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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-07-05
(54)【発明の名称】基板を処理するための方法および装置
(51)【国際特許分類】
C23C 14/14 20060101AFI20240628BHJP
C23C 14/35 20060101ALI20240628BHJP
H01L 21/285 20060101ALI20240628BHJP
H01L 21/3205 20060101ALI20240628BHJP
【ＦＩ】
C23C14/14 B
C23C14/14 C
C23C14/14 D
C23C14/35 Z
H01L21/285 S
H01L21/88 B
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2024501745
(86)(22)【出願日】2022-06-16
(85)【翻訳文提出日】2024-01-12
(86)【国際出願番号】 US2022033809
(87)【国際公開番号】W WO2023287544
(87)【国際公開日】2023-01-19
(31)【優先権主張番号】17/375,654
(32)【優先日】2021-07-14
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【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
【住所又は居所原語表記】３０５０ Ｂｏｗｅｒｓ Ａｖｅｎｕｅ Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ ＣＡ ９５０５４ Ｕ．Ｓ．Ａ．
(74)【代理人】
【識別番号】100094569
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 伸一郎
(74)【代理人】
【識別番号】100103610
【弁理士】
【氏名又は名称】▲吉▼田 和彦
(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】100067013
【弁理士】
【氏名又は名称】大塚 文昭
(74)【代理人】
【識別番号】100120525
【弁理士】
【氏名又は名称】近藤 直樹
(74)【代理人】
【識別番号】100139712
【弁理士】
【氏名又は名称】那須 威夫
(74)【代理人】
【識別番号】100141553
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴木 信彦
(74)【代理人】
【識別番号】100176418
【弁理士】
【氏名又は名称】工藤 嘉晃
(72)【発明者】
【氏名】メバルキ ベンチェルキ
(72)【発明者】
【氏名】イ ジョン ジュ
(72)【発明者】
【氏名】ガーデ コマル
(72)【発明者】
【氏名】カラシパラムビル キショー クマール
(72)【発明者】
【氏名】タン シャンミン
(72)【発明者】
【氏名】シエ シャンジン
(72)【発明者】
【氏名】リ ルイ
【テーマコード（参考）】
4K029
4M104
5F033
【Ｆターム（参考）】
4K029BA03
4K029BA06
4K029BA08
4K029BA10
4K029BA11
4K029BA12
4K029BA16
4K029BA17
4K029CA05
4K029DC03
4K029DC39
4K029EA01
4K029EA09
4M104BB02
4M104BB04
4M104BB05
4M104BB14
4M104BB16
4M104BB17
4M104BB18
4M104BB33
4M104BB36
4M104DD37
4M104DD39
4M104DD40
4M104HH13
5F033HH07
5F033HH08
5F033HH11
5F033HH15
5F033HH18
5F033HH19
5F033HH20
5F033HH21
5F033HH34
5F033MM02
5F033PP17
5F033PP22
5F033WW00
5F033WW02
5F033WW07
5F033XX02
(57)【要約】
基板を処理するための方法および装置が提供される。例えば、方法は、ＰＶＤチャンバ内でターゲットから材料をスパッタリングして、基板の特徴を含む層上に材料層を形成することであって、特徴が第１の側壁および第２の側壁によって画定された開口幅を有し、材料層が層の頂面において、特徴内の第１の側壁または第２の側壁上の厚さよりも大きい横方向厚さを有する、形成することと、低電力のＲＦバイアスで層にバイアスをかけることによって、層上に追加の材料を堆積させることと、高電力のＲＦバイアスで層にバイアスをかけることによって、層から材料層をエッチングすることと、所定の周波数で低電力と高電力とを交互に繰り返すことと、を含む。
【選択図】図２Ｃ
【選択図】図２Ｃ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板上での物理的気相堆積の方法であって、物理的気相堆積（ＰＶＤ）チャンバ内でターゲットから材料をスパッタリングして、層の頂面から前記層を堆積させたベース層の頂面までの深さに延在する特徴を含む前記層上に材料層を形成することであって、前記特徴が、第１の側壁および第２の側壁によって画定される開口幅を有し、前記材料層が、前記層の前記頂面において、前記特徴内の前記第１の側壁または前記第２の側壁上の厚さよりも大きい横方向厚さを有する、形成することと、
低電力のＲＦバイアスで前記層にバイアスをかけることによって、前記層上に追加の材料を堆積させることと、
高電力のＲＦバイアスで前記層にバイアスをかけることによって、前記層から前記材料層をエッチングすることと、
前記低電力と前記高電力とを所定の周波数で交互に繰り返し、前記層の前記頂面における前記横方向厚さと、前記特徴内の前記第１の側壁または前記第２の側壁上の前記横方向厚さとの差を低減することと、
を含む、方法。
【請求項2】
前記基板が実質的に損傷を受けない、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記ＲＦバイアスのデューティサイクルが約１％～約９９％であり、前記デューティサイクルが前記層の前記頂面に前記高電力の前記ＲＦバイアスを印加するのに費やされるサイクルの時間割合である、請求項１に記載の方法。
【請求項4】
前記ターゲットが、アルミニウム（Ａｌ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、インジウム（Ｉｎ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項5】
前記低電力が約５Ｗ～約１００Ｗである、請求項１に記載の方法。
【請求項6】
前記高電力が約２００Ｗ～約３０００Ｗである、請求項１に記載の方法。
【請求項7】
前記所定の周波数が約１Ｈｚ～約１０ｋＨｚである、請求項１に記載の方法。
【請求項8】
前記材料をスパッタリングすることにより、前記頂面に約３ｎｍ～４０ｎｍの厚さを有する前記材料層が形成される、請求項１に記載の方法。
【請求項9】
前記低電力と前記高電力とを交互に繰り返すことによって、前記頂面に約３ｎｍ～２０ｎｍの厚さを有する前記材料層を形成する、請求項１に記載の方法。
【請求項10】
前記特徴の前記開口幅が前記材料をスパッタリングする前に約３ｎｍ～約４０ｎｍである、請求項１に記載の方法。
【請求項11】
前記特徴の前記開口幅が前記材料をスパッタリングする前に約３ｎｍ～約２０ｎｍであり、前記材料をスパッタリングすることにより、前記層の前記頂面に約３ｎｍ～４０ｎｍの厚さを有する前記材料層が形成され、
前記低電力の前記ＲＦバイアスと前記高電力の前記ＲＦバイアスとを交互に繰り返すことにより、前記頂面に約３ｎｍ～４０ｎｍの厚さを有する前記材料層が形成され、
前記材料をスパッタリングし、前記低電力の前記ＲＦバイアスと前記高電力の前記ＲＦバイアスとを交互に繰り返した後、前記特徴の前記開口幅が約７ｎｍ以上となる、請求項１に記載の方法。
【請求項12】
前記層の前記頂面における前記横方向厚さと、前記特徴内の前記第１の側壁または前記第２の側壁上の前記横方向厚さとの前記差を低減した後に、前記特徴内に導電性充填材料を堆積させることをさらに含む、請求項１～１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項13】
命令を記憶した非一過性コンピュータ可読ストレージ媒体であって、前記命令がプロセッサによって実行されると、基板上での物理的気相堆積の方法を実行し、前記方法が、物理的気相堆積（ＰＶＤ）チャンバ内でターゲットから材料をスパッタリングして、層の頂面から前記層を堆積させたベース層の頂面までの深さに延在する特徴を含む前記層上に材料層を形成することであって、前記特徴が、第１の側壁および第２の側壁によって画定される開口幅を有し、前記材料層が、前記層の前記頂面において、前記特徴内の前記第１の側壁または前記第２の側壁上の厚さよりも大きい横方向厚さを有する、形成することと、
低電力のＲＦバイアスで前記層にバイアスをかけることによって、前記層上に追加の材料を堆積させることと、
高電力のＲＦバイアスで前記層にバイアスをかけることによって、前記層から前記材料層をエッチングすることと、
前記低電力と前記高電力とを所定の周波数で交互に繰り返し、前記層の前記頂面における前記横方向厚さと、前記特徴内の前記第１の側壁または前記第２の側壁上の前記横方向厚さとの差を低減することと、
を含む、非一過性コンピュータ可読ストレージ媒体。
【請求項14】
前記基板が実質的に損傷を受けない、請求項１３に記載の非一過性コンピュータ可読ストレージ媒体。
【請求項15】
前記高電力の前記ＲＦバイアスのデューティサイクルが約１％～約９９％であり、前記デューティサイクルが前記高電力の前記ＲＦバイアスを前記頂面に印加するのに費やされるサイクルの時間割合である、請求項１３に記載の非一過性コンピュータ可読ストレージ媒体。
【請求項16】
前記ターゲットが、アルミニウム（Ａｌ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、インジウム（Ｉｎ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）のうちの少なくとも１つを含む、請求項１３に記載の非一過性コンピュータ可読ストレージ媒体。
【請求項17】
前記低電力の前記ＲＦバイアスが約５Ｗ～約３００Ｗである、請求項１３に記載の非一過性コンピュータ可読ストレージ媒体。
【請求項18】
前記高電力の前記ＲＦバイアスが約２００Ｗ～約３０００Ｗである、請求項１３に記載の非一過性コンピュータ可読ストレージ媒体。
【請求項19】
前記所定の周波数が約１Ｈｚ～約１０ｋＨｚである、請求項１３～１８のいずれか１項に記載の非一過性コンピュータ可読ストレージ媒体。
【請求項20】
基板上での物理的気相堆積の方法であって、物理的気相堆積（ＰＶＤ）チャンバ内でターゲットから材料をスパッタリングして、層の頂面から前記層を堆積させたベース層の頂面までの深さに延在する特徴を含む前記層上に材料層を形成することであって、前記特徴が、第１の側壁および第２の側壁によって画定される開口幅を有し、前記材料層が、前記層の前記頂面において、前記特徴内の前記第１の側壁または前記第２の側壁上の厚さよりも大きい横方向厚さを有する、形成することと、
低電力かつ約２ＭＨｚ～約６０ＭＨｚのデュアル周波数のＲＦバイアスで前記層にバイアスをかけることによって、前記層上に追加の材料を堆積させることと、
高電力かつ約２ＭＨｚ～約６０ＭＨｚの前記デュアル周波数のＲＦバイアスで前記層にバイアスをかけることによって、前記層から前記材料層をエッチングすることと、
前記デュアル周波数内の所定の周波数で前記低電力と前記高電力とを交互に繰り返し、前記層の前記頂面における前記横方向厚さと、前記特徴内の前記第１の側壁または前記第２の側壁上の前記横方向厚さとの差を低減することと、
を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示の実施形態は、一般に、基板を処理するための方法および装置に関し、より詳細には、特徴内に堆積させた物理的気相堆積（ＰＶＤ）膜のオーバーハングを低減し、開口幅を改善するための方法および装置に関する。
【背景技術】
【0002】
半導体回路素子の小型化は、４５ｎｍ、３２ｎｍ、２８ｎｍ、２０ｎｍ、さらにはそれ以下の特徴サイズが商業規模で製造されるまでに至っている。特徴の寸法が小さくなり続けるにつれて、回路素子間の間隙を充填するようなプロセスステップに対して新たな課題が生じる。素子間の幅が縮小し続けるにつれて、素子間の間隙は、しばしば、より高くかつより狭くなり、間隙充填材料がボイドおよび脆弱なシームを生成することなく間隙を充填することがより困難になる。
【0003】
ＰＶＤとも呼ばれるスパッタリングは、半導体集積回路の製造において金属および他の材料の堆積に使用されている。スパッタリングの使用は、高アスペクト比（ＨＡＲ）の孔の側壁またはビアもしくは他の垂直相互接続構造などの間隙への材料層の堆積にまで拡張されている。
【0004】
ＰＶＤ技術では、多くの場合、間隙が完全に充填される前に、間隙の頂部において材料の過成長またはオーバーハングに遭遇する。オーバーハングは、堆積させた材料がオーバーハングによって切り離された間隙にボイドまたはシームを生成する可能性があり、問題はブレッドローフィングと呼ばれる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
オーバーハングを低減する現在の方法は、基板に印加する連続波（ＣＷ）バイアスを利用するものであるが、このような方法では、電力範囲が限られる。さらに、ＣＷバイアスは、高電力レベルで動作させると、下にある基板に損傷を引き起こす可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
基板を処理するための方法および装置が本明細書で提供される。一部の実施形態では、基板上での物理的気相堆積の方法は、物理的気相堆積（ＰＶＤ）チャンバ内でターゲットから材料をスパッタリングして、層の頂面から層を堆積させたベース層の頂面までの深さに延在する特徴を含む層上に材料層を形成することであって、特徴が、第１の側壁および第２の側壁によって画定される開口幅を有し、材料層が、層の頂面において、特徴内の第１の側壁または第２の側壁上の厚さよりも大きい横方向厚さを有する、形成することと、低電力のＲＦバイアスで層にバイアスをかけることによって、層上に追加の材料を堆積させることと、高電力のＲＦバイアスで層にバイアスをかけることによって、層から材料層をエッチングすることと、低電力と高電力とを所定の周波数で交互に繰り返し、層の頂面における横方向厚さと、特徴内の第１の側壁または第２の側壁上の横方向厚さとの差を低減することと、を含む。
【0007】
少なくとも一部の実施形態によると、非一過性コンピュータ可読ストレージ媒体は、プロセッサによって実行されると、基板上での物理的気相堆積の方法を実行する命令を記憶する。本方法は、物理的気相堆積（ＰＶＤ）チャンバ内でターゲットから材料をスパッタリングして、層の頂面から層を堆積させたベース層の頂面までの深さに延在する特徴を含む層上に材料層を形成することであって、特徴が、第１の側壁および第２の側壁によって画定される開口幅を有し、材料層が、層の頂面において、特徴内の第１の側壁または第２の側壁上の厚さよりも大きい横方向厚さを有する、形成することと、低電力のＲＦバイアスで層にバイアスをかけることによって、層上に追加の材料を堆積させることと、高電力のＲＦバイアスで層にバイアスをかけることによって、層から材料層をエッチングすることと、低電力と高電力とを所定の周波数で交互に繰り返し、層の頂面における横方向厚さと、特徴内の第１の側壁または第２の側壁上の横方向厚さとの差を低減することと、を含む。
【0008】
少なくとも一部の実施形態によると、基板上での物理的気相堆積の方法は、物理的気相堆積（ＰＶＤ）チャンバ内でターゲットから材料をスパッタリングして、層の頂面から層を堆積させたベース層の頂面までの深さに延在する特徴を含む層上に材料層を形成することであって、特徴が、第１の側壁および第２の側壁によって画定される開口幅を有し、材料層が、層の頂面において、特徴内の第１の側壁または第２の側壁上の厚さよりも大きい横方向厚さを有する、形成することと、低電力かつ約２ＭＨｚ～約６０ＭＨｚのデュアル周波数のＲＦバイアスで層にバイアスをかけることによって、層上に追加の材料を堆積させることと、高電力かつ約２ＭＨｚ～約６０ＭＨｚのデュアル周波数のＲＦバイアスで層にバイアスをかけることによって、層から材料層をエッチングすることと、デュアル周波数内の所定の周波数で低電力と高電力とを交互に繰り返し、層の頂面における横方向厚さと、特徴内の第１の側壁または第２の側壁上の横方向厚さとの差を低減することと、を含む。
【0009】
本開示の他のおよびさらなる実施形態を以下に説明する。
【0010】
上で簡潔に要約され、以下でより詳細に論じる本開示の実施形態は、添付の図面に表される本開示の例示的な実施形態を参照することによって理解することができる。しかしながら、添付の図面は、本開示の典型的な実施形態のみを示しており、したがって、本開示が他の等しく有効な実施形態を認めることができるため、範囲を限定するものと考えられるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】本開示の少なくとも一部の実施形態による、処理チャンバの概略断面図である。
【図2A】本開示の少なくとも一部の実施形態による、オーバーハングが低減された材料層を有する基板の図である。
【図2B】本開示の少なくとも一部の実施形態による、オーバーハングが低減された材料層を有する基板の図である。
【図2C】本開示の少なくとも一部の実施形態による、オーバーハングが低減された材料層を有する基板の図である。
【図3】本開示の少なくとも一部の実施形態による、基板を処理するための方法の流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
理解を容易にするために、可能な場合には、図面に共通する同一の要素を示すために同一の参照番号が使用されている。図面は縮尺通りに描かれておらず、明確にするために簡略化されている場合がある。一実施形態の要素および特徴は、さらに詳述することなく他の実施形態に有益に組み込まれることがある。
【0013】
基板を処理するための方法および装置の実施形態が本明細書で提供される。例えば、基板上での物理的気相堆積の方法は、ＰＶＤチャンバ内でターゲットから材料をスパッタリングして、層の頂面から層を堆積させたベース層の頂面までの深さに延在する特徴を含む層上に材料層を形成することを含むことができる。少なくとも一部の実施形態では、特徴は、第１の側壁および第２の側壁によって画定される開口幅を有する。材料層は、層の頂面において、特徴内の第１の側壁または第２の側壁上の厚さよりも大きい横方向厚さを有することができる。次に、低電力のＲＦバイアスで層にバイアスをかけることによって、追加の材料を層上に堆積させることができる。次に、高電力のＲＦバイアスで層にバイアスをかけることによって、材料層を層からエッチングすることができる。次に、本方法は、所定の周波数で低電力と高電力とを交互に繰り返し、層の頂面における横方向厚さと、特徴内の第１の側壁または第２の側壁上の横方向厚さとの差を低減することを含むことができる。本明細書に記載される方法および装置は、ＰＶＤプロセスに関連するオーバーハングの問題を軽減／最小化し、より大きな頂部特徴開口部を提供することによって、その後のメタライゼーションステップを容易に達成できるようにする。
【0014】
図１は、本開示の少なくとも一部の実施形態による、処理チャンバ１００（例えば、プラズマ処理チャンバ）の概略側面図を示す。一部の実施形態では、処理チャンバ１００は、所与の直径を有する基板上に材料をスパッタ堆積させるのに適したＰＶＤ処理チャンバである。本開示から利益を得るように適合させることができる適切なＰＶＤチャンバの例示的な例としては、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社から市販されているものが挙げられる。アプライドマテリアルズ社ならびに他のメーカーから入手可能な他の処理チャンバも、本明細書に記載された実施形態に従って適合され得る。
【0015】
処理チャンバ１００は、一般に、上部側壁１０２と、下部側壁１０３と、接地アダプタ１０４と、内部容積１０６を囲む本体１０５を画定するリッドアセンブリ１１１とを含む。アダプタプレート１０７が上部側壁１０２と下部側壁１０３との間に配置されることがある。
【0016】
基板支持体１０８が処理チャンバ１００の内部容積１０６に配置される。基板支持体１０８は、所与の直径（例えば、１５０ｍｍ、２００ｍｍ、３００ｍｍ、４５０ｍｍなど）を有する基板を支持するように構成されている。基板移送ポート１０９が下部側壁１０３に形成され、基板を内部容積１０６の内外に移送する。
【0017】
ガス源１１０は、処理チャンバ１００に結合されて、プロセスガスを内部容積１０６に供給する。一部の実施形態では、プロセスガスは、必要に応じて、不活性ガス、非反応性ガス、および反応性ガスを含むことができる。ガス源１１０によって供給され得るプロセスガスの例としては、とりわけ、アルゴンガス（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオンガス（Ｎｅ）、窒素ガス（Ｎ2）、酸素ガス（Ｏ2）、および水（Ｈ2Ｏ）蒸気が挙げられるが、これらに限定されない。
【0018】
ポンピング装置１１２は、処理チャンバ１００に結合され、内部容積１０６と連通して内部容積１０６の圧力を制御する。一部の実施形態では、堆積中、処理チャンバ１００の圧力レベルは約０．００１ｍＴｏｒｒ～約１Ｔｏｒｒに維持されてもよい。
【0019】
接地アダプタ１０４は、ターゲット１１４などのターゲットを支持することができる。ターゲット１１４は、基板上に堆積させる材料から製造される。一部の実施形態では、ターゲット１１４は、アルミニウム（Ａｌ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、インジウム（Ｉｎ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、それらの合金、それらの組合せなどから製造されてもよい。一部の実施形態では、処理チャンバ１００は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、インジウム（Ｉｎ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、それらの合金、それらの組合せなどを基板上に堆積させるように構成されている。一部の実施形態では、処理チャンバ１００は、例えば、酸化アルミニウム（ＡｌＯ2）、酸窒化アルミニウム（ＡＬＯＮなど）、窒化タンタル（ＴａＮ）、酸窒化タンタル（ＴａＯｘＮｙ）、酸窒化Ｔｉ（ＴｉＯｘＮｙ）、または窒化タングステン（ＷＮ）を堆積させるように構成されている。ターゲット１１４の前面の形状は、内径部分よりも厚い外周縁部を有する平面または略凹面であってもよい。
【0020】
ターゲット１１４は、ターゲット１１４用の電源１１７を備えるソースアセンブリに結合されていてもよい。一部の実施形態では、電源１１７は、整合ネットワーク１１６を介してターゲット１１４に結合されることがあるＲＦ電源であってもよい。一部の実施形態では、電源１１７は、代替として直流電源であってもよく、その場合、整合ネットワーク１１６は省略される。一部の実施形態では、電源１１７は、直流電源とＲＦ電源の両方を含むことができる。電源１１７は、ターゲット１１４を接地アダプタ１０４または接地シールドに対して負にバイアスして、プラズマガスをプラズマ１６５に励起する。例えば、電源１１７のタイプにかかわらず、ターゲット１１４に供給される電力は、プラズマ処理ガスをプラズマに励起し、正に帯電したプラズマのイオンがターゲット１１４に向かって加速され、ターゲット１１４から材料をスパッタリングする。
【0021】
さらに、一部の実施形態では、ターゲット１１４は、ターゲット１１４の構造的安定性を向上させるために設けることができるバッキング板（図１には図示せず）を含むことができる。バッキング板は、銅－亜鉛、銅－クロム、またはターゲット１１４と同じ材料などの導電性材料を含むことができ、ＲＦ電力、および任意でＤＣ電力を、バッキング板を介してターゲット１１４に結合することができる。あるいは、バッキング板は、非導電性であってもよく、電気フィードスルーなどの導電性要素（図示せず）を含んでもよい。
【0022】
マグネトロン１７０は、ターゲット１１４の上方に配置されており、処理チャンバ１００および基板１０１の中心軸と軸方向に整列させることができるシャフト１７６に接続されたベースプレート１７４によって支持された、経路に沿って回転可能な１つまたは複数の磁石１７２を含むことができる。１つまたは複数の磁石１７２は、ターゲット１１４の前面の近くの処理チャンバ１００内で磁場を生成してプラズマを生成し、そのため、かなりのイオン束がターゲット１１４に衝突し、ターゲット材料のスパッタ放出を引き起こす。１つまたは複数の磁石１７２は、ターゲット１１４の表面にわたる磁場の均一性を高めるために、シャフト１７６を中心に回転させることができる。一般に、１つまたは複数の磁石１７２は、１つまたは複数の磁石１７２の回転中の最も内側の磁石位置が、処理されている基板の直径を越えてまたは直径の外側に配置されるように回転させることができる（例えば、回転軸から１つまたは複数の磁石１７２の最も内側の位置までの距離は、処理されている基板の直径以上である）。
【0023】
コリメータ１１８は、ターゲット１１４と基板支持体１０８との間の内部容積１０６に配置することができる。コリメータ１１８の中央領域１３５は、処理されている基板の直径に概ね対応する（例えば、基板の直径に等しい、または実質的に等しい）。したがって、コリメータ１１８の周辺領域１３３は、処理されている基板の半径方向外側の環状領域に概ね対応する（例えば、周辺領域１３３の内径は、基板の直径と実質的に等しい、またはそれよりも大きい）。一部の実施形態では、コリメータ１１８は、基板へのイオン束および基板における中性角度分布を制御するために、ならびに追加されたＤＣバイアスにより堆積速度を高めるために、電気的にバイアスされてもよい。
【0024】
コリメータ１１８は、上部シールド１１３に結合されており、上部シールド１１３は、プロセスツールアダプタ１３８に結合されている。プロセスツールアダプタ１３８は、処理チャンバ１００内の処理条件に適合する適切な導電性材料から作製することができる。プロセスツールアダプタ１３８を接地アダプタ１０４から電気的に絶縁するために、プロセスツールアダプタ１３８の両側に絶縁体リング１５６および絶縁体リング１５７が配置されている。絶縁体リング１５６、１５７は、適切なプロセス適合性誘電体材料から作製することができる。
【0025】
一部の実施形態では、第１の組の磁石１９６が、接地アダプタ１０４に隣接して配置され、ターゲット１１４から追い出されたイオンを、周辺領域１３３を通して誘導するための磁場を生成するのを支援することができる。一部の実施形態では、第２の組の磁石１９４が、コリメータ１１８の底部と基板との間に磁場を形成する位置に配置され、ターゲット１１４から追い出された金属イオンを誘導し、イオンを基板１０１上により均一に分布させることができる。一部の実施形態では、第３の組の磁石１５４が、第１の組の磁石１９６と第２の組の磁石１９４との間に配置され、コリメータ１１８の中央領域１３５の基板対向面と略同心にまたはその下方に配置されて、金属イオンを基板１０１の中心に向かってさらに誘導することができる。
【0026】
プロセスツールアダプタ１３８は、コリメータ１１８などのプロセスツールを内部容積１０６内で支持することを容易にする１つまたは複数の特徴を含む。例えば、図１に示すように、プロセスツールアダプタ１３８は、上部シールド１１３を支持するために半径方向内向きに延在する取り付けリングまたは棚１６４を含む。
【0027】
一部の実施形態では、処理中に生成された熱を除去するためにプロセスツールアダプタ１３８を通して冷却剤を流すことを容易にするために、プロセスツールアダプタ１３８に冷却剤チャネル１６６を設けることができる。例えば、冷却剤チャネル１６６は、水（イオンが除去された水）、窒素、アルゴン、または他の希ガス、清浄乾燥空気（ＣＤＡ）、または腐食性ガスなどの適切な冷却剤を供給するために、冷却装置１５３（冷却剤源）に結合されてもよい。冷却剤チャネル１６６は、有利には、接地アダプタ１０４などの他の冷却されたチャンバ部品に容易には伝達されない熱をプロセスツール（例えば、コリメータ１１８）から除去する。
【0028】
処理チャンバ１００の内部容積１０６内の中央開口部内で上部シールド１１３を支持するために、半径方向内向きに延在するレッジ（例えば、取り付けリングまたは棚１６４）が設けられている。一部の実施形態では、棚１６４は、冷却剤チャネル１６６に近接した位置に配置され、使用中にコリメータ１１８から冷却剤チャネル１６６内を流れる冷却剤への熱伝達を最大化することを容易にする。
【0029】
一部の実施形態では、下部シールド１２０が、コリメータ１１８に近接して、接地アダプタ１０４または上部側壁１０２の内部に設けられることがある。下部シールド１２０は、管状本体１２１の上面に配置された半径方向外側に延びるフランジ１２２を有する管状本体１２１を含むことができる。フランジ１２２は、上部側壁１０２の上面との嵌合インターフェースを提供する。一部の実施形態では、下部シールド１２０の管状本体１２１は、管状本体１２１の残りの部分の内径よりも小さい内径を有する肩部領域１２３を含むことができる。一部の実施形態では、管状本体１２１の内面は、テーパ面１２４に沿って、肩部領域１２３の内面まで半径方向内向きに移行する。シールドリング１２６は、処理チャンバ１００内で下部シールド１２０に隣接し、下部シールド１２０とアダプタプレート１０７との中間に配置されてもよい。シールドリング１２６は、下部シールド１２０の肩部領域１２３の反対側とアダプタプレート１０７の内部側壁とによって形成された凹部１２８内に少なくとも部分的に配置されてもよい。
【0030】
一部の実施形態では、シールドリング１２６は、下部シールド１２０の肩部領域１２３の外径よりも大きい内径を有する、軸方向に突出する環状側壁１２７を含むことができる。放射状フランジ１３０が環状側壁１２７から延びている。放射状フランジ１３０は、放射状フランジ１３０の下面に形成された突部１３２を含む。突部１３２は、放射状フランジ１３０の表面から、シールドリング１２６の環状側壁１２７の内径面に実質的に平行な向きに延在する円形リッジであってもよい。突部１３２は、概して、基板支持体１０８上に配置されたエッジリング１３６に形成された凹部１３４と嵌合するように適合されている。凹部１３４は、エッジリング１３６に形成された円形の溝であってもよい。突部１３２と凹部１３４との係合により、シールドリング１２６が基板支持体１０８の長手方向軸に対してセンタリングされる。基板１０１（リフトピン１４０上に支持されて示されている）は、基板支持体１０８とロボットブレード（図示せず）との間の位置決め較正を調整することによって、基板支持体１０８の長手方向軸に対してセンタリングされる。
【0031】
１つまたは複数の追加のＲＦ電源（例えば、バイアス電源）を処理チャンバ１００に結合することができる。例えば、１つまたは複数のＲＦ電源１８０が、基板支持体１０８を介して処理チャンバ１００に結合されて、ターゲット１１４と、電極として働くように導電性である基板支持体１０８との間にバイアス電力を供給することができる。例えば、処理チャンバ１００内のプラズマの存在下でのバイアスにより、基板支持体１０８上に負の自己バイアスが発生し、スパッタリングされた材料（例えば、金属イオン）が基板１０１に向かって加速され、基板１０１に形成された高アスペクト比の孔または特徴内に深く入り込むことができる。一部の実施形態では、ＲＦ電源１８０と基板支持体１０８との間に整合ネットワーク（例えば、整合ネットワーク１１６）を結合することができる。一部の実施形態では、ＲＦ電源１８０は、約４００Ｈｚ～約６０ＭＨｚ、例えば約１３．５６ＭＨｚの周波数を有することができる。少なくとも一部の実施形態では、ＲＦ電源は、２つ以上の周波数でＲＦ電力を供給するように構成することができる。例えば、少なくとも一部の実施形態では、ＲＦ電源は、異なる周波数でＲＦ電力を供給することができるデュアル周波数（例えば、約１３．５６ＭＨｚ～約４０ＭＨｚなど、約２ＭＨｚ～約６０ＭＨｚ）とすることができる。少なくとも一部の実施形態では、それぞれが異なる周波数でＲＦ電力を供給するように動作可能な２つ以上のＲＦ電源を使用することができる。例えば、第１のＲＦ電源は、約１３．５６ＭＨｚの周波数でＲＦ電力を供給するように動作可能とすることができ、第２の電源は、約４０ＭＨｚの周波数でＲＦ電力を供給するように動作可能とすることができる。少なくとも一部の実施形態では、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）コイル１５５（ファントムで示す）を使用して、約２ＭＨｚのＲＦ電力を別個に供給することができる。一部の実施形態では、ＲＦ電源１８０は、以下でより詳細に説明するように、振幅パルス変調位相シフトキーイング信号を供給し、整合ネットワーク１１６が動作するのと同じ周波数でＲＦ電力を供給する。
【0032】
動作において、基板１０１が配置されたロボットブレード（図示せず）は、基板移送ポート１０９を通って延出する。基板支持体１０８を下降させて、基板１０１を基板支持体１０８から延びるリフトピン１４０に移送させることを可能にし得る。基板支持体１０８および／またはリフトピン１４０の昇降は、基板支持体１０８に結合された駆動装置１４２によって制御されてもよい。基板支持体１０８の基板受け面１４４上に基板１０１を下降させることができる。基板１０１が基板支持体１０８の基板受け面１４４上に配置された状態で、基板１０１上にスパッタ堆積を行うことができる。エッジリング１３６は、処理中に基板１０１から電気的に絶縁されていてもよい。
【0033】
スパッタ堆積後、リフトピン１４０を利用して、基板１０１を基板支持体１０８から離間した位置まで上昇させることができる。上昇位置は、アダプタプレート１０７に隣接するシールドリング１２６およびリフレクタリング１４８の一方または両方に近接していてもよい。アダプタプレート１０７は、リフレクタリング１４８の下面とアダプタプレート１０７の凹面１５２との中間の位置に、アダプタプレート１０７に結合された１つまたは複数のランプ１５０を含む。ランプ１５０は、赤外線（ＩＲ）および／または紫外線（ＵＶ）スペクトルなどの可視波長または近可視波長の光エネルギーおよび／または放射エネルギーを提供する。ランプ１５０からのエネルギーは、基板１０１の裏側（すなわち、下面）に向かって半径方向内向きに集束されて、基板１０１およびその上に堆積させた材料を加熱する。
【0034】
基板１０１を所定の温度に制御した後、基板１０１を基板支持体１０８の基板受け面１４４上の位置まで下降させる。基板１０１は、基板支持体１０８の熱制御チャネル１４６を利用して伝導を介して急速に冷却されてもよい。例えば、冷却装置１５３は、基板支持体１０８に接続され、１つまたは複数の冷却剤を基板支持体に供給するように構成され得る。基板１０１は、さらなる処理のために、基板移送ポート１０９を通して処理チャンバ１００から取り出されてもよい。
【0035】
コントローラ１９８が処理チャンバ１００に結合されている。コントローラ１９８は、中央処理装置１６０、メモリ１５８、およびサポート回路１６２を含む。コントローラ１９８は、プロセスシーケンスを制御するために利用され、ガス源１１０から処理チャンバ１００へのガス流を調整し、ターゲット１１４のイオン衝撃を制御する。中央処理装置１６０は、産業環境で使用することができる任意の形態の汎用コンピュータプロセッサであってもよい。ソフトウェアルーチン（例えば、命令）は、ランダムアクセスメモリ、読み取り専用メモリ、フロッピーもしくはハードディスクドライブ、または他の形態のデジタルストレージなどのメモリ１５８（例えば、非一過性コンピュータ可読ストレージ媒体）に記憶することができる。サポート回路１６２は、従来通り、中央処理装置１６０に結合され、キャッシュ、クロック回路、入出力サブシステム、電源などを備えることができる。ソフトウェアルーチンは、中央処理装置１６０によって実行されると、以下に開示されるプロセスが本開示の実施形態に従って実行されるように、中央処理装置を、処理チャンバ１００を制御する特定目的のコンピュータに変換する。ソフトウェアルーチンはまた、処理チャンバ１００から遠隔に位置する第２のコントローラ（図示せず）によって記憶および／または実行されてもよい。
【0036】
処理中、材料がターゲット１１４からスパッタリングされ、基板１０１の表面に堆積する。ターゲット１１４および基板支持体１０８は、電源１１７またはＲＦ電源１８０によって互いに対してバイアスされ、ガス源１１０によって供給されるプロセスガス（例えば、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）、クリプトン（Ｋｒ）、ネオン（Ｎｅ）、またはキセノン（Ｘｅ）のうちの少なくとも１つ）から形成されるプラズマを維持する。コリメータ１１８に印加されるＤＣパルスバイアス電力はまた、コリメータ１１８を通過するイオンと中性粒子との比率を制御するのを支援し、トレンチの側壁および底部の充填能力を有利に高める。プラズマからのイオンは、ターゲット１１４に向かって加速され、ターゲット１１４に衝突し、ターゲット材料をターゲット１１４から追い出す。追い出されたターゲット材料およびプロセスガスは、基板１０１上に所望の組成物を有する層を形成する。
【0037】
【0038】
基板２００は、ベース層２０２と、層２０４の頂面２０８からベース層２０２の露出した頂面２１０までの深さに延在する特徴２０６（例えば、ビア、トレンチ、デュアルダマシンなど）を含む層２０４とを含む（図２Ａ）。少なくとも一部の実施形態では、特徴２０６の深さは、層２０４の底面まで延在することができ、例えば、ベース層２０２の頂面２１０は、層２０４の一部によって覆われ、露出していない。特徴２０６は、第１の側壁２１２および第２の側壁２１４によって画定された開口幅Ｗｏを有する。一部の実施形態では、第１の側壁２１２および第２の側壁２１４は、連続的な側壁（例えば、円形ビア）の対向面である。開口幅Ｗｏは、約３ｎｍ～約４０ｎｍ、例えば、約１０ｎｍ、１４ｎｍ、１６ｎｍ、２０ｎｍ、２２ｎｍ、２６ｎｍ、または２８ｎｍである。
【0039】
ベース層２０２は誘電体を含む。例えば、少なくとも一部の実施形態では、ベース層３０２は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、炭窒化ケイ素（ＳｉＣＮ）、窒化ケイ素（ＳｉＮ）、酸化ケイ素（ＳｉＯ2）、酸炭化ケイ素（ＳｉＯＣ）、酸窒化ケイ素（ＳｉＯＮ）を含むか、または本質的にこれらから構成されている。本明細書で定義されるように、記載された材料から本質的に構成された材料は、モル基準で記載された材料の約９５％以上、約９８％以上、約９９％以上、または約９９．５％以上を含む。
【0040】
図３は、本開示の少なくとも一部の実施形態による、基板（例えば、基板２００）を処理するための方法３００の流れ図である。方法３００およびそれに関連付けられたプロセスは、コントローラ１９８によって制御される。
【0041】
例えば、再び図２Ａおよび図２Ｂを参照すると、３０２において、方法３００は、ＰＶＤチャンバ（例えば、処理チャンバ１００）内で、材料を（例えば、ターゲット１１４から）スパッタリングして、層の頂面（例えば、層２０４の頂面２０８）から層を堆積させた層の頂面（例えば、ベース層２０２の頂面２１０）までの深さに延在する特徴（例えば、特徴２０６）を含む層上に材料層（例えば、材料層２１６）を形成することを含む。上述したように、材料は、アルミニウム（Ａｌ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、インジウム（Ｉｎ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、それらの合金、それらの組合せなどのうちの少なくとも１つを含む導電性材料、または酸化アルミニウム（ＡｌＯ2）、酸窒化アルミニウム（ＡＬＯＮなど）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ロジウム（ＲｈＮ）、窒化ルテニウム（ＲｕＮ）、酸化ケイ素（ＳｉＯ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、酸窒化タンタル（ＴａＯｘＮｙ）、酸窒化チタン（ＴｉＯｘＮｙ）、もしくは窒化タングステン（ＷＮ）のうちの少なくとも１つを含む誘電体材料とすることができる。また、上述したように、特徴は、第１の側壁２１２および第２の側壁２１４によって画定される開口幅（例えば、Ｗｏ）を有することができる。材料層は、頂面において、特徴内の第１の側壁または第２の側壁上の厚さ（ＴS）よりも大きい横方向厚さ（ＴL）を有することができる（図２Ｂ参照）。少なくとも一部の実施形態では、３０２において、材料層２１６は、特徴の外側の頂面において、約３ｎｍ～約４０ｎｍ、例えば、約１０ｎｍ、１４ｎｍ、１６ｎｍ、２０ｎｍ、２２ｎｍ、２６ｎｍ、または２８ｎｍの横方向厚さＴLを有することができる。少なくとも一部の実施形態では、３０２において、材料層２１６は、約１５ｎｍの横方向厚さＴLを有することができる。
【0042】
ＴLとＴSの差は、典型的には、オーバーハングと呼ばれる。特徴の頂部における特徴の開口幅Ｗｏは、材料層２１６が堆積した第１の側壁２１２と第２の側壁２１４との間の特徴の幅よりも小さい。
【0043】
方法３００は、堆積段階およびエッチング段階を含む堆積－エッチングサイクルによってオーバーハングを減少させることによって継続する。少なくとも一部の実施形態では、堆積－エッチングサイクル中に、堆積段階をエッチング段階の前に実行することができ、またはその逆も可能である。
【0044】
例えば、次に、３０４において、方法３００は、低電力のＲＦバイアスで層にバイアスをかけることによって、層２０４上に（例えば、材料層２１６の上に）追加の材料を堆積させることを含む。例えば、堆積段階は、低電力バイアスのＲＦバイアスで頂面２０８にバイアスをかけることによって、頂面２０８上（例えば、材料層２１６上）に追加の材料層を堆積させる。例えば、低電力バイアスは、約５Ｗ～約３００Ｗ（例えば、約７０Ｗ～約１００Ｗ）とすることができる。さらに、低電力バイアスは、デュアル周波数、例えば、２ＭＨｚ～約６０ＭＨｚで供給することができる。少なくとも一部の実施形態では、上述のように、低電力バイアスは、約１３．５６ＭＨｚ～約４０ＭＨｚで供給することができる。
【0045】
次に、３０６において、方法３００は、高電力のＲＦバイアスで層にバイアスをかけることによって、層から材料層２１６をエッチングすることを含む。例えば、エッチング段階は、高電力バイアスのＲＦバイアスで頂面２０８にバイアスをかけることによって、頂面２０８から材料層２１６をエッチングする。例えば、高電力バイアスは、約２００Ｗ～約３０００Ｗ（例えば、約１０００Ｗ、約１４００Ｗ、または約２０００Ｗ）とすることができる。本発明者らは、高電力バイアスを長時間にわたって頂面２０８に印加することができないことを見出した。例えば、高電力バイアスが過度に長く印加された場合、ベース層３０２が高電力バイアスによって損傷を受ける可能性がある（例えば、基板から処理チャンバの他の部分へのアーク放電）。したがって、本発明者らは、高電力バイアスおよび低電力バイアスの短いバーストを使用することによって、下にあるベース層３０２に損傷を与えることなく材料層２１６をエッチングすることができることを見出した。さらに、高電力バイアスは、例えば、２ＭＨｚ～約６０ＭＨｚのデュアル周波数で供給することができる。少なくとも一部の実施形態では、低電力バイアスは、約１３．５６ＭＨｚ～約４０ＭＨｚで供給することができる。少なくとも一部の実施形態では、低電力バイアスおよび高電力バイアスは、同じ周波数または異なる周波数で供給することができる。一部の実施形態では、基板（例えば、ベース層３０２および層２０４を含む）は、実質的に損傷を受けない。
【0046】
次に、３０８において、方法３００は、低電力バイアスと高電力バイアス（３０４と３０６）とを所定の周波数で交互に繰り返し、頂面における横方向厚さと特徴内の第１の側壁または第２の側壁上の横方向厚さとの差を低減させることを含む。例えば、堆積－エッチングサイクルの間、堆積段階とエッチング段階とが交互に繰り返される。少なくとも一部の実施形態では、堆積段階とエッチング段階との間の時間が最小化される。例えば、少なくとも一部の実施形態では、低電力バイアスおよび高電力バイアスの所定の周波数は、約１Ｈｚ～約１００ｋＨｚ、例えば、約１０ｋＨｚとすることができる。
【0047】
同様に、高電力のＲＦバイアスを基板表面に印加するのに費やされるサイクルの時間割合であるデューティサイクルは、約１％～約９９％、例えば、約３０％、約４０％、約４５％、約５０％、約５５％、約６０％、または約７０％とすることができる。
【0048】
３０８の間に、特徴２０６の開口幅Ｗｏが十分であるかどうかを確認するための判定が行われる。例えば、開口幅Ｗｏが十分でない場合、追加の堆積－エッチングサイクルが３０８において実行される。例えば、３０８（例えば、堆積－エッチングサイクル）は、十分な厚さのオーバーハングが除去されるまで繰り返される。例えば、図２Ｃに示すように、複数の堆積－エッチングサイクルの後、基板は、オーバーハングが低減された材料層２１６を有する。すなわち、例えば、図２Ｂと図２Ｃを比較すると、特徴２０６の頂面における低減された横方向厚さＴLと、特徴２０６内の第１の側壁２１２および第２の側壁２１４上の厚さＴSとの差が低減されている。一部の実施形態では、特徴２０６内の厚さＴSは、堆積－エッチングサイクルによって実質的に変化しない。あるいは、一部の実施形態では、特徴２０６内の厚さＴSは、堆積－エッチングサイクルによって増加する。
【0049】
堆積－エッチングサイクルは、特徴２０６の外側の頂面２０８に追加の材料層を堆積させることができる。例えば、堆積－エッチングサイクルは、特徴２０６の外側の頂面２０８に約２ｎｍ～約８ｎｍの追加の材料層を堆積させる。少なくとも一部の実施形態では、堆積－エッチングサイクルは、特徴２０６の外側の頂面２０８に約４ｎｍ～約６ｎｍの追加の材料層を堆積させる。
【0050】
３０８の後、開口幅Ｗｏが十分な場合には、基板２００はさらなる処理を受けることができる。例えば、少なくとも一部の実施形態では、方法３００は、特徴２０６内に導電性充填材料を堆積させることをさらに含む。導電性充填材料は、材料層２１６と同じまたは異なる材料を含む。少なくとも一部の実施形態では、導電性充填材料は、金属を含む（例えば、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、インジウム（Ｉｎ）、イリジウム（Ｉｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、またはタングステン（Ｗ）、あるいは金属合金（例えば、ＣｕＭｎ、ＣｕＡｌなど）のうちの少なくとも１つを含む）。
【0051】
少なくとも一部の実施形態では、特徴２０６の開口幅Ｗｏは、材料をスパッタリングする前に約３ｎｍ～約４０ｎｍであり、材料をスパッタリングすることにより、特徴２０６の外側の頂面２０８上に約１５ｎｍの厚さを有する材料層２１６が形成され、低電力バイアスと高電力バイアスとを交互に繰り返すことにより、特徴２０６の外側の頂面２０８に約６ｎｍの厚さを有する追加の材料層が形成される。このような実施形態では、特徴２０６の開口幅Ｗｏは、材料をスパッタリングし、低電力バイアスと高電力バイアスとを交互に繰り返した後、約３ｎｍ以上となる。
【0052】
上記は、本開示の実施形態を対象としているが、本開示の他のおよびさらなる実施形態が本開示の基本的な範囲から逸脱することなく考案され得る。
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図3】
【国際調査報告】