図面 (/)

技術 半導体デバイスの銅の酸化および汚染を減少するための方法および装置

出願人 アプライドマテリアルズインコーポレイテッド
発明者 ジュディエイチ.ハンクリストファーデニスベンチャースドゥハラティクリストファーエス.ガイボーホーエンキム
出願日 2000年7月31日 (18年5ヶ月経過) 出願番号 2000-231957
公開日 2001年4月6日 (17年9ヶ月経過) 公開番号 2001-093902
状態 未査定
技術分野 半導体のドライエッチング 絶縁膜の形成
主要キーワード 処理源 支持ステム 導電性デバイス スパッタリングステップ ケイ化銅 天然酸化物 クロス汚染 超大規模集積化
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2001年4月6日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (4)

課題

半導体デバイスインタフェース酸化を減少するための方法および装置を開示する。

解決手段

半導体デバイスの第1の層104と第2の層108との間の部分的に酸化されたインタフェース110を持つ第1の層104に水素含有プラズマを作用させて、酸化されたインタフェース110を減少させ、第2の層108形成材料にも水素含有プラズマを作用させて、酸化防止の環境下で第1の層104上に堆積させる。第1の層104を絶縁層として、その中に配置された単一または複数の導電性材料デバイス106を含む場合も、両者の間のインタフェースに連続のプラズマ処理を行って酸化を除去し、その上に第2の層108を堆積する。

概要

背景

概要

半導体デバイスインタフェース酸化を減少するための方法および装置を開示する。

半導体デバイスの第1の層104と第2の層108との間の部分的に酸化されたインタフェース110を持つ第1の層104に水素含有プラズマを作用させて、酸化されたインタフェース110を減少させ、第2の層108形成材料にも水素含有プラズマを作用させて、酸化防止の環境下で第1の層104上に堆積させる。第1の層104を絶縁層として、その中に配置された単一または複数の導電性材料デバイス106を含む場合も、両者の間のインタフェースに連続のプラズマ処理を行って酸化を除去し、その上に第2の層108を堆積する。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
0件

この技術が所属する分野

(分野番号表示ON)※整理標準化データをもとに当社作成

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

半導体デバイスインタフェース酸化を減少するための方法であり、前記半導体デバイスは少なくとも第1の層と第2の層を持ち、上記インタフェースは前記第1の層と前記第2の層との間に配置され、(a) 部分的に酸化されたインタフェースを持つ前記第1の層を供給するステップ、(b)水素含有プラズマを前記インタフェースに導入するステップ、(c) 上記前記インタフェースの酸化された部分を化学的に減少するステップ、(d) 第2の層形成材料を前記水素含有プラズマに導入するステップを含む、方法。

請求項2

前記第1の層がさらに、絶縁材料の中に配置された単一または複数の導電性材料デバイスを持つ絶縁材料を含む、請求項1の方法。

請求項3

前記インタフェースが概して均一な表面として定義され前記絶縁材料と前記導電性材料が一致する、請求項2の方法。

請求項4

前記導電性材料が酸化される、請求項3の方法。

請求項5

ステップ(b)がさらに、上記インタフェースにアンモニアを導入するステップを含む、請求項4の方法。

請求項6

上記アンモニアが約50〜3,000sccmの流量で導入される、請求項5の方法。

請求項7

水素含有プラズマに約50〜500Wの電力通電される、請求項4の方法。

請求項8

ステップ(b)が約2〜60秒で行われる、請求項4の方法。

請求項9

ステップ(c)がさらに、前記インタフェースにシランを導入するステップを含む、請求項4の方法。

請求項10

上記シランが約50〜500sccmの流量で導入される、請求項9の方法。

請求項11

プラズマが導入された水素含有の第2の層形成材料に約200〜1,000Wの電力が通電される、請求項4の方法。

請求項12

半導体デバイスのインタフェースの酸化を減少するための方法であり、前記半導体デバイスは少なくとも、第1の絶縁層を有し、上記第1の絶縁層は、その中に配置された単一または複数の導電性材料デバイスと、第2の層を持ち、上記インタフェースは前記第1の層と前記第2の層との間に配置され、前記方法は、(a) 前記インタフェースに酸化された導電性材料を持つ前記第1の層を供給するステップ、(b)アンモニア/窒素プラズマを前記インタフェースに導入するステップ、(c)シランを前記アンモニア/窒素プラズマに導入するステップを含む、方法。

請求項13

上記アンモニアが50〜3,000sccmの流量で導入され、上記窒素が2000〜20,000sccmの流量で導入され、前記流量に約50〜150Wの電力が通電される、請求項12の方法。

請求項14

上記シランが約50〜3,000sccmの流量で導入され、約460Wの電力が通電される、請求項12の方法。

請求項15

半導体デバイスインタフェースであって、第1の絶縁層と、前記絶縁層中に配置された単一または複数の導電性材料デバイスとを含み、前記絶縁層と導電性材料デバイスは前記インタフェースを定義し、前記インタフェースに連続のプラズマ処理を行い酸化を除去し前記インタフェース上に第2の層を堆積する、インターフェース

請求項16

前記絶縁層は酸化物と窒化物から選択される、請求項15のインタフェース。

請求項17

前記導電性材料が、チタンタンタルタングステン、銅からなるグループから選択される、請求項15のインタフェース。

請求項18

前記導電性材料が銅である、請求項17のインタフェース。

請求項19

前記第2の層が絶縁層である、請求項15のインタフェース。

請求項20

前記第2の層が、シランのプラズマ強化CVDから形成される窒化物、アンモニア、窒素から構成される、請求項19のインタフェース。

--

0001

関連出願の相互参照
本出願は、参考形式で本願に組み込まれる、一般に譲渡され1998年11月17日に提出された同時出願の、09/193920号「酸化銅減少のためのプラズマ処理PLASMA TREATMENTFORCOPPEROXIDE REDUCTION)」の一部継続出願である。

0002

開示の背景
1.発明の分野
本発明は、半導体デバイスの製造に関し、特に、半導体デバイスの製造中に半導体デバイスにおける導電材料酸化の可能性を減少させるための方法と装置に関する。

0003

2.背景技術の説明
超大規模集積化(ULSI)半導体基板上に製造された集積回路は、回路を含む個別の半導体デバイスを電気的に接続するために、複数の導電性相互接続のレベルを必要とする。従来、相互接続の複数のレベルは絶縁材料の層で分離される。挿入された絶縁材料の層は、あるレベルの相互接続を他のレベルの相互接続に接続する為に用いられる孔を介してエッチングされる。一般に、導電性相互接続材料アルミニウムチタンタングステンタンタルである。デバイスの大きさが減少しデバイスの密度が増加するにつれ、銅などの低いレベルの抵抗率を持つ導電性材料を利用する必要が出てくる。

0004

上記のような集積回路を作るための周知方法は化学気相成長法CVD)である。一般に、先行ガス搬送ガスと混合され、高温堆積チャンバに導入される。チャンバ内の基板(すなわち、半導体ウエーハ)と接触するや否や、先行ガスは様々な成分に分解されて、表面と反応し所望の材料(絶縁層、一般に酸化物または銅などの導電性材料)が作られる。このような処理も、チャンバ内のプラズマを使用することで強化されてもよいが、チャンバはより均一な堆積処理に備える、すなわち導電性材料で酸化層の開口を塞ぐときに備える。しかし、CVD処理欠陥が好ましくない結果をもたらす。導電性材料が基板上に堆積され、絶縁層または障壁層が導電性材料上に堆積され、導電性材料が酸化減少反応をする時間のためであることが判明した。例えば、銅の相互接続の一番上でさらされる表面は酸化銅と化す。このような表面酸化物は、その上に堆積されるその後の材料層粘着を抑制する。

0005

導電性相互接続から天然酸化物を除去するための、この分野で知られた1つの特有の方法はスパッタリングによるものである。すなわち、相互接続は不活性ガス(すなわち、アルゴンキセノンなど)の非常に活発なプラズマ形態にさらされる。プラズマの非常に活気に満ちた分子酸化表面に当たり、その結果、酸化物分子を剥がしたりスパッタリングする。しかし、スパッタリング作用物理的な特質のために、堆積された銅も少量がスパッタリングされることを防止するのは困難である。銅がスパッタリングされることが好ましくないのは、相互接続から要求された導電性材料が除去されるからであり、また処理チャンバクロス汚染をもたらすからである。クロス汚染は、それによって特に堆積されたもの以外の材料も層に混合される状態である。例えば、部分的に形成された半導体デバイスに、銅の相互接続から酸化銅を除去するため、処理チャンバでスパッタリングステップが行われる。このステップ中、銅もまたスパッタリングされ、意図せずチャンバに放出される。同一のチャンバで行われる以下の絶縁層堆積ステップにおいて、スパッタリングされた銅は絶縁層に堆積され、クロス汚染をもたらす。クロス汚染はまた、それによってスパッタリングされた銅が半導体ウエーハ処理システムの処理チャンバに搬送される状態であってもよい。どちらの状況でも、クロス汚染は半導体デバイス製造処理の好ましくない側面である。

0006

物理的なスパッタリングは最適の解決策ではないので、天然酸化物の化学的除去が考慮される。当業者に周知のある特有の化学的除去の方法は、水素ベースのプラズマの利用を含む。例えば、第1のプラズマは、アンモニア(NH3)または水素(H2)などの水素ベースの化学的反応の種類から形成される。反応の種類は、酸化物と化学的に反応し減少させ、銅(Cu)と副生成物(すなわち、水(H2O)と水酸化物(OH))を形成する。これらの副生成物は、処理チャンバから汲み出され、プラズマは減少処理を終わらせるために消される。次に、窒化物形成ガス、すなわちシランSiH4、アンモニアNH3、窒素N2が、窒化物のCVDに適する第2のプラズマを形成するために導入される。残念ながら、この処理中に粘着も悪く影響するが、それはシランがチャンバから排出されなかった残留水または残留水酸化物と反応するためである。このような反応は、導電性相互接続の上に形成される好ましくない霞んだ膜をもたらす。加えて、次の処理ステップに備えてプラズマが消されるとき、銅とシランは熱反応ケイ化銅(CuSiX)を形成する。これらの膜はどちらもその後の堆積のためには好ましくない。

0007

従って、当分野には、デバイスを形成するために用いられる導電性材料の天然酸化物形成の量を減少させる、半導体デバイス構造の方法が必要とされている。

0008

発明の要約
先行技術に付随する短所は、本発明の、半導体デバイスのインタフェースの酸化を減少させるための方法により克服される。半導体デバイスは少なくとも第1の層と第2の層を持ち、第1の層と第2の層との間にインタフェースが配置される。この方法は、部分的に酸化されたインタフェースを持つ第1の層を供給するステップ、水素含有プラズマをインタフェースに導入するステップ、第2の層形成材料を水素含有プラズマに導入するステップを含み、その結果、インタフェース上に減少/堆積の連続のプラズマ処理が形成される。第1の層はさらに、第1の層の中に配置された単一または複数の導電性材料デバイスを持つ絶縁材料を含み、インタフェースは概して均一な表面と定義され、絶縁材料と導電性材料は一致する。導電性材料はインタフェースの酸化を構成する。この方法はさらに、水素含有プラズマを導入するステップの代わりに、インタフェースにアンモニアを導入するステップを含む。このようなアンモニアは約50〜300sccmの流量で導入され、水素含有プラズマには約50〜500Wの電力通電され、このステップは約2〜200秒で行われる。本発明の好適な実施の形態では、アンモニア流量は75sccm、プラズマ電力は150Wで、このステップは10秒で行われる。

0009

第2の層形成材料を水素含有プラズマに導入するステップはさらに、インタフェースにシランを導入するステップを含む。このようなシランは、約220sccmの流量で導入され、プラズマが導入された水素含有の第2の層形成材料には約460Wの電力が通電され、このステップは約9秒で行われる。加えて、この方法の全てのステップを一つのチャンバで単独に行う代わりに、この方法の最初の2つのステップが第1の処理チャンバで行われ、第3のステップが第2の処理チャンバで行われてもよい。

0010

本発明に従った装置(すなわち、半導体デバイスインタフェース)は、第1の絶縁層、絶縁層内に配置された単一または複数の導電性デバイス、インタフェースを定義する絶縁層および導電性デバイスを含み、インタフェースに連続のプラズマ処理を行い酸化を除去しインタフェース上に第2の層を堆積する。インタフェースの絶縁層は酸化物と窒化物から選択され、望ましくは窒化物である。インタフェースの導電性材料は、チタン、タンタル、タングステン、銅から選択され、望ましくは銅である。インタフェースの第2の層は、絶縁層であり、望ましくはシランのプラズマ強化CVDから形成される窒化物、アンモニア、窒素から構成される。

0011

本発明に記載される方法と装置により、半導体デバイスインタフェースの酸化された材料の量の減少が認識される。それ自体の次に形成される層は、より大きい粘着力を持ち、このような層から形成されるデバイスの完全性品質は高められる。

0012

詳細な説明
図1は、本発明に従って部分的に形成された集積回路装置100を示す。装置100は、基板材料102(一般にSiO2などの誘電材料)で構成され、様々な材料の複数の層103が基板材料102の上に配置されている。様々な層は、導電性経路回路デバイスなどを作製するために異なる電気的な性質を持つ。これらの経路やデバイスは、多様な他の線、相互接続、デバイス(図示せず)を介して他のデバイスに基板上で連結される。例えば、第1の層104は基板102の上部に配置された絶縁層で、一次絶縁体役割を果たす。このような層は、二酸化ケイ素窒化ケイ素炭化ケイ素、酸化物、BLACKDIAMONDなどの2.4〜3.0の値を持つkの小さい材料から成るグループから選択された誘電材料で作られている。BLACKDIAMONDは、カリフォルニア州のサンタクララアプライドマテリアルズ社商標である。当業者に既知の絶縁材料の他のタイプは、第1の絶縁層104を形成するために用いられてもよい。絶縁層104のうちで、様々な回路経路または回路デバイス106は、アルミニウム、チタン、タングステン、タンタル、好ましくは銅などの導電性材料で構成される。絶縁層104と導電性の回路経路または回路デバイス106の上に配置されるのは、第2の絶縁層108である。一般に、第2の絶縁層108は前述の材料などの導電性材料であるが、必ずしも第1の絶縁層104と同一の材料ではない。

0013

インタフェース110は、導電性の経路(デバイス)106と絶縁層104が接触する、概して均一な表面と定義されている。このインタフェース110の部分112は、導電性の経路(デバイス)106によって構成され、それ自体は第2の絶縁層108の配置に先立って酸化される。本発明に従い、特に以下に記述される方法ステップに対し従い、インタフェース部分112は酸化の量が大幅に減少されるように処理される。従って、第2の絶縁層108は、より大きい粘着力と全体的な製品の完全性と信頼性をもってインタフェース110の上に配置される。

0014

集積回路装置100は、化学気相成長法(CVD)とプラズマ強化化学気相成長法(PECVD)から成るグループから選択された処理により形成される。CVD/PECVDおよびこれを行うための装置は、米国特許番号5,000,113に記載され、参考形式で本願に組み込んである。図2は、前述のプラズマ減少処理が行われるCVDプラズマリアクタ200の断面図である。このようなリアクタは、カリフォルニア州のサンタクララのアプライドマテリアルズ社が製造し販売しているCentura DxZプラットフォームの一部であってもよい。本発明は、ランプ加熱リアクタなどの他のリアクタでも用いられる。リアクタ200は、ガス分配マニホルド202を含み、ガス分配マニホルド202は、マニホルド202の穿孔(図示せず)を通じ処理ガスを基板またはウエーハ204へと分散させる為のシャワーヘッドであってもよい。ウエーハ204は、基板支持板またはサセプタ206の上に載っている。マニホルド202は、ガスパネル224に接続されている。ガスパネル224も同様に、複数の処理源および搬送ガス源226に接続されている。各ガス源226は、システムコントローラ218に接続されている。システムコントローラ218および付随メモリ220は、リアクタ200の機能を制御する。例えば、行われる特定の処理によると、コントローラ218は、適切なガスを適切な流量でガスパネル224へと放出するため信号を送る。ガスパネルは、ガスを受け取り混合しマニホルド202へと配送する。

0015

サセプタ206は、熱に対し抵抗力があり、支持ステム208の上に取り付けられているので、サセプタ206および、サセプタ206の上面に支持されているウエーハ204が、低充填放出位置と高処理位置との間をリフトモータ210によって制御可能に移動できるが、高処理位置は、マニホルド202に接近し隣接して間隔をあけて配置される。サセプタ206およびウエーハ204は処理位置にあるとき、絶縁リング212に囲まれている。処理中、マニホルド202へのガス導入口は、基板表面全体放射状に均一な分布をしている。ガスはポート214を通じ真空ポンプシステム216により排気される。

0016

リアクタ200において行われる分散処理は、熱的処理またはプラズマ強化処理のどちらかにすることができる。プラズマ処理では、制御されたプラズマは、RF電源222からのRFエネルギーによりウエーハ付近で形成される。RFエネルギーは、分散マニホルド202に用いられ、サセプタ206は接地されている。サセプタ206が接地されている一方、ガス分散マニホルド202もまたRF電極である。RF電源222は、チャンバ200へ導入されるあらゆる反応の種類の分解を強化するマニホルド202への単一または混合周波数RF電力を供給できる。混合周波数RF電源は一般に、13.56MHzの高いRF周波数(RF1)および350kHzの低いRF周波数(RF2)で電力を供給する。

0017

本発明に一致して、前述のチャンバはインタフェースをプラズマ処理し(すなわち、酸化物を減少剤で減少させる、特に酸化銅をアンモニアで減少させる)続いてインタフェース上に第2の層を堆積するために用いられる。減少剤は、マニホルド202を通じて導入されウエーハ表面に放射状に均一な分布が可能である。これは、上述の方法でのプラズマ減少処理のためであり、この処理に引き続いてポート214を通じてガスが排気される。同様に、第2の層を堆積するために必要なガスは、以前に形成されたプラズマを消すことなく、マニホルド202を通じて導入し得る。すなわち、堆積ガスはプラズマの特性を変え、その結果、減少直後のシームレスな方法での堆積を考慮している。

0018

本発明は酸化が減少されたインタフェースを持つ半導体デバイスを形成する方法も含む。特に、図3は本発明に従った一連の方法ステップ300を示す。この方法はステップ302で開始し、単一または複数の処理パラメータの安定化を行うステップ304に進む。特に、温度や圧力などの条件、基板からシャワーヘッドまでの間隔、処理ガス流量が、処理チャンバ(すなわち、チャンバ202)内で安定化される。本発明の好適な実施の形態では、安定化ステップ302は約5〜60秒で行われ、望ましくは15秒である。これは、約400℃の処理温度、約2.0〜6.0Torr、望ましくは4.2Torrの処理圧力、約250〜650mil、望ましくは350milの基板からシャワーヘッドまでの間隔、約2,000〜20,000sccm、望ましくは5,000sccmの窒素(N2)流量、に達するためである。ステップ306では、プラズマを含む水素が、酸化されたインタフェース部分112を含む基板に導入される。このような酸化を除去しインタフェース部分112に最初の導電特性復元するために、プラズマを含む水素は酸化されたインタフェース部分112と化学的に反応する。プラズマを含む水素は、適切なエネルギー源(すなわち、DC電源228)の作用を受けた望ましくはアンモニア(NH3)または水素(H2)ガスの流量から形成される。ステップ306は、約5〜60秒、望ましくは10秒、400℃の処理温度、約2.0〜6.0Torr、望ましくは4.2Torrの圧力、350milの基板からシャワーヘッドまでの間隔、約50〜500watt、望ましくは150wattのRF電力、約50〜3,000sccm、望ましくは75sccmのアンモニア(NH3)または水素(H2)ガスの流量、2,000〜20,000sccm、望ましくは5,000sccmの窒素(N2)流量で行われる。

0019

ステップ306が終わるとすぐ、単一または複数の絶縁体を形成する化合物がプラズマを含む水素に導入され絶縁層を形成するステップ308が行われる。この絶縁層は実質上、装置100の第2の絶縁層108である。さらに、ステップ308は「現場で」実行される、すなわち、以前のステップと同一のチャンバでクロス汚染の可能性が減少するように実行される。第2の絶縁層を第1の絶縁層104と同一の材料で製造する必要はない。さらに第2の絶縁層は、当業者に周知の複数の異なる処理パラメータから形成される複数の層であってもよい。以下の開示は本質的に具体例であり、本発明の範囲を制限するとみなすべきではない。望ましくは、絶縁体を形成する化合物は、シラン(SiH4)、アンモニア(NH3)、窒素(N2)から成るグループから選択された窒化物形成化合物である。本発明の好適な実施の形態では、ステップ308は、約9秒、400℃の温度、約2.0〜6.0Torr、望ましくは4.2Torrの圧力、約250〜650mil、望ましくは550milの基板からシャワーヘッドまでの間隔、約200〜1,000ワット、望ましくは460ワットのRF電力、約220sccmのシラン(SiH4)流量、約50〜3,000sccm、望ましくは75sccmのアンモニア(NH3)の流量、2,000〜20,000sccm、望ましくは5,000sccmの窒素(N2)流量、で行われる。この方法はステップ310で終了する。表1は、ステップ306とステップ308の両方のみでのNH3プラズマの処理パラメータの代替の設定を表示する。

0020

0021

本発明の利益は、化学反応の結果として導電性のあるインタフェース部分の酸化が大幅に減少されることで認識される。それ自体の上に堆積された層は、未処理の層または処理されているがまだ残留副生成物がある層の持つ以前の可能性より、粘着の大きい可能性を持つ。加えて、連続的なプラズマが用いられると、ケイ化銅の形成の可能性が大幅に減少する。すなわち、(インタフェース部分112に銅が含まれる)基板でシランが熱反応可能なとき、ケイ化銅は形成される。本発明の続けざまのプラズマの特徴により、シランはSiとHに分解され、ケイ化銅が形成される前にインタフェース上に窒化物が形成される。加えて、処理全体が「現場で」実行されるため、クロス汚染の結果が大幅に減少される。

0022

ここに本発明の教示を組み込んだ様々な実施の形態が示され、詳細に記載されたが、当業者は、やはりこれらの教示を組み込んだ多くの他の多様な実施の形態を容易に考案することができる。

図面の簡単な説明

0023

図1本発明に従い半導体基板上に構成された集積回路を持つ半導体基板の部分断面図を示す。
図2本発明と共に用いられる堆積システムの略図を示す。
図3本発明の一連の方法ステップを示す。

--

0024

100…集積回路装置、102…基板、104…第1の絶縁層、108…第2の絶縁層、110…インタフェース、200…CVDプラズマリアクタ、202…マニホルド、204…ウエーハ、206…サセプタ。

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

該当するデータがありません

関連する公募課題

該当するデータがありません

ページトップへ

技術視点だけで見ていませんか?

この技術の活用可能性がある分野

分野別動向を把握したい方- 事業化視点で見る -

(分野番号表示ON)※整理標準化データをもとに当社作成

ページトップへ

新着 最近 公開された関連が強い 技術

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する挑戦したい社会課題

該当するデータがありません

この 技術と関連する公募課題

該当するデータがありません

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ