JP6104934B2 - 無電解銅蒸着 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体ウエハ上に半導体デバイスを作成する方法に関し、特に、ｌｏｗ−ｋ誘電体層内における金属相互接続の形成に関する。
半導体デバイスを形成する際は、ｌｏｗ−ｋ誘電体層内に、導電性の金属相互接続が配置される。金属相互接続が銅を含有している場合、ｌｏｗ−ｋ誘電体層の銅被毒を阻止するために、銅障壁層が使用される。
上記を達成するために及び本発明の目的にしたがって、ｌｏｗ−ｋ誘電体層の上に無電解めっきを提供するための方法が提供される。炭化水素、Ｈ2、及び無酸素希釈剤を含む蒸着ガス流を提供すること、アモルファス炭素障壁層を提供するために蒸着ガスからプラズマを発生させること、及び蒸着ガス流を停止させることによって、ｌｏｗ−ｋ誘電体層の上にアモルファス炭素障壁層が形成される。アモルファス炭素障壁層は、Ｈ2及び無酸素希釈剤を含む修正ガス流を提供すること、アモルファス炭素障壁層の上面を修正するプラズマを修正ガスから発生させること、及び修正ガス流を停止させることによって修正される。修正されたアモルファス炭素障壁層は、ＮＨ3、又はＮ2とＨ2、又はこれら全ての混合を含む官能基化ガス流を提供すること、官能基化ガスからプラズマを発生させること、及び官能基化ガス流を停止させることによって官能基化される。
本発明の別の一顕現では、装置が提供される。プラズマ処理チャンバであって、プラズマ処理チャンバエンクロージャ（筐体）を形成するチャンバ壁と、プラズマ処理チャンバエンクロージャ内でウエハを支えるための基板サポートと、プラズマ処理チャンバエンクロージャ内の圧力を調節するための圧力調節器と、プラズマを維持するためにプラズマ処理チャンバエンクロージャに電力を供給するための少なくとも１つの電極と、プラズマ処理チャンバエンクロージャ内にガスを供給するためのガス入口と、プラズマ処理チャンバエンクロージャからガスを排出するためのガス出口とを含むプラズマ処理チャンバが提供される。少なくとも１つの電極には、少なくとも１つのＲＦ電源が電気的に接続される。ガス入口には、ガス源が流体的に接続している。ガス源及び少なくとも１つのＲＦ電源には、コントローラが制御可能であるように接続されている。コントローラは、少なくとも１つのプロセッサと、コンピュータ読み取り可能媒体とを含む。コンピュータ読み取り可能媒体は、ｌｏｗ−ｋ誘電体層の上にアモルファス炭素障壁層を形成するためのコンピュータ読み取り可能コードであって、炭化水素、Ｈ2、及び無酸素希釈剤を含む蒸着ガス流をガス源から提供するためのコンピュータ読み取り可能コードと、アモルファス炭素障壁層を提供するために蒸着ガスからプラズマを発生させるためのコンピュータ読み取り可能コードと、蒸着ガス流を停止させるためのコンピュータ読み取り可能コードとを含むコンピュータ読み取り可能コードと、アモルファス炭素障壁層を修正するためのコンピュータ読み取り可能コードであって、Ｈ2及び無酸素希釈剤を含む修正ガス流を提供するためのコンピュータ読み取り可能コードと、アモルファス炭素障壁層の上面を修正するプラズマを修正ガスから発生させるためのコンピュータ読み取り可能コードと、修正ガス流を停止させるためのコンピュータ読み取り可能コードとを含むコンピュータ読み取り可能コードと、修正されたアモルファス炭素障壁層を官能基化するためのコンピュータ読み取り可能コードであって、ＮＨ3、又はＮ2とＨ2、又はこれら全ての混合を含む官能基化ガス流を提供するためのコンピュータ読み取り可能コードと、官能基化ガスからプラズマを発生させるためのコンピュータ読み取り可能コードと、官能基化ガス流を停止させるためのコンピュータ読み取り可能コードとを含むコンピュータ読み取り可能コードとを含む。
本発明のこれらの及びその他の特徴が、発明の詳細な説明において、下記の図面との関連のもとで更に詳しく後述される。
本発明は、添付の図面において、限定的なものではなく例示的なものとして示され、図中、類似の参照符号は、同様の要素を指すものとする。
本発明の一実施形態のフローチャートである。
発明プロセスを使用した構造形成を示した概略図である。 発明プロセスを使用した構造形成を示した概略図である。 発明プロセスを使用した構造形成を示した概略図である。 発明プロセスを使用した構造形成を示した概略図である。
本発明の一実施形態に使用されうるプラズマ処理チャンバの概略図である。
本発明を実施するために使用されうるコンピュータシステムの概略図である。
エッチング工程の更に詳細なフローチャートである。
アモルファス炭素蒸着工程の更に詳細なフローチャートである。
アモルファス炭素修正工程の更に詳細なフローチャートである。
修正されたアモルファス炭素障壁層の官能基化の更に詳細なフローチャートである。
官能基化され且つ修正されたアモルファス炭素障壁層の概略図である。
本発明は、添付の図面に例示されるその幾つかの好ましい実施形態を参照にして、詳細に説明される。以下の説明では、本発明の完全な理解を与えるために、多くの詳細が特定されている。しかしながら、当業者にならば、本発明が、これらの詳細の一部または全部を特定しなくても実施されうることが明らかである。また、本発明を不必要に不明瞭にしないために、周知のプロセス工程及び／又は構造の詳細な説明は省略される。
デュアルダマシンプロセスを使用した半導体デバイスの形成では、ｌｏｗ−ｋ誘電体層内にトレンチ又はビアなどの特徴が形成される。特徴内に、銅相互接続が形成される。銅被毒を阻止するために、ｌｏｗ−ｋ誘電体層と銅相互接続との間に、チタン窒化物（ＴａＮ）などの障壁層が配される。障壁層の上に、銅シード層が形成される。銅シード層は、銅接点を成長させるための電気めっきに使用される。デバイスサイズが縮小するにつれて、提供する銅障壁層を薄くするとともに銅シード層を可能な限り排除することによって、より多くの特徴体積が銅で充填されることを可能にすることが望まれる。
図１は、本発明の一実施形態のハイレベルフローチャートである。この実施形態では、プラズマ処理チャンバ内に基板が配置（載置）される（工程１０４）。基板の上方に、ｌｏｗ−ｋ誘電体層が形成される。Ｌｏｗ−ｋ誘電体層は、プラズマ処理チャンバ内でエッチングされる（工程１０８）。Ｌｏｗ−ｋ誘電体層の上に、アモルファス炭素層が形成される（工程１１２）。アモルファス炭素層は、修正される（工程１１６）。修正されたアモルファス炭素層は、官能基化される（工程１２０）。基板は、プラズマ処理チャンバから取り出される（工程１２４）。基板は、ポストエッチングウェット洗浄を施される（工程１２８）。特徴内に、無電解導線が形成される（工程１３２）。
本発明の好ましい一実施形態では、プラズマ処理チャンバ内に基板が配置される（工程１０４）。図２Ａは、ｌｏｗ−ｋ誘電体層２０８を伴う基板２０４をフォトレジストマスク２１２の下に配置された積層体２００の断面図である。この例では、基板とｌｏｗ−ｋ誘電体層２０８との間に、１枚以上の層２１６が配される。この例では、ｌｏｗ−ｋ誘電体層は、多孔質ｌｏｗ−ｋ誘電体である。一般に、ｌｏｗ−ｋ誘電体は、カリフォルニア州サンノゼ市のＮｏｖｅｌｌｕｓ社からのＣＯＲＡＬ（商標）、カリフォルニア州サンタクララ市のＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌ社からのＢｌａｃｋ Ｄｉａｍｏｎｄ（商標）、オランダのＡＳＭ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｎ．Ｖ．社からの入手可能なＡｕｒｏｒａ（商標）、カリフォルニア州サンタクララ市のＳｕｍｉｔｏｍｏ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ａｍｅｒｉｃａ，Ｉｎｃ．社から入手可能なＳｕｍｉｋａ Ｆｉｌｍ（登録商標）、ニュージャージー州モリスタウン市のＡｌｌｉｅｄ Ｓｉｇｎａｌ社からのＨＯＳＰ（商標）、ＤＯＷ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ社からのＳｉＬＫ（商標）又は先進多孔質ＳｉＬＫ、Ｔｒｉｋｏｎ社からのＯｒｉｏｎ（登録商標）Ｆｌｏｗｆｉｌｌ（商標）、並びにＪＳＲ Ｃｏｒｐ社からのＬＫＤ（商標）であってよい。より具体的には、この例では、ｌｏｗ−ｋ誘電体は、多孔質有機ケイ酸塩ガラス（ＯＳＧ）である。その他の実施形態では、その他のｌｏｗ−ｋ誘電体が使用されてよい。本明細書及び特許請求の範囲では、ｌｏｗ−ｋ誘電体材料は、３．０未満の誘電率を有する。
図３は、本発明の一実施形態で使用されうるプラズマ処理システム３００の一例の概略を示している。プラズマ処理システム３００は、チャンバ壁３５０によって画定されたプラズマ処理チャンバ３０４を内部に有するプラズマリアクタ３０２を含む。整合回路網３０８によって調整されるプラズマ電源３０６が、電力窓３１２の近くに位置するＴＣＰコイル３１０に電力を供給し、コイル３１０を、プラズマ処理チャンバ３０４内でプラズマ３１４を発生させるためにプラズマ処理チャンバ３０４に電力を供給する電極にする。ＴＣＰコイル（上方電源）３１０は、処理チャンバ３０４内に一様な拡散分布を形成するように構成されてよい。例えば、ＴＣＰコイル３１０は、プラズマ３１４内にトロイダル電力分布を形成するように構成されてよい。電力窓３１２は、ＴＣＰコイル３１０からプラズマチャンバ３０４へのエネルギの引き渡しを可能にしつつＴＣＰコイル３１０をプラズマチャンバ３０４から分離するために提供されている。整合回路網３１８によって調整されるウエハバイアス電圧電源３１６は、電極３２０に、この電極３２０によって支えられているウエハ２０４にかかるバイアス電圧を設定するために電力を供給する。したがって、この実施形態における電極３２０は、基板サポートでもある。パルスコントローラ３５２は、バイアス電圧をパルス状にする。パルスコントローラ３５２は、バイアス電圧をパルス状にするために、整合回路網３１８と基板サポートとの間、又はバイアス電圧電源３１６と整合回路網３１８との間、又はコントローラ３２４とバイアス電圧電源３１６との間、又はその他の何らかの構成であってよい。コントローラ３２４は、プラズマ電源３０６及びウエハバイアス電圧源３１６の出力点を設定する。
プラズマ電源３０６及びウエハバイアス電圧電源３１６は、例えば１３．５６ＭＨｚ、６０ＭＨｚ、２７ＭＨｚ、２ＭＨｚ、４００ｋＨｚ、又はこれらの組み合わせなどの、特定の無線周波数で動作するように構成されてよい。プラズマ電源３０６及びウエハバイアス電源３１６は、所望のプロセス性能を実現するために或る範囲の電力を供給するように、適切にサイズ決定されてよい。例えば、本発明の一実施形態では、プラズマ電源３０６は、１００〜１００００ワットの範囲の電力を供給してよく、ウエハバイアス電圧電源３１６は、１０〜２０００Ｖの範囲のバイアス電圧を供給してよい。また、ＴＣＰコイル３１０及び／又は電極３２０は、２つ以上の部分コイル又は部分電極で構成されてよく、これらの部分コイル又は部分電極は、１つの電源によって又は複数の電源によって通電されてよい。
図３に示されるように、プラズマ処理システム３００は、更に、ガス源／ガス供給メカニズム３３０を含む。ガス源は、第１成分ガス源３３２と、第２成分ガス源３３４と、随意として追加成分ガス源３３６とを含む。これら各種の成分ガスは、後述される。ガス源３３２、３３４、及び３３６は、ガス入口３４０を通じて処理チャンバ３０４と流体的に接続している。ガス入口は、チャンバ３０４内の任意の好都合な場所に位置付けられてよく、ガスを注入するための任意の形態をとってよい。しかしながら、好ましくは、ガス入口は、「調整可能な」ガス注入分布を形成するように構成されてよく、これは、プロセスチャンバ３０４内の複数ゾーンへのそれぞれのガス流を独立に調節することを可能にする。プロセスガス及び副生成物は、圧力調節器である圧力制御弁３４２と、プラズマチャンバ３０４内を特定の圧力に維持する働きをするとともにガス出口も提供するポンプ３４４とを通じて、チャンバ３０４から除去される。ガス源／ガス供給メカニズム３３０は、コントローラ３２４によって制御される。本発明の一実施形態を実施するために、Ｌａｍ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ社によるＫｉｙｏシステムが使用されてよい。
図４は、本発明の実施形態で使用されるコントローラ３２４を具現化するのに適したコンピュータシステム４００を示したハイレベルブロック図である。コンピュータシステムは、集積回路、プリント回路基板、及び小型携帯用端末から巨大スーパコンピュータに至るまでの数多くの物理的形態をとってよい。コンピュータシステム４００は、１つ以上のプロセッサ４０２を含み、更に、（グラフィックス、テキスト、及びその他のデータを表示するための）電子ディスプレイ機器４０４と、メインメモリ４０６（例えばランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ））と、記憶装置４０８（例えばハードディスクドライブ）と、着脱式記憶装置４１０（例えば光ディスクドライブ）と、ユーザインターフェース機器４１２（例えばキーボード、タッチ画面、キーパッド、マウス、又はその他のポインティングデバイスなど）と、通信インターフェース４１４（例えばワイヤレスネットワークインターフェース）とを含むことができる。通信インターフェース４１４は、コンピュータシステム４００と外部機器との間でリンクを通じてソフトウェア及びデータが移行されることを可能にする。システムは、また、上記の機器／装置／モジュールを接続された通信インフラストラクチャ４１６（例えば通信バス、クロスオーババー、又はネットワーク）も含んでいてよい。
通信インターフェース４１４を通じて伝達される情報は、ワイヤ若しくはケーブル、光ファイバ、電話回線、携帯電話リンク、無線周波数リンク、及び／又はその他の通信チャネルを使用して具現化されうる信号搬送通信リンクを通じて通信インターフェース４１４によって受信されることが可能である電子信号、電磁信号、光信号、又はその他の信号などの信号の形態をとってよい。このような通信インターフェースによって、１つ以上のプロセッサ４０２は、上述された方法工程を実施する過程でネットワークから情報を受信する又はネットワークに情報を出力することができると考えられる。更に、本発明の方法の実施形態は、プロセッサ上のみで実行されてよい、又は処理の一部分を共有する遠隔プロセッサと連携してインターネットなどのネットワークを通じて実行されてよい。
「非一時的なコンピュータ読み取り可能媒体」という用語は、一般に、メインメモリ、二次メモリ、着脱式記憶装置、並びにハードディスク、フラッシュメモリ、ディスクドライブメモリ、ＣＤ−ＲＯＭ、及びその他の形態の永続メモリのような記憶装置などの媒体を言い、搬送波又は搬送波信号などの一過性の対象を含むものと見なされるべきでない。コンピュータコードの例には、コンパイラによって作成されたなどのマシンコード、及びインタープリタを使用してコンピュータによって実行される高水準コードを含むファイルがある。コンピュータ読み取り可能媒体は、搬送波に盛り込まれたコンピュータデータ信号によって伝送されプロセッサによって実行可能である一連の命令を表すコンピュータコードであってもよい。
Ｌｏｗ−ｋ誘電体層がエッチングされる（工程１０８）。図５は、ｌｏｗ−ｋ誘電体層エッチングの更に詳細なフローチャートである。プラズマ処理チャンバ３０４に、エッチングガスが導入される（工程５０４）。多孔質ＯＳＧ ｌｏｗ−ｋ誘電体層をエッチングするために、エッチングガスは、Ｃ4Ｆ6、Ｏ2、及びＡｒを含む。エッチングガスをプラズマにするために、ＲＦが提供され（工程５０８）、プラズマは、ｌｏｗ−ｋ誘電体層をエッチングして特徴を形成する。エッチングガス流は、エッチングが完了したときに停止される（工程５１２）。図２Ｂは、エッチングが完了してエッチング特徴２２０が形成された後における積層体２００の断面図である。
Ｌｏｗ−ｋ誘電体層の上に、アモルファス炭素層が形成される（工程１１２）。この実施形態では、ｌｏｗ−ｋ誘電体層のエッチングも、同じプラズマ処理チャンバ３０４内で実施される。その他の実施形態では、同じチャンバクラスタのなかの、１つのチャンバ内でエッチングが実施され、別のチャンバ内でアモルファス炭素層の蒸着がなされてよく、したがって、基板がエッチングチャンバから蒸着チャンバに引き渡される間、真空が維持される。図６は、アモルファス炭素層の蒸着の更に詳細なフローチャートである。プラズマ処理チャンバに、蒸着ガスが流入される（工程６０４）。蒸着ガスは、炭化水素、Ｈ2、及び無酸素不活性希釈剤を含む。炭化水素は、ＣxＨyＦz又はＣxＨyのうちの少なくとも１つである。より好ましくは、炭化水素は、無フッ素であり、したがって、ＣxＨyの形態である。最も好ましくは、炭化水素は、ＣＨ4である。無酸素希釈剤は、酸素を含まない任意の不活性希釈剤であってよい。より好ましくは、無酸素不活性希釈剤は、窒素又は希ガスのうちの１つを含む。より好ましくは、不活性希釈剤は、ヘリウムである。好ましくは、蒸着ガスは、炭化水素部分圧を０．１ミリトールから１０ミリトールの間に維持するために、炭化水素流を提供する。より好ましくは、炭化水素の部分圧は、１ミリトールから５ミリトールの間である。最も好ましくは、炭化水素の部分圧は、約２ミリトールである。低い炭化水素部分圧は、薄いアモルファス炭素層を提供するのに役立つ。蒸着ガスは、プラズマにされる（工程６０８）。蒸着ガスからのプラズマは、ｌｏｗ−ｋ誘電体層の上にアモルファス炭素層を形成するために使用される。蒸着ガス流は、停止される（工程６１２）。
蒸着レシピの一例は、２０ミリトールの圧力を提供する。ガス源／ガス供給メカニズム３３０は、５０ｓｃｃｍのＣＨ4と、３５０ｓｃｃｍのＨ2と、２００ｓｃｃｍのＨｅとをプラズマ処理チャンバ３０４内に提供する（工程６０４）。プラズマ電源３０６は、修正ガスをプラズマにするために、５００ワットの誘導ＲＦ電力を１３．５６ＭＨｚでチャンバに提供する（工程６０８）。ウエハバイアス電圧電源３１６は、０ボルトのバイアスをウエハ２０４に提供する。一般に、バイアスは、３００ボルト未満である。この実施形態では、バイアスは、１３．５６ＭＨｚの周波数を有する。
図２Ｃは、アモルファス炭素蒸着層２２４が蒸着された後における積層体の断面図である。好ましくは、アモルファス炭素層は、０．５ｎｍから１００ｎｍの間の厚さを有する。より好ましくは、アモルファス炭素層は、０．５ｎｍから５ｎｍの厚さを有する。ここでは、アモルファス炭素蒸着層２２４を明確に示すために図面が縮尺通りではないことが、留意されるべきである。
アモルファス炭素層は、修正（調整）される（工程１１６）。この実施形態では、アモルファス炭素の修正は、同じプラズマ処理チャンバ３０４内で実施される。その他の実施形態では、修正は、同じチャンバクラスタのなかの異なるチャンバ内でなされてよく、したがって、基板がエッチングチャンバから蒸着チャンバに引き渡される間、真空が維持される。図７は、アモルファス炭素層の修正の更に詳細なフローチャートである。プラズマ処理チャンバに、修正ガスが流し込まれる（工程７０４）。修正ガスは、炭化水素、Ｈ2、及び無酸素不活性希釈剤を含む。無酸素不活性希釈剤は、酸素を含まない任意の不活性希釈剤であってよい。より好ましくは、無酸素不活性希釈剤は、窒素又は希ガスのうちの１つを含む。より好ましくは、無酸素不活性希釈剤は、ヘリウムである。好ましくは、修正ガスは、基本的に無炭化水素である。基本的に無炭化水素であることは、炭素蒸着がないほどに低い炭素水素濃度を有することとして定義される。最も好ましくは、修正ガスは、無炭化水素である。好ましくは、Ｈ2は、１ミリトールから１００ミリトールの間の部分圧を有する。より好ましくは、Ｈ2は、５ミリトールから３０ミリトールの部分圧の間を有する。この高いＨ２部分圧は、アモルファス炭素層の修正を向上させる。修正ガスは、プラズマにされる（工程７０８）。高いバイアスが提供される（工程７１２）。高いバイアスは、アモルファス炭素層の蒸着の最中におけるバイアス及び修正されたアモルファス炭素障壁層の官能基化の最中におけるバイアスよりも高いバイアスを有することとして定義される。より具体的には、バイアスは、１０ボルトから２００ボルトの間であることが好ましい。バイアス電圧は、バイアス電圧電源３１６によって提供されてよい。修正ガスからのプラズマは、ｌｏｗ−ｋ誘電体層の上のアモルファス炭素層を修正するために使用される。修正は、アモルファス炭素層を整える、密にする、又は洗浄すると考えられる。修正ガス流は、停止される（工程７１６）。
修正レシピの一例は、２０ミリトールの圧力を提供する。ガス源／ガス供給メカニズム３３０は、３５０ｓｃｃｍのＨ2と２００ｓｃｃｍのＨｅとをプラズマ処理チャンバ３０４内に提供する（工程７０４）。プラズマ電源３０６は、蒸着ガスをプラズマにするために、５００ワットの誘導ＲＦ電力を１３．５６ＭＨｚでチャンバに提供する（工程７０８）。ウエハバイアス電圧電源３１６は、２００ボルトのバイアスをウエハ２０４に提供する（工程７１２）。この実施形態では、バイアスは、１３．５６ＭＨｚの周波数を有する。
修正されたアモルファス炭素層は、官能基化される（工程１１２）。本明細書では、修正されたアモルファス炭素層の官能基化は、無電解銅蒸着を増やすために、修正されたアモルファス炭素層上の窒素官能基をグラフト重合させることとして定義される。この実施形態では、修正されたアモルファス炭素層の官能基化は、同じプラズマ処理チャンバ３０４内でその場（ｉｎ−ｓｉｔｕ）で実施される。その他の実施形態では、官能基化は、同じチャンバクラスタのなかの異なるチャンバ内でなされてよく、したがって、基板が修正チャンバから官能基化チャンバに引き渡される間、真空が維持される。図８は、修正されたアモルファス炭素層の官能基化の更に詳細なフローチャートである。プラズマ処理ャンバに、官能基化ガスが流し込まれる（工程８０４）。官能基化ガスは、ＮＨ3、又はＮ2とＨ2とを含む。好ましくは、官能基化ガスは、基本的に無炭化水素である。基本的に無炭化水素であることは、炭素蒸着がないほどに低い炭素水素濃度を有することとして定義される。最も好ましくは、官能基化ガスは、無炭化水素である。好ましくは、官能基化ガスは、ＮＨ3を含み、Ｎ2、Ｈ2、及び／又はキャリア希ガスと混合することができる。官能基化ガスは、プラズマにされる（工程８０８）。官能基化ガス流は、停止される（工程８１６）。
官能基化レシピの一例は、５０ミリトールの圧力を提供する。ガス源／ガス供給メカニズム３３０は、１００ｓｃｃｍのＮＨ3をプラズマ処理チャンバ３０４内に提供する（工程８０４）。プラズマ電源３０６は、官能基化ガスをプラズマにするために、５００ワットの誘導ＲＦ電力を１３．５６ＭＨｚでチャンバに提供する（工程８０８）。ウエハバイアス電圧電源３１６は、０ボルトのバイアスをウエハ２０４に提供する。
理論に縛られることはないが、官能基化は、自己制限性であると考えられ、したがって、修正されたアモルファス炭素層の表面上には、窒素官能基の単分子層が形成される。図９は、ｌｏｗ−ｋ誘電体層２０８の一部の拡大断面図である。この例では、ｌｏｗ−ｋ誘電体層２０８は、孔９０４によって示されるように、多孔質である。蒸着されたアモルファス炭素層２２４は、銅障壁層を提供してｌｏｗ−ｋ誘電体層の銅被毒を阻止することに加えて、多孔質ｌｏｗ−ｋ誘電体層２０８を密封及び保護するのにも有用であると考えられる。官能基化は、蒸着されたアモルファス炭素層２２４に、窒素を含むＮＨx基の単分子層９０８を付着させる。
この実施形態では、積層体２００は、チャンバ３０４から取り出され、ウェットプロセスを経ることができるようにクラスタ雰囲気から取り出されてよい（工程１２４）。この実施形態では、積層体２００は、積層体２００からあらゆる残留物を除去するために使用されるポストエッチングウェット洗浄１２８を経る。その他の実施形態では、ポストエッチングウェット洗浄は、ｌｏｗ−ｋ誘電体層のエッチング後で且つアモルファス炭素層の形成前などのその他の時点で実施されてよい。その他の実施形態では、積層体２００は、ポストエッチングウェット洗浄を経ない。ウェット洗浄のためのレシピの一例は、積層体２００を、Ｈ2Ｏ対ＨＦが２００：１の溶液に２秒間にわたって暴露する。
次いで、無電解プロセスを使用し、特徴内に無電解導線が形成される（工程１３２）。この実施形態では、積層体２００は、酸性塩化パラジウム（ＰｄＣｌ2）溶液ウェット浴内に置かれる。酸性ＰｄＣｌ2溶液からのＰｄ2+イオンが、官能基化され修正されたアモルファス炭素層の窒素官能基に付着する。図９は、窒素含有基９０８に付着された化学吸着されたＰｄ種９１２を示している。代替の一実施形態では、ニッケル溶液が使用されてよい。窒素官能基に対する自己制限性のＰｄ2+イオンの結合ゆえに、金属接着のための核形成層を提供するパラジウムの単分子層が形成される。
酸性ＰｄＣｌ2ウェット浴の後に、脱イオン水によるすすぎが続く。積層体は、次いで、活性化溶液内に置かれる。これは、無電解めっき溶液の一部であってよい。活性化溶液は、ＤＭＡＢジメチルアミンボランやホルムアルデヒドなどの還元剤を含有している。
好ましくは、アモルファス炭素障壁層の形成、アモルファス炭素障壁層の修正、及び修正されたアモルファス炭素障壁層の官能基化は、基本的に無酸素のプロセスであり、したがって、このようなプロセスでは、微量を超える酸素は使用されない。より好ましくは、アモルファス炭素障壁層の形成、アモルファス炭素障壁層の修正、及び修正されたアモルファス炭素障壁層の官能基化は、無酸素のプロセスであり、したがって、このようなプロセス中は、酸素は使用されない。
本発明の一実施形態、銅被毒障壁層として機能するとともに多孔質ｌｏｗ−障壁層を密封及び保護することが可能な密度のアモルファス炭素層を提供する。被毒からの保護だけでなく、ｌｏｗ−ｋ障壁層は、そのｋ値を増加させうる損傷からも保護されることが望ましい。好ましくは、アモルファス炭素層は、０．５ｎｍから５ｎｍの厚さを有する。このような厚さを有する修正されたアモルファス炭素層は、銅被毒に対する十分な障壁であることがわかっている。このような厚い障壁層を、官能基化のための単分子層及び単分子層核形成層と組み合わせることによって、銅めっきのためのサポート層が最小限に抑えられる。これらのサポート層が最小限に抑えられると、特徴が小さい場合に、銅相互接続を提供するための銅の量を増やすことが可能になる。
シード層を伴う従来のＴａＮ障壁層は、大幅に厚いサポート層を提供することがわかっており、これは、このような小さい特徴内の銅の量を減少させる。このような減少は、相互接続内の抵抗の増大を招く。
別の一実施形態では、工程の様々な組み合わせによって、周期的なプロセスが提供されてよい。例えば、アモルファス炭素層の形成（工程１１２）及びアモルファス炭素層の修正（工程１１６）は、これらの工程を交互に少なくとも３回循環させる周期的なプロセスの形で提供されてよい。複数の周期にわたるこのようなプロセスは、より厚いアモルファス炭素層を提供するために使用されてよい。
本発明の別の一顕現では、本発明は、貫通シリコンビアのための銅相互接続を提供するために使用される。このようなビアは、シリコン基板を完全に貫通する。シリコン基板の片面に、ｌｏｗ−ｋ誘電体層が置かれ、ビアの一部を形成してよい。本発明は、ビア内に銅相互接続を提供する。その他の実施形態では、ＴＣＰエッチングチャンバの代わりに、容量結合型プラズマ（ＣＣＰ）エッチングチャンバが使用されてよい。
本発明は、幾つかの好ましい実施形態の観点から説明されているが、本発明の範囲に含まれる代替形態、置換形態、及び代わりとなる均等物がある。また、本発明の方法及び装置を実現する多くの代替のやり方があることも、留意されるべきである。したがって、以下の添付の特許請求の範囲は、本発明の真の趣旨及び範囲に含まれるものとして、このようなあらゆる代替形態、置換形態、及び代わりとなる均等物を含むことを意図される。

Claims (34)

  1. Ｌｏｗ−ｋ誘電体層の上に無電解めっきを提供するための方法であって、
    前記ｌｏｗ−ｋ誘電体層の上にアモルファス炭素障壁層を形成することであって、
    炭化水素、Ｈ2、及び無酸素希釈剤を含む蒸着ガス流を提供すること、
    前記アモルファス炭素障壁層を提供するために前記蒸着ガスからプラズマを発生させること、
    前記蒸着ガス流を停止させること、
    を含む、ｌｏｗ−ｋ誘電体層の上にアモルファス炭素障壁層を形成すること、
    前記アモルファス炭素障壁層を修正することであって、
    Ｈ2及び無酸素希釈剤を含む修正ガス流を提供すること、
    前記アモルファス炭素障壁層の上面を修正するプラズマを前記修正ガスから発生させること、
    前記修正ガス流を停止させること、
    を含む、前記アモルファス炭素障壁層を修正すること、
    前記修正されたアモルファス炭素障壁層を官能基化することであって、
    ＮＨ3、又はＨ2とＮ2とを含む官能基化ガス流を提供すること、
    前記官能基化ガスからプラズマを発生させること、
    前記官能基化ガス流を停止させること、
    を含む、前記修正されたアモルファス炭素障壁層を官能基化すること、
    を備える、方法。
  2. 請求項１に記載の方法であって、更に、
    前記官能基化され修正されたアモルファス炭素障壁の上に無電解めっきを提供するために無電解プロセスを使用することを備える方法。
  3. 請求項２に記載の方法であって、
    前記ｌｏｗ−ｋ誘電体層内に、特徴がエッチングされ、前記無電解めっきは、前記エッチングされた特徴内に金属相互接続を形成する、方法。
  4. 請求項３に記載の方法であって、
    前記修正する工程は、前記アモルファス炭素障壁層を整える、密にする、又はビア洗浄する、方法。
  5. 請求項４に記載の方法であって、
    前記修正ガスは、無炭化水素である、方法。
  6. 請求項５に記載の方法であって、
    前記蒸着ガスは、無酸素である、方法。
  7. 請求項４に記載の方法であって、
    前記修正ガスは、完全に無炭化水素である、方法。
  8. 請求項７に記載の方法であって、
    前記ｌｏｗ−ｋ誘電体層は、多孔質ｌｏｗ−ｋ誘電体である、方法。
  9. 請求項８に記載の方法であって、
    前記無酸素希釈剤は、希ガス又はＮ2のうちの少なくとも１つからなる、方法。
  10. 請求項９に記載の方法であって、
    前記無酸素希釈剤は、Ｈｅからなる、方法。
  11. 請求項９に記載の方法であって、
    前記炭化水素は、無フッ素の炭化水素である、方法。
  12. 請求項９に記載の方法であって、
    前記炭化水素は、ＣＨ4である、方法。
  13. 請求項１に記載の方法であって、更に、
    前記ｌｏｗ−ｋ誘電体層をプラズマ処理チャンバ内に配置すること、
    前記ｌｏｗ−ｋ誘電体層内に特徴をエッチングすること、
    を備える方法。
  14. 請求項１３に記載の方法であって、
    前記ｌｏｗ−ｋ誘電体層内に特徴をエッチングすること、前記アモルファス炭素障壁層を形成すること、前記アモルファス炭素障壁層を修正すること、及び前記修正されたアモルファス炭素障壁層を官能基化することは、同じプラズマ処理チャンバ内でｉｎ−ｓｉｔｕでなされる、方法。
  15. 請求項１３に記載の方法であって、
    前記ｌｏｗ−ｋ誘電体層内に特徴をエッチングすること、前記アモルファス炭素障壁層を形成すること、前記アモルファス炭素障壁層を修正すること、及び前記修正されたアモルファス炭素障壁層を官能基化することは、プラズマ処理チャンバクラスタにおいてなされる、方法。
  16. 請求項１に記載の方法であって、更に、
    エッチング残留物を除去するためのポストエッチングウェット洗浄を備える方法。
  17. 請求項１に記載の方法であって、
    前記アモルファス炭素障壁層を修正することは、更に、イオン化された無酸素希釈剤を前記ｌｏｗ−ｋ誘電体層へ加速するためのバイアスを提供することを含み、前記アモルファス炭素障壁層を修正する最中におけるバイアスは、アモルファス炭素障壁層を形成する最中におけるバイアス及び前記修正されたアモルファス炭素障壁層を官能基化する最中におけるバイアスよりも高い、方法。
  18. 請求項１に記載の方法であって、
    前記官能基化ガスは、ＮＨ3を含む、方法。
  19. 請求項１から３のいずれか一項に記載の方法であって、
    前記修正する工程は、前記アモルファス炭素障壁層を整える、密にする、又はビア洗浄する、方法。
  20. 請求項１から３及び１９のいずれか一項に記載の方法であって、
    前記修正ガスは、無炭化水素である、方法。
  21. 請求項１から３及び１９から２０のいずれか一項に記載の方法であって、
    前記蒸着ガスは、無酸素である、方法。
  22. 請求項１から３及び１９から２１のいずれか一項に記載の方法であって、
    前記修正ガスは、完全に無炭化水素である、方法。
  23. 請求項１から３及び１９から２２のいずれか一項に記載の方法であって、
    前記ｌｏｗ−ｋ誘電体層は、多孔質ｌｏｗ−ｋ誘電体である、方法。
  24. 請求項１から３及び１９から２３に記載の方法であって、
    前記無酸素希釈剤は、希ガス又はＮ2のうちの少なくとも１つからなる、方法。
  25. 請求項１から３及び１９から２４のいずれか一項に記載の方法であって、
    前記無酸素希釈剤は、Ｈｅからなる、方法。
  26. 請求項１から３及び１９から２５のいずれか一項に記載の方法であって、
    前記炭化水素は、無フッ素の炭化水素である、方法。
  27. 請求項１から３及び１９から２６のいずれか一項に記載の方法であって、
    前記炭化水素は、ＣＨ4である、方法。
  28. 請求項１から３及び１９から２７のいずれか一項に記載の方法であって、更に、
    前記ｌｏｗ−ｋ誘電体層をプラズマ処理チャンバ内に配置すること、
    前記ｌｏｗ−ｋ誘電体層内に特徴をエッチングすること、
    を備える方法。
  29. 請求項２８に記載の方法であって、
    前記ｌｏｗ−ｋ誘電体層内に特徴をエッチングすること、前記アモルファス炭素障壁層を形成すること、前記アモルファス炭素障壁層を修正すること、及び前記修正されたアモルファス炭素障壁層を官能基化することは、同じプラズマ処理チャンバ内でｉｎ−ｓｉｔｕでなされる、方法。
  30. 請求項２８に記載の方法であって、
    前記ｌｏｗ−ｋ誘電体層内に特徴をエッチングすること、前記アモルファス炭素障壁層を形成すること、前記アモルファス炭素障壁層を修正すること、及び前記修正されたアモルファス炭素障壁層を官能基化することは、プラズマ処理チャンバクラスタにおいてなされる、方法。
  31. 請求項１から３及び１９から３０のいずれか一項に記載の方法であって、更に、
    エッチング残留物を除去するためのポストエッチングウェット洗浄を備える方法。
  32. 請求項１から３及び１９から３１のいずれか一項に記載の方法であって、
    前記アモルファス炭素障壁層を修正することは、更に、イオン化された無酸素希釈剤を前記ｌｏｗ−ｋ誘電体層へ加速するためにバイアスを提供することを含み、前記アモルファス炭素障壁層を修正する最中におけるバイアスは、アモルファス炭素障壁層を形成する最中におけるバイアス及び前記修正されたアモルファス炭素障壁層を官能基化する最中におけるバイアスよりも高い、方法。
  33. 請求項１から３及び１９から３２のいずれか一項に記載の方法であって、
    前記官能基化ガスは、ＮＨ3を含む、方法。
  34. 装置であって、
    プラズマ処理チャンバであって、
    プラズマ処理チャンバエンクロージャを形成するチャンバ壁と、
    前記プラズマ処理チャンバエンクロージャ内でウエハを支えるための基板サポートと、
    前記プラズマ処理チャンバエンクロージャ内の圧力を調節するための圧力調節器と、
    プラズマを維持するために前記プラズマ処理チャンバエンクロージャに電力を供給するための少なくとも１つの電極と、
    前記プラズマ処理チャンバエンクロージャ内にガスを供給するためのガス入口と、
    前記プラズマ処理チャンバエンクロージャからガスを排出するためのガス出口と、
    を備えるチャンバと、
    前記少なくとも１つの電極に電気的に接続された少なくとも１つのＲＦ電源と、
    前記ガス入口に流体的に接続しているガス源と、
    前記ガス源及び前記少なくとも１つのＲＦ電源に可制御式に接続されたコントローラであって、
    少なくとも１つのプロセッサと、
    コンピュータ読み取り可能媒体であって、
    前記ｌｏｗ−ｋ誘電体層の上にアモルファス炭素障壁層を形成するためのコンピュータ読み取り可能コードであって、
    炭化水素、Ｈ2、及び無酸素希釈剤を含む蒸着ガス流をガス源から提供するためのコンピュータ読み取り可能コードと、
    前記アモルファス炭素障壁層を提供するために前記蒸着ガスからプラズマを発生させるためのコンピュータ読み取り可能コードと、
    前記蒸着ガス流を停止させるためのコンピュータ読み取り可能コードと、を含むコンピュータ読み取り可能コードと、
    前記アモルファス炭素障壁層を修正するためのコンピュータ読み取り可能コードであって、
    Ｈ2及び無酸素希釈剤を含む修正ガス流を前記ガス源から提供するためのコンピュータ読み取り可能コードと、
    前記アモルファス炭素障壁層の上面を修正するプラズマを前記修正ガスから発生させるためのコンピュータ読み取り可能コードと、
    前記修正ガス流を停止させるためのコンピュータ読み取り可能コードと、を含むコンピュータ読み取り可能コードと、
    前記修正されたアモルファス炭素障壁層を官能基化するためのコンピュータ読み取り可能コードであって、
    ＮＨ3、又はＨ2とＮ2とを含む官能基化ガス流を提供するためのコンピュータ読み取り可能コードと、
    前記官能基化ガスからプラズマを発生させるためのコンピュータ読み取り可能コードと、
    前記官能基化ガス流を停止させるためのコンピュータ読み取り可能コードと、を含むコンピュータ読み取り可能コードと、
    を含むコンピュータ読み取り可能媒体と、
    を含むコントローラと、
    を備える装置。
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