銅メタライゼーションのためのＡＬＤ窒化タンタルの集積
窒化タンタル／タンタルバリア層を堆積させるための方法および装置が、集積処理ツールでの使用のために提供される。遠隔発生プラズマによる洗浄ステップの後、窒化タンタルは原子層堆積法で堆積され、タンタルはＰＶＤで堆積される。窒化タンタル／タンタルは、堆積された窒化タンタルの下の導電性材料を露呈するために、誘電体層の部材の底部から除去される。場合によって、さらなるタンタル層が、除去ステップの後に物理気相堆積法で堆積されてもよい。場合によって、窒化タンタル堆積およびタンタル堆積は同一の処理チャンバで生じてもよい。シード層が最後に堆積される。
【発明の詳細な説明】
【発明の背景】
【０００１】
発明の分野
[0001]本発明の実施形態は集積回路デバイスの製造方法に関する。より具体的には、本発明の実施形態は、金属配線構造の形成においてＡＬＤ窒化タンタル層を利用するためのシステムおよびプロセスに関する。
【０００２】
従来技術の説明
[0002]集積回路（ＩＣ）デバイスの構造サイズがサブクォーターミクロンの寸法までスケールダウンされるに従って、電気抵抗および電流密度は関心および改良の分野となった。多層配線技術はＩＣデバイスにわたる導電性パスを提供し、また、コンタクト、プラグ、ビア、ライン、ワイヤおよび他の部材を含む高アスペクト比部材で形成される。基板上に配線を形成するための一般的なプロセスは、１つ以上の層を堆積させるステップと、（複数の）層の少なくとも１つをエッチングして１つ以上の部材を形成するステップと、該（複数の）部材にバリア層を堆積させるステップと、１つ以上の層を堆積させて該部材を充填するステップとを含む。一般的に、部材は、下部導電層と上部導電層との間に配置された誘電体材料内に形成される。配線は上部および下部導電層をリンクするために部材内に形成される。これらの配線部材の確実な形成は回路の生成、個々の基板の回路密度および品質を高めるための努力を継続するうえで重要である。
【０００３】
[0003]銅およびその合金はアルミニウムよりも抵抗が低いために、銅はサブミクロンの高アスペクト比配線部材を充填するには最適な金属である。しかしながら、銅は周囲の材料により容易に拡散し、また隣接する層の電子デバイス特徴を変えてしまう恐れがある。拡散した銅は層間の導電性パスを形成することによって回路全体の信頼性を低下させる恐れがあり、またデバイスの不具合をもたらすことさえある。それ故に、バリア層は、銅原子の拡散を防止または妨げるために、銅メタライゼーション前に堆積される。バリア層は一般的に、タングステン、チタン、タンタルおよびその窒化物などの高融点金属であり、これらはすべて銅よりも抵抗が大きい。
【０００４】
[0004]バリア層を部材内に堆積させるために、バリア層は一般的に部材の底部ならびにその側壁に堆積される。側壁上のバリア層の適切な堆積は一般的に、底部の過度の堆積となる。部材の底部の過剰なバリア層は部材の全抵抗を増加させるだけでなく、多層配線構造の高部および低部金属配線間に障害物を形成する。
【０００５】
[0005]従って、配線の電気抵抗を最小化する金属配線構造を形成するための改良された方法の必要性がある。
【発明の概要】
【０００６】
[0006]本発明の一実施形態は、半導体基板上に金属配線を形成するための方法であって、誘電体層に形成された部材を洗浄して、また遠隔プラズマソースにプラズマを発生させ、該プラズマから、該基板を含有する第１のプロセスチャンバにラジカルを供給して、バリア層の堆積前に該誘電体層に形成された該部材を該ラジカルに接触させることによって該誘電体層の下にある導電性材料を暴露するステップと、第２のプロセスチャンバにおいて、１〜１０トールの圧力かつ２００〜３００℃の温度で該部材内に原子層堆積法によって窒化タンタル層を堆積させるステップと、第３のプロセスチャンバにおいて該窒化タンタル層上に物理気相堆積法によってタンタル層を堆積させるステップと、第４のプロセスチャンバにおいて該タンタル層および該窒化タンタルをプラズマエッチングして、該部材の底部の該タンタル層と該窒化タンタルの少なくとも一部を除去して該導電性材料を露呈させるステップと、該タンタル層上に物理気相堆積法によって追加タンタルまたは銅を任意的に堆積させるステップと、第５のプロセスチャンバにおいて該導電性材料および該タンタル層の上にシード層を堆積させるステップと、を備えており、該第１のプロセスチャンバと、該第２のプロセスチャンバと、該第３のプロセスチャンバと、該第４のプロセスチャンバと、該第５のプロセスチャンバは集積ツールに配置されている方法を提供する。
【０００７】
[0007]半導体基板上に金属配線を形成するための装置であって、誘電体層に形成された部材を洗浄するための、かつ遠隔プラズマソースにプラズマを発生させ、該プラズマから、該基板を含有する第１のプロセスチャンバにラジカルを供給し、バリア層の堆積前に該誘電体層に形成された部材を接触させることによって、該誘電体層の下にある導電性材料を暴露するための第１のプロセスチャンバと、１〜１０トールの圧力かつ２００〜３００℃の温度で該部材内に原子層堆積法によって窒化タンタル層を堆積させるための第２のプロセスチャンバと、該窒化タンタル層上に物理気相堆積法によってタンタル層を堆積させるための第３のプロセスチャンバと、該タンタル層および該窒化タンタルをプラズマエッチングして、該部材の底部の該タンタル層と該窒化タンタル層の少なくとも一部を除去して該導電性材料を露呈するための、かつ該タンタル層上に物理気相堆積法によって追加タンタルまたは銅を場合によって堆積させるための第４のプロセスチャンバと、該導電性材料および該タンタル層の上にシード層を堆積させるための第５のプロセスチャンバとを備えており、該第１のプロセスチャンバと、該第２のプロセスチャンバと、該第３のプロセスチャンバと、該第４のプロセスチャンバと、該第５のプロセスチャンバは集積ツールに配置されている装置。
【０００８】
[0008]本発明の上記引用された特徴が詳細に理解されるように、上記簡潔に要約された本発明のより具体的な説明が実施形態を参照してなされてもよく、これらの一部は添付の図面に示されている。しかしながら、添付の図面は本発明の一般的な実施形態のみを示しており、本発明は他の等しく効果的な実施形態を許容してもよいためにその範囲を制限するものと捉えられるべきではないこと注意すべきである。
【好ましい実施形態の詳細な説明】
【０００９】
バリア堆積プロセス
[0023]図１は、金属配線構造の形成においてＡＬＤ窒化タンタル堆積を利用するプロセスの一実施形態を示している。ステップ１０１において、表面を準備して追加修正するために事前調整が生じる。事前調整オプションは、窒素プラズマ、水プラズマ、水素およびヘリウムプラズマ、低エネルギープラズマ、チタンまたはアルミニウムによるプレフラッシュ、あるいは他の前洗浄プロセスを含む。ステップ１０２において、窒化タンタルが原子層堆積法によって基板構造上に堆積される。ステップ１０４において、タンタル層が物理気相堆積法によって、ステップ１０２で形成された窒化タンタル上に堆積される。ステップ１０６において、ステップ１０２で堆積された窒化タンタルの一部を除去するために、かつステップ１０４で堆積されたタンタルの一部を除去するためにパンチスルーステップが実行される。ステップ１０８において、ステップ１０６で生じた基板構造上に物理気相堆積法によってタンタルを堆積させるために、任意のチタンフラッシュステップが実行されてもよい。ステップ１１０において、ステップ１０６またはステップ１０８で生じた基板構造上にシード層が形成される。ステップ１１０の後、任意の接着層堆積ステップ１１２、あるいは銅または他の堆積ステップ１１４が生じてもよい。
【００１０】
堆積装置
[0024]図４は、ここに開示されているようなプロセスを実行するように適合されてもよい例示的マルチチャンバ処理システム６００の概略上面図である。このような処理システム６００は、カリフォルニア州サンタ・クララ（Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）のアプライド マテリアルズ社（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．）から市販されているＥｎｄｕｒａ（商標）システムであってもよい。類似のマルチチャンバ処理システムが、１９９３年２月１６日に発行され、「ステージ真空ウェーハ処理システムおよび方法（Ｓｔａｇｅ Ｖａｃｕｕｍ Ｗａｆｅｒ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ）」と題された、米国特許第５，１８６，７１８号に開示されており、これは参照してここに組み込まれている。
【００１１】
[0025]システム４００は概して、システム４００に対して基板を転送するためのロードロックチャンバ４０２および４０４を含む。一般的に、システム４００は真空であるため、ロードロックチャンバ４０２および４０４は、システム４００に導入された基板を「ポンプダウン」してもよい。第１のロボット４１０は基板を、ロードロックチャンバ４０２および４０４と、第１のセットの１つ以上の基板処理チャンバ４１２、４１４、４１６および４１８（４個示されている）との間で転送してもよい。各処理チャンバ４１２、４１４、４１６および４１８は、原子層堆積法（ＡＬＤ）、化学気相堆積法（ＣＶＤ）、物理気相堆積法（ＰＶＤ）、エッチング、前洗浄、ガス抜き、配向および他の基板プロセスを含むサイクル層堆積法などの多数の基板処理動作を実行するように装備されることが可能である。第１のロボット４１０はまた基板を１つ以上の転送チャンバ４２２および４２４に転送する。
【００１２】
[0026]転送チャンバ４２２および４２４は、システム４００内での基板の転送を許容しつつ極めて高い真空条件を維持するために使用される。第２のロボット４３０は基板を、転送チャンバ４２２および４２４と、第２のセットの１つ以上の処理チャンバ４３２、４３４、４３６および４３８との間で転送してもよい。処理チャンバ４１２、４１４、４１６および４１８と同様に、処理チャンバ４３２、４３４、４３６および４３８は、原子層堆積法（ＡＬＤ）、化学気相堆積法（ＣＶＤ）、物理気相堆積法（ＰＶＤ）、エッチング、前洗浄、ガス抜きおよび配向を含むサイクル層堆積法などの種々の基板処理動作を実行するように装備されることが可能である。任意の基板処理チャンバ４１２、４１４、４１６、４１８、４３２、４３４、４３６および４３８が、システム４００によって実行される具体的なプロセスのために、必要でないならばシステム４００から除去されてもよい。
【００１３】
[0027]図４を参照すると、処理システムは、バリア層を堆積させるように構成された１つ以上の原子層堆積（ＡＬＤ）チャンバと、シード層を堆積させるように構成された１つ以上のＰＶＤチャンバとを含む。システムの効率およびスループットを高めるために、一構成の処理システムは、バリア層を堆積させるように構成された２つのＡＬＤチャンバと、バックエンド中央転送チャンバと関連して配置された、シード層を堆積させるように構成された２つのＰＶＤチャンバとを含む。一構成において、処理チャンバ４３４および４３６は窒化タンタルＡＬＤチャンバであってもよく、処理チャンバ４３２および４３８は銅またはタンタルＰＶＤチャンバであってもよい。
【００１４】
[0028]図１の方法を実行するための追加構成において、処理チャンバ４３４はステップ１０２を実行するための窒化タンタル原子層堆積チャンバであってもよく、処理チャンバ４３２はステップ１０４、１０６および１０８を実行するためのタンタル物理気相堆積チャンバであってもよく、処理チャンバ４１２はステップ１１０および可能ならばエッチングステップを実行するための銅物理気相堆積チャンバであってもよい。別の例において、チャンバ４３６、４３８および４１４は、２セットの基板が集積システムで処理されるように、それぞれミラーチャンバ４３４、４３２および４１２であってもよい。システム４００のこれらの具体的な配置は本発明を示すために提供されるものであり、請求項において特に言及されない限り本発明の範囲を制限するために使用されるべきではない。
【００１５】
前洗浄プロセス
[0029]本発明は、メタライゼーション前に汚染物を除去するために半導体基板上の部材を前洗浄するための方法を提供する。該方法は、シリコンにダメージを与えずにコンタクトも底部から二酸化シリコンを除去することと、側壁に金属を再堆積させずにビアの底部から酸化アルミニウムまたは酸化銅を除去することと、コンタクトホールの底部からシリコンの薄層を除去することと、部材の側壁から汚染物を除去することとを含む。
【００１６】
[0030]本発明は、ビア、コンタクト、およびＧｅ、Ｓｉ、Ａｌ、ＣｕまたはＴｉＮ副層などの導電または半導電副層上に堆積された二酸化シリコン層などの誘電体層にエッチングされた他の部材を前洗浄するための適切な方法を提供する。部材は一般的に、部材が誘電体層上に堆積される副層および後続の金属配線層を接続する導電性または半導電性材料で充填されるように、副層を暴露する。誘電体における部材のエッチングは一般的に、部材の充填を改良し、形成されたデバイスの完全性および信頼性を最終的に改良するために除去されるべき汚染物を残す。
【００１７】
[0031]誘電体層のエッチングの後、部材は、誘電体層のオーバーエッチングによって部材内のシリコンまたは金属残渣にダメージを与えた可能性がある。部材はまた、フォトレジストストリップまたはアッシングプロセスによる残渣フォトレジストを部材表面に、あるいは誘電体エッチングステップによる残渣ポリマーを含有することもできる。部材はまた、スパッタリングエッチング前洗浄プロセスに続いて部材表面上に再堆積された材料を含有してもよい。これらの汚染物は誘電体層に移動したり、堆積金属の不均一な分布を促進することによってメタライゼーションの選択性と干渉したりすることがありうる。汚染物の存在はまた、部材の幅を実質的に狭くすることによって堆積された金属の抵抗を大きくし、これによってビア、コンタクトラインまたは他の導電性部材を形成する金属に狭い部分を作成することができる。
【００１８】
[0032]本発明の前洗浄方法は、銅は従来のＩＣＰやスパッタリングエッチング系前洗浄チャンバの側壁に簡単にスパッタリングされるために、部材の底部に銅の副層を有するサブミクロン部材の洗浄について特に有用である。スパッタリングされた銅は誘電体材料に拡散し、デバイスの不具合を引き起こす。本発明はビアの基部をスパッタリングせずにビアを洗浄する。
【００１９】
[0033]図５を参照すると、前洗浄チャンバ５１０で基板５２６を前洗浄するプロセスは、反応プロセスや、基板５２６をスパッタリングターゲットとして使用するスパッタリングエッチングプロセスを伴ってもよい。概して、反応前洗浄プロセス（ステップ１０１）は、ヘリウムや、水素（約１０％未満）およびヘリウムを備える前洗浄ガス混合物をチャンバに導入して、ＲＦ電力（約１〜４ＭＨｚで約３００Ｗ〜約６００Ｗ）をプラズマ発生コイルに提供することによって基板上で実行されてもよい。基板サポートは約１０〜１００Ｗ間でバイアスされてもよい。チャンバ圧は前洗浄プロセス中、約４０ミリトール〜２００ミリトール間に維持されてもよい。反応前洗浄プロセスは約３０秒〜約１２０秒間実施されてもよい。前洗浄の後、基板は、バリア層およびシード層を基板の表面に堆積させるために、チャンバに転送される。
【００２０】
[0034]本発明の一実施形態において、反応前洗浄プロセス（ステップ１０１）は、水素５％およびヘリウム９５％を備える前洗浄ガス混合物をチャンバに導入して、ＲＦ電力を約４５０Ｗかつ約２．０ＭＨｚでコイルに提供することによって基板上で実行される。基板サポートは約１〜２００Ｗでバイアスされる。チャンバ圧は前洗浄プロセス中約８０ミリトールに維持される。反応前洗浄プロセスは約６０秒間実施される。前洗浄プロセスの後、基板は、バリア層およびシード層を基板の表面に堆積させるために、高密度プラズマ物理気相堆積チャンバに転送される。
【００２１】
好ましい前洗浄装置
[0035]本発明の前洗浄プロセスは好ましくは、カリフォルニア州サンタ・クララ（Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ，Ｃａｌｉｆ．）のアプライド マテリアルズ社（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．）より入手可能なＥｔｃｈ ＲＰＳチャンバなどの遠隔プラズマソース（ＲＰＳ）チャンバ上で行われる。ＲＰＳチャンバにおいて、反応Ｈラジカルは遠隔プラズマソースによって形成されて、主要中性種として、つまり電荷を有していない、従ってイオンでないものとして処理領域に導入されることによって、自己バイアスの発生と、イオンによるウェーハ表面の衝撃とを防止する。ＲＰＳチャンバによる実験は、２．４５ＧＨｚマイクロウェーブソースがより効率的であり、かつ低周波数ＲＦソースよりも多くの水素ラジカルを発生可能であることを示している。
【００２２】
バリア層堆積
[0036]ここで使用されているような「原子層堆積法」は、基板表面上に薄層を体積させるための２つ以上の化合物の順次導入を意味する。この２つ以上の化合物は処理チャンバの反応ゾーンに順次導入される。各化合物は時間遅延または中断によって分離されて、各化合物は基板表面に接着またはこれと反応することができる。一態様において、第１の化合物、化合物Ａは第１の時間遅延または中断が続く反応ゾーンに投与／パルスされる。次に、第２の化合物、つまり化合物Ｂが第２の時間遅延が続く反応ゾーンに投与／パルスされる。時間遅延が続く反応化合物のパルスのこれらの順次タンデムは、所望の膜または膜厚が基板表面上に形成されるまで、無制限に反復されてもよい。
【００２３】
[0037]図９Ａ〜図９Ｆは、図１のプロセスにおける種々の段階の例示的基板構造の概略図である。図９Ａは１つ以上の下地層９０２上に形成された誘電体層９０４を示している。誘電体層９０４は、現在知られている、あるいはさらに発見されるであろう低誘電率の誘電体材料（ｋ＜４．０）を含む任意の誘電体材料であってもよい。例えば、誘電体層９０４は酸化シリコンまたはカーボンドープ酸化シリコン材料であってもよい。誘電体層はパターニングおよびエッチングされて、従来の既知の技術を使用してアパーチャ９０５を形成している。アパーチャ９０５は、プラグ、ビア、コンタクト、ライン、ワイヤ（ｗｏｒｅ）あるいは他の配線コンポーネントを形成するために使用されてもよい。図２Ａに示されるように、アパーチャ９０５は、二重ダマシン構造で配線コンポーネントを形成するために使用されてもよい。ここに開示されているようなプロセスは、約０．２２μｍ以下のより小さい開口サイズ９０５Ａを有し、かつ約４：１以上の、例えば約６：１のより小さなアスペクト比９０５Ｂを有するアパーチャ９０５に対してとりわけ利点を与えるように使用されてもよい。
【００２４】
[0038]アパーチャ９０５は、プラグ、ビア、コンタクト、ライン、ワイヤ、金属ゲート電極などの低レベルの金属配線部材の一部の少なくとも導電性部分９０２Ａを暴露させる。導電性部分９０２Ａは、アルミニウム、銅、タングステンまたはこれらの組み合わせなどの任意の導電性材料を備えてもよい。ここに開示されているようなプロセスは、銅を備える導電性部分９０２Ａに対して利点を与えるように実行されてもよく、これはここでより詳細に論じられる。
【００２５】
[0039]図９Ｂは、ステップ１０２の後などに原子層堆積法によってコンフォーマルに堆積された窒化タンタル層９１２を示している。窒化タンタル層は、約５０Å以下、好ましくは約５Å〜約２０Åの厚さに堆積される。窒化タンタルの物理気相堆積法および化学気相堆積法などの他の従来の堆積技術に対する原子層堆積法の利点の１つは、配線構造の形成においてアパーチャ９０５などの、開口が小さく、アスペクト比が高く、かつ様々な形状のアパーチャ上に窒化タンタルのコンフォーマルな層を堆積できることである。基板サポートのヒーター温度は約１００℃〜３００℃の低温に維持される。一態様において、低堆積温度はよりコンフォーマルな窒化タンタル層の提供の助けとなると信じられている。誘電体層９０４上にＡＬＤ窒化タンタル層９１２を形成することのもう１つの利点は、誘電体材料に対するＡＬＤ窒化タンタルの良好な接着である。
【００２６】
[0040]ここに説明された原子層堆積法に従って堆積された窒化タンタル層はエピタキシャル成長現象の証拠を示している。すなわち、バリア層は、下地層と同じ、または実質的に同じ結晶学的特徴を持つ。結果として、実質的に単結晶が、窒化タンタル層と下地層間のインタフェースにボイドが形成されないように成長される。同様に、タンタル層上に堆積された追加タンタル層が、単結晶の形成を継続する同じまたは実質的に同じエピタキシャル成長特徴を表している。従って、このインタフェースにはボイド形成は生成されない。単結晶に類似の得られた構造はボイド形成を排除することによって、デバイスの信頼性を実質的に高める。単結晶構造はまた、良好なバリア特性を依然として提供しつつ配線部材の全抵抗を低下させる。さらにまた、単結晶成長は、配線材料インタフェースにわたるコンフォーマルかつ均一な結晶配向によるエレクトロマイグレーションおよびストレスマイグレーションの影響を小さくすると信じられている。
【００２７】
[0041]窒化タンタルは、約１００ｓｃｃｍ〜約３，０００ｓｃｃｍの流量で約１．０秒以下の時間タンタル含有化合物の１つ以上のパルスと、約１００ｓｃｃｍ〜約３，０００ｓｃｃｍの流量で約１．０秒以下の時間窒素含有化合物の１つ以上のパルスとを、その中に基板を配置している反応ゾーンに提供することによって、原子層堆積法で堆積されてもよい。
【００２８】
[0042]例示的タンタル含有化合物は、ｔ−ブチルイミノトリス（ジエチルアミノ）タンタル（ＴＢＴＤＥＴ）、ペンタキス（エチルメチルアミフロ）タンタル（ＰＥＭＡＴ）、ペンタキス（ジメチルアミノ）タンタル（ＰＤＭＡＴ）、ペンタキス（ジエチルアミノ）タンタル（ＰＤＥＡＴ）、ｔ−ブチルイミノトリス（ジエチルメチルアミノ）タンタル（ＴＢＴＭＥＴ）ｔ−ブチルイミノトリス（ジメチルアミノ）タンタル（ＴＢＴＤＭＴ）、ビス（シクロペンタジエニル）タンタルトリハイドライド（（Ｃｐ）２ＴａＨ３）、ビス（メチルシクロペンタジエフルＹＩ）タンタルトリハイドライド（（ＣｐＭｅ）２ＴａＨ３）、これらの誘導体およびこれらの組み合わせを含む。好ましくは、タンタル含有化合物はＰＤＭＡＴを備える。例示的窒素含有化合物は、アンモニア、ヒドラジン、メチルヒドラジン、ジメチルヒドラジン、ｔ−ブチルヒドラジン、フェニルヒドラジン、アゾイソブタフルエチルアジド、これらの誘導体およびこれらの組み合わせを含む。好ましくは、窒素含有化合物はアンモニアを備える。
【００２９】
[0043]これらの化合物や、上記に列挙されていない他の化合物は室温で個体、液体または気体であってもよいことが理解されるべきである。例えば、ＰＤＭＡＴは室温で固体であり、ＴＢＴＤＥＴは室温で液体である。従って、非気相前駆物に、処理チャンバへの導入前に、両方とも当業において既知の昇華または気化ステップを施す。アルゴン、ヘリウム、窒素、水素またはこれらの混合物などのキャリアガスはまた、当業において一般に既知であるように、処理チャンバに化合物を供給するのを助けるために使用されてもよい。
【００３０】
[0044]具体的な実施形態において、１０〜３０オングストロームの厚さを有する窒化タンタル層は、ＰＤＭＡＴおよびアンモニアを基板表面に循環的に導入することによって、原子層堆積法で形成される。窒化タンタル層の堆積を開始するには、キャリア／不活性ガスが処理チャンバ６００に導入されて、その中の圧力および温度を安定化させる。６０００〜１００００ｓｃｃｍの流量のアルゴンなどのキャリアガスは、アルゴンのみが各化合物のパルス間を流れるように、堆積プロセス中に連続的に流れることを許容される。ＰＤＭＡＴの第１のパルスは、約４００ｓｃｃｍ〜約１０００ｓｃｃｍの流量でガスソース６１３から提供され、チャンバの温度および圧力が約２００℃〜約３００℃かつ約１トール〜約５トールに安定化された後のパルス時間は約２．０秒以下である。そしてアンモニアのパルスは約１０００ｓｃｃｍ〜約２０００ｓｃｃｍの流量で提供され、パルス時間は約２．０秒以下である。
【００３１】
[0045]ＰＤＭＡＴおよびアンモニアのパルス間の中断は約１．０秒以下であり、好ましくは０．５秒以下、より好ましくは０．１秒以下である。種々の態様において、パルス間の時間削減はより高いスループットを少なくとも提供する。結果として、アンモニアのパルス後の中断もまた約１．０秒以下、約０．５秒以下、あるいは約０．１秒以下である。約１，０００ｓｃｃｍ〜約１０，０００ｓｃｃｍ、例えば約３，０００ｓｃｃｍ〜約６，０００ｓｃｃｍで流れるアルゴンガスが連続的に提供される。一態様において、ＰＤＭＡＴのパルスはアンモニアのパルスが入るときに依然としてチャンバにあってもよい。一般に、キャリアガスおよびポンプ排出の期間は、ＰＤＭＡＴおよびアンモニアのパルスが反応ゾーンで混合しないように長くなければならない。
【００３２】
[0046]ヒーター温度は、約１．０〜約５．０トールのチャンバ圧で約１００℃〜約３００℃に維持される。ＰＤＡＭＴのパルス、中断、アンモニアのパルスおよび中断からなる各サイクルは、サイクルあたり約０．３Å〜約１．０Åの厚さを有する窒化タンタル層を提供する。所望の厚さが達成されるまで交互シーケンスが反復されてもよい。
【００３３】
[0047]ここで使用されているような「パルス／投与」は、処理チャンバの反応ゾーンに断続的または非連続的に導入される具体的な化合物の量を示すことを意図している。各パルス内の具体的な化合物の量は、パルスの期間に応じて経時的に変わってもよい。具体的な化合物は、単一の化合物、または２つ以上の化合物の組み合わせを含んでもよい。各パルス／投与の期間は変更可能であり、例えば、処理チャンバの容積容量ならびにこれに結合された真空システムの能力を収容するように適合されてもよい。さらに、化合物の投与時間は、化合物の流量、化合物の圧力、化合物の温度、投与バルブのタイプ、採用されている制御システムのタイプならびに基板表面上への化合物の吸着能力に従って変化してもよい。投与時間はまた、形成中の層のタイプ、および形成中のデバイスの幾何に基づいて変化してもよい。一般的に、各パルス／投与の期間、つまり「投与時間」は一般的に約１．０秒以下である。しかしながら、投与時間はマイクロ秒からミリ秒、秒、さらには分に至るまで及んでもよい。一般に、投与時間は、基板の表面全体で吸着または化学吸着し、その上に化合物の層を形成するのに十分な化合物量を提供する程度に長くなければならない。
【００３４】
好ましい原子層堆積装置
[0048]図６は、本発明の実施形態に従った、バリア層を形成するための例示的処理チャンバ６００の概略部分断面図を示している。このような処理チャンバ６００はカリフォルニア州サンタ・クララ（Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）にあるアプライド マテリアルズ社（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．）から入手可能であり、これについての簡単な説明が以下に続く。より詳細な説明は、２００１年１２月２１日に提出された、「原子層堆積のためのガス供給装置および方法（Ｇａｓ Ｄｅｌｉｖｅｒｙ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ Ｆｏｒ Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）」と題された、共に譲渡された米国特許出願第１０／０３２，２８４号に見ることができ、これはここで請求された態様および開示と矛盾しない範囲で参照してここに組み込まれている。
【００３５】
[0049]処理チャンバ６００は、これもまたアプライド マテリアルズ社（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．）から入手可能なＥｎｄｕｒａ（商標）プラットフォームなどの集積処理プラットフォームに一体化されてもよい。Ｅｎｄｕｒａ（商標）プラットフォームの詳細は、１９９９年１１月３０日に提出された、「集積モジュラー処理プラットフォーム（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｍｏｄｕｌａｒ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｐｌａｔｆｏｒｍ）」と題された、共に譲渡された米国特許出願第０９／４５１，６２８号に説明されており、これはここで請求された態様および開示と矛盾しない範囲で参照してここに組み込まれている。
【００３６】
[0050]図６は、基板処理チャンバ６１０のチャンバ本体６２０の下に搭載された１つ以上のバルブアセンブリ６００を含む基板処理チャンバ６１０の一実施形態の概略断面図である。バルブアセンブリ６００はチャンバ本体６２０を通って垂直にされたガスライン６５５に結合されている。次にガスライン６５５はガス導管６５０に結合されて、１つ以上のガスをチャンバ本体６２０に提供する。バルブアセンブリはまた他の基板処理チャンバに搭載されてもよく、また他のチャンバコンポーネントに搭載されてもよい。
【００３７】
[0051]図６を参照すると、各バルブアセンブリ６００はバルブ本体６１０とダイアフラムアセンブリ６３０とを含む。バルブ本体６１０は、反応剤入口６１２、パージ入口６１４および出口６１６を含む３つのポートと流体連通しているバルブチャンバ６１１を含む。反応剤入口６１２は反応剤ソース６１３と流体連通しており、反応剤を、バルブチャンバ６１１を介して、出口６１６を介して、ガスライン６５５を介して、ガス導管６５０を介してチャンバ本体６２０に供給する。パージ入口６１４はパージガスソース６１５と流体連通しており、バルブチャンバ６１１を介して、出口６１６を介して、出口６５５を介して、ガス導管６５０を介してチャンバ本体６２０にパージガスを供給するように適合されている。基板処理チャンバ６１０が２つ以上のバルブアセンブリ６００を含んでいれば、各バルブアセンブリ６００のパージ入口６１４は個々のパージガスソース６１５に好ましく結合される。他の実施形態において、各バルブアセンブリ６００のパージ入口６１４は共通のパージガスソースに結合されてもよい。
【００３８】
[0052]図６を参照すると、ソレノイドバルブなどの電子制御バルブ６５２がダイアフラムアセンブリ６３０に搭載されて、空気や他の気体などの加圧ガスを、ガスライン６５１を介して電子制御バルブ６５２に結合された加圧ガス供給口６５０から選択的に提供してもよい。プログラマブル論理コントローラ（ＰＬＣ）は、電子制御バルブ６５２への電気信号を制御するために電子制御バルブ６５２に結合される。プログラマブル論理コントローラは、プログラマブル論理コントローラを制御するメインコントローラに結合される。電子制御バルブは加圧ガスをダイアフラムアセンブリ６３０に提供するが、バルブアセンブリ６００は空気圧で作動するバルブである。
【００３９】
[0053]一実施形態において、アルゴンは流量５００ｓｃｃｍでキャリアガスとして使用され、アンモニアは流量１５００ｓｃｃｍでチャンバに入り、アルゴンパージ流は流量８０００ｓｃｃｍである。
【００４０】
後堆積処置オプション
[0054]誘電体堆積の後、基板は、プラズマ、シード層堆積、あるいはバルク金属堆積ステップ前の接着層堆積によって処置されてもよい。プラズマ処置はアルゴン、窒素または水素プラズマを備えてもよい。シード層堆積は銅、銅アルミニウム、銅錫、タンタル、タングステン、タリウム、コバルト、チタン、アルミニウム、別の金属または金属の組み合わせを備えてもよい。堆積方法は、ＡＬＤ、ＣＶＤ、ＰＶＤ、電気メッキまたは無電解メッキを含む。接着層はルビジウム、タンタル、チタン、アルミニウムまたはタングステンを備えてもよい。
【００４１】
任意のタンタル層
[0055]図９Ｃは、例えばステップ１０４の後に窒化タンタル層９１２上に堆積されたタンタル層９２２を示している。タンタル層９２２および窒化タンタル層９１２は共にバリア層９２４を作る。一態様において、タンタル層９２２は良好な接着をシード層９４２に提供する（図９Ｆ）。別の態様において、窒化タンタル９１２およびタンタル９２２は良好な接着を相互に有する。一実施形態において、基板サポートの温度は加熱されていない（つまり室温）。タンタル層の堆積の一実施形態において、アルゴンは１２〜３６ｓｃｃｍでＰＶＤ堆積チャンバに提供される。約１００ワット〜約１０００ワットのＲＦ基板バイアスが、タンタル層９２２の堆積中に基板サポートに提供されてもよい。ＰＶＤ堆積に供給されるＤＣ電力は、任意のＲＦ電力が２ｋＷである４０ｋＷであってもよい。タンタル層は約７５Å以下、好ましくは約４０Å〜６０Åの厚さに堆積される。
【００４２】
[0056]請求項に明確に言及されない限り理論に縛られるつもりはないが、コンフォーマルなＡＬＤ窒化タンタル層９１２は、物理気相堆積時に、少なくともアパーチャの底部やフィールドエリアの上の部分にわたって抵抗の小さなアルファ相タンタルの成長をもたらす助けとなると信じられている。物理気相堆積時のウェーハバイアスは抵抗の小さなアルファ相タンタルの形成の助けとなることも信じられている。
【００４３】
パンチスルー
[0057]図９Ｄは、アパーチャ９０５の底部の少なくとも窒化タンタルとタンタルの一部を除去するために実行されたパンチスルーステップを示している。好ましくは、エッチングステップは、アパーチャ９０５の底部の窒化タンタルとタンタルとを除去して下地層９０２の導電性部分９０２Ａを露呈するために実行される。一態様において、側壁に残っている窒化タンタルとタンタルは、銅の導電性部分などの導電性部分９０２Ａから誘電体層９０４への、銅などのスパッタリングされた導電性材料の銅拡散を防止する。パンチスルーステップはまた、導電性部分９０２Ａ上に形成されていたかもしれない酸化形成物、（パターニング残渣などの）残渣および他の汚染物を除去する。
【００４４】
[0058]エッチングは好ましくはアルゴンプラズマエッチングを備える。方向性アルゴンプラズマエッチングは、プラズマエッチングがアパーチャ９０５の底部に達することを保証するために使用される。エッチングの条件はチャンバおよび基板サポートの設計パラメータに左右される。ＲＦウェーハバイアスは約１００ワット〜約１０００ワットであり、除去される窒化タンタルおよびタンタルの所望の厚さに応じて約１秒〜約２０間秒実行される。
【００４５】
[0059]アルゴンプラズマエッチングの一実施形態において、アルゴンは１２ｓｃｃｍの流量で提供される。システムに供給されたＤＣ電力は０Ｗである。ＲＦ電力は２０００Ｗであり、ＤＣコイルは８００Ｗの電力を有しており、ウェーハバイアスは６００Ｗである。
【００４６】
任意のタンタルフラッシュ
[0060]図９Ｅは任意のタンタル物理気相堆積フラッシュステップを示している。タンタル物理気相堆積フラッシュステップはベベルコーナー９３２にタンタルを堆積させて、パンチスルーステップ中にエッチングされたかもしれないタンタルをベベルコーナー９３２に作り上げる助けとなることが意図されている。タンタルフラッシュステップは好ましくは低ウェーハバイアスで実行されて、アパーチャ９０５の底部のタンタル堆積を少なくする。
【００４７】
任意のシード層
[0061]図９Ｆは、図９Ｄまたは図９Ｅの基板構造上に堆積されたシード層９４２を示している。シード層９４２は銅シード層、銅合金シード層、別の金属シード層およびこれらの組み合わせを備えてもよい。好ましくは、シード層９４２は銅シード層、銅合金シード層あるいはこれらの組み合わせを備える。
【００４８】
[0062]パンチスルーステップは、アパーチャ９０５の底部の窒化タンタル層９１２とタンタル層９２２の厚さを縮小または除去するために、配線構造の抵抗は削減される。一実施形態において、銅間インタフェースは、銅を備えるシード層９４２と銅を備える導電性部分９０２Ａとの間に提供されてもよい。加えて、パンチスルーステップはアパーチャ９０５の底部の窒化タンタル層９１２とタンタル層９２２の厚さを縮小または除去するために、より厚い窒化タンタル層９１２が最初に堆積されてもよい。これらの理由およびここで論じられた他の理由により、デバイスの性能および信頼性は改良される。
【００４９】
[0063]図１を参照すると、ステップ１０４のタンタルの物理気相堆積は、イオン化金属プラズマ（ＩＭＰ）ＰＶＤチャンバなどのＰＶＤチャンバで実行される。ＩＭＰ ＰＶＤチャンバの例は、カリフォルニア州サンタ・クララ（Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）のアプライド マテリアルズ社（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．）から入手可能なＳｅｌｆ−Ｉｏｎｉｚｅｄ Ｐｌａｓｍａ５１ｐ（商標）チャンバやＥｎＣｏＲｅ（商標） Ｔａチャンバを含む。パンチスルーステップ１０６は適切なプラズマ処理チャンバで実行されてもよい。タンタル物理気相堆積ステップ１０８は適切なＰＶＤチャンバで実行されてもよい。スループットおよび粒子発生の問題について、ステップ１０４〜１０８は好ましくは同じ処理チャンバで実行される。
【００５０】
[0064]図１を引き続き参照すると、シード層は、ステップ１１０に示されるように、バリア層上に少なくとも部分的に堆積される。シード層は、化学気相堆積法（ＣＶＤ）、物理気相堆積法（ＰＶＤ）、電気メッキまたは無電解メッキなどの任意の従来の堆積技術を使用して堆積されてもよい。例えば、シード層はＩＭＰ ＰＶＤチャンバで堆積されてもよい。一態様において、シード層は従来の銅シード層である。別の態様において、シード層は銅合金シード層である。さらに別の態様において、シード層は、同じまたは異なる金属および合金の多層シード層である。
【００５１】
代替実施形態
[0065]図２は、金属配線構造の形成における一段階でＡＬＤタンタル層を利用するプロセスの別の実施形態を示している。ステップ２０２において、窒化タンタルが基板構造上に原子層堆積法によって堆積される。ステップ２０４において、パンチスルーステップが、ステップ２０２で堆積された窒化タンタルの一部を除去するために実行される。ステップ２０６において、タンタル層や適切な金属などの接着層が、ステップ２０４で得られた基板構造上に堆積される。ステップ２０８において、シード層が接着層上に形成される。ステップ２０２〜２０８の全部または一部が、図４のシステムなどの集積処理システム上で実行されてもよい。
【００５２】
[0066]図１０は、図２のステップ２０８の後に得られた基板構造の一例の概略図である。一態様において、窒化タンタル層１００１がステップ２０２で、約５０Å以下、好ましくは約５Å〜約３０Åの厚さに堆積される。窒化タンタル層１００１は誘電体層１００２の側壁を、銅などのスパッタリング導電性材料１００４から、また誘電体層１００２の下の下地層１００３の導電性部分から保護する。パンチスルーステップは好ましくは約１０秒以下の時間実行される。本プロセスの一利点は、パンチスルーステップは、下地層の導電性部分を暴露させるために窒化タンタルの一部を除去するだけでよいという点である。
【００５３】
追加代替実施形態
[0067]図３Ａは、金属配線構造の形成における一段階でＡＬＤ窒化タンタル層を利用するプロセスのさらに別の実施形態を示している。ステップ３０２において、窒化タンタルが基板構造上に原子層堆積法によって堆積される。ステップ３０４において、窒化タンタル層は非窒素プラズマに暴露される。好ましくは、非窒素プラズマは、アルゴンなどの希ガスを備える。非窒素プラズマは水素や他の非窒素ガスをさらに含んでもよい。場合によって、ステップ３０２および３０４が反復されてもよい。例えば、非窒素プラズマ処置は、所望の量の窒化タンタルが堆積されるまで、例えば２０サイクルごとに、多数のサイクルの後に実行されてもよい。複数の非窒素プラズマ処置は、アパーチャの底部の窒化タンタルを処置する助けとなる。ステップ３０６において、任意のタンタル層がプラズマ処置された窒化タンタル層上に堆積されてもよい。ステップ３０８において、シード層が、ステップ３０４または３０６で得られた基板構造上に形成される。ステップ３０２〜３０８の全部または一部が、図４のシステムなどの集積処理システム上で実行されてもよい。
【００５４】
[0068]図１１は、図３Ａのステップ３０８の後に得られた基板構造の一例の概略図である。一態様において、非窒素プラズマ処置はＡＬＤ窒化タンタル層１１０１の窒素含有量を少なくすると信じられている。ＡＬＤ窒化タンタル層１１０１の窒素含有量が削減されるため、その抵抗は縮小され、従ってコンタクト抵抗は縮小される。
【００５５】
複数のＡＬＤ ＴａＮ堆積ステップ
[0069]図３Ｂは、金属配線構造の形成における一段階でＡＬＤ窒化タンタル層を利用するプロセスのさらに別の実施形態を示している。ステップ３０２において、窒化タンタルが基板構造上に原子層堆積法によって堆積される。ステップ３０５において、窒化タンタル層がパンチスルーステップに暴露される。追加窒化タンタル層がステップ３０５Ａで堆積される。ステップ３０６において、任意のタンタル層が、プラズマ処置された窒化タンタル層上に堆積されてもよい。ステップ３０８において、シード層が、ステップ３０４または３０６で得られた基板構造上に形成される。ステップ３０２〜３０８の全部または一部が、図４のシステムなどの集積処理システム上で実行されてもよい。
【００５６】
実験結果
[0070]図１２は、銅アルミニウムシードによるＡＬＤ窒化タンタルバリアと、銅シードによるＰＶＤバリアに対する時間対不具合の関数として累積確率を示している。寿命分布は、ＡＬＤ窒化タンタルバリアと共に使用された銅アルミニウム合金シードによって改良される。
【００５７】
[0071]図１３は、パンチスルーおよびＡＬＤ窒化タンタル層によるＡＬＤ窒化タンタルと、新たなパンチスルーＡＬＤ窒化タンタル層およびアルゴン処置によるＡＬＤ窒化タンタルと、窒化タンタル、タンタルおよびタンタルフラッシュによる基準とに対する時間対不具合の関数として累積確率を比較する。温度は３５０℃であった。１．５ｍａ／ｃｍ２リンク電流密度があった。上流方向電流があった。流れは（μｍ）ビア／リンクサイズに比例した。古いパンチスルーは、１５０Ｗ未満のＤＣ電力と、６００Ｗのウェーハバイアスを有していた。新たなパンチスルーは３０００ＷのＤＣ電力と、８００Ｗのウェーハバイアスを有していた。時間対不具合のこの動的増加は所望の改良特性を示している。
【００５８】
最終ステップ
[0072]ステップ４１０、ステップ７０８またはステップ８０８のシード層形成に続いて図１、２、３Ａまたは３Ｂを参照すると、バルク金属層がシード層上に少なくとも部分的に堆積される。金属層はまた、電気メッキ、無電解メッキ、化学気相堆積法（ＣＶＤ）または物理気相堆積法（ＰＶＤ）などの任意の従来の堆積技術を使用して堆積されてもよい。金属層は好ましくは、銅、アルミニウム、タングステンまたはこれらの組み合わせなどの任意の導電性材料を含む。金属層は好ましくはバルク銅層を備える。
【００５９】
[0073]一実施形態において、好ましくは、バルク銅層は、カリフォルニア州サンタ・クララ（Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）のアプライド マテリアルズ社（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．）から入手可能なＥｌｅｃｔｒａ（商標） Ｃｕ ＥＣＰシステムなどの電気メッキセル内で形成される。銅電解溶液および銅電気メッキ技術は、「電気堆積化学（Ｅｌｅｃｔｒｏ−ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ）」と題された、共に譲渡された米国特許第６，１１３，７７１号に説明されており、これは参照してここに組み込まれている。一般的に、電気メッキ浴は、約０．７Ｍより大きい銅濃度と、約０．８５の硫酸銅濃度と、約１．７５のｐＨとを有している。電気メッキ浴はまた、当業において既知であるように種々の添加剤を含有してもよい。浴の温度は約１５℃〜約２５０℃である。バイアスは約１５ボルトである。一態様において、正バイアスは約０．１ボルト〜約１０ボルトに及び、負バイアスは約０．１〜約１０ボルトに及ぶ。
【００６０】
[0074]場合によって、アニーリング処置が、金属層堆積に続いて実行されてもよい。例えば、ウェーハは、約１分〜約１時間、約１００℃〜約４００℃の温度にさらされてもよい。ヘリウム、水素、窒素またはこれらの混合物などのキャリア／パージガスが約１００ｓｃｃｍ〜約１０，０００ｓｃｃｍの速度で導入される。チャンバ圧は約２トール〜約１０トールに維持される。
【００６１】
[0075]堆積に続いて、得られた構造の上部は平面化されてもよい。例えば、カリフォルニア州サンタ・クララ（Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）のアプライド マテリアルズ社（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）から入手可能なＭｉｒｒａ（商標） Ｓｙｓｔｅｍなどの化学機械的研磨（ＣＭＰ）装置が使用されてもよい。場合によって、構造の中間面が、上記の後続の層の堆積の間に平面化されてもよい。
【００６２】
[0076]上記は本発明の実施形態を目的としているが、本発明の他のさらなる実施形態もその基本的範囲から逸脱することなく考案されてもよく、またその範囲は以下につづく請求項によって判断される。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】金属配線構造の形成における一段階でＡＬＤ窒化タンタル層を利用するプロセスの一実施形態を示している。
【図２】金属配線構造の形成における一段階でＡＬＤ窒化タンタル層を利用するプロセスの別の実施形態を示している。
【図３Ａ】金属配線構造の形成における一段階でＡＬＤ窒化タンタル層を利用するプロセスのさらに別の実施形態を示している。
【図３Ｂ】金属配線構造の形成において２つのＡＬＤ窒化タンタル堆積ステップを利用するプロセスの実施形態を示している。
【図４】本明細書に説明された配線製作シーケンスを実行するのに適合可能な例示的集積クラスターツールの概略平面図を示している。
【図５】一般的な前洗浄チャンバを示している。
【図６】循環堆積技術に従って薄いバリア層を形成するための例示的処理チャンバの概略部分断面図を示している。
【図７】物理気相堆積技術に従って薄い金属層を形成するための例示的処理チャンバの概略部分断面図を示している。
【図８】薄いシード層または接着層を形成するための例示的処理チャンバの概略部分断面図を示している。
【図９Ａ】図１のプロセスの種々の段階の例示的基板構造の概略図である。
【図９Ｂ】図１のプロセスの種々の段階の例示的基板構造の概略図である。
【図９Ｃ】図１のプロセスの種々の段階の例示的基板構造の概略図である。
【図９Ｄ】図１のプロセスの種々の段階の例示的基板構造の概略図である。
【図９Ｅ】図１のプロセスの種々の段階の例示的基板構造の概略図である。
【図９Ｆ】図１のプロセスの種々の段階の例示的基板構造の概略図である。
【図１０】図２のプロセスのある段階の例示的基板構造の概略図である。
【図１１】図３Ａのプロセスのある段階の例示的基板構造の概略図である。
【図１２】銅アルミニウムシードによるＡＬＤ窒化タンタルと、銅シードによるＰＶＤバリアに対する時間対不具合の関数として累積確率を比較する。
【図１３】パンチスルーおよびＡＬＤ窒化タンタル層によるＡＬＤ窒化タンタルと、新たなパンチスルー、ＡＬＤ窒化タンタル層およびアルゴン処置によるＡＬＤ窒化タンタルと、窒化タンタル、タンタルおよびタンタルフラッシュによる基準とに対する時間対不具合の関数として累積確率を比較する。
【符号の説明】
【００６４】
４００…システム、４０２、４０４…ロードロックチャンバ、４１０…第１のロボット、４１２、４１４、４１６、４１８…基板処理チャンバ、４２２、４２４…転送チャンバ、４３２、４３４、４３６、４３８…処理チャンバ、６００…マルチチャンバ処理システム、６１０…バルブ本体、６１１…バルブチャンバ、６１２…反応剤入口、６１４…パージ入口、６１６…出口、６２０…チャンバ本体、６３０…ダイアフラムアセンブリ、６５０…ガス導管、６５１…ガスライン、６５２…電子制御バルブ、６５５…ガスライン。
【発明の背景】
【０００１】
発明の分野
[0001]本発明の実施形態は集積回路デバイスの製造方法に関する。より具体的には、本発明の実施形態は、金属配線構造の形成においてＡＬＤ窒化タンタル層を利用するためのシステムおよびプロセスに関する。
【０００２】
従来技術の説明
[0002]集積回路（ＩＣ）デバイスの構造サイズがサブクォーターミクロンの寸法までスケールダウンされるに従って、電気抵抗および電流密度は関心および改良の分野となった。多層配線技術はＩＣデバイスにわたる導電性パスを提供し、また、コンタクト、プラグ、ビア、ライン、ワイヤおよび他の部材を含む高アスペクト比部材で形成される。基板上に配線を形成するための一般的なプロセスは、１つ以上の層を堆積させるステップと、（複数の）層の少なくとも１つをエッチングして１つ以上の部材を形成するステップと、該（複数の）部材にバリア層を堆積させるステップと、１つ以上の層を堆積させて該部材を充填するステップとを含む。一般的に、部材は、下部導電層と上部導電層との間に配置された誘電体材料内に形成される。配線は上部および下部導電層をリンクするために部材内に形成される。これらの配線部材の確実な形成は回路の生成、個々の基板の回路密度および品質を高めるための努力を継続するうえで重要である。
【０００３】
[0003]銅およびその合金はアルミニウムよりも抵抗が低いために、銅はサブミクロンの高アスペクト比配線部材を充填するには最適な金属である。しかしながら、銅は周囲の材料により容易に拡散し、また隣接する層の電子デバイス特徴を変えてしまう恐れがある。拡散した銅は層間の導電性パスを形成することによって回路全体の信頼性を低下させる恐れがあり、またデバイスの不具合をもたらすことさえある。それ故に、バリア層は、銅原子の拡散を防止または妨げるために、銅メタライゼーション前に堆積される。バリア層は一般的に、タングステン、チタン、タンタルおよびその窒化物などの高融点金属であり、これらはすべて銅よりも抵抗が大きい。
【０００４】
[0004]バリア層を部材内に堆積させるために、バリア層は一般的に部材の底部ならびにその側壁に堆積される。側壁上のバリア層の適切な堆積は一般的に、底部の過度の堆積となる。部材の底部の過剰なバリア層は部材の全抵抗を増加させるだけでなく、多層配線構造の高部および低部金属配線間に障害物を形成する。
【０００５】
[0005]従って、配線の電気抵抗を最小化する金属配線構造を形成するための改良された方法の必要性がある。
【発明の概要】
【０００６】
[0006]本発明の一実施形態は、半導体基板上に金属配線を形成するための方法であって、誘電体層に形成された部材を洗浄して、また遠隔プラズマソースにプラズマを発生させ、該プラズマから、該基板を含有する第１のプロセスチャンバにラジカルを供給して、バリア層の堆積前に該誘電体層に形成された該部材を該ラジカルに接触させることによって該誘電体層の下にある導電性材料を暴露するステップと、第２のプロセスチャンバにおいて、１〜１０トールの圧力かつ２００〜３００℃の温度で該部材内に原子層堆積法によって窒化タンタル層を堆積させるステップと、第３のプロセスチャンバにおいて該窒化タンタル層上に物理気相堆積法によってタンタル層を堆積させるステップと、第４のプロセスチャンバにおいて該タンタル層および該窒化タンタルをプラズマエッチングして、該部材の底部の該タンタル層と該窒化タンタルの少なくとも一部を除去して該導電性材料を露呈させるステップと、該タンタル層上に物理気相堆積法によって追加タンタルまたは銅を任意的に堆積させるステップと、第５のプロセスチャンバにおいて該導電性材料および該タンタル層の上にシード層を堆積させるステップと、を備えており、該第１のプロセスチャンバと、該第２のプロセスチャンバと、該第３のプロセスチャンバと、該第４のプロセスチャンバと、該第５のプロセスチャンバは集積ツールに配置されている方法を提供する。
【０００７】
[0007]半導体基板上に金属配線を形成するための装置であって、誘電体層に形成された部材を洗浄するための、かつ遠隔プラズマソースにプラズマを発生させ、該プラズマから、該基板を含有する第１のプロセスチャンバにラジカルを供給し、バリア層の堆積前に該誘電体層に形成された部材を接触させることによって、該誘電体層の下にある導電性材料を暴露するための第１のプロセスチャンバと、１〜１０トールの圧力かつ２００〜３００℃の温度で該部材内に原子層堆積法によって窒化タンタル層を堆積させるための第２のプロセスチャンバと、該窒化タンタル層上に物理気相堆積法によってタンタル層を堆積させるための第３のプロセスチャンバと、該タンタル層および該窒化タンタルをプラズマエッチングして、該部材の底部の該タンタル層と該窒化タンタル層の少なくとも一部を除去して該導電性材料を露呈するための、かつ該タンタル層上に物理気相堆積法によって追加タンタルまたは銅を場合によって堆積させるための第４のプロセスチャンバと、該導電性材料および該タンタル層の上にシード層を堆積させるための第５のプロセスチャンバとを備えており、該第１のプロセスチャンバと、該第２のプロセスチャンバと、該第３のプロセスチャンバと、該第４のプロセスチャンバと、該第５のプロセスチャンバは集積ツールに配置されている装置。
【０００８】
[0008]本発明の上記引用された特徴が詳細に理解されるように、上記簡潔に要約された本発明のより具体的な説明が実施形態を参照してなされてもよく、これらの一部は添付の図面に示されている。しかしながら、添付の図面は本発明の一般的な実施形態のみを示しており、本発明は他の等しく効果的な実施形態を許容してもよいためにその範囲を制限するものと捉えられるべきではないこと注意すべきである。
【好ましい実施形態の詳細な説明】
【０００９】
バリア堆積プロセス
[0023]図１は、金属配線構造の形成においてＡＬＤ窒化タンタル堆積を利用するプロセスの一実施形態を示している。ステップ１０１において、表面を準備して追加修正するために事前調整が生じる。事前調整オプションは、窒素プラズマ、水プラズマ、水素およびヘリウムプラズマ、低エネルギープラズマ、チタンまたはアルミニウムによるプレフラッシュ、あるいは他の前洗浄プロセスを含む。ステップ１０２において、窒化タンタルが原子層堆積法によって基板構造上に堆積される。ステップ１０４において、タンタル層が物理気相堆積法によって、ステップ１０２で形成された窒化タンタル上に堆積される。ステップ１０６において、ステップ１０２で堆積された窒化タンタルの一部を除去するために、かつステップ１０４で堆積されたタンタルの一部を除去するためにパンチスルーステップが実行される。ステップ１０８において、ステップ１０６で生じた基板構造上に物理気相堆積法によってタンタルを堆積させるために、任意のチタンフラッシュステップが実行されてもよい。ステップ１１０において、ステップ１０６またはステップ１０８で生じた基板構造上にシード層が形成される。ステップ１１０の後、任意の接着層堆積ステップ１１２、あるいは銅または他の堆積ステップ１１４が生じてもよい。
【００１０】
堆積装置
[0024]図４は、ここに開示されているようなプロセスを実行するように適合されてもよい例示的マルチチャンバ処理システム６００の概略上面図である。このような処理システム６００は、カリフォルニア州サンタ・クララ（Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）のアプライド マテリアルズ社（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．）から市販されているＥｎｄｕｒａ（商標）システムであってもよい。類似のマルチチャンバ処理システムが、１９９３年２月１６日に発行され、「ステージ真空ウェーハ処理システムおよび方法（Ｓｔａｇｅ Ｖａｃｕｕｍ Ｗａｆｅｒ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ）」と題された、米国特許第５，１８６，７１８号に開示されており、これは参照してここに組み込まれている。
【００１１】
[0025]システム４００は概して、システム４００に対して基板を転送するためのロードロックチャンバ４０２および４０４を含む。一般的に、システム４００は真空であるため、ロードロックチャンバ４０２および４０４は、システム４００に導入された基板を「ポンプダウン」してもよい。第１のロボット４１０は基板を、ロードロックチャンバ４０２および４０４と、第１のセットの１つ以上の基板処理チャンバ４１２、４１４、４１６および４１８（４個示されている）との間で転送してもよい。各処理チャンバ４１２、４１４、４１６および４１８は、原子層堆積法（ＡＬＤ）、化学気相堆積法（ＣＶＤ）、物理気相堆積法（ＰＶＤ）、エッチング、前洗浄、ガス抜き、配向および他の基板プロセスを含むサイクル層堆積法などの多数の基板処理動作を実行するように装備されることが可能である。第１のロボット４１０はまた基板を１つ以上の転送チャンバ４２２および４２４に転送する。
【００１２】
[0026]転送チャンバ４２２および４２４は、システム４００内での基板の転送を許容しつつ極めて高い真空条件を維持するために使用される。第２のロボット４３０は基板を、転送チャンバ４２２および４２４と、第２のセットの１つ以上の処理チャンバ４３２、４３４、４３６および４３８との間で転送してもよい。処理チャンバ４１２、４１４、４１６および４１８と同様に、処理チャンバ４３２、４３４、４３６および４３８は、原子層堆積法（ＡＬＤ）、化学気相堆積法（ＣＶＤ）、物理気相堆積法（ＰＶＤ）、エッチング、前洗浄、ガス抜きおよび配向を含むサイクル層堆積法などの種々の基板処理動作を実行するように装備されることが可能である。任意の基板処理チャンバ４１２、４１４、４１６、４１８、４３２、４３４、４３６および４３８が、システム４００によって実行される具体的なプロセスのために、必要でないならばシステム４００から除去されてもよい。
【００１３】
[0027]図４を参照すると、処理システムは、バリア層を堆積させるように構成された１つ以上の原子層堆積（ＡＬＤ）チャンバと、シード層を堆積させるように構成された１つ以上のＰＶＤチャンバとを含む。システムの効率およびスループットを高めるために、一構成の処理システムは、バリア層を堆積させるように構成された２つのＡＬＤチャンバと、バックエンド中央転送チャンバと関連して配置された、シード層を堆積させるように構成された２つのＰＶＤチャンバとを含む。一構成において、処理チャンバ４３４および４３６は窒化タンタルＡＬＤチャンバであってもよく、処理チャンバ４３２および４３８は銅またはタンタルＰＶＤチャンバであってもよい。
【００１４】
[0028]図１の方法を実行するための追加構成において、処理チャンバ４３４はステップ１０２を実行するための窒化タンタル原子層堆積チャンバであってもよく、処理チャンバ４３２はステップ１０４、１０６および１０８を実行するためのタンタル物理気相堆積チャンバであってもよく、処理チャンバ４１２はステップ１１０および可能ならばエッチングステップを実行するための銅物理気相堆積チャンバであってもよい。別の例において、チャンバ４３６、４３８および４１４は、２セットの基板が集積システムで処理されるように、それぞれミラーチャンバ４３４、４３２および４１２であってもよい。システム４００のこれらの具体的な配置は本発明を示すために提供されるものであり、請求項において特に言及されない限り本発明の範囲を制限するために使用されるべきではない。
【００１５】
前洗浄プロセス
[0029]本発明は、メタライゼーション前に汚染物を除去するために半導体基板上の部材を前洗浄するための方法を提供する。該方法は、シリコンにダメージを与えずにコンタクトも底部から二酸化シリコンを除去することと、側壁に金属を再堆積させずにビアの底部から酸化アルミニウムまたは酸化銅を除去することと、コンタクトホールの底部からシリコンの薄層を除去することと、部材の側壁から汚染物を除去することとを含む。
【００１６】
[0030]本発明は、ビア、コンタクト、およびＧｅ、Ｓｉ、Ａｌ、ＣｕまたはＴｉＮ副層などの導電または半導電副層上に堆積された二酸化シリコン層などの誘電体層にエッチングされた他の部材を前洗浄するための適切な方法を提供する。部材は一般的に、部材が誘電体層上に堆積される副層および後続の金属配線層を接続する導電性または半導電性材料で充填されるように、副層を暴露する。誘電体における部材のエッチングは一般的に、部材の充填を改良し、形成されたデバイスの完全性および信頼性を最終的に改良するために除去されるべき汚染物を残す。
【００１７】
[0031]誘電体層のエッチングの後、部材は、誘電体層のオーバーエッチングによって部材内のシリコンまたは金属残渣にダメージを与えた可能性がある。部材はまた、フォトレジストストリップまたはアッシングプロセスによる残渣フォトレジストを部材表面に、あるいは誘電体エッチングステップによる残渣ポリマーを含有することもできる。部材はまた、スパッタリングエッチング前洗浄プロセスに続いて部材表面上に再堆積された材料を含有してもよい。これらの汚染物は誘電体層に移動したり、堆積金属の不均一な分布を促進することによってメタライゼーションの選択性と干渉したりすることがありうる。汚染物の存在はまた、部材の幅を実質的に狭くすることによって堆積された金属の抵抗を大きくし、これによってビア、コンタクトラインまたは他の導電性部材を形成する金属に狭い部分を作成することができる。
【００１８】
[0032]本発明の前洗浄方法は、銅は従来のＩＣＰやスパッタリングエッチング系前洗浄チャンバの側壁に簡単にスパッタリングされるために、部材の底部に銅の副層を有するサブミクロン部材の洗浄について特に有用である。スパッタリングされた銅は誘電体材料に拡散し、デバイスの不具合を引き起こす。本発明はビアの基部をスパッタリングせずにビアを洗浄する。
【００１９】
[0033]図５を参照すると、前洗浄チャンバ５１０で基板５２６を前洗浄するプロセスは、反応プロセスや、基板５２６をスパッタリングターゲットとして使用するスパッタリングエッチングプロセスを伴ってもよい。概して、反応前洗浄プロセス（ステップ１０１）は、ヘリウムや、水素（約１０％未満）およびヘリウムを備える前洗浄ガス混合物をチャンバに導入して、ＲＦ電力（約１〜４ＭＨｚで約３００Ｗ〜約６００Ｗ）をプラズマ発生コイルに提供することによって基板上で実行されてもよい。基板サポートは約１０〜１００Ｗ間でバイアスされてもよい。チャンバ圧は前洗浄プロセス中、約４０ミリトール〜２００ミリトール間に維持されてもよい。反応前洗浄プロセスは約３０秒〜約１２０秒間実施されてもよい。前洗浄の後、基板は、バリア層およびシード層を基板の表面に堆積させるために、チャンバに転送される。
【００２０】
[0034]本発明の一実施形態において、反応前洗浄プロセス（ステップ１０１）は、水素５％およびヘリウム９５％を備える前洗浄ガス混合物をチャンバに導入して、ＲＦ電力を約４５０Ｗかつ約２．０ＭＨｚでコイルに提供することによって基板上で実行される。基板サポートは約１〜２００Ｗでバイアスされる。チャンバ圧は前洗浄プロセス中約８０ミリトールに維持される。反応前洗浄プロセスは約６０秒間実施される。前洗浄プロセスの後、基板は、バリア層およびシード層を基板の表面に堆積させるために、高密度プラズマ物理気相堆積チャンバに転送される。
【００２１】
好ましい前洗浄装置
[0035]本発明の前洗浄プロセスは好ましくは、カリフォルニア州サンタ・クララ（Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ，Ｃａｌｉｆ．）のアプライド マテリアルズ社（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．）より入手可能なＥｔｃｈ ＲＰＳチャンバなどの遠隔プラズマソース（ＲＰＳ）チャンバ上で行われる。ＲＰＳチャンバにおいて、反応Ｈラジカルは遠隔プラズマソースによって形成されて、主要中性種として、つまり電荷を有していない、従ってイオンでないものとして処理領域に導入されることによって、自己バイアスの発生と、イオンによるウェーハ表面の衝撃とを防止する。ＲＰＳチャンバによる実験は、２．４５ＧＨｚマイクロウェーブソースがより効率的であり、かつ低周波数ＲＦソースよりも多くの水素ラジカルを発生可能であることを示している。
【００２２】
バリア層堆積
[0036]ここで使用されているような「原子層堆積法」は、基板表面上に薄層を体積させるための２つ以上の化合物の順次導入を意味する。この２つ以上の化合物は処理チャンバの反応ゾーンに順次導入される。各化合物は時間遅延または中断によって分離されて、各化合物は基板表面に接着またはこれと反応することができる。一態様において、第１の化合物、化合物Ａは第１の時間遅延または中断が続く反応ゾーンに投与／パルスされる。次に、第２の化合物、つまり化合物Ｂが第２の時間遅延が続く反応ゾーンに投与／パルスされる。時間遅延が続く反応化合物のパルスのこれらの順次タンデムは、所望の膜または膜厚が基板表面上に形成されるまで、無制限に反復されてもよい。
【００２３】
[0037]図９Ａ〜図９Ｆは、図１のプロセスにおける種々の段階の例示的基板構造の概略図である。図９Ａは１つ以上の下地層９０２上に形成された誘電体層９０４を示している。誘電体層９０４は、現在知られている、あるいはさらに発見されるであろう低誘電率の誘電体材料（ｋ＜４．０）を含む任意の誘電体材料であってもよい。例えば、誘電体層９０４は酸化シリコンまたはカーボンドープ酸化シリコン材料であってもよい。誘電体層はパターニングおよびエッチングされて、従来の既知の技術を使用してアパーチャ９０５を形成している。アパーチャ９０５は、プラグ、ビア、コンタクト、ライン、ワイヤ（ｗｏｒｅ）あるいは他の配線コンポーネントを形成するために使用されてもよい。図２Ａに示されるように、アパーチャ９０５は、二重ダマシン構造で配線コンポーネントを形成するために使用されてもよい。ここに開示されているようなプロセスは、約０．２２μｍ以下のより小さい開口サイズ９０５Ａを有し、かつ約４：１以上の、例えば約６：１のより小さなアスペクト比９０５Ｂを有するアパーチャ９０５に対してとりわけ利点を与えるように使用されてもよい。
【００２４】
[0038]アパーチャ９０５は、プラグ、ビア、コンタクト、ライン、ワイヤ、金属ゲート電極などの低レベルの金属配線部材の一部の少なくとも導電性部分９０２Ａを暴露させる。導電性部分９０２Ａは、アルミニウム、銅、タングステンまたはこれらの組み合わせなどの任意の導電性材料を備えてもよい。ここに開示されているようなプロセスは、銅を備える導電性部分９０２Ａに対して利点を与えるように実行されてもよく、これはここでより詳細に論じられる。
【００２５】
[0039]図９Ｂは、ステップ１０２の後などに原子層堆積法によってコンフォーマルに堆積された窒化タンタル層９１２を示している。窒化タンタル層は、約５０Å以下、好ましくは約５Å〜約２０Åの厚さに堆積される。窒化タンタルの物理気相堆積法および化学気相堆積法などの他の従来の堆積技術に対する原子層堆積法の利点の１つは、配線構造の形成においてアパーチャ９０５などの、開口が小さく、アスペクト比が高く、かつ様々な形状のアパーチャ上に窒化タンタルのコンフォーマルな層を堆積できることである。基板サポートのヒーター温度は約１００℃〜３００℃の低温に維持される。一態様において、低堆積温度はよりコンフォーマルな窒化タンタル層の提供の助けとなると信じられている。誘電体層９０４上にＡＬＤ窒化タンタル層９１２を形成することのもう１つの利点は、誘電体材料に対するＡＬＤ窒化タンタルの良好な接着である。
【００２６】
[0040]ここに説明された原子層堆積法に従って堆積された窒化タンタル層はエピタキシャル成長現象の証拠を示している。すなわち、バリア層は、下地層と同じ、または実質的に同じ結晶学的特徴を持つ。結果として、実質的に単結晶が、窒化タンタル層と下地層間のインタフェースにボイドが形成されないように成長される。同様に、タンタル層上に堆積された追加タンタル層が、単結晶の形成を継続する同じまたは実質的に同じエピタキシャル成長特徴を表している。従って、このインタフェースにはボイド形成は生成されない。単結晶に類似の得られた構造はボイド形成を排除することによって、デバイスの信頼性を実質的に高める。単結晶構造はまた、良好なバリア特性を依然として提供しつつ配線部材の全抵抗を低下させる。さらにまた、単結晶成長は、配線材料インタフェースにわたるコンフォーマルかつ均一な結晶配向によるエレクトロマイグレーションおよびストレスマイグレーションの影響を小さくすると信じられている。
【００２７】
[0041]窒化タンタルは、約１００ｓｃｃｍ〜約３，０００ｓｃｃｍの流量で約１．０秒以下の時間タンタル含有化合物の１つ以上のパルスと、約１００ｓｃｃｍ〜約３，０００ｓｃｃｍの流量で約１．０秒以下の時間窒素含有化合物の１つ以上のパルスとを、その中に基板を配置している反応ゾーンに提供することによって、原子層堆積法で堆積されてもよい。
【００２８】
[0042]例示的タンタル含有化合物は、ｔ−ブチルイミノトリス（ジエチルアミノ）タンタル（ＴＢＴＤＥＴ）、ペンタキス（エチルメチルアミフロ）タンタル（ＰＥＭＡＴ）、ペンタキス（ジメチルアミノ）タンタル（ＰＤＭＡＴ）、ペンタキス（ジエチルアミノ）タンタル（ＰＤＥＡＴ）、ｔ−ブチルイミノトリス（ジエチルメチルアミノ）タンタル（ＴＢＴＭＥＴ）ｔ−ブチルイミノトリス（ジメチルアミノ）タンタル（ＴＢＴＤＭＴ）、ビス（シクロペンタジエニル）タンタルトリハイドライド（（Ｃｐ）２ＴａＨ３）、ビス（メチルシクロペンタジエフルＹＩ）タンタルトリハイドライド（（ＣｐＭｅ）２ＴａＨ３）、これらの誘導体およびこれらの組み合わせを含む。好ましくは、タンタル含有化合物はＰＤＭＡＴを備える。例示的窒素含有化合物は、アンモニア、ヒドラジン、メチルヒドラジン、ジメチルヒドラジン、ｔ−ブチルヒドラジン、フェニルヒドラジン、アゾイソブタフルエチルアジド、これらの誘導体およびこれらの組み合わせを含む。好ましくは、窒素含有化合物はアンモニアを備える。
【００２９】
[0043]これらの化合物や、上記に列挙されていない他の化合物は室温で個体、液体または気体であってもよいことが理解されるべきである。例えば、ＰＤＭＡＴは室温で固体であり、ＴＢＴＤＥＴは室温で液体である。従って、非気相前駆物に、処理チャンバへの導入前に、両方とも当業において既知の昇華または気化ステップを施す。アルゴン、ヘリウム、窒素、水素またはこれらの混合物などのキャリアガスはまた、当業において一般に既知であるように、処理チャンバに化合物を供給するのを助けるために使用されてもよい。
【００３０】
[0044]具体的な実施形態において、１０〜３０オングストロームの厚さを有する窒化タンタル層は、ＰＤＭＡＴおよびアンモニアを基板表面に循環的に導入することによって、原子層堆積法で形成される。窒化タンタル層の堆積を開始するには、キャリア／不活性ガスが処理チャンバ６００に導入されて、その中の圧力および温度を安定化させる。６０００〜１００００ｓｃｃｍの流量のアルゴンなどのキャリアガスは、アルゴンのみが各化合物のパルス間を流れるように、堆積プロセス中に連続的に流れることを許容される。ＰＤＭＡＴの第１のパルスは、約４００ｓｃｃｍ〜約１０００ｓｃｃｍの流量でガスソース６１３から提供され、チャンバの温度および圧力が約２００℃〜約３００℃かつ約１トール〜約５トールに安定化された後のパルス時間は約２．０秒以下である。そしてアンモニアのパルスは約１０００ｓｃｃｍ〜約２０００ｓｃｃｍの流量で提供され、パルス時間は約２．０秒以下である。
【００３１】
[0045]ＰＤＭＡＴおよびアンモニアのパルス間の中断は約１．０秒以下であり、好ましくは０．５秒以下、より好ましくは０．１秒以下である。種々の態様において、パルス間の時間削減はより高いスループットを少なくとも提供する。結果として、アンモニアのパルス後の中断もまた約１．０秒以下、約０．５秒以下、あるいは約０．１秒以下である。約１，０００ｓｃｃｍ〜約１０，０００ｓｃｃｍ、例えば約３，０００ｓｃｃｍ〜約６，０００ｓｃｃｍで流れるアルゴンガスが連続的に提供される。一態様において、ＰＤＭＡＴのパルスはアンモニアのパルスが入るときに依然としてチャンバにあってもよい。一般に、キャリアガスおよびポンプ排出の期間は、ＰＤＭＡＴおよびアンモニアのパルスが反応ゾーンで混合しないように長くなければならない。
【００３２】
[0046]ヒーター温度は、約１．０〜約５．０トールのチャンバ圧で約１００℃〜約３００℃に維持される。ＰＤＡＭＴのパルス、中断、アンモニアのパルスおよび中断からなる各サイクルは、サイクルあたり約０．３Å〜約１．０Åの厚さを有する窒化タンタル層を提供する。所望の厚さが達成されるまで交互シーケンスが反復されてもよい。
【００３３】
[0047]ここで使用されているような「パルス／投与」は、処理チャンバの反応ゾーンに断続的または非連続的に導入される具体的な化合物の量を示すことを意図している。各パルス内の具体的な化合物の量は、パルスの期間に応じて経時的に変わってもよい。具体的な化合物は、単一の化合物、または２つ以上の化合物の組み合わせを含んでもよい。各パルス／投与の期間は変更可能であり、例えば、処理チャンバの容積容量ならびにこれに結合された真空システムの能力を収容するように適合されてもよい。さらに、化合物の投与時間は、化合物の流量、化合物の圧力、化合物の温度、投与バルブのタイプ、採用されている制御システムのタイプならびに基板表面上への化合物の吸着能力に従って変化してもよい。投与時間はまた、形成中の層のタイプ、および形成中のデバイスの幾何に基づいて変化してもよい。一般的に、各パルス／投与の期間、つまり「投与時間」は一般的に約１．０秒以下である。しかしながら、投与時間はマイクロ秒からミリ秒、秒、さらには分に至るまで及んでもよい。一般に、投与時間は、基板の表面全体で吸着または化学吸着し、その上に化合物の層を形成するのに十分な化合物量を提供する程度に長くなければならない。
【００３４】
好ましい原子層堆積装置
[0048]図６は、本発明の実施形態に従った、バリア層を形成するための例示的処理チャンバ６００の概略部分断面図を示している。このような処理チャンバ６００はカリフォルニア州サンタ・クララ（Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）にあるアプライド マテリアルズ社（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．）から入手可能であり、これについての簡単な説明が以下に続く。より詳細な説明は、２００１年１２月２１日に提出された、「原子層堆積のためのガス供給装置および方法（Ｇａｓ Ｄｅｌｉｖｅｒｙ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ Ｆｏｒ Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）」と題された、共に譲渡された米国特許出願第１０／０３２，２８４号に見ることができ、これはここで請求された態様および開示と矛盾しない範囲で参照してここに組み込まれている。
【００３５】
[0049]処理チャンバ６００は、これもまたアプライド マテリアルズ社（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．）から入手可能なＥｎｄｕｒａ（商標）プラットフォームなどの集積処理プラットフォームに一体化されてもよい。Ｅｎｄｕｒａ（商標）プラットフォームの詳細は、１９９９年１１月３０日に提出された、「集積モジュラー処理プラットフォーム（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｍｏｄｕｌａｒ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｐｌａｔｆｏｒｍ）」と題された、共に譲渡された米国特許出願第０９／４５１，６２８号に説明されており、これはここで請求された態様および開示と矛盾しない範囲で参照してここに組み込まれている。
【００３６】
[0050]図６は、基板処理チャンバ６１０のチャンバ本体６２０の下に搭載された１つ以上のバルブアセンブリ６００を含む基板処理チャンバ６１０の一実施形態の概略断面図である。バルブアセンブリ６００はチャンバ本体６２０を通って垂直にされたガスライン６５５に結合されている。次にガスライン６５５はガス導管６５０に結合されて、１つ以上のガスをチャンバ本体６２０に提供する。バルブアセンブリはまた他の基板処理チャンバに搭載されてもよく、また他のチャンバコンポーネントに搭載されてもよい。
【００３７】
[0051]図６を参照すると、各バルブアセンブリ６００はバルブ本体６１０とダイアフラムアセンブリ６３０とを含む。バルブ本体６１０は、反応剤入口６１２、パージ入口６１４および出口６１６を含む３つのポートと流体連通しているバルブチャンバ６１１を含む。反応剤入口６１２は反応剤ソース６１３と流体連通しており、反応剤を、バルブチャンバ６１１を介して、出口６１６を介して、ガスライン６５５を介して、ガス導管６５０を介してチャンバ本体６２０に供給する。パージ入口６１４はパージガスソース６１５と流体連通しており、バルブチャンバ６１１を介して、出口６１６を介して、出口６５５を介して、ガス導管６５０を介してチャンバ本体６２０にパージガスを供給するように適合されている。基板処理チャンバ６１０が２つ以上のバルブアセンブリ６００を含んでいれば、各バルブアセンブリ６００のパージ入口６１４は個々のパージガスソース６１５に好ましく結合される。他の実施形態において、各バルブアセンブリ６００のパージ入口６１４は共通のパージガスソースに結合されてもよい。
【００３８】
[0052]図６を参照すると、ソレノイドバルブなどの電子制御バルブ６５２がダイアフラムアセンブリ６３０に搭載されて、空気や他の気体などの加圧ガスを、ガスライン６５１を介して電子制御バルブ６５２に結合された加圧ガス供給口６５０から選択的に提供してもよい。プログラマブル論理コントローラ（ＰＬＣ）は、電子制御バルブ６５２への電気信号を制御するために電子制御バルブ６５２に結合される。プログラマブル論理コントローラは、プログラマブル論理コントローラを制御するメインコントローラに結合される。電子制御バルブは加圧ガスをダイアフラムアセンブリ６３０に提供するが、バルブアセンブリ６００は空気圧で作動するバルブである。
【００３９】
[0053]一実施形態において、アルゴンは流量５００ｓｃｃｍでキャリアガスとして使用され、アンモニアは流量１５００ｓｃｃｍでチャンバに入り、アルゴンパージ流は流量８０００ｓｃｃｍである。
【００４０】
後堆積処置オプション
[0054]誘電体堆積の後、基板は、プラズマ、シード層堆積、あるいはバルク金属堆積ステップ前の接着層堆積によって処置されてもよい。プラズマ処置はアルゴン、窒素または水素プラズマを備えてもよい。シード層堆積は銅、銅アルミニウム、銅錫、タンタル、タングステン、タリウム、コバルト、チタン、アルミニウム、別の金属または金属の組み合わせを備えてもよい。堆積方法は、ＡＬＤ、ＣＶＤ、ＰＶＤ、電気メッキまたは無電解メッキを含む。接着層はルビジウム、タンタル、チタン、アルミニウムまたはタングステンを備えてもよい。
【００４１】
任意のタンタル層
[0055]図９Ｃは、例えばステップ１０４の後に窒化タンタル層９１２上に堆積されたタンタル層９２２を示している。タンタル層９２２および窒化タンタル層９１２は共にバリア層９２４を作る。一態様において、タンタル層９２２は良好な接着をシード層９４２に提供する（図９Ｆ）。別の態様において、窒化タンタル９１２およびタンタル９２２は良好な接着を相互に有する。一実施形態において、基板サポートの温度は加熱されていない（つまり室温）。タンタル層の堆積の一実施形態において、アルゴンは１２〜３６ｓｃｃｍでＰＶＤ堆積チャンバに提供される。約１００ワット〜約１０００ワットのＲＦ基板バイアスが、タンタル層９２２の堆積中に基板サポートに提供されてもよい。ＰＶＤ堆積に供給されるＤＣ電力は、任意のＲＦ電力が２ｋＷである４０ｋＷであってもよい。タンタル層は約７５Å以下、好ましくは約４０Å〜６０Åの厚さに堆積される。
【００４２】
[0056]請求項に明確に言及されない限り理論に縛られるつもりはないが、コンフォーマルなＡＬＤ窒化タンタル層９１２は、物理気相堆積時に、少なくともアパーチャの底部やフィールドエリアの上の部分にわたって抵抗の小さなアルファ相タンタルの成長をもたらす助けとなると信じられている。物理気相堆積時のウェーハバイアスは抵抗の小さなアルファ相タンタルの形成の助けとなることも信じられている。
【００４３】
パンチスルー
[0057]図９Ｄは、アパーチャ９０５の底部の少なくとも窒化タンタルとタンタルの一部を除去するために実行されたパンチスルーステップを示している。好ましくは、エッチングステップは、アパーチャ９０５の底部の窒化タンタルとタンタルとを除去して下地層９０２の導電性部分９０２Ａを露呈するために実行される。一態様において、側壁に残っている窒化タンタルとタンタルは、銅の導電性部分などの導電性部分９０２Ａから誘電体層９０４への、銅などのスパッタリングされた導電性材料の銅拡散を防止する。パンチスルーステップはまた、導電性部分９０２Ａ上に形成されていたかもしれない酸化形成物、（パターニング残渣などの）残渣および他の汚染物を除去する。
【００４４】
[0058]エッチングは好ましくはアルゴンプラズマエッチングを備える。方向性アルゴンプラズマエッチングは、プラズマエッチングがアパーチャ９０５の底部に達することを保証するために使用される。エッチングの条件はチャンバおよび基板サポートの設計パラメータに左右される。ＲＦウェーハバイアスは約１００ワット〜約１０００ワットであり、除去される窒化タンタルおよびタンタルの所望の厚さに応じて約１秒〜約２０間秒実行される。
【００４５】
[0059]アルゴンプラズマエッチングの一実施形態において、アルゴンは１２ｓｃｃｍの流量で提供される。システムに供給されたＤＣ電力は０Ｗである。ＲＦ電力は２０００Ｗであり、ＤＣコイルは８００Ｗの電力を有しており、ウェーハバイアスは６００Ｗである。
【００４６】
任意のタンタルフラッシュ
[0060]図９Ｅは任意のタンタル物理気相堆積フラッシュステップを示している。タンタル物理気相堆積フラッシュステップはベベルコーナー９３２にタンタルを堆積させて、パンチスルーステップ中にエッチングされたかもしれないタンタルをベベルコーナー９３２に作り上げる助けとなることが意図されている。タンタルフラッシュステップは好ましくは低ウェーハバイアスで実行されて、アパーチャ９０５の底部のタンタル堆積を少なくする。
【００４７】
任意のシード層
[0061]図９Ｆは、図９Ｄまたは図９Ｅの基板構造上に堆積されたシード層９４２を示している。シード層９４２は銅シード層、銅合金シード層、別の金属シード層およびこれらの組み合わせを備えてもよい。好ましくは、シード層９４２は銅シード層、銅合金シード層あるいはこれらの組み合わせを備える。
【００４８】
[0062]パンチスルーステップは、アパーチャ９０５の底部の窒化タンタル層９１２とタンタル層９２２の厚さを縮小または除去するために、配線構造の抵抗は削減される。一実施形態において、銅間インタフェースは、銅を備えるシード層９４２と銅を備える導電性部分９０２Ａとの間に提供されてもよい。加えて、パンチスルーステップはアパーチャ９０５の底部の窒化タンタル層９１２とタンタル層９２２の厚さを縮小または除去するために、より厚い窒化タンタル層９１２が最初に堆積されてもよい。これらの理由およびここで論じられた他の理由により、デバイスの性能および信頼性は改良される。
【００４９】
[0063]図１を参照すると、ステップ１０４のタンタルの物理気相堆積は、イオン化金属プラズマ（ＩＭＰ）ＰＶＤチャンバなどのＰＶＤチャンバで実行される。ＩＭＰ ＰＶＤチャンバの例は、カリフォルニア州サンタ・クララ（Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）のアプライド マテリアルズ社（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．）から入手可能なＳｅｌｆ−Ｉｏｎｉｚｅｄ Ｐｌａｓｍａ５１ｐ（商標）チャンバやＥｎＣｏＲｅ（商標） Ｔａチャンバを含む。パンチスルーステップ１０６は適切なプラズマ処理チャンバで実行されてもよい。タンタル物理気相堆積ステップ１０８は適切なＰＶＤチャンバで実行されてもよい。スループットおよび粒子発生の問題について、ステップ１０４〜１０８は好ましくは同じ処理チャンバで実行される。
【００５０】
[0064]図１を引き続き参照すると、シード層は、ステップ１１０に示されるように、バリア層上に少なくとも部分的に堆積される。シード層は、化学気相堆積法（ＣＶＤ）、物理気相堆積法（ＰＶＤ）、電気メッキまたは無電解メッキなどの任意の従来の堆積技術を使用して堆積されてもよい。例えば、シード層はＩＭＰ ＰＶＤチャンバで堆積されてもよい。一態様において、シード層は従来の銅シード層である。別の態様において、シード層は銅合金シード層である。さらに別の態様において、シード層は、同じまたは異なる金属および合金の多層シード層である。
【００５１】
代替実施形態
[0065]図２は、金属配線構造の形成における一段階でＡＬＤタンタル層を利用するプロセスの別の実施形態を示している。ステップ２０２において、窒化タンタルが基板構造上に原子層堆積法によって堆積される。ステップ２０４において、パンチスルーステップが、ステップ２０２で堆積された窒化タンタルの一部を除去するために実行される。ステップ２０６において、タンタル層や適切な金属などの接着層が、ステップ２０４で得られた基板構造上に堆積される。ステップ２０８において、シード層が接着層上に形成される。ステップ２０２〜２０８の全部または一部が、図４のシステムなどの集積処理システム上で実行されてもよい。
【００５２】
[0066]図１０は、図２のステップ２０８の後に得られた基板構造の一例の概略図である。一態様において、窒化タンタル層１００１がステップ２０２で、約５０Å以下、好ましくは約５Å〜約３０Åの厚さに堆積される。窒化タンタル層１００１は誘電体層１００２の側壁を、銅などのスパッタリング導電性材料１００４から、また誘電体層１００２の下の下地層１００３の導電性部分から保護する。パンチスルーステップは好ましくは約１０秒以下の時間実行される。本プロセスの一利点は、パンチスルーステップは、下地層の導電性部分を暴露させるために窒化タンタルの一部を除去するだけでよいという点である。
【００５３】
追加代替実施形態
[0067]図３Ａは、金属配線構造の形成における一段階でＡＬＤ窒化タンタル層を利用するプロセスのさらに別の実施形態を示している。ステップ３０２において、窒化タンタルが基板構造上に原子層堆積法によって堆積される。ステップ３０４において、窒化タンタル層は非窒素プラズマに暴露される。好ましくは、非窒素プラズマは、アルゴンなどの希ガスを備える。非窒素プラズマは水素や他の非窒素ガスをさらに含んでもよい。場合によって、ステップ３０２および３０４が反復されてもよい。例えば、非窒素プラズマ処置は、所望の量の窒化タンタルが堆積されるまで、例えば２０サイクルごとに、多数のサイクルの後に実行されてもよい。複数の非窒素プラズマ処置は、アパーチャの底部の窒化タンタルを処置する助けとなる。ステップ３０６において、任意のタンタル層がプラズマ処置された窒化タンタル層上に堆積されてもよい。ステップ３０８において、シード層が、ステップ３０４または３０６で得られた基板構造上に形成される。ステップ３０２〜３０８の全部または一部が、図４のシステムなどの集積処理システム上で実行されてもよい。
【００５４】
[0068]図１１は、図３Ａのステップ３０８の後に得られた基板構造の一例の概略図である。一態様において、非窒素プラズマ処置はＡＬＤ窒化タンタル層１１０１の窒素含有量を少なくすると信じられている。ＡＬＤ窒化タンタル層１１０１の窒素含有量が削減されるため、その抵抗は縮小され、従ってコンタクト抵抗は縮小される。
【００５５】
複数のＡＬＤ ＴａＮ堆積ステップ
[0069]図３Ｂは、金属配線構造の形成における一段階でＡＬＤ窒化タンタル層を利用するプロセスのさらに別の実施形態を示している。ステップ３０２において、窒化タンタルが基板構造上に原子層堆積法によって堆積される。ステップ３０５において、窒化タンタル層がパンチスルーステップに暴露される。追加窒化タンタル層がステップ３０５Ａで堆積される。ステップ３０６において、任意のタンタル層が、プラズマ処置された窒化タンタル層上に堆積されてもよい。ステップ３０８において、シード層が、ステップ３０４または３０６で得られた基板構造上に形成される。ステップ３０２〜３０８の全部または一部が、図４のシステムなどの集積処理システム上で実行されてもよい。
【００５６】
実験結果
[0070]図１２は、銅アルミニウムシードによるＡＬＤ窒化タンタルバリアと、銅シードによるＰＶＤバリアに対する時間対不具合の関数として累積確率を示している。寿命分布は、ＡＬＤ窒化タンタルバリアと共に使用された銅アルミニウム合金シードによって改良される。
【００５７】
[0071]図１３は、パンチスルーおよびＡＬＤ窒化タンタル層によるＡＬＤ窒化タンタルと、新たなパンチスルーＡＬＤ窒化タンタル層およびアルゴン処置によるＡＬＤ窒化タンタルと、窒化タンタル、タンタルおよびタンタルフラッシュによる基準とに対する時間対不具合の関数として累積確率を比較する。温度は３５０℃であった。１．５ｍａ／ｃｍ２リンク電流密度があった。上流方向電流があった。流れは（μｍ）ビア／リンクサイズに比例した。古いパンチスルーは、１５０Ｗ未満のＤＣ電力と、６００Ｗのウェーハバイアスを有していた。新たなパンチスルーは３０００ＷのＤＣ電力と、８００Ｗのウェーハバイアスを有していた。時間対不具合のこの動的増加は所望の改良特性を示している。
【００５８】
最終ステップ
[0072]ステップ４１０、ステップ７０８またはステップ８０８のシード層形成に続いて図１、２、３Ａまたは３Ｂを参照すると、バルク金属層がシード層上に少なくとも部分的に堆積される。金属層はまた、電気メッキ、無電解メッキ、化学気相堆積法（ＣＶＤ）または物理気相堆積法（ＰＶＤ）などの任意の従来の堆積技術を使用して堆積されてもよい。金属層は好ましくは、銅、アルミニウム、タングステンまたはこれらの組み合わせなどの任意の導電性材料を含む。金属層は好ましくはバルク銅層を備える。
【００５９】
[0073]一実施形態において、好ましくは、バルク銅層は、カリフォルニア州サンタ・クララ（Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）のアプライド マテリアルズ社（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．）から入手可能なＥｌｅｃｔｒａ（商標） Ｃｕ ＥＣＰシステムなどの電気メッキセル内で形成される。銅電解溶液および銅電気メッキ技術は、「電気堆積化学（Ｅｌｅｃｔｒｏ−ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ）」と題された、共に譲渡された米国特許第６，１１３，７７１号に説明されており、これは参照してここに組み込まれている。一般的に、電気メッキ浴は、約０．７Ｍより大きい銅濃度と、約０．８５の硫酸銅濃度と、約１．７５のｐＨとを有している。電気メッキ浴はまた、当業において既知であるように種々の添加剤を含有してもよい。浴の温度は約１５℃〜約２５０℃である。バイアスは約１５ボルトである。一態様において、正バイアスは約０．１ボルト〜約１０ボルトに及び、負バイアスは約０．１〜約１０ボルトに及ぶ。
【００６０】
[0074]場合によって、アニーリング処置が、金属層堆積に続いて実行されてもよい。例えば、ウェーハは、約１分〜約１時間、約１００℃〜約４００℃の温度にさらされてもよい。ヘリウム、水素、窒素またはこれらの混合物などのキャリア／パージガスが約１００ｓｃｃｍ〜約１０，０００ｓｃｃｍの速度で導入される。チャンバ圧は約２トール〜約１０トールに維持される。
【００６１】
[0075]堆積に続いて、得られた構造の上部は平面化されてもよい。例えば、カリフォルニア州サンタ・クララ（Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）のアプライド マテリアルズ社（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）から入手可能なＭｉｒｒａ（商標） Ｓｙｓｔｅｍなどの化学機械的研磨（ＣＭＰ）装置が使用されてもよい。場合によって、構造の中間面が、上記の後続の層の堆積の間に平面化されてもよい。
【００６２】
[0076]上記は本発明の実施形態を目的としているが、本発明の他のさらなる実施形態もその基本的範囲から逸脱することなく考案されてもよく、またその範囲は以下につづく請求項によって判断される。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】金属配線構造の形成における一段階でＡＬＤ窒化タンタル層を利用するプロセスの一実施形態を示している。
【図２】金属配線構造の形成における一段階でＡＬＤ窒化タンタル層を利用するプロセスの別の実施形態を示している。
【図３Ａ】金属配線構造の形成における一段階でＡＬＤ窒化タンタル層を利用するプロセスのさらに別の実施形態を示している。
【図３Ｂ】金属配線構造の形成において２つのＡＬＤ窒化タンタル堆積ステップを利用するプロセスの実施形態を示している。
【図４】本明細書に説明された配線製作シーケンスを実行するのに適合可能な例示的集積クラスターツールの概略平面図を示している。
【図５】一般的な前洗浄チャンバを示している。
【図６】循環堆積技術に従って薄いバリア層を形成するための例示的処理チャンバの概略部分断面図を示している。
【図７】物理気相堆積技術に従って薄い金属層を形成するための例示的処理チャンバの概略部分断面図を示している。
【図８】薄いシード層または接着層を形成するための例示的処理チャンバの概略部分断面図を示している。
【図９Ａ】図１のプロセスの種々の段階の例示的基板構造の概略図である。
【図９Ｂ】図１のプロセスの種々の段階の例示的基板構造の概略図である。
【図９Ｃ】図１のプロセスの種々の段階の例示的基板構造の概略図である。
【図９Ｄ】図１のプロセスの種々の段階の例示的基板構造の概略図である。
【図９Ｅ】図１のプロセスの種々の段階の例示的基板構造の概略図である。
【図９Ｆ】図１のプロセスの種々の段階の例示的基板構造の概略図である。
【図１０】図２のプロセスのある段階の例示的基板構造の概略図である。
【図１１】図３Ａのプロセスのある段階の例示的基板構造の概略図である。
【図１２】銅アルミニウムシードによるＡＬＤ窒化タンタルと、銅シードによるＰＶＤバリアに対する時間対不具合の関数として累積確率を比較する。
【図１３】パンチスルーおよびＡＬＤ窒化タンタル層によるＡＬＤ窒化タンタルと、新たなパンチスルー、ＡＬＤ窒化タンタル層およびアルゴン処置によるＡＬＤ窒化タンタルと、窒化タンタル、タンタルおよびタンタルフラッシュによる基準とに対する時間対不具合の関数として累積確率を比較する。
【符号の説明】
【００６４】
４００…システム、４０２、４０４…ロードロックチャンバ、４１０…第１のロボット、４１２、４１４、４１６、４１８…基板処理チャンバ、４２２、４２４…転送チャンバ、４３２、４３４、４３６、４３８…処理チャンバ、６００…マルチチャンバ処理システム、６１０…バルブ本体、６１１…バルブチャンバ、６１２…反応剤入口、６１４…パージ入口、６１６…出口、６２０…チャンバ本体、６３０…ダイアフラムアセンブリ、６５０…ガス導管、６５１…ガスライン、６５２…電子制御バルブ、６５５…ガスライン。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に金属配線を形成するための方法であって、
誘電体層に形成された部材を洗浄して、またプラズマを遠隔プラズマソースに発生させ、ラジカルを前記プラズマから、前記基板を含有する第１のプロセスチャンバに供給し、かつバリア層の堆積の前に、前記誘電体層に形成された前記部材を前記ラジカルに接触させることによって、前記誘電体層の下にある導電性材料を暴露するステップと、
第２のプロセスチャンバにおいて、１〜１０トールの圧力かつ２００〜３００℃の温度で、窒化タンタル層を前記部材内に原子層堆積法で堆積させるステップと、
第３のプロセスチャンバにおいて、タンタル層を前記窒化タンタル層上に物理気相堆積法で堆積させるステップと、
前記部材の底部の前記タンタル層と前記窒化タンタル層の少なくとも一部とを除去して前記導電性材料を露呈させるために、第４のプロセスチャンバにおいて前記タンタル層および前記窒化タンタルをプラズマエッチングするステップと、
追加タンタルまたは銅を前記タンタル層上に物理気相堆積法で場合によって堆積させるステップと、
第５のプロセスチャンバにおいて、シード層を前記導電性材料および前記タンタル層の上に堆積させるステップと、
を備え、
前記第１プロセスチャンバと、前記第２のプロセスチャンバと、前記第３のプロセスチャンバと、前記第４のプロセスチャンバと、前記第５のプロセスチャンバが集積ツールに配置されている方法。
【請求項２】
前記洗浄が、４０〜２００ミリトールで３０〜１２０秒間実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記洗浄が、１〜６００ＷのＲＦ電力を備えるプラズマによって実行され、ウェーハバイアスが１０〜１００Ｗであり、周波数が１〜４ＭＨｚである、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記洗浄が、０〜約１０％の水素と約９０〜１００％のヘリウムとからなる供給ガスによって実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記窒化タンタルの堆積が、１００〜３００℃のヒーター温度かつ１〜５トールで実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記窒化タンタルの堆積が１分以下の時間実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記窒化タンタルの堆積が、ｔ−ブチルイミノトリス（ジエチルアミノ）タンタル、ペンタキス（エチルメチルアミフロ）タンタル、ペンタキス（ジメチルアミノ）タンタル、ペンタキス（ジエチルアミノ）タンタル、ｔ−ブチルイミノトリス（ジエチルメチルアミノ）タンタル、ｔ−ブチルイミノトリス（ジメチルアミノ）タンタル、ビス（シクロペンタジエニル）タンタルトリハイドライドおよびビス（メチルシクロペンタジエフリル）タンタルトリハイドライドを備える群から選択されたタンタル含有前駆物によって実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記窒化タンタルの堆積が、アンモニア、ヒドラジン、メチルヒドラジン、ジメチルヒドラジン、ｔ−ブチルヒドラジン、フェニルヒドラジンおよびアゾイソブタフルエチルアジドを備える群から選択された窒素含有前駆物によって実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記窒化タンタルの堆積が、１００〜３，０００ｓｃｃｍで２．０秒以下、前記チャンバにパルスされた前記タンタル含有前駆物によって実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記窒化タンタルの堆積が、１００〜３，０００ｓｃｃｍで２．０秒以下、前記チャンバにパルスされた前記窒素含有前駆物によって実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記窒化タンタルの堆積が、１，０００〜１０，０００ｓｃｃｃｍで前記チャンバに連続的に流れるアルゴンによって実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記タンタル層の堆積が１０〜５０℃で実行され、ウェーハバイアスが１００〜１０００Ｗである、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記プラズマエッチングが、アルゴン、窒素または水素を備える群から選択されたガスによって実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記プラズマエッチングが、１００〜１０００ＷのＲＦ電力で１〜２０秒間実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記プラズマエッチングが方向性アルゴンプラズマによって実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
追加金属を前記タンタル層上に物理気相堆積法で堆積させるステップをさらに備える、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
バルク金属層を堆積させるステップをさらに備える、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記第３および第４のプロセスチャンバが同一のチャンバである、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記第４および第５のプロセスチャンバが同一のチャンバである、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記金属が、銅、銅アルミニウム、銅錫、タンタル、タングステン、タリウム、コバルト、チタンおよびアルミニウムを備える群から選択される、請求項１６に記載の方法。
【請求項２１】
前記堆積が１０〜５０℃で実行され、ウェーハバイアスが１００〜１０００Ｗである、請求項１６に記載の方法。
【請求項２２】
前記シード層が、化学気相堆積法、物理気相堆積法、電気メッキおよび無電解メッキを備える群から選択された方法で堆積される、請求項１に記載の方法。
【請求項２３】
前記シード層が、銅、銅アルミニウム、銅錫、タンタル、タングステン、タリウム、コバルト、チタンおよびアルミニウムを備える群から選択された金属を備える、請求項１に記載の方法。
【請求項２４】
誘電体層に形成された部材を洗浄する前に窒素によって基板表面を洗浄し、またプラズマを遠隔プラズマソースに発生させ、ラジカルを前記プラズマから、前記基板を含有する第１のプロセスチャンバに供給し、かつ前記誘電体層に形成された前記部材を、バリア層の堆積前に前記ラジカルに接触させることによって前記誘電体層の下にある導電性材料を暴露させるステップをさらに備える、請求項１に記載の方法。
【請求項２５】
前記プラズマエッチングが希ガスによって実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項２６】
半導体基板上に金属配線を形成するための方法であって、
誘電体層に形成された部材を洗浄して、またプラズマを遠隔プラズマソースに発生させ、ラジカルを前記プラズマから、前記基板を含有する第１のプロセスチャンバに供給し、かつ前記誘電体層に形成された前記部材を、バリア層の堆積前に前記ラジカルに接触させることによって前記誘電体層の下にある導電性材料を暴露させるステップと、
第２のプロセスチャンバにおいて、１〜１０トールの圧力かつ２００〜３００℃の温度で、窒化タンタル層を前記部材内に原子層堆積法で堆積させるステップと、
第３のプロセスチャンバにおいて、タンタル層を前記窒化タンタル層上に物理気相堆積法で堆積させるステップと、
前記部材の底部の前記タンタル層と前記窒化タンタル層の少なくとも一部を除去して前記導電性材料を露呈させるために、前記第３のプロセスチャンバにおいて前記タンタル層および前記窒化タンタルをプラズマエッチングするステップと、
追加タンタルまたは銅を前記タンタル層上に物理気相堆積法で場合によって堆積させるステップと、
第４のプロセスチャンバにおいて、前記導電性材料および前記タンタル層の上にシード層を堆積させるステップと、
を備え、
前記第１のプロセスチャンバと、前記第２のプロセスチャンバと、前記第３のプロセスチャンバと、前記第４のプロセスチャンバが集積ツールに配置されている方法。
【請求項２７】
前記洗浄が、４０〜２００ミリトールで３０〜１２０秒間実行される、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記洗浄が１〜６００ＷのＲＦ電力を備えるプラズマによって実行され、ウェーハバイアスが１０〜１００Ｗであり、周波数が１〜４ＭＨｚである、請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
前記洗浄が、０〜約１０％の水素と約９０〜１００％のヘリウムとから成る供給ガスによって実行される、請求項２６に記載の方法。
【請求項３０】
前記窒化タンタルの堆積が、１００〜３００℃のヒーター温度かつ１〜５トールで実行される、請求項２６に記載の方法。
【請求項３１】
前記窒化タンタルの堆積が１分以下の時間実行される、請求項２６に記載の方法。
【請求項３２】
前記窒化タンタルの堆積が、１００〜３，０００ｓｃｃｍで２．０秒以下、前記チャンバにパルスされた前記タンタル含有前駆物によって実行される、請求項２６に記載の方法。
【請求項３３】
前記窒化タンタルの堆積が、１００〜３，０００ｓｃｃｍで２．０秒以下、前記チャンバにパルスされた前記窒素含有前駆物によって実行される、請求項２６に記載の方法。
【請求項３４】
前記窒化タンタルの堆積が、１，０００〜１０，０００ｓｃｃｍで前記チャンバに連続的に流れるアルゴンによって実行される、請求項２６に記載の方法。
【請求項３５】
前記タンタル層の堆積が１０〜５０℃で実行され、ウェーハバイアスが１００〜１０００Ｗである、請求項２６に記載の方法。
【請求項３６】
前記プラズマエッチングが１００〜１０００ＷのＲＦ電力で１〜２０秒間実行される、請求項２６に記載の方法。
【請求項３７】
前記プラズマエッチングが方向性アルゴンプラズマによって実行される、請求項２６に記載の方法。
【請求項３８】
追加金属を前記タンタル層上に物理気相堆積法で堆積させるステップをさらに備える、請求項２６に記載の方法。
【請求項３９】
前記第２および第３のプロセスチャンバが同一のチャンバである、請求項２６に記載の方法。
【請求項４０】
前記第３および第４のプロセスチャンバが同一のチャンバである、請求項２６に記載の方法。
【請求項４１】
前記シード層が、化学気相堆積法、物理気相堆積法、電気メッキおよび無電解メッキを備える群から選択された方法で堆積される、請求項２６に記載の方法。
【請求項４２】
追加金属を前記タンタル層上に物理気相堆積法で堆積させるステップをさらに備える、請求項２６に記載の方法。
【請求項４３】
バルク金属層を堆積させるステップをさらに備える、請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
半導体基板上に金属配線を形成するための装置であって、
誘電体層に形成された部材を洗浄するための前洗浄チャンバであって、遠隔プラズマソースを備える前洗浄チャンバと、
１〜１０トールの圧力かつ２００〜３００℃の温度で窒化タンタル層を堆積させるための原子層堆積チャンバと、
タンタル層を堆積させるための物理気相堆積チャンバと、
前記タンタル層および前記窒化タンタルにおける部材をプラズマエッチングするためのプラズマエッチングチャンバと、
シード層を前記部材に堆積させるためのシード層堆積チャンバと、
を備え、
前記前洗浄チャンバと、前記原子層堆積チャンバと、前記物理気相堆積チャンバと、前記プラズマエッチングチャンバと、前記シード層堆積チャンバが集積ツールに配置されている装置。
【請求項４５】
バルク金属層を前記タンタル層上に堆積させるための第２の物理気相堆積チャンバをさらに備える、請求項４４に記載の装置。
【請求項１】
半導体基板上に金属配線を形成するための方法であって、
誘電体層に形成された部材を洗浄して、またプラズマを遠隔プラズマソースに発生させ、ラジカルを前記プラズマから、前記基板を含有する第１のプロセスチャンバに供給し、かつバリア層の堆積の前に、前記誘電体層に形成された前記部材を前記ラジカルに接触させることによって、前記誘電体層の下にある導電性材料を暴露するステップと、
第２のプロセスチャンバにおいて、１〜１０トールの圧力かつ２００〜３００℃の温度で、窒化タンタル層を前記部材内に原子層堆積法で堆積させるステップと、
第３のプロセスチャンバにおいて、タンタル層を前記窒化タンタル層上に物理気相堆積法で堆積させるステップと、
前記部材の底部の前記タンタル層と前記窒化タンタル層の少なくとも一部とを除去して前記導電性材料を露呈させるために、第４のプロセスチャンバにおいて前記タンタル層および前記窒化タンタルをプラズマエッチングするステップと、
追加タンタルまたは銅を前記タンタル層上に物理気相堆積法で場合によって堆積させるステップと、
第５のプロセスチャンバにおいて、シード層を前記導電性材料および前記タンタル層の上に堆積させるステップと、
を備え、
前記第１プロセスチャンバと、前記第２のプロセスチャンバと、前記第３のプロセスチャンバと、前記第４のプロセスチャンバと、前記第５のプロセスチャンバが集積ツールに配置されている方法。
【請求項２】
前記洗浄が、４０〜２００ミリトールで３０〜１２０秒間実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記洗浄が、１〜６００ＷのＲＦ電力を備えるプラズマによって実行され、ウェーハバイアスが１０〜１００Ｗであり、周波数が１〜４ＭＨｚである、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記洗浄が、０〜約１０％の水素と約９０〜１００％のヘリウムとからなる供給ガスによって実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記窒化タンタルの堆積が、１００〜３００℃のヒーター温度かつ１〜５トールで実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記窒化タンタルの堆積が１分以下の時間実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記窒化タンタルの堆積が、ｔ−ブチルイミノトリス（ジエチルアミノ）タンタル、ペンタキス（エチルメチルアミフロ）タンタル、ペンタキス（ジメチルアミノ）タンタル、ペンタキス（ジエチルアミノ）タンタル、ｔ−ブチルイミノトリス（ジエチルメチルアミノ）タンタル、ｔ−ブチルイミノトリス（ジメチルアミノ）タンタル、ビス（シクロペンタジエニル）タンタルトリハイドライドおよびビス（メチルシクロペンタジエフリル）タンタルトリハイドライドを備える群から選択されたタンタル含有前駆物によって実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記窒化タンタルの堆積が、アンモニア、ヒドラジン、メチルヒドラジン、ジメチルヒドラジン、ｔ−ブチルヒドラジン、フェニルヒドラジンおよびアゾイソブタフルエチルアジドを備える群から選択された窒素含有前駆物によって実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記窒化タンタルの堆積が、１００〜３，０００ｓｃｃｍで２．０秒以下、前記チャンバにパルスされた前記タンタル含有前駆物によって実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記窒化タンタルの堆積が、１００〜３，０００ｓｃｃｍで２．０秒以下、前記チャンバにパルスされた前記窒素含有前駆物によって実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記窒化タンタルの堆積が、１，０００〜１０，０００ｓｃｃｃｍで前記チャンバに連続的に流れるアルゴンによって実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記タンタル層の堆積が１０〜５０℃で実行され、ウェーハバイアスが１００〜１０００Ｗである、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記プラズマエッチングが、アルゴン、窒素または水素を備える群から選択されたガスによって実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記プラズマエッチングが、１００〜１０００ＷのＲＦ電力で１〜２０秒間実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記プラズマエッチングが方向性アルゴンプラズマによって実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
追加金属を前記タンタル層上に物理気相堆積法で堆積させるステップをさらに備える、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
バルク金属層を堆積させるステップをさらに備える、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記第３および第４のプロセスチャンバが同一のチャンバである、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記第４および第５のプロセスチャンバが同一のチャンバである、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記金属が、銅、銅アルミニウム、銅錫、タンタル、タングステン、タリウム、コバルト、チタンおよびアルミニウムを備える群から選択される、請求項１６に記載の方法。
【請求項２１】
前記堆積が１０〜５０℃で実行され、ウェーハバイアスが１００〜１０００Ｗである、請求項１６に記載の方法。
【請求項２２】
前記シード層が、化学気相堆積法、物理気相堆積法、電気メッキおよび無電解メッキを備える群から選択された方法で堆積される、請求項１に記載の方法。
【請求項２３】
前記シード層が、銅、銅アルミニウム、銅錫、タンタル、タングステン、タリウム、コバルト、チタンおよびアルミニウムを備える群から選択された金属を備える、請求項１に記載の方法。
【請求項２４】
誘電体層に形成された部材を洗浄する前に窒素によって基板表面を洗浄し、またプラズマを遠隔プラズマソースに発生させ、ラジカルを前記プラズマから、前記基板を含有する第１のプロセスチャンバに供給し、かつ前記誘電体層に形成された前記部材を、バリア層の堆積前に前記ラジカルに接触させることによって前記誘電体層の下にある導電性材料を暴露させるステップをさらに備える、請求項１に記載の方法。
【請求項２５】
前記プラズマエッチングが希ガスによって実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項２６】
半導体基板上に金属配線を形成するための方法であって、
誘電体層に形成された部材を洗浄して、またプラズマを遠隔プラズマソースに発生させ、ラジカルを前記プラズマから、前記基板を含有する第１のプロセスチャンバに供給し、かつ前記誘電体層に形成された前記部材を、バリア層の堆積前に前記ラジカルに接触させることによって前記誘電体層の下にある導電性材料を暴露させるステップと、
第２のプロセスチャンバにおいて、１〜１０トールの圧力かつ２００〜３００℃の温度で、窒化タンタル層を前記部材内に原子層堆積法で堆積させるステップと、
第３のプロセスチャンバにおいて、タンタル層を前記窒化タンタル層上に物理気相堆積法で堆積させるステップと、
前記部材の底部の前記タンタル層と前記窒化タンタル層の少なくとも一部を除去して前記導電性材料を露呈させるために、前記第３のプロセスチャンバにおいて前記タンタル層および前記窒化タンタルをプラズマエッチングするステップと、
追加タンタルまたは銅を前記タンタル層上に物理気相堆積法で場合によって堆積させるステップと、
第４のプロセスチャンバにおいて、前記導電性材料および前記タンタル層の上にシード層を堆積させるステップと、
を備え、
前記第１のプロセスチャンバと、前記第２のプロセスチャンバと、前記第３のプロセスチャンバと、前記第４のプロセスチャンバが集積ツールに配置されている方法。
【請求項２７】
前記洗浄が、４０〜２００ミリトールで３０〜１２０秒間実行される、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記洗浄が１〜６００ＷのＲＦ電力を備えるプラズマによって実行され、ウェーハバイアスが１０〜１００Ｗであり、周波数が１〜４ＭＨｚである、請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
前記洗浄が、０〜約１０％の水素と約９０〜１００％のヘリウムとから成る供給ガスによって実行される、請求項２６に記載の方法。
【請求項３０】
前記窒化タンタルの堆積が、１００〜３００℃のヒーター温度かつ１〜５トールで実行される、請求項２６に記載の方法。
【請求項３１】
前記窒化タンタルの堆積が１分以下の時間実行される、請求項２６に記載の方法。
【請求項３２】
前記窒化タンタルの堆積が、１００〜３，０００ｓｃｃｍで２．０秒以下、前記チャンバにパルスされた前記タンタル含有前駆物によって実行される、請求項２６に記載の方法。
【請求項３３】
前記窒化タンタルの堆積が、１００〜３，０００ｓｃｃｍで２．０秒以下、前記チャンバにパルスされた前記窒素含有前駆物によって実行される、請求項２６に記載の方法。
【請求項３４】
前記窒化タンタルの堆積が、１，０００〜１０，０００ｓｃｃｍで前記チャンバに連続的に流れるアルゴンによって実行される、請求項２６に記載の方法。
【請求項３５】
前記タンタル層の堆積が１０〜５０℃で実行され、ウェーハバイアスが１００〜１０００Ｗである、請求項２６に記載の方法。
【請求項３６】
前記プラズマエッチングが１００〜１０００ＷのＲＦ電力で１〜２０秒間実行される、請求項２６に記載の方法。
【請求項３７】
前記プラズマエッチングが方向性アルゴンプラズマによって実行される、請求項２６に記載の方法。
【請求項３８】
追加金属を前記タンタル層上に物理気相堆積法で堆積させるステップをさらに備える、請求項２６に記載の方法。
【請求項３９】
前記第２および第３のプロセスチャンバが同一のチャンバである、請求項２６に記載の方法。
【請求項４０】
前記第３および第４のプロセスチャンバが同一のチャンバである、請求項２６に記載の方法。
【請求項４１】
前記シード層が、化学気相堆積法、物理気相堆積法、電気メッキおよび無電解メッキを備える群から選択された方法で堆積される、請求項２６に記載の方法。
【請求項４２】
追加金属を前記タンタル層上に物理気相堆積法で堆積させるステップをさらに備える、請求項２６に記載の方法。
【請求項４３】
バルク金属層を堆積させるステップをさらに備える、請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
半導体基板上に金属配線を形成するための装置であって、
誘電体層に形成された部材を洗浄するための前洗浄チャンバであって、遠隔プラズマソースを備える前洗浄チャンバと、
１〜１０トールの圧力かつ２００〜３００℃の温度で窒化タンタル層を堆積させるための原子層堆積チャンバと、
タンタル層を堆積させるための物理気相堆積チャンバと、
前記タンタル層および前記窒化タンタルにおける部材をプラズマエッチングするためのプラズマエッチングチャンバと、
シード層を前記部材に堆積させるためのシード層堆積チャンバと、
を備え、
前記前洗浄チャンバと、前記原子層堆積チャンバと、前記物理気相堆積チャンバと、前記プラズマエッチングチャンバと、前記シード層堆積チャンバが集積ツールに配置されている装置。
【請求項４５】
バルク金属層を前記タンタル層上に堆積させるための第２の物理気相堆積チャンバをさらに備える、請求項４４に記載の装置。
【図１】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図９Ｃ】
【図９Ｄ】
【図９Ｅ】
【図９Ｆ】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図９Ｃ】
【図９Ｄ】
【図９Ｅ】
【図９Ｆ】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公表番号】特表２００７−５０２５５１（Ｐ２００７−５０２５５１Ａ）
【公表日】平成１９年２月８日（２００７．２．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５３３８１７（Ｐ２００６−５３３８１７）
【出願日】平成１６年６月１０日（２００４．６．１０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０２０００８
【国際公開番号】ＷＯ２００４／１１４３９８
【国際公開日】平成１６年１２月２９日（２００４．１２．２９）
【出願人】（３９００４０６６０）アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド (1,346)
【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１９年２月８日（２００７．２．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年６月１０日（２００４．６．１０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０２０００８
【国際公開番号】ＷＯ２００４／１１４３９８
【国際公開日】平成１６年１２月２９日（２００４．１２．２９）
【出願人】（３９００４０６６０）アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド (1,346)
【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
【Ｆターム（参考）】
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