(57)【要約】【課題】貴金属シード層上への導体めっきの表面酸化問題を実質的に低減する、シングルまたはデュアル・ダマシン型の相互接続構造体およびそれを形成する方法を提供する。【解決手段】本発明によれば、貴金属シード層を処理するために水素プラズマ処理が用いられ、その結果、処理された貴金属シード層は表面酸化に対して非常に耐性がある。本発明の耐酸化性貴金属シード層は、低いＣ含有量または低い窒素含有量あるいはその両方を有する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの開口部を有する誘電体と、
前記少なくとも１つの開口部内部に位置する拡散障壁と、
前記拡散障壁上に位置する耐酸化性貴金属シード層と、
前記耐酸化性貴金属シード層の上の前記少なくとも１つの開口部内部に位置する相互接続導体とを含む、
相互接続構造体。
【請求項２】
前記誘電体は、ＳｉＯ２、シルセスキオキサン、Ｓｉ、Ｃ、ＯおよびＨの原子を含むＣドープ酸化物、または熱硬化性ポリアリーレン・エーテルのうちの１つである、請求項１に記載の相互接続構造体。
【請求項３】
前記少なくとも１つの開口部は、ライン開口部、組み合わされたライン開口部およびバイア開口部、またはそれらの組み合わせである、請求項１に記載の相互接続構造体。
【請求項４】
前記耐酸化性貴金属シード層は、元素周期表のＶＩＩＩＡ族の金属または金属合金を含む、請求項１に記載の相互接続構造体。
【請求項５】
前記耐酸化性貴金属シード層は、Ｒｕ、Ｉｒ、またはＲｈを含む、請求項４に記載の相互接続構造体。
【請求項６】
前記耐酸化性貴金属シード層は表面領域を有し、該表面領域は、約２原子％以下の炭素含有量を有する、請求項１に記載の相互接続構造体。
【請求項７】
前記耐酸化性貴金属シード層は表面領域を有し、該表面領域は、約３原子％以下の窒素含有量を有する、請求項１に記載の相互接続構造体。
【請求項８】
前記拡散障壁は、Ｔａ、ＴａＮ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｒｕ、ＲｕＮ、ＲｕＴａ、ＲｕＴａＮ、Ｗ、ＷＮのいずれかの材料を含む、請求項１に記載の相互接続構造体。
【請求項９】
前記相互接続導体は、導電性金属、少なくとも１種の導電性金属を含む合金、または導電性金属ケイ化物のうちの１つである、請求項１に記載の相互接続構造体。
【請求項１０】
前記相互接続導体は、Ｃｕ、Ａｌ、ＷおよびＡｌＣｕから成る群から選ばれる導電性金属である、請求項９に記載の相互接続構造体。
【請求項１１】
前記相互接続導体はＣｕを含み、前記耐酸化性貴金属シード層は、Ｒｕ、ＩｒまたはＲｈを含む、請求項１に記載の相互接続構造体。
【請求項１２】
前記相互接続導体は、開放バイア底部構造、固定バイア底部構造、または閉鎖バイア底部構造中に存在する、請求項１に記載の相互接続構造体。
【請求項１３】
基板と金属含有導体との間にはさまれた耐酸化性貴金属シード層を有する膜スタックを含む、
半導体構造体。
【請求項１４】
相互接続構造体を形成する方法であって、
誘電体中に少なくとも１つの開口部を形成するステップと、
前記少なくとも１つの開口部内部の前記誘電体の露出壁部分に拡散障壁を形成するステップと、
前記拡散障壁上に耐酸化性貴金属シード層を形成するステップと、
前記耐酸化性貴金属シード層の上の前記少なくとも１つの開口部内部に相互接続導体を形成するステップとを含む、
前記方法。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの開口部を形成する前記ステップは、リソグラフィおよびライン開口部、バイア開口部およびライン開口部または前記開口部の組み合わせのうちの１つをエッチングするステップを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記耐酸化性貴金属シード層を形成する前記ステップは、貴金属または貴金属合金の層を付着させるステップと、前記層をＨ２プラズマ処理にかけるステップとを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記Ｈ２プラズマ処理は、Ｎ２を約０〜約８５％含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
下にある導電性機構と接触している前記少なくとも１つの開口部の底部部分内の前記拡散障壁の一部を除去するステップをさらに含み、前記拡散障壁の前記部分を除去する前記ステップは、前記耐酸化性貴金属シード層の形成前に行われる、請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
前記拡散障壁を形成する前に前記導電性機構内に凹状区域を設けるために前記少なくとも１つの開口部の直下に位置し該開口部と接触している前記導電性機構の一部を除去するステップと、前記少なくとも１つの開口部内に前記耐酸化性貴金属シード層を形成する前に前記凹状区域中の前記拡散障壁を除去するステップとをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
基板の表面上に貴金属シード層を形成するステップと、
耐酸化性貴金属シード層を設けるために前記貴金属シード層を水素プラズマ中で処理するステップと、
前記貴金属シード層上に導体を形成するステップとを含む、
導体形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体構造体およびその製造方法に関する。より詳細には、本発明は、耐酸化性貴金属シード層が使用されるシングルまたはデュアル・ダマシン型の相互接続構造体に関する。本発明は、そのような半導体構造体の製造方法にも関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体デバイスは、半導体基板上に作製される集積回路を構成する複数の回路を含んでいる。信号経路の複雑な回路網は通常、基板の表面上に分布された回路要素を接続するように経路選択される。デバイス全体にわたるこれらの信号の効率的な経路選択は、シングルまたはデュアル・ダマシン配線構造のようなマルチレベルまたは多層方式を必要とする。配線構造は、一般に銅（Ｃｕ）を含む。なぜならば、アルミニウム（Ａｌ）ベースの相互接続と比較して、Ｃｕベースの相互接続は、複雑な半導体チップ上の多数のトランジスタ間におけるより高速な信号伝送をもたらすからである。
【０００３】
代表的な相互接続構造体内部では、金属バイアは半導体基板に垂直に走っており、金属線は、半導体基板と平行に走っている。さらなる信号速度の向上および隣接する金属線における（「クロストーク」として知られる）信号のさらなる低減は、今日のＩＣ製品チップにおいて、二酸化ケイ素より低い誘電率を有する誘電体に金属線および金属バイア（例えば、導電性機構）を埋め込むことにより達成される。
【０００４】
現行技術において、物理気相付着（ＰＶＤ）されたＴａ（Ｎ）およびＰＶＤＣｕシード層が、Ｃｕ拡散障壁およびめっきシードとして、それぞれ、高度な相互接続用途に用いられている。しかしながら、限界寸法（ＣＤ）の減少に伴い、ＰＶＤベースの付着手法が規格合致問題およびステップ・カバレッジ（ｓｔｅｐ  ｃｏｖｅｒａｇｅ）問題に遭遇することが予想される。これらの問題が今度は、例えば、中央およびエッジの空所などのめっきにおける充填問題につながり、これらの問題が、信頼性の懸念および歩留まり低下を引き起こす。この潜在的な問題を回避する１つの方法は、ＰＶＤ付着された材料の全体の厚さを低減し、拡散障壁およびめっきシード層双方としてライナー材料の単一層を利用することである。
【０００５】
この潜在的な問題を回避するもう１つの方法は、ＰＶＤ付着法よりも良好なステップ・カバレッジおよび規格合致という結果になる化学気相付着（ＣＶＤ）技術または原子層付着（ＡＬＤ）技術の使用である。ＣＶＤ／ＡＬＤ付着されたＲｕおよびＩｒは、高度な相互接続用途のために現行のＰＶＤベースの障壁／めっきシード層に取って代わる可能性を有する。
【０００６】
しかしながら、Ｒｕ（または、別の同様な貴金属、すなわち、元素周期表のＶＩＩＩＡ族の金属）上でのＣｕの直接めっきについて存在する問題は、空気にさらされた時に表面が酸化するという傾向であり、これは、導電性の増大、ことによるとウェーハ全体にわたる導電性の均一性、およびことによると付着性の減少という結果になる。貴金属表面の酸化は、それに続くＣｕ電気めっきプロセスにおける問題につながる。パターン形成された構造体の極めて乏しい充填を除けば、表面酸化物へのＣｕの不十分な付着はエレクトロマイグレーション（ｅｌｅｃｔｒｏｍｉｇｒａｔｉｏｎ）および応力信頼性の懸念を生じさせる。知られている解決策は、めっき前の表面酸化物を減らすためのフォーミング・ガス・アニーリング（ｆｏｒｍｉｎｇ  ｇａｓ  ａｎｎｅａｌｉｎｇ）のようなプロセスの使用を伴う。これらの先行技術の欠点としては、例えば、１）表面酸化物が再び成長する前に、還元ウェーハがその範囲内でめっきされなければならない時間窓（Ｑ  ｔｉｍｅ）が存在すること、ならびに２）還元プロセスのための設備の必要に起因する製造コストの増大、および原プロセス時間の増大が含まれる。
【０００７】
Ｄａｔｔａらの米国特許第５，４８６，２８２号（特許文献１）、Ｄｕｂｉｎらの米国特許第６，４３２，８２１号（特許文献２）、およびＨｅｙらの米国特許第６，８８１，３１８号（特許文献３）は、貴金属上へのＣｕの直接めっきを記載しているいくつかの先行技術例である。直接めっきのそのような例が存在するが、これらの先行技術の直接めっきプロセスも、上述の表面酸化問題に見舞われる。
【０００８】
先行技術の直接めっき方法についての上述の表面酸化問題に鑑みて、貴金属シード層の表面酸化が実質的に低減または排除あるいはその両方がなされた相互接続構造体を作製するために用いることができる直接めっき方法を提供する必要性が引き続き存在している。
【特許文献１】米国特許第５，４８６，２８２号
【特許文献２】米国特許第６，４３２，８２１号
【特許文献３】米国特許第６，８８１，３１８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、シングルまたはデュアル・ダマシン型の相互接続構造体およびこれを形成する方法を提供するものであり、これにより、貴金属シード層が使用されてきた先行技術の相互接続構造体が呈する表面酸化問題が実質的に低減または排除される。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によれば、この目的は、Ｃｕまたは別の同様の相互接続導電性材料の付着より先に貴金属シード層の表面上で実行される水素プラズマ処理プロセスを利用することにより達成される。本発明の方法は、貴金属シード層の表面炭素を約２原子％まで低減することができ、同様に、表面窒素含有量は約３原子％以下である。また、酸素の表面濃度は約３原子％未満である。
【００１１】
本発明の方法が貴金属シード層中の表面炭素含有量を大きく低減することに留意されたい。多くのＣＶＤおよびＡＬＤプロセスが非常に純粋な金属を与えないことも留意されたい。表面上の残留炭素質材料は、大気にさらされると直ちに酸化され、化学的に変化する傾向があり、これにより、結果として、貴金属シード層は、直接めっき可能性のような、非常に異なる表面化学的性質を有するようになる。
【００１２】
概略的に言えば、本発明により、基板と導電性金属含有材料との間にはさまれた耐酸化性貴金属シード層を含む膜スタックを備える半導体構造体が提供される。
【００１３】
より具体的に言えば、相互接続構造体が提供され、この相互接続構造体は、少なくとも１つの開口部をその中に含む誘電体と、前記少なくとも１つの開口部内部に位置する拡散障壁と、前記拡散障壁上に位置する耐酸化性貴金属シード層と、少なくとも１つの開口部内部に位置する相互接続導体とを含む。
【００１４】
本発明では、閉鎖バイア底部構造（ｃｌｏｓｅｄ−ｖｉａ  ｂｏｔｔｏｍ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）、開放バイア底部構造（ｏｐｅｎ−ｖｉａ  ｂｏｔｔｏｍ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）および固定バイア底部構造（ａｎｃｈｏｒｅｄ−ｖｉａ  ｂｏｔｔｏｍ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）が検討される。
【００１５】
本発明の好ましい実施形態において、Ｃｕ相互接続構造体が提供され、このＣｕ相互接続構造体は、少なくとも１つの開口部をその中に含む誘電体と、前記少なくとも１つの開口部内部に位置する拡散障壁と、前記拡散障壁上に位置する耐酸化性貴金属シード層と、少なくとも１つの開口部内部に位置するＣｕ相互接続金属とを含む。
【００１６】
上記の相互接続構造体の提供に加えて、本発明は、その相互接続構造体を作製する方法も提供する。一般的に言えば、本発明の方法は、誘電体中に少なくとも１つの開口部を形成するステップと、前記少なくとも１つの開口部内部の前記誘電体の露出壁部分上に拡散障壁を形成するステップと、前記拡散障壁上に耐酸化性シード層を形成するステップと、前記少なくとも１つの開口部内部に相互接続導体を形成するステップとを含む。
【００１７】
より概略的に言えば、本発明は、基板の表面上に貴金属シード層を形成するステップと、耐酸化性貴金属シード層を設けるために前記貴金属シード層を水素プラズマ中で処理するステップと、前記耐酸化性貴金属シード層上に導体を形成するステップとを含む方法を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
耐酸化性貴金属シード層を含む相互接続構造体およびこの相互接続構造体を作製する方法を提供する本発明を、以下の議論および本出願に付属する図面を参照してより詳細に説明する。本明細書において以下詳細に参照される本出願の図面は、例示目的で提供されるものであり、従って、それらの図面は、縮尺に従って描かれているものではない。
【００１９】
本発明のプロセス・フローは、図１に示される最初の相互接続構造体１０を設けることから始まる。具体的には、図１に示される最初の相互接続構造体１０は、誘電体キャップ層１４により部分的に分離される下部相互接続レベル１２および上部相互接続レベル１６を含むマルチレベル相互接続を備える。１つ以上の半導体デバイスを含む半導体基板上方に置かれ得る下部相互接続レベル１２は、少なくとも１つの導電性機構（すなわち、導電領域）２０を有する第１の誘電体１８を備え、この導電性機構は、障壁層２２により第１の誘電体１８から分離されている。上部相互接続レベル１６は、少なくとも１つの開口部がその中に位置する第２の誘電体２４を備える。図１において、２つの開口部が示されており、参照符号２６は、シングル・ダマシン構造のためのライン開口部を示し、参照符号２８Ａおよび２８Ｂは、それぞれデュアル・ダマシン構造のためのバイア開口部およびライン開口部を示す。図１は、別個のライン開口部と、バイアおよびラインのための開口部とを例示しているが、本発明は、ライン開口部のみが存在する場合または組み合わされたバイアおよびラインのための開口部が存在する場合も意図している。
【００２０】
図１に示される最初の相互接続構造体１０は、技術的によく知られている標準的相互接続加工を利用して作られる。例えば、最初の相互接続構造体１０は、最初に第１の誘電体１８を基板（図示せず）の表面に適用することにより形成できる。図示されない基板は、半導体材料、絶縁体、導体またはそれらのどのような組み合わせも含み得る。基板が半導体材料で構成される場合、Ｓｉ、ＳｉＧｅ、ＳｉＧｅＣ、ＳｉＣ、Ｇｅ合金、ＧａＡｓ、ＩｎＡｓ、ＩｎＰおよびその他のＩＩＩ／ＶまたはＩＩ／ＶＩ化合物半導体のようなどのような半導体も用い得る。これらの列挙されたタイプの半導体材料に加え、本発明は、半導体基板が、例えば、Ｓｉ／ＳｉＧｅ、Ｓｉ／ＳｉＣ、シリコン・オン・インシュレータ（ＳＩＯ：ｓｉｌｉｃｏｎｅ−ｏｎ−ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）またはシリコン・ゲルマニウム・オン・インシュレータ（ＳＧＯＩ：ｓｉｌｉｃｏｎ  ｇｅｒｍａｎｉｕｍ−ｏｎ−ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）のような層状半導体である場合も意図している。
【００２１】
基板が絶縁材料である場合、絶縁材料は、有機絶縁体、無機絶縁体または多層を含むそれらの組み合わせとすることができる。基板が導体である場合、基板は、例えば、ポリＳｉ、元素金属、元素金属の合金、金属ケイ化物、金属窒化物または多層を含むそれらの組み合わせを含み得る。基板が半導体材料を含む場合、例えば、相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）デバイスのような１つ以上の半導体デバイスをその上に作製することができる。
【００２２】
下部相互接続レベル１２の第１の誘電体１８は、無機誘電体または有機誘電体を含むどのようなレベル間またはレベル内誘電体も含み得る。第１の誘電体１８は、多孔質または非多孔質であり得る。第１の誘電体１８として用い得る適切な誘電体のいくつかの例としては、ＳｉＯ２、シルセスキオキサン、Ｓｉ、Ｃ、ＯおよびＨを含むＣドープ酸化物（すなわち、有機ケイ酸塩）、熱硬化性ポリアリーレン・エーテル、またはそれらの多層が含まれる。用語「ポリアリーレン（ｐｏｌｙａｒｙｌｅｎｅ）」は、本明細書において、例えば、酸素、硫黄、スルホン、スルホキシド、カルボニル等のような結合、縮合環、または不活性結合基により一緒に結合されるアリール部分または不活性に置換されたアリール部分を表すために用いられる。
【００２３】
第１の誘電体１８は、典型的には約４．０以下である誘電率を有し、約２．８以下の誘電率がいっそう典型的である。これらの誘電体は一般的に、４．０より高い誘電率を有する誘電体と比較して、より低い寄生クロストークを有する。第１の誘電体１８の厚さは、下部相互接続レベル１２内の誘電体の正確な数だけでなく用いられる誘電体に応じても変わり得る。典型的には、そして通常の相互接続構造体については、第１の誘電体１８は、約２００〜約４５０ｎｍの厚さを有する。
【００２４】
下部相互接続レベル１２は、第１の誘電体１８中に埋め込まれる（すなわち、内部に配置される）少なくとも１つの導電性機構２０も有する。導電性機構２０は、第１の誘電体１８から障壁層２２により隔てられている導電領域を含む。導電性機構２０は、リソグラフィ（すなわち、第１の誘電体１８の表面にフォトレジストを塗布し、そのフォトレジストを所望の放射パターンに露光し、露光されたレジストを従来のレジスト現像液を用いて現像する）後に、第１の誘電体１８中に開口部をエッチング（ドライ・エッチングまたはウェット・エッチング）し、エッチングされた領域を障壁層２２で満たし、次に導電領域を構成する導体で満たすことにより形成される。障壁層２２は、導体が障壁層を通って拡散することを防止する障壁として働くことができるＴａ、ＴａＮ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｒｕ、ＲｕＮ、ＲｕＴａ、ＲｕＴａＮ、Ｗ、ＷＮまたは他のどのような材料も含むことができ、例えば、原子層付着（ＡＬＤ）、化学気相付着（ＣＶＤ）、プラズマ化学気相付着（ＰＥＣＶＤ）、物理気相付着（ＰＶＤ）、スパッタリング、化学溶液付着、またはめっきにより形成される。
【００２５】
障壁層２２の厚さは、用いられる材料だけでなく付着プロセスの厳密な手段によっても変わり得る。典型的には、障壁層２２は、約４〜約４０ｎｍの厚さを有し、約７〜約２０ｎｍの厚さがより典型的である。
【００２６】
障壁層２２の形成に続き、第１の誘電体１８内の開口部の残りの領域は、導電性機構２０を形成する導体で満たされる。導電性機構２０の形成に用いられる導体としては、例えば、ポリＳｉ、導電性金属、少なくとも１種の導電性金属を含む合金、導電性金属ケイ化物またはそれらの組み合わせが含まれる。好ましくは、導電性機構２０の形成に用いられる導体は、Ｃｕ、ＷまたはＡｌのような導電性金属であり、ＣｕまたはＣｕ合金（ＡｌＣｕのような）が本発明において非常に好ましい。導体は、ＣＶＤ、ＰＥＣＶＤ、スパッタリング、化学溶液付着またはめっきを含むがこれらに限定されない従来の付着プロセスを利用して、第１の誘電体１８中の残りの開口部に充填される。付着後、例えば、化学機械研磨（ＣＭＰ）のような従来の平坦化プロセスを用いて、第１の誘電体１８の上部表面と実質的に共面である上部表面を障壁層２２および導電性機構２０各々が有する構造を提供することができる。
【００２７】
具体的に例示されてはいないが、本明細書において以下で説明される本発明の方法（Ｈ２プラズマ・プロセスが続く貴金属シード層付着を含む）は、導電性機構２０を設けるために用いることができ、これには、導電性機構２０と障壁層２２との間の耐酸化性貴金属シード層が含まれる。そのような実施形態においては、ポリシリコンは導体として用いられない。
【００２８】
少なくとも１つの導電性機構２０を形成した後、例えば、ＣＶＤ、ＰＥＣＶＤ、化学溶液付着、または蒸着のような、従来の付着プロセスを利用して誘電体キャップ層１４が、下部相互接続レベル１２の表面上に形成される。誘電体キャップ層１４は、例えば、ＳｉＣ、Ｓｉ４ＮＨ３、ＳｉＯ２、炭素ドープ酸化物、窒素および水素ドープ炭化ケイ素ＳｉＣ（Ｎ，Ｈ）またはそれらの多層のようなどのような適切な誘電体キャップ材料も含む。キャップ層１４の厚さは、層の材料構成だけでなくこの層を形成するために用いられる手法に応じても変わり得る。典型的には、キャップ層１４は、約１５〜約５５ｎｍの厚さを有し、約２５〜約４５ｎｍの厚さがより典型的である。
【００２９】
次に、キャップ層１４の上部露出表面に第２の誘電体２４を適用することにより、上部相互接続レベル１６が形成される。第２の誘電体２４は、下部相互接続レベル１２の第１の誘電体１８の誘電体と同じまたは異なる、好ましくは同じ誘電体を含み得る。第１の誘電体１８のための処理技術および厚さ範囲も、ここで第２の誘電体２４用に適用可能である。次に、少なくとも１つの開口部が、上述のように、リソグラフィ、およびエッチングを用いて第２の誘電体２４内に形成される。エッチングは、ドライ・エッチング・プロセス、ウェット化学エッチング・プロセスまたはそれらの組み合わせを含み得る。用語「ドライ・エッチング」はここでは、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・エッチングまたはレーザ・アブレーションのようなエッチング手法を示すために用いられる。図１においては、２つの開口部が示されており、すなわち、参照符号２６は、シングル・ダマシン構造のためのライン開口部を示し、参照符号２８Ａおよび２８Ｂは、それぞれデュアル・ダマシン構造のためのバイア開口部およびライン開口部を示す。本発明は、開口部２６のみまたは開口部２８Ａおよび２８Ｂを含む構造を意図することが再度強調される。
【００３０】
バイア開口部２８Ａおよびライン開口部２８Ｂが形成される場合には、エッチング・ステップは、相互接続レベル１２とレベル１６とを電気接触させるために、導電性機構２０の上に位置する誘電キャップ層１４の部分も除去する。
【００３１】
次に、第２の誘電体２４上の露出表面（開口部内部の壁表面を含む）上に拡散障壁３０を形成することにより、Ｃｕ拡散障壁特性を有する拡散障壁３０が設けられる。結果として生じる構造は、例えば、図２に示される。拡散障壁３０は、障壁層２２の材料と同じまたは異なる材料を含む。従って、拡散障壁３０は、Ｔａ、ＴａＮ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｒｕ、ＲｕＮ、ＲｕＴａ、ＲｕＴａＮ、Ｗ、ＷＮまたは導体が拡散することを防止する障壁として働くことができる他のどのような材料も含み得る。多層のスタックされた拡散障壁を形成するこれらの材料の組み合わせも考慮される。拡散障壁３０は、例えば、原子層付着（ＡＬＤ）、化学気相付着（ＣＶＤ）、プラズマ化学気相付着（ＰＥＣＶＤ）、物理気相付着（ＰＶＤ）、スパッタリング、化学溶液付着、またはめっきのような付着プロセスを利用して形成される。
【００３２】
拡散障壁３０の厚さは、拡散障壁自体の材料だけでなく障壁内の材料層の数、障壁の形成において用いられる手法に応じても変わり得る。典型的には、拡散障壁３０は、約４〜約４０ｎｍの厚さを有し、約７〜約２０ｎｍの厚さがいっそう典型的である。
【００３３】
図３は、拡散障壁３０上に貴金属シード層３２を形成した後の図２の構造を示す。貴金属シード層３２は、元素周期表のＶＩＩＩＡ族の金属または金属合金で構成される。貴金属シード層として適切なＶＩＩＩＡ族元素の例として、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ｐｄおよびそれらの合金が含まれるが、これらに限定されるものではない。実施形態によっては、貴金属シード層３２としてＲｕ、ＩｒまたはＲｈを用いることが好ましい。
【００３４】
貴金属シード層３２は、例えば、化学気相付着（ＣＶＤ）、プラズマ化学付着（ＰＥＣＶＤ）、原子層付着（ＡＬＤ）、めっき、スパッタリングおよび物理付着（ＰＶＤ）を含む従来の付着プロセスによって形成される。貴金属シード層３２の厚さは、例えば、貴金属シード層３２の組成材料およびこれを形成する際に用いられた手法を含む要因の数に応じて変わり得る。典型的には、貴金属シード層３２は、約０．５〜約１０ｎｍの厚さを有り、６ｎｍ未満の厚さがいっそう典型的である。
【００３５】
図４は、貴金属シード層３２を水素（Ｈ２）プラズマ処理プロセスにかけた後、結果として形成される構造を示しており、この処理プロセスは、層３２上に耐酸化性貴金属シード表面領域３４を形成する。貴金属シード層３２は耐酸化性貴金属シード表面領域３４と共に、本発明の耐酸化性貴金属シード層を形成することに留意されたい。Ｈ２プラズマ・プロセスは、例えば、分子状水素または、より好ましくは、原子状水素のような水素源を用いて、水素（Ｈ２）のプラズマを提供するステップを含む。水素プラズマは、中性原子または分子、陽イオンおよび自由電子から成る中性の高度にイオン化された水素ガスである。水素源のイオン化は、リアクタ・チャンバ内で行われるのが典型的であり、リアクタ・チャンバ内で、イオン化プロセスは、水素源を強いＤＣまたはＡＣ電磁場にかけることにより達成される。代わりに、水素源のイオン化は、ゲート原子を適切な電子源に衝突させることによって実行される。本発明の好ましい実施形態によれば、耐酸化性貴金属シード表面領域３４を設けるために用いられる水素プラズマ・プロセスは、約２０°〜約２００°の温度で実行される。Ｈ２プラズマ・プロセスの温度が耐酸化性貴金属シード表面領域３４を設ける限り、他の温度も用いることができる。
【００３６】
用語「耐酸化性貴金属シード層（ｏｘｉｄａｔｉｏｎ−ｒｅｓｉｓｔａｎｔ  ｎｏｂｌｅ  ｍｅｔａｌ  ｓｅｅｄ  ｌａｙｅｒ）」は、貴金属または貴金属の合金を含み、その後の空気に触れる間に表面酸化物がその表面に形成されないシード層を示すために本出願全体を通して用いられる。表面領域３４および層３２が本発明の耐酸化性貴金属シード層を構成することが再度強調される。表面処理のための本発明の方法を採用することのない従来の貴金属表面と比較すると、本発明は、貴金属の表面炭素を約２原子％以下に低減することができ、同様に、表面窒素含有量は約３原子％以下である。また、酸素の表面濃度は約３原子％未満である。
【００３７】
図５は、少なくとも１つの開口部内での相互接続導体３８の形成後の構造を示す。図５に示される構造が、本発明の１つの考えられる実施形態を表しているのに対して、図６Ａおよび６Ｂに示される構造は、本発明の他の考えられる実施形態を表している。図５においては、閉鎖バイア底部構造が示してある。図６Ａにおいては、相互接続導体３８は、開放バイア底部構造内に形成されている。開放バイア構造は、他の元素の付着前に、イオン衝突または別の同様な指向性エッチング・プロセスを利用してバイア２８Ａの底部から拡散障壁を除去することによって形成される。図６Ｂにおいて、固定バイア底部構造が示してある。固定バイア底部構造は、選択的エッチング・プロセスを利用して導電性機構２０内に凹部を最初に形成することによって形成される。拡散障壁３０が次に形成され、この拡散障壁３０は、上述の手法の１つを利用することによってバイアの底部から選択的に除去される。次に、他の要素、すなわち、耐酸化性貴金属シード層（すなわち、表面領域３４および層３２）ならびに導体３８が、本明細書に記載されるように開口部内に形成される。
【００３８】
例示された構造の各々において、相互接続導体３８は、（導体がポリシリコンではないという条件付きで）導電性機構２０の導体と同じまたは異なる導体、好ましくは同じ導体を含み得る。好ましくは、Ｃｕ、Ａｌ、Ｗまたはそれらの合金が用いられ、ＣｕまたはＡｌＣｕが最も好ましい。導体３８は、形成されて、導電性機構２０の形成の際に上記で説明されたものと同じ付着加工およびその後の導体の付着を利用して形成され、構造は、平坦化にかけられる。平坦化プロセスにより、拡散障壁３０、めっきシード層３２、耐酸化性貴金属シード層３４、および上部相互接続レベル１６の上部水平表面上方に存在する導体３８が除去される。
【００３９】
本出願の方法は、相互接続構造のいずれか１つまたは全ての相互接続レベルにおいてそのような耐酸化性シード層を形成する際に応用可能である。同じ基本的処理ステップは、例えば、耐酸化性金属シード層が存在する電界効果トランジスタのような他の半導体構造体を形成するために使用できる。
【００４０】
以下の例は、本発明の広範な概念を例示し、そこから得られるいくつかの利点を例示するために提供される。
【実施例】
【００４１】
炭素のような不純物を測定するための分析方法である二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）により、２つの銅キャッピングされたテニウム膜を分析した。１つの膜は、処理なしで銅キャッピングし（先行技術を表す）、第２の膜は、銅キャッピング前にＨ２プラズマにさらした（本発明を表す）。Ｈ２プラズマ処理は、一定量、例えば、０％〜約８５％のＮ２を含んでいた。管理された時間後の物理気相付着銅膜によるキャッピングは、ルテニウム表面からのどのような汚染物も封止するために行われた。そのようにキャッピングされると、ルテニウムおよびルテニウム表面は、真新しい試料を表すであろう。すなわち、そのような膜はマイクロエレクトロニクス製造環境において処理されるであろうから、空気に触れる時間尺度における膜の不純物を表す。
【００４２】
ＳＩＭＳ（二次イオン質量分析）は、プラズマ処理によってルテニウム膜の炭素含有量が大きく低下する（膜表面だけでなくＲｕのバルク中において）ことを示す。銅中またはルテニウム中の水素の変化は全く観察されなかった。これは、残留水素のどのような効果も評価する必要が全くないことを示している。また、膜の酸素含有量のわずかな変化のみが観察され、１つのプロファイルは、Ｒｕの最表面における信号のわずかな減少を示した。しかしながら、化学還元に由来する結合状態のどのような減少または変化も、本発明の潜在的で予想される利点になり得、または他の膜タイプにとっての利点になり得る。上記のデータは、本発明の方法がルテニウム膜を非常に清浄化することを明確に示している。特に表面近くの炭素のような不純物の除去は、膜に銅のような膜をめっきする能力を改善し、それに続く化学機械研磨における一貫性を改善することが予想される。
【００４３】
本発明の好ましい実施形態に関して本発明を具体的に示して説明してきたが、形状および詳細の上記およびその他の変更が本発明の趣旨および範囲を逸脱することなく行えることを当業者は理解するであろう。従って、本発明は、説明および例示された厳密な形状および詳細に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲により定まることに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】誘電体中に少なくとも１つの開口部が設けられている本発明の方法の最初の段階を経た相互接続構造体を例示する断面図である。
【図２】少なくとも１つの開口部内部での拡散障壁の形成後の図１の相互接続構造体を例示する断面図である。
【図３】貴金属シード層形成後の図２の相互接続構造体を例示する断面図である。
【図４】貴金属シード層を水素プラズマ処理プロセスにかけた後の図３の相互接続構造体を例示する断面図である。
【図５】少なくとも１つの開口部内部での導体の形成およびそれに続く平坦化後の図４の相互接続構造体を例示する断面図である。例示される構造では、閉鎖バイア底部が右側に例示されている。
【図６】図６Ａおよび図６Ｂは、本発明の方法を利用して形成できる別の相互接続構造体を示す断面図であり、図６Ａは、開放バイア底部構造を有する相互接続構造体を含むのに対して、図６Ｂは、固定バイア底部構造を有する相互接続構造体を含む。
【符号の説明】
【００４５】
１０  相互接続構造体
１２  下部相互接続レベル
１４  誘電体キャップ層
１６  上部相互接続レベル
１８  第１の誘電体
２０  導電性機構
２２  障壁層
２４  第２の誘電体
２６  ライン開口部
２８Ａ  バイア開口部
２８Ｂ  ライン開口部
３０  拡散障壁
３２  貴金属シード層
３４  表面領域
３８  相互接続導体
【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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【図６】
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