(57)【要約】  本開示の態様は、基板上に形成された相互接続からボイド、シーム、及び粒界のうちの一又は複数を除去するために基板を処理する方法を含む。方法は、大気圧を超える圧力で加圧された環境内で基板を加熱することを含む。１つの例では、基板は、水素含有雰囲気内で加熱されうる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を処理する方法であって、
前記基板を処理チャンバ内に位置決めすることであって、前記基板がその上に形成された相互接続を有し、前記相互接続がその中にシーム又はボイドのうちの一又は複数を有する導電性材料を含む、位置決めすることと、
前記基板を摂氏約３００度から摂氏約４００度の温度まで加熱することと、
前記基板を水素含有雰囲気に約１２ｂａｒから約５０ｂａｒの圧力でさらすことと
を含む方法。
【請求項２】
前記水素含有雰囲気が、約３．５原子パーセントから約４．５原子パーセントの範囲内で存在する水素を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記水素含有雰囲気が、二原子窒素又はアルゴンを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記水素含有雰囲気が、約１原子パーセントから約１００原子パーセントの範囲内で存在する水素を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記シーム又はボイドを修復することを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記相互接続が、粒界を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記粒界を減少させることを更に含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
基板を処理する方法であって、
前記基板を処理チャンバ内に位置決めすることであって、前記基板がその上に形成された相互接続部分を有し、前記相互接続部分がその中にシーム又はボイドのうちの一又は複数を有する導電性材料を含む、位置決めすることと、
前記基板を摂氏約２５０度から摂氏約４００度の温度まで加熱することと、
前記基板を水素含有雰囲気に約１２ｂａｒから約５０ｂａｒの圧力でさらすことと
を含む方法。
【請求項９】
前記相互接続が粒界を更に含み、前記水素含有雰囲気が約１２ｂａｒから約２０ｂａｒの範囲内の圧力を有し、前記水素含有雰囲気が二原子窒素又はアルゴンを更に含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記基板が摂氏約３００度から摂氏約４００度の範囲内の温度まで加熱され、前記水素含有雰囲気が約１２ｂａｒから約１５ｂａｒの範囲内の圧力を有し、前記水素含有雰囲気が約３．５原子パーセントから約４．５原子パーセントの範囲内で存在する水素を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記粒界を減少させること、及び前記シーム又はボイドを修復することを更に含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
基板を処理する方法であって、
その中にシーム又はボイドのうちの一又は複数を有する導電性材料を含む相互接続を基板の上に形成することと、
前記相互接続を形成することの後に、前記シーム又はボイドのうちの前記一又は複数を修復することと
を含み、前記修復することが、
前記基板を摂氏約２５０度から摂氏約４００度の温度まで加熱すること、及び
前記基板を水素含有雰囲気に約１２ｂａｒから約２０ｂａｒの圧力でさらすこと
を含む、方法。
【請求項１３】
前記水素含有雰囲気が約１原子パーセントから約１００原子パーセントの範囲内で存在する水素を含み、前記水素含有雰囲気が二原子窒素を更に含み、前記水素が約３．５原子パーセントから約４．５原子パーセントの範囲内で存在する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記基板が、摂氏約３００度から摂氏約４００度の範囲内の温度まで加熱される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記水素含有雰囲気が、汚染物質を前記シーム又はボイド内から除去するために、圧力を介して前記シーム又はボイド内に移動され、前記基板が摂氏約３００度から摂氏約４００度の範囲内の温度まで加熱される、請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の実施形態は、一般に、集積回路製造方法に関し、特に、トレンチ又はビアにおけるシーム欠陥を修正することに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体部品の更なる小型化には多くの障害が存在する。そのような障害の１つは、金属相互接続の充填であり、それは現代のＣＭＯＳデバイスの歩留まりに影響を与える。金属相互接続信号線は、絶縁層に形成されるビアを介して集積回路の下部導電層に接触する。デバイスの最適な動作を保証するために、相互接続層を形成するために使用される金属で接点及び相互接続を充填することが望ましい。
【０００３】
銅のような導電性金属は、現在、集積回路における相互接続線の製造のために選択された材料である。相互接続線を充填するために使用される従来の技術は、一般に、バリア材料の物理的気相堆積（ＰＶＤ）又は原子層堆積（ＡＬＤ）、それに続くライナー、次に銅リフロー又は電気メッキを含む。
【０００４】
従来の技術を使用するとき、絶縁層の上面に比較的大きな粒子の材料を蓄積すること、並びに導電性バルク内に不純物を蓄積することから相互接続線に問題が生じる。接点ビア又は相互接続のエッジにこのような粒子が蓄積すると、接点又は相互接続を完全に充填する前に、接点又は相互接続が遮断又は妨害される可能性があり、その結果、接点又は相互接続内にボイド、シーム、及び不均一な構造が形成される。集積回路がより小さい形状寸法を用いて製造されるので、上述の問題は特に深刻である。
【０００５】
数十ナノメートル以下の範囲の接点又は相互接続など、より小さな形状寸法のデバイスに使用されるより小さな接点は、より大きな形状寸法のデバイスよりもアスペクト比（すなわち、特徴の高さと幅の関係）が必然的に大きくなり、それによって、上述の接点充填又は相互接続充填の困難性が悪化する。例えば、過度に大きいボイドは、設計よりかなり高いライン抵抗及び接触抵抗をもたらす可能性がある。加えて、接点又は相互接続充填領域に隣接する導電性材料のより薄い領域は、エレクトロマイグレーションを受けやすく、これは最終的に回路の開放及びデバイスの故障をもたらす可能性がある。
【０００６】
上記の問題に対処するために、他の材料及び堆積技術が検討されてきた。化学気相堆積（ＣＶＤ）のような他の充填技術を使用するとき、周期的堆積／処理プロセスが使用される。１つの手法は、低気圧から準大気圧のプロセス状態で導電性材料内のシーム及びキャビティを回復させる試みにおいて、複数サイクルの堆積及びアニールを利用する。この方法により、極めて遅い処理時間がもたらされ、処理時間を短縮しようとする試みは、不満足な抵抗を生じさせた。他の手法では、導電性材料の欠陥を回復させる試みにおいて、堆積した金属が、７００ｂａｒから２０００ｂａｒ、又はそれ以上の極めて高い圧力にさらされる。加えられた圧力は、堆積した金属を堆積した膜内の望ましくないボイドに押し込む。しかしながら、粒界欠陥又は他の欠陥を修正するためのその後の熱的後処理は、ボイドの部分的又は完全な再形成をもたらす。加えて、従来の手法で利用される圧力は、相互接続に隣接する低誘電率誘電体材料に物理的損傷を生じさせることがある。
【０００７】
したがって、シーム欠陥を修正する改良された方法が必要である。
【発明の概要】
【０００８】
一実施形態では、基板を処理する方法は、基板を処理チャンバ内に位置決めすることであって、基板がその上に形成された相互接続を有し、相互接続がその中にシーム又はボイドのうちの一又は複数を有する導電性材料を含む、位置決めすることと、基板を摂氏約３００度から摂氏約４００度の温度まで加熱することと、基板を水素含有雰囲気に約１２ｂａｒから約５０ｂａｒの圧力でさらすこととを含む。
【０００９】
別の実施形態では、基板を処理する方法は、基板を処理チャンバ内に位置決めすることであって、基板がその上に形成された相互接続を有し、相互接続がその中にシーム又はボイドのうちの一又は複数を有する導電性材料を含む、位置決めすることと、基板を摂氏約２５０度から摂氏約４００度の温度まで加熱することと、基板を水素含有雰囲気に約１２ｂａｒから約５０ｂａｒの圧力でさらすこととを含む。
【００１０】
別の実施形態では、基板を処理する方法は、その中にシーム又はボイドのうちの一又は複数を有する導電性材料を含む相互接続を基板の上に形成することと、相互接続を形成することの後に、シーム又はボイドのうちの一又は複数を修復することとを含み、修復することが、基板を摂氏約２５０度から摂氏約４００度の温度まで加熱すること、及び基板を水素含有雰囲気に約１２ｂａｒから約２０ｂａｒの圧力でさらすことを含む。
【００１１】
本開示の上記の特徴を詳細に理解できるように、上記で簡単に要約されている本開示のより詳細な説明が、実施形態を参照することによって得られ、実施形態のうちの一部は、添付の図面に示される。しかしながら、添付の図面は例示的な実施形態を示しているに過ぎず、したがって、その範囲を限定するものとみなされるべきではなく、本開示は他の同等に有効な実施形態を許容しうることに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本開示の一実施形態による、基板を処理するための方法のフロー図である。
【図２Ａ】間隙充填プロセスからの一又は複数の欠陥を含む相互接続を有する基板の概略断面図である。
【図２Ｂ】本明細書に記載の実施形態による、処理後の図２Ａの基板の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
理解を容易にするため、可能な場合には、図に共通する同一の要素を示すために同一の参照番号を使用した。一実施形態の要素及び特徴は、更なる記述がなくとも、他の実施形態に有益に組み込まれうると想定される。
【００１４】
本開示の態様は、基板上に形成された相互接続からボイド、シーム、又は粒界のうちの一又は複数を除去するために基板を処理する方法を含む。方法は、約１ｂａｒから約５０ｂａｒの圧力で加圧される環境で基板を加熱することを含む。
【００１５】
図１は、本開示の一実施形態による、基板を処理するための方法１００のフロー図である。図２Ａは、間隙充填プロセスからの一又は複数の欠陥を含む相互接続を有する基板の概略断面図である。図２Ｂは、本明細書に記載の実施形態による、処理後の図２Ａの基板の概略断面図である。本開示の態様の説明を容易にするために、図２Ａ及び図２Ｂが図１と併せて説明されることになる。
【００１６】
方法１００は、工程１０１で開始する。工程１０１において、基板２１０が、処理チャンバ内に位置決めされる。基板２１０は、相互接続を形成するために、その中に堆積された導電性材料２１２を有する一又は複数のトレンチ２１１（２つが図示される）を含む。導電性材料２１２は、ＣＶＤ、ＰＶＤ、ＡＬＤ、メッキ、又は他の堆積方法によって堆積されうる、コバルト、銅、ルテニウム、又はアルミニウムなどの金属である。導電性材料２１２の堆積中に、シーム２１３、ボイド２１４、又は粒界２１５のうちの一又は複数が形成されうる。シーム２１３、ボイド２１４、及び粒界２１５は、相互接続の電気抵抗を増加させることによって、相互接続の性能に悪影響を及ぼす。
【００１７】
工程１０２において、基板２１０は、所定の圧力で水素含有雰囲気にさらされる。水素含有環境は、水素ガス、及び二原子窒素又はアルゴンなどの一又は複数の非反応性ガスを含む。水素は、約１原子パーセントから約１０原子パーセント、例えば、約２原子パーセントから約５原子パーセント、又は約３．５原子パーセントから約４．５原子パーセントなど、約１原子パーセントから約１００原子パーセントの範囲内で存在する。一例では、水素は約４原子パーセントで存在する。より低い原子百分率の水素は、より長い処理時間又は高温を要求しうる一方で、より高い原子百分率の水素は、インターロックのような追加のハードウェアの使用を要求しうると考えられる。別の例では、重水素が、上記の原子百分率で水素の代わりに、又は水素と組み合わせて使用されてもよい。
【００１８】
処理チャンバの雰囲気中に水素が存在すると、導電性材料２１２の表面境界が弱まり、導電性材料２１２のボイド２１４への流入が促進される。基板２１０を水素含有環境にさらしつつ、超大気圧（例えば、大気圧より高い圧力）が処理チャンバ内で維持される。一例では、処理チャンバ内の圧力は、約１ｂａｒから約２０ｂａｒ、例えば約５ｂａｒから約１５ｂａｒなど、約１ｂａｒから約５０ｂａｒの範囲内に維持される。別の例では、処理チャンバ内の圧力は、約１２ｂａｒから約２０ｂａｒ、例えば約１２ｂａｒから約１５ｂａｒなど、約１２ｂａｒから約５０ｂａｒの範囲内に維持される。水素含有環境の存在下で上昇した圧力を加えることは、導電性材料２１２のボイド２１４内への移動を容易にする。加えて、上昇した圧力を加えることは、水素をシーム２１３、ボイド２１４内に導入すること、又は粒界２１５に沿ってさえも導入することを容易にする可能性があり、その中に閉じ込められた汚染物質を除去する。汚染物質は、導電性材料２１２の堆積プロセスの結果として、又は処理チャンバ内の源から存在しうる。導電性材料２１２内に汚染物質が存在すると、電気抵抗が更に増加する可能性がある。
【００１９】
工程１０３で、基板２１０は、所定の温度まで加熱される。一例では、所定の温度は、摂氏約３００度から摂氏約４００度、例えば摂氏４００度など、摂氏約２５０度から摂氏約４００度である。摂氏約４００度を超える温度は、導電性材料２１２に隣接する基板２１０の構造に悪影響を及ぼす可能性があると考えられる。例えば、過度の温度は、導電性材料２１２に隣接する材料を物理的に破壊し、その結果、電流の漏洩を引き起こす可能性がある。一例では、基板の温度は、導電性材料２１２の融点より低いままである。本明細書に記載の態様において、導電性材料２１２の融点に達しない可能性があるとしても、高圧及び水素ガスの存在下での高温は、依然として導電性材料２１２の原子運動を促進する。これにより、ボイド２１４の充填が促進される。
【００２０】
上昇した温度は、上昇した圧力及び水素含有環境と組み合わせて、導電性材料２１２のボイド２１４内への移動を容易にし、同時に任意のシーム２１３を修復し又は回復させ、粒界２１５を減少させ、粒径を増大させる。シーム２１３、ボイド２１４、及び粒界２１５の除去は、導電性材料２１２の完全な堆積後に単一の動作で行われる。
【００２１】
対照的に、１つの既知の手法は、約２０オングストロームから約１００オングストロームなどの少量の材料がトレンチ内に堆積され、次いで材料が処理される周期的処理／堆積プロセスを使用する。この以前に試みられた手法は、必要なプロセス数により非常に非効率的であり、時間がかかる。更に、そのような手法の処理プロセスは、多数の段階プロセスであり、実行される動作の数を更に増加させる。
【００２２】
マルチサイクル処理プロセスでは、導電性材料を弱めるために、まず基板が高温にさらされ、複数回の反復堆積及び処理サイクルを通して粒子を融合させるが、これは非常に時間がかかる。代替的には、導電性材料を（ボイドを閉じるために）高圧にさらした後、導電性材料が高温にさらされ、これにより、ボイドを再び開くこと又は再形成することが可能になる。従来の手法で利用されていた非常に高い圧力は、導電性材料に加えられて基板に伝達される過剰な力のために、導電性材料に隣接する基板に結果的に損傷を与える。
【００２３】
しかしながら、本開示の発明者らは、同時に高温及び水素と組み合わせて、約１ｂａｒから約５０ｂａｒ又は約１２ｂａｒから約５０ｂａｒの範囲内、例えば約１２ｂａｒから約２０ｂａｒの圧力を発見し、既存の手法に著しい改善をもたらすことになる。具体的には、基板２１０を望ましくない高い圧力にさらさない単一の動作で、シーム及びボイドを回復させ、粒界を減少させる。特に、ボイド２１４内の圧力は、ＰＶＤプロセスによって形成されたときに約１×１０-８ｂａｒであり、発明者らは、約１ｂａｒから約５０ｂａｒ、例えば約１２ｂａｒから約２０ｂａｒなど、約１２ｂａｒから約５０ｂａｒといった範囲内の圧力が、シーム２１３及びボイド２１４の回復を容易にするのに十分であると決定した。したがって、従来の手法の極めて高い圧力、及びその望ましくない結果は、本開示の態様によって回避される。更に、既存の手法とは異なり、本明細書に記載の態様は、導電性材料２１２を完全に堆積した後にシーム、ボイド、及び粒子の欠陥を回復させることができる。したがって、本明細書に記載の態様は、周期的な堆積処理を受けず、その結果、基板あたりの処理時間が短縮される。
【００２４】
図２Ｂは、工程１０３後の基板２１０を概略的に示す。図示されたように、方法１００は、粒界２１５を除去し、結果として単一の粒構造をもたらす。加えて、方法１００はまた、シーム２１３及びボイド２１４を取り除いた。得られる導電性材料２１２は、図２Ａに示す導電性材料よりも低い抵抗を有する。
【００２５】
図１は、基板を処理する一実施形態を示すが、追加の実施形態も考えられる。別の態様では、動作１０２及び１０３は、同時に又は逆の順序で行われてもよい。別の態様では、処理ガスが基板２１０又は導電性材料２１２と不所望に反応しない限り、水素以外の処理ガスが工程１０２で利用されてもよいと考えられる。別の例では、水素ガスは、工程１０２から除外されてもよい。そのような例では、アルゴンは、導電性材料２１２のリフローを容易にしうる。しかしながら、水素と比較してアルゴンのサイズが比較的大きく反応性が低いため、アルゴンは、汚染物質の除去及び導電性材料２１２の表面結合の弱化において、水素よりも効率が低いことがある。
【００２６】
本開示の態様の利点は、既存のプロセスで生じるような複数のサイクルというよりむしろ、シーム、ボイド、及び粒界を単一の動作で修正することができるので、短縮された処理時間を含む。更に、本開示の態様ではかなり低い圧力が利用されるので、本明細書に記載の態様は、かなり高い圧力のために構成されたハードウェアと比較してより安価なハードウェアを使用して実行することができる。加えて、本明細書に記載されているように処理されたときの導電性金属の向上した流動条件により、より薄いライナーの使用が容易になり、よって材料費を削減し、より小さな形状が可能になりうる。場合によっては、ライナーが完全に排除されうると考えられる。本開示の態様は、本明細書に記載の例に限定されるべきではなく、３Ｄ−ＮＡＮＤゲートフィル、ＣＭＯＳロジックゲートフィル、メモリデバイス用のビット線などの金属充填の任意の例に適用されうる。
【００２７】
以上は本開示の実施形態を対象としているが、本開示の基本的な範囲を逸脱することなく本開示の他の実施形態及び更なる実施形態が考案されてもよく、本開示の範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。
【図１】
2019517740.tif 000003
【図２Ａ】
2019517740.tif 000004
【図２Ｂ】
2019517740.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成31年2月13日(2019.2.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を処理する方法であって、
前記基板を処理チャンバ内に位置決めすることであって、前記基板がその上に形成された相互接続を有し、前記相互接続がその中にシーム又はボイドのうちの一又は複数を有する導電性材料を含む、位置決めすることと、
前記基板を摂氏３００度から摂氏４００度の温度まで加熱することと、
前記基板を水素含有雰囲気に１２ｂａｒから５０ｂａｒの圧力でさらすことと
を含む方法。
【請求項２】
前記水素含有雰囲気が、３．５原子パーセントから４．５原子パーセントの範囲内で存在する水素を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記水素含有雰囲気が、二原子窒素又はアルゴンを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記水素含有雰囲気が、１原子パーセントから１００原子パーセントの範囲内で存在する水素を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記シーム又はボイドを修復することを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記相互接続が、粒界を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記粒界を減少させることを更に含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
基板を処理する方法であって、
前記基板を処理チャンバ内に位置決めすることであって、前記基板がその上に形成された相互接続部分を有し、前記相互接続部分がその中にシーム又はボイドのうちの一又は複数を有する導電性材料を含む、位置決めすることと、
前記基板を摂氏２５０度から摂氏４００度の温度まで加熱することと、
前記基板を水素含有雰囲気に１２ｂａｒから５０ｂａｒの圧力でさらすことと
を含む方法。
【請求項９】
前記相互接続が粒界を更に含み、前記水素含有雰囲気が１２ｂａｒから２０ｂａｒの範囲内の圧力を有し、前記水素含有雰囲気が二原子窒素又はアルゴンを更に含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記基板が摂氏３００度から摂氏４００度の範囲内の温度まで加熱され、前記水素含有雰囲気が１２ｂａｒから１５ｂａｒの範囲内の圧力を有し、前記水素含有雰囲気が３．５原子パーセントから４．５原子パーセントの範囲内で存在する水素を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記粒界を減少させること、及び前記シーム又はボイドを修復することを更に含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
基板を処理する方法であって、
その中にシーム又はボイドのうちの一又は複数を有する導電性材料を含む相互接続を基板の上に形成することと、
前記相互接続を形成することの後に、前記シーム又はボイドのうちの前記一又は複数を修復することと
を含み、前記修復することが、
前記基板を摂氏２５０度から摂氏４００度の温度まで加熱すること、及び
前記基板を水素含有雰囲気に１２ｂａｒから２０ｂａｒの圧力でさらすこと
を含む、方法。
【請求項１３】
前記水素含有雰囲気が１原子パーセントから１００原子パーセントの範囲内で存在する水素を含み、前記水素含有雰囲気が二原子窒素を更に含み、前記水素が３．５原子パーセントから４．５原子パーセントの範囲内で存在する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記基板が、摂氏３００度から摂氏４００度の範囲内の温度まで加熱される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記水素含有雰囲気が、汚染物質を前記シーム又はボイド内から除去するために、圧力を介して前記シーム又はボイド内に移動され、前記基板が摂氏３００度から摂氏４００度の範囲内の温度まで加熱される、請求項１２に記載の方法。
【国際調査報告】
2019517740.tif 000006
2019517740.tif 000007