專利名稱：用于勢(shì)壘增強(qiáng)的包含氧/氮過渡區(qū)的電鍍種子層的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
[0001本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其制造方法。更特別地，本發(fā)明涉及一種包括包含位于第一和第二電鍍區(qū)之間的氧/氮過渡區(qū) 的電鍍種子層的互連結(jié)構(gòu)。與不包括氧/氮過渡區(qū)的現(xiàn)有技術(shù)電鍍種 子層相比較，包括氧/氮過渡區(qū)的本發(fā)明的電鍍種子層急劇地增強(qiáng)電 鍍種子層的擴(kuò)散勢(shì)壘電阻。本發(fā)明也提供一種制造這種互連結(jié)構(gòu)的方法。
背景技術(shù)：
0002通常，半導(dǎo)體器件包括形成制造在半導(dǎo)體襯底上的集成 電路的多個(gè)電路。信號(hào)通路的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)通常將被路由以連接分布在 襯底表面上的電路元件。這些跨越器件的信號(hào)的有效路由需要形成 多級(jí)或多層方案，例如單或雙鑲嵌布線結(jié)構(gòu)。布線結(jié)構(gòu)典型地包括 銅Cu,因?yàn)榕c基于鋁Al的互連相比較，基于Cu的互連提供復(fù)雜半 導(dǎo)體芯片上大量晶體管之間的更高速信號(hào)傳輸。10003在典型的互連結(jié)構(gòu)內(nèi)，金屬通路孔垂直于半導(dǎo)體襯底并 且金屬線平行于半導(dǎo)體襯底。信號(hào)速度的進(jìn)一步增強(qiáng)以及相鄰金屬 線中信號(hào)(稱作“串音”)的減少在現(xiàn)今的IC產(chǎn)品芯片中通過在介電 常數(shù)小于4.0的電介質(zhì)材料中嵌入金屬線和金屬通路孔(例如導(dǎo)電部 件)而實(shí)現(xiàn)。0004在當(dāng)前的互連結(jié)構(gòu)中，等離子汽相沉積(PVP) TaN層 和PVP Cu種子層分別用作高級(jí)互連應(yīng)用的Cu擴(kuò)散勢(shì)壘和電鍍種 子。但是，隨著減小臨界尺寸，預(yù)期基于PVD的沉積技術(shù)將陷入保 形和覆蓋問題。這些又將導(dǎo)致電鍍時(shí)的填充問題，例如中心和邊緣 空隙，這引起可靠性擔(dān)憂和產(chǎn)出率降低。[0005圍繞該問題的一種方法是減小PVD材料的總體厚度， 并且利用既用作擴(kuò)散勢(shì)壘又用作電鍍種子的單層襯墊材料。圍繞前 述問題的另一種方法是使用化學(xué)汽相沉積(CVD)或原子層沉積 (ALD)，與常規(guī)PVP技術(shù)相比較，其實(shí)現(xiàn)更好的階梯覆蓋和保 形。CVD或ALD釕Ru和銥Ir具有為了高級(jí)互連應(yīng)用代替當(dāng)前基 于PVD的勢(shì)壘/電鍍種子的可能。
[0006但是，與TaN相比較，Ru和Ir不是良好金屬擴(kuò)散勢(shì) 壘，因而，增強(qiáng)電鍍種子的勢(shì)壘電阻是必需的。至今，不存在提供 包括具有增強(qiáng)勢(shì)壘性質(zhì)，也就是抵抗互連導(dǎo)電材料例如Cu、 Al、 AICu、 W、 Ag和Au的擴(kuò)散的單個(gè)Ru或Ir種子層的互連結(jié)構(gòu)的已 知現(xiàn)有技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
0007考慮到上述問題，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N互連結(jié)構(gòu)，其包括具 有增強(qiáng)導(dǎo)電材料優(yōu)選地Cu擴(kuò)散性質(zhì)的電鍍種子層，從而消除利用單 獨(dú)擴(kuò)散和種子層的需求。具體地，本發(fā)明為了互連金屬擴(kuò)散增強(qiáng)提 供位于電鍍種子層內(nèi)的氧/氮過渡區(qū)。電鍍種子層可以包括Ru、 Ir或 它們的合金，并且互連導(dǎo)電材料可以包括Cu、 Al、 AlCu、 W、 Ag、 Au等。優(yōu)選地，互連導(dǎo)電材料是Cu或AlCu。更具體地說， 本發(fā)明提供一種包括夾在頂部與底部種子區(qū)之間的氧/氮過渡區(qū)的單 個(gè)種子層。電鍍種子層內(nèi)氧/氮過渡區(qū)的存在急劇地增強(qiáng)電鍍種子的 擴(kuò)散勢(shì)壘電阻。應(yīng)當(dāng)注意，包括夾在底部與頂部電鍍種子區(qū)之間的 氣/氮過渡區(qū)的本發(fā)明電鍍種子層是優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的一種改進(jìn)，因?yàn)?可以使用具有增強(qiáng)擴(kuò)散性質(zhì)，仍然能夠用作電鍍種子層的單個(gè)電鍍 種子層。在現(xiàn)有技術(shù)中，使用包括例如包含TaN的擴(kuò)散勢(shì)壘和金屬 種子層的兩個(gè)單獨(dú)層。
0008廣泛地說，本發(fā)明的電鍍種子層包括
位于底部與頂部電鍍種子區(qū)之間的氣/氮過渡區(qū)，所述電鍍種子 層對(duì)于大約3nm或更大的薄膜厚度具有大約750t:或更高的分解溫度。
[00091 —般地說，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體互連結(jié)構(gòu)，包括 其中包含至少一個(gè)開口的電介質(zhì)材料；
位于所述至少一個(gè)開口內(nèi)的電鍍種子層，所述電鍍種子層包括 位于頂部與底部種子區(qū)之間的氧/氮過渡區(qū)；以及 位于該至少一個(gè)開口內(nèi)的互連導(dǎo)電材料。
[0010該至少一個(gè)開口可以包括線區(qū)域，線區(qū)域和通路孔區(qū)域 或者其組合。在本發(fā)明中考慮單和雙鑲嵌互連結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明， 電鍍種子層位于所述至少一個(gè)開口存在于其中的電介質(zhì)材料的暴露 壁部分上。在一些實(shí)施方案中，電鍍種子層從通路孔去除，提供敞 開通路孔結(jié)構(gòu)。這里也考慮封閉通路孔結(jié)構(gòu)。
[0011更具體地說，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)包括
其中包含至少一個(gè)開口的電介質(zhì)材料；
位于所述至少一個(gè)開口內(nèi)的包含Ru的電鍍種子層，包括位于 頂部與底部包含Ru的種子區(qū)之間的氧/氮過渡區(qū)；以及 位于該至少一個(gè)開口內(nèi)的Cu互連金屬。
[0012除了提供互連結(jié)構(gòu)之外，本發(fā)明也涉及一種制造它的方 法。 一般地說，本發(fā)明的方法包括
在電介質(zhì)材料中形成至少一個(gè)開口；
至少在所述至少一個(gè)開口內(nèi)的所述電介質(zhì)材料的暴露壁部分上 形成第一電鍍種子區(qū)；
在所述第一電鍍種子區(qū)上形成氧/氮過渡區(qū)；
在所迷氣/氮過渡區(qū)上形成第二電鍍種子區(qū)，其中所述第一電鍍 種子區(qū)、所述氧/氮過渡區(qū)和所述第二電鍍種子區(qū)限定具有勢(shì)壘增強(qiáng) 的單個(gè)電鍍種子層；以及
在所述單個(gè)電鍍種子層上所述至少一個(gè)開口內(nèi)形成互連導(dǎo)電材
料'
0013在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，單個(gè)沉積工具可以用來沉 積本發(fā)明電鍍種子層的各種區(qū)域。[00141更具體地說，本發(fā)明的方法包括 在電介質(zhì)材料中形成至少一個(gè)開口；
至少在所述至少一個(gè)開口內(nèi)的所述電介質(zhì)材料的暴露壁部分上 形成第一包含Ru的電鍍種子區(qū)；
在所述第一包含Ru的電鍍種子區(qū)上形成氧/氮過渡區(qū)；
在所述氧/氮過渡區(qū)上形成第二包含Ru的電鍍種子區(qū)，其中所 述第一包含Ru的電鍍種子區(qū)、所述氧/氮過渡區(qū)和所述第二包含Ru 的電鍍種子區(qū)限定具有勢(shì)壘增強(qiáng)的單個(gè)包含Ru的電鍍種子層；以及
在所述單個(gè)電鍍種子層上所述至少一個(gè)開口內(nèi)形成Cu互連金屬。


0015圖1是說明通過本發(fā)明方法的初始階段的互連結(jié)構(gòu)的圖 示(通過橫截面視圖)，其中至少一個(gè)開口提供到電介質(zhì)材料中。
0016圖2是說明在該至少一個(gè)開口內(nèi)包括壁部分的電介質(zhì)材 料的暴露表面上提供本發(fā)明電鍍種子層的底部電鍍種子區(qū)之后，圖1 的互連結(jié)構(gòu)的圖示(通過橫截面視圖)。
00171圖3是說明在底部電鍍種子區(qū)上形成本發(fā)明電鍍種子層 的氧/氮過渡區(qū)之后，圖2的互連結(jié)構(gòu)的圖示(通過橫截面視圖)。
0018圖4是說明在氧/氮過渡區(qū)上形成本發(fā)明電鍍種子層的頂 部電鍍種子區(qū)之后，圖3的互連結(jié)構(gòu)的圖示(通過橫截面視圖)。
0019圖5是說明在打開通路孔的底部并且在所述至少一個(gè)開 口內(nèi)形成互連導(dǎo)電材料之后，圖4的結(jié)構(gòu)的圖示(通過橫截面視 圖)。
0020圖6是說明在所述至少一個(gè)開口內(nèi)形成互連導(dǎo)電材料之 后，圖4的結(jié)構(gòu)的圖示(通過橫截面視圖)。
[0021圖7是顯示包括位于底部與頂部電鍍種子區(qū)之間的氧/氮 過渡區(qū)的本發(fā)明電鍍種子層的放大視圖的圖示(通過橫截面視 圖)。[0022圖8是說明用來限定分解溫度的方法的圖示(通過橫截 面#見圖)。
具體實(shí)施例方式
00231現(xiàn)在將通過參考下面的討論和伴隨本申請(qǐng)的附圖更詳細(xì) 地描述提供一種包括具有對(duì)金屬擴(kuò)散的增強(qiáng)阻抗的單個(gè)電鍍種子層 的互連結(jié)構(gòu)以及一種制造它的方法的本發(fā)明。在下面更詳細(xì)參考的 本發(fā)明的附圖為了說明性目的而提供，因此它們不按比例繪制。
[0024本發(fā)明的工藝流程從提供圖1中所示初始互連結(jié)構(gòu)10 開始。具體地，圖1中顯示的初始互連結(jié)構(gòu)10包括多級(jí)互連，包括 部分地由電介質(zhì)蓋層14分離的下部互連級(jí)12和上部互連級(jí)16?？?以位于包含一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體襯底上的下部互連級(jí)12 包括笫一電介質(zhì)材料18，其具有由勢(shì)壘層22與第一電介質(zhì)材料18 分離的至少一個(gè)導(dǎo)電部件(也就是導(dǎo)電區(qū))20。上部互連級(jí)16包括 第二電介質(zhì)材料24,它具有位于其中的至少一個(gè)開口。在圖1中， 顯示兩個(gè)開口；附圖標(biāo)記26表示用于單鑲嵌結(jié)構(gòu)的線開口，并且附 圖標(biāo)記28A和28B分別表示用于雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的通路孔開口和線開 口。雖然圖1說明單獨(dú)的線開口以及用于通路孔和線的開口，本發(fā) 明也考慮僅線開口存在的情況或者組合用于通路孔和線的開口存在 的情況。
0025同樣注意，雖然如圖4中所示，本發(fā)明的電鍍種子層36 顯示在上部互連級(jí)16中，它也可以存在于互連結(jié)構(gòu)的其他級(jí)中，包 括例如下部互連級(jí)12,因此，本發(fā)明的電鍍種子層可以存在于單級(jí) 或多級(jí)互連結(jié)構(gòu)的任何級(jí)中。
0026圖1中顯示的初始互連結(jié)構(gòu)10利用本領(lǐng)域眾所周知的 標(biāo)準(zhǔn)互連處理制造。例如，初始互連結(jié)構(gòu)10可以通過首先將第一電 介質(zhì)材料18施加到襯底(沒有顯示)的表面而形成。沒有顯示的襯 底可以包含半導(dǎo)體材料、絕緣材料、導(dǎo)電材料或其任何組合。當(dāng)襯 底包含半導(dǎo)體材料時(shí)，可以使用任何半導(dǎo)體例如Si、 SiGe、 SiGeC、SiC、 Ge合金、GaAs、 InAs、 InP和其他IH/V或II/VI化合物半導(dǎo) 體。除了這些列出類型的半導(dǎo)體材料之外，本發(fā)明也考慮半導(dǎo)體襯 底是分層半導(dǎo)體例如Si/SiGe、 Si/SiC、絕緣體上硅(SOI)或絕緣體 上硅鍺(SGOI)的情況。
[0027當(dāng)襯底是絕緣材料時(shí)，絕緣材料可以是有機(jī)絕緣體、無 機(jī)絕緣體或者包括多層的它們的組合。當(dāng)襯底是導(dǎo)電材料時(shí)，襯底 可以包括例如多晶硅、金屬元素、金屬元素的合金、金屬硅化物、 金屬氮化物或者包括多層的它們的組合。當(dāng)襯底包括半導(dǎo)體材料 時(shí)， 一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體器件例如互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS) 器件可以制造在上面。
00281下部互連級(jí)12的第一電介質(zhì)材料18可以包括任何級(jí)間 或級(jí)內(nèi)電介質(zhì)，包括無機(jī)電介質(zhì)或有機(jī)電介質(zhì)。第一電介質(zhì)材料18 可以是多孔或無孔的?？梢杂米鞯谝浑娊橘|(zhì)材料18的適當(dāng)電介質(zhì)材 料的一些實(shí)例包括，但不局限于Si02，硅倍半氧烷，包含Si、 C、 O和H原子的摻雜C的氧化物(也就是有機(jī)硅)，熱固聚亞芳香瞇 或者它們的多層。術(shù)語"聚亞芳香基，，在該申請(qǐng)中用來表示通過鍵、 稠環(huán)或惰性連接基團(tuán)例如氧、硫、砜、亞砜、羰基等連接在一起的 芳基部分或惰性取代芳基部分。
0029笫一電介質(zhì)材料18典型地具有大約4.0或更小的介電常 數(shù)，大約2.8或更小的介電常數(shù)甚至更典型。與具有高于4.0的介電 常數(shù)的電介質(zhì)材料相比較，這些電介質(zhì)通常具有較低的寄生串音。 笫一電介質(zhì)材料18的厚度可能依賴于使用的電介質(zhì)材料以及下部互 連級(jí)12內(nèi)電介質(zhì)的確切數(shù)目而變化。典型地，對(duì)于普通互連結(jié)構(gòu)， 第一電介質(zhì)材料18具有大約200至大約450nm的厚度。
00301下部互連級(jí)12也具有嵌入于(也就是位于)笫一電介 質(zhì)材料18中的至少一個(gè)導(dǎo)電部件20。導(dǎo)電部件20包括由勢(shì)壘層22 與第一電介質(zhì)材料18分離的導(dǎo)電區(qū)。導(dǎo)電部件20由光刻法(也就 是將光致抗蝕劑施加到第一電介質(zhì)材料18的表面，將光致抗蝕劑暴 露于期望的輻射圖案，并且利用常規(guī)抗蝕劑顯影劑顯影暴露的抗蝕劑)，使用勢(shì)壘層22然后使用形成導(dǎo)電區(qū)的導(dǎo)電材料在第一電介質(zhì) 材料18中刻蝕(干法刻蝕或濕法刻蝕)開口并且填充刻蝕區(qū)域而形 成。勢(shì)壘層22，其可以包括Ta、 TaN、 Ti、 TiN、 Ru、 RuN、 W、 WN或者可以用作勢(shì)壘以防止導(dǎo)電材料擴(kuò)散通過那里的任何其他材 料，通過沉積工藝?yán)缭訉映练e(ALD )、化學(xué)汽相沉積 (CVD)、等離子增強(qiáng)化學(xué)汽相沉積(PECVD)、濺射、化學(xué)溶液 沉積或電鍍形成。[0031在一些實(shí)施方案中(這里沒有具體顯示)，下部互連級(jí) 12的勢(shì)壘層22可以包括下面將更詳細(xì)描述的本發(fā)明的電鍍種子層。 勢(shì)壘層22的厚度可能依賴于沉積工藝的確切方法以及使用的材料而 變化。典型地，勢(shì)壘層22具有大約4至大約40nm的厚度，大約7 至大約20nm的厚度更典型。0032在勢(shì)壘層22形成之后，第一電介質(zhì)材料18內(nèi)的開口的 剩余區(qū)域使用形成導(dǎo)電區(qū)的導(dǎo)電材料填充。在形成導(dǎo)電區(qū)時(shí)使用的 導(dǎo)電材料包括例如多晶硅、導(dǎo)電金屬、包含至少一種導(dǎo)電金屬的合 金、導(dǎo)電金屬硅化物或它們的組合。優(yōu)選地，在形成導(dǎo)電區(qū)時(shí)使用 的導(dǎo)電材料是導(dǎo)電金屬例如Cu、 W或Al， Cu或Cu合金(例如 AlCu)在本發(fā)明中高度優(yōu)選。利用常規(guī)沉積工藝將導(dǎo)電材料填充到 第一電介質(zhì)材料18中的剩余開口中，包括但不局限于CVD、 PECVD、濺射、化學(xué)溶液沉積或電鍍.在這些沉積之后，常規(guī)平面 化工藝?yán)缁瘜W(xué)機(jī)械拋光(CMP)可以用來提供勢(shì)壘層22和導(dǎo)電部 件20每個(gè)具有與第一電介質(zhì)材料18的頂面基本上共面的頂面的結(jié) 構(gòu)00033在形成該至少一個(gè)導(dǎo)電部件20之后，電介質(zhì)蓋層14利 用常規(guī)沉積工藝?yán)鏑VD、 PECVD、化學(xué)溶液沉積或蒸發(fā)形成在下 部互連級(jí)12的表面上。電介質(zhì)蓋層22包括任何適當(dāng)電介質(zhì)蓋層材 料例如SiC、 Si4NH3、 Si02、摻雜碳的氣化物、摻雜氮和氬的碳化硅 SiC(N，H)或它們的多層。蓋層22的厚度可能依賴于用來形成它的技 術(shù)以及層的材料構(gòu)成而變化。典型地，蓋層22具有大約15至大約55nm的厚度，大約25至大約45nm的厚度更典型。[0034接下來，通過將第二電介質(zhì)材料24施加到蓋層22的頂 部暴露表面形成上部互連級(jí)16。第二電介質(zhì)材料24可以包括與下部 互連級(jí)12的第一電介質(zhì)材料18相同或不同，優(yōu)選地相同的電介質(zhì) 材料。第一電介質(zhì)材料18的處理技術(shù)和厚度范圍這里也可適用于第 二電介質(zhì)材料24。接下來，至少一個(gè)開口利用光刻法(如上所述) 和刻蝕形成到第二電介質(zhì)材料24中?？涛g可以包括千法刻蝕工藝、 濕法化學(xué)刻蝕工藝或它們的組合。術(shù)語"干法刻蝕，，在這里用來表示 刻蝕技術(shù)例如反應(yīng)離子刻蝕、離子束刻蝕、等離子刻蝕或激光燒 蝕。在圖1中，顯示兩個(gè)開口；附圖標(biāo)記26表示用于單鑲嵌結(jié)構(gòu)的 線開口，并且附圖標(biāo)記28A和28B分別表示用于雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的通路 孔開口和線開口。再次強(qiáng)調(diào)，本發(fā)明可以考慮僅包括開口 26或者開 口 28A和28B的結(jié)構(gòu)。[0035在實(shí)例中，當(dāng)通路孔開口 28A和線開口 28B形成時(shí)，刻 蝕步驟也去除位于導(dǎo)電部件20頂上的電介質(zhì)蓋層22的一部分。[0036接下來，具有改進(jìn)勢(shì)壘電阻性質(zhì)的本發(fā)明電鍍種子層的 一部分通過在第二電介質(zhì)材料24上的暴露表面(包括開口內(nèi)的壁表 面)上形成底部電鍍種子區(qū)30而提供。作為結(jié)果的結(jié)構(gòu)在例如圖2 中顯示。底部電鍍種子區(qū)30包括具有擴(kuò)散勢(shì)壘(雖然相對(duì)弱)和電 鍍種子性質(zhì)的材料，底部電鍍種子區(qū)30的這種材料的實(shí)例包括包含 Ru的材料、包含Ir的材料或它們的混合物。例如，底部電鍍種子區(qū) 30可以包括Ru， TaN和Ru的組合，TiSiN與Ru、 Ir的組合，TaN 和Ir的組合，TiSiN和Ir的組合，優(yōu)選地，底部種子區(qū)30包括Ru 或Ir, Ru高度優(yōu)選。0037本發(fā)明的電鍍種子層的底部電鍍種子區(qū)30利用常規(guī)沉 積工藝?yán)鏏LD、 CVD、 PECVD、化學(xué)溶液沉積或其他類似沉積工 藝形成，其中包含Ru的前體和/或包含Ir的前體在底部電鍍種子區(qū) 30的沉積中使用。[0038在形成底部電鍍種子區(qū)30之后，氧/氮過渡區(qū)32在底部電鍍種子區(qū)30上形成。作為結(jié)果的結(jié)構(gòu)在例如圖3中顯示。術(shù)語 "氧/氮過渡區(qū)，，遍及本申請(qǐng)用來表示具有比底部電鍍種子區(qū)30和頂部 電鍍種子區(qū)34 (隨后形成)更高的氧和/或氮含量的電鍍種子層的區(qū) 域。典型地，氧/氮過渡區(qū)32具有比底部電鍍種子區(qū)30和頂部電鍍 種子區(qū)34多大于2倍的氧/氮含量。更典型地，氧/氮過渡區(qū)32具有 比底部電鍍種子區(qū)30和頂部電鍍種子區(qū)34多大于5倍的氧/氮含 量。氧/氮過渡區(qū)32的厚度依賴于用來形成它的條件而變化。典型 地，氧/氮過渡區(qū)32具有大約0.5至大約5nm的厚度，大約1至大 約2nm的厚度更典型。0039氧/氮過渡區(qū)32可以利用兩個(gè)技術(shù)形成。在第一技術(shù) 中，包括底部電鍍種子區(qū)30的結(jié)構(gòu)暴露于包含02和/或N2的環(huán)境 (氣體或等離子)。這種環(huán)境的實(shí)例包括空氣、臭氧、02、 NO、 N20、 NH3、 1\2112或它們的混合物。處理可以在額定室溫下(也就是 大約20'C至大約4(TC的溫度)或者在大于40'C的高溫下執(zhí)行。該步 驟形成氧和/或氮豐富的區(qū)域。例如，當(dāng)Ru用作底部電鍍種子區(qū)30 時(shí)，氧/氮過渡區(qū)32可以包含RuO、 RuON或RuN的一種。0040在第二實(shí)施方案中，通過改變?cè)谛纬傻撞侩婂兎N子區(qū)30 時(shí)使用的前體以便氧和/或氮豐富在底部電鍍種子區(qū)30頂上形成氧/ 氮過渡區(qū)32。術(shù)語"豐富"用來表示切換前體使得氧和/或氮的含量在 上述范圍內(nèi)，該實(shí)施方案是有利的，因?yàn)榭梢栽谛纬杀景l(fā)明的擴(kuò)散 勢(shì)壘層和電鍍種子層時(shí)使用單個(gè)沉積工具。應(yīng)當(dāng)注意在現(xiàn)有技術(shù) 中，不同材料也就是TaN和Cu種子分別作為勢(shì)壘層和種子層是必 需的。在本發(fā)明中，勢(shì)壘和種子性質(zhì)使用單個(gè)層實(shí)現(xiàn)。而且，在本 發(fā)明中，實(shí)現(xiàn)與常規(guī)工藝相比較較短的工藝時(shí)間和較低的工藝成 本。0041圖4顯示在氧/氮過渡區(qū)32上形成本發(fā)明電鍍種子層的 頂部電鍍種子區(qū)34之后的作為結(jié)果的結(jié)構(gòu)。頂部電鍍種子區(qū)34可 以包括與底部電鍍種子區(qū)30相同或不同，優(yōu)選地相同的材料。頂部 電鍍種子區(qū)34利用形成底部電鍍種子區(qū)30時(shí)的上述技術(shù)形成，并且頂部電鍍種子區(qū)34的厚度在上面針對(duì)底部電鍍種子區(qū)30提供的 范圍內(nèi)。[00421應(yīng)當(dāng)注意，區(qū)域30， 32和34形成斧有電鍍種子性質(zhì) (由于區(qū)域30和34)以及增強(qiáng)擴(kuò)散電阻(由于i域32)的單個(gè)電 鍍種子層36。增強(qiáng)的擴(kuò)散性質(zhì)相對(duì)于不包括本發(fā)明的氧/氮過渡區(qū)32 的電鍍種子層。本發(fā)明的電鍍種子層36的放大視圖在圖7中顯示。0043圖5顯示在打開通路孔的底部并且在所述至少一個(gè)開口 內(nèi)形成互連導(dǎo)電材料38之后的結(jié)構(gòu)。圖5中顯示的結(jié)構(gòu)代表本發(fā)明 的一種可能實(shí)施方案，而圖6中顯示的結(jié)構(gòu)代表本發(fā)明的另一種可 能實(shí)施方案。在圖6中，互連導(dǎo)電材料38在封閉通路孔結(jié)構(gòu)中形 成。敞開通路孔結(jié)構(gòu)通過利用離子轟擊或另一種類似定向刻蝕工藝 從通路孔28A的底部去除電鍍種子層36而形成。在敞開通路孔結(jié)構(gòu) 中，互連導(dǎo)電材料38與該至少一個(gè)導(dǎo)電部件20的表面接觸。00441在兩種結(jié)構(gòu)中，互連導(dǎo)電材料38可以包括與導(dǎo)電部件 20相同或不同，優(yōu)選地相同的導(dǎo)電材料。優(yōu)選地，使用Cu、 Al、 W 或它們的合金，Cu或AlCu最優(yōu)選。導(dǎo)電材料38利用在形成導(dǎo)電部 件20時(shí)上述相同的沉積處理形成，并且在導(dǎo)電材料的沉積之后，結(jié) 構(gòu)經(jīng)歷平面化。注意在圖5和6中，第二電介質(zhì)材料24、電鍍種子 層36和導(dǎo)電材料38的頂面基本上都共面。0045如上所示，圖7是顯示包括位于分別底部與頂部電鍍種 子區(qū)30和34之間的氧/氮過渡區(qū)32的本發(fā)明電鍍種子層36的放大 視圖的圖示。再次強(qiáng)調(diào)，本發(fā)明的電鍍種子層36可以用作電鍍種子 以及擴(kuò)散勢(shì)壘，因?yàn)檠?氮過渡區(qū)32的存在增強(qiáng)整個(gè)電鍍種子層36 的擴(kuò)散電阻。典型地，包括位于底部與頂部電鍍種子區(qū)(分別地， 附圖標(biāo)記30和34)之間的氧/氮過渡區(qū)32的電鍍種子層36對(duì)于大 約3nra或更大厚度的層具有大約750C或更高的分解溫度。分解溫 度是為了確定當(dāng)暴露于高溫時(shí)薄膜的可能分解所執(zhí)行的測(cè)量.薄膜 的分解由互連導(dǎo)電材料，特別地Cii通過勢(shì)壘層的擴(kuò)散而引起。通過 使用X射線衍射技術(shù)監(jiān)控Si/擴(kuò)散勢(shì)壘/Cu薄膜層疊上的0|<111>衍射峰來確定擴(kuò)散勢(shì)壘故障，如圖8中所示。當(dāng)Cu擴(kuò)散通過勢(shì)壘層， 并且形成Cu硅化物時(shí)，0!<111>衍射峰消失。Cu與Si之間沒有一 層勢(shì)壘材料時(shí)，該反應(yīng)典型地在250。C之前發(fā)生。具有氧/氮過渡區(qū) 的Ru層疊的Cu擴(kuò)散擊穿溫度比不具有過渡區(qū)的層疊的Cu擴(kuò)散擊 穿溫度高。對(duì)于厚度為3nm的層，具有大約0.5nm的嵌入式氧/氮過 渡層，分解溫度高于750'C;但是，不具有過渡區(qū)層時(shí)，分解溫度低 于500。C。[0046例如，申請(qǐng)人已經(jīng)提供如上所述包括氧/氮過渡區(qū)的3nm 電鍍種子層，并且已經(jīng)相對(duì)于不包括本發(fā)明氧/氮過渡區(qū)的現(xiàn)有技術(shù) 3nm電鍍種子層確定它的分解溫度。申請(qǐng)人已經(jīng)確定本發(fā)明的電鍍 種子層的分解溫度大約為750。C或以上，而現(xiàn)有技術(shù)的電鍍種子層的 分解溫度(不存在所述氡/氮過渡區(qū))大約為500°C。因此，與典型 現(xiàn)有技術(shù)的電鍍種子層相比較，本發(fā)明的電鍍種子層表現(xiàn)出提高的 勢(shì)壘電阻。0047雖然已經(jīng)關(guān)于其優(yōu)選實(shí)施方案具體地顯示和描述了本發(fā) 明，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)方面的前述和 其他變化而不背離本發(fā)明的范圍和本質(zhì)。因此，本發(fā)明并不打算局 限于描述和說明的確切形式和細(xì)節(jié)，而是落在附加權(quán)利要求的范圍 內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種電鍍種子層，包括位于底部與頂部電鍍種子區(qū)之間的氧/氮過渡區(qū)，所述電鍍種子層對(duì)于大約3nm或更大的薄膜厚度具有大約750℃或更高的分解溫度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的電鍍種子層，其中所述頂部和底部電鍍種 子區(qū)包括同時(shí)具有擴(kuò)散勢(shì)壘和電鍍種子性質(zhì)的相同或不同材料。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2的電鍍種子層，其中所述頂部和底部電鍍種 子區(qū)都包括Ru、 Ir或它們的組合，包括與TaN或TiSiN的組合。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2的電鍍種子層，其中所述頂部和底部電鍍種 子區(qū)都包括Ru。
5. —種互連結(jié)構(gòu)，包括 電介質(zhì)材料，在其中包含至少一個(gè)開口；電鍍種子層，位于所述至少一個(gè)開口內(nèi)，包括位于頂部與底部 種子區(qū)之間的氧/氮過渡區(qū)；以及位于該至少一個(gè)開口內(nèi)的互連導(dǎo)電材料。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5的互連結(jié)構(gòu)，其中所述電介質(zhì)材料是 Si02，硅倍半氧烷，包含Si、 C、 O和H原子的摻雜C的氧化物或 熱固聚亞芳香醚中的一種。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5的互連結(jié)構(gòu)，其中所述至少一個(gè)開口是線開 口，組合的線開口和通路孔開口，或者它們的組合。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5的互連結(jié)構(gòu)，其中所述頂部和底部電鍍種子 區(qū)都包括Ru、 Ir或它們的組合，包括與TaN或TiSiN的組合。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8的互連結(jié)構(gòu)，其中所述頂部和底部電鍍種子 區(qū)都包括Ru,
10. 根據(jù)權(quán)利要求5的互連結(jié)構(gòu)，其中所述互連導(dǎo)電材料是多 晶硅、導(dǎo)電金屬、包含至少一種導(dǎo)電金屬的合金或者導(dǎo)電金屬硅化 物中的一種。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10的互連結(jié)構(gòu)，其中所述互連導(dǎo)電材料是選 自Cu、 Al、 W或AlCu的導(dǎo)電金屬。
12. 根據(jù)權(quán)利要求5的互連結(jié)構(gòu)，其中所述底部和頂部電鍍種 子區(qū)包括Ru并且所述互連導(dǎo)電材料包括Cu。
13. 根據(jù)權(quán)利要求5的互連結(jié)構(gòu)，其中所述互連導(dǎo)電材料存在 于敞開底部通路孔中。
14. 根據(jù)權(quán)利要求5的互連結(jié)構(gòu)，其中所述互連導(dǎo)電材料存在 于封閉底部通路孔中。
15. —種互連結(jié)構(gòu)，包括 電介質(zhì)材料，在其中包含至少一個(gè)開口；包含Ru的電鍍種子層，位于所述至少一個(gè)開口內(nèi)，包括位于 頂部與底部包含Ru的種子區(qū)之間的氧/氮過渡區(qū)；以及位于該至少一個(gè)開口內(nèi)的Cu互連金屬。
16. —種形成互連結(jié)構(gòu)的方法，包括 在電介質(zhì)材料中形成至少一個(gè)開口；至少在所述至少一個(gè)開口內(nèi)的所述電介質(zhì)材料的暴露壁部分上 形成第一電鍍種子區(qū)；在所述第一電鍍種子區(qū)上形成氧/氮過渡區(qū)；在所述氧/氮過渡區(qū)上形成第二電鍍種子區(qū)，其中所述第一電鍍 種子區(qū)、所述氧/氮過渡區(qū)和所述第二電鍍種子區(qū)限定具有勢(shì)壘增強(qiáng) 的單個(gè)電鍍種子層；以及在所述單個(gè)電鍍種子層上所述至少一個(gè)開口內(nèi)形成互連導(dǎo)電材料。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中所述形成所述至少一個(gè)開口 包括光刻法以及刻蝕線開口 、通路孔開口和線開口或者所述開口的 組合中的一種，
18. 根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中所述形成所迷第一和笫二電 鍍種子區(qū)包括相同或不同的沉積工藝。
19. 根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中所述形成所述氧/氮過渡包括在包含氧、氮或它們的組合的環(huán)境中處理所述第一電鍍種子區(qū)。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中所述環(huán)境包括空氣。
21. 根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中所述形成所述氧/過渡區(qū)包 括切換在形成所述第一電鍍種子區(qū)時(shí)使用的前體從而具有比所述第 一電鍍種子區(qū)更高的氧含量、氮含量或組合的氧和氮含量。
22. 根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中所述互連導(dǎo)電材料和所述電 鍍種子層被平面化以提供具有與電介質(zhì)材料的頂面基本上共面的所 述互連導(dǎo)電材料和所述電鍍種子層的頂面的結(jié)構(gòu)。
23. 根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中所述形成所述互連導(dǎo)電材料 包括從底部通路孔中去除所述電鍍種子層的步驟。
24. —種互連結(jié)構(gòu)，包括 在電介質(zhì)材料中形成至少一個(gè)開口；至少在所述至少一個(gè)開口內(nèi)的所述電介質(zhì)材料的暴露壁部分上 形成第 一包含Ru的電鍍種子區(qū)；在所述第一包含Ru的電鍍種子區(qū)上形成氧/氮過渡區(qū)；在所述氧/氮過渡區(qū)上形成第二包含Ru的電鍍種子區(qū)，其中所 述第一包含Ru的電鍍種子區(qū)、所述氧/氮過渡區(qū)和所述第二包含Ru 的電鍍種子區(qū)限定具有勢(shì)壘增強(qiáng)的單個(gè)包含Ru的電鍍種子層；以及在所述單個(gè)電鍍種子層上所述至少一個(gè)開口內(nèi)形成Cii互連金
25. 根據(jù)權(quán)利要求24的方法，其中形成所述Cu互連金屬包括 從底部通路孔中去除所述電鍍種子層的步驟。
全文摘要
提供一種包括具有增強(qiáng)導(dǎo)電材料，優(yōu)選地Cu擴(kuò)散性質(zhì)的電鍍種子層的互連結(jié)構(gòu)，其消除使用單獨(dú)的擴(kuò)散層和種子層的需求。具體地，本發(fā)明在電鍍種子層內(nèi)提供氧/氮過渡區(qū)用于互連金屬擴(kuò)散增強(qiáng)。電鍍種子層可以包括Ru、Ir或它們的合金，并且互連導(dǎo)電材料可以包括Cu、Al、AlCu、W、Ag、Au等。優(yōu)選地，互連導(dǎo)電材料是Cu或AlCu。更具體地說，本發(fā)明提供一種包括夾在頂部與底部種子區(qū)之間的氧/氮過渡區(qū)的單個(gè)種子層。電鍍種子層內(nèi)的氧/氮過渡區(qū)的存在急劇地增強(qiáng)電鍍種子的擴(kuò)散勢(shì)壘電阻。
文檔編號(hào)H01L23/58GK101278396SQ200680036654
公開日2008年10月1日 申請(qǐng)日期2006年10月3日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月7日
發(fā)明者C·拉沃伊, S·波諾斯, S·高德特, T·A·斯普納, 楊智超 申請(qǐng)人:國際商業(yè)機(jī)器公司