(57)【要約】【課題】ＯＳＧと銅の間にバリア層を設ける場合、ＯＳＧに対するバリア層の接着性が許容し得ないものであるという従来技術の欠点を改良する代替の実施形態を提供する。【解決手段】半導体ウェーハ上に形成された電子デバイス（２００）を製造する方法（１００）。本方法は、ウェーハに対する固定位置に誘電体層（２２６）を形成する。ここで、前記誘電体層は、シリコン、炭素、及び酸素の各々をある原子濃度で含む。前記形成ステップの後、本方法は、前記誘電体層の一部における炭素の原子濃度が上昇し、前記誘電体層の一部における酸素の原子濃度が低下するように、前記電子デバイスをプラズマに暴露する（１１８）。暴露ステップの後、本方法は、前記誘電体層の少なくとも一部に隣接してバリア層を形成する（１２０）。【選択図】図１
2004193621.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェーハ上に形成される電子デバイスの製造方法であって、
前記ウェーハに対する固定位置に誘電体層を形成するステップであって、前記誘電体層が、シリコン、炭素、及び酸素の各々をある原子濃度で含むステップと、
前記形成ステップの後、前記誘電体層の一部における炭素の原子濃度が上昇し、前記誘電体層の一部における酸素の原子濃度が低下するように、前記電子デバイスをプラズマに暴露するステップと、
前記暴露ステップの後、前記誘電体層の少なくとも一部に隣接してバリア層を形成するステップとを含む方法。
【請求項２】
前記暴露ステップが、前記電子デバイスをヘリウムと水素を含むプラズマに暴露するステップを含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記暴露ステップが、前記電子デバイスをヘリウムとＨ２を含むプラズマに暴露するステップを含む、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記プラズマが、ヘリウム約９５％とＨ２約５％を含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記暴露ステップが、
前記ウェーハを支持する台に、少なくとも１００ワットの電力を印加するステップと、
前記印加ステップと同時に、ヘリウムと水素を含むプラズマに、前記電子デバイスを暴露するステップとを含む、請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記暴露ステップが、前記ウェーハを支持する台に、１００〜５００ワットの範囲の電力を印加するステップと、
前記印加ステップと同時に、ヘリウムと水素を含むプラズマに、前記電子デバイスを暴露するステップとを含む、請求項１記載の方法。
【請求項７】
誘電体層を形成する前記ステップが、前記ウェーハと前記誘電体層との間に前記導体が位置するように前記誘電体層を形成するように、誘電体層を形成する前記ステップの前に、前記ウェーハに対する固定位置に導体を形成するステップと、
前記暴露ステップの前に、前記誘電体層にボイドを形成するステップであって、前記ボイドが前記誘電体層を貫通して延びていて、前記導体の一部を露出するステップとをさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項８】
ボイドを形成する前記ステップの後、前記電子デバイスをプラズマに暴露する前記ステップの前に、前記電子デバイスをアルゴンに暴露するステップをさらに含む、請求項７記載の方法。
【請求項９】
半導体ウェーハ上に形成される電子デバイスの製造方法であって、
前記ウェーハに対する固定位置に誘電体層を形成するステップであって、前記誘電体層が、シリコン、炭素、及び酸素を含むステップと、
前記形成ステップの後、前記電子デバイスを、ヘリウムと水素を含むプラズマに暴露するステップと、
前記暴露ステップの後、前記誘電体層の少なくとも一部に隣接してバリア層を形成するステップとを含む方法。
【請求項１０】
前記暴露ステップが、
前記ウェーハを支持する台に、少なくとも１００ワットの電力を印加するステップと、
前記印加ステップと同時に、ヘリウムと水素を含むプラズマに、前記電子デバイスを暴露する前記ステップとを含む、請求項９記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本実施形態は、半導体デバイス及び方法に関し、より詳細には、シリコン−炭素−酸素誘電体層に対する接着性の改良を対象とする。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスは、現代社会の無数の様々な側面で普及している。その結果、こうしたデバイスの市場はかなり急速に進歩し続けている。この進歩は多くの点で明らかであり、直接間接に半導体デバイスに、さらにこうしたデバイスを形成する方法に関係している。たとえば、この進歩は、デバイスの数多くの属性に影響を与えており、デバイスのサイズ、信頼性、収率、及びコストを含む、設計及び製作時のこうした属性に注目する必要性が増大している。これら及びその他の側面は、従来技術の対象となっているが、以下に詳述する好ましい実施形態によってさらに改良された。
【０００３】
さらなる背景としては、この好ましい実施形態は、半導体デバイスにおける誘電体層に対する接着性に関するものである。より具体的には、この好ましい実施形態は、シリコン、炭素、及び酸素のすべてを含む誘電体層、並びに、バリア層に対する誘電体層の接着性に関し、バリア層は誘電体層と銅などの金属との間のバリアとして作用する。初めにシリコン、炭素、及び酸素を有する誘電体層に目を向けると、こうした材料は、有機珪素ガラス（「ＯＳＧ」）として公知のフィルムに組み合わされていることがあり、このフィルムは、Ｎｏｖｅｌｌｕｓ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓから市販されている。ＯＳＧ層は、好適な（すなわち、比較的低い）誘電率など、当技術分野で公知の様々な理由で魅力がある。次に銅に目を向けると、アルミニウムなど従来から使用されている金属と比べて銅の抵抗は低く、したがって信頼性が高いので、これを使用することが当技術分野で特に配線用金属としてより好まれるようになってきた。
【０００４】
上記を想定すると、銅をＯＳＧ層と同じデバイスに使用する場合は、通常、銅とＯＳＧの間にバリア層を形成する。このバリア層が、誘電体中へ銅が拡散する望ましくない可能性を防止又は低下させる。しかし、この好ましい実施形態に関連して、本発明の発明者らは、ＯＳＧと銅の間にバリア層を設ける場合、ＯＳＧに対するバリア層の接着性が許容し得ないものであることを確認した。たとえば、いくつかの公知の試験技術を用いてこうした接着性を実験的に評価した。これらの技術は、バリア層がＯＳＧから外れてしまうために、その後形成される銅層／デバイスに対するバリアとして、その本来の目的を果たすことができないことを実証した。たとえば、テープ試験が用いられた。この試験では、ＯＳＧ層上にバリア層を形成した半導体ウェーハをけがき、このウェーハにテープを貼付し、これを剥がして層が無傷のままかどうかを確認する。こうした試験で、バリア層とＯＳＧ層の界面にクラックが形成されることが分かった。これは、これら２層間の結合が許容し得ないことを定性的に実証するものである。別の例として、４点曲げ試験を行った。この試験では、上記と同じタイプの半導体ウェーハの両端に屈曲力を加えた。この力は、ウェーハのより中央部に加えられる他の力と組み合わせて用いた。この試験を用いて定量的な測定を行い、ＯＳＧとバリア層の間が破損するとき端部に加えられた力を求めた。こうした破損は、バリア層のクラック又は破断として発生することもあり、バリア層がＯＳＧ層から剥離することもある。最後の試験として、上記のウェーハに、化学機械研磨（「ＣＭＰ」）を施すことができる。この試験は、これが実際の製造ステップであるという点で好ましいことがある。ＣＭＰは、追加の加工ステップの前に様々な層を平坦化するために使用されることが多いからである。とにかく、本発明の発明者らは、ＣＭＰによって、隣接したＯＳＧとバリア層の間が破損することも確認している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記に鑑みて、本発明の発明者らは、従来技術の様々な欠点を改良する代替の実施形態を以下に提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
１つの好ましい実施形態には、半導体ウェーハ上に形成された電子デバイスを製造する方法がある。本方法は、前記ウェーハに対する固定位置に誘電体層を形成する。ここで、前記誘電体層は、シリコン、炭素、及び酸素の各々をある原子濃度で含む。前記形成ステップの後、本方法は、前記誘電体層の一部における炭素の原子濃度が上昇し、前記誘電体層の一部における酸素の原子濃度が低下するように、前記電子デバイスをプラズマに暴露する。前記暴露ステップの後、本方法は、前記誘電体層の少なくとも一部に隣接してバリア層を形成する。
【０００７】
他の態様もまた開示され、特許請求されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１は、この好ましい実施形態によるデバイス形成方法１００の、１つの好ましい実施形態の流れ図を示す図である。方法１００とこの方法で形成されるデバイスをさらに例証するために、本発明の範囲をさらに実証する図２〜図１１に示した横断面図をさらに参照して、方法１００の様々なステップを以下に述べる。
【０００９】
この好ましい実施形態は、１つにはシリコン、炭素、及び酸素を含む誘電体層の処理に関連する。こうした材料は、有機珪素ガラス（「ＯＳＧ」）として知られるフィルムに組み合わされていることがある。ＯＳＧ層は、半導体デバイスの種々のレベルで用いることができる。そこで紹介のために、半導体デバイス２００を示す図２に関して、以下の説明に使用する一例を次に提供する。さらに、従来技術及び以下に説明する本発明の実施形態のいずれも、図２に示すような構造を用いて実施することができる。ここで、追加の加工ステップのさらなる詳述をこの好ましい実施形態について以下に提供する。さらに、図２〜図１１を参照して好ましい実施形態の方法を説明するが、これらの方法は、隣接するバリア層に対する接着性改良がＯＳＧ層にメリットをもたらす、どんなタイプのデバイス構造（たとえば、金属配線、金属線、金属ゲート、又は他の導電性構造）にも、かつどんなタイプのデバイス（たとえば、メモリデバイス、論理デバイス、パワーデバイス、ディジタル信号プロセッサ、又はマイクロプロセッサ）にも適用することができる。
【００１０】
初めに図２のデバイス２００に目を向けると、このデバイスは、当分野で公知の技術で形成された各種構成部品を含んでいる。これらの構成部品は、例として示すように、基板２０２（たとえば、シリコン）に形成された活性エリア２０１に関連して形成されたトランジスタなどの様々なデバイスを形成することができる。基板２０２は、デバイス２００の基礎を形成する半導体ウェーハの一部であるか、又はこれを代表している。さらに、このウェーハを、以下にさらに説明するように１つ又は複数のツール内に封入して、本明細書記載の様々なステップを遂行することができる。一般に、活性エリア２０１は、分離領域２０４１、２０４２の間に画定される。活性エリア２０１内には、ソース及びドレイン領域２０８１、２０８２、ゲート誘電体２１０、導電性ゲート２１２、並びに側壁絶縁体２１４１、２１４２が形成されており、これによりたとえばトランジスタを形成している。誘電体層２１６を、ここに示すトランジスタの上に重ねて形成し、平坦化する。したがって、誘電体層２１６は、当分野で公知の技術で形成された能動（ことによると受動）部品を含むデバイス部分の上に重なっている。第２誘電体層２１８が誘電体層２１６の上に重なるように示されているが、実際は、層２１６と２１８は１層でもよい。
【００１１】
図２とその中の他の項目について引き続き説明すると、複数レベルの配線構造を形成することができ、この配線構造が互いに、及び基板２０２と関連して形成された各種の構成要素と接続することができることに留意されたい。こうした配線構造によって実現される接続、及びこの構造が接続することができる構成要素には多くの可能性があるが、当分野の技術者なら容易に確かめることができるので、特定の接続に関する著しい詳細は必要ない。したがって、特定の例だけを以下に提供するが、これは単に状況を実証するだけであり、対象とする本発明の範囲を限定するものではない。この特定の例では、誘電体層２１８に形成されたトレンチ構造内にライナ／バリア層２２０を形成する。このライナ／バリア層２２０は、タンタル、窒化タンタル、窒化チタン、タングステン、窒化タングステン、その他を含む各種材料の１種とすることができる。さらに、ライナ／バリア層２２０と整合して導体２２２を形成し、誘電体層２１８の上面に沿ってこれを平坦化する。他の導電性材料から形成することもできるが、一例として、導体２２２は銅を前提とする。その後、誘電体層２１８の上、したがって導体２２２の上にもバリア層２２４を形成する。このバリア層は、しばしばエッチストップ層と呼ばれ、一般に数百オングストロームオーダーの窒化シリコン又はその他の誘電性バリア材料である。
【００１２】
図２の残りの説明では、この好ましい実施形態に特に関連する態様について紹介する。バリア層２２４の上に重ねて誘電体層２２６を形成する。この誘電体層２２６は、化学気相成長法（「ＣＶＤ」）、スピンオン法、又はその他の堆積法で堆積することができる。誘電体層２２６の厚みは要求性能によって決まる。さらに、誘電体層２２６は、誘電率が比較的低く、かつＯＳＧから形成されていることが好ましい。すなわち、少なくともシリコン、炭素、及び酸素の所定の組合せを含んでいる。したがって、話を単純にするために、以下本明細書では、誘電体層２２６をＯＳＧ層２２６と呼ぶ。以下に詳述するように、この好ましい実施形態は、ＯＳＧ層２２６に対する次のバリア層の接着性を改良することに関するものである。さらにこの点に関して以下の図を単純化するために、層２１８から上を切取った図を示すことによって、図２の詳細の多くを以下の図から除いてある。したがって、焦点は、ＯＳＧ層２２６である。しかし、当分野の技術者なら、以下の図に示した構造が、図２のデバイス（又は上記のその他のデバイス）も含むことを意図したものであることを理解するはずである。
【００１３】
図３に目を向けると、これは、追加の製造ステップ後の図２のデバイス２００を図示している。次に図１の方法１００に戻ってこの製造ステップをさらに考察する。さらに紹介すると、最新の例として、方法１００は、いわゆるデュアルダマシン構造を形成するステップを含むものである。デュアルダマシン構造とは、通常デバイス層内に、２つの部分を含むボイドを形成することを意味する。これらの２つの部分は、異なる名前で呼ばれることがある。たとえば、略垂直のより狭いボイドはバイアと呼ばれることがあり、略水平のしばしばより広いボイドはトレンチと呼ばれることがある。一般のデュアルダマシン法は当技術分野で公知であり、実際には、異なるステップで、又は順序の異なる類似のステップで、時には特定のバリア層付で、又はこれが無い状態で実施することができる。したがって、デュアルダマシンの態様に関しては、方法１００は一例に過ぎない。この背景を前提として、方法１００は、ＯＳＧ層２２６の上にバリア層２２８を形成するステップ１０２で始まる。バリア層２２８は、たとえばバリア層２２４と同じ方法又は同様な方法で形成することができ、こうして通常数百オングストロームオーダーの窒化シリコンのエッチストップ層が形成される。ステップ１０２の次に、ステップ１０４で、バリア層２２８の上にもう１つの誘電体層２３０が形成される。この好ましい実施形態では、誘電体層２３０は、層２２６と同じＯＳＧ材料で形成される。誘電体層２３０の厚みは、誘電体層２２６の厚みと同じでも異なってもよい。これも参考のために、以下の本明細書では誘電体層２３０をＯＳＧ層２３０と呼ぶ。
【００１４】
図４は、当技術分野で公知の技術に従って、追加の製造ステップを行った後の図３のデバイス２００を示す。方法１００を進むと、次のステップ１０６でフォトレジスト層２３２を形成し、パターン化し、エッチングする。したがって、図４の透視図では、３つのステップすべてがフォトレジスト層２３２に対して行われている。これにより、ＯＳＧ層２３０を貫通し、バリア（又はエッチストップ）層２２８上で止まる第１ボイド２３４が形成される。これは、トレンチと呼ばれることがある。最後に、以下でより明らかになる理由で、ボイド２３４を形成するためのパターン化及びエッチングは、このボイドが少なくとも部分的に導体２２２と垂直にそろっていることが好ましい。
【００１５】
図５は、当技術分野で公知の技術に従って、追加の製造ステップを行った後の図４のデバイス２００を示す。方法１００を進むと、次のステップ１０８で、図４のフォトレジスト層２３２の残りを（所望により、適当な清浄化ステップで）除去し、デバイス２００の上に次の誘電体層２３６を形成する。その結果、この誘電体層が図４に示したボイド２３４を充填する。次に、ステップ１１０で、別のフォトレジスト層２３８を形成しパターン化する。フォトレジスト層２３８は、以下に説明する次のエッチングでエリア２４０が除去されるようにパターン化する。さらに、エリア２４０はまた、導体２２２及び図４のボイド２３４を誘電体層２３６で充填したエリアと少なくとも部分的に垂直にそろっていることが好ましい。
【００１６】
図６は、当技術分野で公知の技術に従って、追加の製造ステップを行った後の図５のデバイス２００を示す。方法１００を進むと、次のステップ１１２で、フォトレジスト層２３８をエッチングして、この層の材料を図５に示したエリア２４０から除去する。そしてエッチングを継続して、誘電体層２３６、バリア層２２８、ＯＳＧ層２２６、及びバリア層２２４を貫通して、バイアと呼ばれることがあるボイド２４２を作り出す。こうして、エッチングは、導体２２２の上面まで到達する。したがって、以下に示すように、最終的にはトレンチ２４２のエリアに、導体２２２への電気的接点を作ることができる。
【００１７】
図７は、当技術分野で公知の技術に従って、追加の製造ステップを行った後の図６のデバイス２００を示す。方法１００を進むと、次のステップ１１４で、図５に示したフォトレジスト層２３８と誘電体層２３６の両方をデバイス２００から除去する。これらの２つの層は異なる材料から形成されているので、異なる除去技術を使用することができる。いずれにせよ、これらが除去されると、ＯＳＧ層２３０、２２６を通って導体２２２の上面まで単一ボイド２４４が残る。ボイド２４４は、２つの部分を効果的に含むことに留意されたい。１つの部分は、導体２２２の近くでＯＳＧ層２２６のエッチング部分の間にあるより狭幅の部分であり、他の部分は、導体２２２から離れたＯＳＧ層２３０のエッチング部分の間にあるより広幅の部分である。この２段構造は、典型的なデュアルダマシン法の結果である。
【００１８】
図８は、追加の製造ステップを行った後の図７のデバイス２００を示す。しかし、ここで、残りの各種ステップは、従来技術からの離脱を提供するものであり、ＯＳＧ層２３０、２２６の露出した垂直及び水平部分に対して、これらの部分と後で形成されるバリア層間の改良された接着性をさらに提供するものであることに留意されたい。次いで図８に目を向け図１の方法１００をさらに進むと、ステップ１１６で、デバイス２００は、好ましくはアルゴンスパッタエッチング法でアルゴンに暴露される。こうしたプロセスは、通常、スパッタエッチングチャンバで行われる。このチャンバでは、デバイス２００を形成するウェーハに対してアルゴンイオンを加速させる。ステップ１１６のアルゴンスパッタリングは、様々な利点があることが認められている。第１に、アルゴンが、方法１００の前のステップに由来する、導体２２２の上面に残りやすい様々な汚染物質を清浄化する。こうした汚染物質としては、エッチング残渣、前のエッチングからのポリマー、及び導体２２２が銅の場合は酸化銅を挙げることができる。第２に、アルゴンスパッタリングは、ＯＳＧ層２３０の内縁部をわずかに丸くする。こうした縁部を図８に２３０’として示す。以下に述べる理由で、こうした丸みづけは特定の実施形態で有利な場合がある。最後に、ボイド２４４の形成後は汚染物質が存在する確率が高いために、ステップ１１６が大部分の実際の実施において望ましいことに留意されたい。ただし、ステップ１１６の必要性並びにその継続時間は、ボイドがシングルダマシン法で形成されたのか、又はデュアルダマシン法で形成されたのかを含めて、各種パラメータに基づいて調整することができる。実際、前のステップの後に十分な清浄化操作を行った結果ボイド２４４の汚染物質が無視できるなら、このような場合には、代替の実施形態においてステップ１１６を省略することができる。
【００１９】
図９は、ステップ１１８に関して図１の方法１００に記載したように、追加の製造ステップを行った後の図８のデバイス２００を示す。ステップ１１８では、このステップは従来技術からさらに離脱したものであり、デバイス２００はＨｅとＨ２を含むプラズマにさらされる。ただし、この２つのそれぞれの割合は変化させることができる。たとえば、従来技術では、導体２２２などの導体の上部にある酸化銅を低減させるために、Ｈｅが混合物の９５％、Ｈ２が混合物の５％である、ＨｅとＨ２を含むプラズマが、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓによって（１０ワットのオーダーの）非常に低い台パワーで実施されている。さらに、従来技術のＨｅ−Ｈ２プラズマは、プラズマが形成されるチャンバコイルに対して電源を印加することによってこのプラズマをイオン化することによって実施されており、この電源は、２００〜５００ワットのオーダーである。ステップ１１８に戻ると、プラズマをイオン化するために、同等の電力構成及び電源と共に、この同じＨｅ９５％とＨ２５％の混合物をステップ１１８で使用してもよく、又は異なる割合のＨｅとＨ２を使用してもよい。この目的のために、図９は、チャンバコイル２４６と、このコイル２４６に接続した電源２４８のブロック図を含んでいる。こうした構成は当技術分野で公知である。さらに、電源２４８は、２００〜５００ワットの範囲に設定することが好ましい。これは、従来技術で用いられるものと同等の範囲である。しかし、ステップ１１８は、この好ましい実施形態の少なくとも２つの点で従来技術と異なるものである。第１に、好ましい実施形態では、ステップ１１８のＨｅ−Ｈ２プラズマは、ステップ１１６のアルゴン処理に加えて行うものである。第２に、ステップ１１８のプラズマは、基板２０２を支持している台２５０に対して比較的大きな電力を印加することによって、デバイス２００が形成されているウェーハに向かって加速される。この態様を説明するために、図９は一般の台２５０を示しており、当分野の技術者は、ステップ１１８を遂行するための適当なプラズマチャンバでこうした装置をよく見かけるはずである。さらにこの点については、台２５０は電源２５２と結合しており、ステップ１１８では、好ましくは電源２５２は１００〜５００ワットの範囲のどんな電力レベルも供給する。ステップ１１８の継続時間はこの好ましい実施形態に従って変えることができる。好ましくは、こうした持続時間は、ＯＳＧ層２２６、２３０のそれぞれの露出面からの所定の深さにのみプラズマの影響を与えるような時間とする。たとえば、この影響がこれらの層の約１０オングストロームに及ぶことが好ましく、本発明の発明者らは、１秒当たり約１オングストロームの影響を観察している。したがって、１０オングストロームに影響を与えるために、ステップ１１８のプラズマ加速は１０秒間にわたって行われる。またこの点について、好ましい実施形態では、ステップ１１８の継続時間の上限についても検討している。具体的には以下に示すように、ステップ１１８Ｈｅ−Ｈ２プラズマの影響を受けたＯＳＧ層２３０のエリアの一部はその後除去されるので、ステップ１１８のプラズマ浸透深さをこの除去によって打ち消すことがで���る。しかし、その他の暴露エリアではこうした除去は行われないので、ＯＳＧがより深く影響を受けるようなレベルに到達するようにステップ１１８のプラズマを形成することで、これらのエリア並びにその影響（もしも影響があればだが）に注意を払うべきである。たとえば、ステップ１１８の持続時間をあまり長く延ばすと、導体２２２と任意の近くの類似の接点（明確には図示せず）との間のキャパシタンスが増大する可能性がある。したがって、こうした影響を避けるために、ステップ１１８の持続時間及びこれに対応する影響の深さを監視するべきである。
【００２０】
以下のステップに進む前に、ステップ１１８で得られた結果に関するいくつかの観察に注目すべきである。台２５０に印加するステップ１１８の電力を従来技術の電力より増大させたのに応答して、Ｈｅ−Ｈ２プラズマは、ＯＳＧ層２３０、２２６を含むデバイス２００の露出エリアに向かって下方へ加速される。ＯＳＧ層２３０、２２６に関しては、本発明の発明者等は、ステップ１１８によってこれらの層の露出面（垂直及び水平両方共）近くのシリコン、炭素、及び酸素の原子濃度が変化することを観察している。たとえば、１つの実験的研究では、ステップ１１８の前のＯＳＧ層２３０、２２６は元々酸素の原子濃度が比較的高く、炭素の原子濃度が低く、シリコンの原子濃度は炭素と酸素の間の濃度であったが、ステップ１１８の後は層２３０、２２６の露出面近くでこれらの濃度が変化し、このステップ前のそれぞれの濃度と比べて、炭素濃度が上昇し、酸素濃度が低下し、シリコンも上昇している。本発明の発明者等は、以下にさらに評価するように、両ＯＳＧ層２３０、２２６の表面とその後の金属層間の接着が改良されるのは、これらの濃度変化の１つ又は複数が関連していると確信している。さらに、この好ましい実施形態で、ステップ１１６のアルゴン処理が、金属導体２２２の上面から酸化銅を除去することが分かったが、この材料の一部はボイド２４４エリア内のＯＳＧ層２２６の垂直な側壁に沿って残留することが分かった。しかし、ステップ１１８の処理は、これらの側壁エリアの酸素も低下させると思われ、これにより、下記の追加の金属と組み合わせてこの領域に改良された金属導体を形成する。最後に、ステップ１１８プラズマは、導体が銅で形成されている場合、導体２２２の上面の金属に最小の影響しか与えないことが認められている。
【００２１】
図１０は、ステップ１２０に関して図１の方法１００に記載したように、追加の製造ステップを行った後の図９のデバイス２００を示す。ステップ１２０では、前の図９でボイド２４４として示されたものの内部に導電性バリア層２５４が形成される。バリア層２５４は、たとえばタンタルなど、様々な材料から作ることができる。好ましい実施形態では、バリア層２５４の厚みは、２５０オングストロームのオーダーとすることができる。しかし、デバイスサイズが縮小する傾向が続いているので、業界ではいわゆる「ゼロバリア」状態を達成する目標が表明されている。それまでは、バリア層の厚み低下が目標であり、実際、この好ましい実施形態と関連づけて、バリア層２５４の厚みも低下させることができると思われる。たとえば、バリア層２５４の厚みが５０オングストロームの薄さで、満足できるデバイス収率が見出されている。より具体的には、上記のようにＯＳＧ層２２６、２３０の原子濃度の変化によって、本明細書の背景技術の部分で説明したように、こうした接着が壊れてしまう従来技術とは異なり、こうした薄くなった厚みでも、バリア層２５４とこの層の下の材料との間の十分な接着が確認されている。
【００２２】
図１０に進むと、図１の方法１００に示したように、ステップ１２０の後にステップ１２２が行われる。このステップにおいて、前の図９でボイド２４４として示されたものの内部に延在する金属層２５６がデバイス２００の上に形成される。好ましい実施形態では、金属層２５６は銅である。初めにボイド２４４内のバリア層２５４上に銅シード層（個別に図示せず）を形成し、この銅シード層の後に銅めっき層を形成することによってこれを形成する。これらの層に関連して、上記のアルゴンステップ１１６が縁部２３０’の丸みづけに好都合であると述べたことを思い出されたい。こうした縁部２３０’が無いと、バリア層２５４並びに銅シード層の付着は、ボイド２４４内の垂直開口に集中するか、あるいはこれを剥ぎ取る傾向にあると思われ、その結果、その後の金属層２５６はこのエリアを完全には充填することができない。こうした結果は、金属層内に空隙を作り出すといわれることがある。しかし、図１０を見ると、丸みのついた縁部２３０’が金属層２５６によるボイド２４４の完全な充填を可能にしているので、ボイド２４４の全体が金属層２５６で充填されていることが分かる。別の観察としては、図１０におけるデバイス２００形成の状態を見ると、バリア層２５４が金属層２５６とＯＳＧ層２３０、２２６の間のバリアを形成していることがさらに分かる。したがって、金属層２５６が銅である好ましい実施例では、バリア層２５４が金属層２５６からＯＳＧ層２３０、２２６への銅の拡散を防止している。しかし、ステップ１１８がこれらＯＳＧ層２３０、２２６の銅と酸素の濃度を変化させることを思い出すと、将来の実施形態では層２５４の厚みをさらに薄くすることができ、一方、変化した濃度自体も金属層２５６による銅の拡散を妨げることができると思われる。このようにして、さらにゼロバリアに向けて進歩する。
【００２３】
図１１は、ステップ１２４に関して図１の方法１００に記載したように、追加の製造ステップを行った後の図１０のデバイス２００を示す。ステップ１２４では、たとえば化学機械研磨（「ＣＭＰ」）操作を用いて、デバイス２００を平坦化する。参考のために、この平坦化によって影響を受ける層は参照符号に下付き文字「Ｐ」をつけて示した。こうして、平坦化の後は、ＯＳＧ層２３０はＯＳＧ層２３０ｐになり、金属バリア層２５４は金属バリア層２５４ｐになり、金属層２５６は金属層２５６ｐになる。したがって、図１１の得られたデバイス２００の構造から、電気的接点を金属層２５６ｐに作ることができ、これにより金属導体２２２にも電気的に接続する。最後に、ステップ１１８に関連して、Ｈｅ−Ｈ２プラズマ暴露の継続時間が、ＯＳＧ層２３０の濃度が影響を受ける深さを制御することを上述したことを思い出されたい。好ましい実施形態では、この影響を受けた深さは、ステップ１２４のＣＭＰ操作によって部分的又は全体的に除去され、したがってＯＳＧ層２３０の上水平面に沿ったプラズマ処理のどんな影響もＣＭＰによって効果的に除去される。しかし、表面の下では、ＯＳＧ層２３０ｐと金属バリア２５４ｐの間の改良された接着性は引き続き存在しており、こうした改良は、本明細書に上記した様々な試験方法によって確認されている。
【００２４】
上記から、当分野の技術者は、この好ましい実施形態が、金属とシリコン−炭素−酸素誘電体層の間の接着性が改良された半導体デバイス及び方法を提供することを理解するはずである。この改良された接着性は、デバイスの信頼性、収率、及びコストを含めて様々なメリットを提供し、バリア厚みを低下させることによってデバイスのサイズを縮小することができる。さらに、特定の好ましい材料を説明したが、当分野の技術者は、様々な代替物が本発明の教示内でも実施できることを確かめることができる。さらに、前述の実施形態はデュアルダマシン構造の１つの型として示したが、多くの変形を有するが依然として本発明の範囲内にある別のデュアルダマシン構造も形成することができる。そして実際に、本発明の範囲は、トレンチとバイアを別々に形成するシングルダマシン構造によって形成された構造も含む。したがって、前述のメリット、並びに、説明され当分野の技術者が確かめることができる様々な代替ステップは、本発明の範囲の柔軟性を実証するものである。また、本実施形態を詳細に説明してきたが、特許請求の範囲によって規定された本発明の範囲を逸脱することなく、上記の説明に様々な置換、修正、又は変更を行うことができることも、これら代替ステップは実証するはずである。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】シリコン、炭素、及び酸素を含む誘電体層に隣接したバリア層を含むデバイスを形成するための１つの好ましい実施形態の流れ図を示す。ここに記載の実施形態は、しばしば、デュアルダマシンと呼ばれ、多くのバリエーションで形成することができる。本発明は、トレンチレベルとバイアレベルを別々に形成するシングルダマシン法で形成した構造も含む。
【図２】内部にトランジスタが形成されており、金属導体が形成された誘電体層がこのトランジスタの上に重なっている基板を含む、好ましい実施形態による半導体デバイスの一部の横断面図を示す。
【図３】第１バリア層によって覆われた金属導体を含む、図２のデバイスの一部を示す図である。ここでは、第１バリア層は、第１シリコン−炭素−酸素含有層によって覆われており、第１シリコン−炭素−酸素含有層は、第２バリア層と第２シリコン−炭素−酸素含有層によって覆われている。
【図４】フォトレジスト層の形成ステップと、このフォトレジスト層を通して第２バリア層までエッチングして、第２シリコン−炭素−酸素含有層を貫通するトレンチを形成するステップとを含む、追加の製造ステップ後の図３のデバイスを示す図である。
【図５】フォトレジストの形成を含む、追加の製造ステップ後の図４のデバイスを示す図である。
【図６】エッチングして、第１シリコン−炭素−酸素含有層を貫通して金属接点までバイアを形成するステップを含む、追加の製造ステップ後の図５のデバイスを示す図である。
【図７】フォトレジストと誘電体層の両方を除去した後の図６のデバイスを示す図である。
【図８】アルゴンプラズマをあてた図７のデバイスを示す図である。
【図９】高エネルギーＨｅ−Ｈ２プラズマをあてた図８のデバイスを示す図である。
【図１０】金属バリア層及び銅層を形成した後の図９のデバイスを示す図である。
【図１１】平坦化ステップ後の図１０のデバイスを示す図である。
【符号の説明】
【００２６】
１００  好ましい実施形態によるデバイスの形成方法
１０２  ＯＳＧ層２２６の上にバリア層２２８を形成するステップ
１０４  バリア層２２８の上にＯＳＧ層２３０を形成するステップ
１０６  フォトレジスト層２３２を形成し、パターン化し、エッチングするステップ
１０８  誘電体層２３６でボイド２３４を充填するステップ
１１０  別のフォトレジスト層２３８を形成しパターン化するステップ
１１２  導体２２２までフォトレジスト層２３８をエッチングするステップ
１１４  フォトレジスト層２３８と誘電体層２３６の両方を除去するステップ
１１６  アルゴンスパッタリングステップ
１１８  デバイス２００をＨｅとＨ２を含むプラズマに暴露するステップ
１２０  ボイド２４４内にバリア層２５４を形成するステップ
１２２  デバイス２００の上に金属層２５６を形成するステップ
１２４  デバイス２００を平坦化するステップ
２００  デバイス
２０１  活性エリア
２０２  基板
２０４１、２０４２  分離領域
２０８１、２０８２  ソース及びドレイン領域
２１０  ゲート誘電体
２１２  導電性ゲート
２１４１、２１４２  側壁絶縁体
２１６  誘電体層
２１８  誘電体層
２２０  ライナ／バリア層
２２２  導体
２２４  バリア層
２２６  誘電体層（ＯＳＧ層）
２２８  バリア層
２３０  誘電体層（ＯＳＧ層）
２３０’  丸められた縁部
２３０ｐ  平坦化された誘電体層（ＯＳＧ層）
２３２  フォトレジスト層
２３４  第１ボイド（トレンチ）
２３６  誘電体層
２３８  フォトレジスト層
２４０  エリア
２４２  ボイド（バイア）
２４４  単一ボイド
２４６  チャンバコイル
２４８  電源
２５０  台
２５２  電源
２５４  導電性バリア層
２５４ｐ  平坦化された導電性バリア層
２５６  金属層
２５６ｐ  平坦化された金属層
【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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【外国語明細書】
2004193621000001.pdf