JP2001284453A - 相互接続用の２重層低誘電性バリアを形成する方法および形成された装置 - Google Patents
相互接続用の２重層低誘電性バリアを形成する方法および形成された装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 銅導体上に、銅の拡散バリア特性および接着
特性にすぐれた低誘電性バリアを形成する。 【解決手段】 銅導体を有する基板を用意する。リンま
たはホウ素含有金属合金フィルムを保護層として銅導体
上に付着させ、第１のアニール・プロセスを施し、リン
またはホウ素含有金属合金を銅導体の上面の少なくとも
２〜４原子層中に拡散させる。次いで、リンまたはホウ
素含有金属合金フィルム上に低ｋ誘電体フィルムを付着
させ、第２のアニール・プロセスを施す。得られた構造
は、銅導体上のリンまたはホウ素含有金属合金フィル
ム、および金属合金フィルム上の誘電材料フィルムを含
む２重層バリアを有し、銅導体に対して優れたバリア特
性、接着特性を示す。
特性にすぐれた低誘電性バリアを形成する。 【解決手段】 銅導体を有する基板を用意する。リンま
たはホウ素含有金属合金フィルムを保護層として銅導体
上に付着させ、第１のアニール・プロセスを施し、リン
またはホウ素含有金属合金を銅導体の上面の少なくとも
２〜４原子層中に拡散させる。次いで、リンまたはホウ
素含有金属合金フィルム上に低ｋ誘電体フィルムを付着
させ、第２のアニール・プロセスを施す。得られた構造
は、銅導体上のリンまたはホウ素含有金属合金フィル
ム、および金属合金フィルム上の誘電材料フィルムを含
む２重層バリアを有し、銅導体に対して優れたバリア特
性、接着特性を示す。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は一般に、相互接続用
の低誘電性バリアを形成する方法および形成された装置
に関し、詳細には、拡散バリアとして機能し、かつ続い
て付着させる層との接着を向上させる２重層低誘電性バ
リアを半導体構造中の銅相互接続上に形成する方法、お
よびこのような方法によって形成された装置に関する。
の低誘電性バリアを形成する方法および形成された装置
に関し、詳細には、拡散バリアとして機能し、かつ続い
て付着させる層との接着を向上させる２重層低誘電性バ
リアを半導体構造中の銅相互接続上に形成する方法、お
よびこのような方法によって形成された装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体チップ構造、フラット・パネル・
ディスプレイおよびパッケージ応用中にバイア、ライン
およびその他の凹部を形成する相互接続技術は、長年に
わたって開発が進められてきた。例えば、超大規模集積
（ＶＬＳＩ）構造向けの相互接続技術の開発において
は、単一の基板上に位置する半導体領域または装置中の
接点および相互接続のための主要な金属源としてアルミ
ニウムが利用された。アルミニウムは、その低いコス
ト、良好なオーム接触、高い導電率から、打って付けの
材料であった。しかし、純粋なアルミニウム薄膜導体
は、その使用を低温処理に限定する融点の低さ、接触お
よび接合障害につながるアニール中のＳｉのＡｌへの拡
散の可能性、エレクトロマイグレーションに対する不十
分な抵抗性など、望ましくない特性を有する。エレクト
ロマイグレーション現象は、金属固体中のランダムな熱
拡散に電界が重なり、これが原因で正味のイオン・ドリ
フトが生じたときに起こる。そのため、純粋なアルミニ
ウムに優る利点を有するいくつかのアルミニウム合金が
開発された。例えば米国特許第４５６６１７７号には、
エレクトロマイグレーション抵抗性を向上させるために
３重量％までのシリコン、銅、ニッケル、クロムおよび
マンガンを含むアルミニウム合金の導電層が開示されて
いる。米国特許第３６３１３０４号には、エレクトロマ
イグレーション抵抗性を向上させる目的にも使用するこ
とができる、酸化アルミニウムを含むアルミニウム合金
が開示されている。
ディスプレイおよびパッケージ応用中にバイア、ライン
およびその他の凹部を形成する相互接続技術は、長年に
わたって開発が進められてきた。例えば、超大規模集積
（ＶＬＳＩ）構造向けの相互接続技術の開発において
は、単一の基板上に位置する半導体領域または装置中の
接点および相互接続のための主要な金属源としてアルミ
ニウムが利用された。アルミニウムは、その低いコス
ト、良好なオーム接触、高い導電率から、打って付けの
材料であった。しかし、純粋なアルミニウム薄膜導体
は、その使用を低温処理に限定する融点の低さ、接触お
よび接合障害につながるアニール中のＳｉのＡｌへの拡
散の可能性、エレクトロマイグレーションに対する不十
分な抵抗性など、望ましくない特性を有する。エレクト
ロマイグレーション現象は、金属固体中のランダムな熱
拡散に電界が重なり、これが原因で正味のイオン・ドリ
フトが生じたときに起こる。そのため、純粋なアルミニ
ウムに優る利点を有するいくつかのアルミニウム合金が
開発された。例えば米国特許第４５６６１７７号には、
エレクトロマイグレーション抵抗性を向上させるために
３重量％までのシリコン、銅、ニッケル、クロムおよび
マンガンを含むアルミニウム合金の導電層が開示されて
いる。米国特許第３６３１３０４号には、エレクトロマ
イグレーション抵抗性を向上させる目的にも使用するこ
とができる、酸化アルミニウムを含むアルミニウム合金
が開示されている。
【０００３】その後、ＶＬＳＩおよびＵＬＳＩ技術で
は、このような装置に要求される極めて高い回路密度お
よびより高い動作速度のために、より厳しい要求を配線
要件に課すようになった。これは、ますます細い導線中
により高い電流密度を達成することにつながる。その結
果、アルミニウム合金導体については断面積のより大き
なワイヤを必要とする導電配線、またはより高い導電率
を有する別のワイヤ材料を必要とする導電配線が望まれ
るようになる。業界の選択は明らかに、その望ましい高
導電率に基づく銅を使用した後者の開発である。
は、このような装置に要求される極めて高い回路密度お
よびより高い動作速度のために、より厳しい要求を配線
要件に課すようになった。これは、ますます細い導線中
により高い電流密度を達成することにつながる。その結
果、アルミニウム合金導体については断面積のより大き
なワイヤを必要とする導電配線、またはより高い導電率
を有する別のワイヤ材料を必要とする導電配線が望まれ
るようになる。業界の選択は明らかに、その望ましい高
導電率に基づく銅を使用した後者の開発である。
【０００４】バイア、ラインなどのＶＬＳＩおよびＵＬ
ＳＩ相互接続構造の形成では、ライン、バイアまたはそ
の他の凹部に銅を付着させて、同じ基板上に位置する半
導体領域または装置を相互接続する。銅は、Ｓｉとの反
応速度が大きいため、半導体装置の接合部で問題を起こ
すことが知られている。銅原子または銅イオンのシリコ
ン基板中への拡散が装置故障を引き起こす可能性があ
る。さらに、インターメタル（intermetal）誘電体中へ
の銅の拡散も、短絡や開路が生じることによって装置故
障の原因となる可能性がある。したがって、銅と周囲の
材料との相互拡散を防ぐ働きをする層を銅相互接続にコ
ーティングすることが銅相互接続の信頼性にとって不可
欠である。一般に「ライナ」、「バリア」および「キャ
ップ」と呼ばれるこれらの層はさらに、銅相互接続とさ
まざまな誘電体層および接点バイアとの間で良好な接着
性を示さなければならない。
ＳＩ相互接続構造の形成では、ライン、バイアまたはそ
の他の凹部に銅を付着させて、同じ基板上に位置する半
導体領域または装置を相互接続する。銅は、Ｓｉとの反
応速度が大きいため、半導体装置の接合部で問題を起こ
すことが知られている。銅原子または銅イオンのシリコ
ン基板中への拡散が装置故障を引き起こす可能性があ
る。さらに、インターメタル（intermetal）誘電体中へ
の銅の拡散も、短絡や開路が生じることによって装置故
障の原因となる可能性がある。したがって、銅と周囲の
材料との相互拡散を防ぐ働きをする層を銅相互接続にコ
ーティングすることが銅相互接続の信頼性にとって不可
欠である。一般に「ライナ」、「バリア」および「キャ
ップ」と呼ばれるこれらの層はさらに、銅相互接続とさ
まざまな誘電体層および接点バイアとの間で良好な接着
性を示さなければならない。
【０００５】銅バック・エンド・オブ・ライン（ＢＥＯ
Ｌ）用のチップ・ネットワーク相互接続の金属被覆プロ
セスでは、一連の標準手順を利用してバイアおよびトレ
ンチが金属被覆される。この手順は、厚い誘電体の付
着、バイアおよびトレンチの開口、バイアおよびトレン
チ壁への薄いライナの付着、バイアおよびトレンチへの
銅の充填、銅上面の平坦化、ならびに次上位誘電体中へ
の銅のマイグレーションを防ぎ、次上位誘電体を付着し
ている間の銅との相互作用を最小化する保護層の銅上面
へのキャッピングから成る。最後のキャップ層はさら
に、次上位誘電体層に対する反応性イオン・エッチング
のストップ層の働きもする。この金属被覆プロセスは、
それぞれの相互接続配線レベルに対して繰り返される。
Ｌ）用のチップ・ネットワーク相互接続の金属被覆プロ
セスでは、一連の標準手順を利用してバイアおよびトレ
ンチが金属被覆される。この手順は、厚い誘電体の付
着、バイアおよびトレンチの開口、バイアおよびトレン
チ壁への薄いライナの付着、バイアおよびトレンチへの
銅の充填、銅上面の平坦化、ならびに次上位誘電体中へ
の銅のマイグレーションを防ぎ、次上位誘電体を付着し
ている間の銅との相互作用を最小化する保護層の銅上面
へのキャッピングから成る。最後のキャップ層はさら
に、次上位誘電体層に対する反応性イオン・エッチング
のストップ層の働きもする。この金属被覆プロセスは、
それぞれの相互接続配線レベルに対して繰り返される。
【０００６】従来のプロセスにおいて、それぞれの銅Ｂ
ＥＯＬレベルをキャッピングするのに使用される最も一
般的な誘電材料は窒化シリコン（ＳｉＮ）である。Ｃｕ
がインターメタル誘電体、二酸化シリコン（ＳｉＯ2）
が相互接続誘電体であるＵＬＳＩにおいて、これは高い
信頼性で製造された。しかし、相互接続の性能を継続的
に向上させるため、ＵＬＳＩ業界は、低比誘電率（低
ｋ）インターメタル誘電体に向かって進んでいる。Ｓｉ
Ｎは、７〜８と比較的に高い比誘電率を有し、有効イン
トラレベル・キャパシタンスをかなり増大させる。低ｋ
要件を満たすため、ＢＥＯＬ相互接続でのＳｉＮの適用
は将来的に最小化されるか、または置き換えられるであ
ろう。
ＥＯＬレベルをキャッピングするのに使用される最も一
般的な誘電材料は窒化シリコン（ＳｉＮ）である。Ｃｕ
がインターメタル誘電体、二酸化シリコン（ＳｉＯ2）
が相互接続誘電体であるＵＬＳＩにおいて、これは高い
信頼性で製造された。しかし、相互接続の性能を継続的
に向上させるため、ＵＬＳＩ業界は、低比誘電率（低
ｋ）インターメタル誘電体に向かって進んでいる。Ｓｉ
Ｎは、７〜８と比較的に高い比誘電率を有し、有効イン
トラレベル・キャパシタンスをかなり増大させる。低ｋ
要件を満たすため、ＢＥＯＬ相互接続でのＳｉＮの適用
は将来的に最小化されるか、または置き換えられるであ
ろう。
【０００７】銅の低ｋ ＢＥＯＬの問題を解決する解決
法が提案されている。例えば一解決法では、銅線の上面
を覆いかつ保護し、良好な接着を与え、さらに銅拡散の
バリアの働きをする自己整合金属キャップ層を使用す
る。しかし、所望の銅バリア特性を満たすためには、金
属キャップ層の厚さが少なくとも１，０００〜２，００
０Åでなければならず、導線間の間隔が３，０００Å未
満であると、これによって導線間に短絡が生じる可能性
がある。金属だけのキャップを使用すると、次のレベル
の誘電体の処理の際に問題が生じる。上位誘電体の反応
性イオン・エッチング（ＲＩＥ）の間、エッチング・ス
トップがなく、下位の金属および誘電体が、このＲＩＥ
プロセスによってエッチングされ、かつ汚染されやすく
なる。
法が提案されている。例えば一解決法では、銅線の上面
を覆いかつ保護し、良好な接着を与え、さらに銅拡散の
バリアの働きをする自己整合金属キャップ層を使用す
る。しかし、所望の銅バリア特性を満たすためには、金
属キャップ層の厚さが少なくとも１，０００〜２，００
０Åでなければならず、導線間の間隔が３，０００Å未
満であると、これによって導線間に短絡が生じる可能性
がある。金属だけのキャップを使用すると、次のレベル
の誘電体の処理の際に問題が生じる。上位誘電体の反応
性イオン・エッチング（ＲＩＥ）の間、エッチング・ス
トップがなく、下位の金属および誘電体が、このＲＩＥ
プロセスによってエッチングされ、かつ汚染されやすく
なる。
【０００８】Ｓｉ、Ｃ、ＨまたはＳｉ、Ｃ、Ｏ、Ｈなど
を含む材料から形成された厚さ最大８００Åの薄い低ｋ
誘電体フィルムを使用した別の解決法が提案されてい
る。しかしこれらの低ｋフィルム（比誘電率４未満）は
一般に、良好な銅拡散バリアとしては機能しない。これ
らのフィルムは、ＢＥＯＬ相互接続の製造中の銅の酸化
に対するバリアとしても良好とは言えず、ＣｕＯの形成
が接着を大幅に弱め、空隙を形成するので、破局的故障
の原因となる可能性がある。これに対してＳｉＮは一般
に、それ自体で銅の酸化を引き起こさないＳｉＨ4およ
びＮＨ3のプラズマ化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）によって付
着され、かつＳｉＮは良好な酸素バリアであることが知
られている。
を含む材料から形成された厚さ最大８００Åの薄い低ｋ
誘電体フィルムを使用した別の解決法が提案されてい
る。しかしこれらの低ｋフィルム（比誘電率４未満）は
一般に、良好な銅拡散バリアとしては機能しない。これ
らのフィルムは、ＢＥＯＬ相互接続の製造中の銅の酸化
に対するバリアとしても良好とは言えず、ＣｕＯの形成
が接着を大幅に弱め、空隙を形成するので、破局的故障
の原因となる可能性がある。これに対してＳｉＮは一般
に、それ自体で銅の酸化を引き起こさないＳｉＨ4およ
びＮＨ3のプラズマ化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）によって付
着され、かつＳｉＮは良好な酸素バリアであることが知
られている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】したがって本発明の目
的は、銅導体上にバリア層を形成する方法であって、従
来の銅バリア層の欠点または短所を持たない方法を提供
することにある。
的は、銅導体上にバリア層を形成する方法であって、従
来の銅バリア層の欠点または短所を持たない方法を提供
することにある。
【００１０】本発明の他の目的は、ＳｉＮキャップの厚
さを薄くし、かつ銅に対するその接着性を高める方法を
提供することにある。
さを薄くし、かつ銅に対するその接着性を高める方法を
提供することにある。
【００１１】本発明の他の目的は、銅導体上に低誘電性
バリア層を形成する方法であって、拡散バリア特性と接
着特性の両方を向上させる方法を提供することにある。
バリア層を形成する方法であって、拡散バリア特性と接
着特性の両方を向上させる方法を提供することにある。
【００１２】本発明の他の目的は、銅導体上に２重層低
誘電性バリアを形成する方法であって、リンまたはホウ
素を含む金属合金フィルムおよびシリコンを含む低誘電
性材料を銅導体上に順に付着させる方法を提供すること
にある。
誘電性バリアを形成する方法であって、リンまたはホウ
素を含む金属合金フィルムおよびシリコンを含む低誘電
性材料を銅導体上に順に付着させる方法を提供すること
にある。
【００１３】本発明の他の目的は、接着用および拡散バ
リア用の別々の２つの層を付着させ、続いてアニール・
プロセスを実施することによって銅導体上に２重層低誘
電性バリアを形成する方法を提供することにある。
リア用の別々の２つの層を付着させ、続いてアニール・
プロセスを実施することによって銅導体上に２重層低誘
電性バリアを形成する方法を提供することにある。
【００１４】本発明の他の目的は、銅バック・エンド・
オブ・ライン・プロセスでバイアまたは相互接続として
使用される銅導体上に２重層低誘電性バリアを形成する
方法を提供することにある。
オブ・ライン・プロセスでバイアまたは相互接続として
使用される銅導体上に２重層低誘電性バリアを形成する
方法を提供することにある。
【００１５】本発明の他の目的は、銅導体上に２重層低
誘電性バリアを形成する方法であって、リンまたはホウ
素含有金属合金フィルムの付着プロセスに続いて、銅導
体中の少なくとも２〜４原子層まで金属合金を拡散させ
るアニール・プロセスを実施する方法を提供することに
ある。
誘電性バリアを形成する方法であって、リンまたはホウ
素含有金属合金フィルムの付着プロセスに続いて、銅導
体中の少なくとも２〜４原子層まで金属合金を拡散させ
るアニール・プロセスを実施する方法を提供することに
ある。
【００１６】本発明の他の目的は、金属導体、リンまた
はホウ素含有金属合金フィルム、および最上部に低ｋ誘
電材料フィルムを含む、半導体構造中の導体を提供する
ことにある。
はホウ素含有金属合金フィルム、および最上部に低ｋ誘
電材料フィルムを含む、半導体構造中の導体を提供する
ことにある。
【００１７】本発明の他の目的は、まず厚さ５０Å〜２
００Åのリンまたはホウ素含有金属合金フィルム層を金
属導体の上に付着させ、次いでこの金属合金フィルム上
に厚さ１００Å〜５００Åの低ｋ誘電材料を付着させ
た、半導体構造中の導体を提供することにある。
００Åのリンまたはホウ素含有金属合金フィルム層を金
属導体の上に付着させ、次いでこの金属合金フィルム上
に厚さ１００Å〜５００Åの低ｋ誘電材料を付着させ
た、半導体構造中の導体を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】本発明に基づき、銅導体
上に２重層低誘電性バリアを形成する方法および形成さ
れた構造を開示する。
上に２重層低誘電性バリアを形成する方法および形成さ
れた構造を開示する。
【００１９】好ましい実施形態では、銅導体上に２重層
低誘電性バリアを形成する方法は、絶縁体層中に形成さ
れた銅導体を有する前処理済み基板を用意する段階、銅
導体上にリンまたはホウ素含有金属合金フィルムを付着
させる段階、第１の加熱プロセスにおいて、前処理済み
基板を、リンまたはホウ素含有金属合金が銅導体の上面
の少なくとも２〜４原子層中に拡散するのに十分な時
間、還元性ガス雰囲気中で少なくとも３００℃の温度に
加熱する段階、リンまたはホウ素含有金属合金フィルム
上に誘電体フィルムを付着させる段階、および第２の加
熱プロセスにおいて、前処理済み基板を、還元性雰囲気
中で少なくとも１時間、少なくとも３００℃の温度に加
熱する段階によって実施することができる。還元性ガス
雰囲気を指定しているとき、これは、真空、Ｈ2、フォ
ーミング・ガスおよび不活性ガス雰囲気を含む。
低誘電性バリアを形成する方法は、絶縁体層中に形成さ
れた銅導体を有する前処理済み基板を用意する段階、銅
導体上にリンまたはホウ素含有金属合金フィルムを付着
させる段階、第１の加熱プロセスにおいて、前処理済み
基板を、リンまたはホウ素含有金属合金が銅導体の上面
の少なくとも２〜４原子層中に拡散するのに十分な時
間、還元性ガス雰囲気中で少なくとも３００℃の温度に
加熱する段階、リンまたはホウ素含有金属合金フィルム
上に誘電体フィルムを付着させる段階、および第２の加
熱プロセスにおいて、前処理済み基板を、還元性雰囲気
中で少なくとも１時間、少なくとも３００℃の温度に加
熱する段階によって実施することができる。還元性ガス
雰囲気を指定しているとき、これは、真空、Ｈ2、フォ
ーミング・ガスおよび不活性ガス雰囲気を含む。
【００２０】代わりに、２つの層（金属および誘電体）
を順に付着させ、その後に、還元性雰囲気中で約４００
℃約２時間の１回のアニール段階プロセスを実施するこ
ともできる。
を順に付着させ、その後に、還元性雰囲気中で約４００
℃約２時間の１回のアニール段階プロセスを実施するこ
ともできる。
【００２１】銅導体上に２重層低誘電性バリアを形成す
る方法では、第１の加熱プロセスを、少なくとも３２５
℃の温度で少なくとも１時間実施することができる。第
２の加熱プロセスは、少なくとも３５０℃の温度で少な
くとも２時間実施することができる。第１および第２の
加熱プロセスで使用する還元性雰囲気は、水素および窒
素のフォーミング・ガス（Ｎ2＋Ｈ2）または真空とする
ことができる。リンまたはホウ素含有金属合金フィルム
の付着プロセスは、無電解めっき技法によって実施する
ことができる。あるいは、これらの２つのアニール手順
を結合して単一の手順とすることも可能である。これ
は、リンまたはホウ素合金フィルムを含む第１の金属層
を付着させ、続いて誘電体フィルムを付着させ、最後に
この２重層の加熱を、窒素雰囲気またはフォーミング・
ガス、Ｈ2、窒素または真空を含む還元性雰囲気中で約
２時間、約４００℃で実施することによって達成する。
誘電体フィルムは、プラズマ化学蒸着技法によってリン
またはホウ素含有金属合金フィルム上に付着させること
ができる。この方法はさらに、リンまたはホウ素含有金
属合金フィルムを付着させる段階の前に、前処理済み基
板上にパラジウムの核生成層を付着させる段階を含むこ
とができる。リンまたはホウ素含有金属合金フィルムは
Ｍｅ−Ｘ−ＰまたはＭｅ−Ｘ−Ｂとすることができる。
ただし、Ｍｅは合金フィルムの主成分、Ｘは合金改質材
である。
る方法では、第１の加熱プロセスを、少なくとも３２５
℃の温度で少なくとも１時間実施することができる。第
２の加熱プロセスは、少なくとも３５０℃の温度で少な
くとも２時間実施することができる。第１および第２の
加熱プロセスで使用する還元性雰囲気は、水素および窒
素のフォーミング・ガス（Ｎ2＋Ｈ2）または真空とする
ことができる。リンまたはホウ素含有金属合金フィルム
の付着プロセスは、無電解めっき技法によって実施する
ことができる。あるいは、これらの２つのアニール手順
を結合して単一の手順とすることも可能である。これ
は、リンまたはホウ素合金フィルムを含む第１の金属層
を付着させ、続いて誘電体フィルムを付着させ、最後に
この２重層の加熱を、窒素雰囲気またはフォーミング・
ガス、Ｈ2、窒素または真空を含む還元性雰囲気中で約
２時間、約４００℃で実施することによって達成する。
誘電体フィルムは、プラズマ化学蒸着技法によってリン
またはホウ素含有金属合金フィルム上に付着させること
ができる。この方法はさらに、リンまたはホウ素含有金
属合金フィルムを付着させる段階の前に、前処理済み基
板上にパラジウムの核生成層を付着させる段階を含むこ
とができる。リンまたはホウ素含有金属合金フィルムは
Ｍｅ−Ｘ−ＰまたはＭｅ−Ｘ−Ｂとすることができる。
ただし、Ｍｅは合金フィルムの主成分、Ｘは合金改質材
である。
【００２２】銅導体上に２重層低誘電性バリアを形成す
るこの方法はさらに、硫酸に溶解した薄い硫酸パラジウ
ム溶液を利用した選択的イオン交換法によって銅導体上
にパラジウム核生成層を付着させる段階を含むことがで
きる。リンまたはホウ素含有金属合金フィルムは、Ｍｅ
を約８６重量％〜約９０重量％、Ｘを約２重量％〜約４
重量％、ＰまたはＢを約６重量％〜約１２重量％含むこ
とができる。付着した膜の誘電率は、５以下であってよ
い。この方法はさらに、リンまたはホウ素含有金属合金
フィルムを約５０Å〜約３００Å、好ましくは約１００
Å〜約２００Åの厚さに付着させる段階を含むことがで
きる。この方法はさらに、硫酸コバルト、タングステン
酸アンモニウム、クエン酸ナトリウムおよびホウ酸を含
む、温度約７０℃〜約８０℃、ｐＨ値約８〜約９の次亜
リン酸塩溶液中での無電解付着プロセスによって、リン
またはホウ素含有金属合金フィルムを付着させる段階を
含むことができる。この方法はさらに、第１の加熱プロ
セスを、約３２５℃〜約４００℃の温度で約０．５時間
〜約２時間実施する段階を含むことができる。この方法
はさらに、誘電体フィルムを、Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、Ｎおよび
／またはＨを含む材料、Ｓｉ、Ｃ、Ｈ、Ｎを含む材料、
並びにダイヤモンド様炭素を含む材料から成るグループ
から選択された材料を付着させる段階を含むことができ
る。この方法はさらに、誘電体フィルムを約１００Å〜
約５００Å、好ましくは約２５０Å〜約３５０Åの厚さ
に付着させる段階を含むことができる。この方法はさら
に、第２の加熱プロセスを、約３５０℃〜約４００℃の
温度で約１時間〜約５時間実施する段階を含むことがで
きる。リンまたはホウ素含有金属合金フィルムはＭｅ−
Ｘ−ＰまたはＭｅ−Ｘ−Ｂとすることができる。ただ
し、ＭｅはＣｏまたはＮｉ、ＸはＷまたはＳｎである。
るこの方法はさらに、硫酸に溶解した薄い硫酸パラジウ
ム溶液を利用した選択的イオン交換法によって銅導体上
にパラジウム核生成層を付着させる段階を含むことがで
きる。リンまたはホウ素含有金属合金フィルムは、Ｍｅ
を約８６重量％〜約９０重量％、Ｘを約２重量％〜約４
重量％、ＰまたはＢを約６重量％〜約１２重量％含むこ
とができる。付着した膜の誘電率は、５以下であってよ
い。この方法はさらに、リンまたはホウ素含有金属合金
フィルムを約５０Å〜約３００Å、好ましくは約１００
Å〜約２００Åの厚さに付着させる段階を含むことがで
きる。この方法はさらに、硫酸コバルト、タングステン
酸アンモニウム、クエン酸ナトリウムおよびホウ酸を含
む、温度約７０℃〜約８０℃、ｐＨ値約８〜約９の次亜
リン酸塩溶液中での無電解付着プロセスによって、リン
またはホウ素含有金属合金フィルムを付着させる段階を
含むことができる。この方法はさらに、第１の加熱プロ
セスを、約３２５℃〜約４００℃の温度で約０．５時間
〜約２時間実施する段階を含むことができる。この方法
はさらに、誘電体フィルムを、Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、Ｎおよび
／またはＨを含む材料、Ｓｉ、Ｃ、Ｈ、Ｎを含む材料、
並びにダイヤモンド様炭素を含む材料から成るグループ
から選択された材料を付着させる段階を含むことができ
る。この方法はさらに、誘電体フィルムを約１００Å〜
約５００Å、好ましくは約２５０Å〜約３５０Åの厚さ
に付着させる段階を含むことができる。この方法はさら
に、第２の加熱プロセスを、約３５０℃〜約４００℃の
温度で約１時間〜約５時間実施する段階を含むことがで
きる。リンまたはホウ素含有金属合金フィルムはＭｅ−
Ｘ−ＰまたはＭｅ−Ｘ−Ｂとすることができる。ただ
し、ＭｅはＣｏまたはＮｉ、ＸはＷまたはＳｎである。
【００２３】本発明はさらに、絶縁体層中に位置する金
属導体、金属導体上のリンまたはホウ素含有金属合金フ
ィルム、およびリンまたはホウ素含有金属合金フィルム
上の誘電材料フィルムを含む半導体構造中の導体を対象
とする。
属導体、金属導体上のリンまたはホウ素含有金属合金フ
ィルム、およびリンまたはホウ素含有金属合金フィルム
上の誘電材料フィルムを含む半導体構造中の導体を対象
とする。
【００２４】この半導体構造中の導体では、リンまたは
ホウ素含有金属合金が、金属導体の上面の少なくとも２
〜４原子層中に存在する。金属導体は銅を含むことがで
きる。リンまたはホウ素含有金属合金は、Ｍｅ−Ｐ、Ｍ
ｅ−Ｂ、Ｍｅ−Ｘ−ＰまたはＭｅ−Ｘ−Ｂから成る２元
または３元合金とすることができる。ただしＭｅはＣｏ
またはＮｉ、ＸはＳｉ、ＷまたはＳｎである。リンまた
はホウ素含有金属合金は、約１０Å〜約１０００Å、好
ましくは約５０Å〜約２００Åの厚さに付着させること
ができる。リンまたはホウ素含有金属合金は、無電解め
っき技法によって付着させることができる。付着させる
誘電材料は、Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、ＮおよびＨを含む材料から
成るグループから選択することができる。誘電材料は、
約１０Å〜約５０００Å、好ましくは約１００Å〜約５
００Åの厚さに付着させることができる。半導体構造
は、シリコン、シリコン・ゲルマニウム、シリコン・オ
ン・インシュレータおよびガリウム・ヒ素から成るグル
ープから選択された基板上に形成することができる。
ホウ素含有金属合金が、金属導体の上面の少なくとも２
〜４原子層中に存在する。金属導体は銅を含むことがで
きる。リンまたはホウ素含有金属合金は、Ｍｅ−Ｐ、Ｍ
ｅ−Ｂ、Ｍｅ−Ｘ−ＰまたはＭｅ−Ｘ−Ｂから成る２元
または３元合金とすることができる。ただしＭｅはＣｏ
またはＮｉ、ＸはＳｉ、ＷまたはＳｎである。リンまた
はホウ素含有金属合金は、約１０Å〜約１０００Å、好
ましくは約５０Å〜約２００Åの厚さに付着させること
ができる。リンまたはホウ素含有金属合金は、無電解め
っき技法によって付着させることができる。付着させる
誘電材料は、Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、ＮおよびＨを含む材料から
成るグループから選択することができる。誘電材料は、
約１０Å〜約５０００Å、好ましくは約１００Å〜約５
００Åの厚さに付着させることができる。半導体構造
は、シリコン、シリコン・ゲルマニウム、シリコン・オ
ン・インシュレータおよびガリウム・ヒ素から成るグル
ープから選択された基板上に形成することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】本発明は、相互接続用の２重層低
誘電性バリアを形成する方法を開示する。これは、ま
ず、絶縁層中に形成された銅導体を有する前処理済みの
基板を用意し、次いで、リンまたはホウ素含有金属合金
フィルムを銅導体上に付着させ、前処理済み基板を、銅
導体の表層中に金属合金が拡散するのに十分な時間、還
元性雰囲気中で少なくとも３００℃の温度に加熱し、次
いで金属合金フィルム上に誘電体フィルムを付着させ、
前処理済み基板を、還元性雰囲気中で少なくとも１時
間、少なくとも３００℃の温度に加熱することによって
達成される。
誘電性バリアを形成する方法を開示する。これは、ま
ず、絶縁層中に形成された銅導体を有する前処理済みの
基板を用意し、次いで、リンまたはホウ素含有金属合金
フィルムを銅導体上に付着させ、前処理済み基板を、銅
導体の表層中に金属合金が拡散するのに十分な時間、還
元性雰囲気中で少なくとも３００℃の温度に加熱し、次
いで金属合金フィルム上に誘電体フィルムを付着させ、
前処理済み基板を、還元性雰囲気中で少なくとも１時
間、少なくとも３００℃の温度に加熱することによって
達成される。
【００２６】本発明はさらに、絶縁層中に位置する金属
導体、金属導体上のリンまたはホウ素含有金属合金フィ
ルム、およびリンまたはホウ素含有金属合金フィルム上
の誘電材料フィルムを含む半導体構造中の導体を開示す
る。
導体、金属導体上のリンまたはホウ素含有金属合金フィ
ルム、およびリンまたはホウ素含有金属合金フィルム上
の誘電材料フィルムを含む半導体構造中の導体を開示す
る。
【００２７】本発明が提供する方法または装置では、リ
ンまたはホウ素含有金属合金フィルムをＭｅ−Ｘ−Ｐま
たはＭｅ−Ｘ−Ｂで表すことができる。Ｍｅは合金フィ
ルムの主成分、Ｘは合金改質材である。ＭｅはＣｏまた
はＮｉ、ＸはＷまたはＳｎとすることができる。Ｐおよ
びＢはリンおよびホウ素を表す。このリンまたはホウ素
含有金属合金は、Ｍｅを約８６重量％〜約９０重量％、
Ｘを約２重量％〜約４重量％、ＰまたはＢを約６重量％
〜約１２重量％含むことができる。金属合金フィルム
は、約５０Å〜約３００Åの厚さに付着させる。
ンまたはホウ素含有金属合金フィルムをＭｅ−Ｘ−Ｐま
たはＭｅ−Ｘ−Ｂで表すことができる。Ｍｅは合金フィ
ルムの主成分、Ｘは合金改質材である。ＭｅはＣｏまた
はＮｉ、ＸはＷまたはＳｎとすることができる。Ｐおよ
びＢはリンおよびホウ素を表す。このリンまたはホウ素
含有金属合金は、Ｍｅを約８６重量％〜約９０重量％、
Ｘを約２重量％〜約４重量％、ＰまたはＢを約６重量％
〜約１２重量％含むことができる。金属合金フィルム
は、約５０Å〜約３００Åの厚さに付着させる。
【００２８】本発明の新規な方法で利用する加熱プロセ
スまたはアニール・プロセスは、形成される最終的な２
重層誘電体バリアの特性にとって重要である。例えば、
最初のアニール・プロセスでは半導体基板を、リンまた
はホウ素含有金属合金が銅導体の少なくとも表層中に拡
散する、すなわち少なくとも２〜４原子層分は拡散する
のに十分な時間、少なくとも３００℃、好ましくは約３
２５℃〜約４００℃の温度に加熱する。十分な長さの時
間は、約０．５時間〜約２時間とすることができる。低
誘電性バリア層の付着後に実施する第２のアニール・プ
ロセスは、温度を少なくとも３００℃、好ましくは約３
５０℃〜約４００℃、時間を約１時間〜約５時間として
実施することができる。あるいは、２重層を還元性雰囲
気中で約２時間、約４００℃で加熱することによって、
これらの２つのアニール段階を１つの段階に結合するこ
とができる。
スまたはアニール・プロセスは、形成される最終的な２
重層誘電体バリアの特性にとって重要である。例えば、
最初のアニール・プロセスでは半導体基板を、リンまた
はホウ素含有金属合金が銅導体の少なくとも表層中に拡
散する、すなわち少なくとも２〜４原子層分は拡散する
のに十分な時間、少なくとも３００℃、好ましくは約３
２５℃〜約４００℃の温度に加熱する。十分な長さの時
間は、約０．５時間〜約２時間とすることができる。低
誘電性バリア層の付着後に実施する第２のアニール・プ
ロセスは、温度を少なくとも３００℃、好ましくは約３
５０℃〜約４００℃、時間を約１時間〜約５時間として
実施することができる。あるいは、２重層を還元性雰囲
気中で約２時間、約４００℃で加熱することによって、
これらの２つのアニール段階を１つの段階に結合するこ
とができる。
【００２９】誘電体層は、Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、Ｎおよび／ま
たはＨなどを含む材料の付着によって形成することがで
きる。付着させる誘電体フィルムの厚さは約１００Å〜
約５００Å、好ましくは約１００Å〜約３５０Åであ
る。
たはＨなどを含む材料の付着によって形成することがで
きる。付着させる誘電体フィルムの厚さは約１００Å〜
約５００Å、好ましくは約１００Å〜約３５０Åであ
る。
【００３０】本発明の新規な方法は、（化学機械研磨な
どにによって）研磨した銅／誘電体の上面に無電解めっ
きした金属フィルムに、次いで付着させた低ｋ（比誘電
率）誘電体キャップ層フィルムを組み合わせて、２重層
バリアを作り出す。この２重層バリアは、銅拡散バリ
ア、銅への良好な接着、低比誘電率という望ましい特性
を有し、一方で、次の上位の誘電体に対する反応性イオ
ン・エッチング（ＲＩＥ）ストップ性能を維持する。本
発明の２重層バリアのさらなる利点は、相互接続構造の
有効比誘電率を概して低下させ、エレクトロマイグレー
ションを最小化することが示されている導体リダンダン
シ（redundancy）を提供する誘電体キャップ層の厚さの
最小化である。
どにによって）研磨した銅／誘電体の上面に無電解めっ
きした金属フィルムに、次いで付着させた低ｋ（比誘電
率）誘電体キャップ層フィルムを組み合わせて、２重層
バリアを作り出す。この２重層バリアは、銅拡散バリ
ア、銅への良好な接着、低比誘電率という望ましい特性
を有し、一方で、次の上位の誘電体に対する反応性イオ
ン・エッチング（ＲＩＥ）ストップ性能を維持する。本
発明の２重層バリアのさらなる利点は、相互接続構造の
有効比誘電率を概して低下させ、エレクトロマイグレー
ションを最小化することが示されている導体リダンダン
シ（redundancy）を提供する誘電体キャップ層の厚さの
最小化である。
【００３１】本発明の２重層バリア構造は以下のプロセ
スによって形成することができる。銅表面が露出した状
態で誘電体中に埋め込まれた銅配線から成る平坦化され
た構造から出発する。最初の段階では、銅表面に対して
強い接着性を有する金属キャップ層を自己整合的かつ選
択的に適用して、金属−金属結合を形成する。この金属
キャップ層は約１００Å〜約４００Åの厚さを有し、し
たがって電気的な信頼性を高め、エレクトロマイグレー
ション抵抗性を向上させる。この金属キャップ層はさら
に、空隙および小丘を閉じるその能力によって銅表面の
安定性を高める。最初のアニールまたは加熱プロセスを
実施した後に、ブランケット誘電体キャップ層のための
第２の付着プロセスを実行する。最初のアニールまたは
加熱プロセスについては後により詳細に説明する。ブラ
ンケット誘電体キャップ層は、Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、Ｎおよび
／またはＨを含む材料、Ｓｉ、Ｃ、Ｈ、Ｎを含む材料、
並びにダイヤモンド様炭素を含む材料などの非常に低い
比誘電率を有する材料から準備することが最も好まし
い。あるいは、単層バリアとして通常要求されるよりも
大幅に薄いＳｉＮを使用することもできる。
スによって形成することができる。銅表面が露出した状
態で誘電体中に埋め込まれた銅配線から成る平坦化され
た構造から出発する。最初の段階では、銅表面に対して
強い接着性を有する金属キャップ層を自己整合的かつ選
択的に適用して、金属−金属結合を形成する。この金属
キャップ層は約１００Å〜約４００Åの厚さを有し、し
たがって電気的な信頼性を高め、エレクトロマイグレー
ション抵抗性を向上させる。この金属キャップ層はさら
に、空隙および小丘を閉じるその能力によって銅表面の
安定性を高める。最初のアニールまたは加熱プロセスを
実施した後に、ブランケット誘電体キャップ層のための
第２の付着プロセスを実行する。最初のアニールまたは
加熱プロセスについては後により詳細に説明する。ブラ
ンケット誘電体キャップ層は、Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、Ｎおよび
／またはＨを含む材料、Ｓｉ、Ｃ、Ｈ、Ｎを含む材料、
並びにダイヤモンド様炭素を含む材料などの非常に低い
比誘電率を有する材料から準備することが最も好まし
い。あるいは、単層バリアとして通常要求されるよりも
大幅に薄いＳｉＮを使用することもできる。
【００３２】コバルト・ベースの選択的無電解プロセ
ス、これに制限されるものではないが具体的には例えば
Ｃｏ−Ｗ−Ｐに、ＳｉＮ、ＳｉＣＨまたはＳｉＣＯＨフ
ィルムを組み合わせて準備した２重層キャップから得ら
れる結果は、非常に良好な接着性を示し、Ｃｕの安定性
およびＣｕ拡散の制御を達成した。
ス、これに制限されるものではないが具体的には例えば
Ｃｏ−Ｗ−Ｐに、ＳｉＮ、ＳｉＣＨまたはＳｉＣＯＨフ
ィルムを組み合わせて準備した２重層キャップから得ら
れる結果は、非常に良好な接着性を示し、Ｃｕの安定性
およびＣｕ拡散の制御を達成した。
【００３３】拡散バリアおよび接着のための本発明の２
重層キャップを形成する化学的段階を以下により詳細に
説明する。本発明の新規な方法の全体的な目的は、ＣＭ
Ｐプロセス後の銅表面に２重層金属／誘電体フィルムを
作り出すことにある。銅表面への最初の付着段階では、
厚さ約１００Å〜約４００Åの層の無電解めっきによっ
て達成される選択的付着によって金属フィルムを付着さ
せる。この層は、一般構造Ｍｅ−Ｘ−Ｐを有する合金に
よって形成される。Ｍｅは合金の主成分を表し、Ｘは、
銅に対する接着性の増大および拡散バリア特性という特
定の特性をフィルムに与える合金改質材であり、Ｐは、
フィルム形成プロセス中にある量のリンが共沈したこと
を表す。本発明の好ましい実施形態では、Ｘとして、合
金フィルム中３〜５原子％のＷが選択され、Ｐが７〜９
原子％程度である。
重層キャップを形成する化学的段階を以下により詳細に
説明する。本発明の新規な方法の全体的な目的は、ＣＭ
Ｐプロセス後の銅表面に２重層金属／誘電体フィルムを
作り出すことにある。銅表面への最初の付着段階では、
厚さ約１００Å〜約４００Åの層の無電解めっきによっ
て達成される選択的付着によって金属フィルムを付着さ
せる。この層は、一般構造Ｍｅ−Ｘ−Ｐを有する合金に
よって形成される。Ｍｅは合金の主成分を表し、Ｘは、
銅に対する接着性の増大および拡散バリア特性という特
定の特性をフィルムに与える合金改質材であり、Ｐは、
フィルム形成プロセス中にある量のリンが共沈したこと
を表す。本発明の好ましい実施形態では、Ｘとして、合
金フィルム中３〜５原子％のＷが選択され、Ｐが７〜９
原子％程度である。
【００３４】本発明のプロセスの第２の段階では、上面
に合金フィルムを有する銅構造を、還元性雰囲気、例え
ばフォーミング・ガスまたは水素中で少なくとも２時
間、３５０℃でアニールする。この温度処理によって、
合金の成分がよく混ざり合い、銅の上面の数原子層中ま
で拡散して、化学的および冶金学的接合が得られ、銅と
の優れた接着が形成されるようになる。あるいはこのア
ニール段階を、誘電体付着時または誘電体付着後に実行
することもできる。
に合金フィルムを有する銅構造を、還元性雰囲気、例え
ばフォーミング・ガスまたは水素中で少なくとも２時
間、３５０℃でアニールする。この温度処理によって、
合金の成分がよく混ざり合い、銅の上面の数原子層中ま
で拡散して、化学的および冶金学的接合が得られ、銅と
の優れた接着が形成されるようになる。あるいはこのア
ニール段階を、誘電体付着時または誘電体付着後に実行
することもできる。
【００３５】本発明のプロセスの第３の段階では、金属
フィルム上に誘電体フィルムを適用して２重層構造を形
成する。この段階は一般に、プラズマ化学蒸着（ＰＥＣ
ＶＤ）プロセスによって実施する。このプロセスでは、
銅の表面に以前に付着させたＭｅ−Ｘ−Ｐ層の上に誘電
材料を付着させる。誘電材料の厚さは一般に約１００Å
〜約５００Åである。好ましい誘電体フィルムは、Ｓｉ
ＣＯＨ、ＳｉＣＨ、ＳｉＮなどのシリコン化合物に基づ
くものであることが判明した。ダイヤモンド様炭素（Ｄ
ＬＣ）などの低比誘電率材料を使用することもできる。
好ましい誘電材料は、最も低い比誘電率を示すＳｉＣＯ
Ｈである。
フィルム上に誘電体フィルムを適用して２重層構造を形
成する。この段階は一般に、プラズマ化学蒸着（ＰＥＣ
ＶＤ）プロセスによって実施する。このプロセスでは、
銅の表面に以前に付着させたＭｅ−Ｘ−Ｐ層の上に誘電
材料を付着させる。誘電材料の厚さは一般に約１００Å
〜約５００Åである。好ましい誘電体フィルムは、Ｓｉ
ＣＯＨ、ＳｉＣＨ、ＳｉＮなどのシリコン化合物に基づ
くものであることが判明した。ダイヤモンド様炭素（Ｄ
ＬＣ）などの低比誘電率材料を使用することもできる。
好ましい誘電材料は、最も低い比誘電率を示すＳｉＣＯ
Ｈである。
【００３６】本発明のプロセスの第４の段階では、２重
層に、水素、窒素、フォーミング・ガスのうちのいずれ
かの還元性雰囲気中で少なくとも３００℃、少なくとも
２時間のアニール処理を適用する。この最後のアニール
・プロセスは、良好な接着特性の達成を損ねる有機不純
物およびその他の揮発性生成物を金属キャップ／誘電体
界面から除去する。
層に、水素、窒素、フォーミング・ガスのうちのいずれ
かの還元性雰囲気中で少なくとも３００℃、少なくとも
２時間のアニール処理を適用する。この最後のアニール
・プロセスは、良好な接着特性の達成を損ねる有機不純
物およびその他の揮発性生成物を金属キャップ／誘電体
界面から除去する。
【００３７】本発明のプロセスのさまざまな化学的段階
によって形成される最終的な構造を図１に示す。図１
は、本発明の第１の好ましい実施形態が組み込まれた２
重ダマシーン相互接続構造１０の拡大断面図を示す。バ
イア２２、３２およびトレンチ２４、３４を含む２つの
誘電体相互接続レベル２０および３０を有する構造１０
が示されている。この構造は、アクティブ装置１４が上
面１６の中に形成された半導体基板１２上に構築されて
いる。基板１２上には、第１の誘電体層１８が付着さ
れ、バイア３２の開口およびトレンチ３４の開口がパタ
ーニングされている。次いで、これらのバイアおよびト
レンチ開口にライナすなわちバリア層３６が裏打ちさ
れ、金属３８が充填され、化学機械研磨法によって平坦
化されて、平坦化された上面４０がトレンチ３４上に達
成される。
によって形成される最終的な構造を図１に示す。図１
は、本発明の第１の好ましい実施形態が組み込まれた２
重ダマシーン相互接続構造１０の拡大断面図を示す。バ
イア２２、３２およびトレンチ２４、３４を含む２つの
誘電体相互接続レベル２０および３０を有する構造１０
が示されている。この構造は、アクティブ装置１４が上
面１６の中に形成された半導体基板１２上に構築されて
いる。基板１２上には、第１の誘電体層１８が付着さ
れ、バイア３２の開口およびトレンチ３４の開口がパタ
ーニングされている。次いで、これらのバイアおよびト
レンチ開口にライナすなわちバリア層３６が裏打ちさ
れ、金属３８が充填され、化学機械研磨法によって平坦
化されて、平坦化された上面４０がトレンチ３４上に達
成される。
【００３８】本発明の新規な方法を組み込んだプロセス
の次の段階は、無電解付着させたＣｏ−Ｗ−Ｐキャップ
層４４の適用である。Ｃｏ−Ｗ−Ｐキャップ層４４は、
金属トレンチ３４の上にだけ選択的に付着される。キャ
ップ層４４は、誘電体層５０中への金属３８の外方拡散
ならびに続く処理によるトレンチ金属３４の汚染を防
ぐ。金属層４４は、次の処理中または半導体装置の動作
中の一切の相互作用からトレンチ金属を分離する主要な
手段として、任意選択の誘電体キャップ層５２とともに
使用される。任意選択のキャップ層５２は、Ｃｏ−Ｗ−
Ｐ金属合金層４４のバリア特性をさらに向上させる目的
に、または反応性イオン・エッチング（ＲＩＥ）のスト
ップ層などの集積化強化層として使用することができ
る。図１に示されている第２の誘電体層５０は、バイア
２２およびトレンチ２４のための２重ダマシーン空洞を
形成するＲＩＥプロセスの後に使用される。この場合、
誘電体キャップ層５２はＲＩＥストップとして使用され
る。これを使用するとき、ＲＩＥストップ層５２をエッ
チングして第２レベル・トレンチ２４に達する開口をあ
ける。ライナ層３６から始まるこのプロセスを必要な数
の相互接続レベルが得られるまで繰り返す。
の次の段階は、無電解付着させたＣｏ−Ｗ−Ｐキャップ
層４４の適用である。Ｃｏ−Ｗ−Ｐキャップ層４４は、
金属トレンチ３４の上にだけ選択的に付着される。キャ
ップ層４４は、誘電体層５０中への金属３８の外方拡散
ならびに続く処理によるトレンチ金属３４の汚染を防
ぐ。金属層４４は、次の処理中または半導体装置の動作
中の一切の相互作用からトレンチ金属を分離する主要な
手段として、任意選択の誘電体キャップ層５２とともに
使用される。任意選択のキャップ層５２は、Ｃｏ−Ｗ−
Ｐ金属合金層４４のバリア特性をさらに向上させる目的
に、または反応性イオン・エッチング（ＲＩＥ）のスト
ップ層などの集積化強化層として使用することができ
る。図１に示されている第２の誘電体層５０は、バイア
２２およびトレンチ２４のための２重ダマシーン空洞を
形成するＲＩＥプロセスの後に使用される。この場合、
誘電体キャップ層５２はＲＩＥストップとして使用され
る。これを使用するとき、ＲＩＥストップ層５２をエッ
チングして第２レベル・トレンチ２４に達する開口をあ
ける。ライナ層３６から始まるこのプロセスを必要な数
の相互接続レベルが得られるまで繰り返す。
【００３９】図２は、接着試験および拡散バリア性能に
対して使用する、本発明の２重層バリアが最上部に形成
された銅試験ビヒクルの拡大断面図である。まず、厚さ
約８００Åの金属ライナ層を含むバリア層３６がシリコ
ン基板１２上に付着されていることが分かる。次いで、
ライナ３６上に厚さ約２０００Åの銅導体３８がスパッ
タ付着されている。付着させる無電解金属キャップ層４
４は、厚さ３００Å〜５００ÅのＣｏ−Ｗ−Ｐ層または
Ｃｏ−Ｓｎ−Ｐ層とすることができる。次いでその上
に、厚さ５００ÅのＳｉＣＯＨ低ｋ誘電体層５２が付着
されている。ＳＩＭＳ信号を増強するため、ダイヤモン
ド様炭素の層５４をＳｉＣＯＨ層５２上に付着させた。
対して使用する、本発明の２重層バリアが最上部に形成
された銅試験ビヒクルの拡大断面図である。まず、厚さ
約８００Åの金属ライナ層を含むバリア層３６がシリコ
ン基板１２上に付着されていることが分かる。次いで、
ライナ３６上に厚さ約２０００Åの銅導体３８がスパッ
タ付着されている。付着させる無電解金属キャップ層４
４は、厚さ３００Å〜５００ÅのＣｏ−Ｗ−Ｐ層または
Ｃｏ−Ｓｎ−Ｐ層とすることができる。次いでその上
に、厚さ５００ÅのＳｉＣＯＨ低ｋ誘電体層５２が付着
されている。ＳＩＭＳ信号を増強するため、ダイヤモン
ド様炭素の層５４をＳｉＣＯＨ層５２上に付着させた。
【００４０】図３および４に、図２に示した構造に関し
て得られたＳＩＭＳ／プロットを示す。図３および４に
示すとおり、無電解付着させた厚さわずか３００ÅのＣ
ｏ−Ｗ−ＰまたはＣｏ−Ｓｎ−Ｐ金属層および厚さ５０
０ÅのＳｉＣＯＨ層を付着させたとき、金属層の表層を
横切りＳｉＣＯＨ層の内部への銅の拡散を促進するだろ
うアニールの後も、銅は、無電解付着させた金属合金層
４４の裏側および下方に完全にとどまり、層４４を通過
して誘電体層５２中に侵入することはない。これらの結
果は、本発明の構造が、銅のマイグレーション、および
少なくとも熱エネルギーの効果の下でＳｉＣＯＨ層５２
を通過する可能性がある酸素分子による潜在的な銅の酸
化の効果を止めることを指示している。したがって図示
の構造は、銅および酸素原子の熱マイグレーションのス
トッパとして効果的な系である。
て得られたＳＩＭＳ／プロットを示す。図３および４に
示すとおり、無電解付着させた厚さわずか３００ÅのＣ
ｏ−Ｗ−ＰまたはＣｏ−Ｓｎ−Ｐ金属層および厚さ５０
０ÅのＳｉＣＯＨ層を付着させたとき、金属層の表層を
横切りＳｉＣＯＨ層の内部への銅の拡散を促進するだろ
うアニールの後も、銅は、無電解付着させた金属合金層
４４の裏側および下方に完全にとどまり、層４４を通過
して誘電体層５２中に侵入することはない。これらの結
果は、本発明の構造が、銅のマイグレーション、および
少なくとも熱エネルギーの効果の下でＳｉＣＯＨ層５２
を通過する可能性がある酸素分子による潜在的な銅の酸
化の効果を止めることを指示している。したがって図示
の構造は、銅および酸素原子の熱マイグレーションのス
トッパとして効果的な系である。
【００４１】図５は、間にさまざまな金属合金フィルム
を利用した場合の銅導体とＳｉＮ誘電体層の間の接着の
強さに関して得られたデータを示す表である。窒化シリ
コンへの銅の接着が、窒化物を適用する前の銅表面の前
処理に強く依存することが示されている。最適な結果
は、Ｃｏ−Ｗ−Ｐ内層、Ｃｏ−Ｓｎ−Ｐ内層および高密
度プラズマ（ＨＤＰ）付着窒化物を使用することによっ
て得られる。図５の表に指示した接着強さは、ＭＰａ×
ｍ1/2を単位として示されている。
を利用した場合の銅導体とＳｉＮ誘電体層の間の接着の
強さに関して得られたデータを示す表である。窒化シリ
コンへの銅の接着が、窒化物を適用する前の銅表面の前
処理に強く依存することが示されている。最適な結果
は、Ｃｏ−Ｗ−Ｐ内層、Ｃｏ−Ｓｎ−Ｐ内層および高密
度プラズマ（ＨＤＰ）付着窒化物を使用することによっ
て得られる。図５の表に指示した接着強さは、ＭＰａ×
ｍ1/2を単位として示されている。
【００４２】銅上に無電解付着させたキャップ層および
ＳｉＣＯＨ誘電体層を有する２重層キャップの接着試験
の結果を図６に示す。構造Ｓｉ−ＳｉＯ2／ライナ金属
／Ｃｕ（２０００Å）を有する６サンプルを供試した。
これらのサンプルに、Ｃｏ−Ｗ−Ｐ、Ｃｏ−ＰまたはＣ
ｏ−Ｓｎ−Ｐを無電解めっきした。次にこれらのサンプ
ルをツールに入れ、５００ÅのＳｉＣＯＨ誘電材料をキ
ャップ層の表面に適用した。いくつかのサンプルについ
ては、無電解付着プロセス後およびＳｉＣＯＨ層付着後
に熱アニールし、残りのサンプルについてはＳｉＣＯＨ
層付着後に限り熱アニールした。図６に示した結果は、
Ｃｏ−Ｗ−Ｐが最も良い接着値を生み出すことを指示し
ている。
ＳｉＣＯＨ誘電体層を有する２重層キャップの接着試験
の結果を図６に示す。構造Ｓｉ−ＳｉＯ2／ライナ金属
／Ｃｕ（２０００Å）を有する６サンプルを供試した。
これらのサンプルに、Ｃｏ−Ｗ−Ｐ、Ｃｏ−ＰまたはＣ
ｏ−Ｓｎ−Ｐを無電解めっきした。次にこれらのサンプ
ルをツールに入れ、５００ÅのＳｉＣＯＨ誘電材料をキ
ャップ層の表面に適用した。いくつかのサンプルについ
ては、無電解付着プロセス後およびＳｉＣＯＨ層付着後
に熱アニールし、残りのサンプルについてはＳｉＣＯＨ
層付着後に限り熱アニールした。図６に示した結果は、
Ｃｏ−Ｗ−Ｐが最も良い接着値を生み出すことを指示し
ている。
【００４３】Ｃｏ−Ｗ−Ｐフィルムを横切る熱銅マイグ
レーションを調べるため、図６に示したサンプルをＳＩ
ＭＳ分析によってさらに試験した。ＳＩＭＳデータは、
銅はキャップ層の裏側にとどまり、予測どおり誘電体層
には移行しないことを指示した。
レーションを調べるため、図６に示したサンプルをＳＩ
ＭＳ分析によってさらに試験した。ＳＩＭＳデータは、
銅はキャップ層の裏側にとどまり、予測どおり誘電体層
には移行しないことを指示した。
【００４４】Ｃｏ−Ｗ−Ｐ内層を使用することによって
ＳｉＣＯＨ誘電体のＣｕへの接着が向上すること示す試
験データが図６に示されている。ＳｉＣＯＨ誘電体層の
銅への接着は、誘電体適用後に還元性雰囲気による前処
理を使用することによってかなり向上させることができ
ることが分かった。最も良い結果は、Ｃｏ−Ｗ−Ｐキャ
ップ層を使用し、ＳｉＣＯＨ付着後にフォーミング・ガ
ス中で３５０℃、少なくとも２時間のアニールを実施す
ることによって得られる。これらのサンプルは、妥当な
界面、すなわちＳｉＣＯＨ−無電解付着層界面で破損し
ているように見える。これに対し、ＳｉＣＯＨ付着後に
系をアニールしないときには、銅層の下のアニールした
接着フィルムが破損した。
ＳｉＣＯＨ誘電体のＣｕへの接着が向上すること示す試
験データが図６に示されている。ＳｉＣＯＨ誘電体層の
銅への接着は、誘電体適用後に還元性雰囲気による前処
理を使用することによってかなり向上させることができ
ることが分かった。最も良い結果は、Ｃｏ−Ｗ−Ｐキャ
ップ層を使用し、ＳｉＣＯＨ付着後にフォーミング・ガ
ス中で３５０℃、少なくとも２時間のアニールを実施す
ることによって得られる。これらのサンプルは、妥当な
界面、すなわちＳｉＣＯＨ−無電解付着層界面で破損し
ているように見える。これに対し、ＳｉＣＯＨ付着後に
系をアニールしないときには、銅層の下のアニールした
接着フィルムが破損した。
【００４５】本発明の新規な方法およびこの方法によっ
て形成した装置を以上の説明および図１〜６の添付図面
で十分に説明した。ＳｉＣＯＨなどの低ｋ誘電材料の単
独使用における技術的論点および問題が、ＳｉＣＯＨの
銅に対する接着が良くないこと、およびＳｉＣＯＨがい
くぶん酸素を透過させることに起因することを示した。
したがってこれらの２つの要因が組み合わさって、誘電
体／銅界面で銅の酸化およびデラミネーションが引き起
こされ、その結果、信頼性の問題が生じる。したがって
本発明の新規な方法は、２重層バリア、例えばＣｕ／Ｃ
ｏ−Ｗ−Ｐ／ＳｉＣＯＨ、Ｃｕ／Ｃｏ−Ｓｎ−Ｐ／Ｓｉ
ＣＯＨを利用して、３８０℃で２時間アニールした後
も、無電解付着させた金属合金キャップ層を銅が通過せ
ず、この層の裏側にとどまるようにする。
て形成した装置を以上の説明および図１〜６の添付図面
で十分に説明した。ＳｉＣＯＨなどの低ｋ誘電材料の単
独使用における技術的論点および問題が、ＳｉＣＯＨの
銅に対する接着が良くないこと、およびＳｉＣＯＨがい
くぶん酸素を透過させることに起因することを示した。
したがってこれらの２つの要因が組み合わさって、誘電
体／銅界面で銅の酸化およびデラミネーションが引き起
こされ、その結果、信頼性の問題が生じる。したがって
本発明の新規な方法は、２重層バリア、例えばＣｕ／Ｃ
ｏ−Ｗ−Ｐ／ＳｉＣＯＨ、Ｃｕ／Ｃｏ−Ｓｎ−Ｐ／Ｓｉ
ＣＯＨを利用して、３８０℃で２時間アニールした後
も、無電解付着させた金属合金キャップ層を銅が通過せ
ず、この層の裏側にとどまるようにする。
【００４６】本発明を例示的に説明したが、使用した用
語は説明を意図したものであり、限定を意図したもので
はないことを理解されたい。
語は説明を意図したものであり、限定を意図したもので
はないことを理解されたい。
【００４７】さらに、好ましい代替実施形態に関して本
発明を説明してきたが、当業者なら、これらの教示を本
発明のその他の可能なバリエーションに容易に応用する
ことができることを理解されたい。
発明を説明してきたが、当業者なら、これらの教示を本
発明のその他の可能なバリエーションに容易に応用する
ことができることを理解されたい。
【００４８】まとめとして、本発明の構成に関して以下
の事項を開示する。
の事項を開示する。
【００４９】（１）銅導体上に２重層低誘電性バリアを
形成する方法であって、絶縁体層中に形成された銅導体
を有する前処理済み基板を用意する段階と、前記銅導体
上にリンまたはホウ素含有金属合金フィルムを付着させ
る段階と、第１の加熱プロセスにおいて、前記前処理済
み基板を、前記リンまたはホウ素含有金属合金が前記銅
導体の上面の少なくとも３原子層中に拡散するのに十分
な時間、還元性雰囲気中で少なくとも３００℃の温度に
加熱する段階と、前記リンまたはホウ素含有金属合金フ
ィルム上に誘電体フィルムを付着させる段階と、第２の
加熱プロセスにおいて、前記前処理済み基板を、還元性
雰囲気中で少なくとも１時間、少なくとも３００℃の温
度に加熱する段階を含む方法。 （２）銅導体上に２重層低誘電性バリアを形成する上記
（１）に記載の方法であって、前記第１の加熱プロセス
が、少なくとも３２５℃の温度で少なくとも１時間実施
される方法。 （３）銅導体上に２重層低誘電性バリアを形成する上記
（１）に記載の方法であって、前記第２の加熱プロセス
が、少なくとも３５０℃の温度で少なくとも２時間実施
される方法。 （４）銅導体上に２重層低誘電性バリアを形成する上記
（１）に記載の方法であって、前記金属層および前記誘
電体層が順に付着され、前記誘電体付着の後に、４００
℃で２時間、還元性雰囲気中で加熱することによって唯
１回の最終熱処理が実施される方法。 （５）銅導体上に２重層低誘電性バリアを形成する上記
（１）に記載の方法であって、前記リンまたはホウ素含
有金属合金フィルムの前記付着プロセスが無電解めっき
技法によって実施される方法。 （６）銅導体上に２重層低誘電性バリアを形成する上記
（１）に記載の方法であって、前記誘電体フィルムが、
プラズマ化学蒸着技法によって前記リンまたはホウ素含
有金属合金フィルム上に付着される方法。 （７）銅導体上に２重層低誘電性バリアを形成する上記
（１）に記載の方法であって、前記第１および第２の加
熱プロセスで使用される前記還元性雰囲気が、フォーミ
ング・ガス、窒素または水素である方法。 （８）銅導体上に２重層低誘電性バリアを形成する上記
（１）に記載の方法であって、前記リンまたはホウ素含
有金属合金フィルムを付着させる前記段階の前に、前記
前処理済み基板上にパラジウムの核生成層を付着させる
段階をさらに含む方法。 （９）銅導体上に２重層低誘電性バリアを形成する上記
（１）に記載の方法であって、前記リンまたはホウ素含
有金属合金フィルムがＭｅ−Ｘ−ＰまたはＭｅ−Ｘ−Ｂ
であり、Ｍｅが前記合金フィルムの主成分、Ｘが合金改
質材である方法。 （１０）銅導体上に２重層低誘電性バリアを形成する上
記（１）に記載の方法であって、硫酸に溶解した薄い硫
酸パラジウム溶液を利用した選択的イオン交換法によっ
て前記銅導体上にパラジウム核生成層を付着させる段階
をさらに含む方法。 （１１）銅導体上に２重層低誘電性バリアを形成する上
記（９）に記載の方法であって、前記リンまたはホウ素
含有金属合金フィルムが、Ｍｅを約８６重量％〜約９０
重量％、Ｘを約２重量％〜約４重量％、ＰまたはＢを約
６重量％〜約１２重量％含む方法。 （１２）銅導体上に２重層低誘電性バリアを形成する上
記（１）に記載の方法であって、付着させた前記誘電体
フィルムの比誘電率が５以下である方法。 （１３）銅導体上に２重層低誘電性バリアを形成する上
記（１）に記載の方法であって、前記リンまたはホウ素
含有金属合金フィルムを約５０Å〜約３００Åの厚さに
付着させる段階をさらに含む方法。 （１４）銅導体上に２重層低誘電性バリアを形成する上
記（１）に記載の方法であって、前記リンまたはホウ素
含有金属合金フィルムを約５０Å〜約３００Å、好まし
くは約１００Å〜約２００Åの厚さに付着させる段階を
さらに含む方法。 （１５）銅導体上に２重層低誘電性バリアを形成する上
記（１）に記載の方法であって、硫酸コバルト、タング
ステン酸アンモニウム、クエン酸ナトリウムおよびホウ
酸を含む、温度約７０℃〜約８０℃、ｐＨ値約８〜約９
の次亜リン酸塩溶液中での無電解付着プロセスによっ
て、前記リンまたはホウ素含有金属合金フィルムを付着
させる段階をさらに含む方法。 （１６）銅導体上に２重層低誘電性バリアを形成する上
記（１）に記載の方法であって、前記第１の加熱プロセ
スを、約３５０℃〜約４００℃の温度で約０．５時間〜
約２時間実施する段階をさらに含む方法。 （１７）銅導体上に２重層低誘電性バリアを形成する上
記（１）に記載の方法であって、前記誘電体フィルム
を、Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、ＮおよびＨから成るグループから選
択された材料から付着させる段階をさらに含む方法。 （１８）銅導体上に２重層低誘電性バリアを形成する上
記（１）に記載の方法であって、前記誘電体フィルムを
約１００Å〜約５００Åの厚さに付着させる段階をさら
に含む方法。 （１９）銅導体上に２重層低誘電性バリアを形成する上
記（１）に記載の方法であって、前記誘電体フィルムを
約１００Å〜約５００Å、好ましくは約２５０Å〜約３
５０Åの厚さに付着させる段階をさらに含む方法。 （２０）銅導体上に２重層低誘電性バリアを形成する上
記（１）に記載の方法であって、前記第２の加熱プロセ
スを、約３５０℃〜約４００℃の温度で約１時間〜約５
時間実施する段階をさらに含む方法。 （２１）銅導体上に２重層低誘電性バリアを形成する上
記（９）に記載の方法であって、前記ＭｅがＣｏまたは
Ｎｉ、前記ＸがＷまたはＳｎである方法。 （２２）絶縁体層中に位置する金属導体と、前記金属導
体上のリンまたはホウ素含有金属合金フィルムと、前記
リンまたはホウ素含有金属合金フィルム上の誘電材料フ
ィルムを備える半導体構造体。 （２３）前記リンまたはホウ素含有金属合金が、前記金
属導体の上面内の少なくとも２原子層よりも下に存在す
る、上記（２２）に記載の半導体構造体。 （２４）前記金属導体が銅を含む、上記（２２）に記載
の半導体構造体。 （２５）前記リンまたはホウ素含有金属合金が、Ｍｅ−
Ｐ、Ｍｅ−Ｂ、Ｍｅ−Ｘ−ＰまたはＭｅ−Ｘ−Ｂから成
る２元または３元合金であり、ＭｅがＣｏまたはＮｉ、
ＸがＳｉ、ＷまたはＳｎである、上記（２２）に記載の
半導体構造体。 （２６）前記リンまたはホウ素含有金属合金が、約１０
Å〜約１０００Åの厚さに付着されたＭｅ−Ｐ、Ｍｅ−
Ｂ、Ｍｅ−Ｘ−ＰまたはＭｅ−Ｘ−Ｂから成る２元また
は３元合金であり、ＭｅがＣｏまたはＮｉ、ＸがＳｉ、
ＷまたはＳｎである、上記（２２）に記載の半導体構造
体。 （２７）前記リンまたはホウ素含有金属合金が、好まし
くは約５０Å〜約２００Åの厚さに付着されたＭｅ−
Ｐ、Ｍｅ−Ｂ、Ｍｅ−Ｘ−ＰまたはＭｅ−Ｘ−Ｂから成
る２元または３元合金であり、ＭｅがＣｏまたはＮｉ、
ＸがＳｉ、ＷまたはＳｎである、上記（２２）に記載の
半導体構造体。 （２８）前記リンまたはホウ素含有金属合金が、無電解
めっき技法によって約１０Å〜約１０００Åの厚さに付
着されたＭｅ−Ｐ、Ｍｅ−Ｂ、Ｍｅ−Ｘ−ＰまたはＭｅ
−Ｘ−Ｂから成る２元または３元合金であり、ＭｅがＣ
ｏまたはＮｉ、ＸがＳｉ、ＷまたはＳｎである、上記
（２２）に記載の半導体構造体。 （２９）前記誘電材料の比誘電率が５以下である、上記
（２２）に記載の半導体構造体。 （３０）前記誘電材料がＳｉ、Ｃ、Ｏ、ＮおよびＨを含
む、上記（２２）に記載の半導体構造体。 （３１）前記誘電材料が、Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、ＮおよびＨを
含む材料およびＳｉ、Ｃ、Ｈを含む材料から成るグルー
プから選択され、約１０Å〜約５０００Åの厚さに付着
される、上記（２２）に記載の半導体構造体。 （３２）前記誘電材料が、約１００Å〜約５００Åの厚
さに付着されたＳｉ、Ｃ、Ｏ、ＮおよびＨを含む、上記
（２２）に記載の半導体構造体。 （３３）前記半導体構造が、シリコン、シリコン・ゲル
マニウム、シリコン・オン・インシュレータおよびガリ
ウム・ヒ素から成るグループから選択された基板上に形
成される、上記（２２）に記載の半導体構造体。
形成する方法であって、絶縁体層中に形成された銅導体
を有する前処理済み基板を用意する段階と、前記銅導体
上にリンまたはホウ素含有金属合金フィルムを付着させ
る段階と、第１の加熱プロセスにおいて、前記前処理済
み基板を、前記リンまたはホウ素含有金属合金が前記銅
導体の上面の少なくとも３原子層中に拡散するのに十分
な時間、還元性雰囲気中で少なくとも３００℃の温度に
加熱する段階と、前記リンまたはホウ素含有金属合金フ
ィルム上に誘電体フィルムを付着させる段階と、第２の
加熱プロセスにおいて、前記前処理済み基板を、還元性
雰囲気中で少なくとも１時間、少なくとも３００℃の温
度に加熱する段階を含む方法。 （２）銅導体上に２重層低誘電性バリアを形成する上記
（１）に記載の方法であって、前記第１の加熱プロセス
が、少なくとも３２５℃の温度で少なくとも１時間実施
される方法。 （３）銅導体上に２重層低誘電性バリアを形成する上記
（１）に記載の方法であって、前記第２の加熱プロセス
が、少なくとも３５０℃の温度で少なくとも２時間実施
される方法。 （４）銅導体上に２重層低誘電性バリアを形成する上記
（１）に記載の方法であって、前記金属層および前記誘
電体層が順に付着され、前記誘電体付着の後に、４００
℃で２時間、還元性雰囲気中で加熱することによって唯
１回の最終熱処理が実施される方法。 （５）銅導体上に２重層低誘電性バリアを形成する上記
（１）に記載の方法であって、前記リンまたはホウ素含
有金属合金フィルムの前記付着プロセスが無電解めっき
技法によって実施される方法。 （６）銅導体上に２重層低誘電性バリアを形成する上記
（１）に記載の方法であって、前記誘電体フィルムが、
プラズマ化学蒸着技法によって前記リンまたはホウ素含
有金属合金フィルム上に付着される方法。 （７）銅導体上に２重層低誘電性バリアを形成する上記
（１）に記載の方法であって、前記第１および第２の加
熱プロセスで使用される前記還元性雰囲気が、フォーミ
ング・ガス、窒素または水素である方法。 （８）銅導体上に２重層低誘電性バリアを形成する上記
（１）に記載の方法であって、前記リンまたはホウ素含
有金属合金フィルムを付着させる前記段階の前に、前記
前処理済み基板上にパラジウムの核生成層を付着させる
段階をさらに含む方法。 （９）銅導体上に２重層低誘電性バリアを形成する上記
（１）に記載の方法であって、前記リンまたはホウ素含
有金属合金フィルムがＭｅ−Ｘ−ＰまたはＭｅ−Ｘ−Ｂ
であり、Ｍｅが前記合金フィルムの主成分、Ｘが合金改
質材である方法。 （１０）銅導体上に２重層低誘電性バリアを形成する上
記（１）に記載の方法であって、硫酸に溶解した薄い硫
酸パラジウム溶液を利用した選択的イオン交換法によっ
て前記銅導体上にパラジウム核生成層を付着させる段階
をさらに含む方法。 （１１）銅導体上に２重層低誘電性バリアを形成する上
記（９）に記載の方法であって、前記リンまたはホウ素
含有金属合金フィルムが、Ｍｅを約８６重量％〜約９０
重量％、Ｘを約２重量％〜約４重量％、ＰまたはＢを約
６重量％〜約１２重量％含む方法。 （１２）銅導体上に２重層低誘電性バリアを形成する上
記（１）に記載の方法であって、付着させた前記誘電体
フィルムの比誘電率が５以下である方法。 （１３）銅導体上に２重層低誘電性バリアを形成する上
記（１）に記載の方法であって、前記リンまたはホウ素
含有金属合金フィルムを約５０Å〜約３００Åの厚さに
付着させる段階をさらに含む方法。 （１４）銅導体上に２重層低誘電性バリアを形成する上
記（１）に記載の方法であって、前記リンまたはホウ素
含有金属合金フィルムを約５０Å〜約３００Å、好まし
くは約１００Å〜約２００Åの厚さに付着させる段階を
さらに含む方法。 （１５）銅導体上に２重層低誘電性バリアを形成する上
記（１）に記載の方法であって、硫酸コバルト、タング
ステン酸アンモニウム、クエン酸ナトリウムおよびホウ
酸を含む、温度約７０℃〜約８０℃、ｐＨ値約８〜約９
の次亜リン酸塩溶液中での無電解付着プロセスによっ
て、前記リンまたはホウ素含有金属合金フィルムを付着
させる段階をさらに含む方法。 （１６）銅導体上に２重層低誘電性バリアを形成する上
記（１）に記載の方法であって、前記第１の加熱プロセ
スを、約３５０℃〜約４００℃の温度で約０．５時間〜
約２時間実施する段階をさらに含む方法。 （１７）銅導体上に２重層低誘電性バリアを形成する上
記（１）に記載の方法であって、前記誘電体フィルム
を、Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、ＮおよびＨから成るグループから選
択された材料から付着させる段階をさらに含む方法。 （１８）銅導体上に２重層低誘電性バリアを形成する上
記（１）に記載の方法であって、前記誘電体フィルムを
約１００Å〜約５００Åの厚さに付着させる段階をさら
に含む方法。 （１９）銅導体上に２重層低誘電性バリアを形成する上
記（１）に記載の方法であって、前記誘電体フィルムを
約１００Å〜約５００Å、好ましくは約２５０Å〜約３
５０Åの厚さに付着させる段階をさらに含む方法。 （２０）銅導体上に２重層低誘電性バリアを形成する上
記（１）に記載の方法であって、前記第２の加熱プロセ
スを、約３５０℃〜約４００℃の温度で約１時間〜約５
時間実施する段階をさらに含む方法。 （２１）銅導体上に２重層低誘電性バリアを形成する上
記（９）に記載の方法であって、前記ＭｅがＣｏまたは
Ｎｉ、前記ＸがＷまたはＳｎである方法。 （２２）絶縁体層中に位置する金属導体と、前記金属導
体上のリンまたはホウ素含有金属合金フィルムと、前記
リンまたはホウ素含有金属合金フィルム上の誘電材料フ
ィルムを備える半導体構造体。 （２３）前記リンまたはホウ素含有金属合金が、前記金
属導体の上面内の少なくとも２原子層よりも下に存在す
る、上記（２２）に記載の半導体構造体。 （２４）前記金属導体が銅を含む、上記（２２）に記載
の半導体構造体。 （２５）前記リンまたはホウ素含有金属合金が、Ｍｅ−
Ｐ、Ｍｅ−Ｂ、Ｍｅ−Ｘ−ＰまたはＭｅ−Ｘ−Ｂから成
る２元または３元合金であり、ＭｅがＣｏまたはＮｉ、
ＸがＳｉ、ＷまたはＳｎである、上記（２２）に記載の
半導体構造体。 （２６）前記リンまたはホウ素含有金属合金が、約１０
Å〜約１０００Åの厚さに付着されたＭｅ−Ｐ、Ｍｅ−
Ｂ、Ｍｅ−Ｘ−ＰまたはＭｅ−Ｘ−Ｂから成る２元また
は３元合金であり、ＭｅがＣｏまたはＮｉ、ＸがＳｉ、
ＷまたはＳｎである、上記（２２）に記載の半導体構造
体。 （２７）前記リンまたはホウ素含有金属合金が、好まし
くは約５０Å〜約２００Åの厚さに付着されたＭｅ−
Ｐ、Ｍｅ−Ｂ、Ｍｅ−Ｘ−ＰまたはＭｅ−Ｘ−Ｂから成
る２元または３元合金であり、ＭｅがＣｏまたはＮｉ、
ＸがＳｉ、ＷまたはＳｎである、上記（２２）に記載の
半導体構造体。 （２８）前記リンまたはホウ素含有金属合金が、無電解
めっき技法によって約１０Å〜約１０００Åの厚さに付
着されたＭｅ−Ｐ、Ｍｅ−Ｂ、Ｍｅ−Ｘ−ＰまたはＭｅ
−Ｘ−Ｂから成る２元または３元合金であり、ＭｅがＣ
ｏまたはＮｉ、ＸがＳｉ、ＷまたはＳｎである、上記
（２２）に記載の半導体構造体。 （２９）前記誘電材料の比誘電率が５以下である、上記
（２２）に記載の半導体構造体。 （３０）前記誘電材料がＳｉ、Ｃ、Ｏ、ＮおよびＨを含
む、上記（２２）に記載の半導体構造体。 （３１）前記誘電材料が、Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、ＮおよびＨを
含む材料およびＳｉ、Ｃ、Ｈを含む材料から成るグルー
プから選択され、約１０Å〜約５０００Åの厚さに付着
される、上記（２２）に記載の半導体構造体。 （３２）前記誘電材料が、約１００Å〜約５００Åの厚
さに付着されたＳｉ、Ｃ、Ｏ、ＮおよびＨを含む、上記
（２２）に記載の半導体構造体。 （３３）前記半導体構造が、シリコン、シリコン・ゲル
マニウム、シリコン・オン・インシュレータおよびガリ
ウム・ヒ素から成るグループから選択された基板上に形
成される、上記（２２）に記載の半導体構造体。
【図面の簡単な説明】
【図１】第２の２重ダマシーン（damascene）構造が最
上部に形成された２重ダマシーン構造として銅導体上に
形成された本発明の２重層低誘電性バリアの拡大断面図
である。
上部に形成された２重ダマシーン構造として銅導体上に
形成された本発明の２重層低誘電性バリアの拡大断面図
である。
【図２】銅導体上に形成された２重層拡散バリア／接着
エンハンサを示す、本発明の他の実施形態の拡大断面図
である。
エンハンサを示す、本発明の他の実施形態の拡大断面図
である。
【図３】本発明の多層バリア試験構造中の元素の２次イ
オン数の構造中の深さに対する依存性を示すグラフであ
る。この例では、Ｃｏ−Ｗ−Ｐフィルムの厚さが３００
Åであり、最上部にＳｉＣＯＨの低ｋ誘電体フィルムが
ある。
オン数の構造中の深さに対する依存性を示すグラフであ
る。この例では、Ｃｏ−Ｗ−Ｐフィルムの厚さが３００
Åであり、最上部にＳｉＣＯＨの低ｋ誘電体フィルムが
ある。
【図４】本発明の多層バリア構造中の各種元素の２次イ
オン数の構造中の深さに対する依存性を示すグラフであ
る。この例では、ＣｏＳｎＰフィルムの厚さが３００Å
あり、最上部のＳｉＣＯＨ低ｋ誘電体フィルムの厚さが
５００Åである。この金属合金フィルムは３５０℃で２
時間アニールした。
オン数の構造中の深さに対する依存性を示すグラフであ
る。この例では、ＣｏＳｎＰフィルムの厚さが３００Å
あり、最上部のＳｉＣＯＨ低ｋ誘電体フィルムの厚さが
５００Åである。この金属合金フィルムは３５０℃で２
時間アニールした。
【図５】銅上にあって銅と自体の間に金属合金フィルム
を有する窒化シリコン・フィルムの構造および処理に対
する接着試験結果の依存性を示すデータの表である。
を有する窒化シリコン・フィルムの構造および処理に対
する接着試験結果の依存性を示すデータの表である。
【図６】ＳｉＣＯＨ／ライナ金属の２重層バリア・ファ
イリングの構造およびアニールに対する接着試験結果の
依存性を示すデータの表である。
イリングの構造およびアニールに対する接着試験結果の
依存性を示すデータの表である。
１０ ２重ダマシーン相互接続構造 １２ 半導体基板 １４ アクティブ装置 １６ 基板の上面 １８ 第１の誘電体層 ２０ 誘電体相互接続レベル ２２ バイア ２４ トレンチ ３０ 誘電体相互接続レベル ３２ バイア ３４ トレンチ ３６ ライナ（バリア）層 ３８ 金属（銅導体） ４０ トレンチ金属の上面 ４４ 金属合金キャップ層 ５０ 第２の誘電体層 ５２ 誘電体キャップ層 ５４ ダイヤモンド様炭素層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ２２Ｆ 1/00 ６６０ Ｈ０１Ｌ 21/88 Ｍ 21/90 Ｋ (72)発明者 クリストファー・ジャーネス アメリカ合衆国07458 ニュージャージー 州アッパー・サドル・リバー サンライ ズ・レーン ７ (72)発明者 エリック・ジー・リニジャー アメリカ合衆国06811 コネチカット州サ ンディー・フック ホースシュー・リッ ジ・ロード 51 (72)発明者 ジェームス・ジー・ライアン アメリカ合衆国06470 コネチカット州ニ ュータウン ボッグズ・ヒル・ロード 100 (72)発明者 カルロス・ジェイ・サンブセティ アメリカ合衆国10520 ニューヨーク州ク ロトンオンハドソン サッシ・ドライブ ４ (72)発明者 フランク・カードン アメリカ合衆国10705 ニューヨーク州ヨ ンカーズ コーター・アベニュー 55 (72)発明者 サンパス・プルショサマン アメリカ合衆国10598 ニューヨーク州ヨ ークタウン・ハイツ ローウィー・コート 2075 (72)発明者 ジョン・エイ・フィッツシモンズ アメリカ合衆国12603 ニューヨーク州ポ キプシー スカイビュー・ドライブ 51 (72)発明者 スティーヴン・エム・ゲーツ アメリカ合衆国10562 ニューヨーク州オ シニング イニングウッド・ロード 22
Claims (25)
- 【請求項１】銅導体上に低誘電性バリアを形成する方法
であって、 絶縁体層中に形成された銅導体を有する基板を用意する
段階と、 前記銅導体上にリンまたはホウ素含有金属合金フィルム
を付着する段階と、 前記リンまたはホウ素含有金属合金フィルム上に誘電体
フィルムを付着する段階と、 前記リンまたはホウ素含有金属合金が前記銅導体の上面
の少なくとも３原子層中に拡散するよう、前記基板を還
元性雰囲気中で少なくとも３００℃の温度で、第１の加
熱を施す段階とを含む方法。 - 【請求項２】前記第１の加熱は、前記誘電体フィルムを
付着した後に実施する、請求項１に記載の方法。 - 【請求項３】前記第１の加熱を、前記銅導体上にリンま
たはホウ素含有金属合金フィルムを付着した後、前記誘
電体フィルムを付着する前に実施する、請求項１に記載
の方法。 - 【請求項４】前記誘電体フィルムを付着した後、前記基
板を還元性雰囲気中で少なくとも１時間、少なくとも３
００℃の温度で、第２の加熱を施す段階を含む、請求項
３に記載の方法。 - 【請求項５】前記第１の加熱は、３２５〜４００℃で、
０．５〜２時間実施される、請求項３または４に記載の
方法。 - 【請求項６】前記第２の加熱は、３５０〜４００℃で、
１〜５時間実施される、請求項４に記載の方法。 - 【請求項７】前記リンまたはホウ素含有金属合金フィル
ムが無電解めっき技法によって付着される、請求項１に
記載の方法。 - 【請求項８】前記誘電体フィルムが、プラズマ化学蒸着
技法によって付着される、請求項１に記載の方法。 - 【請求項９】前記還元性雰囲気が、フォーミング・ガ
ス、窒素または水素である、請求項１ないし６のいずれ
か１つに記載の方法。 - 【請求項１０】前記リンまたはホウ素含有金属合金フィ
ルムを付着する前に、前記基板上にパラジウムの核生成
層を付着する段階をさらに含む、請求項１に記載の方
法。 - 【請求項１１】前記リンまたはホウ素含有金属合金フィ
ルムがＭｅ−Ｘ−ＰまたはＭｅ−Ｘ−Ｂであり、Ｍｅが
前記合金フィルムの主成分、Ｘが合金改質材である、請
求項１に記載の方法。 - 【請求項１２】前記ＭｅがＣｏまたはＮｉ、前記ＸがＷ
またはＳｎである、請求項１１に記載の方法。 - 【請求項１３】前記リンまたはホウ素含有金属合金フィ
ルムが、Ｍｅを約８６重量％〜約９０重量％、Ｘを約２
重量％〜約４重量％、ＰまたはＢを約６重量％〜約１２
重量％含む、請求項１１または１２に記載の方法。 - 【請求項１４】前記リンまたはホウ素含有金属合金フィ
ルムは約５０Å〜約３００Åの厚さに付着する、請求項
１に記載の方法。 - 【請求項１５】前記誘電体フィルムの比誘電率が５以下
である、請求項１に記載の方法。 - 【請求項１６】前記誘電体フィルムは、Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、
ＮおよびＨから成るグループから選択された材料であ
る、請求項１に記載の方法。 - 【請求項１７】前記誘電体フィルムは約１００Å〜約５
００Åの厚さに付着する、請求項１に記載の方法。 - 【請求項１８】絶縁体層中に位置する金属導体と、 前記金属導体上のリンまたはホウ素含有金属合金フィル
ムと、 前記リンまたはホウ素含有金属合金フィルム上の誘電材
料フィルムとを備える半導体構造体。 - 【請求項１９】前記金属導体が銅を含む、請求項１８に
記載の半導体構造体。 - 【請求項２０】前記リンまたはホウ素含有金属合金が、
前記金属導体の上面内の少なくとも２原子層よりも下に
存在する、請求項１８または１９に記載の半導体構造
体。 - 【請求項２１】前記リンまたはホウ素含有金属合金が、
Ｍｅ−Ｐ、Ｍｅ−Ｂ、Ｍｅ−Ｘ−ＰまたはＭｅ−Ｘ−Ｂ
から成る２元または３元合金であり、ＭｅがＣｏまたは
Ｎｉ、ＸがＳｉ、ＷまたはＳｎである、請求項１８に記
載の半導体構造体。 - 【請求項２２】前記リンまたはホウ素含有金属合金は、
約１０Å〜約１０００Åの厚さである、請求項１８に記
載の半導体構造体。 - 【請求項２３】前記誘電材料の比誘電率が５以下であ
る、請求項１８に記載の半導体構造体。 - 【請求項２４】前記誘電材料がＳｉ、Ｃ、Ｏ、Ｎおよび
Ｈを含む、請求項１８に記載の半導体構造体。 - 【請求項２５】前記誘電材料は、約１０Å〜約５０００
Åの厚さである、請求項１８に記載の半導体構造体。
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|---|---|---|---|
| US51025900A | 2000-02-22 | 2000-02-22 | |
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|---|---|
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ID=24030003
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