(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、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、統合システム内において基板の基板表面を調整する方法であって、
前記銅配線を覆うために前記金属バリア層を堆積させることと、
前記金属バリア層の表面を酸化させることと、
前記金属バリア層の前記酸化表面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、前記金属バリア層の前記酸化表面との結合を形成し、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、
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３】
請求項１に記載の方法であって、
前記金属バリア層の酸化表面との結合を形成する前記錯化基の端は、リン酸リン酸（ＰＯ4−）、シリコン、シラン（Ｓｉ（ＯＲ）3）、および酸または酢酸（−Ｏ−ＣＯ−Ｒ）からなる群より選択され、Ｒは、ＨまたはＣxＨyである、方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法であって、
銅との結合を形成する前記錯化基の端は、金属性または有機金属性であり、Ｒｕ−ピリジン、Ｐｄ−アミン（パラジウム−アミン）、Ｐｄ−ピリジン、Ｃｕ−ピリジン、Ｃｕ−アミン、Ｒｕ−アミン、Ｒｕ−アセテート、Ｃｕ−アセテート、およびＰｄ−アセテート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、
銅との結合を形成する前記錯化基の端は、チオール含有配位子であり、後続の銅堆積ステップのための触媒部位を形成するために、金ナノ粒子が堆積される、方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法であって、
前記金属バリア層の前記表面を酸化させることは、酸化雰囲気によって実施される、方法。
【請求項７】
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８】
請求項７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９】
請求項７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１０】
請求項１に記載の方法であって、
前記銅配線は、３次元（３Ｄ）パッケージングまたはパソコン基板（ＰＣＢ）におけるスルーホールビアを含む、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メッキ（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、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、統合システム内において基板の基板表面を調整する方法であって、
前記銅配線を覆うために前記金属バリア層を堆積させることと、
前記金属バリア層の酸化表面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、前記金属バリア層の前記酸化表面との結合を形成し、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１８】
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酸化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、前記金属バリア層の前記酸化表面との結合を形成し、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１９】
請求項１８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２０】
請求項１８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を酸化させるために使用される酸化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酸化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１９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１９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１８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１８に記載の統合システムであって、
前記機能化層を堆積させるために使用される前記堆積プロセスモジュールは、湿式プロセスモジュールであり、前記制御雰囲気搬送チャンバに結合される、統合システム。
【請求項２５】
請求項１８に記載の統合システムであって、
前記機能化層を堆積させるために使用される前記堆積プロセスモジュールは、乾式プロセスモジュールであり、前記真空搬送チャンバに結合される、統合システム。
【請求項２６】
請求項１８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２７】
請求項１８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２８】
請求項１８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２９】
請求項１８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４５ｎｍノード技術およびサブ４５ｎｍ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特徴内に設けてボイドフリーの銅充填を可能にすることの困難さが増している。４５ｎｍノードまたはサブ４５ｎｍ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方法および装置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る。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。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。
本発明による第１の方法は、
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、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、統合システム内において基板の基板表面を調整する方法であって、
前記銅配線を覆うために前記金属バリア層を堆積させることと、
前記金属バリア層の表面を酸化させることと、
前記金属バリア層の前記酸化表面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、前記金属バリア層の前記酸化表面との結合を形成し、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。
本発明による第２の方法は、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、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、統合システム内において基板の基板表面を調整する方法であって、
前記銅配線を覆うために前記金属バリア層を堆積させることと、
前記金属バリア層の酸化表面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、前記金属バリア層の前記酸化表面との結合を形成し、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酸化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、前記金属バリア層の前記酸化表面との結合を形成し、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、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。この方法は、統合システム内において、銅配線構造に裏打ちするために金属バリア層を堆積させることと、金属バリア層の表面を酸化させることと含む。方法は、また、金属バリア層の酸化表面の上に機能化層を堆積させることと、金属バリア層の上に機能化層が堆積された後に、銅配線構造内に銅層を堆積させることとを含む。
【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、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、銅配線構造を被覆するために金属バリア層を堆積させることを含む。方法は、また、金属バリア層の酸化表面の上に機能化層を堆積させることを含む。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、銅配線構造内に銅層を堆積させることを含む。
【０００６】
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。統合システムは、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を含む。統合システムは、また、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。統合システムは、さらに、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とを含む。
【０００７】
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、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ることと、
前記金属バリア層の表面を酸化させることと、
前記金属バリア層の前記酸化表面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、
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３］
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、前記金属バリア層の前記酸化表面との結合を形成し、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４］
適用例３に記載の方法であって、
前記金属バリア層の酸化表面との結合を形成する前記錯化基の端は、リン酸リン酸（ＰＯ4−）、シリコン、シラン（Ｓｉ（ＯＲ）3）、および酸または酢酸（−Ｏ−ＣＯ−Ｒ）からなる群より選択され、Ｒは、ＨまたはＣxＨyである、方法。
［適用例５］
適用例３に記載の方法であって、
銅との結合を形成する前記錯化基の端は、金属性または有機金属性であり、Ｒｕ−ピリジン、Ｐｄ−アミン（パラジウム−アミン）、Ｐｄ−ピリジン、Ｃｕ−ピリジン、Ｃｕ−アミン、Ｒｕ−アミン、Ｒｕ−アセテート、Ｃｕ−アセテート、およびＰｄ−アセテートからなる群より選択される、方法。
［適用例６］
適用例３に記載の方法であって、
銅との結合を形成する前記錯化基の端は、チオール含有配位子であり、後続の銅堆積ステップのための触媒部位を形成するために、金ナノ粒子が堆積される、方法。
［適用例７］
適用例１に記載の方法であって、
前記金属バリア層の前記表面を酸化させることは、酸化雰囲気によって実施される、方法。
［適用例８］
適用例１に記載の方法であって、さらに、
前記金属バリア層を堆積させる前に、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９］
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１０］
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１１］
適用例１に記載の方法であって、
前記銅配線は、３次元（３Ｄ）パッケージングまたはパソコン基板（ＰＣＢ）におけるスルーホールビアを含む、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、
前記金属バリア層を堆積させること、前記金属バリア層の前記表面を酸化させること、前記機能化層を堆積させること、および前記銅層を堆積させることは、統合システム内において実施される、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、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ることと、
前記金属バリア層の酸化表面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２０］
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前記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と、
を備える統合システム。
［適用例２１］
適用例２０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２２］
適用例２０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を酸化させるために使用される酸化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酸化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２１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２１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２０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２０に記載の統合システムであって、
前記機能化層を堆積させるために使用される前記堆積プロセスモジュールは、湿式プロセスモジュールであり、前記制御雰囲気搬送モジュールに結合される、統合システム。
［適用例２７］
適用例２０に記載の統合システムであって、
前記機能化層を堆積させるために使用される前記堆積プロセスモジュールは、乾式プロセスモジュールであり、真空搬送モジュールに結合される、統合システム。
［適用例２８］
適用例２０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２９］
適用例２０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３０］
適用例２０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３１］
適用例２０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。
［適用例３２］
適用例２０に記載の統合システムであって、
前記酸化プロセスモジュールは、前記機能化層が堆積される前記金属バリア層の前記表面を調整する、統合システム
本発明は、Ｃｕデュアルダマシン配線プロセスを可能にする観点から説明される。しかしながら、本発明は、３次元（すなわち３Ｄ）パッケージングまたはパソコン基板（ＰＣＢ）プロセスのスキームにおいて使用されるスルーホールビアにも適用することができる。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】
【０００８】
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。
【０００９】
【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を示す図である。
【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を示す図である。
【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を示す図である。
【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を示す図である。
【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】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３Ｂ】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３Ｃ】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３Ｄ】機能化層の一方の端と酸化タンタル表面との結合および機能化層のもう一方の端と銅との結合の概略図である。
【図３Ｅ】配線構造の堆積層の断面図である。
【図３Ｆ】酸化金属バリア表面上に角度αで堆積された機能化層の錯化基を示す図である。
【図４】配線構造の開口内に堆積された非共形バリア層の断面を示す図である。
【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】
【００１０】
界面の接着性を向上させるために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。
【００１１】
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。
【００１２】
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（Ｓｉ3Ｎ4）、炭窒化シリコン（ＳｉＣＮ）、または炭化シリコン（ＳｉＣ）を含む。
【００１３】
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。
【００１４】
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）、イリジウム（Ｉｒ）、プラチナ（Ｐｔ）、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。
【００１５】
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。別の一実施形態では、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。
【００１６】
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）などの金属酸化物を形成する恐れがある。ＴａxＯy、ＴａＯxＮy、またはＲｕＯ2などの金属酸化物は、Ｔａ、ＴａＮ、またはＲｕなどのバリア金属が水溶液に曝されたときにも形成される恐れがある。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共形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）または水溶液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。
【００１７】
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上手く接着せず、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耐性およびストレス誘起ボイドに悪影響を及ぼす恐れがある。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／銅スタックの抵抗性を小さく保証することが望まれる。
【００１８】
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。
【００１９】
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（Ｓｉ3Ｎ4）、炭窒化シリコン（ＳｉＣＮ）、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。
【００２０】
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を被覆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。
【００２１】
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または水溶液に曝露されると、銅とバリア層との間の接着性に影響する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。一実施形態では、ケミカルグラフト化学物質が、酸化バリア金属表面に選択的に結合し、その酸化バリア金属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。ケミカルグラフト化学物質は、２つの端を有する。一方の端は、酸化バリア金属表面に結合し、もう一方の端は、銅との結合を形成する。ケミカルグラフト化学物質の単分子層は、一方の端において酸化バリア層と、もう一方の端において銅と強く結合することによって、銅を銅配線構造にしっかり接着させることができる。配線構造に対する銅の優れた接着性は、ＥＭ耐性を向上させ、ストレス誘起ボイドを低減させる。
【００２２】
錯化基であり、酸化バリア金属表面上に単分子層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、基板表面を機能化することによって、単分子層の上に銅などの材料の層を堆積させ、単分子層と堆積層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。錯化基は、酸化バリア層表面との共有結合を形成する一方の端と、Ｃｕと直接結合するまたは銅と結合する触媒部位に変化させられる官能基を含有したもう一方の端とを有する。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、ＴａxＯy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、一実施形態において、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（湿式プロセス）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。あるいは、ケミカルグラフトされた化合物は、蒸気として基板表面に施すこともできる（乾式プロセス）。
【００２３】
図３Ａは、表面３０３を有した薄いバリア金属酸化物の層３０２をともなうバリア層３０１を示している。図３Ｂは、表面３０３にケミカルグラフト錯化基３２０の機能化層３０４が堆積されることを示している。錯化基３２０は、Ａ端およびＢ端の２端を有する。Ａ端は、バリア金属酸化物３０２との共有結合を形成する。錯化基３２０は、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）などの材料で作成することができるバリア金属酸化物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。例えば、リン酸アルキルのリン酸（ＰＯ4−）は、ＴａxＯy（Ｔａ2Ｏ5など）と結合することができる。ＴａxＯy、ＴａＯxＮy、またはＲｕＯ2の表面に結合するためのその他の基（ラジカルまたは／ならびにイオン）は、シリコン（−Ｓｉ−）、シラン（Ｓｉ（ＯＲ）3、ここで、Ｒ＝Ｈおよび／もしくはＣxＨy）、ならびに酸もしくは酸塩化物（−Ｏ−ＣＯ−Ｒ）を含む。
【００２４】
錯化基３２０のＢ端は、図３Ｃに示されるように、銅シード層３０５の銅との共有結合を形成する。錯化基３２０のＢ端は、銅との共有結合を形成するであろう化合物で構成されることが望ましい。錯化基３２０のＢ端は、性質的に金属性または無機金属性であってもよいし、あるいは、機能化層を堆積されたバリア表面上に直接銅を無電解堆積させることを可能にする導電性を有してもよい（導電性ポリマなど）。銅との金属結合を形成する化合物の例は、Ｒｕ−ピリジン、Ｐｄ−アミン（パラジウム−アミン）、Ｐｄ−ピリジン、Ｃｕ−ピリジン、Ｃｕ−アミン、およびＲｕ−アミン、Ｓ−Ａｕを含む。ここで、金属との酢酸結合は、二、三、四、および五酢酸基のキレート化錯体も含むであろう。ＲｕまたはＰｄまたはＡｕまたはＣｕ金属（触媒）と官能基（この場合は例えばピリジン、アミン、チオール、ニトリル、酸、または酢酸）との間の結合は、半共有結合または供与結合である。触媒金属とＣｕシードとの間の結合は、金属結合である。錯化基は、ＰＯ4−Ｒ’−Ｒの一般式を有しており、ここで、ＰＯ4−は、ＴａxＯyと結合するＡ端であり、Ｒは、銅と結合するＢ端である。
【００２５】
図３Ｄは、Ａ端にリン酸（ＰＯ4−）を、Ｂ端にパラジウム−アミン（Ｐｄ−アミン）を有する錯化基を示している。リン酸はＴａxＯy表面と結合し、銅はＰｄと結合する。
【００２６】
図３Ｅは、配線スタック３１０の断面を示している。バリア層３０１の表面上には、薄いバリア金属酸化物層３０２が成長されている。薄いバリア金属酸化物層３０２の上には、機能化単分子層３０４が堆積される。機能化単分子層は、薄いバリア金属酸化物層３０２にしっかり結合する。機能化層３０４の錯化基の一方の端は、バリア金属酸化物と結合する。機能化層３０４の上には、銅層３０５が堆積される。一実施形態では、銅層３０５は、銅シード層３０６を含む。銅層３０５内の銅は、機能化層３０４の錯化基のもう一方の端に結合する。機能化層と、バリア金属酸化物であるバリア表面との間の結合、および機能化層と銅との間の結合は、共有結合であるので、銅は、機能化層３０４およびバリア金属酸化物層３０２を通じてバリア層３０１にしっかり付着される。配線スタック３１０は、図１Ａのビアホール１１４または金属トレンチ１１６の内部にあってよい。
【００２７】
図３Ｂおよび図３Ｃに示された機能化単分子層３０４の錯化基は、直線状であるとともに基板表面に対して垂直に配置されているように見える。しかしながら、錯化基は、基板表面に対して非垂直に配置されてもよい。図３Ｆは、基板表面から９０度未満の角度αで配置された錯化基３２０’の一例を示している。錯化基３２０’が角度αで基板表面に付着される場合の機能化単分子層の厚さは、錯化基が基板表面に対して垂直に付着される場合より薄い。厚さ（Ｔ）は、基板に対する単分子層の角度θのサインと、分子の長さ（Ｌ）との積に等しい（Ｔ＝Ｌ×sin[θ]）。
【００２８】
２２ｎｍノードなど４５ｎｍまたはサブ４５ｎｍの技術ノードの場合に、機能化層を施してバリア層と銅層との間の接着性を向上させるためには、バリア金属酸化物層３０２をともなうバリア層３０１を、可能な限り薄くすることが望ましい。図４は、ビアホールまたは金属トレンチであることが可能な配線構造４０１を示している。開口４０５内に、バリア層４０３が堆積される。もし、バリア堆積プロセスが物理気相成長（ＰＶＤ）であるならば、構造４０１の上面上にあるバリア膜の厚さＴTは、構造の下隅（すなわち底の隅）におけるバリア層の厚さＴLCの１０倍になりうる。ＰＶＤプロセスは、一般に、ステップカバレッジに優れず、上隅ＢTC1，ＢTC2におけるバリア膜は、バリア層が底から充填されてくる前に接触し、配線構造４０１内に鍵穴を残す恐れがある。配線構造内の鍵穴は、ギャップ充填プロセスに使用される化学物質を捕捉して、平坦化後の低圧、高温のプロセス中に腐食もしくは爆発的蒸発を引き起こす恐れがある、または金属ＣＭＰ中に開かれて、汚染を内側に捕捉し、歩留まりを低下させる恐れがある。したがって、鍵穴の形成は、回避されることが望ましい。結論として、バリア層の厚さは、可能な限り薄く維持されることが望ましく、バリア膜は、可能な限り共形であることが望ましい。バリア層と銅層との間に挟まれた機能化単分子層を使用すると、銅層の堆積に使用できる開口の大きさが小さくなる。したがって、機能化単分子層は、可能な限り薄く維持することが望ましい。一実施形態では、機能化層の厚さは、約１０オングストロームから約３０オングストロームまでの間である。また、機能化層は、全体の金属線抵抗またはビア抵抗を大幅に増大させないことが望ましい。３Ｄパッケージング応用用のスルーホールビアプロセスの場合、単分子層の存在は、ビア内の金属の抵抗性に僅かな影響しか及ぼさず、ビア抵抗に全く寄与しない。
【００２９】
図５Ａは、誘電体層５０１に取り囲まれた配線金属トレンチ構造（金属１）の開口５１０を示している。図５Ｂは、金属トレンチ開口５１０に裏打ち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単分子層５０３が堆積されることを示している。機能化単分子層５０３が堆積された後は、図５Ｄに示されるように、機能化単分子層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。
【００３０】
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、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。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。
【００３１】
上述のように、バリア表面上に機能化層を適切に堆積させるためには、バリア表面がバリア酸化物に覆われていることが望ましい。バリア層は、後続の機能化層堆積ステップを可能にするバリア金属酸化物層を形成するために、ステップ６０５において、酸素含有プラズマなどの酸化雰囲気、制御熱酸素処理、または過酸化物もしくはその他の酸化性化学物質による湿式化学処理によって処理される。
【００３２】
酸化処理は、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ＳＡＭ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。
【００３３】
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。厚い銅バルク充填（または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、共形の銅シード用のものと同じ無電解システム内において、異なる化学物質を使用して堆積させることができる。随意的に、もし「Ｂ」端基としてチオール含有配位子が使用されるならば、後続の銅堆積ステップのための触媒部位を形成するために、金ナノ粒子を堆積させることができる。
【００３４】
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。
【００３５】
図６Ｂは、エレクトロマイグレーション耐性に優れなおかつストレス誘起ボイドを低減させた方式で銅配線を作成するための銅配線処理を可能にする統合システム６５０の一実施形態の概略図を示している。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。
【００３６】
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。
【００３７】
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の金属表面１２４ａは、酸素に曝露されないように保護される必要がある。システム６５０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。
【００３８】
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。
【００３９】
その後、基板は、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、乾式プロセスであり、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酸化物リッチにするために、随意の表面酸化プロセスを経ることができる。酸化リアクタ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単分子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、機能化単分子層の堆積後に基板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、機能化単分子層の堆積は、真空搬送モジュール６７０に結合された乾式プロセスリアクタ６７６内において実施される。該リアクタは、１トール未満で動作される。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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図３Ｆ】
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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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