專利名稱：薄膜、具有薄膜的結(jié)構(gòu)以及形成薄膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有改進(jìn)的阻擋銅擴散的性能的鈦合金薄膜。本發(fā)明還涉及包含鈦合金薄膜的擴散保護表面(diffusion protectedsurface)和結(jié)構(gòu)。本發(fā)明另外還涉及形成阻擋層的方法以及形成含阻擋層的結(jié)構(gòu)的方法。
背景技術(shù)：
集成電路互連技術(shù)正從鋁質(zhì)蝕刻法(aluminum subtractiveprocess)轉(zhuǎn)變?yōu)殂~雙重鑲嵌工藝(copper dual damascene process)。從鋁及其合金到銅及其合金的轉(zhuǎn)變正在導(dǎo)致對新阻擋層材料，特別是TaN的研究。用于鋁技術(shù)的TiN膜可以通過例如在一種含氮濺射氣氛中反應(yīng)濺射鈦靶來形成。據(jù)報道，對銅而言，TiN膜與TaN相比是很差的阻擋層。
參考

圖1和2說明關(guān)于TiN阻擋層的問題。特別地，圖1圖解說明了一種優(yōu)選的阻擋層結(jié)構(gòu)，圖2圖解說明了關(guān)于TiN阻擋層的問題。
首先參考圖1，圖解說明了一種半導(dǎo)體晶片片段10。晶片片段10包括一基底12，所述基底可包括例如單晶硅。為了幫助解釋下面的權(quán)利要求，將術(shù)語“半導(dǎo)電基底”和“半導(dǎo)體基底”定義為包括半導(dǎo)電材料的任何結(jié)構(gòu)，包括但不局限為大塊半導(dǎo)電材料例如半導(dǎo)電晶片(或者單獨使用或者同其上的其它材料組合)，以及半導(dǎo)電材料層(或者單獨使用或者同其它材料組合)。術(shù)語“基底”指任何支承結(jié)構(gòu)，包括但不局限為上述半導(dǎo)電基底。
在基底12上形成一層絕緣層14。絕緣層14可包括，例如二氧化硅或者硼磷硅酸鹽玻璃(BPSG)。作為選擇，層14可包括介電常數(shù)低于或者等于3.7的氟化二氧化硅，或者一種所謂的“低K”介電材料。在特殊實施方案中，層14可包括一種介電常數(shù)低于或者等于3.0的絕緣材料。
形成的阻擋層16在絕緣材料14中的槽內(nèi)延伸，并且含銅晶種層18在阻擋層16上形成?？赏ㄟ^例如由高純銅靶濺射沉積來形成含銅晶種層18，術(shù)語“高純”是指一種具有至少99.995％純度(即4N5純度)的靶。在含銅晶種層18上形成含銅材料20，并且含銅材料20可通過例如電化學(xué)沉積形成在晶種層18上。含銅材料20和晶種層18可一起被稱作銅基層或者銅基塊。
提供阻擋層16以阻止銅從材料18和20擴散到絕緣材料14中。據(jù)報道，現(xiàn)有技術(shù)鈦材料不適宜用作阻止銅擴散的阻擋層。參考圖2說明關(guān)于現(xiàn)有技術(shù)含鈦材料的問題，圖2顯示了圖1的結(jié)構(gòu)10，但對之進(jìn)行了修改以圖解說明如果純鈦或者氮化鈦被用作阻擋層16可產(chǎn)生的特殊問題。特別地，圖2顯示了延伸通過阻擋層16的通道22。通道22可由與阻擋層16的鈦材料有關(guān)的柱狀晶粒生長產(chǎn)生。通道22為銅通過含鈦阻擋層16擴散進(jìn)入絕緣材料14有效地提供了途徑。在形成Ti或者TiN層16期間，或者在沉積后的高溫處理期間可能出現(xiàn)柱狀晶粒生長。特別地，發(fā)現(xiàn)即使當(dāng)沉積現(xiàn)有技術(shù)的鈦材料而沒有柱狀晶粒時，所述材料也會在超過450℃的溫度失去作用。
在努力避免參考圖2說明的問題中，研究了非鈦阻擋材料用作擴散層16。在已被研究材料中有氮化鉭(TaN)。已發(fā)現(xiàn)作為用于阻止銅擴散的阻擋層，TaN具有近于納米大小的晶粒結(jié)構(gòu)并具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性。然而，關(guān)于TaN的一個難點是鉭的高成本使得很難經(jīng)濟地將TaN層加入到半導(dǎo)體制造工藝中。作為選擇，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)同鉭相比，許多鈦合金在濺射靶和濺射膜中都具有更好的機械性能，因此，使得它們適宜于高功率應(yīng)用。
同鉭相比，鈦合金是一種低成本材料。因此，對利用銅互連技術(shù)的微電子工業(yè)而言，如果利用含鈦材料替代含鉭材料作為阻止銅擴散的阻擋層的工藝能被發(fā)展的話，降低材料成本是可能的。因此希望發(fā)展新的、適宜用作阻礙或者阻止銅擴散的阻擋層的含鈦材料。該含鈦材料可為任何純度，但優(yōu)選高純度，術(shù)語“高純度”是指具有至少99.95％純度(即3N5純度)的靶。
發(fā)明概述本發(fā)明涉及新的、可被用于形成鈦合金濺射靶的含鈦材料。由于其高強度和所得膜的性能，所述濺射靶可被用于替代含鉭靶。特別地，在某些實施方案中，鈦合金濺射靶可被用于形成銅的阻擋層。在含氮濺射氣氛中，可反應(yīng)性地濺射所述鈦合金濺射靶以形成鈦合金氮化物膜，或者作為選擇，在含氮和含氧氣氛中形成鈦合金氧氮薄膜。根據(jù)本發(fā)明形成的薄膜可包括一種非柱狀晶粒結(jié)構(gòu)、低電阻率、高化學(xué)穩(wěn)定性以及可與TaN的阻擋層性能相比或者比其優(yōu)越的阻擋層性能。此外，同高純鉭材料相比，用于制備根據(jù)本發(fā)明的薄膜的鈦合金濺射靶材料在制備半導(dǎo)體的應(yīng)用中更有成本效率。
在一方面，本發(fā)明包括一種包含鋯和氮的薄膜。所述薄膜的至少一部分具有非柱狀晶粒結(jié)構(gòu)。
在另一方面，本發(fā)明包括一種具有第一部分和第二部分的銅阻擋薄膜，所述第一部分包含非柱狀晶粒結(jié)構(gòu)，所述第二部分包含柱狀晶粒結(jié)構(gòu)。所述膜基本上不具有非晶相材料。
在又另一方面，本發(fā)明包括一種包含硅基底的結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)在基底上具有絕緣材料，并在所述絕緣材料上具有包含(TiZr)xNz的阻擋層。所述阻擋層基本上不具有非晶結(jié)構(gòu)，且所述阻擋層的至少一部分包含非柱狀晶粒結(jié)構(gòu)。所述結(jié)構(gòu)在阻擋層上還具有一個包含一種金屬的層。
在又另一方面，本發(fā)明包括一種形成一種阻擋層的方法，該方法包括提供一種包含待保護材料的基底。提供一種鈦材料靶，并在Ar/N2等離子體存在下，以約1kw-約9kw的沉積功率，將來自于靶的材料燒蝕到所述基底上。被燒蝕的材料形成一含有鈦和氮的阻擋層，該阻擋層在待保護材料的至少一部分上具有基本均勻的厚度。
在又另一方面，本發(fā)明包括一種抑制銅擴散到基底中的方法。在所述基底上形成一包含鈦和一種或多種合金元素的第一層。一組適宜的合金元素包括Al、Ba、Be、Ca、Ce、Cs、Hf、La、Mg、Nd、Sc、Sr、Y、Mn、V、Si、Fe、Co、Ni、B、C、La、Pr、P、S、Sm、Gd、Dy、Zr、Ho、Er、Yb、W、Cr、Mo、Nb以及Ta。然后在第一層上形成一銅基層，通過所述第一層同基底隔離。所述第一層抑制銅從銅基層擴散到所述基底。
為了解釋下述公開內(nèi)容和權(quán)利要求，將“鈦基”材料定義為一種以鈦為主要元素的材料，將“合金元素”定義為在特定材料中不是主要元素的元素。將“主要元素”定義為以比材料中任何其它元素更大濃度存在的元素。主要元素可是材料中占優(yōu)勢的元素，但也可以低于材料的50％的量存在。例如，鈦可為一種材料的主要元素，在該材料中，鈦僅以30％存在，假設(shè)該材料中沒有其它元素以大于或等于30％存在。以低于或等于30％的濃度存在的其它元素將為“合金元素”。通常，此處所述鈦基材料以0.001原子％-50原子％的濃度包含合金元素。此處所指百分比和濃度為原子百分比和濃度，當(dāng)然，不包括任何特別標(biāo)明不是原子百分比和濃度的百分比和濃度。
此外，為了解釋下述公開內(nèi)容和權(quán)利要求，將“銅基”材料定義為銅為主要元素的材料。
附圖簡要說明參考下述附圖，將在下面說明本發(fā)明的優(yōu)選實施方案。
圖1為現(xiàn)有技術(shù)半導(dǎo)體晶片片段的示意剖面圖，其圖解說明了一種通過阻擋層同絕緣材料隔離的導(dǎo)電銅材料。
圖2為圖1現(xiàn)有技術(shù)晶片片段的視圖，其圖解說明了當(dāng)利用現(xiàn)有技術(shù)含Ti材料作為阻擋層時可能產(chǎn)生的問題。
圖3為在本發(fā)明方法初步步驟中的半導(dǎo)體晶片片段的示意剖面圖。
圖4為顯示在圖3步驟之后的處理步驟中的圖3片斷的視圖。
圖5顯示(TiZr)xNz襯里(照片A)的階梯狀式覆蓋，以及(TiZr)xNz襯里加銅晶種層(照片B)的階梯狀式覆蓋。
圖6為顯示在圖4處理步驟之后的處理步驟中的圖3片斷的視圖。
圖7為顯示在圖6處理步驟之后的處理步驟中的圖3片斷的視圖。
圖8為顯示同現(xiàn)有技術(shù)Ta相比，Ti-Zr合金在機械性能上的增強的圖。
圖9為圖解說明所沉積的Ti0.45Zr0.024N0.52的盧瑟福背散射能譜(RBS)圖。
圖10為圖解說明在450℃-700℃真空退火1小時之后的Ti0.45Zr0.024N0.52的盧瑟福背散射能譜圖。
圖11為圖解說明在從晶片剝離銅層之后，TiZrN薄膜的盧瑟福背散射能譜圖。所述TiZrN薄膜和銅層為根據(jù)本發(fā)明示例性方法形成的結(jié)構(gòu)的最初部分。圖上數(shù)據(jù)顯示在700℃達(dá)5小時之后，沒有銅明顯擴散到TiZrN層。
圖12顯示在Ar/N2等離子體中，以6.5kW的功率，在400℃沉積的TaN膜(照片A)和(TiZr)xNz膜的SEM顯微鏡圖像。
圖13顯示在650℃退火1小時之后，5nm(TiZr)xNz阻擋層的截面TEM圖像。
圖14為圖解說明電阻率作為在400℃沉積TaN和(TiZr)xNz膜的沉積功率的函數(shù)的曲線圖。
優(yōu)選實施方案詳述參考圖3-7說明本發(fā)明的示例性實施方案。首先參考圖3，圖解說明了一種半導(dǎo)體晶片片段50。片斷50包括半導(dǎo)電材料基底52，例如單晶硅。在基底52上形成絕緣材料54，并在絕緣材料54中形成開口56。材料52和54可分別包括與現(xiàn)有技術(shù)所述的材料12和14相同的材料。在特定應(yīng)用中，材料54可包括一種有機或無機的低k介電材料，其k值低于或等于約2.6。這種k值低于或等于約2.6的材料實例包括GX-3、HOSP以及NANOGLASSE(Honeywell InternationalInc.，Morristown，NJ)，盡管本發(fā)明包括使用k值在此范圍內(nèi)的其它介電材料。
所述開口56可包括，例如為在雙重金屬鑲嵌過程中用于形成銅的槽。開口56可包括一側(cè)壁表面55以及底表面57。開口56的尺寸不被局限為特定值。在特定應(yīng)用中，開口56的寬度可低于或等于約350nm，且在某些實例中，可低于或等于約200nm，或低于或等于約100nm。此外，開口56的縱橫比(高度與寬度的比率)不被局限為特定值，可為例如大于約1。在某些實例中，所述縱橫比可大于或等于約4。
參考圖4，在絕緣層54上，且在開口56內(nèi)形成阻擋層58，并在絕緣層54和阻擋層58之間形成界面59。根據(jù)本發(fā)明，阻擋層58包括鈦并被成形以阻礙從隨后形成的銅基層到絕緣層54中的擴散。在本發(fā)明的一個方面，阻擋層58包括鈦和一種或多種選自Al、Ba、Be、Ca、Ce、Cs、Hf、La、Mg、Nd、Sc、Sr、Y、Mn、V、Si、Fe、Co、Ni、B、C、La、Pr、P、S、Sm、Gd、Dy、Zr、Ho、Er、Yb、W、Cr、Mo、Nb以及Ta的元素。此外，阻擋層58基本上由鈦和一種或多種元素組成。此外，除了鈦和一種或多種元素外，阻擋層58還可包括氮和氧中的一種或兩種。層58可被認(rèn)為是形成在基底54上的膜，在特定實施方案中，層58可被認(rèn)為是開口56的襯里。層58具有約2納米-約500納米的厚度，特別地，可具有約2納米-約50納米的厚度，或者特別地，可具有約2納米-約20納米的厚度。
在確定形成本發(fā)明鈦合金材料的適宜元素以及元素的原子比率中的重要因素包括1)相對于Ti的原子大小的不同；2)所述元素的標(biāo)準(zhǔn)電極電位；以及3)所述元素的熔融溫度。例如，在原子大小上的不同可破壞鈦的晶格結(jié)構(gòu)，因此阻止在晶格內(nèi)的晶粒生長。結(jié)合到阻擋層58中的鈦和其它元素之間晶粒大小不同的量值可影響被破壞晶格的量，因此可影響在不同溫度下產(chǎn)生的晶粒生長的量。因此，在某些實例中，同大小相對于鈦具有較小不同的原子相比，優(yōu)選利用大小相對于鈦具有較大不同的元素。
在本發(fā)明的特定方面，利用一種或多種標(biāo)準(zhǔn)電極電位低于-1.0V的元素是有利的。當(dāng)被進(jìn)行熱加工時，這種元素傾向朝著阻擋層的界面區(qū)域擴散，因此增強了該層抑制或阻止元素擴散到阻擋層的能力。此外，標(biāo)準(zhǔn)電極電位低于-1.0V的元素朝著阻擋層的界面區(qū)域的擴散可增強阻擋層粘附于絕緣材料的能力。在某些實例中，向合金提供一種或多種熔融溫度比約2400℃更高的元素是有利的。由于熔融溫度比約2400℃更高的元素的耐熔特性，含有這些元素可穩(wěn)定所述鈦合金。
在某些應(yīng)用中，層58可作為用于抑制或阻止從金屬材料到非金屬材料擴散的阻擋層。在一個示例性過程中，層58為用于阻止從導(dǎo)電的銅基材料向絕緣材料54擴散的阻擋層。在這種實施方案中，優(yōu)選阻擋層58是導(dǎo)電的，以提供由導(dǎo)電銅基層提供的電子流動以外其它的電子流動。在這種實施方案中，優(yōu)選阻擋層58的電阻率等于或低于300μΩ·cm。
形成阻擋層58的示例性方法為由包含鈦和一種或多種元素的靶濺射沉積層58。所述一種或多種元素可選自Al、Ba、Be、Ca、Ce、Cs、Hf、La、Mg、Nd、Sc、Sr、Y、Mn、V、Si、Fe、Co、Ni、B、C、La、Pr、P、S、Sm、Gd、Dy、Zr、Ho、Er、Yb、W、Cr、Mo、Nb以及Ta。本發(fā)明包括從一種基本上由鈦和一種或多種元素組成的靶的沉積。本發(fā)明還包括靶由鈦和所述一種或多種元素組成的實施方案。
一種示例性靶可包含至少50原子％的鈦，和0.001原子％-50原子％的一種或多種元素，所述元素選自Al、Ba、Be、Ca、Ce、Cs、Hf、La、Mg、Nd、Sc、Sr、Y、Mn、V、Si、Fe、Co、Ni、B、C、La、Pr、P、S、Sm、Gd、Dy、Zr、Ho、Er、Yb、W、Cr、Mo、Nb以及Ta。在其它實施方案中，靶可包含至少90原子％的鈦，和0.001原子％-10原子％的一種或多種元素。本發(fā)明還包括利用Ti與所述一種或多種元素的原子比率低于1的靶。
在本發(fā)明的特定方面，用于形成阻擋層58的靶包括鋯。靶所包含的鈦和鋯的比率不被局限為任何特定值。因此，Zr可以大于0原子％-小于100原子％的量存在于所述靶中。在特定應(yīng)用中，含TiZr的靶還可包含一種或多種其它元素，所述元素選自Al、Ba、Be、Ca、Ce、Cs、Hf、La、Mg、Nd、Sc、Sr、Y、Mn、V、Si、Fe、Co、Ni、B、C、La、Pr、P、S、Sm、Gd、Dy、Ho、Er、Yb、W、Cr、Mo、Nb以及Ta。在其它實施方案中，TiZr靶可基本上由Ti和Zr組成。本發(fā)明還包括使用由Ti和Zr組成的TiZr靶。
可在一種氣氛中濺射用于本發(fā)明工藝中的靶，使得只有靶材料被沉積在膜58中，或者作為選擇，可在一種氣氛中濺射所述靶，使得來自氣氛中的材料同來自靶的材料一起沉積在阻擋層58中。例如可在一種包含含氮成分的氣氛中濺射所述靶以形成阻擋層58，該層58除包含來自靶的材料之外還包含氮。一種示例性的含氮成分為雙原子氮(N2)。在某些實例中，所述沉積氣氛可另外包含Ar。按化學(xué)計量法，所沉積的薄膜可被表示為(TiQ)xNz，其中“Q”表示一種或多種被結(jié)合到所述靶中的選自Al、Ba、Be、Ca、Ce、Cs、Hf、La、Mg、Nd、Sc、Sr、Y、Mn、V、Si、Fe、Co、Ni、B、C、La、Pr、P、S、Sm、Gd、Dy、Zr、Ho、Er、Yb、W、Cr、Mo、Nb以及Ta的元素。在特定處理中，所述材料(TiQ)xNz包括x＝0.40-0.60，以及z＝0.40-0.60。例如在一種含氮氣氛中利用基本上由鈦和鋯組成的靶濺射，所得薄膜可為(TiZr)0.40-0.60N0.40-0.60，且在特定實施方案中為(TiZr)0.47-0.6N0.4-0.53。
另一種形成阻擋層58的示例性方法為在含氮成分和含氧成分都存在時，從一種包含鈦和一種或多種其它元素的靶濺射沉積所述層，從而將氮和氧都結(jié)合到阻擋層58中。這種處理可形成一種化學(xué)計量為TixQyNzOw的阻擋層，用Q還是表示選自Al、Ba、Be、Ca、Ce、Cs、Hf、La、Mg、Nd、Sc、Sr、Y、Mn、V、Si、Fe、Co、Ni、B、C、La、Pr、P、S、Sm、Gd、Dy、Zr、Ho、Er、Yb、W、Cr、Mo、Nb以及Ta元素?；衔颰ixQyNzOw可包括，例如x＝0.1-0.7，y＝0.001-0.3，z＝0.1-0.6以及w＝0.0001-0.0010。用于形成TixQyNzOw的含氧成分可為，例如O2。
將氮和/或氧加入到阻擋層58中是有利的，因為相對于其在高溫下排斥銅擴散的能力，這種加入可增強所述阻擋層的高溫穩(wěn)定性。所述氮和/或氧例如可擾亂Ti柱狀晶粒結(jié)構(gòu)，從而形成更多等軸晶粒結(jié)構(gòu)。
將材料從靶燒蝕到絕緣材料54上期間的沉積條件可影響阻擋層58的電阻率。適宜的沉積功率可取決于層58中期望的電阻率、沉積靶的特定組成以及沉積方法和所用條件。層58包含(TiZr)xNz時，示例性沉積功率可為約1kW-約9kW。例如，在利用約2kW的沉積功率形成含有(TiZr)xNz的層58的應(yīng)用中，層58的電阻率可為約69μΩ·cm。作為選擇，當(dāng)以約8.6kW的沉積功率形成所述(TiZr)xNz層時，其包括約106μΩ·cm的電阻率。
根據(jù)本發(fā)明形成的阻擋層58可包括小于或等于100納米的平均晶粒大小，且在特定處理中，可優(yōu)選包括小于或等于10納米的平均晶粒大小。更優(yōu)選地，阻擋層可包括小于1納米的平均晶粒大小。此外，所述阻擋層材料可具有足夠的穩(wěn)定性以使平均晶粒大小保持小于或等于100納米，且在特定實施方案中，在所述膜在500℃進(jìn)行30分鐘的真空退火之后，小于或等于10納米或1納米。
本發(fā)明膜58的較小平均晶粒大小使得所述膜同現(xiàn)有技術(shù)含鈦膜相比能更好地阻止銅擴散。特別地，現(xiàn)有技術(shù)含鈦膜通常在高于450℃的處理中會形成大晶粒大小，因此，將具有如上參考圖2所述的柱狀類型缺陷。本發(fā)明的處理可避免形成這種缺陷，因此同現(xiàn)有技術(shù)的處理相比，能形成更好的含鈦擴散層。
在根據(jù)本發(fā)明，由包含鈦和鋯的靶沉積阻擋層58時，層58可包含與所述靶相同的鈦與鋯的原子比率。此外，在所述靶包含其它的金屬時，層58可具有與存在于所述靶中相同的其它元素相對于鈦和鋯的原子比率。作為選擇，阻擋層58可具有可根據(jù)相應(yīng)靶變化而變化的鈦與一種或多種其它元素的原子比率。在本發(fā)明特定的方面，阻擋層58可基本上由鈦、鋯和氮組成。在其它實施方案中，阻擋層58由鈦、鋯和氮組成。
根據(jù)本發(fā)明形成的阻擋層58可包括非柱狀晶粒，或者既有非柱狀晶粒又有柱狀晶粒。在特定實例中，非柱狀晶粒可大體上是等軸的。在特定實例中，阻擋層58可基本上沒有非晶相材料。在阻擋層58既包括非柱狀晶粒又包括柱狀晶粒時，所述阻擋層可被描述為具有一種厚度，所述厚度的第一部分具有非柱狀晶粒，所述厚度的第二部分具有柱狀晶粒微觀結(jié)構(gòu)。在非柱狀和柱狀結(jié)構(gòu)都存在于阻擋層58中時，包含非柱狀晶粒的第一部分比含有柱狀晶粒結(jié)構(gòu)的第二部分通常更靠近界面59。層58的第一部分和第二部分的相對厚度不被局限為特定值。此外，應(yīng)當(dāng)理解的是，在特定實例中，在第二部分內(nèi)可存在既具有柱狀又具有非柱狀晶粒結(jié)構(gòu)的過渡區(qū)域。
一種包括(TiZr)xNz并具有大于約5nm厚度的示例性層58可具有未生長柱狀晶粒的第一部分和可包括具有柱狀晶粒的第二部分，所述第一部分在界面59的第一個5nm之內(nèi)，所述第二部分包括從第一部分向外延伸的、阻擋層58的剩余部分。在另一實例中，當(dāng)層58具有大于約10nm的厚度時，未生長柱狀晶粒的第一部分可在界面59的第一個10nm之內(nèi)，而從所述第一部分向外延伸的剩余部分可包括柱狀晶粒。在另一實施方案中，當(dāng)具有小于或等于約10nm厚度的阻擋層58包括(TiZr)xNz，所述阻擋層58的整個厚度可由非柱狀晶粒結(jié)構(gòu)組成。
仍參考圖4，在阻擋層58上形成含銅晶種層60。含銅晶種層60可包括，例如高純銅(即至少為99.995％純度的銅)，且該含銅晶種層60通過例如由一種高純銅靶濺射沉積而得以沉積。
本發(fā)明的鈦材料可提供基本上均勻的、適于襯里縫隙結(jié)構(gòu)例如用于銅雙重金屬鑲嵌集成化中的結(jié)構(gòu)的階梯狀覆蓋。因此，當(dāng)開口56具有高縱橫比時，可利用根據(jù)本發(fā)明的鈦材料，所述縱橫比是指開口高度(側(cè)壁55的長度)與開口寬度(底表面57的長度)的比率。圖5圖解說明了用于縱橫比為4∶1(200nm寬×800nm高)的開口的階梯狀覆蓋。該圖顯示了一種在沉積銅晶種層之前(照片A)和之后(照片B)的(TiZr)xNz阻擋襯里。用于形成如圖5所示結(jié)構(gòu)的基底包含在SiO2中蝕刻的200nm寬的縫隙結(jié)構(gòu)。所得阻擋層和銅晶種層中的每一個均被觀察到是光滑的，且具有均勻的厚度。
圖6圖解說明了晶片片段50，該晶片片段50被進(jìn)行了化學(xué)-機械拋光(CMP)，從而從絕緣材料54的上表面上去除層58和60，而在槽56內(nèi)保留材料58和60。對SiO2涂層上的(TiZr)xNz層的CMP導(dǎo)致一種鏡面質(zhì)量的表面拋光，當(dāng)通過SEM檢測時，顯示其在所述膜的整個表面上沒有可辨認(rèn)的劃痕(未示出)。此外，在CMP期間，無(TiZr)xNz膜的剝離發(fā)生。
在形成晶種層60之后進(jìn)行的其它處理包括熱處理。所述熱處理可包括，例如在約100℃-約300℃的溫度下，在真空中退火約30分鐘。所述鈦合金包括一種或多種標(biāo)準(zhǔn)電極電位低于-1.0V的元素，如上所述，為了將標(biāo)準(zhǔn)電極電位低于-1.0V的元素擴散到阻擋界面中，將層58進(jìn)行熱處理是有利的。
圖7圖解說明了在圖6處理步驟之后的處理步驟中的晶片片段50，特別顯示了一種在槽56(圖6)中形成的銅基材料70?？赏ㄟ^例如在晶種層60上電沉積銅來形成銅基材料70。具有導(dǎo)電阻擋層58的優(yōu)點在圖7中得以證明。特別地，當(dāng)槽變的越來越小時，相對于被銅材料70消耗的槽的量，被阻擋層58變小的槽的量會增加。因此，當(dāng)槽的尺寸變得更小時，隨著層58具有越來越大的代表體積，可認(rèn)為層58、60和70是導(dǎo)電組分。層58可具有越來越大的體積的一個原因是對層58要求的厚度具有限制，以保持適宜的銅擴散阻擋特性。由于在包括層58、60以及材料70的導(dǎo)電組分中，層58的相對體積增加，可期望在材料58中具有良好的導(dǎo)電特性，從而在所述導(dǎo)電組分中保持良好的導(dǎo)電特性。
相對于傳統(tǒng)TaN阻擋層，根據(jù)本發(fā)明利用鈦材料形成的阻擋層58允許阻擋層58的電阻貢獻(xiàn)低。例如，在一個填滿銅、具有100nm×100nm尺寸的通孔中，以8kW沉積的、TaN的10nm厚底部阻擋層/襯里具有的來自于TaN阻擋層/襯里的通孔電阻貢獻(xiàn)為約2.54Ω。與TaN襯里具有相同尺寸的相應(yīng)(TiZr)xNz襯里具有的通孔電阻貢獻(xiàn)為約0.69Ω。以2kW沉積的相應(yīng)襯里中，TaN襯里具有的通孔電阻貢獻(xiàn)為22.8Ω，而(TiZr)xNz襯里具有的為約1.06Ω。
根據(jù)本發(fā)明形成的材料可具有適宜用作阻擋層的機械性能。圖8顯示根據(jù)本發(fā)明形成的材料可具有與3N5鉭相等的，或比之更好的機械性能，以單位Ksi(即1000Ibs/in2)公開圖8的機械性能。
實施例通過但不局限于下述實施例來說明本發(fā)明。所述實施例說明了本發(fā)明所包括的、用于形成包括各種材料的薄膜的示例性工藝。
實施例1在N2/Ar氣氛中反應(yīng)濺射包含5.0at％Zr的TiZr靶。所得TiZrN薄膜具有大約20nm的厚度和大約125μΩ·cm的電阻率。TiZrN膜的透射電子顯微鏡(TEM)檢測顯示了不能由X射線檢測出來的極小微晶(在SiO2界面上＜5nm)，且所述微晶在700℃真空退火5小時之后是穩(wěn)定的。然后，在所述TiZrN膜上沉積150nm銅膜以便能夠測試到高溫退火后TiZrN膜的擴散性能。結(jié)果顯示所述TiZrN膜對金屬間介電材料具有良好的粘附力和對銅具有良好的潤濕特性。所述薄膜具有適宜常規(guī)Cu/低k介電工藝的綜合性能。圖9顯示了所沉積的Ti0.45Zr0.024N0.52的盧瑟福背散射能譜(RBS)圖，表1列出了圖9的各方面數(shù)據(jù)。圖10說明在約450℃-700℃退火真空1小時之后，Cu沒有明顯地擴散到TiZrN層。圖11顯示在將Cu層從晶片剝離之后，TiZrN膜的RBS圖。該圖再一次顯示在700℃達(dá)5小時之后，Cu沒有明顯地擴散到TiZrN層。
在TiZr層(在不添加氮時沉積的)上進(jìn)行的類似研究顯示在550℃進(jìn)行1小時的熱處理之后，也類似地沒有銅擴散。
表1以原子百分比計，RBS確定的膜組成

實施例2在約5毫托的Ar/N2等離子體中，在約10-8托的基礎(chǔ)室壓下，在涂覆有SiO2的硅片上，通過反應(yīng)性物理汽相沉積(PVD)技術(shù)沉積(TiZr)xNz膜。以約6.5kW的功率，在約400℃的溫度下沉積膜。RBS分析顯示所得層的Zr與Ti的比率與沉積靶的Zr與Ti的比率匹配，并顯示了金屬(TiZr)與氮的比率為(TiZr)0.47-0.6N0.53-0.04。所測得的(TiZr)xNz層中N含量的變化可能是由于沉積期間N2壓力的波動造成的，且還反映了RBS分析的分辨極限(對N為±5％)。
為了對比，用上述形成(TiZr)xNz層的沉積條件制備TaN膜。發(fā)現(xiàn)相對于(TiZr)xNz層而言，加入到TaN層中的N量的變化更大，用RBS分析顯示其中Ta與N的比率為Ta0.6-0.4N0.4-0.6。加入到TaN膜中N量的更大變化可能是由于在所述TaN膜中既存在非晶相，又存在結(jié)晶相。
圖12顯示TaN膜(照片A)與(TiZr)xNz膜(照片B)的微觀結(jié)構(gòu)的透射電子顯微鏡(TEM)對比。(TiZr)xNz層的TEM圖像顯示自SiO2起的第一個10nm范圍內(nèi)為非柱狀微觀結(jié)構(gòu)，在自SiO2起超過第一個10nm的層區(qū)域觀察到柱狀晶粒。所述非柱狀微觀結(jié)構(gòu)包括細(xì)小的等軸晶粒。所述柱狀微觀結(jié)構(gòu)的柱狀直徑在約10nm-約20nm的范圍內(nèi)。所述(TiZr)xNz柱(照片B；插圖)的選定區(qū)衍射(SAD)圖顯示結(jié)晶材料具有NaCl(B1)類型的f.c.c結(jié)構(gòu)。
作為對比，TaN層的TEM圖像顯示較小的晶粒，所述晶?？雌饋砗孟褡鳛榉蔷嗪途嗖牧匣旌衔锏囊徊糠智度朐赟iO2界面附近。(以不同的沉積功率形成的其它TaN層(未示出)顯示非晶材料的分?jǐn)?shù)隨著沉積功率的降低而增加)。隨著距SiO2界面距離的增加，相對于在(TiZr)xNz層中觀察到的直徑，TaN層包含的柱狀結(jié)構(gòu)具有更大的柱狀直徑。TaN層(照片A；插圖)的SAD圖顯示一種被較差確定的環(huán)，所述環(huán)表現(xiàn)出h.c.p晶體結(jié)構(gòu)。
實施例3分析薄至5nm的(TiZr)xNz層的阻擋強度和膜穩(wěn)定性。利用上述實施例2中的沉積條件形成5nm的(TiZr)xNz膜。在沉積膜層后，在阻擋膜上沉積銅。在Ar氣存在時，在約350℃的溫度，以2kW的功率沉積銅。利用化學(xué)汽相沉積在銅上沉積Si3N4覆蓋層。RBS(未示出)以及TEM分析顯示在650℃達(dá)1小時之后沒有任何銅擴散通過所述5nm層。圖13顯示在650℃達(dá)1小時之后，所述5nm(TiZr)xNz膜的截面微觀結(jié)構(gòu)的TEM圖像。圖像未顯示任何銅的擴散或者由銅形成的第二相。
實施例4還分析了(TiZr)xNz層的粘附力，并同TaN層進(jìn)行了比較。利用上述實施例2和3中的條件形成Si/SiO2/(TiZr)xNz/Cu/Si3N4疊層和Si/SiO2/TaN/Cu/Si3N4疊層，并利用所述疊層進(jìn)行雙頭螺栓拉伸試驗(stud-pull test)。(TiZr)xNz和TaN都獲得了約900MPa的平均雙頭螺栓拉伸強度。
利用Standard Tape Test Method(標(biāo)準(zhǔn)帶試驗方法)進(jìn)行剝離粘附力試驗以確定(TiZr)xNz對低k介電材料的粘附力。除了用大約600nm厚的低k介電材料層取代所述SiO2層以外，如上所述形成疊層，所述低k介電材料的k值低于或等于約2.6。該分析包括比較具有沉積在銅和所述介電材料之間的(TiZr)xNz的疊層和沒有介于銅和所述介電材料之間的層的疊層。利用三種不同低k介電材料的剝離試驗結(jié)果歸納在表2中。
當(dāng)在沉積(TiZr)xNz層之前進(jìn)行脫氣時，觀察到(TiZr)xNz對所述介電材料的粘附力最大。如表2所示，(TiZr)xNz很好地粘附到所述被測試的介電材料。
表2剝離粘附力測試

實施例5分析以一定范圍的沉積功率沉積的(TiZr)xNz膜的電阻率，并將其同TaN膜的電阻率性能進(jìn)行比較。TaN膜和(TiZr)xNz膜都是在大約400℃的沉積溫度，在Ar/N2等離子體中，在大約2-5mTorr的沉積氣壓下沉積的。通過4點探測法測量薄膜電阻率(Rs)。通過使用SEM、TEM以及表面光度儀測量膜厚(t)來確定體積電阻率(ρ＝Rst)。由所述膜的重量和厚度確定沉積膜的比重。
圖14描述了在約2kW-約8.6kW功率范圍內(nèi)，作為沉積功率函數(shù)的膜的電阻率值。TaN膜和(TiZr)xNz膜都隨著沉積功率的增加呈現(xiàn)電阻率的下降。然而，(TiZr)xNz膜的電阻率始終比在相應(yīng)沉積功率下沉積的TaN膜的電阻率低。此外，相對于TaN，(TiZr)xNz的電阻率變化程度小得多，其在大約2kW的沉積功率時，電阻率大約為106μΩ·cm，對于以大約8.6kW沉積的膜而言，電阻率大約為69μΩ·cm。隨著沉積功率的增加，所述TaN膜的膜密度增加，但在所述沉積功率范圍的較低一端時，包含大比例的非晶微觀結(jié)構(gòu)。相反，在所有的沉積功率時，所述(TiZr)xNz膜具有明顯的結(jié)晶結(jié)構(gòu)和致密的原子堆積。
除了具有僅包括TiQ或者(TiQ)xNz材料的阻擋層的上述實施方案以外，根據(jù)本發(fā)明的阻擋層還可包括組合材料。例如，對于具有一定厚度的一種阻擋層而言，所述厚度的第一部分可包括一種第一材料，所述厚度的第二部分可包括一種第二材料。在一些應(yīng)用中，所述第一部分可包括第一原子百分比的氮，而所述第二部分包含不同原子百分比的氮，或者基本上不含氮。本發(fā)明還包括具有所述層厚的第三部分的阻擋層，其包括一區(qū)別于所述第一和第二材料中的至少一種的第三材料。通過在沉積阻擋層期間，適宜地改變氮氣氣氛，可將不同濃度、一定濃度范圍或者一定濃度梯度的氮加入到所述阻擋層中。利用未加氮的沉積氣氛可沉積基本上不含氮的材料。
再次參考圖7，示例性阻擋層58可為具有包括TiZr的第一部分和包括(TiZr)xNz的第二部分的雙層，所述x和y具有如上所述的值。在特定應(yīng)用中，為增強或者最大化所述阻擋層與相鄰界面材料，例如下面的非金屬材料54和上面的金屬材料60的粘附力，將阻擋層58提供為雙層是有利的。同(TiZr)xNz相比，TiZr增強了與材料例如銅材料的粘附力。然而，與TiZr相比，(TiZr)xNz與SiO2粘附的更好。因此，提供具有鄰近SiO2界面59的(TiZr)xNz部分和鄰近阻擋層58和銅材料60之間界面的TiZr部分的雙層阻擋層是有利的。
不將所述雙層阻擋層的TiZr部分與(TiZr)xNz部分的相對厚度限定為任何特定值或者任何范圍的值。因此，本發(fā)明預(yù)期一種TiZr/(TiZr)xNz雙層，其中TiZr部分的厚度為阻擋層的從大于0％到小于100％。類似地，本發(fā)明預(yù)期所有比例范圍的TiZr/(TiZr)xNz/TiZr阻擋層和(TiZr)xNz/TiZr/(TiZr)xNz層。當(dāng)將供替換的材料用作材料54和60時，通過結(jié)合考慮界面材料的粘附性能、期望用于特定阻擋應(yīng)用的電阻率和強度性能可確定適宜的阻擋層材料。
應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明還預(yù)期包括其它Ti合金組合的阻擋層。作為選擇，阻擋層58可包括上述任何TiQ、(TiQ)xNz以及TiXQyNzOw材料的各種組合和厚度。
本文實施方案為示例性實施方案，應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明包括那些特別說明的實施方案之外的實施方案。例如，可在圖7所示的銅材料70的電沉積之后進(jìn)行在圖4和圖6的步驟之間進(jìn)行的化學(xué)-機械拋光。而且，可在圖7的處理之后進(jìn)行圖6所述的退火。
本發(fā)明的鈦合金可被用來保護例如微電子裝置的材料和表面。在(TiZr)xNz上進(jìn)行的研究結(jié)果顯示，在金屬互連技術(shù)中，(TiZr)xNz可被有效地用作一種銅阻擋層。由于相對于TaN材料，(TiZr)xNz的可比較的或更優(yōu)越的性能，本發(fā)明的(TiZr)xNz材料和膜也可能特別適宜用于取代其它微電子應(yīng)用以及其它技術(shù)中的TaN。此外，盡管參考制備阻擋層以減輕銅擴散說明了本發(fā)明的多個方面，應(yīng)當(dāng)理解此處描述的方法可被用來制備可抑制或阻止其它非銅金屬例如Ag、Al、Sn以及Mg的擴散的阻擋層。
權(quán)利要求
1.一種含Zr和N的薄膜，所述薄膜的至少一部分具有非柱狀晶粒結(jié)構(gòu)。
2.權(quán)利要求1的薄膜，其具有小于或等于約10nm的厚度。
3.權(quán)利要求1的薄膜，其具有一定的厚度，其中，所述厚度的第一部分包括所述非柱狀晶粒結(jié)構(gòu)，以及其中所述厚度的第二部分包括柱狀晶粒。
4.權(quán)利要求3的薄膜，其中所述柱狀晶粒具有約10nm-約20nm的直徑。
5.權(quán)利要求3的薄膜，其中所述薄膜沉積于二氧化硅表面上，并且其中將所述厚度的第一部分比所述第二部分沉積得更靠近所述二氧化硅表面。
6.權(quán)利要求3的薄膜，其還含Ti。
7.權(quán)利要求6的薄膜，其Ti與Zr的原子比率大于或等于1.0。
8.權(quán)利要求7的薄膜，其基本上由Ti，Zr和N組成。
9.權(quán)利要求1的薄膜，其中N以約40原子％-約60原子％存在于所述薄膜中。
10.權(quán)利要求1的薄膜，其具有約69μΩ·cm-約106μΩ·cm的電阻率。
11.一種含Ti、Zr的阻擋層，所述阻擋層的至少一部分包括非柱狀晶粒結(jié)構(gòu)。
12.權(quán)利要求11的阻擋層，其還含一種或多種選自Al、Ba、Be、Ca、Ce、Cs、Hf、La、Mg、Nd、Sc、Sr、Y、Mn、V、Si、Fe、Co、Ni、B、C、La、Pr、P、S、Sm、Gd、Dy、Ho、Er、Yb、W、Cr、Mo、Nb以及Ta的元素。
13.權(quán)利要求11的阻擋層，其沉積在金屬材料和非金屬材料之間。
14.權(quán)利要求13的阻擋層，其中所述非金屬材料包括SiO2和低k介電材料中的一種。
15.權(quán)利要求13的阻擋層，其中所述金屬層含銅。
16.權(quán)利要求13的阻擋層，其具有約10nm-約20nm的厚度，其中所述厚度的第一部分包括非柱狀晶粒結(jié)構(gòu)，并且其中所述厚度的第二部分包括柱狀晶粒結(jié)構(gòu)，該層的第一部分比第二部分更靠近所述非金屬材料。
17.一種金屬擴散阻擋層，其包括含Ti和Q并基本上不含氮的第一層，其中Q包括一種或多種選自Al、Ba、Be、Ca、Ce、Cs、Hf、La、Mg、Nd、Sc、Sr、Y、Mn、V、Si、Fe、Co、Ni、B、C、La、Pr、P、S、Sm、Gd、Dy、Ho、Er、Yb、W、Zr、Cr、Mo、Nb以及Ta的元素；以及含(TiQ)xNz的第二層。
18.權(quán)利要求17的金屬擴散阻擋層，其中Q包括Zr。
19.權(quán)利要求17的金屬擴散阻擋層，其中該第二層在第一層上，以及在第二層上還包括第三層，所述第三層含Ti和Zr并基本上不含氮。
20.權(quán)利要求17的金屬擴散阻擋層，其中第一層在第二層上，以及在第一層上還包括第三層，所述第三層含(TiQ)xNz。
21.權(quán)利要求17的金屬擴散阻擋層，其沉積在金屬材料和非金屬材料之間。
22.一種包括雙層的銅擴散阻擋層，所述雙層的第一部分含TiZr，以及所述雙層的第二部分含(TiZr)xNz。
23.權(quán)利要求22的銅擴散阻擋層，其中所述第二部分包括非柱狀晶粒結(jié)構(gòu)。
24.權(quán)利要求22的銅擴散阻擋層，其中所述第二部分鄰近二氧化硅層，且所述第一部分鄰近銅基材料。
25.一種含鈦材料，其具有約69μΩ·cm-約106μΩ·cm的電阻率，且具有基本均勻的厚度。
26.權(quán)利要求25的含鈦材料，其還含Zr。
27.權(quán)利要求26的含鈦材料，其中Ti與Zr的原子比率大于或等于1，并且還含約40原子％-約60原子％的N。
28.權(quán)利要求25的含鈦材料，其還含N。
29.一種銅阻擋膜，其具有包括非柱狀晶粒結(jié)構(gòu)的第一部分，以及包括柱狀晶粒結(jié)構(gòu)的第二部分，所述膜基本上不含非晶相材料。
30.權(quán)利要求29的膜，其含Ti。
31.權(quán)利要求29的膜，其含Zr。
32.權(quán)利要求29的膜，其含Ti、Zr和N.
33.權(quán)利要求29的膜，其基本上由(TiZr)xNz組成，其中x＝0.40-0.60，并且z＝0.40-0.60。
34.權(quán)利要求18的膜，其具有約69μΩ·cm-約106μΩ·cm的電阻率。
35.權(quán)利要求29的膜，其具有小于20nm的厚度。
36.一種擴散保護表面，其包括一種具有表面的材料；以及在所述表面上含Zr和N的薄膜，所述薄膜的至少一部分具有非柱狀晶粒結(jié)構(gòu)。
37.權(quán)利要求36的擴散保護表面，其中所述薄膜還含Ti。
38.權(quán)利要求36的擴散保護表面，其中具有所述表面的材料包括非金屬材料。
39.權(quán)利要求36的擴散保護表面，其中具有所述表面的材料包括SiO2。
40.權(quán)利要求36的擴散保護表面，其中所述薄膜被沉積在所述表面和金屬材料之間，所述金屬材料含Cu、Ag、Sn、Mg和Al中的一種或多種。
41.一種結(jié)構(gòu)，其包括硅基底；在所述基底上的絕緣材料；在所述絕緣材料上含(TiZr)xNz的阻擋層，所述阻擋層基本上沒有非晶結(jié)構(gòu)，所述阻擋層的至少一部分包括非柱狀晶粒結(jié)構(gòu)；以及在所述阻擋層上的含金屬層。
42.權(quán)利要求41的結(jié)構(gòu)，其中所述阻擋層基本上由(TiZr)xNz組成。
43.權(quán)利要求41的結(jié)構(gòu)，其中x＝0.44-0.60以及z＝0.40-0.60。
44.權(quán)利要求41的結(jié)構(gòu)，其中所述金屬包括銅。
45.權(quán)利要求41的結(jié)構(gòu)，其中所述金屬包括銅，其中所述絕緣材料包括SiO2；其中所述阻擋層具有小于或等于約5nm的厚度；以及其中在大約650℃的溫度下對所述結(jié)構(gòu)進(jìn)行約1小時的熱處理期間，所述阻擋層基本上阻止了銅從所述含金屬層擴散到SiO2中。
46.權(quán)利要求41的結(jié)構(gòu)，其中所述金屬包括銅，其中所述絕緣材料包括SiO2；其中所述阻擋層具有小于或等于約20nm的厚度；以及其中在大約700℃的溫度下對所述結(jié)構(gòu)進(jìn)行約5小時的熱處理期間，所述阻擋層基本上阻止了銅從所述含金屬層擴散到SiO2中。
47.一種微電子裝置，其包括一種絕緣材料，其包括一個具有底表面和側(cè)壁表面的開口；在所述底表面上的阻擋層，所述阻擋層含Ti和Zr，且具有低于或等于約69μΩ·cm-約106μΩ·cm的電阻率；以及一種沉積在所述阻擋層上的含銅材料。
48.權(quán)利要求47的微電子裝置，其中所述開口具有小于或等于約350nm的寬度。
49.權(quán)利要求47的微電子裝置，其中所述開口具有小于或等于約100nm的寬度。
50.權(quán)利要求47的微電子裝置，其中所述阻擋層沉積在所述側(cè)壁表面上。
51.權(quán)利要求50的微電子裝置，其中所述阻擋層在所述底表面和所述側(cè)壁表面上具有基本均勻的厚度。
52.權(quán)利要求51的微電子裝置，其中所述開口的高與寬的縱橫比大于或等于1。
53.權(quán)利要求52的微電子裝置，其中所述縱橫比大于2。
54.權(quán)利要求51的微電子裝置，其中所述厚度小于或等于約20nm。
55.權(quán)利要求51的微電子裝置，其中所述厚度小于或等于約5nm。
56.權(quán)利要求47的微電子裝置，其中所述阻擋層含原子比率大于或等于1.0的Ti與Zr。
57.權(quán)利要求47的微電子裝置，其中所述阻擋層還含N。
58.權(quán)利要求57的微電子裝置，其中所述阻擋層含約40原子％-約60原子％的N。
59.權(quán)利要求57的微電子裝置，其中所述阻擋層基本上由Ti、Zr和N組成。
60.權(quán)利要求57的微電子裝置，其中所述阻擋層由Ti、Zr和N組成。
61.權(quán)利要求47的微電子裝置，其中所述含銅材料基本上由銅組成。
62.一種形成阻擋層的方法，其包括提供包括待保護材料的基底；提供含Ti的靶；以及在Ar/N2等離子體的存在下，以約2kW-約9kW的沉積功率將材料從所述靶燒蝕到所述基底上，所述燒蝕形成含Ti和N、且在待保護材料的至少一部分上具有基本均勻的厚度的阻擋層。
63.權(quán)利要求62的方法，其中所述靶還含Zr。
64.權(quán)利要求62的方法，其中所述阻擋層還含Zr，所述阻擋層具有原子比率大于或等于約1的Ti與Zr。
65.權(quán)利要求62的方法，其中所述阻擋層具有約69μΩ·cm-約106μΩ·cm的電阻率。
66.權(quán)利要求62的方法，其還包括在所述阻擋層上沉積一種導(dǎo)電材料，所述導(dǎo)電材料包括金屬。
67.一種形成微電子裝置的方法，其包括提供一個基底，該基底具有一個或多個在絕緣材料中形成的縫隙結(jié)構(gòu)；用含Ti層襯墊所述縫隙結(jié)構(gòu)，所述層具有基本均勻的厚度，且具有約69μΩ·cm-約106μΩ·cm的電阻率；將銅材料沉積在該層上。
68.權(quán)利要求67的方法，其中所述層還含N和一種或多種選自Al、Ba、Be、Ca、Ce、Cs、Hf、La、Mg、Nd、Sc、Sr、Y、Mn、V、Si、Fe、Co、Ni、B、C、La、Pr、P、S、Sm、Gd、Dy、Zr、Ho、Er、Yb、W、Cr、Mo、Nb以及Ta的元素。
69.權(quán)利要求68的方法，其中所述層基本上由Ti、Zr和N組成。
70.權(quán)利要求67的方法，其中所述一個或多個縫隙結(jié)構(gòu)包括高與寬的縱橫比大于或等于4的開口。
71.權(quán)利要求70的方法，其中所述開口具有小于或等于約350nm的寬度。
72.權(quán)利要求70的方法，其中所述開口具有小于或等于約200nm的寬度。
73.權(quán)利要求70的方法，其中所述開口具有小于或等于約100nm的寬度。
74.權(quán)利要求67的方法，其中所述絕緣材料包括SiO2。
75.一種形成被保護表面的方法，其包括將一個具有表面的基底提供到反應(yīng)室中；在所述反應(yīng)室中提供靶，所述靶基本上由Ti和Zr組成；在氮存在下，從所述靶將材料燒蝕到所述表面上以在該表面上沉積第一層；以及在不加入氮時，從所述靶燒蝕材料以在第一層上形成第二層。
76.權(quán)利要求75的方法，其中所述表面包括二氧化硅。
77.權(quán)利要求75的方法，其中所述第一層具有小于或等于約10nm的厚度，且具有基本上由非柱狀晶粒組成的微觀結(jié)構(gòu)。
78.權(quán)利要求75的方法，其中所述第一層具有大于約10nm的厚度，且包括具有非柱狀晶粒結(jié)構(gòu)的第一部分和具有柱狀晶粒結(jié)構(gòu)的第二部分。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種新的含鈦材料，其可被用來形成用于銅的鈦合金阻擋層。在一種含氮濺射氣氛中可反應(yīng)性濺射鈦合金濺射靶以形成鈦合金氮化物膜，或者作為選擇，在一種含氮和含氧氣氛中形成鈦合金氧氮薄膜。根據(jù)本發(fā)明形成的薄膜可包括非柱狀晶粒結(jié)構(gòu)、低電阻率、高化學(xué)穩(wěn)定性以及可與TaN相比或比其優(yōu)越的阻擋性能。
文檔編號H01L23/532GK1643683SQ03806916
公開日2005年7月20日 申請日期2003年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月24日
發(fā)明者E·H·李, M·E·托馬斯 申請人:霍尼韋爾國際公司