JP2005536628A - 無電解堆積法 - Google Patents

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Abstract

金属層又は金属シリサイド層を無電解堆積法によって形成する方法及び装置が提供される。一態様においては、基板表面上に開始層を堆積させるステップと、基板表面を洗浄するステップと、開始層を無電解溶液にさらすことにより開始層上に導電材料を堆積させるステップと、を含む基板を処理する方法が提供される。本方法は、基板表面を酸性溶液でエッチングするステップと、開始層を堆積させる前に酸性溶液の基板を洗浄するステップと、を更に含むことができる。開始層は、基板表面を貴金属無電解溶液又はボラン含有溶液にさらすことにより形成することができる。導電材料は、ボラン含有還元剤で堆積させることができる。導電材料は、不働態化層、バリヤ層、シード層として用いることができ、金属シリサイド層を形成する際に用いることもできる。

Description

発明の背景
発明の分野
[0001]本発明は、半導体デバイスの製造並びに半導体基板上の材料を堆積、除去、改良する装置及び方法に関する。
関連技術の説明
[0002]半導体基板上の超大規模集積回路（ＵＬＳＩ）の回路網における最近の進歩は、次世代の半導体デバイスがサブクウォーターミクロンの多重レベルメタライゼーションを必要とすることを示している。この技術の中心にある多重レベル相互接続部は、コンタクト、バイア、ライン、他の特徴部を含む高アスペクト比アパーチャ内に形成された相互接続特徴部の平坦化を必要とする。これら相互接続特徴部の確実な形成は、ＵＬＳＩの成功と、特徴部のサイズが０.１３μmより小さくなるにつれて回路密度や個々の基板とダイについての品質を高めるための努力の継続が非常に重要である。
[0003]現在、銅やその合金は、サブミクロン相互接続技術に選択する金属となっている。銅は、アルミニウムよりも抵抗率が低い（アルミニウムの３.１μΩ-cmに比べて１.７μΩ-cm）、電流容量が高い、且つエレクトロンマイグレーション抵抗が著しく高いためである。これらの特性は、高レベルの集積化や高デバイス速度で受ける高い電流密度を支持するのに重要である。更に、銅は、熱導電性が良く、非常に純粋な状態で使用し得る。
[0004]電気めっきは、基板上に高アスペクト比の特徴部を充填するために用いられている一プロセスである。電気めっきプロセスは、典型的には、基板上に堆積される薄く導電性のシード層を必要とする。電気めっきは、シード層に電流を加え、基板をシード層の上にめっきする金属イオンを含有する電解溶液にさらすことによって達成される。
[0005]無電解堆積は、導電材料を堆積させるために用いられる他のプロセスである。無電解堆積法は、非導電性プリント配線回路の上に導電材料を堆積するために広く用いられてきたが、無電解堆積法は、ＶＬＳＩやＵＬＳＩの半導体における相互接続部を形成するために広範囲に用いられていない。無電解堆積は、めっき反応が起こる印加電流を必要としない自動触媒化学堆積を含んでいる。無電解堆積は、典型的には、基板を浴中に浸漬することにより又は溶液を基板の上に噴霧することにより基板を溶液をさらすことを含んでいる。
[0006]しかしながら、銅は大気状態又は処理装置の外部の環境にさらされたときに酸化銅を容易に形成し、金属酸化物の形成を防止する不働態化層を必要とする。金属酸化物は、金属層の抵抗を増加させ、パーティクル問題の原因となり、回路全体の信頼性を落とす結果となる。
[0007]更に、金属酸化物は、後続の処理に有害な影響を与えることがある。一例においては、酸化物が無電解堆積法を妨害することがある。無電解堆積法は、その表面の上に導電材料の核形成、即ち、触媒作用に電子伝達できる表面を必要とし、例えば銅シード層や金属バリヤ層上の酸化表面は、効果的な無電解堆積の電子伝達に十分に関与することができない。
[0008]一つの解決法は、金属酸化物の形成を防止するために金属層上に不働態化層又は封入層を堆積させることである。コバルトやコバルト合金は、銅を不働態化するのに適した材料として認められてきた。コバルトも、銅上に無電解堆積法によって堆積させることができる。しかしながら、銅は、巧く触媒せず、無電解溶液からの物質の堆積も開始しない。一つの解決法は、銅基板とガルバ反応によって堆積を開始する第一鉄材料とを接触させることによって無電解溶液から堆積を開始させることである。しかしながら、そのプロセスは、ある不働態化適用においては起こり得ない基板表面の上に連続する導電性表面を必要とする。他の解決法は、銅の表面上に触媒物質を堆積させることによって銅表面を活性化することである。しかしながら、触媒物質の堆積は、複数のステップを必要とし、触媒コロイド化合物を用いるものでもある。触媒コロイド化合物が誘電材料に付着してしまい、基板表面上に不働態化物質の望まない過度の非選択的堆積が生じることになる。不働態化物質の非選択的堆積は、表面の汚染、誘電材料への導電材料の望まれていない拡散、ショート回路や他のデバイスの乱れからデバイス不全さえ引き起こすことがある。
[0009]それ故、基板表面におけるサブミクロン特徴部における導電材料の無電解堆積のための方法及び組成物が求められている。
発明の概要
[0010]本明細書に記載される発明の実施形態は、一般的には、無電解堆積プロセスを用いて金属又は金属シリサイド層を形成するための方法及び組成物を提供する。一態様においては、基板表面を研磨して誘電材料中に配置される第一導電材料をさらすステップと、第一導電材料上に開始層を堆積させるステップと、第一無電解溶液の基板表面を洗浄するステップと、開始層を無電解溶液にさらすことにより開始層上に第二導電材料を堆積させるステップと、を含む方法が提供される。開始層は、基板表面を貴金属無電解溶液にさらすことにより形成することができる。第二導電材料は、不働態化層、バリヤ層、シード層として堆積させることができ、金属シリサイド層を形成する際に使用することもできる。
[0011]他の態様においては、基板表面を研磨して誘電材料中に配置される第一導電材料をさらすステップと、基板表面を酸性溶液でエッチングするステップと、酸性溶液の基板を洗浄するステップと、基板表面を第一無電解溶液にさらすことにより選択的に第一導電材料上に開始層を堆積させるステップと、第一無電解溶液の基板表面を洗浄するステップと、開始層を第二無電解溶液をさらすことにより開始層上に第二導電材料を堆積させるステップとを含む基板を処理する方法が提供される。開始層は、基板表面を貴金属無電解溶液にさらすことにより形成することができる。第二導電材料は、不働態化層、バリヤ層、シード層として堆積させることができ、金属シリサイド層を形成する際に使用することもできる。
[0012]他の態様においては、基板表面を研磨して誘電材料中に配置される第一導電材料をさらすステップと、基板表面をホウ素含有還元剤を含む溶液にさらすステップと、露出した第一導電材料上に開始部位を形成するステップと、基板表面を還元剤を含有する無電解溶液にさらすことにより開始部位上に第二導電材料を堆積させるステップとを含む基板を処理する方法が提供される。第二導電材料は、不働態化層、バリヤ層、シード層として堆積させることができ、金属シリサイド層を形成する際に使用することもできる。
[0013]他の態様においては、基板表面を研磨して誘電材料中に配置される第一導電材料をさらすステップと、基板表面をホウ素含有還元剤を含有する無電解溶液にさらすことにより第一導電材料上に第二導電材料を堆積させるステップとを含む基板を処理する方法が提供される。第二導電材料は、不働態化層、バリヤ層、シード層として堆積させることができ、金属シリサイド層を形成する際に使用することもできる。
[0014]本発明の上記態様が得られ詳細に理解され得るように、上で簡単に纏められた本発明は、添付の図面に示されるその実施形態によってより具体的に説明される。
[0015]しかしながら、添付の図は、本発明の典型的な実施形態のみ示しているのでその範囲を制限するものとみなすべきでない。それ故本発明は他の等しく効果的な実施形態を許容することができる。
好適実施形態の詳細な説明
[0020]本明細書に記載される本発明の実施形態は、無電解プロセスにより導電材料を堆積させる方法及び装置を提供する。堆積することができる一材料はコバルト又はコバルト合金であり、不働態化層、バリヤ層、シード層として堆積させることができ、金属シリサイド層を形成する際に使用することもできる。
[0021]本明細書に用いられる語句は、特にことわらない限り当業者による当該技術において通常で慣用の意味を示さなければならない。無電解堆積は、外部電流のないときに化学還元によって導電材料を堆積するために触媒的に活性な表面の上の浴において荷電イオンとして一般的に供給された導電材料の堆積として本明細書に広く定義される。
[0022]本明細書に記載されるプロセスは、無電解堆積プロセスを行うのに適した装置内で行われる。適切な装置としては、カリフォルニア州サンタクララにあるアプライドマテリアルズ社から市販されているＥlectra(登録商標)ＥＣＰ処理プラットフォーム又はＬink(登録商標)処理プラットフォームが挙げられる。例えば、Ｅlectra Ｃu(登録商標)ＥＣＰプラットフォームは、カリフォルニア州サンタクララにあるアプライドマテリアルズ社から市販されている無電解堆積処理（ＥＤＰ）セルのような無電解プロセスによって導電材料を堆積できる統合された処理チャンバを含んでいる。Ｅlectra Ｃu(登録商標)ＥＣＰプラットフォームは、一般的には、一つ以上の無電解堆積処理（ＥＤＰ）セルと、スピン-リンス-ドライ（ＳＲＤ）セル、エッチングチャンバ、又はアニーリングチャンバのような一つ以上の前堆積又は後堆積セルを含んでいる。Ｅlectra(登録商標)ＥＣＰ処理プラットフォームは、７月１０日に発行された米国特許第６,２５８,２２３号で更に詳細に記載され、この開示内容は本明細書に特許請求された態様と説明と一致した程度まで本明細書に援用されている。Ｌink(登録商標)処理ラットフォームの実施形態は、２０００年の６月２６日出願の米国特許出願第０９/６０３,７９２号、２００１年６月２５日出願の米国特許出願第０９/８９１,８４９号に記載され、この開示内容は本明細書に特許請求された態様と説明と一致する程度まで本明細書に援用されている。
無電解堆積プロセス
[0023]一態様においては、導電材料は、平坦化又は物質除去プロセス後、露出した導電材料上に不働態化層として堆積することができる。一実施形態においては、不働態化層は、貴金属の無電解堆積によって形成された開始層の使用によって堆積される。他の実施形態においては、開始層は、金属ホウ化物を形成するためにボラン含有溶液を用いて形成される。場合によっては、開始層を堆積又は形成する前に酸性前処理が使用し得る。無電解導電層は、メタライゼーションプロセスにおいてバリヤ層又はシード層として堆積し得る。他の態様においては、無電解導電層は、シリコン含有物質上に堆積され、金属シリサイド層を形成するためにアニールされる。コバルトやコバルト合金は、導電材料無電解堆積プロセスによって堆積される化合物の例である。
[0024]図１は、本発明の一実施形態に従って導電層を堆積するのに行われるステップを示すフローチャートである。基板をプロセス１００へ導入し、ステップ１１０で酸性前洗浄プロセス又はエッチングプロセスにさらされて基板表面の少なくとも一部を除去する。基板表面は、一般的には、誘電材料と導電材料の双方を含んでいる。次に、エッチングされた基板をステップ１２０で脱イオン水のような洗浄剤ですすぐ。
[0025]次に、ステップ１３０で基板表面上に開始層が堆積される。開始層は、基板表面の露出した導電材料上の貴金属の無電解堆積であってもよく、露出した導電性金属をボラン含有溶液にさらすことから形成された金属ホウ化物であってもよい。開始層は、一般的には、選択的に露出した導電材料上に形成する。
[0026]次に、ステップ１４０で基板表面を洗浄剤ですすいで無電解溶液又はボラン含有溶液を除去する。次に、ステップ１５０で第二導電材料が開始層上で無電解堆積される。第二導電材料は、一般的には、コバルト又はコバルト合金である。第二導電材料は、露出した開始層上に選択的に堆積される。次に、ステップ１６０で基板表面を超音波又はメガソニック洗浄プロセスを用いて洗浄する。
[0027]前洗浄組成物は、無機酸溶液のような酸性溶液である。一態様においては、酸性溶液は、約０.２重量パーセント（重量.％）〜約５重量.％のフッ化水素酸（ＨＦ）、例えば、約０.５重量.％のＨＦ酸を含むことができる。酸性溶液は、約１Ｍ〜約５Ｍ、例えば、約１Ｍの濃度で硝酸を含むことができる。或いは、硝酸溶液は、硝酸と水、例えば、脱イオン水との比を約５：１〜約１：５の比で含むことができる。
[0028]酸性溶液は、硫酸を組成物の約０.５容積％〜約１０容積％、例えば、１容積％〜約５容積％の濃度で、過酸化水素を３５％過酸化水素の約５容積％〜約１０容積％、例えば、３５％の過酸化水素の約２０容積％の濃度で含むことができる。
[0029]前洗浄組成物は、約５秒〜約３００秒、例えば、約３０秒〜約６０秒間、約５０ml/分〜２０００ml/分、例えば、約７５０ml/分を含む約７００ml/分〜約９０ml/分の流量で、約１５℃〜約６０℃、例えば、約２０℃〜２５℃の組成物温度で基板表面に加えられる。或いは、基板表面を処理するために約１２０ml〜約２００mlの前洗浄液を全体で加えることが用いられてもよい。前洗浄液は、続いての堆積プロセスとして同様の処理チャンバ又は処理セルに加えることができる。前洗浄組成物の一例は、約０.５重量.％のフッ化水素酸であり、約７５０mlの流量で約６０秒間約２０℃〜約２５℃の組成物温度で加えることができる。
[0030]ステップ１１０の前洗浄液は、前の処理ステップからの不純物の導電材料を含有してもよい露出した絶縁体層の上部、約１０オングストローム〜約１５オングストロームを除去又はエッチングするために加えられる。例えば、化学機械的研磨又は平坦化プロセス後の誘電材料層の上部に漂遊銅イオンが混入してもよい。
[0031]次に、洗浄剤、典型的には脱イオン水を基板表面に加えて、ステップ１２０で前洗浄プロセス中に形成されてもよいあらゆる残存する前洗浄組成物、あらゆるエッチング材料とパーティクル、あらゆる副生成物を除去する。洗浄剤は、一般的には、約５秒〜約３００秒、例えば、約３０秒〜６０秒間、約５０ml/分〜２０００ml/分、例えば、約７５０ml/分を含む約７００ml/分〜約９００ml/分の流量で約１５℃〜約８０℃、例えば、約２０℃〜２５℃の温度で基板表面に加えられる。或いは、基板表面を処理するために洗浄剤の約１２０ml〜約２００mlを全体で加えることが用いられてもよい。洗浄剤は、噴霧法や基板を洗浄する他のあらゆる方法で、例えば、洗浄液又は浴を有するエンクロージャ内で洗浄することにより加えることができる。洗浄剤の一例は、脱イオン水であり、約７５０mlの流量で約２０℃〜約２５℃の温度で約６０秒間加えることができる。
[0032]一実施形態においては、ステップ１３０で貴金属の無電解堆積によって露出した導電材料上に開始層が形成される。貴金属は、パラジウム、白金、又はその組合わせの群より選ばれる。本発明は、金、銀、イリジウム、レニウム、ロジウム、レニウム、ルテニウム、オスミウム、及びその組合わせのような他の貴金属の使用を企図する。貴金属は、少なくとも貴金属と、無機酸を含有する無電解溶液から堆積される。貴金属塩の例としては、塩化パラジウム（ＰdＣl2）、硫酸パラジウム（ＰdＳＯ4）、塩化アンモニウムパラジウム、及びその組合わせが挙げられる。無機酸の例としては、塩酸（ＨＣl）、硝酸（Ｈ2ＳＯ4）、フッ化水素酸（ＨＦ）及びその組合わせが挙げられる。或いは、開始層の無電解溶液には酢酸（ＣＨ3ＣＯＯＨ）を含むカルボン酸のような無機酸を用いることができる。
[0033]貴金属塩は、百万分の約２０（ppm）〜約２０g/リットル、例えば、約８０ppm〜約３００ppm、例えば、約１２０ppmの濃度で無電解溶液中にあってもよい。金属塩の濃度は、約４０ppmと対応した１容積％による容量％として記載することもできる。例えば、１２０ppmの貴金属塩は、約３容積％に対応する。無機酸は、例えば、pＨ約７以下の酸性無電解組成物を与えるために用いられる。pＨレベル約１〜約３は、無電解溶液から貴金属を無電解堆積させるのに効果的であることが確認された。酸性溶液も、無電解堆積プロセスの間、基板の金属又は誘電表面から酸化銅を含む金属酸化物のような酸化物を除去又は減少させるのに効果的であることが確認された。
[0034]開始層のための無電解溶液は、一般的に約１秒〜３００秒、例えば、約５秒〜６０秒、約１５℃〜８０℃、例えば、約２０℃〜２５℃の組成物温度で基板表面に加えられる。無電解溶液は、一般的には約５０ml/分〜約２０００ml/分、例えば、約７５０ml/分を含む約７００ml/分〜約９００ml/分の流量で供給される。一態様においては、無電解層を堆積させるために約１２０ml〜２００mlの無電解溶液が全体で加えられた。無電解溶液は、一般的には約５０オングストローム以下、例えば、約１０オングストローム以下の厚さまで貴金属の堆積に供給する。開始層は、連続又は不連続であってもよい。
[0035]開始材料を堆積させるための無電解組成物の一例は、約３容積％（１２０ppm）の塩化パラジウムと組成物にpＨ約１.５を与えるのに十分な塩酸を含み、約３０秒間、約７５０ml/分の流量で約２５℃の組成物温度で基板表面に加えられる。
[0036]他の実施形態においては、開始層は、ステップ１３０において露出した導電材料をボラン含有組成物にすすぐか又はさらすことにより形成される。ボラン含有組成物は、選択的に露出した導電金属上に金属ホウ化物層を形成し、これは続いての無電解堆積プロセスの触媒部位である。
[0037]ボラン含有組成物は、ボラン還元剤を含んでいる。適切なボラン含有還元剤としては、アルカリ金属ボロヒドリド、アルカリアミンボラン、及びその組合わせが挙げられる。ボラン含有還元剤の例としては、ナトリウムボロヒドリド、ジメチルアミンボラン(ＤＭＡＢ)、トリメチルアミンボラン、及びその組合わせが挙げられる。ボラン含有還元剤は、約０.２５グラム/リットル（g/l）〜約６g/l、例えば、約２g/l〜４g/lのホウ素含有組成物を含んでいる。更に、ボラン含有組成物は、pＨ約８〜約１３を与えるpＨ調整剤を含むことができる。適切なpＨ調整剤としては、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、水酸化ナトリウム（ＮaＯＨ）、水酸化アンモニウム、水酸化アンモニウム誘導体、例えば、水酸化テトラメチルアンモニウム、及びその組合わせが挙げられる。
[0038]導電材料は、約３０秒〜約１８０秒、例えば、約６０秒〜１２０秒、約１５℃〜約８０℃、例えば、約２０℃〜約２５℃の組成物温度でボラン含有組成物にさらされる。ボラン含有組成物は、約５０ml/分〜約２０００ml/分、例えば、約７５０ml/分を含む約７００ml/分〜９００ml/分の流量で基板に供給することができる。一態様においては、金属ホウ化物化合物の開始層を形成するために約１２０ml〜約２００mlのボラン含有組成物が全体で加えられた。
[0039]層を形成するためのボラン含有組成物の一例は、約４g/lのジメチルアミンボラン（ＤＭＡＢ）と組成物にpＨ約９を与えるのに十分な水酸化ナトリウムを含み、基板表面に約３０秒間、約７５０ml/分の流量で約２５℃の組成物温度で加えられる。
[0040]次に、洗浄剤、典型的には脱イオン水が、ステップ１４０で開始層を形成するのに用いられる全ての溶液を除去するために基板に加えられる。洗浄剤は、一般的には約５秒〜約３００秒、例えば約３０秒〜約６０秒間、約５０ml/分〜約２０００ml/分、例えば、約７５０ｍｌ／分を含む約７００ml/分〜約９００ml/分の流量で約１５℃〜約８０℃、例えば、約２０℃〜約２５℃の温度で基板表面に加えられる。或いは、基板表面を処理するために約１２０ml〜約２００mlの洗浄剤を全体で加えることが用いられてもよい。洗浄剤は、噴霧法や基板を洗浄するあらゆる他の方法、例えば、洗浄液又は浴を有するエンクロージャ内ですすぐことにより加えることができる。洗浄剤の一例は脱イオン水であり、約７５０mlの流量で約２０℃〜２５℃の温度で約６０秒間加えることができる。
[0041]金属層は、ステップ１５０で開始層上に無電解プロセスにより堆積される。一態様においては、金属層は、コバルト又はコバルト合金を含んでいる。コバルト合金としては、コバルト-タングステン-リンやコバルト-タングステン-ホウ素のような三元合金を含むコバルト-タングステン合金、コバルト-リン合金、コバルト-スズ合金、コバルト-ホウ素合金が含まれている。しかしながら、本発明は、本明細書に記載される金属層を形成するためにニッケル、スズ、チタン、タンタル、タングステン、モリブデン、白金、鉄、ニオブ、パラジウム、白金又はその化合物を含む他の材料、又はニッケルコバルト合金、ドープされたコバルト又はドープされたニッケル合金、又はニッケル鉄合金を含む他の合金の使用を企図する。
[0042]一実施形態においては、少なくとも金属塩と還元剤を含む無電解溶液から金属物質が堆積される。無電解溶液は、金属の堆積を改善するためにさらに添加剤を含むことができる。添加剤としては、界面活性剤、錯化剤、pＨ調整剤、又はその化合物が含まれてもよい。
[0043]適切な金属塩としては、塩化物、硫酸塩、スルファミン酸塩、又はその組合わせが含まれる。金属塩の一例は塩化コバルトである。金属塩は、約０.５g/l〜約３０g/l、例えば、約２.５g/l〜２５g/lの濃度で無電解溶液中にあってもよい。
[0044]タングステン酸ナトリウム、タングステン酸アンモニウム及びタングステン堆積のためのその組合わせを含むタングステン酸又はタングステン酸塩を添加することによりコバルト-タングステンのようなコバルト合金を堆積することができる。コバルト-タングステン-リン堆積のためのリンは、次亜リン酸塩のようなリン含有還元剤によって形成することができる。コバルト-スズのようなコバルト合金は、硫酸第二スズ、塩化第二スズ、又はその組合わせを含む第二スズ塩を加えることにより堆積することができる。追加の金属塩、例えば、タングステンやスズは、約０.５g/l〜約３０g/l、例えば、約２.５g/l〜約２５g/lの濃度で無電解溶液中にあってもよい。
[0045]適切な還元剤としては、次亜リン酸ナトリウム、ヒドラジン、ホルムアルデヒド及びその化合物が挙げられる。還元剤には、ジメチルアミンボランやナトリウムボロヒドリドのようなボラン含有還元剤が含まれてもよい。還元剤の濃度は、約１g/l〜約３０g/lの無電解溶液である。例えば、次亜リン酸塩は、約１５g/l〜約３０g/lの無電解組成物を無電解溶液に添加することができる。
[0046]添加剤としては、ＲＥ６１０のような界面活性剤、カルボン酸の塩、例えば、クエン酸ナトリウムやコハク酸ナトリウムを含む錯化剤、水酸化ナトリウムや水酸化カリウムを含むpＨ調整剤、及びその組合わせが挙げられる。添加剤は、無電解溶液の堆積特性を制御するために使用し得る。例えば、安定剤は望まれていない副反応を防止し、錯化剤は基板表面を堆積するための無電解溶液中の利用可能なイオンを制限することができる。添加剤の濃度は、約０.０１g/l〜約５０g/lの無電解溶液、例えば、約０.０５g/l〜約４g/lの無電解溶液である。添加剤の一例は、界面活性剤ＲＥ６１０であり、無電解組成物に約０.０１g/l〜約５g/lの濃度で添加することができる。安定剤、例えば、チオウレアやグリコール酸は、約１重量.％以下、例えば、約０.０１重量.％の濃度で組成物中にあってもよい。
[0047]金属層を形成するステップは、本明細書に記載される金属無電解溶液を基板表面に約６０℃〜約９０℃、例えば、約７０℃〜約８０℃の組成物温度で約３０秒〜約１８０秒、例えば、約６０秒〜１２０秒の間加えるステップを含んでいる。無電解溶液は、一般的には約５０ml/分〜約２０００ml/分、例えば、約７５０ml/分を含む約７００ml/分〜約９００ml/分の流量で供給される。一態様においては、無電解層を堆積させるために約１２０ml〜約２００mlの無電解溶液が全体で加えられた。無電解溶液は、一般的には、金属層の堆積を約５００オングストローム以下、例えば、約３００オングストローム〜約４００約５００オングストローム以下の厚さまで与える。
[0048]金属層形成するためのコバルト無電解組成物の一例としては、約２０g/lのコバルト硫酸塩、約５０g/lのクエン酸ナトリウム、約２０g/lの次亜リン酸ナトリウムが組成物にpＨ約９〜１１のpＨを与えるのに十分な水酸化カリウムと共に含まれ、基板表面に約７５０ml/分の流量で約８０℃の組成物温度で約１２０秒間加えられる。コバルト-タングステン層は、約１０g/lのタングステン酸ナトリウムを添加することにより堆積される。
[0049]金属堆積プロセスの代替的実施形態においては、金属物質は、少なくとも金属塩とボラン含有還元剤を含む無電解溶液から堆積される。適切な金属塩としては、塩化物、硫酸塩、スルファミン酸塩又はその組合わせが挙げられる。金属塩の一例は、塩化コバルトである。金属塩は、約０.５g/l〜約３０g/l、例えば、約２.５g/l〜約２５g/lの濃度で無電解溶液中にあってもよい。
[0050]コバルト-タングステンのようなコバルト合金は、タングステン酸ナトリウム、タングステン酸アンモニウム、又はタングステン堆積のためのその組合わせを含むタングステン酸又はタングステン酸塩を添加することにより堆積させることができる。コバルト-タングステン-リン堆積のためのリンは、次亜リン酸塩のようなリン含有還元剤によって形成することができる。コバルト-スズのようなコバルト合金は、硫酸第二スズ、塩化第二スズ、又はそのその組合わせを含む第二スズ塩を添加することにより堆積させることができる。追加の金属塩、例えば、タングステンやスズは、約０.５g/l〜約３０g/l、例えば、約２.５g/l〜約２５g/lの濃度で無電解溶液中にあってもよい。
[0051]適切なボラン含有還元剤は、アルカリ金属ボロヒドリド、アルカリアミンボラン、又はその組合わせを含んでいる。適切なボラン含有還元剤の例は、ナトリウムボロヒドリド、ジメチルアミンボラン（ＤＭＡＢ）、トリメチルアミンボラン又はその組合わせを含んでいる。ボラン含有還元剤は、約０.２５グラム/リットル(g/l)〜約６g/l、例えば、約２g/l〜約４g/lのホウ素含有組成物を含んでいる。ボラン含有還元剤の存在は、コバルト-ホウ素合金、例えば、特にコバルト-タングステン-ホウ素やコバルト-スズ-ホウ素の形成を可能にする。
[0052]添加剤は、ＲＥ６１０のような界面活性剤、例えば、クエン酸ナトリウムやコハク酸ナトリウムのカルボン酸の塩を含む錯化剤、又はその組合わせを含んでいる。添加剤は、無電解溶液の堆積特性を制御するために使用し得る。例えば、安定剤は望まれていない副作用を防止し、錯化剤は基板表面の堆積のための無電解溶液において利用可能なイオンを制限することができる。
[0053]添加剤の濃度は、約０.０１g/l〜約５０g/lの無電解溶液、例えば、約０.０５g/l〜約４g/lの無電解溶液である。添加剤の一例は、界面活性剤ＲＥ６１０であり、約０.０１g/l〜約５g/lの濃度で無電解組成物に添加することができる。安定剤、例えば、チオウレアやグリコール酸は、約１重量.％以下、例えば、約０.０１重量.％の濃度で組成物中にあってもよい。
[0054]ボラン含有組成物は、pＨ約８〜約１３を与えるpＨ調整剤を更に含むことができる。適切なpＨ調整剤としては、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、水酸化ナトリウム（ＮaＯＨ）、水酸化アンモニウム誘導体、例えば、水酸化テトラメチルアンモニウム、又はその組合わせが挙げられる。
[0055]金属層を形成するステップは、約６０℃〜約９０℃、例えば、約７０℃〜約８０℃の組成物温度で約３０秒〜約１８０秒、例えば、約６０秒〜約１２０秒間、基板表面に本明細書に記載された金属無電解溶液を加えるステップを含んでいる。無電解溶液は、一般的には約５０ml/分〜約２０００ml/分、例えば、約７５０ml/分を含む約７００ml/分〜約９００ml/分の流量で供給される。一態様においては、無電解層を堆積させるために約１２０ml〜約２００mlの無電解溶液を全体に加えた。無電解溶液によって、一般的には、金属層の堆積が約５００オングストローム以下、例えば、約３００オングストローム〜約４００オングストロームの厚さまで与えられる。
[0056]ボラン含有還元剤により金属層を形成するためのコバルト無電解組成物の一例としては、塩約２０g/lの硫酸コバルト、約５０g/lのクエン酸ナトリウム、約４g/lのジメチルアミンボランが、組成物にpＨ約１０〜約１２を与えるのに十分な水酸化カリウムと共に挙げられ、これが基板表面に約７５０ml/分の流量で約８０℃の組成物温度で約１２０秒間加えられる。約１０g/lのタングステン酸ナトリウムを添加することによりコバルト-タングステン-ホウ素層が堆積される。
[0057]金属無電解堆積プロセスにおけるボラン含有還元剤は、開始層を必要とせずに露出した導電材料上に無電解堆積を可能にすると考えられる。まず開始層を金属無電解堆積の前に基板表面上に堆積した場合、典型的には２つの処理チャンバ内プロセスが行われる。金属無電解堆積プロセスが開始層を含まずに、例えば、金属無電解堆積においてボラン含有還元剤を使用して起こる場合、１つのチャンバ内で無電解堆積プロセスを行うことができる。
[0058]次に、基板表面は、ステップ１６０で超音波又はメガソニック洗浄プロセスにさらされる。洗浄組成物を用いる洗浄プロセスには、pＨ約１〜約３を与える希塩酸と脱イオン水が含まれる。洗浄組成物は、一般的には、基板表面に約１５℃〜約８０℃の温度で約５秒〜約３００秒間加えられる。
[0059]撹拌は、基板支持ペデスタル又は基板表面に加えられる超音波又はメガソニックエネルギーによって与えることができる。例えば、超音波エネルギーは、約１０〜約２５０ワット、例えば、約１０〜１００ワットで加えられる。超音波エネルギーの周波数は、それが可聴範囲外であり破壊的高調波が少ないので、約２５kＨz〜約２００kＨz、例えば、約４０kＨzより大きくてもよい。１種以上の超音波エネルギー源を用いる場合には、同時多重周波数を用いることができる。超音波エネルギーは約３〜約６００秒間加えることができるが、適用によってはそれより長い時間を用いることができる。
[0060]酸性洗浄組成物と超音波又はメガソニックエネルギーの適用は、あらゆる自由コバルト粒子を洗浄し、堆積中に形成されるあらゆる酸化コバルト又は反応副生成物、例えば、Ｃo(ＯＨ)2を除去すると考えられる。洗浄液も、コバルト物質の薄層、例えば、約２０オングストローム以下を除去し、基板表面上や露出した導電材料の上のコバルト物質のいかなる不規則な成長も横の成長も取り除くと考えられる。次に、アニーリングプロセス又は続いての堆積プロセスのような追加の処理のために基板が搬送されてもよい。
[0061]更に、開始層にしても金属層にしても無電解溶液から物質を堆積させる方法は、無電解堆積プロセスの間に利用可能であれば（例えば、シード層）基板構造の導電性部分にバイアス、例えば、ＤＣバイアスを加えることを含むことができる。バイアスは、堆積プロセスの間に触媒層に形成された捕捉水素ガスの除去を援助すると考えられる。
[0062]開始層及び/又は金属層は、約１００℃〜約４００℃、例えば、約１００℃〜約３００℃の温度でアニール（即ち、加熱）することができる。アニールは、例えば、１mＴorrより低い圧力で真空中で行うことができる。或いは、アニールは、ガス雰囲気、例えば、１種以上の希ガス（例えば、アルゴンやヘリウム）、窒素、水素、又はその混合物中で行うことができる。一実施形態においては、アニールは、少なくとも約１分間行われる。他の実施形態においては、アニールは約１〜約１０分間行われる。アニールは、迅速熱アニールプロセスにより行うことができる。基板をアニールすると、バリヤ層やシード層を含む、基板表面と露出した導電材料への無電解堆積物質の接着が促進されると考えらる。アニールは堆積の間、無電解堆積物質中に生じた水素の除去を援助すると考えられる。
メタライゼーション堆積プロセス
[0063]本明細書に記載されたプロセスの実施形態は、特徴部形成において不働態化層、バリヤ層、シード層、金属シリサイド層のために金属層と金属シリサイド層を堆積させることに関する。次の実施形態は、説明のために示され、本明細書に記載される本発明を制限するものとして解釈又は判断されるべきではない。
不働態化層堆積
[0064]一態様においては、図２Ａ-図２Ｄに示されるように、金属層が露出した特徴部上に不働態化層として堆積される。図２Ａでは、基板２００は特徴部２５０がその中に形成されて示されている。特徴部２５０は、慣用のフォトリソグラフィ法とエッチング法によってフォトレジスト物質を堆積しパターン形成して１種以上の誘電材料２１０中に特徴部の開口２４０を画成し、誘電材料２１０をエッチングしてアパーチャ２４０を画成することにより形成される。1種以上の誘電材料２１０としては、例えば、二酸化シリコン、リンドープされたシリコンガラス（ＰＳＧ）、ホウ素-リン-ドープされたシリコンガラス（ＢＰＳＧ）、炭化シリコン、炭素ドープされた二酸化シリコン、及びフルオロシリコンガラス（ＦＳＧ）、ポリイミドのようなポリマー、又はカリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社から入手できるブラックダイヤモンド(登録商標)のような炭素含有酸化シリコンを含む低誘電率材料が挙げられる。本発明は、また、１種以上の誘電材料２１０が、当該技術において既知又は不明の方法によって堆積されるポリシリコン、ドープされたポリシリコン、又はその組合わせを含む半導体のシリコン含有物質を含むことができることを企図する。
[0065]バリヤ層２２０は、誘電材料上に堆積される。バリヤ層２２０は、下にある基板又は誘電層へ続いて堆積された物質の拡散を防止又は阻止するために堆積することができる。適切なバリヤ層材料としては、高融点金属や高融点金属窒化物、例えば、タンタル（Ｔa）、窒化タンタル（ＴaＮx）、チタン（Ｔi）、窒化チタン（ＴiＮx）、タングステン（Ｗ）、窒化タングステン（ＷＮx）、コバルト、コバルト-タングステン合金、コバルト-リン合金、コバルト-スズ合金、コバルト-タングステン-リン、コバルト-タングステン-ホウ素のようなコバルト合金、及びその組合わせが挙げられる。バリヤ層は、特に、化学気相堆積（ＣＶＤ）、物理気相堆積（ＰＶＤ）、無電解堆積法、又は分子線エピタキシー法により堆積させることができる。バリヤ層は、同様の手法又は組合わせの手法によって個々に又は連続して堆積した多層膜、例えば、いずれの層も物理気相堆積法によって堆積したタンタル層上に堆積した窒化タンタル層であってもよい。
[0066]次に、導電材料２３０を特徴部へ堆積することによりアパーチャ２４０が充填される。導電材料２３０は、例えば、銅又はタングステンを含めることができる。導電材料２３０は、化学気相堆積（ＣＶＤ）、物理気相堆積（ＰＶＤ）、電気めっきのような電気化学堆積法、又はその組み合わせによって堆積させることができ、例えば、銅は電気めっき法によって堆積される。場合によっては、導電材料のシード層（図示されていない）を、導電材料２３０の前に導電材料２３０の続いての堆積を核形成し増強するために堆積させることができる。
[0067]アパーチャ２４０内に物質を堆積した後、充填されたアパーチャは、化学機械的研磨（ＣＭＰ）のような基板表面とアパーチャの上部を平坦化して特徴部２５０を形成するために更に処理することができる。平坦化プロセスの間、１種以上の誘電材料２１０、バリヤ層２２０、導電材料２３０の部分が、構造の上から除去されて図２Ａに示されるように誘電材料２１０中の特徴部２５０の導電材料２４５が露出した平坦な表面が残る。
[0068]次に、基板をすすぎ又は洗浄する。一すすぎ又は洗浄プロセスには、すすぎステップ前に酸性前洗浄組成物又はエッチング組成物にさらして図２Ｂにおいて破線２６０で示される基板表面の少なくとも一部を除去するステップが含まれてもよい。前洗浄組成物は、例えば、約０.５重量.％のＨＦ酸の酸性溶液を含んでもよく、基板表面に約２０℃〜約２５℃の組成物温度で約３０秒〜約６０秒の間加えられる。次に、エッチングされた基板を脱イオン水ですすいで基板表面から全ての前洗浄液を除去する。
[0069]次に、ステップ１３０で基板表面上に開始層２７０が堆積される。図２Ｃにおいては、基板表面の露出した導電材料上に貴金属を無電解堆積することにより開始層２７０が堆積される。開始層２７０は、露出した導電材料２４５上に選択的に形成される。開始層は、例えば、約８０ppm〜約３００ppmの塩化パラジウム（ＰdＣl2）と、pＨ約１〜３を与えるのに十分な塩酸（ＨＣl）を含んでいる開始無電解溶液により堆積させることができる。開始無電解溶液の酸性度は、一般的には、無電解堆積プロセスの間、基板の金属又は誘電体の表面から酸化銅を含む金属酸化物のような酸化物を除去又は還元するのに効果的である十分な量で与えられる。開始無電解溶液は、一般的には、約２０℃〜２５℃の溶液温度で約５秒〜約６０秒間、又は開始層を約１０オングストローム以下の厚さまで堆積させるのに十分な条件で基板表面に加えられる。
[0070]或いは、ホウ化物層は、バリヤ層をボラン含有還元剤、例えば、約４g/lのジメチルアミンボラン（ＤＭＡＢ）と、組成物にpＨ約９を与えるのに十分な水酸化ナトリウムを含む組成物にさらし、基板表面に約２５℃の組成物温度で約３０秒間加えることにより形成することができる。次に、基板表面を脱イオン水ですすいで残存するあらゆる無電解溶液又はボラン含有組成物を除去する。
[0071]次に、図２Ｄに示されるようにコバルト又はコバルト合金のような金属の不働態化層２８０が開始層上に堆積される。不働態化層は、金属塩と還元剤を含有する無電解溶液を用いて無電解法から堆積される。例えば、不働態化層を形成するために約２.５g/l〜約２０g/lの塩化コバルトや硫酸コバルト、約１５g/l〜約３０g/lの次亜リン酸ナトリウム、pＨ約９〜約１１のpＨレベルを与えるのに十分な塩基の不働態化無電解溶液を用いることができる。ジメチルアミンボランは、約０.２５g/l〜約６g/lの濃度で還元剤として用いることができる。不働態化無電解溶液は、一般的には、基板表面に約２０℃〜約２５℃の溶液温度で約５秒〜約１２０秒間加えられる。
[0072]次に、基板表面は、約１５℃〜約８０℃の溶液温度で約５秒〜約３００秒間、pＨ約１〜約３のＨＣlを含む洗浄組成物を用いて洗浄される。洗浄組成物及び/又は基板に超音波エネルギーを加えて洗浄プロセスを改善する。洗浄組成物は、一般的には約２０オングストローム以下の不働態化層を除去するのに十分な条件下で加えられる。
バリヤ/シード層堆積
[0073]一態様においては、無電解堆積処理によるシード層又はバリヤ層は、メタライゼーションプロセスで本明細書に記載される。
[0074]次の説明は、本明細書に記載されるプロセスによるシード層の堆積についてであり、本発明は、基板の誘電体表面を直接開始層を形成するための組成物をさらすことにより本明細書に記載される無電解プロセスによってバリヤ層を堆積することを企図する。開始層は、誘電体表面上に形成し、その上にコバルトのような金属層の堆積を可能にする。開始層は、露出した誘電体表面の上に連続又は不連続に形成することができる。例えば、パラジウムはコバルトバリヤ堆積のために誘電材料上に堆積され得る。コバルトがバリヤ層物質に用いられる場合には、シード層は銅材料であってもよい。
[0075]一態様においては、図３Ａ-図３Ｄに示されるようにメタライゼーションスキームで本明細書に記載される無電解プロセスによってシード層が堆積される。図３Ａにおいては、アパーチャ３２０が１種以上の誘電材料３１０中に形成された基板３００が示されている。アパーチャ３２０は、慣用のフォトリソグラフィ法やエッチング法によってフォトレジスト物質を堆積しパターン形成して１種以上の誘電材料３１０中に特徴部開口を画成し、次に誘電材料３１０をエッチングしてアパーチャ３２０を画成することにより形成される。
[0076]１種以上の誘電材料３１０としては、例えば、二酸化シリコン、リンドープされたシリコンガラス（ＰＳＧ）、ホウ素-リンドープされたシリコンガラス（ＢＰＳＧ）、炭化シリコン、カーボンドープされた二酸化シリコン、及びフルオロシリコンガラス（ＦＳＧ）、ポリイミドのようなポリマー、及びカリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社から入手できるＢlack Ｄiamond(登録商標)のような炭素含有酸化シリコンを含む低誘電率物質が挙げられる。本発明は、また、層３１０が当該技術において既知又は不明の方法によって堆積されるポリシリコン、ドープされたポリシリコン、又はその組合わせを含む半導体のシリコン含有物質を含むことができることを企図する。
[0077]バリヤ層３３０は、図３Ｂに示されるようにアパーチャ３２０の中基板を形成する誘電材料の上に堆積される。バリヤ層３３０は、バリヤ層３３０の上に続いて堆積された物質の下にある基板又は誘電層へ拡散を防止又は阻止するために堆積することができる。適切なバリヤ層材料としては、高融点金属や高融点金属窒化物、例えば、タンタル（Ｔa）、窒化タンタル（ＴaＮx）、チタン（Ｔi）、窒化チタン（ＴiＮx）、タングステン（Ｗ）、窒化タングステン（ＷＮx）、コバルト、コバルト-タングステン合金、コバルト-リン合金、コバルト-スズ合金、コバルト-タングステン-リン、コバルト-タングステン-ホウ素のようなコバルト合金、及びその組合わせが挙げられる。バリヤ層３３０は、特に、化学気相堆積（ＣＶＤ）、物理気相堆積（ＰＶＤ）、無電解堆積法、又は分子線エピタキシー法により堆積することができる。バリヤ層３３０は、同様の手法又は組合わせの手法によって個々に又は連続して堆積した多層膜、例えば、いずれの層も物理気相堆積法によって堆積したタンタル層上に堆積した窒化タンタル層であってもよい。
[0078]金属層のシード層３４０は、図３Ｃに示されるように無電解堆積プロセスによってバリヤ層３３０の上に堆積される。適切なシード層物質は、コバルト、コバルト合金、例えば、コバルト-タングステン合金、コバルト-リン合金、コバルト-スズ合金、コバルト-タングステン-リン合金、コバルト-タングステン-ホウ素、又はその組合わせを含んでいる。シード層は、まず開始層を形成又は堆積し、次にシード層物質のバルクを形成又は堆積することにより堆積させることができる。
[0079]例えば、開始層２７０は、約８０ppm〜約３００ppmの塩化パラジウム（ＰdＣl2）と、pＨ約１〜３を与えるのに十分な塩酸（ＨＣl）を含んでいる開始無電解溶液により貴金属堆積させることができる。開始無電解溶液は、一般的には、約２０℃〜２５℃の溶液温度で約５秒〜約６０秒間、又は開始層を約１０オングストローム以下の厚さまで堆積させるのに十分な条件で基板表面に加えられる。
[0080]或いは、ホウ化物層は、バリヤ層をボラン含有還元剤、例えば、約４g/lのジメチルアミンボラン（ＤＭＡＢ）と、組成物にpＨ約９を与えるのに十分な水酸化ナトリウムを含む組成物にさらし、基板表面に約２５℃の組成物温度で約３０秒間加えることにより形成することができる。次に、基板表面を脱イオン水ですすいで残存するあらゆる無電解溶液又はボラン含有組成物を除去する。
[0081]次に、シード層物質、例えば、コバルト又はコバルト合金が開始層上に堆積される。シード層物質のバルクは、金属塩と還元剤を含有する無電解溶液を用いて無電解法から堆積される。例えば、約２.５g/l〜約２０g/lの塩化コバルト及び/又は硫酸コバルトと、約１５g/l〜約３０g/lの次亜リン酸ナトリウムと、pＨ約９〜約１１のpＨレベルを与えるのに十分な塩基の無電解溶液を用いることができる。ジメチルアミンボランは、約０.２５g/l〜約６g/lの濃度で還元剤として用いることができる。無電解溶液は、一般的には、基板表面に約２０℃〜約２５℃の溶液温度で約５秒〜約１２０秒間加えられる。
[0082]次に、基板表面が約１５℃〜約８０℃の溶液温度で約５秒〜約３００秒間、pＨ約１〜約３のＨＣlを含む洗浄組成物を用いて洗浄される。洗浄組成物及び/又は基板に超音波エネルギーを加えて洗浄プロセスを改善する。洗浄組成物は、一般的には約２０オングストローム以下のシード層３４０を除去するのに十分な条件下で加えられる。
[0083]次に、アパーチャは、導電材料３５０を特徴部へ堆積することにより充填される。導電材料３５０は、例えば、銅又はタングステンを含めることができる。導電材料３５０は、化学気相堆積（ＣＶＤ）、物理気相堆積（ＰＶＤ）、電気めっきのような電気化学堆積法、又はその組み合わせによって堆積することができ、例えば、銅は電気めっき法によって堆積される。コバルトバリヤ層又はシード層上のタングステンの導電性充填物の一例は、“新規なスパッタ堆積法を用いたバリヤ形成”と称する２００２年１月９日出願の米国特許出願第１０/０４４,４１２号に詳細に記載されており、この開示内容は本明細書の開示内容又は特許請求の範囲と一致する程度まで本明細書に援用されている。
[0084]アパーチャ２４０内に物質を堆積した後、充填されたアパーチャは、例えば、化学機械的研磨（ＣＭＰ）によってアパーチャの上部をアニーリング又は平坦化して特徴部を形成することにより更に処理することができる。平坦化プロセスの間、１種以上の誘電材料３１０、バリヤ層３３０、シード層３４０、導電材料３５０の部分が、構造の上から除去されて誘電材料３１０中の露出した導電材料３５０が残っている完全に平坦な表面が残る。
シリサイド層形成
[0085]金属シリサイド層は、シリコン含有物質上に金属を堆積させ、金属とシリコン含有物質をアニールして金属シリサイド層を形成することにより形成することができる。金属シリサイドは、金属とシリコンの合金として本明細書に広く定義され、複数の原子価相に存在することができる。例えば、コバルトとシリコンは、ＣoＳi相やＣoＳi2相内に存在し得る。金属シリサイド層を形成するアニーリングプロセスは、１以上のアニーリングステップにおいて行うことができ、堆積プロセスと同時に行うことができる。
[0086]次の説明はコバルト又はコバルト合金層から金属シリサイド層の形成を記載するものであるが、本発明は、本明細書に記載されるような金属シリサイド物質を形成するために、ニッケル、スズ、チタン、タンタル、タングステン、モリブデン、白金、鉄、ニオブ、パラジウム、白金、又はその組合わせを含む他の物質、又はニッケルコバルト合金、コバルトタングステン合金、コバルトニッケルタングステン合金、ドープされたコバルトとニッケル合金、又はニッケル鉄合金を含む他の合金の使用を企図する。
[0087]金属シリサイド適用の一例は、図４に示されるＭＯＳデバイスの形成を含んでいる。図示されたＭＯＳ構造においては、導電性Ｎ+供給源とドレイン領域４０２、４０４は、フィールド酸化物部分４０６に隣接したＰ型シリコン基板４００に形成される。ゲート酸化物層４０８とポリシリコンゲート電極４１０は、酸化物スペーサ４１２がポリシリコンゲート電極４１０の側壁上に形成された供給源とドレイン領域４０２と４０４の間のシリコン基板４００上に形成される。
[0088]コバルト層は、本明細書に記載されるプロセスにより、ＭＯＳ構造上に、特に導電性供給源とドレイン領域４０２と４０４の露出したシリコン表面と、ポリシリコンゲート電極４１０の露出した上面上に堆積される。
[0089]一態様においては、コバルト層は、本明細書に記載されたプロセスによって堆積させることができる。例えば、開始層を、まず基板表面上、特に導電性供給源とドレイン領域４０２と４０４の露出したシリコン表面上に堆積する。開始層（図示されていない）は、貴金属を含んでもよく、シリサイドを形成する貴金属が典型的には用いられる。開始層は、約８０ppm〜約３００ppmの塩化パラジウム（ＰdＣl2）とpＨ約１〜３を得るのに十分な塩酸（ＨＣl）を含む開始無電解溶液によって堆積される。開始無電解溶液は、一般的には、約２０℃〜２５℃の溶液温度で約５秒〜約６０秒間、又は開始層を約１０オングストローム以下の厚さまで堆積させるのに十分な条件で基板表面に加えられる。
[0090]或いは、ホウ化物層は、ボラン含有還元剤、例えば、４g/lのジメチルアミンボラン（ＤＭＡＢ）と組成物にpＨ約９を与えるのに十分な水酸化ナトリウムを含む組成物にシリコン系物質を晒すことにより形成することができ、基板表面に約２５℃の組成物温度で約３０秒間加えられる。次に、基板表面を脱イオン水ですすいで残存するあらゆる無電解溶液又はボラン含有組成物を除去する。
[0091]次に、コバルト又はコバルト合金の金属層が開始層上に堆積される。コバルト層は、コバルト塩と還元剤を含む無電解溶液を用いた無電解法から堆積される。例えば、約２.５g/l〜約２０g/lの塩化コバルト及び/又は硫酸コバルト、約１５g/l〜約３０g/lの次亜リン酸ナトリウム、pＨ約９〜約１１のpＨレベルを与えるのに十分な塩基の無電解溶液を用いることができる。ジメチルアミンボランは、約０.２５g/l〜約６g/lの濃度で還元剤として用いることができる。無電解溶液は、約２０℃〜約２５℃の溶液温度で約５秒〜約１２０秒間基板表面に加えられる。次に、後続の処理の前に基板表面を洗浄することができる。
[0092]４０２と４０４の下にあるシリコンと続いて反応のためにコバルト物質は約１０００オングストローム以下の厚さまで堆積される。例えば、コバルトは、シリコン物質上に約５０オングストローム〜約５００オングストロームの厚さまで堆積することができる。
[0093]一態様においては、コバルト層は、次にコバルトシリサイドを形成するために２ステップのアニーリングプロセスによってアニールされる。例えば、２ステップアニーリングプロセスを用いて、コバルトとシリコンを第一コバルトシリサイド（ＣoＳi）相に部分的に又は完全に変換するように金属層を金属シリサイドの第一相に変換し、続いて第二アニーリングステップにおいて第一コバルトシリサイド（ＣoＳi）相をコバルトシリサイド（ＣoＳi2）生成物に変換するように金属層を所望のシリサイド相に変換する。
[0094]１以上のアニールステップは、一般的には、約３００℃〜約９００℃のアニーリング温度で行われ、それぞれ約１０秒〜約６００秒間であってもよい。例えば、基板は、約４００℃〜約６００℃の温度に約５秒〜約３００秒間、例えば、約５００℃に約６０秒〜約１２０秒間加熱することができ、次に約６００℃〜約９００℃の温度に約５秒〜約３００秒間、例えば、８００℃で約６０秒〜約１２０秒間加熱することができる。
[0095]第一アニーリングステップは、コバルト層の堆積直後に行うことができる。第二アニーリングステップは、続いての物質を堆積する前後に、又は間に、例えば、タングステン充填層の化学気相堆積中に行うことができる。第二アニーリングプロセスのアニーリング温度は、一般的には第一アニーリングプロセスより高い。
[0096]金属シリサイドを形成するための２ステップアニーリングプロセスは、“物理気相堆積システムにおけるインサイチュアニーリングプロセス”と称する２００１年７月２５日出願の米国特許出願第０９/９１６,２３４号、“新規なスパッタ堆積方法を用いたバリヤ形成”と称する２００２年１月９日出願の米国特許出願第１０/０４４,４１２号に詳細に記載されており、この開示内容は本明細書の開示内容又は特許請求の範囲と一致する程度まで本明細書に援用されている。
[0097]デバイスにおいてコンタクト画成部４２０を与えるために、誘電材料４２２が形成された構造上に堆積されエッチングされてもよい。次に、コンタクト画成部を、本明細書に記載される化学気相堆積法からタングステン、アルミニウム、又は銅のようなコンタクト材料で充填することができる。
[0098]一態様においては、アニーリングプロセスからの反応していないコバルトが、典型的にはウェットエッチングプロセス又はプラズマエッチングプロセスによって基板表面から除去することができ、コバルトシリサイドがシリコン基板４００におけるポリシリコンゲート電極４１０の上と、供給減とドレイン領域４０２と４０４の上に形成されたそれぞれ一様な厚さのコバルトシリサイド（ＣoＳi2）部分４１４、４１６、４１８として残る。反応していないコバルトは、同一の真空処理システム上に位置するＤＰＳ(登録商標)チャンバにおいてプラズマ処理により除去することができ、処理のために他の処理システムに搬送することもできる。ウェットエッチングプロセスは、典型的には第二処理システム内で行われる。
[0099]金属シリサイド層からの反応していない金属層の選択的エッチングは、同時に又はアニーリング後に行うことができる。バリヤ物質層又は第二金属層のような物質の追加の堆積は、同時に又はアニーリング後に行うことができる。
[00100]図示されていないが、窒化チタンのような物質のバリヤ層又はライナ層は、コバルト層のバリヤ特性を更に高めるためにコバルト物質上に堆積することができる。窒化チタン層の堆積によって、上記の反応していないコバルトを除去するステップが置き換えられる。しかしながら、反応していないコバルトとチタンは、本明細書に記載されるアニールプロセスに従って基板表面のアニーリング後にエッチング処理によって除去されてもよい。
[00101]上記は本発明の実施形態に関するが、本発明の基本的範囲から逸脱することなく本発明の更に多くの実施形態を構成することができ、本発明の範囲は、次の特許請求の範囲によって決定される。
本発明の一実施形態に従って導電層を堆積するのに行われるステップを示すフローチャートである。 図２Ａ〜図２Ｃは、本明細書に記載される一堆積プロセスの略断面図である。 図３Ａ〜図３Ｃは、本明細書に記載される一堆積プロセスの略断面図である。 トランジスタにおいてコンタトとして用いられるシリサイド物質の簡易断面図である。
符号の説明
１００…プロセス、１１０…ステップ、１２０…ステップ、１３０…ステップ、１４０…ステップ、１５０…ステップ、１６０…ステップ、２００…基板、２１０…誘電材料、２２０…バリヤ層、２３０…導電材料、２４０…アパーチャ、２５０…特徴部、２６０…破線、２７０…開始層、２４５…露出した導電材料、２８０…不働態化層、３００…基板、３１０…誘電材料、３２０…アパーチャ、３３０…バリヤ層、３４０…シード層、３５０…導電材料、４００…基板、４０２…Ｎ+供給源、４０４…ドレイン領域、４０８…ゲート酸化物層、４１０…ポリシリコンゲート電極、４１２…酸化物スペーサ、４２２…誘電材料、４２０…コンタクト画成部。

Claims (40)

  1. 基板を処理する方法であって、
    基板表面をpＨが約７以下の第一無電解溶液にさらすことにより基板表面上に開始層を堆積させるステップと、
    該第一無電解溶液の該基板表面を洗浄するステップと、
    該開始層を第二無電解溶液にさらすことにより該開始層上に第二導電材料を堆積させるステップと、
    を含む、前記方法。
  2. 該開始層が連続又は非連続である、請求項１記載の方法。
  3. 開始層を堆積させる前に、基板表面を研磨して誘電材料中に配置された第一導電材料をさらすステップと、
    該基板表面を洗浄する前に該基板表面から酸化物を除去するステップと、
    を更に含む、請求項１記載の方法。
  4. 該第一無電解溶液が貴金属塩と無機酸とを含み、ここで、該貴金属塩がパラジウム塩、白金塩、又はその組合わせを含み、塩化物、硫酸塩、スルファミン酸塩、又はその組合わせの群より選ばれ、該無機酸が塩酸、硫酸、フッ化水素酸、又はその組合わせの群より選ばれる、請求項１記載の方法。
  5. 該貴金属塩の濃度が無電解溶液の百万分の約２０と１リットル当たり約２０グラムの間にある、請求項４記載の方法。
  6. 該第一無電解溶液のpＨが約１〜約３である、請求項４記載の方法。
  7. 該第一導電材料が銅であり、該開始層がパラジウム、白金、及びその組合わせの群より選ばれた貴金属を含み、該第二導電材料がコバルト又はコバルト合金を含み、ここで、該基板表面を貴金属塩、無機酸を有し且つpＨが約１〜３である酸性無電解溶液にさらすことにより露出した銅特徴部上に該貴金属を選択的に堆積させる、請求項１記載の方法。
  8. 該基板表面が誘電材料とその中に形成されたアパーチャを含んでいる、請求項１記載の方法。
  9. 該第二導電材料上にシード層を堆積させるステップと、
    該シード層上に第三導電材料を堆積させるステップと、
    を更に含む、請求項８記載の方法。
  10. 該第二導電材料上に第三導電材料層を堆積させるステップを更に含む、請求項８記載の方法。
  11. 該基板表面が、その上に配置されたシリコン系導電材料をその中に形成されたパターン形成アパーチャと共に含んでいる、請求項１記載の方法。
  12. 該シリコン系導電材料と該第二導電材料を１種以上のアニーリングプロセスを用いて反応させることにより金属シリサイド層を形成するステップを更に含む、請求項１１記載の方法。
  13. 該金属シリサイド層上に第三導電材料を堆積させるステップを更に含む、請求項１２記載の方法。
  14. １種以上の該アニーリングプロセスが、該基板を約３００℃〜約９００℃の温度でアニールして該金属シリサイド層を形成するステップを含む、請求項１２記載の方法。
  15. １種以上のアニーリングステップのいずれかの後に反応していない第二導電材料をエッチングするステップを更に含む、請求項１２記載の方法。
  16. 該第三導電材料を堆積させる前に該第二導電材料上にバリヤ材料層を堆積させる、請求項１２記載の方法。
  17. フッ化水素浸漬法又はプラズマエッチング法によって該基板表面を処理して酸化物形成を除去するステップを更に含む、請求項１２記載の方法。
  18. 基板表面を研磨して誘電材料中に配置された第一導電材料をさらすステップと、
    該基板表面を酸性溶液でエッチングするステップと、
    該開始層を堆積させる前に該酸性溶液の該基板表面を洗浄するステップと、
    を更に含む、請求項１記載の方法。
  19. 該酸性溶液が約０.２重量％〜約５重量％のフッ化水素酸を含んでいる、請求項１８記載の方法。
  20. 該基板表面をエッチングする該ステップが、該基板表面を約０.２重量％〜約５重量％のフッ化水素酸を含んでいる酸性溶液に約１５℃〜約６０℃の温度で約３００秒以内さらす工程を含んでいる、請求項１８記載の方法。
  21. 基板を処理する方法であって、
    基板表面を研磨して誘電材料に配置された第一導電材料をさらすステップと、
    該基板表面をホウ素含有還元剤を含んでいる溶液にさらして露出した該第一導電材料上に開始部位を形成するステップと、
    該基板表面を還元剤を含有する無電解溶液にさらすことにより該開始部位上に第二導電材料を堆積させるステップと、
    を含む、前記方法。
  22. 該ホウ素含有還元剤が、アルカリ金属ボロヒドロリド、アルキルアミンボラン、又はその組合わせを含んでいる、請求項２１記載の方法。
  23. 該溶液が、ナトリウムボロヒドリド、ジメチルアミンボラン、及びその組合わせの群より選ばれた約０.２５g/l〜約６g/lのホウ素含有還元剤を含み、且つpＨが約８〜約１３である、請求項２１記載の方法。
  24. 該還元剤が非ホウ素含有還元剤を含む、請求項２１記載の方法。
  25. 該無電解溶液が、金属塩、界面活性剤、安定剤、錯化剤、又はその組合わせを更に含んでいる、請求項２４記載の方法。
  26. 該非ホウ素含有還元剤が次亜リン酸ナトリウムを含んでいる、請求項２４記載の方法。
  27. 該第一導電材料が銅、銅合金、コバルト、コバルト合金、及びその組合わせの群より選ばれ、該開始層がホウ化銅、ホウ化コバルト、又はその組合わせを含んでいる、請求項２１記載の方法。
  28. 該ホウ素含有還元剤を含んでいる該溶液の該基板表面を洗浄するステップを更に含む、請求項２１記載の方法。
  29. 誘電材料とその中に形成されたアパーチャを有する基板を処理する方法であって、
    該基板表面をホウ素含有還元剤を含む溶液ですすいで該誘電材料とその中に形成されたアパーチャ上に開始層を形成するステップと、
    還元剤を含有する無電解プロセスによって該開始層上に第一導電材料を堆積させるステップと、
    を含む、前記方法。
  30. 該第一導電材料上にシード層を堆積させるステップと、
    該シード層上に第二導電材料層を堆積させるステップと、
    を更に含む、請求項２９記載の方法。
  31. 該第一導電材料上に第二導電材料層を堆積させるステップを更に含む、請求項２９記載の方法。
  32. 該ホウ素含有還元剤がアルカリ金属ボロヒドロリド、アルキルアミンボラン、又はその組合わせを含んでいる、請求項２９記載の方法。
  33. 該溶液が、ナトリウムボロヒドリド、ジメチルアミンボラン、及びその組合わせの群より選ばれた約０.２５g/l〜約６g/lのホウ素含有還元剤を含み、且つpＨが約８〜約１３である、請求項２９記載の方法。
  34. 該還元剤が非ホウ素含有還元剤を含んでいる、請求項２９記載の方法。
  35. 該無電解溶液が、金属塩、界面活性剤、安定剤、錯化剤、又はその組合わせを更に含んでいる、請求項３４記載の方法。
  36. 該非ホウ素含有還元剤が次亜リン酸ナトリウムを含んでいる、請求項３４記載の方法。
  37. 該第一導電材料が銅、銅合金、コバルト、コバルト合金、及びその組合わせの群より選ばれ、該開始層がホウ化銅、ホウ化コバルト、又はその組合わせを含む、請求項２９記載の方法。
  38. 該第一導電材料、該シード層、又は該第二導電材料を堆積させる前にバリヤ層を堆積させるステップを更に含む、請求項３０記載の方法。
  39. 該基板が、その上に配置されたシリコン系導電材料とその中に形成されたパターン形成されたアパーチャを含み、該方法が
    ホウ素含有還元剤を含む該溶液の該基板表面を洗浄するステップと、
    該シリコン系導電材料と該第一導電材料を１種以上のアニーリングプロセスを用いて反応させることにより金属シリサイド層を形成するステップと、
    を更に含む、請求項２９記載の方法。
  40. 該基板表面をフッ化水素浸漬法又はプラズマエッチング法によって処理して酸化物形成を除去するステップを更に含む、請求項２１記載の方法。
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