(57)【要約】  銅相互接続線（１４）上にキャッピング層を形成する方法。その方法は、相互接続線（１４）およびそれが埋め込まれた誘電体層を覆うアルミニウム層（２０）を供給する工程からなる。これは、堆積および化学的暴露によって達成され得る。ついで構造は、アニーリング、あるいは、例えば窒素原子を含む雰囲気下での、さらなる化学的暴露のような処理に供され、Ａｌの銅線（１４）への内部拡散および金属間化合物ＣｕＡｌＮの拡散バリヤを形成する窒化を生じさせる。
2009517859.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集積回路用の相互接続層を形成する方法であって、
誘電体層の中に第１金属の相互接続線を供給する工程と、
相互接続線の表面上に第２金属層を供給する工程と、
表面近傍の相互接続線部分への第２金属の原子の内部拡散を生じさせる処理を施し、内部拡散処理の間に相互接続線を非金属物質の原子に暴露して、表面近傍の相互接続線部分中に、第１金属、第２金属および非金属物質で構成される化合物層からなる拡散バリヤ層を形成する工程と
からなる方法。
【請求項２】
第１金属が銅からなり、第２金属がアルミニウム、マグネシウムまたはボロンからなる請求項１に記載の方法。
【請求項３】
非金属物質が、窒素、酸素または炭素からなり、アニーリング処理中の相互接続線と第２金属層のそこへの暴露が、窒化、酸化または炭化をそれぞれ生じさせる請求項１に記載の方法。
【請求項４】
第２金属層が、相互接続線および近傍の誘電体層の上に堆積される請求項１に記載の方法。
【請求項５】
相互接続線と第２金属層が、非金属物質を含む雰囲気下で反応性アニーリング処理に供され、第２金属の原子の相互接続線への内部拡散を生じさせ、相互接続線の表面で合金化層を生成し、合金化層が非金属物質の原子と反応して拡散バリヤを形成する請求項１に記載の方法。
【請求項６】
アニール処理が、プラズマ雰囲気下で、比較的低温で施される請求項５に記載の方法。
【請求項７】
アニール処理が、反応性雰囲気下で、比較的高温で施される請求項６に記載の方法。
【請求項８】
第２金属層が誘電体層の表面上にさらに堆積され、非金属物質の原子との反応が、誘電体上での第２金属層の部分を第２金属の絶縁性化合物に変換されるようにする請求項５に記載の方法。
【請求項９】
相互接続線が、第２金属の原子を含むガス状前駆体との化学的暴露に供され、ガス状前駆体が、第２金属層を背面にして相互接続線の表面上で分解する請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前駆体が、副反応物として、非金属物質の原子を含む化合物に続いて供給される請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
誘電体層が、化学的暴露の間に相互接続線と誘電体層を覆って形成される請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
１以上の半導体装置からなる集積回路の製造方法であって、請求項１に記載の方法からなる方法。
【請求項１３】
１以上の半導体装置からなる集積回路の製造方法であって、
基板上に誘電体層を供給する工程と、
誘電体層中に第１金属の相互接続線を供給する工程と、
相互接続線の表面上に第２金属層を供給する工程と、
表面近傍の相互接続線部分への第２金属の原子の内部拡散を生じさせる処理を施し、内部拡散処理の間に相互接続線を非金属物質の原子に暴露して、表面近傍の相互接続線部分中に、第１金属、第２金属および非金属物質で構成される化合物層からなる拡散バリヤ層を形成する工程と
からなる方法。
【請求項１４】
相互接続を覆わない第２金属層の部分を除去する請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
第２金属層の部分が、非金属物質の原子への暴露後に除去される請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
非金属物質の原子への暴露後の第２金属層が、エッチストップ層として使用される請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
請求項１３の方法により製造される集積回路。
【請求項１８】
誘電体層中の第１金属の相互接続線からなり、相互接続線の表面部分に拡散バリヤを有し、拡散バリヤが第１金属、第２金属および非金属物質で構成される化合物からなる集積回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の銅相互接続層に関して、その信頼性を改善し、線間の静電結合を改善するために、自己整合銅キャッピング層を形成する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
アルミニウムは、従来、低電気抵抗、二酸化珪素への良好な固着、低コスト、ボンディング容易性および良好なエッチング性により、半導体装置において電気的相互接続に用いられる主要な材料であった。超ＬＳＩ回路において、装置の外形が小型化し続けていることから、より高いレベルの信頼性を要する一方で、最小のピッチと高い導電性を有する相互接続の需要が増大している。現在のところ、集積回路は、試験において十年に相当する寿命期間を示せば良いと考えられている。しかしながら、ある特定の応用、例えば宇宙（例えば、人工衛星、探測機など）、医療（例えば、ペースメーカなど）および軍事において、装置交換の必要を避ける、あるいは最小限にするために、より長い寿命が要求される可能性がある。
【０００３】
先進的な高性能集積回路装置の分野において、銅相互接続技術の使用は、今では広く定着している。実際、多くの事例において、銅は、その低抵抗と高信頼性からアルミニウムに置き換わっているが、高信頼性は、エレクトロマイグレーションに対する低い活性化エネルギーによるものと考えられている。図面のうち、図１を参照すると、銅相互接続を形成するために良く知られているダマシンプロセスにおいて、内部金属誘電体層１０（例えば、ＳｉＯＣ）が基板上に堆積され、トレンチのそれぞれの面で内部金属層１０の上にある残部ハードマスク１１を残してトレンチを形成するためにパターン化されエッチングされる。次に、バリヤ層１２は、構造の上に堆積され、続いて、構造全体の上に銅層が堆積される。さらに銅は、内部金属誘電体層１０に埋め込まれた銅相互接続線１４を残すために化学機械研磨（ＣＭＰｄ）される。次に、誘電性バリヤまたはキャッピング層１６（例えば、窒化珪素,ＳｉＮまたはシリコンカーバイド,ＳｉＣ）が銅１４および誘電体層１０（銅は包囲される誘電体への拡散を防止するためにバリヤで包囲されなければならない）の上を覆って堆積される。最後の処理ステップは、保護層１８の堆積である。
【０００４】
相互接続層を劣化させる主な現象は、相互接続中に電流が流れるにつれて、相互接続の原子が物理的に配置を変えるエレクトロマイグレーションである。エレクトロマイグレーションは、一般的に、電子によって電流が線の中を流れたときに移動する線をなす原子として定義される。銅のエレクトロマイグレーション抵抗は、アルミニウムのそれよりも大きいが、外形が縮小し続け電流密度が増加するにつれて、銅はエレクトロマイグレーションの信頼性の問題にますます苦慮し始めるのではないかと認識されるであろう。高電流密度下において、銅原子は電子の流れの方向に動き、空孔は、ボイドと反対方向の境界に蓄積するが、ボイドは、回路抵抗を増加させ最終的には開放回路を生じさせる効果を有し、開放回路は装置を故障に至らしめる。
【０００５】
キャッピング層１６（誘電体）と相互接続線１４（導電体）との間の劣悪な境界２０は、劣悪な固着とエレクトロマイグレーション抵抗の減少を招く。実際、銅と絶縁キャッピング層との間の劣悪な境界は、銅相互接続の信頼性において多くの初期不良の原因となる。さらに、相互接続線１４の頂上近傍では、局部の銅マイグレーションとボイドを誘発させる応力を拡大する電界集中は最大となる。
【０００６】
従って、銅／誘電体境界の改善は、銅マイグレーションおよびボイドの成長を低減し、それによって、高い性能と信頼性を維持したまま小型化する銅相互接続技術の実現性を拡大する。この目的のために、いくつかの取り組みが提案されている。これらのうちの多くは、ＣＭＰの後、銅の上に、例えば、Ｗ、ＺｒＮ、ＣｏＷＢ、ＣｏＷＰの薄い金属を堆積するために、選択的堆積、例えば、化学的蒸着や無電解めっき堆積を利用することに着目している。
【０００７】
例えば、先進のＣｕデュアルダマシンプロセスにおいて、自己整合バリヤ(ＳＡＢｓ)の使用が、金属線キャッピング用の誘電体バリヤフィルムに代わって提案されている。ＳＡＢは主に、エレクトロマイグレーション抵抗を改善すること、および近接する金属線間の静電結合を低減することに適用される。自己整合バリヤに対する現在の集積化計画は、一般的に、選択的無電解めっきのＣｏＷＰ堆積プロセスに基づいており、エレクトロマイグレーション性能における著しい改善は、これらの金属キャップ層を提供した結果である。しかしながら、無電解めっきのバリヤの欠点は、金属線間のいかなる金属堆積も漏れ電流特性を劣化させる可能性があることから、この方法は選択性に問題があることであり、これらのバリヤが標準的なプロセスフローに適用され得る前に、かなりの集積化開発が必要とされると考えられている。
【０００８】
代案として、最近では、ＣｕＳｉＮバリヤの形成方法が提案されているが、これは、銅表面の変更を基礎とするもので、それにより、伝播特性の点で他の選択的堆積バリヤ技術と同等である一方で、上記した選択性の問題を軽減するものである。簡潔に説明すると、銅線の上面を洗浄した後、シラン(ＳｉＨ４)の堆積が施され、相互接続線の上面で銅シリサイドを形成するためにＳｉが表面で組み込まれる。ついでＮＨ３アニール／プラズマを適用することによって窒素の組み込みがなされ、ＣｕＳｉＮバリヤが形成される。言い換えれば、ＣｕＳｉＮバリヤは、選択的堆積技術によってというよりも、銅相互接続の表面が変更されることによって形成される。しかしながら、この技術の欠点は、珪素を組み込む処理（ＣｕＳｉ形成）が上手く制御／停止されない場合には、許容できないほど相互配線の抵抗が増加され得ることである。
【０００９】
銅の中にある合金元素の存在がエレクトロマイグレーション抵抗を増加させる働きをすることは、このことが金属間化合物の中の格子中でＣｕ原子をピン止めしている可能性があるからであり、Ｃｕ合金のキャッピングの取り組みは、信頼性の改善に大変効果的であると考えられる。自己整合の手順は、相互接続の上面にＣｕ合金キャップを形成することとして知られている。例えば、特許文献１は、ＣＭＰの後に線がチタン(Ｔｉ)で被覆され、続いてアニールが施されて銅／チタン接合部でＣｕ３Ｔｉ合金を生成する自己整合処理を開示している。未反応Ｔｉはドライエッチングで取り除かれ、残ったＣｕ３Ｔｉ合金は、550〜650℃の温度範囲で約５分間、ＮＨ３雰囲気中での迅速温度アニーリング（ＲＴＡ：Rapid Thermal Annealing）によって、後でＴｉＮ(Ｏ)と銅に変換される。従って、銅線は、効果的な拡散バリヤとして働くＴｉＮ(Ｏ)層でキャップされる。しかしながら、現在の集積化計画において、アニール温度は４００℃が最高であるが（低い方が好ましい）、Ｃｕ３Ｔｉ金属間化合物からＴｉＮキャッピングを生成するのには十分に高い温度ではない。それ故、相互接続線の抵抗は、線内に残存するＣｕ３Ｔｉの高い抵抗により、高過ぎるまま残存するであろう。
【特許文献１】米国特許第５，４４７，５９９号明細書
【００１０】
実際、銅を他の元素と合金化することの一般的な弊害は、抵抗の増加である。このことは、粒界と界面での電子拡散により銅抵抗が非線形で増加し始める将来の技術世代に対して懸念が増すであろう。さらに、合金元素の存在および粒界上の不純物の存在に起因するより小さい銅の粒径もまた、銅抵抗を増大させ、ＲＣ遅延を許容できない高いレベルにまで引き上げる。
【００１１】
実際に要求されることは、銅線の上面での合金元素の濃度が大変低い状態で銅合金の固溶することであり、それにより、合金化濃度は、固着を改善するのに十分に大きく、しかし著しい線抵抗増加を避けることができる程度に小さいものである（例えば、Ｃｕ合金キャッピング層と、拡散を防止するＳｉＣＮの薄い層との間の境界上面での合金濃縮が１％以下）。
【００１２】
特許文献２は、Ｃｕ−Ａｌ合金キャッピング層が、アルミニウムの自己整合された内部拡散によってエレクトロマイグレーション挙動を改善するために使用する方法を開示する。化学機械研磨ステップに続く構造から始まり、図面のうち図２ａを参照すると、銅相互接続１４は、内部金属誘電体層１０の中に、そこの間にあるバリヤ層１２とともに埋め込まれる。薄い金属アルミニウム（または、マグネシウム、亜鉛など）フィルム２０は、図２ｂに示されるように、例えばＰＶＤ、ＣＶＤまたはＡＬＤによって、金属線１４と誘電体層１０の上部に堆積される。ついでアルミニウムフィルム２０は、図２ｃに示されるように、アニールされ、相互接続線１４の上部に薄い銅合金層２２を形成する。アニールステップ（すなわち、銅合金の形成）後に残存するアルミニウム２０は、湿式または乾式の化学エッチング（図２ｄ参照）で取り除かれ、ついで、図面のうち図２ｅに示されるようにＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３またはＡｌ４Ｃ３フィルム（保護層）２４が、Ｃｕ−Ａｌ層２２の窒化、酸化または炭化の方法によって相互接続１４の上部に形成される。
【特許文献２】米国特許出願公開第２００４／０，２０７，０９３（Ａ１）号明細書
【００１３】
しかしながら、保護層を形成するために使用される処理は、この層を造るために、銅合金の中に十分な量のアルミニウムがあることを意味している。さらに、保護層の形成には、アルミニウムの拡散を必要とし、内部拡散は相互接続を通して等しく起こり得る。これらの要因は、他の要因の中でも、高過ぎる相互接続抵抗につながり得るものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
相互接続抵抗を過度に増加させることなく信頼性が改善された集積回路に関して、相互接続層を形成する方法を提供することは好ましいことである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明によれば、集積回路用の相互接続層を形成する方法が提供され、その方法は、
誘電体層の中に第１金属の相互接続線を供給する工程と、
相互接続線の表面上に第２金属層を供給する工程と、
表面近傍の相互接続線部分への第２金属の原子の内部拡散を生じさせる処理を施し、内部拡散処理の間に相互接続線を非金属物質の原子に暴露して、表面近傍の相互接続線部分中に、第１金属、第２金属および非金属物質で構成される化合物層からなる拡散バリヤ層を形成する工程と
からなるものである。
【００１６】
従って、上記した目的は、相互接続線および第２金属層に関しては、非金属物質の原子を含む雰囲気中で反応性の処理を施すことによって達成され、従来の技術のように、合金キャッピング層の代わりに結果として生じる化合物の拡散バリヤ層を生成する。
【００１７】
本発明の好適な実施形態において、第１金属は銅からなり、第２金属は、アルミニウム、マグネシウム、またはボロンからなるものとしてよい。これらが好適であるのは、金属（例えば、Ｔｉ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｓｎ）や従来技術で提案される非金属（例えばＳｉ）よりもずっと低い抵抗を有するからである。また、それらは、界面上に存在する酸素や窒素と容易に反応し、それによって、固着と信頼性を改善し、第１金属への第２金属の過剰な内部拡散を防止するのである。さらに、ＡｌおよびＭｇは、銅の中に比較的少量溶け込んでおり、高い抵抗の金属間化合物を生成しない。
【００１８】
非金属物質は、窒素、酸素または炭素のうち１つ以上からなることが好ましく、相互接続線と第２金属層のそこへの暴露が、拡散処理中に、窒化、酸化または炭化をそれぞれ生じさせる。従って、一つの好適な実施形態において、第１金属は銅からなり、第２金属はアルミニウムからなり、非金属物質は窒素からなり、結果として生じる拡散バリヤはＣｕ−ＡｌＮ化合物からなる。
【００１９】
経済的には、第２金属層は、ＰＶＤ、ＣＶＤまたはＡＬＤのような堆積処理によって供給される。好ましくは、第２金属層は、相互接続線および近傍の誘電体層の表面上に堆積される。
【００２０】
相互接続線は、プラズマ雰囲気下での比較的低温のアニーリング処理に供され、それによって、第２金属の第１金属本体への大規模な内部拡散を防止するか、あるいは、それは、反応性雰囲気下の比較的高温（例えば、炉または加熱されたチャックの使用）でのアニーリングに供される。
【００２１】
本発明の第１の好適な実施形態において、第２金属の原子の相互接続線への内部拡散を生じさせ、相互接続線の表面で合金化層を生成するように、相互接続線と第２金属層は、非金属物質を含む雰囲気下で反応性アニーリング処理に供され、合金化層は非金属物質の原子と反応し、拡散バリヤを形成する。非金属物質の原子との反応し、上記した化合物を形成することは、第１金属（相互接続線へそこでのさらなる内部拡散を防止する）のマトリックス中に第２金属をピンニングする利点を有する。アニーリング処理中の反応性雰囲気は、典型的には、Ｎ２／Ｈ２、ＮＨ３若しくはＮ２プラズマまたはアンモニア雰囲気の炉アニールからなる。誘電体層の表面上にさらに第２金属層が堆積された場合において、非金属物質の原子との反応は、誘電体上での第２金属層の部分を第２金属の絶縁性化合物に変換されるようにするものであり、相互金属線漏れの防止に有利である。この絶縁性化合物は（選択的に）、後に、例えば湿式化学またはエッチストリップ法（例えば、塩素を基礎とした化学物質）により除去される。しかしながら、それがもし除去されない場合、それは、上にある相互接続層に対して拡散バリヤおよびエッチストップ層として働き得る。
【００２２】
本発明の第２の好適な実施形態において、相互接続線は、第２金属の原子を含むガス状前駆体との化学的暴露に供することができ、例えばトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）気相処理がある。ガス状前駆体は、第２金属の原子層を背面にして相互接続線の表面上で分解する。好適な実施形態において、前駆体には後で、非金属物質、例えば副反応物としてのＮＨ３をＡＬＤ（原子層堆積）と似た方法により供給される。このようにして、第２金属の化合物と非金属物質とからなる誘電体フィルムを、相互接続線（および誘電体層）上に成長することができ、この方法において、初期のサイクル中に堆積された第２金属は、副反応と反応して相互配線層上に拡散バリヤを形成し、それにより固着を改善する。この化学的取組みは、第２金属のドーズと上で述べた表面近傍における相互接続層部分の合金化の程度とを効果的に制御すると考えられる。このようにして形成された誘電体フィルムは、誘電体層と拡散バリヤを覆い、後の相互接続層に対してエッチストップとしての働き、エッチストッパは、ＵＬＫ材料の次に堆積され得る。
【００２３】
配線は、内部拡散処理中に酸素および窒素原子の組み合わせたものに暴露され得ると解される。
【００２４】
本発明は、１以上の半導体装置からなる集積回路の製造方法にも及び、その方法は、
基板上に誘電体層を供給する工程と、
誘電体層中に第１金属の相互接続線を供給する工程と、
相互接続線の表面上に第２金属層を供給する工程と、
表面近傍の相互接続線部分への第２金属の原子の内部拡散を生じさせる処理を施し、内部拡散処理の間に相互接続線を非金属物質の原子に暴露して、表面近傍の相互接続線部分中に、第１金属、第２金属および非金属物質で構成される化合物層からなる拡散バリヤ層を形成する工程と
からなる。
【００２５】
本発明は、上で定義した方法によって製造された集積回路にも及ぶ。
【００２６】
本発明のこれらおよび他の側面は、ここに示される実施形態によって明確にされ、説明されるであろう。
【００２７】
本発明の実施形態は、添付される図面の参照とともにあくまでも例として示される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
従って、固着特性およびエレクトロマイグレーションと相互接続線の上側部分近傍の応力が誘発されるボイドとに対する抵抗を改善する金属相互接続上に自己整合されたＣｕ合金キャッピング層の形成に関する処理がここに提案される。これは、相互接続線の上部近傍に金属間化合物、例えば、銅合金化された化合物（例えばＣｕＡｌＮ）を形成することによって達成される。従って、銅へのアルミニウムの内部拡散は制御され得る。
【００２９】
化学機械研磨ステップに続く構造からはじめ、図面のうち図３ａおよび４ａを参照すると、銅相互接続１４は、内部金属誘電体層１０の中に、その間にあるバリヤ層１２とともに埋め込まれる。本発明の第１の好適な実施形態によれば、薄い金属Ａｌ（またはＭｇ、Ｂ、Ｚｎなど）フィルム２０は、図３ｂに示されるように、例えばＰＶＤ、ＣＶＤまたはＡＬＤによって金属線１４と誘電体層１０の上部に堆積される。次に、図３ｃに示されるように、窒化／酸化／炭化を起こして銅マトリックス中にＡｌを固定し、ＣｕＡｌＮ拡散バリヤ層２６を生成することに関して、大変薄いＣｕ−Ａｌ合金化層２２を相互接続配線１４の上部に形成するように、反応性アニール処理が、アンモニア雰囲気中または窒素若しくは酸素若しくは炭素含有プラズマの中で施される。残存するアルミニウム（誘電体層１０上）は、ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３、Ａｌ４Ｃ３またはその混合物：ＡｌＮｘＯｙ（２７）に変換され、相互金属線洩れを防止する。窒素および酸素を含有するＡｌＮｘＯｙ層２７は、図３ｄに示されるように、湿式化学またはエッチストリッピング手法（例えば、塩素を基礎とする化学物質）により（選択的に）除去される。
【００３０】
銅の中におけるアルミニウムの拡散を最小化することが望ましく、それ故、温度の割当とアニールする時間を低く保つべきであると解される。しかしながら、アルミニウムが、銅との直接接触に供され続いてアニールされたとき、銅塊へのアルミニウムの内部拡散は、容認できないほど高く認められ、比較的低いアニール温度でさえ、適正に制御され得ない。従って、アルミニウムの窒化／酸化は、金属フィルムを誘電体材料に変換するために施され、それによって、さらなる内部拡散を防止し、上記した問題を解決する。この結果、Ａｌは、銅線の上部に定着／結合される。この場合、ＡｌＮｘＯｙフィルムが非導電性であるため、線間のアルミニウムを除去する必要性は必ずしもない。Ａｌは密閉された酸化物フィルムによって速やかに封じられるため、Ａｌフィルムは、完全な酸化を許容するようにできるだけ薄く堆積されるべきである（最大で約２nm）。
【００３１】
以上をまとめると、本発明の第１の好適実施形態に従う方法において、薄い金属Ａｌ（若しくはＭｇ若しくはＢ）フィルムは、例えば、ＰＶＤ、ＣＶＤ、ＡＬＤ、プラズマ強化ＡＬＤまたはイオン誘発ＡＬＤの手段によって、金属線および誘電体の上に堆積される。反応性アニールが施され、金属線の上の近傍で、銅で合金化された化合物（例えばＣｕＡｌＮ）を形成する。Ａｌのうち過剰なＡｌの内部拡散は、Ｃｕ抵抗を劣化させ、その結果、Ａｌの内部拡散が、上側界面近傍におけるこの内部金属化合物の形成によって制御され得ることは、本発明の利点である。アニール中の反応性雰囲気は、典型的には、Ｎ２／Ｈ２、ＮＨ３若しくはＮ２Ｏプラズマアニールまたはアンモニア雰囲気中の炉アニールとすることができる。反応性アニールにより、誘電性ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮｘＯｙフィルムが金属線間で形成され、一方で、ＣｕＡｌＮまたはＣｕＡｌＮ(Ｏ)フィルムが、大変薄い拡散輪郭で線の上部に形成される。誘電性ＡｌＮ、Ａｌ２Ｎ３またはＡｌＮｘＯｙを基礎とするフィルムは、湿式化学手法または乾式エッチングによって除去され得る。ＣｕＡｌＮは、ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮｘＯｙ誘電体キャッピングよりも低いエッチング率を有し、その結果、界面に残存する。ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮｘＯｙ誘電体キャッピングが除去されない場合、それは、拡散バリヤおよび相互接続層の上部に対するエッチストップ層として働く。
【００３２】
本発明の第２の好適実施形態において、図面のうち図３ｂを参照すると、相互接続線１４は、アルミニウムなど、例えばトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）気相処理を含むガス状前駆体との化学的暴露に供される。ＴＭＡは、Ａｌ原子の層２０を背面にして銅表面上で分解するであろう。ＴＭＡは、ＡＬＤ形式のやり方で、副反応物としてＮＨ３を続いて供給され得るものであり、初期のサイクルの間に堆積されたＡｌが銅へ拡散し、ＮＨ３と反応してＣｕＡｌＮ２６を形成して、それによって相互接続１４との界面での固着を改善するように行われる。
【００３３】
背景として、そして、連続的な堆積と、それと同時の前駆体の流れによって特徴づけられる従来のＣＶＤとは反対に、原子層堆積（ＡＬＤ）は、良く制御された方法で個々の単独層または単独層の一部を逐次堆積することを基礎とする。ＡＬＤにおいて、成長面は、二つの補完する化学的雰囲気のうちの一つに対してのみに交互に暴露され、すなわち、個々の前駆体は、一時に反応室へ供給される。暴露ステップは、不活性ガスパージまたは減圧処理とに分けられ、残存する化学的に活性なあらゆる原料ガスまたは別の前駆体が反応室に導かれる前の副産物を除去する。つまり、ＡＬＤは個々の成長サイクルの繰返しからなる。それぞれのサイクルは、典型的なシーケンスからなる。すなわち、前駆体１「パージ」の流れ、前駆体２「パージ」の流れ、である。それぞれの暴露ステップの間、前駆体分子は、有効な表面サイトすべてが飽和するまで表面と反応する。前駆体化学物質および操業条件は、一度表面が完全に飽和すると、それ以上の反応が起こらないように選択される。表面飽和は、ＡＬＤの自己制限状態を保証する。
【００３４】
この化学的取組みは、本発明の模範的な実施形態において用いられることができ、Ａｌのドーズと最上層の合金化の度合いとを効果的に制御する。その結果得られた構造は、図３ｃに示され、相互接続の上部近傍のＣｕ−Ａｌ合金化層２２とともに内部金属誘電体層１０の中に埋め込まれ、ＣｕＡｌＮの層２６でキャップされ、キャッピング層２６と内部金属誘電体層１０を覆って設けられるＡｌＮの誘電体層２７でキャップされる相互接続線１４を示している。この誘電体層２７は、上にある配線層、すなわちＡｌＮ層２７を覆って堆積された図４ｄで示されるＵＬＫ内部金属誘電体層２８に関して、拡散バリヤとエッチストップとを提供する。
【００３５】
一般的に、上記した本発明の模範的な実施形態の利点には、銅線の最上界面での誘電体との固着の改善と、銅を固定し、銅マイグレーションとボイド形成を抑制して、エレクトロマイグレーション特性を改善する、アルミニウムと窒素との銅線の局部的粒子スタッフィングとを含んでいる。さらに、銅相互接続へのＡｌの内部拡散が限られているため、銅線の抵抗が、著しく劣化することない。従来の技術提案のように、内部拡散によって最初にＣｕ合金を作製し、金属層（例えばＴｉまたはＡｌ）をエッチストリップで除去し、ついで銅合金を金属ＴｉＮまたは誘電性ＡｌＮ若しくはＡｌ２Ｏ３のキャップに変換する代わりに、キャッピング金属は、反応性内部拡散（例えばアニーリング）ステップにおいて窒化および／または酸化の代わりとされ、線（上記におけるＣｕＡｌＮまたはＣｕＡｌＮ(Ｏ)キャッピング）の最上に内部金属化合物を生成する。例えばアニール中のIn-situ窒化は、銅へのＡｌの望ましくない拡散を防止し、すなわちそれは、合金化元素を界面に可能な限り近いところに保つのである。
【００３６】
要約すると、本発明によって提案される新規の取組みは、５つの重要な目標を達成する。
１．従来の技術提案のように、Ｃｕ−アルミニウム合金のみに代わって線の頂部にＣｕＡｌＮの拡散バリヤを形成すること、
２．線抵抗の劣化を防止するため、窒素を含有する前駆体とＡｌを早い段階で反応させることにより、銅塊へのＡｌの内部拡散を制限すること、
３．アニールと窒化をある模範的な実施形態において一つのステップで施すことによって温度割当を低減すること、
４．処理ステップ、すなわち処理時間／処理の複雑さを低減すること、
５．ＣｕＡｌ合金の内部金属ボンドの代わりに、真の共有化学結合の形成で、固着特性、銅のエレクトロマイグレーション特性および銅拡散バリヤ特性を改善すること、
である。
【００３７】
上記した実施形態は発明を説明するためのもので限定するものではなく、添付された請求項によって定義される発明の範囲を逸脱することなく、当業者が多数の変更した実施形態を立案することができると解するべきである。請求項において、かっこ内に示されるいかなる引用符号も請求項を限定するものと解されるべきではない。「からなる」および「からなり」などの語句は、いかなる請求項あるいは明細書全体で挙げられているもの以外の構成やステップの存在を排除するものではない。構成の単数形での言及は、このような構成の複数形での言及を排除するものではなく、その逆も同様である。本発明は、幾つかの明瞭な要素からなるハードウエアの手段によって、および適切にプログラムされたコンピュータの手段によって実施される。幾つかの手段が列挙されているデバイスクレームにおいて、これら手段のうちの幾つかは、一つおよび同じ種類のハードウエアによって具体化される。相互に異なる独立請求項において特定の手段が列挙されていることだけをもって、これらの手段の組合せが有利に使用され得ないことを示すものではない。
【００３８】
当業者であれば、説明において開示されるさまざまな変数は修正され得るものであり、開示されたさまざまな実施形態は、本発明の範囲から逸脱することなく組み合わされ得ることを容易に理解できる。
【００３９】
請求項における引用符は、請求の範囲を限定するものではないが、請求項の明瞭性を高めるためだけに挿入されるものではないことが明記される。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】図１は、従来の技術に従う金属相互接続構造の断面模式図である。
【図２ａ】図２ａは、銅相互接続上にＣｕ−Ａｌ合金キャッピングを形成することに関する従来技術に従う方法の主要なステップを模式的に示したものである。
【図２ｂ】図２ｂは、銅相互接続上にＣｕ−Ａｌ合金キャッピングを形成することに関する従来技術に従う方法の主要なステップを模式的に示したものである。
【図２ｃ】図２ｃは、銅相互接続上にＣｕ−Ａｌ合金キャッピングを形成することに関する従来技術に従う方法の主要なステップを模式的に示したものである。
【図２ｄ】図２ｄは、銅相互接続上にＣｕ−Ａｌ合金キャッピングを形成することに関する従来技術に従う方法の主要なステップを模式的に示したものである。
【図２ｅ】図２ｅは、銅相互接続上にＣｕ−Ａｌ合金キャッピングを形成することに関する従来技術に従う方法の主要なステップを模式的に示したものである。
【図３ａ】図３ａは、銅相互接続上にキャッピング層を形成することに関する本発明の第１の好適実施形態に従う方法の主要なステップを模式的に示したものである。
【図３ｂ】図３ｂは、銅相互接続上にキャッピング層を形成することに関する本発明の第１の好適実施形態に従う方法の主要なステップを模式的に示したものである。
【図３ｃ】図３ｃは、銅相互接続上にキャッピング層を形成することに関する本発明の第１の好適実施形態に従う方法の主要なステップを模式的に示したものである。
【図３ｄ】図３ｄは、銅相互接続上にキャッピング層を形成することに関する本発明の第１の好適実施形態に従う方法の主要なステップを模式的に示したものである。
【図４ａ】図４ａは、銅相互接続線上にキャッピング層を形成することに関する本発明の第２の好適実施形態に従う方法の主要なステップを模式的に示したものである。
【図４ｂ】図４ｂは、銅相互接続線上にキャッピング層を形成することに関する本発明の第２の好適実施形態に従う方法の主要なステップを模式的に示したものである。
【図４ｃ】図４ｃは、銅相互接続線上にキャッピング層を形成することに関する本発明の第２の好適実施形態に従う方法の主要なステップを模式的に示したものである。
【図４ｄ】図４ｄは、銅相互接続線上にキャッピング層を形成することに関する本発明の第２の好適実施形態に従う方法の主要なステップを模式的に示したものである。
【図１】
2009517859.tif 000003
【図２ａ】
2009517859.tif 000004
【図２ｂ】
2009517859.tif 000005
【図２ｃ】
2009517859.tif 000006
【図２ｄ】
2009517859.tif 000007
【図２ｅ】
2009517859.tif 000008
【図３ａ】
2009517859.tif 000009
【図３ｂ】
2009517859.tif 000010
【図３ｃ】
2009517859.tif 000011
【図３ｄ】
2009517859.tif 000012
【図４ａ】
2009517859.tif 000013
【図４ｂ】
2009517859.tif 000014
【図４ｃ】
2009517859.tif 000015
【図４ｄ】
2009517859.tif 000016
【国際調査報告】
2009517859.tif 000017
2009517859.tif 000018
2009517859.tif 000019
2009517859.tif 000020
2009517859.tif 000021