[發明專利]一種化學鍍制備ULSI-Cu布線擴散阻擋層NiCoB薄膜的方法有效

申請號：	201610827712.X	申請日：	2016-09-18
公開（公告）號：	CN107104076B	公開（公告）日：	2019-02-05
發明（設計）人：	陳秀華;王月春;馬文會	申請（專利權）人：	云南大學
主分類號：	H01L21/768	分類號：	H01L21/768
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地址：	650091 云***	國省代碼：	云南;53
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摘要：
搜索關鍵詞：	一種化學制備 ulsi cu 布線擴散阻擋 nicob 薄膜方法
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【說明書】：

本發明涉及化學鍍制備超大規模集成電路亞45nm級銅互連擴散阻擋層的制備方法，屬于化學鍍領域。對于化學鍍制備NiCoB擴散阻擋層薄膜的單晶硅基體采用鈀原子活化法，用化學鍍方法在單晶硅基體上沉積一層40nm厚的NiCoB薄膜作為擴散阻擋層，然后用化學鍍方法沉積Cu膜，最后沉積一層NiCoB薄膜。本發明研究了NiCoB薄膜作為擴散阻擋層的阻擋性能，其具有失效溫度高，結合力強，電阻率低，具有磁性等優點且本發明的NiCoB鍍液穩定性好，鍍速高。

技術領域

本發明屬于化學鍍應用技術領域，特別是化學鍍制備超大規模集成電路亞45nm級銅互連線和擴散阻擋層的工藝方法。

背景技術

隨著超大規模集成電路的不斷發展，RC延遲成為限制器件速度性能的一個重要因素。銅由于其高導電性和電遷移性已被用來代替鋁做為集成電路的互連線。但是銅與硅的粘附性較差且銅在二氧化硅中擴散速度極快，并在低至200℃時即可與硅發生反應生成高電阻的銅硅化合物，此外銅不會形成抗腐蝕的氧化層，會使設備的性能惡化。因此需要在銅與硅之間插入擴散阻擋層來阻止銅的擴散以及增強銅的粘附性，同時還需要在銅的表面制備抗氧化層來防止銅的腐蝕。

用于制備擴散阻擋層薄膜的方法主要有物理氣相沉積(PVD)、化學氣相沉積(CVD)、原子層沉積(ALD)、電鍍以及化學鍍等。化學鍍具有操作溫度低，鍍層覆蓋率好，操作簡單，成本低等優點，故本發明采用化學鍍法制備擴散阻擋層薄膜。

化學鍍制備超大規模集成電路銅互連擴散阻擋層的研究較多，國內外對化學鍍制備擴散阻擋層的研究多集中在鎳系和鈷系合金，如：A.Abdel Aal等人研究了不同元素比例的CoWP薄膜的性能，Yishi Tao等人研究了W的加入對NiP阻擋性能的影響，Tetsuya Osaka等人發現W的加入會降低NiB合金的阻擋性能，Dian-long Liu等人研究了Ni–Mo–P合金的阻擋性能。對于擴散阻擋層薄膜的研究已有很多報道，然而能滿足ULSI-Cu布線的理想擴散阻擋層材料仍未找到，尋找性能優異的擴散阻擋層材料仍是業內人士的重要任務。

Ni-B薄膜具有良好的導電性，粘附性，低的孔隙率和優異的電學性能，鈷具有高熔點、高熱導率，優異的電磁學性能。故本發明采用化學鍍方法制備NiCoB薄膜，以期獲得具有良好的粘附性能，電學性能，阻擋效果優異的阻擋層薄膜。

發明內容

本發明利用化學鍍制備NiCoB薄膜，主要目的是獲得電學性能優異，具有良好粘附性能和阻擋性能的NiCoB擴散阻擋層薄膜。

為了實現上述目的，在化學鍍之前首先對單晶硅基體進行清洗、粗化、敏化、活化和解膠等預處理。其次用化學鍍方法制備NiCoB/Cu/NiCoB/Si樣品。

化學鍍制備NiCoB薄膜的工藝參數為：

絡合劑：Na₃C₆H₅O₇·2H₂O：41.174g/L，C₄O₆H₄KNa·4H₂O：14.1115g/L；

主鹽：NiSO₄·6H₂O：28.914g/L，CoSO₄·7H₂O：8.433g/L；

還原劑：DMAB：2.3568g/L；

加速劑：NH₄F：1g/L；

pH緩沖劑：CH₃COONa·3H₂O：15g/L；

溫度：80℃；

pH：11。