特許 5897013 高アスペクト比特徴部に金属を堆積させる方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5897013

(24)【登録日】2016年3月11日

(45)【発行日】2016年3月30日

(54)【発明の名称】高アスペクト比特徴部に金属を堆積させる方法

(51)【国際特許分類】

   C23C 14/34 20060101AFI20160317BHJP

   H01L 21/285 20060101ALI20160317BHJP

   H01L 21/3205 20060101ALI20160317BHJP

   H01L 21/768 20060101ALI20160317BHJP

   H01L 23/522 20060101ALI20160317BHJP

【ＦＩ】

   C23C14/34 R

   H01L21/285 S

   H01L21/88 J

【請求項の数】14

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2013-529193(P2013-529193)

(86)(22)【出願日】2011年9月6日

(65)【公表番号】特表2013-538295(P2013-538295A)

(43)【公表日】2013年10月10日

(86)【国際出願番号】US2011050507

(87)【国際公開番号】WO2012036936

(87)【国際公開日】20120322

【審査請求日】2014年9月8日

(31)【優先権主張番号】13/223,788

(32)【優先日】2011年9月1日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】61/384,028

(32)【優先日】2010年9月17日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】390040660

【氏名又は名称】アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ

(74)【代理人】

【識別番号】100092093

【弁理士】

【氏名又は名称】辻居 幸一

(74)【代理人】

【識別番号】100082005

【弁理士】

【氏名又は名称】熊倉 禎男

(74)【代理人】

【識別番号】100067013

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 文昭

(74)【代理人】

【識別番号】100086771

【弁理士】

【氏名又は名称】西島 孝喜

(74)【代理人】

【識別番号】100109070

【弁理士】

【氏名又は名称】須田 洋之

(74)【代理人】

【識別番号】100109335

【弁理士】

【氏名又は名称】上杉 浩

(72)【発明者】

【氏名】ブラウン カール

(72)【発明者】

【氏名】リッチー アラン

(72)【発明者】

【氏名】パイピトーン ジョン

(72)【発明者】

【氏名】ルイ イン

(72)【発明者】

【氏名】ホフマン ダニエル ジェイ

【審査官】 伊藤 光貴

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許第０６６４２１４６（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 国際公開第２００９／１１４１８４（ＷＯ，Ａ２）

【文献】 国際公開第２０１０／０４５０３７（ＷＯ，Ａ２）

【文献】 特開２００２−１１８１０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１２９９５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０７６８２９６６（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 国際公開第２０１０／００４８９０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０１６５７７５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００６／００７３２８３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００６−２６９８６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２０５４５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００８／０１９０７６０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開平１０−１３０８３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００８／０２９６７３６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特表２０１３−５３５５７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／００２８４６１（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２３Ｃ １４／００−１４／５８

Ｈ０１Ｌ ２１／２８５

Ｈ０１Ｌ ２１／３２０５

Ｈ０１Ｌ ２１／７６８

Ｈ０１Ｌ ２３／５２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板の第１の表面に形成されて該基板の対向する第２の表面に向けて基板の中に延びる少なくとも５：１の高さ対幅のアスペクト比を有する開口部を有する基板を物理蒸着（ＰＶＤ）チャンバ内で処理する方法であって、
基板の上方でＰＶＤチャンバ内に配置された金属を含むターゲットにＶＨＦ周波数でＲＦ電力を印加し、プラズマ形成ガスからプラズマを形成する段階と、
前記プラズマを用いて前記ターゲットから金属原子をスパッタリングし、一方で該スパッタリングされた金属原子の主要部分を電離させるのに十分な第１の圧力を前記ＰＶＤチャンバ内に維持する段階と、
前記電離金属原子を開口部の底面上と前記基板の第１の表面上とに堆積させる段階と、 前記基板の下に配置された第１の電極に１００Ｈｚから１０ｋＨｚまでのパルス周波数の第１のＲＦ電力を印加し、前記堆積金属原子の少なくとも一部を前記底面及び上面から前記開口部の側壁に再分配する段階と、ここで、前記電離金属原子を堆積させている第１の期間は、前記堆積された金属原子が再分配される第２の時間よりも４倍から５倍長く、
前記電離金属原子の前記堆積及び堆積金属原子の前記再分配を前記金属の第１の層が前記開口部の実質的に全ての表面上に堆積されるまで繰り返す段階と、
を含むことを特徴とする方法。

【請求項2】

前記電離金属原子を堆積させる段階は、
前記電極に５０ワットまで第２のＲＦ電力を印加し、前記電離かつスパッタリングされたターゲット材料を前記開口部の前記底面に向けて誘導する段階、
を更に含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記ターゲットにＤＣ電力を印加し、前記プラズマを該ターゲットに向けて誘導する段階、
を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。

【請求項4】

前記第１のＲＦ電力を印加して前記堆積金属原子の少なくとも一部を再分配する段階は、
前記ＤＣ電力を低下させるか又はオフにして前記プラズマを用いる前記ターゲットからの金属原子のスパッタリングを阻止し、一方で前記堆積金属原子の少なくとも一部を前記側壁に再分配する段階、
を更に含む、
ことを特徴とする請求項３に記載の方法。

【請求項5】

前記第１のＲＦ電力を印加して前記堆積金属原子の少なくとも一部を再分配する段階は、
前記電極に第２のＲＦバイアス電力を前記第１のＲＦバイアス電力と同時に印加うる段階、
を更に含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。

【請求項6】

前記第１のＲＦ電力は、前記基板に近いプラズマエネルギを制御し、前記第２のＲＦバイアス電力は、該基板に近い該プラズマエネルギの分布を制御することを特徴とする請求項５に記載の方法。

【請求項7】

前記第１のＲＦ電力は、第１の周波数で印加され、
前記第２のＲＦバイアス電力は、前記第１の周波数よりも高い第３の周波数で印加される、
ことを特徴とする請求項５に記載の方法。

【請求項8】

前記第２の期間は、反復ＲＦパルスバイアス処理の単一パルスに等しいことを特徴とする請求項１に記載の方法。

【請求項9】

前記基板をエッチングして該基板に前記開口部を形成する段階と、
前記基板の前記上面上にかつ前記開口部の前記側壁及び前記底面に沿って酸化物層を形成する段階と、
スパッタリングされたターゲット材料を堆積させる前に前記酸化物層の上に障壁層を形成する段階と、
を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。

【請求項10】

電気メッキ処理によって材料を前記第１の層の上に堆積させて前記開口部を充填する段階、
を更に含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。

【請求項11】

前記基板は、第１の基板であり、
前記第１の基板の前記第２の表面に隣接して配置された第２の基板を準備する段階であって、前記開口部が、該第１の基板を貫通して延び、該第２の基板の上面が、該開口部の底部を形成する前記準備する段階、
を更に含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

前記開口部の前記底面を除去して前記第１の層又は前記堆積材料のうちの少なくとも一方を露出する段階、
を更に含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。

【請求項13】

前記開口部の前記底面を除去する段階は、化学機械研磨によって前記基板の前記第２の表面を少なくとも部分的に除去して該開口部の該底面を除去する段階を更に含み、
前記基板の前記第２の表面を第２の基板の上面に結合する段階、及び任意的に、
前記開口部を前記第２の基板の前記上面に配置された対応するデバイスに整列させる段階、
を更に含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。

【請求項14】

実行された時に物理的蒸着（ＰＶＤ）チャンバに基板を処理する方法を実施させる命令が格納されたコンピュータ可読媒体であって、
基板が、該基板の第１の表面に形成されて該基板の対向する第２の表面に向けて該基板の中に延びる開口部を有し、
前記開口部は、少なくとも５：１の高さ対幅のアスペクト比を有し、
前記方法が、請求項１から請求項１３に記載の方法のいずれかを含む、
ことを特徴とするコンピュータ可読媒体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、一般的に、基板上に形成された高アスペクト比特徴部に金属を堆積させる方法に関連する。

【背景技術】

【0002】

シリコン貫通バイア（ＴＳＶ）又は類似の技術は、連続金属含有層が基板上の高アスペクト比特徴部内に堆積されることを要求する。例えば、堆積される金属含有層は、特徴部から基板内への材料の拡散を防止する障壁層、又は電気メッキ又は他の適切な技術によって特徴部を充填するためのテンプレートとして使用することができるシード層とすることができる。高アスペクト比特徴部は、例えば、約５：１又はそれよりも大きいアスペクト比を有する特徴部を含む場合がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

本発明者は、連続金属含有層を高アスペクト比特徴部に堆積する改良された技術を開発した。

【課題を解決するための手段】

【0004】

高アスペクト比特徴部に金属を堆積させる方法を本明細書に提供する。一部の実施形態においては、物理蒸着（ＰＶＤ）チャンバ内で基板を処理する方法であり、基板は、基板の第１の表面に形成されて基板の対向する第２の表面に向けて基板の中に延びる開口部を有し、開口部は、少なくとも５：１の高さ対幅のアスペクト比を有し、本方法は、基板の上方でＰＶＤチャンバに配置された金属を含むターゲットにＶＨＦ周波数でＲＦ電力を印加してプラズマ形成ガスからプラズマを形成する段階と、プラズマを用いてターゲットから金属原子をスパッタし、一方でスパッタリングされた金属原子の大部分を電離させるのに十分な第１の圧力をＰＶＤチャンバ内に維持する段階と、開口部の底面上と基板の第１の表面上とに電離金属原子を堆積させる段階と、第１のＲＦ電力を印加して堆積金属原子の少なくとも一部を底面及び上面から開口部の側壁に再分配する段階と、開口部の底面及び側壁上に金属の第１の層が堆積されるまで電離金属原子の堆積及び堆積金属原子の再分配を繰り返す段階とを含む。本発明の他の及び更に別の実施形態を以下に説明する。

【0005】

以上に簡単に要約して詳細に後述する本発明の実施形態は、添付図面に表された本発明の図示の実施形態の参照によって理解することができる。しかし、本発明は、他の等しく有効な実施形態を受け入れることができるので、添付図面は、本発明の典型的な実施形態を示すのみであり、従って、その範囲の制限と見なすべきではないことに注意するものとする。

【0006】

理解を容易にするために、各図に共通な同一要素を示すために可能な場合には同一の参照番号が使用されている。各図は一定の比率には描かれず、かつ明確にするために簡略化されている場合がある。一実施形態の要素及び特徴は、更なる説明なしに他の実施形態に都合良く組み込むことができるように考えられている。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】本発明の一部の実施形態に従って基板を処理する方法の流れ図である。

【図2A】本発明の一部の実施形態に従って高アスペクト比開口部を充填する段階を示す図である。

【図2B】本発明の一部の実施形態に従って高アスペクト比開口部を充填する段階を示す図である。

【図2C】本発明の一部の実施形態に従って高アスペクト比開口部を充填する段階を示す図である。

【図2D】本発明の一部の実施形態に従って高アスペクト比開口部を充填する段階を示す図である。

【図2E】本発明の一部の実施形態に従って高アスペクト比開口部を充填する段階を示す図である。

【図2F】本発明の一部の実施形態に従って高アスペクト比開口部を充填する段階を示す図である。

【図2G】本発明の一部の実施形態に従って高アスペクト比開口部を充填する段階を示す図である。

【図3】本発明の一部の実施形態による物理蒸着（ＰＶＤ）チャンバの概略断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

本発明者は、例えば、ＤＣ物理蒸着（ＤＣ ＰＶＤ）チャンバで行われるような従来型の直流（ＤＣ）スパッタリングが高アスペクト比特徴部の垂直側壁上の金属の堆積を制限する可能性がある狭い角度分布を有することを見出した。本発明者は、更に、ＤＣ ＰＶＤ処理に典型的に要求される高バイアス電力が堆積金属の過度の再スパッタリングを引き起こす可能性があり、これが、特徴部にオーバーハング又はファセットを望ましくなく生成する可能性があることを見出した。こうしたオーバーハング又はファセットは、特徴部に空隙形成をもたらす可能性がある。従って、本発明者は、基板上に形成された高アスペクト比特徴部に金属を堆積させる方法の実施形態を提供したものである。本発明の実施形態は、高アスペクト比特徴部内の空隙形成を引き起こす場合があるオーバーハング又はファセットを低減しながら、高アスペクト比特徴部内の表面の金属での連続した被覆を有利な態様において提供する。本発明の方法は、例えば、製作のバイアファースト又はバイアラースト方法のいずれかのためのシリコン貫通バイア（ＴＳＶ）用途、並びに連続金属層の堆積が有利である場合がある他の適切な用途に利用することができる。

【0009】

図１は、本発明の一部の実施形態に従って基板を処理する方法１００の流れ図を示している。方法１００は、図２に示すように、高アスペクト比特徴部を充填する諸段階に関して後述される。方法１００は、後述されて図３に示す処理チャンバ３００のようなＤＣ及び高周波（ＲＦ）電源の両方を有するあらゆる適切なＰＶＤ処理チャンバ内で行うことができる。

【0010】

方法１００は、例えば、処理チャンバ３００であるＰＶＤチャンバに基板２００を準備することによって１０２で開始される。基板２００は、基板２００の第１の表面２０４内に形成されて基板２００の対向する第２の表面２０６の方向に基板２００内に延びる高アスペクト比開口部２０２を含む。基板２００は、その中に形成された高アスペクト比開口部を有するあらゆる適切な基板とすることができる。例えば、基板２００は、シリコン（Ｓｉ）、（ＳｉＯ₂）、（ＳｉＮ）、又は他の誘電体のうちの１つ又はそれよりも多くを含むことができる。更に、基板２００は、付加的な材料の層を含むことができ、又はその中又はその上に形成された１つ又はそれよりも多くの完成構造体又は部分完成構造体を含むことができる。

【0011】

開口部は、バイア、トレンチ、２重ダマシン構造などを形成するのに使用するような高アスペクト比を有するあらゆる開口部とすることができる。一部の実施形態において、開口部２０２は、少なくとも約５：１の高さ対幅アスペクト比（例えば、高アスペクト比）を有することができる。例えば、一部の実施形態において、アスペクト比は、約１５：１又はそれよりも高いような約１０：１又はそれよりも高いとすることができる。開口部２０２は、あらゆる適切なエッチング処理を用いる基板のエッチングによって形成することができる。開口部２０２は、図示のように底面２０８及び側壁２１０を含む。

【0012】

一部の実施形態において、底面２０８と側壁２１０は、後述の金属の堆積の前に１つ又はそれよりも多くの層で被覆することができる。例えば、図２Ａにおいて点線に示すように、開口部２０２の底面及び側壁と基板２００の第１の表面とは、酸化シリコン（ＳｉＯ₂）、（Ｓｉ）、（ＳｉＮ）、又は他の誘電体のような酸化物層２１２によって被覆することができる。酸化物層は、基板２００をＰＶＤチャンバに準備する前に、例えば、化学気相蒸着（ＣＶＤ）チャンバ内又は酸化チャンバ内で堆積又は成長させることができる。酸化物層２１２は、基板と次に開口部内に堆積される金属含有層との間の電気的及び／又は物理的障壁として役立たせることができ、及び／又は後述される堆積処理中の基板の自然な表面よりも良好な取り付けのための表面として機能することができる。

【0013】

一部の実施形態において、障壁層２１４は、酸化層２１２の上（図示）に又は酸化物層が存在しない時に開口部の底面及び側壁と基板の第１の表面の上に堆積させることができる。障壁層２１４は、上述の酸化物層２１２と同様な目的を果たすことができる。一部の実施形態において、障壁層２１４は、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、タンタル（Ｔａ）、窒化タンタル（ＴａＮ）などのうちの少なくとも１つを含むことができる。障壁層２１４は、開口部２０２内に連続した障壁層を形成するための後述の方法１００の使用によることを含むＣＶＤ又はＰＶＤによるようなあらゆる適切な方法によって堆積させることができる。

【0014】

一部の実施形態において、同じく図２Ａに破線に示すように、開口部２０２は、基板２００を貫通して延びることができ、第２の基板２１８の表面２１６は、開口部２０２の底面２０８を形成することができる。第２の基板２１８は、基板２００の第２の表面２０６に隣接して配置することができる。更に（図２Ｆに示され、かつ後述のように）、論理デバイスなどのようなデバイス、又はゲート、接触パッド、導電バイアなどのような電気的接続性を必要とするデバイスの一部分は、第２の基板２１８の表面２１６内に開口部２０２に整列して配置することができる。

【0015】

１０４で、第１のＲＦ電力（例えば、後述の電源３１８からの）が、基板２００の上方に配置された金属を含むターゲットにＶＨＦ周波数で印加され、プラズマ形成ガスからプラズマを形成する。例えば、ターゲットは、後述のターゲット３０６とすることができる。更に、ターゲットは、開口部２０２の表面及び基板２００の第１の表面２０４上に望ましい材料の連続した障壁層又はシード層を形成するのに適切な１つ又はそれよりも多くの金属又は金属合金などを含むことができる。例えば、ターゲットは、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、銅（Ｃｕ）、又はアルミニウム（Ａｌ）などのうちの１つ又はそれよりも多くを含むことができる。プラズマ形成ガスは、希ガスのような不活性ガス又は他の不活性ガスを含むことができる。例えば、適切なプラズマ形成ガスの非制限的な例は、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）、キセノン（Ｘｅ）、ネオン（Ｎｅ）、水素（Ｈ₂）、又は窒素（Ｎ₂）などを含むことができる。

【0016】

ＲＦ電力は、プラズマ形成ガスからのプラズマの生成及びプラズマによりスパッタリングされた金属原子の電離のうちの１つ又はそれよりも多くのためにＶＨＦ周波数で印加することができる。本明細書で用いる時に、ＶＨＦ周波数とは、約２７ＭＨｚから約１６２ＭＨｚの範囲の周波数である。一部の実施形態において、印加されるＶＨＦ周波数は、約６０ＭＨｚである。ＶＨＦ周波数を高めることにより、プラズマ密度及び／又はターゲットからスパッタリングされた金属原子の電離量を高めることができる。

【0017】

ＤＣ電力は、例えば、後述のようにターゲット３０６に接続したＤＣ電源３２０からターゲットに印加することができ、ターゲットにプラズマが向けられる。ＤＣ電力は、約１から約２キロワット（ｋＷ）の範囲とすることができる。一部の実施形態において、ＤＣ電力は１−５ｋＷ、又は約２ｋＷとすることができる。ＤＣ電力は、基板上にスパッタリングされる金属原子の堆積速度を制御するように調整することができる。例えば、ＤＣ電力を強めると、プラズマのターゲットとの相互作用を高めてターゲットからの金属原子のスパッタリングを増大させることができる。

【0018】

１０６で、金属原子は、プラズマを用いてターゲットからスパッタリングされ、一方でＰＶＤチャンバ内の第１の圧力は、ターゲットからスパッタリングされている金属原子の大部分を電離させるのに十分であるように維持される。例えば、金属原子の大部分とは、ターゲットからスパッタリングされている金属原子の総数の約５０から約７５パーセントの範囲とすることができる。印加される第１のＲＦ電力及びＤＣ電力に加えて、第１の圧力は、処理チャンバの形状（基板サイズ、ターゲット対基板間隔などのような）に依存する場合がある。例えば、第１の圧力は、約６０から９０ミリメートル（ｍｍ）のターゲット対基板間隙で構成されたチャンバ内では約６から約１４０ミリトール（ｍＴ）の範囲とすることができる。一部の実施形態において、第１の圧力は約１００ｍＴｏｒｒである。チャンバ内の第１の圧力は、プラズマ形成ガスの流量及び／又はプラズマ形成ガスと共に流すことができる不活性ガスのような付加的なガスの流量によって維持することができる。第１の圧力は、ターゲットと基板の間に高密度のガス分子を提供することができ、スパッタリングされた金属原子は、それらと衝突して電離することができる。圧力は、ターゲットからスパッタリングされた金属原子の電離量を制御するために更に利用することができる。例えば、ターゲットから基板までの間隙内の圧力を高めると、金属原子との衝突の数を増加させ、かつ電離金属原子の量を増大させることができる。

【0019】

１０８で、図２Ｂに示すように、第１の複数の金属原子２２０は、基板２００の上面２０４上と開口部２０２の底面２０８上とに堆積する。第１の複数の金属原子２２０は、第１の圧力、第１のＲＦ電力、ＤＣ電力、及び／又はＶＨＦ周波数のような上述の処理条件を用いて堆積させることができる。そのような処理条件は、図２Ｂに示すように、基板２００にほぼ垂直な第１の複数の金属原子２２０の向きを容易にすることができる。一部の実施形態において、第１の複数の金属原子２２０の堆積中に、任意的なＲＦ電力を基板２００に（例えば、基板支持体内のような基板２００の下に配置された電極に）印加することができる。このＲＦ電力（ＲＦバイアス電力とも呼ばれる）は、約２から約１３．５６ＭＨｚの範囲の周波数及び約５０Ｗまでの電力で印加することができる。一部の実施形態において、ＲＦバイアス電力の周波数は、約２ＭＨｚ、又は約１３．５６ＭＨｚ、又は別のＲＦ電源がＰＶＤチャンバの基板支持ペデスタル（又はその中に収容された電極）に接続している場合はその両方とすることができる。複数の第１の金属原子２２０を堆積させる間に提供される任意的なＲＦバイアス電力は、開口部２０２の口部の上のあらゆるオーバーハングの形成を最小にするように金属原子の堆積のエネルギを最小にするような小さい電力とすることができる。

【0020】

１１０で、図２Ｃに示すように、第１のＲＦ電力（本明細書では第１のＲＦバイアス電力とも呼ばれる）が、第１の複数の金属原子２２０の少なくとも一部を開口部２０２の底面２０８から開口部２０２の側壁２１０に再分配するために基板の下に配置された電極に印加される。第１のＲＦバイアス電力は、約２から約１３．５６ＭＨｚの範囲の周波数で印加することができる。例えば、一部の実施形態において、第１のＲＦバイアス電力の周波数は、約２ＭＨｚ、又は約１３．５６ＭＨｚ、又は任意的な第２のＲＦバイアス電源（図３に示す第２のＲＦ電源３６３）が図３に示されて後述するように基板支持ペデスタル３０２に更に接続している場合はその両方とすることができる。第１のＲＦバイアス電力は、図２Ｃに示すように、基板２００への入射イオン２２４のイオンエネルギを高め及び／又はその入射の角度を高めるために利用することができる。例えば、基板２００への入射イオンは、電離金属原子、プラズマからの電離元素、又はその組合せを含むことができる。第１のＲＦバイアス電力は、図２Ｂに示すように、例えば、開口部２０２の底面２０８上に堆積した金属原子への衝撃を強めるためにイオンエネルギを増大するように高めることができる。開口部の底面２０８への強めたイオンの衝撃は、図示のように側壁２１０上への金属原子の第１の複数の金属原子２２０の少なくとも一部の再分配を容易にすることができる。第１のＲＦバイアス電力は、上述のように第１の複数の金属原子２２０の堆積中に印加される任意的なＲＦバイアス電力よりもかなり大きくすることができる。例えば、第１のＲＦバイアス電力は、約５０Ｗより大きく、又は約０から約２００Ｗの範囲とすることができる。一部の実施形態において、第１のＲＦバイアス電力は、約５０Ｗである。

【0021】

一部の実施形態において、第１のＲＦバイアス電力と第２のＲＦバイアス電力とが同時に利用される場合（上述のように）、第１のＲＦバイアス電力は、基板２００に近いイオンエネルギを制御するのに使用することができ、第２のＲＦバイアス電力は、基板２００に近いイオンエネルギ内の分布を制御するために使用することができる。

【0022】

一部の実施形態において、同じく図２Ｃにも示すように、第１の複数の金属原子２２０の少なくとも一部は、基板２００の上面２０４から開口部２０２内に再分配することができる。例えば、図２Ｃに示すように、印加した第１のＲＦバイアス電力に少なくとも部分的に起因する入射イオン２２４の基板２００に対する非垂直な入射角により、第１の複数の金属原子２２０の少なくとも一部は、上面２０４から開口部２０２の側壁２１０に再分配することができる。

【0023】

一部の実施形態において、１０８での第１の複数の金属原子２２０の堆積は、１１２での再分配中に実質的に低減し又は停止させることができる。例えば、同じく一部の実施形態において、ターゲットに印加されるＤＣ電力は、再分配中に低下させ又は停止させることができ、ターゲットからの金属原子のスパッタリングが防止される。そのような実施形態は、再分配中の上面２０４及び底面２０８の上の堆積金属原子の層の厚みを低減するために利用することができる。従って、この実施形態において、基板２００への入射イオン２２４は、実質的にプラズマ形成ガスの電離元素を含むことができる。

【0024】

代替的に、一部の実施形態において、１１２で、ＤＣ電力は、プラズマを用いるターゲットからの金属原子のスパッタリングを継続するように維持され、一方で第１の複数の金属原子２２０の少なくとも一部が側壁２１０に再分配される。代替的に又は組み合わせて、１１２で、ターゲットに印加されるＲＦソース電力又は第１の圧力のうちの少なくとも一方は、第１の複数の金属原子２２０の堆積を継続するように維持することができ、一方で第１の複数の金属原子２２０の少なくとも一部が再分配される。一部の実施形態において、１１２で、基板２００への入射電離金属原子の量を低減し及び／又はプラズマ密度を低下させるために第１の圧力が第２の圧力に低減され、第１の複数の金属原子２２０の少なくとも一部の再分配中のターゲットからの金属原子のスパッタの低減がもたらされる。第２の圧力は、約２０から約８０ｍＴｏｒｒの範囲とすることができる。

【0025】

１１２で、金属原子の１０８での堆積と１１０での再分配は、図２Ｆに示すように、金属の第１の層２３０が開口部２０２の実質的に全ての表面に堆積されるまで繰り返すことができる。例えば、１０８での堆積の第２の繰返しにおいて、第２の複数の金属原子２２８は、図２Ｄに示すように、基板２００の上面２０４上及び開口部２０２の底面２０８上の第１の複数の金属原子２２０の上に堆積させることができる。第２の複数の金属原子２２８は、第１の複数の金属原子２２０に用いた上述の処理条件のいずれか又は全てを用いて堆積させることができる。第２の複数の金属原子２２８は、第１の複数の金属原子２２０の時と同じ処理条件を用いて堆積させることができ、又は代替的に第１の層の望ましい厚み要件などに基づいて処理条件を変更することができる。更に、第２の複数の金属原子２２８は、第１の複数の金属原子２２０と同じ金属である。

【0026】

同様に、１１０での再分配の第２の繰返しにおいて、図２Ｅに示すように、第１のＲＦバイアス電力は、開口部２０２の底面２０８から開口部２０２の側壁２１０に第２の複数の金属原子２２８の少なくとも一部を再分配するように印加される。第２の複数の金属原子２２８は、第１の複数の金属原子２２０に用いた上述の処理条件のいずれか又は全てを用いて再分配することができる。例えば、上述のイオン２２４と実質的に同じとすることができる基板への入射イオン２２９は、第２の複数の金属原子２２８の少なくとも一部を開口部２０２の側壁２１０に再分配するために使用することができる。

【0027】

１０８での堆積は、第１の期間にわたって行うことができ、１１０での再分配は、第１の期間とは異なる第２の期間にわたって行うことができる。一部の実施形態において、電離金属原子は、堆積金属原子が再分配される第２の期間よりも約４から約５倍長い第１の期間にわたって堆積される。例えば、第２の期間にわたる堆積金属原子の再分配（又は第２の期間にわたる第１のＲＦバイアス電力の印加）は、反復ＲＦパルスバイアス処理の単一パルスに対応することができる。例えば、再分配の第１の繰返しは、第１のパルスとすることができ、再分配の第２の繰返しは、第２のパルスとすることができる。更に、第１の層２３０が望ましい厚みに堆積されるまで及び／又は開口部２０２の実質的に全ての表面を十分に被覆するまで、第３の繰返し及び更に別の繰返しを追加的に存在させることができる。一部の実施形態において、パルスの周波数は、パルスが第２の期間にわたる第１のＲＦバイアス電力の印加を含む時に、約１００ヘルツ（Ｈｚ）から約１０キロヘルツ（ｋＨｚ）の範囲とすることができる。

【0028】

第１の層２３０が１１２から形成された後に、方法１００はほぼ終了し、基板は、例えば、図２Ｇに示すように、開口部２０２を充填するために第１の層２３０の上に材料を堆積させることによる更に別の処理を継続することができる。材料２３２は、電気メッキによるなどのあらゆる適切な技術によって堆積させることができる。例えば、第１の層２３０は、その上に材料２３２が電気メッキ処理によってメッキされるシード層として機能することができる。材料２３２は、金属又は金属合金などを含むことができる。一部の実施形態において、この材料は、銅（Ｃｕ）又はタングステン（Ｗ）のうちの１つ又はそれよりも多くを含む。一部の実施形態において、堆積材料と第１の層２３０の金属とは同じ材料である。

【0029】

一部の実施形態において、同じく図２Ａに関して上述したように、第２の基板２１８は、上述の１０４−１１４を行う前に準備することができる。従って、図２Ｇに示すように、第２の基板２１８は、基板２００の第２の表面２０６に隣接して配置され、開口部２０２は基板２００を貫通し、第２の基板２１８の表面２１６は、開口部２０２の底面を形成する。更に、デバイス又は導電性特徴部２３４は、第２の基板内に配置して表面２１６で露出することができ、デバイス又は導電性特徴部２３４は、開口部２０２に整列する。基板２００の第１の表面２０４は、堆積金属原子を除去するために更に処理することができる。例えば、図２Ｇに示すように、第１の表面２０４から堆積金属原子を除去するために、化学機械研磨技術又はエッチングなどを使用することができる。

【0030】

一部の実施形態において、上述のように材料２３２を堆積させた後に、基板２００の第２の表面２０６から材料を除去することができ、第１の層２３０又は堆積材料２３２のうちの少なくとも１つが露出される（図２Ｇでは第１の層２３０が露出するとして示されている）。第２の表面２０６からの材料の除去は、基板２００の第１の表面２０４からの堆積金属の除去のための上述のような化学機械研磨又は類似の技術によって行うことができる。

【0031】

第１の層２３０又は堆積材料２３２のうちの少なくとも１つを露出するための第２の表面２０６からの材料の除去の後、基板２００の第２の表面２０６は、第２の基板２１８の表面２１６に結合することができる。一部の実施形態において、第２の基板２１８の表面２１６に露出したデバイス又は導電性２３４特徴部は、基板２００内の開口部２０２に整列させることができる。

【0032】

図３は、本発明の一部の実施形態による物理蒸着チャンバ（処理チャンバ３００）の概略断面図である。適切なチャンバの例は、ＡＬＰＳ（登録商標）ＰＬｕｓ及び「ＳＩＰ ＥＮＣＯＲＥ（登録商標）」ＰＶＤ処理チャンバを含み、両方はカリフォルニア州サンタクララ所在の「Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．」から市販されている。「Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．」及び他の製造業者が提供する他の処理チャンバも、本明細書に開示する本発明の装置から利益を得ることができる。

【0033】

処理チャンバ３００は、基板３０４をその上に収容する基板支持ペデスタル３０２と、ターゲット３０６のようなスパッタリング原とを含む。基板支持ペデスタル３０２は、チャンバ壁（図示のように）又は接地シールド（接地シールド３４０は、ターゲット３０６の上方のチャンバ３００の少なくともいくらかの部分を被覆して示されている。同じく一部の実施形態において、接地シールド３４０は、ターゲットの下方に延びることができ、ペデスタル３０２を包み込む。）とすることができる接地筐体壁３０８内部に位置することができる。

【0034】

一部の実施形態において、処理チャンバは、ＲＦエネルギ及びＤＣエネルギをターゲット３０６に結合するための給送構造体を含む。給送構造体は、ターゲットに又は例えば本明細書に説明するターゲットを含むアセンブリにＲＦエネルギ及びＤＣエネルギを結合するための装置である。給送構造体の第１の端部は、ＲＦ電源３１８及びＤＣ電源３２０に結合することができ、それらは、ターゲット３０６にＲＦエネルギ及びＤＣエネルギを供給するためにそれぞれ利用することができる。例えば、ＤＣ電源３２０は、ターゲット３０６に負の電圧又はバイアスを印加するのに利用することができる。一部の実施形態において、ＲＦ電源３１８によって供給されるＲＦエネルギは、約２ＭＨｚから約６０ＭＨｚの周波数の範囲とすることができ、又は例えば２ＭＨｚ、１３．５６ＭＨｚ、２７．１２ＭＨｚ、又は６０ＭＨｚのような非制限周波数を使用することができる。一部の実施形態において、複数の上述の周波数でＲＦエネルギを供給するために複数のＲＦ電源（すなわち、２つ又はそれよりも多く）を準備することができる。給送構造体は、ＲＦ電源３１８及びＤＣ電源３２０からＲＦエネルギ及びＤＣエネルギを伝導する適切な導電材料で製造することができる。

【0035】

一部の実施形態において、給送構造体は、給送構造体の周囲の周りでのそれぞれのＲＦエネルギ及びＤＣエネルギの実質的に均一な分配を容易にする適切な長さを有することができる。例えば、一部の実施形態において、給送構造体は、約１から約１２インチ、又は約４インチの長さを有することができる。一部の実施形態において、本体は、少なくとも約１：１の長さ対内径比を有することができる。少なくとも１：１又はより大きい比の提供は、給送構造体からのより均一なＲＦ送出をもたらす（すなわち、ＲＦエネルギが給送構造体の周りにより均一に分配され、ＲＦ結合を給送構造の真の中心点に接近させる）。給送構造体の内径は、例えば、約１インチから約６インチ、又は約４インチの直径を用いてできるだけ小さくすることができる。より小さい内径の提供は、給送構造体の長さを増大させることなく長さ対ＩＤ比を高めることを容易にする。

【0036】

給送構造体の第２の端部は、ソース配分プレート３２２に結合することができる。ソース配分プレートは、ソース配分プレート３２２を通って配置されて給送構造体の中央開口部に整列する孔３２４を含む。ソース配分プレート３２２は、給送構造体からのＲＦエネルギ及びＤＣエネルギを伝導する適切な導電材料で製造することができる。

【0037】

ソース配分プレート３２２は、導電性部材３２５を通じてターゲット３０６に結合することができる。導電性部材３２５は、ソース配分プレート３２２の周縁に近いソース配分プレート３２２のターゲット向き表面３２８に結合した第１の端部３２６を有する管状部材とすることができる。導電性部材３２５は、ターゲット３０６の周縁の近くのターゲット３０６のソース配分プレート向き表面３３２に（又はターゲット３０６のバッキングプレート３４６に）結合する第２の端部３３０を更に含む。

【0038】

空洞３３４は、導電性部材３２５の内向き壁と、ソース配分プレート３２２のターゲット向き表面３２８と、ターゲット３０６のソース配分プレート向き表面３３２とによって形成することができる。空洞３３４は、ソース配分プレート３２２の孔３２４を通じて本体の中央開口部３１５に連通している。空洞３３４と本体の中央開口部３１５とは、図３に示され更に後述のように、回転マグネトロンアセンブリ３３２の１つ又はそれよりも多くの部分を少なくとも部分的に収容するために利用することができる。一部の実施形態において、空洞は、水（Ｈ₂Ｏ）などのような冷却流体で少なくとも部分的に満たすことができる。

【0039】

接地シールド３４０は、処理チャンバ３００の蓋の外面を被覆するために設けることができる。接地シールド３４０は、例えば、チャンバ本体の接地接続部を通じて接地と結合することができる。接地シールド３４０は、給送構造体がソース配分プレート３２２に結合するために接地シールド３４０を通過することを可能にする中央開口部を有する。接地シールド３４０は、アルミニウム又は銅などのようなあらゆる適切な導電材料を含むことができる。絶縁間隙３３９が、接地シールド３４０と、分配プレート３２２、導電性部材３２５、及びターゲット３０６（及び／又はバッキングプレート３４６）の外面との間に提供され、ＲＦエネルギ及びＤＣエネルギが接地に直接送られることが防止される。絶縁間隙は、空気、又はセラミック又はプラスチックなどのような他の適切な誘電体で満たすことができる。

【0040】

一部の実施形態において、接地カラーは、給送構造体の本体と下側部分との周りに配置することができる。接地カラーは、接地シールド３４０に結合され、接地シールド３４０の一体部分又は接地シールドに結合された独立部分とすることができ、給送構造体の接地を提供する。接地カラー３４０は、アルミニウム又は銅のような適切な導電材料で製造することができる。一部の実施形態において、接地カラーの内径と給送構造体の本体の外径との間に配置された間隙は、できるだけ小さく、かつ電気的分離を提供するのに過不足のないように保つことができる。間隙は、プラスチック又はセラミックのような絶縁材料で満たすことができ、又は空隙とすることができる。接地カラーは、ＲＦ給送部（例えば、以下で説明する電気給送部２０５）と本体の間のクロストークを防止し、それによってプラズマ及び処理の均一性を改善する。

【0041】

絶縁プレート３３８は、ソース配分プレート３２２と接地シールド３４０の間に配置することができ、ＲＦ及びＤＣエネルギが接地に直接に送られることが防止される。絶縁プレート３３８は、給送構造体がソース配分プレート３２２に結合するために絶縁プレート３３８を通過することを可能にする中央開口部を有する。絶縁プレート３３８は、セラミック又はプラスチックなどのような適切な誘電体を含むことができる。代替的に、絶縁プレート３３８の代わりに空隙を設けることができる。絶縁プレートの代わりに空隙が設けられる実施形態においては、接地シールド３４０は、接地シールド３４０上に置かれるあらゆる構成要素を支持するのに十分な構造的健全性を有することができる。

【0042】

ターゲット３０６は、接地導電性アルミニウムアダプタ３４２上に誘電絶縁体３４４を通じて支持することができる。ターゲット３０６は、金属又は金属酸化物のようなスパッタリング中に基板１０４上に堆積される材料を含む。一部の実施形態において、バッキングプレート３４６は、ターゲット３０６のソース配分プレート向き表面３３２に結合することができる。バッキングプレート３４６は、銅−亜鉛、銅−クロム、又はターゲットと同じ材料のような導電材料を含むことができ、それによってＲＦ電力及びＤＣ電力は、バッキングプレート３４６を通じてターゲット３０６に結合することができる。代替的に、バッキングプレート３４６は、非導電性とすることができ、かつ導電性部材３２５の第２の端部３３０にターゲット３０６のソース配分プレート向き表面３３２を結合するための電気貫通部などのような導電性要素（図示せず）を含むことができる。バッキングプレート３４６は、例えば、ターゲット３０６の構造安定性を改善するために含むことができる。

【0043】

基板支持ペデスタル３０２は、ターゲット３０６の主面に向いた材料受け入れ表面を有し、ターゲット３０６の主面に相対する平面の位置にスパッタ被覆される基板３０４を支持する。基板支持ペデスタル３０２は、処理チャンバ３００の中央領域３４８内に基板３０４を支持することができる。中央領域３４８は、処理中の基板支持ペデスタル３０２の上方の領域として定められる（例えば、処理位置にある時のターゲット３０６と基板支持ペデスタル３０２の間）。

【0044】

一部の実施形態において、基板支持ペデスタル３０２は、底部チャンバ壁３５２に接続したベローズ１５０によって垂直に移動することができ、処理チャンバ３００の下側部分内のロードロックバルブ（図示せず）によって基板３０４が基板支持ペデスタル３０２上に移送され、その後に堆積位置又は処理位置に持ち上げられることが可能とされる。１つ又はそれよりも多くの処理ガスは、ガス源３５４から質量流量コントローラ３５６を通じてチャンバ３００の下側部分の中に供給することができる。処理チャンバ３００の内部を排気して処理チャンバ３００内の望ましい圧力の維持を容易にするために排気ポート３５８が設けられ、バルブ３６０を通じてポンプ（図示せず）に結合することができる。

【0045】

基板３０４上に負のＤＣバイアスを誘起するために、ＲＦバイアス電源３６２を基板支持ペデスタル３０２に結合することができる。更に、一部の実施形態において、負のＤＣ自己バイアスは、処理中に基板３０４上に形成することができる。例えば、ＲＦバイアス電源３６２によって供給されるＲＦ電力は、約２ＭＨｚから約６０ＭＨｚの周波数の範囲とすることができ、例えば、２ＭＨｚ、１３．５６ＭＨｚ、又は６０ＭＨｚのような非制限周波数を使用することができる。更に、第２のＲＦバイアス電源３６３を基板支持ペデスタル３０２に結合して、ＲＦバイアス電源３６２と共に使用するために上述の周波数のいずれかを提供することができる。他の用途においては、基板支持ペデスタル３０２は、接地することができ、又は電気的フローティングのままとすることができる。例えば、ＲＦバイアス電力が所望されない場合がある用途に対して、基板３０４上の電圧を調整するために、キャパシタンス調節器３６４を基板支持ペデスタルに結合することができる。

【0046】

回転式マグネトロンアセンブリ３３６は、ターゲット３０６の背面（例えば、ソース配分プレート向き表面３３２）の近くに配置することができる。回転式マグネトロンアセンブリ３３６は、ベースプレート３６８によって支持された複数のマグネット３６６を含む。ベースプレート３６８は、チャンバ３００と基板３０４との中心軸に一致する回転シャフト３７０に接続する。マグネトロンアセンブリ３３６の回転を駆動するために、回転シャフト３７０の上端にモータ３７２を結合することができる。マグネット３６６は、ターゲット３０６の表面にほぼ平行にかつ接近してチャンバ３００内部に磁場を発生させ、電子を捕捉して局所プラズマ密度を高め、これは、同じくスパッタリング速度を高める。マグネット３６６は、チャンバ３００の上部の周囲に電磁場を発生させ、かつマグネット３６６が回転してその電磁場を回転させ、これは、ターゲット３０６をより均一にスパッタさせるように処理のプラズマ密度に影響を与える。例えば、回転シャフト３７０は、１分間に約０から１５０回転することができる。

【0047】

一部の実施形態において、チャンバ３００は、アダプタ３４２のレッジ３７６に接続した処理キットシールド３７４を更に含むことができる。アダプタ３４２は、逆に、アルミニウムのチャンバ側壁３０８に対して密封され、かつ接地される。一般的に、処理キットシールド３７４は、アダプタ３４２の壁とチャンバ壁３０８とに沿って基板支持ペデスタル３０２の上面よりも下まで下向きに延び、かつ基板支持ペデスタル３０２の上面に達するまで上向きに戻る（例えば、底部でｕ字形状部分３８４を形成する）。代替的に、処理キットシールドの最も下の部分がｕ字形状部分３８４でなくてもよく、あらゆる適切な形状を有することができる。カバー・リング３８６は、基板支持ペデスタル３０２がその下位の装填位置にある時に処理キットシールド３７４の上向きに延びるリップ３８８の上端に載っているが、ペデスタルがその上位の堆積位置にある時に基板支持ペデスタル３０２の外側周囲に載って基板支持ペデスタル３０２をスパッタ堆積から保護する。基板３０４の周囲を堆積から遮断するために付加的な堆積リング（図示せず）を使用することができる。処理キットシールドの実施形態は、本発明により後述される。

【0048】

一部の実施形態において、基板支持ペデスタル３０２とターゲット３０６の間に磁場を選択的に提供するために、マグネット３９０をチャンバ２００の周りに配置することができる。例えば、図３に示すように、マグネット３９０は、処理位置にある時の基板支持ペデスタル３０２のすぐ上の領域にあるチャンバ壁３０８の外側の周りに配置することができる。一部の実施形態において、マグネット３９０は、アダプタ３４２に隣接するなどの他の位置に追加的又は代替的に配置することができる。マグネット３９０は、電磁石とすることができ、電磁石によって発生する磁場の強度を制御するため電源（図示せず）に結合することができる。

【0049】

コントローラ３１０を提供して処理チャンバ３００の様々な構成要素に結合することができ、それらの作動が制御される。コントローラ３１０は、中央演算処理ユニット（ＣＰＵ）３１２と、メモリ３１４と、サポート回路１１６とを含む。コントローラ３１０は、処理チャンバ３００を直接に制御することができ、又は特定の処理チャンバ及び／又はシステムサポート構成要素に伴ったコンピュータ（又はコントローラ）を通じて制御することができる。コントローラ１１０は、様々なチャンバ及びサブプロセッサを制御するための産業環境で使用することができるあらゆる種類の汎用コンピュータプロセッサのうちの１つとすることができる。コントローラ３１０のメモリ又はコンピュータ可読媒体４３４は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読取専用メモリ（ＲＯＭ）、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、光記録媒体（例えば、コンパクトディスク又はデジタルビデオディスク）、フラッシュドライブ、又はローカル又はリモートのあらゆる他の形態のデジタルストレージのような１つ又はそれよりも多くの容易に使用可能なメモリとすることができる。サポート回路３１６は、プロセッサをサポートするために典型的な方式でＣＰＵ３１２に結合される。これらの回路は、キャッシュ、電源、クロック回路、入力／出力回路、及びサブシステムなどを含む。本明細書に説明する本発明の方法は、本明細書に説明する方式で処理チャンバ３００の作動を制御するように実行又は起動することができるソフトウエアルーチンとしてメモリ３１４に格納することができる。ソフトウエアルーチンは、ＣＰＵ３１２によって制御されているハードウエアからリモートに設けられた第２のＣＰＵ（図示せず）によっても格納及び／又は実行することができる。

【0050】

すなわち、基板に形成された高アスペクト比特徴部に金属を堆積させる方法を本明細書に提供した。本発明の方法は、高アスペクト比特徴部内の空隙形成を引き起こす可能性があるオーバーハング又はファセットを低減しながら、高アスペクト比特徴部の表面の金属による連続被覆を有利な態様において提供する。本発明の方法は、例えば、製作のバイアファースト又はバイアラースト方法のいずれかのためのシリコン貫通バイア（ＴＳＶ）用途、並びに高アスペクト比開口部内の連続金属層の堆積が有利である他の適切な用途に利用することができる。

【0051】

以上は、本発明の実施形態に関するものであるが、本発明の基本範囲を逸脱することなく本発明の他のかつ更に別の実施形態を案出することができる。

【符号の説明】

【0052】

１００ 本発明の方法
１０２ ＰＶＤチャンバに基板を準備する段階
１０４ プラズマ形成ガスからプラズマを形成する段階
１０８ 第１の複数の金属原子を堆積させる段階

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図2D】

【図2E】

【図2F】

【図2G】

【図3】