专利名称：互连结构和制造嵌入结构的方法
互连结构和制造嵌入结构的方法
背景技术：
半导体器件，比如晶体管，通常是在单一结晶硅晶片表
面上形成的，并可能包括多层图案化并互相连接的层。有源器件在 制造完成后，通过形成多层互连线3各、触点、通孔和电介质层净皮有 线连4妻成想要的电3各布局。
发明内容
在一个实施方式中，4是供一种互连结构。电介质材4+层 具有至少 一个开口以及在限定该开口的侧壁上的第 一阻障层。含钌 并含氧的第二阻障层覆盖在该第一阻障层上，该第二阻障层具有钌 区、氧化4了区和钌富集区。该钌区净皮置于该第一阻障层和该氧化钌 区之间，且该氧化钌区被置于该钌区和该钌富集区之间。在一个实施方式中，才是供一种互连结构。电介质材料层 具有至少一个开口以及在限定该开口的侧壁上的含钽并含氮的第 一阻障层。该第一阻障层具有钽富集区和氮4匕钽区，该氮4匕钽区的 氮含量大于该钽富集区的氮含量。该氮化钽区#皮置于该电介质材泮牛 和该钽富集区之间。含钌并含氧的第二阻障层覆盖在该第 一阻障层 上，该第二阻障层具有钌区、氧化钌区和钌富集区。该钌区净皮置于 该钽富集区和该氧化钌区之间。该氧化钌区被置于该钌区和该钌富 集区之间。提供一种在半导体基板上制造嵌入结构的方法。在一个实施方式中，在电介质材料中形成至少一个开口。 4吏用含4旦并含氮
的第 一阻障层涂覆限定该开口的侧壁。处理该第 一阻障层以形成4a 富集区和氮化钽区。其中该氮化4旦区的氮含量大于该钽富集区的氮 含量。该氮化钽区被置于该电介质材料和该钽富集区之间。使用含 钌的第二阻障层涂^隻该第 一阻障层。处理该第二阻障层以形成氧化 钌区和钌区，该钌区^皮置于该4巨富集区和该氧4匕钌区之间。处理该 氧化钌区以形成钌富集区，该氧化钌区#皮置于该钌区和该钌富集区 之间。
程图。图2-9是制造嵌入结构的方法的示例性实施方式的横断 面视图，该嵌入结构包括形成在电介质材料上的开口 ，并包括涂覆 和处理步骤。图10是具有受控环境的模块化工艺工具的简化示意图。
具体实施例方式随着孩￡电子器件尺寸的不断减小，多重晶体管之间的信 号的传播的时间延迟(传播延迟)已经变成决定器件性能的越来越 重要的参数。传播延迟与金属互连线路的电阻(i )和层间电介质 绝缘材料的电容(C)的乘积成正比(也称为AC延迟)。因此，为 最小化传播延迟，将具有低介电常数的绝缘材料与高导电性金属 (或低电阻金属)结合在一起是有益的。作为更加传统的铝(Al) 互连金属(尺-3.0-5.0)J n-cm)的替代品，铜(Cu)作为互连线路 的金属引起了极大的关注，因为它的电阻值很低(R<2|uQ-cm)。
7同样地，其它的电介质材料，比如有机娃酸盐玻璃(OSG)、有机硅
酸盐玻璃(OSG)、原硅酸四乙酯(TEOS)、氟化石英玻璃(FSG)和碳掺 杂氧化物，也作为氧化硅(k 4.0)的替换物引起了关注。然而，在成功地实现将铜作为互连材料之前，需要克月l 一些障碍。首先，因为铜不容易形成不稳定的副产品，所以传统的 或者消减型蚀刻技术是不够的。因此，为形成图案化的铜互连线路， 嵌入制造工艺是必需的，其包括在从前图案化的开口 (例如沟槽、 接触点或通孔)中沉积导电材料。第二，因为铜在硅和金属互连周 围的许多电介质材料中容易扩散，所以可能发生短路或者电性能的 退化。因此，任何涉及铜的嵌入工艺都包括形成扩散阻障层，以封 装该铜互连线^各。图1是嵌入制造工艺的一个示例性实施方式。在步骤IO 中，在电介质层中形成开口。这通常是通过在电介质层上的掩模层 (例如光阻)中图案化开口，例如沟槽、4妄触点或者通孔，然后进 行湿法刻蚀或干法刻蚀来形成的。优选地，该电介质材料是〗氐k电 介质(k〈3.0),比如k小于2.5、小于2,0，或者小于1.5。在步骤20中， ;冗积阻障材并牛以在限定该电介质层中的开口的至少该侧壁上形成 层。可以形成一个或多个阻障层以保护与铜互连邻接的电介质材料 免于被从铜互连扩散到相邻的电介质材料的铜原子污染。例如铜原 子向该电介质层的扩散可能导致短路或者介电常数的不想要的增 力口。沉积完至少一个阻障层之后，在步-骤30中，在阻障材珅牛 上沉积种晶层以在该开口 (例如沟槽、接触点或者通孔)的内壁中 布线。例如，对于铜互连材料，铜种晶层有利于在互连线路之间促 进良好粘着并产生良好的电性接触。铜种晶层可以是通过任何合适 的沉积技术形成的，例如化学气相沉积(CVD)等。在步骤40中，4吏用块^l大金属i真充该开口 。 乂于于铜互连结构，可以〗吏用无电或电镀 铜工艺来填充空隙。在步骤50中，通过任何合适的技术，例如化学机械抛光 (CMP)或回刻(etch-back)工艺，平坦4匕该结构以去除过量的导 电材料。该嵌入制造工艺可以是单一或者加倍(双)嵌入工艺。对于 后一种工艺，可以^f吏用通孑W尤先方式(via-first approach )或沟才曹4尤 先方式(trench-first approach )。理想情况下，扩散阻障层可以阻止铜原子向四周的电介 质材料的迁移，并具有铜的低溶解度，而不会形成任何的金属间化 合物。典型的阻障材料包括钽(Ta)、氮化钽(TaN)、钌(Ru)、氧 化钌(RuOx)及其合金。其它可用作扩散阻障的候选材料包括4各 (Cr)、钼(Mo)、鴒(W)和4来(Re)。例如，该阻障材并牛可以是 通过物理气相沉积(PVD)、原子层沉积(ALD)等涂覆的。物理气相沉积(PVD)是一种涂覆技术，其特征在于原子 或分子在低压下从源中蒸发。该原子或分子是通过从源中蒸发，或 者通过将高能气体离子导向源(或目标)来溅射出原子或分子产生 的。这些原子或分子撞击并凝结在基板的表面上以形成薄膜。如果 PVD是在有活性气体的情况下进行的，在基板上会沉积化合物(例 如在氮气中Ta的沉积形成TaN )。这种沉积:技术提供了涂覆具有较低 纵横比(小于2)的保形的和一致的开口的能力。随着晶体管器件尺寸的持续缩减，用作互连线路的开口 (比如沟槽、接触点或者通孔)的纵一黄比不断增大(例如，大于2)。 当PVD被用来涂覆具有较高纵横比的开口时，可能在获得一致的涂
9覆厚度上遇到困难。因此，在高纵横比开口中沉积阻障层的遗留挑 战中的 一个就是在这样的开口中涂覆保形阻障层的能力。原子层沉积(ALD)是一种新兴技术，它能够提供保形涂 覆具有较高纵横比(大于2)的开口的能力。ALD是一种自我限制 (self-limiting)的涂覆技术，其中反应物被引入沉积室，每次一种 单一前体，以发生反应并形成薄力莫。第一前体净皮"永沖式地冲入该室， 充满该基板表面，然后通过引入清洗气体去除任何多余的前体。然 后将第二前体脉冲式沖入该室，与该第一前体反应，形成单一的单
层薄膜。通过引入清洗气体，去除多余的第二前体和任何反应产物。 该工艺可以重复进行数次，直到达到想要的薄膜厚度。虽然钽、氮化钽、钌和氧化钌是优秀的阻障材料，如果 在种晶层沉积之前和沉积过程中没有合理地r控制阻障层的表面以 避免氧化的话，无论使用哪种沉积:技术，该结构都可能脱层 (delaminate )。例如，4旦容易4皮影响而形成氧化4旦。尽管铜与钽粘 着良好，如果形成在氧化钽上的话，铜层经常会脱层，导致互连的 退化。形成之后，氧化钽难以被还原为金属态。因此，非常需要在 整个沉积过程中，对与氧气环境的接触进行认真控制。而且，因为粘着性差，不同的材并十的阻障层可能与作为 种晶层的铜是不兼容的。例如，氮化钽和氧化钌对于上面覆盖的铜 沉积作为粘附层的效果很差。对于氮化钽，必须施加上覆的钽层， 该钽层对氮化钽和铜均可以粘着。同样地，对于氧化釕，必须施加 上覆的钌层，该钌层对氧化钌和铜均可以粘着。图2是互连结构的一个示例性实施方式，其中电介质层70 沉积于基板60上。例如，电介质层70可以是通过CVD或使用旋制 (spin-on)技术沉积的。基板60可以是单一结晶硅晶片。优选地， 电介质层70是^氐k电介质(k〈3.0), t匕^口k小于2.5、小于2.0或小于1.5。合适的低k电介质材料的例子包括二氧化硅/硅氧烷衍生物，例如氟掺杂和碳掺杂的有机硅酸盐玻璃(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)，有才几聚合物比如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齐寸 (porogens)进行处理以增强低k特性。对于接触点层，还可以使用 较高介电常数材料(k=3.8-4.0)，包括硼磷硅酸盐玻璃(BPSG)和 原硅酸四乙酯(TEOS )。在电介质层70上可以沉积和图案化掩模层， 例如光阻层(未示)，然后刻蚀以形成开口80。在一个示例性实施 方式中，开口80可以是通孔、接触点或者沟槽。
如图3所示，至少在电介质7 0的开口 8 0的侧壁表面上沉积 第一阻障层90。如果开口80具有相对比较高的纵;f黄比的话(也就是 说大于2),优选地，使用ALD技术沉积该第一阻障层90。通过每次 沉积第一阻障层材料90的一个单层，ALD^是供沉积几乎完美的保形 的薄膜的能力。对于铜互连，合适的示例性阻障材料包括钽(Ta)、 氮4匕4旦(TaN)或者其组合。在一个实施方式中，通过ALD首先;冗 积TaN作为第 一阻障层卯，到约20埃到40埃之间的厚度。
对于由ALD进行的氮化钽沉积，将钽前体脉沖式沖入反 应室，该反应室维持在约100毫托到约3托气压下。将该基板加热到 大约150°C到大约300。C的温度。"永沖时间范围为约100毫秒到约3 秒，以-使至少该开口80的侧壁表面一皮钽前体单层所充满。 <吏用例如 氩气清洗该反应室，然后以与钽前体差不多长的脉冲时间《I入含氮 气体。钽前体和含氮气体反应以形成原子 一 样薄的 (atomically-thin )、保形的氮化钽层。当使用惰性气体(例如氩) 清洗反应室时，多余的气体和反应产物一皮除去。重复该循环直到氮 化钽达到合适的厚度。ALD沉积技术可包括热ALD、等离子增强iiALD或热灯丝ALD ( hot filament ALD )。等离子增强ALD可包4舌直 接的或者远程的等离子体。
钽前体的实施例可包括五(乙基甲基氨基)钽(PEMAT )、 五(二乙基氨基)钽(PDEAT)、五(二甲基氨基)钽(PDMAT)、 叔丁基亚氨基三(二乙基氨基)钽(TBTDET )、叔丁基亚氨基三(乙 基曱基氨基)钽(TBTEMT)和钽的卤化物(也就是五氟化钽、五 氯化钽、五溴化钽)及其衍生物。含氮气体的实施例可包括氨或二 甲基阱二氮。
如图4所示，对含钽并含氮的第 一阻障层90进4亍氢还原以 产生钽富集区卯B (也就是TaxNy,其中x〉y )和氮化钽区90A。如图 4所示，4旦富集区90B覆盖氮化4旦区90A,该氮化4旦区90A^皮放置入 该电介质材料70和该钽富集区90B之间。该氮化钽区90A的氮含量大 于该钽富集区90B的氮含量。钽富集区90B改善了第 一 阻障层90与任 何上覆金属(例如钌或者铜)之间的粘着性。如下所述，氢还原可 以是通过热还原或者通过与含氢等离子体接触来进行的。
在一个示例性实施方式中，可以乂十该含4巨并含氮的第一 阻障层90进行等离子体处理，例如在电感耦合或者远程源(下游) 等离子体装置中，以在氮化钽中形成钽富集区(例如钽富集区90A)。 等离子体处理所用的工艺气体可包括氢气(H2)、氨(NH3)和惰 性载气，例如氩(Ar)或氦(He),总的气体流速从大约100sccm到 大约500sccm 。 氢气的流速的范围可以为大约1 OOsccm到大约 200sccm。氨的流速可以到大约1 OOsccm。惰性气体的流速可以到大 约500sccm。室压范围可以是约5毫托到约50毫4乇，其中晶片温度范 围是约10。C到约200。C 。处理时间的范围可以是从约15秒到约150 秒，优选地，约75秒。为了产生等离子体，在约2MHz到约2.73MHz 下施加大约200W到大约2000W的射频(RF)功率。
对于在电感耦合等离子体装置中产生的氢或者氬/氦等 离子体，可以通过下电才及对该晶片施加RF偏置功率，大小为约 100W, RF频率为400kHz到约27.3MHz。对于直^圣为200mm的晶片， 可以施加达50W的偏置功率。然而，施加RF偏置功率时，应当将氩 气等较重的惰性气体从工艺气体中排除，因为溅射效果可能损害较 薄的氮化4巨层。
在一个替代的实施方式中，可以在电容專禺合平4亍一反 (parallel-plate)等离子体装置中对氮化钽进行处理。工艺气体可以 包括氢气(H2)、氨(NH3)和氦气(He),总的气流速率范围为大 约1 OOsccm到大约1 OOOsccm 。室内压力范围可以是大约100毫4乇到大 约500毫托，晶片温度范围为大约10。C到大约200。C。为了产生等离 子体，可以在约13.5 6MHz到约60MHz频率下施加达约100W到约 1000W的RF功率。可以以大约400kHz到大约2MHz之间的频率施力口 约200W的RF偏置功率。然而，施加RF偏置功率时，应当将氩气等 较重的惰性气体从工艺气体中排除，因为賊射效果可能损害较薄的 氮化4旦层。
在另一个实施方式中，可以在下游或者远程等离子体处 理装置中对氮化钽进行处理。对于这样的处理，工艺气体包括氢气 (H2)、氨(NH3)、氦气(He)和氩气(Ar),总的气流速率范围 为大约100sccm到大约2000sccm。工艺压力范围为大约0.5托到大约2 托，工艺温度范围为大约20。C到大约200。C。可以以大约400kHz到 大约2.56MHz之间的频率施加大约500W到大约2500W的RF偏置功 率。由于该远程等离子体源，專交薄的氮化钽层不会^皮氩等重元素溅 射。
—旦在阻障层90中产生了钽富集区90B之后，立即沉积覆盖层以防止氧化钽的形成。为了防止氧化钽的形成，优选地，在沉积任何覆盖膜之前，钽富集区90B被保持在受控环境下(也就是i兌^f氐氧环境，例如真空环境)。
如图5所示，可以将第二阻障层100沉积在第一阻障层90 上进一步提高阻障性能。例如，第二阻障层100可以是氧扩散还原 材料，例如钌。如果开口80具有相对较高的纵一黄比(例如大于2) 的话，优选地， -使用ALD冲支术沉积该第二阻障层IOO。在一个实施 方式中，首先通过ALD沉积钌作为第二阻障层IOO,到大约20埃到 大约40埃的厚度。
为了通过ALD沉积钌，将钌前体月永沖式沖入反应室，该 反应室被维持在大约IOO毫托到大约3托的压力下。加热基板的温度 到大约150。C到大约300。C。脉沖时间范围为大约IOO毫秒到大约3 秒，这样基板表面就被钌前体的单层充满。使用惰性气体(例如氩 气)清洗该反应室，然后引入氢气(H2)，与该钌前体4吏用差不多 的月永冲时间。该钌前体和该氬气发生反应以形成原子一冲羊薄的、4呆 形的钌层。使用惰性气体(例如氩气)清洗该反应室时，多余的气 体和反应产物^皮除去。可以重复该循环直到达到了合适的钌的厚 度。ALD沉积技术可包括热ALD、等离子增强ALD或热灯丝ALD (hot filament ALD )。等离子增强ALD可包括直4妄的和远程的等离 子体。或者，使用氨(NH3)作为氬源以与钌前体发生反应。
钌前体的实施例包括二(环戊二烯基)钌(RuCp2)、 二(乙 基环戊二烯基)钌(Ru(CpEt)2)或其衍生物。
如上所述，氧化钌对于任何后续的无电镀铜操作都是很 差的催化表面。然而，与钌相比，氧化钌可以对铜的迁移提供更好 的扩散阻障性能。这种阻障效应是因为在氧化钌中沿着晶粒边界铜 扩散的减少。因此， 一种途径是形成钌/RuOx/钌复合作为第二阻障 层IOO。该复合的第二阻障层100提供了 (i)保护下面的钽或TaN14层免于氧化；(ii)改善氧化钌的阻障性能；以及(iii)为后续的无 电镀铜操作提供合适的催化表面。
含钌的第二阻障层100被氧化以形成氧化钌区IOOB和钌 区100A。如图6所示，氧化钌100B覆盖在钌区100A上，钌区100A 被置于该第一阻障层90和氧化钌区100B之间。例如，氧化钌区100B的厚度范围为大约10埃到大约15埃。如上所述，氧化钌区100B改善 了对铜迁移的扩散阻障性能。
在一个示例性实施方式中，氧化4支术包括，单独或者结 合起来，使用氧气(02)、 一氧化碳(CO)或者二氧化碳(co2) 工艺气体，进行等离子体处理。可选地，可以将一种或多种稀释气 体，例如氦气或氩气添加到该工艺气体中。该等离子体处理可以在 电感耦合等离子体装置、电容耦合等离子体装置、下游等离子体装 置等中进行。
参考图7 ，然后将氧化钌区IOOB进行氢还原以形成钌富集 区100C。氢还原的结果是，氧化钌区100B的氧含量大于钌富集区 IOOC的氧含量。在一个实施方式中，钌富集区100C可以是钌金属。 如图所示，钌富集区100C覆盖在氧化钌区100B上，氧化钌区100B 被置于钌区100A和钌富集区100C之间。例如，钌富集区100C的厚 度可以是单层的厚度。在另一个实施方式中，钌区100C的厚度范围 可以是大约5埃到大约10埃之间。如上所述，钌富集区100C为后续 的无电镀铜操作提供了合适的催化表面。
与上述的氮化钽的还原方法类似，氧化钌的氢还原可以 通过热还原或者与含氢等离子体的"t妾触进4于。在一个示例性实施方 式中，氢还原技术包括使用氢气(H2)、氨(NH3)、氦气(He)或 氩气工艺气体，单独或联合地，进行等离子体处理。该等离子体处理可以在电感耦合等离子体装置、电容耦合等离子体装置、下游的 等离子体装置等中进行。
如图8所示，种晶层110被沉积在钌富集区100C上。例如， 铜种晶层110可以是4吏用PVD或者无电电镀^支术沉积的。沉积完4同 种晶层110之后，使用块状金属120填充开口80以形成互连结构，如 图9所示。例如，可以4吏用铜无电电镀或铜电镀工艺，4吏用铜块状 金属120填充开口 。该无电镀铜工艺的细节在申请号为11/461,415、 名称为 "System and Method for Forming Patterned Copper Lines Through Electroless Copper Plating ，， 的 共 同 净争 it (commonly-assigned)的美国专利申请中有所描述，其内容皆由引用而纳入i):匕处。
如图10所示，可以通过平坦化技术，例如化学机械抛光 (CMP)或回刻，去除任何多余的块状金属120。
如上所述，对界面特性的控制，包括对氧化的控制，成 就了高质量界面的形成。 一种控制界面质量的途径是减少刚沉积的 或刚处理过的层与含氧环境的接触。 一种途径是在环境受控的才莫块 化工艺工具中进行全部的工艺步骤(例如ALD、等离子体处理)， 以最小化与氧的接触。这种模块化的工艺工具也在申请号为 11/461，415的共同转让的美国专利申请以及申请号为11/514,308,名 称为"process and System for Engineering a Barrier Surface for Copper Deposition Copper Deposition"的共同转让的美国专利申i青中4苗述 过，其内容皆由引用而纳入此处。
图11描绘了模块化的工艺工具200的简化示意图，该工艺 工具具有连4妻到处理室220-270的4专送室210 J专送室210具有受4空环 境，并可以维持在低压环境或充满惰性气体(例如氦气、氮气、氩 气)。传送室210还装备有机械臂，以在各处理室220-270之间传送晶片。在一种示例性的配置中，处理室220-270可以是(i) ALD反应 器220，以沉积氮化4旦；(ii)氢还原室230 (也就是热还原室或者含 氢等离子体处理装置)；(iii) ALD反应器240，以沉积钌；(iv)氧 化室250(也就是含氧等离子体处理装置)；(v)铜种晶层沉积室260 (也就是PVD)和/或(vi)无电镀铜系统270。通过4吏用模块化的 工艺工具200原位完成图2-9中所示的工艺步骤，可以最小化刚沉积 或者刚处理的金属的氧化。因此，在进行所有的涂覆和处理的同时 保持半导体基板处于真空环境中。
如上所述，含钽阻障层的氧化是不利的，因为其对于上 覆金属的粘着性很差。而且，难以将氧化钽还原为金属态。例如， 在ALD反应器220中形成含钽并含氮的第 一 阻障层90以后，可以使 用传送室210中的机械臂系统将该晶片传送到 一个单独的室以进行 氢还原。同样地，含钽并含氮的第一阻障层90在氬还原室230中进 行氢还原以形成钽富集区90B之后，可以将晶片传送到ALD反应器 240以沉积上覆的钌阻障层100。因为该基板是在受控环境(例如， 低氧环境)下通过传送室210传送的，所以含4旦并含氮的第一阻障 层90和钽富集区90B的氧化可以最小化。
尽管本发明是参考其具体实施方式
进行详细描述的，然 而，对本领域的技术人员来说，显然，可以在不悖离所附权利要求 的范围的基础上，对本发明作出变更和修改，或者进4亍等同替换。
权利要求
1.一种互连结构，包含具有至少一个开口的电介质材料层；在限定该开口的侧壁上的第一阻障层；以及覆盖在该第一阻障层上的含钌并含氧的第二阻障层，该第二阻障层具有钌区、氧化钌区和钌富集区，该钌区被置于该第一阻障层和该氧化钌区之间，且该氧化钌区被置于该钌区和该钌富集区之间。
2. 根据权利要求1所述的互连结构，进一步包含在该第二阻障层 上的种晶层和填充该整个开口的块状金属，其中该种晶层和该 块状金属是由铜或铜合金组成的。
3. 根据权利要求1所述的互连结构，其中(i) 该钌富集区由钌《且成；(ii) 该开口是沟槽、4^触点或通孔；(iii) 该电介质材料是低k电介质或较高k电介质；(iv) 该结构是双嵌入结构或4妻触点结构；以及/或(v) 该第一阻障材料是铬、钼、钨、钽或铼。
4. 一种互连结构，包含具有至少一个开口的电介质材冲牛层；在限定该开口的侧壁上的含4旦并含氮的第一阻障层，该 第一阻障层具有钽富集区和氮化钽区，其中该氮化钽区的氮含量大于该钽富集区的氮含量，该氮化钽区#皮置于该电介质材泮十和该4旦富集区之间；以及覆盖在该第一阻障层上的含钌并含氧的第二阻障层，该 第二阻障层具有钌区、氧化钌区和钌富集区，该钌区^^皮置于该 4旦富集区和该fU匕钌区之间，且该氧4匕钌区^皮置于该钌区和该 钌富集区之间。
5. 根据权利要求4所述的互连结构，进一步包含在该第二阻障层 上的种晶层和填充该整个开口的块状金属，其中该种晶层和该 块状金属是由铜或铜合金组成的。
6. 根据权利要求4所述的互连结构，其中(i) 该开口是沟槽、4妻触点或通孔；以及/或(ii) 该电介质材料是低k电介质或较高k电介质。
7. 根据权利要求6所述的互连结构，其中该低k电介质材料是有 才几石圭酸盐玻璃(OSG)、氟化石英玻璃(FSG)、碳力参杂氧化物、 中孔玻璃或有才几聚合物。
8. 根据权利要求6所述的互连结构，其中该较高k电介质材料是 硼石粦石圭酸盐3皮璃(BPSG)或原石圭酸四乙酯(TEOS)。
9. 根据权利要求6所述的互连结构，其中(i) 该钌富集区由钌组成；(ii) 该第一阻障层的厚度范围为约20埃到约40埃；(iii) 该钽富集区的厚度范围为约5埃到约15埃；(iv) 该第二阻障层的厚度范围为约20埃到约40埃；(v) 该氧化钌区的厚度范围为约5埃到约15埃；(vi) 该钌富集区具有约单层的厚度，或厚度范围为约5 埃到约10埃；以及/或(vii) 该结构是^又嵌入结构。
10. —种在半导体基板上制造嵌入结构的方法，包含在电介质材冲牛中形成至少一个开口 ；4吏用含钽并含氮的第一阻障层涂覆限定该开口的侧壁；处理该第一阻障层以形成钽富集区和氮化钽区，其中该 氮化钽区的氮含量大于该钽富集区的氮含量，该氮化4旦区被置 于该电介质才才并牛和该钽富集区之间；4吏用含钌的第二阻障层涂覆该第 一 阻障层；处理该第二阻障层以形成氧4匕钌区和钌区，该钌区净皮置 于该4旦富集区和该氧4匕钌区之间；以及处理该氧化钌区以形成钌富集区，该氧化钌区纟皮置于该 钌区和该钌富集区之间。
11. 才艮据片又利要求10所述的方法，进一步包含在该第二阻障层上 涂覆种晶层，使用铜填充该开口以及平坦化该电介质的上表面。
12. 才艮据^L利要求10所述的方法，其中该第一阻障层的该侧壁是 4吏用原子层沉积(ALD)、热ALD、等离子增强ALD或热灯 丝ALD )余覆的。
13. 才艮据权利要求12所述的方法，其中该ALD是4吏用钽前体进 行的，该钽前体是从由五(乙基曱基氨基)钽(PEMAT)、五(二乙基氨基)钽(PDEAT )、五(二曱基氨基)钽(PDMAT )、 叔丁基亚氨基三(二乙基氨基)钽(TBTDET)、叔丁基亚氨基三(乙基曱基氨基)钽(TBTEMT )和钽的卣化物组成的组 中选出的。
14. 根据权利要求10所述的方法，其中该处理该第一阻障层是通 过氢还原或通过热氢还原或通过与含氬等离子体接触进行的。
15. 根据权利要求14所述的方法，其中该含氢等离子体是由电感 耦合等离子体装置、电容耦合等离子体装置或下游等离子体处 理装置产生的。
16. 4艮据权利要求10所述的方法，其中该第二阻障层是由原子层 沉积(ALD)、热ALD、等离子增强ALD或热灯丝ALD形成 的。
17. 根据权利要求16所述的方法，其中该ALD是使用二(环戊二 烯基)钌(RuCp2)或二(乙基环戊二烯基)钌(Ru(CpEt)2)前体进行的。
18. 才艮据权利要求10所述的方法，其中该处理该第二阻障层以形 成该氧化钌区是通过与含氧等离子体接触进行的。
19. 根据权利要求10所述的方法，其中该处理该氧化钌区以形成 钌富集区是通过氢还原或通过热氢还原或通过与含氢等离子 体接触进行的。
20. 根据权利要求10所述的方法，其中所有的涂覆和处理都是在 单独的室内原位进行的，同时保持该半导体基一反在真空环境 下。
全文摘要
提供一种互连结构，该结构包括电介质材料层，该电介质材料层具有至少一个开口以及在限定该开口的侧壁上的第一阻障层。含钌并含氧的第二阻障层覆盖在该第一阻障层上，该第二阻障层具有钌区、氧化钌区和钌富集区。该钌区被置于该第一阻障层和该氧化钌区之间，且该氧化钌区被置于该钌区和该钌富集区之间。
文档编号H01L21/283GK101558476SQ200780046332
公开日2009年10月14日 申请日期2007年12月5日 优先权日2006年12月14日
发明者威廉·蒂, 弗里茨·C·雷德克, 约翰·M·博伊德, 耶兹迪·多尔迪, 蒂鲁吉拉伯利·阿鲁娜, 衡石·亚历山大·尹 申请人:朗姆研究公司