(57)【要約】  基板を加工処理するための方法および装置を提供する。基板を加工処理するための方法は、導電性材料を備えた基板を準備することと、導電性材料上に前処理プロセスを実行することと、シリサイド層を形成するために導電性材料上にシリコン系化合物を流すことと、シリサイド層上に後処理プロセスを実行することと、基板上にバリア誘電体層を堆積することとを含む。
2011519163.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性材料を備えた基板を加工処理するための方法であって、
前記導電性材料上に前処理プロセスを実行する工程と、
前記基板上に配置された前記導電性材料の上方にシリコン系化合物を含む第１の混合ガスを流す工程と、
前記第１の混合ガスから基板上にシリサイド層を形成する工程と、
前記第１の混合ガスの後で、ＮＨ３ガスを含む第２の混合ガスを流すことにより、前記第１の混合ガスから形成されたシリサイド層上に後処理プロセスを実行する工程と、
前記基板上にバリア誘電体層を堆積する工程と
を含む方法。
【請求項２】
前記導電性材料が銅を包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記シリサイド層がシリコンナイトライドを包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記バリア層がシリコンカーバイドを包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記後処理プロセスを実行する工程が、
前記導電性材料の表面にプラズマ窒化プロセスを実行する工程
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記後処理プロセスを実行する工程が、
前記基板上に金属ニトロシリサイド層を形成する工程
を含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記ニトロシリサイド層が銅シリコンナイトライド層である、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記銅シリコンナイトライド層が約１Å（約０．１ｎｍ）厚と約１００Å（約１０ｎｍ）厚との間である、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
導電性材料を備えた基板を加工処理するための方法であって、
前記導電性材料の表面の上方にシリコン系化合物を含む第１の混合ガスを流す工程と、
前記第１の混合ガスから基板上にシリサイド層を形成する工程と、
前記第１の混合ガスの後で、ＮＨ３を含む第２の混合ガスを流すことにより、前記第２の混合ガス中に存在するプラズマでシリサイド層を処理して金属ニトロシリサイド層を形成する工程と、
前記基板上にバリア層を堆積する工程と
を含む方法。
【請求項１０】
前記導電性材料が銅を包含し、前記シリサイド層がシリコンナイトライドを包含する、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記バリア層がシリコンカーバイドを包含する、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記金属ニトロシリサイド層が銅シリコンナイトライドを包含する、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記プラズマが、前記第２の混合ガスにＲＦパワーを印加することによって形成される、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
ＲＦパワーを印加する工程が、前記ＲＦパワーを維持しつつ、前記基板上に前記金属ニトロシリサイド層を形成する工程を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
導電性材料を備えた基板を加工処理するための方法であって、
前記導電性材料をＮＨ３ガスに曝すことによって窒素前処理プロセスを実行する工程と、
前記導電性材料の表面の上方にシランガスを含む第１の混合ガスを流す工程と、
前記第１の混合ガスから基板表面上にシリサイド層を形成する工程と、
金属ニトロシリサイドを形成するためにＮＨ３ガス含有プラズマにより前記シリサイド層を処理する工程と、
前記ニトロシリサイド上にシリコンカーバイドを包含するバリア誘電体層を堆積する工程と
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、一般に集積回路の製造に関係する。より詳しくは、本発明の実施形態は、導電性材料とバリア誘電体材料との間の付着性およびエレクトロマイグレーションを改善するために、導電性材料とバリア誘電体材料との間に金属ニトロシリサイドを堆積することを含む基板を加工処理するための方法および装置に関係する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路は、１つのチップ上に数百万個の構成素子（例えば、トランジスタや、キャパシタや、レジスタ）を含むことが可能な複雑なデバイスへと発展している。チップ設計の発展は、より高速の回路およびより高い回路密度を継続的に要求している。より高い回路密度に対する求めは、集積回路構成素子の寸法の縮小を必要とする。
【０００３】
集積回路構成素子の寸法が縮小するにつれて（例えば、サブミクロン寸法）、かかる構成素子を製造するために使用する材料は、かかる構成素子の電気的性能の要因となる。例えば、低抵抗率金属インターコネクト（例えば、アルミニウムおよび銅）は、集積回路上の構成素子間の導電経路を構成する。
【０００４】
垂直インターコネクトおよび水平インターコネクトを形成するための一方法は、ダマシン構造またはデュアルダマシン構造を形成することによるものである。ダマシン構造では、ｌｏｗ  ｋ誘電体材料などの１つまたは複数の誘電体材料を、垂直インターコネクト、すなわちビア、および水平インターコネクト、すなわち配線を形成するために堆積し、パターンエッチする。銅含有材料などの導電性材料および、周囲のｌｏｗ  ｋ誘電体中への銅含有材料の拡散を防止するために使用するバリア層材料などの他の材料を、次にエッチしたパターンへとちりばめる。配線間の基板のフィールド上などの、エッチしたパターンの外の余分な銅含有材料および余分なバリア層材料を、次に、平坦化した表面を形成するために除去する。垂直インターコネクトおよび水平インターコネクトの第２の層を形成するなどの、その後に続く加工処理のために、絶縁体層またはバリア層などの誘電体層を銅フィーチャの上方に形成する。
【０００５】
しかしながら、優れた電気的特性を有するある種の誘電体層が、銅フィーチャへの不十分な付着性を示すことが観察されている。誘電体層と銅フィーチャとの間のこの不十分な付着性が、隣接する金属インターコネクト間の大きな容量カップリングをもたらし、集積回路の総合特性を劣化させるクロストークや、抵抗−容量（ＲＣ）遅延や、エレクトロマイグレーション不良を引き起こす。
【発明の概要】
【０００６】
それゆえ、銅フィーチャを覆っているｌｏｗ  ｋ誘電体層間の層間付着性およびエレクトロマイグレーションを改善するためのプロセスに対する必要性が依然として存在する。
【０００７】
本発明は、一般に基板を加工処理するための方法を提供する。一実施形態では、本方法は、導電性材料を備えた基板を準備することと、導電性材料上に前処理プロセスを実行することと、シリサイド層を形成するために導電性材料上にシリコン系化合物を流すことと、シリサイド層上に後処理プロセスを実行することと、基板上にバリア誘電体層を堆積することとを含む。
【０００８】
別の一実施形態では、基板を加工処理するための方法は、導電性材料を備えた基板を準備することと、シリサイドを形成するために導電性材料の表面の上方にシリコン系化合物を流すことと、金属ニトロシリサイド層を形成するために窒素含有プラズマにより基板を処理することと、基板上にバリア層を堆積することとを含む。
【０００９】
さらに別の一実施形態では、基板を加工処理するための方法は、導電性材料を備えた基板を準備することと、導電性材料上にＮＨ３ガスによって窒素前処理プロセスを実行することと、シリサイドを形成するために導電性材料の表面の上方にシランガスを流すことと、金属ニトロシリサイドを形成するためにＮＨ３ガス含有プラズマによってシリサイドを処理することと、金属ニトロシリサイド上にシリコンカーバイドを包含するバリア誘電体層を堆積することとを含む。
【００１０】
従って、本発明の上に記述した特徴を詳細に理解することが可能な方式で、上記に簡潔に要約されている本発明のより明細な説明を、その一部が添付した図面に図示されている実施形態を参照することによって知ることができる。しかしながら、添付した図面が本発明の典型的な実施形態だけを図示し、それゆえ、本発明に関して他の同様に有効な実施形態を許容することができる本発明の範囲を限定するようには見なされないことに、留意すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】Ａ〜Ｄは、それぞれ本発明の一実施形態によるデュアルダマシン堆積シーケンスの一実施形態を示す断面図である。
【図２】導電性層の上方に金属ニトロシリサイド層を堆積するための方法を図説するプロセス流れ図である。
【図３】Ａ〜Ｄは、導電性層上に形成した金属ニトロシリサイド層を示す断面図である。
【図４】本発明の実施形態を実行するために使用することができる例示的なプロセシングチャンバの断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
理解を容易にするために、可能である場合には、複数の図に共通な同一の要素を示すために、同一の参照番号を使用している。一実施形態の要素および／またはプロセスステップを、追加の記述がなくとも他の実施形態において利益をもたらすように組み込むことができることが意図される。
【００１３】
本発明の実施形態は、導電性材料上にバリア誘電体層を堆積する前に、一連のシランを流すプロセスおよびプラズマ処理プロセスを実行することを含む、基板を加工処理する方法を一般に提供する。ある種の実施形態では、本方法は、バリア誘電体層を堆積する前に金属ニトロシリサイドを形成するために、導電性層上に前処理プロセスや、シリサイド形成プロセスや、後窒素処理プロセスを実行することを含む。前窒素処理は、基板表面からの表面酸化物および汚染物の除去を助ける。導電性金属のシリサイドを、前処理プロセスの後に形成する。バリア誘電体層を堆積する前に金属ニトロシリサイドを形成するために、後窒素プラズマ処理プロセスを実行する。オプションとして、ニトロシリサイドを、界面層として扱うことができる。ある種の実施形態では、シリサイド材料は銅シリサイドであり、金属ニトロシリサイドはＣｕＳｉＮである。ある種の実施形態では、導電性材料は銅であり、バリア誘電体材料はシリコンカーバイドである。
【００１４】
下記の説明が、デュアルダマシン構造用の導電性材料とバリア誘電体材料との間の界面付着性およびエレクトロマイグレーションを改善するために、一連のプラズマプロセスの使用を詳細に説明しているが、別の構造や、形成プロセスや、直付け堆積プロセスを本明細書中で説明する付着性態様およびエレクトロマイグレーション態様を使用して実行することができることを本発明は意図しているので、本発明を図説した例と解釈すべきでなく、限定すべきでもない。
【００１５】
下記の堆積プロセスは、３００ｍｍＰｒｏｄｕｃｅｒ（登録商標）デュアル堆積ステーションプロセシングチャンバを使用して説明されており、それに応じて解釈されるべきである。例えば、流量は、全流量であり、チャンバ中の各堆積ステーションにおけるプロセス流量を説明するために２分割されるはずである。それに加えて、様々なチャンバ内でプラズマプロセスを実行するためおよび、３００ｍｍ基板用などの異なるサイズ基板用に、それぞれのパラメータを修正することができることに留意されたい。さらに、下記のプロセスを、銅や、シリコンカーバイドや、銅ニトロシリサイドに関して説明しているが、別の導電性材料とバリア誘電体材料との間の付着性およびエレクトロマイグレーションを改善するために、このプロセスを使用することができることを、本発明は意図している。
【００１６】
図１は、絶縁性材料１０５中に形成した金属フィーチャ１０７を有する基板１００上に形成したダマシンを図示する。基板１００上に堆積した絶縁体材料１０５と引き続いて堆積する材料との間の層間の拡散を排除するために、第１のシリコンカーバイドバリア層１１０を絶縁性材料１０５上に一般に堆積する。一実施形態では、シリコンカーバイドバリア層は、４未満など約５以下の誘電率を有することできる。
【００１７】
第１のシリコンカーバイドバリア層１１０のシリコンカーバイド材料を、窒素および／または酸素によりドープすることができる。窒素フリーのシリコンカーバイドまたはシリコン酸化膜（図示せず）からなるオプションとしてのキャッピング層を、バリア層１１０上に堆積することができる。窒素フリーのシリコンカーバイドまたはシリコン酸化膜キャッピング層を、プロセシングガスの組成を調節することによってその場で堆積することができる。例えば、窒素ソースガスを最小にするまたは排除することによって、窒素フリーのシリコンカーバイドからなるキャッピング層を、第１のシリコンカーバイドバリア層１１０上にその場で堆積することができる。あるいは、図示していないが、開始層を、第１のシリコンカーバイドバリア層１１０上に堆積することができる。開始層は、引用により本明細書中に組み込まれている、米国特許番号第７，０３０，０４１号、名称ＡＤＨＥＳＩＯＮ  ＩＮＰＲＯＶＥＭＥＮＴ  ＦＯＲ  ＬＯＷ  Ｋ  ＤＩＥＬＥＣＴＲＩＣＳ、中により完全に記載されている。
【００１８】
トリメチルシランおよび／またはオクタメチルシクロテトラシロキサンを含むことができる有機シリコン化合物を酸化することによって、製造しようとしている構造のサイズに応じて、第１の誘電体層１１２を、約５００から約１５，０００Å（約５０から１，５００ｎｍ）の厚さにシリコンカーバイドバリア層１１０上に堆積する。第１の誘電体層１１２を次に、プラズマプロセスまたはｅ−ビームプロセスにより後処理することができる。オプションとして、堆積した材料から炭素を除去するために、シリコンオキシカーバイド堆積プロセスにおける酸素濃度を増加させることによって、シリコン酸化膜キャップ層（図示せず）を、第１の誘電体層１１２上にその場で堆積することができる。第１の誘電体層は、やはり、パラリン（ｐａｒａｌｙｎｅ）を含む低ポリマ材料または、アンドープのシリコンガラス（ＵＳＧ）もしくはフッ素ドープのシリコンガラス（ＦＳＧ）のようなｌｏｗ  ｋスピンオングラスなどの、他のｌｏｗ  ｋ誘電体材料を包含することができる。第１の誘電体層を、次に、プラズマプロセスによって処理することができる。
【００１９】
窒素または酸素をドープすることがあるオプションのｌｏｗ  ｋ（または第２のバリア層）１１４、例えば、シリコンカーバイドを、次に、第１の誘電体層１１２上に堆積する。ｌｏｗ−ｋエッチストップ１１４を、約１００Åから約１，０００Å（約１０ｎｍから約１００ｎｍ）の厚さに第１の誘電体層１１２上に堆積することができる。シリコンカーバイド材料またはシリコンオキシカーバイド材料について本明細書中で述べたように、オプションのｌｏｗ−ｋエッチストップ１１４をプラズマ処理することができる。コンタクト／ビア１１６の開口部を画定し、コンタクト／ビア１１６を形成すべき領域の第１の誘電体層１１２を露出させるために、ｌｏｗ−ｋエッチストップ１１４を次にパターンエッチする。一実施形態では、従来型のフォトリソグラフィおよび、フッ素イオンや、炭素イオンや、酸素イオンを使用するエッチプロセスを使用して、ｌｏｗ−ｋエッチストップ１１４をパターンエッチする。図示していないが、さらに材料を堆積する前に、約１００Åから約５００Å（約１０ｎｍから約５０ｎｍ）の間の窒素フリーのシリコンカーバイドまたはシリコン酸化膜キャップ層を、ｌｏｗ−ｋエッチストップ１１４上にオプションとして堆積することができる。
【００２０】
図１Ｂを参照すると、レジスト材料を除去した後に、酸化した有機シランまたは有機シロキサンの第２の誘電体層１１８を、オプションのパターニングしたエッチストップ１１４および第１の誘電体層１１２の上方に堆積することができる。第２の誘電体層１１８は、本明細書中で述べたプロセスによって酸化した、トリメチルシランなどの有機シランまたは有機シロキサンからのシリコンオキシカーバイドを包含することができ、約５，０００Åから約１５，０００Å（約５００ｎｍから約１，５００ｎｍ）の厚さに堆積される。第２の誘電体層１１８は、次にプラズマ処理またはｅ−ビーム処理されることがあり、および／またはその上に堆積したシリコン酸化膜キャップ材を有することがある。
【００２１】
レジスト材料１２２を、第２の誘電体層１１８（またはキャップ層）上に堆積し、図１Ｂに示したように、インターコネクト配線１２０を画定するために従来のフォトリソグラフィプロセスまたは別の適したプロセスを使用してパターニングする。オプションとして、基板１００へパターンおよびフィーチャを転写することを容易にするために、ＡＲＣ層およびハードマスク層などのエッチマスク層（図示せず）が、任意でレジスト材料１２２と第２の誘電体層１１８との間にありうる。レジスト材料１２２は、この技術において従来から公知の材料、例えば、Ｍａｒｌｂｏｒｏｕｇｈ、ＭａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓのＳｈｉｐｌｅｙ  Ｃｏｍｐａｎｙ  Ｉｎｃ．、から市販されているＵＶ−５などの高活性化エネルギーレジスト材料を包含する。図１Ｃに示したように、メタライゼーション構造（すなわち、インターコネクトおよびコンタクト／ビア）を画定するために、反応性イオンエッチング技術または他の異方性エッチング技術を使用して、インターコネクトおよびコンタクト／ビアを次にエッチングする。エッチストップ１１４または第２の誘電体層１１８をパターニングするために使用したいずれかのレジスト材料または他の材料を、酸素剥離または別の適したプロセスを使用して除去する。
【００２２】
メタライゼーション構造を、次に、アルミニウムか、銅か、タングステンか、またはこれらの組み合わせなどの導電性材料により形成する。現在のところ、傾向は、銅が低抵抗率（アルミニウムの３．１ｍΩ−ｃｍと比較して１．７ｍΩ−ｃｍ）であるために、より小さなフィーチャを形成するために銅を使用することである。一実施形態では、周囲のシリコンおよび／または誘電体材料中への銅のマイグレーションを防止するために、窒化タンタルなどの適した金属バリア層１２４を、メタライゼーションパターンと一致するように先ず堆積する。その後で、導電性構造を形成するために、化学気相堆積か、物理気相堆積か、電気メッキか、またはこれらの組み合わせなどの技術を使用して、銅を堆積する。図１Ｄに示したように、一旦、銅または別の導電性材料により構造が埋められると、表面を、化学機械ポリシングを使用して平坦化し、導電性金属フィーチャ１２６の表面を露出させる。
【００２３】
図２は、基板１００上に薄い界面層を形成するための、本発明の一実施形態による方法２００を図説するプロセス流れ図である。方法は、図３Ａに示したような、基板１００上に配置された露出表面１２８を有する導電性材料１２６を備えた基板１００を準備することによって、ステップ２０２において始まる。導電性材料１２６を、Ｓｎや、Ｎｉや、Ｃｕや、Ａｕや、Ａｌや、これらの組み合わせ、およびその他から製作することができる。導電性材料１２６は、また、Ｃｕや、Ｚｎや、Ａｌ、およびその他などのアクティブ金属を覆って被覆したＳｎか、Ｎｉか、またはＡｕなどの抗腐食金属を含むことができる。ある種の実施形態では、基板１００は、導電性材料１２６を取り囲んでいる、シリコン含有層や、第１の誘電体層１１２や、第２の誘電体層１１８をさらに備える。一実施形態では、基板１００上に形成した第１の誘電体層１１２および第２の誘電体層１１８は、とりわけシリコンオキシカーバイドなどの、４．０より小さな誘電率を有するｌｏｗ  ｋ誘電体層であってもよい。ある種の実施形態では、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｉｎｃ．、Ｓａｎｔａ  Ｃｌａｒａ、Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａから商品化され入手可能なＢＬＡＣＫ  ＤＩＡＭＯＮＤ（登録商標）などの、シリコンオキシカーバイド層を、第１の誘電体バリア層１１２および第２の誘電体バリア層１１８を形成するために利用することができる。ある種の実施形態では、基板１００上に形成した導電性材料１２６ならびに第１の誘電体層１１２および第２の誘電体層１１８は、ダマシン構造を備える。
【００２４】
ステップ２０４では、第２の誘電体層１１８の上側表面および導電性材料１２６の露出表面１２８を処理するために、窒素プラズマを有する前処理プロセスを実行する。前処理プロセスは、基板表面から金属酸化物か、自然酸化膜か、微粒子か、汚染物の除去を助けることができる。一実施形態では、基板１００を処理するために利用するガスは、Ｎ２や、Ｎ２Ｏや、ＮＨ３や、ＮＯ２や、その他を含む。本明細書中に図示したある種の実施形態では、第２の誘電体層１１８および導電性材料１２６の露出表面１２８を前処理するために使用する窒素含有ガスは、アンモニア（ＮＨ３）または窒素ガス（Ｎ２）である。
【００２５】
一実施形態では、ステップ２０４における前処理プロセスは、プロセシングチャンバに供給する混合ガスにプラズマを発生させることによって実行される。約０．０３Ｗ／ｃｍ２と約３．２Ｗ／ｃｍ２との間の範囲であるパワー密度を印加することによって、プラズマを発生させることができ、それは、３００ｍｍ基板に対して約１０Ｗと約１，０００Ｗとの間のＲＦパワーレベルであり、例えば、１３ＭＨｚと１４ＭＨｚとの間、例えば、１３．５６ＭＨｚのような高周波数で、約１００Ｗと約４００Ｗとの間のＲＦパワーレベルである。約０．０１Ｗ／ｃｍ２と約１．４Ｗ／ｃｍ２との間の範囲であるパワー密度を印加することによって、プラズマを発生させることができ、それは、３００ｍｍ基板に対して約１０Ｗと約１，０００Ｗとの間のＲＦパワーレベルであり、例えば、１３ＭＨｚと１４ＭＨｚとの間、例えば、１３．５６ＭＨｚのような高周波数で、約１００Ｗと約４００Ｗとの間のＲＦパワーレベルである。あるいは、本明細書中で説明したようなデュアル周波数ＲＦ電源によって、プラズマを発生させることができる。あるいは、堆積した材料のプラズマ処理または材料層の堆積のためにプロセシングチャンバ中へと発生させたラジカルを導入することで、すべてのプラズマ発生を遠隔的に実行することができる。
【００２６】
ステップ２０６では、導電性材料１２６の処理した表面の上方に、シリコン系化合物を流す。シリコン系化合物は、導電性材料１２６と反応して、図３Ｂに示したように導電性材料１２６の上方にシリサイド１４２を形成する。シリコン系化合物からのシリコン原子は、基板１００上の導電性材料１２６の表面上に付着し、吸着し、それによって、基板１００上に金属シリサイド層１４２を形成する。基板１００上の導電性材料１２６が銅層である実施形態では、シリコン原子は、銅表面に付着し、吸着し、それによって、銅導電性層表面１２６上に銅シリサイド層を形成する。
【００２７】
導電性材料１２６の前処理した表面に供給されるシリコン系化合物を、例えば、プラズマが存在しない、熱プロセスによって機能させることができる。この特定の実施形態では、シリサイド堆積物を、主に導電性材料表面上に形成することができる。熱エネルギーは、シリコン系化合物からのシリコン原子が導電性材料１２６の銅原子上に主に吸着し、導電性材料表面上にシリサイド層１４２を形成することを助ける。あるいは、プロセシングチャンバに供給したシリコン系化合物をプラズマプロセスによって機能させる実施形態では、シリサイド堆積物１４２を、導電性材料１２６および誘電体材料１１８の両方の表面上のように、基板１００の表面全体のいたるところに形成することができる。導電性材料１２６が銅である実施形態では、基板１００上に形成したシリサイド層１４２は、銅シリサイド（ＣｕＳｉ）層である。
【００２８】
シリコン系化合物は、シランや、ジシランや、それらの誘導体を含む炭素フリーのシリコン化合物を包含することができる。シリコン系化合物は、また、本明細書中で説明した有機シリコン化合物、例えば、トリメチルシラン（ＴＭＳ）および／またはジメチルフェニルシラン（ＤＭＰＳ）を含む炭素含有シリコン化合物を包含することができる。シリコン系化合物を、熱によっておよび／または代替のプラズマ増進プロセスによって、露出した導電性材料と反応させることができる。酸素および窒素などのドーパントを、本明細書中で説明したようなシリコン系化合物とともに使用することができる。それに加えて、ヘリウムおよびアルゴンを含む希ガスなどの不活性ガスを、シリサイドプロセス中に使用することができ、熱プロセス用のキャリアガスとしてまたはプラズマ増進シリサイド形成プロセス用の追加のプラズマ種として使用することができる。シリコン系化合物は、ニトロシリサイドを形成するために、本明細書中で説明した還元性化合物などのドーパントをさらに含むことができる。かかる実施形態では、還元性化合物を本明細書中で説明したように配送することができる。
【００２９】
一実施形態では、シリコン系化合物を、約４０ｓｃｃｍと約５０００ｓｃｃｍとの間の流量で、例えば、約１０００ｓｃｃｍと約２０００ｓｃｃｍとの間の流量でプロセシングチャンバに与える。オプションとして、ヘリウムか、アルゴンか、窒素などの不活性ガスを、やはり、約１００ｓｃｃｍと約２０，０００ｓｃｃｍとの間の流量で、例えば、約１５，０００ｓｃｃｍと約１９，０００ｓｃｃｍとの間の流量でプロセシングチャンバに供給することができる。プロセシングチャンバ圧力を、約１Ｔｏｒｒと約８Ｔｏｒｒ（約１３０Ｐａと約１，０００Ｐａ）との間に、例えば、約３Ｔｏｒｒと約５Ｔｏｒｒ（約４００Ｐａと約６７０Ｐａ）との間に維持することができる。ヒータ温度を、約１００℃と約５００℃との間、例えば、３００℃よりも低いような、約２５０℃と約４５０℃との間に維持することができる。基板表面からガス分配器またはシャワーヘッドの間の間隔は、約２００ミルと約１０００ミル（約５ｍｍと約２５ｍｍ）との間、例えば、３００ミルと５００ミル（約８ｍｍと約１３ｍｍ）との間である。シリサイド層形成プロセスを、約１秒と約２０秒との間で、例えば、約２秒と約８秒との間で実行することができる。
【００３０】
シリサイドプロセスの具体例は、シランを約１２５ｓｃｃｍの流量でプロセシングチャンバに与え、窒素を約１８０００ｓｃｃｍの流量でプロセシングチャンバに与え、約４．２Ｔｏｒｒ（約５６０Ｐａ）でチャンバ圧力を維持し、約３５０℃のヒータ温度に維持し、約３５０ミル（約９ｍｍ）の基板からガス分配器またはシャワーヘッドの間の間隔で設け、約４秒間であることを含む。
【００３１】
ステップ２０８では、後処理プロセスをシリサイド層１４２上に実行し、図３Ｃに示したように、基板１００上に金属ニトロシリサイド層１４０を形成する。一実施形態では、金属ニトロシリサイド１４０を形成するために、シリサイド１４２を、次に窒素含有プラズマにより処理することができる。一実施形態では、シリサイド１４２を処理するために、プラズマが存在する中でシリサイド層１４２に窒素含有ガスを供給することによって、窒素含有プラズマを機能させることができ、シリサイド層１４２の表面に窒素原子を取り込み、それによって、シリサイド層１４２をニトロシリサイド層１４０へと変換する。窒素含有ガスの適した例は、Ｎ２や、Ｎ２Ｏや、ＮＨ３や、ＮＯ２や、その他を含む。本明細書中に図示したある種の実施形態では、シリサイド層１４２を後処理するために使用した窒素含有ガスは、アンモニア（ＮＨ３）である。
【００３２】
一実施形態では、ニトロシリサイド層１４０は、導電性材料１２６と引き続いて堆積される膜との間の付着性を高める界面層として作用する。ニトロシリサイド層１４０は、導電性材料１２６からの銅原子と、ステップ２０６におけるシリサイド形成プロセスからのシリコン原子および窒素原子とを架橋する付着増進層として働き、それによって、界面における強固な結合を形成する。導電性材料１２６へのニトロシリサイド層１４０の強固な結合は、導電性材料１２６と引き続いて堆積されるバリア誘電体層１４６との間の付着性を増進させ、それによって、インターコネクション構造の集積度およびデバイスエレクトロマイグレーションを効果的に向上させる。それに加えて、ニトロシリサイド層は、やはり、下地導電性層が隣接する誘電体層へ拡散することを防止するバリア層として働き、それによって、エレクトロマイグレーション性能および総合的なデバイスの電気的性能を改善する。
【００３３】
ステップ２０６におけるシリサイド形成プロセスおよびステップ２０８における後プラズマ窒化処理を、膜抵抗率に悪い影響を与えずに界面付着性およびデバイスエレクトロマイグレーション性能を高めるような方法で制御する。金属ニトロシリサイド層１４０を、最小の金属抵抗を維持しながら効果的な金属拡散バリアとして働くために十分な所望の厚さに形成する。一実施形態では、金属ニトロシリサイド層の厚さは、約３０Åから約４０Å（３ｎｍから４ｎｍ）の間などの約５０Å（約５ｎｍ）未満である。金属シリサイド形成プロセスからのシリコン原子およびプラズマ窒化プロセスからの窒素原子は、導電性材料からの銅原子と反応し、基板上にＣｕＳｉＮなどの銅ニトロシリサイド層を形成する。所望の膜特性のもとでニトロシリサイド層１４０を形成するために、銅原子と反応するようにプロセシングチャンバに与えられるシリコン原子および窒素原子を、所望の比率および量で制御する。シリサイド形成プロセスからの過剰な量のシリコン原子は、窒素原子と反応できず、結果として過剰なシリコン原子が金属の導電性表面上に残ることになる。引き続くアニーリング、すなわち熱処理プロセス中に、過剰なシリコン原子は、さらに金属導電性材料１２６まで拡散することがあり、それによって、金属シート抵抗を増加させ、デバイスの電気的特性に悪い影響を及ぼす。対照的に、不十分な量のシリコン原子は、結果として過剰な窒素原子を基板１００上に残すことがあり、それによって、基板１００上に望まない銅ナイトライドクラスタを形成する。望まない銅ナイトライドクラスタは、微粒子欠陥の原因になることがあり、基板上に形成される膜を汚し、汚染する。従って、ステップ２０６におけるシリサイド形成プロセスおよびステップ２１０における後プラズマ窒化処理プロセスの良好なプロセス制御が、所望の界面特性を有する金属ニトロシリサイド層１４０を得るために必要である。
【００３４】
一実施形態では、ステップ２０６におけるシリサイド形成プロセスおよびステップ２０８における後プラズマ窒化処理プロセスを実行するためのプロセス時間を、約１：３および約３：１などの約１：５から約５：１の間で制御する。別の一実施形態では、ステップ２０６におけるシリサイド形成プロセスを実行するためのプロセス時間を、約５秒未満などの、約１０秒よりも短く制御し、ステップ２０８における後プラズマ窒化処理プロセスを、１５秒未満などの約３０秒よりも短く制御する。さらに別の一実施形態では、ステップ２０６におけるシリサイド形成プロセスを実行するためのプロセス時間は、ステップ２０８における後プラズマ窒化処理プロセスを実行するためのプロセス時間よりも短い。
【００３５】
窒素含有プラズマ用の窒素ソースは、窒素（Ｎ２）か、ＮＨ３か、Ｎ２Ｏか、ＮＯ２か、またはこれらの組み合わせでありうる。プラズマは、さらに、ヘリウムか、アルゴンか、またはこれらの組み合わせのような不活性ガスを包含することができる。基板をプラズマに曝す間の圧力は、約１ｍＴｏｒｒと約１０ｍＴｏｒｒ（約０．１３Ｐａと約１．３Ｐａ）との間などの約１ｍＴｏｒｒと約３０ｍＴｏｒｒ（約０．１３Ｐａと約４０Ｐａ）との間でありうる。窒素プラズマを生成するために、Ｎ２の他に、Ｈ３Ｎヒドラジン（例えば、Ｎ２Ｈ４またはＭｅＮ２Ｈ３）や、アミン（例えば、Ｍｅ３Ｎ、Ｍｅ２ＮＨまたはＭｅＮＨ２）や、アニリン（例えば、Ｃ５Ｈ５ＮＨ２）や、アジド（例えば、ＭｅＮ３またはＭｅ３ＳｉＮ３）などの、他の窒素含有ガスを使用することができる。ＤＰＮプロセスにおいて使用することができる他の希ガスは、ヘリウムや、ネオンや、キセノンを含む。窒化プロセスは、約１０秒から約３６０秒までの時間の期間、例えば、約０秒から約６０秒まで、例えば、約１５秒の間行われる。
【００３６】
後処理プロセスを実行するために選択するＲＦパワーを、ステップ２０４において基板１００を前処理するために選択したＲＦパワーと実質的に同様に制御する。一実施形態では、プラズマを、約０．０３Ｗ／ｃｍ２と約３．２Ｗ／ｃｍ２との間の範囲であるパワー密度を印加することによって発生させることができ、それは、３００ｍｍ基板に対して約１０Ｗと約１，０００Ｗとの間のＲＦパワーレベルであり、１３ＭＨｚと１４ＭＨｚとの間、例えば、１３．５６ＭＨｚのような高周波数で、例えば、約１００Ｗと約６００Ｗとの間である。プラズマを、約０．０１Ｗ／ｃｍ２と約１．４Ｗ／ｃｍ２との間の範囲であるパワー密度を印加することによって発生させることができ、それは、３００ｍｍ基板に対して約１０Ｗと約１，０００Ｗとの間のＲＦパワーレベルであり、１３ＭＨｚと１４ＭＨｚとの間、例えば、１３．５６ＭＨｚのような高周波数で、例えば、約１００Ｗと約４００Ｗとの間である。あるいは、本明細書中で説明したようなデュアル周波数ＲＦ電源によって、プラズマを発生させることができる。あるいは、堆積した材料のプラズマ処理または材料層の堆積のためにプロセシングチャンバ中へと発生させたラジカルを導入することで、すべてのプラズマ発生を遠隔的に実行することができる。一実施形態では、窒化プロセスを、約３００ワットから約２，７００ワットのＲＦパワー設定および約１ｍＴｏｒｒから約１００ｍＴｏｒｒ（約０．１３Ｐａから約１３Ｐａ）の圧力で管理する。窒素含有ガスは、約０．１ｓｌｍから約１５ｓｌｍの流量を有する。一実施形態では、窒素含有ガスは、窒素を有する混合ガスを含み、アンモニアガスは、プロセシングチャンバ中へと供給される。窒素ガスは、約０．５ｓｌｍと約１．５ｓｌｍとの間で、例えば、１ｓｌｍでチャンバに供給され、アンモニアガスは、約１０ｓｌｍなどの約５ｓｌｍと約１５ｓｌｍとの間でチャンバに供給される。
【００３７】
プロセシングガスの個々のガス流および全ガス流を、プロセシングチャンバのサイズや、プロセシングチャンバの温度や、加工処理される基板のサイズなどの、複数のプロセシング要因に基づいて変化させることができる。プロセスチャンバ圧力を、約１Ｔｏｒｒと約１０Ｔｏｒｒ（約１３０Ｐａと約１，３００Ｐａ）との間、例えば、約３．７Ｔｏｒｒ（約４９０Ｐａ）などの約２Ｔｏｒｒと約５Ｔｏｒｒ（約２７０Ｐａと約６７０Ｐａ）との間に維持することができる。ヒータ温度を、約１００℃と約５００℃との間に、３５０℃よりも低いなどの、例えば、約２５０℃と約４５０℃との間に維持することができる。
【００３８】
ステップ２１０では、バリア誘電体層１４６を、基板１００上に形成した金属ニトロシリサイド１４０上に堆積する。ある種の実施形態では、バリア誘電体層１４６は、シリコンカーバイド材料または別の適した誘電体材料を包含することができる。金属ニトロシリサイド１４０を形成した後で、シリコンカーバイド層などのバリア誘電体層１４６を、引き続いてその上に堆積することができる。金属ニトロシリサイド層１４０およびバリア誘電体層１４６の形成を、その場で行うことができる。シリコンカーバイドなどのバリア誘電体層を堆積するためのプロセスは、米国特許第６，５３７，７３３号、名称ＭＥＴＨＯＤ  ＯＦ  ＤＥＰＯＳＩＴＩＮＧ  ＬＯＷ  ＤＩＥＬＥＣＴＲＩＣ  ＣＯＮＳＴＡＮＴ  ＳＩＬＩＣＯＮ  ＣＡＲＢＩＤＥ  ＬＡＹＥＲＳや、米国特許第６，７５９，３２７号、名称ＤＥＰＯＳＩＴＩＮＧ  ＬＯＷ  Ｋ  ＢＡＲＲＩＥＲ  ＦＩＬＭＳ  （ｋ＜４）  ＵＳＩＮＧ  ＰＲＥＣＵＲＳＯＲＳ  ＷＩＴＨ  ＢＵＬＫＹ  ＯＲＧＡＮＩＣ  ＦＵＮＣＴＩＯＮＡＬ  ＧＲＯＵＰＳや、米国特許第６，８９０，８５０号、名称ＭＥＴＨＯＤ  ＯＦ  ＤＥＰＯＳＩＴＩＮＧ  ＬＯＷＥＲ  Ｋ  ＨＡＲＤＭＡＳＫ  ＡＮＤ  ＥＴＣＨ  ＳＴＯＰ  ＦＩＬＭＳ、に記載されており、これらは本発明の特許請求の範囲の態様および明細書の開示に一致する点ではその全体が引用によって本明細書中にすべて組み込まれている。
【００３９】
一実施形態では、ステップ２０８において後処理プロセスに印加するＲＦパワーを、ステップ２１０におけるバリア誘電体層堆積プロセスへと維持し、続けることができる。あるいは、後処理プロセスに印加するＲＦパワーを、ステップ２０８おける後処理プロセスが終わった後で切ることができ、ステップ２１０におけるバリア誘電体堆積プロセスを実行するために、ステップ２１０において再び印加することができる。
【００４０】
ステップ２０４における前処理プロセスや、ステップ２０６におけるシリサイド形成プロセスや、ステップ２０８における後処理プロセスや、ステップ２１０におけるバリア誘電体層を、１つのチャンバ内でその場堆積することができることが、留意される。あるいは、複数のステップを、任意の異なる配列内の異なるチャンバ内で堆積し、実行することができる。
【００４１】
図４は、本発明の実施形態を実施するために使用することができる化学気相堆積チャンバ４００の断面模式図である。かかるチャンバの一例は、Ｓａｎｔａ  Ｃｌａｒａ、ＣａｌｉｆｏｒｎｉａのＡｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から入手可能なデュアルチャンバまたはツインチャンバのＰＲＯＤＵＣＥＲ（登録商標）システムである。ツインチャンバは、（プロセシング領域毎に１つの基板で、２つの基板を加工処理するために）２つの分離されたプロセシング領域を有し、その結果、各領域内を流れる流量が全チャンバへの流量のほぼ半分である。下記の例および明細書全体を通して記載される流量は、３００ｍｍ基板を加工処理するための流量である。２つの分離したプロセシング領域を有するチャンバは、米国特許第５，８５５，６８１号にさらに記載されており、それは本明細書中に引用によって組み込まれている。使用することができるチャンバのもう１つの例は、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から入手可能である、ＣＥＮＴＵＲＡ（登録商標）システム上のＤｘＺ（登録商標）チャンバである。
【００４２】
ＣＶＤチャンバ４００は、別々のプロセシング領域４１８、４２０を画定するチャンバ本体４０２を有する。各プロセシング領域４１８、４２０は、ＣＶＤチャンバ４００内で基板（図示せず）を支持するためのペデスタル４２８を有する。各ペデスタル４２８は、加熱素子（図示せず）を典型的には含む。各ペデスタル４２８を、チャンバ本体４０２の底部を貫通して延びるステム４２６によってプロセシング領域４１８、４２０のうちの１つの中で動かせるように配置し、チャンバ本体４０２の底部においてステム４２６を駆動システム４０３に接続する。
【００４３】
プロセシング領域４１８、４２０の各々は、プロセシング領域４１８、４２０へとガスを配送するために、チャンバ蓋４０４を貫通して配置されたガス分配アセンブリ４０８を含むことができる。各プロセシング領域のガス分配アセンブリ４０８は、普通には、シャワーヘッドアセンブリとしても知られるガス分配マニフォールド４４２中へと、ガスフローコントローラ４１９からガスを配送するガス注入路４４０を含む。ガスフローコントローラ４１９は、チャンバ中への異なるプロセスガスの流量を制御し調整するために典型的には使用される。他のフロー制御構成素子は、液体前駆物質が使用される場合には、液体フロー注入弁および液体フローコントローラ（図示せず）を含むことができる。ガス分配マニフォールド４４２は、環状ベースプレート４４８や、フェースプレート４４６や、ベースプレート４４８とフェースプレート４４６との間のブロッカプレート４４４を備える。ガス分配マニフォールド４４２は、プロセシング中にガス状の混合物をそれを通して注入する複数のノズル（図示せず）を含む。ＲＦ（高周波）源４２５は、シャワーヘッドアッセンブリ４４２とペデスタル４２８との間でのプラズマの発生を容易にするために、ガス分配マニフォールド４４２にバイアス電位を与える。プラズマ増進化学気相堆積プロセス中に、ペデスタル４２８は、チャンバ本体４０２内部でＲＦバイアスを発生させるためのカソードとして働くことができる。堆積チャンバ４００内に静電場を発生させるために、カソードを、電極電源に電気的に結合する。典型的にＲＦ電圧を、カソードに印加し、一方で、チャンバ本体４０２を、電気的に接地する。ペデスタル４２８に印加したパワーは、基板の上側表面上で負電圧の形で基板バイアスを生み出す。チャンバ４００中で形成したプラズマから基板の上側表面へとイオンを引き付けるために、この負電圧を使用する。
【００４４】
加工処理中に、プロセスガスを、基板表面全体にわたって径方向に一様に分配する。ＲＦ電源４２５から、電力を与えられる電極として動作するガス分配マニフォールド４４２へＲＦエネルギーを印加することによって、１つまたは複数のプロセスガスまたは混合ガスからプラズマを形成する。基板がプラズマに曝され、反応性ガスがその中に与えられるときに、膜堆積が行われる。チャンバ壁４１２を、典型的には接地する。ＲＦ電源４２５は、プロセシング領域４１８、４２０中へと導入したいずれかのガスの分解を増進させるために、ガス分配マニフォールド４４２へ単一周波数または混合周波数のＲＦ信号のいずれかを供給することが可能である。
【００４５】
システムコントローラ４３４は、ＲＦ電源４２５や、駆動システム４０３や、リフト機構４０６や、ガスフローコントローラ４１９や、他の関連チャンバなどの様々な構成要素の機能、および／またはプロセシング機能を制御する。システムコントローラ４３４は、好ましい実施形態ではハードディスクドライブであるメモリ４３８中に記憶されたシステム制御ソフトウェアを実行し、アナログおよびデジタル入力／出力ボードや、インターフェースボードや、ステッパモータコントローラボードを含むことが可能である。移動可能な機械アセンブリを動かし位置を決めるために、光センサおよび／または磁気センサを一般に使用する。
【００４６】
上記のＣＶＤシステムの記述は、主に説明目的のためであり、他のプラズマプロセシングチャンバを、やはり、本発明の実施形態を実施するために採用することができる。
【実施例１】
【００４７】
基板の導電性表面上にＮＨ３プラズマ処理を実行し、引き続いてＣｕ表面の上方にＳｉＨ４を導入し、それに続いてＮＨ３後プラズマ処理を行うことによって、ＣｕＳｉＮの薄層が基板上に直接形成される場合。ＣｕＳｉＮ層は、導電性材料と、シリコンカーバイドなどのこれから堆積されるバリア誘電体層との間の界面付着性を高めエレクトロマイグレーションを改善する層として機能する。ＣｕＳｉＮを基板上に形成した後で、バリア誘電体層を、所望の範囲内に抵抗率を維持しながら、高い付着性および改善したエレクトロマイグレーションでＣｕＳｉＮ上に直接堆積させることができる。
【００４８】
上記は本発明の実施形態に向けられているが、本発明の別の実施形態およびさらなる実施形態を、本発明の基本的な範囲から乖離せずに考案することができ、本発明の範囲は、下記の特許請求の範囲によって決められる。
【図１】
2011519163.tif 000003
【図２】
2011519163.tif 000004
【図３】
2011519163.tif 000005
【図４】
2011519163.tif 000006
【国際調査報告】
2011519163.tif 000007
2011519163.tif 000008