(57)【要約】【課題】  集積回路装置の製造において、堆積したバリアメタル層を使用したトレンチ及びバイア中の伝導性金属ライン及び相互接続の形成方法を提供する。【解決手段】  基板の表面に堆積した薄い絶縁体層を有する前記基板２を用意し；絶縁体層の表面に第１の厚い絶縁体材料の層８を堆積し；第１の厚い絶縁体材料の層の上に第２の厚い絶縁体材料の層14をブランケット堆積し；第２及び第１の厚い絶縁体材料の両方をパターン形成し、エッチングして、トレンチ18／バイア20開口部またはキャビティを形成し；基板の上にバリアメタルのブランケット層24を堆積し；前記バリアの上に、伝導性の厚い銅26をめっきすることによって堆積し；次に、前記表面を化学機械研摩し、平坦化し、過剰の材料を除去し、ＷＮｘまたはＴａＮｘバリアを用いるダマシンプロセスにおける相互接続はめ込み金属配線26を形成すること；を含む方法。【選択図】  図３
2004153274.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集積回路装置の製造において、金属カルボニル前駆体を使用して堆積したＷＮｘまたはＴａＮｘのバリアメタル層を使用した、トレンチ及びバイア中の伝導性金属ライン及び相互接続の形成方法であって：
基板の表面に堆積した薄い絶縁体層を有する前記基板を用意することと；
前記絶縁体層の表面に第１の厚い絶縁体材料の層を堆積することと；
前記第１の厚い絶縁体材料の層の上に第２の厚い絶縁体材料の層をブランケット堆積することと；
前記第２及び第１の厚い絶縁体材料の両方をパターン形成し、エッチングして、トレンチ／バイア開口部またはキャビティを形成することと；
前記基板の上にバリアメタルのブランケット層を堆積することと；
前記バリアの上に、伝導性の厚い銅をめっきすることによって堆積することと；
次に、前記表面を化学機械研摩し、平坦化し、過剰の材料を除去し、ＷＮｘまたはＴａＮｘバリアを用いるダマシンプロセスにおける相互接続はめ込み金属配線を形成することと；を含む方法。
【請求項２】
前記第１の厚い絶縁体材料の層は、（ａ）未ドープの酸化ケイ素、（ｂ）フッ素、リン、または炭素をドープした酸化ケイ素、（ｃ）有機ポリマー、（ｄ）上記のものの多孔質または非多孔質の実体からなる群から選択され、これらは、前記前駆体のうちの１種としてＴＥＯＳを用いるＰＥＣＶＤ若しくはＨＤＰ−ＣＶＤ、またはスピンコーティングからなる群から選択される方法によって２０００〜１２０００オングストロームの厚さの範囲に堆積され、続いてオーブンベーク及び炉内キュアされる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第２の厚い絶縁体材料の層は、（ａ）未ドープの酸化ケイ素、（ｂ）フッ素、リン、または炭素をドープした酸化ケイ素、（ｃ）有機ポリマー、（ｄ）上記のものの多孔質または非多孔質の実体からなる群から選択され、これらは、前記前駆体のうちの１種としてＴＥＯＳを用いるＰＥＣＶＤ若しくはＨＤＰ−ＣＶＤ、またはスピンコーティングからなる群から選択される方法によって２０００〜１２０００オングストロームの厚さの範囲に堆積され、続いてオーブンベーク及び炉内キュアされる、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記バリアメタルは、金属カルボニル前駆体を用いるプラズマ増速化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）によって堆積したＷＮｘまたはＴａＮｘで構成される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
ＷＮｘまたはＴａＮｘで構成される前記バリアメタルは、金属カルボニル前駆体を用いるプラズマ増速化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）によって堆積され、前記バリアメタルは約５０〜２０００オングストロームの厚さを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
窒化タングステン及び窒化タンタルは、金属カルボニル前駆体を用いるプラズマ増速化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）によって堆積されるバリアメタルであり、使用する堆積（ＰＥＣＶＤ）条件は以下の通り、ソース温度は約５０〜２５０℃、ウェーハまたは基板温度は約２００〜４５０℃、チャンバ圧力は約０.１〜０.５Torr、カルボニルの流量は約１〜３０sccm、反応性ガスまたはガスの流量は約５０〜１０００sccm（キャリアガスを除く）、カルボニル対反応性ガスの流量の比は１対１０００〜１０００対１であり、バリアメタルの厚さは約５０〜２０００オングストロームである、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
ＣＶＤによって５０〜１０００オングストロームの厚さの範囲でバリア層の表面に堆積された銅シード層の表面に電気めっきによって厚い銅が堆積される銅めっきにとって、銅の銅シード層は必要である、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記伝導性の厚い銅は銅であり、１〜１０ミクロンの厚さの範囲に堆積される、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
シングルダマシンプロセスはデュアルダマシンのサブセットであり、シングルダマシンプロセスはバイアまたはトレンチを形成する、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
半導体装置の製造において、多層金属ラインへの伝導性コンタクト及び相互接続配線パターンを形成するためにデュアルダマシン手法を使用する方法であって：
半導体基板の表面でかつ層間誘電体の表面に伝導性ラインを用意することと；
前記伝導性ラインの表面に絶縁体層を堆積することと；
前記絶縁体層の表面に第１の厚い絶縁体材料の層を堆積することと；
前記第１の厚い絶縁体材料の層の上に第２の厚い絶縁体材料の層をブランケット堆積することと；
前記第２及び第１の厚い絶縁体材料の絶縁層をパターン形成し、エッチングして、トレンチ／バイア開口部またはキャビティを形成し、前記伝導性ラインまでエッチングすることと；
金属カルボニル前駆体を用いるプラズマ増速化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）によって堆積したＷＮｘまたはＴａＮｘのバリアメタル層を使用して、前記基板の上にバリアメタルのブランケット層を堆積することと；
前記バリアメタル層の上に、伝導性の厚い銅をめっきすることによって堆積することと；
前記表面を化学機械研摩し、平坦化し、過剰の厚い銅及び過剰のバリアメタルを除去し、前記トレンチ／バイアを内張りするＷＮｘまたはＴａＮｘバリアメタルを用いるデュアルダマシンプロセスにおけるはめ込み相互接続及び伝導性ラインへのコンタクトバイアを形成することと；を含む方法。
【請求項１１】
前記第１の厚い絶縁体材料の層は、（ａ）未ドープの酸化ケイ素、（ｂ）フッ素、リン、または炭素をドープした酸化ケイ素、（ｃ）有機ポリマー、（ｄ）上記のものの多孔質または非多孔質の実体からなる群から選択され、これらは、前記前駆体のうちの１種としてＴＥＯＳを用いるＰＥＣＶＤ若しくはＨＤＰ−ＣＶＤ、またはスピンコーティングからなる群から選択される方法によって２０００〜１２０００オングストロームの厚さの範囲に堆積され、続いてオーブンベーク及び炉内キュアされる、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記第２の厚い絶縁体材料の層は、（ａ）未ドープの酸化ケイ素、（ｂ）フッ素、リン、または炭素をドープした酸化ケイ素、（ｃ）有機ポリマー、（ｄ）上記のものの多孔質または非多孔質の実体からなる群から選択され、これらは、前記前駆体のうちの１種としてＴＥＯＳを用いるＰＥＣＶＤ若しくはＨＤＰ−ＣＶＤ、またはスピンコーティングからなる群から選択される方法によって２０００〜１２０００オングストロームの厚さの範囲に堆積され、続いてオーブンベーク及び炉内キュアされる、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記バリアメタルは、金属カルボニル前駆体を用いるプラズマ増速化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）によって堆積したＷＮｘまたはＴａＮｘで構成される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
ＷＮｘまたはＴａＮｘで構成される前記バリアメタルは、金属カルボニル前駆体を用いるプラズマ増速化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）によって堆積され、前記バリアメタルは約５０〜２０００オングストロームの厚さを有する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
窒化タングステン及び窒化タンタルは、金属カルボニル前駆体を用いるプラズマ増速化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）によって堆積されるバリアメタルであり、使用する堆積（ＰＥＣＶＤ）条件は以下の通り、ソース温度は約５０〜２５０℃、ウェーハまたは基板温度は約２００〜４５０℃、チャンバ圧力は約０.１〜０.５Torr、カルボニルの流量は約１〜３０sccm、反応性ガスまたはガスの流量は約５０〜１０００sccm（キャリアガスを除く）、カルボニル対反応性ガスの流量の比は１対１０００〜１０００対１であり、バリアメタルの厚さは約５０〜２０００オングストロームである、請求項１０に記載の方法。
【請求項１６】
ＣＶＤによって５０〜１０００オングストロームの厚さの範囲でバリア層の表面に堆積された銅シード層の表面に電気めっきによって厚い銅が堆積される銅めっきにとって、銅の銅シード層は必要である、請求項１０に記載の方法。
【請求項１７】
前記伝導性の厚い銅は銅であり、１〜１０ミクロンの厚さの範囲に堆積される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１８】
シングルダマシンプロセスはデュアルダマシンのサブセットであり、シングルダマシンプロセスはバイアまたはトレンチを形成する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１９】
ＭＯＳＦＥＴの製造において、半導体のドープした拡散への伝導性コンタクト及び相互接続配線パターンを形成するためにデュアルダマシン手法を使用する方法であって：
半導体基板中に能動装置要素であるドープした拡散領域を用意することと；
絶縁体層の表面に第１の厚い絶縁体材料の層を堆積することと；
前記第１の厚い絶縁体材料の層の上に第２の厚い絶縁体材料の層をブランケット堆積することと；
前記第２及び第１の厚い絶縁体材料の絶縁層をパターン形成し、エッチングして、トレンチ／バイア開口部またはキャビティを形成し、前記ドープした拡散領域までエッチングすることと；
金属カルボニル前駆体を用いるプラズマ増速化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）によって堆積したＷＮｘまたはＴａＮｘのバリアメタル層を使用して、前記基板の上にバリアメタルのブランケット層を堆積することと；
前記バリア層の上に、伝導性の厚い銅をめっきすることによって堆積することと；
前記表面を化学機械研摩し、平坦化し、過剰の厚い銅及び過剰のバリアメタルを除去し、前記トレンチ／バイアを内張りするＷＮｘまたはＴａＮｘバリアメタルを用いるデュアルダマシンプロセスにおけるはめ込み相互接続及び前記ドープした拡散領域へのコンタクトバイアを形成することと；を含む方法。
【請求項２０】
前記第１の厚い絶縁体材料の層は、（ａ）未ドープの酸化ケイ素、（ｂ）フッ素、リン、または炭素をドープした酸化ケイ素、（ｃ）有機ポリマー、（ｄ）上記のものの多孔質または非多孔質の実体からなる群から選択され、これらは、前記前駆体のうちの１種としてＴＥＯＳを用いるＰＥＣＶＤ若しくはＨＤＰ−ＣＶＤ、またはスピンコーティングからなる群から選択される方法によって２０００〜１２０００オングストロームの厚さの範囲に堆積され、続いてオーブンベーク及び炉内キュアされる、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記第２の厚い絶縁体材料の層は、（ａ）未ドープの酸化ケイ素、（ｂ）フッ素、リン、または炭素をドープした酸化ケイ素、（ｃ）有機ポリマー、（ｄ）上記のものの多孔質または非多孔質の実体からなる群から選択され、これらは、前記前駆体のうちの１種としてＴＥＯＳを用いるＰＥＣＶＤ若しくはＨＤＰ−ＣＶＤ、またはスピンコーティングからなる群から選択される方法によって２０００〜１２０００オングストロームの厚さの範囲に堆積され、続いてオーブンベーク及び炉内キュアされる、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記バリアメタルは、金属カルボニル前駆体を用いるプラズマ増速化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）によって堆積したＷＮｘまたはＴａＮｘで構成される、請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
ＷＮｘまたはＴａＮｘで構成される前記バリアメタルは、金属カルボニル前駆体を用いるプラズマ増速化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）によって堆積され、前記バリアメタルは約５０〜２０００オングストロームの厚さを有する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２４】
窒化タングステン及び窒化タンタルは、金属カルボニル前駆体を用いるプラズマ増速化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）によって堆積されるバリアメタルであり、使用する堆積（ＰＥＣＶＤ）条件は以下の通り、ソース温度は約５０〜２５０℃、ウェーハまたは基板温度は約２００〜４５０℃、チャンバ圧力は約０.１〜０.５Torr、カルボニルの流量は約１〜３０sccm、反応性ガスまたはガスの流量は約５０〜１０００sccm（キャリアガスを除く）、カルボニル対反応性ガスの流量の比は１対１０００〜１０００対１であり、バリアメタルの厚さは約５０〜２０００オングストロームである、請求項１９に記載の方法。
【請求項２５】
ＣＶＤによって５０〜１０００オングストロームの厚さの範囲でバリア層の表面に堆積された銅シード層の表面に電気めっきによって厚い銅が堆積される銅めっきにとって、銅の銅シード層は必要である、請求項１９に記載の方法。
【請求項２６】
前記伝導性の厚い銅は銅であり、１〜１０ミクロンの厚さの範囲に堆積される、請求項１９に記載の方法。
【請求項２７】
シングルダマシンプロセスはデュアルダマシンのサブセットであり、シングルダマシンプロセスはバイアまたはトレンチを形成する、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体集積回路装置のために使用される製造方法、特に、金属カルボニル前駆体を使用したプラズマ増速化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）によって堆積したＷＮｘまたはＴａＮｘのバリアメタル層を使用したシングルまたはデュアルダマシン相互接続の形成に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化チタン、窒化タンタル及び窒化タングステンは、バリアメタルとして研究されてきており、最も広く使用されているバリアメタルは窒化タンタルである。窒化タングステンは、無電解銅めっきのためのＣｕシード層を用いたバリアメタルとして使用される。窒化タングステンは、幾つかの手法によって、すなわち、反応性スパッタリング、化学気相成長法（すなわち、六フッ化タングステン及びアンモニア）及び有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）によって堆積することができる。六フッ化タングステン及びアンモニアを使用した化学気相成長法（ＣＶＤ）による窒化タングステンの堆積は、堆積の最中の膜中へのフッ素の混在の可能性及び気相微粒子生成の可能性に関する信頼性の問題点を生じ得る。窒化タングステンと同様に、窒化タンタルもまた、反応性スパッタリング、化学気相成長法（ＣＶＤ）（すなわち、ＴａＢｒ５、窒素及び水素）及び有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）（すなわち、ＴＢＴＤＥＴ）によって堆積することができる。こうしたバリア層膜はコンフォーマリティを欠き、膜中への臭素または炭素の取り込みを生じ得る。
【０００３】
関連する従来技術の背景特許を、ここからこの節で説明する。
１９９７年１１月２５日にMeikle et al.に付与された"Method of Depositing Tungsten Nitride Using a Source Gas Comprising Silicon"と称する米国特許第5,691,235号は、Ｗカルボニル及びＮ含有ガスを使用したＣＶＤによってＷＮを堆積する方法を説明している。この方法は、堆積基板の上に重なるように窒化タングステンを堆積するためのケイ素ベースガス、すなわち、シランを有するソースガス混合物を使用して、窒化タングステンを堆積することを開示している。非プレーナストレージキャパシタ（non-planar storage capacitor）は、窒化タングステンキャパシタ電極を有する。
【０００４】
１９９５年７月４日にFiordalice et al.に付与された"Process for Fabricating a Metallization Structure in a Semiconductor Device"と称する米国特許第5,429,989号は、Ｗ（ＣＯ）６を使用したＷのＭＯＣＶＤ及び他の金属−オルガノ試薬を使用したＷＮのＭＯＣＶＤを示す。メタライゼーション構造の製造方法は、ＭＯＣＶＤ堆積プロセスを使用した中間層の形成を含む。１成分としてタングステンを有する金属−有機前駆体を使用して、中間層を、開口部の底面において基板の表面領域の上に堆積する。ＭＯＣＶＤ堆積プロセスは、開口部の全ての表面を一様にコーティングするコンフォーマル層を形成する。次に、高融点金属層を、中間層の上に重なるように堆積する。ＭＯＣＶＤ堆積プロセスのコンフォーマルな性質が理由となって、六フッ化タングステンのような腐食性ガスを使用して高融点金属層を形成することができる。
【０００５】
１９９４年１０月１１日にHo et al.に付与された"Method for Forming Interconnect Structures for Integrated Circuits"と称する米国特許第5,354,712号は、ＷＮバリア層を有する銅デュアルダマシンを示す。ＵＬＳＩ集積回路のための相互接続構造を形成する方法が提供される。好ましくは、金属堆積のためのシード層を形成する伝導性材料のバリア層が、誘電体層中に規定される相互接続トレンチのサイドウォール及び底面の表面に選択的に提供され、金属のコンフォーマル層が、相互接続トレンチ内部のバリア層の表面に選択的に堆積される。
【０００６】
２０００年３月１４日にKaloyeros et al.に付与された"Method for the Chemical Vapor Deposition of Copper-Based Films"と称する米国特許第6,037,001号は、ＷＮまたはＴａＮバリア層を使用したＣｕのＣＶＤプロセスを示す。銅ベース膜を堆積する方法及び銅ベース膜の化学気相成長法において使用するための銅源前駆体が提供される。この前駆体は、少なくとも１種のリガンド安定化銅（Ｉ）β−ジケトネート前駆体；と少なくとも１種の銅（ＩＩ）β−ジケトネート前駆体との混合物を含む。
【特許文献１】米国特許第5,691,235号
【特許文献２】米国特許第5,429,989号
【特許文献３】米国特許第5,354,712号
【特許文献４】米国特許第6,037,001号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の全般的な目的は、バリアメタルを形成する改良された方法を提供することにある。銅ダマシン相互接続において、バリアメタルは、誘電体中への銅の拡散を防ぐ上で重要な役割を果たす。本技術は、ダマシン相互接続において、金属カルボニルを前駆体として使用した窒化タングステン及び窒化タンタルの堆積を教示する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の簡潔な要約として、銅ダマシン相互接続は、集積回路製造の技術においてますます一般的になりつつある。典型的なダマシン相互接続においては、まずトレンチ及びバイアを１つ以上の誘電体材料層中にパターン形成する。次にバリアメタル、続いて銅シード層を堆積し、その後、バルク銅を電気めっきによって堆積する。最後に化学機械研摩を実行して、トレンチ及び誘電体の上の過剰の銅を除去する。本発明は、半導体集積回路装置のために使用される製造方法、特に、金属カルボニル前駆体を使用したプラズマ増速化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）によって堆積したＷＮｘまたはＴａＮｘのバリアメタル層を使用したシングルまたはデュアルダマシン相互接続の形成に関する。こうした代替のカルボニル前駆体を用いる化学気相成長（ＣＶＤ）プロセスを使用することによって、問題の多く、すなわち、コンフォーマル被覆、気相微粒子生成、及び膜中へのハロゲンまたは炭素の取り込みが解決する。
【０００９】
本発明を、上記に要約し、好適な具体例に関連して説明してきた。幾つかの処理の詳細を省略したが、当業者であれば理解できよう。本発明のさらなる詳細を、“好適な具体例の説明”の節で述べる。
【００１０】
本発明の目的及び他の利点は、添付図面に関連して好適な具体例において最も良く説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
銅ダマシン相互接続において、バリアメタルは、誘電体中への銅の拡散を防ぐという重要な役割を果たす。本技術は、ダマシン相互接続において、金属カルボニルを前駆体として使用した窒化タングステン及び窒化タンタルの堆積を教示する。
【００１２】
本発明の概要として、銅ダマシン相互接続は、集積回路製造の技術においてますます一般的になりつつある。典型的なダマシン相互接続においては、まずトレンチ及びバイアを１つ以上の誘電体材料層中にパターン形成する。次にバリアメタル、続いて銅シード層を堆積し、その後、バルク銅を電気めっきによって堆積する。最後に化学機械研摩を実行して、トレンチ及び誘電体の上の過剰の銅を除去する。本発明は、半導体集積回路装置のために使用される製造方法、特に、金属カルボニル前駆体を使用したプラズマ増速化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）によって５０〜２０００オングストロームの厚さに堆積したＷＮｘまたはＴａＮｘのバリアメタル層を使用したシングルまたはデュアルダマシン相互接続の形成に関する。こうした代替のカルボニル前駆体を用いる化学気相成長（ＣＶＤ）プロセスを使用することによって、問題の多く、すなわち、コンフォーマル被覆、気相微粒子生成、膜中へのハロゲンまたは炭素の取り込みが解決する。
【００１３】
図１を参照すると、デュアルダマシンプロセスにおいて使用する層を断面図で示す。基板２は、単結晶シリコン半導体である。図１において与えられる他の材料層の幾つかは次の通り：単結晶シリコン、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）及びシリコン−ゲルマニウム（ＳｉＧｅ）が挙げられるがこれらに限定されるものではない半導体基板２、及びパターン形成した伝導性金属配線５（絶縁体中に埋込むが、これは断面図に図示しない）。半導体基板２が、絶縁材料及び／または伝導性材料の１つ以上の層、及び基板中にまたは基板の上に形成した１つ以上の能動装置及び／または受動装置、またはその他同様なもの、並びに本発明または従来技術において周知の他の方法に従って形成したシングルまたはデュアルダマシンを用いる１つ以上の相互接続構造、例えば、バイア、コンタクト、トレンチ、金属配線を恐らく含むことは理解できるはずである。次に、第１の絶縁層３（層間誘電体）のブランカ（blanker）が半導体基板の上に提供される。相互接続配線５（伝導性ライン）が提供され、これをパターン形成し、第２の絶縁材料４中に埋込む。次に、絶縁体の第３の層８を、パターン形成した金属配線５の上に及び第２の絶縁層４の上に堆積する。最後に、絶縁体の第４の層１４を絶縁体の第３の層８の上に堆積する。所望による絶縁層は、第３の絶縁体のエッチングの最中にエッチストップ層として働き、第２の絶縁体層８と第３の絶縁体層１４との間に堆積することができる。また、銅の研摩の最中にＣＭＰ停止体として働く所望による絶縁キャップ層もまた、第３の絶縁層の上に堆積することができる。
【００１４】
絶縁体の第３の層８及び絶縁体の第４の層１４を次にパターン形成し、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を行って、トレンチ１８（矢印）及びバイア２０（矢印）開口部を形成する。多くのフォトリソグラフィプロセスを用いて、トレンチ／バイア開口部をパターン形成することができる。バイアホールは０.０１〜１ミクロンとすることができ、トレンチは０.３um〜数ミクロンとすることができる。アスペクト比は１：１〜５０：１の範囲にわたることができる。
【００１５】
層間誘電体またはより正確に言えば金属間誘電体は、前駆体のうちの１種としてＴＥＯＳを用いるＰＥＣＶＤまたはＨＤＰ−ＣＶＤを使用して２０００オングストローム〜１２０００オングストロームの厚さの範囲に堆積した酸化ケイ素である。酸化ケイ素は未ドープとするかまたは（例えば、フッ素、またはリン、または炭素を）ドープすることができる。トレンチ／バイア構造タイプの絶縁材料は以下のものである：（ａ）未ドープの酸化ケイ素（ｂ）ドープした酸化ケイ素（ｃ）有機ポリマー（ｄ）上記のものの多孔質または非多孔質の実体。こうした材料のプロセス堆積方法は以下のものである：化学気相成長法、またはスピンコーティング、続いてオーブン内でのベーキング及び炉内でのキュア。
【００１６】
【表１】
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注：Ｎ２Ｈ２はヒドラジンであり、Ｃｐはシクロペンタジエンである。
【００１７】
表１を参照すると、本発明において使用するカルボニル前駆体の例が、窒化タングステンバリア層及び窒化タンタルバリア層の両方に関して列記されている。本発明は、こうしたカルボニル前駆体に限定されるものではない。Ｗ及びＣＯの両方、またはＴａ及びＣＯの両方を含む任意の前駆体が含まれ、例えば、Ｔａ（ＣＯ）４Ｈ及びＴａ（ＣＯ）５（ピリジン）が含まれる。各金属−有機（ＭＯ）前駆体に伴うものは、反応性ガスまたはガス、すなわち、アンモニア、窒素／水素、ヒドラジン及び亜酸化窒素である。本発明の方法の鍵は、Ｗ−ＣＯ結合及びＴａ−ＣＯ結合の両方の解離エネルギーは低く、容易な解離に対処するという事実である。以下のものは、窒化タングステンバリア及び窒化タンタルバリアの両方のために使用するプラズマ増速化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）の条件である：ソース温度は約５０〜２５０℃、ウェーハまたは基板温度は約２００〜４５０℃、チャンバ圧力は約０.１〜０.５Torr、カルボニルの流量は約１〜３０sccm、反応性ガスまたはガスの流量は約５０〜１０００sccm（キャリアガスを除く）、カルボニル対反応性ガスの流量の比は１対１０００〜１０００対１。バリアメタル層はトレンチ／バイアキャビティ中のライナとなる。さらに重要なことには、銅ダマシン相互接続において、バリアメタルは、誘電体材料中への銅の拡散を防ぐという重要な役割を果たす。バリアメタルの厚さは約５０〜２０００オングストロームである。
【００１８】
図２を参照すると、デュアルダマシンプロセスにおけるトレンチ／バイア開口部またはキャビティへの伝導性金属の充填を断面図で示す。まず、上記の表Ｉに説明したように、トレンチ／バイアキャビティに、バリア層材料のブランケット堆積を用いて充填する。再度図２を参照すると、バリア層材料２４は完全にトレンチ／バイア開口部またはキャビティを内張りし、それぞれ絶縁体８及び１４の２つの層の表面にある。次に、銅シード層（非常に薄いので図には示さない）の薄い堆積物を、バリア層２４の表面に堆積する。次に、厚い伝導性銅２６を銅シード層の表面に電気めっきする。厚い銅の層２４はトレンチ／バイア開口部またはキャビティ中に入り込む（dips into）。めっきされた厚い堆積物は約１um〜数ミクロンの厚さである。次に所望により５０〜４５０℃の急速熱アニーリング（ＲＴＡ）処理を銅に施す。銅の電気めっきの場合、銅シード層の厚さは５０〜１，０００オングストロームである。厚い銅の上層は１〜１０ミクロンの厚さである。プロセスが銅の電気めっきを必要とする場合、バリアメタルはＷＮｘ及びＴａＮｘである。プロセスが銅の無電解めっきを必要とする場合、バリアメタルはＷＮｘであり、ＷＮｘのための銅シード層は必要ない。
【００１９】
図３を参照すると、デュアルダマシンプロセスにおいてはめ込み銅（inlaid copper）２６を有する伝導性相互接続配線及び伝導性コンタクトバイアを形成するための、トレンチ／バイア開口部またはキャビティ中の過剰の材料の平坦化を断面図で示す。厚い銅の層２６中の過剰の材料を、最上部バリア層材料２４及び銅シード層と一緒に、化学機械研摩（ＣＭＰ）によってポリッシュバック（polished back）し、平坦化する。
【００２０】
最後の断面図において、再度図３を参照すると、銅に近いＣＭＰ速度を有するＷＮまたはＴａＮ層が上面から除去されることに注意されたい。バイア／トレンチを内張りするＷＮまたはＴａＮは、銅を含む助けとなり、ライナは拡散バリアとして働く。重要な伝導性銅ライン及び相互接続バイアは、ディッシングが無く、シンニングしていないことが示される。従って、本発明の重要な用途、すなわち、多層伝導性金属ライン（５）への相互接続コンタクトが説明された。典型的には、ＷＮまたはＴａＮバリア層が銅に比較的に近い研摩速度を有する研摩プロセスである２段階ＣＭＰプロセスが理想的に実現し、これは使用するスラリーのタイプに依存する。駆動電流の増大に基づいて、増大した研摩摩擦によって終点を検出するラクストロン（Luxtron）終点制御装置を、このプロセスのために使用する。
【００２１】
図４を参照すると、本発明の別の用途、すなわち、半導体基板２中のＮ＋ドープした伝導性拡散領域６への電気的接点を断面図で示す。図３及び図４の両方は、本発明の２つの用途を示す。本発明の理解にとって特有の特定の区域のみを詳細に説明する。上記に略述したものと同様のプロセス工程に従う。しかしながら、図４において、デュアルダマシントレンチ／バイアプロセスにおいてバリア層２４及び伝導性銅２６によって電気的接点が作製されるドープした伝導性拡散領域（Ｎ＋）（６）が、出発シリコン単結晶基板２に設けられている。再度図４に関連して、プロセスシーケンスは次の通り。第１の厚い絶縁層９を、基板２の表面でかつドープした拡散領域６の上に堆積する。次に、第２の厚い絶縁層１５を、第１の厚い絶縁層９の上に堆積する。第１及び第２の絶縁層をパターン形成し、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を行って、トレンチ／バイア開口部またはキャビティを形成する。次に、バリア層２４の材料であるＷＮまたはＴａＮ（図２を参照されたい）をブランケット堆積し、薄い銅シード層（非常に薄いので図には示さない）を、バリア層２４の表面に堆積する。次に、厚い銅２６を銅シード層の表面に無電解めっきする。最後に、厚い銅の層２６中の過剰の材料を、最上部バリア層材料２４及び銅シード層と一緒に、ディッシングすること無く化学機械研摩（ＣＭＰ）によってポリッシュバックし、平坦化する。相互接続はめ込み銅２６の配線及びドープした拡散領域６へのコンタクトの最終結果は、図４に示す通りである。
【００２２】
図において説明したものはデュアルダマシンプロセスであるが、デュアルダマシンプロセスのサブセットとして、カルボニル前駆体を使用するバリア層はまた、シングルダマシンプロセスにおけるバイア及び／またはトレンチのみのための用途も有する。この点は、本明細書の導入部である第２節において指摘した。
【００２３】
本発明を、その好適な具体例に関連して、特に示し、説明してきたが、当業者であれば、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、形式及び詳細に様々な変更を行い得ることは理解できよう。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】デュアルダマシントレンチ／バイア開口部を断面図で示す。
【図２】バリアメタル層、及び最上部の表面に厚いめっきされた銅を有する銅シード層（非常に薄いので図には示さない）を断面図で示す。
【図３】過剰の材料の平坦化を断面図で示す。
【図４】半導体基板中のＮ＋ドープした伝導性拡散領域への電気的接点を断面図で示す。
【符号の説明】
【００２５】
２    基板
３    第１の絶縁層
４    第２の絶縁材料
５    金属配線
６    Ｎ＋ドープした伝導性拡散領域
８    絶縁体の第３の層
９    第１の厚い絶縁層
１４  絶縁体の第４の層
１５  第２の厚い絶縁層
１８  トレンチ
２０  バイア
２４  バリア層
２６  厚い銅の層
【図１】
2004153274.tif 000004
【図２】
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【図３】
2004153274.tif 000006
【図４】
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【外国語明細書】
2004153274000001.pdf