障壁表面上のコバルト堆積
本発明の実施形態は、障壁層上にコバルト層を堆積させた後、コバルト層上に銅または銅合金などの導電材料を堆積させるプロセスを提供する。一実施形態では、基板表面上に材料を堆積させる方法であって、基板上に障壁層を形成するステップと、気相成長プロセス（たとえば、ＣＶＤまたはＡＬＤ）中に基板をジコバルトヘキサカルボニルブチルアセチレン（ＣＣＴＢＡ）および水素に露出させて障壁層上にコバルト層を形成するステップと、コバルト層を覆うように導電材料を堆積させるステップとを含む方法が提供される。いくつかの例では、障壁層および／またはコバルト層は、熱プロセス、インサイチュプラズマプロセス、または遠隔プラズマプロセスなどの処理プロセス中にガスまたは試薬に露出させることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、一般に電子および半導体デバイスを製造する金属化プロセスに関し、より詳細には、実施形態は、障壁層上にコバルト層を堆積させてからコバルト層上に導電層またはコンタクト材料を堆積させる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
銅は現在、デバイスの製造にとって決定的な多重レベルの金属化プロセスで使用するために選択されている金属である。製造プロセスを動かす多重レベルの相互接続には、コンタクト、バイア、回線、および他のフィーチャを含む高いアスペクト比の開口を平坦化する必要がある。フィーチャのアスペクト比が高ければ高いほど、空隙を作ったり、フィーチャの幾何形状を変形させたりすることなく、これらのフィーチャを充填するのはより困難になる。製造者が回路の密度および品質を増大させようと努力するにつれて、相互接続を確実に形成することもより困難になる。
【０００３】
その相対的な低コストおよび加工特性のため、銅の使用が市場に浸透しているので、半導体の製造者は引き続き、銅拡散およびディウェッティングを低減させることによって、銅と誘電体材料の間の境界領域を改善する方法を探している。フィーチャ寸法が低減するにつれて、銅の相互接続を製造するいくつかの加工方法が開発された。各加工方法は、境界領域全体にわたる銅拡散、銅の結晶構造の変形、およびディウェッティングなどの誤りの可能性を増大させることがある。相互接続を形成する銅を操作するには、物理気相成長（ＰＶＤ）、化学気相成長（ＣＶＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）、電気化学めっき（ＥＣＰ）、無電解堆積、化学的機械研磨（ＣＭＰ）、電気化学的機械研磨（ＥＣＭＰ）、ならびに銅層を堆積および除去する他の方法で機械的、電気的、または化学的方法を利用する。銅を含有するには、障壁層およびキャッピング層を堆積させることができる。
【０００４】
過去には、タンタル、窒化タンタル、または銅合金の層とスズ、アルミニウム、またはマグネシウムをともに使用して、銅と他の材料の間に障壁層または粘着促進剤を提供した。これらの選択肢は、通常は高価であり、部分的な効果しかない。銅原子が境界領域に沿って、複数ステップの半導体加工では一般的な温度、圧力、大気条件、または他のプロセス上の変動要素の変化を受けるにつれて、銅は、境界領域に沿って移動して凝集することがある。銅はまた、境界領域に沿ってあまり均一に分散されず、ディウェッティングされることがある。境界領域内のこれらの変化には、銅原子のストレスマイグレーションおよびエレクトロマイグレーションが含まれる。誘電体層または他の構造全体にわたる銅のストレスマイグレーションおよびエレクトロマイグレーションは、その結果得られる構造の抵抗率を増大させ、その結果得られるデバイスの信頼性を低減させる。
【０００５】
したがって、障壁層上の導電層またはコンタクト材料の安定性および粘着性を強化する必要がある。また、誘電体材料など隣接する材料内への銅の拡散を防止しながら、特に銅線形成のための銅含有層のエレクトロマイグレーション信頼性を改善する必要がある。
【発明の概要】
【０００６】
本発明の実施形態は、障壁層上にコバルト層を堆積させてからコバルト層上に導電層を堆積させるプロセスを提供する。一実施形態では、基板表面上に材料を堆積させる方法であって、基板上に障壁層を形成するステップと、気相成長プロセス中に基板をジコバルトヘキサカルボニルブチルアセチレン（ＣＣＴＢＡ）および水素（Ｈ２）に露出させて障壁層上にコバルト層を形成するステップと、コバルト層を覆うように導電材料を堆積させるステップとを含む方法が提供される。
【０００７】
一例では、基板は、熱ＣＶＤプロセス中にＣＣＴＢＡおよび水素を含有する堆積ガスに露出させることができる。別の例では、基板は、ＡＬＤプロセス中にＣＣＴＢＡおよび水素に順次露出させることができる。基板は、ＣＶＤまたはＡＬＤプロセス中に約１００℃から約２５０℃の範囲内の温度に加熱することができる。コバルト層は、約４０Å未満の厚さで堆積させることができる。
【０００８】
いくつかの例では、処理プロセス中に障壁層および／またはコバルト層をガスまたは試薬に露出させることができる。この処理は、熱プロセス、インサイチュ（ｉｎ ｓｉｔｕ）プラズマプロセス、または遠隔プラズマプロセスとすることができる。ガスまたは試薬は、窒素（Ｎ２）、アンモニア（ＮＨ３）、水素（Ｈ２）、アンモニア／水素混合物、シラン、ジシラン、ヘリウム、アルゴン、これらのプラズマ、これらの誘導体、もしくはこれらの組合せとすることができ、またはこれらを含有することができる。障壁層またはコバルト層は、約１秒から約３０秒の範囲内の期間にわたってガス、試薬、またはプラズマに露出させることができる。基板は、処理プロセス中に約５０℃から約４００℃の範囲内の温度に加熱することができる。
【０００９】
いくつかの例では、導電材料は、銅または銅合金を含有することができる。導電材料は、シード層およびバルク層を含むことができる。別法として、導電材料は、電気化学めっき（ＥＣＰ）プロセスなどによって、コバルト層上に直接堆積させることができる。一例では、ＰＶＤプロセスまたはＣＶＤプロセスによって、銅を含有するシード層を堆積させることができる。別の例では、バルク層が銅を含有し、ＥＣＰプロセスによって堆積させることができる。障壁層は、タンタル、窒化タンタル、チタン、窒化チタン、タングステン、窒化タングステン、これらの合金、これらの誘導体、またはこれらの組合せを含有することができる。一例では、障壁層は、タンタル層上に配置された窒化タンタル層とすることができる。
【００１０】
別の実施形態では、基板表面上に材料を堆積させる方法であって、基板上に障壁層を形成するステップと、前処理プロセス中に障壁層を第１のプラズマに露出させるステップと、気相成長プロセス中に基板をＣＣＴＢＡおよび水素に露出させて障壁層上にコバルト層を形成するステップと、後処理プロセス中にコバルト層を第２のプラズマに露出させるステップと、ＰＶＤプロセスまたはＣＶＤプロセスなどの気相成長プロセスによってコバルト層上に銅層を堆積させるステップとを含む方法が提供される。
【００１１】
別の実施形態では、基板表面上に材料を堆積させる方法であって、基板上に障壁層を形成するステップと、前処理プロセス中に障壁層をプラズマに露出させるステップと、気相成長プロセス中に基板をＣＣＴＢＡおよび還元ガスに露出させて障壁層上にコバルト層を形成するステップと、後処理プロセス中にコバルト層を水素プラズマに露出させるステップと、コバルト層を覆うように銅材料を堆積させるステップとを含む方法が提供される。一例では、コバルト層を堆積させる気相成長プロセスおよび後処理プロセスを順次繰り返して、コバルト材料を形成する。コバルト材料は複数のコバルト層を含有し、それぞれ水素プラズマに露出させてから、その上に別のコバルト層を堆積させたものである。
【００１２】
本発明の上述の特徴を詳細に理解できるように、上記で簡単に概要を述べた本発明について、実施形態を参照してより具体的に説明することができる。実施形態のいくつかは、添付の図面に図示する。しかし、本発明には他の等しく効果的な実施形態が認められるので、添付の図面は本発明の典型的な実施形態のみを示し、したがって本発明の範囲を限定すると見なされるべきではないことに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本明細書に記載の一実施形態によるプロセスを示す流れ図である。
【図２】Ａ〜Ｆは、本明細書に記載の一実施形態による異なるプロセスステップでの基板の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の実施形態は、障壁層または層上にコバルト層を堆積させてからコバルト層上に導電層を堆積させる方法を提供する。コバルト層および障壁層はそれぞれ任意選択で、プラズマプロセスまたは熱プロセスなどの処理プロセスに露出させることができる。導電層は、銅または銅合金を含有することができ、物理気相成長（ＰＶＤ）プロセス、原子層堆積（ＡＬＤ）プロセス、電気化学めっき（ＥＣＰ）プロセス、または無電解堆積プロセスによって堆積させることができる。コバルト層は、粘着性を促進し、ギャップフィルおよびエレクトロマイグレーション性能を改善し、拡散および凝集を低減させ、また加工中に基板表面の粗さおよび濡れ性を均一にするように、銅の境界領域の特性を改善する。
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態によるプロセス１００を示す流れ図を表す。プロセス１００を使用して、基板上に相互接続または他のデバイスを形成することができる。一実施形態では、プロセス１００のステップ１１０〜１５０を、図２Ａ〜２Ｆに表す基板２００上で実行することができる。プロセス１００は、基板上に障壁層を堆積または形成するステップ（ステップ１１０）と、任意選択で障壁層を前処理プロセスに露出させるステップ（ステップ１２０）と、障壁層上にコバルト層を堆積させるステップ（ステップ１３０）と、任意選択でコバルト層を後処理プロセスに露出させるステップ（ステップ１４０）と、コバルト層上に少なくとも１つの導電層を堆積させるステップ（ステップ１５０）とを含む。
【００１６】
図２Ａは、下層２０２を覆うように配置された誘電体層２０４を含む基板２００を表す。誘電体層２０４内には開口２０６が形成される。開口２０６は、誘電体層２０４内に形成されたバイア、ダマシン、トラフ、または他の通路とすることができる。下層２０２は、デバイス構造に応じて、基板、基板表面、コンタクト層、または別の層とすることができる。誘電体層２０４は、低誘電率誘電体材料などの誘電体材料を含有することができる。一例では、誘電体層２０４は、炭化酸化シリコン材料または炭素ドープ酸化シリコン材料などの低誘電率誘電体材料、たとえばカリフォルニア州サンタクララにあるＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社から入手可能なＢＬＡＣＫ ＤＩＡＭＯＮＤ（登録商標）ＩＩという低誘電率誘電体材料を含有する。誘電体層２０４に適した材料の別の例は、本発明の譲受人に譲渡された米国特許第６，５３７，７３３号、第６，７９０，７８８号、および第６，８９０，８５０号に記載のような化学気相成長（ＣＶＤ）またはプラズマ強化ＣＶＤ（ＰＥ−ＣＶＤ）プロセスを使用して形成された炭化シリコンベース膜である。これらの特許を、参照により本明細書に組み込む。
【００１７】
一実施形態では、プロセス１００のステップ１１０中に、少なくとも１つの障壁層または材料を基板上に堆積または形成することができる。一例では、図２Ｂは、基板２００上に、誘電体層２０４を覆うように、開口２０６内で共形に配置された障壁層２１０を表す。障壁層２１０は、１つまたは複数の層とすることができる。障壁層２１０は、チタン、窒化チタン、タンタル、窒化タンタル、タングステン、窒化タングステン、これらのケイ化物、これらの誘導体、またはこれらの組合せを含有することができる。いくつかの実施形態では、障壁層２１０は、タンタル／窒化タンタル、チタン／窒化チタン、またはタングステン／窒化タングステンの二重層を含有することができる。障壁層２１０は、約５Åから約５０Å、好ましくは約１０Åから約３０Åの範囲内の厚さを有することができ、ＰＶＤ、ＡＬＤ、プラズマ強化ＡＬＤ（ＰＥ−ＡＬＤ）、ＣＶＤ、ＰＥＣＶＤ、パルスＣＶＤ、またはこれらの組合せによって形成または堆積させることができる。
【００１８】
一例では、障壁層２１０は、ＰＶＤプロセスによって堆積させた金属タンタルの下部層と、下部層を覆うように配置された、別のＰＶＤプロセスによって堆積させた窒化タンタル層の上部層とを含む。別の例では、障壁層２１０は、ＡＬＤプロセスによって堆積させた金属タンタルの下部層と、下部層を覆うように配置された、ＣＶＤプロセスによって堆積させた窒化タンタル層の上部層とを含む。別の例では、障壁層２１０は、ＰＶＤプロセスによって堆積させた金属タンタルの下部層と、下部層を覆うように配置された、ＣＶＤプロセスによって堆積させた窒化タンタル層の上部層とを含む。
【００１９】
たとえば、障壁層２１０は、タンタル含有化合物またはタンタル前駆体（たとえば、ＰＤＭＡＴ）と窒素前駆体（たとえば、アンモニア）を反応させるＣＶＤプロセスまたはＡＬＤプロセスを使用して堆積させた窒化タンタルを含有することができる。一実施形態では、２００２年１０月２５日に出願され米国特許出願公開第２００３−０１２１６０８号として公開された本発明の譲受人に譲渡された米国特許出願第１０／２８１，０７９号に記載のＡＬＤプロセスによって、障壁層２１０としてタンタルおよび／または窒化タンタルが堆積される。同出願を、参照により本明細書に組み込む。一例では、ＡＬＤ、ＣＶＤ、および／またはＰＶＤプロセスによって一方の層を他方の層の上にどちらかの順序で独立して堆積させた金属タンタル層および窒化タンタル層など、障壁層２１０としてＴａ／ＴａＮ二重層を堆積させることができる。
【００２０】
別の例では、ＡＬＤ、ＣＶＤ、および／またはＰＶＤプロセスによって一方の層を他方の層の上にどちらかの順序で独立して堆積させた金属チタン層および窒化チタン層など、障壁層２１０としてＴｉ／ＴｉＮ二重層を堆積させることができる。別の例では、ＡＬＤ、ＣＶＤ、および／またはＰＶＤプロセスによって一方の層を他方の層の上にどちらかの順序で独立して堆積させた金属タングステン層および窒化タングステン層など、障壁層２１０としてＷ／ＷＮ二重層を堆積させることができる。
【００２１】
ステップ１２０では、任意選択で、障壁層２１０をプラズマプロセスまたは熱プロセスなどの前処理プロセスに露出させることができる。プラズマまたは熱前処理プロセス中に基板２００に露出できるプロセスガスおよび／または試薬には、水素（たとえば、Ｈ２もしくは原子状Ｈ）、窒素（たとえば、Ｎ２もしくは原子状Ｎ）、アンモニア（ＮＨ３）、水素とアンモニアの混合物（Ｈ２／ＮＨ３）、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）、シラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、ヘリウム、アルゴン、これらの誘導体、これらのプラズマ、またはこれらの組合せが含まれる。プロセスガスは、約５００ｓｃｃｍから約１０ｓｌｍ、好ましくは約１ｓｌｍから約６ｓｌｍの範囲内、たとえば約３ｓｌｍの流量で、加工チャンバ内へ流れることができ、または基板に露出させることができる。
【００２２】
一実施形態では、ステップ１２０で前処理プロセス中に、基板２００および障壁層２１０をプラズマに露出させて、障壁層２１０から汚染物質を除去することができる。基板２００を加工チャンバ内に位置決めし、プラズマを形成するように着火されたプロセスガスに露出させることができる。プロセスガスは、１つのガス状化合物または複数のガス状化合物を含有することができる。基板２００は、室温（たとえば、２３℃）とすることができるが、通常は、その後の堆積プロセスの所望の温度に予め加熱される。基板２００は、約２００℃または約２５０℃など、約１００℃から約４００℃、好ましくは約１２５℃から約３５０℃、より好ましくは約１５０℃から約３００℃の範囲内の温度に加熱することができる。
【００２３】
加工チャンバは、インサイチュプラズマを発生させることができ、または遠隔プラズマ源（ＲＰＳ）を装備することができる。一実施形態では、約０．５秒から約９０秒、好ましくは約１０秒から約６０秒、より好ましくは約２０秒から約４０秒の範囲内の期間にわたって、基板２００をプラズマに（たとえば、インサイチュまたは遠隔で）露出させることができる。プラズマは、約１００ワットから約１，０００ワット、好ましくは約２００ワットから約６００ワット、より好ましくは約３００ワットから約５００ワットの範囲内の電力で発生させることができる。加工チャンバは通常、約０．１トルから約１００トル、好ましくは約０．５トルから約５０トル、より好ましくは約１トルから約１０トルの範囲内など、約１００トル以下の内圧を有する。
【００２４】
一例では、基板２００および障壁層２１０は、水素、アンモニア、窒素、またはこれらの混合物から生成されたプラズマに露出させることができる。別の例では、基板２００および障壁層２１０は、水素およびアンモニアから生成されたプラズマに露出させることができる。別の例では、基板２００および障壁層２１０は、水素、窒素、シラン、ジシラン、またはこれらの混合物から生成されたプラズマに露出させることができる。別の例では、基板２００および障壁層２１０は、水素、窒素、アルゴン、ヘリウム、またはこれらの混合物から生成されたプラズマに露出させることができる。
【００２５】
別の実施形態では、ステップ１２０で熱前処理プロセス中に、基板２００および障壁層２１０をプロセスガスに露出させて、障壁層２１０から汚染物質を除去する。熱前処理プロセスは、急速熱プロセス（ＲＴＰ）または急速熱アニーリング（ＲＴＡ）プロセスとすることができる。基板２００を加工チャンバ内に位置決めし、少なくとも１つのプロセスガスおよび／または試薬に露出させることができる。加工チャンバは、ＰＶＤチャンバ、ＣＶＤチャンバ、またはＡＬＤチャンバなど、その後の堆積プロセスに使用される堆積チャンバとすることができる。別法として、加工チャンバは、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社から市販のＲＡＤＩＡＮＣＥ（登録商標）というＲＴＡチャンバなどの熱アニーリングチャンバとすることができる。基板２００は、約２５℃から約８００℃、好ましくは約５０℃から約４００℃、より好ましくは約１００℃から約３００℃の範囲内の温度に加熱することができる。基板２００は、約２分から約２０分、好ましくは約５分から約１５分の範囲内の期間にわたって加熱することができる。たとえば、基板２００は、加工チャンバ内で約１２分間にわたって約４００℃に加熱することができる。
【００２６】
一例では、基板２００および障壁層２１０は、加工チャンバ内で加熱しながら、水素、アンモニア、窒素、またはこれらの混合物に露出させることができる。別の例では、基板２００および障壁層２１０は、加工チャンバ内で加熱しながら、アンモニア／水素混合物に露出させることができる。別の例では、基板２００および障壁層２１０は、加工チャンバ内で加熱しながら、水素、窒素、シラン、ジシラン、またはこれらの混合物に露出させることができる。別の例では、基板２００および障壁層２１０は、加工チャンバ内で加熱しながら、水素、窒素、アルゴン、ヘリウム、またはこれらの混合物に露出させることができる。
【００２７】
別の実施形態では、プロセス１００のステップ１３０中、少なくともコバルト材料または層を基板上に堆積または形成することができる。一例では、図２Ｃは、基板２００上に、障壁層２１０を覆うように、開口２０６内で共形に配置されたコバルト層２２０を表す。コバルト層２２０は通常単一の層であるが、複数の層を含むこともできる。コバルト層２２０は、障壁層２１０全体にわたって連続する層であっても連続しない層であってもよい。コバルト層２２０は、約２Åから約４０Å、好ましくは約５Åから約３０Åの範囲内など、約４０Å以下の厚さを有することができる。コバルト層２２０は、ＣＶＤ、ＰＥ−ＣＶＤ、パルスＣＶＤ、ＡＬＤ、ＰＥ−ＡＬＤ、またはＰＶＤなどの気相成長プロセスによって形成または堆積させることができる。プラズマ強化気相成長プロセス、すなわちＰＥ−ＣＶＤおよびＰＥ−ＡＬＤは、加工チャンバ内のインサイチュプラズマプロセスとすることができ、またはＲＰＳによってプラズマを着火して加工チャンバ内へ誘導するような遠隔プラズマプロセスとすることができる。多くの例では、コバルト層２２０は金属コバルトを含有する。別法として、他の例では、コバルト層２２０は、金属コバルト、ケイ化コバルト、ホウ化コバルト、燐化コバルト、これらの合金、これらの誘導体、またはこれらの組合せなど、１つまたは複数のコバルト材料を含有することができる。
【００２８】
いくつかの実施形態では、コバルト層２２０は、熱ＣＶＤプロセス、パルスＣＶＤプロセス、ＰＥ−ＣＶＤプロセス、またはパルスＰＥ−ＣＶＤプロセス中にコバルト前駆体および試薬を加工チャンバ内へ同時に導入することによって形成または堆積させることができる。他の実施形態では、熱ＣＶＤプロセス、パルスＣＶＤプロセス、ＰＥ−ＣＶＤプロセス、またはパルスＰＥ−ＣＶＤプロセス中に試薬なしでコバルト前駆体を加工チャンバ内へ導入することができる。別法として、他の実施形態では、コバルト層２２０は、熱ＡＬＤプロセスまたはＰＥ−ＡＬＤプロセス中にコバルト前駆体および試薬を加工チャンバ内へ順次導入することによって形成または堆積させることができる。
【００２９】
コバルト層２２０は、いくつかの例では金属コバルトを含有することができるが、他の例では他のコバルト材料を含有することもできる。本明細書に記載のＣＶＤまたはＡＬＤプロセスによってコバルト材料（たとえば、金属コバルトまたはコバルト合金）を形成するのに適したコバルト前駆体には、コバルトカルボニル錯体、コバルトアミジナート化合物、コバルトセン化合物、コバルトジエニル錯体、コバルトニトロシル錯体、これらの誘導体、これらの錯体、これらのプラズマ、またはこれらの組合せが含まれる。いくつかの実施形態では、コバルト材料は、本発明の譲受人に譲渡された米国特許第７，２６４，８４６号および第７，４０４，９８５号にさらに記載のＣＶＤおよびＡＬＤプロセスによって堆積させることができる。これらの特許を、参照により本明細書に組み込む。
【００３０】
いくつかの実施形態では、コバルト前駆体としてコバルトカルボニル化合物または錯体を利用することができる。コバルトカルボニル化合物または錯体は、一般的化学式（ＣＯ）ｘＣｏｙＬｚを有する。上式で、Ｘは１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、または１２とすることができ、Ｙは１、２、３、４、または５とすることができ、Ｚは１、２、３、４、５、６、７、または８とすることができる。基Ｌは、リガンドなし、１つのリガンド、または複数のリガンドであり、複数のリガンドは、同じリガンドであっても異なるリガンドであってもよく、またリガンドには、シクロペンタジエニル、アルキルシクロペンタジエニル（たとえば、メチルシクロペンタジエニルもしくはペンタメチルシクロペンタジエニル）、ペンタジエニル、アルキルペンタジエニル、シクロブタジエニル、ブタジエニル、エチレン、アリル（もしくはプロピレン）、アルケン類、ジアルケン類、アルキン類、アセチレン、ブチルアセチレン、ニトロシル、アンモニア、これらの誘導体、これらの錯体、これらのプラズマ、またはこれらの組合せが含まれる。
【００３１】
一実施形態では、堆積プロセス中に、ジコバルトヘキサカルボニルアセチル化合物を使用してコバルト材料（たとえば、コバルト層２２０）を形成することができる。ジコバルトヘキサカルボニルアセチル化合物は、（ＣＯ）６Ｃｏ２（ＲＣ≡ＣＲ’）という化学式を有することができる。上式で、ＲおよびＲ’は独立して、水素、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、ｔｅｒｔ−ブチル、ペンタ、ベンジル、アリール、これらの異性体、これらの誘導体、またはこれらの組合せから選択される。一例では、ジコバルトヘキサカルボニルブチルアセチレン（ＣＣＴＢＡ、（ＣＯ）６Ｃｏ２（ＨＣ≡ＣｔＢｕ））がコバルト前駆体になる。ジコバルトヘキサカルボニルアセチル化合物の他の例には、ジコバルトヘキサカルボニルメチルブチルアセチレン（（ＣＯ）６Ｃｏ２（ＭｅＣ≡ＣｔＢｕ））、ジコバルトヘキサカルボニルフェニルアセチレン（（ＣＯ）６Ｃｏ２（ＨＣ≡ＣＰｈ））、ヘキサカルボニルメチルフェニルアセチレン（（ＣＯ）６Ｃｏ２（ＭｅＣ≡ＣＰｈ））、ジコバルトヘキサカルボニルメチルアセチレン（（ＣＯ）６Ｃｏ２（ＨＣ≡ＣＭｅ））、ジコバルトヘキサカルボニルジメチルアセチレン（（ＣＯ）６Ｃｏ２（ＭｅＣ≡ＣＭｅ））、これらの誘導体、これらの錯体、これらのプラズマ、またはこれらの組合せが含まれる。他の例示的なコバルトカルボニル錯体には、シクロペンタジエニルコバルトビス（カルボニル）（ＣｐＣｏ（ＣＯ）２）、トリカルボニルアリルコバルト（（ＣＯ）３Ｃｏ（ＣＨ２ＣＨ＝ＣＨ２））、これらの誘導体、これらの錯体、これらのプラズマ、またはこれらの組合せが含まれる。
【００３２】
別の実施形態では、コバルト前駆体としてコバルトアミジナートまたはコバルトアミド錯体を利用することができる。コバルトアミド錯体は、一般的化学式（ＲＲ’Ｎ）ｘＣｏを有する。上式で、Ｘは１、２、または３とすることができ、ＲおよびＲ’は独立して水素、メチル、エチル、プロピル、ブチル、アルキル、シリル、アルキルシリル、これらの誘導体、またはこれらの組合せである。いくつかの例示的なコバルトアミド錯体には、ビス（ジ（ブチルジメチルシリル）アミド）コバルト（（（ＢｕＭｅ２Ｓｉ）２Ｎ）２Ｃｏ）、ビス（ジ（エチルジメチルシリル）アミド）コバルト（（（ＥｔＭｅ２Ｓｉ）２Ｎ）２Ｃｏ）、ビス（ジ（プロピルジメチルシリル）アミド）コバルト（（（ＰｒＭｅ２Ｓｉ）２Ｎ）２Ｃｏ）、ビス（ジ（トリメチルシリル）アミド）コバルト（（（Ｍｅ３Ｓｉ）２Ｎ）２Ｃｏ）、トリス（ジ（トリメチルシリル）アミド）コバルト（（（Ｍｅ３Ｓｉ）２Ｎ）３Ｃｏ）、これらの誘導体、これらの錯体、これらのプラズマ、またはこれらの組合せが含まれる。
【００３３】
いくつかの例示的なコバルト前駆体には、メチルシクロペンタジエニルコバルトビス（カルボニル）（ＭｅＣｐＣｏ（ＣＯ）２）、エチルシクロペンタジエニルコバルトビス（カルボニル）（ＥｔＣｐＣｏ（ＣＯ）２）、ペンタメチルシクロペンタジエニルコバルトビス（カルボニル）（Ｍｅ５ＣｐＣｏ（ＣＯ）２）、ジコバルトオクタ（カルボニル）（Ｃｏ２（ＣＯ）８）、ニトロシルコバルトトリス（カルボニル）（（ＯＮ）Ｃｏ（ＣＯ）３）、ビス（シクロペンタジエニル）コバルト、（シクロペンタジエニル）コバルト（シクロヘキサジエニル）、シクロペンタジエニルコバルト（１，３−ヘキサジエニル）、（シクロブタジエニル）コバルト（シクロペンタジエニル）、ビス（メチルシクロペンタジエニル）コバルト、（シクロペンタジエニル）コバルト（５−メチルシクロペンタジエニル）、ビス（エチレン）コバルト（ペンタメチルシクロペンタジエニル）、コバルトテトラカルボニルイオダイド、コバルトテトラカルボニルトリクロロシラン、カルボニルクロライドトリス（トリメチルホスフィン）コバルト、コバルトトリカルボニル−ハイドロトリブチルホスフィン、アセチレンジコバルトヘキサカルボニル、アセチレンジコバルトペンタカルボニルトリエチルホスフィン、これらの誘導体、これらの錯体、これらのプラズマ、またはこれらの組合せが含まれる。
【００３４】
いくつかの例では、本明細書に記載のプロセスによってコバルト前駆体と反応させながらコバルト材料（たとえば、金属コバルトまたはコバルト合金）を形成するのに使用できる還元剤を含む代替の試薬には、水素（たとえば、Ｈ２もしくは原子状Ｈ）、窒素（たとえば、Ｎ２もしくは原子状Ｎ）、アンモニア（ＮＨ３）、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）、水素とアンモニアの混合物（Ｈ２／ＮＨ３）、ボラン（ＢＨ３）、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）、トリエチルボラン（Ｅｔ３Ｂ）、シラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、トリシラン（Ｓｉ３Ｈ８）、テトラシラン（Ｓｉ４Ｈ１０）、メチルシラン（ＳｉＣＨ６）、ジメチルシラン（ＳｉＣ２Ｈ８）、ホスフィン（ＰＨ３）、これらの誘導体、これらのプラズマ、またはこれらの組合せが含まれる。
【００３５】
一実施形態では、熱ＣＶＤプロセス中に基板２００をコバルト前駆体ガスおよび還元剤に同時に露出させることによって、金属コバルトを含有するコバルト層２２０を堆積させる。代替実施形態では、プラズマ強化ＣＶＤプロセス中に基板２００をコバルト前駆体ガスおよび還元剤ガスに同時に露出させることによって、金属コバルトを含有するコバルト層２２０を堆積させる。プラズマ源は、ＣＶＤチャンバ内のインサイチュプラズマ源とすることができ、またはＣＶＤチャンバの外に位置決めされたＲＰＳとすることができる。コバルト前駆体ガスは、キャリアガス（たとえば、窒素またはアルゴン）をコバルト前駆体（たとえば、ＣＣＴＢＡ）のアンプルに通すことによって形成することができる。還元剤ガスは、単一の化合物（たとえば、Ｈ２）とすることができ、したがってキャリアガスをもたなくてもよい。別法として、還元剤ガスは、キャリアガスを還元剤のアンプルに通すことによって形成することができる。
【００３６】
プロセス中に使用されるコバルト前駆体または還元剤に応じて、アンプルを加熱することができる。一例では、ジコバルトヘキサカルボニルアセチル化合物または他のコバルトカルボニル化合物（たとえば、（ＣＯ）ｘＣｏｙＬｚ）などのコバルト前駆体を含むアンプルを、約３０℃から約５００℃の範囲内の温度に加熱することができる。コバルト前駆体ガスは通常、約１００ｓｃｃｍ（標準立方センチメートル／分）から約２，０００ｓｃｃｍ、好ましくは約２００ｓｃｃｍから約１，０００ｓｃｃｍ、より好ましくは約３００ｓｃｃｍから約７００ｓｃｃｍの範囲内、たとえば約５００ｓｃｃｍの流量を有する。還元剤ガスは通常、約０．５ｓｌｍ（標準リットル／分）から約１０ｓｌｍ、好ましくは約１ｓｌｍから約８ｓｌｍ、より好ましくは約２ｓｌｍから約６ｓｌｍの範囲内の流量を有する。一例では、還元剤ガスは水素であり、約４ｓｌｍなど、約２ｓｌｍから約６ｓｌｍの範囲内の流量を有する。
【００３７】
堆積プロセス中、加工チャンバに入る前、その間、またはその後に、コバルト前駆体ガスと還元剤ガスを組み合わせて堆積ガスを形成し、コバルト層２２０を堆積させることができる。基板２００を加工チャンバ内に位置決めし、約１５０℃など、約２５℃から約８００℃、好ましくは約５０℃から約４００℃、より好ましくは約１００℃から約２５０℃の範囲内の温度に加熱することができる。所定の温度になった後、基板２００は、約０．１秒から約１２０秒、好ましくは約１秒から約６０秒、より好ましくは約５秒から約３０秒の範囲内の期間にわたって、コバルト前駆体ガスおよび還元剤ガスを含有する堆積ガスに露出させることができる。たとえば、ＣＶＤプロセス中に基板２００を加工チャンバ内で約１０分間にわたって約１５０℃に加熱しながら、コバルト層２２０を形成することができる。
【００３８】
ステップ１４０で、コバルト層２２０を、プラズマプロセスまたは熱プロセスなどの後処理プロセスに任意選択で露出させることができる。プラズマまたは熱後処理プロセス中に基板２００およびコバルト層２２０に露出できるプロセスガスおよび／または試薬には、水素（たとえば、Ｈ２もしくは原子状Ｈ）、窒素（たとえば、Ｎ２もしくは原子状Ｎ）、アンモニア（ＮＨ３）、水素とアンモニアの混合物（Ｈ２／ＮＨ３）、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）、シラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、ヘリウム、アルゴン、これらの誘導体、これらのプラズマ、またはこれらの組合せが含まれる。プロセスガスは、約５００ｓｃｃｍから約１０ｓｌｍ、好ましくは約１ｓｌｍから約６ｓｌｍの範囲内、たとえば約３ｓｌｍの流量で、加工チャンバ内へ流れることができ、または基板に露出させることができる。
【００３９】
一実施形態では、ステップ１４０で後処理プロセス中に、基板２００およびコバルト層２２０をプラズマに露出させて、コバルト層２２０から汚染物質を除去する。基板２００を加工チャンバ内に位置決めし、プラズマを形成するように着火されたプロセスガスに露出させることができる。プロセスガスは、１つのガス状化合物または複数のガス状化合物を含有することができる。基板２００は、室温（たとえば、２３℃）とすることができるが、通常は、その後の堆積プロセスの所望の温度に予め加熱される。基板２００は、約２００℃または約２５０℃など、約１００℃から約４００℃、好ましくは約１２５℃から約３５０℃、より好ましくは約１５０℃から約３００℃の範囲内の温度に加熱することができる。
【００４０】
加工チャンバは、インサイチュプラズマを発生させることができ、またはＲＰＳを装備することができる。一実施形態では、約０．５秒から約９０秒、好ましくは約１０秒から約６０秒、より好ましくは約２０秒から約４０秒の範囲内の期間にわたって、基板２００をプラズマに（たとえば、インサイチュまたは遠隔で）露出させることができる。プラズマは、約１００ワットから約１，０００ワット、好ましくは約２００ワットから約６００ワット、より好ましくは約３００ワットから約５００ワットの範囲内の電力で発生させることができる。加工チャンバは通常、約０．１トルから約１００トル、好ましくは約０．５トルから約５０トル、より好ましくは約１トルから約１０トルの範囲内など、約１００トル以下の内圧を有する。
【００４１】
一例では、基板２００およびコバルト層２２０は、水素、アンモニア、窒素、またはこれらの混合物から生成されたプラズマに露出させることができる。別の例では、基板２００およびコバルト層２２０は、水素およびアンモニアから生成されたプラズマに露出させることができる。別の例では、基板２００およびコバルト層２２０は、水素、窒素、シラン、ジシラン、またはこれらの混合物から生成されたプラズマに露出させることができる。別の例では、基板２００およびコバルト層２２０は、水素、窒素、アルゴン、ヘリウム、またはこれらの混合物から生成されたプラズマに露出させることができる。
【００４２】
いくつかの例では、基板２００およびコバルト層２２０は、ＲＰＳによって着火された水素ガスから生成された水素プラズマに露出させることができる。コバルト層２２０は、約２ｓｌｍから約４ｓｌｍの範囲内の流量で水素ガスに露出させることができる。加工チャンバは、約１トルから約１０トルの範囲内の内圧を有することができ、約３００ワットから約５００ワットの範囲内の電力を有するＲＰＳによってプラズマが着火される。一実施形態では、約７Åから約１０Åの範囲内の厚さを有する堆積させたコバルト材料層ごとに、約２０秒から約４０秒の範囲内の期間にわたってプラズマをコバルト層２２０に露出させることができる。堆積させた複数のコバルト材料層で複数の処理を順次実行しながら、コバルト層２２０を形成することができる。
【００４３】
別の実施形態では、ステップ１４０で熱後処理プロセス中に、基板２００およびコバルト層２２０をプロセスガスに露出させて、コバルト層２２０から汚染物質を除去する。熱後処理プロセスは、ＲＴＰまたはＲＴＡプロセスとすることができる。基板２００を加工チャンバ内に位置決めし、少なくとも１つのプロセスガスおよび／または試薬に露出させることができる。加工チャンバは、ＰＶＤチャンバ、ＣＶＤチャンバ、またはＡＬＤチャンバなど、先の堆積プロセスで使用したまたはその後の堆積プロセスに使用される堆積チャンバとすることができる。別法として、加工チャンバは、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社から市販のＲＡＤＩＡＮＣＥ（登録商標）というＲＴＡチャンバなどの熱アニーリングチャンバとすることができる。基板２００は、約２５℃から約８００℃、好ましくは約５０℃から約４００℃、より好ましくは約１００℃から約３００℃の範囲内の温度に加熱することができる。基板２００は、約２分から約２０分、好ましくは約５分から約１５分の範囲内の期間にわたって加熱することができる。たとえば、基板２００は、加工チャンバ内で約１２分間にわたって約４００℃に加熱することができる。
【００４４】
一例では、基板２００およびコバルト層２２０は、加工チャンバ内で加熱しながら、水素、アンモニア、窒素、またはこれらの混合物に露出させることができる。別の例では、基板２００およびコバルト層２２０は、加工チャンバ内で加熱しながら、アンモニア／水素混合物に露出させることができる。別の例では、基板２００およびコバルト層２２０は、加工チャンバ内で加熱しながら、水素、窒素、シラン、ジシラン、またはこれらの混合物に露出させることができる。別の例では、基板２００およびコバルト層２２０は、加工チャンバ内で加熱しながら、水素、窒素、アルゴン、ヘリウム、またはこれらの混合物に露出させることができる。
【００４５】
図２Ｃは、基板２００上で誘電体層２０４内に形成された開口２０６を表す。開口２０６は、中に共形に配置された障壁層２１０およびコバルト層２２０を含む。別の実施形態では、プロセス１００のステップ１５０中、コバルト層２２０上に、またはコバルト層２２０を覆うように、導電層を堆積または形成することができる。一実施形態では、導電層は、図２Ｄに表すように、コバルト層２２０を覆うように直接堆積させることができるバルク層２４０である。別法として、別の実施形態では、導電層は、シード層２３０およびバルク層２４０である。図２Ｅ〜２Ｆに表すように、コバルト層２２０を覆うようにシード層２３０を堆積させることができ、その後、シード層２３０を覆うようにバルク層２４０を堆積させることができる。
【００４６】
シード層２３０およびバルク層２４０は、単一の堆積プロセスまたは複数の堆積プロセス中に堆積または形成することができる。シード層２３０は、銅、タングステン、アルミニウム、ルテニウム、コバルト、銀、白金、パラジウム、これらの合金、これらの誘導体、またはこれらの組合せを含有することができる。バルク層２４０は、銅、タングステン、アルミニウム、これらの合金、これらの誘導体、またはこれらの組合せを含有することができる。通常、シード層２３０およびバルク層２４０は独立して、銅、タングステン、アルミニウム、これらの合金、これらの誘導体、またはこれらの組合せを含有することができる。シード層２３０およびバルク層２４０は独立して、ＣＶＤプロセス、ＡＬＤプロセス、ＰＶＤプロセス、無電解堆積プロセス、ＥＣＰプロセス、これらの派生物、またはこれらの組合せなど、１つまたは複数の堆積プロセスを使用して堆積させることができる。
【００４７】
一例では、シード層２３０とバルク層２４０はそれぞれ、銅または銅合金を含有する。たとえば、ＰＶＤプロセスによってコバルト層２２０上に銅を含有するシード層２３０を形成することができ、その後、ＥＣＰプロセスまたは無電解堆積プロセスによって銅を含有するバルク層２４０を堆積させて、開口２０６を充填することができる。別の例では、ＡＬＤプロセスによってコバルト層２２０上に銅を含有するシード層２３０を形成することができ、その後、ＥＣＰプロセスまたは無電解堆積プロセスによって銅を含有するバルク層２４０を堆積させて、開口２０６を充填することができる。別の例では、ＣＶＤプロセスによってコバルト層２２０上に銅を含有するシード層２３０を形成することができ、その後、ＥＣＰプロセスまたは無電解堆積プロセスによって銅を含有するバルク層２４０を堆積させて、開口２０６を充填することができる。別の例では、無電解プロセスによってコバルト層２２０上に銅を含有するシード層２３０を形成することができ、その後、ＥＣＰプロセスまたは無電解堆積プロセスによって銅を含有するバルク層２４０を堆積させて、開口２０６を充填することができる。別の例では、コバルト層２２０がシード層として働き、そこにＥＣＰプロセスまたは無電解堆積プロセスによって銅を含有するバルク層２４０を直接堆積させて、開口２０６を充填することができる。
【００４８】
一例では、シード層２３０とバルク層２４０はそれぞれ、タングステンまたはタングステン合金を含有する。たとえば、ＰＶＤプロセスによってコバルト層２２０上にタングステンを含有するシード層２３０を形成することができ、その後、ＣＶＤプロセスまたはパルスＣＶＤプロセスによってタングステンを含有するバルク層２４０を堆積させて、開口２０６を充填することができる。別の例では、ＡＬＤプロセスによってコバルト層２２０上にタングステンを含有するシード層２３０を形成することができ、その後、ＣＶＤプロセスまたはパルスＣＶＤプロセスによってタングステンを含有するバルク層２４０を堆積させて、開口２０６を充填することができる。別の例では、パルスＣＶＤプロセスによってコバルト層２２０上にタングステンを含有するシード層２３０を形成することができ、その後、ＣＶＤプロセスまたはパルスＣＶＤプロセスによってタングステンを含有するバルク層２４０を堆積させて、開口２０６を充填することができる。別の例では、無電解プロセスによってコバルト層２２０上にタングステンを含有するシード層２３０を形成することができ、その後、ＣＶＤプロセスまたはパルスＣＶＤプロセスによってタングステンを含有するバルク層２４０を堆積させて、開口２０６を充填することができる。別の例では、コバルト層２２０がシード層として働き、そこにＣＶＤプロセスまたはパルスＣＶＤプロセスによってタングステンを含有するバルク層２４０を直接堆積させて、開口２０６を充填することができる。
【００４９】
本明細書に記載の実施形態中で使用されるＡＬＤ加工チャンバは、カリフォルニア州サンタクララにあるＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社から入手可能である。ＡＬＤ加工チャンバの詳細な説明は、本発明の譲受人に譲渡された米国特許第６，９１６，３９８号および第６，８７８，２０６号、２００２年１０月２５日に出願され米国特許出願公開第２００３−０１２１６０８号として公開された本発明の譲受人に譲渡された米国特許出願第１０／２８１，０７９号、ならびにそれぞれ２００６年１１月６日に出願され米国特許出願公開第２００７−０１１９３７９号、第２００７−０１１９３７１号、第２００７−０１２８８６２号、第２００７−０１２８８６３号、および第２００７−０１２８８６４号として公開された本発明の譲受人に譲渡された米国特許出願第１１／５５６，７４５号、第１１／５５６，７５２号、第１１／５５６，７５６号、第１１／５５６，７５８号、第１１／５５６，７６３号に見ることができる。これらの特許および出願を、全体として参照により本明細書に組み込む。別の実施形態では、コバルト含有材料を堆積させるために使用できるＡＬＤモードならびに従来のＣＶＤモードの両方で動作するように構成されたチャンバは、本発明の譲受人に譲渡された米国特許第７，２０４，８８６号に記載されている。同特許を、全体として参照により本明細書に組み込む。コバルト含有材料を形成するＡＬＤプロセスの詳細な説明は、本発明の譲受人に譲渡された米国特許第７，２６４，８４６号および第７，４０４，９８５号にさらに開示されている。これらの特許を、全体として参照により本明細書に組み込む。他の実施形態では、コバルト含有材料を堆積させるために使用できるＡＬＤモードならびに従来のＣＶＤモードの両方で動作するように構成されたチャンバは、カリフォルニア州サンタクララにあるＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社から入手可能なＴＸＺ（登録商標）というシャワーヘッドおよびＣＶＤチャンバである。適切な気相成長チャンバの一例には、カリフォルニア州サンタクララにあるＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社から市販のＷＸＺ（商標）というＣＶＤチャンバが含まれる。この気相成長チャンバは、従来のＣＶＤ、パルスＣＶＤ、またはＰＥ−ＣＶＤ技法によって、ならびにＡＬＤおよびＰＥ−ＡＬＤ技法によって材料を堆積させるように適合することができる。また、気相成長チャンバは、インサイチュプラズマプロセス、遠隔プラズマプロセス、または熱アニーリングプロセスなどの処理プロセスに使用することができる。
【００５０】
本明細書では、「基板表面」または「基板」とは、製作プロセス中にその上で成膜加工が実行される任意の基板または基板上に形成された材料表面を指す。たとえば、加工を実行できる基板表面は、単結晶シリコン、多結晶シリコン、もしくは非晶質シリコン、歪みシリコン、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）、ドープシリコン、シリコンゲルマニウム、ゲルマニウム、砒化ガリウム、ガラス、サファイア、酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、および／またはＳｉＯｘＣｙなどの炭素ドープ酸化シリコン、たとえばカリフォルニア州サンタクララにあるＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社から入手可能なＢＬＡＣＫ ＤＩＡＭＯＮＤ（登録商標）という低誘電率誘電体などの材料を含む。基板は、直径１００ｍｍ、２００ｍｍ、３００ｍｍ、または４５０ｍｍのウェーハなど、様々な寸法、ならびに方形または正方形の平面を有することができる。別に指定しない限り、本明細書に記載の実施形態および例は通常、直径２００ｍｍまたは直径３００ｍｍ、より好ましくは直径３００ｍｍの基板上で行われる。本明細書に記載の実施形態のプロセスを使用して、多くの基板および表面、特に障壁層および層上にコバルト材料（たとえば、金属コバルト）を堆積させることができる。本発明の実施形態が有用となりうる基板には、それだけに限定されるものではないが、結晶シリコン（たとえば、Ｓｉ＜１００＞またはＳｉ＜１１１＞）、酸化シリコン、歪みシリコン、シリコンゲルマニウム、ドープまたは非ドープポリシリコン、ドープまたは非ドープシリコンウェーハ、およびパターン形成されたまたはパターン形成されていないウェーハなどの半導体ウェーハが含まれる。基板を前処理プロセスに露出させて、基板または基板表面を研磨、エッチング、還元、酸化、ヒドロキシル化、加熱、および／またはアニールすることができる。
【００５１】
上記は本発明の実施形態を対象とするが、本発明の基本的な範囲を逸脱することなく、本発明の他のさらなる実施形態を考案することができ、本発明の範囲は以下の特許請求の範囲で決まる。
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、一般に電子および半導体デバイスを製造する金属化プロセスに関し、より詳細には、実施形態は、障壁層上にコバルト層を堆積させてからコバルト層上に導電層またはコンタクト材料を堆積させる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
銅は現在、デバイスの製造にとって決定的な多重レベルの金属化プロセスで使用するために選択されている金属である。製造プロセスを動かす多重レベルの相互接続には、コンタクト、バイア、回線、および他のフィーチャを含む高いアスペクト比の開口を平坦化する必要がある。フィーチャのアスペクト比が高ければ高いほど、空隙を作ったり、フィーチャの幾何形状を変形させたりすることなく、これらのフィーチャを充填するのはより困難になる。製造者が回路の密度および品質を増大させようと努力するにつれて、相互接続を確実に形成することもより困難になる。
【０００３】
その相対的な低コストおよび加工特性のため、銅の使用が市場に浸透しているので、半導体の製造者は引き続き、銅拡散およびディウェッティングを低減させることによって、銅と誘電体材料の間の境界領域を改善する方法を探している。フィーチャ寸法が低減するにつれて、銅の相互接続を製造するいくつかの加工方法が開発された。各加工方法は、境界領域全体にわたる銅拡散、銅の結晶構造の変形、およびディウェッティングなどの誤りの可能性を増大させることがある。相互接続を形成する銅を操作するには、物理気相成長（ＰＶＤ）、化学気相成長（ＣＶＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）、電気化学めっき（ＥＣＰ）、無電解堆積、化学的機械研磨（ＣＭＰ）、電気化学的機械研磨（ＥＣＭＰ）、ならびに銅層を堆積および除去する他の方法で機械的、電気的、または化学的方法を利用する。銅を含有するには、障壁層およびキャッピング層を堆積させることができる。
【０００４】
過去には、タンタル、窒化タンタル、または銅合金の層とスズ、アルミニウム、またはマグネシウムをともに使用して、銅と他の材料の間に障壁層または粘着促進剤を提供した。これらの選択肢は、通常は高価であり、部分的な効果しかない。銅原子が境界領域に沿って、複数ステップの半導体加工では一般的な温度、圧力、大気条件、または他のプロセス上の変動要素の変化を受けるにつれて、銅は、境界領域に沿って移動して凝集することがある。銅はまた、境界領域に沿ってあまり均一に分散されず、ディウェッティングされることがある。境界領域内のこれらの変化には、銅原子のストレスマイグレーションおよびエレクトロマイグレーションが含まれる。誘電体層または他の構造全体にわたる銅のストレスマイグレーションおよびエレクトロマイグレーションは、その結果得られる構造の抵抗率を増大させ、その結果得られるデバイスの信頼性を低減させる。
【０００５】
したがって、障壁層上の導電層またはコンタクト材料の安定性および粘着性を強化する必要がある。また、誘電体材料など隣接する材料内への銅の拡散を防止しながら、特に銅線形成のための銅含有層のエレクトロマイグレーション信頼性を改善する必要がある。
【発明の概要】
【０００６】
本発明の実施形態は、障壁層上にコバルト層を堆積させてからコバルト層上に導電層を堆積させるプロセスを提供する。一実施形態では、基板表面上に材料を堆積させる方法であって、基板上に障壁層を形成するステップと、気相成長プロセス中に基板をジコバルトヘキサカルボニルブチルアセチレン（ＣＣＴＢＡ）および水素（Ｈ２）に露出させて障壁層上にコバルト層を形成するステップと、コバルト層を覆うように導電材料を堆積させるステップとを含む方法が提供される。
【０００７】
一例では、基板は、熱ＣＶＤプロセス中にＣＣＴＢＡおよび水素を含有する堆積ガスに露出させることができる。別の例では、基板は、ＡＬＤプロセス中にＣＣＴＢＡおよび水素に順次露出させることができる。基板は、ＣＶＤまたはＡＬＤプロセス中に約１００℃から約２５０℃の範囲内の温度に加熱することができる。コバルト層は、約４０Å未満の厚さで堆積させることができる。
【０００８】
いくつかの例では、処理プロセス中に障壁層および／またはコバルト層をガスまたは試薬に露出させることができる。この処理は、熱プロセス、インサイチュ（ｉｎ ｓｉｔｕ）プラズマプロセス、または遠隔プラズマプロセスとすることができる。ガスまたは試薬は、窒素（Ｎ２）、アンモニア（ＮＨ３）、水素（Ｈ２）、アンモニア／水素混合物、シラン、ジシラン、ヘリウム、アルゴン、これらのプラズマ、これらの誘導体、もしくはこれらの組合せとすることができ、またはこれらを含有することができる。障壁層またはコバルト層は、約１秒から約３０秒の範囲内の期間にわたってガス、試薬、またはプラズマに露出させることができる。基板は、処理プロセス中に約５０℃から約４００℃の範囲内の温度に加熱することができる。
【０００９】
いくつかの例では、導電材料は、銅または銅合金を含有することができる。導電材料は、シード層およびバルク層を含むことができる。別法として、導電材料は、電気化学めっき（ＥＣＰ）プロセスなどによって、コバルト層上に直接堆積させることができる。一例では、ＰＶＤプロセスまたはＣＶＤプロセスによって、銅を含有するシード層を堆積させることができる。別の例では、バルク層が銅を含有し、ＥＣＰプロセスによって堆積させることができる。障壁層は、タンタル、窒化タンタル、チタン、窒化チタン、タングステン、窒化タングステン、これらの合金、これらの誘導体、またはこれらの組合せを含有することができる。一例では、障壁層は、タンタル層上に配置された窒化タンタル層とすることができる。
【００１０】
別の実施形態では、基板表面上に材料を堆積させる方法であって、基板上に障壁層を形成するステップと、前処理プロセス中に障壁層を第１のプラズマに露出させるステップと、気相成長プロセス中に基板をＣＣＴＢＡおよび水素に露出させて障壁層上にコバルト層を形成するステップと、後処理プロセス中にコバルト層を第２のプラズマに露出させるステップと、ＰＶＤプロセスまたはＣＶＤプロセスなどの気相成長プロセスによってコバルト層上に銅層を堆積させるステップとを含む方法が提供される。
【００１１】
別の実施形態では、基板表面上に材料を堆積させる方法であって、基板上に障壁層を形成するステップと、前処理プロセス中に障壁層をプラズマに露出させるステップと、気相成長プロセス中に基板をＣＣＴＢＡおよび還元ガスに露出させて障壁層上にコバルト層を形成するステップと、後処理プロセス中にコバルト層を水素プラズマに露出させるステップと、コバルト層を覆うように銅材料を堆積させるステップとを含む方法が提供される。一例では、コバルト層を堆積させる気相成長プロセスおよび後処理プロセスを順次繰り返して、コバルト材料を形成する。コバルト材料は複数のコバルト層を含有し、それぞれ水素プラズマに露出させてから、その上に別のコバルト層を堆積させたものである。
【００１２】
本発明の上述の特徴を詳細に理解できるように、上記で簡単に概要を述べた本発明について、実施形態を参照してより具体的に説明することができる。実施形態のいくつかは、添付の図面に図示する。しかし、本発明には他の等しく効果的な実施形態が認められるので、添付の図面は本発明の典型的な実施形態のみを示し、したがって本発明の範囲を限定すると見なされるべきではないことに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本明細書に記載の一実施形態によるプロセスを示す流れ図である。
【図２】Ａ〜Ｆは、本明細書に記載の一実施形態による異なるプロセスステップでの基板の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の実施形態は、障壁層または層上にコバルト層を堆積させてからコバルト層上に導電層を堆積させる方法を提供する。コバルト層および障壁層はそれぞれ任意選択で、プラズマプロセスまたは熱プロセスなどの処理プロセスに露出させることができる。導電層は、銅または銅合金を含有することができ、物理気相成長（ＰＶＤ）プロセス、原子層堆積（ＡＬＤ）プロセス、電気化学めっき（ＥＣＰ）プロセス、または無電解堆積プロセスによって堆積させることができる。コバルト層は、粘着性を促進し、ギャップフィルおよびエレクトロマイグレーション性能を改善し、拡散および凝集を低減させ、また加工中に基板表面の粗さおよび濡れ性を均一にするように、銅の境界領域の特性を改善する。
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態によるプロセス１００を示す流れ図を表す。プロセス１００を使用して、基板上に相互接続または他のデバイスを形成することができる。一実施形態では、プロセス１００のステップ１１０〜１５０を、図２Ａ〜２Ｆに表す基板２００上で実行することができる。プロセス１００は、基板上に障壁層を堆積または形成するステップ（ステップ１１０）と、任意選択で障壁層を前処理プロセスに露出させるステップ（ステップ１２０）と、障壁層上にコバルト層を堆積させるステップ（ステップ１３０）と、任意選択でコバルト層を後処理プロセスに露出させるステップ（ステップ１４０）と、コバルト層上に少なくとも１つの導電層を堆積させるステップ（ステップ１５０）とを含む。
【００１６】
図２Ａは、下層２０２を覆うように配置された誘電体層２０４を含む基板２００を表す。誘電体層２０４内には開口２０６が形成される。開口２０６は、誘電体層２０４内に形成されたバイア、ダマシン、トラフ、または他の通路とすることができる。下層２０２は、デバイス構造に応じて、基板、基板表面、コンタクト層、または別の層とすることができる。誘電体層２０４は、低誘電率誘電体材料などの誘電体材料を含有することができる。一例では、誘電体層２０４は、炭化酸化シリコン材料または炭素ドープ酸化シリコン材料などの低誘電率誘電体材料、たとえばカリフォルニア州サンタクララにあるＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社から入手可能なＢＬＡＣＫ ＤＩＡＭＯＮＤ（登録商標）ＩＩという低誘電率誘電体材料を含有する。誘電体層２０４に適した材料の別の例は、本発明の譲受人に譲渡された米国特許第６，５３７，７３３号、第６，７９０，７８８号、および第６，８９０，８５０号に記載のような化学気相成長（ＣＶＤ）またはプラズマ強化ＣＶＤ（ＰＥ−ＣＶＤ）プロセスを使用して形成された炭化シリコンベース膜である。これらの特許を、参照により本明細書に組み込む。
【００１７】
一実施形態では、プロセス１００のステップ１１０中に、少なくとも１つの障壁層または材料を基板上に堆積または形成することができる。一例では、図２Ｂは、基板２００上に、誘電体層２０４を覆うように、開口２０６内で共形に配置された障壁層２１０を表す。障壁層２１０は、１つまたは複数の層とすることができる。障壁層２１０は、チタン、窒化チタン、タンタル、窒化タンタル、タングステン、窒化タングステン、これらのケイ化物、これらの誘導体、またはこれらの組合せを含有することができる。いくつかの実施形態では、障壁層２１０は、タンタル／窒化タンタル、チタン／窒化チタン、またはタングステン／窒化タングステンの二重層を含有することができる。障壁層２１０は、約５Åから約５０Å、好ましくは約１０Åから約３０Åの範囲内の厚さを有することができ、ＰＶＤ、ＡＬＤ、プラズマ強化ＡＬＤ（ＰＥ−ＡＬＤ）、ＣＶＤ、ＰＥＣＶＤ、パルスＣＶＤ、またはこれらの組合せによって形成または堆積させることができる。
【００１８】
一例では、障壁層２１０は、ＰＶＤプロセスによって堆積させた金属タンタルの下部層と、下部層を覆うように配置された、別のＰＶＤプロセスによって堆積させた窒化タンタル層の上部層とを含む。別の例では、障壁層２１０は、ＡＬＤプロセスによって堆積させた金属タンタルの下部層と、下部層を覆うように配置された、ＣＶＤプロセスによって堆積させた窒化タンタル層の上部層とを含む。別の例では、障壁層２１０は、ＰＶＤプロセスによって堆積させた金属タンタルの下部層と、下部層を覆うように配置された、ＣＶＤプロセスによって堆積させた窒化タンタル層の上部層とを含む。
【００１９】
たとえば、障壁層２１０は、タンタル含有化合物またはタンタル前駆体（たとえば、ＰＤＭＡＴ）と窒素前駆体（たとえば、アンモニア）を反応させるＣＶＤプロセスまたはＡＬＤプロセスを使用して堆積させた窒化タンタルを含有することができる。一実施形態では、２００２年１０月２５日に出願され米国特許出願公開第２００３−０１２１６０８号として公開された本発明の譲受人に譲渡された米国特許出願第１０／２８１，０７９号に記載のＡＬＤプロセスによって、障壁層２１０としてタンタルおよび／または窒化タンタルが堆積される。同出願を、参照により本明細書に組み込む。一例では、ＡＬＤ、ＣＶＤ、および／またはＰＶＤプロセスによって一方の層を他方の層の上にどちらかの順序で独立して堆積させた金属タンタル層および窒化タンタル層など、障壁層２１０としてＴａ／ＴａＮ二重層を堆積させることができる。
【００２０】
別の例では、ＡＬＤ、ＣＶＤ、および／またはＰＶＤプロセスによって一方の層を他方の層の上にどちらかの順序で独立して堆積させた金属チタン層および窒化チタン層など、障壁層２１０としてＴｉ／ＴｉＮ二重層を堆積させることができる。別の例では、ＡＬＤ、ＣＶＤ、および／またはＰＶＤプロセスによって一方の層を他方の層の上にどちらかの順序で独立して堆積させた金属タングステン層および窒化タングステン層など、障壁層２１０としてＷ／ＷＮ二重層を堆積させることができる。
【００２１】
ステップ１２０では、任意選択で、障壁層２１０をプラズマプロセスまたは熱プロセスなどの前処理プロセスに露出させることができる。プラズマまたは熱前処理プロセス中に基板２００に露出できるプロセスガスおよび／または試薬には、水素（たとえば、Ｈ２もしくは原子状Ｈ）、窒素（たとえば、Ｎ２もしくは原子状Ｎ）、アンモニア（ＮＨ３）、水素とアンモニアの混合物（Ｈ２／ＮＨ３）、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）、シラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、ヘリウム、アルゴン、これらの誘導体、これらのプラズマ、またはこれらの組合せが含まれる。プロセスガスは、約５００ｓｃｃｍから約１０ｓｌｍ、好ましくは約１ｓｌｍから約６ｓｌｍの範囲内、たとえば約３ｓｌｍの流量で、加工チャンバ内へ流れることができ、または基板に露出させることができる。
【００２２】
一実施形態では、ステップ１２０で前処理プロセス中に、基板２００および障壁層２１０をプラズマに露出させて、障壁層２１０から汚染物質を除去することができる。基板２００を加工チャンバ内に位置決めし、プラズマを形成するように着火されたプロセスガスに露出させることができる。プロセスガスは、１つのガス状化合物または複数のガス状化合物を含有することができる。基板２００は、室温（たとえば、２３℃）とすることができるが、通常は、その後の堆積プロセスの所望の温度に予め加熱される。基板２００は、約２００℃または約２５０℃など、約１００℃から約４００℃、好ましくは約１２５℃から約３５０℃、より好ましくは約１５０℃から約３００℃の範囲内の温度に加熱することができる。
【００２３】
加工チャンバは、インサイチュプラズマを発生させることができ、または遠隔プラズマ源（ＲＰＳ）を装備することができる。一実施形態では、約０．５秒から約９０秒、好ましくは約１０秒から約６０秒、より好ましくは約２０秒から約４０秒の範囲内の期間にわたって、基板２００をプラズマに（たとえば、インサイチュまたは遠隔で）露出させることができる。プラズマは、約１００ワットから約１，０００ワット、好ましくは約２００ワットから約６００ワット、より好ましくは約３００ワットから約５００ワットの範囲内の電力で発生させることができる。加工チャンバは通常、約０．１トルから約１００トル、好ましくは約０．５トルから約５０トル、より好ましくは約１トルから約１０トルの範囲内など、約１００トル以下の内圧を有する。
【００２４】
一例では、基板２００および障壁層２１０は、水素、アンモニア、窒素、またはこれらの混合物から生成されたプラズマに露出させることができる。別の例では、基板２００および障壁層２１０は、水素およびアンモニアから生成されたプラズマに露出させることができる。別の例では、基板２００および障壁層２１０は、水素、窒素、シラン、ジシラン、またはこれらの混合物から生成されたプラズマに露出させることができる。別の例では、基板２００および障壁層２１０は、水素、窒素、アルゴン、ヘリウム、またはこれらの混合物から生成されたプラズマに露出させることができる。
【００２５】
別の実施形態では、ステップ１２０で熱前処理プロセス中に、基板２００および障壁層２１０をプロセスガスに露出させて、障壁層２１０から汚染物質を除去する。熱前処理プロセスは、急速熱プロセス（ＲＴＰ）または急速熱アニーリング（ＲＴＡ）プロセスとすることができる。基板２００を加工チャンバ内に位置決めし、少なくとも１つのプロセスガスおよび／または試薬に露出させることができる。加工チャンバは、ＰＶＤチャンバ、ＣＶＤチャンバ、またはＡＬＤチャンバなど、その後の堆積プロセスに使用される堆積チャンバとすることができる。別法として、加工チャンバは、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社から市販のＲＡＤＩＡＮＣＥ（登録商標）というＲＴＡチャンバなどの熱アニーリングチャンバとすることができる。基板２００は、約２５℃から約８００℃、好ましくは約５０℃から約４００℃、より好ましくは約１００℃から約３００℃の範囲内の温度に加熱することができる。基板２００は、約２分から約２０分、好ましくは約５分から約１５分の範囲内の期間にわたって加熱することができる。たとえば、基板２００は、加工チャンバ内で約１２分間にわたって約４００℃に加熱することができる。
【００２６】
一例では、基板２００および障壁層２１０は、加工チャンバ内で加熱しながら、水素、アンモニア、窒素、またはこれらの混合物に露出させることができる。別の例では、基板２００および障壁層２１０は、加工チャンバ内で加熱しながら、アンモニア／水素混合物に露出させることができる。別の例では、基板２００および障壁層２１０は、加工チャンバ内で加熱しながら、水素、窒素、シラン、ジシラン、またはこれらの混合物に露出させることができる。別の例では、基板２００および障壁層２１０は、加工チャンバ内で加熱しながら、水素、窒素、アルゴン、ヘリウム、またはこれらの混合物に露出させることができる。
【００２７】
別の実施形態では、プロセス１００のステップ１３０中、少なくともコバルト材料または層を基板上に堆積または形成することができる。一例では、図２Ｃは、基板２００上に、障壁層２１０を覆うように、開口２０６内で共形に配置されたコバルト層２２０を表す。コバルト層２２０は通常単一の層であるが、複数の層を含むこともできる。コバルト層２２０は、障壁層２１０全体にわたって連続する層であっても連続しない層であってもよい。コバルト層２２０は、約２Åから約４０Å、好ましくは約５Åから約３０Åの範囲内など、約４０Å以下の厚さを有することができる。コバルト層２２０は、ＣＶＤ、ＰＥ−ＣＶＤ、パルスＣＶＤ、ＡＬＤ、ＰＥ−ＡＬＤ、またはＰＶＤなどの気相成長プロセスによって形成または堆積させることができる。プラズマ強化気相成長プロセス、すなわちＰＥ−ＣＶＤおよびＰＥ−ＡＬＤは、加工チャンバ内のインサイチュプラズマプロセスとすることができ、またはＲＰＳによってプラズマを着火して加工チャンバ内へ誘導するような遠隔プラズマプロセスとすることができる。多くの例では、コバルト層２２０は金属コバルトを含有する。別法として、他の例では、コバルト層２２０は、金属コバルト、ケイ化コバルト、ホウ化コバルト、燐化コバルト、これらの合金、これらの誘導体、またはこれらの組合せなど、１つまたは複数のコバルト材料を含有することができる。
【００２８】
いくつかの実施形態では、コバルト層２２０は、熱ＣＶＤプロセス、パルスＣＶＤプロセス、ＰＥ−ＣＶＤプロセス、またはパルスＰＥ−ＣＶＤプロセス中にコバルト前駆体および試薬を加工チャンバ内へ同時に導入することによって形成または堆積させることができる。他の実施形態では、熱ＣＶＤプロセス、パルスＣＶＤプロセス、ＰＥ−ＣＶＤプロセス、またはパルスＰＥ−ＣＶＤプロセス中に試薬なしでコバルト前駆体を加工チャンバ内へ導入することができる。別法として、他の実施形態では、コバルト層２２０は、熱ＡＬＤプロセスまたはＰＥ−ＡＬＤプロセス中にコバルト前駆体および試薬を加工チャンバ内へ順次導入することによって形成または堆積させることができる。
【００２９】
コバルト層２２０は、いくつかの例では金属コバルトを含有することができるが、他の例では他のコバルト材料を含有することもできる。本明細書に記載のＣＶＤまたはＡＬＤプロセスによってコバルト材料（たとえば、金属コバルトまたはコバルト合金）を形成するのに適したコバルト前駆体には、コバルトカルボニル錯体、コバルトアミジナート化合物、コバルトセン化合物、コバルトジエニル錯体、コバルトニトロシル錯体、これらの誘導体、これらの錯体、これらのプラズマ、またはこれらの組合せが含まれる。いくつかの実施形態では、コバルト材料は、本発明の譲受人に譲渡された米国特許第７，２６４，８４６号および第７，４０４，９８５号にさらに記載のＣＶＤおよびＡＬＤプロセスによって堆積させることができる。これらの特許を、参照により本明細書に組み込む。
【００３０】
いくつかの実施形態では、コバルト前駆体としてコバルトカルボニル化合物または錯体を利用することができる。コバルトカルボニル化合物または錯体は、一般的化学式（ＣＯ）ｘＣｏｙＬｚを有する。上式で、Ｘは１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、または１２とすることができ、Ｙは１、２、３、４、または５とすることができ、Ｚは１、２、３、４、５、６、７、または８とすることができる。基Ｌは、リガンドなし、１つのリガンド、または複数のリガンドであり、複数のリガンドは、同じリガンドであっても異なるリガンドであってもよく、またリガンドには、シクロペンタジエニル、アルキルシクロペンタジエニル（たとえば、メチルシクロペンタジエニルもしくはペンタメチルシクロペンタジエニル）、ペンタジエニル、アルキルペンタジエニル、シクロブタジエニル、ブタジエニル、エチレン、アリル（もしくはプロピレン）、アルケン類、ジアルケン類、アルキン類、アセチレン、ブチルアセチレン、ニトロシル、アンモニア、これらの誘導体、これらの錯体、これらのプラズマ、またはこれらの組合せが含まれる。
【００３１】
一実施形態では、堆積プロセス中に、ジコバルトヘキサカルボニルアセチル化合物を使用してコバルト材料（たとえば、コバルト層２２０）を形成することができる。ジコバルトヘキサカルボニルアセチル化合物は、（ＣＯ）６Ｃｏ２（ＲＣ≡ＣＲ’）という化学式を有することができる。上式で、ＲおよびＲ’は独立して、水素、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、ｔｅｒｔ−ブチル、ペンタ、ベンジル、アリール、これらの異性体、これらの誘導体、またはこれらの組合せから選択される。一例では、ジコバルトヘキサカルボニルブチルアセチレン（ＣＣＴＢＡ、（ＣＯ）６Ｃｏ２（ＨＣ≡ＣｔＢｕ））がコバルト前駆体になる。ジコバルトヘキサカルボニルアセチル化合物の他の例には、ジコバルトヘキサカルボニルメチルブチルアセチレン（（ＣＯ）６Ｃｏ２（ＭｅＣ≡ＣｔＢｕ））、ジコバルトヘキサカルボニルフェニルアセチレン（（ＣＯ）６Ｃｏ２（ＨＣ≡ＣＰｈ））、ヘキサカルボニルメチルフェニルアセチレン（（ＣＯ）６Ｃｏ２（ＭｅＣ≡ＣＰｈ））、ジコバルトヘキサカルボニルメチルアセチレン（（ＣＯ）６Ｃｏ２（ＨＣ≡ＣＭｅ））、ジコバルトヘキサカルボニルジメチルアセチレン（（ＣＯ）６Ｃｏ２（ＭｅＣ≡ＣＭｅ））、これらの誘導体、これらの錯体、これらのプラズマ、またはこれらの組合せが含まれる。他の例示的なコバルトカルボニル錯体には、シクロペンタジエニルコバルトビス（カルボニル）（ＣｐＣｏ（ＣＯ）２）、トリカルボニルアリルコバルト（（ＣＯ）３Ｃｏ（ＣＨ２ＣＨ＝ＣＨ２））、これらの誘導体、これらの錯体、これらのプラズマ、またはこれらの組合せが含まれる。
【００３２】
別の実施形態では、コバルト前駆体としてコバルトアミジナートまたはコバルトアミド錯体を利用することができる。コバルトアミド錯体は、一般的化学式（ＲＲ’Ｎ）ｘＣｏを有する。上式で、Ｘは１、２、または３とすることができ、ＲおよびＲ’は独立して水素、メチル、エチル、プロピル、ブチル、アルキル、シリル、アルキルシリル、これらの誘導体、またはこれらの組合せである。いくつかの例示的なコバルトアミド錯体には、ビス（ジ（ブチルジメチルシリル）アミド）コバルト（（（ＢｕＭｅ２Ｓｉ）２Ｎ）２Ｃｏ）、ビス（ジ（エチルジメチルシリル）アミド）コバルト（（（ＥｔＭｅ２Ｓｉ）２Ｎ）２Ｃｏ）、ビス（ジ（プロピルジメチルシリル）アミド）コバルト（（（ＰｒＭｅ２Ｓｉ）２Ｎ）２Ｃｏ）、ビス（ジ（トリメチルシリル）アミド）コバルト（（（Ｍｅ３Ｓｉ）２Ｎ）２Ｃｏ）、トリス（ジ（トリメチルシリル）アミド）コバルト（（（Ｍｅ３Ｓｉ）２Ｎ）３Ｃｏ）、これらの誘導体、これらの錯体、これらのプラズマ、またはこれらの組合せが含まれる。
【００３３】
いくつかの例示的なコバルト前駆体には、メチルシクロペンタジエニルコバルトビス（カルボニル）（ＭｅＣｐＣｏ（ＣＯ）２）、エチルシクロペンタジエニルコバルトビス（カルボニル）（ＥｔＣｐＣｏ（ＣＯ）２）、ペンタメチルシクロペンタジエニルコバルトビス（カルボニル）（Ｍｅ５ＣｐＣｏ（ＣＯ）２）、ジコバルトオクタ（カルボニル）（Ｃｏ２（ＣＯ）８）、ニトロシルコバルトトリス（カルボニル）（（ＯＮ）Ｃｏ（ＣＯ）３）、ビス（シクロペンタジエニル）コバルト、（シクロペンタジエニル）コバルト（シクロヘキサジエニル）、シクロペンタジエニルコバルト（１，３−ヘキサジエニル）、（シクロブタジエニル）コバルト（シクロペンタジエニル）、ビス（メチルシクロペンタジエニル）コバルト、（シクロペンタジエニル）コバルト（５−メチルシクロペンタジエニル）、ビス（エチレン）コバルト（ペンタメチルシクロペンタジエニル）、コバルトテトラカルボニルイオダイド、コバルトテトラカルボニルトリクロロシラン、カルボニルクロライドトリス（トリメチルホスフィン）コバルト、コバルトトリカルボニル−ハイドロトリブチルホスフィン、アセチレンジコバルトヘキサカルボニル、アセチレンジコバルトペンタカルボニルトリエチルホスフィン、これらの誘導体、これらの錯体、これらのプラズマ、またはこれらの組合せが含まれる。
【００３４】
いくつかの例では、本明細書に記載のプロセスによってコバルト前駆体と反応させながらコバルト材料（たとえば、金属コバルトまたはコバルト合金）を形成するのに使用できる還元剤を含む代替の試薬には、水素（たとえば、Ｈ２もしくは原子状Ｈ）、窒素（たとえば、Ｎ２もしくは原子状Ｎ）、アンモニア（ＮＨ３）、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）、水素とアンモニアの混合物（Ｈ２／ＮＨ３）、ボラン（ＢＨ３）、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）、トリエチルボラン（Ｅｔ３Ｂ）、シラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、トリシラン（Ｓｉ３Ｈ８）、テトラシラン（Ｓｉ４Ｈ１０）、メチルシラン（ＳｉＣＨ６）、ジメチルシラン（ＳｉＣ２Ｈ８）、ホスフィン（ＰＨ３）、これらの誘導体、これらのプラズマ、またはこれらの組合せが含まれる。
【００３５】
一実施形態では、熱ＣＶＤプロセス中に基板２００をコバルト前駆体ガスおよび還元剤に同時に露出させることによって、金属コバルトを含有するコバルト層２２０を堆積させる。代替実施形態では、プラズマ強化ＣＶＤプロセス中に基板２００をコバルト前駆体ガスおよび還元剤ガスに同時に露出させることによって、金属コバルトを含有するコバルト層２２０を堆積させる。プラズマ源は、ＣＶＤチャンバ内のインサイチュプラズマ源とすることができ、またはＣＶＤチャンバの外に位置決めされたＲＰＳとすることができる。コバルト前駆体ガスは、キャリアガス（たとえば、窒素またはアルゴン）をコバルト前駆体（たとえば、ＣＣＴＢＡ）のアンプルに通すことによって形成することができる。還元剤ガスは、単一の化合物（たとえば、Ｈ２）とすることができ、したがってキャリアガスをもたなくてもよい。別法として、還元剤ガスは、キャリアガスを還元剤のアンプルに通すことによって形成することができる。
【００３６】
プロセス中に使用されるコバルト前駆体または還元剤に応じて、アンプルを加熱することができる。一例では、ジコバルトヘキサカルボニルアセチル化合物または他のコバルトカルボニル化合物（たとえば、（ＣＯ）ｘＣｏｙＬｚ）などのコバルト前駆体を含むアンプルを、約３０℃から約５００℃の範囲内の温度に加熱することができる。コバルト前駆体ガスは通常、約１００ｓｃｃｍ（標準立方センチメートル／分）から約２，０００ｓｃｃｍ、好ましくは約２００ｓｃｃｍから約１，０００ｓｃｃｍ、より好ましくは約３００ｓｃｃｍから約７００ｓｃｃｍの範囲内、たとえば約５００ｓｃｃｍの流量を有する。還元剤ガスは通常、約０．５ｓｌｍ（標準リットル／分）から約１０ｓｌｍ、好ましくは約１ｓｌｍから約８ｓｌｍ、より好ましくは約２ｓｌｍから約６ｓｌｍの範囲内の流量を有する。一例では、還元剤ガスは水素であり、約４ｓｌｍなど、約２ｓｌｍから約６ｓｌｍの範囲内の流量を有する。
【００３７】
堆積プロセス中、加工チャンバに入る前、その間、またはその後に、コバルト前駆体ガスと還元剤ガスを組み合わせて堆積ガスを形成し、コバルト層２２０を堆積させることができる。基板２００を加工チャンバ内に位置決めし、約１５０℃など、約２５℃から約８００℃、好ましくは約５０℃から約４００℃、より好ましくは約１００℃から約２５０℃の範囲内の温度に加熱することができる。所定の温度になった後、基板２００は、約０．１秒から約１２０秒、好ましくは約１秒から約６０秒、より好ましくは約５秒から約３０秒の範囲内の期間にわたって、コバルト前駆体ガスおよび還元剤ガスを含有する堆積ガスに露出させることができる。たとえば、ＣＶＤプロセス中に基板２００を加工チャンバ内で約１０分間にわたって約１５０℃に加熱しながら、コバルト層２２０を形成することができる。
【００３８】
ステップ１４０で、コバルト層２２０を、プラズマプロセスまたは熱プロセスなどの後処理プロセスに任意選択で露出させることができる。プラズマまたは熱後処理プロセス中に基板２００およびコバルト層２２０に露出できるプロセスガスおよび／または試薬には、水素（たとえば、Ｈ２もしくは原子状Ｈ）、窒素（たとえば、Ｎ２もしくは原子状Ｎ）、アンモニア（ＮＨ３）、水素とアンモニアの混合物（Ｈ２／ＮＨ３）、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）、シラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、ヘリウム、アルゴン、これらの誘導体、これらのプラズマ、またはこれらの組合せが含まれる。プロセスガスは、約５００ｓｃｃｍから約１０ｓｌｍ、好ましくは約１ｓｌｍから約６ｓｌｍの範囲内、たとえば約３ｓｌｍの流量で、加工チャンバ内へ流れることができ、または基板に露出させることができる。
【００３９】
一実施形態では、ステップ１４０で後処理プロセス中に、基板２００およびコバルト層２２０をプラズマに露出させて、コバルト層２２０から汚染物質を除去する。基板２００を加工チャンバ内に位置決めし、プラズマを形成するように着火されたプロセスガスに露出させることができる。プロセスガスは、１つのガス状化合物または複数のガス状化合物を含有することができる。基板２００は、室温（たとえば、２３℃）とすることができるが、通常は、その後の堆積プロセスの所望の温度に予め加熱される。基板２００は、約２００℃または約２５０℃など、約１００℃から約４００℃、好ましくは約１２５℃から約３５０℃、より好ましくは約１５０℃から約３００℃の範囲内の温度に加熱することができる。
【００４０】
加工チャンバは、インサイチュプラズマを発生させることができ、またはＲＰＳを装備することができる。一実施形態では、約０．５秒から約９０秒、好ましくは約１０秒から約６０秒、より好ましくは約２０秒から約４０秒の範囲内の期間にわたって、基板２００をプラズマに（たとえば、インサイチュまたは遠隔で）露出させることができる。プラズマは、約１００ワットから約１，０００ワット、好ましくは約２００ワットから約６００ワット、より好ましくは約３００ワットから約５００ワットの範囲内の電力で発生させることができる。加工チャンバは通常、約０．１トルから約１００トル、好ましくは約０．５トルから約５０トル、より好ましくは約１トルから約１０トルの範囲内など、約１００トル以下の内圧を有する。
【００４１】
一例では、基板２００およびコバルト層２２０は、水素、アンモニア、窒素、またはこれらの混合物から生成されたプラズマに露出させることができる。別の例では、基板２００およびコバルト層２２０は、水素およびアンモニアから生成されたプラズマに露出させることができる。別の例では、基板２００およびコバルト層２２０は、水素、窒素、シラン、ジシラン、またはこれらの混合物から生成されたプラズマに露出させることができる。別の例では、基板２００およびコバルト層２２０は、水素、窒素、アルゴン、ヘリウム、またはこれらの混合物から生成されたプラズマに露出させることができる。
【００４２】
いくつかの例では、基板２００およびコバルト層２２０は、ＲＰＳによって着火された水素ガスから生成された水素プラズマに露出させることができる。コバルト層２２０は、約２ｓｌｍから約４ｓｌｍの範囲内の流量で水素ガスに露出させることができる。加工チャンバは、約１トルから約１０トルの範囲内の内圧を有することができ、約３００ワットから約５００ワットの範囲内の電力を有するＲＰＳによってプラズマが着火される。一実施形態では、約７Åから約１０Åの範囲内の厚さを有する堆積させたコバルト材料層ごとに、約２０秒から約４０秒の範囲内の期間にわたってプラズマをコバルト層２２０に露出させることができる。堆積させた複数のコバルト材料層で複数の処理を順次実行しながら、コバルト層２２０を形成することができる。
【００４３】
別の実施形態では、ステップ１４０で熱後処理プロセス中に、基板２００およびコバルト層２２０をプロセスガスに露出させて、コバルト層２２０から汚染物質を除去する。熱後処理プロセスは、ＲＴＰまたはＲＴＡプロセスとすることができる。基板２００を加工チャンバ内に位置決めし、少なくとも１つのプロセスガスおよび／または試薬に露出させることができる。加工チャンバは、ＰＶＤチャンバ、ＣＶＤチャンバ、またはＡＬＤチャンバなど、先の堆積プロセスで使用したまたはその後の堆積プロセスに使用される堆積チャンバとすることができる。別法として、加工チャンバは、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社から市販のＲＡＤＩＡＮＣＥ（登録商標）というＲＴＡチャンバなどの熱アニーリングチャンバとすることができる。基板２００は、約２５℃から約８００℃、好ましくは約５０℃から約４００℃、より好ましくは約１００℃から約３００℃の範囲内の温度に加熱することができる。基板２００は、約２分から約２０分、好ましくは約５分から約１５分の範囲内の期間にわたって加熱することができる。たとえば、基板２００は、加工チャンバ内で約１２分間にわたって約４００℃に加熱することができる。
【００４４】
一例では、基板２００およびコバルト層２２０は、加工チャンバ内で加熱しながら、水素、アンモニア、窒素、またはこれらの混合物に露出させることができる。別の例では、基板２００およびコバルト層２２０は、加工チャンバ内で加熱しながら、アンモニア／水素混合物に露出させることができる。別の例では、基板２００およびコバルト層２２０は、加工チャンバ内で加熱しながら、水素、窒素、シラン、ジシラン、またはこれらの混合物に露出させることができる。別の例では、基板２００およびコバルト層２２０は、加工チャンバ内で加熱しながら、水素、窒素、アルゴン、ヘリウム、またはこれらの混合物に露出させることができる。
【００４５】
図２Ｃは、基板２００上で誘電体層２０４内に形成された開口２０６を表す。開口２０６は、中に共形に配置された障壁層２１０およびコバルト層２２０を含む。別の実施形態では、プロセス１００のステップ１５０中、コバルト層２２０上に、またはコバルト層２２０を覆うように、導電層を堆積または形成することができる。一実施形態では、導電層は、図２Ｄに表すように、コバルト層２２０を覆うように直接堆積させることができるバルク層２４０である。別法として、別の実施形態では、導電層は、シード層２３０およびバルク層２４０である。図２Ｅ〜２Ｆに表すように、コバルト層２２０を覆うようにシード層２３０を堆積させることができ、その後、シード層２３０を覆うようにバルク層２４０を堆積させることができる。
【００４６】
シード層２３０およびバルク層２４０は、単一の堆積プロセスまたは複数の堆積プロセス中に堆積または形成することができる。シード層２３０は、銅、タングステン、アルミニウム、ルテニウム、コバルト、銀、白金、パラジウム、これらの合金、これらの誘導体、またはこれらの組合せを含有することができる。バルク層２４０は、銅、タングステン、アルミニウム、これらの合金、これらの誘導体、またはこれらの組合せを含有することができる。通常、シード層２３０およびバルク層２４０は独立して、銅、タングステン、アルミニウム、これらの合金、これらの誘導体、またはこれらの組合せを含有することができる。シード層２３０およびバルク層２４０は独立して、ＣＶＤプロセス、ＡＬＤプロセス、ＰＶＤプロセス、無電解堆積プロセス、ＥＣＰプロセス、これらの派生物、またはこれらの組合せなど、１つまたは複数の堆積プロセスを使用して堆積させることができる。
【００４７】
一例では、シード層２３０とバルク層２４０はそれぞれ、銅または銅合金を含有する。たとえば、ＰＶＤプロセスによってコバルト層２２０上に銅を含有するシード層２３０を形成することができ、その後、ＥＣＰプロセスまたは無電解堆積プロセスによって銅を含有するバルク層２４０を堆積させて、開口２０６を充填することができる。別の例では、ＡＬＤプロセスによってコバルト層２２０上に銅を含有するシード層２３０を形成することができ、その後、ＥＣＰプロセスまたは無電解堆積プロセスによって銅を含有するバルク層２４０を堆積させて、開口２０６を充填することができる。別の例では、ＣＶＤプロセスによってコバルト層２２０上に銅を含有するシード層２３０を形成することができ、その後、ＥＣＰプロセスまたは無電解堆積プロセスによって銅を含有するバルク層２４０を堆積させて、開口２０６を充填することができる。別の例では、無電解プロセスによってコバルト層２２０上に銅を含有するシード層２３０を形成することができ、その後、ＥＣＰプロセスまたは無電解堆積プロセスによって銅を含有するバルク層２４０を堆積させて、開口２０６を充填することができる。別の例では、コバルト層２２０がシード層として働き、そこにＥＣＰプロセスまたは無電解堆積プロセスによって銅を含有するバルク層２４０を直接堆積させて、開口２０６を充填することができる。
【００４８】
一例では、シード層２３０とバルク層２４０はそれぞれ、タングステンまたはタングステン合金を含有する。たとえば、ＰＶＤプロセスによってコバルト層２２０上にタングステンを含有するシード層２３０を形成することができ、その後、ＣＶＤプロセスまたはパルスＣＶＤプロセスによってタングステンを含有するバルク層２４０を堆積させて、開口２０６を充填することができる。別の例では、ＡＬＤプロセスによってコバルト層２２０上にタングステンを含有するシード層２３０を形成することができ、その後、ＣＶＤプロセスまたはパルスＣＶＤプロセスによってタングステンを含有するバルク層２４０を堆積させて、開口２０６を充填することができる。別の例では、パルスＣＶＤプロセスによってコバルト層２２０上にタングステンを含有するシード層２３０を形成することができ、その後、ＣＶＤプロセスまたはパルスＣＶＤプロセスによってタングステンを含有するバルク層２４０を堆積させて、開口２０６を充填することができる。別の例では、無電解プロセスによってコバルト層２２０上にタングステンを含有するシード層２３０を形成することができ、その後、ＣＶＤプロセスまたはパルスＣＶＤプロセスによってタングステンを含有するバルク層２４０を堆積させて、開口２０６を充填することができる。別の例では、コバルト層２２０がシード層として働き、そこにＣＶＤプロセスまたはパルスＣＶＤプロセスによってタングステンを含有するバルク層２４０を直接堆積させて、開口２０６を充填することができる。
【００４９】
本明細書に記載の実施形態中で使用されるＡＬＤ加工チャンバは、カリフォルニア州サンタクララにあるＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社から入手可能である。ＡＬＤ加工チャンバの詳細な説明は、本発明の譲受人に譲渡された米国特許第６，９１６，３９８号および第６，８７８，２０６号、２００２年１０月２５日に出願され米国特許出願公開第２００３−０１２１６０８号として公開された本発明の譲受人に譲渡された米国特許出願第１０／２８１，０７９号、ならびにそれぞれ２００６年１１月６日に出願され米国特許出願公開第２００７−０１１９３７９号、第２００７−０１１９３７１号、第２００７−０１２８８６２号、第２００７−０１２８８６３号、および第２００７−０１２８８６４号として公開された本発明の譲受人に譲渡された米国特許出願第１１／５５６，７４５号、第１１／５５６，７５２号、第１１／５５６，７５６号、第１１／５５６，７５８号、第１１／５５６，７６３号に見ることができる。これらの特許および出願を、全体として参照により本明細書に組み込む。別の実施形態では、コバルト含有材料を堆積させるために使用できるＡＬＤモードならびに従来のＣＶＤモードの両方で動作するように構成されたチャンバは、本発明の譲受人に譲渡された米国特許第７，２０４，８８６号に記載されている。同特許を、全体として参照により本明細書に組み込む。コバルト含有材料を形成するＡＬＤプロセスの詳細な説明は、本発明の譲受人に譲渡された米国特許第７，２６４，８４６号および第７，４０４，９８５号にさらに開示されている。これらの特許を、全体として参照により本明細書に組み込む。他の実施形態では、コバルト含有材料を堆積させるために使用できるＡＬＤモードならびに従来のＣＶＤモードの両方で動作するように構成されたチャンバは、カリフォルニア州サンタクララにあるＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社から入手可能なＴＸＺ（登録商標）というシャワーヘッドおよびＣＶＤチャンバである。適切な気相成長チャンバの一例には、カリフォルニア州サンタクララにあるＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社から市販のＷＸＺ（商標）というＣＶＤチャンバが含まれる。この気相成長チャンバは、従来のＣＶＤ、パルスＣＶＤ、またはＰＥ−ＣＶＤ技法によって、ならびにＡＬＤおよびＰＥ−ＡＬＤ技法によって材料を堆積させるように適合することができる。また、気相成長チャンバは、インサイチュプラズマプロセス、遠隔プラズマプロセス、または熱アニーリングプロセスなどの処理プロセスに使用することができる。
【００５０】
本明細書では、「基板表面」または「基板」とは、製作プロセス中にその上で成膜加工が実行される任意の基板または基板上に形成された材料表面を指す。たとえば、加工を実行できる基板表面は、単結晶シリコン、多結晶シリコン、もしくは非晶質シリコン、歪みシリコン、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）、ドープシリコン、シリコンゲルマニウム、ゲルマニウム、砒化ガリウム、ガラス、サファイア、酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、および／またはＳｉＯｘＣｙなどの炭素ドープ酸化シリコン、たとえばカリフォルニア州サンタクララにあるＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社から入手可能なＢＬＡＣＫ ＤＩＡＭＯＮＤ（登録商標）という低誘電率誘電体などの材料を含む。基板は、直径１００ｍｍ、２００ｍｍ、３００ｍｍ、または４５０ｍｍのウェーハなど、様々な寸法、ならびに方形または正方形の平面を有することができる。別に指定しない限り、本明細書に記載の実施形態および例は通常、直径２００ｍｍまたは直径３００ｍｍ、より好ましくは直径３００ｍｍの基板上で行われる。本明細書に記載の実施形態のプロセスを使用して、多くの基板および表面、特に障壁層および層上にコバルト材料（たとえば、金属コバルト）を堆積させることができる。本発明の実施形態が有用となりうる基板には、それだけに限定されるものではないが、結晶シリコン（たとえば、Ｓｉ＜１００＞またはＳｉ＜１１１＞）、酸化シリコン、歪みシリコン、シリコンゲルマニウム、ドープまたは非ドープポリシリコン、ドープまたは非ドープシリコンウェーハ、およびパターン形成されたまたはパターン形成されていないウェーハなどの半導体ウェーハが含まれる。基板を前処理プロセスに露出させて、基板または基板表面を研磨、エッチング、還元、酸化、ヒドロキシル化、加熱、および／またはアニールすることができる。
【００５１】
上記は本発明の実施形態を対象とするが、本発明の基本的な範囲を逸脱することなく、本発明の他のさらなる実施形態を考案することができ、本発明の範囲は以下の特許請求の範囲で決まる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板表面上に材料を堆積させる方法であって、
基板上に障壁層を形成するステップと、
気相成長プロセス中に前記基板をジコバルトヘキサカルボニルブチルアセチレン（ＣＣＴＢＡ）および水素に露出させて前記障壁層上にコバルト層を形成するステップと、
前記コバルト層を覆うように導電材料を堆積させるステップと
を含む方法。
【請求項２】
処理プロセス中に前記障壁層または前記コバルト層をプラズマに露出させるステップをさらに含み、このステップにおいて、前記プラズマが、窒素（Ｎ２）、アンモニア（ＮＨ３）、水素（Ｈ２）、アンモニア／水素混合物、これらの誘導体、およびこれらの組合せからなる群から選択された試薬を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記障壁層または前記コバルト層を、約２０秒から約４０秒の範囲内の期間にわたって水素プラズマに露出させ、前記水素プラズマを、遠隔プラズマ源によって形成する、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
熱処理プロセス中に前記障壁層または前記コバルト層をガスに露出させるステップをさらに含み、このステップにおいて、前記ガスが、窒素（Ｎ２）、アンモニア（ＮＨ３）、水素（Ｈ２）、アンモニア／水素混合物、これらの誘導体、およびこれらの組合せからなる群から選択され、前記基板が、前記熱処理プロセス中に約５０℃から約４００℃の範囲内の温度に加熱される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記基板を、熱化学気相成長プロセス中に前記ＣＣＴＢＡおよび前記水素を含む堆積ガスに露出させ、前記基板を、前記熱化学気相成長プロセス中に約１００℃から約２５０℃の範囲内の温度に加熱する、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記気相成長プロセスが、原子層堆積プロセス中に前記基板を前記ＣＣＴＢＡおよび前記水素に順次露出させるステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記障壁層が、タンタル、窒化タンタル、チタン、窒化チタン、タングステン、窒化タングステン、これらの合金、これらの誘導体、およびこれらの組合せを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記導電材料が銅または銅合金を含み、前記導電材料がシード層およびバルク層を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記シード層が、銅を含み、物理気相成長プロセスまたは化学気相成長プロセスによって堆積され、且つ前記バルク層が、銅を含み、電気化学めっきプロセスによって堆積される、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
基板表面上に材料を堆積させる方法であって、
基板上に障壁層を形成するステップと、
前処理プロセス中に前記障壁層を第１のプラズマに露出させるステップと、
気相成長プロセス中に前記基板をジコバルトヘキサカルボニルブチルアセチレン（ＣＣＴＢＡ）および水素に露出させて前記障壁層上にコバルト層を形成するステップと、
後処理プロセス中に前記コバルト層を第２のプラズマに露出させるステップと、
気相成長プロセスによって前記コバルト層上に銅層を堆積させるステップと
を含む方法。
【請求項１１】
前記第１のプラズマまたは前記第２のプラズマが、それぞれ独立して、窒素（Ｎ２）、アンモニア（ＮＨ３）、水素（Ｈ２）、アルゴン、ヘリウム、アンモニア／水素混合物、これらの誘導体、およびこれらの組合せからなる群から選択されたガスを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
約２０秒から約４０秒の範囲内の期間にわたって、前記障壁層を前記第１のプラズマに、または前記コバルト層を前記第２のプラズマに、露出させ、前記第１および第２のプラズマを、遠隔プラズマ源によって形成する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記気相成長プロセスが、熱化学気相成長プロセス中に前記ＣＣＴＢＡおよび前記水素を含む堆積ガスに前記基板を露出させるステップを含み、前記基板を、前記熱化学気相成長プロセス中に約１００℃から約２５０℃の範囲内の温度に加熱する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記気相成長プロセスが、原子層堆積プロセス中に前記基板を前記ＣＣＴＢＡおよび前記水素に順次露出させるステップを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
基板表面上に材料を堆積させる方法であって、
基板上に障壁層を形成するステップと、
前処理プロセス中に前記障壁層をプラズマに露出させるステップと、
気相成長プロセス中に前記基板をジコバルトヘキサカルボニルブチルアセチレン（ＣＣＴＢＡ）および還元ガスに露出させて前記障壁層上にコバルト層を形成するステップと、
後処理プロセス中に前記コバルト層を水素プラズマに露出させるステップと、
前記コバルト層を覆うように銅材料を堆積させるステップと
を含む方法。
【請求項１】
基板表面上に材料を堆積させる方法であって、
基板上に障壁層を形成するステップと、
気相成長プロセス中に前記基板をジコバルトヘキサカルボニルブチルアセチレン（ＣＣＴＢＡ）および水素に露出させて前記障壁層上にコバルト層を形成するステップと、
前記コバルト層を覆うように導電材料を堆積させるステップと
を含む方法。
【請求項２】
処理プロセス中に前記障壁層または前記コバルト層をプラズマに露出させるステップをさらに含み、このステップにおいて、前記プラズマが、窒素（Ｎ２）、アンモニア（ＮＨ３）、水素（Ｈ２）、アンモニア／水素混合物、これらの誘導体、およびこれらの組合せからなる群から選択された試薬を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記障壁層または前記コバルト層を、約２０秒から約４０秒の範囲内の期間にわたって水素プラズマに露出させ、前記水素プラズマを、遠隔プラズマ源によって形成する、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
熱処理プロセス中に前記障壁層または前記コバルト層をガスに露出させるステップをさらに含み、このステップにおいて、前記ガスが、窒素（Ｎ２）、アンモニア（ＮＨ３）、水素（Ｈ２）、アンモニア／水素混合物、これらの誘導体、およびこれらの組合せからなる群から選択され、前記基板が、前記熱処理プロセス中に約５０℃から約４００℃の範囲内の温度に加熱される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記基板を、熱化学気相成長プロセス中に前記ＣＣＴＢＡおよび前記水素を含む堆積ガスに露出させ、前記基板を、前記熱化学気相成長プロセス中に約１００℃から約２５０℃の範囲内の温度に加熱する、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記気相成長プロセスが、原子層堆積プロセス中に前記基板を前記ＣＣＴＢＡおよび前記水素に順次露出させるステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記障壁層が、タンタル、窒化タンタル、チタン、窒化チタン、タングステン、窒化タングステン、これらの合金、これらの誘導体、およびこれらの組合せを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記導電材料が銅または銅合金を含み、前記導電材料がシード層およびバルク層を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記シード層が、銅を含み、物理気相成長プロセスまたは化学気相成長プロセスによって堆積され、且つ前記バルク層が、銅を含み、電気化学めっきプロセスによって堆積される、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
基板表面上に材料を堆積させる方法であって、
基板上に障壁層を形成するステップと、
前処理プロセス中に前記障壁層を第１のプラズマに露出させるステップと、
気相成長プロセス中に前記基板をジコバルトヘキサカルボニルブチルアセチレン（ＣＣＴＢＡ）および水素に露出させて前記障壁層上にコバルト層を形成するステップと、
後処理プロセス中に前記コバルト層を第２のプラズマに露出させるステップと、
気相成長プロセスによって前記コバルト層上に銅層を堆積させるステップと
を含む方法。
【請求項１１】
前記第１のプラズマまたは前記第２のプラズマが、それぞれ独立して、窒素（Ｎ２）、アンモニア（ＮＨ３）、水素（Ｈ２）、アルゴン、ヘリウム、アンモニア／水素混合物、これらの誘導体、およびこれらの組合せからなる群から選択されたガスを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
約２０秒から約４０秒の範囲内の期間にわたって、前記障壁層を前記第１のプラズマに、または前記コバルト層を前記第２のプラズマに、露出させ、前記第１および第２のプラズマを、遠隔プラズマ源によって形成する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記気相成長プロセスが、熱化学気相成長プロセス中に前記ＣＣＴＢＡおよび前記水素を含む堆積ガスに前記基板を露出させるステップを含み、前記基板を、前記熱化学気相成長プロセス中に約１００℃から約２５０℃の範囲内の温度に加熱する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記気相成長プロセスが、原子層堆積プロセス中に前記基板を前記ＣＣＴＢＡおよび前記水素に順次露出させるステップを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
基板表面上に材料を堆積させる方法であって、
基板上に障壁層を形成するステップと、
前処理プロセス中に前記障壁層をプラズマに露出させるステップと、
気相成長プロセス中に前記基板をジコバルトヘキサカルボニルブチルアセチレン（ＣＣＴＢＡ）および還元ガスに露出させて前記障壁層上にコバルト層を形成するステップと、
後処理プロセス中に前記コバルト層を水素プラズマに露出させるステップと、
前記コバルト層を覆うように銅材料を堆積させるステップと
を含む方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公表番号】特表２０１２−５０１５４３（Ｐ２０１２−５０１５４３Ａ）
【公表日】平成２４年１月１９日（２０１２．１．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５２５０９８（Ｐ２０１１−５２５０９８）
【出願日】平成２１年８月１９日（２００９．８．１９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０５４３０７
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０２５０６８
【国際公開日】平成２２年３月４日（２０１０．３．４）
【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２４年１月１９日（２０１２．１．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月１９日（２００９．８．１９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０５４３０７
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０２５０６８
【国際公開日】平成２２年３月４日（２０１０．３．４）
【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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