾配が、図１０のバリア膜２２０の応力特性の改善に寄
与すると考えられる。
差は、堆積したバリア部分へのアルゴン（または同様の
不活性ガス）の合体の割合が、コイルに印加する電力上
昇の結果として、異なることに起因すると考えられる。
即ち、コイルに給電している場合、チャンバ内のアルゴ
ンはイオン化される度合いが大きく、バリア膜内に堆積
される量も多くなる。コイルに給電しない場合、チャン
バ４０（図３参照）においてイオン化されるアルゴンは
減少し、したがってバリア膜内に合体するアルゴンも減
少する。したがって、この膜の厚さによるアルゴンの差
／勾配は、コイルのデューティ・サイクル曲線（図１４
における曲線６００，６０２，または６０４の１つ）に
比例する。最終的なバリア膜におけるこれらアルゴンの
勾配が、図１０のバリア膜２２０の応力特性の改善に寄
与すると考えられる。
【００６５】図１４は、別の可能なコイル電力波形６０
２を示す。このコイル電力波形６０２では、図３のコイ
ル５２を最初にオフにしておき、一方ターゲット電力を
イネーブルする。コイル電力を印加しない初期バリア堆
積期間の後、図１４の曲線６０２に示すように、コイル
電力をイネーブルする。したがって、波形６０２は、基
本的に、波形６００の逆であり、これによって、波形６
０２は、曲線６００によって形成される膜と比較して、
逆の応力特性を有するバリア膜を生成する。波形６０２
の処理シーケンスを用いる場合、堆積プロセスの第１段
階の間に張力の高いタンタル膜が最初に堆積され、堆積
プロセスの第２段階の間に張力の低いタンタル膜が堆積
される。
２を示す。このコイル電力波形６０２では、図３のコイ
ル５２を最初にオフにしておき、一方ターゲット電力を
イネーブルする。コイル電力を印加しない初期バリア堆
積期間の後、図１４の曲線６０２に示すように、コイル
電力をイネーブルする。したがって、波形６０２は、基
本的に、波形６００の逆であり、これによって、波形６
０２は、曲線６００によって形成される膜と比較して、
逆の応力特性を有するバリア膜を生成する。波形６０２
の処理シーケンスを用いる場合、堆積プロセスの第１段
階の間に張力の高いタンタル膜が最初に堆積され、堆積
プロセスの第２段階の間に張力の低いタンタル膜が堆積
される。
【００６６】更に、図１４は、図１０のバリア層２２０
の形成に使用することができる、第３の可能な波形６０
４も示す。波形６０４は、コイル５２にパルス状電力
（周期的または非周期的のいずれか）を印加することを
示す。図１４におけるようなパルス状コイル電力波形を
用いる場合、ウエハ２２上には、張力が低いタンタルの
部分および張力が高いタンタルの部分の交互層を徐々に
堆積し、図１０のバリア層２２０を形成することができ
る。したがって、堆積プロセスの間に少なくとも１回選
択的にコイルの電源をオンおよびオフすると、バリア層
の応力を調整し、複数の異なる制約または条件に対応す
ることが可能となることがわかる。加えて、図１４は主
にステップ・カバレッジ波形を示すが、コイル，ターゲ
ット，および／またはウエハ上で使用可能な波形は、経
時的にステップ関数曲線である必要はない。例えば、三
角形（鋸歯）波形，正弦波形，対数電力曲線，指数電力
曲線，その組み合わせ，あるいは他のあらゆる種類のア
ナログ，連続，量子化波形を用いて、図１０のタンタル
（または耐熱金属系）バリア層２２０の異なる種類の応
力特性を形成することができる。あるいは、この処理方
法論は、金属，耐熱金属，および耐熱金属窒化物のよう
に、応力に関連する問題を生じ易いその他の種々の導電
性膜と共に用いることも可能である。加えて、この明細
書全体を通じて張力の高低を用いて物質の相対的な応力
を説明したが、張力減少および圧縮増大は、相互交換可
能に使用できることを、当業者は認めよう。
の形成に使用することができる、第３の可能な波形６０
４も示す。波形６０４は、コイル５２にパルス状電力
（周期的または非周期的のいずれか）を印加することを
示す。図１４におけるようなパルス状コイル電力波形を
用いる場合、ウエハ２２上には、張力が低いタンタルの
部分および張力が高いタンタルの部分の交互層を徐々に
堆積し、図１０のバリア層２２０を形成することができ
る。したがって、堆積プロセスの間に少なくとも１回選
択的にコイルの電源をオンおよびオフすると、バリア層
の応力を調整し、複数の異なる制約または条件に対応す
ることが可能となることがわかる。加えて、図１４は主
にステップ・カバレッジ波形を示すが、コイル，ターゲ
ット，および／またはウエハ上で使用可能な波形は、経
時的にステップ関数曲線である必要はない。例えば、三
角形（鋸歯）波形，正弦波形，対数電力曲線，指数電力
曲線，その組み合わせ，あるいは他のあらゆる種類のア
ナログ，連続，量子化波形を用いて、図１０のタンタル
（または耐熱金属系）バリア層２２０の異なる種類の応
力特性を形成することができる。あるいは、この処理方
法論は、金属，耐熱金属，および耐熱金属窒化物のよう
に、応力に関連する問題を生じ易いその他の種々の導電
性膜と共に用いることも可能である。加えて、この明細
書全体を通じて張力の高低を用いて物質の相対的な応力
を説明したが、張力減少および圧縮増大は、相互交換可
能に使用できることを、当業者は認めよう。
【００６７】図１２に戻り、図１４に示し先に論じたよ
うに、一旦ステップ４１２を完了したならば、ステップ
４１４においてウエハ２２をチャンバ４０からチャンバ
７０に転送する。チャンバ７０は、図１に示され、更に
図４に一層詳細に示されている。ステップ４１４によっ
てウエハ２２をチャンバ７０に転送した後、ステップ４
１６を用いて、図１０の銅シード層２２２をウエハ２２
上に堆積する。この堆積プロセスは、図４ないし図６に
関して論じた、改良クランプ８５を利用する。したがっ
て、銅シード層が堆積され、ＣＭＰおよび／または銅め
っき処理の間、ウエハの周辺付近において後になって剥
離する銅層が減少することにより、半導体素子の歩留ま
りが改善する潜在的な可能性がある。
うに、一旦ステップ４１２を完了したならば、ステップ
４１４においてウエハ２２をチャンバ４０からチャンバ
７０に転送する。チャンバ７０は、図１に示され、更に
図４に一層詳細に示されている。ステップ４１４によっ
てウエハ２２をチャンバ７０に転送した後、ステップ４
１６を用いて、図１０の銅シード層２２２をウエハ２２
上に堆積する。この堆積プロセスは、図４ないし図６に
関して論じた、改良クランプ８５を利用する。したがっ
て、銅シード層が堆積され、ＣＭＰおよび／または銅め
っき処理の間、ウエハの周辺付近において後になって剥
離する銅層が減少することにより、半導体素子の歩留ま
りが改善する潜在的な可能性がある。
【００６８】ステップ４１８において、銅シード層４１
６の堆積後、チャンバ７０からチャンバ２を介してチャ
ンバ３にウエハ２２を転送し、更に図１にロード・ロッ
ク７に戻す。この時点で、ロード・ロック７を大気圧状
態に安定化させ、ウエハ２２をシステム１から除去す
る。次いで、銅電気めっき，無電解めっき，またはＣＶ
Ｄチャンバ（ここでは図示せず）にウエハを転送するこ
とによって、銅相互接続メタルルジを堆積する。かかる
メタルルジ処理が完了した後、化学機械式研摩（ＣＭ
Ｐ）プロセスを用いて、図１１に示すような、インレイ
ドまたはデュアル・インレイド相互接続構造を形成す
る。
６の堆積後、チャンバ７０からチャンバ２を介してチャ
ンバ３にウエハ２２を転送し、更に図１にロード・ロッ
ク７に戻す。この時点で、ロード・ロック７を大気圧状
態に安定化させ、ウエハ２２をシステム１から除去す
る。次いで、銅電気めっき，無電解めっき，またはＣＶ
Ｄチャンバ（ここでは図示せず）にウエハを転送するこ
とによって、銅相互接続メタルルジを堆積する。かかる
メタルルジ処理が完了した後、化学機械式研摩（ＣＭ
Ｐ）プロセスを用いて、図１１に示すような、インレイ
ドまたはデュアル・インレイド相互接続構造を形成す
る。
【００６９】以上具体的な実施例を参照しながら本発明
について説明したが、更に別の変更や改良も当業者には
想起されよう。したがって、本発明は、特許請求の範囲
に既定した本発明の精神および範囲から逸脱しない変更
を全て包含することは、理解されるものとする。
について説明したが、更に別の変更や改良も当業者には
想起されよう。したがって、本発明は、特許請求の範囲
に既定した本発明の精神および範囲から逸脱しない変更
を全て包含することは、理解されるものとする。
【図１】本発明によるマルチチャンバ集積回路堆積シス
テムを上から見た図。
テムを上から見た図。
【図２】本発明による、図１に示した無線周波数（Ｒ
Ｆ）予備浄化チャンバを示す断面図。
Ｆ）予備浄化チャンバを示す断面図。
【図３】図１に示した、本発明によるバリア層堆積チャ
ンバを示す断面図。
ンバを示す断面図。
【図４】図１に示した、本発明による銅シード層堆積チ
ャンバを示す断面図。
ャンバを示す断面図。
【図５】本発明による図４の具体的なクランプを更に詳
細に示す、図４のクランプ部分の拡大断面図。
細に示す、図４のクランプ部分の拡大断面図。
【図６】本発明による図５のクランプを上から見た。
【図７】不適当な幾何学的形状のクランプを用いた場合
の好ましくない波及を示す断面図。
の好ましくない波及を示す断面図。
【図８】本発明にしたがって、図１ないし図６に示した
システムを用いて銅相互接続部を形成する方法を示す断
面図。
システムを用いて銅相互接続部を形成する方法を示す断
面図。
【図９】本発明にしたがって、図１ないし図６に示した
システムを用いて銅相互接続部を形成する方法を示す断
面図。
システムを用いて銅相互接続部を形成する方法を示す断
面図。
【図１０】本発明にしたがって、図１ないし図６に示し
たシステムを用いて銅相互接続部を形成する方法を示す
断面図。
たシステムを用いて銅相互接続部を形成する方法を示す
断面図。
【図１１】本発明にしたがって、図１ないし図６に示し
たシステムを用いて銅相互接続部を形成する方法を示す
断面図。
たシステムを用いて銅相互接続部を形成する方法を示す
断面図。
【図１２】本発明による銅接続部に用いるバリア層およ
びシード層を形成する方法を示すフロー・チャート。
びシード層を形成する方法を示すフロー・チャート。
【図１３】従来技術のアルミニウム予備浄化方法と、本
発明にしたがって用いられる新たな銅予備浄化技法との
比較を示す表。
発明にしたがって用いられる新たな銅予備浄化技法との
比較を示す表。
【図１４】本発明にしたがってバリア層の形成を可能と
するために、バリア層堆積チャンバ内においてコイル，
ターゲット，およびウエハに用いる給電シーケンスを示
すＸＹプロット。
するために、バリア層堆積チャンバ内においてコイル，
ターゲット，およびウエハに用いる給電シーケンスを示
すＸＹプロット。
１ マルチ・チャンバ集積回路堆積システム ２ 転送チャンバ ３ バッファ・チャンバ ５ 整合チャンバ ７ ロード・ロック ９ チャンバ １０ 高周波（ＲＦ）予備浄化チャンバ １２ ドーム １４ シールド １６ コイル １８ ベース・プレート ２０ ウエハ・ペデスタル ２２ 半導体ウエハ ２４ ペデスタル電源 ２６ コイル電源 ２８ ガス供給ライン ３０ 排気ポート ４０ バリア堆積チャンバ ４２ シールド ４４ トップ・プレート ４６ 回転磁気アセンブリ ４８ ターゲット ５０ ターゲット電源 ５２ コイル ５３ 誘電体絶縁リング ５４ コイル電源 ５５ クランプ ５６ ウエハ・ペデスタル ５８ ペデスタル電源 ６０ ベース・プレート ６２ 入力ガス・ポート ６４ 排気ポート ７０ シード層堆積チャンバ ７２ シールド ７４ トップ・プレート ７６ 回転磁気アセンブリ ７８ 銅ターゲット ８０ ターゲット電源 ８２ コイル ８４ コイル電源 ８５ 改良クランプ ８６ ウエハ・ペデスタル ８８ ペデスタル電源 ９０ ボトム・プレート ９２ 入力ガス・ソース ９４ 排気ポート ９９ 従来技術のクランプ １０６ 英数字識別領域 １０８ 銅または銅シード層 １１０ 銅小結節 １１２ 傾斜銅部分 ２０２ 相互接続部 ２０４ エッチ・ストップ層 ２０６ 誘電体層 ２０８ 第２エッチ・ストップおよび反射防止コーテ
ィング層 ２１０ 誘電体層 ２１０ａ，２０６ａ 丸い角部 ２１４ イオン化粒子 ２２０ バリア層 ２２２ シード層 ２２４ 銅膜 ６００，６０２，６０４ コイル電力波形
ィング層 ２１０ 誘電体層 ２１０ａ，２０６ａ 丸い角部 ２１４ イオン化粒子 ２２０ バリア層 ２２２ シード層 ２２４ 銅膜 ６００，６０２，６０４ コイル電力波形
フロントページの続き (72)発明者 サム・エス・ガルシア アメリカ合衆国テキサス州オースチン、ウ ィンドリフト・ウェイ6900 (72)発明者 ブラッドレイ・ピー・スミス アメリカ合衆国テキサス州オースチン、キ ングフィッシャー・クリーク・ドライブ 604 (72)発明者 ダニエル・ジェイ・ループ アメリカ合衆国テキサス州オースチン、セ ダービュー・ドライブ2502 (72)発明者 グレゴリー・ノーマン・ハミルトン アメリカ合衆国テキサス州フルガービル、 メープルウッド・ドライブ1101 (72)発明者 モハメッド・ラビウル・イスラム アメリカ合衆国テキサス州オースチン、ナ ンバー214、グレイストーン・ドライブ 3500 (72)発明者 ブライアン・ジー・アンソニー アメリカ合衆国テキサス州オースチン、バ ルコニーズ・ウッド・ドライブ4118
Claims (10)
- 【請求項１】ウエハ（２００）上にバリア層（２２０）
を形成する方法であって：処理チャンバ（４０）内に前
記ウエハ（２００）を配置する段階；第１時間期間にわ
たりスパッタリング・ターゲット（４８）に給電する段
階；第２時間期間にわたりコイル（５２）に給電する段
階であって、該第２時間期間が前記第１時間期間とは異
なる、段階；および前記バリア層（２２０）の堆積の
間、前記スパッタリング・ターゲット（４８）および前
記コイル（５２）双方に対する電力を制御する段階；か
ら成ることを特徴とする方法。 - 【請求項２】ウエハ（２００）上にタンタル・バリア
（２２０）層を形成する方法であって：第１引張応力を
有する前記タンタル・バリア層（２２０）の第１部分を
形成する段階；第２引張応力を有する前記タンタル・バ
リア層（２２０）の第２部分を形成する段階であって、
該第２引張応力が前記第１引張応力とは異なる、段階；
および前記タンタル・バリア層（２２０）上に導電性材
料（２２２）を形成する段階であって、該導電性材料
（２２２）が殆ど銅から成る、段階；から成ることを特
徴とする方法。 - 【請求項３】少なくとも１つのウエハ（２００）上にバ
リア層（２２０）を形成する方法であって：処理チャン
バ（４０）の表面に、耐熱金属窒化物膜を被覆する段
階；少なくとも１つのウエハ（２００）上にバリア層
（２２０）を形成する段階であって、該バリア層（２２
０）が耐熱金属から成る、段階；およびある時間期間
後、前記処理チャンバ（４０）の前記表面に、別の耐熱
金属窒化物膜を被覆する段階；から成ることを特徴とす
る方法。 - 【請求項４】ウエハ（２００）上に層を形成する方法で
あって：チャンバ（７０）内に前記ウエハを配置する段
階であって、前記チャンバがターゲット（７８）および
コイル（８２）を有する、段階；および前記ターゲット
（７８）から第１物質を移転し、前記コイル（８２）か
ら第２物質を移転し、前記ウエハ（２００）上に前記第
１物質および前記第２物質を堆積する段階；から成るこ
とを特徴とする方法。 - 【請求項５】前記第２物質の粒度は、約５０ミクロン以
下であることを特徴とする請求項４記載の方法。 - 【請求項６】ウエハ（２００）上に層（２２０）を形成
する方法であって：誘電体層内に開口（２１２）を形成
する段階であって、該開口が下地の相互接続部（２０
２）を露出させ、前記開口（２１２）は、当該開口の側
壁部分が該側壁部分と実質的に垂直な前記誘電体層の表
面と交差する領域に形成された角部分を有する、段階；
および開口（２１２）をエッチングする段階であって、
コイル（２６）に印加する第１電力を、ウエハ・ペデス
タル（２４）に印加する第２電力の少なくとも２倍と
し、前記開口をエッチングすることによって前記角部分
（２０６ａ，２１０ａ）を丸める段階；から成ることを
特徴とする方法。 - 【請求項７】前記開口（２１２）をエッチングした後
に、該開口（２１２）内にバリア層（２２０）を形成す
る段階；および前記バリア層（２２０）上に銅含有層
（２２２）を形成する段階；を更に含むことを特徴とす
る請求項６記載の方法。 - 【請求項８】ウエハ（２００）上に層（２２２）を形成
する方法であって：露出したバリア領域（２２０）を有
する前記ウエハ（２００）をチャンバ（７０）内に配置
する段階；および前記ウエハ（２００）を基礎の支持部
材（８６）に固着する段階；から成り、該ウエハの固着
が、クランプ（８５）の使用を含み、該クランプ（８
５）が接触部分（１００）を有し、該接触部分（１０
０）が、前記ウエハと、該ウエハ（２００）上で前記接
触部分に隣接して位置するシャドウ部分とを接触させ、
前記シャドウ部分が、前記ウエハ（２００）の表面から
約８ミル未満の距離に位置することを特徴とする方法。 - 【請求項９】前記クランプ（８５）は、前記ウエハ（２
００）の英数字識別領域（１０６）上における前記層
（２２２）の形成を防止することを特徴とする請求項８
記載の方法。 - 【請求項１０】ウエハ（２００）上に層（２２０）を形
成する方法であって：チャンバ（４０）内にあるペデス
タル（５６）上に前記ウエハ（２００）を配置する段階
であって、前記チャンバ（４０）が、前記ペデスタル
（５６）の周囲に沿って配置された絶縁リング（５３）
を含み、前記ペデスタル（５６）に第１バイアス電力を
バイアスする段階；および前記チャンバの第２領域に第
２バイアス電力をバイアスする段階であって、前記絶縁
リング（５３）が前記第１バイアス電力を前記第２バイ
ス電力から電気的に切断し、前記ウエハ（２００）上に
前記層（２２０）を形成する前に、前記層（２２０）の
形成の間チャンバ環境に露出される前記絶縁リング（５
３）の部分に、導電性物質を被覆する段階；から成るこ
とを特徴とする方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| US261879 | 1999-03-02 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000323436A true JP2000323436A (ja) | 2000-11-24 |
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ID=22995276
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP2000051583A Expired - Lifetime JP4909454B2 (ja) | 1999-03-02 | 2000-02-28 | ウエハ上にバリア層を形成する方法 |
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| US (2) | US6451181B1 (ja) |
| EP (1) | EP1033745B1 (ja) |
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| KR (1) | KR100761226B1 (ja) |
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| AT (1) | ATE342580T1 (ja) |
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