JPH09275141A - 半導体基板に形成された空洞の中にチタン元素フリーのライナを沈着する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体装置に形成された空洞の中にライナを
沈着する方法を提供する。 【解決手段】 従来のスパッタ・エッチングおよびチタ
ン元素の沈着を行わない、チタン元素を有しないライナ
および空洞清浄化工程が得られる。低電力プラズマ・エ
ッチングにより、空洞２８の事前調整／清浄化が行われ
る。耐熱性金属が空洞ライナ４７として備えられる。こ
のライナは、複数個の離散的耐熱性ライナ層４７ａで構
成され、ＣＶＤおよび／またはＰＶＤにより沈着され
る。それぞれのライナ層沈着段階の間に、低電力プラズ
マ清浄化段階が行われる。空洞を完全に充填するため
に、適切な金属プラグが空洞に向けて沈着される。金属
プラグは、アルミニウム元素またはアルミニウム合金の
プラグであることが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体構造体およ
びその製造処理方法に関する。さらに詳細にいえば、本
発明は、半導体構造体の隣接する表面または隣接するレ
ベルの間で電気的接続を行うために、構造体の隣接する
表面または異なるレベルの間に延長された空洞を充填す
るためのライナ構造体およびその処理方法に関する。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】半導体部品はますます
小型になってきているが、そのことに関して多くの障害
が存在する。これらの障害の中には、装置の正しい動作
を確実に得るための金属相互接続体層の充填の問題点が
ある。金属相互接続信号線路は、絶縁体層に作成された
コンタクトおよび貫通孔のような空洞を通して、集積回
路の隣接する導電層と接続を行う。装置の最適な動作を
確実に得るためには、相互接続層を形成するのに用いら
れる金属と融和する金属で空洞を完全に充填することが
好ましい。

【０００３】そのコストと物理的性質と利用可能度との
理由により、現在は、アルミニウムが集積回路の金属相
互接続線路を製造する金属として選定されている。けれ
ども、多くの処理工程はなおタングステン（Ｗ）充填技
術を用いている。それは、タングステン充填装置の技術
は熟知された技術であり、そしてすぐに利用可能である
からである。けれども、小さな寸法の（すなわち、０．
５μｍ以下の寸法の、特に０．２５μｍの寸法の、およ
びさらに小さな寸法の）現在の世代および将来の世代の
半導体装置に対し、タングステン充填技術をそのまま利
用することは好ましくない。それは、タングステンの電
気抵抗が大きく、そして溶融温度が高いからである。ア
ルミニウムはタングステンよりも溶融温度がはるかに低
く、また電気抵抗もはるかに小さいので、充填部材とし
ては魅力のある部材である。さらに、アルミニウムを使
用した場合、それは誘電率の小さな重合体部材と両立可
能に使用することができるであろう。誘電率の小さな重
合体部材の多くは、その溶融温度はタングステンの溶融
温度よりもはるかに低く、したがって、タングステン充
填構造体では重合体部材の使用は限定されていた。

【０００４】現在のアルミニウム充填技術では、空洞を
完全にかつ満足に充填するという結果は得られていな
い。その理由の一部分は、空洞の事前清浄化工程と充填
工程とにおいて困難な点があるからである。空洞と相互
接続線路は、典型的には、スパッタリング工程により作
成される。絶縁体層の上面に、およびコンタクトまたは
孔の端部に、比較的大量のアルミニウムが堆積すること
から、種々の問題点が生ずる。これらの堆積により、十
分な量のアルミニウムが孔を完全に充填する前に、孔が
閉鎖される、または孔への通路が遮断され、その結果、
孔の中に空所ができ、そして不均一な電気信号導電構造
体が孔の中にできるという問題点が生ずる。この問題点
は、小さな寸法の集積回路を製造する場合、特に深刻で
ある。

【０００５】将来の世代の技術である０．５μｍ以下の
寸法の技術のような小さな寸法の装置に用いられる微細
な寸法を有するコンタクトは、現在の大きな寸法の装置
で用いられる縦横比（アスペクト比）（すなわち、幅に
対する高さの関係）よりも大きな縦横比を必然的に有す
るであろう。したがって、前記で説明した孔充填の困難
がさらに悪化であろう。例えば、過度に大きな空所がで
きれば、コンタクトの電気抵抗値は要求される値よりも
大幅に大きくなるであろう。さらに、縦横比の大きな孔
（すなわち、約４：１以上の孔）を充填の前に完全に清
浄化することは困難であり、したがって、下にある金属
層との接合部に酸化物が堆積し、そのために孔の電気抵
抗値が大幅に増大するであろう。さらに、孔充填領域に
隣接する金属層の薄い領域がエレクトロマイグレーショ
ンを受け、その結果、回路が最終的に開放になり、装置
が故障することになるであろう。

【０００６】現在のタングステン孔処理工程の最初の段
階は、ＴｉＮ／ＡｌＣｕ／ＴｉＮ多重レベル導線のよう
な適切にパターン形成された金属導線の上に沈着された
インターレベル誘電体（ｉｎｔｅｒ−ｌｅｖｅｌ ｄｉ
ｅｌｅｃｔｒｉｃ、ＩＬＤ）に反応性イオン・エッチン
グ（ｒｅａｃｔｉｖｅ ｉｏｎ ｅｔｃｈｉｎｇ、ＲＩ
Ｅ）を行うことにより、孔開口部を作成することであ
る。その後、Ｔｉ／ＴｉＮ接着層／拡散障壁体が沈着さ
れ、そして最後にタングステン・プラグが沈着される。
タングステン・プラグと頂部アルミニウム導線または底
部アルミニウム導線とが直接接触することは、孔の抵抗
値とエレクトロマイグレーションの信頼性とに対して有
害であるであろう。これらの問題点の原因に関する１つ
の理論は、アルミニウムとタングステンとの間の可能な
相互作用の理論であり、この相互作用の間にアルミニウ
ム融剤とタングステン融剤との間の不均衡がカーケンド
ール空所の生成を増進する。したがって、反応性イオン
・エッチングはアルミニウム導線の上のＴｉＮキャップ
に破壊的な化学作用を及ぼさないことが要求され、そし
てさらにアルミニウムをタングステンから分離するため
に、タングステン・プラグが沈着される前に、別のＴｉ
Ｎ拡散障壁体を用いることが要求される。孔の中に拡散
障壁体を用いることの欠点は、頂部金属導線から底部金
属導線へのアルミニウムおよび銅の（原子レベルでの）
拡散を阻止することである。その結果、孔底部／Ａｌ−
Ｃｕ界面において融剤の大きな発散が生じ、したがっ
て、エレクトロマイグレーションが減少するという特性
が得られる。

【０００７】プラグ処理工程の最近の進歩により、タン
グステン・プラグは、高温スパッタリング／高圧スパッ
タリングまたは化学的蒸気沈着（ＣＶＤ）のいずれかに
より沈着されたアルミニウム・プラグまたは銅プラグに
より置き換えることができる。それらの電気抵抗値は非
常に小さいので、沈着されたアルミニウムまたは沈着さ
れた銅は、孔の中のプラグおよび層間誘電体フィールド
上の導電線として同時に用いることができる。このこと
により、プラグをエッチング・バックする処理工程が不
必要になり、したがって、処理量と歩留りとが増大す
る。けれども、孔／空洞の作成の後の孔の底に残る不純
物および残留物の問題点がなお存在する。これらの不純
物および残留物は、下にある金属層との電気的接触を最
適化するために、充填の前に清浄化されなければならな
い。この残留物は、通常、チタンの種々の酸化物、Ｔｉ
ＮＯ、およびアルミニウムの酸化物の形式である。この
残留物は、典型的には、中性元素（典型的には、アルゴ
ン）のガス・イオンによるスッパタ・エッチングにより
清浄化される、またはチタン元素の物理的蒸気沈着（Ｐ
ＶＤ）により清浄化される。このチタン元素は、残留物
と反応して、電気の良導体の領域を生ずる酸化物の不連
続層を形成する。さらに、チタンのＰＶＤは、小さな寸
法（すなわち、０．５μｍ以下の寸法）の構造体に対
し、コリメータの使用を必要とする。寸法がさらに小さ
くなる時、コリメータの寿命が短くなり、コリメータを
さらに頻繁に取り替えることが必要になる。そしてそれ
に付随して機械が休止する時間（典型的には、６〜８時
間／切り替え）が必要であり、したがって、生産性が低
下する。

【０００８】物理的蒸気沈着法（物理蒸着法）により沈
着されたチタン膜は、集積回路の中の積層された金属層
を接続する孔に対するライナ層として、広く用いられて
いる。チタンの反応性が高いので、この部材をライナと
して応用するのに特に適している。それは、孔の金属性
領域の上に存在する酸化物を化学的に還元することを、
チタンが助けることができるからである。集積回路の集
積度が増大し、そしてそれに付随して相互接続体の特性
寸法が小さくなると、ＵＬＳＩ回路の製造の際、標準的
な物理的蒸気沈着／清浄化処理工程の適用を制限する。
したがって、集積回路の微細化の傾向がさらに続くこと
ができるためには、化学的蒸気沈着（化学蒸着）および
低電力プラズマ清浄化処理工程が必要である。

【０００９】物理的蒸気沈着法により沈着されたチタン
の限界は、主として、この方式の処理工程に付随する影
効果（ｓｈａｄｏｗｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ）によるもの
である。基板に対してスッパタリングされるイオンの入
射角が大きな角度にわたって分布しているために、コン
タクトおよび孔のような空洞の開口部に沈着が優先的に
行われ、このために、入射するイオンがこれらの空洞の
底と反応する性能が制限される。したがって、スッパタ
リングされた膜の被覆率は、特性寸法が減少すると小さ
くなり、そして特性高さが増大すると小さくなる。この
影効果は「コリメーション」のような技術により部分的
に解決することができるが、これらの方法はスッパタリ
ングされる膜の沈着速度を減少させる原因となり、した
がって、ウエハの処理工程に長い時間がかかるようにな
る。

【００１０】窒化チタンの化学的蒸気沈着（ＣＶＤ）は
文献にしばしば掲載される。けれども、チタン元素の反
応性が高いために、チタンの化学的蒸気沈着は非常に難
しい。さらに、チタンの化学的蒸気沈着のために必要で
ある高い処理温度は、誘電率の小さな部材の融点が比較
的低いことと両立しないことが分かった。さらに、この
ようなＣＶＤ処理工程の際の副生成物が腐食性の物質で
あり、このことは、このような方式の製造法の実施をさ
らに困難にする。

【００１１】また別の広く用いられている処理工程であ
るスッパタリング沈着として知られている処理工程で
は、不活性ガス／イオンで物理的に衝撃を行うことによ
り、表面をミクロに清浄化することができる。この処理
工程は隣接する導電層の間に良好な電気的コンタクトを
形成するのを助けるが、形状的に鋭い部分をまた優先的
に衝撃するので、これらの形状部分の構造が不必要に変
化する。さらに縦横比が大きい構造体の場合、この構造
体の底に対し十分な衝撃を行うためには、大きなエネル
ギのイオンが必要である。したがって、隣接する相互接
続層の間に良好な接触特性を得るために、化学的に支援
する清浄化処理工程が必要である。

【００１２】前記説明から、処理工程の流れを中断しな
いで清浄化処理工程を行い、そしてライナ構造体が得ら
れるという利点を有することが分かるであろう。そし
て、効果的な空洞清浄化と信頼性の高い表面接続体が得
られ、およびコストと時間がかかるＰＶＤの保守と修理
とに付随する機械の休止時間が不必要である。０．５μ
ｍ（ミクロン）以下の寸法の構造体に対し、チタン元素
でないライナ構造体と清浄化処理工程が得られるという
利点のあることが分かるであろう。

【００１３】

【課題を解決するための手段】チタン元素を有しないラ
イナと空洞清浄化処理工程とにより、従来のスッパタ・
エッチングとチタン元素沈着とをなくすることができ
る。低電力プラズマ・エッチングにより、コンタクト／
孔のような空洞の事前調整／清浄化が得られる。耐熱性
の金属が空洞ライナとして備えられる。このライナは、
複数個の離散的金属ライナ層で構成されることが好まし
い。これらの離散的金属ライナ層の厚さは約２５〜１０
０オングストロームであり、そしてＣＶＤおよび／また
はＰＶＤで作成することができる。低電力プラズマ清浄
化段階は、それぞれのライナ層沈着段階の間に配置され
ることが好ましい。適切な金属プラグが空洞の中に向け
て沈着されることにより、空洞が完全に充填される。金
属プラグはアルミニウム元素プラグまたはアルミニウム
合金プラグであることが好ましい。これらのプラグは、
空洞の中に微細な空所ができるだけ生じないようにする
ために、ＣＶＤにより沈着され、そして空洞の中に強制
的に充填される。

【００１４】本発明の方法と装置により、ライナを製造
するのに従来用いられていたスパッタ・エッチングとチ
タン元素沈着との両方をなくすことができる。半導体製
造工程においてこれらの処理工程がなくなることによ
り、処理工程の段階数を大幅に減らすことができ、した
がって、内部接続体層の作成と充填とに付随する処理工
程時間を大幅に減らすことができる。処理工程の段階数
と時間のこの減少はまた、メタライゼーション・クラス
タ工具の「フットプリント（ｆｏｏｔｐｒｉｎｔ）」を
縮小するのに大きな影響を与え、そしてまたプラグ／相
互接続体の処理工程の全体のコストを低下させるのに大
きく寄与する。さらに、従来のスパッタ・エッチングと
このような処理工程に付随する高温（温度≧〜４００
℃）処理工程とがなくなることにより、誘電率（κ）が
約１．９であるポリテトラフロロエチレン（「ＰＴＦ
Ｅ」）化合物と、パリレン（κ＝約２．２〜２．６）
と、エーロゲルおよびキセロゲル（κ＝約１．１〜１．
８）と、からなる群のような重合誘電体を用いることが
できる。これらの部材はすべて魅力的な部材である。そ
れは、これらの部材はすべて、相互接続体の寄生静電容
量を小さくする特性を有しているからである。本発明に
用いることができる他の適切な部材は、アライド・シグ
ナル・コーポレーション（Ａｌｌｉｅｄ Ｓｉｇｎａｌ
Ｃｏｒｐ．）社により製造されている１５００シリー
ズのような重合スピン・オン・ガラス（「ＳＯＧ」）
と、ポリイミドと、水素シルセキオキサンと、エーロゲ
ルと、フッ化エーロゲルおよびメチル化エーロゲルのよ
うに表面変性されたエーロゲルと、からなる群の部材で
ある。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明のこれらの特徴およびその
他の特徴は、添付図面を参照しての下記説明により、当
業者には容易に理解することができるであろう。添付図
面では、特徴を明確に示すために、寸法および分離距離
が誇張されて示されている場合がある。

【００１６】下記で説明される工程段階および構造体
は、集積回路を製造するための完全な工程でないことは
理解されなければならない。本発明は、この分野で最近
用いられている集積回路の製造技術に関連して実施する
ことができる。これらの製造技術に包含されていて通常
用いられる工程段階の多くは、本発明を理解するのに必
要である。製造工程中の集積回路の一部分の横断面図を
示した本発明の添付図面は、必ずしも正しい寸法で示さ
れているわけではなく、本発明の関連する特徴を明確に
示すために、誇張されて示されている場合がある。

【００１７】添付図面において、対応する部品には同等
な参照符号が付されている。図１（Ａ）は、組立工程中
の半導体装置の一部分の図である。この半導体装置の一
部分は、参照符号２０で全体的に示されている。組み立
てのこの段階にある装置２０は、基板２２を有する。基
板２２は、典型的には、シリコンのような半導体部材で
作成される。基板２２の上に、金属の相互接続体層２４
が配置される。相互接続体層２４は、典型的には、アル
ミニウムで作成される。当業者にはすぐに分かるよう
に、金属相互接続体層２４により、組み立てられた装置
の異なるレベルの間の電気的接続が得られる。金属相互
接続体層２４の上に、適切な誘電体部材２６が配置され
る。誘電体部材２６は、当業者には周知の方法でパター
ンに形成され、そしてエッチングが行われて、コンタク
トまたは孔のような空洞２８が作成される。このコンタ
クトまたは孔により、装置の異なるレベルの金属相互接
続体層２４の間の電気的接続が得られる。図１（Ａ）に
は１個の金属相互接続体層２４にまで延長された１個の
孔２８が示されているけれども、組み立て中の装置の選
定されたレベルの間の電気的相互接続を得るために、本
発明は、装置の異なるレベルおよび／または多数個のレ
ベルにまで延長された複数個の空洞または孔２８を作成
するのに応用することができる。

【００１８】図１（Ａ）に示されたような半導体装置２
０は、アプライド・マテリアルズ・インコーポレション
・オブ・サンノゼ、カリフォルニア・アンド・エレクト
ロテック・リミッテド（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉ
ａｌｓ，Ｉｎｃ． ｏｆ Ｓａｎ Ｊｏｓｅ，Ｃａｌｉ
ｆｏｒｎｉａ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈ Ｌｔ
ｄ．）社（ブリストル、英国）により製造されているよ
うな「クラスタ工具」として知られている多重ステーシ
ョン加工処理装置で加工処理される。図２の参照符号３
０で示されているようなクラスタ工具により、「先行技
術」によりこのようなレベル相互間の相互接続体を充填
すると共に、本発明によるこのような空洞および孔２８
のような金属相互接続体を充填することができる。図示
されたクラスタ工具は、全体的に六角形の形状の「ハブ
およびスポーク」構造体を備え、そしてカセット・ハン
ドラ３２を有する。カセット・ハンドラ３２を動作させ
ることにより、カセット装荷ステーション３４から圧力
可変装荷ドック３６に、１個または複数個のウエハ・カ
セット（図示されていない）を運ぶことができる。装荷
ドック３６が動作することにより、下記で説明されるよ
うに、異なる処理容器の間でカセットをハンドラ３２に
より移動させるとき、異なるレベルの真空の間で循環す
るように移動することができる。

【００１９】カセット・ハンドラ３２は回転可能でかつ
延長可能なアームとして構成され、そしてウエハがクラ
スタ工具３０の中で種々の形式の処理を受けるとき、ウ
エハを薄いカセットから処理容器に移動し、そしてまた
カセットに戻すように動作することができる。ウエハの
予備的熱処理を実行するために、処理ステーションの１
つとして加熱ステーション３８を備えることができる。

【００２０】従来の装置組立ての例では、空洞壁４２か
ら不純物（図１（Ａ））を除去するための初期のスパッ
タ・エッチングのために備えられた多段処理工程の中
で、金属相互接続体／孔が充填される。このような不純
物は、空洞２８を作成するのに用いられるエッチング工
程に付随して起こりやすい。このスパッタ・エッチング
は、図２のクラスタ工具３０の概要図の中に示されたス
パッタ・エッチング・ステーション４４のような１つの
処理工程ステーションで実行することができる。スパッ
タ・エッチングを実行することにより、中性ガス（典型
的にはアルゴン）のイオンによる物理的な衝撃が行わ
れ、それにより、空洞２８の壁に沿って不純物４０を物
理的に衝撃することにより除去する。けれども、このエ
ッチング工程では、新規に作成された空洞の表面に沿っ
てＴｉ_y Ｏ_x 、ＴｉＮＯ、およびＡｌ ₂ Ｏ₃ のような種
々の残留物が残る。非オーム性（高抵抗）コンタクトを
達成する「開放された孔／コンタクト」ができるのを避
けるために、次の処理工程の前に、この残留物を除去し
て空洞を清浄しなければならない。

【００２１】新規に作成された空洞２８が事前に清浄化
された後、典型的には、ウエハはハンドラ３２により物
理的蒸気沈着（「ＰＶＤ」）ステーション４６に送られ
て、チタン元素が適用される。チタン元素は極めて反応
性の強い元素であり、そのために空洞２８の内部の不純
物／残留物と反応して不連続な酸化物層が形成され、そ
してそれらの間に導電路が形成されることがある。チタ
ン元素の沈着の後、適切な孔充填金属またはプラグ５０
（図３）を適用するために、ハンドラ３２が動作して、
ウエハを、ＰＶＤステーション４６（図２）から、化学
的蒸気沈着（「ＣＶＤ」）ステーションまたは高温（す
なわち、温度≧４００℃）スパッタ沈着ステーションに
送ることができる。クラスタ工具の動作状況は、オプシ
ョンで、システム・モニタ５１に表示することができ
る。典型的な充填部材はタングステン、アルミニウム、
および／またはＡｌ−Ｃｕ（０〜２．０％）のようなア
ルミニウム合金である。最近、強制充填ステーション５
２（図２）を用いた種々の強制充填技術は、プラグ部材
５０とライナ４７との間に空所５４（図３）が発生する
のを小さくするのに有効であることが分かった。すぐに
分かるように、このような空所５４の数が少なくなりお
よび／または寸法が小さくなると、金属プラグ５０とラ
イナ４７との間の電気的接触が強化され、それにより、
上にある金属相互接続体層（図示されていない）から、
充填された空洞を通して、下にある金属相互接続体層へ
の導電が促進される。プラグ５０が取り付けられた後、
この装置に対して、平坦化、パターン形成、エッチング
などのような処理工程を適切な方式でさらに行うことが
できる。

【００２２】本発明による空洞充填が、図１（Ａ）およ
び図１（Ｂ）に示されている。孔２８のような以前に作
成された空洞に対し事前調整／清浄化をおこなうため
に、前記で説明したスパッタ・エッチングを低電力プラ
ズマ・エッチングで置き換えることができる。この低電
力プラズマ・エッチングは、クラスタ工具３０の中で実
施することができる。本発明の処理工程は、空洞の縦横
比が１．５以上である、特に４〜５：１またはそれ以上
である、大きな縦横比の空洞に対して応用すると特に利
点が得られる。ここで、縦横比とは空洞の深さに対する
空洞の幅の比として定義される。本発明を実施する際、
クラスタ工具のスパッタ・エッチング・ステーション４
４はプラズマ・エッチング・ステーションで置き換える
ことができ、そしてこのプラズマ・エッチング・ステー
ションは、約０．１〜１０トルの圧力で、低電力、典型
的には≦５０〜５００ワットの電力、で動作することが
できる。最適の処理工程温度は約１００℃〜４５０℃の
範囲内にあり、そして約５〜６０秒間処理を行うことで
ある。プラズマ・エッチング・ステーションが動作する
ことにより、アルゴン、水素、窒素、および／またはア
ンモニア（ＮＨ₃ ）のイオンが発生し、そして装置２０
に向かってガスイオンを進めるために約４００Ｖ以上の
電圧を加えて処理工程を行うことができる。前記ガスに
よるエッチングのためのガス流は約５００ｓｃｃｍ（ｓ
ｔａｎｄａｒｄ ｃｕｂｉｃ ｃｍ、標準立法センチメ
ートル）以上の速さであることができる。さらに、空洞
壁４２を物理的に衝撃するための大きな速度をイオンに
与えるために、装置２０には約−３００Ｖから約−４０
０Ｖまでの負バイアス電圧が加えられる。

【００２３】不純物の性質に従って、および空洞／孔２
８の構造上の特殊性に従って、異なるガスまたはイオン
の組み合わせが選択される。例えば、窒素およびアルゴ
ンのような重いイオンは、軽い水素イオンとは異なって
比較的大きな運動量を有するであろうから、基板表面に
対する物理的衝撃は大きいであろう。けれども、水素は
空洞／孔２８の金属表面に沿って存在する可能性のある
薄い酸化物層を化学的に減少させる能力があるので、水
素を用いた場合に利点を得ることができる。また窒素を
用いることにより、空洞／孔の底の露出した金属表面に
窒化物ができることが可能である。さらに、金属窒化物
（化学量論的金属窒化物および非化学量論的金属窒化
物）は導電性の部材であり、したがって、充填された空
洞／孔２８を通しての電気的接続が容易になるであろ
う。

【００２４】本発明により、空洞／孔２８を完全に充填
することを容易に実行できるようにするために、耐熱性
金属窒化物ライナまたは耐熱性金属炭化物ライナを沈着
することが好ましい。このような層またはライナ４７
は、ＴｉＮ、ＴａＮ、ＷＮ、Ｔｉ_x Ｃ_y Ｎ_z 、およびＴ
ａ_x Ｃ_y Ｎ_z （ｙ，ｚ＝０．２５〜０．５、ｘ＝１−
（ｙ＋ｚ））、および前記部材のいずれかを含む合金で
あることができる。ただし、層またはライナ４７を構成
する部材は、前記に例示された部材に限定されるわけで
はない。ライナ層４７は、容器４４（プラズマ清浄
化）、４６（ＰＶＤ）、および４８（ＣＶＤ）、のよう
な適切なクラスタ処理工程容器の中で物理的蒸気沈着法
または化学的蒸気沈着法により、作成することができ
る。空洞壁４２に沿って最終的に形成されるライナは、
１個または複数個の離散したライナ層４７ａで構成され
ることが好ましい。これらのライナ層の厚さは約２５〜
１００オングストロームである。前記で説明した方式の
低電力プラズマ処理段階を介在させることにより、それ
ぞれの層の沈着段階が分離される。製造される装置の寸
法のような因子に応じて、およびそれらに類する因子に
応じて、ライナは２個〜４個の層４７ａ（図１（Ｂ））
で構成されることが好ましい。これらの層のおのおの
は、約０．５〜２．０トルの圧力において、約３００℃
〜４８０℃の受容器（すなわち、ウエハ保持表面（図示
されていない））温度で沈着される。窒素の流れは、約
４０〜２００ｓｃｃｍの速度で供給することができる。
ＴＤＭＡＴ（Ｈｅ）の流れは、約４０〜１００ｓｃｃｍ
の速度で供給することができる。多重ライナ層の作成
は、図１（Ｂ）の点線で示されている。それぞれのライ
ナ層は約６秒の時間内に沈着することができるので、前
記で説明した温度範囲の最高温度でも、受容器温度が誘
電体の安定度に及ぼす影響は非常に小さい。

【００２５】空洞充填金属またはプラグ５０（図４）
は、アルミニウム・銅合金（０〜約２．０％Ｃｕ）のよ
うなアルミニウム・プラグの形式であることができる。
または、当業者には周知の方式に従い、プラグ５０はタ
ングステンで作成され、そしてその後適切なエッチンク
・バックを行うことができる。化学的蒸気沈着によりア
ルミニウム・プラグを作成する場合、処理工程のパラメ
ータは次の通りである。すなわち、温度２５０〜２７０
℃、圧力２０〜３０トル、Ｈ₂ キャリヤ流量２５０〜３
５０ｓｃｃｍ、Ａｒ希釈液０〜３００ｓｃｃｍ、および
Ｈ₂ 希釈液０〜３００ｓｃｃｍである。プラグ５０の厚
さは、空洞／孔２８の縦横比や作成している装置の全体
の寸法などの因子に応じて、約８００〜４，０００オン
グストロームである。

【００２６】本発明のチタン元素でないライナの処理工
程の効率を検査するために、いくつかのウエハ・サンプ
ルについて処理工程が実行された。これらの検査サンプ
ルについて得られたデータのグラフが、図５および図６
に示されている。検査サンプルに対し、次のような条件
を共通にして行われた。すなわち、シリコン基板２２、
Ａｕ−Ｃｕ（０．５〜２％）相互接続体２４、ＨＳＱ誘
電体２６、および３，０００オングストロームＣＶＤア
ルミニウム・プラグ５２である。空洞／孔２８の縦横比
は４：１である。けれども、前記で説明した部材および
装置の特性を種々に変更することが可能であることは、
理解されなければならない。例えば、金属接続体層２４
は、前記部材の合金であると共に、種々の適切なアルミ
ニウム合金、Ｃｕ、Ｔａ、Ｓｉ、およびＴｉで作成する
ことができる。さらに、ＨＳＱ２６を異なる誘電体部材
で置き換えることができる。例えば、ＨＳＱの代わり
に、エーロゲル、キセロゲルのような他の誘電体と共
に、パリレンのような重合誘電体、および誘電率（κ）
が約３．０以下である低誘電率誘電体の部材を用いても
利点を得ることができる。空洞／孔２８のパターン作成
は、位相シフトされたＩライン・リソグラフィとその後
に従来のプラズマ・エッチングとを用いる、従来の方式
で行うことができる。

【００２７】前記で説明したチタン元素を有しないライ
ナの構造体（ｅｌｅｍｅｎｔａｌｔｉｔａｎｉｕｍ−ｆ
ｒｅｅ ｌｉｎｅｒ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）とその製造
法の利点が、図５および図６に示されている。これらの
図には、縦横比が４：１で０．２５μｍのロットの場合
に得られたデータが示されている。図５に示されている
ように、チタン元素を有しないライナの抵抗値は従来の
タングステン・プラグ技術のライナの抵抗値のほぼ半分
であることが、グラフから分かる。図６は、チタン元素
を用いない孔構造体に対する、アルミニウム充填孔とタ
ングステン充填孔との間の違いを示した図である。２つ
のアルミニウム充填構造体に対し、四角印のグラフ
「Ｐ．処理（４）」で示された長い時間のプラズマ処理
は、丸印のグラフ「Ｐ．処理（１）」で示された短時間
のプラズマ処理接触体よりも、小さな抵抗値を示してい
る。したがって、このグラフに示されている違いは、
（イ）タングステン・プラグとアルミニウム・プラグ、
（ロ）空洞充填の前のプラズマ事前処理の継続時間、の
間の相違に関連している。図６に示されたグラフのデー
タはまた、減少する孔抵抗値と増大するプラズマ処理時
間との間の相関関係を示している。

【００２８】本発明とその利点を好ましい実施例につい
て説明したが、本発明の範囲内において種々の変更、置
換えの可能であることは、容易に理解されるはずであ
る。例えば、誘電体層２６は、誘電率（κ）が約１．９
であるポリテトラフロロエチレン（「ＰＴＦＥ」）化合
物と、パリレン（κ＝約２．２〜２．６）と、エーロゲ
ルおよびキセロゲル（κ＝約１．１〜１．８）と、から
成る群のような重合誘電体であることができる。これら
の誘電体はすべて魅力的な部材である。それは、これら
の誘電体はすべて、相互接続体の寄生静電容量が小さい
という性能を有するからである。本発明に適切に用いる
ことができる他の誘電体部材は、アライド・シグナル・
コープポレーション（Ａｌｌｉｅｄ Ｓｉｇｎａｌ Ｃ
ｏｒｐ．）社により製造された１５００シリーズのよう
な重合スピン・オン・ガラス（「ＳＯＧ」）部材と、ポ
リイミドと、水素シルセスキオキサン（ｈｙｄｒｏｇｅ
ｎｓｉｌｓｅｓｑｕｉｏｘａｎｅ）と、エーロゲルとフ
ッ化エーロゲルおよびメチル化エーロゲルのような表面
変性エーロゲルと、から成る群の部材であることができ
る。これらの部材はすべて下記の出願中特許のいずれか
に詳細に説明されており、そしてこれらの出願中特許の
内容は参考として本出願の中に取り込まれている。
（１） 名称「低誘電率誘電体を用いた自己整合の孔
（Ｓｅｌｆ−Ａｌｉｇｎｅｄ Ｖｉａ Ｕｓｉｎｇ Ｌ
ｏｗ Ｐｅｒｍｉｔｔｉｖｉｔｙ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉ
ｃ）」で１９９４年４月２８日受付のシリアル番号０８
／２３４，１００号、（２） 名称「電子装置に応用す
るための不動態化層を有する多孔質誘電体層（Ｐｏｒｏ
ｕｓ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌａｙｅｒ ｗｉｔｈ
ａ Ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ Ｌａｙｅｒ ｆｏｒ Ｅ
ｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ）」
で１９９４年８月５日受付のシリアル番号０８／２８
６，７６１号、（３） 名称「有機誘電体部材を用いた
自己整合の接触体（Ｓｅｌｆ−Ａｌｉｇｎｅｄ Ｃｏｎ
ｔａｃｔ Ｕｓｉｎｇ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｄｉｅｌｅｃ
ｔｒｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）」で１９９４年８月２
３日受付のシリアル番号０８／２９４，２９０号、
（４） 名称「集積化された低密度誘電体を有する相互
接続構造体（Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ Ｓｔｒｕｃｔ
ｕｒｅ ＷｉｔｈＡｎ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｌｏｗ
Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ）」で１９９
４年５月２０日受付のシリアル番号０８／２４６，４３
２号、（５） 名称「改良されたダマスク導電体製造の
ための柱状体（Ｐｉｌｌａｒｓｆｏｒ Ｉｍｐｒｏｖｅ
ｄ Ｄａｍａｓｃｅｎｅ Ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆａｂ
ｒｉｃａｔｉｏｎ）」で１９９４年１１月１日受付のシ
リアル番号０８／３３３，０１５号。全体的にいえば、
誘電率が約２．５以下である誘電体が好ましい。さら
に、単一ステーションの機械または多重ステーションの
機械の中の「シーケンシャル」または「イン・シチュ
ウ」の容器ごとの処理のためのクラスタ工具を用いるこ
とに対して前記の説明が行われたが、このことが必ずし
も必要であるわけではない。その代わり、本発明の原理
はエックス・シチュウ処理の場合にも同じように応用す
ることができる。この場合には、ウエハは１つの機械か
ら他の機械に転送され、前記で説明された処理工程の管
理に従って、次の処理に対して別の機械を用いることが
できる。

【００２９】以上の説明に関して更に以下の項を開示す
る。 （１） 半導体基板を備える段階と、前記基板に空洞を
形成する段階と、化学的蒸気沈着工程および物理的蒸気
沈着工程の少なくとも１つの工程により、１００オング
ストロームまでの厚さの、チタンを有しない複数個の離
散的な耐熱性金属ライナ層で構成される耐熱性金属ライ
ナを前記空洞に取り付ける段階と、前記第１ライナ層の
沈着の後、前記空洞の低電力プラズマ清浄化を行う中間
に配置された段階と、を有する、半導体装置に形成され
た空洞の中にライナを沈着する方法。 （２） 第１項記載の方法において、正圧力の下で前記
空洞の中に充填金属を沈着する段階をさらに有する、前
記方法。 （３） 第１項記載の方法において、前記ライナ層のお
のおのの沈着が約４００℃以下の温度で行われる、前記
方法。 （４） 第１項記載の方法において、前記基板が重合絶
縁体で構成される、前記方法。 （５） 第４項記載の方法において、約２．６以下の誘
電率を有する誘電体で前記重合絶縁体が構成される、前
記方法。 （６） 第５項記載の方法において、前記重合絶縁体
が、ポリテトラフロロエチレン化合物と、パリレンと、
エーロゲルと、キシロゲルと、重合スピン・オン・ガラ
ス部材とから成る群から選定される、前記方法。 （７） 従来のスパッタ・エッチングおよびチタン元素
の沈着を省略することができる、チタン元素を有しない
ライナおよび空洞清浄化工程が得られる。低電力プラズ
マ・エッチングにより、コンタクトおよび孔のような空
洞の事前調整／清浄化が得られる。耐熱性金属が空洞ラ
イナとして備えられる。このライナは、複数個の離散的
耐熱性ライナ層で構成され、そのおのおのの厚さは約２
５〜１００オングストロームであり、そしてこれらはＣ
ＶＤおよび／またはＰＶＤにより沈着することができ
る。それぞれのライナ層の沈着段階の間に、低電力プラ
ズマ清浄化段階が行われることが好ましい。空洞を完全
に充填するために、適切な金属プラグを空洞に向けて沈
着することができる。金属プラグは、アルミニウム元素
またはアルミニウム合金のプラグであることが好まし
い。空洞の中に微小空所ができるのを大幅に少なくする
ために、これらの金属プラグが空洞の中にＣＶＤにより
沈着される、または空洞の中に強制的に沈着される。従
来のスパッタ・エッチング処理工程およびこのような処
理工程に付随する高温処理工程（温度≧〜４００℃）を
行わないことにより、誘電率（κ）が約１．９のポリテ
トラフロロエチレン（「ＰＴＦＥ」）化合物の群と、パ
リレン（κ＝約２．２〜２．６）と、エーロゲルおよび
キセロゲル（κ＝約１．１〜１．８）と、重合スピン・
オン・ガラス（「ＳＯＧ」）部材の群と、のような重合
誘電体を用いることができる。前記部材のいずれも魅力
的な部材である。それは、これらの部材はすべて、相互
接続体の寄生静電容量を小さくする性能を有しているか
らである。これらの重合部材は温度に敏感であるため
に、それらの使用は限定されたものであった。それは、
従来の装置製造法では、典型的な場合、これらの部材の
溶融温度および／または分解温度をはるかに越えた処理
工程温度が必要であったからである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による処理方法を示す図であって、
（Ａ）は初期の段階の孔の横断面図、（Ｂ）は次の段階
の孔の横断面図。

【図２】本発明の実施例に用いられるクラスタ工具の概
要図。

【図３】孔充填の後の段階における従来の構造体の横断
面図。

【図４】本発明により充填された孔の横断面図。

【図５】本発明の１つの実施例により得られた小さな孔
の抵抗値を示すグラフ。

【図６】本発明の他の実施例により得られた小さな孔の
抵抗値を示すグラフ。

【符号の説明】

２２ 半導体基板 ２８ 空洞 ４７、４７ａ 金属ライナ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板を備える段階と、 前記基板に空洞を形成する段階と、 化学的蒸気沈着工程および物理的蒸気沈着工程の少なく
   とも１つの工程により、１００オングストロームまでの
   厚さの、チタンを有しない複数個の離散的な耐熱性金属
   ライナ層で構成される耐熱性金属ライナを前記空洞に取
   り付ける段階と、 前記第１ライナ層の沈着の後、前記空洞の低電力プラズ
   マ清浄化を行う中間に配置された段階と、を有する、半
   導体装置に形成された空洞の中にライナを沈着する方
   法。