アルミニウム相互接続部の制御された表面酸化
【課題】集積回路のためのアルミニウム相互接続部メタライゼーションを、所望によりアルゴンが追加されてもよい純粋な酸素雰囲気中で制御可能に酸化させる。
【解決手段】ウエハ３２をアルミニウムスパッタリング中に生じる３００℃を超える温度からアルミめっきを施したウエハをプラスチックカセット３４に装填させることを可能にする１００℃未満まで冷却させるので有利に行われる。酸化は高真空搬送チャンバ６２と低真空搬送チャンバ４０の間の通過チャンバ５６、８０内で制御可能に行うことができる。酸素分圧は有利には０.０１〜１トール、好ましくは０.１〜０.５トールである。１トールを超える全圧にアルゴンを添加すると、ウエハが水冷却ペデスタル上に載置された場合にウエハ冷却が促進される。スパッタチャンバへの酸素逆流を防止するために冷却チャンバは冷却中に真空ポンプで排気されず最初にアルゴンが次に酸素が冷却チャンバにパルスされる。
【解決手段】ウエハ３２をアルミニウムスパッタリング中に生じる３００℃を超える温度からアルミめっきを施したウエハをプラスチックカセット３４に装填させることを可能にする１００℃未満まで冷却させるので有利に行われる。酸化は高真空搬送チャンバ６２と低真空搬送チャンバ４０の間の通過チャンバ５６、８０内で制御可能に行うことができる。酸素分圧は有利には０.０１〜１トール、好ましくは０.１〜０.５トールである。１トールを超える全圧にアルゴンを添加すると、ウエハが水冷却ペデスタル上に載置された場合にウエハ冷却が促進される。スパッタチャンバへの酸素逆流を防止するために冷却チャンバは冷却中に真空ポンプで排気されず最初にアルゴンが次に酸素が冷却チャンバにパルスされる。
【発明の詳細な説明】
【発明の分野】
【０００１】
本発明は、一般的には、集積回路の形成におけるスパッタリングに関する。特に、本発明は、相互接続部の形成に用いられるスパッタされたアルミニウムの後処理に関する。
【背景技術】
【０００２】
物理気相堆積（ＰＶＤ）とも呼ばれるスパッタリングは、シリコン集積回路の製造において金属や関連物質の層を堆積させる最も普及している方法である。商業生産に最も用いられるＤＣマグネトロンスパッタリングの一タイプにおいて、スパッタ被覆すべきウエハは、真空チャンバ内にスパッタすべき金属ターゲットに対向して置かれる。アルゴンワーキングガスは、真空チャンバに通じている。ターゲットがチャンバ壁又はそのシールドに関して負にバイアスされたときに、アルゴンはプラズマに励起され、ターゲットから金属原子をスパッタし、それらの一部がウエハに衝突し、その上に金属のコーティングを形成する。ターゲットの後ろに置かれたマグネトロンは、ターゲットのスパッタ面に隣接したチャンバに電界を突出させてプラズマ密度とスパッタ速度を増大させる対向する極性の磁極を含む。ウエハは、深いバイアや狭いバイアへのコーティングを援助するために電気的にバイアスされるのがよい。他の形態のスパッタリングも可能であり、ＲＦ誘導コイル、補助磁石、複雑な形状のターゲットが含まれてもよい。
【０００３】
スパッタされたアルミニウムは、縦と横の相互接続部双方を形成するメタライゼーションとして用いられ続けている。アルミニウムが合金であってもよいことは理解される。意図した典型的な合金は、銅、マグネシウム、シリコンであり、約１０ａｔ％未満、通常は５ａｔ％未満の量で存在させるのがよい。半導体製造における標準のアルミニウム合金には、０.５ｗｔ％の銅が含まれている。他の金属は、通常は１ａｔ％を超えない。
【０００４】
アルミニウムメタライゼーションを用いる簡単なバイア構造を図１の断面図に示す。下部誘電体層１０は、例えば、その表面に形成され、電気的な接続を必要とするアルミニウムのような、導電性特徴部１２を持つ。上部誘電体層１４は、下部誘電体層１４とその導電性特徴部１２の上に堆積され、バイアホール１６は、上部誘電体層１４を通って下の導電性特徴部１２までエッチングされる。アルミニウム層１８は、バイアホール１６を充填するとともに上部誘電体層１４の最上面のフィールド領域２０の最上部にほぼ平坦な層を形成するためにスパッタされる。アルミニウムスパッタリングには、異なるスパッタリングステップと異なる副層のための別々のスパッタリングチャンバさえ含まれてもよいが、最も典型的にはアルミニウムスパッタリングの最後の部分は、アルミニウムのリフローを促進させてバイアホール１６を充填するとともにアルミニウム層１８の上面を平坦化する適度に高い温度、例えば、４００℃に保持されたシリコンウエハで行われる。バイアが最低レベルのメタライゼーションに形成される場合には、下部誘電体層１０はシリコン層と取り替えられ、導電性特徴部は、典型的にはシリコン導電性特徴部１２とアルミニウム充填バイア１６の間に形成されるコンタクト、バリヤ、又はゲート酸化物の領域が追加されたドープされたシリコン領域であるのがよい。
【０００５】
この点で、アルミニウム層１８は、パターン形成されてなく、画成されてなく、且つほぼ平坦な上面であり、平面性からのずれは下に横たわる特徴部への等角堆積から生じる。誘電体層１４の上面２０の上のアルミニウム層１８のフィールドの厚さは、水平の相互接続部の厚さを決定し、典型的には１６０〜１０００ｎｍの範囲にある。図２の断面図に示されるように、バイアホール１６の外側のアルミニウム層１８は、誘電体層１４の上面２０又はその上面２０上の薄いバリヤ層へ選択的にエッチングされている。フォトリソグラフィエッチングのパターン形成は、複数のアルミニウム充填バイア又は次のレベルのメタライゼーションに接続された通常は長くて狭い水平な電気的相互接続部を形成する。エッチングのパターン形成を画成するフォトリソグラフィを援助するために、例えば、窒化チタン（ＴｉＮ）の反射防止コーティング（ＡＲＣ）２２が、図１のパターン形成されていないアルミニウム層１８上に堆積される。
【０００６】
アルミニウムは、多くの異なるチャンバとプラットフォームにスパッタすることができる。例えば、図３に概略平面図で示したアルミニウム堆積システム３０は、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓ社から入手できるＥｎｄｕｒａプラットフォームに基づいている。ウエハ３２は、適度に低い圧力に保持された内部搬送チャンバ４０からスリットバルブによって分離された二つのロードロックチャンバ３６、３８内に配置されたカセット３４、例えば、プラスチックＦＯＵＰで運搬される。カセット３４をロードロックチャンバ３６、３８に装填し、ロードロックチャンバ３６、３８がポンプダウンされると、内部搬送チャンバ４０内の内部ロボット４２が、内部搬送チャンバ４０の周りに位置するロードロックチャンバ３６、３８のどちらかといくつかのプロセスチャンバ４６、４８、５０、５２のいずれものカセットの間でウエハ３２を搬送させることができる。これらの内部チャンバは、典型的には、超高真空を必要としない前処理、例えば、方向づけ、脱ガス、前洗浄を行う。従って、内部搬送チャンバ４０は、わずか約１ミリトールのベース圧にポンプを作動させることを必要とするのがよい。内部ロボット４２は、ウエハ３２を、二つの通過チャンバ５４、５６内外に搬送することもできる。外部搬送チャンバ６２内の外部ロボット６０もまた、ウエハ３２を、二つの通過チャンバ５４、５６内外に搬送することができる。図示されていないスリットバルブは、内部と外部の搬送チャンバ４０、６２から通過チャンバ５４、５６のそれぞれを分離し、それにより、外部搬送チャンバ６２が内部搬送チャンバ４２より低いベース圧、例えば、約１×１０-８トールに保持することが可能になる。低いベース圧は、主に、スパッタ堆積膜の酸化を防止するために必要とされる。アルミニウムＰＶＤチャンバ６４と、例えば、チタンをスパッタする、バリヤＰＶＤチャンバ６６は、外部搬送チャンバ６２の周りに配置され、各々のスリットバルブによってそれから分離される。他の処理チャンバ６８、７０、例えば、アルミニウム充填よりアルミニウムシードのためのアルミニウムスパッタチャンバ、又は高処理能力のための二重アルミニウムスパッタリングチャンバの異なるタイプが、外部搬送チャンバ６２の周りに配置されてもよい。これらのチャンバ６４、６６、６８、７０のすべてが、外部搬送チャンバ６２によって得られた高真空レベルから利益を得ることができる。
【０００７】
通過チャンバ５４、５６は、二つの搬送チャンバ４０、６２の間でウエハの二方向の流れを与える。更に、それらは、二次処理の一部を行うように適合されてもよい。最後のアルミニウムスパッタ堆積後のウエハ３２は、約４００℃の比較的高い温度であるのがよく、カセット３４の一つに戻る前に実質的な処理を必要としなくてもよい。ロボット４２、６０に取り付けられたブレードは、これらの高温に耐えるように設計されている。しかしながら、カセット３４は、典型的には、カセット３４に挿入されたウエハ３２が、例えば、１００℃を超えない比較的低い温度でなければならないようにプラスチック材料から構成される。従って、外部方向の通過チャンバ５６は、搬送チャンバ４０、６２と一体になった真空チャンバ８２内に形成された、図４の断面図に概略図で示された冷却チャンバ８０として作用するように適合されている。ウエハ３２は、スパッタ後にカセット３４に戻される前に冷却チャンバ８０内でより低い温度に冷却される。ウエハ３２が通るのに十分な横幅のウエハポート８４、８６は、搬送チャンバ４０、６２の隣の対向する壁に形成される。ウエハポート８４、８６は、アクチュエータ９６、９８によって駆動するシャフト９２、９４に接続された伸長したバルブヘッド８８、９０によって選択的にシールされて、それぞれのスリットバルブを形成する。同様のスリットバルブは、搬送チャンバ４０、６２とプロセスチャンバ４６、４８、５０、５２、６４、６６、６８、７０とロードロックチャンバ３６、３８の間に形成される。
【０００８】
二つのロボット４２、６０のブレードは、ウエハ３２をペデスタル１００へ、また、ペデスタル１００から搬送するためにそれぞれの開放されたウエハポート８４、８６に入ることができる。冷却装置１０２からの冷却水は、ペデスタル１００内の冷却チャネル１０４を通過して、ウエハ３２を冷却するのに適した低温に維持する。アルゴンは、ガスバルブ１０８を通ってアルゴンガス源１０６から冷却チャンバ８０へ供給される。典型的には、アルゴンガス源１０６は、スパッタ動作の間、スパッタチャンバ６２、６６にもアルゴンを供給する。
【０００９】
熱いウエハ３２は、冷却されたペデスタル１００への熱転写を促進させるためにアルゴン雰囲気中約１〜２トールの圧力で３０〜６０秒の冷却時間冷却されることができる。冷却チャンバ８０が、粗引きポンプを作動させた後、継続してポンプを作動させないことは典型的である。代わりに、熱いウエハ３２が外部搬送チャンバ６２から冷却チャンバ８０に搬送された後、中間スリットバルブ９０が閉鎖され、アルゴンの必要な量がガスバルブ１０８を通って冷却チャンバ８０に出入りし、その後、供給が中断又は減少され、冷却の間、アルゴンは冷却チャンバ８０に残る。冷却の終わりに、内部搬送チャンバ４０へのスリットバルブ８８が開放する。冷却チャンバ８０は、常に、約１０マイクロトールの圧力に機械的（ドライラフ）ポンプによって粗引きポンプを作動させる。余分ないかなるアルゴンも、開放スリットバルブを通って搬送チャンバ４０、６２の一つへ放出され、クライオポンプによって連続してポンプを作動させる。
【００１０】
上述されたプロセスは、長年その基本で実施されてきた。しかしながら、デバイスサイズの縮小につれて、水平の相互接続部を形成するアルミニウム層の厚さも縮小した。熱サイクルで生じるような固有応力と負荷応力の双方に耐えるこれらのより薄いアルミニウム層の能力が、膜の厚さと共に減少する。それにもかかわらず、現在の要求は、膜抵抗率と反射率を満足させなければならない。反射率の要求は、フォトリソグラフィを単純化することである。膜の表面形状に影響する膜応力から生じる欠陥としては、膜の平面から伸びて突き出ている図１と図２に示したヒロック１１０やアルミニウム膜面に形成される深い溝１１２であってもよいグレイン溝が挙げられる。膜堆積プロセス、膜コーティング、続いてのアニールの熱サイクルから生じる金属層又は誘電体の上の応力は、金属層の欠陥を生じ得る。これらの欠陥は、膜を所望の厚さに確実にエッチングされることを可能にするだけでなく続いてのデバイス金属と誘電体層を平面形態で堆積させるのに必要な膜平面性を譲歩することによってデバイス信頼性とデバイス歩留まりに著しく影響する。
【発明の概要】
【００１１】
集積回路におけるアルミニウム相互接続部のためのアルミニウム膜を、活性化成分として酸素だけを含有する雰囲気中で制御可能に酸化する。基板を３００℃を超えるようなスパッタ温度から１００℃未満に冷却するにつれて、酸化が１００℃を超える温度で起こるのがよい。より低い温度において、基板をプラスチックカセットに戻してもよい。
【００１２】
酸素の分圧は、０.０１〜１トールの範囲であるのがよい。好ましい下限は、０.１トールである。好ましい上限は、０.５トールである。更に、冷却を促進させるためにアルゴン又はヘリウムのような不活性ガスが添加されてもよい。全圧は、１〜５トール以上であるのがよい。
【００１３】
酸化は、相互接続部を形成する複数の処理チャンバが位置する二つの搬送チャンバ間で分離可能な冷却チャンバ内で行われるのがよい。
【００１４】
酸化する冷却チャンバへのアルゴンと酸素の供給は、アルゴンラインを通ってスパッタチャンバとそれと関連付けられた搬送チャンバへの酸素の逆流を防止するように制御されるのがよい。一実施形態において、冷却チャンバは、冷却前に真空ポンプを作動させるが、アルゴンと酸素の供給中又は冷却中に真空ポンプを作動させない。制御されたアルゴン量が、冷却チャンバに供給される。その供給を停止し、その後、制御された酸素量が供給される。
【００１５】
酸素汚染は、搬送チャンバと冷却チャンバの間のスロットバルブが、搬送チャンバとアルミニウムスパッタチャンバの間のスリットバルブとして同時に開放しないことを確実にすることによって避けられる。
【好適実施形態の詳細な説明】
【００１６】
さらされたアルミニウム膜を含有するウエハが冷却後にクリーンルーム雰囲気のカセットに戻されたとき、アルミニウム膜は近似組成Ａｌ２Ｏ３の自然酸化物に直ちに酸化されることは理解される。アルゴンが約１００℃に冷却された後、自然酸化物の厚さが約４.２ｎｍであり、下に横たわるアルミニウムとの接合部がはっきりせず、波状の傾向があり、幾分不鮮明で段階的であると我々は決定した。このようｎアルゴン冷却されたアルミニウム膜上で行われた原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）は、１０ミクロンの範囲で図５に示した表面プロファイルを生じる。深い溝が明らかである。最高最低粗さの最大値はＲｍａｘ＝１０１ｎｍであり、表面のＲＭＳ粗さはＲｒｍｓ＝１６.５ｎｍである。電子顕微鏡は、表面の溝間の分離に相当する粒子サイズを示す。更に、個々の粒子の平面は平らでないように見える。
【００１７】
スパッタされたアルミニウム膜の表面形状は、高純度酸素雰囲気中で冷却を行い、図６の断面図に示されるようにアルミニウム層１８の最上部に酸化アルミニウム物１１４を生じることによって改善することができる。酸化後のみ、フォトリソグラフィに備えて酸化物層１１４の上に窒化物層２２が堆積されている。
【００１８】
制御された熱酸化を達成する一実施形態において、図３と図４に示されるように、酸素ガス源１２０は、酸素ガス（Ｏ２）を、ガスバルブ１２２を通って冷却チャンバに供給する。しかしながら、熱いウエハの高温での純粋な酸素は、厚すぎる酸化物層を生じることがある。従って、一実施形態において、アルゴンのような不活性ガスの実質量を酸素冷却の間にアルゴンガス源１０６から冷却チャンバ８０に供給して、冷却の間の熱転写を促進させる。アルゴン/酸素ガス全圧は約２トールで酸素分圧が約０.０１〜０.５トールであるが、約０.１トールの酸素分圧が有益であった。ウエハ３２が、冷却の間、約２２℃で水冷却ペデスタル３２上に支持されるが、冷却は、主に、ペデスタル３２への周囲ガスによる対流冷却であると思われる。この全圧における典型的な冷却速度は、約１０℃／ｓである。
【００１９】
冷却チャンバ８０内の酸素分圧は、ほぼ平坦なパターン形成されていないアルミニウム層１８の上面を酸化するとともに図６の断面図に示される酸化アルミニウム層１１４を形成させる。図５の比較データを生じる同様のアルミニウム堆積条件において、本発明の酸素冷却自然酸化物は、ウエハのアルゴン冷却の後の空気中で形成される従来の自然酸化物の４.２ｎｍに比べて約２ｎｍの厚さを持つことがわかる。アルミニウム層１８の部分酸化は、酸化物厚さをアルミニウム層１８のフィールド厚さの実質的に１０％未満にさせるので、アルミニウム相互接続部の伝導度は実質的に影響されない。更に、酸化物層１１４と下に横たわるアルミニウム層１８との接合部１１６は、ほぼ単一層全体にはっきりと切り立っている。熱成長した酸化物は、密度が高く、ウエハが１００℃未満の周囲空気に戻されたときの酸化を防止すると思われる。周囲空気は、クリーンルームの乾いた空気中でさえ、大部分の窒素と有意量の水蒸気を含有する。双方の成分は、空気酸化に影響することがある。酸素冷却された酸化物のＡＦＭプロファイルを図７に示す。最高最低溝の最大粗さは、Ｒｍａｘ＝５４.５ｎｍにＲＭＳ粗さは、Ｒｒｍｓ＝１１.６ｎｍに低下した。従来のＡＦＭプロファイルと比較すると、深い溝は、除去され、粗さは減少されている。粒子サイズはほぼ同じに見えるが、粒界はアルゴンのみの冷却とより異なっている。
【００２０】
比較例のアルゴン冷却膜と本発明の酸素冷却膜の数値のデータを表１に示す。シート抵抗はほとんど変化していないが、抵抗率の均一性は著しく改善している。４３６ｎｍと４８０ｎｍ双方の光学波長の反射率は、酸素冷却において増加している。
【００２１】
【表１】
【００２２】
酸素冷却は、アルミニウムスパッタリングが完了した後であるが、パターン形成された水平の相互接続部を形成するためのエッチング前に、また、アルミニウム酸化に影響するアルミニウム層１８上に他の有意な層、例えば、反射防止膜２２を堆積させる前に行われなければならない。酸化アルミニウム層１１４は、絶縁しており、アルミニウム層の上面へのいかなる電気的接触の前にも除去する必要があるが、除去は、自然酸化物の除去ほど難しくない。
【００２３】
熱制御された酸化は、溝１１２の深さを減少させ、図１と図２のヒロック１１０を平らにするだけでなく粒子サイズを減少させる。正確なメカニズムは、完全に理解されていない。熱酸化は、おそらく酸化エネルギーによって活性化された初期の粒界に沿って表面拡散を促進させることにより、応力を取り除くと思われる。高度に純粋な酸素の酸化は、水蒸気と高い割合の窒素の双方を含有する空気での酸化より良好な酸化物を生成させる。酸化純度の一基準は、酸化雰囲気の活性成分、即ち、アルゴンやヘリウムのような不活性ガス以外の活性成分が９９％の酸素を超えることである。酸素がオゾン（Ｏ３）の形であってもよいことは言及すべきである。
【００２４】
冷却中の酸素の好ましい分圧は０.１〜０.５トールであるが、プロセス条件によっては酸素分圧のより幅広い許容範囲が０.１〜１トールである。ウエハが熱いときの著しく高い酸素圧は、過度の厚さの酸化物膜を生じやすい。比較的高いアルゴンの分圧、少なくとも酸素の２倍は、全圧が２トールのときに速い冷却速度を可能にする。全圧は、１トールを超える範囲であってもよいが、５トール以下であることが好ましい。アルゴンの量は酸化に対する直接の作用がほとんどなく減少させるか又は除去することさえもできると予想される。しかしながら、アルゴンが減少するにつれて、冷却速度が低下するので、酸化がより高い温度でより長い時間継続し、処理能力も減少する。ヘリウムは、対流冷却ガスとしてアルゴンを置き換えることができる。
【００２５】
酸素ベースの冷却は、通過チャンバ以外でスパッタチャンバとも関連する搬送チャンバと関連する他のバルブのあるチャンバで行われ得るので、堆積と酸化の間の空気圧が１マイクロトール未満であることが理解される。
【００２６】
アルミニウム酸化は、酸化が制御され且つスパッタ温度からの冷却によらないように設計されたチャンバ内で行うことができることも理解される。
【００２７】
半導体スパッタリング装置における酸素の使用は、普通ではなく、問題を引き起こす可能性がある。従来、通過チャンバを含むＥｎｄｕｒａプラットフォーム上のすべてのチャンバは、プラットフォームに隣接したガス分配パネルに接続された一組の共通のガス源から供給されている。酸素がスパッタチャンバへ又は高真空搬送チャンバへさえアルゴンガスラインに沿って逆に拡散することを防止することは非常に望ましいことである。経験により、アルミニウムスパッタリングチャンバ内に配置される前に高真空搬送チャンバ内での残留酸素にさらされたウエハが、高アスペクト比のバイアを充填するのに厳しいボイドを示すことがわかった。
【００２８】
プラットフォーム制御のためのソフトウエアは、スパッタチャンバと関連した高真空搬送チャンバと間のスリットバルブが、冷却チャンバと高真空搬送チャンバ間のスリットバルブが開放するときと同じときに開放することを防止するインターロックを含まなければならない。
【００２９】
アルゴンが共通の供給源から冷却チャンバやスパッタチャンバへ供給される場合には、冷却チャンバへのアルゴンと酸素の供給のためのバルブは同時に開放されてはならない。即ち、アルゴンと酸素は、それぞれ別々に冷却チャンバへパルスされ、好ましくはアルゴンが最初にパルスされる。冷却の間、冷却チャンバをポンプで排気しない場合には、冷却チャンバへ最初にパルスされるアルゴンと酸素の量が、冷却全体での冷却チャンバ内のアルゴンと酸素の分圧を決定する。冷却チャンバ８０へのガス供給システムの図８の概略図で一実施形態を示す。アルゴンは、アルゴンライン１３２から供給され、その流れは、手動ニードルバルブ１３４によって定量され、電空バルブ１３６によって開閉される。同様に、酸素は、酸素供給ライン１３８から供給され、その流れは、手動ニードルバルブ１４０によって定量され、電空バルブ１４２によって開閉される。電空バルブ１３６、１４２の出力は、冷却チャンバへ供給される。
【００３０】
電空（electronic-pneumatic）バルブ１３６、１４２は、それぞれ、二つのバルブ段階を持つ。典型的には電気的に駆動するソレノイドによって作動させる第一バルブは、清浄な乾式送気管１４４からゲートバルブ１４６を通って供給される清浄な乾燥空気（ＣＤＡ）の供給を開閉する。開閉された清浄な乾燥空気によって作動させる第二バルブは、電空バルブを通ってアルゴン又は酸素の流れを開閉する。電空バルブ１３６、１４２自体は、有効な定量を行わない。コントローラ１４８は、ＣＤＡゲートバルブ１４６を通って清浄な乾燥空気の供給を開放するために、また、二つの電空バルブ１３６、１４２を開閉するために、電気制御シグナルを出す。既知のアルゴンと酸素の圧力で、冷却チャンバに供給されるアルゴン又は酸素の量は、コントローラ１４８がそれぞれの電空バルブ１３６、１４２を開放する時間の量によって決定される。前述したように、コントローラ１４８は、電空バルブ１３６、１４２が同時に開放しないことを確実にしなければならない。また、コントローラ１４８は、最初に、酸素電空バルブ１４２を開放する前にアルゴン電空バルブ１３６を開閉しなければならない。ガス供給のトグリングは、実質的に、酸素がアルゴン空気バルブ１３６とニードルバルブ１３４を通ってアルゴン源に向かってスパッタチャンバへ逆に流れることを防止する。アルゴン電空バルブ１３６は、冷却チャンバ８０が酸素パージされるまで再開放してはならない。
【００３１】
酸素分離は、冷却チャンバ専用であり、ゲートバルブ１５２によってそれに接続されている粗引きポンプ１５０によって更に改善され得る。粗引きポンプ１５０は、スパッタリングチャンバ又は高真空搬送チャンバをおおまかにポンプで排気するのには用いられない。コントローラ１４８は、ゲートバルブ１５２を閉じ、アルゴンと酸素が冷却チャンバ８０に、続いての冷却中に注入される。粗引きポンプは、冷却後冷却チャンバ８０を排気する。搬送チャンバと関連付けられたクライオポンプは、冷却チャンバ８０を開放されたスロットバルブを通って超高真空へ作動させる。
【００３２】
熱酸化の制御は、図９の概要図に示されるように、酸素ニードルバルブ１４０をコントローラ１４８によって電気的に制御されたマスフローコントローラ１５４で置き換えることによって改善され得る。他の電空バルブ１５６は、マスフローコントローラ１５４を分離させることを可能にする。マスフローコントローラは、アルゴンニードルバルブ１３４に置き換えることができるが、一般に、冷却のためのアルゴン流と圧力は綿密な制御又は調整を必要としない。
【００３３】
従って、本発明は、装置の複雑性とコストの増加が小さく且つ処理能力にほとんど影響しないアルミニウムメタライゼーションの品質の著しい改善を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】図１は、水平の相互接続部にエッチングする前の従来の技術におけるアルミニウムメタライゼーションの断面図である。
【図２】図２は、エッチング後の図１のアルミニウムメタライゼーションの断面図である。
【図３】図３は、アルミニウムスパッタシステムの概略平面図である。
【図４】図４は、本発明と用いうる図３のシステムの冷却チャンバの概略断面図である。
【図５】図５は、従来のスパッタされたアルミニウム膜のプロファイルである。
【図６】図６は、本発明の一実施形態の制御可能な酸化アルミニウムメタライゼーションの断面図である。
【図７】図７は、本発明の制御可能な酸化されたスパッタアルミニウム膜のプロファイルである。
【図８】図８は、本発明と用いうる冷却チャンバのための電気ラインとガスラインを含む供給システムの一実施形態の概略図である。
【図９】図９は、供給システムの他の実施形態の概略図である。
【符号の説明】
【００３５】
１０…誘電体層、１２…導電性特徴部、１４…誘電体層、１６…バイアホール、１８…アルミニウム層、２０…上面、２２…反射防止コーティング、３０…堆積システム、３２…ウエハ、３４…カセット、３６、３８…ロードロックチャンバ、４０…内部搬送チャンバ、４２…内部ロボット、４６、４８、５０、５２…処理チャンバ、５４、５６…通過チャンバ、６０…外部ロボット、６２…外部搬送チャンバ、６４…アルミニウムＰＶＤチャンバ、６６…バリヤＰＶＤチャンバ、６８、７０…処理チャンバ、８０…冷却チャンバ、８２…真空チャンバ、８４、８６…ウエハポート、８８、９０…バルブヘッド、１００…ペデスタル、１０２…冷却装置、１０４…冷却チャネル、１０６…アルゴンガス源、１０８…ガスバルブ、１１０…ヒロック、１１２…溝、１１４…酸化アルミニウム層、１１６…インタフェース、１２０…酸素ガス源、１２２…ガスバルブ、１３２…アルゴンライン、１３４…ニードルバルブ、１３６…電空バルブ、１３８…酸素ライン、１４０…ニードルバルブ、１４２…電空バルブ、１４４…清浄な乾式送気管、１４６…ゲートバルブ、１４８…コントローラ、１５０…粗引きポンプ、１５２…ゲートバルブ、１５４…マスフローコントローラ、１５６…電空バルブ。
【発明の分野】
【０００１】
本発明は、一般的には、集積回路の形成におけるスパッタリングに関する。特に、本発明は、相互接続部の形成に用いられるスパッタされたアルミニウムの後処理に関する。
【背景技術】
【０００２】
物理気相堆積（ＰＶＤ）とも呼ばれるスパッタリングは、シリコン集積回路の製造において金属や関連物質の層を堆積させる最も普及している方法である。商業生産に最も用いられるＤＣマグネトロンスパッタリングの一タイプにおいて、スパッタ被覆すべきウエハは、真空チャンバ内にスパッタすべき金属ターゲットに対向して置かれる。アルゴンワーキングガスは、真空チャンバに通じている。ターゲットがチャンバ壁又はそのシールドに関して負にバイアスされたときに、アルゴンはプラズマに励起され、ターゲットから金属原子をスパッタし、それらの一部がウエハに衝突し、その上に金属のコーティングを形成する。ターゲットの後ろに置かれたマグネトロンは、ターゲットのスパッタ面に隣接したチャンバに電界を突出させてプラズマ密度とスパッタ速度を増大させる対向する極性の磁極を含む。ウエハは、深いバイアや狭いバイアへのコーティングを援助するために電気的にバイアスされるのがよい。他の形態のスパッタリングも可能であり、ＲＦ誘導コイル、補助磁石、複雑な形状のターゲットが含まれてもよい。
【０００３】
スパッタされたアルミニウムは、縦と横の相互接続部双方を形成するメタライゼーションとして用いられ続けている。アルミニウムが合金であってもよいことは理解される。意図した典型的な合金は、銅、マグネシウム、シリコンであり、約１０ａｔ％未満、通常は５ａｔ％未満の量で存在させるのがよい。半導体製造における標準のアルミニウム合金には、０.５ｗｔ％の銅が含まれている。他の金属は、通常は１ａｔ％を超えない。
【０００４】
アルミニウムメタライゼーションを用いる簡単なバイア構造を図１の断面図に示す。下部誘電体層１０は、例えば、その表面に形成され、電気的な接続を必要とするアルミニウムのような、導電性特徴部１２を持つ。上部誘電体層１４は、下部誘電体層１４とその導電性特徴部１２の上に堆積され、バイアホール１６は、上部誘電体層１４を通って下の導電性特徴部１２までエッチングされる。アルミニウム層１８は、バイアホール１６を充填するとともに上部誘電体層１４の最上面のフィールド領域２０の最上部にほぼ平坦な層を形成するためにスパッタされる。アルミニウムスパッタリングには、異なるスパッタリングステップと異なる副層のための別々のスパッタリングチャンバさえ含まれてもよいが、最も典型的にはアルミニウムスパッタリングの最後の部分は、アルミニウムのリフローを促進させてバイアホール１６を充填するとともにアルミニウム層１８の上面を平坦化する適度に高い温度、例えば、４００℃に保持されたシリコンウエハで行われる。バイアが最低レベルのメタライゼーションに形成される場合には、下部誘電体層１０はシリコン層と取り替えられ、導電性特徴部は、典型的にはシリコン導電性特徴部１２とアルミニウム充填バイア１６の間に形成されるコンタクト、バリヤ、又はゲート酸化物の領域が追加されたドープされたシリコン領域であるのがよい。
【０００５】
この点で、アルミニウム層１８は、パターン形成されてなく、画成されてなく、且つほぼ平坦な上面であり、平面性からのずれは下に横たわる特徴部への等角堆積から生じる。誘電体層１４の上面２０の上のアルミニウム層１８のフィールドの厚さは、水平の相互接続部の厚さを決定し、典型的には１６０〜１０００ｎｍの範囲にある。図２の断面図に示されるように、バイアホール１６の外側のアルミニウム層１８は、誘電体層１４の上面２０又はその上面２０上の薄いバリヤ層へ選択的にエッチングされている。フォトリソグラフィエッチングのパターン形成は、複数のアルミニウム充填バイア又は次のレベルのメタライゼーションに接続された通常は長くて狭い水平な電気的相互接続部を形成する。エッチングのパターン形成を画成するフォトリソグラフィを援助するために、例えば、窒化チタン（ＴｉＮ）の反射防止コーティング（ＡＲＣ）２２が、図１のパターン形成されていないアルミニウム層１８上に堆積される。
【０００６】
アルミニウムは、多くの異なるチャンバとプラットフォームにスパッタすることができる。例えば、図３に概略平面図で示したアルミニウム堆積システム３０は、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓ社から入手できるＥｎｄｕｒａプラットフォームに基づいている。ウエハ３２は、適度に低い圧力に保持された内部搬送チャンバ４０からスリットバルブによって分離された二つのロードロックチャンバ３６、３８内に配置されたカセット３４、例えば、プラスチックＦＯＵＰで運搬される。カセット３４をロードロックチャンバ３６、３８に装填し、ロードロックチャンバ３６、３８がポンプダウンされると、内部搬送チャンバ４０内の内部ロボット４２が、内部搬送チャンバ４０の周りに位置するロードロックチャンバ３６、３８のどちらかといくつかのプロセスチャンバ４６、４８、５０、５２のいずれものカセットの間でウエハ３２を搬送させることができる。これらの内部チャンバは、典型的には、超高真空を必要としない前処理、例えば、方向づけ、脱ガス、前洗浄を行う。従って、内部搬送チャンバ４０は、わずか約１ミリトールのベース圧にポンプを作動させることを必要とするのがよい。内部ロボット４２は、ウエハ３２を、二つの通過チャンバ５４、５６内外に搬送することもできる。外部搬送チャンバ６２内の外部ロボット６０もまた、ウエハ３２を、二つの通過チャンバ５４、５６内外に搬送することができる。図示されていないスリットバルブは、内部と外部の搬送チャンバ４０、６２から通過チャンバ５４、５６のそれぞれを分離し、それにより、外部搬送チャンバ６２が内部搬送チャンバ４２より低いベース圧、例えば、約１×１０-８トールに保持することが可能になる。低いベース圧は、主に、スパッタ堆積膜の酸化を防止するために必要とされる。アルミニウムＰＶＤチャンバ６４と、例えば、チタンをスパッタする、バリヤＰＶＤチャンバ６６は、外部搬送チャンバ６２の周りに配置され、各々のスリットバルブによってそれから分離される。他の処理チャンバ６８、７０、例えば、アルミニウム充填よりアルミニウムシードのためのアルミニウムスパッタチャンバ、又は高処理能力のための二重アルミニウムスパッタリングチャンバの異なるタイプが、外部搬送チャンバ６２の周りに配置されてもよい。これらのチャンバ６４、６６、６８、７０のすべてが、外部搬送チャンバ６２によって得られた高真空レベルから利益を得ることができる。
【０００７】
通過チャンバ５４、５６は、二つの搬送チャンバ４０、６２の間でウエハの二方向の流れを与える。更に、それらは、二次処理の一部を行うように適合されてもよい。最後のアルミニウムスパッタ堆積後のウエハ３２は、約４００℃の比較的高い温度であるのがよく、カセット３４の一つに戻る前に実質的な処理を必要としなくてもよい。ロボット４２、６０に取り付けられたブレードは、これらの高温に耐えるように設計されている。しかしながら、カセット３４は、典型的には、カセット３４に挿入されたウエハ３２が、例えば、１００℃を超えない比較的低い温度でなければならないようにプラスチック材料から構成される。従って、外部方向の通過チャンバ５６は、搬送チャンバ４０、６２と一体になった真空チャンバ８２内に形成された、図４の断面図に概略図で示された冷却チャンバ８０として作用するように適合されている。ウエハ３２は、スパッタ後にカセット３４に戻される前に冷却チャンバ８０内でより低い温度に冷却される。ウエハ３２が通るのに十分な横幅のウエハポート８４、８６は、搬送チャンバ４０、６２の隣の対向する壁に形成される。ウエハポート８４、８６は、アクチュエータ９６、９８によって駆動するシャフト９２、９４に接続された伸長したバルブヘッド８８、９０によって選択的にシールされて、それぞれのスリットバルブを形成する。同様のスリットバルブは、搬送チャンバ４０、６２とプロセスチャンバ４６、４８、５０、５２、６４、６６、６８、７０とロードロックチャンバ３６、３８の間に形成される。
【０００８】
二つのロボット４２、６０のブレードは、ウエハ３２をペデスタル１００へ、また、ペデスタル１００から搬送するためにそれぞれの開放されたウエハポート８４、８６に入ることができる。冷却装置１０２からの冷却水は、ペデスタル１００内の冷却チャネル１０４を通過して、ウエハ３２を冷却するのに適した低温に維持する。アルゴンは、ガスバルブ１０８を通ってアルゴンガス源１０６から冷却チャンバ８０へ供給される。典型的には、アルゴンガス源１０６は、スパッタ動作の間、スパッタチャンバ６２、６６にもアルゴンを供給する。
【０００９】
熱いウエハ３２は、冷却されたペデスタル１００への熱転写を促進させるためにアルゴン雰囲気中約１〜２トールの圧力で３０〜６０秒の冷却時間冷却されることができる。冷却チャンバ８０が、粗引きポンプを作動させた後、継続してポンプを作動させないことは典型的である。代わりに、熱いウエハ３２が外部搬送チャンバ６２から冷却チャンバ８０に搬送された後、中間スリットバルブ９０が閉鎖され、アルゴンの必要な量がガスバルブ１０８を通って冷却チャンバ８０に出入りし、その後、供給が中断又は減少され、冷却の間、アルゴンは冷却チャンバ８０に残る。冷却の終わりに、内部搬送チャンバ４０へのスリットバルブ８８が開放する。冷却チャンバ８０は、常に、約１０マイクロトールの圧力に機械的（ドライラフ）ポンプによって粗引きポンプを作動させる。余分ないかなるアルゴンも、開放スリットバルブを通って搬送チャンバ４０、６２の一つへ放出され、クライオポンプによって連続してポンプを作動させる。
【００１０】
上述されたプロセスは、長年その基本で実施されてきた。しかしながら、デバイスサイズの縮小につれて、水平の相互接続部を形成するアルミニウム層の厚さも縮小した。熱サイクルで生じるような固有応力と負荷応力の双方に耐えるこれらのより薄いアルミニウム層の能力が、膜の厚さと共に減少する。それにもかかわらず、現在の要求は、膜抵抗率と反射率を満足させなければならない。反射率の要求は、フォトリソグラフィを単純化することである。膜の表面形状に影響する膜応力から生じる欠陥としては、膜の平面から伸びて突き出ている図１と図２に示したヒロック１１０やアルミニウム膜面に形成される深い溝１１２であってもよいグレイン溝が挙げられる。膜堆積プロセス、膜コーティング、続いてのアニールの熱サイクルから生じる金属層又は誘電体の上の応力は、金属層の欠陥を生じ得る。これらの欠陥は、膜を所望の厚さに確実にエッチングされることを可能にするだけでなく続いてのデバイス金属と誘電体層を平面形態で堆積させるのに必要な膜平面性を譲歩することによってデバイス信頼性とデバイス歩留まりに著しく影響する。
【発明の概要】
【００１１】
集積回路におけるアルミニウム相互接続部のためのアルミニウム膜を、活性化成分として酸素だけを含有する雰囲気中で制御可能に酸化する。基板を３００℃を超えるようなスパッタ温度から１００℃未満に冷却するにつれて、酸化が１００℃を超える温度で起こるのがよい。より低い温度において、基板をプラスチックカセットに戻してもよい。
【００１２】
酸素の分圧は、０.０１〜１トールの範囲であるのがよい。好ましい下限は、０.１トールである。好ましい上限は、０.５トールである。更に、冷却を促進させるためにアルゴン又はヘリウムのような不活性ガスが添加されてもよい。全圧は、１〜５トール以上であるのがよい。
【００１３】
酸化は、相互接続部を形成する複数の処理チャンバが位置する二つの搬送チャンバ間で分離可能な冷却チャンバ内で行われるのがよい。
【００１４】
酸化する冷却チャンバへのアルゴンと酸素の供給は、アルゴンラインを通ってスパッタチャンバとそれと関連付けられた搬送チャンバへの酸素の逆流を防止するように制御されるのがよい。一実施形態において、冷却チャンバは、冷却前に真空ポンプを作動させるが、アルゴンと酸素の供給中又は冷却中に真空ポンプを作動させない。制御されたアルゴン量が、冷却チャンバに供給される。その供給を停止し、その後、制御された酸素量が供給される。
【００１５】
酸素汚染は、搬送チャンバと冷却チャンバの間のスロットバルブが、搬送チャンバとアルミニウムスパッタチャンバの間のスリットバルブとして同時に開放しないことを確実にすることによって避けられる。
【好適実施形態の詳細な説明】
【００１６】
さらされたアルミニウム膜を含有するウエハが冷却後にクリーンルーム雰囲気のカセットに戻されたとき、アルミニウム膜は近似組成Ａｌ２Ｏ３の自然酸化物に直ちに酸化されることは理解される。アルゴンが約１００℃に冷却された後、自然酸化物の厚さが約４.２ｎｍであり、下に横たわるアルミニウムとの接合部がはっきりせず、波状の傾向があり、幾分不鮮明で段階的であると我々は決定した。このようｎアルゴン冷却されたアルミニウム膜上で行われた原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）は、１０ミクロンの範囲で図５に示した表面プロファイルを生じる。深い溝が明らかである。最高最低粗さの最大値はＲｍａｘ＝１０１ｎｍであり、表面のＲＭＳ粗さはＲｒｍｓ＝１６.５ｎｍである。電子顕微鏡は、表面の溝間の分離に相当する粒子サイズを示す。更に、個々の粒子の平面は平らでないように見える。
【００１７】
スパッタされたアルミニウム膜の表面形状は、高純度酸素雰囲気中で冷却を行い、図６の断面図に示されるようにアルミニウム層１８の最上部に酸化アルミニウム物１１４を生じることによって改善することができる。酸化後のみ、フォトリソグラフィに備えて酸化物層１１４の上に窒化物層２２が堆積されている。
【００１８】
制御された熱酸化を達成する一実施形態において、図３と図４に示されるように、酸素ガス源１２０は、酸素ガス（Ｏ２）を、ガスバルブ１２２を通って冷却チャンバに供給する。しかしながら、熱いウエハの高温での純粋な酸素は、厚すぎる酸化物層を生じることがある。従って、一実施形態において、アルゴンのような不活性ガスの実質量を酸素冷却の間にアルゴンガス源１０６から冷却チャンバ８０に供給して、冷却の間の熱転写を促進させる。アルゴン/酸素ガス全圧は約２トールで酸素分圧が約０.０１〜０.５トールであるが、約０.１トールの酸素分圧が有益であった。ウエハ３２が、冷却の間、約２２℃で水冷却ペデスタル３２上に支持されるが、冷却は、主に、ペデスタル３２への周囲ガスによる対流冷却であると思われる。この全圧における典型的な冷却速度は、約１０℃／ｓである。
【００１９】
冷却チャンバ８０内の酸素分圧は、ほぼ平坦なパターン形成されていないアルミニウム層１８の上面を酸化するとともに図６の断面図に示される酸化アルミニウム層１１４を形成させる。図５の比較データを生じる同様のアルミニウム堆積条件において、本発明の酸素冷却自然酸化物は、ウエハのアルゴン冷却の後の空気中で形成される従来の自然酸化物の４.２ｎｍに比べて約２ｎｍの厚さを持つことがわかる。アルミニウム層１８の部分酸化は、酸化物厚さをアルミニウム層１８のフィールド厚さの実質的に１０％未満にさせるので、アルミニウム相互接続部の伝導度は実質的に影響されない。更に、酸化物層１１４と下に横たわるアルミニウム層１８との接合部１１６は、ほぼ単一層全体にはっきりと切り立っている。熱成長した酸化物は、密度が高く、ウエハが１００℃未満の周囲空気に戻されたときの酸化を防止すると思われる。周囲空気は、クリーンルームの乾いた空気中でさえ、大部分の窒素と有意量の水蒸気を含有する。双方の成分は、空気酸化に影響することがある。酸素冷却された酸化物のＡＦＭプロファイルを図７に示す。最高最低溝の最大粗さは、Ｒｍａｘ＝５４.５ｎｍにＲＭＳ粗さは、Ｒｒｍｓ＝１１.６ｎｍに低下した。従来のＡＦＭプロファイルと比較すると、深い溝は、除去され、粗さは減少されている。粒子サイズはほぼ同じに見えるが、粒界はアルゴンのみの冷却とより異なっている。
【００２０】
比較例のアルゴン冷却膜と本発明の酸素冷却膜の数値のデータを表１に示す。シート抵抗はほとんど変化していないが、抵抗率の均一性は著しく改善している。４３６ｎｍと４８０ｎｍ双方の光学波長の反射率は、酸素冷却において増加している。
【００２１】
【表１】
【００２２】
酸素冷却は、アルミニウムスパッタリングが完了した後であるが、パターン形成された水平の相互接続部を形成するためのエッチング前に、また、アルミニウム酸化に影響するアルミニウム層１８上に他の有意な層、例えば、反射防止膜２２を堆積させる前に行われなければならない。酸化アルミニウム層１１４は、絶縁しており、アルミニウム層の上面へのいかなる電気的接触の前にも除去する必要があるが、除去は、自然酸化物の除去ほど難しくない。
【００２３】
熱制御された酸化は、溝１１２の深さを減少させ、図１と図２のヒロック１１０を平らにするだけでなく粒子サイズを減少させる。正確なメカニズムは、完全に理解されていない。熱酸化は、おそらく酸化エネルギーによって活性化された初期の粒界に沿って表面拡散を促進させることにより、応力を取り除くと思われる。高度に純粋な酸素の酸化は、水蒸気と高い割合の窒素の双方を含有する空気での酸化より良好な酸化物を生成させる。酸化純度の一基準は、酸化雰囲気の活性成分、即ち、アルゴンやヘリウムのような不活性ガス以外の活性成分が９９％の酸素を超えることである。酸素がオゾン（Ｏ３）の形であってもよいことは言及すべきである。
【００２４】
冷却中の酸素の好ましい分圧は０.１〜０.５トールであるが、プロセス条件によっては酸素分圧のより幅広い許容範囲が０.１〜１トールである。ウエハが熱いときの著しく高い酸素圧は、過度の厚さの酸化物膜を生じやすい。比較的高いアルゴンの分圧、少なくとも酸素の２倍は、全圧が２トールのときに速い冷却速度を可能にする。全圧は、１トールを超える範囲であってもよいが、５トール以下であることが好ましい。アルゴンの量は酸化に対する直接の作用がほとんどなく減少させるか又は除去することさえもできると予想される。しかしながら、アルゴンが減少するにつれて、冷却速度が低下するので、酸化がより高い温度でより長い時間継続し、処理能力も減少する。ヘリウムは、対流冷却ガスとしてアルゴンを置き換えることができる。
【００２５】
酸素ベースの冷却は、通過チャンバ以外でスパッタチャンバとも関連する搬送チャンバと関連する他のバルブのあるチャンバで行われ得るので、堆積と酸化の間の空気圧が１マイクロトール未満であることが理解される。
【００２６】
アルミニウム酸化は、酸化が制御され且つスパッタ温度からの冷却によらないように設計されたチャンバ内で行うことができることも理解される。
【００２７】
半導体スパッタリング装置における酸素の使用は、普通ではなく、問題を引き起こす可能性がある。従来、通過チャンバを含むＥｎｄｕｒａプラットフォーム上のすべてのチャンバは、プラットフォームに隣接したガス分配パネルに接続された一組の共通のガス源から供給されている。酸素がスパッタチャンバへ又は高真空搬送チャンバへさえアルゴンガスラインに沿って逆に拡散することを防止することは非常に望ましいことである。経験により、アルミニウムスパッタリングチャンバ内に配置される前に高真空搬送チャンバ内での残留酸素にさらされたウエハが、高アスペクト比のバイアを充填するのに厳しいボイドを示すことがわかった。
【００２８】
プラットフォーム制御のためのソフトウエアは、スパッタチャンバと関連した高真空搬送チャンバと間のスリットバルブが、冷却チャンバと高真空搬送チャンバ間のスリットバルブが開放するときと同じときに開放することを防止するインターロックを含まなければならない。
【００２９】
アルゴンが共通の供給源から冷却チャンバやスパッタチャンバへ供給される場合には、冷却チャンバへのアルゴンと酸素の供給のためのバルブは同時に開放されてはならない。即ち、アルゴンと酸素は、それぞれ別々に冷却チャンバへパルスされ、好ましくはアルゴンが最初にパルスされる。冷却の間、冷却チャンバをポンプで排気しない場合には、冷却チャンバへ最初にパルスされるアルゴンと酸素の量が、冷却全体での冷却チャンバ内のアルゴンと酸素の分圧を決定する。冷却チャンバ８０へのガス供給システムの図８の概略図で一実施形態を示す。アルゴンは、アルゴンライン１３２から供給され、その流れは、手動ニードルバルブ１３４によって定量され、電空バルブ１３６によって開閉される。同様に、酸素は、酸素供給ライン１３８から供給され、その流れは、手動ニードルバルブ１４０によって定量され、電空バルブ１４２によって開閉される。電空バルブ１３６、１４２の出力は、冷却チャンバへ供給される。
【００３０】
電空（electronic-pneumatic）バルブ１３６、１４２は、それぞれ、二つのバルブ段階を持つ。典型的には電気的に駆動するソレノイドによって作動させる第一バルブは、清浄な乾式送気管１４４からゲートバルブ１４６を通って供給される清浄な乾燥空気（ＣＤＡ）の供給を開閉する。開閉された清浄な乾燥空気によって作動させる第二バルブは、電空バルブを通ってアルゴン又は酸素の流れを開閉する。電空バルブ１３６、１４２自体は、有効な定量を行わない。コントローラ１４８は、ＣＤＡゲートバルブ１４６を通って清浄な乾燥空気の供給を開放するために、また、二つの電空バルブ１３６、１４２を開閉するために、電気制御シグナルを出す。既知のアルゴンと酸素の圧力で、冷却チャンバに供給されるアルゴン又は酸素の量は、コントローラ１４８がそれぞれの電空バルブ１３６、１４２を開放する時間の量によって決定される。前述したように、コントローラ１４８は、電空バルブ１３６、１４２が同時に開放しないことを確実にしなければならない。また、コントローラ１４８は、最初に、酸素電空バルブ１４２を開放する前にアルゴン電空バルブ１３６を開閉しなければならない。ガス供給のトグリングは、実質的に、酸素がアルゴン空気バルブ１３６とニードルバルブ１３４を通ってアルゴン源に向かってスパッタチャンバへ逆に流れることを防止する。アルゴン電空バルブ１３６は、冷却チャンバ８０が酸素パージされるまで再開放してはならない。
【００３１】
酸素分離は、冷却チャンバ専用であり、ゲートバルブ１５２によってそれに接続されている粗引きポンプ１５０によって更に改善され得る。粗引きポンプ１５０は、スパッタリングチャンバ又は高真空搬送チャンバをおおまかにポンプで排気するのには用いられない。コントローラ１４８は、ゲートバルブ１５２を閉じ、アルゴンと酸素が冷却チャンバ８０に、続いての冷却中に注入される。粗引きポンプは、冷却後冷却チャンバ８０を排気する。搬送チャンバと関連付けられたクライオポンプは、冷却チャンバ８０を開放されたスロットバルブを通って超高真空へ作動させる。
【００３２】
熱酸化の制御は、図９の概要図に示されるように、酸素ニードルバルブ１４０をコントローラ１４８によって電気的に制御されたマスフローコントローラ１５４で置き換えることによって改善され得る。他の電空バルブ１５６は、マスフローコントローラ１５４を分離させることを可能にする。マスフローコントローラは、アルゴンニードルバルブ１３４に置き換えることができるが、一般に、冷却のためのアルゴン流と圧力は綿密な制御又は調整を必要としない。
【００３３】
従って、本発明は、装置の複雑性とコストの増加が小さく且つ処理能力にほとんど影響しないアルミニウムメタライゼーションの品質の著しい改善を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】図１は、水平の相互接続部にエッチングする前の従来の技術におけるアルミニウムメタライゼーションの断面図である。
【図２】図２は、エッチング後の図１のアルミニウムメタライゼーションの断面図である。
【図３】図３は、アルミニウムスパッタシステムの概略平面図である。
【図４】図４は、本発明と用いうる図３のシステムの冷却チャンバの概略断面図である。
【図５】図５は、従来のスパッタされたアルミニウム膜のプロファイルである。
【図６】図６は、本発明の一実施形態の制御可能な酸化アルミニウムメタライゼーションの断面図である。
【図７】図７は、本発明の制御可能な酸化されたスパッタアルミニウム膜のプロファイルである。
【図８】図８は、本発明と用いうる冷却チャンバのための電気ラインとガスラインを含む供給システムの一実施形態の概略図である。
【図９】図９は、供給システムの他の実施形態の概略図である。
【符号の説明】
【００３５】
１０…誘電体層、１２…導電性特徴部、１４…誘電体層、１６…バイアホール、１８…アルミニウム層、２０…上面、２２…反射防止コーティング、３０…堆積システム、３２…ウエハ、３４…カセット、３６、３８…ロードロックチャンバ、４０…内部搬送チャンバ、４２…内部ロボット、４６、４８、５０、５２…処理チャンバ、５４、５６…通過チャンバ、６０…外部ロボット、６２…外部搬送チャンバ、６４…アルミニウムＰＶＤチャンバ、６６…バリヤＰＶＤチャンバ、６８、７０…処理チャンバ、８０…冷却チャンバ、８２…真空チャンバ、８４、８６…ウエハポート、８８、９０…バルブヘッド、１００…ペデスタル、１０２…冷却装置、１０４…冷却チャネル、１０６…アルゴンガス源、１０８…ガスバルブ、１１０…ヒロック、１１２…溝、１１４…酸化アルミニウム層、１１６…インタフェース、１２０…酸素ガス源、１２２…ガスバルブ、１３２…アルゴンライン、１３４…ニードルバルブ、１３６…電空バルブ、１３８…酸素ライン、１４０…ニードルバルブ、１４２…電空バルブ、１４４…清浄な乾式送気管、１４６…ゲートバルブ、１４８…コントローラ、１５０…粗引きポンプ、１５２…ゲートバルブ、１５４…マスフローコントローラ、１５６…電空バルブ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集積回路の相互接続部にアルミニウムを堆積させる方法であって：
パターン形成されていないアルミニウム層を高温に保持された基板にスパッタ堆積させるステップと；
その後、該パターン形成されていないアルミニウム層を実質的に酸素からなる活性ガスを含有する雰囲気中で部分的に酸化させるステップと；
を含む、前記方法。
【請求項２】
該酸化が、該基板が冷却される冷却ステップにおいて行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
該雰囲気が、５トール以下のアルゴンと酸素の全圧までアルゴンを更に含有する、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
該雰囲気が、酸素よりアルゴンを更に多く含有する、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
まず、アルゴンを供給し、その後、アルゴンの供給を終了するステップと、その後、該基板が冷却されるチャンバに酸素を供給し始めるステップと、を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
該冷却ステップが、該基板を１００℃以下に冷却させる、請求項２〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
該高温が、少なくとも３００℃である、請求項２〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
その後に該アルミニウム層をフォトリソグラフィ的に画成するステップを更に含む、請求項２〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
該雰囲気が、０.０１〜１トールの酸素分圧を含む、請求項２〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
該酸素分圧が、少なくとも０.１トールである、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
該酸素分圧が、０.５トール以下である、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
該雰囲気が、１〜５トールの酸素とアルゴンの全圧のアルゴンを更に含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
第一ベース圧に保持された第一搬送チャンバに隣接して配置されたカセットから基板を装填するステップであって、
スパッタリングが、該第一ベース圧未満の第二ベース圧に保持された第二搬送チャンバに隣接したスパッタチャンバ内で行われ、
冷却が、該第一搬送チャンバと該第二搬送チャンバ双方から接近できる通過チャンバ内で行われる、
前記ステップを更に含む、請求項２〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
冷却中の該ウエハを含有するチャンバが、スパッタリングが行われるスパッタチャンバの内部と同時に連通していることを防止するステップを更に含む、請求項２〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
スパッタリングプラットフォームであって、
第一ロボットがその中に配置された第一搬送チャンバと；
複数の基板を運搬し該第一ロボットによって接近できるカセットを含有する該第一搬送チャンバにバルブによって結合されたロードロックチャンバと；
第二ロボットがその中に配置された第二搬送チャンバと；
該第二搬送チャンバにバルブによって結合されたアルミニウムをスパッタするように構成されたスパッタチャンバと；
それぞれのバルブによって該第一搬送チャンバと該第二搬送チャンバに結合され、該一該第一ロボットと該第二ロボットによって接近できる通過チャンバと；
該通過チャンバに制御可能に供給される酸素源と；
を備える、前記プラットフォーム。
【請求項１６】
該通過チャンバに制御可能に供給されるアルゴン源を更に備える、請求項１５に記載のプラットフォーム。
【請求項１７】
該通過チャンバへのアルゴンと酸素の交互供給に対する制御手段を更に備える、請求項１６に記載のプラットフォーム。
【請求項１８】
該通過チャンバが、冷却チャンバとして作用する、請求項１５〜１７のいずれか１項に記載のプラットフォーム。
【請求項１９】
該通過チャンバに接続され該スパッタチャンバに接続されていないポンプを更に備える、請求項１８に記載のプラットフォーム。
【請求項２０】
スパッタリングプラットフォームであって：
ロボットを含む搬送チャンバと；
第一バルブによって該搬送チャンバに接続され該ロボットによって接近できる基板にアルミニウムをスパッタするように構成されたスパッタチャンバと；
第二バルブによって該搬送チャンバに接続され、該ロボットによって接近できる、それを冷却するためにその中に該基板を含有する冷却チャンバと；
該冷却チャンバに制御可能に供給される酸素源と；
を備える、前記プラットフォーム。
【請求項２１】
該冷却チャンバに制御可能に供給されるアルゴン源を更に備える、請求項２０に記載のプラットフォーム。
【請求項１】
集積回路の相互接続部にアルミニウムを堆積させる方法であって：
パターン形成されていないアルミニウム層を高温に保持された基板にスパッタ堆積させるステップと；
その後、該パターン形成されていないアルミニウム層を実質的に酸素からなる活性ガスを含有する雰囲気中で部分的に酸化させるステップと；
を含む、前記方法。
【請求項２】
該酸化が、該基板が冷却される冷却ステップにおいて行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
該雰囲気が、５トール以下のアルゴンと酸素の全圧までアルゴンを更に含有する、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
該雰囲気が、酸素よりアルゴンを更に多く含有する、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
まず、アルゴンを供給し、その後、アルゴンの供給を終了するステップと、その後、該基板が冷却されるチャンバに酸素を供給し始めるステップと、を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
該冷却ステップが、該基板を１００℃以下に冷却させる、請求項２〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
該高温が、少なくとも３００℃である、請求項２〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
その後に該アルミニウム層をフォトリソグラフィ的に画成するステップを更に含む、請求項２〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
該雰囲気が、０.０１〜１トールの酸素分圧を含む、請求項２〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
該酸素分圧が、少なくとも０.１トールである、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
該酸素分圧が、０.５トール以下である、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
該雰囲気が、１〜５トールの酸素とアルゴンの全圧のアルゴンを更に含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
第一ベース圧に保持された第一搬送チャンバに隣接して配置されたカセットから基板を装填するステップであって、
スパッタリングが、該第一ベース圧未満の第二ベース圧に保持された第二搬送チャンバに隣接したスパッタチャンバ内で行われ、
冷却が、該第一搬送チャンバと該第二搬送チャンバ双方から接近できる通過チャンバ内で行われる、
前記ステップを更に含む、請求項２〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
冷却中の該ウエハを含有するチャンバが、スパッタリングが行われるスパッタチャンバの内部と同時に連通していることを防止するステップを更に含む、請求項２〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
スパッタリングプラットフォームであって、
第一ロボットがその中に配置された第一搬送チャンバと；
複数の基板を運搬し該第一ロボットによって接近できるカセットを含有する該第一搬送チャンバにバルブによって結合されたロードロックチャンバと；
第二ロボットがその中に配置された第二搬送チャンバと；
該第二搬送チャンバにバルブによって結合されたアルミニウムをスパッタするように構成されたスパッタチャンバと；
それぞれのバルブによって該第一搬送チャンバと該第二搬送チャンバに結合され、該一該第一ロボットと該第二ロボットによって接近できる通過チャンバと；
該通過チャンバに制御可能に供給される酸素源と；
を備える、前記プラットフォーム。
【請求項１６】
該通過チャンバに制御可能に供給されるアルゴン源を更に備える、請求項１５に記載のプラットフォーム。
【請求項１７】
該通過チャンバへのアルゴンと酸素の交互供給に対する制御手段を更に備える、請求項１６に記載のプラットフォーム。
【請求項１８】
該通過チャンバが、冷却チャンバとして作用する、請求項１５〜１７のいずれか１項に記載のプラットフォーム。
【請求項１９】
該通過チャンバに接続され該スパッタチャンバに接続されていないポンプを更に備える、請求項１８に記載のプラットフォーム。
【請求項２０】
スパッタリングプラットフォームであって：
ロボットを含む搬送チャンバと；
第一バルブによって該搬送チャンバに接続され該ロボットによって接近できる基板にアルミニウムをスパッタするように構成されたスパッタチャンバと；
第二バルブによって該搬送チャンバに接続され、該ロボットによって接近できる、それを冷却するためにその中に該基板を含有する冷却チャンバと；
該冷却チャンバに制御可能に供給される酸素源と；
を備える、前記プラットフォーム。
【請求項２１】
該冷却チャンバに制御可能に供給されるアルゴン源を更に備える、請求項２０に記載のプラットフォーム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００９−６５１４８（Ｐ２００９−６５１４８Ａ）
【公開日】平成２１年３月２６日（２００９．３．２６）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２００８−２１２０００（Ｐ２００８−２１２０００）
【出願日】平成２０年８月２０日（２００８．８．２０）
【出願人】（３９００４０６６０）アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド (1,346)
【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年３月２６日（２００９．３．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２１２０００（Ｐ２００８−２１２０００）
【出願日】平成２０年８月２０日（２００８．８．２０）
【出願人】（３９００４０６６０）アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド (1,346)
【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
【Ｆターム（参考）】
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