JP2002512437A - 付着力が高められた銅の堆積方法 - Google Patents

付着力が高められた銅の堆積方法

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Abstract

(57)【要約】 銅の層の、ウェーハ上に設けられた下層への付着力を改善するための方法と装置。前記銅の層は、ウェーハ上の材料の層の上に形成され、そして前記銅の層は、前記下層への付着力を改善するためにイオンによって衝撃を与えられる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （発明の技術分野） 本発明は、集積回路を製造する分野に関する。
【０００２】 （背景技術） 現在、アルミニュームは、プラグやワイヤといった内部接続部品として集積回
路内に広く用いられている。しかし、装置の高密度化、操作サイクルの高速化、
更に、ダイ寸法の拡大により、アルミニュームより低い抵抗率を持つ金属を内部
接続構造に使用するニーズが生じている。銅の持つより低い抵抗率は、それをア
ルミニュームに代わる魅力的な候補とする要因としている。 アルミニュームの代わりに銅を用いるときの一つの問題は、銅のドライエッチ
ングが現時点では実現の可能性がないという点である。化学的機械的研磨といっ
た研磨のプロセスが銅の堆積層の不用部分を取り除くために使われている。化学
的機械的研磨を使わなければならないという点が問題であるが、それは銅の下層
の拡散バリアとして現在使用されている材料に対して銅が弱い付着力を示すから
である。従って、拡散層の上に堆積している銅の研磨は、その銅の一部分が拡散
層の表面から不本意にもはぎ取られてしまうことになる場合があり、これは集積
回路を不完全なものにするということである。
【０００３】 銅を堆積するときに物理蒸着に対して化学蒸着（”ＣＶＤ”）を用いることが
望ましいが、これはＣＶＤがより整合的な銅の層を作り出すからである。しかし
、銅の化学蒸着は別の問題をもたらす。その問題は銅の堆積の際に作り出される
副産物にある。 ある場合においては、銅の化学蒸着は、化学式Ｃｕ（ｈｆａｃ）Ｌを持つキュ
プラセレクトとして知られる前駆物質を使って達成される。Ｌは、例えば、ビニ
ルトリメチルシラン（”ＶＴＭＳ”）のようなルイス塩基化合物を表す。（ｈｆ
ａｃ）はヘキサフルロアセチルアセトネート、Ｃｕは銅を表す。前駆物質Ｃｕ（
ｈｆａｃ）Ｌを使用する銅の前記ＣＶＤを行う過程で、その前駆物質は、気化し
てウェーハを内包する蒸着室内に流れ込む。その室内で、前駆物質は、ウェーハ
の表面で熱エネルギーを注がれ、以下の反応が結果として起こる： ２Ｃｕ（ｈｆａｃ）Ｌ → Ｃｕ＋Ｃｕ（ｈｆａｃ）2 ＋ ２Ｌ （式１）
【０００４】 結果として、銅（Ｃｕ）は、ウェーハの上部表面上に副産物Ｃｕ（ｈｆａｃ） 2 と共に堆積する。ガス状のルイス塩基副産物（２Ｌ）は、室から取り除かれる
。ウェーハの表面上の前記副産物や他の汚染物質の存在は、下層の拡散バリア、
例えばタンタル窒化物への銅の付着力を低下させる。 下層の拡散バリアに対する銅の付着力を改善する目的で、銅を堆積させるプロ
セスは２つの段階に分けられる。第１段階では、物理蒸着（ＰＶＤ）が、銅のシ
ード層を堆積させるために行われる。ＰＶＤでは、銅のターゲットが、銅を堆積
する基板の上方に取り付けられる。アルゴンガスが、前記ターゲットと基板との
間の環境に導入される。更に、イオンを含むプラズマを発生させるためにそのア
ルゴンガスは、無線周波数（”ＲＦ”）信号を使って励振される。
【０００５】 前記プラズマからのイオンは、前記銅のターゲットに衝突し、それによって銅
粒子を取り除き、その粒子が基板上に堆積する。一般的にこれらの銅粒子はイオ
ン化されており、従って非常に高エネルギーを有するものである。そのような高
エネルギーの銅イオンは、前記バリア層によく付着する。前記ターゲットと前記
基板との間に電圧勾配が形成するように前記基板はバイアスをかけられ、それに
よって銅イオンがその勾配に沿って加速させられ、前記基板に衝撃を与える。そ
の衝撃の結果として、銅粒子は基板表面に強く付着する。更に、このＰＶＤプロ
セスは、銅のシード層とバリア層との間にクリーンな境界面を作り出す。
【０００６】 一旦銅の前記シード層がＰＶＤを使用して堆積されると、銅のバルク層が堆積
される。そのバルク層は、標準的な化学蒸着か電気メッキかのどちらかによって
堆積される。銅のバルク層は、前記銅のシード層に対し比較的よく付着する。 しかし，ＰＶＤプロセスの使用では、段差被覆が不充分な結果となり、それは
細部構造を有する素子に関しては容認できないことである。更に、ＰＶＤプロセ
スを化学蒸着又は電気メッキと同じ室内で行うことはできない。ＰＶＤ室とＣＶ
Ｄ又は電気メッキ室との双方が必要であるということにより、集積回路製造コス
トは増加することになる。 従って、銅と下層の拡散バリアと間の付着力が高められるように、拡散バリア
上に、銅の整合的化学蒸着を行うことが望ましい。また、そのような堆積は一つ
の室で（その場所で）行われることが望ましい。更に、その堆積がより早く、よ
り少量の前駆物質で行うことができるように、銅の堆積を行う過程における汚染
された副産物の発生を減少させることが望ましい。
【０００７】 （発明の要約） 本発明によれば、例えば銅のような材料の層は、改善された付着力を持ってウ
ェーハの表面上に形成される。この銅の層を形成する際に、銅のシード層は、ま
ず、ウェーハの表面上に堆積される。一旦シード層が堆積されると、ウェーハの
表面に対する銅の付着力を改善するために、銅はイオンによって衝撃（ボンバー
ト）を与えられる（アニールされる）。 より詳細には、不活性ガスのプラズマ中のイオンは、銅の付着力を強化するた
めに銅に衝撃を与え、その結果ウェーハの表面上に銅が”組み込まれた（mounte
d）”状態をもたらす。この組み込みは、銅のウェーハ表面上への付着力を高め
る。更に、そのような衝撃は、銅の粒子を平らにし荷電粒子の動き易さを増加さ
せる。前記プラズマは、本発明の一実施形態においてはアルゴンのような不活性
ガスを使って発生される。代わりに、銅に衝撃をあたえるとともに汚染物質を除
去するためのプラズマを発生させるように、水素が不活性ガスと共に用いられる
。水素の追加は、例えば炭素、酸素、フッ素などといった銅堆積の副産物を除去
し、それにより銅のバリア層への付着力を高める。
【０００８】 （発明の詳細な説明） 添付図面を用いて、本発明をの詳細に説明する。 図１は、本発明によってウェーハ表面上に銅を堆積させるための一連の操作を
示す。最初に銅のシード層は、段階１００でウェーハの上部表面上に堆積する。
銅のこのシード層は化学蒸着を使って堆積され、銅の連続層又は不連続層として
堆積することができる。本発明によれば、前駆物質Ｃｕ（ｈｆａｃ）Ｌは前記シ
ード層の堆積に用いられる。しかし、還元剤と組み合わせて、その他の銅の前駆
物質を前記シード層の形成のために使うこともできる、例えば、水素還元剤を用
いた前駆物質Ｃｕ+2（ｈｆａｃ）Ｌである。 銅のシード層が一旦堆積すると、段階１０１においてシード層は、プラズマで
処理される。そのプラズマは、ＲＦエネルギーを一つ又はそれ以上のガスに作用
することによって発生される。本発明の一実施形態においては、前記プラズマガ
スは、たった一つのガス、例えばアルゴン、クリプトン、又はゼノン、のみで成
っている。本発明の別の実施形態においては、そのガスの混合は、複数のガスの
組み合わせ、例えばアルゴンと水素、クリプトンと水素、又はゼノンと水素、を
含む。
【０００９】 プラズマ処理の間に銅が堆積していた基板は、バイアスをかけられる。このバ
イアスの結果、プラズマ中のイオンは、基板に向かって加速されることになる。
これらのイオンは銅の前記シード層に衝突し、それによってその銅を基板表面に
付着させる、すなわち、その銅の粒子が基板上に”組み込まれた”ことになり、
且つ荷電粒子の動き易さを増すためにその銅粒子を平坦にする。これが銅のシー
ド層の基板への粘着力を高める。また、もし水素イオンがプラズマ中に存在すれ
ばそれらの水素イオンは、前駆物質の汚染副産物と組み合わされて室から除去さ
れる。 前記プラズマ処理が段階１０１で一旦完了すると、段階１０２で銅のバルク堆
積が行われる。バルク堆積の間に堆積された銅は、プラズマ処理された銅の上に
堆積し、求められている厚さとウェーハ表面への強化された付着力とを持つ銅の
層を形成する。前記バルク堆積は、Ｃｕ（ｈｆａｃ）Ｌを用いた化学蒸着、又は
何か他の銅のバルク堆積プロセスを使って達成される。
【００１０】 本発明の一実施形態においては、前記銅のシード層堆積、プラズマ処理、及び
バルク堆積は、化学蒸着とプラズマ処理との両方を行うことができる一つの室で
達成される。従って、前記銅の層は完全にその場所で形成される。本発明の別の
実施形態においては前記化学蒸着と前記プラズマ処理とは別々の室で行われる。 図２（ａ）から図２（ｄ）は、本発明による集積回路への銅の層の形成を示し
ている。図２（ａ）は、２酸化珪素のような絶縁性材料の層１１１内に形成され
た（すなわちエッチングされた）バイア１１６を示す。絶縁性材料の前記層１１
１は、集積回路内の他の部品と電気的に連結されることになる基板１１０上に重
なる。その基板１１０は、前記バイア１１６内に形成される内部接続構造によっ
て他の部品と連結されることになる。 拡散バリア１１２は、絶縁性材料の層１１１の上部表面と、基板１１０の上部
表面、そこはバイア１１６の周辺内であるが、とに被さっている。この拡散バリ
ア１１２は、内部接続構造内の金属の基板１１０の中への拡散を防ぐために用い
られる。本発明の一実施形態において、この内部接続構造内の金属は銅であり、
前記拡散バリアは高融点金属、又は非溶解性窒化物である。例えば、この高融点
金属窒化物は、タンタル窒化物が望ましいが、また、チタニウム窒化物、タンタ
ル、タングステン窒化物、或いは前記金属（例えば、銅）と基板１１０との間の
拡散バリアとして機能する他の適当な材料であることも可能である。
【００１１】 図２（ｂ）は、内部接続構造において用いられることになる銅のシード層１１
３の堆積を示す。この銅のシード層１１３は、化学蒸着を使って拡散バリア１１
２の上部表面の上に堆積される。本発明の一実施形態において、図２（ｂ）に示
すように銅のシード層１１３は、不連続になるように堆積し、すなわち堆積区域
の間には隙間がある。他の実施形態においては（図示しない）、銅のシード層１
１３は、厚さが１０Åから３００Åの厚さを持つ連続層として堆積する。シード
層の厚さは、そのシード層を処理するために使われたプラズマ処理パラメータに
依存する。すなわち、堆積の厚さは、選択された処理パラメータに適合しなけれ
ばならない。 シード層１１３の化学的蒸着は、前駆物質Ｃｕ（ｈｆａｃ）Ｌ、ＬはＶＴＭＳ
とする、を使って達成されることが望ましい。液体Ｃｕ（ｈｆａｃ）Ｌは気化し
、拡散バリア１１２を包含する環境の中に流される。前駆物質の気化は、窒素、
或いは水素を前記液体前駆物質を通して”泡立たせること”によって達成させる
ことが可能である。その気化した前駆物質は、その環境に約０．１から１ＳＣＣ
Ｍの流速で供給される。その環境は、圧力は０．５ｍＴｏｒｒから１．５ｍＴｏ
ｒｒ、基板の温度は、１５０から２５０℃の範囲になるように制御される。前記
堆積プロセスは、要求されるシード層の厚さによって３０秒から５分の範囲の時
間で実行される。そのシード層は、銅の他の前駆物質、例えば水素の還元剤と共
にＣｕ+2（ｈｆａｃ）2、を使って化学的に堆積することができる。概して、ど
のような形の銅の堆積も本発明の範囲に含まれると考えられる。
【００１２】 一旦銅のシード層１１３を堆積すると、それは図２（ｃ）に示すようにプラズ
マ１１４で処理される。本発明に従って、プラズマ１１４は、一つ又はそれ以上
のガス，すなわちガス状混合体にエネルギーを与えることによって形成されるが
、ここで前記ガス状混合体は銅の原子質量に近い原子質量を持つような不活性ガ
スを含む。そのようなガスにはアルゴン、ゼノン、及びクリプトンがある。本発
明の一実施形態においては前記ガス状混合体はアルゴンから成っている。 アルゴンを用いるときアルゴンガスは、銅のシード層１１３を包含する環境の
中に１００から５００ｓｃｃｍの範囲の流速で流し込まれる。そのアルゴンガス
は、１００ｋＨｚから２０ＭＨｚの範囲の周波数を持つＲＦ信号からのエネルギ
ーを注ぎ込まれることによってプラズマに転換される。ここで１００ｗａｔｔｓ
から２０００ｗａｔｔｓの範囲のＲＦパワーレベルを使ったとき、１３．５６Ｍ
Ｈｚが十分な処理結果を生み出すということが分かっている。一般的に言って、
プラズマに作用するパワーが高ければ高いほどシード層の処理は優れている。結
果として生じるプラズマ１１４は、１０から６０秒の範囲の時間で保たれる。
【００１３】 プラズマ処理が行われているとき、銅のシード層１１３の環境は、圧力は０．
１から１．５Ｔｏｒｒの範囲にあるように制御され、基板１１０の温度は１５０
から２５０℃の範囲に設定されるように制御される。 プラズマ１１４が形成されるとき前記アルゴンガスはイオン化される。結果と
して生じるアルゴンのイオンは、銅のシード層１１３に向かって加速し、衝突す
る。イオンからのその衝撃は、その衝突された銅の層１１３と拡散バリア１１２
との強化された結合を引き起こす。この拡散バリア１１２上への銅の”組み込み
”は、銅のシード層１１３の拡散バリア１１２への付着力を強化する。
【００１４】 本発明の他の実施形態においては、プラズマ１１４は、水素と不活性ガス、例
えばアルゴン、クリプトン、又はゼノン、の混合であるガス状混合体で形成され
る。アルゴンが用いられるときはアルゴンと水素の比は、１：１から３：１の範
囲である。前記プラズマは、アルゴンのみのプラズマを形成するときと同じ方法
でガスにエネルギーを供給する方法によってアルゴンと水素とのガス状混合体で
形成される。 前記のように前駆物質Ｃｕ（ｈｆａｃ）Ｌを使う化学的蒸着は、汚染物質の（
ｈｆａｃ）副産物を伴った銅の堆積をもたらす。この汚染副産物は、シード層１
１３の拡散バリア１１２への付着に逆効果を与える。プラズマ１１４に水素を加
えることは、他の汚染物質、例えばフッ素、酸素、及び／又は炭素、と同様に（
ｈｆａｃ）副産物の一部分を除去することになる。
【００１５】 アルゴンと水素とのプラズマ１１４が用いられるとき、前記のように、アルゴ
ンイオンは銅１１３に衝突し、水素は、（ｈｆａｃ）副産物と以下の式によって
結合する。 Ｈ2 ＋ （ｈｆａｃ）→ ２Ｈ（ｈｆａｃ） （式２） この２Ｈ（ｈｆａｃ）はこの反応のガス状副産物であり、シード層１１３は堆積
する環境から排出される。アルゴンと水素とのプラズマ１１４を用いることの結
果として、シード層１１３の拡散バリア１１２への付着力は、２つのメカニズム
によって強化される。最初のメカニズムは、銅と拡散バリア１１２との間の結合
を強化するためのアルゴンイオンによる銅への衝撃である。２番目のメカニズム
は、（ｈｆａｃ）副産物、及び／又は他の汚染物質の除去であり、それらは水素
と結合して室から取り除かれる。
【００１６】 本発明の他の実施形態においてはプラズマ１１４を、銅のシード層１１３と下
層の拡散バリア１１２との間の付着力を強化するという利点を達成しながら、更
に変造することが可能である。例えば、クリプトンとゼノンといった他の不活性
ガスで、プラズマ１１４内のアルゴンを置き換えることができる。それらの置換
は、水素が用いられているかどうかに依存して実行可能である。更にプラズマ１
１４は、水素のみで成ることが可能である。そのような実施形態においては銅の
シード層１１３と拡散バリア１１２との間の強化された付着力は、銅の結合を妨
げる可能性のある（ｈｆａｃ）副産物とその他の汚染物質とを除去したことによ
り生じる。 銅のシード層１１３が一旦プラズマ１１４で処理されると、銅のバルク堆積が
行われ、求められる厚さを持つ最終の銅の層１１５を形成する。図２（ｄ）に示
すように、新たに堆積した銅は、化学的蒸着を使って堆積され、銅のシード層１
１３に融合し（の上に成長し）、銅の最終層１１５を形成する。本発明の好適な
実施形態においては、銅の層１１５のバルクＣＶＤは、図２（ｂ）に関する前記
説明のように前駆物質Ｃｕ（ｈｆａｃ）Ｌを使って達成されるが、しかし水素還
元剤を使ったＣｕ+2（ｈｆａｃ）2のような他のバルク堆積プロセスを使うこと
も可能である。
【００１７】 銅のバルク堆積は、銅の最終層１１５が１０００Åから１ミクロンの範囲の厚
さを持った時点で達成される。新たに堆積した銅は、下層の拡散バリア１１２へ
の付着力を強化しているシード層１１３の上に堆積しているため、その銅の最終
層１１５の拡散バリア１１２への付着力もまた強化されている。強化された付着
力の結果として、銅が研磨中に拡散バリア１１２から不本意に剥ぎ取られること
は起こりにくい。 図３は、本発明による銅の層を形成するために用いることができるＣＶＤシス
テム１２０を示す。その室は、カリフォルニア州Ｓａｎｔａ ＣｌａｒａのＡｐ
ｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、Ｉｎｃ．によって製作された室モデルＷｘＺ
で、本発明に従って銅の堆積を行うために改造されたものである。システム１２
０は、銅の堆積とプラズマ処理とが行われる処理室１３７を持つ。処理室１３７
に含まれるものとしては、ウェーハを支えるためのウェーハ支持部１３０と反応
性ガスを処理室１３７の中に流すためのシャワーヘッド１２９とがある。
【００１８】 処理室１３７は、絶縁体１３２によってウェーハ支持部１３０とシャワーヘッ
ド１２９から電気的にも熱的にも分離された一式の壁１３１とによって区画を定
められる。ウェーハ支持部１３０は、熱エネルギーを供給するために抵抗コイル
（図示しない）を持ち、それはウェーハ支持部１３０の表面に熱を供給する。プ
ラズマを形成するためのエネルギーを準備するために、シャワーヘッド１２９は
、１００ｋＨｚから２０ＭＨｚの範囲の周波数を持つ信号を提供する信号源１２
６に連結している。処理室の壁１３１とウェーハ支持部１３０との両方は接地し
ている。
【００１９】 圧力制御ユニット１３５、例えば真空ポンプ、は、処理室１３７内の圧力を設
定するために処理室１３７に連結している。また圧力制御ユニット１３５は、反
応性副産物を処理室から一掃する。 また、処理室１３７に反応剤を準備するために、システム１２０は、混合ブロ
ック１２７，気化器１２８，ガスパネル１２１，及び液体パネル１２２を持つ。
ガスパネル１２１はガス状反応剤を準備し、気化器１２８と混合ブロック１２７
との両方に連結する。液体パネル１２２は液状反応剤を準備し、気化器１２８に
連結する。
【００２０】 気化器１２８は、液状反応剤をガス状反応剤に変換する。液状反応剤を用いる
とき、液体パネル１２２は、気化器１２８に液状反応剤を供給し、気化器１２８
はその液体を気化し、不活性希釈ガス、例えばヘリウム、水素、窒素、又はアル
ゴン、を搬送ガスとして使う。代わりに、前記気化器は、ガス状反応剤を蒸発に
よって作り出すことが可能である。ガス状と液状との両方の反応剤を用いるとき
、ガスパネル１２１は、気化器１２８にガス状反応剤を供給し、液体パネル１２
２は、気化器１２８に液状反応剤を供給する。次に、前記気化器は、これらの反
応剤を結合し、気化する。混合ブロック１２７は、ガスパネル１２１と気化器１
２８とからのガス状反応剤をシャワーヘッド１２９に送るために連結されている
。
【００２１】 銅の層の形成は、図３に示すような一つの処理システム内でその場所で実行さ
れる。銅が堆積することになる上部表面を持つウェーハ１４０は、処理室１３７
内のウェーハ支持部１３０上に取り付けられるが、そのウェーハ支持部とシャワ
ーヘッド１２９とは約３５０ｍｉｌｓの間隔がある。本発明の一実施形態におい
ては、ウェーハ１４０の前記上部表面は、例えば、チタニウム窒化物、タンタル
窒化物又はタングステン窒化物、のような高融点金属窒化物によって形成される
拡散バリアである。次に、前記ウェーハ（基板）は前述のように処理される。 前述の銅の層を形成するための処理段階（図２（ａ）から図２（ｄ））は、プ
ロセッサベースの制御ユニットによって制御されるシステムにおいて行うことが
可能である。図４は、そのような役目に用いることができる制御ユニット２００
を示す。この制御ユニットは、プロセッサユニット２０５、メモリ２１０、大容
量記憶装置２２０、入力制御ユニット２７０、及び表示ユニット２５０を持ち、
これらは全て制御ユニットバス２２５と連結している。
【００２２】 プロセッサユニット２０５は、マイクロプロセッサか、メモリ内に記憶された
命令を実行する能力を持つその他の手段かのどちらかである。メモリ２１０は、
ハードディスクドライブ、ランダムアクセスメモリ（”ＲＡＭ”）、読取り専用
メモリ（”ＲＯＭ”）、ＲＡＭとＲＯＭの組み合わせ、又はその他のプロセッサ
読取り可能な記憶媒体を持つことが可能である。メモリ２１０には、前記処理段
階の遂行を円滑に進めるためにプロセッサユニット２０５が実行する命令が入っ
ている。メモリ２１０内の命令は、プログラムコードの形をとっている。そのプ
ログラムコードは、多くの異なるプログラム言語のどの１つとも適合させること
が可能である。例えば、プログラムコードは、Ｃ＋，Ｃ＋＋，ＢＡＳＩＣ，Ｐａ
ｓｃａｌ、又はその他の多くの言語で書くことが可能である。
【００２３】 大容量記憶装置２２０は、データと命令とを記憶し、データとプログラムコー
ドとの命令をプロセッサ読取り可能な記憶媒体、例えば磁気ディスクか磁気テー
プ、から取り出す。例えば、大容量記憶装置２２０は、ハードディスクドライブ
、フロッピーディスクドライブ、テープドライブ、又は光ディスクドライブであ
ることが可能である。大容量記憶装置２２０は、プロセッサユニット２０５から
受け取る指令に応じて前記命令を記憶し、取り出す。大容量記憶装置２２０によ
って記憶され、且つ取り出されたデータとプログラムコードとの命令は、プロセ
ッサユニット２０５によって前記の処理段階を行うために用いられる。そのデー
タとプログラムコードとの命令は、最初大容量記憶装置２２０によって媒体から
取り出され、それからプロセッサユニット２０５による使用のためにメモリ２１
０に移される。
【００２４】 表示ユニット２５０は、プロセッサユニット２０５の制御のもとで室のオペレ
ータに画像表示と英数文字との形で情報を提供する。入力制御ユニット２７０は
、キーボード、マウス、又はライトペンといったデータ入力装置を制御ユニット
２００に連結し、室のオペレータからの入力の受け入れを準備する。 制御ユニットバス２２５は、それに連結された全ての装置間のデータと制御信
号とを転送する。前記制御ユニットバスは、制御ユニット２００内の装置と直接
接続する１つのバスとして表示してあるが、制御ユニットバス２２５は、複数バ
スの集合であることもまた可能である。例えば、表示ユニット２５０、入力制御
ユニット２７０，及び大容量記憶装置２２０は、入出力周辺バスに連結すること
が可能であり、一方、プロセッサユニット２０５とメモリ２１０とはローカルプ
ロセッサバスに連結される。そのローカルプロセッサバスと入出力周辺バスとは
互いに連結され、制御ユニットバス２２５を形成する。
【００２５】 制御ユニット２００は、本発明に従って銅の層を形成するときに用いられる図
３の室の構成装置に連結される。これらの構成装置の各々は、制御ユニット２０
０とその構成装置との間の通信を円滑に行うために制御ユニットバス２２５に連
結される。これらの構成装置は次のものを含む：それらはガスパネル１２１、液
体パネル１２２，加熱装置２３０，例えばウェーハ支持部内の前記抵抗コイル（
図示しない）、圧力制御ユニット１３５，信号源１２６，気化器１２８、及び混
合ブロック１２７である。制御ユニット２００は、室の装置に信号を供給し、そ
れによってその装置が銅の層を形成する処理段階のための前記操作を実行する。 操作上、プロセッサユニット２０５は、それがメモリ２１０から取り出したプ
ログラムコードの命令に応じ室の前記装置の操作を指示する。これらの命令に応
答して室の装置は、図１に関連して説明された前記処理段階を実行するように指
示される。
【００２６】 一旦ウェーハが処理室内に取り付けられると、段階１００（図１）で、銅のシ
ード層が、ウェーハ上に堆積する。段階１００の堆積を行うためにプロセッサユ
ニット２０５は、メモリ２１０から取り出した命令を実行する。これらの命令の
実行は、図２（ｂ）に関連して前述したように室の前記装置をして基板上に材料
の層を堆積するように操作される。 一旦銅のシード層が堆積すると、メモリ２１０から取り出した命令は、プロセ
ッサユニット２０５に室の装置１２０に段階１０１のプラズマ処理を実行させる
ように指示する。これらの指示の実行によって、図２（ｃ）に関連して前述した
ように室の装置１２０は、堆積した銅をプラズマで処理するように操作されるこ
とになる。
【００２７】 一旦前記プラズマ処理が完了すると、メモリ２１０から取り出した命令は、プ
ロセッサユニット２０５が室の装置１２０に段階１０２の銅のバルク堆積をする
ように指示させる。これらの指示の実行によって、室の装置１２０は、図２（ｄ
）に関連して前述したような処理を前記銅に施すため、バルク堆積を行うように
操作されることになる。 本発明は、特定で規範的な実施形態を使って説明されてきたが、当業者によっ
て以下の請求項で規定される本発明の精神と範囲とから逸脱することなしに様々
な修正や変更が可能であることが理解される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による銅の層の堆積のために行われる一連の操作を示す。
【図２（ａ）】 本発明による銅の層の堆積を示す。
【図２（ｂ）】 本発明による銅の層の堆積を示す。
【図２（ｃ）】 本発明による銅の層の堆積を示す。
【図２（ｄ）】 本発明による銅の層の堆積を示す。
【図３】 本発明による銅の前記堆積で使用される蒸着室を示す。
【図４】 本発明による銅の堆積に使われる蒸着室の操作を制御する、本発
明で用いられる制御システムを示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 チェン リン アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94087 サニーヴェイル ドートシャー ウェイ 784 (72)発明者 マック アルフレッド アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94587 ユニオン シティー フルーアス コート 32722 (72)発明者 チャン メイ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 95070 サラトガ コート ド アルギュ ーロ 12881 Ｆターム(参考） 4K030 AA11 AA16 AA17 BA01 CA12 DA02 FA03 KA17 KA23 KA30 KA41 LA15 4M104 BB04 BB13 BB30 BB32 BB33 CC01 DD06 DD22 DD43 DD75 FF13 FF17 FF18 FF22 GG13 HH04 HH08

Claims (28)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基板への銅の付着を改善する方法であって、 （ａ）前記基板上に銅を堆積させる段階、及び （ｂ）前記銅を前記基板の上側面に付着させるために前記銅にイオン衝撃によっ
    て処理する段階を含むことを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 前記段階（ｂ）は、プラズマを形成する段階を含み、前記プ
    ラズマは、前記銅に衝撃を与えるイオンを含むことを特徴とする請求項１に記載
    の方法。
  3. 【請求項３】 前記銅は、連続層に堆積することを特徴とする請求項１に記
    載の方法。
  4. 【請求項４】 前記銅は、不連続層に堆積することを特徴とする請求項１に
    記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記基板は、拡散バリアを包含することを特徴とする請求項
    １に記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記拡散バリアは、高融点金属又は高融点金属窒化物から成
    ることを特徴とする請求項５に記載の方法。
  7. 【請求項７】 前記拡散バリアは、タンタル、チタニウム窒化物、タンタル
    窒化物、及びタングステン窒化物から成るグループから選ばれた材料であること
    を特徴とする請求項６に記載の方法。
  8. 【請求項８】 前記プラズマは、不活性ガスを用いて形成されることを特徴
    とする請求項２に記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記不活性ガスは、銅の原子質量にほぼ一致する原子質量を
    有することを特徴とする請求項８に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 前記不活性ガスは、アルゴン、クリプトン、及びゼノンか
    ら成るグループから選ばれた一つ又はそれ以上のガスであることを特徴とする請
    求項９に記載の方法。
  11. 【請求項１１】 前記不活性ガスは、水素と混合されることを特徴とする請
    求項８に記載の方法。
  12. 【請求項１２】 （ｃ）前記段階（ａ）で堆積され前記段階（ｂ）で処理さ
    れた前記銅の上に、銅を堆積する段階を更に含むことを特徴とする請求項１に記
    載の方法。
  13. 【請求項１３】 前記段階（ｃ）で堆積された前記銅は、前記段階（ａ）で
    堆積された前記銅とともに銅の連続層を形成することを特徴とする請求項１２に
    記載の方法。
  14. 【請求項１４】 段階（ａ），（ｂ）、及び（ｃ）は、全て処理室内で行わ
    れ、且つ前記ウェーハは、段階（ａ），（ｂ），及び（ｃ）が全て完了するまで
    、前記処理室から取り除かれないことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
  15. 【請求項１５】 前記段階（ａ）は、化学蒸着を使って行われることを特徴
    とする請求項１に記載の方法。
  16. 【請求項１６】 前記化学蒸着は、Ｃｕ（ｈｆａｃ）Ｌ化合物を使って達成
    されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  17. 【請求項１７】 ウェーハ上の材料層の上に銅の層を形成するための方法で
    あって、 （ａ）前記ウェーハを処理室の中に設置する段階、 （ｂ）前記ウェーハが前記処理室内にある間、前記材料層の上に前記銅を化学蒸
    着させる段階、及び （ｃ）前記ウェーハが前記処理室内にある間、前記銅が前記材料層の上側表面に
    付着するように前記銅を処理する段階を有することを特徴とする方法。
  18. 【請求項１８】 前記段階（ｃ）は、 プラズマを形成する段階を含み、前記プラズマは、前記銅に衝撃を与えるイオン
    を含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
  19. 【請求項１９】 前記材料層は、拡散バリアであることを特徴とする請求項
    １７に記載の方法。
  20. 【請求項２０】 前記プラズマは、不活性ガスを含むガス状混合体を使って
    形成されることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
  21. 【請求項２１】 前記不活性ガスは、銅の原子質量にほぼ一致した原子質量
    を有することを特徴とする請求項２０に記載の方法。
  22. 【請求項２２】 前記不活性ガスは、アルゴン、クリプトン、及びゼノンか
    ら成るグループから選ばれたガスであることを特徴とする請求項２０に記載の方
    法。
  23. 【請求項２３】 前記ガス状混合体は、アルゴン、クリプトン、ゼノン、及
    び水素から成るグループから選ばれた少なくとも一つのガスを含むことを特徴と
    する請求項２０に記載の方法。
  24. 【請求項２４】 （ｄ）前記ウェーハが前記処理室内にある間、前記段階（
    ｂ）で堆積された前記銅の上に銅を堆積する段階を更に含むことを特徴とする請
    求項１７に記載の方法。
  25. 【請求項２５】 前記段階（ｄ）は、化学蒸着を使って行われることを特徴
    とする請求項２４に記載の方法。
  26. 【請求項２６】 前記ガス状混合体は、Ｃｕ（ｈｆａｃ）Ｌ化学的化合物を
    含むことを特徴とする請求項２４に記載の方法。
  27. 【請求項２７】 化学蒸着を行うための室と、前記室内での前記化学蒸着を
    制御するためのコンピュータとを備えた半導体ウェーハ処理システムにおいて、 前記コンピュータによって実行される時、 基板上に銅のシード層を堆積する段階と、 前記室に処理用ガスを供給する段階と、 前記銅シード層をイオンで衝撃を与えるために、前記処理用ガスを刺激してプラ
    ズマ化する段階とを、 前記半導体ウェーハ処理システムに行わせるようなプログラムを有することを特
    徴とするコンピュータ読取り可能な媒体。
  28. 【請求項２８】 前記コンピュータによって実行される時、 前記銅のシード層の上に銅の層を堆積する段階を前記半導体ウェーハ処理システ
    ムに更に行わせるようなプログラムを更に有することを特徴とする請求項２７に
    記載のコンピュータ読取り可能な媒体。
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