(57)【要約】  集積回路のための相互接続構造体における使用のための銅相互接続配線層（602）の表面上のキャッピング層（614）およびガスクラスタイオンビーム処理の適用による集積回路のための改良された集積相互接続構造体を形成する方法。低減された銅拡散と改善されたエレクトロマイグレーション寿命が結果として得られ、また選択的金属キャッピング技法の使用とそれらに付随する歩留まり問題とが回避される。【選択図】図５A
2008519458.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一つ以上の銅相互接続表面と一つ以上の誘電体表面とを含む構造体について、
減圧されたチャンバ内に前記構造体を配置するステップと、
前記減圧されたチャンバ内で加速されたキャッピング（以下、「保護」あるいは「被覆」を意味するものとする。）ＧＣＩＢ（以下、「ガスクラスターイオンビーム」を意味するものとする。）を形成するステップと、
前記加速されたキャッピングＧＣＩＢが方向付けられる前記一つ以上の表面上に少なくとも一つのキャッピング構造体を形成するように、前記一つ以上の銅相互接続表面と前記一つ以上の誘電体表面のうちの少なくとも一つに前記加速されたキャッピングＧＣＩＢを方向付けるステップと、を備える、キャッピング構造体を形成する方法。
【請求項２】
前記キャッピングＧＣＩＢ形成および方向付けステップに先立って、前記減圧されたチャンバ内で加速された洗浄ＧＣＩＢを形成するステップと、
前記加速された洗浄ＧＣＩＢが方向付けられる前記一つ以上の表面を洗浄するように前記加速された洗浄ＧＣＩＢを前記一つ以上の銅相互接続表面と前記一つ以上の誘電体表面とに方向付けるステップとを更に備える、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
加速された洗浄ＧＣＩＢを形成するステップはＡｒ、Ｎ２、ＮＨ３およびＨ２からなるグループから選択される少なくとも一つのガスの分子からガスクラスタイオンを生成するステップを更に備える、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記加速された洗浄ＧＣＩＢを形成するステップは約３ｋＶから約５０ｋＶの範囲内の加速電位によって洗浄ＧＣＩＢガスクラスタイオンを加速するステップを更に備える、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記加速された洗浄ＧＣＩＢを方向付けるステップは前記一つ以上の銅相互接続表面と前記一つ以上の誘電体表面とのうちの少なくとも一つに送達される約５×１０１３から約５×１０１６ガスクラスタイオン（ions）／ｃｍ２の範囲内の照射量という結果をもたらす、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記一つ以上の誘電体表面はレベル間誘電体層の一部分を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記一つ以上の誘電体表面は多孔性誘電体層の少なくとも一部分の上に重なるハードマスク層の一部分を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記加速されたキャッピングＧＣＩＢを形成するステップは銅表面に注入されるときに電気絶縁性材料を形成するように反応し、誘電体表面に注入されるときに電気絶縁性材料を形成するように反応する元素からガスクラスタイオンを生成するステップを更に備えており、
形成された前記少なくとも一つのキャッピング構造体は電気絶縁性キャッピング構造体である、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記元素は、Ｃ、Ｎ、Ｏ、Ｓｉ、ＢおよびＧｅからなるグループから選択される少なくとも一つの元素からなる、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記加速されたキャッピングＧＣＩＢを形成するステップは不活性ガスの分子からガスクラスタイオンを生成するステップを備える、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記加速されたキャッピングＧＣＩＢを形成するステップは約３ｋＶから約５０ｋＶの範囲内の加速電位によって、生成されたガスクラスタイオンを加速するステップを更に備える、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記加速されたキャッピングＧＣＩＢを方向付ける（指向させる）ステップは前記一つ以上の銅相互接続表面と前記一つ以上の誘電体表面とのうちの少なくとも一つに送達される約１×１０１４から約１×１０１７ガスクラスタイオン（ions）／ｃｍ２の範囲内の照射量という結果をもたらす、請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
形成された前記少なくとも一つのキャッピング構造体の上に重なる少なくとも一つの絶縁層を形成するステップを更に含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１４】
少なくとも一つの絶縁層を形成するステップはＰＥＣＶＤ（プラズマ加速化学気相成長法）堆積プロセスを利用する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
形成された前記少なくとも一つの絶縁層は炭化ケイ素、窒化ケイ素およびケイ素炭素窒化物からなるグループから選択される一つの材料からなる、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記加速されたキャッピングＧＣＩＢを形成するステップは銅表面に注入されるときに導電性材料を形成するように反応し、誘電体表面に注入されるときに電気絶縁性材料を形成するように反応する元素からガスクラスタイオンを生成するステップを更に備えており、
形成された前記少なくとも一つのキャッピング構造体は前記銅相互接続部の被照射領域上の導電性キャッピング構造体と誘電体部の被照射領域上の電気絶縁性キャッピング構造体とのうちの少なくとも一つを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記元素はＢとＴｉからなるグループからの少なくとも一つの元素からなる、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記ガスクラスタイオンは不活性ガスの分子を更に含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
形成された前記少なくとも一つのキャッピング構造体の上に重なる少なくとも一つの誘電体拡散障壁フィルムを形成するステップを更に備える、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
少なくとも一つの誘電体拡散障壁フィルムを形成するステップはＰＥＣＶＤ堆積プロセスを利用する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
少なくとも一つの誘電体拡散障壁フィルムを形成するステップはＧＣＩＢ堆積プロセスを利用する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
形成された前記少なくとも一つの誘電体拡散障壁フィルムは炭化ケイ素、窒化ケイ素、およびケイ素炭素窒化物からなるグループから選択される材料からなる、請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
前記加速されたキャッピングＧＣＩＢを形成するステップは約３ｋＶから約５０ｋＶの範囲内の加速電位によって、生成されたガスクラスタイオンを加速するステップを更に備える、請求項１６に記載の方法。
【請求項２４】
前記加速されたキャッピングＧＣＩＢを方向付けるステップは前記一つ以上の銅相互接続表面と前記一つ以上の誘電体表面とのうちの少なくとも一つに送達される約１×１０１４から約１×１０１７ガスクラスタイオン（ions）／ｃｍ２の範囲内の照射量という結果をもたらす、請求項１６に記載の方法。
【請求項２５】
一つ以上の銅相互接続表面と誘電体材料をカバーする一つ以上の障壁層表面とを含む構造体において、
減圧されたチャンバ内に前記構造体を配置するステップと、
前記減圧されたチャンバ内で加速されたエッチング・キャッピングＧＣＩＢを形成するステップと、
前記エッチング・キャッピングＧＣＩＢが方向付けられる前記一つ以上の銅相互接続表面上にキャッピング構造体を形成するように、前記一つ以上の銅相互接続表面と前記一つ以上の障壁層表面とのうちの少なくとも一つに前記加速されたエッチング・キャッピングＧＣＩＢを方向付けて、下の前記誘電体材料を露出するために前記エッチング・キャッピングＧＣＩＢが方向付けられる前記少なくとも一つの障壁層表面をエッチング除去するステップと、を備える、キャッピング構造体を形成する方法。
【請求項２６】
各々が基板表面上の位置の関数として一つ以上の障壁層表面の一つに対応する前記一つ以上の障壁層の厚さを測定するステップと、
前記基板表面上の前記一つ以上の障壁層厚さのマップを生成するステップと、を更に備えており、
前記方向付けるステップは前記露出された誘電体材料の最小量を除去するように前記一つ以上の測定された障壁層厚さを補正するステップを更に備える、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記加速されたエッチング・キャッピングＧＣＩＢを形成するステップはＦとＳからなるグループから選択される少なくとも一つの元素を含むガスからガスクラスタイオンを生成するステップを更に備える、請求項２５に記載の方法。
【請求項２８】
前記加速されたエッチング・キャッピングＧＣＩＢを形成するステップはＦ、Ｓ、Ａｒ、ＸｅおよびＮからなるグループから選択される少なくとも一つの元素を含むガスからガスクラスタイオンを生成するステップを更に備える、請求項２５に記載の方法。
【請求項２９】
前記加速されたエッチング・キャッピングＧＣＩＢを形成するステップは約２００ｓｃｃｍから約３０００ｓｃｃｍのノズルガス流量で流れるソースガスからガスクラスタイオンを生成するステップと、
約１０ｋＶから約５０ｋＶの範囲内の加速電位によってガスクラスタイオンを加速するステップと、を備える、請求項２５に記載の方法。
【請求項３０】
前記エッチング・キャッピングＧＣＩＢを形成および方向付けするステップに先立って、前記減圧されたチャンバ内で加速された洗浄ＧＣＩＢを形成するステップと、
前記加速された洗浄ＧＣＩＢが方向付けられる前記一つ以上の表面を洗浄するように前記加速された洗浄ＧＣＩＢを前記一つ以上の銅相互接続表面と前記一つ以上の障壁層表面とのうちの少なくとも一つに方向付けるステップとを更に備える、請求項２５に記載の方法。
【請求項３１】
前記加速された洗浄ＧＣＩＢを形成するステップはＡｒ、Ｎ２、ＮＨ３およびＨ２からなるグループから選択される少なくとも一つのガスを含む一つ以上のガスからガスクラスタイオンを生成するステップを備える、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記加速された洗浄ＧＣＩＢを形成するステップは約３ｋＶから約５０ｋＶの範囲内の加速電位によって、前記生成されタガスクラスタイオンを加速するステップを更に備える、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記加速された洗浄ＧＣＩＢを方向付けるステップは前記一つ以上の銅相互接続表面と前記一つ以上の障壁層表面とのうちの少なくとも一つに送達される約５×１０１３から約５×１０１６ガスクラスタイオン（ions）／ｃｍ２の範囲内の照射量という結果をもたらす、請求項３０に記載の方法。
【請求項３４】
一つ以上の銅相互接続表面と誘電体材料をカバーする一つ以上の障壁層表面とを有する構造体について、
減圧されたチャンバ内に前記構造体を配置するステップと、
前記減圧されたチャンバ内で加速されたエッチングＧＣＩＢを形成するステップと、
下の前記誘電体材料を露出するために前記エッチングＧＣＩＢが方向付けられる前記一つ以上の障壁層表面をエッチング除去するように前記加速されたエッチングＧＣＩＢを前記一つ以上の障壁層表面に方向付けるステップと、
前記減圧されたチャンバ内に加速されたキャッピングＧＣＩＢを形成するステップと、
その上に一つ以上のキャッピング構造体を形成するように前記加速されたキャッピングＧＣＩＢを前記一つ以上の銅相互接続表面に方向付けるステップと、を備える、キャッピング構造体を形成する方法。
【請求項３５】
各々が基板表面上の位置の関数として一つ以上の障壁層表面の一つに関連する前記一つ以上の障壁層の厚さを測定するステップと、
前記基板表面上の障壁層厚さのマップを生成するステップと、を更に備え、
前記加速されたエッチングＧＣＩＢを方向付けるステップは前記露出された誘電体材料の最小量を除去するように前記一つ以上の測定された障壁層厚さを補正するステップを更に含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記加速されたキャッピングＧＣＩＢはＣ、Ｎ、Ｏ、Ｓｉ、Ｂ、Ｇｅ、Ｔｉ、ＳおよびＦからなるグループから選択される少なくとも一つの元素からなる、請求項３４に記載の方法。
【請求項３７】
前記加速されたキャッピングＧＣＩＢはＣ、Ｎ、Ｏ、Ｓｉ、Ｂ、ＧｅおよびＴｉを含むグループから選択される少なくとも一つの元素からなる、請求項３４に記載の方法。
【請求項３８】
前記加速されたキャッピングＧＣＩＢガスクラスタイオンはＡｒおよびＸｅからなるグループから選択される少なくとも一つの元素を更に含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項３９】
前記加速されたキャッピングＧＣＩＢガスクラスタイオンはＡｒおよびＸｅからなるグループから選択される少なくとも一つの元素を更に含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項４０】
前記加速されたキャッピングＧＣＩＢを形成するステップは約３ｋＶから約５０ｋＶの範囲内の加速電位によってキャッピングＧＣＩＢガスクラスタイオンを加速するステップを備えており、
前記加速されたキャッピングＧＣＩＢを方向付けるステップは前記一つ以上の銅相互接続表面の少なくとも一つに送達される約１×１０１４から約１×１０１７ガスクラスタイオン（ions）／ｃｍ２の範囲内の照射量という結果をもたらす、請求項３４に記載の方法。
【請求項４１】
前記形成および方向付けステップに先立って、前記減圧されたチャンバ内で加速された洗浄ＧＣＩＢを形成するステップと、
前記加速された洗浄ＧＣＩＢが方向付けられる前記少なくとも一つの表面を洗浄するように前記加速された洗浄ＧＣＩＢを前記一つ以上の銅相互接続表面と前記一つ以上の障壁層表面とに方向付けるステップとを更に備える、請求項３４に記載の方法。
【請求項４２】
前記加速された洗浄ＧＣＩＢはＡｒ、Ｎ２、ＮＨ３およびＨ２からなるグループ内の少なくとも一つのガス分子からなる、請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
前記加速された洗浄ＧＣＩＢを形成するステップは約３ｋＶから約５０ｋＶの範囲内の加速電位によって洗浄ＧＣＩＢガスクラスタイオンを加速するステップを備えており、
前記洗浄ＧＣＩＢを方向付けるステップは前記加速された洗浄ＧＣＩＢが方向付けられる前記一つ以上の表面を洗浄するように前記一つ以上の銅相互接続表面と前記一つ以上の障壁層表面とのうちの少なくとも一つに送達される約５×１０１３から約５×１０１６ガスクラスタイオン（ions）／ｃｍ２の照射量という結果をもたらす、請求項４１に記載の方法。
【請求項４４】
前記加速されたエッチングＧＣＩＢを形成するステップは約２００ｓｃｃｍから約３０００ｓｃｃｍのノズルガス流量で流れるソースガスからガスクラスタイオンを生成するステップと、
約１０ｋＶから約５０ｋＶの範囲内の加速電位によって前記ガスクラスタイオンを加速するステップと、を備える、請求項３４に記載の方法。
【請求項４５】
その表面にＧＣＩＢ注入されたキャッピング構造体を備える銅相互接続体。
【請求項４６】
前記キャッピング構造体は表面の上の薄膜である、請求項４５に記載の銅相互接続体。
【請求項４７】
前記薄膜は導電性である、請求項４６に記載の銅相互接続体。
【請求項４８】
前記薄膜は誘電体フィルムである、請求項４６に記載の銅相互接続体。
【請求項４９】
前記薄膜はＣ、Ｎ、Ｏ、Ｓｉ、Ｂ、Ｇｅ、Ｔｉ、ＦおよびＳからなるグループから選択される少なくとも一つの元素からなる、請求項４６に記載の銅相互接続体。
【請求項５０】
前記薄膜は酸化物、炭化物および窒化物からなるグループから選択される少なくとも一つの材料からなる、請求項４６に記載の銅相互接続体。
【請求項５１】
前記薄膜はＳｉ３Ｎ４、ＳｉＣＮ、ＢＮ、ＣｕＦ２、ＴｉＯ２、ＣｕＣＯ３、Ｂ、Ｔｉおよびホウケイ酸ガラスからなるグループから選択される材料からなる、請求項４６に記載の銅相互接続体。
【請求項５２】
上に重なる誘電体拡散障壁フィルムを更に備える、請求項４５に記載の銅相互接続体。
【請求項５３】
前記誘電体拡散障壁フィルムはＳｉ３Ｎ４、ＳｉＣＮおよびＳｉＣからなるグループから選択される材料からなる、請求項５２に記載の銅相互接続体。
【請求項５４】
その表面上にＧＣＩＢ注入薄膜キャッピング構造体を含むレベル間誘電体層。
【請求項５５】
前記薄膜はＣ、Ｎ、Ｏ、Ｓｉ、Ｂ、Ｇｅ、Ｔｉ、ＦおよびＳからなるグループから選択される少なくとも一つの元素からなる、請求項５４に記載のレベル間誘電体層。
【請求項５６】
その表面上にＧＣＩＢ注入薄膜キャッピング構造体を含むハードマスク層。
【請求項５７】
前記薄膜はＢおよびＴｉからなるグループから選択される一つ以上の元素からなる、請求項５６に記載のハードマスク層。
【請求項５８】
Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＣＮおよびＳｉＣからなるグループから選択される材料からなる、上に重なる誘電体拡散障壁フィルムを更に備える、請求項５４に記載のレベル間誘電体層。
【請求項５９】
Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＣＮおよびＳｉＣからなるグループから選択される材料からなる、上に重なる誘電体拡散障壁フィルムを更に備える、請求項５６に記載のハードマスク層。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連特許出願への相互参照：本出願は、その内容が引例によってここに組み込まれている２００４年１１月８日に出願された「Ｃｏｐｐｅｒ  Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ  Ｗｉｒｉｎｇ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  Ｆｏｒｍｉｎｇ  Ｔｈｅｒｅｏｆ」（銅相互接続配線およびこれを形成する方法）と題する米国仮出願通番第６０／６２５，８３１号の利益を請求する。
【０００２】
本発明は、一般的に銅相互接続配線層の表面上のキャッピング層に関し、またガスクラスタイオンビーム（ＧＣＩＢ）処理の適用による半導体集積回路のための相互接続構造体を形成するための改善された方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
より大きな密度とより高い性能とに対する半導体の絶え間ない「ムーアの法則」スケーリングは、産業とわれわれの社会のために膨大な生産性向上をもたらしてきた。しかしながらこのスケーリングの結果生じる問題は、ますます小さくなる相互接続ワイヤにおけるますます大きくなる電流を搬送するための要件である。このように小さなワイヤにおける電流密度と温度とが余りに高くなり過ぎると、相互接続ワイヤはエレクトロマイグレーションと呼ばれる現象によって破損する可能性がある。高い電流密度の相互接続ワイヤに発生するいわゆる「エレクトロンウィンド」の効果は、金属原子を元の格子位置から吹き飛ばし、その結果としてワイヤの開放回路（途切れた回路）、またはこれらの拡散する金属原子が集まる領域において突出し短絡を生じる。アルミニウムに代わる配線材料としての銅の導入は、エレクトロマイグレーション寿命における非常に大きな改善をもたらしたが、相互接続配線の絶え間ないスケーリング（縮小）は、銅エレクトロマイグレーション寿命の更なる改善が将来必要とされるであろうことを示唆している。
【０００４】
粒界に沿ったアルミニウム原子の拡散によって障害となるアルミニウム相互接続体とは異なり、銅相互接続体エレクトロマイグレーション障害モードは、表面と界面とに沿った拡散によって制御される。特に背景の銅配線相互接続構成に関しては、典型的には銅ワイヤの上面は、周囲の誘電体への銅のマイグレーションを防止するための良好な拡散障壁特性を持たなくてはならない、上に重なる誘電体キャッピング層を持っている。最も一般的に使用される二つの誘電体キャッピング材料は、窒化ケイ素とケイ素炭素窒化物であって、これらは従来どおりプラズマ加速化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）技術によって堆積される。不都合なことに、これらのＰＥＣＶＤ堆積キャッピング材料は、結果的に銅ワイヤの上面に沿って高められた銅マイグレーションを生じ、それによって更に高いエレクトロマイグレーション障害率を招く銅による欠陥界面を形成する。銅ワイヤ構造体の他の表面は典型的には、銅拡散を制限し、それによってエレクトロマイグレーション効果を抑制するための銅との丈夫な界面を形成する障壁層または二重層（典型的には例えばＴａＮ／Ｔａ、ＴａＮ／ＲｕまたはＲｕといった金属層）との界面を有する。われわれは、このような障壁層または二重層を「障壁層」と呼ぶ。
【０００５】
選択的に堆積された金属キャップによって銅ワイヤの上面をキャッピングすることによって銅配線のエレクトロマイグレーションを改善する試みがなされてきた。実に、最上部銅界面が選択的タングステン燐化物または選択的コバルトタングステン燐化物（ＣｏＷＰ）金属層でキャッピングされた場合、銅エレクトロマイグレーション寿命の大幅な改善が報告されている。不都合なことに選択的金属キャッピング・ソリューションを使用する方法のすべては、隣接する絶縁物表面上への何らかの金属の堆積の可能性も有し、それによって隣接金属線間の意図していない漏洩または短絡を引き起こす。本発明は、これらの問題の多くを解決するためにガスクラスタイオンビーム処理を使用する。
【０００６】
図１は、銅二重ダマシン集積プロセスにおいて一般に使用されるような背景技術の窒化ケイ素キャップされた銅相互接続体の配線構成３００を示す概略図を示す。これは、第１の銅ワイヤ層３０２と第２の銅ワイヤ層３０４とこれら二つの銅層を接続する銅バイア構造体３０６とを備える。両ワイヤ層３０２、３０４とバイア構造体３０６の側壁と底部はすべて、障壁層３１２で裏打ちされている。障壁層３１２は、隣接する絶縁物構造体への銅の拡散を防止する優れた拡散障壁特性を与え、またこれらの界面に沿ったエレクトロマイグレーションを抑制する銅との優れた低拡散界面を与える。第１のレベル間誘電体層３０８と第２のレベル間誘電体層３１０は、銅ワイヤ間に絶縁を与える。第１の銅ワイヤ層３０２の上面と第２の銅ワイヤ層３０４の上面は各々、典型的には窒化ケイ素またはケイ素炭素窒化物からなる絶縁性障壁フィルム３１４、３１６でそれぞれカバーされる。これらの絶縁性障壁フィルム３１４、３１６は通常、ＰＥＣＶＤによって堆積され、また露出された銅表面とでこれらのフィルムが形成する界面は、いくらか欠陥があり、マイグレートする（移行する）銅原子のための迅速な拡散通路を与える。この背景技術の配線構成では、銅のエレクトロマイグレーション時に望ましくない材料移動のほとんどすべてが起こるのはこれらの界面に沿ってである。このような従来の二重ダマシン銅相互接続体では各相互接続レベルにおいて、レベル間誘電体層におけるトレンチとバイアの形成とこれに続く相互接続ワイヤおよびバイアを形成するための銅の堆積の後に、典型的には化学的機械的研磨（ＣＭＰ）を使用して実行される平坦化ステップが続く。ＣＭＰおよびポストＣＭＰブラシ洗浄の両プロセスでは腐食防止剤が使用され、またこれらの腐食防止剤およびその他の汚染物質はキャッピング層の堆積前に、その場洗浄によって銅表面から除去されなくてはならない。事後洗浄処理の使用は、銅表面を腐食および酸化され易い状態にしておくであろう。ＰＥＣＶＤ反応器は典型的には、絶縁物キャッピング層堆積の前の銅表面の効果的なその場洗浄を実行するようには構成されていない。図１には示されていないが配線構成３００は典型的には、集積回路を完成させるために電気的相互接続を必要とする能動および／または受動要素を含む半導体基板上に形成される。
【０００７】
図２は、背景技術の選択的金属キャップされた銅相互接続体の配線構成４００を示す。これは、第１の銅ワイヤ層４０２と第２の銅ワイヤ層４０４とこれら二つの銅層を接続する銅バイア構造体４０６とを備える。両ワイヤ層４０２、４０４とバイア構造体４０６の側壁と底部はすべて、障壁層４１２で裏打ちされている。障壁層４１２は、隣接する絶縁物構造体への銅の拡散を防止する優れた拡散障壁特性を与え、またこれらの界面に沿ったエレクトロマイグレーションを抑制する銅との優れた低拡散界面を与える。第１のレベル間誘電体層４０８と第２のレベル間誘電体層４１０は、銅ワイヤ間に絶縁を与える。第１の銅ワイヤ層４０２の上面と第２の銅ワイヤ層４０４の上面は各々、典型的にはそれぞれ化学蒸着（ＣＶＤ）または無電解技法によって堆積された選択的タングステンまたは選択的ＣｏＷＰからなる選択的に堆積された金属層４１４、４１６によってそれぞれキャッピングされる。この従来の二重ダマシン銅相互接続体では各相互接続レベルにおいて、レベル間誘電体層におけるトレンチおよびバイアの形成とこれに続く相互接続ワイヤおよびバイアを形成するための銅の堆積の後に、典型的には化学的機械的研磨（ＣＭＰ）技法を使用して実行される平坦化ステップが続く。ＣＭＰおよびポストＣＭＰブラシ洗浄の両プロセスでは腐食防止剤が使用され、またこれらおよびその他の汚染物質はキャッピング層の堆積前に、銅表面から除去されなくてはならない。銅層の最上部銅界面がタングステンまたはＣｏＷＰ金属層のいずれかによってキャッピングされた場合、銅エレクトロマイグレーション寿命の大幅な改善が報告されている。不都合なことに、選択的金属キャッピング・ソリューションを使用する方法のすべては、例えば隣接する絶縁物表面上に示される望ましくない金属４１８の堆積の幾らかの可能性を有し、それによって隣接する金属線間の電気的漏洩または短絡という結果を招く可能性がある。選択的金属堆積技法は極めて大きなエレクトロマイグレーション改善の見込みを与えるが、これらの技法は、望ましくない金属の堆積による半導体ダイ上の歩留まり損失の高い可能性のために製造には広く実施されてきていない。図２には示されていないが配線構成４００は典型的には、集積回路を完成させるために電気的相互接続を必要とする能動および／または受動要素を含む半導体基板上に形成される。表面を処理するためのガスクラスタイオンビームの使用は、本技術では既知である（例えばＤｅｇｕｃｈｉ等による米国特許第５，８１４，１９４号を参照のこと）。ここでこの用語が使用されるとき、ガスクラスタは、標準的な温度と圧力の条件下でガス状である材料のナノサイズの集合体である。このようなガスクラスタは典型的には、ガスクラスタを形成するために緩やかに結合した数個から数千個の分子の集合体からなる。ガスクラスタは、このガスクラスタが制御可能なエネルギーの方向付けされたビームに形成されることを可能にする電子衝撃法またはその他の手段によってイオン化され得る。このようなイオンは各々、典型的にはｑ・ｅという正の電荷を帯びている（ここでｅは電荷であり、ｑはガスクラスタイオンの帯電状態を表す１以上の整数である）。ガスクラスタイオンビーム内には、非イオン化ガスクラスタも存在し得る。より大きなサイズのガスクラスタイオンはしばしば、１分子当たりでは単に中庸なエネルギーを持っているのに対して、１ガスクラスタイオン当たりではかなりのエネルギー運搬能力を有するので最も有用である。ガスクラスタは、全ガスクラスタイオンエネルギーのほんの僅かな部分を運搬する各個別分子との衝突時に崩壊する。その結果、大きなガスクラスタイオンの衝撃効果はかなり大きいが極めて浅い表面領域に限定される。これは、従来のモノマーイオンビーム処理のより深い表面下損傷特性を作りだす傾向を持たずに種々の表面修正プロセスのためにガスクラスタイオンを有効にする。このようなＧＣＩＢの生成と加速のための手段は、前に引用された参考文献（ＵＳ５，８１４，１９４）に記載されている。現在利用可能なガスクラスタイオン源は、サイズＮの幅広い分布を有するガスクラスタイオンを生成する（ここでＮ＝各ガスクラスタイオン内の分子数であり、本論議を通して−アルゴンのような単原子ガスの場合、単原子ガスの原子は分子と呼ばれ、このような単原子ガスのイオン化された原子は、分子イオン−あるいは単にモノマーイオンと呼ばれるであろう）。多くの有用な表面処理効果は、ＧＣＩＢによる表面の衝撃によって達成され得る。これらの処理効果は、洗浄、平滑化、エッチング、ドーピングおよびフィルム形成または成長を含むが、必ずしもこれらに限定されない。Ａｌｌｅｎ等の米国特許第６，５３７，６０６号は、初期に不均一な薄膜の空間的均一性を改善するための修正エッチングのためのＧＣＩＢの使用を教えている。ＵＳ６，５３７，６０６の全内容は引例によってここに組み込まれている。
【０００８】
固形ターゲットの表面に対する高エネルギー・ガスクラスタの衝突時にターゲット表面へのクラスタの原子の貫入は典型的には、この貫入深さが各個別の構成原子の低いエネルギーによって制限され、また主としてガスクラスタイオン衝突時に発生する過渡的熱効果に依存するので、極めて浅い。ガスクラスタは衝突時に崩壊し、それから個別のガス原子は、自由になって跳ね返り、おそらくはターゲットの表面から逃げ去る。逃げ去る個別ガス原子によって運び去られたエネルギーとは別に衝突前の高エネルギー・クラスタの全エネルギーはターゲット表面の衝突ゾーンに堆積される。ターゲット衝突ゾーンの寸法は、クラスタのエネルギーに依存するが、おおよそ衝突クラスタの断面積であって、例えば１０００個の原子からなるクラスタの直径で約３０オングストロームほどである。ターゲット上の小さな衝突ゾーンにクラスタによって運搬される全エネルギーの大部分の堆積のために、衝突場所のターゲット材料内には、強い熱的過渡現象が発生する。この熱的過渡現象は、エネルギーがターゲット内へのより深い伝導によって衝突ゾーンから失われるので素早く消散する。この熱的過渡現象の継続時間は、ターゲット材料の伝導率によって決定されるが、典型的には１０−６秒未満であろう。
【０００９】
ガスクラスタ衝突場所付近ではターゲット表面のボリュームは、瞬間的に絶対温度で数百度から数千度の温度に達する可能性がある。一例として１０ｋｅＶ全エネルギーを運搬するガスクラスタの衝突は、表面下約１００オングストロームに広がる激しく衝撃されたほぼ半球のゾーンを通して約２０００絶対温度の瞬間的温度上昇を作り出すことができると推定されている。この高い熱的過渡現象は、加工物とガスクラスタイオンビーム構成要素の混合と反応とを促進し、これによってエレクトロマイグレーション寿命の改善という結果をもたらす。
【００１０】
高エネルギー・クラスタ衝突場所の下のターゲットボリューム内での温度上昇過渡現象の開始に続いて、影響されたゾーンは急速に冷却する。ガスクラスタ構成要素の一部はこのプロセス時に逃げ去るが、他は後に残って表面に組み込まれる。元の表面材料の一部分もスパッタリングまたは同様の効果によって除去され得る。一般にクラスタのより揮発性で不活性の構成要素ほど逃げ易く、より揮発性が低く化学的により反応性の構成要素ほど表面内に組み込まれ易い。実際のプロセスは遥かに複雑そうであるが、ガスクラスタ原子が基板表面と簡単に相互作用して混合し得る、そしてガスクラスタ材料が表面から逃げるか、影響されたゾーンの深さまで表面内に滲み込まされる「溶融ゾーン」としてガスクラスタ衝突場所とその周囲の影響されたゾーンとを考えることが好都合である。用語「注入（滲み込ませ）」または「注入すること（滲み込ませること）」は、このプロセスを全く異なる結果を作り出す全く異なるプロセスであるイオン「打込み」または「打ち込むこと」から区別して呼ぶために本発明者等によって使用される。揮発性で非反応性である例えばアルゴン、キセノンといった高エネルギーガスクラスタイオン内の希ガスは、影響されたゾーンから逃げ出す高い確率を有するが、より低い揮発性および／またはより化学的結合を形成し易い、例えば炭素、ホウ素、フッ素、硫黄、窒素、酸素、ゲルマニウム、ケイ素といった材料は、影響されたゾーンに残って基板の表面に組み込まれ易い。
【００１１】
限定のためではなく例えばアルゴン、キセノンといった不活性希ガスは、より低い揮発性でより大きい反応性の元素を含むガスと混合して混合クラスタを形成し得る。このようなガスクラスタは、ガスクラスタイオンビーム生成のためのソースガスとして適当なソースガス混合物を使用することによって、あるいはガスクラスタイオン生成源内に二つ以上のガス（またはガス混合物）を送り込んでこれらのガスをソースに混合することによって、後述のような既存のガスクラスタイオンビーム処理装置によって形成され得る。最近の発行物においてＢｏｒｌａｎｄ等の（「ＵＳＪ  ａｎｄ  ｓｔｒａｉｎｅｄ−Ｓｉ  ｆｏｒｍａｔｉｏｎ  ｕｓｉｎｇ  ｉｎｆｕｓｉｏｎ  ｄｏｐｉｎｇ  ａｎｄ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（注入ドーピングと堆積とを使用するＵＳＪおよび歪みＳｉ形成）」、Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，  Ｍａｙ  ２００４，  ｐ．５３）は、ＧＣＩＢ注入が基板材料から表面に堆積された層に滑らかに遷移する段階的な表面層を生成し得ることを示している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
したがって、選択的金属堆積キャップの使用を必要としないで有害なエレクトロマイグレーション効果に対する罹患性を減らすために相互接続構造体における銅ワイヤのキャッピングのための方法を提供することは、本発明の一つの目的である。
【００１３】
隣接する誘電体材料の絶縁特性または漏洩特性に影響を与えずに相互接続構造体における銅相互接続体を効果的にキャッピングするための方法を提供することは、本発明の更なる目的である。
【００１４】
高いプロセス歩留まりと、エレクトロマイグレーション効果による障害の低減された罹患性とを有する回路のためにマルチレベル相互接続構造体を形成するための方法を提供することは、本発明のもう一つの目的である。
【００１５】
高いプロセス歩留まりと、低減されたエレクトロマイグレーション障害罹患性とを特徴とする集積回路のために改善されたキャップされた銅相互接続層を提供することは、本発明のなお更なる目的である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明のより良い理解のために、その他のまた更なる対象物と共に下記の付属図面および詳細説明への参照が行われる。
図３は、背景技術で知られた形式のＧＣＩＢ処理装置１００のための典型的な構成の基本的要素の概略図を示しており、これは次のように説明され得る：真空容器１０２は、３つの連通チャンバに、すなわちビーム源チャンバ１０４とイオン化／加速チャンバ１０６と処理チャンバ１０８とに分割されている。これら３つのチャンバは、それぞれ真空ポンプシステム１４６ａ、１４６ｂおよび１４６ｃによって適当な動作圧力に排気される。第１のガス保存シリンダ１１１に保存された第１の濃縮可能ソースガス１１２（例えばアルゴンまたは窒素または事前混合されたガス混合物）は、ガス遮断バルブ１１５と第１のガス測定バルブ１１３とガス供給チューブ１１４とを介して滞留チャンバ１１６内に圧力下で入れられる。任意選択の第２のガス保存シリンダ２３０に保存された任意選択の第２の濃縮可能ソースガス２３２（例えば二酸化炭素、酸素または事前混合されたガス混合物）は、第２のガス遮断バルブ２３６と第２の第１のガス測定バルブ２３４とを介して任意選択的に圧力下で入れられる。両ソースガスが使用されるとき、これらのガスはガス供給チューブ１１４と滞留チャンバ１１６の中で混じり合う。滞留チャンバ１１６内のガスまたはガス混合物は、適正に形作られたノズル１１０を介して実質的に低い圧力の真空内に放出される。その結果、超音速ガスジェット１１８が発生する。ジェットにおける膨張の結果から生じる冷却は、ガスジェット１１８の一部分を各々が数個から数千個の弱結合原子または分子からなるガスクラスタに濃縮する。ガススキマー開口部１２０は、このような高い圧力が有害であるような下流領域（例えばイオナイザ１２２、高電圧電極１２６および処理チャンバ１０８）における圧力を最小にするように、ガスクラスタジェットに濃縮されなかったガス分子をこのガスクラスタジェットから部分的に分離する。適当な濃縮可能ソースガス１１２は、アルゴン、窒素、二酸化炭素、酸素および他のガスおよび／またはガス混合物を含むが、必ずしもこれらに限定されない。
【００１７】
ガスクラスタを含む超音速ガスジェット１１８が形成された後に、ガスクラスタはイオナイザ１２２内でイオン化される。イオナイザ１２２は典型的には、一つ以上の白熱フィラメント１２４から熱電子を発生させ、これらの電子を加速し方向付けて、ジェットがイオナイザ１２２を通過するガスジェット１１８内でガスクラスタと衝突させる。電子衝突は、ガスクラスタから電子を放出し、クラスタの一部分を正にイオン化する。一部のクラスタは、２個以上の電子を放出して多数イオン化された状態になり得る。１セットの適当にバイアスされた高電圧電子１２６は、イオナイザからガスクラスタイオンを抽出してビームを形成し、それからこれらのガスクラスタイオンを所望のエネルギーに（典型的には数百Ｖから数十ｋＶの加速電位で）加速し、これらを焦点合わせしてＧＣＩＢ１２８を形成する。フィラメント電源１３６は、フィラメント電圧Ｖｆを与えてイオナイザフィラメント１２４を加熱する。アノード電源１３４は、アノード電圧ＶＡを与えてフィラメント１２４から放射された熱電子を加速し、これらにガスジェット１１８を含むガスクラスタを照射させてイオンを発生させる。抽出電源１３８は、抽出電圧ＶＥを与え、高電圧電極をバイアスしてイオナイザ１２２のイオン化領域からイオンを抽出し、ＧＣＩＢ１２８を形成する。加速電源１４０は、加速電圧ＶＡｃｃを与え、ＶＡｃｃに等しい全ＧＣＩＢ加速電位を結果として発生させるように、イオナイザ１２２に関して高電圧電極をバイアスする。一つ以上のレンズ電源（例えば図示の１４２および１４４）は、ＧＣＩＢ１２８を焦点合わせするために焦点合わせ電圧（例えばＶＬ１およびＶＬ２）で高電圧電極をバイアスするように設けられ得る。
【００１８】
ＧＣＩＢ処理によって処理される半導体ウェーハまたは他の加工物であり得る加工物１５２は、ＧＣＩＢ１２８の通路に配置され得る加工物ホルダ（保持具）１５０に保持される。大抵の適用形態は空間的に均質な結果を有する大きな加工物の処理を想定しているので、スキャニングシステムは、空間的に均質な結果を生成するように大きな面積に亘ってＧＣＩＢ１２８を均質にスキャンすることが望ましい。
【００１９】
ＧＣＩＢ１２８は、静止していてＧＣＩＢ軸１２９を持っており、加工物１５２は、加工物１５２の表面に亘ってＧＣＩＢ１２８の効果を分配するためにＧＣＩＢ１２８を介して機械的にスキャンされる。
【００２０】
Ｘスキャンアクチュエータ２０２は、Ｘスキャン運動２０８（この紙面の平面内および平面外へ）の方向に加工物ホルダ１５０の直線運動を与える。Ｙスキャンアクチュエータ２０４は、典型的にはＸスキャン運動２０８に直交するＹスキャン運動２１０方向に加工物ホルダ１５０の直線運動を与える。ＸスキャニングおよびＹスキャニング運動の組合せは、加工物ホルダ１５０によって保持された加工物１５２を、ＧＣＩＢ１２８を介してラスタ状スキャニング運動に動かして、加工物１５２の処理のためにＧＣＩＢ１２８による加工物１５２の表面の均一な（そうでなければプログラムされた）照射を生じさせる。加工物ホルダ１５０は、ＧＣＩＢ１２８が加工物１５２表面に関してあるビーム入射角２０６を持つように、加工物１５２をＧＣＩＢ１２８の軸に関してある角度に配置する。ビーム入射角２０６は、９０度または他のある角度でもよいが、典型的には９０度または９０度付近である。Ｙスキャニング時に加工物１５２と加工物ホルダ１５０は、図示の位置から記号１５２Ａ、１５０Ａによってそれぞれ示される代替の位置「Ａ」に移動する。これら二つの位置の間での移動において加工物１５２はＧＣＩＢ１２８を介してスキャンされ、両端の位置ではＧＣＩＢ１２８の通路から完全に外れるように動かされる（オーバースキャンされる）。図３には明確に示されていないが、同様のスキャニングおよびオーバースキャンは、（典型的には）直交するＸスキャン運動２０８方向に（この紙面の平面内および平面外で）実行される。
【００２１】
ビーム電流センサー２１８は、加工物ホルダ１５０がＧＣＩＢ１２８の通路から外れてスキャンされるときＧＣＩＢ１２８のサンプルをインターセプトする（捕捉する）ようにＧＣＩＢ１２８の通路に加工物ホルダ１５０を越えて配置される。ビーム電流センサー２１８は典型的には、ビーム入口開口部以外は閉じられたファラデーカップなどであって、電気的に絶縁性のマウント２１２で真空容器１０２の壁に固定されている。
【００２２】
マイクロコンピュータベースのコントローラであり得るコントローラ２２０は、電気ケーブル２１６を介してＸスキャンアクチュエータ２０２とＹスキャンアクチュエータ２０４とに接続しており、加工物１５２をＧＣＩＢ１２８の内または外に配置するように、またＧＣＩＢ１２８による加工物１５２の所望の処理を達成するためにＧＣＩＢ１２８に関して均一に加工物１５２をスキャンするようにＸスキャンアクチュエータ２０２とＹスキャンアクチュエータ２０４とを制御する。コントローラ２２０は、リード２１４を介してビーム電流センサー２１８によって収集されたサンプルビーム電流を受領し、それによってＧＣＩＢを監視し、予め決められた所望の照射量が送達されたときにＧＣＩＢ１２８から加工物１５２を取り除くことによって加工物１５２によって受領されるＧＣＩＢ照射量を制御する。
【００２３】
図４Ａは、本発明の第１の実施形態によるＧＣＩＢ注入を使用してキャッピングされた銅相互接続体の配線構成５００を示す概略図である（限定ではなく例として二つの銅ワイヤ層相互接続レベルを示す）。この概略図は、第１の銅ワイヤ層５０２と第２の銅ワイヤ層５０４とこれら二つの銅層を接続する銅バイア構造体５０６とを支持する基板５０１を示しており、これらの層の各々は従来の技法を使用して形成され得る。基板５０１は典型的には、電気的相互接続を必要とする能動および／または受動要素を含む（おそらくはより低い相互接続レベルを含む）半導体基板である。両銅ワイヤ層５０２、５０４とバイア構造体５０６の側壁と底部は、背景の技法を使用して形成され得るＴａＮ／Ｔａまたは他の通常の障壁層５１２で裏打ちされている。第１のレベル間誘電体層５０８と第２のレベル間誘電体層５１０は、銅配線層間と他のコンポーネント間に電気的絶縁を与え、また背景の技法を使用して形成され得る。第１の銅ワイヤ層５０２の上面と第１のレベル間誘電体層５０８の上面と第２の銅ワイヤ層５０４の上面と第２のレベル間誘電体層５１０の上面はすべて、ＧＣＩＢ処理によってキャッピングされて、キャッピングフィルム５１４、５１６、５１８を形成する。各相互接続レベルの上面では、好適には別々のＧＣＩＢキャッピング処理が実行される。従来の二重ダマシン銅相互接続体では、レベル間誘電体層におけるトレンチおよびバイアの形成とそれに続く相互接続ワイヤおよびバイアを形成するための銅の堆積の後に、典型的には化学的機械的研磨（ＣＭＰ）技法を使用して、露出された銅表面とレベル間誘電体層材料表面に平坦化ステップが実行される。ＣＭＰ技法とポストＣＭＰブラシ洗浄処理の両者において研磨される表面には腐食防止剤が使用され、好ましくはキャッピング層形成の直前にその場洗浄によって銅表面と誘電体表面から（他の汚染物質と一緒に）除去される（ここで使用されるように「その場」は、洗浄ステップとキャッピングステップとの間で大気圧に戻さずに、また洗浄ステップとキャッピングステップとの間における洗浄された表面の再汚染の機会を減らして、キャッピング堆積が実行される同じ減圧された雰囲気内で洗浄が行われることを意味する）。ＰＥＣＶＤ反応器は典型的には、絶縁物キャッピング層堆積の前に銅表面の効果的その場洗浄を実行するように構成されていない。ＰＥＣＶＤシステムとは異なり、例えば処理装置１００といったＧＣＩＢ処理システムは、直ちに、また典型的には逐次洗浄およびキャッピングをその場で遂行するように構成される。下記のようなＧＣＩＢ処理によって実行され得る露出された銅表面とレベル間誘電体表面の洗浄に続いて、平坦化された表面をキャッピングするために（銅と露出されたレベル間誘電体とを同時に）ＧＣＩＢ注入処理が、好適にはその場で使用される。
【００２４】
図４Ｂは、配線構成５００の予備的段階５００Ｂを示す。図示の段階で基板５０１上に相互接続レベルが形成されている。この相互接続レベルは、従来の技法を使用して基板上に堆積された第１のレベル間誘電体５０８を含む。従来のトレンチとバイアは、第１のレベル間誘電体５０８に形成されており、通常の障壁層５１２で裏打ちされている。トレンチとバイアには従来の技法を使用して銅が堆積されている。構造体の上面は、従来のプロセスを利用して平坦化されて洗浄されている。第１の銅ワイヤ層５０２と第１のレベル間誘電体層５０８の上面は、残留汚染物質５０３を持っている。この段階において、またこれに続く各相互接続レベルの対応する段階（二つ以上の相互接続レベルを想定している）においてＧＣＩＢ洗浄処理が実行され得る。ＧＣＩＢ洗浄は、洗浄すべき表面（単数または複数）にガスＡｒ、Ｎ２、ＮＨ３またはＨ２またはこれらの混合物のうちのいずれかの分子からなるＧＣＩＢクラスタイオンを照射するステップ、また好ましくは約３ｋＶから約５０ｋＶの範囲内のビーム加速電位ＶＡｃｃを使用し、約５×１０１３イオン（ions）／ｃｍ２から約５×１０１６イオン（ions）／ｃｍ２の範囲の全ガスクラスタイオン照射量を照射するステップを含む。当業者（本技術に精通する人々）は、本発明がこれらのサンプルガスに限定されず、むしろ銅表面からポストＣＭＰ残留物、酸化銅、および他の汚染物質を除去する他のガスまたはガス混合物によって実施され得ることを理解するであろう。本発明にとって本質的ではないが、このＧＣＩＢ処理はその場洗浄処理であることが好ましい。
【００２５】
図４Ｃは、ＧＣＩＢ洗浄ステップに続く配線構成５００の段階５００Ｃを示す。第１の銅ワイヤ層５０２と第１のレベル間誘電体層５０８の上面は、汚染物質が洗浄除去されており、キャッピングステップの準備ができている。この段階とこれに続く各相互接続レベルの対応する段階（二つ以上の相互接続レベルを想定している）とにおいてＧＣＩＢキャッピング処理が実行される。ＧＣＩＢキャッピング処理は、第１の銅ワイヤ層５０２および／または第１のレベル間誘電体層５０８の上面に元の露出された誘電体表面および／または銅表面への注入時に絶縁材料を形成する反応性元素からなるＧＣＩＢを照射するステップを含む。例えばＣ、Ｎ、Ｏ、Ｓｉ、ＢまたはＧｅ、またはこれらの混合物からなるガスクラスタイオン元素を有するＧＣＩＢは、適当であって、銅の上に例えばＳｉ３Ｎ４、ＳｉＣＮ、ＣｕＣＯ３、およびＢＮといった段階的キャッピングフィルムを形成することができる。銅および／または隣接する絶縁物に注入されるときに適当な誘電体材料を形成する他の元素または組合せも利用可能である。例えばＣＨ４、ＳｉＨ４、ＮＨ３、Ｎ２、ＣＯ２、Ｂ２Ｈ６、ＧｅＨ４およびこれらの混合物といったソースガスが使用され得る。このようなガスは、それらの純粋な形で、あるいは例えばＡｒまたはＸｅといった不活性ガスと混合することによってクラスタイオンを形成するために使用され得る。図３のＧＣＩＢ処理装置１００を参照すると、注入を達成するために約３ｋＶから約５０ｋＶの範囲内のビーム加速電位ＶＡｃｃが、約１×１０１４から約１×１０１７イオン（ions）／ｃｍ２の範囲内の全ガスクラスタイオン照射量で使用され得る。
【００２６】
図４Ｄは、ＧＣＩＢキャッピングステップに続く配線構成５００の段階５００Ｄを示す。銅表面および／または隣接する誘電体表面の上では、ＧＣＩＢ処理の衝突エネルギーと熱過渡特性が、ＧＣＩＢに露出された銅表面の、および／またはレベル間誘電体構造体の上面に注入されて（滲み込んで）、それぞれキャッピング層５１４、５１６を形成する。キャッピング層５１４、５１６は各々、任意選択的に更に誘電体障壁フィルムとして働く上層部分を備え得る。この形成プロセスの最初の部分のときに、混合された銅／ＧＣＩＢ種構成の段階的層５１４Ａが銅表面に注入される。この混合層は、続いて堆積される何らかの誘電体障壁フィルム５１４Ｂとその下にある銅との間に段階的界面を与え、それによってこの界面における銅拡散を制限してエレクトロマイグレーション寿命を改善する。引き続いて堆積される誘電体障壁５１４Ｂは、通常のＰＥＣＶＤによって堆積される別々の更なるフィルムであり得るが、この誘電体障壁５１４Ｂは、注入処理から純粋な堆積処理までプロセスが進行して（増加した照射量を持って）銅の注入表面において混合層の上に誘電体材料を堆積するまで、最初に混合段階層を生成するキャッピングＧＣＩＢ照射プロセスを単に継続するＧＣＩＢキャッピング注入ステップの継続としてＧＣＩＢによって堆積されることが好ましい。最初に注入された混合段階層５１４Ａは、キャッピング層として働き、また継続するＧＣＩＢ照射によって、引き続きの更なる誘電体材料の堆積は、堆積された誘電体障壁フィルム５１４Ｂを形成する。これは、混合段階層のせいで銅相互接続の構成要素となる誘電体層を形成し、それによって優れたエレクトロマイグレーション寿命を含む改良された界面特性という結果をもたらす。好適にはキャッピング層５１４を形成する同じ（またはもう一つの）キャッピングＧＣＩＢは、レベル間誘電体５０８の上にキャッピング層５１６を形成する。キャッピング層５１４と同様にキャッピング層５１６は、二重層である。キャッピング層５１６は、最初に混合誘電体／ＧＣＩＢ種構成の混合段階層を表面に形成し、継続するＧＣＩＢ処理または追加的な別の（例えばＰＥＣＶＤ）堆積によって、堆積された誘電体障壁フィルムも備え得る。もし例えば誘電体障壁フィルム５１４Ｂが、延長されたＧＣＩＢ処理を使用することによって形成されなければ、あるいはもし特に厚い誘電体障壁フィルムが必要とされれば、注入されたキャッピング層５１４Ａまたはキャッピング層５１６は、更なる銅拡散障壁またはバイアエッチング停止特性のための誘電体障壁フィルムを与えるためにＰＥＣＶＤ Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＣＮ、またはＳｉＣといった通常の絶縁層によって任意選択的にオーバーキャップされ得る。キャッピングステップと誘電体障壁フィルム形成とに続いて、もし必要であれば従来の技術を使用して相互接続の更なるレベルが追加され得る。
【００２７】
図４Ｅは、ＧＣＩＢキャッピングされた（誘電体障壁を含む）第１の相互接続レベルへの第２の相互接続レベルの追加に続く配線構成５００の段階５００Ｅを示す。この段階では第２の相互接続レベルは、キャッピングされた層５１４、５１６の上に形成されている。第２の相互接続レベルは、従来の技法を使用してキャッピングされた層５１４、５１６の上に堆積された第２のレベル間誘電体５１０からなる。トレンチとバイアは第２のレベル間誘電体５１０に形成され、これらのトレンチとバイアは障壁層５１２で裏打ちされており、またトレンチとバイアには従来の技法を使用して銅が堆積されている。この構造体の上面は、例えばＣＭＰといった従来のプロセスを利用して平坦化されて洗浄されている。第２の銅ワイヤ層５０４と第２のレベル間誘電体層５１０の上面は残留汚染物質５０５を有するように示されている。第２の相互接続レベル（もしあれば）において、またそれに続く更に高い相互接続レベル（もしあれば）において配線構成５００のために上述のようなＧＣＩＢ洗浄ステップとＧＣＩＢ注入ステップが適用されて、（例えば）図４Ａに示すようなキャッピングフィルム５１８を形成する。したがって２レベル以上のマルチレベル相互接続構造体は、所望どおりに形成され得る。
【００２８】
したがって上述の技法は低減されたエレクトロマイグレーションのために備えており、なお選択的金属キャッピング処理に関連する有害な副作用を回避している。誘電体表面には注入された層と誘電体とが絶縁性のままに残り、極めて薄い注入層はこの層の全体的誘電率と層間キャパシタンスとに対して無視し得るほどの影響しか及ぼさない。
【００２９】
図５Ａは、本発明の第２の実施形態によるＧＣＩＢ注入および堆積を使用してキャッピングされた銅相互接続体の配線構成６００を示す概略図である（限定のためではなく例として二つの銅ワイヤ層相互接続レベルを示している）。この概略図は、層の各々が従来の技法を使用して形成され得る第１の銅ワイヤ層６０２と第２の銅ワイヤ層６０４とこれら二つの銅層を接続する銅バイア構造体６０６とを支持する基板６０１を示す。基板６０１は典型的には、電気的相互接続を必要とする能動および／または受動要素を含む（おそらくはより低い相互接続レベルを含む）半導体基板である。両銅ワイヤ層６０２、６０４とバイア構造体６０６の側壁と底部は、従来の技法を使用して形成され得るＴａＮ／Ｔａまたは他の障壁層６１２によって裏打ちされている。第１のレベル間誘電体層６０８と第２の誘電体層６１０は、銅ワイヤ層間に電気的絶縁を与え、また従来の技法を使用して形成され得る。レベル間誘電体層６０８、６１０はこれらの層の誘電特性を向上させるために多孔性であり得ることがしばしば望ましい。このような場合、レベル間誘電体層は任意選択的に、これらレベル間誘電体層上に、例えば各々がＳｉＯ２、ＳｉＣまたはＳｉ３Ｎ４といった材料からなる、また各々が従来の技法を使用して堆積され得る、それぞれ第１のハードマスク層６０９と第２のハードマスク層６１１といったハードマスク層を堆積している。第１の銅ワイヤ層６０２と第１のレベル間誘電体層６０８の上面（または任意選択的にもし存在すれば、第１のハードマスク層６０９の上面）と第２の銅ワイヤ層６０４と第２のレベル間誘電体層６１０の上面（または任意選択的にもし存在すれば、第２のハードマスク層６１１の上面）はすべて、ＧＣＩＢ処理によってキャッピングされてキャッピングフィルム６１４、６１６、６１８、６２０を形成する。この第２の実施形態は、注入された種が銅表面（銅キャッピングフィルム６１４、６１６）上で導体特性を保持するようにＧＣＩＢガスクラスタイオンを含む元素（単数または複数）が選択されるという点で第１の実施形態とは区別可能である。しかしながら注入元素（単数または複数）はまた、同じ元素（単数または複数）が各相互接続レベルの誘電体領域におけるレベル間誘電体および／または誘電体ハードマスク材料（レベル間誘電体またはハードマスクキャッピングフィルム６１６、６２０）の表面に注入されるときに絶縁フィルムを形成するように選択される。改善された誘電体拡散障壁（第１の相互接続レベルのための障壁フィルム６２２と第２の相互接続レベルのための障壁フィルム６２４）は好適には、ＧＣＩＢ堆積によって形成されるが、従来の技法によって形成されることもあり得る。このような障壁フィルムは更に、ＧＣＩＢ注入キャップの拡散障壁性能とバイアエッチング停止特性とを向上させる。
【００３０】
ＧＣＩＢ注入処理は好適には、銅キャップとレベル間誘電体キャップとを形成するために各相互接続レベルの上面に適用される。上述のようにＧＣＩＢその場洗浄は好適には、銅相互接続体とレベル間誘電体のＣＭＰ平坦化に続いて使用される。図５Ｇは、レベル間誘電体層６０８、６１０がそれらの上面にハードマスク層６０９、６１１を持たない配線構成６００Ｇを示す。今度は配線構成６００Ｇを構成するためのプロセスの説明が行われるであろう。
【００３１】
図５Ｂは、配線構成６００Ｇの予備的段階６００Ｂを示す。基板６０１上に構築された相互接続レベルは、通常に堆積された第１のレベル間誘電体６０８からなり、そこにはトレンチとバイアが形成されていて障壁層６１２で裏打ちされている。これらのトレンチとバイアには、従来の技法を使用して銅が堆積されている。この構造体の上面は平坦化されて洗浄されている。第１の銅ワイヤ層６０２と第１のレベル間誘電体層６０８の上面は、残留汚染物質６０３を持っているように図示されている。この段階とこれに続く各段階（２レベル以上の相互接続レベルを想定している）の上面（単数または複数）では、前述のようにＧＣＩＢ洗浄処理が実行され得る。本発明にとって本質的ではないが、このＧＣＩＢ洗浄処理はその場洗浄処理であることが好ましい。
【００３２】
図５Ｃは、ＧＣＩＢ洗浄ステップに続く配線構成６００Ｇの構造における中間段階６００Ｃを示す。第１の銅ワイヤ層６０２と第１のレベル間誘電体層６０８の上面は、汚染物質が洗浄除去されていてキャッピングステップのために準備されている。今度はこの段階とこれに続く各相互接続レベルの各段階（２レベル以上の相互接続レベルを想定している）の洗浄済み上面（単数または複数）にＧＣＩＢキャッピング処理が適用され得る。平坦化された表面（銅および／または露出されたレベル間誘電体）を同時に（または別々のキャッピングＧＣＩＢによって二者択一的に）キャッピングするために（好適にはその場）ＧＣＩＢ注入処理が使用される。ＧＣＩＢキャッピング処理は、銅表面への注入時に導電性材料を形成するがレベル間誘電体表面への注入時には電気的に絶縁性の材料を形成する反応性元素からなるＧＣＩＢを第１の銅ワイヤ層６０２と第１のレベル間誘電体層６０８の上面に照射するステップを含む。更にこれらの導電性元素は、導電率への悪影響を避けるために銅における高い固体溶解度（固溶性）を持たないように選択される。限定でなく元素ＢまたはＴｉを含むガスクラスタイオンを有するＧＣＩＢは、適当であって、また絶縁性酸化物、炭化物または窒化物を形成するためにＳｉＯ２、ＳｉＣ、ＳｉＣＮ、ＳｉＣＯＨなどといった、しかしこれらに限定されない適当な誘電体ハードマスク材料と結合する。ＢおよびＴｉを含むある幾つかの適当なソースガスは、Ｂ２Ｈ６、ＴｉＣｌ４、テトラ・ジエチルアミノ・チタン（ＴＤＥＡＴ）およびテトラ・ジメチルアミノ・チタン（ＴＤＭＡＴ）を含むが、これらに限定されない。これらのガスは、それらの純粋な形で、または例えばＡｒ、Ｘｅといった不活性ガスと混合することによって使用され得る。誘電体表面上ではこのような注入は、例えばＴｉＯ２とホウケイ酸ガラスの段階的フィルムを形成するが、銅表面上ではこれらは例えばホウ素とチタンの段階的フィルムを形成する。図３のＧＣＩＢ装置１００を参照すると、好適には約３ｋＶから約５０ｋＶの範囲内のビーム加速電位ＶＡｃｃが、約１×１０１４から約１×１０１７イオン（ions）／ｃｍ２の範囲内の全ガスクラスタイオン照射量で使用され得る。銅表面と誘電体表面においてＧＣＩＢ注入処理の衝突エネルギーは、新しい絶縁性（レベル間誘電体またはハードマスク上の）材料を形成するために既存の誘電体または誘電体ハードマスク層との注入種の反応を促進し、また銅ワイヤ表面上に注入された導電性フィルムを形成する過渡的高温ゾーンを作り出す、それによって銅界面拡散を制限してエレクトロマイグレーション寿命を改善する。したがって単一のＧＣＩＢキャッピング注入ステップは、第１の銅ワイヤ層６０２上に導電性キャッピングフィルム６１４を、また第１のレベル間誘電体層６０８上に電気絶縁性キャッピングフィルム６１６を形成する。
【００３３】
図５Ｄは、ＧＣＩＢキャッピングステップに続く配線構成６００Ｇの構造における段階６００Ｄを示す。誘電体拡散障壁フィルムを形成するためにこの段階とこれに続く各相互接続レベルの各段階の上面（単数または複数）にＧＣＩＢ処理が実行され得る。誘電体拡散障壁フィルム６２２は好適には、ケイ素炭素窒化物から構成されるが、窒化ケイ素、炭化ケイ素または他の誘電体フィルムでもよい。通常これは、ＰＥＣＶＤによって堆積されるが、好適にはこれは障壁フィルム６２２が堆積されることになっているキャッピングフィルム（６１４と６１６）の表面に絶縁材料を堆積するように反応する元素から形成されるＧＣＩＢを照射することによって堆積される。例えばＣ、ＮおよびＳｉあるいはこれらの混合物といったガスクラスタイオン元素を有するＧＣＩＢは適当であって、銅の上に例えばＳｉ３Ｎ４、ＳｉＣＮ、およびＳｉＣといった拡散障壁フィルムを堆積することができる。Ｃ、ＮおよびＳｉといったソースガスは、ＣＨ４、ＳｉＨ４、ＮＨ３およびＮ２を含むが、これらに限定されない。このようなガスは、純粋なガスを使用することによって、または例えばＡｒ、Ｘｅのような不活性ガスと混合することによって堆積のためのガスクラスタイオンを形成するために使用され得る。好適には約３ｋＶから約５０ｋＶの範囲内のビーム加速電位ＶＡｃｃが、約１×１０１４から約１×１０１７イオン（ions）／ｃｍ２の範囲内の全ガスクラスタイオン照射量で使用される。
【００３４】
図５Ｅは、障壁フィルム６２２の堆積に続く配線構成６００Ｇの構造の段階６００Ｅを示す。図５Ｆは、ＧＣＩＢキャッピングされた（誘電体障壁フィルムを含む）第１の相互接続レベルと障壁フィルム６２２の上への第２の相互接続レベルの追加を反映した配線構成６００Ｇの構造の段階６００Ｆを示す。第２の相互接続レベルは、障壁フィルム６２２上に堆積された第２のレベル間誘電体６１０からなり、ここにはトレンチとバイアが形成されていて障壁層６１２で裏打ちされている。トレンチとバイアには、従来の技法を使用して銅が堆積されている。この構造体の上面は、従来のプロセスを利用して平坦化されて洗浄されている。第２の銅ワイヤ層６０４と第２のレベル間誘電体層６１０の上面は、残留汚染物質６２６を持っているように図示されている。第２の相互接続レベルの上面（単数または複数）とこれに続く更に高い相互接続レベル（もしあれば）においては、配線構成６００Ｇを構成するために前述のようにＧＣＩＢ洗浄とＧＣＩＢ注入とＧＣＩＢ堆積のステップが適用され得る。これらの処理ステップは、キャッピングフィルム６１８、６２０および障壁フィルム６２４の形成という結果をもたらす。したがって図５Ｇの２相互接続レベル構造体またはマルチレベル相互接続構造体は、所望どおりに形成され得る。
【００３５】
図５Ｈは、図５Ａに全体が示されているような配線構成６００（ハードマスク層６０９、６１１を有する）を構成するプロセスにおける予備的段階６００Ｈを示す。基板６０１上に構築された第１の相互接続レベルは、従来の技法を使用して基板上に堆積された第１のレベル間誘電体６０８からなる。従来の技法によって形成されたハードマスク層６０９は、第１のレベル間誘電体６０８の上面をカバーしている。第１のレベル間誘電体６０８にはトレンチとバイアが形成されていて障壁層６１２で裏打ちされており、これらのトレンチとバイアには銅が堆積されている。この構造体の上面は平坦化され、従来の洗浄処理を利用して洗浄されている。第１の銅ワイヤ層６０２とハードマスク層６０９の上面は、残留汚染物質６０５を持っているように図示されている。この段階とこれに続く各相互接続レベルの対応する段階の上面（単数または複数）には、好適には前述のようにＧＣＩＢ洗浄処理が実行される。本発明にとって本質的ではないが、このＧＣＩＢ洗浄処理はその場洗浄処理であることが好ましい。
【００３６】
図５Ｉは、ＧＣＩＢ洗浄ステップに続く配線構成６００（図５Ａの）を構成するプロセスにおける段階６００Ｉを示す。第１の銅ワイヤ層６０２とハードマスク層６０９の上面は、汚染物質が洗浄除去されていてキャッピングステップのために準備されている。この段階とこれに続く各相互接続レベルの対応する段階の上面（単数または複数）には、キャッピング層６１４、６１６を形成するためにＧＣＩＢキャッピング処理が実行され得る。この実施形態ではキャッピング層６１６は、第１のレベル間誘電体層６０８の上に直接ではなく、むしろハードマスク層６０９上に形成される。
【００３７】
図５Ｊは、キャッピング層６１４、６１６を形成するステップに続く配線構成６００を形成するプロセスにおける段階６００Ｊを示す。キャッピング層６１４、６１６の上に誘電体拡散障壁フィルム６２２を形成するために、この段階とこれに続く各相互接続レベルの対応する各段階の上面に前述のようなＧＣＩＢ処理が適用され得る。
【００３８】
図５Ｋは、障壁フィルム６２２の堆積に続く配線構成６００を構成するプロセスにおける段階６００Ｋを示す。
【００３９】
図５Ｌは、ＧＣＩＢキャッピングされた（誘電体障壁フィルムを含む）第１の相互接続レベル上への第２の相互接続レベルの追加に続く配線構成６００を構成するプロセスにおける段階６００Ｌを示す。この段階では、障壁フィルム６２２の上に第２の相互接続レベルが形成されている。第２の相互接続レベルは、従来の技法を使用して障壁フィルム６２２上に堆積された第２のレベル間誘電体６１０からなる。従来の技法によって形成されたハードマスク層６１１は、第１のレベル間誘電体６１０の上面をカバーしている。通常のトレンチとバイアは、第２のレベル間誘電体６１０に形成され、これらのトレンチとバイアは通常の障壁層６１２で裏打ちされており、これらのトレンチとバイアには従来の技法を使用して銅が堆積されている。この構造体の上面は、従来のプロセスを利用して平坦化されて洗浄されている。第２の銅ワイヤ層６０４とハードマスク層６１１の上面は、残留汚染物質６１３を持っているように図示されている。第２の相互接続レベル（もしあれば）とこれに続く更に高い相互接続レベル（もしあれば）においては配線構成６００のために前述のようにＧＣＩＢ洗浄とＧＣＩＢ注入とＧＣＩＢ堆積のステップが適用され、（例えば）キャッピングフィルム６１８、６２０を形成し、また障壁フィルム６２４を形成する。したがって図５Ａの２相互接続レベル構造体またはマルチレベル相互接続構造体は、所望どおりに形成され得る。
【００４０】
したがって開示された技法は、低減されたエレクトロマイグレーションのために備えていて、なお選択的金属キャッピング処理に関連する有害な副作用を回避している。誘電体表面上では誘電体は、キャッピング後に絶縁性のままに留まっており、極めて薄い注入層は、誘電率に対して無視し得るほどの影響しか及ぼさない。
【００４１】
図６Ａは、本発明の第３の実施形態によるＧＣＩＢ注入を使用してキャッピングされた銅相互接続体の配線構成７００を示す概略図である（限定のためではなく例として二つの銅ワイヤ層相互接続レベルを示している）。この概略図は、層の各々が従来の技法を使用して形成され得る第１の銅ワイヤ層７０２と第２の銅ワイヤ層７０４とこれら二つの銅層を接続する銅バイア構造体７０６とを支持する基板７０１を示す。基板７０１は典型的には、電気的相互接続を必要とする能動および／または受動要素を含む（おそらくはより低い相互接続レベルを含む）半導体基板である。両銅ワイヤ層７０２、７０４とバイア構造体７０６の側壁と底部は、従来の技法を使用して形成され得る障壁層７１２によって裏打ちされている。第１のレベル間誘電体層７０８と第２の誘電体層７１０は、銅ワイヤ間に電気的絶縁を与え、また従来の技法を使用して形成され得る。第１のレベル間誘電体層７０８は上面７０９を有し、第２のレベル間誘電体層７１０は上面７１１を有する。下記に更に詳細に説明されるように、通常のように堆積された各銅ワイヤ相互接続レベルでは、障壁層７１２は最初にレベル間誘電体層７０８、７１０の上面７０９、７１１をカバーする。本発明のこの実施形態ではこの後で説明されるＧＣＩＢ処理は、上面７０９、７１１から障壁層７１２材料を除去するので、それは図６Ａに示す完成された構造体のこれらの表面には現れない。注入されたキャッピングフィルム７１３、７１５を形成するために第１の銅ワイヤ層７０２の上面と第２の銅ワイヤ層７０４の上面は、ＧＣＩＢ処理によってキャッピングされる。注入された銅キャッピングフィルム７１３、７１５とこれらに隣接するレベル間誘電体層７０８、７１０はそれぞれ、改善された銅拡散障壁とバイアエッチング停止特性とを与えるためにそれぞれ誘電体障壁フィルム７１４、７１６によって更にキャッピングされる。誘電体障壁フィルム７１４、７１６は好適にはケイ素炭素窒化物であるが、窒化ケイ素または炭化ケイ素または他の適当な誘電体である可能性もあり、また通常どおりにＰＥＣＶＤを使用して堆積され得るが、好適にはＧＣＩＢ堆積によって与えられる。
【００４２】
図６Ｂは、配線構成７００を構成するプロセスにおける予備的段階７００Ｂを示す。図示の段階では基板７０１上に相互接続レベルが形成されている。相互接続レベルは、基板上に堆積された第１のレベル間誘電体７０８からなる。第１のレベル間誘電体７０８にはトレンチとバイアが形成されていて障壁層７１２で裏打ちされている。これらのトレンチとバイアには、銅が堆積されている。この障壁層７１２は最初に、レベル間誘電体層７０８の上面７０９をカバーする。過度に堆積された銅は、障壁層７１２の材料の上に留まって、従来のＣＭＰによって除去されている。更に、障壁層材料より遥かに高いレートで銅を優先的に除去するために選択された通常のＣＭＰ処理条件を使用することによって、例えば障壁材料と比較して銅を選択的に除去する高度に選択的なスラリーを使用することによって、銅は図示のように障壁層７１２の上面より僅かに下方に凹まされている。表面は、通常のプロセスを利用して洗浄されている。第１の銅ワイヤ層７０２と障壁層７１２の上面は、残留汚染物質７０３を持っているように図示されている。この段階とこれに続く各相互接続レベルの各段階の上面（単数または複数）には、前述のようなＧＣＩＢ洗浄処理が適用され得る。
【００４３】
図６Ｃは、ＧＣＩＢ洗浄ステップに続く配線構成７００を構成するプロセスの段階７００Ｃを示す。第１の銅ワイヤ層７０２と障壁層７１２の上面は、汚染物質が洗浄除去されていてキャッピングステップのために準備されている。今度は、ＧＣＩＢキャッピング処理が適用され得る。第１の銅ワイヤ層７０２の表面をキャッピングすることと、上面７０９の上に重なる障壁層７１２をエッチング除去することとを同時に行うために（好適にはその場）ＧＣＩＢエッチング・注入キャッピング処理が使用される。ＧＣＩＢエッチング・キャッピング処理は、銅表面への注入時にキャッピング材料を形成するが障壁層７１２材料をエッチングする反応性元素からなるＧＣＩＢを第１の銅ワイヤ層７０２と第１のレベル間誘電体層７０８の上面に照射するステップを含む。上面７０９の露出された障壁層７１２材料をエッチング除去するＧＣＩＢ照射は、同時に第１の銅ワイヤ層７０２内にキャッピング種を注入してキャッピングフィルム７１３を形成する。このＧＣＩＢを形成する際には、ＳＦ６、ＣＦ４、Ｃ４Ｆ８またはＮＦ３を含むがこれらに限定されない元素、フッ素および／または硫黄を含むソースガスが使用される。これらのガスは、これらの純粋なガスを使用することによって、またはＮ２と混合することによって、または例えばＡｒ、Ｘｅといった不活性ガスと混合することによって、注入のためのガスクラスタを形成するために使用され得る。このような注入は、例えばＣｕＦ２といった銅キャッピングフィルムを形成する。好適には約１０ｋＶから約５０ｋＶの範囲内のビーム加速電位ＶＡｃｃが使用され、また約２００ｓｃｃｍから約３０００ｓｃｃｍの範囲内のノズルガス流が使用され得る。例えば障壁層をエッチングして同時に銅キャッピングフィルムを形成するための好適なプロセスは、７００ｓｃｃｍという流量でＮ２に１０％ＮＦ３のソースガス混合物を使用する。ＧＣＩＢエッチング・注入処理は、障壁層材料のすべてが除去されて、第１のレベル間誘電体層７０８の比較的変わらない上面７０９という結果が得られ、またキャッピングフィルム７１３を注入された銅表面という結果が得られるまで進行する。このプロセスの大部分の間、上面７０９は障壁層７１２材料によってＧＣＩＢから遮蔽されているので上面７０９にはほとんど影響がない。
【００４４】
図６Ｄは、ＧＣＩＢエッチング・キャッピングステップに続く配線構成７００を構成するプロセスにおける段階７００Ｄを示す。第１の銅ワイヤ層７０２の上面は、キャッピング層７１３によってキャッピングされており、障壁層７１２はエッチング除去されて、第１のレベル間誘電体層７０８の上面７０９を露出している。この構造体は、誘電体障壁フィルムの形成のために準備されている。さて障壁フィルム６２２を堆積するための前述と同じ方法を使用して、キャッピング層７１３の上と第１のレベル間誘電体層７０８の上面７０９の上に誘電体拡散障壁フィルム７１４を形成するためにＧＣＩＢ処理が実行され得る。
【００４５】
図６Ｅは、誘電体拡散障壁フィルム７１４の形成に続く配線構成７００を構成するプロセスにおける段階７００Ｅを示す。
【００４６】
図６Ｆは、ＧＣＩＢキャッピングされた（誘電体障壁フィルムを含む）第１の相互接続レベルの上に第２の相互接続レベルの配線構成７００を構成するプロセスにおける段階７００Ｆを示す。この段階では障壁フィルム７１４上に第２の相互接続レベルが形成されている。第２の相互接続レベルは、障壁フィルム７１４上に堆積された第２のレベル間誘電体７１０からなる。この第２のレベル間誘電体７１０にはトレンチとバイアが形成されていて障壁層７１２で裏打ちされている。これらのトレンチとバイアには、従来の技法を使用して銅が堆積されている。障壁層７１２は最初に、レベル間誘電体層７１０の上面をカバーする。過度に堆積された銅は、障壁層７１２の材料の上に留まって、従来のＣＭＰによって除去されている。更に、障壁層材料より遥かに高いレートで銅を優先的に除去するために選択された通常のＣＭＰ処理条件を使用することによって、例えば障壁材料と比較して銅を選択的に除去する高度に選択的なスラリーを使用することによって、銅は図示のように障壁層７１２の上面より僅かに下方に凹まされている。この表面は、通常のプロセスを利用して洗浄されている。第２の銅ワイヤ層７０４と障壁層７１２の上面は、残留汚染物質７１７を持っているように図示されている。第２の相互接続レベル（もしあれば）とこれに続く更に高い相互接続レベル（もしあれば）においては配線構成７００における第１の相互接続レベルのために前述のようにＧＣＩＢ洗浄とＧＣＩＢ（エッチングおよび注入キャッピング）とＧＣＩＢ堆積のステップが適用され、（例えば）キャッピングフィルム７１５と障壁フィルム７１６とを形成する。したがって図６Ａの２相互接続レベル構造体またはマルチレベル相互接続構造体は、所望どおりに形成され得る。
【００４７】
上記に配線構成７００で説明されたＣＭＰ過堆積銅除去に続いて、もし露出された障壁層材料が望ましくない空間的に不均一な厚さを持っていれば、ＧＣＩＢエッチングを補正的な仕方で空間的に不均一に行うことは任意選択的であるが好適である。それから通常の金属フィルムマップ作成装置（例えば米国ニュージャージー州０７８３６、フランダース、Ｏｎｅ  Ｒｕｄｏｌｐｈ  ＲｏａｄのＲｕｄｏｌｐｈ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．から商業的に入手可能なＲｕｄｏｌｐｈ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  ＭＥＴＡＰＵＬＳＥ■−ＩＩ金属フィルム測定システム）を使用して加工物ウェーハの表面に亘って障壁層厚さのマップを作成することによって、前述の障壁層エッチングを補正的なエッチングになるように行い、障壁層材料が厚いところを多くエッチングし、障壁層材料が薄いところは少なくエッチングし、それによって、そうでなければ障壁層材料の最初の薄さのために過剰エッチングされるであろう領域における下層レベル間誘電体の除去を最小にするという結果を得ることは可能である。この空間的に補正的なエッチングは、その内容が引例によってここに組み込まれているＡｌｌｅｎ等への米国特許第６，５３７，６０６号（’６０６特許）で教えられている技法と組み合わせて、測定された障壁層厚さのマップを使用することによって達成される。この’６０６特許に開示された技法による測定マップから機能する自動補正エッチング能力を備えたＥｐｉｏｎ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ  ｎＦｕｓｉｏｎＴＭ  ＧＣＩＢ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ（マサチューセッツ州、ＢｉｌｌｅｒｉｃａのＥｐｉｏｎ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）といったガスクラスタイオンビーム処理装置は、商業的に入手可能である。
【００４８】
本発明のこの実施形態では、障壁層エッチングと銅キャッピングの両者は前述のように両者を同時に実行するためにＧＣＩＢ処理を使用する単一ステップで実行されることが好ましい。また各ステップで異なる特性を有するＧＣＩＢを使用して別々のＧＣＩＢ処理ステップとして障壁層エッチングと銅キャッピング処理とを実行することも可能であり、事情によっては有用である可能性もある。このような場合、図６Ｃに示す段階に達したとき、レベル間誘電体層７０８の上面７０９を最初に覆っている障壁層材料は、ＧＣＩＢキャッピング処理に先立ってＧＣＩＢエッチング処理によって除去される。ＧＣＩＢエッチングステップに続いて構造体は、図６Ｇに示すように現れ、本発明の種々の実施形態で前に説明されたＧＣＩＢキャッピング処理を使用して実行される銅ワイヤ層およびレベル間誘電体層のキャッピングのために準備されている。各相互接続レベルにおいて好適なエッチングステップは、洗浄すべき表面にＳＦ６、ＣＦ４、Ｃ４Ｆ８またはＮＦ３を含むがこれらに限定されないガスといった元素フッ素を含むソースガス（単数または複数）から形成されるＧＣＩＢクラスタイオンを照射することである。これらのガスは、これらの純粋なガスを使用することによって、またはＮ２と混合することによって、または例えばＡｒ、Ｘｅといった不活性ガスと混合することによってエッチングのためのガスクラスタイオンを形成するために使用され得る。好適には約１０ｋＶから約５０ｋＶの範囲内のビーム加速電位ＶＡｃｃが使用され、また約２００ｓｃｃｍから約３０００ｓｃｃｍの範囲内のノズルガス流が使用され得る。例えば障壁層材料をエッチングするための好適なプロセスは、７００ｓｃｃｍという流量でＮ２に１０％ＮＦ３のソースガス混合物を使用する。必要とされるときにはＧＣＩＢエッチングステップは、障壁層材料の厚さの初期の空間的不均一さを補正するために、前述のような補正エッチングステップであり得る。
【００４９】
本発明は種々の実施形態に関して説明されてきたが、本発明が本発明の精神内で幅広い種々の更なるまた他の実施形態も可能であることは理解されるべきである。例えば、本発明が二重ダマシン集積構成に限定されず、また他の銅相互接続構成に等しく適用可能であることは当業者（本技術に精通する人々）にとって明白であろう。更に、本発明は種々の化合物（例えばＳｉ３Ｎ４、ＳｉＣ、ＳｉＣＮ、ＢＮ、ＣｕＦ２、ＴｉＯ２、ＣｕＣＯ３、Ｂ、Ｔｉ、窒化ケイ素、炭化ケイ素、ケイ素炭素窒化物、窒化ホウ素、フッ化銅、二酸化チタン、炭酸銅、ホウ素、チタンおよびホウケイ酸ガラスといった）からなる注入および堆積フィルムまたは層に関して説明されてきたが、本発明を実施する際に形成されるフィルムおよび層の多くが段階的であること、また最も純粋な形においても、これらが化学式または化学名によって示唆される正確な化学量論的なものを持たず、むしろ近似的にそれらの化学両論的なものを持っており、また更に類似の用途で使用されるこのようなフィルムに関しては正常であるように水素および／または他の不純物を含み得ることは、当業者によって理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】背景技術の窒化ケイ素キャップされた銅相互接続配線構成を示す概略図である。
【図２】背景技術の選択的金属キャップされた銅相互接続配線構成を示す概略図である。
【図３】背景技術のＧＣＩＢ処理装置の基本的要素を示す概略図である。
【図４Ａ】本発明の第１の実施形態によるＧＣＩＢ注入による銅相互接続キャッピングのプロセスを示す概略図である。
【図４Ｂ】本発明の第１の実施形態によるＧＣＩＢ注入による銅相互接続キャッピングのプロセスを示す概略図である。
【図４Ｃ】本発明の第１の実施形態によるＧＣＩＢ注入による銅相互接続キャッピングのプロセスを示す概略図である。
【図４Ｄ】本発明の第１の実施形態によるＧＣＩＢ注入による銅相互接続キャッピングのプロセスを示す概略図である。
【図４Ｅ】本発明の第１の実施形態によるＧＣＩＢ注入による銅相互接続キャッピングのプロセスを示す概略図である。
【図５Ａ】本発明の第２の実施形態によるＧＣＩＢ注入および堆積を使用することによる銅相互接続キャッピングのプロセスを示す概略図である。
【図５Ｂ】本発明の第２の実施形態によるＧＣＩＢ注入および堆積を使用することによる銅相互接続キャッピングのプロセスを示す概略図である。
【図５Ｃ】本発明の第２の実施形態によるＧＣＩＢ注入および堆積を使用することによる銅相互接続キャッピングのプロセスを示す概略図である。
【図５Ｄ】本発明の第２の実施形態によるＧＣＩＢ注入および堆積を使用することによる銅相互接続キャッピングのプロセスを示す概略図である。
【図５Ｅ】本発明の第２の実施形態によるＧＣＩＢ注入および堆積を使用することによる銅相互接続キャッピングのプロセスを示す概略図である。
【図５Ｆ】本発明の第２の実施形態によるＧＣＩＢ注入および堆積を使用することによる銅相互接続キャッピングのプロセスを示す概略図である。
【図５Ｇ】本発明の第２の実施形態によるＧＣＩＢ注入および堆積を使用することによる銅相互接続キャッピングのプロセスを示す概略図である。
【図５Ｈ】本発明の第２の実施形態によるＧＣＩＢ注入および堆積を使用することによる銅相互接続キャッピングのプロセスを示す概略図である。
【図５Ｉ】本発明の第２の実施形態によるＧＣＩＢ注入および堆積を使用することによる銅相互接続キャッピングのプロセスを示す概略図である。
【図５Ｊ】本発明の第２の実施形態によるＧＣＩＢ注入および堆積を使用することによる銅相互接続キャッピングのプロセスを示す概略図である。
【図５Ｋ】本発明の第２の実施形態によるＧＣＩＢ注入および堆積を使用することによる銅相互接続キャッピングのプロセスを示す概略図である。
【図５Ｌ】本発明の第２の実施形態によるＧＣＩＢ注入および堆積を使用することによる銅相互接続キャッピングのプロセスを示す概略図である。
【図６Ａ】本発明の第３の実施形態によるＧＣＩＢ注入および堆積を使用することによる銅相互接続キャッピングのプロセスを示す概略図である。
【図６Ｂ】本発明の第３の実施形態によるＧＣＩＢ注入および堆積を使用することによる銅相互接続キャッピングのプロセスを示す概略図である。
【図６Ｃ】本発明の第３の実施形態によるＧＣＩＢ注入および堆積を使用することによる銅相互接続キャッピングのプロセスを示す概略図である。
【図６Ｄ】本発明の第３の実施形態によるＧＣＩＢ注入および堆積を使用することによる銅相互接続キャッピングのプロセスを示す概略図である。
【図６Ｅ】本発明の第３の実施形態によるＧＣＩＢ注入および堆積を使用することによる銅相互接続キャッピングのプロセスを示す概略図である。
【図６Ｆ】本発明の第３の実施形態によるＧＣＩＢ注入および堆積を使用することによる銅相互接続キャッピングのプロセスを示す概略図である。
【図６Ｇ】本発明の第３の実施形態によるＧＣＩＢ注入および堆積を使用することによる銅相互接続キャッピングのプロセスを示す概略図である。
【図１】
2008519458.tif 000003
【図２】
2008519458.tif 000004
【図３】
2008519458.tif 000005
【図４Ａ】
2008519458.tif 000006
【図４Ｂ】
2008519458.tif 000007
【図４Ｃ】
2008519458.tif 000008
【図４Ｄ】
2008519458.tif 000009
【図４Ｅ】
2008519458.tif 000010
【図５Ａ】
2008519458.tif 000011
【図５Ｂ】
2008519458.tif 000012
【図５Ｃ】
2008519458.tif 000013
【図５Ｄ】
2008519458.tif 000014
【図５Ｅ】
2008519458.tif 000015
【図５Ｆ】
2008519458.tif 000016
【図５Ｇ】
2008519458.tif 000017
【図５Ｈ】
2008519458.tif 000018
【図５Ｉ】
2008519458.tif 000019
【図５Ｊ】
2008519458.tif 000020
【図５Ｋ】
2008519458.tif 000021
【図５Ｌ】
2008519458.tif 000022
【図６Ａ】
2008519458.tif 000023
【図６Ｂ】
2008519458.tif 000024
【図６Ｃ】
2008519458.tif 000025
【図６Ｄ】
2008519458.tif 000026
【図６Ｅ】
2008519458.tif 000027
【図６Ｆ】
2008519458.tif 000028
【図６Ｇ】
2008519458.tif 000029
【国際調査報告】
2008519458.tif 000030