(57)【要約】  無電解堆積の触媒作用にイオン注入による表面改質を用いて金属膜を堆積する技術を開示する。１つの特定の例示的な実施形態では、この技術は、金属膜を堆積する方法として実現されうる。当該方法は、基板と、基板上の誘電体層と、誘電体層上のレジスト層とを含み、誘電体層及びレジスト層は１以上の開口を有する構造上に、触媒材料を堆積することを含みうる。当該方法は更に、レジスト層を剥離することを含む。当該方法は更に、１以上の開口を充填すべく構造の１以上の開口内の触媒材料上に金属膜を堆積することを含む。【選択図】  図１Ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属膜を堆積する方法であって、
基板と、前記基板上の誘電体層と、前記誘電体層上のレジスト層とを含み、前記誘電体層及び前記レジスト層は１以上の開口を有する、構造上に、触媒材料を堆積することと、
前記レジスト層を剥離することと、
前記１以上の開口を充填すべく前記構造の前記１以上の開口内の前記触媒材料上に金属膜を堆積することと、
を含む方法。
【請求項２】
前記触媒材料は、前記金属膜を触媒作用を利用して無電解堆積すべく前記構造の少なくとも１つの表面を改質する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記触媒材料は、前記レジスト及び前記基板上に堆積される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記触媒材料は、前記基板と均一に混合して触媒層が形成される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記触媒材料は、所定深度となるまで混合される、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記所定深度は、約１００Åである、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記触媒層は、向上された金属膜表面付着を与える、請求項４に記載の方法。
【請求項８】
前記触媒材料は、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｒｈ、及びＰｔのうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記基板は、Ｓｉ、ＧａＡｓ、Ｇｅ、ＳｉＣ、ＩｎＰ、及びＧａＮのうちの少なくとも１つから形成される、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記誘電体層は、低誘電率の材料から形成される、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記低誘電率の材料は、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮ、ホウ素リン酸ケイ酸塩ガラス（ＢＰＳＧ）、炭素ドープされたガラス（ＣＤＧ）、フッ素ドープされたガラス（ＦＤＧ）、エーロゲル、及び層間誘電体のうちの少なくとも１つを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記１以上の開口は、パターニングプロセスにより形成される、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記パターニングプロセスは、エッチング、マスキング、及びフォトレジストプロセスのうちの少なくとも１つを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記１以上の開口のそれぞれは、約２０ｎｍ乃至３００ｎｍの直径を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記１以上の開口のそれぞれは、約１：１乃至３０：１の高いアスペクト比（ＨＡＲ）を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記金属膜を堆積することは、ボトムアップ充填を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記金属膜は、Ｃｕ、Ｎｉ、及びＣｏＷＰのうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
請求項１に記載の方法から形成される半導体構造。
【請求項１９】
金属膜を堆積する方法であって、
基板と、前記基板上の誘電体層とを含む構造上に、触媒材料を堆積することと、
前記構造上に触媒層を形成することと、
前記触媒層上に金属膜を堆積することと、
を含む方法。
【請求項２０】
前記触媒材料は、前記金属膜を触媒作用を利用して無電解堆積すべく前記構造の少なくとも１つの表面を改質する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記触媒層は、前記誘電体層上に形成される、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記触媒層は、前記誘電体層と均一に混合された触媒材料を含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記触媒材料は、約１００Åの所定深度となるまで混合される、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記触媒層は、向上された金属膜表面付着を与える、請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
前記触媒材料は、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｒｈ、及びＰｔのうちの少なくとも１つを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２６】
前記基板は、Ｓｉ、ＧａＡｓ、Ｇｅ、ＳｉＣ、ＩｎＰ、及びＧａＮのうちの少なくとも１つから形成される、請求項１９に記載の方法。
【請求項２７】
前記誘電体層は、低誘電率の材料から形成される、請求項１９に記載の方法。
【請求項２８】
前記低誘電率の材料は、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮ、ホウ素リン酸ケイ酸塩ガラス（ＢＰＳＧ）、炭素ドープされたガラス（ＣＤＧ）、フッ素ドープされたガラス（ＦＤＧ）、エーロゲル、及び層間誘電体のうちの少なくとも１つを含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記金属膜は、Ｃｕ、Ｎｉ、及びＣｏＷＰのうちの少なくとも１つを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項３０】
請求項１９に記載の方法から形成される半導体構造。
【発明の詳細な説明】
【関連出願への相互参照】
【０００１】
本願は、２００６年２月８日に出願した米国特許仮出願番号第６０／７７１，５９１号の優先権を主張する。この仮出願の内容全体を本願に参照として組み込むものとする。
【技術分野】
【０００２】
本開示は、一般に、金属膜の堆積、より具体的には、無電解堆積の触媒作用にイオン注入表面改質を用いる金属膜の堆積技術に係る。
【背景技術】
【０００３】
物理気相成長法（ＰＶＤ）、化学気相成長法（ＣＶＤ）、原子層成長法（ＡＬＤ）、及び他の非イオン注入型の触媒作用を利用した無電解堆積技術といった今日の半導体金属堆積技術は限界を有する。これらの技術には幾つかの利点があり、また、一般に相対的に平らな／水平な表面上に薄膜層を堆積するには十分であるが、いずれの技術も、特に高いアスペクト比（ＨＡＲ）を有する様々に変化するトポグラフィ上に薄膜層を適切に堆積することができない。
【０００４】
例えば、ＰＶＤ及びＣＶＤは、高いアスペクト比を有する形状を適切に充填しない。更に、ＡＬＤは、半導体基板構造における高アスペクト比のビア（穴又は開口）の充填にはより適しているが、処理が遅い。更に、ＡＬＤ及び同様のプロセスにより堆積される薄膜は、プリカーサの有機性によって質が悪い傾向がある。また、他の非イオン注入型の触媒作用を利用した無電解堆積技術（例えば、グラフティング、コロイド懸濁液、及びイオンクラスタビーム（ＩＣＢ）といったパラジウム（Ｐｄ）を用いる技術）は、欠陥率が高い傾向があり、高アスペクト比を有する構造を適切に充填しない。更に、リフトオフ（例えば、層の分離）といった金属膜の堆積に関連付けられる他のプロセス欠陥は、一般に、金属膜の付着強度が不十分であることにより発生する。このように上記及び他の従来の堆積技術はいずれも、半導体構造、特に様々に変化するトポグラフィを有する構造上に金属膜を適切に堆積することができない。
【０００５】
上記を鑑みて、上記の欠点を解決する触媒無電解堆積技術を提供することが望ましい。
【開示の概要】
【０００６】
無電解堆積の触媒作用にイオン注入による表面改質を用いて金属膜を堆積する技術を開示する。１つの特定の例示的な実施形態では、この技術は、金属膜を堆積する方法として実現されうる。当該方法は、基板と、基板上の誘電体層と、誘電体層上のレジスト層とを含み、誘電体層及びレジスト層は１以上の開口を有する構造上に、触媒材料を堆積することを含みうる。当該方法は更に、レジスト層を剥離することを含む。当該方法は更に、１以上の開口を充填すべく構造の１以上の開口内の触媒材料上に金属膜を堆積することを含む。
【０００７】
この特定の例示的な実施形態の別の側面では、触媒材料は、金属膜を触媒作用を利用して無電解堆積すべく構造の少なくとも１つの表面を改質する。
【０００８】
この特定の例示的な実施形態の更なる側面では、触媒材料は、基板と均一に混合して触媒層が形成される。
【０００９】
この特定の例示的な実施形態の更なる側面では、触媒材料は、所定深度となるまで混合され、向上された金属膜表面付着を供給する。
【００１０】
この特定の例示的な実施形態の更なる側面では、金属膜を堆積することは、ボトムアップ充填を含む。
【００１１】
別の例示的な実施形態では、上記の技術は、金属膜を堆積する方法として実現されうる。当該方法は、基板と、基板上の誘電体層とを含む構造上に、触媒材料を堆積することを含みうる。当該方法はまた、構造上に触媒層を形成することを含む。当該方法は更に、触媒層上に金属膜を堆積することを含む。
【００１２】
本開示を、添付図面に示すその例示的な実施形態を参照してより詳細に説明する。本開示は、以下において、例示的な実施形態を参照して説明するが、本開示はそれに限定されないことは理解すべきである。本願の教示内容を入手できる当業者は、追加の実施形態、変形、及び、実施例、並びに他の使用分野を認識するであろう。これらは本願に記載する本開示の範囲内であり、それらに対して本開示内容は相当な実用性を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
本開示のより完全なる理解を容易にすることを目的として、添付図面を参照する。図面中、同様の要素には同様の参照番号を付す。これらの図面は、例示的に過ぎず、本開示を限定するものと解釈すべきではない。
【００１４】
【図１Ａ−１Ｄ】本開示の一実施形態による無電解堆積ボトムアップ充填技術の触媒作用にイオン注入表面改質を用いる金属膜堆積方法を説明する図である。
【００１５】
【図２Ａ−２Ｃ】本開示の一実施形態による無電解堆積技術の触媒作用にイオン注入表面改質を用いる金属膜堆積方法を説明する図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
イオン注入は、エネルギーイオンを基板に直接照射することにより基板内に化学種を堆積させるプロセスである。半導体製造において、イオン注入装置は、主に、ターゲット材料の伝導性のタイプ及びレベルを変更するドーピングプロセスに使用される。集積回路（ＩＣ）基板及びその薄膜構造における厳密なドーピングプロファイルはしばしばＩＣが適切な性能を有するために重要である。所望のドーピングプロファイルを実現することを目的として、１以上のイオン種が異なるドーズ及び異なるエネルギーレベルにおいて注入されうる。イオン種、ドーズ、及びエネルギーの明細は、イオン注入レシピと呼ばれる。
【００１７】
本開示の実施形態では、無電解堆積の触媒作用にイオン注入表面改質を用いて、現行の金属膜充填及び堆積技術の制限を軽減する。イオン注入は、非常に指向性が高いことが知られているので、無電解堆積の触媒作用のためのイオン注入表面改質に関する本開示の実施形態は、従って、電気化学ポテンシャルに関連する電気陰性度によって材料の表面特性を改質するよう有利に使用されうる。ＳｉＯ２、Ｓｉ、有機シリケートガラス（ＯＳＧ）（炭素ドープされたガラス（ＣＤＧ））、又は、集積回路製造に使用する他の同様の材料の電気化学ポテンシャルを変更して複数の表面単分子層の付近に注入することで、「改質された表面」は、電気化学反応に非常に敏感となる。このような反応は、半導体及び集積回路デバイスにおいて相互接続層を形成するために金属膜を無電解に堆積すべく有利に利用されうる。これらの相互接続層は、一般に、バック・エンド・オブ・ザ・ライン（ＢＥＯＬ）プロセスと呼ばれ、集積回路内のトランジスタといったアクティブデバイスを互いに配線で接続するために用いられうる。
【００１８】
本開示の一実施形態に従って、無電解堆積ボトムアップ充填技術の触媒作用にイオン注入表面改質を用いる金属膜堆積法を、図１Ａ−１Ｄを参照して説明する。
【００１９】
図１Ａは、基板１１０と、基板１１０上に配置される誘電体層１２０と、誘電体層１２０上に配置されるレジスト層１３０とを含む構造１００を示す。１以上の開口１４０が、エッチング、マスキング、フォトレジストプロセス、又は他の同様のプロセスといった様々な製造プロセスによって誘電体層１２０及びレジスト層１３０内にパターニングされうる。基板１１０は、Ｓｉ、ＧａＡｓ、Ｇｅ、ＳｉＣ、ＩｎＰ、ＧａＮ、他の半導体又は誘電体材料、若しくは、これらの組み合わせといった様々な材料から形成されうる。誘電体層１２０は、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮ、ホウ素リン酸ケイ酸塩ガラス（ＢＰＳＧ）、炭素ドープされたガラス（ＣＤＧ）、フッ素ドープされたガラス（ＦＤＧ）、エーロゲル、層間誘電体、又はこれらの組み合わせといった低誘電率の材料から形成されうる。
【００２０】
誘電体層１２０及びレジスト層１３０における１以上の開口１４０のそれぞれは、サイズ（例えば、直径）及び／又は高いアスペクト比（ＨＡＲ）（例えば、深度対直径）値を有しうる。例えば、本開示の一実施形態では、開口の直径は、約２０ｎｍ乃至３００ｎｍであり、ＨＡＲは、１：１乃至３０：１でありうる。当業者は、直径及びＨＡＲの値は、上述の寸法に限定されるべきではないことは理解すべきである。他の変形を用いてもよい。
【００２１】
図１Ｂ乃至１Ｄを参照するに、本開示の一実施形態による無電解堆積の触媒作用にイオン注入表面改質を用いて構造１００上に金属膜１５０を堆積する方法を提供する。
【００２２】
具体的に、図１Ｂは、構造１００上への触媒材料の堆積を示す。触媒材料には、パラジウム（Ｐｄ）、又は、ルテニウム（Ｒｕ）、プラセオジム（Ｐｒ）、プラチナ（Ｐｔ）等の他の同様の触媒材料が含まれうる。触媒材料の堆積には、イオン注入又は衝撃といった様々なプロセスが含まれうる（図１Ｂに示す矢印を参照）。誘電体層１２０に１以上の開口１４０があることにより、触媒材料は、レジスト層１３０と基板１１０の上に堆積されうる。特に、このような触媒材料のイオン注入は、その抵抗能力によって、特に１以上の開口１４０の底部に位置付けられる場合に有利でありうる。
【００２３】
例えば、本開示の一実施形態では、触媒材料は基板１１０及びレジスト層１３０と均一に混合し各触媒層１１５及び１３５が形成されうる。触媒層１３５は最終的には除去される（図１Ｃ参照）ので、以下の説明では触媒層１１５に注目する。
【００２４】
本開示の一実施形態では、触媒層１１５は、所望の所定深度（例えば、約１００Å）まで基板１１０と混合されうる。他の様々な所定深度を用いてもよいが、触媒層１１５を１以上の開口１４０のそれぞれに形成することにより、後続の金属膜堆積のために向上した表面付着を提供することができる。より具体的には、触媒層１１５は、その上に続いて堆積される金属膜のための有利な「接着」機能を促進する均一且つ強力な付着層を提供することができる。更に、触媒層２２５は、リフトオフ（例えば、層の分離）や金属膜の堆積に関連付けられる他のプロセス欠陥を阻止しうる。
【００２５】
図１Ｃを参照するに、レジスト層１３０及び触媒層１３５は、構造１００から除去又は剥離されうる。除去又は剥離は、酸素プラズマによる揮散、ＲＣＡ洗浄、熱リン酸を用いてＳｉ３Ｎ４を除去するピラニア洗浄（piranha cleaning）、又は同様のプロセスを含む幾つかの技術によって実現されうる。イオン注入は、最高の角度制御を与えるので、構造１００からレジスト層１３０及び触媒層１３５を除去又は剥離することによって、１以上の開口１４０の底部にのみ触媒面が残り、それにより、ＨＡＲ構造の充填が改善される。
【００２６】
図１Ｄでは、構造１００の１以上の開口１４０内に金属膜１５０が堆積される。一実施形態では、金属膜１５０の堆積には、構造１００の１以上の開口１４０（又はＨＡＲ構造）を充填する金属膜１５０のボトムアップ充填又は無電解堆積を含みうる。金属膜１５０は、Ｃｕ、Ｎｉ、ＣｏＷＰ、又は、相互接続層の形成に有用な他の導電性材料といった様々な金属から形成されうる。従って、金属膜１５０が一度堆積されると、堆積された金属膜１５０の基板１１０への強力な付着と、トポグラフィカル構造１００における１以上の開口１４０の完全な充填が達成されうる。１以上の開口１４０の底面１１５にしか「触媒作用が及ば」ないので（誘電体層１２０における１以上の開口１４０の側壁は含まず）、堆積は（側壁上ではなく）底面上で発生し、それにより、１以上の開口１４０は完全に充填される。即ち、１以上の開口１４０の側壁にも「触媒作用が及んで」しまう場合、堆積される金属膜１５０は、側壁に付着する傾向が高くなり、１以上の開口１４０内に空隙又は未充填領域がもたらされ、構造１００の１以上の開口１４０（又はＨＡＲ構造）を適切に充填しないことがある。
【００２７】
本開示の別の実施形態に従って、無電解堆積技術の触媒作用にイオン注入表面改質を用いる別の金属膜堆積法を、図２Ａ−２Ｃを参照して説明する。
【００２８】
図２Ａは、基板２１０と、基板２１０上に配置された誘電体層２２０とを含む構造２００を示す。図１Ａ−１Ｄの構造１００と同様に、基板２１０は、Ｓｉ、ＧａＡｓ、Ｇｅ、ＳｉＣ、ＩｎＰ、ＧａＮ、他の半導体又は誘電体材料、若しくは、これらの組み合わせといった様々な材料から形成されうる。誘電体層１２０も、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮ、ホウ素リン酸ケイ酸塩ガラス（ＢＰＳＧ）、炭素ドープされたガラス（ＣＤＧ）、フッ素ドープされたガラス（ＦＤＧ）、エーロゲル、相間誘電体、又はこれらの組み合わせといった低誘電率の材料から形成されうる。
【００２９】
しかし、図１Ａ−１Ｄの構造１００とは異なり、構造２００は、レジスト層、又は、誘電体層２２０内にパターニングされた任意の開口（ＨＡＲ構造を含む）を含まない。そのため、金属膜堆積は、誘電体層２２０上に直接的に行われうる。
【００３０】
図２Ｂ−２Ｃを参照するに、本開示の一実施形態による無電解堆積の触媒作用にイオン注入表面改質を用いて構造２００上に金属膜２５０を堆積する方法を提供する。
【００３１】
具体的に、図２Ｂは、構造２００上への触媒材料の堆積を示す。触媒材料には、パラジウム（Ｐｄ）、又は、ルテニウム（Ｒｕ）、プラセオジム（Ｐｒ）、プラチナ（Ｐｔ）等の他の同様の触媒材料が含まれうる。触媒材料の堆積には、イオン注入又は衝撃といった様々なプロセスが含まれうる（図２Ｂに示す矢印を参照）。誘電体層２２０は基板２１０を覆い、従って、イオン注入及び衝撃に対して露出されているので、触媒材料は、誘電体層２２０上に直接的に堆積されうる。
【００３２】
本開示の一実施形態では、触媒材料は、誘電体層２２０と均一に混合して、触媒層２２５を形成しうる。別の実施形態では、触媒層２２５は、所望の所定深度（例えば、約１００Å）まで誘電体層２２０と混合されうる。他の様々な所定深度を用いてもよいが、誘電体層２２０上に触媒層２２５を形成することにより、後続の金属膜堆積のために向上した表面付着を提供することができる。より具体的には、触媒層２２５は、その上に続いて堆積される金属膜のための有利な「接着」機能を促進する均一且つ強力な付着層を提供することができる。更に、触媒層２２５は、リフトオフ（例えば、層の分離）や金属膜の堆積に関連付けられる他のプロセス欠陥を阻止しうる。
【００３３】
図２Ｃは、構造２００上に堆積される金属膜２５０を示す。一実施形態では、金属膜２５０の堆積には、誘電体層２２０上に形成される触媒層２２５を覆うべく金属膜２５０無電解堆積することが含まれうる。金属膜２５０は、Ｃｕ、Ｎｉ、ＣｏＷＰ、又は、相互接続層の形成に有用な他の導電性材料といった様々な金属から形成されうる。従って、金属膜２５０が一度堆積されると、堆積された金属膜２５０の実質的に平面な構造２００への強力な付着が達成されうる。
【００３４】
なお、本開示の実施形態は、半導体及び集積回路製造プロセスに関するが、他のインプリメンテーションも提供しうる。例えば、本開示の向上されたこの金属堆積技術は、太陽電池配線、充填を介した３次元集積回路（ＩＣ）、及び、他の同様の適用及びプロセスにおける金属膜の堆積に用いることができる。
【００３５】
様々に変化するトポグラフィ（例えば、ＨＡＲ構造）上への金属膜の堆積を向上し且つプロセス欠陥（例えば、リフトオフ）の低減に加えて、無電解堆積技術の触媒作用にイオン注入表面改質を用いる金属堆積技術は更なる利点を有しうる。例えば、従来の堆積技術に関連付けられる非効果的、非効率的、また冗長な段階による余分な製造時間及び費用を、本開示の向上された金属堆積技術を用いて低減及び／又は除去することができるので、半導体及び集積回路の製造及び処理における効率が良くなる。
【００３６】
従って、本開示の実施形態は、イオン注入の適用をドーピング及びエッチ速度変更の従来の使用法から拡大することにより、表面に触媒作用を及ぼすべくイオン注入を使用して様々なトポグラフィのシリコン及び絶縁体上に金属膜を堆積する改善方法を提供しうる。
【００３７】
本開示は、本願に記載する特定の実施形態により範囲を限定されるものではない。本開示の他の様々な実施形態及び変更は、本願に記載した実施形態に加えて、当業者には、上述の説明及び添付図面から明らかとなろう。従って、このような他の実施形態及び変更は、本開示の範囲内であるものとする。更に、本開示は、特定の目的のために特定の環境における特定の実施の文脈で説明したが、当業者は、本開示の有用性はそれに限定されず、また、本開示は、あらゆる目的のためにあらゆる環境において実施しうることは認識されよう。従って、特許請求の範囲は、本願に記載した本開示の最大限の範囲及び精神を鑑みて解釈すべきである。
【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１Ｂ】
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【図１Ｃ】
2009526402.tif 000008
【図１Ｄ】
2009526402.tif 000009
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
2009526402.tif 000011
【図２Ｃ】
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【国際調査報告】
2009526402.tif 000013