JP2024521844A - 半導体構造の処理中に金属をエッチングすること - Google Patents
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Abstract
ある実施形態において、半導体構造を処理する方法は、エッチングされる銅層上にパターニング層を形成することを含む。銅層は、基板上に配置されている。当該方法は、周期的エッチングプロセスを実行して銅層に凹部を形成することにより、パターニング層をエッチングマスクとして使用して銅層をパターニングすることを含む。周期的エッチングプロセスは、第１のエッチングステップにおいて、銅層の露出面を塩素ガスに暴露することにより、銅層の露出面上にパッシベーション層を形成することを含む。パッシベーション層は、銅層の表面層の少なくとも一部を置換する。周期的エッチングプロセスは、続いて、第２のエッチングステップにおいて、希ガスを含む第１のプラズマを使用してパッシベーション層をエッチングすることを含む。周期的エッチングプロセスの各周期が銅層の凹部を延長させる。
Description
関連出願の相互参照
本出願は、２０２１年６月４日に出願された米国非仮特許出願第１７／３３９，４３６号の利益を主張するものであり、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
本出願は、２０２１年６月４日に出願された米国非仮特許出願第１７／３３９，４３６号の利益を主張するものであり、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
本開示は、概して、半導体製造に関し、特定の実施形態において、半導体構造の処理中に金属をエッチングすることに関する。
一般に、集積回路（ＩＣ）などの半導体デバイスは、回路コンポーネント（例えば、トランジスタ、抵抗、及びキャパシタ）並びに相互接続要素（例えば、導電ライン、コンタクト、及びビア）として動作する構造を形成するためにフォトリソグラフィ及びエッチングを使用して、半導体基板上に誘電材料、導電材料、及び半導体材料の層を順次堆積及びパターニングすることによって製造される。メタライゼーション層内の導電性フィーチャなどの導電性フィーチャを半導体デバイスに形成するために使用される金属の例には、銅、アルミニウムなどが含まれる。
半導体産業は、コンポーネントのパッキング密度を上昇させるために、半導体デバイスの最小フィーチャサイズを数ナノメートルまで繰り返し縮小させている。この数ナノメートルへの小型化によって、半導体製造に関連する様々な課題が激化している。プラズマ及び他のプロセスを含む製造プロセスは、ナノメートル範囲の精密な寸法（例えば、線幅、エッチング深さ、及び膜厚）を、精密に制御されたフィーチャ、例えば、コンフォーマリティ、異方性、選択比、表面粗さ及びラインエッジラフネス、並びにエッジプロファイルと共に、多くの場合原子スケール寸法で、幅広い（例えば３００ｍｍ）ウェハにわたって均一に、供給することが期待される。
ある実施形態において、半導体構造を処理する方法は、エッチングされる銅層上にパターニング層を形成することを含む。銅層は、基板上に配置されている。当該方法は、周期的エッチングプロセスを実行して銅層に凹部を形成することにより、パターニング層をエッチングマスクとして使用して銅層をパターニングすることを含む。周期的エッチングプロセスは、第１のエッチングステップにおいて、銅層の露出面を塩素ガスに暴露することにより、銅層の露出面上にパッシベーション層を形成することを含む。パッシベーション層は、銅層の表面層の少なくとも一部を置換する。周期的エッチングプロセスは、続いて、第２のエッチングステップにおいて、希ガスを含む第１のプラズマを使用してパッシベーション層をエッチングすることを含む。周期的エッチングプロセスの各周期が銅層の凹部を延長させる。
ある実施形態において、半導体構造を処理する方法は、基板を受け入れることを含み、銅含有層が基板上に形成されている。当該方法は、周期的エッチングプロセスを実行して銅含有層の一部を増分的にエッチングすることを含む。銅含有層は、エッチングされる銅含有層の一部を画成するターゲット露出面を有する。周期的エッチングプロセスは、塩素暴露ステップにおいて、銅含有層を有する基板を塩素ガス（Ｃｌ２）に暴露して、銅含有層の一部を塩化銅（ＣｕＣｌ）構造に変換することを含む。周期的エッチングプロセスは、続いてプラズマエッチングステップにおいて、銅含有層を有する基板を第１のプラズマに暴露することを含む。第１のプラズマは、希ガスを含み、ＣｕＣｌ構造の少なくとも一部を銅含有層から除去するのに十分なエネルギーで、銅含有層のターゲット露出面に向けられる。
ある実施形態において、半導体構造を処理する方法は、エッチングされる銅層上にパターニング層を形成することを含む。銅層は、基板上に配置されている。当該方法は、周期的エッチングプロセスを実行して銅層に凹部を増分的に形成することにより、パターニング層をエッチングマスクとして使用して銅層をパターニングすることを含む。周期的エッチングプロセスは、塩素暴露ステップにおいて、銅層を有する基板を塩素ガス（Ｃｌ２）に暴露して、ＣｕＣｌ構造を銅層の１つ又は複数の露出面に形成させることを含む。周期的エッチングプロセスは、続いて、プラズマエッチングステップにおいて、銅層の１つ又は複数の露出面におけるＣｕＣｌ構造の少なくとも一部を銅層から除去して銅層内に凹部を延長させるのに十分なエネルギーで、銅層のターゲット露出面に向けられたアルゴン含有プラズマに、銅層を有する基板を暴露することを含む。塩素暴露ステップの最初のインスタンスにおいて、銅層の１つ又は複数の露出面が、ターゲット露出面を含み、ターゲット露出面は、凹部の底における銅層の上面である。塩素暴露ステップの後続インスタンスにおいて、銅層の１つ又は複数の露出面が、ターゲット露出面及び凹部内の前記銅層の側壁面を含む。
本開示及びその利点についてのより完全な理解のために、ここで、添付図面と併せて用いられる以下の説明に対して参照が行われる。
長年の間、現在でも依然として、チップメーカは、アルミニウムを使用して、半導体デバイス内の導電ライン、導電コンタクト、及び導電ビアなどの導電性フィーチャを形成している。デバイスサイズが縮小し続けているため、ある導電性フィーチャに対してアルミニウムを使用することに課題を示すことが明らかとなってきた。例えば、ライン及びビアのクリティカルディメンジョンが小さくなるにつれて、金属の抵抗が増加し、それによって、相互接続の抵抗－容量（ＲＣ）遅延が増加し得る。銅は、概して、アルミニウムより低い抵抗を示す。加えて、銅は、アルミニウムよりも耐久性があるということができ、エレクトロマイグレーションに対してアルミニウムよりも高い耐性を示す。このエレクトロマイグレーションに対する高い耐性によって、特定のサイズの銅導体には、同じ特定サイズのアルミニウム導体と比較してより大きな電流が流れることが可能となり得る。フィーチャサイズが小さいほど、より大きな電流を流す銅導体の能力が有利であり得る。エレクトロマイグレーションに伴うジュール熱がエレクトロマイグレーションをさらに悪化させることがあり、ゆえに抵抗がより低い金属が有利であり得る。
金及び銀などの他の金属は、銅に類似した利点をもたらし得るが、銅よりも多くのコストがかかる。これらの利点を考慮すると、銅は、半導体デバイス、特に相互接続層において、導電性フィーチャを形成するための好適な選択となっており、概してそれが続いている。
しかしながら、半導体デバイスで銅を使用することには、相互接続のためかそれ以外かにかかわらず、課題もある。例えば、銅は、半導体製造にとって且つ大量生産環境において適当であり得る技術を使用してエッチングすることが困難である場合がある。
従来、半導体デバイス内の銅構造は、サブトラクティブプロセスではなくアディティブプロセスを使用して形成されている。例えば、銅導電性フィーチャは、ダマシン又はデュアルダマシンプロセスを用いて形成されることがある。ダマシンプロセスは、銅導電性フィーチャが形成されることとなる層（例えば、誘電体層）に開口部をエッチングすること、及び次いでそれらの開口部を銅で充填することを含む、アディティブプロセスであり、多くの場合、１つ又は複数のバリア層が堆積され、１つ又は複数の介在及び／又はその後のエッチング（例えば、化学機械研磨）が実行される。ダマシンプロセスは、より小さなデバイスサイズでは課題があり（潜在的に、ある小さなピッチサイズを達成することが不可能であること、及びダマシン凹部のギャップ充填が不十分であることを含む）、ダマシンプロセスに関与する多数のプロセスが、誘電材料（例えば、ｌｏｗ－ｋ材料）などの他の材料を損傷することがある。さらに、ダマシンプロセスは、複雑なエッチング統合を伴い、また、貴重な寸法バジェットを消費するエッチングストップバリア（キャッピング）層を形成することを含み、それによって、より小さなノードサイズにおいてさらに問題を含むことになる。
サブトラクティブプロセスを使用して銅をエッチングして、銅導電性フィーチャを形成しようとすることには、他の課題が提示されている。
例えば、銅をエッチングするための１つのサブトラクティブ法は、銅層を塩素プラズマに暴露することを含み、それによって、エッチングされる銅層の表面上に塩化銅塩が形成される。これらの塩は、揮発性ではなく、成長する傾向がある。発生した塩層を除去するためにウェット除去が実行される。塩層のこのウェット除去は、選択性を欠く化学物質に半導体基板を暴露することを伴い、これは、それらの化学物質が、銅以外の材料を望ましくない形で意図せずエッチングし、結果として得られる銅構造及び他の表面に表面損傷を引き起こし得ることを意味する。加えて、塩の成長は、等方性であり、プラズマ及び塩素ラジカルによって媒介されるときに、成長は自己制限的ではない。さらに、そのようなプロセスは、大量生産には実行可能でない。
銅をエッチングするためのサブトラクティブ法の別の例として、銅の連続プラズマエッチングもまた問題を含んでおり、結果として生じるモフォロジーが重要な問題である。銅の塩素プラズマへの暴露中に形成する塩化銅を連続的に除去するために（例えば、塩化銅が蓄積し得るよりも高速に塩化銅を除去するために）イオンが使用される、プラズマプロセスは、有効塩素適用範囲が小さいことに起因して、不十分なモフォロジーを有する。この状況下では、エッチング副生成物は、揮発性でない場合があり、相当なイオンエネルギーを必要とし得る。塩化銅を除去することによって、スパッタリングと何らかの化学成分との混合が生じ得る。例えば、連続的な反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）プロセスを使用して銅をエッチングすることは、高温を使用して銅をプラズマと反応させることもある。しかしながら、それらの高温は、半導体フィーチャに対して有害である場合がある。例えば、連続的なプラズマプロセス及びその関連する高温は、（例えば、ドーパント拡散若しくは他の望ましくない影響を通して）形成されているＩＣデバイスに悪影響を与え、銅層の上にあるエッチングマスク（例えば、パターニングされたフォトレジスト層）を劣化させ（例えば、エッチングされるフィーチャのプロファイルに影響を及ぼし）、及び／又はより下位層においてストレスマイグレーションを引き起こすことがある。加えて、いくつかのドライエッチングプロセスは、塩素を使用し、塩素は、銅を汚染するか、又は銅に損傷を与えることがある。さらに、連続プロセスにおいて、銅は、再堆積することがあり、それによって、表面粗さ及びエッチフロントプロファイル問題が悪化することがある。
これらの及びおそらく他の理由から、銅と塩素との組み合わせは、大部分は実用的でないと見られてきた。
銅をエッチングするため及び銅導電性フィーチャを形成するために実行可能なサブトラクティブエッチングプロセスがないことに少なくとも一部起因して、アディティブダマシンプロセスは、ダマシンプロセスに関連する問題が多数あったとしても、銅導電性フィーチャを形成するための主な手法のままである。このように、従来のデュアルダマシン法は、より小さなフィーチャサイズでは有用性の限界に達しているか、又はそのうちに達する可能性があるため、半導体製造産業は、サブトラクティブ銅エッチングプロセスに新たな関心を示している。
本開示のある実施形態では、周期的エッチングプロセスが、銅層を増分的にエッチングするサブトラクティブプロセスを提供する。例えば、周期的エッチングプロセスは、銅又は他の金属層内に１つ又は複数の凹部をエッチングするために使用され得る。以下でより詳細に説明するように、単一プラズマ又は他のエッチングステップではなく、本開示の実施形態の周期的エッチングプロセスは、銅（又は他の金属）層にフィーチャを増分的に形成するための２つの主要なステップ、例えば、プラズマ又は熱プロセスにおいて、露出面を塩素ガスに暴露することにより、銅層の露出面にパッシベーション層を形成する、パッシベーション層形成ステップ（例えば、塩素暴露ステップ）と、パッシベーション層をエッチングして、銅層の一部を除去する（例えば、銅層に凹部を形成し、銅層の導電性フィーチャなどのフィーチャを最後に形成する）、エッチングステップと、を繰り返し実行することを含み得る。ある実施形態では、銅をエッチングするための周期的エッチングプロセスは、大量生産設定において使用され得る。
図１Ａ～図１Ｃは、本開示のある実施形態による、半導体構造１０４を処理するためのプロセス１００の間の、半導体構造１０４の断面図及び平面図を示す。図示された例では、プロセス１００は、半導体構造１０４を処理する段階１０２ａ～１０２ｆを含む。半導体構造１０４は、開示された技術に従って処理され得る構造の単なる一例であり、本開示は、任意の適当な半導体デバイスを処理することを企図している。本開示全体を通して、「半導体構造」は、半導体デバイス、基板、又は半導体ウェハ（又は単にウェハ）とも呼ばれ得る。
段階１０２ａにおいて、半導体構造１０４は、基板１０６、基板１０６上に形成された銅含有層１０８、並びに銅含有層１０８及び基板１０６の上に形成されたパターニング層１１０（段階１０２ａではパターニング対象の層）を含む。これらの特定の層が示され、説明されているが、本開示は、半導体構造１０４が任意の適当な層を含むことを企図している。例えば、半導体構造１０４は、基板１０６と銅含有層１０８との間、及び／又は銅含有層１０８とパターニング層１１０との間に、１つ又は複数の介在層を含んでもよい。
基板１０６は、任意の適当な半導体製造ステップ又は半導体製造ステップの組み合わせを使用して形成され得る。基板１０６は、シリコン、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、化合物半導体（例えば、窒化ガリウム（ＧａＮ）、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）、砒化インジウム（ＩｎＧａＡｓ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）など）、又はこれらの材料の組み合わせを含み得る。本開示は、基板１０６が任意の適当な材料を含むことを企図している。基板１０６は、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）構造、半導体ウェハ（例えば、シリコンウェハ）、又はウェハから形成されたダイを含み得る。ある実施形態では、基板１０６の一部又は全体は、アモルファス、多結晶、又は単結晶であってもよい。基板１０６は、ドープされ、アンドープにされ、又はドープ領域及びアンドープ領域の両方を含み得る。
基板１０６は、任意の適当な種類の基板を含み得る。ある実施形態では、基板１０６は、１つ若しくは複数のトランジスタ、１つ若しくは複数のダイオード、１つ若しくは複数のキャパシタ、１つ若しくは複数の抵抗、及び／又は他の電子コンポーネントなどの、１つ又は複数のＩＣ素子を含む。これらのＩＣ素子は、任意の適当な平面又は非平面、且つ２次元又は３次元（例えば、フィン型電界効果トランジスタ（ＦｉｎＦＥＴ）、ゲートオールアラウンド型（ＧＡＡ）ＦＥＴなど）設計を含む、任意の適当な設計を有し得る。ある実施形態では、これらのＩＣ素子は、フロントエンド（ＦＥＯＬ）デバイスであってもよい。
さらに、基板１０６は、１つ又は複数のメタライゼーション層を含み得る。ある実施形態では、メタライゼーション層を（又はメタライゼーション層を含むとして）考慮するか否かにかかわらず、基板１０６は、１つ若しくは複数の導電コンタクト、１つ若しくは複数の導電ビア、１つ若しくは複数の導電ライン、及び／又は１つ若しくは複数の他の導電性フィーチャなどの、１つ又は複数の導電性フィーチャを含む。
銅含有層１０８は、基板１０６の上に形成される。ある実施形態では、銅含有層１０８は、純銅（１００％銅）から作られるが、本開示は、銅含有層１０８がある量の１つ又は複数の他の材料を有する銅を含むことを企図している。ある実施形態では、銅含有層１０８は、１００％銅を含み、又は銅及び約２０ｐｐｍ（ｐａｒｔｓ ｐｅｒ ｍｉｌｌｉｏｎ）未満の１つ若しくは複数の他の材料（例えば、硫黄、塩素、炭素、窒素、銀、アルミニウム、若しくは別の材料）を含む。銅含有層１０８は、金属又は金属合金を含んでもよく、この説明の目的では、金属及び金属合金は、交換可能に使用されてもよい。
銅含有層１０８は、半導体構造１０４の処理を通して製造されている半導体デバイスにおいて導電性フィーチャの役割をし得る１つ又は複数のフィーチャにパターニングされることとなる層である。本開示は、銅含有層１０８にエッチングされるフィーチャが任意の適当なフィーチャであることを企図している。例えば、本開示は、主に「凹部」を説明するが、本開示の実施形態を用いて、（「凹部」を考慮するか否かに関わらず）ライン、ホール、トレンチ、ビア、及び／又は他の適当な構造を含む、他の適当なフィーチャが、銅含有層１０８に形成され得ることを理解されたい。ある実施形態では、銅含有層１０８は、バックエンド（ＢＥＯＬ）スタックのメタライゼーション層などのＢＥＯＬスタックの一部であるものとする。
銅含有層１０８は、材料が堆積されるのに適当な任意の技術を使用して堆積され得る。銅含有層１０８を形成するために使用される適当な堆積プロセスは、スピンオンコーティングプロセス、化学気相成長（ＣＶＤ）プロセス、プラズマ化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）プロセス、原子層堆積（ＡＬＤ）プロセス、物理気相成長（ＰＶＤ）プロセス、化学溶液堆積プロセス、又は他のプロセスを含んでもよい。
ある実施形態では、１つ又は複数のライナー層が、銅含有層１０８を堆積する前に、（例えば、基板１０６の表面上に）堆積され得る。ライナー層は、バリア層とも呼ばれてもよく、例えば、窒化チタン（ＴｉＮ）層及び／又は窒化タンタル（ＴａＮ）層を含んでもよく、約０．３～約３．５ｎｍの厚さを有し得る。任意の適当な種類の材料の任意の適当な数のライナー層が使用され得る。ある実施形態では、１つ又は複数のライナー層は、（例えば、基板１０６の表面層として）基板１０６の一部と考えられ得る。ある実施形態では、１つ又は複数のライナー層は、別の層への（例えば、基板１０６の他の部分への）銅拡散を減少させ、若しくは除去することができ、及び／又は適当な製造段階でエッチングストップ層の役割を果たすことができる。ライナー層のうち１つ以上が、コバルト（Ｃｏ）－タングステン（Ｗ）－リン（Ｐ）（ＣｏＷＰ）キャッピング層又はＣｏ－Ｗ－ボロン（Ｂ）（ＣｏＷＢ）キャッピング層などのキャッピング層であってもよい。
半導体構造１０４は、パターニング層１１０を含む。段階１０２ａにおいて示される状態では、パターニング層１１０は、まだパターニングしなければならないため、パターニング対象層である。ある実施形態では、パターニング層１１０は、ハードマスクとしての使用に適当な材料で作られる。例えば、パターニング層１１０は、有機（アモルファスカーボン、オルガノシロキサンなど）又は無機材料（窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）、ＴｉＮなど）を含んでもよい。ある実施形態では、パターニング層１１０は、複数の材料の層を含む。パターニング層１１０は、材料を堆積するのに適当な任意の技術を使用して堆積され得る。適当な堆積プロセスは、スピンオンコーティングプロセス、ＣＶＤプロセス、ＰＥＣＶＤプロセス、ＡＬＤプロセス、ＰＶＤプロセス、化学溶液堆積プロセス、又は他のプロセスを含み得る。例えば、パターニング層１１０は、ＣＶＤ又はＡＬＤプロセスによって形成されたアモルファスカーボン層であってもよく、又はアモルファスカーボン層を含んでもよい。
段階１０２ｂを参照すると、パターニング層１１０は、下位層（この実施例では銅含有層１０８）にフィーチャ（例えば凹部）を形成するための適当なマスクを提供するようにパターニングされる。本開示は、任意の適当な方式でパターニング層１１０をパターニングすることを企図している。
単なる一例として、フォトレジスト層が、（例えば、パターニング層１１０をパターニングする前に）パターニング層１１０の上に形成されてもよく、フォトレジスト層は、パターニング層１１０においてそれぞれのフィーチャの形成を容易にするために、パターニング層１１０のための所望のパターンに従ってパターニングされ得る。フォトレジスト層は、極端紫外線リソグラフィ又は任意の他の適当なリソグラフィ技術を使用するなどの、任意の適当な方式でパターニングされ得る。
ある実施形態では、１つ又は複数の介在層が、多様な目的で（パターニング層１１０をパターニングする前に）フォトレジスト層とパターニング層１１０との間に形成されてもよい。そのような介在層は、例えば、ＳｉＯＮ層、有機誘電層、シリコン反射防止コーティング（ＳｉＡＲＣ）、若しくは他の反射防止コーティング、及び／又は任意の他の適当な介在層を含み得る。これらの特定の中間層について説明しているが、半導体構造１０４には、そのような中間層が無くてもよく、又は（これらの例示的な中間層の有無にかかわらず）異なる中間層を含んでもよい。
パターニング層１１０は、エッチングプロセスを実行すること及びフォトレジスト層（及び任意の適当な介在層）をエッチングマスクとして使用することによって、形成され得る。この技術を通して、フォトレジスト層によって画成されたパターンが、パターニング層１１０に転写される。フォトレジスト層及び任意の介在層は、このプロセスの一部として除去されてもよく、又はその後除去されてもよい。ある実施形態では、パターニング層１１０は、銅含有層１０８からフィーチャを形成するときに、エッチングマスクとしての役割をする。言い換えると、パターニング層１１０のフィーチャが、後述のように、後続のエッチングプロセスの間に銅含有層１０８の対応フィーチャを残させ得る。例えば、パターニング層１１０は、凹部１１２を含み、凹部１１２は、プロセス１００の後続の段階において、銅含有層１０８の対応する凹部１１２を形成するために使用される。さらに、パターニング層１１０は、後続のエッチングステップにおいて銅含有層１０８の一部を保存して、それらの保存された部分の導電性フィーチャ（例えば、導電ライン、ビア、又はコンタクト）を形成することを容易にし得る。
プロセス１００において段階１０２ｂに続く段階を参照すると、図１Ｂに示すように、本開示の実施形態は、周期的エッチングプロセス１１３を使用して、この実施例ではパターニング層１１０をエッチングマスクとして使用して銅含有層１０８をパターニングする。図１Ａ～図１Ｃ（及び、特に図１Ｂ）に示される実施形態では、周期的エッチングプロセス１１３は、２つの主要ステップを含む。第１のステップは、例えば段階１０２ｃに示すように、パッシベーション層形成ステップであり、パッシベーション層形成ステップでは、塩素ガスを使用して、銅含有層１０８の１つ又は複数の露出面にパッシベーション層が形成される。第２のステップは、例えば段階１０２ｄに示すように、エッチングステップであり、エッチングステップでは、パッシベーション層が、銅含有層１０８の少なくとも一部から除去され、それにより銅含有層１０８の少なくとも一部が除去される。段階１０２ｃ及び１０２ｄについて、以下でより詳細に説明する。ある実施形態では、段階１０２ｃの１つ又は複数の発生の前に、表面酸化物が、銅含有層１０８の露出面上に存在し得る。表面酸化物を実質的に又は完全に除去するために、アルゴンスパッタリングステップなどの適当な除去プロセスが実行され得る。
段階１０２ｃにおいて、周期的エッチングプロセス１１３の第１のエッチングステップでは、パッシベーション層１１６が、銅含有層１０８の少なくとも一部に形成される。ある実施形態では、パッシベーション層１１６は、銅含有層１０８の露出面上に形成される。周期的エッチングプロセス１１３の最初のパスにおいて、銅含有層１０８の露出面は、（例えば、銅含有層１０８を露出するパターニング層１１０の凹部の底における）銅含有層１０８の上面１１４であることができ、パッシベーション層１１６ａは、銅含有層１０８のその露出した上面に形成され得る。周期的エッチングプロセス１１３の後続のパスにおいて、銅含有層１０８の追加の面が露出され、パッシベーション層１１６もまた、銅含有層１０８のそれらの追加の露出面に形成され得る（例えば、パッシベーション層１１６ｂ及び１１６ｃとして後で示され、説明される）。説明を容易にするため、パッシベーション層１１６は、概してパッシベーション層１１６と呼ばれてもよく、パッシベーション層１１６ａ、１１６ｂ、及び／又は１１６ｃに特殊性を有するある場合において、所与の使用に適していてもよい。銅含有層１０８の側壁面上のパッシベーション層１１６の形成については、例えば、図２Ａ～２Ｅを参照して以下で示し、説明する。
パッシベーション層１１６は、半導体構造１０４（及び、銅含有層１０８の上面１１４などの、それにより露出される面）を、塩素ガス（Ｃｌ２）を含む塩素処理１１５に暴露することによって形成され得る。パッシベーション層１１６は、銅含有層１０８の露出面（例えば、上面１１４）における銅原子及びそれらの銅原子が暴露されるＣｌ２から形成される化合物を含み得る。パッシベーション層１１６は、銅含有層１０８の１つ又は複数の露出面（例えば、上面１１４）に形成されたＣｕｙＣｌｘを含み得る。例えば、１つ又は複数の塩素粒子が、銅含有層１０８の表面において、又は表面付近で１つ又は複数の銅原子と結合して、銅含有層１０８の表面において、又は表面付近でＣｕｙＣｌｘ構造（例えば、部分又は軟質面状態）を形成し、それによりパッシベーション層１１６を形成し得る。したがって、パッシベーション層１１６は、銅含有層１０８の少なくとも一部を消費し、その結果、（例えば、周期的エッチングプロセス１１３の段階１０２ｄにおける）パッシベーション層１１６の後続のエッチングによって、銅含有層１０８の一部が除去される。形成されるＣｕｙＣｌｘ構造について、ｙ及びｘは、１以上の整数である。ある実施形態では、１≦ｙ≦６、又は１≦ｘ≦６の一方以上が真である。ほんのわずかの特定の例として、形成されるＣｕｙＣｌｘ構造は、ＣｕＣｌ、ＣｕＣｌ２、ＣｕＣｌ３、ＣｕＣｌ４、Ｃｕ２Ｃｌ、及び／又はＣｕ３Ｃｌを含み得る。ｙ及びｘ並びにそれらの組み合わせに対するこれらの値は、単なる例として与えられると理解されたい。
中性の塩素ガス（Ｃｌ２）は、自己制限的な方式で銅と結合し得る。銅含有層１０８の露出面を塩素ガスに暴露することによって、銅含有層１０８の露出面に塩素及び銅の化合物の自己制限的なパッシベーション層１１６が形成され得る。ある実施形態では、銅含有層１０８の露出面を塩素ガスに暴露することによって、銅含有層１０８の露出面に塩素及び銅の化合物の単分子層が形成され得る。単分子層は、塩素及び銅の化合物の１００パーセントの被覆率が達成されることを必ずしも示唆しないと理解されたい。
パッシベーション層１１６は、任意の適当な方式で形成され得る。本開示は、半導体構造１０４（及び、それにより露出される銅含有層１０８の面）を塩素処理１１５（例えば、塩素ガス）に、例えば、熱プロセス、プラズマプロセス、又は任意の他の適当な種類のプロセスを使用することを含む任意の適当な方式で暴露することを企図している。即ち、塩素処理１１５は、熱プロセス、プラズマプロセス、又は任意の他の適当な種類のプロセスとして実施されてもよい。
ある実施形態では、塩素処理１１５は、半導体構造１０４（及びそれにより露出される銅含有層１０８の面）を、銅含有層１０８の１つ又は複数の露出面（例えば、上面１１４）にＣｕｙＣｌｘ構造を形成させるための適当な温度の塩素ガスに暴露することを含む、熱プロセスである。
ある実施形態では、塩素処理１１５は、塩素ガスからプラズマを形成することと、半導体構造１０４（及びそれにより露出される銅含有層１０８の面）を、生成されたプラズマの塩素ガスに暴露して、銅含有層１０８の１つ又は複数の露出面（例えば、上面１１４）にＣｕｙＣｌｘ構造を形成させることと、を含む、プラズマプロセスである。
パッシベーション層１１６を形成するために使用されるプロセスは、特定の実施態様に従って、異方性プロセス又は等方性プロセスであってもよい。異方性プラズマプロセスなどの異方性プロセスは、パッシベーション層１１６が銅含有層１０８のある露出面のみに形成されること、又は代替として、所望により、銅含有層１０８の異なる面上に異なる厚さで形成されることをもたらし得る。等方性プラズマプロセス又は熱プロセスなどの等方性プロセスは、銅含有層１０８の潜在的に全ての露出面上において、概して均一な（しかし必ずしも同一ではない）厚さを有するパッシベーション層１１６の形成をもたらし得る。
段階１０２ｄを参照すると、周期的エッチングプロセス１１３の第２のエッチングステップにおいて、パッシベーション層１１６のいくらか又は全てが、銅含有層１０８の凹部１１２を増分的に形成／拡張するようにエッチングされる。ある実施形態では、パッシベーション層１１６をエッチングするプロセスは、銅に対してパッシベーション層１１６を選択的にエッチングする、アルゴンなどの希ガスから生成されたプラズマを使用するプラズマエッチプロセスである。
ある実施形態（例えば、目的が凹部１１２を基板１０６まで延ばすことである場合であってもよい）では、段階１０２ｄのエッチングステップは、凹部１１２が基板１０６まで開いたときに基板１０６の上部材料をエッチングすることなく（又は最小限のエッチングで）、凹部１１２を通して銅含有層１０８の一部を除去するような選択性であるように設計される。したがって、そのような実施例では、周期的エッチングプロセス１１３のエッチングステップは、いくつかの実施形態において基板１０６の上面が凹部１１２の底に露出されるように銅含有層１０８内の凹部１１２が完全に形成されると自己終結するように設計される。
ある実施形態では、段階１０２ｄのエッチングステップは、プラズマ１１８を使用して実行されるプラズマエッチングステップである。特定の実施例では、パッシベーション層１１６をエッチングするために使用されるプラズマ１１８は、アルゴン又は別の希ガスを含む。段階１０２ｄの例示的なエッチングプロセスの追加の詳細については、段階１０２ｃの例示的なパッシベーション層１１６堆積プロセスと組み合わせて、以下で説明する。
段階１０２ｄのエッチングステップは、銅含有層１０８の追加の面を最初に露わにしてもよく、又はさらに露わにしてもよい。例えば、段階１０２ｄのエッチングステップは、凹部１１２の銅含有層１０８の側壁１１９の表面を、最初に露わにしてもよく、又はさらに露わにしてもよい。一旦露わにされると（例えば、凹部１１２が銅含有層１０８内に開かれており、凹部１１２内の銅含有層１０８の側壁１１９の表面を露出した後）、パッシベーション層１１６は、段階１０２ｃの後続の実行中に、そのような追加の表面（例えば、側壁１１９の表面）上に形成されてもよい。ある実施形態では、周期的エッチングプロセス１１３の前に、且つパッシベーション層１１６を最初に形成することなく、銅含有層１０８の部分エッチングが実行されて、パターニング層１１０によって画成されたパターンに従って、銅含有層１０８に凹部１１２を形成し始めてもよい。他の実施形態では、そのような部分エッチングは、最初に実行されない。
段階１０２ｄのエッチングステップにおいて使用されるエッチングプロセスは、特定の実施目的に従って、異方性エッチングプロセスであってもよい。異方性プラズマプロセスなどの異方性エッチングプロセスは、銅含有層１０８の上面１１４においてパッシベーション層１１６ａを除去することによって、凹部１１２を銅含有層１０８内にさらに延ばすように、凹部１１２の下向き方向などの特定方向にエッチングし得る。
円形矢印１２０によって示すように、周期的エッチングプロセス１１３のステップ（例えば、段階１０２ｃのパッシベーション層１１６形成ステップ及び段階１０２ｄのエッチングステップ）は、１回又は複数回繰り返されて、銅含有層１０８に凹部１１２を増分的に形成し得る。本開示は、周期的エッチングプロセス１１３を任意の適当な回数実行することを企図していると理解されたい。
ある実施形態では、周期的エッチングプロセス１１３の各周期は、銅含有層１０８内に凹部１１２をさらに延ばすことが可能である。所与の実施態様について周期的エッチングプロセス１１３を実行するための周期の適当な数は、銅含有層１０８の正確な材料、パッシベーション層１１６の材料、凹部１１２の所望の寸法、周期的エッチングプロセス１１３が半導体構造１０４を製造する全プロセスに導入し得る許容可能な時間量、パッシベーション層１１６を堆積するために使用される物質及びパッシベーション層１１６をエッチングするために使用される物質を含む、周期的エッチングプロセス１１３の一部として使用される物質（例えば、ガス）、並びに／又は他の適当な因子を含む、多様な因子に依存する。
ある実施形態では、周期的エッチングプロセス１１３を実行するための周期の適当な数は、テストウェハを処理することにより（生産製造を実行する前に）事前決定される。ウェハ（例えば、半導体構造１０４）は、エッチングされているフィーチャ（例えば、凹部１１２）の寸法及び１つ又は複数の起こり得るパターン欠陥を含む、ウェハの態様を測定するための多様な段階においてサンプリングされ得る。例えば、１つ又は複数の段階１０２の後でサンプルが分析されてもよい。
より詳細な実施例として、周期的エッチングプロセス１１３の第１の所定数の周期の後に第１のウェハがサンプリングされて、段階１０２ｄのエッチングステップのインスタンスの後に停止してもよい。凹部１１２のクリティカルディメンジョンなどの特性の測定値、及び起こり得るパターン欠陥についての測定値が、それらの特性についての所望の値（例えば、技術ノードパラメトリック）と比較され得る。さらに、基板１０６の表面が、（以下で上面１２２として参照される）凹部１１２の底において露出されているかどうかの決定が行われ得る。次いで、比較の結果及び他の因子（例えば、上記で列挙した他の因子のいずれかなど）に応じて、第１の所定数の周期よりも少ない、又は多い第２の所定数の周期の後、新たなウェハをテストするかどうかの決定が行われ得る。所与の実施態様に対して適当な周期数が決定されるまで、サンプリングのこのプロセスが繰り返され得る。
さらに、周期的エッチングプロセス１１３のステップに対する調整は、このテスト及び分析の一部として決定され得る。例えば、塩素処理１１５及び／又はプラズマ１１８への半導体構造１０４の異なる暴露時間が、凹部１１２の寸法、周期的エッチングプロセス１１３の時間、及び／又は他の因子に対する効果を判断するために分析されてもよい。
半導体構造１０４の寸法などの特性が、スキャトロメトリ、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）、高解像度ＴＥＭ（ＨＲ－ＴＥＭ）、走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）、走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）、又は他の適当なデバイスなどの、光学技術を使用して測定されてもよい。
周期的エッチングプロセス１１３の適当な周期数を決定するための上述した技術は、単なる例である。本開示は、周期的エッチングプロセス１１３を実行するための適当な周期数を決定する任意の適当な技術を企図している。
上述の通り、段階１０２ｃのパッシベーション層１１６形成ステップ及び段階１０２ｄのエッチングステップについてのプロセス条件及び関連パラメータを参照すると、ある実施形態では、段階１０２ｃのパッシベーション層１１６形成ステップ及び段階１０２ｄのエッチングステップの両方が、プラズマプロセスを使用して実行される。ある他の実施形態では、段階１０２ｃのパッシベーション層１１６形成ステップは、熱蒸着プロセス（又は別の適当な種類の堆積プロセス）を使用して実行されてもよく、段階１０２ｄのエッチングステップは、プラズマプロセスを使用して実行されてもよい。
ある実施形態では、周期的エッチングプロセス１１３のステップ（例えば、段階１０２ｃ及び１０２ｄに関連する堆積及びエッチング）は、プロセスツールの同一プロセスチャンバ内で実行され得る。実施例として、プロセスツールは、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）ツール、容量結合プラズマ（ＣＣＰ）ツール、ヘリコン波ソース（ＨＷＳ）ツール、ヘリカル共振器、スパイラル共振器、マイクロ波若しくは電子ビーム発生プラズマツール、熱処理ツール、又は任意の他の適当な種類のツール若しくは種類の組み合わせのツールであってもよい。プロセスチャンバ内のガスのパージは、実施態様の詳細に応じて、周期的エッチングプロセス１１３のステップ間で実行されてもされなくてもよい。例えば、周期的エッチングプロセス１１３の段階１０２ｃと１０２ｄとの間でプロセスチャンバをパージすることによって、パッシベーション層１１６（段階１０２ｃ）で使用されるガスが、エッチングステップ（段階１０２ｄ）の間プロセスチャンバ内に残り、エッチングステップと干渉する機会が減少し得る。別の例として、周期的エッチングプロセス１１３の周期的性質を考慮すると、段階１０２ｄと周期的エッチングプロセス１１３の段階１０２ｃの繰り返しとの間にプロセスチャンバをパージすることによって、エッチングステップ（段階１０２ｄ）において使用されるガスが、パッシベーション層１１６形成ステップ（段階１０２ｃ）の間プロセスチャンバ内に残り、パッシベーション層１１６形成ステップと干渉する機会が減少し得る。代替として、本開示は、これらの時間（段階１０２ｃと１０２ｄとの間、及び／又は段階１０２ｄと段階１０２ｃの繰り返しとの間）の１つ又は両方においてパージを実行しないことを企図している。例えば、パージに加えて又はパージの代わりに、段階１０２ｄに関連する希ガスプラズマ活性（例えば、Ａｒ又は他の希ガス無線周波数（ＲＦ）を活性化して）は、段階１０２ｃに関連する塩素ガス流の終端後に（例えば、約１秒以上）遅延されて、段階１０２ｄに関連するエッチングプロセスの間に発生し得る塩素ガス解離を減少又は除去し得る。
ある実施形態では、周期的エッチングプロセス１１３のステップ（例えば、段階１０２ｃ及び１０２ｄに関連する堆積及びエッチング）は、同一プロセスツールの異なるプロセスチャンバ内で実行され得る。実施例として、プロセスツールは、ＩＣＰツール、ＣＣＰツール、ＨＷＳツール、ヘリカル共振器、スパイラル共振器、マイクロ波若しくは電子ビーム発生プラズマツール、熱処理ツール、又は任意の他の適当な種類のツール若しくは種類の組み合わせのツールであってもよい。例えば、段階１０２ｃは、プロセスツールの第１のチャンバ（例えば、プラズマチャンバ又は熱プロセスチャンバ）において実行されてもよく、段階１０２ｄは、同一プロセスツールの別個のプラズマチャンバにおいて実行されてもよい。
ある実施形態では、周期的エッチングプロセス１１３のステップ（例えば、段階１０２ｃ及び１０２ｄのそれぞれに関連するパッシベーション及びエッチング）は、異なるプロセスツールのプロセスチャンバ内で実行され得る。例として、プロセスツールは、ＩＣＰツール、ＣＣＰツール、ＨＷＳツール、ヘリカル共振器、スパイラル共振器、マイクロ波若しくは電子ビーム発生プラズマツール、熱処理ツール、又は任意の他の適当な種類のツール若しくは種類の組み合わせのツールであってもよい。例えば、段階１０２ｃは、第１のプロセスツールのチャンバ（例えば、プラズマチャンバ又は熱プロセスチャンバ）において実行されてもよく、段階１０２ｄは、別個のプロセスツールのプラズマチャンバにおいて実行されてもよい。
考慮される例示的なプロセス条件及び関連パラメータは、段階１０２ｃ及び段階１０２ｄのそれぞれについてのプロセスツールパラメータ（例えば、プロセスの種類に応じて適用可能である場合）、段階１０２ｃ及び１０２ｄのそれぞれにおいてプロセスチャンバ内に導入されるガス及びそれぞれの量、段階１０２ｃ及び１０２ｄのそれぞれにおいて加えられる圧力、段階１０２ｃ及び１０２ｄのそれぞれにおいて使用されるソースＲＦ電力及びバイアスＲＦ電力、段階１０２ｃ及び１０２ｄのそれぞれについての温度、段階１０２ｃ及び１０２ｄのそれぞれについての時間、段階１０２ｃ及び１０２ｄのそれぞれを実行する回数（例えば、周期数）、プロセスパラメータが、段階１０２ｃ及び１０２ｄの任意のインスタンスに対して異なるかどうか、（段階１０２及び１０２ｄが同一プロセスチャンバ内で実行される実施形態において）プロセスステップ間にプロセスチャンバをパージするかどうか、異方性パッシベーション及び／若しくはエッチングプロセスが使用されるかどうか並びに関連するプロセス条件、銅含有層１０８内への凹部１１２の所望の延在量、並びに／又は任意の他のプロセス条件及び関連パラメータ、を含む。
選択されたプロセス条件及び関連パラメータは、周期的エッチングプロセス１１３の適当な周期数を決定することに関連して上述したそれらの因子のうちのある因子などの、多様な因子に従って決定され得る。さらに、段階１０２ｃ及び１０２ｄについての選択されたプロセス条件及び関連パラメータは、互いに対して最適化され得る。例えば、上述した因子の１つ又は複数を達成するプロセスの最適な組み合わせを達成するために、パッシベーション（段階１０２ｃ）及びエッチング（段階１０２ｄ）についてのプロセス条件及び関連パラメータを組み合わせて考えることが適当であり得る。
例示的な周期的エッチングプロセス１１３についての特定の例示的なプロセス条件については、後述する。パッシベーション層１１６は、熱蒸着プロセス又はプラズマ蒸着プロセスを用いて段階１０２ｃにおいて形成されてもよく、エッチングステップは、プラズマプロセスを用いて段階１０２ｄにおいて実行されてもよい。これらのプロセス条件は、単なる例としての目的で提供される。本開示は、特定の実施目的に従って周期的なエッチングプロセス１１３を実行するための任意の適当なプロセス条件を使用することを企図している。
ある実施形態では、段階１０２ｃのパッシベーション層１１６形成ステップ（例えば、塩素処理１１５）が、熱蒸着プロセスとして実施され、塩素ガス（Ｃｌ２）をプロセスチャンバ内に導入することと、半導体構造１０４の温度を約１００℃～約３００℃の範囲の温度に上昇させて、Ｃｌ２を解離させ、銅含有層の１つ又は複数の露出面と反応させてＣｕｙＣｌｘ構造（パッシベーション層１１６）を形成することと、を含み得る。
ある実施形態では、段階１０２ｃのパッシベーション層１１６形成ステップ（例えば、塩素処理１１５）は、プラズマ蒸着プロセスとして実施され、塩素ガス（Ｃｌ２）をプロセスチャンバ内に導入することと、塩素ガス（Ｃｌ２）を含むプラズマを生成することと、を含み得る。ある実施形態では、プラズマは、比較的高圧（例えば、約２００ミリトル（ｍＴｏｒｒ）より高い）を用いて生成される。ある実施形態では、プラズマは、約３００ｍＴｏｒｒより高い圧力を用いて生成される。高圧放電は、銅含有層１０８の露出面（例えば、上面１１４）に向けられているイオンのエネルギーを低下させ得る。そのようなイオン衝撃によって、銅含有層１０８の露出面において合金化が生じ、それにより銅含有層１０８の表面モフォロジーに望ましくない改質が行われることがあるからである。
ある実施形態では、塩素は、プラズマを形成するために故意に導入されるただ１つのガスである。ある他の実施形態では、塩素ガス及び１つ又は複数の他のガスが、プラズマを形成するために使用されてもよい。例えば、比較的少量の希ガス（例えば、アルゴン）が、（塩素ガスに加えて）プラズマチャンバに追加されて、プラズマの発火を容易にしてもよい。
ほんの１つの特定の例として、パッシベーション層１１６を形成するためのプラズマ蒸着プロセスは、毎分約１００標準立方センチメートル（ｓｃｃｍ）～約３００ｓｃｃｍの流量、約５０ｍＴｏｒｒ～約３００ｍＴｏｒｒの圧力、約１０Ｗ～約６０Ｗのソース電力、約１０Ｗ～約５０Ｗのバイアス電力、及び約１００℃に上昇された温度で、塩素ガス（Ｃｌ２）を含み得る。
ある実施形態では、段階１０２ｄのエッチングステップは、プラズマプロセス（例えば、プラズマ１１８）として実施され、希ガス（例えば、アルゴン）をプロセスチャンバ内に導入することと、アルゴンガスを使用してプラズマ１１８を生成することと、を含み得る。使用され得る他の例示的な希ガスは、ヘリウム及びキセノンを含むが、アルゴンの使用は、確実な費用対効果をもたらし得る。ある実施形態では、希ガス（例えば、アルゴン）は、プラズマ１１８を形成するために故意に導入されるただ１つのガスである。ある他の実施形態では、塩素ガス及び１つ又は複数の他のガスが、プラズマを形成するために使用されてもよい。ある実施形態では、プラズマ１１８が生成される電力条件は、吸着とスパッタリングとの間のバランスを取ろうとする。例えば、電力は、パッシベーション層１１６（例えば、ＣｕＣｌ）の化合物の吸着を容易にするのに十分高く、許容できるレベル及び／又は最小化レベルでイオンスパッタリングを維持しようとするのに十分低く設定され得る。ほんの一例として、イオンエネルギーを約４０ｅＶ未満、ある実施形態では約２０ｅＶ未満に保つことが望ましい場合がある。別の例として、比較的低い圧力（例えば、約１０ｍＴｏｒｒ以下）が、パッシベーション層１１６をエッチングするために使用されてもよく、低圧力などでこのエッチングを完成させる能力は、エッチング副生成物の再堆積のリスクを軽減し得る。
ほんの１つの特定の例として、パッシベーション層１１６をエッチングするためのプラズマプロセスは、約１０ｍＴｏｒｒ～約１００ｍＴｏｒｒの圧力、約５０Ｗ～約１００Ｗのソース電力、約１０Ｗ～約５０Ｗのバイアス電力、約３００ｓｃｃｍのＡｒ流量、約１００℃以下の温度、及び約１０ｅＶ～約４０ｅＶのイオンエネルギーを含み得る。
段階１０２ｃが熱プロセスであり、段階１０２ｄがプラズマプロセスである、第１の特定の例示的な実施形態において、周期的エッチングプロセス１１３のパッシベーション層１１６形成ステップ（段階１０２ｃ）及びエッチングステップ（段階１０２ｄ）のためのプロセス条件及び関連パラメータは、以下を含み得る。段階１０２ｃのための例示的なプロセス条件は、約５秒以下のパッシベーション時間、約１００ｓｃｃｍ～約３００ｓｃｃｍのＣｌ２流量、及び約１００℃～約３００℃の温度を含み得る。段階１０２ｄのための例示的なプロセス条件は、（例えば、ＣＣＰツールにおいて）、約５秒以下のエッチング時間、１００ｍＴｏｒｒの圧力、約５０Ｗ～約１００Ｗのソース電力、約１０Ｗ～約５０Ｗのバイアス電力、約１００℃以下の温度、及び約３００ｓｃｃｍのＡｒ流量を含み得る。一実施例では、周期的エッチングプロセス１１３は、（同一又は異なるプロセスツールの）異なるプロセスチャンバ内で実行される。
段階１０２ｃがプラズマプロセスであり、段階１０２ｄがプラズマプロセスである、第２の特定の例示的な実施形態において、周期的エッチングプロセス１１３のパッシベーション層１１６形成ステップ（段階１０２ｃ）及びエッチングステップ（段階１０２ｄ）のためのプロセス条件及び関連パラメータは、以下を含み得る。段階１０２ｃのための例示的なプロセス条件は、約５秒以下のパッシベーション時間、２００ｍＴｏｒｒより高い圧力、約１０Ｗ～約６０Ｗのソース電力、約１０Ｗ～約５０Ｗのバイアス電力、約１００℃の温度、及び約１００ｓｃｃｍ～約３００ｓｃｃｍのＣｌ２流量を含み得る。段階１０２ｄのための例示的なプロセス条件は、（例えば、ＣＣＰツールにおいて）約５秒以下のエッチング時間、１００ｍＴｏｒｒの圧力、約５０Ｗ～約１００Ｗのソース電力、約１０Ｗ～約５０Ｗのバイアス電力、約１００℃以下の温度、及び約３００ｓｃｃｍのＡｒ流量を含み得る。一実施例では、周期的エッチングプロセス１１３は、（同一又は異なるプロセスツールの）異なるプロセスチャンバ内で実行される。別の例では、周期的エッチングプロセス１１３は、同一のプロセスチャンバ内で実行されて、段階１０２と１０２ｄとの間、及び段階１０２ｄと別の周期の段階１０２ｃへの復帰との間にパージが実行される。パージのための時間は、使用される圧力及びプロセスチャンバ容量に依存し得る。
図１Ｃの段階１０２ｅにおいて、周期的エッチングプロセス１１３が完了し、銅含有層１０８の凹部１１２が完全に形成されており、凹部１１２は、この例において、凹部１１２の底において露出している基板１０６の上面１２２を含む。加えて、パッシベーション層１１６（例えば、パッシベーション層１１６ｂ及び１１６ｃ）の一部が、凹部１１２の銅含有層１０８の側壁１１９上に残っている。上述の通り、パッシベーション層１１６（及び特にパッシベーション層１１６ｂ及び１１６ｃ）は、凹部１１２が銅含有層１０８に開いているときに側壁１１９の表面上に形成されてもよく、それにより、側壁１１９の表面が、段階１０２ｃの後続のパッシベーションステップの間、露出面となる。ある実施形態では、パッシベーション層１１６ｂ及び１１６ｃは、「クリーニング」エッチングを使用して側壁１１９から部分的又は全体的に除去され得る。ほんの一例として、クリーニングエッチングは、アルゴン又は別の適当な材料を使用して実行されてもよい。そのようなクリーニングエッチングは、任意の適当なドライエッチプロセス、ウェットエッチプロセス、又はそれらの組み合わせを使用して実施され得る。
銅含有層１０８の残りの部分は、構造１２３ａ、１２３ｂ、及び１２３ｃ（概して構造１２３と呼ばれる）を形成し得る。構造１２３は、形成されている半導体デバイスの導電性フィーチャとしての役割をするために形成され得る。そのような導電性フィーチャは、例えば、導電ライン、ビア、コンタクトなどであってもよい。本開示は、構造１２３が任意の適当な種類の導電性フィーチャであることを企図している。さらに、導電性フィーチャの種類は、構造１２３ａ、１２３ｂ、及び１２３ｃの１つ又は複数について異なっていてもよい。
段階１０２ｆにおいて、図１Ｃに示されるように、凹部１１２は、適当な充填材料１２４で充填され得る。ある実施形態では、充填材料１２４は、例えば、銅含有層１０８の残りの部分を互いから隔離するための誘電材料を含む。特定の例示的な誘電材料は、プリメタル誘電体（ＰＭＤ）、金属間誘電体（ＩＭＤ）、層間絶縁膜（ＩＬＤ）などとしての使用に適した任意の材料を含み得る。本開示は、充填材料１２４が任意の適当な誘電材料又は誘電材料の組み合わせを含むことを企図している。特定の実施例として、誘電材料は、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、シリコン、炭素、酸素、水素（ＳｉＣＯＨ）、又は任意の他の適当な誘電材料若しくは誘電材料の組み合わせを含んでもよい。
ある実施形態では、１つ又は複数の追加の材料が、誘電材料を堆積する前に堆積され得る。例えば、薄い合金層などの１つ又は複数のバリア層が、誘電材料で凹部１１２の残りを充填する前に堆積され得る。そのようなバリア層は、例えば、銅含有層１０８と充填材料１２４の堆積対象誘電材料との間の銅含有層１０８の側壁１１９におけるエレクトロマイグレーションの媒介を含む、多様な目的に役立ち得る。例示的なバリア層は、ＴａＮ又はＴｉＮを含む。最初に堆積されるとき、バリア層は、半導体構造１０４の上面の上を含む、半導体構造１０４を覆い得る。半導体構造１０４の上部の上にあるバリア層の部分が、任意の適当なエッチング技術（例えば、異方性エッチング技術）を使用して除去されて、凹部１１２内の側壁１１９の表面上のバリア層の一部を残し得る。誘電材料を含む任意の他の適当な材料が、次いで、凹部１１２の残りを充填するために使用され得る。
段階１０２ｆに示される半導体構造１０４のバージョンは、（構造１２３の上部の）パターニング層１１０の残存部分を含むが、パターニング層１１０の残存部分は、特定の実施態様に従って、除去されてもされなくてもよい。パターニング層１１０の残存部分が除去される実施形態では、パターニング層１１０の残存部分は、段階１０２ｆの前又は後に除去され得る。
段階１０２ｆにおいて、銅含有層の残存部分が、結果として得られる半導体デバイスの導電性フィーチャとしての役割をし得る。例えば、銅含有層１０８の残存部分は、導電コンタクト、導電ビア、導電ライン、又は任意の他の適当な種類の導電性フィーチャとしての役割をし得る。
プロセス１００は、特定の段階を含むとして示されるが、本開示は、プロセス１００が、特定の実施態様に適当であり得る追加の段階又はより少ない段階を含むことを企図している。例えば、プロセス１００は、段階１０２ｃと１０２ｄとの間、及び段階１０２ｄと１０２ｃへの復帰との間にパージ段階を含んでもよい。
本開示の実施形態は、１つ又は複数の技術的利点をもたらし得る。特定の実施形態は、これらの利点のいくつかを提供してもよく、これらの利点を何も提供しなくてもよく、又はこれらの利点の全てを提供してもよい。
ある実施形態では、周期的エッチングプロセス１１３の周期性は、銅含有層１０８を増分方式でエッチングすることを容易にする。ある実施形態の周期的エッチングプロセス１１３は、レイヤ・バイ・レイヤにエッチングする手法によって厳密に制御され得る増分式銅エッチングプロセスを提供し、エッチングされている銅層の表面に対するモフォロジー変化の減少又は除去をもたらす。加えて、ある実施形態により提供される銅表面に対する最小限からゼロまでのモフォロジー変化によって、銅含有層１０８（及び銅含有層１０８から作られた結果の構造１２３）並びに銅含有層１０８から作られた結果の構造１２３の改善されたプロファイル上の表面粗さが減少し、又は除去され得る。さらに、パッシベーション層１１６形成ステップ（例えば、銅含有層１０８の表面を塩素処理１１５に暴露すること）は、自己制限的であることができ、プラズマ１１８を使用して実行されるエッチングは、パッシベーション層１１６のエッチングに対する選択比が高いことができ、その両方によって、また、銅含有層１０８（及び銅含有層１０８から作られた結果の構造１２３）並びに銅含有層１０８から作られた結果の構造１２３の改善されたプロファイル上の表面粗さが減少し、又は除去され得る。即ち、パッシベーション層１１６の自己制御的性質、及びパッシベーション層１１６をエッチングするプラズマ１１８の選択比は、銅含有層１０８の凹部１１２のエッチング速度を制御することを容易にしつつ、銅含有層１０８のパターン欠陥を減少させ、又は除去し得る。
ある実施形態は、大量生産での使用に適した、銅をエッチングするための技術を提供する。例えば、ある実施形態は、半導体デバイスを形成するためのより大きなプロセスに統合され得る、増分式且つ自己制限的プロセスを提供する。別の例として、サブトラクティブ方式で銅をエッチングする他の試みと比較して、ある実施形態は、処理されている半導体構造の銅層及び／又は他の部分への損傷を減少させ、又は除去する。
他の種類のフィーチャに加えて、ある実施形態は、比較的深い凹部１１２をエッチングして、凹部１１２の深さが凹部の幅よりも著しく大きく、可能な限り著しく大きい、高アスペクト比導電性フィーチャを形成する能力を提供する。エッチングプロセスの制御可能な性質の少なくとも一部に起因して、ある実施形態は、高度なパッケージング及び３次元（３Ｄ）集積（例えば、フィン型電界効果トランジスタ（ＦｉｎＦＥＴ）、ゲートオールアラウンド型（ＧＡＡ）トランジスタ、３Ｄ ＮＡＮＤデバイスなど）のために使用可能であり得る。
図２Ａ～図２Ｅは、本開示のある実施形態による、半導体構造１０４を処理するための周期的エッチングプロセス１１３の間の、半導体構造１０４の断面図を示す。特に、図２Ａ～図２Ｅは、周期的エッチングプロセス１１３の５つの例示的な反復の間の半導体構造１０４を示して、銅含有層１０８の一部のレイヤ・バイ・レイヤ除去を示す。段階１０２ｃ及び１０２ｄのこれらの５つの反復は、反復１についての段階１０２ｃ（１）及び１０２ｄ（１）、反復２についての段階１０２ｃ（２）及び１０２ｄ（２）、反復３についての段階１０２ｃ（３）及び１０２ｄ（３）、反復４についての段階１０２ｃ（４）及び１０２ｄ（４）、並びに反復５についての段階１０２ｃ（５）及び１０２ｄ（５）とラベル付けされている。特定の回数の反復が、単なる例示的な目的のために示されている。
概して、段階１０２ｃ（１）～１０２ｃ（５）の態様は、図１Ｂに関して上述した段階１０２ｃの態様に対応し、簡略化のために多くの詳細については繰り返さない。加えて、概して段階１０２ｄ（１）～１０２ｄ（５）の態様は、図１Ｂを参照して上述した段階１０２ｄの態様に対応し、簡略化のため、多くの詳細については繰り返さない。
図２Ａに示されるように、段階１０２ｃ（１）において、銅含有層１０８の上面１１４は、パターニング層１１０によって画成された凹部１１２の開口部において塩素処理１１５に暴露されて、それらの露出した上面１１４上にパッシベーション層１１６を形成させる。段階１０２ｄ（１）において、段階１０２ｃ（１）において形成されたパッシベーション層１１６は、半導体構造１０４をプラズマ１１８に暴露することによって、全体的又は部分的に除去される。パッシベーション層１１６は、銅含有層１０８のいくらかの部分を消費するため、銅含有層１０８の上面１１４に形成されたパッシベーション層１１６を除去することによって、銅含有層１０８の一部が除去され、凹部１１２が銅含有層１０８内に延ばされ、また、凹部１１２内の銅含有層１０８の側壁１１９が露出される。
図２Ｂに示すように、段階１０２ｃ（２）において、銅含有層１０８の上面１１４及び銅含有層１０８の側壁１１９の表面が、塩素処理１１５に暴露されて、凹部１１２の底部の銅含有層１０８のそれらの露出した上面上にパッシベーション層１１６ａを形成させ、銅含有層１０８の側壁１１９の表面上にパッシベーション層１１６ｂ及び１１６ｃを形成させる。段階１０２ｄ（２）において、パッシベーション層１１６ａは、半導体構造１０４をプラズマ１１８に暴露することによって全体的又は部分的に除去される。パッシベーション層１１６ａは、銅含有層１０８のいくらかの部分を消費するため、銅含有層１０８の上面１１４に形成されたパッシベーション層１１６ａを除去することによって、銅含有層１０８の一部が除去されて、凹部１１２が銅含有層１０８内に延長され、まあ、凹部１１２内の銅含有層１０８の側壁１１９のより多くが露出される。ある実施形態では、凹部１１２の底の銅含有層１０８の上面１１４（及びその上に形成されたパッシベーション層１１６ａ）に向けられた、プラズマ１１８適用の指向性の性質に起因して、パッシベーション層１１６ｂ及び１１６ｃの一部又は全てが、側壁１１９の表面に残り得る。パッシベーション層１１６ａが銅含有層１０８の上面１１４上に形成されるとき、パッシベーション層１１６ａは、銅含有層１０８の上面１１４であるとも考えられ得ることに留意されたい。
図２Ｃに示すように、段階１０２ｃ（３）において、銅含有層１０８の上面１１４及び銅含有層１０８の側壁１１９の表面は、塩素処理１１５に暴露されて、銅含有層１０８の露出した上面１１４上にパッシベーション層１１６ａを形成させ、段階１０２ｄ（２）で露出された側壁１１９の表面の部分の上にパッシベーション層１１６ｂ及び１１６ｃを形成させる。段階１０２ｄ（３）において、パッシベーション層１１６ａは、半導体構造１０４をプラズマ１１８に暴露することによって全体的又は部分的に除去される。パッシベーション層１１６ａは、銅含有層１０８のいくらかの部分を消費するため、（凹部１１２の底の）銅含有層１０８の上面に形成されたパッシベーション層１１６ａを除去することによって、銅含有層１０８の一部が除去されて、凹部１１２が銅含有層１０８内に延長され、また、より多くの側壁１１９が露出される。ある実施形態では、凹部１１２の底の銅含有層１０８の上面１１４（及びその上に形成されたパッシベーション層１１６ａ）に向けられた、プラズマ１１８適用の指向性の性質に起因して、パッシベーション層１１６ｂ及び１１６ｃの一部又は全てが、側壁１１９の表面に残り得る。
図２Ｄに示すように、段階１０２ｃ（４）において、銅含有層１０８の上面１１４及び銅含有層１０８の側壁１１９の表面は、塩素処理１１５に暴露されて、銅含有層１０８の露出した上面１１４上にパッシベーション層１１６ａを形成させ、段階１０２ｄ（３）で露出された側壁１１９の表面の部分の上にパッシベーション層１１６ｂ及び１１６ｃを形成させる。段階１０２ｄ（４）において、パッシベーション層１１６ａは、半導体構造１０４をプラズマ１１８に暴露することによって全体的又は部分的に除去される。パッシベーション層１１６ａは、銅含有層１０８のいくらかの部分を消費するため、（凹部１１２の底の）銅含有層１０８の上面１１４に形成されたパッシベーション層１１６ａを除去することによって、銅含有層１０８の一部が除去されて、凹部１１２が銅含有層１０８内に延長され、また、より多くの側壁１１９が露出される。ある実施形態では、凹部１１２の底の銅含有層１０８の上面１１４（及びその上に形成されたパッシベーション層１１６ａ）に向けられた、プラズマ１１８適用の指向性の性質に起因して、パッシベーション層１１６ｂ及び１１６ｃの一部又は全てが、側壁１１９の表面に残り得る。
図２Ｅに示すように、段階１０２ｃ（５）において、銅含有層１０８の上面１１４及び銅含有層１０８の側壁１１９の表面は、塩素処理１１５に暴露されて、銅含有層１０８の露出した上面１１４上にパッシベーション層１１６ａを形成させ、段階１０２ｄ（４）で露出された側壁１１９の表面の部分の上にパッシベーション層１１６ｂ及び１１６ｃを形成させる。段階１０２ｄ（５）において、パッシベーション層１１６ａは、半導体構造１０４をプラズマ１１８に暴露することによって全体的又は部分的に除去される。パッシベーション層１１６ａは、銅含有層１０８のいくらかの部分を消費するため、（凹部１１２の底の）銅含有層１０８の上面１１４に形成されたパッシベーション層１１６ａを除去することによって、銅含有層１０８の一部が除去されて、凹部１１２が銅含有層１０８内に延長され、また、より多くの側壁１１９が露出される。ある実施形態では、凹部１１２の底の銅含有層１０８の上面１１４（及びその上に形成されたパッシベーション層１１６ａ）に向けられた、プラズマ１１８適用の指向性の性質に起因して、パッシベーション層１１６ｂ及び１１６ｃの一部又は全てが、側壁１１９の表面に残り得る。
図２ａ～図２Ｅを参照して示され、説明される例において見られ得るように、プロセス１００、及び特に周期的エッチングプロセス１１３は、銅含有層１０８のターゲット露出面（例えば、上面１１４）を増分的にエッチングし、それによって、本実施例では、凹部１１２が銅含有層１０８内に増分的に延長される。パッシベーション層１１６ａによって消費される銅含有層１０８の一部は、パッシベーション層１１６に選択的な指向性の異方性エッチングプロセスを使用して除去されて、制御されたエッチングプロセスを提供する。
図３Ａ～図３Ｃは、本開示のある実施形態による、半導体構造の処理中に金属をエッチングするためのプロセス１００の周期的エッチングプロセス１１３の間の、半導体構造１０４の例示的な詳細を示す。特に、図３Ａは、概して、半導体構造１０４の塩素処理１１５への暴露が開始するときの、図１Ｂの段階１０２ｃに対応し、（半導体構造１０４の断面図及び平面図の両方を示す）図３Ｂは、概して、パッシベーション層１１６が形成されるときの段階１０２ｃに対応し、図３Ｃは、概して、半導体構造１０４のプラズマ１１８への暴露の間の段階１０２ｄに対応する。
図３Ａに示すように、銅含有層１０８は、銅粒子３００を含み、塩素処理１１５は、塩素ガス粒子３０２を含む。この説明のために、粒子は原子、分子、イオン、又は粒子が一部であるそれぞれの層の任意の他の適当な細区分であり得る。ある実施形態では、銅粒子３００は、銅原子であり、塩素ガス粒子３０２は、２つの塩素原子の化合物（Ｃｌ２）であり、それは、中性の塩素ガスである。
図３Ｂに示すように、塩素処理１１５の少なくともいくつかの塩素ガス粒子３０２は、（塩素原子などの塩素粒子３０４として）互いから解離されており、銅含有層１０８の表面において銅粒子３００と結合されて、ＣｕｙＣｌｘ構造３０６（例えば、ＣｕｙＣｌｘ化合物）のパッシベーション層１１６ａを形成する。銅含有層１０８の銅粒子３００の塩素ガス（例えば、塩素ガス粒子３０２）に対する暴露は、自己制限的であり、塩素ガス（例えば、Ｃｌ２）の塩素分子が、容易に解離し、解離後に銅原子（例えば、銅粒子３００）に結合して、それによりＣｕｙＣｌｘ構造３０６（例えば、ＣｕｙＣｌｘ化合物）を形成する。
本開示は、銅含有層１０８の表面の任意の適当なパーセンテージを超えるＣｕｙＣｌｘ構造３０６の形成を企図しているが、ある実施形態では、段階１０２ｃ（例えば、半導体構造１０４の塩素処理１１５への暴露）が、銅含有層１０８の露出面の約３０パーセント～約７０パーセントがＣｕｙＣｌｘに変換されることをもたらす。ある実施形態では、段階１０２ｃ（例えば、半導体構造１０４の塩素処理１１５への暴露）は、約５０パーセントの被覆率をもたらす。例えば、ある実施形態では、塩素吸着の限界は、銅含有層１０８の表面において銅粒子３００に付着している近隣の塩素粒子３０４に関連する立体障害によるものである。銅含有層１０８の表面が粗いほど、より大きな表面積を有し、潜在的に、銅含有層１０８の表面において塩素粒子３０４が銅粒子３００により多く付着することを可能にし得る。
例えば、ある実施形態では、塩素ガス（例えば、Ｃｌ２）の塩素分子が解離し、解離後に銅原子（例えば、銅粒子３００）に結合するプロセスは、結晶銅表面上のある被覆率の値（例えば、約５０％）の後で停止し得る。ある実施形態では、パッシベーション層１１６の１００％未満の被覆率で、銅含有層１０８の露出面の近隣の塩素パッシベーションされていない銅原子が、位置をシフトして、別の塩素原子に結合しようとし得る。これは、銅含有層１０８の表面下のレベルにおける銅原子への経路を開き得る。しかしながら、塩素原子の表面下吸着のためのエネルギーが比較的大きい（例えば、約３Ｖを超える）ことに起因して、そのような表面下吸着を回避するか、又は少なくとも制限し、それにより、銅含有層１０８の露出面に対するモフォロジー変化を制限することが可能であり得る。
図３Ｃに示すように、銅含有層１０８のパッシベーション層１１６（例えば、パッシベーション層１１６ａ）は、プラズマ１１８に暴露され、プラズマ１１８は、パッシベーション層１１６ａをエッチングする。プラズマ１１８は、アルゴン粒子３０８を含み、銅含有層１０８のパッシベーション層１１６ａをプラズマ１１８に暴露することは、銅含有層１０８のパッシベーション層１１６ａに向かう方向３１０に、パッシベーション層１１６ａを異方性エッチングし得るアルゴン粒子３０８を向けることと、塩素処理１１５の塩素粒子３０４が結合された銅粒子３００（図３Ｂに示すように、ＣｕｙＣｌｘ構造３０６）を除去することと、を含む。例えば、アルゴン粒子３０８は、ＣｕｙＣｌｘ構造３０６（例えば、ＣｕｙＣｌｘ化合物）を銅含有層１０８の表面から切り離すのに十分なエネルギーで、且つ、ある実施形態では、イオンスパッタリングを最小化するのに十分低いエネルギーで、（パッシベーション層１１６ａを含む）銅含有層１０８に粒子を当て得る。
ある実施形態では、比較的低量のエネルギーが、ＣｕｙＣｌｘ構造３０６を遊離させ得る。パッシベーション層１１６ａの形成の自己制限的性質と結合した（例えば、図３Ｂを参照）この能力は、銅含有層１０８の１つ又は複数の対象の表面（例えば、上面１１４）のほぼレイヤ・バイ・レイヤの除去をもたらす。ある実施形態では、周期的エッチングプロセス１１３は、パッシベーション層１１６を除去するための低イオンエネルギーに起因して、任意の適当な圧力で実行され得るが、周期的エッチングプロセス１１３は、（例えば、パッシベーション層１１６の形成中の段階１０２ｃにおいて）Ｃｌ２ガスによって媒介される塩素による銅の急速浸透に起因して、低圧力（例えば、約１０ｍＴｏｒｒ以下）で実行され得る。そのような低圧力は、ある実施形態では、段階１０２ｄのエッチングプロセス中の副生成物再堆積のリスクを低下又は除去し得る。
塩化銅エッチング副生成物の変形物が、エッチングステップ（例えば、段階１０２ｄ）の間に生成され得る。例えば、ＣｕＣｌ、ＣｕＣｌ２、及びＣｕＣｌ３は、それぞれ約－１．３３ｅＶ、＋０．２８ｅＶ、及び＋２．１９ｅＶのΔＥ値を有する、安定したエッチング副生成物であり得る。ある実施形態では、ＣｕＣｌ３のみが、概して、物理吸着されたＣｌ２分子との協調的相互作用を通して利用可能であり、それによって、ＣｕＣｌ３の発生は制限され得る。ある実施形態では、プラズマ濃度及び電力が、銅含有層１０８の約０．８６ｅＶ銅表面結合を破壊するように選択される。
図４は、本開示のある実施形態による、半導体構造１０４を処理するための例示的な方法４００を示す。方法は、ステップ４０２において開始する。ステップ４０４において、基板１０６が受け入れられる。基板１０６は、その上に形成された銅含有層１０８を含む。ある実施形態では、銅含有層１０８は、純銅である。ステップ４０６において、基板１０６上に形成されている銅含有層１０８上にパターニング層１１０が形成される。例えば、パターニング層１１０は、エッチングマスクとしてパターニングレジスト層を使用してパターニングされ得る。ある実施形態では、パターニング層１１０を形成することは、パターニング層１１０内にパターンを画成することを含み、そのパターンは、周期的エッチングプロセス１１３を使用して銅含有層１０８にフィーチャ（例えば、凹部１１２及び構造１２３）を形成するためのエッチングパターンを画成する。例えば、パターニング層１１０によって画成されたパターンは、それによって、周期的エッチングプロセス１１３の後の銅含有層１０８の残存部分が、導電コンタクト、導電ライン、導電ビアなどの半導体デバイスの導電性フィーチャを画成するように、銅含有層１０８において対応する凹部１１２をエッチングするための凹部１１２を画成し得る。
ステップ４０８において、周期的エッチングプロセス１１３を実行することによって、パターニング層１１０をエッチングマスクとして使用して、銅含有層１０８がパターニングされる。ある実施形態では、周期的エッチングプロセス１１３は、第１のエッチングステップ（例えば、塩素暴露ステップ）のステップ４０８ａにおいて、銅含有層１０８の１つ又は複数の露出面を、塩素ガスを含む塩素処理１１５に暴露することによって、銅含有層１０８の１つ又は複数の露出面上にパッシベーション層１１６を形成することを含む。ある実施形態では、パッシベーション層１１６は、ＣｕｙＣｌｘを含む。パッシベーション層１１６は、銅含有層１０８の表面層の少なくとも一部を置換する。ある実施形態では、パッシベーション層１１６は、自己制限的なプロセスで形成され、１つ又は複数の露出面において３つ以下の銅原子の深さ分、銅含有層１０８に貫入する。
ある実施形態では、ステップ４０８ａにおいて、銅含有層１０８の１つ又は複数の露出面を塩素処理１１５に暴露することによって、銅含有層１０８の１つ又は複数の露出面上にパッシベーション層１１６を形成することは、熱蒸着プロセスを実行して、Ｃｌ２を解離させ、銅含有層１０８の１つ又は複数の露出面と反応させて、パッシベーション層１１６（例えば、ＣｕｙＣｌｘ構造３０６）を形成することを含む。ある実施形態では、ステップ４０８ａにおいて、銅含有層１０８の１つ又は複数の露出面を塩素処理１１５に暴露することによって、銅含有層１０８の１つ又は複数の露出面上にパッシベーション層１１６を形成することは、プラズマ蒸着プロセスを含む。例えば、銅含有層１０８の１つ又は複数の露出面は、Ｃｌ２を解離させ、銅層の１つ又は複数の露出面と反応させて、パッシベーション層１１６（例えば、ＣｕｙＣｌｘ構造３０６）を形成するのに十分なエネルギーを有する塩素含有プラズマに暴露され得る。
ある実施形態では、パッシベーション層１１６がその上に形成される銅含有層１０８の１つ又は複数の露出面は、銅含有層１０８の１つ若しくは複数の上面１１４、銅含有層１０８の側壁１１９の表面、又は銅含有層１０８の１つ若しくは複数の上面と銅含有層１０８の側壁１１９の表面との組み合わせを含む。
ある実施形態では、ステップ４０８ａにおける第１のエッチングステップ（例えば、塩素暴露ステップ）の最初のインスタンスにおいて、銅含有層１０８の１つ又は複数の露出面は、ターゲット露出面を含むことができ、それは、一例では、凹部１１２の底における銅含有層１０８の上面１１４である。ある実施形態では、ステップ４０８ａにおける第１のエッチングステップ（例えば、塩素暴露ステップ）の後続インスタンスにおいて、銅含有層１０８の１つ又は複数の露出面は、ターゲット露出面（例えば、上面１１４）及び凹部１１２内の銅含有層１０８の側壁１１９の表面を含み得る。
ある実施形態では、周期的エッチングプロセス１１３は、第２のエッチングステップ（例えば、プラズマエッチングステップ）のステップ４０８ｂにおいて、プラズマ１１８を使用して、銅含有層１０８のパッシベーション層１１６の少なくとも一部をエッチングすることを含む。ある実施形態では、プラズマ１１８は、アルゴンなどの希ガスを含む。パッシベーション層１１６の各エッチングは、銅含有層１０８の少なくとも一部を除去して、銅含有層１０８内に凹部１１２を延ばす。
ある実施形態では、ステップ４０８ｂは、プラズマエッチングステップにおいて、銅含有層１０８を有する基板１０６を、銅含有層１０８の１つ又は複数の露出面においてＣｕｙＣｌｘ構造３０６の少なくとも一部を銅含有層１０８から除去して銅含有層１０８内に凹部１１２を延ばすのに十分なエネルギーで、銅含有層１０８のターゲット露出面（例えば、上面１１４）に向けられたプラズマ１１８（例えば、アルゴンプラズマ）に暴露することを含む。ある実施形態では、十分なエネルギーは、約４０ｅＶ以下である。
周期的エッチングプロセス１１３の周期的性質は、凹部１１２の深さが周期的エッチングプロセス１１３の各反復で増加するように、周期的エッチングプロセス１１３が、銅含有層１０８に凹部１１２を増分的に形成するのに適当な回数繰り返され得ることを意味する。さらに、パッシベーション層１１６の形成に結合される、周期的エッチングプロセス１１３の周期性は、銅含有層１０８のエッチングの間、銅含有層１０８の表面のモフォロジーの改変の減少又は除去を容易にする。例えば、周期的エッチングプロセス１１３は、所定の回数実行されてもよい。別の例として、周期的エッチングプロセス１１３は、銅含有層１０８内の凹部１１２の底に基板１０６の上面１２２が露出されるまで実行されてもよい。
ある実施形態では、ステップ４０８ａ及び４０８ｂが同じプロセスチャンバ内で実行される例において、方法４００の周期的エッチングプロセス１１３のステップ４０８ａの後、且つ周期的エッチングプロセス１１３のステップ４０８ｂの前に、ステップ４０８ａ及び４０８ｂが実行され得るプロセスチャンバが、残存するガス又はステップ４０８ａに関連する他の材料を除去するためにパージされてもよい。
ステップ４１０において、凹部１１２は、充填材料１２４で充填され得る。充填材料１２４は、任意の適当な材料又は材料の組み合わせを含み得る。ある実施形態では、充填材料は、誘電材料を含む。本開示は、任意の適当な種類のプロセス又は種類の組み合わせのプロセスを使用して充填材料１２４で凹部を充填することを企図している。ある実施形態では、方法４００は、充填材料１２４で凹部１１２を充填する前に、凹部１１２内の銅含有層１０８の側壁１１９において形成されたパッシベーション層１１６（例えば、パッシベーション層１１６ｂ及び１１６ｃ）の一部を除去することを含む。
ステップ４１２において、方法４００が終了する。
図５は、本開示のある実施形態による、半導体構造１０４を処理するための例示的な方法５００を示す。方法は、ステップ５０２において開始する。ステップ５０４において、基板１０６が受け入れられる。基板１０６は、その上に形成された銅含有層１０８を含む。ある実施形態では、銅含有層１０８は、純銅である。
ステップ５０６において、周期的エッチングプロセス１１３が実行されて、銅含有層１０８の一部を増分的にエッチングする。ある実施形態では、銅含有層１０８は、増分的にエッチングされる銅含有層の一部を画成するターゲット露出面を有する。例えば、ターゲット露出面は、凹部１１２の底における銅含有層１０８の上面１１４であるとし得る。
ある実施形態では、周期的エッチングプロセス１１３は、塩素暴露ステップのステップ５０６ａにおいて、銅含有層１０８を有する基板１０６を塩素ガス（Ｃｌ２）に暴露して、銅含有層１０８のターゲット露出面において銅含有層１０８の一部を塩化銅（ＣｕｙＣｌｘ）構造３０６に変換することを含む。（ＣｕｙＣｌｘ）構造３０６の銅は、ターゲット露出面（及び潜在的には、銅含有層１０８の他の露出面）における銅含有層１０８の表面部分であるとし得る。ある実施形態では、ステップ５０６ａの塩素暴露ステップは、銅含有層１０８のターゲット露出面の１００％未満を塩化銅（ＣｕｙＣｌｘ）構造に変換し、特定の例として、銅含有層１０８のターゲット露出面の約５０％を塩化銅（ＣｕｙＣｌｘ）構造に変換する。
ある実施形態では、ステップ５０６ａは、熱蒸着プロセスに従って、Ｃｌ２を処理ツールのプロセスチャンバに注入することと、プロセスチャンバの温度を上昇させて、Ｃｌ２を解離させ、銅含有層１０８のターゲット露出面と反応させてＣｕｙＣｌｘ構造３０６を形成することと、を含む。ある実施形態では、ステップ５０６ａは、プラズマ蒸着プロセスに従って、Ｃｌ２を処理ツールのプロセスチャンバに注入することと、Ｃｌ２からプロセスチャンバ内で塩素含有プラズマ（例えば、プラズマ１１８）を生成することと、Ｃｌ２を解離させ、銅含有層１０８のターゲット露出面と反応させてＣｕｙＣｌｘ構造３０６を形成するのに十分なエネルギーを有する塩素含有プラズマ（例えば、プラズマ１１８）に、銅含有層１０８のターゲット露出面を暴露することと、を含む。
ある実施形態では、周期的エッチングプロセス１１３は、プラズマエッチングステップのステップ５０６ｂにおいて、基板１０６をプラズマ１１８に暴露することを含む。ある実施形態では、プラズマ１１８は、アルゴンなどの希ガスを含む。ある実施形態では、プラズマ１１８は、銅含有層１０８のターゲット露出面におけるＣｕｙＣｌｘ構造の少なくとも一部を銅含有層１０８から除去するのに十分なエネルギーで、銅含有層１０８のターゲット露出面（例えば、上面１１４）に向けられ、それにより、銅含有層１０８のターゲット露出面における銅含有層１０８の一部をエッチングする。ある実施形態では、十分なエネルギーは、約４０ｅＶ以下である。
周期的エッチングプロセス１１３の周期性は、周期的エッチングプロセス１１３が、銅含有層１０８を増分的にエッチングする（例えば、銅含有層１０８に凹部１１２を形成する）のに適当な回数繰り返され得ることを意味する。さらに、銅含有層１０８のターゲット露出面における塩化銅構造３０６の形成に結合される、周期的エッチングプロセス１１３の周期性は、銅含有層１０８のエッチングの間、銅含有層１０８のターゲット露出面のモフォロジーの改変の減少又は除去を容易にする。例えば、周期的エッチングプロセス１１３は、所定の回数実行されてもよい。別の例として、周期的エッチングプロセス１１３は、銅含有層１０８内の凹部１１２の底に基板１０６の上面１２２が露出されるまで実行されてもよい。
ある実施形態では、塩素暴露ステップ（例えば、ステップ５０６ａ）及びプラズマエッチングステップ（例えば、ステップ５０６ｂ）は、異なる処理ツールを使用して、又は同じ処理ツールの異なるプロセスチャンバにおいて実行される。ある実施形態では、ステップ５０６ａ及び５０６ｂが同じプロセスチャンバ内で実行される例において、方法５００の周期的エッチングプロセス１１３のステップ５０６ａの後、且つ周期的エッチングプロセス１１３のステップ５０６ｂの前に、ステップ５０６ａ及び５０６ｂが実行され得るプロセスチャンバが、残存するガス又はステップ５０６ａに関連する他の材料を除去するためにパージされてもよい。
ステップ５０８において、凹部１１２は、充填材料１２４で充填され得る。充填材料１２４は、任意の適当な材料又は材料の組み合わせを含み得る。ある実施形態では、充填材料は、誘電材料を含む。本開示は、任意の適当な種類のプロセス又は種類の組み合わせのプロセスを使用して充填材料１２４で凹部を充填することを企図している。
ステップ５１０において、方法５００が終了する。
図６は、本開示のある実施形態による、例示的なプラズマプロセスシステム６００の全般的な概略を示す。特定の例示的なプラズマプロセスシステム６００が示され、説明されているが、本開示が、任意の適当な種類のプラズマプロセスシステム６００を使用することを企図している。プラズマプロセスシステム６００は、プラズマプロセスステップのいくつか又は全てを実行するために使用され得る。
プラズマプロセスシステム６００は、プロセスチャンバ６１０、ガス送出システム６２０、真空排気システム６３０、温度コントローラ６４０、並びに電源６５０及び６６０を含む。プロセスチャンバ６１０は、電極６５２及び基板ホルダ６５４を含む。
図１～図５に関して説明されるステップのいくつか又は全てが、プラズマプロセスシステム６００を使用して実行されてもよく、半導体構造１０４がプロセスチャンバ６１０の基板ホルダ６５４上の位置にある。例えば、プラズマプロセスがパッシベーション層１１６を形成するため又は銅含有層１０８をエッチングするために使用される限り、半導体構造１０４は、プロセスチャンバ６１０内に配置され、適当なプラズマ６７０に暴露されてもよく、適当なプラズマ６７０は、処理の段階に応じて、プラズマとして実施される塩素処理１１５であってもよく、又は例としてのプラズマ１１８であってもよい。
ガス送出システム６２０、真空排気システム６３０、温度コントローラ６４０、電源６５０及び６６０、並びに電極６５２は、プログラムされていてもよく、又は所与の処理ステップのための所望のプロセス条件に従って動作されてもよい。例えば、プラズマプロセスがパッシベーション層１１６を形成するために使用される限り、プラズマプロセスシステム６００のこれらのコンポーネントは、パッシベーション層１１６を形成することに関連して説明される例示的なプロセス条件及び関連パラメータに従って設定されてもよい。別の例として、プラズマプロセスが銅含有層１０８の凹部１１２をエッチングするために使用される限り、プラズマプロセスシステム６００のこれらのコンポーネントは、銅含有層１０８の凹部１１２をエッチングすることに関連して説明される例示的なプロセス条件及び関連パラメータに従って設定されてもよい。
本開示は、特定のプロセス／方法ステップを特定の順序で発生するものとして説明し、又は示しているが、本開示は、プロセス／方法ステップが任意の適当な順序で発生することを企図している。さらに、本開示は、プロセス／方法ステップが、任意の適当な順序で１回又は複数回繰り返されることを企図している。本開示は、特定のプロセス／方法ステップが順番に発生するものとして説明し、又は示しているが、本開示は適宜、プロセス／方法ステップが実質的に同時に発生することを企図している。
本開示について、例示的実施形態を参照しながら説明してきたが、この説明は、限定的な意味に解釈されることを意図したものではない。例示的実施形態の様々な変更及び組み合わせ、並びに本開示の他の実施形態は、説明を参照すれば当業者には明らかであろう。したがって、添付の特許請求の範囲は、そのようなあらゆる変更又は実施形態を包含することが意図されている。
Claims (20)
- 半導体構造を処理する方法であって、
エッチングされる銅層上にパターニング層を形成することであって、前記銅層は基板上に配置されている、形成することと、
周期的エッチングプロセスを実行して前記銅層に凹部を形成することにより、前記パターニング層をエッチングマスクとして使用して前記銅層をパターニングすることであって、前記周期的エッチングプロセスは、
第１のエッチングステップにおいて、前記銅層の露出面を塩素ガスに暴露することにより、前記銅層の前記露出面上にパッシベーション層を形成することであって、前記パッシベーション層が、前記銅層の表面層の少なくとも一部を置換する、形成すること、及び
続いて第２のエッチングステップにおいて、第１のプラズマを使用して前記パッシベーション層をエッチングすることであって、前記第１のプラズマは希ガスを含み、前記周期的エッチングプロセスの各周期が、前記銅層の前記凹部を延長させる、エッチングすること、
を含む、パターニングすることと、
を含む方法。 - 前記第１のエッチングステップにおいて、前記銅層の前記露出面を塩素ガスに暴露することにより、前記銅層の前記露出面上に前記パッシベーション層を形成することは、熱蒸着プロセスを有する、請求項１に記載の方法。
- 前記第１のエッチングステップにおいて、前記銅層の前記露出面を塩素ガスに暴露することにより、前記銅層の前記露出面上に前記パッシベーション層を形成することは、プラズマ蒸着プロセスを有する、請求項１に記載の方法。
- 前記パッシベーション層が上に形成される前記銅層の前記露出面は、前記銅層の上面、前記銅層の側壁面、又は前記銅層の前記上面と前記銅層の前記側壁面との組み合わせを含む、請求項１に記載の方法。
- 前記パッシベーション層は塩化銅（ＣｕＣｌ）構造を有する、請求項１に記載の方法。
- 前記銅層の前記露出面の約３０パーセントから約７０パーセントが、前記ＣｕＣｌ構造に変換される、請求項５に記載の方法。
- 前記希ガスはアルゴンである、請求項１に記載の方法。
- 前記周期的エッチングプロセスを完了することに続いて、誘電材料を含む充填材料で前記凹部を充填すること、をさらに含む請求項１に記載の方法。
- 前記第１のエッチングステップの１つ又は複数のインスタンスの間に、前記パッシベーション層が、前記第２のエッチングステップによって露出された前記凹部内の前記銅層の側壁面に沿って形成される、請求項１に記載の方法。
- 前記第２のエッチングステップの間に、前記第１のプラズマが、前記凹部の底に位置する前記銅層の上面に形成された前記パッシベーション層の一部に向けられる、請求項１に記載の方法。
- 半導体構造を処理する方法であって、
基板を受け入れることであって、銅含有層が前記基板上に形成されている、受け入れることと、
周期的エッチングプロセスを実行して前記銅含有層の一部を増分的にエッチングすることであって、前記銅含有層は、エッチングされる前記銅含有層の前記一部を画成するターゲット露出面を有し、前記周期的エッチングプロセスは、
塩素暴露ステップにおいて、前記銅含有層を有する前記基板を塩素ガス（Ｃｌ２）に暴露して、前記銅含有層の一部を塩化銅（ＣｕＣｌ）構造に変換すること、及び
続いてプラズマエッチングステップにおいて、前記銅含有層を有する前記基板を第１のプラズマに暴露することであって、前記第１のプラズマが、希ガスを含み、前記ＣｕＣｌ構造の少なくとも一部を前記銅含有層から除去させるのに十分なエネルギーで、前記銅含有層の前記ターゲット露出面に向けられる、暴露すること、
を含む、エッチングすることと、
を含む方法。 - 前記塩素暴露ステップ及び前記プラズマエッチングステップが、異なる処理ツールを用いて、又は同一処理ツールの異なるプロセスチャンバにおいて、実行される、請求項１１に記載の方法。
- 前記塩素暴露ステップ及び前記プラズマエッチングステップが、同一処理ツールの同一のプロセスチャンバにおいて実行され、
当該方法は、前記周期的エッチングプロセスの各周期の間、前記塩素暴露ステップと前記プラズマエッチングステップとの間に、前記同一のプロセスチャンバのパージを実行することをさらに含む、請求項１１に記載の方法。 - 前記周期的エッチングプロセスを、前記銅含有層の前記一部をエッチングするのに十分な回数繰り返すことを含む、請求項１１に記載の方法。
- 前記銅含有層を有する前記基板を前記Ｃｌ２に暴露することが、
熱蒸着プロセスに従って、前記Ｃｌ２を処理ツールのプロセスチャンバに注入すること、及び前記処理ツールの前記プロセスチャンバの温度を上昇させて、前記Ｃｌ２を解離させ、前記銅含有層の前記ターゲット露出面と反応させて前記ＣｕＣｌ構造を形成すること、又は、
プラズマ蒸着プロセスに従って、前記Ｃｌ２を処理ツールのプロセスチャンバに注入すること、及び前記Ｃｌ２から前記処理ツールの前記プロセスチャンバ内で塩素含有プラズマを生成すること、及び前記Ｃｌ２を解離させ、前記銅含有層の前記ターゲット露出面と反応させて前記ＣｕＣｌ構造を形成するのに十分なエネルギーを有する前記塩素含有プラズマに、前記銅含有層の前記ターゲット露出面を暴露すること、
を含む、請求項１１に記載の方法。 - 半導体構造を処理する方法であって、
エッチングされる銅層上にパターニング層を形成することであって、前記銅層は基板上に配置されている、形成することと、
周期的エッチングプロセスを実行して前記銅層に凹部を増分的に形成することにより、前記パターニング層をエッチングマスクとして使用して前記銅層をパターニングすることであって、前記周期的エッチングプロセスは、
塩素暴露ステップにおいて、前記銅層を有する前記基板を塩素ガス（Ｃｌ２）に暴露して、ＣｕＣｌ構造を前記銅層の１つ又は複数の露出面に形成させること、及び
続いて、プラズマエッチングステップにおいて、前記銅層の前記１つ又は複数の露出面における前記ＣｕＣｌ構造の少なくとも一部を前記銅層から除去して前記銅層内に前記凹部を延長させるのに十分なエネルギーで、前記銅層のターゲット露出面に向けられたアルゴン含有プラズマに、前記銅層を有する前記基板を暴露すること、
を含み、
前記塩素暴露ステップの最初のインスタンスにおいて、前記銅層の前記１つ又は複数の露出面が、前記ターゲット露出面を含み、前記ターゲット露出面は、前記凹部の底における前記銅層の上面であり、
前記塩素暴露ステップの後続インスタンスにおいて、前記銅層の前記１つ又は複数の露出面が、前記ターゲット露出面及び前記凹部内の前記銅層の側壁面を含む、
パターニングすることと、
を含む方法。 - 前記塩素暴露ステップが、熱蒸着プロセスを実行して、前記Ｃｌ２を解離させ、前記銅層の前記１つ又は複数の露出面と反応させて、前記ＣｕＣｌ構造を形成することを含む、請求項１６に記載の方法。
- 前記塩素暴露ステップが、前記Ｃｌ２から塩素含有プラズマを生成することと、前記Ｃｌ２を解離させ、前記銅層の前記１つ又は複数の露出面と反応させて、前記ＣｕＣｌ構造を形成するのに十分なエネルギーを有する前記塩素含有プラズマに、前記銅層の前記１つ又は複数の露出面を暴露することと、を含む、請求項１６に記載の方法。
- 前記十分なエネルギーは約４０ｅＶ以下である、請求項１６に記載の方法。
- 前記周期的エッチングプロセスを完了した後に、誘電材料を含む充填材料で前記凹部を充填することをさらに含み、当該方法は、前記充填材料で前記凹部を充填する前に、前記凹部内の前記銅層の前記側壁面において前記ＣｕＣｌ構造を除去することを含む、請求項１６に記載の方法。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US17/339,436 | 2021-06-04 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| JP2024521844A true JP2024521844A (ja) | 2024-06-04 |
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