JPH0917790A - 電気的相互接続用薄膜金属バリア層 - Google Patents

電気的相互接続用薄膜金属バリア層

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パトリック・ウィリアム・デハーヴェン
Daniel Charles Edelstein
ダニエル・チャールズ・エーデルステイン
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James Manley Pollar Iii
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キャロル・エル・スタニス
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 各種金属及び誘電体材料に対して良好な接着
性を有する金属拡散バリア層を提供する。 【解決手段】 銅などの第１の材料とＡｌ、Ｗ、ＰｂＳ
ｎなどの第２の材料の間に六方晶相のＴａＮ層を組み込
んだ、電気的相互接続用の相互接続構造及びバリア層を
開示する。また、六方晶相のＴａＮとα相のＴａの多層
をバリア層として開示する。本発明は、５００℃でのア
ニール中に、分離したい材料中に銅が拡散する問題を解
決する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は金属相互接続に関
し、詳細には、ＶＬＳＩ及びＵＬＳＩの金属相互接続、
スタッド用、半導体チップ上のＣＭＯＳゲート・スタッ
ク用、ならびにパッケージ及びディスプレイの電気的相
互接続用の金属拡散バリア及びライナに関する。
【０００２】
【従来の技術】ＶＬＳＩ及びＵＬＳＩ半導体チップ上で
は、通常のチップ配線材料としてアルミニウムまたはア
ルミニウム合金が用いられている。チップ配線材料とし
て銅または銅合金を取り入れると、アルミニウム及びア
ルミニウム合金と比べて、チップの特性が改善され信頼
性が向上する。しかしながら、銅は下のシリコン基板内
に形成されたデバイス及びそれを取り囲む線後端（ＢＥ
ＯＬ）絶縁体からうまく分離しなければならない。この
分離を行うために、即ち銅の拡散を防止するために、例
えばダマシーン（Damascene）法で形成されるトレンチ
などのパターン化されたＢＥＯＬ絶縁体上、あるいは例
えば銅反応性イオン・エッチング（ＲＩＥ）または銅マ
スク付着法によるパターン化されていない絶縁体上に、
銅を付着する前に、薄いライナ材料を付着する。この薄
膜ライナはまた銅を周囲の誘導体と接着する接着層とし
ても働くものでなければならない。大部分の絶縁体への
銅の直接接着は一般に不十分である。
【０００３】ＴｉＮは銅のバリアとして評価され、Ｓｉ
Ｏ2中での銅相互接続用のバリアとして文献で報告され
ている。Ｓ−Ｑ．ワン（Ｗａｎｇ）の「Barriers again
st copper diffusion into silicon and drift through
silicon dioxide」、ＭＲＳBulletin 19、30（1994）
には、Ｓｉ／ＳｉＯ2とＣｕとの間に配置するためのＴ
ｉＮを含む種々のバリア・システムが示されている。Ｔ
ｉＮはＳｉＯ2に対し良い接着性を有する。しかしなが
ら銅はＴｉＮによく接着しない。非常に薄い接着剤また
はＴｉの接着層を使って、ＴｉＮへの銅の接着力を高め
ることができる。しかしながらこのＴｉ層は次の熱処理
工程中に銅被膜の導電性を劇的に低下させる。さらにＴ
ｉＮは、化学機械式研磨（ＣＭＰ）で使用されるある種
の銅研磨スラリ中で銅と腐食対を形成することが知られ
ている。
【０００４】ＴｉＮと異なり、純粋のあるいは酸素でド
ープしたＴａは、ＳｉＯ2のようなある種の絶縁体によ
く接着しない。また絶縁体に直接付着した時、高抵抗率
のベータ相Ｔａを形成する。さらにＴａのＣｕバリア特
性は、ほどほどの温度でＡｌと接触すると失われる。例
えばタンタル、窒化ケイ素及び窒化チタンが銅に対する
良好なバリアであることを発見した、拡散バリアの研究
が記載されている、Ｃ．Ｋ．フー（Ｈｕ）等のProc.VLS
I Multilevel Interconn.Conf.181（1986）所載の論文
を参照されたい。Ｔａ薄膜中の酸素が銅の拡散を阻害し
た可能性があることが報告されている。
【０００５】J.Appl.phys.73,300（1993）所載のＬ．
Ａ．クレベンジャー（Clevenger）等の論文では、付着
圧力の影響、Ｃｕ／Ｔａ界面におけるin situ酸素の混
入、水素及び酸素の汚染、及び銅が浸透した、ＨＶ及び
ＵＨＶ電子ビーム付着されたＴａ薄膜の拡散バリア消失
温度における微細構造が研究されている。
【０００６】Ｔａ2Ｎは銅の良好なバリアであると報告
されているが、ＢＥＯＬ絶縁体及び銅との接着力は比較
的乏しい。これとは対照的に、ＴａＮ（Ｎ約５０％）の
接着力は十分であるが、銅のＴａＮとの接着力は乏し
い。Ｔａの薄層を使用して、Ｃｕ ＢＥＯＬへのＴａの
接着性能を低下させずに銅のＴａＮへの接着力を高める
ことができる。このような二成分ライナはＥ．Ｇ．コル
ガン（Colgan）及びＰ．Ｍ．フライヤー（Fryer）の米
国特許第５２８１４８５号に開示されている。しかしな
がらこのＴａＮの抵抗率は最低で１２００μｏｈｍ−ｃ
ｍであり、このため大きなバイアあるいはスタッド抵抗
をもたらし、また金属ライナが冗長電流ストラップまた
はパスとして機能することが不可能になる。
【０００７】底部に約２５０Åのライナを有するディー
プ・サブミクロン・バイア（例えば幅０．５μｍ未満）
では、上述のＴａベースのライナの直列抵抗は１〜５オ
ームの範囲である。これとは対照的に、銅スタッドの抵
抗はＴａベースのライナの１０％よりも小さい。これら
のバイア抵抗はＡｌ（Ｃｕ）／Ｗスタッドのその値と比
べて非常に好ましいが、その値を１オーム未満に低減す
ることが望ましい。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、半導
体構造を形成する金属及び種々の誘電体に対して優れた
接着性を有し、良好な金属拡散バリアとして作用する、
金属相互接続用ライナを提供することである。さらに、
そのようなライナを形成するのに適した材料を提供する
ことである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、閉じ込
めるべき第１の物質と第２の物質との間に位置して第２
の物質を第１の物質から分離させる、六方晶相のＴａＮ
層を含むバリア層が提供される。第１の物質はＣｕ、Ａ
ｌ、Ｗ及びＰｂＳｎの１つまたは組合せでよい。
【００１０】本発明はさらに、ＷＦ6ガスと第１の物質
から分離すべき第２の物質との間に位置する六方晶相の
ＴａＮ層を提供する。
【００１１】本発明はさらに、上部表面及び下部表面と
上部表面に形成された複数の溝とを有し、少なくとも１
つの溝が、下部表面まで延びて第１の絶縁層の下の第２
の相互接続構造中の対応する導電性表面を露出させる領
域を有する第１の絶縁層、複数の溝の側壁及び底部上と
露出したそれぞれの導電性表面上に形成された六方晶相
のＴａＮ層を含むライナ、ならびに複数の溝中に形成さ
れ、複数の溝を実質的に埋める金属を含む相互接続構造
を提供する。
【００１２】本発明はさらに、大抵はＰｂ−Ｓｎで作ら
れ、良好な拡散バリア特性、ＢＥＯＬ絶縁体への良好な
接着性、相互接続金属のこのライナへの良好な接着性、
低い抵抗率、及びトレンチ及びバイア中での良好な共形
性を同時に達成する、ＶＬＳＩ／ＵＬＳＩ相互接続及び
Ｃ４はんだバンプ用のライナあるいはバリア層を提供す
る。相互接続及びスタッドは、アルミニウム、銅、タン
グステンまたは鉛−スズ合金製のＣ４はんだボールを含
むことができる。
【００１３】本発明は、単独またはＴａなど他の適切な
金属フィルムと組み合せた薄膜積層体として付着され
る、主として高配向性の、及び非高配向性の（ランダ
ム）六方晶相のＴａＮ（３０〜６０％窒素）（５０％ま
での立方晶相ＴａＮを含むことができる）から構成され
たライナを提供する。ＴａＮは１００％六方晶相である
ことが望ましい。
【００１４】前述のライナ材料は、高い保全性バリア、
低いストレス、低い抵抗率、ならびに金属及びポリマ
ー、酸化シリコン、ＢＰＳＧ、ダイモンド様炭素などの
様々な誘電体の双方に対する優れた接着性をもたらし、
鉛−スズはんだメタラジをＣｕ及びＡｌの相互接続から
分離する。
【００１５】本発明はさらに、Ａｌ配線レベルを直接上
または下のＣｕ相互接続レベルから分離するための薄膜
材料を提供する。
【００１６】本発明はさらに、ＭＯＳＦＥＴ（金属酸化
物半導体電界効果トランジスタ）ゲート・スタック中
で、Ｗ、Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ａｌ及びＡｌ合金の金属層を
接触ケイ化物（ＷＳｉ2、ＣｏＳｉ2、ＴｉＳｉ2、Ｔａ
Ｓｉ2及びＰｔＳｉ）及び多結晶シリコンから分離する
ライナを提供する。
【００１７】本発明はさらに、存在する金属を、Ｗの付
着用のプレカーサ・ガスとして使用される腐食性のＷＦ
6などある種のガスから遮蔽するためのライナを提供す
る。
【００１８】本発明はさらに、ＢＥＯＬ配線中のアルミ
ニウムなど金属の先行レベルに対する良好な接触抵抗を
与えるライナを提供する。
【００１９】本発明はさらに、コリメーション・スパッ
タリングや化学気相付着（ＣＶＤ）なしでもＴｉベース
の化合物よりも著しく優れた共形性を与えるライナを提
供する。
【００２０】本発明はさらに、ＢＥＯＬ相互接続金属
を、例えばＣ４はんだボール中の鉛−スズと分離して合
金化または混合するのを防止するための薄膜を提供す
る。
【００２１】本発明はさらに、トレンチ及びバイアＢＥ
ＯＬ構造に付着された時に良好な共形性を示すライナ材
料を提供する。
【００２２】本発明はさらに、ライナ材料の化学機械式
研磨中またはその後に、Ｃｕ、ＡｌまたはＷと腐食対を
形成しないライナ材料を提供する。
【００２３】
【発明の実施の形態】図面、特に図１を参照すると、相
互接続構造１０及び１８の断面図が示されている。相互
接続構造１０は、下部表面１３及び上部表面１４を有す
る絶縁層１２を含む。複数の溝またはトレンチ１５が絶
縁層１２の上部表面１４に形成されている。複数の溝１
５は半導体チップ１６の配線層に対応するものでよい。
半導体チップ１６に対する相互接続を完成するためにさ
らに相互接続を追加することもできる。溝１５の底部１
７の選ばれた領域に、絶縁層１２の下の第２の相互接続
構造１８の導電性表面との接触を行うためのバイアまた
はスタッド開口１１が形成されている。
【００２４】相互接続構造１８は絶縁層２１中の溝２０
に導体１９を有する。ライナ２２が導体１９と溝２０の
底及び側壁との間に示されている。
【００２５】溝１５中の側壁２７及び底部１７上にＴａ
Ｎ（六方晶）のライナ２３を形成し、それに続いて溝１
５を実質的に埋めるために金属２４を溝１５中に形成す
る。金属２４はＣｕ、Ａｌ、Ｗ及びそれらの合金でよ
い。金属２４はスパッタリング、物理気相付着（ＰＶ
Ｄ）、化学気相付着（ＣＶＤ）または電解メッキによっ
て形成することができる。ライナ２３は窒素雰囲気中で
スパッタリングによって形成することができる。ライナ
２３は例えば上部ＴａＮ（六方晶）に隣接して形成した
Ｔａの第２層を含むことができる。絶縁層１２及び絶縁
層２１は、例えばＳｉＯ2、Ｓｉ3Ｎ4、ポリアミドなど
のポリマー、ダイアモンド様炭素（ＤＬＣ）、及びフッ
ソ化ダイアモンド様炭素（Ｆ−ＤＬＣ）でよい。
【００２６】ライナ２３が六方晶相ＴａＮの高配向層で
ある場合、抵抗率は１５０〜３００μｏｈｍ−ｃｍの範
囲となる。ライナ２３が六方晶相ＴａＮの非高配向層で
ある場合、抵抗率は３００μｏｈｍ−ｃｍより高くな
る。α相のＴａ層をＴａＮ（六方晶）に隣接して形成す
る場合、Ｔａ（α相）の抵抗率は１５〜６０μｏｈｍ−
ｃｍの範囲となる
【００２７】図２は相互接続３４の断面図である。図２
には、例えばＳｉ、ＳｉＧｅ、ＧｅまたはＧａＡｓなど
の半導体基板１６が示されている。基板１６の上には、
例えば二酸化シリコンなどの絶縁層３５がある。絶縁層
３５の上には金属２４で埋めた溝またはトレンチ３８を
有する絶縁層３６が形成されている。絶縁層３６及び金
属２４は化学機械式研磨（ＣＭＰ）によって形成された
共平面の上部表面３９とすることができる。絶縁層４０
が上部表面３９上に形成されている。溝またはトレンチ
４２が絶縁層４０中で金属２４まで形成されている。ラ
イナ２３が溝４２の側壁及び底部上と絶縁層４０の上部
表面４３上（図示せず）に形成されている。溝またはト
レンチ４２は、ライナ２３の上及び上部表面４３上のラ
イナ（図示せず）の上が金属４６で埋められている。過
剰の金属４６及びライナ２３をＣＭＰによって除去する
と、図２に示した平面化上部表面４３が得られる。図２
において、金属２４は例えばＡｌ、金属４６はタングス
テンでよい。
【００２８】図３は相互接続構造５０の断面図である。
図３において、半導体基板１６は熱酸化によって形成さ
れた絶縁層５２をその上に有する。絶縁層５４が絶縁層
５２の上部表面５３上に形成される。溝及びトレンチ５
６が絶縁層５４中に形成され、金属、例えばＡｌで埋め
られる。絶縁層５４と金属２４はＣＭＰで形成された共
平面の上部表面５８を有する。絶縁層１２が上部表面５
８上に形成される。層１２は上部表面１４を有する。溝
１５及びバイア１１が上部表面１４に形成される。ライ
ナ２３が溝１５の側壁２７及び底部１７とバイアまたは
スタッド１１上に形成される。金属２４は、溝１５及び
バイアまたはスタッド１１上のライナ２３の上に形成さ
れる。上部表面１４はＣＭＰで形成された平面状であ
る。絶縁層６２が上部表面１４上に形成される。金属２
４'を露出するための開口６４が層６２中に形成され
る。ライナ２３'が開口６４の側壁６５上及び露出金属
２４上に形成される。ブランケット（全面付着）金属層
６６が絶縁層６２及び金属２４'の上部表面６７上に形
成される。ブランケット金属層６６は配線あるいは相互
接続用の金属パターンを形成するために、図示されてい
ないマスクを通してエッチングされる。図３中、金属層
６６は例えばＡｌでよい。金属２４'は例えばＣｕ、金
属２４は例えばＡｌでよい。
【００２９】図３に示すように、ライナ２３は金属２４
と２４'を分離し、ライナ２３'は金属２４'と金属６６
を分離する。
【００３０】図４は相互接続構造７０の断面図である。
図４において、基板１６はその上に絶縁層７２、例えば
二酸化シリコンを有する。相互接続構造１２が絶縁層７
２の上に形成される。絶縁層６２が上部表面１４上に形
成される。金属２４'を露出するための開口６４が層６
２中に形成される。ライナ２３'が開口６４の側壁６５
上及び露出された金属２４'上に形成される。Ｃ４接点
バンプ７４は通常はＰｂ−Ｓｎであるが、開口６４中の
ライナ２３'上に形成される。Ｃ４バンプは相互接続を
行うために集積回路チップ上に製造されている。Ｃ４バ
ンプは集積回路チップの上に約０．１２５ｍｍだけ延
び、集積回路チップの上部表面の平面に平行な断面が球
形または円形であり、その側面から、基板によって支持
された別の電極への相互接続が行われるバンプの上部表
面まで曲がっている。
【００３１】図２ないし図４において、図１または説明
中の図より前の図の装置に対応する機能に対して同じ参
照記号を使用する。
【００３２】図５は物理気相付着（ＰＶＤ）によって形
成されたＴａＮ（六方晶）薄膜のＸ線回折像のグラフで
ある。高配向及び非配向性のＴａＮ（六方晶）薄膜を作
成するために次のＰＶＤ装置を用いた。直流モードすな
わちＤＣモードまたは無線周波数モードすなわちＲＦモ
ードのマグネトロン・システムを用いてＴａＮ（六方
晶）薄膜を反応性スパッタ付着した。上述の条件下で作
成した高配向及び非配向性のＴａＮ（六方晶）薄膜は、
１５０〜８００μｏｈｍ−ｃｍの範囲の抵抗率を有す
る。図５中、縦軸は強度、横軸は２θを示す。曲線７６
は２つの薄膜のＸ線回折像を示す。第１の薄膜は好まし
い高配向度を有し、第２の薄膜は非配向性である。曲線
７８は約３７°で単一ピークを示す。
【００３３】図５のＸ線で測定した高配向ＴａＮ（六方
晶）薄膜の透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）回折像は、六方晶
相の指標となる環を示し、ＴａＮバリアの六方晶構造が
確認された。
【００３４】図５のＸ線で測定したＴａＮ（六方晶）薄
膜の透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）写真は、大きさが約２０
〜３０ｎｍの高配向性六方晶ＴａＮ結晶粒を示した。
【００３５】別のＴａＮ（六方晶）の透過電子顕微鏡
（ＴＥＭ）写真は、大きさがやはり約２０〜３０ｎｍの
ランダム配向性六方晶ＴａＮ結晶粒を示している。
【００３６】図６はＳｉＯ2／Ｃｕ／ＴａＮ（六方晶）
／Ａｌ多層構造の抵抗と温度の関係を示すグラフであ
る。図６中、縦軸は抵抗（オーム／ｃｍ2）を表し、横
軸は温度（℃）を表す。曲線８０は温度が上昇する際の
抵抗、曲線８２は温度が降下する際の抵抗を示してい
る。曲線８０及び８２は、５００℃以上の温度までＴａ
Ｎ（六方晶）がＣｕをＡｌから分離するのに有効である
との証拠を与える。
【００３７】図７はＣｕをＡｌから分離するＴａＮ（六
方晶）のライナの断面図である。図７中、相互接続構造
が、Ａｌ（Ｃｕ）層８４、ＳｉＯ2絶縁層８５、底部及
び側壁上にライナ８７を備える開口あるいはバイア８６
と共に示されている。開口８６はライナ８７の内側をＣ
ｕ８８で埋められている。過剰のライナ８７及びＣｕ８
８は、絶縁層８５の上部表面８９及びＣｕ８８の上部表
面９０を形成するために、ＣＭＰによって除去されてい
る。５００℃で６時間アニール後のライナ８７は無傷で
かつ明確であり、Ｃｕがライナ８７を通してＡｌ（Ｃ
ｕ）層に浸透しなかったことを示している。
【００３８】図８はＰ−ＭＯＳＦＥＴ（Ｐ型金属酸化物
半導体電界効果トランジスタ）中でケイ化物ゲート接点
とＷスタッドの間で使用される、本発明開示のＴａＮ
（六方晶）バリアを示す断面図である。
【００３９】ＴａＮは、高抵抗率のβ相Ｔａとは対照的
に低い抵抗率のα相Ｔａ（ｒｈｏ＝１５〜６０μｏｈｍ
−ｃｍ）のみを生じるように働くとして知られている利
点を有する。ＴａＮ（六方晶）を使用することにより、
ＴａＮ（六方晶）／α相Ｔａ接合ライナを備えるディー
プ・サブミクロン銅バイアのバイア抵抗は０．２５〜１
オームの範囲の抵抗率となる。この抵抗率は、Ｔａ単独
あるいは他の物質を使用した従来の銅バイア・システム
に比べて約５倍の大幅な改善である。この抵抗率はおそ
らく幾つかの大手半導体メーカによって現在使用されて
いるＡｌ（Ｃｕ）／Ｗバイア・システムよりも１桁良
い。
【００４０】ＴａＮ（六方晶）層単独あるいはＴａ（α
層）の第２の層を伴うＴａＮ層を含むバリア層及び相互
接続構造について説明し例示したが、当業者にとって
は、特許請求の範囲によってのみ限定される本発明の広
い範囲から逸脱することなしに改良及び変更が可能なこ
とは明白であろう。
【００４１】まとめとして、本発明の構成に関して以下
の事項を開示する。
【００４２】（１）閉じ込めるべき第１の物質と第２の
物質との間に置かれ、前記第２の物質を前記第１の物質
から分離する、六方晶相ＴａＮ薄膜を含むバリア層。 （２）前記第１の物質がＣｕ、Ｃｕ合金、Ａｌ、Ａｌ合
金、Ｗ及びＰｂＳｎからなる群から選ばれることを特徴
とする、上記（１）に記載のバリア層。 （３）前記第２の物質がＳｉＯ2、スピンオン・ガラ
ス、Ｓｉ3Ｎ4、ポリアミド、ダイアモンド様炭素（ＤＬ
Ｃ）及びフッ素化ダイアモンド様炭素（Ｆ−ＤＬＣ）、
ＷＳｉ2、ＣｏＳｉ2、ＴｉＳｉ2、ならびにＰｔＳｉか
らなる群から選ばれることを特徴とする、上記（１）に
記載のバリア層。 （４）六方晶相ＴａＮ薄膜が１５０〜３００μｏｈｍ−
ｃｍの抵抗率を有する高配向層であることを特徴とす
る、上記（１）に記載のバリア層。 （５）前記六方晶相ＴａＮ薄膜が３００μｏｈｍ−ｃｍ
より高い抵抗率を有する非高配向層であることを特徴と
する、上記（１）に記載のバリア層。 （６）前記ＴａＮ層に隣接して形成したＴａ層をさらに
含む、上記（１）に記載のバリア層。 （７）前記Ｔａ層がα相であることを特徴とする、上記
（６）に記載のバリア層。 （８）前記Ｔａ層が前記ＴａＮ層上に形成されることを
特徴とする、上記（７）に記載のバリア層。 （９）前記Ｔａ層が１５〜６０μｏｈｍ−ｃｍの範囲の
抵抗率を有することを特徴とする、上記（８）に記載の
バリア層。 （１０）上部及び下部表面と前記上部表面に形成された
複数の溝を有し、少なくとも１つの前記溝が前記下部表
面まで延びて、第１の絶縁層の下の第２の相互接続構造
中の対応する導電性表面を露出させることを特徴とす
る、第１の絶縁層、前記複数の溝の側壁及び底部上と前
記露出されたそれぞれの導電性表面上に形成された六方
晶相ＴａＮの層を含むライナ、及び前記複数の溝中に形
成され、前記複数の溝を実質的に埋める金属を含む相互
接続構造。 （１１）前記金属がＣｕ、Ａｌ、Ｗ及びそれらの合金か
ら成る群から選ばれることを特徴とする、上記（１０）
に記載の相互接続構造。 （１２）前記第１の絶縁層が、ＳｉＯ2、スピンオン・
ガラス、Ｓｉ3Ｎ4、ポリアミド、ダイアモンド様炭素
（ＤＬＣ）及びフッ素化ダイアモンド様炭素（Ｆ−ＤＬ
Ｃ）から成る群から選ばれた物質を含むことを特徴とす
る、上記（１０）に記載の相互接続構造。 （１３）前記六方晶ＴａＮ層が１５０〜３００μｏｈｍ
−ｃｍの範囲の抵抗率を有する高配向層であることを特
徴とする、上記（１０）に記載の相互接続構造。 （１４）前記六方晶ＴａＮ層が３００μｏｈｍ−ｃｍよ
り高い抵抗率を有する非配向層であることを特徴とす
る、上記（１０）に記載の相互接続構造。 （１５）前記ライナが前記六方晶ＴａＮに隣接するＴａ
層をさらに含むことを特徴とする、上記（１０）に記載
の相互接続構造。 （１６）前記Ｔａ層がα相であることを特徴とする、上
記（１２）に記載の相互接続構造。 （１７）前記Ｔａ層が１５〜６０μｏｈｍ−ｃｍの範囲
の抵抗率を有することを特徴とする、上記（１４）に記
載の相互接続構造。 （１８）前記相互接続構造が半導体チップ上に形成され
ることを特徴とする、上記（１０）に記載の相互接続構
造。 （１９）前記相互接続構造がディスプレイ装置上に形成
されることを特徴とする、上記（１０）に記載の相互接
続構造。 （２０）ＳｉＯ2層、多結晶シリコン層、ＴａＮ（六方
晶）層、及び金属層の原子が前記多結晶シリコン層から
分離されている金属層を含むＭＯＳトランジスタのチャ
ンネル上のゲート・スタック。 （２１）前記金属がＷ、Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ａｌ、及びＡ
ｌ合金からなる群から選ばれることを特徴とする、上記
（２０）に記載のゲート・スタック。 （２２）ＳｉＯ2層、多結晶シリコン層、ケイ化物層、
ＴａＮ（六方晶）層、及び金属層の原子が前記ケイ化物
層から分離されている金属層を含むＭＯＳトランジスタ
のチャンネル上のゲート・スタック。 （２３）前記ケイ化物が、ＷＳｉ2、ＣｏＳｉ2、ＴｉＳ
ｉ2、ＴａＳｉ2、及びＰｔＳｉからなる群から選ばれる
ことを特徴とする、上記（２１）に記載のゲート・スタ
ック。 （２４）前記金属がＷ、Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ａｌ、及びＡ
ｌ合金から成る群から選ばれることを特徴とする、上記
（２２）に記載のゲート・スタック。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の断面図である。
【図２】本発明の第２の実施形態の断面図である。
【図３】本発明の第３の実施形態の断面図である。
【図４】本発明の第４の実施形態の断面図である。
【図５】ＴａＮ（六方晶）薄膜のＸ線回折像のグラフで
ある。
【図６】ＳｉＯ2／Ｃｕ／ＴａＮ（六方晶）／Ａｌ層状
構造の抵抗と温度の関係を示すグラフである。
【図７】ＣｕをＡｌから分離するためのＴａＮ（六方
晶）のライナの断面図である。
【図８】本発明の第５の実施形態の断面図である。
【符号の説明】
１０ 相互接続構造 １２ 絶縁層 １５ 溝 １６ 半導体チップ １８ 相互接続構造 １９ 導体 ２０ 溝 ２１ 絶縁層 ２３ ライナ ２４ 金属
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 パトリック・ウィリアム・デハーヴェン アメリカ合衆国12603 ニューヨーク州ポ ーキープシー チェリー・ヒル・ドライブ 203 (72)発明者 ダニエル・チャールズ・エーデルステイン アメリカ合衆国10801 ニューヨーク州ニ ュー・ロッシェル グラマシー・プレース 15 (72)発明者 デービッド・ピーター・クラウス アメリカ合衆国10598 ニューヨーク州ヨ ークタウン・ハイツ リッジ・ストリート 2444 (72)発明者 ジェームズ・マンリー・ポラード・ザサー ド アメリカ合衆国06801 コネチカット州ベ セル サクソン・ロード ２ (72)発明者 キャロル・エル・スタニス アメリカ合衆国04101 メイン州ポートラ ンド イースタン・プロムナード 208 (72)発明者 シプリアン・エメカ・ウゾフ アメリカ合衆国12533 ニューヨーク州ホ ープウェル・ジャンクション ブリッジ・ ストリート 657

Claims (24)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】閉じ込めるべき第１の物質と第２の物質と
    の間に置かれ、前記第２の物質を前記第１の物質から分
    離する、六方晶相ＴａＮ薄膜を含むバリア層。
  2. 【請求項２】前記第１の物質がＣｕ、Ｃｕ合金、Ａｌ、
    Ａｌ合金、Ｗ及びＰｂＳｎからなる群から選ばれること
    を特徴とする、請求項１に記載のバリア層。
  3. 【請求項３】前記第２の物質がＳｉＯ2、スピンオン・
    ガラス、Ｓｉ3Ｎ4、ポリアミド、ダイアモンド様炭素
    （ＤＬＣ）及びフッ素化ダイアモンド様炭素（Ｆ−ＤＬ
    Ｃ）、ＷＳｉ2、ＣｏＳｉ2、ＴｉＳｉ2、ならびにＰｔ
    Ｓｉからなる群から選ばれることを特徴とする、請求項
    １に記載のバリア層。
  4. 【請求項４】六方晶相ＴａＮ薄膜が１５０〜３００μｏ
    ｈｍ−ｃｍの抵抗率を有する高配向層であることを特徴
    とする、請求項１に記載のバリア層。
  5. 【請求項５】前記六方晶相ＴａＮ薄膜が３００μｏｈｍ
    −ｃｍより高い抵抗率を有する非高配向層であることを
    特徴とする、請求項１に記載のバリア層。
  6. 【請求項６】前記ＴａＮ層に隣接して形成したＴａ層を
    さらに含む、請求項１に記載のバリア層。
  7. 【請求項７】前記Ｔａ層がα相であることを特徴とす
    る、請求項６に記載のバリア層。
  8. 【請求項８】前記Ｔａ層が前記ＴａＮ層上に形成される
    ことを特徴とする、請求項７に記載のバリア層。
  9. 【請求項９】前記Ｔａ層が１５〜６０μｏｈｍ−ｃｍの
    範囲の抵抗率を有することを特徴とする、請求項８に記
    載のバリア層。
  10. 【請求項１０】上部及び下部表面と前記上部表面に形成
    された複数の溝を有し、少なくとも１つの前記溝が前記
    下部表面まで延びて、第１の絶縁層の下の第２の相互接
    続構造中の対応する導電性表面を露出させることを特徴
    とする、第１の絶縁層、 前記複数の溝の側壁及び底部上と前記露出されたそれぞ
    れの導電性表面上に形成された六方晶相ＴａＮの層を含
    むライナ、及び前記複数の溝中に形成され、前記複数の
    溝を実質的に埋める金属を含む相互接続構造。
  11. 【請求項１１】前記金属がＣｕ、Ａｌ、Ｗ及びそれらの
    合金から成る群から選ばれることを特徴とする、請求項
    １０に記載の相互接続構造。
  12. 【請求項１２】前記第１の絶縁層が、ＳｉＯ2、スピン
    オン・ガラス、Ｓｉ3Ｎ4、ポリアミド、ダイアモンド様
    炭素（ＤＬＣ）及びフッ素化ダイアモンド様炭素（Ｆ−
    ＤＬＣ）から成る群から選ばれた物質を含むことを特徴
    とする、請求項１０に記載の相互接続構造。
  13. 【請求項１３】前記六方晶ＴａＮ層が１５０〜３００μ
    ｏｈｍ−ｃｍの範囲の抵抗率を有する高配向層であるこ
    とを特徴とする、請求項１０に記載の相互接続構造。
  14. 【請求項１４】前記六方晶ＴａＮ層が３００μｏｈｍ−
    ｃｍより高い抵抗率を有する非配向層であることを特徴
    とする、請求項１０に記載の相互接続構造。
  15. 【請求項１５】前記ライナが前記六方晶ＴａＮに隣接す
    るＴａ層をさらに含むことを特徴とする、請求項１０に
    記載の相互接続構造。
  16. 【請求項１６】前記Ｔａ層がα相であることを特徴とす
    る、請求項１２に記載の相互接続構造。
  17. 【請求項１７】前記Ｔａ層が１５〜６０μｏｈｍ−ｃｍ
    の範囲の抵抗率を有することを特徴とする、請求項１４
    に記載の相互接続構造。
  18. 【請求項１８】前記相互接続構造が半導体チップ上に形
    成されることを特徴とする、請求項１０に記載の相互接
    続構造。
  19. 【請求項１９】前記相互接続構造がディスプレイ装置上
    に形成されることを特徴とする、請求項１０に記載の相
    互接続構造。
  20. 【請求項２０】ＳｉＯ2層、 多結晶シリコン層、 ＴａＮ（六方晶）層、及び金属層の原子が前記多結晶シ
    リコン層から分離されている金属層を含むＭＯＳトラン
    ジスタのチャンネル上のゲート・スタック。
  21. 【請求項２１】前記金属がＷ、Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ａｌ、
    及びＡｌ合金からなる群から選ばれることを特徴とす
    る、請求項２０に記載のゲート・スタック。
  22. 【請求項２２】ＳｉＯ2層、 多結晶シリコン層、 ケイ化物層、 ＴａＮ（六方晶）層、及び金属層の原子が前記ケイ化物
    層から分離されている金属層を含むＭＯＳトランジスタ
    のチャンネル上のゲート・スタック。
  23. 【請求項２３】前記ケイ化物が、ＷＳｉ2、ＣｏＳｉ2、
    ＴｉＳｉ2、ＴａＳｉ2、及びＰｔＳｉからなる群から選
    ばれることを特徴とする、請求項２１に記載のゲート・
    スタック。
  24. 【請求項２４】前記金属がＷ、Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ａｌ、
    及びＡｌ合金から成る群から選ばれることを特徴とす
    る、請求項２２に記載のゲート・スタック。
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