(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃｕ、Ｎ、およびＳｉおよび／またはＧｅを含むキャップ層（６）を、銅の導電構造（２）の上に形成する方法であって、一連の工程である、
２００℃と４００℃との間の温度範囲で、構造をＧｅＨ４、またはＳｉＨ４とＧｅＨ４との含有雰囲気（３）に晒すことにより、銅の導電構造（２）の上に少なくとも１つのキャップ層（４）を形成する工程と、
ＮＨ３プラズマ処理（５）を行って、少なくとも部分的に窒化されたキャップ層（６）を形成する工程と、
少なくとも部分的に窒化されたキャップ層（６）の上に誘電体バリア層（７）を形成する工程と、を含み、
少なくとも１つのキャップ層を形成する工程の前に、２５０℃と４５０℃との間の温度範囲で、銅の導電構造のプレアニール工程が行われ、
ＮＨ３ガスが、ＧｅＨ４、またはＳｉＨ４とＧｅＨ４との含有雰囲気に加えられ、これにより少なくとも部分的に窒化されたキャップ層を形成することを特徴とする方法。
【請求項２】
プレアニール工程が、少なくとも１５分間、好適には少なくとも３０分間行われる請求項１に記載の方法。
【請求項３】
プレアニール工程が、４００℃で行われる請求項１に記載の方法。
【請求項４】
少なくとも部分的に窒化された銅ゲルマナイドキャップ層を形成するために、雰囲気がＮＨ３ガスと混ぜられたＧｅＨ４を含む請求項１に記載の方法。
【請求項５】
少なくとも部分的に窒化された銅シリサイドキャップ層を形成するために、雰囲気がＮＨ３ガスと混ぜられたＳｉＨ４を含む請求項１に記載の方法。
【請求項６】
少なくとも部分的に窒化された銅シリサイドゲルマナイドキャップ層を形成するために、雰囲気がＮＨ３ガスと混ぜられたＧｅＨ４とＳｉＨ４を含む請求項１に記載の方法。
【請求項７】
少なくとも１つのキャップ層を形成する工程の後、またはＮＨ３プラズマ処理を行う工程の後に、２つのキャップ層を含むスタックを形成するために、少なくとも１つのキャップ層を形成する工程が繰り返され、一のキャップ層は、部分的に窒化された銅ゲルマナイドキャップ層であり、他のキャップ層は、ＧｅＨ４に代えてＳｉＨ４を用いて形成した部分的に窒化された銅シリサイドキャップ層である請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
ＧｅＨ４、またはＳｉＨ４とＧｅＨ４との含有雰囲気が、Ｎ２のような不活性ガスを含む請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
熱アニール工程が、キャップ層の形成工程の後、少なくとも部分的に窒化されたキャップ層を形成する工程の後、および／または誘電体バリア層を形成する工程の後、に行われる請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
銅構造のプレアニール工程と、キャップ層および／または部分的に窒化されたキャップ層を形成する工程とが、同じチャンバで行われる請求項１〜９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
銅構造のプレアニール工程と、キャップ層および／または部分的に窒化されたキャップ層を形成する工程とが、異なったチャンバで行われる請求項１〜９のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれかに記載の方法により得られる、埋め込まれた銅導電構造（２）の上の、セルフアラインの少なくとも部分的に窒化された銅シリコンゲルマナイドキャップ層（６）。
【請求項１３】
キャップ層の厚さが、３ｎｍから２０ｎｍまでの範囲である請求項１２に記載のセルフアラインの少なくとも部分的に窒化された銅シリコンゲルマナイドキャップ層（６）。
【請求項１４】
半導体基板と、
半導体基板上の絶縁層（１）であって、埋め込まれた銅導電構造（２）を有する絶縁層（１）と、
少なくとも部分的に窒化された銅シリサイドキャップ層と少なくとも部分的に窒化された銅ゲルマナイドキャップ層とを含む２つのキャップ層のスタックを含むセルフアラインのキャップ層（６）と、を含む半導体デバイス。
【請求項１５】
セルフアラインのキャップ層の厚さは、３ｎｍから２０ｎｍまでの範囲である請求項１４に記載の半導体デバイス。
【請求項１６】
誘電体バリア層（７）が、セルフアラインのキャップ層と絶縁増（１）とを覆う請求項１４または１５に記載の半導体デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体プロセスの分野に関する。特に、集積回路（ＩＣ）の製造のための、（例えば、銅の）ダマシン先端相互接続の応用の分野に関する。
【０００２】
本発明は、特に、製造工程のバックエンドオブライン（Back End of Line）段階における、銅の相互接続構造の製造プロセスに関する。
【０００３】
本発明は、更に、電気マイグレーション（ＥＭ）抵抗を改良するための、銅の相互接続構造上への選択的なキャップ層の形成に関する。
【背景技術】
【０００４】
半導体デバイスで、金属の相互接続ライン（トレンチ）やビアを形成するために一般に用いられる方法は、「ダマシン」として知られている。一般に、この方法は、誘電体層中に開口部を形成する工程を含み、この誘電体層は、垂直に間隔を隔てたメタライゼーション層を分離する。この開口部は、一般には、従来のリソグラフィ技術とエッチング技術を用いて形成される。形成後に、開口部は銅または銅合金で埋められ、ビアまたはトレンチが形成される。誘電体層の表面上の余剰の金属材料は、続いて、化学機械研磨（ＣＭＰ）により除去される。残った銅または銅合金は、ビアおよび／または金属相互接続ラインを形成する。
【０００５】
銅は、低抵抗であるため、一般にダマシンプロセスで使用される。しかしながら、特に、配置が縮小され続け、電流密度が増加し続ける場合に、銅では、電気マイグレーション（ＥＭ）やストレスマイグレーション（ＳＭ）への信頼性が問題となる。それゆえに、一般には、銅がｌｏｗ−ｋ誘電率（低誘電率）の近傍に拡散するのを防止するために、バリア層が形成される。近年、銅シリサイドナイトライド層が、ますますバリア層として使用されるようになっている。
【０００６】
狭いラインの信頼特性を維持するために、Ｃｕラインの上のセルアラインバリアを含むＣｕ／ｌｏｗ−ｋ相互接続構造が、４５ｎｍ世代以降の効果的な解決策として広く研究されている。実際は、電気マイクレーションは、ＳｉＣＮ、ＳｉＣＨ、およびＳｉＣＯのような誘電体バリアで覆われた狭いＣｕラインの大きな懸念であった。セルフアラインバリアを用いた代わりのアプローチは、相互接続特性を改良するために既に実行されている。
【０００７】
Gossetらは、Ｃｕラインの表面処理またはＣｕライン上への選択堆積プロセスのいずれかを用いたセルフアラインバリア（キャップ層）の集積について述べている（Self Aligned Barrier Approach: Overview on Process, Module Integration and Interconnect Performance Improvement Challenges, International Interconnect Technology Conference, 2006 IEEE）。ＣｕＳｉＮキャップ層は、現行のＰＥ−ＣＶＤやツールとの直接的な整合性のために開発された。これは３つの工程のプロセスからなり、最初に、自然Ｃｕ酸化物が、減圧プラズマ（例えばＨ２ベースプラズマ）を用いて除去される。第２の工程は、Ｃｕのシリサイド化であり、シランやトリメチルシランのようなＳｉベースの前駆体の分解を用いて銅がＳｉ原子で富まされる。最後に、ＮＨ３プラズマが行われ、ＣｕＳｉＮセルフアラインバリアが得られる。
【０００８】
Usamiらは、ＣｕＳｉＮセルフアラインバリアの形成について述べている（Highly Reliable Interface of Self-aligned CuSiN process with Low-k SiC barrier dielectric (k=3.5) for 65nm node and beyond, International Interconnect Technology Conference, 2006 IEEE）。第１の工程では、ウエハを平坦化した後（Ｃｕ−ＣＭＰ）、減圧プラズマが、表面の銅酸化物の除去のために適用された。第２の工程では、ＳｉＨ４ガスが銅表面に照射され、銅膜中にシリコン原子を拡散させる。第３の工程では、ポスト窒素含有プラズマが適用されて、過剰のシリコン原子が取り除かれ、シリコンのピンニングのためにＳｉ−Ｎボンドが形成された。最後に、ｌｏｗ−ｋＳｉＣバリア膜が、銅ラインの上に形成される。ＳｉＣは、ＳｉＣＮ（ｋ＝４．９）の堆積に用いられる標準の前駆体より、より複雑な誘起メチルシランソースを用いる従来のＰＥ−ＣＶＤリアクタ中で形成された。
【０００９】
米国特許６，８２１，８９０では、銅の表面上への接着性の弱い材料の接着を改良するために、銅ゲルマナイド、ゲルマナイド酸化物、ゲルマニウム窒化物、またはそれらの組み合わせからなる。
【００１０】
従来の銅シリサイドのようなバリア層の形成プロセスは、なおも欠点を有する。銅シリサイドは比較的不安定であるため、シリコンは銅シリサイドから分かれｌｏｗ−ｋ誘電体層中に拡散する。それゆえに、銅シリサイド層を完全に窒化して、より安定な銅シリサイドナイトライドを形成することが好まれる。これは、長時間のＮＨ３プラズマ処理および／または高パワーを必要とする。しかしながら、プラズマ処理は、ｌｏｗ−ｋ誘電体層に
ダメージを与えるという副次的な効果を有する。
【００１１】
キャッピング層としての銅ゲルマナイドの使用は、より安定でより低抵抗であるという長所を有する。しかしながら、銅ゲルマナイド（及び窒化した銅ゲルマナイド）は、（窒化された）銅シリサイドキャップ層に比較してより悪いエレクトロマイグレーション特性を有する。
【００１２】
適当なキャップ層に必要な矛盾は、新しいキャップ層の成分と同様に、例えば周囲の誘電体材料にダメージを与えない好ましいキャップ層を提供する改良された方法を必要とする。
【００１３】
新規のキャップ成分は、（Ｃｕのアウトデヒュージングを防止する）良好なバリア特性、低抵抗、およびキャップ層の安定性と、許容される（低い）シート抵抗の増加との組み合わせであるべきである。
【発明の概要】
【００１４】
本発明は、Ｃｕ相互接続構造の上に、少なくとも１つの選択的なキャップ層を形成し、これにより、キャップ層が、改良された電気マイグレーション（ＥＭ）抵抗と、それとともに組みあわされて、良好なバリア特性と、許容できる安定な金属シート抵抗（Ｒｓ）とを有する方法を提供する。
【００１５】
本発明は、それゆえに、（キャップ層の）改良された製造プロセスとともに、新規なキャップ組成を提供する。
【００１６】
本発明にかかる１の形態では、Ｃｕ、Ｎ、およびＳｉおよび／またはＧｅを含むキャップ層を、銅の導電構造の上（上部）に、好適には選択的に、形成（または提供、または堆積）する方法であって、この方法は、一連の工程である、
２００℃と４００℃との間の温度範囲で、構造をＧｅＨ４および／またはＳｉＨ４含有雰囲気に晒すことにより、銅の導電構造の上に、好適には選択的に、少なくとも１つのキャップ層を形成（または提供、または堆積）する工程と、
ＮＨ３プラズマ処理を行って、少なくとも部分的に窒化されたキャップ層を形成する工程と、
少なくとも部分的に窒化されたキャップ層の上（上部）に誘電体バリア層を形成（または提供、または堆積）する工程と、を含み、
少なくとも１つのキャップ層を形成する工程の前に、２５０℃と４５０℃との間の温度範囲で、銅の導電構造のプレアニール工程が行われることを特徴とする方法を提供する。
【００１７】
好適には、本発明で使用される「層を選択的に形成する」の文言は、Ｃｕ構造の「上（または上部）に形成する」ことを意味する。
【００１８】
好適には、銅の導電構造は、本発明にかかる半導体デバイス中に、ビアおよび／または金属相互接続ラインを形成することを意味する。
【００１９】
好適には、本発明で使用される「少なくとも部分的に窒化されたキャップ層」の文言は、キャップ層が少なくとも部分的に窒素で飽和されることを意味する。
【００２０】
好適には、本発明にかかる方法では、銅の導電構造のプレアニール工程は、Ｃｕ表面の化学機械平坦化（ＣＭＰ）の（直後または）後に行われる。
【００２１】
好適には、本発明にかかる方法では、銅の導電構造のプレアニール工程は、好適には、３００℃と４５０℃との間、より好適には３５０℃と４５０℃との間、更に好適には３５０℃と４００℃との間の温度範囲で行われる。
【００２２】
好適には、本発明にかかる方法では、銅の導電構造のプレアニール工程は、少なくとも１５分間、好適には少なくとも３０分間行われる。
【００２３】
より好適には、銅の導電構造のプレアニール工程は、（約）４００℃で行われる。
【００２４】
好適には、（追加の）プレアニール工程は、堆積前にＣＶＤリアクタ中で行われる（プレ）加熱（従来の方法）とは、かなり異なる。
【００２５】
より好適には、（追加の）プレアニール工程中に供給されるエネルギー量は、堆積前にＣＶＤリアクタ中で行われる（プレ）加熱（従来の方法）中に供給されるエネルギー量とは異なる。
【００２６】
より好適には、（追加の）プレアニール工程の加熱時間は、堆積前にＣＶＤリアクタ中で行われる（プレ）加熱（従来の方法）の加熱時間とは異なる。
【００２７】
好適には、銅の導電構造の（追加の）プレアニール工程は、（追加の）Ｃｕが粒成長する温度で行われる。
【００２８】
好適には、本発明にかかる方法では、ＮＨ３ガスがＧｅＨ４および／またはＳｉＨ４含有雰囲気に加えられ、これにより、好適には選択的に、少なくとも部分的に窒化されたキャップ層を形成する。
【００２９】
好適には、本発明にかかる方法では、ＮＨ３ガスがＧｅＨ４および／またはＳｉＨ４含有雰囲気に加えられても良い。
【００３０】
好適には、本発明にかかる方法では、ＮＨ３ガスがＧｅＨ４および／またはＳｉＨ４含有雰囲気に加えられなければならない。
【００３１】
より好適には、雰囲気は、少なくとも部分的に窒化された銅ゲルマナイド（ＣｕＧｅｙＮｚ）キャップ層を形成するために、ＮＨ３ガスに混ぜられたＧｅＨ４を含み、または好ましくはこれらからなる。
【００３２】
ＣｕＧｅｙＮｚキャップ層は、銅、ゲルマニウム、および窒素を含み、または好ましくはこれらからなる。
【００３３】
ＣｕＧｅｙＮｚキャップ層において、ｙおよびｚは０ではない。
【００３４】
ＣｕＧｅｙＮｚキャップ層は、ゲルマニウムおよび窒素と、同等の利益を含む材料である。
【００３５】
ＣｕＧｅｙＮｚキャップ層は、ゲルマニウムおよび窒素のそれぞれを、少なくとも２５％のモル分率含む材料である。
【００３６】
ＣｕＧｅｙＮｚキャップ層は、好適には少なくとも部分的に、窒化された銅ゲルマナイドと呼ばれる。
【００３７】
ＣｕＧｅｙＮｚキャップ層は、銅ゲルマニウム窒化物とも呼ばれる。
【００３８】
好適には、本発明にかかる方法では、少なくとも部分的に窒化された銅シリサイド（ＣｕＳｉｘＮｚ）キャップ層を形成するために、雰囲気がＮＨ３ガスと混ぜられたＳｉＨ４を含み、または好ましくはこれらからなる。
【００３９】
ＣｕＳｉｘＮｚキャップ層は、銅、シリコン、および窒素を含み、または好ましくはこれらからなる。
【００４０】
ＣｕＳｉｘＮｚキャップ層において、ｘおよびｚは０ではない。
【００４１】
ＣｕＳｉｘＮｚキャップ層は、シリコンおよび窒素と、同等の利益を含む材料である。
【００４２】
ＣｕＳｉｘＮｚキャップ層は、シリコンおよび窒素のそれぞれを、少なくとも２５％のモル分率含む材料である。
【００４３】
ＣｕＳｉｘＮｚキャップ層は、好適には少なくとも部分的に、窒化された銅シリサイドと呼ばれる。
【００４４】
ＣｕＳｉｘＮｚキャップ層は、銅シリサイド窒化物とも呼ばれる。
【００４５】
好適には、本発明の方法では、少なくとも部分的に窒化された銅シリコンゲルマナイド（ＣｕＳｉｘＧｅｙＮｚ）キャップ層を形成するために、雰囲気がＮＨ３ガスと混ぜられたＧｅＨ４とＳｉＨ４を含み、または好ましくはこれらからなる。
【００４６】
ＣｕＳｉｘＧｅｙＮｚキャップ層は、銅、シリコン、ゲルマニウム、および窒素を含み、または好ましくはこれらからなる材料である。
【００４７】
ＣｕＳｉｘＧｅｙＮｚキャップ層において、ｘ、ｙおよびｚは０ではない。
【００４８】
ＣｕＳｉｘＧｅｙＮｚキャップ層は、シリコン、ゲルマニウムおよび窒素と、同等の利益を含む材料である。
【００４９】
ＣｕＳｉｘＧｅｙＮｚキャップ層は、シリコン、ゲルマニウムおよび窒素のそれぞれを、少なくとも２５％のモル分率含む材料である。
【００５０】
ＣｕＳｉｘＧｅｙＮｚキャップ層は、好適には少なくとも部分的に、窒化された銅シリコンゲルマナイドと呼ばれる。
【００５１】
ＣｕＳｉｘＧｅｙＮｚキャップ層は、銅シリコンゲルマナイド窒化物とも呼ばれる。
【００５２】
ＣｕＳｉｘＧｅｙＮｚキャップ層は、複合キャップ層と呼ばれる。
【００５３】
好適には、本発明にかかる方法では、少なくとも１つのキャップ層を形成する工程の後、またはＮＨ３プラズマ処理を行う工程の後に、２つのキャップ層を含み、または好適にはこれらからなるスタックを形成するために、少なくとも１つのキャップ層を形成する工程が繰り返され、一のキャップ層は、部分的に窒化された銅ゲルマナイド（ＣｕＧｅｙＮｚ）キャップ層であり、他のキャップ層は、部分的に窒化された銅シリサイド（ＣｕＳｉｘＮｚ）キャップ層である。
【００５４】
好適には、キャップ層の品質を改良するために、少なくとも１つのキャップ層を形成する工程が繰り返される。
【００５５】
好適には、２つのキャップ層を含み、または好適にはこれらからなるスタックを形成するために、少なくとも１つのキャップ層を形成する工程の繰り返しが、少なくとも１つのキャップ層を形成する（第１）工程を行った後に、好適にはこれに引き続いて行われる。
【００５６】
好適には、２つのキャップ層を含み、または好適にはこれらからなるスタックを形成するために、少なくとも１つのキャップ層を形成する工程の繰り返しが、ＮＨ３プラズマ処理工程を行った後に、好適にはこれに引き続いて行われる。
【００５７】
２つのキャップ層を含み、または好適にはこれらからなるスタックは、一のキャップ層が部分的に窒化された銅ゲルマナイド（ＣｕＧｅｙＮｚ）キャップ層を含み、他のキャップ層が部分的に窒化された銅シリサイド（ＣｕＳｉｘＮｚ）キャップ層を含み、デュアルキャップ層と呼ばれる。
【００５８】
好適には、本発明にかかる方法では、ＧｅＨ４および／またはＳｉＨ４含有雰囲気は、（ＮＨ３の他に）窒素（Ｎ２）のような不活性ガスを含む。
【００５９】
好適には、本発明にかかる方法では、熱アニール工程は、キャップ層の形成工程の後、少なくとも部分的に窒化されたキャップ層を形成する工程の後、および／または誘電体バリア層を形成する工程の後、に行われる。
【００６０】
好適には、少なくとも１つのキャップ層を形成する工程の後に、熱アニール工程が行われる。
【００６１】
好適には、ＮＨ３プラズマ処理を行う工程の後に、熱アニール工程が行われる。
【００６２】
好適には、誘電体バリア層を形成する工程の後に、熱アニール工程が行われる。
【００６３】
好適には、本発明にかかる方法では、銅構造のプレアニール工程と、キャップ層および／または部分的に窒化されたキャップ層を、好ましくは選択的に形成する工程とが、同じチャンバで行われる。
【００６４】
好適には、本発明にかかる方法では、銅構造のプレアニール工程と、キャップ層および／または部分的に窒化されたキャップ層を、好ましくは選択的に形成する工程とが、異なるチャンバで行われる。
【００６５】
本発明の他の形態では、本発明の方法により得られた、埋め込まれた銅導電構造の上（上部）の、好適にはセルフアラインの、少なくとも部分的に窒化された銅シリコンゲルマナイド（ＣｕＳｉｘＧｅｙＮｚ）キャップ層を提供する。
【００６６】
好適には、本発明中で用いられる「セルフアライン層」は、Ｃｕ構造の”上（または上部）に、選択的に形成された層”を意味する。
【００６７】
セルフアラインのキャップ層は、銅構造がシリコンおよび／またはゲルマニウムと直接接触する領域のみに形成される。
【００６８】
好適には、ＣｕＳｉｘＧｅｙＮｚ層は、キャップ層として使用される材料である。
【００６９】
好適には、少なくとも部分的に窒化された銅シリコンゲルマナイド（ＣｕＳｉｘＧｅｙＮｚ）キャップ層の厚さは、３ｎｍから２０ｎｍまでの範囲である。
【００７０】
本発明の他の形態では、
半導体基板と、
半導体基板上の絶縁層であって、埋め込まれた銅導電構造を有する絶縁層と、
導電構造の上の、好適にはセルフアラインの、少なくとも部分的に窒化された銅シリコンゲルマナイド（ＣｕＳｉｘＧｅｙＮｚ）キャップ層と、
を含む半導体デバイスを提供する。
【００７１】
本発明の他の形態では、
半導体基板と、
半導体基板上の絶縁層であって、埋め込まれた銅導電構造を有する絶縁層と、
少なくとも部分的に窒化された銅シリサイド（ＣｕＳｉｘＮｚ）キップ層と、少なくとも部分的に窒化された銅ゲルマナイド（ＣｕＧｅｙＮｚ）キャップ層とを含む２つのキャップ層のスタックを含み、好適にはこられからなる、好適にはセルフアラインのキャップ層と、
を含む半導体デバイスを提供する。
【００７２】
好適には、好適にはセルフアラインのキャップ層の厚さは、３ｎｍから２０ｎｍまでの範囲である。
【００７３】
好適には、本発明の具体例では、半導体デバイスは、好適にはセルフアラインのキャップ層と、絶縁増とを覆う誘電体バリア層を含む。
【００７４】
本発明の他の具体例では、本発明にかかる方法で得られた半導体デバイスを提供する。
【００７５】
悪い接着性と悪いバリア特性を避けることができることが、本発明の特定の具体例の長所である。
【００７６】
Ｓｉおよび／またはＧｅの、銅構造中への拡散（不純物）経路が防止できることは、本発明の特定の具体例の長所である。
【００７７】
Ｇｅおよび／またはＳｉ不純物が引き起こす、銅構造の高いシート抵抗（Ｒｓ）が改良（または低減）できることは、本発明の特定の具体例の長所である。
【００７８】
新規な複合キャップ層（ＣｕＳｉｘＧｅｙＮｚ）、または新規なデュアルキャップ層（ＣｕＳｉｘＮｚ／ＣｕＧｅｙＮｚまたはＣｕＧｅｙＮｚ／ＣｕＳｉｘＮｚ）が、ＣｕＳｉｘＮｚ層とＣｕＧｅｙＮｚ層の利益を併せ持つことは、本発明の特定の具体例の長所である。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
全ての図面は、本発明の幾つかの形態および具体例を表すことを意図する。代替えや選択の全てが示されるものではなく、それゆえにこの発明は所定の図面の内容に限定されるものではない。
【００８０】
【図１】１Ａから１Ｄは、本発明の好ましい具体例により、その上に改良された形成されたＣｕＳｉｘＮｚおよび／またはＣｕＧｅｙＮｚキャップ層が形成されたＣｕ構造の模式図を示す。
【図２】改良され安定したシート抵抗を有するＣｕＳｉｘＮｚおよび／またはＣｕＧｅｙＮｚ（デュアル）キャップ層を提供するための方法の、好ましい具体例を表すフローチャートを示す。
【図３】ＣｕＧｅＮキャップ層を用いないＰＶＤ−Ｃｕと比較した、最先端のプロセス（ｓｔｄ）を用いた場合と、本発明の好ましい具体例にかかる方法を用いた場合の、ＣｕＧｅＮキャップ層をその上に有する、プラズマ気相成長された銅（ＰＶＤ−Ｃｕ）のシート抵抗（Ｒｓ）の変化を示す。
【図４】ＣｕＧｅＮキャップ層を用いないＥＣＰ−Ｃｕと比較した、最先端のプロセス（ｓｔｄ）を用いた場合と、本発明の好ましい具体例にかかる方法を用いた場合の、ＣｕＧｅＮキャップ層をその上に有する、電気化学的に形成された銅（ＥＣＰ−Ｃｕ）のシート抵抗（Ｒｓ）の変化を示す。ＰＶＤ−Ｃｕと比較して、（ＥＣＰ−Ｃｕを平坦化するための化学機械プロセスを有する）ＥＣＰ−Ｃｕは、より厚い初期Ｃｕ膜厚を有する。このために、ＥＣＰ−ＣｕのＲｓは、ＰＶＤ−Ｃｕに比べて、ずっと低く、異なった開始Ｒｓ値を有する。
【発明を実施するための形態】
【００８１】
本発明は、銅の相互接続構造の上にキャップ層を形成し、これによりプラズマダメージを防止して、より低いシート抵抗（Ｒｓ）の増加や（Ｃｕの拡散の無い、または無視できる）良好なバリア特性のような改良されたキャップ層特性を得る新規な方法に関する。これは、キャップ層の形成工程前にプレアニール工程を導入することにより、および／またはＧｅＨ４／ＳｉＨ４含有ガスにＮＨ３を導入する工程により、達成される。ＧｅＨ４／ＳｉＨ４含有ガスにＮＨ３を導入することにより、（キャップ層の）形成工程中に、銅シリサイドおよび／または銅ゲルマナイドの窒化が起きる。
【００８２】
本発明は、更に、（デュアル）ダマシン型構造中のトレンチやビアのような、銅の相互接続構造の上に使用される新規な組成および／または新規なキャップ層スタックに関する。
【００８３】
新規な組成および／または新規なキャップ層スタックは、悪い接着性や悪いバリア特性の問題を解決する。
【００８４】
更に、新規の組成および／または新規なキャップ層スタックは、改良された電気マイグレーション特性と改良された（より低い）抵抗を与える。
【００８５】
（「複合」キャップ層とも呼ばれる）新規なキャップ層の組成は、ＣｕＳｉｘＧｅｙＮｚ層に対応し、（「デュアル」キャップ層）とも呼ばれるキャップ層のスタックは、互いに重なったＣｕＳｉｘＮｙおよびＣｕＧｅｙＮｚに対応する。
【００８６】
本発明の１の形態は埋め込まれた銅の導電構造の上（上部）に、Ｃｕ、Ｓｉ、および／またはＧｅを含むキャップ層を選択的に提供する方法に関し、かかる方法は少なくとも、
Ｃｕ構造をプレアニールする工程と、
この構造を、追加のＮＨ３ガスを有するＧｅＨ４および／またはＳｉＨ４含有雰囲気に晒すことにより、Ｃｕ構造の上に、少なくとも１つのキャップ層を選択的に成長させる工程と、
ＮＨ３プラズマ処理する工程と、
誘電体バリアを形成する工程と、を含む。
【００８７】
好適には、本発明の方法では、プレアニール工程は、２５０℃から４５０℃までの温度範囲で行われる。
【００８８】
更に好適には、プレアニール工程は、４００℃で３０分間行われる。
【００８９】
好適には、本発明の方法では、ＧｅＨ４および／またはＳｉＨ４含有雰囲気は、更に、（ＮＨ３の他に）Ｎ２のような不活性ガスを含む。
【００９０】
好適には、本発明にかかる方法では、少なくとも１つのキャップ層の選択成長工程は、Ｃｕ構造をＧｅＨ４含有雰囲気に晒し、ＣｕＧｅｙＮｚキャップ層を堆積させる工程である。
【００９１】
好適には、本発明にかかる方法では、少なくとも１つのキャップ層の選択成長工程は、Ｃｕ構造をＳｉＨ４含有雰囲気に晒し、ＣｕＳｉｘＮｚキャップ層を堆積させる工程である。
【００９２】
好適には、本発明にかかる方法では、少なくとも１つのキャップ層の選択成長工程は、Ｃｕ構造をＧｅＨ４および／またはＳｉＨ４含有雰囲気に晒し、ＣｕＳｉｘＧｅｙＮｚキャップ層を堆積させる工程である。
【００９３】
好適には、少なくとも１つのキャップ層の選択成長工程は２回繰り返されて、ＣｕＳｉｘＮｚキャップ層とＣｕＧｅｙＮｚキャップ層からなる２つのキャップ層のスタックを形成される。
【００９４】
好適には、本発明にかかる方法では、少なくとも１つのキャップ層を形成する工程後に、追加の熱アニール工程が行われる。
【００９５】
好適には、本発明にかかる方法では、ＮＨ３プラズマ処理を行う工程後に、追加の熱アニール工程が行われる。
【００９６】
好適には、本発明にかかる方法では、誘電体バリアを形成する工程後に、追加のアニール工程が行われる。
【００９７】
本発明の第２の形態では、半導体デバイスが開示され、かかる半導体デバイスは、
半導体基板と、
半導体基板を覆い、埋め込まれた銅の導電構造を有する絶縁層と、
導電構造の上の、セルフアラインのシリサイド（またはシリコン）ゲルマナイドナイトライド（ＣｕＳｉｘＧｅｙＮｚ）キャップ層と、を含む。
【００９８】
好適には、本発明にかかる半導体デバイス中の、セルフアラインのキャップ層は、ＣｕＳｉｘＮｚとＣｕＧｅｙＮｚのキャップ層からなる２つのキャップ層のスタックである。
【００９９】
好適には、本発明にかかる半導体デバイス中の、セルフアラインキャップ層は、３ｎｍから２０ｎｍまでの範囲の厚みを有する。
【０１００】
更に好適には、本発明にかかる半導体デバイスは、セルフアラインキャップ層と絶縁層（の上）を覆う誘電体バリアを含む。
【０１０１】
本発明の第１の形態では、銅の導電構造の上（上部）に、少なくとも１つの銅ゲルマナイドナイトライド（ＣｕＧｅｙＮｚ）および／または銅シリサイドナイトライド（ＣｕＳｉｘＮｚ）を形成する方法を提供する。
【０１０２】
図１の１Ａから１Ｄは、本発明の好適な具体例により、改良されたＣｕＳｉｘＮｚおよび／またはＣｕＧｅｙＮｚキャップ層がその上に形成されるＣｕ構造の模式図を示す。
【０１０３】
図２は、改良された安定したシート抵抗を有するＣｕＳｉｘＮｚおよび／またはＣｕＧｅｙＮｚ（デュアル）キャップ層を提供する方法の、好適な具体例を表すフローチャートである。
【０１０４】
好適に具体例では、埋め込まれた銅の導電構造の上（上部）にＣｕ（および）、Ｓｉおよび／またはＧｅを含むキャップ層を選択的に形成するためのこの方法は、少なくとも、
Ｃｕ構造をプレアニールする工程と、
追加のＮＨ３ソースガスを有するＧｅＨ４および／またはＳｉＨ４含有雰囲気にＣｕ構造を晒すことにより、Ｃｕ構造の上に少なくとも１つのキャップ層を選択的に成長（または形成、または堆積）させる工程と、
ＮＨ３プラズマ処理工程と、
誘電体バリアの堆積工程と、を含む。
【０１０５】
好適に具体例では、Ｃｕ構造は、シングルまたはデュアルダマシン相互接続構造（トレンチまたはビア）の一部である。
【０１０６】
Ｃｕ構造は、ＳｉＯ２や他の最先端のｌｏｗ−ｋ誘電体材料のような、相互接続構造を分離するのに用いられる誘電体層中に埋め込まれる。
【０１０７】
誘電体層は、更に活性な成分を含む半導体基板（例えばウエハ）の上に堆積される。
【０１０８】
好適な具体例では、キャップ層はＣｕ、（および）Ｓｉおよび／またはＧｅを含む。
【０１０９】
好適な具体例では、Ｃｕ構造をプレアニールする工程が、追加のＣｕ粒の成長のために行われる。
【０１１０】
Ｃｕ−ＣＭＰ後の表面上での追加の粒成長、または言い換えれば、（Ｃｕ表面の化学機械平坦化（ＣＭＰ）後に行われる）粒成長のための追加のアニール工程は、欠陥や、速いＳｉおよび／またはＧｅの拡散経路である結晶粒界を、効果的に消滅させる。
【０１１１】
本発明は、ＣＭＰ工程の直後または後に、プレアニール工程を行うことにより、Ｓｉおよび／またはＧｅの拡散経路を避ける問題を解決する。
【０１１２】
このプレアニール工程は、好適には、２５０℃から４５０℃までの温度範囲で行われる。
【０１１３】
好適なプレアニールは、４００℃で３０分間行われる。
【０１１４】
この熱プレアニールは、銅構造のＲｓを改良する。
【０１１５】
プレアニール工程は、金属ラインの低いＲｓを得るために必須と思われる。
【０１１６】
プレアニール工程は、キャップ層の形成がその中で行われるチャンバ、例えば化学気相成長チャンバと同じチャンバ中で行われても良い。
【０１１７】
プレアニール工程は、高速温度アニール（ＲＴＡ）により行われても良い。
【０１１８】
キャップ層の形成前のＣｕ構造のプレアニール工程は、キャップ層またはキャップ層の形成中のＧｅＨ４およびＳｉＨ４ガスからＣｕ構造中にＧｅまたはＳｉ不純物が拡散するのを防止する。
【０１１９】
Ｃｕ粒成長を遅らせてＣｕ抵抗を増加させるＣｕ粒界または界面またはＣｕ粒中のＧｅまたはＳｉ不純物は、効果的に低減される。
【０１２０】
ＧｅまたはＳｉ不純物による高いシート抵抗（Ｒｓ）は、このように改良される。
【０１２１】
少なくとも１つのキャップ層をＣｕ構造上に選択的に成長（または形成、または堆積）させる工程は、Ｃｕ構造を、ＧｅＨ４（および／またはＳｉＨ４）含有雰囲気に晒すことにより行われても良い。
【０１２２】
この工程中の温度は、好適には２００℃から４００℃までの範囲である。
【０１２３】
キャップ層の膜厚は、３ｎｍから２０ｎｍまでの範囲でも良い。
【０１２４】
キャップ層の成長（または形成、または堆積）中に窒化を行うために、ＮＨ３がＧｅＨ４（および／またはＳｉＨ４）含有雰囲気に加えられる。
【０１２５】
雰囲気は、更に、窒素ガス（Ｎ２）のような不活性化合物を含んでも良い。
【０１２６】
本発明の具体例では、キャップ層の成長（または形成、または堆積）工程は、プレアニールされたＣｕ構造をＳｉＨ４雰囲気に晒して、少なくとも銅シリサイドキャップ層を得ることで行われる。
【０１２７】
キャップ層の成長（または形成、または堆積）中にＮＨ３を更に加えることにより、少なくとも部分的に窒化された銅シリサイド層またはＣｕＳｉｘＮｚ層を得ることができる。
【０１２８】
ＣｕＳｉｘＮｚ層はＣｕ構造の上に選択的に形成され、言い換えれば、セルフアラインのＣｕＳｉｘＮｚ層が形成される。
【０１２９】
本発明の具体例では、キャップ層の成長（または形成、または堆積）は、プレアニールされたＣｕ構造をＧｅＨ４雰囲気に晒して、少なくとも銅ゲルマナイドキャップ層を得ることで行われる。
【０１３０】
キャップ層の成長（または形成、または堆積）中にＮＨ３を更に加えることにより、少なくとも部分的に窒化された銅ゲルマナイド層またはＣｕＧｅｙＮｚ層を得ることができる。
【０１３１】
ＣｕＳｉｘＮｚ層はＣｕ構造の上に選択的に形成され、言い換えれば、セルフアラインのＣｕＳｉｘＮｚ層が形成される。
【０１３２】
本発明の具体例では、少なくとも１つのキャップ層の成長（または形成、または堆積）工程は、デュアルキャップ層が２つのキャップ層から形成されて行われる。
【０１３３】
デュアルキャップ層の形成は、最初に、プレアニールされたＣｕ構造をＧｅＨ４（またはＳｉＨ４）雰囲気に晒して少なくとも第１の銅ゲルマナイド（またはシリサイド）キャップ層を形成し、続いて、Ｃｕ構造をＳｉＨ４（またはＧｅＨ４）雰囲気に晒して少なくとも第２の銅シリサイド（またはゲルマナイド）キャップ層を形成して行われる。
【０１３４】
キャップ層の成長（または形成、または堆積）中にＮＨ３を更に加えることにより、少なくとも部分的に窒化された銅ゲルマナイド（またはシリサイド層）またはＣｕＧｅｙＮｚ（ＣｕＳｉｘＮｚ）層を得ることができる。
【０１３５】
ＣｕＧｅｙＮｚ層とＣｕＳｉｘＮｚ層を含む（またはからなる）デュアル層が、Ｃｕ構造の上に選択的に形成され、言い換えれば、セルフアラインのデュアルキャップ層が形成される。
【０１３６】
本発明の具体例では、少なくとも１つのキャップ層はＳｉとＧｅを含み、ＣｕＧｅｙＮｚ層とＣｕＳｉｘＮｚ層の双方の特性を併せ持つことができる式：ＣｕＳｉｘＧｅｙＮｚに従う複合キャップ層が達成される。
【０１３７】
複合されたＣｕＳｉｘＧｅｙＮｚ層を選択的に成長（または形成、または堆積）するこの工程は、Ｃｕ表面を、ＮＨ４が（任意に）加えられた、ＧｅＨ４およびＳｉＨ４含有雰囲気に晒して行われる。
【０１３８】
セルフアラインのＣｕＳｉｘＧｅｙ層を選択的に成長（または形成、または堆積）させたい場合、Ｃｕ表面は、ＳｉＨ４およびＧｅＨ４含有雰囲気に晒される。
【０１３９】
セルフアラインのＣｕＳｉｘＧｅｙＮｚ層を選択的に成長（または形成、または堆積）させたい場合、Ｃｕ表面は、ＮＨ３が加えられたＳｉＨ４およびＧｅＨ４含有雰囲気に晒される。
【０１４０】
キャップ層の形成中にＮＨ３を加えることは、キャップ層からＣｕ構造中にＧｅ（および／またはＳｉ）が浸透するのを防止（低減）するのに有益である。
【０１４１】
本発明の具体例では、少なくとも１つのキャップ層の形成工程後に追加の熱アニール工程が行われても良い。
【０１４２】
ＣｕＧｅｙＮｚおよびＣｕＳｉｘＮｚ層の形成中に、ＧｅＨ４またはＳｉＨ４のＣｕとの熱反応中に窒素ガス（ＮＨ３）を追加することは、可動な／自由なＧｅおよびＳｉがＣｕ構造に浸透するのを低減し、Ｒｓを低減する。
【０１４３】
本発明の具体例では、キャップ層の成長（または形成、または堆積）後に、ＮＨ３プラズマ処理を行う工程が行われ、完全に窒化されたキャップ層を得ることができる。
【０１４４】
本発明の具体例では、ＮＨ３プラズマ処理を行う工程後に、追加の熱アニール工程が行われ、完全に窒化されたキャップ層が得られる。
【０１４５】
本発明の具体例では、少なくとも１つのキャップ層の上に誘電体バリアを形成する工程は、約４より小さい誘電率を有するエッチングストップ層を堆積させる工程を含ｎでも良い。
【０１４６】
そのような層の好ましい例は、炭化シリコン（ＳｉＣ）、炭素ドープの窒化シリコン（ＳｉＣＮ）、炭素ドープの酸化シリコン（ＳｉＣＯ）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、炭素ベースの材料、同様に炭化ゲルマニウム（ＧｅＣ）、炭素ドープの窒化ゲルマニウム（ＧｅＣＮ）、炭素ドープの酸化ゲルマニウム（ＧｅＣＯ）、窒化ゲルマニウム（ＧｅＮ）、およびこれらの組み合わせである。
【０１４７】
誘電体バリア層（エッチングストッパ層）の好ましい厚みは、約２０ｎｍと約１００ｎｍとの間である。
【０１４８】
誘電体バリア層は、また、キャップ層の形成後に、その場（ｉｎ  ｓｉｔｕ）形成されてもよい。例えば、ＧｅＨ４ガスとＮＨ３ガスがプラズマ雰囲気中に共存する場合、窒化ゲルマニウムは、対応するウエハを完全に覆うブランケット層として形成される。
【０１４９】
本発明の具体例では、誘電体バリアの形成工程後に、追加の熱アニール工程が行われても良い。
【０１５０】
本発明の具体例の優位な長所は、新規なキャップ層混合層（複合されたＣｕＳｉｘＧｅｙＮｚ層）、または新規なデュアルキャップ層（ＣｕＳｉｘＮｚ／ＣｕＧｅｙＮｚまたはＣｕＧｅｙＮｚ／ＣｕＳｉｘＮｚ）が、ＣｕＳｉｘＮｚ層とＣｕＧｅｙＮｚ層の利点を併せ持つことである。
【０１５１】
ＣｕＳｉｘＮｚは、Ｃｕのアウトデフュージョンにおいて、ＣｕＧｅｙＮｚより良いバリア性能を提供できるとして知られている。それで、キャップ層としてのＣｕＳｉｘＮｚは、例えばより低い実効ｋ値のために、より薄いＥＳＬ（ＳｉＣ、ＳｉＣＮ、ＳｉＣＮＯ等）の使用を可能とする。
【０１５２】
他方、ＣｕＳｉｘＮｚ中のＳｉは、ＣｕＧｅｙＮｚ中のＧｅより、Ｃｕ中に速く拡散し、それらがＣｕキャップ層として使用された場合に、ＣｕＧｅｙＮｚよりＣｕＳｉｘＮｚで、より顕著にＲｓが増加する。
【０１５３】
ＣｕＳｉｘＮｚとＣｕＧｅｙＮｚとの利益の複合：ＣｕＳｉｘＧｅｙＮｚまたはＣｕＳｉｘＮｚ／ＣｕＧｅｙＮｚまたはＣｕＧｅｙＮｚ／ＣｕＳｉｘＮｚスタックは、より低いＲｓの増加のために良好な特性を提供し、より低い実効ｋのためのＣｕのアンチアウトデフュージョンを提供する。
【０１５４】
図４は、ＣｕＧｅＮキャップ層を用いないＥＣＰ−Ｃｕと比較した、最先端のプロセス（ｓｔｄ）を用いた場合と、本発明の好ましい具体例にかかる方法を用いた場合の、ＣｕＧｅｙＮｚキャップ層をその上に有する、電気化学的に形成された銅（ＥＣＰ−Ｃｕ）のシート抵抗（Ｒｓ）の変化を示す。
【０１５５】
本発明とその長所について詳細に述べたが、様々な変形、代替え、および置き換えは、添付の請求項により規定された発明の精神や範囲から離れることなく、ここにおいて行うことができる。更に、本出願の範囲は、明細書に記載されたプロセス、機械、製造、合成物、手段、方法、および工程の特定の具体例に限定することを意図しない。当業者の一人が本発明の記載からたやすく理解できるように、現存するまたはのちに開発されるであろうプロセス、機械、製造、合成物、手段、方法、または工程で、ここに記載された対応する具体例と実質的に同じ機能を示し、または実質的に同じ結果が得られるものは、本発明により使用することができる。このように、添付の請求項は、そのようなプロセス、機械、製造、合成物、手段、方法、または工程を内部に含むことを意図する。
【実施例】
【０１５６】
実施例１：ＣｕＳｉｘＧｅｙＮｚキャップ層の形成
（銅構造を、例えば３０分間、４００℃で熱（プレ）アニールした後に）化学気相成長（ＣＶＤ）チャンバ内でＣｕＳｉｘＧｅｙＮｚキャップ層を堆積するための好ましいプロセスパラメータが、以下にまとめられる。
【０１５７】
圧力      〜４ｔｏｒｒ
ＳｉＨ４流〜１００ｓｃｃｍ
ＧｅＨ４流〜１０ｓｃｃｍ
Ｎ２流    〜２００００ｓｃｃｍ
ＮＨ３流  〜１０００ｓｃｃｍ
温度３５０℃で数秒間
【０１５８】
「その場」ポストＮＨ３プラズマ処理のためのプロセスパラメータは以下の通りである。
プラズマパワー  〜５００Ｗ
ＮＨ３流  〜１０００ｓｃｃｍ
Ｎ２流  〜１００００ｓｃｃｍで、〜３０秒、〜３５０℃
【０１５９】
デュアルキャップ層（スタック）ＣｕＳｉｘＮｚ／ＣｕＧｅｙＮｚの堆積のための適当なプロセスパラメータは、ＧｅＨ４またはＳｉＨ４を連続して使用することを除いて、上述の条件と同様である。
【図２】
0005496493.tif 000002
【図１】
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【図３】
0005496493.tif 000004
【図４】
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