(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅配線のエレクトロマイグレーション耐性を向上させるために、統合システム内において前記銅配線の金属バリア層の上に機能化層を堆積させ、前記銅配線内における銅層の堆積を助けるための、基板の基板表面を調整する方法であって、
前記統合システム内において、前記銅配線を覆うために前記金属バリア層を堆積させ、前記金属バリア層を堆積させた後、前記基板が、金属バリア酸化物の形成を阻止するために制御環境内において搬送され処理される、ことと、
前記統合システム内において、前記金属バリア層の上に前記機能化層を堆積させることと、
前記金属バリア層の上に前記機能化層が堆積された後に、前記統合システム内において、前記銅配線内に前記銅層を堆積させることと、
を備え、
前記機能化層のために使用される材料は、少なくとも２つの端をともなう錯化基を含み、前記錯化基の一方の端は、前記金属バリア層との結合を形成し、前記錯化基のもう一方の端は、銅との結合を形成する、方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、さらに、
前記金属バリア層を堆積させる前に、前記統合システム内において、前記銅配線に対して下位の金属の露出表面を洗浄し、前記下位の金属の前記露出表面の表面金属酸化物を除去することであって、前記下位の金属は、前記銅配線に電気的につながれた下位の配線の一部である、ことを備える方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、さらに、
前記機能化層を堆積させる前に、前記統合システム内において、前記金属バリア層の表面を還元し、前記金属バリア層の前記表面を金属リッチにすることを備える方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法であって、
前記金属バリア層の材料は、窒化タンタル（ＴａＮ）、タンタル（Ｔａ）、ルテニウム（Ｒｕ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、ジルコン（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、バナジウム（Ｖ）、ルテニウム（Ｒｕ）、およびクロム（Ｃｒ）、およびこれらの材料の異種混合からなる群より選択される、方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法であって、
前記錯化基は、デカンチール、オクタデカンチオール、テトラフェニルポルフィン、二硫化ジフェニル、芳香族チオアセテート、ルテニウム（II）トリス（２，２，プライム−ビピリジン）チオール、チオフェノール、４，４プライム−ジチオジピリジン、二硫化ナフタレン、ビス（２−アントラキニル）二硫化物、３−メルカプトプロフィルトリメトキシシラン、γ−メタクリルオキシプロピルトリエトキシシラン、ペルフルオロオクタノキシルプロフィル−ジメチルシラン、アルキルトリクロロシラン、オクタデシルシロキサン、オクタノール、２２−メルカプト−１−ドコサン酸、アルカンホスホン酸、オクタデカン酸、ジアミノドデカン、ｎ−フェニルピロール、および２，５−ジチエニルピロールトライアッドからなる群より選択される、方法。
【請求項６】
請求項３に記載の方法であって、
前記金属バリア層の前記表面を還元することは、水素含有プラズマを使用して実施される、方法。
【請求項７】
請求項２に記載の方法であって、
前記銅配線はビアの上の金属線を含み、前記下位の配線は金属線を含む、方法。
【請求項８】
請求項２に記載の方法であって、
前記銅配線は金属線を含み、前記下位の配線はコンタクトを含む、方法。
【請求項９】
請求項２に記載の方法であって、
前記表面金属酸化物の前記露出表面を洗浄することは、Ａｒスパッタリングプロセスまたはフッ素含有ガスを使用したプラズマプロセスを使用して達成される、方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法であって、
前記フッ素含有ガスは、ＮＦ3、ＣＦ4、または両者の組み合わせである、方法。
【請求項１１】
請求項１に記載の方法であって、
前記金属バリア層を堆積させることは、さらに、
第１の金属バリア層を堆積させることと、
第２の金属バリア層を堆積させることと、
を含む、方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の方法であって、
前記第１の金属バリア層は、原子層成長（ＡＬＤ）プロセスによって堆積され、前記第２の金属バリア層は、物理気相成長（ＰＶＤ）プロセスによって堆積される、方法。
【請求項１３】
請求項１１に記載の方法であって、
前記第１の金属バリア層は、ＡＬＤプロセスによって堆積され、前記第２の金属バリア層は、ＡＬＤプロセスによって堆積される、方法。
【請求項１４】
請求項１に記載の方法であって、さらに、
前記銅層を堆積させる前に、前記統合性システム内において、前記機能化層の表面を洗浄することを備える方法。
【請求項１５】
請求項１に記載の方法であって、
前記銅配線内に前記銅層を堆積させることは、選択的に薄い銅シード層を無電解プロセスによって堆積することを含む、方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の方法であって、
前記銅配線内に前記銅層を堆積させることは、さらに、ギャップ充填銅層を電解めっき（ＥＣＰ）プロセスによって前記薄い銅シード層の上に堆積することを含む、方法。
【請求項１７】
銅配線のエレクトロマイグレーション耐性を向上させるために、制御環境内において基板を処理し、前記銅配線の金属バリア層の上に機能化層を堆積させることを可能にするための、統合システムであって、
実験室雰囲気搬送チャンバであって、前記実験室雰囲気搬送チャンバに結合された基板カセットから前記統合システム内へと前記基板を搬送可能である実験室雰囲気搬送チャンバと、
圧力が１トール未満の真空下において動作される真空搬送チャンバと、
前記金属バリア層を堆積させるための真空プロセスモジュールであって、前記真空搬送チャンバに結合され、圧力が１トール未満の真空下において動作される真空プロセスモジュールと、
不活性ガスの群より選択される不活性ガスで満たされた制御雰囲気搬送チャンバと、
前記金属バリア層の表面上に前記機能化層を堆積させるために使用される堆積プロセスモジュールであって、前記制御雰囲気搬送チャンバに結合された堆積プロセスモジュールと、
を備え、
前記機能化層のために使用される材料は、少なくとも２つの端をともなう錯化基を含み、前記錯化基の一方の端は、前記金属バリア層との結合を形成し、前記錯化基のもう一方の端は、銅との結合を形成する、統合システム。
【請求項１８】
請求項１７に記載の統合システムであって、さらに、
前記金属バリア層の前記表面上に前記機能化層が堆積された後に前記銅配線内に薄い銅シード層を堆積させるために使用される無電解銅堆積プロセスモジュールであって、前記制御雰囲気搬送チャンバに結合された無電解銅堆積プロセスモジュールを備える統合システム。
【請求項１９】
請求項１７に記載の統合システムであって、さらに、
前記銅配線に電気的に接続された下位の配線の一部である下位の金属の金属酸化物の露出表面を洗浄するための真空プロセスモジュールであって、前記真空搬送チャンバに結合され、圧力が１トール未満の真空下において動作される真空プロセスモジュールを備える統合システム。
【請求項２０】
請求項１７に記載の統合システムであって、さらに、
前記金属バリア層の前記表面上に前記機能化層が堆積される前に前記金属バリア層の前記表面上の金属酸化物または金属窒化物を還元して前記表面を金属リッチにするために使用される水素含有還元プロセスモジュールであって、前記真空搬送チャンバに結合され、圧力が１トール未満の真空下において動作される水素含有還元プロセスモジュールを備える統合システム。
【請求項２１】
請求項１８に記載の統合システムであって、
前記無電解銅堆積プロセスモジュールは、前記薄い銅シード層の上にギャップ充填銅層を堆積させるためにも使用される、統合システム。
【請求項２２】
請求項１８に記載の統合システムであって、さらに、
前記薄い銅シード層の上にギャップ充填銅層を堆積させるための無電解銅堆積プロセスモジュールを備える統合システム。
【請求項２３】
請求項１７に記載の統合システムであって、さらに、
前記金属バリア層の上に前記機能化層を堆積させた後に前記基板表面を洗浄するために使用される基板洗浄プロセスモジュールであって、前記制御雰囲気搬送チャンバに結合された基板洗浄プロセスモジュールを備える統合システム。
【請求項２４】
請求項１７に記載の統合システムであって、さらに、
前記真空搬送チャンバおよび前記制御雰囲気搬送チャンバに結合され、前記真空搬送チャンバと前記制御雰囲気搬送チャンバとの間における前記基板の搬送を支援する第１のロードロックと、
前記真空搬送チャンバおよび前記実験室雰囲気搬送チャンバに結合され、前記真空搬送チャンバと前記実験室雰囲気搬送チャンバとの間における前記基板の搬送を支援する第２のロードロックと、
を備え、
前記第１のロードロックは、圧力が１トール未満の真空下において動作されるように、又は、不活性ガスの群より選択される不活性ガスで満たされるように構成されており、
前記第２のロードロックは、圧力が１トール未満の真空下において動作されるように、又は、実験室雰囲気において動作されるように、又は、不活性ガスの群より選択される不活性ガスで満たされるように構成されている、
統合システム。
【請求項２５】
請求項１７に記載の統合システムであって、
前記真空搬送チャンバおよび前記真空搬送チャンバに結合された前記少なくとも１つの真空プロセスモジュールは、前記基板の酸素への曝露を制御するために、１トール未満の圧力において動作される、統合システム。
【請求項２６】
請求項１７に記載の統合システムであって、
前記制御雰囲気搬送チャンバおよび前記制御雰囲気搬送チャンバに結合された少なくとも１つのプロセスモジュールは、前記基板の酸素への曝露を制御するために、不活性ガスの群より選択される１つまたは２つ以上の不活性ガスで満たされる、統合システム。
【請求項２７】
請求項１７に記載の統合システムであって、
基板は、前記基板が酸素に曝露される時間を制限するために、前記統合システム内において搬送され処理される、統合システム。
【請求項２８】
請求項２７に記載の統合システムであって、
前記基板表面の酸素への曝露を制限することは、前記機能化層を前記金属バリア層の前記表面上に堆積させることを可能にする、統合システム。
【請求項２９】
請求項１７に記載の統合システムであって、
前記制御雰囲気搬送チャンバに結合された少なくとも１つのプロセスモジュールは、前記基板のドライイン、ドライアウト処理を可能にし、前記基板は、乾燥した状態で前記少なくとも１つのプロセスモジュールに出入りする、統合システム。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
集積回路は、半導体基板上の個々の素子をつなぐためまたは集積回路に対して対外的に通信するために、導電性の配線を使用する。ビアおよびトレンチのための配線メタライゼーションは、アルミニウム合金および銅を含んでよい。素子形状が６５ｎｍノード技術およびサブ６５ｎｍ技術へと縮小しつづけるにつれ、ステップカバレッジに優れた連続バリア／シード層を高アスペクト比の形状に沿って設けてボイドフリーの銅充填を提供することの困難さが増している。６５ｎｍノードまたはサブ６５ｎｍの技術において、極薄の共形バリアを求める動機は、ビアおよび線の抵抗に及ぼされるバリアの影響を小さくするためである。しかしながら、バリア層に対する銅の接着性が乏しいと、処理中にバリア層と銅との間に層間剥離が生じたり、あるいはエレクトロマイグレーションおよびストレス誘起ボイドの問題を引き起こす熱応力が発生したりする恐れがある。
【０００２】
以上から、エレクトロマイグレーション耐性に優れなおかつ銅配線におけるストレス誘起ボイドのリスクを低下させた方式で薄い共形バリア層と、銅層とを銅配線内に堆積させることを可能にするシステムおよびプロセスが必要とされていることがわかる。
【発明の概要】
【０００３】
概して、実施形態は、エレクトロマイグレーション耐性に優れなおかつ銅配線に対するストレス誘起ボイドのリスクを低下させた方式で薄い共形のバリア層と、銅層とを銅配線内に堆積させることを可能にすることによってこの必要性を満たすものである。エレクトロマイグレーションおよびストレス誘起ボイドは、バリア層と銅層との間の接着性に影響され、これは、銅の堆積前にバリア層を金属リッチにすることおよび銅の堆積前にバリア層が曝露される酸素の量を制限することによって向上させることができる。あるいは、銅配線内に銅層を堆積させることを可能にするために、バリア層の上に機能化層を堆積させることができる。機能化層は、バリア層と銅層との間の接着性を向上させるために、バリア層および銅と強い結合を形成する。機能化層は、単に、バリア層の上に銅を堆積させることを可能にして銅層に置き換わることも可能である。本発明は、解決策、方法、プロセス、装置、またはシステムを含む多くの方式で実現可能であることを理解されるべきである。以下では、本発明のいくつかの実施形態が説明される。
本発明による方法は、銅配線のエレクトロマイグレーション耐性を向上させるために、統合システム内において前記銅配線の金属バリア層の上に機能化層を堆積させ、前記銅配線内における銅層の堆積を助けるための、基板の基板表面を調整する方法であって、
前記統合システム内において、前記銅配線を覆うために前記金属バリア層を堆積させ、前記金属バリア層を堆積させた後、前記基板が、金属バリア酸化物の形成を阻止するために制御環境内において搬送され処理される、ことと、
前記統合システム内において、前記金属バリア層の上に前記機能化層を堆積させることと、
前記金属バリア層の上に前記機能化層が堆積された後に、前記統合システム内において、前記銅配線内に前記銅層を堆積させることと、
を備え、
前記機能化層のために使用される材料は、少なくとも２つの端をともなう錯化基を含み、前記錯化基の一方の端は、前記金属バリア層との結合を形成し、前記錯化基のもう一方の端は、銅との結合を形成する、方法である。
本発明による統合システムは、銅配線のエレクトロマイグレーション耐性を向上させるために、制御環境内において基板を処理し、前記銅配線の金属バリア層の上に機能化層を堆積させることを可能にするための、統合システムであって、
実験室雰囲気搬送チャンバであって、前記実験室雰囲気搬送チャンバに結合された基板カセットから前記統合システム内へと前記基板を搬送可能である実験室雰囲気搬送チャンバと、
圧力が１トール未満の真空下において動作される真空搬送チャンバと、
前記金属バリア層を堆積させるための真空プロセスモジュールであって、前記真空搬送チャンバに結合され、圧力が１トール未満の真空下において動作される真空プロセスモジュールと、
不活性ガスの群より選択される不活性ガスで満たされた制御雰囲気搬送チャンバと、
前記金属バリア層の表面上に前記機能化層を堆積させるために使用される堆積プロセスモジュールであって、前記制御雰囲気搬送チャンバに結合された堆積プロセスモジュールと、
を備え、
前記機能化層のために使用される材料は、少なくとも２つの端をともなう錯化基を含み、前記錯化基の一方の端は、前記金属バリア層との結合を形成し、前記錯化基のもう一方の端は、銅との結合を形成する、統合システムである。
【０００４】
一実施形態では、銅配線のエレクトロマイグレーション耐性を向上させるために、統合システム内において銅配線の金属バリア層の上に機能化層を堆積させ、銅配線内における銅層の堆積を助けるための、基板の基板表面を調整する方法が提供される。方法は、統合システム内において、銅配線構造を覆うために金属バリア層を堆積させることを含み、金属バリア層を堆積させた後、基板は、金属バリア酸化物の形成を阻止するために制御環境内において搬送され処理される。方法は、また、統合システム内において、金属層の上に機能化層を堆積させることも含む。方法は、さらに、金属バリア層の上に機能化層が堆積された後に、統合システム内において、銅配線構造内に銅層を堆積させることを含む。
【０００５】
別の一実施形態では、銅配線のエレクトロマイグレーション耐性を向上させるために、制御環境内において基板を処理し、銅配線の金属バリア層の上に機能化層を堆積させることを可能にするための、統合システムが提供される。システムは、実験室雰囲気搬送チャンバであって、該実験室雰囲気搬送チャンバに結合された基板カセットから統合システム内へと基板を搬送可能である実験室雰囲気搬送チャンバを含む。システムは、また、圧力が１トール未満の真空下において動作される真空搬送チャンバを含む。方法は、さらに、金属バリア層を堆積させるための真空プロセスモジュールであって、真空搬送チャンバに結合され、圧力が１トール未満の真空下において動作される真空プロセスモジュールを含む。また、方法は、不活性ガスの群より選択される不活性ガスで満たされた制御雰囲気搬送チャンバと、金属バリア層の表面上に機能化層を堆積させるために使用される堆積プロセスモジュールであって、制御雰囲気搬送チャンバに結合された堆積プロセスモジュールとを含む。
【０００６】
本発明は、以下の適用例としても実現可能である。
［適用例１］
銅配線のエレクトロマイグレーション耐性を向上させるために、統合システム内において前記銅配線の金属バリア層の上に機能化層を堆積させ、前記銅配線内における銅層の堆積を助けるための、基板の基板表面を調整する方法であって、
前記統合システム内において、前記銅配線構造を覆うために前記金属バリア層を堆積させ、前記金属バリア層を堆積させた後、前記基板が、金属バリア酸化物の形成を阻止するために制御環境内において搬送され処理される、ことと、
前記統合システム内において、前記金属層の上に前記機能化層を堆積させることと、
前記金属バリア層の上に前記機能化層が堆積された後に、前記統合システム内において、前記銅配線構造内に前記銅層を堆積させることと、
を備える方法。
［適用例２］
適用例１に記載の方法であって、さらに、
前記金属バリア層を堆積させる前に、前記統合システム内において、前記銅配線に対して下位の金属の露出表面を洗浄し、前記下位の金属の前記露出表面の表面金属酸化物を除去することであって、前記下位の金属は、前記銅配線に電気的につながれた下位の配線の一部である、ことを備える方法。
［適用例３］
適用例１に記載の方法であって、さらに、
前記機能化層を堆積させる前に、前記統合システム内において、前記金属バリア層の表面を還元し、前記金属バリア層の前記表面を金属リッチにすることを備える方法。
［適用例４］
適用例１に記載の方法であって、
前記金属バリア層の材料は、窒化タンタル（ＴａＮ）、タンタル（Ｔａ）、ルテニウム（Ｒｕ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、ジルコン（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、バナジウム（Ｖ）、ルテニウム（Ｒｕ）、およびクロム（Ｃｒ）、およびこれらの材料の異種混合からなる群より選択される、方法。
［適用例５］
適用例１に記載の方法であって、
前記機能化層のために使用される材料は、少なくとも２つの端をともなう錯化基を含み、前記錯化基の一方の端は、前記金属バリア層との結合を形成し、前記錯化基のもう一方の端は、銅との結合を形成する、方法。
［適用例６］
適用例４に記載の方法であって、
前記錯化基は、デカンチール、オクタデカンチオール、テトラフェニルポルフィン、二硫化ジフェニル、芳香族チオアセテート、ルテニウム（II）トリス（２，２，プライム−ビピリジン）チオール、チオフェノール、４，４プライム−ジチオジピリジン、二硫化ナフタレン、ビス（２−アントラキニル）二硫化物、３−メルカプトプロフィルトリメトキシシラン、γ−メタクリルオキシプロピルトリエトキシシラン、ペルフルオロオクタノキシルプロフィル−ジメチルシラン、アルキルトリクロロシラン、オクタデシルシロキサン、オクタノール、２２−メルカプト−１−ドコサン酸、アルカンホスホン酸、オクタデカン酸、ジアミノドデカン、ｎ−フェニルピロール、および２，５−ジチエニルピロールトライアッドからなる群より選択される、方法。
［適用例７］
適用例３に記載の方法であって、
前記金属バリア層の前記表面を還元することは、水素含有プラズマを使用して実施される、方法。
［適用例８］
適用例１に記載の方法であって、
前記銅配線はビアの上の金属線を含み、前記下位の配線は金属線を含む、方法。
［適用例９］
適用例１に記載の方法であって、
前記銅配線は金属線を含み、前記下位の配線はコンタクトを含む、方法。
［適用例１０］
適用例２に記載の方法であって、
前記表面金属酸化物の前記露出表面を洗浄することは、Ａｒスパッタリングプロセスまたはフッ素含有ガスを使用したプラズマプロセスを使用して達成される、方法。
［適用例１１］
適用例１０に記載の方法であって、
前記フッ素含有ガスは、ＮＦ3、ＣＦ4、または両者の組み合わせである、方法。
［適用例１２］
適用例１に記載の方法であって、
前記金属バリア層を堆積させることは、さらに、
第１の金属バリア層を堆積させることと、
第２の金属バリア層を堆積させることと、
を含む、方法。
［適用例１３］
適用例１２に記載の方法であって、
前記第１の金属バリア層は、原子層成長（ＡＬＤ）プロセスによって堆積され、前記第２の金属バリア層は、物理気相成長（ＰＶＤ）プロセスによって堆積される、方法。
［適用例１４］
適用例１２に記載の方法であって、
前記第１の金属バリア層は、ＡＬＤプロセスによって堆積され、前記第２の金属バリア層は、ＡＬＤプロセスによって堆積される、方法。
［適用例１５］
適用例１に記載の方法であって、さらに、
前記銅層を堆積させる前に、前記統合性ステム内において、前記機能化層の表面を洗浄することを備える方法。
［適用例１６］
適用例１に記載の方法であって、
選択的に、前記薄い銅シード層は、無電解プロセスによって堆積される、方法。
［適用例１７］
適用例１に記載の方法であって、
前記ギャップ充填銅層は、電解めっき（ＥＣＰ）プロセスによって堆積される、方法。
［適用例１８］
適用例１に記載の方法であって、
前記銅層は、前記機能化層に置き換わり、前記金属バリア層上に直接堆積する、方法。
［適用例１９］
銅配線のエレクトロマイグレーション耐性を向上させるために、制御環境内において基板を処理し、前記銅配線の金属バリア層の上に機能化層を堆積させることを可能にするための、統合システムであって、
実験室雰囲気搬送チャンバであって、前記実験室雰囲気搬送チャンバに結合された基板カセットから前記統合システム内へと前記基板を搬送可能である実験室雰囲気搬送チャンバと、
圧力が１トール未満の真空下において動作される真空搬送チャンバと、
前記金属バリア層を堆積させるための真空プロセスモジュールであって、前記真空搬送チャンバに結合され、圧力が１トール未満の真空下において動作される真空プロセスモジュールと、
不活性ガスの群より選択される不活性ガスで満たされた制御雰囲気搬送チャンバと、
前記金属バリア層の表面上に前記機能化層を堆積させるために使用される堆積プロセスモジュールであって、前記制御雰囲気搬送チャンバに結合された堆積プロセスモジュールと、
を備える統合システム。
［適用例２０］
適用例１９に記載の統合システムであって、さらに、
前記金属バリア層の前記表面上に前記機能化層が堆積された後に前記銅配線内に薄い銅シード層を堆積させるために使用される無電解銅堆積プロセスモジュールであって、前記制御雰囲気搬送チャンバに結合された無電解銅堆積プロセスモジュールを備える統合システム。
［適用例２１］
適用例１９に記載の統合システムであって、さらに、
前記銅配線に電気的に接続された下位の配線の一部である下位の金属の金属酸化物の露出表面を洗浄するための真空プロセスモジュールであって、前記真空搬送チャンバに結合され、圧力が１トール未満の真空下において動作される真空プロセスモジュールを備える統合システム。
［適用例２２］
適用例１９に記載の統合システムであって、さらに、
前記金属バリア層の前記表面上に前記機能化層が堆積される前に前記金属バリアの前記表面上の金属酸化物または金属窒化物を還元して前記表面を金属リッチにするために使用される水素含有還元プロセスモジュールであって、前記真空搬送チャンバに結合され、圧力が１トール未満の真空下において動作される水素含有プロセスモジュールを備える統合システム。
［適用例２３］
適用例２０に記載の統合システムであって、
前記無電解銅堆積プロセスモジュールは、前記薄い銅シード層の上にギャップ充填銅層を堆積させるためにも使用される、統合システム。
［適用例２４］
適用例２０に記載の統合システムであって、さらに、
前記薄い銅シード層の上にギャップ充填銅層を堆積させるための無電解銅堆積プロセスモジュールを備える統合システム。
［適用例２５］
適用例１９に記載の統合システムであって、さらに、
前記金属バリア層の上に前記機能化層を堆積させた後に前記基板表面を洗浄するために使用される基板洗浄プロセスモジュールであって、前記制御雰囲気搬送モジュールに結合された基板洗浄プロセスモジュールを備える統合システム。
［適用例２６］
適用例１９に記載の統合システムであって、さらに、
前記真空搬送チャンバおよび前記制御雰囲気搬送チャンバに結合され、前記真空搬送チャンバと前記制御雰囲気搬送チャンバとの間における前記基板の搬送を支援する第１のロードロックと、
前記真空搬送チャンバおよび前記実験室雰囲気搬送チャンバに結合され、前記真空搬送チャンバと前記実験室雰囲気搬送チャンバとの間における前記基板の搬送を支援する第２のロードロックと、
を備え、
前記第１のロードロックは、圧力が１トール未満の真空下において動作されるように、又は、不活性ガスの群より選択される不活性ガスで満たされるように構成されており、
前記第２のロードロックは、圧力が１トール未満の真空下において動作されるように、又は、実験室雰囲気において動作されるように、又は、不活性ガスの群より選択される不活性ガスで満たされるように構成されている、
統合システム。
［適用例２７］
適用例１９に記載の統合システムであって、
前記真空搬送チャンバおよび前記真空搬送チャンバに結合された前記少なくとも１つの真空プロセスモジュールは、前記基板の酸素への曝露を制御するために、１トール未満の圧力において動作される、統合システム。
［適用例２８］
適用例１９に記載の統合システムであって、
前記制御雰囲気搬送チャンバおよび前記制御雰囲気搬送チャンバに結合された少なくとも１つのプロセスモジュールは、前記基板の酸素への曝露を制御するために、不活性ガスの群より選択される１つまたは２つ以上の不活性ガスで満たされる、統合システム。
［適用例２９］
適用例１９に記載の統合システムであって、
基板は、前記基板が酸素に曝露される時間を制限するために、前記統合システム内において搬送され処理される、統合システム。
［適用例３０］
適用例２９に記載の方法であって、
前記基板表面の酸素への曝露を制限することは、前記機能化層を前記金属バリア層の前記表面上に堆積させることを可能にする、方法。
［適用例３１］
適用例１９に記載の統合システムであって、
前記制御雰囲気搬送モジュールに結合された前記少なくとも１つのプロセスモジュールは、前記基板のドライイン、ドライアウト処理を可能にし、前記基板は、乾燥した状態で前記少なくとも１つのプロセスモジュールに出入りする、統合システム。
本発明の原理を例示した添付の図面に関連させた以下の詳細な説明から、本発明のその他の態様および利点が明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
本発明は、添付の図面に関連させた以下の詳細な説明によって、容易に理解することができる。ここで、類似の参照符号は、類似の構成要素を示すものとする。
【０００８】
【図１Ａ】配線処理の諸段階におけるデュアルダマシン配線構造の断面である。
【図１Ｂ】配線処理の諸段階におけるデュアルダマシン配線構造の断面である。
【図１Ｃ】配線処理の諸段階におけるデュアルダマシン配線構造の断面である。
【図１Ｄ】配線処理の諸段階におけるデュアルダマシン配線構造の断面である。
【図２Ａ】配線処理の諸段階における金属線構造の断面図である。
【図２Ｂ】配線処理の諸段階における金属線構造の断面図である。
【図２Ｃ】配線処理の諸段階における金属線構造の断面図である。
【図３Ａ】配線処理の代表的なプロセスフローである。
【図３Ｂ】図３Ａのプロセスフローを使用して基板を処理するために使用される代表的な統合システムを示す図である。
【図４】機能化層を組み入れるための配線処理の諸段階における金属線構造の断面図である。
【図５Ａ】機能化層を組み入れるための配線処理の諸段階における配線構造の断面図である。
【図５Ｂ】機能化層を組み入れるための配線処理の諸段階における配線構造の断面図である。
【図５Ｃ】機能化層を組み入れるための配線処理の諸段階における配線構造の断面図である。
【図５Ｄ】機能化層を組み入れるための配線処理の諸段階における配線構造の断面図である。
【図５Ｅ】機能化層を組み入れるための配線処理の諸段階における配線構造の断面図である。
【図６Ａ】機能化層を組み入れる配線処理の代表的なプロセスフローを示す図である。
【図６Ｂ】図６Ａのプロセスフローを使用して基板を処理するために使用される代表的な統合システムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
界面の接着性を向上させなおかつ金属配線の抵抗性を下げるために還元によって界面金属酸化物を除去するまたは接着促進層を追加する金属統合技術について、いくつかの代表的な実施形態が提供される。本発明は、プロセス、方法、装置、またはシステムを含む多くの方式で実現可能であることを理解されるべきである。発明力のある本発明のいくつかの実施形態が、以下で説明される。当業者ならば明らかなように、本発明は、本明細書において特定された一部または全部の詳細をともなわずとも実施可能である。
【００１０】
図１Ａは、デュアルダマシンプロセス手順を使用してパターン形成された後の配線構造の代表的な断面を示している。配線構造は、基板５０上にあり、事前の作成によってメタライゼーション線１０１を内部に形成された誘電体層１００を有している。メタライゼーション線は、一般に、誘電体１００内にトレンチをエッチングし次いでそのトレンチに銅などの導電材料を充填することによって作成される。
【００１１】
トレンチ内には、銅材料１２２が誘電体１００内に拡散するのを阻止するために使用されるバリア層１２０がある。バリア層１２０は、物理気相成長（ＰＶＤ）窒化タンタル（ＴａＮ）、ＰＶＤタンタル（Ｔａ）、原子層成長（ＡＬＤ）ＴａＮ、またはこれらの膜の組み合わせで作成することができる。その他のバリア層材料もまた、使用することができる。バリア層１０２は、上位の誘電体材料１０４，１０６を通ってバリア層１０２へとビアホール１１４がエッチングされる際に、銅材料１２２が時期尚早に酸化されないように保護するために、平坦化された銅材料１２２の上に堆積される。バリア層１０２は、選択性のエッチングストップとして機能するようにも構成される。代表的なバリア層１０２材料は、窒化シリコン（ＳｉＮ）または炭化シリコン（ＳｉＣ）を含む。
【００１２】
バリア層１０２の上に、ビア誘電体層１０４が堆積される。ビア誘電体層１０４は、有機ケイ酸塩ガラス（ＯＳＧ、炭素ドープ酸化シリコン）または好ましくは低誘電率のその他のタイプの誘電体材料で作成することができる。代表的な二酸化シリコンとしては、ＰＥＣＶＤ非ドープＴＥＯＳ二酸化シリコン、ＰＥＣＶＤフッ素化シリカガラス（ＦＳＧ）、ＨＤＰ  ＦＳＧ、ＯＳＧ、ポーラスＯＳＧなどを挙げることができる。カリフォルニア州サンタクララのApplied MaterialsによるBlack Diamond (I)およびBlack Diamond (II)、サンノゼのNovellus SystemsによるCoral、アリゾナ州フェニックスのASM America Inc.によるAuroraを含む市販の誘電体材料もまた、使用することができる。ビア誘電体層１０４の上は、トレンチ誘電体層１０６である。トレンチ誘電体層１０６は、炭素ドープ酸化物（Ｃ酸化物）などの低誘電率（ｌｏｗ−ｋ）誘電体材料であってよい。低誘電率誘電体材料の誘電率は、約３．０またはそれ未満であってよい。一実施形態では、ビア誘電体層およびトレンチ誘電体層は、ともに同じ材料で作成され、同時に堆積されて連続膜を形成する。トレンチ誘電体層１０６が堆積された後、この（これらの）構造を保持する基板５０は、既知の技術によって、ビアホール１１４およびトレンチ１１６を形成するためのパターン形成プロセスおよびエッチングプロセスを経る。
【００１３】
図１Ｂは、ビアホール１１４およびトレンチ１１６の形成後に、ビアホール１１４およびトレンチ１１６の被覆および充填のためにバリア層１３０と銅層１３２とが堆積されることを示している。バリア層１３０は、窒化タンタル（ＴａＮ）、タンタル（Ｔａ）、ルテニウム（Ｒｕ）、またはこれらの材料の異種混合で作成することができる。これらは、一般に考えられる材料であるが、その他のバリア層材料もまた、使用することができる。バリア層材料は、とりわけ、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、ジルコン（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、バナジウム（Ｖ）、ルテニウム（Ｒｕ）、およびクロム（Ｃｒ）を非限定例として含むその他の耐熱性金属化合物であってもよい。
【００１４】
図１Ｃに示されるように、次いで、ビアホール１１４およびトレンチ１１６を充填するために、銅膜１３２が堆積される。一実施形態では、銅膜１３２は、その下に薄い銅シード層１３１を含む。一実施形態では、薄い銅シード層の厚さは、約５オングストロームから約３００オングストロームまでの間である。
【００１５】
Ｔａ、ＴａＮ、またはＲｕなどのバリア層は、長期間にわたって空気に曝露されると、ＴａxＯy（酸化タンタル）、ＴａＯxＮy（窒酸化タンタル）、またはＲｕＯ2（酸化ルテニウム）を形成する恐れがある。基板上への金属層の無電解堆積は、基板の表面特性および組成に大きく依存する。Ｔａ、ＴａＮ、またはＲｕの表面上への銅の無電解めっきは、電解めっきに先立つシード層の形成およびリソグラフィ的に画定されたパターン内へのＣｕ線の選択的堆積の双方にとっての関心事である。懸念の１つは、酸素（Ｏ2）の存在下において形成される原子的に薄い自然金属酸化物の層によって、無電解堆積プロセスが抑制されることである。
【００１６】
また、銅膜は、酸化タンタルや、窒酸化タンタル、酸化ルテニウムなどのバリア酸化物層には接着せず、Ｔａ膜や、Ｒｕ膜、ＴａリッチＴａＮ膜などの純粋なバリア金属膜またはバリア層リッチ膜には接着する。Ｔａおよび／またはＴａＮのバリア層は、例として使用されているに過ぎない。説明および概念は、Ｒｕの薄い層を被せられたＴａまたはＴａＮなどのその他のタイプのバリア金属にも当てはまる。上述のように、乏しい接着性は、ＥＭ耐性に悪影響を及ぼす恐れがある。また、バリア層表面上への酸化タンタルまたは窒酸化タンタルの形成は、バリア層の抵抗性を増大させる恐れがある。これらの問題ゆえに、統合システムを使用してバリア／銅界面を調整し、バリア層と銅との間に優れた接着性を保証することおよびバリア層の抵抗性を小さく保証することが望まれる。
【００１７】
図１Ｂは、バリア層１３０が、ＡＬＤまたはＰＶＤのいずれかによって堆積された一層であることを示している。あるいは、バリア層１３０は、図１Ｄに示されるように、ＡＬＤプロセスによってＴａＮなどの第１のバリア層１３０Iを堆積させ、次いでＰＶＤによってＴａなどの第２のバリア層１３０IIを堆積させることによって、堆積させることができる。
【００１８】
デュアルダマシン配線構造に加えて、銅配線は、コンタクトの上の金属線（すなわちＭ１線）にも適用することができる。図２Ａは、誘電体エッチングによってパターン形成され、フォトレジストを除去された後における、金属線構造の代表的な断面を示している。金属線構造は、基板２００上にあり、事前の作成によってゲート酸化物１２１、スペーサ１０７、およびコンタクト１２５をともなうゲート構造１０５を内部に形成されたシリコン層１１０を有している。コンタクト１２５は、一般に、酸化物１０３内にコンタクトホールをエッチングし次いでそのコンタクトホールにタングステンなどの導電性材料を充填することによって作成される。代替の材料は、銅、アルミニウム、またはその他の導電性材料を含んでよい。バリア層１０２は、選択的なトレンチエッチングストップとして機能するように構成される。バリア層１０２は、窒化シリコン（ＳｉＮ）または炭化シリコン（ＳｉＣ）などの材料で作成することができる。
【００１９】
バリア層１０２の上に、金属線誘電体層１０６が堆積される。１０６の堆積に使用することができる誘電体材料は、上述されている。誘電体層１０６の堆積後、基板は、金属トレンチ１１６を形成するために、パターン形成されエッチングされる。図２Ｂは、金属トレンチ１１６の形成後、金属トレンチ１１６に裏打ちするために金属バリア層１３０が堆積されることを示している。図２Ｃは、バリア層１３０の堆積後、バリア層１３０の上に銅層１３２が堆積されることを示している。デュアルダマシン配線構造の場合と同様に、バリア層１３０は、窒化タンタル（ＴａＮ）、タンタル（Ｔａ）、Ｒｕ、またはこれらの膜の組み合わせで作成することができる。次いで、金属トレンチ１１６に充填するために、銅膜１３２が堆積される。
【００２０】
デュアルダマシン構造について上述されたように、Ｔａ、ＴａＮ、またはＲｕなどのバリア層は、長期間にわたって空気に曝露されると、ＴａxＯy（酸化タンタル）、ＴａＯxＮy（窒酸化タンタル）、またはＲｕＯ2（酸化ルテニウム）を形成する恐れがある。基板上への金属層の無電解堆積は、基板の表面特性および組成に大きく依存する。Ｔａ、ＴａＮ、またはＲｕの表面上への銅の無電解めっきは、電解めっきに先立つシード層の形成およびリソグラフィ的に画定されたパターン内へのＣｕ線の選択的堆積の双方にとっての関心事である。上述のように、懸念は、酸素（Ｏ2）の存在下において形成される原子的に薄い自然金属酸化物の層によって、無電解堆積プロセスが抑制されることである。また、銅膜は、酸化タンタルや、窒酸化タンタル、酸化ルテニウムなどのバリア酸化物層には接着せず、Ｔａ膜や、Ｒｕ膜、ＴａリッチＴａＮ膜などの純粋なバリア金属膜またはバリア層リッチ膜には接着する。上述のように、乏しい接着性は、ＥＭ耐性に悪影響を及ぼす恐れがある。バリア層表面上への酸化タンタルまたは窒酸化タンタルの形成は、バリア層の抵抗性を増大させる恐れもある。これらの問題ゆえに、統合システムを使用してバリア／銅界面を調整し、バリア層と銅との間に優れた接着性を保証することおよびバリア層の抵抗性を小さく保証することが望まれる。
【００２１】
図３Ａは、（図２Ａの）トレンチ１１６などのトレンチの形成後、無電解銅堆積のためにバリア（またはライナ）層表面を調整するプロセスフロー３００の一実施形態を示している。図２Ａ〜２Ｃに示されるような、コンタクトプラグの上への金属トレンチ配線の形成は、一例として使用されているに過ぎない。発明の概念は、図１Ａ〜１Ｄに示されるような金属トレンチの上へのデュアルダマシン配線構造の形成またはその他の適用可能な配線構造の形成に使用することもできる。しかしながら、バリア（またはライナ）層は、ＡＬＤまたはＰＶＤの堆積リアクタなどの非統合型の堆積システム内において、個別に調整されてもよいことに留意せよ。この場合、薄い銅シード層を堆積させるための表面調整は、金属プラグの前洗浄のステップおよびバリア堆積プロセスのステップを含まないと考えられる。ステップ３０１では、自然金属酸化物を除去するために、コンタクトプラグの上面１２４ａが洗浄される。金属酸化物は、Ａｒスパッタリングプロセス、ＮＦ3、ＣＦ4、もしくは両者の組み合わせなどのフッ素含有ガスを使用したプラズマプロセス、湿式化学的エッチングプロセス、または例えば水素含有プラズマを使用した還元プロセスによって除去することができる。金属酸化物は、１ステップまたは２ステップの湿式化学的プロセス手順の湿式化学的除去プロセスによって除去することができる。湿式化学的除去プロセスは、日本の関東化学株式会社によって提供されているDeerCleanなどの有機酸、デラウェア州ウィルミントンのDuPontによって提供されているESC 5800などの半水性溶媒、塩化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）などの有機塩基、エチレンジアミンやジエチレントリアミンなどの錯化アミン、またはコネティカット州ウェストヘーブンのEnthone, Inc.によって提供されているELD洗浄およびCap Clean 61などの特許化学剤を使用することができる。また、とりわけ酸化銅などの金属酸化物は、クエン酸などの弱い有機酸を使用して除去することができる、あるいはその他の有機酸または無機酸を使用することができる。また、硫黄−過酸化物混合などの、非常に薄い（すなわち＜０．１％の）過酸化物含有酸もまた、使用することができる。
【００２２】
ステップ３０３では、バリア層が堆積される。金属線およびビアの限界寸法の縮小ゆえに、バリア層は、技術ノード次第では、原子層成長（ＡＬＤ）によって堆積させることができる。バリア層１３０の厚さは、約２０オングストロームから約２００オングストロームまでの間である。上述のように、バリア層の酸素への曝露を防ぐことは、銅とバリア層との間の接着性に優れた方式でバリア層上に確実に無電解銅を堆積させるのに重要である。バリア層が堆積されると、基板は、酸素への曝露を制限するために、制御雰囲気環境内において搬送または処理されることが望ましい。一実施形態において、バリア層は、後続の銅シード堆積ステップのための触媒表面を提供するために、ステップ３０５において、水素プラズマ処理を施され、Ｔａ、ＴａＮ、またはＲｕなどのバリア層上に金属リッチ表面を形成される。還元プラズマは、水素またはアンモニアなどのガスを含むことができる。還元プラズマは、ＡｒまたはＨｅなどの不活性ガスを含むことができる。もし、バリア層堆積後のバリア表面が金属リッチであるならば、ステップ３０５は、随意のステップである。例えば、もし、堆積されたバリア層がタンタルまたはルテニウムの層であるならば、表面還元ステップは、不要である。他方で、もし、堆積されたバリア層がＴａＮなどのバリア窒化物層であるならば、あるいは、もし、バリア層が酸素に曝露されるならば、水素プラズマによる処理（または還元）が必要とされるであろう。このステップが必要であるか否かは、表面がどの程度金属リッチであるかに依存する。
【００２３】
その後、ステップ３０７において、バリア表面上に共形の銅シードが堆積され、そして、ステップ３０８において、厚い銅をギャップ充填（またはバルク充填）するプロセスが続く。一実施形態では、共形の銅シード層は、無電解プロセスによって堆積させることができる。厚い銅をバルク充填するプロセスは、無電解堆積（ＥＬＤ）プロセスまたは電解めっき（ＥＣＰ）プロセスであってよい。無電解銅堆積およびＥＣＰは、周知の湿式プロセスである。制御された処理＆搬送環境をともなうシステムに湿式プロセスを統合させるには、リアクタをリンス／ドライヤに統合し、ドライイン、ドライアウトのプロセス能力を可能にする必要がある。また、システムは、基板の酸素への曝露を確実に最小限に抑えられるように、不活性ガスで満たされる必要がある。無電解堆積プロセスは、パドルめっきなどの数々の方式で行うことができる。パドルめっきでは、流体が基板上に供給され、静止した状態で反応を進められる。その後、反応剤は、除去され廃棄される、または再生される。近年では、ドライイン、ドライアウトの無電解銅プロセスが開発されている。プロセスは、プロキシミティプロセスヘッドを使用して、無電解プロセス液を基板表面の限定領域と接触する範囲内に収める。プロキシミティプロセスヘッドの下方にない基板表面は、乾燥している。さらに、プロセスにおいて使用される全ての流体は、市販の脱ガスシステムによって脱ガスされている、すなわち溶存酸素を除去されている。
【００２４】
ステップ３０７，３０８における銅堆積の後、基板は、ステップ３０９における随意の基板洗浄を経ることができる。銅堆積の後の洗浄は、ペンシルバニア州アレンタウンのAir Products and Chemical, Inc.によって供給されているCP72Bを含有した溶液などの化学溶液によるブラシスクラブ洗浄を使用して達成することができる。LamのC3（商標）またはAMC（商標、高度な機械的洗浄）による洗浄技術などのその他の基板表面洗浄プロセスもまた、使用することができる。
【００２５】
図３Ｂは、バリア表面調整後の重要なステップにおいて基板表面の酸素への曝露を最小限に抑えることができる統合システム３５０の一実施形態の概略図を示している。また、これは統合システムであるので、基板は、１つのプロセスステーションから直ちに次のプロセスステーションへと搬送され、これは、清浄なバリア表面が低レベルの酸素に曝露される時間を制限する。統合システム３５０は、図３Ａのフロー３００のプロセス手順全体を通して基板処理に使用することができる。
【００２６】
上述のように、銅の無電解堆積のための表面調整プロセスおよび随意のコバルト合金堆積後プロセスは、乾式プロセスと湿式プロセスとの混合をともなう。湿式プロセスは、一般に、ほぼ大気圧で動作され、乾式プラズマプロセスは、１トール未満で動作される。また、バリア層の堆積後、基板が曝露される酸素は可能な限り少量であることが望ましく、これは、制御環境内における搬送および処理によって実現することができる。したがって、統合システムは、乾式プロセスと湿式プロセスとの混合を取り扱える必要がある。制御された処理＆搬送環境をともなうシステムに湿式プロセスを統合するには、リアクタをリンス／ドライヤに統合し、ドライイン、ドライアウトのプロセス能力を可能にする必要がある。また、システムは、基板の酸素への曝露を確実に最小限に抑えられるように、不活性ガスで満たされる必要がある。統合システム３５０は、３つの基板搬送モジュール３６０，３７０，３８０を有する。搬送モジュール３６０，３７０，３８０は、基板３５５を１つのプロセス区域から別のプロセス区域へと移動させるためのロボットを装備している。プロセス区域は、基板カセット、リアクタ、またはロードロックであってよい。基板搬送モジュール３６０は、実験室雰囲気下で動作される。モジュール３６０は、基板３５５を統合システムに持ち込むためまたは基板をカセット３６１の１つに戻すために、基板ローダ（または基板カセット）３６１と連携して機能する。
【００２７】
プロセスフロー３００において上述されたように、基板３５５は、バリア層および銅層を堆積させるために統合システム３５０に持ち込まれる。プロセスフロー３００のステップ３０１において説明されたように、自然酸化タングステンを除去するために、コンタクト１２５のタングステン上面１２４ａがエッチングされる。酸化タングステンが除去されると、露出された図２Ａのタングステン表面１２４ａは、酸素に曝露されないように保護される必要がある。もし、除去プロセスがＡｒスパッタリングプロセスであるならば、リアクタ３７１は、真空搬送モジュール３７０に結合される。もし、湿式の化学的エッチングが選択されるならば、リアクタは、タングステン表面の酸素への曝露を制限するために、実験室雰囲気搬送モジュール３６０ではなく、制御雰囲気搬送モジュール３８０に結合されることが望ましい。
【００２８】
その後、基板は、図３Ａのステップ３０３において説明されたように、Ｔａ、ＴａＮ、Ｒｕ、またはこれらの膜の組み合わせなどの金属バリア層を堆積される。図２Ｂのバリア層１３０は、ＡＬＤプロセスまたはＰＶＤプロセスによって堆積させることができる。一実施形態では、ＡＬＤプロセスは、１トール未満で動作される。ＡＬＤリアクタ３７３は、真空搬送モジュール３７０に結合される。別の一実施形態では、堆積プロセスは、金属バリアを形成するために、超臨界ＣＯ2および有機金属前駆体を使用する高圧プロセスである。さらに別の一実施形態では、堆積プロセスは、１トール未満の圧力で動作される物理気相成長（ＰＶＤ）プロセスである。
【００２９】
基板は、例えば、図３Ａのステップ３０５において説明されたように、水素含有プラズマを使用した随意の還元（水素プラズマ処理）プロセスを経ることができる。水素還元リアクタ３７４は、真空搬送モジュール３７０に結合することができる。この段階で、基板は、無電解銅堆積の用意が整う。無電解銅めっきは、共形のシード層を堆積させるために、無電解銅めっきリアクタ３８１内において実施することができる。シード層の堆積に続いて、共形シード層の堆積に使用されたのと同じ無電解銅堆積リアクタ３８１内において、ただし、バルク充填を実現するための異なる化学物質を使用して、銅のバルク充填を実施することができる。あるいは、銅のバルク充填は、別個のＥＣＰリアクタ３８１’内において実施することができる。
【００３０】
統合システム３５０を後にする前に、基板は、先の銅堆積プロセスからの残留物を洗浄することができる表面洗浄プロセスを随意に経ることができる。例えば、基板洗浄プロセスは、ブラシ洗浄プロセスであってよい。基板洗浄リアクタ３８３は、制御雰囲気搬送モジュール３８０に統合することができる。あるいは、基板洗浄リアクタ３８３は、実験室雰囲気搬送モジュール３６０に統合することもできる。あるいは、図２Ｂのバリア層１３０は、基板２００が表面処理および銅堆積のためにシステムに持ち込まれる前に、プロセスチャンバ内において堆積させることができる。上述のように、図３Ａにおいて説明されたプロセスフロー３００および図３Ｂにおいて説明されたシステム３５０は、図１Ａ〜１Ｄに示されるようなデュアルダマシン構造またはその他の適用可能な配線構造のためにバリア層および銅を堆積させるために使用することもできる。デュアルダマシン構造の場合は、フロー３００のステップ３０１は、図１Ａの表面１２２ａとして示された金属線の上面を洗浄するステップに置き換えられる。
【００３１】
上述のように、ＥＭ耐性は、銅とバリア層との間の接着性によって影響される。一実施形態では、ケミカルグラフト化学物質が、導電性または半導電性の洗浄表面に選択的に結合し、その導電性または半導電性の洗浄表面上にこのような化学物質の自己組織化単分子層（ＳＡＭ）を形成する。エレクトログラフト化学物質またはケミカルグラフト化学物質は、錯化基であって導電性または半導電性の表面上に単分子層を形成するものであり、基板表面を機能化することによって単分子層の上に材料の層を堆積させ、単分子層と堆積層材料とを強く結合させる。したがって、単分子層は、機能化層とも呼ぶことができる。以下において、自己組織化単分子層と機能化層とは、同義の用語として使用される。あるいは、単分子層は、堆積プロセス中に堆積材料に置き換られてよい。堆積材料は、直接、基板と強い結合を形成する。錯化基は、導電性または半導電性の表面との共有結合を形成する一端を有する。銅配線用のバリア金属の一例としてＴａを使用すると、機能化層の錯化基は、Ｔａとの強い結合を形成する一方の端と、銅との強い結合を形成するまたは銅と結合する触媒部位に変化させられるもう一方の端とを有する。ケミカルグラフトによって形成されたＳＡＭの場合、ケミカルグラフト分子は、物理吸着および化学吸着によって溶液から固体基板上へと吸着されて表面と結合し、自己組織化単分子層である規則正しい分子機能化層を形成する。
【００３２】
図４（Ａ）は、バリア表面４１０をともなうバリア層４０１を示している。図４（Ｂ）は、バリア表面４１０にケミカルグラフト錯化基４２０の機能化層４０２が堆積されることを示している。錯化基４２０は、「Ａ」端および「Ｂ」端の２端を有する。「Ａ」端は、バリア金属をともなう表面４１０との共有結合を形成する。錯化基４２０は、Ｔａ、ＴａＮ、Ｒｕ、またはその他の適用材料などの材料で作成することができるバリア表面との共有結合を形成するであろう「Ａ」端を有することが望ましい。一実施形態では、「Ｂ」端は、図４（Ｃ）に示されるように、銅シード層４０３との共有結合を形成する。このような実施形態では、錯化基４２０の「Ｂ」端は、銅との共有結合を形成するであろう化学物を選択することが望ましい。あるいは、図４（Ｄ）に示されるように、銅４０３’が、錯化基４２０全体に置き換わってバリア表面上に直接堆積してもよいし、あるいは、銅と結合する触媒部位に変化させられてもよい。図４（Ｄ）の錯化基４２０は、銅がバリア表面と結合するのを助ける。
【００３３】
一実施形態では、ケミカルグラフト錯化基の「Ａ」端は、ルイス塩基のバリア表面と相互作用（すなわちグラフト）してその金属とケミカルグラフト化学物質（すなわち錯化基）との結合を形成するルイス酸である。ケミカルグラフト錯化（すなわち官能）基の例には、チオール、シラン、アルコール、有機酸、アミン、およびピロールが含まれる。チオールの例には、デカンチールおよびオクタデカンチオールなどのアルカンチール、テトラフェニルポルフィン、二硫化ジフェニル、芳香族チオアセテート、ルテニウム（II）トリス（２，２，プライム−ビピリジン）チオール、チオフェノール、４，４プライム−ジチオジピリジン、二硫化ナフタレン、ならびにビス（２−アントラキニル）二硫化物が含まれる。シランの例には、３−メルカプトプロフィルトリメトキシシラン、γ−メタクリルオキシプロピルトリエトキシシラン、ペルフルオロオクタノキシルプロフィル−ジメチルシラン、アルキルトリクロロシラン、およびオクタデシルシロキサンが含まれる。アルコールの一例には、オクタノールが含まれる。有機酸の例には、２２−メルカプト−１−ドコサン酸、アルカンホスホン酸、およびオクタデカン酸が含まれる。アミンの例には、ジアミノドデカンが含まれる。ピロールの例には、ｎ−フェニルピロールおよび２，５−ジチエニルピロールトライアッドが含まれる。「Ｂ」端は、Ｃｕと選択的に結合する元素を含有した官能基であることが望ましい。このような元素には、銅（Ｃｕ）、コバルト（Ｃｏ）、およびルテニウム（Ｒｕ）が含まれる。
【００３４】
図５Ａは、誘電体層５０１に取り囲まれた配線金属構造（金属１）の開口５１０を示している。図５Ｂは、金属開口５１０を被覆するためにバリア層５０２が堆積されることを示している。金属構造の底は、コンタクトであり、図２Ａ〜２Ｃに示されたコンタクト１２５と同様である。バリア層は、ＡＬＤ、ＰＶＤ、またはその他の適用可能なプロセスによって堆積させることができる。バリア層の厚さは、約５オングストロームから約３００オングストロームまでの間である。図５Ｃは、バリア層５０２上にケミカルグラフト錯化化合物の機能化層５０３が堆積されることを示している。一実施形態では、機能化層５０３の厚さは、約５オングストロームから約２０オングストロームまでの間である。機能化層５０３が堆積された後は、図５Ｄに示されるように、機能化層５０３の上に銅シード層５０４が堆積される。銅シード層５０４が堆積された後は、図５Ｅに示されるように、銅ギャップ充填層５０５が堆積される。
【００３５】
図６Ａは、無電解銅堆積のためにバリア（またはライナ）層表面を調整するプロセスフローの一実施形態を示している。ステップ６０１において、図２Ａのコンタクト１２５の上面１２４ａは、自然金属酸化物を除去するために洗浄される。金属酸化物は、Ａｒスパッタリングプロセスまたは湿式化学的エッチングプロセスによって除去することができる。ステップ６０３では、ＡＬＤシステム内またはＰＶＤシステム内のいずれかにおいて、バリア層が堆積される。上述のように、バリア層の酸素への曝露を防ぐことは、銅とバリア層との間の接着性に優れた方式でバリア層上に確実に無電解銅を堆積させるのに重要である。同様に、バリア表面上に機能化層を適切に堆積させるためには、バリア表面は、バリア酸化物を除去されることが望ましい。バリア層が堆積されると、基板は、酸素への曝露を制限するために、制御雰囲気環境内において搬送または処理されることが望ましい。バリア層は、後続の銅シード堆積ステップのための触媒表面を提供する金属リッチ層を形成するために、ステップ６０５において、還元（すなわち水素含有）プラズマによって処理される。還元プラズマ処理は、表面の組成に応じて随意である。その後、基板表面は、ステップ６０６において、ケミカルグラフト錯化化合物の機能化層を堆積される。一実施形態では、ケミカルグラフト錯化化合物は、溶液に混入され、堆積プロセスは、湿式プロセスである。ステップ６０６における堆積ステップの後は、随意の洗浄ステップ６０７が必要になるであろう。
【００３６】
その後、ステップ６０８において、バリア表面上に共形の銅シードが堆積され、そして、ステップ６０９において、厚い銅をバルク充填（またはギャップ充填）するプロセスが続く。共形の銅シード層は、無電解プロセスによって堆積させることができる。厚い銅のバルク充填（ギャップ充填でもある）層は、ＥＣＰプロセスによって堆積させることができる。あるいは、厚いバルク充填（ギャップ充填でもある）層は、共形銅シードのための無電解システムと同じシステム内において、異なる化学物質を使用した無電解プロセスによって堆積させることができる。
【００３７】
ステップ６０８において、基板に共形銅シードが堆積され、ステップ６０９において、無電解めっきプロセスまたは電解めっきプロセスのいずれかによって厚いＣｕのバルク充填がなされた後、次のプロセスステップ６１０は、先の無電解コバルト合金堆積からの任意の残留汚染物を洗浄するための随意の基板洗浄ステップである。
【００３８】
図６Ｂは、バリアおよび銅の表面調整後の重要なステップにおいて基板表面の酸素への曝露を最小限に抑えることができる統合システム６５０の一実施形態の概略図を示している。また、これは統合システムであるので、基板は、１つのプロセスステーションから直ちに次のプロセスステーションへと搬送され、これは、清浄なバリア表面が低レベルの酸素に曝露される時間を制限する。統合システム６５０は、図６Ａのフロー６００のプロセス手順全体を通して基板処理に使用することができる。
【００３９】
統合システム６５０は、３つの基板搬送モジュール６６０，６７０，６８０を有する。搬送モジュール６６０，６７０，６８０は、基板６５５を１つのプロセス区域から別のプロセス区域へと移動させるためのロボットを装備している。プロセス区域は、基板カセット、リアクタ、またはロードロックであってよい。基板搬送モジュール６６０は、実験室雰囲気下で動作される。モジュール６６０は、基板６５５を統合システムに持ち込むためまたは基板をカセット６６１の１つに戻すために、基板ローダ（または基板カセット）６６１に接続して機能する。
【００４０】
図６Ａのプロセスフロー６００において上述されたように、基板６５５は、バリア層を堆積させるため、そして銅層の堆積のためにバリア表面を調整するために、統合システム６５０に持ち込まれる。プロセスフロー６００のステップ６０１において説明されたように、自然金属酸化物を除去するために、コンタクト１２５のコンタクト上面１２４ａがエッチングされる。金属酸化部が除去されると、露出された図２Ａのタングステン表面１２４ａは、酸素に曝露されないように保護される必要がある。もし、除去プロセスがＡｒスパッタリングプロセスであるならば、Ａｒスパッタリングリアクタ６７１は、真空搬送モジュール６７０に結合される。もし、湿式の化学的エッチングが選択されるならば、リアクタは、清浄なタングステン表面の酸素への曝露を制限するために、実験室雰囲気搬送モジュール６６０ではなく、制御雰囲気搬送モジュール６８０に結合されることが望ましい。制御された処理＆搬送環境をともなうシステムに湿式プロセスを統合するには、リアクタをリンス／ドライヤに統合し、ドライイン、ドライアウトのプロセス能力を可能にする必要がある。また、システムは、基板の酸素への曝露を確実に最小限に抑えられるように、不活性ガスで満たされる必要がある。
【００４１】
その後、基板は、金属バリア層を堆積される。図２Ｂのバリア層１３０は、ＰＶＤプロセスまたはＡＬＤプロセスによって堆積させることができる。一実施形態では、バリア層１３０は、ＡＬＤプロセスによって堆積される。これは、湿式プロセスであり、１トール未満で動作される。ＡＬＤリアクタ６７２は、真空搬送モジュール６７０に結合される。基板は、機能化層の堆積のためにバリア層の表面を確実に金属リッチにするために、随意の水素還元プロセスを経ることができる。水素還元リアクタ６７４は、真空搬送モジュール６７０に結合することができる。この段階で、基板は、ケミカルグラフト錯化化合物機能化層堆積の用意が整う。上述のように、一実施形態では、このプロセスは、湿式プロセスであり、制御雰囲気搬送モジュール６８０に結合されたケミカルグラフト錯化化合物堆積チャンバ６８３内において堆積させることができる。一実施形態では、チャンバ６８３は、機能化層の堆積後に基板６５５を洗浄するために、洗浄モジュール（不図示）に統合される。別の一実施形態では、基板６５５は、プロセスフロー６００において説明されたように、随意の基板洗浄ステップ６０７を経る。基板洗浄プロセスは、ブラシ洗浄プロセスであってよく、そのリアクタ６８５は、制御雰囲気搬送モジュール６８０に統合することができる。基板表面の洗浄後、基板６５５は、フロー６００のステップ６０８において説明されたように、銅シード層堆積の用意が整う。一実施形態では、銅シード層の堆積は、無電解プロセスによって実施される。無電解銅めっきは、図６Ａのステップ６０８において説明されたように、共形の銅シード層を堆積させるために、無電解銅めっきリアクタ６８１内において実施することができる。上述のように、図６Ａのステップ６０９におけるギャップ充填銅層の堆積は、同じ無電解めっきリアクタ６８１内において異なる化学物質を使用して、または別個のＥＣＰリアクタ６８１’内において行うことができる。
【００４２】
統合システム６５０を後にする前に、基板は、先の銅めっきプロセスからの残留物を洗浄することができる表面洗浄プロセスを随意に経ることができる。基板洗浄プロセスは、ブラシ洗浄プロセスであってよく、そのリアクタ６６３は、実験室雰囲気搬送モジュール６６０に統合することができる。
【００４３】
図６Ｂにおいて説明された、制御雰囲気搬送モジュール６８０に結合された湿式処理システムは、いずれも、システム統合を可能にするために、ドライイン、ドライアウトの条件を満たす必要がある。また、システムは、基板の酸素への曝露を確実に最小限に抑えられるように、１つまたは２つ以上の不活性ガスで満たされる。
【００４４】
図６Ａにおいて説明されたプロセスフロー６００および図６Ｂにおいて説明されたシステム６５０は、図１Ａ〜１Ｄに示されるようなデュアルダマシン構造のためにバリア層および銅を生長させるために使用することができる。デュアルダマシン構造の場合、フロー６００のステップ６０１は、図１Ａの表面１２２ａとして示された金属線の上面を洗浄するステップに置き換えられる。
【００４５】
本発明は、いくつかの実施形態の観点から説明されてきたものの、当業者ならば、以上の明細書を読み図面を吟味することによって、様々な代替、追加、置換、および等価の形態を明確に理解することができる。したがって、本発明は、本発明の真の趣旨および範囲に含まれるものとして、このようなあらゆる代替、追加、置換、および等価の形態を含むことを意図している。特許請求の範囲において、要素および／またはステップは、特許請求の範囲内に明記されない限り、いかなる特定の動作順序も暗示しない。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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