JP7808552B2 - 金属リフローを強化するための混合層のための方法および装置 - Google Patents

Description

本開示の実施形態は一般に半導体基板の半導体処理に関する。

ＩＣ（集積回路）などの半導体デバイスは一般に、ウエハまたは基板などの単一の半導体材料体上に集積されて製造されたトランジスタ、ダイオードおよび抵抗器などの電子回路素子を有する。これらのさまざまな回路素子は、数百万個もの個別回路素子を含むことがある完全な回路を形成するために導電性コネクタによって接続されている。相互接続は、集積回路のさまざまな電子素子間の電気接続を提供し、回路素子と集積回路を他の回路に接続するためのデバイスの外部コンタクト要素、例えばピンとの間の接続を形成する。これらの相互接続は、多数の層の全体にわたって構築することができ、トレンチ／ビアによって層内／層間で接続することができる。ますます小さなフォームファクタが追求され続けるにつれて、より小さなフォームファクタの半導体デバイスを可能にするために、相互接続はさらにスケールダウンされなければならない。３ｎｍ以下のノード構造を有するトレンチ／ビアは、その小さなサイズのため、形成中に問題を生じる。トレンチ／ビアに充填する方法としてしばしばリフロー処理が使用されている。しかしながら、より小さなフォームファクタの半導体デバイスについて、従来のリフロー処理はトレンチ／ビアの中にボイドを残すことがあることを本発明者らは見出した。

したがって、本発明者らは、基板上の特徴に充填するための改良された方法および装置を提供した。

本明細書には、基板上の特徴に充填するための方法および装置が記載されている。いくつかの実施形態では、基板上の特徴に充填する方法が、第１の処理チャンバ内で、化学気相成長（ＣＶＤ）処理によって、第１の温度で、基板内に配された特徴の中および基板上に第１の金属材料を堆積させること、第２の処理チャンバ内で、第２の温度および第１のバイアス電力で、第１の金属材料上に第２の金属材料を堆積させて、第２の金属材料のシード層を形成すること、第２の処理チャンバ内で、第１のバイアス電力よりも大きな第２のバイアス電力で、シード層をエッチングして、特徴の中に、第１の金属材料および第２の金属材料を含む混合層を形成すること、ならびに基板を、第２の温度よりも高い第３の温度に加熱し、特徴の中の第２の金属材料をリフローさせることを含む。

いくつかの実施形態では、基板上の特徴に充填する方法が、第１の処理チャンバ内で、化学気相成長（ＣＶＤ）処理によって、第１の温度で、基板上の特徴の中に第１の金属材料を堆積させること、第２の処理チャンバ内で、物理気相成長（ＰＶＤ）処理によって、第２の温度および第１のバイアス電力で、第１の金属材料上に、銅を含む材料を堆積させて、シード層を形成すること、第１のバイアス電力よりも大きな第２のバイアス電力で、シード層をエッチングして、特徴の中に、第１の金属材料および銅を含む材料を含む混合層を形成すること、ならびに基板を、第２の温度よりも高い第３の温度に加熱して、基板上の銅を含む材料をリフローさせることを含む。

いくつかの実施形態では、命令が記憶された非一時的コンピュータ可読媒体であって、この命令が、実行されたときに、基板上の特徴に充填するための方法を実行させる非一時的コンピュータ可読媒体が提供され、この方法は、第１の処理チャンバ内で、化学気相成長（ＣＶＤ）処理によって、第１の温度で、基板内に配された特徴の中および基板上に第１の金属材料を堆積させること、第２の処理チャンバ内で、第２の温度および第１のバイアス電力で、第１の金属材料上に第２の金属材料を堆積させて、第２の金属材料のシード層を形成すること、第２の処理チャンバ内で、第１のバイアス電力よりも大きな第２のバイアス電力で、シード層をエッチングして、特徴の中に、第１の金属材料および第２の金属材料を含む混合層を形成すること、ならびに基板を、第２の温度よりも高い第３の温度に加熱し、特徴の中の第２の金属材料をリフローさせることを含む。

以下では、本開示の他の実施形態および追加の実施形態を説明する。

上に概要を簡潔に示した、後により詳細に論じる本開示の実施形態は、添付図面に示された本開示の例示的な実施形態を参照することによって理解することができる。しかしながら、添付図面は、本開示の典型的な実施形態だけを示しており、したがって、添付図面を、範囲を限定するものとみなすべきではない。これは、本開示が、等しく有効な他の実施形態を受け入れる可能性があるためである。

本開示のいくつかの実施形態による、基板を処理するための方法を実行するのに適したマルチチャンバ処理ツールを示す図である。 本開示のいくつかの実施形態による、第２の金属材料を堆積させ、第２の金属材料をエッチングするための処理チャンバを示す図である。 本開示のいくつかの実施形態による、堆積位置またはエッチング位置にある図２の処理チャンバの基板支持体の一部分の概略側面図である。 本開示のいくつかの実施形態による、加熱位置またはリフロー位置にある図２の処理チャンバの基板支持体の一部分の概略側面図である。 本開示のいくつかの実施形態による、基板上の特徴に充填する方法５００を示す図である。 本開示のいくつかの実施形態による、特徴および特徴の中に配されたバリア層を有する基板の一部分の概略断面図である。 本開示のいくつかの実施形態による、特徴の中に第１の金属材料を堆積させてライナ層を形成した、基板の一部分の概略断面図である。 本開示のいくつかの実施形態による、特徴の中に第２の金属材料のシード層が堆積した、基板の一部分の概略断面図である。 本開示のいくつかの実施形態による、第２の金属材料のシード層をエッチングした後の基板の一部分の概略断面図である。 本開示のいくつかの実施形態による、リフローした第２の金属材料を有する基板の一部分の概略断面図である。 特徴に充填材料が完全に充填された基板の一部分の概略断面図である。

理解を容易にするため、可能な場合には、図に共通する同一の要素を示すために、同一の参照符号を使用した。図は、原寸に比例して描かれておらず、明瞭にするために簡略化されていることがある。特段の言及がなくとも、１つの実施形態の要素および特徴が、別の実施形態に有益に組み込まれることがある。

集積回路内で使用する相互接続を、多数の層の全体にわたって構築することができ、それらの相互接続を、基板上に形成されたトレンチまたはビアなどの１つまたは複数の特徴によって層内／層間で接続することができる。本明細書に記載された方法および装置は、充填材料のリフローを利用してこれらの相互接続を形成する間隙充填処理を表す。基板は通常、基板の１つまたは複数の特徴の中に堆積させた多数の層を含む。例えば、１つまたは複数の特徴の中に、第１の金属材料を含むライナ層を堆積させ、次いで第２の金属材料を含む充填材料を堆積させる。本明細書に記載された方法による充填材料の堆積は、１つまたは複数の特徴の中に、第１の金属材料および第２の金属材料を含む混合層を有利に形成する。

充填材料を堆積させた後、基板の温度を上げて充填材料をリフローさせる。本発明者らは、混合層が、リフロー処理中の１つまたは複数の特徴の充填を有利に改善し、１つまたは複数の特徴の中のボイドを減らすことを観察した。本発明者らはさらに、化学気相成長（ＣＶＤ）処理によって堆積させたライナ層が、物理気相成長（ＰＶＤ）処理に比べて、よりアモルファスな原子構造を有利に形成し、このことが、第１の金属材料と第２の金属材料の混合を促進することを観察した。

図１は、本開示のいくつかの実施形態による、基板を処理するための方法を実行するのに適したマルチチャンバ処理ツール１００を示している。マルチチャンバ処理ツール１００の例にはＣＥＮＴＵＲＡ（登録商標）およびＥＮＤＵＲＡ（登録商標）ツールが含まれ、これらは全て、米国カリフォルニア州Ｓａｎｔａ ＣｌａｒａのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から市販されている。本明細書に記載された方法は、適当な処理チャンバが結合された他のマルチチャンバ処理ツールを使用して実行すること、または他の適当な処理チャンバ内で実行することもできる。例えば、いくつかの実施形態では、上で論じた本発明の方法を、マルチチャンバ処理ツール内で、処理と処理の間の真空破壊が限定されたものとなるように、または処理と処理の間に真空破壊がないように有利に実行することができる。例えば、真空破壊の低減が、マルチチャンバ処理ツール内で処理されている基板の汚染を限定または防止することがある。他の製造業者から入手可能な処理チャンバを含む他の処理チャンバを、本明細書に記載された教示とともに適宜に使用することもできる。

マルチチャンバ処理ツール１００は、真空気密の処理プラットホーム１０１、ファクトリインターフェース１０４およびシステムコントローラ１０２を含む。処理プラットホーム１０１は、真空下にある移送チャンバ１０３に動作可能に結合された、１１４Ａ、１１４Ｂ、１１４Ｃおよび１１４Ｄなどの多数の処理チャンバを含む。ファクトリインターフェース１０４は、図１に示された１０６Ａおよび１０６Ｂなどの１つまたは複数のロードロックチャンバによって移送チャンバ１０３に動作可能に結合されている。

いくつかの実施形態では、基板の移送を容易にするために、ファクトリインターフェース１０４が、少なくとも１つのドッキングステーション１０７および少なくとも１つのファクトリインターフェースロボット１３８を備える。この少なくとも１つのドッキングステーション１０７は、１つまたは複数の前方開口型統一ポッド（ｆｒｏｎｔ ｏｐｅｎｉｎｇ ｕｎｉｆｉｅｄ ｐｏｄ）（ＦＯＵＰ）を受け入れるように構成されている。図１には、１０５Ａ、１０５Ｂ、１０５Ｃおよび１０５Ｄとして識別された４つのＦＯＵＰが示されている。この少なくとも１つのファクトリインターフェースロボット１３８は、ファクトリインターフェース１０４からロードロックチャンバ１０６Ａ、１０６Ｂを通して処理プラットホーム１０１に基板を移送するように構成されている。ロードロックチャンバ１０６Ａおよび１０６Ｂはそれぞれ、ファクトリインターフェース１０４に結合された第１のポートおよび移送チャンバ１０３に結合された第２のポートを有する。いくつかの実施形態では、ロードロックチャンバ１０６Ａおよび１０６Ｂが、１つまたは複数のサービスチャンバ（例えばサービスチャンバ１１６Ａおよび１１６Ｂ）に結合されている。移送チャンバ１０３の真空環境とファクトリインターフェース１０４の実質的な周囲環境（例えば大気環境）との間で基板をやり取りすることを容易にするため、ロードロックチャンバ１０６Ａおよび１０６Ｂは、ロードロックチャンバ１０６Ａおよび１０６Ｂをポンプダウンおよびベントする圧力制御システム（図示せず）に結合されている。

移送チャンバ１０３は、その中に配された真空ロボット１４２を有する。真空ロボット１４２は、ロードロックチャンバ１０６Ａおよび１０６Ｂ、サービスチャンバ１１６Ａおよび１１６Ｂ、ならびに処理チャンバ１１４Ａ、１１４Ｂ、１１４Ｃおよび１１４Ｄの間で基板１２１を移送することができる。いくつかの実施形態では、真空ロボット１４２が、対応するそれぞれの肩軸周りで回転可能な１本または数本の上腕を含む。いくつかの実施形態では、真空ロボット１４２が、移送チャンバ１０３に結合された処理チャンバに延入し、処理チャンバから退出することができるように、この１本または数本の上腕が、対応するそれぞれの前腕部材および手首部材に結合されている。

処理チャンバ１１４Ａ、１１４Ｂ、１１４Ｃおよび１１４Ｄは移送チャンバ１０３に結合されている。処理チャンバ１１４Ａ、１１４Ｂ、１１４Ｃおよび１１４Ｄはそれぞれ、化学気相成長（ＣＶＤ）チャンバ、原子層堆積（ＡＬＤ）チャンバ、物理気相成長（ＰＶＤ）チャンバ、プラズマ励起原子層堆積（ＰＥＡＬＤ）チャンバ、前洗浄／アニーリングチャンバまたは他の同種のチャンバを含むことができる。例えば、処理チャンバ１１４ＡはＣＶＤチャンバである。いくつかの実施形態では、処理チャンバ１１４Ａが、米国カリフォルニア州Ｓａｎｔａ ＣｌａｒａのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から市販されているＶｏｌｔａ（登録商標） ＣＶＤ処理チャンバである。

基板処理の結果が、本明細書に教示されたチャンバ部品表面テクスチャリングに依存することが分かっている場合には、他のタイプの処理チャンバを使用することもできる。

システムコントローラ１０２は、サービスチャンバ１１６Ａおよび１１６Ｂならびに処理チャンバ１１４Ａ、１１４Ｂ、１１４Ｃおよび１１４Ｄの直接制御を使用して、または、その代わりに、サービスチャンバ１１６Ａおよび１１６Ｂならびに処理チャンバ１１４Ａ、１１４Ｂ、１１４Ｃおよび１１４Ｄに関連づけられたコンピュータ（またはコントローラ）を制御することによって、マルチチャンバ処理ツール１００の動作を制御する。システムコントローラ１０２は一般に、中央処理ユニット（ＣＰＵ）１３０、メモリ１３４および支援回路１３２を含む。ＣＰＵ１３０は、工業セッティングで使用することができる任意の形態の汎用コンピュータプロセッサのうちの１つとすることができる。支援回路１３２は、ＣＰＵ１３０に従来どおりに結合されており、キャッシュ、クロック回路、入力／出力サブシステム、電源などを含むことができる。メモリ１３４には、上で説明した処理方法などのソフトウェアルーチンを記憶することができ、それらのソフトウェアルーチンは、ＣＰＵ１３０によって実行されたときに、ＣＰＵ１３０をシステムコントローラ１０２に変える。それらのソフトウェアルーチンはさらに、マルチチャンバ処理ツール１００から遠隔に位置する第２のコントローラ（図示せず）によって記憶および／または実行することができる。

動作時、システムコントローラ１０２は、マルチチャンバ処理ツール１００の性能を最適化し、システム構成要素に命令を提供するために、対応するそれぞれのチャンバおよびシステムからのデータ収集およびフィードバックを可能にする。例えば、メモリ１３４を、ＣＰＵ１３０（またはシステムコントローラ１０２）によって実行されたときに本明細書に記載された方法を実行する命令を有する非一時的コンピュータ可読ストレージ媒体とすることができる。

図２は、本開示のいくつかの実施形態による、第２の金属材料を堆積させ、第２の金属材料をエッチングするための処理チャンバ２００を示している。本明細書では、処理チャンバ２００を、物理気相成長（ＰＶＤ）チャンバに関して例示的に説明する。しかしながら、本発明の原理の方法および装置は、他の処理チャンバ内で使用することもできる。処理チャンバ２００は、処理チャンバ１１４Ａ、１１４Ｂ、１１４Ｃおよび１１４Ｄのうちの１つとすることができる。いくつかの実施形態では、処理チャンバ２００がさらに、その中に配されたコリメータ２１８を含む。処理チャンバ２００は一般に、上部側壁２０２、下部側壁２０３、接地アダプタ２０４およびリッドアセンブリ２１１を含み、これらが、内部容積２０６を取り囲む本体２０５を画定している。内部容積２０６は、処理する基板の所与の直径とほぼ同じ直径を有する中央部分、および中央部分を取り囲む周辺部分を含む。さらに、内部容積２０６は、基板の上方のターゲットの近くに環状領域を含み、環状領域の内径は、基板の上方と基板の半径方向外側の両方にまたがる１つの位置にプラズマの主要部分が配されるように、基板の直径に実質的に等しいか、または基板の直径よりも大きい。

上部側壁２０２と下部側壁２０３の間にアダプタプレート２０７を配することができる。処理チャンバ２００の内部容積２０６内には基板支持体２０８が配されている。基板支持体２０８は例えば、パック（ｐｕｃｋ）２６１を有する静電チャック（ＥＳＣ）２５１を含むことができる。基板支持体２０８は、所与の直径（例えば１５０ｍｍ、２００ｍｍ、３００ｍｍ、４５０ｍｍまたは他の同種の直径）を有する基板を支持するように構成されている。下部側壁２０３には、内部容積２０６内および内部容積２０６外に基板を移送するための基板移送ポート２０９が形成されている。いくつかの実施形態では、処理チャンバ２００が、基板２０１上に第２の金属材料、例えば銅、コバルトまたはアルミニウムを堆積させるように構成されている。基板２０１は、図１に示された基板１２１とすることができる。

内部容積２０６に処理ガスを供給するため、処理チャンバ２００にはガス源２１０が結合されている。いくつかの実施形態では、処理ガスが、必要に応じて不活性ガス、非反応性ガスおよび反応性ガスを含むことができる。ガス源２１０によって供給されることがある処理ガスの例には、限定はされないが、とりわけアルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、窒素（Ｎ₂）、酸素（Ｏ₂）および水蒸気（Ｈ₂Ｏ）が含まれる。処理チャンバ２００には、内部容積２０６の圧力を制御するために内部容積２０６に連結されたポンピング装置２１２が結合されている。いくつかの実施形態では、基板２０１の冷却を最小限にするために、ポンピング装置２１２を使用して、基板２０１から裏側ガスを除去することもできる。いくつかの実施形態では、堆積の間、処理チャンバ２００の圧力レベルを約１トル以下に維持することができる。いくつかの実施形態では、堆積の間、処理チャンバ２００の圧力レベルを約５００ミリトル以下に維持することができる。

接地アダプタ２０４は、ターゲット２１４などのターゲットを支持することができる。ターゲット２１４は、基板上に堆積させる材料から製造されている。ターゲット２１４は、ターゲット２１４の電源２１７を含む源アセンブリに結合されたものとすることができる。いくつかの実施形態では、電源２１７をＲＦ電源とすることができ、このＲＦ電源は、マッチネットワーク２１６を介してターゲット２１４に結合されたものとすることができる。いくつかの実施形態では、代替として電源２１７をＤＣ電源とすることもでき、その場合にはマッチネットワーク２１６が省かれる。いくつかの実施形態では、電源２１７が、ＤＣ電源とＲＦ電源の両方を含むことができる。

ターゲット２１４の上方にマグネトロン２７０が配置されている。マグネトロン２７０は、シャフト２７６に接続されたベースプレート２７４によって支持された複数の磁石２７２を含むことができ、シャフト２７６は、処理チャンバ２００および基板２０１の中心軸と軸方向に位置合わせされたものとすることができる。磁石２７２は、プラズマを発生させ、その結果、かなりのイオン束がターゲット２１４に衝突し、それによりターゲット材料のスパッタ放出が生じるようにするために、処理チャンバ２００内のターゲット２１４の前面の近くに磁場を発生させる。ターゲット２１４の表面全体にわたる磁場の均一性を増大させるために、磁石２７２をシャフト２７６周りで回転させることができる。磁石２７２は、基板の外径付近から内部容積２０６の外径付近までの間に広がる環状領域内で処理チャンバ２００の中心軸周りで回転させる。一般に、磁石２７２は、磁石２７２の回転中の磁石の最も内側の位置が処理中の基板の直径の上方または外側に配されるように（例えば、回転軸から磁石２７２の最も内側の位置までの距離が処理中の基板の直径に等しいかまたはそれよりも大きくなるように）、回転させることができる。

処理チャンバ２００はさらに、上部シールド２１３および下部シールド２２０、またはワンピースシールドを含む。ターゲット２１４と基板支持体２０８の間の内部容積２０６内にはコリメータ２１８が配置されている。いくつかの実施形態では、基板へ向かうイオン束および基板における中性粒子の角度分布を制御するため、ならびに追加されたＤＣバイアスによって堆積速度を増大させるために、コリメータ２１８に電気バイアスをかけることができる。コリメータに電気バイアスをかけると、コリメータへ向かうイオンの損失が低減し、基板におけるイオン／中性粒子比が有利に大きくなる。コリメータ２１８にバイアスをかけることを容易にするため、コリメータ２１８にはコリメータ電源（図示せず）が結合されている。いくつかの実施形態では、接地アダプタ２０４などの接地されたチャンバ部品からコリメータ２１８を電気的に分離することができる。例えば、図２に示されているように、コリメータ２１８を上部シールド２１３に結合する。

いくつかの実施形態では、ターゲット２１４から追い出されたイオンを導くための磁場を発生させることを助けるために、接地アダプタ２０４に隣接して一組の磁石２９６を配することができる。一組の磁石２９６によって形成された磁場は、イオンがチャンバの側壁（または上部シールド２１３の側壁）に当たるのを防ぐこと、およびイオンを垂直に導いてコリメータ２１８を通過させることを、二者択一的にまたは組み合わせて達成することができる。例えば、一組の磁石２９６は、実質的に垂直な磁力線（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄ ｌｉｎｅ）を周辺部分に有する磁場を形成するように構成されている。この実質的に垂直な磁力線は、内部容積を通してイオンを有利に導く。一組の磁石２９６は動かない磁石とすることができ、または処理チャンバ２００の中心軸に対して平行な方向の一組の磁石２９６の位置を調整するために移動可能な磁石とすることもできる。

基板支持体２０８にバイアス電力を供給するため、基板支持体２０８を通して処理チャンバ２００にＲＦ電源２８０を結合することができる。本明細書に記載されたバイアス電力は、例示的な３００ｍｍ基板の処理に関連して供給され、基板２０１の直径またはサイズに従って（すなわちより大きな基板またはより小さな基板に対して）スケーリングすることができる。例えば、ＲＦ電源２８０は、直径３００ｍｍの基板２０１に対してゼロワット超～約１０００ワットのバイアス電力を供給することができる。いくつかの実施形態では、ＲＦ電源２８０が、約１３．５６ＭＨｚなど、約２ＭＨｚ～約２００ＭＨｚの間の周波数を有することができる。動作時には、磁石２７２を回転させて、内部容積２０６の環状部分にプラズマ２６５を形成し、それによりターゲット２１４をスパッタリングする。コリメータ２１８が存在するときには、コリメータ２１８の上方のターゲット２１４をスパッタリングするために、プラズマ２６５をコリメータ２１８の上方に形成することができる。スパッタリングされた材料が基板２０１の上方にほとんどないし全く存在しないことを保証するため、磁石２７２の回転半径は基板２０１の半径よりも大きい。

第２の金属材料がコリメータ２１８を強制的に通過するように、コリメータ２１８には正のバイアスがかけられる。さらに、コリメータ２１８の中央領域に向かって移動しているスパッタリングされた中性材料は、全てではないにしろその大部分が、おそらくはコリメータ壁に衝突して、コリメータ壁に付着するであろう。金属中性粒子の方向性を変化させることはできないため、有利には、金属中性粒子は、全てではないにしろその大部分が基板２０１上には堆積しない。スパッタリングされた金属イオンの軌跡が変化するのに十分な空間があることを保証するため、コリメータ２１８は、基板支持体２０８の上方の所定の高さに配される。

いくつかの実施形態では、下部シールド２２０を、コリメータ２１８の近くおよび接地アダプタ２０４または上部側壁２０２の内側に提供することができる。コリメータ２１８は、ガス束および／または材料束を内部容積２０６内に導くための複数の開孔を含む。処理ツールアダプタ２３８を介してコリメータ２１８をコリメータ電源に結合することができる。処理チャンバ２００内の下部シールド２２０とアダプタプレート２０７の中間に、下部シールド２２０に隣接して、シールドリング２２６を配することができる。基板支持体２０８とロボットブレード（図示せず）の間の調整された位置決め較正によって、基板２０１（リフトピン２４０上に支持されて高い加熱位置またはリフロー位置に示されている）は、基板支持体２０８の縦軸に関して中心に置かれている。したがって、処理の間、基板２０１を処理チャンバ２００の中心に置くことができ、シールドリング２２６を基板２０１の周りに半径方向に中心を合わせて置くことができる。

動作時には、その上に基板２０１が配された真空ロボット１４２のロボットブレードを、基板移送ポート２０９を通して延ばす。基板支持体２０８から延びるリフトピン２４０に基板２０１を移すことを可能にするため、基板支持体２０８を下げることができる。基板支持体２０８に結合された駆動２４２によって基板支持体２０８の上げ下げを制御することができる。加熱位置またはリフロー位置に到達するためにリフトピン２４０を上げたときに、基板支持体２０８を下げることができる。同様に、リフトピン２４０を下げ、基板支持体２０８をエッチング位置または堆積位置まで上げることによって、基板支持体２０８の基板受け取り面２４４上に基板２０１を降ろすことができる。基板支持体２０８の基板受け取り面２４４上に基板２０１が配置されたら、基板２０１上でスパッタ堆積処理またはエッチング処理を実行することができる。

堆積処理中に、ターゲット２１４から材料がスパッタリングされ、基板２０１の表面に堆積する。ガス源２１０によって供給された処理ガスから形成されたプラズマを維持するため、ターゲット２１４および基板支持体２０８には、電源２１７またはＲＦ電源２８０によって互いに対してバイアスがかけられる。プラズマからのイオンは、ターゲット２１４に向かって加速し、ターゲット２１４に衝突し、それによってターゲット２１４からターゲット材料が追い出される。追い出されたターゲット材料および処理ガスは、基板２０１上に、所望の組成を有する層を形成する。望まれていない堆積物を低減させまたは防ぐため、基板支持体２０８の周りに堆積リング２３６を配することができ、処理の間、堆積リング２３６を基板２０１から電気的に絶縁することができる。

充填材料のスパッタ堆積処理またはエッチング処理の後、リフトピン２４０を利用して、基板２０１を、基板支持体２０８から離隔した位置まで持ち上げることができる。この持ち上げられる位置は、シールドリング２２６とリフレクタリング２４８のうちの一方または両方の上方の、アダプタプレート２０７に隣接した位置とすることができる。アダプタプレート２０７は、リフレクタリング２４８の下面とアダプタプレート２０７の凹部２５２との中間の位置に、アダプタプレート２０７に結合された１つまたは複数のランプ２５０を含む。ランプ２５０は、赤外線（ＩＲ）スペクトル内および／または紫外線（ＵＶ）スペクトル内の波長など、可視または近可視波長の光学および／または放射エネルギーを供給する。リフロー処理を実行するため、ランプ２５０からのエネルギーは、基板２０１の裏側（すなわち下面）に向かって半径方向内側へ集められて、基板２０１および基板２０１上に堆積した材料を加熱する。基板２０１を取り囲むチャンバ部品の反射面は、エネルギーを基板２０１の裏側に向かって集中させ、他のチャンバ部品から遠ざける役目を果たす。それらのチャンバ部品に達した場合、エネルギーは失われかつ／または利用されないであろう。基板２０１を第３の温度に制御した後、基板２０１を、基板支持体２０８の基板受け取り面２４４上の位置まで下げる。さらなる処理のため、基板２０１を、基板移送ポート２０９を通して処理チャンバ２００から取り出すことができる。

図３は、堆積位置またはエッチング位置にある、ＥＳＣ２５１およびランプ２５０を含む処理チャンバ２００の基板支持体２０８の一部分の断面図３００を示している（基板２０１は、図２には示されていない低い位置にある）。ランプ２５０が動作しているとき、ランプ２５０は赤外熱または紫外熱を放射する。基板２０１は、ＥＳＣ２５１とインターフェースしたパック２６１によって支持されている。リフトピン２４０は、基板２０１が加熱位置またはリフロー位置にあるときに、パック２６１の基板受け取り面２４４から基板２０１を持ち上げることを可能にする。図４の断面図４００は、加熱位置またはリフロー位置にある基板２０１および基板支持体２０８を示している（基板２０１は、図２に示された高い位置にある）。リフロー位置では、リフトピン２４０が基板２０１を持ち上げた４０４ときに、基板支持体２０８を下げ４０２、基板２０１の下面４０６を、ランプ２５０からの熱放射４０８にさらすことができる。

図５は、基板上の特徴に充填する方法５００を示している。方法５００は、適当な任意のマルチチャンバ処理ツール（例えばマルチチャンバ処理ツール１００）を用いて実行することができる。５０２で、基板（例えば基板２０１）上の特徴の中に第１の金属材料を堆積させて、ライナ層を形成する。少なくともいくつかの実施形態では、この特徴を、トレンチ、ビアまたは他の同種の特徴とすることができる。このライナ層は、続いて堆積させる充填材料の結合品質を有利に向上させ、電磁気故障を減らす。図６Ａは、第１の金属材料を堆積させる前の基板２０１の一部分の概略断面図６００Ａを示している。図６Ａは、特徴６１０および特徴６１０の中に配されたバリア層６０２を有する基板２０１を示している。基板２０１は一般に、誘電体材料、例えば酸化ケイ素などのケイ素を含む材料およびその誘導体、例えばフッ素がドープされた二酸化ケイ素（ＦＳＧ）、炭素がドープされた酸化物（ＳｉＣＯＨ）、多孔性炭素ドープ酸化物（ＳｉＣＯＨ）または他の同種の誘導体を含む。バリア層６０２は、使用されたときに、基板２０１の誘電体材料中への第１の金属材料の金属拡散を防ぐ。いくつかの実施形態では、バリア層６０２が金属または金属窒化物でできており、バリア層６０２は、適当な堆積処理によって、例えばＰＶＤ処理、ＣＶＤ処理または他の同種の処理によって基板２０１上に堆積させることができる。

図６Ｂは、特徴６１０の中に第１の金属材料を堆積させてライナ層６０４を形成した、基板２０１の一部分の概略断面図６００Ｂを示している。第１の金属材料は、第１の処理チャンバ（例えば処理チャンバ１１４Ａ）内で、ＣＶＤ処理によって、第１の温度で堆積させる。いくつかの実施形態では、バイアス電力なしで第１の金属材料を堆積させる。第１の金属材料は、プラズマを使用してまたはプラズマを使用せずに堆積させることができる。いくつかの実施形態では、第１の金属材料が、コバルト、タングステン、アルミニウム、銀、ルテニウム、ロジウム、イリジウムまたはタンタルである。いくつかの実施形態では、第１の温度が摂氏約１５０度～約２５０度である。いくつかの実施形態では、堆積した第１の金属材料の厚さ（すなわちライナ層の厚さ）が３５オングストローム未満である。いくつかの実施形態では、第１の金属材料を、約１４オングストロームおよび約３０オングストロームの厚さに堆積させる。

５０４で、第２の処理チャンバ（例えば処理チャンバ１１４Ｂ、１１４Ｃ、１１４Ｄのうちの１つの処理チャンバ）内で、第２の温度および第１のバイアス電力で、第１の金属材料上に第２の金属材料または充填材料を堆積させて、第２の金属材料のシード層を形成する。いくつかの実施形態では、ＰＶＤ処理によって第２の金属材料を堆積させる。いくつかの実施形態では、第２の金属材料が銅、コバルトまたはアルミニウムを含む。いくつかの実施形態では、基板上に第２の金属材料を堆積させる前に、基板を、第２の処理チャンバ内の堆積位置（例えば図３に示された位置）に配置する。いくつかの実施形態では、第１の処理チャンバおよび第２の処理チャンバがマルチチャンバ処理ツール（例えばマルチチャンバ処理ツール１００）の部分であり、第１の処理チャンバおよび第２の処理チャンバがそれぞれ真空移送チャンバに動作可能に結合されている。

図６Ｃは、特徴６１０の中に第２の金属材料のシード層６０６が堆積した、基板２０１の一部分の概略断面図６００Ｃを示している。いくつかの実施形態では、第２の温度が摂氏約１５度～約３５０度である。いくつかの実施形態では、第２の温度が摂氏約１５度～約３５度である。いくつかの実施形態では、第１のバイアス電力が、直径３００ｍｍの基板に対して約５ワット～約１２０ワットである。第１のバイアス電力は、基板２０１の直径またはサイズに従ってスケーリングすることができる。

５０６で、第２の処理チャンバ内で、金属イオンによる物理的衝撃によって、第１のバイアス電力よりも大きな第２のバイアス電力で、シード層（例えばシード層６０６）の一部分をエッチングして、第１の金属材料および第２の金属材料を含む、ライナ層６０４とシード層６０６の間に配された混合層を、特徴の中に形成する。いくつかの実施形態では、この物理的衝撃が、第２の金属材料を含む金属イオンによる。いくつかの実施形態では、第２のバイアス電力が、直径３００ｍｍの基板に対して約１２０ワット～約１０００ワットである。第２のバイアス電力は、基板の直径またはサイズに従ってスケーリングすることができる。いくつかの実施形態では、第１のバイアス電力および第２のバイアス電力が約２ＭＨｚ～約２００ＭＨｚの周波数を有する。このエッチング処理中に、第２の金属材料の高エネルギーイオンがシード層６０６を衝撃し、それにより第２の金属材料の粒子をライナ層６０４の格子間ボイド中に押し込んで、混合層を形成する。このエッチング処理中に、第２の金属材料の高エネルギーイオンはシード層６０６の底部も衝撃し、それによりシード層６０６の底部から第２の金属材料の粒子を有利に除去し、除去された粒子をシード層６０６の側壁に再堆積させる。このことは後続のリフロー処理の助けとなる。図６Ｄは、シード層６０６をエッチングした後の基板２０１の一部分の概略断面図６００Ｄを示している。混合層６０８はライナ層６０４とシード層６０６の間に配されている。

５０８で、基板を、第２の温度よりも高い第３の温度に加熱し、第２の金属材料の残りの部分の少なくとも一部をリフローさせて、少なくとも部分的に特徴に充填する。本発明者らは、第２の金属材料が混合層６０８上に配されているときには、第２の金属材料がライナ層６０４上にあり、第２の金属材料とライナ層６０４の間に混合層６０８がないときに比べて、第２の金属材料のリフロー挙動が良好である（すなわち特徴の中のボイドが少ないかまたは特徴の中にボイドがない）ことを観察した。第３の温度は、第２の金属材料の移動性を維持するのに十分な温度であるべきである。いくつかの実施形態では、第３の温度が摂氏約１００度～約４００度の間である。いくつかの実施形態では、基板を加熱する前に、基板を、堆積位置よりも上方の高い加熱位置に配置する。図６Ｅは、リフローした第２の金属材料６１２を有する基板２０１の一部分の概略断面図６００Ｅを示している。

任意選択で、５１０で、第２の処理チャンバ内で、特徴（例えば特徴６１０）の中に追加の第２の金属材料を堆積させることができる。いくつかの実施形態では、追加の第２の金属材料を第２の温度で堆積させることができる。任意選択で、５１２で、第２の処理チャンバ内で追加の第２の金属材料をエッチングする。この追加のエッチング処理によって、追加の第２の金属材料の粒子を混合層６０８中に混合することができる。任意選択で、５１４で、基板を加熱して、特徴６１０の中の追加の第２の金属材料をリフローさせる。いくつかの実施形態では、図６Ｆに示されているように、特徴６１０の中にボイドまたは間隙が含まれることなく、特徴６１０に充填材料（すなわちリフローした第２の金属材料６１２）が完全に充填されるまで、５１０および５１４を繰り返すことができ、５１２のエッチングは繰り返してもまたは繰り返さなくてもよい。

以上の説明は、本開示の実施形態を対象としているが、その基本的範囲を逸脱しない範囲で、本開示の他の実施形態および追加の実施形態が考案される可能性がある。

Claims (20)

1. 基板上の特徴に充填する方法であって、
   第１の処理チャンバ内で、化学気相成長（ＣＶＤ）処理によって、第１の温度で、前記基板内に配された特徴の中および前記基板上に第１の金属材料を堆積させること、
   第２の処理チャンバ内で、第２の温度および第１のバイアス電力で、前記第１の金属材料上に第２の金属材料を堆積させて、前記第２の金属材料のシード層を形成すること、
   前記第２の処理チャンバ内で、前記第１のバイアス電力よりも大きな第２のバイアス電力で、前記シード層の一部分をエッチングして、前記第１の金属材料および前記第２の金属材料を含む前記特徴内に、前記第１の金属材料と前記第２の金属材料とが混合された混合層を形成すること、ならびに
   前記基板を、前記第２の温度よりも高い第３の温度に加熱し、前記第２の金属材料の残りの部分の少なくとも一部をリフローさせて、少なくとも部分的に前記特徴に充填すること
   を含む方法。
2. 前記第２の処理チャンバ内で、前記第２の温度で、前記シード層上に追加の第２の金属材料を堆積させること、および
   前記追加の第２の金属材料を堆積させた後に、前記基板を前記第３の温度に加熱して、前記追加の第２の金属材料をリフローさせること
   をさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記第１のバイアス電力および前記第２のバイアス電力が約２ＭＨｚ～約２００ＭＨｚの周波数を有する、請求項１に記載の方法。
4. 前記第１のバイアス電力が約５ワット～約１２０ワットであること、および
   前記第２のバイアス電力が約１２０ワット～約１０００ワットであること
   のうちの少なくとも一方である、請求項１に記載の方法。
5. 前記第１の温度が摂氏約１５０度～約２５０度である、請求項１に記載の方法。
6. 前記第２の温度が摂氏約２０度～約３５０度である、請求項１に記載の方法。
7. 前記第３の温度が摂氏約１００度～約４００度の間である、請求項１に記載の方法。
8. 物理気相成長（ＰＶＤ）チャンバ内で前記第２の金属材料を堆積させる、請求項１に記載の方法。
9. 前記第２の金属材料が銅、コバルトまたはアルミニウムを含む、請求項１～８のいずれかに記載の方法。
10. 前記第１の金属材料がコバルト、タングステン、アルミニウム、銀、ルテニウム、ロジウム、イリジウムまたはタンタルである、請求項１～８のいずれかに記載の方法。
11. 前記基板上に前記第２の金属材料を堆積させる前に前記基板を堆積位置に配置すること、および
    前記基板を加熱する前に、前記基板を、前記堆積位置よりも上方の、高い加熱位置に配置すること
    をさらに含む、請求項１～８のいずれかに記載の方法。
12. 前記第１の処理チャンバおよび前記第２の処理チャンバがマルチチャンバ処理ツールの一部であり、前記第１の処理チャンバおよび前記第２の処理チャンバの各々が真空移送チャンバに動作可能に結合されており、前記第１の金属材料を堆積させることおよび前記第２の金属材料を堆積させることが真空破壊なしで実行される、請求項１～８のいずれかに記載の方法。
13. 堆積した前記第１の金属材料の厚さが３０オングストローム未満である、請求項１～８のいずれかに記載の方法。
14. 命令が記憶された非一時的コンピュータ可読媒体であって、前記命令が、実行されたときに、基板上の特徴に充填するための方法を実行させ、前記方法が、請求項１～８のいずれかに記載の方法を含む、非一時的コンピュータ可読媒体。
15. 前記第２の金属材料が銅、コバルトまたはアルミニウムを含む、請求項１４に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
16. 前記基板上に前記第２の金属材料を堆積させる前に、前記基板を第１の位置に配置すること
    をさらに含む、請求項１４に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
17. 前記基板を加熱する前に、前記基板を、前記第１の位置よりも上方の第２の位置に配置すること
    ことをさらに含む、請求項１４に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
18. 前記第１の処理チャンバおよび前記第２の処理チャンバがマルチチャンバ処理ツールの一部であり、前記第１の処理チャンバおよび前記第２の処理チャンバの各々が真空移送チャンバに動作可能に結合されている、請求項１４に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
19. 堆積した前記第１の金属材料の厚さが３０オングストローム未満である、請求項１４に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
20. 前記第１の金属材料がコバルト、タングステン、アルミニウム、銀、ルテニウム、ロジウム、イリジウムまたはタンタルである、請求項１４に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。