(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体デバイスを形成する方法であって、
凹部フィーチャを含んだ基板を用意し、
前記凹部フィーチャ内に、ＴａＮ又はＴａＡｌＮを含有するバリア層を堆積し、
前記バリア層上にＲｕメタルライナーを堆積し、
前記基板を酸化源ガスに晒して、前記Ｒｕメタルライナーを通して前記バリア層を酸化し、
イオン化物理気相堆積（ＩＰＶＤ）プロセスを用いて前記凹部フィーチャをＣｕＭｎメタルで充填し、
前記基板を熱処理して、前記ＣｕＭｎメタルから前記酸化されたバリア層にＭｎを拡散させ、且つ
前記拡散されたＭｎを前記酸化されたバリア層と反応させて、Ｍｎ含有拡散バリアを形成する、
ことを有する方法。
【請求項２】
前記Ｒｕメタルライナーを堆積した後、且つ前記凹部フィーチャを充填する前に、前記基板を不活性雰囲気内で熱処理する、
ことを更に有する請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記Ｒｕメタルライナーを堆積した後、且つ前記凹部フィーチャを充填する前に、プラズマ励起されたＨ２ガスに前記基板を晒す、ことを更に有する請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記熱処理することに先立って、前記ＣｕＭｎメタル上にＣｕメタルをめっきし、
化学機械研磨（ＣＭＰ）により、前記凹部フィーチャよりも上から、余分なめっきＣｕメタル及びＣｕＭｎメタルを除去し、且つ
窒化物キャップ層を堆積する、
ことを更に有する請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記基板を酸化源ガスに晒すことは、前記基板を空気に晒すことを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記基板を酸化源ガスに晒すことは、前記基板を酸素（Ｏ２）、水（Ｈ２Ｏ）、又はこれらの組み合わせに晒すことを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記Ｒｕメタルライナーは、Ｒｕ３（ＣＯ）１２前駆体とキャリアガスとしてのＣＯとを用いて化学気相堆積（ＣＶＤ）によって堆積される、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
半導体デバイスを形成する方法であって、
低真空処理ツール内で、
凹部フィーチャを含んだ基板を供給し、
前記凹部フィーチャ内に、ＴａＮ又はＴａＡｌＮを含有するバリア層を堆積し、且つ
前記バリア層上にＲｕメタルライナーを堆積する
ことによって基板を処理し、
前記低真空処理ツールから前記基板を取り出し、
前記基板を酸化源ガスに晒して、前記Ｒｕメタルライナーを通して前記バリア層を酸化し、且つ
高真空処理ツール内で、イオン化物理気相堆積（ＩＰＶＤ）プロセスを用いて前記凹部フィーチャをＣｕＭｎメタルで充填することによって、前記基板を処理する、
ことを有する方法。
【請求項９】
前記基板を熱処理して、前記ＣｕＭｎメタルから前記酸化されたバリア層にＭｎを拡散させ、且つ
前記拡散されたＭｎを前記酸化されたバリア層と反応させて、Ｍｎ含有拡散バリアを形成する、
ことを更に有する請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記Ｒｕメタルライナーを堆積した後、且つ前記凹部フィーチャを充填する前に、前記基板を不活性雰囲気内で熱処理する、
ことを更に有する請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記Ｒｕメタルライナーを堆積した後、且つ前記凹部フィーチャを充填する前に、プラズマ励起されたＨ２に前記基板を晒す、ことを更に有する請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記熱処理することに先立って、前記ＣｕＭｎメタル上にＣｕメタルをめっきし、
前記凹部フィーチャよりも上から、余分なめっきＣｕメタル及びＣｕＭｎメタルを除去し、且つ
窒化物キャップ層を堆積する、
ことを更に有する請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記基板を酸化源ガスに晒すことは、前記基板を空気に晒すことを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１４】
前記基板を酸化源ガスに晒すことは、前記基板を酸素（Ｏ２）、水（Ｈ２Ｏ）、又はこれらの組み合わせに晒すことを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１５】
前記Ｒｕメタルライナーは、Ｒｕ３（ＣＯ）１２前駆体とキャリアガスとしてのＣＯとを用いて化学気相堆積（ＣＶＤ）によって堆積される、請求項８に記載の方法。
【請求項１６】
半導体デバイスを形成する方法であって、
凹部フィーチャを含んだ基板を用意し、
前記凹部フィーチャ内にＴａＮ又はＴａＡｌＮのバリア層を堆積し、
前記バリア層上にＲｕメタルライナーを堆積し、該Ｒｕメタルライナーは約０．３ｎｍと約２ｎｍとの間に厚さを持ち、
酸素（Ｏ２）、水（Ｈ２Ｏ）、又はこれらの組み合わせを含有する酸化源ガスに前記基板を晒して、前記Ｒｕメタルライナーを通して前記バリア層を酸化し、
イオン化物理気相堆積（ＩＰＶＤ）プロセスと、約１原子％と約２０原子％との間でＭｎを有するＣｕＭｎスパッタターゲットとを用いて、前記凹部フィーチャをＣｕＭｎメタルで充填し、
前記基板を熱処理して、前記ＣｕＭｎメタルから前記Ｒｕメタルライナーを通して前記酸化されたバリア層にＭｎを拡散させ、且つ
前記拡散されたＭｎを前記酸化されたバリア層と反応させて、Ｍｎ含有拡散バリアを形成する、
ことを有する方法。
【請求項１７】
前記熱処理は、約３５０℃と約４００℃との間の温度で実行される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記Ｒｕメタルライナーを堆積した後、且つ前記凹部フィーチャを充填する前に、前記基板を不活性雰囲気内で熱処理する、
ことを更に有する請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、半導体製造において、コンフォーマル（共形）バリア層及びルテニウム（Ｒｕ）メタルライナーを銅（Ｃｕ）メタライゼーションとインテグレーション（統合）することに関する。
【０００２】
本出願は、２０１６年２月１２日に出願された米国仮出願第６２／２９４９８５号に関係し、その優先権を主張するものであり、その内容全体をここに援用する。
【背景技術】
【０００３】
バック・エンド・オブ・ライン（ＢＥＯＬ）性能／面積／コストのスケーリングは、１０ｎｍ／７ｎｍテクノロジーノードにとって先ず取り組むべき課題である。金属ライン及びビアは歩留まり改善のための重要分野であり続け、ライン／ビア抵抗及びＣｕ充填を、１０ｎｍノード及びその先における重要な技術課題にする。
【０００４】
ＴａＮの物理気相堆積（ＰＶＤ）が、正確な厚さ及び組成の制御、共形性（コンフォーマリティ）、均一性、及び層間誘電体ダメージに関するプロセス要求を満たすための、その限界に達している。バリア層の原子層堆積（ＡＬＤ）が、高アスペクト比構造にあっても略１００％の共形性であり、ひいては、誘電体にダメージを与えることなく“ピンチオフ”及びＣｕボイド形成を抑制することにより、有望さを示している。しかしながら、良好なバリア−Ｃｕ界面を提供するには依然としてＰＶＤ  Ｔａフラッシュ堆積及び／又はＰＶＤ  Ｃｕシード層が必要であったため、ＡＬＤバリアは、これまで、その有望さに応えてはいなかった。
【発明の概要】
【０００５】
半導体製造においてコンフォーマルバリア層及びＲｕメタルライナーをＣｕメタライゼーションとインテグレーションする方法が、幾つかの実施形態にて記述される。一実施形態によれば、当該方法は、凹部フィーチャ（リセス化された造形部）を含んだ基板を用意することと、凹部フィーチャ内にバリア層を堆積することと、バリア層上にＲｕメタルライナーを堆積することと、基板を酸化源ガスに晒して、Ｒｕメタルライナーを通してバリア層を酸化することとを含む。当該方法は更に、イオン化物理気相堆積（ＩＰＶＤ）プロセスを用いて凹部フィーチャをＣｕＭｎメタルで充填することと、基板を熱処理して、ＣｕＭｎメタルから酸化されたバリア層にＭｎを拡散させることと、拡散されたＭｎを酸化されたバリア層と反応させて、Ｍｎ含有拡散バリアを形成することとを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本発明の一実施形態に従った基板を処理するプロセスフロー図である。
【図２Ａ】本発明の一実施形態に従った基板を処理する方法を断面図により模式的に示している。
【図２Ｂ】本発明の一実施形態に従った基板を処理する方法を断面図により模式的に示している。
【図２Ｃ】本発明の一実施形態に従った基板を処理する方法を断面図により模式的に示している。
【図２Ｄ】本発明の一実施形態に従った基板を処理する方法を断面図により模式的に示している。
【図２Ｅ】本発明の一実施形態に従った基板を処理する方法を断面図により模式的に示している。
【図２Ｆ】本発明の一実施形態に従った基板を処理する方法を断面図により模式的に示している。
【図２Ｇ】本発明の一実施形態に従った基板を処理する方法を断面図により模式的に示している。
【図２Ｈ】本発明の一実施形態に従った基板を処理する方法を断面図により模式的に示している。
【図２Ｉ】本発明の一実施形態に従った基板を処理する方法を断面図により模式的に示している。
【図３】本発明の実施形態に従って処理された基板についての経時絶縁破壊（ＴＤＤＢ）を示している。
【図４】本発明の実施形態に従って処理された基板についてのタイムゼロ絶縁破壊（ＴＺＤＢ）を示している。
【図５】本発明の実施形態に従って処理された基板についてのＴＺＤＢを示している。
【図６】本発明の実施形態に従って処理された基板についてのＴＺＤＢを示している。
【図７】本発明の実施形態に従った統合化処理を実行するための高真空クラスタツールの模式図である。
【図８】本発明の実施形態に従った統合化処理を実行するための低真空クラスタツールの模式図である。
【図９】本発明の実施形態に従った統合化処理を実行するための高真空クラスタツールの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
半導体製造においてコンフォーマルバリア層及びＲｕメタルライナーをＣｕメタライゼーションとインテグレーションする方法が、幾つかの実施形態にて記述される。
【０００８】
一実施形態によれば、半導体デバイスを形成する方法が提供され、当該方法は、凹部フィーチャを含んだ基板を用意することと、凹部フィーチャ内にバリア層を堆積することと、バリア層上にＲｕメタルライナーを堆積することと、凹部フィーチャを酸化源ガスに晒してバリア層を酸化することとを含む。当該方法は更に、ＩＰＶＤプロセスを用いて凹部フィーチャをＣｕＭｎメタルで充填することと、基板を熱処理して、ＣｕＭｎメタルから酸化されたバリア層にＭｎを拡散させることと、拡散されたＭｎを酸化されたバリア層と反応させて、Ｍｎ含有拡散バリアを形成することとを含む。
【０００９】
図１は、本発明の一実施形態に従った基板を処理するプロセスフロー図であり、図２Ａ−２Ｉは、本発明の一実施形態に従った基板を処理する方法を断面図により模式的に示している。
【００１０】
プロセスフロー１は、ステップ１０にて、凹部フィーチャ２０６を含んだ基板２００を用意することを含む（図２Ａ）。例示の凹部フィーチャ２０６は、側壁２１６及び底部２１２を有するトレンチ２０８と、側壁２１８及び底部２１４を有するビア２１０とを含んでいる。凹部フィーチャ２０６は、第１の層２０２の中に形成されており、底部２１４は、下に位置する第２の層２０４の頂面を含んでいる。しかしながら、当業者が容易に理解するように、本発明の実施形態はまた、半導体デバイス製造にて見受けられるその他のいっそう単純又は複雑な凹部フィーチャにも容易に適用され得る。一例において、第１の層２０２は誘電体材料（例えば、ｈｉｇｈ−ｋ材料又はｌｏｗ−ｋ材料）を含むことができ、第２の層２０４は金属層（例えば、Ｃｕ）を含むことができる。
【００１１】
この方法は更に、ステップ１２にて、凹部フィーチャ２０６内にバリア層２２０を堆積し、ステップ１４にて、バリア層２２０上にＲｕメタルライナー２２２を堆積することを含む（図２Ｂ）。一実施形態によれば、バリア層２２０は、ＡＬＤによって堆積されるＴａＮ又はＴａＡｌＮを含み得る。バリア層の例示的な厚さは、約０．５ｎｍと約３ｎｍとの間、約１ｎｍと約２ｎｍとの間、約２ｎｍ、約１ｎｍ、２ｎｍ未満、又は１ｎｍ未満とし得る。ＴａＮバリア層は結晶性とし得るが、Ａｌの付加はアモルファスＴａＡｌＮバリア層を形成し得る。
【００１２】
ＴａＮバリア層のＡＬＤは順に、第１に、例えば（ｔＢｕＮ）Ｔａ（ＮＥｔＭｅ）３  （ＴＢＴＥＭＴ）といったタンタル前駆体に基板を晒し、そして、第２に、例えばＮＨ３といった窒素前駆体に基板を晒すことを含み得る。その後、ＡＬＤ  ＴａＮバリア層が所望の厚さを持つようになるまで、これらの露出工程が１回以上繰り返され得る。
【００１３】
本発明の実施形態によれば、タンタル前駆体は、Ｔａ（ＮＭｅ２）３（ＮＣＭｅ２Ｅｔ）  （ＴＡＩＭＡＴＡ）、Ｔａ（ＮＥｔ２）５  （ＰＤＥＡＴ）、Ｔａ（ＮＭｅ２）５  （ＰＤＭＡＴ）、Ｔａ（ＮＥｔＭｅ）５  （ＰＥＭＡＴ）、（ｔＢｕＮ）Ｔａ（ＮＭｅ２）３  （ＴＢＴＤＭＴ）、（ｔＢｕＮ）Ｔａ（ＮＥｔ２）３  （ＴＢＴＤＥＴ）、（ｔＢｕＮ）Ｔａ（ＮＥｔＭｅ）３  （ＴＢＴＥＭＴ）、及び（ｉＰｒＮ）Ｔａ（ＮＥｔ２）３  （ＩＰＴＤＥＴ）から成る群から選択され得る。
【００１４】
ＴａＡｌＮバリア層のＡＬＤは順に、第１に、例えばＴＢＴＥＭＴといったタンタル前駆体に基板を晒し、そして、第２に、例えばＮＨ３といった窒素前駆体に基板を晒すことを含み得る。これらの露出工程が１回以上繰り返され得る。その後、ＡＬＤは更に、順に、第１に、アルミニウム前駆体に基板を晒し、そして、第２に、窒素前駆体に基板を晒すことを含み得る。その後、ＴａＡｌＮバリア層が所望の厚さを持つようになるまで、これらの露出工程が繰り返され得る。Ｔａ：Ａｌサイクル比を用いて、ＴａＡｌＮバリア層内のＴａ及びＡｌの相対量を制御し得る。一部の例において、ＴａＡｌＮバリア層は、約５原子％と２５原子％との間でＡｌを含有し得る。
【００１５】
本発明の実施形態によれば、アルミニウム前駆体は、ＡｌＭｅ３、ＡｌＥｔ３、ＡｌＭｅ２Ｈ、［Ａｌ（ＯｓＢｕ）３］４、Ａｌ（ＣＨ３ＣＯＣＨＣＯＣＨ３）３、ＡｌＣｌ３、ＡｌＢｒ３、ＡｌＩ３、Ａｌ（ＯｉＰｒ）３、［Ａｌ（ＮＭｅ２）３］２、Ａｌ（ｉＢｕ）２Ｃｌ、Ａｌ（ｉＢｕ）３、Ａｌ（ｉＢｕ）２Ｈ、ＡｌＥｔ２Ｃｌ、Ｅｔ３Ａｌ２（ＯｓＢｕ）３、Ａｌ（ＴＨＤ）３、Ｈ３ＡｌＮＭｅ３、Ｈ３ＡｌＮＥｔ３、Ｈ３ＡｌＮＭｅ２Ｅｔ、及びＨ３ＡｌＭｅＥｔ２から成る群から選択され得る。
【００１６】
Ｒｕメタルライナー２２２は、例えば、Ｒｕ３（ＣＯ）１２前駆体とキャリアガスとしてのＣＯとを用いて化学気相堆積（ＣＶＤ）によって堆積され得る。Ｒｕメタルライナー２２２の例示的な厚さは、約０．３ｎｍと約２ｎｍとの間とし得る。
【００１７】
この方法は更に、ステップ１６にて、基板２００を酸化源ガス２２４に晒すことで、Ｒｕメタルライナー２２２を通してバリア層２２０を酸化して、酸化されたバリア層２２１を形成することを含む（図２Ｃ）。Ｒｕメタルライナー２２２の非常に薄い厚さにより、バリア層２２０の酸化が容易にされる。一部の実施形態によれば、酸化源ガス２２４は、酸素（Ｏ２）、水（Ｈ２Ｏ）、又はこれらの組み合わせを含むことができる。一例において、酸化源ガス２２４は空気曝露を含み得る。空気曝露は、数秒から２〜３日の間続けられることができ、Ｒｕメタルライナー２２２を介したバリア層２２０の少なくとも部分的な酸化を生じさせることができる。
【００１８】
一実施形態によれば、酸化源ガスに晒すことに続いて、凹部フィーチャ２０６から余分な水分及びその他の不純物を除去するために基板２００を処理してもよい。基板２００は、脱ガス及び還元雰囲気２２６への曝露によって処理され得る（図２Ｄ）。脱ガスは、減圧（例えば、１０Ｔｏｒｒ）及び約３５０℃の基板温度の下で、アルゴン（Ａｒ）が存在する中で基板２００を加熱することを含むことができ、還元雰囲気は、約３５０℃の基板温度にあって、水素（Ｈ２）プラズマを含むことができる。
【００１９】
この方法は更に、ステップ１８にて、イオン化物理気相堆積（ＩＰＶＤ）プロセスを用いて凹部フィーチャ２０６をＣｕＭｎメタル２２８で充填することを含む（図２Ｅ）。ＩＰＶＤプロセスは、Ｃｕメタル及びＭｎメタルの供給源としてＣｕＭｎスパッタターゲットを使用し得る。一例において、ＣｕＭｎスパッタターゲットは、約１原子％と約２０原子％との間のＭｎと残余のＣｕとを含有し得る。例示的なＩＰＶＤプロセスが米国特許第７６１８８８８号に記載されており、その内容全体をここに援用する。
【００２０】
一実施形態によれば、ＣｕＭｎメタル２２８上にＣｕ層２３０が電解めっきされてもよく（図２Ｆ）、化学機械研磨（ＣＭＰ）を用いてＣｕ層２３０及びＣｕＭｎメタル２２８が平坦化され、そして、平坦化された基板２００上に窒化物キャップ層２３２（例えば、ＳｉＮ）が堆積され得る（図２Ｇ）。
【００２１】
この方法は更に、ステップ２０にて、基板２００を熱処理して、ＣｕＭｎメタル２２８から、Ｒｕメタルライナー２２２を通して、酸化されたバリア層２２１にＭｎを拡散させることを含む。ＣｕＭｎメタル２２８から、酸化されたバリア層２２１及び窒化物キャップ層２３２へのＭｎ拡散は、図２Ｈ中に矢印２３４によって指し示されている。この熱処理は、別の炉内で、例えば約３５０℃と約４００℃との間の基板温度で実行され得る。
【００２２】
ステップ２２にて、拡散されたＭｎが、酸化されたバリア層２２１と反応して、Ｍｎ含有拡散バリア２３６を形成する。さらに、拡散されたＭｎは、窒化物キャップ層２３２と接触したバリア２３８を形成する（図２Ｉ）。
【００２３】
本発明の実施形態によれば、酸化されたバリア層２２１における酸素の存在が、酸素に対するＭｎの高い親和力により、ＣｕＭｎメタル２２８から酸化されたバリア層２２１へのＭｎ拡散を促進させる。拡散されたＭｎは、酸化されたバリア層２２１と反応して、Ｍｎ含有拡散バリア２３６を形成する。一部の例において、Ｍｎ含有拡散バリア２３６は、ＴａＮＭｎＯ又はＴａＡｌＮＭｎＯを有する。酸化されたバリア層２２１の形成なしでは、Ｍｎ拡散が、窒化物キャップ層２３２と接触したバリア２３８の形成にほぼ限られることが、実験によって示されている。
【００２４】
図３は、本発明の実施形態に従って処理された基板についてのＴＤＤＢを示している。これら４サンプルは、Ｒｕメタルライナーの堆積後の空気曝露有り又は無しの、ＴａＮバリア層を有する２サンプル及びＴａＡｌＮバリア層を有する２サンプルを含んでおり、その後、ＣｕＭｎメタル充填及び加熱を行っている。これら異なるサンプルは、Ｓ５）空気曝露有りの１ｎｍ厚ＡＬＤ  ＴａＮ、Ｓ６）空気曝露無しの１ｎｍ厚ＡＬＤ  ＴａＮ、Ｓ９）空気曝露有りの１ｎｍ厚ＡＬＤ  ＴａＡｌＮ、及びＳ１０）空気曝露無しの１ｎｍ厚ＡＬＤ  ＴａＡｌＮを含んでいる。結果が示すように、ＴａＮ及びＴａＡｌＮの双方のバリア層に関して空気曝露がＴＤＤＢを向上させた。これは、ＴａＮ及びＴａＡｌＮのバリア層と比較して向上されたバリア特性を持つＴａＮＭｎＯ及びＴａＡｌＮＭｎＯの形成によるものである。
【００２５】
図４は、本発明の実施形態に従って処理された基板についてのＴＺＤＢを示している。これら４サンプルについては、図３を参照して上述してある。結果が示すように、１ｎｍバリア層の破壊電圧（ＶＢＤ）が伸ばされており、ＴａＮ及びＴａＡｌＮの双方のバリア層に関して空気曝露がＴＺＤＢを向上させた。
【００２６】
図５は、本発明の実施形態に従って処理された基板についてのＴＺＤＢを示している。これら４サンプルは、ＣｕＭｎメタル充填後の熱処理無しのＴａＮ及びＴａＡｌＮバリア層であって、Ｓ３）２ｎｍ厚ＡＬＤ  ＴａＮ、Ｓ５）２ｎｍ厚ＡＬＤ  ＴａＡｌＮ、Ｓ７）１ｎｍ厚ＡＬＤ  ＴａＮ、及びＳ９）１ｎｍ厚ＡＬＤ  ＴａＡｌＮを含んでいる。結果が示すように、より厚い（２ｎｍの）ＴａＮ及びＴａＡｌＮバリア層が、向上されたＴＺＤＢをもたらした。これら４サンプルは、ＣｕＭｎ充填に先立って空気に晒されていない。
【００２７】
図６は、本発明の実施形態に従って処理された基板についてのＴＺＤＢを示している。これら４サンプルについては、図５を参照して上述してある。これら４サンプルを更に、ＣｕＭｎメタル充填後に４０ｍｉｎにわたって４００℃の温度で熱処理した。これら４サンプルは、ＣｕＭｎ充填に先立って空気に晒されていない。結果が示すように、熱処理の後には、１ｎｍのＴａＮ及びＴａＡｌＮバリア層は、２ｎｍのＴａＮ及びＴａＡｌＮバリア層と同等のＴＺＤＢを有していた。
【００２８】
凹部フィーチャのＣｕ充填に関するＡＬＤバリア層及びＣＶＤ  Ｒｕメタルライナーのインテグレーションは、東京エレクトロン社から入手可能なＴｒｉａｓ−Ｔａｎｄｅｍ（登録商標）クラスタツール上で実行され得る。このようなクラスタツールを、図７に模式的に示す。中間空気曝露を含まない基板処理がクラスタツール内で実行され得る。クラスタツールは、基板処理中に高真空を維持することができる。
【００２９】
図７は、本発明の実施形態に従った統合化処理を実行するための高真空クラスタツールの模式図である。高真空処理ツール７００は、カセットモジュール７０１Ａ及び７０１Ｂと基板アライメントモジュール７０１Ｃとを含む基板（ウエハ）搬送システム７０１を収容している。基板搬送システム７０１にロードロックチャンバ７０２Ａ及び７０２Ｂが結合されている。基板搬送システム７０１は、大気圧に維持されるが、不活性ガスでパージすることによって清浄な環境が提供される。
【００３０】
ロードロックチャンバ７０２Ａ及び７０２Ｂは、基板搬送システム７０３に結合されている。基板搬送システム７０３は、ターボ分子ポンプ（図示せず）を用いて、非常に低いベース圧（例えば、５×１０−８Ｔｏｒｒ、又はそれ未満）に維持され得る。基板搬送システム７０３は、基板搬送ロボットを含むとともに、脱ガス／Ｈ２プレ洗浄システム７０４Ａ及び７０４Ｄと処理システム７０４Ｂ及び７０４Ｃとに結合されている。一実施形態によれば、処理システム７０４Ｂ及び７０４Ｃは、凹部フィーチャのＣｕＭｎ充填のためにＩＰＶＤを実行するように構成され得る。
【００３１】
さらに、基板搬送システム７０３は、基板ハンドリングチャンバ７０４Ｅを介して基板搬送システム７０５に結合される。基板搬送システム７０３においてのように、基板搬送システム７０５は、ターボ分子ポンプ（図示せず）を用いて、非常に低いベース圧（例えば、５×１０−８Ｔｏｒｒ、又はそれ未満）に維持され得る。基板搬送システム７０５は、基板搬送ロボットを含む。基板搬送システム７０５に、ＴａＮ及びＴａＡｌＮバリア層のＡＬＤを実行するように構成され得る処理システム７０６Ａ及び７０６Ｃと、ＣＶＤ  Ｒｕメタルを実行するように構成された処理システム７０６Ｄ及び７０６Ｂとが結合されている。本発明の一実施形態によれば、ＣＶＤ  Ｒｕは、Ｒｕメタルライナーを堆積するために、Ｒｕ３（ＣＯ）１２とＣＯとを含有する堆積ガスを使用し得る。例示的なＣＶＤ  Ｒｕメタルシステム及び処理の方法が米国特許第７２７０８４８号に詳細に記載されており、その内容全体をここに援用する。
【００３２】
一実施形態によれば、処理システム７０６Ｄ及び７０６Ｂのうちの一方以上が、バリア層上へのＣＶＤ  Ｒｕメタルライナーの堆積後に、基板を酸化源ガスに晒すために使用され得る。酸化源ガスは、例えば、酸素（Ｏ２）、水（Ｈ２Ｏ）、及びこれらの組み合わせを含み得る。
【００３３】
高真空処理ツール７００は、インテグレートされた基板処理の間に図７に示した処理システム及び処理要素の何れか又は全てに結合され且つそれを制御することが可能なコントローラ７１０を含んでいる。これに代えて、あるいは加えて、コントローラ７１０は、１つ以上の更なるコントローラ／コンピュータ（図示せず）に結合されることができ、コントローラ７１０は、更なるコントローラ／コンピュータからセットアップ及び／又は設定の情報を取得することができる。コントローラ７１０は、これらの処理システム及び処理要素の何れか又は全てを設定するために使用されることができ、コントローラ７１０は、これらの処理システム及び処理要素の何れか又は全てからのデータを収集、提供、処理、格納、及び表示し得る。コントローラ７１０は、これらの処理システム及び処理要素の何れか又は全てを制御するための多数のアプリケーションを有し得る。例えば、コントローラ７１０は、１つ以上の処理システム及び／又は処理要素をユーザが監視及び／又は制御することを可能にする使いやすいインタフェースを提供し得るグラフィックユーザインタフェース（ＧＵＩ）コンポーネントを含むことができる。
【００３４】
コントローラ７１０は、高真空処理ツール７００からの出力を監視するとともに高真空処理ツール７００に対する入力の伝達及びアクティブ化並びに情報の交換を行うのに十分な制御電圧を生成可能な、マイクロプロセッサ、メモリ、及びデジタルＩ／Ｏポートを含んでいる。例えば、インテグレートされた基板処理を実行するために、プロセスレシピに従って高真空処理ツール７００の入力をアクティブにするために、メモリに格納されたプログラムが使用され得る。コントローラ７１０は、メモリに格納された１つ以上の命令の１つ以上のシーケンスをプロセッサが実行することに応答して、本発明のマイクロプロセッサベースの処理ステップ群の一部又は全てを実行する汎用コンピュータシステムとして実装され得る。このような命令は、例えばハードディスク又はリムーバブルメディアドライブなどの別のコンピュータ読み取り可能媒体からコントローラメモリに読み込まれてもよい。また、マルチプロセッシング構成の１つ以上のプロセッサが、メインメモリに格納された命令のシーケンスを実行するコントローラマイクロプロセッサとして用いられてもよい。他の実施形態においては、ソフトウェア命令に代えて、あるいは組み合わせて、配線接続された回路が用いられてもよい。故に、実施形態は、ハードウェア回路とソフトウェア回路との如何なる特定の組み合わせにも限定されない。
【００３５】
コントローラ７１０は、本発明の教示に従ってプログラムされた命令を保持し、且つ本発明を実施するために必要となり得るデータ構造、テーブル、記録、又はその他のデータを格納するために、例えばコントローラメモリなどの少なくとも１つのコンピュータ読み取り可能媒体又はメモリを含む。コンピュータ読み取り可能媒体の例は、コンパクトディスク、ハードディスク、フロッピーディスク（登録商標）、テープ、磁気光ディスク、ＰＲＯＭ（ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュＥＰＲＯＭ）、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ、ＳＤＲＡＭ、その他の何らかの磁気媒体、コンパクトディスク（例えば、ＣＤ−ＲＯＭ）、その他の何らかの光学媒体、パンチカード、紙テープ、穴パターンを有するその他の物理媒体、搬送波（後述）、又はコンピュータが読み取り可能なその他の何らかの媒体である。
【００３６】
本発明は、コントローラ７１０を制御し、本発明を実施するように１つ以上の装置を駆動し、且つ／或いはコントローラ７１０が人間のユーザと相互作用することを可能にするための、コンピュータ読み取り可能媒体の何れか１つ又は組み合わせに格納されたソフトウェアを含む。このようなソフトウェアは、以下に限られないが、デバイスドライバ、オペレーディングシステム、開発ツール、及びアプリケーションソフトウェアを含み得る。このようなコンピュータ読み取り可能媒体は更に、本発明を実施する際に実行される処理の全て又は一部（処理が分散される場合）を実行するための本発明に係るコンピュータプログラムプロダクトを含む。
【００３７】
本発明に係るコンピュータコードデバイスは、以下に限られないが、スクリプト、インタープリタ型プログラム、動的リンクライブラリ（ＤＬＬ）、Ｊａｖａ（登録商標）クラス、及び完全実行型プログラム、を含む如何なるインタープリタコード機構又は実行コード機構であってもよい。また、本発明の処理の一部は、より良好な性能、信頼性、及び／又はコストのために分散されてもよい。
【００３８】
用語“コンピュータ読み取り可能媒体”は、ここで使用されるとき、実行のためにコントローラ７１０のプロセッサに命令を提供することに関与する如何なる媒体をも指す。コンピュータ読み取り可能媒体は、以下に限られないが、不揮発性媒体、揮発性媒体、及び伝送媒体を含む数多くの形態をとり得る。不揮発性媒体は例えば、ハードディスク又はリムーバブルメディアドライブなどの、光ディスク、磁気ディスク、及び磁気光ディスクを含む。揮発性媒体は、例えばメインメモリなどのダイナミックメモリを含む。また、コンピュータ読み取り可能媒体の様々な形態は、実行のためにコントローラのプロセッサに１つ以上の命令の１つ以上のシーケンスを搬出することに関与し得る。例えば、命令は当初、遠隔コンピュータの磁気ディスク上に担持されていてもよい。遠隔コンピュータは、本発明の全て又は一部を実施するための命令をダイナミックメモリにロードし、その命令をコントローラ７１０にネットワーク上で送ることができる。
【００３９】
コントローラ７１０は、高真空処理ツール７００に対してローカルに配置されていてもよいし、高真空処理ツール７００に対して遠隔に配置されていてもよい。例えば、コントローラ７１０は、直接接続、イントラネット、インターネット、及び無線接続のうちの少なくとも１つを用いて、高真空処理ツール７００とデータを交換し得る。コントローラ７１０は、例えば、顧客側（すなわち、デバイスメーカーなど）のイントラネットに結合されていてもよいし、製造供給元（すなわち、装置製造者）のイントラネットに結合されていてもよい。また、例えば、コントローラ７１０はインターネットに結合されていてもよい。さらに、他のコンピュータ（すなわち、コントローラ、サーバなど）が、例えば、直接接続、イントラネット及びインターネットのうちの少なくとも１つを介して、データを交換するためにコントローラ７１０にアクセスしてもよい。これまた当業者に理解されるように、コントローラ７１０は無線接続を介して高真空処理ツール７００とデータを交換してもよい。
【００４０】
他の一実施形態によれば、基板処理は、図８の低真空処理ツール８００内で実行された後に図９の高真空処理ツール９００内で更に処理され得る。この実施形態において、処理ツール８００及び９００は、図７の高真空処理ツール７００を置き換えることができる。一例において、バリア層及びＲｕメタルライナーは、低真空処理ツール８００内で基板上に堆積されてもよく、その後、酸化されたバリア層を形成するために基板が空気に晒される。次いで、基板は高真空処理ツール９００内で更に処理され、そこで、基板は、脱ガス及び還元雰囲気への曝露、並びにそれに続くＩＰＶＤによるＣｕＭｎメタルの堆積によって処理され得る。低真空処理ツール８００及び高真空処理ツール９００という２つの処理ツールの使用は、単一の大型で高価な高真空処理ツール７００を使用する必要を取り除く。これは、本発明の実施形態に従った基板を処理することのコストを低減する。高真空を必要とするのは、主として、バックグラウンド不純物が非常に低いことを要求するＩＰＶＤ  ＣｕＭｎ処理システムに因る。
【００４１】
図８は、本発明の実施形態に従った統合化処理を実行するための低真空クラスタツールの模式図である。低真空処理ツール８００は、カセットモジュール８０１Ａ及び８０１Ｂと基板アライメントモジュール８０１Ｃとを含む基板（ウエハ）搬送システム８０１を収容している。基板搬送システム８０１にロードロックチャンバ８０２Ａ及び８０２Ｂが結合されている。基板搬送システム８０１は、大気圧に維持されるが、不活性ガスでパージすることによって清浄な環境が提供される。
【００４２】
ロードロックチャンバ８０２Ａ及び８０２Ｂは、基板搬送システム８０５に結合されている。基板搬送システム８０５は、ターボ分子ポンプ（図示せず）を用いて、低いベース圧（例えば、１×１０−５Ｔｏｒｒ、又はそれ未満）に維持され得る。基板搬送システム８０５は、基板搬送ロボットを含むとともに、ＴａＮ及びＴａＡｌＮバリア層のＡＬＤを実行するように構成され得る処理システム８０６Ａ及び８０６Ｃと、ＣＶＤ  Ｒｕメタルを実行するように構成された処理システム８０６Ｄ及び８０６Ｂとに結合されている。低真空処理ツール８００は、インテグレートされた基板処理の間に図８に示した処理システム及び処理要素の何れか又は全てに結合され且つそれを制御することが可能なコントローラ８１０を含んでいる。
【００４３】
図９は、本発明の実施形態に従った統合化処理を実行するための真空クラスタツールの模式図である。高真空処理ツール９００は、カセットモジュール９０１Ａ及び９０１Ｂと基板アライメントモジュール９０１Ｃとを含む基板（ウエハ）搬送システム９０１を収容している。基板搬送システム９０１にロードロックチャンバ９０２Ａ及び９０２Ｂが結合されている。基板搬送システム９０１は、大気圧に維持されるが、不活性ガスでパージすることによって清浄な環境が提供される。
【００４４】
ロードロックチャンバ９０２Ａ及び９０２Ｂは、基板搬送システム９０５に結合されている。基板搬送システム９０５は、ターボ分子ポンプ（図示せず）を用いて、非常に低いベース圧（例えば、５×１０−８Ｔｏｒｒ、又はそれ未満）に維持され得る。基板搬送システム９０５は、基板搬送ロボットを含むとともに、脱ガス／Ｈ２プレ洗浄システム９０６Ａ及び９０６Ｃと、凹部フィーチャのＣｕＭｎ充填のためにＩＰＶＤを実行するように構成された処理システム９０６Ｂ及び９０６Ｄとに結合されている。
【００４５】
高真空処理ツール９００は、インテグレートされた基板処理の間に図９に示した処理システム及び処理要素の何れか又は全てに結合され且つそれを制御することが可能なコントローラ９１０を含んでいる。
【００４６】
Ｃｕメタライゼーションに対するＡＬＤバリア層及びＣＶＤ  Ｒｕメタルライナーのインテグレーションの方法に関して、複数の実施形態を記述してきた。これらの方法は、幅狭で高アスペクト比のリセス化された造形部の、ボイドのない優れたＣｕメタル充填を必要とする半導体デバイスを製造するための、切望されていたソリューションを提供する。本発明の実施形態の以上の記述は、例示及び説明の目的で提示されている。これは、網羅的であることや、本発明を開示したままの形態に限定することを意図したものではない。この明細書及び以下の特許請求の範囲は、単に記述目的で使用された用語であって、限定するものとして解釈されるべきでない用語を含んでいる。
【００４７】
当業者が理解し得るように、以上の教示に照らして数多くの変更及び変形が可能である。当業者は、図に示した様々なコンポーネントに対する様々な均等な組み合わせ及び代用を認識することになる。故に、意図されることには、本発明の範囲は、この詳細な説明によってではなく、添付の請求項によって限定されるものである。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図２Ｆ】
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【図２Ｇ】
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【図２Ｈ】
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【図２Ｉ】
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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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