JP2001044204A - 孔を充填するためのアルミニウムの堆積方法及び装置 - Google Patents
孔を充填するためのアルミニウムの堆積方法及び装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 基板及び平坦な金属表面上の空隙がなく、金
属表面には窪みのない完全な孔の充填を行なうこと。 【解決手段】 溶けにくい層が高いアスペクト比の、基
板に形成されたコンタクトまたは孔を有する基板に堆積
される。ＰＶＤ金属層、例えばＰＶＤＡｌ、またはＰＶ
ＤＣｕが１ミリトル以下の圧力で溶けにくい層に堆積さ
れて、コンフォーマルなＰＶＤ金属層を与える。その
後、孔またはコンタクトは、金属で、例えばコンフォー
マルなＰＶＤ金属層上に物理気相堆積によって堆積され
た追加の金属をリフローすることによって満たされる。
プロセスは、ターゲット６４と基板６６が少なくとも１
００ｍｍのロングスロー距離によって分離されるロング
スローＰＶＤ３６チャンバ及びリフローチャンバとして
も働く熱い金属ＰＶＤを有する一体化された処理システ
ム内で達成されるのが好ましい。
属表面には窪みのない完全な孔の充填を行なうこと。 【解決手段】 溶けにくい層が高いアスペクト比の、基
板に形成されたコンタクトまたは孔を有する基板に堆積
される。ＰＶＤ金属層、例えばＰＶＤＡｌ、またはＰＶ
ＤＣｕが１ミリトル以下の圧力で溶けにくい層に堆積さ
れて、コンフォーマルなＰＶＤ金属層を与える。その
後、孔またはコンタクトは、金属で、例えばコンフォー
マルなＰＶＤ金属層上に物理気相堆積によって堆積され
た追加の金属をリフローすることによって満たされる。
プロセスは、ターゲット６４と基板６６が少なくとも１
００ｍｍのロングスロー距離によって分離されるロング
スローＰＶＤ３６チャンバ及びリフローチャンバとして
も働く熱い金属ＰＶＤを有する一体化された処理システ
ム内で達成されるのが好ましい。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイスを
製造するためのメタライゼーション方法に関する。特
に、本発明は、導電層間に隙間のない相互接続、及び平
坦な金属表面を形成するために、開口を有する半導体基
板のメタライゼーションに関する。
製造するためのメタライゼーション方法に関する。特
に、本発明は、導電層間に隙間のない相互接続、及び平
坦な金属表面を形成するために、開口を有する半導体基
板のメタライゼーションに関する。
【０００２】
【従来の技術】１／２ミクロン以下のマルチレベルのメ
タライゼーションは大規模集積（ＶＬＳＩ）の次世代用
のキーとなる技術の１つである。この技術の中心にある
マルチレベルの相互接続は、コンタクト、孔、ライン又
は他の特徴を含む、高いアスペクト比の開口の平坦性を
要求する。これらの相互接続の信頼性のある形状は、個
々の基板及びダイ上の密度及び品質を増加するために、
ＶＬＳＩの成功及び継続努力にとって非常に重要であ
る。
タライゼーションは大規模集積（ＶＬＳＩ）の次世代用
のキーとなる技術の１つである。この技術の中心にある
マルチレベルの相互接続は、コンタクト、孔、ライン又
は他の特徴を含む、高いアスペクト比の開口の平坦性を
要求する。これらの相互接続の信頼性のある形状は、個
々の基板及びダイ上の密度及び品質を増加するために、
ＶＬＳＩの成功及び継続努力にとって非常に重要であ
る。
【０００３】化学気相堆積（ＣＶＤ）、同様の他のＣＶ
Ｄプロセスによって形成されたアルミニウム（Ａｌ）又
は銅（Ｃｕ）は、優れたコンフォーマル層、すなわち低
温で１／２ミクロン以下（＜０.５μｍ＞の開口を有す
る非常に小さな形状のための、フィーチャのサイド及び
ベース上に均一な厚さの層を与える。したがって、ＣＶ
Ｄプロセス（ＣＶＤ ＡｌまたはＣＶＤ Ｃｕ）は、開口
を充填するために用いられる一般的な方法である。透過
型電子顕微鏡法のデータ（ＴＥＭ）は空隙がＣＶＤで形
成されたＡｌ開口の多くに存在することを明らかにし
た。しかし、これらの同じ開口の電気的試験はこの空隙
の存在を証明していない。もし、層が連続して処理され
るなら、空隙は欠陥回路を生じる。この種の空隙は通常
断面の標準電子顕微鏡法技術によって検知することは非
常に困難であることが認識されるべきである。何故なら
ば、幾つかの変形が機械的研磨の間にソフトなアルミニ
ウムに生じるからである。加えて、電気的導電性試験は
如何なる構造的異常も検知しない。しかし、一般的に性
の伝気銅同姓試験にも関わらず、空隙を有するコンタク
トを通して導通が集積回路デバイスの完全性を時間と共
に危うくするかもしれない。
Ｄプロセスによって形成されたアルミニウム（Ａｌ）又
は銅（Ｃｕ）は、優れたコンフォーマル層、すなわち低
温で１／２ミクロン以下（＜０.５μｍ＞の開口を有す
る非常に小さな形状のための、フィーチャのサイド及び
ベース上に均一な厚さの層を与える。したがって、ＣＶ
Ｄプロセス（ＣＶＤ ＡｌまたはＣＶＤ Ｃｕ）は、開口
を充填するために用いられる一般的な方法である。透過
型電子顕微鏡法のデータ（ＴＥＭ）は空隙がＣＶＤで形
成されたＡｌ開口の多くに存在することを明らかにし
た。しかし、これらの同じ開口の電気的試験はこの空隙
の存在を証明していない。もし、層が連続して処理され
るなら、空隙は欠陥回路を生じる。この種の空隙は通常
断面の標準電子顕微鏡法技術によって検知することは非
常に困難であることが認識されるべきである。何故なら
ば、幾つかの変形が機械的研磨の間にソフトなアルミニ
ウムに生じるからである。加えて、電気的導電性試験は
如何なる構造的異常も検知しない。しかし、一般的に性
の伝気銅同姓試験にも関わらず、空隙を有するコンタク
トを通して導通が集積回路デバイスの完全性を時間と共
に危うくするかもしれない。
【０００４】基板上に形成されたいろいろなＣＶＤ Ａ
ｌ層のＴＥＭ研究は、孔が完全に充填される前に孔の上
部がふさがってしまう場合に、空隙の形成が基本的なホ
ールプロセスによって生じることを示している。ＣＶＤ
Ａｌの薄いコンフォーマル層は、低温で高いアスペク
ト比のコンタクト及び孔に堆積されるけれども、コンタ
クトや穴の充填を完成するために続けられるＣＶＤ堆積
は、一般にそこに空隙の形成を生ずる。ＣＶＤの処理条
件を変更することによって金属層における空隙の除去に
多くの努力が注がれた。
ｌ層のＴＥＭ研究は、孔が完全に充填される前に孔の上
部がふさがってしまう場合に、空隙の形成が基本的なホ
ールプロセスによって生じることを示している。ＣＶＤ
Ａｌの薄いコンフォーマル層は、低温で高いアスペク
ト比のコンタクト及び孔に堆積されるけれども、コンタ
クトや穴の充填を完成するために続けられるＣＶＤ堆積
は、一般にそこに空隙の形成を生ずる。ＣＶＤの処理条
件を変更することによって金属層における空隙の除去に
多くの努力が注がれた。
【０００５】高いアスペクト比の開口のメタライゼーシ
ョンに対する他の技術は、物理気相堆積（ＰＶＤ）によ
るアルミニウムの熱い平坦化である。このプロセスにお
ける第１のステップは、ＰＶＤ処理の間にＡｌの流動を
容易にするバリア／ウエッテリング層を形成するため
に、パターン化されたウエハ上にチタン（Ｔｉ）のよう
な溶けにくい金属の薄い層の堆積を必要とする。バリア
／ウエッテリング層の堆積に続いて、次のステップは、
（１）熱いＰＶＤ Ａｌ層か（２）冷たいＰＶＤＡｌ層
のいずれかの堆積を、続いて熱いＰＶＤ Ａｌ層をウエ
ッティン層上に必要とする。しかし、熱いＰＶＤ Ａｌ
プロセスは、ウエッテリング層、ウエハの状態、及び他
の処理パラメータの品質に非常に敏感である。ウエッテ
リング層の処理条件および／又は乏しいカバレージにお
ける小さな変化がコンタクト又は孔の不完全な充填につ
ながり、したがって空隙を形成する。この孔やコンタク
トを確実に充填するために、熱いＰＶＤ Ａｌプロセス
は約４５０℃以上の温度で行なわれなければならない。
高い温度でも、基板の上面及びコンタクトや孔の上壁に
形成された堆積層が、コンタクトや孔のフロアが完全に
満たされる前に、合わさるために、ＰＶＤプロセスはブ
リッジ効果を生じ、それによりコンタクトや孔の口が閉
じられる。
ョンに対する他の技術は、物理気相堆積（ＰＶＤ）によ
るアルミニウムの熱い平坦化である。このプロセスにお
ける第１のステップは、ＰＶＤ処理の間にＡｌの流動を
容易にするバリア／ウエッテリング層を形成するため
に、パターン化されたウエハ上にチタン（Ｔｉ）のよう
な溶けにくい金属の薄い層の堆積を必要とする。バリア
／ウエッテリング層の堆積に続いて、次のステップは、
（１）熱いＰＶＤ Ａｌ層か（２）冷たいＰＶＤＡｌ層
のいずれかの堆積を、続いて熱いＰＶＤ Ａｌ層をウエ
ッティン層上に必要とする。しかし、熱いＰＶＤ Ａｌ
プロセスは、ウエッテリング層、ウエハの状態、及び他
の処理パラメータの品質に非常に敏感である。ウエッテ
リング層の処理条件および／又は乏しいカバレージにお
ける小さな変化がコンタクト又は孔の不完全な充填につ
ながり、したがって空隙を形成する。この孔やコンタク
トを確実に充填するために、熱いＰＶＤ Ａｌプロセス
は約４５０℃以上の温度で行なわれなければならない。
高い温度でも、基板の上面及びコンタクトや孔の上壁に
形成された堆積層が、コンタクトや孔のフロアが完全に
満たされる前に、合わさるために、ＰＶＤプロセスはブ
リッジ効果を生じ、それによりコンタクトや孔の口が閉
じられる。
【０００６】ＰＶＤ Ａｌ層が基板上に堆積されると、
イオンの衝突を基板自体に向けることによって、Ａｌの
リフローが生ずる。イオンで基板を打つことは、基板上
に形成された金属層をリフローするようにする。このプ
ロセスは、一般にプラズマによって形成されたエネルギ
ーおよび金属層上にイオンを衝突する結果として金属層
を加熱する。基板上に形成された金属層に生じた高い温
度は１／２ミクロン以下の形状を有するデバイスの完全
性を損なう。したがって、金属層の加熱はこれらを適用
するには好ましくない。
イオンの衝突を基板自体に向けることによって、Ａｌの
リフローが生ずる。イオンで基板を打つことは、基板上
に形成された金属層をリフローするようにする。このプ
ロセスは、一般にプラズマによって形成されたエネルギ
ーおよび金属層上にイオンを衝突する結果として金属層
を加熱する。基板上に形成された金属層に生じた高い温
度は１／２ミクロン以下の形状を有するデバイスの完全
性を損なう。したがって、金属層の加熱はこれらを適用
するには好ましくない。
【０００７】米国特許第5,147,819号（'８１９特許）
は、ステップカバレージを改善するために、画定された
コンタクト又は孔の直径の５％から３５％までの厚さを
有するＣＶＤ Ａｌ層を適用し、次いで、所定の全体の
層圧を達成するために充分厚いＰＶＤ Ａｌ層を適用す
るステップを含む孔を充填するためのプロセスを開示す
る。高エネルギーのレーザビームが混合されたＣＶＤ
ＡｌとＰＶＤ Ａｌを溶融するために用いられ、それに
よって改善されたステップカバレージと平坦化を達成す
る。しかし、このプロセスは６６０℃以上の温度にウエ
ハ表面を加熱する必要がある。このような高温は殆ど１
／２ミクロン以下の技術には受け入れがたい。更に、ウ
エハ上で操作されるレーザビームの使用は金属層の反射
率及び均一性に影響を与える。
は、ステップカバレージを改善するために、画定された
コンタクト又は孔の直径の５％から３５％までの厚さを
有するＣＶＤ Ａｌ層を適用し、次いで、所定の全体の
層圧を達成するために充分厚いＰＶＤ Ａｌ層を適用す
るステップを含む孔を充填するためのプロセスを開示す
る。高エネルギーのレーザビームが混合されたＣＶＤ
ＡｌとＰＶＤ Ａｌを溶融するために用いられ、それに
よって改善されたステップカバレージと平坦化を達成す
る。しかし、このプロセスは６６０℃以上の温度にウエ
ハ表面を加熱する必要がある。このような高温は殆ど１
／２ミクロン以下の技術には受け入れがたい。更に、ウ
エハ上で操作されるレーザビームの使用は金属層の反射
率及び均一性に影響を与える。
【０００８】低温で既知のフロー及び平坦化プロセスを
用いて、高いアスペクト比の１／２ミクロン以下のコン
タクト及び孔を充填する他の試みは、二酸化シリコンの
基板からＣＶＤ Ａｌのデウエッテリングおよび孔の側
壁に不連続な島の形成を生ずる。さらに、ＣＶＤ Ａｌ
に対して低温でデウエッテリングに耐えるために、ＣＶ
Ｄ Ａｌの厚さは数千オングストローム（Å）なければ
ならない。１００００オングストロームは１ミクロンに
等しいので、１／２ミクロン以下の孔の壁にある数千オ
ングストロームのＣＶＤ Ａｌ層はその孔を完全に塞
ぎ、そこに空隙を形成する。
用いて、高いアスペクト比の１／２ミクロン以下のコン
タクト及び孔を充填する他の試みは、二酸化シリコンの
基板からＣＶＤ Ａｌのデウエッテリングおよび孔の側
壁に不連続な島の形成を生ずる。さらに、ＣＶＤ Ａｌ
に対して低温でデウエッテリングに耐えるために、ＣＶ
Ｄ Ａｌの厚さは数千オングストローム（Å）なければ
ならない。１００００オングストロームは１ミクロンに
等しいので、１／２ミクロン以下の孔の壁にある数千オ
ングストロームのＣＶＤ Ａｌ層はその孔を完全に塞
ぎ、そこに空隙を形成する。
【０００９】米国特許第5,665,659号は、バリア／ウエ
ッテリング層を堆積し、２００℃と４００℃の間の中間
温度で所定時間の間基板を熱処理し、その後２００℃以
下の温度、約２ミリトル(milliTorr)以下の圧力で半導
体基板上にＰＶＤ金属層を堆積するステップを含む半導
体基板上に金属層を形成する方法を開示する。この堆積
された金属層は、その後金属層をリフローするために、
０.６Ｔｍ−１．０Ｔｍ間の温度で熱処理される（ここ
でＴｍは金属層の融点である）。バリア／ウエッテリン
グ層は熱処理され、金属層は金属層の表面上の窪みの形
成を減少するように注意深く冷却される。
ッテリング層を堆積し、２００℃と４００℃の間の中間
温度で所定時間の間基板を熱処理し、その後２００℃以
下の温度、約２ミリトル(milliTorr)以下の圧力で半導
体基板上にＰＶＤ金属層を堆積するステップを含む半導
体基板上に金属層を形成する方法を開示する。この堆積
された金属層は、その後金属層をリフローするために、
０.６Ｔｍ−１．０Ｔｍ間の温度で熱処理される（ここ
でＴｍは金属層の融点である）。バリア／ウエッテリン
グ層は熱処理され、金属層は金属層の表面上の窪みの形
成を減少するように注意深く冷却される。
【００１０】開口、特に、高いアスペクト比の１／２ミ
クロン以下のコンタクト及び孔をアルミニウムのような
金属で充填するためのメタライゼーションプロセスに対
する必要性がある。特に、これらのコンタクト及びなを
充填するためのＰＶＤプロセスを有することが望まし
い。
クロン以下のコンタクト及び孔をアルミニウムのような
金属で充填するためのメタライゼーションプロセスに対
する必要性がある。特に、これらのコンタクト及びなを
充填するためのＰＶＤプロセスを有することが望まし
い。
【００１１】
【発明の概要】本発明は、基板上の開口を充填するため
のメタライゼーションプロセスを提供する。先ず、薄い
溶けにくい層が堆積され、続いて約１ミリトル以下の圧
力でＰＶＤ金属層を堆積し、コンフォーマルな層を形成
する。コンフォーマルなＰＶＤの金属層は開口を満たさ
ない。その後、バルクＰＶＤ金属が基板上に堆積され、
金属をリフローするために加熱され、開口を満たす。
のメタライゼーションプロセスを提供する。先ず、薄い
溶けにくい層が堆積され、続いて約１ミリトル以下の圧
力でＰＶＤ金属層を堆積し、コンフォーマルな層を形成
する。コンフォーマルなＰＶＤの金属層は開口を満たさ
ない。その後、バルクＰＶＤ金属が基板上に堆積され、
金属をリフローするために加熱され、開口を満たす。
【００１２】本発明の１つの特徴は、バリア層が基板に
形成された高アスペクト比のコンタクト又は孔を有する
基板上に堆積される。チタン又はチタン／チタンナイト
ライドのバリア層がアルミニウムの堆積に好適である。
その後、コンフォーマルなアルミニウム層が１ミリトル
以下、好適には約０.３５ミリトル以下の圧力で物理気
相堆積によってバリア層上に堆積される。コンフォーマ
ルなアルミニウムの相が基板から少なくとも約１００ｍ
ｍのところに配置されたターゲットを有するスパッタリ
ングチャンバ内で堆積されるのが好ましい。次に、アル
ミニウムがコンコンフォーマルなアルミニウム層上に物
理気相堆積によって堆積され、孔が堆積されたアルミニ
ウムのリフロー又はアニーリングによって満たされる。
形成された高アスペクト比のコンタクト又は孔を有する
基板上に堆積される。チタン又はチタン／チタンナイト
ライドのバリア層がアルミニウムの堆積に好適である。
その後、コンフォーマルなアルミニウム層が１ミリトル
以下、好適には約０.３５ミリトル以下の圧力で物理気
相堆積によってバリア層上に堆積される。コンフォーマ
ルなアルミニウムの相が基板から少なくとも約１００ｍ
ｍのところに配置されたターゲットを有するスパッタリ
ングチャンバ内で堆積されるのが好ましい。次に、アル
ミニウムがコンコンフォーマルなアルミニウム層上に物
理気相堆積によって堆積され、孔が堆積されたアルミニ
ウムのリフロー又はアニーリングによって満たされる。
【００１３】本発明の他の特徴は、アルミニウム層上に
酸化層を形成することなく、アルミニウムのような金属
を堆積するため、メタライゼーションプロセスがＰＶＤ
チャンバを含む一体化処理装置において達成される。こ
の処理システムは、金属層の堆積と関連して、リフロー
チャンバ、事前洗浄チャンバ、及びバリア層チャンバも
有する。
酸化層を形成することなく、アルミニウムのような金属
を堆積するため、メタライゼーションプロセスがＰＶＤ
チャンバを含む一体化処理装置において達成される。こ
の処理システムは、金属層の堆積と関連して、リフロー
チャンバ、事前洗浄チャンバ、及びバリア層チャンバも
有する。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明は、金属で半導体基板上の
高アスペクト比の開口、特にコンタクト、穴、ライン又
は他の形状を有する１／２ミクロン以下の開口を充填す
るための方法を提供する。特に、本発明は、約１ミリト
ル以下、好ましくは０．３５ミリトル以下の圧力でＰＶ
Ｄによって堆積された金属のコンフォーマルな層、及び
開口を充填するために加熱されるＰＶＤによって堆積さ
れる金属で高アスペクト比の開口を充填するための優れ
たスッテップカバレージを提供する。コンフォーマルな
ＰＶＤ金属は、溶けにくい金属及び／又はコンフォーマ
ルなＰＶＤ金属の融点より高い融点を有する導電性金属
からなる薄いバリア／上ってリング層上に堆積されるの
が好ましい。バリア層、例えばチタン（Ｔｉ）又はタン
タル（Ｔａ）は電気的短絡を生じる、隣接する誘電体材
料ヘアルミニウム又は銅の拡散を阻止するのが望まし
い。もし、バリア材料自体が十分なウエッテリングを与
えないならば、個別のウエッテリング層、例えばチタン
ナイトライド（ＴｉＮ）又はタンタルナイトライド（Ｔ
ａＮ）がＰＶＤの金属堆積前にバリア層上に堆積される
ことができる。このプロセスは全ての金属処理チャンバ
を含む一体化された処理チャンバ内で行なうのが好まし
い。
高アスペクト比の開口、特にコンタクト、穴、ライン又
は他の形状を有する１／２ミクロン以下の開口を充填す
るための方法を提供する。特に、本発明は、約１ミリト
ル以下、好ましくは０．３５ミリトル以下の圧力でＰＶ
Ｄによって堆積された金属のコンフォーマルな層、及び
開口を充填するために加熱されるＰＶＤによって堆積さ
れる金属で高アスペクト比の開口を充填するための優れ
たスッテップカバレージを提供する。コンフォーマルな
ＰＶＤ金属は、溶けにくい金属及び／又はコンフォーマ
ルなＰＶＤ金属の融点より高い融点を有する導電性金属
からなる薄いバリア／上ってリング層上に堆積されるの
が好ましい。バリア層、例えばチタン（Ｔｉ）又はタン
タル（Ｔａ）は電気的短絡を生じる、隣接する誘電体材
料ヘアルミニウム又は銅の拡散を阻止するのが望まし
い。もし、バリア材料自体が十分なウエッテリングを与
えないならば、個別のウエッテリング層、例えばチタン
ナイトライド（ＴｉＮ）又はタンタルナイトライド（Ｔ
ａＮ）がＰＶＤの金属堆積前にバリア層上に堆積される
ことができる。このプロセスは全ての金属処理チャンバ
を含む一体化された処理チャンバ内で行なうのが好まし
い。
【００１５】例えばアルミニウム（Ａｌ）や銅（Ｃｕ）
のような幾つかの金属は、表面張力の効果によりそれぞ
れの融点以下の温度で流れることが実証されている。し
かし、これらの金属は高い温度で、下にある誘電体層か
らディウエト(dewet)する傾向を有している。したがっ
て、本発明は、金属のウエッテリングを改善するために
金属層及び誘電体間にバリア／ウエッテリング層を設け
る。適当なバリア／ウエッテリング層は誘電体材料より
よく金属をウエットするものである。バリア／ウエッテ
リング層は、単に薄いバリア／ウエッティング層が堆積
された場合でも、改善されたウエッティングを与えるこ
とが望まれる。それは、好適なバリア／ウエッティング
層が開口の壁やフロアを含む誘電体の表面上に実質的に
一様に形成されるようにする。
のような幾つかの金属は、表面張力の効果によりそれぞ
れの融点以下の温度で流れることが実証されている。し
かし、これらの金属は高い温度で、下にある誘電体層か
らディウエト(dewet)する傾向を有している。したがっ
て、本発明は、金属のウエッテリングを改善するために
金属層及び誘電体間にバリア／ウエッテリング層を設け
る。適当なバリア／ウエッテリング層は誘電体材料より
よく金属をウエットするものである。バリア／ウエッテ
リング層は、単に薄いバリア／ウエッティング層が堆積
された場合でも、改善されたウエッティングを与えるこ
とが望まれる。それは、好適なバリア／ウエッティング
層が開口の壁やフロアを含む誘電体の表面上に実質的に
一様に形成されるようにする。
【００１６】本発明によると、好適なバリア／ウエッテ
ィング層は、溶けにくい（タングステン（Ｗ）、ニオビ
ウム（Ｎｂ）、アルミニウムシリケートなど）、タンタ
ル（Ｔａ）、タンタルナイドライド（ＴａＮ）、チタン
ナイドライド（ＴｉＮ）、ＰＶＤ Ti/N2された、三成分
混合物（例えば、TiSiN, WsiN等）、或いはこれらの層
の組合せ層を含む。最も好適なバリア／ウエッティング
材料は、一般に約８００Åと約１０００Åの間の厚さを
有するＰＶＤ層として与えられるＴａ及びＴａＮであ
り、または一般に約１００Åと約４００Åの間の厚さを
有するＰＶＤかＣＶＤのいずれかの層として与えられる
Ｔｉ及びＴｉＮである。バリア／ウエッティング層は、
誘電体層上に実質的に連続したキャップを形成するよう
に堆積され、バリア特性または隣接層への接着を改善す
るために窒素で処理されることができる。代わりに、銅
に対するバリア層として効果的であるSixNyを形成する
ために、シリコンの露出された層は窒素で処理されるこ
とができる。
ィング層は、溶けにくい（タングステン（Ｗ）、ニオビ
ウム（Ｎｂ）、アルミニウムシリケートなど）、タンタ
ル（Ｔａ）、タンタルナイドライド（ＴａＮ）、チタン
ナイドライド（ＴｉＮ）、ＰＶＤ Ti/N2された、三成分
混合物（例えば、TiSiN, WsiN等）、或いはこれらの層
の組合せ層を含む。最も好適なバリア／ウエッティング
材料は、一般に約８００Åと約１０００Åの間の厚さを
有するＰＶＤ層として与えられるＴａ及びＴａＮであ
り、または一般に約１００Åと約４００Åの間の厚さを
有するＰＶＤかＣＶＤのいずれかの層として与えられる
Ｔｉ及びＴｉＮである。バリア／ウエッティング層は、
誘電体層上に実質的に連続したキャップを形成するよう
に堆積され、バリア特性または隣接層への接着を改善す
るために窒素で処理されることができる。代わりに、銅
に対するバリア層として効果的であるSixNyを形成する
ために、シリコンの露出された層は窒素で処理されるこ
とができる。
【００１７】バリア／ウエッテリング層の堆積に続い
て、基板が１ミリトル以下の圧力で、少なくとも１００
ｍｍの基板とターゲットとの間隔をあけて、コンフォー
マルな金属層を堆積するために、基板がＰＶＤ Ｃｕ又
はＰＶＤ Ａｌチャンバ内に配置される。このチャンバ
は約０.３５ミリトル以下の圧力で動作するＰＶＤチャ
ンバであるのが好ましい。コンフォーマルなＰＶＤ金属
層は約２００Åから約１ミクロン、好ましくは約４００
０Åから６０００Åのブランケット厚を有する。側壁の
厚さは一般にはブランケット厚の１０％から２５％であ
る。その後、追加の金属が同じチャンバか、異なるチャ
ンバ内でＰＶＤによって堆積され、堆積された金属をリ
フローするために加熱され、且つ窪みを持たない平坦な
表面を残して開口を充填する。
て、基板が１ミリトル以下の圧力で、少なくとも１００
ｍｍの基板とターゲットとの間隔をあけて、コンフォー
マルな金属層を堆積するために、基板がＰＶＤ Ｃｕ又
はＰＶＤ Ａｌチャンバ内に配置される。このチャンバ
は約０.３５ミリトル以下の圧力で動作するＰＶＤチャ
ンバであるのが好ましい。コンフォーマルなＰＶＤ金属
層は約２００Åから約１ミクロン、好ましくは約４００
０Åから６０００Åのブランケット厚を有する。側壁の
厚さは一般にはブランケット厚の１０％から２５％であ
る。その後、追加の金属が同じチャンバか、異なるチャ
ンバ内でＰＶＤによって堆積され、堆積された金属をリ
フローするために加熱され、且つ窪みを持たない平坦な
表面を残して開口を充填する。
【００１８】スタックの上面は、表面の反射率を減少
し、層のホトリソグラフの性能を改善するためにＰＶＤ
ＴｉＮの反射防止膜（anti-reflection coating:ＡＲ
Ｃ）を受ける。
し、層のホトリソグラフの性能を改善するためにＰＶＤ
ＴｉＮの反射防止膜（anti-reflection coating:ＡＲ
Ｃ）を受ける。
【００１９】基板の開口のメタライゼーションするため
の本発明の１つの方法は、基板表面を予め洗浄し、イオ
ン化されたＰＶＤプロセス、すなわちスパッタされた原
子がイオン化された高密度プラズマ、またはコリメート
されたＰＶＤプロセスにおいてチタンを堆積し、少なく
とも１００ｍｍの基板−ターゲット間隔を有するスパッ
タリングチャンバにおいてＰＶＤＡｌを堆積し、ＰＶＤ
チャンバにおいてバルクアルミニウムを堆積し、且つＰ
ＶＤチャンバにおいてアルミニウムをリフローする一連
のステップを有する。
の本発明の１つの方法は、基板表面を予め洗浄し、イオ
ン化されたＰＶＤプロセス、すなわちスパッタされた原
子がイオン化された高密度プラズマ、またはコリメート
されたＰＶＤプロセスにおいてチタンを堆積し、少なく
とも１００ｍｍの基板−ターゲット間隔を有するスパッ
タリングチャンバにおいてＰＶＤＡｌを堆積し、ＰＶＤ
チャンバにおいてバルクアルミニウムを堆積し、且つＰ
ＶＤチャンバにおいてアルミニウムをリフローする一連
のステップを有する。
【００２０】図１を参照すると、基板上に形成され、パ
ターン化された誘電体層１２を有する基板の概略図が示
されている。この誘電体層１２は、約３の高アスペクト
比、すなわち孔の深さと孔の幅の高い比率を有する孔１
４を有するが、しかし本発明は如何なるアスペクト比を
有する孔であっても有益である。薄いチタン層１６が孔
１４の壁１８とフロア２０を含む誘電体層１２の実質的
に全ての表面を覆って、基板上に直接堆積される。この
薄いチタン層１６は一般に約５Åと約７００Åの間の厚
さ、好ましくは約１００Åと約２００Åの範囲の厚さを
有する。コンフォーマルなＰＶＤ Ａｌ層２２がコンタ
クトや孔の上部をふさぐ厚さを越えないように所望の厚
さでチタン層１６上に堆積される。このコンフォーマル
なＰＶＤＡｌ層２２は、基板をＡｌターゲットから少な
くとも約１００ｍｍの距離に保持するスパッタリングチ
ャンバで堆積される。
ターン化された誘電体層１２を有する基板の概略図が示
されている。この誘電体層１２は、約３の高アスペクト
比、すなわち孔の深さと孔の幅の高い比率を有する孔１
４を有するが、しかし本発明は如何なるアスペクト比を
有する孔であっても有益である。薄いチタン層１６が孔
１４の壁１８とフロア２０を含む誘電体層１２の実質的
に全ての表面を覆って、基板上に直接堆積される。この
薄いチタン層１６は一般に約５Åと約７００Åの間の厚
さ、好ましくは約１００Åと約２００Åの範囲の厚さを
有する。コンフォーマルなＰＶＤ Ａｌ層２２がコンタ
クトや孔の上部をふさぐ厚さを越えないように所望の厚
さでチタン層１６上に堆積される。このコンフォーマル
なＰＶＤＡｌ層２２は、基板をＡｌターゲットから少な
くとも約１００ｍｍの距離に保持するスパッタリングチ
ャンバで堆積される。
【００２１】図２を参照すると、孔１４はコンフォーマ
ルなＰＶＤ Ａｌ層（図１の層２２）上に堆積されたバ
ルクＰＶＤ Ａｌ層２３をリフローすることによってＡ
ｌで満たされる。一体化されたＰＶＤ Ａｌ層２４は、
コンフォーマルなＰＶＤ Ａｌ層２２上に堆積されたバ
ルクＰＶＤ Ａｌ層２３を一体化することから生ずる。K
このバルクＰＶＤ Ａｌは一定のドーパントを含み、堆
積上でバルクＰＶＤ Ａｌ層２３は、ドーパントが一体
されたＰＶＤ Ａｌ層２４の殆どを通過して分散するよ
うに、コンフォーマルなＰＶＤ Ａｌ層２２と共に一体
化する。一般に、一体化されたＰＶＤ Ａｌ層２４はド
ープされる必要はない。一体化されたＰＶＤＡｌ層２４
の上面２６は実質的の平坦にされている。チタン層１６
がコンフォーマルなＰＶＤ Ａｌ層２２の良好なウエッ
テリングを与えるので、ＰＶＤ Ａｌの堆積中、誘電体
層又は基板の温度はおよそ室温から約５００℃までであ
る。本発明の装置 本発明の金属堆積プロセスは約０．３５ミルトル以下の
圧力で作動することができるＰＶＤチャンバを有するマ
ルチ処理装置又はクラスターツール内で行なわれるのが
好ましい。本発明の処理を行なうのに適したマルチ処理
装置３５の概要が図３に示されている。基本的な装置
は、Applied Materials, Inc., Santa Clara, Californ
iaから商業的に利用可能な「ＥＮＤＵＲＡ」である。同
様な多段真空ウエハ処理システムが１９９３年２月１６
日に発行され、ここにレファレンスとして取込まれるTe
pman et al.による"Staged-Vacuum Wafer Processing S
ystem"の米国特許第5,186,718号に開示されている。こ
こに示される装置３５の特定の実施の形態は、例えば半
導体基板のような平坦な基板を処理するのに適してお
り、本発明を示すために設けられているが、本発明の範
囲を限定するために用いられるべきでない。装置３５は
一般に少なくとも１つのロングスローＰＶＤ金属チャン
バ３６を含む相互接続されたプロセスチャンバのクラス
タを有する。本発明にとって、装置３５は、好ましく
は、コンフォーマルなＰＶＤ Ａｌ層を堆積するための
少なくとも１００ｍｍの基板とトターゲットの間隔を有
するＰＶＤＡｌチャンバ、およびＰＶＤ Ａｌ層を堆積
し、リフローするための２つのＰＶＤ Ａｌチャンバ３
８を有する。装置３５は、更にＰＶＤＴｉチャンバ４０
または他のバリア／ウエッティング層のチャンバ、汚染
物を除去するための２つの事前洗浄チャンバ４２（例え
ば、Applied Materialsから利用可能なPreClean IIチャ
ンバ）、２つの排気ガスチャンバ４４、及び２つのロー
ドロックチャンバ４６を有する。装置３５は、移送ロボ
ット４９、５１を含む２つの移送チャンバ４８、５０及
び移送チャンバ４８、５０を分離する２つの冷却チャン
バ５２を有する。装置３５は以下に詳細に述べられるよ
うにマイクロプロセッサ制御装置５４をプログラムする
ことによって自動化される。しかし、そのプロセスは個
々のチャンバ、または上記の組合せによって作動される
こともできる。ＰＶＤチャンバ 図４を参照すると、好適なロングスローＰＶＤチャンバ
３６がより詳細に示されている。スパッタリングターゲ
ット６４と半導体基板６６が図示されたチャンバ壁、す
なわち接地されたシールドである接地されたエンクロジ
ャの壁６０内に含まれる。ターゲット６４と基板は、少
なくとも約１００ｍｍ、好ましくは約１５０ｍｍから約
１９０ｍｍのロングスローの距離だけ離されている。こ
のロングスローチャンバは、もし、基板上６６の上の各
々の位置に堆積材料の均一で、対称なフラックスを与え
るために必要とされるなら、ターゲット６４と基板６６
間にコリメータ（図示せず）を有してもよい。ＰＶＤチ
ャンバに用いることができるコリメータは１９９７年１
月３１日に出願され、ここにレファレンスとして取込ま
れる米国特許出願08/792,292に記載されている。
ルなＰＶＤ Ａｌ層（図１の層２２）上に堆積されたバ
ルクＰＶＤ Ａｌ層２３をリフローすることによってＡ
ｌで満たされる。一体化されたＰＶＤ Ａｌ層２４は、
コンフォーマルなＰＶＤ Ａｌ層２２上に堆積されたバ
ルクＰＶＤ Ａｌ層２３を一体化することから生ずる。K
このバルクＰＶＤ Ａｌは一定のドーパントを含み、堆
積上でバルクＰＶＤ Ａｌ層２３は、ドーパントが一体
されたＰＶＤ Ａｌ層２４の殆どを通過して分散するよ
うに、コンフォーマルなＰＶＤ Ａｌ層２２と共に一体
化する。一般に、一体化されたＰＶＤ Ａｌ層２４はド
ープされる必要はない。一体化されたＰＶＤＡｌ層２４
の上面２６は実質的の平坦にされている。チタン層１６
がコンフォーマルなＰＶＤ Ａｌ層２２の良好なウエッ
テリングを与えるので、ＰＶＤ Ａｌの堆積中、誘電体
層又は基板の温度はおよそ室温から約５００℃までであ
る。本発明の装置 本発明の金属堆積プロセスは約０．３５ミルトル以下の
圧力で作動することができるＰＶＤチャンバを有するマ
ルチ処理装置又はクラスターツール内で行なわれるのが
好ましい。本発明の処理を行なうのに適したマルチ処理
装置３５の概要が図３に示されている。基本的な装置
は、Applied Materials, Inc., Santa Clara, Californ
iaから商業的に利用可能な「ＥＮＤＵＲＡ」である。同
様な多段真空ウエハ処理システムが１９９３年２月１６
日に発行され、ここにレファレンスとして取込まれるTe
pman et al.による"Staged-Vacuum Wafer Processing S
ystem"の米国特許第5,186,718号に開示されている。こ
こに示される装置３５の特定の実施の形態は、例えば半
導体基板のような平坦な基板を処理するのに適してお
り、本発明を示すために設けられているが、本発明の範
囲を限定するために用いられるべきでない。装置３５は
一般に少なくとも１つのロングスローＰＶＤ金属チャン
バ３６を含む相互接続されたプロセスチャンバのクラス
タを有する。本発明にとって、装置３５は、好ましく
は、コンフォーマルなＰＶＤ Ａｌ層を堆積するための
少なくとも１００ｍｍの基板とトターゲットの間隔を有
するＰＶＤＡｌチャンバ、およびＰＶＤ Ａｌ層を堆積
し、リフローするための２つのＰＶＤ Ａｌチャンバ３
８を有する。装置３５は、更にＰＶＤＴｉチャンバ４０
または他のバリア／ウエッティング層のチャンバ、汚染
物を除去するための２つの事前洗浄チャンバ４２（例え
ば、Applied Materialsから利用可能なPreClean IIチャ
ンバ）、２つの排気ガスチャンバ４４、及び２つのロー
ドロックチャンバ４６を有する。装置３５は、移送ロボ
ット４９、５１を含む２つの移送チャンバ４８、５０及
び移送チャンバ４８、５０を分離する２つの冷却チャン
バ５２を有する。装置３５は以下に詳細に述べられるよ
うにマイクロプロセッサ制御装置５４をプログラムする
ことによって自動化される。しかし、そのプロセスは個
々のチャンバ、または上記の組合せによって作動される
こともできる。ＰＶＤチャンバ 図４を参照すると、好適なロングスローＰＶＤチャンバ
３６がより詳細に示されている。スパッタリングターゲ
ット６４と半導体基板６６が図示されたチャンバ壁、す
なわち接地されたシールドである接地されたエンクロジ
ャの壁６０内に含まれる。ターゲット６４と基板は、少
なくとも約１００ｍｍ、好ましくは約１５０ｍｍから約
１９０ｍｍのロングスローの距離だけ離されている。こ
のロングスローチャンバは、もし、基板上６６の上の各
々の位置に堆積材料の均一で、対称なフラックスを与え
るために必要とされるなら、ターゲット６４と基板６６
間にコリメータ（図示せず）を有してもよい。ＰＶＤチ
ャンバに用いることができるコリメータは１９９７年１
月３１日に出願され、ここにレファレンスとして取込ま
れる米国特許出願08/792,292に記載されている。
【００２２】図4を参照すると、チャンバ３６は、一般
にガス源（図示せず）に接続された少なくとも１つのガ
スの入り口、及び排気ポンプ（図示せず）に接続された
排気口７０を有している。基板支持ペデスタル７２はエ
ンクロジャの壁６０の一方の端に配置され、スパッタリ
ングターゲット６４はエンクロージャの壁６０の他方の
端に取付けられる。ターゲット６４は、接地されたエン
クロージャの壁６０に対して負の電圧がターゲット上に
印加され、維持されるように絶縁体７４によってエンク
ロージャ６０から電気的に絶縁される。基板支持ペデス
タル７２も絶縁体７６によってエンクロージャの壁６０
から電気的に絶縁され、その結果接地されたエンクロー
ジャの壁６０に対して正の電圧が、基板および/または
支持ペデスタル７２上に印加され、維持される。動作状
態では、基板６６は支持ペデスタル７２上に配置され、
プラズマがチャンバ３６内に発生される。
にガス源（図示せず）に接続された少なくとも１つのガ
スの入り口、及び排気ポンプ（図示せず）に接続された
排気口７０を有している。基板支持ペデスタル７２はエ
ンクロジャの壁６０の一方の端に配置され、スパッタリ
ングターゲット６４はエンクロージャの壁６０の他方の
端に取付けられる。ターゲット６４は、接地されたエン
クロージャの壁６０に対して負の電圧がターゲット上に
印加され、維持されるように絶縁体７４によってエンク
ロージャ６０から電気的に絶縁される。基板支持ペデス
タル７２も絶縁体７６によってエンクロージャの壁６０
から電気的に絶縁され、その結果接地されたエンクロー
ジャの壁６０に対して正の電圧が、基板および/または
支持ペデスタル７２上に印加され、維持される。動作状
態では、基板６６は支持ペデスタル７２上に配置され、
プラズマがチャンバ３６内に発生される。
【００２３】本発明によるコンフォーマルなＰＶＤ金属
層の堆積プロセス中、例えばＡｒのような非反応種を有
するプロセスガスが、マスフロー制御器（図示せず）に
よって調整される選択された流量でガス入り口６８を通
してＰＶＤチャンバ３６に満たされる。チャンバの圧力
はプロセスガスが排気口７０を通して吸い上げられる速
度を変えることによって制御され、コンフォーマルなＰ
ＶＤ金属層の堆積を促進するために、約１ミリトル以
下、好ましくは約０．２ミリトルから約０.５ミリトル
に維持される。
層の堆積プロセス中、例えばＡｒのような非反応種を有
するプロセスガスが、マスフロー制御器（図示せず）に
よって調整される選択された流量でガス入り口６８を通
してＰＶＤチャンバ３６に満たされる。チャンバの圧力
はプロセスガスが排気口７０を通して吸い上げられる速
度を変えることによって制御され、コンフォーマルなＰ
ＶＤ金属層の堆積を促進するために、約１ミリトル以
下、好ましくは約０．２ミリトルから約０.５ミリトル
に維持される。
【００２４】電源、例えばＤ.Ｃ.電源７８がガスをプラ
ズマ状態に励起するようにエンクロージャの壁に関して
負の電圧をターゲット６４に印加する。プラズマからの
イオンがターゲット６４を打ち、ターゲット６４からタ
ーゲット材料の原子および大きな粒子をスパッタする。
ターゲット６４からスパッタされた粒子は、ターゲット
からのリニアな軌道に沿って移動し、粒子の一部が基板
６６に衝突し、その上に堆積する。
ズマ状態に励起するようにエンクロージャの壁に関して
負の電圧をターゲット６４に印加する。プラズマからの
イオンがターゲット６４を打ち、ターゲット６４からタ
ーゲット材料の原子および大きな粒子をスパッタする。
ターゲット６４からスパッタされた粒子は、ターゲット
からのリニアな軌道に沿って移動し、粒子の一部が基板
６６に衝突し、その上に堆積する。
【００２５】従来のマグネトロンスパッタリングソース
は、ターゲットに隣接する電子をトラップするためにタ
ーゲット上方に回転マグネット８２を用い、それにより
ターゲット６６のスパッタリング表面に隣接するプラズ
マイオンの濃度を増加する。ターゲット６４のスパッタ
リング中マグネトロン８２の回転によって、半径方向に
対称のターゲット侵食プロフィールが生じる。
は、ターゲットに隣接する電子をトラップするためにタ
ーゲット上方に回転マグネット８２を用い、それにより
ターゲット６６のスパッタリング表面に隣接するプラズ
マイオンの濃度を増加する。ターゲット６４のスパッタ
リング中マグネトロン８２の回転によって、半径方向に
対称のターゲット侵食プロフィールが生じる。
【００２６】図５は、本発明のＰＶＤプロセスを行なう
のに適したＰＶＤチャンバ３８の概略断面図である。チ
ャンバ３８は、一般に、少なくとも１つのガス入り口８
６と排気ポンプ（図示せず）に接続された排気口８８を
有する接地されたエンクロジャの壁８４を有する。ＰＶ
Ｄターゲット８９は、接地されたエンクロージャの壁８
４から絶縁体によって絶縁される。ＰＶＤターゲット８
９は、支持部材、例えば移動可能なペデスタル９４上に
配置された基板９３上に材料を堆積するためのスパッタ
リング表面９２を与える。このペデスタル９４は基板９
３をその上に受取るための位置決めピン９６を有する一
般に平坦な面９５を有する。ＤＣ電源９８によって接地
されたエンクロージャの壁８４に対して負の電圧がター
ゲット８９上に維持される。
のに適したＰＶＤチャンバ３８の概略断面図である。チ
ャンバ３８は、一般に、少なくとも１つのガス入り口８
６と排気ポンプ（図示せず）に接続された排気口８８を
有する接地されたエンクロジャの壁８４を有する。ＰＶ
Ｄターゲット８９は、接地されたエンクロージャの壁８
４から絶縁体によって絶縁される。ＰＶＤターゲット８
９は、支持部材、例えば移動可能なペデスタル９４上に
配置された基板９３上に材料を堆積するためのスパッタ
リング表面９２を与える。このペデスタル９４は基板９
３をその上に受取るための位置決めピン９６を有する一
般に平坦な面９５を有する。ＤＣ電源９８によって接地
されたエンクロージャの壁８４に対して負の電圧がター
ゲット８９上に維持される。
【００２７】リフトピン機構９７は、ペデスタルが引っ
込んだ位置にある間、ペデスタル９４に対して基板９３
を上げ下げする。ペデスタル９４は、金属層、例えばア
ルミニウムの堆積中ターゲットに接近して基板９３を配
置するように伸びる。ペデスタル９４は基板温度を制御
するために加熱されたり、冷却されたりする。制御システム 図６を参照して、本発明の処理は、Synenergy Microsys
tems, Californiaから商用的に利用可能な、例えば６８
４０マイクロプロセッサのような周辺制御成分を共にメ
モリシステムに相互接続された中央処理装置（ＣＰＵ）
を有する従来のコンピュータシステム上でランするコン
ピュータプログラム製品１４１を用いて実現される。コ
ンピュータのプログラムコードは、例えば、68000アッ
センブリ言語、Ｃ、Ｃ++、またはパスカルのような従来
のコンピュータ読取り可能なプログラム言語で書かれ
る。従来のテキストエディターを用いて、適当なプログ
ラムコードが単一ファイル、またはマルチプルファイル
に入力され、コンピュータのメモリ装置のような、コン
ピュータで利用可能な媒体にストア、またはとり込まれ
る。もし、入力されたコードテキストが高いレベルの言
語にあるならば、そのコードはコンパイルされ、結果の
コンパイラーコードは、予めコンパイルされたウインド
ーズのライブラリールーチンのオブジェクトコードとリ
ンクされる。リンク、コンパイルされたオブジェクトコ
ードを実行するために、システムユーザは、オブジェク
トコードを呼出し、コンピュータシステムがそのコード
をメモリにロードするようにし、そこからＣＰＵが読取
り、コードを実行してプログラムに同定されたタスクを
行なう。
込んだ位置にある間、ペデスタル９４に対して基板９３
を上げ下げする。ペデスタル９４は、金属層、例えばア
ルミニウムの堆積中ターゲットに接近して基板９３を配
置するように伸びる。ペデスタル９４は基板温度を制御
するために加熱されたり、冷却されたりする。制御システム 図６を参照して、本発明の処理は、Synenergy Microsys
tems, Californiaから商用的に利用可能な、例えば６８
４０マイクロプロセッサのような周辺制御成分を共にメ
モリシステムに相互接続された中央処理装置（ＣＰＵ）
を有する従来のコンピュータシステム上でランするコン
ピュータプログラム製品１４１を用いて実現される。コ
ンピュータのプログラムコードは、例えば、68000アッ
センブリ言語、Ｃ、Ｃ++、またはパスカルのような従来
のコンピュータ読取り可能なプログラム言語で書かれ
る。従来のテキストエディターを用いて、適当なプログ
ラムコードが単一ファイル、またはマルチプルファイル
に入力され、コンピュータのメモリ装置のような、コン
ピュータで利用可能な媒体にストア、またはとり込まれ
る。もし、入力されたコードテキストが高いレベルの言
語にあるならば、そのコードはコンパイルされ、結果の
コンパイラーコードは、予めコンパイルされたウインド
ーズのライブラリールーチンのオブジェクトコードとリ
ンクされる。リンク、コンパイルされたオブジェクトコ
ードを実行するために、システムユーザは、オブジェク
トコードを呼出し、コンピュータシステムがそのコード
をメモリにロードするようにし、そこからＣＰＵが読取
り、コードを実行してプログラムに同定されたタスクを
行なう。
【００２８】図６は、コンピュータプログラム１４１の
ハイアラキカルな制御構造の概略ブロック図を示す。ユ
ーザは、プロセス設定及びプロセスチャンバの数をプロ
セス選択ルーチン１４２に入力する。プロセス設定は、
特定のプロセスチャンバにおける特定のプロセスを達成
するのに必要なプロセスパラメータの予め定められた設
定であリ、予め規定された設定数によって識別される。
プロセスパラメータは、例えば、プロセスガスの組成と
流速、温度、圧力、冷却ガス圧のようなプラズマ条件、
及びチャンバ壁の温度のようなプロセス条件に関する。
ハイアラキカルな制御構造の概略ブロック図を示す。ユ
ーザは、プロセス設定及びプロセスチャンバの数をプロ
セス選択ルーチン１４２に入力する。プロセス設定は、
特定のプロセスチャンバにおける特定のプロセスを達成
するのに必要なプロセスパラメータの予め定められた設
定であリ、予め規定された設定数によって識別される。
プロセスパラメータは、例えば、プロセスガスの組成と
流速、温度、圧力、冷却ガス圧のようなプラズマ条件、
及びチャンバ壁の温度のようなプロセス条件に関する。
【００２９】プロセスシーケンサーサブルーチン１４３
は、識別されたプロセスチャンバやプロセスセレクター
サブルーチン１４３からのプロセスパラメータのセット
を受取るための、及び種々のプロセスチャンバの動作を
制御するためのプログラムコードを有する。多数のユー
ザがプロセスセット数及びプロセスチャンバ数を入力す
ることができるか、あるは一人のユーザが多数のプロセ
スセット数及びプロセスチャンバ数を入力することがで
き、その結果、シーケンサーサブルーチン１４３が所望
のシーケンスにおける選択されたプロセスをスケジュー
ルするために動作する。好適には、シーケンサーサブル
ーチン１４３は、（ｉ）チャンバが用いられているか否
かを決定するためにプロセスチャンバの動作をモニター
し、（ii）用いられているチャンバでどんなプロセスが
実効されているかを決定し、（iii）プロセスチャンバ
の利用性、及び実効されるべきプロセスの形式に基づい
て所望のプロセスを実行するステップを行なうプログラ
ムコードを含む。プロセスチャンバをモニターする従来
の方法、例えばポーリングを用いることができる。どの
プロセスが実効されるべきであるかをスケージュールす
る場合、シーケンサーサブルーチン１４３は、選択され
たプロセス、または各々の特定のユーザが入力した要求
の"エージ"のための要求されるプロセス条件、またはシ
ステムプログラマーがスケジュールの優先権を決定する
ために含むように要求する他の適当なファクタト比較し
て、使用されているプロセスチャンバの現在の状態を考
慮する用に設計される。
は、識別されたプロセスチャンバやプロセスセレクター
サブルーチン１４３からのプロセスパラメータのセット
を受取るための、及び種々のプロセスチャンバの動作を
制御するためのプログラムコードを有する。多数のユー
ザがプロセスセット数及びプロセスチャンバ数を入力す
ることができるか、あるは一人のユーザが多数のプロセ
スセット数及びプロセスチャンバ数を入力することがで
き、その結果、シーケンサーサブルーチン１４３が所望
のシーケンスにおける選択されたプロセスをスケジュー
ルするために動作する。好適には、シーケンサーサブル
ーチン１４３は、（ｉ）チャンバが用いられているか否
かを決定するためにプロセスチャンバの動作をモニター
し、（ii）用いられているチャンバでどんなプロセスが
実効されているかを決定し、（iii）プロセスチャンバ
の利用性、及び実効されるべきプロセスの形式に基づい
て所望のプロセスを実行するステップを行なうプログラ
ムコードを含む。プロセスチャンバをモニターする従来
の方法、例えばポーリングを用いることができる。どの
プロセスが実効されるべきであるかをスケージュールす
る場合、シーケンサーサブルーチン１４３は、選択され
たプロセス、または各々の特定のユーザが入力した要求
の"エージ"のための要求されるプロセス条件、またはシ
ステムプログラマーがスケジュールの優先権を決定する
ために含むように要求する他の適当なファクタト比較し
て、使用されているプロセスチャンバの現在の状態を考
慮する用に設計される。
【００３０】シーケンサーサブルーチンが、どのプロセ
スチャンバとプロセス設定組合せが次に実行されるかを
決定すると、シーケンサーサブルーチン１４３は、シー
ケンサーサブルーチン１４３によって決定されるプロセ
ス設定にしたがって、異なるプロセスチャンバのマルチ
処理タスクを制御するチャンバ管理サブルーチン１４４
Ａ-Ｃへ特定のプロセス設定パラメータを通すことによ
ってプロセス設定の実効を行なう。例えば、チャンバ管
理サブルーチン１４４Ａは、図４のプロセスチャンバ３
６内にＣＶＤプロセス動作を制御するためのプログラム
コードを有する。チャンバ管理サブルーチン１４４は、
選択されたプロセス設定を実行するのに必要なチャンバ
要素の動作を制御するいろいろなチャンバ要素サブルー
チンまたはプログラムコードモジュールの実行も制御す
る。チャンバ要素サブルーチンの例は、基板の位置決め
サブルーチン１４５、プロセスガス制御サブルーチン１
４６、圧力制御サブルーチン１４７、ヒータ制御サブル
ーチン１４８及びプラズマ制御サブルーチンである。
スチャンバとプロセス設定組合せが次に実行されるかを
決定すると、シーケンサーサブルーチン１４３は、シー
ケンサーサブルーチン１４３によって決定されるプロセ
ス設定にしたがって、異なるプロセスチャンバのマルチ
処理タスクを制御するチャンバ管理サブルーチン１４４
Ａ-Ｃへ特定のプロセス設定パラメータを通すことによ
ってプロセス設定の実効を行なう。例えば、チャンバ管
理サブルーチン１４４Ａは、図４のプロセスチャンバ３
６内にＣＶＤプロセス動作を制御するためのプログラム
コードを有する。チャンバ管理サブルーチン１４４は、
選択されたプロセス設定を実行するのに必要なチャンバ
要素の動作を制御するいろいろなチャンバ要素サブルー
チンまたはプログラムコードモジュールの実行も制御す
る。チャンバ要素サブルーチンの例は、基板の位置決め
サブルーチン１４５、プロセスガス制御サブルーチン１
４６、圧力制御サブルーチン１４７、ヒータ制御サブル
ーチン１４８及びプラズマ制御サブルーチンである。
【００３１】動作において、チャンバ管理サブルーチン
１４４Ａは、実効されている特性のプロセスにしたがっ
て、プロセス要素サブルーチンを選択的にスケージュー
ルするか呼び出す。チャンバ管理サブルーチン１４４Ａ
は、どのようにしてシーケンサーサブルーチンがどのプ
ロセスチャンバ３６とプロセス設定が次に実行されるべ
きかをスケジュールスるかと同様にプロセス要素サブル
ーチンをスケジュールする。一般に、チャンバ管理サブ
ルーチン１４４Ａは、いろいろなチャンバ要素をモニタ
ーし、どの要素が実行されるべきプロセス設定に対する
プロセスパラメータに基づいて動作される必要があるか
を決定し、且つモニターするステップ及び決定するステ
ップに応答するチャンバ成分サブルーチンの実行を行な
うステップを有する。例１ 図３の装置は半導体基板の表面上の開口を充填するため
に用いられた。この開口は、あらゆる酸化物またはたの
汚染物質を含む約４００Åの物質を除去するために予め
洗浄され、その後、約４００Åのコンフォーマルなチタ
ン層の堆積のためにＰＶＤＴｉチャンバへ移送された。
その後、基板は、約０.３５ミリトルの圧力チャンバ
で、約４０００Åのコンフォーマルなアルミニウム層の
堆積のために、ターゲットと基板の距離が１５０ｍｍ以
上であるＰＶＤチャンバ３６へ移送された。アルミニウ
ムの堆積が室温で開始された。その後、基板は、１００
ｍｍ以下のターゲットと基板の間隔で１０ｋＷを超える
電力で３５０℃いかで約４０００Åのバルクアルミニウ
ムの堆積のために更にＰＶＤ Ａｌチャンバ３８へ移送
された。アルミニウム層（コンフォーマル及びバルク）
は開口を満たすためにアルミニウムのリフローのために
更にチャンバ３８内で加熱された。リフロー中の基板の
温度は５００℃以下に維持された。リフロー後のアルミ
ニウムの表面はチャネルがなく、開口は空隙がなかっ
た。アルミニウムの表面は優れた反射率と均一性を有し
ていた。例２（比較） 図３の装置は、例１と比較するために半導体基板の表面
上の開口を充填するために用いられた。この開口は、あ
らゆる酸化物またはたの汚染物質を含む約４００Åの物
質を除去するために予め洗浄され、その後、約４００Å
のコンフォーマルなチタン相の堆積のためにＰＶＤ Ｔ
ｉチャンバへ移送された。その後、基板は、８０００Å
のブランケット厚を有するアルミニウム層の堆積のため
に、ターゲットと基板の距離が１００ｍｍ以上であるＰ
ＶＤチャンバ３６へ移送された。アルミニウム層が約
０.３５ミリトルのチャンバ圧力で堆積され、コンフォ
ーマルでなかった。その後、アルミニウム層は、アルミ
ニウムをリフローし、開口を充填するためにチャンバ内
で加熱された。リフロー中の基板の温度は５００℃以下
に維持された。リフロー後のアルミニウムの表面は、開
口には空隙がなかったけれども小さな窪みを有してい
た。アルミニウムの表面は、例１のアルミニウム表面と
比較して、同様な反射率と減少した均一性を有してい
た。
１４４Ａは、実効されている特性のプロセスにしたがっ
て、プロセス要素サブルーチンを選択的にスケージュー
ルするか呼び出す。チャンバ管理サブルーチン１４４Ａ
は、どのようにしてシーケンサーサブルーチンがどのプ
ロセスチャンバ３６とプロセス設定が次に実行されるべ
きかをスケジュールスるかと同様にプロセス要素サブル
ーチンをスケジュールする。一般に、チャンバ管理サブ
ルーチン１４４Ａは、いろいろなチャンバ要素をモニタ
ーし、どの要素が実行されるべきプロセス設定に対する
プロセスパラメータに基づいて動作される必要があるか
を決定し、且つモニターするステップ及び決定するステ
ップに応答するチャンバ成分サブルーチンの実行を行な
うステップを有する。例１ 図３の装置は半導体基板の表面上の開口を充填するため
に用いられた。この開口は、あらゆる酸化物またはたの
汚染物質を含む約４００Åの物質を除去するために予め
洗浄され、その後、約４００Åのコンフォーマルなチタ
ン層の堆積のためにＰＶＤＴｉチャンバへ移送された。
その後、基板は、約０.３５ミリトルの圧力チャンバ
で、約４０００Åのコンフォーマルなアルミニウム層の
堆積のために、ターゲットと基板の距離が１５０ｍｍ以
上であるＰＶＤチャンバ３６へ移送された。アルミニウ
ムの堆積が室温で開始された。その後、基板は、１００
ｍｍ以下のターゲットと基板の間隔で１０ｋＷを超える
電力で３５０℃いかで約４０００Åのバルクアルミニウ
ムの堆積のために更にＰＶＤ Ａｌチャンバ３８へ移送
された。アルミニウム層（コンフォーマル及びバルク）
は開口を満たすためにアルミニウムのリフローのために
更にチャンバ３８内で加熱された。リフロー中の基板の
温度は５００℃以下に維持された。リフロー後のアルミ
ニウムの表面はチャネルがなく、開口は空隙がなかっ
た。アルミニウムの表面は優れた反射率と均一性を有し
ていた。例２（比較） 図３の装置は、例１と比較するために半導体基板の表面
上の開口を充填するために用いられた。この開口は、あ
らゆる酸化物またはたの汚染物質を含む約４００Åの物
質を除去するために予め洗浄され、その後、約４００Å
のコンフォーマルなチタン相の堆積のためにＰＶＤ Ｔ
ｉチャンバへ移送された。その後、基板は、８０００Å
のブランケット厚を有するアルミニウム層の堆積のため
に、ターゲットと基板の距離が１００ｍｍ以上であるＰ
ＶＤチャンバ３６へ移送された。アルミニウム層が約
０.３５ミリトルのチャンバ圧力で堆積され、コンフォ
ーマルでなかった。その後、アルミニウム層は、アルミ
ニウムをリフローし、開口を充填するためにチャンバ内
で加熱された。リフロー中の基板の温度は５００℃以下
に維持された。リフロー後のアルミニウムの表面は、開
口には空隙がなかったけれども小さな窪みを有してい
た。アルミニウムの表面は、例１のアルミニウム表面と
比較して、同様な反射率と減少した均一性を有してい
た。
【００３２】本発明のプロセスは、約１ミリトル以下、
好適には０.３５ミリトル以下の圧力でＰＶＤによって
堆積されたコンフォーマルな金属層を有する高いアスペ
クト比の開口を充填するための優れたステップカバレー
ジ及びその開口を充填するためにＰＶによって堆積され
た金属層を提供する。堆積された金属層は、減少された
表面トレンチングを有する均一の表面を生成する。
好適には０.３５ミリトル以下の圧力でＰＶＤによって
堆積されたコンフォーマルな金属層を有する高いアスペ
クト比の開口を充填するための優れたステップカバレー
ジ及びその開口を充填するためにＰＶによって堆積され
た金属層を提供する。堆積された金属層は、減少された
表面トレンチングを有する均一の表面を生成する。
【００３３】上記の説明は、本発明の実施の形態に向け
られたけれども、本発明の基本的な範囲から逸脱するこ
となく本発明の他の実施形態を発明されることができ
る。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって決められ
るべきである。
られたけれども、本発明の基本的な範囲から逸脱するこ
となく本発明の他の実施形態を発明されることができ
る。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって決められ
るべきである。
【図１】 バリア層及びコンフォーマルＰＶＤアルミニ
ウム層を有する、本発明によるメタライズされた半導体
基板の孔の概略図である。
ウム層を有する、本発明によるメタライズされた半導体
基板の孔の概略図である。
【図２】 バリア層及び孔を充填する混ぜられたＰＶＤ
層を有する、本発明によるメタライズされた半導体基板
の孔の概略図である。
層を有する、本発明によるメタライズされた半導体基板
の孔の概略図である。
【図３】 半導体基板の孔にバリア層及びコンフォーマ
ルなＰＶＤ層を堆積するのに適し、且つＰＶＤ金属で孔
を充填するのに適した一体化された多層チャンバ装置の
概略上面図である。
ルなＰＶＤ層を堆積するのに適し、且つＰＶＤ金属で孔
を充填するのに適した一体化された多層チャンバ装置の
概略上面図である。
【図４】 約１ミリトル以下の圧力でコンフォーマルな
金属層を堆積するのに適したＰＶＤチャンバの概略図で
ある。
金属層を堆積するのに適したＰＶＤチャンバの概略図で
ある。
【図５】 約２ミリトル以上の圧力でバルク金属層を堆
積するのに適したＰＶＤチャンバの概略図である。
積するのに適したＰＶＤチャンバの概略図である。
【図６】 本あ発明のプロセスを制御するのに適したコ
ンピュータプログラムのハイアラキカルな制御構造を示
す簡略かされたブロック図である。
ンピュータプログラムのハイアラキカルな制御構造を示
す簡略かされたブロック図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 サン ホー ユー アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94086 サニーヴェイル オールド サン フランシスコ ロード 718−200 (72)発明者 ヨングワ クリス チャー アメリカ合衆国 カリフォルニア州 95124 サン ホセ ローレン ドライヴ 5485 (72)発明者 ムラリー アーブリ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 95051 サンタ クララ ホームスティー ド ロード 2851 アパートメント 304 (72)発明者 スリ シングヴィー アメリカ合衆国 カリフォルニア州 95035 ミルピタス ストラットフォード ドライヴ 2213 (72)発明者 フファ チェン アメリカ合衆国 カリフォルニア州 95014 クーパーティノ ミラー アベニ ュー 10420
Claims (20)
- 【請求項１】 基板上にフィーチャを形成する方法デあ
って、 ａ）基板にける開口面上に約５Åと約７００Åの間の厚
さを有するバリア/ウエッティング層を堆積し、 ｂ）約１ミリトル以下のチャンバ圧力で開口をキャッピ
ングまたは充填することなく前記バリア/ウエッティン
グ層の表面上にコンフォーマルな金属層を物理気相堆積
し、前記物理気相体積された金属層は約２００Åと約１
ミクロンの間の厚さを有し、 ｃ）金属で前記開口を充填するステップを有することを
特徴とする方法。 - 【請求項２】 前記開口を金属で充填するステップは、
前記開口へ第２の堆積された金属層をりフローするステ
ップを有することを特徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項３】 前記開口を金属で充填するステップは、
コンフォーマルなＰＶＤ金属層上にバルクＰＶＤ金属層
を物理気相堆積し、且つ前記バルク金属層をリフローす
るステップを有することを特徴とする請求項１記載の方
法。 - 【請求項４】 前記ａ）からｃ）のステップは、チャン
バ内で行なわれることを特徴とする請求項１記載の方
法。 - 【請求項５】 前記ａ）からｃ）のステップは、分離し
たチャンバ内で行なわれることを特徴とする請求項１記
載の方法。 - 【請求項６】 前記金属は、開口を充填する前に空気に
曝されないことを特徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項７】 前記金属は、基板から約１５０ｍｍから
約１９０ｍｍまでの間に配置されたターゲットからスパ
ッタされることを特徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項８】 前記金属層は、アルミニウムの層である
ことを特徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項９】 基板上に孔、トレンチ、または二重のだ
マシーン構造を充填するための方法であって、 ａ）基板上にコンフォーマルなバリア/ウエッティング
層を堆積し、 ｂ）約１ミリトル以下のチャンバ圧力で前記バリア/ウ
エッティング層上にコンフォーマルなＰＶＤ金属層を堆
積し、 ｃ）前記コンフォーマルなＰＶＤ金属層上に堆積された
バルクＰＶＤ金属層をリフローするステップを有するこ
とを特徴とする方法。 - 【請求項１０】 前記コンフォーマルなＰＶＤ金属層
は、約２００Åから約１ミクロンのブランケット厚を有
することを特徴とする請求項９記載の方法。 - 【請求項１１】 前記バリア/ウエッティング層は約５
Åから約７００Åまでの厚さを有していることを特徴と
する請求項１０記載の方法。 - 【請求項１２】 前記バリア/ウエッティング層はチタ
ンであることを特徴とする請求項９記載の方法。 - 【請求項１３】 前記バリア/ウエッティング層はタン
グステン（Ｗ）、ニオブ（Ｎｂ）、アルミニウムシリケ
ート、タンタル（Ｔａ）タンタルナイトライド（Ｔａ
Ｎ）、チタンナイトライド（ＴｉＮ）、ＰＶＤ Ti/N2ス
タッフした、TiSiN, WSiNまたはそれらの組合せから成
るグループから選択されることを特徴とする請求項９記
載の方法。 - 【請求項１４】 前記コンフォーマルなＰＶＤ金属層は
コンフォーマルなＰＶＤアルミニウム層であることを特
徴とする請求項９記載の方法。 - 【請求項１５】 前記バルクＰＶＤ金属層は、前記バル
ク金属層をリフローする間、５００℃以下の温度に維持
されることを特徴とする請求項９記載の方法。 - 【請求項１６】 前記バルクＰＶＤ金属層は、基板から
約１５０ｍｍ〜約１９０ｍｍに配置されたターゲットか
らスパッタされることを特徴とする請求項９基差の方
法。 - 【請求項１７】 前記コンフォーマルなＰＶＤ金属層
は、約０.3５ミリトル以下のチャンバ圧力でスパッタさ
れることを特徴とする請求項１９記載の方法。 - 【請求項１８】 金属層を堆積するための装置であっ
て、 基板移送チャンバ、 前記移送チャンバに接続されたバリア/ウエッティング
層チャンバ、 前記移送チャンバに接続されたロングスロー物理気相体
積チャンバ、前記物理気相体積チャンバは少なくとも１
００ｍｍのロングスロー距離によって分離されたターゲ
ットと基板を有しており、及び前記移送チャンバに接続
された熱い金属物理気相体積チャンバを有することを特
徴とする装置。 - 【請求項１９】 前記ロングスロー距離は、約１５０ｍ
ｍ〜約１９ｍｍであることを特徴とする請求項１８記載
の装置。 - 【請求項２０】 前記熱い金属物理気相体積チャンバ
は、金属リフローチャンバでもあることを特徴とする請
求項１９記載の装置。
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