(57)【要約】【課題】容易で効率的で費用対効果のよいやり方で半導体デバイス内の中間層（バリヤ層）を精製して性能向上させる多角的システムの開発。【解決手段】デバイスセグメント（１００）の基礎層（１０２）（例えば誘電体層）の上に中間層（１０４）（例えばＴｉを含む）を付着させるために第一付着プロセスを利用し；環境内の材料を反応性媒体（例えばＮＨ３）に曝露させるようにそして環境内の材料を目標温度に加熱するように適合されたアニール環境を提供し；デバイスセグメントをアニール環境内で、バリヤ層からその中に第一付着プロセス中に組み込まれた有機不純物（例えば酸素）をゲッタリングするのにそしてバリヤ層内に反応性媒体の元素（例えばＮ）とバリヤ層の元素（例えばＴｉ）を含む化合物（１２６）（例えばＴｉＮ）の所期密度を形成するのに十分な時間量の間アニーリングし；そしてバリヤ層上に最終構造層（２０４）（例えばタングステン）を形成するために第二付着プロセスを利用する。【選択図】図２
2005223335.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体デバイスセグメントを製造する方法であって、
基礎層を提供し；
基礎層の上に中間層を付着させるために第一付着プロセスを利用し；
環境内の材料を反応性薬剤に曝露させるように適合された、そして環境内の材料を次いで目標温度に加熱するように適合された、アニール環境を提供し；
アニール環境内でデバイスセグメントを、中間層からその中に第一付着プロセス中に組み込まれた有機不純物をゲッタリングするのに十分な、そして中間層内に反応性薬剤の元素と中間層の元素を含む化合物の所期密度を形成するのに十分な、時間量の間、アニーリングし；そして
中間層の上に最終構造層を形成するために第二付着プロセスを利用する、
諸工程を含む前記製造方法。
【請求項２】
半導体デバイスセグメント内にタングステン系接点構造を製造する方法であって、
接点構造を規定する誘電体層を提供し；
誘電体層の上に、ＴｉＮを含む層を付着させるために、金属有機化学蒸着プロセスを利用し；
環境内の材料をＮＨ３に曝露させるように適合された、そして環境内の材料を目標温度に加熱するように適合された、アニール環境を提供し；
アニール環境内で接点構造を、ＴｉＮを含む層からその中に金属有機化学蒸着プロセス中に組み込まれた有機不純物をゲッタリングするのに十分な、そしてＴｉＮを含む層内に所期密度のＴｉＮを形成するのに十分な、時間量の間、アニーリングし；そして
ＴｉＮを含む層の上にタングステンの層を形成するために化学蒸着プロセスを利用する、
諸工程を含む前記製造方法。
【請求項３】
接点構造を規定する誘電体層を提供し；
誘電体層の上に、ＴｉＮを含む層を付着させるために、金属有機化学蒸着プロセスを利用し；
環境内の材料をＮＨ３に曝露させるように適合された、そして環境内の材料を目標温度に加熱するように適合された、アニール環境を提供し；
アニール環境内で接点構造を、ＴｉＮを含む層からその中に金属有機化学蒸着プロセス中に組み込まれた有機不純物をゲッタリングするのに十分な、そしてＴｉＮを構成する層内に所期密度のＴｉＮを形成するのに十分な、時間量の間、アニーリングし；そして
ＴｉＮを含む層の上にタングステンの層を形成するために化学蒸着プロセスを利用する、
諸工程を含む方法によって製造された、半導体デバイスセグメント内のタングステン接点構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般的には半導体デバイスの分野に関し、より詳しくは、デバイス加工中に半導体バリヤ構造を安定化させ向上させるための装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
向上した集積回路性能に対する不断の需要は結果として、中でも、半導体デバイス形状の劇的な縮小と、あらゆる半導体デバイス内の全ての下部構造の性能を最適化する不断の努力を生じさせた。半導体デバイスの加工プロセス、素材組成および能動回路レベルのレイアウトにおける多数の改善および革新は結果として、非常に高密度の回路設計を生じさせた。ますます密な回路設計は多数の性能特性を改善してきたばかりでなく、それは半導体素材特性と挙動の重要性およびそれらに対する注目を増大させてもきた。
【０００３】
集積回路の増大したパッキング密度は半導体製造プロセスに対する多数の挑戦を発生させる。殆ど全てのデバイスは集積回路の操作性能を悪化させることなく更に小型化されなければならない。良好な信頼性と共に、高いパッキング密度、低い発熱、及びより低い電力消費が、いかなる機能悪化も伴わずに、維持されなければならない。集積回路の増大したパッキング密度は通常、より小さいフィーチャーサイズ（ｆｅａｔｕｒｅ  ｓｉｚｅ）によって遂行される。
【０００４】
集積回路がより高密度になると、集積回路内のトランジスターやその他素子をインターコネクトする金属構造の幅は縮小される。結局、半導体製造業者はより伝統的な半導体素材（たとえば、アルミニウム）の代わりに、より新しい代替素材（たとえば、銅、タングステン）を使用して金属性インターコネクト構造を形成することによって更に小さい且つ更に高速のデバイスを作り出すことを試みている。
【０００５】
不都合なことには、ますます小さいデバイスの形状およびフィーチャーは−このより新しい代替素材の特有の物性および挙動とも関連して−、多くの伝統的な半導体加工技術およびプロセスを使用できなくさせている。一つの普遍的なプロセスは或る誘電体材料の上に或る金属性インターコネクト材料を直接付着（ｄｉｒｅｃｔ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）させることを伴う。この決定的な作用は−多くの場合において−、かかる材料に固有の相異なる物性によって引き起こされる団結性と性能の問題点（たとえば、劣った密着性、物質の拡散）のせいで問題のあるものになる。結果として、金属インターコネクト材料と誘電体材料の間に一つまたはそれ以上の中間層材料を付着させる多段階加工プロセスが多数開発されてきた。中間層材料は−それを間に介在させるところの各材料とは或る種の相溶性を有しており−、ある程度は、転移的機能（ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎａｌ  ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を満足させる。かかる性質はたとえば付着金属（たとえば、「シード（ｓｅｅｄ）」層）の密着性を改善するために活用されてもよい。しばしば、中間層材料は電気的または化学的バリヤ−電流の入りもしくは出または原子的もしくは分子的元素の拡散を防止する−として役立つ。
【０００６】
かかる技術は有効ではあるが、デバイスの形状およびフィーチャーの不断の小型化は有効なバリヤ材料および商業的に実行できる付着方法の分野をいくぶん制限してきている。スパッタリングのような或る伝統的な付着法は著しく小さいデバイスフィーチャーの中に又は上に中間層材料またはインターコネクト材料をうまく付着させることができないかもしれない。しばしば、小型フィーチャー付着プロセスは化学蒸着（ＣＶＤ）のような或る種の反応性付着技術に限定される。普通、ＣＶＤ法は所期材料の付着を達成するための反応性のキャリヤ化合物または薬剤に依っている。所期の付着用材料を運ぶのには極めて有効であるけれども、これらキャリヤ材料の存在またはそのポスト反応残留物はしばしば追加の懸念および問題を生じさせる。
【０００７】
キャリヤに関連した異常は形態および顕示において広く多様であり得るが、一般的には結果としてデバイスの信頼性と収率の低下を生じさせる。たとえば、金属有機ＣＶＤ（ＭＯＣＶＤ）は或る種の中間またはバリヤ材料（たとえば、Ｔｉ、ＴｉＮ）を付着させるのに使用される。しかしながら、付着後には、ＭＯＣＶＤは付着材料の中に多数の有機不純物または汚染物（たとえば、炭素、酸素）を残すことがある。多数のかかる不純物を除去するのには後続の清浄化（ｃｌｅａｎｉｎｇ）および処理（ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）が利用される。この追加処理が殆どうまくいく場合には、不純物の吸着または退出はその後に、未反応バリヤ材料、および後続プロセスからの汚染物または不純物のための拡散または進入の通路を残すことがある。この追加処理が殆どうまくいかない場合には、汚染物または不純物の広範囲に及ぶ存在は結果としてデバイスの性能または破損の問題を多数生じさせることがある。
【０００８】
いくつかの場合においては、後続プロセスからのキャリヤ元素または残留物が先行付着材料と反応することがあり、それは下層材料の中に不安定性−裂け目（ｂｒｅａｃｈ）や噴出し（ｅｒｕｐｔｉｏｎ）さえ−を生じさせる。たとえば、タングステンはしばしば接点（ｃｏｎｔａｃｔ）材料として使用される。代表的には、タングステンはＣＶＤ法によって、或る気体状の前駆体またはキャリヤを使用して付着される。普通、フッ素が使用される。従って、Ｔｉ系の中間構造は金属付着中に或るタングステン・フッ素化合物（たとえば、ＷＦｘ）に曝露されるかもしれない。不都合なことに、フッ素やその他ハロゲン（たとえば、塩素）は典型的に半導体金属とは高度に反応性である。特に、フッ素は高度に拡散性であり、かつチタンとは高度に反応性、−非常に揮発性のＴｉＦ化合物を形成することが可能−、である。しかしながら、或る種のチタン化合物（たとえば、ＴｉＮ）はそれほどフッ素と反応しない。かかる化合物は有益な諸性質の中でも特に、フッ素の悪影響を遮断または阻害するのに活用されてもよい。それにもかかわらず、中間層が有意な程度の未反応Ｔｉの存在を有する場合には、−不純物の除去もしくは存在によるか又はある遮断用化合物（たとえば、ＴｉＮ）の低密度によるかどちらかによって−、多量の中間層がキャリヤ残留元素との反応によって揮発性のキャリヤ系化合物（たとえば、ＴｉＦｘ）に転化され得る。このことはデバイス構造の中に不運な噴出しを引き起こすことがあり、デバイスの収率および信頼性を損なう。
【０００９】
大部分においては、通常のプロセスおよび方法はこの問題を−意図的に又は非意図的にどちらにしても−看過してきたようである。この看過は必然的なものであったかも知れない。先に述べてように、著しく小さいデバイスを製造するための商業的に実行できるプロセスおよび素材の分野はすでに制限されている。かかるキャリヤの引き起こす異常が認められる場合でさえ、入手可能な加工プロセスはその問題を十分に取り扱うことができないであろう。たとえば、不純物を完全に除去するためには、或る種のアニール（ａｎｎｅａｌ）プロセスは付帯的デバイス構造が耐え得る以上の温度を要求するかもしれない。いくつかの他の方法は標準アニールプロセスの実質的かつ複雑な改造（たとえば、既に予熱されているアニールチャンバーの中に導入する前に気体を予熱する）に依っている。更に他の、より普通でない、方法（たとえば、不相溶性材料の一時的な物理的または化学的単離）も可能性はあるであろう。しかしながら、かかるバリエーションはそれらがデバイス加工プロセスに付加する追加のコストおよび煩雑さのせいで好まれないか又は商業的に利用できないかどちらかである。
【００１０】
結果として、容易な、効率的な、かつ費用対効果の良いやり方で、中間層材料が有害なキャリヤ材料または残留物との反応に弱いことを軽減または解消させながら、中間層材料から不純物を有効にゲッタリングしそして中間層材料の中の有益化合物の密度を増大させるバリヤ精製システム（ｂａｒｒｉｅｒ  ｒｅｆｉｎｅｍｅｎｔ  ｓｙｓｔｅｍ）が必要とされている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
（発明の概要）
本発明は商業的に実行できる加工技術を利用してバリヤ層を精製するための、多数の装置および方法を成す、多角的システムを提供する。キャリヤの引き起こす異常によって生じる様々な紛糾を把握して、本発明のシステムはバリヤ材料の付着から起こる不純物を有効に除去する一方で有益なバリヤ材料化合物の密度を増大させる。本発明のシステムはバリヤ層の団結性および後続のキャリヤ材料や残留物との有害な反応からの免除を最適化させる。従って、本発明は半導体デバイス構造の中にキャリヤに基づいた裂け目や噴出しを仮に無くさないとしても最少にする、すなわち、−デバイスの信頼性および収率を、容易な、効率的な、かつ費用対効果のよいやり方で、改善する−。
【００１２】
本発明は、或る付着用キャリヤ材料やポスト反応残留物は中間デバイス構造の中に有意な異常を生じさせることがあり、−結果として、バリヤおよびその他の後続付着デバイス構造の中に深刻な裂け目または噴出しを生じさせる−、ということを認めている。それに応答して、本発明のシステムは、中間層材料（単数または複数）の付着後にその中に残された有機不純物を除去し；かつ、中間層材料（単数または複数）の有効密度を増大させる。不純物の除去中に、バリヤ材料は所期の「濃密化（ｄｅｎｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）」剤、すなわち、−増加した又は増加する密度を助長または促進させる薬剤−、と反応して有益な材料化合物を発現させる。それによって、バリヤ材料の実質的部分、特に、中間層の露出表面近くの、は、その後に存在するキャリヤ材料や残留物との反応を阻止される。その上、有益な材料化合物は不純物の除去によって生じたボイドまたはチャンネルを充填する、すなわち、−多分、有害なキャリヤ元素のための進入通路を遮断する−。このようにして、バリヤおよび後続デバイス構造の安定性および団結性が増進される、すなわち、−デバイス全体の信頼性および収率が改善される−。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
より詳しくは、本発明の一態様は半導体デバイスセグメント内の半導体バリヤまたは中間層を製造する方法を提供する。このシステムは、その上に中間層が第一付着プロセスを使用して付着されるところの基礎層（ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ  ｌａｙｅｒ）を用意する。アニール環境（ａｎｎｅａｌ  ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ）がその環境内の材料を反応性の薬剤または媒体（ｍｅｄｉｕｍ）に曝露させる。アニール環境は環境内の材料を目標温度に加熱する。アニール環境内でのデバイスセグメントのアニーリングは、中間層から、第一付着プロセス中に形成された又は置かれた有機不純物をゲッタリングし；そして中間層内に所期密度の有益化合物−反応性薬剤の元素と中間層の元素から成る−を形成する、のに十分な時間量の間、行われる。それから、中間層の上に最終構造層を形成するために第二付着プロセスを与える。
【００１４】
本発明の別の態様は半導体デバイスセグメント内のタングステン接点構造を製造する方法を提供する。この態様は、接点構造を規定する誘電体層を用意する。誘電体層の上に、ＴｉＮを含む層を付着させるために、金属有機化学蒸着プロセスを利用する。アニール環境が用意され、そして、環境内の材料をＮＨ３に曝露させ；そして環境内の材料を目標温度に加熱するように適合される。アニール環境内での接点構造のアニーリングは、ＴｉＮを含む層から、その中に金属有機化学蒸着プロセス中に組み込まれた有機不純物を、ゲッタリングし；そしてＴｉＮを含む層内に所期密度のＴｉＮを形成する、のに十分な時間量の間、行われる。次いで、ＴｉＮを含む層の上にタングステンの層を形成するために化学蒸着プロセスを利用する。
【００１５】
さらに、本発明は次のようなシステムによって製造された半導体デバイス内のタングステン接点構造を提供するものである：このシステムは、接点構造を規定する誘電体層を提供し；誘電体層の上に、ＴｉＮを含む層を付着させるのに、金属有機化化学蒸プロセスを利用し；環境内の材料をＮＨ３に曝露させそして環境内の材料を目標温度に加熱するように適合されているアニール環境を提供し；接点構造をアニール環境内で、ＴｉＮを含む層からその中に金属有機化学蒸着プロセス中に組み込まれた有機不純物をゲッタリングするのに十分な、そしてＴｉＮを含む層内に所期密度のＴｉＮを形成するのに十分な、時間量の間、アニーリングし；そして、ＴｉＮを含む層の上にタングステンの層を形成するために化学蒸着プロセスを利用する。
【００１６】
本発明のその他の特徴および利点は、当業者には、図面を引用してなされた以下の詳細な記述から明らかになろう。
【００１７】
本発明をより良く理解するために、そして本発明を如何に実施するかを例によって示すために、図と共に本発明の詳細な記述が参考になるが、各図における同じ引用数字は同じ部分を表わしている。
図１ａ〜図１ｅは本発明に従って中間材料層を精製する各局面を示す図解を提供する。
図２は本発明に従って最終構造層を付着させる一定局面を示す図解を提供する。
【００１８】
（発明の詳細）
本発明の各種態様を成しそして使用することが以下に詳細に論じられているが、本発明は広く多様な情況で具体化できる多数の応用可能な発明的概念を与えるということを理解されるべきである。以後、本発明は例示的に、チタン（Ｔｉ）系バリヤ構造とタングステン（Ｗ）系接点構造との組合せで、記述されている。しかしながら、ここに論じた具体的態様は、本発明を成しそして使用するための単なる具体的例証であって、本発明の範囲を制限するものではない。
【００１９】
本発明は商業的に実行できる加工技術を利用して中間層材料を精製する多角的システムを提供する。本発明は或る付着用キャリヤ材料およびポスト反応残留物が中間のデバイス構造たとえばバリヤ層（単数または複数）の中に有意な異常を生じさせることがあるということを認めている。これら異常はバリヤおよびその他の後続付着デバイス構造の中に深刻な裂け目または噴出しを顕示させることがある。本発明のシステムはこれら問題を、中間層材料（単数または複数）の付着後にその内部に残された有機不純物を有効に取り除くシステムによって処理している。
【００２０】
本発明のシステムはこれら不純物を、中間層材料（単数または複数）の有効密度を増大させもするシステムによって取り除く。不純物除去中に、バリヤ材料は所期の濃密化剤と反応させられる、すなわち、−有益なバリヤ材料化合物を形成する又はその存在を拡大させる−。従って、バリヤ材料の実質的部分、特に、中間層の露出表面近くの、は、後に存在するキャリヤ材料や残留物との反応を免れることになる。さらに、有益なバリヤ材料化合物は不純物の存在または除去によって生じたボイドおよびチャンネルを充填して、有害なキャリヤ元素のための潜在的進入通路を遮断する。中間層内でのこのバリヤ材料の濃密化はさらに、後続デバイス構造の安定性および団結性を改善する、すなわち、−デバイスの信頼性および収率を改善する−。
【００２１】
説明および例証のためには、本発明の利点を持たないプロセスにおいて生じる一定の挑戦を理解することが有効である。たとえば、代表的な半導体加工プロセスにおけるタングステン接点構造の形成を考察してみよう。しばしば、適切な組成（たとえば、Ｔｉ、ＴｉＮ）の一層以上の遷移性バリヤ（ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎａｌ  ｂａｒｒｉｅｒ）層がタングステン構造と下層の誘電体構造（単数または複数）との間に要求または要望される。普通、中間層の第一部分、それは誘電体構造と直接接触している、は未反応Ｔｉから成るが、中間層の第二部分、それは第一部分の頂上に配置されそして後続処理向けに露出した状態におかれている、はＴｉＮから成る。代表的には、デバイス形状が特に小さい場合には、チタンを含む層（単数または複数）は或るＭＯＣＶＤプロセスによって誘電体の頂上に付着される。これらプロセスは一般に、チタン含有層内にかなりの数の有機不純物を残す。タングステンの付着前に、チタン含有層は調製されなければならない。
【００２２】
本発明の助けなしでは、その調製はしばしば、或る周囲条件を利用するアニールまたはプラズマ法（たとえば、急速サーマルアニール（ｒａｐｉｄ  ｔｈｅｒｍａｌ  ａｎｎｅａｌ）−ＲＴＡ）の形態を採用する。汚染物を除去しかつチタンの窒化を助長するには純粋窒素ＲＴＡ環境が通常使用される。高純度のＴｉＮ、特に、バリヤ層の露出表面近くの、は後で詳述するようにタングステンの付着中には望ましい。かかるＲＴＡ環境については、その温度より上で不純物の完全吸着が可能であるところの或る温度閾値（たとえば、約７２５℃）が存在する。しかしながら、この場合およびその他の多数の場合において、かかる温度でのＲＴＡは多数のデバイス構造に対して損傷を生じさせることがある、すなわち、−デバイスのパラメーター性能を悪化させるか又は完全なデバイス破損を引き起こす−。その上、かかるＲＴＡ法は典型的な窒素系ＲＴＡシステム−それは代表的には５８０℃の範囲内のどこかで操作する−に対して有意かつ高価な改造を要求するであろう。
【００２３】
従って、非常に高温でのＲＴＡは一般に利用されない、すなわち、−その結果、普通は、バリヤ材料からの有機不純物の不完全な吸着またはゲッタリングを生じる−。仮にかかるＲＴＡが実行できそうであったとしても、バリヤ層のチタンの対窒素比率は代表的には１よりも更に大きい、−それは不純物除去度にかかわりなく一定量の遊離の未反応チタンが決まった場所に残ることを意味している−。生き残った不純物の存在は、それ自体で及びそれだけで、一定の信頼性と収率の問題を引き起こすことがある。その上、残存している不純物と、不純物吸着によって生じたボイドは、バリヤ層の至る所に存在する未反応チタンへの接近を助長することができる。
【００２４】
やはり本発明の利点をもたない、その他の、もっと普遍的でない調製はアニール環境の複雑な改造に依っており、そして場合によっては、中間層の中の有益化合物（たとえば、ＴｉＮ）の厚さを実際に減少させる。一つのかかるアプローチはたとえば米国特許第５，１８８，９７９号（「予熱されたアンモニアを使用しての窒化物層の形成方法」）に記載されている。やはり、かかる製造は処理総経費を増大させるし、しかも、それら製造がＴｉＮのような有益化合物の厚さを減少させる場合には、中間層内の未反応Ｔｉの存在を増加させることがある。ここに記載されている通り、これは有害なキャリヤ反応とそれに対応する性能・収率問題の可能性を実際に増大させる。
【００２５】
中間層全体にわたるこの未反応チタンの存在はバリヤの頂上へのタングステンの付着中に問題化する。しばしば、タングステンは、或るキャリヤ元素−普通、フッ素−を利用して、ＣＶＤによって付着される。フッ素は非常に拡散的に移動性である傾向があり、しかもチタンとは非常に揮発性の気体状化合物を生成する傾向がある。タングステンＣＶＤ中には、バリヤ層−今や、或る不純物、ボイドおよび未反応チタンを有している−がＣＶＤ前駆体化合物たとえばＷＦｘに曝露される。理想的には、濃密なかつ連続しているＴｉＮの濃度がバリヤ層の露出表面に沿って存在していて、その上にタングステン層が均一に展開し始める。しかしながら、実際には、露出表面における又はその近くにおける不純物、ボイドまたは未反応チタンの存在は中間層の中へのフッ素の拡散的進入を許す又は助長する。フッ素は次いで、未反応チタンと反応して揮発性の気体状ＴｉＦ化合物を生成する、−特に、より高濃度の未反応チタンが一般に存在しているＴｉ／ＴｉＮ接合近くに−。タンタル付着中の殆ど全ての段階において、又は残余の加工の間中に、これらＴｉＦ化合物は体積膨張する又は噴き出すことがある、すなわち、−中間層、タンタル層の中に及びその他の周囲の又は後で形成されたデバイス構造の中に、裂け目または亀裂（ｆｉｓｓｕｒｅ）を生じさせる−。信頼性の問題、デバイス破損および収率損失はそこから来ている。
【００２６】
対照的に、本発明によるタングステン系接点構造の形成は、かかる問題を未然に防ぎながら、より良好なデバイスの安定性および性能を与える。ここで、本発明を、デバイスの断面セグメント１００を図示している図１ａを参照しながら、より詳細に説明する。セグメント１００は半導体デバイス内の接点トレンチ構造（ｃｏｎｔａｃｔ  ｔｒｅｎｃｈ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）の非常に小さな断面部分を表わしている。代替態様においては、セグメント１００は本発明による利点を得るいずれの適するデバイス構造またはフィーチャーの断面部分を表わしてもよい。
【００２７】
セグメント１００は下方の材料層１０２と、その上に付着された中間の材料層１０４を含んでいる。図１ａに描かれた態様においては、層１０２は、それを或るバリヤによって後続材料層（たとえば、金属）からバッファリング（ｂｕｆｆｅｒｉｎｇ）することが要求または要望されているところの或る基礎半導体材料（たとえば、プレメタル（ｐｒｅ−ｍｅｔａｌ）誘電体）を含んでいる。代替態様においては、材料１０２は、それを後続付着材料からバッファリングすることが有効であるところのいずれの適する材料構造を含んでいてもよい。さらに、層１０２は、その上に中間層１０４が形成されるであろうところの、半導体の構造またはフィーチャーを規定する複数の基本または基礎材料の或る組合せ（たとえば、プレメタル誘電体とインターメタル（ｉｎｔｅｒ−ｍｅｔａｌ）誘電体）を含んでいてもよい。
【００２８】
層１０４は要求されたバッファーを付与し、或る遷移性または絶縁性材料から成っている。図１ａに描かれた態様においては、層１０４はチタンを含む。層１０４は包括化された第一と第二の領域１０６と１０８を有するものとして図解されている。第一領域１０６は層１０２と直接接触しており、そして大抵は未反応Ｔｉからなる。第二領域１０８は領域１０６の頂上に付着されており、そしてかなりの量のＴｉＮ化合物を含んでいる。領域１０８はかなりの量の未反応Ｔｉも含んでいてもよい。代替態様においては、層１０４はその他のいずれのバッファー材料、またはいずれの複数のバッファー材料層から成ってもよく、本発明に従った挙動を示しかつ反応を体験する。
【００２９】
材料層１０４はその付着−たとえば、ＭＯＣＶＤによる−の後には、或る数の有機不純物１１０（たとえば、原子または分子の炭素、原子または分子の酸素）を含有している又はそれを組み込まれている。セグメント１００、特に、層１０４の上方表面１１２、は次いで、本発明によるアニールプロセスを受ける。これを、図１ｂ〜１ｄを参照して、詳細に説明する。図１ｂにおいては、セグメント１００は周囲の薬剤または媒体１１６を含むアニール環境１１４に曝されている。薬剤１１６は、２成分以上の反応性化合物であって層１０２の中へそしてそのすみずみまで浸透する前記反応性化合物からなる。本発明の実施に関連した全てのコストまたは操作総経費を無くするか又は最少にするためには、薬剤１１６はセグメント１００を製造するのに使用された製造プロセスの範囲内でそれまでに入手可能である化合物であるべきである。
【００３０】
アニール環境は次いで、セグメント１００をある所期の温度または温度範囲に加熱し、本発明に従う反応のための触媒を付与する−たとえば、層１０４の中への薬剤１１６の拡散的進入を助長する−。層１０４の中で、薬剤１１６の成分は分離されそして層１０４の中にすでに存在していた元素と化合する。薬剤１１６は、それの成分の一つが層１０４の基本元素（たとえば、Ｔｉ）と共に有益化合物を形成し；そしてそれの他方の成分（単数または複数）が不純物１１０と共に化合物を形成して不純物の吸着またはゲッタリング（ｇｅｔｔｅｒｉｎｇ）を促進する、ように処方または選択される。この組み合わされた、有益化合物の形成と不純物のゲッタリングとが、層１０４の相対密度または有効密度を増大させる、すなわち、−その性能特性を改善しそして後からの汚染物の進入を妨害または防止する−。
【００３１】
本発明によって、薬剤１１６は層１０４の中の基本元素とは優先的に反応性である元素または化合物を含む、すなわち、−所期の有益化合物を形成する即ちその密度を増大させる−。Ｔｉが層１０４の中の基本元素でありそして所期の有益化合物がＴｉＮである与えられた例のためには、本発明に従って挙動する反応性のＮ系組成物が選択されるべきである。図１ｂに描かれた態様においては、媒体１１６はアンモニア（ＮＨ３）からなる。代表的には、ＮＨ３は殆どの半導体製造プロセスにおいてそれまでに入手可能であり、そして僅かなシステム総経費またはコストをもって環境１１４の中に導入できる。
【００３２】
セグメント１００、特に、表面１１２、はＲＴＡ中に、約６８０℃の温度において約３０秒間、媒体１１６に曝される。アニーリングのタイプ、温度および時間はセグメント１００および媒体１１６の中に使用される具体的材料に依存して広く変動可能である。代替態様においては、ＲＴＡ温度は約６８０℃〜約７２０℃の範囲内で変動されてもよい。他の代替態様においては、ＲＴＡ時間は約５秒のような短さであってもよいし、又は要求されるだけ又は実現可能であるだけ長くてもよい。更に他の態様においては、スパイクアニーリングプロセスがＲＴＡの代わりに利用されてもよい。スパイクアニーリングプロセスは一般に、高温（たとえば、約７００℃〜約８７０℃）を非常に短時間（たとえば、約１〜２秒、＜１秒）の間利用する。それのタイプ、時間および温度がどうであれ、アニールプロセスは本発明に従った有益な濃密化とゲッタリングの効果を付与するのに十分であるべきである。
【００３３】
図１ｂに描かれているように、薬剤１１６（すなわち、ＮＨ３）からの成分、窒素成分１１８と水素成分１２０からなる、が層１０４に浸透する。これら成分が分離すると、水素成分１２０は不純物１１０と反応してそのより効率的かつ完全なゲッタリングを促進する。図１ｃに描かれているように、不純物１１０は酸素を含んでおり、従って、成分１２０は酸素１１０と化合する、すなわち、−水１２２、および水素１２０を、気体状形態で形成する−。窒素成分１１８はフリーであって層１０４の中の未反応Ｔｉと反応し、他方、水１２２および水素１２０は吸着する、−図１ｄに描かれている通り−。今や、図１ｅに図解されているように、遊離窒素１１８とチタン１２４が反応している、すなわち、−化合してＴｉＮ化合物１２６を形成している−。これら反応は与えられた時間および温度の条件に依存して、表面１１２に又はその直下に固体ＴｉＮの連続層を形成し、そして反応は継続して固体ＴｉＮの存在を層１０４の中に拡大させる。これは層１０４内の望ましいＴｉＮ成分１２６の有効密度を増大させる。化合物１２６の所期密度は化合物１２６によって妨害されることを意図されている有害な元素または化合物の原子の物理的性質または挙動特性に基づいて算出または決定されてもよい。たとえば、ＴｉＮの最低必要密度は、ＴｉＮ広がりの間の最大の可能ボイドまたはスペースがフッ素原子（または分子）よりも小さくなる、すなわち、−本発明のシステムを、具体的有害元素の反応を阻害するように、調整する−、ように、統計的に計算されそして物理的に創作されてもよい。従って、本発明によって与えられる望ましい成分の増大した密度は、最適化された不純物除去と組み合わされて、多くのやり方でセグメント１００に利益を与える。
【００３４】
本発明によってこうして与えられる一つの決定的な利点は、図１ａ〜１ｅを引用して説明した通りに処理された後のセグメント１００を描いている図２を参照して例証される。図２では、セグメント１００がタングステンＣＶＤプロセスを受ける。しばしば、かかるプロセスは複数の工程を含んでおり、そして第一工程は表面１１２をタングステン前駆体またはキャリヤ組成物２０２に曝露することを伴う。図２に描かれている態様においては、組成物２０２はタングステン・フッ素（ＷＦｘ）化合物（たとえば、ＷＦ６）からなる。先に論じた通り、フッ素は非常に拡散的に移動性である傾向があり、かつチタンとは非常に揮発性の気体状化合物を生成する傾向もある。表面１１２が化合物２０２に曝露されると、表面１１２に沿ってタングステン２０４が最終構造層（たとえば、タンタル接点）を形成し始め、そして気体状フッ素２０６が放出される。この状況においては、しかしながら、表面１１２の下の所期密度におけるＴｉＮ化合物の広大な且つ連続した存在はフッ素２０６が層１０４の中に拡散的に進入するのを完全でないとしても殆ど妨害する。先に指摘した通り、ＴｉＮは一般にフッ素とは反応しないので、フッ素遮断として作用する。
【００３５】
フッ素２０６が層１０４の中に浸透することが可能である場合でさえ、表面下のＴｉＮ化合物１２６によって拡散を遮断される前にフッ素と遊離チタン１２４が反応することはないということがわかる。本発明のシステムはそうでなければフッ素が進入するのに利用したであろう不純物に関連したボイドおよび通路を取り除いてしまい、そしてボイドおよび通路の代わりに、ＴｉＮ化合物、すなわち、−フッ素の進入を遮断し、且つフッ素と反応しない、化合物−、を生成してしまっている。さらに、本発明のシステムは層１０４の中の未反応チタンの実質的部分を有益な仕方で反応させてしまっている、すなわち、−フッ素２０６のための反応目標はあったとしても殆ど残されていない−。結局、ＴｉＦ化合物の噴き出しによって起こる裂け目および亀裂は退けられている。
【００３６】
従って、本発明によれば、誘電体基礎１０２とタンタル最終構造層２０４との間には、より安定かつ純粋な中間層１０４が提供される。例証および説明のために、ここに記載された態様はＴｉおよびＴｉＮの中間層を含んでいる。しかしながら、本発明はその他の多層中間構造にも同様に応用可能である。セグメント１００の利益のためには、各層の、および重要なことには各層間の界面の、構造的団結性が最適化される。さらに、本発明のアニーリングは問題の層（単数または複数）におけるストレス（たとえば、残留物、界面）を緩和し、そしてその層の脆性を減少させる。セグメント１００の更なる利益のためには、殆どの又は全ての不純物１１０の除去が各構造のパラメーター性能を改善する。結果として、デバイスの信頼性および収率は有意に改善される。
【００３７】
従って、本発明の利点をもって、半導体材料層および構造が精製されてもよく、−有益材料の密度を増大させそして有害汚染物をゲッタリングする−。通常のアプローチと比べたときに、より効率的なやり方で、より信頼性のある半導体デバイスを製造するために、本発明によって、半導体材料の物理的性質および反応性挙動が活用されてもよい。本発明の原理および技術はどれほどの数のデバイス層にも、順次または選択的に、適用されてもよい。他のデバイス層または構造（たとえば、金属性インターコネクト）を精製するために本発明の原理および技術を適合させることはそれによって包含される。
【００３８】
記載された態様は半導体デバイスセグメントの製造方法を包含するが、その製造方法は、基礎層を提供し；基礎層の上に中間層を付着させるために第一付着プロセスを利用し；環境内の材料を反応性薬剤に曝露させるように適合された、そして環境内の材料を次いで目標温度に加熱するように適合された、アニール環境を提供し；アニール環境内でデバイスセグメントを、中間層からその中に第一付着プロセス中に組み込まれた有機不純物をゲッタリングするのに十分な、そして中間層内に反応性薬剤の元素と中間層の元素を含む化合物の所期密度を形成するのに十分な、時間量の間、アニーリングし；そして中間層の上に最終構造層を形成するために第二付着プロセスを利用する、諸工程を含む。
【００３９】
基礎層は誘電体または複数の誘電体を含んでいてもよく、そして接点トレンチまたはデバイスのフィーチャーを規定してもよい。中間層はＴｉまたはＴｉＮを含んでいてもよい。中間層を付着させるために第一付着プロセスを利用する工程は中間層を付着させるために金属有機化学蒸着プロセスを利用することを含んでもよい。アニール環境を提供する工程はスパイクアニール環境のような急速サーマルアニール環境を提供することを含んでもよい。急速サーマルアニール環境は約６８０℃〜約７２０℃の範囲内の目標温度を有してもよい。時間量は少なくとも約５秒であってもよいし、又は約３０秒であってもよい。スパイクアニール環境は約７００℃〜約８７０℃の範囲内の目標温度を有してもよい。時間量は１〜２秒、または１秒以下、であることができる。アニール環境を提供する工程は反応性Ｎ系化合物を含む又はＮＨ３を含む反応性薬剤を提供することを含んでもよい。この化合物はＴｉＮを含んでもよい。最終構造層を付着させるために第二付着プロセスを利用する工程は更には、最終構造層を付着させるために化学蒸着プロセスを利用することを含んでもよい。最終構造層はタングステンを含んでもよい。
【００４０】
一態様においては、半導体デバイスセグメント内にタングステン系接点構造を製造する方法は、接点構造を規定する誘電体層を提供し；誘電体層の上に、ＴｉＮを含む層を付着させるために、金属有機化学蒸着プロセスを利用し；環境内の材料をＮＨ３に曝露させるように適合された、そして環境内の材料を目標温度に加熱するように適合された、アニール環境を提供し；アニール環境内で接点構造を、ＴｉＮを含む層からその中に金属有機化学蒸着プロセス中に組み込まれた有機不純物をゲッタリングするのに十分な、そしてＴｉＮを含む層内に所期密度のＴｉＮを形成するのに十分な、時間量の間、アニーリングし；そしてＴｉＮを含む層の上にタングステンの層を形成するために化学蒸着プロセスを利用する、諸工程を含む。
【００４１】
一形態においては、半導体デバイス内のタングステン接点構造は、接点構造を規定する誘電体層を提供し；誘電体層の上に、ＴｉＮを含む層を付着させるために、金属有機化学蒸着プロセスを利用し；環境内の材料をＮＨ３に曝露させるように適合された、そして環境内の材料を目標温度に加熱するように適合された、アニール環境を提供し；アニール環境内で接点構造を、ＴｉＮを含む層からその中に金属有機化学蒸着プロセス中に組み込まれた有機不純物をゲッタリングするのに十分な、そしてＴｉＮを含む層内に所期密度のＴｉＮを形成するのに十分な、時間量の間、アニールし；そしてチタンを含む層の上にタングステンの層を形成するために化学蒸着プロセスを利用する、諸工程を含む方法によって製造される。
【００４２】
ここに記載された態様および例は、従って、本発明およびその実際の応用を最もよく説明するために、そしてそれによって当業者が本発明を成しそして利用することができるように、呈示されている。しかしながら、当業者は以上の記載および例が例証および例示のためにのみ呈示されていることを認めるであろう。以上の記述はそれ以外のものを排除したり又は本発明を開示された実施の形態に制限したりすることを意図していない。以上の通り、上記教示に照らして特許請求の範囲の精神および範囲を逸脱することなく多数の変更および変形が可能である。
【００４３】
以上の説明に関して以下の項を開示する。
（１）  半導体デバイスセグメントを製造する方法であって、
基礎層を提供し；
基礎層の上に中間層を付着させるために第一付着プロセスを利用し；
環境内の材料を反応性薬剤に曝露させるように適合された、そして環境内の材料を次いで目標温度に加熱するように適合された、アニール環境を提供し；
アニール環境内でデバイスセグメントを、中間層からその中に第一付着プロセス中に組み込まれた有機不純物をゲッタリングするのに十分な、そして中間層内に反応性薬剤の元素と中間層の元素を含む化合物の所期密度を形成するのに十分な、時間量の間、アニーリングし；そして
中間層の上に最終構造層を形成するために第二付着プロセスを利用する、
諸工程を含む前記製造方法。
【００４４】
（２）  半導体デバイスセグメント内にタングステン系接点構造を製造する方法であって、
接点構造を規定する誘電体層を提供し；
誘電体層の上に、ＴｉＮを含む層を付着させるために、金属有機化学蒸着プロセスを利用し；
環境内の材料をＮＨ３に曝露させるように適合された、そして環境内の材料を目標温度に加熱するように適合された、アニール環境を提供し；
アニール環境内で接点構造を、ＴｉＮを含む層からその中に金属有機化学蒸着プロセス中に組み込まれた有機不純物をゲッタリングするのに十分な、そしてＴｉＮを含む層内に所期密度のＴｉＮを形成するのに十分な、時間量の間、アニーリングし；そして
ＴｉＮを含む層の上にタングステンの層を形成するために化学蒸着プロセスを利用する、
諸工程を含む前記製造方法。
【００４５】
（３）  半導体デバイスセグメント内のタングステン接点構造であって、
接点構造を規定する誘電体層を提供し；
誘電体層の上に、ＴｉＮを含む層を付着させるために、金属有機化学蒸着プロセスを利用し；
環境内の材料をＮＨ３に曝露させるように適合された、そして環境内の材料を目標温度に加熱するように適合された、アニール環境を提供し；
アニール環境内で接点構造を、ＴｉＮを含む層からその中に金属有機化学蒸着プロセス中に組み込まれた有機不純物をゲッタリングするのに十分な、そしてＴｉＮを構成する層内に所期密度のＴｉＮを形成するのに十分な、時間量の間、アニーリングし；そして
ＴｉＮを含む層の上にタングステンの層を形成するために化学蒸着プロセスを利用する、
諸工程を含む方法によって製造された、前記の、半導体デバイスセグメント内のタングステン接点構造。
【００４６】
（４）  本発明は半導体デバイスセグメント（１００）の中の半導体バリヤ層（１０４）を精製するためのシステムを提供する。そのシステムは基礎層（１０２）を提供し、その上にはバリヤ層が第一付着プロセスを使用して付着される。アニール環境が提供され、その環境内の材料を反応性薬剤に曝露させる。次いで、そのアニール環境はその環境内の材料を目標温度に加熱する。そのデバイスセグメントはアニール環境内で、バリヤ層から第一付着プロセス中に形成された又は置かれた有機不純物をゲッタリングするのに、そして反応性薬剤の元素とバリヤ層の元素（１２４）を含む化合物（１２６）の所期密度をバリヤ層内に形成するのに、十分な時間量の間アニールされる。バリヤ層の上に最終構造層（２０４）を形成するために第二付着プロセスが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１ａ】本発明に従って中間の材料層を精製する各局面を示す図解である。
【図１ｂ】本発明に従って中間の材料層を精製する各局面を示す図解である。
【図１ｃ】本発明に従って中間の材料層を精製する各局面を示す図解である。
【図１ｄ】本発明に従って中間の材料層を精製する各局面を示す図解である。
【図１ｅ】本発明に従って中間の材料層を精製する各局面を示す図解である。
【図２】本発明によって最終構造層を付着させる一定局面を示す図解である。
【符号の説明】
【００４８】
１００  半導体デバイスセグメント
１０２  基礎層（誘電体層）
１０４  中間層（バリヤ層）
１０６  中間層の第一領域（未反応Ｔｉ）
１０８  中間層の第二領域（ＴｉＮと未反応Ｔｉを含む）
１１０  不純物（酸素）
１１２  中間層の表面
１１４  アニール環境
１１６  反応性薬剤（ＮＨ３）
１１８  薬剤の一方の成分（窒素）
１２０  薬剤の他方の成分（水素）
１２２  不純物と薬剤の元素の反応生成物（水）
１２４  中間層の元素（Ｔｉ）
１２６  中間層内の有益化合物（ＴｉＮ化合物）
２００  最終構造層形成用第二付着プロセス（タングステンＣＶＤプロセス）
２０２  第二付着用の前駆体またはキャリヤ組成物（ＷＦ６）
２０４  最終構造層（タングステン付着物）
２０６  有害キャリヤ（フッ素）
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図１ｃ】
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【図１ｄ】
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【図１ｅ】
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【図２】
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