KR20070097298A - 타깃에 인가되는 ｒｆ 소스 파워에 의한 물리 기상 증착플라즈마 반응기 - Google Patents

Abstract

물리 기상 증착 반응기는 측벽, 천장 및 진공 챔버의 플로어 부근에 위치한 웨이퍼 지지 페디스털을 포함하는 진공 챔버, 이 진공 챔버에 연결된 공정 가스 입구부, 및 이 공정 가스 입구부에 연결된 공정 가스 공급원을 포함한다. 금속 스퍼터 타깃은 천장에 위치하며, 이 금속 스퍼터 타깃에는 고전압 DC 공급원이 연결된다. 금속 스퍼터 타깃에는 RF 플라즈마 공급원 파워 제너레이터가 연결되는데, 이 RF 플라즈마 공급원 파워 제너레이터는 동역학적 전자를 여기시키는데 적합한 주파수를 갖는다. 바람직하게, 웨이퍼 지지 페디스털이 정전 척을 포함하며, RF 플라즈마 바이어스 파워 제너레이터는 플라즈마 이온에 에너지를 결합시키는데 적합한 주파수를 갖는 웨이퍼 지지 페디스털에 연결된다. 바람직하게, 약 0.5 인치를 초과하는 직경을 갖는 고체 금속 RF 공급 로드가 금속 스퍼터 타깃과 맞물리며, RF 공급 로드는 천장을 통해 금속 스퍼터 타깃 위로 축방향으로 연장되고 RF 플라즈마 공급원 파워 제너레이터에 연결된다.

Description

타깃에 인가되는 ＲＦ 소스 파워에 의한 물리 기상 증착 플라즈마 반응기 {A PHYSICAL VAPOR DEPOSITION PLASMA REACTOR WITH RF SOURCE POWER APPLIED TO THE TARGET}

관련 출원과의 교차-참조

본 출원은 브라운, 칼 엠. 등에 의해 발명되어 본 출원인에게 양도된 미국특허출원번호 제11/052,011호(출원일: 2005년 2월 3일, 발명의 명칭: 가공물을 통해 인가된 바이어스 파워 주파수 및 소스에 의한 금속 플라즈마 기상 증착 및 재-스퍼터링 장치(APPARATUS FOR METAL PLASMA VAPOR DEPOSITION AND RE-SPUTTER WITH SOURCE AND BIAS POWER FREQUENCIES APPLIED THROUGH THE WORKPIECE))의 일부 연속 출원(CIP)이다.

집적 회로 구성에 있어 최근의 기술 진보에 의하면, 반도체 트랜지스터 위에 놓이는 복수층의 상호접속 구조물은 이제 6개 내지 10개 정도로 많은 상호접속층이 존재한다. 절연층은 연속하는 전도체 층과 분리된다. 전도체 상호접속층은 완전히 상이한 전도체 패턴일 수 있으며 서로 접속되고 절연층을 통해 수직으로 연장하는 복수의 비아(via)를 통해 상이한 위치에서 트랜지스터 층에 연결된다. 본 발명의 관심사는 비아의 형성이다.

집적 회로에서의 저항 파워 손실을 줄이기 위해, 상호접속층 및 비아는 통상 알루미늄을 사용하며, 가장 최근에는 주요 전도체로서 구리를 사용한다. 절연체 층들은 이산화규소지만, 가장 최근에는 낮은 유전 상수를 갖는 이산화 규소가 아닌 유전 물질을 점차적으로 사용한다. 구리는 비극적인 회로 단락을 야기하는 절연체 층을 통해 시간을 초과하여 확산하는 경향이 있기 때문에, 2개의 물질이 집적 회로에서 경계를 이룰 때마다 구리 확산을 차단하는 배리어층이 구리 물질과 유전 물질 사이에 위치한다. 이 배리어층은 절연체 층과 접촉하는 티타늄 질화물층 또는 밑에 놓이는 탄탈 질화물 층, 위에 놓이는 순수한 (또는 거의 순수한) 탄탈(또는 티타늄) 층, 마지막으로, 순수한 탄탈 (또는 티타늄) 층 위의 구리 시드층(copper seed layer)으로 통상 형성된다. 전도체가 구리라면, 탄탈이 바람직하다. 구리 전도체는 구리 시드층 상에 증착된다. 이러한 배리어층은 유전 물질 안으로의 구리 원자의 이동 또는 확산을 방지한다. 탄탈 및 탄탈 질화물(또는 티타늄 및 티타늄 질화물) 층은 구리에 비해 질이 떨어지는 전도체이다. 배리어층의 형성과 구리 전도체의 형성은 물리 기상 증착에 의해 실행된다. 다른 증착 공정들은 화학 기상 증착, 플라즈마 향상 화학 기상 증착 또는 전기 도금과 같은 금속 충전 단계(구리 증착)를 위해 사용될 수 있다.

수평 상호접속층 사이에 수직으로 연장하는 비아를 형성할 때 다음과 같은 문제점이 발생한다. 밑에 놓인 수평 상호접속층 내의 구리 전도체의 일부분을 노출시키도록 위에 놓인 수평 절연체 (이산화규소) 층을 통해 구멍을 에칭함으로써 가각의 수직 비아 개구가 형성된다. 이러한 노출 부분은 비아를 통해 접속이 이루 어진다. 배리어층은 상술한 구리 이동을 방지하기 위해 비아 내에 구리 전도체가 형성될 수 있기 전에 비아의 내부면 상에 증착될 수 있어야 한다. 이러한 배리어층은 비아의 내부면을 모두 덮을 때 밑에 놓인 구리 전도체의 노출된 부분을 덮는다. 배리어층이 내부 전도체이므로, 비아의 다른 내부면으로부터 배리어층의 나머지를 제거하지 않고 (에칭 공정에서)밑에 놓인 구리 전도체로부터 선택적으로 제거되어야 한다. 이러한 제거 단계는, 밑에 놓인 구리 표면으로부터 배리어층을 선택적으로 제거하는 단계가 실행되는 에칭 챔버 내에 웨이퍼를 위치시키기 위해 물리 기상 증착 공정의 중단을 필요로 한다. 이후, 웨이퍼는 구리 전도체의 형성을 위해 물리 기상 증착 반응기에 복귀된다.

배리어층의 선택적인 제거에 의해 나타나는 중단은 보다 높은 제조 비용을 수반하고 제조 시간이 소비된다. 최근에, 반응기로부터 웨이퍼를 제거하지 않고 배리어층 형성 단계 이후에 배리어층의 선택적인 제거 및 배리어층의 물리 기상 증착 모두가 가능한 이중 목적 반응기가 개발되었다. 이 결과, 제조 비용과 제조 시간에 있어서 상당한 비용 절감이 실현되었다. 이것은 웨이퍼 부근에 물리 기상 증착 챔버 내에 개별의 코일을 제공함으로써 달성되었다. 배리어층을 형성한 후에, 수평면으로부터 배리어층을 선택적으로 스퍼터링하는 유도 결합 플라즈마(즉, 밑에 놓인 구리 전도체에 의해 형성된 플로어)를 형성하는데 코일이 사용된다. 이러한 선택적인 스퍼터링(이하에 "재-스퍼터링(re-sputtering)"이라 함)은 우세하게 수직인 이온 속도 분포를 달성하기 위해 웨이퍼에 RF 바이어스 파워를 인가함으로써 달성된다. 이러한 이중-목적 반응기가 상당히 잘 작동하면, 약간의 추가의 비용을 수반한다. 예컨대, 배리어층 증착 단계가 금속 타깃을 스퍼터링하고 이에 따라 반응기 챔버의 모든 내부면에 대해 금속을 증착시키는 것을 수반하기 때문에, 금속화된 표면이 코일을 차폐시키지 않거나, 그렇지 않으면, 재-스퍼터링으로부터 플라즈마로 RF 파워의 유도 결합을 방지하도록 재-스퍼터링 코일이 챔버 내부에 위치되어야 한다. 공정 오염을 방지하기 위해, 재-스퍼터링은 순수한 탄탈로 형성되는데, 이는 비용이 추가된다. 이 코일은 그 수명 동안 상당히 커다란 온도 진동을 겪게 되며, 주기적으로 변해야 한다. RF 파워는 반응기 챔버의 진공 시일을 통해 그리고 금속 증기에 의해 주기적으로 완전하게 채워지는 환경을 통해 재-스퍼터링 코일에 연결되어야 한다. 따라서, 금속 증착을 견딜 수 있고 그 오부면이 증착 물질의 지나친 축적을 방지하고 얇은 조각으로 벗겨지는 것을 방지하도록 직조되며, 그 수명 이상으로 광범위한 온도 진폭을 견딜 수 있는 RF 피드쓰루가 사용되어야 한다.

다른 공지된 이중 목적 반응기는 금속 스퍼터 타깃에 의해 차단되지 않는 천장의 일부분을 덮는 외부 유도 코일을 사용한다. 한 가지 문제점은 금속 기상 증착 공정이 금속에 의해 천장을 코팅할 수 있어서 코일 안테나로부터의 유도 연결을 차단한다. 추가의 중요한 문제점은, 코일에 의해 발생된 RF 플라즈마가 타깃으로부터 금속 이온의 높은 비례를 발생시켜서, 타깃으로부터 금속 이온/증기의 플럭스와 충돌(탈-최적화)하지 않고 웨이퍼 바이어스가 수평면에 대한 에칭 선택도를 위해 최적화될 수 없다는 점이다. 따라서, 금속 증착 공정 및 재-스퍼터링 공정은 별도의 시간에서 실시되어야 한다.

이러한 이중 목적 반응기는 Ta/TaN 배리어층 증착 단계 및 재-스퍼터링 단계 모두를 실시할 수 있지만, 상이한 반응기는 통상 연속적인 구리 증착 단계를 실시하는 것을 채용함을 주지해야 한다. 이것은 웨이퍼 상의 구리 이온의 높은 플럭스 때문에, PVD 반응기가 구리 타깃에서 상당히 밀도 높은 플라즈마 내에서 스퍼터링된 구리 원자가 자체-이온화 하도록 특수하게 구성되어야 한다. 구체적으로, 상당히 높은 D.C. 파워 레벨 (40-56 kW)은 구리 타깃에 인가되고, 특수하게 구성된 마그네트론은 타깃에 보다 집중된 플라즈마를 위해 사용된다. 타깃 부근의 구리 이온의 고밀도로 인해, 웨이퍼 위로 상당히 높이 위치되며(390 mm), 이는 (구리 중성자의 일부의 유리한 시준을 제공하듯이) 허용가능한 임계값에 구리 증착 속도를 제한한다. 그러나, 통상적으로 커다란 지분의 구리 이온은 챔버 내에서 실드 상에 증착되며, 그렇지 않으면, 이러한 긴 거리를 이동하는 동안 분실된다.

구리 PVD 챔버 및 배리어 PVD 챔버에 대한 조건에 추가로, 구리 PVD 챔버 및 배리어 PVD/재-스퍼터링 챔버가 클리닝/에칭 공정에 적합하지 않기 때문에 제 3 챔버 즉 에칭 챔버는 예비-증착 클리닝 공정을 실행하는데 사용되어야 한다.

다른 문제점은 비아 벽을 따라 비균일한 두께로 증착하도록 그리고 특히 수직벽의 상부 코너 부근에 보다 빨리 축적하여 핀치-오프를 향하는 일부의 경향을 나타내기 위해, 배리어 층의 형성 동안 증착된 탄탈 및/또는 탄탈 질화물 물질의 경항이다. 이것은 이러한 문제점을 개선하기 위해 공정 윈도우를 제한하는 것이 필요하게 한다. 배리어 증착 공정의 완료 시에 재-스퍼터링 공정이 실행되면, 비아 측벽의 하부 부분 상의 비아의 수평면(플로어)으로부터 제거된 탄탈(또는 탄탈 질화물) 물질을 운반하는 동안, 재-스퍼터링 공정이 다른 곳보다도 비아 벽의 상부 및 코너로부터 탄탈 또는 탄탈 질화물을 제거하는 경향이 있기 때문에, 상술한 문제점은 어느 정도 해소된다. 그럼에도 불구하고, 공정 윈도우의 일부의 자유화를 허용하면서 핀치-오프의 임의의 위험을 제거하기 위해, 초기의 불균일한 탄탈 또는 탄탈 질화물 증착 문제를 함께 방지하는 것이 유리하다.

이러한 장점 중 적어도 일부에 제공되는 내부 재-스퍼터링 코일의 필요성이 간단한 방법으로 회피된다는 장점이 또한 있다.

본 발명은 이러한 코일이 필요없이 내부 재-스퍼터링 코일에 의해 제공되는 적어도 근접한 유리한 방법을 제공한다. 본 발명은 또한 배리어층의 비균일한 증착을 개선하거나 회피하는 방법과, 배리어층의 형성 동안 비아의 플로어를 형성하는 노출된 구리 전도체 표면 상에 배리어층의 증착을 회피하거나 최소화하는 방법을 제공한다.

기술적 진보가 비아 및 다른 피쳐에 대한 보다 작은 외형 및 보다 높은 종횡비를 말해주고 있으므로, 스퍼터링된 물질(예컨대, 구리)의 이온화 정도는 증착된 막의 요구되는 균일도포성을 달성하도록 증가되어야 한다는 점이 다른 문제점을 해소한다. 이러한 이온화의 증가는 웨이퍼 지지 페디스털에 인가된 보다 큰 VHF 파워를 필요로 한다. 공정 성능에 대한 증가된 요구는 가공물의 온도가 보다 정밀하게 제어될 것을 요구하며, 온도 제어되는 표면에 웨이퍼를 클램핑하도록 정전 척을 사용할 것을 말해 주고 있다. 정전 척의 사용은 웨이퍼에 인가될 수 있는 VHF 파워의 양을 제한한다. 즉, 대개, 정전 척 내에서 RF 파워가 인가되는 전극이 작은 알루미늄 질화물 퍽(puck) 내부에 몰리브덴 메시(molybdenum mesh)로 통상 이루어 지기 때문이다. 작은 눈금의 메시(예컨대 100 마이크론)는 최대 1.5 kW만큼 낮게 메시에 인가될 수 있는 RF 파워의 양을 상당히 제한한다. 소형 피쳐 크기(small feature size)(예컨대, 45 nm)의 고종횡비 개구 상에 균일도포 증착을 위한 필요한 정도의 이온화는 예컨대 3.5 kW 이상과 같은 상당히 높은 VHF 파워에 의해서만 달성될 수 있다.

물리 기상 증착 반응기는 측벽, 천장 및 진공 챔버의 플로어 부근에 위치한 웨이퍼 지지 페디스털(wafer supprot pedestal))을 포함하는 진공 챔버, 이 진공 챔버에 연결된 공정 가스 입구부, 및 이 공정 가스 입구부에 연결된 공정 가스 공급원을 포함한다. 금속 스퍼터 타깃은 천장에 위치하며, 이 금속 스퍼터 타깃에는 고전압 DC 공급원이 연결된다. 금속 스퍼터 타깃에는 RF 플라즈마 공급원 파워 제너레이터가 연결되는데, 이 RF 플라즈마 공급원 파워 제너레이터는 동역학적 전자를 여기시키는데 적합한 주파수를 갖는다. 바람직하게, 웨이퍼 지지 페디스털이 정전 척(electrostatic chuck)을 포함하며, RF 플라즈마 바이어스 파워 제너레이터(RF plasma bias power generator)는 플라즈마 이온에 에너지를 결합시키는데 적합한 주파수를 갖는 웨이퍼 지지 페디스털에 연결된다. 바람직하게, 약 0.5 인치를 초과하는 직경을 갖는 고체 금속 RF 공급 로드가 금속 스퍼터 타깃과 맞물리며, RF 공급 로드는 천장을 통해 금속 스퍼터 타깃 위로 축방향으로 연장되고 RF 플라즈마 공급원 파워 제너레이터에 연결된다.

도 1은 본 발명을 실시하는 플라즈마 반응기의 일부 절개된 측면도이다.

도 2는 본 발명의 일 양상에 따른 웨이퍼 지지 페디스털의 일부 절개된 확대도이다.

도 3은 본 발명의 다른 양상에 따른 웨이퍼 지지 페디스털의 일부 절개된 확대도이다.

도 4는 도 1의 반응기의 2개의 상이한 플라즈마 바이어스 파워 주파수의 사용을 도시하는 도면이다.

도 5는 도 4의 실시예의 상이한 바이어스 파워 주파수의 상이한 이온 에너지 분포의 좋바을 도해하는 그래프이다.

도 6a 내지 도 6e는 본 발명의 공정에 따라 집적 회로의 일부분의 연속적인 횡단면도이다.

도 7은 도 6a 내지 도 6e의 공정에서 형성되는 배리어층의 확대 단면도이다.

도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 공정의 일 실시예에서 배리어층의 형성을 도시하는 도면이다.

도 9a 및 도 9b는 본 발명의 공정의 바람직한 실시예에서 배리어층의 형성을 도시하는 도면이다.

도 10은 본 발명의 바람직한 공정의 블록 흐름도이다.

도 11a, 도 11b 및 도 11c는 유전층을 통과하는 협소한 개구의 측면 횡단면도이며, 도 1의 반응기의 3개의 모드 즉, 공형 모드, 비공형 모드 및 펀치-관통 모드 각각에서 생성된 증착을 도시하는 도면이다.

도 12는 제 1 대안예에 따른 플라즈마 반응기를 도시하는 도면이다.

도 13는 제 2 대안예에 따른 플라즈마 반응기를 도시하는 도면이다.

도 14는 제 3 대안예에 따른 플라즈마 반응기를 도시하는 도면이다.

도 15는 제 4 대안예에 따른 플라즈마 반응기를 도시하는 도면이다.

도 16는 제 5 대안예에 따른 플라즈마 반응기를 도시하는 도면이다.

도 17은 도 1의 반응기가 동일한 웨이퍼 상에서 예비-증착 클리닝 공정, 유전 배리어층 증착 공정 및 금속 배리어층 증착 공정을 실시하는 공정을 도시하는 도면이다.

도 18a 및 도 18b는 도 2의 RF 접지 도전성 탭의 일 실시예를 도시하는 도면이다.

도 19는 정전 척 및 상당히 효율적인 VHF 라디에이터를 구비하며 스퍼터링 타깃 상에 전 자석 배열을 실시하는 PVD 반응기의 바람직한 제 1 실시예의 모식도이다.

도 20은 도 19의 평면도이다.

도 21은 도 19 및 도 20의 자석 배열의 원환 자기 제한 패턴을 도시하는 도면이다.

도 22는 정전 척 및 상당히 효율적인 VHF 라디에이터를 구비하며 스퍼터링 타깃 상에 전 자석 배열을 실시하는 PVD 반응기의 바람직한 제 2실시예의 모식도이다.

도 23은 도 22의 반응기의 스퍼터 타깃 상의 RF 공급 칼럼의 제 1 패턴을 도 시하는 도면이다.

도 24는 도 22의 반응기의 스퍼터 타깃 상의 RF 공급 칼럼의 제 2 패턴을 도시하는 도면이다.

도 25, 도 26 및 도 27은 각각 제 1 대안예, 제 2 대안예 및 제 3 대안예를 도시하는 도면이다.

도 28은 본 발명의 일 양상에 따른 물리 기상 증착을 실행하는 공정을 도시하는 도면이다.

플라즈마 반응기는 집적 회로의 연속적인 상호접속층 사이에서 복수의 비아(via)를 통해 또는 트렌치 내에 (배리어가 탄탈/탄탈 질화물이 되는 구리와 같은) 전도체에 대해 (탄탈/탄탈 질화물막 또는 티타늄/티타늄 질화물막과 같은) 배리어층을 형성한다. 플라즈마 반응기는 비아(via)의 플로어를 이루는 밑에 놓인 전도체의 노출된 수평면으로부터 배리어 물질을 제거하기 위해 물리 기상 증착과 상당히 선택적인 재-스퍼터링 모두가 가능하다. 중요한 점은, 반응기가 완전하고 정밀하게 제어가능한 재-스퍼터링 단계를 위해 종래에 요구되었던 내부 코일없이 이 모든 것을 달성한다는 점이다. 대신에, 재-스퍼터링 단계를 실시하기 위해 웨이퍼 근처에 플라즈마가 형성된다. 이를 위해, 아르곤과 같은 공정 가스를 도입할 수 있으며, 웨이퍼 근처에서 아르곤 플라즈마 이온을 여기시키기 위해 동역학 전자(kinetic electron)에 에너지를 전기용량적으로 결합시키는데 효과적인 RF 주파수로 웨이퍼에 소스 파워(source power)가 인가된다. 본 명세서에서 사용하는 용 어 "소스 파워"는 플라즈마 내의 동역학 전자에 파워를 결합시킴으로써 RF-결합 플라즈마를 유지시키기에 적합한 RF 파워를 가리킨다. 이것은 D.C. 여기된 금속 스퍼터링 타킷을 가리킬 때의 용어 "소스(source)"의 사용과 구별되어야 하며, 이 소스는 금속 증착 프로세스 내의 금속 원자 또는 이온의 "소스"이다. 통상적으로, 소스 파워 주파수는 전자의 낮은 질량-대-전하 비(low mass-to-charge ratio)로 인해 VHF 주파수이다. 웨이퍼 부근에 형성된 VHF-결합형 플라즈마의 이온들은 재-스퍼터링 단계에서 사용된다. 수평면에 대한 재-스퍼터링의 선택도는 이온에 에너지를 결합시키는데 유효한 RF 주파수에서 웨이퍼에 바이어스 파워를 인가함으로써 생성되는데, 이러한 RF 주파수는 이온들의 높은 질량-대 전하 비로 인해 HF 또는 LF 주파수이다. 이러한 선택도의 생성은 웨이퍼 표면에서의 플라즈마 외피를 가로질러 챔버 축선 주위의 작은 방향성 범위, 통상적으로 수직 방향으로의 이온 속도 분포를 제한하며, 챔버 축선에 수직한 표면, 통상적으로 수직면을 위해 상당히 선택가능성이 높은 재-스퍼터링 단계를 실행한다. 중요한 특징은, 타깃으로부터 웨이퍼를 향해 금속의 플럭스가 작용하게 하지 않고 바이어스 파워가 이온 재-스퍼터링 또는 에칭 공정의 선택도를 제어한다는 점이다. 이것은 웨이퍼에 인가되는 바이어스 파워에 의해 영향받지 않는 타깃으로부터 주로 중성 금속 입자 또는 원자를 생성시키는 타깃면에서 낮은 파워(2-5 kW) D.C. 방전 플라즈마에 의해 촉진된다. 따라서, 2개의 상이한 플라즈마가 사용되는데, 하나의 플라즈마는 타깃에서의 D.C. 방전 플라즈마이고, 다른 하나의 플라즈마는 웨이퍼에서의 RF (VHF) 플라즈마이다. 따라서, 타깃 스퍼터링은 웨이퍼에서의 재-스퍼터링 플라즈마에 영향주지 않고 최 적화될 수 있는 한편, 바이어스 전압은 타깃 스퍼터링에 영향을 주지 않고 최적화될 수 있다. 이러한 특징은 물리 기상 증착 공정을 위해 금속 이온을 발생시키도록 타깃 부근에서 RF 결합형 플라즈마를 사용하는 종래의 이온 물리 기상 증착 반응기에서는 불가능하다.

물리 기상 증착 및 재-스퍼터링이 동시에 실행될 수 있으며, 재-스퍼터링 또는 에칭 공정의 선택도가 타깃으로부터 금속 원자의 플럭스의 영향 없이 조정된다는 점은 본 발명의 독특한 유리한 모드이다.

이러한 재-스퍼터링 단계는 배리어층 물질의 비균일한 증착을 보상하는 경향이 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에서, 재-스퍼터링 단계는 배리어 증착 단계와 동시에 실행된다. 이것은 본 발명의 바람직한 실시예가 2개의 어느 정도 독립적인 플라즈마 즉, 타깃 위의 마그네트론(magnetron)에 의해 한정되는 타깃 또는 천장 부근의 D.C. 방전 플라즈마 및 재-스퍼터링을 실행시키기 위한 웨이퍼 표면 부근의 RF 플라즈마를 발생시키기 때문에 가능하다. 따라서, 천장 부근의 플라즈마는 타깃을 스퍼터링하기 위해 최적화되는 한편 (동시에), 웨이퍼의 플라즈마는 각각의 비아의 플로어를 스퍼터링하고 선택적으로 에칭하기 위해 최적화된다. 한가지 장점은 증착된 배리어층 막 내에서의 현저한 비균일성이 감소되거나 전혀 형성되지 않아서 복수의 비아 내에서의 핀치-오프(pinch-off) 또는 다른 문제의 위험을 줄일 수 있다는 점이다. 본 실시예의 다른 장점으로는, 전체 배리어 증착/재-스퍼터링 공정에 걸쳐, 비아의 플로어를 형성하는 밑에놓인 전도체의 노출된 수평면 상에 배리어 물질이 축적되는 것이 방지될 수 있다는 점이다. 이러한 배리어 물질의 축적의 방지는 (웨이퍼에 인가된 VHF 플라즈마 소스 파워에 주로 제어되는) 재-스퍼터링 속도에 관한 (탄탈 타깃 D.C. 스퍼터 전압에 의해 주로 제어되는) 배리어 물질 증착 속도를 조정함으로써 달성된다.

본 발명은 그 응용 분야에 따라 특정한 장점을 제공할 수 있다. 예컨대, 금속 중성이 요구되기 때문에 구리, 탄탈 및 티타늄을 포함한 모든 증착 공정에 대한 금속 타깃을 스퍼터링하는데 낮은 파워(2-5 kW) D.C. 파워 레벨이 사용된다. 따라서, 웨이퍼 위로의 타깃 높이 및 마그네트론 구성은 이들 모든 공정에서 동일해서, 이들 모든 공정 또는 일부의 공정에 대해 동일한 챔버가 사용될 수 있다. 웨이퍼 위로의 타깃 높이는 비교적 낮을 수 있거나, 또는 예컨대 약 225mm 내지 290mm일 수 있다. 또한, 각각의 증착 공정에 앞서 예비-클리닝 공정을 실행하기 위해 VHF 소스 파워 적용자 및 HF 바이어스 파워 적용자를 사용할 수 있다. 이러한 예비-클리닝 공정은 배리어 금속(탄탈) 증착 단계, 배리어 유전 (탄탈 질화물) 배리어 증착 단계, 구리 시트층 증착 단계 및 구리 전도체 증착 단계를 포함한 증착 단계 모두 또는 각각에 앞서 반복될 수 있다.

반응기 장치:

도 1을 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예의 반응기는 원통형 측벽(10), 디스크형 천장(12), 및 처리되는 반도체 웨이페(16)를 지지하기 위한 웨이퍼 지지 페디스털(14)로 형성되는 진공 챔버를 포함한다. 반도체 웨이퍼(16) 상에 증착되는 금속(예컨대, 탄탈)의 타깃(18)이 천장(12)에 장착된다. 원통형 실드(20)로 이루어지는 공정 키트가 반도체 웨이퍼(16) 및 타깃(18)를 둘러싼다. 종래 유형의 마그 네트론(22)은 천장(12)의 외부측 상에서 타깃(18) 위에 놓인다. 공정 가스 분사기(26)는 가스 공급부(28)로부터 진공 챔버의 내부 안으로 공정 가스를 공급한다. 진공 펌프(30)는 진공 챔버 내에서 원하는 하위-대기압을 유지시킨다.

웨이퍼 지지 페디스털(14)은 임피던스 매치 네트워크(34)를 통해 VHF 플라즈마 소스 파워 제너레이터(36)에 그리고 HF 또는 LF 플라즈마 바이어스 파워 제너레이터(38)에 결합된다. 고전압 D.C. 소스(24)는 타깃(18) 부근에 상부 플라즈마(40)를 유지시킨다. VHF 플라즈마 소스 파워 제너레이터(36)는 반도체 웨이퍼(16)의 표면에 또는 그 부근에 하부 플라즈마(42)를 유지시킨다. 2개의 플라즈마(40, 42)는 동시에 유지될 수 있거나 또는 상이한 시간에 발생될 수도 있다. 상부 플라즈마(40)는 타깃(18)으로부터 받은 약간의 금속 이온에 의해 웨이퍼 상에 증착된 타깃(18)으로부터 주로 중성 금속 원자를 발생시키도록 타깃(18)의 스퍼터링을 가능하게 하는 D.C. 방전 플라즈마이다. 하부 플라즈마(42)는 반도체 웨이퍼(16) 상의 수평면의 선택적인 에칭을 촉진시키는 전기용량적으로 결합된 RF 플라즈마이다. 2개의 플라즈마(40, 42)는 재-스퍼터링 공정 및 금속 증착 공정의 개별의 제어를 위해 독립적으로 제어될 수 있다. 웨이퍼에 인가된 LF 바이어스 파워는 수평면에 대한 재-스퍼터링/에칭 공정의 선택도를 결정한다. 플라즈마 균일도, 특히 웨이퍼에 가장 근접한 하부 플라즈마(42)의 균일도는 반응기 챔버의 원통형 측벽 둘레에 에워싸여 있고 전류 소스 제어기(45)에 의한 D.C. 전류가 공급되는 전자기 코일(43)에 의해 제어된다.

VHF 소스 파워와 HF 또는 LF 바이어스 파워를 웨이퍼에 결합시키는 것이 도 2에 도시되어 있다. 웨이퍼 지지 페디스털(14)는 제 위치에 반도체 웨이퍼(16)를 정전식으로 유지시키기 위한 정전 척(electrostatic chuck; ESC)일 수 있다. 이 경우, ESC 또는 페디스털은 절연층(50) 내부에 매설된 전도성 메쉬(conductive mesh)와 같은 전극(52) 및 전도성 기부(conductive base; 51) 상에 장착된 절연층(50)으로 이루어진다. 페디스털 구조물은 전도성 기부(51)에 연결된 외부 전도체(58) 및 절연 중간층(56), 전극(52)에 연결된 중심 전도체(54)로 이루어진 공통축 배열체에서 아래로 연장될 수 있다. 전도성 기부는 보다 연속적인 접지 기준을 제공하도록 전도성 탭(60)에 의해 원통형 실드(20)의 바닥과 결합될 수 있다. 중심 전도체(54)가 RF 파워 소스와 결합되는 한편 외부 전도체(58)가 접지된다. 임피던스 매치 네트워크(34)는 RF(HF 또는 LF) 플라즈마 바이어스 파워 제너레이터(38)에 결합된 종래의 임피던스 매치 회로(68)와 RF(VHF) 플라즈마 소스 파워 제너레이터(36)에 결합된 종래의 VHF 매치 회로(64)로 이루어진다. VHF 매치 회로(64)의 출력부는 고주파수 통과 필터(65)를 통해 웨이퍼 페디스털 중심 전도체(54)에 접속되는 한편, 임피던스 매치 회로(68)의 출력부는 저주파수 통과 필터(69)를 통해 웨이퍼 페디스털 중심 전도체(54)에 접속된다. 또한, D.C. 척 전압 소스(74)는 웨이퍼 페디스털 중심 전도체(54)에 접속되며 절연 커패시터(76)에 의해 RF 파워와 분리되어 있다. 고주파수 통과 필터(65)는 HF 또는 LF 플라즈마 바이어스 파워 제너레이터(38)로부터의 HF 또는 LF 전류가 VHF 매치 회로(64)에 도달하는 것을 방지하기 위해 충분히 높은 컷-오프 주파수를 가지는 한편, 저주파수 통과 필터는 VHF 플라즈마 소스 파워 제너레이터(36)로부터의 VHF 전류가 HF (또는 LF) 매치 회로(68)에 도달하는 것을 방지하도록 충분히 낮은 컷-오프 주파수를 갖는다.

도 3은 웨이퍼 지지 페디스털(14)의 다른 실시예를 도시하며, 여기서 전극(52)이 웨이퍼와 접촉해 있고 웨이퍼의 정전 척 작용이 없다. 이 경우, 전극(52)이 플라즈마에 잠재적으로 노출되므로, 전극(52)은 탄탈과 같이 웨이퍼 상에 증착되는 물질로 형성될 수 있다.

도 4는 바이어스 파워가 HF 및 LF 주파수(예컨대, 각각 13.56 MHz 및 2 MHz) 모두로 이루어지는 실시예를 도시한다. 이를 위해, 2개의 바이어스 파워 RF 제너레이터 즉, HF 바이어스 파워 제너레이터(38a) 및 LF 바이어스 파워 제너레이터(38b)가 존재하며, 이들 HF 바이어스 파워 제너레이터(38a) 및 LF 바이어스 파워 제너레이터(38b)는 각자의 매치 회로(68a, 68b) 및 필터(69, 69a)를 통해 웨이퍼 페디스털 중심 전도체(54)에 결합된다. VHF 플라즈마 소스 파워 제너레이터(36)는 VHF 매치 회로(64)를 통해 그리고 고주파수 통과 필터(65)를 통해 웨이퍼 페디스털 중심 전도체(54)에 결합된다. 이러한 실시예의 장점 중 하나는 HF 바이어스의 낮은 이온 에너지 분포 및 LF 바이어스의 높은 이온 에너지 분포(도 5에 모두 도시됨)가 LF 및 HF 이온 에너지 분포의 정점(peak) 사이에서 정점에 이르는 이온 에너지 분포를 발생시키도록 결합될 수 있다는 점이다. 이러한 정점은 LF 및 HF 파워 제너레이터(38a, 38b)의 상대 파워 레벨을 조정함으로써 에너지의 상승 또는 하강으로 이동될 수 있다.

타깃 물질(예컨대 탄탈)의 증착 속도는 D.C. 전압 소스에 의해 타깃으로 전 달되는 파워에 의해 주로 결정된다. (수평면에 대한) 에칭/재-스퍼터링의 선택도는 바이어스 파워에 의해 결정되는 한편, 에칭/재-스퍼터링 공정의 속도는 주로 소스 파워 레벨에 의해 결정된다. 따라서, 서로 독립적으로 제어될 수 있는 3개의 매개변수 즉, 금속 증착 속도, 수평면에 대한 에칭 선택도, 및 에칭 속도가 존재한다. 이들 모두는 서로 독립적으로 제어될 수 있기 때문에, 필요하다면, 금속 증착 및 에칭/재-스퍼터링 공정이 동시에 실시될 수도 있다.

PVD/재-스퍼터링 방법:

도 1의 반응기는 집적 회로의 연속적인 상호접속층 사이에 금속 접촉부를 형성하는데 있어 특히 유용하다. 통상적으로, 집적 회로는 수 천 개의 트랜지스터를 갖는 능동 반도체층과 이 수 천 개의 트랜지스터 사이에 복합 상호접속 회로를 제공하며 능동 반도체 위로 적층되는 다수의 절연 상호접속층을 포함한다. 상호접속층 사이의 접속부는 복수의 비아 또는 구리와 같은 금속으로 구멍을 충전함으로써 상호접속층 사이의 수직 구멍 또는 복수의 비아를 통해 형성된다. 절연 물질을 통한 구리의 확산으로 인한 회로 단락의 고장을 방지하기 위해, 탄탈 및 탄탈 질화물의 배리어층이 구리와 절연 물질 사이에 위치된다. 비아 내부에 배리어층을 증착한다는 점에서 도 1의 반응기는 상당한 장점을 제공한다.

도 6a는 능동 반도체층 위에 다수의 상호접속층이 놓이는 스택(stack)(여기 도시됨) 내의 상호접속층(100)의 부분적으로 제조된 부분의 확대 횡단면도이다. 도 6b는 대응하는 평면도이다. 상호접속층(100)은 다수의 전도층 사이에 절연체(실리콘 산화물)층(106) 내에 매설된 평행한 한 쌍의 구리 전도체(102, 104)를 포 함한다. 구리 전도체(102, 104) 각각은 유전층(106) 안으로의 구리 원자의 확산을 방지하는 배리어층(108)에 의해 유전층(106)과 분리된다. 바람직하게, 배리어층(108)은 탄탈 질화물층을 포함하는데, 이러한 탄탈 질화물층은 절연체층(106)과 접촉하며 탄탈층 및 구리 시드층으로 덮여 있다. 이 구조는 도 7의 확대도에 가장 잘 도시되어 있는데, 도 7은 절연체층(106)을 덮은 탄탈 질화물층(110), 탄탈 질화물층(110) 위에 놓인 탄탈 금속층(112) 및 탄탈 금속층(112) 위에 놓인 구리 시드층(114)을 도시한다. 구리 전도체(102)와 같은 구리 전도체가 구리 시드층(114) 위에 놓인다. 탄탈 금속층(112)은 탄탈 질화물층(110)과 양질의 결합을 형성하는데 반해, 구리 시드층은 일면 상의 탄탈 금속층(112) 및 반대편 상의 구리 전도체(102)와 양질의 결합을 형성한다.

절연체층(106)의 표면 상에 다음의 상호접속층이 형성되기 전에, 통상 에칭 공정에 의해 절연체층(106)을 통해 수직 개구 또는 비아(120)가 개방되어 있다(도 6a 및 도 6b). 이러한 비아(120)는 각자의 구리 전도체(102, 104)로 아래로 연장하는 보다 작은 한 쌍의 개구(124)와 절연체츠을 통해 부분적으로만 연장하는 커다란 개구(122)로 이루어진다. 통상, 보다 작은 2개의 개구(124)를 형성하는 에칭 공정은 각각의 전도체(102, 104) 위에 놓인 배리어층(108)의 노출 부분을 충분히 제거하도록 실행된다(도 6a).

비아(120)는 구리로 채워지는 경우 수직 전도체를 형성한다. 그러나, 비아(120) 내부로 구리가 증착되기 전에, 배리어층(130)이 비아(120) 내의 모든 표면 상에 그리고 절연체층(106)의 상부면 상에 도 6c에 도시된 바와 같이 증착된다. 배리어층(130)은 탄탈 질화물층(110), 탄탈 금속층(112) 및 구리 시드층(114)을 포함하면서, 도 7과 관련하여 상술한 구조와 동일한 구조를 갖는다. 본 발명의 일실시예에서, 배리어층(120)의 각각의 하위-층(110, 112, 114)은 금속 타깃(18)을 위한 적절한 물질(하위-층(110, 112)을 위한 탄탈 및 하위-층(114)을 위한 구리)을 제공함으로써 분리된 단계로 증착된다. 타깃(18)은 고전압 D.C. 소스(24)로부터의 커다란 D.C. 스퍼터링 전압에 의해 타깃의 인접 부근에서 이온화되는 공정 가스를 도입함으로써 스퍼터링된다. 탄탈 질화물 하위-층(110)을 증착시키기 위해, 공정 가스로서 질소를 사용하며, 탄탈 원자는 이들이 탄탈 질화물 막을 형성하도록 웨이퍼와 충돌할 때 질소 원자와 결합한다. 탄탈 금속층(112)을 증착하는 경우, 이후, 구리 시드층(114)을 증착하는 경우, 공정 가스는 아르곤과 같은 불활성 또는 비-반응성 가스이다. 다라서, 3가지 증착 공정이 실행된다. 첫째, 탄탈 스퍼터링 타깃 및 질소 공정 가스를 사용하여, 탄탈 질화물이 증착된다. 둘째, 탄탈 타깃 및 아르곤 공정 가스를 사용하여, 금속성 탄탈이 증착된다. 셋째, 구리 타깃 및 아르곤 가스를 사용하여, 구리 시드층이 증착된다.

본 발명의 일 실시예에서, 적당한 레벨의 플라즈마 RF(HF 또는 LF) 바이어스 파워가 인가될 수 있음에도 불구하고, 웨이퍼 지지 페디스털(14)에 인가되는 플라즈마 RF (VHF) 소스 파워가 없다. 이러한 방법으로, 금속이 타깃(18)으로부터 스퍼터링 되며 웨이퍼(16) 상에 증착된다. 이 결과, 연속적인 하위-층(110, 112, 114)을 위한 3개의 증착 단계를 실행함으로써 배리어층(130)이 형성된다. 도 6c에 도시된 바와 같이, 배리어층(130)은 소형 개구(124)에 의해 노출된 구리 전도 체(102, 104)의 여러 부분들을 포함하는 모든 노출면들을 덮는다.

3가지 증착 단계 각각을 완료한 후에, 에칭/재-스퍼터링 단계를 실행하는데(도 6d), 여기서 VHF 플라즈마 소스 파워 제너레이터(36) 및 HF 또는 LF 플라즈마 바이어스 파워 제너레이터(38)가 웨이퍼 지지 페디스털(14)에 파워를 전달한다. 이로 인해, 인가된 플라즈마 바이어스 파워에 의해 수평면에 안내된 이온을 공급하는 웨이퍼 부근에 플라즈마가 생성된다. 이들 이온은 작은 개구(124)의 바닥의 배리어층(130)의 일부분과 같이 그 위에 증착되는 복수의 막을 제거하기 위해 수평면을 스퍼터링한다. 소형 개구(124)의 내부에서, 수직벽(또는 개구(124)의 소형 직경)의 밀접한 근접성에 의해 수직 측벽 상의 각각의 개구(124)의 플로서(124a)로부터 스퍼터링되는 원자의 재증착이 촉진된다. 이것은 도 6d에 도시된 바와 같이 원하는 대로 구리 전도체를 덮지 않는다. 절연체층(106)의 상부면의 대영역과 같이 수직벽이 아닌 다른 영역에서는, 수평면 상에 스퍼터링된 원자가 재증착되므로, 손손실은 없다.

바람직한 실시예에서, (3개의 층(110, 112, 114)에 대응하는) 3가지 증착 공정 단계 각각은 에칭 및 스퍼터링 공정 단계와 동시에 실시된다. 이러한 바람직한 실시예에서, 스퍼터 전압 소스(24)는 타깃(18)으로 파워를 전달하고, 동시에 VHF 플라즈마 소스 파워 제너레이터(36) 및 HF 또는 LF 플라즈마 바이어스 파워 제너레이터(38)는 웨이퍼 지지 페디스털(14)에 파워를 전달한다. 이로 인해, 타깃(18)으로부터의 원자가 증착되는 동안 인가된 플라즈마 바이어스 파워에 의해 수평면에 안내된 복수의 이온들을 공급하는 웨이퍼 부근에 플라즈마가 생성된다. 수평면 상 의 에칭 속도가 타깃(18)으로부터의 원자의 증착 속도와 경쟁한다면, 구리 전도체(102, 104)의 노출 부분와 같은 수평면 상에 타깃(18)으로부터의 원자가 증착되는 것이 방지된다. 이러한 조건은 (증착 속도를 조절하기 위해) D.C. 스퍼터링 전안 소스(24)의 전압과 VHF 플라즈마 소스 파워 제너레이터(36)의 파워 레벨을 적절히 조정함으로써 실현된다. HF 또는 LF 플라즈마 바이어스 파워 제너레이터(38)의 파워 레벨은 수평면에 대한 원하는 정도의 에칭 선택도를 달성하기 위해 조정된다. 이 결과, 배리어층(130)이 비아(120)의 수평 플로어 위에 형성되지 않아서, 공정 순서가 도 6c에 도시된 상태를 건너뛴다.

다음 단계(도 6e)는, 도 6e에 도시된 바와 같이, 하부 상호접속 전도체(102, 104)와 상부 상호접속층(200) 사이에서 비아(120)를 통해 연장하는 수직 전도체 및 다음의 상호접속층(200)을 형성하도록 두꺼운 구리층을 증착하는 단계이다.

도 8a 내지 도 8c에 도시된 순서는 도 6d의 재-스퍼터링의 하나의 장점을 보여준다. 도 8a는 배리어층(130)의 증착 전의 소형 개구(124) 중 하나를 도시한다. 도 8b는 재스퍼터링 단계가 증착 단계와 동시에 실행되지 않는 경우에 배리어층(130)이 어떻게 형성되는지를 보여준다. 특히, 배리어층(130)은 소형 개구(124)의 바닥 부근에서 보다 작은 두께를 가지며 소형 개구(124)의 상부 엣지 부근에서 보다 큰 두께를 가지면서 축적되는 경향이 있다. 이러한 재-스퍼터링 단계에서 상부 엣지로부터 초과 물질을 제거하고 소형 개구의 플로어로부터 초과 물질을 제거하며 그리고 수직 측벽 상에 이 물질을 재증착시켜서, 도 8c에 도시된 바와 같이, 수직 측벽을 따라 두께 분포가 보다 균일하게 된다. 한 가지 문제점은 소형 개 구(124)의 상부 엣지 부근에 배리어 물질이 보다 두껍게 축적될 수도 있어서, 재-스퍼터링 단계가 유리한 효과가 없을 수 있고 장치가 고장날 수 있다.

이러한 위험은 재-스퍼터링 단계(도 6d)와 증착 단계(도 6c)가 동시에 실행되는 바람직한 방법으로 방지된다. 이러한 바람직한 모드에서, 도 9a에서 새로이 형성된 소형 개구(124)에 의해 공정이 시작되며, 도 9b에서 균일한 배리어층(130)으로 직접 변천된다. 동시적인 증착/재-스퍼터링은 증착 공정이 배리어층(130) 에서 상당한 비균일성을 형성하는 것을 방지한다. 이로써, 도 8b에 도시된 핀치-오프 효과(pinch-off effect)의 위험성을 제거한다.

도 10은 바람직한 공정을 도해하는 블록도이다. 도 10의 블록(310)에서, 웨이퍼 상에 타깃(18)으로부터의 원자를 증착시키기 위해 타깃(18) 둘레에 증착 D.C. 방출 플라즈마가 발생된다. 블록(312)에서, 타깃(18)으로부터 증착된 원자를 재-스퍼터링하기 위해 웨이퍼에 충격을 가하도록 이온을 발생시키기 위해 웨이퍼 부근에 재-스퍼터링 전기용량식으로 결합된 RF 플라즈마가 생성된다. 블록(314)의 단계에서, 플라즈마 RF 바이어스 파워를 웨이퍼에 인가한다. 이 플라즈마 RF 바이어스 파워는 수평면에 대해 스퍼터링이 상당히 선택적이도록 하기에 충분하다. 블록(320)에서, 웨이퍼에 인가된 플라즈마 소스 파워와 타깃에 인가된 D.C. 스퍼터 전압이 서로에 대해 조정되어, 재-스퍼터링 속도가 스퍼터링 증착 속도만큼 적어도 이에 근사할 정도로 크게 된다.

본 발명의 PVD/재-스퍼터링 반응기의 일 실시예는 3가지 모드에서 작동함으로써 3개의 상이한 유형의 층을 증착시킬 수 있는데, 구체적으로, 모드(A)에서, 균 일한 측벽 및 수평면 커버리지를 갖는 상당한 균일도포층(highly conformal layer)과, 모드(B)에서, 측벽 커버리지가 거의 또는 전혀 없는 비균일도포층(non-conformal layer)과, 그리고 모드(C)에서, 커다란 필드에서 양호한 측벽 커버리지와 양호한 수평면 커버리지를 가지지만 고종횡비 개구의 바닥면에는 커버리지가 없는 "천공(punch through)"층을 증착시킬 수 있다. 도 11a에 도시된 모드(A)의 균일도포층은 타깃에 비교적 낮은 레벨의 D.C. 파워(예컨대, 5kW)를 인가하고, 웨이퍼에 높은 VHF 소스 파워(60MHz에서 1kW)를 인가하며, 그리고 웨이퍼에 낮은 레벨의 HF 바이어스 파워(13.56MHz에서 약 100W)를 인가함으로써 얻어진다. 도 11b에 도시된 모드(B)의 비균일도포층은 HF 파워 레벨이 영(zero)으로 감소되는 것을 제외하고 동일한 조건 하에서 얻어진다. 도 11c에 도시된 모드(C)의 "천공"층은 고 레벨로 바이어스 파워를 상승시킴으로써(13.56MHz에서 500W) 얻어진다. 균일도포 모드는 구리 전도체층을 증착시키는데 특히 유용하다. 비균일도포 모드는 탄탈 또는 티타늄과 같은 낮은 저항 금속에 의해 비아의 바닥 또는 플로어를 커버하는데 특히 유용하다. 천공 모드는 비아 내에 배리어층(Ta 및 TaN)을 증착시키는데 바람직한 모드이다.

일부의 경우에서, 플라즈마 밀도 분포가 상술한 3가지 모드에서 상이할 수 있다. 보다 균일한 플라즈마 밀도 분포를 유지하기 위해, 전류 소스 제어기(45)는 상이한 레벨의 D.C. 전류가 3가지 모드 중 상이한 모드에서 전자기 코일(43)을 통해 흐르게 한다. 어떤 경우, 전류 제어기(45)에 의해 제공되는 전류 레벨은 공정 지대에서 반경방향 플라즈마 이온 밀도 균일도를 향상시키도록 바람직하게 최적화 된다.

도 11a, 도 11b 및 도 11c에 관해 상술한 3가지 모드 각각은 도 1에 도시된 공정 제어기(210)에 의해 구현될 수 있으며, 이 제어기의 출력은 타깃 고전압 D.C. 공급부(24)의 파워 레벨, VHF 플라즈마 소스 파워 제너레이터(36)의 파워 레벨 및 HF 또는 LF 플라즈마 바이어스 파워 제너레이터(38)의 파워 레벨을 제어한다. 공정 제어기(210)는 사용자 대 사용자 인터페이스(212)에 의해 제어될 수 있으며, 균일도포 모드, 비균일도포 모드 및 천공 재-스퍼터링 모드에 대해 앞서 정의한 임의의 작동 상태 사이에서 도 1의 반응기가 자동으로 변환하도록 사용자가 제어기를 프로그래밍할 수 있다. 따라서, 공정 제어기(또는 프로세서)(210)는 사용자가 입장하도록 프로세서(210)를 설정 또는 프로그래밍할 수 있는 3가지 상태를 갖는다. 하나의 상태는 프로세서(210)가 타깃 고전압 D.C. 공급부(24)의 D.C. 파워 레벨을 낮은 레벨로 설정하고, VHF 제너레이터(36)의 파워 레벨을 높은 레벨로 설정하며, HF/LF 바이어스 제너레이터(36)를 낮은 레벨로 설정하는 균일도포 증착 모드이다. 다른 상태는 프로세서(210)가 공급부(24)의 D.C. 파워 레벨을 낮은 레벨로 설정하고, VHF 제너레이터(36)의 파워 레벨을 높은 레벨로 설정하며, 그리고 HF/LF 바이어스 제너레이터(38)를 영(zero)(또는 거의 영)으로 설정하는 비균일도포 모드이다. 나머지 다른 하나의 상태는 프로세서(210)가 공급부(24)의 D.C. 파워 레벨을 낮은 레벨로 설정하고, VHF 제너레이터(36)의 파워 레벨을 높은 레벨로 설정하며, 그리고 HF/LF 바이어스 제너레이터(38)를 높은 레벨로 설정하는 천공 상태이다.

이러한 프로세서(210)는 또한 전자석 전류 소스(45)를 제어할 수 있어서, 3 가지 모드(도 11a, 도 11b 및 도 11c) 각각에서 전류 레벨이 플라즈마 이온 밀도 분포의 보다 균일한 반경방향 분포를 위해 최적화된다.

금속 타깃(18)은 도 1에 도시된 디스크 형상과 상이한 형상을 취할 수도 있다. 예컨대, 도 12에 도시된 바와 같이, 환형 형상을 갖는 변경된 타깃(18')을 사용할 수 있으며, 여기서 노출된 천장(12)의 중심부(12a)와 타깃(18')에 의해 차단된 환형부(12')가 존재한다. 겹쳐 놓인 마그네트론(22')은 대응하는 환형 구성을 갖는다. 선택적으로, VHF 플라즈마 소스 파워는 추가의 VHF 소스 파워 제너레이터(36')(도 12에서 점선으로 도시됨)에 의해 천장 중심부(12a)에 인가될 수 있다. 이것은 웨이퍼 지지 페디스털(14)에 결합된 VHF 플라즈마 소스 파워 제너레이터(36)에 추가되거나 또는 이를 대체할 수 있다. 그러나, 천장(12)이 아닌 웨이퍼 지지 페디스털(14)에 VHF 소스 파워를 결합시키는 것이 바람직하다.

도 13은 대안예를 도시하는데, 여기서, 코일 안테나(400)는 유도 결합 플라즈마를 발생시키기 위해 천장 중심부(12a) 위에 위치되며 임피던스 매치 회로(415)를 통해 RF 소스 파워 제너레이터(410)에 결합된다. 루버식 실드(louvered shield; 420)는 천장 중심부(12a)의 금속 커버리지를 회피하기 위해 금속 증착 동안 천장 중심부(12a)를 덮을 수 있어서, 코일 안테나(400)가 플라즈마로부터 차폐되지 않을 것이다.

도 14는 코일 안테나(400) 및 타깃(18')의 구조가 도 13에 도시된 구조에서 어떻게 역전될 수 있는지를 도시한다. 도 14에서, 코일 안테나(400)는 환형 형상이며 디스크형 타깃(18)이 천장 중심부(12a)에 위치한다. 도 14의 반응기는 다음 과 같이 변경될 수 있다. 도 14에서 점선으로 도시된 바와 같이, 환형 코일 안테나(400)가 제거될 수 있고, 천장(12)의 둘레부(12')가 전도성을 가지며 임피던스 매치 회로(415)를 통해 VHF 플라즈마 소스 파워 제너레이터(410)에 결합될 수 있다.

도 15는 타깃(18)이 반전된 컵 형상으로 구성되는 다른 대안예를 도시한다. 도 16에 도시된 바와 같이, 이러한 반전된 컵 형상은 이온 분포를 향상시키도록 그 측면을 따라 자석(450)의 배열을 수용하기에 충분한 높이일 수 있다.

도 17은 도 1의 PVD/재-스퍼터링 챔버에서 실행되는 공정의 흐름도이다. 블록(1710)의 단계에서, 예비-클리닝 공정은 금속 타깃에 파워를 인가하지 않음으로써 실행되며, 불소-함유 가스 또는 중성 가스와 같은 에칭 전구체를 도입시키고, VHF 제너레이터(36)로부터 웨이퍼에 충분한 VHF 플라즈마 소스 파워를 인가하며, 그리고 HF 제너레이터(38)로부터 웨이퍼에 소량의 HF 바이어스 파워를 인가한다. 다음의 블록(1720) 단계에서, VHF-종동식 아르곤 플라즈마를 웨이퍼 부근에 유지시키고 웨이퍼에 바이어스 파워를 적용함으로써 재-스퍼터링하는 동안 질소 가스를 도입시키고 금속 타깃(예컨대, 탄탈)을 스퍼터링함으로써 배리어층의 유전막(예컨대, TaN)이 증착된다. 다음의 블록(1730) 단계에서, 질소 가스의 공급을 중단함으로써 배리어층의 금속막이 증착되어, VHF-종동 아르곤 플라즈마가 재-스퍼터링을 하는 동안 순수한 금속이 증착된다. 따라서, 연속하는 3가지 공정은 반응기로부터 웨이퍼를 제거하지 않고 도 1의 PVD 재-스퍼터링 반응기에서 실시될 수 있다.

VHF 소스 파워 공급부(36)를 갖춘 도 1의 반응기 내에서 실드(20)를 사용함 으로써 문제가 발생할 수 있다. 이것은 실드의 외부 상의 제어되지 않은 플라즈마 발생으로 인해 공정 제어에 실패할 수 있다. 이것은 웨이퍼 둘레 부근의 플라즈마에 대한 RF 복귀 경로가 실드(20)의 내부면(웨이퍼면)을 따라 실드(20)의 상부까지, 그리고 챔버 측벽(10)의 내부면 아래(측벽(10)의 전체 높이를 이동하며)로 또한 챔버 바디의 바닥을 따라 웨이퍼 지지 페디스털(14)로 형성되기 때문에 발생할 수 있다. 60 MHz와 같은 VHF 주파수에서, 이러한 RF 복귀 경로는 하나 이상의 파장을 초과해서, 상기 경로를 따라, 플라즈마가 발생될 수 있는 VHF 소스 파워의 몇 개의 직립파 정점이 존재할 것이다. 이러한 정점이 실드(20)의 외부 상에 해당될 정도로, 실드(20)의 외부 상에 즉, 실드(20)에 의해 둘러싸인 웨이퍼 프로세싱 지대의 외부에 플라즈마가 발생될 것이다. 이러한 제어되지 않은 플라즈마 발생은 웨이퍼 공정으로부터 RF 소스 파워를 전환시키고, 공정 제어를 상실하게 된다.

이러한 문제점은 도 2와 관련하여 상술한 RF 접속 브릿지 또는 유도 탭(60)을 제공함으로써 해소된다. 이러한 RF 접속 브릿지는 웨이퍼 지지 페디스털(14)의 전도성 기부(51)와 실드(20)의 바닥 엣지 사이에 극도로 짧은 RF 복귀 경로를 제공한다. 따라서, 실드(20)의 바닥 부근의 웨이퍼(16) 위의 플라즈마에 대한 RF 복귀 경로가 VHF 소스 파워 파장보다 상당히 단축되어, 실드를 따라 직립파 정점이 존재하지 않으며, 이에 따라 실드(20)의 표면을 따라 바람직하지 않은 플라즈마가 발생되지 않는다.

도 18a 및 도 18b는 전도성 물질(예컨대, 구리)로 형성된 탄성 변형가능한 스프링(224)으로서 접속 브릿지 또는 탭(60)의 바람직한 실시예를 도시한다. 이 원통형 스프링(224)은 웨이퍼 지지 페디스털(14)의 전도성 기부(51)에 연결된 전도성 테이블(226) 상에 지지되어 있다. 도 18a에 도시된 바와 같이, 웨이퍼 지지 페디스털(14)이 (프로세싱하는 동안 유지되는) 최상부 위치로 상승되면, 원통형 스프링(224)은 실드(20)의 바닥 코너이 형상과 적어도 부분적으로 일치하도록 탄성적으로 변형되도록 실드(20)의 바닥 엣지에 대항해서 압축되어, 실드(20)의 상당히 낮은 저항 접속을 제공한다. 이러한 경로는 실드(20)로부터 탭(60)을 통해 기부(51)를 따라 반경방향으로 페디스털로의 공통축 RF 피드의 공통축 외부 전도체(58)로 연장한다. 도 18b에서, 웨이퍼 지지 페디스털(14)은 하강 위치로 회수되었고, 원통형 스프링(224)이 자신의 변형되지 않은 원통 형상으로 복귀될 수 있다. 원통형 스프링(224)의 원통 축선은 반도체 웨이퍼(16)의 평면과 대체로 평행하게 놓인다.

단일 VHF 주파수를 사용한 구리 증착:

도 1의 반응기는 예컨대 도 7의 구리 시드층(114)과 같이 구리를 증착하는데 사용될 수 있다. 이러한 증착은 도 1의 반응기 내의 금속 타깃(18)과 같은 탄탈 대신에 구리를 사용함으로써 달성된다. 그러나, 구리 증착을 위해 도 1의 반응기를 사용하는 것은 특수한 문제점들을 수반한다. 한 가지 문제점은 (도 8b에 도시된 유형의) 각각의 협소한 종횡비 개구 또는 비아의 측벽 상의 위에서 매어단 구리 돌출부 또는 "넥(neck)"의 (구리 증착 동안) 바람직하지 않은 형성을 수반한다는 점이다. 구체적으로, 구리 증착 공정에서 측벽 상에 금속 넥 또는 돌출부가 형성되는 것을 방지하는 것이 보다 어렵다. 이러한 넥은 측벽의 대향면 상의 개구의 상부 코너 엣지로부터 스퍼터링된 구리로부터 형성된다. 이러한 개구의 상부 부근 에서 위에서 매어단 금속 형성 넥(도 8b)은 협소한 개구 또는 비아 안으로 돌출하여, 종국에 개구를 막아버림으로써 개구의 바닥에 있는 허용될 수 없는 공극을 둘러싼다. 주로 캐리어 가스(아르곤) 이온에 의해 스퍼터링이 야기된다. 30 내지 50 도의 이온 입사각에 대해 스퍼터링 속도가 최대가 되기 때문에, 비아 또는 협소한 개구의 코너 엣지의 스퍼터링은 다른 피쳐(features)에 비해 상당히 높다. (웨이퍼 부근의 VHF 플라즈마 발생을 위한) 동역학 전자의 형성을 촉진시키기 위해 아르곤과 같은 캐리어 가스를 사용함으로써, 개구의 매어달린 형성 또는 차단이 방지되는 VHF 및 HF 파워 소스의 파워 레벨의 공정 창(process window)을 발견하기가 어렵다는 것을 알았다. (양호한 바닥 커버리지를 위한) 비아 개구의 바닥에 구리 원자의 충분한 플럭스를 인도하는데 필요한 HF 바이어스 파워는 (도 8a에 도시된 것과 유사한 증착 프로파일을 야기하는) 측벽 상에 문제의 구리 돌출부를 생성하기 위해 개구의 대향 측벽면 상의 협소한 개구의 코너 엣지로부터 구리의 생성되는 강도 높은 재-스퍼터링의 바람직하지 않은 효과를 가지는 것으로 보인다. 측벽 돌출부가 성장함에 따라, 개구를 핀치-오프할 수 있어서, 개구의 플로어 상에서의 구리의 증착을 방지한다. 이러한 문제점은 2가지 요인에 의해 야기된다.

첫째, 이러한 유해한 상부 코너 엣지로부터 구리의 재-스퍼터링은 보다 높은 이온 에너지 레벨에서 보다 불량이 된다. 이것은 도 1의 HF 및 LF 바이어스 파워 주파수가 상당히 높은 이온 에너지에서 주요한 성분(예컨대, 정점-대-정점 바이어스 전압에 대응하는 이온 에너지 성분)을 갖는 폭 넓은 이온 에너지 분포를 발생시키기 때문에 심각한 문제가 된다.

둘째, 비아 플로어에 충분한 양의 구리 이온을 가속화시키는데 충분한 바이어스 파워 레벨을 선택하는 경우, 필수적으로 협소한 개구의 상부 코너 엣지로부터 구리 원자를 멀리 스퍼터링하는 웨이퍼로의 아르곤 원자의 개수에 비해 상당히 많은 배수를 가속화시킨다. 이것은 (본 발명의 목적을 위해) 구리 및 아르곤이 상당히 유사한 원자 질량을 가져서 웨이퍼에서 플라즈마 외피를 가로질러 이온들을 가속화할 때의 바이어스 전압의 효과가 구리 및 아르곤 모두에 대해 대략 동일하게 될 것이기 때문에 발생한다. 이것은 구리의 소스로서 도 1의 타깃(18)의 제한된 효율성으로 인해 구리 이온에 존재하는 것 보다 10배(또는 그 이상)의 보다 많은 아르곤 이온이 존재해서, 구리의 아르곤 스퍼터링이 증착 공정을 가라앉히기 때문에 문제가 된다. 일부의 경우에서, 아르곤 이온에 의한 스퍼터링은 또한 비아 플로어에 도달하며 비아 플로어 상의 구리 증착에 의해 완성될 수 있다.

상술한 문제점은 HF/LF 소스(38)로부터 HF 또는 LF 바이어스 파워를 전혀 적용하지 않는 동안 VHF 소스(36)로부터 VHF 소스 파워만을 적용함으로써 (적어도 65 nm 피쳐 크기 구성 법칙) 해소하였다. 본 명세서의 전술한 상세한 설명에서, 도 1의 반응기의 작동의 유사한 모드가 기재되어 있는데, 여기서는 HF 또는 LF 바이어스 파워가 전혀 인가되지 않는다. 공칭 VHF 파워 레벨(예컨대, 100 와트 내지 300 와트)에서, 이러한 모드는 HF 또는 LF 바이어스 파워없이 재-스퍼터링의 결여로 인해 (비교적 얇은 측벽 커버리지를 특징으로 하는) 비균일도포 금속 증착을 발생시킨다.

그러나, 이러한 모드는, 원하는 재-스퍼터링 효과를 얻기 위해 웨이퍼 표면 과 수직한(즉, 각각의 종횡비 개구의 축선과 평행한) 이온의 필요한 플럭스를 달성할 때 까지, 중간 레벨 또는 높은 레벨까지 VHF 소스 파워 레벨을 상승시킴으로써 HF 또는 LF 바이어스 파워의 부족을 보충함으로써 상당히 정형화된다. 이것이 새현재-미치지 못한 HF 또는 LF 바이어스 파워의 상당한 균일도포 효과를 달성함을 알았다. HF 또는 LF 바이어스 파워의 부족이 이러한 방법으로 VHF 소스 파워 레벨을 증가시킴으로써 완전히 보상될 수 있음을 발견하였다. 이것은 도 1의 VHF 소스(36)로부터의 VHF 소스 파워 레벨이, 구리 재-스퍼터링에 의한 직접적인 구리 증착 및 양호한 측벽 커버리지로부터의 양호한 비아 플로어 커버리지가 얻어지는 지점으로 증가될 수 있기 때문인 것으로 믿어진다. (재-스퍼터링 효과는 본 명세서의 앞선 부분에서 길이로 설명되어 있다.) 이것은 VHF 소스 파워 레벨을 상승시키는 것이 이온 에너지를 상당히 상승시키지 않고 구리 이온의 플럭스를 주로 상승시키기 때문에 가능하다. 이것은 특히 VHF 소스 파워 주파수가 예컨대 60 MHz와 같이 특히 높다면 진실이다. 이러한 VHF 주파수에서 소스 파워를 상승시키는 것은 주파수가 너무 높아서 이온이 진동을 쫓아갈 수 없기 때문에 웨이퍼에서 이온 에너지를 인식할 정도로 증가시키지 않는다. 대신에, 소스 파워의 주요 부분(또는 모든 부분)은 (소스 파워 진동을 뒤따라 가도록 충분히 가벼운) 캐리어 가스로부터 동역학 전자를 발생시키는데 소비된다. 이러한 주요 부분은 바람직하게는 적어도 50%이상이다. 이러한 주요 부분은 60 MHz의 소스 파워 주파수에서 대략 80%일 수 있다. 이 결과, HF 또는 LF 바이어스 파워의 바람직하지 않은 효과가 균일도포 구리 증착이 달성되는 동안 방지된다.

상술한 효과를 달성하는데 필요한 VHF 파워의 상승이 상당할 수 있다. 증착이 비균일도포인 VHF 파워의 공칭 파워 범위는 챔버 구성 및 다른 공정 매개변수(압력, 가스 조성, 가스 유량 등)에 따라 약 50-300 와트의 범위에 있다. 원하는 정도의 증착 균일도포성은 대략 300 내지 800 와트에서 중간 레벨로 VHF 파워를 상승시킴으로써 이러한 신규한 주파수 균일도포 모드에서 달성될 수 있다. 일부의 경우에, 원하는 정도의 균일도포성을 실현하기 전에 높은 레벨(800-1500 와트)로 VHF 파워를 상승시키는 것이 필요할 수 있다. 이러한 단일 주파수 균일도포 모드를 실행하는데 필요한 VHF 파워의 상승은 증가한 VHF 파워 레벨에서의 증착 균일도포를 측정함으로써 용이하게 실험적으로 확신된다.

요약하면, 도 1의 반응기의 새로운 구리 증착 모드는 금속 타깃(18)이 구리이고 사용되는 유일한 RF 파워 소스가 VHF 플라즈마 소스 파워 공급부(36)인 모드이다. 플라즈마 바이어스 파워가 인가되지 않는다(즉, RF 파워는 구리와 같은 이온이 뒤따르도록 충분히 낮은 주파수를 갖는다). 이러한 단일 주파수 모드에서, VHF 소스 파워 레벨은 증착된 구리층에서 높은 수준의 균일도포성에 도달하도록 증가된다. 구체적으로, 적절한 측벽 구리 커버리지를 제공하는데 충분한 재-스퍼터링에 의해 고종횡비 개구의 플로어 상에 양호한 구리 커버리지를 제공하기 위해 웨이퍼에서의 구리 이온의 충분한 플럭스가 달성될 때 까지, VHF 소스 파워가 증가한다. 본 명세서에서 상술한 다른 모드에서와 같이, 고전압 D.C. 공급부(24) 및 마그네트론(22)은 단지 중간량의 파워를 제공할 필요가 있고, 타깃(18) 부근에서 발생된 구리 플라즈마는 자가-이온화될 수 있거나 되지 않을 수도 있다.

이중 주파수 구리 증착 모드 :

바로 위에 기재한 단일 주파수 구리 증착 모드는 65 nm와 같이 작은 크기의 피쳐에서 효과적인 반면, 보다 작은 피쳐 크기(예컨대, 45 nm, 35 nm)에서의 구리 증착은 VHF 소스 파워와 관련하여 HF 또는 LF 바이어스를 사용하여 최상으로 달성될 수 있다. 상술한 바와 같이, 이온 에너지의 비례적인 증가없이 구리 이온의 플럭스를 증가시키기 위해 VHF 파워가 증가될 수 있다. 이러한 장점은 VHF 소스 파워 주파수를 60 MHz에서 81 MHz로 상승시킴으로써 향상된다. 이러한 상승된 주파수에 의해, (플라즈마 이온을 발생시키기 위해) 동역학 전자 발생에 전용되는 소스 파워의 주요 부분은 90% 또는 95%만큼 높고, 이것의 거의 아무것도 이온 에너지를 상승시키지 않는다. 따라서, VHF 소스 파워 레벨은 비아 측벽 상의 균일한 증착을 위해 균일한 구리 재-스퍼터링을 향상시키고 비아 플로어에서 구리 증착을 증가시키도록 웨이퍼에서 구리 이온 플럭스를 증가시키기 위해 (이온 에너지의 상당히 유해한 증가없이) 심지어 보다 높은 정도로 상승될 수 있다. 이러한 특성은 균일도포 구리 증착을 위해 필요한 HF 바이어스 파워 레벨을 감소시킨다. 예컨대, 필요한 HF 파워 레벨은 5 kW에서 3 kW로 감소될 수 있고, 일부의 경우에 심지어 보다 낮은 레벨(예컨대, 1 kW)로 감소될 수 있다. HF 바이어스 파워 레벨을 감소시킴으로써, 캐리어 가스(예컨대, 아르곤)의 이온에 의한 바람직하지 않은 구리 스프터링은 이에 대응하여 감소된다. HF 바이어스 파워가 충분히 낮은 주파수이므로, 플라즈마 외피 부근의 이온들이 용이하게 그 진동을 따르고 그 파워의 거의 모두가 웨이퍼를 향해 이온들을 가속화시키고 이에 의해 이온 에너지를 증가시키는데 소모된 다는 점을 주지해야 한다.

캐리어 가스의 이온(예컨대, 아르곤 이온)에 의해 상부 코너 비아 엣지로부터 비아 측벽으로 구리를 재-스퍼터링하는 것을 방지하거나 또는 조절하기 위해, 구리보다 상당히 낮은 원자 질량을 갖는 캐리어 가스를 사용한다. 특히, 가벼운 불활성 가스(헬륨)를 캐리어 가스로서 사용한다. 헬륨은 낮은 원자 질량을 가지지만, 그럼에도 불구하고 이 헬륨은 웨이퍼 부근에 적당한 구리 플라즈마를 발생시키기 위해 충분한 동역학 전자를 VHF 소스 파워의 자극 하에서 발생시키는데 거의 아르곤만큼이나 충촉시킨다. 이러한 캐리어 가스 이온이 구리 이온에 비해 상당히 가볍다면, 이들 캐리어 가스 이온들은 이러한 빠른 속도로 비아 상부 코너 엣지로부터 비아 측벽 상에 구리 원자를 스퍼터링하지 않는다. 따라서, 이러한 특성은 재-스퍼터링 공정의 향상된 제어를 달성한다. 보다 높은 바이어스 파워 레벨을 사용하는 일부 실시예에서, 구리 증착 속도에 비해 빠른 비아 플로어로부터 증착된 구리 원자를 스퍼터링하는 아르곤 이온의 추가의 문제점이 존재한다. 이러한 추가의 문제점은, 보다 가벼운 헬륨 원자는 이러한 높은 구리 스퍼터링 속도를 발생시키지 않기 때문에 보다 가벼운 (헬륨) 캐리어 가스를 사용함으로써 해소된다. 이 결과, 상부 코너 비아 엣지로부터 비아 측벽으로의 구리의 재-스퍼터링은 보다 양호하게 조절 또는 제어된다. 또한, 보다 밀도 높은 캐리어 가스 이온에 의해 비아플로어로부터 구리를 제거하는 추가의 문제점(일부 경우에 조우하게 됨)이 제거되거나 또는 적어도 감소된다. 추가의 화학 반응 또는 효과를 야기하지 않고 증착된 구리와 화학적으로 작용하지 않기 때문에, 헬륨과 같은 불활성 가스를 선택한다.

구리 증착에 대해 독특한 다른 문제점은 증착된 구리의 표면이 비교적 높은 표면 에너지를 가지며 플라즈마 향상 증착 동안 (유체 처럼) 활성화되고, 표면 상에 구리의 작은 방울(glob) 또는 볼(ball) 안으로 축적됨으로써 그 표면 에너지가 감소될 수 있게 한다는 점이다. 이 결과 질 낮은 구리 표면의 형성된다. 이러한 문제점은 구리 표면 에너지를 감소시키도록 (웨이퍼 상에) 증착된 구리 표면 상의 구리 결합과 연관된 종(species)을 캐리어 가스에 추가함으로써 해소된다. 이러한 표면 에너지-감소제를 위한 바람직한 선택은 수소이다. 헬륨 플라즈마에서, 이원자 수소 분자가 단원자 수소와 해리되는데, 이 단원자 수소는 증착된 구리층의 표면에서 개방 구리 원자 결합에 고착된다. 이러한 표면 반응은 구리 표면 에너지를 감소시키며, 증착된 구리 원자가 얇은 균일한 평면층에서의 증착 동안 흐를 수 있게 하고, 이로써 균일하게 매끄러운 양질의 구리 표면을 형성한다.

본 실시예는 또한 증착된 구리로부터 구리 산화물을 제거하는데 효과적이거나, 또는 프로세싱 동안 구리 산화물의 형성을 방지하는데 효과적이다. 구리 산화물을 제어할 때, 수소는 구리 산화물을 감소시키고, 챔버 안으로 방출되는 물 분자를 형성하기 위해 산소 원자를 포획한다.

수소 가스는 공정 가스의 10% 만큼을 형성할 수 있다. 반응기가 수수한 수소 가스를 처리하도록 특별히 구성된다면, 수소 가스는 공정 가스의 모두 또는 거의 모두를 구성할 수도 있다.

65 nm 비아 플로어에서의 구리 증착 속도가 측벽 상의 넥 성장 속도를 초과하는 바이어스 파워 윈도우 또는 범위는 "65 nm 윈도우"이다. 45 nm 비아 플로어 에서의 구리 증착 속도가 측벽 상의 넥 성장 속도를 초과하는 바이어스 파워 윈도우 또는 범위는 "45 nm 윈도우"이며, 이것은 개구의 보다 큰 종횡비로 인해 65 nm 윈도우에 비해 상당히 보다 협소하다. 이들 윈도우 각각의 내에서, 구리 플로어 증착 속도는, 측벽 구리 넥이 개구를 핀치 오프하기 전에 비아 플로어 상의 구리 증착이 타깃 두께(예컨대, 50-500 Å)에 충분히 도달할 수 있도록 측벽 넥 성장 속도를 초과한다. 문제점은 이들 윈도우가 실제 작동에 대해 존재하지 않거나 너무 협소했다는 점이다.

본 발명에서 공정 윈도우를 넓히는 한 가지 방법은 스퍼터링 또는 넥 성장 속도에서의 동시적인 상승없이 구리 이온의 플럭스를 상승시키는 VHF 소스 파워 레벨을 증가시키는 것이다. 공정 윈도우를 넓히는 다른 방법은 낮은 원자 질량 캐리어 가스 종(헬륨)을 사용하는 것이다. 이것은 스퍼터링을 감소시킴으로써 넥 성장 속도를 감소시키는 경향이 있다. 낮은 원자 질량 캐리어 가스를 사용하는 것은 또한 캐리어 가스로부터 스퍼터링함으로써 플로어 표면으로부터 증착된 구리의 제거를 방지함으로써 비아 플로어에서의 구리 증착 속도를 상승시키는 경향을 또한 가진다.

VHF 소스 파워의 다른 장점은 HF (또는 LF) 바이어스 파워의 반경방향 분포에서의 비균일성을 적어도 부분적으로 마스킹(masking)함으로써 공정 윈도우를 더 넓힌다는 점이다. 일부의 경우에, 바이어스 파워 반경방향 분포는 (웨이퍼 상의 임의의 반경방ㅎ야 위치에서 공정 제한을 초과하는 것을 방지하기 위해) 허용가능한 RF 파워 범위을 제한하는 웨이퍼 표면을 가로질러 균일하지 않으며, 이에 의해 바이어스 파워 공정 윈도우를 협소하게 한다. VHF 소스 파워를 인가함으로써 이러한 비균일성을 적어도 부분적으로 마스킹하는 것은 이러한 효과를 감소시켜서, 보다 넓은 공정 윈도우를 보존시킨다.

요약하면, 구리의 상당한 균일도포층은 도 1의 이중 주파수 반응기 내의 고종횡비 개구의 플로어 및 측벽 상에 증착된다. 이를 위해, 도 1의 금속 타깃(18)은 구리이다. 공정 가스는 약 80% 내지 95%의 헬륨과 약 5% 내지 10%의 수소이다. 바이어스 파워는 약 20 내지 40 와트의 바람직한 레벨에서, 또는 100와트 하에서 LF 또는 HF 주파수(또는 이들의 조합)이다. 81 MHz의 VHF 소스 파워 주파수를 사용하면 우수한 성능이 달성되지만, 소스 파워는 약 60 MHz의 VHF 주파수이다. 유사하게, 본 명세서에서 상술한 모든 실시예에서, VHF 소스 파워 주파수는 공정 성능을 향상시키기 위해 81 MHz로 상승될 수 있다. 이것은 이온 에너지를 증가시키지 않고서 공정 성능을 향상시키기 위해 VHF 소스 파워 레벨이 추가로 상승될 수 있게 한다.

ESC 및 효율적인 VHF 라디에이터를 갖춘 PVD 반응기:

도 19의 반응기에서, VHF 라디에이터와 같은 정전 척의 낮은 효율성 및 낮은 파워 용량은 높은 최대 VHF 파워 성능을 갖는 상당히 효율적인 VHF 라디에이터 내에 회전 자석 및 스퍼터 타깃을 일체화함으로써 해소된다.

도 19를 참조하면, 반응기는 원통형 측벽(10), 디스크형 천장(12), 및 처리하고자 하는 반도체 웨이퍼(16)를 지지하기 위한 웨이퍼 지지 페디스털(14)로 한정되는 진공 챔버를 포함한다. 반도체 웨이퍼(16) 상에 증착되는 금속(예컨대, 구 리)의 타깃(18)이 천장(12)에 장착된다. 원통형 실드(20)로 이루어지는 공정 키트는 웨이퍼(16) 및 타깃(18)을 둘러싼다. 종래 유형의 회전 자석("마그네트론")은 천장(12)의 외측면 상에서 타깃(18) 위에 놓인다. 타깃(18)에는 직렬 인덕터(25a) 및 분로 커패시터(25b)를 포함하는 저주파수 통과 필터(25)를 통해 타깃 고전압 D.C. 소스(24)가 연결된다. 공증 가스 분사기(26)는 가스 공급부(28)로부터 챔버의 내부로 공정 가스를 공급한다. 진공 펌프(30)는 진공 챔버 내에서 원하는 하위-대기압을 유지시킨다.

웨이퍼 지지 페디스털(14)은 임피던스 매치 네트워크(34)를 통해 HF 또는 LF 플라즈마 바이어스 파워 제너레이터(38)에 연결된다. 웨이퍼에 인가되는 LF 바이어스 파워는 수평면에 대한 재-스퍼터링/에칭의 선택도를 결정한다. 플라즈마 균일도는 반응기 챔버의 원통형 측벽 둘레를 에워싸며 전류 소스 제어기(45)에 의해 D.C. 전류가 공급되는 전자기 코일(43)에 의해 향상된다.

웨이퍼 지지 페디스털(14)은 도 2에 도시된 유형의 정전 척(ESC)이다. 도 2를 참조하면, 도 19의 웨이퍼 지지 페디스털(14)은 전도성 기부(51)에 장착된 절연층(50) 및 절연층(50) 내부에 매입된 전도성 메쉬와 같은 전극(52)로 이루어진다. 이러한 페디스털 구조는 전극(52)에 연결된 중심 전도체(54), 중간층(56), 및 전도성 기부(51)에 연결된 외부 전도체(58)로 이루어지는 공통축 배열체에 아래로 연장될 수 있다. 전도성 기부(51)는 보다 연속적인 접지 기준을 제공하기 위해 전도성 탭(60)에 의해 원통형 실드(20)의 바닥에 연결될 수 있다. 중심 전도체(54)는 외부 전도체(58)가 접지되어 있는 동안 절연 커패시터(76)를 통해 RF 매치(34)에 연 결된다. 임피던스 매치 네트워크(34)는 RF (HF 또는 LF) 플라즈마 바이어스 파워 제너레이터(38)에 연결된다. 또한, D.C. 척 전압 소스(74)은 저주파수 통과 필터 또는 인덕터(73)를 통해 웨이퍼 페디스털 중심 전도체(54)에 연결된다.

도 19에서, 마그네트론(22)은 자석 배열체(85)에 연결된 중심 아암(81)에 연결된 중심 축(80)을 구비한다. 전기 모터(도시 안됨)가 중심 축(80)을 회전시킴으로써 궤도 운동을 발생시킨다.

도 20은 대안의 실시예를 도시하는데, 회전 자석 또는 "마그네트론"(22)은 중심 아암(81)의 인접 단부에 연결된 중심 축(80), 중심 아암(8)의 먼 단부에 연결되고 행성 아암(83)의 인접 단부에 연결되는 이중 행성 축(82)을 구비한다. 이중 스핀 축(84)은 이중 스핀 축(84) 둘레로 회전되는 자석 배열체(85) 및 행성 아암(83)의 먼 단부에 연결된다. 자석 배열체의 행성 운동은 행성 기어 정렬체(도시 안됨)를 통해 얻어진다.

도 19의 바람직한 실시예에서, 자석 배열체(85) 내부의 자석(85a)은, 도 21에서 점선으로 개략 도시된 자석 제한 패턴(85b)에 따라, 타깃(18) 부근에 이온의 환형 제한 패턴을 발생시키도록 도 21의 방법으로 대칭으로 배열된 영구 자석일 수 있다. 일 구현예에서, 타깃(18)의 직경은 19인치이며 자석 배열체(85)의 직경은 5인치이다.

도 19를 다시 참조하면, 금속(구리) 스퍼터 타깃(18) 및 마그네트론(22)은 천장(12)을 통해 긔고 중심 축(80) 내의 원통형 중공체를 통해 축방향으로 연장하며 금속 타깃(18) 내에 매입된 비교적 두꺼운 (0.75 인치 직경) RF 로드(86)를 제 공함으로써 상당히 효과적인 고 파워 VHF 라디에이터 또는 어플리케이터 내에 일체화되어 있다. RF 로드(86)는 중심 축(80)으로부터 전기적으로 절연될 수 있다. VHF 임피던스 매치 회로(87)는 RF 로드(86)의 외부(상부) 단부에 연결(또는 장착)되며, VHF 소스 파워 제너레이터(88)는 매치 회로(87)에 연결된다. RF 임피던스 매치(87)의 출력 커패시터(도시 안됨)는 D.C. 공급부(24)로부터의 D.C. 전류와 매치(87)를 절연시킨다. 바람직하게, VHF 제너레이터(88)는 약 3.5 kW(또는 그 이상)의 파워 레벨에서 약 81 MHz의 주파수의 RF 파워를 인가한다. 일 구현예에서, 타깃(18)은 구리이며 RF 로드(86)는 타깃(18) 안으로 나사결합된 0.75 인치 직경의 구리 로드이다. 임의의 경우에, 구리 로드(86)는 비교적 두껍고, 직경이 적어도 0.50 인치 또는 그 이상이다(0.70 인치 이상의 두께).

도 22는 VHF 임피던스 매치 회로로부터 타깃(18)의 엣지에 연결되는 축방향 RF 로드(91)에 반경방향으로 복수의 RF 로드(90)가 연장하는 다른 실시예를 도시한다. 도시된 실시예에서, RF 매치 회로(87)는 디스크형 금속 타깃(18)에 관해 줌심에 위치하며, 로드(90)는 일정한 길이를 가지며, 로드(91)는 일정한 길이를 갖는다. RF 로드(90, 91)는 높은 VHF 파워 레벨(예컨대, 3.5 kW 이상)을 견디며 VHF 파워의 상당히 효과적인 결합을 제공하기 위해 충분히 두껍다(예컨대, 0.70 인치의 직경). 도 22의 실시예에서, 대칭으로 배열된 3개 세트의 RF 로드(90, 91)(도 23의 평면도에 도시됨), 또는 대칭으로 배열된 4개 세트의 RF 로드(90, 91)(도 24의 평면도에 도시됨), 또는 그 이상이 설치될 수 있다.

도 1 및 도 19의 실시예에서, 금속(구리) 타깃(18)에 인가된 타깃 고전압 D.C. 소스(24)로부터의 D.C. 파워는 초기에 캐리어 가스(예컨대, 헬륨)를 이온화시키는데, 이는 금속 타깃(18)의 스프터링을 개시한다. 타깃(18)으로부터 스퍼터링되는 금속 원자의 비교적 작은 분율(small fraction)이 이 공정에서 이온화된다. 구리 이온들과 D.C. 파워에 의해 생성된 캐리어 가스(예컨대, 헬륨)의 이온들은 상술한 환형 제한 패턴에서 마그네트론(22)의 영역에 의해 타깃(18)의 표면에 한정된다. 이온화 분율은 웨이퍼 상의 고종횡비 개구의 플로어 상에의 증착을 위해서는 부족하다. 이러한 증착을 할 수 있는 상당히 높은 이온화 분율(예컨대, 80% 초과)을 제공하기 위해, 타깃(18)으로부터 스퍼터링된 중성 금속 원자를 이온화하도록 VHF 파워를 사용한다. 이를 위해, 도 1의 실시예에서, 웨이퍼 표면 부근에 VHF 플라즈마를 발생시키도록 웨이퍼에 VHF 파워가 결합되며, 이는 타깃에 인가된 D.C. 파워에 의해 타깃(18)에서 발생하는 플라즈마로부터 분리될 수 있었다. 도 1에서, 최대 VHF 파워 레벨은 ESC의 메시 전극의 미세한 외형에 의해 심하게 제한되어, 일부의 경우에 20% 만큼 낮게 웨이퍼에서의 최대 이온화 분율을 한정한다. 65 nm 또는 45 nm 피쳐 크기의 고종횡비 개구 내에서의 증착을 위한 최적 이온화 분율은 80%에 보다 근접하거나 이를 초과하는 것으로 생각된다. 따라서, ESC의 제한을 극복하기 위해, 도 19의 실시예에서, 상술한 바와 같이 두꺼운 RF 로드(86)를 통해 타깃(18)에 VHF 파워가 인가된다. 금속 타깃(18)의 두께와 RF 로드(86)의 두께는 상당히 높은 레벨의 VHF 파워가 타깃(18)에 인가될 수 있고, 게다가 타깃(18)이 비교적 효과적인 VHF 라디에이터가 될 정도이다. 이 결과, 일부의 경우에 플라즈마에 전달된 VHF 파워는 거의 3배가 될 수 있다. 웨이퍼-대-타깃 공간이 이제 감소 될 수 있어서, 본 발명은 커다란 공간을 필요로 하지 않고 제어가능한 증착 속도로 양호한 레벨의 이온화를 달성한다.

작동에 있어서, 이온화 분율은 ESC(14)의 낮은 파워 임계치 및 효율성에 의해 더 이상 제한되지 않으며(예컨대, 일부의 경우에 20% 미만), 대신 상당히 높은 레벨의 VHF 파워가 VHF 제너레이터(88)에 인가될 수 있다. 생성된 높은 이온화 분율(예컨대, 일부의 경우에 80% 이상)은 타깃 고전압 D.C. 공급부(24)로부터의 상당히 높은 D.C. 파워에 대한 필요성을 제거하는 한편, 상당히 높은 종횡비 개구 또는 비아에서 상당한 정형의 코팅의 증착을 처음으로 가능하게 한다. 바람직하게, D.C. 타깃 파워 레벨은 약 1000 와트 내지 2500 와트 범위에 있다. 그러나, 증착 속도는 공급부(24)로부터의 D.C. 타깃 파워를 상당히 낮은 레벨(예컨대, 500 와트 이하)로 감소시킴으로써 매우 낮은 레벨로 치밀하게 제어되고 설정되는 한편, VHF 파워를 사용하여 원하는 레벨로 이온화 소소분을 상승시킨다. 이것은 커다란 웨이퍼-대-타깃 공간이 충분히 필요하도록 하기 위해 금속 증착 속도를 감소시킨다. 여기까지, VHF 파워를 사용하지 않고, 웨이퍼-대-천장 거리가 약 400 mm로 증가되지 않는다면(단지 7초로 증착 시간을 증가시키지 않는다면) 제어되지 않는 높은 증착 속도를 발생시키는 원하는 이온화 분율을 획득하는데 높은 레벨의 D.C. 파워가 필요하였다. 타깃(18)을 구동시키는 D.C. 파워 및 VHF 파워에 의해, (예컨대, 300 mm 직경의 웨이퍼를 프로세싱 하기 위해) 웨이퍼-대-타깃 공간이 50 mm 내지 70 mm 이하로 감소될 수 있다. 이 결과, VHF-구동식 금속 타깃(18)으로부터 웨이퍼로 이온화 분율의 감소가 상당히 작게 된다(또는 없게 된다). 이러한 방법으로, VHF 제 너레이터(88)에 의해 (구리) 타깃(18)을 구동시킴으로써 발생된 VHF 플라즈마가 웨이퍼에 상당히 근접해서, VHF 파워가 감소되지 않는다면, 웨이퍼에서의 충분한 이온화를 위해 ESC(14)에 VHF를 인가할 필요가 없다. 따라서, 웨이퍼에서 상당히 제어가능한 증착 속도를 얻기 위해, 예컨대 (단지 수 초 정도의 증착 공정 시간을 가능하게 하며 따라서 제어하기 어려운 종래의 기술과 반대로) 일분 정도 필요한 증착 공정을 얻기 위해 D.C. 파워를 감소시키거나 제한하는 것이 바람직하다.

고종횡비 개구 측벽 상에 수평면 또는 코너로부터 구리의 재-스퍼터링의 적절한 속도를 발생시키도록 ESC(14)에 HF 파워를 인가하는 것은 본 명세서에서 앞서 설명하였다. 이를 위해 필요한 HF 파워 레벨은 ESC(14)의 제한(예컨대, 미세한 메시 전극)이 재-스퍼터링 공정을 제한하지 않을 정도로 충분히 낮다. 따라서, 재-스퍼터링을 재어하기 위한 HF 파워은 도 19의 반응기 내의 ESC(14)를 통해 인가도니다.

웨이퍼-대-천장 공간을 감소시키는 구조의 장점은 실드(20)의 표면적이 감소되며, 이것은 웨이퍼 대신에 실드 상에 증착됨으로써 낭비되는 스퍼터링된 금속(예컨대, 구리)의 양을 감소시킨다. 이 결과, 금속 타깃(18) 및 실드(20)는 교체되기 전에 다수의 웨이퍼를 프로세싱하는데 사용될 수 있어서, 반응기를 작동하기 위한 웨이퍼 당 비용을 감소시킨다. 이것은 10배 정도의 향상을 나타낸다.

타깃(18)에 D.C. 파워 및 VHF 파워를 인가함과 동시에 ESC(14)에 HF 또는 LF 파워를 인가하는 것은 3가지 핵심 매개변수 즉, 증착 속도, 이온화 분율 및 재스퍼터링(재-유동) 속도의 개별적 동시 제어를 용이하게 한다. D.C. 공급부(24)에 의 해 타깃(18)에 인가된 D.C. 파워의 레벨에 의해 증착 속도를 제어한다. 이러한 이온화 분율은 VHF 제너레이터(88)에 의해 타깃(18)에 인가되는 VHF 파워의 레벨에 의해 제어된다. 재-스퍼터링 속도는 HF (또는 LF) 제너레이터(38)에 의해 ESC(14)에 인가된 HF (또는 LF) 파워의 레벨에 의해 제어된다. 바람직한 작동 모드에서, 상당히 낮은 D.C. 파워(예컨대, 500와트 미만)가 상당히 낮은 증착 속도를 위해 스퍼터링 타깃에 인가되며, 상당히 높은 VHF 파워(예컨대, 3.5 킬로와트 이상)가 상당히 높은 종횡비 개구에 균일도포 코팅을 위해 충분한 높은 이온화 분율에 대해 스퍼터 타깃에 인가됨, 중간 레벨의 HF 파워가 고종횡비 개구의 측벽 상에 금속의 재-증착을 위해 증착된 금속의 재-스퍼터링의 적절한 속도를 제공하도록 ESC(14)에 인가된다. 필요한 경우, VHF-발생식 플라즈마를 통과한 금속 원자의 플럭스가 이온화 분율이 상당히 감소되는 시점에서 플라즈마가 발생하는 이온화 속도를 초과하는 한계까지 (타깃 D.C. 파워를 감소시킴으로써) 증착 속도가 증가될 수 있다. 반대로, 타깃으로부터의 금속 원자의 플럭스에 의해 VHF-플라즈마 밀도가 압도되는 동일한 한계에 도달될 때 까지, 타깃(18)에 주어진 레벨의 D.C. 파워를 인가하는 동안 VHF 파워가 감소될 수 있다.

하나의 작동예에서, VHF 파워 레벨은 3.5 kW이다. 이것은 타깃(18) 상에 비교적 작거나 무시할 수 있는 D.C. 전압을 유도하여, 증착 속도가 D.C. 타깃 파워에 의해 거의 전적으로 제어된다. 본 작동예에서 타깃(18)에 인가된 D.C. 파워는 500와트이며, D.C. 공급부는 약 300볼트 및 약 1.5암페어를 공급한다.

일 실시예에서, 도 19 및 도 20의 반응기는 구리의 플라즈마 향상된 물리 기 상 증착을 위해 사용되었고, 타깃(18)은 구리이다. 웨이퍼에서의 재-스퍼터링을 적절하게 하도록 헬륨 가스가 캐리어 가스로서 사용되었고, 고종횡비 개구의 측벽 상에 증착된 구리의 탈습윤화를 방지하기 위해 공정 가스(약 10%까지의 수소)에 수소가 포함되었다. 도 19 및 도 20의 반응기는 (탄탈 질화물 배리어층 및/또는 탄탈 배리어층과 같은) 배리어층을 증착시키는데 사용될 수 있다. 이러한 경우에, 타깃(18)은 탄탈(또는 티타늄 또는 다른 적합한 배리어 금속)이다. 탄탈 질화물 배리어층을 증착하기 위해, 챔버 안으로 질소 가스가 도입된다.

도 25에 도시된 바와 같이, 금속 스퍼터링 타깃은 평편한 원형 천장(12a)을 둘러싸는 원뿔대(18')로서 형성될 수 있다. RF 로드(86)는 도 19와 유사한 방법으로 타깃(18')과 맞물리지만, 타깃의 형상으로 인해 탈중심이 필요하다. 대안의 대칭형 또는 중심맞추어진 배열체를 점선으로 제시하는데, 여기서 VHF 소스(87, 88)는 축방향으로 중심에 맞추어지고 고르게 이격될 수 있는 복수의 RF 로드(86)를 통해 타깃을 공급한다.

도 26에 도시된 바와 같이, 타깃(18)은 중심맞춘 원형 천장(12a)에 표시될 수 있으며 원뿔대 천장 섹션(12')에 의해 둘러싸일 수 있다. 하나의 선택(도 26에 도시되지 않음)은 도 14의 방법에서 원뿔대 천장(12') 위로 유도 안테나를 제공하는 것이다.

도 27에 도시된 바와 같이, 금속 스퍼터링 타깃(18)은 도 16의 방식에서 역전된 벨 또는 "U"자형 형상으로서 형성될 수 있다. 일 구현예에서, RF 로드(86)는 도 27에 실선으로 도시된 바와 같이 타깃의 중심으로부터 상방으로 연장한다. 그 러나, 바람직한 방법은, 점선으로 표시된 바와 같이, 도 27의 U자형 타깃(18)의 둘레를 따라 반경방향 및 축방향 RF 로드(90', 91')를 통해 복수의 균일하게 이격된 공급 포인트(18a, 18b)에 VHF 파워를 공급하는 것일 수도 있다.

도 28의 흐름도는 다음과 같이 플라즈마 반응기의 진공 챔버 내의 집적 회로 상에 구리의 물리 기상 증착을 실시하는 방법을 도시한다. 즉, 상기 방법은, 챔버의 천장 부근에 구리 타깃을 제공하는 단계(도 28의 블록 (92)), 챔버의 플로어 부근에서 타깃과 대향하는 웨이퍼 지지 페디스털 상의 집적 회로 웨이퍼를 위치시키는 단계(블록 (93)), 진공 챔버 안으로 캐리어 가스를 도입시키는 단계(블록 (94)), 구리 타깃에 D.C. 파워를 인가함으로써 웨이퍼 상에 증착 속도를 생성시키는 단계(블록 (95)), 구리 타깃에 VHF 파워를 인가함으로써 웨이퍼 부근에 원하는 플라즈마 이온화 분율을 생성시키는 단계(블록 (96)), 웨이퍼에 HF 또는 LF 파워를 결합시킴으로써 웨이퍼 상의 수직면 상에 구리의 재-스퍼터링을 촉진시키는 단계(블록 (97)), 및 VHF 파워가 웨이퍼의 표면에서 플라즈마 이온화 분율을 제어하도록 웨이퍼와 타깃 사이에 충분히 작은 거리를 유지시키는 단계(블록 (98))를 포함한다.

구리 증착에 앞서, 탄탈 및 탄탈 질화물 배리어층과 같은 배리어를 증착시키기 위해 도 19의 반응기를 사용하여 유사한 공정이 사용될 수 있다. 이를 위해 타깃(18)은 탄탈이다. 탄탈 질화물 배리어층을 증착시키기 위해, 공정 가스에 질소가 추가된다.

바람직한 실시예를 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하였지만, 본 발명 의 진정한 정신과 범위에서 벗어나지 않고 다양한 변경예 및 변형예가 구현될 수 있음을 이해한다.

Claims (40)

1. 플라즈마 반응기의 진공 챔버 내의 집적 회로 상에 구리의 물리 기상 증착을 실시하는 방법으로서:

   상기 진공 챔버의 천장 부근에 구리 타깃을 제공하는 단계와;

   상기 진공 챔버의 플로어 부근에 상기 구리 타깃과 대향하는 웨이퍼 지지 페디스털 상에 집적 회로 웨이퍼를 위치시키는 단계와;

   상기 진공 챔버 안으로 캐리어 가스를 도입시키는 단계와; 그리고

   상기 구리 타깃에 D.C. 파워를 인가함으로써 상기 집적 회로 웨이퍼 상에 증착 속도를 생성시키는 동안, VHF 파워를 상기 구리 타깃에 인가함으로써 상기 집적 회로 웨이퍼 부근에 원하는 플라즈마 이온화 분율을 생성시키는 단계를 포함하는

   플라즈마 반응기의 진공 챔버 내의 집적 회로 상에의 구리의 물리 기상 증착 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 웨이퍼에 HF 또는 LF 파워를 결합시킴으로써 상기 웨이퍼 상의 수직면 상에 구리의 재-스퍼터링을 촉진시키는 단계를 더 포함하는

   플라즈마 반응기의 진공 챔버 내의 집적 회로 상에의 구리의 물리 기상 증착 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   가공물 내의 고종횡비 개구들의 플로어 표면 상에 구리를 증착시키도록 상기 VHF 파워를 충분히 높은 레벨로 유지시키는 단계를 더 포함하는

   플라즈마 반응기의 진공 챔버 내의 집적 회로 상에의 구리의 물리 기상 증착 방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 VHF 파워의 주파수는 상기 RF 소스 파워의 주된 량이 플라즈마 내의 동역학 전자를 여기시키는데 소모되기에 충분히 높은

   플라즈마 반응기의 진공 챔버 내의 집적 회로 상에의 구리의 물리 기상 증착 방법.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 VHF 주파수가 약 81 MHz인

   플라즈마 반응기의 진공 챔버 내의 집적 회로 상에의 구리의 물리 기상 증착 방법.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 타깃에 타깃 자기장을 유지시키는 단계를 더 포함하는

   플라즈마 반응기의 진공 챔버 내의 집적 회로 상에의 구리의 물리 기상 증착 방법.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 타깃 자기장은 상기 타깃의 일부분만을 덮으며,

   상기 방법이 상기 타깃을 가로질러 상기 타깃 자기장을 스캐닝하는 단계를 더 포함하는

   플라즈마 반응기의 진공 챔버 내의 집적 회로 상에의 구리의 물리 기상 증착 방법.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 타깃 자기장을 스캐닝하는 단계는 상기 자기장을 행성 운동으로 이동하는 단계를 더 포함하는

   플라즈마 반응기의 진공 챔버 내의 집적 회로 상에의 구리의 물리 기상 증착 방법.
9. 제 6 항에 있어서,

   상기 타깃에 타깃 자기장을 유지시키는 단계는 전체적으로 환상 형상 제한패턴으로 상기 타깃 부근에 이온들을 제한하는 단계를 포함하는

   플라즈마 반응기의 진공 챔버 내의 집적 회로 상에의 구리의 물리 기상 증착 방법.
10. 제 2 항에 있어서,

    상기 HF 또는 LF 파워의 파워 레벨은 고종횡비 개구의 수직면 상에의 구리의 재-스퍼터링을 위해 비-수직면에 대한 스퍼터 에칭 선택도를 향상시키기에 충분한

    플라즈마 반응기의 진공 챔버 내의 집적 회로 상에의 구리의 물리 기상 증착 방법.
11. 제 1 항에 있어서,

    가공물 내에 65 nm 이하의 피쳐 크기의 고종횡비 개구의 플로어 표면 상에 구리를 증착시키도록 충분히 높은 레벨로 상기 VHF 파워를 유지시키는 단계를 더 포함하는

    플라즈마 반응기의 진공 챔버 내의 집적 회로 상에의 구리의 물리 기상 증착 방법.
12. 제 1 항에 있어서,

    상기 캐리어 가스가 헬륨인

    플라즈마 반응기의 진공 챔버 내의 집적 회로 상에의 구리의 물리 기상 증착 방법.
13. 제 1 항에 있어서,

    고종횡비 개구의 플로어 표면 상에 구리를 증착시키도록 상기 타깃에 충분한 양의 VHF 파워를 인가하는 동안 주어진 웨이퍼-대-타깃 공간에서 제어가능한 증착 속도를 실현하기 위해 상기 타깃으로의 D.C. 파워의 양을 제한하는 단계를 더 포함하는

    플라즈마 반응기의 진공 챔버 내의 집적 회로 상에의 구리의 물리 기상 증착 방법.
14. 제 1 항에 있어서,

    상기 D.C. 파워를 500와트 이하로 제한하며 상기 VHF 파워를 적어도 3.5 kW 이상에 유지시키는 단계를 포함하는

    플라즈마 반응기의 진공 챔버 내의 집적 회로 상에의 구리의 물리 기상 증착 방법.
15. 제 1 항에 있어서,

    상기 이온화 분율이 약 50%를 초과하는

    플라즈마 반응기의 진공 챔버 내의 집적 회로 상에의 구리의 물리 기상 증착 방법.
16. 제 1 항에 있어서,

    상기 이온화 분율이 약 80%를 초과하는

    플라즈마 반응기의 진공 챔버 내의 집적 회로 상에의 구리의 물리 기상 증착 방법.
17. 제 1 항에 있어서,

    상기 이온화 분율이 상기 웨이퍼의 표면에서 얻어지도록 상기 웨이퍼와 상기 타깃 사이에 충분히 작은 거리를 유지시키는 단계를 더 포함하는

    플라즈마 반응기의 진공 챔버 내의 집적 회로 상에의 구리의 물리 기상 증착 방법.
18. 플라즈마 반응기의 진공 챔버 내의 집적 회로 상에 구리의 물리 기상 증착을 실시하는 방법으로서:

    상기 진공 챔버의 천장 부근에 구리 타깃을 제공하는 단계와;

    상기 진공 챔버의 플로어 부근에 상기 구리 타깃과 대향하는 웨이퍼 지지 페디스털 상에 집적 회로 웨이퍼를 위치시키는 단계와;

    상기 진공 챔버 안으로 캐리어 가스를 도입시키는 단계와;

    상기 구리 타깃에 D.C. 파워를 인가함으로써 상기 구리 타깃으로부터 구리 원자를 스퍼터링하는 동안, 상기 구리 타깃에 VHF 파워를 인가함으로써 상기 구리 타깃으로부터 스퍼터링된 구리 원자를 이온화하는 단계와;

    상기 웨이퍼에 HF 또는 LF 파워를 결합시킴으로써 상기 웨이퍼 상의 수직면 상에 구리의 재-스퍼터링을 촉진시키는 단계와; 그리고

    상기 구리 타깃의 타깃 자기장을 유지시키고, 상기 구리 타깃을 가로지르는 상기 타깃 자기장을 스캐닝하는 단계를 포함하는

    플라즈마 반응기의 진공 챔버 내의 집적 회로 상에의 구리의 물리 기상 증착 방법.
19. 제 18 항에 있어서,

    상기 VHF 파워 제어 플라즈마 이온화 분율이 상기 웨이퍼 표면에 있도록 상기 상기 타깃과 상기 웨이퍼 사이에 충분히 작은 거리를 유지시키는 단계를 더 포함하며

    플라즈마 반응기의 진공 챔버 내의 집적 회로 상에의 구리의 물리 기상 증착 방법.
20. 플라즈마 반응기의 진공 챔버 내의 집적 회로 상에 구리의 물리 기상 증착을 실시하는 방법으로서:

    상기 진공 챔버의 천장 부근에 구리 타깃을 제공하는 단계와;

    상기 진공 챔버의 플로어 부근에 상기 구리 타깃과 대향하는 웨이퍼 지지 페디스털 상에 집적 회로 웨이퍼를 위치시키는 단계와;

    상기 진공 챔버 안으로 캐리어 가스를 도입시키는 단계와; 그리고

    VHF 파워를 상기 구리 타깃에 인가하는 동안 상기 구리 타깃에 D.C. 파워를 인가하는 단계를 포함하는

    플라즈경 반응기의 진공 챔버 내의 집적 회로 상에의 구리의 물리 기상 증착 방법.
21. 물리 기상 증착 반응기로서:

    진공 챔버로서, 측벽, 천장 및 상기 진공 챔버의 플로어 부근의 웨이퍼 지지 페디스털, 및 상기 진공 챔버에 연결된 진공 펌프를 포함하는 진공 챔버와;

    상기 진공 챔버에 연결된 공정 가스 입구 및 상기 공정 가스 입구에 연결된 공정 가스 소스와;

    상기 천장에 위치한 금속 스퍼터 타깃과;

    상기 금속 스퍼터 타깃에 연결된 고전압 D.C. 소스와; 그리고

    상기 금속 스퍼터 타깃에 연결되며 동역학 전자를 여기시키기에 적합한 주파수를 갖는 RF 플라즈마 소스 파워 제너레이터를 포함하는

    물리 기상 증착 반응기.
22. 제 21 항에 있어서,

    상기 웨이퍼 지지 페디스털이 정전 척을 포함하는

    물리 기상 증착 반응기.
23. 제 21 항에 있어서,

    상기 웨이퍼 지지 페디스털에 연결되며 플라즈마 이온에 에너지를 결합시키 기에 적합한 주파수를 갖는 RF 플라즈마 바이어스 파워 제너레이터를 더 포함하는

    물리 기상 증착 반응기.
24. 제 21 항에 있어서,

    약 0.5 인치를 초과하는 직경을 가지며 상기 천장을 통해 상기 타깃 위에 축방향으로 연장하고 상기 RF 플라즈마 소스 파워 제너레이터에 연결되는 고체 금속 RF 공급 로드를 더 포함하는

    물리 기상 증착 반응기.
25. 제 24 항에 있어서,

    상기 RF 공급 로드와 상기 RF 플라즈마 소스 파워 제너레이터 사이에 연결되며 상기 RF 공급 로드 상에 장착되는 RF 매치 회로를 더 포함하는

    물리 기상 증착 반응기.
26. 제 24 항에 있어서,

    상기 천장 위에 놓이는 자석 배열체 및 상기 자석 배열체가 그 주위에서 회전가능한 중심 축을 더 포함하며, 상기 중심 축은 관통하는 축방향의 원통형 중공 통로를 구비하고, 상기 금속 로드는 상기 통로를 통해 연장하는

    물리 기상 증착 반응기.
27. 제 26 항에 있어서,

    상기 중심 축과 상기 자석 배열체 사이에 연결되는 행성 운동 장치를 더 포함하며, 상기 자석 배열체는 상기 타깃 부근에서 이온들의 전체적으로 환상 형상 제한 패턴을 발생시키도록 배열된 자기 막대의 배열을 포함하는

    물리 기상 증착 반응기.
28. 제 21 항에 있어서,

    상기 웨이퍼 지지부 및 상기 타깃은 상기 웨이퍼 지지부의 직경 중 약 1/4을 초과하지 않는 거리만틈 분리되어 있는

    물리 기상 증착 반응기.
29. 제 21 항에 있어서,

    상기 웨이퍼 지지 페디스털을 에워싸는 프로세싱 지대를 둘러싸며 상기 진공 챔버의 측벽으로부터 상기 프로세싱 지대를 분리시키는 제거가능한 실드를 더 포함하는

    물리 기상 증착 반응기.
30. 제 29 항에 있어서,

    상기 실드와 상기 웨이퍼 지지 페디스털 사이에 연결된 전도성 탭을 더 포함하는

    물리 기상 증착 반응기.
31. 제 21 항에 있어서,

    상기 금속 스퍼터링 타깃이 구리를 포함하는

    물리 기상 증착 반응기.
32. 제 21 항에 있어서,

    상기 금속 스퍼터 타깃이 탄탈을 포함하는

    물리 기상 증착 반응기.
33. 제 21 항에 있어서,

    상기 RF 플라즈마 소스 파워 제너레이터가 VHF 제너레이터인

    물리 기상 증착 반응기.
34. 제 23 항에 있어서,

    상기 VHF 제너레이터가 약 81 MHz의 주파수를 갖는

    물리 기상 증착 반응기.
35. 제 21 항에 있어서,

    상기 금속 타깃이 상기 웨이퍼 지지 페디스털을 향하는 역전된 돔 형상의 개 구를 갖는

    물리 기상 증착 반응기.
36. 제 21 항에 있어서,

    상기 금속 타깃이 환형 원뿔대 형상을 갖는

    물리 기상 증착 반응기.
37. VHF 제너레이터로부터 고체 금속을 통해 긴 RF 공급 로드에 VHF 소스 파워가 연결되는 물리 기상 증착 반응기 내에서 사용하기 위해, 상기 RF 공급 로드와 단단히 맞물리는 리셉터클을 갖춘 고체 금속 디스크를 포함하는 스퍼터 타깃.
38. 제 37 항에 있어서,

    상기 스퍼터 타깃의 상기 리셉터클이 상기 RF 공급 로드와 나사결합식으로 맞물리기 위해 나사산을 갖는

    스퍼터 타깃.
39. 제 37 항에 있어서,

    상기 스퍼터 타깃이 구리 디스크인

    스퍼터 타깃.
40. 제 37 항에 있어서,

    상기 스퍼터 타깃이 탄탈 디스크인

    스퍼터 타깃.

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