(57)【要約】本発明は、α−Ｔａに基づくＴａ膜を堆積させる方法、及びこのような膜を使用して銅を電気メッキする方法に関する。この膜の厚さは３００ｎｍ未満であり、有機物質含有低誘電率絶縁材料のシード層を堆積させ、及び２５０℃未満の温度においてこのシード層上にタンタルをスパッタリングすることによって作られる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機物質含有低誘電率絶縁材料のシード層を堆積させること、及び２５０℃未満の温度においてこのシード層上にタンタルをスパッタリングすることを含む、３００ｎｍ未満の厚さで、α−Ｔａに基づくＴａ膜を堆積させる方法。
【請求項２】
前記シード層がメチルでドープされた酸化ケイ素である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ケイ素含有有機化合物と酸化剤を、プラズマの存在下で反応させ、そして炭素を有する基がこの膜に含有されるようにして得られた膜を硬化させることによって、前記シード層を形成する、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記シード層を、水素含有プラズマに露出させることによって硬化させる、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記シード層の表面をエッチングによって除去した後でタンタルの堆積を行う、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記シード層を加熱した後でタンタルを堆積させる、請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記タンタルの供給源と基材との距離が少なくとも２００ｍｍである、請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記タンタルの供給源と基材との距離が少なくとも２００ｍｍ〜２５０ｍｍである、請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
前記タンタルの堆積を不均衡マグネトロンによって行う、請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
前記基材がバイアスされている、請求項１〜９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
前記タンタル膜上に銅を堆積させる、請求項１〜１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
前記シード層が金属間誘電体層である、請求項１〜１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
タンタル材料の有意の部分が、イオン状態で前記シード層に達する、請求項１〜１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
半導体ウェハー等の凹凸を有する表面にタンタル層を堆積させること、及びこのバリアー層に直接に銅層を電気メッキすることを含み、前記タンタル層の抵抗率が５０μΩ・ｃｍ未満である、半導体ウェハー等の凹凸を有する表面に銅を電気メッキする方法。
【請求項１５】
前記タンタル層が、少なくとも実質的にα相タンタルである、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
請求項１〜１３のいずれかに記載の方法を使用して、前記タンタル層を堆積させる、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記タンタル層の抵抗率が２０〜４０μΩ・ｃｍである、請求項１４〜１６のいずれかに記載の方法。
【請求項１８】
前記抵抗率が約２５μΩ・ｃｍである、請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、α−Ｔａに基づくＴａ膜を堆積させる方法、及びタンタル膜を利用する銅の電気メッキ方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
不活性ガス雰囲気における絶縁体へのタンタル薄膜のスパッタリング堆積は一般に、β−Ｔａの形成をもたらす。正方晶構造を有するこの相は、高抵抗率のＴａ相であり、その抵抗率は１８０〜２００μΩｃｍである。
【０００３】
第２の相は、ｂｃｃ構造を有し且つ約２０〜５０μΩｃｍのかなり小さい抵抗率を有するα−Ｔａである。第３に、これらの両方の相の混合物が、Ｔａ薄膜で見出され、この混合物は、上記純粋な相の間の抵抗率を有する。
【０００４】
α−Ｔａは抵抗率が低いので、エレクトロニクス産業における多くの用途においてβ−Ｔａを超える好ましい候補である。α−Ｔａは、バルク金属の状態では熱力学的に安定な相であるが、３００ｎｍまでの典型的な厚さのスパッタリングされた薄膜中ではこの低誘電率層を再現可能にもたらすことは困難である。従って、高抵抗率のβ−相が支配的になる。
【０００５】
スパッタリングによって純粋なα−Ｔａ薄膜を製造するために使用できる３つの方法が、従来技術で既知である。
【０００６】
第１に、６００℃を超える基材温度は、α−Ｔａの形成をもたらすことができる。しかしながらこの手法は、エレクトロニクスの用途で使用することが現実的ではない。これは、エレクトロニクスの用途では、基材の温度をできるだけ低くして、熱の影響を受ける材料への損傷を避けることが一般的だからである。
【０００７】
第２の方法は、スパッタリングプロセスの間に、又は堆積後の追加のプラズマ処理において、Ｔａ格子に気体不純物／他の原子を導入することを含む。これらの不純物としては、窒素、水素、又は酸素を挙げることができる。しかしながら、気体不純物の量による抵抗率の変化は非常に迅速なことがあり、一般に制御が難しい。
【０００８】
第３の最も新しい手法は、追加のベース層の導入である。この追加のベース層は、続くＴａ膜の堆積において、低抵抗率のα−相の形成のための「シード（種）」として機能する。このベース層としては、ＴａＮ、Ｎｂ、又はＷを挙げることができる。
【０００９】
これらの材料は、現実的ではなく、又は追加の工程／材料の導入を伴う。更に、最期の場合における第２の層の追加は、完成した積層体（ベース層とＴａ）の抵抗率をかなり増加させることがある。
【００１０】
タンタルは、マイクロエレクトロニクスの用途のためのサブミクロンダマシン構造における銅金属被覆において特に重要である。典型的に、第１にタンタルと次の窒化タンタルとからなるバリアー層が存在し、それに続いて銅のシード層が存在する。その後、これは、銅によってダマシン構造が満たされるまでメッキされる。タンタルは本質的に付着層である。従って、α相のタンタルを形成するための低温の方法が必要とされている。
【００１１】
ＰＣＴ国際公開ＷＯ００／１７４１４号は、約３２５℃〜約５５０℃の高い基材温度において、低抵抗率のタンタルと窒化タンタルの層を堆積させることを開示している。特にこの文献の第１４頁においては、４００℃の基材プラテン温度において、低抵抗率のタンタル膜を堆積させることを開示している。この基材プラテン温度は、３２５℃〜３５０℃又はそれよりも高い基材温度に相当する。比較的低い温度において堆積させたタンタルは、大きい抵抗率を有し、約４００℃又はそれよりも高温の続くアニール処理によって低抵抗率の膜にされることが示されている。従ってこの開示は、ウェハーを４００℃の温度にしたときにのみ、低抵抗率のタンタルが得られることを示している。
【００１２】
ここでは低抵抗率のタンタルがα相であるとしているが、これは、タンタル及び窒化タンタルを堆積させる基材の表面にも、堆積させるタンタル膜の厚さにも言及していない。αタンタル膜の形成においては、膜を堆積させる表面及び膜厚さが重要な要素であることはすでに知られている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
以下では、抵抗率が比較的大きいタンタルが、この開示において示唆されているようなタンタルのα相の損失を必ずしも意味しないことを示す。
【００１４】
温度の問題に戻ると、関連する基準は熱収支であるので、室温で堆積させ、続いて高温でアニール処理することは、初めからこの比較的高い温度で堆積させる場合と比較してほとんど現実的な利益がない。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、３００ｎｍ未満、特に３０ｎｍ（３００Å）未満の厚さを有する、α−Ｔａに基づくＴａ膜を堆積させる方法に関する。この方法は、有機物質含有低誘電率絶縁性層のシード層を堆積させること、及び６００℃未満の温度においてこのシード層上にタンタルをスパッタリングすることを含む。
【００１６】
好ましくは温度は２５０℃未満であり、温度の上限が１００℃であることが特に好ましい。
【００１７】
好ましくはシード層は、炭素でドープされた水素化二酸化ケイ素、例えばメチルでドープされた酸化ケイ素、特に便利には、本願出願人のＰＣＴ国際公開ＷＯ０１／０１４７２号の教示に従って堆積させた膜である。ここでこの文献の記載を参照して本明細書の記載に含める。従ってシード層は、ケイ素を含有する１又は複数の有機化合物と酸化剤を、プラズマの存在下で反応させ、そして得られた膜を硬化させ、それによって炭素を有する基が膜に含有されるようにする。この膜は、膜を水素含有プラズマに露出させることによって硬化させることができる。
【００１８】
特に好ましい態様では、スパッタリングの前に、シード層の表面をエッチングによって除去することができる。付随的に又は代替的に、例えば基材にバイアスを提供して及び／又はイオン化スパッタリングを行って、スパッタリングされた材料が比較的大きいエネルギーを伴ってシード層の表面に到達するようにすることができる。ターゲットと基材との距離が少なくとも２００ｍｍ、好ましくは２４０ｍｍ超であるロングスロー（長距離）（ｌｏｎｇ  ｔｈｒｏｗ）スパッタリングが好ましい。シード層として示されている材料は実際に、非常に効果的な低ｋ誘電体材料であり、従って例えば半導体デバイスの製造において半導体デバイス中にすでに存在していてもよい。この場合、特に例えば１０〜５０ｎｍの表皮層を、例えば３０秒間にわたるＣ3Ｆ8のプラズマエッチングによって除去した後で、この層が低ｋ層としても、またＴａのための効果的なシード層としても機能する。このような表面層は、構造的に及び／又は化学的に、バルクのシード層を代表していないことがある。
【００１９】
本願出願人は、これらの膜が、凹凸を有する表面、例えばデュアルダマシンプロセスのようなプロセスを使用する半導体チップの製造の間の半導体ウェハーの凹凸を有する表面に、特に適していることを見出した。
【００２０】
このようなプロセスにおいて銅を使用すること、及び電気メッキによってこの銅を堆積させることが多くなっている。良好で均一なメッキプロセスを達成するために、その上に銅を電気メッキする導電性層が、低く且つ好ましく均一な電気抵抗を有することが好ましい。これは、ウェハーの前面との電気的な接触が、ウェハーの縁のクリップによって行われることによる。ウェハーの大きさは３００ｍｍにまでなっており、ウェハーの前面は凹部を有する構造にされているので、ウェハーにわたる電気抵抗は様々であり、メッキ厚さの不均一性をもたらすのに十分に大きい。
【００２１】
典型的なタンタルバリアーは一般にβ相タンタルなので、高抵抗性である。この相の抵抗率は一般に、約１７０〜２００μΩ・ｃｍである。従って良好な電気メッキを達成するためには、一般に低抵抗率の銅シード層をスパッタリングしてから、銅を電気メッキして凹部を充填している。この追加の工程は、銅シード層のための追加の容器又は更に追加のスパッタリング設備を必要とするので、明らかに処理効率を低下させ、また費用を増加させる。
【００２２】
従って、他の面では、本発明は、半導体ウェハー等の凹凸を有する表面に、銅を電気メッキする方法からなる。この方法は、凹凸を有する表面に、タンタル層（典型的に銅の拡散防止層として必要とされる）を堆積させること、及びこのタンタル層に直接に、銅を電気メッキすることを含み、ここでこのタンタル層の抵抗率は５０μΩ・ｃｍ未満である。
【００２３】
好ましいタンタルバリアー層は、少なくとも実質的にα相タンタルである。
【００２４】
この薄膜層（典型的に３０００Å未満の厚さであり、通常は５０Å超の厚さ）の抵抗率は、２０〜４０μΩ・ｃｍであり、最も特に約２５μΩ・ｃｍである。但し、この抵抗率は小さければ小さいほど好ましい。バルクα相タンタルの抵抗率は、１３μΩ・ｃｍである。
【００２５】
このタンタル層は、上述の又は下記の方法を使用して堆積させることができる。
【００２６】
本発明は、上記で説明するようなものであるが、上記の又は下記の特徴の任意の発明的組み合わせを包含することを理解すべきである。
【００２７】
本発明は様々な様式で実施することができるが、特定の態様を、添付の図面を参照して以下で例示する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
上述のように、ＰＣＴ国際公開ＷＯ０１／０１４７２号は、低ｋ絶縁性膜を堆積させる方法を説明している。
【００２９】
このような膜のＳＩＭＳ図である図３から理解されるように、化学的に多様で且つ膜のバルク部分とは異なっている約０〜８００Åの上側部分が存在する。下記の実験では、この絶縁性材料を対応する基材上に堆積させ、そしてこの材料のうちのいくつかについて、Ｃ3Ｆ8を使用する反応性プラズマエッチングによって、約３０ｎｍの上側層をエッチングして、試料を調製した。比較のために、この低ｋ膜の代わりに熱二酸化ケイ素の層を提供することによって、更なる試料を調製した。
【００３０】
Ｔａをその後、様々な処理条件において試料上に堆積させ、そして得られたＴａ膜を、ｘ線回折解析（ＸＲＤ）によって分析して、Ｔａの何相が堆積したかを調べた。
【００３１】
実験条件を、下記のポイントに従って、図１に示す多数の様式で変更した。
【００３２】
ＡＨＦ：供給源と基材との距離が２４５ｍｍ、タンタルターゲットには５〜２５ｋＷの直流電力を供給、アルゴンスパッタリングガスの圧力が５ｍＴｏｒｒ又はそれ未満。このプロセスにおいては、有意のターゲット材料のイオン化を行わせ、それによって磁場封じ込め移動式マグネトロンを使用する。この設備は、図４に関してより詳細に説明する。
【００３３】
ＨＦ：有意のターゲット材料をイオン化しないことを除いて、同じ処理条件。実験を行うと（図示せず）、供給源と基材との間のこれらの比較的長い距離（標準のマグネトロンスパッタリングでは約４５ｍｍ）が、結果を改良することが示された。
【００３４】
バイアス：１３．５６ＭＨｚを、ウェハーのプラテンに印加して、直流電圧をもたらした。
【００３５】
ＵＬＫ：ＰＣＴ国際公開ＷＯ０１／０１４７２の膜。
【００３６】
表皮あり：低ｋ膜の最も上側の５００Å（５０ｎｍ）が存在し、基材表面を形成している。この上に、タンタルをマグネトロンスパッタリングした。
【００３７】
表皮なし：上記の最も上側の表面を、例えばＣ3Ｆ8又はＣＦ4を用いて、反応性プラズマエッチングによって除去した。
【００３８】
スパッタリング前に、多くの場合にウェハーを２００℃まで加熱して、ガスの放出を促進していたことに注意すべきである。
【００３９】
図１のチャートは、下記の条件を使用して行った実験を要約している：
【００４０】
［ＡＨＦ＋バイアス］
１３ｋＷの直流ターゲット電力
１００ｓｃｃｍのアルゴン
３００Ｗ、１３．５６ＭＨｚの高周波バイアス電力をプラテンに供給し、約７５Ｖの負の電圧を印加
ターゲットマグネトロン封じ込め磁気コイルに、１３６０アンペア・回数の電力を供給
１５０ｎｍの堆積に対して、４６秒間の処理時間
プラテンコイルに３２０アンペア・回数の電力を供給して、均一性を改良
【００４１】
［ＨＦ］
１３ｋＷの直流ターゲット電力
１００ｓｃｃｍのアルゴン
基材プラテンへの電力供給なし、ターゲットマグネトロンの磁場封じ込めなし
１４０ｎｍの堆積に対して、２９秒間の処理時間
【００４２】
［ＨＦ＋バイアス］
ＨＦと同様であるが、１００Ｗ、１３．５６ＭＨｚの高周波バイアス電力をプラテンに供給し、約７８Ｖの負の電圧を印加
１５０ｎｍの堆積に対して、３３秒間の処理時間
【００４３】
図１から、全ての条件において、ＵＬＫ膜の表皮を反応性エッチングによって除去したときに、α相が、β相と組合わさって又は単独で支配的になることが分かる。全ての場合において、有意に比較的低い抵抗率が達成される。この予想外のスパッタリング選択性は、下側の層の化学的性質の結果であると考えられる。これは、図４から、及び下記の表で見出すことができるラザフォード後方散乱分光（ＲＢＳ）によって示される化学組成から、理解することができる。
【００４４】
ラザフォード後方散乱分光（ＲＢＳ）による化学組成
【表１】
2004536463.tif 000002
【００４５】
従って表皮の少なくとも一部をエッチングによって除去した場合、表面に有意に比較的多くの水素が存在し、及び／又は密な上側層の少なくとも部分的な除去によって、表面への拡散がより可能になる。これは、膜の成長の初期段階において、水素が基材から脱着し、成長しているＴａ膜に組み込まれることを示していると考えられる。これによってα相の優先的な堆積をもたらすことができると考えられる。これによれば更に、絶縁層を加熱したときにα−Ｔａ相が優先的に堆積する理由を説明できる。これは、プロセスが熱的に活性であれば、表皮中の比較的低い水素レベルを熱によって補えることによる。
【００４６】
堆積パラメータを慎重に調節することによって、チャートに示すように、中間の抵抗率を有する両方の相の混合物を形成できる。
【００４７】
図１に関しては、２００℃の堆積温度においては、ＡＨＦ＋バイアスのプロセスを使用する場合、低抵抗率のα相タンタルが表皮上に堆積することを認識すべきである。
【００４８】
ＡＨＦプロセスとＨＦプロセスとの重要な違いは、堆積の間のタンタル膜におけるエネルギーレベルである。コイル１０の使用によるマグネトロンでの不均衡効果は、プラズマイオンの流束（スパッタリングガス及び金属）を、イオン密度で約５ｍＡｃｍ2から約２０ｍＡｃｍ2に増加させ、プラズマの有意の部分が基材表面まで達することを可能にする。この増加したエネルギーレベルは、従来技術による比較的高い基材温度に効果的に代替し、また比較的高い基材温度の必要性をなくす。しかしながら、２００℃の温度は、バリアーの堆積プロセスのための好ましい温度としては高すぎると考えられる。従って下記の実験の主目的は、信頼可能にα相タンタルをもたらすことができる１００℃未満のプロセスである。
【００４９】
図２（ａ）は、ＰＣＴ国際公開ＷＯ０１／０１４７２号の記載に従って製造した低ｋ絶縁層上に堆積させた厚さ１００ｎｍのＴａ膜の製造を示している。ここでは、β−Ｔａではなく、有意のα−Ｔａの堆積が行われることが示されている。図２（ｂ）は、Ｔａ膜を熱二酸化ケイ素上に堆積させた対応する結果を示している。図２（ｃ）は、堆積パラメータを調節して低ｋ誘電体上に両方の相が堆積するようにした場合の結果を示している。
【００５０】
図１の表からは、ＡＨＦ装置の成長しているスパッタリング膜において存在する比較的大きいエネルギーが、「ＨＦ」として示される非イオン化装置でよりも上手く機能していることも認識される。これは、成長しているスパッタリング膜内の高エネルギーが、高温の使用なしで、シード層からシーディング剤を遊離させることができることを示唆している。
【００５１】
抵抗率の低下の他に、続いて堆積させる銅シード層において（１１１）組織を促進させる点においても、α−Ｔａの使用は有利である。銅シード層の（１１１）組織は、電気メッキされる銅においても（１１１）組織を促進させ、この（１１１）組織は、電気的なマイグレーションに対してより抵抗性である。従って、（１１１）組織は銅のシード層に関して好ましい配向である。｛２００｝のピーク強度に対する｛１１１｝のピーク強度の比として表される（１１１）組織の強度を比較すると、下記の結果が得られる：
【００５２】
αタンタルに堆積させた銅シード層＝｛１１１｝／｛２００｝＝３６８
βタンタルに堆積させた銅シード層＝｛１１１｝／｛２００｝＝６１
【００５３】
ＡＨＦの配置については、本願出願人の国際出願ＰＣＴ／ＧＢ０１／０３２２９号でより詳細に説明されている。この文献の記載はここで参照して本明細書の記載に含める。簡便さのために、この文献の図１を、図４として本明細書に添付している。簡単に説明すると、移動式マグネトロン１をターゲット２の上側に配置し、このターゲット２をプラテン１２に向け、このプラテン１２上に基材３を配置する。外部コイル１０を、ターゲット２の周囲の付近に提供して、移動式マグネトロン１によって提供される通常の磁場を変更している。このコイル１０を使用して、マグネトロンを不均衡にすることができ、従って成長している膜に達するイオン流束の制御を直接に行うことができ、また別個の高周波ウェハーバイアス装置１１を使用して、衝突するイオンのエネルギーを制御することができる。
【００５４】
ＨＦ設備においては、コイル１０が存在しなくてもよく、又はコイル１０にエネルギーを供給しなくてもよい。
【００５５】
これらは２つのスパッタリングの設備であり、ここではこれらの装置で実験を行ったが、これらは本発明の一般性を制限するものではない。単一ウェハーのスパッタリング装置を用いて、堆積の間にウェハーを横方向に移動させないことが特に好ましい。タンタル膜及び／又はタンタル膜をその上に成長させる表面に高レベルのエネルギーを提供する任意の設備が、本発明の範囲に包含される。ここではこのエネルギーが、バルクウェハーの温度を約２５０℃超、最も好ましくは約１００℃超までは上昇させない。
【００５６】
図１の表において報告されている更なる解析は、不均衡なマグネトロン様式で操作されるＡＨＦ配置であるか、均衡様式で操作されるＨＦ配置であるかが、堆積する膜のタイプに影響を与える場合があるという事実を示唆している。更に又はあるいは、ＡＨＦ設備ロングスロータイプであることが、堆積する膜のタイプに影響を与える場合もあるという事実を示唆している。望ましいことは、堆積を行う表面において高い活性レベルが得られるということである。
【００５７】
図５及び６において示す続く実験は、供給源と基材との距離を２４５ｍｍにし、且つウェハーのプラテン温度を７５℃にして、上述のＡＨＦ実験にほぼ従って行った。
【００５８】
これらの実験は、既知の「薄膜」効果（特に薄膜バリアーに関して重要）及びタンタルをスパッタリングする表面における化学組成変化の効果を調べるように設計した。低ｋ層は、図３に示すように組成が変化すること、及びこの層をエッチバックすると（図６に示すように）、得られる表面粗さが図７で示すように増加することが知られている。
【００５９】
図５及び６で示す全ての実験は、この堆積装置から得られたままの誘電体材料で行った
。この装置は一般に、３０秒間にわたるＣ3Ｆ8プラズマエッチングによって表面層を除去し、それによって図３で示されるように異なる化学組成を有する誘電体の上側層の少なくともいくらかであって必ずしも全てではない部分を除去する。従って図５の「アルゴンエッチングの前の堆積させたままの誘電体」は、除去される表面の表皮層の少なくともいくらかを伴う誘電体層に言及している。
【００６０】
図５においては、「薄膜」効果が観察されることと並んで、低ｋ誘電体の不活性アルゴンエッチングが、タンタルの抵抗率を増加させ且つこれを常にα相からα相とβ相との混合物にするという予想外の結果が観察されることが示されている。これが起こる理由はまだ不明であるが、しかしながらおそらくこれは、粗さのような表面効果、又は誘電体層の成分の選択的な除去（スパッタリングエッチングによる）によってもたらされている。しかしながら、誘電体層をエッチバックしたときに、タンタルの抵抗率は大きくは変化しないことに注意すべきである。
【００６１】
比較のために、低ｋ誘電体の反応性プラズマエッチングを、ＣＦ4＋ＣＨ2Ｆ2で行った。この結果は図６に示している。図３を参照すると、これが、様々な化学組成の領域を通って「バルク」材料にまで達するエッチングであること、図７を参照すると、タンタルを堆積させる表面の表面粗さが増加していることが注目される。図６からは、アルゴンスパッタリングエッチングと違って、反応性のＣＦ4＋ＣＨ2Ｆ2エッチングが、βタンタルを促進しないことが理解される。更に、α相タンタルが常に存在し、６８ｎｍの最も厚い膜については、抵抗率がバルクの値に近い。またここでは、誘電体層をエッチングすると、続いて堆積させるタンタルの抵抗率が増加することが示されている。このことは特に、比較的薄い膜について言うことができ、ここでは抵抗率の増加が３０％〜５０％程度である。２８ｎｍ以上の厚さに関しては、この効果はかなり減少しており、最も厚い６８ｎｍの厚さではわずかである。低ｋ誘電体層の構造は均一ではないことが知られており、これは非常に薄い膜に関しては（特に）、タンタルをスパッタリングして堆積させる表面層の構造が、その形態に関して重要であることを示している。
【００６２】
スパッタリングされるタンタル膜の形態に関して基材の表面が重要な役割を担うことは明らかであるが、（相対的に）どの部分が構造的又は化学的に機能するのかはまだ知られていない。低ｋ誘電体膜は、ＳｉＣＯ：Ｈタイプであり、これは水素化炭素を含有する二酸化ケイ素であると考えることができる。炭素及び／又は水素がα相形成のためのシードであってもよく、及び／又はこのシーディングが、誘電体表面の微細構造の結果であってもよい。更に、エッチングプロセスに起因するフッ素が存在していてもよく、これが何らかの役割を果たしてもよい。
【００６３】
従って、本発明は、３００ｎｍ未満の厚さの、αタンタルに基づくＴａ膜を堆積させる方法を含む。この方法は、表面領域近くに炭素及び／又は水素を有する低誘電率絶縁層であるシード層、又は表面領域に適当な微細構造を有する低誘電率絶縁層であるシード層を堆積させること、並びに２５０℃未満の温度において、シード層の表面に、タンタルを物理気相堆積させることを含む。
【００６４】
好ましくはタンタル膜は、３０ｎｍ以下の厚さであり、堆積を１００℃又はそれ未満の温度において行う。
【００６５】
α相タンタルに関する低抵抗率を達成するためには、続くアニール処理が必要とされない。
【００６６】
更に好ましい特徴においては、物理気相堆積プロセスが、スパッタリング、最も好ましくは堆積プロセスの間にウェハーの横方向の移動がない単一ウェハースパッタリングである。好ましくはこのプロセスは、不均衡マグネトロンを有するスパッタリング容器を利用する。基材へのイオン流束の直接制御を達成できる電磁コイルを使用して、特に堆積表面における高衝撃を達成するために、この「不均衡（ｕｎｂａｌａｎｃｅ）」を達成することが特に好ましい。このような直接制御を達成するための他の機構も等しく適用可能である。
【００６７】
これらの実験のために不均衡マグネトロンタイプのイオン化スパッタリング装置を使用してきたが、ここで示されている結果を達成するのに必要な条件を達成する任意のイオン化金属スパッタリング装置を使用することができる。このような装置としては、「イオン金属プラズマ」、「中空カソードマグネトロン」、及びイオン化ＰＶＤを挙げることができる。ここでは全ての場合において、標準的なスパッタリング装置と比較して、多くのスパッタリングされた金属がイオン化されている。
【００６８】
明確にするためにあえて言うと、本発明のシード層は別個の層である必要はないことを理解すべきである。本発明のために必要なシーディング特性は、他の有益な目的のためにも使用される層、例えばダマシン構造中の誘電体層、バリアー層、エッチング停止層によって提供することもできる。
【００６９】
更に、「絶縁性基材」は、本発明に関する特徴に言及しているのであって、タンタルを堆積させる絶縁性表面であることを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】図１は、実験の詳細をまとめたものである。
【図２】図２の（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、説明される例によって得られる特定の膜の、対応するｘ線回折（ＸＲＤ）パターンである。
【図３】図３は、TMS＋Ｏ2によって堆積させ、５分間にわたる水素プラズマで硬化させた膜に関する、二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）のプロットである。
【図４】図４は、ＡＨＦ堆積容器設備の概略図である。
【図５】図５は、タンタル層の抵抗率に対する誘電体厚さのグラフであり、不活性スパッタリングエッチングの効果を示している。
【図６】図６は、誘電体層を反応性のエッチングによってエッチバックしたときの、図５に対応するグラフである。
【図７】図７は、図６のエッチングによる表面粗さの結果を示している。
【図１】
2004536463.tif 000003
【図２】
2004536463.tif 000004
【図３】
2004536463.tif 000005
【図５】
2004536463.tif 000006
【図６】
2004536463.tif 000007
【図７】
2004536463.tif 000008
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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