(57)【要約】  自己制限プロセスシーケンスによって窒化アルミニウム層（１０６）を形成することにより、銅系メタライゼーション層の界面特性を大幅に改善できる一方で、層スタックの全体的な誘電率を低いレベルに保つことができる。
2010517325.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電層内に形成された金属領域の露出された面上に窒素含有層を形成するステップと、
前記金属領域上にアルミニウムと窒素を含有する第１のバリア層を形成するために、アルミニウム含有ガスに基づいて形成された雰囲気に前記窒素含有層を露出させるステップとを含む方法。
【請求項２】
前記金属領域は銅を含み、前記窒素含有層を形成するステップは、酸化銅を窒化銅に変換するために前記露出面を処理するステップを含み、前記露出面の処理には、アンモニウム含有（ＮＨ３）雰囲気の形成が含まれる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記アルミニウム含有ガスはＡｌ（ＣＨ３）３を含む請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第１のバリア層上に第２の誘電バリア層を形成するステップと、前記第２の誘電バリア層の上にｌｏｗ−ｋ誘電材料を形成するステップとを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記アルミニウムと窒素を含有する第１のバリア層上にｌｏｗ−ｋ誘電材料を形成するステップを更に含む、請求項１に記載の方法。 
【請求項６】
前記アルミニウムと窒素を含有する第１のバリア層は前記誘電層上に形成され、少なくとも表面にＯＨ基を有するように前記誘電層を形成するステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
誘電層内に、露出された銅含有金属領域が形成されている基板を提供するステップと、
気体雰囲気中で実施される自己制限反応機構を使用して、前記露出された銅含有金属領域および前記誘電層上に誘電バリア層を形成するステップとを含む方法。
【請求項８】
前記誘電バリア層はアルミニウムおよび窒素を含み、前記誘電バリア層を形成するステップは、前記露出された銅含有金属領域上に窒化銅層を形成するステップと、前記窒化銅層をアルミニウム含有ガスで処理するステップとを含み、前記誘電バリア層を形成するステップは、前記アルミニウム含有ガスによる前記処理後に、前記基板をアンモニウム含有雰囲気に露出させるステップをさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記誘電バリア層上にエッチストップ層を形成するステップと、前記エッチストップ層上に第２の誘電層を形成するステップと、前記エッチストップ層を使用して前記第２の誘電層をパターニングするステップとを更に含み、少なくとも前記エッチストップ層および前記誘電バリア層はインサイチュで形成される、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
誘電層に形成された銅含有領域と、
前記銅含有領域および前記誘電層上に形成された窒化アルミニウム層と、
前記窒化アルミニウム層の上に形成された第２の誘電層と、
前記誘電層内に形成され、前記銅含有領域に接続している金属ビアと、を備える半導体デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の主題は、一般に、集積回路の形成に関し、より詳細には、金属のエレクトロマイグレーション性能を改善するために、バリア材料を含む誘電材料に埋め込まれる、銅などの導電性の非常に高い金属を含むメタライゼーション層の形成に関する。
【背景技術】
【０００２】
最新の集積回路では、電界効果トランジスタのチャネル長などの最小加工寸法（feature size）がディープサブミクロンの範囲に達しており、このような回路の速度および／または消費電力の面での性能が着実に上がっている。個々の回路素子が大幅に微細化され、これにより、例えば、トランジスタ素子のスイッチング速度が改善されるにつれ、個々の回路素子を電気的に接続する相互接続配線のために利用可能なフロア面積（floor space）も小さくなっている。この結果、使用可能なフロア面積の減少と、単位面積当たりに設けられる回路素子の個数の増加を埋め合わせるために、このような相互接続配線を微細化する必要がある。
【０００３】
最小寸法が約０．３５μｍ以下の集積回路では、トランジスタ素子のスイッチング速度によって生じる信号伝搬遅延が、デバイス性能を制限する要因となる。これらのトランジスタ素子のチャネル長が５０ｎｍ以下に達した現在、信号伝搬遅延は、電界効果トランジスタによってもはや制限されておらず、回路密度の増加による相互接続配線によって制限されるようになっている。この理由は、配線間キャパシタンス（Ｃ）が上昇し、配線の断面積の低下により配線の抵抗（Ｒ）も上昇しているためである。このため、メタライゼーション層の形成に、寄生ＲＣ時定数により、新しいタイプの材料の採用が必要となっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来、メタライゼーション層、すなわち、所定の回路レイアウトに従った回路素子の電気的接続を提供するための金属配線およびビアを含む配線層が、例えば、代表的な金属としてのアルミニウムと共に、二酸化シリコンおよび／または窒化シリコンを含む誘電層スタックによって形成されている。アルミニウムは、加工寸法の極めて小さな集積回路で必要とされる高い電流密度でエレクトロマイグレーションを顕著に受けるため、アルミニウムに代えて、例えば、電気抵抗が遙かに低く、高いエレクトロマイグレーション耐性を示す銅が使用されつつある。非常に高度なアプリケーションでは、銅および／または銅合金を使用するほか、実績のある周知の誘電材料である二酸化シリコン（ｋ＝４．２）と窒化シリコン（ｋ＞５）に代えて、比誘電率が約３．０以下のいわゆるｌｏｗ−ｋ（低ｋ）誘電材料が使用されうる。しかし、周知の実績のあるアルミニウム／二酸化シリコンのメタライゼーション層から、おそらくｌｏｗ−ｋ誘電材料と組み合わせた銅系メタライゼーション層への移行には、解決すべき問題が幾つかある。
【０００５】
例えば、銅は、実績のある堆積法（例えば化学気相成長法および物理気相成長法）によって、比較的多量を効率的に堆積することができない。更に、銅は、実績のある異方性エッチングプロセスで効率的にパターニングすることができない。このため、銅の配線およびビアを含むメタライゼーション層の形成に、いわゆるダマシンまたはインレイ法が使用されることが多い。一般に、ダマシン法では、誘電層が堆積され、その後、トレンチおよびビアを受け容れるための開口がパターニングされ、電気めっきまたは非電解めっきなどのめっき法によって、開口に銅またはその合金が埋め込まれる。更に、銅は、二酸化シリコンなどの複数の誘電体および多くのｌｏｗ−ｋ誘電体中に容易に拡散するため、近くにある誘電材料との界面に、拡散バリア層を形成する必要があることがある。更に、銅は容易に反応して、酸化部分を形成し、これにより、おそらく、銅系金属配線の、密着性、導電性およびエレクトロマイグレーション耐性に関する特性を悪化させるため、銅系金属への水分および酸素の拡散を抑制する必要がある。
【０００６】
金属領域の全体的な導電性を過度に低下させないために、導電バリア材料がトレンチ内側の側壁領域を覆うために通常使用される一方、誘電バリア材料が、キャップ層または誘電バリア層として通常使用される。後者は、メタライゼーションの次のレベルの金属領域から延在するビアにより、金属領域へのコンタクトを形成するためのエッチングプロセスにおいて、有効なエッチストップ材料としても機能しうる。例えば、窒化シリコンは、銅の有効な拡散バリアとして知られており、例えば、誘電バリア層として使用されうる。別の例として、窒化シリコンの適度に高い誘電率は不適であると考えられる場合には、窒素添加シリコンカーバイド（ＳｉＣＮ）が銅の拡散バリアとして使用されることが多い。窒化シリコンのバリア層およびシリコンカーバイド系のバリア層は拡散阻止効果を有するにも関わらず、電流によって誘起される物質輸送（エレクトロマイグレーション）、あるいは応力によって誘起される他の物質輸送効果に抗する銅の耐性は、銅系金属と、隣接する誘電バリア層との間の界面の特性に強く依存することがわかっている。このため、高電流密度を特徴とする高度な集積回路では、高い密着性、このため、エレクトロマイグレーションまたは応力誘起質量輸送に関して高い性能が得られるように、銅系金属と誘電バリア層間の界面を設計することが一般に重要である。
【０００７】
このため、この点に関して、高いデバイス性能と併せて、優れた信頼性、すなわち優れたエレクトロマイグレーション挙動を得るために、従来技術において複数の手法が提案され、実施されてきた。このため、ＳｉＮ、ＳｉＣ、ＳｉＣＮなどの多くの材料、およびこれらの材料の各種の組み合せが、誘電バリア材料として使用されうる。しかし、一般に、銅、酸素、水分等に対して望ましい拡散阻止特性を与える多くの誘電材料は、適度に高いｋ値を有するため、両方の要件（すなわち、優れたエレクトロマイグレーション挙動とｌｏｗ−ｋ特性）を満たすことは、非常に困難であることがわかっている。更に、銅の表面は、露出後は反応性が非常に高く、動作中に物質輸送の拡散経路を与えると共にバリア材料の密着性を低下させかねない酸化銅の残滓を除去するために、通常は、誘電バリア材料を堆積する前に、個々の処理が必要となる。しかし、この堆積前処理は、銅表面に大きく作用し、その後の処理および／またはデバイスの動作時に銅の性能を低下させかねない。このため、銅系材料を過度に損傷させないように、攻撃性の低い処理が提案されてきた。この点において、銅シリサイドまたは窒素含有銅シリサイド（ＣｕＳｉＮ）が有効な合金であると確認されており、これにより、非常に安定な界面が得られ、相当する金属領域に、エレクトロマイグレーションおよび他の応力誘起質量輸送効果に対する高い耐性を与え、このため高い信頼性が与えられる。このため、従来の手法の一部では、銅表面が、シリコン含有前駆体としてシラン（ＳｉＨ４）と窒素含有ガスとが含まれうる、プラズマ支援気体雰囲気などの反応性気体雰囲気に露出され、窒素の特定の部分と銅シリサイドが形成される。通常、露出されている銅界面に窒素含有銅シリサイド（ＣｕＳｉＮ）物質を形成するためのプロセスは、窒化シリコン、窒素添加シリコンカーバイドまたはこれらの組み合せのバリア材料のプラズマ促進化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）の直前に実施される。その際、窒素含有銅シリサイド（ＣｕＳｉＮ）合金を形成し、誘電バリア材料を堆積するために銅表面を準備するため、プラズマ促進プロセスなどの個々のクリーニングプロセスが実施されうる。このため、銅表面に作用し、このため複雑な表面状態が得られる複数の複雑なプロセスが実施されることがあり、このため、窒素含有銅シリサイド（ＣｕＳｉＮ）材料の形成時に、正確に制御されたプロセス条件が必要とされうる。プロセス条件がわずかでも変動しても、得られる窒素含有銅シリサイド（ＣｕＳｉＮ）材料の組成が大きく変わることがわかっており、表面近傍で銅の特性が悪化することすらある。このため、窒素含有銅シリサイド（ＣｕＳｉＮ）は、銅系メタライゼーション構造の性能を改善するための有望な候補であるものの、例えば、先駆体材料のわずかな不均衡により、得られる金属配線の性能特性が予測不能となるため、プロセスの制御が困難である。
【０００８】
本開示は、上に記載した問題の影響の１つ以上を回避することができるか、少なくとも低減させることができる各種の方法およびデバイスを対象としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以下では、本発明の一部の態様の基本を理解できるように、発明の概要を説明する。この概要は、本発明のすべてを概観するものではない。本発明の主要または重要な要素を特定したり、本発明の範囲を詳細に記載することを意図するものでもない。その唯一の目的は、後述する詳細な説明に先だって、概念の一部を簡潔に示すことにある。
【００１０】
一般に、本開示の主題は、銅含有金属領域などの露出された金属含有領域上に有効な誘電バリア層を形成するための技術に関し、その際、誘電材料および金属領域上に連続する材料膜を形成するために、自己制限堆積法が使用されうる。化学結合に基づいた厳密に制御可能な成長機構により、密着性を向上させることができ、適切な材料と組み合わせて、効率的な拡散阻止特性を与えることができる。これにより、更なる誘電材料を省略するか、少なくともその膜厚を大幅に薄くすることが可能となりうる。したがって、誘電層スタックの寄生静電容量の低下に関して、優れた性能特性を得ることができる。一部の態様では、原子層堆積（atomic layer deposition：ＡＬＤ）様のプロセスに基づいて形成される誘電バリア層は、アルミニウムおよび窒化物を含有する層であり、これを「窒化アルミニウム層」と呼ぶ。この層は、銅の拡散阻止特性を与えると共に、酸素および水分に対して優れたゲッタ能も有しうる。このため、自己制限技術に基づいた堆積プロセスの優れた制御性は、低い比誘電率と個々の拡散阻止特性と併せて、高度な半導体デバイスのメタライゼーション構造の信頼性の向上に大いに寄与しうる。
【００１１】
例示的な一実施形態によれば、方法は、微細構造デバイスの誘電層に形成された金属領域の露出された面上に窒素含有層を形成するステップを有する。前記方法は、前記金属領域上にアルミニウムと窒素を含有する第１のバリア層を形成するために、アルミニウム含有ガスに基づいて形成された雰囲気に前記窒素含有層を露出させるステップを更に有する。
【００１２】
別の例示的な実施形態によれば、方法は、微細構造デバイスの誘電層に、露出された銅含有金属領域が形成されている基板を提供するステップを有する。前記方法は、気体雰囲気中で実施される自己制限反応機構を使用して、前記露出された銅含有金属領域および前記誘電層上に誘電バリア層を形成するステップを更に有する。
【００１３】
更に別の例示的な実施形態によれば、半導体デバイスは、誘電層に形成された銅含有領域と、前記銅含有領域および前記誘電層上に形成された窒化アルミニウム層と、を有する。更に、前記窒化アルミニウム層の上にｌｏｗ−ｋ誘電層が形成され、前記銅含有領域に接続している前記ｌｏｗ−ｋ誘電層に金属ビアが形成される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１ａ】例示的な実施形態による、アルミニウム含有前駆体ガスを使用する自己制限プロセスに基づいて、金属含有領域上に誘電バリア層を形成する各種製造段階における微細構造デバイスを概略的に示す図。
【図１ｂ】例示的な実施形態による、アルミニウム含有前駆体ガスを使用する自己制限プロセスに基づいて、金属含有領域上に誘電バリア層を形成する各種製造段階における微細構造デバイスを概略的に示す図。
【図１ｃ】例示的な実施形態による、アルミニウム含有前駆体ガスを使用する自己制限プロセスに基づいて、金属含有領域上に誘電バリア層を形成する各種製造段階における微細構造デバイスを概略的に示す図。
【図１ｄ】例示的な実施形態による、アルミニウム含有前駆体ガスを使用する自己制限プロセスに基づいて、金属含有領域上に誘電バリア層を形成する各種製造段階における微細構造デバイスを概略的に示す図。
【図１ｅ】例示的な実施形態による、アルミニウム含有前駆体ガスを使用する自己制限プロセスに基づいて、金属含有領域上に誘電バリア層を形成する各種製造段階における微細構造デバイスを概略的に示す図。
【図１ｆ】例示的な実施形態による、ＡＬＤ様の堆積プロセスの堆積サイクル数によって制御される所定の膜厚の誘電バリア層が形成されている微細構造デバイスを概略的に示す図。
【図１ｇ】更に別の例示的な実施形態に係る微細構造デバイスを概略的に示す図。
【図１ｈ】更に別の例示的な実施形態に係る、複数の個々の誘電バリア層を有する微細構造デバイスを概略的に示す図。
【図２ａ】別の例示的な実施形態による、銅含有領域を形成し、窒化アルミニウム層を受容するために個々の誘電材料を準備する各種製造段階における微細構造デバイスの断面図。
【図２ｂ】別の例示的な実施形態による、銅含有領域を形成し、窒化アルミニウム層を受容するために個々の誘電材料を準備する各種製造段階における微細構造デバイスの断面図。
【図２ｃ】例示的な実施形態による、実質的に均一な酸化銅表面を提供するための処理中の、微細構造デバイスの断面図。
【図３ａ】更に別の例示的な実施形態による、アルミニウムおよび窒化物を含有するバリア層の上に、追加のバリアまたはエッチストップ層を形成する際の断面図。
【図３ｂ】更に別の例示的な実施形態による、アルミニウムおよび窒化物を含有するバリア層の上に、追加のバリアまたはエッチストップ層を形成する際の上面図。
【図４ａ】更に別の例示的な実施形態による、自己制限プロセスによって形成された誘電バリア層に基づくメタライゼーション層を備えた半導体デバイスの断面図。
【図４ｂ】更に別の例示的な実施形態による、自己制限プロセスによって形成された誘電バリア層に基づくメタライゼーション層を備えた半導体デバイスの断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
添付の図面と併せて下記の説明を読めば、本発明が理解されるであろう。添付の図面においては、同一の参照符号は同じ要素を参照している。
【００１６】
本明細書に記載の主題は、種々の変形および代替形態を取り得るが、その特定の実施形態が、図面に例として図示され、ここに詳細に記載されているに過ぎない。しかし、この特定の実施形態の詳細な説明は、本発明を開示した特定の形態に限定することを意図するものではなく、反対に、添付の特許請求の範囲によって規定される本発明の趣旨ならびに範囲に含まれる全ての変形例、均等物および代替例を含むことを理解すべきである。
【００１７】
本発明の各種の例示的な実施形態を下記に記載する。簡潔を期すために、実際の実装の特徴を全て本明細書に記載することはしない。当然、実際の実施形態の開発においては、システム上の制約およびビジネス上の制約に適合させるなど、開発の具体的な目的を達成するために、実装に固有の判断が数多く必要とされ、これは実装によって変わるということが理解される。更に、この種の開発作業は複雑かつ時間がかかるものであるが、本開示の利益を受ける当業者にとって日常的な作業であるということを理解されたい。次に、添付の図面を参照して本主題を説明する。説明のみを目的として、当業者に知られている細かい点を説明して本開示をわかりにくくすることのないように、さまざまな構造、システムおよびデバイスが、図面で模式的に示されている。しかし、本開示の例示的な例を記載および説明するために、添付の図面を添付する。本明細書において使用される語句は、関連技術の当業者が理解している意味と同じ意味に使用されていると理解および解釈すべきである。本明細書においてある語句が矛盾なく用いられている場合、その語句が特別な定義を有する、すなわち通常かつ慣用的に用いられ、当業者が理解している意味と異なる定義を有することはない。ある語句が特別な意味を有する、すなわち当業者の理解とは異なる意味に用いられる場合は、そのような特別な定義は本明細書に明示的に記載して、その特別な定義を直接的かつ明確に示す。
【００１８】
一般に、本開示の主題は、例えば、優れたエレクトロマイグレーション挙動を与える一方で、メタライゼーション層の個々の誘電層スタックの全体的な誘電率を低く抑えることによって、メタライゼーション構造の信頼性を向上させることができる方法および半導体デバイスを対象としている。このために、優れた密着性と併せて、堆積プロセスの制御性を改善するように、適切な誘電材料に基づく高性能の堆積法が使用されうる。使用される材料の種類が、低誘電率を示すか、あるいは、誘電層スタック内に形成される銅系材料または拡散度の高い材料を確実に閉じ込めるために必要とされうる、適度に高い誘電率を有する従来の誘電体の量を減らす可能性を少なくとも与えうる。このため、適切な材料組成と併せて、良好に制御可能な堆積法を使用することにより、明確な界面特性を得ることができ、このため優れたエレクトロマイグレーション挙動に寄与する。更に、一部の態様では、自己制限堆積プロセスを、追加のバリア層またはエッチストップ層またはｌｏｗ−ｋ誘電材料などの更なる誘電材料の堆積と有利に組み合わせることができる。これにより、プロセスの複雑さを低減することができる一方、対応する自己制限プロセスの活性化の柔軟性が上がる。すなわち、実績のある化学気相成長法（ＣＶＤ）の処理装置を使用することができ、相当する堆積プロセスを活性化するために、適切なプラズマ支援気体雰囲気が形成されうる。別の例では、例えば、紫外放射、Ｘ線放射などの放射を使用するものなど、他の任意の適切な活性化法を使用することができる。また、電子ビーム支援ＡＬＤ様の堆積プロセスも使用することができる。例示的な態様では、露出された銅含有表面上に窒化アルミニウム層が形成され、その際、酸素および水分の吸収能などの窒化アルミニウム材料の個々の特性により、銅含有表面が比較的損傷の少ない状態（enhanced integrity）に保たれる。また、窒化アルミニウム材料は、銅拡散阻止能力を与えることもでき、更なる誘電バリア層に対する個々の要件を大きく緩和することができるか、あるいは、一般に高い比誘電率を示しうる追加のバリア材料を省略することも可能となりうる。更に、ＡＬＤ様の堆積プロセスに基づいて、適切に準備された誘電表面上に対応する窒化アルミニウム層を形成することができ、これにより窒化アルミニウム層の密着性を改善することができる。これにより、特にｌｏｗ−ｋ誘電材料を使用する場合に、対象とするメタライゼーションレベルの機械的安定性を向上させることができる。
【００１９】
本明細書に開示する技術は、銅系メタライゼーション構造を必要とする高度な集積回路などの、高度な微細構造デバイスにおいて非常に有利であるという点に留意すべきである。メタライゼーション構造の信頼性を改善して、これにより、デバイスを更に微細化できる可能性を与えるために、周囲の誘電材料と銅含有金属との界面の少なくとも一部は、エレクトロマイグレーションなどの応力誘起質量輸送現象の観点から、改善された表面特性を必要としうる。しかし、開示の技術は、露出された銅系の表面において、有効かつ信頼性の高いバリア層が、厳密に制御可能な方法で必要とされうる微細構造デバイスを形成するための、ほかのどのようなプロセスにも適用することができる。このため、本明細書または添付の請求の範囲に特段の記載のない限り、本開示の主題は半導体デバイスのメタライゼーション構造に限定されるとみなすべきではない。
【００２０】
図１ａは、基板１０１を含む微細構造デバイス１００の断面図を概略的に示しており、基板１０１は、導電性の非常に高い金属領域（銅含有金属など）を必要とする微細構造特徴を形成するための任意の適切なキャリヤ材料を例示している。例えば、微細構造デバイス１００は、基板１０１の上に形成された半導体デバイスを例示しており、このため、基板１０１は、個々の回路素子（トランジスタ、コンデンサなど）を形成するための適切な半導体層が形成されているキャリヤ材料を例示しうる。デバイス１００は誘電層１０２を有し、誘電層１０２は、微細構造デバイスの作製に一般に使用する、適切な材料であればどのような材料からも形成されうる。例えば、絶縁物層１０２は、二酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコンなどを含んでもよく、高度な集積回路が考慮される場合、絶縁物層１０２は、例示的な実施形態では、例えば、ｌｏｗ−ｋ（低ｋ、ローｋ）誘電材料を含んでもよい。ｌｏｗ−ｋ誘電材料とは、比誘電率が３．０以下の材料であると理解されたい。誘電層１０２には、金属領域１０３が形成されており、金属領域１０３は、例示的な一実施形態では、少なくとも１つの露出面１０３Ｓ（すなわち、層１０２の誘電材料によって覆われていない表面）を有する銅含有材料を例示している。前のプロセス戦略によっては、露出面１０３Ｓに、個々の反応性成分（例えば酸素、フッ素など）との接触時に形成されうる所定量の酸化物質またはその他の汚染物質が含まれる場合があることが理解されるべきである。上で説明したように、銅は、二酸化シリコン等の複数の誘電材料中、かつ複数のｌｏｗ−ｋ誘電材料中に拡散しやすく、一般に、プロセス戦略に応じて、個々の導電バリア層および誘電バリア層が、銅を金属領域１０３内に確実に閉じ込める必要がありうる。例えば、図の実施形態では、銅を領域１０３内に閉じ込めるために、対応する導電バリア材料１０３Ａが、例えばタンタル、窒化タンタル、チタン、窒化チタンなどの形で提供されうる。同様に、金属領域１０３を閉じ込めるためのバリア材料は、絶縁物層１０２内に微量で存在しうる酸素、フッ素などの反応性成分に対しても拡散防止特性を与えなければならないことがある。同様に、後で更に詳細に記載するように、露出面１０３Ｓは、通常、その後の処理中に領域１０３内に金属を閉じ込め、かつ金属領域１０３との個々のコンタクトを形成する際に、ある程度のエッチング選択性を与えるために、適切なバリア材料で覆われている必要があり、この材料は、例示的な実施形態では、実質的に絶縁性のバリア材料の形で提供されうる。上で説明したように、露出面１０３Ｓを適切な化学種（シリコンカーバイド、窒化シリコンまたは導電バリア材料など）で選択的に覆うために多くの手法が提案されているが、プロセス制御に劣り、機械的安定性が低下するおそれがある。本明細書に開示の技術によれば、後述するように厳密に制御可能な堆積プロセスに基づいて、露出面１０３Ｓおよび誘電層１０２上に実質的に絶縁性の適切なバリア材料が設けられうる。
【００２１】
図１ａに示す微細構造デバイス１００は、実績のあるプロセス技術であれば、どのようなものに基づいても形成することができる。例えば、誘電層１０２が、任意の適切な堆積プロセスに基づいて形成され、その後、高性能のアプリケーションでは、横寸法が１００ｎｍ以下の個々の開口部を形成するために、適切なエッチング技術と組み合わせたリソグラフィ（フォトリソグラフィなど）に基づいてパターニングされうる。例えば、トレンチ（respective trench）が、幅が１００ｎｍ以下で誘電層１０２内に形成され、半導体デバイスのメタライゼーション層の個々の金属配線が考察される場合には、このトレンチ（respective trench）の長さは、数十μｍでありうる。その後、例えば、ＣＶＤ、物理気相成長法（ＰＶＤ）、ＡＬＤ、電気化学堆積法などの実績のある堆積法に基づいて、バリア材料１０３Ａが堆積されるが、バリア材料１０３Ａの対応する材料組成は、密着性およびバリア特性について選択されうる。次に、金属領域１０３の材料（すなわち、例示的な実施形態では、銅含有金属）が、例えば、ウェット化学堆積法に基づいて提供され、その際、一般に、実質的に平坦ではない表面形状を有する微細構成が形成され、この表面は、後で行われるプロセスステップで平坦化する必要がありうる。例えば、前に実施したプロセスに由来する余分の材料（バリア材料、銅含有金属など）を除去するために、化学的機械研磨（ＣＭＰ）が使用されることが多い。相当する平坦化プロセス中に、露出面１０３Ｓが形成され、その際、反応性成分との接触により表面汚染が発生することがある。
【００２２】
高度な半導体デバイスでは、金属領域１０３は、領域１０３内で応力誘起質量輸送を引き起こしうる、熱の放散によって生じる熱応力と併せて、動作中の極めて高い電流密度に順応しなければならないことがある。金属配線における応力誘起物質輸送現象の１つの重要な形態として、エレクトロマイグレーションは、金属含有領域における原子の移動であると理解することができ、その際、金属原子の移動が、導電電子からの運動量輸送によって生じる。銅系金属領域では、エレクトロマイグレーションは、界面および表面拡散によって実質的に促進される。したがって、その後の処理で更に材料が形成される表面１０３Ｓにおいて、表面特性を改善することが極めて重要であり、個々の界面特性が、金属領域１０３の性能および信頼性を大きく決定しうる。通常、ＣＭＰプロセス等の先に実施する製造プロセス中に、露出面１０３Ｓが、水分、酸素、フッ素などの反応性成分と接触し、この結果、最終的に、表面１０３Ｓ上に酸化銅の汚染物質が生成されることがある。このため、酸化銅は、個々の拡散経路を与える物質として知られ、このため、動作中に、エレクトロマイグレーションによって誘発される領域１０３の劣化の増大が観察されることがある。このため、バリア材料（respective battier material）の形成前に表面１０３Ｓをクリーニングすることが重要となりうる。多くの従来の手法では、実績のある窒化シリコン、シリコンカーバイドなどの誘電バリア材料の堆積の前に、表面１０３Ｓから酸化銅を除去するために、プラズマクリーニングプロセス（respective plasma-based cleaning process）が実施されうる。しかし、相当するプラズマクリーニングプロセスの結果、表面が改変され、このため表面１０３Ｓが損層を受け、最終的に、表面１０３Ｓとその後形成する誘電バリア材料の間の界面が不安定になりうると考えられている。
【００２３】
このため、例示的な一実施形態によれば、表面１０３Ｓ上の酸化銅領域を大幅に低減させるために、表面１０３Ｓを除去するか、少なくとも改質するために、プラズマを使用しない処理１０４が実施されうる。例示的な一実施形態では、表面１０３Ｓの酸化銅を除去するために、処理１０４が、ヘリウムなどの適切なキャリヤガスと組み合わせた窒素含有ガスに基づいて実施されうる。
【００２４】
例えば、酸化銅化学種との化学反応を開始するために、ヘリウムと共にアンモニア（ＮＨ３）が使用され、その際の対応する基板温度は、室温から最大約５００℃とされうる。対応する化学反応は、以下の式で記述することができる。
【００２５】
ＣｕＸＯＹ＋ＮＨ３→ＣｕＮ（Ｈ）＋Ｈ２Ｏ＋Ｎ２
【００２６】
この結果、酸化銅が、個々にＮＨ基を有する窒化銅に効率的に変換されうる。プラズマを使用しないことにより、すなわち、プロセス１０４は、熱推進反応であると考えることができ、露出面１０３Ｓの表面損傷（respective surface damage）を、実質的に防ぐことができる。更に、誘電層１０２の表面が、処理１０４によって実質的に影響を受けず、これにより、後で行われるプロセスステップに対して層１０２の優れた表面特性が保たれる。
【００２７】
図１ｂは、処理１０４後の微細構造デバイス１００を概略的に示す。このように、表面１０３Ｓには、窒化銅膜が形成されており、個々のＮＨ基がその表面に存在し、このＮＨ基が、後で実施する自己制限堆積プロセス中に、個々の化学結合を与えうる。図１ｂに示すデバイス１００に対して、適切なパージステップ１１４が実施されてもよく、例えば、個々の堆積雰囲気を設定する前に、ヘリウムを使用してパージが行われうる。 
【００２８】
図１ｃは、気体雰囲気１０５（例示的な実施形態ではアルミニウム含有ガス）に露出されている微細構造デバイス１００を概略的に示す。例えば、表面１０３Ｓに存在し、前の処理１０４によるＮＨ基との化学反応を開始するために、Ａｌ（ＣＨ３）３が気体雰囲気１０５に使用されうる。相当する化学反応が、例えば、対応する活性化メカニズム（例えば、雰囲気１０５中で生成されたプラズマ、あるいは放射による分解、電子ビームによる活性化などの任意の他のメカニズム）によって開始されうる。したがって、アルミニウム含有成分が、ＮＨ基と反応するが、その際、相当する反応機構は自己制限的であり、これにより、制御性が極めて高く再現性の高いプロセス条件が与えられる。図に示すように、露出面１０３Ｓに、図に示した例ではＮ−Ａｌ（ＣＨ３）２化学種を含む相当する原子表面層が形成されうる。
【００２９】
図１ｄは、更に別の例示的な実施形態に係る微細構造デバイス１００を概略的に示している。誘電層１０２の材料には、少なくともその表面層において、アルミニウム含有ガスとの化学反応が可能な適切な化学種が含まれうる。例えば、層１０２の誘電材料は、シリコン、酸素および水素を含み、これにより表面層１０２Ｓにおいて個々にＯＨ基を与える物質を含んでおり、対応するＯＨ基も、アルミニウム含有前駆体ガスと反応し、誘電層１０２に原子表面層が形成されうる。このため、この場合も、誘電層１０２との化学反応は自己制限的であり、下層の材料との結合の化学的性質のため、表面層（respective surface layer）は、層が金属領域１０３または誘電層１０２のいずれに形成されるかを問わず、高度な密着性を示すことができる。その後、ヘリウムなどに基づいて、デバイス１００の対応する雰囲気がパージされ、その際、化学反応の開始にプラズマを使用する場合には、対応するプラズマが停止されうる。別の例では、対応するパージプロセス中に、対応する活性化エネルギーの供給が停止されうる。
【００３０】
図１ｅは、個々のＣＨ３基をＮＨ基で置換し、これにより、金属領域１０３および誘電層１０２の上に窒化アルミニウム表面層（respective alminum nitride surafce layer）を生成するために実施されるその後の処理１２４の間の微細構造デバイス１００を概略的に示している。例えば、アンモニアが使用され、例えば放射、熱、プラズマなどの相当する活性化エネルギーが使用されうる。このため、個々の水素結合により厳密に制御可能な窒化アルミニウム層が形成され、この層は、その後、更なるＡＬＤサイクルに基づいて窒化アルミニウム層を成長させるためのベースとして使用され、これにより、層の厚さを厳密に制御することが可能となる。すなわち、図１ｅに示すデバイスが、雰囲気１０５（図１ｃ）に露出され、これにより、個々のアルミニウム含有化学種が窒素−水素結合に結合され、これにより水素原子が置換される更に別の原子層が形成されうる。その後、図１ｅに示すように、対応するＣＨ３基を個々のＮＨ基に変換するために、例えばアンモニアに基づいた更に別のサイクルが実施されうる。
【００３１】
図１ｆは、アルミニウムと窒素を含有する層１０６を形成するための、上記のＡＬＤ様の堆積プロセスの後の微細構造デバイスを概略的に示している。このプロセスでは、１０６Ｔとして示される層１０６の膜厚が、先に述べたシーケンス従って実施されるサイクル数に基づいて制御されうる。このため、相当する実質的に絶縁性のバリア材料が必要な場合に、パターニングされた誘電材料に層１０６が形成される場合、デバイスの要件に従って、膜厚１０６Ｔを、高い精度および良好なステップカバレージで調整することができる。更に、表面層１０３Ｓの対応する酸化銅の汚染の初期の膜厚（図１ａ）によっては、窒化銅を含む表面層１０３Ｓの一部がまだ残っており、窒素材料の拡散阻止特性のため、優れた表面特性を与えうる。別の例示的な実施形態では、表面層１０３Ｓ中の窒素が、上を覆う層１０６の原子種と実質的に結合されうる。また、この場合、優れた界面特性を得ることができ、層１０６が、例えば窒化アルミニウム層として提供される場合の、層１０６の顕著な銅の拡散阻止特性により、銅物質が領域１０３内に所望のように閉じ込められ、その際、これが、表面部分１０３Ｓの窒化銅材料（respective copper nitride material）によって支援されうる。更に、窒化アルミニウムは、酸素、水分などの吸収能を有するため、表面１０３Ｓの損傷の少ない状態（integrity）が、時間が経過しても適度に安定しており、この点も、金属領域１０３の優れた信頼性に寄与する。
【００３２】
一部の例示的な実施形態では、例えば任意の適切な堆積プロセスによって、バリア層１０６上に適切な誘電材料を直接堆積することにより、更に処理が実施され、この誘電材料は、後続のメタライゼーションレベルのためのｌｏｗ−ｋ誘電材料を例示しうる。したがって、従来の戦略と比較して、厳密に制御可能な層の厚さに基づいて、銅と絶縁材料間の界面特性を改善することができ、従来は、得られる層スタックの全体的な誘電率を大幅に上げていた追加の誘電バリア材料の量を大幅に減らす可能性が与えられる。バリア層１０６に直接形成されうる対応する誘電材料をパターニングするための後のプロセス中に、バリア層１０６の材料を、例えばアルミニウム化学種の剥離時のエッチストップ材料として、あるいは少なくともエッチング標識材料として使用することができ、バリア層１０６に基づいて、相当するパターニングプロセスを厳密に制御することができる。別の例では、バリア層１０６の膜厚１０６Ｔが薄い場合や、有効なエッチング制御能を提供することができない場合には、相当するエッチングプロセスが、領域１０３の材料の露出に基づいて制御されうる。
【００３３】
図１ｇは、更に別の例示的な実施形態に係る微細構造デバイス１００を概略的に示す。この場合、堆積プロセス１０８が実施され、デバイス１００の更なる処理を支援するための個々のバリア特性および／またはエッチストップ特性を備えうる別の誘電材料１０７が設けられうる。例えば、層１０７は、更なる処理中に領域１０３の銅物質の損傷の少ない状態を更に改善するおよび／または優れたエッチストップ能を提供するために、窒化シリコン、シリコンカーバイド、窒素添加シリコンカーバイドまたはこれらの材料の任意の適した混合物などの、実績のあるバリア／エッチストップ層材料を例示しうる。しかし、従来の戦略とは異なり、例えば個々のサブレイヤ、材料などに関する層１０７の組成が、優れた拡散阻止特性およびエッチストップ能の両方を必要とするのではなく、特定のエッチストップ特性に関して選択されうる。このため、個々の材料の選択の柔軟性を上げることができる。更に、バリア層１０６を設けたことにより、材料１０７の膜厚を、従来の戦略と比べて大幅に低い値に調整することができ、これにより、得られる層スタックの全体の寄生静電容量の低下に寄与しうる適度に誘電率の高い材料の存在を大きく低減することができる。例えば、高いエッチストップ能が望ましい場合には、層１０７を、任意の適切な材料によって形成することができる。その際、バリア層１０６が必要な銅の拡散阻止特性を与えることができるため、銅の拡散を許容することが知られている二酸化シリコンでも使用することができる。一部の例示的な実施形態では、堆積プロセス１０８は、図１ａ〜１ｆを参照して上で説明したプロセスシーケンスと共にインサイチュ（in
situ）で実施することができ、これにより、プロセスの複雑さを大幅に軽減し、装置の利用度および全体的なプロセススループットを改良することができる。この点において、インサイチュプロセスとは、中間の搬送操作を行わず、処理装置の同じ処理チャンバで実施される製造プロセスのシーケンスとみなすことができる。例えば、堆積プロセス１０８が、適切なＣＶＤチャンバ内で実施され、このチャンバでは、前のＡＬＤ様の堆積シーケンス中に、相当する活性化エネルギーを供給しうる適切なプラズマ雰囲気の生成も可能である。別の例示的な実施形態では、層１０６と層１０７が、別個の専用の処理装置で形成されてもよい。
【００３４】
更に、後のメタライゼーションレベル用のｌｏｗ−ｋ誘電材料など、更に別の任意の誘電材料が、ＣＶＤ、ＰＥＣＶＤ、スピンオン法などの任意の適切な技術に基づいて堆積されうる。ＣＶＤ堆積の場合、バリア層１０６を形成し、相当するｌｏｗ−ｋ誘電材料の堆積のためのプロセスシーケンスも、インサイチュのプロセスシーケンスとして実施することができる。
【００３５】
図１ｈは、更に別の例示的な実施形態に係る微細構造デバイス１００を概略的に示す。図に示すように、デバイスの要件に応じて、バリア層１０６を数層のサブレイヤの形で提供するために、デバイス１００に対して、適切な材料に基づいたＡＬＤ様のプロセスを例示しうる堆積プロセス１０９が行われうる。例えば、層１０６には、個々のサブレイヤ１０６Ａ，１０６Ｂ，１０６Ｃが含まれ、これらのサブレイヤの１つが、上で説明したプロセスシーケンスに基づいて形成される窒化アルミニウム膜層の形で提供されうる。例えば、層１０６Ｃが窒化アルミニウム層の形で提供されうる。その後、特にバリア層１０６の全体の特性を設計するために、自己制限プロセスシーケンスに基づいて、異なる材料の組成を提供するためにプロセス１０９が実施されうる。例えば、層１０６Ｃの対応するＮＨ基と個々に結合を形成するように、個々の前駆体ガスが選択され、これにより層１０６の特性が総裁に設計されうる。例えば、拡散阻止特性、エッチストップ能などを詳細に調整するために、デバイスの要件に従って、シリコン、窒素などの個々の化学種を取り込むことによって、前駆体ガスの個々の官能基が設計されうる。必要に応じて、層１０６Ａを形成するために、異なる前駆体ガスに基づいて、プロセスシーケンス１０９が継続されうる。この結果、自己制限プロセス１０９に基づいて、さまざまな個々のバリア材料が生成され、複数のサブレイヤを提供することによって、対応する特性が詳細に調整されうる。一部の例示的な実施形態では、図１ａ〜１ｆを参照して上で説明したプロセス１０９または自己制限プロセスシーケンスを実施する前に、表面１０３Ｓの上にキャップ層１１０を設けるために、空間的に選択的なプロセスが実施されてもよい。キャップ層１１０は、プロセス戦略に応じて、誘電材料または導電材料から形成されうる。例えば、個々の金属合金が、表面１０３Ｓに選択的に提供され、その際、相当する材料が、高い界面特性を示す一方、相当するエッチストップ能および銅の閉じ込め特性が、高度な微細構造デバイスには十分ではないことがある。この場合、所望の全体的な特性（すなわち、界面の完全に損傷の少ない状態と共に、全体的な誘電率の低さ）を提供するために、層１０６は、例えば上で説明したように、あるいはプロセス１０９と組み合わせて形成されうる。
【００３６】
この結果、金属領域の露出面に実質的に絶縁性の材料を形成するために、少なくともＡＬＤ様の堆積シーケンスを使用することにより、プロセスを厳密に制御できると共に、適切な材料を柔軟に選択することができるようになる。一方で、同時に、特に銅含有メタライゼーション構造が考慮される場合に、微細構造デバイスの性能および信頼性を上げることができる。一部の例示的な実施形態では、例えば、窒化シリコン、シリコンカーバイド、窒素添加シリコンカーバイドなどの実績のある材料の形の追加のバリア層が省略され、該当するｌｏｗ−ｋ誘電材料を、ＡＬＤ様の堆積法によって提供される実質的に絶縁性のバリア材料上に直接形成してもよい。銅含有金属領域の場合、下層の材料とのバリア層の化学結合によって、優れた化学的特性、機械的特性および改良された密着性を得ることができ、例えば、窒化アルミニウム層を、銅および複数のｌｏｗ−ｋ誘電材料と組み合わせて使用することができる。更に、後に実施する自己制限堆積プロセスのために、銅含有表面を準備するための該当する前処理において、プラズマ雰囲気を使用せずに、対応するプロセスを実施することにより、表面の大きな損傷を回避することができる。更に、上で説明したように、バリア層１０６を形成するための該当するシーケンスを、インサイチュシーケンスとして実装することができ、一部の例示的な態様では、例えばｌｏｗ−ｋ誘電材料、追加のバリア材料などの任意の別の材料の堆積も、インサイチュプロセスとして実施することができる。
【００３７】
次に図２ａ〜２ｃを参照して、更に別の例示的な実施形態について記載する。この場合、ＡＬＤ様の堆積シーケンスに基づくバリア層の形成の前に、個々の前処理が実施されうる。
【００３８】
図２ａは、製造段階における微細構造デバイス２００を概略的に示しており、デバイス２００は、基板１０１に関して上で説明したように、任意の回路素子が形成されている基板２０１を含む。更に、デバイス２００は、メタライゼーション層または他のデバイスレベルの誘電材料を例示しうる誘電層２０２も有し、後に、この誘電層２０２に、銅含有領域などの金属領域が形成される。図の実施形態では、誘電層２０２は、デバイスの要件に従った任意の適切な材料組成を有しうるｌｏｗ−ｋ誘電材料を例示しうる。例えば、誘電層２０２は、後で実施するバリア材料の自己制限堆積のために必要な、相当する表面特性を提供しない任意の材料から形成されてもよい。例えば、層２０２に、多孔質シリコン、多孔質二酸化シリコン、あるいはｌｏｗ−ｋ誘電材料などが含まれうる。したがって、その後、アルミニウムと窒素を含有する化学種などの対応する化学種に結合可能な、適切な化学成分を含む対応する表面層２０２Ｓ（図２Ｂ）を提供するために、デバイス２００が処理２１０に曝されうる。例えば、処理２１０では、シリコン、酸素および水素含有材料などの適切な材料の堆積が実施されてもよく、このための実績のある組成が従来技術において使用可能である。このため、処理２１０は、表面層２０２Ｓを必要な膜厚で形成するためのＣＶＤプロセスとして実施されうる。別の例では、処理２１０には、窒素および水素含有材料の堆積が含まれるか、または、酸素または窒素を誘電層２０２の表面部分に取り込み、表面層２０２Ｓを形成するための対応するプラズマ処理が含まれる。
【００３９】
その後、実績のあるレシピおよびフォトリソグラフィ法に基づいて、誘電層２０２を適切にパターニングすることにより、デバイス２００に対して更に処理が続行される。一部の例示的な実施形態では、任意の露出面に表面層（respective surface layer）２０２Ｓを形成するために、まず誘電層２０２がパターニングされ、その後プロセス２１０で処理されうる。
【００４０】
図２ｂは、銅含有領域２０３が誘電層２０２内に形成されている、製造段階が更に進んだデバイス２００を概略的に示しており、領域２０３は、デバイス１００を参照して上で説明したように、導電バリア層２０３Ａおよび露出面２０３Ｓを有する。このため、デバイス２００に対しても個々の製造シーケンスを使用することができる。すなわち、銅含有領域２０３の形成後は、露出面２０３Ｓは、相当量の酸化銅を含み、表面層２０２Ｓは、上で説明したように、後から前駆体ガスが付着できるような対応する構成を有しうる。このため、自己制限プロセスに基づいてバリア層（respective barrier layer）を形成するために、図２ｂに示すデバイス２００に対して、図１ａ〜１ｅを参照して記載したプロセスシーケンスが実施され、表面２０２Ｓの改質により、領域２０３および誘電層２０２の上に連続的に堆積を行うことができ、この堆積自体は、自己制限堆積シーケンスに適していなくてもよい。
【００４１】
図２ｃは、更に別の例示的な実施形態に係るデバイス２００を概略的に示している。デバイス２００に対して、上で説明したように、バリア層を形成するために後で実施されるプロセスシーケンスのために、露出面２０３Ｓを準備するように設計された処理２１１が実施されうる。一部の例示的な実施形態では、処理２１１には、露出面２０３Ｓ上に実質的に連続する酸化銅の層を形成するための、ウェット化学プロセス、プラズマ支援プロセス、熱酸化プロセスなどに基づいて実施されるものなどの酸化プロセスが含まれうる。この場合、実質的に連続し、明確な酸化銅の膜が形成され、この層は、前に記載した自己制限シーケンスに従ってバリア材料を実際に堆積する前に、基板２００を取り扱う際のパッシべーション層として機能しうる。したがって、この場合、図１ａを参照して記載した処理、すなわち、酸化銅を、水素含有窒化銅に変換するための処理１０４が、均一な表面状態に基づいて実施され、その際、対応する表面２０３Ｓは、基板をその後取り扱う際に、パッシべーション特性により、損傷の少ない状態を示すことができる。したがって、表面２０３Ｓは、例えば、対応するＣＭＰプロセスの直後に高い均一性で形成される一方、表面２０３Ｓにおけるパッシベーション酸化銅層のために、後で行われるプロセス作業により、表面の不均一性が広がることはない。
【００４２】
別の例示的な実施形態では、処理２１１では、適切な前駆体物質に基づくウェット化学レシピによって、窒素の選択的取り込みが行われてもよい。この場合、図１ａに示したように、処理１０４を省略することができ、例えば図１ｃに示すように、アルミニウム含有ガスを導入することによって、自己制限プロセスシーケンスにおいて、バリア層の対応する形成が開始されてもよい。
【００４３】
次に、図３ａ〜３ｂを参照して、更に別の例示的な実施形態について説明する。バリア層１０６などのバリア層が、エッチストップ層と組み合わせて形成され、パターニングされ、得られる層スタックの全体的な誘電率が大きく低減されうる。
【００４４】
図３ａは、基板３０１、その上に形成された誘電層３０２、誘電層３０２に埋め込まれた金属領域３０３、および絶縁バリア層３０６を有する微細構造デバイス３００を概略的に示す。ここまでに挙げた構成要素に関しては、デバイス１００，２００を参照して上で説明したのと実質的に同じ基準が適用されうる。このため、バリア層３０６は、例えば、上で説明したように、自己制限プロセスシーケンスに基づいて形成された窒化アルミニウム層を例示しうる。更に、デバイス３００はエッチストップ層３０７も有しうる。エッチストップ層３０７は、デバイス３００の更なるメタライゼーションレベルを形成するために、後の製造段階で形成される誘電材料をパターニングするための後で行われるエッチングプロセス中に、所望の高いエッチング選択性を示す材料を含む。このため、層３０７は、相当するレジストマスク３１２に基づいて、相当するエッチングプロセス３１３によってパターニングすることができるため、その比誘電率に関わらず、窒化シリコンなどの任意の適切な材料を使用することができる。すなわち、層３０７の材料が、後の処理時にエッチストップ能が必要とされない領域で除去され、これにより、層スタックの全体的な誘電率に対する個々の影響を大きく低減できる一方、後で行われるプロセスにおいて信頼性の高いパターニングシーケンスを提供することができる。プロセス３１３は、適切なエッチング化学物質に基づいた、ウェット化学エッチングプロセス、ドライエッチングプロセスなどとして実施することができ、その際、バリア層３０６は、エッチストップとして機能しうる。
【００４５】
図３ｂは、エッチングプロセス３１３を実施し、レジストマスク３１２を除去した後のデバイス３００を上面図で概略的に示す。この例示的な実施形態では、領域３０３に接続するための相当する誘電材料をパターニングする際に、エッチストップ層３０７が、金属領域３０３の上の一部から除去され、一点鎖線によって示される、後の製造段階で相当するビア３１４を形成すべき部分のみに残されうる。したがって、相当するエッチングプロセスを高い信頼性で実施することができる一方で、バリア層３０６により、金属領域３０３の上に所望の機械的強度および拡散阻止特性を与えることができる。
【００４６】
図４ａ〜４ｂを参照して、個々の半導体デバイスについて記載する。これらのデバイスにおいて、メタライゼーション層スタック内に自己制限バリア材料が使用されうる。図４ａは、半導体デバイス４００の断面図を概略的に示しており、半導体デバイス４００は、導電領域４０３が組み込まれた誘電層４０２が形成されている基板４０１を含む。例えば、誘電層４０２は、導電領域４０３と共に、デバイス４００のメタライゼーションレベルを例示する一方で、別の例では、導電領域４０３は、基板４０１内およびその上に形成される回路素子のコンタクト領域を例示しうる。例示的な一実施形態では、導電領域４０３は、例えば金属配線の形の銅含有領域を有してもよく、対応するバリア層４０６が、領域４０３内で銅物質の必要な損傷の少ない状態を与えうる。例示的な一実施形態では、バリア材料４０６は、上で説明したように、自己制限プロセスシーケンスに基づいて形成される窒化アルミニウム層、すなわち、アルミニウムと窒素を含有する層を例示しうる。更に、デバイス４００は、例えば、対応するビア４２３Ａによって金属領域４０３に接続される銅含有線などの金属配線４２３が埋め込まれうるｌｏｗ−ｋ誘電材料として少なくとも部分的に提供されうる誘電材料４２２も有する。更に、対応するバリア層４２６が金属配線４２３を覆っており、バリア層４２６は、上で説明したように自己制限プロセスシーケンスに基づいて形成されうるアルミニウムと窒素を含有する材料の形で提供されうる。
【００４７】
構成要素４０１，４０２，４０３は、上で説明したように、実績のある技術を実施した後に、層４０６の材料を堆積して形成されうる。その後、層４０６上に誘電材料４２２が直接堆積され、その後、実績のあるパターニング法に基づいてパターニングされうる。その後、上で説明したように層４２６が形成されうる。
【００４８】
図４ｂは、更に別の例示的な実施形態に係るデバイス４００を概略的に示す。ビア４２３Ａ用の開口部を設けるために設計された対応するエッチマスク４２８に基づいて実施される、パターニングプロセス（respective patterning process）４２７の制御を改善するために、バリア層４０６の上にエッチストップ層４０７が少なくとも局所的に設けられる。エッチストップ層４０７は、プロセス４２７を制御するように特に設計されているため、任意の適切な材料を、従来の戦略と比べて大幅に低い膜厚で使用することができるが、これは、相当する界面特性がバリア層４０６によって与えられうるためである。
【００４９】
誘電層４２２を形成するための任意のプロセス戦略に関して、エッチストップ層４０７を設けるかどうかを問わず、上で説明した同じ基準が当てはまる。すなわち、バリア層４０６の形成と層４２２の誘電材料の堆積のためのシーケンスを（おそらくエッチストップ層４０７の堆積と組み合わせて）、インシチュシーケンスとして実施することができ、これにより装置の利用度とプロセススループットが改善される。
【００５０】
この結果、本明細書に開示の主題は、高度な半導体デバイスにおいて、層間絶縁材料の全体的な誘電率を低いレベルに保ちながら、メタライゼーション構造の性能を改善するための技術を提供することである。このために、ＡＬＤ様の堆積プロセスを実施して、有効なバリア材料が厳密に制御可能な方法で堆積され、これにより、追加のバリア材料を省略するか、または少なくともその量を大きく低減できる可能性が与えられる。例示的な実施形態では、窒化アルミニウム層が、自己制限プロセスシーケンスによって形成され、その際、窒化アルミニウムは、銅の拡散阻止特性を与えると共に、酸素および水分に対する優れたゲッタ能を示す。
【００５１】
上記に記載した特定の実施形態は例に過ぎず、本発明は、本開示の教示の利益を得る当業者にとって自明の、異なるが均等の別法によって変更および実施されてもよい。例えば、上記のプロセス工程を記載した順序とは異なる順序で実行してもよい。更に、ここに記載した構成または設計の詳細が、添付の特許請求の範囲以外によって限定されることない。このため、上記に記載した特定の実施形態を変形または変更することが可能であり、このような変形例はすべて本発明の範囲ならびに趣旨に含まれることが意図されることが明らかである。したがって、ここに保護を請求する対象は、添付の特許請求の範囲に記載したとおりである。 
【図１ａ】
2010517325.tif 000003
【図１ｂ】
2010517325.tif 000004
【図１ｃ】
2010517325.tif 000005
【図１ｄ】
2010517325.tif 000006
【図１ｅ】
2010517325.tif 000007
【図１ｆ】
2010517325.tif 000008
【図１ｇ】
2010517325.tif 000009
【図１ｈ】
2010517325.tif 000010
【図２ａ】
2010517325.tif 000011
【図２ｂ】
2010517325.tif 000012
【図２ｃ】
2010517325.tif 000013
【図３ａ】
2010517325.tif 000014
【図３ｂ】
2010517325.tif 000015
【図４ａ】
2010517325.tif 000016
【図４ｂ】
2010517325.tif 000017
【国際調査報告】
2010517325.tif 000018
2010517325.tif 000019
2010517325.tif 000020