[發明專利]一種抑制銅互連結構中銅氧化的方法

無效

• 申請號: 200910199054.4
• 申請日: 2009-11-19
• 公開（公告）號: CN101710577A
• 公開（公告）日: 2010-05-19
• 發明（設計）人: 丁少鋒;謝琦;屈新萍
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: H01L21/768
• 分類號: H01L21/768
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;盛志范

技術領域

本發明屬于微電子技術領域，具體為一種抑制Ru增強Cu氧化的方法。

背景技術

隨著器件尺寸進一步縮小，為了減薄Cu擴散阻擋層的厚度，增加互連線的電導率，無籽晶Cu互連技術(Cu直接電鍍在擴散阻擋層上)越來越受到重視。與鉭(Ta)相比，釕(Ru)與Cu具有更好的粘附性，其良好的導電性以及與ALD工藝的兼容性使其成為超薄Cu電鍍籽晶層的首選材料。實驗結果表明Ru與TaN薄膜一起具有非常優良的銅擴散阻擋性能，因此，人們認為引入Ru在互連工藝中會大大提高整個互連體系的性能。

在互連工藝中，銅在工藝中的氧化不可避免，銅的氧化會導致銅的有效電阻率增大，接觸性能變差，從而使得互連延遲增大，降低集成電路的性能以及可靠性。實驗結果發現，當引入Ru后，由于Ru對Cu的增強氧化，經過退火工藝后，Cu的氧化問題更加嚴重。無論是采用物理氣相淀積(Physical?vapor?deposition，PVD)工藝還是化學氣相淀積(Chemicalvapor?Deposition)CVD)或者原子層淀積(Atomic?Layer?Deposition，ALD)工藝，Ru上的Cu經過退火后，從350℃開始就出現Cu₂O峰，這表明Ru膜上的Cu薄膜在一定退火溫度區間有嚴重的氧化現象。而在用Ta基擴散阻擋層上看不到這一現象。我們稱之為Ru對Cu的氧化增強效應。這種現象對于當采用Ru作為黏附層的更小尺寸的銅互連結構是很不利的，使后期工藝中的處理變得復雜，一般要采用H₂氣氛退火和腐蝕去除表面的氧化層。

發明內容

本發明的目的是提供一種抑制集成電路互連工藝中Ru增強Cu氧化效應的方法。

本發明利用在黏附層或擴散阻擋層材料中摻入C的方法來抑制該Ru氧化增強效應。其步驟為：在襯底上制備擴散阻擋層，再制備黏附層Ru，然后沉積Cu籽晶層或直接電鍍銅，得到銅互連結構，其中在制備擴散阻擋層的時候摻入C，使擴散阻擋層成為摻C的擴散阻擋層；或者在制備粘附層時摻入C，使黏附層Ru成為摻C的黏附層。然后再繼續淀積Cu籽晶層或者直接電鍍銅，在一定溫度退火后，原有的Ru增強Cu氧化被抑制。

本發明中，C的摻入量為該摻C層(摻C黏附層或摻C擴散阻擋層)總質量的5～50％。

本發明所述的前一種抑制氧化的方法，是在介質、或者Si或者SiO₂襯底上淀積摻入C的擴散阻擋層，淀積的方法包括原子層淀積、化學氣相淀積、物理氣相淀積等任何一種方法，其起始擴散阻擋層可以是為Ti，Ta等一元、TaN，TiN，WN，VN，Ru(N)等兩元或者TaSiN，TiSiN等一些多元氮化物。摻入的方法和原始淀積方法相關，如采用濺射這一物理氣相淀積方法時，可以采用多靶共濺射的方法摻入C，也可以采用制備金屬-C合金靶的方法摻入C。濺射仍然是目前大規模集成電路工藝制備互連阻擋層/籽晶層的最主流的方法。當采用原子層淀積方法時，先體采用有機金屬氧化物源時，其先體中本身就含有C，在后期工藝中可以保留C在薄膜中。然后再在擴散阻擋層上淀積Ru薄膜作為后續銅工藝中的黏附層或者電鍍籽晶層。然后用濺射方法或者電鍍方法繼續制備銅薄膜，完成一層互連工藝。

上述方法中，C的摻入量為該摻C擴散阻擋層總質量的5～50％。

本發明所述的另一種抑制氧化的方法，是在已經淀積好擴散阻擋層的襯底上淀積摻入C的Ru薄膜(RuC)。該擴散阻擋層可以是為Ti，Ta等一元、TaN，TiN，WN，VN，Ru(N)等兩元或者TaSiN，TiSiN等一些多元氮化物。淀積RuC的方法可以采用濺射蒸發等物理氣相淀積方法，或者原子層淀積、化學氣相淀積等任何一種方法。濺射仍然是目前大規模集成電路工藝制備互連阻擋層/籽晶層的最主流的方法。對于濺射來說，可以采用Ru靶和C靶共濺射的方法，通過控制功率和時間來控制摻入C的含量；也可以采用RuC合金靶濺射的方法，通過控制起始靶中C的含量來控制薄膜摻入C的含量。最后再在RuC薄膜上濺射Cu或者電鍍銅，得到需要的互連結構。

上述方法中，C的摻入量為該摻C黏附層總質量的5～50％。

附圖說明

圖1.樣品結構示意圖。其中(a)Cu/Ru/摻C的擴散阻擋層/Si或介質，(b)Cu/RuC/擴散阻擋層/Si或介質結構。

圖2在線XRD測試譜(In-situ?XRD)，在線升溫速率為0.2℃/s。樣品結構分別為(a)Cu/Ru/TaCN/Si，(b)Cu/RuC/TaN/Si。