[發明專利]一種可控自形成Cu3Ge/TiN雙層擴散阻擋層制備方法

有效

• 申請號: 201410254176.X
• 申請日: 2014-06-10
• 公開（公告）號: CN104022075A
• 公開（公告）日: 2014-09-03
• 發明（設計）人: 劉波;張彥坡;林黎蔚
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: H01L21/768
• 分類號: H01L21/768
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于半導體集成電路制造工藝技術領域，涉及一種適用于超深亞微米Cu互連用的可控自形成Cu₃Ge/TiN雙層擴散阻擋層制備方法。

背景技術

銅(Cu)具有低阻、高抗電遷移性能，已取代鋁(Al)成為當今高性能超大規模硅(Si)集成電路主流互連材料，見文獻[Delsol?R,?Jacquemin?J?P,?Gregoire?M,?Girault?V,?Federspiel?X,?Bouyssou?R?X,?Vannier?P,?Normandon?P.?Microelectron?Eng,?2006;?83:?2377]。但Cu與Si低溫下(<300℃)直接反應形成高阻Cu₃Si化合物相，且Cu易擴散至Si基體內形成深能級雜質，弱化器件性能，見文獻?[B.?Liu,?Z.X.?Song,?Y.H.?Li,?K.W.?Xu,?Appl.?Phys.?Lett.?93/17?(3008)]。因此，如何選擇適當的具有低電阻率和良好阻隔性能的材料來抑止Cu與Si基體或Si基介質間的相互擴散仍然是工業界和學術界的研究熱點問題。

國際半導體發展規劃預言，2016年14?nm節點技術要求其互連結構中阻擋層厚度縮減至2?nm，見文獻[The?international?Technology?Roadmap?for?Semiconductors?(ITRS),?2003]。傳統阻擋層材料如Ta/TaN在此尺度下的穩定性面臨巨大挑戰。諸多文獻研究表明采用Cu基合金(CuM?(M=Ti、Mg、Ti、Al、?Ti、?Ru、WN、等))直接沉積在Si或SiO₂基體上，通過后續退火處理驅使合金元素擴散至Cu(M)/Si界面并反應形成數納米厚鈍化層，如TiSi_yO_x，TiO_x，TiO_x，MgO和Al_yO_x等的自形成阻擋層技術可能是解決此技術瓶頸的一種有效途徑，見文獻[Kohama?K,?Ito?K,?Tsukimoto?S,?Mori?K,?Maekawa?K,?Murakami?M.?J.?Electron.?Mater.,?2008,?37:?1148]和[Iijima?J,?Haneda?M?,?Koike?J.?Proc?IEEE?IITC?2006,?155]。然而，在升溫初期，尚未達到合金元素擴散所需的熱動力學條件(通常大于400℃)時，合金中的Cu原子與Si或SiO₂基介質間已發生互擴散反應(＜300℃)，最終引發器件性能惡化，見文獻[Liu?A?Y,?Cohen?M?L.?Phys.?Rev.?B,?1990,?41(15):?10727]和[Aboelfotoh?M?O,?Svensson?B?G.?Phys.?Rev.?B,?1991,?44(23):?12742]。