(57)【要約】本発明は、半導体デバイス用デュアルダマシン構造を製造する方法に関する。基板中に形成されたトレンチまたはバイア内の、拡散バリア層の堆積の間中、ハロゲン系前駆物質が使用される。前記堆積からの残留ハロゲンは、前記バリア層上に残ることができ、前記トレンチまたはバイアを充填するために、前記バリア層上に位置する金属層の成長を触媒するのに用いられる。
2009515319.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体デバイス用構造体の製造方法であって、
該方法において、ハロゲン系前駆物質が、基板上への第１材料層の堆積中に用いられ、かつ前記堆積からの残留ハロゲンは、前記第１材料層上への第２材料層の成長を触媒するのに用いられる、半導体デバイス用構造体の製造方法。
【請求項２】
前記第１材料層が、拡散バリア層である請求項１に記載の半導体デバイス用構造体の製造方法。
【請求項３】
前記第１材料層は、前記基板中に画定された、トレンチまたはバイアの底部および／または側壁部上に堆積される請求項１に記載の半導体デバイス用構造体の製造方法。
【請求項４】
前記第２材料層は金属層である請求項１に記載の半導体デバイス用構造体の製造方法。
【請求項５】
前記第２材料層は金属層であり、かつ前記第２材料層が前記トレンチまたはバイアを充填するとき、前記残留ハロゲンが前記第２材料層の成長を触媒する請求項３に記載の半導体デバイス用構造体の製造方法。
【請求項６】
前記第１材料層が、堆積法を用いて堆積される請求項１に記載の半導体デバイス用構造体の製造方法。
【請求項７】
前記第１材料層が、原子層堆積法および／または化学蒸着法を用いて堆積される請求項６に記載の半導体デバイス用構造体の製造方法。
【請求項８】
前記第２材料層が、堆積法を用いて堆積される請求項１に記載の半導体デバイス用構造体の製造方法。
【請求項９】
前記第２材料層が、原子層堆積法および／または化学蒸着法を用いて堆積される請求項８に記載の半導体デバイス用構造体の製造方法。
【請求項１０】
前記ハロゲン系前駆物質が、ヨウ素系または臭素系の前駆物質である請求項１に記載の半導体デバイス用構造体の製造方法。
【請求項１１】
前記第２材料層は銅を有する請求項４に記載の半導体デバイス用構造体の製造方法。
【請求項１２】
前記第１材料層はＴｉＮを有する請求項１に記載の半導体デバイス用構造体の製造方法。
【請求項１３】
前記構造体が、相互接続構造体である請求項１に記載の半導体デバイス用構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造体の製造方法に関し、特に、専用ではないが、半導体デバイス用構造体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高性能集積回路(ICs)上のトランジスタの密度は、絶えず増加している。多くのアクティブ素子の集積化は、高密度金属のそのようなICs多重層が相互接続することを必要とする。
【０００３】
近年、半導体産業は、金属線間の二酸化シリコン(Silicon Dioxide)誘電体とのアルミニウム相互接続金属の使用から、銅金属および低ｋ誘電体材料の使用へと移行している。
【０００４】
銅は、低ｋ誘電体が前記金属線間の寄生容量を減少させると同時に、前記金属相互接続線の抵抗を減少させる。これら新しい材料は、「デュアルダマシン」と呼ばれる製造プロセスにおいて使用されており、これは、多層の、高度化のために必要な高密度金属相互接続の、高性能ＩＣｓを作り出すのに用いられる。
【０００５】
原子層堆積(ＡＬＤ)および化学蒸着(ＣＶＤ)は、デュアルダマシン型構造において、等角的な銅拡散バリア、および、銅シード層もまた堆積させるのに用いられることができる、よく知られた技術である。
【０００６】
拡散バリアは、トレンチまたはバイアの壁部上に堆積される保護層である。前記トレンチまたはバイアは、例えば、上述したような低ｋ材料のような誘電体材料の中に形成され、前記拡散バリアは、例えば、製造の間中、前記トレンチまたはバイアを充填するのに用いられる銅などの金属が、前記誘電体材料に拡散するのを回避する。拡散バリアは、例えば、ＴｉＮから形成されることができる。
【０００７】
金属シード層は、例えば銅などの金属からなる層であり、典型的に、トレンチまたはバイアの中の拡散バリアの上方に堆積される。これは、その後の前記トレンチまたはバイアの前記金属による充填の完了を容易にする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の実施形態は、半導体デバイス用構造体において一の層を別の層の上方に成長させることができるということによって、便利な方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、半導体デバイス用構造体の製造方法が提供される。この方法おいて、ハロゲン系前駆物質は、基板上に位置する第１材料層の堆積の間中用いられ、前記堆積からの残留ハロゲンは、前記第１材料層上に位置する第２材料層の成長を職倍するのに用いられる。
【００１０】
一の実施形態において、前記第１材料層は、前記基板中に画定された、トレンチまたはバイアの底部および／または側壁部上に堆積される拡散バリア層である。
【００１１】
前記２材料層は、金属層とすることができ、かつ前記残留ハロゲンは、前記第２材料層が前記トレンチまたはバイアを充填するように、前記第２材料層の成長を触媒することができる。
【００１２】
好ましくは、前記ハロゲン系前駆物質が、ヨウ素または臭素ベース前駆物質である。
【００１３】
ここで、本発明の実施形態は、添付図面を参照して単に一例として説明されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
添付図面の図１に言及すると、図１には、ダマシン構造１が形成される部分が示されている。前記構造１は、誘電材料（この例では、超低ｋ材料）から形成される第１誘電体層２を具える。この第１誘電体層２は、第１金属層３（この例では、銅）に隣接する。薄いバリア層４は、例えば導電性ＴｉＮから形成され、前記第１誘電体層２と前記第１金属層３とを分離する。
【００１５】
エッチング停止層５は、例えばＳｉＣＮから形成され、前記第１誘電体層２を覆い、かつ前記第１金属層３を部分的に覆う。
【００１６】
超低ｋ材料を具える第２誘電体層６は、前記エッチング停止層５上に形成される。前記第２誘電体層６は、通路７を含み、この通路７は、オープンエンド７ａと、前記第１金属層３によって閉ざされるクローズドエンド７ｂとを有する。前記通路の壁部７ｃは、前記オープンエンド７ａを有する、第１通路部またはトレンチ７ｄと、前記クローズドエンド７ｂを有する、第２通路部またはバイア７ｅとを画定する。前記第１通路部７ｄは、前記第２通路部７ｅよりも幅広である。
【００１７】
ＵＳＧハードマスク層８は、前記第２誘電体層６の上側面上に形成される。ＴｉＮハードマスク層９は、前記ＵＳＧハードマスク層８上に形成される。
【００１８】
前記構造１は、知られた標準の技術を用いて製造される。つまり、前記複数の低ｋ層は、中間ハードマスクおよびトップハードマスクとともに、またはこれら無しで堆積される。複数のレジストは、スピンされ、かつリソグラフィにより露出される。前記レジストがパターニングされて、前記ハードマスクがエッチングされ、その後、前記レジストが除去される。前記多孔性の低ｋ材料および前記エッチング停止層５は、その後エッチングされて前記通路７を形成する。
【００１９】
次に図２に言及すると、第１材料層である拡散バリア層１０は、前記通路７の前記壁部、および前記通路７を閉じる前記第１金属層３の上方に堆積される。好ましい実施例において、前記拡散バリア層１０は、ＴｉＮを具える。前記拡散バリア層１０は、ハライドベースの前駆物質（前記ハードマスク層９がＴｉＮの場合は、Ｔｉハライド前駆物質）を用いて堆積され、好ましくは、ＡＬＤ法またはＣＶＤ法を用いて堆積される。有利には、前記前駆物質からのハライド種(species)１１は、前記拡散バリア層１０の堆積が完了した後、前記拡散バリア層１０の表面上に残る。これらハライド種(species)１１は、第２材料層である第２金属層１２のその後の堆積を触媒する働きをする。好ましい実施形態を示す図３において、前記第２金属層１２として、ＣＶＤ法を用いて銅が堆積される。
【００２０】
好ましい実施形態において、ＡＬＤ法は、前記拡散バリア層１０を成長させるのに用いられる。ＡＬＤ法は、不活性ガスからなるパージパルスによって、互いに分離される２以上の前駆物質の、代案のパルスを利用する。前記表面への反応型吸着によるサブモノレイヤ法によって、サブモノレイヤにおいて成長が起こる。各パルスの間中、前記成長は、活性部位(active sites)の占有のため、自己制御する。この結果は、
１）非常に均一かつ等角的な成長挙動を得ることができる
２）前記サブモノレイヤ成長挙動による前記モノレイヤが、サイクル回数の設定によるだけで、全積層厚にわたり完全制御を可能とする
３）反応生成物が、各パルスシーケンスの間中、前記表面から完全に除去されるため、被膜汚染レベルが低い
という３つの効果をもたらす。
【００２１】
本発明の好適な実施形態において、ＴｉＮの原子層堆積法(ＡＬＤ)は、２５０〜４００℃の堆積温度で、ヨウ化チタン(ＴｉＩ４)およびアンモニア(ＮＨ３)を前駆物質として用いることによって行われる。前記ＡＬＤ技術は、前記ＣＶＤプロセスにおいて用いられる複数の気体の反応物質が、ウェーハ表面と１つずつ反応するよう製造されるという原理に基づいている。前記好ましい実施形態における前記堆積順序は以下の通りである。前記堆積を行うための適切な装置は、国際公開第０２／０６３６７７号公報に記載されている。
【００２２】
第１に、前記複数の反応物質の１つは、反応チャンバに導入される。この前駆物質は、前記表面と反応し、前記基板原子との化学結合を起こす。温度、圧力等に関する条件は、新しい材料からなる、１層のモノレイヤまたは１層のサブモノレイヤのみが、前記表面上に成長するよう選択される。すなわち、追加的な前駆物質材料の凝縮または分解は、前記選択された条件下では起こらない。前記前駆物質流は、前記化学吸着モノレイヤが、前記表面上のどこにでも、深いバイア、角の周り等においても存在するよう十分に長く保たれる。前記化学吸着モノレイヤは、用いられる特定の前駆物質に特徴を有する新しい表面終端をもたらす。例えば、二酸化シリコン表面からなる前記表面終端は、Si-OH基で構成される。この表面がＴｉＩ４蒸気に露出されている場合、Si-O-Ti(I)結合が形成され、かつＨＩ(ｇ)が開放されるであろう。
【００２３】
第２に、不活性パージガスが前記チャンバの中に導入され、前記第１工程で用いられた全ての気体の前駆物質分子(すなわち、ＴｉＩ４)を除去する。例えばＮ２またはＡｒなどの前記パージガスは、前駆物質の第１型を完全に確実に除去するのに十分に長く流れ続ける。前記第１工程において成長させた前記モノレイヤが化学吸着されるため、前記パージガスは、この層を除去しない。
【００２４】
第３に、第２前駆物質が、前記チャンバの中に導入される。前駆物質(この例では、ＮＨ３)のタイプは、この前駆物質が、前記第１工程において成長させて追加層を形成した前記モノレイヤと反応するよう選択される。これは、前記界面上にハロゲンが山積みされる(pile up)のを回避するために行われる。これは、接着および反応性能に影響を及ぼす。前記ＡＬＤ ＴｉＮの例において、これは、前記表面がここで-O-Ti-NH2終端を有すると同時に、(気体の)ＨＩの形成を導く。再び、前記反応は、前記-O-TiI3表面位置上の入手可能なヨウ化物原子のすべてが、-Ti-NH2基によって置き換えられるまで続くであろう。この工程においても、反応ガスの前記流れは、すべての表面位置が確実に反応するよう十分に長く流れ続ける。すなわち、同時に、前記条件は、凝縮が起こらないよう選択される。
【００２５】
第４工程は、不活性ガスを用いる別のパージであり、このパージは、前記第３工程から残るすべての過剰ガスを除去する。
【００２６】
その後の工程において、前記第１前駆物質(すなわち、ＴｉＩ４)が再び導入される。この前駆物質は、前記第３工程において化学吸着された前記分子、すなわち前記-Ti-NH2基と反応する。これは、気体のＨＩの形成をもたらし、かつ-N-Ti(I)x基で終端となる表面をもたらす。
【００２７】
前記４つの基本工程の各々は、所望の厚さを有するTiNフィルムが実現されるまで、複数回繰り返される。
【００２８】
このような方法で複数の層を成長させるために、金属ハライド前駆物質(および特にＴｉハライド)を使用することが知られているにもかかわらず、最後のＮＨ３ ＡＬＤハーフサイクルの適用による前記完成した層の前記表面上に残る、いかなるハライドも除去することは、通常の慣行である。これは、接着性を向上させるために行われる。追加的に、さらなる表面処理を適用することも標準的である。前記表面処理とは、例えば、前記界面を向上させ、かついかなるハライドも完全に確実に除去するためのプラズマアニールなどである。
【００２９】
これに反して、本発明の実施形態において、上述したように、ハライドは、前記バリアの表面で残ることが許され、例えば銅などの金属層のその後の成長を触媒する。
【００３０】
好ましい実施形態において、前記銅層１２は、キュプラセレクト(Cupraselect)(RTM)Ｃｕ(hfac)(tmvs)を使用するＣＶＤ法を用いて堆積される。これは、ＭＯＣＶＤ銅フィルムの堆積に広く用いられる、よく知られた前駆物質である。前記銅層１２の成長の間中、残留ヨウ化イオン１１は、前記バリア層１０の堆積の工程から残され、前記銅層１２の最上部に浮遊し、かつ前記成長しているフィルムの範囲内に埋め込まれない。ヨウ素の存在は、銅に吸着されたCu+(hfac)分子の減少を触媒する。これは、ヨウ素を用いないものよりも大きな成長速度を生じさせる。
【００３１】
ヨウ素がＣｕ層の成長を触媒することができることによるプロセスは、国際公開第２００３／０５６６１２号公報に詳細に記載されている。このプロセスは、前記触媒を供給するためにヨウ化エチルを堆積する工程を含む。これは、前記触媒が、第１材料層を堆積するために用いられるハロゲン前駆物質からの残留ハロゲンである、本発明の実施形態と対比されるべきものである。
【００３２】
前記銅層１２が成長し始める時、前記通路部７ｄおよび７eの底部上に位置する触媒種にの大きな集中が生じるため、図４に示されるように、前記銅層１２の等角的な充填が発生する。
【００３３】
このような方法で、銅シード層(copper seed layer)が堆積された後、前記層１２は、電気化学めっき法を用いて完成されることができる。
【００３４】
図５に示されるように、残りの触媒種(species)は、電気化学浴(electrochemical bath)においてまたは簡単な洗浄(rinse)工程のいずれかにおいて分散されることができる。
【００３５】
好ましい実施形態において、ヨウ素ベースの前駆物質が用いられるにもかかわらず、本発明の他の実施形態において、異なるハライドベース前駆物質も用いられることができる。しかしながら、ヨウ素ベース前駆物質は、ＡＬＤ ＴｉＮバリア堆積のための塩素ベース前駆物質よりも好ましい。これは、前記ＴｉＣｌ４パルスの間中、開放されることによって製造される気体のＨＣｌが、揮発性のＣｕＣｌガスの形成のため、下層の銅をエッチングすることができるためである。これは、銅線またはフィルム上に深刻な穴を開けるおそれがある。前記ＣｕＣｌガスの開放は、前記反応壁部上の銅の再堆積、および、前記バリアの拡散を分解する前記ＴｉＮ拡散バリアの内部への銅の取り込みという追加的な問題を生じさせるおそれもある。
【００３６】
ヨウ素ベース前駆物質の使用は、フッ化前駆物質よりもまた好ましいが、これにもまた問題があるおそれがある。例えば、ＷＦ６の使用は、ＨＦによるＳｉＯ２のエッチングのため、酸化表面と組み合わせて用いる場合に問題がある。ＷＦ６の、低ｋ誘電体上のバリア層堆積のための前駆物質としての使用は、これら材料が、Si-O-Si結合の高集中を有するため、理想的とはならないであろう。
【００３７】
したがって、ダマシン構造の製造を含む実施形態において、ハライド前駆物質を用いることは好ましい。前記ハライド前駆物質は、相互接続製造において用いられる他の材料と反応することによって製造される揮発性物質を形成しない。ヨウ素および臭素ベース前駆物質、例えば、ヨウ化金属および臭化金属ベース前駆物質は、この要求に応じる。一般的に、ヨウ化前駆物質は、ヨウ素が、超等角的銅充填プロセスを開始するための高められた触媒作用を有するため、トレンチまたはバイアが銅で充填される場合に、臭化前駆物質よりも好ましい。
【００３８】
ヨウ素ベース前駆物質は、塩化またはフッ化ベース前駆物質よりもまた好ましい。これは、ヨウ素が、触媒作用Ｃｕ ＣＶＤの間中、銅上に浮遊するであろうからである。塩化またはフッ化前駆物質は、前記拡散層／銅界面に付着して残る可能性が高く、したがって、歩留まりおよびバイア抵抗を低下させる。
【００３９】
ヨウ化前駆物質を用いることのさらなる利点は、それらの相対かさ高性である。これは、多孔性の低k誘電体の内部への前駆物質の侵入を限定する。
【００４０】
好ましい実施形態を参照することにより説明された本発明によれば、問題の前記実施形態は、単に模範的なものであって、かつ修正および変型は、当業者によって、添付した特許請求の範囲に記載された発明、および、これらの均等物の思想および範囲から逸脱することなく行われることができるということは良く理解されるべきである。「具える(comprising, comprises)」というような用語は、全体として、どの請求項または発明の詳細な説明に挙げられた以外の他の要素または工程を除外しない。名詞の前に付く単数の“ａ”や“ａｎ”は、そのような名詞の複数を除外しない。
【００４１】
当業者にとって、記載されおよび／または請求されたような様々な実施形態は、本発明の範囲から逸脱することなく、組み合わせられることができるということは明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】相互接続構造の製造における一工程を示す図である。
【図２】相互接続構造の製造における一工程を示す図である。
【図３】相互接続構造の製造における一工程を示す図である。
【図４】相互接続構造の製造における一工程を示す図である。
【図５】相互接続構造の製造における一工程を示す図である。
【図１】
2009515319.tif 000003
【図２】
2009515319.tif 000004
【図３】
2009515319.tif 000005
【図４】
2009515319.tif 000006
【図５】
2009515319.tif 000007