(57)【要約】幾つかの実施形態は、蒸着される銅含有材料の温度を１００℃よりも高い温度で維持する間に銅含有材料の物理蒸着を使用する、銅含有材料を蒸着するための方法を含む。幾つかの実施形態は、開口が金属含有組成物でライニングされる方法を含み、銅含有材料の温度が約０℃よりも低い温度である間に、銅含有材料は金属含有組成物上に物理蒸着され、その後、銅含有材料の温度が約１８０℃から約２５０℃の範囲内にある間に、銅含有材料はアニールされる。幾つかの実施形態は、金属と窒素とを含む組成物で開口がライニングされ、ライニングされた開口は銅含有材料で少なくとも部分的に充填される方法を含む。幾つかの実施形態は、開口の側壁周囲に沿って金属窒化物ライナーを有し、かつ、金属窒化物ライナーに直接相対して開口内に銅含有材料を有する半導体構造を含む。
2013534370.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の開口内に銅含有材料を蒸着するための方法であって、前記蒸着された銅含有材料が１００℃より高い温度である条件の下での前記銅含有材料の物理蒸着を含む、
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記蒸着は、
スパッタ蒸着される材料が１００℃よりも高い温度で、プラズマを使用する前記銅含有材料をスパッタリングするステップと、
前記スパッタ蒸着される材料の前記温度を１００℃よりも高く維持する間、前記プラズマを焼失させるステップと、複数の空洞のピンチングオフを回避するために、前記スパッタ蒸着される材料が前記複数の空洞へと表面拡散する十分な期間を提供するステップと、
のシーケンスの少なくとも一回の繰り返しを含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記温度が、約３００℃から約６００℃の範囲にある、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記温度が、約５００℃から約６００℃の範囲にある、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
希ガスが、前記物理蒸着の間にターゲットから銅含有材料をスパッタリングするために使用される、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記銅含有材料の前記物理蒸着の前に、前記複数の開口をライニングするために、前記複数の開口内に金属と窒素とを含有する組成物を形成するステップをさらに含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記金属は、ルテニウムおよびコバルトのうちの一つもしくはその双方を含む、
ことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記銅含有材料の前記物理蒸着の前に、ルテニウムおよびコバルトのうちの一つもしくはその双方を含む金属含有材料で前記複数の開口をライニングするステップをさらに含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記銅含有材料の前記物理蒸着の前に、
前記複数の開口を第一の金属でライニングするステップと、
前記第一の金属を窒素源に暴露することによって前記第一の金属を窒化するステップと、
をさらに含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記金属は、ルテニウムおよびコバルトのうちの一つもしくはその双方で構成される、
ことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
複数の開口内に導電性材料を提供するための方法であって、
金属含有組成物で前記複数の開口をライニングするステップと、
前記金属含有組生物上に銅含有材料を物理蒸着するステップであって、前記物理蒸着は、第一のコンフォーメーションを有する銅含有材料コーティングを形成するために、前記蒸着された銅の温度を、約０℃に等しいかそれよりも低く維持する条件の下で実施される、ステップと、
前記コーティングの前記銅含有材料をリフローし、それによって、前記銅含有材料の第二のコンフォーメーションを形成するために、前記銅含有材料が約１８０℃から約２５０℃の範囲内の温度にある条件の下で、前記銅含有材料コーティングをアニールするステップと、
を含む少なくとも一回の繰り返しと、
を含む、
ことを特徴とする方法。
【請求項１２】
前記金属含有組成物は、ルテニウムおよびコバルトのうちの一つもしくはその双方で構成される、
ことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記金属含有組成物は、ルテニウムおよびコバルトのうちの一つもしくはその双方と結合した窒素で構成される、
ことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記銅含有材料の前記第一のコンフォーメーションは、前記複数の開口内に幾つかの間隙を残し、前記銅含有材料の前記第二のコンフォーメーションは、前記複数の開口内から前記複数の間隙を除去する、
ことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
複数の開口内に導電性材料を提供するための方法であって、
金属および窒素を含む組成物で前記複数の開口をライニングするステップと、
前記ライニングされた複数の開口を銅含有材料で少なくとも部分的に充填するステップと、
を含む、
ことを特徴とする方法。
【請求項１６】
前記複数の開口を銅含有材料で少なくとも部分的に充填する前記ステップは、前記蒸着された銅含有材料が、１００℃よりも高い温度であるような条件の下で、前記銅含有材料の物理蒸着を使用する、
ことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記温度は、約３００℃から約６００℃の範囲内にある、
ことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記複数の開口を銅含有材料で少なくとも部分的に充填する前記ステップは、
前記銅含有材料の第一のコンフォーメーションを形成するために、前記蒸着された銅含有材料の温度を約４０℃に等しいかそれよりも低い温度で維持する条件の下での前記銅含有材料の蒸着と、
前記蒸着の後、前記銅含有材料をリフローして、それによって前記銅含有材料の第二のコンフォーメーションを形成するために、前記蒸着された銅含有材料の温度が約１８０℃から約２５０℃の範囲内である条件の下で、前記銅含有材料をアニールするステップと、
を使用する、
ことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記銅含有材料の前記第一のコンフォーメーションは、前記複数の開口内に幾つかの凹部を残し、前記銅含有材料の前記第二のコンフォーメーションは、前記複数の開口内の前記複数の凹部を除去する、
ことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記ライニングされた開口を形成する前記ステップは、前記複数の開口の複数の側壁に沿った、金属および窒素を含む前記組成物の蒸着を含む、
ことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項２１】
前記金属は、ルテニウムおよびコバルトのうちの一つもしくはその双方で構成される、
ことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
金属および窒素を含む前記組成物の前記蒸着は、ＡＬＤ、ＣＶＤおよびＰＶＤのうちの一つ以上を使用する、
ことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記ライニングされた開口を形成する前記ステップは、
前記金属で前記複数の開口の複数の側壁をコーティングするステップと、
前記金属を窒素源へと暴露することによって前記金属を窒化するステップと、
を含む、
ことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項２４】
前記金属は、ルテニウムおよびコバルトのうちの一つもしくはその双方を含む、
ことを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記金属は、ルテニウムおよびコバルトのうちの一つもしくはその双方と合金された遷移金属を含む、
ことを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
前記金属は、ルテニウムおよびコバルトのうちの一つもしくはその双方と合金されたタンタルを含む、
ことを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項２７】
窒化する前記ステップは、ＮＨ３、ＮＨ２およびＮ２のうちの一つ以上への前記金属の暴露を含む、
ことを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項２８】
電気的に絶縁性の材料へと伸長する開口と、
前記開口の複数の側壁をライニングする金属窒化物ライナーと、
前記金属窒化物ライナーに直接相対する前記開口内の銅含有材料と、
を含む、
ことを特徴とする半導体構造。
【請求項２９】
前記金属窒化物ライナーの前記金属は、ルテニウムおよびコバルトのうちの一つもしくはその双方を含む、
ことを特徴とする請求項２８に記載の構造。
【請求項３０】
前記金属窒化物ライナーの前記金属は、ルテニウムおよびコバルトのうちの一つもしくはその双方と合金された遷移金属を含む、
ことを特徴とする請求項２８に記載の構造。
【請求項３１】
前記金属窒化物ライナーは、前記電気的に絶縁性の材料に直接相対する、
ことを特徴とする請求項３０に記載の構造。
【請求項３２】
前記金属窒化物ライナーの前記金属は、ルテニウムおよびコバルトのうちの一つもしくはその双方と合金されたタンタルを含む、
ことを特徴とする請求項２８に記載の構造。
【請求項３３】
前記金属窒化物ライナーの前記金属は、ルテニウムおよびコバルトのうちの一つもしくはその双方と合金されたタンタルを含み、前記電気的に絶縁性の材料は、シリコン酸化物含有の電気的に絶縁性の材料を含み、前記金属窒化物ライナーは、電気的に絶縁性の材料を含む前記シリコン酸化物に直接相対する、
ことを特徴とする請求項２８に記載の構造。
【請求項３４】
前記金属窒化物ライナーの前記金属はルテニウムで構成される、
ことを特徴とする請求項２８に記載の構造。
【請求項３５】
前記金属窒化物ライナーの前記金属はコバルトで構成される、
ことを特徴とする請求項２８に記載の構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
半導体構造ならびに導電性材料を開口内に提供するための方法。
【背景技術】
【０００２】
集積回路の作製は、半導体基板にわたる導電性ライン（導線）の形成を含みうる。ダマシンプロセスは、このようなラインを形成するために使用されうる。図１−図３は、従来技術のダマシンプロセスの一例を示す。
【０００３】
図１を参照すると、半導体構造１０は、ベース１２およびベース上に形成された電気的に絶縁性の材料１４を含む。ベースは、単結晶性シリコンを含んでもよい。絶縁性材料１４は、例えば、二酸化シリコン、シリコン窒化物、および種々のドープされたシリコン酸化物（例えば、ボロホスホシリケートグラス（ＢＰＳＧ）、ホスホシリケートグラス（ＰＳＧ）、フルオロシリケートグラス（ＦＳＧ）など）のいずれかのうちの一つ以上を含みうる。絶縁性材料１４は、示されているように均質であってもよいし、または、個々の層に複数の材料を含んでもよい。
【０００４】
複数の開口１６−１８は、材料１４内に伸長するように形成される。開口は、開口の位置を画定するためにパターン化された（図示されていない）フォトレジストマスクを使用し、その位置に開口を伸長するように一つ以上のエッチングを使用し、その後、図１に示された構造を残すためにフォトレジストマスクを除去することによって形成されてもよい。
【０００５】
図２を参照すると、材料２０および２２は、開口をライニングするために開口内に提供され、その後、ライニングされた開口は、銅２４で充填される。
【０００６】
材料２０は、窒化チタン、窒化タンタル、酸化タンタル／ルテニウム、酸化タンタルもしくは酸化チタンを含み、銅の拡散を防ぐためのバリアとして機能してもよい。
【０００７】
材料２２は、例えば、ルテニウムおよび窒素を含むか、または、別の実施例として、ルテニウムで構成されてもよい。材料２２は、その後に蒸着（堆積）される銅２４を接着するための層として使用されてもよい。
【０００８】
図３を参照すると、構造１０は、開口１６−１８内の材料２０、２２および２４から電気的に分離された複数の導電性ライン２５−２７を形成するために、研磨プロセス（例えば、化学機械研磨）に晒される。
【０００９】
図３における導電性ライン２５−２７は、銅２４が開口１６−１８の各々を完全に、かつ実質的に均一に充填しているという点で理想化されたものである。実際には、特に、より集積レベルが高まるにつれて、ますます開口が狭小になると、銅で開口を実質的に均一に充填することを達成するには、困難が生じることがある。
【００１０】
図４は、開口１６−１８内の銅２４の形成中に生じる可能性のある問題を示す。具体的には、銅は、開口内に均一に蒸着されず、したがって、間隙２８が開口のうちの幾つかに形成される。間隙は、示されるように異なる寸法である可能性があり、したがって、開口内に最終的に形成される種々の導電性半線の導電性は、お互いに異なる。この導電性における不均一性は、このような導電性ラインを含む集積回路の操作性および／もしくは信頼性を損なうか、または破壊するかもしれない。したがって、導電性ラインの作製用に改良された方法を開発することが望まれる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】従来技術の作製プロセスの種々の段階における半導体ウェーハの一部の断面図である。
【図２】従来技術の作製プロセスの種々の段階における半導体ウェーハの一部の断面図である。
【図３】従来技術の作製プロセスの種々の段階における半導体ウェーハの一部の断面図である。
【図４】幾つかの従来技術のプロセスにおいて生じる可能性のある問題点を示す、半導体ウェーハの一部の断面図である。
【図５】例示的な一実施形態の作製プロセスの種々の段階において示される半導体ウェーハの一部の断面図である。
【図６】例示的な一実施形態の作製プロセスの種々の段階において示される半導体ウェーハの一部の断面図である。
【図７】例示的な一実施形態の作製プロセスの種々の段階において示される半導体ウェーハの一部の断面図である。
【図８】例示的な一実施形態の作製プロセスの種々の段階において示される半導体ウェーハの一部の断面図である。
【図９】反応チャンバー内のウェーハ上に物理蒸着される材料の断面図である。
【図１０】例示的な別の実施形態の作製プロセスの種々の段階において示される半導体ウェーハの一部の断面図である。
【図１１】例示的な別の実施形態の作製プロセスの種々の段階において示される半導体ウェーハの一部の断面図である。
【図１２】例示的な別の実施形態の作製プロセスの種々の段階において示される半導体ウェーハの一部の断面図である。
【図１３】例示的な別の実施形態の作製プロセスの種々の段階において示される半導体ウェーハの一部の断面図である。
【図１４】例示的な別の実施形態の作製プロセスの種々の段階において示される半導体ウェーハの一部の断面図である。
【図１５】例示的な別の実施形態の作製プロセスの種々の段階において示される半導体ウェーハの一部の断面図である。
【図１６】例示的な別の実施形態の作製プロセスの種々の段階において示される半導体ウェーハの一部の断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
幾つかの実施形態においては、銅が狭小な開口を充填するために使用される。銅が開口内へと流れることができるように、銅内の十分な可動性（例えば、表面拡散）を生み出すような条件に銅がおかれる可能性がある。具体的な実施形態においては、開口は、開口内への銅の移動を補助する毛管力を生成するほど十分に狭小である可能性がある。銅が開口内へ流れるほど十分に動的であるが、凝集を回避するほど十分に静的である（結合されている）ように、平衡状態は、銅の可動性に関連して影響を受ける（例えば、表面移動型メカニズムであるかもしれない）可能性がある。
【００１３】
幾つかの例示的な実施形態は、図５−図１６を参照して記述される。
図５を参照すると、半導体構造３０は、ベース３２およびベース上の電気的な絶縁体３４を含むように示される。ベース３２および電気的に絶縁性の材料３４は、それぞれ、上述されたベース１２および電気的絶縁体１４と同一の構造を含んでもよい。
【００１４】
幾つかの実施形態においては、ベース３２は、単結晶性シリコンを含むか、本質的に単結晶性シリコンで構成されるか、または、単結晶性シリコンで構成され、半導体基板と称されてもよいし、または、半導体基板の一部と称されてもよい。“半導電性基板”“半導体構造”および“半導体基板”という用語は、半導電性ウェーハ（それ自体または他の材料を含むアセンブリのいずれか）および半導電性材料層（それ自体または他の材料を含むアセンブリのいずれか）などのバルク半導電性材料を含むが、そのいずれにも限定はされない半導電性材料を含む任意の構造を意味する。“基板”という用語は、上述された半導電性基板を含むがそれに限定はされない任意の支持構造のことを称する。ベース３２は均質であるものとして示されているが、ベースは、幾つかの実施形態においては、複数の層を含んでもよい。例えば、ベース３２は、集積回路作製に関連する一つ以上の層を含む半導体基板に対応してもよい。このような実施形態においては、このような層は、耐火金属層、バリア層、拡散層、絶縁体層などのうちの一つ以上に対応してもよい。
【００１５】
開口４０−４２は、電気的に絶縁性の材料３４へと伸長する。このような開口は、開口１６−１８を形成するために、図１を参照して上述されたのと同一の処理を使用して形成されてもよい。
【００１６】
バリア材料３６は、開口をライニングするために開口内に任意で提供される。バリア材料は、図２のバリア材料２０を参照して上述された構造のうちのいずれかを含んでもよい。
【００１７】
ライナー３８は、バリア材料３６上に提供される。ライナー３８は、ルテニウムとコバルトのうちの一つもしくはその双方を含む金属含有材料である。幾つかの実施形態においては、ライナーは、本質的にルテニウムおよびコバルトのうちの一つもしくはその双方で構成されるか、またはルテニウムおよびコバルトのうちの一つもしくはその双方で構成されてもよい。他の実施形態においては、ライナーは、ルテニウムおよびコバルトのうちの一つもしくはその双方と合金にされた一つ以上の遷移金属を含んでもよいし、例えば、ルテニウムおよびコバルトのうちの一つもしくはその双方と合金にされたタンタルを含むか、本質的に、ルテニウムおよびコバルトのうちの一つもしくはその双方と合金にされたタンタルで構成されるか、またはルテニウムおよびコバルトのうちの一つもしくはその双方と合金にされたタンタルで構成されてもよい。幾つかの実施形態においては、ライナーは、ルテニウムおよびコバルトのうちの一つもしくはその双方と結合された窒素を含んでもよい。
【００１８】
図６を参照すると、銅含有材料４４は、構造３０にわたって、かつ、開口４０−４２内に蒸着される。銅含有材料は、銅を含むか、本質的に銅で構成されるか、または銅で構成されてもよい。銅含有材料は、開口４０−４２を均一に充填するよりも小さいコンフォーメーション（立体構造）を有するように材料を形成する条件の下で蒸着されるように示されており、それによって、幾つかの開口（具体的には、示された実施形態においては開口４０および４１）内に間隙および／もしくは凹部を残す。幾つかの実施形態においては、銅含有材料４４は、図６の処理段階における銅含有コーティングであると考えられてもよく、そのようなコーティングは、不均一に開口４０−４２を充填する。
【００１９】
銅含有材料は、望ましくは、望まれない表面の粗さを避けるために、このような材料内で微小な粒子サイズ（具体的には、約１／４ピッチと等しいかそれよりも小さい粒子サイズ）を維持する状態の下で蒸着される。例えば、銅含有材料は、約４０℃と等しいかそれよりも低い温度で、構造３０および蒸着された銅含有材料の温度を維持する間に、物理蒸着されてもよい。物理蒸着は、例えば、自己イオン化プラズマの使用など、ターゲットから銅をスパッタリングするための任意の適切な技術を使用してもよい。物理蒸着は、適切な状態下で、かつ、適切な期間、実施され、構造３０の上部表面にわたって、銅含有材料４４の連続層を形成する。
【００２０】
図７を参照すると、銅含有材料４４は、構造３０にわたって材料がリフロー（再流）できるような熱的条件に晒されて、それによって、銅含有材料で開口４０−４２を実質的に均一に充填する。銅含有材料の熱処理は、銅含有材料を約１８０℃から約６００℃の範囲内（幾つかの実施形態においては、約１８０℃から約４５０℃の範囲内であり、幾つかの実施形態においては、約３５０℃から約４５０℃の範囲内）の温度にするアニールであってもよく、それによって銅含有材料が開口内へとリフローが可能となるように、適切な期間、その温度で銅含有材料を維持する。期間の一例は、少なくとも約１秒から約３０秒と等しいかそれよりも短い期間（例えば、約２０秒）であってもよい。リフローされた銅は、開口４０−４２内では、図６の第一のコンフォーメーションよりもより均一な、第二のコンフォーメーションをとると考えられうる。具体的には、図６の開口４０および４１内の間隙（もしくは凹部）は、開口を充填するために銅含有材料がリフローするにつれて、開口から駆逐される。
【００２１】
図６および図７は、一回の蒸着／アニールシーケンスが所望の均一性まで開口４０−４２を充填する一実施形態を記述しているが、他の実施形態においては、所望の均一性まで、開口を充填するために、二回以上の蒸着／アニールシーケンスが存在してもよい。したがって、図６および図７の処理は、プロセスシーケンスの一度の繰り返しであると考えられ、この繰り返しは、銅含有材料を所望の厚さおよび均一性まで形成するために適切な回数繰り返されてもよい。幾つかの実施形態においては、少なくとも一度の繰り返しは、少なくとも一つの他の繰り返しと比較して、温度、時間、および／もしくは一つ以上の他の条件において、変化してもよい。二回以上蒸着／アニールシーケンスを使用する実施形態においては、基板上に銅含有材料は、約１８０℃から約２５０℃の範囲の温度で維持されてもよい。
【００２２】
図５−図７の処理の利点は、開口がより狭小になるにつれて、このような処理が開口を充填するのにますます効率的になりうることである。具体的には、本処理は、開口へとリフローする銅含有材料のけん引を補助するために、狭小な開口内での毛管力を利用してもよい。したがって、半導体作製の現在のプロセスの狭小な開口を充填するために有用なことに加えて、図５−図７の方法論は、現在のプロセスよりも高いレベルの集積を有する将来のプロセスにおいて使用される、さらに狭小な開口を充填するために容易に適用される可能性がある。
【００２３】
図８を参照すると、構造３０は、開口４０−４２内の導電性材料３６、３８および４４からライン５０−５２を形成するために、平坦化に晒される。平坦化は、例えば、化学機械研磨（ＣＭＰ）などの任意の適切な処理を含んでもよい。
【００２４】
図５−図８の例示的な処理は、銅含有材料の蒸着（図６）および銅含有材料のアニール（図７）のために、別々の熱的条件を使用するが、他の実施形態においては、蒸着は、アニールを同時に達成するほど十分に熱い熱的条件下で実施されてもよい。例えば、銅含有材料の蒸着は、１００℃よりも高い温度で、蒸着された銅含有材料の温度を維持する条件下で実施されてもよい。幾つかの実施形態においては、蒸着された銅含有材料の温度は、約１８０℃から約６００℃の範囲内であってもよい。具体的な実施形態においては、約３００℃から約６００℃の範囲内か、約３００℃から約４５０℃の範囲内か、または、約５００℃から約６００℃の範囲内であってもよい。蒸着温度（すなわち、銅が上に蒸着される基板の温度を制御することによって制御されうる、蒸着される銅の温度）は、材料の凝集を誘発することなく、銅含有材料の所望のリフローを得るために、銅含有材料内の適切な表面の可動性を維持するのに適切なレベルで維持されてもよい。
【００２５】
十分な高温の下で蒸着が実施される場合、図７の独立したアニールは省略されてもよい。その代わりに、銅含有材料は、材料が所望の均一なコンフォーメーションを形成するように、同時に蒸着かつリフローしてもよい。
【００２６】
幾つかの実施形態においては、高温の蒸着／アニール（すなわち、１００℃より高い温度における蒸着／アニール）が、（図５のライナー３８などの）ライナーの上に直接銅を形成するために実施されてもよい。他の実施形態においては、銅の薄い種層が低温の条件の下で（例えば、幾つかの実施形態においては、蒸着された銅が０℃と等しいかそれよりも低い温度を有する条件で）ライナー上にまず形成され、その後、高温の蒸着／アニールが銅の種層上に銅を形成するために実施されてもよい。
【００２７】
幾つかの実施形態においては、銅含有材料の蒸着は、トレンチもしくは他の空洞の実質的に均一な充填を達成するために、間欠性プラズマパルスで実施されてもよい。具体的には、銅含有材料は、蒸着された材料の適切な温度（例えば、約４００℃）において、プラズマを使用してスパッタ蒸着され、その後、銅含有材料がトレンチ、開口もしくは他のタイプの空洞へと表面拡散できるのに十分な期間（例えば、約１５秒）の間、蒸着された銅含有材料の適切な高温を維持する一方で、プラズマは消失する（すなわち、“静められる”）。表面拡散は、空洞の上部においてピンチングオフ（“ネッキングオフ”とも称される）することなく、銅が空洞を充填することを可能にすることができる。空洞の上部におけるピンチングオフは、空洞内に間隙を形成する可能性があり、ピンチングオフの回避は、したがって、間隙形成を緩和するか、または間隙形成を妨げることもできる。スパッタ蒸着およびその後のプラズマの消失は、空洞内に銅含有材料を形成するためのプロセスの一回の繰り返しであると考えられてもよい。複数の繰り返しが、空洞を所望のレベルまで充填するために実施されてもよい。
【００２８】
銅含有材料の高温蒸着中に生じる可能性のある問題点は、蒸着があまりにも早くもしくはあまりにも遅く生じる場合に、その材料が大きな粒子サイズを有する可能性があることである。このように大きな粒子サイズは、同時に発生する銅含有材料のリフローを妨げ、開口４０−４２の均一な充填どころか、銅含有材料の凝集を引き起こす可能性がある。幾つかの実施形態においては、蒸着チャンバー内の温度を約１８０℃から約４５０℃の範囲で維持する間、銅含有材料は、約２０オングストローム／秒から約５０オングストローム／秒の速度で蒸着される。
【００２９】
蒸着は、任意の適切なプロセスを使用して実施されてもよい。例示的なプロセスは、銅含有ターゲットからの材料のスパッタリングを含む。幾つかの実施形態においては、比較的遅い速度でのスパッタリングを含む蒸着プロセスを使用することが望ましく、例示的な一プロセスは、銅含有材料をスパッタリングターゲットからスパッタリングするために、希ガス（例えば、アルゴン）もしくは他の不活性物質を使用する。
【００３０】
図９は、幾つかの実施形態において使用される可能性のある物理蒸着（ＰＶＤ）装置５６の一実施例を示す。銅含有ターゲット５８は、装置の反応チャンバー内に保持され、半導体基板３０上に提供される。動作においては、銅含有材料６０は、ターゲットからスパッタリングされ、その銅含有材料は基板３０の上部表面上に蒸着される。ターゲットからの銅含有材料６０のスパッタリングは、多数の技術のうちの任意の技術を使用して達成されてもよい。多数の技術は、例えば、ターゲットから材料を移動させるための自己イオン化プラズマの使用および／もしくはターゲットから材料を移動させるための不活性ガスの使用を含む。（図示されていない）温度制御装置が、蒸着された銅含有材料の温度制御を可能にするために反応チャンバー周囲に提供されてもよい。基板３０の温度をＰＶＤプロセス中に正確に制御可能なように、温度制御されたチャックが基板３０を支持するために使用されてもよい。
【００３１】
図５を参照して上述されたように、幾つかの実施形態は、ライナー３８用の金属窒化物の使用を含む。図１０−図１３は、ライナー用に窒素含有材料を形成し、使用するための例示的な一実施形態を示す。
【００３２】
図１０を参照すると、半導体構造３０ａが、図５の処理段階と類似する処理段階において示される。本構造は、ベース３２、絶縁性材料３４、バリア層３６およびライナー３８を含む。図１０のライナー３８は、幾つかの実施形態においては、ルテニウムおよびコバルトのうちの一つもしくはその双方を含むか、本質的にルテニウムおよびコバルトのうちの一つもしくはその双方で構成されるか、ルテニウムおよびコバルトのうちの一つもしくはその双方で構成される。他の実施形態においては、図１０のライナー３８は、ルテニウムおよびコバルトのうちの一つもしくはその双方と結合した一つ以上の遷移金属（例えば、タンタル）を含むか、本質的にルテニウムおよびコバルトのうちの一つもしくはその双方と結合した一つ以上の遷移金属で構成されるか、または、ルテニウムおよびコバルトのうちの一つもしくはその双方と結合した一つ以上の遷移金属で構成される。
【００３３】
図１１を参照すると、ライナー３８は、ライナーの材料を窒化するために窒素含有組成物７０に晒される。窒素含有組成物７０は任意の適切な組成物であり、幾つかの実施形態においては、ＮＨ３、ＮＨ２およびＮ２のうちの一つ以上を含んでもよい。幾つかの実施形態においては、窒素含有組成物は、別の組成物と組み合わせて使用されてもよい。例えば、ＮＨ３はＯ２と組み合わせて使用されてもよいし、Ｎ２はＨ２と組み合わせて使用されてもよい。
【００３４】
ライナーの材料の窒化は、ライナーの幾らかもしくはその全てを、金属および窒素を含有する組成物へと変換する可能性がある。幾つかの実施形態においては、窒化されたライナーは、コバルトおよびルテニウムのうちの一つもしくはその双方と結合した窒素を含んでもよい。幾つかの実施形態においては、窒化されたライナーは、遷移金属（例えば、タンタル）ならびにコバルトおよびルテニウムのうちの一つもしくはその双方と結合した窒素を含んでもよい。
【００３５】
図１２を参照すると、銅含有材料４４は、開口４０−４２内に蒸着される。この蒸着は、任意の適切な方法を使用してもよく、幾つかの実施形態においては、図５−図９を参照して上述された方法のうちの一つを使用してもよい。ライナー３８内の金属の窒化は、幾つかの実施形態においては、開口４０−４２への銅の均一なリフローを達成する上で有用である可能性がある。
【００３６】
図１３を参照すると、構造３０ａは、電気的に分離されたライン５０−５２を形成するために、平坦化に晒される。このようなラインの各々は、窒素含有材料３８（幾つかの実施形態においては、ルテニウムおよびコバルトのうちの一つもしくはその双方と結合した窒素で構成される可能性があり、幾つかの実施形態においては、ルテニウムおよびコバルトのうちの一つもしくはその双方と結合した一つ以上の遷移金属と窒素とで構成される可能性がある）に直接相対する銅含有材料４４（幾つかの実施形態においては、銅で構成される可能性がある）を含む。
【００３７】
図１０−図１３の窒素含有ライナーは、金属含有ライナーを窒素へと暴露することによって形成されるものとして記述されているが、他の実施形態においては、窒素含有ライナーは、ＡＬＤ、ＣＶＤおよびＰＶＤのうちの一つ以上を使用して直接蒸着されてもよい。例えば、窒素含有ライナーは、ルテニウムおよびコバルトのうちの一つもしくはその双方と結合した窒素を含むか、本質的にルテニウムおよびコバルトのうちの一つもしくはその双方と結合した窒素で構成されるか、ルテニウムおよびコバルトのうちの一つもしくはその双方と結合した窒素で構成され、かつ、ＡＬＤ、ＣＶＤおよび／もしくはＰＶＤによって直接蒸着されてもよい。他の実施形態においては、窒素含有ライナーは、ルテニウムおよびコバルトのうちの一つもしくはその双方と結合した一つ以上の遷移金属と窒素を含むか、本質的にルテニウムおよびコバルトのうちの一つもしくはその双方と結合した一つ以上の遷移金属と窒素で構成されるか、ルテニウムおよびコバルトのうちの一つもしくはその双方と結合した一つ以上の遷移金属と窒素で構成され、かつ、ＡＬＤ、ＣＶＤおよび／もしくはＰＶＤによって直接蒸着されてもよい。
【００３８】
ライナー３８が、ルテニウムおよびコバルトのうちの一つもしくはその双方と合金された一つ以上の遷移金属を含む用途においては、バリア３６を省略することが望ましいことがある。具体的には、ライナー３８は、銅の移動に対するバリアの機能と銅含有材料を保持するための層の機能との双方を達成することが可能である。
【００３９】
図１４−図１６は、バリア３６（図５）が省略される例示的な一実施形態を示す。図１４は、図５の処理段階に類似した処理段階における半導体構造３０ｂを示す。構造３０ｂは、図５を参照して上述された、ベース３２および絶縁性材料３４を含む。開口４０−４２は、絶縁性材料３４へと伸長する。ライナー８０は、絶縁性材料３４の上部表面にわたって、開口４０−４２内で伸長し、ライナーは、開口の側壁をライニングする。ライナー８０は、ルテニウムおよびコバルトのうちの一つもしくはその双方と合金された遷移金属（例えば、タンタル）を含むか、本質的にルテニウムおよびコバルトのうちの一つもしくはその双方と合金された遷移金属で構成されるか、ルテニウムおよびコバルトのうちの一つもしくはその双方と合金された遷移金属で構成されてもよい。幾つかの実施形態においては、ライナー８０は、ルテニウムおよびコバルトのうちの一つもしくはその双方と結合した一つ以上の遷移金属（例えば、タンタル）を含むか、本質的にルテニウムおよびコバルトのうちの一つもしくはその双方と結合した一つ以上の遷移金属で構成されるか、ルテニウムおよびコバルトのうちの一つもしくはその双方と結合した一つ以上の遷移金属で構成されてもよい。
【００４０】
ライナー８０は、電気的に絶縁性の材料３４に直接相対する。幾つかの実施形態においては、電気的に絶縁性の材料３４は、シリコン酸化物含有材料（例えば、二酸化シリコン、ＢＰＳＧ、ＰＳＧ、ＦＳＧなど）であってもよく、ライナー８０は、そのシリコン酸化物含有材料に直接相対してもよい。
【００４１】
図１５を参照すると、銅含有材料４４は、開口４０−４２内に蒸着される。この蒸着は、任意の適切な方法を使用してもよく、幾つかの実施形態においては、図５−図９を参照して上述された方法のうちの一つを使用してもよい。
【００４２】
図１６を参照すると、構造３０ｂは、電気的に分離されたライン９０−９２を形成するために平坦化に晒される。このようなラインの各々は、ライナー８０に直接相対し、同様に、電気的に絶縁性の材料３４に直接相対する銅含有材料４４を含む。
【００４３】
上述された実施形態は、集積回路を形成する上で使用されてもよい。このような回路は、例えば、コンピュータ、自動車、飛行機、時計、携帯電話などの電子システムで使用されてもよい。幾つかの用途においては、本明細書で記述された実施形態が、フラッシュメモリなどの集積メモリを形成するために使用されてもよい。
【００４４】
図面において、種々の実施形態の特定の方向は、例示的な目的のためだけのものであって、実施形態は、幾つかの用途においては、示された方向に対して回転されてもよい。本明細書で提供された記述およびそれに続く請求項は、その構造が図面の特定の方向にあるか、またはその方向に対して回転されているか否かに関わらず、種々の機構間で記述された関係を有する任意の構造に関するものである。
【００４５】
ある構成要素が、別の構成要素の“上に”もしくは“相対して”存在するものとして上記で言及されるときには、他の構成要素の上に直接存在しうるか、または、中間構成要素も存在してもよい。対照的に、ある構成要素が、別の構成要素の“直上に”もしくは“直接相対して”存在するものとして言及されるときには、中間構成要素は存在しない。ある構成要素が、別の構成要素に対して、“接続されて”いるかまたは“結合されて”いるものとして言及されるときには、他の構成要素に対して直接接続されるか、または直接結合されるか、あるいは中間構成要素が存在してもよい。対照的に、ある構成要素が、別の構成要素に対して、“直接接続されて”いるかまたは“直接結合されて”いるものとして言及されるときには、中間構成要素は存在しない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年4月12日(2013.4.12)
【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】
複数の開口内に銅含有材料を蒸着するための方法であって、前記蒸着された銅含有材料が１００℃より高い温度である条件の下での前記銅含有材料の物理蒸着を含む、
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記銅含有材料の前記物理蒸着の前に、前記複数の開口をライニングするために、前記複数の開口内に金属と窒素とを含有する組成物を形成するステップをさらに含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記金属は、ルテニウムおよびコバルトのうちの一つもしくはその双方を含む、
ことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
複数の開口内に導電性材料を提供するための方法であって、
金属含有組成物で前記複数の開口をライニングするステップと、
前記金属含有組生物上に銅含有材料を物理蒸着するステップであって、前記物理蒸着は、第一のコンフォーメーションを有する銅含有材料コーティングを形成するために、前記蒸着された銅の温度を、０℃に等しいかそれよりも低く維持する条件の下で実施される、ステップと、
前記コーティングの前記銅含有材料をリフローし、それによって、前記銅含有材料の第二のコンフォーメーションを形成するために、前記銅含有材料が１８０℃から２５０℃の範囲内の温度にある条件の下で、前記銅含有材料コーティングをアニールするステップと、
を含む少なくとも一回の繰り返しと、
を含む、
ことを特徴とする方法。
【請求項５】
前記金属含有組成物は、ルテニウムおよびコバルトのうちの一つもしくはその双方で構成される、
ことを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記金属含有組成物は、ルテニウムおよびコバルトのうちの一つもしくはその双方と結合した窒素で構成される、
ことを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項７】
複数の開口内に導電性材料を提供するための方法であって、
金属および窒素を含む組成物で前記複数の開口をライニングするステップと、
前記ライニングされた複数の開口を銅含有材料で少なくとも部分的に充填するステップと、
を含む、
ことを特徴とする方法。
【請求項８】
前記ライニングされた開口を形成する前記ステップは、
前記金属で前記複数の開口の複数の側壁をコーティングするステップと、
前記金属を窒素源へと暴露することによって前記金属を窒化するステップと、
を含む、
ことを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記金属は、ルテニウムおよびコバルトのうちの一つもしくはその双方を含む、
ことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記金属は、ルテニウムおよびコバルトのうちの一つもしくはその双方と合金された遷移金属を含む、
ことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記金属は、ルテニウムおよびコバルトのうちの一つもしくはその双方と合金されたタンタルを含む、
ことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
電気的に絶縁性の材料へと伸長する開口と、
前記開口の複数の側壁をライニングする金属窒化物ライナーと、
前記金属窒化物ライナーに直接相対する前記開口内の銅含有材料と、
を含む、
ことを特徴とする半導体構造。
【請求項１３】
前記金属窒化物ライナーの前記金属は、ルテニウムおよびコバルトのうちの一つもしくはその双方を含む、
ことを特徴とする請求項１２に記載の構造。
【請求項１４】
前記金属窒化物ライナーの前記金属は、ルテニウムおよびコバルトのうちの一つもしくはその双方と合金された遷移金属を含む、
ことを特徴とする請求項１２に記載の構造。
【請求項１５】
前記金属窒化物ライナーは、前記電気的に絶縁性の材料に直接相対する、
ことを特徴とする請求項１４に記載の構造。
【請求項１６】
前記金属窒化物ライナーの前記金属は、ルテニウムおよびコバルトのうちの一つもしくはその双方と合金されたタンタルを含む、
ことを特徴とする請求項１２に記載の構造。
【請求項１７】
前記金属窒化物ライナーの前記金属は、ルテニウムおよびコバルトのうちの一つもしくはその双方と合金されたタンタルを含み、前記電気的に絶縁性の材料は、シリコン酸化物含有の電気的に絶縁性の材料を含み、前記金属窒化物ライナーは、電気的に絶縁性の材料を含む前記シリコン酸化物に直接相対する、
ことを特徴とする請求項１２に記載の構造。
【請求項１８】
前記金属窒化物ライナーの前記金属はルテニウムで構成される、
ことを特徴とする請求項１２に記載の構造。
【請求項１９】
前記金属窒化物ライナーの前記金属はコバルトで構成される、
ことを特徴とする請求項１２に記載の構造。
【国際調査報告】
2013534370.tif 000019
2013534370.tif 000020