專利名稱：金屬-氮化物薄膜的無胺沉積的制作方法
金屬_氮化物薄膜的無胺沉積背景技術(shù)在集成電路的生產(chǎn)中，銅金屬互連通常被用于耦合不同的電子器件例如晶體管和電容器。銅互連常常使用金屬鑲嵌(damascene)工藝形 成，其中介電層被蝕刻以形成溝槽，所述銅金屬被沉積到所述溝槽中。 所述銅的沉積典型地繼之以化學(xué)積4戒拋光步驟以平面化所述互連并且 除去多余的材料。在所述銅金屬沉積之前，必須在所述介電層的溝槽中沉積屏蔽層、 粘附層和晶種層。所述屏蔽層防止銅金屬擴(kuò)散進(jìn)入所述介電層之內(nèi)。所 述粘附層將所述屏蔽層結(jié)合到所述晶種層。所述晶種層提供表面以允許 所述銅金屬沉積并粘附所述溝槽內(nèi)。金屬氮化物薄膜，例如氮化鉭 (TaN)，可被用來形成所述屏蔽層，同時(shí)金屬層，例如鉭層(Ta), 可被用來提供用于銅晶種層的所述粘附層。如在本領(lǐng)域中眾所周知的， TaN / Ta疊層通常在所述銅金屬之前被沉積入所述溝槽。在一些應(yīng)用中， 純的Ta層可被用來提供所述屏蔽和粘附功能。當(dāng)前用于產(chǎn)生屏蔽層和粘附層的化學(xué)氣相沉積(CVD )和原子層沉 積(ALD)方法具有許多缺點(diǎn)。產(chǎn)生金屬氮化物屏蔽層的常規(guī)方法使用 了含有胺或亞胺化合物的前體功能，而所述胺或亞胺化合物會(huì)造成問 題。用于產(chǎn)生屏蔽和粘附層的常規(guī)方法涉及兩個(gè)分離的層，例如在圖1 中顯示的TaN / Ta疊層。所述TaN / Ta疊層100典型地在介電層104 之內(nèi)襯于(lining)溝槽102。在所述溝槽102之內(nèi)并在所述TaN / Ta 疊層100頂上是晶種層106和銅金屬互連108。由于互連寬度被縮小比 例的并且所述溝槽102變得更窄，所述層疊的TaN / Ta層100將在所 述溝槽102之內(nèi)占據(jù)更多的體積。這就為所述晶種層106和銅金屬互連 108留下更少的空間。這將會(huì)達(dá)到一個(gè)點(diǎn)，在此點(diǎn)上對于要被沉積的銅 金屬來說不再有足夠的空間。需要更薄的屏蔽和粘附層以繼續(xù)縮小集成 電路尺寸。令人遺憾地，由于先前所述討論的照相平版印刷術(shù)的性能， 目前被用于ALD沉積屏蔽層和粘附層的材料，例如TaN / Ta疊層lOO,是不可擴(kuò)展的。當(dāng)前形成屏蔽層的方法還具有其它問題。高電阻率界面層例如氧化 鉭從已知的工藝得到。當(dāng)前方法還使用了腐蝕性前體和/或副產(chǎn)物例如 卣化物，其會(huì)使工具設(shè)計(jì)復(fù)雜化并且增加了成本。因此，需要形成屏蔽 和粘附層的工藝，其可以用于比例縮小集成電路，而沒有以上所述的缺 點(diǎn)。


圖1是使用TaN / Ta疊層的常規(guī)互連結(jié)構(gòu)。圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案所構(gòu)造的等級化的TaCN層。圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案用于產(chǎn)生TaCN層的方法。圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案用于產(chǎn)生TaCN層的具體工藝循環(huán)。圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案所構(gòu)造的合金碳氮化物層。 i羊細(xì)i兌明在此處描述的是形成無胺屏蔽和粘附層的系統(tǒng)和方法。在下文中的 描述中，將使用本領(lǐng)域技術(shù)人員所通常使用以向本領(lǐng)域其它人員表達(dá)工 作內(nèi)容的術(shù)語來描述說明性實(shí)施方式的各個(gè)方面。但是，對本領(lǐng)域技術(shù) 人員將顯而易見的是本發(fā)明可以僅僅以所描述方面的一些來被實(shí)施。用 于說明目的，列出了具體的數(shù)字、材料和結(jié)構(gòu)以提供對所述說明性實(shí)施 方案的詳盡理解。但是，對本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，本發(fā)明可以 不以所述的具體細(xì)節(jié)而實(shí)施。在其它情況中，為了不使所述說明性的實(shí) 施方案變得模糊，忽略或者簡化了眾所周知的特征。反過來，各種不同的操作將以最為有助于理解本發(fā)明的方式被描述 為多個(gè)離散的操作，但是，描述的順序?qū)⒉粫?huì)被解釋為這些操作必須依 賴于順序。特別地，些操作不必按介紹的次序被進(jìn)行。本發(fā)明的實(shí)施方案提供了用于生產(chǎn)含有金屬和碳的層的方法，例如 含有金屬、碳和氮的層，其在此被稱作金屬碳氮化物層，其同時(shí)提供了 屏蔽層和粘附層的功能。當(dāng)互連寬度被比例縮小時(shí)，使用單一的層以起 到屏蔽和粘附層的作用將會(huì)對要被沉積和形成互連結(jié)構(gòu)的銅金屬提供 更多的空間。借助于單一的金屬碳氮化物層，可以獲得先前由于層疊屏 蔽層和粘附層的厚度限制而不可得到的比例縮小電路尺寸。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，所述含有金屬和碳的層可以是金屬碳氮化物層例如鉭碳氮化物(TaxCyN2或TaCN)。所述碳(C)和氮(N)的 濃度可以取決于所述層的要求而變化。在本發(fā)明的實(shí)施方案中，金屬碳 氮化物層可以是分級的(graded)或分層的(laminated)層。例如，在 所述層之內(nèi)對于碳和/或氮可以存在濃度梯度。圖2說明了 TaCN層的一個(gè)實(shí)施方案，其中所述碳和氮的濃度是分 級的。在本發(fā)明的實(shí)施方案中，所述TaCN層200可以具有5埃-50埃 的厚度，典型的厚度為大約IO埃到30埃。當(dāng)使用如下所述方法沉積時(shí)， 所述TaCN層200通常是共形、連續(xù)、致密并且均勻的層。在本發(fā)明所 述的實(shí)施方案中，所述TaCN層200具有低的薄膜雜質(zhì)，無卣素，并且 促進(jìn)了到先前和隨后的金屬或其它層的良好粘附。所述TaCN層200也 可具有良好的熱屏蔽完整性，例如能夠承受高達(dá)40(TC的溫度四個(gè)小時(shí) 或更久。所述碳和氮的分級濃度，如陰影區(qū)202所示，例如，在TaCN層200 的第一表面204是最高的，其中所述TaCN層200與介電層206交界。 所述TaCN層200中在表面204的所述碳和氮的高濃度提供了屏蔽層功 能，以防止銅金屬擴(kuò)散入所述介電層206中。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述 碳和氮的分級濃度跨越所述TaCN層200的厚度而下降，直到其在所述 TaCN層200的第二表面208達(dá)到最低。在一些實(shí)施方案中，在該第二表 面208所述濃度可以基本上為零。所述TaCN層200在該第二表面208 具有提高的鉭濃度，并且提供了粘附層功能以容許金屬層210 (例如金 屬晶種層)沉積在所述TaCN層200的頂上。然后，可以在所述金屬層 "0頂上形成金屬互連212,例如銅互連。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述TaCN 層200的形態(tài)可以在鄰近于介電層206的第一表面204為非晶的，并且 可以在鄰近于金屬層210的第二表面208為多晶的。因此通過使用所述分級的TaCN層200能夠沉積單層，所述單層同 時(shí)提供了屏蔽層功能和粘附層功能，而避免了層疊的TaN /Ta層的體積 消耗。通過提供更多余量用于銅間隙填充以形成實(shí)際的互連結(jié)構(gòu)，具有 雙功能的單層能夠?qū)崿F(xiàn)更大互連的級別。在本發(fā)明的不同實(shí)施方案中，所述碳和氮的濃度梯度可以取決于工 藝需要和所述TaCN層200的功能而被調(diào)節(jié)。在一些實(shí)施方案中，所述 碳的濃度梯度可以不同于氮的濃度梯度。在替代的實(shí)施方案中，在所述 TaCN層20Q中碳和氮的濃度可以是分層的，從而使所述TaCN層200由以垂直方式層疊的納米尺寸薄膜組成。在本發(fā)明進(jìn)一步的實(shí)施方案中，可以使用鉭的碳氮化物以外的金屬 碳氮化物層。應(yīng)當(dāng)指出，在這里術(shù)語"金屬碳氮化物，，可以與含有碳和 氮的金屬互換地使用，其在所有的工藝條件下可以是穩(wěn)定的或者可以是 不穩(wěn)定的。例如，可以用于本發(fā)明實(shí)施方案的金屬碳氮化物材料包括但不局限于碳氮化鈦(TiCN)、碳氮化鴒(WCN)、碳氮化釕(RuCN)以及碳氮 化鈮(NbCN)。在本發(fā)明的實(shí)施方案中，可以被摻雜碳和氮以形成金屬 碳氮化物層的金屬包括但不局限于鈦(Ti、鋯(Zr)、鉿(Hf)、釩(V)、 鈮(Nb)、鉭(Ta)、鉻(Cr)、鉬(Mo)、鵠(W )、錳(Mn)、錸(Re)、 鐵(Fe)、釕(Ru)、鋨(0s)、鈷(Co )、銠(Rh)、銥(Ir )、鎳(Ni)、 鈀(Pd)、鉤(Pt)、銅(Cu )、銀(Ag)、金(Au)、鋅(Zn)、鎘(Cd)、 鎵(Ga)、和鑭(La)。當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案而被沉積時(shí)，依賴于摻 雜物的類型以及它們相應(yīng)的濃度，過渡金屬以及它們的合金具有各種各 樣的電導(dǎo)率，這就導(dǎo)致了應(yīng)用的潛在多樣性。在一些實(shí)施方案中， 一種或多種這些金屬可以被共沉積以形成(分 級或分層的)金屬合金碳氮化物層。通過利用合金層可以降低或限制沿 著所述銅互連外表面的銅的電遷移。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，氮可以被省略，并且含有金屬和碳 的層例如金屬碳化物層可被用來提供具有屏蔽層和粘附層功能的單層。 在一個(gè)實(shí)施方案中，所述金屬碳化物層可以是碳化鉭(TaC)層。如同TaCN 層200,所述TaC層可以是分級或分層的層，具有跨越所述層厚度變化 的碳濃度。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述TaC層可以在與介電層交界的第一 表面具有相對更高的碳濃度，以提供屏蔽層功能。所述TaC層也可在與 金屬晶種層交界的第二表面具有相對更低的碳濃度，以提供粘附層功 能。所述TaC層的形態(tài)可以在鄰近于介電層的第一表面為非晶的，并且 可以在鄰近于金屬層的第二表面為多晶的。在本發(fā)明進(jìn)一步的實(shí)施方案中，可以使用鉭的碳化物以外的金屬碳 化物層。例如，可以用于本發(fā)明實(shí)施方案的金屬碳化物材料包括但不局 限于碳化鈦(TiC)、碳化鴒(WC)、碳化釕(RuC)以及碳化鈮(NbC)。在本 發(fā)明的實(shí)施方案中，可用碳摻雜以形成含有金屬和碳的層的金屬包括但 不局限于Ti、 Zr、 Hf、 V、 Nb、 Ta、 Cr、 Mo、 W、 Mn、 Re、 Fe、 Ru、 0s、 Co、 Rh、 Ir、 Ni、 Pd、 Pt、 Cu、 Ag、 Au、 Zn、 Cd、 Ga和La。在一些實(shí)施方案中， 一種或多種這些金屬可以被共沉積以形成(分級或分層的) 金屬合金碳化物層。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，所述金屬碳氮化物層例如TaCN層200可 以通過沉積工藝產(chǎn)生，所述沉積工藝不使用含有胺或亞胺的材料。對胺 和/或亞胺化合物的排除消除了胺或亞胺通常的釋氣問題，而該問題常 常會(huì)在后續(xù)工藝步驟中毒害光致抗蝕劑層。圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案用于產(chǎn)生TaCN層300的方法。 首先，提供襯底并且將其在反應(yīng)室(302)內(nèi)加熱。所述襯底可以包括但 不局限于具有至少一個(gè)沉積于其表面上的介電層的半導(dǎo)體晶片。所述介 電層可以包括一個(gè)或多個(gè)溝槽和/或孔洞，在其中將沉積所述TaCN層并 且形成銅互連。在本發(fā)明的實(shí)施方案中，所述襯底可以被加熱到200°C -400°(:的溫度，并且更通常地被加熱到33(TC - 35(TC的溫度。根據(jù)形成TaCN層的能力選擇提供前體材料(304 )。在一個(gè)實(shí)施方 案中，前體材料可以是有機(jī)金屬前體材料，其包括鉭(Ta)、氫(H)和 環(huán)戊二烯基(Cp)。例如，在一個(gè)實(shí)施方案中，前體材料可以是Cp2TaH3， 亦稱三氫化茂鉭(tantalocene)。在另外的實(shí)施方案中，除Cp2TaH3 以外的有機(jī)金屬前體可被用來形成TaCN層或替代的金屬碳氮化物層。 這樣的有機(jī)金屬前體的例子描述如下。除所述前體材料之外，還提供了由摻雜劑和等離子體組成的共反應(yīng) 物(306 )。在本發(fā)明的實(shí)施方案中，所述共反應(yīng)物可以包括氮?dú)?N2) 或別的非胺活性氣體如含有摻雜劑和等離子體的氫氣、氬氣、氦氣或以 上的組合。然后，進(jìn)行工藝循環(huán)，其中所述前體材料和共反應(yīng)物被應(yīng)用于所述 襯底的表面以反應(yīng)并形成TaCN薄膜，其形成最終的TaCN層的一部分 (308 )。所述工藝循環(huán)可以將前體材料和共反應(yīng)物以離散的脈沖或以 連續(xù)的方式引入所述反應(yīng)室中，取決于對最終的TaCN層所期望的性能。 如果使用脈沖，所述前體材料脈沖和共反應(yīng)物脈沖可以是交替的。可以 在脈沖之間使用凈化工藝以清理所述反應(yīng)室。在所述工藝循環(huán)中所述反 應(yīng)室內(nèi)的壓力可以乂人l mTorr到1000 Torr。所述前體材料，例如Cp2TaH3，可以通過汽相沉積工藝^皮引入所述 反應(yīng)室。汽化器溫度可以為大約90。C并且氬氣可以被用作載氣。在本發(fā) 明的不同實(shí)施方案中，所述汽相沉積工藝可以為原子層沉積(ALD)工藝或化學(xué)氣相沉積(CVD )工藝，其將產(chǎn)生共形的層。在一個(gè)實(shí)施方案中，可以使用13.56 MHz RF功率發(fā)生器來產(chǎn)生等 離子體排出。發(fā)生等離子體的其它RF頻率和/或方式也可以是有效的。 例如，在本發(fā)明的實(shí)施方案中，等離子源例如射頻源、直流電源、脈沖 直流電源、電容耦合源或微波源可以被使用。可以遠(yuǎn)距離或者直接運(yùn)行 所述等離子體排出。在一個(gè)使用直接電容耦合等離子體的實(shí)施方案中， 所述反應(yīng)器可以使用平行板結(jié)構(gòu)。使用該結(jié)構(gòu)，所述等離子體可以以 0. 01 W / cm2-10 W / cW的功率密度運(yùn)行?？梢曰诠に囆阅芎捅∧?性質(zhì)來選擇最佳的功率密度。在本發(fā)明的實(shí)施方案中，所述工藝循環(huán)可以在分離的脈沖或同時(shí)的 脈沖中引入所述共反應(yīng)物。在其它的實(shí)施方案中， 一些共反應(yīng)物脈沖可例如，可以引入具有和不具有氪等離子體的N2氣體，以賦予最終的TaCN 層某些物理性能。因此， 一些脈沖可以含有單獨(dú)的N2氣體，同時(shí)其它 的脈沖可以含有N2氣體和等離子體。而一些脈沖也可以只含有等離子 體。也可以使用由其它的物質(zhì)組成的等離子體。應(yīng)當(dāng)指出，可替代地， 其中等離子體被脈沖到所述反應(yīng)室之中的任何工藝步驟可以由在等離 子體已經(jīng)被引入所述室內(nèi)部之后脈沖所迷等離子體所組成。在所描述的條件下，前體材料和共反應(yīng)物易于反應(yīng)并在所述襯底表 面頂上形成TaCN薄膜。盡管該沉積的TaCN薄膜相對較薄，基于通過CVD 或ALD工藝進(jìn)行的前體沉積，所述薄膜將具有高度共形的覆蓋度。進(jìn)行 多個(gè)工藝循環(huán)以沉積若干薄膜并累積成期望厚度的TaCN層(310)。在本發(fā)明的實(shí)施方案中，用于每個(gè)單獨(dú)的工藝循環(huán)的工藝參數(shù)可以 變化以改變所述TaCN層跨越其厚度的組成。例如，改變每個(gè)單獨(dú)工藝 循環(huán)或連續(xù)工藝循環(huán)組的參數(shù)，可被用來產(chǎn)生分級的和/或具有期望物 理性能的TaCN層。這樣的物理性能包括但不局限于在所迷TaCN層內(nèi)修 整的碳和氮濃度以及碳和/或氮梯度。也可使用碳和氮的摻雜以中斷在 結(jié)晶中的長程有序并產(chǎn)生非晶薄膜和提高所述摻雜金屬的結(jié)晶溫度?？?被操控的工藝參數(shù)包括但不局限于在每個(gè)工藝循環(huán)中前體材料和/或共 反應(yīng)物的脈沖數(shù)目，所述脈沖的順序，每個(gè)脈沖的長度，具有和/或不 具有等離子體的N2、 Ar、或He氣體的濃度，所述等離子體脈沖持續(xù)時(shí) 間，所述等離子體負(fù)荷，前體材料濃度以及流速，N2、 Ar或He氣體流速，襯底的溫度，以及在所述反應(yīng)室內(nèi)的壓力。因此，可以通過操控工藝循環(huán)初始設(shè)置的工藝參數(shù)，鄰近于所述襯底沉積富碳和氮的TaCN薄膜，從而形成分級的TaCN層。隨后的工藝循 環(huán)組的所述工藝參數(shù)可以被操控以沉積相對于初始薄膜具有降低的碳 和氮濃度的TaCN薄膜。工藝循環(huán)最終組的工藝參數(shù)循環(huán)可以被操控以 沉積基本上為鉭具有很少或沒有碳和氮的薄膜。最終結(jié)果是分級的TaCN 層，類似于在圖2中顯示的TaCN層200，其鄰近于所述襯底具有屏蔽層 功能并且鄰近于隨后沉積的晶種層具有粘附層功能，在其它的實(shí)施方案中，所述前體材料和共反應(yīng)物可以以同時(shí)的方式 被施用以在所述TaCN層中產(chǎn)生不同的物理性能和梯度。在一些實(shí)施方 案中，可以使用交替脈沖和同時(shí)施加的組合。在所述TaCN層形成之后，可以在所述TaCN層頂上形成銅晶種層 (312)?？梢允褂贸Ｒ?guī)沉積工藝?yán)鐬R射工藝形成所述銅晶種層。在 一些實(shí)施方案中，所述銅晶種層可能不是必要的。最后，銅可以被沉積 在所述銅晶種層頂上以形成所述互連結(jié)構(gòu)(314)?？梢杂脕沓练e銅的 常規(guī)工藝包括但不局限于化學(xué)鍍、電鍍、PVD、 CVD或ALD方法?？梢栽谌菰S形成所述互:結(jié)構(gòu)。 '〃、、'' 、5在如上所述的圖3中的方法是用于形成TaCN層的無胺并且無亞胺 的工藝。因此本發(fā)明的實(shí)施方案能夠沉積具有修整的碳和氮濃度的金屬 碳氮化物層。如圖所示，作為胺或亞胺化合物的替代，本發(fā)明的方法利 用了無氮金屬有機(jī)化合物、氮?dú)庖约鞍ǖ幌抻跉搴蜌宓入x子體的等 離子源。圖4說明了根據(jù)本發(fā)明形成TaCN層的具體工藝循環(huán)400的一個(gè)實(shí) 施方案。在該實(shí)施方案中，可以以交替方式施加Cp2TaH3前體材料和N2 氣體以及氫等離子體。如圖所示，所述工藝循環(huán)以含Cp2TaH3前體工藝 氣體混合物的10秒脈沖開始(402 )。所述前體可以在5 0 Torr和90 。C下使用100 sccm氬氣而被蒸發(fā)。在這些條件下，所述前體的估計(jì)流 量為0. 01 - 0. 1 sccm。然后，所述反應(yīng)室可以被凈化20秒(404 )?？?以使用無反應(yīng)性氣體例如氬氣來凈化所述反應(yīng)室。所述凈化繼之以N2 氣體以及氫等離子體的IO秒脈沖(406 )。最后，所述反應(yīng)室可以被再 次凈化20秒(408 )。該工藝循環(huán)400產(chǎn)生TaCN大約0. 5埃每分鐘的膜生長速度并且所述工藝循環(huán)400可以被重復(fù)直到所得到的TaCN層足 夠厚(41f))。在一些實(shí)施方案中，所述工藝循環(huán)400被重復(fù)40 - 60次 以產(chǎn)生足夠的TaCN層厚度。應(yīng)當(dāng)指出圖4所述的工藝只是本發(fā)明的一 個(gè)實(shí)施方案，并且對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯而易見地是所述工藝步驟 是可以變化的，例如，依賴于所使用的沉積設(shè)備和前體，所述脈沖持續(xù)時(shí)間可#:增減。應(yīng)當(dāng)指出，在本發(fā)明的實(shí)施方案中，其中等離子體被脈沖到所述反 應(yīng)室之中的任何工藝步驟可以替代地由在等離子體已經(jīng)被引入所迷室 內(nèi)部之后脈沖所述等離子體所組成。在本發(fā)明的替代實(shí)施方案中，可以通過改變(即增加或減少)參數(shù)(如等離子體脈沖頻率、負(fù)荷和/或等離子體持續(xù)時(shí)間)來對Ta或其它 的金屬濃度進(jìn)行分級。例如，可以通過使用氬或氦等離子體與無胺前體 來產(chǎn)生TaC薄膜。此外，可以通過使用N2、 Ta前體和等離子體的組合 來產(chǎn)生TaCN薄膜。在本發(fā)明進(jìn)一步的實(shí)施方案中，有機(jī)金屬前體材料可以包括具有有 機(jī)配體的、結(jié)合金屬例如鉭的材料，包括但不局限于曱基(Me)、乙基 (Et)、丙基(Pr)、正構(gòu)或線形的丙基(nPr)、異丙基(iPr)、 丁基(Bu)、 叔丁基(tBu)、仲丁基(sBu)、異丁基(iBu)、正構(gòu)或線形的丁基(nBu)、 苯基(Ph)、 二甘醇二曱醚(Diglyme或Glyme)、羰基(CO)、四氫呋喃 (THF)、環(huán)己基(Cy)、環(huán)戊二烯基(Cp)、官能化的環(huán)戊二烯基(Cp"(例 如MesCp)、任何官能化的環(huán)戊二烯基部分(CpO (例如MeCp或MesCp)、 吡啶(Py)、其它的環(huán)狀的及非環(huán)狀的二烯基化合物(例如1， 3-環(huán)庚二 烯基、2，4-二甲基-1，3-戊二烯基)、以及1， 2-雙(二甲基phosphino 膦基)乙烷(Dmpe)。所述有機(jī)金屬前體材料也可含有包括但不局限于 磷(P)、月中(As)、氯(C1)、碘(I)和鈉(Na)的元素?？梢杂糜诒景l(fā)明實(shí)施方案的具體有機(jī)金屬前體材料的例子包括但 不局限于Cp2TaH3; CpTa (CO) 4; (MeCp) Ta (CO) 4; CpTa (CO) 3 (R)，其中R 是PPh3， AsPh3，或任何其它的中性2電子供體；CpTa (CO) 3 (R),其中R 是THF， PPh3， PCy3，或任何其它的中性2電子供體；CpTa (CO) 2 (C5H5); Cp2TaH(CO); Cp2TaR (CO)，其中R是Me, CH2Ph， Ph,或任何其它帶負(fù)電 荷的2電子供體；Cp2TaH(CH2=CHR')，其中IT是H， Me， Et， Pr，或Ph; Cpja (CH2CH2RO (CNR),其中R和R'各自獨(dú)立地選自H， Me, Et, Pr， Ph，或任何其它帶負(fù)電荷的2電子供體；CpTaXMe (CHCMe3)，其中X是C1， Me， 或任何其它帶負(fù)電荷的2電子供體；Cp， TaX(CH2Ph) (CHPh)，其中Cp' 是C晶Me， C5Me5，或任何其它官能化的環(huán)戊二烯基配體，和其中X是CI, CH2Ph，或任何其它帶負(fù)電荷的2電子供體；Cp*Ta(PMe3) (CA) (CHCMe3); Cp2TaMe (CH2); Cp (MeCp) TaMe (CH2); Cp2TaMe (CHR)，其中R是H, Me, Ph, SiMe3，或任何其它帶負(fù)電荷的2電子供體；Cpja (CHPh2) (CHCMe3); Cp2Ta (CH2Ph) (CHPh); Cp*TaMe3Ph; Cp*TaMe2 (Me2CO); Cp*TaMe2 (C2H4); Cp2TaMe3; Cp2TaPh2; Cp*TaMe4; Cp2Ta(Cp)2; Cp'Me2Ta (茚基)； Cp2TaH (CH尸CHR)，其中R是Me， Et， nPr,或任何其它帶負(fù)電荷的2電 子供體；Cpja(環(huán)戊烯);Cp2Ta (節(jié)基)(CHPh); Cp2ClTaCH (tBu); CpTa (CH(tBu)X(PMe3)2，其中X是H， Me, Et， Pr,卣素或Ph; Cp2TaMe(C2H4); CH2=Ta (Cp) 2CH3; Cp2Ta (nPr) (C8H8); CpTa (CO) x (PhCCPh)， 其中x等于1或2; Cpja(烯丙基);Cpja(甲代烯丙基;CpTaH3; Cp2TaH(CO); CpJaH(丙烯)；Cp2TaMe3; Cp*TaC04; Cp*TaMe4; Cp2Ta (nPr) (C麗e); Cp*TaMe2 (苯);Cp*Ta (CHCMe3)(乙烯)PMe3; Ta (CO) 3 (C7H7); Ta2 (CO) 12; TaH (CO) 2 (Dmpe) 2; TaX (CO) 2 [Me2P (CH2) 2PR2] 2， 其中X是C1， I,或任何其它帶負(fù)電荷的2電子供體并且R是Et， iPr, 或任何其它帶負(fù)電荷的2電子供體；(RHg)Ta(CO)4,其中R是Et， Ph,或 任何其它帶負(fù)電荷的2電子供體；Ph,SnTa(C0)4; [(C5H4nBu) Ta (CO) 3 {Si (C1SH37) 2} ] 2; ((CH3) 3CCH2) 3Ta=CHC (CH3) 3; ((RlaCR2aR3a) ((RlbCR2bR3b) ((RlcCR2cR3c) Ta=CR4R5其中R。是H， Me， Et， iPr, nPr， tBu， sBu, iBu， nBu， amyl, F, Cl， Br, I，或任何其它帶負(fù)電 荷的2 -電子供體；Ta(allyl)" Ta (1-甲基烯丙基)(C4H6) 2;和TaMe5.正 如前面提到的那樣，也可以使用類似于上面所述、但使用了除鉭以外金 屬的有機(jī)金屬前體材料。在進(jìn)一步地實(shí)施方案中，金屬或合金的組合可被用來形成所述金屬 碳氮化物層。例如，在一個(gè)實(shí)施方案中，兩種不同的金屬可被用來形成 金屬碳氮化物層，其中所述金屬的一種更適合于屏蔽層功能性并且另外 金屬更適于粘附層功能性。在所述金屬碳氮化物層中可以使用包括但不 局限于Ta、 Ti和W的金屬用于屏蔽層功能性，同時(shí)包括但不局限于Ru、 Pt、 Co和Al的金屬可以是用于粘附層功能性。圖5說明了合金碳氮化物層500。所述合金碳氮化物層500可以具有第一金屬502 (例如更適合于屏蔽層功能性的金屬)的梯度以及第二 金屬504 (例如更適合于粘附層功能性的金屬)的梯度。因此，所述第 一金屬502的濃度在與介電層相鄰的表面最高，同時(shí)所述第二金屬504 的濃度在與晶種層相鄰的表面最高。在一些實(shí)施方案中，所述每種金屬 的濃度在該金屬不是必需的表面可以基本上為零。在本發(fā)明的替代實(shí)施 方案中，所述不同的金屬可以被分層沉積并且以就在沉積后(as-deposited) 的方式而使用或者經(jīng)過中等溫度退火。在本發(fā)明的實(shí)施方案中，可以使用如上所述的方法將兩種前體材料 與N2氣體及氫或氬等離子體反應(yīng)形成合金碳氮化物層。所述兩種前體 材料可以為兩種有機(jī)金屬前體材料，其各自含有至少一種在所述合金碳 氮化物層中使用的金屬。在一個(gè)實(shí)施方案中，前體材料例如CpJaH3和 Ru (Cp) 2可以與N2氣體及氬等離子體反應(yīng)以形成具有組成TaxRuyCzNw的合 金碳氮化物層，其中所述x、 y、 z和w的值可以通過工藝參數(shù)(例如每 種反應(yīng)物的脈沖數(shù)目、每個(gè)反應(yīng)的長度、所述氣體濃度(有和沒有等離 子體)、以及等離子體脈沖持續(xù)時(shí)間)來加以改變。在此處所描述的裝置和方法可以用于任何和所有的需要使用金屬 碳氮化物層和含有金屬與碳的層的半導(dǎo)體工藝。這些應(yīng)用包括但不局限 于用于前與后端的屏蔽材料應(yīng)用，例如銅擴(kuò)散屏蔽和金屬柵/接觸屏蔽。以上所展示的對本發(fā)明實(shí)施方案的描述，包括在摘要中所描述的， 并不意圖將本發(fā)明進(jìn)行徹底規(guī)劃或者限制到所公開的確切的形式。在此 處描述的本發(fā)明的具體實(shí)施方案和例子只是用于說明性的目的，本領(lǐng)域 技術(shù)人員所能夠辨識的是，在本發(fā)明范圍內(nèi)的各種等同變體也是可能 的。這些變體可以基于本發(fā)明以上的詳細(xì)說明而做出。以下權(quán)利要求中 所使用的術(shù)語將不會(huì)被解釋為將本發(fā)明限制到說明書和權(quán)利要求所公 開的具體實(shí)施方案。相反地，本發(fā)明的范圍將完全地由以下權(quán)利要求所 決定，其將依照解釋權(quán)利要求的原則來進(jìn)行構(gòu)建。
權(quán)利要求
1.一種集成電路，包含具有第一表面與第二表面的金屬碳氮化物層，其中所述層包含分級的碳濃度與分級的氮濃度。
2. 權(quán)利要求1所述的集成電路，其中所述碳和氮的濃度在所述第一 表面最高，并且在所述第二表面最低。
3. 權(quán)利要求2所述的集成電路，其中所述第一表面與介電材料鄰接 并且所述第二表面與金屬晶種層鄰接。
4. 權(quán)利要求2所述的集成電路，其中所述第一表面與介電材料鄰接 并且所述第二表面為金屬晶種層。
5. 權(quán)利要求1所述的集成電路，其中在所述金屬碳氮化物層中所述 金屬為選自鈦、鋯、鉿、釩、鈮、鉭、鉻、鉬、鴿、錳、錸、鐵、釕、 鋨、鈷、銠、銥、鎳、把、柏、銅、銀、金、鋅、鎘、鎵和鑭中的一種 或組合。
6. 權(quán)利要求1所述的集成電路，其中所述含有金屬和碳的層具有5 埃-50埃的厚度。
7. —種集成電路，包含介電層，其具有蝕刻到介電層中的溝槽；襯于所述溝槽的金屬碳氮化物層，其中所述層包含分級的碳濃度以及 分級的氮濃度；以及在所述金屬碳氮化物層頂上形成金屬互連。
8. 權(quán)利要求7所述的集成電路，其中在所述金屬碳氮化物層中的碳 和氮濃度在鄰近于介電層的第一表面最高，并且在鄰近于金屬互連的第 二表面最低。
9. 權(quán)利要求7所述的集成電路，進(jìn)一步包含形成在所述金屬碳氮化 物層和金屬互連之間的金屬晶種層。
10. 權(quán)利要求9所述的集成電路，其中在所述金屬碳氮化物層中的碳 和氮濃度在鄰近于介電層的第一表面最高，并且在鄰近于金工用鋸層的 第二表面最低。
11. 一種用于形成集成電路的方法，包含在反應(yīng)室內(nèi)放置襯底； 脈沖有機(jī)金屬前體材料到所述反應(yīng)室中；脈沖摻雜劑到所迷反應(yīng)室中；并且 脈沖等離子體到所述反應(yīng)室之中，其中所述有機(jī)金屬前體材料、所述摻雜劑以及所述等離子體在所述襯 底的表面反應(yīng)以形成金屬碳氮化物層，其中所述層包含分級的碳濃度和 分級的氮濃度。
12. 權(quán)利要求ll所述的方法，其中所述襯底包含具有至少一個(gè)沉積 于其表面上的介電層的半導(dǎo)體晶片。
13. 權(quán)利要求ll所述的方法，其中所述襯底被加熱到200°C - 400°C 的溫度。
14. 權(quán)利要求ll所述的方法，其中所述有機(jī)金屬前體材料包含鉭 (Ta)、氫(H)以及環(huán)戊二烯基(Cp)。
15. 權(quán)利要求17所述的方法，其中所述有機(jī)金屬前體材料包含 Cp2TaH3; CpTa (CO) " (MeCp) Ta (CO) 4; CpTa (CO) 3 (R)，其中R是PPh3， AsPh3，或任何其它的中性2電子供體；CpTa(C0h(R)，其中R是THF， PPh3， PCy3，或任何其它的中性2電子供體；CpTa (CO) 2 (C5H5); Cp2TaH(C0); Cp2TaR(C0)，其中R是Me, CH2Ph， Ph，或任何其它帶負(fù)電荷的2電子供 體；Cp2丁aH(CH尸CHRO,其中『是H, Me， Et， Pr，或Ph; Cp2Ta(CH2CH2RO (CNR)，其中R和R'各自獨(dú)立地選自H, Me， Et， Pr， Ph， 或任何其它帶負(fù)電荷的2電子供體；CpTaXMe (CHCMe3),其中X是C1， Me, 或任何其它帶負(fù)電荷的2電子供體；Cp， TaX(CH2Ph) (CHPh),其中Cp' 是CAMe, C5Me5，或任何其它官能化的環(huán)戊二烯基配體，并且其中X是 Cl， CH2Ph，或任何其它帶負(fù)電荷的2電子供體；Cp*Ta(PMe3) (C2H4) (CHCMe3); CpJaMe (CH2); Cp (MeCp) TaMe (CH2); Cp2TaMe (CHR)，其中R是H, Me, Ph, SiMe3，或任何其它帶負(fù)電荷的2 電子供體；Cp2Ta (CHPh2) (CHCMe3); Cp2Ta (CH2Ph) (CHPh); Cp*TaMe3Ph; Cp*TaMe2(Me2CO); Cp*TaMe2 (C2H4); Cp2TaMe3; Cp2TaPh2; Cp*TaMe4; Cp2Ta(Cp)2; Cp'Me2Ta (茚基);Cp2TaH (CH尸CHR),其中R是Me， Et, nPr， 或任何其它帶負(fù)電荷的2電子供體；Cpja(環(huán)戊烯);Cp2Ta (千基)(CHPh); Cp2ClTaCH(tBu); CpTa (CH (tBu) X (PMe3) 2,其中X是HsMe， Et， Pr,卣 素，或Ph; Cp2TaMe (C2H4); CH2=Ta (Cp) 2CH3; Cp2Ta (nPr) (C8H8); CpTa (CO) x (PhCCPh),其中x等于1或2; Cpja(烯丙基);Cpja(甲代 烯丙基)；CpTaH3; Cp2TaH (CO); CpJaH(丙烯)；Cp2TaMe3; Cp*TaC04;Cp*TaMe4; Cp2Ta (nPr) (C麗e); Cp承TaMe"苯)；Cp*Ta (CHCMe3)(乙烯)PMe3; Ta (CO) 3 (C7H7); Ta"CO)" TaH (CO) 2 (Dmpe) 2; TaX (CO) 2 [Me2P (CH2) 2PR2] 2，其中X是Cl, I，或任何其它帶負(fù)電荷的2電子供體并且R是Et, iPr，或 任何其它帶負(fù)電荷的2電子供體；(RHg)Ta(C0h，其中R是Et， Ph，或 任何其它帶負(fù)電荷的2電子供體；Ph3SnTa(CO)4;[(C5H4nBu) Ta (CO) 3 {Si (C18H") 2} ] 2; ((CH3) 3CCH2) 3Ta=CHC (CH3) 3;((RlaCR2aR3a) ((RlbCR2bR3b) ((RlcCR2cR3c) Ta=CR4R5其中R。是H， Me， Et， iPr, nPr， tBu， sBu， iBu， nBu,戊基，F(xiàn)， Cl， Br， I,或任何其它帶負(fù)電 荷的2 -電子供體；Ta(烯丙基h; Ta (l-甲基烯丙基)(C4H6) 2;或TaMe5.
16. 權(quán)利要求ll所述的方法，其中所述摻雜劑包含氮?dú)?N2)。
17. 權(quán)利要求ll所述的方法，其中所述等離子體包含氫、氬、以及 氦中的至少一個(gè)。
18. 權(quán)利要求ll所述的方法，其中許多有機(jī)金屬前體材料脈沖、許 多摻雜劑脈沖以及許多等離子體脈沖在連續(xù)的工藝循環(huán)中是變化的，以 在所述金屬碳氮化物層中形成分級的碳和氮濃度。
19. 權(quán)利要求ll所述的方法，其中有機(jī)金屬前體材料脈沖、順序摻 雜劑脈沖以及順序等離子體脈沖的順序在連續(xù)的工藝循環(huán)中是變化的， 以在所述金屬碳氮化物層中形成分級的碳和氮濃度。
20. 權(quán)利要求ll所述的方法，其中在鄰近于介電層的第一表面金屬 碳氮化物層的形態(tài)為非晶的，并且在鄰近于金屬晶種層的第二表面為多 晶的。
全文摘要
一種用于形成金屬碳化物層的方法，其開始以提供襯底、有機(jī)金屬前體材料、至少一種摻雜劑如氮?dú)?、以及等離子體如氫等離子體。所述襯底被放置在反應(yīng)室內(nèi)；并加熱。從而進(jìn)行工藝循環(huán)，其中所述工藝循環(huán)包括脈沖有機(jī)金屬前體材料到所述反應(yīng)室中，脈沖摻雜劑到所述反應(yīng)室中和脈沖等離子體到所述反應(yīng)室之中，從而所述有機(jī)金屬前體材料、所述摻雜劑和等離子體在所述襯底的表面反應(yīng)以形成金屬碳化物層。所述工藝循環(huán)可以被重復(fù)和變化以形成分級的金屬碳化物層。
文檔編號H01L23/532GK101278387SQ200680036474
公開日2008年10月1日 申請日期2006年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月30日
發(fā)明者A·拉瓦, D·彼得斯, D·湯普遜, J·佩克, J·多明格斯, K·奧布里恩, S·約翰斯頓, V·杜賓 申請人:英特爾公司