JP2008532271A - 原子層堆積のための表面のプラズマ前処理 - Google Patents

Abstract

集積回路内のデュアルダマシン構造のコンフォーマルなライニングのための方法および構造を提供する。好ましい実施形態は、多孔性物質で形成された開口を覆うコンフォーマルなライニングの提供に向けられる。トレンチが絶縁層内に形成される（１００）。その後、その層が、特別のプラズマプロセスで適切に処理される（１０１）。このプラズマプロセスに引き続き、自己制限的、自己飽和的原子層堆積（ＡＬＤ）反応（１１５）が、細孔の著しい埋め込みなしに起こり、改善された相互接続を形成する。
【選択図】図３

Description

本発明は、概して原子層堆積（ＡＬＤ）に先立つ表面の処理に関する。より詳細には、本発明は、集積回路内のダマシン構造を覆うコンフォーマル性の高いＡＬＤ層に先立つ、層のプラズマ処理に関する。

集積回路を作製する場合、絶縁、導電及び半導体物質層を堆積およびパターン形成し、所望の構造を製造する。相互接続「バックエンド」メタライゼーション・プロセスは、ビア形成、および金属配線あるいはワイヤー形成を含む。ビア構造は、絶縁層を介して導電層を垂直に接続する。通常、コンタクトビア又は開口は、テトラエチルオルソシリケート（ＴＥＯＳ）前駆体およびＰＥＣＶＤから形成されたＰＥＣＶＤ蒸着酸化物（ｋ＝４）、あるいは、高密度プラズマ（ＨＤＰ）堆積フッ素化酸化物（ＦＳＧ）（ｋ＝３．４〜３．７）などの絶縁層内に形成される。その後、導電物質でビアが埋め込まれ、それにより、絶縁層の上下の電気的装置と配線とを相互に接続させる。垂直ビアによって相互に接続される層は、典型的に、集積回路の全域に延びる水平な金属配線を含む。そのような配線は、通常、絶縁層を覆って、アルミニウムなどの金属層を蒸着し、所望の配線パターンに金属層をマスキングし、所望の配線間あるいは導電性配線間の金属を、エッチング除去することにより形成される。

ダマシンプロセスは、所望の配線のパターンにトレンチを形成し、金属あるいは他の導電物質でトレンチを埋め込みまたは過剰に埋め込み、その後絶縁層上の金属および停止層をＣＭＰ研磨することを含む。配線は、このように、所望のパターンで互いに分離されてトレンチ内に残留する。近年の銅メタライゼーション・プロセスは、例えば、典型的にダマシンプロセスを採用する。

ダマシンプロセスの拡張では、デュアルダマシンとして公知であるプロセスは、エッチング停止物質によって典型的に分離された２つの絶縁層を形成し（後述する図１を参照）、ダマシンプロセスとして上記したように、上部絶縁層にトレンチを形成することを含む。もちろん、代替可能なアプローチもまた存在する。いくつかの実施形態では、エッチング停止層（後述する図２を参照）を用いずに１つのステップで絶縁誘電体を堆積し、時限式エッチング（ｔｉｍｅｄ ｅｔｃｈｉｎｇ）の実行により、単一の絶縁層内にトレンチを形成する。トレンチがエッチングされた後、トレンチの底および下部絶縁層を通じてコンタクトビアを下方にエッチングするために、さらなるマスクが採用されることができ、接触が望まれるところの下部導電素子を露出させる。同様の構造を作製するための代替アプローチが存在することが、当該技術における熟練者によって認識されるであろう。例えば、上部に位置するトレンチに時限式エッチングを用いるビア−ファースト・トレンチ−ラスト（ＶＦＴＬ）アプローチにより、その構造が逆の順序で作製され得る。

キャパシタ、コンタクト、ランナーおよび配線層などの導電素子は、適切な集積回路動作のために、各々、互いに電気的に絶縁されなければならない。そのような導電素子の周辺への絶縁層の提供に加えて、装置および配線間の好ましくない短絡の原因になり得る、絶縁層を通じた導電物質の拡散およびスパイクを防ぐために、注意が払われなければならない。ビア又はトレンチ壁内への金属の充填を促進するために、基板アセンブリ中のビア又はトレンチ壁と金属との間に、防護バリアがしばしば形成される。バリアは、このように、特に銅などの速く拡散する元素のための、ダマシンおよびデュアルダマシン相互接続の適用に役立つ。

防護バリアについての候補物質は、効果的な拡散バリア特性を第一に示すべきである。さらに、その物質は、隣接する物質（例えば、酸化物のビア壁、接着層、エッチング停止層、および／またはビアとトレンチとを埋め込む金属物質）との良好な接着性を明らかに示すべきである。多くの応用において、バリア層は電流のフローパスに位置し、それゆえに導電性である。典型的に、バリアは、チタン窒化物（ＴｉＮ）、タンタル窒化物（ＴａＮ）、およびタングステン窒化物（ＷＮ）などの金属窒化物（ＭＮｘ）で形成されており、それらは、コンタクトビアのライニング、トレンチの配線形成、および他の導電性バリア用として、高密度かつ十分に導電性である。

これらライニングされたビア又はトレンチは、その後、化学気相蒸着法（ＣＶＤ）、物理気相蒸着法（ＰＶＤ）、および電気めっき法を含む様々なプロセスのうちの何れかにより、金属で埋め込まれる。有効な導電性のために、そして動作中の悪いエレクトロマイグレーションを回避するために、コンタクト又は配線層の金属が、ボイド即ちキーホールを残さずにビア又はトレンチを埋め込むべきである。深く狭い開口を導電物質で完全に埋め込むことは、集積回路の寸法が、より速い動作処理速度およびより低い消費電力を追求して絶えず縮小されるので、常により難しくなる。

図１および２に示されるように、導電性のバリア層および／または他のライナーの利用は、デュアルダマシンプロセスのトレンチ及びビアの埋め込みをいっそうより困難にする。図１は、上部絶縁層１０が下部絶縁層１２上に形成され、続いて、下部絶縁層１２が、好ましくは誘電性の拡散バリア１５を介在させて、導電性配線層１４上に形成されるデュアルダマシンプロセスを示す。この誘電性のバリア１５は、下部金属１４の銅あるいは他の導電物質が、上に位置する誘電体層１２へ拡散するのを防ぐ役割をする。

マスクが、所望の配線パターンにトレンチ１６をパターニングおよびエッチングするために採用される。図示する実施形態では、トレンチ１６は、２つの絶縁層１０、１２間に形成されたエッチング停止層１９の層まで下方にエッチングされる。このエッチング停止層１９は、典型的に、上部絶縁層１０の堆積に先立ってパターニングおよびエッチングされ、トレンチ１６の底から伸びる所望のコンタクトビアの水平寸法を画定する埋め込みハードマスクが形成される。ハードマスク１９を通じた継続的なエッチングは、トレンチ１６の底から下部導電性配線層１４に、コンタクトビア２０を開口する。当該技術における熟練者によって認識されるであろうが、図１はまた、後続の平坦化ステップを停止するために上部絶縁層１０を覆う、上部エッチング停止あるいは化学機械研磨（ＣＭＰ）停止層２１を示している。上記したように、これは単にデュアルダマシントレンチ及びビアを形成する１つの方法である。他の実施形態では、ＶＦＴＬ（ビア−ファースト、トレンチ−ラスト）アプローチは、エッチング停止層を採用する代わりに、時限式エッチングと共に使用され得る。このスキームは、ＣＭＰ停止層および埋め込みハードマスクが省略されている図２において明示されている。

フォトレジストの除去、残留物の除去、および／または他のクリーニングステップの後に、好ましくは導電物質で形成される保護ライナー２２が、その後、露出する水平及び側壁表面上に形成される。典型的には、ライナー２２は少なくとも金属窒化物を含み、さらに、接着増強層及びシード層を含んでもよい。例えば、ライナー２２はＴｉ／ＴｉＮ／Ｃｕの３重層を含み得る。そのような構造では、チタン層は、露出する酸化物側壁との接着性を改善する役割をし、チタン窒化物は、拡散バリアとしての役割をし、そして、薄い銅層は、後続の銅の電気めっきのためのシードとしての役割をする。他の例では、ライナー２２は、タンタル窒化物又はタングステン窒化物バリアを含み得る。他のバリア物質もまた採用され得ることを、当該技術における熟練者は認識するであろう。

しかしながら、従来のプロセスを用いたライナー２２のコンフォーマル堆積は、非常に困難である。スパッタリングのような金属層（接着、バリアおよび／またはシード層用の）の物理気相蒸着法（ＰＶＤ）は、トレンチ１６及びコンタクトビア２０の表面すべてにわたって、少なくとも約５０Åの厚さを必要とする。不運にも、高い縦横比のボイド内への金属のＰＶＤは、ビア底への十分なカバレッジを生ずるために、ワークピースの上部表面上への過剰な蒸着を余儀なくされる。例えば、デュアルダマシン・スキームについて、いくつかの最先端のトレンチ及びコンタクト構造は、コンタクトビア２０の底及び側壁に５０Åの金属が到達するためには、約１５０〜２５０ÅのＰＶＤ金属を必要とする。コンタクトビア２０の底及び側壁に５０Åの金属が到達するためには、いくつかのスキームは、５００Å程のＰＶＤ金属を必要としてきた。

この貧弱なステップカバレッジは、今日の集積回路内のデュアルダマシンプロセスのために形成された、ボイドの高い縦横比の結果である。コンタクトビアの縦横比は、幅に対する深さ又は高さの比率として定義される。デュアルダマシン・コンタクトの場合、トレンチ１６及びコンタクトビア２０は、絶縁層１０、１２の２つの層を貫通しており、ビア２０の有効縦横比が非常に高い。

従来の蒸着プロセスは、様々な理由で、そのような高い縦横比ビアの非常に貧弱なステップカバレッジ（即ち、フィールド又は水平表面カバレッジに対する側壁カバレッジの比率）を生じる。ＰＶＤ技術の指向性により、例えば、蒸着は、ビア底３０と比較して、トレンチ１６の上部コーナー２６およびビア２０の上部コーナー２８において、より急速に蓄積する傾向がある。その構造の上部表面上への蒸着物質の急速な蓄積の結果、ライニング層は、トレンチ１６内の、およびさらに比例して、コンタクトビア２０内の導電性配線幅の大部分を占有する。これら蓄積されたコーナー２６、２８は、その後、下部表面、より詳細には下部コーナーがさらなる蒸着から保護されるような影を、構造の下部階層へ投じる。例えばコリメーションによって、あるいは蒸着する蒸気のイオン化によって、ビア底にＰＶＤ蒸着をよりはっきりと向けることができるけれども、そのような付加的な指向性は、側壁カバレッジを犠牲にする傾向がある。

化学気相蒸着法（ＣＶＤ）プロセスは、或る金属および金属窒化物のために開発されている。ＣＶＤは、ＰＶＤプロセスより良好なステップカバレッジを示す傾向がある。ＣＶＤプロセスが良好なステップカバレッジを示すために、反応は、いわゆる「表面コントロールされた」管理状態で実行されなければならない。この管理状態では、反応性種は、最初の衝突時にトレンチ又はビア壁に接着しない。それどころか、種は、反応する前に、トレンチ／ビア表面から数回（例えば１０〜５００回）反射する。

周囲の物質と両立するようにバリア層を十分低い温度において蒸着するための最先端のＣＶＤプロセスは、表面コントロールされる管理状態においては完全には機能しない。従って、ＣＶＤプロセスでさえ、デュアルダマシン・コンタクトビア２０の底に、そして構造の上部表面および側壁上に、はるかに少ない物質を蒸着する傾向がある。トレンチ１６及びコンタクトビア２０の上部コーナーは、容量に対する表面積の高い濃度を表す。水平の上部表面上および隣接する垂直の側壁表面上への蒸着はともに融合し、コーナー２６、２８近辺での蒸着速度が増大することになる。さらに、流れる反応物が、トレンチ１６及びコンタクトビア２０の閉空間へゆっくりと拡散する。従って、ビア底３０に到達する反応物の濃度は、構造の上部表面に到達する反応物の濃度に比べてはるかに低減される。従って、ＰＶＤに比べていくぶん改善されるとはいえ、現在最も良く知られている低温ＣＶＤ技術と共に、デュアルダマシン構造のＣＶＤステップカバレッジは一様でないままである。

より速い動作速度およびより低い消費電力を有する装置を追求して、集積回路内の寸法は絶えず縮小される。継続的な縮小化で、コンタクト及びトレンチの縦横比は増大し続ける。これは、集積回路内の構造の幅又は水平寸法が縮小し続ける一方、金属層を分離する絶縁層の厚さを相応に縮小することができないという事実のためである。絶縁層の厚さの低減は寄生容量の現象によって制限され、そこでは、導電性配線間に介装された誘電体層の容量によって、荷電キャリアが減速又は束縛される。知られているように、水平寸法が縮小されるとともに、絶縁層が比例してより薄くなれば、そのような寄生容量は無効になるであろう。

図１の縮小バージョンが描かれている図２を参照する。ここで、類似の構成は、接尾辞「ａ」を付した類似の符号により参照される。図２はまた、エッチング停止層上の埋め込みハードマスクが無く、上部ＣＭＰ停止層が無いデュアルダマシン・スキームを示す点で、図１と異なる。示されているように、継続的な縮小は、デュアルダマシン構造をライニングするとき、一様でないステップカバレッジのより著しい影響をもたらす。コンタクトビア２０ａのコーナー２８ａに蓄積された物質は、開口のサイズを急速に縮小し、コンタクトビア２０ａ内に到達する反応物の濃度をさらに限定する。従って、ビア底表面３０ａのカバレッジは、さらに速く悪化する。そのうえ、図２の縮小構造について、ライナー（例えばバリア）物質によって占有されるトレンチ１６ａのパーセンテージは、はるかに大きい。ライニング物質は、典型的に、後続の埋め込み金属（例えば銅）ほど導電性ではないので、全体的な導電率は低減される。さらに悪いことに、底３０ａが十分にカバーされる前に、あるいは埋め込み金属の蒸着中に、コンタクトビアのコーナー２８ａの尖端が無くなる可能性がある。

バリアフィルムの一様性を改善する努力とは無関係に、層間誘電体（ＩＬＤ）物質の、誘電又は誘電率定数（ｋ）値を低減する試みがある。寄生容量に対する所定の回路設計許容誤差について、いわゆる「ｋの低い」物質がより薄いＩＬＤを提供することができるため、低減された誘電率定数値は、ＩＬＤの単位厚さ当たりのより少ない寄生容量に帰着する。「ｋの低い」とは、シリコン酸化物（ｋ≒４）およびフッ素化ケイ酸塩ガラス（ＦＳＧ）（ｋ≒３．４〜３．７）のｋ値未満のｋ値を有する物質であり、集積回路を作製する際の現在主要なＩＬＤ物質を意味する。従って、埋め込まれるコンタクト及びトレンチの縦横比を縮小することができ、これら開口をライニングすることがより容易になる。

集積回路内のｋの低いフィルムの製造のために、様々な物質および技術が開発されている。堆積方法は、所望の特性に依存し、現在、スピンオン堆積、ＣＶＤ、プラズマエンハンスドＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）、および高密度プラズマ（ＨＤＰ）ＣＶＤを含む。方法及びフィルムのうちのいくつかは、Ｌａｕｒａ Ｐｅｔｅｒｓによる“Ｐｕｒｓｕｉｎｇ ｔｈｅ Ｐｅｒｆｅｃｔ Ｌｏｗ−ｋ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ” Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ， Ｖｏｌ．２１， Ｎｏ．１０ （Ｓｅｐｔ．１９９８）に記載されており、その参照は本明細書に引用される。いくつかのフィルムは、ハイドロジェンシルセスキオキサン（ＨＳＱ）およびフッ素化酸化物（ＦＳＧ）のような、３から３．５のｋ値を有する。有機ポリマーは、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）およびポリアリーレンエーテル（ＰＡＥ）のような、２．５から３の範囲の間のさらに低いｋ値を示す。スピンオン技術を用いたポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）に対する他の研究は、約１．９の特有のｋ値を達成した。日本ＡＳＭ株式会社は、Ｌｏｗ−ｋ、ウルトラＬｏｗ−ｋ（ＵＬＫ、それは多孔性または非多孔性であり得る）、およびエクストリームＬｏｗ−ｋ（ＥＬＫ、それは一般に多孔性である）物質を含む、プラズマエンハンスドＣＶＤによって形成されるｋの低い物質を開発した。他の企業は、ナノ多孔性無機有機ハイブリッドを作成した。

集積回路内にＩＬＤとしてそのようなｋの低い物質を使用することは、所定の寄生容量許容誤差に対して、開口をより薄く作製することができるので、ＩＬＤ内の開口の縦横比を相当に縮小するであろう。従って、十分なコンフォーマル性を有するそのような開口のライニングは、より高い縦横比を有する開口のライニングと比較してより単純であると分かるであろう。

しかしながら、これら新素材を既存の技術に統合することは、それ自身の難しさをもたらす。他の要件のうち、ｋの低いフィルムは、異種物質への隣接、および様々な処理環境への露出にもかかわらず、十分に高い化学的、熱的、および機械的安定性を示す。製造プロセスと確実に統合するために、ＩＬＤ物質は、エッチング、蒸着、クリーニング、および研摩プロセスと両立できるべきである。当該技術における熟練者によって認識されるであろうが、最先端の集積回路設計中への銅配線の導入から生じる複雑な状況によって証拠づけられるように、確立されたプロセスフロー中への新素材及びプロセスの統合は、めったに簡単明瞭な事柄でない。

それゆえに、後続の世代のそれぞれに伴ってＩＬＤの物質特性を変更することなく、ｋの低い物質を提供することが好都合であろう。ＩＬＤの物質特性を変更することなく、物質のｋ値を低減することができる１つの方法は、物質を多孔性にすることである。事実上、多孔性の誘電体は、空気（ｋ≒１．０）の誘電強度と、内部に細孔が形成される誘電物質のそれとを合成する。好都合にも、既に統合された物質の多孔度を変更することにより、新素材を導入することなくｋ値を変更することができるという意味で、多孔性物質のｋ値は「調整可能」である。

現在、シリコン酸化物（ｋ≒４）は、プロセスフローで広く使用されている。シリコン酸化物又は「シリカ」の多孔性のバージョンは、ｋの低い値、および現在のプロセスフローとの両立性の両方を有することができる。これは、ナノゲル、エアロゲル、キセロゲル、およびメソゲル（ｍｅｓｏｇｅｌｓ）として知られている多孔性シリカの等級の開発をもたらしてきた。同様に、より新しいｋの低い物質は、一度プロセスフローへ統合されると、そのｋの低い物質の多孔度を調節することにより、それらのｋ値が調整され得る。現在開発中のｋの低い物質を使用する場合、２．５未満のｋ値を達成するには、多孔性の絶縁物質の提供を伴うであろうことは明らかである。

効果的な方法でそのような物質をライニングすることは、単純なプロセスではない。ＣＶＤ及びＰＶＤは、低い縦横比の開口を十分にライニングするかもしれないが、従来の蒸着技術の非コンフォーマル性は、未だなお問題となり得る。また、相互接続の寸法は縮小するが、ビア中のバリアに関する銅のパーセンテージは低減せず、それによりビア抵抗は増大する。ＣＶＤ及びＰＶＤのプロセスによって示される問題のうちのいくつかを克服するのに、原子層堆積（ＡＬＤ）が有用になり得る（２００２年１１月１９日発行の米国特許第６，４８２，７３３号、および２００４年７月６日発行の米国特許第６，７５９，３２５号を参照し、それら全体は参照によって本明細書に組み込まれる）。しかしながら、以前に開示されたいくつかの実施形態は、未だなお、接着、短絡、および全般的な破壊に関する問題点を持ち得る。そのうえ、これら以前のアプローチの多くは、追加の層を絶縁層に加えることを採用したが、そのことは、後にビア及びトレンチへ導入され得る銅の容量を低減するであろう。

引き続きバリア層が堆積される絶縁体の界面を改善するための絶縁体のプラズマ処理方法が提供される。バリア層は原子層堆積（ＡＬＤ）により堆積される。好ましい実施形態では、本明細書に提供される方法は、ライニング物質、特に、デュアルダマシン・メタライゼーション・スキームの高い縦横比のトレンチ及びコンタクトビア内へバリア物質を堆積するための方法である。好都合にも、その方法は、ライニング層の最小限必要とされる厚さのみがすべての表面上に形成されるような、高いステップカバレッジに到達する。１つ以上のバリアおよびシード層を形成するための方法を適用するための実施例が提供される。

いくつかの実施形態では、その方法は、原子層堆積（ＡＬＤ）に先立ったプラズマ処理を含む。いくつかの実施形態では、その方法は、「ｋの低い」物質内に形成されたメタライゼーション構造に適用される。高いコンフォーマル性の自己飽和プロセスに先立って、ｋの低い露出表面は、特別のタイプのプラズマで処理され、これはｋの低い表面を巧みに処理する。好都合にも、プラズマ処理された表面あるいは層は、高い縦横比の開口（例えばトレンチ及びビア）内の絶縁物質上に形成され得る。プラズマ処理プロセスが、Ｌｏｗ−ｋ誘電体あるいはウルトラＬｏｗ−ｋの多孔性絶縁物質上に、実際に層を堆積しないため、後続のコンフォーマルなプロセスは、密閉層が多孔性の表面を密閉するために使用される場合よりも、よりコンフォーマルになり得る。したがって、これらトレンチ又はビア内に残留する容積が最大化され、金属ランナーおよびインテグラルコンタクトのための銅のような、より高い導電性の埋め込み物質の、より多くの比例した容積を促進する。さらに、この処理プロセスは、接着層のような他の付加的な層の省略を可能とすることができる。

発明の１つの側面は、メタライゼーション・プロセスである。そのプロセスは、半導体基板上のｋの低い絶縁層内に、所望の相互接続パターンでトレンチを形成するステップと、プラズマプロセスを実施されていないトレンチの表面に結合されるバリア層と比較して、引き続き蒸着されるバリア層のバリア特性を改善するのに十分な条件の下で、前記トレンチの露出する表面を前記プラズマプロセスで処理するステップと、原子層堆積（ＡＬＤ）プロセスにより、前記トレンチの前記表面を前記バリア層でライニングするステップとを含む。

発明の他の側面は集積回路である。その集積回路は、半導体基板上の絶縁層内に、所望の配線パターンに形成されたトレンチを備える。その集積回路はさらに、前記トレンチの底から下方へ伸びて、下部導電素子の少なくとも一部を露出させるコンタクトビアを備える。その集積回路はさらに、前記トレンチの表面上に直接形成されたバリア層と、前記バリア層に付着する銅層とを備え、前記バリア層は、タングステン、窒素、および炭素を含む。

発明の他の側面はメタライゼーションのために設定されたクラスターツールである。そのツールは、基板上の絶縁表面のインシチュプラズマプロセス用に設定された第１のチャンバを備える。そのツールはさらに、金属窒化物炭化物バリア物質の原子層堆積用に設定された第２のチャンバを備える。そのツールはさらに、前記金属窒化物炭化物物質にシード層を適用するために設定された第３のチャンバを備える。そのツールはさらに、前記第１、第２および第３のチャンバ間の空間を備える。前記チャンバ間の該空間は、該空間内において前記基板が前記第１、第２および第３のチャンバ間を移動することを可能とする。前記チャンバ間の転送の間、前記第１、第２および第３のチャンバ間の前記空間は、真空を維持するように設定される。

発明の他の側面は集積回路作製方法である。その方法は、絶縁層の表面をプラズマ処理するステップを含む。前記プラズマ処理は、前記表面を処理するための還元プラズマの使用を含む。前記絶縁層の前記表面をプラズマ処理するステップの後に、その方法はさらに、原子層堆積（ＡＬＤ）により堆積されたバリア層で、前記表面をライニングするステップを含む。前記バリア層は、金属、炭素、および窒素を含む。前記表面と前記バリア層との間の結果的に得られる界面は、前記バリア層の厚さの標準偏差が、前記バリアの前記厚さの平均の約５％未満である点で、比較的一様である。

発明の他の側面はメタライゼーション・プロセスである。そのプロセスは、半導体基板上のｋの低い絶縁層内に、所望の相互接続パターンでトレンチ及びビアを形成するステップと、前記トレンチの露出する表面をプラズマプロセスで処理するステップとを含む。そのプラズマプロセスは、Ｈ_２／Ｈｅプラズマを含み、実質上、トレンチの露出する表面すべてを処理することができる。前記トレンチの露出する表面を前記プラズマプロセスで処理するステップの後に、そのメタライゼーション・プロセスはさらに、原子層堆積（ＡＬＤ）プロセスにより、前記トレンチの前記表面を前記ライナー層でライニングするステップを含む。

発明の他の側面はダマシンメタライゼーション・プロセスである。いくつかの実施形態では、そのプロセスは、半導体基板上のＬｏｗ−ｋ、ウルトラＬｏｗ−ｋ（ＵＬＫ）、エクストリームＬｏｗ−ｋ（ＥＬＫ）多孔性絶縁層内に、所望の配線パターンに形成されたトレンチを形成するステップと、前記トレンチの底から下方へ伸びて、下部導電素子の少なくとも一部を露出させるコンタクトビアを形成するステップと、Ｈｅ／Ｈ_２プラズマプロセスを実施されていないトレンチの表面に結合されるバリア層と比較して、バリア層のバリア特性を改善するのに十分な条件の下で、前記トレンチの露出する表面をＨｅ／Ｈ_２プラズマプロセスで処理するステップとを含む。前記トレンチの露出する表面を前記Ｈｅ／Ｈ_２プラズマプロセスで処理するステップの後に、原子層堆積（ＡＬＤ）プロセスにより、前記トレンチの前記表面を前記バリア層でライニングし、銅のシード層を堆積する。

発明の他の側面は、半導体基板上のｋの低い絶縁層内に、所望の配線パターンに形成されたダマシントレンチを形成するステップと、Ｈｅ／Ｈ_２プラズマプロセスを実施されていないトレンチの表面に結合されるバリア層と比較して、バリア層のバリア特性を改善するのに十分な条件の下で、前記トレンチの露出する表面をＨｅ／Ｈ_２プラズマプロセスで処理するステップと、原子層堆積（ＡＬＤ）プロセスにより、前記トレンチの前記表面を前記バリア層でライニングするステップとを含むダマシンメタライゼーション・プロセスである。前記ＡＬＤプロセスは、炭素段階を適用するステップと、タングステン段階を適用するステップと、窒素段階を適用するステップとを含む。

発明の他の側面は集積回路作製方法である。その方法は、半導体基板上の多孔性の絶縁層内にトレンチを形成するステップと、前記トレンチの底から下方へ伸びて、下部導電素子の少なくとも一部を露出させるコンタクトビアを形成するステップと、前記トレンチ及びビアの形成とＨ_２プラズマ処理するステップとの間、前記トレンチ及びビアが酸化処理にさらされずに、前記トレンチ及びビアをＨ_２プラズマ処理するステップと、前記トレンチの露出する表面を前記Ｈ_２プラズマプロセスで処理するステップの後に、前記トレンチの前記表面をバリア層でライニングするステップと、前記バリア層を覆う電気化学堆積シード層を形成するステップとを含む。

発明の他の側面は、半導体基板上の絶縁層内に、所望の配線パターンに形成されたトレンチと、前記トレンチの底から下方へ伸びて、下部導電素子の少なくとも一部を露出させるコンタクトビアと、前記トレンチの表面上に直接形成された、タングステン、窒素、および炭素を含むバリア層と、前記バリア層に付着する銅層とを備える集積回路である。

発明の他の側面は、半導体基板上の絶縁層内に、所望の配線パターンに形成されたトレンチと、前記トレンチの底から下方へ伸びて、下部導電素子の少なくとも一部を露出させるコンタクトビアと、Ｈ_２／Ｈｅプラズマ処理された絶縁表面と同様に有効に設定された絶縁表面と、前記トレンチの表面上に直接形成された、タングステン、窒素、および炭素を含むバリア層と、前記バリア層に付着する銅層とを備える集積回路である。

発明の他の側面は、半導体基板上のｋの低い絶縁層内に、所望の配線パターンに形成されたトレンチと、前記トレンチの表面上に直接形成された、タングステン、窒素、および炭素を含むバリア層とを備える集積回路である。

発明の他の側面はダマシンメタライゼーション・プロセスを含む。そのプロセスは、半導体基板上の多孔性の絶縁層内にトレンチを形成するステップと、前記トレンチの底から下方へ伸びて、下部導電素子の少なくとも一部を露出させるコンタクトビアを形成するステップと、酸化物除去プロセスで、前記下部導電素子の前記露出する部分を処理し、金属酸化物を還元するステップと、前記トレンチ及びビアに結合されるバリア層のバリア特性を改善するために、Ｈｅ／Ｈ_２プラズマを用いた前記酸化物除去プロセスの後に、前記トレンチ及びビアの前記表面を処理するステップであり、ここで、有効なＨｅ／Ｈ_２プラズマプロセスを実施されていない同様のトレンチ内のバリア層と比較して、前記バリア特性が改善されるステップと、前記トレンチの前記表面を前記バリア層でライニングするステップと、反応性種を前記バリア層と反応させるステップとを含む。

発明の他の側面はライニングされたダマシントレンチである。そのライニングされたトレンチは、半導体基板上の多孔性の絶縁層内に形成されたトレンチを備え、その多孔性の絶縁層は、−ＳｉＲ_２Ｏ−の繰り返し構造単位と、前記トレンチの底から下方へ伸びて、下部導電素子の少なくとも一部を露出させるコンタクトビアと、前記トレンチの表面上及び前記ビアの表面に形成されたバリア層とを備え、ここで、前記バリア層は、約９０％より高いステップカバレッジを有し、ここで、前記バリア層の厚さの標準偏差が、前記バリアの前記厚さの平均の約１％未満である点で、前記表面と前記バリア層との間の界面は比較的一様である。

発明のいくつかの実施形態では、バリア層の蒸着に先立って、前記絶縁物質の前記プラズマプロセスが生じ、該バリア層は原子層堆積（ＡＬＤ）により堆積される。

発明の他の側面は、上記した方法のうちの何れかを実行するための装置である。装置は、絶縁表面のインシチュプラズマプロセス用に設定された第１のチャンバと、原子層堆積プロセス用に設定された第２のチャンバと、ＡＬＤ処理された表面に銅層を適用するために設定された第３のチャンバとを備える。

発明のこれらおよび他の側面は、以下の記述を考慮して、発明を例証し且つ制限しないように解釈される添付の特許請求の範囲および図面から、当該技術における熟練者に容易に明白になるであろう。

図５〜９および１７Ａ〜１７Ｅは、デュアルダマシン・プロセスフローに従って部分的に作製された集積回路の概略断面図であり、半導体基板上の絶縁層内に形成されるトレンチ及びビアの構築、ライニング、および埋め込みを概略的に図示する。

図９Ｂ〜９Ｅは、理想的でないダマシン構造を示す図である。

図面の簡単な説明において説明する図は、発明の種々の側面の代表的な実施形態である。他の実施形態もまた本明細書に開示され、図に記述された構成要素のうちの、いくつかを含む必要はなく、即ちすべてを含む必要はない。

本明細書での開示を考慮して、ある好ましい物質と関連させて記述されているが、記述された方法および構造が、ダマシン構造をライニングするための他の様々な物質への応用を有するであろうことが理解されるであろう。

上記背景技術欄において明らかにされたように、物理気相蒸着法（ＰＶＤ）によって、通常の化学気相蒸着法（ＣＶＤ）によって、そして原子層堆積（ＡＬＤ）によってさえも、ダマシン構造を、そして特にデュアルダマシン構造をライニングすることは、トレンチ及びコンタクトビアの空間を不都合に埋め込む。従って、引き続く高導電性の埋め込み物質のための空間がほとんど残されない。より薄いライナーの使用、あるいは好ましくは全く物質を使用しないことは、銅などの、高導電性であり、それによって、導電性と集積回路についての動作信号の伝送速度とを増大させるであろう埋め込み金属のために、より多くの空間を残すであろう。さらに、ＰＶＤ及びＣＶＤのような従来の方法は、まさにそれらの性質によって、より厚い層をダマシン構造内に製造する。デュアルダマシントレンチ及びコンタクトビアのよりコンフォーマルなステップカバレッジを得るために、より多くの研究が捧げられているが、そのような構造のすべての表面に、反応性種（或いはＰＶＤスパッタ物質）の同じ濃度を供給することは難しい。特に、既に深いトレンチの底から伸びる、深い、閉じ込められたコンタクトビアの底へ、そのような構造の上部表面に供給されるのと同程度に蒸着種の同じ濃度を供給することは難しい。

追加の層を加えることにより問題にアプローチすることに代えて、本発明者らは、プラズマプロセスの特別の形式、あるいは絶縁層の表面の「プラズマ界面工学」を通じて、すべてではないにしろ、問題のうちの多くに取り組むことができることを発見した。プロセスはプラズマに基づくので、それは、絶縁層のすべての露出する表面の完全なカバレッジを可能とすることができる。さらに、プロセスはプラズマに基づくので、それは、トレンチ又はビア内の銅のために利用可能なスペースを縮小するであろう追加の層を加えない。さらに、いくつかの実施形態は、費用効果の高いプロセスとして、製造製作設備において利用可能なツールで実行され得る。そのうえ、プラズマに基づいたこのプロセスは、集積回路の製造に使用されることができ、寿命の増大、より低い抵抗性、優れた一様性、及びより緻密な界面といった、改善されたバリア特性を有する回路に帰着する。さらに、所望の方法を実行する装置もまた熟考され、上記の利点を共有することができる。

プラズマ処理
本明細書において特定される所望の利益のうちの何れかを達成するのに十分な条件の下で、層のプラズマプロセスが遂行される。いくつかの実施形態では、ｋの低い絶縁体の表面でプラズマプロセスが実行され、絶縁物質の表面からプラズマ処理された表面を作成する。しかしながら、物質は絶縁物質に制限される必要はない。好ましい実施形態では、プラズマプロセスが、そのような物質に対する追加の利点を有すると信じられているので、物質は多孔性物質である。しかしながら、表面（例えば、Ｈｉｇｈ−又はＬｏｗ−ｋ、ウルトラＬｏｗ−ｋ（ＵＬＫ）、エクストリームＬｏｗ−ｋ（ＥＬＫ）、多孔性か否か、絶縁体か否か）のプラズマ処理は、最適化された条件の下で、本明細書に記述された優れた側面のうちの少なくともいくつかに帰着し得ると信じられている。本明細書において特定される改善された特性を実証するように、「プラズマ処理された層」は、絶縁物質の表面から作成されるが、未処理の絶縁物質の残りとは異なる。このプラズマ処理された層は、その後、原子層堆積（ＡＬＤ）プロセスによって堆積され得るバリア層によってカバーされ得る。

当該技術における熟練者によって認識されるであろうが、プラズマはそれ自身様々な物質を含み得る。絶縁層がプラズマにさらされる下での条件はまた、処理又はプロセスの有効性を決定する際に重要な役割を果たし得る。以下の例から明確になるであろうように、すべてのプラズマ処理が他のものと同様に作用するとは限らないであろう。現実に、いくつかのプラズマは、回路の所望の特性を実際に減少させるかもしれない。しかしながら、本開示が与えられると、当該技術における熟練者は、どのプラズマおよび条件が所望の結果を生成することができるかを容易に決定し得る。

プラズマを生成するための実際の条件は変化可能であり、製品の所望の特性に依存するであろうが、次のセクションは、関連する変数とそれら変数の主要な範囲とを概説する、一実施形態では、プラズマはＨ_２又はＨｅを含み、より好ましくは、プラズマはＨ_２及びＨｅの組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、プラズマを持続するために、５０〜３００ｓｃｃｍのＨｅおよび１〜１００ｓｃｃｍのＨ_２が使用され、より好ましくは、１００〜２００ｓｃｃｍのＨｅおよび１０〜５０ｓｃｃｍのＨ_２、最も好ましくは、約１８０ｓｃｃｍのＨｅおよび約２０ｓｃｃｍのＨ_２が使用される。いくつかの実施形態では、Ｈｅに対するＨ_２の比率は、所望の結果のための調節に関連する。例えば、Ｈｅに対するＨ_２の比率は、体積で、Ａ）Ｈｅ１９部に対してＨ_２１部と、Ｂ）Ｈｅ４０部に対してＨ_２１６０部との間で変化可能である。好ましい実施形態では、体積でＨｅ９部に対してＨ_２１部で使用される。いくつかの実施形態では、有効なプラズマの形成用のＨ_２と共に、若干量のＨｅが必要とされる。Ｈｅ及びＨ_２の組み合わせが、プラズマ処理された表面を形成するための特に有効なプラズマに帰着し、そのプラズマ処理された表面が、他のプラズマを用いて処理された他の表面を越える優れた特性を所有することが発見された。

代替の実施形態では、ＮＨ_３が、好ましくは１０００Ｗ未満のパワーで、プラズマに使用され得る。代わりに、Ｎ_２およびＨ_２の様々な組み合わせが、プラズマの生成に使用され得る。水素に対する窒素の量は、当該技術における熟練者によって調節されることができ、比率は、上記したＨｅに対するＨ_２の比率に帰着したものと同じ原理によって導かれ得る。いくつかの実施形態では、Ｈ_２／Ｈｅプラズマ処理された層について以下に記述された結果の少なくとも１つが達成されるまで、条件が系統的に調節される。代わりに、プラズマの生成のために不活性ガスが使用され得る。代わりに、プラズマの生成のために任意の還元プラズマが使用され得る。条件は、本明細書に記述された技術によって、そして本明細書に記述された結果に最適化され得る。

いくつかの実施形態では、非−Ｈ_２／Ｈｅプラズマが使用される場合、処理される絶縁層はｋの低い物質であり、好ましくは３．４未満のｋ値を有する。さらに、そのようなプラズマが使用される場合、好ましくは、ＡＬＤステップがその処理に続く。いくつかの実施形態では、これは、表面を酸化性雰囲気に露出することなく遂行される。

いくつかの実施形態では、プラズマ前処理ステップが、プラズマ前処理にさらされる層の構造を変更するのに十分な持続時間の間実行される。

いくつかの実施形態では、プラズマ処理された表面上の、特に、ＡＬＤが形成された層上の、後続の蒸着層に対する界面特性を改善するために、プラズマ処理が表面を変更することが好ましい。

いくつかの実施形態では、電極間に１〜１５ｍｍの電極ギャップを使用することにより、プラズマがインサイチュで作成され、好ましくはギャップは４〜１０ｍｍであり、最も好ましくはギャップは３〜５ｍｍである。代替の実施形態では、プラズマはリモートに生成される。プラズマは、好ましくは等方性あるいはバイアスされていないプラズマである。これは、トレンチ及びビアの表面の全体あるいは実質上すべてを処理することを可能とする。特に、プラズマ処理の形状が、ビアの底をプラズマ処理することに加えて、側面、あるいはトレンチ及び／またはビアの縦断面を処理することを可能とすることができる。好ましい実施形態では、プラズマは、バイアスされない、あるいは指向的ではない。

いくつかの実施形態では、プラズマは還元プラズマであり、１）プラズマ処理された表面を得るために、記述されるように表面をプラズマ処理し、２）ビアの底から任意の金属酸化物（例えば、酸化Ｃｕ）を除去する。いくつかの実施形態では、両方の事象が生じ、ビア底の絶縁体及び導電体の両方に対するバリアの優れた表面接合に帰着する。プラズマは、好ましくは等方性のプラズマで、リモートプラズマチャンバ内で生成され得る。ビアから酸化物を除去するための、バイアスあるいは指向性エッチングの使用と異なり（例えば、指向性を有するスパッタエッチングにより）、等方性のプラズマは、トレンチの側面を同様に処理することが可能である。当該技術における熟練者によって認識されるであろうが、両方の事象が生じる実施形態では、プラズマはまた、酸化物を除去するために本質的に還元する（例えば、Ｈ^＊励起種を含んで）であろう。酸化物の除去は、金属層間の十分な導電性を可能とするのに有益になり得る。

いくつかの実施形態では、プラズマは、１０００〜２０００Ｗで、１０ＭＨｚから２７ＭＨｚの周波数の使用により生成され、より好ましくは、１２５０〜１７５０Ｗで、周波数は１０〜２０ＭＨｚであり、最も好ましくは、約１５００Ｗで、周波数は約１３．５ＭＨｚである。いくつかの実施形態では、基板の温度は２００〜４００℃であり、より好ましくは２５０〜３５０℃であり、最も好ましくは約３００℃である。

上記範囲は、これら変数の妥当な範囲として、最初のガイダンスについて提供される。当該技術における熟練者によって認識されるであろうが、本教示に照らして、絶縁層とバリア層との間の界面の所望の特性、若しくはバリア層自身の特性を達成することができるように、上記変数は調節され得る。

一般に、プラズマ処理は、絶縁表面上の特定の原子、結合、又は電荷の、濃度あるいは分布を変更する。理論によって制限されずに、発明者らは、この処理が、後続の形成された層が絶縁層の孔又はボイドに侵入するのを防ぐために、絶縁層を物理的に変更することができると仮定する。したがって、プラズマ処理プロセスは、そのような上部表面の孔の開口を、崩壊するかあるいはそうでなければ密閉するリフォームプロセスを含むことができる。プラズマプロセスは、絶縁物質の表面で結合を破り、よって、次のＡＬＤプロセスがより容易に核を形成することを可能とすることができる。実際の実施メカニズムに関係なく、プラズマ処理された絶縁表面は、未処理の絶縁表面とは異なる表面である。そのような構造を有する表面は、「プラズマ処理された層」あるいは「プラズマ処理された表面」と呼ばれることができる。

そのような集積回路を作製するための好ましい実施形態では、プラズマプロセスは、−ＳｉＲ_２Ｏ−を含むＬｏｗ−ｋ、ＵＬＫ、あるいはＥＬＫ絶縁層上で実行されるＨｅ／Ｈ_２プラズマプロセスである。プラズマプロセスの後、タングステン窒化物炭化物バリア層が、その後、ｋの低い絶縁物質のプラズマ処理された表面上に直接堆積され、その後、銅が使用されて、トレンチ及びビアが埋め込まれる。次のセクションは、そのようなプラズマ処理された回路を作製するための基本的なプロセスを概略的に説明する。図３は、プラズマ処理された集積回路の形成方法を概略的に図示する。好ましい方法は、絶縁層のプラズマ処理と、原子層堆積（ＡＬＤ）の形式である少なくとも１つのプロセスステップとを含み、それによって、反応物が、サイクル中の交互パルスでワークピースに供給される。

回路構築
絶縁層
図５〜８を参照すると、半導体基板を覆って絶縁層が形成される。当該技術における熟練者によって認識されるであろうが、そのような絶縁層を形成および処理することが可能な様々な方法がある。他に指摘されなければ、これは発明の範囲を制限することなく、絶縁体の形成及び処理の任意の方法又は技術が使用され得る。

図５〜８に、層を作製する一実施形態が示されている。最初に図５を参照すると、第１の又は下部絶縁層５０が、バリア層５１と、図示する実施形態において下部相互接続層の一部を形成する導電素子５２とを覆って形成される。当該技術における熟練者によって認識されるであろうが、メタライゼーション・スキームは、典型的には、様々な配線層（例えば、銅相互接続あるいはアルミニウム相互接続）の全体にわたって、１つの金属組成を使用する。好ましい実施形態は、多くの異なる物質に適応可能であるが、或る実施形態が、ビア底又は下部導電素子５２が高導電性の銅配線を含むライニング・ダマシン構造に特に適応される。第１の絶縁層５０は、好ましくは、形成される上部配線構造から下部導電素子５２を絶縁するのに十分な厚さに形成される。エッチング停止層又はハードマスク５４（図６〜７）が、下部絶縁層５０を覆って形成され、第２の又は上部絶縁層５６（図８）が、エッチング停止層５４を覆って形成される。第２のエッチング又はＣＭＰ停止層５８（シールド層としても知られている）もまた、好ましくは、上部絶縁層５６を覆って形成される。他の実施形態では、絶縁層が、エッチング停止層および／またはＣＭＰハードマスク層なしに形成される。

図示する実施形態では、下部および上部絶縁層５０、５６の各々は、約１．０μｍ未満、より好ましくは約０．８μｍ未満、最も好ましくは約０．６μｍ未満の厚さを有する誘電物質を含む。絶縁層がいくつかの適切な誘電物質のうちの何れかを含むことができることを、熟練者は容易に認識するであろう。例えば、従来の酸化物と比較して低い誘電率（ｋの低い）を示す誘電物質が、最近開発されている。これらｋの低い誘電物質は、高分子物質、多孔性物質、およびフッ素をドープした酸化物を含む。追加の誘電物質は、米国特許第６，９４９，４５６号および米国特許公開番号第２００５／０１７９１３５号および第２００５／００４８７９７号に記載された、ウルトラＬｏｗ−ｋ（ＵＬＫ、２．４〜２．７の誘電体）およびエクストリームＬｏｗ−ｋ（ＥＬＫ、ｋ＜２．４）を含み、そのすべては参照によってそのまま組み込まれる。トレンチ及びコンタクトビアをライニングする本方法は、そのようなｋの低い物質と関連する特別の有用性を有する。

好ましい物質の１つは、日本国、東京の日本ＡＳＭ株式会社から市販されている、ＡＵＲＯＲＡ（登録商標）プロセスの製品である。ＡＵＲＯＲＡプロセスの記述は、２００２年９月２４日にＭａｔｓｕｋｉに付与され日本ＡＳＭ株式会社に譲渡された米国特許第６，４５５，４４５号に含まれ、その開示は参照によって明確に本明細書に組み込まれる。そこで議論されるように、シロキサンポリマー絶縁フィルムは３．３以下の誘電率を有し、−ＳｉＲ_２Ｏ−の繰り返し構造単位を有する。その物質は、特に垂直に整列する異方性の孔構造を有することが分かった。したがって、より多くの開口が、側壁よりも上面表面にある。シロキサンポリマーは、一般式Ｓｉ_αＯ_βＣ_ｘＨ_ｙ（ここで、α、β、ｘおよびｙは整数である）によって表現されるシリコン含有炭化水素化合物を、直接気化させることにより形成され、その後、気化した化合物を、プラズマＣＶＤ装置の反応チャンバに導入する。ソースガスの滞留時間は、微孔性構造及びｋの低い値を有するシロキサンポリマーフィルムを形成するように、反応ガスの全流量を低減することにより延長される。

図示する絶縁層５０、５６は、このように、ｋの低い物質、より詳細には、約３．３未満の誘電率（ｋ）を示す多孔性のｋの低い物質を含む。好ましくは、絶縁層のｋ値は、約３．０未満、より好ましくは約２．５未満、最も好ましくは約２．０未満である。

上記背景技術欄において述べられたように、多孔度を増大させることは、有効に誘電率を低下させる。従って、ｋの低い物質の寄生容量の低減の最大の利点は、最大の多孔度において生じる。この利点は、さらなる処理中の機械的、化学的、および熱的安定性の問題と比較検討され、それら問題のいくつかは、多孔度の調節と無関係な技術により解決され得る。本明細書に開示された方法は、任意のレベルの多孔度を有する絶縁層に適用可能であり得るが、ｋの低いフィルム５０、５６の多孔度は、望ましくは約２０％より高く、より好ましくは約４０％より高く、最も好ましくは約５０％より高い。

少しは好ましい多孔性のｋの低い物質は、カリフォルニア州サニーベールのＨｏｎｅｙｗｅｌｌ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ（ＡＭＭ）（以前はＡｌｌｉｅｄ Ｓｉｇｎａｌ）から、商標Ｎａｎｏｇｌａｓｓ（登録商標）で市販されているスピンオン物質である。Ｎａｎｏｇｌａｓｓは、５０％から９０％の多孔度レベルについて、２．５〜１．３のｋ値を有するナノ多孔性なシリカである。Ｎａｎｏｇｌａｓｓの現在入手可能な市販バージョンは、約７０％の多孔度と共に約２．０の誘電率値を有する。Ｎａｎｏｇｌａｓｓの初期のバージョン（ＮａｎｏｇｌａｓｓＫ２．２−Ａ１０Ｂ）に関する研究は、このそれほど多孔性でないバージョンのキセロゲルが、約４ｎｍ（４０Å）の平均孔サイズで完全に結合された孔を有することを見いだした。１９９９年のＩＥＥＥ １９９９ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ予稿集の第１８７〜１８９頁に記載されたＲｙａｎらの「Ｍａｔｅｒｉａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｉｓｓｕｅｓ ｆｏｒ ｍｅｓｏｐｏｒｏｕｓ ｓｉｌｉｃａ」。しかしながら、本明細書に開示された方法が、異なる多孔度レベルを有する様々な他の物質に適用可能であることを、熟練者は容易に認識するであろう。

図示する実施形態のエッチング停止層５４、５８は、絶縁層５０、５６に対して異なるエッチング速度を示す物質を各々含み、エッチングプロセスのより良い制御を可能とする。図示する実施形態では、エッチング停止層５４、５８は、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）を含み、好ましくは約１００Å〜７００Å、より好ましくは約２００Å〜５００Åの厚さで供給される。下部バリア層５１は、好ましくは、さらにＳｉ_３Ｎ_４を含む。エッチング停止層５４、５８がまた、下層にある多孔性の絶縁層５０、５６を強化する役割をすることができることが理解されるであろう。Ｒｙａｎらの文献中に開示され、先の段落において引用されたように、１，０００ÅのＣＶＤ酸化物キャップが、後続のＣＭＰプロセス中の弾力性を改善するために採用されることができ、さらに、上部を覆う金属を研磨する際の終点として役立つことができる。

上記背景技術欄において議論されたように、下部絶縁層５０およびエッチング停止層５４が形成された（図５及び６）後に、マスクおよびエッチングプロセスが、開口５５（図７中に１つ示す）のパターンをエッチング停止層５４に転写する。その後、第２又は上部絶縁層５６および付加的なＣＭＰ停止層５８が、ハードマスク５４を覆って形成される。上記したように、エッチング停止層５４およびＣＭＰ停止層５８は、すべての実施形態において存在する必要はない。

今、図９ａに示される実施形態を参照すると、基板がマスクされ、トレンチ６０（１つ示す）が、上部絶縁層５６を通じて、好ましくは、第１のエッチング停止層５４の露出する部分で停止してエッチングされる。当該技術における熟練者によって認識されるであろうが、トレンチ６０は、集積回路設計に従って、絶縁層５６を横切って、金属配線用の所望のパターンにエッチングされる。図示する実施形態では、トレンチの幅は、約０．３５μｍ未満、より好ましくは約０．２５μｍ未満、最も好ましくは約０．２μｍである。

ハードマスク５４を通じた継続的なエッチングは、トレンチの底から下方へ伸び、下部絶縁層５０を通じて下方の導電素子（例えば金属配線５２）を露出するコンタクトビア６２（１つ示す）を画定する。コンタクトビア６２は、トレンチ６０に沿った別々の位置に、ハードマスク５４内の開口５５によって画定される。望ましくは、コンタクトビア６２は、約０．３５未満μｍ、より好ましくは約０．０５μｍ〜０．２５μｍ、最も好ましくは約０．０５μｍ〜０．１８μｍの幅を有する。コンタクトビア６２の幅あるいは直径は、上方のトレンチ６０によって画定される線幅と等しく、あるいは僅かに小さくなり得る。

コンタクトビア６２の有効縦横比（深さ：幅）は、それゆえに、好ましくは約１：１よりも大きい。両方の絶縁層５０、５６を通じてコンタクトビア６２の有効深さが決まるので、有効縦横比は、より好ましくは約２：１よりも大きく、最も好ましくは約２：１〜４：１である。好ましい実施形態は次世代の装置に関して特別の有用性を有し、それにより、線幅およびコンタクト幅はさらに縮小するであろう。好都合なことに、絶縁層５０、５６への比較的薄いｋの低い誘電体の採用は、従来のシリコン酸化物（ｋ≒４）を使用する等価な設計に対して縦横比を低減する。

当該技術における熟練者によって認識されるであろうが、上記記述は、トレンチとビアとを形成する単に１つの方法を概説する。他の実施形態、特に、エッチング停止層が使用されない実施形態（ＶＦＴＬ法のような）では、ビアは最初に形成され得るが、トレンチは後で形成される。

図９ｂ〜９ｅを参照すると、好ましい実施形態はまた、図９ａのデュアルダマシン構造のバリエーションに関して特別の有用性を有する。図９ａの構成に類似する構成は、類似の参照符号により参照されるであろう。

図９ｂを参照すると、キャップされていないデュアルダマシン構造が示される。デザインルールにより、キャップされていないビア６２が可能になる（そして、それらはより高い回路密度を得るために望ましい）と、マスク誤整列がさらに大きな縦横比をもたらし得る。１つのビア側壁が、ハードマスク５４によって画定される開口５５の対応する端から引き出されると、縦横比が、容易に、図９ａの図示された実施形態について上記で記載した縦横比の２倍になり得るように、有効なコンタクトサイズが減少する。

今、図９ｃを参照すると、完全には重ならないビアが、より高い有効縦横比を同様に示す。そのような状況の下では、ハードマスク５４の開口５５は、導電性の回路素子５２の端７０とオーバーラップする。小さいが非常に高い縦横比のオーバエッチングホール７２が、回路素子５２を囲んでいる絶縁あるいは誘電体層７４内に形成される。オーバエッチングホール７２の深さは、もちろん、バリア層５１と周囲の誘電体７４との間のエッチング選択性に依存するであろう。

図９ｄは、ビアエッチング中のバリア層５１のアンダーカット効果を図示する。選択的エッチングによって、ビア底からバリア層５１がエッチングされ、下層にある回路素子５２が露出すると、バリア層５１は横方向にリセスされる傾向がある。その結果生じる空洞８０は、従来のプロセスによりライニングするのは非常に困難である。

図９ｅはさらに他の理想的でないダマシン構造を図示する。構造をパターニングするために採用されたフォトレジストを除去する際、ｋの低い誘電体で形成された絶縁層５０、５６は浸食の影響を受けやすく、トレンチ６０及びビア６１内に樽形の断面形状を残す。この構造もまた、従来のプロセスにより効果的にライニングし埋め込みを行うのは困難である。

同様に、他の多くの理想的でない条件が、他の凹形断面形状、空洞、および／またはデュアルダマシントレンチ及びビア用の極めて高い縦横比に帰着し得る。そのような状況の下では、従来のプロセスは、ボイドを形成することなくこれらの構造をライニングし埋め込みを行うのに不十分である。好ましい実施形態に係る方法は、対照的に、図９ｂ〜９ｅの普通でないあるいは異常な構造でさえ有効にライニングすることができる。そのうえ、熟練者は、デュアルダマシンの意味する範囲を越えて本明細書に開示された方法及びフィルムについての応用を容易に見つけるであろう。例えば、本明細書に開示された方法はまた、シングルダマシン配線スキームにおいてトレンチをライニングするために、あるいは、従来のコンタクトビア及び開口をライニングするために有効に用いられ得る。そのライニング方法は、多孔性のｋの低い物質を採用するデュアルダマシン・プロセスフローに関連する特別の有用性を有する。

他の側面では、プラズマ処理されることになっている層は、ｋの低い絶縁層である必要がなく、上記したものとは異なる特性を持ち得る。いくつかの実施形態では、プラズマ処理されることになっている層は、ＦＳＧ（フッ素化ケイ酸塩ガラス）である。いくつかの実施形態では、プラズマ処理されることになっている層は、ＴＥＯＳ（テトラエチルオルソシリケート）である。

あるいは、いくつかの実施形態では、プラズマ処理されることになっている層又は物質は、ＨｆＯ_２、ＺｒＯ_２、ハフニウム及びジルコニウム・シリケート、バリウム・ストロンチウム・チタネート（ＢＳＴ）、並びにストロンチウム・ビスマス・タンタレート（ＳＢＴ）などの、高いｋの層である。高いｋの層は、５より大きい、好ましくは１０より大きいｋ値を有するであろう。そのような層は、メモリキャパシタ内で、トランジスタのゲート誘電体として使用され得る。本明細書に教示された高いｋの層のプラズマ処理は、酸素拡散に対するバリアとしての役割をする上記金属窒化炭化物のような、後続のＡＬＤ形成されたバリアを用いて、界面特性、特に接着特性を改善するであろう。

絶縁表面のプラズマ処理
図３に示されるように、形成１００の後、ｋの低い物質（本実施形態ではビア及びトレンチの側壁を少なくとも含む）の表面が、ｋの低い絶縁層の表面を変更するプラズマ処理プロセス１０１にさらされる。好ましくは、プラズマ処理１０１はＨ_２／Ｈｅプラズマ処理を含む。このステップの詳細な議論は以上に提供され、また、実施例はさらに以下に提供される。上記したように、いくつかの実施形態では、プラズマ処理は、改善された界面のために、後続のＡＬＤバリアを用いてトレンチの絶縁側面を処理するだけでなく、ビアの底の金属酸化膜を還元することもできる。好ましくは、その処理は等方性である。

原子層堆積（ＡＬＤ）プロセス
プラズマプロセスに続いて、その後、ＡＬＤプロセスが、プラズマ処理された絶縁層の上面に直接実行される。好ましくは、各々のサイクルは、吸着によって、好ましくは化学吸着によって、ライニング物質のわずか１つの単分子層を形成する。基板温度は、化学吸着を促進する領域内に保持される。特に、基板温度は、吸着種と下層にある表面との間の完全な結合を維持し、反応性種の分解を防ぐのに十分に低い温度に維持される。他方では、基板温度は、反応物の凝縮を回避し、各段階での所望の表面反応に活性化エネルギーを供給するのに十分に高いレベルに維持される。もちろん、任意の与えられたＡＬＤ反応に対する適切な温度領域は、表面の終端化及び関連する反応性種に依存するであろう。

各々のパルスあるいは各々のサイクルの段階は、好ましくは、事実上自己制限的である。以下に述べる実施例において、段階の各々は自己終端化（即ち、吸着された、好ましくは化学吸着された単分子層が、その段階の化学物質に対して非反応的な表面の状態にされる）である。構造表面を飽和させるために、各段階において反応物前駆体が過剰に供給される。反応物へのより長い露出にさらされる場所において、自己終端化が過剰なフィルムの成長を妨げる一方、表面の飽和は、すべての可能な反応部位（以下により詳細に議論されるように、物理的なサイズの制約に従う）の反応物の占有を保証する。飽和および自己終端化の化学的性質は共に、優れたステップカバレッジを保証する。

ステップカバレッジが非常に高いため、そのプロセスは、予防策無しに、好ましいｋの低い絶縁層の細孔を導電性の反応物で覆うことができるであろう。そのような結果は、導電性のパス、あるいは絶縁層を通じた回路の短絡の危険を有する。従って、デュアルダマシン構造を導電物質でライニングする非常にコンフォーマルなＡＬＤプロセスに先立って、ビア及びトレンチ側壁の表面を巧みに処理するために、絶縁層がプラズマ処理される。好ましい実施形態では、細孔の処理は、Ｈ_２／Ｈｅプラズマ処理を通じて起こる。

その後、第１の化学物質がワークピースに供給１０４される。好ましい実施形態では、第１の化学物質は、先のステップによって残された表面と反応する金属を含有する化合物を含む。従って、金属含有種は、プラズマ処理された表面上において交換あるいは吸着する。この金属含有種の層は、第１の化学物質の如何なる過剰な成分も、このプロセスによって形成された単分子層と反応しないように、望ましく自己終端化している。好ましくは、ハロゲン化あるいは有機的な配位子が、金属を含有する単分子層を終端化する。

金属を含有する反応性種は好ましくはガスの形態で供給され、従って、以下では金属ソースガスと呼ぶ。いくつかの実施例では、反応性種は、実際に、プロセス温度以上の融点を有する（例えば、以下の表３では、プロセスが約３５０℃で実施される一方、ＣｕＣｌは４３０℃で溶ける）。それにもかかわらず、露出する表面を飽和させるのに十分な濃度でワークピースへ種を送るためのプロセス条件の下で、種が十分な蒸気圧を示す場合、本発明の詳細な説明の目的のために、金属ソースガスは「揮発性である」と考えられる。

その後、第１の化学物質が反応チャンバから除去１０６される。図示する実施形態では、ステップ１０６は、ビア、トレンチ及び反応チャンバの外へ、過剰な反応物および反応副生成物を拡散あるいはパージするのに十分な時間の間、好ましくは、反応チャンバの約２倍より多い容量の、より好ましくは、反応チャンバの約３倍より多い容量のキャリアガスのフローを継続しながら、第１の化学物質のフローを停止することを必要とする。いくつかの実施形態では、除去１０６は、第１の化学物質のフローを停止した後に、パージガスのフローを約０．１秒〜２０秒の間継続することを含む。パルス間のパージは、２００３年１月２８日に付与され、「ＭＥＴＨＯＤ ＡＮＤ ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＦＯＲ ＧＲＯＷＩＮＧ ＴＨＩＮ ＦＩＬＭＳ」と表題された同時継続の米国特許第６，５１１，５３９号に記載されており、その開示は参照によって本明細書に組み込まれる。他の実施形態では、化学物質を変更する間、チャンバが完全に空にされてもよい。例えば、１９９６年６月６日に公開され、「ＭＥＴＨＯＤ ＡＮＤ ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＦＯＲ ＧＲＯＷＩＮＧ ＴＨＩＮ ＦＩＬＭＳ」と表題されたＰＣＴ公開番号ＷＯ９６／１７１０７を参照し、その開示は参照によって本明細書に組み込まれる。吸着１０４および反応物除去１０６は共に、ＡＬＤサイクルの第１段階１０７を表す。

第１の化学物質の反応物がチャンバから除去１０６されると、第２の化学物質がワークピースに供給１０８される。第２の化学物質は、ステップ１０４において形成された、自己終端化した単分子層と望ましく反応する。一実施形態では、この反応は、窒素ソースガスをワークピースに供給することを含む。窒素ソースガスからの窒素あるいは窒素含有種は、好ましくは、先に吸着された金属含有種と反応し、金属含有単分子層の代わりに金属窒化物を残す。

他の実施形態では、第２の化学物質が、ステップ１０４において形成された、吸着金属の複合単分子層の配位子終端を単に清掃又は除去してもよく（例えば、配位子交換、昇華、または還元によって）、あるいはそうでなければ、さらなる単分子層の蒸着／吸着のための単分子層、および／またはさらなる化学物質との反応を準備してもよい（例えば以下の表３を参照）。望ましくは、反応１０８もまた自己制限的である。反応物は、ステップ１０４によって残された反応部位を部分的に飽和させる。温度および圧力条件は、好ましくは、第２の化学物質からの、単原子層を通じて下層にある物質への反応物の拡散を回避するために準備される。第２の化学物質はまた、飽和性反応段階中の蒸着を制限するために機能する表面の終端を残す。

完全に金属含有単分子層を飽和させ且つ第２の化学物質と反応させるのに十分な時間の後、第２の化学物質がワークピースから除去１１０される。第１の化学物質の除去１０６と同様に、このステップ１１０は、好ましくは、第２の化学物質のフローを停止することと、過剰な反応物および第２の化学物質からの反応副生成物が、ダマシン構造のビア及びトレンチの外へ拡散し、反応チャンバからパージされるのに十分な時間の間、キャリアガスのフローを継続することとを含む。例えば、反応物および反応副生成物は、第２の化学物質のフローを停止した後に、好ましくは、少なくともチャンバの約２倍の容量の、より好ましくは、少なくともチャンバの約３倍の容量のパージガスを流すことにより除去され得る。いくつかの実施形態では、除去１１０は、第２の化学物質のフローを停止した後に、パージガスのフローを約０．１秒〜２０秒の間継続することを含む。反応１０８および除去１１０は共に、ＡＬＤサイクルの第２段階１１１を表す。

好ましい実施形態では、サイクルを再開する前に、ＡＬＤサイクル１１５の第３段階３１１がある。それは、好ましくは、第２段階１１０の終了に引き続き、もう一つの自己制限的単分子層にさらなる化学物質（第３の化学物質）を加える３０８ことを含む。第３の化学物質は、ステップ１０８において形成された、自己終端化した単分子層と望ましく反応する。第３の化学物質は、好ましくは炭素系（例えば、トリエチルボロン（ＴＥＢ）、トリビニルボロン、トリイソプロピルボロン、トリイソブチルボロン、第３ブチルボロン、および／または他のトリアルキルボロン化合物）である。温度および圧力条件は、再び、好ましくは、第３の化学物質からの、単原子層を通じて下層にある物質への反応物の拡散を回避するために準備される。第３の化学物質はまた、飽和性反応段階中の蒸着を制限するために機能する表面の終端を残す。この表面の終端は、次のサイクルの開始の間、第１の化学物質１０４との結合を可能にする役割をすることができる。完全に窒素含有単分子層を飽和させ且つ第３の化学物質と反応させるのに十分な時間の後、第３の化学物質がワークピースから除去３１０される。第１の化学物質の除去１０６および第２の化学物質の除去１１０と同様に、このステップは、好ましくは、第３の化学物質のフローを停止することと、過剰な反応物および第３の化学物質からの反応副生成物が、ダマシン構造のビア及びトレンチの外へ拡散し、反応チャンバからパージされるのに十分な時間の間、キャリアガスのフローを継続することとを含む。

いくつかの実施形態では、過剰な反応物および第３の化学物質からの副生成物が、ビア及びトレンチの外へ、好ましくは反応チャンバの外へ一度拡散すると、３つの段階が交替になされＡＬＤプロセスの第１段階１０７が繰り返される。従って、第１の化学物質をワークピースへ再び供給１０４することは、もう一つの自己終端化単分子層を形成する。

このように、３つの段階１０７、１１１および３１１は、ＡＬＤプロセスにおいて単分子層を形成するために繰り返されるサイクル１１５を表す。第１の化学物質１０４は、概して、先のサイクルにおいて第３の化学物質３０８により残された終端と反応する。必要であれば、サイクル１１５は、別個の表面処理を含んで拡張され得る。３つの段階すべてのサイクルは、その後、ステップ１０４、１０６、１０８、１１０、３０８および３１０を通じて継続する。この３つの段階すべてのサイクルは、その所要の機能を実行するのに十分な厚さのデュアルダマシン構造内に、ライニング層を生成するのに十分な回数繰り返される。好ましい実施形態では、他のどの段階よりも先に炭素段階が表面へ処置され、その後、上記したようにサイクルが続行する（例えば、タングステン段階、窒素段階、および炭素段階）。

図３には、第１、第２、および第３の化学物質のみを用いて図示したにもかかわらず、他の実施形態では、追加の化学物質もまた、各サイクル（例えば、上記議論を参照）に含まれ得ることが理解されるであろう。そのうえ、以下の実施例では、最初の金属段階と、後続の窒素および炭素段階とを用いて図示したにもかかわらず、表面および段階の化学物質によっては、サイクルが、窒素あるいは炭素段階から始まり得ることが理解されるであろう。さらに、窒素段階と炭素段階とは入れ替えられ得る。さらに、３つの段階すべてが、すべての実施形態にあるいは同じ量で含まれる必要はない。その量の相対量は、段階の頻度を調節することにより、あるいは前駆体（例えば、より多くの配位子を有する反応物は、より少ない反応物の残留に帰着し、より少ない配位子を有する反応物は、各層におけるより多くの反応物の残留に帰着する）の選択により調節され得る。当該技術における熟練者によって認識されるであろうが、完全なサイクルは、すべての３つの段階（３つの段階を１サイクルとして）の任意の組み合わせとして想到され得る。したがって、炭素段階、タングステン段階、窒素段階、および第２の炭素段階によって堆積されたセクションは、少なくとも２つのサイクルのバリエーションを有する（炭素の最終層を有するＣ、Ｗ、Ｎ、あるいは、炭素の前処理を有するＷ、Ｎ、Ｃ）。

図４は、図９Ａ〜９Ｅの構造をライニングする金属窒化物バリア層を形成するプロセスを示す。単純化するために、類似の参照符号が採用され、図３の一般的な表記に対応する金属窒化物の例（図４）の段階およびステップが参照される。しかしながら、図４は、最初の２つの段階のみを実証する。当該技術における熟練者は、本明細書及び図３に記述された全てのプロセスについて、図４に示された方法を容易に調節することができる。好ましい実施形態では、プラズマ処理された表面の表面上に、層が直接堆積される。

図４を参照すると、特定の実施形態に係るガスフローシーケンスが表される。図示する実施例では、導電性の窒化物、より詳細には金属窒化物が、金属ソースガスと窒素ソースガスとをワークピースに交互に供給することにより形成される。各サイクルの第１又は金属段階１０７は、望ましくは窒素ソースガスがない状態で、金属含有物質の層を化学吸着する。各サイクルの第２又は窒素段階１１１は、望ましくは金属ソースガスがない状態で、窒素含有物質を、蒸着した金属含有層上で反応させ、あるいは金属含有層上に吸着する。他の実施形態では、段階の順序が反対にされることができ、反応物の除去あるいはパージステップが、前後の反応物パルスの一部と考えられ得ることが理解されるであろう。

金属ソースガスに対して反応性の表面を提供するために、ライニング物質が形成されることになるダマシン構造の表面は、最初に終端化されることができる。好ましい金属層が、例えばＮＨ_３を用いて終端化されることができ、以下で議論する反応物パルスの化学吸着を促進する。

最も好ましくは、第１段階の間にわずか約１原子の単分子層しか堆積されないように、金属段階１０７は自己制限的である。望ましくは、揮発性の金属ソースガスがパルス１０４で供給される。例示的な金属ソースガスは、タングステンヘキサフルオライド（ＷＦ_６）を含む。

金属ソースガスがデュアルダマシン・コンタクトビアの底へ拡散するのに十分な時間の後、金属ソースガスのフローを遮断することで、金属パルス１０４が終了する。好ましくは、キャリアガスは、金属ソースガスがチャンバからパージされるまで、パージステップ１０６においてフローを継続する。

パルス１０４の間、金属ソースガスは、ワークピースの露出および終端化された表面と反応し、金属含有種の「単分子層」を堆積あるいは化学吸着する。理論上は、ワークピースの露出する層上の可能な部位各々において、反応物は化学吸着するであろうが、吸着種（特に、配位子を終端化している）の物理的なサイズが、概して、各サイクルのカバレッジを単分子層の一部分に制限するであろう。

ワークピース上に堆積／吸着された金属含有種は自己終端であり、表面は、金属ソースガスとそれ以上反応しないであろう。以下に述べられる実施例では、ＷＦ_６（表１）は、フッ素で終端化されたタングステンの単分子層を残す。同様に、他の揮発性の金属ハロゲン化物が、ハロゲン化物で終端化された表面、および有機金属を残すであろう。そのような表面は、金属ソースガスパルス１０４の間、金属ソースと、あるいは反応物フローの他の成分とそれ以上反応しないであろう。反応物への過剰な露出が過剰な蒸着に帰着しないので、プロセスの金属段階１０７中の化学物質は、自己制限的あるいは自己飽和的であると言われる。反応物のより高い濃度へのより長い露出にもかかわらず、ワークピースの上部表面を覆う蒸着は、ビア底を覆って過剰に蒸着しない。

サイクル１１５の第２段階１１１では、その後、窒素ソースガスのパルス１０８がワークピースに供給される。他の組み合わせでは、第２段階は炭素であり得る。図示する実施例では、窒素ソースガスはアンモニアを含む。他の実施形態では、例えば、アンモニアの塩類、アジ化水素、ヒドラジン、フッ化窒素、第１、第２および第３アミン、並びに、ＮＨ_２ ^＊、ＮＨ^＊＊およびＮ^＊＊＊のような窒素ラジカルといった、窒素の他のソースが使用され得る。ここで“^＊”は結合を形成し得る自由電子を指定する。好ましくは、第２段階１１１は、第１段階１０７によって残された金属含有種の単分子層を、窒素ソースガスに完全に露出するのに十分な時間の間維持される。デュアルダマシン・コンタクトビアの底へ窒素ソースガスが拡散するのに十分な時間の後、金属ソースガスのフローを遮断することで、窒素パルス１０８が終了する。好ましくは、キャリアガスは、窒素ソースガスがチャンバからパージされるまで、パージステップ１１０においてフローを継続する。

窒素パルス１０８の間、窒素ソースガスは、第１段階１０７によって残された、自己終端化された金属単分子層と反応、あるいは自己終端化された金属単分子層上で化学吸着する。この化学吸着は、金属単分子層のハロゲン終端を窒素含有種と交換する、飽和性の配位子交換反応を含み得る。金属窒化物は、その結果、好ましくは単一の単分子層に形成される。望ましくは、そのプロセスは化学式どおりの金属窒化物を残す。金属段階１０７に関して議論されたように、吸着種の物理的なサイズが原因で、可能な部位すべてを単分子層が占有する必要はない。しかしながら、第２段階１１１もまた、自己制限的な効果を有する。

特に、金属ソースガスの先のパルスの間、窒素ソースガスは、ワークピース表面上で化学吸着された金属含有種と反応する。パルス１０８の間のアンモニアは、金属窒化物単分子層を終端化している窒素およびＮＨ_ｘの端部と反応しないであろうので、その反応もまた表面終端化である。そのうえ、温度および圧力条件は、金属単分子層を通じて下層にある物質へのアンモニアの拡散を回避するために準備される。この飽和性の自己制限的反応段階１１１における、より高い濃度の反応物へのより長い露出にもかかわらず、ワークピースの上部表面上に形成された金属窒化物の厚さは、ビア底表面に形成された金属窒化物の厚さを越えない。

いくつかの実施形態では、金属段階１０７（金属ソースパルス１０４およびパージ１０６を含む）および窒素段階１０８（窒素ソースパルス１０８およびパージ１１０を含む）は共に、ＡＬＤプロセスにおいて繰り返されるサイクル１１５を定義する。しかしながら、好ましい実施形態では、サイクルは３つの段階を含む。

特に、好ましいバリア層は、上記した金属段階１０７および窒素段階１１１、そして炭素段階３１１の３つの段階を含む。そしてまた、炭素段階３０８は、次の金属１０４ａのためのベースとして使用される。より好ましい実施形態では、金属はタングステンであり、したがって、バリア層は、互いに周期的に堆積されたタングステン、窒化物、および炭化物を含む。好ましい実施形態では、絶縁体上に直接的に堆積される第１段階は炭素段階であり、引き続き、タングステン、窒素および炭素段階の完全なサイクルがある。好ましくは、サイクルの所要の回数あるいは所要の層の高さが達成されるまで、サイクルが複数回繰り返される。いくつかの実施形態では、バリア層は、約１０〜１００オングストローム、より好ましくは約２０〜６０オングストローム、さらにより好ましくは、約４５オングストローム未満、最も好ましくは約３５〜４５オングストロームの厚さである。

当該技術における熟練者によって認識されるであろうが、それらの結果生じる特性が与えられたこれらバリア層の厚さは、絶縁層が適切なプラズマ技術で適切に処理されていない典型的なバリア層よりも、はるかに薄くなり得る。したがって、いくつかの実施形態では、バリア層の厚さは、同じバリア特性を持つために必要とされるものの４０〜８０パーセントだけ、より好ましくは５０〜７０パーセントだけ、最も好ましくは５５〜６５パーセントだけ低減され得る。さらに、このプロセスが、付加的な密閉層が絶縁物質の上部に配置されることを必要としないので、ライニング全体の厚さもまた、対応する量だけ低減され得る、すなわち、バリアは、好ましくは、処理された表面上に直接位置する。したがって、方法およびそれら方法から結果として生じる構成は、絶縁層上に、以前ではより厚い層に関連するものであった特性（例えば、優れた抵抗およびより長い寿命）を持ちながらも、特に薄い層（例えばバリア層）を含む。

以下の記述は、統合されたプロセスのためのデュアルダマシン・メタライゼーション・スキームでの、バリアの応用に適した金属窒化物層を形成するための例示的なプロセスレシピを提供する。プロセスレシピは、枚葉式ウェハ処理モジュール内での１サイクルを表す。特に、図示するパラメータは、アリゾナ州フェニックスのＡＳＭアメリカ インコーポレイテッドから、商標パルサー３０００（登録商標）で市販されている枚葉式ウェハＡＬＤモジュールでの使用のために開発された。

下記の表中のパラメータは例示にすぎないことに注意。各プロセス段階は、ビア及びトレンチの表面を飽和させるために、より詳細には、絶縁層のプラズマ処理された表面を飽和させるために望ましく準備される。パージステップは、反応的な段階の間に、基板から反応物を除去するために準備される。本明細書の実施例は、オランダ国ＢｉｌｔｈｏｖｅｎのＡＳＭインターナショナルＮ．Ｖ．から販売されているＰＯＬＹＧＯＮ（登録商標）クラスターツール内で、平坦なパターニングされていないウェハ表面上に実施され得る。同様のＡＬＤプロセスが、９０％より高いステップカバレッジ、より好ましくは、約２０より高い縦横比を有する開口において、９５％より高いステップカバレッジを達成することが測定された。本明細書の開示を考慮すれば、熟練者は、異なる反応チャンバについての蒸着条件、および、飽和した自己終端化する段階を許容可能な蒸着速度で達成するために選択された、異なる条件についての蒸着条件を、容易に修正、置換、あるいは変更することができる。プラズマ処理により、この高いコンフォーマル性のＡＬＤプロセスは、添付の寿命および故障データによって実証されるように、最小限の厚さでより高い有効なバリア特性を有し、バリアと絶縁表面との間の優れた界面特性を示す。

好都合なことに、反応物の供給がトレンチ及びビアの表面を飽和させるのに十分である限り、本明細書に記述されたＡＬＤプロセスは、圧力および反応物濃度に比較的影響されない。そのうえ、プロセスは低温で開始され得る。

上記表１は、タングステン窒化物炭化物（ＷＮＣ）のＡＬＤのためのパラメータを示す。述べたように、金属ソースはタングステンヘキサフルオライド（ＷＦ_６）を含み、キャリアガスは窒素（Ｎ_２）を含み、窒素ソースガスは、好ましくはアンモニア（ＮＨ_３）を含み、そして、炭素ソースはトリエチルボロン（ＴＥＢ）である。反応段階のそれぞれの間、所定の他のパラメータが表面を飽和させるのに十分な量で、反応物が供給される。

この場合、ＴＥＢが、反応チャンバへ最初にパルス的にフローされる。次に、金属単分子層が、金属段階で形成され、好ましい条件の下では容易にＷＦ_６と反応しないフッ化物で自己終端化する。次に、先に吸着されたタングステンフルオライド錯体の制限された供給によって制限された反応における窒素段階の間、好ましい窒素ソースガスは、フッ化物を終端化した表面で反応あるいは表面に吸着する。さらに、窒化物形成は、窒素と、飽和性段階において過剰なアンモニアとそれ以上反応しないＮＨ_ｘの終端とを残す。これは、単一の完全な単分子層を、炭素の層、タングステンの層、および窒素の層として形成し、窒素層はＴＥＢと反応することができ、サイクルを再び開始する。ＴＥＢの最初のパルスは、炭素を残しても良いし残さなくても良いが、どんな場合においても、ビア底に残留する任意の金属酸化物をクリーニングするための還元剤としても役立つ。ＴＥＢの後続のパルスは、フィルム内に炭素を残すであろう。

改善されたバリア特性
プラズマ処理された絶縁表面上に形成されたＷＮｘＣｙバリア層は、十分な、あるいは任意のプラズマプロセスが処理されなかった絶縁層上に配置された同様のバリア層と比較して、いくつかの改善されたバリア特性を実証した。次のセクションは、これら改善された特性、これら改善された特性を有する回路に帰着する方法、およびそのような方法を用いて形成された回路について議論する。一般に、回路の最適化は、様々なバリアを有する、プラズマ処理がされたあるいはされない、および異なるプラズマ処理がされた様々な回路の、直接の比較を通じて行われ得る。

ＷＮＣバリア／プラズマ処理された絶縁層
トレンチ及びビアが、パターニング及びエッチングにより、シロキサン絶縁層内に形成された。真空の破壊に引き続き、トレンチ及びビアが形成された絶縁表面が、所望の特性（例えば、未処理の絶縁層上のバリアと比較して、改善されたバリア特性）に帰着するのに十分な期間、この実施例では約１０秒間、Ｈ_２およびＨｅプラズマ処理にさらされる。これに引き続き、ＡＬＤの６０回のサイクルによって、約４０オングストロームの厚さのＷＮ_ｘＣ_ｙバリアが形成された。代替の実施形態では、バリア層は、例えば約３０〜５０オングストローム又は３５〜４５オングストロームの厚さに、より厚くもあるいはより薄くもなり得る。もう一回の真空の破壊に引き続き、約８００オングストロームの厚さの銅のシード層が、ＰＶＤによりその層に追加された。これに引き続き、トレンチ及びビア内へ、銅層が電気めっきされた。このバリアは、以下でより詳細に議論される結果および比較において、「バリア１」あるいは「バリア１Ａ」として識別される。代替の実施形態では、ステップ間に真空の破壊はない。これは、例えば、クラスターツール（例えば、オランダ国ＢｉｌｔｈｏｖｅｎのＡＳＭインターナショナルＮ．Ｖ．製のＰＯＬＹＧＯＮ（登録商標））の使用を通じた様々な方法で達成され得る。代替の実施形態では、上記方法のために特別に設計された装置が使用される。例えば、その装置は、インシチュプラズマプロセス用のチャンバ、ＡＬＤプロセス用の別のチャンバ、および銅の蒸着ステップ用の第３のチャンバを持つことができる。その装置は、真空状態のチャンバ間の転送を可能にし、したがって、ステップ間の任意の表面の偶発的な酸化の危険性はない。これは、様々な方法、例えば、転送チャンバの形式でチャンバ間の空間を取り込み、シーケンシャルプロセス用の複数のチャンバ間を基板が移動する間、転送チャンバを真空状態に維持する方法で達成され得る。あるいは、ステップの各々が実行される前に、装置が減圧ステップを実行してもよい。

この集積回路の、結果的に生じる特性および改善されたバリア特性が、様々な方法でテストされた。プラズマ処理された回路において、エレクトロマイグレーション特性の変化が測定された。所定の回路構造（例えば、０．２マイクロメータの第１金属、０．２マイクロメータの第２金属、および０．１８マイクロメータのビア）について、所定の条件（例えば、１１０℃の温度で５．５×１０^５Ａ／ｃｍ^２の電流密度を使用するモデル）の下で、所定の故障定義（例えば、最初の抵抗からの２０％の偏差）を用いて、プラズマ処理された回路の寿命が分析された。表２を参照すると、上記した条件を用いて、回路のプラズマ処理されたバージョンが、１０年よりも劇的に長く続くと予想された。

さらに、結果的に得られる時間の関数としての故障確率が、図１０Ａ及び図１０Ｂに示される。

バリア層を有する非Ｈｅ／Η_２プラズマ処理された回路
結果的に得られるプラズマ処理された絶縁層が、改善された特性を有するかどうかを調べるための比較は、さらに、Ｈｅ／Ｈ_２プラズマ処理された回路と、代替の集積回路（例えば、異なるプラズマ、プラズマなし、異なるバリア層等で処理された回路）との比較を必要とした。以降の段落は、プラズマ処理された回路と比較される様々な回路のうちのいくつかを簡潔に説明する。

１つの非プラズマ処理された回路は、上記した同様の方法で、同様の真空の破壊を実施されて形成されたトレンチ及びビアを有する。しかしながら、ＷＮＣ層（上記のものと同様）は、その後直ちに絶縁表面に適用され、もう一つの真空の破壊、同様のシード層、および同様の電気めっきステップが引き続いた。したがって、この回路とプラズマ処理された回路との間の唯一の違いは、プラズマ処理であった。この回路は、以下の議論において「バリア２」として表示される。

異なるバリア層を有する他の回路もまた、Ｈｅ／Ｈ_２プラズマ処理された回路との比較のために準備された。トレンチ及びビアが形成された後の最初の真空の破壊に引き続き、Ｔａ／ＴａＮ層が、ＰＶＤにより絶縁層に追加（例えば、約１００オングストロームの深さ）され、同様のシード層、および同様の電気めっきステップが引き続いた。この回路は、以下の比較において「バリア３」として識別される。

異なるタイプのプラズマ（例えば、上記したＨ_２／Ｈｅプラズマの代わりに、ＮＨ_３プラズマ）を採用する以外は、上記したＷＮＣプラズマ処理された実施例と同一の、もう一つの回路が準備された。以下に記述されるように、異なるプラズマを用いる処理は、非常に異なるバリア特性に帰着した。したがって、すべてのプラズマ処理が等価であるとは限らない。この実施例と本明細書に提供された議論とが与えられると、当該技術における熟練者は、どのプラズマが適切かと、どのプラズマが適切でないかとを決定することができるであろう。この回路は、以下の比較において「バリア１Ｂ」として識別される。

図１１に、これらの様々な回路の比較が示され、それは、異なるプラズマ処理を用いて、あるいはプラズマ処理を用いずに作成されたビアと比較して、Ｈｅ／Ｈ_２プラズマが著しく低い抵抗性に帰着することを明白に実証する。実際、最も低いビアチェーン抵抗は、Ｈ_２／Ｈｅプラズマ処理された／ＡＬＣＶＤ ＷＮｘＣｙ構造において観測された。テストされた構造は、デュアルダマシンＭ２（０．２ミクロン）＋Ｖ１（０．１８ミクロン）＋Ｍ１（０．２ミクロン）構造であり、バリアは、ＡＵＲＯＲＡプロセスの製品で作製された。金属は銅であった。このより低い抵抗性は、図１２でさらに示される。図１２は、他のテストされた実施例と比較して、Ｈｅ／Ｈ_２プラズマ処理が、抵抗結果の最もタイトな分布および最も低い抵抗に帰着したことを実証する。

さらに、Ｈｅ／Ｈ_２プラズマ処理された回路内の抵抗の一様性もまた、処理されていない回路（Ｈｅ／Ｈ_２プラズマ処理された回路を描く図１３Ａと、プラズマ処理の無い同一の回路を描く図１３Ｂとを比較）のそれよりも優れていた。グラフから分かるように、プラズマ処理された回路は、より低い抵抗性と、そのより低い抵抗性が、比較的、極めて一様であることとを示す。

さらに、異なる回路間のリークの量が比較された。図１４に示されるように、プラズマ処理された回路は、非プラズマのＴａ／ＴａＮ ＰＶＤ回路と比較して、優れたリーク特性（より少ないリーク）を実証した。

さらに、改善されたもう一つのバリア特性は、絶縁層の隣のバリア層自身の「クリーンさ」であった。これは、主として、バリアと絶縁物質との間の界面の、明瞭さあるいは精密さの表現である。Ｈ_２／Ｈｅプラズマ処理された絶縁層の界面の精密さの程度を表す図１５に示されるように、この特性の分析は、界面の外観検査を通じて達成され得る。いくつかの実施形態では、改善されたバリア特性は、図１５に表したものと同程度に、一様あるいは明瞭となるであろう。

一実施形態では、クリーンさあるいは精密さは、容量、あるいは代わりに界面の厚さを決定することにより測定され得る。界面の容量（あるいは厚さ）がより大きくなると、界面はより「クリーン」でなくなる。したがって、現在のＨ_２／Ｈｅプラズマ処理された界面は、比較的小さな容量を持つであろう。一実施形態では、容量は、界面の一方の側面から他方の側面までの距離を測定することにより近似される。他の実施形態では、界面は、バリア層の厚さの一様性により評価される。したがって、厚さが測定されるところならどこでも常に同じ厚さ（例えば４２オングストローム）であるバリア層は、層が非常にクリーンであることを実証する。一実施形態では、バリア層の厚さの測定がランダムに行われてそれらが平均され、標準偏差が決定される（偏差がより小さいと、界面はよりクリーンである）。他の実施形態では、標準偏差を得るために、設定された位置において設定された回数の測定が行われる。代替の測定方法が、当該技術における熟練者によって認識されるであろう。

示された実施形態では、２点の測定は、バリア層の４．２３および４．２０ｎｍの深さ（あるいは厚さ）を表し、これらは、±０．０２１２の標準偏差を有する４．２１５の平均を生じる。その後、その標準偏差が用いられて、それが平均値の何パーセントであるかが決定され得る。ここで、より少ないパーセントは、よりクリーンな界面を表す。この場合、０．０２１２×２が完全な変化量であり、約１％の厚さの変化量を実証している。一実施形態では、変化量は１０％未満、より好ましくは５％未満、より好ましくは１％未満、さらにより好ましくは０．１％未満、最も好ましくは０．００１％未満となるであろう。これら測定点は、ランダムに、首尾一貫して、周知の方法で、複数の極大点において（任意の２つ以上の測定間の最大の標準偏差を提供するために）、あるいは複数の極小点において選択され得る。

当該技術における熟練者によって認識されるであろうが、プラズマ処理が改善されたバリア層への帰着に成功すると考えられるために、すべての可能なバリア特性が改善される必要はない。いくつかの実施形態では、単一の特性だけが改善され、いくつかの実施形態では、ほとんどの特性が改善される。より好ましい実施形態では、バリア層にとって最も重要な特性が改善され、さらにより好ましくは、１つを除く全ての特性が改善され、さらにより好ましくは、上記実施例において改善されたと識別された、それら全ての特性が改善され、最も好ましくは、全ての特性が改善される。したがって、図１６中で見ることができるように、Ｈｅ／Ｈ_２プラズマ処理された回路のキャパシタンスにわずかな減少があるが、プラズマ処理およびそれ自身のバリアは、まだなお改善されたバリア特性を増強すると考えられる。

当該技術における熟練者によって認識されるであろうが、上記の方法および実施例は、プラズマ条件及び様々な物質の厚さといった変数を最適化するために、並びに、バリア層及び絶縁層といった様々な層を作製することができる代替物質を選択するために使用され得る。さらに、上記したように、等方性のプラズマプロセスを用いたプラズマプロセスはまた、ビアの底から酸化物を除去することができ、結果的に生じる回路をさらに改善する。

金属シード層の形成方法
金属窒化物バリア層の形成の後、デュアルダマシン構造の埋め込みおよび堆積されたバリア層の導電率のために採用される方法に依存して、シード層が望まれてもよい。埋め込み銅は、望ましくは、図示する金属窒化物バリアを覆って電気めっきされる。従って、高導電性のシード層が、バリア層を覆って好ましくは最初に形成される。

当該技術において知られているように、シード層は、好ましくは金属層、より好ましくは銅を含み、多くのプロセスのうちのどれによっても堆積され得る。例えば、それは、好ましくは、銅のシード層を形成するためのＰＶＤあるいはスパッタリングを採用するプロセスによって行われる。ＡＬＤによる先の金属窒化物バリア層を形成する際に得られた高いステップカバレッジに関連して、そのような方法は、多くのデュアルダマシン・スキームに適切であり得る。

あるいは、より高いステップカバレッジでシード層を堆積するために、ＣＶＤプロセスが採用される。有機金属ＣＶＤ（ＭＯＣＶＤ）技術は、例えば、Ｗｏｌｆらによる「Ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｐｐｅｒ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｕｓｉｎｇ Ｃｕ（ＨＦＡＣ）ＶＴＭＳ」，Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ｖｏｌ．４５，Ｎｏ．１，ｐｐ．１５−２７（１９９９年２月）によって開示され、その開示は参照によって本明細書に組み込まれる。

あるいは、シード層もまたＡＬＤにより形成される。より導電性の高い埋め込み金属と、コンタクトビア及びトレンチを完全に埋め込む機会の増大とに利用可能な、より大きな容量のおかげで、接着、バリアおよびシード層の、１つ以上の高いステップカバレッジ形成によって節約された容量は、したがって、より高い導電率の配線に寄与する。

上記の表３はＡＬＤの純粋な金属プロセスを示す。段階を交互にする際、塩化銅が最初に吸着されて、その後ＴＥＢによって還元される。好都合にも、塩化銅は、有機銅の種と比較してより小さな反応性種であり、ワークピース上の反応部位の迅速かつより完全な飽和を促進する。

以降のセクションは、上記ステップおよび層の代替の記述と、それらが互いにどのように相互に関連するかとを簡潔に提供する。

結果的に得られる集積回路
図９ａのデュアルダマシン構造は、典型的な回路の記述のための出発点として役立つことができる。表面は、最初にプラズマ（例えばＨ_２／Ｈｅ、図１７Ａ）で十分に処理され、絶縁層５６及び５０の外部表面から形成されているプラズマ処理層１４８になる。プラズマ処理層１４８（プラズマによって変更された絶縁物質の層）は、絶縁層の上面上に堆積されたバリア層の不規則性を低減する。図１７Ａは埋め込みハードマスク／エッチング停止層５４を図示せず、ＣＭＰ停止層５８もまた図９Ａに示されていない。先に述べたように、いくつかの実施形態では、トレンチ及びビアは単一の絶縁層内に画定されることができる。例えば、トレンチ及びビアはＶＦＴＬアプローチにより形成され得る。

ライナー（あるいはそこにある少なくとも１つのサブレイヤ）は、層の特徴的な断面形状による、特にこの断面形状の一様性による、非常にコンフォーマルなＡＬＤプロセスの結果でありえる。より好ましい実施形態では、ライナー層のバリア層１５０のセクションは、タングステン、窒素、および炭素を含む。この方法は、高いコンフォーマル性の、金属窒化物炭化物の導電層を製造する。ＡＬＤライニング層は、バリア層単独で構成され得る。

デュアルダマシンプロセスのバリアのニーズに従って、そして特に、速く拡散する埋め込み金属銅に関連して、ライニング層のバリア層１５０は、そのバリア機能（図１７Ｂ）の十分な性能のために必要なほぼ最小の厚さで形成される。従って、深いトレンチ及びビア構造をライニングするバリア層１５０は、好ましくは約２０Åあるいはそれ以上の厚さを有する。同時に、ここに開示された方法によって提供される高いステップカバレッジは、絶縁側壁および導電性のビア底を含むトレンチ６０及びコンタクトビア６２のすべての表面にわたって一様な、所望の厚さの形成を可能とする。従って、ビア６２内のバリア層は、好ましくは、構造の何れのポイントにおいても、また、プロセスの間の何れのポイントにおいても、高々約２００Åである。より好ましくは、好ましい実施形態のバリアは、厚さの最大値が、約２０Å〜１００Åになるように、さらにより好ましくは約３０Å〜６０Åになるように、さらにより好ましくは約３５〜４５オングストロームになるように、そして、最も好ましくは約４２Åの厚さに堆積される。

いくつかの条件の下では、単分子層の一部分のために十分な物質は、すべての利用可能な部位の占有を防ぐ化学吸着種の物理的なサイズにより、特に、吸着種が有機的な配位子を含む場合には、１サイクル毎に堆積される。好ましい実施形態では、約２０サイクルあるいはそれより多いサイクルが、より好ましくは約３０〜９０サイクルが、さらにより好ましくは約３０〜６０サイクルが、最も好ましくは約６０サイクルが用いられる。

述べたように、本明細書に記述された方法は、好ましい実施形態の高い縦横比のトレンチ及びビア構造にもかかわらず、極めて高いステップカバレッジ（ビアの側壁上のライナーの厚さの比率と同様に、ビアの底面上のライナーの厚さとして定義される）を可能とすることができる。ライニング層、および特にライナー内にＡＬＤ形成されたフィルムは、好ましくは、約９０％より高い、より好ましくは約９３％より高い、最も好ましくは約９７％より高いステップカバレッジを示す。

今、図１７Ｃを参照すると、バリア層１５０を覆ってシード層１５５が付加的に形成されている。上記したように、電気めっきにより埋め込み金属が堆積されることになっている部分、および、バリア層１５０が、有効な電気めっきのために不十分な導電率を実証する部分に、そのようなシード層１５５が望まれる。そのような条件の下では、ＡＬＤあるいはＣＶＤによって、最も好ましくはＰＶＤによって、シード層１５５が加えられることができる。図示する実施形態では、「純粋な」銅がシード層に採用される。好ましい実施形態では、銅のシード層は、６００〜１０００オングストローム、より好ましくは７００〜９００オングストローム、最も好ましくは約８００オングストロームの厚さである。他の組み合わせでは、前述の非電気めっき埋め込み手順のプロセスフローのように、あるいは、バリア層が十分に導電性であり、電気めっきされた銅の直接の核形成を可能とするところのプロセスフローのように、バリア層１５０を覆うシード層が採用されない。

今、図１７Ｄを参照すると、ライニングされたダマシン構造は、その後、高導電性の金属１６０で埋め込まれている。シードフィルムがバリア層１５０を覆って形成される図示する実施形態では、埋め込み金属１６０は、好ましくは電気めっきされた銅を含む。他の実施形態では、当該技術における熟練者によって認識されるであろうが、アルミニウムなどの金属が、高圧および／または高温の下で堆積されることができ、深いトレンチ及びビア構造内へのリフローを促進する。効果的なバリアは、そのような堆積プロセスに伴う厳しい条件の間のスパイクを防ぐ際にもまた重要である。

今、図１７Ｅを参照すると、前記構造は、その後化学機械研磨（ＣＭＰ）あるいは他のエッチバックプロセスによって平坦化され、トレンチ６０内に分離された、そこから下方へ伸びるインテグラルコンタクト１８０を有する配線１７０を残している。埋め込み金属１６０の拡散は、埋め込みプロセスの間と、同様に、それに続く任意の高温プロセスの間との両方で妨げられる。

好都合にも、プラズマエネルギーは、絶縁層５０および５６の、水平および垂直セクションの両方の全表面に、容易に向けられることができる。上記で詳細に議論されたように、プラズマ処理されたライナー層の表面は、プラズマ処理によって変更され、プラズマ処理された層１４８に帰着する。そのうえ、そのような処理は、エッチング停止層あるいはバリア層のような介在層を通じてさえ実行されることができ、開いた孔パスを通じた後続の拡散を最小限にする。しかしながら、上記した開示に従って、プラズマによるそのような処理は、好ましくはバリア層あるいは他の層の生成に先行する。安定した滑らかな界面を作る際に、絶縁物質の側面上の細孔が重要でないと以前には考えられていたが、本データは、絶縁層の側面のプラズマ処理が、とりわけ正確あるいは一様な、優れた層界面（例えばバリア層／絶縁層）を生じ得ることを示している。

上記シーリングプロセスの１つの利点は、それが蒸着技術に比べて非常に効率的かつ安価であることである。

上記のシーリングあるいは絶縁体を巧みに処理するプロセスは、以上に議論されるように、後続のＡＬＤプロセスによる開口の埋め込みを防ぐのに特に有用である。しかしながら、そのようなシーリングあるいは絶縁体の巧みな処理はまた、後続の、様々なソースから多孔性の構造の開口への拡散を防ぐのに有用になり得ることが認識されるであろう。

図１７Ａ〜１７Ｅでは、エッチング停止層もＣＭＰ停止層も採用されない。ビアの底部はプラズマ処理された層として示されないが、この部分もまた、プラズマにさらされ得る。しかしながら、金属をプラズマにさらすことの利益は、絶縁物質をプラズマにさらすことの利益とは異なる。上で述べたように、いくつかの実施形態では、等方性の還元プラズマによるビアの底の処理もまた、装置にとって有益になり得る。

当該技術における熟練者によって認識されるであろうが、上記教示はまた、上記したステップを実行することができる装置を生成するのに用いられ得る。特に興味のあるものは、バリア層が堆積される第２のチャンバへ真空の下で回路を転送し、銅が追加されることができる第３のチャンバへ真空の下で回路を転送する１つのチャンバ内において、表面をプラズマ処理することができる装置である。もちろん、装置がプラズマ処理をいくつかの方法でアシストする限り、バリエーションもまた熟考され得る。

上記した発明は、或る好ましい実施形態に関して記述されたが、当該技術における熟練者には他の実施形態が明らかであろう。例えば、プロセスには、特定のライニング物質が特に規定されているが、熟練者は、他の物質を有するライニング・ダマシン構造にＡＬＤ法を適用することができることを容易に認識するであろう。そのうえ、デュアルダマシン・メタライゼーションの特定のプロセスフローおよび構造に関して図示されたが、熟練者は、本明細書に開示された方法が役に立つであろうスキームのバリエーションを認識するであろう。さらに、本明細書の開示を考慮した他の組み合わせ、省略、置換、および修正が、熟練者には明らかであろう。従って、本発明は、好ましい実施形態の詳細な説明により制限されて解釈されず、代わりに、添付の特許請求の範囲の参照により定められる。

それ自身のトレンチ及びコンタクトビアをライニングする従来のバリア層を有するデュアルダマシン構造の概略断面図である。 縮小された集積回路について図１と同様にライニングされたデュアルダマシン構造を概略的に図示する。 より高い導電物質での埋め込みに先立って、高い縦横比のデュアルダマシン構造をライニングする方法を概略的に図示するフローチャートである。 反応物が２つの原子層堆積プロセスについての例示的なガスフロー・ダイヤグラムである。 バリア層５１を覆う第１又は下部絶縁層５０並びに下部相互接続層の一部を形成する導電素子５２を示す。 付加的なエッチング停止層又はハードマスク５４が絶縁層５０を覆って形成された後の図５の構造を示す。 マスクおよびエッチングプロセスが付加的なエッチング停止層５４に開口５５のパターンを転写した後の図６の構造を示す。 第２又は上部絶縁層５６が付加的なエッチング停止層５４を覆って形成され、第２の付加的なエッチング又はＣＭＰ停止層５８が上部絶縁層５６を覆って形成された後の図７の構造を示す。 トレンチ６０（１つ示す）及びコンタクトビア６２（１つ示す）がエッチングされてデュアルダマシン構造が形成された後の図８の構造を示す。 マスク誤整列に起因するより高い有効縦横比を有するキャップされていないデュアルダマシン構造を示す。 小さいが非常に高い縦横比のオーバエッチングホール７２を有する完全には重ならないコンタクトビア６２を示す。 ビア底からの選択的エッチングに起因する空洞８０を示す。 フォトレジスト除去中の絶縁層５０、５６に対する攻撃に起因するトレンチ６０及びビア６１内の樽形の断面形状を有するダマシン構造を図示する。 プラズマ処理されたＬｏｗ−ｋ物質中のダマシントレンチ内に形成された相互接続の信頼性に関連するエレクトロマイグレーションを図示するグラフである。 プラズマ処理されたＬｏｗ−ｋ物質内に形成された相互接続の信頼性に関連するエレクトロマイグレーションを図示するグラフである。 様々な回路のビア抵抗を比較するグラフである。 ビア抵抗とＨｅ／Ｈ_２プラズマ処理された絶縁体中に形成されたダマシン相互接続を含む様々な相互接続構造についての変動性とを比較する棒グラフである。 非処理の絶縁体と比較してＨｅ／Ｈ_２プラズマ処理された絶縁体中に形成された金属についてのより低い抵抗とより大きな一様性とを図示するグラフである。 Ｈｅ／Ｈ_２プラズマで処理されていない絶縁体中に形成された回路のより高い抵抗とより低い一様性とを図示するグラフである。 様々な回路のリーク特性を比較するグラフである。 Ｈｅ／Ｈ_２プラズマ処理された絶縁表面とその結果生じるバリア層を有するクリーンな界面とのＴＥＭ画像である。 様々な回路のキャパシタンス特性を比較するグラフである。 図９Ａのプラズマ処理された絶縁層を示す。この統合化スキーム中では付加的なエッチング停止層５８は存在しない。 図１７Ａの絶縁体５６および５０のプラズマ処理された表面１４８上に堆積されたバリア層１５０を示す。 シード層１５５を用いる追加のライニング後の図１７Ｂのデュアルダマシン構造を示す。 高導電性の金属１６０で覆って埋め込まれた図１７Ｃのデュアルダマシン構造を示す。 化学機械研磨（ＣＭＰ）又は他のエッチバックプロセスによる平坦化によって形成された分離された配線１７０を有する図１７Ｄの埋め込まれたダマシン構造を示す。

Claims (55)

1. 半導体基板上のｋの低い絶縁層内に、所望の相互接続パターンでトレンチを形成するステップと、
   プラズマプロセスを実施されていないトレンチの表面に結合されるバリア層と比較して、バリア層のバリア特性を改善するのに十分な条件の下で、前記トレンチの露出する表面を前記プラズマプロセスで処理するステップと、
   前記トレンチの露出する表面を前記プラズマプロセスで処理するステップの後に、原子層堆積（ＡＬＤ）プロセスにより、前記トレンチの前記表面を前記バリア層でライニングするステップとを含むメタライゼーション・プロセス。
2. 前記バリア層を覆う銅のシード層を堆積するステップをさらに含む請求項１のプロセス。
3. 前記ｋの低い絶縁層内に、前記トレンチと通じるビアを形成するステップをさらに含む請求項１のプロセス。
4. 前記プラズマプロセスが、Ｈｅ／Ｈ_２プラズマプロセスである請求項１のプロセス。
5. 前記トレンチを形成する前記ステップと前記プラズマプロセスとの間に、前記トレンチが酸化されない請求項４のプロセス。
6. 前記Ｈｅ／Ｈ_２プラズマプロセスの前に、酸化物除去プロセスで、下部導電素子の露出する部分をさらに処理し、金属酸化物を還元するステップをさらに含む請求項４のプロセス。
7. 前記プラズマプロセスが、Ｈｅ／Ｈ_２プラズマプロセスであり、該Ｈｅ／Ｈ_２プラズマプロセスが、トレンチ側壁を処理する間に、下部導電素子から酸化物を還元し、前記バリア特性を改善する請求項１のプロセス。
8. 前記改善されたバリア特性が、前記プロセスにより形成された回路について、０．１％未満の累積故障リスクでの使用の１０年より長い延長された寿命である請求項１のプロセス。
9. 前記延長された寿命が約１７年である請求項８のプロセス。
10. 前記プラズマプロセスが、２５０〜３５０℃でのＨｅ／Ｈ_２プラズマプロセスを含む請求項１のプロセス。
11. 前記相互接続パターンが、それ自身の底で導体を露出させるビアを含み、前記改善されたバリア特性が、前記プラズマプロセスがなされていないビアよりも、低いビアチェーン抵抗である請求項１のプロセス。
12. 前記低いビアチェーン抵抗が、前記Ｈｅ／Ｈ_２プラズマプロセスの欠如を除いて同一のプロセスによるトレンチ内のビア内の抵抗よりも、約１％〜約２０％低い請求項１１のプロセス。
13. 前記改善されたバリア特性が、前記バリア層のより一様な抵抗である請求項１のプロセス。
14. 前記改善されたバリア特性が、エレクトロマイグレーションにおける改善された故障時間である請求項１のプロセス。
15. 前記バリア特性を改善するのに十分な前記条件が、露出時間の総量を含み、前記露出する表面が５〜２０秒の間処理される請求項１のプロセス。
16. 前記バリア特性を改善するのに十分な前記条件が、１３．５ＭＨｚで１００〜２００Ｗで生成されたプラズマを含む請求項１のプロセス。
17. 前記バリア特性を改善するのに十分な前記条件が、１０〜１６０部のＨ_２に対して１９０〜４０部のＨｅを含むプラズマを含む請求項１のプロセス。
18. 前記バリア層が、タングステン、窒素、および炭素を含む請求項１のプロセス。
19. 前記バリア層が、約３５〜４５オングストロームの厚さになるように堆積される請求項１８のプロセス。
20. 前記バリア層が、本質的にＷＮ_ｘＣ_ｙから構成される請求項１８のプロセス。
21. 物理気相蒸着法（ＰＶＤ）プロセスにより、前記バリア層上に銅のシード層を蒸着するステップをさらに含む請求項２０のプロセス。
22. 前記絶縁層が、Ｌｏｗ−ｋのシロキサンポリマーを含む請求項１のプロセス。
23. 前記プラズマプロセスが、前記トレンチの前記露出する表面へプラズマ生成物を供給するステップを含み、該プラズマ生成物がリモートに生成される請求項１のプロセス。
24. 有効なバリア層を形成する際に、３０〜６０回のＡＬＤサイクルが実行される請求項１のプロセス。
25. 前記トレンチの前記露出する表面が、エッチング停止層あるいはＣＭＰ停止層を含まない請求項１のプロセス。
26. 絶縁層内にビアを形成するステップをさらに含み、前記トレンチ及びビアが、ビア−ファースト・トレンチ−ラスト（ＶＦＴＬ）プロセスにより形成される請求項１のプロセス。
27. 前記ｋの低い絶縁層が、埋め込みエッチング停止層を含む請求項１のプロセス。
28. 半導体基板上の絶縁層内に、所望の配線パターンに形成されたトレンチと、
    前記トレンチの底から下方へ伸びて、下部導電素子の少なくとも一部を露出させるコンタクトビアと、
    前記トレンチの表面上に直接形成された、タングステン、窒素、および炭素を含むバリア層と、
    前記バリア層に付着する銅層とを備える集積回路。
29. 前記回路が、１１０℃および５．５×１０^５Å／ｃｍ^２の電流密度の使用条件で、１０年より長い期間０．１％の累積故障リスクを有する請求項２８の回路。
30. 前記絶縁層が、ｋの低い物質を含む請求項２８の回路。
31. 前記ｋの低い物質が、Ｌｏｗ−ｋ物質、ウルトラＬｏｗ−ｋ物質、エクストリームＬｏｗ−ｋ物質、およびシロキサンポリマー絶縁フィルムからなる群から選択される請求項３０の回路。
32. 前記ｋの低い物質が、多孔性かつ約３．３未満の誘電率を有する請求項３１の回路。
33. 前記ｋの低い物質が、−ＳｉＲ_２Ｏ−の繰り返し構造単位を有する請求項３１の回路。
34. 前記バリア層の厚さの標準偏差が、約１％である請求項２８の回路。
35. 前記バリア層が、約２０〜６０オングストロームの厚さである請求項３４の回路。
36. 前記バリア層が、約９５％より高いステップカバレッジを有する請求項２８の回路。
37. 前記絶縁層が、一般式Ｓｉ_αＯ_βＣ_ｘＨ_ｙ（ここでａ、β、ｘおよびｙは整数である）のシリコン含有炭化水素化合物である請求項２８の回路。
38. 基板上の絶縁表面のインシチュプラズマプロセス用に設定された第１のチャンバと、
    金属窒化物炭化物バリア物質の原子層堆積用に設定された第２のチャンバと、
    前記金属窒化物炭化物物質にシード層を適用するために設定された第３のチャンバと、
    前記第１、第２および第３のチャンバ間の空間であって、該空間が、該空間内において前記基板が前記第１、第２および第３のチャンバ間を移動することを可能にし、前記チャンバ間の転送の間、前記第１、第２および第３のチャンバ間の前記空間が真空を維持するように設定された空間とを備えるメタライゼーションのために設定されたクラスターツール。
39. 前記第３のチャンバに操作可能に接続された銅のソースをさらに備える請求項３８のクラスターツール。
40. 前記第２のチャンバに操作可能に接続された、窒素のソースと炭素のソースとをさらに備える請求項３８のクラスターツール。
41. 前記第２のチャンバに操作可能に接続された金属のソースをさらに備える請求項４０のクラスターツール。
42. 前記金属のソースが、タングステンを含む請求項４１のクラスターツール。
43. 絶縁層の表面をプラズマ処理するステップであり、前記プラズマ処理が、前記表面を処理するための還元プラズマの使用を含むステップと、
    前記絶縁層の前記表面をプラズマ処理するステップの後に、原子層堆積（ＡＬＤ）により堆積された、金属、炭素、および窒素を含むバリア層で、前記表面をライニングするステップとを含み、前記バリア層の厚さの標準偏差が、前記バリアの前記厚さの平均の約５％未満である点で、前記表面と前記バリア層との間の界面が比較的一様である集積回路作製方法。
44. 前記バリア層を覆う電気化学堆積シード層を形成するステップをさらに含む請求項４３の方法。
45. 前記金属がタングステンである請求項４３の方法。
46. 前記還元プラズマが、Ｈ_２およびＨｅから形成されたプラズマを含む請求項４３の方法。
47. 前記プラズマが、１０〜１６０部のＨ_２に対して１９０〜４０部のＨｅを含む請求項４６の方法。
48. 前記プラズマにより処理されることになっている前記表面を含む前記層が、ｋの低い絶縁物質を含む請求項４３の方法。
49. 前記絶縁物質が、フッ素化ケイ酸塩ガラス、テトラエチルオルソシリケート、および多孔性の絶縁物質からなる群から少なくとも１つ選択される請求項４３の方法。
50. 前記バリア層の厚さの前記標準偏差が、前記バリアの前記厚さの前記平均の約１％未満である請求項４３の方法。
51. プラズマ処理された前記表面が、ビアの表面およびトレンチの表面である請求項４４の方法。
52. プラズマ処理された前記表面が、ダマシントレンチの表面である請求項４５の方法。
53. 前記回路が、０．１％未満の累積故障リスクでの使用の１０年より長い延長された寿命を有する請求項５２の方法。
54. 前記プラズマ処理で作製される回路が、前記プラズマ処理なしで作製される回路よりも優れたバリア特性を持つように、前記プラズマ処理が十分に実行され、他の点では同じプロセスによって、２つの前記回路が作製される請求項４３の方法。
55. 前記プラズマ処理で作製される回路が、前記プラズマ処理なしで作製される回路よりも低い抵抗性を持つように、前記プラズマ処理が十分に実行され、他の点では同じプロセスによって、２つの前記回路が作製される請求項４３の方法。