説明

イオン化物理蒸着方法

iPVDシステム(200)は、真空チャンバー(30)内で突出部(14)を最小化または除去しながら、フィールド(10)と底部(15)被覆と比較して側壁(16)被覆性を向上させる処理を用いて、障壁層材料(912)のような均一な材料を半導体基板(21)上の高いアスペクト比のナノサイズの開口部(11)に蒸着するために調整される。そのiPVDシステム(200)は、そのターゲットから材料をスパッタするために、低いターゲットパワーと50mTより高い圧力で動作される。RFエネルギーは、高密度プラズマを生成するそのチャンバーに連結される。小さなRFバイアス(数ボルト未満)は、特に、底部における被覆性を高めることを助けるために印加されることができる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この出願は、同一出願人による、継続している米国特許出願公開第2003/0034244号に関連するものであり、それは参照することによってここに明確に含まれる。
【0002】
本発明は、半導体ウエハ上のビア及びトレンチ構造体の金属化に関する。特に、本発明は、その基板の障壁層及びシード層を形成するためのイオン化されたスパッタ材料を使用してシリコンウエハの高いアスペクト比を有するビア及びトレンチ構造体の金属化に関する。
【背景技術】
【0003】
半導体ウエハ上の高いアスペクト比を有するビア及びトレンチの金属化において、障壁層及びシード層は、良好な側壁被覆性(カバレッジ)が要求される。
【0004】
イオン化物理蒸着は、先端的な集積回路のウエハの障壁層及びシード層の金属化に使用される。イオン化物理蒸着は、ビア及びトレンチ構造体において良好な側壁被覆性と底部被覆性を与える。しかしながら、形状寸法が縮小され、ビアの寸法が0.15マイクロメートル未満に低下されるにつれて、イオン化物理蒸着の要求は、より重大になる。そのために、底部及び側壁被覆性の均衡がよく取られ、突出部(オーバーハング)が最小化される、イオン化物理蒸着を得ることが非常に望まれている。
【0005】
したがって、典型的には蒸着段階で成長する金属の段差被覆または突出部(オーバーハング)をさらに制御する必要がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明は、蒸着段階で成長する金属の段差被覆または突出部(オーバーハング)を制御することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明は、イオン化物理蒸着(iPVD)システムを動作する方法を提供し、パターニングされた基板は、そのiPVDシステムの処理チャンバー内のウエハテーブルに位置され、障壁層は、LND(Low Net Deposition)処理を用いて蒸着され、そのウエハテーブルのバイアスは、そのパターニングされた基板のフィールド領域で超低蒸着速度(割合)を達成するために調整され、シード層は、NND(No Net Deposition)処理を用いてそのパターニングされた基板上に蒸着され、そのウエハテーブルのバイアスは、そのパターニングされた基板のフィールド領域で蒸着速度が約0になるように調整される。
【発明を実施するための最良の形態】
【0008】
本発明の種々の実施形態のより完全な理解とそれに付随している多くの利点は、特に添付された図面と共に検討される以下の詳細な説明を参照することによって、より明らかになるであろう。図1は、本発明の実施形態によるウエハ断面の単純化した図を示す。図2は、本発明の実施形態による処理システムの例示的な構成図を示す。図3は、本発明の実施形態によるiPVDシステムを動作する方法の単純化したフローチャートを示す。図4は、本発明の実施形態による例示的な蒸着処理を示す。図5は、本発明の実施形態によるLND処理スペースの例示的なグラフを示す。図6は、本発明の実施形態によるLND障壁層蒸着処理を示す。図7は、本発明の実施形態によるNND処理スペースの例示的なグラフを示す。図8は、本発明の実施形態によるNNDシード層蒸着処理を示す。図9は、本発明の実施形態による例示的な処理の概略図を示す。図10は、本発明の実施形態による他の例示的な処理の概略図を示す。図11は、本発明の実施形態によるLND処理スペースの例示的なグラフを示す。図12は、本発明の実施形態によるシード層蒸着処理における例示的な結果を示す。
【0009】
本出願人によって出願され、継続している、Yasarらによる米国特許出願公開2003/0034244号にある処理が記載されており、それは、連続的な蒸着とエッチングを伴うイオン化物理蒸着を提供している。このタイプのシーケンスで、その突出部(オーバーハング)または被り部(オーバーバーデン)は、従来の処理に比べて非常に改善されているが、それは、その蒸着段階で幾らかが未だ形成されるであろうし、そのエッチングシーケンスで完全に除去されないかもしれない。
【0010】
ヤザー(Yasar)らは、単一の真空チャンバー内で複数回蒸着とエッチングを行う技術を記載している。突出部(オーバーハング)は、この処理の蒸着段階では基本的に制御されない。側壁に材料を再配分し、底部被覆を減少させるために底部をエッチバックする前に、可能な限り十分な底部被覆性を得るために蒸着するための蒸着段階で、より高いバイアスパワーが通常使用され、それは、ライン抵抗を増加させることができる。突出部(オーバーハング)の低減は、後続のエッチング段階で達成される。
【0011】
本発明は、iPVDシステムの処理チャンバー内において、ウエハテーブル上のパターニングされた基板上のナノ開口部(フィーチャー)に材料を堆積するためのイオン化物理蒸着(iPVD)システムを動作する方法を提供する。その方法は、例えば、LND(Low Net Deposition)iPVD処理を用いて障壁層を蒸着するために使用されてもよく、そのウエハテーブルのバイアスは、そのパターニングされた基板のフィールド領域で超低蒸着速度を達成するために調整される。また、その方法は、例えば、NND(No Net Deposition)iPVD処理を用いて、そのパターニングされた基板上のナノ開口部(フューチャー)の側壁上にシード層を蒸着させるために使用されてもよく、そのウエハテーブルのバイアスは、実質的な(正味の)蒸着速度をそのパターニングされた基板のフィールド領域で約0になるように調整される。
【0012】
そのフィールド領域は、処理されるその基板の上部表面を表し、高いアスペクト比のビア及びトレンチが延長する表面である。ここで言及される超低蒸着速度は、約30ナノメートル/分未満の蒸着速度である。
【0013】
iPVD処理は、LND及びNND処理において使用される。iPVD処理は、通常、被覆される基板が支持体上に保持されるiPVD装置の真空処理チャンバー内で実行される。高密度プラズマは、チャンバー内で、通常スパッタリングによって金属または他の被覆材料の蒸気が導入されるプロセスガス中で維持され、そのプロセスガスは、例えば不活性ガスであり得る。その高密度プラズマは、通常、プロセスガスにRFエネルギーを供給することによって、多くの場合は、そのチャンバーの外側からの誘導結合によってイオン化される。そのRFエネルギーは、そのプロセスガスと若干の被覆材料をイオン化し、ほんの数ボルトの低いプラズマ電位であってもよく、より高くてもよい。それから、そのプロセスガスとイオン化された被覆材料は、基板をコーティングまたはエッチング、あるいはその両方をするために、その基板のバイアスの制御によって基板上に向けられる。本発明のLND及びNND処理において、iPVD処理は実行されるが、以下の例で説明されるような低下した蒸着速度を有する。そのiPVD処理のパラメータは、その基板の表面または基板のフィールド領域に向かうプラズマにおけるLNDまたはNNDの結果を引き起こすために制御される。そのように制御されるとき、種々の例に記述されている様式におけるiPVD処理は、開口面(フィーチャーオープニング)付近に突出部(オーバーハング)を生成することなく、障壁層またはシード層の望ましい蒸着結果を与える。
【0014】
材料処理システムにおいて、ウエハまたは他の基板は、加熱及び/又は冷却要素を含むことができるチャックのような支持体(ホルダー)の上に位置される。本発明の一実施形態において、改善された支持体は、水晶に入れられた高純度の炭素鋼線(カーボンワイヤ)を含む特有の加熱要素を含むように提供される。
【0015】
本発明の方法の例示的な実施形態は、以下に記載され、その開口部の側壁にフラックスを生成するかもしれない基板のフィールド領域の表面にフラックスを有するイオン化された金属を蒸着することによって高いアスペクト比のビア及びトレンチを金属化するためのiPVDシステムを用いた蒸着技術を開示する。この技術は、その金属の相似被覆性(コンフォーマリティ)を制御するエッチングシーケンスを必要としない。その蒸着段階は、突出制御のようなエッチング段階に依存することやその必要性を減少させ、突出部(オーバーハング)または被り部(オーバーバーデン)が除去または最小化されるという事実がある。記載された実施形態において、その処理は、TaまたはTaNのような障壁層金属からなる薄層を蒸着し、その後、銅(Cu)のような金属のシード層を蒸着する第1蒸着を含む。
【0016】
本発明の1つの実施形態によるこの処理において、材料は、イオン化されたフィルム蒸着段階(iPVD)を用いて、130nm未満のサイズのビア及びトレンチを有する高いアスペクト比の構造体に堆積される。
【0017】
本発明は、向上された相似被覆性、又は、幾つかの蒸着とエッチング段階が異なる真空チャンバー内で実施される場合のために、高いRFバイアスパワーと共に高いDCパワーを必要とする従来技術とは非常に異なっている。この処理は、非常に低い蒸着速度によって特徴付けられる。例えば、その蒸着速度を10nm/min未満に低減するように、DCパワーは低減されることができる。追加的に、あるいは選択肢に、有るか無いかのバイアスが、その蒸着中においてウエハに印加される。
【0018】
図1は、本発明の実施形態によるウエハ断面の単純化した図を示す。記載された実施形態において、ビア構造体11は、そのビア構造体の側壁16上に蒸着された金属フィルム10と、そのビア構造体の底部15上に蒸着された金属フィルム10とを有して示される。修正されたiPVD処理は、半導体ウエハ12の誘電体中間層13内に形成されるビア構造体11内に金属フィルム10を蒸着させるために使用される。金属イオン18がウエハ12上に蒸着されるので、その金属蒸着は、突出構造体14を引き起こすビアの入り口において、より厚くなる傾向がある。本発明の方法は、突出構造を防止するか、減少することができる。同様に、ビア11の底部15における金属の蒸着は、側壁16における蒸着よりも厚くなることがある。本発明の方法は、ビアの側壁と底部における、より均一な材料の堆積を提供する。
【0019】
図2は、本発明の実施形態による処理システムの例示的な構成図を示す。記載された実施形態において、iPVDシステム200が示される。
【0020】
iPVDシステムは、iPVD処理モジュールと、処理チャンバー32に連結されたガス供給システム23と、その処理チャンバー32に連結された圧力制御システム29と、その処理チャンバー32に連結された第1RFソース27と、その処理チャンバーに連結されたRFバイアス発生器28と、その処理チャンバーに連結されたDCソース24とを含む。
【0021】
そのiPVDシステムは、その処置チャンバーに連結される制御器50を含み、その処理チャンバーは、ガス供給システム23、圧力制御システム29、第1RFソース27、第2RFソース28、DCソース24に連結されている。
【0022】
iPVD処理モジュールは、アンテナ26と、そのアンテナに連結された窓31と、その窓に連結される空気取り入れ口(ルーバー)を有する蒸着仕切板(バッフル)33と、ターゲット25と、そのターゲットに連結される永久磁石パック34とをさらに含む。RFパワーは、そのRF発生器27からアンテナ26に供給され、そのチャンバー32内に誘導結合プラズマを生成するために使用されることができる。その永久磁石パック34は、そのターゲット25の後ろに位置されることができ、マグネトロンスパッタリングのためのターゲット25の上に磁気トンネルを生成するために使用されることができる。
【0023】
そのアンテナ26は、そのチャンバー壁32内の誘電体窓31の後ろでチャンバー30の外側に位置されることができる。空気取り入れ口(ルーバー)を有する蒸着仕切板(バッフル)33は、好ましくは、溝が形成された金属材料からなるが、蒸着から窓31を保護するために、窓31から近接して離隔されたチャンバー30の内側に位置する。その制御器50は、提供するICPパワーの量と、いつアンテナにそれを供給するかを決定するために使用されることができる。例えば、そのRF発生器27からそのアンテナ26へのICPパワーは、その蒸着処理中に異なるパワーレベル間で切り替えられることができる。
【0024】
そのRF発生器27の動作周波数は、1MHzから100MHzであり得る。例えば、およそ13.56MHzの動作周波数が使用されることができる。あるいは、他の周波数が使用されることができる。
【0025】
また、iPVD処理モジュールは、Z軸駆動部35を用いて蒸着チャンバーに接続されるウエハテーブル22を含む。そのZ軸駆動部35は、そのビア11の側壁16と底部15との最良の蒸着均一性、最良の被覆性及び対称性を提供する、基板とソースとの距離を調整するために使用されることができる。その制御器50は、蒸着処理中に要求されるターゲットと基板との離間距離(TS)を決定することができ、必要な場合には、Z軸駆動部35に制御データを供給するために使用されることができる。改善された蒸着処理中に、その基板とソースとの距離は、通常、150から275mmであってもよい。
【0026】
そのウエハテーブル22は、200mmのウエハまたは300mmのウエハを載置することができる。例えば、ウエハ21は、ゲートバルブアセンブリ(不図示)によって制御される開口部(不図示)を通して処理チャンバー30内に搬入されることができ、また、処理チャンバーから搬出されることもできる。さらに、ウエハ21は、ロボットを利用した基板搬送システム(不図示)を用いてそのウエハテーブルに搬入されることができ、また、ウエハテーブルから搬出されることができる。さらに、ウエハ21は、ウエハテーブル22内に収容された基板リフトピン(不図示)によって受け取られることもでき、その中に収容される装置によって機械的に平行移動されることもできる。そのウエハ21がその搬送システムから受け取られると、それは、そのウエハテーブル22の上部表面まで下げられることができる。
【0027】
処理中に、ウエハ21は、そのウエハテーブル22の上部の位置に保持されることができる。例えば、静電チャックは、ウエハテーブル22として使用されることができる。さらに、そのウエハがウエハテーブル22上にある時、そのウエハ温度は制御されることができる。例えば、加熱及び/又は冷却要素(不図示)が使用されることができる。そのウエハ21の温度は、最良のビアの金属化を得るために制御されることができる。その制御器50は、そのウエハ温度を決定し、制御するために使用されることができる。さらに、ウエハ温度は、冷却液通路を有するウエハテーブルと適切な温度制御器を提供することによって制御されることができる。そのウエハテーブル22とそのウエハ21との間の良好な熱接触は、そのウエハ21とそのウエハテーブル22との間にバックサイドガス伝導を提供することによって達成されることができる。バックサイドガス圧力は、薄い金属蒸着、特に、ビア構造体の側壁における薄い金属蒸着が凝集されないようにすることを保証するために、蒸着段階中に制御されることができる。
【0028】
処理中の基板21において発生される熱は、ウエハ21の温度を実質的に室温未満、好ましくは、0度未満、より好ましくは、摂氏約−30度に維持することによって効率的に取り除かれることができる。
【0029】
RFバイアスパワーは、RFバイアス発生器28を用いてウエハテーブル22に印加されることができ、ウエハバイアスを提供するために使用されることができる。その制御器50は、提供されるRFバイアスパワーの量と、いつウエハテーブルにそれを印加するかを決定するために使用されることができる。例えば、RFバイアスパワーは、その処理を改善したり、その処理に影響を与えたりするために、ウエハ21の正味の負のバイアスを提供するための蒸着中にレベルを適切に変更されることができる。
【0030】
そのRFバイアス発生器28のための動作周波数は、1MHzから100MHzであり得る。例えば、およそ13.56MHzの動作周波数が使用されることができる。あるいは、他の周波数が使用されることができる。
【0031】
プロセスガスは、ガス供給システム23によって処理チャンバー30に供給されることができる。そのプロセスガスは、金属含有ガス、不活性ガス、又は、それらの組合せを含むことができる。その不活性ガスは、しばしば使用されるアルゴンであってもよく、また、如何なる他の不活性ガスであってもよく、また、その処理に適用可能な非不活性ガスであってもよい。
【0032】
チャンバー圧力は、その圧力制御システム29を用いて制御されることができる。例えば、プロセスガスは、そのガス供給システム23によって真空処理チャンバー30に供給されることができる。そのチャンバー圧力は、その圧力制御システム29によって真空に維持されることができる。その制御器は、そのプロセスガスの流速と成分(化学的性質)を制御するために使用されることができ、従って、そのチャンバー圧力を制御するために使用されることができる。
【0033】
DCパワーは、パワーソース24からターゲット25に供給されることができる。その制御器50は、供給するためのDCパワーの量と、いつそのターゲットにそれを印加するのかを決定するために使用されることができる。ある所望の量の蒸着の後、その蒸着処理を実質的に低下させるか停止させるために、そのターゲット25へのDCパワー24は低減されるか停止される。ある場合には、そのDCパワーレベル24を完全に停止することなく非常に低いレベルに減少させることによって、その蒸着処理は実質的に減少され、及び/又は、停止される。
【0034】
そのiPVDシステムは、開口部と以下の項目を含む動作条件とを提供することができる有用なモジュールを含む。
(1)10−8Torr未満のベース真空、
(2)30から130mTorrの間の不活性ガス圧力の操作、
(3)0から50mTorrの分圧の反応性ガスの供給、
(4)6から9インチのターゲット空間への可変的な基板、
(5)バックサイドガス加熱または冷却を有する静電チャック、
(6)粒子生成を防止するためのスパッタ材料の良好な接着を有する表面を有する除去可能で洗浄可能な要素への蒸着を制限するシールド。
【0035】
iPVDシステムの一般的な概念は、米国特許第6,287,435号に記載されており、参照することによってそれはここに含まれる。そのiPVDシステムは、そのウエハへの金属イオンフラックスの独立した制御を有して、そのプロセスガスイオンプラズマ中で高いレベルの金属イオンを維持するために非常に適している。このレベルの柔軟性は、より高度にイオン化された金属フラックスを依然として有する一方で、その基板への金属フラックスの減少を可能にする。この設定の結果は、高いアスペクト比を有するナノスケール開口部を覆う、有るか無いかの突出部(オーバーハング)を有する高度にコンフォーマルなフィルム被覆性を与える、そのウエハレベルにおいてその処理が制御されることができるということである。
【0036】
その制御器50は、制御データをそのシステム要素に提供し、処理及び/又はステータスデータをそのシステム構成物から受け取るように配置されることができる。例えば、制御器50は、iPVDシステム200からの出力を監視するのと同様に、iPVDシステム200への入力を伝達し、始動するために十分に制御電圧を発生することができるマイクロプロセッサ、メモリ、デジタルI/Oポートを含むことができる。さらに、その制御器50は、そのシステム要素を有する情報を交換することができ、メモリに収容されるプログラムは、ある処理方法によるiPVDシステム200の前述の要素を制御するために利用されることができる。さらに、その制御器50は、その処理及び/又はステータスデータを解析し、その処理及び/又はステータスデータを目標(ターゲット)処理及び/又はステータスデータと比較し、処理を変更し、及び/又は、システム要素を制御するための比較を使用するために設定されることができる。さらに、その制御器は、その処理及び/又はステータスデータを解析し、その処理及び/又はステータスデータを過去の処理及び/又はステータスデータと比較し、欠陥を予測し、防止し、及び/又は断じるためにその比較を使用するために設定されることができる。
【0037】
そのターゲットの表面におけるマグネトロン磁石の磁場の下に閉じ込められている主なスパッタリングされたプラズマは、ターゲットからの被覆材料を、密度が高い第2プラズマによって占められた処理空間の領域に弾き飛ばし、その材料の実質的な部分は、その被覆材料の陽イオンを形成するために電子が剥ぎ取られる。スパッタ材料の陽イオンは、ウエハ基板上のホールとトレンチの底部を被覆するためにそれらのトレンチとホールに入ることができるので、基板に垂直に接近する入射角を有して、その第2プラズマの領域からスパッタリング材料の陽イオンをその基板の表面へ引き付ける負のバイアス電圧がその基板支持体上のウエハに印加される。
【0038】
ある実施形態において、円錐状のターゲット(コニカルターゲット)が使われることができるが、これは本発明において必ずしも必要とされるものではない。あるいは、他のターゲット形状が使用されることもできる。そのiPVDシステムは、以下の特徴と特性を提供する。
(1)最小動作活動(オペレーターエフォート)と定型業務(ルーチンタスク)を実施するための最小の可能な道具のセットを要求する。
(2)可能な最も良い程度まで水からRFパワーとDCパワーの分離を提供する。
(3)相対的に簡単な設計と操作を提供する。
(4)内部ソースアセンブリ全体の速い置換を含む、ソースの速い修理と置換を可能にする。
(5)モジュール式の内部アセンブリを提供する。
(6)動作環境への放射線の漏れを妨げるRFシールドの完全性を維持する。
【0039】
図3は、本発明の実施形態による蒸着システムを動作する方法の単純化したフローチャートを示す。示された実施形態において、NND処理によって後続されるLND処理が実行される。他の実施形態において、他の手順が、1つのLND処理と、1つのNND処理と、LND処理とNND処理の様々な組合せを含んで実行されることができる。手順300は、段階310で開始される。
【0040】
段階315において、ここに記述されるように、パターニングされた基板/ウエハが処理チャンバー内のウエハテーブル上に位置されることができる。あるいは、パターニングされていない基板/ウエハが使用されることもできる。例えば、その処理チャンバーは、蒸着チャンバーであり得る。
【0041】
段階320において、第1処理が実行されることができる。ある実施形態において、その第1処理は、LND処理を実行することを含むことができ、そのLND処理は、処理チャンバー内で実行されることができる。他の実施形態において、NND処理が実行されることができる。高密度プラズマが処理チャンバー内で生成されることができ、その高密度プラズマは、高濃度の金属イオンと非常に多くのプロセスガスイオンとを含むことができる。そのパターニングされた基板は、その高密度のプラズマに晒されることができる。ある実施形態において、そのウエハテーブルは、垂直に平行移動されることができる。
【0042】
チャンバー圧力、チャンバー温度、基板温度、プロセスガスの成分(化学的性質)、プロセスガス流速、ターゲット材料、ICPパワー、基板位置、ターゲットパワー、及び、基板バイアスパワーの少なくとも1つが、パターニングされた基板のフィールド領域の超低蒸着速度を含むLND蒸着速度を達成するために調整されることができる。LND処理が行われるので、その開口部の開口面に実質的に突出した材料が生成されずに、材料はそのパターニングされた基板の開口部に蒸着されることができる。
【0043】
LND処理は、LND前処理時間、LND処理時間、LND後処理時間、又は、それらの組合せを含むことができる。他の実施形態において、異なる時間が使用されてもよい。LND前処理時間は、約0秒から約50秒の幅がありえ、LND処理時間は、約10秒から約500秒の幅がありえ、LND後処理時間は約0秒から約50秒の幅があり得る。
【0044】
ある実施形態において、LND処理は、イオン化物理蒸着(iPVD)処理チャンバーを用いて実行されることができる。他の実施形態において、そのLND処理は、PVDチャンバー、CVDチャンバー、及び、PECVDチャンバーのような他のタイプの蒸着チャンバーを用いて実行されることができる。
【0045】
ある実施形態において、その蒸着システムは、そのウエハテーブルに基板バイアスを提供することができる基板バイアス発生器を含むことができる。他の実施形態において、基板バイアス発生器は、必ずしも必要とされない。その基板バイアスパワーは、そのLND処理中のLND蒸着速度を達成するために調整されることができる。その基板バイアスパワーは、そのLND処理中にスパッタリング閾値未満の範囲の第1値に調整されることができる。他の実施形態において、その基板バイアスパワーは、そのLND処理中にスパッタリング閾値未満の範囲のある値より大きく調整されることができる。例えば、制御器が使用されることができ、その基板バイアスパワーは、実質的に突出部(オーバーハング)が生成されないことを保証するためにその処理を最適化するために変更されることができる。
【0046】
その基板バイアス発生器は、RF発生器でありえ、そのRF発生器は、約1MHzから約100MHzの周波数範囲で動作することができる。例えば、RF発生器は、約13.56MHzで動作されることができる。その基板バイアスパワーは、約0.0wから約1000wであり得る。例えば、その基板バイアスパワーは、約130wから約200wであり得る。
【0047】
さらに、その蒸着システムは、ターゲット、及び、そのターゲットにLNDターゲットパワーを供給することができるターゲットパワーソースを含むことができる。他の実施形態において、ターゲットパワーソースは、必ずしも要求されない。例えば、ターゲットパワーは蒸気状態で供給されるかもしれない。そのLNDターゲットパワーは、そのLND処理中にLND蒸着速度を達成するために調整されることができる。そのLNDターゲットパワーは、そのLND処理中にそのLND領域(図7)の値に調整されることができる。他の実施形態において、そのLNDターゲットパワーは、そのLND処理中にそのLND領域の値より大きく調整されることができる。例えば、制御器が使用されることができ、そのLNDターゲットパワーは、実質的に突出部(オーバーハング)が生成されないことを保証するためのその処理を最適化するために変更されることができる。
【0048】
そのLNDターゲットパワーは、パターニングされたその領域の超低蒸着速度を達成するために調整されることができ、その超低蒸着速度は、30nm/min未満である。
【0049】
そのターゲットパワーソースは、DCパワーソースであり得る。他の実施形態において、そのターゲットパワーソースは、約1MHzから約100MHzの周波数範囲で動作されることができるRF発生器であり得る。そのLNDターゲットパワーは、約10wから約2000wであり得る。例えば、そのLNDターゲットパワーは、約800wから約1600wであり得る。
【0050】
その蒸着システムは、そのターゲットに連結された永久磁石パックをさらに含むことができる。
【0051】
その蒸着システムは、その処理チャンバーに連結される圧力制御システムを含むことができ、その圧力制御システムは、そのLND処理時間の少なくとも一部の間にLNDチャンバー圧力を達成するために使用されることができる。そのLNDチャンバー圧力は、約1mTorrから約100mTorrであり得る。例えば、LNDチャンバー圧力は、約20mTorrから約70mTorrであり得る。
【0052】
ある実施形態において、その蒸着システムは、アンテナ、そのアンテナと処理チャンバーの壁とに連結される誘電体窓、その誘電体窓に連結される空気取り入れ口(ルーバー)を有する蒸着板(バッフル)、及び、そのアンテナにICPパワーを供給するためのアンテナに連結されるICPソースとを含むことができる。あるいは、異なる形態が使用されることができる。そのICPパワーは、LND処理中に処理チャンバー内の高密度プラズマを達成するために調整されることができる。例えば、制御器が使用されることができ、ICPパワーは、実質的に突出部(オーバーハング)が生成されないことを保証するためのその処理を最適化するために変更されることができる。
【0053】
そのICPソースは、RF発生器でありえ、そのICPソースは、約1.0MHzから約100MHzの周波数範囲で動作することができる。例えば、そのICPソースは、約13.56MHzで動作されることができる。そのICPパワーは、約2000wから約10000wであり得る。例えば、そのICPパワーは、約3000wから約6000wであり得る。
【0054】
また、その蒸着システムは、その処理チャンバーに連結されるガス供給システムを含むことができ、そのガス供給システムは、そのLND処理時間の少なくとも一部の間にその処理チャンバー内にプロセスガスを流すために使用されることができる。そのプロセスガスは、不活性ガス、窒素含有ガス、酸素含有ガス、金属含有ガス、又は、それらの組合せを含むことができる。
【0055】
その窒素含有ガスは、N、NO、NO、NH、又は、それらの組合せを含むことができ、その酸素含有ガスは、O、NO、NO、HO、または、それらの組合せを含むことができる。
【0056】
その不活性ガスは、アルゴン、ヘリウム、クリプトン、ラドン、キセノン、又は、それらの組合せを含むことができる。その金属含有ガスは、銅(Cu)、タンタル(Ta)、チタン(Ti)、ルテニウム(Ru)、イリジウム(Ir)、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、鉛(Pt)、又は、それらの組合せを含むことができる。
【0057】
ある実施形態において、そのLND処理は、障壁層を蒸着するために使用されることができる。例えば、その障壁層は、金属を含むことができる。
【0058】
ある場合には、そのウエハは、その処理チャンバーから除去されることができ、他のチャンバーで測定されることができる。例えば、光学式デジタルプロフィール(ODP)ツールが使用されることができる。さらに、走査電子顕微鏡(SEM)データ及び/又はTEMデータが使用されることができる。
【0059】
段階325において、いつその第1処理を実行することを停止するかの問い合わせ(クエリ)が実行される。その第1処理を停止するための決定がされると、手順300は、段階330に引継ぎ、その第2段階を停止しないように決定がされると、手順300は、段階320に枝分かれして戻り、手順300は、図3に示されるように継続される。例えば、1つ又はそれ以上のLND蒸着処理は、一回又はそれ以上実施されてもよい。
【0060】
手順330において、いつ第2処理を実行するかを決定するために問い合わせ(クエリ)が実行される。第2処理を実施する決定がされると、手順300は、段階335に継続する。第2処理を実施しない決定がされると、手順300は、段階355に分岐し、終了する。
【0061】
段階335において、第2処理が実行されることができる。その処理は、その第1処理がその第2処理のように実施する処理のタイプを決定するために使用されることができることに起因する。
【0062】
ある実施形態において、その第2処理は、NND処理を実施することを含むことができ、そのNND処理は、その同一処理チャンバーで実施されることができる。あるいは、そのNND処理は、異なる処理チャンバー内で実行されることができる。他の実施形態において、その第2処理は、1つ又はそれ以上のLND処理を含むことができる。
【0063】
NND処理は、NND前処理時間、NND処理時間、NND後処理時間、又は、それらの組合せを含むことができる。他の実施形態において、異なる時間が使用されることができる。そのNND前処理時間は、約0秒から約50秒でありえ、NND処理時間は、約10秒から約500秒であり得る。例えば、約20秒から約100秒までのNND処理時間を有し、そのNND後処理時間は、約0秒から約50秒であり得る。
【0064】
その処理チャンバー条件は、変更されることができ、NND処理は実施されることができる。チャンバー圧力、チャンバー温度、基板温度、プロセスガス成分(化学的性質)、プロセスガス流速、ターゲット材料、ICPパワー、基板位置、ターゲットパワー、基板バイアスパワー、又は、それらの組合せは、LND蒸着速度からNND蒸着速度まで蒸着速度を変化させるために調整されることができる。
【0065】
そのNND蒸着速度は、そのパターニングされた基板のフィールド領域における材料の蒸着速度であるフィールド蒸着速度を含むことができる。そのフィールド蒸着速度は、約−10nm/minから約+10nm/minであり得る。例えば、そのフィールド堆積速度は、約−3nm/minから約+3nm/minであり得る。そのNND蒸着速度は、そのパターニングされた基板の1つ又はそれ以上の開口部上への材料の堆積速度である側壁蒸着速度を含むことができる。その側壁蒸着速度は、約0nm/minから約+10nm/minであり得る。例えば、そのフィールド蒸着速度は、約0nm/minから約+5nmであり得る。そのNND蒸着速度は、そのパターニングされた基板の1つ又はそれ以上の底部表面への材料の蒸着速度である底部表面蒸着速度を含むことができる。その底部表面速度は、約−10nm/minから約+10/minであり得る。例えば、その底部表面蒸着速度は、約−5nm/minから約+5nm/minであり得る。
【0066】
そのNND処理時間の少なくとも一部の間に、そのパターニングされた基板のフィールド領域内に材料が実質的に堆積されないように、材料はそのパターニングされた基板の開口部の側壁上に蒸着されることができる。そのNND処理時間の少なくとも一部の間に、そのパターニングされた基板のフィールド領域に材料が実質的に堆積しないように、材料が、蒸着及び/又はそのパターニングされた基板の開口部の底部表面から除去される。
【0067】
そのNND処理時間の少なくとも一部の間に、その基板バイアス発生器は、約13.56MHzで動作されることができ、その基板バイアスパワーは、約500wから約1500wであり得る。例えば、その基板バイアスパワーは、約750wから900wであり得る。その基板バイアスパワーは、そのNND処理中に、スパッタリング閾値を越える範囲の1つ又はそれ以上の値に調整されることができる。例えば、制御器が使用されることができ、その基板バイアスパワーは、そのパターニングされた基板のフィールド領域で起こる蒸着が実質的にないことを保証するための処理を最適化するために変化させられることができる。
【0068】
そのターゲットパワーは、約100wから約1500wであり得る。例えば、そのターゲットパワーは、約450wから約550wであり得る。そのICPパワーは、約2000wから約10000wであり得る。例えば、そのICPパワーは、約3000wから約6000wであり得る。
【0069】
さらに、NNDプロセスガスは、NND処理時間の少なくとも一部の間にその処理チャンバー内に流れ出ることができる。そのNNDプロセスガスは、不活性ガス、窒素含有ガス、酸素含有ガス、金属含有ガス、又は、それらの組合せを含むことができる。
【0070】
その窒素含有ガスは、N、NO、NO、及び、NHを含むことができ、その酸素含有ガスは、O、NO、NO、及び、HOを含むことができる。
【0071】
その不活性ガスは、アルゴン、ヘリウム、クリプトン、ラドン、キセノン、又は、それらの組合せを含むことができる。その金属含有ガスは、銅(Cu)、タンタル(Ta)、チタン(Ti)、ルテニウム(Ru)、イリジウム(Ir)、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、鉛(Pt)、又は、それらの組合せを含むことができる。
【0072】
そのNND処理が異なるチャンバーで行なわれるとき、そのパターニングされた基板は、第2処理チャンバーを有する第2ウエハテーブル上に位置されることができる。高密度プラズマは、その第2処理チャンバー内で生成されることができ、その高密度プラズマは、高濃度の金属イオンと、非常に多くのプロセスガスイオンを含むことができる。
【0073】
その適切な処理チャンバー条件は、その第2処理チャンバー内で達成されることができ、NND処理は実行されることができる。チャンバー圧力、チャンバー温度、基板温度、プロセスガス成分(化学的性質)、プロセスガス流速、ターゲット材料、ICPパワー、基板位置、ターゲットパワー、基板バイアスパワー、又は、それらの組合せは、NND蒸着速度を達成するために調整されることができる。
【0074】
他の実施形態において、その蒸着システムは、その第2ウエハテーブルに連結される第2基板バイアス発生器を含んでもよい。その第2基板バイアス発生器は、第2RF発生器でありえ、その第2RF発生器は、約1MHzから約100MHzまでの周波数範囲で動作することができる。例えば、その第2RF発生器は、約13.56MHzで動作されることができる。その第2基板バイアスパワーは、約500のwから約1500wであり得る。例えば、その基板バイアスパワーは、約750wから約900wであり得る。
【0075】
NND処理時間の少なくとも一部の間に、その第2基板バイアスパワーは、スパッタリング閾値より大きな範囲の1つ又はそれ以上の値に調整されることができる。例えば、制御器が使用されることができ、その第2基板バイアスパワーは、そのパターニングされた基板のフィールド領域で正味の蒸着が実質的に起こらないことを保証するためのその処理を最適化するために調整されることができる。
【0076】
そのNND蒸着速度は、そのパターニングされた基板のフィールド領域の材料の蒸着速度であるフィールド蒸着速度を含むことができる。そのフィールド蒸着速度は、約−10nm/minから約+10nm/minであり得る。例えば、そのフィールド蒸着速度は、約−5nm/minから約+5nm/minであり得る。そのNND蒸着速度は、そのパターニングされた基板の1つ又はそれ以上の開口部の1つ又はそれ以上の側壁上の材料の蒸着速度である側壁蒸着速度を含むことができる。その側壁蒸着速度は、約0nm/minから約+10nm/minであり得る。例えば、そのフィールド蒸着速度は、約0nm/minから約+5nm/minであり得る。そのNND蒸着速度は、そのパターニングされた基板の1つ又はそれ以上の開口部の1つ又はそれ以上の底部表面上の材料の蒸着速度である底部表面蒸着速度を含むことができる。その底部表面速度は、約−10nm/minから約+10nm/minであり得る。例えば、その底部表面蒸着速度は、約−5nm/minから約+5nm/minであり得る。
【0077】
他の実施形態において、その蒸着システムは、第2ダーゲットを含むことができ、第2ターゲットパワーソースは、その第2ターゲットに第2ターゲットパワーを提供することができる。その第2ターゲットパワーソースは、DCパワーソースであり得る。他の実施形態において、その第2ターゲットパワーソースは、約1MHzから約100MHzの周波数範囲で動作されることができるRF発生器であり得る。その第2ターゲットパワーは、約100wから約1500wであり得る。例えば、その第2ターゲットパワーは、約450wから約550wであり得る。
【0078】
さらに、その蒸着システムは、第2アンテナ、その第2アンテナとその第2処理チャンバーの一壁と連結される第2誘電窓と、その第2誘電窓に連結される空気取り入れ口(ルーバー)を有する第2蒸着仕切板(バッフル)と、その第2アンテナと連結され、その第2アンテナに第2ICPパワーを提供する第2ICPソースと、を含んでいてもよい。あるいは、異なる形態が使用されることができる。その第2ICPパワーは、そのNND処理中にその第2処理チャンバー内に高密度プラズマを達成するために調整されることができる。例えば、制御器が使用されることができ、その第2ICPパワーは、実質的に突出部(オーバーハング)が生成されることがないことを保証するその処理を最適化するために変化されることができる。
【0079】
第2ICPソースは、RF発生器でありえ、その第2ICPソースは、約1.0MHzから約100MHzの周波数範囲で動作されることができる。例えば、第2ICPソースは、約13.56MHzで動作されることができる。その第2ICPソースは、約2000wから約10000wであり得る。例えば、その第2ICPパワーは、約3000wから約6000wであり得る。
【0080】
他の実施形態において、その蒸着システムは、その第2処理チャンバーに連結される第2圧力制御システムを含むことができ、その第2圧力制御システムは、そのNND処理時間の少なくとも一部の間にNNDチャンバー圧力を達成するために使用されることができる。そのNNDチャンバー圧力は、約1mTorrから約100mTorrでありえ、あるいは、その蒸着チャンバー圧力は、約20mTorrから約70mTorrであり得る。
【0081】
他の実施形態において、また、その蒸着システムは、その第2処理チャンバーに連結される第2ガス供給システムを含んでいてもよく、その第2ガス供給システムは、そのNND処理時間の少なくとも一部の間にその第2処理チャンバーにNND処理ガスを流すために使用されることができる。そのNND処理チャンバーは、不活性ガス、窒素含有ガス、酸素含有ガス、金属含有ガス、又は、それらの組合せを含むことができる。
【0082】
その窒素含有ガスは、N、NO、NO、及び、NHを含むことができ、その酸素含有ガスは、O、NO、NO、及び、HOを含むことができる。
【0083】
その不活性ガスは、アルゴン、ヘリウム、クリプトン、ラドン、キセノン、又は、それらの組合せを含むことができる。その金属含有ガスは、銅(Cu)、タンタル(Ta)、チタン(Ti)、ルテニウム(Ru)、イリジウム(Ir)、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、鉛(Pt)、又は、それらの組合せを含む。
【0084】
様々な実施形態において、そのNND処理は、以下の処理、すなわち、シード層を蒸着すること、シード層を修復すること、障壁層を蒸着すること、障壁層を修復することの1つ又はそれ以上を実行するために使用されることができる。
【0085】
様々な実施形態において、その第2処理は、NND処理またはLND処理を含むことができる。
【0086】
段階340において、問い合わせ(クエリ)は、その第2処理の実行をいつ停止するかを決定するために実施される。その第2処理を停止する決定がされると、手順300は段階345に引き継がれる。その第2処理を停止しないような決定がされると、段階300は、段階335に枝分かれして戻り、手順300が図3に示されるように継続される。例えば、1つ又はそれ以上の処理が1回又はそれ以上実施されるかもしれない。
【0087】
測定データは、その第2処理中に得られることができ、その第2処理をいつ停止するかを決定するために使用されることができる。測定データは、チャンバー圧力データ、チャンバー温度データ、基板温度データ、プロセスガス成分(化学的性質)に関するデータ、プロセスガス流速データ、ターゲット材料データ、ICPパワーデータ、基板位置データ、ターゲットパワーデータ、基板バイアスデータ、処理時間データ、処理方法(プロセスレシピ)データ、又は、それらの組合せを含むことができる。
【0088】
ある場合には、そのウエハは、その処理チャンバーから除去されることができ、他のチャンバーで測定されることができる。例えば、光学式デジタルプロフィール(ODP)ツールが使用されることができる。さらに、SEMデータ及び/又はTEMデータが使用されることができる。
【0089】
処理時間は、その第2処理をいつ停止するかを決定するために使用されてもよい。あるいは、厚さデータは、その第2処理をいつ停止するかを決定するために使用されることができる。
【0090】
段階370において、問い合わせ(クエリ)は、追加の処理をいつ停止するかを決定するために実行される。追加の処理を実施する決定がされると、処理300は、段階350に継続され、その追加の処理が段階345において実行される。追加の処理を実行しないことが決定されると、処理300は、段階355に分岐し、終了する。
【0091】
その追加の処理は、LND処理、NND処理、通常の蒸着処理、エッチング処理、蒸着/エッチング処理、洗浄処理、測定処理、保管(記憶)処理、電気鍍金処理、又は、それらの組合せを含むことができる。その追加の処理は、その同一のチャンバーまたは他のチャンバー内で行われることができる。例えば、1つまたはそれ以上の処理チャンバーが、搬送(トランスファー)システムによって互いに連結されることができる。
【0092】
測定データは、その第1及び/又は第2処理中に得られることができ、その処理をいつ終了するのかを決定するために使用されることができる。測定データは、チャンバー圧力データ、チャンバー温度データ、基板温度データ、プロセスガス成分(化学的性質)に関するデータ、プロセスガス流速データ、ターゲット材料データ、ICPパワーデータ、基板位置データ、ターゲットパワーデータ、基板バイアスパワーデータ、処理時間データ、処理手順(プロセスレシピ)データ、又は、それらの組合せを含むことができる。
【0093】
ある場合には、そのウエハは、その処理チャンバーから除去されることができ、他のチャンバー内で測定されることができる。例えば、光学式デジタルプロフィール(ODP)ツールが使用されることができる。さらに、SEMデータ及び/又はTEMデータが使用されることができる。
【0094】
処理時間は、その第2処理がいつ停止されるかを決定するために使用されることができる。あるいは、厚さデータは、その第2処理はいつ停止されるかを決定するために使用されることができる。
【0095】
図4は、本発明の実施形態による例示的な蒸着システムを示す。示された実施形態において、蒸着処理の単純化されたグラフが示される。例えば、単純化された処理400は、前処理時間410、処理時間420、及び、後処理時間430を含むことができる。
【0096】
その前処理時間中に、その処理ツール(プロセスツール)はセットアップされることができる。その基板は、その処理チャンバー内のウエハテーブル上に載置されることができ、そのウエハテーブルは、処理高さにセットされることができる。プロセスガスがそのチャンバー圧力を高くするために処理チャンバー内に導入されることができる。その基板は、そのウエハテーブル上に静電気的にチャックされる。さらに、バックサイドガス冷却が開始されることができる。
【0097】
そのプロセス時間の間に、その処理圧力を制御するためにその処理チャンバー内にプロセスガスが導入されることができる。ICPソースが調整されることができ、比較的高いICPパワーがそのアンテナに供給されることができる。DCソースが調整され、そのLND処理中にその所望のLNDのDCパワーがそのターゲットに提供され、そのNND処理中にその所望のNNDのDCパワーがそのターゲットに提供されることができる。さたに、RFバイアスパワーソースが調整されることができ、そのLND処理中にその所望のLNDのRFバイアスパワーが提供されることができ、そのNND処理中にその所望のNNDのRFバイアスパワーが提供されることができる。
【0098】
その後処理時間の間に、そのウエハテーブルは、抜き出し高さにセットされることができる。そのプロセスガスの流れは、停止されることができ、バックサイドガス冷却は、停止されることができる。その基板は、そのウエハテーブルから静電気的に取り外し(ディチャック)されることができる。チャンバー圧力は安定化されることができ、その基板はそのウエハテーブルから除去されることができ、その基板は、その処理チャンバーから搬出されることができる。
【0099】
図5は、本発明の実施形態によるLND処理空間の例示的なグラフを示す。示された実施形態に示されるように、LND処理スペースは、x軸におけるRFバイアスパワーと、y軸におけるDCパワーと蒸着速度との比を用いて定義されることができる。他の実施形態において、他の処理パラメータ及び/又は処理パラメータの組合せは、LND処理スペースを定義するために使用されてもよい。
【0100】
線510は、エッチングが開始する点を示す点512に引かれている。LND領域520は、図5に同様に示される。
【0101】
そのLND領域は、LND処理が実行されることができる例示的な領域を示す。
【0102】
図6は、本発明の実施形態によるLND処理を示す。示された実施形態において、LND障壁層蒸着処理が示され、様々な処理パラメータが実質的に均一な障壁層を達成するために変化される。示されるように、そのパワーソース24からターゲット25へのDCパワーは、そのLND障壁層蒸着処理中に、スイッチが入れられることができ、様々なレベルに変更され、スイッチオフされる。“DCパワー”は、材料をスパッタするために、そのターゲット25の材料にパワーサプライまたはパワーソースからDCパワーを供給することを示す。さらに、そのRF発生器27からそのアンテナ26へのICPパワーは、そのLND蒸着処理中にスイッチオン及びスイッチオフされる。“ICPパワー”は、密度の高いプラズマを形成するために使用される発生器27からのRF誘導結合パワーを示す。また、そのRFバイアスパワー28からそのウエハテーブル22へのRF基板バイアスパワーは、そのLND障壁層蒸着処理中にスイッチオン及びスイッチオフされることができる。“RF基板バイアスパワー”は、その基板21上の負のバイアスを生成するためのRF発生器28からテーブル22に印加されるRFパワーを示す。さらに、チャンバー圧力は、そのLND障壁層の蒸着処理中に様々な値に変化されることができる。
【0103】
iPVDシステムは、LND障壁層蒸着処理を実行するために使用されることができる。そのLND蒸着処理中に、蒸着される材は、スパッタまたはソースか蒸発されることができ、それから、その蒸着材料の実質的な部分は、コーティングされるウエハに到達する前に、陽イオンに変換されることができる。複数のイオンは、真空チャンバー中のプロセスガスから発生されることができる高密度プラズマによって生成されることができる。それから、そのウエハに負のバイアスを印加することによって、電磁力は、被覆材料の陽イオンに印加されることができる。その被覆材料の増加したフラクションは、そのウエハの略法線の角度でそのウエハに蒸着するので、そのバイアスは、そのウエハへ加速される被覆材料のイオンを引き起こす。この方法で、薄い同一の障壁層は、そのウエハ表面のフィールド領域上と、そのウエハの高いアスペクト比の開口部内に蒸着されることができる。そのLND処理は、その高いアスペクト比の開口部の底部及び側壁の優れた被覆性を提供する。
【0104】
そのLND処理中に、ウエハ21は、温度制御されたウエハテーブル22の上部に位置して保持される。プロセスガスは、LND処理中に、処理チャンバー30内にソース23から供給されることができ、そのプロセスガスの圧力は、ポンプ29によって真空に維持され、適切なイオン化蒸着範囲に調整される。DCパワーは、パワーソース24からそのターゲット25に供給され、パワーソース24は、オン状態にされることができ、そのLND処理においてレベル(値)が適切になるように供給されるように調整されることができる。ウエハRFバイアスは、RFバイアス発生器28によってチャック22に適用され、また、オン状態にされることができ、そのLND処理中にレベル(値)が適切になるように調整されることができる。さらに、そのRF発生器27からそのアンテナ26へのICPパワーは、そのLND処理中にスイッチオンされ、調整されることができる。さらに、チャンバー圧力は、そのLND処理中に様々な値に変えられることができる。
【0105】
プロセスガスは、ガス供給システム23から真空処理チャンバー30に供給されることができ、その処理チャンバーの圧力は、そのLND処理中に、圧力制御システム29によって真空に維持され、適切なイオン化された蒸着範囲に調整されることができる。
【0106】
iPVDシステムは、その処理チャンバーに連結されることができる制御器を含むことができ、その方法は、1つ又はそれ以上の処理パラメータを測定することと、そのLND前処理時間の間の少なくとも一部の間に少なくとも1つの処理パラメータを第1レベルに調整することと、そのLND処理時間の間の少なくとも一部の間に少なくとも1つのパラメータを第2レベルに調整することと、そのLND後処理時間の間の少なくとも一部の間に少なくとも1つのパラメータを第3レベルに調整することをさらに含むことができる。
【0107】
半導体ウエハ上の高いアスペクト比のビアホール及びトレンチとの金属化において、その障壁層とシード層は、良好な側壁被覆性と底部被覆性を有する。その障壁層は、その障壁特性を犠牲することなく可能な限り薄いことを必要とする。そのビア構造体の電気抵抗を増加させる電気抵抗は最小化されなければならないので、その障壁層は、薄いに違いない。それは、コンフォーマルであることが必要とされ、その誘電層や、信頼性の問題を防止する他の誘電層へのシード層材料の拡散を防止するために継続されることが必要とされる。これは、その障壁層の厚さがよく制御されるに違いなく、特にそのビアの底部で最小化されるに違いないということを要求する。そのビアの底部における厚い障壁層は、実質的な望まない電気抵抗を相互接続金属化の抵抗に加えるかもしれない。
【0108】
図6に示されるように、チャンバー圧力は、そのLND前処理時間の少なくとも一部の間に約20mTorr未満でありえ、そのチャンバー圧力は、そのLND処理時間の間に50mTorrより大きく、100mTorr未満でありえ、そのチャンバー圧力は、そのLND後処理圧力時間の少なくとも一部の間に約20mTorr未満であり得る。そのICPパワーは、そのLND前処理時間の少なくとも一部の間に約20w未満でありえ、そのICPパワーは、そのLND処理時間の少なくとも一部の間に約5000wよりは大きく、約5500w未満でありえ、そのICPパワーは、そのLND後処理時間の少なくとも一部の間に約20w未満であり得る。
【0109】
さらに、そのDCパワーは、そのLND前処理時間の少なくとも一部の間に約10w未満でありえ、そのDCパワーは、そのLND処理時間の少なくとも一部の間に約1000wより大きく、約1500w未満でありえ、そのDCパワーは、そのLND後処理時間の少なくとも一部の間に約20w未満であり得る。そのRF基板バイアスパワーは、そのLND前処理時間の少なくとも一部の間に約10w未満でありえ、そのRF基板バイアスパワーは、そのLND処理時間の少なくとも一部の間に約130wより大きく、約200w未満でありえ、そのRF基板バイアスパワーは、そのLND後処理時間の少なくとも一部の間に約10w未満であり得る。
【0110】
その示された実施形態に示されるように、そのLND前処理時間の期間は、約20秒より大きく、約50秒未満である。例えば、そのLND前処理時間は、約25から約35秒であり得る。あるいは、異なるLND前処理時間が使用されることができる。
【0111】
そのLND処理時間は、約150秒より大きく、約250秒未満であり得る。例えば、そのLND処理時間は、約180秒から約220秒であり得る。他の実施形態において、そのLND処理時間は、約10秒から約1000秒でありえ、そのLND処理時間は、蒸着厚さを測定するために決定されることができる。
【0112】
さらに、LND後処理時間は、約20秒を超え、約50秒未満であり得る。例えば、そのLND後処理時間は、約25秒から約35秒であり得る。あるいは、異なるLND後処理時間は、使用されることができる。
【0113】
一つのLND処理時間は図5に示されるが、これは本発明が必ずしも必要とするものではない。他の実施形態において、基板は、その処理条件を異ならせることができる、1つ又はそれ以上のLND処理時間を用いて進行されることができる。例えば、処理条件は、1つのLND処理時間の間に分離した開口部において立てられるかもしれず、他の処理条件は、密接に詰った開口部において立てられるかもしれない。
【0114】
また、そのiPVDシステムは、その処理チャンバーに連結されるガス供給システムをさらに含むことができ、そのLND方法は、そのLND前処理時間の少なくとも一部の間に第1プロセスガスを提供すること、そのLND処理時間の少なくとも一部の間に第2プロセスガスを供給すること、そのLND後処理時間の少なくとも一部の間に第3プロセスガスを供給することをさらに含むことができる。さらに、異なる流速は、その異なるLND時間の間に立てられることができ、その流速は、その異なるLND時間の間に変化されることができる。
【0115】
1つの実施形態において、その第1プロセスガスは、不活性ガス、窒素含有ガス、又は、それらの組合せを含むことができ、その第2プロセスガスは、不活性ガス、窒素含有ガス、金属含有ガス、又は、それらの組合せを含むことができ、その第3プロセスガスは、不活性ガス、窒素含有ガス、又は、それらの組合せを含むことができる。例えば、その不活性ガスは、アルゴン、ヘリウム、クリプトン、ラドン、キセノン、又は、それらの組合せを含むことができる。また、その金属含有ガスは、銅(Cu)、タンタル(Ta)、チタン(Ti)、ルテニウム(Ru)、イリジウム(Ir)、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、鉛(Pt)、または、それらの組合せを含むことができる。
【0116】
そのLND障壁層蒸着処理において、金属は、低速でそのターゲットにスパッタされることができる。これは、単に、そのプロセスガスイオンプラズマのマイナーな希釈をもたらす。その金属は、イオン化し、10nm/min未満であり得る速度でそのウエハ上に蒸着される。低いバイアスは、その開口部の底部にイオンを引き付けるためにウエハに印加される。その低いフィールド蒸着速度と低いバイアスのために、その金属は、有るか無いかの突出部(オーバーハング)を生じて蒸着する。その側壁被覆性は向上し、その結果は、コンフォーマルな金属蒸着、すなわち、障壁層金属に理想的な結果をもたらす。
【0117】
もし、その処理が反応的なものである場合は、TaN、N、または、他の反応性ガスは、そのLND障壁層蒸着処理中に付加されることができる。通常、その窒素流は、iPVD処理がターゲットの非位置モード(ノンポジションモード)または金属モードで実施されるという事実があり、それはより望ましく、しかしながら、その位置モード(ポジションモード)は、その反応性ガス流を増加することによって達成されることができる。窒素流は、本発明によって容易に金属窒化物組成を窒素リッチから窒素欠乏へと改良するためにさらに変えられることができる。この開口部は、それが、ユーザーが金属窒化物の化学量論を調整することを可能にするので、非常に望まれる。より良い障壁層特性(より高いN含有量)が望まれ、または、より良い浸潤特性(より低いN含有量)が必要であるかにかかわらず、本発明はそのユーザーの要求を受け入れることができる。例えば、金属窒化物の側壁の化学量論は、窒素または反応性ガス流を変化させることによってその蒸着処理を通じて制御されることができる。さらに、金属フィルムの側壁の窒化は、その蒸着段階に続くAr/Nイオンプラズマを用いて制御されることができる。
【0118】
本発明の方法は、iPVDシステムと関連して、非常に低速であるTaやCuのような高度にイオン化された材料を蒸着するために使用されるときに特に有利である。本発明は、また、30−100mTの高圧の同じ材料を均一に蒸着させることができるという利点を有し、ユーザーに比較的低い蒸着速度でイオン化された金属を蒸着させることを可能にする。さらに、本発明の処理は、異なる金属、特に、前述の装置に関連して使用される場合の金属に容易に適用可能である。
【0119】
本発明は、パターニングされたウエハの開口部の側壁被覆性を高めることによって、蒸着された材料の減少した付着係数と増加した表面移動度を生成する基板への高金属イオンフラクションとプロセスガスイオンの大きなフラックスを用いた蒸着モードで動作されるiPVDシステムを使用することができる。
【0120】
本発明は、パターニングされたフィールド領域の超低蒸着速度を有する蒸着モードで動作されるiPVDシステムを使用することができ、向上したコンフォーマリティ、特に、通常のiPVDシステムに比べて側壁被覆における向上を提供する。
【0121】
他の実施形態において、iPVD処理は、そのウエハへのバイアスが、蒸着がその開口部の側壁に起こる一方で、そのフィールド領域に実質的に金属の蒸着がないように、実行されることができる。これは、容易にその基板の表面に減少した金属フラックスを有して達成されることができる。中間誘電体または予め金属化された表面のエッチングは、適切なウエハバイアスの印加によってその金属の蒸着速度とエッチング速度とのバランスの結果として、この処理中に起こらない。
【0122】
図7は、本発明の実施形態によるNND処理スペースの例示的なグラフを示す。その示された実施形態に示されるように、NND処理スペースは、そのx軸におけるRFバイアスパワーと、y軸におけるDCパワーに対する蒸着速度の比とを用いて定義されることができる。他の実施形態において、他の処理パラメータ及び/又は処理パラメータの組合せは、NND処理スペースを定義するために使用されることができる。
【0123】
線710は、エッチングが開始されるその点を示す点712を引くように示される。
【0124】
NND領域720は、また、図7に示される。そのNND領域は、NND処理が実行される例示的な領域を示す。
【0125】
図8は、本発明の実施形態によるNND処理を示す。示された実施形態において、NNDシード層蒸着処理は示され、様々な処理パラメータは実質的に均一なシード層を達成するために変化させられる。示されるように、そのパワーソース24からターゲット25へのDCパワーは、そのNNDのCuシード層蒸着処理中に、スイッチオンされることができ、様々なレベルに変化させられ、スイッチオフされることができる。さらに、そのRF発生器27からアンテナ26へのICPパワーは、そのNNDのCuシード層蒸着処理中にスイッチオンされることができ、スイッチオフされることができる。そのRFバイアス発生器28からそのウエハテーブル22へのRF基板バイアスパワーは、そのNNDのCuシード層蒸着中にスイッチオンされることができ、スイッチオフされることができる。さらに、チャンバー圧力は、そのNNDのCuシード層蒸着処理中に異なる値に変化されることができる。
【0126】
iPVDシステムは、そのNND処理を実行するために使用されることができる。そのNND処理中に、蒸着される材料は、ソースからスパッタまたは蒸発され、それから、蒸発された材料の実質的なフラクションは、そのウエハがコーティングされる前に陽イオンに変換されることができる。複数のイオンは、真空チャンバー中のプロセスガスから生成されることができる高密度プラズマによって生成されることができる。それから、電磁力は、そのウエハの上に負のバイアスを印加することによって、被覆材料の正イオンに印加されることができる。その被覆材料の増加したフラクションがその基板の略法線の角度において基板に蒸着するので、そのバイアスは、そのウエハに向かって加速される被覆材料のイオンを引き起こす。この方法で、材料の最小量(実質的に無い)は、そのウエハ表面のフィールド領域上に堆積されることができ、少量の材料が、その基板の高いアスペクト比の開口部内に蒸着されることができる。そのNND処理は、その高いアスペクト比の開口部の側壁の優れた被覆性を提供する。
【0127】
そのNND処理中に、ウエハ21は、温度制御ウエハテーブル22の上部の位置に保持されることができる。プロセスガスは、真空処理チャンバー30内にソース23から供給されることができ、そのチャンバーの圧力は、そのNND処理中にポンプ29によって真空に維持され、適切なイオン化された蒸着範囲に調整される。DCパワーは、パワーソース24からターゲット25に印加され、パワーソース24は、そのNND処理中に、スイッチがオンされ、レベルが適切になるように供給されるために調整されることできる。ウエハRFバイアスは、バイアス発生器28によってチャック22に提供され、そのNND処理中に、また、それは、ターンオンされ、レベルが適切に調整されることができる。さらに、そのRF発生器27からアンテナ26へのICPパワーは、そのNND処理中にスイッチオンされ、調整されることができる。さらに、チャンバー圧力は、そのNND処理中に異なる値に変化されることができる。
【0128】
プロセスガスは、その真空処理チャンバー30にガス供給システム23から供給されることができ、その真空処理チャンバーの圧力は、そのNND処理中に圧力制御システム29によって真空に維持され、適切なイオン化蒸着速度に調整される。
【0129】
そのiPVDシステムは、その処理チャンバーに連結されることができる制御器を含むことができ、その方法は、1つ又はそれ以上の処理パラメータを測定し、そのNND前処理時間の少なくとも一部の間に第1レベルに少なくとも1つの処理パラメータを調整すること、そのNND処理時間の少なくとも一部の間に第2のレベルに少なくとも1つのパラメータを調整すること、そのNND後処理時間の少なくとも一部の間に第3のレベルの少なくとも1つのパラメータを調整すること、をさらに含むことができる。
【0130】
図8に示されるように、そのチャンバー圧力は、そのNND前処理時間の少なくとも一部の間に約20mTorr未満でありえ、そのチャンバー圧力は、そのNND処理時間の間に約50mTorrより大きく、約100mTorr未満でありえ、そのチャンバー圧力は、そのNND後処理時間の少なくとも一部の間に20mTorr未満であり得る。そのICPパワーは、そのNND前処理時間の少なくとも一部の間に約20w未満でありえ、そのICPパワーは、そのNND処理時間の少なくとも一部の間に約5000wより大きく、約5500w未満でありえ、そのICPパワーは、そのNND後処理時間の少なくとも一部の間に約20w未満であり得る。
【0131】
さらに、そのDCパワーは、そのNND前処理時間の少なくとも一部の間に約10w未満でありえ、そのDCパワーは、そのNND処理時間の少なくとも一部の間に約1000wより大きく、約1500w未満でありえ、そのDCパワーは、そのNND後処理時間の少なくとも一部の間に約20w未満であり得る。そのRF基板バイアスパワーは、そのNND前処理時間の少なくとも一部の間に約10w未満でありえ、そのRF基板バイアスパワーは、そのNND処理時間の少なくとも一部の間に約450wより大きく、約550w未満でありえ、そのDCパワーは、そのNND後処理時間の少なくとも一部の間に約10w未満であり得る。
【0132】
示される実施形態に示されるように、そのNND処理時間は、約10秒より大きく、約35秒未満であり得る。例えば、そのNND前処理時間は、約20秒から約30秒であり得る。あるいは、異なるNND前処理時間が用いられることもできる。
【0133】
そのNND処理時間は、約15秒より大きく、約50秒未満であり得る。例えば、そのNND処理時間は、約20秒から約40秒であり得る。他の実施形態において、そのNND処理時間は、約10秒から約1000秒でありえ、そのNND処理時間は、蒸着厚さを測定することによって決定されることができる。
【0134】
さらに、そのNND後処理時間は、約10秒より大きく、約30秒未満であり得る。例えば、そのNND後処理時間は、約15秒から約25秒であり得る。あるいは、異なるNND後処理時間が使用されることができる。
【0135】
一つのNND処理時間は、図8に示されるが、これは、本発明に必ずしも要求されるものではない。他の実施形態として、基板は、1つ又はそれ以上のNND処理時間を用いて処理されることができ、その処理条件は異なることができる。例えば、処理条件は、あるNND処理時間の間に分離した開口部において立てられるかもしれず、他の処理条件は、他のNND処理時間の期間中に密接に詰った開口部において立てられるかもしれない。
【0136】
また、そのiPVDシステムは、その処理チャンバーに連結されるガス供給システムをさらに含み、そのNND方法は、そのNND前処理時間の少なくとも一部の間に第1プロセスガスを提供すること、そのNND処理時間の少なくとも一部の間に第2プロセスガスを提供すること、そのNND後処理時間の少なくとも一部の間に第3プロセスガスを提供することをさらに含む。さらに、様々な流速は、その様々なNND時間の間に設定されることができ、その流速は、その様々なNND時間の間に変えられることができる。
【0137】
ある実施形態において、その第1プロセスガスは、不活性ガス、窒素含有ガス、又は、それらの組合せを含むことができ、その第2プロセスガスは、不活性ガス、窒素含有ガス、金属含有ガス、又は、それらの組合せを含むことができ、その第3プロセスガスは、不活性ガス、窒素含有ガス、又は、それらの組合せを含むことができる。例えば、その不活性ガスは、アルゴン、ヘリウム、クリプトン、ラドン、キセノン、又は、それらの組合せを含むことができる。さらに、その金属含有ガスは、銅(Cu)、タンタル(Ta)、チタン(Ti)、ルテニウム(Ru)、イリジウム(Ir)、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、鉛(Pt)、又は、それらの組合せを含むことができる。
【0138】
そのNND障壁層蒸着処理において、金属は、低速でそのターゲットからスパッタされることができる。これは、単に、そのプロセスガスイオンプラズマのマイナーな希薄をもたらす。その金属はイオン化し、0.1nm/min未満であり得る速度でそのウエハ上に蒸着する。非常に低いバイアスは、その開口部の底部にそのイオンを引き付けるためにウエハに印加される。その領域における実質的な蒸着は無く、その側壁上には実質的に均一な蒸着があるので、その金属は、有るか無いかの生成される突出部(オーバハング)が蒸着される。その側壁被覆性は向上され、その結果は、高度にコンフォーマルな金属蒸着、すなわち、障壁層において理想的な蒸着をもたらす。
【0139】
ある実施形態において、そのNNDプロセスガスは、そのスパッタリングガスとしてアルゴンガスを含むことができる。TaNxのような金属窒化物の障壁層を蒸着するために、窒素ガスは、そのNND処理中に使用されることもできる。
【0140】
もし、そのプロセスがTaNのような反応性のものである場合、Nまたは他の反応性ガスは、そのNND処理中に付加されることもできる。典型的に、窒素流は、iPVD処理がターゲットの非位置モード(ノンポジションモード)または金属モードで実行され、それが望まれるが、しかしながら、その位置モード(ポジションモード)は、その反応ガス流を増加することによって達成されることができる。窒素流は、本発明を用いて容易に窒素リッチから窒素欠乏の金属窒化物にその金属窒化物組成物を変えるために変えられることができる。この特徴は、ユーザーが金属窒化物の化学量論を調整することを可能にするので、非常に望まれる。より良い障壁層の特性(より高いN含有量)が切望され、または、より良い浸潤特性(より低いN含有量)が必要であるかにかかわらず、本発明は使用者の要求を受け入れることができる。例えば、金属窒化物の側壁の化学量論は、窒素または反応性ガス流を変化させることによってその蒸着処理を通して制御されることができる。さらに、その金属フィルム側壁の窒化は、その蒸着段階に続くAr/Nイオンプラズマを用いて制御されることができる。
【0141】
その蒸着処理中にその圧力を低下させることは、そのウエハ上への正のアルゴンイオンのフラックスがより均一になり、基板に対して、より指向性を有し、垂直になることを引き起こす。
【0142】
図9は、本発明の実施形態による例示的な処理の概略図を示す。一つの開口部911は、示された処理中のみにおいて、基板910に示される。基板910は、様々形状を有する複数の開口部を含むことができる。障壁層912は、その開口部911内に示され、その基板910の上面に位置する。ある実施形態において、その障壁層912は、Taを含むことができる。あるいは、他の材料が使用されることもできる。さらに、障壁層912は、NND処理またはLND処理の少なくとも1つを使用して実質的に突出部(オーバーハング)を有することなく蒸着される。
【0143】
その開口部の開口面に突出部(オーバーハング)が実質的に生成することなく、シード層914は、その特徴911内に蒸着されることができる。ある実施形態において、そのシード層914は、Cuを含むことができる。あるいは、他の材料が使用されることができる。続いて、追加のシード層916は、開口部内と、その基板910の上部表面上に蒸着されることができる。その追加のシード層916は、その開口部の開口に実質的に突出部(オーバーハング)を生成することなく、蒸着されることができる。最後に、めっき層(被覆層)918が蒸着されることができる。
【0144】
図10は、本発明の実施形態による他の例示的な処理の概略図を示す。一つの開口部1011が図示目的のみで基板1010に示される。パンチスルー領域が、その開口部の底部に示される。そのNND処理は、制御された量のパンチスルーを提供することができる。基板1010は、様々な形状を有する複数の開口部を含むことができる。障壁層1012は、その開口部1011内とその基板1010の上部表面上に示される。ある実施形態において、その障壁層1012は、Taを含むことができる。あるいは、他の材料が使用されることができる。さらに、障壁層1012は、NND処理、LND処理、又は、それらの組合せを用いて実質的に突出部(オーバーハング)を有しないように蒸着されることができる。
【0145】
シード層1014は、その開口部の開口において実質的に突出部(オーバーハング)が無いように、その開口部1011内に蒸着されることができる。ある実施形態において、そのシード層1014は、Cuを含むことができる。あるいは、他の材料が使用されることができる。続いて、追加のシード層1016は、その開口部1011内及びその基板1010の上部表面上に蒸着されることができる。その追加のシード層1016は、その開口部の開口において実質的に突出部(オーバーハング)を生成しないように蒸着されることができる。最後に、めっき層(被覆層)1018が蒸着されることができる。
【0146】
図11は、本発明の実施形態による障壁層蒸着における例示的な結果を示す。SEM結果は、Ta−TaN障壁層の処理において示される。その結果は、LND処理において突出部(オーバーハング)を示さない。
【0147】
図12は、本発明の実施形態によるシード層蒸着処理における例示的な結果を示す。SEM結果は、Cuシード層処理において示される。その結果は、そのNND処理において突出部(オーバーハング)を示さない。
【0148】
本発明の特定の実施形態のみが上記に詳細に示されたが、当業者は、本発明の新規な教示及び利点から実質的に外れないで、その実施形態において多くの修正が可能であることを容易に理解することができるであろう。したがって、すべてのそのような修正は、本発明の範囲の中で含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【0149】
【図1】本発明の実施形態によるウエハ断面の単純化した図を示す。
【図2】本発明の実施形態による処理システムの例示的な構成図を示す。
【図3】本発明の実施形態によるiPVDシステムを動作する方法の単純化したフローチャートを示す。
【図4】本発明の実施形態による例示的な蒸着処理を示す。
【図5】本発明の実施形態によるLND処理スペースの例示的なグラフを示す。
【図6】本発明の実施形態によるLND障壁層蒸着処理を示す。
【図7】本発明の実施形態によるNND処理スペースの例示的なグラフを示す。
【図8】本発明の実施形態によるNNDシード層蒸着処理を示す。
【図9】本発明の実施形態による例示的な処理の概略図を示す。
【図10】本発明の実施形態による、他の例示的な処理の概略図を示す。
【図11】本発明の実施形態によるLND処理スペースの例示的なグラフを示す。
【図12】本発明の実施形態によるシード層蒸着処理における例示的な結果を示す。
【符号の説明】
【0150】
10 金属フィルム
11 ビア構造体
12 半導体ウエハ
13 誘電体中間層
14 突出構造体
15 底部
16 側壁
18 金属イオン
21 ウエハ
22 ウエハテーブル
23 ガス供給システム
24 DCソース
25 ターゲット
26 アンテナ
27 RFソース
28 RFバイアス発生器
29 圧力制御システム
30 チャンバー
31 窓
32 処理チャンバー
33 蒸着仕切板
34 永久磁石パック
200 iPVDシステム
910 基板
911 開口部
912 障壁層
914 シード層
916 シード層
918 めっき層
1010 基板
1011 開口部
1012 障壁層
1014 シード層
1016 シード層

【特許請求の範囲】
【請求項1】
パターニングされた基板を処理チャンバー内のウエハテーブル上に位置させ、
前記処理チャンバー内に、被覆材料のイオンと多数のプロセスガスイオンとを含む高密度プラズマを生成し、
前記パターニングされた基板を前記高密度プラズマに晒し、
ターゲットパワー、基板バイアスパワー、又は、それらの組合せは、LND蒸着速度を達成するために調整され、前記LND蒸着速度は、前記パターニングされた基板のフィールド領域で超低蒸着速度を含む、LND処理を実行し、
開口面において実質的に突出する材料を生成しないようにしながら、前記パターニングされた基板の開口部に材料を蒸着することを含む蒸着システムの動作方法。
【請求項2】
前記LND処理は、LND前処理時間、LND処理時間、LND後処理時間、又は、それらの組合せを含み、
前記LND前処理時間は、約0秒から約50秒までの幅があり、前記LND処理時間は、約10秒から約500秒までの幅があり、前記LND後処理時間は、約0秒から約5000秒までの幅がある、請求項1に記載の蒸着システムの動作方法。
【請求項3】
前記LND処理時間は、約150秒より大きく、約250秒未満である、請求項2に記載の蒸着システムの動作方法。
【請求項4】
前記蒸着システムは、前記ウエハテーブルに連結された基板バイアス発生器をさらに含み、
前記方法は、前記LND処理時間の少なくとも一部の間に前記LND基板バイアスパワーをスパッタリング閾値未満の範囲の第1値に調整することを含み、
前記LND基板バイアスパワーは、約0wから約200wである、請求項2に記載の蒸着システムの動作方法。
【請求項5】
前記蒸着システムは、ターゲット、及び、前記ターゲットにLNDターゲットパワーを供給するターゲットパワーソースと、をさらに含み、
前記方法は、前記LND処理時間の少なくとも一部の間に前記LND蒸着速度を達成するために前記LNDターゲットパワーを調整することをさらに含み、
前記超低蒸着速度は、30nm/min未満であり、前記LNDターゲットパワーは、約10wから約2000wである、請求項2に記載の蒸着システムの動作方法。
【請求項6】
前記蒸着システムは、前記処理チャンバーに連結された圧力制御システムをさらに含み、
前記方法は、前記LND処理時間の少なくとも一部の間にLNDチャンバー圧力を達成することをさらに含み、
前記LNDチャンバー圧力は、約1mTorrより大きく、約130mTorr未満である、請求項2に記載の蒸着システムの動作方法。
【請求項7】
前記蒸着システムは、アンテナ、前記アンテナと前記処理チャンバーの壁とに連結された誘電体窓、前記誘電体窓に連結された空気取り入れ口を有する蒸着仕切板、及び、前記アンテナに連結されたICPソースを含み、
前記方法は、第1周波数で前記ICPソースを動作し、
前記LND処理時間の少なくとも一部の間にLNDのICPパワーレベルを供給するために前記ICPソースを調整することをさらに含む、請求項2に記載の蒸着システムの動作方法。
【請求項8】
前記LNDのICPパワーレベルは、約3000wより大きく、約6000w未満である、請求項7に記載の蒸着システムの動作方法。
【請求項9】
前記蒸着システムは、前記処理チャンバーの壁に連結されたターゲット、前記ターゲットに連結された永久磁石パック、及び、前記ターゲットに連結されたDCソースをさらに含み、
前記方法は、前記LND処理時間の少なくとも一部の間に前記DCソースにおけるパワー出力レベルを第1LNDターゲットパワーレベルに設定することをさらに含み、
前記第1LNDターゲットパワーレベルは、約1000wより大きく、約3000w未満である、請求項5に記載の蒸着システムの動作方法。
【請求項10】
前記蒸着システムは、前記処理チャンバーに連結されたガス供給システムをさらに含み、
前記方法は、前記LND処理時間の少なくとも一部の間に第1プロセスガスを前記処理チャンバー内に流すことをさらに含み、
前記第1プロセスガスは、不活性ガス、窒素含有ガス、酸素含有ガス、金属含有ガス、又は、それらの組合せを含む、請求項2に記載の蒸着システムの動作方法。
【請求項11】
前記不活性ガスは、アルゴン、ヘリウム、クリプトン、ヘリウム、ラドン、キセノン、又は、それらの組合せを含む、請求項10に記載の蒸着システムの動作方法。
【請求項12】
前記金属含有ガスは、タングステン(W)、銅(Cu)、タンタル(Ta)、チタン(Ti)、ルテニウム(Ru)、イリジウム(Ir)、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、鉛(Pt)、又は、それらの組合せを含む、請求項10に記載の蒸着システムの動作方法。
【請求項13】
前記LND処理は、障壁層を蒸着するために使用される、請求項1に記載の蒸着システムの動作方法。
【請求項14】
LND処理からNND処理に前記処理を変化させ、それによって、LND蒸着速度から、フィールド蒸着速度、側壁蒸着速度、底部表面蒸着速度、又は、それらの組合せを含むNND蒸着速度に前記蒸着速度を変化させ、
前記NND処理を用いて前記パターニングされた基板を処理し、それによって、前記パターニングされた基板の開口部の側壁上、前記パターニングされた基板の開口部の底部表面上、又は、それらの組合せに材料を蒸着し、チャンバー圧力、チャンバー温度、基板温度、プロセスガス成分、プロセスガス流速、ターゲット材料、ICPパワー、基板位置、ターゲットパワー、基板バイアスパワー、又は、それらの組合せは、前記LND処理から前記NND処理への処理を変化させるために調整されることを含む、請求項1に記載の蒸着システムの動作方法。
【請求項15】
前記NNDフィールド蒸着速度は、約−10nm/minから約+10nm/minである、請求項14に記載の蒸着システムの動作方法。
【請求項16】
前記NNDフィールド蒸着速度は、約−5nm/minから約+5nm/minである、請求項15に記載の蒸着システムの動作方法。
【請求項17】
前記NNDフィールド蒸着速度は、約−10nm/minから約+10nm/minである、請求項14に記載の蒸着システムの動作方法。
【請求項18】
前記NNDフィールド蒸着速度は、約−5nm/minから約+5nm/minである、請求項19に記載の蒸着システムの動作方法。
【請求項19】
前記NND処理は、NND前処理時間、NND処理時間、NND後処理時間、又は、それらの組合せを含み、
前記NND前処理時間は、約0秒から約50秒までの幅があり、前記NND処理時間は、約10秒から約500秒までの幅があり、前記NND後処理時間は、約0秒から約5000秒までの幅がある、請求項14に記載の蒸着システムの動作方法。
【請求項20】
前記NND処理時間は、約150秒より大きく、約250秒未満である、請求項19に記載の蒸着システムの動作方法。
【請求項21】
前記NND処理時間の少なくとも一部の間に前記基板バイアスパワーを第2スパッタリング閾値より大きい第2値に調整することをさらに含み、
前記基板バイアスパワーは、約500wから約1500wである、請求項19に記載の蒸着システムの動作方法。
【請求項22】
前記基板バイアスパワーは、約750wから約900wである、請求項21に記載の蒸着システムの動作方法。
【請求項23】
前記NND処理時間の少なくとも一部の間に前記NNDターゲットパワーを新たな値に調整することをさらに含み、前記NNDターゲットパワーは、約100wから約1500wである、請求項19に記載の蒸着システムの動作方法。
【請求項24】
前記NND処理時間の少なくとも一部の間にNNDのICPパワーレベルを供給するために前記ICPソースを調整することをさらに含み、前記NNDのICPパワーレベルは、約2000wから約10000wである、請求項19に記載の蒸着システムの動作方法。
【請求項25】
前記NNDのICPパワーレベルは、約3000wから約6000wである、請求項24に記載の蒸着システムの動作方法。
【請求項26】
NND処理時間の少なくとも一部の間にNND処理チャンバー圧力を達成することをさらに含み、前記NNDチャンバー圧力は、約1mTorrより大きく、約130mTorr未満である、請求項19に記載の蒸着システムの動作方法。
【請求項27】
前記NND処理時間の少なくとも一部の間に第2プロセスガスを前記処理チャンバーに流すことをさらに含み、前記第2プロセスガスは、不活性ガス、窒素含有ガス、酸素含有ガス、金属含有ガス、又は、それらの組合せを含む、請求項19に記載の蒸着システムの動作方法。
【請求項28】
前記不活性ガスは、アルゴン、ヘリウム、クリプトン、ヘリウム、ラドン、キセノン、又は、それらの組合せを含む、請求項27に記載の蒸着システムの動作方法。
【請求項29】
前記金属含有ガスは、タングステン(W)、銅(Cu)、タンタル(Ta)、チタン(Ti)、ルテニウム(Ru)、イリジウム(Ir)、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、鉛(Pt)、又は、それらの組合せを含む、請求項27に記載の蒸着システムの動作方法。
【請求項30】
前記NND処理は、シード層を蒸着するために使用される、請求項14に記載の蒸着システムの動作方法。
【請求項31】
前記NND処理は、シード層を修理するために使用される、請求項14に記載の蒸着システムの動作方法。
【請求項32】
前記NND処理は、障壁層を修理するために使用される、請求項14に記載の蒸着システムの動作方法。
【請求項33】
前記NND処理は、障壁層を蒸着するために使用される、請求項14に記載の蒸着システムの動作方法。
【請求項34】
前記NND処理は、前記パターニングされた基板の開口部の少なくとも1つにパンチスルーを形成するために使用される、請求項14に記載の蒸着システムの動作方法。
【請求項35】
前記蒸着システムは、イオン化物理蒸着(iPVD)処理チャンバーを含む、請求項1に記載の蒸着システムの動作方法。
【請求項36】
前記蒸着システムは、搬送システムを含む、請求項1に記載の蒸着システムの動作方法。
【請求項37】
前記パターニングされた基板のフィールド領域で第2LND蒸着速度を達成するためにターゲットパワーと基板バイアスパワーが調整される第2LND処理を実施し、
開口面において実質的に突出する材料を生成しないようにしながら、前記パターニングされた基板の開口部に追加的な材料を蒸着することをさらに含む、請求項1に記載の蒸着システムの動作方法。
【請求項38】
前記パターニングされた基板を第2処理チャンバー内の第2ウエハテーブル上に位置させ、
前記パターニングされた基板のフィールド領域で第2LND蒸着速度を達成するために第2ターゲットパワーと第2基板バイアスパワーが調整される第2LND処理を実施し、
開口面において実質的に突出する材料を生成しないようにしながら、前記パターニングされた基板の開口部に追加的な材料を蒸着することをさらに含む、請求項1に記載の蒸着システムの動作方法。
【請求項39】
第2NND蒸着速度を生成するために第2ターゲットパワーと第2基板バイアスパワーが調整され、前記パターニングされた基板のフィールド領域で前記NND蒸着速度が約0である第2NND処理を実施し、
前記パターニングされた基板を処理し、それによって、前記パターニングされた基板の開口部の側壁上、前記パターニングされた基板の底部表面上、又は、それらの組合せに追加の材料を蒸着することをさらに含む、請求項14に記載の蒸着システムの動作方法。
【請求項40】
前記パターニングされた基板を第2処理チャンバー内の第2ウエハテーブル上に位置させ、
第2NND蒸着速度を生成するために第2ターゲットパワーと第2基板バイアスパワーが調整され、前記パターニングされた基板のフィールド領域で前記NND蒸着速度が約0である第2NND処理を実施し、
前記パターニングされた基板を処理し、それによって、前記パターニングされた基板の開口部の側壁上、前記パターニングされた基板の底部表面上、又は、それらの組合せに追加の材料を蒸着することをさらに含む、請求項14に記載の蒸着システムの動作方法。
【請求項41】
前記パターニングされた基板を追加の処理チャンバー内のウエハテーブルに位置させ、
追加の処理を実施することをさらに含む、請求項1に記載の蒸着システムの動作方法。
【請求項42】
前記パターニングされた基板を追加の処理チャンバー内のウエハテーブルに位置させ、
追加の処理を実施することをさらに含む、請求項14に記載の蒸着システムの動作方法。
【請求項43】
パターニングされた基板を処理チャンバー内のウエハテーブルの上に位置させ、
前記処理チャンバー内に、高濃度の金属イオンと多数のプロセスガスイオンとを含む高密度プラズマを生成し、
前記パターニングされた基板を前記高密度プラズマに晒し、
ターゲットパワー、基板バイアスパワー、又は、それらの組合せは、NND蒸着速度を達成するために調整され、前記NND蒸着速度は、NNDフィールド蒸着速度、NND側壁蒸着速度、NND底部表面蒸着速度、又は、それらの組合せを含む、NND処理を実施し、
前記NND処理を用いて前記パターニングされた基板を処理し、それによって、前記パターニングされた基板の開口部の側壁上、前記パターニングされた基板の開口部の底部表面上、又は、それらの組合せに材料を蒸着し、処理圧力、処理温度、基板温度、プロセスガス成分、プロセスガス流速、ターゲット材料、ICPパワー、基板位置、ターゲットパワー、基板バイアスパワー、又は、それらの組合せは、前記NND処理中に調整されることを含む、蒸着システムの動作方法。
【請求項44】
前記NNDフィールド蒸着速度は、約−10nm/minから約+10nm/minのである、請求項43に記載の蒸着システムの動作方法。
【請求項45】
前記NNDフィールド蒸着速度は、約−5nm/minから約+5nm/minである、請求項44に記載の蒸着システムの動作方法。
【請求項46】
前記NNDフィールド蒸着速度は、約−10nm/minから約+10nm/minである、請求項43に記載の蒸着システムの動作方法。
【請求項47】
前記NNDフィールド蒸着速度は、約−5nm/minから約+5nm/minである、請求項46に記載の蒸着システムの動作方法。
【請求項48】
前記NND処理は、NND前処理時間、NND処理時間、NND後処理時間、又は、それらの組合せを含み、
前記NND前処理時間は、約0秒から約50秒までの幅があり、前記NND処理時間は、約10秒から約500秒までの幅があり、前記NND後処理時間は、約0秒から約5000秒までの幅がある、請求項43に記載の蒸着システムの動作方法。
【請求項49】
前記NND処理時間は、約150秒より大きく、約250秒未満である、請求項48に記載の蒸着システムの動作方法。
【請求項50】
前記蒸着システムは、前記ウエハテーブルに連結された基板バイアス発生器をさらに含み、
前記方法は、前記NND処理時間の少なくとも一部の間に前記NND基板バイアスパワーをスパッタリング閾値より大きい第1値に調整することを含み、
前記基板バイアスパワーは、約500wから約1500wである、請求項48に記載の蒸着システムの動作方法。
【請求項51】
前記NND基板バイアスパワーは、約750wから約900wである、請求項50に記載の蒸着システムの動作方法。
【請求項52】
前記蒸着システムは、ターゲット、及び、前記ターゲットにNNDターゲットパワーを供給するターゲットパワーソースをさらに含み、
前記方法は、前記NND処理時間の少なくとも一部の間に前記NND蒸着速度を達成するために前記NNDターゲットパワーをある値に調整することをさらに含み、前記NNDターゲットパワーは、約100wから約1500wである、請求項48に記載の蒸着システムの動作方法。
【請求項53】
前記蒸着システムは、前記処理チャンバーの壁に連結されたターゲット、前記ターゲットに連結された永久磁石パック、及び、前記ターゲットに連結されたDCソースをさらに含み、
前記方法は、前記NND処理時間の少なくとも一部の間に前記NND蒸着速度を達成するために前記NNDターゲットパワーをある値に調整することをさらに含み、前記NNDターゲットパワーは、約100wから約1500wである、請求項48に記載の蒸着システムの動作方法。
【請求項54】
前記蒸着システムは、前記処理チャンバーに連結された圧力制御システムをさらに含み、
前記方法は、前記LND処理時間の少なくとも一部の間にLNDチャンバー圧力を達成することを含み、前記LND処理チャンバーは、約1mTorrより大きく、約100mTorr未満である、請求項48に記載の蒸着システムの動作方法。
【請求項55】
前記蒸着システムは、アンテナ、前記アンテナと前記処理チャンバーの壁とに連結された誘電体窓、前記誘電体窓に連結された空気取り入れ口を有する蒸着仕切板、及び、前記アンテナに連結されたICPのRFソースをさらに含み、
前記方法は、前記ICPのRFソースを第1周波数で動作し、前記NND処理時間の少なくとも一部の間にNNDのICPパワーを供給するために前記ICPソースを調整することをさらに含む、請求項48に記載の蒸着システムの動作方法。
【請求項56】
前記NNDのICPパワーレベルは、約1000wより大きく、約10000w未満である、請求項55に記載の蒸着システムの動作方法。
【請求項57】
前記NNDのICPパワーレベルは、約3000wから約6000wである、請求項56に記載の蒸着システムの動作方法。
【請求項58】
前記蒸着システムは、前記処理チャンバーに連結されたガス供給システムをさらに含み、
前記方法は、前記LND処理時間の少なくとも一部の間に前記処理チャンバーに第1プロセスガスを流すことをさらに含み、前記第1プロセスガスは、不活性ガス、窒素含有ガス、酸素含有ガス、金属含有ガス、又は、それらの組合せを含む、請求項48に記載の蒸着システムの動作方法。
【請求項59】
前記不活性ガスは、アルゴン、ヘリウム、クリプトン、ヘリウム、ラドン、キセノン、又は、それらの組合せを含む、請求項58に記載の蒸着システムの動作方法。
【請求項60】
前記金属含有ガスは、タングステン(W)、銅(Cu)、タンタル(Ta)、チタン(Ti)、ルテニウム(Ru)、イリジウム(Ir)、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、鉛(Pt)、又は、それらの組合せを含む、請求項58に記載の蒸着システムの動作方法。
【請求項61】
前記NND処理は、障壁層を蒸着するために使用される、請求項43に記載の蒸着システムの動作方法。
【請求項62】
前記NND処理は、障壁層を修理するために使用される、請求項43に記載の蒸着システムの動作方法。
【請求項63】
前記NND処理は、前記パターニングされた基板の前記開口部の少なくとも1つにパンチスルーを形成するために使用される、請求項43に記載の蒸着システムの動作方法。
【請求項64】
NND処理からLND処理へ前記処理を変化させ、それによって、NND蒸着速度からLND蒸着速度へ前記蒸着速度を変化させ、前記LND蒸着速度は、LNDフィールド蒸着速度、LND側壁蒸着速度、LND底部表面蒸着速度、又は、それらの組合せを含み、前記LNDフィールド蒸着速度は、前記パターニングされた基板のフィールド領域で超低蒸着速度を含み、
前記LND処理を使用して前記パターニングされた基板を処理し、それによって、開口面において実質的に突出する材料を生成しないようにしながら、前記パターニングされた基板のフィールド領域上、前記パターニングされた基板の開口部の側壁上、前記パターニングされた基板の開口部の底部表面、又は、それらの組合せに材料を蒸着し、チャンバー圧力、チャンバー温度、基板温度、プロセスガス成分、プロセスガス流速、ターゲット材料、ICPパワー、基板位置、ターゲットパワー、基板バイアスパワー、又は、それらの組合せは、前記NND処理から前記LND処理への前記処理を変化させるために調整されることを含む、請求項43に記載の蒸着システムの動作方法。
【請求項65】
前記LNDフィールド蒸着速度は、約0nm/minから約+50nm/minである、請求項64に記載の蒸着システムの動作方法。
【請求項66】
前記LNDフィールド蒸着速度は、約0nm/minから約+30nm/minである、請求項65に記載の蒸着システムの動作方法。
【請求項67】
前記LND底部表面蒸着速度は、約−10nm/minから約+10nm/minである、請求項64に記載の蒸着システムの動作方法。
【請求項68】
前記LND底部表面蒸着速度は、約−5nm/minから約+5nm/minである、請求項67に記載の蒸着システムの動作方法。
【請求項69】
前記LND処理チャンバーは、LND前処理時間、LND処理時間、LND後処理時間、又は、それらの組合せを含み、
前記LND前処理時間は、約0秒から約50秒までの幅があり、前記LND処理時間は、約10秒から約500秒までの幅があり、前記LND後処理時間は、約0秒から約5000秒までの幅がある、請求項64に記載の蒸着システムの動作方法。
【請求項70】
前記LND処理時間は、約150秒より大きく、約250秒未満である、請求項69に記載の蒸着システムの動作方法。
【請求項71】
前記LND処理時間の少なくとも一部の間に前記LND基板バイアスパワーをスパッタリング閾値未満の範囲の第2値に調整することをさらに含み、前記LND基板バイアスパワーは、約0wから約1000wである、請求項69に記載の蒸着システムの動作方法。
【請求項72】
前記LND基板バイアスパワーは、約750wから約900wの間である、請求項71に記載の蒸着システムの動作方法。
【請求項73】
前記LND処理時間の少なくとも一部の間に前記LNDターゲットパワーを新たな値に調整することをさらに含み、前記LNDターゲットパワーは、約10wから約2000wである、請求項69に記載の蒸着システムの動作方法。
【請求項74】
前記LNDターゲットパワーは、約800から約1600wである、請求項73に記載の蒸着システムの動作方法。
【請求項75】
前記LND処理時間の少なくとも一部の間にLNDのICPパワーを供給するために前記ICPソースを調整することをさらに含む、前記LNDのICPパワーは、約2000wから約10000wである、請求項69に記載の蒸着システムの動作方法。
【請求項76】
前記LNDのICPパワーは、約3000wから約6000wである、請求項75に記載の蒸着システムの動作方法。
【請求項77】
LND処理時間の少なくとも一部の間にLNDチャンバー圧力を達成することをさらに含み、前記LNDチャンバー圧力は、約1mTorrより大きく、約100mTorr未満である、請求項69に記載の蒸着システムの動作方法。
【請求項78】
前記LND処理時間の少なくとも一部の間に前記処理チャンバーにLNDプロセスガスを流すことをさらに含み、前記LNDプロセスガスは、不活性ガス、窒素含有ガス、酸素含有ガス、金属含有ガス、又は、それらの組合せを含む、請求項69に記載の蒸着システムの動作方法。
【請求項79】
前記不活性ガスは、アルゴン、ヘリウム、クリプトン、ヘリウム、ラドン、キセノン、又は、それらの組合せを含む、請求項78に記載の蒸着システムの動作方法。
【請求項80】
前記金属含有ガスは、タングステン(W)、銅(Cu)、タンタル(Ta)、チタン(Ti)、ルテニウム(Ru)、イリジウム(Ir)、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、鉛(Pt)、又は、それらの組合せを含む、請求項78に記載の蒸着システムの動作方法。
【請求項81】
前記LND処理は、シード層を蒸着するために使用される、請求項64に記載の蒸着システムの動作方法。
【請求項82】
前記LND処理は、シード層を修理するために使用される、請求項64に記載の蒸着システムの動作方法。
【請求項83】
前記LND処理は、障壁層を修理するために使用される、請求項65に記載の蒸着システムの動作方法。
【請求項84】
前記蒸着システムは、イオン化物理蒸着(iPVD)処理チャンバーを含む、請求項43に記載の蒸着システムの動作方法。
【請求項85】
前記蒸着システムは、搬送システムを含む、請求項43に記載の蒸着システムの動作方法。
【請求項86】
前記パターニングされた基板のフィールド領域内で第2LND蒸着速度を達成するためにターゲットと基板バイアスパワーが調整される第2LND処理を実行し、
開口面において実質的に突出する材料を生成しないようにしながら、前記パターニングされた基板の開口部に追加の材料を蒸着することをさらに含む、請求項64に記載の蒸着システムの動作方法。
【請求項87】
第2処理チャンバー内の第2ウエハテーブル上に前記パターニングされた基板を位置させ、
パターニングされた基板のフィールド領域内で第2LND蒸着速度を達成するために第2ターゲットパワーと第2基板バイアスパワーが調整される第2LND処理を実行し、
開口面において実質的に突出する材料を生成しないようにしながら、前記パターニングされた基板に追加の材料を蒸着することをさらに含む、請求項64に記載の蒸着システムの動作方法。
【請求項88】
前記パターニングされた基板のフィールド領域で約0である第2NND蒸着速度を生成するために第2ターゲットパワーと第2基板バイアスパワーが調整される第2NND処理を実行し、
前記パターニングされた基板を処理し、それによって、前記パターニングされた基板の開口部の側壁上、前記パターニングされた基板の開口部の底部表面上、又は、それらの組合せに追加の材料を蒸着することを含む、請求項43に記載の蒸着システムの動作方法。
【請求項89】
第2処理チャンバー内の第2ウエハテーブル上に前記パターニングされた基板を位置させ、
前記パターニングされた基板のフィールド領域内で約0である前記第2NND蒸着速度を生成するために第2ターゲットパワーと第2基板バイアスパワーが調整される第2NND処理を実行し、
前記パターニングされた基板を処理し、それによって、前記パターニングされた基板の開口部の側壁上、前記パターニングされた基板の開口部の底部表面上、又は、それらの組合せに追加の材料を蒸着することをさらに含む、請求項43に記載の蒸着システムの動作方法。
【請求項90】
追加された処理チャンバー内のウエハテーブル上に前記パターニングされた基板を位置させ、
追加の処理を実行することをさらに含む、請求項43に記載の蒸着システムの動作方法。
【請求項91】
追加された処理チャンバー内のウエハテーブル上に前記パターニングされた基板を位置させ、
追加の処理を実行することをさらに含む、請求項64に記載の蒸着システムの動作方法。
【請求項92】
開口面において実質的に突出する材料を生成しないようにしながら、前記パターニングされた基板の開口部に材料を蒸着することによって半導体基板を処理する方法であり、
前記方法は、イオン化物理蒸着(iPVD)システムの処理チャンバー内のウエハテーブルにパターニングされた基板を位置させ、
前記処理チャンバー中に、陽イオンの高フラクションを有する蒸発された金属被覆材料を含む高密度プラズマガスイオンを生成し、
前記パターニングされた基板を前記高密度プラズマに晒し、それと同時に、約30ナノメートル/分未満の、前記パターニングされた基板上のフィールド領域上の正味の蒸着速度を達成するために前記iPVDシステムのパラメータを制御しながら、前記基板上にイオン化物理蒸着処理を実施することを含む、半導体基板を処理する方法。
【請求項93】
前記イオン化物理蒸着処理の実施は、前記基板のビアまたはトレンチの側壁上に障壁層の蒸着することを含む、請求項92に記載の半導体基板を処理する方法。
【請求項94】
前記イオン化物理蒸着処理の実施は、前記基板のビアまたはトレンチの側壁上にシード層の蒸着することを含む、請求項92に記載の半導体基板を処理する方法。
【請求項95】
前記イオン化物理蒸着処理の実施は、前記基板のフィールド領域上で実質的にゼロの蒸着を達成するために、前記iPVDシステムのパラメータを制御することを含む、請求項92に記載の半導体基板を処理する方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【図11】
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【図12】
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【公表番号】特表2007−531271(P2007−531271A)
【公表日】平成19年11月1日(2007.11.1)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−504969(P2007−504969)
【出願日】平成17年2月23日(2005.2.23)
【国際出願番号】PCT/US2005/005869
【国際公開番号】WO2005/103321
【国際公開日】平成17年11月3日(2005.11.3)
【出願人】(000219967)東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【出願人】(505390680)ト−キョ−・エレクトロン・アメリカ・インコーポレーテッド (64)
【Fターム(参考)】