(57)【要約】  いくつかの実施形態では、半導体デバイスのために低抵抗率金属を用いた凹状フィーチャの選択的なボトムアップ式充填のための方法が説明されている。本方法は、誘電体層表面及び凹状フィーチャの底面に金属含有表面を有する凹状フィーチャを有するパターニングされた誘電体層を含む基板を提供すること、誘電体層表面を、疎水性官能基を含む反応ガスと反応させて疎水性誘電体層表面を形成することと、疎水性誘電体層表面への金属の付着を妨げるボトムアップ式の気相付着プロセスにおいて、凹状フィーチャを金属で少なくとも実質的に充填することと、を含む。一実施形態によれば、金属は、ルテニウム（Ｒｕ）、コバルト（Ｃｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、イリジウム（Ｉｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、オスミウム（Ｏｓ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される。
2018532271.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体デバイスを形成する方法であって、
誘電体層表面及び凹状フィーチャの底面に金属含有表面を有する該凹状フィーチャを有するパターニングされた誘電体層を含む基板を提供することと、
前記誘電体層表面を、疎水性官能基を含む反応ガスと反応させて、疎水性誘電体層表面を形成することと、
前記疎水性誘電体層表面への金属の付着を妨げるボトムアップ式気相付着プロセスにおいて、前記凹状フィーチャを該金属で少なくとも実質的に充填することと、を含む方法。
【請求項２】
前記反応ガスはシリコン含有ガスを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記シリコン含有ガスは、アルキルシラン、アルコキシシラン、アルキルアルコキシシラン、アルキルシロキサン、アルコキシシロキサン、アルキルアルコキシシロキサン、アリールシラン、アシルシラン、アリールシロキサン、アシルシロキサン、シラザン、及びそれらの組み合わせを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】
前記反応ガスは、ジメチルシランジメチルアミン（ＤＭＳＤＭＡ）、トリメチルシランジメチルアミン（ＴＭＳＤＭＡ）、ビス（ジメチルアミノ）ジメチルシラン（ＢＤＭＡＤＭＳ）、Ｎ，Ｏ−ビストリメチルシリルトリフルオロアセトアミド（ＢＳＴＦＡ）、トリメチルシリル−ピロール（ＴＭＳ−ｐｙｒｒｏｌｅ）、及びそれらの組み合わせ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５】
前記金属含有表面は、銅（Ｃｕ）、タングステン（Ｗ）、ルテニウム（Ｒｕ）、コバルト（Ｃｏ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、又はそれらの組み合わせを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記金属は、ルテニウム（Ｒｕ）、コバルト（Ｃｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、イリジウム（Ｉｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、オスミウム（Ｏｓ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、及びそれらの組み合わ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７】
前記金属は、化学蒸着（ＣＶＤ）又は原子層堆積（ＡＬＤ）によって付着される、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記金属は、ルテニウム（Ｒｕ）金属を含み、該Ｒｕ金属は、Ｒｕ３（ＣＯ）１２前駆体蒸気及びＣＯキャリアガスを含む付着ガスを使用して付着される、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記金属は、ルテニウム（Ｒｕ）金属を含み、該Ｒｕ金属は、Ｒｕ３（ＣＯ）１２、（２，４−ジメチルペンタジエニル）（エチルシクロペンタジエニル）ルテニウム（Ｒｕ（ＤＭＰＤ）（ＥｔＣｐ））、ビス（２，４−ジメチルペンタジエニル）ルテニウム（Ｒｕ（ＤＭＰＤ）２）、（２，４−ジメチルペンタジエニル）（メチルシクロペンタジエニル）ルテニウム、又はそれらの２つ以上の組み合わせを含む付着ガスを使用して付着される、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記金属は、コバルト（Ｃｏ）金属を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記金属は、コバルト（Ｃｏ）金属を含み、該Ｃｏ金属は、Ｃｏ２（ＣＯ）８、Ｃｏ４（ＣＯ）１２、ＣｏＣｐ（ＣＯ）２、Ｃｏ（ＣＯ）３（ＮＯ）、Ｃｏ２（ＣＯ）６（ＨＣＣｔＢｕ）、Ｃｏ（ａｃａｃ）２、Ｃｏ（Ｃｐ）２、Ｃｏ（（Ｍｅ５Ｃｐ）２）、Ｃｏ（ＥｔＣｐ）２、コバルト（ＩＩ）ヘキサフルオロアセチルアセトナート水和物、コバルトトリス（２，２，６，６−テトラメチル−３，５−ヘプタンジオナート）、コバルト（ＩＩＩ）アセチルアセトナート、ビス（Ｎ，Ｎ’−ジイソプロピルアセトアミジナート）コバルト、トリカルボニルアリルコバルト、又はそれらの２つ以上の組み合わせを含む付着ガスを使用して付着される、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記凹状フィーチャを前記金属で少なくとも実質的に充填することは、前記凹状フィーチャを前記金属で過剰充填する、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記凹状フィーチャの直径は、約１０ｎｍと約２５ｎｍの間である、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記誘電体層は、ｌｏｗ−ｋ誘電体材料を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
半導体デバイスを形成する方法であって、
誘電体層表面及び凹状フィーチャの底面に金属含有表面を有する該凹状フィーチャを有するパターニングされた誘電体層を含む基板を提供することと
前記誘電体層表面を、疎水性官能基を含むシリコン含有反応ガスと反応させて、疎水性誘電体層表面を形成することと、
前記疎水性誘電体層表面へのルテニウム（Ｒｕ）金属の付着を妨げるボトムアップ式気相付着プロセスにおいて、前記凹状フィーチャを該Ｒｕ金属で少なくとも実質的に充填することであって、該Ｒｕ金属は、Ｒｕ３（ＣＯ）１２前駆体蒸気及びＣＯキャリアガスを含む付着ガスを使用して化学蒸着プロセスで付着される、充填することと、を含む方法。
【請求項１６】
前記金属含有表面は、銅（Ｃｕ）、タングステン（Ｗ）、ルテニウム（Ｒｕ）、コバルト（Ｃｏ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、又はそれらの組み合わせを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記凹状フィーチャを前記Ｒｕ金属で少なくとも実質的に充填することは、前記凹状フィーチャを前記Ｒｕ金属で過剰充填する、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
半導体デバイスを形成する方法であって、
誘電体層表面及び凹状フィーチャの底面に金属含有表面を有する該凹状フィーチャを有するパターニングされた誘電体層を含む基板を提供することと、
前記誘電体層表面を、疎水性官能基を含むシリコン含有反応ガスと反応させて、疎水性誘電体層表面を形成することと、
前記疎水性誘電体層表面へのコバルト（Ｃｏ）金属の付着を妨げるボトムアップ式気相付着プロセスにおいて、前記凹状フィーチャを該Ｃｏ金属で少なくとも実質的に充填することであって、該Ｃｏ金属は、Ｃｏ含有前駆体蒸気を含む付着ガスを使用して化学蒸着プロセスで付着される、充填することと、を含む方法。
【請求項１９】
前記付着ガスは、Ｃｏ２（ＣＯ）８、Ｃｏ４（ＣＯ）１２、ＣｏＣｐ（ＣＯ）２、Ｃｏ（ＣＯ）３（ＮＯ）、Ｃｏ２（ＣＯ）６（ＨＣＣｔＢｕ）、Ｃｏ（ａｃａｃ）２、Ｃｏ（Ｃｐ）２、Ｃｏ（（Ｍｅ５Ｃｐ）２）、Ｃｏ（ＥｔＣｐ）２、コバルト（ＩＩ）ヘキサフルオロアセチルアセトナート水和物、コバルトトリス（２，２，６，６−テトラメチル−３，５−ヘプタンジオナート）、コバルト（ＩＩＩ）アセチルアセトナート、ビス（Ｎ，Ｎ’−ジイソプロピルアセトアミジナート）コバルト、トリカルボニルアリルコバルト、又はそれらの２つ以上の組み合わせを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記凹状フィーチャを前記Ｃｏ金属で少なくとも実質的に充填することは、前記凹状フィーチャを前記Ｃｏ金属で過剰充填する、請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この出願は、２０１５年１０月１５日に出願された米国仮特許出願第６２／２４２，１６７号に関連し、これに基づく優先権を主張し、同出願のすべての内容は本明細書に参照により援用される。
【０００２】
本発明は、半導体製造のための方法に関連し、特に、半導体デバイスのための低抵抗率金属を用いた凹状フィーチャのボトムアップ式充填のための方法に関連する。
【背景技術】
【０００３】
集積回路は、様々な半導体デバイスと、半導体デバイスに電力を供給し、これらの半導体デバイスが情報を共有、交換することを可能にする複数の導電金属経路と、を含む。集積回路内では、金属層は、金属層を互いに絶縁する金属間又は層間誘電体層を使用して相互上に積み重ねられる。
【０００４】
通常、各金属層は、少なくとも１つの追加の金属層への電気的接続を形成しなければならない。そのような電気的接続は、金属層を分離する層間誘電体内にフィーチャ（すなわち、ビア）をエッチングし、結果として生じるビアを金属で充填してインターコネクトを形成することによって達成される。金属層は、典型的には、層間誘電体内のエッチングされた経路を占有する。「ビア」は、通常、誘電体層を通って誘電体層の下にある導電層に電気的接続を提供する、誘電体層内に形成された孔、ライン、又は他の同様のもの等の任意のフィーチャを指す。同様に、２つ以上のビア接続した金属層は、通常、トレンチと呼ばれる。
【０００５】
集積回路を製造するための多層メタライズスキームにおける銅（Ｃｕ）金属の使用は、ＳｉＯ２のような誘電体中のＣｕ原子の高い移動度に起因する問題を生じさせ、Ｃｕ原子はＳｉ内に電気的欠陥を生じさせる。したがって、Ｃｕ金属層、Ｃｕ充填トレンチ、及びＣｕ充填ビアは、通常、Ｃｕ原子が誘電体及びＳｉ内に拡散するのを防ぐために、バリア材料で封入される。バリア層は、通常、Ｃｕシード付着の前にトレンチ及びビアの側壁及び底面に付着され、好ましくは、Ｃｕに非反応性及び不混和性で、誘電体に対する良好な接着性を提供し、低い電気抵抗率を提供することができる材料を含んでよい。
【０００６】
デバイス性能の向上は、通常、デバイス領域の減少又はデバイス密度の増加により達成される。デバイス密度の増加は、より大きなアスペクト比（すなわち、深さと幅の比）を含む、インターコネクトを形成するために使用されるビア寸法の減少を必要とする。ビア寸法が減少し、アスペクト比が増加するにつれて、ビアの側壁に十分な厚さを有する拡散バリア層を形成しつつ、ビア内の金属層のために十分な体積を提供することもますますより困難になっている。さらに、ビア及びトレンチの寸法が減少し、ビア及びトレンチ内の層の厚さが減少するについて、層及び層界面の材料特性がますます重要になっている。特に、これらの層を形成するプロセスは、プロセスシーケンスのすべてのステップに対して良好な制御が維持される製造可能なプロセスシーケンスに慎重に統合される必要がある。
【０００７】
基板上のますます小さいフィーチャ内のＣｕ金属の使用に関連する問題は、Ｃｕ金属を他の低抵抗率金属で置き換えることを必要とする。
【発明の概要】
【０００８】
いくつかの実施形態では、半導体デバイスのために低抵抗率金属を用いた凹状フィーチャの選択的ボトムアップ式充填のための方法が説明される。
【０００９】
一実施形態によれば、本方法は、誘電体層表面及び凹状フィーチャの底面に金属含有表面を有する凹状フィーチャを有するパターニングされた誘電体層を含む基板を提供することと、誘電体層表面を、疎水性官能基を含む反応ガスと反応させて、疎水性誘電体層表面を形成することと、疎水性誘電体層表面への金属の付着を妨げるボトムアップ式気相付着プロセスにおいて、凹状フィーチャを金属で少なくとも実質的に充填することと、を含む。一実施形態によれば、金属は、ルテニウム（Ｒｕ）、コバルト（Ｃｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、イリジウム（Ｉｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、オスミウム（Ｏｓ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される。
【００１０】
別の実施形態によれば、本方法は、誘電体層表面及び凹状フィーチャの底面に金属含有表面を有する凹状フィーチャを有するパターニングされた誘電体層を含む基板を提供することと、誘電体層表面を、疎水性官能基を含むシリコン含有反応ガスと反応させて、疎水性誘電体層表面を形成することと、疎水性誘電体層表面へのルテニウム（Ｒｕ）金属の付着を妨げるボトムアップ式気相付着プロセスにおいて、凹状フィーチャをＲｕ金属で少なくとも実質的に充填することであって、Ｒｕ金属は、Ｒｕ３（ＣＯ）１２前駆体蒸気及びＣＯキャリアガスを含む付着ガスを使用して化学蒸着プロセスで付着される、充填することと、を含む。
【００１１】
別の実施形態によれば、本方法は、誘電体層表面及び凹状フィーチャの底面に金属含有表面を有する凹状フィーチャを有するパターニングされた誘電体層を含む基板を提供することと、誘電体層表面を、疎水性官能基を含むシリコン含有反応ガスと反応させて、疎水性誘電体層表面を形成することと、疎水性誘電体層表面へのコバルト（Ｃｏ）金属の付着を妨げるボトムアップ式気相付着プロセスにおいて、凹状フィーチャをＣｏ金属で少なくとも実質的に充填することであって、Ｃｏ金属は、Ｃｏ含有前駆体蒸気を含む付着ガスを使用して化学蒸着プロセスで付着される、充填することと、を含む。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
本発明のより完全な理解及びそれに付随する利点の多くは、添付の図面と併せて考慮されると、以下の発明を実施するための形態を参照することにより良く理解されるため、容易に得られるものである。
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態による、例示的な半導体デバイスの断面図を概略的に示す。
【図２】本発明の一実施形態による、部分的に製造された半導体デバイス試験構造の断面図を概略的に示す。
【図３】図２の半導体デバイス試験構造上の非選択的Ｒｕ金属付着の断面走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示す。
【図４】本発明の一実施形態による、疎水性誘電体層表面の形成に続く図２の半導体デバイス試験構造上の選択的ボトムアップ式Ｒｕ金属付着の断面ＳＥＭ画像を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
いくつかの実施形態では、半導体デバイスのために低抵抗率金属を用いた凹状フィーチャの選択的ボトムアップ式充填のための方法が説明される。
【００１５】
一実施形態によれば、本方法は、誘電体層表面及び凹状フィーチャの底面に金属含有表面を有する凹状フィーチャを有するパターニングされた誘電体層を含む基板を提供することと、誘電体層表面を、疎水性官能基を含む反応ガスと反応させて、疎水性誘電体層表面を形成することと、疎水性誘電体層表面への金属の付着を妨げるボトムアップ式気相付着プロセスにおいて、凹状フィーチャを金属で少なくとも実質的に充填することと、を含む。
【００１６】
一実施形態によれば、凹状フィーチャは金属で完全に充填されてもよい。一実施形態によれば、凹状フィーチャは金属で過剰充填されてもよく、その後、凹状フィーチャの上から余剰金属を除去する平坦化プロセス（例えば、化学機械研磨（ＣＭＰ））が実行されてもよい。
【００１７】
有効な電子平均自由行程が短いＲｕ金属は、約１０ｎｍ（５ｎｍノード）の最小凹状フィーチャサイズでのＣｕ金属の置き換えとして、ＩＴＲＳ（International  Technology  Roadmap  for  Semiconductors）耐性要件を満たす優れた候補であることが示されている。Ｒｕ金属の多くの材料及び電気特性に起因して、Ｃｕ金属よりもフィーチャサイズのダウンスケーリングによる影響を受けにくい。
【００１８】
誘電体層内の凹状フィーチャは、例えば、トレンチ及び／又はビアを含むことができる。凹状フィーチャの直径は、例えば、３０ｎｍ未満、２０ｎｍ未満、１０ｎｍ未満、又は５ｎｍ未満とすることができる。凹状フィーチャの直径は、例えば、２０ｎｍと３０ｎｍの間、１０ｎｍと２５ｎｍの間、５ｎｍと１０ｎｍの間、又は３ｎｍと５ｎｍの間とすることができる。凹状フィーチャの深さは、例えば、１０ｎｍより大きく、２０ｎｍより大きく、５０ｎｍより大きく、１００ｎｍより大きく、又は２００ｎｍより大きくすることができる。凹状フィーチャは、例えば、アスペクト比（ＡＲ、深さ：幅）が２：１と２０：１の間、２：１と１０：１の間、又は２：１と５：１の間とすることができる。
【００１９】
誘電体層は、例えば、ＳｉＯ２、ｌｏｗ−ｋ誘電体材料、又はｈｉｇｈ−ｋ誘電体材料を含むことができる。ｌｏｗ−ｋ誘電体材料は、おおよそ４であるＳｉＯ２の誘電率（例えば、熱成長二酸化シリコンについての誘電率は３．８から３．９までの範囲とすることができる）よりも小さい公称誘電率を有する。ｈｉｇｈ−ｋ誘電体材料は、ＳｉＯ２の誘電率よりも大きい公称誘電率を有する。
【００２０】
いくつかのｌｏｗ−ｋ誘電体材料は、３．７未満の誘電率、又は１．６から３．７までの範囲の誘電率を有する。ｌｏｗ−ｋ誘電体材料は、フッ素化シリコンガラス（ＦＳＧ）、炭素ドープ酸化物、ポリマー、ＳｉＣＯＨ含有ｌｏｗ−ｋ材料、非多孔質ｌｏｗ−ｋ材料、多孔質ｌｏｗ−ｋ材料、スピンオン誘電体（ＳＯＤ）ｌｏｗ−ｋ材料、又は任意の他の適切な誘電体材料を含むことができる。ｌｏｗ−ｋ誘電体材料は、硬化又は付着プロセス中の膜の完全高密度化を妨げ、小さな空隙（又は細孔）を生成する、ＣＨ３結合を有する酸化シリコンベースのマトリックスなどの単相で構成される多孔質無機−有機ハイブリッド膜を含む。さらに、これらの誘電体層は、硬化プロセス中に分解して蒸発する有機材料（例えば、ポロゲン）の細孔を有する炭素ドープ酸化シリコンベースのマトリックスなどの少なくとも２相で構成される多孔質無機−有機ハイブリッド膜を含んでもよい。
【００２１】
さらに、ｌｏｗ−ｋ材料は、ＳＯＤ技術を用いて付着される、水素シルセスキオキサン（ＨＳＱ）又はメチルシルセスキオキサン（ＭＳＱ）のようなシリケートベース材料を含む。そのような膜の例は、ダウコーニング（Dow  Corning）から市販されているＦＯｘ  ＨＳＱ、ダウコーニングから市販されているＸＬＫ多孔質ＨＳＱ、及びＪＳＲマイクロエレクトロニクス（JSR  Microelectronics）から市販されているＪＳＲ  ＬＫＤ−５１０９を含む。
【００２２】
図１は、本発明の一実施形態による例示的な半導体デバイスの断面図を概略的に示す。部分的に製造されたデバイス１は、金属で充填されているか、又は金属で充填される予定の凹状フィーチャを含有する複数の誘電体層を含む。部分的に製造されたデバイス１は、ＳｉＯ２層１００と、第１ブランケットＮＭＬｏＫ（ＳｉＣｘＮｙＨｚ）誘電体層１０２と、第１層間誘電体層１０４と、第２ブランケットＮＭＬｏＫ（ＳｉＣｘＮｙＨｚ）誘電体層１０６と、第２層間誘電体層１０８と、Ｍ０メタライズレベルの一部である、第１層間誘電体層１０４内の金属プラグ１１４と、を含む。部分的に製造された半導体デバイス１は、凹状フィーチャ（ビア１１０及びトレンチ１１２）を金属で充填する予定で、その金属を金属層１１４に接続するＭ１メタライズレベルを含む。例示の部分的に製造された半導体デバイス１では、ビア１１０が、Ｍ１メタライズレベルより下にあるＭ０メタライズレベルの金属層１１４の露出した金属含有表面１１６を含む。いくつかの例では、金属含有表面１１６は、銅（Ｃｕ）、タングステン（Ｗ）、ルテニウム（Ｒｕ）、コバルト（Ｃｏ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、又はそれらの組み合わせを含むことができる。本発明のいくつかの実施形態によれば、凹状フィーチャ１１０，１１２を充填するために使用される金属は、ルテニウム（Ｒｕ）、コバルト（Ｃｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、イリジウム（Ｉｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、オスミウム（Ｏｓ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、及びそれらの組み合わせからなる群から選択されてもよい。しかし、他の低抵抗率金属が、凹状フィーチャ１１０，１１２を充填するために使用されてもよい。
【００２３】
本発明のいくつかの実施形態によれば、部分的に製造された半導体デバイス１及び他の同様に部分的に製造された半導体デバイスの露出した表面は、疎水性官能基を含む反応ガスに曝されてもよく、反応ガスは、誘電体層の露出した表面の親水性官能基（例えば、ヒドロキシル基）を反応ガス中の疎水性官能基と置換する。誘電体層の表面に疎水性官能基が存在することにより、疎水性誘電体層表面への金属の付着が防止、又は妨げられる。反応ガスが金属含有表面１１６と反応しないことにより、その後に続く金属含有表面１１６上への金属の付着が防止又は妨げられない。これにより、凹状フィーチャ１１０，１１２内における金属の選択的なボトムアップ式付着をもたらす。
【００２４】
図２は、本発明の一実施形態による、部分的に製造された半導体デバイスの試験構造の断面図を概略的に示す。試験構造２は、凹状フィーチャにおけるＲｕ金属のボトムアップ式充填を実証するのに使用された。試験構造２は、誘電体層２００と、ＳｉＮ層２０２と、ＴｉＮ層２０４と、露出したＷ金属表面２１４を有する幅１００ｎｍのＷ金属層２０６と、パターニングされたＳｉＮエッチング停止層２０８と、パターニングされた誘電体層２１０を含んでいた。パターニングされた誘電体層２１０内の凹状フィーチャ２１２は、幅約４０ｎｍ、深さ約１３０ｎｍ（ＡＲ約３）であった。図３は、図２の半導体デバイス試験構造上の非選択的Ｒｕ金属付着の断面ＳＥＭ画像を示す。Ｒｕ金属付着は、Ｒｕ３（ＣＯ）１２前駆体蒸気及びＣＯキャリアガスを含む付着ガスを、以下の処理条件で利用した。すなわち、基板ホルダ温度２２０℃〜２５０℃、プロセスチャンバ圧力≦５ｍＴｏｒｒ、及び１００ｓｃｃｍのＣＯキャリアガス流である。Ｒｕ金属の付着速度は約５ｎｍ／分であった。図３は、凹状フィーチャの底面でのＷ金属表面と、誘電体材料（dielectric  material）の側壁及び上面での誘電体層表面との両方に、Ｒｕ金属が非選択的に付着されたことを示す。
【００２５】
図４は、本発明の実施形態による疎水性誘電体層表面の形成に続く図２の半導体デバイス試験構造上の選択的なボトムアップ式Ｒｕ金属付着の断面ＳＥＭ画像を示す。疎水性誘電体層表面は、誘電体層表面を、疎水性官能基を含む反応ガス（すなわち、トリメチルシランジメチルアミン（ＴＭＳＤＭＡ））と反応させることによって形成された。処理条件は、基板ホルダ温度１８０℃、プロセスチャンバ圧力５Ｔｏｒｒ、ＴＭＳＤＭＡ／Ｎ２ガス流量５００ｓｃｃｍ／３５０ｓｃｃｍ、ガス暴露時間２５秒を含んだ。図４は、それに続いて、Ｒｕ金属が、凹状フィーチャの底面でのＷ金属表面に選択的に堆積されるが、Ｒｕ金属の付着は、疎水性誘電体層表面では妨げられるか又は防止されたことを示す。疎水性誘電体層表面は、誘電体材料内の凹状フィーチャの側壁と、凹状フィーチャの周りのパターニングされた誘電体層の水平面とを含んでいた。Ｗ金属表面上のＲｕ金属層の厚さは約３４ｎｍであり、それにより、凹状フィーチャの概ね２５％をＲｕ金属で充填した。いくつかの実施形態によれば、Ｒｕ金属の付着は、凹状フィーチャをＲｕ金属でさらに充填するために継続されてもよい。例えば、凹状フィーチャは、２５％より大きく、５０％より大きく、７５％より大きく、１００％で、又は１００％より大きく満たされてもよい。
【００２６】
図３及び図４における結果の比較は、誘電体層表面を反応ガスと反応させることにより、凹状フィーチャ内の選択的ボトムアップ式金属付着のための方法を提供することを示している。これは、凹状フィーチャをシームレス金属層で部分的又は完全に充填するための方法を提供し、金属が充填された凹状フィーチャの上から余剰金属を除去する必要性を低減又は排除する。
【００２７】
本発明のいくつかの実施形態によれば、反応ガスは、アルキルシラン、アルコキシシラン、アルキルアルコキシシラン、アルキルシロキサン、アルコキシシロキサン、アルキルアルコキシシロキサン、アリールシラン、アシルシラン、アリールシロキサン、アシルシロキサン、シラザン、及びそれらの組み合わせを含むシリコン含有ガスを含むことができる。
【００２８】
本発明のいくつかの実施形態によれば、反応ガスは、ジメチルシランジメチルアミン（ＤＭＳＤＭＡ）、トリメチルシランジメチルアミン（ＴＭＳＤＭＡ）、ビス（ジメチルアミノ）ジメチルシラン（ＢＤＭＡＤＭＳ）、及び他のアルキルアミンシランから選択されてもよい。他の実施形態によれば、反応ガスは、Ｎ，Ｏ−ビストリメチルシリルトリフルオロアセトアミド（ＢＳＴＦＡ）及びトリメチルシリル−ピロール（ＴＭＳ−ｐｙｒｒｏｌｅ）から選択されてもよい。
【００２９】
本発明のいくつかの実施形態によれば、反応ガスは、シラザン化合物から選択してよい。シラザンは、飽和シリコン−窒素水素化物である。それらは、−ＮＨ−が−Ｏ−が置き換わったシロキサンと構造において類似する。有機シラザン前駆体は、Ｓｉ原子に結合した少なくとも１つのアルキル基をさらに含むことができる。アルキル基は、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、又はそれらの組み合わせとすることができる。さらに、アルキル基は、フェニル基などの環状炭化水素基とすることができる。追加的に、アルキル基はビニル基とすることができる。ジシラザンは、シリコン原子に結合した１〜６つのメチル基、又はシリコン原子に結合した１〜６つのエチル基を有する化合物、あるいはシリコン原子に結合したメチル基及びエチル基の組み合わせを有するジシラザン分子である。
【００３０】
本発明のいくつかの実施形態によれば、凹状フィーチャは、化学蒸着（ＣＶＤ）又は原子層堆積（ＡＬＤ）を含む気相付着プロセスを使用して、金属で少なくとも実質的に充填される。一実施形態によれば、金属は、ルテニウム（Ｒｕ）金属を含み、Ｒｕ金属が、Ｒｕ３（ＣＯ）１２前駆体蒸気及びＣＯキャリアガスを含む付着ガスを使用して付着される。他の例では、付着ガスは、Ｒｕ３（ＣＯ）１２、（２，４−ジメチルペンタジエニル）（エチルシクロペンタジエニル）ルテニウム（Ｒｕ（ＤＭＰＤ）（ＥｔＣｐ））、ビス（２，４−ジメチルペンタジエニル）ルテニウム（Ｒｕ（ＤＭＰＤ）２）、（２，４−ジメチルペンタジエニル）（メチルシクロペンタジエニル）ルテニウム、又はそれらの２つ以上の組み合わせを含む。他の実施形態によれば、金属は、コバルト（Ｃｏ）金属を含み、Ｃｏ金属は、Ｃｏ２（ＣＯ）８、Ｃｏ４（ＣＯ）１２、ＣｏＣｐ（ＣＯ）２、Ｃｏ（ＣＯ）３（ＮＯ）、Ｃｏ２（ＣＯ）６（ＨＣＣｔＢｕ）、Ｃｏ（ａｃａｃ）２、Ｃｏ（Ｃｐ）２、Ｃｏ（（Ｍｅ５Ｃｐ）２）、Ｃｏ（ＥｔＣｐ）２、コバルト（ＩＩ）ヘキサフルオロアセチルアセトナート水和物、コバルトトリス（２，２，６，６−テトラメチル−３，５−ヘプタンジオナート）、コバルト（ＩＩＩ）アセチルアセトナート、ビス（Ｎ，Ｎ’−ジイソプロピルアセトアミジナート）コバルト、トリカルボニルアリルコバルト、又はそれらの２つ以上の組み合わせを含む付着ガスを使用いて付着されてもよい。他の実施形態によれば、金属は、アルミニウム（Ａｌ）金属を含み、Ａｌ金属は、ＡｌＭｅ３、ＡｌＥｔ３、ＡｌＭｅ２Ｈ、［Ａｌ（ＯｓＢｕ）３］４、Ａｌ（ＣＨ３ＣＯＣＨＣＯＣＨ３）３、ＡｌＣｌ３、ＡｌＢｒ３、ＡｌＩ３、Ａｌ（ＯｉＰｒ）３、［Ａｌ（ＮＭｅ２）３］２、Ａｌ（ｉＢｕ）２Ｃｌ、Ａｌ（ｉＢｕ）３、Ａｌ（ｉＢｕ）２Ｈ、ＡｌＥｔ２Ｃｌ、Ｅｔ３Ａｌ２（ＯｓＢｕ）３、Ａｌ（ＴＨＤ）３、Ｈ３ＡｌＮＭｅ３、Ｈ３ＡｌＮＥｔ３、Ｈ３ＡｌＮＭｅ２Ｅｔ、Ｈ３ＡｌＭｅＥｔ２、及びそれらの２つ以上の組み合わせを含む付着ガスを使用し付着されてもよい。
【００３１】
本発明の一実施形態によれば、金属充填された凹状フィーチャは、金属充填プロセスに続いて熱処理されてもよい。熱処理は、凹状フィーチャにおける金属の粒度を増加させ、熱処理されたより大きな粒度の金属は、狭い凹状フィーチャにおいてＣｕ金属充填を置き換えるために必要な電気抵抗が低い。本発明の実施形態によれば、熱処理は、例えば、２００℃と６００℃の間、３００℃と４００℃の間、５００℃と６００℃の間、４００℃と４５０℃の間、又は４５０℃と５００℃の間にある基板温度で実行されてもよい。さらに、熱処理は、Ａｒガス、Ｈ２ガス、又はＡｒガスとＨ２ガスの両方の存在下において大気圧未満で実行されてもよい。一例では、熱処理は、成形ガスの存在下において大気圧未満で実行されてもよい。別の例では、熱処理は、熱処理のために使用されるプロセスチャンバ内にガスを流すことなく、高真空条件下で形成されてもよい。
【００３２】
実施形態では、インターコネクトのための選択的なボトムアップ式金属フィーチャ充填が説明されている。本発明の実施形態の前述の説明は、図示及び説明を目的として提示されている。包括的であること、又は本発明を開示された正確な形態に限定することを意図していない。この説明及び以下の特許請求の範囲は、説明の目的のためにだけに使用され、限定するものとして解釈されるべきではない用語を含む。当業者であれば、上記教示に照らして多くの変更及び変形が可能であると理解することができる。したがって、本発明の範囲は、この詳細な説明によってではなく、ここに添付の特許請求の範囲によって限定されることを意図している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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