(57)【要約】【課題】半導体デバイス上に低バイア・コンタクト抵抗を有する複数のバイア・コンタクトを備えたＢＥＯＬ相互接続構造体を作製する方法を提供する。【解決手段】この方法は、ａ）基板上に、多孔質または緻密な低ｋ（low k）誘電体層を形成するステップと、ｂ）低ｋ誘電体中に、シングルまたはデュアル・ダマシン法でエッチングした開口を形成するステップと、ｃ）基板をプロセス・チャンバ内の約−２００℃〜約２５℃の温度のコールド・チャック上に配置するステップと、ｄ）基板上のエッチングされた開口内にＣＣＡ層を凝縮させるために、プロセス・チャンバに凝縮性洗浄剤を添加するプロセスと、ｅ）ウェハが約−２００℃〜約２５℃の温度に冷却されている間に、活性化段階を実施するステップとを含む。このバイア・コンタクトは、温度サイクルの間中、および半導体デバイスの動作の間中、非常に安定している。【選択図】図１
2005094014.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
低バイア・コンタクト抵抗を有する多孔質または緻密な低ｋ（low k）誘電体を含む、ＢＥＯＬ相互接続構造体を作製する方法であって、
ａ）基板上に多孔質または緻密な低ｋ誘電体層を形成するステップと、
ｂ）前記低ｋ誘電体中にシングルまたはデュアル・ダマシン法でエッチングした開口を形成するステップと、
ｃ）プロセス・チャンバ内の約−２００℃〜約２５℃の温度のコールド・チャック上に基板を配置するステップと、
ｄ）前記基板上の前記エッチングされた開口内に、層状の凝縮性洗浄剤（ＣＣＡ）を凝縮させるために、凝縮性洗浄剤を前記プロセス・チャンバに加えるステップと、
ｅ）ウェハが約−２００℃〜約２５℃の低温度にとどまっている間に、活性化段階を実施するステップとを含む前記の方法。
【請求項２】
前記凝縮性洗浄剤（ＣＣＡ）が、
還元剤、フッ素の分子供給源、水素供給源、ならびに水素およびシリコンの両方の供給源、
からなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記凝縮性洗浄剤（ＣＣＡ）が、
金属を主成分とする還元剤、金属水素化物、混合金属水素化物、金属フッ化物、無機フッ素化合物、有機フッ素化合物およびそれらの混合物
からなる群から選択される、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記金属フッ化物が
ＡｌＦ３、ＴｉＦ４、ＷＦ６、ＴａＦ６およびそれらの混合物
からなる群から選択される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記無機フッ素化合物が、
ＡｌＦ３、ＴｉＦ４、ＷＦ６、ＴａＦ６、ＳＦ６、ＸｅＦ２およびそれらの混合物
からなる群から選択される、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記有機フッ素化合物が、
ヘキサフルオロプロピレンオキシド、ヘキサフルオロベンゼン、フッ素化高級シランおよびそれらの混合物
からなる群から選択される、請求項３に記載の方法。
【請求項７】
前記金属を主成分とする還元剤が、
ＬｉＡｌＨ、ＡｌＨ３、ＬｉＨおよびそれらの混合物
からなる群から選択される、請求項３に記載の方法。
【請求項８】
前記活性化段階が、
Ｈｅ＋イオンまたはＨ２＋およびＨ＋／Ｈ２＋、あるいはＨｅ＋とＨ＋とＨ２＋の混合物で衝撃することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記活性化段階が、電子ビームまたは紫外（ＵＶ）線で照射することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記活性化段階が、
リフト・ピンにより前記基板を前記コールド・チャックから持ち上げること、および、
その後、加熱ランプで前記基板を加熱すること
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記持ち上げられた基板が、約２００℃〜約４５０℃の温度に加熱される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記持ち上げられた基板が、約３５０℃〜約４００℃の温度に加熱される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記多孔質または緻密な低ｋ誘電体が、
Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、ＦおよびＨのうちの１種または複数種から形成されるシリコン含有材料、Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、およびＨ組成を有するプラズマＣＶＤによる材料、フルオロケイ酸ガラス（ＦＳＧ）、Ｃでドープした酸化物、Ｆでドープした酸化物、ならびにＳｉ、Ｃ、ＯおよびＨの合金
からなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
多孔質または緻密な低ｋ誘電体が、
Black Diamond（商標）、Coral（商標）、Aurora（商標）、AuroraULK（商標）、Aurora ELK（商標）、BDII（商標）、BDIII（商標）、メチルシルセスキオキサン（商標）、シロキサン（商標）、ＪＳＲ製の製品番号５１０９（商標）、５１１７（商標）、５５２５（商標）、５５３０（商標）の材料、Dendriglass（商標）、Orion（商標）、Trikon（商標）およびそれらの組合せ
からなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
低バイア・コンタクト抵抗を有する多孔質または緻密な低ｋ誘電体を含む、ＢＥＯＬ相互接続構造体を作製する方法であって、
ａ）基板上に多孔質または緻密な低ｋ誘電体層を形成するステップと、
ｂ）前記低ｋ誘電体中にシングルまたはデュアル・ダマシン法でエッチングした開口を形成するステップと、
ｃ）第１プロセス・チャンバ内の約−２００℃〜約２５℃の温度のコールド・チャック上に基板を配置するステップと、
ｄ）前記基板上のエッチングされた開口内に層状の凝縮性洗浄剤（ＣＣＡ）を凝縮させるために、凝縮性洗浄剤を前記第１プロセス・チャンバに加えるステップと、
ｅ）前記基板を、クラスタ・ツールを用いて第２プロセス・チャンバに移動するステップと、
ｆ）前記第２プロセス・チャンバ内で活性化段階を実施するステップとを含む前記の方法。
【請求項１６】
前記凝縮性洗浄剤（ＣＣＡ）が、
還元剤、フッ素の分子供給源、水素供給源、ならびに水素およびシリコンの両方の供給源
からなる群から選択される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記凝縮性洗浄剤（ＣＣＡ）が、
金属ベースの還元剤、金属水素化物、混合金属水素化物、金属フッ化物、無機フッ素化合物、有機フッ素化合物およびそれらの混合物
からなる群から選択される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記金属フッ化物が
ＡｌＦ３、ＴｉＦ４、ＷＦ６、ＴａＦ６およびそれらの混合物
からなる群から選択される、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記無機フッ素化合物が、
ＡｌＦ３、ＴｉＦ４、ＷＦ６、ＴａＦ６、ＳＦ６、ＸｅＦ２およびそれらの混合物
からなる群から選択される、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記有機フッ素化合物が、
ヘキサフルオロプロピレンオキシド、ヘキサフルオロベンゼン、フッ素化高級シランおよびそれらの混合物
からなる群から選択される、請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
前記金属を主成分とする還元剤が、
ＬｉＡｌＨ、ＡｌＨ３、ＬｉＨおよびそれらの混合物
からなる群から選択される、請求項１７に記載の方法。
【請求項２２】
前記活性化段階が、
Ｈｅ＋イオンまたはＨ２＋およびＨ＋／Ｈ２＋、あるいはＨｅ＋とＨ＋とＨ２＋の混合物で衝撃することを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２３】
前記活性化段階が、電子ビームまたは紫外（ＵＶ）線で照射することを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２４】
前記活性化段階が、
リフト・ピンにより前記基板を前記コールド・チャックから持ち上げること、および、
その後、加熱ランプで前記基板を加熱すること
を含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２５】
前記持ち上げられた基板が、約２００℃〜約４５０℃の温度に加熱される、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記持ち上げられた基板が、約３５０℃〜約４００℃の温度に加熱される、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記多孔質または緻密な低ｋ誘電体が、
Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、ＦおよびＨのうちの１種または複数種から形成されるシリコン含有材料、Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、およびＨ組成を有するプラズマＣＶＤによる材料、フルオロケイ酸ガラス（ＦＳＧ）、Ｃでドープした酸化物、Ｆでドープした酸化物、ならびにＳｉ、Ｃ、ＯおよびＨの合金
からなる群から選択される、請求項１５に記載の方法。
【請求項２８】
多孔質または緻密な低ｋ誘電体が、
Black Diamond（商標）、Coral（商標）、Aurora（商標）、AuroraULK（商標）、Aurora ELK（商標）、BDII（商標）、BDIII（商標）、メチルシルセスキオキサン（商標）、シロキサン（商標）、ＪＳＲ製の製品番号５１０９（商標）、５１１７（商標）、５５２５（商標）、５５３０（商標）の材料、Dendriglass（商標）、Orion（商標）、Trikon（商標）およびそれらの組合せ
からなる群から選択される、請求項１５に記載の方法。
【請求項２９】
低バイア・コンタクト抵抗を有する多孔質または緻密な低ｋ誘電体を含むＢＥＯＬ相互接続構造体であって、
ａ）基板上に多孔質または緻密な低ｋ誘電体層を形成するステップと、
ｂ）前記低ｋ誘電体中にシングルまたはデュアル・ダマシン法でエッチングした開口を形成するステップと、
ｃ）プロセス・チャンバ内の約−２００℃〜約２５℃の温度のコールド・チャック上に基板を配置するステップと、
ｄ）前記基板上のエッチングされた開口内に層状の凝縮性洗浄剤（ＣＣＡ）を凝縮させるために、凝縮性洗浄剤を前記プロセス・チャンバに加えるステップと、
ｅ）ウェハが約−２００℃〜約２５℃の低温度にとどまっている間に、活性化段階を実施するステップとを含む方法によって調製された前記の相互接続構造体。
【請求項３０】
さらに、金属線およびバイアを備える、請求項２９に記載のＢＥＯＬ相互接続構造体。
【請求項３１】
さらに、前記金属線およびバイアをライニングするライナ材料を備える、請求項３０に記載のＢＥＯＬ相互接続構造体。
【請求項３２】
前記ライナ材料が、
ＴｉＮ、ＴａＮ、Ｔａ、ＷＮ、Ｗ、ＴａＳｉＮ、ＷＣＮ、ＴｉＳｉＮ、Ｒｕおよびそれらの混合物からなる群から選択される、請求項３１に記載のＢＥＯＬ相互接続構造体。
【請求項３３】
前記多孔質または緻密な低ｋ誘電体が、
Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、ＦおよびＨのうちの１種または複数種から形成されるシリコン含有材料、Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、およびＨ組成を有するプラズマＣＶＤによる材料、フルオロケイ酸ガラス（ＦＳＧ）、Ｃでドープした酸化物、Ｆでドープした酸化物、ならびにＳｉ、Ｃ、ＯおよびＨの合金
からなる群から選択される、請求項２９に記載の構造体。
【請求項３４】
多孔質または緻密な低ｋ誘電体が、
Black Diamond（商標）、Coral（商標）、Aurora（商標）、AuroraULK（商標）、Aurora ELK（商標）、BDII（商標）、BDIII（商標）、メチルシルセスキオキサン（商標）、シロキサン（商標）、５１０９（商標）、５１１７（商標）、５５２５（商標）、５５３０（商標）、Dendriglass（商標）、Orion（商標）、Trikon（商標）およびそれらの組合せ
からなる群から選択される、請求項２９に記載の構造体。
【請求項３５】
低バイア・コンタクト抵抗を有する多孔質または緻密な低ｋ誘電体を含むＢＥＯＬ相互接続構造体であって、
ａ）基板上に多孔質または緻密な低ｋ誘電体層を形成するステップと、
ｂ）前記低ｋ誘電体中にシングルまたはデュアル・ダマシン法でエッチングした開口を形成するステップと、
ｃ）第１プロセス・チャンバ内の約−２００℃〜約２５℃の温度のコールド・チャック上に基板を配置するステップと、
ｄ）前記基板上のエッチングされた開口内に層状の凝縮性洗浄剤（ＣＣＡ）を凝縮させるために、凝縮性洗浄剤を前記第１プロセス・チャンバに加えるステップと、
ｅ）クラスタ・ツールを用いて前記基板を第２プロセス・チャンバに移動するステップと、
ｆ）前記第２プロセス・チャンバ内で活性化段階を実施するステップとを含む方法によって調製される前記の構造体。
【請求項３６】
さらに、金属線およびバイアを備える、請求項３５に記載のＢＥＯＬ相互接続構造体。
【請求項３７】
さらに、前記金属線およびバイアをライニングするライナ材料を備える、請求項３６に記載のＢＥＯＬ相互接続構造体。
【請求項３８】
前記ライナ材料が、
ＴｉＮ、ＴａＮ、Ｔａ、ＷＮ、Ｗ、ＴａＳｉＮ、ＴｉＳｉＮ、ＷＣＮ、Ｒｕおよびそれらの混合物からなる群から選択される、請求項３５に記載のＢＥＯＬ相互接続構造体。
【請求項３９】
前記多孔質または緻密な低ｋ誘電体が、
Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、ＦおよびＨのうちの１種または複数種から形成されるシリコン含有材料、Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、およびＨ組成を有するプラズマＣＶＤによる材料、フルオロケイ酸ガラス（ＦＳＧ）、Ｃでドープした酸化物、Ｆでドープした酸化物、ならびにＳｉ、Ｃ、ＯおよびＨの合金
からなる群から選択される、請求項３５に記載の構造体。
【請求項４０】
多孔質または緻密な低ｋ誘電体が、
Black Diamond（商標）、Coral（商標）、Aurora（商標）、AuroraULK（商標）、Aurora ELK（商標）、BDII（商標）、BDIII（商標）、メチルシルセスキオキサン（商標）、シロキサン（商標）、ＪＳＲ製の製品番号５１０９（商標）、５１１７（商標）、５５２５（商標）、５５３０（商標）の材料、Dendriglass（商標）、Orion（商標）、Trikon（商標）およびそれらの組合せ
からなる群から選択される、請求項３５に記載の構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に集積回路（ＩＣ）に関する。より詳しくは、本発明は、ダマシン法によって作製され、バイア・コンタクト抵抗が低くなければならない、多層相互接続構造を含む相互接続構造体に関する。本発明は、低減したバイア・コンタクト抵抗、ならびにＩＣ動作中もＩＣデバイスの信頼性ストレスが印加されている間も安定している抵抗を有する、銅ダマシン相互接続に基づく改良された相互接続構造体を製作するための様々な方法およびツーリング（tooling）を示す。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体デバイスは、シリコン単結晶基板上に作製された集積回路を形成する、複数の回路を含む。基板表面に分布した回路要素を接続するために、通常は信号経路の複雑な回路網が張り巡らされることになる。デバイスを通るこれらの信号経路を効率的に決定するためには、銅ベースのデュアル・ダマシン相互接続などの多層（multi-level or multi-layered）相互接続構造を形成することが必要である。銅ベースの相互接続は、複雑な半導体チップ上にある多数のトランジスタ間の高速信号伝送を実現するのに有効であるため、望ましい。
【０００３】
相互接続構造体内部では、金属バイアはシリコン基板に垂直であり、金属線はシリコン基板に平行に走る。低ｋ（low k）または超低ｋ誘電体で銅線およびバイアを囲むことにより、新しいＩＣ製品では、信号速度がさらに速くなり、隣接する銅線内での信号の相互作用（「クロストーク」として知られる）がさらに減少している。
【０００４】
現在、集積回路チップ上に形成された相互接続構造体は、約１×（「細線」と呼ぶ）で示される最小リソグラフィ・フィーチャ寸法で作製された少なくとも約２〜１０の配線層を含み、これらの層の上には、より大きな寸法（「太線」と呼ぶ）で作製された約２〜４の配線層が存在する。従来技術によるある種類の構造では、約２〜約３．５のｋを有する低誘電率材料中に細線が形成される。
【０００５】
しかし、こうした従来技術による構造には製造上の問題がある。たとえば、バイアと線の界面に汚染が存在するために、バイア・コンタクトの抵抗が従来の構造体内では高い。汚染は、主として酸素または炭素あるいはその両方を含み、酸化銅（Ｃｕ酸化物）または炭素ベースの残留物（重合体または無定形炭素）の形で存在する。炭素残留物は、通常ＨまたはＦを含み、その他の望ましくない元素が、バイアと線の界面に存在することもある。
【０００６】
これらの従来技術による構造に伴う他の問題は、バイア・コンタクトにおける接着が十分でなく、そのため構造体を温度サイクルにかけた後で、または長期間の実運転の後でバイア抵抗が増大することである。バイア抵抗増大の極端な事例は、下の線との接続が外れた開放バイアという致命的なＩＣ故障モードである。不十分な接着は、上述の同じ汚染によっても生じる。
【０００７】
相互接続作製時のさらなる問題は、エッチングされたバイアおよびトレンチ開口の形状および寸法が、エッチング後では正確であるが、バイア洗浄中に形状および寸法が、歪み、拡大し、質が低下し、あるいは粗面化することである。この問題は、低弾性率の超低ｋ（ＵＬＫ）誘電体（ｋ＜約２．７）を使用し、バイア洗浄がＡｒ＋衝撃を含むとき、最も深刻となる。Ａｒ＋イオンは、バイア寸法を拡大し、トレンチ底部を侵食し、さらにはトレンチ底部の粗面化を引き起こしさえする。ＵＬＫ誘電体中に細孔が存在すると、この問題が深刻になる。
【特許文献１】米国特許第６，３１２，７９３号
【特許文献２】米国特許第６，４４１，４９１号
【特許文献３】米国特許第６，４７９，１１０Ｂ２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、本発明の一目的は、低バイア・コンタクト抵抗を有する、デュアルまたはシングル・ダマシン型のＢＥＯＬ相互接続構造体の改良された製造方法を提供することである。
【０００９】
本発明の一目的は、ＩＣ上のすべてのバイアが、構造体を温度サイクルにかけた後でも、抵抗の安定性が非常によい（バイアの抵抗が変化または低下しない）、デュアルまたはシングル・ダマシン型ＢＥＯＬ相互接続構造体の改良された製造方法を提供することである。
【００１０】
本発明のさらなる目的は、ＩＣ上のすべてのバイアの接着性が改善されているデュアルまたはシングル・ダマシン型ＢＥＯＬ相互接続構造体の改良された製造方法を提供することである。
【００１１】
本発明のさらなる目的は、バイアおよびトレンチの開口が、バイアの洗浄中に歪まず、変化もしない、デュアルまたはシングル・ダマシン型ＢＥＯＬ相互接続構造体の改良された製造方法を提供することである。
【００１２】
本発明のさらなる目的は、エッチングされたトレンチの開口底部が、バイア洗浄後も滑らかであり、バイアおよび線の他の表面が滑らかなままである、デュアルまたはシングル・ダマシン型ＢＥＯＬ相互接続構造体の改良された製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の前記その他の目的に沿って、バイア・コンタクトの改良された洗浄方法がここに提供される。
【００１４】
上記目的は、相互接続構造体を作製する間にバイア・コンタクト表面を洗浄することによって達成することができる。
【００１５】
したがって、本発明は、低バイア・コンタクト抵抗を有する多孔質または緻密な低ｋ誘電体を含む、ＢＥＯＬ相互接続構造体の一般的な製造方法を提供する。この方法は、
ａ）基板上に多孔質または緻密な低ｋ誘電体層を形成するステップと、
ｂ）低ｋ誘電体中にシングルまたはデュアル・ダマシン法でエッチングした開口を形成するステップと、
ｃ）プロセス・チャンバ内の約−２００℃〜約２５℃の温度のコールド・チャック上に基板を配置するステップと、
ｄ）基板上のエッチングされた開口内で層状の凝縮性洗浄剤（ＣＣＡ）を凝縮させるために、凝縮性洗浄剤をプロセス・チャンバに加えるステップと、
ｅ）ウェハが約−２００℃〜約２５℃の低温度にとどまっている間に、活性化段階を実施するステップとを含む。
【００１６】
本発明は、さらに、低バイア・コンタクト抵抗を有する多孔質または緻密な低ｋ誘電体を含む、ＢＥＯＬ相互接続構造体を作製する方法を提供する。この方法は、
ａ）基板上に多孔質または緻密な低ｋ誘電体層を形成するステップと、
ｂ）低ｋ誘電体内にシングルまたはデュアル・ダマシン法でエッチングした開口を形成するステップと、
ｃ）第１プロセス・チャンバ内の約−２００℃〜約２５℃の温度のコールド・チャック上に基板を配置するステップと、
ｄ）基板上のエッチングされた開口内で層状の凝縮性洗浄剤（ＣＣＡ）を凝縮させるために、凝縮性洗浄剤を前記第１のプロセス・チャンバに加えるステップと、
ｅ）クラスタ・ツールによって第２プロセス・チャンバへ基板を移動するステップと、
ｆ）前記第２プロセス・チャンバ内で活性化段階を実施するステップとを含む。
【００１７】
本発明はさらに、本発明の上記の方法によって調製された、低バイア・コンタクト抵抗を有する多孔質または緻密な低ｋ誘電体を含むＢＥＯＬ相互接続構造体を提供する。
【００１８】
本発明の方法によって調製したバイア・コンタクトは、温度サイクル中、および半導体デバイスの動作中の安定性が非常によい。さらに、本明細書に記載の方法によって調製したバイア・コンタクトは、従来技術に記載のバイアよりも抵抗が低い。その上、本発明では、バイアはライナ（たとえば、図１の要素６を参照のこと）によって囲まれ、ライナの接着は従来技術に記載のバイアより強い。その結果、ライナの接着が強いことから信頼性および安定性がより高い相互接続構造ができるので、本発明の相互接続構造は、従来技術による相互接続構造より信頼性および安定性が高い。
【００１９】
本発明の前記その他の利点は、添付の図面を参照して行う、本発明およびその好ましい実施形態の詳細な記述から、よりよく理解されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明は、低ｋ誘電体上にライナまたはバリアあるいはその両方を付着する非破壊前洗浄プロセス法を提供する。
【００２１】
一般に、集積回路は、相互接続層を有し、各相互接続層はＩＣチップ上で使用するためのデュアル・ダマシン（バイアに次層の導線を加えた）配線相互接続構造をした金属線およびバイアを含んでいる。金属線とバイアは、同種または異種の導電性材料からなる。ここで用いるのに適した材料には、それだけに限らないが、Ｗ、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕおよびそれらの合金がある。特に好ましい材料は、Ｃｕである。
【００２２】
凝縮性洗浄剤（ＣＣＡ）は還元剤でよく、金属ベースの還元剤、金属水素化物；ＬｉＡｌＨなどの混合金属水素化物、フッ素の分子状供給源、または水素供給源、あるいは水素およびシリコン両方の供給源などが含まれる。
【００２３】
後者の例には、それだけに限らないが、ジシラン、トリシラン、テトラシランおよびその他の凝縮性シランがある。
【００２４】
フッ素の分子供給源には、ＡｌＦ３、ＴｉＦ４、ＷＦ６、ＴａＦ６などの金属フッ化物、ＳＦ６、ＸｅＦ２などの無機フッ素化合物およびそれらの混合物、ならびにヘキサフルオロプロピレンオキシド、ヘキサフルオロベンゼンなどの有機フッ素供給源があり、フッ素化高級シランがある。上記化合物の混合物が、ＣＣＡとして特に有効なことがある。
【００２５】
一般に、水素化物および水素供給源は、酸化物および酸素含有残留物を除去するのに有効であり、一方フッ素供給源は炭素含有残留物を除去するのに用いられる。好ましくは、Ｈｅ＋イオン、Ｈ２＋イオンまたはＨ＋／Ｈ２＋混合物あるいはその両方の衝撃によって、活性化段階を実施することができる。あるいは、活性化段階は、電子ビーム照射あるいは紫外（ＵＶ）線照射によって実施することもできる。
【００２６】
活性化段階は、リフト・ピンによって基板をコールド・チャックから持ち上げ、その後、加熱ランプで基板を加熱することによって実施することができる。
【００２７】
好ましくは、持ち上げた基板を、約２００℃〜約４５０℃の温度に加熱し、より好ましくは、持ち上げた基板を、約３５０℃〜約４００℃の温度に加熱する。
【００２８】
図１を参照すると、デュアル・ダマシン層の一例が示されており、そこに基板１０およびエッチ・ストップ／バリア層２が示されている。エッチ・ストップ／バリア上にＩＬＤ（Inter-level Dielectrics）３が付着されており、前記ＩＬＤの上に任意選択のハードマスク４がある。ハードマスクは、複合ハードマスク膜を形成する単層または複数層から構成し得ることに留意されたい。Ｃｕ導体５がＩＬＤ内に形成され、ライナ／Ｃｕ拡散バリア６によってＩＬＤから分離されている。
【００２９】
第２のエッチ・ストップ／バリア層７が、Ｃｕ導体上に「キャップ」を形成する。各金属線およびバイア５は、金属線およびバイアをライニングするライナ材料６を任意選択で
含むことができる。
【００３０】
ライナとして使用できる適切な材料には、それだけに限らないが、ＴｉＮ、ＴａＮ、Ｔａ、ＷＮ、Ｗ、ＴａＳｉＮ、ＴｉＳｉＮ、ＷＣＮ、Ｒｕなど、およびそれらの混合物がある。ライナは、単層であってもよく、複数層を含むこともできる。
【００３１】
金属線およびバイアを形成するための技術およびパラメータは、当技術分野では周知である。簡単に言うと、線およびバイアを画定するための開口を、従来のリソグラフィ（低ｋ有機誘電体層の表面にフォトレジストを塗布することを含む）およびエッチングを利用して形成する。エッチング・ステップは、反応性イオン・エッチング、イオン・ビーム・エッチング、プラズマ・エッチングなど従来のドライ・エッチングを含む。次いで、従来の剥離プロセスを利用してフォトレジストを層から剥離する。
【００３２】
次に、導電性材料を、ライナを用いるときはライナ上に、または開口の露出表面上に、ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ、スパッタリング、めっき、蒸着または化学溶液析出など従来の付着法を使用して付着する。導電性金属で充填した構造を、次いで、従来のプレーナ工程にかけ、開口外の残留導電性金属またはライナあるいはその両方を実質的に除去する。たとえば、ＣＭＰを使用してもよく、ＣＭＰの後は金属線の最上部の水平部分は、第１層の上面とほぼ同一平面上になる。
【００３３】
次いで、拡散バリア層７を、その上面上に連続層として付着すると、相互接続層が完成する。拡散バリア層７は、上述の導電性金属の１つが、この相互接続層の上に形成された第１層内に拡散するのを防止することができる、どんな絶縁材料からでも構成される。
【００３４】
本発明は、Ｃｕ線に通じるバイア・コンタクトを含むバイア開口の洗浄を対象とするが、図２を参照して説明する。
【００３５】
図２を参照すると、誘電体層３０内にエッチングされたバイア開口５０および線開口７０が示されている。誘電体層３０は均質であっても、多層から構成されてもよいことに留意されたい。複数の層が存在する場合は、２つの層の界面が、線開口７０とバイア開口５０の界面と一致してはならない。
【００３６】
誘電体は、以下で述べるように３．５〜２のｋを有することができる。誘電体３０の下方に、バリア／キャップ／エッチ・ストップ層２０が、下にある銅線１００の上に配設されている。誘電体層３０は、単層または多層から構成されて複合ハードマスク膜を形成することができる任意選択のハードマスク層４０を含んでもよい。
【００３７】
上述の構成要素はすべて基板１１０上に配設される。
【００３８】
開口５０および７０を（ドライ・エッチングによって）形成した後、バイア開口の底部に注目すると、バリア／キャップ／エッチ・ストップ層２０は、エッチングされた開口９０を備えている。開口９０は、バイア・ボトムとして知られ、そこでＣｕ１０１が露出している。Ｃｕ表面は、Ｃｕ酸化物層１２０を含むこともあるが、これは空気、洗浄水溶液、部分的に酸素化された溶媒からなる洗浄溶液、およびバリア／キャップ／エッチ・ストップ層２０内に開口９０を形成するために使用される、反応性供給ガスなどの他の酸素供給源によってＣｕが酸化されるからである。Ｃｕ酸化物層１２０は、炭素およびその他の元素を含むこともある。バイア開口内部には厚さが可変の炭素残留物１４０が存在することもあり、この残留物は、Ｈ、Ｆおよび他の元素を含むことも、重合体のことも、あるいは無定形炭素型の物質であることもある。
【００３９】
炭素残留物１４０は、通例バイア・ボトムに存在するが、図２は側壁上の残留物を示している。
【００４０】
一般に従来技術では、第１洗浄ステップで還元性のＨ２プラズマまたは酸化性プラズマを使用して、Ｈ原子または他の活性種により、残留物１４０を除去する。他の一般的な化学作用には、以下に述べるガスのうちの１種または複数種が含まれる：Ｈ２、Ｏ２、Ｎ２およびＮＨ３。
【００４１】
従来技術で使用されたＡｒ＋イオンは、約１００ｅＶ〜約１０００ｅＶの運動エネルギーを有し、第２洗浄段階でＣｕ酸化物１２０を除去するために使用される。Ａｒ＋イオンを使用する場合は、イオンが、露出したトレンチ底部１５０およびハードマスク４０を損傷させ、そこでは誘電体がＡｒ＋の衝撃に直接曝される。
【００４２】
Ｃｕ酸化物層を除去する間、Ｃｕ原子が、バイア・ボトムからバイア側壁１６０およびトレンチ・フロア上にスパッタされる。ここではトレンチ・フロア上のＣｕを１５５として示す。
【００４３】
基板１１０は、たとえば、Ｓｉ、ＳｉＧｅ、Ｓｉ／ＳｉＧｅ、Ｓｉ／ＳｉＯ２／Ｓｉなど、シリコンを含むどんな半導体からでも構成することができる、半導体ウェハまたは半導体チップでよい。この基板を、作製すべき所望のデバイスに応じて、ｎ型またはｐ型のドーパントでドープする。この基板は、基板内またはその表面上に様々な絶縁領域またはデバイス領域あるいはその両方を含んでいてもよい。基板はまた、その表面に金属パッドを含んでいてもよい。シリコン含有半導体材料に加えて、基板は、その中にＣＭＯＳデバイスを含む回路でもよい。
【００４４】
層３０に適した誘電体は、それだけに限らないが、Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、ＦおよびＨのうちの１種または複数種から形成される組成物、たとえば、ＦＳＧ、Ｃドープ酸化物、Ｆドープ酸化物、Ｓｉ、Ｃ、ＯおよびＨの合金などのシリコン含有材料を含む、多孔質または緻密な無機材料である。Ｓｉ、Ｃ、ＯおよびＨ組成のプラズマＣＶＤ材料の具体例には、それだけに限らないが、Applied MaterialsのBlack Diamond、Novellus SystemsのCoral、およびASMのAuroraがあり、これらはすべて、２．８〜３．２の範囲を含めてほぼ３．０のｋを有する。また、細孔を含み２．７〜１．８のｋを有するＳｉＣＯＨ誘電体も、AppliedMaterialsのＢＤＩＩおよびＢＤＩＩＩ、ASMのAurora ULKおよびELK、およびその他の多孔質ＳｉＣＯＨ膜を含めて、本発明の範囲内で好ましく使用することができる。メチルシルセスキオキサン、シロキサン、日本合成ゴム（JSR:JapanSynthetic Rubber）の５１０９、５１１７、５５２５、５５３０、Dendriglassなど、Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、Ｈ組成を有する様々なスピン塗布膜も使用することができる。TrikonのOrionとして知られる材料および他の材料も使用することができる。
【００４５】
基板１１０上に第１誘電体層３０を形成する技術およびパラメータ（たとえば、プラズマＣＶＤまたはスピン・コーティング）は、当業者の範囲内にある。当技術分野で知られているように、環式前駆体および第２の炭化水素前駆体を原料とするプラズマＣＶＤは、その内容が参照により本明細書に組み込まれている、米国特許第６，３１２，７９３号、第６，４４１，４９１号、および第６，４７９，１１０Ｂ２号に開示されるように、２〜３のｋを有するＳｉＣＯＨ誘電体を作製するための１つの好ましい方法である。
【００４６】
あるいは、誘電体層３０は、ＳｉＬＫ（商標）の商標名でDow Chemical Co.から市販の熱硬化性有機材料やポリアリーレンエーテルなどの低ｋ有機材料でもよい。さらに、誘電体層３０は、DowChemical Companyの多孔質ＳｉＬＫ（商標）でもよい。
【００４７】
これらのバイア洗浄方法はいずれも、要素１００〜１６０（上記を参照）を含む基板を、約−２００℃〜約２５℃の温度に冷却したウェハ・チャック上に配置することから始まり、次いで、凝縮性洗浄剤（ＣＣＡ）を、０．１〜１００単分子層のＣＣＡを凝縮するのに十分な時間である約１秒〜約１００秒間、プロセス・チャンバに添加する。
【００４８】
上述したように、凝縮性洗浄剤（ＣＣＡ）は、還元剤、フッ素の分子供給源、水素供給源、ならびに水素およびシリコンの両方の供給源から選択する。
【００４９】
還元剤の例としては、金属水素化物など金属ベースの還元剤、ＬｉＡｌＨなどの混合金属水素化物がある。
【００５０】
水素およびシリコンの両方の供給源の例としては、それだけに限らないが、ジシラン、トリシラン、テトラシラン、およびその他の凝縮性シランがある。
【００５１】
フッ素の分子供給源としては、ＡｌＦ３、ＴｉＦ４、ＷＦ６、ＴａＦ６などの金属フッ化物、ＳＦ６、ＸｅＦ２およびその混合物などの無機フッ素化合物、ならびにヘキサフルオロプロピレンオキシド、ヘキサフルオロベンゼンなどの有機フッ素供給源、フッ素化高級シランがある。
【００５２】
上記化合物の混合物は、ＣＣＡとして特に有効なことがある。
【００５３】
好ましいＣＣＡには、ジシラン、トリシランなどの高級シラン、金属水素化物化合物、ＡｌＦ３、ＴｉＦ４、ＷＦ６、ＴａＦ６などの金属フッ化物化合物、ＳＦ６やＸｅＦ２などの無機フッ素化合物、混合フッ素化高級シラン、混合金属水素化物およびフッ素化物などがある。ＬｉＡｌＨなど金属ベースの還元剤も好ましい。
【００５４】
本発明の方法では、ＣＣＡはコーティング段階で冷ウェハ上に凝縮して、（ウェハ全体にわたって概略均質に）バイア・ボトム内に薄層を形成する。次いで、ＣＣＡは、活性化段階で活性化され、炭素ベースの汚染は揮発性有機化合物に転換され、Ｃｕ酸化物はＣｕ表面から除去される。
【００５５】
一実施形態では、ウェハが冷えたままである間に、Ｈ＋イオンまたはＨｅ＋およびＨ＋／Ｈ２＋衝撃によって、活性化段階を実施し、１つのプロセス・チャンバを使用する。衝撃段階では、Ｈｅ、および任意選択でＨ２を、それぞれのガス種について約１〜約１００００ｓｃｃｍの流量、好ましくは約１００〜約５００ｓｃｃｍの流量で、プロセス・チャンバに流入させる。
【００５６】
他の実施形態では、ウェハが冷えている間に電子ビーム照射または紫外照射によって、活性化段階を実施し、１つのプロセス・チャンバを使用する。電子照射処理では、約０．５ｅＶ〜約１００ｋｅＶの電子エネルギー、約１０〜１０００マイクロ・キュリー／ｃｍ２の線量、および約１秒〜約１００００秒の時間を使用する。この処理の代表的な条件は、約１〜約１０ｋｅＶの電子エネルギー、約５０〜約５００マイクロ・キュリー／ｃｍ２である。
【００５７】
さらに別の実施形態では、ウェハを加熱することによって活性化段階を実施し、１つのプロセス・チャンバを使用する。具体的には、リフト・ピンを使用してウェハをコールド・チャックから持ち上げ、次いで加熱ランプを用いて、持ち上げたウェハを、約２００℃〜約４５０℃、好ましくは約３５０℃〜約４００℃に加熱する。
【００５８】
さらに別の実施形態では、別個のプロセス・モジュール内のクラスタ・ツール上で、活性化段階を実施する。最初に、要素１００〜１６０を含む基板を、第１実施形態で述べたプロセス・チャンバ内で、−２００℃〜約２５℃の温度に冷却したウェハ・チャック上に配置し、次に、凝縮性洗浄剤（ＣＣＡ）を凝縮するのに十分な時間（約１〜約１００秒）、すなわち約０．１〜約１００単分子層のＣＣＡを凝縮するのに十分な時間、プロセス・チャンバに添加する。
【００５９】
その後、基板を第２プロセス・チャンバ内に移し、そこでＨｅ＋イオンまたはＨｅ＋およびＨ＋／Ｈ２＋イオンで、電子ビーム放射で、紫外線で、熱エネルギーで、あるいは他のエネルギー源により、基板を照射する。
【００６０】
第２チャンバでは、ウェハをチャックから持ち上げないこともある。チャックは、たとえば、抵抗加熱、加熱流体、または加熱ランプにより、所望の温度に加熱することができる。
【００６１】
他の実施形態では、希ガスプラズマを用いて活性化段階を実施し、プラズマと基板の間に少なくとも１つのグリッドを設置する。グリッドには、正のイオンを反発するために正のバイアスを印加しており、それによってＣＣＡの凝縮層を含む基板が、真空紫外光およびプラズマからの電子によって活性化される。任意選択で、第２グリッドを設置し、負のバイアスを印加して電子を反発させ、したがって真空紫外（ＶＵＶ）光のみでＣＣＡを活性化する。
【００６２】
本発明によるいくつかの実施形態を示し説明してきたが、それらには、当業者には明らかであるはずの多くの変更が可能であることをはっきり理解されたい。したがって、図示したまたは記述したものだけに限定されることはなく、添付の特許請求の範囲に含まれるあらゆる変更および修正が企図されている。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】その中に１組の金属線およびバイアを、その上に拡散バリア層を有する第１層を有する完成した相互接続層を示す概略横断面図である。
【図２】開口のメタライゼーションを行う前の、エッチングされたバイアおよび線の開口を示す概略横断面図である。
【符号の説明】
【００６４】
２  エッチ・ストップ／バリア層
３  ＩＬＤ
４  ハードマスク
５  Ｃｕ導体
６  ライナ／Ｃｕ拡散バリア
７  エッチ・ストップ／バリア層
１０  基板
２０  バリア／キャップ／エッチ・ストップ層
３０  誘電体層
４０  ハードマスク
５０  バイア開口
７０  相互接続開口
９０  バイア・ボトム
１００  銅線
１０１  Ｃｕ
１１０  基板
１２０  Ｃｕ酸化物層
１４０  炭素残留物
１５０  トレンチ底部
１５５  トレンチ・フロア上のＣｕ
１６０  バイア側壁
【図１】
2005094014.tif 000003
【図２】
2005094014.tif 000004