(57)【要約】【解決手段】以下の操作：基板上に堆積プロセスを実施することであって、堆積プロセスは、基板上のフィーチャ内に銅層を堆積するように構成され、銅層は、約３０パーセント未満の原子パーセントで亜鉛がドープされることと、銅層を堆積した後、基板をアニーリングすることであって、アニーリングは、基板の銅層と酸化物層の界面への亜鉛の移行を引き起こすように構成され、亜鉛の移行は、界面における銅層のエレクトロマイグレーションを抑制する接着バリアを生成することとを含む、方法が提供される。【選択図】図９
2020526031.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に堆積プロセスを実施することであって、前記堆積プロセスは、前記基板上のフィーチャ内に銅層を堆積するように構成され、前記銅層は、約３０パーセント未満の原子パーセントで亜鉛がドープされることと、
前記銅層を堆積した後、前記基板をアニーリングすることであって、前記アニーリングは、前記基板の前記銅層と酸化物層の界面への前記亜鉛の移行を引き起こすように構成され、前記亜鉛の前記移行は、前記界面における前記銅層のエレクトロマイグレーションを抑制する接着バリアを生成することと
を含む、方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、
前記フィーチャは、前記銅層の前記堆積前にバリア層を含まない、方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、
前記基板の前記アニーリングは、前記界面における酸素への前記亜鉛の結合を引き起こして前記バリアを形成する、方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法であって、
前記基板の前記アニーリングは、摂氏約３５０度未満の温度で実施される、方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法であって、
前記堆積プロセスは、銅および亜鉛を共堆積するように構成された無電解堆積プロセスによって定義される、方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法であって、
前記フィーチャは、ビアであり、前記方法は、前記ビアを前記銅層で部分的に充填するように構成された事前充填操作を定義する、方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法であって、
前記銅層と前記酸化物層の前記界面は、前記ビアの側壁に沿って定義される、方法。
【請求項８】
基板上に堆積プロセスを実施することであって、前記堆積プロセスは、前記基板上のフィーチャ内に金属層を堆積するように構成され、前記金属層は、銅、コバルト、またはニッケルの１つ以上からなり、前記金属層は、約５パーセント未満の原子パーセントで亜鉛がドープされることと、
前記金属層を堆積した後、前記基板をアニーリングすることであって、前記アニーリングは、前記基板の前記金属層と酸化物層の界面への前記亜鉛の移行を引き起こすように構成され、前記亜鉛の前記移行は、前記界面における前記金属層のエレクトロマイグレーションを抑制するバリアを生成することと
を含む、方法。
【請求項９】
請求項８に記載の方法であって、
前記フィーチャは、前記金属層の前記堆積前にバリア層を含まない、方法。
【請求項１０】
請求項８に記載の方法であって、
前記基板の前記アニーリングは、前記界面における酸素への前記亜鉛の結合を引き起こして前記バリアを形成する、方法。
【請求項１１】
請求項８に記載の方法であって、
前記基板の前記アニーリングは、摂氏約３５０度未満の温度で実施される、方法。
【請求項１２】
請求項８に記載の方法であって、
前記堆積プロセスは、無電解堆積プロセスによって定義される、方法。
【請求項１３】
請求項８に記載の方法であって、
前記フィーチャは、ビアであり、前記方法は、前記ビアを前記金属層で部分的に充填するように構成された事前充填操作を定義する、方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法であって、
前記金属層と前記酸化物層の前記界面は、前記ビアの側壁に沿って定義される、方法。
【請求項１５】
基板上に第１の堆積プロセスを実施することであって、前記第１の堆積プロセスは、前記基板上のフィーチャ内に銅層を堆積するように構成されることと、
前記基板上に第２の堆積プロセスを実施することであって、前記第２の堆積プロセスは、前記銅層上に亜鉛の共形層を堆積するように構成されることと、
前記基板をアニーリングすることであって、前記アニーリングは、前記基板の前記銅層と酸化物層の界面への前記亜鉛の移行を引き起こすように構成され、前記界面における前記亜鉛の前記移行は、前記銅層のエレクトロマイグレーションを抑制するバリアを生成することと
を含む、方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の方法であって、
前記フィーチャは、前記銅層の前記堆積前にバリア層を含まない、方法。
【請求項１７】
請求項１５に記載の方法であって、
前記基板の前記アニーリングは、前記界面における酸素への前記亜鉛の結合を引き起こして前記バリアを形成する、方法。
【請求項１８】
請求項１５に記載の方法であって、
前記基板の前記アニーリングは、摂氏約３５０度未満の温度で実施される、方法。
【請求項１９】
請求項１５に記載の方法であって、
前記第１の堆積プロセスは、銅を堆積するように構成された無電解堆積プロセスによって定義される、方法。
【請求項２０】
請求項１５に記載の方法であって、
前記フィーチャは、ビアであり、前記方法は、前記ビアを前記銅層で部分的に充填するように構成された事前充填操作を定義する、方法。
【請求項２１】
請求項２０に記載の方法であって、
前記銅層と前記酸化物層の前記界面は、前記ビアの側壁に沿って定義される、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の実施形態は、亜鉛自己形成層、ならびに関連する方法、装置、およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
通常の現在のデュアルダマシンプロセスフローは、Ｃｕによるビアメタライゼーションの前にバリア／ライナ層（例えば、ＴａＮ／Ｔａ、ＴｉＮ／Ｔｉなど）を堆積することを含む。バリア／ライナスタックは、Ｃｕと酸化物／ｌｏｗ−ｋ誘電体との間の接着性を向上させ、エレクトロマイグレーションを遅らせる役割も果たす。バリア／ライナは、Ｃｕの拡散バリアとしても機能するため、信頼性のために必要とされている。しかし、ライン／ビア界面におけるバリア／ライナスタックは非常に抵抗力があり、ビアの寸法が縮小するにつれてさらなるスケーリングを防いでしまう。
【０００３】
現在、他の方法として、無電解コバルトプロセスを使用したビアの事前充填が検討されている。これにより、ベースラインと比較してビアの抵抗が減少するが、コバルトと酸化物／ｌｏｗ−ｋ誘電体との間に界面の接着および拡散バリアがないため、信頼性の問題が存在したままである。技術的には可能であるが、銅ビアの事前充填は、Ｃｕと誘電体との間の接着性が低いために信頼性が低下する。
【発明の概要】
【０００４】
本開示の実施形態は、Ｍ−Ｚｎ合金を使用するビアメタライゼーションのプロセスフローを提供し、ここでは、Ｍ＝Ｃｕ、ＣｏまたはＮｉである。金属（Ｍ）は、ケイ酸塩拡散バリアを形成する熱処理時に金属酸化物界面に移動することができる電気陰性元素（例えば、いくつかの実施形態では約１から３０原子パーセント、いくつかの実施形態では約１から２０原子パーセント、いくつかの実施形態では約１から５原子パーセントのＺｎ）がドープされる。これは、ビアの抵抗およびビアの信頼性を減少させることによってバックエンドのスケーリングを可能にするが、将来のテクノロジノードにおける大きなボトルネックである。
【０００５】
いくつかの実施形態では、基板上に堆積プロセスを実施することであって、堆積プロセスは、基板上のフィーチャ内に銅層を堆積するように構成され、銅層は、約３０パーセント未満の原子パーセントで亜鉛がドープされることと、銅層を堆積した後、基板をアニーリングすることであって、アニーリングは、基板の銅層と酸化物層の界面への亜鉛の移行を引き起こすように構成され、亜鉛の移行は、界面における銅層のエレクトロマイグレーションを抑制する接着バリアを生成することとを含む、方法が提供される。
【０００６】
いくつかの実施形態では、フィーチャは、銅層の堆積前にバリア層を含まない。
【０００７】
いくつかの実施形態では、基板のアニーリングは、界面における酸素への亜鉛の結合を引き起こしてバリアを形成する。
【０００８】
いくつかの実施形態では、基板のアニーリングは、摂氏約３５０度未満の温度で実施される。
【０００９】
いくつかの実施形態では、堆積プロセスは、銅および亜鉛を共堆積するように構成された無電解堆積プロセスによって定義される。
【００１０】
いくつかの実施形態では、フィーチャは、ビアであり、方法は、ビアを銅層で部分的に充填するように構成された事前充填操作を定義する。
【００１１】
いくつかの実施形態では、銅層と酸化物層の界面は、ビアの側壁に沿って定義される。
【００１２】
いくつかの実施形態では、基板上に堆積プロセスを実施することであって、堆積プロセスは、基板上のフィーチャ内に金属層を堆積するように構成され、金属層は、銅、コバルト、またはニッケルの１つ以上からなり、金属層は、約５パーセント未満の原子パーセントで亜鉛がドープされることと、金属層を堆積した後、基板をアニーリングすることであって、アニーリングは、基板の金属層と酸化物層の界面への亜鉛の移行を引き起こすように構成され、亜鉛の移行は、界面における金属層のエレクトロマイグレーションを抑制するバリアを生成することとを含む、方法が提供される。
【００１３】
いくつかの実施形態では、フィーチャは、金属層の堆積前にバリア層を含まない。
【００１４】
いくつかの実施形態では、基板のアニーリングは、界面における酸素への亜鉛の結合を引き起こしてバリアを形成する。
【００１５】
いくつかの実施形態では、基板のアニーリングは、摂氏約３５０度未満の温度で実施される。
【００１６】
いくつかの実施形態では、堆積プロセスは、無電解堆積プロセスによって定義される。
【００１７】
いくつかの実施形態では、フィーチャは、ビアであり、方法は、ビアを金属層で部分的に充填するように構成された事前充填操作を定義する。
【００１８】
いくつかの実施形態では、金属層と酸化物層の界面は、ビアの側壁に沿って定義される。
【００１９】
いくつかの実施形態では、基板上に第１の堆積プロセスを実施することであって、第１の堆積プロセスは、基板上のフィーチャ内に銅層を堆積するように構成されることと、基板上に第２の堆積プロセスを実施することであって、第２の堆積プロセスは、銅層上に亜鉛の共形層を堆積するように構成されることと、基板をアニーリングすることであって、アニーリングは、基板の銅層と酸化物層の界面への亜鉛の移行を引き起こすように構成され、亜鉛の移行は、界面における銅層のエレクトロマイグレーションを抑制するバリアを生成することとを含む、方法が提供される。
【００２０】
いくつかの実施形態では、フィーチャは、銅層の堆積前にバリア層を含まない。
【００２１】
いくつかの実施形態では、基板のアニーリングは、界面における酸素への亜鉛の結合を引き起こしてバリアを形成する。
【００２２】
いくつかの実施形態では、基板のアニーリングは、摂氏約３５０度未満の温度で実施される。
【００２３】
いくつかの実施形態では、第１の堆積プロセスは、銅を堆積するように構成された無電解堆積プロセスによって定義される。
【００２４】
いくつかの実施形態では、フィーチャは、ビアであり、方法は、ビアを銅層で部分的に充填するように構成された事前充填操作を定義する。
【００２５】
いくつかの実施形態では、銅層と酸化物層の界面は、ビアの側壁に沿って定義される。
【００２６】
いくつかの実施形態では、基板上に電気化学原子層堆積（ｅＡＬＤ）プロセスを実行することであって、ｅＡＬＤプロセスは、基板上のフィーチャ内に共形銅シード層を堆積するように構成され、銅シード層は、約５パーセント未満の原子パーセントで亜鉛がドープされることと、銅シード層上に銅充填物を堆積することと、銅充填物を堆積した後、基板をアニーリングすることであって、アニーリングは、基板の銅シード層と酸化物層の界面への亜鉛の移行を引き起こすように構成され、亜鉛の移行は、界面における銅のエレクトロマイグレーションを抑制するバリアを生成することとを含む、方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は、本開示の実施形態による、内部に堆積された材料の様々な層を有するビア／相互接続を概念的に表す図である。
【００２８】
【図２Ａ】図２Ａは、本開示の実施形態による、熱酸化物ウエハ上のブランケットルテニウムライナ（ｂｌａｎｋｅｔ  ｒｕｔｈｅｎｉｕｍ  ｌｉｎｅｒ）上の亜鉛自己形成バリアの形成を実証するプロセスを表す図である。
【００２９】
【図２Ｂ】図２Ｂは、本開示の実施形態による、図２Ａの実施形態に従って処理されたサンプル内の元素銅、ルテニウム、および亜鉛の存在を示す一連のＳＴＥＭ  ＥＤＳ（走査型透過電子顕微鏡法、エネルギー分散型Ｘ線分光法）マップを表す図である。
【００３０】
【図２Ｃ】図２Ｃは、本開示の実施形態による、図２Ａおよび図２Ｂの実施形態に従って処理されたサンプルの電子エネルギー損失分光法（ＥＥＬＳ）プロファイルである。
【００３１】
【図３】図３は、本開示の実施形態による、様々な方法に従って処理された基板の接着性試験を表す図である。
【００３２】
【図４Ａ】図４Ａおよび図４Ｂは、本開示の実施形態による、銅拡散を研究するための深さの関数としての様々な元素の濃度を示すグラフである。
【図４Ｂ】図４Ａおよび図４Ｂは、本開示の実施形態による、銅拡散を研究するための深さの関数としての様々な元素の濃度を示すグラフである。
【００３３】
【図５Ａ】図５Ａおよび図５Ｂは、本開示の実施形態による、基板の準備のプロセスフロー、およびＸＰＳ（Ｘ線光電子分光法）によるその分析の結果を表す図である。
【図５Ｂ】図５Ａおよび図５Ｂは、本開示の実施形態による、基板の準備のプロセスフロー、およびＸＰＳ（Ｘ線光電子分光法）によるその分析の結果を表す図である。
【００３４】
【図６Ａ】図６Ａ〜図６Ｄは、本開示の実施形態による、基板の準備のプロセスフロー、および対応する軌道スキャン結果を表す図である。
【図６Ｂ】図６Ａ〜図６Ｄは、本開示の実施形態による、基板の準備のプロセスフロー、および対応する軌道スキャン結果を表す図である。
【図６Ｃ】図６Ａ〜図６Ｄは、本開示の実施形態による、基板の準備のプロセスフロー、および対応する軌道スキャン結果を表す図である。
【図６Ｄ】図６Ａ〜図６Ｄは、本開示の実施形態による、基板の準備のプロセスフロー、および対応する軌道スキャン結果を表す図である。
【００３５】
【図７】図７は、本開示の実施形態による、２つの別個の槽を使用するｅＡＬＤプロセスを概念的に表す図である。
【００３６】
【図８】図８は、本開示の実施形態による、電位駆動によるｅＡＬＤプロセスを概念的に表すグラフである。
【００３７】
【図９】図９Ａ〜図９Ｄは、本開示の実施形態による、Ｚｎベースのビアメタライゼーションのプロセスフローを概念的に表す図である。
【００３８】
【図１０】図１０Ａ〜図１０Ｄは、本開示の実施形態による、Ｚｎベースのビアメタライゼーションのプロセスフローを概念的に表す図である。
【００３９】
【図１１】図１１Ａ〜図１１Ｄは、本開示の実施形態による、バリア形成および事前充填のプロセスフローを表す図である。
【００４０】
【図１２】図１２Ａ〜図１２Ｆは、本開示の実施形態による、ビア内に自己形成亜鉛ベースのバリアを発生させるためのプロセスを表す図である。
【００４１】
【図１３】図１３Ａ〜図１３Ｃは、本開示の実施形態による、ビアのルテニウムメタライゼーション用の自己形成型接着層を発生させるためのプロセスを表す図である。
【００４２】
【図１４】図１４Ａ〜図１４Ｄは、本開示の実施形態による、ルテニウムメタライゼーション用の自己形成接着層を発生させるためのプロセスを表す図である。
【００４３】
【図１５】図１５は、本開示の実施形態による、上述のシステムを制御するための制御モジュールを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
以下の説明では、本実施形態の十分な理解を提供するために多くの特定の詳細が記載される。本開示の実施形態は、これらの特定の詳細の一部または全てなしに実施されてよい。他の例では、本開示の実施形態を不必要に曖昧にしないように、周知のプロセス動作は詳細には説明されていない。本開示の実施形態は、特定の実施形態と併せて説明されるが、それが本開示の実施形態を限定する意図はないことが理解されるだろう。
【００４５】
ムーアの法則に沿って、半導体業界ではフィーチャサイズのさらなる小型化に継続的に取り組んでいる。現在、半導体メーカは一般に、２８ナノメートル（ｎｍ）のフィーチャサイズ、または約２８ｎｍピッチのデバイスを製造している。３６ｎｍピッチサイズのデバイスは、まもなく登場すると予想されている。通常、２つのテクノロジノードごとにピッチが半分になる。したがって、約２〜３つのノード内で、デバイスは１８ｎｍピッチ、または約１０ｎｍのフィーチャサイズ以下になると予想されている。
【００４６】
しかし、ピッチとフィーチャの寸法が縮小すると、抵抗が回路の性能に大きな役割を果たし始める。これは、デバイスフィーチャが縮小する際のいくつかの影響に起因する。まず、フィーチャサイズが小さくなると導体が収縮し、それによって抵抗が増加する。そして次に、導体以外の層や材料の抵抗の影響は、フィーチャサイズが縮小するにつれて顕著になる可能性がある。これは、より小さなフィーチャでは、非導体材料が導体材料の体積に比べて利用可能なフィーチャ体積の割合を増加させるという事実によるものであり得る。これは、ビアまたは相互接続構造の場合に特に当てはまり得る。
【００４７】
図１は、本開示の実施形態による、内部に堆積された材料の様々な層を有するビア／相互接続を概念的に表す。図の例では、ビア１０は、約１０ｎｍのフィーチャサイズ（２０ｎｍピッチ）を有し、ビア充填のための従来のアプローチに従って処理されている。ビア１０は、下にある導体１４に達するように、酸化物またはｈｉｇｈ−ｋ誘電体材料などの基板の誘電体材料１２にパターン化される。まず、ビア導体２２の拡散およびエレクトロマイグレーションを防ぐために、バリア層１６（例えば、ＴｉＮ、ＴａＮ、ＷＮなど）がビアに堆積される。バリア層１６と、後に堆積されるビア導体２２の導電材料（例えば、Ｃｕ）との間の不十分な接着のため、ライナ層１８（例えば、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗなど）が接着を促進するためにバリア層１６上に堆積される。次に、導電材料（例えば、Ｃｕ）のシード層２０がライナ層１８上に堆積される。シード層は、通常、共形層を形成し、バルク堆積のための核生成サイトを提供するためにＣＶＤ、ＰＶＤ、またはＡＬＤプロセスによって堆積される。次に、導電材料のバルク堆積／充填物（例えば、通常、電気めっきによる）が堆積されて導体２２を形成する。
【００４８】
しかし、図１で概念的に実証されているように、この通常のプロセスは、１０ｎｍなどの小さなフィーチャサイズに対してはあまりスケーリングしない。バリア層およびシード層は、ビア１０のかなりの量の断面スペースを消費し、実際の導体２２の空間をほとんど残さない。これは、充填用の利用可能なスペースが狭いために充填堆積プロセス中にボイドが形成される可能性が高くなり、処理の観点から問題となり得る。さらに、小さなフィーチャサイズにおいて導体が狭いと、抵抗を増加させる。また、バリア層１６は、ビア構造と下にある導体１４との間の抵抗接触として機能する。わかるように、抵抗が増加するとデバイス性能が低下するため、高抵抗の課題は電流プロセスを小さなフィーチャサイズに拡張する際に問題となる。
【００４９】
したがって、主に導電材料からなる構造を提供する相互接続プロセスを可能にし、側壁のみに選択的に堆積される薄いバリアにより導体の抵抗を最小化することが望ましい。エレクトロマイグレーションを防ぐために、フラックス発散層として機能する金属接点が望ましい。
【００５０】
本開示の実施形態は、１０ｎｍのフィーチャサイズに拡張される際に従来のプロセスに固有の上述の問題に対処する方法およびシステムを提供する。概して、相互接続構造内の亜鉛ドープ導電層の低温アニールにより、亜鉛が酸化物との界面に移行し、銅のエレクトロマイグレーションおよび拡散を防ぐ（自己形成）バリアを形成する一方で、接着性も向上させることが発見された。亜鉛ドープ導電層は、共形被覆を提供する電気化学ＡＬＤプロセスによって堆積することができる。
【００５１】
図２Ａは、本開示の実施形態による、熱酸化物ウエハ上のブランケットルテニウムライナ上の亜鉛自己形成バリアの形成を実証するプロセスを表す。
【００５２】
参照番号３０に示されるように、最初に、３ｎｍのＲｕ層が１００ｎｍの（熱）ＳｉＯ2層上に堆積される。これは、熱酸化物層４０上のルテニウム層３８を示すＴＥＭ画像３６によってさらに示される。
【００５３】
電気化学ＡＬＤプロセスを実施して２ｎｍの亜鉛ドープ銅層（ＣｕＺｎ層）を堆積し、続いて６０ｎｍの銅層の無電解バルク堆積を行い、参照番号３２に示すスタックを形成した。これは、ルテニウム層４６および酸化物層４８上に位置する参照番号４４のＣｕ層を示す、ＴＥＭ画像４２によってさらに示される。
【００５４】
次に、基板を摂氏３６０度の温度で３０分間アニーリングする。これにより、参照番号３４に示すようなスタックが得られ、亜鉛は、ルテニウム層と酸化物層との間の界面に移行する。これは、ＴＥＭ画像５０にさらに示されており、その拡大部分が参照番号５２に示される。画像５２では、銅層５４がルテニウム層５６上に見られる。ルテニウム層５６と酸化物層６０の界面にここで形成された亜鉛含有バリア層５８と共に。
【００５５】
図２Ｂは、本開示の実施形態による、図２Ａの実施形態に従って処理されたサンプル内の元素銅、ルテニウム、および亜鉛の存在を示す一連のＳＴＥＭ  ＥＤＳ（走査型透過電子顕微鏡法、エネルギー分散型Ｘ線分光法）マップを表す。様々なＥＤＳマップ７０、７４、および７８が、対応する様々な元素の相対的な深さを示すために水平に整列されている。ＥＤＳマップ７０は、上部層７２における銅の存在を示す。ＥＤＳマップ７４は、銅層７２のすぐ下の層７６に沿って、予想通りに配置された元素ルテニウムの存在を示す。しかし、ＥＤＳマップ７８は、ルテニウム層の上に元々堆積されたにもかかわらず、ルテニウム層７６の下にある層８０に主に亜鉛が存在することを示す。
【００５６】
したがって、これらの結果から、亜鉛がルテニウム層上に銅と併せて最初に堆積されたが、アニールの適用時に、亜鉛は実際にはルテニウム層を通ってルテニウムと酸化物の界面に移行することがわかる。このようにして、亜鉛がこの界面に移行して蓄積することによって、自己形成バリアが形成される。特定の理論に縛られることなく、亜鉛は酸化物に対して親和性を示し、アニール時に移行し、界面の熱二酸化ケイ素種の酸素原子と共有結合する可能性があるとされる。
【００５７】
図２Ｃは、本開示の実施形態による、図２Ａおよび図２Ｂの実施形態に従って処理されたサンプルの電子エネルギー損失分光法（ＥＥＬＳ）プロファイルである。示されているプロットは、銅、ルテニウム、亜鉛、および二酸化ケイ素の層にわたる約４０ｎｍの厚さの深さプロファイルを表す。深さの関数としての銅の原子パーセントは曲線９０、ルテニウムの原子パーセントは曲線９２、亜鉛の原子パーセントは曲線９４、酸素の原子パーセントは曲線９６、ケイ素の原子パーセントは曲線９８によって示される。様々なプロファイルによって示されるように、ルテニウムと亜鉛の界面を通って二酸化ケイ素に拡散する銅は存在しない。これは、ＲｕとＳｉＯ2の界面での亜鉛含有バリアの拡散抑制特性を実証するため、重要である。
【００５８】
図３は、本開示の実施形態による、様々な方法に従って処理された基板の接着性試験を表す。スタック１００によって示されるように、第１のサンプルは、１００ｎｍのＳｉＯ2層、３ｎｍのＲｕ層、および５００ｎｍより大きい銅層を有するように処理された。接着性試験を実施するために、サンプルにダイヤモンドスクライブで傷を付け、その後、接着性を試験するためにテープ試験を行った。画像１０２に示すように、このサンプルは剥離試験に失敗し、基板サンプルからの銅層およびルテニウム層の層間剥離を示した。したがって、ＳｉＯ2上に直接あるルテニウムは、適切な接着性を示さない。
【００５９】
第２のサンプルは、１００ｎｍの熱酸化物層、３ｎｍのルテニウム層、２ｎｍのＣｕＺｎ層（ｅＡＬＤを介して堆積）、および＞５００ｎｍのＣｕ層を含む、スタック１０４によって示すような構造を有するように処理された。低温アニールを実施し、亜鉛をルテニウムと熱酸化物層の界面に移行させたことが理解されよう。この第２のサンプルの接着性試験の結果は、画像１０６に反映される。図のように、ＳｉＯ2へのルテニウムの接着性は、亜鉛バリア層の存在によって向上される。さらに、ＣｕＺｎ過剰被覆層により、ＣＭＰの接着性およびバリア性能のための追加のドーパント（亜鉛）が提供された。
【００６０】
第３のサンプルは、任意で３オングストロームのＴｉＮ層、３ｎｍのＲｕ層、２ｎｍのＣｕＺｎ層（ｅＡＬＤを介して堆積）、および＞５００ｎｍの銅層を有するｌｏｗ−ｋ３．０誘電体を含むように、スタック１０８によって示すように処理された。低温アニールが実施された。接着性試験の結果は画像１１０に示されており、亜鉛自己形成バリアがｌｏｗ−ｋ誘電体材料へのルテニウムの接着性も向上させることを実証している。さらに、ＣｕＺｎ過剰被覆層により、ＣＭＰの接着性およびバリア性能のための追加のドーパント（亜鉛）が提供された。
【００６１】
図４Ａおよび図４Ｂは、本開示の実施形態による、銅拡散を研究するための深さの関数としての様々な元素の濃度を示すグラフである。裏面ＳＩＭＳ（二次イオン質量分析法）分析は、ＣｕＺｎ層の有無にかかわらず処理された基板上で実行された。裏面ＳＩＭＳ技術は、基板の裏面から深さ方向のプロファイリングにより微量の元素の検出を可能にするため、元素の拡散の評価に役立つ。
【００６２】
図４Ａを参照すると、Ｒｕ層上、ＳｉＯ2層上にＰＶＤ  Ｃｕ層を有する基板の深さプロファイルが示されている。３５０℃で３０分間のアニールが実施された。図のように、ＣｕはＲｕ層を貫通し、約４．７ｎｍの範囲でＳｉＯ2に拡散していることがわかった。
【００６３】
対照的に、図４Ｂを参照すると、２００ｎｍのＣｕＺｎ層上、３ｎｍのＲｕ層上、ＳｉＯ2層上に１００ｎｍのＰＶＤ  Ｃｕ層を有する基板の深さプロファイルが示されている。３５０℃で３０分間のアニールが実施された。深さプロファイルによって示すように、ＲｕからＳｉＯ2への銅の拡散はブロックされたため、拡散を抑制するバリアの形成と有効性の両方を実証している。
【００６４】
図５Ａおよび図５Ｂは、本開示の実施形態による、基板の準備のプロセスフロー、およびＸＰＳ（Ｘ線光電子分光法）によるその分析の結果を表す。図５Ａの参照番号１３０に示されるように、最初に、１００ｎｍのＣｕおよび２００ｎｍのＣｕＺｎ（１原子パーセントのＺｎ）からなる銅スタックが３ｎｍのＲｕ層上、５０ｎｍの熱酸化物層上に堆積された。次いで、形成ガスアニールを３５０℃で実施した。これにより、参照番号１３２に示されるように、Ｒｕと酸化物の界面に亜鉛自己形成バリアが形成される。次に、ＸＰＳ分析の準備として、参照番号１３４に示す構造によって示されるように、Ｃｕウェットエッチングを実施して銅含有層を除去し、ルテニウム層を露出させた。この構造は、次にＸＰＳ分析によって特徴付けられた。
【００６５】
図５Ｂは、前述のサンプルのＸＰＳ結果を表し、スパッタ時間の関数としてＣｕおよびＺｎの原子パーセント、つまり深さを示している。ルテニウム層の深さは、影付き領域１４０によって示される。図のように、Ｚｎの原子パーセントは、実際には、Ｒｕ層より大きい（下の）プロファイル深さにおいてＣｕの原子パーセントより大きい。これは、亜鉛がルテニウム層を通って熱酸化物とルテニウムの界面領域に移行したことを示している。これはまた、移行した亜鉛が熱酸化物への銅の拡散を防ぐバリアとして機能していることも示唆している。
【００６６】
図６Ａ〜図６Ｄは、本開示の実施形態による、基板の準備のプロセスフロー、および対応する軌道スキャン結果を表す。図６Ａを参照すると、図のプロセスフローが分析のために亜鉛自己形成型バリアを得るために実行された。参照番号１５０に示す構造によって示されるように、最初に１００ｎｍのＣｕ層および２００ｎｍのＣｕＺｎ（１原子パーセントのＺｎ）が５０ｎｍの熱酸化物層上に堆積された。次に、参照番号１５２の構造によって示すように、形成ガスアニールを３５０℃で実施し、亜鉛を酸化物と銅の界面に移行させてＺｎ自己形成バリアを形成した。次いで、参照番号１５４の構造によって示すように、ウェットエッチングを実施して銅含有層を除去し、亜鉛バリアを露出させた。
【００６７】
図６Ｂ〜図６Ｄは、様々な元素の特定の軌道ピークのＸＰＳ分析の結果を示すグラフである。図６Ｂは、Ｚｎ  ２ｐ軌道ピークが純粋に元素Ｚｎに対して予想されることから正にシフトしていることを実証し、亜鉛が酸化を受けたことを意味している。図６Ｃは、Ｓｉ  ２ｐ軌道ピークが＋４酸化状態においてその予想される値からシフトしていないことを実証している。図６Ｄは、Ｏ  １ｓ軌道ピークがいくらかの負の広がりを示していることを実証し、酸素の一部が還元されていることを示唆している。要するに、亜鉛が酸化されていること、ケイ素が還元されていないこと、そしていくらかの酸素が還元されているという証拠があることが示されている。したがって、特定の理論に縛られることなく、亜鉛は熱酸化物界面で、おそらく共有結合によって酸素に結合し、これが自己形成型バリアの構造を形成するとされる。
【００６８】
本明細書に記載されるように、本開示の実施形態は、電気化学原子層堆積（ｅＡＬＤ）プロセスを用いる。図７は、本開示の実施形態による、２つの別個の槽を使用するｅＡＬＤプロセスを概念的に表す。電気化学ＡＬＤは、通常、導電金属膜を堆積するために使用される大気湿潤プロセスである。基板材料は、通常、遷移／貴金属である。図７を参照すると、基板「Ｓ」が第１の槽に置かれ、犠牲金属「Ｍ」の単層が基板に吸着される。次に、基板は第２の槽に置かれ、堆積金属「Ｎ」が基板表面上の犠牲金属「Ｍ」を変位させる。どちらの反応も自己制御的であるため、単層の選択性および堆積制御が得られる。
【００６９】
上述のｅＡＬＤプロセスは２つの別個の槽を用いるが、いくつかの実施形態では、ｅＡＬＤは単一の槽で実施される。図８は、本開示の実施形態による、電位駆動によるｅＡＬＤプロセスを概念的に表すグラフである。概して、単一の槽でのｅＡＬＤは、堆積プロセスの２つの段階を選択的に促進するために、潜在的なパルスによって可能になる。第１の段階または時間「ｔupd」の間、バルク堆積を回避しながら、基板上の犠牲金属「Ｍ」の単層吸着を促進するレベルに電位が保持される。これは、アンダーポテンシャル堆積と呼ばれる。これに続いて、第２の段階または時間「ｔSLRR」の間、堆積金属「Ｎ」による犠牲金属「Ｍ」の自己制御的酸化還元置換を促進するレベルまで電位が上昇される。この段階の終わりに、次のサイクルを開始するために電位を低下させる。このようにして、単一の槽でのｅＡＬＤは、電位を連続的にパルスすることによって可能になる。陰極電位での共堆積は、堆積する金属めっき反応を速度論的に遅らせることによって防がれる。
【００７０】
上述のように、本開示の実施形態は、亜鉛ドープ銅膜の堆積を提供する。これは、ｅＡＬＤによって達成することができ、犠牲金属は、亜鉛であり、堆積金属は、銅である。ｅＡＬＤプロセスは、酸化還元置換段階の間に亜鉛の銅への不完全な置換が発生するように構成され、一定量の亜鉛（例えば、いくつかの実施形態では約１から５原子パーセント、いくつかの実施形態では約１から２０原子パーセント、いくつかの実施形態では約１から３０原子パーセント）がドープされる共形銅膜が得られる。
【００７１】
成長および特性の評価により、平坦なルテニウム上のｅＡＬＤ銅の成長速度は１サイクルあたり約０．８から１オングストロームの厚さであり、これはｅＡＬＤサイクルあたり単層の約３分の１に相当することがわかった。陰イオンの共吸着と不完全な自己制御的酸化還元置換は、単一のサイクルで完全な単分子層の被覆を防ぐとされる。
【００７２】
要するに、上述のように、ｅＡＬＤプロセスは、一定の割合の亜鉛を共形銅膜に組み込むように構成することができる。酸素の存在下で膜を形成すると、亜鉛は露出した表面に移行し、ｅＡＬＤ  Ｃｕ膜を不動態化する傾向があることに留意されたい。しかし、酸素が存在しない場合、または酸素への曝露がない場合（例えば、曝露を防ぐために追加の層を介して）、亜鉛はＣｕ膜に残ることになる。通常、還元環境でのアニールの実施時に、亜鉛は下にある酸化物界面に移行し、自己形成バリアを形成する。この移行は、ルテニウム層を通ってルテニウムと酸化物の界面に向かうような、下にある金属層を通る亜鉛の移動を含み得る。界面での亜鉛と酸化物との反応の証拠があり、向上された接着特性を提供する。さらに、亜鉛によって定義される自己形成バリアは、酸化物を通るＣｕの移行を抑制する。これは、厚さ２ｎｍにおけるＣｕＺｎの１％Ｚｎドープ膜で実証されている。
【００７３】
前述を考慮して、Ｍ−Ｚｎ合金を使用するビアメタライゼーションの様々なプロセスフローが考えられ、ここでは、Ｍ＝Ｃｕ、ＣｏまたはＮｉである。金属（Ｍ）は、ケイ酸塩拡散バリアを形成する熱処理時に金属酸化物界面に移動することができる電気陰性元素（Ｚｎ、１から５原子パーセントなど）がドープされる。これは、ビアの抵抗およびビアの信頼性を減少させることによってバックエンドのスケーリングを可能にするが、将来のテクノロジノードにおける大きなボトルネックである。
【００７４】
本開示の実施形態は、ビアの抵抗および信頼性の課題に対処する。具体的には、本開示の実施形態は、コバルトより低いビアの抵抗をもたらすＣｕビアの事前充填を可能にする経路を提供する。さらに、Ｃｕビアの事前充填の実施を阻んでいたビアの信頼性については、Ｚｎ自己形成バリア／接着層によって対処される。Ｃｕと誘電体との間のこの接着層は、エレクトロマイグレーションを遅らせ、信頼性を向上させる。
【００７５】
本開示の実施形態はまた、事前充填フローを介して無電解コバルトまたはニッケルのエレクトロマイグレーション、拡散および接着特性を改善する。コバルトまたはニッケルにドープされた亜鉛は、金属／誘電体界面に拡散し、金属の拡散およびエレクトロマイグレーションを遅らせる接着層を形成する。
【００７６】
例えばｅＡＬＤを介して約１から５％のＺｎで金属充填物のドーピングが実施され、Ｃｕマトリックス内のＺｎの移動度が発見された。ケイ酸塩バリアを形成する還元環境での加熱によって、Ｚｎがライナ（例えば、Ｒｕ）を通ってライナ／酸化物界面へと酸素界面に移動するように、Ｚｎ移動度の方向を制御することができることがわかった。これらの観察により、ＺｎがドープされたＣｕ、Ｃｏ、またはＮｉを使用したビアメタライゼーションのいくつかの統合フローが可能になる。
【００７７】
図９Ａ〜図９Ｄは、本開示の実施形態による、Ｚｎベースのビアメタライゼーションのプロセスフローを概念的に表す。図の実施形態では、ＺｎがＭ−Ｚｎの無電解共堆積プロセスを使用してドープされ、Ｚｎの含有量は、約１から５原子パーセント（またはいくつかの実施形態では、約１から２０または３０原子パーセント）である。図９Ａに示されているのは、充填処理の前のエッチングされたビア１６５を有する基板の一部の断面である。ビア１６５は、下にある銅線１６０への相互接続の形成を可能にするように構成される。ビア１６５は、誘電体層１６４からエッチングされ、エッチング停止層および／またはキャッピング層は、銅線１６０を露出させるために、ビアの底部からエッチング／除去されている。
【００７８】
図９Ｂを参照すると、事前充填操作は無電解堆積によって実施され、ビア１６５をＭ−Ｚｎ材料で（部分的に）充填して事前充填層１６６を形成する。様々な実施形態において、金属Ｍは、銅、コバルト、ニッケルなどの導電金属または合金であり得ることが理解されよう。Ｍ−Ｚｎ材料は、約１から５原子パーセント（またはいくつかの実施形態では、約１から２０または３０原子パーセント）の濃度の亜鉛を含む。事前充填操作は、ビア１６５の底部部分を充填し、フィーチャのアスペクト比を効果的に低減する。
【００７９】
事前充填操作に続いて、アニールが実施され、亜鉛が事前充填層とビアの側壁に沿った誘電体の界面に移行する。図９Ｃを参照すると、それによって亜鉛ベースのバリア／接着層１６８が誘電体界面に形成される。
【００８０】
これらの操作に続いて、図９Ｄを参照して示すように本開示の実施形態に従って、ビアのアスペクト比が効果的に低減されると、従来のデュアルダマシンプロセスフローを用いることができる。そのようなデュアルダマシンプロセスフローは、バリア／ライナ１７０の堆積から開始し、誘電体および事前充填層１６６上に共形被覆を提供し得る。
【００８１】
図１０Ａ〜図１０Ｄは、本開示の実施形態による、Ｚｎベースのビアメタライゼーションのプロセスフローを概念的に表す。図１０Ａは、下にある導体線１６０への接続を可能にするために、充填される前のエッチングされたビア１６５を有する基板の一部の断面を表す。
【００８２】
図１０Ｂを参照すると、ビアの事前充填操作が実施され、ビア１６５を導電材料（例えば、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｎｉなど、または合金）で部分的に充填して事前充填層１８０を形成する。いくつかの実施形態では、事前充填層１８０の導電材料は、亜鉛がドープされていない純粋なまたは実質的に純粋な金属である。いくつかの実施形態では、事前充填操作は、無電解堆積プロセスを介して実施される。他の実施形態では、事前充填操作は、他の堆積プロセスを介して実施される。
【００８３】
ビアの事前充填操作に続いて、図１０Ｃに示されるように、亜鉛の共形層、または高濃度の亜鉛（例えば、約２０原子パーセント以上の亜鉛）を有する層がビア上に堆積され、亜鉛層１８２を形成する。次に、熱処理またはアニール操作が実施される。これにより、少なくとも一部の亜鉛が金属事前充填層１８０を通って金属と誘電体の界面に移動され、図１０Dに示すように、亜鉛ベースのバリア／接着層１８４が形成される。
【００８４】
前述の実施形態では、事前充填に亜鉛がドープされないことが一般に考えられているが、いくつかの他の実施形態では、事前充填金属は亜鉛がドープされる。したがって、続いて堆積される共形亜鉛層１８２は、バリア／接着層の形成のための追加の亜鉛を提供し、金属と誘電体の界面領域に対する追加の誘電体の他の領域に沿った亜鉛バリア／接着層の形成を行う。
【００８５】
本実施形態のプロセスフローに続いて、デュアルダマシンプロセスフローを実施することができる。
【００８６】
図１１Ａ〜図１１Ｄは、本開示の実施形態による、バリア形成および事前充填のプロセスフローを表す。前述の実施形態と同様に、図１１Ａには、エッチングされたビア１６５が示されている。次に、図１１Ｂに示すように、Ｚｎの共形または半共形層１９０が最初にビア１６５に堆積される。続いて、図１１Ｃに示すように、自己形成バリア／接着層１９２のリフローおよび形成を促進する熱処理またはアニールが実施される。そして、図１１Ｄに示すように、ビアの事前充填が無電解堆積などの堆積プロセスによって次のステップで実施され、ビア１６５に導電材料の事前充填層１９４を堆積する。
【００８７】
本実施形態のプロセスフローに続いて、デュアルダマシンプロセスフローを実施することができる。
【００８８】
本開示の上述の実施形態は、利用可能なビア幅を最小限にしか消費しない自己形成バリア／接着層を提供することによって、ビアの事前充填層の拡散および接着不良の課題に対処する。これにより、前述の課題に対処しながら事前充填導電材料の体積を最大化し、それによってビア構造の抵抗を減少させ、デバイス性能を向上させる。
【００８９】
いくつかの実施形態では、バリア／接着層の形成および事前充填のプロセスフローは、電気化学めっきおよび／または無電解堆積などの湿式堆積プロセスによって可能になる。
【００９０】
Ｚｎベースの接着層の形成が現在説明されているプロセスフローに従って重要であるため、プロセス機器は、加熱ハードウェアを湿式堆積ハードウェア（例えば、ＲＴＡ、フラッシュアニールなど）と組み合わせて利用することができる。
【００９１】
図１２Ａ〜図１２Ｅは、本開示の実施形態による、ビア内に自己形成亜鉛ベースのバリアを発生させるためのプロセスを表す。図１２Ａを参照すると、エッチングおよび洗浄プロセスの実施後、誘電体１６４からエッチングされたビア１６５の断面が示されている。ビア１６５は、銅などの導電材料からなる、下にある導体１６０への接続を可能にするように構成される。エッチング停止層１６２は、ビアの底部で除去されており、続いて堆積される材料との接触のために下にある導体１６０を露出している。
【００９２】
図１２Ｂを参照すると、ビアの事前充填操作が実施され、ビア１６５に導電材料（例えば、Ｃｕ、Ｃｏ、合金など）からなる事前充填層１８０を堆積する。事前充填操作は、事前充填層１８０がビア１６５の底部部分を占有するように、ビア１６５を部分的に充填するように構成される。
【００９３】
図１２Ｃを参照すると、ルテニウムライナ２００がビア上に堆積される。いくつかの実施形態では、Ｒｕライナ２００は、約１から３ｎｍ、いくつかの実施形態では、１から２ｎｍの範囲の厚さを有するように堆積される。Ｒｕライナ２００は、共形堆積法、例えば、ＣＶＤ、ＡＬＤ、電気めっきによって堆積される。Ｒｕライナ２００は、隣接する導体に境界を提供し、これはフラックス発散層として機能し、エレクトロマイグレーションを抑制する。
【００９４】
図１２Ｄを参照すると、銅−亜鉛（ＣｕＺｎ）シード層２０２が電気化学ＡＬＤ（ｅＡＬＤ）によって堆積される。ＣｕＺｎシード層２０２は、主に少量の割合の亜鉛がドープされた銅シード層である。いくつかの実施形態では、ＣｕＺｎ層２０２は、約２から３ｎｍの範囲の厚さを有するように堆積される。さらに、いくつかの実施形態では、Ｃｕ−Ｚｎ層２０２中の亜鉛の量は、約１から５原子パーセントの範囲にある。ｅＡＬＤプロセスは、選択された原子パーセントで亜鉛を膜に組み込むように具体的に構成されることが理解されよう。
【００９５】
図１２Ｅを参照すると、銅充填操作が実施され、ビア上に銅充填層２０４を堆積する。銅充填操作は、電気化学めっき、無電解堆積、または銅のバルク堆積に適した別の堆積方法を介して実施される。いくつかの実施形態では、任意で、追加のＣｕＺｎ過剰被覆層２０５が銅充填層２０４上に堆積される（例えば、ｅＡＬＤ、電気化学めっき、または無電解堆積を介して）。追加のＣｕＺｎ過剰被覆層２０５は、亜鉛自己形成型バリア／接着層を発生させる目的で追加の亜鉛を提供するように構成される。
【００９６】
いくつかの実施形態では、上述の銅充填操作の代わりに、またはそれに加えて、リフロー操作が実施される。リフロー操作は、ＣｕＺｎシード層２０２、および／またはＣｕ充填層２０４のリフローを引き起こすように構成することができる。
【００９７】
図１２Ｆを参照すると、熱処理またはアニール操作が実施される。これにより、ＣｕＺｎシード層に、および任意で存在する場合にはＣｕＺｎ過剰被覆層に存在する亜鉛が金属層を通って酸化物誘電体に移動され、そこで反応して自己形成型バリア／接着層２０６を形成する。いくつかの実施形態では、アニールは、約３５０℃未満の温度で実施される。いくつかの実施形態では、アニールは、約４０から４５０℃の間、いくつかの実施形態では、約７５から２００℃の間、いくつかの実施形態では、約７５から１５０℃の間、いくつかの実施形態では、約１５０℃、いくつかの実施形態では、約２５０から４００℃、いくつかの実施形態では、約３００から３５０℃の間の温度で実施される。いくつかの実施形態では、アニールは、約２から３０分、いくつかの実施形態では、約３から１０分、いくつかの実施形態では、約５分の間実施される。いくつかの実施形態では、フラッシュアニールが実施され、これにより数ミリ秒のオーダーで非常に迅速にアニーリングが行われる。
【００９８】
いくつかの実施形態では、二段階アニールプロセスが用いられ、第１のアニールが最初の比較的低い温度（例えば、いくつかの実施形態では、５０から１００℃）で実施され、続いて第２のアニールが次の比較的高い温度（例えば、いくつかの実施形態では、２００から３５０℃）で実施される。銅はアニーリング条件下でも移行する可能性があるため、十分に高い温度の単一のアニールは、亜鉛が銅の移行を防ぐのに十分に移行する前に一部の銅を誘電体に移行させるのが望ましくない場合がある。しかし、亜鉛が低温で銅よりはるかに速く移行するため、銅が誘電体に達する前に亜鉛の少なくとも一部が誘電体との界面に移行し得るように最初の低温アニールを構成することができる。そして、銅が誘電体に拡散するリスクなく、次の比較的高い温度でのアニールが、残っている亜鉛の移行プロセスを加速させる。
【００９９】
いくつかの実施形態では、本明細書に記載の亜鉛の移動性を活用して、他のタイプのメタライゼーションを可能にすることができる。例えば、ルテニウムは、拡散およびエレクトロマイグレーションの点で望ましい特性を持つことが知られており、それによって銅などの他のメタライゼーション材料のようにこれらの課題に対処するバリア層の必要性が理論的に不要になる。しかし、他の材料へのルテニウムの不十分な接着性は問題点のままであり、メタライゼーションのためのルテニウムの潜在的な用途を制限している。本開示の実施形態は、以下に記載されるように、自己形成型接着層の形成を通して酸化物含有誘電体へのルテニウムの接着性を向上させる。
【０１００】
図１３Ａ〜図１３Ｃは、本開示の実施形態による、ビアのルテニウムメタライゼーション用の自己形成型接着層を発生させるためのプロセスを表す。図１３Ａは、下にある導体１６０への接続を可能にするように構成される、誘電体１６４からのエッチングされたビア１６５を示す基板の一部の断面を表す。
【０１０１】
図１３Ｂを参照すると、堆積プロセスが実施され、亜鉛がドープされるルテニウムの層２１０を堆積する。堆積は、ビア１６５を充填するように構成され、いくつかの実施形態では、ｅＡＬＤを介して実施されてもよい。いくつかの実施態様では、層２１０に存在する亜鉛の量は、約１から５原子パーセントである。いくつかの実施態様では、層２１０に存在する亜鉛の量は、約１から２０または３０原子パーセントである。続いて、アニールまたは熱処理操作が実施されて亜鉛を誘電体界面に移動させる。図１３Ｃに示すように、これにより、ルテニウム層２１０と誘電体１６４との間の界面に自己形成型亜鉛ベースの接着層２１２が形成される。接着層２１２は、誘電体へのルテニウムの接着性を向上させ、それによってデバイスの信頼性を改善する。
【０１０２】
図１４Ａ〜図１４Ｄは、本開示の実施形態による、ルテニウムメタライゼーション用の自己形成接着層を発生させるためのプロセスを表す。図１４Ａは、エッチングおよび洗浄処理後のビア１６５を有する基板の一部を表す。次に、図１４Ｂに示すように、ビア１６５にルテニウムの層２２０を堆積するために、ルテニウム堆積プロセスが実施される。
【０１０３】
続いて、図１４Ｃを参照すると、亜鉛の層２２２が層２２０上に堆積される。次に、アニールまたは熱処理プロセスが実施され、亜鉛がルテニウム層を通って誘電体界面に移行し、そこで自己形成接着層２２４を形成する。接着層２２４は、ルテニウムと誘電体との間の向上された接着性を提供し、したがってデバイスの信頼性を改善する。
【０１０４】
図１５は、本開示の実施形態による、上述の操作を実施するシステムを制御するための制御モジュール８００を示す。例えば、制御モジュール１５００は、プロセッサ、メモリ、および１つ以上のインターフェースを備えてよい。制御モジュール１５００は、検出値に一部基づいてシステムの制御デバイスに用いられてもよい。あくまで例としてではあるが、制御モジュール１５００は、検出値および他の制御パラメータに基づいて、バルブ１５０２、フィルタヒータ１５０４、ポンプ１５０６、および他のデバイス１５０８の１つ以上を制御してもよい。制御モジュール１５００は、検出値を、あくまで例としてではあるが、圧力計１５１０、流量計１５１２、温度センサ１５１４、および／または、他のセンサ１５１６から受信する。制御モジュール１５００は、反応剤の供給中およびプラズマ処理中にプロセス条件を制御するために用いられてもよい。制御モジュール１５００は、通常、１つ以上のメモリデバイスおよび１つ以上のプロセッサを含む。
【０１０５】
制御モジュール１５００は、反応剤供給システムおよびプラズマ処理装置の動作を制御してもよい。制御モジュール１５００は、プロセスのタイミング、供給システムの温度、フィルタ全体の圧力差、バルブ位置、ガス混合物、チャンバ圧、チャンバ温度、ウエハ温度、ＲＦ電力レベル、ウエハＥＳＣまたは台座位置、および特定のプロセスの他のパラメータを制御するための命令のセットを含むコンピュータプログラムを実行する。制御モジュール１５００はまた、圧力差を監視し、蒸気反応剤の供給を１つ以上の経路から１つ以上の他の経路に自動的に切り替えてもよい。制御モジュール１５００に関連付けられたメモリデバイスに格納された他のコンピュータプログラムは、いくつかの実施形態で用いられてもよい。
【０１０６】
通常、制御モジュール１５００に関連付けられたユーザインターフェースがあるだろう。ユーザインターフェースは、ディスプレイ１５１８（例えば、装置および／またはプロセス条件の表示画面および／またはグラフィックソフトウェアディスプレイ）、およびポインティングデバイス、キーボード、タッチ画面、マイクなどのユーザ入力デバイス１５２０を含んでもよい。
【０１０７】
反応剤の供給、プラズマ処理、および工程順序における他のプロセスを制御するためのコンピュータプログラムは、任意の従来のコンピュータ可読プログラミング言語、例えば、アセンブリ言語、Ｃ、Ｃ＋＋、パスカル、フォートラン他で書き込まれ得る。コンパイルされたオブジェクトコードまたはスクリプトは、プログラムに識別されたタスクを実施するためにプロセッサによって実行される。
【０１０８】
制御モジュールパラメータは、例えば、フィルタ圧力差、プロセスガスの組成および流量、温度、圧力、ＲＦ電力レベルや低周波ＲＦ周波数などのプラズマ条件、冷却ガス圧、ならびにチャンバ壁温度などのプロセス条件に関する。
【０１０９】
システムソフトウェアは、多くの異なる方法で設計または構成されてもよい。例えば、様々なチャンバ構成要素サブルーチンまたは制御オブジェクトは、進歩性のある堆積プロセスを実行するのに必要なチャンバ構成要素の動作を制御するように書き込まれてもよい。この目的のためのプログラムまたはプログラムセクションの例は、基板位置決めコード、処理ガス制御コード、圧力制御コード、ヒータ制御コード、およびプラズマ制御コードを含む。
【０１１０】
前述の実施形態は、明確な理解のためにある程度詳細に説明されてきたが、一定の変更および修正が本開示の実施形態の範囲内で実施されてもよいことは明らかであろう。本実施形態のプロセス、システム、および装置の実施には多くの別の方法があることに留意されたい。したがって、本実施形態は限定ではなく例示と見なされるべきであり、実施形態は本明細書に述べられる詳細に限定されるべきではない。
【図１】
2020526031.tif 000003
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年3月23日(2020.3.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に堆積プロセスを実施することであって、前記堆積プロセスは、前記基板上のフィーチャ内に銅層を堆積するように構成され、前記銅層は、約３０パーセント未満の原子パーセントで亜鉛がドープされることと、
前記銅層を堆積した後、前記基板をアニーリングすることであって、前記アニーリングは、前記基板の酸化物層の界面への前記亜鉛の移行を引き起こすように構成され、前記亜鉛の前記移行は、前記界面における前記銅層のエレクトロマイグレーションを抑制する接着バリアを生成することと
を含む、方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、
前記フィーチャは、前記銅層の前記堆積前にバリア層を含まない、方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、
前記基板の前記アニーリングは、前記界面における酸素への前記亜鉛の結合を引き起こして前記バリアを形成する、方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法であって、
前記基板の前記アニーリングは、摂氏約３５０度未満の温度で実施される、方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法であって、
前記堆積プロセスは、銅および亜鉛を共堆積するように構成された無電解堆積プロセスによって定義される、方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法であって、
前記フィーチャは、ビアであり、前記方法は、前記ビアを前記銅層で部分的に充填するように構成された事前充填操作を定義する、方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法であって、
前記界面は、前記ビアの側壁に沿って定められる、方法。
【請求項８】
基板上に堆積プロセスを実施することであって、前記堆積プロセスは、前記基板上のフィーチャ内に金属層を堆積するように構成され、前記金属層は、銅、コバルト、またはニッケルの１つ以上からなり、前記金属層は、約５パーセント未満の原子パーセントで亜鉛がドープされることと、
前記金属層を堆積した後、前記基板をアニーリングすることであって、前記アニーリングは、前記基板の前記金属層と酸化物層の界面への前記亜鉛の移行を引き起こすように構成され、前記亜鉛の前記移行は、前記界面における前記金属層のエレクトロマイグレーションを抑制するバリアを生成することと
を含む、方法。
【請求項９】
請求項８に記載の方法であって、
前記フィーチャは、前記金属層の前記堆積前にバリア層を含まない、方法。
【請求項１０】
請求項８に記載の方法であって、
前記基板の前記アニーリングは、前記界面における酸素への前記亜鉛の結合を引き起こして前記バリアを形成する、方法。
【請求項１１】
請求項８に記載の方法であって、
前記基板の前記アニーリングは、摂氏約３５０度未満の温度で実施される、方法。
【請求項１２】
請求項８に記載の方法であって、
前記堆積プロセスは、無電解堆積プロセスによって定義される、方法。
【請求項１３】
請求項８に記載の方法であって、
前記フィーチャは、ビアであり、前記方法は、前記ビアを前記金属層で部分的に充填するように構成された事前充填操作を定義する、方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法であって、
前記金属層と前記酸化物層の前記界面は、前記ビアの側壁に沿って定義される、方法。
【請求項１５】
基板上に第１の堆積プロセスを実施することであって、前記第１の堆積プロセスは、前記基板上のフィーチャ内に銅層を堆積するように構成されることと、
前記基板上に第２の堆積プロセスを実施することであって、前記第２の堆積プロセスは、前記銅層上に亜鉛の共形層を堆積するように構成されることと、
前記基板をアニーリングすることであって、前記アニーリングは、前記基板の酸化物層の界面への前記亜鉛の移行を引き起こすように構成され、前記界面における前記亜鉛の前記移行は、前記銅層のエレクトロマイグレーションを抑制するバリアを生成することと
を含む、方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の方法であって、
前記フィーチャは、前記銅層の前記堆積前にバリア層を含まない、方法。
【請求項１７】
請求項１５に記載の方法であって、
前記基板の前記アニーリングは、前記界面における酸素への前記亜鉛の結合を引き起こして前記バリアを形成する、方法。
【請求項１８】
請求項１５に記載の方法であって、
前記基板の前記アニーリングは、摂氏約３５０度未満の温度で実施される、方法。
【請求項１９】
請求項１５に記載の方法であって、
前記第１の堆積プロセスは、銅を堆積するように構成された無電解堆積プロセスによって定義される、方法。
【請求項２０】
請求項１５に記載の方法であって、
前記フィーチャは、ビアであり、前記方法は、前記ビアを前記銅層で部分的に充填するように構成された事前充填操作を定義する、方法。
【請求項２１】
請求項２０に記載の方法であって、
前記界面は、前記ビアの側壁に沿って定められる、方法。
【請求項２２】
請求項１に記載の方法であって、
前記界面は、前記基板の前記銅層と前記酸化物層の界面である、方法。
【請求項２３】
請求項１に記載の方法であって、
前記フィーチャは、前記銅層の前記堆積前にルテニウム層を含み、前記界面は、前記基板の前記ルテニウム層と前記酸化物層の界面である、方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１０】
前述の実施形態は、明確な理解のためにある程度詳細に説明されてきたが、一定の変更および修正が本開示の実施形態の範囲内で実施されてもよいことは明らかであろう。本実施形態のプロセス、システム、および装置の実施には多くの別の方法があることに留意されたい。したがって、本実施形態は限定ではなく例示と見なされるべきであり、実施形態は本明細書に述べられる詳細に限定されるべきではない。本開示は以下の適用例としても実現できる。
［適用例１］
基板上に堆積プロセスを実施することであって、前記堆積プロセスは、前記基板上のフィーチャ内に銅層を堆積するように構成され、前記銅層は、約３０パーセント未満の原子パーセントで亜鉛がドープされることと、
前記銅層を堆積した後、前記基板をアニーリングすることであって、前記アニーリングは、前記基板の前記銅層と酸化物層の界面への前記亜鉛の移行を引き起こすように構成され、前記亜鉛の前記移行は、前記界面における前記銅層のエレクトロマイグレーションを抑制する接着バリアを生成することと
を含む、方法。
［適用例２］
適用例１に記載の方法であって、
前記フィーチャは、前記銅層の前記堆積前にバリア層を含まない、方法。
［適用例３］
適用例１に記載の方法であって、
前記基板の前記アニーリングは、前記界面における酸素への前記亜鉛の結合を引き起こして前記バリアを形成する、方法。
［適用例４］
適用例１に記載の方法であって、
前記基板の前記アニーリングは、摂氏約３５０度未満の温度で実施される、方法。
［適用例５］
適用例１に記載の方法であって、
前記堆積プロセスは、銅および亜鉛を共堆積するように構成された無電解堆積プロセスによって定義される、方法。
［適用例６］
適用例１に記載の方法であって、
前記フィーチャは、ビアであり、前記方法は、前記ビアを前記銅層で部分的に充填するように構成された事前充填操作を定義する、方法。
［適用例７］
適用例６に記載の方法であって、
前記銅層と前記酸化物層の前記界面は、前記ビアの側壁に沿って定義される、方法。
［適用例８］
基板上に堆積プロセスを実施することであって、前記堆積プロセスは、前記基板上のフィーチャ内に金属層を堆積するように構成され、前記金属層は、銅、コバルト、またはニッケルの１つ以上からなり、前記金属層は、約５パーセント未満の原子パーセントで亜鉛がドープされることと、
前記金属層を堆積した後、前記基板をアニーリングすることであって、前記アニーリングは、前記基板の前記金属層と酸化物層の界面への前記亜鉛の移行を引き起こすように構成され、前記亜鉛の前記移行は、前記界面における前記金属層のエレクトロマイグレーションを抑制するバリアを生成することと
を含む、方法。
［適用例９］
適用例８に記載の方法であって、
前記フィーチャは、前記金属層の前記堆積前にバリア層を含まない、方法。
［適用例１０］
適用例８に記載の方法であって、
前記基板の前記アニーリングは、前記界面における酸素への前記亜鉛の結合を引き起こして前記バリアを形成する、方法。
［適用例１１］
適用例８に記載の方法であって、
前記基板の前記アニーリングは、摂氏約３５０度未満の温度で実施される、方法。
［適用例１２］
適用例８に記載の方法であって、
前記堆積プロセスは、無電解堆積プロセスによって定義される、方法。
［適用例１３］
適用例８に記載の方法であって、
前記フィーチャは、ビアであり、前記方法は、前記ビアを前記金属層で部分的に充填するように構成された事前充填操作を定義する、方法。
［適用例１４］
適用例１３に記載の方法であって、
前記金属層と前記酸化物層の前記界面は、前記ビアの側壁に沿って定義される、方法。
［適用例１５］
基板上に第１の堆積プロセスを実施することであって、前記第１の堆積プロセスは、前記基板上のフィーチャ内に銅層を堆積するように構成されることと、
前記基板上に第２の堆積プロセスを実施することであって、前記第２の堆積プロセスは、前記銅層上に亜鉛の共形層を堆積するように構成されることと、
前記基板をアニーリングすることであって、前記アニーリングは、前記基板の前記銅層と酸化物層の界面への前記亜鉛の移行を引き起こすように構成され、前記界面における前記亜鉛の前記移行は、前記銅層のエレクトロマイグレーションを抑制するバリアを生成することと
を含む、方法。
［適用例１６］
適用例１５に記載の方法であって、
前記フィーチャは、前記銅層の前記堆積前にバリア層を含まない、方法。
［適用例１７］
適用例１５に記載の方法であって、
前記基板の前記アニーリングは、前記界面における酸素への前記亜鉛の結合を引き起こして前記バリアを形成する、方法。
［適用例１８］
適用例１５に記載の方法であって、
前記基板の前記アニーリングは、摂氏約３５０度未満の温度で実施される、方法。
［適用例１９］
適用例１５に記載の方法であって、
前記第１の堆積プロセスは、銅を堆積するように構成された無電解堆積プロセスによって定義される、方法。
［適用例２０］
適用例１５に記載の方法であって、
前記フィーチャは、ビアであり、前記方法は、前記ビアを前記銅層で部分的に充填するように構成された事前充填操作を定義する、方法。
［適用例２１］
適用例２０に記載の方法であって、
前記銅層と前記酸化物層の前記界面は、前記ビアの側壁に沿って定義される、方法。
【国際調査報告】
2020526031.tif 000025
2020526031.tif 000026