[發明專利]一種自組裝擴散阻擋層銅互連材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201811364870.1
• 申請日: 2018-11-15
• 公開（公告）號: CN109706429A
• 公開（公告）日: 2019-05-03
• 發明（設計）人: 汪蕾;李旭;董松濤;王琦;李源梁;朱熠霖
• 申請（專利權）人: 江蘇科技大學
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/16;C23C14/58
• 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

本發明公開了一種自組裝擴散阻擋層銅互連材料及其制備方法，所述材料的異質結構層形式為Cu(W)/Si，其中W的原子百分數為1～5at％。所述制備方法包括以下步驟：(1)將W片貼在銅靶上；(2)對硅片超聲波清洗，隨后取出硅片并用氮氣將其吹干(3)將貼有W片的銅靶和清洗后的硅片放入真空室，向上濺射鍍膜；(4)關閉真空腔門，將腔室抽真空至氣壓低于5Pa；(5)關閉機械泵打開分子泵抽真空，通入氬氣；(6)調節工作氣壓至0.8～1.2Pa，對樣品進行預濺射；(7)打開擋板，濺射30～40min；(8)將樣品退火冷卻后取出，得到Cu(W)/Si互連材料。本發明所制得的樣品雜質少、純度高，W的適量摻雜使其不僅擁有良好的擴散阻擋性能和粘附性能，還具備高溫穩定性、較低的電阻率。

技術領域

本發明涉及銅互連材料及其制備方法，具體為一種自組裝擴散阻擋層銅互連材料及其制備方法。

背景技術

近年，超大規模集成電路發展迅猛，芯片面積迅速增大，集成密度越趨密集，器件的特征尺寸開始進入到深度納米級領域。由于Al互連線容易導致電路的互連延遲時間增大、電流密度增加，引起電遷移和應力遷移，嚴重降低了電路的可靠性，Al作為互連材料早已不再滿足市場需求。Cu由于具有較低的阻抗和較好的抗電子遷移能力，正逐步取代Al作為集成電路中的主要互連結構材料。然而，在溫度達到200℃左右時Cu便會通過晶界和缺陷等擴散通道進入Si界面，隨后與Si反應生成電阻率極高的銅硅化合物，這會導致互連材料失效，電路損壞。由于在生產互連線的工藝中要求對互連材料進行高溫退火，因此，無可避免的就要求Cu和Si之間需要一層擴散阻擋層以防止二者接觸。

發明內容

發明目的：本發明目的是提供一種高熱穩定性、低電阻率的自組裝擴散阻擋層銅互連材料，本發明的另一目的是提供一種工藝簡單、操作方便、制膜質量高的自組裝擴散阻擋層銅互連材料的制備方法。

技術方案：本發明所述的一種自組裝擴散阻擋層銅互連材料，其異質結構層形式為Cu(W)/Si，其中W的原子百分數為1～5at％。

本發明所述的制備方法，包括以下步驟：

(1)將W片通過導電膠貼在銅靶上，導電膠被W片完全覆蓋，防止導電膠對薄膜的制備產生污染，W片所貼位置距離銅靶中心0～20mm，該區域濺射率是最大的，W片的長、寬均為3～5mm，厚度為1～2mm；

(2)分別依次使用丙酮、酒精和去離子水對(100)取向的單晶硅片超聲波清洗，清洗時間均為10～15min，清洗次數各為1～3次，隨后取出硅片并用氮氣將其吹干；

(3)將貼有W片的銅靶和清洗后的硅片放入真空室，貼有W片的銅靶在下，清洗后的硅片在上，向上濺射鍍膜；

(4)關閉真空腔門，使用機械泵將腔室抽真空至氣壓低于5Pa；

(5)關閉機械泵打開分子泵抽真空至腔室氣壓到達5.0×10^-4～7.0×10^-4Pa，開始通入氣體流量為20～30sccm的氬氣；

(6)調節工作氣壓至0.8～1.2Pa，擋上擋板，使用20～50W的功率對樣品進行預濺射2～6min，除去其表面的氧化層以及污漬，保證Cu(W)薄膜的純度和質量；

(7)打開擋板，使用100～110W的功率濺射30～40min；

(8)將樣品350～450℃退火冷卻后取出，得到Cu(W)/Si互連材料。