(57)【要約】【課題】銅バック・エンド集積回路技術において、有機系ｌｏｗ−ｋ層間誘電体を用いる先端技術には、誘電体として酸化物を用いる回路では起こらない炭素汚染の問題がある。【解決手段】銅線用の複合ライナ層は、最下層として、炭素および他の汚染物質をゲッタリングする性質があるＴｉを用いる。銅と反応して高抵抗化合物を生成するというＴｉの問題は、Ｔｉと銅を分離するＴｉＮ層を付け加えることにより避けられる。【選択図】図１
2004158851.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の層間誘電体に埋め込まれた１組の高融点材料コンタクトを設けるステップと、
前記第１の層間誘電体上に配置された、炭素を含む第２の層間誘電体を設けるステップと、
前記第１の層間誘電体に１組の開口部を形成し、それらの少なくともいくつかが前記コンタクトのいくつかの上部表面を露出させ、それにより炭素、酸素および窒素からなる群からの汚染物質が前記上部表面に堆積するステップと、
Ｔｉからなる第１のライナ層を前記１組の開口部に堆積させて、前記Ｔｉが前記汚染物質をゲッタリングするステップと、
第２の遮断ライナ層を前記第１のライナ層上に堆積させるステップと、
前記開口部の前記第２のライナ層上に銅を堆積させて相互接続層を形成するステップと
を含む電気相互接続構造形成方法。
【請求項２】
前記電気相互接続構造が集積回路の一部分である請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記１組の金属コンタクトの少なくともいくつかがタングステンである請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記１組の金属コンタクトの少なくともいくつかがタングステンである請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記第１のライナ層が前記汚染物質をゲッタリングするのに十分な厚さを有する請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記第１のライナ層が前記汚染物質をゲッタリングするのに十分な厚さを有する請求項２に記載の方法。
【請求項７】
前記第１のライナ層が前記汚染物質をゲッタリングするのに十分な厚さを有する請求項４に記載の方法。
【請求項８】
前記第１のライナ層が２ｎｍを超える厚さを有する請求項２に記載の方法。
【請求項９】
前記第１のライナ層が２ｎｍを超える厚さを有する請求項５に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１のライナ層が２ｎｍを超える厚さを有する請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
前記第２の遮断ライナ層が前記Ｔｉと前記銅を分離するのに十分な厚さを有する請求項４に記載の方法。
【請求項１２】
前記第２の遮断ライナ層の材料がＴｉＮおよびＴａからなる群から選択される請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
Ｔａからなる第３のライナ層を堆積させるステップを含む請求項４に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１のライナ層がＰＶＤおよびＣＶＤの一方により堆積される請求項４に記載の方法。
【請求項１５】
前記第２のライナ層がＣＶＤにより堆積される請求項４に記載の方法。
【請求項１６】
第１の層間誘電体に埋め込まれた１組の高融点材料コンタクトと、
炭素を含む第１の層間誘電体と、
前記第１の誘電体の１組の開口部に配置された第１のレベルの銅相互接続であって、それらの開口部の少なくともいくつかが前記高融点材料コンタクトのいくつかの上部表面を前記第１のレベルの銅相互接続に対して露出している銅相互接続とを備える相互接続構造であって、前記銅相互接続が、
前記１組の開口部の、Ｔｉからなる第１のライナ層と、
前記第１のライナ層上に配置された、ＴｉＮからなる第２のライナ層と、
前記開口部の前記第２のライナ層上に配置された銅相互接続部材と
を備える相互接続構造。
【請求項１７】
前記相互接続構造が集積回路内に含まれる請求項１６に記載の相互接続構造。
【請求項１８】
前記高融点材料がタングステンであり、前記第１のライナ層が、前記高融点材料コンタクトのいくつかの前記上部表面からゲッタリングされた炭素を含む請求項１７に記載の相互接続構造。
【請求項１９】
Ｔａからなる第３のライナ層をさらに備える請求項１８に記載の相互接続構造。
【請求項２０】
前記第１のライナ層が炭素をゲッタリングするのに十分な厚さを有し、前記第３のライナ層が前記Ｔｉと前記銅を分離するのに十分な厚さを有する請求項１８に記載の相互接続構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の分野は、バック・エンドについて銅相互接続とｌｏｗ−ｋ誘電体を用いる集積回路、特に、銅相互接続に機械的および電気的に接続しているタングステンまたは他の高融点金属コンタクトを有する回路の製造の分野である。
【背景技術】
【０００２】
集積回路のバック・エンドでアルミニウムを銅に置き換える工程を開発する途中で、当業者は、銅が拡散するかもしくは別の仕方で漏れて、誘電体と反応すること、または汚染物資が銅と反応すること、あるいはその両方を防ぐために、銅を裏打ちする（line）または取り囲む必要があることをすぐに悟った。
【０００３】
様々なライナ（liner）が試みられ、様々な組合せの強みと弱点が知られるようになった。一般的に満足できるものであったこのような組合せの１つがＴａＮ／Ｔａである。
【０００４】
しかし、ｌｏｗ−ｋ層間誘電体の特定の場合には、ダマシン方式の幾何形状に銅相互接続を保持するようにトレンチおよびバイアを形成するプロセスにより、炭素が誘電体材料から放出され（例えば、スパッタリングにより）下側の露出した導体表面上に堆積する。この炭素は２つの相互接続レベル間、特にＷコンタクトと次のレベルの銅の間の境界面で開路の著しい一因となる。
【０００５】
Ｔｉは、炭素を非常に効果的にゲッタリングし、また酸素および窒素もゲッタリングするという性質があることが見出されている。残念ながら、当業者は知っているように、ＴｉはＣｕと反応して高抵抗の化合物を生成する。したがって、当業者は、ＴｉがＣｕ相互接続を裏打ちするための適切な材料と考えない。
【０００６】
さらに、寸法が縮小するにつれ、ライナが薄いことが重要になる。ライナが厚すぎると、Ｃｕは細くなりすぎ、抵抗が大きくなりすぎるであろう。ライナに層を付け加えると、どれも銅の量を減少させ、したがってまた相互接続の抵抗を増加させる。
【０００７】
このように、当業者はｌｏｗ−ｋ誘電体に埋め込まれたＣｕ相互接続のためのライナを提供するという問題を解決することができなかった。酸化物誘電体−Ｔａ／ＴａＮ−で用いられた解決法は適切でない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、炭素を構成成分とするｌｏｗ−ｋ誘電体に埋め込まれた、より下のレベルの高融点材料と接触する銅相互接続ライナに関する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の特徴は、ＴｉＮの上側層で被覆されたＴｉの下側層を使用することである。
【００１０】
本発明の別の特徴は、Ｔｉ＼ＣＶＤ−ＴｉＮ＼Ｔａからなる３層である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は、本発明によるバック・エンドの一部分を示しており、Ｗコンタクト５０が、誘電体２０、例えば酸化物の開口部に形成されており、基板１０に形成されたトランジスタまたは他のデバイスの電極と接触している。
【００１２】
本発明が取り組んだ問題は、コンタクト５０の上部表面と、ＳｉＬＫ（商標）などのｌｏｗ−ｋ誘電体２５に埋め込まれる銅である次のレベルの相互接続との間を接触させるというものである。当業者は、他の多くのｌｏｗ−ｋ誘電体がそうであるように、この誘電体が炭素を含むことを知っている。炭素は、銅部材６０が堆積（この用語に、プレーティング、スパッタリング、ＣＶＤ、ＰＶＤなどを含める）される開口部を形成する工程の間に、飛び出すか、あるいは別の仕方で放出される。さらに、酸素または窒素あるいはその両方が、付着しているかあるいは化合物の形態で、表面に存在しうる。これらの２種の元素もまた電気的コンタクトの品質を劣化させる。
【００１３】
本発明によれば、コンタクト５０の上部表面に落下した炭素、酸素および窒素をゲッタリングするのに十分な公称厚になるまで堆積させたＴｉにより、概略的に１つまたは複数のライナを示すコンポジット・ライナ６２内に含まれる第１のライナ層または膜が形作られる。このような汚染の主な発生機構は誘電体からの飛び出し（sputtering）であるが、他の源と発生機構も可能性がある。例示的には、第１の層の厚さは、２〜５ｎｍであり、ＰＶＤまたはＣＶＤにより堆積される。
【００１４】
次に、例えばＣＶＤによりＴｉＮの第２のライナ層が、やはりコンポジット・ライナ６２の一部として堆積される。この層の機能は、ＴｉおよびＣｕが接触し反応して高抵抗率の層を形成することを防ぐことである。
【００１５】
炭素は銅を保持するトレンチの底面全体に堆積しうるので、Ｔｉをトレンチ底部にくまなく堆積させるべきである。ライナの伝導率は、コンタクト５０との境界面でだけ問題であろうが、炭素汚染の問題はこの領域に限定されない。
【００１６】
任意選択で、１０〜２０ｎｍの厚さに、Ｔａの第３のライナ層を堆積させてもよい。Ｔａは、Ｃｕと良好な境界面を形成する、すなわちエピタキシャルであるという利点があり、エレクトロマイグレーションに対する優れた抵抗性がある。さらにＴａ層は遮断層でもある。このように、Ｔａ層が遮断層と境界面改良層を合わせたものとして使用されるならば、腐蝕の危険性があるＴｉＮを省くことができる。
【００１７】
当業者は、望むなら、コンタクト５０の表面のスパッタ洗浄または他の洗浄などのような他の任意選択のステップを実施しうるということに気付くであろう。通常、銅のシード層が最終のライナ層に載せられる。
【００１８】
前記２層は、現在の技術による部材６０の基準厚１７５〜１９０ｎｍに比べると、合わせて８ｎｍの厚さである。ライナの厚さは銅相互接続の全厚さの無視できない部分であり、ＲＣ時定数および他の回路特性に認められる作用を及ぼす。同様に、コンタクト５０の上部表面で、基準直径は１２０ｎｍであり、ライナ層はその１６ｎｍを占める。Ｔａからなる第３の層（基準値として、１０〜２０ｎｍ）を加えることは厚さを増加させるだけである。
【００１９】
Ｔｉからなる第１のライナ層の最少厚さは、汚染物質をゲッタリングする必要に応じて決められるであろう。ＴｉＮからなる第２のライナ層の最少厚さは、ＴｉおよびＣｕを遮断または分離する必要に応じて決められるであろう。これらのライナはまた銅を閉じ込め、このことは、ゲッタリングのためにまたＴｉを遮断するために必要とされる以上に、要求厚さを増加させうる別の制約である。それぞれの場合に、設計者は製造時のバラツキを許容しうるように余裕を取るであろう。
【００２０】
実験により、本発明によるＷ−Ｃｕコンタクトの歩留りは、ＴａＮ／Ｔａの従来技術よりずっと優れていることが示された。１つの実験では、本発明による試験構造の歩留りは１００％であったが、従来技術の組合せの対応する歩留りは〜８０％であった。
【００２１】
図２は図１に似て、デュアル・ダマシン開口部での対応する構造を示しており、銅相互接続６０’が、表面形状に沿った層６２’の上に配置されている。加工処理にはそれほど違いがないが、ライナの堆積は、当業者に知られているように、ライナ層がよりよく形状に沿うように調節される。
【００２２】
当業者は、Ｍ０、Ｍ１などのより下のレベルの接続あるいは基板のコンタクト部分に、タングステン以外の材料、例えば他の高融点金属またはポリシリコン（合わせて高融点材料と呼ばれる）を用いることができることを理解するであろう。関心のある部分はコンタクト表面であり、その表面で終端となる相互接続部材の形状に依らないので、構造的コンポーネントは高融点金属コンタクトと呼ばれるであろう。構造の種類は集積回路に限定されず、同じ材料で製造される他の構造、例えばパッケージ構造または電気機械的システムなどにも本発明を利用することができる。構造がその上に作られる材料はシリコンに限定されず、ＳｉＧｅおよびＧａＡｓあるいは他の材料を用いてもよい。
【００２３】
本発明が１つの好ましい実施形態により記載されたが、当業者は、特許請求の範囲の精神と範囲内の様々な変形形態で本発明を実施しうることを認めるであろう。
【００２４】
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。
【００２５】
（１）第１の層間誘電体に埋め込まれた１組の高融点材料コンタクトを設けるステップと、
前記第１の層間誘電体上に配置された、炭素を含む第２の層間誘電体を設けるステップと、
前記第１の層間誘電体に１組の開口部を形成し、それらの少なくともいくつかが前記コンタクトのいくつかの上部表面を露出させ、それにより炭素、酸素および窒素からなる群からの汚染物質が前記上部表面に堆積するステップと、
Ｔｉからなる第１のライナ層を前記１組の開口部に堆積させて、前記Ｔｉが前記汚染物質をゲッタリングするステップと、
第２の遮断ライナ層を前記第１のライナ層上に堆積させるステップと、
前記開口部の前記第２のライナ層上に銅を堆積させて相互接続層を形成するステップと
を含む電気相互接続構造形成方法。
（２）前記電気相互接続構造が集積回路の一部分である上記（１）に記載の方法。
（３）前記１組の金属コンタクトの少なくともいくつかがタングステンである上記（１）に記載の方法。
（４）前記１組の金属コンタクトの少なくともいくつかがタングステンである上記（２）に記載の方法。
（５）前記第１のライナ層が前記汚染物質をゲッタリングするのに十分な厚さを有する上記（１）に記載の方法。
（６）前記第１のライナ層が前記汚染物質をゲッタリングするのに十分な厚さを有する上記（２）に記載の方法。
（７）前記第１のライナ層が前記汚染物質をゲッタリングするのに十分な厚さを有する上記（４）に記載の方法。
（８）前記第１のライナ層が２ｎｍを超える厚さを有する上記（２）に記載の方法。
（９）前記第１のライナ層が２ｎｍを超える厚さを有する上記（５）に記載の方法。
（１０）前記第１のライナ層が２ｎｍを超える厚さを有する上記（７）に記載の方法。
（１１）前記第２の遮断ライナ層が前記Ｔｉと前記銅を分離するのに十分な厚さを有する上記（４）に記載の方法。
（１２）前記第２の遮断ライナ層の材料がＴｉＮおよびＴａからなる群から選択される上記（１１）に記載の方法。
（１３）Ｔａからなる第３のライナ層を堆積させるステップを含む上記（４）に記載の方法。
（１４）前記第１のライナ層がＰＶＤおよびＣＶＤの一方により堆積される上記（４）に記載の方法。
（１５）前記第２のライナ層がＣＶＤにより堆積される上記（４）に記載の方法。
（１６）第１の層間誘電体に埋め込まれた１組の高融点材料コンタクトと、
炭素を含む第１の層間誘電体と、
前記第１の誘電体の１組の開口部に配置された第１のレベルの銅相互接続であって、それらの開口部の少なくともいくつかが前記高融点材料コンタクトのいくつかの上部表面を前記第１のレベルの銅相互接続に対して露出している銅相互接続とを備える相互接続構造であって、前記銅相互接続が、
前記１組の開口部の、Ｔｉからなる第１のライナ層と、
前記第１のライナ層上に配置された、ＴｉＮからなる第２のライナ層と、
前記開口部の前記第２のライナ層上に配置された銅相互接続部材と
を備える相互接続構造。
（１７）前記相互接続構造が集積回路内に含まれる上記（１６）に記載の相互接続構造。
（１８）前記高融点材料がタングステンであり、前記第１のライナ層が、前記高融点材料コンタクトのいくつかの前記上部表面からゲッタリングされた炭素を含む上記（１７）に記載の相互接続構造。
（１９）Ｔａからなる第３のライナ層をさらに備える上記（１８）に記載の相互接続構造。
（２０）前記第１のライナ層が炭素をゲッタリングするのに十分な厚さを有し、前記第３のライナ層が前記Ｔｉと前記銅を分離するのに十分な厚さを有する上記（１８）に記載の相互接続構造。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】シングル・ダマシン・コンタクトの、いくらか概略的な絵による横断面図である。
【図２】デュアル・ダマシン・コンタクトの、いくらか概略的な絵による横断面図である。
【符号の説明】
【００２７】
１０  基板
２０  誘電体
２５  ｌｏｗ−ｋ誘電体
５０  Ｗコンタクト
６０  銅部材
６０’  銅相互接続
６２  コンポジット・ライナ
６２’  表面形状に沿った層
【図１】
2004158851.tif 000003
【図２】
2004158851.tif 000004