JP4909454B2 - ウエハ上にバリア層を形成する方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的に、半導体の製造に関し、更に特定すれば、銅相互接続部のバリア／シード堆積(barrier/seed deposition)プロセスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
集積回路（ＩＣ）業界において、現在、相互接続部におけるアルミニウムに代わる材料として、銅の相互接続部が開発されている。銅は、その製造がアルミニウムよりも安価であるので、銅相互接続部は全体としてアルミニウム相互接続部よりも優れている。加えて、銅相互接続部は、アルミニウム相互接続部よりも抵抗が少なく、したがって、発熱量も少ない。また、銅の抵抗が小さいために、ＩＣが動作することができる動作周波数を高めることが可能となり、このために性能が向上する。加えて、銅は、アルミニウムと比較すると、電気移動抵抗(electromigration resistance)も改善されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの利点にも拘らず、銅が実現可能な代替物となるためには、克服しなければならない多数の欠点がある。銅の欠点の１つに、その移動イオン汚染源となり得ることが含まれる。銅イオンは、半導体の製造に用いられる従来の誘電体物質を介して容易に拡散する。適正な含有量でないと、銅は素子のアクティブ・エリアに拡散することによって、素子の信頼性に影響を及ぼす可能性がある。加えて、銅はエッチングが容易でない。したがって、相互接続はインレイド構造(inlaid structure)として形成しなければならず、このため一層複雑化し、化学機械式研摩（ＣＭＰ）プロセスの使用が必要となる。更に、銅の処理には、新たな材料や新たなプロセスの使用も必要であり、製造プロセスに適正に統合されない場合、種々の問題や合併作用が生ずる可能性がある。
【０００４】
例えば、銅相互接続部を用いる場合、典型的にバリア層が必要となる。バリア層は、銅を封じ込めるためにその周囲に形成され、これによって銅が隣接する層やアクティブ・エリアを汚染することを防止する。これらのバリア層は、通常アルミニウムには不要であり、新たな製造および統合上の問題が生じ、これらに対処しなければならない。これらのバリアを形成するために用いられる材料やプロセスは、よく理解されていない。したがって、これらを形成するための材料やプロセスにおける一層の改良によって、ウエハの歩留まり、素子の信頼性、および機器のアップタイム(uptime)を格段に向上させる潜在的な可能性がある。
【０００５】
銅処理においてバリアに用いられる材料（例えば、耐熱金属）の多くは、素子の信頼性に悪影響を及ぼす可能性を有する。これら信頼性の問題は、部分的に、隣接する膜に対するバリア層の応力に起因するものである。したがって、バリアの応力制御によっても、ＩＣ全体の歩留まり改善および信頼性向上の潜在的な可能性がある。
【０００６】
更に、相互接続部において銅を堆積する際に用いられているプロセスやチャンバは、厚さおよび均一性制御に関しては、最適化されていない。制御の欠如は問題である。堆積された銅膜の均一性が大きくばらつく場合、歩留まりに悪影響を及ぼす可能性があり、非均一に堆積された膜を補うために調節が必要になることによって、後続の処理が更に複雑化する虞れがある。
【０００７】
加えて、銅および銅バリア材料のチャンバ構成部品に対する接着性欠如が、堆積の間およびウエハ運搬の間に、問題を生ずる可能性がある。これらの材料は、潜在的な粒子源となる。堆積プロセスを最適化し、これらの材料の接着性を高めることができれば、歩留まりを改善し、処理チャンバ内における粒子汚染を減少させるという利点が得られよう。
【０００８】
多くの銅プロセスには、ステップ・カバレッジ(step coverage)の問題があり、ビアやトレンチの側壁は、平坦な表面よりも銅膜の被覆が少ない。加えて、開口上部の堆積膜が余りに高いレートで堆積された場合、その結果銅のボイディング(voiding)の問題も生ずる可能性がある。これは、開口を完全に充填する前に、フィルムの最上部が挟み取られ(pinch off)、その結果開口内部にボイドが形成される可能性がある。ステップ・カバレッジを改善し、ボイディングを極力抑えるプロセスは、銅相互接続部を有する素子の歩留まり改善および信頼性向上をもたらす潜在的な可能性を有する。
【０００９】
更に、予備金属堆積プロセスの間、アルミニウムでは必ずしも問題とはならない、材料のバック・スパッタリング(back-sputtering)が、先に引用した移動イオンの懸念のため、銅では気掛かりとなる。露出したウエハ表面上にアルミニウムがバック・スパッタされても、それを除去する化学物質およびプロセスが存在する。加えて、このアルミニウムは、種々の層を介して容易に拡散することはない。逆に、バック・スパッタされた銅は、化学的にもそれ以外の方法でも除去するのは容易ではない。バリアによって封じ込めない限り、隣接する膜を通過して拡散し、歩留まりおよび信頼性に影響を及ぼす可能性が高い。したがって、下地の銅層を露出させるあらゆる相互接続プロセスは、露出領域からの銅の移転を最少に止めることを保証するように設計しなければならない。
【００１０】
このように、メタライゼーション処理の改良によって、銅相互接続部を大量に、低コストで製造し、しかも歩留まりおよび信頼性を向上させることが、当業界では求められている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の特徴および利点は、添付図面と関連付けた以下の詳細な説明から一層明確に理解されよう。図面において、同様の参照番号は同様の部分および対応する部分を示すこととする。
【００１２】
図面におけるエレメントは、簡略化および明確化のために、示されており、必ずしも同一拡大率で描かれている訳ではないことを、当業者は認めよう。例えば、図面におけるエレメントの中には、本発明の実施例の理解の促進を助けるために、その寸法が他のエレメントよりも誇張されているものもある。
【００１３】
全体的に、図１ないし図１４は、銅インレイド相互接続構造を形成するための、改良された方法を教示するものである。概して言えば、本方法は、インレイドまたはデュアル・インレイド構造の予備金属堆積処理の改良，インレイド構造内部における銅バリアの堆積処理の改良，およびバリア層上のシード層の堆積処理の改良を教示する。
【００１４】
具体的には、従来技術のバリア堆積チャンバでは、電気的にバイアスされた構成部品が、他の導電性構成部品に密接して共に配置されている。場合によっては、これらは偶発的に回路を短絡し、印加されたバイアスを変化させ、その結果処理の一貫性を損なうことになる。電気的にバイアスされたウエハ・ペデスタル（支持部材）および他の導電性チャンバ部分間でこれが発生するのを防止するために、ペデスタルおよびその他の導電性チャンバ構成部品間に、誘電体またはセラミック性絶縁リングを配置する。ウエハをアークおよび短絡回路から保護することに加えて、絶縁リングは、印加したバイアスが、ウエハに近接するチャンバの他の導電性部分ではなく、ウエハに向かうことを保証するのにも役立つ。これによって、更に、ウエハが正しく効率的に処理され、一貫性のある結果が得られることを保証する。
【００１５】
タンタル（Ｔａ）を用いてバリアを形成する場合、これはセラミック性絶縁リングにはよく接着しないことがわかった。この結果、タンタル粒子がセラミック絶縁リングから剥離し、ウエハ上に付着する。これらの粒子は、集積回路の歩留まりに重大な影響を及ぼす。粒子のレベルを低下させるために、セラミック絶縁リング全体にアルミニウム・コーティングをフレーム溶射(flame spray)またはアーク溶射(arc spray)する設計が組み込まれた。アルミニウム・コーティングは、タンタルの絶縁リングへの接着性を高め、粒子数を大幅に減少させることがわかった。
【００１６】
加えて、銅シード層堆積の間ウエハを固着するために用いていた従来のクランプは、当技術では不適当であることがわかった。クランプの隆起影領域(elevated shadow region)が、ウエハの表面上に余りに高くなるように設計されたために、影領域の下で、銅がウエハ上に大量に堆積する可能性がある。このために銅の小結節(nodule)が形成され、更にウエハ上に、ウエハの周囲に向かうに連れて銅の厚さが徐々に減少するエリアが生じた（傾斜銅領域(graded copper region)）。続くめっきおよび／または化学機械式研摩（ＣＭＰ）処理の間、これら銅小結節や傾斜銅領域は粒子源となり、ウエハ表面から剥がれ易いために、ダイの歩留まりを低下させることがわかった。加えて、銅をスパッタしたエリアにおいてクランプをウエハに接触させると、スパッタした銅がクランプ表面およびウエハ表面双方に付着する可能性があり、クランプおよびウエハを互いに分離すると、これらの表面上でこのスパッタした銅が裂けたり剥ぎ取られる可能性がある。これらの問題を回避するために、改良したクランプが開発され、前述の望ましくない現象を防止することによって、歩留まりが大幅に改善されることをここに記載する。
【００１７】
加えて、窒化タンタル（ＴａＮ）コーティングをバリア堆積チャンバの構成部品上に塗着すると、チャンバ・メンテナンスの後、粒子のためのチャンバ・ダウン・タイムが大幅に短縮することもわかった。チャンバにＴａＮを被覆しなかった場合、チャンバの内部コンポネント上にスパッタした残留タンタルは、容易に剥がれ、チャンバ内部およびウエハ上に粒子を発生させた。この結果、チャンバ浄化の頻度を高める必要性が生じ、対応して機器のダウンタイムが増大した。周期的にＴａＮをチャンバに被覆／乾燥させることによって、タンタルの内部チャンバ構成部品に対する接着性を高め、粒子を減少させ、これによってチャンバのダウン・タイムを短縮し、半導体素子のダイの歩留まりが改善することが発見された。
【００１８】
従来技術の処理では、ビア・エッチングおよび予備金属堆積プロセスは、典型的に、露出した下地のアルミニウム移転(removal)を減少させることを保証するようには最適化されていなかった。典型的に、再度堆積したアルミニウムは隣接した層を介して容易に拡散せず、しかもアルミニウムは後続の化学処理によって容易に除去されるので、アルミニウム移転の減少は懸念ではなかった。しかしながら、銅の膜ではそうはいかない。この場合、銅の移動イオンによる汚染を生ずる潜在的な可能性のために、エッチングおよび予備金属堆積プロセスを進める際、その目的とする作業を遂行する間に、露出した銅を大量に移転させないことが有利である。したがって、ここでは、バック・スパッタリングおよび露出した相互接続領域からの銅の移転に起因する銅関連汚染に伴う問題を抑えることにより、歩留まり改善および信頼性向上を図る、新たなビア処理技術を教示する。加えて、予備金属堆積処理の間に移転する銅の量は、大幅に減少し、しかも開口の角部は十分に予備浄化され、輪郭を明確にし、即ち、丸くすることができるため、接触抵抗が改善し、ステップ・カバレッジが改善し、後続の金属堆積処理の間ボイドの形成が減少する。
【００１９】
加えて、銅バリア層を形成するために用いられる耐熱金属の多くは、その膜応力特性が、上下に位置する導電層および誘電体層に関して、大幅に変動する可能性がある。これらの応力差のために、重大な信頼性および歩留まりの問題が生ずる虞れがある。ここでは、複合タンタル・バリア層の堆積を教示する方法を記載する。この場合、互いに対して、層の一部分の張力(tensile)を大きくし、層の他の部分の張力を小さくすることによって、応力に関連する合併作用(complication)を減少させる。この張力設計複合層(tensile-engineered composite layer)を形成するには、バリア・チャンバのコイルに供給する電力のデューティ・サイクルを、バリア・チャンバのターゲットに供給する電力に対して変化させる。加えて、ターゲットと共に、ウエハ上に物質をスパッタするためのソースとしてコイルも利用し、複合膜（例えば、コイルから１つの材料、ターゲットから別の材料）を形成し、ウエハ全体にわたる堆積層の全体的な均一性を改善することができる。
【００２０】
したがって、前述の改善を統合することにより、銅相互接続部に用いるバリアおよびシード層プロセスの著しい改善がもたらされる。前述の統合的改善は、図１ないし図１４を具体的に参照することにより、一層理解を深めることができよう。
【００２１】
図１は、マルチ・チャンバ集積回路堆積システム１を示す。システム１は、ウエハを一地点から別の地点に移動させるように設計された、２つのロボット制御転送チャンバを含む。第１ロボティック・チャンバはバッファ・チャンバ３であり、第２ロボティック・チャンバは転送チャンバ２である。
【００２２】
図１に示すロード・ロック(load lock)７の１つにウエハを配置することによって、システム１に入れる。ロード・ロック７が適切な温度，圧力等において安定化した後、バッファ・チャンバ３がウエハをロード・ロック７から脱気および整合チャンバ５に移動させる。脱気および整合チャンバ５は、半導体ウエハ内に形成されているフラット(flat)またはノッチを用いて、システム１内部での処理のために、回転によりウエハを整合させる。加えて、ウエハを種々の処理チャンバの１つに導入する前に、脱気および整合チャンバ５はウエハに熱またはエネルギを加え、有機的な汚染，水，またはその他の望ましくない物質をウエハから除去する。かかる除去は、これらの物質がシステム１内のチャンバのいずれかを汚染するという可能性を低下させるために行われる。
【００２３】
チャンバ５内部での処理の後、バッファ・チャンバ３を介して、図１に示す（図２も参照）高周波（ＲＦ）予備浄化チャンバ１０の１つに、ウエハを移動させる。ＲＦ予備浄化チャンバ１０は、インレイド・ビアおよび／またはトレンチ開口の角部分を丸めるために用いられる。加えて、予備浄化チャンバでは、後続の銅バリアおよび銅シード層形成の準備として、半導体ウエハの露出した導電面を浄化する。
【００２４】
チャンバ１０によって処理された後、転送チャンバ９を介して、転送チャンバ２にウエハを転送する。次いで、転送チャンバ２は、ウエハをバリア堆積チャンバ４０（図３も参照）に導入する。転送チャンバ２を介した処理チャンバ間のウエハの転送は、制御された状態の下で、制御された環境で行われ、これによってウエハ転送の間ウエハ上の汚染が減少する。バリア堆積チャンバ４０は、ウエハ上に銅を堆積する前に、半導体ウエハ上に銅バリア層を堆積する。バリアは、好ましくは、タンタル，あるいはその他の何らかの耐熱金属または耐熱金属窒化物である。あるいは、バリア層の形成に有用な他の種類の単一材料または複合材料を用いて形成することも可能である。
【００２５】
バリア層を形成した後、シード層堆積チャンバ７０（図４も参照）にウエハを移送する。チャンバ７０において、銅シード層を形成し、その上に、電気めっき、無電解めっき、堆積、スパッタ等で銅を形成することができる。銅シード層を形成した後、チャンバ９を介してオプションの冷却チャンバ（図示せず）にウエハを移送し、バッファ・チャンバ３に移動させる前にウエハを冷却する。次に、バッファ・チャンバ３は、チャンバ９からロード・ロック７に逆にウエハを転送することにより、ウエハをシステム１から取り出す。取り出す時点で、処理された半導体ウエハは、その露出表面上に、導電性バリア層および銅シード層が形成されており、バルク銅堆積およびＣＭＰの準備が整っている。
【００２６】
マルチ・チャンバ堆積システム１内部の個々のチャンバおよびそれらの副構成部品については、図３ないし図７において更に詳しく論ずる。システム１が、先に論じたシーケンスによって移送される半導体ウエハに対して有する効果については、ここの図８ないし図１１に詳しく示す。加えて、図１のシステム１が半導体ウエハ上で行う工程については、ここの図１２ないし図１４を参照しながら、更に例示し論ずることにする。したがって、図２ないし図１４の論述によって、先に論じたプロセスを一層深く理解することができよう。
【００２７】
図２は、図１に示したＲＦ予備浄化チャンバ１０を更に詳しく示す。チャンバ１０は、ドーム１２を含み、これを用いてＲＦ予備浄化チャンバ１０内部にＲＦ予備浄化環境を封じ込める。通常、ドーム１２は、ビーズ噴射クオーツ(bead blasted quartz)で作られ、粒子の接着を促進する。加えて、クオーツは誘電体材料であり、外部電界（例えば、以下で論ずるコイル１６からの電界）が、予備浄化処理環境に影響を及ぼし、ウエハの処理を行うことを可能にする。したがって、クオーツが好ましい材料ではあるが、外部電界の通過を妨げないのであれば、他の材料も使用可能である。
【００２８】
ドーム１２は、シールド１４によって側面および上面に沿って密封(encase)され、更にベース・プレート１８によって底面に沿って密封されている。エレメント１４，１８は通常アルミニウム，または無線周波数（ＲＦ）を遮蔽可能な同様の金属材料で作られる。シールド１４およびドーム１２間に位置するのはコイル１６である。コイル１６は、その形状が円筒状であり、クオーツ・ドーム１２を包囲する。コイル１６には、コイル電源２６によって、低周波ＲＦ電力が供給される。
【００２９】
図２に示すように、半導体ウエハ２２がウエハ・ペデスタル２０（ウエハ・チャック）上に置かれ、ここで続いて処理される。ウエハ・ペデスタル２０には、ペデスタル電源２４によって、高周波ＲＦ電力が供給される。ウエハ２２は、真空，機械式クランプ，静電力等を用いて、ペデスタル２０に固着することができる。あるいは、システムによっては、ウエハを固着せずに放置してもよい。図２は、ガス供給ライン２８を示す。ガス供給ライン２８は、クオーツ・ドーム１２によって封じ込められている内部チャンバ環境にガスを供給する。内部チャンバ環境に供給されるガスは、通常不活性スパッタリング・ガスであり、典型的に、アルゴン，窒素，またはキセノンが含まれる。加えて、図２は、排気ポート３０を示す。排気ポート３０は、反応後の副産物および未反応の副産物をチャンバ１０から除去し、ウエハ処理の間圧力を維持する。通常、チャンバ１０は、ウエハ２２の予備処理および予備浄化を行い、バリア層およびシード層を堆積する前に、インレイド開口の角部を丸め、開口内部の露出されている導電面を浄化する。予備浄化プロセスについては、図９および図１２を参照しながら更に詳しく説明する。
【００３０】
図３は、図１に示したバリア堆積チャンバ４０を更に詳細に示す。図３のバリア堆積チャンバ４０は、アルミニウムまたはアルミニウム・アーク溶射ステンレス鋼で作られたシールド４２を含む。シールド４２の上面上には、トップ・プレート４４がある。トップ・プレート４４は、回転磁気アセンブリ４６を収容即ち支持する。回転磁気アセンブリ４６は、ターゲット４８からウエハ２２上にバリア材料をスパッタする間、原子をスパッタリング・ターゲット４８に放射する。スパッタリング・ターゲット４８は、トップ・プレート４４の底面に取り付けられており、好ましくはタンタル（Ｔａ）で作られる。あるいは、バリア層ターゲットは、窒化タンタル（ＴａＮ），窒化チタン（ＴｉＮ），タンタル・タングステン（ＴｉＷ）等のような、その他の材料で構成することも可能である。ターゲット４８には、典型的に、図３に示すようなターゲット電源５０によって供給される、直流（ＤＣ）を給電する。
【００３１】
筐体４２の内周は、コイル５２を支持する。コイル５２は、コイル電源５４に接続されており、これによって、ウエハ処理の間コイル５２にバイアスをかけることができる。ウエハ２２は、チャンバ４０のウエハ・ペデスタル５６（ウエハ・チャック）上に置かれる。真空，機械式クランプ，静電力等を用いて、ウエハをウエハ・ペデスタル５６に固着することができる。しかしながら、ここに記載中の実施例では、ウエハ・ペデスタル５６にウエハを固着しない。ペデスタル５６には、ペデスタル電源５８によってバイアスがかけられる。具体的なバイアス条件については、後に図１４を参照しながら詳細に論ずることにする。
【００３２】
ベース・プレート６０内には開口（群）があり、図３に示すように、これを通じて入力ガス・ソース６２がチャンバ内に供給される。入力ガス・ソース・ポート６２は、窒素，アルゴン，および／またはキセノンというような種々のガスを、処理チャンバ４０内に導入し、スパッタリング処理を一層効果的に行うことを可能にする。加えて、図３は、排気ポート６４も示す。排気ポート６４は、スパッタリング処理の残留副産物を除去するため、およびウエハ２２のスパッタ処理の間チャンバ内の圧力を規制するために用いられる。
【００３３】
ウエハ２２がペデスタル電源５８によって効率的にバイアスされることを保証するために、図３に示す誘電体絶縁リング５３を用いて、ウエハ・ペデスタルおよびその他の導電性チャンバ構成部品間の電気的接触を防止する。誘電体絶縁リング５３は、セラミック材料で作ることが好ましい。しかしながら、タンタル・ターゲット４８からセラミック絶縁リング５３上に本来スパッタされるタンタル（Ｔａ）は、強く接着せず、このため、タンタルのセラミック絶縁リング５３からの剥離が頻繁に生じ、ウエハ２２上の粒子汚染を増大することがわかっている。この粒子汚染は、ダイの歩留まりを著しく低下させる。したがって、本発明の一実施例によれば、セラミック即ち誘電体絶縁リング５３の上面の露出面に、アーク溶射アルミニウムまたはフレーム溶射アルミニウムの層を被覆する。このようにセラミック絶縁リング５３上に表面を追加することにより、タンタル堆積の間、タンタルの絶縁リング５３への接着性が高くなり、これによって、従来技術において用いられていた絶縁リングに対して、チャンバ内の粒子制御が大幅に改善される。
【００３４】
加えて、ターゲット４８からスパッタされるタンタル（Ｔａ）はチャンバ４０内部の他のコンポネント上にも容易に堆積することがわかっている。一例として、タンタルは、シールド４２，クランプ５５，またはチャンバ４０内部にあるその他のコンポネント上に堆積することができる。通常、タンタルは、時間が経過しても、これらのコンポネントに直接適当に接着しない。スパッタされたタンタルがこれらのコンポネントに強く接着しない場合、剥離して粒子量の増大を招き、歩留まりに悪影響を及ぼし、システムのダウンタイムが増大する。
【００３５】
これらの問題を回避するために、チャンバ４０を浄化する際に、ウエハをチャンバ４０に再度導入する前に、チャンバ４０にコンディショニング工程を実行するとよいことがわかっている。このコンディショニング工程は、ガス入力ライン６２を通じてチャンバ４０に窒素を導入しつつ、窒素雰囲気内でターゲット４８からＴａを反応的にスパッタすることから成る。一例として、一実施例では、これは、ターゲット４８に約１３００ないし１７００ワット（Ｗ）の範囲の電力を供給し、コイル５２に約１３００ないし１７００Ｗの範囲の電力を供給し、電源５０，５４および／または５８によってペデスタル５６に電力を供給することによって、チャンバ４０の内面部分およびその構成部品全体に、窒化タンタル膜の堆積が形成されるようにすることによって、反応性スパッタリング堆積システムにおいて行われる。窒化タンタル膜は、約０．２５ないし０．７５マイクロメートルの範囲の厚さに堆積される。コンディショニング工程の間、ペデスタル上に金属ディスクを配置し、スパッタされた物質がヒータ上に堆積するのを防止する。このコンディショニング工程によって、クリティカルな内部チャンバ構成部品にＴａＮを被覆することによって、ウエハ処理の間にチャンバ構成部品上に続いて堆積されるタンタルの接着性を高める。チャンバ４０によって指定数のウエハを処理し終えた後、別のチャンバ・メンテナンス浄化過程，および内部チャンバ構成部品上に窒化タンタル（ＴａＮ）を堆積する別のコンディショニング処理を再度行う。代替実施例では、窒素環境においてターゲットからのＴａをスパッタしＴａＮ層を形成する代わりに、複合ＴａＮターゲットを代わりに用いて、内部チャンバ構成部品上に窒化タンタル層を堆積することも可能である。
【００３６】
図４は、図１に示したバリア堆積チャンバ７０を更に詳細に示す。図３と同様に、チャンバ７０は、これまでに論じたエレメントと同様のシールド７２，トップ・プレート７４，回転磁気アセンブリ７６，銅ターゲット７８，ターゲット電源８０，コイル８２，コイル電源８４，ウエハ・ペデスタル８６，ペデスタル電源８８，ボトム・プレート９０，入力ガス・ソース９２，排気ポート９４を備えている。しかしながら、図４のウエハ支持およびクランプ構造は、図３のチャンバ４０に示すそれとは異なる。図３におけるウエハはチャンバ４０内において自由放置状態であったのに対して、図４におけるウエハは、改良クランプ８５を用いて、図４のウエハ・ペデスタル８６にクランプされている。
【００３７】
動作の間、電源８０、８４、８８は、アルゴン（Ａｒ）または同様の不活性ガスを入力９２を通じてチャンバ７０に供給する間、システムに給電する。この結果、銅がターゲット７８からウエハ２２上にスパッタされる。ここに述べる改良は、プロセスにおいては、図４において用いられている具体的な改良クランプ８５における程多くない。したがって、図５ないし図７によって、クランプ８５の詳細な論述を行うことにする。
【００３８】
図４に示すクランプ８５は、ウエハの周辺領域における銅の剥離を減少させることによってＩＣ製造の間における粒子および粒子に関連する歩留まりの問題を減ずるために、設計し直されたものである。図５は、図４に示すクランプの内周部分の拡大断面図を示し、更にウエハ２２に対するその位置および機能を示す。クランプ８５の接触部分１００は、基礎となるウエハ・ペデスタル即ち支持部材（図示せず）にウエハを固着するために用いられる。クランプの内径に位置する隆起領域を、シャドウ部分(shadow portion)と呼ぶ。これは、ウエハ２２の周辺部分の領域１０２上に位置する。図５は、クランプ８５のシャドウ部分が、ウエハ２２の表面から距離１０４だけ上に位置することを示す。図５に示すクランプの設計における重要な点は、クランプ８５がウエハ２２に接触する、または近接する点１０５にある。通常、点１０５がクランプの他の寸法に対して適正に設計されていない場合、スパッタされた銅の望ましくない堆積が生ずる。これは、ウエハを外す(unclamp)ときに問題となり得る。ウエハを外す際、点１０５付近でウエハおよびクランプ双方に連続して形成された銅は、これらの表面双方から剥がれ易い。これは、粒子を発生する可能性があり、更に後の処理の間にウエハから銅膜が後から剥がれる原因ともなり得る。
【００３９】
図５の設計における改良（群）は、図７に示す従来技術のクランプ９９に関して、最良に理解し論述することができる。クランプ９９がウエハ２２を固着している間、銅または銅シード層１０８が上に位置するターゲットからスパッタされる。シャドウ部分の高さ１１４が高過ぎる場合、銅は、経路１１６のような経路に沿ってスパッタされ、ウエハのシャドウ部分の下の領域に形成される可能性がある。これらの領域に形成される銅は、（厚い層から薄い層へ）段階的な厚さを有し、最終的にシャドウ部分１１５の下の最外側エリアにおいて銅の小結節として終結する可能性がある。このシャドウ部分は、ウエハ２２の周辺部分に向かって位置する。銅小結節１１０および傾斜銅部分１１２は、後続の銅めっき処理において非均一にめっきされるため、問題である。加えて、銅めっきおよび化学機械式研摩（ＣＭＰ）処理が銅小結節１１０および傾斜銅部分１１２上で行われるために、時が経つに連れてウエハからかなり剥離する潜在的な可能性があり好ましくない。したがって、当技術分野では、可能な限り常に銅小結節１１０および傾斜銅領域１１２の形成を減少させる必要性がある。
【００４０】
加えて、従来技術のクランプは、図７に示すように、十分に広くないシャドウ領域１１５を生ずる場合がある。この領域１１５が狭すぎ、高さ１１４が大きすぎると、典型的にクランプ９９をウエハ２２に接触させる点１１７も、その上およびその周囲に銅を堆積させる潜在的な可能性がある。その結果、十分な銅が点１１７上に形成し、クランプをウエハから分離するときに、点１１７において、銅層１０８が裂けたり剥ぎ取られることになる。これは、ウエハ２２のエッジから粒子が発生することによって、歩留まりに影響を及ぼす可能性がある。したがって、銅または銅シード層の形成に用いるために改良された機能的なクランプを開発するためには、寸法１１５，１１４は、当技術分野に現在存在するものよりも注意深く設計しなければならない。
【００４１】
図５は、かかる改良されたクランプ８５を示す。寸法１０４は、図７の高さ寸法１１４よりも小さい。即ち、従来技術は、寸法１１４が８ミル（２０３マイクロメートル）未満のシャドウ部分を有するクランプを作成していない。ウエハ２２から離れたかかる「高い」シャドウ部分は、少なくとも部分的には、クランプ９９に対して先に論じた問題の原因となる。図５では、クランプ８５の寸法１０４は、８ミル（２０３マイクロメートル）未満と設計されている。好適実施例では、寸法１０４は５ミル（１２７マイクロメートル）未満であり、場合によっては３ミル（７６マイクロメートル）未満とする。通常、図５の寸法１０４は、殆どの場合、おおまかに２ないし５ミル（１２７マイクロメートル）の範囲にあるいずれかの値である。寸法１０４を小さくすると、シャドウ部分の下に形成される銅の量が減少し、これに対応して、シャドウ部分の下に生ずる傾斜した銅や銅の小結節に伴う問題も減少する。図５のクランプの内周１０７とウエハを接触させないことは重要である。これは重要であり、そうでないと図７の点１１７に関して先に論じた引裂の問題が生ずる。ただし、この場合は、かかる銅の蓄積および引き裂きは、図５の点１０５ではなく、１０７において発生する。したがって、スタンドオフ寸法１０４を、ウエハ・トポグラフィ(wafer topography)および堆積したバリアの厚さ，シードおよび／または銅層に依存するなんらかのスレシホルド未満の点に下げないことには、正当な理由がある。
【００４２】
加えて、図５における寸法１０２は、概略的に２０ミル（５０８マイクロメートル）以上に設定し、対角線堆積経路１１６（図７に示す）による銅材料の好ましくない蓄積が点１０５において生じないことを保証する。この寸法１０４に対する１０２の相対的な寸法の延長によって、更に、シード層の周辺部分の引裂が回避されるか、あるいは大幅に減少することを保証する。要約すると、改良クランプ８５は、図７に示す、銅の傾斜１１２および銅の小結節１１０を減少させることによって、周辺の銅剥離および粒子を大幅に減少させる。加えて、新たに設計したクランプ８５は、ウエハに接触するクランプ８５の表面付近に銅の蓄積が発生せず、銅シード層の形成の間に、意に反してウエハ２２の表面から銅が引裂かれることがないように保証する。
【００４３】
本質的に、図７に示す問題は、寸法１１５，１１４によって既定される矩形二次元形状によるものである。図５に既定する矩形領域の形状を、寸法１０２，１０４によって変更することによって、銅シード層の形成に改良が得られる。したがって、前述の具体的な寸法１０２，１０４によるクランプの改良について説明する代わりに、寸法１０２、即ち、オーバーハングは、ウエハの表面から上に、シャドウ部分の寸法１０４即ち高さの少なくとも２．５倍となるようにしなければならないことを代わりに述べることができよう。内輪に見積もって、距離１０２は、寸法１０４の少なくとも４．０倍とすべきであろう。かかる幾何学的関係により、図７の傾斜した銅１１２の形成および小結節１１０の形成を減少させるかまたは回避することを保証し、同時に図５の接触点１０５または外周点１０７においてウエハから銅シード層が引裂かれないことも保証する。
【００４４】
図６は、図４のチャンバ７０において用いられるクランプ８５を上から見た図を示す。殆どの半導体ウエハ２２は、英数字識別領域１０６を含み、典型的にウエハの表面を横切ってレーザで刻印された文字を含む。図３のチャンバ４０では、これらの英数字を処理し、Ｔａバリア層で被覆した。バリア層は非常に薄く、これに比して、英数字は非常に深く形成されているので、英数字は、英数字のトポグラフィ内のバリア層の堆積によって、歪んだり、埋まったり、事実上消去されることはない。しかしながら、銅シード層は、続いて潜在的に０．４マイクロメートル以上の厚さに形成され得るので、英数字識別領域１０６を完全に隠すか、あるいは実質的に歪める可能性がある。したがって、図４および図５に示すクランプ８５は、図６において、クランプがウエハ上に位置する場合に、英数字識別領域１０６を覆う部分を有するリング形状に加工される。こうすることによって、銅シード層は、英数字識別領域を除いた領域に形成され、これによって銅めっきを行った後でも、これら識別記号は保存される。
【００４５】
したがって、図５および図６双方によって、図４のシード層堆積チャンバ７０内部で用い、銅相互接続部の処理を改良する、改良クランプ構造を示す。
【００４６】
図８ないし図１１は、図１ないし図６に既に示したシステムを用いて、デュアル・インレイド銅相互接続構造を形成する方法を断面図で示す。
【００４７】
図８は、基板上に形成された誘電体領域２００を示す。好適な形態では、基板はシリコン・ウエハである。しかしながら、シリコン・カーバイド，ゲルマニウム・シリコン，ゲルマニウム，ガリウム砒素，その他のＩＩＩ−Ｖ族化合物、絶縁物上シリコン（ＳＯＩ）基板，および同様の半導体材料のような、その他の基板も、本願の教示によれば使用可能である。この基板の上面上には、種々の導電層および誘電体層が形成される。これらの層は、金属，耐熱金属，シリサイド，ポリシリコン，窒化物，酸化物等のような材料を含むが、これらに限定されるという訳ではない。基板上面上のこれらの層は、種々の能動素子，受動素子，および基板表面上の電気素子間の相互接続領域を形成する。
【００４８】
図８において、かかる相互接続領域の１つを相互接続部２０２として示す。好適な形態では、相互接続部２０２は銅材料で作られ、適切なバリア層（図８には具体的に示されていない）を有するデュアル・インレイドまたは単一インレイド構造であることが好ましい。相互接続部２０２の上面上には、窒化シリコン，シリコン濃厚窒化シリコン，酸窒化シリコン，プラズマ・エンハンス窒化物，および／または同様の材料あるいは複合材のような、エッチ・ストップ層２０４を形成する。エッチ・ストップ層２０４上には、１つ以上の誘電体層２０６を形成する。誘電体層２０６は、１つ以上のテトラエチルオルトシリケート（ＴＥＯＳ：tetraethylorthosilicate），ボロフォスフォシリケート・ガラス（ＢＰＳＧ：borophosphosilicate glass），フォスフォシリケート・ガラス（ＰＳＧ：phosphosilicate glass），フッ素ドープＴＥＯＳ，低誘電率誘電体(low-k dielectrics)，酸窒化物，および／または同様の誘電体あるいはその複合体を含む。層２０６上には、第２エッチ・ストップおよび反射防止コーティング（ＡＲＣ：anti reflective coating）層２０８を形成する。層２０８を形成するために用いる材料は、層２０４を形成するために用いる材料と同様である。層２０８の上面上には、別の誘電体層２１０があり、誘電体層２０６について先に論じたのと同様の材料および処理によって形成する。
【００４９】
層２０４ないし２１０の形成後、フォトリソグラフ・プロセスをエッチング・プロセスと共に用いて、図８に示すように、層２０４ないし２１０を貫通する単一インレイドまたはデュアル・インレイド開口を形成する。図８では、トレンチ部２１２ａおよびビア部２１２ｂを有するデュアル・インレイド開口が示されている。開口２１２は、「ビア最初／トレンチ最後」、「トレンチ最初／ビア最後」、または図８に示す構造全体を結果的に形成するその他のいずれかの方法で形成可能である。
【００５０】
図８に示す構造の形成後、図１に示すように、システム１のロード・ロック７内にウエハ２２を配置する。ここで教示したように、ＲＦ予備浄化チャンバ１０にウエハを転送する。ＲＦ予備浄化チャンバ１０内において、図９に示すように、アルゴンまたはキセノンのような不活性ガスを電界の存在の下でイオン化し、イオン化粒子２１４をウエハ表面に向かわせることによって、ウエハ２２をエッチングする。イオン化粒子２１４は、図９に示すように、層２１０，２０６，２０２の表面上で衝突する。しかしながら、露出表面２０２ａから露出された銅層２０２の部分を大量にスパッタまたは除去することなく、丸い角部２１０ａ，２０６ａが形成されるように、イオン化粒子２１４に給電する。深さに基づいてかかる選択的除去を行うには、コイル電源２６を用いてコイル１６に高レベルのＲＦ電力を給電し、ペデスタル電源２４を用いてウエハ・ペデスタルに比較的低いレベルのＲＦパワーを給電する（図１３も参照）。この電力差によって、下側の露出表面部分に対して、上側の露出表面部分に沿った方に、イオン衝撃からの高いエッチング・レートが得られることを保証する（例えば、角部２１０ａは、角部２０６ａよりも大きく丸められる。何故なら、表面２１０は表面２０６よりも高いレートでエッチングされるからである）。更に、開口底面における露出表面２０２は、受けるイオン衝撃量が最も少ないので、開口の部分からは最少量の材料が除去即ちスパッタされる。更に、角部２１０ａ，２０６ａの端部から除去される材料の量は、表面２０２ａから除去される材料の量よりも多い。角部を丸めることによって、その後に堆積するバリアおよび導電膜のステップ・カバレッジを改善し、開口内においてこれらの膜を一層均一に堆積可能とすることによって、開口底面におけるボイド発生の低減に供することになる。
【００５１】
従来技術では、典型的に、コイル電力およびウエハ・ペデスタル電力（ウエハ電力）は、２００ワットのような等しいレベルに設定されていた（例えば、図１３参照）。このように等しいレベルが用いられていたのは、アルミニウム相互接続部における露出アルミニウムの移転即ちスパッタリングが、集積回路の歩留まりおよび信頼性に対して有害ではないからである。しかしながら、図９において表面２０２ａからバック・スパッタされ移転され、更に誘電体層２１０，２０６上に再度堆積される銅は、従来技術のアルミニウムとは異なり、歩留まりに悪影響を及ぼす可能性がある。層２１０，２０６上に堆積されたいずれの銅も、層２１０，２０６を介して容易に拡散し、潜在的に素子の汚染および歩留まりの低下を招く可能性がある。加えて、銅の汚染は、アルミニウムの場合のように、化学処理やエッチングによって容易に除去することができない。したがって、図９のプロセスによって、相互接続部２０２の表面２０２ａからの銅の移転率を減少させることが、素子の信頼性にとって有効である。
【００５２】
要約すると、図２のチャンバ１０内で行われる図９のプロセスは、丸めた角部２１０ａ，２０６ａを形成し、ステップ・カバレッジを改善し、その後の銅相互接続部のボイディングを減少させる一方、同時に表面２０２ａからの銅のスパッタリングの割合を低下させることによって、歩留まり低下を招く銅の汚染を発生する可能性を低下させる。
【００５３】
図９を用いて説明した予備浄化処理を実行した後、ウエハ２２を図１のチャンバ１０から図１のバリア堆積チャンバ４０に移動させる。尚、図１のチャンバ４０は、図３にも更に詳しく示されていることを注記しておく。図１０は、図１および図３に示すチャンバ４０を用いて、図９に以前に示したウエハの表面上に、バリア層２２０を堆積する工程を示す。典型的に、層２２０は、厚さ約２００オングストロームないし７５０オングストロームに形成し、タンタル（Ｔａ）層であることが好ましい。好適な形態では、複合層２２０の応力を設計する際、層２１０の部分は張力が徐々に減少する層として堆積し、一方層２１０の他の部分は張力が徐々に増大する層として堆積する。言い換えると、図１０において、層２２０の張力が高い部分を少なくとも１箇所形成し、層２２０の張力が低い部分を少なくとも１箇所形成し、完全なＴａバリア層を形成する。かかるバリア層２２０の形成によって、ＩＣ製造における、ストレスに関連する信頼性の懸念が減少し、全体的にＩＣの歩留まりが改善する。高張力および低張力複合層２２０を形成するために使用可能な具体的な方法については、以下で図１２および図１４を参照しながら更に具体的に明記する。
【００５４】
図１のチャンバ４０内におけるバリア層２２０の形成の後、ウエハをチャンバ４０からチャンバ７０に移動させる。尚、チャンバ７０は、本明細書の図４に更に詳細に示されていることを注記しておく。図４では、図５および図６に示し先に論じた改良クランプを用いて、図１０のバリア層２２０上に、改良された銅シード層２２２を形成する。通常、層２２２は銅層として形成し、通常厚さ１００オングストロームないし２０００オングストロームの間に形成する。時として、特にほぼ垂直なビア側壁では、シード層の厚さは、平坦面の方が側壁表面よりも大きくなる場合がある。しかしながら、先に図９に示した丸い角部２１０ａ，２０６ａのために、かかるステップ・カバレッジを改善することができる。加えて、図１０のプロセスにおける図５および図６の改良クランプの使用により、特にウエハ周囲において、従来技術において用いられていたハードウエアおよびプロセスに対して、歩留まりが大幅に改善する。
【００５５】
更に、チャンバ・コイルおよびチャンバ・ターゲット双方からシード層および／またはバリア層をスパッタすることによって、均一性が格段に改善することがわかった。加えて、５０マイクロメートル未満の粒度(grain size)を有する銅シード層のコイルは、銅シード層の品質を高め、電気移動および信頼性に対して潜在的に効果があることがわかった。通常、従来技術では、コイルの粒度は、銅シード層の品質には殆ど影響を及ぼさないと考えられていた。
【００５６】
加えて、銅シード層の均一性は、更に、意図的にコイルおよびターゲット双方から物質をスパッタすることによって、制御され改善される。これは、コイルから偶発的に生ずる残留スパッタリングと同一ではない。当技術分野では、コイルから物質をスパッタすることは望ましくない。何故なら、当技術分野では、かかるスパッタリングには何ら利点が見出されず、しかもかかるスパッタリングはコイルの寿命を縮めるだけに過ぎないからである。しかしながら、あらゆるスパッタリング・システムにおいても、常にチャンバ構成部品から物質に対して、微量のスパッタリングおよび取るに足らないスパッタリングがある。ここに教示するプロセスは、コイルからのスパッタリングの割合を意図的に高めるによって、堆積した層の大部分を、コイルから移転された材料とすることを教示する。例えば、本発明の実施例は、銅シード層における材料全体の少なくとも最少５％がコイルから得たものであるとするが、一方、従来技術では、典型的に、銅シード層内の材料の内、コイルから得るのは１ないし２％以下である。加えて、コイルおよびターゲットは、いずれも、銅，銅合金，または異なる材料で形成し、ウエハ上に複合層を形成することも可能である。要約すると、故意的に給電しコイルからスパッタすることによって、堆積される層の均一性に対する制御性を更に高めるという予期しない効果が得られた。
【００５７】
図１１は、更に、銅充填材を堆積し、デュアル・インレイド相互接続構造を形成した後の図１０のデュアル・インレイド開口を示す。図１１では、無電解，電気めっき，またはＣＶＤプロセスを用いて、シード層２２２上およびデュアル・インレイド開口内部に、銅膜２２４を堆積した。したがって、銅層２２４は、ほぼ開口を充填し、ボイディングが減少または排除され、シード層２２上に形成される。典型的に、銅層２２４の厚さは、５０００オングストロームないし１．２マイクロメートルの間である。層２２４の形成後、化学機械式研摩（ＣＭＰ）プロセスを実行し、デュアル・インレイド開口内に含まれない銅層２２４，シード層２２２，およびバリア２２０の部分を除去する。この研磨プロセスによって、図１０に示すような、デュアル・インレイド相互接続構造が形成される。
【００５８】
図１２は、図１のシステム１にウエハを配置する時点から、図１のシステム１からウエアを取り出す時点までの統合化プロセスを、フロー・チャートで示す。第１ステップ４００において、図１のロード・ロック７にウエハ２２を配置する。ステップ４０２において、ロード・ロック７からバッファ・チャンバ３を介して脱気チャンバ５にウエハを転送する。チャンバ５において、ウエハを加熱し有機物や水分をウエハの表面から除去し、他のチャンバにおける後続処理のために準備しておく。加えて、チャンバ５は、ウエハをウエハ・ノッチまたはウエハ・フラットと空間的に整合する。
【００５９】
ステップ４０６において、チャンバ５からバッファ・チャンバ３を介してチャンバ１０にウエハを転送する。チャンバ１０を用いて、ウエハ２２をＲＦ予備浄化する。ステップ４０８の具体的な予備浄化条件を、従来技術の予備浄化条件と、図１３において比較する。このプロセスおよびその効果について、更に図９の断面図に示す。図１３において、従来技術の予備浄化プロセスは、コイルおよびウエハをおおまかに同じ電力レベルに給電する。これらの電力設定は、スループットの理由のために行われる。コイルおよびウエハの電力が双方共高い電力（例えば、２００ワット）に設定された場合、予備浄化プロセスによって、高速でウエハの全表面から物質を除去する。したがって、スループットの理由からは、高電力プロセスは望ましいものであり、これによって、開口内部で、露出した下地のアルミニウムが大量に、偶然にウエハの表面上にスパッタされた。しかしながら、従来技術のプロセスでは、アルミニウムのスパッタリングを問題にしていない。何故なら、スパッタされたアルミニウムは除去することができ、アルミニウムの汚染は懸念されなかったからである。
【００６０】
しかしながら、図１２のステップ４０８は、図９に示す表面２０２ａ上に露出した銅が存在する状態での予備浄化プロセスである。本発明の一実施例によれば、この目的のためにコイル電力を３００ワット以上に高め、一方ウエハ電力は１００ワット以下に落とし、電力勾配を形成した。これらの電力は概算値(conservatve number)であり、単にコイル電力からウエハ電力に対しておおまかに２：１の電力比を維持するために必要であるに過ぎない。この電力勾配によって、層２１０の露出上面からの物質のスパッタリング即ち移転が、層２０６の露出表面からの物質の移転またはスパッタリングよりも多いことを保証する。一方、これら双方は、図９における開口の底面の露出銅表面２０２ａからスパッタされる物質の量よりは多い。したがって、図９における角部２１０ａ，２０６ａの有利な丸めが、この場合にも得られ（角部２１０ａは角部２０６ａよりも多少丸みが大きい）、かかる丸みによってステップ・カバレッジが改善し、ボイディングが減少する。利点である丸め形状(rounded profile)が得られることに加えて、電力勾配によって、図９の表面２０２ａからの銅の移転が最少に抑えられるので、従来技術のアルミニウム処理では全く問題にならなかった汚染が、銅接続部についても最小となる。
【００６１】
図１３から図１２に戻り、ステップ４１０の後にステップ４０８が続く。ステップ４１０では、ウエハ２２を図１および図２の予備浄化チャンバ１０から、図１および図３のチャンバ４０に移動させる。ステップ４１２では、図３のチャンバ４０が、図１０に示すバリア層２２０を堆積する。バリア膜の堆積は、図１４に示しかつ説明したプロセス・シーケンスにしたがって行う。
【００６２】
図１４において、チャンバ４０内にウエハを配置し、チャンバを安定化させた後、図３のターゲット４８に１０００ワット（ターゲット・バイアス）の電力を印加する。図１０のバリア層２２０の堆積の間、電力を継続的に印加する。ターゲット電力は、具体的に１０００ワットの印加電力を有するものとして示すが、所望の処理結果，および使用する堆積機器の種類に応じて、他のいずれの電力設定でも使用可能である。バリア堆積プロセスの処理期間の間、ターゲット・バイアスに印加する電力は１０００ワットであり、図３のペデスタル電源５８によってウエハ２２に印加する電力（ウエハ・バイアス）は、低い値即ち０ワットに設定する。初期期間の後、ウエハ・バイアスを約０ワットから４５０ワットに変化させ、相互接続開口の底面から開口の側壁にバリア物質をバック・スパッタし、開口内部のバリア膜のカバレッジ全体を改善する。ウエハ・バイアスに印加する波形は、図１４に示すものとは別にすることができる。更に、所望のプロセス結果および使用する機器の種類に応じて、４５０ワット以外の他の電力レベルに傾斜させることも可能である。システムの中には、バリア堆積プロセスの間、ウエハには全くバイアスしない場合もある。
【００６３】
図１４は、好適なターゲット・バイアス電力波形およびウエハ・バイアス電力波形と共に、３つの可能なコイル電力波形６００，６０２，６０４の１つを使用可能であることを示す。第１コイル電力波形６００は、図３のコイル５２にターゲット４８とほぼ同じ時点に電源を入れることを示す。したがって、波形６００は、ターゲット４８に最初に約１０００ワット給電するのとほぼ同時に、コイルに約１５００ワット給電することを示す。波形６００では約１５００ワットを示すが、必要であれば、種々のプロセスおよび機器に対処するために、他の電力レベルも使用可能である。指定した時間期間が過ぎた後、図１４における波形６００で示すように、バリア堆積プロセスを終了する前に、コイル電力を停止するかまたは低下させる。言い換えると、高コイル電力処理シーケンスの間に図１０のバリア膜２２０の初期部分を堆積し、低コイル電力またはゼロ・コイル電力処理シーケンスの間に、膜２２０の別の部分を堆積する。コイルに給電している初期時間期間の間に形成したタンタル・バリアの部分は、比較的低い電力量をコイルに印加したときに形成されたタンタル・バリアの部分と比較すると、異なる応力特性を有する。コイルに給電している間では、低張力のタンタル・バリア膜が堆積される。コイル電力を停止または低下させた時間では、張力が高いタンタル・バリア膜が堆積される。したがって、バリアの堆積の間、コイルへの電力を選択的に制御することによって、上側および下側の層の各応力に対処して、バリアの応力を設計することができ、これによって接着性およびＩＣ全体の歩留まりを改善する。
【００６４】
先に論じた異なるバリア部分の応力特性の差は、堆積したバリア部分へのアルゴン（または同様の不活性ガス）の合体の割合が、コイルに印加する電力上昇の結果として、異なることに起因すると考えられる。即ち、コイルに給電している場合、チャンバ内のアルゴンはイオン化される度合いが大きく、バリア膜内に堆積される量も多くなる。コイルに給電しない場合、チャンバ４０（図３参照）においてイオン化されるアルゴンは減少し、したがってバリア膜内に合体するアルゴンも減少する。したがって、この膜の厚さによるアルゴンの差／勾配は、コイルのデューティ・サイクル曲線（図１４における曲線６００，６０２，または６０４の１つ）に比例する。最終的なバリア膜におけるこれらアルゴンの勾配が、図１０のバリア膜２２０の応力特性の改善に寄与すると考えられる。
【００６５】
図１４は、別の可能なコイル電力波形６０２を示す。このコイル電力波形６０２では、図３のコイル５２を最初にオフにしておき、一方ターゲット電力をイネーブルする。コイル電力を印加しない初期バリア堆積期間の後、図１４の曲線６０２に示すように、コイル電力をイネーブルする。したがって、波形６０２は、基本的に、波形６００の逆であり、これによって、波形６０２は、曲線６００によって形成される膜と比較して、逆の応力特性を有するバリア膜を生成する。波形６０２の処理シーケンスを用いる場合、堆積プロセスの第１段階の間に張力の高いタンタル膜が最初に堆積され、堆積プロセスの第２段階の間に張力の低いタンタル膜が堆積される。
【００６６】
更に、図１４は、図１０のバリア層２２０の形成に使用することができる、第３の可能な波形６０４も示す。波形６０４は、コイル５２にパルス状電力（周期的または非周期的のいずれか）を印加することを示す。図１４におけるようなパルス状コイル電力波形を用いる場合、ウエハ２２上には、張力が低いタンタルの部分および張力が高いタンタルの部分の交互層を徐々に堆積し、図１０のバリア層２２０を形成することができる。したがって、堆積プロセスの間に少なくとも１回選択的にコイルの電源をオンおよびオフすると、バリア層の応力を調整し、複数の異なる制約または条件に対応することが可能となることがわかる。加えて、図１４は主にステップ・カバレッジ波形を示すが、コイル，ターゲット，および／またはウエハ上で使用可能な波形は、経時的にステップ関数曲線である必要はない。例えば、三角形（鋸歯）波形，正弦波形，対数電力曲線，指数電力曲線，その組み合わせ，あるいは他のあらゆる種類のアナログ，連続，量子化波形を用いて、図１０のタンタル（または耐熱金属系）バリア層２２０の異なる種類の応力特性を形成することができる。あるいは、この処理方法論は、金属，耐熱金属，および耐熱金属窒化物のように、応力に関連する問題を生じ易いその他の種々の導電性膜と共に用いることも可能である。加えて、この明細書全体を通じて張力の高低を用いて物質の相対的な応力を説明したが、張力減少および圧縮増大は、相互交換可能に使用できることを、当業者は認めよう。
【００６７】
図１２に戻り、図１４に示し先に論じたように、一旦ステップ４１２を完了したならば、ステップ４１４においてウエハ２２をチャンバ４０からチャンバ７０に転送する。チャンバ７０は、図１に示され、更に図４に一層詳細に示されている。ステップ４１４によってウエハ２２をチャンバ７０に転送した後、ステップ４１６を用いて、図１０の銅シード層２２２をウエハ２２上に堆積する。この堆積プロセスは、図４ないし図６に関して論じた、改良クランプ８５を利用する。したがって、銅シード層が堆積され、ＣＭＰおよび／または銅めっき処理の間、ウエハの周辺付近において後になって剥離する銅層が減少することにより、半導体素子の歩留まりが改善する潜在的な可能性がある。
【００６８】
ステップ４１８において、銅シード層４１６の堆積後、チャンバ７０からチャンバ２を介してチャンバ３にウエハ２２を転送し、更に図１にロード・ロック７に戻す。この時点で、ロード・ロック７を大気圧状態に安定化させ、ウエハ２２をシステム１から除去する。次いで、銅電気めっき，無電解めっき，またはＣＶＤチャンバ（ここでは図示せず）にウエハを転送することによって、銅相互接続メタルルジを堆積する。かかるメタルルジ処理が完了した後、化学機械式研摩（ＣＭＰ）プロセスを用いて、図１１に示すような、インレイドまたはデュアル・インレイド相互接続構造を形成する。
【００６９】
以上具体的な実施例を参照しながら本発明について説明したが、更に別の変更や改良も当業者には想起されよう。したがって、本発明は、特許請求の範囲に既定した本発明の精神および範囲から逸脱しない変更を全て包含することは、理解されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるマルチチャンバ集積回路堆積システムを上から見た図。
【図２】本発明による、図１に示した無線周波数（ＲＦ）予備浄化チャンバを示す断面図。
【図３】図１に示した、本発明によるバリア層堆積チャンバを示す断面図。
【図４】図１に示した、本発明による銅シード層堆積チャンバを示す断面図。
【図５】本発明による図４の具体的なクランプを更に詳細に示す、図４のクランプ部分の拡大断面図。
【図６】本発明による図５のクランプを上から見た。
【図７】不適当な幾何学的形状のクランプを用いた場合の好ましくない波及を示す断面図。
【図８】本発明にしたがって、図１ないし図６に示したシステムを用いて銅相互接続部を形成する方法を示す断面図。
【図９】本発明にしたがって、図１ないし図６に示したシステムを用いて銅相互接続部を形成する方法を示す断面図。
【図１０】本発明にしたがって、図１ないし図６に示したシステムを用いて銅相互接続部を形成する方法を示す断面図。
【図１１】本発明にしたがって、図１ないし図６に示したシステムを用いて銅相互接続部を形成する方法を示す断面図。
【図１２】本発明による銅接続部に用いるバリア層およびシード層を形成する方法を示すフロー・チャート。
【図１３】従来技術のアルミニウム予備浄化方法と、本発明にしたがって用いられる新たな銅予備浄化技法との比較を示す表。
【図１４】本発明にしたがってバリア層の形成を可能とするために、バリア層堆積チャンバ内においてコイル，ターゲット，およびウエハに用いる給電シーケンスを示すＸＹプロット。
【符号の説明】
１ マルチ・チャンバ集積回路堆積システム
２ 転送チャンバ
３ バッファ・チャンバ
５ 整合チャンバ
７ ロード・ロック
９ チャンバ
１０ 高周波（ＲＦ）予備浄化チャンバ
１２ ドーム
１４ シールド
１６ コイル
１８ ベース・プレート
２０ ウエハ・ペデスタル
２２ 半導体ウエハ
２４ ペデスタル電源
２６ コイル電源
２８ ガス供給ライン
３０ 排気ポート
４０ バリア堆積チャンバ
４２ シールド
４４ トップ・プレート
４６ 回転磁気アセンブリ
４８ ターゲット
５０ ターゲット電源
５２ コイル
５３ 誘電体絶縁リング
５４ コイル電源
５５ クランプ
５６ ウエハ・ペデスタル
５８ ペデスタル電源
６０ ベース・プレート
６２ 入力ガス・ポート
６４ 排気ポート
７０ シード層堆積チャンバ
７２ シールド
７４ トップ・プレート
７６ 回転磁気アセンブリ
７８ 銅ターゲット
８０ ターゲット電源
８２ コイル
８４ コイル電源
８５ 改良クランプ
８６ ウエハ・ペデスタル
８８ ペデスタル電源
９０ ボトム・プレート
９２ 入力ガス・ソース
９４ 排気ポート
９９ 従来技術のクランプ
１０６ 英数字識別領域
１０８ 銅または銅シード層
１１０ 銅小結節
１１２ 傾斜銅部分
２０２ 相互接続部
２０４ エッチ・ストップ層
２０６ 誘電体層
２０８ 第２エッチ・ストップおよび反射防止コーティング層
２１０ 誘電体層
２１０ａ，２０６ａ 丸い角部
２１４ イオン化粒子
２２０ バリア層
２２２ シード層
２２４ 銅膜
６００，６０２，６０４ コイル電力波形

Claims (4)

1. ウエハ（２００）上にバリア層（２２０）を形成する方法であって、
   前記ウエハ（２００）上に形成された誘電体層内に開口（２１２）を形成する段階であって、該開口（２１２）が下地の相互接続部（２０２）を露出させ、前記開口（２１２）は、当該開口（２１２）の側壁部分が該側壁部分と垂直な前記誘電体層の表面と交差する領域に形成された角部分を有する、段階と、
   処理チャンバ（１０）内に前記ウエハ（２００）を配置する段階と、
   前記開口（２１２）をエッチングする段階であって、第１のコイル（１６）に印加する第１電力を、ウエハ・ペデスタル（２０）に印加する第２電力の少なくとも２倍とし、前記開口（２１２）をエッチングすることによって前記角部分（２０６ａ，２１０ａ）を丸める、段階と、
   別の処理チャンバ（４０）内に前記ウエハ（２００）を配置する段階と、
   第１時間期間にわたりスパッタリング・ターゲット（４８）に対して、前記バリア層（２２０）の堆積の間に継続的に給電する段階と、
   前記第１時間期間よりも短い第２時間期間にわたり第２のコイル（５２）に対して給電する段階と、
   前記バリア層（２２０）の堆積の間、前記スパッタリング・ターゲット（４８）および前記第２のコイル（５２）双方に対する電力を制御する段階と
   から成り、前記スパッタリング・ターゲット（４８）に対する給電は、前記第２のコイル（５２）に対する給電の前に起こり、前記スパッタリング・ターゲット（４８）に対する給電のみが行われている間に形成されるバリア層の第１部分は、前記スパッタリング・ターゲット（４８）に対する給電および前記第２のコイル（５２）に対する給電の双方が行われている間に形成されるバリア層の第２部分よりも高い張力を有することを特徴とする方法。
2. 前記第２のコイル（５２）に対する給電が、パルス状の波形となるように行われる請求項１に記載の方法。
3. 前記第２時間期間中に前記ウエハ（２００）に対する給電を開始する段階を更に備える請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記バリア層（２２０）はタンタル・バリア層であり、
   前記タンタル・バリア層（２２０）が形成された後、前記タンタル・バリア層（２２０）上に銅シード層（２２２）を形成する段階を更に備える請求項１〜３の何れか１項に記載の方法。

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