(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
集積回路の製造方法であって、該方法は、
基板の銅配線上にクロムを電着し、
前記電着されたクロムを窒素含有プラズマに晒すことで窒化クロムから成る拡散バリア層に変質することを特徴とする集積回路の製造方法。
【請求項２】
集積回路の製造方法であって、該方法は、
基板の銅配線上にクロムを電着し、
前記電着されたクロムに窒素含有物質を注入することで、窒化クロムから成る拡散バリア層に変質することを特徴とする集積回路の製造方法。
【請求項３】
前記電着及び変質の間に前記基板が晒される処理温度は、５００℃を超えないことを特徴とする請求項１又は２に記載の集積回路の製造方法。
【請求項４】
集積回路配線形成方法であって、該方法は、
集積回路の銅配線の表面上にクロムを電着し、
前記クロムを窒素含有環境に晒し、窒化クロム拡散バリア層に変質させることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は、金属窒化層を含む窒化層形成方法、及び集積回路配線用拡散バリアを含む拡散バリア形成方法に関する。
【０００２】
【背景技術】
半導体デバイスにおいて、好適な金属被膜として、アルミニウムを銅に置き換える事には幾つかの利点がある。銅のより高い導電性は、導電性要素の断面領域の減少、及び／又は電流の増加を可能とする。しかしながら、銅の金属被膜には幾つかの不都合な点もある。そのような不都合な点の一つは、周辺物質への銅の拡散を防ぐために、拡散バリアの形成が望まれることである。銅の金属被膜のための従来の拡散バリアは、典型的には厄介な幾分非能率的な工程で形成される。したがって、単純且つより一層能率的な方法で銅の金属被膜のための拡散バリアを形成する必要性がある。
【０００３】
【発明の開示】
本発明の一形態には、物質が基板上に電着され、且つ少なくも一部が窒素及び電着物質から成る層に変質されるという窒化層形成方法が含まれる。一例として、電着は、基板の導電部分上に実質的に選択的に起こる。また、変質は、電着物質を窒素含有プラズマに晒すことを含む。クロム窒化物及びクロム酸窒化物が窒素含有物質の例である。集積回路の銅又は金配線が、基板の一例である。電着及び変質の間の処理温度は、５００℃を超えない温度で選択されれば良い。
【０００４】
本発明の他の形態では、集積回路配線形成方法には、スパッタリング堆積以外の処理工程により、基板上にパターンニングされた集積回路配線の外側部分を形成することが含まれる。該方法にはさらに、配線上に窒化層を形成するために窒素含有プラズマで外側部分を窒化することが含まれる。窒化層の厚さ及び組成は、窒化層を通って配線の少なくとも一つの成分が拡散するのを制限するのに効果的である。
【０００５】
さらに別の形態では、金属窒化物を含む物質を形成する方法には、導電性表面上に金属含有物質を電着することが含まれても良い。金属含有物質は、窒素含有環境に晒されても良く、金属含有物質の少なくとも幾らかは、金属窒化物に変質されても良い。
【０００６】
また更に別の形態では、拡散バリア形成方法には、基板の上に集積回路の銅又は金配線のパターンニングされた層を形成することが含まれても良い。配線は、配線上にクロムを堆積するために配線に電流を供給している間に、クロムイオン含有環境に晒されても良い。クロムは、窒素含有プラズマを用いて、クロム窒化物含有拡散バリアに変質されても良い。
【０００７】
【発明を実施するための最良の形態】
以下、本発明の好適実施例を添付図面を参照して説明する。本発明の種々の形態は、広い範囲の技術領域に適用可能な窒化層を形成する方法を提供する。例えば、方法には、金属窒化物から成る物質を形成することが含まれる。方法には、集積回路配線を形成することが含まれても良い。方法にはまた、窒化層の下層又は上層の物質に拡散バリアを形成することが含まれても良い。他の一例は、拡散バリアを集積回路配線へ形成することである。図１−図３は、集積回路配線への本発明の一形態の適用例を示す。しかしながら、前記した通り、本発明は別の技術分野にも適用可能である。
【０００８】
図１を参照すると、集積回路（ＩＣ）部分１０が、絶縁層１２上に形成された絶縁層１４を含むものとして示されている。絶縁層１２内に形成された導電配線１６は、絶縁層１２の下の構造（図示せず）に電気的に接続される。配線１８は、当業者に良く知られている通り、多様な導電パスを提供するために、導電配線１６と電気的に接続される。
【０００９】
本発明の一形態では、窒化層形成方法には、基板上に物質を電着することが含まれる。“電着”とは、電気化学めっき、電気めっき、電気化学堆積等を含む種々の処理工程及び技術を意味するものであり、このような処理工程の範囲では、当業者に知られるように区別されるであろう。“電着”には、スパッタリング堆積は含まれない。スパッタリング堆積又はスパッタリングを用いて窒化層を形成することは、ここで説明する本発明の形態と比べて、大抵の場合、複雑さや非常に長い処理工程を伴う。他の物質に加えて、電着物質は、クロム等の金属を有すれば良く、主としてクロムから成るであろう。電着の一例は、金属含有物質２０が配線１８上に形成されているのを示す図２に示される。配線１８は、その上に電着が行われる基板の一例である。配線１８は、銅又は金、及び他の物質から成っていても良い。基板の他の例は、以下に説明するように、次の拡散バリアの形成のためのシード層である。
【００１０】
クロムから成る金属含有層２０が上記の特定の例において説明されたが、金属含有層２０が他の金属から成る、主として他の金属を含む、又は例えばチタンやタンタル等の他の金属から成る実施例が、本発明には包含されることが理解されるべきである。
【００１１】
上述の電着は、基板の導電部分上で実質的に選択的に起こり、これは、スパッタリング堆積に対する利点の一つを構成する。図２において、金属含有物質２０は、絶縁層１４に優先して配線１８上に実質的に選択的に形成される。即ち、配線１８上への堆積速度に対する絶縁層１４上への堆積速度の比は、少なくとも１００：１であり、より好ましくは少なくとも１０００：１である。このように、集積回路配線のパターンニングされた層は、集積回路デバイスの他の表面部分に優先して電着物質を受けることになる。したがって、実質的に選択的な電着は、パターンニングされた集積回路配線の外側部分、例えば金属含有物質２０が基板上に形成される一つの効率的な方法である。他の方法もまた、当業者に知られるような、このような外側部分を形成するためにも考えられる。
【００１２】
導電基板上に物質を実質的に選択的に形成するための一つの方法は、その上に形成するために望まれるイオンを含む環境に基板を晒すことを含む。環境は、ガス、液体、固体、又はプラズマであっても良い。例えば、このような環境には、クロムイオンなどの金属イオンが含まれる。晒している間、イオンをその上に堆積するために、電流が基板に供給される。基板がクロムイオン含有環境に晒されると、その後クロム金属が基板上に形成される。このような方法の一例が、電着である。
【００１３】
クロムの電着は、商業的に入手が可能な電気めっきツール及び商業的に入手可能なクロムめっき浴で実施されれば良い。めっき浴は、クロム酸として約２５０ｇ／リットル、及び三価クロムとして約１ｇ／リットルの金属含有量を有すれば良い。約６０℃でのめっき浴の作業が都合が良い。
【００１４】
本発明にはさらに、電着物質の少なくとも幾らかを、窒素と電着物質から成る層に変質することが含まれても良い。このような変質には、電着物質を窒素含有環境に晒し、電着物質を窒素含有層に変質することが含まれるであろう。環境は、ガス、液体、固体、又はプラズマであろう。環境は、Ｎ２、ＮＨ３、又は他の窒素含有物質から成っても良い。したがって、変質は、電着物質の少なくとも幾らかを窒素含有プラズマに晒すことが含まれるであろう。変質はまた、例えば窒素のイオン注入により、窒素含有物質を電着物質に注入することが含まれても良い。
【００１５】
本発明の種々の特徴を維持したままで、もし物質がスパッタリング堆積以外の処理工程により形成される場合には、このような物質はまた、窒素と少なくとも幾らかの物質から成るように変質されても良い。このようなスパッタリング堆積以外の処理工程は、電着が含まれても含まれなくても良い。
【００１６】
窒素を含有する変質された層は、窒化物、例えば、金属窒化物を含むであろう。窒化物はまた、金属酸窒化物を含む酸窒化物から成っても良い。層はまた、基本的に窒化クロムからなり、窒化クロムは基本的に酸窒化クロムからなっても良い。物質の窒化物への変質は、物質の窒化物への変質以外の処理工程による窒化物形成が含まれる、「窒化する」というより広い用語の範囲に一般的には適合するであろう。
【００１７】
図３を参照すると、拡散バリア２２が、金属含有物質２０を窒化物と金属含有物質２０の少なくとも幾らかとから成る層に変質することにより形成されることが示される。配線１８上に形成する代わりに、金属含有物質２０は、導電性シード層上に形成されても良い。シード層は、集積回路配線と同様の厚さを含む種々の厚さを有していても構わない。しかしながら、シード層は、その上に金属含有物質２０の電着を許容するのには十分な厚さだけは有していなければならない。そして、金属含有物質２０は、その後拡散バリアに変質されれば良い。集積回路配線は、拡散バリア及びシード層の上に形成されても良い。このように、本発明の種々の形態による拡散バリアは、物質、例えば、配線１８の上又は下に形成されることになる。
【００１８】
好ましくは、拡散バリア２２は、金属窒化物から成る。このような金属窒化物には、これに限定されるわけではないが、金属酸窒化物が含まれる。本発明の種々の形態で使用するのに都合の良い窒化方法が種々存在するが、窒素含有プラズマを用いた窒化方法が、特に都合が良い。約１から約１０Ｔｏｒｒで作動し、プラズマを発生可能な真空チャンバを用いることができる。温度は、約２００から約６００℃であれば良い。真空チャンバ内の窒素含有環境には、さらに、水素又はメタンが含まれても良い。
【００１９】
一般的に、窒素含有プラズマを窒素又はアンモニアガスから形成することは、他の窒化方法で典型的に用いられるのに比べてより低い温度で反応し得る反応窒素原子を生成する。選択されたＩＣデバイスを含むある適用例では、５００℃を超えないで窒化層を形成することは、十分な利点となり得る。基板上への物質の電着の間、及び電着物質を電着物質の少なくとも幾らかの窒素を含む層に変質する間、基板が晒される処理温度は、５００℃を超えないことが好ましい。さらに好ましくは、処理温度は約４００℃である。また、スパッタリング堆積以外の、電着を含む又は含まない処理工程においては、５００℃以下の処理温度が好ましい。
【００２０】
拡散バリアを形成することは、本発明の種々の特徴の間でも特に有利な使用の一つである。周辺物質へ銅が拡散し易いことを考えると、拡散バリアの形成は、選択された状況で必要とされるであろう。クロムは、窒化クロムと同様に、効果的な拡散バリアである。したがって、本発明は、窒化クロム拡散バリアを形成するのに非常に都合が良い。ここで説明した種々の方法のうちの一つを用いて銅配線上にクロムを形成した後に、クロムは窒化クロム含有拡散バリアに変質されれば良い。特に５００℃以下の処理温度を保つ必要がある場合には、窒素含有プラズマを用いることが、このような変質を達成するための一つの技術となる。
【００２１】
拡散バリアのために選択される厚さ及び組成は、拡散バリアを通って下層物質の少なくとも一つの成分が拡散するのを抑制するのに効果的である。銅の拡散に対する優れたバリアとなることに加えて、窒化クロム拡散バリアは、電着によりそれが実質的に選択的に形成されるとき、銅配線の上に自己整合されるであろう。全般的に、ここで説明したように、窒化層、金属窒化物、又は窒化クロム含有拡散バリアを形成するための処理工程の数や複雑性は、スパッタリング工程や他の処理工程と比べて減少される。少なくともこの方法によれば、本発明の種々の形態は、種々の技術領域に適応可能な、改良された窒化層形成方法を提供する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、本発明による方法の一工程における集積回路デバイスの一部の断面図である。
【図２】  図２は、図１に示すものの次の処理工程における図１の集積回路デバイスの断面図である。
【図３】  図３は、図２に示すものの次の処理工程における図１の集積回路デバイスの断面図である。
【図１】
0004051603.tif 000002
【図２】
0004051603.tif 000003
【図３】
0004051603.tif 000004