專利名稱：濺射靶的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有更高的銅擴(kuò)散阻擋特性的鈦合金薄膜。本發(fā)明也涉及鈦合金濺射靶并且涉及禁止銅擴(kuò)散入基底的方法。
參見(jiàn)

圖1、2來(lái)描述與TiN勢(shì)壘層有關(guān)的問(wèn)題。確切地說(shuō)，圖1示出了優(yōu)選的勢(shì)壘層結(jié)構(gòu)，圖2示出了與TiN勢(shì)壘層有關(guān)的問(wèn)題。
先參見(jiàn)圖1，其中示出一個(gè)半導(dǎo)體晶片段10。晶片段10包括一可以包含如單晶硅的基底12。為了有助于解釋后面的權(quán)利要求，術(shù)語(yǔ)“半導(dǎo)電基底”和“半導(dǎo)體基底”被定義為任何包括半導(dǎo)電材料的構(gòu)造其中不局限于此地包括大批半導(dǎo)電材料如半導(dǎo)體晶片(單件或其上有其它材料的組件)和半導(dǎo)電材料層(單件或含其它材料的組件)。術(shù)語(yǔ)“基底”指不局限于此地包含上述半導(dǎo)電基底的任何支承結(jié)構(gòu)。
在基底12上形成一絕緣層14。絕緣層14可以包含如二氧化硅或磷硅酸硼(BPSG)。或者，絕緣層14可以包含介電常數(shù)小于或等于3.7的氟化二氧化硅或所謂的“低k”介電材料。在特殊實(shí)施例中，絕緣層14可以包含介電常數(shù)小于或等于3.0的絕緣材料。
如此形成一勢(shì)壘層16，即它延伸于絕緣材料14的一溝槽內(nèi)，并且在勢(shì)壘層16上形成一含銅籽晶層18。含銅籽晶層18可以通過(guò)如高純度銅靶濺射沉積而形成，術(shù)語(yǔ)“高純度”是指純度至少為99.995％(如4N5純度)的靶。含銅材料20形成在含銅籽晶層18上并且例如可以通過(guò)電化沉積到籽晶層18上來(lái)形成。含銅材料20和籽晶層18可以被共同稱為銅基層或銅基物質(zhì)。
設(shè)置勢(shì)壘層16的目的是防止銅從材料18、20中擴(kuò)散到絕緣材料14中。據(jù)說(shuō)，現(xiàn)有技術(shù)的鈦材料不適用作防止銅擴(kuò)散的勢(shì)壘層。參見(jiàn)圖2來(lái)描述與現(xiàn)有技術(shù)的含鈦材料有關(guān)的問(wèn)題，圖2示出了圖1的構(gòu)造10，但它經(jīng)過(guò)修改而顯示出如果純鈦或氮化鈦被用作勢(shì)壘層16時(shí)可能發(fā)生的特殊問(wèn)題。尤其是，圖2表示經(jīng)過(guò)勢(shì)壘層16的通道22。通道22可以由與勢(shì)壘層16鈦材料有關(guān)的柱狀晶長(zhǎng)大而產(chǎn)生。通道22有效地為銅經(jīng)過(guò)含鈦勢(shì)壘層16擴(kuò)散到絕緣材料14中提供了通路。柱狀晶長(zhǎng)大可以發(fā)生在Ti或TiN層16的形成期間內(nèi)，或發(fā)生在沉積后的高溫處理期間內(nèi)。確切地說(shuō)，人們發(fā)現(xiàn)，即使是在沒(méi)有柱狀晶的情況下沉積現(xiàn)有技術(shù)的鈦材料，該材料可能在超過(guò)450℃的溫度下也失效。
在努力避免圖2所述問(wèn)題的嘗試中，人們已研究出用于擴(kuò)散層16的非鈦勢(shì)壘材料。在所研制出的材料中包括了氮化鈦(TaN)。人們發(fā)現(xiàn)，TaN作為防止銅擴(kuò)散的勢(shì)壘層具有大小近納米級(jí)的晶粒組織及優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性。但是，與TaN有關(guān)的困難之處在于，鉭的高成本使得很難經(jīng)濟(jì)地把TaN層合并到半導(dǎo)體加工過(guò)程中。換句話說(shuō)，我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，許多鈦合金與鉭相比在濺射靶和濺射膜中都具有更出色的機(jī)械性能；因此，使它們適用于高功率用途。
鈦合金的成本比鉭低。因而，如果可以為以含鈦材料而不是以含鉭材料為禁止銅擴(kuò)散的勢(shì)壘層研制出方法，則與用銅內(nèi)連接技術(shù)的使用相比可以降低微電子工業(yè)的材料成本。因此，人們希望研制出新的、適用作阻止或防止銅擴(kuò)散的勢(shì)壘層的含鈦材料。含鈦材料可以具有任何純度，但最好是高純度的；術(shù)語(yǔ)“高純度”是指純度至少為99.95％(即，3N5純度)的靶。
一方面，本發(fā)明包括一種濺射靶，它包含Ti及一種或多種其標(biāo)準(zhǔn)電極電位小于-1.0伏的合金元素。在有Zr、Al或Si的情況下，人們希望它們不以與Ti的二元合金(二元合成物為TiZr、TiAl和TiSi)的形式存在。另外，如果靶包含二元合金TiZr，則希望Zr量為32原子％-38原子％或12原子％-18原子％；或者需要有大于0原子％且小于50原子％的Zr存在于Cu勢(shì)壘層中。在濺射靶包含幾種合金元素的實(shí)施例中，所有合金元素都可以有小于-1.0伏的標(biāo)準(zhǔn)電極電位，或者不是所有的合金元素都有小于-1.0伏的標(biāo)準(zhǔn)電極電位。
在另一方面中，本發(fā)明包含禁止銅擴(kuò)散到基底中的方法。一包含鈦及一種或多種其標(biāo)準(zhǔn)電極電位小于-1.0伏的合金元素的第一層形成在該基底上。然后，一銅基層形成在第一層上并通過(guò)第一層與基底隔開(kāi)。第一層禁止銅從銅基層擴(kuò)散到所述基底中。
在另一方面中，本發(fā)明包含一種濺射靶，它包含Ti及一種或多種熔化溫度大于或等于2400℃的元素。在濺射靶包含多種除Ti外的合金元素的實(shí)施例中，除Ti外的所有元素都有大于或等于2400℃的熔化溫度，或者不是除Ti外的所有元素都有大于或等于2400℃的熔化溫度。
在另一方面中，本發(fā)明包含一種濺射靶，它包含Ti及一種或多種其原子半徑相對(duì)Ti差了至少8％或10％并且在某些應(yīng)用中至少差20％的合金元素。在濺射靶包含多種合金元素的實(shí)施例中，所有元素都具有相對(duì)Ti至少差8％的原子半徑差，或者不是所有的元素都具有相對(duì)Ti至少差8％的原子半徑差。
為解釋本說(shuō)明書(shū)和后續(xù)的權(quán)利要求書(shū)，“鈦基”材料被定義為鈦為主要元素的材料，而“合金元素”被定義為在特定材料中不是主要元素的元素?！爸饕亍北欢x為其含量比材料的任何其它元素都高的元素。主要元素可以是材料的主導(dǎo)元素，但也可以存在小于材料的50％。例如，鈦可以是一種其中鈦只有30％的材料的主要元素，假定在材料中的其它元素的含量都不大于或等于30％。含量小于或等于30％的其它元素就是“合金元素”。在此所述的鈦基材料經(jīng)常包含含量為0.001原子％-50原子％的合金元素。在此提及的百分比和含量為原子百分比和含量，明確指明不是原子百分比或含量的百分比與含量除外。
另外，為解釋說(shuō)明書(shū)和后續(xù)權(quán)利要求書(shū)，“銅基”材料被定義為以銅為主要元素的材料。
圖1是現(xiàn)有技術(shù)的半導(dǎo)體晶片段的橫截面圖，它示出了通過(guò)勢(shì)壘層與絕緣材料隔開(kāi)的半導(dǎo)電銅材料。
圖2是圖1的現(xiàn)有技術(shù)晶片段的視圖，它示出了在以現(xiàn)有技術(shù)的含Ti材料為勢(shì)壘層時(shí)可能發(fā)生的問(wèn)題。
圖3是在本發(fā)明方法的預(yù)備步驟中的半導(dǎo)體晶片段的橫截面圖。
圖4是在圖3步驟后的處理步驟中的圖3晶片段的視圖。
圖5是在圖4步驟后的處理步驟中的圖3晶片段的視圖。
圖6是在圖5步驟后的處理步驟中的圖3晶片段的視圖。
圖7是圖5晶片段的局部放大圖。
圖8是是曲線圖，它示出了與沿圖4所示軸線的含銅層、TiQ層和SiO層有關(guān)的材料“Q”的相對(duì)濃度。
圖9是曲線圖，它示出了與沿圖5所示軸線的含銅層、TiQ層和SiO層有關(guān)的材料“Q”的相對(duì)濃度。
圖10表示與現(xiàn)有技術(shù)的Ta相比Ti-Zr合金的機(jī)械特性的改善。
圖11是示范濺射靶構(gòu)造的橫截面示意圖。
圖12是如沉積的Ti0.45Zr0.024N0.52的盧瑟福反散射能譜法截面。
圖13表示Ti0.45Zr0.024N0.52的片層電阻，Rs間距等于1/3sigma，而所示的梯度對(duì)應(yīng)于68.99；67.88；66.76；65.65；64.54；63.42；62.31；61.19；和60.08。
圖14表示Ti0.45Zr0.024N0.52在450℃-700℃下真空退火1小時(shí)后的盧瑟福反散射能譜法截面。
圖15表示在從晶片上剝下Cu層后的TiZrN薄膜的盧瑟福反散射能譜法截面。TiZrN薄膜和Cu層最初為按照本發(fā)明的一個(gè)示范方法形成的結(jié)構(gòu)的一部分，所示數(shù)據(jù)表明銅在700℃下經(jīng)過(guò)5小時(shí)后沒(méi)有明顯擴(kuò)散到TiZrN層中。
見(jiàn)圖4，一個(gè)勢(shì)壘層58形成在絕緣層54上并在開(kāi)口56內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明，勢(shì)壘層58含鈦并且被構(gòu)造成要阻止其從隨后形成的銅基層擴(kuò)散到絕緣材料54中。在本發(fā)明一個(gè)方面中，勢(shì)壘層58含鈦及一種或多種其標(biāo)準(zhǔn)電極電位(尤其是用Cl-1/Cl參考電極測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)還原電位)小于-1.0伏(即比-1.0伏更小)的元素?？梢詮腁l、Ba、Be、Ca、Ce、Cs、Hf、La、Mg、Nd、Sc、Sr、Y、Mn、V、Si、Zr中選擇適當(dāng)?shù)脑?；盡管這些元素在特殊的實(shí)施例中不包含Al、Si或Zr。另外，勢(shì)壘層58基本上可以由鈦及一種或多種其標(biāo)準(zhǔn)電極電位小于約-0.1伏的元素組成，或者可以由鈦及一種或多種標(biāo)準(zhǔn)電極電位小于-0.1伏的元素組成。勢(shì)壘層58可以被認(rèn)為是在基底54上形成的膜，在特殊實(shí)施例中，它有約2納米-約500納米的厚度，并且尤其可以有約2納米-約50納米的厚度，或尤其可以有約2納米-約20納米的厚度。
在本發(fā)明另一方面中，勢(shì)壘層58含有鈦及一種或多種熔化溫度大于或等于約2400℃的元素?？梢詮腘b、Mo、Ta和W中選擇適當(dāng)?shù)脑?。另外，?shì)壘層58基本上可以由鈦及一種或多種熔化溫度大于或等于2400℃的元素組成，或者可以由鈦及一種或多種熔化溫度大于或等于2400℃的元素組成。勢(shì)壘層58也可以除Ti外地包含氮和/或氧以及一種或多種熔化溫度大于或等于2400℃的元素。勢(shì)壘層58可以被認(rèn)為是在基底54之上形成的膜并且在特殊實(shí)施例中會(huì)有約2納米-約50納米的厚度并且尤其可以有約2納米-約20納米的厚度。這些熔化溫度大于或等于2400℃的元素因其難熔特性而可以穩(wěn)定鈦合金。
對(duì)在勢(shì)壘層中和本發(fā)明濺射靶中保持所需的小晶粒尺寸來(lái)說(shuō)是重要的本發(fā)明材料的一個(gè)方面就是，被加入含鈦靶中的元素可以具有與鈦原子尺寸相差超過(guò)8％并最好相差超過(guò)10％或甚至超過(guò)20％的原子尺寸。這種原子尺寸差可以破壞鈦的晶格結(jié)構(gòu)，從而阻止晶粒在晶格內(nèi)長(zhǎng)大。在鈦與被加入勢(shì)壘層58中的其它元素之間的晶粒尺寸差度可以影響晶格被破壞的程度并因而可以影響發(fā)生在各種溫度下出現(xiàn)的晶粒增長(zhǎng)量。因此，最好使用其相對(duì)鈦的尺寸差大于其相對(duì)鈦的尺寸差小的原子的元素。一組相對(duì)鈦的原子半徑差為至少8％的元素為Mn、Fe、Co、Ni和Y；一組相對(duì)鈦的原子半徑差為至少20％的元素為Be、B、C、La、Ce、Pr、P、S、Nd、Sm、Si、Gd、Dy、Ho、Er和Yb。注意，某些相對(duì)鈦的原子半徑差大于8％或大于20％的元素與那些標(biāo)準(zhǔn)電極電位小于-0.1伏的元素重合，而某些不重合。本發(fā)明涉及使用相對(duì)鈦的原子半徑差為至少8％(或在某些應(yīng)用中大于20％)的元素與鈦來(lái)形成勢(shì)壘層，因而包括了含有鈦及Si、P、S、Sc、Mn、Fe、Co、Ni、Y、Be、B、C、Mo、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Dy、Ho、Er和Yb中的一種或多種的濺射靶。
在某種意義上，本發(fā)明包含分成以下三種的合金元素小于約-0.1伏的標(biāo)準(zhǔn)電極電壓；大于或等于約2400℃的熔化溫度；與鈦原子尺寸相差超過(guò)8％的原子尺寸。表1列出了許多落在這三類中的至少一個(gè)范圍內(nèi)的元素例子。表1沒(méi)有列出所有落在至少這三類之一中的元素。
表1

1標(biāo)準(zhǔn)電極電位，尤其是用Cl-1/Cl參考電極測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)還原電位。
在一個(gè)方法例子中，層58是一個(gè)防止從銅基導(dǎo)電材料擴(kuò)散到絕緣材料54中的勢(shì)壘層。在這個(gè)實(shí)施例中，勢(shì)壘層58最好是導(dǎo)電的，以便提供除由銅基導(dǎo)電層提供電流之外的附加電流。在這個(gè)實(shí)施例中，勢(shì)壘層58最好具有等于或小于300μΩ·cm的電阻率。
形成勢(shì)壘層58方法的一個(gè)例子是由一含鈦及一種或多種元素的靶濺射沉積層58。所述的一種或多種元素可以具有小于約-1.0伏的標(biāo)準(zhǔn)電極電位、相對(duì)Ti的原子半徑差為至少8％和/或大于或等于2400℃的熔化溫度。在特定實(shí)施例中，該靶基本上可以包含鈦及一種或多種其標(biāo)準(zhǔn)電極電位小于約-1.0伏、其相對(duì)Ti的原子半徑差為至少8％和/或有大于或等于2400℃熔化溫度的元素。同樣，本發(fā)明包含這樣的實(shí)施例，即靶包含鈦及一種或多種其標(biāo)準(zhǔn)電極電位小于約-1.0伏、相對(duì)Ti的原子半徑差為至少8％和/或有大于或等于2400℃熔化溫度的元素。
一個(gè)靶的例子將包含至少50原子％的鈦及0.001原子％-50原子％的一種或多種其標(biāo)準(zhǔn)電極電位小于約-1.0伏、相對(duì)Ti的原子半徑差為至少8％和/或有大于或等于2400℃熔化溫度的元素。在其它實(shí)施例中，該靶可以包含至少90原子％的鈦及0.001原子％-10原子％的一種或多種其標(biāo)準(zhǔn)電極電位小于約-1.0伏、相對(duì)Ti的原子半徑差為至少8％和/或有大于或等于2400℃熔化溫度的元素。
雖然已經(jīng)為各種涂層(即除擴(kuò)散阻擋層外的涂層)制造了含鈦以及Nb、Al、Si、W和Zr中的一種或多種的現(xiàn)有靶，但本發(fā)明的靶與現(xiàn)有靶的不同之處在于，它們被用于銅勢(shì)壘層，并且在本發(fā)明靶中的Nb、W和Zr的濃度可以與現(xiàn)有靶不同。例如，本發(fā)明的合金可以包含作為主要元素的鈦并且包含附加元素Nb、W或Zr，除了32原子％-38原子％及12原子％-18原子％的Zr外，除了6原子％-8原子％的Nb外，以及除了35原子％-50原子％的W外。同樣，現(xiàn)有技術(shù)的含鈦靶可以被根據(jù)本發(fā)明方法的形成勢(shì)壘層的新方法中。
用于本發(fā)明方法的靶可以在空氣中如此進(jìn)行濺射，即只有靶材料被沉積在膜58中，或者可以在空氣中這樣進(jìn)行濺射，即來(lái)自空氣的材料與來(lái)自靶的材料一起被沉積在勢(shì)壘層58中。例如，該靶可以在含氮成分的氣氛中被濺射，從而形成一個(gè)除來(lái)自靶的材料外還含有氮的勢(shì)壘層58。一個(gè)示范的含氮成分為二原子氮(N2)。通過(guò)TixQyNz化學(xué)計(jì)量，可以查到沉積薄膜，“Q”是具有一種或多種其標(biāo)準(zhǔn)電極電位小于-1.0伏、相對(duì)Ti的原子半徑尺寸差為至少8％和/或熔化溫度大于或等于2400℃的并被加入靶中的元素的標(biāo)志。在特殊處理中，該材料TixQyNz會(huì)含有x＝0.1-0.7、y＝0.001-0.3且z＝0.1-0.6。
形成勢(shì)壘層58的另一個(gè)示范方法是，在含氮成分和含氧成分的情況下，從含鈦及一種或多種除鈦外的元素的靶中濺射沉積，以便把氮和氧加入勢(shì)壘層58。這樣的處理可以形成具有TixQyNz化學(xué)計(jì)量的勢(shì)壘層，其中Q再次指相對(duì)Ti的原子半徑尺寸差為至少8％的元素，其具有小于約-1.0伏的標(biāo)準(zhǔn)電極電位和/或有大于或等于2400℃的熔化溫度。化合物TixQyNzOw可以具有如x＝0.1-0.7、y＝0.001-0.3，z＝0.1-0.6且W＝0.0001-0.0010。用來(lái)形成TixQyNzOw的含氧成分例如可以是O2。
把氮和/或氧加入勢(shì)壘層58中是有利的，其原因是，這種加入可以與其能夠在高溫下阻止銅擴(kuò)散有關(guān)地提高勢(shì)壘層的高溫穩(wěn)定性。氮和/或氧可以如擾亂Ti的柱狀晶結(jié)構(gòu)并因而形成等軸晶結(jié)構(gòu)。
以下，參考例1-4來(lái)描述根據(jù)本發(fā)明形成濺射靶及從濺射靶中沉積薄膜的特殊方法。
一根據(jù)本發(fā)明形成的勢(shì)壘層58可以包含小于或等于100納米的平均晶粒尺寸，在特定過(guò)程中，最好可以包含小于或等于10納米的平均晶粒尺寸。勢(shì)壘層最佳地具有小于1納米的平均晶粒尺寸。另外，勢(shì)壘層材料可以具有足以將平均晶粒尺寸保持為小于或等于100納米的穩(wěn)定性，在特殊實(shí)施例中，在薄膜在500℃下接受真空退火30分鐘后，平均晶粒尺寸小于或等于10納米或1納米。
本發(fā)明薄膜58的小平均晶粒尺寸使膜可以比現(xiàn)有技術(shù)的含鈦膜更好地阻止銅擴(kuò)散。特別是，現(xiàn)有技術(shù)的含鈦膜在450℃以上加工時(shí)經(jīng)常會(huì)形成大晶粒尺寸，從而會(huì)有上述關(guān)于圖2的柱狀晶缺點(diǎn)。本發(fā)明的加工技術(shù)可以避免這種缺點(diǎn)的形成，因而可以使得待形成的含鈦擴(kuò)散層要好于由現(xiàn)有技術(shù)的加工方法形成的層。
仍然參見(jiàn)圖4，一含銅籽晶層60形成在勢(shì)壘層58上。含銅籽晶層60可以包含如高純度銅(即至少99.995％純的銅)并且可以通過(guò)如由高純度銅靶濺射沉積來(lái)而沉積形成。
圖5表示在已接受化學(xué)機(jī)械拋光的晶片段50，進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光是為了在溝槽56內(nèi)留下材料58、60的同時(shí)從絕緣材料54的頂面上除去層58、60。圖5也示出了尤其可以發(fā)生在標(biāo)準(zhǔn)電極電位小于-1.0伏的元素位于層58內(nèi)時(shí)的處理方法，它示出了層58接受這樣的熱處理，即它引起其標(biāo)準(zhǔn)電極電位小于-1.0伏的元素?cái)U(kuò)散并由此形成一個(gè)元素濃度高于材料58期于區(qū)的區(qū)域62。可以產(chǎn)生這種其標(biāo)準(zhǔn)電極電位小于-1.0伏的元素遷移的適當(dāng)熱處理方法包括在約500℃溫度下真空退火約30分鐘。
圖7是圖5的晶片段50區(qū)域的放大圖并且它更清楚地示出了區(qū)域62。圖7也示出了，另一個(gè)具有提高的其標(biāo)準(zhǔn)電極電位小于-1.0伏的元素的濃度的區(qū)域64可以形成在銅基層60附近。區(qū)域64由于圖中地方的限制而沒(méi)有顯示在圖5中。應(yīng)理解的是，可以在本發(fā)明的特殊處理中有效地除掉該區(qū)域64，這取決于加入勢(shì)壘層58中的這些元素。
圖8、9示出了這樣的發(fā)明方案，即標(biāo)準(zhǔn)電極電位小于-1.0伏的元素在高溫退火期間內(nèi)可以在勢(shì)壘層58內(nèi)遷移。
首先參見(jiàn)圖8，它示出了與銅層60、TiQ層58及SiO層54有關(guān)的、其標(biāo)準(zhǔn)電極電位小于-1.0伏的元素(被圖解說(shuō)明為“Q”，且尤其是被圖解說(shuō)明為“Q”的相對(duì)百分比)的濃度。注意，TiQ和SiO不是要作為勢(shì)壘層58材料或絕緣材料54的化學(xué)計(jì)量表示，而是簡(jiǎn)單地標(biāo)志圖8的層58、64(如稱為“SiO”的材料通常會(huì)是SiO2)。沿圖4所示軸線來(lái)表示圖8曲線，因而該曲線對(duì)應(yīng)于圖5退火前的處理步驟。
圖9是與圖8相似的圖，但它示出了沿圖5軸線的曲線并因而表示在圖5退火后的相對(duì)濃度。如圖9所示，Q濃度在TiO層58與SiO層54之間界面處相對(duì)整個(gè)TiO中間區(qū)濃度地提高了。圖9也示出了，Q濃度在銅基層60與TiO層58之間界面處可以提高。
應(yīng)理解的是，即使圖8、9涉及尤其是成SiO層形式的絕緣層54，但這是絕緣層54的示范成分，本發(fā)明包含其中層54含有其它絕緣材料的實(shí)施例。同樣可以理解的是，圖9所示的Q相對(duì)濃度只用于示范說(shuō)明，圖9是定性表示Q濃度，而不是定量表示。
通過(guò)圖7、8和9證明了使用其標(biāo)準(zhǔn)電極電位小于-1.0伏的元素的優(yōu)勢(shì)。確切地說(shuō)，這樣的元素在退火期間內(nèi)傾向于朝勢(shì)壘層58界面區(qū)擴(kuò)散。因此，元素可以形成圖7的區(qū)域62和64，它們相對(duì)層58的其余中心區(qū)具有更強(qiáng)的銅阻擋性能。同樣，區(qū)域62可以有巴層58粘貼到絕緣材料54上的增強(qiáng)特性。因而，根據(jù)本發(fā)明形成的勢(shì)壘層可以比根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)形成的勢(shì)壘層更好地粘貼絕緣材料，因而可以緩解有關(guān)現(xiàn)有技術(shù)勢(shì)壘層的某些問(wèn)題。
圖6表示在圖5后的處理步驟中的晶片段50，它尤其示出了在溝槽56(圖5)內(nèi)形成的銅基材料70。例如，通過(guò)把銅電沉積到籽晶層60上，可以形成銅基材料70。圖6證明了有導(dǎo)電勢(shì)壘層58的優(yōu)勢(shì)。確切地說(shuō)，當(dāng)溝槽變得越來(lái)越小時(shí)，由勢(shì)壘層58產(chǎn)生的較少溝槽數(shù)量相對(duì)由銅材料70消耗的數(shù)量可以增大。因此，層58、60和70可以被當(dāng)作導(dǎo)電成分，溝槽尺寸變得越小，層58有日益增大的代表體積。層58可以有日益增大的體積的原因是，存在著需要保持適當(dāng)銅擴(kuò)散阻擋特性的層58厚度的限制。由于層58的相對(duì)體積在包含層58、60和材料70的導(dǎo)電成分內(nèi)增加，所以需要在材料58內(nèi)有優(yōu)良的導(dǎo)電特性，以便在導(dǎo)電成分中保持優(yōu)良的導(dǎo)電性。
根據(jù)本發(fā)明形成的材料可以具有適用于濺射靶的機(jī)械特性。圖10表示根據(jù)本發(fā)明形成的材料具有等于或好于3N5鉭的機(jī)械特性，圖10的機(jī)械特性的記錄單位Ksi(即，1000lbs/in2)。例子通過(guò)下面的例子來(lái)說(shuō)明本發(fā)明，但本發(fā)明不局限于下面的例子。這些例子描述了形成含有本發(fā)明所含各種材料的濺射靶的示范方法。這些濺射靶可以有任何幾何形狀，幾何形狀的一個(gè)例子是取自Honeywell Electronics有限公司的所謂ENDURATM靶。圖11表示一包括一襯板202和一靶204的ENDURATM靶構(gòu)造200。圖11是靶構(gòu)造200的橫截面圖，靶構(gòu)造200通常包括一從上面看成圓形的外周。雖然靶構(gòu)造200如圖所示地包括支撐靶204的襯板202，但可以理解的是，本發(fā)明也包含單片電路靶構(gòu)造(即構(gòu)造整體為靶材的靶構(gòu)造)以及其它的平面靶結(jié)構(gòu)。例1一個(gè)TiY靶包含1.0原子％的Y，它是標(biāo)準(zhǔn)電極電位為-2.6伏的反應(yīng)元素且原子半徑比Ti大13.5％。在真空凝殼熔煉中，把定量的3N(99.9％)純度的Y添加到5N(99.999％)純度的Ti中。在形成均質(zhì)合金后，合金被注入石墨模子中以形成一坯。用傳統(tǒng)的熱機(jī)械加工方法鍛造軋制坯料并制成濺射靶。在具有4個(gè)不同的N2氣流值(0，5，10，15sccm)的且總室壓為4×10-3mTorr的N2/Ar氣氛中，反應(yīng)濺射含Ti-5原子％Y。所產(chǎn)生的TiYN膜的厚度約為20nm，電阻率約為130μΩ·cm-300μΩ·cm并且具有不能用x射線測(cè)量的且可能是微晶或非晶態(tài)的很小的晶粒尺寸。例2一個(gè)TiTa靶含0.65原子％的Ta，它是熔點(diǎn)為2996℃且標(biāo)準(zhǔn)電極電位為-1.07伏的反應(yīng)元素。在真空凝殼熔煉中，定量的3N(99.9％)純度的Ta被加到5N(99.999％)純度的Ti中。在形成均質(zhì)合金后，合金被注入石墨模子中而形成坯。用傳統(tǒng)的熱機(jī)械方法鍛造軋制該坯并制成濺射靶。在有4個(gè)不同的N2氣流值(0，5，10，15sccm)的且總室壓為4×10-3mTorr的N2/Ar氣氛中，反應(yīng)濺射Ti-0.65原子％Ta。所產(chǎn)生的TiTaN膜的厚度約為20nm，電阻率約為130μΩ·cm-250μΩ·cm并且含有不能用x射線測(cè)量的且可能是微晶或非晶態(tài)的很小的晶粒尺寸。例3一個(gè)TiZr靶含有5.0原子％的Zr，它是標(biāo)準(zhǔn)電極電位為-1.65伏的反應(yīng)元素。在真空凝殼熔煉中，定量的2N(99.8％)純度的Zr被添加到5N(99.999％)純度的Ti中。在形成均質(zhì)合金后，合金被注入石墨模子中而形成坯。用傳統(tǒng)的熱機(jī)械方法鍛造軋制該坯而制成濺射靶。在N2/Ar氣氛中反應(yīng)濺射Ti-5原子％Zr。所產(chǎn)生的TiZrN膜的厚度約為20nm且電阻率約為125μΩ·cm。圖13示出了濺射TiZrN膜的片層電阻。TiZrN膜具有不能用x射線測(cè)量的且可能是微晶或非晶態(tài)的很小的晶粒尺寸，它在700℃真空退火5小時(shí)后是穩(wěn)定的。然后，把150nm的Cu膜淀積到TiZrN上，從而可在高溫退火后測(cè)試TiZrN膜的擴(kuò)散特性。結(jié)果表明，TiZrN具有的對(duì)金屬電介質(zhì)的附著性及銅潤(rùn)濕性。該膜的整體性能足以應(yīng)付典型的Cu/低k介電處理。圖12示出了如沉積的Ti0.45Zr0.024N0.52的盧瑟福反散射能譜法截面；表2列出了圖12的各方面數(shù)據(jù)。如圖14所示，經(jīng)過(guò)1小時(shí)450℃-700℃真空退火后，Cu沒(méi)有明顯擴(kuò)散到TiZrN層中。圖15表示在Cu層從晶片上剝下后的TiZrN膜的RBS特性。如該圖再次所示，在經(jīng)過(guò)5小時(shí)的700℃的高溫退火后，Cu沒(méi)有明顯擴(kuò)散到TiZrN層中。
表2；按原子％的RBS確定膜成分

例4一個(gè)TiAl靶含1.0原子％的Al，它是標(biāo)準(zhǔn)電極電位為-1.70伏的反應(yīng)元素。在真空凝殼熔煉中，定量的3N5(99.95％)純度的Al被加到5N(99.999％)純度的Ti中。在形成均質(zhì)合金后，合金被注入石墨模子中而形成坯。用傳統(tǒng)的熱機(jī)械方法鍛造軋制造該坯而制成濺射靶。在有4個(gè)不同N2氣流值的(0，5，10，15sccm)且總室壓為4×10-3mTorr的N2/Ar氣氛中，反應(yīng)濺射Ti-1.0原子％Al。所產(chǎn)生的TiAlN膜的厚度約為20nm且電阻率約為130μΩ·cm-300μΩ·cm并且包含不能用x射線測(cè)量的且可能是微晶或非晶態(tài)的很小的晶粒尺寸。
在此所述的實(shí)施例為示范實(shí)施例，應(yīng)該理解的是，本發(fā)明包含超出那些具體描述例子以外的實(shí)施例。例如，發(fā)生在圖4和5步驟之間的化學(xué)機(jī)械拋光可以在圖6所示的銅材料70的電沉積后進(jìn)行。同樣，關(guān)于圖5所述的被用來(lái)形成區(qū)域62的退火可以在圖6所示的處理方法后進(jìn)行。另外，雖然描述了本發(fā)明關(guān)于產(chǎn)生勢(shì)壘層以緩解銅擴(kuò)散的各個(gè)方面，但可以理解的是，在此所述的方法可以被用來(lái)產(chǎn)生阻止或防止除銅外的金屬如Ag或Al擴(kuò)散的勢(shì)壘層。
權(quán)利要求書(shū)(按照條約第19條的修改)1、一種被用來(lái)形成一與含銅材料有關(guān)的勢(shì)壘層的且含有Ti及一種或多種其標(biāo)準(zhǔn)電極電位小于約-1.0V的合金元素的濺射成分，所述的一種或多種合金元素不含Al。
2、如權(quán)利要求1所述的濺射成分，其特征在于，所述含銅材料為銅基材料。
3、如權(quán)利要求1所述的濺射成分，它包括至少一種其標(biāo)準(zhǔn)電極電位不小于約-1.0V的合金元素。
4、如權(quán)利要求1所述的濺射成分，其特征在于，在濺射靶中這些唯一的合金元素是標(biāo)準(zhǔn)電極電位小于約-1.0V的元素。
5、如權(quán)利要求1所述的濺射成分，其特征在于，所述的一種或多種合金元素選自Be、B、Si、Ca、Sc、V、Cf、Mn、Fe、Sr、Y、Zr、Cs、Ba、La、Hf、Ta、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Dy、Ho和Er。
6、如權(quán)利要求1所述的濺射成分，其特征在于，所述的一種或多種合金元素選自Be、Ca、Sr和Ba。
7、如權(quán)利要求1所述的濺射成分，其特征在于，所述的一種或多種合金元素包含Zr。
8、如權(quán)利要求1所述的濺射成分，其特征在于，所述的一種或多種合金元素包含B。
9、如權(quán)利要求1所述的濺射成分，其特征在于，所述的一種或多種合金元素包含Hf。
10、如權(quán)利要求1所述的濺射成分，其特征在于，所述的一種或多種合金元素包含V。
11、如權(quán)利要求1所述的濺射成分，其特征在于，所述的一種或多種合金元素包含Cr。
12、如權(quán)利要求1所述的濺射成分，其特征在于，所述的一種或多種合金元素包含Mn。
13、如權(quán)利要求1所述的濺射成分，其特征在于，所述的一種或多種合金元素包含F(xiàn)e。
14、刪除。
15、一種被用來(lái)形成與含銅材料有關(guān)的勢(shì)壘層的且含有Ti及相對(duì)鈦的原子半徑差為至少8％的一種或多種合金元素的濺射靶，所述的一種或多種合金元素不含Al。
16、如權(quán)利要求15所述的濺射靶，其特征在于，所述的一種或多種合金元素選自Ca、Mn、Fe、Co、Ni、Y、Zr和Hf。
17、如權(quán)利要求15所述的濺射靶，其特征在于，所述的一種或多種合金元素包含Co。
18、如權(quán)利要求15所述的濺射靶，其特征在于，所述的一種或多種合金元素包含Ni。
19、如權(quán)利要求15所述的濺射靶，其特征在于，所述的一種或多種合金元素包含Y。
20、一種被用來(lái)形成與含銅材料有關(guān)的勢(shì)壘層的且含有Ti及相對(duì)鈦的原子半徑差至少為20％的一種或多種合金元素的濺射靶。
21、如權(quán)利要求20的濺射靶，其特征在于，所述的一種或多種合金元素選自Be、B、C、Si、P、S、Cs、Ba、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Dy、Ho、Er和Yb。
22、如權(quán)利要求20的濺射靶，其特征在于，所述的一種或多種合金元素選自Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Dy、Ho、Er和Yb。
23、如權(quán)利要求20的濺射靶，其特征在于，所述的一種或多種合金元素包含Ba。
24、如權(quán)利要求20的濺射靶，其特征在于，所述的一種或多種合金元素包含La。
25、如權(quán)利要求20的濺射靶，其特征在于，所述的一種或多種合金元素包含Yb。
26、刪除。
27、刪除。
28、刪除。
29、刪除。
30、刪除。
31、刪除。
32、一種基本上由Ti和Zr組成的且含有小于12原子％的Zr的濺射成分。
33、如權(quán)利要求32所述的濺射成分，它包含小于8原子％的Zr。
權(quán)利要求
1.一種被用來(lái)形成一個(gè)與含銅材料有關(guān)的勢(shì)壘層的并含有Ti及一種或多種其標(biāo)準(zhǔn)電極電位小于約-1.0V的合金元素的濺射靶。
2.如權(quán)利要求1所述的濺射靶，其特征在于，所述含銅材料為銅基材料。
3.如權(quán)利要求1所述的濺射靶，它包括至少一種其標(biāo)準(zhǔn)電極電位不小于約-1.0V的合金元素。
4.如權(quán)利要求1所述的濺射靶，其特征在于，只有在濺射靶中的合金元素是標(biāo)準(zhǔn)電極電位小于約-1.0V的元素。
5.如權(quán)利要求1所述的濺射靶，其特征在于，所述的一種或多種合金元素選自Be、B、Al、Si、Ca、Sc、V、Cr、Mn、Fe、Sr、Y、Zr、Cs、Ba、La、Hf、Ta、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Dy、Ho和Er。
6.如權(quán)利要求1所述的濺射靶，其特征在于，所述的一種或多種合金元素選自Be、Ca、Sr和Ba。
7.如權(quán)利要求1所述的濺射靶，其特征在于，所述的一種或多種合金元素包含Zr。
8.如權(quán)利要求1所述的濺射靶，其特征在于，所述的一種或多種合金元素包含B。
9.如權(quán)利要求1所述的濺射靶，其特征在于，所述的一種或多種合金元素包含Hf。
10.如權(quán)利要求1所述的濺射靶，其特征在于，所述的一種或多種合金元素包含V。
11.如權(quán)利要求1所述的濺射靶，其特征在于，所述的一種或多種合金元素包含Cr。
12.如權(quán)利要求1所述的濺射靶，其特征在于，所述的一種或多種合金元素包含Mn。
13.如權(quán)利要求1所述的濺射靶，其特征在于，所述的一種或多種合金元素包含F(xiàn)e。
14.如權(quán)利要求1所述的濺射靶，其特征在于，所述的一種或多種合金元素包含Al。
15.一種被用來(lái)形成一與含銅材料有關(guān)的勢(shì)壘層的且含有Ti及一種或多種相對(duì)鈦的原子半徑差為至少8％的合金元素的濺射靶。
16.如權(quán)利要求15所述的濺射靶，其特征在于，所述的一種或多種合金元素選自Al、Ca、Mn、Fe、Co、Ni、Y、Zr和Hf。
17.如權(quán)利要求15所述的濺射靶，其特征在于，所述的一種或多種合金元素包含Co。
18.如權(quán)利要求15所述的濺射靶，其特征在于，所述的一種或多種合金元素包含Ni。
19.如權(quán)利要求15所述的濺射靶，其特征在于，所述的一種或多種合金元素包含Y。
20.一種被用來(lái)形成與含銅材料有關(guān)的勢(shì)壘層的且含有Ti及一種或多種相對(duì)鈦的原子半徑差至少為20％的合金元素的濺射靶。
21.如權(quán)利要求20的濺射靶，其特征在于，所述的一種或多種合金元素選自Be、B、C、Si、P、S、Cs、Ba、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Dy、Ho、Er和Yb。
22.如權(quán)利要求20的濺射靶，其特征在于，所述的一種或多種合金元素選自Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Dy、Ho、Er和Yb。
23.如權(quán)利要求20的濺射靶，其特征在于，所述的一種或多種合金元素包含Ba。
24.如權(quán)利要求20的濺射靶，其特征在于，所述的一種或多種合金元素包含La。
25.如權(quán)利要求20的濺射靶，其特征在于，所述的一種或多種合金元素包含Yb。
26.一種被用來(lái)形成與含銅材料有關(guān)的且含有Ti及一種或多種其熔化溫度至少約為2400℃的合金元素的濺射靶。
27.如權(quán)利要求26的濺射靶，其特征在于，所述的一種或多種合金元素選自C、Nb、Mo、Ta和W。
28.如權(quán)利要求26的濺射靶，其特征在于，所述的一種或多種合金元素包含Nb。
29.如權(quán)利要求26的濺射靶，其特征在于，所述的一種或多種合金元素包含Mo。
30.如權(quán)利要求26的濺射靶，其特征在于，所述的一種或多種合金元素包含Ta。
31.如權(quán)利要求26的濺射靶，其特征在于，所述的一種或多種合金元素包含W。
32.一種主要由Ti和Zr組成的并且含有小于12原子％的Zr的濺射靶。
33.如權(quán)利要求32所述的濺射靶，它含有小于8原子％的Zr。
34.如權(quán)利要求32所述的濺射靶，它含有小于6原子％的Zr。
35.如權(quán)利要求32所述的濺射靶，它含有小于2原子％的Zr。
36.如權(quán)利要求32所述的濺射靶，它含有2原子％-小于12原子％的Zr。
37.一種包含Ti及一種或多種其標(biāo)準(zhǔn)電極電位小于約-1.0V的合金元素的濺射靶；所述濺射靶不包含二元合金TiAl和TiSi；并且進(jìn)一步不包含其中Zr量為12原子％-18原子％或32原子％-38原子％范的二元合金TiZr。
38.如權(quán)利要求37的濺射靶，其特征在于，所述的一種或多種合金元素選自Be、B、Ca、Sc、V、Cr、Mn、Fe、Sr、Y、Cs、Ba、La、Hf、Ta、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Dy、Ho和Er。
39.如權(quán)利要求37的濺射靶，其特征在于，所述的一種或多種合金元素選自Be、Ca、Sr和Ba。
40.如權(quán)利要求37的濺射靶，其特征在于，所述的一種或多種合金元素包含B。
41.如權(quán)利要求37的濺射靶，其特征在于，所述的一種或多種合金元素包含Hf。
42.如權(quán)利要求37的濺射靶，其特征在于，所述的一種或多種合金元素包含V。
43.如權(quán)利要求37的濺射靶，其特征在于，所述的一種或多種合金元素包含Cr。
44.如權(quán)利要求37的濺射靶，其特征在于，所述的一種或多種合金元素包含Mn。
45.如權(quán)利要求37的濺射靶，其特征在于，所述的一種或多種合金元素包含F(xiàn)e。
46.一種包含Ti及一種或多種相對(duì)鈦的原子半徑差為至少8％的合金元素的濺射靶；所述濺射靶不包含Ti的二元合成物以及選自Al和Si的合金元素；所述濺射靶也不包含其中Zr量為12原子％-18原子％或32原子％-38原子％內(nèi)的Ti和Zr的二元合成物。
47.如權(quán)利要求46的濺射靶，其特征在于，所述的一種或多種合金元素選自Ca、Mn、Fe、Co、Ni、Y和Hf。
48.如權(quán)利要求46的濺射靶，其特征在于，所述的一種或多種合金元素包含Y。
49.如權(quán)利要求46的濺射靶，其特征在于，所述的一種或多種合金元素包含Co。
50.如權(quán)利要求46的濺射靶，其特征在于，所述的一種或多種合金元素包含Ni。
51.如權(quán)利要求46的濺射靶，其特征在于，所述的一種或多種合金元素具有至少為20％的相對(duì)Ti的原子半徑差。
52.如權(quán)利要求51的濺射靶，其特征在于，所述的一種或多種合金元素選自Be、B、C、P、S、Cs、Ba、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Dy、Ho、Er和Yb。
53.如權(quán)利要求51的濺射靶，其特征在于，所述的一種或多種合金元素選自Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Dy、Ho、Er和Yb。
54.如權(quán)利要求51的濺射靶，其特征在于，所述的一種或多種合金元素包含Ba。
55.如權(quán)利要求51的濺射靶，其特征在于，所述的一種或多種合金元素包含La。
56.如權(quán)利要求51的濺射靶，其特征在于，所述的一種或多種合金元素包含Yb。
57.一種包含Ti及一種或多種其熔化溫度至少約為2400℃的合金元素的濺射靶；所述濺射靶不包含其中W量為35原子％-50原子％的Ti和W的二元合金；所述濺射靶也不包含其中Nb量為6原子％-8原子％的Ti和Nb的二元合金。
58.如權(quán)利要求57的濺射靶，其特征在于，所述的一種或多種合金元素選自C、Mo和Ta。
59.如權(quán)利要求51的濺射靶，其特征在于，所述的一種或多種合金元素包含Mo。
60.如權(quán)利要求51的濺射靶，其特征在于，所述的一種或多種合金元素包含Ta。
61.一種被用來(lái)形成與含銀材料有關(guān)的勢(shì)壘層的且含Ti及一種或多種具有至少下列之一特點(diǎn)的合金元素的濺射靶(1)標(biāo)準(zhǔn)電極電位小于約-1.0V；(2)熔化溫度至少約為2400℃；(3)相對(duì)鈦的原子半徑差為至少8％。
62.如權(quán)利要求61所述的濺射靶，其特征在于，所述的一種或多種合金元素包含Zr。
63.一種被用來(lái)形成與含鋁材料有關(guān)的勢(shì)壘層的且含Ti及一種或多種有至少下列之一特點(diǎn)的合金元素的濺射靶(1)標(biāo)準(zhǔn)電極電位小于約-1.0V；(2)熔化溫度至少約為2400℃；(3)相對(duì)鈦的原子半徑差為至少8％。
64.如權(quán)利要求63所述的濺射靶，其特征在于，所述的一種或多種合金元素包含Zr。
65.一種通過(guò)由一個(gè)包含鈦及一種或多種選自Be、B、Al、Si、Ca、Sc、V、Cr、Mn、Fe、Sr、Y、Zr、Cs、Ba、La、Hf、Ta、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Dy、Ho和Er的合金元素的靶濺射沉積一薄膜來(lái)形成一個(gè)Cu勢(shì)壘層的方法。
66.如權(quán)利要求65所述的方法，其特征在于，所述的一種或多種合金元素包含Zr。
67.如權(quán)利要求65所述的方法，其特征在于，所述的一種或多種合金元素包含V。
68.如權(quán)利要求65所述的方法，其特征在于，所述的一種或多種合金元素包含Cr。
69.如權(quán)利要求65所述的方法，其特征在于，所述的一種或多種合金元素包含Mn。
70.如權(quán)利要求65所述的方法，其特征在于，所述的一種或多種合金元素包含F(xiàn)e。
71.如權(quán)利要求65所述的方法，其特征在于，所述的一種或多種合金元素包含Al。
72.一種禁止銅擴(kuò)散到基底中的方法，它包括在基底上形成一個(gè)合Ti及一種或多種合金元素的第一層，所述的一種或多種合金元素具有至少為8％的相對(duì)Ti的原子半徑差；以及在所述第一層上形成一個(gè)含銅層；該第一層禁止銅從含銅層擴(kuò)散到該基底中。
73.如權(quán)利要求72所述的方法，其特征在于，該含銅層為一銅基層。
74.如權(quán)利要求72所述的方法，其特征在于，所述的一種或多種合金元素選自Al、Ca、Mn、Fe、Co、Ni、Y、Zr和Hf。
75.如權(quán)利要求72所述的方法，其特征在于，所述的一種或多種合金元素包含Y。
76.如權(quán)利要求72所述的方法，其特征在于，所述的一種或多種合金元素具有至少為20％的相對(duì)Ti的原子半徑差。
77.如權(quán)利要求72所述的方法，其特征在于，所述的一種或多種合金元素選自Be、B、C、Si、P、S、Cs、Ba、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Dy、Ho、Er和Yb。
78.如權(quán)利要求76所述的方法，其特征在于，所述的一種或多種合金元素包含Ba。
79.如權(quán)利要求76所述的方法，其特征在于，所述的一種或多種合金元素包含La。
80.如權(quán)利要求76所述的方法，其特征在于，所述的一種或多種合金元素包含Yb。
81.一種禁止銅擴(kuò)散到基底中的方法，它包括在基底上形成一個(gè)含Ti及一種或多種其標(biāo)準(zhǔn)電極電位小于約-1.0V的合金元素的第一層；以及在所述第一層上形成一含銅層；該第一層禁止銅從含銅層擴(kuò)散到該基底中。
82.如權(quán)利要求81所述的方法，其特征在于，所述的一種或多種合金元素選自Be、B、Al、Si、Ca、Sc、V、Cr、Mn、Fe、Sr、Y、Zr、Cs、Ba、La、Hf、Ta、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Dy、Ho和Er。
83.如權(quán)利要求81所述的方法，其特征在于，該層主要由Ti和所述的一種或多種合金元素組成。
84.如權(quán)利要求81所述的方法，其特征在于，該層由Ti和所述的一種或多種合金元素組成。
85.如權(quán)利要求81所述的方法，其特征在于，所述的一種或多種合金元素包含Zr。
86.如權(quán)利要求81所述的方法，其特征在于，所述的一種或多種合金元素包含V。
87.如權(quán)利要求81所述的方法，其特征在于，所述的一種或多種合金元素包含Cr。
88.如權(quán)利要求81所述的方法，其特征在于，所述的一種或多種合金元素包含Mn。
89.如權(quán)利要求81所述的方法，其特征在于，所述的一種或多種合金元素包含F(xiàn)e。
90.如權(quán)利要求81所述的方法，其特征在于，所述的一種或多種合金元素包含Al。
91.如權(quán)利要求81所述的方法，其特征在于，通過(guò)由一個(gè)靶濺射沉積而形成所述第一層，所述靶包含Ti及一種或多種其標(biāo)準(zhǔn)電極電位小于約-1.0V的合金元素。
92.一種TixOyNz薄膜，它禁止銅從一含銅材料中擴(kuò)散出并且通過(guò)在氮?dú)庵袨R射一個(gè)濺射靶而形成，所述靶包含Ti及一種或多種標(biāo)準(zhǔn)電極電位小于約-1.0V的合金元素，其中“Q”是所述的一種或多種合金元素的標(biāo)志。
93.如權(quán)利要求92所述的薄膜，其特征在于，x＝0.1-0.7，y＝0.001-0.3，而z＝0.1-0.6。
94.如權(quán)利要求92所述的薄膜，它有約2nm-約50nm的厚度。
95.如權(quán)利要求92所述的薄膜，它有約2nm-約20nm的厚度。
96.如權(quán)利要求92所述的薄膜，它還具有等于或小于300μΩ·cm的電阻率。
97.如權(quán)利要求92所述的TixOyNz薄膜，它被用作一微電子器件中的Cu勢(shì)壘層。
98.如權(quán)利要求92所述的薄膜，它還具有等于或小于100nm的平均晶粒尺寸，該平均晶粒尺寸在薄膜接受至少約500℃的真空退火達(dá)至少約30分鐘后等于或小于100nm。
99.如權(quán)利要求92所述的薄膜，它還具有等于或小于10nm的平均晶粒尺寸，該平均晶粒尺寸在薄膜經(jīng)受至少約500℃的真空退火達(dá)至少約30分鐘之后等于或小于10nm。
100.如權(quán)利要求92所述的薄膜，它還具有等于或小于1nm的平均晶粒尺寸，該平均晶粒尺寸在薄膜經(jīng)受至少約500℃的真空退火達(dá)至少約30分鐘之后等于或小于1nm。
101.一種TixOyNzOw薄膜，它禁止銅從一含銅材料中擴(kuò)散出來(lái)并且通過(guò)在含氮?dú)怏w及含氧氣體中濺射一個(gè)濺射靶而形成，所述靶含Ti及一種或多種其標(biāo)準(zhǔn)電極電位小于約-1.0V的合金元素，其中“Q”為所述的一種或多種合金元素的標(biāo)志。
102.如權(quán)利要求101所述的薄膜，其特征在于，x＝0.1-0.7，y＝0.001-0.3，z＝0.1-0.6，而W＝0.0001-0.0010。
103.如權(quán)利要求101所述的薄膜，它有約2nm-約50nm的厚度。
104.如權(quán)利要求101所述的薄膜，它有約2nm-約20nm的厚度。
105.如權(quán)利要求101所述的薄膜，它還具有等于或小于300μΩ·cm的電阻率。
106.如權(quán)利要求101所述的薄膜，它還具有等于或小于100nm的平均晶粒尺寸，該平均晶粒尺寸在薄膜經(jīng)受至少約500℃的真空退火達(dá)至少約30分鐘后等于或小于100nm。
107.如權(quán)利要求101所述的薄膜進(jìn)一步包含等于或小于10nm的平均晶粒尺寸，該平均晶粒尺寸在膜層經(jīng)受至少約500℃的真空退火至少約30分鐘之后等于或小于10nm。
108.如權(quán)利要求101所述的薄膜，它還具有等于或小于1nm的平均晶粒尺寸，該平均晶粒尺寸在薄膜經(jīng)受至少約500℃的真空退火達(dá)至少約30分鐘后等于或小于1nm。
109.如權(quán)利要求101所述的TixOyNzOw薄膜，它被用作一微電子器件的Cu勢(shì)壘層。
110.一種TixOyNz薄膜，它禁止銅從一含銅材料中擴(kuò)散出來(lái)并且通過(guò)在氮?dú)庵袨R射一個(gè)濺射靶而形成，所述靶包含Ti及一種或多種其熔化溫度至少約為2400℃的合金元素，其中“Q”為所述的一種或多種合金元素的標(biāo)志。
111.如權(quán)利要求110所述的薄膜，其特征在于，x＝0.1-0.7，y＝0.001-0.3，而z＝0.1-0.6。
112.如權(quán)利要求110所述的薄膜，它有約2nm-約50nm的厚度。
113.如權(quán)利要求110所述的薄膜，它有約2nm-約20nm的厚度。
114.如權(quán)利要求110所述的薄膜，它還具有等于或小于300μΩ·cm的電阻率。
115.如權(quán)利要求110所述的TixOyNz薄膜，它被用作一微電子器件中的Cu勢(shì)壘層。
116.如權(quán)利要求110所述的薄膜，它還具有等于或小于100nm的平均晶粒尺寸，該平均晶粒尺寸在薄膜經(jīng)受至少約500℃的真空退火達(dá)至少約30分鐘后等于或小于100nm。
117.如權(quán)利要求110所述的薄膜，它還具有等于或小于10nm的平均晶粒尺寸，該平均晶粒尺寸在薄膜經(jīng)受至少約500℃的真空退火達(dá)至少約30分鐘后等于或小于10nm。
118.如權(quán)利要求110所述的薄膜，它還具有等于或小于1nm的平均晶粒尺寸，該平均晶粒尺寸在薄膜經(jīng)受至少約500℃的真空退火達(dá)至少約30分鐘后等于或小于1nm。
119.一種TixOyNzOw薄膜，它禁止銅自一含銅材料中擴(kuò)散出來(lái)并且通過(guò)在含氮?dú)怏w及含氧氣體中濺射一個(gè)濺射靶而形成，所述靶包含Ti及一種或多種其熔化溫度至少約為2400℃的合金元素，其中“Q”為所述的一種或多種合金元素的標(biāo)志。
120.如權(quán)利要求119所述的薄膜，其特征在于，x＝0.1-0.7，y＝0.001-0.3，z＝0.1-0.6，而W＝0.0001-0.0010。
121.如權(quán)利要求119所述的薄膜，它有約2nm-約50nm的厚度。
122.如權(quán)利要求119所述的薄膜它，有約2nm-約20nm的厚度。
123.如權(quán)利要求119所述的薄膜，它還具有等于或小于300μΩ·cm的電阻率。
124.如權(quán)利要求119所述的薄膜，它還具有等于或小于100nm的平均晶粒尺寸，該平均晶粒尺寸在薄膜經(jīng)受至少約500℃的真空退火達(dá)至少約30分鐘之后等于或小于100nm。
125.如權(quán)利要求119所述的薄膜，它還具有等于或小于10nm的平均晶粒尺寸，該平均晶粒尺寸在薄膜經(jīng)受至少約500℃的真空退火達(dá)至少約30分鐘之后等于或小于10nm。
126.如權(quán)利要求119所述的薄膜，它還具有等于或小于1nm的平均晶粒尺寸，該平均晶粒尺寸在薄膜經(jīng)受至少約500℃的真空退火達(dá)至少約30分鐘之后等于或小于1nm。
127.如權(quán)利要求119所述的TixOyNzOw薄膜，它被用作一微電子器件中的Cu勢(shì)壘層。
128.一種TixOyNz薄膜，它禁止銅自一含銅材料中擴(kuò)散出來(lái)并且通過(guò)在氮?dú)庵袨R射一個(gè)濺射靶而形成，所述靶包含Ti及一種或多種相對(duì)鈦的原子半徑差為至少8％的合金元素，其中“Q”為所述的一種或多種合金元素的標(biāo)志。
129.如權(quán)利要求128所述的薄膜，其特征在于，x＝0.1-0.7，y＝0.001-0.3，而z＝0.1-0.6。
130.如權(quán)利要求128所述的薄膜，它有約2nm-約50nm的厚度。
131.如權(quán)利要求128所述的薄膜，它有約2nm-約20nm的厚度。
132.如權(quán)利要求128所述的薄膜，它還具有等于或小于300μΩ·cm的電阻率。
133.如權(quán)利要求128所述的TixOyNz薄膜，它被用作一微電子器件中的Cu勢(shì)壘層。
134.如權(quán)利要求128所述的薄膜，它還具有等于或小于100nm的平均晶粒尺寸，該平均晶粒尺寸在薄膜經(jīng)受至少約500℃的真空退火達(dá)至少約30分鐘之后等于或小于100nm。
135.如權(quán)利要求128所述的薄膜，它還具有等于或小于10nm的平均晶粒尺寸，該平均晶粒尺寸在薄膜經(jīng)受至少約500℃的真空退火達(dá)至少約30分鐘之后等于或小于10nm。
136.如權(quán)利要求128所述的薄膜，它還具有等于或小于1nm的平均晶粒尺寸，該平均晶粒尺寸在薄膜經(jīng)受至少約500℃的真空退火至少約30分鐘之后等于或小于1nm。
137.一種TixOyNzOw薄膜，它禁止銅從一含銅材料中擴(kuò)散出來(lái)并且通過(guò)在含氮?dú)怏w及含氧氣體中濺射一個(gè)濺射靶而形成，所述靶包含Ti及一種或多種相對(duì)鈦的原子半徑差為至少8％的合金元素，其中“Q”為所述的一種或多種合金元素的標(biāo)志。
138.如權(quán)利要求137所述的薄膜，其特征在于，x＝0.1-0.7，y＝0.001-0.3，z＝0.1-0.6，而W＝0.0001-0.0010。
139.如權(quán)利要求137所述的薄膜，它有約2nm-約50nm的厚度。
140.如權(quán)利要求137所述的薄膜，它有約2nm-約20nm的厚度。
141.如權(quán)利要求137所述的薄膜，它還具有等于或小于300μΩ·cm的電阻率。
142.如權(quán)利要求137所述的薄膜，它還具有等于或小于100nm的平均晶粒尺寸，該平均晶粒尺寸在薄膜經(jīng)受至少約500℃的真空退火達(dá)至少約30分鐘之后等于或小于100nm。
143.如權(quán)利要求137所述的薄膜，它還具有等于或小于10nm的平均晶粒尺寸，該平均晶粒尺寸在薄膜經(jīng)受至少約500℃的真空退火達(dá)至少約30分鐘之后等于或小于10nm。
144.如權(quán)利要求137所述的薄膜，它還具有等于或小于1nm的平均晶粒尺寸，該平均晶粒尺寸在薄膜經(jīng)受至少約500℃的真空退火達(dá)至少約30分鐘之后等于或小于1nm。
145.如權(quán)利要求137所述的TixOyNzOw薄膜，它被用作一微電子器件中的Cu勢(shì)壘層。
146.一種半導(dǎo)體構(gòu)造，包括一半導(dǎo)體基底；一由該半導(dǎo)體基底支承的并且要緩解一金屬擴(kuò)散到其中的材料；一在該材料上的且包含金屬的物質(zhì)；一包含Ti及一種或多種合金元素的中介層；該中介層在該物質(zhì)與緩解金屬擴(kuò)散到其中的材料之間；所述的一種或多種合金元素至少具有下面之一的特點(diǎn)(1)標(biāo)準(zhǔn)電極電位小于約-1.0V；(2)熔化溫度至少約為2400℃；(3)相對(duì)鈦的原子半徑差為至少8％；該中介層與一個(gè)在沒(méi)有中介層時(shí)可能發(fā)生的擴(kuò)散量有關(guān)地緩解了金屬?gòu)脑撐镔|(zhì)到該材料的擴(kuò)散。
147.如權(quán)利要求146所述的構(gòu)造，其特征在于，其擴(kuò)散需待緩解的金屬是銅。
148.如權(quán)利要求146所述的方法，其特征在于，所述一種或多種合金元素選自Be、B、Al、Si、Ca、Sc、V、Cr、Mn、Fe、Sr、Y、Zr、Cs、Ba、La、Hf、Ta、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Dy、Ho和Er。
149.如權(quán)利要求146所述的構(gòu)造，其特征在于，所述的一種或多種合金元素包含Zr。
150.如權(quán)利要求146所述的構(gòu)造，其特征在于，所述的一種或多種合金元素包含V。
151.如權(quán)利要求146所述的構(gòu)造，其特征在于，所述的一種或多種合金元素包含Cr。
152.如權(quán)利要求146所述的構(gòu)造，其特征在于，所述的一種或多種合金元素包含Mn。
153.如權(quán)利要求146所述的構(gòu)造，其特征在于，所述的一種或多種合金元素包含Al。
154.如權(quán)利要求146所述的構(gòu)造，其特征在于，所述的一種或多種合金元素包含B。
155.如權(quán)利要求146所述的構(gòu)造，其特征在于，所述的一種或多種合金元素包含Nb。
156.如權(quán)利要求146所述的構(gòu)造，其特征在于，所述的一種或多種合金元素包含Mo。
157.如權(quán)利要求146所述的構(gòu)造，其特征在于，所述的一種或多種合金元素包含Hf。
158.如權(quán)利要求146所述的構(gòu)造，其特征在于，所述的一種或多種合金元素Ta。
159.如權(quán)利要求146所述的構(gòu)造，其特征在于，所述的一種或多種合金元素包含W。
160.如權(quán)利要求146所述的構(gòu)造，其特征在于，所述的一種或多種合金元素包含Y。
161.如權(quán)利要求146所述的構(gòu)造，其特征在于，所述的一種或多種合金元素包含Co。
162.如權(quán)利要求146所述的構(gòu)造，其特征在于，所述的一種或多種合金元素包含Ni。
163.如權(quán)利要求146所述的構(gòu)造，其特征在于，所述的一種或多種合金元素包含Ba。
164.如權(quán)利要求146所述的構(gòu)造，其特征在于，所述的一種或多種合金元素包含La。
165.如權(quán)利要求146所述的構(gòu)造，其特征在于，所述的一種或多種合金元素包含Yb。
166.如權(quán)利要求146所述的構(gòu)造，其特征在于，其擴(kuò)散需待緩解的金屬是銅，并且要緩解銅擴(kuò)散入其中的材料是一電絕緣材料。
167.如權(quán)利要求146所述的構(gòu)造，其特征在于，其擴(kuò)散需待緩解的金屬是銅，并且要緩解銅擴(kuò)散入其中的材料包括二氧化硅。
168.如權(quán)利要求146所述的構(gòu)造，其特征在于，其擴(kuò)散需待緩解的金屬是銅，并且要緩解銅擴(kuò)散入其中的材料包括BPSG。
169.如權(quán)利要求146所述的構(gòu)造，其特征在于，其擴(kuò)散需待緩解的金屬是銅，并且要緩解銅擴(kuò)散入其中的材料包括介電常數(shù)小于或等于3.7的氟化二氧化硅。
170.如權(quán)利要求146所述的構(gòu)造，其特征在于，其擴(kuò)散需待緩解的金屬是銅，并且要緩解銅擴(kuò)散入其中的材料包括一介電常數(shù)小于或等于3.7的絕緣材料。
全文摘要
本發(fā)明在此描述了涉及可被用來(lái)形成鈦合金濺射靶的新型含鈦材料。該鈦合金濺射靶可以在含氮空氣中進(jìn)行反應(yīng)濺射而形成一個(gè)TiN合金膜，或者在含氮及含氧的濺射空氣中進(jìn)行濺射，從而形成一個(gè)TiON合金膜。與用于薄膜Cu勢(shì)壘層的TaN相比，根據(jù)本發(fā)明形成的薄膜可以具有無(wú)柱狀晶粒結(jié)構(gòu)、低電阻率、高化學(xué)穩(wěn)定性及勢(shì)壘層特性。另外，對(duì)半導(dǎo)體用途來(lái)說(shuō)，根據(jù)本發(fā)明制造的鈦合金濺射靶材料與高純度鉭材料相比有更高費(fèi)效比并且具有適合高功率濺射用途的出色的機(jī)械強(qiáng)度。
文檔編號(hào)C23C14/34GK1447864SQ01814249
公開(kāi)日2003年10月8日 申請(qǐng)日期2001年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月15日
發(fā)明者J·李, S·圖爾納, L·堯 申請(qǐng)人:霍尼韋爾國(guó)際公司