(57)【要約】【課題】半導体装置用の相互接続体を形成する方法を提供する。【解決手段】本発明に係る、半導体装置用の相互接続体を形成する方法は、半導体基板１１０上に誘電体層１００を形成する工程と、前記誘電体層１００中にトレンチ１１５を形成する工程と、前記半導体基板１１０をタンタルのターゲットを備えたプラズマ堆積チャンバに配置する工程と、前記プラズマ堆積チャンバにおいて窒素の存在下でプラズマを始動する工程と、前記トレンチ１１５にタンタルおよび窒素から成る超薄層１２５を堆積する工程とを備えている。
2004527132.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体装置用の相互接続体であって、
側壁および底部を備えた導電性コアと、
前記導電性コアの前記側壁および前記底部の上に設けられた超薄層と
を備えた
相互接続体。
【請求項２】
前記導電性コアが銅から成り、前記超薄層がタンタル・ナイトライドから成る、
請求項１に記載の相互接続体。
【請求項３】
前記超薄層の厚さが０．５〜３ナノメートルである、
請求項１または２に記載の相互接続体。
【請求項４】
前記超薄層がタンタル・ナイトライドの１〜７層の単分子層から成る、
請求項１〜３のうちの１項に記載の相互接続体。
【請求項５】
さらに、
前記コア導体と前記超薄層との間に余材導体を備えた、
請求項１〜４のうちの１項に記載の相互接続体。
【請求項６】
前記余材導体がタンタルから成る、
請求項５に記載の相互接続体。
【請求項７】
前記余材導体の厚さが５〜３０ナノメートルである、
請求項５または６に記載の相互接続体。
【請求項８】
超薄タンタル・ナイトライド層を形成する方法であって、
タンタルのターゲットを準備する工程と、
不活性ガスのプラズマを始動し、該プラズマに窒素を所定時間流入させて基板上にタンタル・ナイトライド層をスパッタする工程と、
前記所定時間の満了後、前記窒素の流入を停止する工程と
を備えた
方法。
【請求項９】
さらに、
前記タンタル・ナイトライド層の表面にタンタル層をスパッタする工程
を備えた、
請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記所定時間が３ナノメートル以下の厚さのタンタル・ナイトライド層を生成するのに十分な時間である、
請求項８または９に記載の方法。
【請求項１１】
前記所定時間が１〜７層の単分子層から成るタンタル・ナイトライド層を生成するのに十分な時間である、
【請求項１２】
超薄タンタル・ナイトライド層を形成する方法であって、
タンタルのターゲットを準備する工程と、
前記タンタルのターゲットの上に窒素を流すことにより、窒素によって前記タンタルのターゲットをプリチャージする工程と、
不活性ガスのプラズマを始動してタンタル・ナイトライドを基板上にスパッタする工程と
を備えた
方法。
【請求項１３】
さらに、
前記タンタル・ナイトライド層の表面にタンタル層をスパッタする工程
を備えた、
請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記窒素のプリチャージが３ナノメートル以下の厚さのタンタル・ナイトライド層を生成するのに十分なだけである、
請求項１２または１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記窒素のプリチャージが１〜７層の単分子層から成るタンタル・ナイトライド層を生成するのに十分なだけである、
請求項１２〜１４のうちの１項に記載の方法。
【請求項１６】
半導体装置用の相互接続体を形成する方法であって、
半導体基板上に誘電体層を形成する工程と、
前記誘電体層中にトレンチを形成する工程と、
前記半導体基板をタンタルのターゲットを備えたプラズマ堆積チャンバに配置する工程と、
前記プラズマ堆積チャンバにおいて窒素の存在下でプラズマを始動する工程と、
前記トレンチにタンタルおよび窒素から成る超薄層を堆積する工程と
を備えた
方法。
【請求項１７】
前記窒素はプラズマ始動後に窒素ガスとして前記プラズマ堆積チャンバに導入する、
請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記窒素はプラズマ始動前に前記タンタルのターゲットの表面をプリチャージするために前記プラズマ堆積チャンバに導入する、
請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
タンタルおよび窒素から成る前記超薄層の厚さが０．５〜３ナノメートルである、
請求項１６〜１８のうちの１項に記載の方法。
【請求項２０】
タンタルおよび窒素から成る前記超薄層がタンタルおよび窒素から成る１〜７層の単分子層から成る、
請求項１６〜１８のうちの１項に記載の方法。
【請求項２１】
さらに、
前記超薄層の表面にタンタルをスパッタする工程
を備えた、
請求項１６〜２０のうちの１項に記載の方法。
【請求項２２】
前記誘電体層が、
シリコン酸化物、低誘電率誘電体、およびＳＩＬＫ（ＴＭ）
から成る群から選択した材料から成る、
請求項１６〜２１のうちの１項に記載の方法。
【請求項２３】
前記プラズマ堆積チャンバがＤＣマグネトロン・チャンバである、
請求項１６〜２２のうちの１項に記載の方法。
【請求項２４】
前記プラズマ堆積チャンバがイオン金属プラズマ・チャンバである、
請求項１６〜２２のうちの１項に記載の方法。
【請求項２５】
前記トレンチが高アスペクト比のトレンチである、
請求項１６〜２４のうちの１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体相互接続冶金の分野に関する。特に、本発明は相互接続冶金用の障壁層および当該障壁層を形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
先進的な半導体技術では、能動素子を配線して集積回路を形成するのに銅の相互接続冶金（interconnect metallurgy)を用いている。通常、相互接続冶金はダマシン・プロセスまたはデュアル・ダマシン・プロセスによって形成する。ダマシン・プロセスによって、きわめて狭く、（１を超える）高アスペクト比（高さ割る幅）の高密度配線形体を形成することが可能になる。ダマシン・プロセスでは、まず誘電体中にトレンチをエッチングで形成する。次いで、そのトレンチを充填するのに十分な厚さの導体層を堆積したのち、ＣＭＰ（chemical-mechanical-polish）プロセスを実行して誘電体層の表面に堆積した導体を除去する。ＣＭＰの後、トレンチを充填している層のみが残るから、充填されたトレンチの表面は誘電体層の表面と同一平面を形成する。ダマシン技術では、介在する誘電体層中に独立に形成したビア（バイア）によって様々な相互接続レベルを接続する。デュアル・ダマシン技術では、導電性配線と同じ誘電体中にビアを集積して形成する。
【０００３】
銅が最適な導体冶金になったのは、導電率が大きいために狭い配線形体でもアルミニウムを基にした従来の相互接続冶金よりも大きな電流を流すことができるからである。銅を用いるとエレクトロ・マイグレーションと機械応力に対する信頼性が改善されるが、銅は信頼性を向上させるために余材（redundant)導体、たとえばトレンチの底部と側面を下敷きする薄層の形をしたタンタルとともに使用するのが普通である。しかし、タンタルはシリコン酸化物のような誘電体の上に直接に堆積しない。なぜなら、そうするとベータ相タンタルになってしまうからである。ベータ相タンタルはその抵抗率が約２００μΩ／ｃｍもあり、余材導体層として使用するには大きすぎる。また、銅とタンタルは一般にシリコン酸化物誘電体とともに使用する場合、接着増進層を必要とする。接着増進体としてタンタルおよび銅とともに使用する材料にタンタル・ナイトライドがある。タンタル・ナイトライドの表面にタンタルを堆積すると、アルファ相タンタルが形成される。アルファ相タンタルの抵抗率は約１２〜２０μΩ／ｃｍである。さらに、タンタル・ナイトライドは銅拡散障壁として機能する。また、銅はシリコン能動素子の特性を変化させる可能性があるから、誘電体層を通じてシリコン中にマイグレーションするのを阻止する必要がある。これはシリコン酸化物誘電体の場合に懸念されるだけでなく、低誘電率（low-K)の誘電体、たとえばＳＩＬＫ（ＴＭ）（ダウ・コーニング社（Dow Corning 、ミシガン州ミッドランド）製）を使用する場合にも、低誘電率の材料は多孔質であることから顕著に懸念される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、抵抗率が約２５０〜５００μΩ／ｃｍあることから、タンタルはあまり良好な導体ではない。この高抵抗率がますます重要になるのは、相互接続の密度が高まり、配線の寸法が小さくなって０．２５ミクロンやサブ０．２５ミクロンの最小設計寸法を用いるようになるからである。トレンチの幅と深さが０．２２５ミクロンになり、タンタル・ナイトライド層の厚さが２５〜５０ナノメートルの場合、タンタル・ナイトライドは配線の断面積の３０％〜５６％を占めることになる。これにより、銅を用いることにより増大した導電率によって得られた利点が部分的に失われることになる。また、トレンチのアスペクト比が増大するにつれ、トレンチの側壁間に適合しうるのは銅の狭いストリップしかないという地点にまで到達する。その場合でも、開口の残部をすべて充填しうるように銅を形成することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１の側面は次のように構成する。
半導体装置用の相互接続体であって、
側壁および底部を備えた導電性コアと、
前記導電性コアの前記側壁および前記底部の上に設けられた超薄層と
を備えた
相互接続体。
【０００６】
本発明の第２の側面は次のように構成する。
超薄タンタル・ナイトライド層を形成する方法であって、
タンタルのターゲットを準備する工程と、
不活性ガスのプラズマを始動し、該プラズマに窒素を所定時間流入させて基板上にタンタル・ナイトライド層をスパッタする工程と、
前記所定時間の満了後、前記窒素の流入を停止する工程と
を備えた
方法。
【０００７】
本発明の第３の側面は次のように構成する。
超薄タンタル・ナイトライド層を形成する方法であって、
タンタルのターゲットを準備する工程と、
前記タンタルのターゲットの上に窒素を流すことにより、窒素によって前記タンタルのターゲットをプリチャージする工程と、
不活性ガスのプラズマを始動してタンタル・ナイトライドを基板上にスパッタする工程と
を備えた
方法。
【０００８】
本発明の第４の側面は次のように構成する。
半導体装置用の相互接続体を形成する方法であって、
半導体基板上に誘電体層を形成する工程と、
前記誘電体層中にトレンチを形成する工程と、
前記半導体基板をタンタルのターゲットを備えたプラズマ堆積チャンバに配置する工程と、
前記プラズマ堆積チャンバにおいて窒素の存在下でプラズマを始動する工程と、
前記トレンチにタンタルおよび窒素から成る超薄層を堆積する工程と
を備えた
方法。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１（ａ）〜図１（ｄ）はタンタル・ナイトライド／タンタル／銅から成る相互接続を形成する様子を示す部分断面図である。図１（ａ）では、基板１１０の表面１０５に誘電体層１００を形成する。一例では、基板１１０は半導体基板である。誘電体層１００にはトレンチ１１５を形成する。トレンチ１１５には、誘電体層１００の表面１２５から基板１１０の表面１０５まで伸びた側壁１２０がある。トレンチ１１５にはさらに底部１３０がある。誘電体層１００はシリコン酸化膜または低誘電率材料である。一例では、低誘電率材料はＳＩＬＫ（ＴＭ）（ダウ・コーニング社（Dow Corning 、ミシガン州ミッドランド）製）である。トレンチ１１５はＲＩＥ（reactive ion etch)プロセスで形成する。
【００１０】
図１（ｂ）では、プラズマ堆積プロセスによってタンタル・ナイトライドの超薄層１３５を堆積する。タンタル・ナイトライド層１３５の製造ツールを図２と図３に示すとともに後述する。タンタル・ナイトライド層１３５のプロセスを図４と図５に示すとともに後述する。タンタル・ナイトライド層１３５は厚さが約０．５〜３ナノメートルであるとともに下地形状に忠実な被覆であり、トレンチ１１５の側壁１２０および底部１３０ならびに誘電体層１００の表面１２５を覆っている。タンタル・ナイトライドの分子直径は約０．４２ナノメートルであるから、タンタル・ナイトライド層１３５は１〜６層の単分子層から成る。
【００１１】
図１（ｃ）では、タンタル・ナイトライド層１３５の表面にタンタル層１４０を堆積する。タンタル層１４０はタンタル・ナイトライドの堆積後、タンタル・ナイトライド層１３５の堆積に使用したのと同じツールとチャンバで堆積する。一例では、タンタル層１４０の厚さは約５〜３０ナノメートルである。タンタル層１４０はタンタル・ナイトライド層１３５の上に下地形状に忠実な層を形成している。
【００１２】
図１（ｄ）では、タンタル層１４０上に下地形状に忠実な銅シード層１４５を形成する。銅シード層１４５は約１０〜２００ナノメートルの厚さにスパッタ堆積または蒸着する。銅シード層１４５は１台のロードロック・ツールの第２のチャンバでスパッタ堆積または蒸着する。第１のチャンバはタンタル・ナイトライド層１３５とタンタル層１４０を形成するのに使用する。次いで、銅シード層１４５上に電気めっきによって銅コア導体１５０をトレンチ１１５を完全に充填するのに十分な厚さに形成する。次いで、ＣＭＰを実行して誘電体層１００の表面からタンタル・ナイトライド層１３５、タンタル層１４０、銅シード層１４５、および銅コア導体１５０を除去し、誘電体層１００の表面と実質的に同一平面をなす表面１６０を有する導電性配線１５５を残す。図１（ｄ）に銅シード層１４５を示したけれども、実際には銅シード層は銅コア導体１５０の一部になり、銅コア導体と区別することはできない。
【００１３】
図２は超薄タンタル・ナイトライド層を堆積する第１のツールの概略断面図である。チャンバ１６５はイオン金属プラズマ・チャンバ、たとえばアプライド・マテリアルズ社（Applied Materials Inc.、カリフォルニア州サンタクララ）から入手できるＩＭＰ  Ｖｅｃｔｒａ（ＴＭ）チャンバである。チャンバ１６５は側壁１７０、蓋部１７５、および底部１８０を備えている。チャンバ１６５の蓋部１７５にはタンタルから成るターゲット１８５が配置されている。チャンバ１６５には基板支持部材１９０が移動可能に配置されており、基板２００を支持する上部支持表面１９５を備えている。一例では、基板２００は半導体基板である。基板支持部材１９０は昇降モータ２０５に接続されたステムに取り付けられている。昇降モータ２０５は基板支持部材１９０を下方のロード／アンロード位置と上方の処理位置との間を昇降させる。チャンバ１６５に設けられた開口２１０は基板支持部材１９０が下方のロード／アンロード位置にある間に、基板２００をチャンバ内に供給するとともにそこから取得するロボット（図示せず）用のアクセスを提供している。昇降モータ２２０に接続された昇降プレート２１５がチャンバ内に取り付けられており、基板支持部材１９０に取り付けられたピン２２５を昇降させる。ピン２２５は基板支持部材１９０の上部支持表面１９５に対して基板２００を昇降させる。チャンバ１６５にシールド２３５が配置されており、側壁１７０をスパッタ材料から遮蔽している。シールド２３５には基板支持部材１９０とターゲット１８５との間に、支持体２４０を介してコイル２３０が取り付けられている。コイル２３０はＲＦエネルギーを供給し、プラズマを始動し維持するのを支援するとともにプラズマ密度を増大させ、プラズマ内のイオン化種の量を増大させる。支持体２４０はコイル２３０をシールド２３５およびチャンバ１６５から電気的に絶縁している。チャンバ１６５では、３つの電源が使用されている。ＤＣ電源２５０はＤＣ電力をターゲット１８５に供給して処理ガスにプラズマを形成させる。ターゲット１８５の背後に配置された回転磁石２５２はターゲットの表面に磁界線を形成する。この磁界線によって電子が捕獲され、ターゲット近傍のプラズマ密度が増大するから、スパッタ効率が向上する。第１のＲＦ電源は第１の整合ネットワーク２５５Ｂを通じてコイル２３０にＲＦ電力を供給してプラズマ密度を増大させる。第２のＲＦ電源２６０Ａは第２の整合ネットワーク２６０Ｂを通じプラズマに対して基板支持部材１９０をバイアスし、イオン化したスパッタされた材料を基板２００の方向に引きつける。チャンバ１６５にはガス源２７０、２７５からガス導入口２６５を通じて２つのプラズマ・ガスが供給される。これら２つのプラズマ・ガスはそれぞれマス・フロー・コントローラ２８０、２８５によって計測されている。本例では、第１のガスは窒素であり、第２のガスは不活性ガスたとえばアルゴン、ヘリウム、ネオン、クリプトン、またはこれらの組み合わせである。チャンバ１６５の排気口２９５には少なくとも１つの真空ポンプ２９０が接続されており、チャンバを排気するとともにチャンバ内を所望の圧力に保っている。一例では、真空ポンプ２９０は約１．３３×１０-6Ｐａ（１０-8Ｔｏｒｒ）の低圧を維持しうるクライオ・ポンプまたは任意のポンプである。コントローラ３００は電源２５０、２５５Ａ、２６０Ａ、整合ネットワーク２５５Ｂ、２６０Ｂ、昇降モータ２０５、２２０、マス・フロー・コントローラ２８０、２８５、真空ポンプ２９０の機能、ならびにチャンバに付随する他のコンポーネントおよび機能を制御する。コントローラ３００はメモリ（一例ではハード・ディスク駆動装置）に格納されているシステム制御プログラムを実行する。コントローラ３００はアナログおよびディジタルの入力／出力ボード、インタフェース・ボード、およびステップ・モータ・コントローラ・ボードを備えることができる。移動可能な機械組立体を移動させ、かつそれを位置決めするのに一般に光センサおよび／または磁気センサが使用される。（「Ａおよび／またはＢ」は「ＡおよびＢ、Ａ、またはＢ」を表わす。）
【００１４】
次に動作を説明する。まずロボットが開口２１０を通じてチャンバ１６５に基板２００を供給する。次いで、ピン２２５を上方に伸ばして基板２００をロボットから持ち上げる。次いで、ロボットがチャンバ１６５が退去したのち、開口２１０を封止する。次いで、ピン２２５が基板２００を基板支持部材１９０の上表面１９５まで下げる。次いで、基板支持部材１９０が基板２００をターゲット１８５下の処理位置まで持ち上げる。次いで、少なくとも１つのプラズマ・ガスをチャンバ１６５に導入し、チャンバを処理圧力に安定させる。次いで、ＤＣ電源２５０が出す電力でターゲット１８５と基板支持部材１９０との間にプラズマを発生させる。第１のＲＦ電源２５５Ａはコイル２３０に電力を供給し、ターゲット１８５から出てくるスパッタされたターゲット材料の束（そく）をイオン化するのに十分な密度のプラズマを生成する。イオンは第２のＲＦ電源２６０Ａによってバイアスされた基板２００に向かって加速される。堆積が終わったら、基板支持部材１９０を下げ、ピン２２５を上昇させて基板２００を持ち上げる。次いで、ロボットがチャンバ１６５に入って基板２００を受け取る。要すれば、別の基板を供給して処理する。
【００１５】
図３は超薄タンタル・ナイトライド層を堆積する第２の堆積ツールの概略断面図である。図３は一般的なＤＣマグネトロン型プラズマ堆積ツールを示している。チャンバ１６５は側壁１７０、蓋部１７５、および底部１８０を備えている。チャンバ１６５の蓋部１７５にはタンタルから成るターゲット１８５が配置されている。チャンバ１６５には基板支持部材１９０が移動可能に配置されており、基板２００を支持する上部支持表面１９５を備えている。基板支持部材１９０は静電ウェーハ・チャックを備えていてもよい。基板支持部材１９０は昇降モータ２０５に接続されたステムに取り付けられている。昇降モータ２０５は基板支持部材１９０を下方のロード／アンロード位置と上方の処理位置との間を昇降させる。チャンバ１６５に設けられた開口２１０は基板支持部材１９０が下方のロード／アンロード位置にある間に、基板２００をチャンバ内に供給するとともにそこから取得するロボット（図示せず）用のアクセスを提供している。昇降モータ２２０に接続された昇降プレート２１５がチャンバ内に取り付けられており、基板支持部材１９０に取り付けられたピン２２５を昇降させる。ピン２２５は基板支持部材１９０の上部支持表面１９５に対して基板２００を昇降させる。チャンバ１６５にシールド２３５が配置されており、側壁１７０をスパッタされた材料から遮蔽している。チャンバ１６５では２つの電源が使用される。ＤＣ電源２５０はＤＣ電力をターゲット１８５に供給して処理ガスにプラズマを形成させる。ターゲット１８５の背後に配置された回転磁石２５２はターゲットの表面に磁界線を形成する。この磁界線によって電子が捕獲され、ターゲット近傍のプラズマ密度が増大するから、スパッタ効率が向上する。ＲＦ電源２６０Ａは整合ネットワーク２６０Ｂを通じプラズマに対して基板支持部材１９０をバイアスし、イオン化したスパッタされた材料を基板２００の方向に引きつける。任意事項として、基板支持部材１９０にバイアスを印加しなくともよい。その場合、ＲＦ電源２６０Ａと整合ネットワークは使用せず、あるいはチャンバ１６５の一部にに含めない。チャンバ１６５にはガス源２７０、２７５からガス導入口２６５を通じて２つのプラズマ・ガスが供給される。これら２つのプラズマ・ガスはそれぞれマス・フロー・コントローラ２８０、２８５によって計測されている。本例では、第１のガスは窒素であり、第２のガスは不活性ガスたとえばアルゴン、ヘリウム、ネオン、クリプトン、またはこれらの組み合わせである。チャンバ１６５の排気口２９５には少なくとも１つの真空ポンプ２９０が接続されており、チャンバを排気するとともにチャンバ内を所望の圧力に保っている。一例では、真空ポンプ２９０は約１．３３×１０-6Ｐａ（１０-8Ｔｏｒｒ）の低圧を維持しうるクライオ・ポンプまたは任意のポンプである。コントローラ３００は電源２５０、２６０Ａ、整合ネットワーク２６０Ｂ、昇降モータ２０５、２２０、マス・フロー・コントローラ２８０、２８５、真空ポンプ２９０の機能、ならびにチャンバに付随する他のコンポーネントおよび機能を制御する。コントローラ３００はメモリ（一例ではハード・ディスク駆動装置）に格納されているシステム制御プログラムを実行する。コントローラ３００はアナログおよびディジタルの入力／出力ボード、インタフェース・ボード、およびステップ・モータ・コントローラ・ボードを備えることができる。移動可能な機械組立体を移動させ、かつそれを位置決めするのに一般に光センサおよび／または磁気センサが使用される。
【００１６】
次に動作を説明する。まず、ロボットが開口２１０を通じてチャンバ１６５に基板２００を供給する。次いで、ピン２２５を上方に伸ばして基板２００をロボットから持ち上げる。次いで、ロボットがチャンバ１６５が退去したのち、開口２１０を封止する。次いで、ピン２２５が基板２００を基板支持部材１９０の上表面１９５まで下げる。次いで、基板支持部材１９０が基板２００をターゲット１８５下の処理位置まで持ち上げる。次いで、少なくとも１つのプラズマ・ガスをチャンバ１６５に導入し、チャンバを処理圧力に安定させる。次いで、ＤＣ電源２５０およびＲＦ電源２６０Ａが出す電力でターゲット１８５と基板支持部材１９０との間にプラズマを発生させ、ターゲット１８５から出てくるスパッタされたターゲット材料の束をイオン化するのに十分な密度のプラズマを生成する。イオンは基板に向かって加速される。また、ターゲット１８５を離れた非イオン化金属種が基板上に堆積する。堆積が終わったら、基板支持部材１９０を下げ、ピン２２５を上昇させて基板２００を持ち上げ、ロボットがチャンバ１６５に入って基板２００を受け取る。要すれば、別の基板を供給して処理する。
【００１７】
図４は超薄タンタル・ナイトライド層を堆積する第１の方法を示すフローチャートを示す図である。この第１の方法は図２に示すとともに上述した第１のツールまたは図３に示すとともに上述した第２のツールを使用する。まず、ステップ３１０で、基板２００を堆積チャンバ内にロードしたのち、チャンバを約１．３３×１０-6Ｐａ（１０-8Ｔｏｒｒ）に排気する。ステップ３１５では、不活性ガスたとえばアルゴン、ヘリウム、ネオン、クリプトン、またはこれらの組み合わせを約５〜２００ｓｃｃｍの流速で堆積チャンバ内に流入させる。次のステップ３２０と３２５は同時に行う。ステップ３２０では、ＤＣ電力およびＲＦ電力をオンにして不活性ガス・プラズマを始動し、ターゲット１８５からタンタルをスパッタし始める。チャンバ１６５の場合、ターゲット１８５にＤＣ電源２５０によって約５００〜３０００ワット印加し、コイル２３０にＲＦ電源２５５Ａによって約５００〜５０００ワット印加し、基板支持部材１９０にＲＦ電源２６０Ａによって約１０〜５００ワット印加する。チャンバ３０５の場合、ターゲット１８５にＤＣ電源２５０によって約５００〜３０００ワット印加し、基板支持部材１９０にＲＦ電源２６０Ａによって約１０〜５００ワット印加する。チャンバ１６５およびチャンバ３０５のいずれの場合も、引き続くすべての工程を通じて基板２００を約０℃〜２００℃の温度に保ち、タンタル・スパッタ速度を約０．２〜５ｎｍ／秒（２〜５０Å／秒）に制御する。ステップ３２５では、タンタルのスパッタが始まったらすぐに窒素を流入させる。窒素はタンタルのスパッタが続いている間、約１〜１５秒間、約５〜２００ｓｃｃｍの流速で流入させる。ステップ３２５の間に２つのプロセスが起こる。第１のプロセスでは、プラズマ中でタンタル原子が窒素と反応してタンタル・ナイトライドを形成する。これが基板２００上に堆積する。第２のプロセスでは、ターゲット１８５上でタンタル・ナイトライドが形成される。これがスパッタ剥離されて基板２００上に堆積する。次いで、ステップ３３０では、窒素の流入をオフするが、タンタルのスパッタは続く。タンタルのスパッタはステップ３２５で堆積したタンタル層の表面に所定の厚さのタンタルが堆積されるまで続ける。次いで、ステップ３３５では、ＲＦ電力とＤＣ電力をオフし、プラズマを崩壊させ、タンタルのスパッタ・堆積を終了する。最後に、ステップ３４０では、不活性ガフの流入をオフし、堆積チャンバから基板２００を取り出す。
【００１８】
図５は超薄タンタル・ナイトライド層を堆積する第２の方法を示すフローチャートを示す図である。この第２の方法は図２に示すとともに上述した第１のツールまたは図３に示すとともに上述した第２のツールを使用する。まずステップ３４５で、基板２００を堆積チャンバ内にロードしたのち、チャンバを約１．３３×１０-6Ｐａ（１０-8Ｔｏｒｒ）に排気する。次いで、ステップ３５０では、窒素をオンし、約５０〜２００ｓｃｃｍの流速で流入させる。所定時間経過後、ステップ３５５で窒素の流入を停止する。窒素は、ターゲット１８５の表面で吸収される、すなわちターゲットのタンタルと反応してターゲットの表面にタンタル・ナイトライド層を形成するのに十分な時間だけ流入させる。また、窒素はコイル２３０によって吸収されるから、コイルからもスパッタされる。ステップ３５０では、窒素によってターゲット１８５の表面を効果的にプリチャージする。次いで、ステップ３６０では、不活性ガスたとえばアルゴン、ヘリウム、ネオン、クリプトン、またはこれらの組み合わせを約５〜２００ｓｃｃｍの流速で堆積チャンバ内に流入させる。次いで、ステップ３６５では、ＤＣ電力およびＲＦ電力をオンにして不活性ガス・プラズマを始動し、ターゲット１８５からタンタル・ナイトライドをスパッタし始める。ターゲット１８５の表面に吸着された窒素が消失しないように、不活性ガスを流入させている約０〜２秒間にプラズマに衝撃を与えることが重要である。ステップ３６５の間に、タンタルと窒素がターゲット１８５からスパッタ剥離されるから、タンタル・ナイトライドが形成され、それが基板２００上に堆積する。チャンバ１６５の場合、ターゲット１８５にＤＣ電源２５０によって約５００〜３０００ワット印加し、コイル２３０にＲＦ電源２５５Ａによって約５００〜５０００ワット印加し、基板支持部材１９０にＲＦ電源２６０Ａによって約１０〜５００ワット印加する。チャンバ３０５の場合、ターゲット１８５にＤＣ電源２５０によって約５００〜３０００ワット印加し、基板支持部材１９０にＲＦ電源２６０Ａによって約１０〜５００ワット印加する。チャンバ１６５およびチャンバ３０５のいずれの場合も、引き続くすべての工程を通じて基板２００を約０℃〜２００℃の温度に保つ。次いで、ステップ３７０では、吸収された窒素を使い果たし、タンタルのスパッタを開始する。タンタルのスパッタはステップ３６０で堆積したタンタル層の表面に所定の厚さのタンタルが堆積されるまで続ける。次いで、ステップ３７５では、ＲＦ電力とＤＣ電力をオフし、プラズマを崩壊させ、タンタルのスパッタ・堆積を終了する。最後にステップ３８０では、不活性ガフの流入をオフし、堆積チャンバから基板２００を取り出す。
【００１９】
超薄タンタル・ナイトライド膜の要件はそれが連続しており、タンタルを余材導体として使用する場合、ベータ相タンタルを形成しないことである。上述したように、ベータ相タンタルの抵抗率はアルファ相タンタルよりずっと大きい。シリコン酸化物中に形成したビア内でタンタル・ナイトライドが連続していないと、タンタルの下敷きを形成するときにベータ相タンタルが形成されてしまう。ベータ相タンタルが形成されているか否かは抵抗率の計測によって簡単に判断することができるから、超薄タンタル層が連続であるか否かを決める基礎にすることができる。
【実施例１】
【００２０】
２対の銅ビア・チェーン構造体を形成した。当該対の１つのビア・チェーンは直列接続された６８０００個のビアから成り、第２のビア・チェーンは直列接続された１００個のビアから成っていた。各チェーンの各ビアは深さが１マイクロメートルであり、直径が０．４マイクロメートルであり、シリコン酸化物誘電体中に形成した。第１の対は厚さが１０ナノメートルの厚タンタル・ナイトライドと厚さが４０ナノメートルのタンタル下敷きを用いて形成した。第２の対は本発明に係る厚さが１〜３ナノメートルの超薄タンタル・ナイトライドと厚さが４０ナノメートルのタンタル下敷きを用いて形成した。４枚のウェーハ上の４０箇所の各々にある４０個のチェーンを計測した。表１は各ビア・チェーンの計測した抵抗率（オーム／リンク）と標準偏差を厚タンタル・ナイトライド下敷きビア・チェーンと超薄タンタル・ナイトライド下敷きビア・チェーンについて列挙したものである。
【００２１】
【表１】
2004527132.tif 000003
【００２２】
超薄タンタル・ナイトライド・セルの抵抗率は厚タンタル・ナイトライド・セルの抵抗率と実質的に同じであるから、ベータ相タンタルは形成されなかった。したがって、超薄タンタル・ナイトライド層は連続していたと結論することができる。
【００２３】
以上、タンタルとタンタル／銅の相互接続冶金において下敷きとして極薄タンタル・ナイトライド層を使用することを、そのような層の製造方法とともに開示した。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】（ａ）本発明の実施形態に従いタンタル・ナイトライド／タンタル／銅相互接続を形成する方法を示す部分断面図である。（ｂ）本発明の実施形態に従いタンタル・ナイトライド／タンタル／銅相互接続を形成する方法を示す部分断面図である。（ｃ）本発明の実施形態に従いタンタル・ナイトライド／タンタル／銅相互接続を形成する方法を示す部分断面図である。（ｄ）本発明の一実施形態に従いタンタル・ナイトライド／タンタル／銅相互接続を形成する方法を示す部分断面図である。
【図２】本発明の一実施形態従い超薄タンタル・ナイトライド層を堆積する第１のツールの概略断面図である。
【図３】本発明の一実施形態従い超薄タンタル・ナイトライド層を堆積する第２のツールの概略断面図である。
【図４】本発明の一実施形態従い超薄タンタル・ナイトライド層を堆積する第１の方法を示すフローチャートを示す図である。
【図５】本発明の一実施形態従い超薄タンタル・ナイトライド層を堆積する第２の方法を示すフローチャートを示す図である。
【符号の説明】
【００２５】
１００  誘電体層
１０５  表面
１１０  基板
１１５  トレンチ
１２０  側壁
１２５  表面
１３０  底部
１３５  タンタル・ナイトライド層
１４０  タンタル層
１４５  銅シード層
１５０  銅コア導体
１５５  導電性配線
１６０  表面
１６５  チャンバ
１７０  側壁
１７５  蓋部
１８０  底部
１８５  ターゲット
１９０  基板支持部材
１９５  上部支持表面
２００  基板
２０５  昇降モータ
２１０  開口
２１５  昇降プレート
２２０  昇降モータ
２２５  ピン
２３０  コイル
２３５  シールド
２４０  支持体
２５０  ＤＣ電源
２５５Ａ  第１のＲＦ電力源
２５５Ｂ  第１の整合ネットワーク
２６０Ａ  第２のＲＦ電力源
２６０Ｂ  第２の整合ネットワーク
２６５  ガス導入口
２７０  ガス源
２７５  ガス源
２８０  マス・フロー・コントローラ
２８５  マス・フロー・コントローラ
２９５  排気口
２９０  真空ポンプ
３００  コントローラ
３０５  チャンバ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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