JPH09171976A - 高アスペクト比フィーチャの側面と底部に膜厚制御可能な被膜を付着する方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ４０ｅＶ未満のエネルギーでイオンを付着し
て付着物を形成する段階と、次に４０ｅＶより高いエネ
ルギーでイオンを照射してこの付着物の一部または全部
をスパッタしてその付着物の原子を付近の表面に再分布
させる段階とを含む、微細フィーチャの各表面上に被膜
を付着するための方法および装置を提供する。 【解決手段】 このフィーチャは０．５より大きいアス
ペクト比のトレンチまたはアンダーカット層または隠れ
た表面を有するトレンチ１６でよい。例えば側壁２９や
隠れた表面上に前回の付着物をスパッタにより再付着さ
せた後、他の選択された材料のイオンを例えばトレンチ
底部２８に付着することができる。本発明により、トレ
ンチ底部および側壁にあって９０°以下の交差角度を有
するフィーチャ表面を覆って連続した被膜を形成する問
題が解決される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被膜のプラズマ付
着に関し、より詳細には、トレンチなどのフィーチャ内
への制御された膜厚プロフィルを有する被膜の付着に関
する。

【０００２】

【従来の技術】半導体の加工や類似の応用例に適用され
る材料の加工においては、異なる二種類の材料間の相互
拡散に対する障壁を提供する目的を果たす薄い被膜を付
着する必要がある場合が多い。この拡散障壁の機能は、
この二種類の材料の接触を妨げ、化学的に安定かつ不活
性にすることであり、また潜在的には、二種類の材料の
接着を強化することである。一般に拡散障壁は非常に薄
く、通常は膜厚１ミクロン未満であり、薄いものは１０
０オングストロームもまれではないが、それでも相互拡
散の通路となりうる結晶粒界、亀裂または継目がほとん
どない稠密なものでなければならない。

【０００３】半導体の加工では、材料の相互拡散を妨
げ、反応性気体、反応性イオンその他の化学処理の際に
下にある材料の化学的攻撃を防止するために、いくつか
の応用例で拡散障壁が必要であることが分かっている。
半導体の加工に最適な型式のトポグラフィは、図１に示
すように、二層の金属回路を接続する穴またはバイア、
線、トレンチまたはトラフ、およびこれらのフィーチャ
の組合せ、例えばトレンチ底部のバイアの形をとる。こ
の拡散障壁薄膜は、その後の加工段階、例えばスパッタ
付着、反応性プラズマ強化化学的気相付着、ＣＶＤ、ま
たエッチング、清浄化、研磨等の湿式段階に先立って、
特定のトポグラフィを覆う連続した耐密性被覆を提供し
なければならない。

【０００４】図１にバイアまたは穴１０の断面を示す。
バルク材料１１は大抵の場合、二酸化ケイ素などの誘電
体またはポリイミドなどの高分子である。既存の回路素
子１３がこの層の下にあり、開口部またはバイア１６
が、この材料中にエッチングされ、回路フィーチャを露
出させる。開口部１６は、回路素子１３を表面１８に配
置された追加の回路素子１７と接続するために導電性化
学種で充填することが望ましい。一般に障壁の形成は、
開口部１６に付着させる材料から材料１１を分離するの
に必要である。しかしまた、開口部１６中の材料２０
を、バルク材料１１からあるいは開口部１６中に付着さ
せるのに使用する加工化学薬品から分離することも必要
である。また、開口部１６中に充填された材料２０から
最上部金属１７を分離するために、第二のプレーナ拡散
障壁１９を設けることも必要である。

【０００５】拡散障壁は「ライナ」の名でも知られ、障
壁の化学種に依存することもあるいくつかの技術によっ
て付着される。半導体業界で普通に使用される材料はＴ
ｉＮ（窒化チタン）であり、これは反応性スパッタリン
グ、反応性コリメート・スパッタリング、化学的気相付
着および湿式化学技術によって付着させることができ
る。もう一つの普通に使用される材料はＴａＮである。
これらの材料と一緒によく使用される関連材料は純粋な
ＴｉおよびＴａであり、これらは障壁の有効性を高める
と共に被膜の接着を強化する。

【０００６】付着した被膜の共形性は重要であり、使用
する付着技術によって共形性に特定の差が生じる。拡散
障壁は連続し、滑らかで、一定した膜厚を有し、継目や
亀裂がなく、断絶なしに（内側と外側の）隅を覆うこと
が望ましい。

【０００７】化学的気相付着（ＣＶＤ）は拡散障壁薄膜
の付着に使用されてきた。ＣＶＤ技術には、図２に示す
ように所望の前駆体２２の気相輸送と、それに次いで被
膜表面における化学反応が必要であり、その結果、所望
の材料が付着し、気相中の生成物が除去される。

【０００８】図２の被膜２５はＣＶＤ技術によって付着
された。被膜２５の全領域２６〜３０の膜厚は、理想的
な状況下では均一で一定である。この種の付着は高い共
形性を特徴としている。膜厚比は、当分野ではしばしば
「ステップ・カバレージ」と呼ばれ、全ての場所で１．
０前後である。しかしながら、一般に付着した材料の品
質、並びにその安定性と化学的純度について重大な問題
が生じている。拡散障壁によく使用される材料系（Ｔ
ｉ、ＴｉＮ、Ｔａ、ＴａＮ）に対しては、ＣＶＤ技術
は、成功をもたらす高品質の付着方法でないことが判明
している。その上、ＣＶＤ法はその要件故に、かなり狭
い範囲の材料に限定されている。

【０００９】従来のスパッタ薄膜は、低アスペクト比フ
ィーチャ用の拡散障壁に使用されることが多い。スパッ
タ付着の利点は、付着したフラックスの角度分布が広い
ため、被膜が低段差部および縁部で良好な被覆を示すこ
とである。しかしながら、より高いアスペクト比（ＡＲ
＞０．５）のフィーチャの内壁に付着させる場合、角度
分布が広いとフィーチャの上部側壁への付着が厚くな
り、フィーチャの底部やその隅にほとんど付着しないこ
とになる。

【００１０】トレンチなどのフィーチャの底部やその隅
に厚く付着するためにコリメート・スパッタ付着が使用
されてきた。

【００１１】コリメート・スパッタリングによって付着
される薄膜の例を図３に示す。コリメート・スパッタリ
ングではスパッタ・ソース３２と試料３４との間に配置
された方向性フィルタまたはコリメータ３３を使用し、
それによって、付着するスパッタ原子３２'の角度の広
がりが狭い角度に制限される。その結果、２８における
底部の被覆がずっと良好になり、開口部１６の２６にお
ける上部側壁の盛上りが少なくなる。それでもこの方法
には方向性があり、そのため単に幾何的陰影作用によっ
て、２９における側壁上は薄くしか付着せず、２７にお
ける側壁の底部の隅３５および３６上には非常に薄くし
か付着しない。実際の応用例では、底部のステップ・カ
バレージ（膜厚２８と膜厚３０の比）は通常０．３ない
し０．９であり、側壁のステップ・カバレージ（膜厚２
９と膜厚３０の比）は通常０．１ないし０．４であり、
底部隅３５、３６のステップ・カバレージは通常０．０
５ないし０．２である。表面拡散を増進させるため、基
板温度を高くして使用することが多く、それによって、
より良好な側壁被覆を得ることができる。しかしなが
ら、スパッタに使用される多くの準耐熱性材料（Ｔｉ、
ＴｉＮ、Ｔａ、ＴａＮ）にとっては、この必要とされる
基板温度は高すぎ、あるいは極端に高い。

【００１２】しかしながら、従来技術では、均一性と共
形性がよくなく（スパッタリングまたはコリメート・ス
パッタリング）、そのためフィーチャまたは開口部１６
の下部側壁２７または底部隅３５および３６に非常に薄
い不十分な被膜が残り、あるいは汚染、低い安定性およ
び限られた材料性能により材料品質（ＣＶＤ）が悪くな
ることがある。

【００１３】コリメート・スパッタリングの説明は、S.
M. ロスナーゲル（Rossnagel）らの所載論文Journal o
f Vacuum Science and Technology, Vol. A9, 1991, pp
261-265と、1989年4月25日にD. J. ミカルセン（Mikal
sen）および本願の発明者であるS. M. ロスナーゲルに
発行された米国特許第4824544号に出ている。

【００１４】図４を参照すると、プラズマ５２発生用の
イオン化マグネトロン・スパッタリング装置５０が示し
てある。ハウジング５１はプラズマ５２を収納する働き
をする。試料５３、マグネトロン・スパッタ陰極５４、
高周波電極５５、および高周波電極５６がハウジング５
１内に配置されている。ハウジング５１は吸気口５７と
排気口５８を有する。排気口５８は真空ポンプ５９と結
合されている。

【００１５】マグネトロン電源６４はリード６５を介し
てマグネトロン・スパッタ陰極５４に結合されている。
マグネトロン・スパッタ陰極５４は矢印６６で示した原
子をプラズマ５２に供給する。Ｒｆ整合ネットワークお
よび電源６７がリード６８を介して高周波電極５５に結
合されている。Ｒｆ整合ネットワーク７０はリード７１
を介して高周波電極５６に結合されている。基板電源７
２はリード７３を介して試料５３に結合されている。

【００１６】イオン化スパッタ付着装置のさらに詳しい
説明は、1993年1月12日にバーンズ（Barnes）らに発行
された「Apparatus for Depositing Material Into Hig
h Aspect Ratio Holes」と題する米国特許第5178739号
に開示されている。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は均一性と共形
性に優れた被膜を基板上のフィーチャに形成する方法お
よび装置を提供することを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明によると、基板を
プラズマ付着チャンバ内に配置する段階と、プラズマ付
着チャンバを真空排気する段階と、第一のソース材料を
イオン化して付着するイオンを形成する段階を含む、チ
ャンバ内で第一のプラズマを発生させる段階と、第一の
ソース材料のイオンを基板上のフィーチャ上に４０ｅＶ
未満などの第一のエネルギーで実質上第一の軸に平行な
経路に沿って前記基板に衝突させるように一回目に照射
する段階と、各表面に対する追加のイオンの入射角度に
基づいて一回目の照射段階中にフィーチャの各表面から
あらかじめ付着した原子をスパッタするのに充分なイオ
ン・エネルギーを有するイオンを提供して原子を再分布
させる段階を含む、第一のソース材料の追加のイオンを
基板上のフィーチャ上に実質上第二の軸に平行な経路に
沿って基板上のフィーチャの各表面に衝突させるように
４０ｅＶより大きいエネルギーなどの第二のエネルギー
で二回目に照射する段階とを含む、基板上のトレンチな
どのフィーチャ上に制御された膜厚プロフィルを有する
被膜を形成する方法が記載される。

【００１９】イオン形成用のソース材料はＡｌ、ＡｌＣ
ｕ、Ｃｕ、Ｔａ、ＴａＮ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ、ＷＮ、ま
たは金属ケイ化物である。

【００２０】

【発明の実施の形態】本発明はイオン化付着、言い換え
ると中性化工程ではなくほとんどイオン化された化学種
からの被膜の付着に基づく。イオン化付着用のイオンを
形成する手段は重要ではなく、付着用化学種が中性のも
のと比較して大部分イオンから成っていれば充分であ
る。ECRプラズマまたはスパッタした原子を高密度プラ
ズマ中でイオン化することによってこの目的を達成する
ことが可能であり、また、望むなら、このスパッタ原子
フラックスを気化フラックスまたは気相フラックスで置
き換えても同じはずである。

【００２１】イオン化付着固有の性質は、入射した付着
用イオンのエネルギーと方向が以下のように記載できる
ことである。プラズマが加工物表面の上を横切って平ら
な被鞘を形成し、直角入射角度で電界によりイオンが加
工物表面に向かって加速される。このイオンのエネルギ
ーは単にプラズマと加工物の間の電位差であり、これは
通常の電源によって容易に制御できる。

【００２２】付着用フラックスはイオン化種と非イオン
化種の合計から成っているので、イオン化度は付着の方
向性にとってクリティカルである。好ましい方法では、
適度に高レベルのイオン化（＞５０％）が起こるが、そ
れより高いイオン化レベル、およびそれより低いイオン
化レベルを使用した方法も実施可能である。

【００２３】本発明の第一段階において、フィーチャま
たはトレンチ上の被膜は、図５に示すように軸２１にほ
ぼ平行な（１００％のイオン化の場合に起こるような）
純粋に方向性の付着によって形成される。このトレンチ
は０．１ないし数ミクロンの範囲の幅を有する。付着用
フラックス２２は直角入射角（９０°）で入射し、バイ
アまたはトレンチ・フィーチャ１６の表面３０および底
部２８に薄膜２５を均一に付着する。付着用フラックス
２２はＡｌ、ＡｌＣｕ、Ｃｕ、Ｔａ、ＴａＮ、Ｔｉ、Ｔ
ｉＮ、Ｗ、ＷＮの金属イオンまたは分子、あるいは金属
ケイ化物でよい。

【００２４】第一段階中、付着した被膜２５を著しくス
パッタしないようにイオン・エネルギーを十分に低く調
整するが、これは４０ｅＶ未満のイオン・エネルギーを
意味する。バイアまたはトレンチ１６の側壁２９が付着
用フラックス２２の経路と平行なので、側壁２９上への
付着はずっと少ない。付着用フラックス２２は金属イオ
ンと原子の組合せである。付着の尺度として、フィーチ
ャ底部の被膜２５のステップ・カバレージ（矢印３９で
示す２８における被膜２５の厚さと矢印４０で示す３０
における被膜２５の厚さの比）は１．０前後である。側
壁のステップ・カバレージ（矢印４１で示す２９におけ
る被膜２５の厚さと矢印４０で示す３０における被膜２
５の厚さの比）は非常に小さく、通常０．２以下であ
る。側壁２９上の被膜２５の厚さはほぼ均一であり、点
２６、２９および２７における厚さは同程度である。

【００２５】部分的イオン化付着、例えばイオンが５０
〜６０％で残りが中性のものによる付着では、図５とほ
ぼ同じ付着がもたらされる。中性のものは原子とイオン
化されていない分子である。この中性付着成分は付着す
るプラズマから出てくる金属原子である。中性原子はそ
の角方向が電界の影響を受けないので、その方向は様々
である。点２６における厚さが点２９または２７におけ
る厚さを超えるように、図５に示していない中性付着成
分による僅かな盛上りが位置２６に生じることがある。
この結果、「先細形」側壁付着が生じ、側壁２９の厚さ
がフィーチャ１６の底部２８に向かって薄くなる。この
一般的特徴は上記図３のコリメート・スパッタリングと
同様である。

【００２６】図２および図３と図５ないし図１０におい
て、前記の一つまたは複数の図の装置に対応する機能に
は、同じ参照記号を使用する。

【００２７】本発明の第二段階中に、付着用フラックス
２２のイオン・エネルギーを、付着用被膜２５の多少の
スパッタリングを起こすのに充分なほど制御可能に増大
させることによって、側壁付着を変更することも可能で
ある。穏やかなエネルギー・イオン衝突の場合の、被膜
２５の変更したプロフィルの一例を図６に示す。

【００２８】図６において、付着用フラックス２２の付
着イオン・エネルギーを４０ｅＶないし１００ｅＶの範
囲に、またはさらに高く２００ｅＶに増大させた結果、
（ａ）ほとんどの材料についてスパッタ収率が角度の関
数として増大するために、フィーチャ１６の上隅の位置
２６付近に被膜２５の小さい斜面６２が形成でき、
（ｂ）付着物の平らな底部表面２８における付着被膜２
５の厚さが薄くなる。被膜２５の表面２８からスパッタ
された原子は、ほとんどがフィーチャ１６の側壁２９上
に再付着し、その結果、位置２７および２９において付
着物がより厚くなる。被膜２５の表面２８からスパッタ
された原子のうち大部分はフィーチャ１６の下部側壁２
９上に集まり、その結果、位置２７において付着物がよ
り厚くなる。側壁２９の下部の位置２７において被膜２
５の付着物が厚くなることは、二段階付着工程の第一段
階中での、側壁２９の位置２７における固有の不十分な
付着を補償するので有利である。底部２８において被膜
２５のスパッタ除去が起こる第二の付着工程段階の追加
の利点は、側壁２７と２９上の付着がこの場合は底部２
８における被膜２５からの多方向フラックスから形成さ
れることである。これは、側壁２７および２９上に付着
した被膜が、図３に示した従来技術のコリメート・スパ
ッタリングによって付着した側壁被膜２９より高密度で
低多孔性であることを意味する。

【００２９】被膜２５の膜厚プロフィル再分布を起こす
のに必要なスパッタリングの量は、付着用金属フラック
ス２２のイオンと中性物の相対比、並びに付着した被膜
２５上への衝突イオン・フラックスのスパッタ収率に関
係する。図４に示した装置を使用して観察される付着条
件の典型である相対イオン化率３０％ないし８５％の場
合、必要な近似スパッタ収率は０．３ないし１．０であ
る。この近似スパッタ収率は、例えばＣｕのイオン化付
着において、４０ｅＶないし１００ｅＶのイオン・エネ
ルギーのとき実験的に観察できる。

【００３０】図６に示した二段階工程の結果得られる膜
厚ステップ・カバレージは、側壁については（側壁２９
における被膜２５の厚さと表面３０における被膜２５の
厚さの比、および位置２７における被膜２５の厚さと位
置３０における被膜２５の厚さの比）、図３に示したコ
リメート・スパッタ付着または図５に示した低エネルギ
ー・イオン化付着単独よりも高く、底部２８における被
膜２５については（位置２８における被膜２５の厚さと
位置３０における被膜２５の厚さの比）低くなる。位置
３０における被膜２５の厚みの上部はイオン化付着工程
の第二段階中にスパッタされるので、位置３０に残る材
料は比較的少ない。したがって、被膜２５の点２９と点
２７において１．０未満の膜厚ステップ・カバレージが
可能である。

【００３１】付着工程の第二段階中に、側壁２９のこの
低い側壁厚化を生じるのに必要なイオンを付着するため
のイオン・エネルギーは、使用する化学種に依存する。
例えば、ＣｕおよびＡｌでは、４０ｅＶないし１００ｅ
Ｖのイオン・エネルギーが適切である。ＴｉおよびＴｉ
Ｎでは、わずかに高いエネルギー（５０ｅＶないし１２
５ｅＶ）が必要である。一般に、スパッタ収率の低い材
料は適量のスパッタリングを起こすために、より高いイ
オン・エネルギーを必要とする。

【００３２】付着工程の第二段階をさらに高い付着イオ
ン・エネルギーで行なうと、増強されたスパッタリング
によって被膜２５の底部膜厚２８は図７に示すように完
全に除去される。より高い付着イオン・エネルギーで
は、例えばＣｕおよびＡｌで４０ｅＶないし１００ｅＶ
の場合、フィーチャ１６の底部２８に付着した材料のほ
ぼすべてが入射フラックスによって直ちに再スパッタさ
れ、フィーチャの壁２９と下部側壁２７上に被膜２５を
形成する。スパッタ収率が１より大きいとき、衝突され
た材料は完全にスパッタ除去される。さらに、特に付着
されるフラックス２２に対するイオン化率が５０％より
大きいとき、フィーチャの頂部表面３０上の付着速度が
事実上０となる。これは側壁２９だけへの選択的付着の
場合であり、点２７と点２９における側壁膜厚と頂部膜
厚３０の比が非常に高くなる可能性がある。スパッタ収
率を上昇させるには、イオン・エネルギーをより高い量
に上昇させる必要がある。ＡｌおよびＣｕについて、底
部付着物２８を完全に除去するには約１００Ｖの基板バ
イアスを超える必要がある。ＴｉおよびＴｉＮについて
は、約１２５Ｖのエネルギーが必要である。このモード
での操作に固有の利点は、下の回路素子１３が付着工程
の第二段階の一環としてスパッタにより清浄化されるこ
とである。

【００３３】底部領域２８は完全に除去されあるいは開
いて回路素子１３が露出しているので、図７に示した底
部位置２８における被膜２５の膜厚プロフィルは完全な
拡散障壁被覆を提供しない。

【００３４】第一段階後の第二段階に対して低エネルギ
ー付着と高エネルギー付着を組み合わせて使用した膜厚
プロフィルを図８に示す。図８に示すように、第一段階
として図５に示すような低いイオン・エネルギーと低い
再スパッタリング付着の組合せ、第二段階として図７に
示すような高イオン・エネルギーと高い再スパッタリン
グの組合せによって、良好な側壁２９被覆、良好な下部
側壁２７被覆および良好な水準の底部被覆２８、並びに
被膜２５の頂部被覆３０が達成できる。第一段階と第二
段階の低イオン・エネルギー（＜４０ｅＶ）付着と高イ
オン・エネルギー（＞８０ｅＶ）付着の相対量と膜厚を
変えて、点２６ないし点２９において異なるレベルの局
部ステップ・カバレージが得られるようにすることがで
きる。高エネルギー付着の低デューティ・サイクルの場
合、点２８におけるステップ・カバレージが点２７およ
び点２９のステップ・カバレージを超える。高エネルギ
ー付着の高デューティ・サイクルの場合、点２７および
点２９における被膜２５のステップ・カバレージを高く
（＞０．５）、点２８における被膜２５のステップ・カ
バレージをそれより低くすることができる（＜０．
５）。低デューティ・サイクルは時間の１０％ないし２
０％の範囲でよい。高デューティ・サイクルは時間の６
０％ないし１００％の範囲でよい。この技術によると、
回路フィーチャまたはトレンチ内の位置２６ないし２９
において被膜２５の均一性とステップ・カバレージが可
能となる。

【００３５】本発明の第二の代替実施例および方法は、
フィーチャ１６の壁２７および２９とフィーチャ１６の
底部２８の上に二種類の材料を障壁被膜２５および２
５'として連続付着させることを含む。まず、被膜２５
を図５に示すように付着する。次に、図７に示すよう
に、材料２５を側壁上だけに選択的に再付着または付着
し（位置２７、２９）、底部表面２８を完全に開いたま
まにする。側面に付着した材料２５は後続の加工段階中
に化学的侵食に対するバルク材料１１用の障壁として働
くように選択できる。図８に示すように、第二の材料２
５'は、図５に示す指向性付着特性を使用して、底部表
面２８の上だけに付着するように選択できる。この状況
の実例は、図７に示すように酸化アルミニウムや二酸化
チタンなどの絶縁材料を被膜２５として、また側壁２７
および２９用の側壁材料として使用することである。こ
の材料は絶縁性なので、回路素子１３との電気的接触が
望まれるフィーチャ底部においては望ましくないことに
なる。

【００３６】Ｗ、Ｔａ、ＴａＮ、Ｔｉ、ＴｉＮなどの第
二の材料を、必要ならば表面回路素子１３に付着して被
膜２５'を形成することもできる。また、特にフィーチ
ャ１６に付着される材料が回路素子１３の材料と類似し
または相溶性がある場合、いくつかの金属の組合わせに
おいて、底部表面２８用の障壁が不要になることも可能
である。

【００３７】図９はフィーチャまたは開口部１６'中に
形成された被膜２５の断面図である。図９において、側
壁４３と側壁４４は末広がりで開口部１６'の頂部より
も底部の方が離れている。テーパ付きの側壁４３と４４
は、図５と図６に示した二段階イオン付着工程を使用し
て被膜２５で被覆されている。

【００３８】図１０はフィーチャまたは開口部１６"中
に形成された被膜２５の断面図である。図１０におい
て、側壁２９は、水平な側壁部分４６と側壁部分４７を
有し、開口部の外部から見たとき隠れる表面ができる。
この隠れた表面は、バルク材料１１の側壁をアンダーカ
ットまたは刻み目をつけることによって形成される。側
壁部分４６と側壁部分４７は、図５と図６に示した二段
階イオン付着工程を使用して被膜２５で被覆されてい
る。

【００３９】超小型電子技術の応用分野用の高アスペク
ト比のフィーチャまたはトレンチ中における拡散障壁被
膜の付着を制御するための実現可能な技術について記載
した。この技術は半導体ウェーハや集積回路チップの製
造に有用であろう。この二段階またはそれ以上のイオン
付着工程を用いると、次の数世代の間、超小型電子機器
に拡散障壁とライナを形成するためにＣＶＤ技術を使う
必要が無くなる。

【００４０】以上、基板中のトレンチなどのフィーチャ
の中または上に膜厚プロフィルが制御された被膜を付着
する方法について記載し例示したが、本明細書に添付の
特許請求の範囲のみによって限定される本発明の広い範
囲から逸脱することなく、修正および変更を加えること
ができることは、当業者にとって明白であろう。

【００４１】まとめとして、本発明の構成に関して以下
の事項を開示する。

【００４２】（１）複数の表面を有するフィーチャを含
む基板上のフィーチャ上に、制御された膜厚プロフィル
を有する被膜を付着する方法であって、前記基板をプラ
ズマ付着チャンバ内に配置する段階と、前記プラズマ付
着チャンバを真空排気する段階と、第一のソース材料を
イオン化して付着させるイオンを形成する段階を含む、
前記チャンバ内で一回目に第一のプラズマを発生させる
段階と、前記第一のソース材料の前記イオンを前記基板
上の前記フィーチャに前記イオンが付着する第一のエネ
ルギーで一回目に照射する段階と、前記ソース材料の追
加の前記イオンを前記基板上の前記フィーチャに第二の
エネルギーで二回目に照射して、前記一回目の照射段階
であらかじめ付着した原子をスパッタして原子を再分布
させる段階とを含む方法。 （２）追加のイオンを二回目に照射する前記段階が、４
０ｅＶないし１００ｅＶの範囲のエネルギーでイオンを
提供する段階を含むことを特徴とする上記（１）に記載
の方法。 （３）追加のイオンを二回目に照射する前記段階が、１
００ｅＶより大きいエネルギーでイオンを提供する段階
を含むことを特徴とする上記（１）に記載の方法。 （４）前記基板上の前記フィーチャの各表面からあらか
じめ付着した原子をスパッタによって完全に除去するま
で前記二回目の照射段階を継続する段階をさらに含む上
記（３）に記載の方法。 （５）第二のソース材料をイオン化して付着するイオン
を形成する段階を含む、前記チャンバ内で二回目に第二
のプラズマを発生させる段階と、前記第二のソース材料
の前記イオンを前記基板上の前記フィーチャに前記イオ
ンが付着するエネルギーで三回目に照射する段階とをさ
らに含む上記（４）に記載の方法。 （６）前記ソース材料を、Ａｌ、ＡｌＣｕ、Ｃｕ、Ｔ
ａ、ＴａＮ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ、ＷＮ、および金属ケイ
化物からなるグループから選択する段階をさらに含む上
記（１）に記載の方法。 （７）前記第一のソース材料の前記イオンを前記基板上
の前記フィーチャに前記イオンが付着するエネルギーで
三回目に照射する段階をさらに含む上記（１）に記載の
方法。 （８）各表面から前記三回目の照射段階中にあらかじめ
付着した原子を前記各表面に対する前記追加イオンの入
射角に基づいてスパッタするのに充分なイオン・エネル
ギーを有する前記第一のソース材料の追加の前記イオン
を、軸にほぼ平行な経路に沿って前記基板に衝突させる
ように前記基板に４０ｅＶより大きいエネルギーで四回
目に照射する段階をさらに含む上記（７）に記載の方
法。 （９）前記フィーチャの一部が底部表面と側壁表面とを
有するトレンチであり、前記底部表面が互いに平行であ
り、前記第一の軸が前記底部表面に垂直な基準線に対し
て１０°以内に配列されることを特徴とする上記（１）
に記載の方法。 （１０）前記フィーチャの一部が底部表面と側壁表面と
を有するトレンチであり、各トレンチの前記側壁の高さ
と側壁間の幅の比が０．５より大きいことを特徴とする
上記（１）に記載の方法。 （１１）基板上のフィーチャ上に制御された膜厚プロフ
ィルを有する被膜を付着する方法であって、前記基板を
プラズマ付着チャンバ内に配置する段階と、前記プラズ
マ付着チャンバを真空排気する段階と、第一のソース材
料をイオン化して付着するイオンを形成する段階を含
む、前記チャンバ内で第一のプラズマを発生させる段階
と、第一の軸にほぼ平行な経路に沿って前記基板に衝突
させて第一の付着物を形成する前記第一のソース材料の
イオンを、前記基板上の前記フィーチャに前記イオンが
付着するエネルギーで一回目に照射する段階と、第二の
ソース材料をイオン化して第二のイオンを形成する段階
を含む、前記チャンバ内で第二のプラズマを発生させる
段階と、前記フィーチャの各表面から前記一回目の照射
段階中にあらかじめ付着した原子を前記各表面に対する
前記第二のイオンの入射角に基づいてスパッタして第二
の付着物を形成するのに充分なイオン・エネルギーを有
するイオンを供給する段階を含み、前記第二のソース材
料の追加の前記第二のイオンを前記基板上の前記フィー
チャに前記第二のイオンを第二の軸にほぼ平行な経路に
沿って前記基板上の前記フィーチャの各表面に衝突させ
るように４０ｅＶより大きいエネルギーで二回目に照射
する段階とを含む方法。 （１２）追加のイオンを二回目に照射する前記段階が、
４０ｅＶないし１００ｅＶの範囲のエネルギーでイオン
を提供する段階を含むことを特徴とする上記（１１）に
記載の方法。 （１３）追加のイオンを二回目に照射する前記段階が、
１００ｅＶより大きいエネルギーでイオンを提供する段
階を含むことを特徴とする上記（１１）に記載の方法。 （１４）前記基板上の前記フィーチャの各表面からあら
かじめ付着した原子をスパッタにより完全に除去するま
で前記二回目の照射段階を継続する段階をさらに含む上
記（１３）に記載の方法。 （１５）第三のソース材料をイオン化して付着するイオ
ンを形成する段階を含む、前記チャンバ内で第三のプラ
ズマを発生させる段階と、前記イオンを第三の軸にほぼ
平行な経路に沿って前記基板に衝突させて第三の付着物
を形成する前記第三のソース材料の前記イオンを、前記
基板上の前記フィーチャに前記イオンが付着するエネル
ギーで三回目に照射する段階とをさらに含む上記（１
４）に記載の方法。 （１６）前記ソース材料を、Ａｌ、ＡｌＣｕ、Ｃｕ、Ｔ
ａ、ＴａＮ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ、ＷＮ、および金属ケイ
化物からなるグループから選択する段階をさらに含む上
記（１１）に記載の方法。 （１７）前記イオンを第三の軸にほぼ平行な経路に沿っ
て前記基板に衝突させて第三の付着物を形成する前記第
一のソース材料の前記イオンを、前記基板上の前記フィ
ーチャに前記イオンが付着する４０ｅＶ未満のエネルギ
ーで三回目に照射する段階をさらに含む上記（１１）に
記載の方法。 （１８）各表面から前記三回目の照射段階中にあらかじ
め付着した原子を前記各表面に対する前記追加イオンの
入射角に基づいてスパッタするのに充分なイオン・エネ
ルギーを有する前記第一のソース材料の追加の前記イオ
ンを、前記基板に４０ｅＶより大きいエネルギーで前記
イオンを第四の軸にほぼ平行な経路に沿って前記基板に
衝突させるように四回目に照射する段階をさらに含む上
記（１７）に記載の方法。 （１９）前記フィーチャの一部が底部表面と側壁表面と
を有するトレンチであり、前記底部表面が互いに平行で
あり、前記第一の軸が前記底部表面に垂直の基準線に対
して１０°以内に配列されることを特徴とする上記（１
１）に記載の方法。 （２０）前記フィーチャの一部が底部表面と側壁表面と
を有するトレンチであり、各トレンチの前記側壁の高さ
と側壁間の幅の比が０．５より大きいことを特徴とする
上記（１１）に記載の方法。 （２１）フィーチャの一部が複数の表面を有する、基板
上のフィーチャ上に制御された膜厚 プロフィルを有す
る被膜を付着する装置であって、プラズマ付着チャンバ
と、前記プラズマ付着チャンバ中に基板を配置するため
の台と、前記チャンバ中にプラズマを発生させる手段
と、第一の軸にほぼ平行な経路に沿って前記台に向かう
方向に前記プラズマから前記イオンを抽出する手段と、
前記イオンを付着するため、前記抽出イオンに４０ｅＶ
未満の値のエネルギーを一回目に付与する第一の手段
と、前記あらかじめ付着したイオンをスパッタするた
め、前記抽出イオンに４０ｅＶより大きい値のエネルギ
ーを二回目に付与する第二の手段とを備える装置。 （２２）前記第一の手段と第二の手段が、前記台と、前
記プラズマと前記台の間にあるグリッドとの間に結合さ
れた電源を含むことを特徴とする上記（２１）に記載の
装置。 （２３）前記一回目と二回目にわたって前記第一の手段
と第二の手段を順序付けるための制御装置をさらに含む
上記（２１）に記載の装置。 （２４）所定のスケジュールにしたがって、前記イオン
にエネルギーを付与する前記第一の手段と第二の手段
に、前記制御装置を複数の期間にわたって結合すること
を特徴とする上記（２３）に記載の装置。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来技術の典型的な相互接続構造の断面図であ
る。

【図２】従来技術のＣＶＤによって形成されたトレンチ
またはフィーチャ中の拡散障壁層の断面図である。

【図３】従来技術のスパッタリングによって形成された
トレンチまたはフィーチャ中の拡散障壁層の断面図であ
る。

【図４】従来技術のイオン化マグネトロン・スパッタリ
ング・システムを示す図である。

【図５】本発明の第一段階後のトレンチ中の薄膜の断面
図である。

【図６】種々の膜厚プロフィルを有する本発明の第二段
階後にトレンチ中に形成された薄膜の断面図である。

【図７】種々の膜厚プロフィルを有する本発明の第二段
階後にトレンチ中に形成された薄膜の断面図である。

【図８】本発明の第二の代替方法を例示するトレンチ中
に形成された薄膜の断面図である。

【図９】末広形側壁を有するトレンチ中に形成された薄
膜の断面図である。

【図１０】開口部に入射するイオンまたは粒子の視線の
外部にある隠れた表面領域を有する開口部またはトレン
チ中に形成された薄膜の断面図である。

【符号の説明】

１１ バルク材料 １３ 回路素子 １６ フィーチャ（トレンチ） ２２ 付着用フラックス ２５ 被膜 ２８ 底部表面 ２９ 側壁 ３０ 頂部被覆

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 スティーヴン・マーク・ロスナーゲル アメリカ合衆国10603 ニューヨーク州ホ ワイト・プレーンズ ノース・マナー・ド ライブ 11

Claims (24)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の表面を有するフィーチャを含む基板
   上のフィーチャ上に、制御された膜厚プロフィルを有す
   る被膜を付着する方法であって、 前記基板をプラズマ付着チャンバ内に配置する段階と、 前記プラズマ付着チャンバを真空排気する段階と、 第一のソース材料をイオン化して付着させるイオンを形
   成する段階を含む、前記チャンバ内で一回目に第一のプ
   ラズマを発生させる段階と、 前記第一のソース材料の前記イオンを前記基板上の前記
   フィーチャに前記イオンが付着する第一のエネルギーで
   一回目に照射する段階と、 前記ソース材料の追加の前記イオンを前記基板上の前記
   フィーチャに第二のエネルギーで二回目に照射して、前
   記一回目の照射段階であらかじめ付着した原子をスパッ
   タして原子を再分布させる段階とを含む方法。
2. 【請求項２】追加のイオンを二回目に照射する前記段階
   が、４０ｅＶないし１００ｅＶの範囲のエネルギーでイ
   オンを提供する段階を含むことを特徴とする請求項１に
   記載の方法。
3. 【請求項３】追加のイオンを二回目に照射する前記段階
   が、１００ｅＶより大きいエネルギーでイオンを提供す
   る段階を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 【請求項４】前記基板上の前記フィーチャの各表面から
   あらかじめ付着した原子をスパッタによって完全に除去
   するまで前記二回目の照射段階を継続する段階をさらに
   含む請求項３に記載の方法。
5. 【請求項５】第二のソース材料をイオン化して付着する
   イオンを形成する段階を含む、前記チャンバ内で二回目
   に第二のプラズマを発生させる段階と、 前記第二のソース材料の前記イオンを前記基板上の前記
   フィーチャに前記イオンが付着するエネルギーで三回目
   に照射する段階とをさらに含む請求項４に記載の方法。
6. 【請求項６】前記ソース材料を、Ａｌ、ＡｌＣｕ、Ｃ
   ｕ、Ｔａ、ＴａＮ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ、ＷＮ、および金
   属ケイ化物からなるグループから選択する段階をさらに
   含む請求項１に記載の方法。
7. 【請求項７】前記第一のソース材料の前記イオンを前記
   基板上の前記フィーチャに前記イオンが付着するエネル
   ギーで三回目に照射する段階をさらに含む請求項１に記
   載の方法。
8. 【請求項８】各表面から前記三回目の照射段階中にあら
   かじめ付着した原子を前記各表面に対する前記追加イオ
   ンの入射角に基づいてスパッタするのに充分なイオン・
   エネルギーを有する前記第一のソース材料の追加の前記
   イオンを、軸にほぼ平行な経路に沿って前記基板に衝突
   させるように前記基板に４０ｅＶより大きいエネルギー
   で四回目に照射する段階をさらに含む請求項７に記載の
   方法。
9. 【請求項９】前記フィーチャの一部が底部表面と側壁表
   面とを有するトレンチであり、前記底部表面が互いに平
   行であり、前記第一の軸が前記底部表面に垂直な基準線
   に対して１０°以内に配列されることを特徴とする請求
   項１に記載の方法。
10. 【請求項１０】前記フィーチャの一部が底部表面と側壁
    表面とを有するトレンチであり、各トレンチの前記側壁
    の高さと側壁間の幅の比が０．５より大きいことを特徴
    とする請求項１に記載の方法。
11. 【請求項１１】基板上のフィーチャ上に制御された膜厚
    プロフィルを有する被膜を付着する方法であって、 前記基板をプラズマ付着チャンバ内に配置する段階と、 前記プラズマ付着チャンバを真空排気する段階と、 第一のソース材料をイオン化して付着するイオンを形成
    する段階を含む、前記チャンバ内で第一のプラズマを発
    生させる段階と、 第一の軸にほぼ平行な経路に沿って前記基板に衝突させ
    て第一の付着物を形成する前記第一のソース材料のイオ
    ンを、前記基板上の前記フィーチャに前記イオンが付着
    するエネルギーで一回目に照射する段階と、 第二のソース材料をイオン化して第二のイオンを形成す
    る段階を含む、前記チャンバ内で第二のプラズマを発生
    させる段階と、 前記フィーチャの各表面から前記一回目の照射段階中に
    あらかじめ付着した原子を前記各表面に対する前記第二
    のイオンの入射角に基づいてスパッタして第二の付着物
    を形成するのに充分なイオン・エネルギーを有するイオ
    ンを供給する段階を含み、前記第二のソース材料の追加
    の前記第二のイオンを前記基板上の前記フィーチャに前
    記第二のイオンを第二の軸にほぼ平行な経路に沿って前
    記基板上の前記フィーチャの各表面に衝突させるように
    ４０ｅＶより大きいエネルギーで二回目に照射する段階
    とを含む方法。
12. 【請求項１２】追加のイオンを二回目に照射する前記段
    階が、４０ｅＶないし１００ｅＶの範囲のエネルギーで
    イオンを提供する段階を含むことを特徴とする請求項１
    １に記載の方法。
13. 【請求項１３】追加のイオンを二回目に照射する前記段
    階が、１００ｅＶより大きいエネルギーでイオンを提供
    する段階を含むことを特徴とする請求項１１に記載の方
    法。
14. 【請求項１４】前記基板上の前記フィーチャの各表面か
    らあらかじめ付着した原子をスパッタにより完全に除去
    するまで前記二回目の照射段階を継続する段階をさらに
    含む請求項１３に記載の方法。
15. 【請求項１５】第三のソース材料をイオン化して付着す
    るイオンを形成する段階を含む、前記チャンバ内で第三
    のプラズマを発生させる段階と、 前記イオンを第三の軸にほぼ平行な経路に沿って前記基
    板に衝突させて第三の付着物を形成する前記第三のソー
    ス材料の前記イオンを、前記基板上の前記フィーチャに
    前記イオンが付着するエネルギーで三回目に照射する段
    階とをさらに含む請求項１４に記載の方法。
16. 【請求項１６】前記ソース材料を、Ａｌ、ＡｌＣｕ、Ｃ
    ｕ、Ｔａ、ＴａＮ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ、ＷＮ、および金
    属ケイ化物からなるグループから選択する段階をさらに
    含む請求項１１に記載の方法。
17. 【請求項１７】前記イオンを第三の軸にほぼ平行な経路
    に沿って前記基板に衝突させて第三の付着物を形成する
    前記第一のソース材料の前記イオンを、前記基板上の前
    記フィーチャに前記イオンが付着する４０ｅＶ未満のエ
    ネルギーで三回目に照射する段階をさらに含む請求項１
    １に記載の方法。
18. 【請求項１８】各表面から前記三回目の照射段階中にあ
    らかじめ付着した原子を前記各表面に対する前記追加イ
    オンの入射角に基づいてスパッタするのに充分なイオン
    ・エネルギーを有する前記第一のソース材料の追加の前
    記イオンを、前記基板に４０ｅＶより大きいエネルギー
    で前記イオンを第四の軸にほぼ平行な経路に沿って前記
    基板に衝突させるように四回目に照射する段階をさらに
    含む請求項１７に記載の方法。
19. 【請求項１９】前記フィーチャの一部が底部表面と側壁
    表面とを有するトレンチであり、前記底部表面が互いに
    平行であり、前記第一の軸が前記底部表面に垂直の基準
    線に対して１０°以内に配列されることを特徴とする請
    求項１１に記載の方法。
20. 【請求項２０】前記フィーチャの一部が底部表面と側壁
    表面とを有するトレンチであり、各トレンチの前記側壁
    の高さと側壁間の幅の比が０．５より大きいことを特徴
    とする請求項１１に記載の方法。
21. 【請求項２１】フィーチャの一部が複数の表面を有す
    る、基板上のフィーチャ上に制御された膜厚 プロフィ
    ルを有する被膜を付着する装置であって、 プラズマ付着チャンバと、 前記プラズマ付着チャンバ中に基板を配置するための台
    と、 前記チャンバ中にプラズマを発生させる手段と、 第一の軸にほぼ平行な経路に沿って前記台に向かう方向
    に前記プラズマから前記イオンを抽出する手段と、 前記イオンを付着するため、前記抽出イオンに４０ｅＶ
    未満の値のエネルギーを一回目に付与する第一の手段
    と、 前記あらかじめ付着したイオンをスパッタするため、前
    記抽出イオンに４０ｅＶより大きい値のエネルギーを二
    回目に付与する第二の手段とを備える装置。
22. 【請求項２２】前記第一の手段と第二の手段が、前記台
    と、前記プラズマと前記台の間にあるグリッドとの間に
    結合された電源を含むことを特徴とする請求項２１に記
    載の装置。
23. 【請求項２３】前記一回目と二回目にわたって前記第一
    の手段と第二の手段を順序付けるための制御装置をさら
    に含む請求項２１に記載の装置。
24. 【請求項２４】所定のスケジュールにしたがって、前記
    イオンにエネルギーを付与する前記第一の手段と第二の
    手段に、前記制御装置を複数の期間にわたって結合する
    ことを特徴とする請求項２３に記載の装置。