[發明專利]一種擴散阻擋層薄膜的制備方法

無效

• 申請號: 200910073011.1
• 申請日: 2009-09-29
• 公開（公告）號: CN101673705A
• 公開（公告）日: 2010-03-17
• 發明（設計）人: 李宜彬;赫曉東;呂宏振;孫玉芳
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H01L21/768
• 分類號: H01L21/768;C23C14/35
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所
• 代理人: 韓末洙

技術領域

本發明涉及集中電路中一種銅與硅之間擴散阻擋層的制備方法。?

背景技術

隨著芯片集成度的不斷提高，互連材料線寬尺寸不斷縮小，Al作為互連材料其性能已難以滿足集成電路的要求。與Al相比，Cu具有更低的電阻率和更高的抗電遷移性能，更高的熱傳導系數，因而逐漸成為取代Al的首選互連材料。但是由于Cu在Si、SiO₂及大部分介質中的擴散快的特性，且Cu與Si在200℃時即發生反應，生成Cu₃Si，使器件失效，因而需要在Cu與Si之間添加擴散阻擋層。Ru具有電阻率較低，且Ru和Cu的粘合性好等優點，因而被認為最有可能成為下一代應用在大規模生產中的阻擋層材料。經過研究發現，Ru薄膜阻擋層材料中Cu在很低的溫度下便會發生擴散；這是因為Ru生長成柱狀的顯微結構，與Si襯底垂直，銅會很容易地通過晶界擴散并和Si發生反應，使阻擋層失效。在Ru薄膜中摻入N雖然可以有效地阻礙Cu向Si中擴散形成硅化物，提高阻擋層的熱穩定性；但由于Ru和N原子間化學鍵合強度很低，使N可以在高溫下發生脫氣現象，經退火后N原子向Cu/Ru界面處擴散并溢出，最終導致Cu層分裂，使得Cu和Si之間的擴散繼續。?

發明內容

本發明的目的是為了解決現有銅與硅之間Ru-N薄膜擴散阻擋層無法有效阻擋銅(Cu)原子和硅(Si)原子之間的擴散問題；而提供了Ru-TiN擴散阻擋層薄膜的制備方法。?

本發明中Ru-TiN擴散阻擋層薄膜的制備方法是由下述步驟實現的：一、將硅基片放入磁控濺射鍍膜設備的真空腔中，利用等離子體對硅基片濺射清洗；二、在氮氣和氬氣的氣氛下，以釕和鈦作為靶陰極采用磁控共濺射法對經步驟一處理的硅基片進行沉積，時間為600s，其中沉積過程中，靶陰極釕的濺射功率均為100W，靶陰極鈦的濺射功率為100～220W，氬氣的流量為10～25sccm，氮氣的流量為5～20sccm，工作氣壓固定為10mTorr；三、以10℃/min?升溫速率升溫至400～700℃，保溫對經步驟二處理的硅基片進行熱退火60min，真空條件下冷卻至室溫；即得到Ru-TiN擴散阻擋層薄膜。?

本發明阻擋層薄膜材料的表面非常平滑。本發明通過磁控濺射的方法在材料中引入鈦(Ti)原子，利用Ti原子和N原子間強化學鍵有效的抑制了N在高溫下溢出的問題，從而極大程度地提高了阻擋層的性能；與Ru-N阻擋層相比，本發明Ru-TiN阻擋層薄膜材料阻擋Cu原子擴散的性能明顯優于Ru-N材料，由于Ti的摻入抑制了N的溢出，在高達700℃的溫度下仍能有效阻擋Cu原子的擴散，顯著提高了工作溫度。?

附圖說明