JP2010503205A - 金属堆積のために基板表面を設計するためのプロセスおよび統合システム - Google Patents

Abstract

【課題】金属堆積のために基板表面を設計するためのプロセスおよび統合システム
【解決手段】実施形態は、銅配線について、エレクトロマイグレーション耐性を向上させるため、より低い金属抵抗率を提供するため、そして金属−金属またはシリコン−金属の界面接着を改善するために、金属−金属界面またはシリコン−金属界面を形成するプロセスおよび統合システムを提供する。統合システム内において、銅表面上にコバルト合金材料の薄い層を選択的に堆積させて、銅配線のエレクトロマイグレーション耐性を向上させるために、基板表面を調整する代表的方法が提供される。方法は、統合システム内において、基板表面から汚染物および金属酸化物を除去することと、汚染物および金属酸化物を除去した後に、統合システム内において、還元環境を使用して基板表面を再調整することとを含む。方法は、また、基板表面を再調整した後に、統合システム内において、銅配線の銅表面上にコバルト合金材料の薄い層を選択的に堆積させることも含む。また、上述された代表的方法を実施するためのシステムも、提供される。
【選択図】図８Ａ

Description

集積回路は、半導体基板上の個々の素子をつなぐためまたは集積回路に対して対外的に通信するために、導電性の配線を使用する。ビアおよびトレンチのための配線メタライゼーションは、アルミニウム合金および銅を含んでよい。エレクトロマイグレーション（ＥＭ）は、金属配線についてよく知られた信頼性の問題であり、電流密度によって決定される速度で電子が電流の方向に金属原子を押し動かすことによって引き起こされる。エレクトロマイグレーションは、最終的には金属線の細線化につながる恐れがあり、これは、結果として、抵抗率の増大、あるいは最悪の場合は金属線の破損を生じる恐れがある。幸いなことに、ＩＣ上の配線金属線は、その全てにおいて常に同じ方向に電流が流れているわけではなく、電源ラインおよびアースラインにおいてほぼそうであるのとは異なる。しかしながら、金属線が狭くなるにつれ（国際半導体技術ロードマップ（International Technology Roadmap for Semiconductors (ITRS)は、技術ノードごとに〜０．７倍の線幅縮小を呼びかけている）、エレクトロマイグレーションは、ますます問題になっている。

アルミニウム線において、ＥＭは、バルク現象であり、銅などの少量のドーパントの添加によって上手く制御される。他方、銅線におけるＥＭは、表面現象である。これは、銅が自由に移動することができるあらゆる場所において生じる可能性があり、一般に、銅と別の材料との接着に乏しい界面において生じる。今日のデュアルダマシンプロセスでは、これは、通常ＳｉＣ拡散バリア層である層と境を接する銅線上部において最も頻繁に発生するが、銅／バリア界面においても発生する恐れがある。次の技術ノードへの移行ごとに、そしてその結果としての電流密度の増大とともに、問題は悪化する。

ＥＭの問題、およびもう１つのよくある信頼性の問題である関連のストレスボイドに対する解決法は、プロセス統合の経緯であった。すなわち、最適化された堆積（すなわちバリアおよびシード層の厚さを低減させるような堆積）、堆積前および堆積後におけるウエハ洗浄、表面処理など、いずれも均質な表面を提供するとともに層間の接着を優れたものにして金属原子の移動およびボイドの伝搬を最小限にすることを狙いとしたプロセスを統合する経緯であった。デュアルダマシンプロセスでは、（コンタクトおよびビアのための）トレンチおよびホールが誘電体内にエッチングされ、次いで、タンタル（Ｔａ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、または両膜の組み合わせなどのバリア材料で裏打ちされる。次いで、銅シード層の堆積、銅の電解めっき、ＣＭＰを使用した銅の平坦化、およびＳｉＣ／ｌｏｗ−ｋ／ＳｉＣなどの誘電体スタックの堆積が続く。銅は、空気に曝露されるとその上に容易に酸化物を形成されるので、銅とＳｉＣとの間に優れた接着を保証するには、銅にＳｉＣを被せる前に適切なＣＭＰ後洗浄および酸化銅除去を行う必要がある。ＳｉＣ堆積に先立つ酸化銅の除去は、優れたＥＭ耐性の実現およびその結果としての金属抵抗率の低減にとって不可欠である。

近年では、ＳｉＣ誘電体バリア層の前に、ＣｏＷＰ（コバルト・タングステン・リン）、ＣｏＷＢ（コバルト・タングステン・ホウ素）、またはＣｏＷＢＰ（コバルト・タングステン・リン化ホウ素）などのコバルト合金キャップ層を銅に被せると、銅の上にＳｉＣを設ける場合と比べて大幅にエレクトロマイグレーションが改善されることが示されている。図１は、銅層２３，３３の上になおかつ誘電体キャップＳｉＣ層２５，３５の下にコバルト合金キャップ層２０，３０がそれぞれ堆積されたことを示している。層２４，３４として、Ｔａおよび／ＴａＮのバリア層が例示されている。コバルト合金層２０，３０は、銅２３，３３とＳｉＣキャップ層２５，３５との間の接着を改善する。コバルト合金層２０，３０は、いくらかの銅拡散バリア特性を呈することもできる。コバルト合金キャップ層は、無電解堆積によって銅上に選択的に堆積させることができる。しかしながら、無電解堆積は、銅が空気に曝露されると形成されえる薄い酸化銅の層によって阻まれる恐れがある。さらに、銅表面上および誘電体表面上の汚染物は、パターン依存性のめっき効果を引き起こす恐れがある。パターン依存性のめっき効果には、パターン依存性のＣｏ合金厚さ、およびＣｏめっき反応を開始させるために必要とされる「インキュベーション時間」中のエッチングに一部起因するパターン依存性の銅線厚さ喪失などがある。したがって、コバルト合金などの金属キャップ層を堆積させる直前に、処理環境を制御することによって、自然酸化銅の成長を制限（すなわち制御）することならびに銅表面上の酸化銅および有機汚染物と誘電体表面上の有機汚染物および金属汚染物とを除去することが重要である。さらに、パターン依存性の堆積ばらつきを少なくするには、誘電体表面を制御して、それがパターン密度の異なる構造に及ぼす影響を標準化しなければならない。優れた界面接着および優れたＥＭ耐性を保証するには、銅層間２３，３３、銅−バリア層間３３，３４および２３，２４、ならびに接着促進層（すなわち金属キャップ層）とコバルト合金層２０，２０などとの間の金属−金属界面を設計することが非常に重要である。さらに、金属線が狭くなるにつれ、物理気相成長（ＰＶＤ）によるバリア膜およびシード膜が金属線に占める部分が大きくなり、これは、実効抵抗率を、ひいては電流密度を増大させる。薄くて共形のバリア層およびシード層は、共形のステップカバレッジおよび許容可能なバリア特性を提供する原子層成長（ＡＬＤ）バリア（ＴａＮ、Ｒｕ、または異種混合）と、共形のシード層を提供する無電解Ｃｕプロセスとによって、この傾向を軽減することができる。しかしながら、これまでは、生成されるＡＬＤ ＴａＮバリア膜に接着することができる無電解Ｃｕシード層がなかった。

以上から、銅配線について、エレクトロマイグレーション耐性を向上され、シート抵抗を低減され、界面接着を改善された金属−金属界面を形成するシステムおよびプロセスが必要とされている。

概して、実施形態は、銅配線について、エレクトロマイグレーション耐性を向上させるため、より低い金属抵抗率を提供するため、そして金属−金属またはシリコン−金属の界面接着を改善するために、改善された金属−金属界面またはシリコン−金属界面を提供するプロセスおよび統合システムを提供することによって、必要性を満たすものである。本発明は、解決策、方法、プロセス、装置、またはシステムを含む多くの方式で実現することが可能である。以下では、本発明のいくつかの実施形態が説明される。

一実施形態では、統合システム内において、基板の銅配線の銅表面上にコバルト合金材料の薄い層を選択的に堆積させて、銅配線のエレクトロマイグレーション耐性を向上させるために、基板の基板表面を調整する方法が提供される。方法は、統合システム内において、基板表面から汚染物および金属酸化物を除去することと、汚染物および金属酸化物を除去した後に、統合システム内において、還元環境を使用して基板表面を再調整することとを含む。方法は、また、基板表面を再調整した後に、統合システム内において、銅配線の銅表面上にコバルト合金材料の薄い層を選択的に堆積させることも含む。

別の一実施形態では、銅配線の銅表面上にコバルト合金材料の薄い層を選択的に堆積させることを可能にして、銅配線のエレクトロマイグレーション耐性を向上させるために、制御環境内において基板を搬送および処理するための統合システムが提供される。統合システムは、実験室雰囲気搬送チャンバであって、該実験室雰囲気搬送チャンバに結合された基板カセットから統合システム内へと基板を搬送可能である実験室雰囲気搬送チャンバと、実験室雰囲気搬送チャンバに結合され、基板表面上の金属有機錯体汚染物を除去するために基板表面を洗浄する基板洗浄リアクタとを含む。

システムは、また、圧力が１トール未満の真空下において動作され、少なくとも１つの真空プロセスモジュールを結合された真空搬送チャンバと、基板表面から有機汚染物を除去するための真空プロセスモジュールであって、真空搬送チャンバに結合された少なくとも１つの真空プロセスモジュールの１つであり、圧力が１トール未満の真空下において動作される真空プロセスモジュールとを含む。統合システムは、さらに、不活性ガスの群より選択される不活性ガスで満たされた制御雰囲気搬送チャンバと、該制御雰囲気搬送チャンバに結合された少なくとも１つの制御雰囲気プロセスモジュールとを含む。また、システムは、基板表面が金属汚染物および有機汚染物を除去され銅表面が酸化銅を除去された後に、銅配線の銅表面上にコバルト合金材料の薄い層を堆積させるために使用される無電解コバルト合金材料堆積プロセスモジュールであって、制御雰囲気搬送チャンバに結合された少なくとも１つの制御雰囲気プロセスモジュールの１つであり、不活性ガスの群より選択される不活性ガスで満たされ、プロセス流体が脱ガスされる流体配送システムを有する無電解コバルト合金材料堆積プロセスモジュールを含む。

別の一実施形態では、統合システム内において、基板の銅配線構造に裏打ちするために金属バリア層を堆積させ、金属バリア層の表面上に薄い銅シード層を堆積させて、銅配線のエレクトロマイグレーション耐性を向上させるために、基板の基板表面を調整する方法が提供される。方法は、統合システム内において、表面金属酸化物を除去するために下位の金属の露出表面を洗浄することを含む。下位の金属は、銅配線に電気的につながれる下位の配線の一部である。方法は、また、統合システム内において、銅配線構造に裏打ちするために金属バリア層を堆積させることを含む。金属バリア層を堆積させた後、基板は、金属バリア酸化物の形成を阻止するために、制御環境内において搬送され処理される。方法は、さらに、統合システム内において、薄い銅シード層を堆積させることと、統合システム内において、薄い銅シード層の上にギャップ充填銅層を堆積させることとを含む。

別の一実施形態では、統合システム内において、銅配線構造の金属バリア層の表面上に薄い銅シード層を堆積させて、銅配線構造のエレクトロマイグレーション耐性を向上させるために、基板の金属バリア表面を調整する方法が提供される。方法は、統合システム内において、金属バリア層の表面上の金属バリア酸化物を変換して金属バリア層の表面を金属リッチにするために、金属バリア層の表面を還元することを含む。方法は、また、統合システム内において、薄い銅シード層を堆積させることと、統合システム内において、薄い銅シード層の上にギャップ充填銅層を堆積させることとを含む。

別の一実施形態では、銅配線の金属バリア層の表面上に薄い銅シード層を堆積させることを可能にするために、制御環境内において基板を処理するための統合システムが提供される。統合システムは、実験室雰囲気搬送チャンバであって、該実験室雰囲気搬送チャンバに結合された基板カセットから統合システム内へと基板を搬送可能である実験室雰囲気搬送チャンバを含む。統合システムは、また、圧力が１トール未満の真空下で動作される真空搬送チャンバを含む。少なくとも１つの真空プロセスモジュールが、真空搬送チャンバに結合されている。統合システムは、さらに、統合システム内において、下位の金属の金属酸化物の露出表面を洗浄するための真空プロセスモジュールを含む。下位の金属は、下位の配線の一部であり、銅配線は、この下位の配線に電気的につながれる。洗浄のための真空プロセスモジュールは、真空搬送チャンバに結合された少なくとも１つの真空プロセスモジュールの１つであり、圧力が１トール未満の真空下において動作される。

また、統合システムは、金属バリア層を堆積させるための真空プロセスモジュールを含む。金属バリア層を堆積させるための真空プロセスモジュールは、真空搬送チャンバに結合された少なくとも１つの真空プロセスモジュールの１つであり、圧力が１トール未満の真空下において動作される。また、統合システムは、不活性ガスの群より選択される不活性ガスで満たされた制御雰囲気搬送チャンバを含む。制御雰囲気搬送チャンバには、少なくとも１つの制御雰囲気プロセスモジュールが結合される。統合システムは、さらに、金属バリア層の表面上に薄い銅シード層を堆積させるために使用される無電解銅堆積プロセスモジュールを含む。無電解銅堆積プロセスモジュールは、制御雰囲気搬送チャンバに結合された少なくとも１つの制御環境プロセスモジュールの１つである。

別の一実施形態では、銅配線の金属バリア層の表面上に薄い銅シード層を堆積させることを可能にするために、制御環境内において基板を処理するための統合システムが提供される。統合システムは、実験室雰囲気搬送チャンバであって、該実験室雰囲気搬送チャンバに結合された基板カセットから統合システム内へと基板を搬送可能である実験室雰囲気搬送チャンバを含む。統合システムは、また、圧力が１トール未満の真空下で動作される真空搬送チャンバを含む。少なくとも１つの真空プロセスモジュールが、真空搬送チャンバに結合される。

統合システムは、さらに、金属バリア層を還元するための真空プロセスモジュールを含む。金属バリア層を還元するための真空プロセスモジュールは、真空搬送チャンバに結合された少なくとも１つの真空プロセスモジュールの１つであり、圧力が１トール未満の真空下において動作される。また、統合システムは、不活性ガスの群より選択される不活性ガスで満たされた制御雰囲気搬送チャンバを含む。制御雰囲気搬送チャンバには、少なくとも１つの制御雰囲気プロセスモジュールが結合される。また、統合システムは、金属バリア層の表面上に薄い銅シード層を堆積させるために使用される無電解銅堆積プロセスモジュールを含む。無電解銅堆積プロセスモジュールは、制御雰囲気搬送チャンバに結合された少なくとも１つの制御環境プロセスモジュールの１つである。

別の一実施形態では、統合システム内において、基板のシリコン表面上またはポリシリコン表面上に金属の層を選択的に堆積させて金属シリサイドを形成するために、基板の基板表面を調整する方法が提供される。方法は、統合システム内において、基板表面から有機汚染物を除去することと、有機汚染物を除去した後に、統合システム内において、シリコン表面上またはポリシリコン表面上の酸化シリコンをシリコンに変換するために、シリコン表面またはポリシリコン表面を還元することとを含む。シリコン表面またはポリシリコン表面を還元した後、基板は、酸化シリコンの形成を阻止するために制御環境内において搬送され処理され、シリコン表面またはポリシリコン表面は、シリコン表面上の金属の選択性を高めるために還元される。方法は、また、シリコン表面またはポリシリコン表面を還元した後に、統合システム内において、基板のシリコン表面上またはポリシリコン表面上に金属の層を選択的に堆積させることを含む。

別の一実施形態では、基板のシリコン表面上への金属の層の選択的堆積を可能にして金属シリサイドを形成するために、制御環境内において基板を処理するための統合システムが提供される。統合システムは、実験室雰囲気搬送チャンバであって、該実験室雰囲気搬送チャンバに結合された基板カセットから統合システム内へと基板を搬送可能である実験室雰囲気搬送チャンバを含む。統合システムは、また、圧力が１トール未満の真空下で動作される真空搬送チャンバを含む。少なくとも１つの真空プロセスモジュールが、真空搬送チャンバに結合される。統合システムは、さらに、基板表面から有機汚染物を除去するための真空プロセスモジュールを含む。有機汚染物を除去するための真空プロセスモジュールは、真空搬送チャンバに結合された少なくとも１つの真空プロセスモジュールの１つであり、圧力が１トール未満の真空下において動作される。

また、統合システムは、シリコン表面を還元するための真空プロセスチャンバを含む。シリコン表面を還元するための真空プロセスチャンバは、真空搬送チャンバに結合された少なくとも１つの真空プロセスモジュールの１つであり、圧力が１トール未満の真空下において動作される。また、統合システムは、不活性ガスの群より選択される不活性ガスで満たされた制御雰囲気搬送チャンバと、該制御雰囲気搬送チャンバに結合された少なくとも１つの制御雰囲気プロセスモジュールとを含む。統合システムは、さらに、シリコン表面が還元された後に、そのシリコン表面上に薄い金属の層を選択的に堆積させるために使用される無電解金属堆積プロセスモジュールを含み、該無電解金属堆積プロセスモジュールは、制御雰囲気搬送チャンバに結合された少なくとも１つの制御雰囲気プロセスモジュールの１つである。

本発明の原理を例示した添付の図面に関連させた以下の詳細な説明から、本発明のその他の態様および利点が明らかになる。

本発明は、添付の図面に関連させた以下の詳細な説明によって、容易に理解することができる。ここで、類似の参照符号は、類似の構成要素を示すものとする。

配線の代表的断面を示す断面図である。 配線処理の諸段階における配線構造の断面を示す断面図である。 配線処理の諸段階における配線構造の断面を示す断面図である。 配線処理の諸段階における配線構造の断面を示す断面図である。 配線処理の諸段階における配線構造の断面を示す断面図である。 金属ＣＭＰ後における基板表面上の汚染物の諸形態を示す説明図である。 コバルト合金を無電解堆積させるために銅表面を調整するための代表的プロセスフローを示す工程図である。 図４Ａのプロセスフローを通して基板を処理するために使用される代表的システムを示す構成図である。 配線処理の諸段階における配線構造の断面を示す断面図である。 配線処理の諸段階における配線構造の断面を示す断面図である。 配線処理の諸段階における配線構造の断面を示す断面図である。 コバルト合金を無電解堆積させるために銅表面を調整するための代表的プロセスフローを示す工程図である。 図６Ａのプロセスフローを通して基板を処理するために使用される代表的システムを示す構成図である。 配線処理の諸段階における配線構造の断面を示す断面図である。 配線処理の諸段階における配線構造の断面を示す断面図である。 配線処理の諸段階における配線構造の断面を示す断面図である。 コバルト合金を無電解堆積させるために銅表面を調整するための代表的プロセスフローを示す工程図である。 図８Ａのプロセスフローを通して基板を処理するために使用される代表的システムを示す構成図である。 処理の諸段階における金属線構造の断面を示す断面図である。 処理の諸段階における金属線構造の断面を示す断面図である。 処理の諸段階における金属線構造の断面を示す断面図である。 処理の諸段階における金属線構造の断面を示す断面図である。 処理の諸段階における金属線構造の断面を示す断面図である。 銅層を無電解堆積させるためにバリア層表面を調整するための代表的プロセスフローを示す工程図である。 図１０Ａのプロセスフローを通して基板を処理するために使用される代表的システムを示す構成図である。 銅層を無電解堆積させるためにバリア層表面を調整するための代表的プロセスフローを示す工程図である。 図１０Ｃのプロセスフローを通して基板を処理するために使用される代表的システムを示す構成図である。 銅層を無電解堆積させるためにバリア層表面を調整するためおよびコバルト合金を無電解堆積させるために銅表面を調整するための代表的プロセスフローを示す工程図である。 図１１Ａのプロセスフローを通して基板を処理するために使用される代表的システムを示す構成図である。 処理の諸段階における配線構造の断面を示す断面図である。 処理の諸段階における配線構造の断面を示す断面図である。 処理の諸段階における配線構造の断面を示す断面図である。 処理の諸段階における配線構造の断面を示す断面図である。 無電解銅堆積のためにバリア表面を調整するためおよびコバルト合金を無電解堆積させるために銅表面を調整するための代表的プロセスフローを示す工程図である。 図１３Ａのプロセスフローを通して基板を処理するために使用される代表的システムを示す構成図である。 金属シリサイド形成の諸段階におけるゲート構造の断面を示す断面図である。 金属シリサイド形成の諸段階におけるゲート構造の断面を示す断面図である。 金属シリサイド形成の諸段階におけるゲート構造の断面を示す断面図である。 金属シリサイド形成の諸段階におけるゲート構造の断面を示す断面図である。 金属シリサイドを形成するために露出シリコン表面を調整するための代表的プロセスフローを示す工程図である。 図１５Ａのプロセスフローを通して基板を処理するために使用される代表的システムを示す構成図である。 雰囲気制御処理環境を有する統合システムについてのシステム統合の概略を示す構成図である。

エレクトロマイグレーション、金属抵抗率、および界面接着を改善するために還元によって界面金属酸化物を除去して金属界面を修正する改良された金属統合技術について、いくつかの代表的な実施形態が提供される。本発明は、プロセス、方法、装置、またはシステムを含む多くの方式で実現可能である。発明力のある本発明のいくつかの実施形態が、以下で説明される。当業者ならば明らかなように、本発明は、本明細書において特定された一部または全部の詳細をともなわずとも実施可能である。

図２Ａは、デュアルダマシンプロセス手順を使用してパターン形成された後における配線構造の代表的な断面を示している。配線構造は、基板５０上にあり、事前の作成によってメタライゼーション線１０１を内部に形成された誘電体層１００を有している。メタライゼーション線は、一般に、誘電体１００内にトレンチをエッチングし次いでそのトレンチに銅などの導電材料を充填することによって作成される。

トレンチ内には、銅材料１２２が誘電体１００内に拡散するのを阻止するために使用されるバリア層１２０がある。バリア層１２０は、ＰＶＤ窒化タンタル（ＴａＮ）、ＰＶＤタンタル（Ｔａ）、ＡＬＤ ＴａＮ、またはこれらの膜の組み合わせで作成することができる。その他のバリア層材料もまた、使用することができる。バリア層１０２は、上位の誘電体材料１０４，１０６を通ってバリア層１０２へとビアホール１１４がエッチングされる際に銅材料１２２が時期尚早に酸化されないように保護するために、平坦化された銅材料１２２の上に堆積される。バリア層１０２は、選択性エッチングストップおよび銅拡散バリアとして機能するようにも構成される。代表的なバリア層１０２材料は、窒化シリコン（ＳｉＮ）または炭化シリコン（ＳｉＣ）を含む。

バリア層１０２の上に、ビア誘電体層１０４が堆積される。ビア誘電体層１０４は、有機ケイ酸塩ガラス（ＯＳＧ、炭素ドープ酸化シリコン）または好ましくは低誘電率のその他のタイプの誘電体材料で作成することができる。代表的な二酸化シリコンとしては、ＰＥＣＶＤ非ドープＴＥＯＳ二酸化シリコン、ＰＥＣＶＤフッ素化シリカガラス（ＦＳＧ）、ＨＤＰ ＦＳＧ、ＯＳＧ、ポーラスＯＳＧなどを挙げることができる。カリフォルニア州サンタクララのApplied MaterialsによるBlack Diamond (I)およびBlack Diamond (II)、サンノゼのNovellus SystemsによるCoral、アリゾナ州フェニックスのASM America Inc.によるAuroraを含む市販の誘電体材料もまた、使用することができる。ビア誘電体層１０４の上は、トレンチ誘電体層１０６である。トレンチ誘電体層１０６は、炭素ドープ酸化物（Ｃ酸化物）などのｌｏｗ−ｋ誘電体材料であってよい。Ｌｏｗ−ｋ誘電体材料の誘電率は、約３．０またはそれ未満であってよい。一実施形態では、ビア誘電体層およびトレンチ誘電体層は、ともに、同じ材料で作成され、同時に堆積されて連続膜を形成する。トレンチ誘電体層１０６が堆積された後、この（これらの）構造を保持する基板５０は、既知の技術によって、ビアホール１１４およびトレンチ１１６を形成するためのパターン形成プロセスおよびエッチングプロセスを経る。

図２Ｂは、ビアホール１１４およびトレンチ１１６の形成後、ビアホール１１４およびトレンチ１１６の裏打ちおよび充填のためにバリア層１３０と銅層１３２とが堆積されることを示している。バリア層１３０は、窒化タンタル（ＴａＮ）、タンタル（Ｔａ）、ルテニウム（Ｒｕ）、またはこれらの膜の異種混合で作成することができる。これらは、一般的に考えられる材料であるが、その他のバリア層材料もまた、使用することができる。次いで、ビアホール１１４およびトレンチ１１６を充填するために、銅膜１３２が堆積される。

銅膜１３２によってビアホール１１４およびトレンチ１１６を充填した後、基板５０は、図２Ｃに示されるように、誘電体１０６の表面の上の銅材料（すなわち過剰な銅）およびバリア層（すなわち過剰なバリア）を除去するために化学機械研磨（ＣＭＰ）によって平坦化される。次のステップは、図２Ｄに示されるように、コバルト合金などの銅／ＳｉＣ界面接着促進層１３５を銅表面１４０に被せるステップである。コバルト合金の例として、無電解プロセスによって銅の上に選択的に堆積させることができるＣｏＷＰ、ＣｏＷＢ、またはＣｏＷＢＰが挙げられる。接着促進層の厚さは、５オングストロームなど僅か数オングストロームの単分子層ほどに薄いものから、Ｃｕ拡散バリアとしても機能して誘電体キャップの必要性を排除しえる２００〜３００オングストロームなど厚めの層であることが可能である。

銅の化学機械研磨（ＣＭＰ）は、銅腐食防止剤としてベンゾトリアゾール（ＢＴＡ）を使用することが多い。銅は、ＢＴＡとのＣｕ−ＢＴＡ錯体を形成する。Ｃｕ ＣＭＰおよびＣＭＰ後洗浄を経て処理された基板は、Ｃｕ線上および隣接する誘電体上の両方に、図３に白抜きの丸として示されたＣｕ−ＢＴＡ錯体形態の銅残留物を含有している恐れがある。誘電体上のＣｕ−ＢＴＡ錯体は、電流漏れまたは金属短絡の増大を阻止するために、除去する必要がある。さらに、図３にべた塗りの丸として示された各種の有機汚染物に加えて、図３において白抜きの三角として示されたＴａまたはその他のバリア材料の残留物も少量存在しえる。これらの汚染物に加えて、図３にべた塗りの三角として示されたＣｕＯおよびＣｕＯ₂に代表される各種の金属酸化物も存在している。Ｃｕ−ＢＴＡ錯体、金属酸化物、および有機汚染物は、基板表面から除去しなければならない３大表面汚染物である。有機物や金属含有化合物の汚染物がない誘電体表面および金属表面を用意することは挑戦であり、湿式プロセスおよび乾式プロセスの両方を含むであろう多段階の表面調整を必要とする。

以下は、下位の金属の表面調整を行って、上位の金属層を、それら２枚の金属層間の接着に優れた方式で堆積させることを可能にするいくつかの代表的なプロセスフローおよびシステムである。代表的なプロセスフローおよびシステムによって堆積される金属層は、向上されたＥＭ耐性を、したがって全体に低い金属抵抗率を呈すると考えられる。

１．コバルト合金堆積のための銅表面の設計：
ケースＩ：金属ＣＭＰが誘電体層上で停止する
図４Ａは、図２Ｃに示されたデュアルダマシンビア−トレンチ構造のＣＭＰ後銅表面１４０の上にコバルト合金を無電解堆積させるための表面調整のプロセスフローの一実施形態を示している。図４Ａのプロセスフローに使用される基板は、過剰な銅層と、過剰なＴａおよび／またはＴａＮなどのバリア層とを除去するための金属ＣＭＰ処理を終えたところである。図３に関連した段落において上述されたように、基板表面上には各種の金属汚染物および有機汚染物がある。

プロセスは、ステップ４０１において、Ｃｕ−ＢＴＡ錯体などの金属有機錯体汚染物（すなわち錯化された金属−有機汚染物）と、金属酸化物とを基板表面から除去することによって開始される。金属汚染物は、銅表面および誘電体表面の両方から除去されるが、このステップの目的は、のちに核形成部位として機能する可能性がある潜在金属源を後続のＣｏ合金堆積のために排除することによって、選択性およびＣｏ膜形態の改善を図ることである。銅−ＢＴＡ錯体、酸化銅（ＣｕＯ_x）、および酸化タンタル（ＴａＯ_y）などのその他の金属酸化物は、このステップ中に基板表面から除去される。除去される酸化銅の量は、表面上の金属酸化物の汚染物のレベルおよび深さに依存する。金属錯体および金属酸化物は、Ｏ₂／Ａｒスパッタリングプロセスによって、または１ステップもしくは２ステップの湿式化学的プロセス手順の湿式化学的除去プロセスによって除去することができる。好ましい実施形態は、錯化金属および金属酸化物を除去するために、湿式プロセスを使用する。湿式化学的除去プロセスは、日本の関東化学株式会社によって提供されているDeerCleanなどの有機酸、デラウェア州ウィルミントンのDuPontによって提供されているESC 5800などの半水性溶媒、塩化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）などの有機塩基、エチレンジアミンやジエチレントリアミンなどの錯化アミン、またはコネティカット州ウェストヘーブンのEnthone, Inc.によって提供されているELD洗浄およびCap Clean 61などの特許化学剤を使用することができる。誘電体表面からのＣｕ−ＢＴＡの除去は、Ｃｕ−ＢＴＡからの銅が、酸化銅に酸化され、引き続きその他の表面調整ステップ中に銅に還元されることによって、選択性を低下させ、Ｃｏ合金を成長させる予定の誘電体表面上に核形成部位を提供する結果、短絡を引き起こすことおよび漏れ電流を増大させることのないように保証する。したがって、Ｃｕ−ＢＴＡ除去プロセスは、金属短絡または電流漏れに起因する歩留まりの損失を低減させることもできる。

Ｃｕ−ＢＴＡ錯体およびその他の金属酸化物汚染物は、このステップ中に除去されるべき主要な２つの金属汚染物であり、この除去は、制御または非制御のいずれかの雰囲気（すなわち環境）内でなすことができる。例えば、Ｃｕ−ＢＴＡは、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）、またはエチレンジアミンもしくはジエチレントリアミンなどの錯化アミン、またはコネティカット州ウェストヘーブンのEnthone, Inc.によって提供されているELD洗浄およびCap Clean 61などの特許化学剤を含む洗浄溶液をともなう湿式洗浄プロセスによって除去することができる。金属酸化物、なかでも酸化銅は、クエン酸などの弱い有機酸を使用して除去することができる、あるいはその他の有機酸または無機酸を使用することができる。また、硫黄−過酸化物混合などの非常に薄い（すなわち＜０．１％の）過酸化物含有酸もまた、使用することができる。湿式洗浄プロセスは、その他の金属残留物または金属酸化物残留物も除去することができる。

低密度、小隔離、幅広などの異なるパターンまたは特徴タイプの銅線上におけるＢＴＡの存在は、線のパッシベーションの結果であり、その量は、一部には、これらの特徴上に生じるパターン依存性のガルバニック効果の程度に関係する。これは、結果として、パターン依存性のパッシベーション層を形成することがある。この依存性は、さらに、Ｃｏ合金の堆積特性にも影響することがあり、その結果、ときにインキュベーション効果またはイニシエーション効果とも称されるパターン依存性の堆積特性をもたらす。Ｃｕ線からのＢＴＡの除去は、（後続のステップにおいて堆積される予定の）コバルト合金のこのパターン依存性堆積効果を解消し、高密度な隔離特徴内にコバルト合金を均一に堆積可能にするのに有用である。

ステップ３０４において、有機汚染物は、酸素含有プラズマプロセスのように、酸化プラズマによって除去することができる。酸素（Ｏ₂）プラズマプロセスは、摂氏１２０度未満の比較的低温で行うことが好ましい。高温Ｏ₂プラズマプロセスは、銅を分厚い層に酸化し、のちの還元を困難にする傾向がある。したがって、低温のＯ₂プラズマプロセスが好ましい。一実施形態では、Ｏ₂プラズマプロセスは、下流のプラズマプロセスであってよい。あるいは、有機残留物（すなわち汚染物）は、有機汚染物を物理的に除去するためのＯ₂／Ａｒスパッタリングプロセスを使用して除去することもできる。Ｏ₂プラズマプロセスおよびＯ₂／Ａｒスパッタリングプロセスは、一般に、１トール未満で動作される。

基板表面からＣｕ−ＢＴＡ、金属酸化物、およびその他の有機汚染物などの汚染物がなくなると、基板は、銅表面を酸化から保護するために、曝露される酸素の量をできる限り少なくすることが望ましい。銅の酸化は、自己制御式のプロセスではない。酸化銅の形成を最小限に抑えるためには、酸素への基板の曝露量および曝露期間を制限する（または制御する）ことが望ましい。酸化銅は、のちのステップで還元されるが、分厚い酸化銅の層は、完全に還元できないことがある。したがって、酸素への銅の曝露は、有機汚染物の除去に必要とされるだけに制限することが重要である。酸素への曝露の制御および制限を達成するためには、基板は、真空下の環境または不活性ガスで満たされた環境などの制御環境内において搬送され処理されることが望ましい。

銅表面に酸化銅がないことを保証するために、基板表面は、ステップ４０５において、あらゆる残留酸化銅を銅に変換するために還元環境内において再調整される。先の前洗浄ステップは、誘電体層からあらゆる金属を除去しているので、金属の還元は、銅線に対してのみ実施される。銅表面の還元は、水素含有プラズマプロセスによって酸化銅を銅（または実質的に銅）に変換することによって達成することができる。水素含有プラズマを生成するために使用することができる代表的な反応ガスとして、水素（Ｈ₂）、アンモニア（ＮＨ₃）、および一酸化炭素（ＣＯ）が挙げられる。例えば、基板表面は、水素（Ｈ₂）ガス、アンモニア（ＮＨ₃）ガス、または両ガスの組み合わせによって生成される水素含有プラズマによって還元され、基板は、摂氏２０度から摂氏３００度までの高温にある。一実施形態では、水素プラズマプロセスは、下流のプラズマプロセスである。水素還元プロセスを経ると、基板は、コバルト合金堆積の用意が整う。銅表面は、酸化銅が形成されないことを保証するために、注意深く保護する必要がある。上述のように、コバルト合金の無電解堆積は、酸化銅の存在によって抑制される恐れがある。したがって、処理環境および搬送環境を制御して、酸素への銅表面の曝露を最小限にすることが重要である。

次のプロセスステップ４０７では、銅表面の上に、ＣｏＷＰ、ＣｏＷＢ、またはＣｏＷＢＰなどのコバルト合金が無電解堆積される。コバルト合金の無電解堆積は、湿式プロセスであり、銅表面などの触媒表面上にのみ堆積する。コバルト合金は、銅表面上にのみ選択的に堆積する。

コバルト合金の無電解堆積後、プロセスフローは、随意の堆積後洗浄プロセスステップ４０９に入ることができる。堆積後洗浄は、ペンシルバニア州アレンタウンのAir Products and Chemical, Inc.によって供給されているCP72Bを含有した溶液などの化学溶液によるブラシスクラブ洗浄を使用して達成することができる。LamのC3（商標）またはP3（商標）洗浄技術などのその他の基板表面洗浄プロセスもまた、使用することができる。その他の後洗浄化学剤は、無電解めっき後に誘電体表面上にとどまるであろうあらゆる金属ベースの汚染物を除去するために、ヒドロキシルアミンをベースにした化学剤を含むことができる。

上述のように、プロセス環境およびウエハ搬送環境の制御は、とりわけ銅表面の水素プラズマ還元後などに、コバルト合金堆積のために銅表面を調整するのに非常に重要である。図４Ｂは、表面処理後の重要なステップにおける酸素への基板表面の曝露を最小限にすることができる代表的な統合システム４５０の概略図を示している。また、これは統合システムであるので、基板は、１つのプロセスステーションから直ちに次のプロセスステーションへと搬送され、これは、調整後の銅表面が酸素に曝露される時間を制限する。統合システム４５０は、図４Ａのフロー４００のプロセス手順全体を通して基板を処理するために使用することができる。

上述のように、表面処理、コバルト合金の無電解堆積、および随意のコバルト合金堆積後プロセスは、乾式プロセスと湿式プロセスとの混合をともなう。湿式プロセスは、一般に、近大気で動作され、乾式のＯ₂プラズマ、水素プラズマ、およびＯ₂／Ａｒスパッタリングは、いずれも、１トール未満で動作される。したがって、統合システムは、乾式プロセスと湿式プロセスとの混合を取り扱える必要がある。統合システム４５０は、３つの基板搬送モジュール（またはチャンバ）４６０，４７０，４８０を有する。搬送チャンバ４６０，４７０，４８０は、基板４５５を１つのプロセス区域から別のプロセス区域へと移動させるためのロボットを装備している。プロセス区域は、基板カセット、リアクタ、またはロードロックであってよい。基板搬送モジュール４６０は、実験室雰囲気下で動作される。実験室雰囲気とは、室温下で、大気圧下で、なおかつ粒子欠陥を制御するために一般にＵＥＰＡまたはＵＬＰＡによるフィルタリングを経た空気に曝露された実験室（または工場）環境を指す。モジュール４６０は、基板４５５を統合システムに持ち込むためまたは基板をカセット４６１に戻してシステム４５０外での処理を続けるために、基板ローダ（または基板カセット）４６１と連携して機能する。

プロセスフロー４００において上述されたように、基板４５５は、図２Ｃに示されるように、基板が基板表面から過剰な金属を除去するために金属ＣＭＰによって平坦化され、金属トレンチ内にのみ金属を残留させた後、ＣｏＷＢ、ＣｏＷＰ、またはＣｏＷＢＰなどのコバルト合金を堆積させるために統合システム４５０に持ち込まれる。プロセスフロー４００のステップ４０１において説明されたように、基板表面は、Ｃｕ−ＢＴＡ錯体などの表面汚染物およびその他の金属酸化物残留物を除去される必要がある。Ｃｕ−ＢＴＡおよび金属酸化物は、ＴＭＡＨまたはエチレンジアミンもしくはジエチルアミントリアミンを非限定例として含む錯化アミンを含有した溶液などの洗浄溶液をともなう湿式洗浄プロセスによって除去することができる。ＢＴＡ金属錯体の除去の次は、銅表面上および誘電体表面上に残留している金属酸化物を、クエン酸または銅に対してある程度選択的に酸化銅を除去できるその他の有機酸を含有した溶液などの洗浄溶液をともなう湿式洗浄プロセスを使用して除去することができる。金属酸化物、なかでも酸化銅は、クエン酸などの弱い有機酸を使用して除去することができる、あるいはその他の有機酸または無機酸を使用することができる。また、硫黄−過酸化物混合などの非常に薄い（すなわち＜０．１％の）過酸化物含有酸もまた、使用することができる。湿式洗浄プロセスは、その他の金属残留物または金属酸化物残留物も除去することができる。

実験室雰囲気条件で動作する実験室雰囲気搬送モジュール４６０には、湿式洗浄リアクタ４６３を統合することができる。湿式洗浄リアクタは、図４Ａのステップ４０１において上述されたように、１ステップまたは２ステップの洗浄を実施するために使用することができる。あるいは、実験室雰囲気搬送モジュール４６０に追加の湿式洗浄リアクタ４６３’を統合し、リアクタ４６３内において２ステップ洗浄プロセスの第１のステップが実施され、リアクタ４６３’内において第２のステップが実施されるようにすることができる。例えば、リアクタ４６３内には、Ｃｕ−ＢＴＡを洗浄するためにＴＭＡＨなどの化学剤を含有した洗浄溶液があり、リアクタ４６３’内には、金属酸化物を洗浄するためにクエン酸などの弱い有機酸を含有した洗浄溶液がある。

実験室雰囲気条件は、大気下にあるとともに空気に対して開かれている。湿式洗浄リアクタ４６３は、プロセスフロー４００では実験室雰囲気搬送モジュール４６０に統合することができるが、このプロセスステップは、金属ＣＭＰの直後、基板がコバルト合金堆積のために統合システムに持ち込まれる前に実施することもできる。あるいは、湿式洗浄プロセスは、湿式洗浄ステップの最中および後に制御環境を維持される制御雰囲気プロセス環境内において実施することができる。

先の湿式洗浄によって除去されなかった有機残留物（すなわち汚染物）は、Ｃｕ−ＢＴＡおよび金属酸化物の除去に続く、酸素含有プラズマなどの乾式酸化プラズマプロセス、Ｏ₂／Ａｒスパッタリング、またはＡｒスパッタリングによって除去することができる。上述のように、プラズマプロセスまたはスパッタリングプロセスの大半は、１トール未満で動作される。したがって、このようなシステム（または装置またはチャンバまたはモジュール）は、圧力が１トール未満などの真空下で動作される搬送モジュールに結合することが望ましい。プラズマプロセスを統合された搬送モジュールが真空下にあれば、搬送モジュールを排気するために長時間を費やす必要がなくなるので、基板の搬送の時間効率は高くなり、プロセスモジュールは真空下に維持される。また、搬送モジュールが真空下にあるゆえに、プラズマプロセスによる洗浄を経た後の基板は、極めて低レベルの酸素に曝露されるだけですむ。有機残留物を洗浄するためにＯ₂プラズマプロセスが選択されると仮定すると、Ｏ₂プラズマプロセスリアクタ４７１は、真空搬送モジュール４７０に結合される。

実験室雰囲気搬送モジュール４６０は大気で動作され、真空搬送モジュール４７０は真空下（＜１トール）で動作されるので、これらの２つの搬送モジュール間には、異なる圧力下で動作される２つのモジュール４６０と４７０との間で基板４５５を搬送可能にするために、ロードロック４６５が配される。ロードロック４６５は、圧力が１トール未満の真空下で動作されるように、実験室雰囲気で動作されるように、または不活性ガスよりなる群から選択される不活性ガスで満たされるように構成される。

例えばＯ₂を使用した酸化プラズマ処理を終えた後、基板４５５は、水素含有還元プラズマ還元チャンバ（またはモジュール）４７３に移動される。水素含有プラズマによる還元は、一般に、１トール未満の低圧で処理されるので、チャンバは、真空搬送モジュール４７０に結合される。基板４５５が水素含有プラズマによって還元されると、銅表面は、酸化銅のないクリーンな状態になる。好ましい一実施形態では、基板４５５がＯ₂プラズマ処理を終えた後、ウエハをチャンバから取り除くことなくin-situでＨ₂またはＨ₂／ＮＨ₃プラズマ還元ステップを実施することができる。いずれにせよ、還元プロセスの完了後、基板は、コバルト合金堆積の用意が整う。

上述のように、処理環境および搬送環境を制御して、水素含有還元プラズマによる基板の再調整後における酸素への銅表面の曝露を最小限にすることが重要である。基板４５５は、制御環境下で処理されることが望ましく、その環境は、酸素への基板４５５の曝露を制限するために、真空下にあるかまたは１種もしくは複数種の不活性ガスで満たされるかのいずれかである。破線４９０は、図４Ｂの統合システム４５０のなかで、環境を制御されている処理システムおよび搬送モジュールの部分の境界を示している。制御環境４９０下における搬送および処理は、酸素への基板の曝露を制限する。

コバルト合金の無電解堆積は、還元剤によって還元された溶液内コバルト種をともなう湿式プロセスである。ここで、還元剤は、リンをベースにしたもの（例えば次亜リン酸塩）、ホウ素をベースにしたもの（例えばジメチルアミンボラン）、またはリンをベースにしたものとホウ素をベースにしたものとの組み合わせであってよい。リンをベースにした還元剤を使用する溶液は、ＣｏＷＰを堆積させる。ホウ素をベースにした還元剤を使用する溶液は、ＣｏＷＢを堆積させる。リンをベースにした還元剤とホウ素をベースにした還元剤とを両方使用する溶液は、ＣｏＷＢＰを堆積させる。一実施形態では、コバルト合金無電解堆積溶液は、アルカリ性をベースにしている。あるいは、コバルト合金無電解堆積溶液は、酸性であってもよい。湿式プロセスは、大気圧下で行われるのが一般的であるので、無電解堆積リアクタに結合された搬送モジュール４８０は、近大気圧で動作されることが望ましい。酸素を含まないように環境が制御されることを保証するために、不活性ガスを使用して制御雰囲気搬送モジュール４８０を満たすことができる。また、プロセスにおいて使用される全ての流体は、市販の脱ガスシステムによって脱ガスされている、すなわち溶存酸素を除去されている。代表的な不活性ガスとして、窒素（Ｎ₂）、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、およびキセノン（Ｘｅ）が挙げられる。

一実施形態では、基板が乾燥条件下で無電解堆積システム４８１に搬入され乾燥条件で同システム４８１から搬出されること（ドライイン・ドライアウト）を可能にするために、リンスおよび乾燥のシステム（または装置またはモジュール）が湿式コバルト合金無電解堆積リアクタ（または装置またはシステムまたはモジュール）に結合される。ドライイン・ドライアウト要件は、無電解堆積システム４８１を制御雰囲気搬送モジュール４８０に統合することを可能にするとともに、別個のリンス乾燥モジュールへとロボット式に湿式搬送するステップの必要性を回避する。無電解堆積システム４８１の環境は、酸素および水分（水蒸気）のレベルを低くする（または制限する）ように制御される必要もある。また、処理環境内の酸素が低レベルであることを保証するために、不活性ガスを使用してシステムを満たすこともできる。

あるいは、コバルト合金無電解堆積は、最近開示された無電解銅堆積と同様に、ドライイン・ドライアウト方式で行うこともできる。銅の無電解堆積のために、ドライイン・ドライアウトの無電解銅プロセスが開発されている。プロセスは、プロキシミティプロセスヘッドを使用して、無電解プロセス液を基板表面上の限られた領域に接触する範囲内に収める。プロキシミティプロセスヘッドの下方にない領域の基板表面は、乾燥している。このようなプロセスおよびシステムの詳細は、２００３年６月２７日に出願され「Apparatus And Method For Depositing And Planarizing Thin Films On Semiconductor Wafers（半導体ウエハ上に薄膜を堆積させて平坦化するための装置および方法）」と題された米国出願第１０／６０７，６１１号ならびに２００４年６月２８日に出願された「Apparatus And Method For Plating Semiconductor Wafers（半導体ウエハにめっきするための装置および方法）」と題された米国出願第１０／８７９，２６３号に見いだすことができる。これらの両出願は、その全体を本明細書に組み込まれるものとする。コバルト合金の無電解めっきは、ドライイン・ドライアウトのプロセスを可能にするために、同様のプロキシミティプロセスヘッドを使用することができる。

システム４８１内におけるコバルト合金堆積後、基板４５５は、随意の堆積後洗浄リアクタに通すことができる。これは、CP72Bもしくはヒドロキシアミンをベースにした洗浄化学剤などの化学剤を使用したブラシスクラブなどの機械的補助を使用して、または浸漬式洗浄、スピンリンス式洗浄、もしくはC3（商標）プロキシミティ技術などのその他の方法を使用して実施することができる。湿式洗浄システム４８３に対する基板４５５のドライイン・ドライアウトを可能にするために、ブラシスクラブシステムに、リンスおよび乾燥のシステムを統合する必要もある。システム４８３内に存在する酸素が制限される（または少ない）ことに保証するために、不活性ガスを使用してシステム４８３が満たされる。図４Ａにおいて上述されたように、堆積後洗浄は随意であるので、システム４８３は、このシステムが随意であることを示すために破線で示されている。堆積後洗浄ステップは、統合システム４５０によって動作される最終プロセスであるので、基板４５５は、処理後にカセット４６１に戻される必要がある。したがって、洗浄システム４８３は、あるいは、図４Ｂに示されるように実験室雰囲気搬送モジュール４６０に結合することができる。実験室雰囲気搬送モジュール４６０に結合される場合、洗浄システム４８３は、制御環境下で動作されず、不活性ガスによって満たされる必要はない。

上述のように、Ｃｕ−ＢＴＡおよび金属酸化物を除去するプロセスステップは、金属ＣＭＰの直後、基板がコバルト合金堆積のために統合システムに持ち込まれる前に実施することもできる。

ケースII：金属ＣＭＰがバリア層上で停止する
図５Ａ〜５Ｃは、処理の諸段階における配線構造の断面を示している。図５Ａの基板上の銅層は、ＣＭＰによって平坦化されている。バリア層１３０は、除去されておらず、基板表面上に残っている。図６Ａは、デュアルダマシン金属トレンチ内の銅の上にコバルト合金を無電解堆積させるための表面調整のプロセスフローの一実施形態を示している。図６Ａのプロセスフロー６００で使用される基板は、銅を除去するための銅ＣＭＰ処理を終えたところである。図５Ａに示されるように、基板表面上にはまだバリア層が残っている。ケースIIとケースＩとの違いは、ケースIIでは、誘電体１０６の表面が、Ｃｕ−ＢＴＡ錯体またはその他の銅化合物の残留物に曝露されていないことである。誘電体表面は、ケースＩでよりケースIIでのほうが高品質である（すなわち金属汚染物が少ない）。したがって、有機汚染物の除去のためにＯ₂プラズマが使用された後に形成される誘電体層上の酸化銅の除去を目的としたプロセスステップを排除することができる。

プロセスは、Ｃｕ−ＢＴＡまたは金属酸化物などの金属汚染物を基板表面から除去するステップ６０１から開始する。上述のように、Ｃｕ−ＢＴＡ錯体および金属酸化物は、除去されるべき主要な２つの表面金属汚染物である。Ｃｕ−ＢＴＡおよび金属酸化物などの金属汚染物を基板表面から除去するために使用されるプロセスは、上述されている。例えば、Ｃｕ−ＢＴＡ、および酸化銅を含む金属酸化物は、例えば水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）またはエチレンジアミンもしくはジエチレントリアミンなどの錯化アミンを含む洗浄溶液をともなう湿式洗浄プロセスによって除去することができる。Ｃｕ−ＢＴＡの除去は、（のちのステップにおいて堆積される予定の）コバルト合金のパターン依存性堆積効果を解消し、ゆえに、高密度な隔離特徴内にコバルト合金を均一に堆積させることを可能にする。

金属酸化物、より具体的には酸化銅は、クエン酸などの弱い有機酸を使用して除去することができる、あるいはその他の有機酸または無機酸を使用することができる。また、硫黄−過酸化物混合などの非常に薄い（すなわち＜０．１％の）過酸化物含有酸もまた、使用することができる。湿式洗浄プロセスは、その他の金属残留物または金属酸化物残留物も除去することができる。

Ｃｕ表面上およびバリア表面上に残っているＢＴＡを含む有機汚染物は、ステップ６０２において除去される。有機汚染物は、乾式の酸素（Ｏ₂）プラズマプロセス、またはＨ₂Ｏ、オゾン、もしくは過酸化水素蒸気によるプラズマプロセスなどその他の酸化プラズマプロセスなどのプロセスによって除去することができる。上述のように、酸素含有プラズマプロセスは、摂氏５０度未満、好ましくは摂氏１２０度未満の比較的低温で行われることが好ましい。酸素含有プラズマプロセスは、下流のプラズマプロセスであってよい。あるいは、有機残留物（すなわち汚染物）は、有機汚染物を物理的に除去するためのＯ₂／Ａｒスパッタリングプロセスを使用して除去することもできる。上述のように、Ｏ₂プラズマプロセスおよびＯ₂／Ａｒスパッタリングプロセスは、一般に、１トール未満で動作される。

基板表面からＣｕ−ＢＴＡ、金属酸化物、および有機汚染物などの汚染物がなくなると、基板は、銅表面をさらなる酸化から保護するために、曝露される酸素の量をできる限り少なくすることが望ましい。表面汚染物が除去された後は、図５Ｂに示されるように、ステップ６０３において、Ｔａ、ＴａＮ、Ｒｕ、またはこれらの材料の組み合わせなどのバリア層が基板表面から除去される。バリア層は、ＣＦ₄プラズマ、Ｏ₂／Ａｒスパッタリング、ＣＭＰなどのプロセスによって、または湿式化学的エッチングによって除去することができる。ＣＦ₄プラズマエッチングプロセスおよびＯ₂／Ａｒスパッタリングプロセスは、ともに、１トール未満で動作される。

図５Ａの銅表面１４０に存在している酸化銅およびプラズマ酸化ステップ中に生成された酸化銅は、バリア金属除去ステップ６０３中に完全に除去されるであろう。したがって、Ｈ含有プラズマを使用して銅表面を還元するプロセスは、随意になる。しかしながら、銅表面に酸化銅がないことを保証するために、基板表面は、ステップ６０５において、あらゆる残留酸化銅を銅に変換するために（随意に）還元することができる。銅表面の還元は、酸化銅を銅に還元するための水素含有プラズマプロセスによって達成することができる。水素含有プラズマプロセスによって使用されるプロセスガスおよびプロセス条件は、ケースＩにおいて上述されている。水素還元プロセスを経ると、基板は、コバルト合金堆積の用意が整う。銅表面は、酸化銅が形成されないことを保証するために、酸素から注意深く保護する必要がある。上述のように、コバルト合金の無電解堆積は、酸化銅の存在によって抑制される恐れがある。したがって、処理環境および搬送環境を制御して、酸素への銅表面の曝露を最小限にするまたは排除することが重要である。

次のプロセスステップ６０７では、銅表面の上に、ＣｏＷＰ、ＣｏＷＢ、またはＣｏＷＢＰなどのコバルト合金が無電解堆積される。コバルト合金は、図５Ｃにおいて、層１３５として示されている。コバルト合金の無電解堆積は、選択的堆積であり、湿式プロセスである。コバルト合金は、銅表面上にのみ堆積する。

ケースＩについて上述されたように、コバルト合金の無電解堆積後、プロセスフローは、随意の堆積後洗浄プロセスステップ６０９に入ることができる。堆積後洗浄は、無電解堆積プロセスによって誘電体表面上に導入されたあらゆる金属汚染物を除去するために、ペンシルバニア州アレンタウンのAir Products and Chemical, Inc.によって供給されているCP72Bを含有した溶液などの化学溶液によるブラシスクラブ洗浄を使用して、またはヒドロキシアミンをベースにした化学剤によって実施することができる。その他の基板表面洗浄プロセスもまた、使用することができる。

上述のように、環境制御は、特に、銅表面のＨ含有プラズマ還元後などに、コバルト合金堆積のために銅表面を調整するのに非常に重要である。図６Ｂは、表面処理後の重要なステップにおける酸素への基板表面の曝露を最小限にすることができる代表的な統合システム６５０の概略図を示している。統合システム６５０は、図６Ａのフロー６００のプロセス手順全体を通して基板を処理するために使用することができる。

統合システム４５０と同様に、統合システム６５０は、３つの基板搬送モジュール６６０，６７０，６８０を有する。搬送モジュール６６０，６７０，６８０は、基板６５５を１つのプロセス区域から別のプロセス区域へと移動させるためのロボットを装備している。基板搬送モジュール６６０は、実験室雰囲気下で動作される。モジュール６６０は、基板６５５を統合システムに持ち込むためまたは基板をカセット６６１に戻してシステム６５０外での処理を続けるために、基板ローダ（または基板カセット）６６１と連携して機能する。

プロセスフロー６００において上述されたように、基板６５５は、図５Ａに示されるように、基板が基板表面から過剰な銅を除去するために銅ＣＭＰによって基板が平坦化され、誘電体表面上にバリア層を、そして金属トレンチ内に銅を残留させた後、ＣｏＷＢ、ＣｏＷＰ、またはＣｏＷＢＰなどのコバルト合金を堆積させるために統合システム６５０に持ち込まれる。プロセスフロー６００のステップ６０１において説明されたように、基板表面は、Ｃｕ−ＢＴＡ、金属酸化物、および有機残留物などの表面汚染物を除去される必要がある。Ｃｕ−ＢＴＡおよび金属酸化物は、ＴＭＡＨを含有した溶液などの洗浄溶液をともなう湿式洗浄プロセスによって除去することができる。湿式洗浄リアクタ６６３は、実験室雰囲気搬送モジュール６６０に統合することができる。湿式洗浄リアクタ６６３は、プロセスフロー６００では実験室雰囲気搬送モジュール６６０に統合することができるが、このプロセスステップは、金属ＣＭＰの直後、基板がコバルト合金堆積のために統合システムに持ち込まれる前に実施することもできる。あるいは、湿式洗浄プロセスは、湿式洗浄ステップの最中および後に制御環境を維持される制御雰囲気プロセス環境内において実施することができる。

リアクタ６８３内において実施された湿式洗浄プロセス６０１によって除去されなかった有機残留物（すなわち汚染物）は、ステップ６０２において、Ｏ₂プラズマなどの乾式プラズマプロセス、またはＯ₂／Ａｒスパッタリングによって除去することができる。上述のように、プラズマプロセスまたはスパッタリングプロセスの大半は、１トール未満で動作される。したがって、このようなシステムは、圧力が１トール未満などの真空下で動作される搬送モジュールに結合することが望ましい。有機残留物を洗浄するためにＯ₂プラズマプロセスが選択されると仮定すると、Ｏ₂プラズマプロセスリアクタ６７１は、真空搬送モジュール６７０に結合される。

Ｏ₂プラズマプロセスは、下流のプラズマプロセスであってよい。Ｏ₂プラズマリアクタ６７１は、プロセスフロー６００では真空搬送モジュール６７０に統合することができるが、このプロセスステップは、金属ＣＭＰの直後、基板がコバルト合金堆積のために統合システムに持ち込まれる前に実施することもできる。

実験室雰囲気搬送モジュール６６０は大気下で動作され、真空搬送モジュール６７０は真空下（＜１トール）で動作されるので、これらの２つの搬送モジュール間には、２つのモジュール６６０と６７０との間で基板６５５を搬送可能にするために、ロードロック６６５が配される。

Ｏ₂プラズマ処理を終えた後、基板６５５は、ステップ６０３に示されるように、バリア層エッチングのための処理システムに移動される。乾式のバリアプラズマエッチングプロセスが選択される場合、バリア層エッチングチャンバ（またはモジュール）６７３は、真空搬送モジュール６７０に結合することができる。乾式のバリアプラズマプロセスは、ＣＦ₄プラズマプロセスまたはＯ₂／Ａｒスパッタリングプロセスであってよい。

バリア層のエッチングに続くプロセスは、銅表面上に酸化銅が残らないことを保証するための随意のＨ含有プラズマ還元である。Ｈ₂プラズマ還元は、真空搬送モジュール６７０に結合されたプラズマチャンバ（またはモジュール）６７４内において実施することができる。あるいは、水素プラズマ還元は、有機残留物を除去するために使用されたＯ₂プラズマリアクタ６７１内において、残留する酸素種をパージした後に引き続き実施することもできる。

上述のように、コバルト合金の無電解堆積は、湿式の化学的プロセスである。湿式プロセスは、大気圧で行われるのが一般的であるので、無電解堆積リアクタに結合された搬送モジュール６８０は、近大気圧で動作されることが望ましい。酸素を含まないように環境が制御されることを保証するために、不活性ガスを使用して制御雰囲気搬送モジュール６８０を満たすことができる。また、プロセスにおいて使用される全ての流体は、市販の脱ガスシステムによって脱ガスされている、すなわち溶存酸素を除去されている。

基板が乾燥条件下で無電解堆積システム６８１に搬入され乾燥条件で同システム６８１から搬出されること（ドライイン・ドライアウト）を可能にするためには、湿式コバルト合金無電解堆積リアクタにリンスおよび乾燥のシステムを結合する必要がある。上述のように、ドライイン・ドライアウト要件は、無電解堆積システム６８１を制御雰囲気搬送モジュール６８０に統合することを可能にする。システム６８１は、その中で低い（または制限されたまたは制御された）酸素レベルが維持されることを保証するために、不活性ガスを使用して満たされる。

システム６８１におけるコバルト合金堆積後、基板６５５は、堆積後洗浄リアクタ６８３に通すことができる。湿式洗浄システム６８３に対する基板６５５のドライイン・ドライアウトを可能にするために、ブラシスクラブシステムに、リンスおよび乾燥のシステムを統合する必要もある。酸素が存在しないことを保証するために、不活性ガスを使用してシステム６８３が満たされる。図６Ａにおいて上述されたように、堆積後洗浄は随意であるので、システム６８３は、このシステムが随意であることを示すために破線で示されている。堆積後洗浄ステップは、統合システム６５０によって動作される最終プロセスであるので、基板６５５は、処理後にカセット６６１に戻される必要がある。洗浄システム６８３は、あるいは、実験室雰囲気搬送モジュール６６０に結合することができる。

ケースIII：金属ＣＭＰが薄い銅層上で停止する
図７Ａ〜７Ｃは、配線処理の諸段階における配線構造の断面を示している。図７Ａの基板は、銅の平坦化を終えたところであり、ただし、基板から完全には銅を取り除かれていない。基板表面上には、薄い銅層１３２が残っている。図８Ａは、デュアルダマシン金属トレンチ内の銅の上にコバルト合金を無電解堆積させるための表面調整のプロセスフローの一実施形態を示している。図８Ａのプロセスフロー８００で使用される基板は、誘電体層の上のバリア層上方の銅の大半を除去するための銅ＣＭＰ処理を終えたところである。図７Ａに示されるように、バリア表面上には、約１００オングストロームから約１０００オングストロームまでの範囲内の薄い銅層が残っている。ケースIIIと、ケースIIおよびケースＩの両者との違いは、ケースIIIでは、薄い銅層が基板表面全体を覆っており、したがって、銅ＣＭＰ溶液内に曝される異種物質に起因する銅のガルバニック腐食の懸念がないことである。薄い銅層および存在するその他の表面汚染物は、酸素のない環境内で除去されるので、銅酸化の懸念はない。したがって、Ｈ₂プラズマ還元は不要である。ケースIIおよびケースIIIは、ともに、バリアＣＭＰがなく、したがって、金属ＣＭＰ処理の費用が削減される。このプロセスによって調整された銅表面は、誘電体層上対銅上のコバルト合金の選択比を優れたものにすることができる。

プロセスは、有機残留物および無機金属酸化物を含む汚染物を基板表面から除去するステップ８０１から開始する。有機汚染物は、乾式の酸素（Ｏ₂）プラズマプロセス、Ｈ₂Ｏプラズマプロセス、Ｈ₂Ｏ₂プラズマプロセス、またはオゾン蒸気をともなうプラズマのように、酸化プラズマによって除去することができる。上述のように、Ｏ₂プラズマプロセスは、摂氏１２０度未満の比較的低温で行われることが好ましい。Ｏ₂プラズマプロセスは、下流のプラズマプロセスであってよい。あるいは、有機残留物（すなわち汚染物）は、有機汚染物を物理的に除去するためのＯ₂／Ａｒスパッタリングプロセスを使用して除去することもできる。上述のように、Ｏ₂プラズマプロセスおよびＯ₂／Ａｒスパッタリングプロセスは、一般に、１トール未満で動作される。

基板表面から汚染物がなくなると、基板は、銅表面を酸化から保護するために、曝露される酸素の量をできる限り少なくすることが望ましい。表面汚染物が除去された後は、ステップ８０３において、バリア層および誘電体層の上の薄い銅層が除去される。薄い銅層は、Ｏ₂／Ａｒスパッタリングによって、Ｏ₂／ヘキサフルオロアセチルアセトン（ＨＦＡＣ）プラズマエッチングによって、硫酸および過酸化水素などの化学剤を使用した湿式化学的エッチングによって、または錯化化学剤を使用することによって除去することができる。Ｏ₂／ＡｒスパッタリングプロセスおよびＯ₂／ＨＦＡＣプラズマプロセスは、ともに、１トール未満などの低圧下で動作される。

その後、ステップ８０５において、Ｔａ、ＴａＮ、または両膜の組み合わせなどのバリア層が基板表面から除去される。薄い銅およびバリアを除去された後の配線構造の断面が、図７Ｂに示されている。バリア層は、ＣＦ₄プラズマ、Ｏ₂／Ａｒスパッタリング、ＣＭＰ、または湿式化学的エッチングによって、除去することができる。ＣＦ₄プラズマエッチングプロセスおよびＯ₂／Ａｒスパッタリングプロセスは、ともに、１トール未満で動作される。

コバルト合金を選択的に堆積させるための銅表面は、制御雰囲気環境内において、誘電体上方から薄い銅層およびバリア層をエッチングすることによって形成されるので、Ｈ含有プラズマを使用して銅表面を還元するプロセスは、ほとんど不要である。しかしながら、銅表面に酸化銅がないことを保証するために、基板表面は、ステップ８０７において、あらゆる残留酸化銅を銅に変換するために随意に還元することができる。銅表面還元プロセスは、上述されている。水素還元プロセスを経ると、基板は、コバルト合金堆積の用意が整う。銅表面は、酸化銅の形成を阻止するために、注意深く保護する必要がある。次のプロセスステップ８０９では、銅表面の上に、ＣｏＷＰ、ＣｏＷＢ、またはＣｏＷＢＰなどのコバルト合金が無電解堆積される。コバルト合金は、図７Ｃにおいて、層１３５として示されている。コバルト合金の無電解堆積は、選択的堆積であり、湿式プロセスである。コバルト合金は、銅表面上にのみ堆積する。

ケースＩおよびケースIIについて上述されたように、コバルト合金の無電解堆積後、プロセスフローは、随意の堆積後洗浄プロセスステップ８１１に入ることができる。堆積後洗浄は、ケースＩおよびケースIIにおいて上述されている。

上述のように、環境制御は、特に銅表面のＨ含有プラズマ還元後などに、コバルト合金堆積のために銅表面を調整するのに非常に重要である。図８Ｂは、表面処理後の重要なステップにおける酸素への基板表面の曝露を最小限にすることができる代表的な統合システム８５０の概略図を示している。統合システム８５０は、図８Ａのフロー８００のプロセス手順全体を通して基板を処理するために使用することができる。

統合システム８５０は、３つの基板搬送モジュール８６０，８７０，８８０を有する。搬送モジュール８６０，８７０，８８０は、基板８５５を１つのプロセス区域から別のプロセス区域へと移動させるためのロボットを装備している。基板搬送モジュール８６０は、実験室雰囲気下で動作される。モジュール８６０は、基板８５５を統合システムに持ち込むためまたは基板をカセット８６１に戻してシステム８５０外での処理を続けるために、基板ローダ（または基板カセット）８６１と連携して機能する。

プロセスフロー８００において上述されたように、基板８５５は、図７Ａに示されるように、基板表面から過剰な銅を除去するために銅ＣＭＰによって基板が平坦化され、誘電体表面の上のバリア層上に薄い銅層を残留させた後、ＣｏＷＢ、ＣｏＷＰ、またはＣｏＷＢＰなどのコバルト合金を堆積させるために統合システム８５０に持ち込まれる。プロセスフロー８００のステップ８０１において説明されたように、基板表面は、有機残留物および非銅金属酸化物などの表面汚染物を除去される必要がある。ケースＩおよびケースIIとは対照的に、湿式Ｃｕ−ＢＴＡ洗浄を実施する必要性がなくなるので、実験室雰囲気搬送モジュール８６０を排除して、カセットホルダ８６１をロードロック８６５に直接結合させてることも可能であろう。

有機残留物および金属酸化物を含む表面汚染物は、Ｏ₂プラズマなどの酸化プラズマプロセスまたはＯ₂／Ａｒスパッタリングによって除去することができる。上述のように、プラズマプロセスまたはスパッタリングプロセスの大半は、１トール未満で動作される。したがって、このようなシステムは、圧力が１トール未満などの真空下で動作される搬送モジュールに結合することが望ましい。有機残留物を洗浄するためにＯ₂プラズマプロセスが選択されると仮定すると、Ｏ₂プラズマプロセスリアクタ８７１は、真空搬送モジュール８７０に結合される。

Ｏ₂プラズマプロセスは、下流のプラズマプロセスであってよい。Ｏ₂プラズマリアクタ８７１は、プロセスフロー８００では真空搬送モジュール８７０に統合することができるが、このプロセスステップは、金属ＣＭＰの直後、基板がコバルト合金堆積のために統合システムに持ち込まれる前に実施することもできる。

実験室雰囲気搬送モジュール８６０は大気下で動作され、真空搬送モジュール８７０は真空下（＜１トール）で動作されるので、これらの２つの搬送モジュール間には、２つのモジュール８６０と８７０との間で基板８５５を搬送可能にするために、ロードロック８６５が配される。

Ｏ₂プラズマ処理を終えた後、基板８５５は、ステップ８０３に示されるように、銅エッチングのための処理システムに移動される。乾式の銅プラズマエッチングプロセスが選択される場合は、銅エッチングチャンバ（またはモジュール）８７３は、真空搬送モジュール８７０に結合される。湿式プロセスが選択される場合は、湿式銅エッチングリアクタをリンス／乾燥システムと統合して湿式銅エッチングシステム８７３’とし、制御雰囲気搬送モジュール８８０に結合することができる。湿式銅エッチングシステム８７３’を制御雰囲気搬送モジュール８８０と統合することを可能にするためには、システム８７３’に対する基板のドライインおよびドライアウトが必要である。一実施形態では、ドライイン・ドライアウトの要件を満足させるために、湿式銅エッチングシステム８７３’にリンスおよび乾燥のシステムを組み入れることができる。システム８７３’の環境は、酸素がないように制御する必要もある。処理環境内に酸素がないことを保証するために、不活性ガスを使用してシステムを満たすこともできる。

ステップ８０５に示されるように、銅エッチング後にはバリア層エッチングが続く。乾式のバリアプラズマエッチングプロセスが選択される場合は、バリア層エッチングチャンバ８７４を真空搬送モジュール８７０に結合することができる。湿式バリアエッチングプロセスが選択される場合は、湿式バリアエッチングリアクタをリンス／乾燥システムと統合して湿式バリアエッチングシステム８７４’とし、制御雰囲気搬送モジュール８８０に結合することができる。湿式バリアエッチングシステム８７４’を制御雰囲気搬送モジュール８８０と統合することを可能にするためには、システム８７４’に対する基板のドライインおよびドライアウトが必要である。システム８７４’の環境は、酸素のレベルを低くする（または制限するまたは制御する）ように制御される必要もある。処理環境内の酸素が低レベルであることを保証するために、不活性ガスを使用してシステムを満たすこともできる。

バリア層エッチングに続くプロセスは、上記のような随意のＨ含有プラズマ還元である。Ｈ₂プラズマ還元は、真空搬送モジュール８７０に結合されたプラズマチャンバ８７７内において実施することができる。

上述のように、コバルト合金の無電解堆積は、湿式プロセスである。湿式プロセスは、大気圧下で行われるのが一般的であるので、無電解堆積リアクタに結合された搬送モジュール６８０は、近大気圧で動作されることが望ましい。酸素レベルが低くなるように環境が制御されることを保証するためには、不活性ガスを使用して制御雰囲気搬送モジュール８８０を満たすことができる。また、プロセスにおいて使用される全ての流体は、市販の脱ガスシステムによって脱ガスされている、すなわち溶存酸素を除去されている。代表的な不活性ガスとして、窒素（Ｎ₂）、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、およびキセノン（Ｘｅ）が挙げられる。

基板が乾燥条件下で無電解堆積システム８８１に搬入され乾燥条件で同システム８８１から搬出されること（ドライイン・ドライアウト）を可能にするためには、湿式コバルト合金無電解堆積リアクタにリンスおよび乾燥のシステムを結合する必要がある。ドライイン・ドライアウト要件は、無電解堆積システム８８１を制御雰囲気搬送モジュール８８０に統合することを可能にする。システム８８１は、その中に存在する酸素が低レベルであることを保証するために、不活性ガスを使用して満たされる。

システム８８１におけるコバルト合金堆積後、基板８５５は、堆積後洗浄リアクタに通すことができる。湿式洗浄システム８８３に対する基板８５５のドライイン・ドライアウトを可能にするためには、ブラシスクラブシステムにリンスおよび乾燥のシステムを統合する必要もある。酸素が存在しないことを保証するために、不活性ガスを使用してシステム８８３が満たされる。図８Ａにおいて上述されたように、堆積後洗浄は随意であるので、システム８８３は、このシステムが随意であることを示すために破線で示されている。堆積後洗浄ステップは、統合システム８５０によって動作される最終プロセスであるので、基板８５５は、処理後にカセット８６１に戻される必要がある。洗浄システム８８３は、あるいは、実験室雰囲気搬送モジュール８６０に結合することができる。

２．無電解銅堆積のためのバリア表面の設計：
上述のシステム概念は、銅めっきのためにバリア表面を調整するために使用することができる。Ｔａ、ＴａＮ、またはＲｕなどのバリア層は、長期間にわたって空気に曝露されると、Ｔａ_xＯ_y（酸化タンタル）、ＴａＯ_xＮ_y（窒酸化タンタル）、またはＲｕＯ₂（酸化ルテニウム）を形成する恐れがある。基板上への金属層の無電解堆積は、基板の表面特性および組成に大きく依存する。Ｔａ、ＴａＮ、またはＲｕの表面上への銅の無電解めっきは、電解めっきに先立つシード層の形成およびリソグラフィ的に画定されたパターン内へのＣｕ線の選択的堆積の双方にとっての関心事である。懸念の１つは、酸素（Ｏ₂）の存在下において形成される原子的に薄い自然金属酸化物の層によって、無電解堆積プロセスが抑制されることである。

また、銅膜は、酸化タンタルや、窒酸化タンタル、酸化ルテニウムなどのバリア酸化物層には接着せず、Ｔａ膜や、Ｒｕ膜、ＴａリッチＴａＮ膜などの純粋なバリア金属膜またはバリア層リッチ膜には接着する。Ｔａおよび／またはＴａＮのバリア層は、例として使用されるに過ぎない。説明および概念は、Ｒｕの薄い層を被せられたＴａまたはＴａＮのようなその他のタイプのバリア金属にも当てはまる。上述のように、乏しい接着は、ＥＭ耐性に悪影響を及ぼす恐れがある。また、バリア層表面上への酸化タンタルまたは窒酸化タンタルの形成は、バリア層の抵抗率を増大させる恐れがある。これらの問題ゆえに、統合システムを使用してバリア／銅界面を調整し、バリア層と銅との間に優れた接着を保証することおよびバリア層の抵抗率を小さく保証することが望まれる。

ケースＩ：金属線の形成
図９Ａは、誘電体エッチングによってパターン形成されフォトレジストを除去された後における金属線構造の代表的な断面を示している。金属線構造は、基板９００上にあり、事前の作成によってゲート酸化物１２１、スペーサ１０７、およびコンタクト１２５をともなうゲート構造１０５を内部に形成されたシリコン層１１０を有している。コンタクト１２５は、一般に、酸化物１０３内にコンタクトホールをエッチングし次いでそのコンタクトホールにタングステンなどの導電性材料を充填することによって作成される。代替の材料として、銅、アルミニウム、またはその他の導電性材料が挙げられる。バリア層１０２は、選択的なトレンチエッチングストップとして機能するようにも構成される。バリア層１０２は、窒化シリコン（ＳｉＮ）または炭化シリコン（ＳｉＣ）などの材料で作成することができる。

バリア層１０２の上に、金属線誘電体層１０６が堆積される。１０６の堆積に使用することができる誘電体材料は、上述されている。誘電体層１０６の堆積後、基板は、金属トレンチ１０６を形成するために、パターン形成されエッチングされる。図９Ｂは、金属トレンチ１１６の形成後、金属トレンチ１１６に裏打ちするために金属バリア層１３０が堆積されることを示している。図９Ｃは、バリア層１３０が堆積された後、バリア層１３０の上に銅層１３２が堆積されることを示している。バリア層１３０は、窒化タンタル（ＴａＮ）、タンタル（Ｔａ）、Ｒｕ、またはこれらの膜の組み合わせで作成することができる。次いで、金属トレンチ１１６に充填するために、銅膜１３２が堆積される。一実施形態では、銅膜１３２は、その下に薄い銅シード層１３１を含む。

プラズマ表面前処理を使用して共形の薄い銅シード層１３１の堆積のための触媒表面を調整し、銅膜１３２でトレンチ１１６を充填した後、基板９００は、図９Ｄに示されるように、誘電体１０６の表面の上の銅材料（すなわち過剰な銅）およびバリア層（すなわち過剰なバリア）を除去するために、化学的になおかつ機械的に研磨（ＣＭＰ）される、または湿式エッチングされる。一実施形態では、薄い銅シード層の厚さは、約５オングストロームから約３００オングストロームまでの間である。次のステップは、図９Ｅに示されるように、コバルト合金などの銅／ＳｉＣ界面接着促進層１３５を銅表面１４０に被せるステップである。コバルト合金の例として、無電解プロセスによって銅の上に選択的に堆積させることができるＣｏＷＰ、ＣｏＷＢ、またはＣｏＷＢＰが挙げられる。接着促進層の厚さは、５オングストロームなど僅か数オングストロームの単分子層ほどに薄いものから、２００オングストロームなど厚めの層であることが可能である。

図１０Ａは、トレンチが形成された後に、無電解銅堆積のためにバリア（またはライナ）層表面を調整するプロセスフロー１０００の一実施形態を示している。しかしながら、バリア（またはライナ）層は、ＡＬＤ堆積リアクタまたはＰＬＤ堆積リアクタなどの非統合型堆積システム内において個別に調整されてもよい。この場合、薄い銅シード層を堆積させるための表面調整は、金属プラグ前洗浄およびバリア堆積のプロセスステップを含まないと考えられる。ステップ１００１では、自然金属酸化物を除去するためにコンタクトプラグの上面１２４ａが洗浄される。金属酸化物は、Ａｒスパッタリングプロセス、またはＮＦ₃、ＣＦ₄、もしくは両者の組み合わせなどのフッ素含有ガスを使用したプラズマプロセス、または湿式化学的エッチングプロセス、または例えば水素含有プラズマを使用した還元プロセスによって除去することができる。ステップ１００３では、バリア層が堆積される。金属線およびビア限界寸法の縮小ゆえに、バリア層は、技術ノード次第では、原子層成長（ＡＬＤ）によって堆積させることができる。バリア層１３０の厚さは、約２０オングストロームから約２００オングストロームまでの間である。上述のように、バリア層の酸素への曝露を防ぐことは、銅がバリア層との間の接着に優れた方式でバリア層上に無電解堆積されることを保証するのに重要である。バリア層が堆積されると、基板は、酸素への曝露を制限するために、制御雰囲気環境内において搬送または処理されることが望ましい。バリア層は、後続の銅シード堆積ステップのための触媒表面を提供するために、随意のステップ１００５において、Ｔａ、ＴａＮ、またはＲｕの層上に金属リッチ表面を形成するための水素プラズマ処理を施される。このステップが必要であるか否かは、表面がどの程度金属リッチであるかに依存する。

その後、ステップ１００７において、バリア表面上に共形の銅シードが堆積され、そして、ステップ１００８において、厚い銅のギャップ充填（またはバルク充填）プロセスが続く。一実施形態では、共形の銅シード層は、無電解プロセスによって堆積させることができる。厚い銅のバルク充填プロセスは、無電解堆積（ＥＬＤ）プロセスまたは電解めっき（ＥＣＰ）プロセスであってよい。無電解銅堆積およびＥＣＰは、周知の湿式プロセスである。上述のような制御された処理および搬送の環境をともなうシステムに湿式プロセスを統合させるには、リアクタをリンス／ドライヤに統合し、ドライイン・ドライアウトのプロセス能力を可能にする必要がある。また、システムは、酸素への基板の曝露が最小限であることを保証するために、不活性ガスで満たされる必要がある。近年では、ドライイン・ドライアウトの無電解銅プロセスが開発されている。さらに、プロセスにおいて使用される全ての流体は、市販の脱ガスシステムによって脱ガスされている、すなわち溶存酸素を除去されている。

無電解堆積プロセスは、パドルめっきなどの数々の方式で行うことができる。パドルめっきでは、流体が基板上に供給され、静止した状態で反応を進められる。その後、反応剤は、除去され廃棄される、または再生される。別の一実施形態では、プロセスは、プロキシミティプロセスヘッドを使用して、無電解プロセス液を基板表面上の限られた領域に接触する範囲内に収める。プロキシミティプロセスヘッドの下方にない領域の基板表面は、乾燥している。このようなプロセスおよびシステムの詳細は、２００３年６月２７日に出願され「Apparatus And Method For Depositing And Planarizing Thin Films On Semiconductor Wafers（半導体ウエハの薄膜を堆積させ平坦化するための装置および方法）」と題された米国出願第１０／６０７，６１１号および２００４年６月２８日に出願された「Apparatus And Method For Plating Semiconductor Wafers（半導体ウエハにめっきするための装置および方法）」と題された米国出願第１０／８７９，２６３号に見いだすことができる。これらの両出願は、その全体を本明細書に組み込まれるものとする。前述のコバルト合金の無電解めっきは、同様のプロキシミティプロセスヘッドを使用してドライイン・ドライアウトのプロセスを可能にすることができる。

ステップ１００７，１００８における銅堆積後、基板は、ステップ１００９において、随意の基板洗浄を経ることができる。銅堆積後の洗浄は、ペンシルバニア州アレンタウンのAir Products and Chemical, Inc.によって供給されているCP72Bを含有した溶液などの化学溶液によるブラシスクラブ洗浄を使用して達成することができる。LamのC3（商標）またはP3（商標）による洗浄技術などのその他の基板表面洗浄プロセスもまた、使用することができる。

図１０Ｂは、バリア表面調整後における基板表面の酸素への曝露を最小限にすることができる統合システム１０５０の概略図の一実施形態を示している。また、これは統合システムであるので、基板は、１つのプロセスステーションから直ちに次のプロセスステーションへと搬送され、これは、クリーンな銅表面が低レベルの酸素に曝露される時間を制限する。統合システム１０５０は、図１０Ａのフロー１０００のプロセス手順全体を通して基板を処理するために使用することができる。

上述のように、銅の無電解堆積のための表面調整、および随意のコバルト合金堆積後プロセスは、乾式プロセスと湿式プロセスとの混合をともなう。湿式プロセスは、一般に、近大気で動作され、乾式プラズマプロセスは、１トール未満で動作される。したがって、統合システムは、乾式プロセスと湿式プロセスとの混合を取り扱える必要がある。統合システム１０５０は、３つの基板搬送モジュール１０６０，１０７０，１０８０を有する。搬送モジュール１０６０，１０７０，１０８０は、基板１０５５を１つのプロセス区域から別のプロセス区域へと移動させるためのロボットを装備している。プロセス区域は、基板カセット、リアクタ、またはロードロックであってよい。基板搬送モジュール１０６０は、実験室雰囲気下で動作される。モジュール１０６０は、基板１５５５を統合システムに持ち込むためまたは基板をカセット１０６１の１つに戻すために、基板ローダ（または基板カセット）１０６１と連携して機能する。

プロセスフロー１０００において上述されたように、基板１０５５は、バリア層および銅層を堆積させるために、統合システム１０５０に持ち込まれる。プロセスフロー１０００のステップ１００１において説明されたように、自然酸化タングステンを除去するために、コンタクト１２５のタングステン上面１２４ａがエッチングされる。酸化タングステンが除去されると、露出された図９Ａのタングステン表面１２４ａは、酸素に曝露されないように保護される必要がある。もし、除去プロセスがＡｒスパッタリングプロセスであるならば、リアクタ１０７１は、真空搬送モジュール１０７０に結合される。もし、湿式の化学的エッチングプロセスが選択されるならば、リアクタは、タングステン表面の酸素への曝露を制限するために、実験室雰囲気搬送モジュール１０６０ではなく、制御雰囲気搬送モジュール１０８０に結合されることが望ましい。

その後、基板は、図１０Ａのステップ１００３において説明されたように、Ｔａ、ＴａＮ、Ｒｕ、またはこれらの膜の組み合わせなどの金属バリア層を堆積される。図９Ｂのバリア層１３０は、ＡＬＤプロセスまたはＰＶＤプロセスによって堆積させることができる。一実施形態において、ＡＬＤプロセスは、１トール未満で動作される。ＡＬＤリアクタ１０７３は、真空搬送モジュール１０７０に結合される。別の一実施形態では、堆積プロセスは、金属バリアを形成するために超臨界ＣＯ₂および有機金属前駆体を使用する高圧プロセスである。さらに別の一実施形態では、堆積プロセスは、１トール未満の圧力で動作する物理気相成長（ＰＶＤ）プロセスである。超臨界ＣＯ₂を使用した高圧プロセスのための代表的リアクタの詳細が、２００３年２月３日に出願され「Method and Apparatus For Semiconductor Wafer Cleaning Using High-Frequency Acoustic Energy with Supercritical Fluid（超臨界流体とともに高周波音響エネルギを使用した半導体ウエハ洗浄のための方法および装置）」と題された同一出願人による出願第１０／３５７，６６４号に記載されている。この出願は、参照のために本明細書に組み込まれるものとする。

基板は、図１０Ａのステップ１００５において説明されたように、例えば水素含有プラズマを使用した随意の還元プロセスを経ることができる。水素還元リアクタ１０７４は、真空搬送モジュール１０７０に結合することができる。この段階で、基板は、無電解銅堆積の用意が整う。無電解銅めっきは、無電解銅めっきリアクタ１０８１内において共形のシード層を堆積させて実施することができる。シード層の堆積に続いて、共形シード層の堆積に使用されたのと同じ無電解銅堆積リアクタ１０８１内において、ただし、バルク充填を達成するための異なる化学物質を使用して、銅のバルク充填を実施することができる。あるいは、銅のバルク充填は、別個のＥＣＰリアクタ１０８１’内において実施することができる。

統合システム１０５０を後にする前に、基板は、先の銅堆積プロセスからの残留物を洗浄することができる表面洗浄プロセスを随意に経ることができる。例えば、基板洗浄プロセスは、ブラシ洗浄プロセスであってよい。基板洗浄リアクタ１０８３は、制御雰囲気搬送モジュール１０８０に統合することができる。あるいは、基板洗浄リアクタ１０８３は、実験室雰囲気搬送モジュール１０６０に統合することもできる。

あるいは、図９Ｂのバリア層１３０は、基板９００が表面処理および銅堆積のためにシステムに持ち込まれる前に、プロセスチャンバ内において堆積させることができる。図１０Ｃは、無電解銅堆積のためにバリア（またはライナ）層表面を調整するプロセスフロー１０９０の一実施形態を示している。バリア表面は、後続の銅シード堆積ステップのための触媒表面を提供するために、随意のステップ１０９５において、Ｔａ、ＴａＮ、またはＲｕの層上に金属リッチ表面を形成するために水素プラズマ処理を施される。このステップが必要であるか否かは、表面がどの程度金属リッチであるかに依存する。

その後、ステップ１０９７において、バリア表面上に共形の銅シードが堆積され、そして、ステップ１０９８において、厚い銅のギャップ充填（またはバルク充填）プロセスが続く。一実施形態では、共形の銅シード層は、無電解プロセスによって堆積させることができる。厚い銅のバルク充填プロセスは、無電解堆積（ＥＬＤ）プロセスまたは電解めっき（ＥＣＰ）プロセスであってよい。ステップ１０９７，１０９８における銅堆積後、基板は、ステップ１０９９において、随意の基板洗浄を経ることができる。銅堆積後の洗浄は、ペンシルバニア州アレンタウンのAir Products and Chemical, Inc.によって供給されているCP72Bを含有した溶液などの化学溶液によるブラシスクラブ洗浄を使用して達成することができる。LamのC3（商標）またはP3（商標）による洗浄技術などのその他の基板表面洗浄プロセスもまた、使用することができる。

図１０Ｄは、バリア表面調整後の重要なステップにおける酸素への基板表面の曝露を最小限にすることができる統合システム１０９２の概略図の一実施形態を示している。また、これは統合システムであるので、基板は、１つのプロセスステーションから直ちに次のプロセスステーションへと搬送され、これは、クリーンな銅表面が低レベルの酸素に曝露される時間を制限する。統合システム１０９２は、図１０Ｃのフロー１０９０のプロセス手順全体を通して基板を処理するために使用することができる。

上述のように、銅の無電解堆積のための表面調整、および随意のコバルト合金堆積後プロセスは、乾式プロセスと湿式プロセスとの混合をともなう。湿式プロセスは、一般に、近大気で動作され、乾式プラズマプロセスは、１トール未満で動作される。したがって、統合システムは、乾式プロセスと湿式プロセスとの混合を取り扱える必要がある。統合システム１０９２は、３つの基板搬送モジュール１０６０，１０７０，１０８０を有する。搬送モジュール１０６０，１０７０，１０８０は、基板１０５５を１つのプロセス区域から別のプロセス区域へと移動させるためのロボットを装備している。プロセス区域は、基板カセット、リアクタ、またはロードロックであってよい。基板搬送モジュール１０６０は、実験室雰囲気下で動作される。モジュール１０６０は、基板１５５５を統合システムに持ち込むためまたは基板をカセット１０６１の１つに戻すために、基板ローダ（または基板カセット）１０６１と連携して機能する。

プロセスフロー１０９０において上述されたように、基板１０５５は、バリア層の堆積後、無電解銅堆積のためにバリア表面を調整するために統合システム１０９２に持ち込まれる。基板は、図１０Ｃのステップ１０９５において説明されたように、例えば水素含有プラズマを使用した還元プロセスを先ず経る。水素還元リアクタ１０７４は、真空搬送モジュール１０７０に結合することができる。この段階で、基板は、無電解銅堆積の用意が整う。無電解銅めっきは、無電解銅めっきリアクタ１０８１内において共形のシード層を堆積させて実施することができる。シード層の堆積に続いて、共形シード層の堆積に使用されたのと同じ無電解銅堆積リアクタ１０８１内において、ただし、バルク充填を達成するための異なる化学物質を使用して、銅のバルク充填を実施することができる。あるいは、銅のバルク充填は、別個のＥＣＰリアクタ１０８１’内において実施することができる。

統合システム１０９２を後にする前に、基板は、先の銅堆積プロセスからの残留物を洗浄することができる表面洗浄プロセスを随意に経ることができる。例えば、基板洗浄プロセスは、ブラシ洗浄プロセスであってよい。基板洗浄リアクタ１０８３は、制御雰囲気搬送モジュール１０８０に統合することができる。あるいは、基板洗浄リアクタ１０８３は、実験室雰囲気搬送モジュール１０６０に統合することもできる。

図１１Ａは、無電解銅堆積のためにバリア（またはライナ）層表面を調整するとともに無電解コバルト合金堆積のためにＣＭＰ後の銅表面を調整するプロセスフローの一実施形態を示している。ステップ１１０１では、自然酸化タングステンを除去するためにコンタクトプラグの上面１２４ａが洗浄される。金属酸化物は、Ａｒスパッタリングプロセス、プラズマ還元プロセス、反応性イオンエッチングプロセス、または湿式化学的エッチングプロセスによって除去することができる。ステップ１１０３では、バリア層が堆積される。バリア層は、後続の銅シード堆積ステップのための触媒表面を提供するために、随意のステップ１００５において、Ｔａ、ＴａＮ、またはＲｕの層上に金属リッチ表面を形成するために水素プラズマ処理を施される。このステップが必要であるか否かは、表面がどの程度金属リッチであるかに依存する。

しかしながら、バリア（またはライナ）層は、ＡＬＤ堆積リアクタまたはＰＬＤ堆積リアクタなどの非統合型堆積システム内において個別に調整されてもよい。この場合、薄い銅シード層を堆積させるための表面調整は、図１０Ａのステップ１００１，１００３および図１１Ａのステップ１１０１，１１０３において説明されたような金属プラグ前洗浄およびバリア堆積のプロセスステップを含まないと考えられる。これらのケースでは、説明されたプロセスは、ステップ１００５または１１０５から始まる。

その後、ステップ１１０７において、バリア表面上に共形の銅シードが堆積され、そして、ステップ１１０８において、厚い銅のギャップ充填（またはバルク充填）プロセスが続く。一実施形態では、共形の銅シード層は、無電解プロセスによって堆積させることができる。厚い銅のバルク充填プロセスは、無電解堆積プロセス（ＥＬＤ）または電解めっき（ＥＣＰ）プロセスであってよい。無電解銅堆積およびＥＣＰは、周知の湿式プロセスである。上述のような制御された処理および搬送の環境をともなうシステムに湿式プロセスを統合させるには、リアクタをリンス／ドライヤに統合し、ドライイン・ドライアウトのプロセス能力を可能にする必要がある。また、システムは、酸素への基板の曝露が最小限であることを保証するために、不活性ガスで満たされる必要がある。近年では、ドライイン・ドライアウトの無電解銅プロセスが開発されている。さらに、プロセスにおいて使用される全ての流体は、市販の脱ガスシステムによって脱ガスされている、すなわち溶存酸素を除去されている。

ステップ１１０７において、基板に共形の銅シードが堆積され、ステップ１１０８において、無電解プロセスまたは電解めっきプロセスのいずれかによって厚いＣｕのギャップ充填（バルク充填）がなされた後、図９Ｄに示されるように、ステップ１１０９において、誘電体１０６の上のバリア層１３０上方の基板表面から銅層１３２が除去される。バリア層は、その後、除去される。これらの除去プロセスは、ともに、図１１Ａのプロセスステップ１１０９において実施される。バリア層上方の表面からの銅の除去は、湿式プロセスであるＣＭＰによって達成することができる。バリア層は、ＣＦ₄プラズマなどの反応性イオンエッチング、Ｏ₂／Ａｒスパッタリング、ＣＭＰ、または湿式化学的エッチングによって除去することができる。これらのバリアエッチングプロセスについては、前述されている。

バリア層の除去後は、基板表面から汚染物を除去するために、Ｃｕ−ＢＴＡ錯体および金属酸化物を除去するための洗浄プロセス（ステップ１１１０）と、有機汚染物を除去するプロセス（ステップ１１１１）とが実施される。金属ＣＭＰ後にこれらの２つのステップを使用して基板表面を洗浄する詳細については、上述されている。

基板表面から表面汚染物が除去された後、基板は、ステップ１１１２において、残留する全ての金属酸化物を金属に還元するために還元プラズマ（水素含有プラズマ）による処理を施される。水素還元後、銅表面は、非常にクリーンでなおかつ触媒性であり、コバルト合金の無電解堆積の用意が整う。ステップ１１１３において、基板は、コバルト合金の無電解堆積と、基板のリンスおよび乾燥とを経る。最終プロセスステップ１１１５は、先の無電解コバルト合金堆積からのあらゆる残留汚染物を洗浄するための随意の基板洗浄ステップである。

図１１Ｂは、バリア表面および銅表面の調整後の重要なステップにおける酸素への基板表面の曝露を最小限にすることができる統合システム１１５０の概略図の一実施形態を示している。また、これは統合システムであるので、基板は、１つのプロセスステーションから直ちに次のプロセスステーションへと搬送され、これは、クリーンな銅表面が低レベルの酸素に曝露される時間を制限する。統合システム１１５０は、図１１Ａのフロー１１００のプロセス手順全体を通して基板を処理するために使用することができる。

統合システム１１５０は、３つの基板搬送モジュール１１６０，１１７０，１１８０を有する。搬送モジュール１１６０，１１７０，１１８０は、基板１１５５を１つのプロセス区域から別のプロセス区域へと移動させるためのロボットを装備している。プロセス区域は、基板カセット、リアクタ、またはロードロックであってよい。基板搬送モジュール１１６０は、実験室雰囲気下で動作される。モジュール１１６０は、基板１１５５を統合システムに持ち込むためまたは基板をカセット１１６１の１つに戻すために、基板ローダ（または基板カセット）１１６１と連携して機能する。

図１１Ａのプロセスフロー１１００において上述されたように、基板１１５５は、バリア層を堆積させるため、銅層堆積のためにバリア表面を調整するため、そして無電解コバルト合金堆積のためにＣＭＰ後の銅表面を調整するために、統合システム１１５０に持ち込まれる。プロセスフロー１１００のステップ１１０１において説明されたように、自然金属酸化物を除去するために、コンタクト１２５の金属プラグ上面１２４ａがエッチングされる。あるいは、金属プラグ表面の酸化物は、水素含有プラズマなどの還元プラズマを使用して除去することができる。金属プラグ表面の酸化物が除去されると、露出された図９Ａの金属表面１２４ａは、酸素に曝露されないように保護される必要がある。もし、除去プロセスがＡｒスパッタリングプロセスであるならば、Ａｒスパッタリングリアクタ１１７１は、真空搬送モジュール１１７０に結合される。もし、湿式の化学的エッチングプロセスが選択されるならば、リアクタは、クリーンな金属プラグ表面の酸素への曝露を制限するために、実験室雰囲気搬送モジュール１１６０ではなく、制御雰囲気搬送モジュール１１８０に結合されることが望ましい。

その後、基板は、図１１Ａのステップ１１０３において説明されたように、Ｔａ、Ｒｕ、ＴａＮ、またはこれらの膜の組み合わせなどの金属バリア層を堆積される。図９Ｂのバリア層１３０は、ＡＬＤプロセスまたはＰＶＤプロセスによって堆積させることができる。一実施形態では、ＡＬＤプロセスは、１トール未満で動作される。ＡＬＤリアクタ１１７３は、真空搬送モジュール１１７０に結合される。別の一実施形態では、堆積プロセスは、金属バリアを形成するために超臨界ＣＯ₂および有機金属前駆体を使用する高圧プロセスである。さらに別の一実施形態では、堆積プロセスは、１トール未満の圧力で動作される物理気相成長（ＰＶＤ）プロセスである。基板は、図１１Ａのステップ１１０５において説明されたように、例えば水素含有プラズマを使用した随意の還元プロセスを経ることができる。水素還元リアクタ１１７４は、真空搬送モジュール１１７０に結合することができる。この段階で、基板は、無電解銅堆積の用意が整う。無電解銅めっきは、無電解銅めっきリアクタ１１８１内において共形のシード層を堆積させて実施することができる。シード層の堆積に続いて、共形シード層の堆積に使用されたのと同じ無電解銅堆積リアクタ１１８１内において、ただし、バルク充填を達成するための異なる化学物質を使用して、銅のバルク充填を実施することができる。あるいは、銅のバルク充填は、別個のＥＣＰリアクタ１１８１’内において実施することができる。

その後、基板は、図１１Ａのステップ１１０９において説明されたように、過剰な銅および過剰なバリアを除去される。過剰な銅および過剰なバリアの除去は、１つのＣＭＰシステム１１８３内において実現されてもよいし、あるいは２つのＣＭＰシステム内において実現されてもよい。図１１Ａに示された実施形態では、１つのＣＭＰシステム１１８３のみが使用される。過剰な銅および過剰なバリアのＣＭＰ除去後、基板表面は、表面汚染物を除去するために洗浄される必要がある。銅ＢＴＡ錯体および金属酸化物を除去するために、湿式洗浄システム１１８５が使用される。有機汚染物を除去するために、Ｏ₂プラズマシステム１１７７が使用される。一実施形態では、有機汚染物を除去するためのＯ₂プラズマプロセスは、水素還元チャンバ１１７４内において実施することができる。

汚染物の除去後、基板は、図１１Ａのステップ１１１２において説明されたように、還元プロセスを経る。水素還元プロセスは、バリア表面を還元してＴａリッチにするために使用されたのと同じ還元リアクタ１１７４内において生じることができる。水素還元処理に続き、銅表面は、無電解コバルト合金堆積の用意が整い、これは、リアクタ１１８７内において実施することができる。

統合システム１１５０を後にする前に、基板は、先の銅めっきプロセスからの残留物を洗浄することができる表面洗浄プロセスを随意に経ることができる。基板洗浄プロセスは、ブラシ洗浄プロセスであってよく、そのリアクタ１１６３は、実験室雰囲気搬送モジュール１１６０に統合することもできる。

制御雰囲気搬送モジュール１１８０に結合される、図１５Ｂにおいて説明された湿式処理システムは、いずれも、システム統合を可能にするためにドライイン・ドライアウトの要件を満足する必要がある。

ケースII：デュアルダマシン配線手順
図１２Ａは、デュアルダマシンプロセスによってパターン形成された後における配線構造の代表的断面を示している。配線構造は、基板１２００上にあり、事前の作成によってメタライゼーション線１０１を内部に形成された酸化物層１００を有している。メタライゼーション線は、一般に、酸化物１００内にトレンチをエッチングし次いでそのトレンチに銅などの導電材料を充填することによって作成される。

トレンチ内には、銅材料１２２が酸化物１００内に拡散するのを阻止するために使用されるバリア層１２０がある。バリア層１２０は、窒化タンタル（ＴａＮ）、タンタル（Ｔａ）、ルテニウム（Ｒｕ）、またはこれらの膜の組み合わせで作成することができる。その他のバリア層材料もまた、使用することができる。ビアエッチングプロセス中のエッチングストップを提供するため、そして銅のための誘電体層間の拡散バリアとして機能するために、銅材料１２２の上にバリア層１０２が堆積される。バリア層１０２は、窒化シリコン（ＳｉＮ）、または炭化シリコン（ＳｉＣ）、またはデュアルダマシンプロセスフローへの組み入れに適したその他の材料などの材料で作成することができる。

バリア層１０２の上に、ビア誘電体層１０４が堆積される。ビア誘電体層１０４は、二酸化シリコンなどの無機誘電体材料、または好ましくはlow-K誘電体材料で作成することができる。代表的な誘電体として、非ドープＴＥＯＳ二酸化シリコン、フッ素化シリカガラス（ＦＳＧ）、ポーラスＯＳＧが挙げられ、市販の誘電体材料には、Black Diamond (I)およびBlack Diamond (II)、Coral、Auroraなどがある。ビア誘電体層１０４の堆積後は、ビアホール１１４を形成するために、パターン形成およびエッチングのプロセスが使用される。銅表面１２２ａは、ＳｉＣまたはＳｉ₃Ｎ₄などの誘電体バリア層によって保護される。図１２Ａは、ビアホール１１４およびトレンチ１１６の形成後におけるデュアルダマシン構造を示している。ビアホール１１４の下の誘電体バリア層１０２は、除去されている。

図１２Ｂは、ビアホール１１４およびトレンチ１１６の形成後、ビアホール１１４およびトレンチ１１６に裏打ちするために第１のバリア層１３０_I、第２のバリア層１３０_II、および銅層１３２が堆積されたことを示している。バリア層１３０_I，１３０_IIは、ともに、窒化タンタル（ＴａＮ）、タンタル（Ｔａ）、またはルテニウム（Ｒｕ）で作成することができる。その他のバリア層材料もまた、使用することができる。一実施形態において、第１のバリア層１３０_Iは、ＡＬＤによって堆積された薄いＴａＮ層であり、第２のバリア層１３０_IIは、フラッシュＰＶＤによって堆積された非常に薄いＴａ層またはＡＬＤもしくはＰＶＤによって堆積されたＲｕ層である。一実施形態において、第１のバリア層１３０_Iの厚さは、約１０オングストロームから約１５０オングストロームまでの間であり、第２のバリア層１３０_IIの厚さ、約１０オングストロームから約５０オングストロームまでの間である。ＡＬＤによる薄いＴａＮ層は、ビア１１４’およびトレンチ１１６の上に、バリア層による共形のカバレッジを提供する。ＰＶＤによる薄いＴａ層またはＲｕ層は、バリア層１３０_I，１３０_IIの上に堆積される予定の銅膜１３２に対して優れた接着を提供する。一般に、ＰＶＤプロセスによって堆積されたバリア層は、優れたステップカバレッジを有さない（すなわち膜が共形でない）。したがって、ビアおよびトレンチの内側においてバリアによる優れたカバレッジを保証するためには、ＡＬＤバリアが必要である。別の一実施形態では、第１のバリア層１３０_Iと第２のバリア層１３０_IIとが１枚の層に組み合わされ、これは、ＡＬＤまたはＰＶＤによって堆積することができる。この単層バリアの材料は、タンタル、窒化タンタル、ルテニウム、またはこれらの膜の組み合わせであってよい。

第１および第２のバリア層１３０_I，１３０_IIの堆積後、基板は、バリア表面がＴａリッチであることを保証するために、前述された必須の表面処理ステップを経る。次いで、ＰＶＤシード１３１または無電解シード１３１のいずれかを使用して銅膜１３２が堆積され、続いて、ビアホール１１４およびトレンチ１１６を充填するために厚いギャップ充填銅層が堆積される。

銅膜１３２がビアホール１１４およびトレンチ１１６を充填した後、基板１２００は、図１２Ｃに示されるように、誘電体１０６の表面の上の銅材料（すなわち過剰な銅）およびバリア層（すなわち過剰なバリア）を除去するために平坦化される。基板は、次いで、基板表面がクリーンであることおよび銅表面から酸化銅が除去されたことを保証するために、前述された必須の表面処理ステップを経る。次のステップは、図１６Ｄに示されるように、コバルト合金などの銅／ＳｉＣ界面接着促進層１３５を銅表面１４０に被せるステップである。コバルト合金の例として、無電解プロセスによって銅の上に選択的に堆積させることができるＣｏＷＰ、ＣｏＷＢ、またはＣｏＷＢＰが挙げられる。接着促進層の厚さは、僅か数オングストロームの単分子層ほどに薄いものから、２００オングストロームなど厚めの層であることが可能である。

図１３Ａは、無電解銅堆積ためにバリア（ライナ）層の表面を調整するとともに無電解コバルト合金堆積のためにＣＭＰ後の銅表面を調整するプロセスフローの一実施形態を示している。ステップ１３０１において、自然酸化銅を除去するために、金属線１０１の上面１２２ａが洗浄される。酸化銅は、Ａｒスパッタリングプロセスまたは湿式化学的エッチングプロセスのいずれかによって除去することができる。ステップ１３０２では、ＡＬＤシステム内において第１のバリア層（図１２Ｂの１３０_I）が堆積される。ステップ１３０３では、ＰＶＤシステム内において第２のバリア層（図１２Ｂの１３０_II）が堆積される。上述のように、酸素へのバリア層の曝露を防ぐことは、銅とバリア層との間の接着に優れた方式で銅がバリア層上に無電解堆積されることを保証するのに重要である。バリア層が堆積されると、基板は、酸素への曝露を制限するために、制御雰囲気環境内において搬送または処理されることが望ましい。バリア層は、後続の銅シード堆積ステップのための触媒表面を提供する金属リッチ層を形成するために、ステップ１３０５において還元プラズマ（すなわち水素含有プラズマ）による処理を施される。還元プラズマ処理は、表面の組成に応じて随意である。

その後、ステップ１３０７において、バリア表面上に共形の銅シードが堆積され、そして、ステップ１３０８において、厚い銅のバルク充填（またはキャップ充填）プロセスが続く。共形の銅シード層は、無電解プロセスによって堆積させることができる。厚い銅のバルク充填（ギャップ充填でもある）層は、ＥＣＰプロセスによって堆積させることができる。あるいは、厚いバルク充填（ギャップ充填でもある）層は、共形シード層用のものと同じ無電解システム内において、無電解プロセスによって、ただし異なる化学物質を使用して、堆積させることができる。

ステップ１３０７において、基板に共形の銅シードが堆積され、ステップ１３０８において、無電解プロセスまたは電解めっきプロセスのいずれかによって厚いＣｕのバルク充填がなされた後、図１１Ｃに示されるように、ステップ１３０９において、誘電体１０６の上のバリア層１３０の上方の基板表面から銅層１３２が除去される。バリア層は、その後、除去される。これらの除去プロセスは、ともに、図１３Ａのプロセスステップ１３０９において実施される。バリア層の上方の表面からの銅の除去は、湿式プロセスであるＣＭＰによって達成することができる。バリア層は、ＣＦ₄プラズマ、Ｏ₂／Ａｒスパッタリング、ＣＭＰ、または湿式化学的エッチングによって除去することができる。これらのバリアエッチングプロセスについては、前述されている。

バリア層の除去後は、基板表面から汚染物を除去するために、Ｃｕ−ＢＴＡ錯体および金属酸化物を除去するための洗浄プロセス（ステップ１３１０）と、有機汚染物を除去するプロセス（ステップ１３１１）とが実施される。金属ＣＭＰ後にこれらの２つのステップを使用して基板表面を洗浄する詳細については、上述されている。

基板表面から表面汚染物が除去された後、基板は、ステップ１３１２において、残留する全ての金属酸化物を金属に還元するために、例えば水素含有プラズマなどの還元プラズマによる処理を施される。水素還元後、銅表面は、非常にクリーンでなおかつ触媒性であり、コバルト合金の無電解堆積の用意が整う。ステップ１３１３において、基板は、コバルト合金の無電解堆積と、基板のリンスおよび乾燥とを経る。最終プロセスステップ１３１５は、先の無電解コバルト合金堆積からのあらゆる残留汚染物を洗浄するための随意の基板洗浄ステップである。

図１３Ｂは、バリア表面および銅表面の調整後の重要なステップにおける酸素への基板表面の曝露を最小限にすることができる統合システム１３５０の概略図の一実施形態を示している。また、これは統合システムであるので、基板は、１つのプロセスステーションから直ちに次のプロセスステーションへと搬送され、これは、クリーンな銅表面が低レベルの酸素に曝露される時間を制限する。統合システム１３５０は、図１３Ａのフロー１３００のプロセス手順全体を通して基板を処理するために使用することができる。

統合システム１３５０は、３つの基板搬送モジュール１３６０，１３７０，１３８０を有する。搬送モジュール１３６０，１３７０，１３８０は、基板１３５５を１つのプロセス区域から別のプロセス区域へと移動させるためのロボットを装備している。プロセス区域は、基板カセット、リアクタ、またはロードロックであってよい。基板搬送モジュール１３６０は、実験室雰囲気下で動作される。モジュール１３６０は、基板１３５５を統合システムに持ち込むためまたは基板をカセット１３６１の１つに戻すために、基板ローダ（または基板カセット）１３６１と連携して機能する。

図１１Ａのプロセスフロー１３００において上述されたように、基板１３５５は、バリア層を堆積させるため、銅層堆積のためにバリア表面を調整するため、そして無電解コバルト合金堆積のためにＣＭＰ後の銅表面を調整するために、統合システム１３５０に持ち込まれる。プロセスフロー１３００のステップ１３０１において説明されたように、自然酸化銅を除去するために、金属線１０１の銅上面１２２ａがエッチングされる。酸化銅が除去されると、露出された図１２Ａのタングステン表面１２２ａは、酸素に曝露されないように保護される必要がある。もし、除去プロセスがＡｒスパッタリングプロセスであるならば、Ａｒスパッタリングリアクタ１３７１は、真空搬送モジュール１３７０に結合される。もし、湿式の化学的エッチングプロセスが選択されるならば、リアクタは、クリーンなタングステン表面の酸素への曝露を制限するために、実験室雰囲気搬送モジュール１３６０ではなく、制御雰囲気搬送モジュール１３８０に結合されることが望ましい。

その後、基板は、第１および第２のバリア層を堆積される。図１２Ｂの第１のバリア層１３０_Iは、乾式プロセスであるとともに１トール未満で動作されるＡＬＤプロセスによって堆積される。ＡＬＤリアクタ１３７２は、真空搬送モジュール１３７０に結合される。図１２Ｂの第２のバリア層１３０_IIは、乾式プロセスであるとともに１トール未満で動作されるＰＶＤプロセスまたはＡＬＤプロセスによって堆積される。ＰＶＤリアクタ１３７３は、真空搬送モジュール１３７０に結合される。基板は、バリア層表面が無電解銅堆積のために金属リッチになることを保証するために、随意の水素還元プロセスを経ることができる。水素還元リアクタ１３７４は、真空搬送モジュール１３７０に結合することができる。この段階で、基板は、無電解銅堆積の用意が整う。無電解銅めっきは、図１３Ａのステップ１３０７において説明されたように、無電解銅めっきリアクタ１３８１内において共形のシード層を堆積させて実施することができる。上述のように、図１３Ａのステップ１３０８におけるギャップ充填銅層の堆積は、同じ無電解めっきリアクタ１３８１内において異なる化学物質を使用して、または別個のＥＣＰリアクタ１３８１’内において実施することができる。

その後、基板は、図１３Ａのステップ１３０９において説明されたように、過剰な銅および過剰なバリアを除去される。過剰な銅および過剰なバリアの除去は、１つのＣＭＰシステム１３８３内において実現されてもよいし、あるいは２つのＣＭＰシステム内において実現されてもよい。図１３Ａに示された実施形態では、１つのＣＭＰシステム１３８３のみが使用される。過剰な銅および過剰なバリアのＣＭＰ除去後、基板表面は、表面汚染物を除去するために洗浄される必要がある。銅ＢＴＡ錯体および金属酸化物を除去するために、湿式洗浄システム１３８５が使用される。有機汚染物を除去するために、Ｏ₂プラズマシステム１３７７が使用される。一実施形態では、有機汚染物を除去するためのＯ₂プラズマプロセスは、水素還元チャンバ１３７４内において実施することができる。

汚染物の除去後、基板は、図１３Ａのステップ１３１２において説明されたように、還元プロセスを経る。水素還元プロセスは、酸化銅を銅に還元するために使用され、バリア表面を還元してＴａリッチにするために使用されたのと同じ還元リアクタ１３７４内において生じることができる。水素還元処理に続き、銅表面は、無電解コバルト合金堆積の用意が整う。これは、リアクタ１３８７内において実施することができる。

統合システム１３５０を後にする前に、基板は、先の銅めっきプロセスからの残留物を洗浄することができる表面洗浄プロセスを随意に経ることができる。基板洗浄プロセスは、ブラシ洗浄プロセスであってよく、そのリアクタ１１６３は、実験室雰囲気搬送モジュール１３６０に統合することもできる。

制御雰囲気搬送モジュール１３８０に結合される、図１３Ｂにおいて説明された湿式処理システムは、いずれも、システム統合を可能にするためにドライイン・ドライアウトの要件を満足する必要がある。

上述された装置および方法（またはプロセス）は、金属−金属接着およびＥＭ耐性を向上させるために後続の金属堆積のために金属表面を調整することに適用される。発明の概念は、また、後続の選択的金属層堆積のためにシリコン表面を調整することにも適用される。

３．金属シリサイドを形成するための選択的無電解金属堆積のためにシリコン表面の設計：
これまで説明されてきたプロセスは、コンタクト、ビア、および金属線などの銅配線について、それらのＥＭ耐性、金属抵抗率、ひいては歩留まりを向上させるために使用されている。ＩＣ製作手順の早い段階では、デバイスの、ソース／ドレイン／ゲート、レジスタ、構造のコンタクト着地領域（レジスタのコンタクト着地領域など）、ゲート領域、コンデンサ領域、またはインダクタ領域に金属シリサイドを形成し、コンタクト抵抗を低減させるとともに優れたオーミックコンタクトを提供するために、シリコン表面上またはポリシリコン表面上に別の金属堆積が適用される。図１４Ａは、シリコン構造１１０上に薄いゲート酸化物１２１、ポリシリコン層１０５、および窒化物スペーサ１０７を含むゲート構造１２７の断面である。アクティブデバイス間を隔てるために、シャロートレンチ分離（ＳＴＩ）６５が使用される。ゲート構造の両側は、ソースエリア６１およびドレインエリア６３である。ソースエリア６１上には、露出シリコン表面６２がある。ドレインエリア６３上には、露出シリコン表面６４がある。ポリシリコン層１０５上には、露出ポリシリコン１０９がある。シート抵抗を下げるために、金属シリサイドが形成される。

金属シリサイドを形成するために、図１４Ｂに示されるように、シリコン表面上にニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、またはコバルト（Ｃｏ）などの金属１１１が先ず堆積される。このとき、金属１１１は、基板表面上にＰＶＤプロセスによって堆積され、シリコン領域または誘電体領域に対して選択的でない。金属は、次いで、金属がシリコン基板またはポリシリコン基板に接触している領域内に金属−シリコン合金（シリサイド）を形成するために、アニールされる。誘電体領域内には、シリサイドは形成されない。誘電体領域内の金属およびシリサイド化された領域の上方で反応されずに残る金属を含む非反応金属が、シリサイドに対して選択的に除去される。現行のＣｏまたはＮｉ堆積プロセスに代わる代替のプロセスに、無電解金属堆積がある。その利点は、金属−シリサイド層をより厚くして、エッチングストップ特性を向上させるとともに金属−金属コンタクトの形成を可能にできることである。無電解金属堆積を可能にするには、シリコン表面は、非常にクリーンでなおかつ自然酸化シリコンがない必要がある。シリコン表面６２，６４上に金属１１１が選択的に堆積された後、基板は、図１４Ｃに示されるように、金属シリサイド１１３を形成するために摂氏約８００度から摂氏約９００度までの間などの高温で熱処理される。形成された金属シリサイド１１３は、図１４Ｄに示されるように、コンタクト１２５をドレインエリア６１と電気的に連絡可能にすることができる。

上述のように、無電解金属堆積に先立つ表面調整は、無電解堆積を実施される予定の表面が酸素に曝露されないことを保証するために、制御雰囲気環境内において実施する必要がある。図１５Ａは、金属シリサイドを形成するために使用されるプロセスフロー１５００の一実施形態を示している。ステップ１５０１では、全ての誘電体表面から金属汚染物が除去される。これは、既知の方法および化学物質を使用して実施することができる。ステップ１５０１は、表面金属汚染の懸念がある場合にのみ必要とされる随意のステップである。次に、ステップ１５０２において、基板表面から有機汚染物が除去される。上述のように、有機汚染物は、様々な乾式または湿式のいずれかのプロセスによって除去することができる。その後、ステップ１５０３において、自然酸化シリコンをシリコンに還元するためにシリコン表面が還元される。自然酸化シリコンは、自己制御式のプロセスであるので、酸化物層は極めて薄く、還元プロセスに先立つ酸化物除去ステップを必要としない。上述のように、還元プロセスは、水素プラズマプロセスであってよい。

表面還元後、シリコン表面は、無電解金属堆積の用意が整う。ステップ１５０５において、露出シリコン（ポリシリコンを含む）表面の上に、Ｎｉ、Ｔｉ、またはＣｏなどの金属が選択的に堆積される。選択的金属堆積は、無電解プロセスによって達成することができる。無電解金属堆積後、基板は、ステップ１５０７において、既知の方法および化学物質を使用した随意の基板洗浄を経る。基板は、次いで、ステップ１５０９において、金属シリサイドを形成するために高温プロセス（またはアニール）を経る。

図１５Ｂは、実験室雰囲気搬送モジュール１５６０、真空搬送モジュール１９５０、および制御雰囲気搬送モジュール１５８０を含む統合システム１５５０の一実施形態を示している。実験室雰囲気搬送モジュール１５６０は、基板１５５５を保持するカセット１５６１に結合される。一実施形態では、金属汚染物は、金属汚染物を除去するために使用される上述の湿式洗浄プロセスの１つなどの湿式洗浄プロセスによって除去される。湿式洗浄は、実験室雰囲気搬送モジュール１５６０に結合されたチャンバ１５６５内において実施することができる。このプロセスステップは随意であるので、図１５Ｂのチャンバ１５６５は破線である。金属汚染物の除去に続いて、有機汚染物が除去される。一実施形態では、有機汚染物は、リアクタ１５７１内において、Ｏ₂、Ｈ₂Ｏ、またはオゾンプラズマなどの酸化プラズマの中で除去される。Ｏ₂プラズマプロセスは、１トール未満の圧力で動作される低圧の乾式プロセスであるので、リアクタ１５７１は、真空搬送モジュール１５７０に結合される。

その後、フロー１５００のステップ１５０３において、リアクタ１５７３内においてシリコン表面の還元を実施することができる。基板は、次いで、金属シリサイド（またはシリサイド金属）の形成に使用される金属を無電解プロセスリアクタ１５８１内において堆積されるために、次のシステムへと搬送される。基板は、リアクタ１５７３から、真空搬送モジュール１５７０、ロードロック１５７５、および制御雰囲気搬送モジュール１５８０を通り、最終的に、処理のためにリアクタ１５８１に到達する。無電解金属堆積リアクタ１５８１は、リンス／乾燥システムを備えている。基板は、図１５Ａのプロセスステップ１５０７において説明されるように、金属堆積後、湿式洗浄チャンバ１５８３内において随意の基板洗浄を経ることができる。無電解堆積後、基板は、金属シリサイドを形成するために、急速熱処理（ＲＴＰ）リアクタなどの熱リアクタ１５７６に送られる。

上述されたシステムは、重要な処理ステップにおける酸素への曝露を制限するために、低圧乾式プロセスと、高圧プロセスと、湿式プロセスとの混合を統合する必要がある基板処理を可能にする。図１６は、異なるプロセスがどのように統合されるかを示した概略図を示している。実験室雰囲気搬送モジュールは、カセット、湿式プロセス、および酸素への曝露を制限する必要がない（すなわち非制御プロセスである）乾式プロセスと統合することができる。真空搬送モジュールは、低圧乾式プロセスを統合することができる。真空搬送モジュールは、１トール未満などの真空下において動作されるので、酸素への曝露が制限され制御される。ロードロックＩは、実験雰囲気搬送モジュールと真空搬送モジュールとの間での基板の搬送を可能にする。制御雰囲気搬送モジュールは、湿式プロセス、近大気圧プロセス、および高圧プロセスを統合することができる。「高圧」という用語は、低圧プロセスと区別するために使用される。高圧プロセスの圧力は、前述の超臨界ＣＯ₂プロセスのような大気圧プロセスより大きい圧力を指す。一実施形態では、高圧プロセスチャンバと制御雰囲気搬送モジュールとの間に、同搬送モジュールとプロセスチャンバとの間で基板が効率良く搬送されることを可能にするためのロードロック（不図示）がある。ロードロックIIは、真空搬送モジュールと制御雰囲気搬送モジュールとの間で基板が搬送されることを可能にする。制御雰囲気搬送モジュール、および制御雰囲気搬送モジュールに結合されたリアクタは、酸素への曝露を制限するために、不活性ガスで満たされている。ロードロックIIは、真空搬送モジュールから基板を受け取るために排気することができる。ロードロックIIは、基板を制御雰囲気搬送モジュールとやり取りするために不活性ガスで満たすこともできる。

本発明は、いくつかの実施形態の観点から説明されてきたが、当業者ならば、以上の明細書を読み図面を吟味することによって、様々な代替、追加、置換、および等価の形態を明確に理解することができる。したがって、本発明は、発明の真の趣旨および範囲に含まれるものとして、このようなあらゆる代替、追加、置換、および等価の形態を含むことを意図している。特許請求の範囲において、要素および／またはステップは、特許請求の範囲内に明記されない限り、いかなる特定の動作順序も暗示しない。

Claims (40)

1. 統合システム内において、基板の銅配線の銅表面上にコバルト合金材料の薄い層を選択的に堆積させて、前記銅配線のエレクトロマイグレーション耐性を向上させるために、前記基板の基板表面を調整する方法であって、
   前記統合システム内において、前記基板表面から汚染物および金属酸化物を除去することと、
   汚染物および金属酸化物を除去した後に、前記統合システム内において、還元環境を使用して前記基板表面を再調整することと、
   前記基板表面を再調整した後に、前記統合システム内において、前記銅配線の前記銅表面上に前記コバルト合金材料の薄い層を選択的に堆積させることと、
   を備える方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、
   前記基板表面は、水素（Ｈ₂）ガス、アンモニア（ＮＨ₃）ガス、または両ガスの混合によって生成される水素含有プラズマによって再調整される、方法。
3. 請求項１に記載の方法であって、
   前記基板表面を再調整することは、表面酸化銅を実質的に銅に変換することであり、前記基板表面を再調整した後、前記基板は、前記銅表面の上への酸化銅の形成を最小限にするために、制御環境内において搬送され処理される、方法。
4. 請求項３に記載の方法であって、
   前記銅表面を還元した後、前記基板は、前記銅表面上に前記コバルト合金材料の薄い層が選択的に堆積されることを可能にするために、酸素への曝露を制御された状態で搬送され処理される、方法。
5. 請求項１に記載の方法であって、
   前記コバルト合金材料の薄い層は、前記銅配線の前記銅表面と前記銅配線のための誘電体キャップ層との間の接着を促進するために、無電解堆積プロセスによって前記銅表面上に選択的に堆積される、方法。
6. 請求項１に記載の方法であって、
   前記コバルト合金材料は、ＣｏＷＰ、ＣｏＷＢ、およびＣｏＷＢＰからなる群より選択される、方法。
7. 銅配線の銅表面上にコバルト合金材料の薄い層を選択的に堆積させることを可能にして、前記銅配線のエレクトロマイグレーション耐性を向上させるために、制御環境内において基板を搬送および処理するための統合システムであって、
   実験室雰囲気搬送チャンバであって、前記実験室雰囲気搬送チャンバに結合された基板カセットから前記統合システム内へと前記基板を搬送可能である実験室雰囲気搬送チャンバと、
   前記実験室雰囲気搬送チャンバに結合され、前記基板表面上の金属有機錯体汚染物を除去するために前記基板表面を洗浄する基板洗浄リアクタと、
   圧力が１トール未満の真空下において動作され、少なくとも１つの真空プロセスモジュールを結合された真空搬送チャンバと、
   前記基板表面から有機汚染物を除去するための真空プロセスモジュールであって、前記真空搬送チャンバに結合された前記少なくとも１つの真空プロセスモジュールの１つであり、圧力が１トール未満の真空下において動作される真空プロセスモジュールと、
   不活性ガスの群より選択される不活性ガスで満たされた制御雰囲気搬送チャンバ、および前記制御雰囲気搬送チャンバに結合された少なくとも１つの制御雰囲気プロセスモジュールと、
   前記基板表面が金属汚染物および有機汚染物を除去され前記銅表面が酸化銅を除去された後に、前記銅配線の前記銅表面上に前記コバルト合金材料の薄い層を堆積させるために使用される無電解コバルト合金材料堆積プロセスモジュールであって、前記制御雰囲気搬送チャンバに結合された前記少なくとも１つの制御雰囲気プロセスモジュールの１つであり、不活性ガスの群より選択される不活性ガスで満たされ、プロセス流体が脱ガスされる流体配送システムを有する無電解コバルト合金材料堆積プロセスモジュールと、
   を備える統合システム。
8. 請求項７に記載の統合システムであって、さらに、
   前記銅表面上の残留酸化銅を銅に還元するために使用される水素含有還元プロセスモジュールであって、前記真空搬送チャンバに結合され、圧力が１トール未満の真空下で動作される水素含有還元プロセスモジュールを備える統合システム。
9. 請求項７に記載の統合システムであって、さらに、
   前記実験室雰囲気搬送チャンバに結合され、前記基板表面上の金属酸化物を除去するために前記基板表面を洗浄する基板洗浄リアクタであって、湿式洗浄溶液は、クエン酸、硫酸、または過酸化水素をともなう硫酸の１つを含有する、基板洗浄リアクタを備える統合システム。
10. 請求項７に記載の統合システムであって、さらに、
    前記真空搬送チャンバおよび前記制御雰囲気搬送チャンバに結合された第１のロードロックであって、前記真空搬送チャンバと前記制御雰囲気搬送チャンバとの間で前記基板を搬送する手助けをし、圧力が１トール未満の真空下において動作されるようにまたは不活性ガスの群より選択される不活性ガスで満たされて前記制御雰囲気搬送モジュールと同圧下で動作されるように構成された第１のロードロックと、
    前記真空搬送チャンバおよび前記実験室雰囲気搬送チャンバに結合された第２のロードロックであって、前記真空搬送チャンバと前記実験室雰囲気搬送チャンバとの間で前記基板を搬送する手助けをし、圧力が１トール未満の真空下においてまたは実験室雰囲気において動作されるように構成された第２のロードロックと、
    を備える統合システム。
11. 請求項７に記載の統合システムであって、
    前記真空搬送チャンバ、および前記真空搬送チャンバに結合された前記少なくとも１つの真空プロセスモジュールは、前記基板の酸素への曝露を制御するために、１トール未満の圧力において動作される、統合システム。
12. 請求項７に記載の統合システムであって、
    前記制御雰囲気搬送チャンバ、および前記制御雰囲気搬送チャンバに結合された前記少なくとも１つの制御雰囲気プロセスモジュールは、前記基板の酸素への曝露を制御するために、前記不活性ガスの群より選択される１種または複数種の不活性ガスで満たされる、統合システム。
13. 請求項７に記載の統合システムであって、
    基板は、前記基板が酸素に曝露される時間を制限するために、前記統合システム内において搬送され処理される、統合システム。
14. 請求項１３に記載の方法であって、
    前記基板表面の酸素への曝露を制限することは、堆積反応の導入時間を短縮させ、前記銅表面上に選択的に堆積される前記コバルト合金材料の薄い層の質を高める、方法。
15. 請求項７に記載の統合システムであって、
    前記制御雰囲気搬送モジュールに結合された前記少なくとも１つのプロセスモジュールは、前記基板のドライイン・ドライアウト処理を可能にし、前記基板は、乾燥状態で入るとともに乾燥状態で出る、統合システム。
16. 統合システム内において、基板の銅配線構造に裏打ちするために金属バリア層を堆積させ、前記金属バリア層の表面上に薄い銅シード層を堆積させて、前記銅配線のエレクトロマイグレーション耐性を向上させるために、前記基板の基板表面を調整する方法であって、
    前記統合システム内において、表面金属酸化物を除去するために下位の金属の露出表面を洗浄することであって、前記下位の金属は、前記銅配線に電気的につながれる下位の配線の一部である、ことと、
    前記統合システム内において、前記銅配線構造に裏打ちするために前記金属バリア層を堆積させることであって、前記金属バリア層を堆積させた後、前記基板は、金属バリア酸化物の形成を阻止するために、制御環境内において搬送され処理される、ことと、
    前記統合システム内において、前記薄い銅シード層を堆積させることと、
    前記統合システム内において、前記薄い銅シード層の上にギャップ充填銅層を堆積させることと、
    を備える方法。
17. 請求項１６に記載の方法であって、さらに、
    前記統合システム内において、前記金属バリア層の表面上の金属バリア酸化物を変換して前記金属バリア層の前記表面を金属リッチにするために、前記金属バリア層の前記表面を還元することであって、前記下位の金属の前記露出表面が洗浄された後に実施されることを備える方法。
18. 請求項１６に記載の方法であって、
    前記銅配線は、ビアの上の金属線を含み、前記下位の配線は、金属線を含む、方法。
19. 請求項１６に記載の方法であって、
    前記表面金属酸化物の露出表面を洗浄することは、Ａｒスパッタリングプロセス、またはフッ素含有ガスを使用したプラズマプロセスのいずれかを使用して達成される、方法。
20. 請求項１６に記載の方法であって、
    前記金属バリア層を堆積させることは、さらに、
    第１の金属バリア層を堆積させることと、
    第２の金属バリア層を堆積させることと、
    を含む、方法。
21. 請求項１６に記載の方法であって、
    前記基板は、金属バリア酸化物の形成を阻止し、前記薄い銅シード層を選択的に堆積させることを可能にして、前記銅配線のエレクトロマイグレーションを改善するために、制御環境内において搬送され処理される、方法。
22. 請求項１６に記載の方法であって、
    基板は、前記基板が酸素に曝露される時間を制限するために、前記統合システム内において搬送され処理される、方法。
23. 統合システム内において、銅配線構造の金属バリア層の表面上に薄い銅シード層を堆積させて、前記銅配線構造のエレクトロマイグレーション耐性を向上させるために、基板の金属バリア表面を調整する方法であって、
    前記統合システム内において、前記金属バリア層の表面上の金属バリア酸化物を変換して前記金属バリア層の前記表面を金属リッチにするために、前記金属バリア層の前記表面を還元することと、
    前記統合システム内において、前記薄い銅シード層を堆積させることと、
    前記統合システム内において、前記薄い銅シード層の上にギャップ充填銅層を堆積させることと、
    を備える方法。
24. 銅配線の金属バリア層の表面上に薄い銅シード層を堆積させることを可能にするために、制御環境内において基板を処理するための統合システムであって、
    実験室雰囲気搬送チャンバであって、前記実験室雰囲気搬送チャンバに結合された基板カセットから前記統合システム内へと前記基板を搬送可能である実験室雰囲気搬送チャンバと、
    圧力が１トール未満の真空下で動作される真空搬送チャンバであって、少なくとも１つの真空プロセスモジュールを結合される真空搬送チャンバと、
    前記統合システム内において、下位の金属の金属酸化物の露出表面を洗浄するための真空プロセスモジュールであって、前記下位の金属は、下位の配線の一部であり、前記銅配線は、前記下位の配線に電気的につながれ、前記洗浄のための真空プロセスモジュールは、前記真空搬送チャンバに結合された前記少なくとも１つの真空プロセスモジュールの１つであり、圧力が１トール未満の真空下において動作される真空プロセスモジュールと、
    前記金属バリア層を堆積させるための真空プロセスモジュールであって、前記真空搬送チャンバに結合された前記少なくとも１つの真空プロセスモジュールの１つであり、圧力が１トール未満の真空下において動作される真空プロセスモジュールと、
    不活性ガスの群より選択される不活性ガスで満たされた制御雰囲気搬送チャンバであって、少なくとも１つの制御雰囲気プロセスモジュールを結合される制御雰囲気搬送チャンバと、
    前記金属バリア層の前記表面上に前記薄い銅シード層を堆積させるために使用される無電解銅堆積プロセスモジュールであって、前記制御雰囲気搬送チャンバに結合された前記少なくとも１つの制御環境プロセスモジュールの１つである無電解銅堆積プロセスモジュールと、
    を備える統合システム。
25. 請求項２４に記載の統合システムであって、さらに、
    前記金属バリアの前記表面上の金属酸化物または金属窒化物を還元するために使用される水素含有還元プロセスモジュールであって、前記真空搬送チャンバに結合され、圧力が１トール未満の真空下で動作される水素含有還元プロセスモジュールを備える統合システム。
26. 請求項２４に記載の統合システムであって、さらに、
    前記真空搬送チャンバおよび前記制御雰囲気搬送チャンバに結合された第１のロードロックであって、前記真空搬送チャンバと前記制御雰囲気搬送チャンバとの間で前記基板を搬送する手助けをし、圧力が１トール未満の真空下において動作されるようにまたは不活性ガスの群より選択される不活性ガスで満たされるように構成された第１のロードロックと、
    前記真空搬送チャンバおよび前記実験室雰囲気搬送チャンバに結合された第２のロードロックであって、前記真空搬送チャンバと前記実験室雰囲気搬送チャンバとの間で前記基板を搬送する手助けをし、圧力が１トール未満の真空下において動作されるように、または実験室雰囲気において動作されるように、または不活性ガスの群より選択される不活性ガスで満たされるように構成された第２のロードロックと、
    を備える統合システム。
27. 請求項２４に記載の統合システムであって、
    前記真空搬送チャンバ、および前記真空搬送チャンバに結合された前記少なくとも１つの真空プロセスモジュールは、前記基板の酸素への曝露を制御するために、１トール未満の圧力において動作される、統合システム。
28. 請求項２４に記載の統合システムであって、
    前記制御雰囲気搬送チャンバ、および前記制御雰囲気搬送チャンバに結合された前記少なくとも１つの制御雰囲気プロセスモジュールは、前記基板の酸素への曝露を制御するために、前記不活性ガスの群より選択される１種または複数種の不活性ガスで満たされる、統合システム。
29. 請求項２４に記載の統合システムであって、
    前記制御雰囲気搬送モジュールに結合された前記少なくとも１つのプロセスモジュールは、前記基板のドライイン・ドライアウト処理を可能にし、前記基板は、前記少なくとも１つのプロセスモジュールに対して乾燥状態で出入りする、統合システム。
30. 銅配線の金属バリア層の表面上に薄い銅シード層を堆積させることを可能にするために、制御環境内において基板を処理するための統合システムであって、
    実験室雰囲気搬送チャンバであって、前記実験室雰囲気搬送チャンバに結合された基板カセットから前記統合システム内へと前記基板を搬送可能である実験室雰囲気搬送チャンバと、
    圧力が１トール未満の真空下で動作される真空搬送チャンバであって、少なくとも１つの真空プロセスモジュールを結合される真空搬送チャンバと、
    前記金属バリア層を還元するための真空プロセスモジュールであって、前記真空搬送チャンバに結合された前記少なくとも１つの真空プロセスモジュールの１つであり、圧力が１トール未満の真空下において動作される真空プロセスモジュールと、
    不活性ガスの群より選択される不活性ガスで満たされた制御雰囲気搬送チャンバであって、少なくとも１つの制御雰囲気プロセスモジュールを結合される制御雰囲気搬送チャンバと、
    前記金属バリア層の前記表面上に前記薄い銅シード層を堆積させるために使用される無電解銅堆積プロセスモジュールであって、前記制御雰囲気搬送チャンバに結合された前記少なくとも１つの制御環境プロセスモジュールの１つである無電解銅堆積プロセスモジュールと、
    を備える統合システム。
31. 統合システム内において、基板のシリコン表面上またはポリシリコン表面上に金属の層を選択的に堆積させて金属シリサイドを形成するために、前記基板の基板表面を調整する方法であって、
    前記統合システム内において、前記基板表面から有機汚染物を除去することと、
    有機汚染物を除去した後に、前記統合システム内において、前記シリコン表面上または前記ポリシリコン表面上の酸化シリコンをシリコンに変換するために、前記シリコン表面または前記ポリシリコン表面を還元することであって、前記シリコン表面または前記ポリシリコン表面を還元した後、前記基板は、酸化シリコンの形成を阻止するために制御環境内において搬送され処理され、前記シリコン表面または前記ポリシリコン表面は、前記シリコン表面上の前記金属の選択性を高めるために還元される、ことと、
    前記シリコン表面または前記ポリシリコン表面を還元した後に、前記統合システム内において、前記基板の前記シリコン表面上または前記ポリシリコン表面上に前記金属の層を選択的に堆積させることと、
    を備える方法。
32. 請求項３１に記載の方法であって、さらに、
    前記シリコン表面上に前記金属の層を選択的に堆積させた後に、前記統合システム内において、前記金属シリサイドを形成することを備える方法。
33. 請求項３１に記載の方法であって、さらに、
    前記シリコン表面を還元する前に、前記統合システム内において、前記基板表面から金属汚染物を除去することを備える方法。
34. 請求項３１に記載の方法であって、
    前記シリコン表面または前記ポリシリコン表面は、水素（Ｈ₂）ガス、アンモニア（ＮＨ₃）ガス、または両ガスの組み合わせによって生成される水素含有プラズマによって還元される、方法。
35. 請求項３１に記載の方法であって、
    前記金属は、ＮｉまたはＣｏからなる群より選択される、方法。
36. 請求項３１に記載の方法であって、
    前記シリコン表面が還元された後、前記基板は、前記基板表面の酸素への曝露を制御するために真空環境内または不活性ガス充填環境内において搬送されるまたは処理されることによって、前記統合システム内において制御環境内において搬送され処理される、方法。
37. 請求項３２に記載の方法であって、
    前記金属シリサイドは、急速熱処理（ＲＴＰ）システム内において形成される、方法。
38. 基板のシリコン表面上への金属の層の選択的堆積を可能にして金属シリサイドを形成するために、制御環境内において基板を処理するための統合システムであって、
    実験室雰囲気搬送チャンバであって、前記実験室雰囲気搬送チャンバに結合された基板カセットから前記統合システム内へと前記基板を搬送可能である実験室雰囲気搬送チャンバと、
    圧力が１トール未満の真空下で動作される真空搬送チャンバであって、少なくとも１つの真空プロセスモジュールを結合される真空搬送チャンバと、
    前記基板表面から有機汚染物を除去するための真空プロセスモジュールであって、前記真空搬送チャンバに結合された前記少なくとも１つの真空プロセスモジュールの１つであり、圧力が１トール未満の真空下において動作される真空プロセスモジュールと、
    前記シリコン表面を還元するための真空プロセスチャンバであって、前記真空搬送チャンバに結合された前記少なくとも１つの真空プロセスモジュールの１つであり、圧力が１トール未満の真空下において動作される真空プロセスチャンバと、
    不活性ガスの群より選択される不活性ガスで満たされた制御雰囲気搬送チャンバ、および前記制御雰囲気搬送チャンバに結合された少なくとも１つの制御雰囲気プロセスモジュールと、
    前記シリコン表面が還元された後に、前記シリコン表面上に前記薄い金属の層を選択的に堆積させるために使用される無電解金属堆積プロセスモジュールであって、前記制御雰囲気搬送チャンバに結合された前記少なくとも１つの制御雰囲気プロセスモジュールの１つである無電解金属堆積プロセスモジュールと、
    を備える統合システム。
39. 請求項３８に記載の統合システムであって、
    前記金属シリサイドを形成するための前記真空プロセスチャンバは、ＲＴＰチャンバである、統合システム。
40. 請求項３８に記載の統合システムであって、
    前記制御雰囲気搬送チャンバ、および前記制御雰囲気搬送チャンバに結合された前記少なくとも１つの制御雰囲気プロセスモジュールは、前記基板の酸素への曝露を制御するために、前記不活性ガスの群より選択される１種または複数種の不活性ガスで満たされる、統合システム。

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