JP2001516146A - デュアルダマシン金属化方法 - Google Patents
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Abstract
Description
、本発明は誘電体層中のデュアルダマシンバイア/ワイヤ輪郭を金属化して金属
製の相互接続部と金属バイアプラグを形成する方法に関する。
路(VLSI)にとって鍵となる技術の1つである。この技術の核心を成す多レ
ベル相互接続では、コンタクト、バイア又は他の外形物を含む、高アスペクト比
のアパーチュア内に形成された相互接続部の外形物を平坦化する必要がある。こ
れらの相互接続部外形物を高い信頼性で形成することは、VLSIの成功と、個
々の基板とダイス上での回路密度と品質とを向上させるための継続的な努力と、
にとって非常に重要なことである。
ら同士間にある誘電体材料との幅は減少しなければならず、この結果、外形物の
アスペクト比が増大することになる。したがって、外形物幅対外形物高さの比が
4:1以上である高アスペクト比を有する空隙のない外形物を形成しようとする
大変な努力が継続されている。このような方法の1つでは、基板表面上にある露
出した核生成表面上にある材料に対してだけ選択的に化学的気相堆積法(CVD
)が実行される。選択的CVDでは、化学的気相の成分と導電性基板とが接触す
るところに膜の層が堆積される。この成分はこのような基板上に核生成して金属
表面を生成し、この上にさらに堆積プロセスが続く。
核生成膜からの電子発生源を必要とするという事実に基づいている。従来の選択
的CVD金属堆積プロセスによれば、金属は、金属膜と、下地の導電層から出て
いるドーピングされたシリコン又は金属シリサイドと、のどちらかが露出してい
るアパーチュアの底部に成長しなければならないのであって、フィールドやアパ
ーチュアの壁などの誘電体表面上に成長してはならない。下地を成す金属膜又は
ドーピングされたシリコンは、誘電体フィールドやアパーチュアの壁と違って導
電性であり、したがって、金属前駆気体の分解に必要な電子を供給し、その結果
、金属が堆積される。選択的な堆積をすることによって、非常に小さいディメン
ジョン(<0.25μm)と高いアスペクト比(>5:1)を持つバイアやコン
タクトの開口を充填することが可能なCVD金属をアパーチュア中で「上昇型」
(bottom-up)エピタキシャル成長させることができる。
形成するために用いられる伝統的な金属であったが、それはアルミニウムの抵抗
率が低く、酸化シリコン(SiO2)に対する固着性が優れ、パターン化がし易 く、純度が高いからである。さらに、上記の選択的なCVDプロセスを容易化す
るアルミニウムの前駆気体が入手可能である。しかしながら、アルミニウムは抵
抗率が高く電子移動に関して問題がある。電子移動は、金属回路の、その製作の
途中で発生する故障に対して、動作中に発生する現象である。電子移動は、回路
中で確立された電場で金属が拡散することによって引き起こされる。金属は何時
間も動作するうちに一方の端から他方の端に移送し、ついには完全に剥離して回
路に開口を空ける。この問題は場合によっては銅のドーピングとテクスチャを改
善することによって解決する。しかしながら、電子移動は電流密度が増加するに
連れて悪化する問題である。
はかなり高い。これらの特徴は集積密度が高くなりデバイス速度が速くなるに連
れて増す電流密度を支えるためには重要な特徴である。しかしながら、銅金属を
多レベル金属化システムに組み込むことにまつわる主要な問題として、(1)エ
ッチング技法を用いて金属をパターン化するのが困難であることと、(2)成熟
したCVDプロセスがないのでPVDを用いて小さいバイアを充填するのが困難
であること、が挙げられる。サブミクロンという最小外形物寸法であるデバイス
にとっては、銅のパターン化のために湿式エッチングを用いることは、液体の表
面張力のためと、等方性エッチングプロフィールのためと、過剰エッチングの制
御が困難であるためと、信頼性の高い乾式エッチングプロセスがないためと、に
よって受け入れることができなかった。
グ法やリフトオフ処理を含む、パターン化された銅製の相互接続部を発生するた
めの方法がいくつか提案されている。無電解メッキ法では、相互接続部の床を床
導電性にするように促す必要がある。これで、導電性床を帯電させて、溶液又は
浴槽から銅を引き付ける。
させる。しかしながら、選択的気相堆積法のための、信頼性の高い成熟したプロ
セスはない。
た銅層をパターン化するために用いられてきた。さらに、RIEは、余分の金属
を解放層によって構造体からリフトオフして銅の外形物を内部に形成した表面を
残すリフトオフ処理法と一緒に用いることができる。
で、Ti、TiW又はTiNなどのバリヤ金属製の薄い層を絶縁層の頂部並びに
溝及び/又はコンタクト内部に設けて拡散バリヤとし、これによって、次いでシ
リコン中とこのような金属と酸化物間に堆積される予定の金属を内部拡散させて
もよい。バリヤ金属が堆積された後で、銅製の層を堆積させて溝を完全に充填す
る。
ルダマシンバイア/ワイヤの輪郭を有する誘電体層中にデュアルダマシン相互接
続部を形成する方法である。この方法は、バリヤ層に物理的気相堆積法(PVD
)を実施するステップと、好ましくは銅である導電性金属に物理的気相堆積法を
実施するステップと、次いで、この導電性金属を電気メッキしてバイアと溝を充
填するステップと、を含んでいる。最後に、この堆積層と誘電体層とは、化学機
械的研磨法などによって平坦化されて導電性ワイヤを輪郭決め(画成)する。
の上方に形成された誘電体層16を含む、層化された構造体10の断面図が示さ
れている。下地層14はドーピングされたシリコン基板という形態をとったり又
は基板上に最初に形成された又は次いで形成された導電性層であったりする。誘
電体層16は技術上周知の手順に従って下地層14の上方に形成し、これによっ
て集積回路全体の1部を形成する。誘電体層16は、ひとたび形成されるとエッ
チングされてデュアルダマシンバイア/ワイヤ輪郭を形成するが、この場合、バ
イアは、導電性外形物15の小さい部分を露出する床30を有している。誘電体
層16のエッチングは、プラズマエッチングを含むなんらかの誘電体エッチング
プロセスによって遂行される。二酸化シリコンと有機材料をエッチングする具体
的な技法には、それぞれ緩衝されたフッ化水素酸及びアセトンすなわちEKCな
どの化合物を用いる。しかしながら、パターン化は技術上周知の方法を用いて実
行され得る。
イアとワイヤの輪郭の断面図が図示されている。このバイアとワイヤの輪郭によ
って、下地導電性外形物15との電気的接続部となる導電性相互接続部の堆積が
容易となる。この輪郭は、バイア壁34と、導電性外形物15の少なくとも1部
分を露出させている床30と、を有するバイア32と;溝壁38を有する溝17
と;を提供する。
イヤの輪郭上に堆積されてバイア32に穴18を残している。このバリヤ層はチ
タン、チッ化チタン、タンタル又はチッ化タンタルから形成するのが好ましい。
ここで用いられるプロセスはPVDやCVDや合成CVD/PVDであり、これ
によってテクスチャと膜の特性を向上させる。このバリヤ層が銅の拡散を制限し
て、相互接続部の信頼性を劇的に向上させる。このバリヤ層は厚さ約25オング
ストローム(Å)から約400Åであるのが好ましく、約100Åであるのが最
も好ましい。
び38及び床30の上方でバリヤ層20上に堆積されている。ここで用いられる
金属もまたアルミニウム又はタングステンである。PVD銅層21は追加の金属
層に対して良好な固着性を持つ。
バイア32を銅プラグ19で充填する。電気メッキは技術上良く知られており、
様々な技法によって実行可能である。
械的研磨法(CMP)によって平坦化される。この平坦化プロセスの際に、銅層
21、22、バリヤ層20及び誘電体16のそれぞれ1部分が構造体の頂部から
除去されて、溝を形成された導電性ワイヤ39を持った完全に平坦化された表面
を残す。
膜は通常は等角的であり、段差を優れて覆うようになる、すなわち、基板上に形
成されたあらゆるアパーチュア、それが非常に小さな形状のアパーチュアであっ
ても、その側部及び基底部上の層の厚さが均一になる。したがって、通常は、ブ
ランケットCVDがアパーチュアを充填するために用いられる方法である。しか
しながら、ブランケットCVDプロセスに関連して2つの主要な困難な点がある
。第1に、ブランケットCVDによる膜はアパーチュア中のすべての側部から成
長し、この結果、堆積層はアパーチュアの上部の角から上向きにそして外向きに
成長し、これによって、アパーチュアが完全に充填される前にアパーチュアの上
部表面を橋渡しする(すなわち、橋渡し又はクラウニングする)ので、充填され
たアパーチュアに空隙を残す。また、連続核生成層、すなわち、CVD層を上に
確実に堆積するためのアパーチュア壁上に堆積された基板の全表面の上方で核生
成がなされることを保証するための連続膜層によってアパーチュアの幅がさらに
減少し、このため、空隙無しでアパーチュアを充填する困難さが増す。第2に、
ブランケットCVDによって堆積された膜は、膜が堆積される表面の微細構造に
、それが非方向性であったりランダム方向性であったりすると、適合しやすく、
この結果、膜の結晶構造の方位がランダムになり、また、低反射性特性となり、
電子移動性能が悪化する。
核生成膜からの電子の発生源を必要とするという事実に基づいている。従来の選
択的CVDプロセスによれば、堆積は、下地層からの導電性膜又はドーピングさ
れたシリコンが露出しているアパーチュアの底部で発生すべきであって、核生成
部位が全くない絶縁性のフィールドや絶縁性のアパーチュア壁で発生してはなら
ない。アパーチュアの基底部で露出しているこれらの導電性膜及び/又はドーピ
ングされたシリコンは、誘電体表面とは異なって、前駆気体の分解とこの結果と
しての膜層の堆積に必要とされる電子を供給する。選択的堆積によって得られる
結果は、非常に小さいディメンジョン(<0.25μm)と高いアスペクト比(
>5:1)のバイア又はコンタクトを充填することができる、アパーチュア中の
膜の「上昇型」成長である。しかしながら、選択的CVDプロセスでは、その表
面中の欠陥が存在するフィールド上に好ましくない結節が形成される。
、高アスペクト比の場合に適用する場合にはアパーチュアの充填性、すなわち段
差の被覆性は良好ではない。目標とする材料を物理的にスパッタリングすると、
粒子が基板表面に対して鋭角で走行することになる。その結果、高アスペクト比
のアパーチュアを充填している場合、スパッタリングされた粒子は上部壁表面に
堆積されて、アパーチュアが堆積材料によって完全に充填される以前にアパーチ
ュアの開口を覆ってしまう傾向がある。この結果得られる構造は一般的に内部に
空隙を含んでおり、このため基板上に形成されるデバイスの一貫性を損なう。
プロセスを用いて充填することができる。1例として、アルミニウムを400℃
以上で堆積させて、表面上でとアパーチュア全体にわたるアルミニウムの流れを
良くすることができる。この高温アルミニウムプロセスによって段差被覆性が向
上することが分かっている。しかしながら、高温アルミニウムプロセスでは、バ
イアの充填性の信頼性が低く、堆積温度が高く、充填時間が長く、膜の反射性が
悪いことがわかった。
ュアルダマシン相互接続部とバイアを製作するための金属化プロセスを必要とす
るものである。このような高度に集積された相互接続部は、特にコンタクト他バ
イア形成用の高アスペクト比でサブ1/4ミクロン幅のアパーチュアでは空隙の
ないバイアを提供しなければならない。さらに、より高い電導性と向上した電子
移動抵抗性を回路に与えるプロセスが必要である。バイア中に金属プラグを形成
し溝中にワイヤを形成するための処理ステップをほとんど必要としない単純なプ
ロセスを有することが好ましい。これがすべて、上記のプロセスによって金属エ
ッチング技法を用いることなく達成されればさらに好ましい。
ン相互接続部を形成する方法を提供する。本方法は、デュアルダマシンバイア/
ワイヤの輪郭内の表面を含む非導電性層の露出表面上にバリヤ層を堆積するステ
ップを含む。次に、このバイア/ワイヤ輪郭を、空隙を防止するアニールステッ
プを間に挟むことが望ましい2つ以上の堆積技法を用いて銅やアルミニウムなど
の導電性金属で充填する。最後に、導電性金属とバリヤ層と誘電体層とを、化学
機械研磨法などによって平坦化して、下層の導電性領域に対してバイアによって
接続される導電性ワイヤを輪郭決めする。
るように、上記に要約した本発明を添付図面に図示する実施形態を参照して具体
的により詳細に説明する。
したがって、その範囲を限定するものと考えるべきではなく、本発明は他の等し
く効果的な実施形態を含むことに注意されたい。
集積された構造体中に相互接続部を設ける現場金属化プロセスを提供するもので
ある。より特定的には、本発明は、バイア/ワイヤ輪郭の露出表面上にバリヤ層
を組み込んだデュアルダマシン相互接続部と、このバイア/ワイヤ輪郭を充填す
る2つ以上の堆積技法と、を提供する。非統合技法でも適切な金属相互接続部と
金属バイアプラグを提供するとはいえ、好ましい堆積技法を統合処理システムと
組み合わせることが可能である。
ながら、PVDアルミニウム又はアルミニウム/銅などの他の金属プロセスを用
いて本発明の利点を遂行してもよい。
電体層42をパターン化された層の導電性層、すなわち導電性領域46の表面4
4の上方に従来の技法を用いて形成する。この誘電体層の厚さは単一の金属化層
の約2倍であるが、それは、デュアルダマシンバイア/ワイヤ輪郭がその中を通
ってエッチングされるからである。現在周知であろうとまだ発見されていなかろ
うと、フッ素化炭素SiO2や有機ポリマーなどの低誘電体材料を含むいかなる 誘電体材料でも用いてよく、それは本発明の範囲内にある。この誘電体層はなん
らかの適切な堆積向上性材料の上に体積させてもよいが、好ましい堆積向上性材
料には、導電性金属やドーピングされたシリコンなどがある。
ア/ワイヤ輪郭を形成するが、この場合、バイア48は低導電性領域46を、充
填されるとワイヤ又は相互接続部を形成する溝50に接続している。このバイア
は一般的には急峻な側壁52による高アスペクト比を有している。誘電体層42
のエッチングは、プラズマエッチングを含むいかなる誘電体エッチングプロセス
によって遂行してもよい。二酸化シリコンや有機材料エッチングする具体的な技
法には、それぞれ緩衝化されたフッ化水素酸とアセトンすなわちEKCなどの化
合物が用いられる。しかしながら、パターン化は技術上周知ないかなる方法を用
いて実行してもよい。
面を含む露出表面上に堆積されている。本発明によれば、好ましいバリヤ/ぬれ
性層には、耐火材(例えば、タングステン(W)、窒化タングステン(WN)、
ニオブ(Nb)、アルミニウムシリケートなど)、タンタル(Ta)、窒化タン
タル(TaN)、窒化チタン(TiN)、もしくはPCV Ti/N2詰めされ た3元化合物(例えば、TiSiN、WSiNなど)などの層又はこれらの層の
合成物がある。好ましいバリヤ材料には、チタン、窒化チタン、窒化シリコンチ
タン、窒化タングステン、窒化シリコンタングステン、タンタル、窒化タンタル
、窒化シリコンタンタル、ドーピングされたシリコン、アルミニウム、酸化アル
ミニウムなどがある。最も好ましいバリヤ/ぬれ性材料は、約50Åから約10
00Åの厚さを有するPVD層として一般的に提供されるTaやTaNである。
逆に、CVD TiN又はWN製のバリヤ/ぬれ性層は一般的に、約100Åか
ら約400Åの厚さを有する。バリヤ/ぬれ性層は堆積されると、誘電体層の上
方に実質的に連続したキャップを形成して窒素で処理される。代替法としては、
酸化シリコンの露出表面を窒素で処理して、銅に対するバリヤ層として有効なS
ixOyNzを形成する。
する固着性を向上させることによって生成することができる。例えばWF6、N2 、H2及びSiH4を反応させてWNをCVD堆積させることによって、誘電体層
に対する固着性が優れたものとなる。堆積の間に窒素の流れを遮断することによ
って、CVDによるWN層と続いて得られるCVDによる銅層に固着するCVD
によるWの最終的なバリヤ/ぬれ性層が得られる。同様に、窒素流を遮断するこ
とによって、TaN層をTa層と組み合わせたりTiN層をTi層と組み合わせ
たりできる。この合成層はCVDによる銅に対する固着性が向上し、これによっ
て、バイア又は溝中に堆積した材料に対するテクスチャが向上する。代替例とし
ては、WN、TaN又はTiNのバリヤ/ぬれ性層をH2、Ar又はHeのプラ
ズマで事前加熱してCVによる銅層を核生成して固着性を向上させることもでき
る。 CVD/PVD充填 本発明による一実施形態40では、図2(c)〜(e)にさらに示すように、
より低い抵抗率とより大きい電子移動抵抗性を有するデュアルダマスカスプラグ
と相互接続部とを形成する方法が提供される。このサブ半ミクロンのバイアは等
角的CVDによる銅によって空隙無しで充填され、次に溝が、ドーパントとして
錫を包含するのが好ましいPVD銅で充填される。堆積後は、このドーパントが
CVD銅層中に移動して電子移動抵抗性を向上させる。ワイヤは構造体を平坦化
することによって完了される。
イ/ワイヤ輪郭の断面図が、バイアが銅プラグ60によって完全に充填されるま
ではフィールド領域56と側壁58との上に均一に堆積される等角的CVD銅層
55を含んでいるところが図示されている。
てワイヤ輪郭50を充填している。ワイヤ輪郭を充填するために、一般的に、構
造体の全フィールドがPVD銅によって覆われることになる。
えば、カリフォルニア州サンタクララの応用材料社(Applied Mate
rials)から入手可能なMirra(登録商標)システム)によって構造体
の頂部部分が平坦化される。この平坦化プロセス中に、銅62とバリヤ材料54
と誘電体42との各部分が構造体の頂部から除去されて、導電性ワイヤ64と6
6が内部に形成された完全に平坦化された表面が残る。 CVD/アニール/PVD充填 本発明による別の実施形態70では、図3(a)〜(e)に示すように、サブ
半ミクロンのバイアが等角的CVD銅によって部分的に充填されて次にアニール
されてバイアを充填している。次に、既述したように溝がPVD銅で充填される
。溝の幅が小さい場合、このアニールステップもまた溝を充填する。溝は、溝を
下地層に接続するバイアと同じ幅を有してもよい。PVD銅ステップはまた用い
てドーパントを提供したり、構造体を平坦化するのに十分な厚さを提供する。
パターン化された誘電体を示す。図3(b)を参照すると、等角的バリヤ層54
を有するデュアルダマスカスバイア/ワイヤ輪郭の断面図が、バイアが部分的に
充填されて穴74が残るまでフィールド領域56と側壁58上に均一に堆積され
る等角的CVD銅層72を含んでいる。図3(c)を参照すると、次に、CVD
銅層が約300℃から約450℃の温度にウエハを加熱することによってアニー
ルされて、銅を穴74中にリフローさせて銅プラグ76を形成する。
てワイヤ輪郭50を充填する。ワイヤ輪郭を充填するには、一般的に、構造体の
全フィールドがPVD銅によって覆われることになる。
械的研磨法(CMP)によって平坦化される。この平坦化プロセスの間に、銅6
2とバリヤ材料54と誘電体42との各部分が構造体の頂部から除去されて、導
電性ワイヤ64と66を内部に形成した完全に平面状の表面を残す。 電子メッキ/PVD又はCVD/PVD充填 本発明の別の実施形態80では、図4(a)〜(e)に示すように、サブ半ミ
クロンのバイアが銅の電子メッキ又は等角的PVD銅によって部分的又は全面的
に充填されている。次に、既述したように溝がPVD銅によって非統合システム
中で充填される。銅の電子メッキに続いて、PVD銅をドーピングして電子移動
性を改善するのが好ましい。ワイヤは構造を平坦化することによって完了される
。
ターン化された誘電体を示す。図4(b)を参照すると、等角的バリヤ層54を
有するデュアルダマシンバイア/ワイヤ輪郭の断面図が、バイアが部分的に充填
されて穴84が残るまで、フィールド領域56と側壁58上に均一に堆積される
等角的銅電気メッキ層82を含んでいる。図4(c)を参照すると、次に、銅電
気メッキ層を約300℃から約450℃の間の温度でウエハを加熱することによ
ってアニールして、銅を穴84中にリフローさせて銅プラグ86を形成する。
されてワイヤ輪郭50を充填している。ワイヤ輪郭を充填するためには、一般的
に、構造体の全フィールドがPVD銅によって覆われるということになる。
械的研磨法(CMP)によって平坦化される。この平坦化プロセスの間に、銅6
2とバリヤ材料54と誘電体42との各部分が構造体の頂部から除去されて、導
電性ワイヤ64と66を内部に形成した完全に平面状の表面を残す。 CVD/アニール/電気メッキ 本発明による別の実施形態90では、図5(a)〜(e)に示すように、サブ
半ミクロンのバイアが等角的CVD銅によって部分的に充填され、次に、約30
0℃から約400℃の間の温度にウエハを加熱することによってアニールされて
、銅層の表面を平滑化する。次に、バイアと溝が銅電気メッキで、非統合システ
ム中で充填される。
ターン化された誘電体を示す。図5(b)を参照すると、等角的バリヤ層54を
有するデュアルダマシンバイア/ワイヤ輪郭の断面図が、バイアが部分的に充填
されて穴94が残るまで、フィールド領域56と側壁58上に均一に堆積される
等角的CVD銅層92を含んでいる。図5(c)を参照すると、次に、CVD銅
層92がアニールされて、穴94を充填することなく銅層を平滑化する。
ワイヤ輪郭を充填し、これによって銅プラグ96を形成する。ワイヤ輪郭を形成
するためには、一般に、構造体の全フィールドが銅で覆われることになる。
械的研磨法(CMP)によって平坦化される。この平坦化の間に、銅62とバリ
ヤ材料54と誘電体42との各部分が構造体の頂部から除去されて、導電性ワイ
ヤ64と66を内部に形成した完全に平面状の表面を残す。 CVD/アニール/CVD/アニール充填 本発明の別の実施形態100では、図6(a)〜(e)に示すように、サブ半
ミクロンのバイアが等角的CVD銅によって部分的に充填され次にアニールされ
てバイアを充填する。次に、溝がCVD銅によって充填され、次にバイアに対し
て上記のようにアニールがなされる。ワイヤは構造体を平坦化することによって
形成される。
ターン化された誘電体を示す。図6(b)を参照すると、等角的バリヤ層54を
有するデュアルダマシンバイア/ワイヤ輪郭の断面図が、バイアが部分的に充填
されて穴104が残るまで、フィールド領域56と側壁58上に均一に堆積され
る等角的CVD銅層102を含む。図6(c)を参照すると、次に、CVD銅層
を、約300℃から約450℃までの温度にウエハを加熱することによってアニ
ールして、銅を穴104中にリフローして銅プラグ106を形成する。次に、第
2の等角的CVD銅層108が、溝が部分的に充填されて穴110が残るまで、
アニール済みのCVD層上に均一に堆積される。図6(d)を参照すると、次に
、第2のCVD銅層108を約300℃から約450℃の温度にウエハを加熱す
ることによってアニールして、銅を溝穴110中にリフローして銅ワイヤ112
を形成する。図6(e)を参照すると、銅ワイヤ112が前述したように平坦化
によって完了される。 統合処理システム 図7を参照すると、上記の統合プロセスをその内部で実現できるPVDチャン
バとCVDチャンバの双方と有する統合処理システム160の略図が示されてい
る。一般的には、基板を処理システム160からカセットロードロック162を
介して導入して引き込まれる。ブレード167を有するロボット164が処理シ
ステム160内に置かれて、基板をシステム160内を移動させる。1つのロボ
ット164がバッファチャンバ168中の一般的な位置に置かれると、カセット
ロードロック162、脱気ウエハ方向付けチャンバ170、事前清浄化チャンバ
172、PVD TiNチャンバ174、冷却チャンバ176の間で基板を伝達
する。第2のロボット178が伝達チャンバ180中に位置して、冷却チャンバ
176、干渉性のTiチャンバ182、CVD Tinチャンバ184、CVD
銅チャンバ186及びPVD IMP銅処理チャンバ188との間で基板をやり
とりする。統合システム中の伝達チャンバ180は10-3から10-8Torrと
いう低圧又は高圧に維持するのが好ましい。図6に示すチャンバのこの構成は、
単一のクラスタツール中でCVDプロセスとPVDプロセスの双方が可能な統合
処理システムを含んでいる。この特殊なチャンバ構成すなわち配置は単に図示目
的であり、これ以外のPVDプロセスとCVDプロセスの構成が本発明によって
考察されている。
62からバッファチャンバ168に送られ、そこで、ロボット164が最初に基
板を脱気チャンバ170中に移動させる。次に、基板は事前清浄化チャンバ17
2、PVD TiNチャンバ174そして次に冷却チャンバ176に伝達される
。冷却チャンバ176から、ロボット178は一般的に、基板を冷却チャンバ1
76に戻す前に、基板を1つ以上の処理チャンバ中とこれら同士間に移動させる
。基板が、基板上に所望の構造体を製作するために1つ以上のチャンバ中で何回
もそして何らの順序で処理されたり冷却されたりすることが予測される。基板は
処理が終わったら処理システム160からバッファチャンバ168を介して取り
除かれてロードロック162に移される。マイクロプロセッサコントローラ19
0が基板上に層を連続して形成するプロセスを制御する。
ャンバ170に移し、基板はここに導入されると汚染物質を脱気する。次に基板
は事前清浄化チャンバ172中に移動し、ここで基板表面を清浄化してそのあら
ゆる汚染物質を除去する。次に基板はCVD−TiNチャンバ175中で処理さ
れて誘電層上にバリヤ層を堆積する。次に、ロボット178は基板をCVD銅1
74のところに伝達する。基板は2つ以上の金属層を受容して金属製のプラグと
相互接続部とを形成する。アニール処理は加熱されたどのチャンバでも発生し得
る。金属層が完全に堆積されたら、基板は平坦化ユニットに送られる。
2月16日に発行されたテップマン(Tepman)らによる「多段式真空ウエ
ハ処理のためのシステムと方法(Staged−Vacuum Wafer P
rocessing System and Method)」という名称の米
国特許第5,186,718号に開示されている。このシステムはCVDチャン
バを収納できるように改良されている。
タフルオロジメチルオクタンジエンの略語)を含むなんらかの周知のCVD銅プ
ロセス又は前駆気体を用いて堆積してもよいが、好ましいプロセスでは、揮発性
液体錯Cu+1(hfac)とTMVS(hfacはヘキサフルオロアセチルアセ
トネートアニオンの略語であり、TMVSはトリメチルビニルシランの略語であ
る)を単体気体としてのアルゴンと一緒に用いる。この錯体は周辺状態下の液体
であるので、半導体作成に現在用いられている標準のCVD気泡系前駆体送出シ
ステムで用いることができる。TMVSとCu+2(hfac)2は双方共がチャ ンバから排出される堆積反応の揮発性副産物である。この堆積反応は、(s)が
表面との相互作用を意味し(g)が気相を意味する次のメカニズムに従って進行
すると信じられている: 2Cu+1hfac,TMVS(g) → 2Cu+1hfac,TMVS(s) ステップ(1) 2Cu+1hfac,TMVS(s) → 2Cu+1hfac(s)+2TMVS(g) ステップ(2) 2Cu+1hfac(s) → Cu(s)+Cu+2(hfac)2(g) ステップ(3) ステップ1では、錯体は気相から金属表面上に吸収される。ステップ2では、
配位されたオレフィン(この特定の場合ではTMVS)が錯体から自由気体とし
て解離して、Cu+1hfacを不安定化合物として残す。ステップ3では、Cu +1 hfacが解離して銅金属と揮発性Cu+2(hfac)2を生じる。CVD温 度での解離は金属表面すなわち電導性表面によって最も強く触媒されるようであ
る。代替の反応では、有機金属銅錯体を水素で還元して金属銅を生じさせること
ができる。
はプラズマベースのプロセスのプロセスによって堆積させることができるが、熱
ベースのプロセスが最も好ましいものである。プラズマ強化プロセスの場合の基
板温度は約100℃と約400℃の間であるのが好ましいが、一方、熱プロセス
の場合の基板温度は約50℃から約300℃の間であるが、約170℃が最も好
ましい。これらのプロセスの内のどちらかに続いて、CVD銅ぬれ性層を核生成
層の上方に備えてもよい。代替例として、電気メッキされた銅をCVD銅ぬれ性
層と組み合わせて又はこの代わりに用いてもよい。
PVD銅をCVD銅とPVD銅の融点未満の温度で堆積させる。軟金属が銅であ
る場合、PVD銅を約550℃未満、好ましくは約400℃未満のウエハ温度で
堆積させるのが好ましい。銅層は約200℃でPVD堆積プロセスの間に流れ始
め、タンタルバリヤ/ぬれ性層は本来の場所に固体金属層として固く残る。タン
タルは銅とのぬれ性が良好であるので、CVD銅は約400℃ではタンタルを脱
ぬれ性することはなく、したがって、先行する技術によるCVDプロセスで教示
されるように、アルミニウムの融点を越えるウエハ温度(660℃を越える温度
)は必要ない。したがって、薄いタンタル層を付着させることによって、銅の融
点の遙か未満の温度で銅の平坦化を達成することができる。
ムでは実行できない。幸運にも、基板を別々の処理装置間で伝達する際に基板を
空気に露出させても金属層には顕著な界面は形成されなかった。約0.5重量%
から約2重量%の錫を包含する目標としての銅を、10-7Torrという真空度
と150ECという基板温度でデュアル電子銃を用いて気相堆積すなわち電気メ
ッキさせることができる。
らなる実施形態が本発明の基本的範囲から逸脱することなく可能である。本発明
の範囲は以下の請求の範囲によって決定されるものである。
D金属堆積法及び金属電気メッキ法を用いて金属相互接続部を提供する先行技術
によるステップと、を示す図である。
/ワイヤ輪郭と、導電性金属でデュアルダマシンバイア/ワイヤ輪郭を充填する
に先立ってバリヤ層を堆積するステップと、を示す図である。
ルダマシンバイア/ワイヤ輪郭と、導電性金属を堆積するステップと、を示す図
である。
ルダマシンバイア/ワイヤ輪郭と、導電性金属を堆積するステップと、を示す図
である。
ルダマシンバイア/ワイヤ輪郭と、導電性金属を堆積するステップと、を示す図
である。
ルダマシンバイア/ワイヤ輪郭と、導電性金属を堆積するステップと、を示す図
である。
を示す図である。
Claims (30)
- 【請求項1】 デュアルダマシンバイア/ワイヤ輪郭を有する誘電体層中に
デュアルダマシン相互接続部を形成する方法において、前記方法が: a)前記誘電体層の露出表面上にバリヤ層を堆積するステップと; b)第1の堆積方法、すなわちアニールステップと第2の堆積方法とを用いて
前記バリヤ層上に導電性金属を堆積して、前記ダマシンバイア/ワイヤ輪郭を充
填するステップと; c)前記導電性金属とバリヤ層とを平坦化するステップと; を含む方法。 - 【請求項2】 前記導電性金属が銅又はドーピングされた銅である請求項1
に記載の方法。 - 【請求項3】 前記導電性金属が銅、アルミニウム、ドーピングされた銅、
ドーピングされたアルミニウム及びこれらの混合物からなる群から選択される請
求項1に記載の方法。 - 【請求項4】 前記導電性金属が前記ダマシンバイア/ワイヤ輪郭を充填す
る前にアニールされる請求項1に記載の方法。 - 【請求項5】 ステップ(a)とステップ(b)とが統合処理システム中で
実行される請求項1に記載の方法。 - 【請求項6】 前記平坦化ステップが化学機械的研磨方法によって実行され
る請求項1に記載の方法。 - 【請求項7】 前記バリヤ層が、チタン、窒化チタン、窒化シリコンチタン
、窒化タングステン、窒化シリコンタングステン、タンタル、窒化タンタル、窒
化シリコンタンタル、ドーピングされたシリコン、アルミニウム及び酸化アルミ
ニウムからなる群から選択される材料を含む請求項1に記載の方法。 - 【請求項8】 デュアルダマシンバイア/ワイヤ輪郭を有する誘電体層中の
デュアルダマシン相互接続部を形成する方法において、前記方法が: a)前記誘電体層の露出した表面上にバリヤ層を堆積するステップと; b)前記バリヤ層上に導電性金属を化学的気相堆積して、前記バイア輪郭を充
填するステップと; c)前記導電性金属を物理的気相堆積して、前記ワイヤ輪郭を充填するステッ
プと; d)前記導電性金属、バリヤ層及び誘電体層を平坦化して、導電性ワイヤを輪
郭決めするステップと; を含む方法。 - 【請求項9】 前記導電性金属が銅又はドーピングされた銅である請求項8
に記載の方法。 - 【請求項10】 前記導電性金属が銅、アルミニウム及びこれらの混合物か
らなる群から選択される請求項8に記載の方法。 - 【請求項11】 ステップ(a)からステップ(d)が統合処理システム中
で実行される請求項8に記載の方法。 - 【請求項12】 前記バリヤ層がチタン、窒化チタン、窒化シリコンチタン
、窒化タングステン、窒化シリコンタングステン、タンタル、窒化タンタル、窒
化シリコンタンタル、ドーピングされたシリコン、アルミニウム及び酸化アルミ
ニウムからなる群から選択された材料を含む請求項8に記載の方法。 - 【請求項13】 前記化学的気相堆積の後でそして前記物理的気相堆積の前
に前記導電性金属をアニールするステップをさらに含む請求項8に記載の方法。 - 【請求項14】 デュアルダマシンバイア/ワイヤ輪郭を有する誘電体層中
にデュアルダマシン相互接続部を形成する方法において、前記方法が: a)前記誘電体層の露出表面上にバリヤ層を堆積するステップと; b)前記バリヤ層上に導電性金属を化学的気相堆積するステップと; c)前記導電性金属をアニールして前記バイア輪郭を充填するステップと; d)前記導電性金属を物理的気相堆積して前記ワイヤ輪郭を充填するステップ
と; e)前記導電性金属、バリヤ層及び誘電体層を平坦化して、導電性ワイヤを輪
郭決めするステップと; を含む方法。 - 【請求項15】 前記平坦化ステップが化学機械的研磨法によって実行され
る請求項14に記載の方法。 - 【請求項16】 前記バリヤ層が、チタン、窒化チタン、窒化シリコンチタ
ン、窒化タングステン、窒化シリコンタングステン、タンタル、窒化タンタル、
窒化シリコンタンタル、ドーピングされたシリコン、アルミニウム及び酸化アル
ミニウムからなる群から選択された材料を含む請求項14に記載の方法。 - 【請求項17】 前記導電性材料が銅又はドーピングされた銅である請求項
14に記載の方法。 - 【請求項18】 デュアルダマシンバイア/ワイヤ輪郭を有する誘電体層中
にデュアルダマシン相互接続部を形成する方法において、前記方法が: a)前記誘電体層の露出表面上にバリヤ層を堆積するステップと; b)前記バリヤ層上で導電性金属を電気メッキして、前記バイア輪郭を充填す
るステップと; c)前記導電性金属を物理的気相堆積して、前記ワイヤ輪郭を充填するステッ
プと; d)前記導電性金属と前記バリヤ層とを平坦化するステップと; を含む方法。 - 【請求項19】 物理的気相堆積法によって堆積された前記導電性材料がド
ーパントを含む請求項18に記載の方法。 - 【請求項20】 物理的気相堆積法によって堆積された前記導電性材料がア
ニールされる請求項19に記載の方法。 - 【請求項21】 前記バリヤ層がチタン、窒化チタン、窒化シリコンチタン
、窒化タングステン、窒化シリコンタングステン、タンタル、窒化タンタル、窒
化シリコンタンタル、ドーピングされたシリコン、アルミニウム及び酸化アルミ
ニウムからなる群から選択された金属を含む請求項18に記載の方法。 - 【請求項22】 デュアルダマシンバイア/ワイヤ輪郭を有する誘電体層中
にデュアルダマシン相互接続部を形成する方法において、前記方法が: a)前記誘電体層の露出表面上にバリヤ層を堆積するステップと; b)前記バリヤ層上に導電性材料を電気メッキするステップと; c)前記導電性材料をアニールするステップと; d)導電性材料を物理的気相堆積して前記バイアとワイヤを充填するステップ
と; e)前記導電性金属と前記バリヤ層とを平坦化するステップと; を含む方法。 - 【請求項23】 前記物理的気相堆積された導電性材料が銅又はドーピング
された銅である請求項22に記載の方法。 - 【請求項24】 前記バリヤ層がチタン、窒化チタン、窒化シリコンチタン
、窒化タングステン、窒化シリコンタングステン、タンタル、窒化タンタル、窒
化シリコンタンタル、ドーピングされたシリコン、アルミニウム及び酸化アルミ
ニウムからなる群から選択された材料を含む請求項23に記載の方法。 - 【請求項25】 デュアルダマシンバイア/ワイヤ輪郭を有する誘電体層中
にデュアルダマシン相互接続部を形成する方法において、前記方法が: a)前記誘電体層の露出表面上にバリヤ層を堆積するステップと; b)前記バリヤ層上に導電性金属を化学的気相堆積するステップと; c)前記導電性金属を電気メッキして前記バイア/ワイヤ輪郭を充填するステ
ップと; d)前記導電性金属と前記バリヤ層とを平坦化するステップと; を含む方法。 - 【請求項26】 前記導電性材料が銅又はドーピングされた銅である請求項
25に記載の方法。 - 【請求項27】 前記バリヤ層がチタン、窒化チタン、窒化シリコンチタン
、窒化タングステン、窒化シリコンタングステン、タンタル、窒化タンタル、窒
化シリコンタンタル、ドーピングされたシリコン、アルミニウム及び酸化アルミ
ニウムからなる群から選択された材料を含む請求項25に記載の方法。 - 【請求項28】 デュアルダマシンバイア/ワイヤ輪郭を有する誘電体層中
にデュアルダマシン相互接続部を形成する方法において、前記方法が: a)前記位誘電体層の露出表面上にバリヤ層を堆積するステップと; b)前記バリヤ層上に導電性金属を化学的気相堆積するステップと; c)前記導電性金属をアニールして前記バイア輪郭を充填するステップと; d)前記アニールされた導電性金属上に前記導電性金属を化学的気相堆積する
ステップと; e)前記導電性金属をアニールして前記ワイヤ輪郭を充填するステップと; f)前記導電性金属、バリヤ層及び誘電体層を平坦化して導電性ワイヤを輪郭
決めするステップと; を含む方法。 - 【請求項29】 前記平坦化ステップが化学機械的研磨法によって実行され
る請求項28に記載の方法。 - 【請求項30】 前記バリヤ層がチタン、窒化チタン、窒化シリコンチタン
、窒化タングステン、窒化シリコンタングステン、タンタル、窒化タンタル、窒
化シリコンタンタル、ドーピングされたシリコン、アルミニウム及び酸化アルミ
ニウムからなる群から選択された材料を含む請求項28に記載の方法。
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