JP2001200358A - タングステン、アルミニウム、及び銅アプリケーション用ライナ、バリヤ及び／又はシード層としてのｐｖｄ−ｉｍｐタングステン及び窒化タングステン - Google Patents
タングステン、アルミニウム、及び銅アプリケーション用ライナ、バリヤ及び／又はシード層としてのｐｖｄ−ｉｍｐタングステン及び窒化タングステンInfo
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- H01L21/2855—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers on semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table by physical means, e.g. sputtering, evaporation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
- H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
- H01L21/768—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
- H01L21/76838—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the conductors
- H01L21/76841—Barrier, adhesion or liner layers
- H01L21/76871—Layers specifically deposited to enhance or enable the nucleation of further layers, i.e. seed layers
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 後続の前駆体反応剤による腐食を減らして、
後続層のより良い形状追従カバレージを促進するように
ライナ、バリヤ、および／またはシード層を改善する。 【解決手段】 本発明は、好ましくはイオン化金属プラ
ズマ（ＩＭＰ）プロセスなどの高密度プラズマＰＶＤプ
ロセスや、ターゲットからの材料のスパッタフラックス
をイオン化するその他のプロセスを用い、基板４０上に
タングステンベースのライナ層５２／バリヤ層５４を堆
積させる方法を提供する。Ｔｉおよび／またはＴｉＮラ
イナ層５２／バリヤ層５４を堆積させる場合は、本発明
は、その上にＰＶＤ−ＩＭＰ処理によるタングステンを
堆積させることによって、ＷＦ6とＴｉ、ＴｉＮ、Ｓｉ
材料間の反応を減少または除去する方法を提供する。窒
化タングステンのライナ層５２／バリヤ層５４が生成さ
れるように窒素ソースの存在下でタングステンを堆積さ
せてもよい。タングステンライナ層５２／バリヤ層５４
の後で別のタングステン層５６をＣＶＤプロセスによっ
て堆積させてもよい。
後続層のより良い形状追従カバレージを促進するように
ライナ、バリヤ、および／またはシード層を改善する。 【解決手段】 本発明は、好ましくはイオン化金属プラ
ズマ（ＩＭＰ）プロセスなどの高密度プラズマＰＶＤプ
ロセスや、ターゲットからの材料のスパッタフラックス
をイオン化するその他のプロセスを用い、基板４０上に
タングステンベースのライナ層５２／バリヤ層５４を堆
積させる方法を提供する。Ｔｉおよび／またはＴｉＮラ
イナ層５２／バリヤ層５４を堆積させる場合は、本発明
は、その上にＰＶＤ−ＩＭＰ処理によるタングステンを
堆積させることによって、ＷＦ6とＴｉ、ＴｉＮ、Ｓｉ
材料間の反応を減少または除去する方法を提供する。窒
化タングステンのライナ層５２／バリヤ層５４が生成さ
れるように窒素ソースの存在下でタングステンを堆積さ
せてもよい。タングステンライナ層５２／バリヤ層５４
の後で別のタングステン層５６をＣＶＤプロセスによっ
て堆積させてもよい。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、基板上にタングス
テン層を堆積させる装置と方法に関する。詳細には、本
発明は、ライナ、バリヤおよび／またはシード層として
タングステン含有材料を堆積させる方法と装置に関す
る。
テン層を堆積させる装置と方法に関する。詳細には、本
発明は、ライナ、バリヤおよび／またはシード層として
タングステン含有材料を堆積させる方法と装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】サブクォータミクロンの多層メタライゼ
ーションは次世代の集積回路（ＩＣ）用超大規模集積
（ＵＬＳＩ）の重要技術の一つである。コンタクト、バ
イア、ライン、トレンチを含む多層配線フィーチャの信
頼性のある形成は、ＵＬＳＩの成功にとって重要である
と同時に、個々の基板とダイの回路密度を増加させる継
続的努力にとって極めて重要である。回路密度が増加す
るにつれて、バイア、コンタクトその他のフィーチャの
幅は０．２５μｍ以下に縮小する一方、誘電体層の厚さ
は実質的に一定のままなので、フィーチャのアスペクト
比、すなわち、その高さを幅で除した値を増加させる。
多くの従来の堆積プロセスでは、アスペクト比が３：１
を超える構造、特にアスペクト比が１０：１に達するよ
うな構造を充填することは難しい。
ーションは次世代の集積回路（ＩＣ）用超大規模集積
（ＵＬＳＩ）の重要技術の一つである。コンタクト、バ
イア、ライン、トレンチを含む多層配線フィーチャの信
頼性のある形成は、ＵＬＳＩの成功にとって重要である
と同時に、個々の基板とダイの回路密度を増加させる継
続的努力にとって極めて重要である。回路密度が増加す
るにつれて、バイア、コンタクトその他のフィーチャの
幅は０．２５μｍ以下に縮小する一方、誘電体層の厚さ
は実質的に一定のままなので、フィーチャのアスペクト
比、すなわち、その高さを幅で除した値を増加させる。
多くの従来の堆積プロセスでは、アスペクト比が３：１
を超える構造、特にアスペクト比が１０：１に達するよ
うな構造を充填することは難しい。
【０００３】半導体処理では、ライン、トレンチ、バイ
アなどのＩＣの導電性フィーチャの形成用に従来からア
ルミニウムが用いられてきた。銅はその抵抗率が低いと
いう理由で、ＩＣに使用される導電性材料として現在受
け入れられつつある。しかしながら、銅はそれ自体の処
理が難しい。例えば、銅はバリヤ層の存在しない隣接層
中へ容易に拡散する。銅はまた、大気条件に曝されると
容易に酸化するので、銅のフィーチャの抵抗が増加して
回路全体の信頼性を低下させる。タングステンは、バイ
ア、プラグ、コンタクト、ライン、トレンチその他のフ
ィーチャに対して、アルミニウムと銅の代替となる。タ
ングステンは従来、第１レベルの金属相互接続（Ｍ１レ
ベル）で導体として用いられてきた。タングステンは電
気抵抗がアルミニウムや銅（それぞれ３．１μΩ−ｃｍ
と１．７μΩ−ｃｍ）よりも高い（１０μΩ−ｃｍ）
が、タングステンは微細ラインのパターン能力（Ｐａｔ
ｔｅｒｎａｂｉｌｉｔｙ）を示し、ＵＬＳＩ回路のより
小さなフィーチャに適している。微細ラインのパターン
能力とは、一様に、かつ直線的側壁でもってパターニン
グおよびエッチングされる材料の特性のことである。タ
ングステンはまた、フィーチャ内のすぐれたステップカ
バレージも提供する。
アなどのＩＣの導電性フィーチャの形成用に従来からア
ルミニウムが用いられてきた。銅はその抵抗率が低いと
いう理由で、ＩＣに使用される導電性材料として現在受
け入れられつつある。しかしながら、銅はそれ自体の処
理が難しい。例えば、銅はバリヤ層の存在しない隣接層
中へ容易に拡散する。銅はまた、大気条件に曝されると
容易に酸化するので、銅のフィーチャの抵抗が増加して
回路全体の信頼性を低下させる。タングステンは、バイ
ア、プラグ、コンタクト、ライン、トレンチその他のフ
ィーチャに対して、アルミニウムと銅の代替となる。タ
ングステンは従来、第１レベルの金属相互接続（Ｍ１レ
ベル）で導体として用いられてきた。タングステンは電
気抵抗がアルミニウムや銅（それぞれ３．１μΩ−ｃｍ
と１．７μΩ−ｃｍ）よりも高い（１０μΩ−ｃｍ）
が、タングステンは微細ラインのパターン能力（Ｐａｔ
ｔｅｒｎａｂｉｌｉｔｙ）を示し、ＵＬＳＩ回路のより
小さなフィーチャに適している。微細ラインのパターン
能力とは、一様に、かつ直線的側壁でもってパターニン
グおよびエッチングされる材料の特性のことである。タ
ングステンはまた、フィーチャ内のすぐれたステップカ
バレージも提供する。
【０００４】しかしながら、それぞれのメタライゼーシ
ョンスキームでは通常、アルミニウム、銅、またはタン
グステンの導体を堆積させる前に、誘電体材料内に形成
されるフィーチャにライナ層および／またはバリヤ層を
堆積させる必要がある。ライナ層は下地層の材料に対し
て良好な密着性を与え、バリヤ層は隣接材料中への金属
の拡散を防止する。更に、バリヤ層は下地層材料間の望
ましくない反応を防止する。ライナおよび／またはバリ
ヤ層は通常、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、
タンタル（Ｔａ）、窒化タンタル（ＴａＮ）その他の耐
熱性金属およびそれらの窒化物などの材料から作られ
る。ライナ／バリヤ層材料の薄層は、フィーチャ内部を
含む基板の表面全体に、形状追従的に、フィーチャの側
壁と底部の双方の上に堆積することが望ましい。従来の
ライナおよびバリヤ層に伴う問題の一つは、それらが、
フィーチャを形成する金属よりも高い抵抗を持つことで
ある。その結果、フィーチャの総合抵抗が増大する。例
えば、Ｔｉの抵抗は約４０μΩ−ｃｍで、ＴｉＮの抵抗
は約３００μΩ−ｃｍ〜約４００μΩ−ｃｍである。Ｔ
ａは通常、約１６０μΩ−ｃｍの抵抗を持ち、ＴａＮは
通常、約２４０μΩ−ｃｍの抵抗を持つ。その結果、こ
のバリヤ／ライナ材料は、従来の導電材料の少なくとも
約５倍の抵抗を示す。
ョンスキームでは通常、アルミニウム、銅、またはタン
グステンの導体を堆積させる前に、誘電体材料内に形成
されるフィーチャにライナ層および／またはバリヤ層を
堆積させる必要がある。ライナ層は下地層の材料に対し
て良好な密着性を与え、バリヤ層は隣接材料中への金属
の拡散を防止する。更に、バリヤ層は下地層材料間の望
ましくない反応を防止する。ライナおよび／またはバリ
ヤ層は通常、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、
タンタル（Ｔａ）、窒化タンタル（ＴａＮ）その他の耐
熱性金属およびそれらの窒化物などの材料から作られ
る。ライナ／バリヤ層材料の薄層は、フィーチャ内部を
含む基板の表面全体に、形状追従的に、フィーチャの側
壁と底部の双方の上に堆積することが望ましい。従来の
ライナおよびバリヤ層に伴う問題の一つは、それらが、
フィーチャを形成する金属よりも高い抵抗を持つことで
ある。その結果、フィーチャの総合抵抗が増大する。例
えば、Ｔｉの抵抗は約４０μΩ−ｃｍで、ＴｉＮの抵抗
は約３００μΩ−ｃｍ〜約４００μΩ−ｃｍである。Ｔ
ａは通常、約１６０μΩ−ｃｍの抵抗を持ち、ＴａＮは
通常、約２４０μΩ−ｃｍの抵抗を持つ。その結果、こ
のバリヤ／ライナ材料は、従来の導電材料の少なくとも
約５倍の抵抗を示す。
【０００５】更に、タングステンは通常、化学気相成長
（ＣＶＤ）プロセスを用いて基板上に堆積される。代表
的なＣＶＤプロセスは、タングステン堆積用の反応ガス
として水素と六フッ化タングステン（ＷＦ6）を使用
し、水素還元プロセスとして知られている。水素とＷＦ
6の反応が基板２の上にタングステンの堆積を発生させ
て良好なステップカバレージを与え、残留副産物のフッ
素ガスとフッ化水素酸（ＨＦ）を生じるものと考えられ
る。しかしながら、この水素還元プロセスはタングステ
ンの初期シード層がなければ比較的反応が遅く、従って
ＷＦ6と共にシランを用いる別の還元プロセスが初期シ
ード層の堆積に用いられる。ＣＶＤプロセスを用いるタ
ングステン堆積用のシラン還元プロセスは、シランをＷ
Ｆ6と反応させてタングステンと他の副産物を発生させ
る。ある証拠によれば、副産物はＳｉＨＦ3、ＨＦ、お
よび／またはＳｉＦ4になる。シラン還元プロセスは水
素還元反応よりも初期堆積速度が高い。一旦シード層が
確立されると、一般に水素還元堆積の方が速度が速い。
従って、タングステンのＣＶＤは通常、２段階プロセス
で実施され、シラン還元を用いてタングステンシード層
を堆積させた後、水素還元プロセスを用いて堆積を完成
させる。
（ＣＶＤ）プロセスを用いて基板上に堆積される。代表
的なＣＶＤプロセスは、タングステン堆積用の反応ガス
として水素と六フッ化タングステン（ＷＦ6）を使用
し、水素還元プロセスとして知られている。水素とＷＦ
6の反応が基板２の上にタングステンの堆積を発生させ
て良好なステップカバレージを与え、残留副産物のフッ
素ガスとフッ化水素酸（ＨＦ）を生じるものと考えられ
る。しかしながら、この水素還元プロセスはタングステ
ンの初期シード層がなければ比較的反応が遅く、従って
ＷＦ6と共にシランを用いる別の還元プロセスが初期シ
ード層の堆積に用いられる。ＣＶＤプロセスを用いるタ
ングステン堆積用のシラン還元プロセスは、シランをＷ
Ｆ6と反応させてタングステンと他の副産物を発生させ
る。ある証拠によれば、副産物はＳｉＨＦ3、ＨＦ、お
よび／またはＳｉＦ4になる。シラン還元プロセスは水
素還元反応よりも初期堆積速度が高い。一旦シード層が
確立されると、一般に水素還元堆積の方が速度が速い。
従って、タングステンのＣＶＤは通常、２段階プロセス
で実施され、シラン還元を用いてタングステンシード層
を堆積させた後、水素還元プロセスを用いて堆積を完成
させる。
【０００６】図１は基板上に形成された構造２の概略図
であり、タングステンのＣＶＤに伴う難題を示す。基板
２は下地層のウェーハ１０、ドープ領域１１、およびパ
ターン加工された誘電体層１２を含む。Ｔｉのライナ層
１６は通常、物理気相成長（ＰＶＤ）によって誘電体層
１２上に堆積され、その後でＴｉＮのバリヤ層１８が堆
積される。ＴｉＮバリヤ層１８はまた、アルミニウムや
アルミニウム合金など、その後の堆積用の濡れ層として
も役立つ。Ｔｉ層はライナ層として用いられ、ＴｉＮ
は、酸化珪素誘電体材料内の下地層のＴｉとＳｉを保護
するバリヤ層として用いられる。フィーチャのアスペク
ト比が増加するにつれて、フィーチャ１４の側壁と底
部、特に側壁１４ａと底部１４ｂの間の下部コーナ２２
でその形状追従カバレージを確保することが次第に難し
くなる。その結果、それらの区域は、ＷＦ6や副産物等
の、ＣＶＤ Ｗ前駆体ガスの使用による化学腐食を受け
易い。
であり、タングステンのＣＶＤに伴う難題を示す。基板
２は下地層のウェーハ１０、ドープ領域１１、およびパ
ターン加工された誘電体層１２を含む。Ｔｉのライナ層
１６は通常、物理気相成長（ＰＶＤ）によって誘電体層
１２上に堆積され、その後でＴｉＮのバリヤ層１８が堆
積される。ＴｉＮバリヤ層１８はまた、アルミニウムや
アルミニウム合金など、その後の堆積用の濡れ層として
も役立つ。Ｔｉ層はライナ層として用いられ、ＴｉＮ
は、酸化珪素誘電体材料内の下地層のＴｉとＳｉを保護
するバリヤ層として用いられる。フィーチャのアスペク
ト比が増加するにつれて、フィーチャ１４の側壁と底
部、特に側壁１４ａと底部１４ｂの間の下部コーナ２２
でその形状追従カバレージを確保することが次第に難し
くなる。その結果、それらの区域は、ＷＦ6や副産物等
の、ＣＶＤ Ｗ前駆体ガスの使用による化学腐食を受け
易い。
【０００７】ＴｉＮ層を通って拡散可能で下地層のＴｉ
層１６と反応して各層で欠陥を形成するＷＦ6および／
または副産物は、この分野では「ワームホール(wormhol
es)」および「ボルケーノ(volcanoes) 」として知られ
ている。ワームホール２４、２６、２８は侵食によって
形成されたトンネルで、ウェーハ１０の酸化物層の下に
穴を穿ち、数十ミクロンに達する場合がある。ワームホ
ール２６などのワームホールは、その両端に堆積される
タングステン粒子３０を除いて、通常は材料のボイドで
ある。
層１６と反応して各層で欠陥を形成するＷＦ6および／
または副産物は、この分野では「ワームホール(wormhol
es)」および「ボルケーノ(volcanoes) 」として知られ
ている。ワームホール２４、２６、２８は侵食によって
形成されたトンネルで、ウェーハ１０の酸化物層の下に
穴を穿ち、数十ミクロンに達する場合がある。ワームホ
ール２６などのワームホールは、その両端に堆積される
タングステン粒子３０を除いて、通常は材料のボイドで
ある。
【０００８】ＷＦ6および／または副産物はまた、Ｔｉ
Ｎ層１８を通して拡散して下地層のＴｉ層のＴｉと反応
してボルケーノ３２を形成する場合がある。この反応
は、ＴｉとＷＦ6の反応が起こる区域のＴｉＮ層１８と
Ｔｉ層１６間の密着性を減少させる。ＴｉＮ層１８は、
Ｔｉ層とＴｉＮ層間のタングステンの成長によるか、Ｔ
ｉＦ4ガスまたは低密度固体としてのＴｉＦ3の生成によ
って剥離して、ボルケーノ３２を形成する。タングステ
ンの導電層３４がＴｉＮ表面１８上に堆積されると、
「マウンド」３６がボルケーノ３２の上に形成される。
マウンド３６は表面の平坦化に悪影響を与え、ＩＣのメ
タライゼーション層に短絡回路を生じさせることがある
ので、ＵＬＳＩ回路の多層メタライゼーションに対して
許容できない。
Ｎ層１８を通して拡散して下地層のＴｉ層のＴｉと反応
してボルケーノ３２を形成する場合がある。この反応
は、ＴｉとＷＦ6の反応が起こる区域のＴｉＮ層１８と
Ｔｉ層１６間の密着性を減少させる。ＴｉＮ層１８は、
Ｔｉ層とＴｉＮ層間のタングステンの成長によるか、Ｔ
ｉＦ4ガスまたは低密度固体としてのＴｉＦ3の生成によ
って剥離して、ボルケーノ３２を形成する。タングステ
ンの導電層３４がＴｉＮ表面１８上に堆積されると、
「マウンド」３６がボルケーノ３２の上に形成される。
マウンド３６は表面の平坦化に悪影響を与え、ＩＣのメ
タライゼーション層に短絡回路を生じさせることがある
ので、ＵＬＳＩ回路の多層メタライゼーションに対して
許容できない。
【０００９】この分野の努力は、タングステンとＴｉの
反応を避けてタングステンを用いて信頼性のある構造を
作るために、タングステン堆積内のライナ／バリヤとし
てのＴｉＮの有効性を高める処理技術に集中してきた。
ＴｉＮ層の厚さを増加させる研究にも若干の努力があっ
た。しかしながら、単にＴｉＮの厚さを増すだけでは解
決にならない。少なくともS.Parikh他による一論文「Ｗ
−プラグ付着でのＴｉＮバリヤの完全性とボルケーノの
形成」、Thin Solid Films 320, p.26-30, Elsevier Sc
ience S.A. (1998) −−引用によって本明細書に組み込
まれている−−に説明するように、ＴｉＮ層を厚くすれ
ばボルケーノの発生数は減るが、回路抵抗は増加し、実
際にボルケーノが発生したときに、そのサイズがより大
きくなる。M. Rutten 他による別の論文「タングステン
化学気相成長時の窒化チタン拡散バリヤの欠如」、Conf
erence Proceedings ULSI-VII, Materials Research So
ciety (1992)−−これも引用によって本明細書に組み込
まれている−−には同様の難題が記載され、ＴｉＮの反
応性スパッタリングはバリヤ腐食を除去できるが、コン
タクトとバイアに対して望ましくない程の高抵抗をもた
らすと述べている。その論文は、Ｔｉの「バイレイヤ
ー」堆積の後、そのＴｉ層の上にＴｉＮ層が生成させる
ように窒素とＴｉを導入し、その後、露出されたＴｉが
あればそれを「スタッフィング」してＷＦ6腐食に対す
るより良い耐性を促すために窒素でアニールすることを
提案している。Yu-Pei Chen 他によるもう一つの論文
「高アスペクト比のＧｂＤＲＡＭコンタクトメタライゼ
ーション用の総合バリヤ／プラグ充填スキーム」、Thin
Solid Films 320, P.73-76, Elsevier Science S.A.
(1998) −−引用によって本明細書に組み込まれている
−−はタングステンプラグコンタクトに対してＰＥＣＶ
Ｄ（プラズマ強化ＣＶＤ）ＴｉＮバリヤ層を持つＣＶＤ
Ｔｉライナ層と、ＥＣＶＤ（プラズマ強化金属有機ＣＶ
Ｄ）ＴｉＮバリヤ層を持つＩＭＰ Ｔｉライナ層とが、
０．３μｍでアスペクト比５：１のコンタクト用のＥＣ
ＶＤＴｉＮバリヤ層を持つコリメートされたＰＶＤＴｉ
ライナ層に比べて、より良好なコンタクトの完全性を示
すと結論している。上記論文は、従来の努力がＴｉおよ
び／またはＴｉＮの有効性の向上に力を入れていること
を証明している。バリヤ層としてＴｉＷの使用を追求す
る他の努力も行なわれたが、フィーチャのまわりのステ
ップカバレージは、ＵＬＳＩ回路に対して一般に充分と
は言えない。
反応を避けてタングステンを用いて信頼性のある構造を
作るために、タングステン堆積内のライナ／バリヤとし
てのＴｉＮの有効性を高める処理技術に集中してきた。
ＴｉＮ層の厚さを増加させる研究にも若干の努力があっ
た。しかしながら、単にＴｉＮの厚さを増すだけでは解
決にならない。少なくともS.Parikh他による一論文「Ｗ
−プラグ付着でのＴｉＮバリヤの完全性とボルケーノの
形成」、Thin Solid Films 320, p.26-30, Elsevier Sc
ience S.A. (1998) −−引用によって本明細書に組み込
まれている−−に説明するように、ＴｉＮ層を厚くすれ
ばボルケーノの発生数は減るが、回路抵抗は増加し、実
際にボルケーノが発生したときに、そのサイズがより大
きくなる。M. Rutten 他による別の論文「タングステン
化学気相成長時の窒化チタン拡散バリヤの欠如」、Conf
erence Proceedings ULSI-VII, Materials Research So
ciety (1992)−−これも引用によって本明細書に組み込
まれている−−には同様の難題が記載され、ＴｉＮの反
応性スパッタリングはバリヤ腐食を除去できるが、コン
タクトとバイアに対して望ましくない程の高抵抗をもた
らすと述べている。その論文は、Ｔｉの「バイレイヤ
ー」堆積の後、そのＴｉ層の上にＴｉＮ層が生成させる
ように窒素とＴｉを導入し、その後、露出されたＴｉが
あればそれを「スタッフィング」してＷＦ6腐食に対す
るより良い耐性を促すために窒素でアニールすることを
提案している。Yu-Pei Chen 他によるもう一つの論文
「高アスペクト比のＧｂＤＲＡＭコンタクトメタライゼ
ーション用の総合バリヤ／プラグ充填スキーム」、Thin
Solid Films 320, P.73-76, Elsevier Science S.A.
(1998) −−引用によって本明細書に組み込まれている
−−はタングステンプラグコンタクトに対してＰＥＣＶ
Ｄ（プラズマ強化ＣＶＤ）ＴｉＮバリヤ層を持つＣＶＤ
Ｔｉライナ層と、ＥＣＶＤ（プラズマ強化金属有機ＣＶ
Ｄ）ＴｉＮバリヤ層を持つＩＭＰ Ｔｉライナ層とが、
０．３μｍでアスペクト比５：１のコンタクト用のＥＣ
ＶＤＴｉＮバリヤ層を持つコリメートされたＰＶＤＴｉ
ライナ層に比べて、より良好なコンタクトの完全性を示
すと結論している。上記論文は、従来の努力がＴｉおよ
び／またはＴｉＮの有効性の向上に力を入れていること
を証明している。バリヤ層としてＴｉＷの使用を追求す
る他の努力も行なわれたが、フィーチャのまわりのステ
ップカバレージは、ＵＬＳＩ回路に対して一般に充分と
は言えない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】後続の前駆体反応剤に
よる腐食を減らして、後続層のより良い形状追従カバレ
ージを促進するようなライナ、バリヤ、および／または
シード層の改善に対するニーズが依然存在している。
よる腐食を減らして、後続層のより良い形状追従カバレ
ージを促進するようなライナ、バリヤ、および／または
シード層の改善に対するニーズが依然存在している。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、好ましくは、
通常、イオン化金属プラズマ（ＩＭＰ）プロセスと呼ぶ
高密度プラズマＰＶＤプロセスを用いて、ライナ／バリ
ヤ層として、タングステン含有材料を基板上に堆積させ
る方法を提供する。オプションとして、Ｔｉおよび／ま
たはＴｉＮライナ／バリヤ層を堆積させる場合、本発明
は、初期シード層が獲得されるようにＰＶＤ−ＩＭＰプ
ロセスを用いてタングステンを堆積させることによっ
て、ＷＦ6とＴｉ、ＴｉＮ、Ｓｉ材料間の反応を減少ま
たは除去する方法を提供する。窒化タングステンのライ
ナ／バリヤ層が生成させるように窒素ソースの存在下で
タングステンを堆積させてもよい。タングステンライナ
／バリヤ層の後で、別のタングステン層をＣＶＤプロセ
スによって堆積させてもよい。更に、アルミニウムや銅
などの他の導電材料を一つ以上のタングステン層の上に
堆積させることができる。タングステンその他の材料
は、他のプロセス、例えば、従来のスパッタリング、コ
リメートされたスパッタリング、およびロングスロース
パッタリングを含む他のタイプのＰＶＤプロセスによっ
て堆積させることができる。
通常、イオン化金属プラズマ（ＩＭＰ）プロセスと呼ぶ
高密度プラズマＰＶＤプロセスを用いて、ライナ／バリ
ヤ層として、タングステン含有材料を基板上に堆積させ
る方法を提供する。オプションとして、Ｔｉおよび／ま
たはＴｉＮライナ／バリヤ層を堆積させる場合、本発明
は、初期シード層が獲得されるようにＰＶＤ−ＩＭＰプ
ロセスを用いてタングステンを堆積させることによっ
て、ＷＦ6とＴｉ、ＴｉＮ、Ｓｉ材料間の反応を減少ま
たは除去する方法を提供する。窒化タングステンのライ
ナ／バリヤ層が生成させるように窒素ソースの存在下で
タングステンを堆積させてもよい。タングステンライナ
／バリヤ層の後で、別のタングステン層をＣＶＤプロセ
スによって堆積させてもよい。更に、アルミニウムや銅
などの他の導電材料を一つ以上のタングステン層の上に
堆積させることができる。タングステンその他の材料
は、他のプロセス、例えば、従来のスパッタリング、コ
リメートされたスパッタリング、およびロングスロース
パッタリングを含む他のタイプのＰＶＤプロセスによっ
て堆積させることができる。
【００１２】一態様では、本発明は、ターゲットからタ
ングステンをスパッタリングするステップと、スパッタ
されたタングステンの少なくとも一部を、ターゲットと
基板間に配置された電磁場に通すステップと、タングス
テンを基板に誘引して第１タングステン層を形成するス
テップとを含む、基板上にタングステンを堆積させる方
法を提供する。別の態様では、本発明は、イオン化金属
プラズマプロセスまたは高アスペクトフィーチャの良好
なステップカバレージを提供できる他のＰＶＤプロセス
によって基板上に第１タングステン層を堆積させた後、
アルミニウム、銅またはタングステンまたはそれらの組
合せが堆積した基板を提供する。別の態様では、本発明
は、基板にバイアスを加えるステップと、第１タングス
テン層を堆積させるステップと、第１タングステン層を
有するマルチレベル基板の膜の応力レベルを変化させる
ステップとを含む、基板上にタングステンを堆積させる
方法を提供する。別の態様では、本発明は、ターゲット
からタングステンをスパッタリングするステップと、タ
ングステンを窒素に曝すステップと、タングステンと窒
素を基板に誘引して窒化タングステン層を形成するステ
ップとを含む、基板上にタングステン層を堆積させる方
法を提供する。別の態様では、本発明は、スパッタされ
た窒化タングステンのバリヤ層を基板上に備えた基板を
提供する。別の態様では、本発明は、ターゲットからタ
ングステンをスパッタリングして第１タングステン層を
形成するステップと、第１タングステン層上にＣＶＤプ
ロセスによる第２タングステン層を堆積させるステップ
とを含む、基板上にタングステンを堆積させる方法を提
供する。別の態様では、本発明は、第１電源に接続され
た、チャンバ内に配置されるタングステンターゲット
と、チャンバ内に配置された基板支持体とを有するスパ
ッタリングチャンバと、第２電源に接続された、ターゲ
ットと基板支持体の間に配置されるコイルと、第１電源
からの第１出力を制御してタングステンターゲットから
材料をスパッタさせるコントローラとを備える基板処理
装置を提供する。
ングステンをスパッタリングするステップと、スパッタ
されたタングステンの少なくとも一部を、ターゲットと
基板間に配置された電磁場に通すステップと、タングス
テンを基板に誘引して第１タングステン層を形成するス
テップとを含む、基板上にタングステンを堆積させる方
法を提供する。別の態様では、本発明は、イオン化金属
プラズマプロセスまたは高アスペクトフィーチャの良好
なステップカバレージを提供できる他のＰＶＤプロセス
によって基板上に第１タングステン層を堆積させた後、
アルミニウム、銅またはタングステンまたはそれらの組
合せが堆積した基板を提供する。別の態様では、本発明
は、基板にバイアスを加えるステップと、第１タングス
テン層を堆積させるステップと、第１タングステン層を
有するマルチレベル基板の膜の応力レベルを変化させる
ステップとを含む、基板上にタングステンを堆積させる
方法を提供する。別の態様では、本発明は、ターゲット
からタングステンをスパッタリングするステップと、タ
ングステンを窒素に曝すステップと、タングステンと窒
素を基板に誘引して窒化タングステン層を形成するステ
ップとを含む、基板上にタングステン層を堆積させる方
法を提供する。別の態様では、本発明は、スパッタされ
た窒化タングステンのバリヤ層を基板上に備えた基板を
提供する。別の態様では、本発明は、ターゲットからタ
ングステンをスパッタリングして第１タングステン層を
形成するステップと、第１タングステン層上にＣＶＤプ
ロセスによる第２タングステン層を堆積させるステップ
とを含む、基板上にタングステンを堆積させる方法を提
供する。別の態様では、本発明は、第１電源に接続され
た、チャンバ内に配置されるタングステンターゲット
と、チャンバ内に配置された基板支持体とを有するスパ
ッタリングチャンバと、第２電源に接続された、ターゲ
ットと基板支持体の間に配置されるコイルと、第１電源
からの第１出力を制御してタングステンターゲットから
材料をスパッタさせるコントローラとを備える基板処理
装置を提供する。
【００１３】本発明の上記の特徴、利点および目的が達
成されるとともに詳細に理解できるように、添付の図面
で図示されるその実施の形態を参照して、上記で簡単に
要約した本発明を更に詳しく説明する。
成されるとともに詳細に理解できるように、添付の図面
で図示されるその実施の形態を参照して、上記で簡単に
要約した本発明を更に詳しく説明する。
【００１４】しかしながら、言うまでもなく、添付の図
面は本発明の単なる代表的な実施の形態を示すものであ
り、従って、発明の範囲を制限すると見做してはならな
い。というのも、本発明は他の同等に有効な実施の形態
を認める可能性があるからである。
面は本発明の単なる代表的な実施の形態を示すものであ
り、従って、発明の範囲を制限すると見做してはならな
い。というのも、本発明は他の同等に有効な実施の形態
を認める可能性があるからである。
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明は、様々なメタライゼーシ
ョンスキーム用にＰＶＤ−ＩＭＰプロセスを用いて基板
上にタングステン含有材料（本明細書では一般的にタン
グステンと呼ぶ）を堆積させる方法を提供する。ある実
施の形態では、ＰＶＤ−ＩＭＰタングステン層の後で、
その上にＣＶＤタングステン層が堆積され、他のスキー
ムではＰＶＤ−ＩＭＰタングステン層の後で、ＰＶＤ、
ＰＶＤ−ＩＭＰ、ＣＶＤ、蒸着、電気メッキなどの電気
化学堆積プロセスその他の既知の方法によって、アルミ
ニウムまたは銅の層が堆積される。
ョンスキーム用にＰＶＤ−ＩＭＰプロセスを用いて基板
上にタングステン含有材料（本明細書では一般的にタン
グステンと呼ぶ）を堆積させる方法を提供する。ある実
施の形態では、ＰＶＤ−ＩＭＰタングステン層の後で、
その上にＣＶＤタングステン層が堆積され、他のスキー
ムではＰＶＤ−ＩＭＰタングステン層の後で、ＰＶＤ、
ＰＶＤ−ＩＭＰ、ＣＶＤ、蒸着、電気メッキなどの電気
化学堆積プロセスその他の既知の方法によって、アルミ
ニウムまたは銅の層が堆積される。
【００１６】代表的なＰＶＤ−ＩＭＰ処理装置 図２はイオン金属プラズマ（ＩＭＰ）チャンバ１００の
概略断面図である。ＩＭＰ ＶｅｃｔｒａTMとして知ら
れるＩＭＰ処理チャンバは、カリフォルニアのサンタク
ララの Applied Materials, Inc. から入手できる。Ｉ
ＭＰチャンバは、これも Applied Materials, Inc. か
ら入手可能なＥｎｄｕｒａTMプラットホームの中に一体
化できる。チャンバ１００は側壁１０１、リッド１０
２、底部１０３を含む。リッド１０２は、堆積される材
料のターゲット１０５を支持するターゲットバッキング
プレート１０４を含む。チャンバ１００の開口部１０８
は、ロボット（図示せず）が基板１１０をチャンバ１０
０に出入させるアクセスを提供する。基板支持体１１２
はチャンバ内で基板１１０を支持し、通常は接地され
る。基板支持体１１２は、基板支持体１１２とその上に
配置された基板１１０を昇降させるリフトモータ１１４
の上に装着される。リフトモータ１１８に結合されたリ
フトプレート１１６はチャンバ１００内に取り付けられ
て、基板支持体１１２に装着されるピン１２０ａ、１２
０ｂを上下させる。ピン１２０ａ、１２０ｂは基板支持
体１１２の表面に対して基板１１０を昇降させる。コイ
ル１２２は基板支持体１１２とターゲット１０５間に取
り付けられ、チャンバ１００内に誘導結合電磁場を提供
してターゲット１０５と基板１１０間のプラズマの発生
と維持を助ける。コイル１２２へ供給される電力は、ス
パッタ材料をイオン化するプラズマの密度を高める。イ
オン化材料は次に基板１１０の方向へ向けられて、その
上に堆積される。ここで使われるＩＭＰの用語は、その
堆積用にスパッタ材料をイオン化する任意の堆積手順を
含む。シールド１２４がチャンバ１００内に配置され
て、チャンバ側壁１０１をスパッタ材料からシールドす
る。シールド１２４はまた、支持体１２６によってコイ
ル１２２を支持する。支持体１２６はシールド１２４と
チャンバ１００からコイル１２２を電気的に絶縁する。
クランプリング１２８はコイル１２２と基板支持体１１
２間に取り付けられて、基板１１０が処理位置に上昇し
てクランプリング１２８の下部に接触したときに基板の
外部エッジと裏側をスパッタ材料からシールドする。チ
ャンバ構成の中には、基板１１０がシールド１２４より
下に下降して基板の移動が可能になると、シールド１２
４がクランプリング１２８を支持するものがある。
概略断面図である。ＩＭＰ ＶｅｃｔｒａTMとして知ら
れるＩＭＰ処理チャンバは、カリフォルニアのサンタク
ララの Applied Materials, Inc. から入手できる。Ｉ
ＭＰチャンバは、これも Applied Materials, Inc. か
ら入手可能なＥｎｄｕｒａTMプラットホームの中に一体
化できる。チャンバ１００は側壁１０１、リッド１０
２、底部１０３を含む。リッド１０２は、堆積される材
料のターゲット１０５を支持するターゲットバッキング
プレート１０４を含む。チャンバ１００の開口部１０８
は、ロボット（図示せず）が基板１１０をチャンバ１０
０に出入させるアクセスを提供する。基板支持体１１２
はチャンバ内で基板１１０を支持し、通常は接地され
る。基板支持体１１２は、基板支持体１１２とその上に
配置された基板１１０を昇降させるリフトモータ１１４
の上に装着される。リフトモータ１１８に結合されたリ
フトプレート１１６はチャンバ１００内に取り付けられ
て、基板支持体１１２に装着されるピン１２０ａ、１２
０ｂを上下させる。ピン１２０ａ、１２０ｂは基板支持
体１１２の表面に対して基板１１０を昇降させる。コイ
ル１２２は基板支持体１１２とターゲット１０５間に取
り付けられ、チャンバ１００内に誘導結合電磁場を提供
してターゲット１０５と基板１１０間のプラズマの発生
と維持を助ける。コイル１２２へ供給される電力は、ス
パッタ材料をイオン化するプラズマの密度を高める。イ
オン化材料は次に基板１１０の方向へ向けられて、その
上に堆積される。ここで使われるＩＭＰの用語は、その
堆積用にスパッタ材料をイオン化する任意の堆積手順を
含む。シールド１２４がチャンバ１００内に配置され
て、チャンバ側壁１０１をスパッタ材料からシールドす
る。シールド１２４はまた、支持体１２６によってコイ
ル１２２を支持する。支持体１２６はシールド１２４と
チャンバ１００からコイル１２２を電気的に絶縁する。
クランプリング１２８はコイル１２２と基板支持体１１
２間に取り付けられて、基板１１０が処理位置に上昇し
てクランプリング１２８の下部に接触したときに基板の
外部エッジと裏側をスパッタ材料からシールドする。チ
ャンバ構成の中には、基板１１０がシールド１２４より
下に下降して基板の移動が可能になると、シールド１２
４がクランプリング１２８を支持するものがある。
【００１７】このタイプのスパッタリングチャンバでは
３つの電源が使用される。電源１３０は、好ましくはＤ
Ｃ電力をターゲット１０５に供給して処理ガスによって
プラズマを発生させるが、ＲＦ電力を用いてもよい。タ
ーゲットバッキングプレート１０４の後に配置される磁
石１０６ａ、１０６ｂは、ターゲット１０５に隣接する
電子の密度を増加させるので、ターゲットの面にほぼ平
行な磁力線を発生させ、ターゲットのまわりで電子が回
転軌道に捉らえられて、スパッタ用に気体原子との衝突
とそのイオン化の可能性を増すことによって、ターゲッ
トにおけるイオン化を増大させてスパッタ効率を高め
る。好ましくはＲＦである電源１３２は、電力をコイル
１２２に供給してプラズマ密度を高める。通常はＤＣの
別の電源１３４がプラズマに対して基板支持体１１２に
バイアスを加え、イオン化されたスパッタ材料を基板１
１０の方向へ誘引させる。
３つの電源が使用される。電源１３０は、好ましくはＤ
Ｃ電力をターゲット１０５に供給して処理ガスによって
プラズマを発生させるが、ＲＦ電力を用いてもよい。タ
ーゲットバッキングプレート１０４の後に配置される磁
石１０６ａ、１０６ｂは、ターゲット１０５に隣接する
電子の密度を増加させるので、ターゲットの面にほぼ平
行な磁力線を発生させ、ターゲットのまわりで電子が回
転軌道に捉らえられて、スパッタ用に気体原子との衝突
とそのイオン化の可能性を増すことによって、ターゲッ
トにおけるイオン化を増大させてスパッタ効率を高め
る。好ましくはＲＦである電源１３２は、電力をコイル
１２２に供給してプラズマ密度を高める。通常はＤＣの
別の電源１３４がプラズマに対して基板支持体１１２に
バイアスを加え、イオン化されたスパッタ材料を基板１
１０の方向へ誘引させる。
【００１８】アルゴンやヘリウムの不活性ガスや、窒素
などの反応ガスといった処理ガスは、ガスソース１３
８、１４０からガス入口１３６を通って、それぞれの質
量流量コントローラ１４２、１４４で計量されて、チャ
ンバ１００に供給される。真空ポンプ１４６は排気ポー
ト１４８でチャンバ１００に接続されて、チャンバ１０
０を排気するとともに、チャンバ１００を所望の圧力に
保つ。
などの反応ガスといった処理ガスは、ガスソース１３
８、１４０からガス入口１３６を通って、それぞれの質
量流量コントローラ１４２、１４４で計量されて、チャ
ンバ１００に供給される。真空ポンプ１４６は排気ポー
ト１４８でチャンバ１００に接続されて、チャンバ１０
０を排気するとともに、チャンバ１００を所望の圧力に
保つ。
【００１９】コントローラ１４９は一般に、電源、リフ
トモータ、ガス注入用の質量流量コントローラ、真空ポ
ンプその他の関連チャンバコンポーネントの機能を制御
する。コントローラはターゲット１０５に連結された電
源１３０を制御して、処理ガスによってプラズマを形成
させるとともにターゲット材料をスパッタする。コント
ローラはまた、コイル１２２に連結された電源１３２を
制御して、プラズマ密度を高めてスパッタ材料をイオン
化し、電源１３４を制御して、イオン化したスパッタ材
料を基板表面に誘引させる。コントローラ１４９は、メ
モリに格納されたシステム制御ソフトウェアを実行する
が、好ましい実施の形態では、それはハードディスクド
ライブで、アナログとディジタルの入出力ボード、イン
タフェースボード、およびステッパモータコントローラ
ボード（図示せず）を含んでもよい。可動機械アセンブ
リの位置の移動と決定には一般に、光および／または磁
気センサ（図示せず）が用いられる。
トモータ、ガス注入用の質量流量コントローラ、真空ポ
ンプその他の関連チャンバコンポーネントの機能を制御
する。コントローラはターゲット１０５に連結された電
源１３０を制御して、処理ガスによってプラズマを形成
させるとともにターゲット材料をスパッタする。コント
ローラはまた、コイル１２２に連結された電源１３２を
制御して、プラズマ密度を高めてスパッタ材料をイオン
化し、電源１３４を制御して、イオン化したスパッタ材
料を基板表面に誘引させる。コントローラ１４９は、メ
モリに格納されたシステム制御ソフトウェアを実行する
が、好ましい実施の形態では、それはハードディスクド
ライブで、アナログとディジタルの入出力ボード、イン
タフェースボード、およびステッパモータコントローラ
ボード（図示せず）を含んでもよい。可動機械アセンブ
リの位置の移動と決定には一般に、光および／または磁
気センサ（図示せず）が用いられる。
【００２０】運転時には、ロボット（図示せず）は、開
口部１０８を介して基板１１０をチャンバ１００に供給
する。ピン１２０ａ、１２０ｂが上方に延ばされて基板
１１０をロボットから持ち上げ、ロボットはチャンバ１
００から後退する。ピン１２０ａ、１２０ｂは、基板１
１０を基板支持体１１２の表面まで下降させる。基板支
持体１１２は基板１１０を上昇させてクランプリング１
２８に接触させる。処理ガスがチャンバ１００に注入さ
れ、プラズマが電源１３０からの電力によってターゲッ
ト１０５と基板支持体１１２の間で生成される。電源１
３２はコイルに電力を供給し、それがプラズマの密度を
高め、ターゲット１０５から離れたスパッタターゲット
材料をイオン化してスパッタ材料イオンを形成させる。
スパッタ材料イオンは、バイアスをかけられた基板１１
０の方向に加速される。プロセス圧力を約５から約１０
０ｍＴｏｒｒまで作動させて、原子がプラズマ領域を通
って移動するにつれてスパッタ材料原子のイオン化の確
率を増加させるようにしてもよい。堆積後、基板支持体
を下げ、ピン１２０ａ、１２０ｂを上昇させて基板１１
０を持ち上げ、ロボット（図示せず）がチャンバ１００
に入って基板１１０を取り出し、必要なら、処理用に別
の基板を供給する。
口部１０８を介して基板１１０をチャンバ１００に供給
する。ピン１２０ａ、１２０ｂが上方に延ばされて基板
１１０をロボットから持ち上げ、ロボットはチャンバ１
００から後退する。ピン１２０ａ、１２０ｂは、基板１
１０を基板支持体１１２の表面まで下降させる。基板支
持体１１２は基板１１０を上昇させてクランプリング１
２８に接触させる。処理ガスがチャンバ１００に注入さ
れ、プラズマが電源１３０からの電力によってターゲッ
ト１０５と基板支持体１１２の間で生成される。電源１
３２はコイルに電力を供給し、それがプラズマの密度を
高め、ターゲット１０５から離れたスパッタターゲット
材料をイオン化してスパッタ材料イオンを形成させる。
スパッタ材料イオンは、バイアスをかけられた基板１１
０の方向に加速される。プロセス圧力を約５から約１０
０ｍＴｏｒｒまで作動させて、原子がプラズマ領域を通
って移動するにつれてスパッタ材料原子のイオン化の確
率を増加させるようにしてもよい。堆積後、基板支持体
を下げ、ピン１２０ａ、１２０ｂを上昇させて基板１１
０を持ち上げ、ロボット（図示せず）がチャンバ１００
に入って基板１１０を取り出し、必要なら、処理用に別
の基板を供給する。
【００２１】ライナ、バリヤ及び／又はシード層として
のＰＶＤ−ＩＭＰタングステン堆積 図２Ａは、基板４０に形成されたフィーチャ４６に堆積
した本発明のタングステンライナ／バリヤ層を持つデバ
イス２の概略断面図である。誘電体層４４が基板４０の
上に堆積、エッチングされて、バイア、コンタクト、ト
レンチまたはラインなどのフィーチャ４６を形成する。
用語「基板」は、その上にタングステンその他の材料が
堆積される下地層材料として広義に定義される。誘電体
層４４は、シリコンウェーハの上に堆積されたプリメタ
ル誘電体層の場合や、中間レベル誘電体層の場合があ
る。
のＰＶＤ−ＩＭＰタングステン堆積 図２Ａは、基板４０に形成されたフィーチャ４６に堆積
した本発明のタングステンライナ／バリヤ層を持つデバ
イス２の概略断面図である。誘電体層４４が基板４０の
上に堆積、エッチングされて、バイア、コンタクト、ト
レンチまたはラインなどのフィーチャ４６を形成する。
用語「基板」は、その上にタングステンその他の材料が
堆積される下地層材料として広義に定義される。誘電体
層４４は、シリコンウェーハの上に堆積されたプリメタ
ル誘電体層の場合や、中間レベル誘電体層の場合があ
る。
【００２２】Ｔｉのライナ層５２を、遷移層として誘電
体層４４の上に堆積させて、下地層材料に対する密着性
を促進するとともにコンタクト／バイア抵抗を減少させ
ることができる。ライナ層はＰＶＤ−ＩＭＰプロセスを
使って堆積させることが望ましいが、ＣＶＤなどの他の
方法や、コリメートされたスパッタリングまたはロング
スロースパッタリングなどの他のＰＶＤプロセスを使っ
て堆積させてもよい。コリメートされたスパッタリング
は一般に、ターゲットと基板間にコリメータ（図示せ
ず）を置いて、コリメータを通って斜めに移動するスパ
ッタ材料を除去することによって行なわれる。この分野
ではさらに周知のロングスロースパッタリングは一般
に、ターゲットから基板までの間隔を増加させることに
よって行なわれる。距離の拡大によって、基板に到達す
るスパッタ材料が基板表面に垂直になる確率が高まる。
ある実施の形態では、タングステンが特別の用途で下地
層に対して十分な密着性を持つときは、Ｔｉ層をライナ
層として用いない場合もある。かくして、タングステン
をＴｉの下地層なしでライナ層５２として堆積させるこ
ともできるだろう。
体層４４の上に堆積させて、下地層材料に対する密着性
を促進するとともにコンタクト／バイア抵抗を減少させ
ることができる。ライナ層はＰＶＤ−ＩＭＰプロセスを
使って堆積させることが望ましいが、ＣＶＤなどの他の
方法や、コリメートされたスパッタリングまたはロング
スロースパッタリングなどの他のＰＶＤプロセスを使っ
て堆積させてもよい。コリメートされたスパッタリング
は一般に、ターゲットと基板間にコリメータ（図示せ
ず）を置いて、コリメータを通って斜めに移動するスパ
ッタ材料を除去することによって行なわれる。この分野
ではさらに周知のロングスロースパッタリングは一般
に、ターゲットから基板までの間隔を増加させることに
よって行なわれる。距離の拡大によって、基板に到達す
るスパッタ材料が基板表面に垂直になる確率が高まる。
ある実施の形態では、タングステンが特別の用途で下地
層に対して十分な密着性を持つときは、Ｔｉ層をライナ
層として用いない場合もある。かくして、タングステン
をＴｉの下地層なしでライナ層５２として堆積させるこ
ともできるだろう。
【００２３】シード層および濡れ層としても機能可能な
タングステンのバリヤ層５４は次に、ＰＶＤプロセス、
好ましくはＩＭＰプロセスを用いてＴｉライナ層５２の
上に堆積される。用途によっては、追加のバリヤ特性が
与えられるように、ＴｉＮ層などの追加バリヤ層をＴｉ
ライナ層５２とタングステンバリヤ層５４間に堆積させ
てもよい。ＴｉＮはＩＭＰ ＰＶＤ、他のＰＶＤおよび
ＣＶＤを使って堆積させてもよい。
タングステンのバリヤ層５４は次に、ＰＶＤプロセス、
好ましくはＩＭＰプロセスを用いてＴｉライナ層５２の
上に堆積される。用途によっては、追加のバリヤ特性が
与えられるように、ＴｉＮ層などの追加バリヤ層をＴｉ
ライナ層５２とタングステンバリヤ層５４間に堆積させ
てもよい。ＴｉＮはＩＭＰ ＰＶＤ、他のＰＶＤおよび
ＣＶＤを使って堆積させてもよい。
【００２４】ＩＭＰタングステン用の代表的プロセス
は、図２に関して記載されるＩＭＰチャンバ内の２００
ｍｍウェーハに関して次の通りである。ヘリウムやアル
ゴンなどの希ガスが、約５から約１００ｍＴｏｒｒ、好
ましくは約２０から５０ｍＴｏｒｒ、最も好ましくは約
３０ｍＴｏｒｒのチャンバ圧力を生じさせるのに十分な
流量でチャンバ内に流される。電源１３０は約２００Ｗ
から約６ｋＷ、好ましくは約０．７５ｋＷから１．５ｋ
Ｗ、最も好ましくは約１ｋＷをタングステンターゲット
１０５に供給する。電源１３２は約５００Ｗから約５ｋ
Ｗ、好ましくは約１．５ｋＷから約２．５ｋＷ、最も好
ましくは約２ｋＷをコイル１２２に供給する。電源１３
４は、０％から１００％、好ましくは約５０％から約１
００％、最も好ましくは約１００％のデューティーサイ
クルで、約０Ｗから約６００Ｗ、好ましくは約３５０Ｗ
から約５００Ｗ、最も好ましくは約４５０Ｗを基板支持
体１１２に供給する。基板は約１０℃から約４００℃、
好ましくは３００℃以下の温度に維持される。タングス
テンは約２０００Å未満の厚さまで基板に堆積される。
は、図２に関して記載されるＩＭＰチャンバ内の２００
ｍｍウェーハに関して次の通りである。ヘリウムやアル
ゴンなどの希ガスが、約５から約１００ｍＴｏｒｒ、好
ましくは約２０から５０ｍＴｏｒｒ、最も好ましくは約
３０ｍＴｏｒｒのチャンバ圧力を生じさせるのに十分な
流量でチャンバ内に流される。電源１３０は約２００Ｗ
から約６ｋＷ、好ましくは約０．７５ｋＷから１．５ｋ
Ｗ、最も好ましくは約１ｋＷをタングステンターゲット
１０５に供給する。電源１３２は約５００Ｗから約５ｋ
Ｗ、好ましくは約１．５ｋＷから約２．５ｋＷ、最も好
ましくは約２ｋＷをコイル１２２に供給する。電源１３
４は、０％から１００％、好ましくは約５０％から約１
００％、最も好ましくは約１００％のデューティーサイ
クルで、約０Ｗから約６００Ｗ、好ましくは約３５０Ｗ
から約５００Ｗ、最も好ましくは約４５０Ｗを基板支持
体１１２に供給する。基板は約１０℃から約４００℃、
好ましくは３００℃以下の温度に維持される。タングス
テンは約２０００Å未満の厚さまで基板に堆積される。
【００２５】窒化タングステンなどの他のタングステン
含有材料は、化学量論比と非化学量論比の窒素雰囲気に
タングステンを曝して窒化タングステン（ＷＮx、０＜
ｘ≦２）を形成することによって堆積させることができ
る。窒化タングステンは、フッ素、アルミニウム、およ
び銅などの材料の拡散に対する良好なバリヤ層となる。
窒化タングステン層は、従来からのＴｉＮ層を用いたプ
ロセスシーケンスで用いることができる。本発明によっ
て窒化タングステン層の上にタングステン層を堆積でき
るだろう。
含有材料は、化学量論比と非化学量論比の窒素雰囲気に
タングステンを曝して窒化タングステン（ＷＮx、０＜
ｘ≦２）を形成することによって堆積させることができ
る。窒化タングステンは、フッ素、アルミニウム、およ
び銅などの材料の拡散に対する良好なバリヤ層となる。
窒化タングステン層は、従来からのＴｉＮ層を用いたプ
ロセスシーケンスで用いることができる。本発明によっ
て窒化タングステン層の上にタングステン層を堆積でき
るだろう。
【００２６】２００ｍｍ基板上に窒化タングステン層を
堆積させる処理方式の一例は、タングステンターゲット
１０５に約１ｋＷのＤＣ電力を加え、コイル１２２に約
２ｋＷのＲＦ電力を加え、約２６ｓｃｃｍの窒素と約５
０ｓｃｃｍのアルゴンをチャンバ１００に流し、５０％
のデューティーサイクルで約４００Ｗまで基板１１０に
バイアス（但し、バイアスレベルは一般に重要ではな
い）を加えることである。窒化タングステン層の厚さ
は、銅の拡散が効果的に減らされるように、基板のフィ
ーチャ間のフィールド域で少なくとも約１５０Å、フィ
ーチャの側壁で少なくとも約２０Åであることが望まし
い。
堆積させる処理方式の一例は、タングステンターゲット
１０５に約１ｋＷのＤＣ電力を加え、コイル１２２に約
２ｋＷのＲＦ電力を加え、約２６ｓｃｃｍの窒素と約５
０ｓｃｃｍのアルゴンをチャンバ１００に流し、５０％
のデューティーサイクルで約４００Ｗまで基板１１０に
バイアス（但し、バイアスレベルは一般に重要ではな
い）を加えることである。窒化タングステン層の厚さ
は、銅の拡散が効果的に減らされるように、基板のフィ
ーチャ間のフィールド域で少なくとも約１５０Å、フィ
ーチャの側壁で少なくとも約２０Åであることが望まし
い。
【００２７】ＰＶＤ−ＩＭＰを用いて堆積されるタング
ステン層の抵抗はＴｉＮ層の約１／２０である（２００
〜３００μΩ−ｃｍに対して１０μΩ−ｃｍ）。本発明
のいくつかの態様を、内部にコイルが配置されたＰＶＤ
−ＩＭＰチャンバに関して検討したが、本発明は、中空
カソードマグネトロンおよび電子サイクロトロン共鳴技
術を含む、ターゲットからスパッタフラックスのイオン
化を用いる他のＰＶＤ技術を含むことは言うまでもな
い。
ステン層の抵抗はＴｉＮ層の約１／２０である（２００
〜３００μΩ−ｃｍに対して１０μΩ−ｃｍ）。本発明
のいくつかの態様を、内部にコイルが配置されたＰＶＤ
−ＩＭＰチャンバに関して検討したが、本発明は、中空
カソードマグネトロンおよび電子サイクロトロン共鳴技
術を含む、ターゲットからスパッタフラックスのイオン
化を用いる他のＰＶＤ技術を含むことは言うまでもな
い。
【００２８】ＩＭＰタングステン層の特性は様々な処理
方式に対して研究されており、それらを図４〜１４に関
して以下に説明する。例えば、層の抵抗は基板バイアス
の増加とともに変化することが発見された。また、ＩＭ
Ｐタングステン膜応力を様々な引張りと圧縮応力レベル
の間で変更して基板の他の層の膜応力を相殺できること
も発見された。他の特性、例えば粒子サイズ、空気暴
露、および拡散についても研究された。
方式に対して研究されており、それらを図４〜１４に関
して以下に説明する。例えば、層の抵抗は基板バイアス
の増加とともに変化することが発見された。また、ＩＭ
Ｐタングステン膜応力を様々な引張りと圧縮応力レベル
の間で変更して基板の他の層の膜応力を相殺できること
も発見された。他の特性、例えば粒子サイズ、空気暴
露、および拡散についても研究された。
【００２９】ＰＶＤまたはＩＭＰプロセスによるタング
ステン含有材料の堆積は、下記に検討するいくつかのメ
タライゼーションスキームで使用できる。
ステン含有材料の堆積は、下記に検討するいくつかのメ
タライゼーションスキームで使用できる。
【００３０】ＣＶＤタングステンのメタライゼーション
スキーム 図２Ｂは、上にフィーチャ４６が形成された基板４０の
概略図である。Ｔｉのライナ層５２とタングステンまた
は窒化タングステンのバリヤ層５４が誘電体層４４のス
パッタされた表面に形成される。更に、ＴｉＮの中間層
をその上に堆積させることもできるだろう（図示せ
ず）。バリヤ層５４はＰＶＤプロセスまたはＰＶＤ−Ｉ
ＭＰプロセスによって堆積されて、ＣＶＤプロセスを用
いる後続のタングステン成長用の核生成層を提供する。
一つの代表的ＣＶＤプロセスは、水素をＷＦ6と反応さ
せることによって基板上のタングステン層５６を生成さ
せてタングステンプラグ４７を形成する水素還元プロセ
スを含む。下地層のＴｉに対するＷＦ6の腐食は、タン
グステンのＣＶＤに先立ってＰＶＤのＷ堆積を提供する
ことによって排除される。ガスの流れとガス比を大幅に
変更してタングステンと他の導電材料を堆積させるとと
もに、約１ｔｏｒｒと約５００ｔｏｒｒの間のチャンバ
圧力を発生させることができる。また、ウェーハ温度も
約２００℃と約５００℃の間で変更できる。層は、例え
ば、化学機械研磨（ＣＭＰ）によって平坦化され、基板
の任意のレベルにタングステンプラグその他のフィーチ
ャを形成することができる。
スキーム 図２Ｂは、上にフィーチャ４６が形成された基板４０の
概略図である。Ｔｉのライナ層５２とタングステンまた
は窒化タングステンのバリヤ層５４が誘電体層４４のス
パッタされた表面に形成される。更に、ＴｉＮの中間層
をその上に堆積させることもできるだろう（図示せ
ず）。バリヤ層５４はＰＶＤプロセスまたはＰＶＤ−Ｉ
ＭＰプロセスによって堆積されて、ＣＶＤプロセスを用
いる後続のタングステン成長用の核生成層を提供する。
一つの代表的ＣＶＤプロセスは、水素をＷＦ6と反応さ
せることによって基板上のタングステン層５６を生成さ
せてタングステンプラグ４７を形成する水素還元プロセ
スを含む。下地層のＴｉに対するＷＦ6の腐食は、タン
グステンのＣＶＤに先立ってＰＶＤのＷ堆積を提供する
ことによって排除される。ガスの流れとガス比を大幅に
変更してタングステンと他の導電材料を堆積させるとと
もに、約１ｔｏｒｒと約５００ｔｏｒｒの間のチャンバ
圧力を発生させることができる。また、ウェーハ温度も
約２００℃と約５００℃の間で変更できる。層は、例え
ば、化学機械研磨（ＣＭＰ）によって平坦化され、基板
の任意のレベルにタングステンプラグその他のフィーチ
ャを形成することができる。
【００３１】ＷｘＺTMチャンバ内の熱反応による水素削
減プロセスを用いる２００ｍｍウェーハ用の一つの代表
的ＣＶＤタングステンプロセス方式を図３Ａに関して説
明する。基板をチャンバ１５０のサセプタ１５８の上に
装填する。基板を約４２５℃に加熱する。アルゴンと水
素ガスとが混合装置１７２内で混合されてチャンバにそ
れぞれ約６０００標準立方センチの流量（ｓｃｃｍ）と
６５００ｓｃｃｍで流されて、チャンバ圧力を約３００
ｔｏｒｒに増加させる。約４００ミルの間隔を基板とガ
スマニホルド１５４間に設ける。水素とアルゴンなどの
パージガスを基板のエッジの近くに流して、基板エッジ
と基板の裏側の堆積を制御する助けにすることもでき
る。アルゴンと水素の流量はそれぞれ、約３５００ｓｃ
ｃｍと１０００ｓｃｃｍまで減らされてプロセスが安定
化する。次にＷＦ6が約２５０ｓｃｃｍの流量で流され
てアルゴンおよび水素と混合される。ガスが反応して基
板上にタングステン層を堆積させる。基板には約３５ｔ
ｏｒｒの裏側圧力が加えられる。アルゴンと水素の流量
をそれぞれ約６０００と６５００ｓｃｃｍに増加させて
チャンバをパージする。サセプタを下降させ、希望に応
じて更なる処理用に基板をチャンバから取り除く。
減プロセスを用いる２００ｍｍウェーハ用の一つの代表
的ＣＶＤタングステンプロセス方式を図３Ａに関して説
明する。基板をチャンバ１５０のサセプタ１５８の上に
装填する。基板を約４２５℃に加熱する。アルゴンと水
素ガスとが混合装置１７２内で混合されてチャンバにそ
れぞれ約６０００標準立方センチの流量（ｓｃｃｍ）と
６５００ｓｃｃｍで流されて、チャンバ圧力を約３００
ｔｏｒｒに増加させる。約４００ミルの間隔を基板とガ
スマニホルド１５４間に設ける。水素とアルゴンなどの
パージガスを基板のエッジの近くに流して、基板エッジ
と基板の裏側の堆積を制御する助けにすることもでき
る。アルゴンと水素の流量はそれぞれ、約３５００ｓｃ
ｃｍと１０００ｓｃｃｍまで減らされてプロセスが安定
化する。次にＷＦ6が約２５０ｓｃｃｍの流量で流され
てアルゴンおよび水素と混合される。ガスが反応して基
板上にタングステン層を堆積させる。基板には約３５ｔ
ｏｒｒの裏側圧力が加えられる。アルゴンと水素の流量
をそれぞれ約６０００と６５００ｓｃｃｍに増加させて
チャンバをパージする。サセプタを下降させ、希望に応
じて更なる処理用に基板をチャンバから取り除く。
【００３２】アルミニウム／銅のＣＶＤ及びＰＶＤ処理
用のＰＶＤ−ＩＭＰ濡れ層のメタライゼーションスキー
ム 本発明はまた、コンタクトの形成を含むアルミニウム堆
積処理用にも使用できる。図２Ｃは、その上にフィーチ
ャ４６が形成された基板４０の概略図である。基板４０
は、図２Ａに関して説明したように、Ｔｉのライナ層５
２とタングステンまたは窒化タングステンのバリヤ層５
４の類似スタックを持つことができる。Ｔｉのライナ層
５２はＰＶＤプロセスと、好ましくはＩＭＰ ＰＶＤプ
ロセスを含むいくつかのプロセスを用いて堆積させるこ
とができる。タングステンのバリヤ層５４は、ＰＶＤプ
ロセスと、好ましくはＩＭＰ ＰＶＤプロセスによって
堆積されるが、アルミニウムとＴｉの反応を防ぐバリヤ
として働く。タングステン層は、アルミニウム、アルミ
ニウム／銅合金、銅その他の導電材料の後続する堆積用
の濡れ層としても働く。タングステンはアルミニウムに
対してＴｉＮと同様の濡れ能力を持つことが明らかにさ
れており、Ralph N.による「最新の０．５μｍＢｉＣＭ
ＯＳ技術に合わせた新しい４層配線装置」−−Wall, IE
EE Transactions on Semiconductor Manufacturing, Vo
l. 11, No. 4, November 1998 −−に記載されている。
用のＰＶＤ−ＩＭＰ濡れ層のメタライゼーションスキー
ム 本発明はまた、コンタクトの形成を含むアルミニウム堆
積処理用にも使用できる。図２Ｃは、その上にフィーチ
ャ４６が形成された基板４０の概略図である。基板４０
は、図２Ａに関して説明したように、Ｔｉのライナ層５
２とタングステンまたは窒化タングステンのバリヤ層５
４の類似スタックを持つことができる。Ｔｉのライナ層
５２はＰＶＤプロセスと、好ましくはＩＭＰ ＰＶＤプ
ロセスを含むいくつかのプロセスを用いて堆積させるこ
とができる。タングステンのバリヤ層５４は、ＰＶＤプ
ロセスと、好ましくはＩＭＰ ＰＶＤプロセスによって
堆積されるが、アルミニウムとＴｉの反応を防ぐバリヤ
として働く。タングステン層は、アルミニウム、アルミ
ニウム／銅合金、銅その他の導電材料の後続する堆積用
の濡れ層としても働く。タングステンはアルミニウムに
対してＴｉＮと同様の濡れ能力を持つことが明らかにさ
れており、Ralph N.による「最新の０．５μｍＢｉＣＭ
ＯＳ技術に合わせた新しい４層配線装置」−−Wall, IE
EE Transactions on Semiconductor Manufacturing, Vo
l. 11, No. 4, November 1998 −−に記載されている。
【００３３】アルミニウムは、銅でドープされたアルミ
ニウムや銅と同様に、ＩＭＰ、コリメートされたスパッ
タリングおよびロングスロースパッタリングなどのＰＶ
Ｄプロセス、ＣＶＤプロセス、電気メッキ、蒸着その他
の既知の方法を含むいくつかのプロセスによって一般に
堆積できる。コンタクトレベルでは、特に使用される２
つの方法はフロー堆積とマルチステップ堆積である。フ
ロー堆積では、アルミニウムは、コイル１２２と関連電
源１３２を用いずに、図２に関して記載されるチャンバ
などのＰＶＤチャンバ内でタングステンライナを持つ基
板上に堆積される。２００ｍｍウェーハ用の一つの簡易
プロセス方式は、約１ｍＴｏｒｒから約３ｍＴｏｒｒの
圧力をチャンバ内に発生させるだけの流量でアルゴンを
チャンバに流し、ＤＣ電源１３０を用いて約５００Ｗか
ら約２ｋＷ、好ましくは約１ｋＷから約２ｋＷをアルミ
ニウムターゲットに供給してプラズマを発生させること
である。基板温度は約４２５℃から約５００℃である。
アルゴンイオンがアルミニウムをターゲットから追い出
して、スパッタされたアルミニウム材料が基板上に堆積
される。基板はその後、約５００℃から約５５０℃の温
度に加熱されてアルミニウムを流動させ、プラズマを用
いる必要なしにコンタクトを充填させる。
ニウムや銅と同様に、ＩＭＰ、コリメートされたスパッ
タリングおよびロングスロースパッタリングなどのＰＶ
Ｄプロセス、ＣＶＤプロセス、電気メッキ、蒸着その他
の既知の方法を含むいくつかのプロセスによって一般に
堆積できる。コンタクトレベルでは、特に使用される２
つの方法はフロー堆積とマルチステップ堆積である。フ
ロー堆積では、アルミニウムは、コイル１２２と関連電
源１３２を用いずに、図２に関して記載されるチャンバ
などのＰＶＤチャンバ内でタングステンライナを持つ基
板上に堆積される。２００ｍｍウェーハ用の一つの簡易
プロセス方式は、約１ｍＴｏｒｒから約３ｍＴｏｒｒの
圧力をチャンバ内に発生させるだけの流量でアルゴンを
チャンバに流し、ＤＣ電源１３０を用いて約５００Ｗか
ら約２ｋＷ、好ましくは約１ｋＷから約２ｋＷをアルミ
ニウムターゲットに供給してプラズマを発生させること
である。基板温度は約４２５℃から約５００℃である。
アルゴンイオンがアルミニウムをターゲットから追い出
して、スパッタされたアルミニウム材料が基板上に堆積
される。基板はその後、約５００℃から約５５０℃の温
度に加熱されてアルミニウムを流動させ、プラズマを用
いる必要なしにコンタクトを充填させる。
【００３４】本明細書に記載される方法や方式を用いる
代表的なマルチステップ堆積方法では、Ｔｉ層などの濡
れ層がタングステンライナ上に堆積された後、形状追従
アルミニウム濡れ層の「コールド」すなわち低温堆積が
続き、その後、フィーチャを充填するアルミニウムのス
パッタ堆積と、後続処理のためにアルミニウムの反射率
を改善するトップアルミニウム層のスパッタ堆積が行な
われる。コールドアルミニウム濡れ層は様々な技術によ
って堆積できる。ＰＶＤチャンバでのアスペクト比３：
１までの２００ｍｍウェーハ用の一技術は、約９ｋＷか
ら約１２ｋＷのＤＣ電力をアルミニウムターゲットに加
え、約１ｍＴｏｒｒから約３ｍＴｏｒｒのチャンバ圧力
を発生させるだけのアルゴンその他の不活性ガスをチャ
ンバに流すことを含む。堆積中のウェーハ温度は約５０
℃以下である。
代表的なマルチステップ堆積方法では、Ｔｉ層などの濡
れ層がタングステンライナ上に堆積された後、形状追従
アルミニウム濡れ層の「コールド」すなわち低温堆積が
続き、その後、フィーチャを充填するアルミニウムのス
パッタ堆積と、後続処理のためにアルミニウムの反射率
を改善するトップアルミニウム層のスパッタ堆積が行な
われる。コールドアルミニウム濡れ層は様々な技術によ
って堆積できる。ＰＶＤチャンバでのアスペクト比３：
１までの２００ｍｍウェーハ用の一技術は、約９ｋＷか
ら約１２ｋＷのＤＣ電力をアルミニウムターゲットに加
え、約１ｍＴｏｒｒから約３ｍＴｏｒｒのチャンバ圧力
を発生させるだけのアルゴンその他の不活性ガスをチャ
ンバに流すことを含む。堆積中のウェーハ温度は約５０
℃以下である。
【００３５】アルミニウム材料その他の材料はＣＶＤプ
ロセスによっても堆積できる。例えば、ＣＶＤプロセス
を用いてマルチステップ堆積プロセスでアルミニウムの
濡れ層を形成できるだろう。フィーチャの充填にもＣＶ
Ｄプロセスを使用できるだろう。しかしながら、ＣＶＤ
プロセスを用いてアルミニウム濡れ層を生成した後、ア
ルミニウムのＰＶＤによってフィーチャを充填すること
が望ましい。アルミニウム用ＣＶＤプロセスは、次式に
従って、前駆体ガスとしてジメチルアルミニウムヒドラ
イド（「ＤＭＡＨ」）と水素の使用を含むこともできる
だろう。（ＣＨ3）2Ａｌ―Ｈ＋Ｈ2 → Ａｌ＋ＣＨ4＋
Ｈ2代表的なＣＶＤチャンバを図３Ａに関して説明す
る。アルミニウムの濡れ層を堆積させる代表的なプロセ
ス方式は次の通りである。ＤＭＡＨと水素ガスをＣＶＤ
チャンバ１５０に流して約１ｔｏｒｒと約８０ｔｏｒｒ
の間と、好ましくは約２３ｍＴｏｒｒから約２７ｍＴｏ
ｒｒのチャンバ圧力を確立させる。アルゴンまたはヘリ
ウムなどの不活性ガスをＣＶＤチャンバ１５０に流して
約９ｔｏｒｒから約１１ｔｏｒｒの、基板より下の圧
力、すなわち裏側圧力を確立させる。ウェーハを約２０
０℃から約２５０℃に加熱し、ＤＭＡＨがその間を流れ
るウェーハからガス分配マニホルド１５４への間隔を約
３２０ミルから約３７０ミルにセットする。約５００Å
から約７００ÅのＣＶＤ濡れ層厚さは、後続のスパッタ
リングプロセスを濡らすのに充分である。
ロセスによっても堆積できる。例えば、ＣＶＤプロセス
を用いてマルチステップ堆積プロセスでアルミニウムの
濡れ層を形成できるだろう。フィーチャの充填にもＣＶ
Ｄプロセスを使用できるだろう。しかしながら、ＣＶＤ
プロセスを用いてアルミニウム濡れ層を生成した後、ア
ルミニウムのＰＶＤによってフィーチャを充填すること
が望ましい。アルミニウム用ＣＶＤプロセスは、次式に
従って、前駆体ガスとしてジメチルアルミニウムヒドラ
イド（「ＤＭＡＨ」）と水素の使用を含むこともできる
だろう。（ＣＨ3）2Ａｌ―Ｈ＋Ｈ2 → Ａｌ＋ＣＨ4＋
Ｈ2代表的なＣＶＤチャンバを図３Ａに関して説明す
る。アルミニウムの濡れ層を堆積させる代表的なプロセ
ス方式は次の通りである。ＤＭＡＨと水素ガスをＣＶＤ
チャンバ１５０に流して約１ｔｏｒｒと約８０ｔｏｒｒ
の間と、好ましくは約２３ｍＴｏｒｒから約２７ｍＴｏ
ｒｒのチャンバ圧力を確立させる。アルゴンまたはヘリ
ウムなどの不活性ガスをＣＶＤチャンバ１５０に流して
約９ｔｏｒｒから約１１ｔｏｒｒの、基板より下の圧
力、すなわち裏側圧力を確立させる。ウェーハを約２０
０℃から約２５０℃に加熱し、ＤＭＡＨがその間を流れ
るウェーハからガス分配マニホルド１５４への間隔を約
３２０ミルから約３７０ミルにセットする。約５００Å
から約７００ÅのＣＶＤ濡れ層厚さは、後続のスパッタ
リングプロセスを濡らすのに充分である。
【００３６】濡れ層が上記の２つの堆積方法のいずれか
によって形成された後、ＰＶＤプロセスを用いてアルミ
ニウムターゲットからアルミニウムをスパッタしてフィ
ーチャを充填する。代表的なプロセス方式はＤＣ電源、
例えば図２に示すチャンバ１００内の電源１３０を用い
て約１ｋＷから約２ｋＷをアルミニウムターゲットに加
え、約１ｍＴｏｒｒから約３ｍＴｏｒｒのチャンバ圧力
を発生させるだけのアルゴンその他の何らかの不活性ガ
スをチャンバに流す。堆積中のウェーハ温度は約３７５
℃から約５００℃である。その後、約１０００Åから約
２０００Åのアルミニウムのトップ層を、望ましくはス
パッタによって堆積させることによって、その後の処理
のためにアルミニウム充填層の反射率を改善する。アル
ミニウムトップ層のスパッタリング方式の主な違いは、
約９ｋＷから約１２ｋＷの、ターゲットに対するＤＣ電
力の増加である。
によって形成された後、ＰＶＤプロセスを用いてアルミ
ニウムターゲットからアルミニウムをスパッタしてフィ
ーチャを充填する。代表的なプロセス方式はＤＣ電源、
例えば図２に示すチャンバ１００内の電源１３０を用い
て約１ｋＷから約２ｋＷをアルミニウムターゲットに加
え、約１ｍＴｏｒｒから約３ｍＴｏｒｒのチャンバ圧力
を発生させるだけのアルゴンその他の何らかの不活性ガ
スをチャンバに流す。堆積中のウェーハ温度は約３７５
℃から約５００℃である。その後、約１０００Åから約
２０００Åのアルミニウムのトップ層を、望ましくはス
パッタによって堆積させることによって、その後の処理
のためにアルミニウム充填層の反射率を改善する。アル
ミニウムトップ層のスパッタリング方式の主な違いは、
約９ｋＷから約１２ｋＷの、ターゲットに対するＤＣ電
力の増加である。
【００３７】その他に、アルミニウム堆積を、Ｔｉ濡れ
層の代わりにタングステンライナ／バリヤ層の上に直接
に生成できる。タングステンはアルミニウムに対する濡
れ能力を提供する。利点は、タングステンがＴｉよりも
抵抗率が小さいので総合スタック抵抗率を減少させるこ
とである。また、Ｔｉ層の除去はプロセス全体を簡略化
する。
層の代わりにタングステンライナ／バリヤ層の上に直接
に生成できる。タングステンはアルミニウムに対する濡
れ能力を提供する。利点は、タングステンがＴｉよりも
抵抗率が小さいので総合スタック抵抗率を減少させるこ
とである。また、Ｔｉ層の除去はプロセス全体を簡略化
する。
【００３８】同様のメタライゼーションスキームは銅、
銅含有材料、およびアルミニウム／銅合金の堆積に適用
できる。例えば、ＣＶＤ銅濡れ層をＴｉおよび／または
タングステン層の上に堆積させた後、銅のＰＶＤ−ＩＭ
Ｐ堆積を行なうことができる。
銅含有材料、およびアルミニウム／銅合金の堆積に適用
できる。例えば、ＣＶＤ銅濡れ層をＴｉおよび／または
タングステン層の上に堆積させた後、銅のＰＶＤ−ＩＭ
Ｐ堆積を行なうことができる。
【００３９】ＣＶＤ銅濡れ層は、Ｃｕ+2（ｈｆａｃ）2
とＣｕ+2（ｆｏｄ）2（ｆｏｄはヘプタフルオロジメチ
ルオクタンジエンの略語）を含む任意の既知のＣＶＤプ
ロセスや前駆体ガスを用いて堆積させてもよいが、その
プロセスはアルゴンをキャリヤガスとする揮発性液体複
合物のｃｏｐｐｅｒ+1ｈｆａｃ，ＴＭＶＳ（ｈｆａｃは
ヘクサフルオロアセチルアセトネートアニオンの略語、
ＴＭＶＳはトリメチルビニルシランの略語）を用いるの
が望ましい。この複合物は大気条件では液体なので、半
導体製造で現在用いられる標準ＣＶＤバブラー前駆体供
給装置を使って利用できる。ＴＭＶＳとｃｏｐｐｅｒ+2
（ｈｆａｃ）2は共に、チャンバから排気される堆積反
応の揮発性副産物である。堆積反応は下記のメカニズム
に従って進行すると考えられる。ここに、（ｓ）は表面
との相互作用を表し、（ｇ）は気相を表す。 ２Ｃｕ+1ｈｆaｃ,ＴＭＶＳ（ｇ）→２Ｃｕ+1ｈｆaｃ,ＴＭＶＳ（ｓ） ステップ（１） ２Ｃｕ+1ｈｆaｃ,ＴＭＶＳ（ｓ）→２Ｃｕ+1ｈｆaｃ（ｓ）＋２ＴＭ ＶＳ（ｇ） ステップ（２） ２Ｃｕ+1ｈｆaｃ（ｓ）→Ｃｕ（ｓ）＋Ｃｕ+2（ｈｆaｃ）2（ｇ） ステップ（３）
とＣｕ+2（ｆｏｄ）2（ｆｏｄはヘプタフルオロジメチ
ルオクタンジエンの略語）を含む任意の既知のＣＶＤプ
ロセスや前駆体ガスを用いて堆積させてもよいが、その
プロセスはアルゴンをキャリヤガスとする揮発性液体複
合物のｃｏｐｐｅｒ+1ｈｆａｃ，ＴＭＶＳ（ｈｆａｃは
ヘクサフルオロアセチルアセトネートアニオンの略語、
ＴＭＶＳはトリメチルビニルシランの略語）を用いるの
が望ましい。この複合物は大気条件では液体なので、半
導体製造で現在用いられる標準ＣＶＤバブラー前駆体供
給装置を使って利用できる。ＴＭＶＳとｃｏｐｐｅｒ+2
（ｈｆａｃ）2は共に、チャンバから排気される堆積反
応の揮発性副産物である。堆積反応は下記のメカニズム
に従って進行すると考えられる。ここに、（ｓ）は表面
との相互作用を表し、（ｇ）は気相を表す。 ２Ｃｕ+1ｈｆaｃ,ＴＭＶＳ（ｇ）→２Ｃｕ+1ｈｆaｃ,ＴＭＶＳ（ｓ） ステップ（１） ２Ｃｕ+1ｈｆaｃ,ＴＭＶＳ（ｓ）→２Ｃｕ+1ｈｆaｃ（ｓ）＋２ＴＭ ＶＳ（ｇ） ステップ（２） ２Ｃｕ+1ｈｆaｃ（ｓ）→Ｃｕ（ｓ）＋Ｃｕ+2（ｈｆaｃ）2（ｇ） ステップ（３）
【００４０】ステップ１では、複合物は気相から金属表
面に吸着される。ステップ２では、配位オレフィン（こ
の特定ケースではＴＭＶＳ）が遊離ガスとして複合物か
ら解離して、不安定化合物としてＣｕ+1ｈｆａｃを残
す。ステップ３では、Ｃｕ+1ｈｆａｃが不均化して銅金
属と揮発性Ｃｕ+2（ｈｆａｃ）2を生じる。ＣＶＤ温度
での不均化は金属または導電性表面によって最も強力に
触媒作用を受けるように思われる。その他の反応では、
有機金属複合物は水素によって還元されて金属銅を生じ
る。
面に吸着される。ステップ２では、配位オレフィン（こ
の特定ケースではＴＭＶＳ）が遊離ガスとして複合物か
ら解離して、不安定化合物としてＣｕ+1ｈｆａｃを残
す。ステップ３では、Ｃｕ+1ｈｆａｃが不均化して銅金
属と揮発性Ｃｕ+2（ｈｆａｃ）2を生じる。ＣＶＤ温度
での不均化は金属または導電性表面によって最も強力に
触媒作用を受けるように思われる。その他の反応では、
有機金属複合物は水素によって還元されて金属銅を生じ
る。
【００４１】揮発性液体複合物のＣｕ+1ｈｆａｃ，ＴＭ
ＶＳを使って、熱またはプラズマベースのプロセスを介
して銅を堆積させることができる。プラズマ強化プロセ
ス用の基板温度は約１００℃と約４００℃の間であるこ
とが望ましいが、熱プロセス用の基板温度は約５０℃と
約３００℃の間、最も好ましくは約１７０℃である。こ
れらのいずれかのプロセスの後で、ＴｉやＴａやタング
ステンなどのＣＶＤ銅濡れ層を核生成層の上に設けても
よい。その他に、ＣＶＤ銅濡れ層と組み合わせるか、そ
の代わりとして電気メッキ銅を使用してもよい。
ＶＳを使って、熱またはプラズマベースのプロセスを介
して銅を堆積させることができる。プラズマ強化プロセ
ス用の基板温度は約１００℃と約４００℃の間であるこ
とが望ましいが、熱プロセス用の基板温度は約５０℃と
約３００℃の間、最も好ましくは約１７０℃である。こ
れらのいずれかのプロセスの後で、ＴｉやＴａやタング
ステンなどのＣＶＤ銅濡れ層を核生成層の上に設けても
よい。その他に、ＣＶＤ銅濡れ層と組み合わせるか、そ
の代わりとして電気メッキ銅を使用してもよい。
【００４２】銅濡れ層の堆積後、基板をＰＶＤ−ＩＭＰ
チャンバに送って、銅の融点温度以下で銅をスパッタ堆
積させる。ＰＶＤ−ＩＭＰ銅は約５５０℃以下、好まし
くは約４００℃以下の基板温度で堆積させることが望ま
しい。銅層は約２００℃以上のＰＶＤ堆積中に流動し始
める。アルミニウムの融点より高い（＞６６０℃）基板
温度は濡れ層には必要でない。従って、薄い濡れ層の付
着によって、銅の平坦化が銅の融点以下の温度で達成可
能となる。ＣＶＤ銅プロセスは、１９９７年１月３１日
出願の同時係属中の米国特許出願第08/792,292号、発明
の名称「低温総合バイアおよびトレンチ充填プロセスと
装置」に更に詳しく説明されており、引用によって本明
細書に組み込まれている。
チャンバに送って、銅の融点温度以下で銅をスパッタ堆
積させる。ＰＶＤ−ＩＭＰ銅は約５５０℃以下、好まし
くは約４００℃以下の基板温度で堆積させることが望ま
しい。銅層は約２００℃以上のＰＶＤ堆積中に流動し始
める。アルミニウムの融点より高い（＞６６０℃）基板
温度は濡れ層には必要でない。従って、薄い濡れ層の付
着によって、銅の平坦化が銅の融点以下の温度で達成可
能となる。ＣＶＤ銅プロセスは、１９９７年１月３１日
出願の同時係属中の米国特許出願第08/792,292号、発明
の名称「低温総合バイアおよびトレンチ充填プロセスと
装置」に更に詳しく説明されており、引用によって本明
細書に組み込まれている。
【００４３】タングステンもまた、他の堆積技術用のシ
ード層を形成できる。例えば、銅は、タングステン層の
エッジに電流を加えて電解液から銅をメッキすることに
よって、シード層の上に堆積できると考えられている。
有利に利用できるそのような一装置は、カリフォルニア
のサンタクララの Applied Materials, Inc, から入手
可能なＥｌｅｃｔｒａTMＣｕＥＣＰ装置である。また、
タングステン層は、銅その他の導電材料を電気メッキす
る場合に用いられるものと同様な技術による、タングス
テンシード層上の電気メッキプロセスによって堆積でき
ると考えられている。
ード層を形成できる。例えば、銅は、タングステン層の
エッジに電流を加えて電解液から銅をメッキすることに
よって、シード層の上に堆積できると考えられている。
有利に利用できるそのような一装置は、カリフォルニア
のサンタクララの Applied Materials, Inc, から入手
可能なＥｌｅｃｔｒａTMＣｕＥＣＰ装置である。また、
タングステン層は、銅その他の導電材料を電気メッキす
る場合に用いられるものと同様な技術による、タングス
テンシード層上の電気メッキプロセスによって堆積でき
ると考えられている。
【００４４】装置設備 図２のＰＶＤ−ＩＭＰチャンバは多重のチャンバを有す
る総合処理装置に組み込むことができる。図３は代表的
な処理装置３５０の概略上面図である。処理装置３５０
の詳細を示すためにリッド３７４の一部が切り取られて
いる。処理装置３５０は通常、クラスタツールとして知
られている。これらの装置の２つがＣｅｎｔｕｒａ（登
録商標）およびＥｎｄｕｒａ（登録商標）で、共に App
lied Materials, Inc. から入手できる。この多段式真
空基板処理装置の一つの詳細は、１９９３年２月１６日
に発行された Tepman 他の米国特許第 5,186,718 号、
発明の名称「多段式真空ウェーハ処理装置と方法」（引
用によって本明細書に組み込まれている）に開示されて
いる。各チャンバの正確な配置と組合せは、製造プロセ
スの特定ステップを実行する目的に対して変更できる。
る総合処理装置に組み込むことができる。図３は代表的
な処理装置３５０の概略上面図である。処理装置３５０
の詳細を示すためにリッド３７４の一部が切り取られて
いる。処理装置３５０は通常、クラスタツールとして知
られている。これらの装置の２つがＣｅｎｔｕｒａ（登
録商標）およびＥｎｄｕｒａ（登録商標）で、共に App
lied Materials, Inc. から入手できる。この多段式真
空基板処理装置の一つの詳細は、１９９３年２月１６日
に発行された Tepman 他の米国特許第 5,186,718 号、
発明の名称「多段式真空ウェーハ処理装置と方法」（引
用によって本明細書に組み込まれている）に開示されて
いる。各チャンバの正確な配置と組合せは、製造プロセ
スの特定ステップを実行する目的に対して変更できる。
【００４５】処理装置３５０は一般に複数のチャンバと
ロボットを備え、処理装置３５０で実行される各種の処
理方法を制御すべくプログラムされたマイクロプロセッ
サ／コントローラ３５２を備えることが望ましい。前端
エンビロンメント３５４は、一対のロードロックチャン
バ３５６と選択的に連通する状態で位置決めされてい
る。前端エンビロンメント３５４内に配置されたポッド
ローダ３５８は直線および回転運動を行なって、基板の
カセットをロードロック３５６に対して往復移動するこ
とができる。ロードロック３５６は前端エンビロンメン
ト３５４と搬送チャンバ３６０間に第１真空インタフェ
ースを備えている。ロボット３６２は搬送チャンバ３６
０内の中央に配置されて、基板をロードロック３５６か
ら各種処理チャンバ３６４とサービスチャンバ３６５の
一つに移動させる。ロボット３６２は伸張、収縮、およ
び回転が可能な蛙脚タイプのロボットで、ステッパモー
タで作動される。ロボットリンク３６８に連結された支
持部材３６６は、搬送チャンバ３６０を通ってチャンバ
３６４、３６５とロードロック３５６間を移動する間、
基板３７０を支持するようになっている。処理チャンバ
３６４はＰＶＤ、ＣＶＤ、電気メッキ、エッチングなど
の任意数のプロセスを実行できるが、サービスチャンバ
３６５はガス抜き、方向決め、冷却その他のプロセスを
実行するようになっている。搬送チャンバ３６０のリッ
ド３７４に形成された多数の覗き窓３７２によって搬送
チャンバ３６０の中を覗くことができる。上記装置は例
示的なものだが、本発明は、タングステン、アルミニウ
ム、銅その他の材料の堆積を必要とする任意の構成に適
用できるので、本発明の他の応用例が考えられることは
言うまでもない。
ロボットを備え、処理装置３５０で実行される各種の処
理方法を制御すべくプログラムされたマイクロプロセッ
サ／コントローラ３５２を備えることが望ましい。前端
エンビロンメント３５４は、一対のロードロックチャン
バ３５６と選択的に連通する状態で位置決めされてい
る。前端エンビロンメント３５４内に配置されたポッド
ローダ３５８は直線および回転運動を行なって、基板の
カセットをロードロック３５６に対して往復移動するこ
とができる。ロードロック３５６は前端エンビロンメン
ト３５４と搬送チャンバ３６０間に第１真空インタフェ
ースを備えている。ロボット３６２は搬送チャンバ３６
０内の中央に配置されて、基板をロードロック３５６か
ら各種処理チャンバ３６４とサービスチャンバ３６５の
一つに移動させる。ロボット３６２は伸張、収縮、およ
び回転が可能な蛙脚タイプのロボットで、ステッパモー
タで作動される。ロボットリンク３６８に連結された支
持部材３６６は、搬送チャンバ３６０を通ってチャンバ
３６４、３６５とロードロック３５６間を移動する間、
基板３７０を支持するようになっている。処理チャンバ
３６４はＰＶＤ、ＣＶＤ、電気メッキ、エッチングなど
の任意数のプロセスを実行できるが、サービスチャンバ
３６５はガス抜き、方向決め、冷却その他のプロセスを
実行するようになっている。搬送チャンバ３６０のリッ
ド３７４に形成された多数の覗き窓３７２によって搬送
チャンバ３６０の中を覗くことができる。上記装置は例
示的なものだが、本発明は、タングステン、アルミニウ
ム、銅その他の材料の堆積を必要とする任意の構成に適
用できるので、本発明の他の応用例が考えられることは
言うまでもない。
【００４６】図３Ａは、処理装置３５０で用いることが
できる代表的ＣＶＤチャンバ１５０の概略断面図であ
る。ＣＶＤ層を堆積できる一つの適当なＣＶＤプラズマ
リアクタはＷｘＺTMチャンバで、これも Applied Mater
ials, Inc. から入手できる。チャンバ１５０には、基
板支持プレートまたはサセプタ１５８上に置かれた基板
１５６にマニホルド内の多数の孔（図示せず）を介して
プロセスガスを分散させるガス分配マニホルド１５４が
収容される。
できる代表的ＣＶＤチャンバ１５０の概略断面図であ
る。ＣＶＤ層を堆積できる一つの適当なＣＶＤプラズマ
リアクタはＷｘＺTMチャンバで、これも Applied Mater
ials, Inc. から入手できる。チャンバ１５０には、基
板支持プレートまたはサセプタ１５８上に置かれた基板
１５６にマニホルド内の多数の孔（図示せず）を介して
プロセスガスを分散させるガス分配マニホルド１５４が
収容される。
【００４７】サセプタ１５８は抵抗加熱されて、サセプ
タ１５８（およびその上面に支持される基板１５６）
を、リフトモータ１６２によって、下部のローディング
／オフローディング位置と、マニホルド１４３に密接す
る上部の処理位置の間で制御可能に移動できるように、
支持ステム１６０の上に取り付けられる。
タ１５８（およびその上面に支持される基板１５６）
を、リフトモータ１６２によって、下部のローディング
／オフローディング位置と、マニホルド１４３に密接す
る上部の処理位置の間で制御可能に移動できるように、
支持ステム１６０の上に取り付けられる。
【００４８】サセプタ１５８と基板１５６が処理位置に
あるとき、それらはリング１６４で囲まれる。処理中、
マニホルド１５４へのガス入口は、基板１５６の表面全
体にわたって半径方向に均一に分配されている。ガス
は、チャンバ１５０からのガスの排気速度を制御するス
ロットルバルブ（図示せず）を有する真空ポンプ装置１
６８によってポート１６６を介して排気される。
あるとき、それらはリング１６４で囲まれる。処理中、
マニホルド１５４へのガス入口は、基板１５６の表面全
体にわたって半径方向に均一に分配されている。ガス
は、チャンバ１５０からのガスの排気速度を制御するス
ロットルバルブ（図示せず）を有する真空ポンプ装置１
６８によってポート１６６を介して排気される。
【００４９】マニホルド１５４に達する前に、堆積およ
びキャリヤガスはガス供給ライン１７０を通って混合装
置１７２に入力され、そこで組み合わされた後、マニホ
ルド１５４に送られる。一般に、各プロセスガス用のプ
ロセスガス供給ライン１７０は、ｉ）チャンバ１５０へ
のプロセスガスの流れを自動または手動で遮断するのに
使用できる安全遮断バルブ（図示せず）と、ｉｉ）ガス
供給ライン１７０を通るガスの流れを測定する質量流量
コントローラ（これも図示せず）とを含む。有毒ガスが
プロセスで使用されるときは、いくつもの安全遮断バル
ブが従来の構成で各ガス供給ラインに配置される。
びキャリヤガスはガス供給ライン１７０を通って混合装
置１７２に入力され、そこで組み合わされた後、マニホ
ルド１５４に送られる。一般に、各プロセスガス用のプ
ロセスガス供給ライン１７０は、ｉ）チャンバ１５０へ
のプロセスガスの流れを自動または手動で遮断するのに
使用できる安全遮断バルブ（図示せず）と、ｉｉ）ガス
供給ライン１７０を通るガスの流れを測定する質量流量
コントローラ（これも図示せず）とを含む。有毒ガスが
プロセスで使用されるときは、いくつもの安全遮断バル
ブが従来の構成で各ガス供給ラインに配置される。
【００５０】プラズマ強化プロセスでは、制御されたプ
ラズマが、ＲＦ電源１７４（サセプタ１５８は接地され
る）からマニホルド１５４に加わるＲＦエネルギーによ
って、基板１５６に隣接して形成される。サセプタ１５
８が接地されているときは、ガス分配マニホルド１５４
がＲＦ電極も兼ねる。ＲＦ電源１７４は単一または混合
周波数ＲＦ電力をマニホルド１５４に供給して、チャン
バ１５０に導入された反応核種の分解を高めることがで
きる。混合周波数ＲＦ電源は通常、１３．５６ＭＨｚの
高ＲＦ周波数（ＲＦ１）と３５０ｋＨｚの低ＲＦ周波数
（ＲＦ２）の電力を供給する。
ラズマが、ＲＦ電源１７４（サセプタ１５８は接地され
る）からマニホルド１５４に加わるＲＦエネルギーによ
って、基板１５６に隣接して形成される。サセプタ１５
８が接地されているときは、ガス分配マニホルド１５４
がＲＦ電極も兼ねる。ＲＦ電源１７４は単一または混合
周波数ＲＦ電力をマニホルド１５４に供給して、チャン
バ１５０に導入された反応核種の分解を高めることがで
きる。混合周波数ＲＦ電源は通常、１３．５６ＭＨｚの
高ＲＦ周波数（ＲＦ１）と３５０ｋＨｚの低ＲＦ周波数
（ＲＦ２）の電力を供給する。
【００５１】熱は、サセプタ１５８に埋め込まれた抵抗
性ヒートコイルによってサセプタ１５８に供給される。
この追加の熱はサセプタの自然熱損失パターンを補償し
て、堆積をもたらす迅速で均一なサセプタと基板の加熱
を提供する。
性ヒートコイルによってサセプタ１５８に供給される。
この追加の熱はサセプタの自然熱損失パターンを補償し
て、堆積をもたらす迅速で均一なサセプタと基板の加熱
を提供する。
【００５２】通常、チャンバライニング、ガス入口マニ
ホルド面板、支持ステム１６０、および各種のその他リ
アクタハードウェアの全部または一部は、アルミニウム
や酸化アルミニウムなどの材料から作られる。このよう
なＣＶＤリアクタの例は、 Wang 他に発行され、本発明
の譲受人である Applied Materials, Inc. に譲渡され
た米国特許第5,000,113 号、発明の名称「熱ＣＶＤ／Ｐ
ＥＣＶＤリアクタと、二酸化シリコンの熱化学気相成長
での使用と、Ｉｎ−ｓｉｔｕマルチステップ平坦化プロ
セス」（引用によって本明細書に組み込まれている）に
記載される。
ホルド面板、支持ステム１６０、および各種のその他リ
アクタハードウェアの全部または一部は、アルミニウム
や酸化アルミニウムなどの材料から作られる。このよう
なＣＶＤリアクタの例は、 Wang 他に発行され、本発明
の譲受人である Applied Materials, Inc. に譲渡され
た米国特許第5,000,113 号、発明の名称「熱ＣＶＤ／Ｐ
ＥＣＶＤリアクタと、二酸化シリコンの熱化学気相成長
での使用と、Ｉｎ−ｓｉｔｕマルチステップ平坦化プロ
セス」（引用によって本明細書に組み込まれている）に
記載される。
【００５３】リフトモータ１６２、ガス混合装置１７２
およびＲＦ電源１７４は、制御ライン１７８を介してシ
ステムコントローラ１７６によって制御される。リアク
タは、好ましくはハードディスクドライブのメモリ１８
０に格納されたシステム制御ソフトウェアを実行するシ
ステムコントローラ１７６によって制御される質量流量
コントローラ（ＭＦＣ）、ＲＦジェネレータおよびラン
プマグネットドライバなどのアナログアセンブリを含
む。モータと光センサ（図示せず）を用いて、真空装置
１６８のスロットルバルブやサセプタ１５８の位置決め
用モータなどの可動機械アセンブリを移動させ、それら
の位置が決定される。
およびＲＦ電源１７４は、制御ライン１７８を介してシ
ステムコントローラ１７６によって制御される。リアク
タは、好ましくはハードディスクドライブのメモリ１８
０に格納されたシステム制御ソフトウェアを実行するシ
ステムコントローラ１７６によって制御される質量流量
コントローラ（ＭＦＣ）、ＲＦジェネレータおよびラン
プマグネットドライバなどのアナログアセンブリを含
む。モータと光センサ（図示せず）を用いて、真空装置
１６８のスロットルバルブやサセプタ１５８の位置決め
用モータなどの可動機械アセンブリを移動させ、それら
の位置が決定される。
【００５４】システムコントローラ１７６はＣＶＤリア
クタの活動のすべてを制御し、コントローラ１７６の好
ましい実施の形態はハードディスクドライブ、フロッピ
ー（登録商標）ディスクドライブ、およびカードラック
（図示せず）を含む。カードラックには単一ボードコン
ピュータ（ＳＢＣ）、アナログとディジタルの入出力ボ
ード、インタフェースボードおよびステッパモータコン
トローラボードが収容される。システムコントローラ１
７６は、ボード、カードケージ、バス構造およびコネク
タの寸法形状を定義するVersa Modular Europeans （Ｖ
ＭＥ）規格に適合している。
クタの活動のすべてを制御し、コントローラ１７６の好
ましい実施の形態はハードディスクドライブ、フロッピ
ー（登録商標）ディスクドライブ、およびカードラック
（図示せず）を含む。カードラックには単一ボードコン
ピュータ（ＳＢＣ）、アナログとディジタルの入出力ボ
ード、インタフェースボードおよびステッパモータコン
トローラボードが収容される。システムコントローラ１
７６は、ボード、カードケージ、バス構造およびコネク
タの寸法形状を定義するVersa Modular Europeans （Ｖ
ＭＥ）規格に適合している。
【００５５】システムコントローラ１７６は、ハードデ
ィスクドライブ１８０に格納されたコンピュータプログ
ラムの制御下で作動する。コンピュータプログラムは、
特定プロセスのタイミング、ガスの混合、ＲＦ電力レベ
ル、サセプタ位置その他のパラメータを指示する。
ィスクドライブ１８０に格納されたコンピュータプログ
ラムの制御下で作動する。コンピュータプログラムは、
特定プロセスのタイミング、ガスの混合、ＲＦ電力レベ
ル、サセプタ位置その他のパラメータを指示する。
【００５６】本発明のいくつかの態様を図２、３、３Ａ
に示すチャンバと処理装置に類似したチャンバと装置を
用いて調査したので、それらを以下に説明する。
に示すチャンバと処理装置に類似したチャンバと装置を
用いて調査したので、それらを以下に説明する。
【００５７】ＩＭＰ ＰＶＤタングステン堆積の特性調
査 ＩＭＰタングステン堆積プロセスを Applied Material
s, Inc. から入手したＶｅｃｔｒａTMチャンバを用いて
調査した。プロセスは、ＶｅｃｔｒａTMＩＭＰチャンバ
にアルゴン流を供給して、約１０と約１００ｍＴｏｒｒ
の間の圧力を獲得することを含む。ＤＯＥと呼ばれる実
験スキームが、ＩＭＰタングステンプロセス性能の特性
を明らかにするために実行された。代表的なＤＯＥで
は、他のパラメータを一定に保ちながら単一のパラメー
タを変更して、その結果と傾向が図表化される。別途記
載のない限り、図３Ａに示すターゲット１０５に加えら
れるＤＣ電力は、下記の実験用の適切な堆積速度を確立
するために約１０００Ｗにセットされた。コイルＲＦ電
力、基板バイアスＤＣ電力、およびプロセス圧力が変更
され、結果としてのＩＭＰタングステンシート抵抗の均
一性、堆積速度および膜応力の特性が調査された。ＤＯ
Ｅの特性調査を図４、５に示し、パラメータの各種組合
せによる膜の結果特性を以下に説明する。
査 ＩＭＰタングステン堆積プロセスを Applied Material
s, Inc. から入手したＶｅｃｔｒａTMチャンバを用いて
調査した。プロセスは、ＶｅｃｔｒａTMＩＭＰチャンバ
にアルゴン流を供給して、約１０と約１００ｍＴｏｒｒ
の間の圧力を獲得することを含む。ＤＯＥと呼ばれる実
験スキームが、ＩＭＰタングステンプロセス性能の特性
を明らかにするために実行された。代表的なＤＯＥで
は、他のパラメータを一定に保ちながら単一のパラメー
タを変更して、その結果と傾向が図表化される。別途記
載のない限り、図３Ａに示すターゲット１０５に加えら
れるＤＣ電力は、下記の実験用の適切な堆積速度を確立
するために約１０００Ｗにセットされた。コイルＲＦ電
力、基板バイアスＤＣ電力、およびプロセス圧力が変更
され、結果としてのＩＭＰタングステンシート抵抗の均
一性、堆積速度および膜応力の特性が調査された。ＤＯ
Ｅの特性調査を図４、５に示し、パラメータの各種組合
せによる膜の結果特性を以下に説明する。
【００５８】シート抵抗の均一性 図４は、異なるプロセスパラメータを用いて形成された
膜に対するシート抵抗の均一性のグラフである。図４
は、処理中にチャンバ圧力を一定に保ちながら基板バイ
アスを変化させる効果と、基板バイアスを一定に保ちな
がら圧力を変化させる効果とを示す。膜の均一性は約４
％から約７％であった。シート抵抗の均一性は基板バイ
アスの増加と共に向上する。また、シート抵抗の均一性
はプロセス圧力の減少と共に向上する。
膜に対するシート抵抗の均一性のグラフである。図４
は、処理中にチャンバ圧力を一定に保ちながら基板バイ
アスを変化させる効果と、基板バイアスを一定に保ちな
がら圧力を変化させる効果とを示す。膜の均一性は約４
％から約７％であった。シート抵抗の均一性は基板バイ
アスの増加と共に向上する。また、シート抵抗の均一性
はプロセス圧力の減少と共に向上する。
【００５９】ＩＭＰタングステン処理時の基板バイアス
を高くすることによって、均一性の明らかな向上とな
る。基板のシート抵抗の均一性は、約３５０ＷＤＣの基
板バイアスを基板に加え、約１０００ＷＤＣのターゲッ
トバイアスをターゲットに加え、約２０００ＷＲＦをＩ
ＭＰコイルに加えることによって測定された。チャンバ
圧力は約３０ｍＴｏｒｒに維持された。これらのパラメ
ータでシート抵抗の均一性が測定され、約１１％の値と
なった。ターゲットバイアスを約１０００Ｗに維持し、
コイルバイアスを約２０００Ｗに、チャンバ圧力を約３
０ｍＴｏｒｒに維持しながら基板バイアスを約５００Ｗ
に変更することによって、均一性は約５％まで向上し
た。かくして、均一性は、基板ＤＣバイアスを調節する
ことによって約６％改善された。
を高くすることによって、均一性の明らかな向上とな
る。基板のシート抵抗の均一性は、約３５０ＷＤＣの基
板バイアスを基板に加え、約１０００ＷＤＣのターゲッ
トバイアスをターゲットに加え、約２０００ＷＲＦをＩ
ＭＰコイルに加えることによって測定された。チャンバ
圧力は約３０ｍＴｏｒｒに維持された。これらのパラメ
ータでシート抵抗の均一性が測定され、約１１％の値と
なった。ターゲットバイアスを約１０００Ｗに維持し、
コイルバイアスを約２０００Ｗに、チャンバ圧力を約３
０ｍＴｏｒｒに維持しながら基板バイアスを約５００Ｗ
に変更することによって、均一性は約５％まで向上し
た。かくして、均一性は、基板ＤＣバイアスを調節する
ことによって約６％改善された。
【００６０】膜応力 タングステン堆積の応力も測定された。堆積条件によっ
て生じる膜上の応力は引張り性の場合があり、そのとき
は一般に膜を凹状に曲げる傾向を持つ、すなわち、膜エ
ッジが、膜が堆積する下の面または下地層から離れるよ
うに曲がって、その下地層からの膜の剥離をもたらすか
もしれない。応力は圧縮性の場合もあり、そのときは一
般に膜を凸状に曲げる傾向を持つ、すなわち、膜の内面
が下の面または下地層から離れるように曲がって、その
下面または下地層からの膜層の内面の剥離をもたらすか
もしれない。
て生じる膜上の応力は引張り性の場合があり、そのとき
は一般に膜を凹状に曲げる傾向を持つ、すなわち、膜エ
ッジが、膜が堆積する下の面または下地層から離れるよ
うに曲がって、その下地層からの膜の剥離をもたらすか
もしれない。応力は圧縮性の場合もあり、そのときは一
般に膜を凸状に曲げる傾向を持つ、すなわち、膜の内面
が下の面または下地層から離れるように曲がって、その
下面または下地層からの膜層の内面の剥離をもたらすか
もしれない。
【００６１】図５は、異なるパラメータ、例えば、約１
００Ｗと約２００Ｗの間のコイルバイアス、約３５ｓｃ
ｃｍと約８５ｓｃｃｍの間のアルゴン流量、および約０
Ｗと約５００Ｗの間の基板バイアスに対する膜応力のグ
ラフである。ｙ軸は、タングステンの膜応力が、ｘ軸上
のパラメータを変更することによって制御できることを
示す。ゾーン２００の下部ライン群は、ゾーン２０４
の、ＩＭＰコイルに供給されたＲＦ電力レベルの変化、
ゾーン２０６の、プロセスガスとしてのアルゴン流量の
変化、およびゾーン２０８の基板バイアスの変化によっ
て堆積されたＩＭＰタングステン層の応力結果を示す。
００Ｗと約２００Ｗの間のコイルバイアス、約３５ｓｃ
ｃｍと約８５ｓｃｃｍの間のアルゴン流量、および約０
Ｗと約５００Ｗの間の基板バイアスに対する膜応力のグ
ラフである。ｙ軸は、タングステンの膜応力が、ｘ軸上
のパラメータを変更することによって制御できることを
示す。ゾーン２００の下部ライン群は、ゾーン２０４
の、ＩＭＰコイルに供給されたＲＦ電力レベルの変化、
ゾーン２０６の、プロセスガスとしてのアルゴン流量の
変化、およびゾーン２０８の基板バイアスの変化によっ
て堆積されたＩＭＰタングステン層の応力結果を示す。
【００６２】発明者らは、膜応力レベルが調整可能であ
って、従来のＰＶＤ処理に比べて大幅に低下できること
を発見した。本明細書で開示するタングステン用のＩＭ
Ｐプロセスは、引張りレベルから圧縮レベルまで応力を
逆転することができた。
って、従来のＰＶＤ処理に比べて大幅に低下できること
を発見した。本明細書で開示するタングステン用のＩＭ
Ｐプロセスは、引張りレベルから圧縮レベルまで応力を
逆転することができた。
【００６３】アルゴン流量と基板バイアスを一定に保っ
てコイルのＲＦ電力を増すと、膜の引張応力を減少させ
ながら圧縮応力を増加させた。ＲＦ電力と基板バイアス
を一定に保ってアルゴン流量を増すと、膜の引張応力を
増加させた。ＲＦ電力とアルゴン流量を一定に保って基
板バイアスを増すと、引張応力を減らして応力を圧縮応
力に逆転した後、その圧縮応力を増加させた。例えば、
基板上の応力は、約０Ｗの基板バイアスが基板に加えら
れて約１０００ＷのコイルバイアスがＩＭＰコイルに加
えられたときに測定された。アルゴンは約６５ｓｃｃｍ
の流量で処理チャンバに流された。パラメータはその結
果、約３．３ｘ１０10ｄｙｎｅ／ｃｍ2の引張応力レベ
ルとなった。約２０００Ｗのコイルバイアスで、アルゴ
ン流量と基板バイアスをほぼ同じ値に維持すると、応力
は約２．６ｘ１０10ｄｙｎｅ／ｃｍ2の引張りになっ
た。
てコイルのＲＦ電力を増すと、膜の引張応力を減少させ
ながら圧縮応力を増加させた。ＲＦ電力と基板バイアス
を一定に保ってアルゴン流量を増すと、膜の引張応力を
増加させた。ＲＦ電力とアルゴン流量を一定に保って基
板バイアスを増すと、引張応力を減らして応力を圧縮応
力に逆転した後、その圧縮応力を増加させた。例えば、
基板上の応力は、約０Ｗの基板バイアスが基板に加えら
れて約１０００ＷのコイルバイアスがＩＭＰコイルに加
えられたときに測定された。アルゴンは約６５ｓｃｃｍ
の流量で処理チャンバに流された。パラメータはその結
果、約３．３ｘ１０10ｄｙｎｅ／ｃｍ2の引張応力レベ
ルとなった。約２０００Ｗのコイルバイアスで、アルゴ
ン流量と基板バイアスをほぼ同じ値に維持すると、応力
は約２．６ｘ１０10ｄｙｎｅ／ｃｍ2の引張りになっ
た。
【００６４】約３５ｓｃｃｍのアルゴン流量で、コイル
のＲＦ電力を約２０００Ｗに保ち、基板バイアスを約０
Ｗに維持したときは、応力レベルは約２．１ｘ１０10ｄ
ｙｎｅ／ｃｍ2の圧縮になった。アルゴン流量を約６５
ｓｃｃｍに変更するとともにＲＦ電力と基板バイアスを
一定に保つことによって、応力は約２．６ｘ１０10ｄｙ
ｎｅ／ｃｍ2の引張りに変化した。
のＲＦ電力を約２０００Ｗに保ち、基板バイアスを約０
Ｗに維持したときは、応力レベルは約２．１ｘ１０10ｄ
ｙｎｅ／ｃｍ2の圧縮になった。アルゴン流量を約６５
ｓｃｃｍに変更するとともにＲＦ電力と基板バイアスを
一定に保つことによって、応力は約２．６ｘ１０10ｄｙ
ｎｅ／ｃｍ2の引張りに変化した。
【００６５】発明者らは、基板バイアス電力が膜応力の
制御における重要な要因であることを発見した。例え
ば、基板に約０Ｗの基板バイアスを加え、コイルに約２
０００ＷのＲＦを供給し、約８５ｓｃｃｍの流量でアル
ゴンを流すことによって、膜応力は約３．０ｘ１０10ｄ
ｙｎｅ／ｃｍ2の引張りになった。基板バイアスを約５
００Ｗに変更し、ＲＦ電力とアルゴン流量を一定に保つ
ことによって、膜応力は約１．５ｘ１０10ｄｙｎｅ／ｃ
ｍ2の圧縮に変化した。
制御における重要な要因であることを発見した。例え
ば、基板に約０Ｗの基板バイアスを加え、コイルに約２
０００ＷのＲＦを供給し、約８５ｓｃｃｍの流量でアル
ゴンを流すことによって、膜応力は約３．０ｘ１０10ｄ
ｙｎｅ／ｃｍ2の引張りになった。基板バイアスを約５
００Ｗに変更し、ＲＦ電力とアルゴン流量を一定に保つ
ことによって、膜応力は約１．５ｘ１０10ｄｙｎｅ／ｃ
ｍ2の圧縮に変化した。
【００６６】結果は、本発明が、ＩＭＰタングステン層
を引張りまたは圧縮の適切な相殺応力に調整して、各種
の層堆積によって生じる多層スタックの他の応力を平衡
させることによって、総合的により低い応力レベルのス
タックを獲得するのに有利に使用できることを示してい
る。基板バイアスの大きさは引張応力から圧縮応力へと
応力レベルを変更できるし、その逆も可能である。総合
的な低い応力レベルは、膜スタックの破壊と剥離を防止
してデバイスの総合的な信頼性を向上するのに望まし
い。
を引張りまたは圧縮の適切な相殺応力に調整して、各種
の層堆積によって生じる多層スタックの他の応力を平衡
させることによって、総合的により低い応力レベルのス
タックを獲得するのに有利に使用できることを示してい
る。基板バイアスの大きさは引張応力から圧縮応力へと
応力レベルを変更できるし、その逆も可能である。総合
的な低い応力レベルは、膜スタックの破壊と剥離を防止
してデバイスの総合的な信頼性を向上するのに望まし
い。
【００６７】ステップカバレージ 本発明は、ＩＭＰタングステンの側壁カバレージがＴｉ
およびＴｉＮよりも明らかに高く、ＴｉおよびＴｉＮの
側壁カバレージの約２倍になることを発見した。側壁カ
バレージが厚くなることは、ＩＭＰタングステンが、後
続のＣＶＤタングステン成長時に下地層のＴｉ層をＷＦ
6腐食から保護する効果的なバリヤとなるのに極めて望
ましい。底部カバレージは、特にコーナーの場合および
４：１のアスペクト比を持つクォータミクロンのフィー
チャの場合でも、少なくとも約２０％、通常は約４０％
から約５２％で、これは従来のタングステンに対するＰ
ＶＤ処理の底部カバレージの約３倍となる。本発明はま
た、タングステンに対するより高い堆積速度を提供し、
ＴｉＮの堆積速度の約４倍になる。
およびＴｉＮよりも明らかに高く、ＴｉおよびＴｉＮの
側壁カバレージの約２倍になることを発見した。側壁カ
バレージが厚くなることは、ＩＭＰタングステンが、後
続のＣＶＤタングステン成長時に下地層のＴｉ層をＷＦ
6腐食から保護する効果的なバリヤとなるのに極めて望
ましい。底部カバレージは、特にコーナーの場合および
４：１のアスペクト比を持つクォータミクロンのフィー
チャの場合でも、少なくとも約２０％、通常は約４０％
から約５２％で、これは従来のタングステンに対するＰ
ＶＤ処理の底部カバレージの約３倍となる。本発明はま
た、タングステンに対するより高い堆積速度を提供し、
ＴｉＮの堆積速度の約４倍になる。
【００６８】一般に、イオンエネルギーを増加させるの
に基板バイアスを加えると、ＩＭＰタングステン層の底
部ステップカバレージの輪郭を平らにする。イオンのエ
ネルギーが大きい程、フィーチャの底部中央のスパッタ
材料を再スパッタして底部コーナーにその材料を再堆積
させ、より平らな輪郭が獲得されると考えられる。かく
して、ＩＭＰプロセスを用いる場合、基板バイアスは基
板の上部と底部コーナーに堆積を形成して、フィーチャ
の開口部でのオーバーハングを最小にする。後続する選
択的ＣＶＤ堆積からのタングステンの成長はＩＭＰタン
グステンプロセスで堆積されたタングステン表面から生
じるので、フィーチャの開口部でのオーバーハングによ
って、フィーチャが完全に充填される前に、ＣＶＤタン
グステンが開口部を塞いでフィーチャ内の空洞をもたら
す。また、上部コーナーのオーバーハングは底部カバレ
ージの均一性を妨げるかもしれない。上部コーナーはま
た、オーバーハングが減少するように基板バイアスを増
やすと、よりエネルギーの大きなイオンで再スパッタさ
れると考えられる。
に基板バイアスを加えると、ＩＭＰタングステン層の底
部ステップカバレージの輪郭を平らにする。イオンのエ
ネルギーが大きい程、フィーチャの底部中央のスパッタ
材料を再スパッタして底部コーナーにその材料を再堆積
させ、より平らな輪郭が獲得されると考えられる。かく
して、ＩＭＰプロセスを用いる場合、基板バイアスは基
板の上部と底部コーナーに堆積を形成して、フィーチャ
の開口部でのオーバーハングを最小にする。後続する選
択的ＣＶＤ堆積からのタングステンの成長はＩＭＰタン
グステンプロセスで堆積されたタングステン表面から生
じるので、フィーチャの開口部でのオーバーハングによ
って、フィーチャが完全に充填される前に、ＣＶＤタン
グステンが開口部を塞いでフィーチャ内の空洞をもたら
す。また、上部コーナーのオーバーハングは底部カバレ
ージの均一性を妨げるかもしれない。上部コーナーはま
た、オーバーハングが減少するように基板バイアスを増
やすと、よりエネルギーの大きなイオンで再スパッタさ
れると考えられる。
【００６９】膜厚に対する膜抵抗率 膜の抵抗率も調査された。図６は、基板バイアスの有無
における膜厚に対する膜抵抗率のグラフである。使用さ
れた基板バイアスは５０％のデューティーサイクルで約
３５０ＷのＤＣバイアス出力、ターゲットバイアスは約
１０００ＷのＤＣ出力、コイルバイアスは約１５００Ｗ
のＲＦ出力、プロセス圧力は約１６ｍＴｏｒｒであっ
た。図６は、膜抵抗率が薄膜に対してより高く、膜厚が
増加するにつれて減少すること、および、基板バイアス
を加えると基板の抵抗率が減少することを示している。
における膜厚に対する膜抵抗率のグラフである。使用さ
れた基板バイアスは５０％のデューティーサイクルで約
３５０ＷのＤＣバイアス出力、ターゲットバイアスは約
１０００ＷのＤＣ出力、コイルバイアスは約１５００Ｗ
のＲＦ出力、プロセス圧力は約１６ｍＴｏｒｒであっ
た。図６は、膜抵抗率が薄膜に対してより高く、膜厚が
増加するにつれて減少すること、および、基板バイアス
を加えると基板の抵抗率が減少することを示している。
【００７０】抵抗率に関する他のテストで、ＰＶＤ−Ｉ
ＭＰ／ＣＶＤタングステンスタックは、ＰＶＤ−ＩＭＰ
ＴｉＮ／ＣＶＤタングステンスタックよりも抵抗率が
低いことが明らかになった。下地層のＰＶＤ−ＩＭＰタ
ングステン層は、基板スタックのより低くてより望まし
い総合抵抗率と、更にはＰＶＤ−ＩＭＰ ＴｉＮ層上の
ＣＶＤタングステンよりも低いＣＶＤタングステン抵抗
を提供した。表１は、ＰＶＤ−ＩＭＰタングステン／Ｃ
ＶＤタングステンスタックと比較したＰＶＤ−ＩＭＰ
ＴｉＮ／ＣＶＤタングステンスタックのテスト測定値を
示す。
ＭＰ／ＣＶＤタングステンスタックは、ＰＶＤ−ＩＭＰ
ＴｉＮ／ＣＶＤタングステンスタックよりも抵抗率が
低いことが明らかになった。下地層のＰＶＤ−ＩＭＰタ
ングステン層は、基板スタックのより低くてより望まし
い総合抵抗率と、更にはＰＶＤ−ＩＭＰ ＴｉＮ層上の
ＣＶＤタングステンよりも低いＣＶＤタングステン抵抗
を提供した。表１は、ＰＶＤ−ＩＭＰタングステン／Ｃ
ＶＤタングステンスタックと比較したＰＶＤ−ＩＭＰ
ＴｉＮ／ＣＶＤタングステンスタックのテスト測定値を
示す。
【表１】 約５３４７Åの全厚さに対して、厚さ６００ÅのＰＶＤ
−ＩＭＰ ＴｉＮ層の上に堆積された厚さ約４７４７Å
のＣＶＤタングステン層を有する第１スタックの総合抵
抗率は約０．２１７３Ω−ｓｑであった。約４７３７Å
の全厚さに対して、厚さ５００ÅのＰＶＤ−ＩＭＰタン
グステン層の上に堆積された厚さ約４２３７ÅのＣＶＤ
タングステン層を有する第２スタックの総合抵抗率は約
０．１９５１Ω−ｓｑであった。６００ÅのＰＶＤ−Ｉ
ＭＰ ＴｉＮ層のシート抵抗は約１４Ω−ｓｑで、５０
０ÅのＰＶＤ−ＩＭＰタングステン層のシート抵抗は約
２Ω−ｓｑであった。ＰＶＤ−ＩＭＰ ＴｉＮ上のＣＶ
Ｄタングステン層のシート抵抗は０．２２０７Ω−ｓｑ
と測定された。ＰＶＤ−ＩＭＰタングステン上のＣＶＤ
タングステン層のシート抵抗は０．２１６２Ω−ｓｑと
測定された。それらの数字を用いて、ＩＭＰ ＴｉＮ層
上のＣＶＤタングステンの抵抗率は約１０．５μΩ−ｃ
ｍであった。それに対して、ＰＶＤ−ＩＭＰタングステ
ン層上のＣＶＤタングステン層の抵抗率は約９．１６μ
Ω−ｃｍであった。この結果は、ＩＭＰタングステン上
のＣＶＤエピタキシャル粒子成長、ならびにＰＶＤ−Ｉ
ＭＰタングステンに比べてＰＶＤ−ＩＭＰ ＴｉＮ上に
堆積されたＣＶＤタングステンのより大きな粒子サイズ
によると考えられる。タングステンの抵抗率は粒子サイ
ズの増加と共に減少する。ＰＶＤ−ＩＭＰタングステン
シード層上のＣＶＤタングステンの粒子サイズは約０．
３μｍであった。比較として、ＰＶＤ−ＩＭＰ ＴｉＮ
シード層上のＣＶＤタングステンの粒子サイズは通常、
約０．１μｍである。
−ＩＭＰ ＴｉＮ層の上に堆積された厚さ約４７４７Å
のＣＶＤタングステン層を有する第１スタックの総合抵
抗率は約０．２１７３Ω−ｓｑであった。約４７３７Å
の全厚さに対して、厚さ５００ÅのＰＶＤ−ＩＭＰタン
グステン層の上に堆積された厚さ約４２３７ÅのＣＶＤ
タングステン層を有する第２スタックの総合抵抗率は約
０．１９５１Ω−ｓｑであった。６００ÅのＰＶＤ−Ｉ
ＭＰ ＴｉＮ層のシート抵抗は約１４Ω−ｓｑで、５０
０ÅのＰＶＤ−ＩＭＰタングステン層のシート抵抗は約
２Ω−ｓｑであった。ＰＶＤ−ＩＭＰ ＴｉＮ上のＣＶ
Ｄタングステン層のシート抵抗は０．２２０７Ω−ｓｑ
と測定された。ＰＶＤ−ＩＭＰタングステン上のＣＶＤ
タングステン層のシート抵抗は０．２１６２Ω−ｓｑと
測定された。それらの数字を用いて、ＩＭＰ ＴｉＮ層
上のＣＶＤタングステンの抵抗率は約１０．５μΩ−ｃ
ｍであった。それに対して、ＰＶＤ−ＩＭＰタングステ
ン層上のＣＶＤタングステン層の抵抗率は約９．１６μ
Ω−ｃｍであった。この結果は、ＩＭＰタングステン上
のＣＶＤエピタキシャル粒子成長、ならびにＰＶＤ−Ｉ
ＭＰタングステンに比べてＰＶＤ−ＩＭＰ ＴｉＮ上に
堆積されたＣＶＤタングステンのより大きな粒子サイズ
によると考えられる。タングステンの抵抗率は粒子サイ
ズの増加と共に減少する。ＰＶＤ−ＩＭＰタングステン
シード層上のＣＶＤタングステンの粒子サイズは約０．
３μｍであった。比較として、ＰＶＤ−ＩＭＰ ＴｉＮ
シード層上のＣＶＤタングステンの粒子サイズは通常、
約０．１μｍである。
【００７１】ＩＭＰタングステンの粒子サイズ 図７〜１０は、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）による断面写
真で、粒子サイズに対する基板バイアスとバイアスデュ
ーティーサイクルの影響を表す。粒子サイズが大きい
程、電子が横切る粒子境界層が少ないために層の抵抗率
が小さくなる。図７は、基板バイアスを用いないときの
ＩＭＰタングステンの粒子サイズを表す。図８は、約３
５０Ｗの基板バイアスと５０％のデューティーサイクル
によるＩＭＰタングステン粒子サイズを表し、これは図
７に示す基板バイアスを用いないで堆積された粒子サイ
ズよりも大きい。図９は、約５００Ｗの基板バイアスと
５０％のデューティーサイクルを用いたＩＭＰタングス
テン粒子サイズを表し、これは図８に示す３５０Ｗと５
０％のデューティーサイクルを用いて堆積された粒子サ
イズよりも更に大きい。図１０は、約３５０Ｗの基板バ
イアスと１００％のデューティーサイクルを用いて堆積
されたＩＭＰタングステン粒子サイズを表し、この場合
の粒子サイズは、図８に示す約３５０Ｗの基板バイアス
と５０％のデューティーサイクルを用いて堆積された粒
子サイズよりも大きい。図１０に示す約３５０Ｗの基板
バイアスと１００％のデューティーサイクルを用いた粒
子サイズも、図９に示す約５００Ｗの基板バイアスと５
０％のデューティーサイクルを用いて堆積された粒子サ
イズに比べて大きいようだ。基板バイアスの増加および
／またはデューティーサイクルの増大による、より高い
インテンシティは、境界層の形成に影響を与えて、より
大きな粒子サイズをもたらす欠陥の少ない、より密度の
高い粒子構造に寄与する。
真で、粒子サイズに対する基板バイアスとバイアスデュ
ーティーサイクルの影響を表す。粒子サイズが大きい
程、電子が横切る粒子境界層が少ないために層の抵抗率
が小さくなる。図７は、基板バイアスを用いないときの
ＩＭＰタングステンの粒子サイズを表す。図８は、約３
５０Ｗの基板バイアスと５０％のデューティーサイクル
によるＩＭＰタングステン粒子サイズを表し、これは図
７に示す基板バイアスを用いないで堆積された粒子サイ
ズよりも大きい。図９は、約５００Ｗの基板バイアスと
５０％のデューティーサイクルを用いたＩＭＰタングス
テン粒子サイズを表し、これは図８に示す３５０Ｗと５
０％のデューティーサイクルを用いて堆積された粒子サ
イズよりも更に大きい。図１０は、約３５０Ｗの基板バ
イアスと１００％のデューティーサイクルを用いて堆積
されたＩＭＰタングステン粒子サイズを表し、この場合
の粒子サイズは、図８に示す約３５０Ｗの基板バイアス
と５０％のデューティーサイクルを用いて堆積された粒
子サイズよりも大きい。図１０に示す約３５０Ｗの基板
バイアスと１００％のデューティーサイクルを用いた粒
子サイズも、図９に示す約５００Ｗの基板バイアスと５
０％のデューティーサイクルを用いて堆積された粒子サ
イズに比べて大きいようだ。基板バイアスの増加および
／またはデューティーサイクルの増大による、より高い
インテンシティは、境界層の形成に影響を与えて、より
大きな粒子サイズをもたらす欠陥の少ない、より密度の
高い粒子構造に寄与する。
【００７２】ＣＶＤタングステン層に対する空気露出 ＩＭＰ ＴｉＮとＩＭＰタングステンプロセス後のタン
グステン層に対する空気露出の影響を図１１と１２のＸ
ＲＤ分析のグラフに示す。ＸＲＤ分析は、ＩＭＰ層が或
る期間空気に曝された後のＣＶＤタングステンの粒子方
向を示す。空気露出は、ＩＭＰ層を堆積する間とＣＶＤ
層を堆積する前の処理の遅れによって発生する可能性が
ある。基板は、より良い製造性のために、空気露出に対
する感度が低いことが望ましい。
グステン層に対する空気露出の影響を図１１と１２のＸ
ＲＤ分析のグラフに示す。ＸＲＤ分析は、ＩＭＰ層が或
る期間空気に曝された後のＣＶＤタングステンの粒子方
向を示す。空気露出は、ＩＭＰ層を堆積する間とＣＶＤ
層を堆積する前の処理の遅れによって発生する可能性が
ある。基板は、より良い製造性のために、空気露出に対
する感度が低いことが望ましい。
【００７３】図１１は、ＣＶＤタングステン堆積の前に
空気に曝された下地層のＩＭＰ ＴｉＮ層を有するＣＶ
Ｄタングステン層に対するＸＲＤ分析のグラフである。
ＩＭＰＴｉＮ層は、後続のＣＶＤタングステン層がＩＭ
Ｐ層の上に堆積される前に約２時間、空気に曝された
後、そのＣＶＤ層の粒子構造が分析された。２時間の空
気露出の結果は破線で示される。同様に、下地層のＩＭ
Ｐ ＴｉＮ層に対する約２４時間の空気露出による影響
は実線で示される。同一グラフ上で両線が見えるよう
に、実線を破線から５００カウントだけずらしてある。
２時間露出されたＩＭＰ ＴｉＮ／ＣＶＤタングステン
構造は、粒子方向１１０に対して０カウント、粒子方向
２００に対して約６３００カウント、および粒子方向２
１１と２２０のいずれに対しても０カウントの構造を持
つ。２４時間の露出は明らかに構造を変化させたので、
ＩＭＰ ＴｉＮ層に対する空気露出が後続のＣＶＤタン
グステン層の粒子構造に変化をもたらすという点で、こ
のプロセスは空気に敏感なことを示している。結果は、
粒子方向１１０の約５００カウント、粒子方向２００の
約１７５０カウント、粒子方向２１１の約１５０カウン
ト、および粒子方向２２０の約５０カウントの粒子構造
を示す。
空気に曝された下地層のＩＭＰ ＴｉＮ層を有するＣＶ
Ｄタングステン層に対するＸＲＤ分析のグラフである。
ＩＭＰＴｉＮ層は、後続のＣＶＤタングステン層がＩＭ
Ｐ層の上に堆積される前に約２時間、空気に曝された
後、そのＣＶＤ層の粒子構造が分析された。２時間の空
気露出の結果は破線で示される。同様に、下地層のＩＭ
Ｐ ＴｉＮ層に対する約２４時間の空気露出による影響
は実線で示される。同一グラフ上で両線が見えるよう
に、実線を破線から５００カウントだけずらしてある。
２時間露出されたＩＭＰ ＴｉＮ／ＣＶＤタングステン
構造は、粒子方向１１０に対して０カウント、粒子方向
２００に対して約６３００カウント、および粒子方向２
１１と２２０のいずれに対しても０カウントの構造を持
つ。２４時間の露出は明らかに構造を変化させたので、
ＩＭＰ ＴｉＮ層に対する空気露出が後続のＣＶＤタン
グステン層の粒子構造に変化をもたらすという点で、こ
のプロセスは空気に敏感なことを示している。結果は、
粒子方向１１０の約５００カウント、粒子方向２００の
約１７５０カウント、粒子方向２１１の約１５０カウン
ト、および粒子方向２２０の約５０カウントの粒子構造
を示す。
【００７４】図１２は、ＣＶＤタングステン層を堆積さ
せる前に約２時間と約２４時間、空気に曝されたＩＭＰ
タングステン層に対するＸＲＤの代表的結果を示す。破
線は２時間の露出による粒子構造の結果を示し、実線は
２４時間の露出による粒子構造の結果を示し、この場合
も実線は破線から５００カウントだけずらしてある。Ｉ
ＭＰ層に対する２時間露出によるＣＶＤ層の粒子構造
は、粒子方向１１０の約４５００カウント、粒子方向２
００の約５００カウント、粒子方向２１１の約２００カ
ウント、および粒子方向２２０の約１００カウントにな
る。図１１のＩＭＰ ＴｉＮの結果と対照的に、２４時
間の結果でも、粒子方向は、あったにしても、あまり変
化せず、プロセスの安定を示しているので、空気露出に
関わらず、望ましいプロセス状態が維持できるだろう。
せる前に約２時間と約２４時間、空気に曝されたＩＭＰ
タングステン層に対するＸＲＤの代表的結果を示す。破
線は２時間の露出による粒子構造の結果を示し、実線は
２４時間の露出による粒子構造の結果を示し、この場合
も実線は破線から５００カウントだけずらしてある。Ｉ
ＭＰ層に対する２時間露出によるＣＶＤ層の粒子構造
は、粒子方向１１０の約４５００カウント、粒子方向２
００の約５００カウント、粒子方向２１１の約２００カ
ウント、および粒子方向２２０の約１００カウントにな
る。図１１のＩＭＰ ＴｉＮの結果と対照的に、２４時
間の結果でも、粒子方向は、あったにしても、あまり変
化せず、プロセスの安定を示しているので、空気露出に
関わらず、望ましいプロセス状態が維持できるだろう。
【００７５】ＩＭＰ／ＣＶＤタングステンによるフッ素
拡散 ＩＭＰ ＴｉＮと比較したＩＭＰタングステンのフッ素
拡散バリヤ特性の差も調査された。本明細書に記載する
ように、フッ素拡散は、バリヤ膜を破壊する「ボルケー
ノ」を作る化合物を形成することがある。
拡散 ＩＭＰ ＴｉＮと比較したＩＭＰタングステンのフッ素
拡散バリヤ特性の差も調査された。本明細書に記載する
ように、フッ素拡散は、バリヤ膜を破壊する「ボルケー
ノ」を作る化合物を形成することがある。
【００７６】図１３はＴｉ／ＴｉＮスタックを通るフッ
素拡散の代表的グラフである。図１３はフッ素濃度（単
位：原子／ｃｍ3）を示し、酸化シリコン誘電体層、そ
の上に堆積された厚さ１０００ÅのＩＭＰ Ｔｉ層、Ｉ
ＭＰ Ｔｉ層の上に堆積された厚さ１００ÅのＩＭＰ Ｔ
ｉＮ層、および本明細書で記載されたＷＦ6の化学作用
を使って約４２５℃でＴｉＮ層の上に堆積されたＣＶＤ
タングステンを有する基板スタックを通るフッ素拡散を
表す。スタックは深さプロフィールの精度を向上させる
ためにＣＭＰプロセスで研磨された。図１３に示すＣＶ
Ｄタングステン層のフッ素レベルは約４ｘ１０19原子／
ｃｍ3でタングステン／ＴｉＮ境界面の近くで減少し始
める。ＴｉＮ膜がバリヤとして働いてフッ素の拡散を遅
くする。ＴｉＮ中のフッ素の溶解度はタングステンやＴ
ｉの中よりも低く、それは濃度の低下によって示され
る。フッ素がＴｉ中に拡散すると、濃度は表面から約２
０００Åの深さのＴｉＮ／Ｔｉ領域で約３ｘ１０20原子
／ｃｍ3まで増加した後、Ｔｉ／ＳｉＯ2境界面の近くで
約１ｘ１０18原子／ｃｍ3のレベルまで対数的に減少す
る。タングステン／ＴｉＮ境界面とＴｉ／ＳｉＯ2境界
面の間の領域のカーブの下の面積を積分することによっ
て、その領域のフッ素の「ドーズ量レベル」を決定でき
る。その領域に対する図１３のドーズ量レベルは約５ｘ
１０14原子／ｃｍ 2である。
素拡散の代表的グラフである。図１３はフッ素濃度（単
位：原子／ｃｍ3）を示し、酸化シリコン誘電体層、そ
の上に堆積された厚さ１０００ÅのＩＭＰ Ｔｉ層、Ｉ
ＭＰ Ｔｉ層の上に堆積された厚さ１００ÅのＩＭＰ Ｔ
ｉＮ層、および本明細書で記載されたＷＦ6の化学作用
を使って約４２５℃でＴｉＮ層の上に堆積されたＣＶＤ
タングステンを有する基板スタックを通るフッ素拡散を
表す。スタックは深さプロフィールの精度を向上させる
ためにＣＭＰプロセスで研磨された。図１３に示すＣＶ
Ｄタングステン層のフッ素レベルは約４ｘ１０19原子／
ｃｍ3でタングステン／ＴｉＮ境界面の近くで減少し始
める。ＴｉＮ膜がバリヤとして働いてフッ素の拡散を遅
くする。ＴｉＮ中のフッ素の溶解度はタングステンやＴ
ｉの中よりも低く、それは濃度の低下によって示され
る。フッ素がＴｉ中に拡散すると、濃度は表面から約２
０００Åの深さのＴｉＮ／Ｔｉ領域で約３ｘ１０20原子
／ｃｍ3まで増加した後、Ｔｉ／ＳｉＯ2境界面の近くで
約１ｘ１０18原子／ｃｍ3のレベルまで対数的に減少す
る。タングステン／ＴｉＮ境界面とＴｉ／ＳｉＯ2境界
面の間の領域のカーブの下の面積を積分することによっ
て、その領域のフッ素の「ドーズ量レベル」を決定でき
る。その領域に対する図１３のドーズ量レベルは約５ｘ
１０14原子／ｃｍ 2である。
【００７７】それに対して、図１４は、酸化シリコン誘
電体層、その上に堆積された厚さ約１０００ÅのＩＭＰ
Ｔｉ層、そのＴｉ層の上に堆積された厚さ１００Åの
ＩＭＰタングステンバリヤ層、およびＩＭＰタングステ
ンバリヤ層の上に堆積されたＣＶＤタングステン層を有
する本発明によって作られた一構造のフッ素濃度のグラ
フである。基板スタックは同様に、ＣＭＰプロセスによ
って研磨された。ＩＭＰ／ＣＶＤタングステン膜のフッ
素濃度は約３ｘ１０19原子／ｃｍ3で、図１３の開始レ
ベルに似ているが、図１３のレベルのようなＴｉ膜での
明らかな上昇はなく、またフッ素濃度も図１３に示す濃
度ほど濃くならない。濃度は、スタック表面から約２２
００Åの深さのＴｉ／ＳｉＯ2境界面の近くで約１ｘ１
０17原子／ｃｍ3まで減少する。Ｔｉ膜内のドーズ量レ
ベルを求めるのにカーブの下の面積を積分すると約３ｘ
１０13原子／ｃｍ2となり、図１３に示すＴｉＮ／Ｔｉ
の組合せによるサンプルよりも小さいオーダーのレベル
である。かくして、このＩＭＰタングステン膜は、後続
のＣＶＤタングステンプロセスからのフッ素拡散に対し
てＩＭＰ ＴｉＮ膜よりも明らかに優れたバリヤであ
る。
電体層、その上に堆積された厚さ約１０００ÅのＩＭＰ
Ｔｉ層、そのＴｉ層の上に堆積された厚さ１００Åの
ＩＭＰタングステンバリヤ層、およびＩＭＰタングステ
ンバリヤ層の上に堆積されたＣＶＤタングステン層を有
する本発明によって作られた一構造のフッ素濃度のグラ
フである。基板スタックは同様に、ＣＭＰプロセスによ
って研磨された。ＩＭＰ／ＣＶＤタングステン膜のフッ
素濃度は約３ｘ１０19原子／ｃｍ3で、図１３の開始レ
ベルに似ているが、図１３のレベルのようなＴｉ膜での
明らかな上昇はなく、またフッ素濃度も図１３に示す濃
度ほど濃くならない。濃度は、スタック表面から約２２
００Åの深さのＴｉ／ＳｉＯ2境界面の近くで約１ｘ１
０17原子／ｃｍ3まで減少する。Ｔｉ膜内のドーズ量レ
ベルを求めるのにカーブの下の面積を積分すると約３ｘ
１０13原子／ｃｍ2となり、図１３に示すＴｉＮ／Ｔｉ
の組合せによるサンプルよりも小さいオーダーのレベル
である。かくして、このＩＭＰタングステン膜は、後続
のＣＶＤタングステンプロセスからのフッ素拡散に対し
てＩＭＰ ＴｉＮ膜よりも明らかに優れたバリヤであ
る。
【００７８】上記は本発明の好ましい実施の形態につい
て説明したが、本発明のその他の更なる実施の形態は本
発明の基本的な範囲から逸脱することなく考案可能であ
り、その範囲は下記の特許請求項によって決定される。
て説明したが、本発明のその他の更なる実施の形態は本
発明の基本的な範囲から逸脱することなく考案可能であ
り、その範囲は下記の特許請求項によって決定される。
【図１】Ｔｉ、ＴｉＮおよびタングステン層の代表的な
堆積に伴う難題を示す、基板の概略図である。
堆積に伴う難題を示す、基板の概略図である。
【図２】ＩＭＰチャンバの概略断面図である。
【図２Ａ】本発明の構造の概略断面図である。
【図２Ｂ】本発明の構造の概略断面図である。
【図２Ｃ】本発明の構造の概略断面図である。
【図３】総合処理装置の概略部分斜視図である。
【図３Ａ】ＣＶＤチャンバの概略断面図である。
【図４】異なるプロセスパラメータに対するシート抵抗
の均一性のグラフである。
の均一性のグラフである。
【図５】異なるプロセスパラメータに対する応力とＲs
の均一性のグラフである。
の均一性のグラフである。
【図６】基板バイアスの有無での膜厚に対する膜抵抗率
のグラフである。
のグラフである。
【図７】基板バイアス無しでのＩＭＰタングステン粒子
サイズの図である。
サイズの図である。
【図８】３５０Ｗの基板バイアスと５０％のデューティ
ーサイクルによるＩＭＰタングステン粒子サイズの図で
ある。
ーサイクルによるＩＭＰタングステン粒子サイズの図で
ある。
【図９】５００Ｗの基板バイアスと５０％のデューティ
ーサイクルによるＩＭＰタングステン粒子サイズの図で
ある。
ーサイクルによるＩＭＰタングステン粒子サイズの図で
ある。
【図１０】３５０Ｗの基板バイアスと１００％のデュー
ティーサイクルによるＩＭＰタングステン粒子サイズの
図である。
ティーサイクルによるＩＭＰタングステン粒子サイズの
図である。
【図１１】ＣＶＤタングステン層を堆積させる前に下地
層のＩＭＰ ＴｉＮ層が空気に曝されたときのＣＶＤタ
ングステン層に対するＸＲＤ分析の代表的グラフであ
る。
層のＩＭＰ ＴｉＮ層が空気に曝されたときのＣＶＤタ
ングステン層に対するＸＲＤ分析の代表的グラフであ
る。
【図１２】ＣＶＤタングステン層を堆積させる前に下地
層のＩＭＰタングステン層が空気に曝されたときのＣＶ
Ｄタングステン層に対するＸＲＤ分析の代表的グラフで
ある。
層のＩＭＰタングステン層が空気に曝されたときのＣＶ
Ｄタングステン層に対するＸＲＤ分析の代表的グラフで
ある。
【図１３】Ｔｉ／ＴｉＮスタックを通るフッ素拡散の代
表的グラフである。
表的グラフである。
【図１４】ＩＭＰタングステン層を持つ本発明の一実施
の形態による基板スタックを通るフッ素拡散の代表的グ
ラフである。
の形態による基板スタックを通るフッ素拡散の代表的グ
ラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 21/285 ３０１ Ｈ０１Ｌ 21/285 ３０１Ｒ ３０１Ｚ 21/288 21/288 Ｅ 21/3205 21/88 Ｍ Ｎ Ｒ (72)発明者 ビンキ スン アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サニーヴェイル， ヴィンセント ドライ ヴ 1271−179 (72)発明者 ペイジュン ディン アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サン ノゼ， ウエスト リヴァーサイド ウェイ 1020 (72)発明者 バリー チン アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サラトガ， カンバーランド ドライヴ 13174 (72)発明者 ニルマリャ メイティ アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サン ノゼ， ペイン アヴェニュー 3200 ナンバー19 (72)発明者 ヴィカシュ バンシア アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サンタ クララ， アドリアティック ウ ェイ 3727 (72)発明者 エス． ブラッド ハーナー アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サン フランシスコ， ドラーズ ストリ ート 87 ナンバー204 (72)発明者 ディネシュ サイガル アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サン ノゼ， ミラージュ ウェイ 3287 (72)発明者 バーサ ピー． チャン アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サン ノゼ， グラシア ベイ テラス 1825 (72)発明者 ポール キタブジアン アメリカ合衆国， カリフォルニア州， マウンテン ヴュー， カリフォルニア ストリート 2017 ナンバー48 (72)発明者 アルフレッド マック アメリカ合衆国， カリフォルニア州， ユニオン シティ， フェロウズ コート 32722 (72)発明者 ゴンダ ヤオ アメリカ合衆国， カリフォルニア州， フリーモント， ワインディング レーン 44875 (72)発明者 ツェン キュー アメリカ合衆国， カリフォルニア州， フォスター シティ， ハドソン ベイ ストリート 279
Claims (40)
- 【請求項１】基板上にタングステンを堆積させる方法で
あって、前記方法は： ａ）ターゲットからタングステンをスパッタするステッ
プと； ｂ）前記スパッタされたタングステンの少なくとも一部
を、前記ターゲットと基板間に配置された電磁場に通す
ステップと； ｃ）前記タングステンを前記基板に誘引して、第１タン
グステン層を形成するステップと、を含む方法。 - 【請求項２】 スパッタされたタングステンの少なくと
も一部を電磁場に通すステップが、イオン化金属プラズ
マ（ＩＭＰ）プロセスを用いるステップを含む、請求項
１記載の方法。 - 【請求項３】 更に、前記第１タングステン層上に化学
気相成長（ＣＶＤ）プロセスによって第２タングステン
層を堆積させるステップを含む、請求項１記載の方法。 - 【請求項４】 前記第２タングステン層の前記化学気相
成長プロセスは、六フッ化タングステンの水素還元を含
む、請求項１記載の方法。 - 【請求項５】 更に、前記第１タングステン層の形成に
先立ってチタン材料のライナ層を堆積させるステップを
含む、請求項１記載の方法。 - 【請求項６】 更に、前記タングステンを窒素に曝して
窒化タングステン層を堆積させるステップを含む、請求
項１記載の方法。 - 【請求項７】 更に、基板に加えられる基板バイアスを
調節することによって、前記第１タングステン層の応力
レベルを調節するステップを含む、請求項１記載の方
法。 - 【請求項８】 前記応力レベルを調節するステップは、
前記第１タングステン層の応力レベルを調整することに
よって、総合基板応力を低下させるステップを含む、請
求項７記載の方法。 - 【請求項９】 更に、基板に加えられる基板バイアスを
増すことによって、前記第１タングステン層の膜厚の均
一性を増加させるステップを含む、請求項１記載の方
法。 - 【請求項１０】 更に、基板に加えられる基板バイアス
を調節することによって、基板上のフィーチャの底部
に、基板のフィールドカバレージの少なくとも約２０％
を堆積させるステップを含む、請求項１記載の方法。 - 【請求項１１】 更に、基板に加えられる基板バイアス
を増すことによって、基板の抵抗を減らすステップを含
む、請求項１記載の方法。 - 【請求項１２】 更に、前記第１タングステン層の上に
導電材料を堆積させるステップを含み、前記導電層は、
銅、アルミニウム、タングステン、またはそれらの組合
せを含む、請求項１記載の方法。 - 【請求項１３】 スパッタされたタングステン材料のイ
オン化によって生成される、基板上に堆積された第１タ
ングステン層を備える、基板。 - 【請求項１４】 更に、ＣＶＤプロセスによって前記第
１タングステン層上に堆積された第２タングステン層を
備える、請求項１３記載の基板。 - 【請求項１５】 更に、前記第１タングステン層に先立
って基板上に堆積されたチタン材料の層を備える、請求
項１３記載の基板。 - 【請求項１６】 前記第２タングステン層が六フッ化タ
ングステンの水素還元を含む、請求項１４記載の基板。 - 【請求項１７】 前記第１タングステン層が窒化タング
ステンを含む、請求項１３記載の基板。 - 【請求項１８】 基板は、少なくとも一つのタングステ
ン層の上に堆積された導電性金属またはその合金の少な
くとも一層を備える、請求項１３記載の基板。 - 【請求項１９】 前記第１タングステン層および第２タ
ングステン層は、基板上のフィーチャに堆積される、請
求項１３記載の基板。 - 【請求項２０】 前記フィーチャは基板上にプラグを備
える、請求項１９記載の基板。 - 【請求項２１】 フィーチャの底部に堆積された前記第
１タングステン層の膜厚の均一性は８％以下である、請
求項１３記載の基板。 - 【請求項２２】 前記第１タングステン層の堆積に先立
って測定された前記基板スタックの応力レベルは、前記
第１タングステン層の堆積後に測定された前記第１タン
グステン層の相殺応力レベルによって下げられている、
請求項１３記載の基板。 - 【請求項２３】 前記フィーチャに堆積された前記第１
タングステン層の底部カバレージは、フィールド域内の
基板のカバレージに比べて約２０％以上である、請求項
１３記載の基板。 - 【請求項２４】 前記第２タングステン層は、前記第１
タングステン層が少なくとも約２４時間、空気に曝され
たとき、実質的に粒子配向が変化しない、請求項１３記
載の基板。 - 【請求項２５】 前記タングステン層が、下地層中への
フッ素拡散を減少させる、請求項１３記載の基板。 - 【請求項２６】 更に、電気化学堆積プロセスによって
前記第１タングステン層の上に堆積された第２タングス
テン層を備える、請求項１３記載の基板。 - 【請求項２７】マルチレベル基板上にタングステンを堆
積させる方法であって、前記方法は： ａ）基板を提供するステップと； ｂ）前記基板にバイアスを加えるステップと； ｃ）第１タングステン層を堆積させるステップと； ｄ）前記第１タングステン層によって、前記マルチレベ
ル基板の膜の応力レベルを変化させるステップと、を含
む方法。 - 【請求項２８】基板上にタングステン層を堆積させる方
法であって、前記方法は： ａ）ターゲットからタングステンをスパッタするステッ
プと； ｂ）前記タングステンを窒素に曝すステップと； ｃ）前記タングステンおよび窒素を基板上に堆積させて
窒化タングステン層を形成するステップと、を含む方
法。 - 【請求項２９】 更に、プラズマによってタングステン
原子をイオン化するステップを含む、請求項２８記載の
方法。 - 【請求項３０】 更に、前記窒化タングステン層上に導
電層を堆積するステップを含み、前記導電層は、銅、ア
ルミニウム、タングステン、またはそれらの組合せを含
む、請求項２８記載の方法。 - 【請求項３１】 基板上にスパッタされた窒化タングス
テンのバリヤ層を備える、基板。 - 【請求項３２】 前記スパッタされた窒化タングステン
層の厚さが少なくとも約２５０Åである、請求項３１記
載の基板。 - 【請求項３３】 更に、前記窒化タングステンバリヤ層
上に、銅、アルミニウム、タングステン、またはそれら
の組合せの層を備える、請求項３１記載の基板。 - 【請求項３４】基板上にタングステンを堆積させる方法
であって、前記方法は： ａ）ターゲットからタングステンをスパッタして、第１
タングステン層を形成するステップと； ｂ）前記第１タングステン層上に化学気相成長（ＣＶ
Ｄ）プロセスによって第２タングステン層を堆積させる
ステップと、を含む方法。 - 【請求項３５】 前記ＣＶＤプロセスはタングステンの
水素還元プロセスである、請求項３４記載の方法。 - 【請求項３６】基板処理装置であって、前記装置は： ａ）第１電源に接続された、チャンバ内に配設されたタ
ングステンターゲットと、前記チャンバ内に配設された
基板支持体とを有するスパッタリングチャンバと； ｂ）第２電源に接続された、前記ターゲットと前記基板
支持体の間に配設されたコイルと； ｃ）前記第１電源からの第１出力を制御して、前記タン
グステンターゲットから材料をスパッタするコントロー
ラと、を備える、基板処理装置。 - 【請求項３７】 前記コントローラは更に、前記第２電
源からの第２出力を制御して、前記スパッタ材料をイオ
ン化する、請求項３６記載の装置。 - 【請求項３８】 前記コントローラは更に、前記基板支
持体にバイアスを加える第３電源からの第３出力を制御
して、前記イオン化スパッタ材料を指向的に誘引する、
請求項３７記載の装置。 - 【請求項３９】 更に、基板をチャンバに供給する、前
記チャンバに隣接して配置されたロボットを備える、請
求項３６記載の装置。 - 【請求項４０】 更に、前記スパッタチャンバに近接し
て配置された化学気相成長チャンバを備える、請求項３
６記載の装置。
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| EP1094504A2 (en) | 2001-04-25 |
| KR20010051101A (ko) | 2001-06-25 |
| EP1094504A3 (en) | 2001-08-22 |
| TW546393B (en) | 2003-08-11 |
| SG87187A1 (en) | 2002-03-19 |
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