JP2001093902A - 半導体デバイスの銅の酸化および汚染を減少するための方法および装置 - Google Patents
半導体デバイスの銅の酸化および汚染を減少するための方法および装置Info
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Abstract
(57)【要約】 (修正有)
【課題】 半導体デバイスのインタフェースの酸化を減
少するための方法および装置を開示する。 【解決手段】 半導体デバイスの第1の層104と第2
の層108との間の部分的に酸化されたインタフェース
110を持つ第1の層104に水素含有プラズマを作用
させて、酸化されたインタフェース110を減少させ、
第2の層108形成材料にも水素含有プラズマを作用さ
せて、酸化防止の環境下で第1の層104上に堆積させ
る。第1の層104を絶縁層として、その中に配置され
た単一または複数の導電性材料デバイス106を含む場
合も、両者の間のインタフェースに連続のプラズマ処理
を行って酸化を除去し、その上に第2の層108を堆積
する。
少するための方法および装置を開示する。 【解決手段】 半導体デバイスの第1の層104と第2
の層108との間の部分的に酸化されたインタフェース
110を持つ第1の層104に水素含有プラズマを作用
させて、酸化されたインタフェース110を減少させ、
第2の層108形成材料にも水素含有プラズマを作用さ
せて、酸化防止の環境下で第1の層104上に堆積させ
る。第1の層104を絶縁層として、その中に配置され
た単一または複数の導電性材料デバイス106を含む場
合も、両者の間のインタフェースに連続のプラズマ処理
を行って酸化を除去し、その上に第2の層108を堆積
する。
Description
【0001】関連出願の相互参照 本出願は、参考形式で本願に組み込まれる、一般に譲渡
され1998年11月17日に提出された同時出願の、
09/193920号「酸化銅減少のためのプラズマ処
理(PLASMA TREATMENT FOR COPPER OXIDE REDUCTIO
N)」の一部継続出願である。
され1998年11月17日に提出された同時出願の、
09/193920号「酸化銅減少のためのプラズマ処
理(PLASMA TREATMENT FOR COPPER OXIDE REDUCTIO
N)」の一部継続出願である。
【0002】開示の背景 1.発明の分野 本発明は、半導体デバイスの製造に関し、特に、半導体
デバイスの製造中に半導体デバイスにおける導電材料の
酸化の可能性を減少させるための方法と装置に関する。
デバイスの製造中に半導体デバイスにおける導電材料の
酸化の可能性を減少させるための方法と装置に関する。
【0003】2.背景技術の説明 超大規模集積化(ULSI)半導体基板上に製造された
集積回路は、回路を含む個別の半導体デバイスを電気的
に接続するために、複数の導電性相互接続のレベルを必
要とする。従来、相互接続の複数のレベルは絶縁材料の
層で分離される。挿入された絶縁材料の層は、あるレベ
ルの相互接続を他のレベルの相互接続に接続する為に用
いられる孔を介してエッチングされる。一般に、導電性
相互接続材料はアルミニウム、チタン、タングステン、
タンタルである。デバイスの大きさが減少しデバイスの
密度が増加するにつれ、銅などの低いレベルの抵抗率を
持つ導電性材料を利用する必要が出てくる。
集積回路は、回路を含む個別の半導体デバイスを電気的
に接続するために、複数の導電性相互接続のレベルを必
要とする。従来、相互接続の複数のレベルは絶縁材料の
層で分離される。挿入された絶縁材料の層は、あるレベ
ルの相互接続を他のレベルの相互接続に接続する為に用
いられる孔を介してエッチングされる。一般に、導電性
相互接続材料はアルミニウム、チタン、タングステン、
タンタルである。デバイスの大きさが減少しデバイスの
密度が増加するにつれ、銅などの低いレベルの抵抗率を
持つ導電性材料を利用する必要が出てくる。
【0004】上記のような集積回路を作るための周知方
法は化学気相成長法(CVD)である。一般に、先行ガ
スは搬送ガスと混合され、高温で堆積チャンバに導入さ
れる。チャンバ内の基板(すなわち、半導体ウエーハ)
と接触するや否や、先行ガスは様々な成分に分解され
て、表面と反応し所望の材料(絶縁層、一般に酸化物ま
たは銅などの導電性材料)が作られる。このような処理
も、チャンバ内のプラズマを使用することで強化されて
もよいが、チャンバはより均一な堆積処理に備える、す
なわち導電性材料で酸化層の開口を塞ぐときに備える。
しかし、CVD処理の欠陥が好ましくない結果をもたら
す。導電性材料が基板上に堆積され、絶縁層または障壁
層が導電性材料上に堆積され、導電性材料が酸化減少反
応をする時間のためであることが判明した。例えば、銅
の相互接続の一番上でさらされる表面は酸化銅と化す。
このような表面酸化物は、その上に堆積されるその後の
材料層の粘着を抑制する。
法は化学気相成長法(CVD)である。一般に、先行ガ
スは搬送ガスと混合され、高温で堆積チャンバに導入さ
れる。チャンバ内の基板(すなわち、半導体ウエーハ)
と接触するや否や、先行ガスは様々な成分に分解され
て、表面と反応し所望の材料(絶縁層、一般に酸化物ま
たは銅などの導電性材料)が作られる。このような処理
も、チャンバ内のプラズマを使用することで強化されて
もよいが、チャンバはより均一な堆積処理に備える、す
なわち導電性材料で酸化層の開口を塞ぐときに備える。
しかし、CVD処理の欠陥が好ましくない結果をもたら
す。導電性材料が基板上に堆積され、絶縁層または障壁
層が導電性材料上に堆積され、導電性材料が酸化減少反
応をする時間のためであることが判明した。例えば、銅
の相互接続の一番上でさらされる表面は酸化銅と化す。
このような表面酸化物は、その上に堆積されるその後の
材料層の粘着を抑制する。
【0005】導電性相互接続から天然酸化物を除去する
ための、この分野で知られた1つの特有の方法はスパッ
タリングによるものである。すなわち、相互接続は不活
性ガス(すなわち、アルゴン、キセノンなど)の非常に
活発なプラズマ形態にさらされる。プラズマの非常に活
気に満ちた分子は酸化表面に当たり、その結果、酸化物
分子を剥がしたりスパッタリングする。しかし、スパッ
タリング作用の物理的な特質のために、堆積された銅も
少量がスパッタリングされることを防止するのは困難で
ある。銅がスパッタリングされることが好ましくないの
は、相互接続から要求された導電性材料が除去されるか
らであり、また処理チャンバでクロス汚染をもたらすか
らである。クロス汚染は、それによって特に堆積された
もの以外の材料も層に混合される状態である。例えば、
部分的に形成された半導体デバイスに、銅の相互接続か
ら酸化銅を除去するため、処理チャンバでスパッタリン
グステップが行われる。このステップ中、銅もまたスパ
ッタリングされ、意図せずチャンバに放出される。同一
のチャンバで行われる以下の絶縁層堆積ステップにおい
て、スパッタリングされた銅は絶縁層に堆積され、クロ
ス汚染をもたらす。クロス汚染はまた、それによってス
パッタリングされた銅が半導体ウエーハ処理システムの
処理チャンバに搬送される状態であってもよい。どちら
の状況でも、クロス汚染は半導体デバイス製造処理の好
ましくない側面である。
ための、この分野で知られた1つの特有の方法はスパッ
タリングによるものである。すなわち、相互接続は不活
性ガス(すなわち、アルゴン、キセノンなど)の非常に
活発なプラズマ形態にさらされる。プラズマの非常に活
気に満ちた分子は酸化表面に当たり、その結果、酸化物
分子を剥がしたりスパッタリングする。しかし、スパッ
タリング作用の物理的な特質のために、堆積された銅も
少量がスパッタリングされることを防止するのは困難で
ある。銅がスパッタリングされることが好ましくないの
は、相互接続から要求された導電性材料が除去されるか
らであり、また処理チャンバでクロス汚染をもたらすか
らである。クロス汚染は、それによって特に堆積された
もの以外の材料も層に混合される状態である。例えば、
部分的に形成された半導体デバイスに、銅の相互接続か
ら酸化銅を除去するため、処理チャンバでスパッタリン
グステップが行われる。このステップ中、銅もまたスパ
ッタリングされ、意図せずチャンバに放出される。同一
のチャンバで行われる以下の絶縁層堆積ステップにおい
て、スパッタリングされた銅は絶縁層に堆積され、クロ
ス汚染をもたらす。クロス汚染はまた、それによってス
パッタリングされた銅が半導体ウエーハ処理システムの
処理チャンバに搬送される状態であってもよい。どちら
の状況でも、クロス汚染は半導体デバイス製造処理の好
ましくない側面である。
【0006】物理的なスパッタリングは最適の解決策で
はないので、天然酸化物の化学的除去が考慮される。当
業者に周知のある特有の化学的除去の方法は、水素ベー
スのプラズマの利用を含む。例えば、第1のプラズマ
は、アンモニア(NH3)または水素(H2)などの水素
ベースの化学的反応の種類から形成される。反応の種類
は、酸化物と化学的に反応し減少させ、銅(Cu)と副
生成物(すなわち、水(H2O)と水酸化物(OH))
を形成する。これらの副生成物は、処理チャンバから汲
み出され、プラズマは減少処理を終わらせるために消さ
れる。次に、窒化物形成ガス、すなわちシランSi
H4、アンモニアNH3、窒素N2が、窒化物のCVDに
適する第2のプラズマを形成するために導入される。残
念ながら、この処理中に粘着も悪く影響するが、それは
シランがチャンバから排出されなかった残留水または残
留水酸化物と反応するためである。このような反応は、
導電性相互接続の上に形成される好ましくない霞んだ膜
をもたらす。加えて、次の処理ステップに備えてプラズ
マが消されるとき、銅とシランは熱反応しケイ化銅(C
uSiX)を形成する。これらの膜はどちらもその後の
堆積のためには好ましくない。
はないので、天然酸化物の化学的除去が考慮される。当
業者に周知のある特有の化学的除去の方法は、水素ベー
スのプラズマの利用を含む。例えば、第1のプラズマ
は、アンモニア(NH3)または水素(H2)などの水素
ベースの化学的反応の種類から形成される。反応の種類
は、酸化物と化学的に反応し減少させ、銅(Cu)と副
生成物(すなわち、水(H2O)と水酸化物(OH))
を形成する。これらの副生成物は、処理チャンバから汲
み出され、プラズマは減少処理を終わらせるために消さ
れる。次に、窒化物形成ガス、すなわちシランSi
H4、アンモニアNH3、窒素N2が、窒化物のCVDに
適する第2のプラズマを形成するために導入される。残
念ながら、この処理中に粘着も悪く影響するが、それは
シランがチャンバから排出されなかった残留水または残
留水酸化物と反応するためである。このような反応は、
導電性相互接続の上に形成される好ましくない霞んだ膜
をもたらす。加えて、次の処理ステップに備えてプラズ
マが消されるとき、銅とシランは熱反応しケイ化銅(C
uSiX)を形成する。これらの膜はどちらもその後の
堆積のためには好ましくない。
【0007】従って、当分野には、デバイスを形成する
ために用いられる導電性材料の天然酸化物形成の量を減
少させる、半導体デバイス構造の方法が必要とされてい
る。
ために用いられる導電性材料の天然酸化物形成の量を減
少させる、半導体デバイス構造の方法が必要とされてい
る。
【0008】発明の要約 先行技術に付随する短所は、本発明の、半導体デバイス
のインタフェースの酸化を減少させるための方法により
克服される。半導体デバイスは少なくとも第1の層と第
2の層を持ち、第1の層と第2の層との間にインタフェ
ースが配置される。この方法は、部分的に酸化されたイ
ンタフェースを持つ第1の層を供給するステップ、水素
含有プラズマをインタフェースに導入するステップ、第
2の層形成材料を水素含有プラズマに導入するステップ
を含み、その結果、インタフェース上に減少/堆積の連
続のプラズマ処理が形成される。第1の層はさらに、第
1の層の中に配置された単一または複数の導電性材料デ
バイスを持つ絶縁材料を含み、インタフェースは概して
均一な表面と定義され、絶縁材料と導電性材料は一致す
る。導電性材料はインタフェースの酸化を構成する。こ
の方法はさらに、水素含有プラズマを導入するステップ
の代わりに、インタフェースにアンモニアを導入するス
テップを含む。このようなアンモニアは約50〜300
sccmの流量で導入され、水素含有プラズマには約5
0〜500Wの電力が通電され、このステップは約2〜
200秒で行われる。本発明の好適な実施の形態では、
アンモニア流量は75sccm、プラズマ電力は150
Wで、このステップは10秒で行われる。
のインタフェースの酸化を減少させるための方法により
克服される。半導体デバイスは少なくとも第1の層と第
2の層を持ち、第1の層と第2の層との間にインタフェ
ースが配置される。この方法は、部分的に酸化されたイ
ンタフェースを持つ第1の層を供給するステップ、水素
含有プラズマをインタフェースに導入するステップ、第
2の層形成材料を水素含有プラズマに導入するステップ
を含み、その結果、インタフェース上に減少/堆積の連
続のプラズマ処理が形成される。第1の層はさらに、第
1の層の中に配置された単一または複数の導電性材料デ
バイスを持つ絶縁材料を含み、インタフェースは概して
均一な表面と定義され、絶縁材料と導電性材料は一致す
る。導電性材料はインタフェースの酸化を構成する。こ
の方法はさらに、水素含有プラズマを導入するステップ
の代わりに、インタフェースにアンモニアを導入するス
テップを含む。このようなアンモニアは約50〜300
sccmの流量で導入され、水素含有プラズマには約5
0〜500Wの電力が通電され、このステップは約2〜
200秒で行われる。本発明の好適な実施の形態では、
アンモニア流量は75sccm、プラズマ電力は150
Wで、このステップは10秒で行われる。
【0009】第2の層形成材料を水素含有プラズマに導
入するステップはさらに、インタフェースにシランを導
入するステップを含む。このようなシランは、約220
sccmの流量で導入され、プラズマが導入された水素
含有の第2の層形成材料には約460Wの電力が通電さ
れ、このステップは約9秒で行われる。加えて、この方
法の全てのステップを一つのチャンバで単独に行う代わ
りに、この方法の最初の2つのステップが第1の処理チ
ャンバで行われ、第3のステップが第2の処理チャンバ
で行われてもよい。
入するステップはさらに、インタフェースにシランを導
入するステップを含む。このようなシランは、約220
sccmの流量で導入され、プラズマが導入された水素
含有の第2の層形成材料には約460Wの電力が通電さ
れ、このステップは約9秒で行われる。加えて、この方
法の全てのステップを一つのチャンバで単独に行う代わ
りに、この方法の最初の2つのステップが第1の処理チ
ャンバで行われ、第3のステップが第2の処理チャンバ
で行われてもよい。
【0010】本発明に従った装置(すなわち、半導体デ
バイスインタフェース)は、第1の絶縁層、絶縁層内に
配置された単一または複数の導電性デバイス、インタフ
ェースを定義する絶縁層および導電性デバイスを含み、
インタフェースに連続のプラズマ処理を行い酸化を除去
しインタフェース上に第2の層を堆積する。インタフェ
ースの絶縁層は酸化物と窒化物から選択され、望ましく
は窒化物である。インタフェースの導電性材料は、チタ
ン、タンタル、タングステン、銅から選択され、望まし
くは銅である。インタフェースの第2の層は、絶縁層で
あり、望ましくはシランのプラズマ強化CVDから形成
される窒化物、アンモニア、窒素から構成される。
バイスインタフェース)は、第1の絶縁層、絶縁層内に
配置された単一または複数の導電性デバイス、インタフ
ェースを定義する絶縁層および導電性デバイスを含み、
インタフェースに連続のプラズマ処理を行い酸化を除去
しインタフェース上に第2の層を堆積する。インタフェ
ースの絶縁層は酸化物と窒化物から選択され、望ましく
は窒化物である。インタフェースの導電性材料は、チタ
ン、タンタル、タングステン、銅から選択され、望まし
くは銅である。インタフェースの第2の層は、絶縁層で
あり、望ましくはシランのプラズマ強化CVDから形成
される窒化物、アンモニア、窒素から構成される。
【0011】本発明に記載される方法と装置により、半
導体デバイスインタフェースの酸化された材料の量の減
少が認識される。それ自体の次に形成される層は、より
大きい粘着力を持ち、このような層から形成されるデバ
イスの完全性と品質は高められる。
導体デバイスインタフェースの酸化された材料の量の減
少が認識される。それ自体の次に形成される層は、より
大きい粘着力を持ち、このような層から形成されるデバ
イスの完全性と品質は高められる。
【0012】詳細な説明 図1は、本発明に従って部分的に形成された集積回路装
置100を示す。装置100は、基板材料102(一般
にSiO2などの誘電材料)で構成され、様々な材料の
複数の層103が基板材料102の上に配置されてい
る。様々な層は、導電性の経路、回路デバイスなどを作
製するために異なる電気的な性質を持つ。これらの経路
やデバイスは、多様な他の線、相互接続、デバイス(図
示せず)を介して他のデバイスに基板上で連結される。
例えば、第1の層104は基板102の上部に配置され
た絶縁層で、一次絶縁体の役割を果たす。このような層
は、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、炭化ケイ素、酸化物、
BLACKDIAMONDなどの2.4〜3.0の値を
持つkの小さい材料から成るグループから選択された誘
電材料で作られている。BLACKDIAMONDは、
カリフォルニア州のサンタクララのアプライドマテリア
ルズ社の商標である。当業者に既知の絶縁材料の他のタ
イプは、第1の絶縁層104を形成するために用いられ
てもよい。絶縁層104のうちで、様々な回路経路また
は回路デバイス106は、アルミニウム、チタン、タン
グステン、タンタル、好ましくは銅などの導電性材料で
構成される。絶縁層104と導電性の回路経路または回
路デバイス106の上に配置されるのは、第2の絶縁層
108である。一般に、第2の絶縁層108は前述の材
料などの導電性材料であるが、必ずしも第1の絶縁層1
04と同一の材料ではない。
置100を示す。装置100は、基板材料102(一般
にSiO2などの誘電材料)で構成され、様々な材料の
複数の層103が基板材料102の上に配置されてい
る。様々な層は、導電性の経路、回路デバイスなどを作
製するために異なる電気的な性質を持つ。これらの経路
やデバイスは、多様な他の線、相互接続、デバイス(図
示せず)を介して他のデバイスに基板上で連結される。
例えば、第1の層104は基板102の上部に配置され
た絶縁層で、一次絶縁体の役割を果たす。このような層
は、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、炭化ケイ素、酸化物、
BLACKDIAMONDなどの2.4〜3.0の値を
持つkの小さい材料から成るグループから選択された誘
電材料で作られている。BLACKDIAMONDは、
カリフォルニア州のサンタクララのアプライドマテリア
ルズ社の商標である。当業者に既知の絶縁材料の他のタ
イプは、第1の絶縁層104を形成するために用いられ
てもよい。絶縁層104のうちで、様々な回路経路また
は回路デバイス106は、アルミニウム、チタン、タン
グステン、タンタル、好ましくは銅などの導電性材料で
構成される。絶縁層104と導電性の回路経路または回
路デバイス106の上に配置されるのは、第2の絶縁層
108である。一般に、第2の絶縁層108は前述の材
料などの導電性材料であるが、必ずしも第1の絶縁層1
04と同一の材料ではない。
【0013】インタフェース110は、導電性の経路
(デバイス)106と絶縁層104が接触する、概して
均一な表面と定義されている。このインタフェース11
0の部分112は、導電性の経路(デバイス)106に
よって構成され、それ自体は第2の絶縁層108の配置
に先立って酸化される。本発明に従い、特に以下に記述
される方法ステップに対し従い、インタフェース部分1
12は酸化の量が大幅に減少されるように処理される。
従って、第2の絶縁層108は、より大きい粘着力と全
体的な製品の完全性と信頼性をもってインタフェース1
10の上に配置される。
(デバイス)106と絶縁層104が接触する、概して
均一な表面と定義されている。このインタフェース11
0の部分112は、導電性の経路(デバイス)106に
よって構成され、それ自体は第2の絶縁層108の配置
に先立って酸化される。本発明に従い、特に以下に記述
される方法ステップに対し従い、インタフェース部分1
12は酸化の量が大幅に減少されるように処理される。
従って、第2の絶縁層108は、より大きい粘着力と全
体的な製品の完全性と信頼性をもってインタフェース1
10の上に配置される。
【0014】集積回路装置100は、化学気相成長法
(CVD)とプラズマ強化化学気相成長法(PECV
D)から成るグループから選択された処理により形成さ
れる。CVD/PECVDおよびこれを行うための装置
は、米国特許番号5,000,113に記載され、参考
形式で本願に組み込んである。図2は、前述のプラズマ
減少処理が行われるCVDプラズマリアクタ200の断
面図である。このようなリアクタは、カリフォルニア州
のサンタクララのアプライドマテリアルズ社が製造し販
売しているCentura DxZプラットフォームの
一部であってもよい。本発明は、ランプ加熱リアクタな
どの他のリアクタでも用いられる。リアクタ200は、
ガス分配マニホルド202を含み、ガス分配マニホルド
202は、マニホルド202の穿孔(図示せず)を通じ
処理ガスを基板またはウエーハ204へと分散させる為
のシャワーヘッドであってもよい。ウエーハ204は、
基板支持板またはサセプタ206の上に載っている。マ
ニホルド202は、ガスパネル224に接続されてい
る。ガスパネル224も同様に、複数の処理源および搬
送ガス源226に接続されている。各ガス源226は、
システムコントローラ218に接続されている。システ
ムコントローラ218および付随メモリ220は、リア
クタ200の機能を制御する。例えば、行われる特定の
処理によると、コントローラ218は、適切なガスを適
切な流量でガスパネル224へと放出するため信号を送
る。ガスパネルは、ガスを受け取り混合しマニホルド2
02へと配送する。
(CVD)とプラズマ強化化学気相成長法(PECV
D)から成るグループから選択された処理により形成さ
れる。CVD/PECVDおよびこれを行うための装置
は、米国特許番号5,000,113に記載され、参考
形式で本願に組み込んである。図2は、前述のプラズマ
減少処理が行われるCVDプラズマリアクタ200の断
面図である。このようなリアクタは、カリフォルニア州
のサンタクララのアプライドマテリアルズ社が製造し販
売しているCentura DxZプラットフォームの
一部であってもよい。本発明は、ランプ加熱リアクタな
どの他のリアクタでも用いられる。リアクタ200は、
ガス分配マニホルド202を含み、ガス分配マニホルド
202は、マニホルド202の穿孔(図示せず)を通じ
処理ガスを基板またはウエーハ204へと分散させる為
のシャワーヘッドであってもよい。ウエーハ204は、
基板支持板またはサセプタ206の上に載っている。マ
ニホルド202は、ガスパネル224に接続されてい
る。ガスパネル224も同様に、複数の処理源および搬
送ガス源226に接続されている。各ガス源226は、
システムコントローラ218に接続されている。システ
ムコントローラ218および付随メモリ220は、リア
クタ200の機能を制御する。例えば、行われる特定の
処理によると、コントローラ218は、適切なガスを適
切な流量でガスパネル224へと放出するため信号を送
る。ガスパネルは、ガスを受け取り混合しマニホルド2
02へと配送する。
【0015】サセプタ206は、熱に対し抵抗力があ
り、支持ステム208の上に取り付けられているので、
サセプタ206および、サセプタ206の上面に支持さ
れているウエーハ204が、低充填/放出位置と高処理
位置との間をリフトモータ210によって制御可能に移
動できるが、高処理位置は、マニホルド202に接近し
隣接して間隔をあけて配置される。サセプタ206およ
びウエーハ204は処理位置にあるとき、絶縁リング2
12に囲まれている。処理中、マニホルド202へのガ
ス導入口は、基板表面全体に放射状に均一な分布をして
いる。ガスはポート214を通じ真空ポンプシステム2
16により排気される。
り、支持ステム208の上に取り付けられているので、
サセプタ206および、サセプタ206の上面に支持さ
れているウエーハ204が、低充填/放出位置と高処理
位置との間をリフトモータ210によって制御可能に移
動できるが、高処理位置は、マニホルド202に接近し
隣接して間隔をあけて配置される。サセプタ206およ
びウエーハ204は処理位置にあるとき、絶縁リング2
12に囲まれている。処理中、マニホルド202へのガ
ス導入口は、基板表面全体に放射状に均一な分布をして
いる。ガスはポート214を通じ真空ポンプシステム2
16により排気される。
【0016】リアクタ200において行われる分散処理
は、熱的処理またはプラズマ強化処理のどちらかにする
ことができる。プラズマ処理では、制御されたプラズマ
は、RF電源222からのRFエネルギーによりウエー
ハ付近で形成される。RFエネルギーは、分散マニホル
ド202に用いられ、サセプタ206は接地されてい
る。サセプタ206が接地されている一方、ガス分散マ
ニホルド202もまたRF電極である。RF電源222
は、チャンバ200へ導入されるあらゆる反応の種類の
分解を強化するマニホルド202への単一または混合周
波数RF電力を供給できる。混合周波数RF電源は一般
に、13.56MHzの高いRF周波数(RF1)およ
び350kHzの低いRF周波数(RF2)で電力を供
給する。
は、熱的処理またはプラズマ強化処理のどちらかにする
ことができる。プラズマ処理では、制御されたプラズマ
は、RF電源222からのRFエネルギーによりウエー
ハ付近で形成される。RFエネルギーは、分散マニホル
ド202に用いられ、サセプタ206は接地されてい
る。サセプタ206が接地されている一方、ガス分散マ
ニホルド202もまたRF電極である。RF電源222
は、チャンバ200へ導入されるあらゆる反応の種類の
分解を強化するマニホルド202への単一または混合周
波数RF電力を供給できる。混合周波数RF電源は一般
に、13.56MHzの高いRF周波数(RF1)およ
び350kHzの低いRF周波数(RF2)で電力を供
給する。
【0017】本発明に一致して、前述のチャンバはイン
タフェースをプラズマ処理し(すなわち、酸化物を減少
剤で減少させる、特に酸化銅をアンモニアで減少させ
る)続いてインタフェース上に第2の層を堆積するため
に用いられる。減少剤は、マニホルド202を通じて導
入されウエーハ表面に放射状に均一な分布が可能であ
る。これは、上述の方法でのプラズマ減少処理のためで
あり、この処理に引き続いてポート214を通じてガス
が排気される。同様に、第2の層を堆積するために必要
なガスは、以前に形成されたプラズマを消すことなく、
マニホルド202を通じて導入し得る。すなわち、堆積
ガスはプラズマの特性を変え、その結果、減少直後のシ
ームレスな方法での堆積を考慮している。
タフェースをプラズマ処理し(すなわち、酸化物を減少
剤で減少させる、特に酸化銅をアンモニアで減少させ
る)続いてインタフェース上に第2の層を堆積するため
に用いられる。減少剤は、マニホルド202を通じて導
入されウエーハ表面に放射状に均一な分布が可能であ
る。これは、上述の方法でのプラズマ減少処理のためで
あり、この処理に引き続いてポート214を通じてガス
が排気される。同様に、第2の層を堆積するために必要
なガスは、以前に形成されたプラズマを消すことなく、
マニホルド202を通じて導入し得る。すなわち、堆積
ガスはプラズマの特性を変え、その結果、減少直後のシ
ームレスな方法での堆積を考慮している。
【0018】本発明は酸化が減少されたインタフェース
を持つ半導体デバイスを形成する方法も含む。特に、図
3は本発明に従った一連の方法ステップ300を示す。
この方法はステップ302で開始し、単一または複数の
処理パラメータの安定化を行うステップ304に進む。
特に、温度や圧力などの条件、基板からシャワーヘッド
までの間隔、処理ガス流量が、処理チャンバ(すなわ
ち、チャンバ202)内で安定化される。本発明の好適
な実施の形態では、安定化ステップ302は約5〜60
秒で行われ、望ましくは15秒である。これは、約40
0℃の処理温度、約2.0〜6.0Torr、望ましく
は4.2Torrの処理圧力、約250〜650mi
l、望ましくは350milの基板からシャワーヘッド
までの間隔、約2,000〜20,000sccm、望
ましくは5,000sccmの窒素(N2)流量、に達
するためである。ステップ306では、プラズマを含む
水素が、酸化されたインタフェース部分112を含む基
板に導入される。このような酸化を除去しインタフェー
ス部分112に最初の導電特性を復元するために、プラ
ズマを含む水素は酸化されたインタフェース部分112
と化学的に反応する。プラズマを含む水素は、適切なエ
ネルギー源(すなわち、DC電源228)の作用を受け
た望ましくはアンモニア(NH3)または水素(H2)ガ
スの流量から形成される。ステップ306は、約5〜6
0秒、望ましくは10秒、400℃の処理温度、約2.
0〜6.0Torr、望ましくは4.2Torrの圧
力、350milの基板からシャワーヘッドまでの間
隔、約50〜500watt、望ましくは150wat
tのRF電力、約50〜3,000sccm、望ましく
は75sccmのアンモニア(NH3)または水素
(H2)ガスの流量、2,000〜20,000scc
m、望ましくは5,000sccmの窒素(N2)流量
で行われる。
を持つ半導体デバイスを形成する方法も含む。特に、図
3は本発明に従った一連の方法ステップ300を示す。
この方法はステップ302で開始し、単一または複数の
処理パラメータの安定化を行うステップ304に進む。
特に、温度や圧力などの条件、基板からシャワーヘッド
までの間隔、処理ガス流量が、処理チャンバ(すなわ
ち、チャンバ202)内で安定化される。本発明の好適
な実施の形態では、安定化ステップ302は約5〜60
秒で行われ、望ましくは15秒である。これは、約40
0℃の処理温度、約2.0〜6.0Torr、望ましく
は4.2Torrの処理圧力、約250〜650mi
l、望ましくは350milの基板からシャワーヘッド
までの間隔、約2,000〜20,000sccm、望
ましくは5,000sccmの窒素(N2)流量、に達
するためである。ステップ306では、プラズマを含む
水素が、酸化されたインタフェース部分112を含む基
板に導入される。このような酸化を除去しインタフェー
ス部分112に最初の導電特性を復元するために、プラ
ズマを含む水素は酸化されたインタフェース部分112
と化学的に反応する。プラズマを含む水素は、適切なエ
ネルギー源(すなわち、DC電源228)の作用を受け
た望ましくはアンモニア(NH3)または水素(H2)ガ
スの流量から形成される。ステップ306は、約5〜6
0秒、望ましくは10秒、400℃の処理温度、約2.
0〜6.0Torr、望ましくは4.2Torrの圧
力、350milの基板からシャワーヘッドまでの間
隔、約50〜500watt、望ましくは150wat
tのRF電力、約50〜3,000sccm、望ましく
は75sccmのアンモニア(NH3)または水素
(H2)ガスの流量、2,000〜20,000scc
m、望ましくは5,000sccmの窒素(N2)流量
で行われる。
【0019】ステップ306が終わるとすぐ、単一また
は複数の絶縁体を形成する化合物がプラズマを含む水素
に導入され絶縁層を形成するステップ308が行われ
る。この絶縁層は実質上、装置100の第2の絶縁層1
08である。さらに、ステップ308は「現場で」実行
される、すなわち、以前のステップと同一のチャンバで
クロス汚染の可能性が減少するように実行される。第2
の絶縁層を第1の絶縁層104と同一の材料で製造する
必要はない。さらに第2の絶縁層は、当業者に周知の複
数の異なる処理パラメータから形成される複数の層であ
ってもよい。以下の開示は本質的に具体例であり、本発
明の範囲を制限するとみなすべきではない。望ましく
は、絶縁体を形成する化合物は、シラン(SiH4)、
アンモニア(NH3)、窒素(N2)から成るグループか
ら選択された窒化物形成化合物である。本発明の好適な
実施の形態では、ステップ308は、約9秒、400℃
の温度、約2.0〜6.0Torr、望ましくは4.2
Torrの圧力、約250〜650mil、望ましくは
550milの基板からシャワーヘッドまでの間隔、約
200〜1,000ワット、望ましくは460ワットの
RF電力、約220sccmのシラン(SiH4)流
量、約50〜3,000sccm、望ましくは75sc
cmのアンモニア(NH3)の流量、2,000〜2
0,000sccm、望ましくは5,000sccmの
窒素(N2)流量、で行われる。この方法はステップ3
10で終了する。表1は、ステップ306とステップ3
08の両方のみでのNH3プラズマの処理パラメータの
代替の設定を表示する。
は複数の絶縁体を形成する化合物がプラズマを含む水素
に導入され絶縁層を形成するステップ308が行われ
る。この絶縁層は実質上、装置100の第2の絶縁層1
08である。さらに、ステップ308は「現場で」実行
される、すなわち、以前のステップと同一のチャンバで
クロス汚染の可能性が減少するように実行される。第2
の絶縁層を第1の絶縁層104と同一の材料で製造する
必要はない。さらに第2の絶縁層は、当業者に周知の複
数の異なる処理パラメータから形成される複数の層であ
ってもよい。以下の開示は本質的に具体例であり、本発
明の範囲を制限するとみなすべきではない。望ましく
は、絶縁体を形成する化合物は、シラン(SiH4)、
アンモニア(NH3)、窒素(N2)から成るグループか
ら選択された窒化物形成化合物である。本発明の好適な
実施の形態では、ステップ308は、約9秒、400℃
の温度、約2.0〜6.0Torr、望ましくは4.2
Torrの圧力、約250〜650mil、望ましくは
550milの基板からシャワーヘッドまでの間隔、約
200〜1,000ワット、望ましくは460ワットの
RF電力、約220sccmのシラン(SiH4)流
量、約50〜3,000sccm、望ましくは75sc
cmのアンモニア(NH3)の流量、2,000〜2
0,000sccm、望ましくは5,000sccmの
窒素(N2)流量、で行われる。この方法はステップ3
10で終了する。表1は、ステップ306とステップ3
08の両方のみでのNH3プラズマの処理パラメータの
代替の設定を表示する。
【0020】
【表1】
【0021】本発明の利益は、化学反応の結果として導
電性のあるインタフェース部分の酸化が大幅に減少され
ることで認識される。それ自体の上に堆積された層は、
未処理の層または処理されているがまだ残留副生成物が
ある層の持つ以前の可能性より、粘着の大きい可能性を
持つ。加えて、連続的なプラズマが用いられると、ケイ
化銅の形成の可能性が大幅に減少する。すなわち、(イ
ンタフェース部分112に銅が含まれる)基板でシラン
が熱反応可能なとき、ケイ化銅は形成される。本発明の
続けざまのプラズマの特徴により、シランはSiとHに
分解され、ケイ化銅が形成される前にインタフェース上
に窒化物が形成される。加えて、処理全体が「現場で」
実行されるため、クロス汚染の結果が大幅に減少され
る。
電性のあるインタフェース部分の酸化が大幅に減少され
ることで認識される。それ自体の上に堆積された層は、
未処理の層または処理されているがまだ残留副生成物が
ある層の持つ以前の可能性より、粘着の大きい可能性を
持つ。加えて、連続的なプラズマが用いられると、ケイ
化銅の形成の可能性が大幅に減少する。すなわち、(イ
ンタフェース部分112に銅が含まれる)基板でシラン
が熱反応可能なとき、ケイ化銅は形成される。本発明の
続けざまのプラズマの特徴により、シランはSiとHに
分解され、ケイ化銅が形成される前にインタフェース上
に窒化物が形成される。加えて、処理全体が「現場で」
実行されるため、クロス汚染の結果が大幅に減少され
る。
【0022】ここに本発明の教示を組み込んだ様々な実
施の形態が示され、詳細に記載されたが、当業者は、や
はりこれらの教示を組み込んだ多くの他の多様な実施の
形態を容易に考案することができる。
施の形態が示され、詳細に記載されたが、当業者は、や
はりこれらの教示を組み込んだ多くの他の多様な実施の
形態を容易に考案することができる。
【図1】本発明に従い半導体基板上に構成された集積回
路を持つ半導体基板の部分断面図を示す。
路を持つ半導体基板の部分断面図を示す。
【図2】本発明と共に用いられる堆積システムの略図を
示す。
示す。
【図3】本発明の一連の方法ステップを示す。
100…集積回路装置、102…基板、104…第1の
絶縁層、108…第2の絶縁層、110…インタフェー
ス、200…CVDプラズマリアクタ、202…マニホ
ルド、204…ウエーハ、206…サセプタ。
絶縁層、108…第2の絶縁層、110…インタフェー
ス、200…CVDプラズマリアクタ、202…マニホ
ルド、204…ウエーハ、206…サセプタ。
フロントページの続き (72)発明者 ジュディ エイチ. ハン アメリカ合衆国, カリフォルニア州, ロス ガトス, レロイ アヴェニュー 16788 (72)発明者 クリストファー デニス ベンチャー アメリカ合衆国, カリフォルニア州, サニーヴェイル, ロビア ドライヴ 1071 (72)発明者 スドゥハ ラティ アメリカ合衆国, カリフォルニア州, サン ノゼ, ウエストベリー ドライヴ 2748 (72)発明者 クリストファー エス. ガイ アメリカ合衆国, カリフォルニア州, バーリンゲーム, サミット ドライヴ 2606 (72)発明者 ボー ホーエン キム アメリカ合衆国, カリフォルニア州, サン ノゼ, ノルウォーク ドライヴ 4241 ナンバー208ゼット
Claims (20)
- 【請求項1】 半導体デバイスのインタフェースの酸化
を減少するための方法であり、前記半導体デバイスは少
なくとも第1の層と第2の層を持ち、上記インタフェー
スは前記第1の層と前記第2の層との間に配置され、
(a) 部分的に酸化されたインタフェースを持つ前記
第1の層を供給するステップ、(b) 水素含有プラズ
マを前記インタフェースに導入するステップ、(c)
上記前記インタフェースの酸化された部分を化学的に減
少するステップ、(d) 第2の層形成材料を前記水素
含有プラズマに導入するステップを含む、方法。 - 【請求項2】 前記第1の層がさらに、絶縁材料の中に
配置された単一または複数の導電性材料デバイスを持つ
絶縁材料を含む、請求項1の方法。 - 【請求項3】 前記インタフェースが概して均一な表面
として定義され前記絶縁材料と前記導電性材料が一致す
る、請求項2の方法。 - 【請求項4】 前記導電性材料が酸化される、請求項3
の方法。 - 【請求項5】 ステップ(b)がさらに、上記インタフ
ェースにアンモニアを導入するステップを含む、請求項
4の方法。 - 【請求項6】 上記アンモニアが約50〜3,000s
ccmの流量で導入される、請求項5の方法。 - 【請求項7】 水素含有プラズマに約50〜500Wの
電力が通電される、請求項4の方法。 - 【請求項8】 ステップ(b)が約2〜60秒で行われ
る、請求項4の方法。 - 【請求項9】 ステップ(c)がさらに、前記インタフ
ェースにシランを導入するステップを含む、請求項4の
方法。 - 【請求項10】 上記シランが約50〜500sccm
の流量で導入される、請求項9の方法。 - 【請求項11】 プラズマが導入された水素含有の第2
の層形成材料に約200〜1,000Wの電力が通電さ
れる、請求項4の方法。 - 【請求項12】 半導体デバイスのインタフェースの酸
化を減少するための方法であり、前記半導体デバイスは
少なくとも、第1の絶縁層を有し、上記第1の絶縁層
は、その中に配置された単一または複数の導電性材料デ
バイスと、第2の層を持ち、上記インタフェースは前記
第1の層と前記第2の層との間に配置され、前記方法
は、(a) 前記インタフェースに酸化された導電性材
料を持つ前記第1の層を供給するステップ、(b) ア
ンモニア/窒素プラズマを前記インタフェースに導入す
るステップ、(c) シランを前記アンモニア/窒素プ
ラズマに導入するステップを含む、方法。 - 【請求項13】 上記アンモニアが50〜3,000s
ccmの流量で導入され、上記窒素が2000〜20,
000sccmの流量で導入され、前記流量に約50〜
150Wの電力が通電される、請求項12の方法。 - 【請求項14】 上記シランが約50〜3,000sc
cmの流量で導入され、約460Wの電力が通電され
る、請求項12の方法。 - 【請求項15】 半導体デバイスインタフェースであっ
て、第1の絶縁層と、前記絶縁層中に配置された単一ま
たは複数の導電性材料デバイスとを含み、前記絶縁層と
導電性材料デバイスは前記インタフェースを定義し、前
記インタフェースに連続のプラズマ処理を行い酸化を除
去し前記インタフェース上に第2の層を堆積する、イン
ターフェース。 - 【請求項16】 前記絶縁層は酸化物と窒化物から選択
される、請求項15のインタフェース。 - 【請求項17】 前記導電性材料が、チタン、タンタ
ル、タングステン、銅からなるグループから選択され
る、請求項15のインタフェース。 - 【請求項18】 前記導電性材料が銅である、請求項1
7のインタフェース。 - 【請求項19】 前記第2の層が絶縁層である、請求項
15のインタフェース。 - 【請求項20】 前記第2の層が、シランのプラズマ強
化CVDから形成される窒化物、アンモニア、窒素から
構成される、請求項19のインタフェース。
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