專利名稱：互連結構和制造嵌入結構的方法
互連結構和制造嵌入結構的方法
背景技術：
半導體器件，比如晶體管，通常是在單一結晶硅晶片表
面上形成的，并可能包括多層圖案化并互相連接的層。有源器件在 制造完成后，通過形成多層互連線3各、觸點、通孔和電介質層凈皮有 線連4妻成想要的電3各布局。

發(fā)明內容
在一個實施方式中，4是供一種互連結構。電介質材4+層 具有至少 一個開口以及在限定該開口的側壁上的第 一阻障層。含釕 并含氧的第二阻障層覆蓋在該第一阻障層上，該第二阻障層具有釕 區(qū)、氧化4了區(qū)和釕富集區(qū)。該釕區(qū)凈皮置于該第一阻障層和該氧化釕 區(qū)之間，且該氧化釕區(qū)被置于該釕區(qū)和該釕富集區(qū)之間。在一個實施方式中，才是供一種互連結構。電介質材料層 具有至少一個開口以及在限定該開口的側壁上的含鉭并含氮的第 一阻障層。該第一阻障層具有鉭富集區(qū)和氮4匕鉭區(qū)，該氮4匕鉭區(qū)的 氮含量大于該鉭富集區(qū)的氮含量。該氮化鉭區(qū)#皮置于該電介質材泮牛 和該鉭富集區(qū)之間。含釕并含氧的第二阻障層覆蓋在該第 一阻障層 上，該第二阻障層具有釕區(qū)、氧化釕區(qū)和釕富集區(qū)。該釕區(qū)凈皮置于 該鉭富集區(qū)和該氧化釕區(qū)之間。該氧化釕區(qū)被置于該釕區(qū)和該釕富 集區(qū)之間。提供一種在半導體基板上制造嵌入結構的方法。在一個實施方式中，在電介質材料中形成至少一個開口。 4吏用含4旦并含氮
的第 一阻障層涂覆限定該開口的側壁。處理該第 一阻障層以形成4a 富集區(qū)和氮化鉭區(qū)。其中該氮化4旦區(qū)的氮含量大于該鉭富集區(qū)的氮 含量。該氮化鉭區(qū)被置于該電介質材料和該鉭富集區(qū)之間。使用含 釕的第二阻障層涂^隻該第 一阻障層。處理該第二阻障層以形成氧化 釕區(qū)和釕區(qū)，該釕區(qū)^皮置于該4巨富集區(qū)和該氧4匕釕區(qū)之間。處理該 氧化釕區(qū)以形成釕富集區(qū)，該氧化釕區(qū)#皮置于該釕區(qū)和該釕富集區(qū) 之間。


程圖。圖2-9是制造嵌入結構的方法的示例性實施方式的橫斷 面視圖，該嵌入結構包括形成在電介質材料上的開口 ，并包括涂覆 和處理步驟。圖10是具有受控環(huán)境的模塊化工藝工具的簡化示意圖。
具體實施例方式隨著孩￡電子器件尺寸的不斷減小，多重晶體管之間的信 號的傳播的時間延遲(傳播延遲)已經變成決定器件性能的越來越 重要的參數(shù)。傳播延遲與金屬互連線路的電阻(i )和層間電介質 絕緣材料的電容(C)的乘積成正比(也稱為AC延遲)。因此，為 最小化傳播延遲，將具有低介電常數(shù)的絕緣材料與高導電性金屬 (或低電阻金屬)結合在一起是有益的。作為更加傳統(tǒng)的鋁(Al) 互連金屬(尺-3.0-5.0)J n-cm)的替代品，銅(Cu)作為互連線路 的金屬引起了極大的關注，因為它的電阻值很低(R<2|uQ-cm)。
7同樣地，其它的電介質材料，比如有機娃酸鹽玻璃(OSG)、有機硅
酸鹽玻璃(OSG)、原硅酸四乙酯(TEOS)、氟化石英玻璃(FSG)和碳摻 雜氧化物，也作為氧化硅(k 4.0)的替換物引起了關注。然而，在成功地實現(xiàn)將銅作為互連材料之前，需要克月l 一些障礙。首先，因為銅不容易形成不穩(wěn)定的副產品，所以傳統(tǒng)的 或者消減型蝕刻技術是不夠的。因此，為形成圖案化的銅互連線路， 嵌入制造工藝是必需的，其包括在從前圖案化的開口 (例如溝槽、 接觸點或通孔)中沉積導電材料。第二，因為銅在硅和金屬互連周 圍的許多電介質材料中容易擴散，所以可能發(fā)生短路或者電性能的 退化。因此，任何涉及銅的嵌入工藝都包括形成擴散阻障層，以封 裝該銅互連線^各。圖1是嵌入制造工藝的一個示例性實施方式。在步驟IO 中，在電介質層中形成開口。這通常是通過在電介質層上的掩模層 (例如光阻)中圖案化開口，例如溝槽、4妄觸點或者通孔，然后進 行濕法刻蝕或干法刻蝕來形成的。優(yōu)選地，該電介質材料是〗氐k電 介質(k〈3.0),比如k小于2.5、小于2,0，或者小于1.5。在步驟20中， ;冗積阻障材并牛以在限定該電介質層中的開口的至少該側壁上形成 層?？梢孕纬梢粋€或多個阻障層以保護與銅互連鄰接的電介質材料 免于被從銅互連擴散到相鄰的電介質材料的銅原子污染。例如銅原 子向該電介質層的擴散可能導致短路或者介電常數(shù)的不想要的增 力口。沉積完至少一個阻障層之后，在步-驟30中，在阻障材珅牛 上沉積種晶層以在該開口 (例如溝槽、接觸點或者通孔)的內壁中 布線。例如，對于銅互連材料，銅種晶層有利于在互連線路之間促 進良好粘著并產生良好的電性接觸。銅種晶層可以是通過任何合適 的沉積技術形成的，例如化學氣相沉積(CVD)等。在步驟40中，4吏用塊^l大金屬i真充該開口 。 乂于于銅互連結構，可以〗吏用無電或電鍍 銅工藝來填充空隙。在步驟50中，通過任何合適的技術，例如化學機械拋光 (CMP)或回刻(etch-back)工藝，平坦4匕該結構以去除過量的導 電材料。該嵌入制造工藝可以是單一或者加倍(雙)嵌入工藝。對于 后一種工藝，可以^f吏用通孑W尤先方式(via-first approach )或溝才曹4尤 先方式(trench-first approach )。理想情況下，擴散阻障層可以阻止銅原子向四周的電介 質材料的遷移，并具有銅的低溶解度，而不會形成任何的金屬間化 合物。典型的阻障材料包括鉭(Ta)、氮化鉭(TaN)、釕(Ru)、氧 化釕(RuOx)及其合金。其它可用作擴散阻障的候選材料包括4各 (Cr)、鉬(Mo)、鴒(W)和4來(Re)。例如，該阻障材并?？梢允?通過物理氣相沉積(PVD)、原子層沉積(ALD)等涂覆的。物理氣相沉積(PVD)是一種涂覆技術，其特征在于原子 或分子在低壓下從源中蒸發(fā)。該原子或分子是通過從源中蒸發(fā)，或 者通過將高能氣體離子導向源(或目標)來濺射出原子或分子產生 的。這些原子或分子撞擊并凝結在基板的表面上以形成薄膜。如果 PVD是在有活性氣體的情況下進行的，在基板上會沉積化合物(例 如在氮氣中Ta的沉積形成TaN )。這種沉積:技術提供了涂覆具有較低 縱橫比(小于2)的保形的和一致的開口的能力。隨著晶體管器件尺寸的持續(xù)縮減，用作互連線路的開口 (比如溝槽、接觸點或者通孔)的縱一黃比不斷增大(例如，大于2)。 當PVD被用來涂覆具有較高縱橫比的開口時，可能在獲得一致的涂
9覆厚度上遇到困難。因此，在高縱橫比開口中沉積阻障層的遺留挑 戰(zhàn)中的 一個就是在這樣的開口中涂覆保形阻障層的能力。原子層沉積(ALD)是一種新興技術，它能夠提供保形涂 覆具有較高縱橫比(大于2)的開口的能力。ALD是一種自我限制 (self-limiting)的涂覆技術，其中反應物被引入沉積室，每次一種 單一前體，以發(fā)生反應并形成薄力莫。第一前體凈皮"永沖式地沖入該室， 充滿該基板表面，然后通過引入清洗氣體去除任何多余的前體。然 后將第二前體脈沖式沖入該室，與該第一前體反應，形成單一的單
層薄膜。通過引入清洗氣體，去除多余的第二前體和任何反應產物。 該工藝可以重復進行數(shù)次，直到達到想要的薄膜厚度。雖然鉭、氮化鉭、釕和氧化釕是優(yōu)秀的阻障材料，如果 在種晶層沉積之前和沉積過程中沒有合理地r控制阻障層的表面以 避免氧化的話，無論使用哪種沉積:技術，該結構都可能脫層 (delaminate )。例如，4旦容易4皮影響而形成氧化4旦。盡管銅與鉭粘 著良好，如果形成在氧化鉭上的話，銅層經常會脫層，導致互連的 退化。形成之后，氧化鉭難以被還原為金屬態(tài)。因此，非常需要在 整個沉積過程中，對與氧氣環(huán)境的接觸進行認真控制。而且，因為粘著性差，不同的材并十的阻障層可能與作為 種晶層的銅是不兼容的。例如，氮化鉭和氧化釕對于上面覆蓋的銅 沉積作為粘附層的效果很差。對于氮化鉭，必須施加上覆的鉭層， 該鉭層對氮化鉭和銅均可以粘著。同樣地，對于氧化釕，必須施加 上覆的釕層，該釕層對氧化釕和銅均可以粘著。圖2是互連結構的一個示例性實施方式，其中電介質層70 沉積于基板60上。例如，電介質層70可以是通過CVD或使用旋制 (spin-on)技術沉積的。基板60可以是單一結晶硅晶片。優(yōu)選地， 電介質層70是^氐k電介質(k〈3.0), t匕^口k小于2.5、小于2.0或小于1.5。合適的低k電介質材料的例子包括二氧化硅/硅氧烷衍生物，例如氟摻雜和碳摻雜的有機硅酸鹽玻璃(OSG)氧化物比如FLOWFILL⑧ (由Trikon制造的)、BLACK DIAMOND (由Applied Materials制 造的)、CORAL (由Novellus制造的)、AURORA (由ASMI制造 的)，有才幾聚合物比如JSR (由JSR制造的)禾口SiLK (由Dow Chemical制造的)，或者中孑U皮璃(mesoporous glass ), 4吏用成孑L齊寸 (porogens)進行處理以增強低k特性。對于接觸點層，還可以使用 較高介電常數(shù)材料(k=3.8-4.0)，包括硼磷硅酸鹽玻璃(BPSG)和 原硅酸四乙酯(TEOS )。在電介質層70上可以沉積和圖案化掩模層， 例如光阻層(未示)，然后刻蝕以形成開口80。在一個示例性實施 方式中，開口80可以是通孔、接觸點或者溝槽。
如圖3所示，至少在電介質7 0的開口 8 0的側壁表面上沉積 第一阻障層90。如果開口80具有相對比較高的縱;f黃比的話(也就是 說大于2),優(yōu)選地，使用ALD技術沉積該第一阻障層90。通過每次 沉積第一阻障層材料90的一個單層，ALD^是供沉積幾乎完美的保形 的薄膜的能力。對于銅互連，合適的示例性阻障材料包括鉭(Ta)、 氮4匕4旦(TaN)或者其組合。在一個實施方式中，通過ALD首先;冗 積TaN作為第 一阻障層卯，到約20埃到40埃之間的厚度。
對于由ALD進行的氮化鉭沉積，將鉭前體脈沖式沖入反 應室，該反應室維持在約100毫托到約3托氣壓下。將該基板加熱到 大約150°C到大約300。C的溫度。"永沖時間范圍為約100毫秒到約3 秒，以-使至少該開口80的側壁表面一皮鉭前體單層所充滿。 <吏用例如 氬氣清洗該反應室，然后以與鉭前體差不多長的脈沖時間《I入含氮 氣體。鉭前體和含氮氣體反應以形成原子 一 樣薄的 (atomically-thin )、保形的氮化鉭層。當使用惰性氣體(例如氬) 清洗反應室時，多余的氣體和反應產物一皮除去。重復該循環(huán)直到氮 化鉭達到合適的厚度。ALD沉積技術可包括熱ALD、等離子增強iiALD或熱燈絲ALD ( hot filament ALD )。等離子增強ALD可包4舌直 接的或者遠程的等離子體。
鉭前體的實施例可包括五(乙基甲基氨基)鉭(PEMAT )、 五(二乙基氨基)鉭(PDEAT)、五(二甲基氨基)鉭(PDMAT)、 叔丁基亞氨基三(二乙基氨基)鉭(TBTDET )、叔丁基亞氨基三(乙 基曱基氨基)鉭(TBTEMT)和鉭的鹵化物(也就是五氟化鉭、五 氯化鉭、五溴化鉭)及其衍生物。含氮氣體的實施例可包括氨或二 甲基阱二氮。
如圖4所示，對含鉭并含氮的第 一阻障層90進4亍氫還原以 產生鉭富集區(qū)卯B (也就是TaxNy,其中x〉y )和氮化鉭區(qū)90A。如圖 4所示，4旦富集區(qū)90B覆蓋氮化4旦區(qū)90A,該氮化4旦區(qū)90A^皮放置入 該電介質材料70和該鉭富集區(qū)90B之間。該氮化鉭區(qū)90A的氮含量大 于該鉭富集區(qū)90B的氮含量。鉭富集區(qū)90B改善了第 一 阻障層90與任 何上覆金屬(例如釕或者銅)之間的粘著性。如下所述，氫還原可 以是通過熱還原或者通過與含氫等離子體接觸來進行的。
在一個示例性實施方式中，可以乂十該含4巨并含氮的第一 阻障層90進行等離子體處理，例如在電感耦合或者遠程源(下游) 等離子體裝置中，以在氮化鉭中形成鉭富集區(qū)(例如鉭富集區(qū)90A)。 等離子體處理所用的工藝氣體可包括氫氣(H2)、氨(NH3)和惰 性載氣，例如氬(Ar)或氦(He),總的氣體流速從大約100sccm到 大約500sccm 。 氫氣的流速的范圍可以為大約1 OOsccm到大約 200sccm。氨的流速可以到大約1 OOsccm。惰性氣體的流速可以到大 約500sccm。室壓范圍可以是約5毫托到約50毫4乇，其中晶片溫度范 圍是約10。C到約200。C 。處理時間的范圍可以是從約15秒到約150 秒，優(yōu)選地，約75秒。為了產生等離子體，在約2MHz到約2.73MHz 下施加大約200W到大約2000W的射頻(RF)功率。
對于在電感耦合等離子體裝置中產生的氫或者氬/氦等 離子體，可以通過下電才及對該晶片施加RF偏置功率，大小為約 100W, RF頻率為400kHz到約27.3MHz。對于直^圣為200mm的晶片， 可以施加達50W的偏置功率。然而，施加RF偏置功率時，應當將氬 氣等較重的惰性氣體從工藝氣體中排除，因為濺射效果可能損害較 薄的氮化4巨層。
在一個替代的實施方式中，可以在電容專禺合平4亍一反 (parallel-plate)等離子體裝置中對氮化鉭進行處理。工藝氣體可以 包括氫氣(H2)、氨(NH3)和氦氣(He),總的氣流速率范圍為大 約1 OOsccm到大約1 OOOsccm 。室內壓力范圍可以是大約100毫4乇到大 約500毫托，晶片溫度范圍為大約10。C到大約200。C。為了產生等離 子體，可以在約13.5 6MHz到約60MHz頻率下施加達約100W到約 1000W的RF功率。可以以大約400kHz到大約2MHz之間的頻率施力口 約200W的RF偏置功率。然而，施加RF偏置功率時，應當將氬氣等 較重的惰性氣體從工藝氣體中排除，因為賊射效果可能損害較薄的 氮化4旦層。
在另一個實施方式中，可以在下游或者遠程等離子體處 理裝置中對氮化鉭進行處理。對于這樣的處理，工藝氣體包括氫氣 (H2)、氨(NH3)、氦氣(He)和氬氣(Ar),總的氣流速率范圍 為大約100sccm到大約2000sccm。工藝壓力范圍為大約0.5托到大約2 托，工藝溫度范圍為大約20。C到大約200。C。可以以大約400kHz到 大約2.56MHz之間的頻率施加大約500W到大約2500W的RF偏置功 率。由于該遠程等離子體源，專交薄的氮化鉭層不會^皮氬等重元素濺 射。
—旦在阻障層90中產生了鉭富集區(qū)90B之后，立即沉積覆蓋層以防止氧化鉭的形成。為了防止氧化鉭的形成，優(yōu)選地，在沉積任何覆蓋膜之前，鉭富集區(qū)90B被保持在受控環(huán)境下(也就是i兌^f氐氧環(huán)境，例如真空環(huán)境)。
如圖5所示，可以將第二阻障層100沉積在第一阻障層90 上進一步提高阻障性能。例如，第二阻障層100可以是氧擴散還原 材料，例如釕。如果開口80具有相對較高的縱一黃比(例如大于2) 的話，優(yōu)選地， -使用ALD沖支術沉積該第二阻障層IOO。在一個實施 方式中，首先通過ALD沉積釕作為第二阻障層IOO,到大約20埃到 大約40埃的厚度。
為了通過ALD沉積釕，將釕前體月永沖式沖入反應室，該 反應室被維持在大約IOO毫托到大約3托的壓力下。加熱基板的溫度 到大約150。C到大約300。C。脈沖時間范圍為大約IOO毫秒到大約3 秒，這樣基板表面就被釕前體的單層充滿。使用惰性氣體(例如氬 氣)清洗該反應室，然后引入氫氣(H2)，與該釕前體4吏用差不多 的月永沖時間。該釕前體和該氬氣發(fā)生反應以形成原子一沖羊薄的、4呆 形的釕層。使用惰性氣體(例如氬氣)清洗該反應室時，多余的氣 體和反應產物^皮除去。可以重復該循環(huán)直到達到了合適的釕的厚 度。ALD沉積技術可包括熱ALD、等離子增強ALD或熱燈絲ALD (hot filament ALD )。等離子增強ALD可包括直4妄的和遠程的等離 子體?；蛘?，使用氨(NH3)作為氬源以與釕前體發(fā)生反應。
釕前體的實施例包括二(環(huán)戊二烯基)釕(RuCp2)、 二(乙 基環(huán)戊二烯基)釕(Ru(CpEt)2)或其衍生物。
如上所述，氧化釕對于任何后續(xù)的無電鍍銅操作都是很 差的催化表面。然而，與釕相比，氧化釕可以對銅的遷移提供更好 的擴散阻障性能。這種阻障效應是因為在氧化釕中沿著晶粒邊界銅 擴散的減少。因此， 一種途徑是形成釕/RuOx/釕復合作為第二阻障 層IOO。該復合的第二阻障層100提供了 (i)保護下面的鉭或TaN14層免于氧化；(ii)改善氧化釕的阻障性能；以及(iii)為后續(xù)的無 電鍍銅操作提供合適的催化表面。
含釕的第二阻障層100被氧化以形成氧化釕區(qū)IOOB和釕 區(qū)100A。如圖6所示，氧化釕100B覆蓋在釕區(qū)100A上，釕區(qū)100A 被置于該第一阻障層90和氧化釕區(qū)100B之間。例如，氧化釕區(qū)100B的厚度范圍為大約10埃到大約15埃。如上所述，氧化釕區(qū)100B改善 了對銅遷移的擴散阻障性能。
在一個示例性實施方式中，氧化4支術包括，單獨或者結 合起來，使用氧氣(02)、 一氧化碳(CO)或者二氧化碳(co2) 工藝氣體，進行等離子體處理。可選地，可以將一種或多種稀釋氣 體，例如氦氣或氬氣添加到該工藝氣體中。該等離子體處理可以在 電感耦合等離子體裝置、電容耦合等離子體裝置、下游等離子體裝 置等中進行。
參考圖7 ，然后將氧化釕區(qū)IOOB進行氫還原以形成釕富集 區(qū)100C。氫還原的結果是，氧化釕區(qū)100B的氧含量大于釕富集區(qū) IOOC的氧含量。在一個實施方式中，釕富集區(qū)100C可以是釕金屬。 如圖所示，釕富集區(qū)100C覆蓋在氧化釕區(qū)100B上，氧化釕區(qū)100B 被置于釕區(qū)100A和釕富集區(qū)100C之間。例如，釕富集區(qū)100C的厚 度可以是單層的厚度。在另一個實施方式中，釕區(qū)100C的厚度范圍 可以是大約5埃到大約10埃之間。如上所述，釕富集區(qū)100C為后續(xù) 的無電鍍銅操作提供了合適的催化表面。
與上述的氮化鉭的還原方法類似，氧化釕的氫還原可以 通過熱還原或者與含氫等離子體的"t妾觸進4于。在一個示例性實施方 式中，氫還原技術包括使用氫氣(H2)、氨(NH3)、氦氣(He)或 氬氣工藝氣體，單獨或聯(lián)合地，進行等離子體處理。該等離子體處理可以在電感耦合等離子體裝置、電容耦合等離子體裝置、下游的 等離子體裝置等中進行。
如圖8所示，種晶層110被沉積在釕富集區(qū)100C上。例如， 銅種晶層110可以是4吏用PVD或者無電電鍍^支術沉積的。沉積完4同 種晶層110之后，使用塊狀金屬120填充開口80以形成互連結構，如 圖9所示。例如，可以4吏用銅無電電鍍或銅電鍍工藝，4吏用銅塊狀 金屬120填充開口 。該無電鍍銅工藝的細節(jié)在申請?zhí)枮?1/461,415、 名稱為 "System and Method for Forming Patterned Copper Lines Through Electroless Copper Plating ，， 的 共 同 凈爭 it (commonly-assigned)的美國專利申請中有所描述，其內容皆由引用而納入i):匕處。
如圖10所示，可以通過平坦化技術，例如化學機械拋光 (CMP)或回刻，去除任何多余的塊狀金屬120。
如上所述，對界面特性的控制，包括對氧化的控制，成 就了高質量界面的形成。 一種控制界面質量的途徑是減少剛沉積的 或剛處理過的層與含氧環(huán)境的接觸。 一種途徑是在環(huán)境受控的才莫塊 化工藝工具中進行全部的工藝步驟(例如ALD、等離子體處理)， 以最小化與氧的接觸。這種模塊化的工藝工具也在申請?zhí)枮?11/461，415的共同轉讓的美國專利申請以及申請?zhí)枮?1/514,308,名 稱為"process and System for Engineering a Barrier Surface for Copper Deposition Copper Deposition"的共同轉讓的美國專利申i青中4苗述 過，其內容皆由引用而納入此處。
圖11描繪了模塊化的工藝工具200的簡化示意圖，該工藝 工具具有連4妻到處理室220-270的4專送室210 J專送室210具有受4空環(huán) 境，并可以維持在低壓環(huán)境或充滿惰性氣體(例如氦氣、氮氣、氬 氣)。傳送室210還裝備有機械臂，以在各處理室220-270之間傳送晶片。在一種示例性的配置中，處理室220-270可以是(i) ALD反應 器220，以沉積氮化4旦；(ii)氫還原室230 (也就是熱還原室或者含 氫等離子體處理裝置)；(iii) ALD反應器240，以沉積釕；(iv)氧 化室250(也就是含氧等離子體處理裝置)；(v)銅種晶層沉積室260 (也就是PVD)和/或(vi)無電鍍銅系統(tǒng)270。通過4吏用模塊化的 工藝工具200原位完成圖2-9中所示的工藝步驟，可以最小化剛沉積 或者剛處理的金屬的氧化。因此，在進行所有的涂覆和處理的同時 保持半導體基板處于真空環(huán)境中。
如上所述，含鉭阻障層的氧化是不利的，因為其對于上 覆金屬的粘著性很差。而且，難以將氧化鉭還原為金屬態(tài)。例如， 在ALD反應器220中形成含鉭并含氮的第 一 阻障層90以后，可以使 用傳送室210中的機械臂系統(tǒng)將該晶片傳送到 一個單獨的室以進行 氫還原。同樣地，含鉭并含氮的第一阻障層90在氬還原室230中進 行氫還原以形成鉭富集區(qū)90B之后，可以將晶片傳送到ALD反應器 240以沉積上覆的釕阻障層100。因為該基板是在受控環(huán)境(例如， 低氧環(huán)境)下通過傳送室210傳送的，所以含4旦并含氮的第一阻障 層90和鉭富集區(qū)90B的氧化可以最小化。
盡管本發(fā)明是參考其具體實施方式
進行詳細描述的，然 而，對本領域的技術人員來說，顯然，可以在不悖離所附權利要求 的范圍的基礎上，對本發(fā)明作出變更和修改，或者進4亍等同替換。
權利要求
1.一種互連結構，包含具有至少一個開口的電介質材料層；在限定該開口的側壁上的第一阻障層；以及覆蓋在該第一阻障層上的含釕并含氧的第二阻障層，該第二阻障層具有釕區(qū)、氧化釕區(qū)和釕富集區(qū)，該釕區(qū)被置于該第一阻障層和該氧化釕區(qū)之間，且該氧化釕區(qū)被置于該釕區(qū)和該釕富集區(qū)之間。
2. 根據(jù)權利要求1所述的互連結構，進一步包含在該第二阻障層 上的種晶層和填充該整個開口的塊狀金屬，其中該種晶層和該 塊狀金屬是由銅或銅合金組成的。
3. 根據(jù)權利要求1所述的互連結構，其中(i) 該釕富集區(qū)由釕《且成；(ii) 該開口是溝槽、4^觸點或通孔；(iii) 該電介質材料是低k電介質或較高k電介質；(iv) 該結構是雙嵌入結構或4妻觸點結構；以及/或(v) 該第一阻障材料是鉻、鉬、鎢、鉭或錸。
4. 一種互連結構，包含具有至少一個開口的電介質材沖牛層；在限定該開口的側壁上的含4旦并含氮的第一阻障層，該 第一阻障層具有鉭富集區(qū)和氮化鉭區(qū)，其中該氮化鉭區(qū)的氮含量大于該鉭富集區(qū)的氮含量，該氮化鉭區(qū)#皮置于該電介質材泮十和該4旦富集區(qū)之間；以及覆蓋在該第一阻障層上的含釕并含氧的第二阻障層，該 第二阻障層具有釕區(qū)、氧化釕區(qū)和釕富集區(qū)，該釕區(qū)^^皮置于該 4旦富集區(qū)和該fU匕釕區(qū)之間，且該氧4匕釕區(qū)^皮置于該釕區(qū)和該 釕富集區(qū)之間。
5. 根據(jù)權利要求4所述的互連結構，進一步包含在該第二阻障層 上的種晶層和填充該整個開口的塊狀金屬，其中該種晶層和該 塊狀金屬是由銅或銅合金組成的。
6. 根據(jù)權利要求4所述的互連結構，其中(i) 該開口是溝槽、4妻觸點或通孔；以及/或(ii) 該電介質材料是低k電介質或較高k電介質。
7. 根據(jù)權利要求6所述的互連結構，其中該低k電介質材料是有 才幾石圭酸鹽玻璃(OSG)、氟化石英玻璃(FSG)、碳力參雜氧化物、 中孔玻璃或有才幾聚合物。
8. 根據(jù)權利要求6所述的互連結構，其中該較高k電介質材料是 硼石粦石圭酸鹽3皮璃(BPSG)或原石圭酸四乙酯(TEOS)。
9. 根據(jù)權利要求6所述的互連結構，其中(i) 該釕富集區(qū)由釕組成；(ii) 該第一阻障層的厚度范圍為約20埃到約40埃；(iii) 該鉭富集區(qū)的厚度范圍為約5埃到約15埃；(iv) 該第二阻障層的厚度范圍為約20埃到約40埃；(v) 該氧化釕區(qū)的厚度范圍為約5埃到約15埃；(vi) 該釕富集區(qū)具有約單層的厚度，或厚度范圍為約5 埃到約10埃；以及/或(vii) 該結構是^又嵌入結構。
10. —種在半導體基板上制造嵌入結構的方法，包含在電介質材沖牛中形成至少一個開口 ；4吏用含鉭并含氮的第一阻障層涂覆限定該開口的側壁；處理該第一阻障層以形成鉭富集區(qū)和氮化鉭區(qū)，其中該 氮化鉭區(qū)的氮含量大于該鉭富集區(qū)的氮含量，該氮化4旦區(qū)被置 于該電介質才才并牛和該鉭富集區(qū)之間；4吏用含釕的第二阻障層涂覆該第 一 阻障層；處理該第二阻障層以形成氧4匕釕區(qū)和釕區(qū)，該釕區(qū)凈皮置 于該4旦富集區(qū)和該氧4匕釕區(qū)之間；以及處理該氧化釕區(qū)以形成釕富集區(qū)，該氧化釕區(qū)纟皮置于該 釕區(qū)和該釕富集區(qū)之間。
11. 才艮據(jù)片又利要求10所述的方法，進一步包含在該第二阻障層上 涂覆種晶層，使用銅填充該開口以及平坦化該電介質的上表面。
12. 才艮據(jù)^L利要求10所述的方法，其中該第一阻障層的該側壁是 4吏用原子層沉積(ALD)、熱ALD、等離子增強ALD或熱燈 絲ALD )余覆的。
13. 才艮據(jù)權利要求12所述的方法，其中該ALD是4吏用鉭前體進 行的，該鉭前體是從由五(乙基曱基氨基)鉭(PEMAT)、五(二乙基氨基)鉭(PDEAT )、五(二曱基氨基)鉭(PDMAT )、 叔丁基亞氨基三(二乙基氨基)鉭(TBTDET)、叔丁基亞氨基三(乙基曱基氨基)鉭(TBTEMT )和鉭的卣化物組成的組 中選出的。
14. 根據(jù)權利要求10所述的方法，其中該處理該第一阻障層是通 過氫還原或通過熱氫還原或通過與含氬等離子體接觸進行的。
15. 根據(jù)權利要求14所述的方法，其中該含氫等離子體是由電感 耦合等離子體裝置、電容耦合等離子體裝置或下游等離子體處 理裝置產生的。
16. 4艮據(jù)權利要求10所述的方法，其中該第二阻障層是由原子層 沉積(ALD)、熱ALD、等離子增強ALD或熱燈絲ALD形成 的。
17. 根據(jù)權利要求16所述的方法，其中該ALD是使用二(環(huán)戊二 烯基)釕(RuCp2)或二(乙基環(huán)戊二烯基)釕(Ru(CpEt)2)前體進行的。
18. 才艮據(jù)權利要求10所述的方法，其中該處理該第二阻障層以形 成該氧化釕區(qū)是通過與含氧等離子體接觸進行的。
19. 根據(jù)權利要求10所述的方法，其中該處理該氧化釕區(qū)以形成 釕富集區(qū)是通過氫還原或通過熱氫還原或通過與含氫等離子 體接觸進行的。
20. 根據(jù)權利要求10所述的方法，其中所有的涂覆和處理都是在 單獨的室內原位進行的，同時保持該半導體基一反在真空環(huán)境 下。
全文摘要
提供一種互連結構，該結構包括電介質材料層，該電介質材料層具有至少一個開口以及在限定該開口的側壁上的第一阻障層。含釕并含氧的第二阻障層覆蓋在該第一阻障層上，該第二阻障層具有釕區(qū)、氧化釕區(qū)和釕富集區(qū)。該釕區(qū)被置于該第一阻障層和該氧化釕區(qū)之間，且該氧化釕區(qū)被置于該釕區(qū)和該釕富集區(qū)之間。
文檔編號H01L21/283GK101558476SQ200780046332
公開日2009年10月14日 申請日期2007年12月5日 優(yōu)先權日2006年12月14日
發(fā)明者威廉·蒂, 弗里茨·C·雷德克, 約翰·M·博伊德, 耶茲迪·多爾迪, 蒂魯吉拉伯利·阿魯娜, 衡石·亞歷山大·尹 申請人:朗姆研究公司