[發明專利]鎢酸鋯－銅梯度復合薄膜的制備方法

無效

• 申請號: 200710023646.1
• 申請日: 2007-10-15
• 公開（公告）號: CN101117705A
• 公開（公告）日: 2008-02-06
• 發明（設計）人: 嚴學華;程曉農;宋娟;趙國平
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/06;C23C14/54;C23C14/58
• 代理公司: 南京知識律師事務所
• 代理人: 汪旭東

技術領域

本發明專利涉及一種復合薄膜的制備方法，特指ZrW₂O₈/Cu梯度復合薄膜及采用射頻磁控共濺射+后續還原熱處理的制備方法，通過該方法的實施，可以獲得高導電、高導熱、熱膨脹系數連續變化、層間應力平緩過渡的梯度功能薄膜。

背景技術

在電子領域，集成電路中器件的互連是一個重要的工藝步驟，對互連導電材料有著嚴格的要求。典型的布線金屬是Al(摻Si或Cu)。但是隨著VLSI(超大集成電路)集成度的增加，布線線條尺寸的進一步減小，鋁布線的電遷移現象(導致相鄰金屬走線間短路與開路)和鋁硅互溶問題(當滲入Si中的Al到達結面時引起PN結漏電增加甚至短路)將導致鋁布線的可靠性下降。為解決這一問題，可考慮采用抗電遷移特性明顯優于Al的Cu來代替傳統的Al作為布線材料，并且Cu具有更低的電阻率，可以減小互連線上的電阻(Al電阻率為3μΩ·m，Cu電阻率為1.7μΩ·m)。以前由于很難解決Cu的刻蝕問題，在實際生產中一直未得到廣泛使用。目前采用化學機械拋光技術和所謂的“大馬士格鑲嵌技術”成功地回避了過去Cu刻蝕難的問題，實現了銅金屬化布線。對特征尺寸小于0.25μm的工藝，銅布線是必須采用的技術。同時，隨著集成度的增加，芯片上的能量也急速增加，每個芯片上產生的能量達10w以上。硅芯片散發的能量如此之大，使得芯片溫度上升，而硅與金屬銅的熱膨脹系數相差很大，硅的熱膨脹系數為2.4×10^-6/K，銅的熱膨脹系數為16.6×10^-6/K，這將帶來界面熱應力匹配問題，因此考慮采用負熱膨脹(NTE)材料來與熱膨脹系數大的金屬銅梯度復合來緩和熱膨脹系數差異引起的熱應力。

目前研究較多的具有負熱膨脹性能的材料之一為ZrW₂O₈。它具有三個比較突出的性能：具有比較寬的負熱膨脹溫度范圍；其α相的負熱膨脹系數比較大；具有各向同性【1～4】。自1996年以來，世界材料學家們以ZrW₂O₈粉末作為研究對象，集中揭示其負熱膨脹的機理和相關性能上。

為改善ZrW₂O₈導熱性能差，導電性能差的缺點，可利用ZrW₂O₈的負熱膨脹特性與Cu的高導電、高導熱性能，通過復合工藝制備出ZrW₂O₈/Cu復合材料。

采用冷等靜壓法可合成ZrW₂O₈/Cu復合塊體材料【5-8】，但是這類復合體材料還有諸多問題需解決，如在冷等靜壓過程中，立方相ZrW₂O₈會產生相變而導致復合效果的降低。此外，孔向陽等于2000年提出了采用化學鍍工藝制備出致密的ZrW₂O₈/Cu復合粉體【9】。因此，高導熱、低膨脹的ZrW₂O₈/Cu復合材料目前還是局限于塊體、粉體材料的制備上。高導電、高導熱、熱膨脹系數連續變化、層間應力平緩過渡的梯度功能薄膜將適應超大規模集成電路發展的需要。

目前合成ZrW₂O₈薄膜的方法有電子束蒸發法【10】，溶膠-凝膠法【11】，射頻磁控濺射法【12-13】。用電子束蒸發法來蒸發粉狀的鎢酸鋯制備得到了ZrW₂O₈負熱膨脹薄膜，但蒸發的過程比較難以控制，制備的薄膜偏離其源材料的化學計量；溶膠-凝膠法制備ZrW₂O₈具有很大的經驗性，制備參數難以量化。而射頻磁控濺射法(RF-MS)制備的薄膜，具有基體溫升低、成膜速度快、膜成分均勻、膜層性能穩定、薄膜附著強度高等優點，而倍受關注。利用微波ECR等離子體增強沉積系統，采用磁控濺射方法并進行后續還原熱處理制備鎢酸鋯-銅復合薄膜，迄今為止沒有任何報道或專利文獻可參考。利用該種方法，通過調整源靶材的濺射功率、濺射時間和后熱處理條件，可以得到成分連續變化的梯度復合薄膜，從而達到獲得高導電、高導熱、熱膨脹系數連續變化、層間應力平緩過渡的梯度功能薄膜的目的

參考文獻：