JP2023510148A - 制御された冷却を伴う物理的気相堆積（ｐｖｄ）によってアルミニウムを堆積させるための方法及び装置 - Google Patents

制御された冷却を伴う物理的気相堆積（ｐｖｄ）によってアルミニウムを堆積させるための方法及び装置 Download PDF

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Abstract

基板上にアルミニウム材料を形成するために、反応チャンバ内で物理的気相堆積を実行するための方法及び装置であって、第１の結晶粒径及び第１の温度を有する第１のアルミニウム領域を形成するために、基板の上に第１のアルミニウム層を堆積させること、及び、第１の結晶粒径を第２の結晶粒径まで増大させるのに十分な速度で、基板の上の前記第１のアルミニウム領域を第２の温度まで冷却することを含む、方法及び装置。【選択図】図１

Description

[0001] 本開示の実施形態は、広くは、基板処理技法に関し、特に、PVDプロセス中にアルミニウムを堆積させる方法に関する。
[0002] 集積回路のような半導体デバイスでは、デバイスの様々な構成要素を接続し、集積するために、相互接続が使用される。典型的には、デバイスが、信号経路を最小化しデバイスのサイズを低減させる助けとなるために、絶縁材料によって分離された導電性構成要素の多くの層から構成される。層間の導通を確立するために、導電性相互接続（接点又はビア）が、絶縁層間に延在し、導電層を接続する。したがって、相互接続は、デバイスの様々な層の構成要素を相互に接続し、半導体基板に接続するために使用される、導電性材料で充填された垂直開口部である。
[0003] 半導体デバイスの集積化が向上するにつれて、相互接続のサイズが低減され、それらのアスペクト比（すなわち、相互接続の高さと幅の比率）が増加した。その結果、従来は相互接続を充填するのに十分であった方法が、より小さい相互接続には不十分であることが判明した。典型的には、相互接続開孔が、化学気相堆積（CVD）、物理的気相堆積（PVD）、電気めっき、又はそれらの組み合わせによって開孔の内側に堆積される、銅などの金属材料を使用して充填される。
[0004] 集積回路（IC）内の相互接続は、クロック及び他の信号を分配し、回路内の様々な部分に電力／接地を提供する。IC特徴サイズの縮小が続くにつれて、相互接続は、例えば、信号伝播遅延や、相互接続のライン抵抗に関連する電力散逸などの、システム性能を決定する主要因となりつつある。この２０年間にわたり、銅（Cu）は、Cuの抵抗率が低いため、相互接続向けに選択されてきた材料である。しかし、本発明者らは、銅が、低温でシリコンと問題を引き起こすように相互作用する可能性があり、又は周囲の誘電体中に拡散する可能性があることを観察した。拡散を防止するためには通常バリア層が必要であり、これは、Cuの全体的な抵抗率に有害に寄与することとなる。本発明者らは、IC相互接続内の銅の代替材料を見出す必要性に気付いた。
[0005] 更に、長い堆積チャンバを使用して相互接続内の特徴を充填しカバーするためにアルミニウムが使用されてきたが、長い堆積チャンバの堆積物が問題を生じるように均一なアルミニウム被覆率を欠くので、特徴及び隣接するフィールドのアルミニウム被覆率は不十分である。本発明者らは、アルミニウム被覆性能の不十分さが、そこから形成される相互接続の信頼性を低下させることを観察した。本発明者らはまた、半導体基板の上に堆積されたアルミニウムの急速な冷却は、膜の品質に有害であり、問題を生じるように次のことをもたらす。すなわち、小さな結晶粒径は、アルミニウム線の破損及び不十分な歩留まりをもたらす。不十分な反射率は、下流の堆積後処理に有害な影響を及ぼす。アルミニウム‐シリコン（Al-Si）薄膜中のシリコン析出は、適切でない膜の粗さ及び析出をもたらす。そして、ACバイアス処理による応力の増加は、高い反りをもたらす。
[0006] したがって、本発明者らは、基板上にアルミニウム材料を形成するための改善された方法、及びビアなどの特徴のアルミニウム被覆率を改善する方法を提供した。
[0007] 基板上にアルミニウム材料を形成し、アルミニウム材料の被覆率を増加させる実施形態が、本明細書で提供される。幾つかの実施形態では、アルミニウム材料を基板上に形成するために反応チャンバ内で物理的気相堆積を実行する方法が、第１の結晶粒径及び第１の温度を有する第１のアルミニウム領域を形成するために、基板の上に第１のアルミニウム層を堆積させること、及び、第１の結晶粒径を第２の結晶粒径まで増大させるのに十分な速度で、基板の上の第１のアルミニウム領域を第２の温度まで冷却することを含む。
[0008] 幾つかの実施形態では、本開示が、アルミニウムスパッタターゲットの下にあるワークピース支持体上に配置された基板上の反応チャンバ内で物理的気相堆積を実行する方法に関する。該方法は、基板を、加熱されたワークピース支持体の上で、２００℃から４００℃の第１の温度及び１０mTorr未満の第１の圧力に維持すること、アルミニウムスパッタターゲットに約４kWから６０kWの第１のDC電力、及び少なくとも６００Wの第１のACターゲットバイアス電力を印加することによって、アルミニウムスパッタターゲットから原子をスパッタリングすること、第１の結晶粒径を有するアルミニウムの第１の層を形成するのに十分な持続時間の間、反応条件を維持すること、第１の持続時間の間、基板の冷却を遅らせること、並びに、第１の結晶粒径を第２の結晶粒径まで増大させるのに十分な速度で、アルミニウムの第１の層を第２の温度まで冷却することを含む。
[0009] 幾つかの実施形態では、本開示が、第１の結晶粒径及び第１の温度を有する第１のアルミニウム領域を形成するために、基板の上に第１のアルミニウム層を物理的気相堆積させ、第１の結晶粒径を第２の結晶粒径まで増大させるのに十分な速度で、基板の上の第１のアルミニウム領域を第２の温度まで冷却するように構成された反応チャンバを含む、物理的気相堆積チャンバに関する。
[0010] 幾つかの実施形態では、本開示が、指示命令を記憶したコンピュータ可読媒体に関する。該指示命令は、実行されると、物理的気相堆積反応チャンバに、基板上にアルミニウム材料を形成するために反応チャンバ内で物理的気相堆積の方法を実行させる。該方法は、第１の結晶粒径及び第１の温度を有する第１のアルミニウム領域を形成するために、基板の上に第１のアルミニウム層を堆積させること、並びに、第１の結晶粒径を第２の結晶粒径まで増大させるのに十分な速度で、基板の上の第１のアルミニウム領域を第２の温度まで冷却することを含む。
[0011] 本開示の他の及び更なる実施形態が、以下で説明される。
[0012] 上記で簡潔に要約され、以下でより詳細に説明される本開示の実施形態は、添付の図面に示す本開示の例示的な実施形態を参照することにより、理解することができる。しかし、本開示は他の等しく有効な実施形態を許容し得ることから、付随する図面は、本開示の典型的な実施形態のみを示しており、したがって、範囲を限定するものと見なすべきではない。
[0013] 本開示の幾つかの実施形態による基板を処理するための方法のフローチャートを描く。 [0014] 図２Ａ～図２Ｄは、本開示の幾つかの実施形態による高アスペクト比の開口部を充填する段階を描く。 図２Ａ～図２Ｄは、本開示の幾つかの実施形態による高アスペクト比の開口部を充填する段階を描く。 図２Ａ～図２Ｄは、本開示の幾つかの実施形態による高アスペクト比の開口部を充填する段階を描く。 図２Ａ～図２Ｄは、本開示の幾つかの実施形態による高アスペクト比の開口部を充填する段階を描く。 [0015] 本開示の幾つかの実施形態による物理的気相堆積（PVD）チャンバの概略断面図を描く。 [0016] 本開示の幾つかの実施形態による基板を処理するための別の方法のフローチャートを描く。 [0017] 本開示の幾つかの実施形態による物理的気相堆積（ＰＶＤ）チャンバの概略断面図を描く。 [0018] 本開示の幾つかの実施形態による基板を処理するための別の方法のフローチャートを描く。 [0019]本開示の幾つかの実施形態による物理的気相堆積（ＰＶＤ）チャンバの概略断面図を描く。 [0020] 本開示の幾つかの実施形態による基板を処理するための別の方法のフローチャートを描く。
[0021] 理解を容易にするために、可能な場合には、複数の図に共通する同一の要素を指し示すのに、同一の参照番号を使用した。図は縮尺通りではなく、分かりやすくするために簡略化されていることがある。一実施形態の要素及び特徴は、更なる記述がなくても、他の実施形態に有益に組み込まれ得ると想定されている。
[0022] 基板上にアルミニウム材料を形成する実施形態が、本明細書で提供される。本発明者らは、IC相互接続内にアルミニウムを含ませ、堆積後のアルミニウム結晶粒成長を延長することにより、相互接続構造におけるアルミニウムの使用及び被覆率を改善した。複数の実施形態では、第１の事象が、同じ材料の後に測定された結晶粒径と比較して、より小さい結晶粒径を有するアルミニウムを堆積させる。堆積されたアルミニウムの堆積後の冷却を遅らせ及び／又は制御することにより、アルミニウムのための結晶粒成長期間が延長され、その結果、より大きなアルミニウム結晶粒径及び改良されたアルミニウム膜が得られる。幾つかの実施形態では、アルミニウム材料を基板上に形成するために反応チャンバ内で物理的気相堆積を実行する方法が、第１の結晶粒径及び第１の温度を有する第１のアルミニウム領域を形成するために、基板の上に第１のアルミニウム層を堆積させること、及び、第１の結晶粒径を第２の結晶粒径まで増大させるのに十分な速度で、基板の上の第１のアルミニウム領域を第２の温度まで冷却することを含む。
[0023] 該方法の実施形態は、好適には、基板の表面の連続的な被覆、例えば、改善された被覆率及び／又は低い抵抗率を有するアルミニウム材料を有する高アスペクト比の特徴を提供してよい。本開示の実施形態は、小さい結晶粒径から開始することによって、堆積後のアルミニウムの結晶粒成長期間を延長して、基板表面の連続的な被覆を好適に提供する。幾つかの実施形態では、小さい結晶粒径から開始し、より大きい結晶粒径で終わることによって、より多くの結晶粒合体（coalescence）事象が、アルミニウム膜の成長の間に生じ、アルミニウム移動度を向上させ、アルミニウム被覆率を向上させ、ライン破損を防止する。幾つかの実施形態では、堆積したアルミニウム膜の反射率の値が改善されるにつれて、下流の堆積後プロセスが改善される。幾つかの実施形態では、膜の粗さが低減され、シリコンの析出が回避される。幾つかの実施形態では、膜応力が低減され、反りが低減される。複数の実施形態では、アルミニウム膜の品質が、堆積したアルミニウムの急速冷却を遅らせることによって改善される。幾つかの実施形態では、下流の熱処理後のアルミニウムパッドの異常を解決し、及び／又はヒロック（hillock）形成を回避するために、本明細書で説明されるように、アルミニウム堆積プロセス及び堆積後プロセスのシーケンスの間に、結晶粒径が拡大されてよい。
[0024] 図１は、本開示の幾つかの実施形態による基板２００上にアルミニウム材料を形成するための方法１００のフローチャートを描いている。方法１００は、図２Ａ～図２Ｄで描かれているように、高アスペクト比の特徴を充填する段階に関して以下で説明されるが、本明細書で提供される開示は、例えば、高アスペクト比の特徴などの特徴を有することなしに、基板上又はその上にシート又はブランケットとしてアルミニウム材料を堆積させるために使用され得る。更に、本明細書で提供される開示はまた、高アスペクト比以外の他のアスペクト比を有する特徴を充填するために使用することもできる。幾つかの実施形態では、アルミニウム材料が、基板上にシート又はブランケットとして形成されてよく、エッチング、充填、及び／又はキャッピングなどの更なるプロセスフローを受けてよい。方法１００は、DC、AC、及び／又は高周波（RF）電源を有する任意の適切なPVDプロセスチャンバ、例えば、以下で説明され図３で描かれているプロセスチャンバ３００内で実行されてよい。
[0025] 複数の実施形態では、図１の方法１００が、第１の結晶粒径及び第１の温度を有する第１のアルミニウム領域を形成するために、基板の上に第１のアルミニウム層を堆積させることによって、１０２で開始する。複数の実施形態では、基板及び第１のアルミニウム層の冷却を遅らせることによって、アルミニウム堆積のための結晶粒成長期間が延長される。
[0026] 図２Ａを参照すると、基板２００は、プロセスチャンバ３００などのPVDチャンバに提供されてよい。複数の実施形態では、基板２００が、高アスペクト比の開口部であって、基板２００の第１の表面２０４内に形成され、基板２００の反対側の第２の表面２０６に向けて基板２００の中に延在する開口部２０２などの、高アスペクト比の開口部を含む。基板２００は、非限定的に、高アスペクト比の開口部が形成された基板を含む、任意の適切な基板であってよい。例えば、基板２００は、シリコン（Si）、（SiO2）、（SiN）、又は他の誘電材料のうちの１以上を含んでよい。複数の実施形態では、基板が、任意選択的に、TiN窒化タンタル（TaN）などの薄い金属層を含んでよい。更に、基板２００は、任意選択的に、材料の更なる層を含んでよく、又は内部若しくはそこに形成された１以上の完成した若しくは部分的に完成した構造を有してよい。
[0027] 幾つかの実施形態では、開口部２０２が、ビア、トレンチ、デュアルダマシン構造などを形成するために使用されるような、高アスペクト比を有する任意の開口部であってよい。幾つかの実施形態では、開口部２０２が、少なくとも約５：１の高さ対幅のアスペクト比（例えば、高アスペクト比）を有してよい。例えば、幾つかの実施形態では、アスペクト比が、約１０：１以上、例えば約１５：１以上であってもよい。開口部２０２は、任意の適切なエッチングプロセスを使用して、基板をエッチングすることによって形成されてよい。開口部２０２は、図示されているように、底面２０８と側壁２１０を含む。
[0028] 幾つかの実施形態では、以下で説明されるように、アルミニウム原子を堆積させる前に、任意選択的に、１以上の層で底面２０８及び側壁２１０をカバーしてよい。例えば、図２Ａで点線によって示されているように、開口部２０２の底面及び側壁と基板２００の第１の表面とは、酸化ケイ素（SiO2）、（Si）、（SiN）、又は他の誘電材料などの誘電体層又は酸化物層２１２によってカバーされてよい。酸化物層は、基板２００をPVDチャンバに提供する前に、例えば、化学気相堆積（CVD）チャンバ内又は酸化チャンバ内で堆積され又は成長させてよい。誘電体層又は酸化物層２１２は、基板と、引き続いて開口部内に堆積されるアルミニウム含有層との間の電気的及び／若しくは物理的なバリアとして働いてよく、並びに／又は、基板の本来の表面よりも、以下で説明される堆積プロセス中に付着ためのより良好な表面として機能してよい。複数の実施形態では、酸化物以外の材料を、酸化物層２１２の代わりに使用してよい。
[0029] 幾つかの実施形態では、バリア層２１４が、（図示されているように）酸化物層２１２の上に、若しくは誘電体層の上に、又は、酸化物層が存在しない場合、開口部の底面及び側壁と基板の第１の面との上に堆積されてもよい。バリア層２１４は、上述された誘電体層又は酸化物層２１２のうちのいずれかと同様の機能を果たしてよい。幾つかの実施形態では、バリア層２１４が、チタン（Ti）、窒化チタン（TiN）、タンタル（Ta）、窒化タンタル（TaN）などのうちの少なくとも１つを含んでよい。バリア層２１４は、開口部２０２内に連続的なバリア層を形成するために以下で説明される方法１００を使用することを含む、CVD又はPVDなどの任意の適切な方法によって堆積されてよい。
[0030] 幾つかの実施形態では、開口部２０２が、基板２００を完全に貫通して延在してよく、第２の基板２１８の表面２１６は、開口部２０２の底面２０８を形成してよい。第２の基板２１８は、基板２００の第２の面２０６に隣接して配置されてよい。複数の実施形態では、論理デバイスなどのデバイス、又は、ゲート、コンタクトパッド、導電性ビアなどの電気的接続性を必要とするデバイスの一部分を、第２の基板の表面２１６内に配置し、開口部２０２と位置合わせしてよい。
[0031] １０２では、基板２００の上のアルミニウム層の堆積が、PVDチャンバ（図３）内で行われてよい。その場合、約４キロワット（kW）～６０kWの第１のDC電力が、アルミニウムスパッタターゲットに印加されて、プラズマ生成ガスからプラズマを生成し、少なくとも６００Wの第１のACターゲットバイアス電力が、例えば、基板又はワークピースを含むペデスタルに印加されてよい。幾つかの実施形態では、ターゲットが、アルミニウムを含む又はアルミニウムから構成されるターゲット３０６であってよい。更に、ターゲットは、開口部２０２の表面及び基板２００の第１の表面２０４上に第１のアルミニウム層２２０を形成するのに適した、０．５％の銅を含む純粋なアルミニウム、又は０．５％のシリコンを含む純粋なアルミニウムなどのアルミニウム合金などのうちの１以上を含んでよい。チタン（Ti）、タンタル（Ta）、銅（Cu）、アルミニウム（Al）などの金属などの他の成分が、全ターゲット重量の１重量％未満の量で存在してよい。プラズマ生成ガスは、希ガスなどの不活性ガス、又は他の不活性ガスを含んでよい。例えば、適切なプラズマ生成ガスの非限定的な例には、アルゴン（Ar）、ヘリウム（He）、キセノン（Xe）、ネオン（Ne）などが含まれてよい。複数の実施形態では、プロセスガスなどのプラズマ生成ガスが、約５０から３５０sccmの流量を有するアルゴン（Ar）である。一実施形態では、プラズマ生成ガスが、約７０sccmの流量を有するアルゴン（Ar）である。
[0032] １０２では、（図２Ｂで示されているように）基板２００の上の第１のアルミニウム層２２０の堆積が、PVDチャンバ内で行われてよい。その場合、プラズマ生成ガスからプラズマを生成することと、プラズマによってターゲットからスパッタリングされた金属原子をイオン化することと、のうちの１以上のために、RF電力が任意選択的にVHF周波数で印加されてよい。本明細書で使用されるときに、VHF周波数は、約１３MHzから約１００MHzの範囲、例えば１３．５６MHzの周波数である。幾つかの実施形態では、印加されるVHF周波数が、約６０MHzである。例えば、VHF周波数を増加させると、プラズマ密度が増加する可能性がある。幾つかの実施形態では、RF電力が、１kW、１．２５kW、２．５kW、又は３kWなどの、０．５から３kWで印加されてよい。
[0033] １０２では、基板２００の上の第１のアルミニウム層の堆積が、PVDチャンバー内で行われてよい。その場合、DC電力をターゲット３０６に印加して、例えば、以下で説明されるように、ターゲット３０６に結合されたDC電源３２０からターゲット３０６に向けてプラズマを誘導することができる。DC電力は、初期的に、約１から約６０キロワット（kW）の範囲であってよい。幾つかの実施形態では、DC電力が、約１０～５０kW、又は約２０kW、３０kW、若しくは４０kWであってよい。DC電力は、基板２００上のスパッタリングされたアルミニウム原子の堆積速度を制御するために調整されてよい。複数の実施形態では、本開示の条件下でのDC電力が、結果として、第１の結晶粒径を有する第１のアルミニウム領域２２１を形成するように、基板の上に第１のアルミニウム層２２０をもたらし得、結晶粒径は、より小さいサイズに作られてよい。アルミニウム堆積中の初期結晶粒径を低減させることによって、結晶粒成長期間が延長されてよい。幾つかの実施形態では、第１の結晶粒径及び第１の温度を有する第１のアルミニウム領域２２１を形成するために、基板２００の上に第１のアルミニウム層２２０を堆積させる。その場合、第１の温度は、摂氏約２００から４００度である。
[0034] １０２では、第１の結晶粒径及び第１の温度を有する第１のアルミニウム領域２２１を形成するために、基板２００の上に第１のアルミニウム層を堆積させることが、PVDチャンバ内で行われてよい。その場合、PVDチャンバ内の第１の圧力を維持しながら、アルミニウム原子が、プラズマを使用してターゲット３０６からスパッタリングされる。第１の圧力は、印加される第１のAC電力及びDC電力に加えて、プロセスチャンバの形状寸法（基板のサイズ、ターゲットと基板との距離など）に依存してよい。例えば、第１の圧力は、ターゲットを伴って構成されたチャンバ内で、１０ミリトル（mTorr）未満、又は約０．２から約１０（mTorr）の範囲であってよい。複数の実施形態では、チャンバが、任意選択的に、約３５から９０ミリメートル（mm）のターゲットと基板との間の間隙を有するように構成されてよい。幾つかの実施形態では、第１の圧力が、約０．５から約５mTorr、又は２mTorrである。チャンバ内の第１の圧力は、プラズマ生成ガスの流量及び／又はプラズマ生成ガスと並流してよい不活性ガスなどの更なるガスの流量によって維持されてよい。第１の圧力は、スパッタリングされたアルミニウム原子が衝突してイオン化され得るところの高密度のガス分子を、ターゲットと基板との間に提供してよい。ターゲット３０６からスパッタリングされるアルミニウム原子の量を制御するために、圧力が更に利用されてよい。例えば、基板に対するターゲット３０６の間隙における低圧は、第１のアルミニウム層２２０の結晶粒径を低減させてよい。
[0035] １０２では、一実施形態では、第１の結晶粒径及び第１の温度を有する第１のアルミニウム領域２２１を形成するために、基板２００の上に第１のアルミニウム層２２０を堆積させることが、アルゴン（Ar）プラズマ下のPVDチャンバ内で行われてよい。その場合の条件は、Arプラズマが、７０sccmなどの約５０から３５０sccmの流量で、１０mTorr未満のプロセス圧力を有し、電力は、基板支持ペデスタルに対するバイアス電力として印加されるRFなどの、１～６０kWのDC又は約６００から１２００WのACなどの電力である。複数の実施形態では、温度が摂氏３５０度未満である。１０２では、一実施形態では、基板２００の上に第１のアルミニウム層２２０を堆積させることが、Arプラズマ下のPVDチャンバ内で行われてよい。その場合の条件は、Arプラズマが、摂氏３５０度未満の温度で、１０mTorr未満のプロセス圧力を有し、電力は、４～６０kWのDC、及び６００Wから１２００Wの大きなACバイアス電力である。複数の実施形態では、第１のアルミニウム層２２０が、第１のアルミニウム層２２０によって画定される領域を形成する。その場合、結晶粒径は、小さい、例えば２マイクロメートル以下であると特徴付けられる。
[0036] 幾つかの実施形態では、１０２では、第１の結晶粒径及び第１の温度を有する第１のアルミニウム領域２２１を形成するために、基板２００の上に第１のアルミニウム層２２０を堆積させることが、PVDチャンバ内で行われてよい。その間、基板は、加熱されたワークピース支持体の上で、２００から４００℃の第１の温度及び１０mTorr未満の第１の圧力に維持される。その間、アルミニウムスパッタターゲットに約４kWから６０kWの第１のDC電力、及び少なくとも６００Wの第１のACターゲットバイアス電力を印加することによって、アルミニウムスパッタターゲットから原子をスパッタリングする。
[0037] 複数の実施形態では、第１の結晶粒径を有するアルミニウムの第１の層、及び任意選択的に第１の結晶粒径よりも大きい第２の結晶粒径を有するアルミニウムの第２の層を形成するのに十分な持続時間の間、反応条件が維持される。図２Ｃを参照すると、任意選択的な第２のアルミニウム層２２２が、第１の表面２０４の上で第１のアルミニウム層２２０に隣接して示されている。幾つかの実施形態では、アルミニウムの堆積が進行するにつれて、アルミニウムの結晶粒径は、遷移又は遷移相を経て徐々に大きくなる。
[0038] 幾つかの実施形態では、１０２では、第１の結晶粒径及び第１の温度を有する第１のアルミニウム領域２２１を形成するために、基板２００の上に第１のアルミニウム層２２０を堆積させることが、PVDチャンバ内で行われてよい。その場合、図２Ｂで示されているように、第１の複数のアルミニウム原子２２１が、基板２００の第１の表面２０４及び開口部２０２の底面２０８上に堆積される。第１の複数のアルミニウム原子２２１は、図２Ｂで示されているように、基板２００に略垂直にアルミニウム原子２２１をスパッタリングするための第１の温度、第１の圧力、第１のAC又はRF電力、及びDC電力などの、上述された処理条件を使用して堆積されてよい。幾つかの実施形態では、第１の複数のアルミニウム原子２２１の堆積中に、AC電力を基板２００（例えば、基板支持体内などの、基板２００の下方に配置された電極）に印加してもよい。AC電力（RFバイアス電力など）は、約０．５から約１３．５６MHzの範囲の周波数、及び１２００W又は約６００Wから１２００Wの電力で印加されてよい。幾つかの実施形態では、RFバイアス電力が、１kW、１．２５kW、２．５kW、又は３kWなどの、０．５から３kWで印加されてよい。複数の実施形態では、ACバイアス電力を増加させることによって、基板表面に衝突する正イオンの引力が促進され、合体が抑制され、アルミニウム結晶粒成長が抑制され、第１のアルミニウム層内に比較的小さいAl結晶粒が形成される。
[0039] 幾つかの実施形態では、第１のRFバイアス電力及び第２のRFバイアス電力（RFバイアス電力など）を同時に利用してもよく、第１のRFバイアス電力を使用して、基板２００に近接するイオンエネルギーを制御してよく、第２のRFバイアス電力を使用して、基板２００に近接するイオンエネルギー内の分布を制御してよい。
[0040] 幾つかの実施形態では、１０２では、アルミニウム層を堆積させるための温度が、摂氏２００から４００度、例えば摂氏１００から２５０度などであってよい。幾つかの実施形態では、１０２では、第１のアルミニウム層２２０が所定の厚さに形成される。複数の実施形態では、第１のアルミニウム層２２０及び第１のアルミニウム領域２２１の厚さが、１マイクロメートルなどの約１～５マイクロメートル、又は約１．５マイクロメートルである。複数の実施形態では、約１．５マイクロメートルのアルミニウムの堆積後、結晶粒の成長が加速してよい。
[0041] 図１に戻って参照すると、１０４では、複数の実施形態では、例えば、第１の結晶粒径を有する第１のアルミニウム領域２２１を形成するために、基板の上に第１のアルミニウム層を形成した後で、基板２００の上の第１のアルミニウム領域２２１は、第１の結晶粒径を第２の結晶粒径まで増大させるのに十分な速度で第２の温度まで冷却される。幾つかの実施形態では、冷却することが、第１の持続時間の間、冷却を遅らせることを含む。例えば、堆積後、プロセスは、基板及び堆積したアルミニウムを冷却するために、４秒から１２０秒などの持続時間の間、休止してよい。幾つかの実施形態では、第１の持続時間が、約５から１２０秒である。幾つかの実施形態では、冷却することが、毎秒摂氏約２０度などの、毎秒摂氏１０から４０度の冷却速度で行われる。幾つかの実施形態では、第１の温度が、摂氏３７５度から４５０度であり、第２の温度は摂氏１００度未満である。幾つかの実施形態では、冷却することが、加熱された表面から離れるように基板を移動させることによって実行される。幾つかの実施形態では、冷却することが、基板の上の第１のアルミニウム領域を急速冷却チャンバに移送することを遅らせることを含む。幾つかの実施形態では、第１の結晶粒径を第２の結晶粒径まで増大させるのに十分な速度で、基板の上の第１のアルミニウム領域を第２の温度まで冷却することが、基板を冷却するために基板の裏側に隣接するガスの流れを増加させることを更に含む。
[0042] 幾つかの実施形態では、１０４では、冷却するための温度が、第１の温度未満である。幾つかの実施形態では、冷却することが、基板の温度を、摂氏約３７５度から４５０度から、摂氏約１００度まで降下させる。
[0043] 幾つかの実施形態では、冷却することに続いて、更なるアルミニウム材料２５０を堆積させ、所定の厚さに形成することができる。複数の実施形態では、アルミニウム材料２５０（図２Ｄ）が、約１～５マイクロメートル、例えば、１マイクロメートル又は３マイクロメートルの厚さを有する。複数の実施形態では、更なるアルミニウム材料が、本開示に従って冷却される。幾つかの実施形態では、更なるアルミニウム材料が、本開示による冷却の遅延を受ける。
[0044] 幾つかの実施形態では、アルミニウム材料２５０が形成された後で、方法１００が終了してよく、又は基板２００が更なる処理を継続してよい。更なる処理の一実施例は、任意選択的に、基板２００をアニーリングすることを含む。幾つかの実施形態では、アニーリングが、現場外（ex situ）として特徴付けられる。複数の実施形態では、アニールが、約２０バールの圧力で約１０分間、摂氏約５００度から７００度（摂氏５５０度など）の温度で実行されてよい。複数の実施形態では、アニールが、例えば、アニーリングチャンバ内で実行されてよい。
[0045] 図２Ｄを参照すると、幾つかの実施形態では、第２の基板２１８が、上述の１０２～１０４を実行する前に提供されていてもよい。したがって、図２Ｄで示されているように、第２の基板２１８は、基板２００の第２の表面２０６に隣接して配置されてよく、開口部２０２は、基板２００を完全に貫通して延在し、第２の基板２１８の表面２１６は、開口部２０２の底面を形成する。更に、デバイス又は導電性特徴２３４が、第２の基板に配置されてよく、表面２１６において露出されてよい。その場合、デバイス又は導電性特徴２３４は、開口部２０２と位置合わせされる。基板２００の第１の表面２０４は、堆積したアルミニウム原子を除去するために更に処理されてよい。例えば、図２Ｄで示されているように、化学機械研磨技法、エッチングなどを用いて、第１の表面２０４から堆積したアルミニウム原子を除去することができる。
[0046] 図３は、本開示の幾つかの実施形態による物理的気相堆積チャンバ（プロセスチャンバ３００）の概略断面図を描いている。適切なPVDチャンバの例には、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社（Applied Materials, Inc.）から市販されているEXECTA（商標） AL PVDプロセスチャンバが含まれる。アプライドマテリアルズ社（Applied Materials, Inc.）又は他の製造業者からの他のプロセスチャンバも、本明細書で開示されている本発明の装置から利益を得てよい。
[0047] プロセスチャンバ３００は、ワークピースなどの基板３０４をその上に受け入れるための基板支持ペデスタル３０２、及びターゲット３０６などのスパッタリング源を含む。基板支持ペデスタル３０２は、接地されたャンバ壁３０８内に位置付けられてよい。チャンバ壁３０８は、チャンバ壁（図示されているような）又は接地シールドであってよい（接地シールド３４０は、ターゲット３０６の上方のプロセスチャンバ３００の少なくとも一部をカバーするように図示されている。幾つかの実施形態では、接地シールド３４０が、同様に、ペデスタル３０２を囲むようにターゲットの下方に延在され得る）。
[0048] 幾つかの実施形態では、プロセスチャンバが、ターゲット３０６にRFエネルギー及びDCエネルギーを結合するための給電構造を含む。給電構造は、例えば、本明細書で説明されるように、RFエネルギー及びDCエネルギーを、ターゲット又はターゲットを含むアセンブリに結合するための装置である。給電構造の第１の端部は、RF電源３１８とDC電源３２０とに結合され得る。それらは、それぞれ、RFエネルギー及びDCエネルギーをターゲット３０６に提供するために利用され得る。例えば、DC電源３２０を利用して、負の電圧又はバイアスをターゲット３０６に印加することができる。幾つかの実施形態では、RF電源３１８によって任意選択的に供給されるRFエネルギーが、上述されたような周波数を提供するのに適したものであってよく、或いは、周波数が、約２MHzから約６０MHzの範囲であってよく、又は、例えば、２MHz、１３．５６MHz、２７．１２MHz、若しくは６０MHzの非限定的な周波数が使用され得る。幾つかの実施形態では、複数の上述の周波数においてRFエネルギーを提供するために、複数の（すなわち、２つ以上の）RF電源が任意選択的に設けられてよい。給電構造は、RF電源３１８とDC電源３２０からのRFエネルギーとDCエネルギーを伝導するのに適した導電性材料から製作されてよい。複数の実施形態では、RF電源３１８が除外され、DC電源３２０は、負の電圧、すなわちバイアスをターゲット３０６に印加するように構成される。
[0049] 幾つかの実施形態では、給電構造が、給電構造の周囲でのそれぞれのRFエネルギーとDCエネルギーの実質的に均一な分布を容易にする適切な長さを有してよい。例えば、幾つかの実施形態では、給電構造が、約１から約１２インチの間、又は約４インチの長さを有してよい。幾つかの実施形態では、本体が、少なくとも約１：１の長さ対内径の比率を有してよい。少なくとも１：１以上の比率を提供することによって、給電構造からのより均一なRF供給を提供する（すなわち、RFエネルギーは、給電構造の真の中心点へのRF結合を近似するために、給電構造の周りにより均一に分配される）。供給構造の内径は、できるだけ小さくてよく、例えば、約１インチから約６インチ、又は約４インチの直径であってよい。内径を小さくすることにより、給電構造の長さを増加させることなく、長さ対内径の比率を改善することが容易になる。
[0050] 給電構造の第２の端部は、ソース分配プレート３２２に結合されてよい。ソース分配プレートは、ソース分配プレート３２２を貫通して配置され、給電構造の中央開口部と整列した孔３２４を含む。ソース分配プレート３２２は、給電構造からRFエネルギー及びDCエネルギーを伝導するために、適切な導電性材料から製作されてよい。
[0051] ソース分配プレート３２２は、導電性部材３２５を介してターゲット３０６に結合されてよい。導電性部材１２５は、ソース分配プレート３２２の周縁部の近くでソース分配プレート３２２のターゲット対向面３２８に結合された第１の端部３２６を有する管状部材であってよい。導電性部材３２５は、更に、ターゲット３０６の周縁部の近くでターゲット３０６のソース分配プレート対向面３３２に（又はターゲット３０６のバッキング板３４６に）結合された第２の端部３３０を含む。
[0052] 空洞３３４は、導電性部材３２５の内側対向壁、ソース分配プレート３２２のターゲット対向面３２８、及びターゲット３０６のソース分配プレート対向面３３２によって画定されてよい。空洞３３４は、ソース分配プレート３２２の孔３２４を介して本体の中央開口部３１５に流体結合されている。空洞３３４及び本体の中央開口部３１５は、図３で図示され、以下で更に説明されるように、回転可能なマグネトロンアセンブリ３３６の１以上の部分を少なくとも部分的に収容するために利用されてよい。幾つかの実施形態では、空洞が、水（H2O）などの冷却流体で少なくとも部分的に満たされてよい。
[0053] 接地シールド３４０を設けて、プロセスチャンバ３００の蓋の外面をカバーしてよい。接地シールド３４０は、例えば、チャンバ本体の接地接続を介して接地に結合されてよい。接地シールド３４０は、給電構造が接地シールド３４０を通過してソース分配プレート３２２に結合されることを可能にするための中央開口部を有する。接地シールド３４０は、アルミニウムや銅などの任意の適切な導電性材料を含んでよい。絶縁間隙３３９が、接地シールド３４０と、ソース分配プレート３２２、導電性部材３２５、並びにターゲット３０６（及び／又はバッキング板３４６）の外面との間に設けられ、RFエネルギー及びDCエネルギーが接地に直接的に経路指定されるのを防止する。絶縁用間隙は、空気、又はセラミックやプラスチックなどの何らかの他の適切な誘電材料で充填されてよい。
[0054] 幾つか実施形態では、接地カラーが、給電構造の本体及び下側部分の周りに配置されてよい。接地カラーは、接地シールド３４０に結合されており、接地シールド３４０の一体化された部分であってよく、又は給電構造の接地を提供するために接地シールドに結合された別個の部分であってもよい。接地カラーは、アルミニウムや銅などの適切な導電性材料から作製されてよい。幾つかの実施形態では、接地カラーの内径と給電構造の本体の外径との間に配置された間隙が、最小に保たれ、電気的な絶縁を提供するのにちょうど十分であってよい。該間隙は、プラスチックやセラミックのような絶縁材料で充填されてよく、又は空隙であってもよい。接地カラーは、RF給電線（例えば、以下で説明される給電線２０５）と本体との間のクロストークを防止し、したがって、プラズマ、及び処理、均一性を改善する。
[0055] 絶縁プレート３３８が、ソース分配プレート３２２と接地シールド３４０との間に配置されて、RFエネルギー及びDCエネルギーが、直接的に接地に経路指定されることを防止することができる。絶縁プレート３３８は、中央開口部であって、給電構造が、絶縁プレート３３８を通過し、ソース分配プレート３２２に結合されることを可能にするための中央開口部を有する。絶縁プレート３３８は、セラミックやプラスチックなどの適切な誘電材料を含んでよい。代替的には、絶縁プレート３３８の代わりに空隙が設けられてもよい。絶縁プレートの代わりに空隙が設けられる複数の実施形態では、接地シールド３４０が、接地シールド３４０上に載置されている任意の構成要素を支持するのに十分な構造的健全性を有してよい。
[0056] ターゲット３０６は、絶縁層分離体（dielectric isolator）３４４を介して、３４２などの接地導電性アルミニウムアダプター上に支持されてよい。ターゲット３０６は、スパッタリング中に基板３０４上に堆積される材料、例えばアルミニウム、又はアルミニウム合金を含む。幾つかの実施形態では、バッキング板３４６が、ターゲット３０６のソース分配プレート対向面３３２に結合されてよい。バッキング板３４６は、導電性材料（アルミニウムなど）、又はターゲットと同じ材料を含んでよく、これにより、バッキング板３４６を介してターゲット３０６にRF電力及びDC電力が結合され得る。代替的には、バッキング板３４６が、非導電性であってよく、ターゲット３０６のソース分配プレート対向面３３２を、導電性部材３２５の第２の端部３３０に結合するための、電気的なフィードスルーなどの導電性要素（図示せず）を含んでよい。バッキング板３４６は、例えば、ターゲット３０６の構造的安定性を改善するために含まれてよい。
[0057] 基板支持ペデスタル３０２は、ターゲット３０６の主面に対向する材料受け取り面を有し、ターゲット３０６の主面に対向する平面的な位置においてスパッタリングコーティングされる基板３０４を支持する。基板支持ペデスタル３０２は、プロセスチャンバ３００の中央領域３４８において基板３０４を支持し得る。中央領域３４８は、処理中に基板支持ペデスタル３０２の上方にある領域（例えば、ターゲット３０６と処理位置にあるときの基板支持ペデスタル３０２との間）として画定される。
[0058] 幾つかの実施形態では、基板支持ペデスタル３０２が、底部チャンバ壁３５２に連結されたベローズ３５０を介して垂直に可動であってよく、基板３０４が、プロセスチャンバ３００の処理の下側部分においてロードロックバルブ（図示せず）を通して基板支持ペデスタル３０２上に移送され、その後、堆積位置すなわち処理位置に持ち上げられることを可能にする。ガス源３５４からの１以上の処理ガスが、質量流量コントローラ３５６を介して、プロセスチャンバ３００の下側部分の中に供給され得る。プロセスチャンバ３００の内部を排気して、プロセスチャンバ３００の内側の所望の圧力を維持することを容易にするために、排気口３５８が設けられ、バルブ３６０を介してポンプ（図示せず）に結合されてよい。
[0059] 幾つかの実施形態では、基板ペデスタルが、基板３０４に裏側ガスを提供するための空気通路３７１を含む。複数の実施形態では、空気通路３７１を閉鎖し、基板３０４に適用される裏側ガスの流れを制限することにより、基板３０４の温度が上昇する。
[0060] 幾つかの実施形態では、RFバイアス電源３６２は、基板３０４上に負のDCバイアスを誘導するために、任意に、基板ペデスタル３０２に結合されてもよい。加えて、幾つかの実施形態では、処理中に基板３０４上に負のDCセルフバイアスが生成され得る。例えば、RFバイアス電源３６２によって供給されるRF電力は、約２MHzから約６０MHzの周波数の範囲であってよく、例えば、２MHz、１３．５６MHz、又は６０MHzなどの非限定的な周波数が使用されてよい。更に、第２のRFバイアス電源３６３は、基板支持ペデスタル３０２に結合され、単独で、又は任意にRFバイアス電源３６２と共に使用するために上述した周波数のいずれかを提供してもよい。複数の実施形態では、同調ネットワーク３９９が、RFバイアス電源３６３と基板支持ペデスタルとの間に配置されてもよい。複数の実施形態では、第２の同調ネットワーク３９８が、RF電源３６２と基板ペデスタルの間に配置されてもよい。複数の実施形態では、第２のRFバイアス電源３６３が、イオンエネルギーを低下させるためにACバイアス電力を提供するように構成される。その結果、アルミニウムが、第２の結晶粒径を有するアルミニウムの第２の層と合体して、第２の結晶粒径を増大させる。他の用途では、基板支持ペデスタル３０２が、接地されてよく、又は電気的に浮遊したままであってもよい。例えば、RFバイアス電力が所望ではない用途において、基板３０４上の電圧を調整するために、静電容量調節器３６４が、基板支持ペデスタルに結合されてよい。
[0061] 回転可能なマグネトロンアセンブリ３３６は、ターゲット３０６の裏面（例えば、ソース分配プレート対向面３３２）に近接して配置されてよい。回転可能なマグネトロンアセンブリ３３６は、ベースプレート３６８によって支持された複数の磁石３６６を含む。ベースプレート３６８は、プロセスチャンバ３００及び基板３０４の中心軸に一致する回転シャフト３７０に接続している。モータ３７２を回転軸３７０の上端に結合して、マグネトロンアセンブリ３３６の回転を駆動することができる。磁石３６６は、プロセスチャンバ３００内に磁場を生成し、概して、ターゲット３０６の表面に平行で且つ近接して、電子を捕捉し、局所的なプラズマ密度を増加させ、これにより、スパッタ率が増加する。磁石３６６は、プロセスチャンバ３００の上部の周りに電磁場を生成し、磁石３６６は、プロセスのプラズマ密度に影響を与える電磁場を回転させるように回転されて、ターゲット３０６をより均一にスパッタリングする。例えば、回転シャフト３７０は、毎分約０から約１５０回だけ回転させることができる。
[0062] 幾つかの実施形態では、プロセスチャンバ３００が、アダプター３４２のリッジ３７６に連結されたプロセスキットシールド３７４を更に含んでよい。アダプター３４２が、今度は、チャンバ壁３０８などのアルミニウムチャンバ側壁に密封され接地される。概して、プロセスキットシールド３７４は、アダプター３４２の壁及びチャンバ壁３０８に沿って下向きに基板支持ペデスタル３０２の上面の下方まで延在し、基板支持ペデスタル３０２の上面に達するまで上向きに戻る（底部においてＵ字状の部分３８４を形成している）。代替的には、プロセスキットシールドの最低部が、Ｕ字状の部分３８４である必要はなく、任意の適切な形状を有してよい。カバーリング３８６は、基板支持ペデスタル３０２が下方の装填位置にあるときは、プロセスキットシールド３７４の上向きに延在しているリッド３８８の上端上に載置され、しかし、基板支持ペデスタル３０２が上方の堆積位置にあるときは、基板支持ペデスタル３０２の外縁上に載置されて、スパッタリング堆積から基板支持ペデスタル３０２を保護する。更なる堆積リング（図示せず）を使用して、基板３０４の周縁を堆積から遮断することができる。プロセスキットシールドの実施形態は、本開示に従って以下で説明される。
[0063] 幾つかの実施形態では、磁石３９０が、基板支持ペデスタル３０２とターゲット３０６との間に磁場を選択的に提供するために、プロセスチャンバ３００の周りに配置されてよい。例えば、図３で示されているように、磁石３９０は、処理位置にあるときの基板支持体ペデスタル３０２のすぐ上の領域内のチャンバ壁３０８の外側の周りに配置されてよい。幾つかの実施形態では、磁石３９０が、例えばアダプター３４２の隣などの他の箇所に付加的に又は代替的に配置されてよい。磁石３９０は、電磁石であってよく、電磁石によって生成される磁場の規模を制御するための電源（図示せず）に結合されてよい。
[0064] コントローラ３１０が、プロセスチャンバ３００の様々な構成要素の動作を制御するために設けられ、それらの様々な構成要素に結合されてよい。コントローラ３１０は、中央処理装置（CPU）３１２、メモリ３１４、及びサポート回路（support circuit）３１６を含む。コントローラ３１０は、直接的に、又は、特定のプロセスチャンバ及び／又はサポートシステムの構成要素に結合されたコンピュータ（若しくはコントローラ）を介して、プロセスチャンバ３００を制御することができる。コントローラ３１０は、様々なチャンバ及びサブプロセッサを制御するための工業環境で使用され得る、任意の形態を採る汎用コンピュータプロセッサのうちの１つであってよい。コントローラ３１０のメモリ又はコンピュータ可読媒体４３４は、ランダムアクセスメモリ（RAM）、読取り専用メモリ（ROM）、フロッピーディスク、ハードディスク、光記憶媒体（例えば、コンパクトディスク若しくはデジタルビデオディスク）、フラッシュドライブ、又はローカル若しくは遠隔の任意の他の形態を採るデジタルストレージなど、容易に入手可能なメモリのうちの１以上であってよい。サポート回路３１６は、従来の方式でプロセッサをサポートするためにＣＰＵ３１２に結合される。これらの回路は、キャッシュ、電力供給部、クロック回路、入出力回路、及びサブシステムなどを含む。本明細書で説明される本発明の方法は、本明細書で説明されるやり方でプロセスチャンバ３００の動作を制御するために実行する又は呼び出すことができるソフトウェアルーチンとして、メモリ３１４内に記憶させることができる。ソフトウェアルーチンは、CPU３１２によって制御されるハードウェアから遠隔に位置付けられた第２のCPU（図示せず）によっても、記憶され及び／又は実行され得る。
[0065] 複数の実施形態では、基板上に形成された高アスペクト比の特徴にアルミニウムを堆積させる方法が本明細書で提供されている。本方法は、アルミニウムが堆積された後の結晶粒成長の期間を延長することによって、高アスペクト比の特徴の表面をアルミニウムを用いて優れた被覆率で好適に提供する。幾つかの実施形態では、本開示が、第１の結晶粒径及び第１の温度を有する第１のアルミニウム領域を形成するために、基板の上に第１のアルミニウム層を物理的気相堆積させ、第１の結晶粒径を第２の結晶粒径まで増大させるのに十分な速度で、基板の上の第１のアルミニウム領域を第２の温度まで冷却するように構成された反応チャンバを含む、物理的気相堆積チャンバを提供する。幾つかの実施形態では、反応チャンバが、基板を冷却するために、基板の裏側に隣接するガスの流れを提供するように構成される。幾つかの実施形態では、冷却することが、加熱された表面から離れるように基板を移動させることによって実行される。
[0066] 幾つかの実施形態では、本開示が、指示命令を記憶したコンピュータ可読媒体を提供する。該指示命令は、実行されると、物理的気相堆積反応チャンバに、以下の方法を実行させる。該方法は、第１の結晶粒径及び第１の温度を有する第１のアルミニウム領域を形成するために、基板の上に第１のアルミニウム層を堆積させること、並びに、第１の結晶粒径を第２の結晶粒径まで増大させるのに十分な速度で、基板の上の第１のアルミニウム領域を第２の温度まで冷却することを含む。
[0067] 次に、図４を参照すると、アルミニウムスパッタターゲットの下にあるワークピース支持体上に配置された基板上の反応チャンバ内で物理的気相堆積を実行する方法４００が示されている。複数の実施形態では、方法４００が、４０２では、基板を摂氏２００度から４００度の第１の温度に維持することを含む。幾つかの実施形態では、４０４では、方法４００が、アルミニウムスパッタターゲットに約４kWから６０kWの第１のDC電力、及び少なくとも６００Wの第１のACターゲットバイアス電力を印加することによって、アルミニウムスパッタターゲットから原子をスパッタリングすることを含む。複数の実施形態では、ACターゲットバイアス電力が、第２のRF電源３６３から生成される。
[0068] 幾つかの実施形態では、方法４００が、４０６では、第１の結晶粒径を有するアルミニウムの第１の層を形成するのに十分な持続時間の間、反応条件を維持することを含む。例えば、複数の実施形態では、小さい結晶粒径を含む第１の領域を形成することができる。複数の実施形態では、小さい結晶粒径が、平均して約１．５マイクロメートルであってよい。
[0069] 幾つかの実施形態では、方法４００が、４０８では、第１の持続時間の間、基板の冷却を遅らせることを含む。幾つかの実施形態では、第１の持続時間が、約５から１２０秒、例えば、２０秒、３０秒、４０秒などであってもよい。幾つかの実施形態では、遅らせることが、アルミニウムの第１の層を含む基板を、急速冷却チャンバに移送することを遅らせることを含む。
[0070] 幾つかの実施形態では、方法４００が、４１０では、アルミニウムの第１の層を第２の温度まで冷却することを含む。幾つかの実施形態では、第１の結晶粒径を第２の結晶粒径まで増大させるのに十分な速度で冷却することが実行される。幾つかの実施形態では、冷却することが、アルミニウムの第１の層を含む基板を、急速冷却チャンバに移送することを遅らせることを含む。複数の実施形態では、移送を遅らせることが、本開示に従って冷却時間の量を延長し及び／又は冷却を制御する。複数の実施形態では、冷却することが、摂氏９８度から１０２度の温度などの摂氏約１００度まで温度を低下させる。幾つかの実施形態では、本開示に従って冷却することが、堆積したままのアルミニウムの結晶粒径を３から４０パーセント、例えば、３から２５パーセント、又は３から１５パーセントだけ増加させる。幾つかの実施形態では、第２の結晶粒径が、平均で２．５マイクロメートルを超えるか、又は平均で２から４マイクロメートルである。
[0071] 幾つかの実施形態では、本開示が、基板上にアルミニウム材料を形成するために、反応チャンバ内で物理的気相堆積を実行する方法を提供する。該方法は、第１の結晶粒径及び第１の温度を有する第１のアルミニウム領域を形成するために、基板の上に第１のアルミニウム層を堆積すること、及び、第１の結晶粒径を第２の結晶粒径まで増大させるのに十分な速度で、基板の上の第１のアルミニウム領域を第２の温度まで冷却することを含む。幾つかの実施形態では、方法が、第１の持続時間の間、冷却することを遅らせることを更に含む。幾つかの実施形態では、第１の持続時間が、約５から１２０秒である。幾つかの実施形態では、冷却することが、毎秒摂氏１０から４０度の冷却速度で実行される。幾つかの実施形態では、第１の温度が、摂氏３７５度から４５０度であり、第２の温度は摂氏１００度未満である。幾つかの実施形態では、第１の結晶粒径及び第１の温度を有する第１のアルミニウム領域を形成するために、基板の上に第１のアルミニウム層を堆積させることが、加熱された表面の上で実行され、冷却することは、加熱された表面から離れるように基板を移動させることによって実行される。幾つかの実施形態では、第１の結晶粒径を第２の結晶粒径まで増大させるのに十分な速度で、第１のアルミニウム領域を第２の温度まで冷却することが、基板の上の第１のアルミニウム領域を、急速冷却チャンバに移送することを遅らせることを含む。幾つかの実施形態では、第１のアルミニウム層を堆積させることが、４kWから６０kWの量の第１のDC電力で実行される。幾つかの実施形態では、物理的気相堆積プロセスにおいて、基板をアルミニウム及びアルゴンに曝露することによって、第１のアルミニウム層が堆積される。幾つかの実施形態では、アルミニウム材料が、アルミニウムターゲットを含む物理的気相堆積プロセスを使用して形成される。幾つかの実施形態では、第１の結晶粒径を第２の結晶粒径まで増大させるのに十分な速度で、基板の上の第１のアルミニウム領域を第２の温度まで冷却することが、基板を冷却するために基板の裏側に隣接するガスの流れを増加させることを更に含む。
[0072] 幾つかの実施形態では、本開示が、アルミニウムスパッタターゲットの下にあるワークピース支持体上に配置された基板上の反応チャンバ内で物理的気相堆積を実行する方法に関する。該方法は、基板を、加熱されたワークピース支持体の上で、２００℃から４００℃の第１の温度及び１０mTorr未満の第１の圧力に維持すること、アルミニウムスパッタターゲットに約４kWから６０kWの第１のDC電力、及び少なくとも６００Wの第１のACターゲットバイアス電力を印加することによって、アルミニウムスパッタターゲットから原子をスパッタリングすること、第１の結晶粒径を有するアルミニウムの第１の層を形成するのに十分な持続時間の間、反応条件を維持すること、第１の持続時間の間、基板の冷却を遅らせること、並びに、第１の結晶粒径を第２の結晶粒径まで増大させるのに十分な速度で、アルミニウムの第１の層を第２の温度まで冷却することを含む。幾つかの実施形態では、アルミニウムの第１の層を第２の温度まで冷却することが、基板を冷却するために基板の裏側に隣接するガスの流れを提供することを含む。幾つかの実施形態では、冷却することが、毎秒摂氏１０度から４０度の冷却速度で実行される。幾つかの実施形態では、冷却することを遅らせることが、ワークピース支持体から離れるように基板を移動させることを更に含む。幾つかの実施形態では、遅らせることが、基板を１以上のリフトピンと接触させることによって、ワークピース支持体から離れるように基板を移動させることを更に含む。幾つかの実施形態では、冷却することを遅らせることが、基板を急速冷却チャンバに移送することを遅らせることを含む。
[0073] 次に、図５を参照すると、本開示の幾つかの実施形態による物理的気相堆積（PVD）チャンバ５００の概略断面図が示されている。複数の実施形態では、ウエハ又は基板５０１が、静電チャック５０６の加熱された表面５０５の上方に配置される。複数の実施形態では、静電チャック５０６の加熱された表面５０５から離れるように基板５０１を持ち上げるために、１以上のリフトピン５１０を移動させることによって、基板５０１が冷却される。静電チャック５０６から離れる熱照射（矢印５２０によって示されている）は、制御されたやり方で、本開示に従って基板５０１と接触し、基板を冷却する。基板５０１と静電チャック５０６の加熱された表面５０５との間に、間隙（矢印５３０によって示されている）が示されている。ガスは、本開示に従って制御されたやり方で、基板５０１又はウエハの後ろを流れることができ、基板５０１を更に冷却する。
[0074] 図６は、本開示の幾つかの実施形態による基板を処理するための別の方法６００のフローチャートを描いている。図６は、本開示の方法で使用されるのに適した順序で、ガス抜きチャンバ６０１、堆積６０２のためのプロセスチャンバ、冷却チャンバ６０３、移送チャンバ６０４、及びFOUP６０５を示している。幾つかの実施形態では、冷却チャンバ６０３が、本開示による遅らされた冷却を容易にするために、FOUP６０５と直接隣接した位置に移動される。複数の実施形態では、方法６００が、堆積されたままのアルミニウムを含む基板の遅らされた冷却を含む。
[0075] 幾つかの実施形態では、本開示の方法が、アルミニウムの堆積のためのプロセスシーケンスに適用される。その場合、堆積及び堆積後のプロセスシーケンスは、各々、アルミニウム結晶粒成長を促進する。例えば、本開示による冷却することは、アルミニウム堆積プロセスシーケンスと組み合わせることができる。その場合、堆積プロセスシーケンスは、増大した結晶粒径を有するアルミニウムを促進又は形成する。１つのプロセスシーケンスでは、該方法が、基板を摂氏２００度か４００度、例えば摂氏約２００度の温度まで加熱するなど、基板を予熱することを含んでよい。複数の実施形態では、基板を予熱することが、基板の中央付近、基板の縁部に沿って、又は基板の中央付近及び基板の縁に沿って所定の温度まで基板を暖めるために、ペデスタルヒータを使用することを含んでよい。プロセスの必要性に応じて、基板の中央部及び基板の縁部は、各々、同じであっても又は異なってもよい所定の温度を有してよい。複数の実施形態では、基板の縁部の温度が、基板の中心よりも２０度から５０度だけ暖かい。複数の実施形態では、プロセスシーケンスが、アルミニウムのシード層を堆積させることによって継続してよい。その場合、シード層は、基板全体にわたり均一に分布した結晶粒径を含む。例えば、複数の実施形態では、基板を加熱するために、プラズマエネルギーが利用される。複数の実施形態では、唯一の熱源がプラズマであり、ヒートシンクは設けられない。プラズマ加熱は、基板内で均等に熱を伝達し、予め選択された温度まで基板を均等に加熱する。複数の実施形態では、本開示によるプラズマ加熱が、均一な中心／縁部の結晶粒径を有するアルミニウム層組成物を形成する。複数の実施形態では、シード層の厚さが、基板の中心と基板の縁部との両方におけるシード粒を、成熟段階まで成長させるように予め選択される。幾つかの実施形態では、プロセスシーケンスが、基板を裏側ガスと接触させ、堆積冷却サイクルを減少させることによって、アルミニウムの高速成長によって継続してもよい。幾つかの実施形態では、ウエハ中心を冷却するために、裏側ガスが基板の中心に向けて誘導される。幾つかの実施形態では、裏側ガスが、ウィスカー形成又は不均一な結晶粒成長を避けながらウエハを冷却する。複数の実施形態では、プロセスシーケンスが、上述されたような本開示の冷却プロセスで続く。したがって、アルミニウム堆積、及び堆積後に急速冷却を遅らせることは、アルミニウムの結晶粒成長を延長してよい。幾つかの実施形態では、堆積されたままのアルミニウムの結晶粒径又は平均結晶粒径が、約１．５マイクロメートルであり、それは、本開示のプロセスを使用して、２．０、２．４、２．６、２．８、３．０、３．２、及び３．８マイクロメートルなどの、２～４マイクロメートルまで大きくなってよい。
[0076] 次に、図７を参照すると、本開示の幾つかの実施形態による物理的気相堆積（PVD）チャンバ７００の概略断面図が示されている。複数の実施形態では、ウエハ又は基板７０１が、静電チャック７０６の表面７０５の上方に配置される。複数の実施形態では、基板７０１が、本開示の実施形態に従ってアルミニウムを堆積させるように構成される。プラズマ（矢印７２１によって示されている）は、制御されたやり方で、本開示に従って基板７０１と接触し、基板を加熱する。基板７０１と静電チャック７０６の表面７０５との間に、間隙（矢印７３０によって示されている）が示されている。ガスは、本開示に従って制御された方法で、基板７０１又はウエハの後ろを流れることができ、基板７０１を更に冷却する。複数の実施形態では、デュアルゾーンヒータ７５０が設けられ、アルミニウム堆積のために基板を所定の温度まで加熱するように構成される。複数の実施形態では、デュアルゾーンヒータ７５０が、基板の中心の所定の温度と同じであっても又は異なってもよい所定の温度まで、基板の外側縁部を加熱するように構成される。
[0077] 図８は、本開示の幾つかの実施形態による基板を処理するための方法８００のフローチャートを描いている。図８は、本開示の方法で使用するのに適した順序で、ガス抜きチャンバ８０１、堆積のためのプロセスチャンバ８０２、冷却チャンバ８０３、移送チャンバ８０４、冷却チャンバ８０５、及びFOUP８０６を示している。幾つかの実施形態では、冷却チャンバ８０３が、本開示による遅らされた冷却を容易にするために、FOUP８０６と直接隣接する位置に移動される。複数の実施形態では、方法８００が、堆積されたままのアルミニウムを含む基板の遅らされた冷却を含む。複数の実施形態では、方法８００が、アルミニウムの結晶粒径を最大化し、ヒロック形成を回避するために粒界緩和を可能にするのに適している。
[0078] 幾つかの実施形態では、本開示が、アルミニウムスパッタターゲットの下にあるワークピース支持体上に配置された基板上の反応チャンバ内で物理的気相堆積を実行する方法に関する。該方法は、任意選択的に基板を第１の温度まで予熱すること、基板を２００℃から４００℃の第１の温度に維持するのに十分な量のプラズマと基板を接触させること、均一に分布した結晶粒径を有するアルミニウムの第１のシード層を形成するために、約２０kWから６０kWの第１のDC電力をアルミニウムスパッタターゲットに印加することによって、アルミニウムスパッタターゲットから原子をスパッタリングすること、アルミニウムを所定の厚さまで堆積させながら、基板を冷却するために基板を裏側ガスと接触させること、及び、第１の結晶粒径を第２の結晶粒径まで増大させるために、基板の上のアルミニウムを第２の温度まで冷却することを含む。複数の実施形態では、該方法が、ランダム化された結晶粒配向を回避し、アルミニウムパッドの異常を回避するのに適している。複数の実施形態では、プラズマが、堆積中の結晶粒成長のためのエネルギーを提供し、本開示による冷却、又は急速冷却を遅らせることが、堆積後の結晶粒成長を強化する。複数の実施形態では、堆積後、エネルギーが基板を通して均一化され、中心／縁部の結晶粒径の変化を低減させ、例えば徐冷法によって粒界緩和を可能にする。
[0079] 上記は本開示の実施形態を対象とするが、本開示の基本的な範囲から逸脱することなく、本開示の他の実施形態及び更なる実施形態を考案してもよい。

Claims (20)

  1. 反応チャンバ内で物理的気相堆積を実行して、ワークピース支持体上に配置された基板上にアルミニウム材料を形成する方法であって、
    基板の上に第１のアルミニウム層を堆積させて、第１の結晶粒径及び第１の温度を有する第１のアルミニウム領域を形成すること、及び
    前記第１の結晶粒径を第２の結晶粒径まで増大させるのに十分な速度で、基板の上の前記第１のアルミニウム領域を第２の温度まで冷却することを含む、方法。
  2. 第１の持続時間の間、冷却することを遅らせることを更に含む、請求項１に記載の方法。
  3. 前記第１の持続時間が、約５秒から１２０秒である、請求項２に記載の方法。
  4. 冷却することが、毎秒摂氏１０度から４０度の冷却速度で実行される、請求項１に記載の方法。
  5. 前記第１の温度は、摂氏３７５度から４５０度であり、前記第２の温度は、摂氏１００度未満である、請求項１に記載の方法。
  6. 第１の結晶粒径及び第１の温度を有する第１のアルミニウム領域を形成するために、基板の上に第１のアルミニウム層を堆積させることは、加熱された表面の上で実行され、冷却することが、前記加熱された表面から離れるように前記基板を移動させることによって実行される、請求項１に記載の方法。
  7. 前記第１の結晶粒径を第２の結晶粒径まで増大させるのに十分な速度で、前記第１のアルミニウム領域を第２の温度まで冷却することは、基板の上の前記第１のアルミニウム領域を急速冷却チャンバに移送することを遅らせることを更に含む、請求項１に記載の方法。
  8. 第１のアルミニウム層を堆積させることは、４kWから６０kWの量の第１のDC電力で実行される、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
  9. 前記第１のアルミニウム層は、物理的気相堆積プロセスにおいて、前記基板をアルミニウム及びアルゴンに曝露することによって堆積される、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
  10. アルミニウム材料が、アルミニウムターゲットを含む物理的気相堆積プロセスを使用して形成される、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
  11. 前記第１の結晶粒径を第２の結晶粒径まで増大させるのに十分な速度で、基板の上の前記第１のアルミニウム領域を第２の温度まで冷却することは、基板を冷却するために前記基板の裏側に隣接するガスの流れを増加させることを更に含む、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
  12. 前記第１のアルミニウム層を堆積させることは、更に、
    前記基板を、加熱されたワークピース支持体の上で、２００℃から４００℃の前記第１の温度及び１０mTorr未満の第１の圧力に維持すること、
    アルミニウムスパッタターゲットに約４kWから６０kWの第１のDC電力、及び少なくとも６００Wの第１のACターゲットバイアス電力を印加することによって、前記アルミニウムスパッタターゲットから原子をスパッタリングすること、及び
    前記第１の結晶粒径を有する前記第１のアルミニウム層を形成するのに十分な持続時間の間、反応条件を維持することを含み、
    前記第１のアルミニウム領域を冷却することは、
    前記第１の結晶粒径を前記第２の結晶粒径まで増大させるために、前記第１のアルミニウム層を前記第２の温度まで冷却することを含み、
    第１の持続時間の間、前記基板を冷却することを遅らせることを更に含む、請求項１に記載の方法。
  13. 前記第１のアルミニウム層を前記第２の温度まで冷却することは、基板を冷却するために、前記基板の裏側に隣接するガスの流れを提供することを含む、請求項１２に記載の方法。
  14. 冷却することが、毎秒摂氏１０度から４０度の冷却速度で実行される、請求項１２に記載の方法。
  15. 前記冷却することを遅らせることは、前記ワークピース支持体から離れるように前記基板を移動させることを更に含む、請求項１２から１４のいずれか一項に記載の方法。
  16. 前記冷却することを遅らせることは、前記基板を１以上のリフトピンと接触させることによって、前記ワークピース支持体から離れるように前記基板を移動させることを更に含む、請求項１５に記載の方法。
  17. 前記基板は、急速冷却チャンバ内で冷却され、前記冷却することを遅らせることは、前記基板を前記急速冷却チャンバに移送することを遅らせることを含む、請求項１２から１４のいずれか一項に記載の方法。
  18. 指示命令を記憶したコンピュータ可読媒体であって、前記指示命令は、実行されると、基板上にアルミニウム材料を形成するために反応チャンバ内で物理的気相堆積を実行する方法であって、請求項１から７又は１２から１４のいずれか一項に記載の方法を実行させる、コンピュータ可読媒体。
  19. 前記第１の結晶粒径を第２の結晶粒径まで増大させるのに十分な速度で、基板の上の前記第１のアルミニウム領域を第２の温度まで冷却することは、基板を冷却するために、前記基板の裏側に隣接するガスの流れを増加させることを更に含む、請求項１８に記載のコンピュータ可読媒体。
  20. 前記冷却することを遅らせることは、更に、
    前記ワークピース支持体から離れるように前記基板を移動させること、
    前記基板を１以上のリフトピンと接触させることによって、前記ワークピース支持体から離れるように前記基板を移動させること、又は
    前記基板を急速冷却チャンバに移送することを遅らせることを含む、請求項１８に記載のコンピュータ可読媒体。
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