DE10302644B3 - Verfahren zur Herstellung einer Metallschicht über einem strukturierten Dielektrikum mittels stromloser Abscheidung unter Verwendung eines Katalysators - Google Patents

Verfahren zur Herstellung einer Metallschicht über einem strukturierten Dielektrikum mittels stromloser Abscheidung unter Verwendung eines Katalysators Download PDF

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Abstract

Es wird eine Metallschicht mittels eines stromlosen Plattierungsprozesses gebildet, wobei eine darunter liegende Barrierenschicht katalytisch aktiviert wird, derart, dass ein Katalysator eingebaut wird durch CVD, PVD oder ALD während das Barrierenmaterial abgeschieden wird. Auf diese Weise können verbesserte Metallsaatschichten selbst in engen Kontaktdurchführungen mit hohem Aspektverhältnis von Metallisierungsstrukturen gebildet werden.

Description

  • GEBIET DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen das Gebiet der Herstellung integrierter Schaltungen und betrifft insbesondere die Herstellung von Metallschichten über einem strukturierten Dielektrikum, beispielsweise aus Gräben und Kontaktdurchführungen bestehend, mittels eines nasschemischen Abscheideprozesses, etwa dem stromlosen Plattieren.
  • BESCHREIBUNG DES STANDS DER TECHNIK
  • In einer integrierten Schaltung sind eine große Anzahl von Schaltungselementen, etwa Transistoren, Kondensatoren, Widerstände und dergleichen, in oder auf einem geeigneten Substrat für gewöhnlich in einer im Wesentlichen planaren Konfiguration ausgebildet. Auf Grund der großen Anzahl an Schaltungselementen und dem erforderlichen komplexen Schaltungsaufbau der integrierten Schaltungen können für gewöhnlich die elektrische Verbindung der einzelnen Schaltungselemente nicht in der gleichen Ebene geschaffen werden, in der die Schaltungselemente hergestellt sind, sondern es sind eine oder mehrere zusätzliche „Verdrahtungs-"schichten erforderlich, die auch als Metallisierungsschichten bezeichnet werden. Diese Metallisierungsschichten enthalten im Allgemeinen Metallleitungen, die die elektrische Verbindung innerhalb einer Ebene bilden, und enthalten ferner mehrere Verbindungen zwischen den einzelnen Ebenen, die auch als Kontaktdurchführungen bezeichnet werden, wobei die Metallleitungen und die Kontaktdurchführungen hierin auch gemeinsam als Verbindungen bezeichnet werden.
  • Auf Grund der ständigen Verringerung der Strukturgrößen von Schaltungselementen in modernen integrierten Schaltungen steigt die Anzahl der Schaltungselemente für eine gegebene Chipfläche, d. h. die Packungsdichte, ebenso an, wodurch die Anzahl der elektrischen Verbindungen zur Erzeugung der gewünschten Schaltungsfunktionalität in noch stärkerem Maße ansteigt. Daher kann die Anzahl der gestapelten Metallisierungsschichten in dem Maße zunehmen, wie die Anzahl der Schaltungselemente pro Chipfläche größer wird. Da die Herstellung mehrerer Metallisierungsschichten äußerst herausfordernde Probleme nach sich zieht, die zu lösen sind, etwa die mechanische, thermische und elektrische Zuverlässigkeit von bis zu 12 gestapelten Metallisierungsschichten, die beispielsweise für technisch fortgeschrittene Mikroprozessoren auf Aluminiumbasis erforderlich sind, gehen Halbleiterhersteller zunehmend dazu über, das gut bekannte Metallisierungsmetall Aluminium durch ein Metall zu ersetzen, dass höhere Stromdichten und damit eine Reduzierung der Abmessungen der Verbindungsleitungen ermöglicht. Zum Beispiel ist Kupfer ein Metall, das im Allgemeinen als ein aussichtsreicher Kandidat als Ersatz für Aluminium auf Grund der überlegenen Eigenschaften hinsichtlich einer höheren Widerstandsfähigkeit gegenüber Elektromigration und einem deutlich geringeren elektrischen Widerstand im Vergleich zu Aluminium erachtet wird. Trotz dieser Vorteile zeigt Kupfer eine Reihe von Nachteilen hinsichtlich der Bearbeitbarkeit und der Handhabung von Kupfer in einer Halbleiterherstellungsstätte. Beispielsweise kann Kupfer nicht in effizienter Weise in größeren Mengen durch gut etablierte Abscheideverfahren, etwa chemische Dampfabscheide-(CVD) und physikalische Dampfabscheidung-(PVD)-Verfahren auf einem Substrat aufgebracht werden, und kann ferner nicht in effizienter Weise durch die üblicher Weise angewendeten anisotropen Ätzverfahren auf Grund der Eigenschaften des Kupfers, nicht flüchtige Reaktionsprodukte zu bilden, strukturiert werden. Bei der Herstellung von Metallisierungsschichten mit Kupfer wird daher die sogenannte Damaszener-Technik vorzugsweise angewendet, wobei eine dielektrische Schicht zunächst aufgetragen und anschließend strukturiert wird, um Gräben und Kontaktdurchführungen zu definieren, die anschließend mit Kupfer gefüllt werden. Ein weiterer wesentlicher Nachteil von Kupfer ist seine Eigenschaft, leicht in Siliziumdioxid und anderen dielektrischen Materialien zu diffundieren.
  • Es ist daher notwendig, ein sogenanntes Barrierenmaterial in Verbindung mit einer Metallisierung auf Kupferbasis zu verwenden, um damit im Wesentlichen ein Herausdiffundieren von Kupfer in das umgebende dielektrische Material zu vermeiden, da Kupfer leicht zu empfindlichen Halbleiterbereichen wandern kann, wodurch deren Eigenschaften deutlich verändert werden. Da die Abmessungen der Gräben und Kontaktdurchführungen sich gegenwärtig einer Breite oder einem Durchmesser von ungefähr 0.1 μm oder sogar weniger mit einem Aspektverhältnis der Kontaktdurchführungen von ungefähr 5 oder mehr annähern, ist das Abscheiden einer Barrierenschicht in zuverlässiger Weise auf allen Oberflächen der Kontaktdurchführungen und der Gräben und das anschließende Füllen mit Kupfer im Wesentlichen ohne Hohlräume eine der herausfordernsten Aufgaben bei der Herstellung moderner integrierter Schaltungen.
  • Gegenwärtig wird das Herstellen einer Metallisierungsschicht auf Kupferbasis so durchgeführt, dass eine geeignete dielektrische Schicht strukturiert und die Barrierenschicht, die beispielsweise Tantal (Ta) und/oder Tantalnitrid (TaN) aufweisen kann, durch fortschrittliche PVD-Techniken, etwa das Sputterabscheiden, abgeschieden wird. Für das Abscheiden einer Barrierenschicht mit 10 bis 15 nm in Kontaktdurchführungen mit einem Aspektverhältnis von 5 oder mehr werden für gewöhnlich fortschrittliche Sputter-Anlagen verwendet. Derartige Anlagen bieten die Möglichkeit, einen gewünschten Anteil der Target-Atome nach dem Herauslösen aus dem Target zu ionisieren, wodurch es möglich ist, zu einem gewissen Grade die Unterseitenbedeckung und die Seitenwandbedeckung in den Kontaktdurchführungen zu steuern. Anschließend wird das Kupfer in die Kontaktdurchführungen und die Gräben eingefüllt, wobei sich das Elektroplattieren als eine zuverlässige Prozesstechnik erwiesen hat, da es hierbei möglich ist, die Kontaktdurchführungen und die Gräben mit einer hohen Abscheiderate im Vergleich zu CVD- und PVD-Raten in einer sogenannten „von unten nach oben"-Sequenz zu füllen, wobei die Öffnungen beginnend von der Unterseite in einer im Wesentlichen hohlraumfreien Weise gefüllt werden. Im Allgemeinen muss beim Elektroplattieren eines Metalls ein äußeres elektrisches Feld zwischen der zu beschichtenden Oberfläche und der Plattierungslösung angelegt werden. Da ein Substrat für die Halbleiterproduktion möglicherweise nur an eingeschränkten Bereichen kontaktierbar ist, für gewöhnlich am Rand des Substrats, ist eine leitende Schicht vorzusehen, die das Substrat und die Oberflächen, die ein Metall aufnehmen sollen, bedeckt. Obwohl die zuvor über dem strukturierten Dielektrikum abgeschiedene Barrierenschicht als eine Stromverteilungsschicht dienen kann, zeigt es sich jedoch, dass in Hinblick auf die kristalline Struktur, die Gleichförmigkeit und die Hafteigenschaften gegenwärtig eine sogenannte Kupfersaatschicht in dem nachfolgend Elektroplattierungsprozess erforderlich ist, um Kupfergräben und Kontaktdurchführungen zu schaffen, die die erforderlichen elektrischen und mechanischen Eigenschaften zeigen. Die Kupfersaatschicht wird typischer Weise durch Sputter-Abscheidung und Anwendung im Wesentlichen der gleichen Prozessanlagen aufgetragen, die für das Abscheiden der Barrierenschicht verwendet werden.
  • Für Abmessungen von 0.1 μm und darunter von Kontaktdurchführungen in zukünftigen Bauteilgenerationen kann die Sputter-Abscheidung äußerst dünner Metallschichten mit einem hohen Maß an Konformität, wie dies für die Barrierenschicht und die Saatschicht erforderlich ist, ein begrenzender Faktor werden, da die Bedeckungseigenschaften der zuvor beschriebenen fortschrittlichen Sputter-Anlagen nicht mehr weiter ohne deutliche Modifizierungen dieser Anlagen verbesserte werden können, was wiederum gegenwärtig als keine naheliegende Entwicklung erscheint. Insbesondere das Abscheiden der Saatschicht kann nicht in einer naheliegenden Weise mittels PVD ausgeführt werden, da hier die Gleichförmigkeit der Saatschicht – im Gegensatz zur Barrierenschicht, die „nur" eine ausreichende und vollständige Abdeckung der inneren Oberflächen der Öffnungen erfordert – zu einem gewissen Maße die Gleichförmigkeit des nachfolgenden Elektroplattierungsprozesses bestimmt. Ferner können PVD-Techniken, die äußerst dünne Schichten erzeugen, die für Barrierenschichten geeignet sind, dazu führen – wenn diese auf die Herstellung von Saatschichten angewendet werden – dass ein erhöhter elektrischer Widerstand erzeugt wird, wodurch eine anfängliche Abscheiderate des nachfolgenden Elektroplattierungsprozesses reduziert ist.
  • In dem Industriebereich für gedruckte Schaltungen wird häufig eine stromlose Kupferabscheidung zur Herstellung von Kupferschichten auf im Allgemeinen nicht leitenden Strukturen angewendet. Die stromlose Abscheidung erfordert ein aktives Ingangsetzen einer chemischen Reaktion der in der Plattierungslösung enthaltenden Mittel, um Kupfer zu reduzieren und eine Kupferschicht auf der Struktur abzuscheiden. Das Ingangsetzen kann mittels eines katalytischen Materials oder, wie dies für gedruckte Leiterplatten gegenwärtig angewendet wird, mittels Plattierungslösungen mit Kolloiden erreicht werden. Obwohl Plattierungslösungen, die Kolloide enthalten, erfolgreich zum Beschichten von gedruckten Leiterplatten mit Kontaktdurchführungen von einigen 10 μm eingesetzt werden können, ist dieses Abscheideverfahren aus den folgenden Gründen äußerst ungeeignet für Metallisierungsschichten von technisch weit entwickelten integrierten Schaltungen. Die kolloidalen Plattierungslösungen können leicht Materialansammlungen mit einer Größe entwickeln, die deutlich die Größe der interessierenden Schaltungselemente überschreiten können. Ferner entsprechen die Hafteigenschaften des aufgebrachten Kupfers nicht den Erfordernissen der Halbleiterindustrie, da für gewöhnlich das Überschusskupfer mittels chemisch-mechanischen Polierens entfernt wird, wobei eine hohe mechanische Stabilität und damit Haftung des Kupfers zu den angrenzenden Materialien erforderlich ist. Folglich kann die Ausbildung von Materialansammlungen, selbst wenn deren Größe unterhalb eines kritischen Pegels gehalten werden kann, in Verbindung mit einer verringerten Haftung einen erhöhten Elektromigrationseffekt der Kupferleitungen und Kontaktdurchführungen hervorrufen, was eine entsprechende Lösung wenig attraktiv macht.
  • Die Patentschrift EP 1 201 787 A2 offenbart Katalysatorverbindungen, die geeignet sind, stromlos Metallkeimschichten abzuscheiden. Die Katalysatorverbindungen können durch verschiedene Prozesse, wie Eintauchen, Sprühen, Spülen, Drucken, Rollen, Aufschleudern und dergleichen aufgebracht werden. Die Katalysatorverbindung wird vorzugsweise auf eine Barrierenschicht aufgebracht. Das Verfahren erfordert einen zusätzlichen Prozessschritt und ist für das katalytische Aktivieren der Oberflächen enger Öffnungen nicht geeignet. Die zusätzliche Schicht behindert ferner das Füllen enger Öffnungen.
  • Die Patentanmeldung US 2002/0050459 A1 bezieht sich auf ein Verfahren, das das Bilden eines leitenden Filmes umfasst, der zumindest 50% Kupfer und ein katalytisches Material aufweist, um das stromlose Plattieren zu beschleunigen. Der leitende Film kann auf einer Barrierenschicht abgeschieden sein. Der zusätzliche Film behindert jedoch das Füllen enger Öffnungen.
  • Die Schrift Lin, J.-N.; Lee, T.-L.; Hsieh, W.-J.; Lin, C.-C.; [u.a.]: Interfacial mechanism studies of electroless plated Cu films on a-Ta:N layers catalyzed by PIII. In: J. Vac. Sci. Technol. A, ISSN 0734-2101, 2002, Vol. 20, No. 3, Seite 733–739 bezieht sich auf Untersuchungen von Grenzflächenmechanismen bei stromlos plattierten Kupferfilmen, die auf Tantalnitrid- (TaN) Schichten abgeschieden werden, die mittels Pd-Atomen katalysiert werden. Die Pd-Ionen werden in die TaN Barrierenschicht mittels Plasmaimmersionsverfahren implantiert. Das Verfahren erfordert einen zusätzlichen Prozessschritt und ist für das katalytische Aktivieren der Oberfläche enger Öffnungen nicht geeignet.
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  • In Anbetracht der zuvor erläuterten Situation ist es daher eine Aufgabe, eine Technik bereitzustellen, die das effiziente Ausbilden einer Metallschicht, etwa einer Kupfer und/oder einer Kupferlegierungsschicht, durch stromloses Abscheiden ermöglicht, wobei eines oder mehrere der zuvor erkannten Probleme vermieden oder zumindest verringert werden.
  • Das Problem wird gelöst durch Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 und 16.
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  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Weitere Vorteile, Aufgaben und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den angefügten Patentansprüchen definiert und gegen aus der folgenden detaillierten Beschreibung näher hervor, wenn diese mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen studiert wird; es zeigen:
  • 1a bis 1c schematisch Querschnittsansichten einer kupferenthaltenden Metallisierungsstruktur während diverser Herstellungsschritte gemäß anschaulicher Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;
  • 2 schematisch eine Abscheideanlage für CVD oder ALD, wie sie für das Herstellen der in den 1a bis 1c gezeigten Metallisierungsstruktur verwendbar ist; und
  • 3 schematisch eine PVD-Anlage, die geeignet ausgestattet ist, um eine katalytische Materialschicht für das Herstellen der in 1a bis 1c gezeigten Metallisierungsstruktur zu bilden.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug zu den Ausführungsformen beschrieben ist, wie sie in der folgenden detaillierten Beschreibung sowie in den Zeichnungen dargestellt sind, sollte es selbstverständlich sein, dass die folgende detaillierte Beschreibung sowie die Zeichnungen nicht beabsichtigen, die vorliegende Erfindung auf die speziellen anschaulichen offenbarten Ausführungsformen einzuschränken, sondern die beschriebenen anschaulichen Ausführungsformen stellen lediglich beispielhaft die diversen Aspekte der vorliegenden Erfindung dar, deren Schutzbereich durch die angefügten Patentansprüche definiert ist.
  • Die vorliegende Erfindung beruht auf dem Konzept der Erfinder, dass ein katalytisches Material in eine dielektrische Schicht oder eine Barrierenschicht, die auf einem Dielektrikum gebildet ist, integriert werden kann, indem fortschrittliche Abscheidetechniken, etwa CVD, PVD und ALD angewendet werden, wobei jedoch das Abscheiden des katalytischen Materials nicht notwendigerweise strenge Anforderungen hinsichtlich der Bedeckung und der Gleichförmigkeit erfüllen muss, da bereits geringe Mengen des katalytischen Materials auf der Oberfläche, die mit dem Plattierungsbad in Kontakt ist, ausreichen, um die Reduktionsreaktion und das Abscheiden von Metall in Gang zu setzen. Auf diese Weise kann eine äußerst konforme Metallschicht erzeugt werden, wodurch die Nachteile der zuvor beschriebenen stromlosen Plattierungsprozesse unter Anwendung einer kolloidalen Plattierungslösung vermieden werden, wobei die Metallschicht dann als eine Saatschicht für einen nachfolgenden Elektroplattierungsprozess für das Abscheiden des Volumenmetalls verwendet werden kann. Aufgrund der ausgezeichneten Konformität und Gleichförmigkeit der stromlos abgeschiedenen Saatschicht kann der folgende Elektroplattierungsprozess mit verbesserter Gleichförmigkeit im Vergleich zu einem Prozess, der auf einer durch PVD abgeschiedenen Saatschicht beruht, ausgeführt werden. Im Vergleich zu äußerst komplexen fortschrittlichen CVD und ALD-Techniken kann die Saatschicht entsprechend der vorliegenden Erfindung mit einer erhöhten Abscheiderate gebildet und damit kann die Gesamtprozesszeit zur Herstellung einer Metallisierungsschicht verringert werden, wobei die äußerst konforme stromlose Abscheidung das Reduzieren der Bauteilabmessungen auf 0.1 μm und darunter ermöglicht.
  • Es sollte ferner angemerkt werden, dass in den folgenden anschaulichen Ausführungsformen auf eine Metallisierungsschicht mit Kupfer und einem geeigneten dielektrischen Material, etwa Siliziumdioxid oder für technisch fortschrittliche Halbleiterbauteile ein dielektrisches Material mit kleinem ε verwiesen wird, da insbesondere die Kombination aus Kupfer mit einem Dielektrikum mit kleinem ε den am vielversprechensten Ansatz für die weitere Entwicklung integrierter Schaltungen zu repräsentieren scheint. Trotzdem sollen die Prinzipien der vorliegenden Erfindung nicht auf Bauteile mit Kontaktdurchführungen mit einem Durchmesser von ungefähr 0.1 μm und weniger eingeschränkt werden, sondern diese können auf beliebige Halbleiterbauteile angewendet werden, wenn das Abscheiden mittels Plattierens einer Metallschicht eine vielversprechende Alternative für die „trockene" Abscheidung ist, die durch CVD, PVD oder ALD erreicht wird. Des weiteren kann die vorliegende Erfindung auch in Verbindung mit anderen Metallen als Kupfer, etwa Kupferlegierungen, Zinn, Blei und dergleichen angewendet werden. Daher sollte die vorliegende Erfindung nicht auf eine spezielle offenbarte Ausführungsform eingeschränkt betrachtet werden, sofern nicht derartige Einschränkungen explizit in den angefügten Patentansprüchen beschrieben sind.
  • Mit Bezug zu den 1a bis 1c, 2 und 3 werden nunmehr weitere anschauliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung detaillierter beschrieben.
  • In 1a umfasst eine Metallisierungsstruktur 100 ein Substrat 101 mit einer darauf ausgebildeten ersten dielektrischen Schicht 102 mit einer Metallleitung 104, die ein Metallgebiet 103 aufweist, das beispielsweise Kupfer, eine erste Barrierenschicht 105 und eine zweite Barrierenschicht 106 enthält. Die Metallleitung 104 ist lediglich anschaulicher Natur dahingehend, dass diese eine typische Struktur in einem Damaszener-Aufbau repräsentiert. Die Metallleitung 104 kann jedoch ein beliebiges Schaltungselement repräsentieren, das die Herstellung einer Kontaktdurchführung oder eines Grabens, der damit verbunden ist, erfordert. Eine zweite dielektrische Schicht 107, die beispielsweise Siliziumdioxid oder ein Material mit kleinem ε aufweist, ist über der ersten dielektrischen Schicht 102 gebildet, wobei eine Kontaktdurchführung 108, die eine Verbindung zu dem Metallgebiet 103 herstellt, in der zweiten dielektrischen Schicht 107 gebildet ist. Eine Barrierenschicht 109 ist auf der dielektrischen Schicht 107 und auf inneren Oberflächenbereichen 110 der Kontaktdurchführung 108 gebildet. Die Barrierenschicht 109 kann eine oder mehrere Teilschichten aufweisen, um die geforderten Barrieren- und Hafteigenschaften bereitzustellen. Zum Beispiel kann die Barrierenschicht 109 eine Tantalschicht und/oder eine Tantalnitridschicht mit einer Dicke aufweisen, die zuverlässig vollständig die Oberflächenbereiche 110 insbesondere an Unterseitenecken bzw. Rändern 111 der Kontaktdurchführung 108 bedeckt.
  • Die Barrierenschicht 109 umfasst zumindest an Oberflächenbereichen, die von den Oberflächenbereichen 110 wegzeigen, ein katalytisches Material 112, wobei das katalytische Material so ausgewählt ist, dass es in der Lage ist, eine chemische Reaktion zwischen einem Metallsalz und einem Reduktionsmittel, die in einer Plattierungslösung für das Abscheiden einer nachfolgenden Metallschicht enthalten sind, in Gang setzt, wie dies nachfolgend beschrieben wird. Wenn Kupfer oder eine Kupferlegierung mittels stromloser Plattierung abzuscheiden ist, kann das katalytische Material Platin (Pt) und/oder Palladium (Pd) und/oder Kupfer (Cu) und/oder Silber (Ag) und/oder Kobalt (Co) und dergleichen aufweisen. Es ist bekannt, das katalytische Material 112 als eine im Wesentlichen kontinuierliche Schicht auf der Barrierenschicht 109 vorzusehen, wohingegen erfindungsgemäß geringe Mengen des katalytischen Materials 112 so in der Barrierenschicht 109 integriert sind, dass zumindest eine Oberfläche der Barrierenschicht 109 das katalytische Material 112 in einem stoichiometrischen Verhältnis von ungefähr 0.01 oder größer im Vergleich zu dem Barrierenmaterial enthält.
  • In einer anschaulichen Ausführungsform kann die Barrierenschicht 109 eine dielektrische Schicht oder die Oberflächenschicht der zweiten dielektrischen Schicht 107 repräsentieren, wenn das in der Kontaktdurchführung 108 abzuscheidende Metall in ausreichender Weise an der dielektrischen Schicht 107 haftet und bei erhöhten Temperaturen im Wesentlichen nicht diffundiert. Beispielsweise zeigt Siliziumnitrid ausgezeichnete Barriereneigenschaften in Bezug auf Kupferdiffusion und kann als eine dielektrische Diffusionsbaniere verwendet werden, wenn die parasitäre Kapazität, die durch das relativ große ε von Siliziumnitrid hervorgerufen wird, kein Problem darstellt.
  • Ein typischer Prozessablauf zur Herstellung der Metallisierungsstruktur 100 kann die folgenden Prozesse enthalten. Nach der Herstellung der Metallleitung 104 in der ersten dielektrischen Schicht 102 wird die zweite dielektrische Schicht 107 durch beispielsweise CVD abgeschieden, wobei eine zusätzliche Ätzstopschicht (nicht gezeigt) vor der Ausbildung der dielektrischen Schicht 107 abgeschieden werden kann. Anschließend wird die Kontaktdurchführung 108 durch geeignete Photolithographie- und anisotrope Ätzverfahren hergestellt. Danach wird die Barrierenschicht 109 mittels eines geeigneten Abscheideverfahrens gebildet, wie dies detaillierter mit Bezug zu 2 und 3 beschrieben wird.
  • 2 zeigt schematisch eine Abscheideanlage 200, die so ausgebildet ist, um eine Materialschicht mittels chemischer Dampfabscheidung abzuscheiden. Die Anlage 200 umfasst eine Prozesskammer 201 mit einem Ausgang 202, der mit einer Pumpquelle 203 verbunden ist, die so ausgebildet ist, um einen gewünschten Druck in der Prozesskammer 201 in aktiver Weise aufrecht zu erhalten. Ein Substrathalter 204 ist unterhalb eines Schauerkopfes 205 angebracht, der wiederum mit einer Quelle aus Vorstufen- und Trägergasen 206 mittels eines Einlasses 207 verbunden ist. Der Substrathalter 204 und die Prozesskammer 201 sind so ausgebildet, um jeweils eine gewünschte Temperatur auf einem zu prozessierenden Substrat und innerhalb der Kammer 201 aufrecht zu erhalten, um damit erforderliche Abscheidebedingungen auf dem Substrat und eine entsprechende Abscheideatmosphäre innerhalb der Kammer 201 zu erhalten. Der Einfachheit halber sind entsprechende Mittel, etwa Radiatoren und/oder Heizelemente, nicht gezeigt. Ferner kann der Schauerkopf 205 eine Plasmaanregungseinrichtung (nicht gezeigt) aufweisen, um eine Plasmaumgebung zu erzeugen, wie dies für einen plasmaunterstützten CVD-Prozess erforderlich ist.
  • Während des Betriebs wird ein Substrat, etwa das Substrat 101 mit der darauf gebildeten strukturierten dielektrischen Schicht 107, auf dem Substrathalter 204 montiert und die Pumpquelle 203 wird so betrieben, um einen Druck zu erzeugen, wie er zum Beibehalten eines spezifizierten Vorstufengases im dampfförmigen Zustand erforderlich ist. Zum Beispiel kann die Barrierenschicht 109 als eine Titannitridschicht vorgesehen sein, und kann daher aus metallorganischen Vorstufengasen abgeschieden werden. In anderen Ausführungsformen kann die Barrierenschicht 109 im Wesentlichen Tantalnitrid aufweisen und es können geeignete Tantalnitrid-Vorstufengase durch die Quelle 206 zugeführt werden.
  • Da die Abscheideraten für einen gegebenen Satz von Parametern im Voraus bestimmt werden kann, kann der Prozess des Abscheidens des primären Barrierenmaterials für die Barrierenschicht 109 solange ausgeführt werden, bis eine gewünschte Dicke der Barrierenschicht 109 insbesondere an den Unterseitenecken 111 erreicht ist. Anschließend wird ein Vorstufenmaterial mit dem katalytischen Material 112 der Abscheideatmosphäre hinzugefügt, um somit das Abscheiden der Barrierenschicht 109 fortzusetzen, während ein Oberflächenteil davon das katalytische Material aufnimmt.
  • Geeignete Kandidaten für einen Katalysator enthaltende Vorstufenstoffe sind Komplexe in der Form Pt(hfac)2 (Hexafluroacethylazetonat-Platin), oder ähnliche Verbindungen, in denen Platin durch Palladium ersetzt ist. Wie zuvor dargestellt ist, brauchen lediglich geringe Mengen des den Katalysator enthaltenen Vorstufengases mit dem das Barrierenmaterial enthaltende Vorstufengase gemischt werden, da bereits Spuren des Katalysators 112 ausreichen können, um die Oberfläche der Barrierenschicht 109 in einem anschließenden elektro-chemischen Prozess zu aktivieren.
  • Da eine kontinuierliche Schicht des katalytischen Materials 112 auf der Barrierenschicht 109 nicht erforderlich ist, kann das Abscheiden des katalytischen Materials 112 in einer Ausführungsform unmittelbar nach dem Unterbrechen des Abscheidens der Barrierenschicht 109 ausgeführt werden, ohne das ein ausgeprägtes Spülen der Prozesskammer 201 oder gar ein Verwenden einer anderen Abscheideanlage erforderlich ist. Die geeigneten Druck- und/oder Temperaturbedingungen können während der Zufuhr des den Katalysator enthaltenden Vorstufengases eingestellt werden.
  • Auf Grund der geringen benötigten Mengen des Katalysators 112 kann die Abscheidezeit daher in einem Bereich von ungefähr 1 bis 10 Sekunden liegen. Beispielsweise kann eine Oberflächenbedeckdung des katalytischen Materials 112 in Bezug auf das darunter liegende Material, etwa die Barrierenschicht 109, von ungefähr 5 bis 15% und in einigen Ausführungsformen von ungefähr 10% ausreichend sein, um die erforderlichen Aktivierungseigenschaften in einem nachfolgenden Plattierungsprozess hervorzurufen. Die Menge des den Katalysator enthaltenden Vorstufengases wird so gewählt, um das gewünschte Maß an Oberflächenbedeckung zu erreichen.
  • In anderen Ausführungsformen können unter Umständen die Einschränkungen in Hinblick auf die Konformität der Schichtabscheidung ohne Erzeugen von Partikeln und in Hinblick auf den elektrischen Widerstand nicht effizient für diverse Topographien der Metallisierungsstruktur 100 und für gewisse Barrierenmaterialien, etwa Tantalnitrid, das oft als Barrierenschicht in Kupfermetallleitungen verwendet wird, erfüllt sein. In diesen Fällen kann die Technik der Atomschichtabscheidung (ALD) eine bevorzugte Variante darstellen, auf Grund der Möglichkeit, dünne Filme mit ausgezeichneter Konformität selbst in Kontaktdurchführungen mit hohem Aspektverhältnis zu wachsen, nahezu ohne Partikel zu bilden, was ansonsten durch das Vermischen von reaktiven Gasen, die beim CVD eingesetzt werden, hervorgerufen wurde. Ferner ermöglichen ALD und plasmaunterstütztes ALD das Steuern der Schichtdicke auf atomaren Maßstab auf Grund der digitalen bzw. schrittweisen Natur des Prozesses, wobei jeder Abscheidezyklus das nacheinander ablaufende Bereitstellen mindestens zweier reagierender Stoffe erfordert, die dann auf der Oberfläche des Substrats reagieren, um das gewünschte Barrierenmaterial, etwa Tantalnitrid, abzuscheiden. Für den ALD-Prozess oder den plasmaunterstützten ALD-Prozess kann in Prinzip eine Abscheidanlage ähnlich zu jener, wie sie mit Bezug zu 2 beschrieben ist, angewendet werden, und daher wird in der folgenden Beschreibung auf die Abscheideanlage 200 Bezug genommen.
  • Während eines ersten Zyklus wird ein Tantalnitrid-Vorstufengas, etwa TBTDET ((Net2)3Ta) unter einem geeigneten Druck dem Substrat 101 mittels eines Trägergases, etwa Argon, zugeführt. Danach wird ein Spülschritt ausgeführt, an den sich die Zufuhr eines reduzierenden Gases anschließt, oder wie in dem plasmaverstärkten ALD-Prozess das Erzeugen mittels des Plasmas von reduzierenden Radikalen. Zum Beispiel kann ein Wasserstoff- oder ein Ammoniakplasma errichtet werden, um eine Schicht aus Tantal oder Tantalnitrid auf der Metallisierungsstruktur 100 zu erzeugen. Danach kann ein weiterer Spülschritt ausgeführt werden und die obige Sequenz kann wiederholt werden, bis die gewünschte Dicke erreicht ist. Wie aus dem Stand der Technik bekannt, kann daran anschließend Katalysator enthaltendes Vorstufengas, etwa Pt(hfac) oder Pd(hfac) in die Prozesskammer eingeführt werden, wenn eine geeignete Abscheidetemperatur und Druck erreicht sind. Es wird dann eine Schicht des katalytischen Materials 112, die zusammenhängend sein kann oder nicht – abhängig von der Dauer der Katalysatorabscheidung – auf der Barrierenschicht 109 gebildet.
  • Erfindungsgemäß werden jedoch Katalysatoratome, etwa Platin- oder Palladiumatome, die durch das Plasma erzeugt werden, in die Barrierenschicht 109 eingebaut, um eine aktivierende Oberfläche für die nachfolgende elektro-chemische Abscheidung von Kupfer zu bilden. In einer Ausführungsform können ein oder mehrere der letzten Abscheidezyklen bei Vorhandensein geringer Mengen des Katalysator enthaltenden Vorstufengases ausgeführt werden, wodurch eine Oberflächenbedeckung in der zuvor spezifizierten Weise entsteht, um damit Spuren des Katalysators 112 in die Schicht 109 einzubringen, ohne deutlich die Abscheidekinetik und damit die Barriereneigenschaften der Schicht 109 zu beeinflussen. Beispielsweise kann die geringe Menge des Katalysator enthaltenden Vorstufengases während des Zuführens des Barrierenvorstufengases und/oder während der Zufuhr des reduzierenden Mittels und/oder während der Spülschritte, die dazwischen ausgeführt werden, zugesetzt werden. Somit kann mit Ausnahme der zusätzlichen Zufuhr einer geringen Menge eines Katalysator enthaltenden Vorstufengases der Prozess für die Abscheidung der Barrierenschicht 109 mit Prozessparametern ausgeführt werden, die so gewählt sind, um eine verbesserte Prozessleistung und/oder verbesserte Eigenschaften der Barrierenschicht 109 zu erreichen. Abscheidezeiten zum Einbauen des Katalysators können im Bereich von ungefähr 10 bis 30 Sekunden liegen.
  • Mit Bezug zu 3 werden nunmehr weitere Ausführungsformen beschrieben, wobei die Barrierenschicht 109 und das katalytische Material durch physikalische Dampfabscheidung (PVD), etwa durch Sputter-Abscheidung, gebildet werden. In 3 umfasst eine Sputter-Abscheideanlage 300 eine Prozesskammer 301 mit einem Auslass 302, der eine Verbindung zu einer geeigneten Pumpquelle (nicht gezeigt) aufweist, und einem Einlass 307, der mit einer Quelle von Vorstufengasen und Trägergasen (nicht gezeigt) verbunden ist. Ein Substrathalter 304 ist in Prozessablaufrichtung abwärts von einer Ionisierungseinrichtung 303 angeordnet, die so ausgebildet ist, Atome zu ionisieren und diese auf ein Substrat zu lenken, das auf dem Substrathalter 304, der elektrisch mit Massepotential verbunden ist, montiert ist. Eine Plasmaanregungseinrichtung 306 ist in der Nähe eines Sputter-Targets 305 angeordnet, das in einer Ausführungsform aus einer Komponente 308 des Barrierenmaterials, etwa Tantal, aufgebaut ist, wobei darin ein katalytisches Material 309, etwa Platin, Palladium und dergleichen verteilt ist. Das Verhältnis zwischen dem Barrierenmaterial 308 und dem Katalysator 309 kann im Bereich von ungefähr 100 bis 5 liegen. Der Katalysator 309 kann im Wesentlichen gleichförmig zumindest an einem Oberflächenbereich des Targets 305 verteilt sein, wobei der Begriff „gleichförmige Verteilung" sich auf einen globalen Maßstab des Targets 305 bezieht und ein im Wesentlichen gleichförmiges Freisetzen von Katalysatoratomen beschreiben soll, d. h., eine im Wesentlichen konstante Anzahl an Katalysatoratomen, die von dem Target 305 für einen gegebenen Satz an Betriebsbedingungen der Sputter-Anlage 300 herausgeschlagen werden. Daher kann das Katalysatormaterial 309 kontinuierlich oder in diskreten Mengen vorgesehen sein, solange die Sputter-Rate im Wesentlichen für gegebene Betriebsbedingungen der Anlage konstant ist, wobei der Anteil an Katalysatoratomen in der Abscheideumgebung für gegebene Betriebsbedingungen der Anlage dann durch das Verhältnis des Barrierenmaterials 308 zu dem Katalysatormaterial 309 in dem Target 305 bestimmt ist.
  • In anderen Ausführungsformen kann das Target 305 aus einem oder mehreren Bereichen gebildet sein, die das Barrierenmaterial 308 aufweisen, und aus einem oder mehreren Bereichen, die das Katalysatormaterial 309 aufweisen, wobei das Verhältnis der Oberflächenbereiche der einen oder mehreren Barrierenmaterialbereiche 308 und der einen oder mehreren Katalysatorbereiche 309 im Wesentlichen das Verhältnis der Sputter-Atome bestimmt, die durch Beschuss des Targets 305 freigesetzt werden. In einer Ausführungsform kann das Katalysatormaterial 309 am Rand des im Wesentlichen scheibenförmigen Targets 305 angeordnet sein, und die Plasmaanregungseinrichtung 306 möglicherweise in Verbindung mit einer Magnetanordnung (nicht gezeigt) kann so betrieben werden, um den Anteil an Partikeln, die den Rand des Targets 305 treffen, einzustellen, wodurch die Menge an freigesetzten Katalysatormaterial 309 gesteuert wird. In einer weiteren Ausführungsform kann das Target 305 eine steuerbare Abschirmung (nicht gezeigt) aufweisen, um einen oder mehrere Bereiche des katalytischen Materials 309 zu bedecken, um damit die Menge der freigesetzten Katalysatoratome einzustellen.
  • Es sollte beachtet werden, dass die Abscheideanlage 300 lediglich von anschaulicher Natur ist und daher können andere geeignete Sputter-Anlagen ebenso verwendet werden. Beispielsweise sind einige konventionelle Anlage mit einer Hohlkathodenanordnung ausgestattet, wobei die Kathode, d. h. das Target, so gebildet ist, um ein hohes Maß an Kollimierung der Atome und der Ionen, die sich dem Substrathalter 304 nähern, zu erreichen. In anderen Anlagen kann eine beliebige Art eines Kollimators zwischen dem Target 305 und dem Substrathalter 304 angeordnet werden, um ein im Wesentlichen senkrechtes Auftreffen der Targetionen auf das Substrat zu erreichen, wie dies für eine Schaltungstopographie mit Gräben und Kontaktdurchführungen mit großem Aspektverhältnis erforderlich ist. In diesen Anlagen kann das katalytische Material 309 zusätzlich oder ausschließlich auf dem Kollimator vorgesehen sein, wodurch die Ausbildung des Targets 305 vereinfacht wird, da wenig oder möglicherweise gar kein katalytisches Material 309 in dem Target 305 erforderlich ist. In anderen Sputter-Anlagen kann das Barrierenmaterial 308 und das katalytische Material 309 auf entsprechenden Spulen zum Erzeugen eines Plasmas als Schicht aufgetragen sein. Hinsichtlich der Anordnung des katalytischen Materials 309 gelten dann die gleichen Kriterien, wie sie zuvor mit Bezug zu dem Target 305, das in 3 gezeigt ist, angeführt sind.
  • Während des Betriebs werden die Prozessparameter, etwa die der Plasmaanregungseinrichtung 306 zugeführte Leistung, die der Ionisierungseinrichtung 303 zugeführte Leistung, der Druck in der Kammer 301, und dergleichen, so eingestellt, um einen Beschuss der Targetionen und/oder Atome mit dem gewünschten Richtungsverhalten zu erreichen. Auf Grund der Anordnung des katalytischen Materials 309 gemäß einer oder mehrerer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen ist ebenso ein spezifizierter Anteil dieses katalytischen Materials in der Atmosphäre vorhanden, die den Substrathalter 304 und damit ein darauf angeordnetes Substrat, etwa das Substrat 101, umgibt. Daher wird das katalytische Material 309 ebenfalls abgeschieden und in die Barrierenschicht 109 eingebaut, wodurch der Anteil 112 gebildet wird, der in einigen Ausführungsformen im Wesentlichen gleichförmig über die gesamte Dicke der Barrierenschicht 109 hinweg verteilt sein kann.
  • In anderen Ausführungsformen wird das Freisetzen des katalytischen Materials 309 beispielsweise durch zeitweiliges Abschirmen einer oder mehrere Katalysator enthaltender Bereiche des Targets 305 gesteuert, wie dies zuvor beschrieben ist. Somit kann das Abscheiden des katalytischen Materials 309 vorteilhafter Weise während einer abschließenden Phase des Abscheideprozesses stattfinden, so dass das katalytische Material 112 in der Barrierenschicht 109 im Wesentlichen an deren Oberflächengebiet gebildet wird, wodurch die erforderlichen Katalysatoreigenschaften bewirkt werden, ohne ungebührlich die Gesamteigenschaften der Barrierenschicht 109 zu beeinflussen.
  • In einer weiteren Ausführungsform kann die Barrierenschicht 109 bei Vorhandensein eines geeigneten Vorstufengases, das beispielsweise Stickstoff enthält, abgeschieden werden, um eine Nitridschicht oder eine Nitridteilschicht in der Barrierenschicht 109 zu bilden. In ähnlicher Weise kann ein geeignetes Vorstufengas, das das katalytische Material 309 enthält, etwa Platin in einem porösähnlichen Zustand mit vergrößerter Oberfläche, Palladium, Silber, Kupfer, Kobalt, permanent oder während der abschließenden Phase zugeführt werden, um den Katalysator 309 einzubinden und die Bereiche 112 in der Barrierenschicht 109 zu bilden. Der Anteil des Katalysators 309, der in die Barrierenschicht 109 eingebaut wird, kann durch den Anteil, d. h. die Durchflussrate, des der Abscheideatmosphäre in der Kammer 301 hinzugefügten Katalysator enthaltenden Vorstufengases, und/oder die Dauer des Zuführens des Katalysator enthaltenden Vorstufengases gesteuert werden. In einer Ausführungsform können Platin oder Palladium enthaltende hfac-Komplexe bei einer Durchflussrate von ungefähr 10–100 sccm für eine Zeitdauer im Bereich von ungefähr 2 bis 20 Sekunden für einen CVD-artigen Prozess und für ungefähr 10–30 Sekunden für einen ALD-artigen Prozess beim Abscheiden des Katalysators 309 zugesetzt werden, wobei ein Druck in der Kammer 301 deutlich unterhalb des Dampfdruckes des Katalysator enthaltenden Vorstufengases von ungefähr 0.15 Torr gehalten wird.
  • Es sollte beachtet werden, dass die Erfindung nicht auf Tantal, Titan, Tantalnitrid oder Titannitrid-Schichten für die Barrierenschicht 109 einzuschränken ist, sondern dass diese in Verbindung mit einer beliebigen geeigneten Schicht oder einem Schichtstapel, die in gegenwärtigen und künftigen Metallisierungsstrukturen erforderlich sind, angewendet werden kann. Es können dann geeignete Sputter-Target-Elemente mit einem Katalysator und/oder Katalysator enthaltende Vorstufengasen entsprechend den betrachteten Abscheideprozess verwendet werden. In einigen Fällen kann es vorteilhaft oder notwendig sein, das Abscheiden der Barrierenschicht 109 in zwei oder mehrere Abscheideschritte zu unterteilen – abhängig von der Komplexität des Barrierenschichtstapels –, so dass lediglich der letzte Abscheideschritt dem Hinzufügen des katalytischen Materials zu der Barrierenschicht 109 anzupassen ist. In anderen Ausführungsformen kann es als geeignet erachtet werden, das Abscheiden des katalytischen Materials als den letzten Schritt einer entsprechenden Herstellungssequenz mit einem oder mehreren Schritten zur Bildung der Barrierenschicht 109, die das katalytische Material 112 im Wesentlichen in dem Oberflächengebiet enthält, auszuführen. In einer speziellen Ausführungsform wird dieser letzte Schritt zum Abscheiden des katalytischen Materials zur Bildung des katalytischen Bereichs 112 in der gleichen Prozesskammer ausgeführt, wie der vorhergehende Schritt zur Bildung der Barrierenschicht 109 bzw. eines Teiles davon, ohne das Vakuum zu unterbrechen. Wenn beispielsweise die Abscheidekammer eine Plasmaanregungseinrichtung enthält, wie dies für gewöhnlich für die Sputter-Abscheidung, das plasmaunterstützte PVD und das plasmaunterstütze ALD der Fall ist, kann eine Katalysator enthaltende Plasmaumgebung erzeugt werden und die Barrierenschicht 109 kann mit dem Katalysator „dotiert" werden, wobei beispielsweise ein Betrag und/oder ein Eindringtiefe der Katalysatorionen durch die Plasmaeigenschaften und eine zwischen dem Plasma und dem Substrat angelegte Vorspannung steuerbar ist. Auf diese Weise kann ein gewünschter Anteil an Katalysator in die Barrierenschicht 109 bis zu einer steuerbaren Tiefe eingebaut werden, was für äußerst fortschrittliche Metallisierungsstrukturen mit einer Barrierenschichtdicke von 10 nm oder sogar darunter vorteilhaft ist. Durch Steuern des Anteils und/oder der Tiefe des eingebauten Katalysators können die Barrieren- und Hafteigenschaften der Schicht 109 im Wesentlichen ohne negative Beeinflussung bleiben.
  • Abhängig von der Prozesssequenz zur Herstellung der Barrierenschicht 109 kann es in einigen Ausführungsformen angemessen sein, zwei oder mehrere der zuvor beschriebenen Abscheidetechniken, d. h. CVD, ALD und PVD, zu kombinieren, wobei in einer oder mehreren dieser Techniken der katalytische Bereich 112 in einer in der zuvor beschriebenen Weise hergestellt werden kann.
  • Es sei nun wieder auf 1b verwiesen, worin die Metallisierungsstruktur 100 eine Metallschicht 113, etwa eine Kupferschicht, aufweist, die in einer speziellen Ausführungsform als eine Saatschicht für einen nachfolgenden Abscheideprozess dient. Die Metallschicht 113 ist durch stromloses Abscheiden durch Einbringen der Metallisierungsstruktur 100 in ein Elektrolytbad (nicht gezeigt), die ein Salz des abzuscheidenden Metalls und ein Reduziermittel enthält, gebildet. Zum Beispiel kann für eine Kupferschicht eine der gegenwärtig verfügbaren und bewährten Badzusammensetzungen, etwa Kupfer, EDTA, NaOH und HCHO, oder Kupfer, KNa-Tartat, NaOH, HCHO verwendet werden. Auf Grund des katalytischen Bereichs 112 in der Barrierenschicht 109 beginnt die Abscheidereaktion automatisch und führt zu einer äußerst gleichförmigen Metallabscheidung mit verbesserter kristalliner Struktur. Die Dicke der Metallschicht 113 kann in einfacher Weise gesteuert werden, indem das Zeitintervall für das Einbringen der Metallisierungsstruktur 100 in das Elektrolytbad eingestellt wird. Im Vergleich zu konventionellen Abscheideverfahren zur Herstellung beispielsweise einer Kupfersaatschicht in Kontaktdurchführungen mit großem Aspektverhältnis, etwa der Sputter-Abscheidung oder CVD, werden deutlich höhere Abscheideraten mittels des stromlosen Plattierens erreicht, wobei dennoch ein Grad an Konformität erhalten wird, der mit Sputter-Abscheidung nur unter großen Schwierigkeiten erreichbar ist.
  • Um den Herstellungsprozess für die Metallschicht 113 zu optimieren, können mehrere Testläufe ausgeführt werden, um einen geeigneten Anteil und die Art eines katalytischen Materials 112 in der Barrierenschicht 109 zu bestimmen, so dass eine rasche Reaktion mit dem gewünschten Maß an Konformität und Qualität der Metallschicht 113 erreicht wird. Beispielsweise ermöglicht ein Verhältnis von Platin und Barrierenmaterial in der Schicht 109, wie dies mit Bezug zu 1a spezifiziert ist, das Herstellen einer Kupferschicht mit einer Dicke im Bereich von ungefähr 2 bis 50 nm in einem Zeitintervall von ungefähr 5–20 Sekunden innerhalb von Kontaktdurchführungen mit einem Durchmesser von 0.1 μm und darunter bei einer Tiefe von 1 μm und sogar mehr.
  • 1c zeigt schematisch die Metallisierungsstruktur 100 nach dem Füllen der Kontaktdurchführung 108 mittels Elektroplattierens mit einem Metall, wodurch eine Schicht 114 aus Überschussmetall auf der Oberseite der Struktur 100 gebildet wird. Der Metallfüllvorgang kann mittels gut etablierter "von unten nach oben"-Elektroplattierungsabscheidetechniken erreicht werden, wobei die Metallisierungsstruktur 100 in ein Elektrolytbad eingeführt wird (nicht gezeigt), das geeignete Additive enthalten kann, die den äußerst nicht konformen Abscheidevorgang des Metalls ohne ein wesentliches Ausbilden von Hohlräumen und Säumen in der Kontaktdurchführung 108 sicherstellen. Dabei kann die Metallschicht 113, die als eine Saatschicht dient, sogar das Füllvermögen des Elektroplattierungsprozesses auf Grund der im Wesentlichen gleichförmigen Dicke und damit der gleichförmigen Stromverteilung, die durch die Schicht 113 geliefert wird, verbessern. Die Überschussmetallschicht 114 kann dann mittels eines geeigneten Prozesses, etwa CMP, entfernt werden, wobei die mechanische Stabilität des in die Kontaktdurchführung 108 eingefüllten Metalls im Wesentlichen die gleiche Qualität wie in einer herkömmlichen Metallisierungssequenz ohne einer elektro-chemischen Bildung einer Saatschicht aufweisen kann, oder sogar eine verbesserte Stabilität auf Grund der verbesserten Eigenschaften der Metallschicht 113 im Vergleich zu einer durch Sputter-Abscheidung in einer Kontaktdurchführung mit großem Aspektverhältnis gebildeten Saatschicht zeigen. Wie zuvor dargelegt ist, kann das Bilden des katalytischen Schichtbereichs 112 in der Barrierenschicht 109 so eingestellt werden, um im Wesentlichen die Hafteigenschaften der Barrierenschicht 109 während des CMP-Prozesses und anderer nachfolgender Prozessschritte nicht zu beeinträchtigen.
  • Obwohl die vorangegangenen anschaulichen Ausführungsformen sich an die Herstellung einer Metallisierungsstruktur mittels eines Elektroplattierungsprozesses unter Verwendung der Metallschicht 113 als eine Saatschicht richten, was insbesondere vorteilhaft ist für technische fortschrittliche Mikrostrukturen mit Strukturelementen, die Abmessungen im Bereich deutlich unter 1 μm aufweisen, auf Grund der gut etablierten "von unten nach oben"-Technik in dem Elektroplattierungsprozess, sollte beachtet werden, dass die Metallschicht 114 auch durch stromloses Abscheiden gebildet werden kann, wobei die Schicht 113 während eines ersten Abscheideschrittes oder während einer ersten Zeitdauer eines einzelnen Abscheideschrittes zum Füllen der Kontaktdurchführung 108 gebildet werden kann, insbesondere wenn die Topographie der Metallisierungsstruktur 100 weniger kritisch ist.
  • Weitere Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung werden für den Fachmann angesichts dieser Beschreibung offenkundig. Daher ist diese Beschreibung als lediglich anschaulich und für die Zwecke gedacht, dem Fachmann die allgemeine Art und Weise des Ausführens der vorliegenden Erfindung zu vermitteln. Selbstverständlich sind die hierin gezeigten und beschriebenen Formen der Erfindung als die gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen zu betrachten.

Claims (21)

  1. Verfahren zur Herstellung einer Metallschicht über einem strukturierten Dielektrikum, das auf einem Substrat gebildet ist, wobei das Verfahren umfasst: Abscheiden einer Barrierenschicht über dem strukturierten Dielektrikum in einer gasförmigen Abscheideatmosphäre, die zumindest zeitweilig ein katalytisches Material aufweist; und Einbringen der Barrierenschicht in eine Plattierungslösung, die Ionen des abzuscheidenden Metalls aufweist, wobei das in die Barrierenschicht eingebaute katalytische Material eine Reaktion bewirkt, um Metallionen zu reduzieren und um eine Metallschicht auf der Barrierenschicht zu bilden.
  2. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei das katalytische Material Platin und/oder Kupfer und/oder Kobalt aufweist.
  3. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Abscheiden der Barrierenschicht das Errichten der gasförmigen Abscheideatmosphäre durch Herausschlagen von Atomen des Barrierenmaterials und zumindest zeitweilig von Katalysatoratomen aus einem Target umfasst.
  4. Das Verfahren nach Anspruch 3, wobei das katalytische Material im Wesentlichen gleichförmig in dem Target verteilt ist.
  5. Das Verfahren nach Anspruch 3, wobei das katalytische Material auf einem oder mehreren unterscheidbaren Bereichen des Targets vorgesehen ist.
  6. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Abscheiden der Barrierenschicht das Erzeugen der gasförmigen Abscheideatmosphäre durch Herausschlagen von Atomen des Barrierenmaterials aus einem Target und Zuführen eines Vorstufengases, das das katalytische Material enthält, umfasst.
  7. Das Verfahren nach Anspruch 1, das ferner Einstellen eines Verhältnisses von Atomen des Barrierenmaterials und des katalytischen Materials in der gasförmigen Abscheideatmosphäre umfasst.
  8. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Abscheiden der Barrierenschicht das Erzeugen der gasförmigen Abscheideatmosphäre durch Zuführen eines oder mehrerer Vorstufengase umfasst, wobei mindestens eines der Vorstufengase das katalytische Material enthält.
  9. Das Verfahren nach Anspruch 8, das ferner Steuern eines Anteils des katalytischen Materials, das in die Barrierenschicht eingebaut wird, umfasst, indem eine Durchflussrate und/oder eine Dauer des Zuführens des katalytischen materialenthaltenden Vorstufengases gesteuert wird.
  10. Das Verfahren nach Anspruch 9, wobei das katalytische materialenthaltende Vorstufengas zugeführt wird, nachdem eine vordefinierte Dicke des Barrierenschicht abgeschieden ist.
  11. Das Verfahren nach Anspruch 9 oder 6, wobei das katalytische materialenthaltende Vorstufengas zugeführt wird, nachdem das Abscheiden der Barrierenschicht unterbrochen ist.
  12. Das Verfahren nach Anspruch 8, wobei mindestens zwei unterschiedliche Vorstufengase nacheinander zugeführt werden, um die Barrierenschicht in einer stufenartig gesteuerten Weise abzuscheiden.
  13. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Barrierenschicht im Wesentlichen eine Diffusion des Metalls in Substratbereiche, die von der Barrierenschicht bedeckt sind, verhindert.
  14. Das Verfahren nach Anspruch 1, das ferner Bilden einer zweiten Metallschicht über der Metallschicht durch Elektroplattieren umfasst, wobei die Metallschicht als eine Saatschicht dient.
  15. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Metallschicht Kupfer aufweist.
  16. Verfahren zur Herstellung einer Metallisierungsschicht, mit: Abscheiden einer Barrierenschicht über Oberflächenbereichen einer gemusterten Struktur; Abscheiden eines katalytischen Materials über den Oberflächenbereichen der gemusterten Struktur durch chemische Dampfabscheidung und/oder physikalische Dampfabscheidung und/oder Atomlagenabscheidung, wobei das katalytische Material und die Barrierenschicht in einem gemeinsamen Abscheidprozess abgeschieden werden; und Bilden einer Metallschicht über der gemusterten Struktur durch stromlose Plattierungsabscheidung unter Verwendung einer Plattierungslösung, wobei das katalytische Material eine Reaktion zwischen Inhaltsstoffen der Plattierungslösung in Gang setzt.
  17. Das Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Barrierenschicht durch chemische Dampfabscheidung abgeschieden wird, wobei zumindest zum Ende hin der Abscheidung der Barrierenschicht ein Vorstufengas, das das katalytische Material enthält, vorhanden ist.
  18. Das Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Barrierenschicht durch Sputter-Abscheidung abgeschieden wird, wobei zumindest ein Teil des Sputter-Targets das katalytische Material enthält.
  19. Das Verfahren nach Anspruch 18, wobei ein Verhältnis von Barrierenmaterialatomen und Atomen des katalytischen Materials in einer Sputter-Abscheideumgebung eingestellt wird, indem das Steuern einer Dichte des katalytischen Materials in dem Target und/oder das Steuern einer freiliegenden Oberfläche eines Targetteils, der das katalytische Material aufweist, verwendet wird.
  20. Das Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Barrierenschicht durch Sputter-Abscheidung abgeschieden wird, wobei ein das katalytische Material enthaltendes Vorstufengas während des Abscheidens der Barrierenschicht zugeführt wird.
  21. Das Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Barrierenschicht durch Atomlagenabscheidung abgeschieden wird, wobei zumindest zum Ende des Abscheidens der Barrierenschicht hin ein Vorstufengas, das das katalytische Material enthält, vorhanden ist.
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