(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に対する銅の接着性を高める方法であって、
単結晶シリコン基板を準備する工程と、
該基板の活性領域上に集積回路構成要素を形成する工程と、
その後に、液体前駆体流量が０．０１ｃｍ3ｍｉｎ-1から０．１ｃｍ3ｍｉｎ-1の間の低速度のＣＶＤを３０秒間用いることによって第１の銅層をメタライズする工程と、次いで、前記液体前駆体流量が０．５ｃｍ3ｍｉｎ-1から５．０ｃｍ3ｍｉｎ-1の間の高速度のＣＶＤによって第２の銅層を所望の厚さを達成するようにメタライズする工程とを含む、該集積回路構成要素をメタライズする工程と、
その後に、構造体の構成を完了する工程と、
を含む方法。
【請求項２】
前記第１の銅層をメタライズする工程が、０．０５ｃｍ3ｍｉｎ-1の前記液体前駆体流量でＣＶＤによって銅を３０秒間堆積する工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第２の銅層をメタライズする工程が、１．５ｃｍ3ｍｉｎ-1の前記液体前駆体流量で、ＣＶＤによって所望の厚さを達成するように銅を堆積する工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の銅層をメタライズする工程が、該第１の層が１ｎｍから１００ｎｍの間の厚さを有するまで前記低速度のＣＶＤによって銅を堆積する工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第２の銅層をメタライズする工程が、該第２の層が２００ｎｍから１５００ｎｍの間の厚さを有するまで前記高速度のＣＶＤによって銅を堆積する工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記メタライズする工程の前に、構造体の上にバリア金属層を形成する工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
基板に対する銅の接着性を高める方法であって、
単結晶シリコン基板を準備する工程と、
該基板の活性領域上に集積回路構成要素を形成する工程と、
その後に、０．０１ｃｍ3ｍｉｎ-1から０．１ｃｍ3ｍｉｎ-1の間の流量でＣＶＤによって銅を３０秒間堆積する低速度のＣＶＤによって第１の銅シード層をメタライズする工程と、次いで、０．５ｃｍ3ｍｉｎ-1から５．０ｃｍ3ｍｉｎ-1の間の流量で、ＣＶＤによって所望の厚さを達成するように銅を該シード層上に堆積する高速度のＣＶＤによって第２の銅層をメタライズする工程とを含む、該集積回路構成要素をメタライズする工程と、
その後に、該基板の構成を完了する工程と、
を含む方法。
【請求項８】
前記第１の銅層をメタライズする工程が、該第１の層が１ｎｍから１００ｎｍの間の厚さを有するまでＣＶＤによって低速度で銅を堆積する工程を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記第２の銅層をメタライズする工程が、該第２の層が２００ｎｍから１５００ｎｍの間の厚さを有するまでＣＶＤによって高速度で銅を堆積する工程を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記メタライズする工程の前に、構造体の上にバリア金属層を形成する工程を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
基板に対する銅の接着性を高める方法であって、
単結晶シリコン基板を準備する工程と、
該基板上にバリア金属層を形成する工程と、
次いで、該基板の活性領域上に集積回路構成要素を形成する工程と、
その後に、０．０５ｃｍ3ｍｉｎ-1の流量の低速度のＣＶＤによって第１の銅層を３０秒間メタライズする工程と、次いで、１．５ｃｍ3ｍｉｎ-1の流量で２００ｎｍから１５００ｎｍの間の厚さを達成するように高速度のＣＶＤによって第２の銅層をメタライズする工程とを含む、該集積回路構成要素をメタライズする工程と、
その後に、該基板の構成を完了する工程と、
を含む方法。
【請求項１２】
前記第１の銅層をメタライズする工程が、０．０１ｃｍ3ｍｉｎ-1から０．１ｃｍ3ｍｉｎ-1の間の流量でＣＶＤによって３０秒間、銅を堆積する工程を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第２の銅層をメタライズする工程が、０．５ｃｍ3ｍｉｎ-1から５．０ｃｍ3ｍｉｎ-1の間の流量で、所望の厚さを達成するようにＣＶＤによって銅を堆積する工程を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１の銅層をメタライズする工程が、該第１の層が１ｎｍから１００ｎｍの間の厚さを有するまでＣＶＤによって低速度で銅を堆積する工程を含む、請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、集積回路の形成に関し、詳細には、メタライゼーションプロセスが銅の化学蒸着（ＣＶＤ）によって実施され、その銅が、高められた接着特性を有する集積回路の形成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
集積回路の形成では、金属物質が集積回路の活性領域と接触するように設置される必要があり、それによって集積回路素子が他の素子と接続され得るか、または集積回路は、電気−機械システムの他の構成要素と接続され得る。高い導電性の金属材料を用いることが概して望ましい。このことを考慮すると、銅を用いるのが望ましい。
【０００３】
集積回路のメタライゼーションプロセスにおいて銅を用いることにはいくつかの問題点があるが、集積回路の構成におけるメタライゼーション物質として現在最も一般的に用いられるアルミニウムおよびその合金を置換するための高性能金属膜としてＣＶＤによる銅を用いることが望ましい。メタライゼーションに銅を用いる際に遭遇する最も顕著な困難さの１つは、ＣＶＤによって堆積された際に銅が示す乏しい接着性である。場合によっては、ＣＶＤによって銅を堆積する前に、スパッタリングされた銅膜がシード層として置かれてきた。このことは、Ｎ．ＡｗａｙａらによるＥｖａｌｕａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｃｏｐｐｅｒ  Ｍｅｔａｌｉｚａｔｉｏｎ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ａｎｄ  Ｔｈｅ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ  Ｏｆ  Ｃｏｐｐｅｒ  Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｅｄ  Ｑｕａｒｔｅｒ−Ｍｉｃｒｏｎ  ＣＭＯＳ、ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｄｅｖ．  ４３（１９９６）ｐ．１２０６に記載されている。これによって、下にあるシリコンベースの構造体に対する銅の接着性が促進されるように思われる。これは、スパッタリングされた銅が実質的に純粋な銅であり、高い運動エネルギーで堆積され、下にある構造体とより強い結合を形成することによって優れた接着特性を示す分子的に均一な金属の層を形成することから生じると考えられる。しかし、スパッタリングプロセスは時間および機器の両方に関してコストが高く、トレンチおよびホールにおいて低品質の金属カバレッジを生じる。
【０００４】
金属有機物ＣＶＤもまた、より均一な金属層を堆積するために、メタライゼーション工程の前に、基板上にある種の接着プロモーターを提供した状態で用いられる。様々な理由によって、このような製法はうまく機能しない。主な問題点の１つは銅が下にある基板から分離することである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、二段階堆積プロセスによって、下にある基板に対するＣＶＤによる銅の向上された接着性を提供することである。
【０００６】
本発明の別の目的は、高いスループットおよび高い堆積速度を達成することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の１つの局面によれば、基板に対する銅の接着性を高める方法は、単結晶シリコン基板を準備する工程と、基板の活性領域上に集積回路構成要素を形成する工程と、低速度のＣＶＤによって第１の銅層をメタライズする工程と高速度のＣＶＤによって第２の銅層をメタライズする工程とを含む、集積回路構成要素をメタライズする工程と、構造体の構成を完了する工程と、を含む。これにより、上記目的が達成される。
【０００８】
好ましくは、上記第１の銅層をメタライズする工程が、約０．０１ｃｍ3ｍｉｎ-1から０．１ｃｍ3ｍｉｎ-1の間の液体前駆体流量を約３０秒間用いてＣＶＤによって銅を堆積する工程を含む。
【０００９】
好ましくは、上記第２の銅層をメタライズする工程が、約０．５ｃｍ3ｍｉｎ-1から５．０ｃｍ3ｍｉｎ-1の間の流量（liquid rate)で、ＣＶＤによって所望の厚さを達成するように銅を堆積する工程を含む。
【００１０】
好ましくは、上記第１の銅層をメタライズする工程が、約０．０５ｃｍ3ｍｉｎ-1の流量でＣＶＤによって銅を約３０秒間堆積する工程を含む。
【００１１】
好ましくは、上記第２の銅層をメタライズする工程が、約１．５ｃｍ3ｍｉｎ-1の流量で、ＣＶＤによって所望の厚さを達成するように銅を堆積する工程を含む。
【００１２】
好ましくは、上記第１の銅層をメタライズする工程が、第１の層が約１ｎｍから１００ｎｍの間の厚さを有するまでＣＶＤによって低速度で銅を堆積する工程を含む。
【００１３】
好ましくは、上記第２の銅層をメタライズする工程が、第２の層が約２００ｎｍから１５００ｎｍの間の厚さを有するまでＣＶＤによって高速度で銅を堆積する工程を含む。
【００１４】
好ましくは、上記メタライズする工程の前に、構造体の上にバリア金属層を形成する工程を含む。
【００１５】
本発明の別の局面によれば、基板に対する銅の接着性を高める方法は、単結晶シリコン基板を準備する工程と、基板の活性領域上に集積回路構成要素を形成する工程と、約０．０１ｃｍ3ｍｉｎ-1から０．１ｃｍ3ｍｉｎ-1の間の流量でＣＶＤによって銅を約３０秒間堆積する低速度のＣＶＤによって第１の銅シード層をメタライズする工程と、約０．５ｃｍ3ｍｉｎ-1から５．０ｃｍ3ｍｉｎ-1の間の流量で、ＣＶＤによって所望の厚さを達成するように銅をシード層上に堆積する高速度のＣＶＤによって第２の銅層をメタライズする工程とを含む、集積回路構成要素をメタライズする工程と、基板の構成を完了する工程と、を含む。これにより、上記目的が達成される。
【００１６】
好ましくは、上記第１の銅層をメタライズする工程が、第１の層が約１ｎｍから１００ｎｍの間の厚さを有するまでＣＶＤによって低速度で銅を堆積する工程を含む。
【００１７】
好ましくは、上記第２の銅層をメタライズする工程が、第２の層が約２００ｎｍから１５００ｎｍの間の厚さを有するまでＣＶＤによって高速度で銅を堆積する工程を含む。
【００１８】
好ましくは、上記メタライズする工程の前に、構造体の上にバリア金属層を形成する工程を含む。
【００１９】
本発明の更なる局面によれば、基板に対する銅の接着性を高める方法は、単結晶シリコン基板を準備する工程と、基板上にバリア金属層を形成する工程と、基板の活性領域上に集積回路構成要素を形成する工程と、約０．０５ｃｍ3ｍｉｎ-1の流量で低速度のＣＶＤによって第１の銅層を約３０秒間メタライズする工程と、約１．５ｃｍ3ｍｉｎ-1の流量で約２００ｎｍから１５００ｎｍの間の厚さを達成するように高速度のＣＶＤによって第２の銅層をメタライズする工程とを含む、集積回路構成要素をメタライズする工程と、基板の構成を完了する工程と、を含む。これにより、上記目的が達成される。
【００２０】
好ましくは、上記第１の銅層をメタライズする工程が、約０．０１ｃｍ3ｍｉｎ-1から０．１ｃｍ3ｍｉｎ-1の間の流量でＣＶＤによって約３０秒間、銅を堆積する工程を含む。
【００２１】
好ましくは、上記第２の銅層をメタライズする工程が、約０．５ｃｍ3ｍｉｎ-1から５．０ｃｍ3ｍｉｎ-1の間の流量で、所望の厚さを達成するようにＣＶＤによって銅を堆積する工程を含む。
【００２２】
好ましくは、上記第１の銅層をメタライズする工程が、第１の層が約１ｎｍから１００ｎｍの間の厚さを有するまでＣＶＤによって低速度で銅を堆積する工程を含む。
【００２３】
基板に対する銅の接着性を高める方法は、単結晶シリコン基板を準備する工程と、基板の活性領域上に集積回路構成要素を形成する工程と、低速度のＣＶＤによる第１の銅層をメタライズする工程および高速度のＣＶＤによって第２の銅層をメタライズする工程を含む集積回路構成要素をメタライズする工程と、構造体の構成を完了する工程と、を含む。
【００２４】
以下、作用について説明する。
【００２５】
上述したように、本発明の目的は、現在、集積回路のメタライゼーションに用いられるアルミニウムおよびその合金を置換するために銅のメタライゼーションを提供することである。本発明の方法によって化学蒸着（ＣＶＤ）技術で堆積されたような銅の乏しい接着性は克服される。
【００２６】
本発明の方法は、二段階堆積プロセスを用いる。第１の工程は、低堆積速度プロセスであり、主堆積プロセスの前に実施される。この二段階技術によって、バリア金属層に対する銅の接着性が顕著に向上され、スパッタリングされた銅などの任意の他の接着促進層を必要としない。バリア金属層は、下にあるシリコンを混入し得る銅原子を抑制または遮断する必要がある。
【００２７】
高堆積速度は望ましいが、スループット時間およびウエハコストを節約することで、高堆積速度はバリア金属または下にあるシリコンベースの層に対する接着性を低下させる傾向がある。この低下に対する１つの原因は、ＣＶＤ中に反応し得る液体銅前駆体に有機溶媒が存在することにあると考えられる。この反応は、良好な接着性に必要な化学結合を妨げる傾向がある。高速度の堆積工程の前に低速度の堆積工程を実施することによって、前駆体蒸気内の有機溶媒が、バリア金属との界面で膜内に捕らえられてバリア金属に対する銅の結合および接着を妨害することなく、プロセス真空チャンバから外へと運ばれるのに十分な時間が与えられるからであると考えられる。
【００２８】
増大された接着性に加えて、最初の低速度の工程によって集積回路の金属の垂直層間の電気的接続を向上させることが可能になる。これは、他のメタライゼーション技術と比較した場合にジュール熱が低減され、および電子移動寿命が増大されるので、素子収量が向上され得るだけでなく、信頼性も向上され得る。
【００２９】
【発明の実施の形態】
図１を参照して、本発明による集積回路の構成が、単結晶シリコン基板１２またはウエハ上に素子領域１０を形成することから始まる。酸化物領域１４および１６が基板１２上に全て配置された銅線１８を包囲する。追加の酸化物領域２０および２２がバリア金属２４で覆われ、バイアホール２５を包囲する。
【００３０】
本発明の方法の第１の工程は、銅の低速度の堆積を含む。これは、バリア金属の上に実行される。銅の堆積は、０．０１ｃｍ3ｍｉｎ-1から０．１ｃｍ3ｍｉｎ-1の流量を有し、典型的な流量が０．０５ｃｍ3ｍｉｎ-1である、Ｓｃｈｕｍａｃｈｅｒ’ｓ  Ｃｕｐｒａ  ＳｅｌｅｃｔTM（銅ヘキサフルオロアセトネートトリメチルビニルシラン）などの前駆体を有する真空チャンバで始まる。（本明細書中で与えられる流量は液状の物質に対するものであることが、当業者によって理解される。）これは約３０秒間行われるが、この工程は１０秒から１２０秒の期間続けられてもよい。この工程は、ウエハをプロセス真空チャンバへ導入した後の最初の圧力安定処理中に実施されてもよい。この工程に続く銅の最初の層または銅シード層は、典型的に１ｎｍから１００ｎｍの間の厚さである。
【００３１】
代替の技術は、前のウエハ処理サイクルが完了した直後、前の堆積による前駆体の残留物が処理チャンバから排出される前にウエハを導入することである。これにより、追加の銅前駆体をチャンバに導入することなく、ウエハを残留物前駆体に数分間、詳細には３０秒から３分間曝す。
【００３２】
次の工程は、典型的な値は１．５ｃｍ3ｍｉｎ-1である、０．５ｃｍ3ｍｉｎ-1から５ｃｍ3ｍｉｎ-1の前駆体流量を有する銅を高速度の堆積することである。この工程は銅が典型的には２００ｎｍから１５００ｎｍである所望の厚さに堆積されるまで続く。
【００３３】
典型的な銅堆積プロセスチャンバは、銅の接着特性を高める「シーズニング」効果を有するようである。すなわち、（２時間を超える）長い休止時間の後に処理されたウエハの最初のいくつかは乏しい接着性を有する。後の方のウエハは向上された接着性を有するが、辺縁性の接着が時折発生する。本発明の二段階堆積方法を使用することによって、チャンバの休止時間は接着性に不利な影響は全く与えず、全てのウエハに対して良好な接着性が保証される。
【００３４】
本発明の方法を実施する好適な実施形態を開示したが、添付の請求項に規定される本発明の範囲を逸脱することなく、更なる変更および改変が成され得ることが理解される。
【００３５】
【発明の効果】
低速度のＣＶＤによって第１の銅層をメタライズする工程と、高速度のＣＶＤによって第２の銅層をメタライズする工程との二段階プロセスを用いることで、基板に対する銅の接着性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によって構成された素子の、低速度のＣＶＤが実施される前の前面部分を示す。
【図２】低速度のＣＶＤ後の本発明の素子を示す。
【図３】高速度のＣＶＤ後の本発明の素子を示す。
【符号の説明】
１０  素子領域
１２  単結晶シリコン基板
１４、１６、２０、２２  酸化物領域
１８  銅線
２４  バリア金属
２５  バイアホール
【図１】
0003781164.tif 000002
【図２】
0003781164.tif 000003
【図３】
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