[發明專利]一種合金化銅Cu(Ni)無擴散阻擋層互連結構及其制備方法

在審

• 申請號: 201811362802.1
• 申請日: 2018-11-15
• 公開（公告）號: CN109461714A
• 公開（公告）日: 2019-03-12
• 發明（設計）人: 李旭;汪蕾;董松濤;王琦;李源梁
• 申請（專利權）人: 江蘇科技大學
• 主分類號: H01L23/532
• 分類號: H01L23/532;H01L21/768;C23C14/16;C23C14/35
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發明公開了一種合金化銅Cu(Ni)無擴散阻擋層互連結構及其制備方法，所述Cu(Ni)無擴散阻擋層是采用磁控濺射鍍膜法在Si基體上制備合金化銅Cu(Ni)薄膜。所述制備方法包括如下步驟：(a)用導電膠將純Ni片貼在銅靶上；(b)基片清洗后用氮氣吹干；(c)磁控濺射鍍膜；(d)退火處理，冷卻后取出，得到Cu(Ni)薄膜。本發明采用的鍍膜方法是真空下磁控濺射沉積薄膜法，此方法效率高，制得到的薄膜具有純度高、均勻致密、附著性好等優點；本發明的濺射過程可控性強，可以通過調節濺射過程中的氬氣流量和功率來控制濺射的速率；本發明通過控制Ni靶的數量來調節Cu(Ni)阻擋層的成分，系統地證明了Cu(Ni)阻擋層高熱穩性，避免了實驗誤差。

技術領域

本發明涉及硅互連的阻擋層及其制備方法，具體為一種合金化銅Cu(Ni)無擴散阻擋層互連結構及其制備方法。

背景技術

目前，特大規模集成電路(ULSI)朝著深亞微米級芯片制造、封裝向小型化、高密度化和多芯片化方向發展，Al作為其中的互連結構材料，已滿足不了市場的需要。Cu互連材料由于其電阻率更低、導熱性更好、抗電子遷移能力更強以及功耗更低等優勢，已取代Al互連結構材料，成為集成電路互連材料產業中的核心材料。但是Cu和Si之間在高溫下極易發生擴散，從而形成銅的硅化物，這種產物電阻率高而且容易造成電路短路，降低電路使用壽命，于是需要在Cu和Si之間制備擴散阻擋層。由于互連線尺寸的不斷減小，厚度薄且具有良好的阻擋性能及電學性能的擴散阻擋層的制備變得越來越具有挑戰性，并且為了滿足互連材料的退火工藝，阻擋層在高溫下的穩定性能要求也越來越高。

發明內容

發明目的：本發明目的是提供一種高熱穩定性的合金化銅Cu(Ni)無擴散阻擋層互連結構，本發明的另一目的是提供一種效率高、過程可控的合金化銅Cu(Ni)無擴散阻擋層互連結構的制備方法。

技術方案：本發明所述的一種合金化銅Cu(Ni)無擴散阻擋層互連結構，合金化銅Cu(Ni)的成分占比是Cu_98.34Ni_1.66/Si、Cu_96.41Ni_3.59/Si或Cu_90.84Ni_9.16/Si，將Cu_98.34Ni_1.66/Si記作Cu(Ni)₁，Cu_96.41Ni_3.59/Si記作Cu(Ni)₂，Cu_90.84Ni_9.16/Si記作Cu(Ni)₃。

Cu(Ni)無擴散阻擋層是采用磁控濺射鍍膜法在Si基體上制備合金化銅Cu(Ni)薄膜。

Cu(Ni)₁的Ni的原子百分比為1.66at.％，所述Cu(Ni)₂的Ni的原子百分比為3.59at.％，所述Cu(Ni)₃的Ni的原子百分比為9.16at.％。

合金化銅Cu(Ni)薄膜的厚度為納米級。

一種合金化銅Cu(Ni)無擴散阻擋層互連結構的制備方法，包含以下步驟：

(1)用導電膠將純Ni片貼在銅靶上，導電膠被純Ni片完全覆蓋，以防止導電膠對薄膜的制備產生污染，濺射靶材純Ni片均勻放置在離銅靶垂直高度為15～25mm的區域，因為該區域的濺射率最大，純Ni片的數量為1～3片，較好的實現了對Ni含量的控制，保證了其在實際應用中的穩定性；

(2)選用(100)取向的單晶硅片，分別使用丙酮、酒精和去離子水對硅片采用超聲波清洗10～15分鐘，以除去影響薄膜與襯底的黏附性的表面灰塵和油漬，接著將硅片放置到質量分數為3～6wt％的HF溶液中浸泡1～3分鐘，用去離子水清洗后，再用氮氣吹干；