(57)【要約】【課題】金属層および金属含有バリア層を所定の深さまでエッチングする方法を提供すること。【解決手段】いくつかの実施形態では、金属層および金属含有バリア層が、第１の誘電体およびその上の第２の誘電体を備えた基板の上に形成されている。金属層および金属含有バリア層は、第１の誘電体および第２の誘電体の中のフィーチャーの中に形成されている。いくつかの実施形態では、金属層および金属含有バリア層は、誘電材料の中に形成されたフィーチャーからシーケンシャルにエッチングされ得る。いくつかの実施形態では、誘電材料の中に形成されたフィーチャーの側壁部は、誘電材料の接着特性を変化させるために不動態化される。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を提供することであって、前記基板は、第１の誘電材料を含み、第２の誘電材料が前記第１の誘電材料の上に堆積された状態になっており、前記第２の誘電材料は、所定の厚さを有しており、前記基板は、少なくとも１つのフィーチャーを含み、前記少なくとも１つのフィーチャーは、前記第１の誘電材料および前記第２の誘電材料の中に形成されており、前記少なくとも１つのフィーチャーは、少なくとも１つの側壁部および底部を有しており、前記フィーチャーの深さは、前記第２の誘電材料の上部表面から前記フィーチャーの前記底部へ定義されており、バリア層が、前記少なくとも１つの側壁部および前記底部の上に形成されており、金属層が、前記バリア層の上に形成され、前記少なくとも１つのフィーチャーの前記深さを充填している、基板を提供することと、
前記金属層および前記バリア層をエッチングし、前記金属層の深さを凹んだ深さまで減少させ、前記第２の誘電材料の前記側壁部から前記バリア層を除去することと
を含む加工方法。
【請求項２】
前記第１の誘電材料は、ＳｉＯＣ、多孔性の有機ケイ酸塩ガラス（ｐ−ＳｉＣＯＨ）、ドープされたもしくはドープされていないケイ酸塩、またはＳｉＯｘのうちの１つまたは複数を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第２の誘電材料は、ＳｉＮ、ＳｉＣＮ、ＳｉＯＣ、ＡｌＮ、ＡｌＣ、ＡｌＯｘ、または、それらの組み合わせのうちの１つまたは複数を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第２の誘電材料は、前記第１の誘電材料よりも高い密度を有している、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記金属層は、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｗ、Ｒｕ、Ｎｉ、Ｉｒ、Ｐｔ、またはＳｉのうちの１つまたは複数を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記バリア層は、スズを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記バリア層は、ＣｏもしくはＲｕライナーを備えたＴａＮ、または、Ｍｎ含有化合物もしくはＡｌ含有化合物を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記金属層は、Ｃｏを含み、前記バリア層は、スズを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記金属層は、Ｃｕを含み、前記バリア層は、ＣｏまたはＲｕのうちの１つまたは複数を含むライナーを備えたＴａＮを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
基板を提供することであって、前記基板は、誘電材料を含み、前記誘電材料は、その上に形成された少なくとも１つのフィーチャーを備えており、前記少なくとも１つのフィーチャーは、少なくとも１つの側壁部および底部を有しており、前記誘電材料の表面から前記フィーチャーの前記底部への距離は、前記フィーチャーの深さを定義している、基板を提供することと、
前記フィーチャーの前記側壁部における前記誘電材料を不動態化し、不動態化された誘電体層を形成することと、
前記少なくとも１つの側壁部の上において、前記不動態化された誘電体層の上に、および、前記少なくとも１つのフィーチャーの前記底部の上に、バリア層を形成することと、
前記フィーチャーの中に金属層を堆積させ、前記少なくとも１つのフィーチャーを充填することと、
前記金属層および前記バリア層の一部分を所定の深さまで除去し、前記不動態化された誘電体層から前記バリア層を除去することと
を含む、加工方法。
【請求項１１】
前記誘電材料を不動態化することは、前記不動態化された誘電体層の上の前記バリア層の接着が前記誘電材料の上の前記バリア層の接着よりも低くなるように、前記少なくとも１つのフィーチャーの前記側壁部を処理することを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記フィーチャーの前記側壁部における前記誘電材料を不動態化することは、勾配不動態化された誘電体層を形成し、前記誘電材料の表面から所定の深さへの前記側壁部の一部分が修正されるようになっており、前記不動態化された誘電材料からの前記バリア層の除去が、前記誘電材料からの前記バリア層の除去よりも容易になるようになっている、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記所定の深さは、前記金属層および前記バリア層を除去した後の前記金属層の前記所定の深さである、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記誘電材料を不動態化することは、ＵＶ照射またはプラズマ照射のうちの１つまたは複数を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
前記誘電材料を不動態化することは、窒化物を形成することを含む、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概して、金属およびバリア／ライナー材料を凹ませるための方法に関する。とりわけ、本開示は、パターニングプロセスの一部として、金属およびバリア／ライナー材料を制御可能に凹ませるための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属ベースのライナーまたはブロッキング層が、誘電体層と金属層との間に使用される。これらのライナーは、自己整合ビアを作り出すために使用される堆積−エッチングスキームにおいて使用されることが多い。使用時に、金属層は、エッチングされるかまたは凹ませられ、金属層の少なくともいくらかを除去することが多い。しかし、ライナーは、エッチングプロセスによって影響を受けないことが多く、または、金属層が凹ませられた後に、側壁部表面の上に露出させられるようになることが多い。
【０００３】
いくつかのプロセスでは、ライナーは、部分的にのみエッチングされ、側壁部の上にライナー材料を残す。より長いエッチング時間は、側壁部の上に残される材料の量を減少させることが可能である。しかし、より長いエッチング時間は、異なる幅のフィーチャーに関して、完全に異なるエッチング結果を有する可能性がある。たとえば、より幅の広いフィーチャーは、より幅の狭いフィーチャーよりも多くエッチングする傾向がある。フィーチャーのサイズは、加工不規則性を含む多くの要因に起因して変化し得るので、異なるエッチング深さが、追加的な不均一性を引き起こす可能性がある。追加的に、バリア層除去のための多くのエッチングプロセスは、金属または誘電体層を損傷させる可能性がある。
【０００４】
したがって、金属層および金属ベースのライナーを凹ませる方法の改善に対する必要性が当技術分野に存在している。
【発明の概要】
【０００５】
本開示の１つまたは複数の実施形態は、基板を提供することを含む加工方法に関し、基板は、第１の誘電材料を備え、第２の誘電材料が第１の誘電材料の上に形成された状態になっている。第２の誘電材料は、所定の厚さを有している。基板は、少なくとも１つのフィーチャーを含み、少なくとも１つのフィーチャーは、第１の誘電材料および第２の誘電材料の中に形成されている。少なくとも１つのフィーチャーは、少なくとも１つの側壁部および底部を有している。フィーチャーの深さは、第２の誘電材料の上部表面からフィーチャーの底部へ定義されている。バリア層が、少なくとも１つの側壁部および底部の上に形成されている。金属層が、バリア層の上に形成され、少なくとも１つのフィーチャーの深さを充填している。金属層およびバリア層がエッチングされ、金属層の深さを凹んだ深さまで減少させ、第２の誘電材料の側壁部からバリア層を除去する。
【０００６】
本開示の追加的な実施形態は、基板を提供することを含む加工方法に関し、基板は、誘電材料を含み、誘電材料は、その上に形成された少なくとも１つのフィーチャーを備える。少なくとも１つのフィーチャーは、少なくとも１つの側壁部および底部を有している。誘電材料の表面からフィーチャーの底部への距離は、フィーチャーの深さを定義している。誘電材料は、フィーチャーの側壁部において不動態化され、不動態化された誘電体層を形成している。バリア層は、少なくとも１つの側壁部の上において、不動態化された誘電体層の上に、および、少なくとも１つのフィーチャーの底部の上に形成されている。金属層は、フィーチャーの中に堆積され、少なくとも１つのフィーチャーを充填する。金属層およびバリア層の一部分が、所定の深さまで除去され、不動態化された誘電体層からバリア層を除去する。
【０００７】
本開示のさらなる実施形態は、誘電材料を含む基板を提供することを含む加工方法に関する。基板は、体積を画定する少なくとも１つの側壁部および底部を備えた少なくとも１つのフィーチャーを有している。バリア層が、少なくとも１つの側壁部および底部の上に形成されている。金属層が、バリア層の上に形成され、少なくとも１つのフィーチャーの体積を充填している。金属層は、フィーチャーの中のバリア層の一部分を露出させるようにエッチングされる。バリア層の露出させられた部分は、バリア層の露出させられた部分を除去するようにエッチングされる。金属層をエッチングすること、および、バリア層をエッチングすることが、所定の深さの金属層が除去されるまで繰り返される。
【０００８】
上記に記載されている本開示の特徴が詳細に理解され得るように、本開示のより具体的な説明（上記に簡潔に要約されている）が、実施形態を参照することによって行われ得、実施形態のうちのいくつかは、添付の図面に図示されている。しかし、添付の図面は、この開示の典型的な実施形態のみを図示しており、したがって、その範囲を限定すると考えられるべきではなく、それは本開示が、他の等しく効果的な実施形態を認める可能性があるからである、ということが留意されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本開示の１つまたは複数の実施形態による、フィーチャーがその中に形成された基板の概略断面図である。
【図２Ａ】本開示の１つまたは複数の実施形態による、異なる材料を有し、材料のうちの１つの上方に形成されたフィーチャーを備えた基板の概略断面図である。
【図２Ｂ】図２Ａの基板の上面図である。
【図３】本開示の１つまたは複数の実施形態による、金属凹部加工（ｍｅｔａｌ  ｒｅｃｅｓｓｉｎｇ）プロセスの概略断面図である。
【図４】本開示の１つまたは複数の実施形態による、金属凹部加工プロセスの概略断面図である。
【図５】本開示の１つまたは複数の実施形態による、金属凹部加工プロセスの概略断面図である。
【図６】本開示の１つまたは複数の実施形態による、金属凹部加工プロセスの概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本開示のいくつかの例示的な実施形態を説明する前に、本開示は、以下の説明に述べられている構築ステップまたはプロセスステップの詳細に限定されないということが理解されるべきである。本開示は、他の実施形態も可能であり、さまざまな方式で実践または実施され得る。
【００１１】
本明細書で使用されているような「基板」は、任意の基板、または、製作プロセスの間にフィルム加工が実施される基板の上に形成される材料表面を表している。たとえば、加工が実施され得る基板表面は、用途に応じて、シリコン、酸化ケイ素、ストレインドシリコン、シリコンオンインシュレーター（ＳＯＩ）、炭素がドープされた酸化ケイ素、アモルファスシリコン、ドープされたシリコン、ゲルマニウム、ガリウムヒ素、ガラス、サファイアなどのような材料、ならびに、金属、金属窒化物、金属合金、および他の導電材料などのような、任意の他の材料を含む。基板は、限定なしに、半導体ウエハーを含む。基板は、基板表面を磨き、エッチングし、還元し、酸化し、ヒドロキシル化し、アニーリングし、および／または焼くために、事前処理プロセスに露出され得る。直接的に基板自身の表面の上でのフィルム加工に加えて、本開示では、開示されているフィルム加工ステップのいずれかが、また、より詳細に下記に開示されているように、基板の上に形成された下層に対して実施され得、「基板表面」という用語は、文脈が示すような下層を含むことが意図されている。したがって、たとえば、フィルム／層または部分的なフィルム／層が基板表面の上に堆積された場合に、新しく堆積されたフィルム／層の露出させられた表面が、基板表面になる。
【００１２】
この明細書および添付の特許請求の範囲の中で使用されているように、「前駆体」、「反応物」、および「反応ガス」などの用語が、相互交換可能に使用され、基板表面と、または、基板表面の上に形成されたフィルムと反応することができる任意のガス種を表している。
【００１３】
従来の金属凹部は、金属バリア層に対して選択的であり、金属層の上部の上方のバリア層の「イヤー」の形成を結果として生じさせる。長いプロセス時間を伴う、ターゲット凹部深さへの金属凹部プロセスは、マイクロローディングを結果として生じさせ、マイクロローディングでは、より幅の広いフィーチャーが、より小さいフィーチャーよりも大きい量のエッチングを有する。ローディング効果は、より長いプロセス時間とともに次第に悪化する。追加的に、金属バリア凹部プロセスは、コア金属を攻撃し、損傷を引き起こす傾向がある。
【００１４】
したがって、本開示の１つまたは複数の実施形態は、有利には、金属層および金属含有ライナーをおおよそ同じ高さまで凹ませるための方法を提供する。本開示のいくつかの実施形態は、有利には、金属または隣接する誘電体層に過度に損傷を与えることなく、金属層およびバリア層を凹ませる方法を提供する。本開示のいくつかの実施形態は、有利には、金属およびライナー層を迅速におよび均一に除去するための方法を提供する。本開示のいくつかの実施形態は、コア金属に対する最小損傷および最小マイクロローディング効果を伴って、金属層および金属含有バリア層を所定の深さまで凹ませる方法を提供する。
【００１５】
本開示の１つまたは複数の実施形態は、異なる表面接着を伴う追加的な誘電体層を使用し、ライナーのエッチング速度を改善する方法を提供する。いくつかの実施形態は、誘電体表面（すなわち、フィーチャー側壁部）の選択的な不動態化（たとえば、ＵＶまたはプラズマによる）を使用し、不動態化された表面の上の表面接着を修正する方法を提供する。本開示のいくつかの実施形態は、金属およびバリア層を繰り返しエッチングする方法を提供する。
【００１６】
本開示のいくつかの実施形態は、（１）金属バリア凹部（ＴｉＮまたはＴａＮ／Ｃｏ／Ｒｕ）がその後に続くコア金属（ＣｏまたはＣｕ）凹部のシーケンシャルな凹部を使用することによって、（２）室温およびコア金属に対して選択的であるべき酸ｐＨレベルにおいて、過酸化水素および調合された化学物質を含有する湿式化学にコア金属を露出させることによって、（３）コア金属に対して選択的であるべきアルカリ性のｐＨレベルに調節された３０〜６０℃における過酸化水素および水酸化アンモニウムを含有する金属バリア凹部湿式化学によって、金属およびバリアを同じ高さまで凹ませるために、インテグレーションスキームを相互接続するための方法およびアプローチを提供する。バリア層除去効率を促進させるために、超低誘電率の側壁部誘電体が、（ａ）Ｎ２／ＮＨ３プラズマポスト誘電体エッチングによる表面窒化、（ｂ）薄い（たとえば、５〜３０Å）コンフォーマルの（ｃｏｎｆｏｒｍａｌ）窒素リッチのフィルム堆積およびビア底部エッチングスルー（ｖｉａ  ｂｏｔｔｏｍ  ｅｔｃｈ  ｔｈｒｏｕｇｈ）、（ｃ）超低誘電率表面細孔をシールし、バリア凹部に役立つ、他の表面不動態化フィルム、たとえば、ＡｌＮ、ＡｌＯＮ、ＡｌＯ、ＳｉＣＮ、ＳｉＯＣ、ＳｉＯＣＮ、またはそれらの組み合わせなど、（ｄ）広帯域ＵＶを使用する、上昇した温度（２００〜４００℃）における、（ジメチルアミノ）ジメチルシラン（ＤＭＡＤＭＳ）および類似の前駆体によるＵＶ細孔シーリング、ならびに、（ｅ）凹部正面の上部部分を異なるようにするための窒化物誘電体キャップの使用のうちの１つまたは複数によって処理され得る。
【００１７】
図１は、少なくとも１つのフィーチャー１１４がその中に形成された誘電材料１１０を含む基板１００を図示している。フィーチャー１１４は、誘電材料１１０の上部表面１１２の中に開口部を形成している。フィーチャー１１４は、上部表面１１２から深さＤまで底部１１６へ延在している。フィーチャー１１４は、フィーチャー１１４の幅Ｗを画定する少なくとも１つの側壁部１１８を有している。少なくとも１つの側壁部１１８および底部１１６によって形成される開口面積は、ギャップとも称される。少なくとも１つの側壁部１１８および底部１１６によって形成されるギャップは、所定の体積を有しており、その体積は、誘電材料１１０の上部表面１１２のレベルにおける平面に対して測定される。図１に図示されているフィーチャー１１４は、側壁部１１８を有しており、側壁部１１８は、内向きに傾斜しており、フィーチャー１１４の底部１１６における幅が、上部表面１１２のフィーチャー１１４における幅よりも小さくなっている。これは、単に、１つの可能な構成を表しているに過ぎず、本開示の範囲を限定するものとしてみなされるべきではない。フィーチャー１１４の形状は、円筒形状、円錐形状、切頭円錐形状、逆円錐形状、（示されているような）切頭逆円錐形状、トレンチ、または他の形状であることが可能である。
【００１８】
フィーチャーの幅Ｗは、上部表面１１２から測定されるフィーチャー１１４の中の深さの関数として、側壁部同士の間の平均幅として測定される。図１に図示されている実施形態は、誘電材料１１０を含む基板１００を示しており、誘電材料１１０は、上部表面１１２、フィーチャー１１４の底部１１６、および側壁部１１８の境界線を形成している。しかし、当業者は、フィーチャー１１４の側壁部１１８および底部１１６が、異なる材料によって境界を定められ得るということを認識することとなる。このように使用されているように、「境界を定められる」という用語は、述べられているコンポーネントの側部および／または底部にある材料を参照している。たとえば、図２Ａに図示されている実施形態は、導電材料１２０によって画定されているフィーチャー１１４の底部１１６を有しているが、一方、フィーチャー１１４の側壁部１１８は、誘電材料１１０によって画定されている。材料の反対側の配置も使用され得る。
【００１９】
いくつかの実施形態のフィーチャー１１４は、ビアである。図２Ｂに示されているように、上部表面１１２から見たときに、フィーチャー１１４は、円形または楕円形形状の開口部として見える。図２Ｂのフィーチャー１１４は、１つの側壁部１１８を有しており、１つの側壁部１１８は、材料の連続的なセクションである。このタイプのフィーチャー１１４の幅Ｗは、フィーチャー１１４を横切る平均幅または直径として測定される。
【００２０】
図３Ａおよび図３Ｂは、誘電材料１１０の中に形成されたフィーチャー１１４の中の金属層１４０を凹ませるための従来のエッチングプロセスを図示している。図３Ａに図示されているフィーチャー１１４は、バリア層１３０を含み、バリア層１３０は、フィーチャー１１４の側壁部１１８および底部１１６をライニングしている。金属層１４０は、フィーチャー１１４の体積を上部表面１４２まで充填しており、上部表面１４２は、誘電材料１１０の上部表面１１２とおおよそ同一平面上にある。図３Ｂに示されているように、基板１００をエッチングプロセスに露出した後に、金属層１４０の上部表面１４２は、誘電材料１１０の上部表面１１２の下方へ凹ませられる。また、エッチングプロセスは、バリア層１３０のいくらかを除去し、凹んだ金属層１４０の上部表面１４２と誘電材料１１０の上部表面１１２との間の側壁部１１８の上に、バリア層残留物１３５を残す。バリア層残留物１３５は、「イヤー」とも称される。
【００２１】
図４Ａおよび図４Ｂを参照すると、本開示の１つまたは複数の実施形態は、金属層を凹ませるための加工方法に関する。基板２００が提供され、基板２００は、第１の誘電材料２１０を有しており、第２の誘電材料２２０が第１の誘電材料２１０の上に堆積された状態になっている。第２の誘電材料２２０は、厚さＴを有している。基板２００は、少なくとも１つのフィーチャー２１４を含み、少なくとも１つのフィーチャー２１４は、第１の誘電材料２１０の中に、および、第２の誘電材料２２０を通して形成されている。フィーチャー２１４は、少なくとも１つの側壁部２１８および底部２１６を有している。側壁部２１８は、第２の誘電材料２２０の上部表面２２２の近くにおいて、第２の誘電材料２２０によって境界を定められている。別の言い方をすれば、側壁部２１８は、第２の誘電材料２２０の厚さＴを通して、第２の誘電材料２２０によって境界を定められており、また、第２の誘電材料２２０の厚さＴの下方において、第１の誘電材料２１０によって境界を定められている。フィーチャーの深さは、第２の誘電材料２２０の上部表面２２２からフィーチャーの底部２１６へ定義される。
【００２２】
フィーチャー２１４の幅および深さは、変化することが可能である。フィーチャーのアスペクト比（深さ：幅）は、任意の適切なアスペクト比であることが可能である。いくつかの実施形態では、フィーチャー２１４のアスペクト比は、０．５：１から最大２０：１までの範囲にあり、１：１〜４：１の典型的な範囲を伴う。
【００２３】
第２の誘電材料２２０の厚さＴは、任意の適切な厚さであることが可能である。いくつかの実施形態では、第２の誘電材料２２０の厚さＴは、フィーチャー２１４の深さの約５％から約９０％の範囲にあるか、または、フィーチャー２１４の深さの約５％から約７０％の範囲にあるか、または、フィーチャー２１４の深さの約５％から約５０％の範囲にあるか、または、フィーチャー２１４の深さの約１０％から約３０％の範囲にある。
【００２４】
第２の誘電材料２２０は、組成および物理的特性のうちの１つまたは複数において、第１の誘電材料２１０とは異なっている。いくつかの実施形態では、第２の誘電材料２２０は、第１の誘電材料２１０とは異なる組成になっていることが可能である。いくつかの実施形態では、第１の誘電材料２１０および第２の誘電材料２２０は、同じ組成であるが、第２の誘電材料２２０は、第１の誘電材料２１０よりも密度が高く、および／または、多孔性が低い。いくつかの実施形態では、第２の誘電材料２２０は、第１の誘電材料２１０とは異なる（バリア層２３０に対する）接着特性を有している。
【００２５】
第１の誘電材料２１０は、任意の適切な材料であることが可能である。いくつかの実施形態では、第１の誘電材料２１０は、シリコンオキシカーバイド（ＳｉＯＣ）、多孔性の有機ケイ酸塩ガラス（ｐ−ＳｉＣＯＨ）、ドープされたまたはドープされていないケイ酸塩ガラス、酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）を含む。
【００２６】
第２の誘電材料２２０は、任意の適切な材料であることが可能である。いくつかの実施形態では、第２の誘電材料は、ＳｉＮ、ＳｉＣＮ、ＳｉＯＣ、ＡｌＯｘ、ＡｌＮ、ＡｌＣ、または、上記の組み合わせのうちの１つまたは複数を含む。当業者は、「ＳｉＮ」のような用語の使用は、述べられている元素の化学量論量を示していない。むしろ、「ＳｉＮ」という用語は、材料がシリコン原子および窒素原子を有するということを意味しているということを認識することとなる。
【００２７】
バリア層２３０は、フィーチャー２１４の少なくとも１つの側壁部２１８および底部２１６の上に形成されている。フィーチャー２１４の側壁部２１８の上のバリア層２３０は、第２の誘電材料２２０の上部表面２２２の近くにおいて、第２の誘電材料２２０の厚さＴを通して、第２の誘電材料２２０によって境界を定められている。また、側壁部２１８の上のバリア層２３０は、第２の誘電材料２２０の厚さＴの下方において、第１の誘電材料２１０によって境界を定められている。
【００２８】
バリア層２３０は、任意の適切なコンポーネントを含むことが可能である。いくつかの実施形態では、バリア層２３０は、窒化チタン（ＴｉＮ）または窒化タンタル（ＴａＮ）のうちの１つまたは複数を含むことが可能である。いくつかの実施形態では、バリア層２３０は、別々の層としてライナー材料（図示せず）を含むか、または、バリア層２３０と混合されたライナー材料（図示せず）を含むかのいずれかである。いくつかの実施形態のライナーは、コバルト（Ｃｏ）またはルテニウム（Ｒｕ）のうちの１つまたは複数である。いくつかの実施形態では、バリア層は、コバルト（Ｃｏ）またはルテニウム（Ｒｕ）ライナーを備えた窒化タンタル（ＴａＮ）を含む。また、バリア層は、アルミニウム含有化合物（金属のＡｌを含む）またはマンガン含有化合物（金属のＭｎを含む）を含むことが可能である。
【００２９】
金属層２４０が、バリア層２３０の上に堆積され、少なくとも１つのフィーチャー２１４の深さを充填している。別の言い方をすれば、フィーチャー２１４の体積は、バリア層２３０および金属層２４０によって充填されている。金属層２４０は、当業者に公知の任意の適切な技法によって、フィーチャー２１４の中に堆積され得る。
【００３０】
金属層２４０は、任意の適切な金属を含むことが可能である。いくつかの実施形態では、金属層２４０は、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、タングステン（Ｗ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、貴金属（Ｉｒ、Ｐｔ）、合金、または複合導体（たとえば、ＮｉＳｉ）のうちの１つまたは複数を含む。いくつかの実施形態では、金属層２４０は、Ｃｏを含み、バリア層２３０は、スズを含む。いくつかの実施形態では、金属層２４０は、Ｃｕを含み、バリア層２３０は、ＴａＮを含み、ＣｏまたはＲｕのうちの１つまたは複数を含むライナーを伴う。
【００３１】
図４Ｂに示されているように、エッチングの後に、金属層２４０は、凹んだ深さまで凹ませられている。凹んだ深さにおける金属層２４０の上部表面２４２は、第２の誘電材料２２０の上部表面２２２の下方にある。いくつかの実施形態では、金属層２４０は、凹ませられており、金属層２４０の上部表面２４２が、第２の誘電材料２２０の厚さＴの下方となるようになっているか、または、第２の誘電材料２２０と第１の誘電材料２１０との間のインターフェース２１５の下方となるようになっている。
【００３２】
また、エッチングプロセスは、第２の誘電材料２２０の側壁部２１８からバリア層２３０を除去することが可能である。いくらのバリア層残留物２３５が、第１の誘電材料２１０と接触して残ることが可能である。残る可能性のあるバリア層残留物２３５は、第２の誘電材料２２０の上部表面２２２の下方にある。
【００３３】
いくつかの実施形態では、エッチングプロセスは、循環的なまたはシーケンシャルなプロセスを含み、金属層２４０を選択的にエッチングし、また、バリア層２３０を選択的にエッチングする。いくつかの実施形態では、シーケンシャルな金属層２４０エッチングプロセスおよびバリア層２３０エッチングプロセスが繰り返される。
【００３４】
エッチングプロセスは、当業者に公知の任意の適切なエッチングプロセスであることが可能である。また、エッチングプロセスは、コア金属凹部加工とも称され得る。いくつかの実施形態では、金属層２４０をエッチングすること、または、コア金属凹部加工は、湿式化学的方法を含み、湿式化学的方法では、過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）が、おおよそ室温（すなわち、約２０℃から約１００℃の範囲にある）における酸性のｐＨにおいて、金属層２４０に露出される。いくつかの実施形態では、バリア層２３０のエッチングは、約３０℃から約８０℃の範囲にある温度において、アルカリ性のｐＨレベルによって、過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）および水酸化アンモニウム（ＮＨ４ＯＨ）の混合物に基板を露出させることを含む。
【００３５】
本開示のいくつかの実施形態は、第１の誘電材料２１０および第２の誘電材料２２０をその上に備えた基板２００を含む半導体デバイスに関する。基板２００は、少なくとも１つのフィーチャー２１４を含み、少なくとも１つのフィーチャー２１４は、第１の誘電材料２１０の中に、および、第２の誘電材料２２０を通して形成されている。フィーチャー２１４は、少なくとも１つの側壁部２１８および底部２１６を有している。少なくとも１つの側壁部２１８は、第２の誘電材料２２０および第１の誘電材料２１０によって境界を定められている。
【００３６】
半導体デバイスは、バリア層２３０を含み、バリア層２３０は、フィーチャー２１４の中に位置付けされており、バリア層２３０が、第１の誘電材料２１０によって境界を定められた側壁部２１８の上にあるようになっている。いくつかの実施形態では、バリア層２３０は、第１の誘電材料２１０のみによって実質的に境界を定められる。いくつかの実施形態では、バリア層２３０は、第２の誘電材料２２０によって境界を定められたフィーチャー２１４の側壁部２１８の上にはない。いくつかの実施形態のバリア層２３０は、フィーチャー２１４の側壁部２１８および底部２１６の上の実質的にコンフォーマルのフィルムである。このように使用されているように、「コンフォーマルのフィルム」は、任意のポイントにおけるフィルムの厚さが、フィルムの平均厚さの±１０％、±５％、±２％、または±１％以内にあるということを意味している。
【００３７】
金属層２４０は、バリア層２３０によって境界を定められたフィーチャー２１４の中にある。いくつかの実施形態では、金属層２４０は、金属層２４０の側部および底部の上にバリア層２３０を有している。いくつかの実施形態では、金属層２４０は、金属層の側部の上にバリア層２３０を有している。いくつかの実施形態では、金属層２４０の上部表面２４２は、バリア層２３０の上部と均一になっているか、または、バリア層２３０の上部の下方にある。いくつかの実施形態では、バリア層残留物２３５は、金属層２４０の上部表面２４２の上方にあり、第２の誘電材料２２０の下方にある。
【００３８】
図５Ａから図５Ｄは、本開示の別の実施形態を図示している。ここで、基板３００が提供され、基板３００は、誘電材料３１０を有しており、誘電材料３１０は、上部表面３１２およびその中に形成された少なくとも１つのフィーチャー３１４を備える。フィーチャー３１４は、側壁部３１８および底部３１６を有しており、側壁部３１８および底部３１６は、フィーチャー３１４の体積を画定している。フィーチャー３１４の深さは、誘電材料３１０の上部表面３１２からフィーチャー３１４の底部３１６への距離によって定義される。
【００３９】
基板３００は、図５Ｂに示されている基板３００を形成するために、不動態化プロセスを受け得る。不動態化プロセスは、フィーチャー３１４の側壁部３１８における誘電材料３１０を不動態化し、不動態化された誘電体層３２０を形成する。不動態化プロセスは、側壁部３１８における誘電材料３１０の特性を変化させることができる任意の適切なプロセスであることが可能である。適切な不動態化方法は、それに限定されないが、側壁部に形成されるスケーラブルな物理的なフィルム、組成を維持しながらキャパシタンスペナルティーを低減させる側壁部処理、または、側壁部の上部部分を凹部厚さの深さまで修正するための勾配処理を含む。いくつかの実施形態では、誘電材料３１０を不動態化することは、ＵＶ照射またはプラズマ照射のうちの１つまたは複数を含む。いくつかの実施形態では、誘電材料３１０を不動態化することは、窒化物を形成することを含む。いくつかの実施形態では、誘電材料３１０を不動態化することは、不動態化された誘電体層３２０の上のバリア層３３０の接着が誘電材料３１０の上のバリア層３３０の接着よりも低くなるように、少なくとも１つのフィーチャー３１４の側壁部３１８を処理することを含む。
【００４０】
図５Ｃを参照すると、バリア層３３０が、フィーチャー３１４の側壁部３１８および底部３１６の上に形成され得る。バリア層３３０は、側壁部３１８の上の不動態化された誘電体層３２０をカバーしている。バリア層３３０は、任意の適切な技法によって形成され得、任意の適切な技法は、それに限定されないが、コンフォーマルの原子層堆積（ＡＬＤ）の後に化学機械的な平面化が続き、誘電材料３１０の上部表面３１２から堆積物を除去することを含む。
【００４１】
次いで、フィーチャー３１４は、金属層３４０によって埋め合わせられ得、金属層３４０の上部表面３４２が、誘電材料３１０の上部表面３１２とおおよそ均一になるようになっている。金属層３４０は、任意の適切な技法によって堆積され得、任意の適切な技法は、それに限定されないが、ブランケット堆積の後に化学機械的な平面化が続くことを含む。
【００４２】
いくつかの実施形態では、フィーチャー３１４の側壁部３１８における誘電材料３１０を不動態化することは、勾配不動態化された（ｇｒａｄｉｅｎｔ  ｐａｓｓｉｖａｔｅｄ）誘電体層３２０を形成し、誘電材料３１０の上部表面３１２から所定の深さへの側壁部３１８の一部分が修正されるようになっており、不動態化された誘電体層３２０からのバリア層の除去が、誘電材料３１０からのバリア層の除去よりも容易になるようになっている。いくつかの実施形態では、勾配不動態化の所定の深さは、金属層３４０がそこまで凹ませられることとなる所定の深さとおおよそ同じである。
【００４３】
図５Ｄに示されているように、エッチングの後に、金属層３４０は、所定の凹んだ深さまで凹ませられている。凹んだ深さにおける金属層３４０の上部表面３４２は、誘電材料３１０の上部表面３１２の下方にある。また、エッチングプロセスは、不動態化された誘電体層３２０からバリア層３３０を除去することが可能である。
【００４４】
いくつかの実施形態では、エッチングプロセスは、循環的なまたはシーケンシャルなプロセスを含み、金属層３４０を選択的にエッチングし、バリア層３３０を選択的にエッチングする。いくつかの実施形態では、シーケンシャルな金属層３４０エッチングプロセスおよびバリア層３３０エッチングプロセスが繰り返される。
【００４５】
エッチングプロセスは、当業者に公知の任意の適切なエッチングプロセスであることが可能である。また、エッチングプロセスは、コア金属凹部加工とも称され得る。いくつかの実施形態では、金属層３４０をエッチングすること、または、コア金属凹部加工は、湿式化学的方法を含み、湿式化学的方法では、過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）が、おおよそ室温（すなわち、約２０℃から約１００℃の範囲にある）における酸性のｐＨにおいて、金属層３４０に露出される。いくつかの実施形態では、バリア層３３０のエッチングは、約３０℃から約８０℃の範囲にある温度において、アルカリ性のｐＨレベルによって、過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）および水酸化アンモニウム（ＮＨ４ＯＨ）の混合物に基板を露出させることを含む。
【００４６】
本開示のいくつかの実施形態は、誘電材料３１０を備えた基板３００を含む半導体デバイスに関し、誘電材料３１０は、その中に形成された少なくとも１つのフィーチャー３１４を有している。少なくとも１つのフィーチャー３１４は、少なくとも１つの側壁部３１８および底部３１６を有している。基板３００は、側壁部３１８の少なくとも一部分を形成する不動態化された誘電体層３２０を有している。いくつかの実施形態では、不動態化された誘電体層３２０は、誘電材料３１０の上部表面３１２の近くにおいて、側壁部３１８の上部部分に形成されており、フィーチャーの底部３１６へは延在していない。
【００４７】
半導体デバイスは、バリア層３３０を含み、バリア層３３０は、フィーチャー３１４の中に位置付けされており、バリア層３３０が、誘電材料３１０または不動態化された誘電体層３２０によって境界を定められている側壁部３１８の上にあるようになっている。いくつかの実施形態では、バリア層３３０は、不動態化された誘電体層３２０のみによって、実質的に境界を定められる。いくつかの実施形態のバリア層３３０は、フィーチャー３１４の側壁部３１８および底部３１６の上の、実質的にコンフォーマルのフィルムである。
【００４８】
金属層３４０は、バリア層３３０によって境界を定められたフィーチャー３１４の中にある。いくつかの実施形態では、金属層３４０は、金属層３４０の側部および底部にバリア層３３０を有している。いくつかの実施形態では、金属層３４０は、金属層の側部にバリア層３３０を有している。いくつかの実施形態では、金属層３４０の上部表面３４２は、バリア層３３０の上部と均一になっているか、または、バリア層３３０の上部の下方にある。
【００４９】
図６Ａから図６Ｆは、本開示の別の実施形態を図示している。図６Ａは、本明細書で説明されているプロセスによって使用され得る基板４００を図示している。基板４００は、上部表面４１２を備えた誘電材料４１０を有している。少なくとも１つのフィーチャー４１４が、誘電材料４１０の中に形成されている。フィーチャー４１４は、上記に説明されているように、底部４１６および少なくとも１つの側壁部４１８を有している。バリア層４３０が、フィーチャー４１４の底部４１６および側壁部４１８の上に形成されており、金属層４４０が、フィーチャー４１４を充填するように、バリア層４３０の上に埋め合わせられる。
【００５０】
図６Ｂでは、基板４００は、エッチングプロセスに露出され、金属層４４０の一部分を除去し、誘電材料４１０の上部表面４１２に対して金属層４４０の上部表面４４２を低下させている。金属層４４０は、任意の適切な量によって、凹部深さＤＲだけエッチングされている。いくつかの実施形態では、凹部深さＤＲは、金属原子厚さの１つの単分子層よりも小さくなっている。いくつかの実施形態では、凹部深さＤＲは、約１Åから約１００Åの範囲にある。
【００５１】
エッチングプロセスは、凹ませられた金属層４４０の上部表面４４２の上方に、バリア層４３０の一部分４３１を露出させる。図６Ｃでは、バリア層４３０の露出させられた部分４３１がエッチングされ、バリア層の上部を金属層４４０の上部表面４４２まで低下させる。図６Ｄおよび図６Ｅは、図６Ｆに示されているように、金属層４４０の所定の深さが除去され、金属層４４０の上部表面４４２が所定の深さになるまで、金属層４４０エッチングに続いてバリア層４３０エッチングを繰り返すことを示している。
【００５２】
本開示のいくつかの実施形態は、誘電材料４１０を備えた基板４００を含む半導体デバイスに関し、誘電材料４１０は、その中に形成された少なくとも１つのフィーチャー４１４を有している。少なくとも１つのフィーチャー４１４は、少なくとも１つの側壁部４１８および底部４１６を有している。
【００５３】
半導体デバイスは、バリア層４３０を含み、バリア層４３０は、フィーチャー４１４の中に位置付けされており、バリア層４３０が、誘電材料４１０によって境界を定められる側壁部４１８の一部分の上にあるようになっている。いくつかの実施形態では、バリア層４３０は、誘電材料４１０のみによって、実質的に境界を定められる。いくつかの実施形態のバリア層４３０は、フィーチャー４１４の側壁部４１８および底部４１６の上の、実質的にコンフォーマルのフィルムである。
【００５４】
金属層４４０は、バリア層４３０によって境界を定められたフィーチャー４１４の中にある。いくつかの実施形態では、金属層４４０は、金属層４４０の側部および底部にバリア層４３０を有している。いくつかの実施形態では、金属層４４０は、金属層４４０の側部にバリア層４３０を有している。いくつかの実施形態では、金属層４４０の上部表面４４２は、バリア層４３０の上部と実質的に均一になっている。このように使用されているように、「と実質的に均一になっている」という用語は、金属層の上部が、±１０Å、±５Å、±４Å、±３Å、±２Å、または±１Å以内で、バリア層の上部と均一になっているということを意味している。いくつかの実施形態では、バリア層４３０の上部は、金属層４４０の上部表面４４２の下方にある。
【００５５】
この明細書全体を通して、「１つの実施形態」、「特定の実施形態」、「１つまたは複数の実施形態」、または「ある実施形態」を参照することは、実施形態に関連して説明されている特定の特徴、構造、材料、または性質が、本開示の少なくとも１つの実施形態の中に含まれているということを意味している。したがって、この明細書の全体を通してさまざまな場所において、「１つまたは複数の実施形態では」、「特定の実施形態では」、「１つの実施形態では」、または「ある実施形態では」などのような語句が出現することは、必ずしも、本開示の同じ実施形態を参照しているわけではない。そのうえ、特定の特徴、構造、材料、または性質は、１つまたは複数の実施形態において、任意の適切な様式で組み合わせられ得る。
【００５６】
本明細書における開示は、特定の実施形態を参照して説明されてきたが、これらの実施形態は、単に、本開示の原理および適用例の例示であるに過ぎないということが理解されるべきである。本開示の精神および範囲から逸脱することなく、本開示の方法および装置に対して、さまざまな修正および変形が行われ得るということが当業者に明らかになることとなる。したがって、本開示は、添付の特許請求の範囲およびその均等物の範囲内にある修正例および変形例を含むということが意図されている。
【符号の説明】
【００５７】
１００  基板
１１０  誘電材料
１１２  上部表面
１１４  フィーチャー
１１６  底部
１１８  側壁部
１２０  導電材料
１３０  バリア層
１３５  バリア層残留物
１４０  金属層
１４２  上部表面
２００  基板
２１０  第１の誘電材料
２１４  フィーチャー
２１５  インターフェース
２１６  底部
２１８  側壁部
２２０  第２の誘電材料
２２２  上部表面
２３０  バリア層
２３５  バリア層残留物
２４０  金属層
２４２  上部表面
３００  基板
３１０  誘電材料
３１２  上部表面
３１４  フィーチャー
３１６  底部
３１８  側壁部
３２０  不動態化された誘電体層
３３０  バリア層
３４０  金属層
３４２  上部表面
４００  基板
４１０  誘電材料
４１２  上部表面
４１４  フィーチャー
４１６  底部
４１８  側壁部
４３０  バリア層
４３１  露出させられた部分
４４０  金属層
４４２  上部表面
Ｄ  深さ
ＤＲ  凹部深さ
Ｗ  幅
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2019106538.tif 000007
【図６】
2019106538.tif 000008
【外国語明細書】
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2019106538000002.pdf
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