ウェハー表面に等方性イオン速度分布源がある物理的気相堆積法

专利摘要:
ワークピース上への材料のプラズマ支援物理的気相堆積において、金属ターゲットは、ワークピースの直径未満の、ターゲットからワークピースまでの間隔を横断してワークピースに面する。キャリアガスは、チャンバー内に導入され、チャンバー内のガス圧力は、平均自由行程が前記間隔の５％未満である閾値圧力以上に維持される。ＶＨＦ発生器からのＲＦプラズマ源電力は、ターゲットに容量結合プラズマを発生させるためにターゲットに印加され、そのＶＨＦ発生器は、３０ＭＨｚを越える周波数を有する。プラズマは、ワークピースを通ってＶＨＦ発生器の周波数での第１のＶＨＦ大地帰還経路を提供することによってワークピースまで前記間隔を横断して広げられる。
公开号:JP2011515577A
申请号:JP2010550698
申请日:2009-03-12
公开日:2011-05-19
发明作者:ジョン ピピトン，；カール；エム． ブラウン，；ダニエル；ジェイ． ホフマン，；イング リュイ，
申请人:アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ；
IPC主号:C23C14-34

专利说明:

[0001] プラズマ支援物理的気相堆積（ＰＥＣＶＤ）プロセスは、電気相互接続を形成するために半導体ウェハー上に銅などの金属膜を堆積させるために使用される。高レベルのＤＣ電力は、アルゴンなどのキャリアガスの存在下でウェハーの上に位置する銅ターゲットに印加される。プラズマ源電力は、チャンバーを取り囲むコイルアンテナを介して印加されることもある。ＰＥＣＶＤプロセスは典型的には、高アスペクト比孔の側壁および床上に金属を堆積させるためにイオン速度の非常に狭い角度分布に頼る。１つの問題は、どのようにして底面上に堆積される量と比較して側壁上に十分な材料を堆積させるかである。別の問題は、孔の上端近くでのより速い堆積に起因する孔のピンチオフを避けることである。特徴部の寸法の微細化が進むにつれて、典型的な孔のアスペクト比（深さ／幅）は増加し、マイクロエレクトロニクスの特徴部の寸法は今では、約２２ナノメートルまで低減された。より大幅な微細化とともに、各孔の床または底部上の所与の堆積の厚さに対して側壁上に最小限の堆積の厚さを達成することがより困難になった。典型的な孔の増加したアスペクト比は、増え続けるウェハーからスパッタリングターゲットまでの距離およびこれまでよりも低いチャンバー圧力、例えば１ｍＴ未満（衝突による速度プロファイルの広がりを避けるため）を通じて、イオン速度角度分布のさらなる狭小化によって対処された。これは、ウェハーの端部近傍の薄膜の特徴部で観察される問題を生じさせた。極端に小さい特徴部の寸法においては、各高アスペクト比の孔の側壁の一部分は、縮小する特徴部の寸法に適合するよう要求されるウェハーからターゲットまでのより大きな間隔のために、ターゲットの主要部分から影で覆われる。ウェハー端部近傍で最も強調される、この影による影響により、側壁の影で覆われた部分に対して堆積厚を最小にすることが不可能ではないにしても困難となる。さらなる微細化によって、チャンバー圧力のさらなる減少（例えば、１ｍＴ以下）およびウェハーからスパッタリングターゲットまでの間隔のさらなる増加が要求されることになると思われ、それは、前述の問題を悪化させることになる。]
[0002] 側壁の堆積厚を補うために用いられる１つの技術は、各孔の床上に過度の量の金属（例えば、銅）を堆積させ、次いで孔の側壁上のこの過度の部分を再度スパッタリングすることである。この技術は、この影の問題を完全には解決しているわけでなく、さらに、プロセスでの余分なステップおよび生産性に対する制限を示している。]
[0003] 関連する問題は、スパッタリングターゲット（例えば、銅）が、ウェハーへのイオンの十分な流れを保証するために高レベルのＤＣ電力（例えば、ｋＷの範囲）で駆動されなければならないことである。そのような高レベルのＤＣ電力は、ターゲットを急速に消費し（コストを押し上げ）、プロセス全体が５秒未満で完了されるように極端に高い堆積速度を成す。この時間は、ＲＦ源電力インピーダンス整合部が次のプラズマ点火を釣り合わせるために必要とされる時間の約４０％であり、プロセスの約４０％が、インピーダンス整合部および届けられる電力の安定化より前に行われることになる。]
[0004] リアクターチャンバー内のワークピース上に物理的気相堆積を行う方法が提供される。その方法は、金属元素から成り、ワークピースに面する表面を有するターゲットを提供し、ワークピースの直径未満の、ターゲットからワークピースまでの間隔を構築するステップを含む。キャリアガスは、チャンバー内に導入され、チャンバー内のガス圧力は、平均自由行程が前記間隔の５％未満である閾値圧力以上に維持される。ＶＨＦ発生器からはＲＦプラズマ源電力がターゲットに印加され、ターゲットに容量結合プラズマを生成する。そのＶＨＦ発生器は、３０ＭＨｚを超える周波数を有する。その方法はさらに、ワークピースを通ってＶＨＦ発生器の周波数で第１のＶＨＦ大地帰還経路を提供することによってプラズマをワークピースまで前記間隔を横断して広げるステップを含む。]
[0005] 本発明の例となる実施形態が達成され詳細に理解できるように、添付の図面で例示される実施形態を参照することで、上記にて概説された本発明をより具体的に詳述することができる。特定の公知プロセスは、本発明が曖昧とならないように本明細書では論じられないことを理解されたい。]
図面の簡単な説明

[0006] 第１の態様に従うプラズマリアクターの概略図である。
図１のリアクターで成し遂げられるウェハー表面でのイオンの不規則なまたは略等方性速度分布のグラフである。
図２の分布での角速度を示すグラフである。
一実施形態に従う方法を示すブロック図である。
第２の態様に従うプラズマリアクターの図である。
ＡおよびＢは、図１または図５のリアクターでの可変大地帰還インピーダンス素子の代替実施形態を示す図である。] 図１ 図２ 図５
実施例

[0007] 理解を容易にするために、図に共通する同一要素を示すよう、可能な限り同一の参照数字を使用している。一実施形態の要素および特徴は、さらに記載がなくとも他の実施形態に有益に組み込まれてもよい。しかしながら、添付図は本発明の典型的な実施例を示しているに過ぎず、よって、本発明の範囲を制限するものとして考慮してはならないことに留意すべきである。本発明は、他の同等に効果的な実施形態を認めてもよい。]
[0008] 一実施形態では、ＰＥＰＶＤプロセスは、影によって引き起こされる不均一性のない完全に均一な側壁の被覆を２５ｎｍ以下（例えば、１８ｎｍ）の特徴部の寸法で提供する。この実施形態のＰＥＰＶＤプロセスは、ターゲットに容量結合ＲＦプラズマを生成するためにスパッタリングターゲットに対してＶＨＦプラズマ源電力で実行される。プロセスはさらに、スパッタリングターゲットに対して非常に低い（またはゼロの）ＤＣ電力を用いる。ターゲットへの低ＤＣ電力レベルの場合には、プロセスは、インピーダンス整合部素子の整定時間よりも長く、良好なプロセス制御およびチャンバー整合のために十分に長い時間周期にわたって行われてもよい。これらの利点は、金属ターゲットからウェハーへの中性粒子の方向性を少なくとも低減するか、あるいは、全体的に根絶するために高チャンバー圧力を使用することによって実現される。もし実際に残りの堆積が、ウェハーの上の平均自由行程の真空の間隔から生じる中性粒子から遂行されることになるなら、特徴部は、全体的にピンチオフされることになる。しかしながら、ＲＦ電力は、プラズマ内に金属イオンのかなりの密度を維持し、それらを電場によってウェハーへ引き付けることに利用できるようにする。電場は、天井（ターゲット）でのＶＨＦプラズマ源からの残留ＲＦ場、又はウェハーに直接印加される小ＲＦバイアス電力の何れかによって得ることができる。これは次いで、側壁被覆のための何らかの直交（水平）速度成分を持つ主に垂直なイオン速度分布を生成する。その結果、各高アスペクト比孔の側壁および床は、ターゲットからスパッタリングされた材料で共形被覆されることになる。要約すれば、プラズマ源は、中性粒子速度の略等方性分布ならびに大きな垂直成分および比較的小さな非垂直成分または水平成分を含むイオン速度の分布を提供する。ウェハー表面での等方性中性粒子速度分布および多少広がるが主に垂直なイオン速度分布は、ウェハーからスパッタリングターゲットまでの間隔の１／２０であるイオン衝突平均自由行程を保証するためにチャンバーを極端に高い圧力（例えば、１００ｍＴ）に維持することによって実現される。ウェハーでの高スパッタイオン束は、（１）ウェハーからスパッタリングターゲットまでの間隔をウェハー直径のごく少量まで最小化すること、（２）（上述したように、）スパッタリングターゲットにＶＨＦ容量結合プラズマを発生させること、および（３）容量結合プラズマをウェハーに至るまで広げることによって実現される。プラズマは、ウェハーを通る引力性ＶＨＦ大地帰還経路(an attractive VHF ground return path)を提供することによってウェハーに至るまで広げられる。プロセスウィンドウは、スパッタリングターゲットに印加されるＤＣ電力を低減する（または、場合によっては排除する）ことによって拡大され、それにより、ターゲット消費率は減少し、プロセスは、急激でなくなる。不可欠なスパッタリングを失うことのないＤＣターゲット電力のこの低減は、ターゲットへのＶＨＦ電力の印加によって高密度プラズマがターゲットに発生すること、及び、ウェハーからスパッタリングターゲットまでの間隔が減少することによって可能となる。]
[0009] キャリアガスのイオン（例えば、アルゴンイオン）による望ましくないイオン衝撃は、ウェハー表面を覆うプラズマシースでの所望のスパッタリングターゲットイオン（例えば、銅イオン）を選択的に優遇することによって抑制される。この選択は、上限閾値電圧（例えば、３００ボルト）以下にウェハーバイアス電圧を維持することによってなされ、それ以上では、キャリアガス（例えば、アルゴン）イオンがウェハー上の薄膜構造と相互作用するか、あるいは、それを損傷する。しかしながら、ウェハーバイアス電圧は、下限閾値電圧（例えば、１０〜５０ボルト）以上に維持され、それ以上では、スパッタリングターゲット材料（例えば、銅）イオンがウェハー表面に堆積する。そのような低ウェハーバイアス電圧は、（ａ）ウェハーおよび（ｂ）チャンバー側壁をそれぞれ通るＶＨＦ源電力に対するＶＨＦ大地帰還経路インピーダンスの差動制御によって達成される。側壁を通るＶＨＦ大地帰還経路インピーダンスを減少させることは、ウェハーバイアス電圧を減少させる傾向がある。この制御は、側壁およびウェハーをそれぞれ通る大地帰還経路インピーダンスを支配する独立した可変インピーダンス素子によって行われる。]
[0010] ウェハーバイアス電圧はまた、次の通りに最小化される。ターゲットに印加されるＶＨＦ源電力は、他に印加されるＲＦ電力がない場合、ウェハーに対して適度な正バイアス電圧を生成する。この正ウェハーバイアスは、多少の任意低周波数（ＬＦ）ＲＦバイアス電力をウェハーに印加することによって相殺されてもよい。ＬＦバイアス電力は、ウェハーに対して負バイアス電圧を寄与する傾向があり、それにより、その負の寄与は、所望されればゼロに近似するか、あるいは、所望されたものと同程度のウェハーバイアス電圧を作成するためにＶＨＦ源電力の正の寄与に対して調整又は相殺される可能性がある。特に、ウェハーバイアス電圧は、前に言及したキャリアガスイオン衝撃バイアス閾値を大きく下回って低減される。]
[0011] 前述のプロセスは、銅を堆積させるためのＰＥＰＶＤプロセスを参照して上述した。しかしながら、そのプロセスは、銅以外の広範囲の材料を堆積させるために使用できる。例えば、スパッタリングターゲットは、金属ターゲット材料（例えば、チタン、タングステンまたはスズ）のＰＥＰＶＤ堆積のためにチタン、タングステン、スズ（または他の適切な金属材料もしくは合金）であってもよい。さらに、金属（例えば、チタン）ターゲットは、窒化チタンまたは他の金属窒化物の堆積のために窒素プロセスガスとともに用いられてもよく、ここでキャリアガス（アルゴン）は、プラズマ点火のために使用され、次いで金属（チタン）窒化物堆積のために窒素に置き換えられる。]
[0012] 図１を参照すると、第１の実施形態に従うＰＥＰＶＤリアクターは、円筒側壁１０２、天井１０４および床１０６によって規定される真空チャンバー１００を含み、そのチャンバーは、天井１０４と対面関係にあるウェハー１１０を保持するためのウェハー支持部１０８を有する。金属スパッタリングターゲット１１２は、天井１０４の内面に支持される。真空ポンプ１１４は、チャンバー１００内の圧力を所望の大気圧より下の値に維持する。当技術分野では周知の種類の従来型回転磁石アセンブリまたは「マグネトロン」１１６は、スパッタリングターゲット１１２の直上で天井１０４上に位置する。プロセスガス供給部１１８は、アルゴンなどのキャリアガスをチャンバー１００内にガス注入装置１２０を通じて与え、該ガス注入装置１２０は、ガス注入ノズル、ノズルの配列またはガス分配リングであってもよい。] 図１
[0013] ウェハー支持部１０８は、接地された導電性ベース１０８−１、その上に位置してウェハー支持表面１０８−５を有する誘電体パック１０８−３、およびパック１０８−３の内部にあり、誘電体パック１０８−３の薄層１０８−９によってウェハー支持表面から分離されている電極または導電性メッシュ１０８−７を含む静電チャックを具体化してもよい。]
[0014] ＤＣ電力供給部１２２は、マグネトロン１１６内の中央開口部１１６−１を通ってターゲット１１２の中央に接続される。ＶＨＦ周波数を有するＲＦプラズマ源電力発生器１２４は、中央マグネトロン開口部１１６−１を通ってターゲット１１２の中央にＶＨＦインピーダンス整合部１２６を通って結合される。チャック用ＤＣ電圧供給部１２８は、チャック電極１０８−７に接続される。]
[0015] 運転時には、ＶＨＦ電力発生器１２４は、ターゲット１１２において最初はキャリアガスのイオンから成る容量結合プラズマをサポートするために約４ｋＷのプラズマ源電力を提供する。このプラズマは、ターゲット１１２をスパッタリングして、プラズマ内でイオン化されることになる自由なターゲット（例えば、銅）原子を発生させ、マグネトロン１１６の磁場の回転は、ターゲット１１２の消費を分配し、ターゲット１１２近くでのイオン化を促進するのに役立つ。リアクターは、ターゲット１１２に発生されるプラズマがウェハー１１０に達するのを可能とする特徴を含む。１つのそのような特徴に従って、発生器１２４からの容量結合ＶＨＦ電力によってターゲット１１２に形成されるプラズマは、ウェハー１１０を通る（すなわち、ウェハー支持部１０８を通る）引力性ＶＨＦ大地帰還経路を提供することによってウェハー１１０に至るまで広がる。この目的のために、可変インピーダンス素子１３０は、電極１０８−７と大地との間で結合される。この接続以外には、電極１０８−７は、大地から絶縁され、それにより、インピーダンス素子１３０が、電極１０８−７と大地との間の唯一の接続を提供することになる。一実施形態での可変インピーダンス素子１３０は、コンデンサなどの直列リアクタンス１３２、および可変並列リアクタンス１３４、１３６から成り、そのうち、リアクタンス１３４は、可変コンデンサであってもよく、リアクタンス１３６は、可変インダクタであってもよい。リアクタンス１３２、１３４、１３６は、ＶＨＦ発生器１２４の周波数において、その周波数の電流を電極１０８−７から大地へ流すことができるインピーダンスを提供するように選択される。]
[0016] プラズマがターゲットからウェハーまで広がることを可能にする別の特徴は、ウェハー１１０とターゲット１１２との間の間隔の縮小である。ウェハーからターゲットまでの間隔は、ウェハーの直径未満の距離またはウェハーの直径の一部にまで縮小される。例えば、その間隔は、ウェハー直径の１／５であってもよい。３００ｍｍのウェハーの直径に対して、ウェハーからターゲットまでの間隔は、６０ｍｍであってもよい。]
[0017] ポンプ１１４は、高チャンバー圧力（例えば、５０〜２００ｍＴ）を提供するように設定される。チャンバー圧力は、平均自由工程をウェハーからターゲットまでの間隔の長さの１／２０未満に設定するために十分に高い。ターゲット１１２とウェハー１１０との間の空間は空の状態、すなわち、他の装置が存在しない状態であり、それにより、中性粒子の角速度分布の最大分散が、ターゲット１１２からウェハー１１０まで中性子粒子の通過にて多数の衝突によって保証される。結果として生じるプラズマ内の中性粒子の速度の角度分布は、ウェハー表面において０°（ウェハー表面に鉛直）からほぼ９０°（ウェハー表面に平行）までの半球状の角度範囲内で非常に広い（ほぼ均一である）。イオンは、ウェハーバイアス電圧によって提示される引力に起因して、直交方向でピークに達する略均一でない角度分布を有する。図２は、図３で示されるイオン軌道の円錐内の方向の関数としてイオン個数の分布を示す簡易化された図であり、直交方向にピークを示す。このピークは、イオンがウェハーからターゲットまでの間隔内で受ける、主に中性粒子との多数の衝突によって高変動（例えば、０．８）からある変動（例えば、０．２）まで拡大されている。これらの衝突は、電場と競合して垂直線周りのイオン速度分布の鋭いピークを低減し、非垂直（例えば、水平）イオン速度の小さな成分を提供する。イオン角度軌道分布のこの拡大は、中性粒子速度の略等方性角度分布と組み合わされる。この組み合わせは、堆積膜の均一性または共形性を改善する。ウェハー表面でのイオン速度の拡大された角度分布の結果として、比較的小さなウェハーからターゲットまでの間隔と相まって、金属は、非常に高い共形性および均一な厚さでウェハーの表面内の高アスペクト比孔の内面に堆積される。] 図２ 図３
[0018] ターゲット１１２に作成される容量結合プラズマは、キャリアガスからのイオン（例えば、アルゴンイオン）およびターゲットからのイオン（例えば、銅イオン）を含有する。銅イオンは、ウェハー表面に堆積するためにウェハー上に比較的低いプラズマバイアス電圧、典型的には約５０ボルト以下を必要とする。アルゴンイオンは、銅イオンよりもさらに揮発性であり、低シース電圧ではウェハー表面上の特徴部と弾性的に衝突し、損傷を与えるよりもむしろ分散する傾向がある。わずかに大きなバイアス電圧レベル（例えば、３００ボルト）では、アルゴンイオンは、ウェハー上の薄膜特徴部と非弾性的に衝突し、それらを損傷する。従って、理想的な結果は、ウェハーバイアス電圧を例えば約５０ボルト以下に制限することによって達成できる。問題は、どのようにしてウェハーバイアス電圧をそのような低レベルに制限するかである。]
[0019] ウェハーバイアス電圧を制限するための第１の特徴は、プラズマイオンの選択部分をウェハー１１０からチャンバー側壁１０２（金属で形成される）にそらすものである。この特徴は、チャック電極１８０−７に結合された可変ＶＨＦ大地帰還インピーダンス素子１３０、加えて側壁１０２に結合された第２の可変ＶＨＦ大地帰還インピーダンス素子１４０を用いる。側壁可変ＶＨＦインピーダンス素子１４０は、素子１３０のそれに似た構造を有し、（一実施形態では）直列コンデンサ１４２、可変並列コンデンサ１４４および可変インダクタ１４６を含む。側壁可変インピーダンス素子１４０は、側壁１０２と大地との間に接続され、側壁１０２は、この接続を除いて大地から絶縁される。２つの素子１３０、１４０のインピーダンスは、独立して調整可能であり、ウェハー１１０と側壁１０２との間のプラズマ電流の割り当てを決定する。素子１３０、１４０のインピーダンスの調整は、ウェハーバイアス電圧を下へ低レベルまで低減し、そのレベルを正確に選択するように行われる。例えば、ウェハーバイアス電圧の低減は、チャック電極インピーダンス素子１３０によって提示されるＶＨＦ源電力発生器周波数での抵抗を増加させ（ウェハー１１０を通るＶＨＦ大地帰還経路をより引力性でない状態にする）一方で、チャンバー側壁インピーダンス素子１４０によって提示されるＶＨＦ源電力発生器周波数での抵抗を低減する（側壁１０２を通るＶＨＦ大地帰還経路をより引力性の状態にする）ことによって得られてもよい。プラズマ電流の所与の割り当てに対するＶＨＦ源電力周波数での２つのインピーダンス素子１３０、１４０の相対インピーダンスは、ウェハー１１０および導電性側壁１０２の相対面積に依存する。]
[0020] ２つの可変インピーダンス素子１３０、１４０の選択された１つを通るコンダクタンスを低減するために、インピーダンスは、ＶＨＦ発生器１２４の周波数で非常に高い抵抗もしくは開回路として挙動するか、またはＶＨＦ発生器の周波数の高調波（例えば、第２、第３、第４の高調波）で非常に低い抵抗もしくは短絡回路として挙動するように選ばれてもよい。高調波周波数でのそのような挙動は、関心のある高調波の各々に対する調整可能なタンク回路をさらに追加してインピーダンス素子１３０、１４０のどちらかまたは両方で実施されてもよい。これは、所望のフィルターまたは通過帯域特性を達成するためにより多くの可変リアクタンスをインピーダンス素子１３０、１４０に追加することによって遂行されてもよい。例えば、図６Ａを参照すると、可変インピーダンス素子１３０はさらに、第２、第３および第４の高調波で選択されたインピーダンスをそれぞれ提供するように同調されてもよい可変共振回路１３０−１、１３０−２、１３０−３を含んでもよい。図６Ｂを参照すると、可変インピーダンス素子１４０はさらに、第２、第３および第４の高調波で選択されたインピーダンスをそれぞれ提供するように同調されてもよい可変共振回路１４０−１、１４０−２、１４０−３を含んでもよい。] 図６Ａ 図６Ｂ
[0021] ウェハーバイアス電圧を制限するための第２の特徴は、（印加されるどんな他のＲＦ電力もない場合に）ウェハー１１０に対して適度な正バイアス電圧を作成するようなターゲット１１２に印加されるＶＨＦ源電力の傾向を利用する。この第２の特徴は、任意の低周波数ＲＦバイアス電力発生器１５０をチャック電極１０８−７にインピーダンス整合部１５５を通って結合することを伴う。発生器１５０からのＲＦバイアス電力が、ゼロから増加されるにつれて、ＶＨＦ発生器１２４からのＶＨＦ源電力の影響のもとで最初は正であるウェハーバイアス電圧は、下へシフトし、ある点でゼロを横切り、負になる。バイアス電力発生器１５０の出力電力レベルを小さな電力レベル（例えば、約０．１ｋＷ）に注意深く調整することによって、ウェハーバイアス電圧は、非常に小さな値に（例えば、５０ボルト未満に）設定できる。]
[0022] ＶＨＦ源電力発生器１２４は、ターゲット１１２近くでのプラズマイオンの発生のためのプラズマ源電力を提供するので、ＤＣ電力源１２２は、プラズマ発生のための唯一の電力源ではない。ウェハーからターゲットまでの間隔の縮小は、ターゲット１１２とウェハー１１０との間のプラズマ密度の損失を低減するので、ＤＣ電力源１２２への要求は、さらに軽減される。従って、ＤＣ供給部１２２のＤＣ電力レベルは、従来のレベル（例えば、３５〜４０ｋＷ）から２ｋＷのような低いレベルまで低減されてもよい。この特徴は、ターゲット１１２のスパッタリング速度を低減し、従ってターゲットの消費、運転のコストおよびシステム全体に対する熱負荷を低減する。その上、それは、ウェハー１１０上への堆積速度を低減する。より高いＤＣ電力レベル（例えば、３８ｋＷ）では、堆積速度は、極端に高く、堆積時間は、典型的な銅膜の堆積の厚さに対して約５秒に制限されなければならず、そのうちの最初の２秒は、プラズマ点火に続いて平衡または安定に達するインピーダンス整合部１２６によって費やされた。新しい（低減された）ＤＣ電力レベル（数ｋＷ以下）では、堆積時間は、３０秒程度であり、インピーダンス整合部１２６は、プロセス時間の非常に高い割合の間安定している。]
[0023] 高アスペクト比孔の内面への金属被膜の均一性の増加は、リアクターが運転されてもよいプロセスウィンドウを増加させる。従来技術では、高アスペクト比孔の内面への金属堆積は、極めて不均一であり、それは、非常に小さなウェハーごとの実行のばらつき、および、十分な金属被膜が高アスペクト比孔のすべての内面に対して実現され得る非常に狭いプロセスウィンドウしか許容されなかった。さらに、高アスペクト比孔の側壁への不十分な堆積の厚さにより、堆積に続く第２のステップ、すなわち、孔の床または底部に堆積された過度の材料が側壁に移送される再スパッタリングステップの履行が必要とされた。再スパッタリングステップは、典型的には、高アスペクト比孔の床に過度の厚さを堆積することを必要とした。本実施形態では、孔の床および側壁への堆積の均一性の改善により、再スパッタリングの必要性および孔の底部上の過度の厚さの必要性が排除される。これは、生産性を高めるとともに、高アスペクト比孔の床を通ってビアを開けるときに除去されるべき材料の総量を低減する。]
[0024] チャンバーに印加される全電力は、次の表（表Ｉ）でわかるように、図１の実施形態では従来のＰＥＰＶＤプロセスから低減される。] 図１
[0025] 開示されるプロセスは、高アスペクト比孔内への金属堆積のためのＰＥＣＶＤプロセス中の影の問題を克服する。そのような孔は、直径が約２２ナノメートルであってもよく、７：１のアスペクト比（高さ：幅）を有してもよい。本発明より前には、３００ｍｍウェハーの端部近くのそのような孔内へのＰＥＣＶＤ金属堆積は、影の影響を受けて大きな不均一性を示していた。孔の側壁の半径方向の内側と外側とに堆積される金属間の比は、極めて不均一な側壁の堆積に相当する、５０：１の大きさとなった。上記の開示プロセスでは、それは、ほぼ１：１の均一な側壁の堆積に改善されている。]
[0026] 図４は、一態様に従う方法を示す。堆積のために低ウェハーバイアス電圧（例えば、１０〜５０ボルト）を必要とする（銅などの）材料を有するターゲットが提供される（図４のブロック４１０）。低ウェハーバイアス電圧でイオン衝撃損傷を起こす傾向のないアルゴンなどのキャリアガスが、チャンバー内に導入される（ブロック４１２）。プラズマは、ターゲットを電極として使用して容量結合ＶＨＦ源電力によってターゲットに発生する（ブロック４１４）。このプラズマは、ウェハーを通るＶＨＦ大地帰還経路を提供することによって（ブロック４１６）、および狭いウェハーからターゲットまでの間隔を構築することによって（ブロック４１８）ウェハーに至るまで下に広がる。チャンバー圧力は、ウェハーからターゲットまでの間隔の１／２０未満であるイオン平均自由行程長を保証するために十分に高いレベル（例えば、１００ｍＴ）に維持され（ブロック４２０）、ウェハー表面に不規則な、または、ほぼ等方性のイオン速度分布を構築する（ブロック４２２）。ウェハーバイアス電圧は、第１のインピーダンスでウェハーを通る大地帰還経路と第２のインピーダンスでチャンバーの側壁を通る大地帰還経路との間でプラズマを割り当てることによって最小化される（ブロック４２４）。ウェハーバイアス電圧はさらに、ＶＨＦ源電力によって誘起される正バイアス電圧をＬＦバイアス電力発生器によって誘起される負バイアス電圧で相殺することによって最小化される（ブロック４２６）。ブロック４２４および４２６のステップは、ウェハーバイアスを、キャリアガスイオンがイオン衝撃損傷を負わせる可能性がある閾値以下だが、ターゲット材料を堆積させるのに必要な閾値以上に保つように行われる。] 図４
[0027] 図５は、図１の実施形態の変更形態を示し、そこではスパッタリングターゲットＤＣ電力供給部１２２は排除され、任意のＲＦバイアス電力発生器１５０および整合部１５５は存在していない。図５の実施形態では、ウェハーからターゲットまでの間隔は、十分に小さく、ＶＨＦ源電力発生器１２４は、十分に高い出力電力を有し、ウェハー１１０を通るＶＨＦ帰還経路の引力で、ターゲットでの所望のスパッタリング速度およびウェハーでの所望の堆積速度に必要なターゲット１１２でのプラズマイオン密度を提供する。ターゲットへのＤＣ電力がない場合には、ターゲット消費は、より遅く、システムへの熱負荷は、より少なく、プロセスウィンドウは、より広い。] 図１ 図５
[0028] 前述のものは、本発明の実施形態を対象にするが、本発明の他のおよびさらなる実施形態が、それの基本的範囲から逸脱することなく考案されてもよく、それの範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。]

权利要求:

請求項1
リアクターチャンバー内のワークピース上に物理的気相堆積を行う方法であって、金属元素から成り、前記ワークピースに面する表面を有するターゲットを提供し、前記ワークピースの直径未満の、ターゲットからワークピースまでの間隔を構築するステップと、キャリアガスを前記チャンバー内に導入し、前記チャンバー内のガス圧力を平均自由行程が前記間隔の５％未満である閾値圧力以上に維持するステップと、前記ターゲットに容量結合プラズマを発生させるためにＶＨＦ発生器からのＲＦプラズマ源電力を前記ターゲットに印加するステップであって、前記ＶＨＦ発生器は、３０ＭＨｚを越える周波数を有する、ステップと、前記ワークピースを通って前記ＶＨＦ発生器の周波数での第１のＶＨＦ大地帰還経路を提供することによって前記プラズマを前記ワークピースまで前記間隔を横断して広げるステップと、を含む方法。
請求項2
間隔を構築する前記ステップは、前記間隔を前記ワークピースの直径のごく少量である距離に設定するステップを含む、請求項１に記載の方法。
請求項3
前記ごく少量は、１／５を越えない、請求項２に記載の方法。
請求項4
前記ワークピースの直径は、約３００ｍｍであり、前記間隔は、約６０ｍｍであり、前記ガス圧力は、約１００ｍＴである、請求項３に記載の方法。
請求項5
前記チャンバー内のプラズマに対する前記ワークピース上のバイアス電圧を前記キャリアガスのイオン衝撃閾値電圧に対応する上限閾値電圧以下に制限するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
請求項6
前記バイアス電圧を前記金属元素の堆積閾値電圧に対応する下限閾値電圧以上に保持するステップをさらに含む、請求項５に記載の方法。
請求項7
前記ワークピース上のバイアス電圧を制限する前記ステップは、前記チャンバーの側壁を通って第２のＶＨＦ大地帰還経路を提供し、前記第１および第２の大地帰還経路の前記ＶＨＦ周波数での抵抗を割り当てるステップを含む、請求項５に記載の方法。
請求項8
前記割り当てるステップは、前記第１および第２のＶＨＦ大地帰還経路の少なくとも１つにおける可変リアクタンス素子を調整するステップを含む、請求項７に記載の方法。
請求項9
前記調整するステップは、前記第１および第２のＶＨＦ大地帰還経路の１つに前記ＶＨＦ周波数での開回路に対応するインピーダンスを提供するステップを含む、請求項８に記載の方法。
請求項10
前記調整するステップは、前記第１および第２のＶＨＦ大地帰還経路の１つに前記ＶＨＦ周波数のそれぞれの高調波でのそれぞれの短絡回路に対応するインピーダンスを提供するステップを含む、請求項８に記載の方法。
請求項11
前記ワークピース上のバイアス電圧を制限する前記ステップは、低周波数ＲＦプラズマバイアス電力発生器を前記ワークピースに結合し、前記ワークピース上の実質的なバイアス電圧を低減するために前記ＲＦバイアス電力発生器からのＲＦバイアス電力のレベルを調整するステップを含む、請求項５に記載の方法。
請求項12
ＲＦバイアス電力のレベルを調整する前記ステップは、前記ワークピース上の前記バイアス電圧を減少させるようにＲＦバイアス電力の前記レベルを増加させるステップを含む、請求項１１に記載の方法。
請求項13
前記ワークピース上の前記バイアス電圧は、前記ターゲットに印加される前記ＶＨＦ源電力に帰すことができる正電圧成分およびＲＦバイアス電力の前記レベルの関数である負電圧成分を含み、前記調整するステップは、前記正電圧成分を前記負電圧成分で相殺するステップを含む、請求項１２に記載の方法。
請求項14
ＤＣ電力を前記ターゲットに印加するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
請求項15
前記ターゲットに回転マグネトロン場を発生させるステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
請求項16
リアクターチャンバー内のワークピース上に物理的気相堆積を行う方法であって、金属元素から成り、前記ワークピースに面する表面を有するターゲットを提供し、前記ワークピースの直径のごく少量未満の、ターゲットからワークピースまでの間隔を構築するステップと、キャリアガスを前記チャンバー内に導入するステップと、速度の不規則な角度分布が前記ワークピースの表面に構築されるまで前記チャンバー内のガス圧力を増加させるステップと、前記ターゲットに容量結合プラズマを発生させるためにＶＨＦ発生器からのＲＦプラズマ源電力を前記ターゲットに印加するステップであって、前記ＶＨＦ発生器は、３０ＭＨｚを越える周波数を有する、ステップと、前記ワークピースを通って前記ＶＨＦ発生器の周波数での第１のＶＨＦ大地帰還経路を提供することによって前記プラズマを前記ワークピースまで前記間隔を横断して広げるステップと、前記間隔の空間を構造要素のないままにするステップと、を含む方法。
請求項17
前記不規則な分布は、前記ワークピースの平面に対して垂直方向および水平方向に及ぶ角度範囲を横断して５０％未満の変動を有する、請求項１６に記載の方法。
請求項18
前記チャンバー内のプラズマに対する前記ワークピース上のバイアス電圧を前記キャリアガスのイオン衝撃閾値電圧に対応する上限閾値電圧以下に制限するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
請求項19
前記ワークピース上のバイアス電圧を制限する前記ステップは、前記チャンバーの側壁を通って第２のＶＨＦ大地帰還経路を提供し、前記第１および第２の大地帰還経路の前記ＶＨＦ周波数での抵抗を割り当てるステップを含む、請求項１８に記載の方法。
請求項20
前記ワークピース上のバイアス電圧を制限する前記ステップは、低周波数ＲＦプラズマバイアス電力発生器を前記ワークピースに結合し、前記ワークピース上の実質的なバイアス電圧を低減するために前記ＲＦバイアス電力発生器からのＲＦバイアス電力のレベルを増加させることによって前記ワークピースの正バイアス電圧を相殺するステップを含む、請求項１８に記載の方法。