JP5385610B2 - 相互接続構造体の形成方法 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体構造体及びその製造方法に関する。より詳細には、本発明は、第１のメッキ領域と第２のメッキ領域との間に位置する酸素／窒素遷移領域を含むメッキシード層を含む相互接続構造体に関する。酸素／窒素遷移領域を含む本発明のメッキシード層は、酸素／窒素遷移領域を含んでいない先行技術のメッキシード層と比較してメッキシード層の拡散バリア抵抗を顕著に増大させる。本発明はまた、こうした相互接続構造体の製造方法も提供する。
一般に、半導体デバイスは、半導体基板上に製造された集積回路を形成する複数の回路を含む。信号経路の複雑なネットワークは、通常、基板表面上に分配された回路素子を接続するようにルートが決定される。デバイスを横断するこれらの信号の効率的なルート決定は、シングル又はデュアル・ダマシン配線構造体のような多重レベル又は多層の構造の形成を必要とする。配線構造体は典型的には銅（Ｃｕ）を含むが、それはＣｕ系相互接続体が、アルミニウム（Ａｌ）系相互接続体に比べて、複雑な半導体チップ上の多数のトランジスタ間における信号伝送を高速化するからである。
典型的な相互接続構造体内では、金属ビアが半導体基板に対して垂直に走り、金属線は半導体基板に対して平行に走る。さらに、信号速度の向上及び隣接金属配線に入る信号（「クロストーク」として知られる）の低減は、今日のＩＣ製品チップにおいて、金属線及び金属ビア（例えば導電性構造体）を４．０未満の誘電率を有する誘電体材料内に埋め込むことによって達成される。
現在の相互接続構造体において、先進の相互接続アプリケーションでは、プラズマ蒸着（ＰＶＤ）ＴａＮ層及びＰＶＤ Ｃｕシード層は、それぞれＣｕ拡散バリア及びメッキシードとして使用されている。しかし、クリティカル寸法が小さくなると、ＰＶＤ系堆積技術は共形性（コンフォーマリティ）及び被覆性の問題に直面することが予想される。こうしたことが、次には、中央部及び縁部の空隙（ボイド）のようなメッキの充填問題を生じ、それが信頼性の懸念及び歩留まりの低下を引き起こす。
この問題を回避する１つの方法は、ＰＶＤ材料の全体の厚さを減らし、拡散バリア及びメッキシードの両方として作用する単層のライナ材料を利用することである。上述の問題を回避する別の方法は、従来のＰＶＤ技術に比べて良好な段差被覆性（ステップ・カバレッジ）及び共形性をもたらす化学蒸着（ＣＶＤ）又は原子層堆積（ＡＬＤ）の使用である。ＣＶＤ又はＡＬＤルテニウム（Ｒｕ）及びイリジウム（Ｉｒ）は、先進の相互接続アプリケーションに関して現在のＰＶＤ系バリア／メッキシードに取って代わる可能性を有する。
しかし、Ｒｕ及びＩｒは、ＴａＮに比べて良好な金属拡散バリアではないので、メッキシードのバリア抵抗性を向上させる必要がある。これまで、向上したバリア特性、すなわち、例えばＣｕ、Ａｌ、ＡｌＣｕ、Ｗ、Ａｇ及びＡｕのような相互接続導電性材料の拡散に対する抵抗性を有する単一のＲｕ又はＩｒシード層を含む相互接続構造体を提供する既知の先行技術はない。
本明細書にて上述した問題を鑑みて、本出願は、導電性材料、好ましくはＣｕの、向上した拡散特性を有するメッキシード層を含むことによって、別個の拡散層及びシード層を利用する必要性を排除した、相互接続構造体を提供する。
特に、本発明は、相互接続金属の拡散特性の向上のためにメッキシード層内に酸素／窒素遷移領域を設ける。メッキシード層は、Ｒｕ、Ｉｒ又はそれらの合金を含むことができ、相互接続導電性材料は、Ｃｕ、Ａｌ、ＡｌＣｕ、Ｗ、Ａｇ、Ａｕなどを含むことができる。好ましくは、相互接続導電性材料はＣｕ又はＡｌＣｕである。より詳細に言えば、本発明は、上部及び底部シード領域間に挟持された酸素／窒素遷移領域を含む単一のシード層を提供する。メッキシード層内の酸素／窒素遷移領域の存在により、メッキシードの拡散バリア抵抗が飛躍的に向上する。底部及び上部メッキシード領域間に挟持された酸素／窒素遷移領域を含む本発明のメッキシード層は、向上した拡散特性を有しながらなおメッキシード層としても作用できる、単一のメッキシード層を使用できるので、先行技術よりも改善されていることが注目される。先行技術では、例えばＴａＮを含む拡散バリア層及び金属シード層を含む２つの別個の層が用いられる。
大まかに言えば、本発明のメッキシード層は、底部及び上部メッキシード領域の間に位置する酸素／窒素遷移領域を含み、メッキシード層は、約３ｎｍ以上のフィルム厚さで約７５０℃以上の破壊温度を有する。
一般的に言えば、本発明は半導体相互接続構造体を提供し、この半導体相互接続構造体は、少なくとも１つの開口部を中に含む誘電体材料と、少なくとも１つの開口部内に位置するメッキシード層であって、このメッキシード層が上部及び底部シード領域の間に位置する酸素／窒素遷移領域を含む、メッキシード層と、少なくとも１つの開口部内に位置する相互接続導電性材料と、を含む。
少なくとも１つの開口部は、配線領域、配線領域及びビア領域、又はそれらの組み合わせを含んでいてもよい。シングル及びデュアル・ダマシン相互接続構造体が、本発明において意図されている。本発明によれば、メッキシード層は、少なくとも１つの開口部がその中に存在する誘電体材料の露出壁部分上に位置する。いくつかの実施形態において、メッキシード層はビアから除去されて、開口ビア構造を提供する。閉鎖ビア構造も本明細書において意図されている。
より詳細には、本発明の構造体は、少なくとも１つの開口部を中に含む誘電体材料と、少なくとも１つの開口部内に位置し、上部及び底部Ｒｕ含有シード領域の間に位置する酸素／窒素遷移領域を含む、Ｒｕ含有メッキシード層と、少なくとも１つの開口部内に位置するＣｕ相互接続金属と、を含む。
相互接続構造体を提供することに加えて、本発明はそれを製造する方法にも関する。一般的に言えば、本出願の方法は、誘電体材料の中に少なくとも１つの開口部を形成するステップと、少なくとも１つの開口部内の誘電体材料の少なくとも露出壁部分に第１のメッキシード領域を形成するステップと、第１のメッキシード領域上に酸素／窒素遷移領域を形成するステップと、酸素／窒素遷移領域上に第２のメッキシード領域を形成するステップであって、第１のメッキシード領域、酸素／窒素遷移領域、及び第２のメッキシード領域が、向上したバリア性を有する単一のメッキシード層を画定する、ステップと、少なくとも１つの開口部内において単一のメッキシード層上に相互接続導電性材料を形成するステップと、を含む。
本発明のいくつかの実施形態では、本発明のメッキシード層の種々の領域を堆積するために、単一の堆積ツールを用いることができる。
より詳細には、本発明の方法は、誘電体材料の中に少なくとも１つの開口部を形成するステップと、少なくとも１つの開口部内の誘電体材料の少なくとも露出壁部分に第１のＲｕ含有メッキシード領域を形成するステップと、第１のＲｕ含有メッキシード領域上に酸素／窒素遷移領域を形成するステップと、酸素／窒素遷移領域上に第２のＲｕ含有メッキシード領域を形成するステップであって、第１のＲｕ含有メッキシード領域、酸素／窒素遷移領域、及び第２のＲｕ含有メッキシード領域が向上したバリア性を有する単一のＲｕ含有メッキシード層を画定する、ステップと、少なくとも１つの開口部内において単一メッキシード層上にＣｕ相互接続金属を形成するステップと、を含む。
本発明は、金属拡散に対して向上した抵抗性を有する単一メッキシード層を含む相互接続構造体及びその製造方法を提供するものであり、ここで、以下の議論及び本出願に添付の図面を参照することによってより詳細に説明される。本明細書にて以下でより詳細に言及される本出願の図面は、例示目的のために提供されるので、一定の縮尺では描かれていない。
本発明のプロセス・フローは、まず図１に示される初期相互接続構造体１０を準備することから開始する。具体的には、図１に示される初期相互接続構造体１０は、誘電体キャップ層１４によって部分的に分離された下部相互接続レベル１２及び上部相互接続レベル１６を含む多重レベル相互接続体を含む。下部相互接続レベル１２は、１つ又は複数の半導体デバイスを含む半導体基板上部に位置することができ、少なくとも１つの導電性構造体（すなわち、導電性領域）２０を有する第１の誘電体材料１８を含み、その導電性構造体はバリア層２２によって第１の誘電体材料１８から分離されている。上部相互接続レベル１６は、その中に位置する少なくとも１つの開口部を有する第２の誘電体材料２４を含む。図１においては、２つの開口部が示されており、参照番号２６はシングル・ダマシン構造のための配線用開口部を表し、参照番号２８Ａ及び２８Ｂはそれぞれ、デュアル・ダマシン構造のためのビア用開口部及び配線用開口部を表す。図１は別個の配線用開口部並びにビア及び配線用の開口部を示すが、本発明はまた、配線用開口部のみが存在する場合又は複合したビア及び配線用の開口部が存在する場合も意図する。
本発明のメッキシード層３６は、図４に示されるように上部相互接続レベル１６中に示されるが、それは例えば下部相互接続レベル１２を含む相互接続構造体の他のレベルにも同様に存在できることにも留意される。従って、本発明のメッキシード層は、単一レベル又は多重レベルの相互接続構造体のいずれのレベルに存在することもできる。
図１に示される初期相互接続構造体１０は、当該技術分野において周知の標準的な相互接続処理を利用して製造される。例えば、初期相互接続構造体１０は、最初に第１の誘電体材料１８を基板（図示せず）の表面に適用することによって形成することができる。図示されていない基板は、半導体材料、絶縁材料、導電性材料又はそれらのいずれかの組み合わせを含むことができる。基板が半導体材料で構成される場合、Ｓｉ、ＳｉＧｅ、ＳｉＧｅＣ、ＳｉＣ、Ｇｅ合金、ＧａＡｓ、ＩｎＡｓ、ＩｎＰ及びその他のＩＩＩ／Ｖ又はＩＩ／ＶＩ化合物半導体のようないずれの半導体を用いてもよい。これらの列挙した種類の半導体材料に加えて、本発明は、半導体基板が積層半導体、例えばＳｉ／ＳｉＧｅ、Ｓｉ／ＳｉＣ、シリコン−オン−インシュレータ（ＳＯＩ）又はシリコンゲルマニウム−オン−インシュレータ（ＳＧＯＩ）である場合も意図している。
基板が絶縁材料である場合、絶縁材料は、有機絶縁体、無機絶縁体又は多層を含むそれらの組み合わせであることができる。基板が導電性材料である場合、基板は、例えばポリＳｉ、単体金属、単体金属合金、金属シリサイド、金属窒化物又は多層を含むそれらの組み合わせを含んでいてもよい。基板が半導体材料を含む場合、例えば相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）デバイスのような１つ又は複数の半導体デバイスをその上に作成することができる。
下部相互接続レベル１２の第１の誘電体材料１８は、無機誘電体又は有機誘電体を含むどのような層間又は層内誘電体を含んでいてもよい。第１の誘電体材料１８は多孔性又は非多孔性であってもよい。第１の誘電体材料１８として使用できる好適な誘電体のいくつかの例としては、これらに限定されないが、ＳｉＯ２、シルセスキオキサン、Ｓｉ、Ｃ、Ｏ及びＨ原子を含むＣドープ酸化物（すなわち、オルガノシリケート）、熱硬化性ポリアリーレンエーテル、又はそれらの多層が挙げられる。「ポリアリーレン」という用語は、本出願において、結合、縮合環、又は、例えば酸素、硫黄、スルホン、スルホキシド、カルボニルなどのような不活性連結基によって共に連結された、アリール部分又は不活性置換されたアリール部分を表すために使用される。
第１の誘電体材料１８は、典型的には約４．０以下の誘電率を有し、約２．８以下の誘電率がより典型的である。これらの誘電体は、一般に、誘電率が４．０より高い誘電体材料に比べて寄生クロストークが低い。第１の誘電体材料１８の厚さは、使用される誘電体材料並びに下部相互接続レベル１２内の誘電体の正確な数に依存して多様であり得る。典型的には、普通の相互接続構造体に関して、第１の誘電体材料１８は約２００ｎｍから約４５０ｎｍまでの厚さを有する。
下部相互接続レベル１２はまた、第１の誘電体材料１８に埋め込まれた（すなわち、第１の誘電体材料１８内に位置する）少なくとも１つの導電性構造体２０を有する。導電性構造体２０は、バリア層２２によって第１の誘電体材料１８から分離された導電性領域を含む。導電性構造体２０は、リソグラフィを行い（すなわち、フォトレジストを第１誘電体材料１８の表面に塗布し、そのフォトレジストを所望の放射パターンで露光し、露光されたレジストを従来のレジスト現像剤を利用して現像する）、第１の誘電体材料１８内に開口部をエッチング（乾式エッチング又は湿式エッチング）し、そのエッチングされた領域にバリア層２２、次いで導電性領域を形成する導電性材料を充填することによって形成される。バリア層２２は、Ｔａ、ＴａＮ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｒｕ、ＲｕＮ、Ｗ、ＷＮ又は導電性材料がバリア層を通って拡散するのを防止するためのバリアとして作用できるいずれかの他の材料を含むことができ、例えば原子層堆積（ＡＬＤ）、化学蒸着（ＣＶＤ）、プラズマ化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）、スパッタリング、化学溶液堆積、又はメッキのような堆積プロセスによって形成される。
いくつかの実施形態では、本明細書では具体的に示さないが、下部相互接続レベル１２のバリア層２２は、本明細書にて以下でより詳細に記載される本発明のメッキシード層を含んでいてもよい。バリア層２２の厚さは、正確な堆積プロセス手段並びに使用される材料に応じて多様であり得る。典型的には、バリア層２２は、約４ｎｍから約４０ｎｍまでの厚さを有し、約７ｎｍから約２０ｎｍまでの厚さがより典型的である。
バリア層２２の形成に続いて、第１の誘電体材料１８内の開口部の残りの領域は、導電性領域を形成する導電性材料で充填される。導電性領域を形成するのに使用される導電性材料としては、例えばポリＳｉ、導電性金属、少なくとも１つの導電性金属を含む合金、導電性金属シリサイド、又はそれらの組み合わせが挙げられる。好ましくは、導電性領域を形成する際に使用される導電性材料は、Ｃｕ、Ｗ又はＡｌのような導電性金属であり、本発明においてはＣｕ又はＣｕ合金（例えばＡｌＣｕ）が極めて好ましい。導電性材料は、これらに限定されないが、ＣＶＤ、ＰＥＣＶＤ、スパッタリング、化学溶液堆積又はメッキを含む従来の堆積プロセスを利用して第１の誘電体材料１８内の残りの開口部に充填される。これらの堆積の後、化学機械的研磨（ＣＭＰ）のような従来の平坦化プロセスを用いて、バリア層２２及び導電性構造体２０のそれぞれが第１の誘電体材料１８の上面と実質的に同一平面である上面を有するような構造を提供することができる。
少なくとも１つの導電性構造体２０を形成した後、誘電体キャップ層１４が、例えばＣＶＤ、ＰＥＣＶＤ、化学溶液堆積、又は蒸着のような従来の堆積プロセスを利用して、下部相互接続レベル１２の表面に形成される。この誘電体キャップ層１４は、例えばＳｉＣ、Ｓｉ４ＮＨ３、ＳｉＯ２、炭素ドープ酸化物、窒素及び水素ドープ炭化シリコンＳｉＣ（Ｎ，Ｈ）又はそれらの多層のような、任意の好適な誘電キャップ材料を含む。キャップ層１４の厚さは、それらを形成するために使用される技術並びに層の構成材料に応じて多様であり得る。典型的には、キャップ層１４は、約１５ｎｍから約５５ｎｍまでの厚さを有し、約２５ｎｍから約４５ｎｍまでの厚さがより典型的である。
次に、上部相互接続レベル１６が、第２の誘電体材料２４をキャップ層１４の上方の露出面に塗布することによって形成される。第２の誘電体材料２４は、下部相互接続レベル１２の第１の誘電体材料１８と同一又は異なる、好ましくは同一の誘電体材料を含むことができる。第１誘電体材料１８についての処理技術及び厚さ範囲は、第２の誘電体材料２４にも適用可能である。次に、上述したようなリソグラフィ及びエッチングを利用して、少なくとも１つの開口部が第２の誘電体材料２４の中に形成される。エッチングは、乾式エッチング・プロセス、湿式化学エッチング・プロセス又はそれらの組み合わせを含むことができる。「乾式エッチング」という用語は、本明細書において、反応性イオン・エッチング、イオンビーム・エッチング、プラズマ・エッチング又はレーザ・アブレーションのようなエッチング技術を表すために用いられる。図１においては、２つの開口部が示されており、参照番号２６は、シングル・ダマシン構造のための配線用開口部を表し、参照番号２８Ａ及び２８Ｂはそれぞれ、デュアル・ダマシン構造のためのビア用開口部及び配線用開口部を示す。本発明は、開口部２６のみ又は開口部２８Ａ及び２８Ｂのみを含む構造体も意図することを再び強調しておく。
ビア用開口部２８Ａ及び配線用開口部２８Ｂが形成される場合、エッチング工程によって、導電性構造体２０の上に位置する誘電体キャップ層１４の一部も除去される。
次に、改善されたバリア抵抗特性を有する本発明のメッキシード層の一部が、第２の誘電体材料２４上の露出面（開口部内の壁表面を含む）上に底部メッキシード領域３０を形成することによって設けられる。得られる構造体を例えば図２に示す。底部メッキシード領域３０は、拡散バリア特性（比較的弱いが）及びメッキシード特性の両方を有する材料を含む。底部メッキシード領域３０のためのこうした材料の例は、Ｒｕ含有材料、Ｉｒ含有材料又はそれらの混合物を含む。例えば、底部メッキシード領域３０は、Ｒｕ、ＴａＮ及びＲｕの組み合わせ、ＴｉＳｉＮ及びＲｕの組み合わせ、Ｉｒ、ＴａＮ及びＩｒの組み合わせ、ＴｉＳｉＮ及びＩｒの組み合わせを含むことができる。好ましくは、底部シード領域３０は、Ｒｕ又はＩｒを含み、Ｒｕが極めて好ましい。
本発明のメッキシード層の底部メッキシード領域３０は、例えばＡＬＤ、ＣＶＤ、ＰＥＣＶＤ、化学溶液堆積及びその他の同様の堆積プロセスのような従来の堆積プロセスを利用して形成され、そのプロセスにおいてＲｕ含有前駆体及び／又はＩｒ含有前駆体が底部メッキシード領域３０の堆積に使用される。
底部メッキシード領域３０を形成した後、酸素／窒素遷移領域３２が底部メッキシード領域３０の上に形成される。得られる構造体は例えば図３に示される。「酸素／窒素遷移領域」という用語は、底部メッキシード領域３０及び上部メッキシード領域３４（その後に形成される）のいずれかよりも酸素及び／又は窒素含量が高いメッキシード層領域を表すために本出願を通じて使用される。典型的には、酸素／窒素遷移領域３２は、底部メッキシード領域３０及び上部メッキシード領域３４よりも２倍を超える酸素／窒素含量を有する。より典型的には、酸素／窒素遷移領域３２は、底部メッキシード領域３０及び上部メッキシード領域３４よりも５倍を超える酸素／窒素含量を有する。酸素／窒素遷移領域３２の厚さは、それを形成するために用いられる条件によって変わる。典型的には、酸素／窒素遷移領域３２は、約０．５ｎｍから約５ｎｍまでの厚さを有し、約１ｎｍから約２ｎｍまでの厚さがより典型的である。
酸素／窒素遷移領域３２は、２つの技術を利用して形成することができる。第１の技術において、底部メッキシード領域３０を含む構造体は、Ｏ２及び／又はＮ２を含む環境（ガス又はプラズマ）に曝される。こうした環境の例としては、空気、オゾン、Ｏ２、ＮＯ、Ｎ２Ｏ、ＮＨ３、Ｎ２Ｈ２又はそれらの混合物が挙げられる。処理は、公称室温（すなわち、約２０℃から約４０℃まで）又は４０℃を超える高温にて行うことができる。この工程により、酸素及び／又は窒素が豊富な領域が形成される。例えば、Ｒｕが底部メッキシード領域３０として使用される場合、酸素／窒素遷移領域３２は、ＲｕＯ、ＲｕＯＮ又はＲｕＮの１つを含むことができる。
第２の実施形態において、酸素／窒素遷移領域３２は、底部メッキシード領域３０を形成する際に使用された前駆体を酸素及び／又は窒素がリッチになるように変化させることによって、底部メッキシード領域３０の上に形成される。「リッチ」という用語は、酸素及び／又は窒素の含量が上述の範囲内となるように前駆体を変化させることを表すために使用される。この実施形態は、拡散バリア層及び本発明のメッキシード層の両方を形成する際に単一の堆積ツールを使用できるので有利である。先行技術においては、異なる材料、すなわちＴａＮ及びＣｕシードがそれぞれ、バリア層及びシード層として必要とされることを留意されたい。本発明では、バリア及びシード特性は単一層を利用して達成される。さらに、本発明では、従来のプロセスよりも短いプロセス時間及び低いプロセスコストが達成される。
図４は、酸素／窒素遷移領域３２上に本発明のメッキシード層の上部メッキシード領域３４を形成した後に得られる構造体を示す。上部メッキシード領域３４は、底部メッキシード領域３０の材料と同一又は異なる、好ましくは同一の材料を含むことができる。上部メッキシード領域３４は、底部メッキシード領域３０の形成について上述した技術を利用して形成され、上部メッキシード領域３４の厚さは、底部メッキシード領域３０に関して上記で規定した範囲内である。
領域３０、３２及び３４は、メッキシード特性（領域３０及び３４による）及び向上した拡散抵抗（領域３２による）を有する単一のメッキシード層３６を形成することに留意されたい。拡散特性の向上は、本発明の酸素／窒素遷移領域３２を含有しないメッキシード層に比べての向上である。本発明のメッキシード層３６の拡大図を図７に示す。
図５は、ビアの底部を開口し、その少なくとも１つの開口部内に相互接続導電性材料３８を形成した後の構造体を示す。図５に示される構造体は、本発明の可能な実施形態の１つを表すが、図６に示される構造体は本発明の別の可能な実施形態を表す。図６において、相互接続導電性材料３８は、閉鎖（クローズド）ビア構造内に形成される。開口（オープン）ビア構造は、イオン衝撃又は別の同様の指向性エッチング・プロセスを利用してメッキシード層３６をビア２８Ａの底部から除去することによって形成される。開口ビア構造において、相互接続導電性材料３８は、少なくとも１つの導電性構造体２０の表面と接触している。
両方の構造体において、相互接続導電性材料３８は、導電性構造体２０と同一又は異なる、好ましくは同一の導電性材料を含むことができる。好ましくは、Ｃｕ、Ａｌ、Ｗ又はそれらの合金が使用され、Ｃｕ又はＡｌＣｕが最も好ましい。導電性材料３８は、導電性構造体２０の形成について上述したのと同じ堆積プロセスを利用して形成され、導電性材料の堆積後、構造体は平坦化に供される。図５及び６において、第２の誘電体材料２４、メッキシード層３６及び導電性材料３８の上面は、全て実質的に同一平面であることに留意されたい。
上記で示したように、図７は、底部及び上部メッキ領域、それぞれ３０及び３４の間に位置する酸素／窒素遷移領域３２を含む本発明のメッキシード層３６の拡大図を示す図である。本発明のメッキシード層３６は、酸素／窒素遷移領域３２の存在がメッキシード層３６全体の拡散抵抗を向上させるので、メッキシード並びに拡散バリアの両方として作用できることを再び強調しておく。典型的には、底部及び上部メッキシード領域（それぞれ参照番号３０及び３４）間に位置する酸素／窒素遷移領域３２を含むメッキシード層３６は、約３ｎｍ以上の厚さを有する層に関して、約７５０℃以上の破壊温度を有する。破壊温度は、高温に曝されたときの膜の潜在的な破壊を測定するために行われる計測である。膜の破壊は、相互接続導電性材料、特にＣｕの、バリア層を通じての拡散によって引き起こされる。拡散バリアの欠陥は、図８に示されるように、Ｘ線回折技術を用いてＳｉ／拡散バリア／Ｃｕ膜のスタック（積層）上でのＣｕ＜１１１＞回折ピークをモニタすることによって測定される。Ｃｕ＜１１１＞回折ピークは、Ｃｕがバリア層を通じて拡散し、Ｃｕシリサイドが形成されたときに消失する。ＣｕとＳｉとの間のバリア材料層がないと、この反応は通常２５０℃までに生じる。Ｃｕ拡散破壊温度は、酸素／窒素遷移領域を有するＲｕスタックの場合の方が遷移領域を有していないスタックよりも高い。３ｎｍの厚さを有する層に関して、埋め込まれた約０．５ｎｍの酸素／窒素遷移層を有する場合、破壊温度は７５０℃を超えるが、遷移領域層を有していない場合は、破壊温度は５００℃未満である。
例えば、本出願人は、上述のような酸素／窒素遷移領域を含む３ｎｍのメッキシード層を準備し、本発明の酸素／窒素遷移領域を含まない先行技術の３ｎｍメッキシード層の破壊温度に対するその破壊温度を測定した。本出願人らは、本発明のメッキシード層の破壊温度が約７５０℃以上である一方で、酸素／窒素遷移領域を含まない先行技術のメッキシード層の破壊温度は約５００℃であったことを測定した。故に、本発明のメッキシード層は、典型的な先行技術のメッキシード層に比べて改善されたバリア抵抗を示す。
本発明をその好ましい実施形態について特に示し、説明したが、当業者は、形態及び詳細について前述の及びその他の変更が本発明の精神及び範囲内から逸脱することなく行われ得ることを理解する。故に、本発明は、記載され図示された通りの形態及び詳細に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲内であることが意図される。
少なくとも１つの開口部が誘電体材料内に設けられる本発明の方法の初期段階での相互接続構造体を（断面図により）示す図である。 少なくとも１つの開口部内の壁部分を含む誘電体材料の露出面上に本発明のメッキシード層の底部メッキシード領域を設けた後の図１の相互接続構造体を（断面図により）示す図である。 底部メッキシード領域上に本発明のメッキシード層の酸素／窒素遷移領域を形成した後の図２の相互接続構造体を（断面図により）示す図である。 酸素／窒素遷移領域上に本発明のメッキシード層の上部メッキシード領域を形成した後の図３の相互接続構造体を（断面図により）示す図である。 ビアの底部を開口し、その少なくとも１つの開口部内に相互接続導電性材料を形成した後の図４の構造体を（断面図により）示す図である。 少なくとも１つの開口部内に相互接続導電性材料を形成した後の図４の構造体を（断面図により）示す図である。 底部及び上部メッキシード領域間に位置する酸素／窒素遷移領域を含む本発明のメッキシード層の拡大図を（断面図により）示す図である。 破壊温度を定めるために用いられる方法を（断面図により）示す図である。
符号の説明
１０：初期相互接続構造体
１２：下部相互接続レベル
１４：誘電体キャップ層
１６：上部相互接続レベル
１８：第１の誘電体材料
２０：導電性構造体
２２：バリア層
２４：第２の誘電体材料
２６、２８：開口部
３０：底部メッキシード領域
３２：酸素／窒素遷移領域
３４：上部メッキシード領域
３６：メッキシード層
３８：相互接続導電性材料

Claims (5)

  1. 誘電体材料の中に少なくとも１つの開口部を形成するステップと、
    前記少なくとも１つの開口部内の前記誘電体材料の少なくとも露出壁部分に、Ｒｕ、ＲｕとＴａＮ、ＲｕとＴｉＳｉ、Ｉｒ、ＩｒとＴａＮ、およびＩｒとＴｉＳｉを含むグループから選択された１つからなる第１のメッキシード領域を形成するステップと、
    前記第１のメッキシード領域上に酸素及び窒素遷移領域を形成するステップであって、前記第１のメッキシード領域を酸素及び窒素を含む環境に曝すことにより、前記第１のメッキシード領域よりも５倍以上の酸素及び窒素の含有量を有する前記酸素及び窒素遷移領域を形成することを含む、ステップと、
    前記酸素及び窒素遷移領域上に、Ｒｕ、ＲｕとＴａＮ、ＲｕとＴｉＳｉ、Ｉｒ、ＩｒとＴａＮ、およびＩｒとＴｉＳｉを含むグループから選択された１つからなる第２のメッキシード領域を形成するステップであって、前記第１のメッキシード領域、前記酸素及び窒素遷移領域、及び前記第２のメッキシード領域が向上したバリア性を有する単一のメッキシード層を画定する、ステップと、
    前記少なくとも１つの開口部内において前記単一メッキシード層上にＣｕまたはＣｕＡｌからなる相互接続導電性材料を形成するステップと、
    を含む相互接続構造体の形成方法。
  2. 前記第１及び第２のメッキシード領域はＲｕからなり、前記酸素及び窒素遷移領域はＲｕＯＮからなる、請求項１に記載の方法。
  3. 前記酸素及び窒素遷移領域を形成する前記ステップは、Ｏ ２ とＮ ２ 、ＮＯ、またはＮ ２ Ｏを含むガスまたはプラズマ中で前記第１のメッキシード領域を処理するステップを含む、請求項１または２に記載の方法。
  4. 前記酸素及び窒素遷移領域は、０．５〜５ｎｍの厚さを有する、請求項１〜３のいずれか1項に記載の方法。
  5. 前記相互接続導電性材料を形成する前記ステップは、前記単一メッキシード層を前記開口の底部から除去するステップを含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
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