用于集成电路中的低电阻过孔的具有富氮电介质材料界面的互连结构的制作方法

用于集成电路中的低电阻过孔的具有富氮电介质材料界面的互连结构


背景技术：

1.在电子装置应用中对更高性能集成电路(ic)的需求已经激发出了越来越密集的晶体管架构。由于互连金属化结构紧跟着晶体管密度的步伐，因而互连寄生变成了更大的挑战。例如，与ic的互连相关联的电阻-电容(rc)延迟随着互连的密度的增大而增大。
2.图1a示出了包括处于第一互连级内的金属线101的常规互连结构。金属线101的横向宽度具有某一横向临界尺寸cd1。电介质材料102处于金属线101之上，并且在z维度上穿过电介质材料102减材图案化出过孔开口103，以暴露金属线101的部分。过孔开口103具有与电介质材料102的厚度相关联的深度dv。过孔开口103的直径具有某一横向临界尺寸cd2。往往使cd2比cd1小足够的量，以确保过孔开口103将完全着落在金属线101上。深度dv与cd2的比值被称为过孔开口103的深宽比。随着金属线密度伴随晶体管密度的增大而增大，金属线宽度cd1缩小，因而cd2必须也缩小，并且过孔开口103的深宽比增大。
3.如图1b中进一步所示，采用一种或多种金属填充过孔开口103和沟槽106，以形成在x-y平面内延伸从而与过孔开口103中的导电材料相交的金属线108，使得两个互连级被电连接。在这一示例中，互连衬层材料105位于沟槽106和过孔103的表面上，从而提高填充金属107的粘附，否则填充金属107将遭受脱层或者其他因与电介质材料102的不良粘附所带来的有害影响。然而，衬层材料105往往具有显著高于填充材料107的电阻。随着结构外形尺寸的缩放，衬层材料105存在变成互连结构的更大部分并由此带来更高的互连电阻的威胁。
附图说明
4.在附图中通过举例方式而非通过限制方式对本文描述的素材给出了举例说明。为了例示的简单和清晰起见，图中所示元件未必是按比例绘制的。例如，为了清晰起见，一些元件的外形尺寸可能相对于其他元件被放大。此外，在认为适当的情况下，在各附图之间重复附图标记以指示对应的或类似的元件。在附图中：
5.图1a和图1b示出了根据常规的ic互连结构的等轴截面图；
6.图2是根据一些实施例的制作具有直接接触电介质材料的富氮区域的金属的一级或多级互连结构的方法的流程图；
7.图3a和图4a示出了根据一些双重金属镶嵌实施例的随着图2中所示的方法的实践而演变的ic互连结构的部分的平面图；
8.图3b和图4b示出了根据一些双重金属镶嵌实施例的随着图2中所示的方法的实践而演变的ic互连结构的部分的截面图；
9.图4c是示出了根据一些实施例的穿过电介质材料的部分的氮浓度分布概况的曲线图；
10.图5a和图6a示出了根据一些双重金属镶嵌实施例的随着图2中所示的方法的实践而演变的ic互连结构的部分的平面图；
11.图5b和图6b示出了根据一些双重金属镶嵌实施例的随着图2中所示的方法的实践而演变的ic互连结构的部分的截面图；
12.图6c是示出了根据一些实施例的穿过电介质材料和与该电介质材料的富氮区域界面连接的金属的部分的氮浓度分布概况的曲线图；
13.图7a、图8a和图9a示出了根据一些单重金属镶嵌实施例的随着图2中所示的方法的实践而演变的ic互连结构的部分的平面图；
14.图7b、图8b和图9b示出了根据一些单重金属镶嵌实施例的随着图2中所示的方法的实践而演变的ic互连结构的部分的截面图；
15.图10a、图10b、图10c和图10d示出了根据一些减材金属图案化实施例的随着图2中所示的方法的实践而演变的ic互连结构的部分的截面图；
16.图11示出了根据一些实施例的采用包括互连结构的ic的移动计算平台和数据服务器机器；以及
17.图12是根据一些实施例的电子计算装置的功能框图。
具体实施方式
18.将参考附图来描述实施例。虽然对具体配置和布置给出了图示和详细的论述，但这只是出于例示目的而做出的。相关领域技术人员将认识到其他配置和布置也是可能的，而不脱离本说明书的精神和范围。对于相关领域技术人员而言，显然可以将本文描述的技术和/或布置用于除了本文详细描述的那些之外的各种各样的其他系统和应用中。
19.在下文的详细描述中将参考附图，附图构成了详细描述的一部分并且例示了示例性实施例。此外，应当理解，可以利用其他实施例并且可以做出结构和/或逻辑上的改变，而不脱离所要求保护的主题的范围。应当指出，方向和参照(例如，上、下、顶部、底部等)可以仅仅用于方便对附图中的特征的描述。因此，不应从限定的意义上理解下文的详细说明，并且所要求保护的主题的范围唯独由所附权利要求及其等同方案限定。
20.在下文的描述中阐述了很多细节。但是，对本领域技术人员将显而易见的是，可以在无需这些具体细节的情况下实践实施例。在一些情况下，公知的方法和装置被以框图的形式而非以详尽的方式示出，以便避免使实施例难以理解。整个说明书中所提到的“实施例”或“一个实施例”或“一些实施例”意味着结合实施例所描述的特定特征、结构、功能或特性被包括在至少一个实施例中。因而，在本说明书中各处出现短语“在实施例中”或“在一个实施例中”或“一些实施例”未必是指相同的实施例。此外，可以在一个或多个实施例中按照任何适当方式将所述特定特征、结构、功能或特性相结合。例如，第一实施例可以与第二实施例相结合，只要与这两个实施例相关联的特定特征、结构、功能或特性不相互排斥。
21.如说明书和所附权利要求中所使用的，单数形式“一”和“所述”也旨在包括复数形式，除非上下文做出另外的明确指示。还将理解的是，本文中所使用的术语“和/或”是指并且涵盖相关联的所列出项目中的一个或多个项目的所有可能的组合。
22.术语“耦合”和“连接”连同它们的派生词在本文中可以用于描述部件之间的功能关系或结构关系。这些术语并非意在彼此同义。相反，在特定实施例中，“连接”可以用于指示两个或更多元件相互直接物理接触、光学接触或电接触。“耦合”可以用于指示两个或更多元件相互直接或者间接(其间具有其他居间元件)物理或电接触，和/或两个或更多元件
相互协同操作或交互(例如，就像处于因果关系中)。
23.文中使用的术语“在
……
之上”、“在
……
之下”、“在
……
之间”和“在
……
上”是指一个(种)部件或材料相对于其他部件或材料的相对位置，其中这样的物理关系是值得注意的。例如，在材料语境下，设置在另一材料或层之上或者之下的一种材料或层可以与所述的另一种(个)材料或层直接接触，或者可以具有一种或多种(一个或多个)居间材料或层。此外，设置在两种(个)材料或层之间的一种材料可以与这两种(个)材料/层直接接触，或者可以具有一种或多种(一个或多个)居间材料/层。作为对照，位于第二材料或层“上”的第一材料或层与该第二材料/层直接接触。在部件组件的语境下可以做出类似的区分。
24.如本技术和权利要求中通篇使用的，通过术语“中的至少一个”或“中的一个或多个”联结的项目的列表可以指所列出项目的任何组合。例如，短语“a、b或c中的至少一个”是指a、b、c、a和b、a和c、b和c、以及a、b和c。
25.如本文所使用的，限定词“基本上”被用来承认制造工艺将输出以某些分布统计学数据为特征的群体。除非做出另外的明确陈述，否则预计在基本上相同的两个事物之间存在只是偶然发生的变化。
26.除非在特定的使用语境中另行指定，否则术语“占优势”是指超过50％或者超过一半。例如，第一组分占优势的成分是指该成分的一半以上是第一组分(例如，》50原子％)。术语“主要”是指最多或最大部分。例如，主要是第一组分的成分是指该成分所具有的第一组分比任何其他组分都多。主要是第一和第二组分的成分是指该成分所具有的第一和第二组分比任何其他组分都多。术语“基本上”是指仅存在偶然的变化。例如，基本上是第一组分的成分是指该成分可以进一步包括《0.5原子％的任何其他组分。基本上是第一和第二组分的成分是指该成分可以进一步包括《0.5原子％的任何组分作为第一组分或者第二组分的替代。
27.下文描述了具有互连特征(例如线或过孔)的集成电路(ic)结构的示例，所述互连特征包括与电介质材料直接接触的金属。金属具有低浓度的杂质(例如，氮)有利于获得最高的电导率。根据本文的实施例，电介质材料也具有低氮含量，这样可以有利于获得最低的相对介电常数。然而，通过将氮引入到电介质材料的一定表面厚度中而增强了金属与电介质材料的粘附。通过仅处理电介质材料的表面，可以在电介质材料的大部分内保持低氮含量。在电介质材料的表面中的氮的并入充分地提高了粘附的情况下，互连特征可以基本上无衬层或免除衬层。在没有衬层的情况下，互连特征中的整个金属可以具有高电导率。
28.如下文所述，可以将一种或多种技术整合到金属镶嵌金属互连工艺或者减材图案化金属互连工艺中，以将氮引入到将与接下来沉积的金属直接接触的电介质材料表面中。照此，可以修改电介质材料的部分(例如，在过孔开口和/或沟槽图案化之后)，以获得增强的粘附。之后，接下来例如通过物理气相沉积(pvd)或化学气相沉积(cvd)所沉积的金属可以在电介质表面处更强地结合到基于氮的配位体(例如，-nh)，强于在其他情况下将与基于氧的配位体(-oh)结合的强度。
29.图2是根据一些实施例的用于制作一级或多级集成电路互连结构的方法200的流程图，所述集成电路互连结构包括与电介质材料的富氮区域直接接触的金属。方法200开始于输入201，其中，接收包括电介质材料的工件。例如，该工件可以是大幅面(例如，300-450mm)半导体晶圆。例如，该晶圆可以包括iv族半导体材料层(例如，si、ge、sige、gesn等)、
iii-v族半导体材料层或者ii-vi族半导体材料层等。该工件可以包括一个或多个包括半导体材料层在内的下层器件层，并且还可以具有对(多个)器件层的器件(例如，晶体管)进行互连的一个或多个互连级。
30.在该工件的表面上具有电介质材料，该电介质材料可以具有适于ic层间电介质(ild)的任何化学成分。在有利实施例中，该电介质材料具有低氮含量(例如，《《1原子％)，从而确保低体块相对介电常数。电介质材料可以是(例如)基于硅的，其以氧作为另一种主要组分。在一些实施例中，电介质材料可以包括sio2，并且具有大约3.5的相对介电常数。然而，在示例性实施例中，电介质材料具有低k成分，例如，具有小于3.5并且更具体地处于2.2-3.0的范围内的相对介电常数。有很多此类低k电介质材料，其中的几种也包括硅和氧作为主要成分，同时补充有使具有较低密度/较大孔隙率的微结构稳定的各种其他组分，例如碳和氢等。
31.在一些金属镶嵌实施例中，方法200继续进行块205，其中，向该电介质材料中减材图案化出沟槽或过孔开口中的至少一者。例如，所述沟槽和/或过孔互连结构可以是被图案化到电介质材料中的任何“双重金属镶嵌”或“单重金属镶嵌”类型结构。块205通过虚线示出，以强调该电介质材料不一定被图案化，例如，如果已经在方法200的上游使在输入201处接收到的电介质材料与较低级的互连金属特征平面化，那么省略块205。
32.在双重金属镶嵌实施例中，在块205将沟槽和过孔开口两者图案化到电介质材料中。在单重金属镶嵌实施例中，在块205的第一次迭代中仅图案化出过孔开口。在操作205处图案化出的沟槽和/或过孔开口可以暴露一些下层连接盘，例如，较低级的互连金属化特征。例如，在一些双重金属镶嵌互连制作工艺中，过孔开口(而非沟槽)暴露较低级互连结构的下层线或过孔的某一区域，或者暴露下层器件端子金属化部的某一区域。在示例性单重金属镶嵌互连制作工艺中，过孔开口暴露较低级互连结构的下层金属化过孔或线的某一区域或者下层器件端子金属化部的某一区域。
33.在块210，使电介质材料的工件表面暴露于氮物类，以将氮并入到电介质材料的接近表面的厚度中。有利地，使氮含量局限于该表面，从而在电介质材料的其余部分(体块)的各处保持低相对介电常数。对于在块205对电介质材料进行图案化的实施例，通过沟槽和/或过孔开口的表面以及通过电介质材料的顶表面引入氮。在不对电介质材料进行图案化的其他实施例中，仅向电介质材料的顶部平面化表面引入氮。
34.在一些示例性实施例中，在块210，使(多个)电介质材料表面暴露于氮物类，通过采用直接或远程等离子体激励氮源气体而将该氮物类激活。例如，可以采用rf或者磁控管源来激励诸如但不限于n2、n2o、nh3、n2h4或者n2:h2(例如，4％氮氢混合气体)的氮源气体。在一些其他实施例中，块210需要使电介质材料表面暴露于在存在氮源气体(例如，上文描述的那些中的任何一者)的情况下实践的短暂热工艺，例如但不限于闪速退火、激光退火或者快速热退火。在一些其他实施例中，可以在存在氮源气体的情况下使电介质材料表面暴露于离子或电子束辐射，这样可以将氮注入到电介质材料的表面厚度中。需要指出的是，在块210实践的方法未在电介质材料之上沉积薄膜，而是将接近表面的已存在的电介质材料的化学成分修改为富氮。
35.紧随富氮之后，在块215，直接在富氮电介质材料表面上沉积金属。所沉积的金属有利地具有低氮含量，例如，以确保高电导率。可以通过任何已知适于特定金属和/或能够
足以填充该电介质材料中的任何形貌特征(例如，过孔开口和/或沟槽)的技术来沉积金属。在一些示例性实施例中，金属是通过pvd沉积的。在其他实施例中，金属是通过cvd或者原子层沉积(ald)沉积的。还可以在操作215中实践电解镀覆工艺。尽管可以在块215沉积任何金属，但是在一些有利实施例中，金属包括ru、mo或者nial合金中的一种作为占优势的组分。在一些有利实施例中，在块215沉积基本上纯的ru。在其他有利实施例中，在块215沉积基本上纯的mo。在一些其他有利实施例中，在块215沉积具有40-70的镍原子％的nial合金。不管在块215沉积的金属如何，所形成的金属的氮含量有利地低于1原子％，并且理想地仅包括痕量(例如，低于0.3原子％)的氮。
36.在其他实施例中，可以在块215实践多种沉积工艺。金属的沉积可以包括pvd、cvd、ald或者无电镀中的任何两种或更多种。例如，可以在电解镀覆工艺之前进行晶种层的物理气相沉积(pvd)。不管在块215可以实践多少种沉积工艺，在块215沉积的各层金属都可以具有或者不具有基本相同的成分。
37.对于金属镶嵌实施例，可以采用金属和电介质材料的平面化(例如，cmp)完成块215，该操作暴露了在沟槽或过孔开口内围绕金属的电介质材料的顶表面。如下文进一步所述，该平面化工艺可以去除或者可以不去除电介质材料的超出互连结构的周界的富氮区域，取决于过抛光的量。
38.对于双重金属镶嵌实施例，方法200在紧随块215之后基本完成，此时制作了一级互连金属。可以为将包括双重金属镶嵌互连结构的每一相继互连级重复方法200。就每次迭代而言，可以在块225处例如采用已知适于具有预期成分的电介质材料的任何cvd、等离子体增强(pe)cvd或者旋涂工艺来沉积额外的电介质材料。在一些实施例中，在块225沉积的电介质材料具有与在输入201处在工件上接收到的电介质材料基本上相同的成分。
39.替代性地，在操作215处仅填充过孔开口的单重金属镶嵌实施例中，方法200继续进行操作225，其中，在至此形成的过孔结构之上沉积额外的电介质材料。之后，方法200可以继续进行操作205的第二次迭代，例如，其中，在操作225沉积的电介质材料中形成沟槽，以暴露在块215形成的互连过孔的部分。之后，在块210的另一次迭代中，可以再次将氮并入到在操作225沉积的电介质材料的表面中。因而，对于单重金属镶嵌实施例，可以执行两次氮预处理操作210，以完成一个互连级。之后，方法200可以结束于在块215再次沉积额外金属。
40.在块215沉积的金属顺应于蚀刻工艺的一些其他实施例中，可以在块220对金属进行减材图案化。例如，可以在块220采用包含cl2的等离子体或者通过电化学原子层蚀刻(eale)工艺蚀刻在块215沉积的ru。对于在块220对金属进行减材图案化的实施例，可以仅在金属结构下方保留富氮电介质材料。对金属的过蚀刻可以(例如)去除电介质材料的与金属特征相邻的富氮区域。紧随减材蚀刻工艺之后，方法200可以继续进行块225，其中，沉积位于图案化金属特征之上并且与图案化金属特征的侧壁相邻的额外电介质材料。然而，如下文进一步所述，该金属特征的侧壁与这一额外电介质材料之间的界面将不再类似地富氮。
41.下文将在图3a-图10c的语境下进一步描述方法200的实施例。图3a、图4a、图5a和图6a示出了根据一些双重金属镶嵌实施例的随着方法200的实践而演变的ic互连结构301的部分的平面图。图3b、图4b、图5b和图6b进一步示出了根据一些双重金属镶嵌实施例的不
断演变的ic互连结构301的部分的截面图。
42.首先参考图3a和图3b，互连结构301包括穿过材料330的厚度t1的过孔开口315。厚度t1可以随着实施方式而变化，但是在一些示例性实施例中为10nm-50nm。在过孔开口315的底部暴露下层金属化特征(例如，线)310。金属化特征310位于电介质材料330下方的较低互连级中。金属化特征310可以具有任何成分，其中，一些示例包括铜、钨、钛、钼、钴、钌、钌钴合金、或者镍铝合金。在图3a中，通过虚线勾勒出的金属化特征310的部分位于工作表面下方。
43.互连结构部分301进一步包括位于过孔开口315之上的沟槽341，该沟槽位于电介质材料330的厚度t2内。厚度t2可以随着实施方式而变化，但是在一些示例性实施例中为10-50nm或更大。进一步示出了与沟槽341横向间隔开的另一沟槽342，并且图3b中所示的沟槽342的截面代表在图3b的平面之外的没有过孔开口315的位置上的沟槽341的截面。如图3a中所示，沟槽341具有纵向长度l1和横向宽度w1。在示例性实施例中，纵向长度l1显著大于横向宽度w1(例如，是其三倍)。过孔开口315具有最大横向直径d0，其可以随着实施方式而变化，但是一般显著小于沟槽的长度(例如，直径d0显著小于纵向长度l1和l2)。沟槽341具有超出所例示的互连结构301的部分的周界的端部。沟槽342基本上与沟槽341平行，但是具有更短的纵向长度l2，以进一步示出沟槽端部。
44.尽管未示出，但是可以具有位于电介质材料330之上的包围沟槽341、342的蚀刻停止材料层。蚀刻停止材料层也可以存在于电介质材料330的厚度t1和厚度t2之间，并且在图3b中以虚线表示。尽管这样的蚀刻停止层可以具有与电介质材料330不同的化学成分，但是任何此类蚀刻停止层的膜厚度都比厚度t1和t2小得多，并因而为清楚起见而忽略。
45.任何单步或多步反应离子蚀刻(rie)工艺(例如，基于c
xfy
等离子体化学制剂)可以限定沟槽341、342和过孔开口315，因为实施例在这方面不受限制。沟槽341、342和过孔开口315被描绘为具有锥形侧壁和正斜率，从而使具有特征直径d0的过孔开口315的顶部宽度略微大于底部宽度。尽管这样的锥形斜坡表示典型的减材图案化电介质，但是根据电介质蚀刻工艺，其他轮廓也是可能的。
46.电介质材料330可以包括任何适于集成电路系统的电隔离的电介质材料。例如，电介质材料330可以是具有小于3.5的相对介电常数的低k电介质材料。在一些示例中，电介质材料330包括硅和氧两者，并且可以是(例如)sio2、氢倍半硅氧烷或者甲基倍半硅氧烷中的任何一种。在其他实施例中，电介质材料330包括显著低于氧的氮，并且有利地具有低于1原子％的氮含量，理想地只包括痕量的氮(例如，《0.3原子％)。例如，电介质材料330可以是作为可流动氧化物而沉积的，和/或可以以其他方式被平面化，以具有基本上平面的顶表面311。
47.如图3b中进一步所示，互连结构部分301位于包括器件层305的下层衬底的部分之上。多个器件306位于器件层305内。在示例性实施例中，器件306是金属-氧化物-半导体场效应晶体管(mosfet)结构。然而，器件306也可以是其他晶体管类型，例如但不限于其他fet架构、薄膜晶体管(tft)或隧道fet(tfets)等。器件306也可以是除了晶体管以外的器件，其可以(例如)包括一个或多个半导体结(例如，二极管等)。
48.在图4a和图4b进一步例示的示例中，电介质材料330的表面暴露于通过(例如)等离子体、短暂热工艺或者离子/电子束辐射而激活的氮物类401。氮进入电介质材料330，并
且与电介质材料330的诸如硅和氢的组分反应，以形成包含氮的化合物(例如，饱和和/或不饱和胺和/或酰胺基，例如-n、-nh、-nh2、-con、conh、-conh2)。
49.如图所示，氮进入电介质材料330以在沟槽342和过孔开口315两者内形成富氮电介质侧壁区域450a。与薄膜沉积形成对照的是，电介质330的氮处理因此保留了特征直径d0，其中，氮进入电介质330直至某一经处理直径d1，其大于特征直径d0。富氮侧壁电介质区域450a具有厚度t3，在该厚度内，氮浓度高于电介质材料330的在图4b中未加阴影的其他区域内的氮浓度。在一些示例性实施例中，厚度t3小于10nm(例如，5-8nm)。氮还与电介质材料330发生反应以形成富氮沟槽底部电介质区域450b，其也可以具有厚度t3。在所例示的示例中，氮还与电介质的平面顶表面发生反应以形成富氮电介质顶表面区域450c，其也可以具有厚度t3。
50.氮还可以与金属化特征310(例如，在过孔315的底部暴露的)发生反应，以形成富氮金属区域450d。然而，由于金属特征310的化学成分的原因，氮物类与金属化特征310可以具有低反应性。富氮金属区域450d可能因此是检测不到的，或者如果是可检测的，那么典型地将具有比富氮沟槽底部电介质区域450b低的峰值氮浓度以及显著小于厚度t3的厚度t4。例如，在厚度t3为5-8nm的一些实施例中，厚度t4仅为1.5-3nm。尽管被例示为连续表面区域，但是富氮侧壁区域450a、富氮沟槽底部电介质区域450b、富氮电介质顶表面区域450c和富氮金属区域450d可以均是不连续的。
51.图4c是示出了根据一些实施例的穿过电介质材料330的部分的氮浓度分布概况的曲线图。如图所示，在富氮区域450内，氮含量随着接近表面(深度＝0)而增大。在这一示例中，在超出厚度t3的深度上，电介质材料的成分基本上是均质的并且仅包括痕量的氮(例如，《0.3原子％)。例如，电介质材料330的低但非零的本底氮含量可以归因于在沉积电介质材料330时采用的前体。在厚度t3内，氮含量从本底水平单调增大到表面处的浓度峰值。在一些实施例中，氮的峰值浓度小于10原子％，并且可以(例如)处于1原子％和10原子％之间。氮浓度随着接近电介质材料330的表面而单调增大示出了与包括多个具有不同氮含量的电介质层(例如，依次沉积的)的膜堆叠体的更加突然的转变截然不同的梯度。
52.图5a和图5b进一步示出了在通过适于特定金属的任何技术(例如pvd、cvd或ald)沉积互连金属555之后的示例。金属555与电介质材料330的富氮区域直接物理接触。在这一示例中，金属555完全填充过孔开口315和沟槽341、342。在没有任何金属衬层的情况下，金属555占据整个特征直径d0。几种金属表现出了与胺基的较高结合能量(与和羟基的结合能量相比)，而且尽管不受理论束缚，但是针对本文的实施例测得的更高金属粘附强度可以归因于这些更高的结合能量，因为氮表面处理被认为在电介质材料330的表面处提高了相对于羟基的胺基的量。
53.如上文所指出的，金属555可以是一种或多种金属。在一些示例性实施例中，金属555包括ru、mo或nial。尽管合金是可能的，但是在一些实施例中，金属555基本上是仅具有痕量杂质的纯ru。在其他示例中，金属555基本上是仅具有痕量杂质的纯mo。在又一些实施例中，金属555是nial合金。不管金属组分如何，金属555内都有利地具有低氮含量(例如，低于1原子％，并且更有利地低于0.3原子％)。
54.取决于实施方式，可以相对于用于形成金属555的沉积工艺非原位地执行氮处理，或者可以将氮处理作为原位氮预处理来执行，其中，可以将该处理适当集成到金属沉积工
艺中。
55.如图5b中所进一步例示的，金属555也与金属化特征310直接物理接触。对于存在富氮底部金属区域450d的一些实施例而言，将在金属555与具有较低氮含量的特征310的下层金属之间的界面处存在互连金属氮含量峰值。然而，任何富氮底部金属区域450d都不应显著提高互连电阻，因为预计峰值浓度小于10原子％并且富氮金属的厚度应当仅为几纳米。
56.在图6a和图6b所进一步例示的示例中，金属555已经被通过平面化工艺(例如，cmp)图案化成了金属互连特征660，该工艺暴露了电介质材料330的顶表面。在所例示的示例中，金属互连特征660基本上对过孔开口315以及沟槽341、342两者进行底部填充。在这一示例中，过抛光已经去除了富氮电介质顶表面区域450c。然而，在其他实施例中，可以在平面化之后保留富氮电介质顶表面区域450c。如图6a和图6b中所示，互连结构301现在包括一级互连金属化部，其包括与富氮电介质区域450a和450b直接接触的无衬层线金属化部和无衬层过孔金属化部。可以通过(例如)对方法200进行迭代而扩大互连结构301，从而具有特定ic所需的任何级数的互连金属化部。
57.图6c是进一步示出了根据一些实施例的穿过电介质材料和与该电介质材料界面连接的金属的部分的氮浓度分布概况的曲线图。图6c中所示的氮浓度分布概况进一步演示了一种示例性实施例，其中，互连金属特征660具有低本底水平的氮，其远低于富氮电介质区域450内的峰值氮浓度。在这一示例中，互连金属特征660内的氮的含量低于1原子％，即使在与富氮电介质材料的界面处(深度＝0)亦如此。在金属特征660内，在从电介质界面移开的过程中，在等于厚度t3(深度＝-t3)的距离处，氮含量低于电介质材料330内的氮的本底水平，其中，该示例性金属具有低于0.3原子％的痕量水平。
58.图7a、图8a和图9a示出了根据一些单重金属镶嵌实施例的随着方法200的实践而演变的ic互连结构部分701的部分的平面图。图7b、图8b和图9b进一步示出了根据一些实施例的ic互连结构部分701的部分的截面图。保留了针对ic互连结构部分301引入的附图标记，其中，上文介绍的属性中的一者或多者同样适用于互连结构部分701。
59.在图7a和图7b中，互连结构部分701包括穿过电介质材料330的厚度t1延伸的过孔715。过孔715包括电耦合至下层金属化特征310的金属。例如，过孔715可以是已经根据第一单重金属镶嵌工艺制作的。过孔715无衬层，并且可以包括第一金属，例如，上文描述的那些(例如，ru、mo、nial)中的任何选项。在没有衬层的情况下，金属与金属化特征310直接物理接触，并且与富氮电介质侧壁区域450a直接物理接触。在被图案化到电介质材料330中的沟槽741的底部暴露了过孔715的顶表面。进一步示出了第二沟槽742，其表示位于过孔715的平面之外的沟槽741。由于对过孔715和沟槽741的单独图案化的原因，在沟槽741的侧壁与过孔715的侧壁的界面处可能有非零横向移位或者轮廓不连续性。
60.在图8a和图8b进一步例示的单重金属镶嵌示例中，使电介质材料330的表面再次暴露于氮处理401，例如，基本上如上文所述。氮处理形成了富氮电介质侧壁区域450a、富氮电介质沟槽底部区域450b和富氮电介质顶表面区域450c，基本上如上文所述。在一些实施例中，过孔715的金属也可以在区域850c内变得略微富氮。
61.如图9a和图9b中进一步所示，在金属沉积和平面化之后，互连金属特征660再次与富氮电介质区域(例如，450a和450b)直接接触。因此，互连结构701是与包括线金属化部和
过孔金属化部的一级互连金属化部相关联的单重金属镶嵌结构。可以通过(例如)对方法200(图2)进行迭代而扩大互连结构701，从而具有特定ic所需的任何级数的互连金属化部。
62.图10a-10d示出了根据一些减材金属图案化实施例的随着方法200(图2)的实践而演变的ic互连结构的部分的截面图。首先参考图10a，互连结构1001包括嵌入到电介质材料330内的过孔715。电介质材料330具有基本上与过孔715的顶表面平面化的顶表面1020。在一些实施例中，顶表面1020主要包括氧和硅，并且具有小于1原子％的氮。
63.在图10b中，采用氮预处理形成富氮电介质表面区域450c，例如，基本上如本文别处所述。接下来，如图10c中所示，沉积与过孔715直接接触并且与富氮电介质表面区域450c直接接触的金属1055。金属1055可以是任何顺应蚀刻工艺的金属，并且可以是本文别处所述的那些(例如，ru、mo、nial)中的一种。如图10d中所示，通过实践任何已知适于特定金属的蚀刻工艺对金属1055进行减材图案化，以限定互连金属特征1060。在这一示例中，对金属1055的过蚀刻腐蚀了一些下层的电介质材料，从而从相邻金属特征1060之间基本上去除了富氮电介质表面区域450c。相应地，富氮电介质表面区域450c仅保留在金属特征1060的正下方。然而，如果对金属1055的蚀刻具有足够的选择性，那么富氮电介质表面区域450c可以基本保留，如图10c中所示。
64.尽管未示出，但是例如在方法200的另一次迭代期间，可以在金属特征1060之上沉积任何后续沉积的电介质材料。该电介质材料将与金属特征1060的侧壁相邻。然而，在这样的电介质材料是在形成金属特征1060之后沉积的情况下，将没有与金属特征1060的侧壁直接接触的电介质材料的富氮区域。
65.上文描述的互连结构可以被并入任何ic中。为了示出几个示例，图11描绘了采用ic的移动计算平台1105和数据服务器计算平台1106，该ic所具有的互连结构包括与富氮电介质材料直接接触的金属，例如，如本文别处所述。服务器平台1106可以是任何商业服务器，例如，其包括设置在机架内并且联网到一起以实施电子数据处理的任何数量的高性能计算平台。在一个示例性实施例中，服务器平台1106包括具有互连结构的微处理器1101，所述互连结构包括与富氮电介质材料直接接触的金属，例如，如本文别处所述。
66.移动计算平台1105可以是被配置为用于电子数据显示、电子数据处理或无线电子数据传输等中的每者的任何便携式装置。例如，移动计算平台1105可以是平板电脑、智能电话、膝上型计算机等中的任何一种，并且可以包括显示屏(例如，电容式、电感式、电阻式或者光学触摸屏)、芯片级或封装级集成系统1110、和电池1115。芯片级或封装级集成系统1110的至少一个ic包括具有与富氮电介质材料直接接触的金属的互连结构，例如，如本文别处所述。在放大图1150所示的示例中，集成系统1110包括微处理器1101，微处理器1101可以具有包括与富氮电介质材料直接接触的金属的互连结构，例如，如本文中别处所述。微处理器1150可以进一步耦合至板1160、衬底或内插器。电力管理集成电路(pmic)1130或者包括宽带rf(无线)发射器和/或接收器(tx/rx)的rf(无线)集成电路(rfic)1125中的一者或多者可以进一步耦合至板1160。
67.从功能上来讲，pmic 1130可以执行电池电力调节、dc到dc转换等，并因而具有耦合至电池1115的输入，并且具有向其他功能模块(例如，微处理器1150)提供电流供应的输出。进一步如图所示，在示例性实施例中，rfic 1125具有耦合至天线(未示出)的输出，以实施很多无线标准或协议中的任何标准或协议，其包括但不限于wi-fi(ieee 802.11系列)、
wimax(ieee 802.16系列)、ieee 802.20、长期演进(lte)、ev-do、hspa+、hsdpa+、hsupa+、edge、gsm、gprs、cdma、tdma、dect、蓝牙、它们的衍生产物以及任何其他被称为4g、5g和更高代的无线协议。
68.图12是根据本发明的实施例的电子计算装置1200的功能框图。例如，可以在平台1105或服务器平台1106内找到计算装置1200。装置1200进一步包括容纳若干部件的母板1201，所述部件例如但不限于处理器1204(例如，应用处理器)。处理器1204可以物理和/或电耦合至母板1201。在一些示例中，处理器1204包括具有与富氮电介质材料直接接触的金属的互连结构，例如，如本文别处所述。一般而言，术语“处理器”或“微处理器”可以指处理来自寄存器和/或存储器的电子数据以将该电子数据变换成可以进一步存储于寄存器和/或存储器中的其他电子数据的任何装置或装置的部分。
69.在各种示例中，一个或多个通信芯片1206也可以物理和/或电耦合至母板1201。在其他实施方式中，通信芯片1206可以是处理器1204的部分。取决于其应用，计算装置1200可以包括其他部件，所述部件可以或者可以不物理和电耦合至母板1201。这些其他部件包括但不限于易失性存储器(例如，dram 1232)、非易失性存储器(例如，rom 1235)、闪速存储器(例如，nand或nor)、磁存储器(mram 1230)、图形处理器1222、数字信号处理器、密码处理器、芯片组1212、天线1225、触摸屏显示器1215、触摸屏控制器1265、电池1216、音频编译码器、视频编译码器、功率放大器1221、全球定位系统(gps)装置1240、罗盘1245、加速度计、陀螺仪、扬声器1220、相机1241或者大容量存储装置(例如，硬盘驱动器、固态驱动器(ssd)、紧凑盘(cd)、数字通用盘(dvd)等)等等。在一些示例性实施例中，上文指出的功能块中的至少一个包括具有与富氮电介质材料直接接触的金属的互连结构，例如，如本文别处所述的。
70.通信芯片1206能够实现用于向和从计算装置1200传输数据的无线通信。术语“无线”及其派生词可以用来描述通过使用经调制的电磁辐射通过非固态介质进行数据通信的电路、装置、系统、方法、技术、通信信道等。该术语并不暗示相关联的装置不包含任何导线，尽管在一些实施例中它们可能不包含。通信芯片1206可以实施很多无线标准或协议中的任何无线标准或协议，包括但不限于本文别处描述的那些。如所讨论的，计算装置1200可以包括多个通信芯片1206。例如，第一通信芯片可以专用于较短程无线通信，例如wi-fi和蓝牙，并且第二通信芯片可以专用于较长程无线通信，例如gps、edge、gprs、cdma、wimax、lte、ev-do及其他。
71.应当认识到，本发明不限于上文描述的实施例，而是可以采用修改和变更予以实践而不脱离所附权利要求的范围。例如，上文的实施例可以包括下文进一步提供的特征的具体组合。
72.在第一示例中，一种集成电路(ic)结构包括：包括金属的线或过孔，所述金属具有低于1原子％的氮；以及沿所述线或过孔的界面与所述金属直接接触的电介质材料。所述电介质材料内的氮含量随着接近所述界面而增大。
73.在第二示例中，对于所述第一示例中的任何示例而言，所述线或过孔由所述金属构成。
74.在第三示例中，对于第一到第二示例中的任何示例而言，所述金属包括ru、mo或ni中的任何一种。
75.在第四示例中，对于第一到第三示例中的任何示例而言，所述金属是基本上纯的
ru或者基本上纯的mo。
76.在第五示例中，对于第一到第四示例中的任何示例而言，所述金属是基本上纯的ru。
77.在第六示例中，对于第一到第三示例中的任何示例而言，所述金属是ni和al的合金。
78.在第七示例中，对于第一到第六示例中的任何示例而言，在所述界面的10nm内，电介质材料内的氮含量超过1原子％；并且在距该界面10nm之外，电介质材料内的氮含量小于1原子％。
79.在第八示例中，对于第一到第七示例中的任何示例而言，电介质材料内的氮含量具有不超过10原子％的峰值。
80.在第九示例中，对于第一到第八示例中的任何示例而言，电介质材料包括硅和氧。
81.在第十示例中，对于第一到第九示例中的任何示例而言，在沿第二方向距所述界面所述距离内，所述金属内的氮含量低于电介质材料的氮含量
82.在第十一示例中，对于第一到第十示例中的任何示例而言，所述线或过孔与包括第二金属的下层的第二线或过孔接触；并且第二金属内的氮含量随着接近所述金属和所述第二金属之间的第二界面而增大。
83.在第十二示例中，对于第十一示例中的任何示例而言，第二金属不同于第一金属，第二电介质材料沿所述第二线或过孔的第三界面与所述金属直接接触。所述第二电介质材料内的氮含量也随着接近第三界面而增大。
84.在第十三示例中，对于第一到第十一示例中的任何示例而言，所述线或过孔是线，并且所述界面位于所述线之下；第二电介质材料沿所述线的侧壁与所述金属直接接触，并且其中，第二电介质材料内的氮含量与相对于所述界面的接近度无关。
85.在第十四示例中，一种计算机平台包括电源和耦合至该电源的集成电路(ic)。该ic包括：包括具有一种或多种半导体材料的多个晶体管的器件层；以及互连级。所述互连级进一步包括耦合至所述晶体管中的一个或多个的线或过孔。所述线或过孔包括具有低于1原子％的氮的金属。所述互连级包括沿所述线或过孔的界面与所述金属直接接触的电介质材料。所述电介质材料的化学成分包括硅和氧，并且在接近该界面处比远离该界面处更富氮。
86.在第十五示例中，对于第十四示例中的任何示例而言，该ic包括微处理器。
87.在第十六示例中，一种制作集成电路(ic)结构的方法包括：沉积电介质材料；通过该电介质材料的表面将氮引入到该电介质材料中；沉积与电介质材料的表面接触的金属；将该金属图案化成互连特征。
88.在第十七示例中，对于第十六示例中的任何示例而言，引入氮包括使所述电介质材料的表面暴露于下述选项中的至少一者：通过包含氮的源气体的等离子体激活的氮物类；在存在包含氮的源气体的情况下执行的热或激光退火；或者在存在包含氮的气体的情况下的电子或离子束辐射。
89.在第十八示例中，对于第十七示例中的任何示例而言，包含氮的源气体包括n2、n2o、nh3、n2h4、n2:h2氮氢混合气体中的至少一种。
90.在第十九示例中，对于第十六到第十八例中的任何示例而言，沉积电介质材料包
括沉积包含小于1％的氮的化合物；并且将氮引入到电介质材料中使电介质材料内的氮的含量在接近所述表面处增大到大于1原子％。
91.在第二十示例中，对于第十九示例中的任何示例而言，将氮引入到电介质材料中使电介质材料内的氮的含量在距所述表面10nm以内增大到不超过10原子％。
92.在第二十一示例中，对于第十六到第二十示例中的任何示例而言，沉积所述金属包括沉积基本上纯的ru或者基本上纯的mo。
93.在第二十二示例中，对于第十六到第二十一示例中的任何示例而言，该方法进一步包括在电介质材料中形成过孔开口或沟槽中的至少一者。将氮引入到所述电介质材料中包括通过所述过孔开口或所述沟槽的表面将氮引入到所述电介质材料中。沉积所述金属包括将所述金属沉积到所述过孔开口或者所述沟槽中；并且将所述金属图案化包括使所述金属与所述电介质材料平面化。
94.尽管已经参考各种实施方式描述了本文阐述的某些特征，但是不应从限定的意义上来理解这种描述。因而，本文描述的实施方式的各种修改以及对于本公开所属领域的技术人员而言显而易见的其他实施方式均应被视为落在本公开的精神和范围内。