[發明專利]一種碳氮摻雜的金屬鈷薄膜、其制備方法及用途

在審

• 申請號: 201910068247.X
• 申請日: 2019-01-24
• 公開（公告）號: CN109609927A
• 公開（公告）日: 2019-04-12
• 發明（設計）人: 丁士進;朱寶;丁子君;劉文軍;張衛
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: C23C16/18
• 分類號: C23C16/18;C23C16/44;H01L21/02
• 代理公司: 上海元好知識產權代理有限公司 31323
• 代理人: 賈慧琴;劉琰

本發明公開了一種碳氮摻雜的金屬鈷薄膜、其制備方法及用途，該方法包含至少一個反應循環，每個反應循環包含以下步驟：S1，向反應腔中通入Co(EtCp)₂蒸汽，使其與反應腔中的襯底表面充分反應；S2，向反應腔中通入無氧保護氣氛吹洗；S3，向反應腔中通入NH₃等離子體，使其與含有Co(EtCp)₂的襯底表面充分發生化學反應；S4，向反應腔中通入無氧保護氣氛以將未反應NH₃等離子體及反應副產物吹洗干凈，獲得碳氮摻雜的金屬鈷薄膜；其中，碳氮摻雜的金屬鈷薄膜厚度依循環數而定。本發明提供的方法工藝流程簡單易控，與集成電路制造工藝兼容性好，生長溫度低，生長溫度區間大，電阻率低，表面均勻平整。

技術領域

本發明屬于半導體薄膜材料的制造領域，涉及針對Cu互連技術中金屬粘附層的制備工藝，尤其涉及一種碳氮摻雜的金屬鈷薄膜、其制備方法及用途。

背景技術

對于傳統的集成電路銅互連工藝，在介質材料所形成的雙鑲嵌溝槽和通孔內部電鍍銅前，需要采用PVD(Physical Vapor Deposition,物理氣相沉積)技術依次沉積TaN、Ta和Cu籽晶層，其中TaN充當銅擴散阻擋材料，Ta作為銅粘附層，Cu籽晶層作為電鍍銅的成核層。然而隨著集成電路工藝邁向14nm以下技術節點，溝槽和通孔的直徑變得越來越小，深寬比也變得越來越大，因此需要沉積超薄銅擴散阻擋層(<3nm)，以增加銅金屬線所占體積比例，從而保證互連線電阻維持在較低的數值。此外，PVD技術因為臺階覆蓋率低，無法實現薄膜在高深寬比結構中的無孔隙沉積，從而導致阻擋層性能退化。CVD(Chemical VaporDeposition，化學氣相沉積)較PVD而言，具有相對較好的臺階覆蓋性(理想的臺階覆蓋是指薄膜在襯底表面各個方向上厚度一致，也稱為共形臺階覆蓋)，但需要很高的沉積溫度(通常高于420℃)，很難與集成電路后道工藝相兼容。

為了解決上述問題，一種稱為無籽晶銅擴散阻擋層的概念被提出。對于無籽晶銅擴散阻擋層，Ru或者Co因為與Cu之間具有良好的潤濕性，Cu可以直接在Ru或者Co表面電鍍。也就是說Ru或者Co可以直接充當銅粘附層和成核層的功能。

發明內容

本發明的目的是解決上述技術問題，提供一種可以實現低溫沉積、薄膜組成和厚度均勻、薄膜厚度精確可控且電阻率較低的碳氮摻雜的金屬鈷薄膜的制備方法，并且該碳氮摻雜的金屬鈷薄膜與目前的Cu互連工藝和CMOS器件制造工藝有很好的兼容性，具有很好的市場應用前景。

為達到上述目的，本發明提供了一種碳氮摻雜的金屬鈷薄膜的制備方法，該方法包含至少一個反應循環，每個反應循環包含以下步驟：

S1，向反應腔中通入Co(EtCp)₂蒸汽，使其與反應腔中的襯底表面充分反應；

S2，向反應腔中通入無氧保護氣氛以將未反應的Co(EtCp)₂蒸汽吹洗干凈；

S3，向反應腔中通入NH₃等離子體，使其與含有Co(EtCp)₂的襯底表面充分發生化學反應；

S4，向反應腔中通入無氧保護氣氛以將未反應NH₃等離子體及反應副產物吹洗干凈，獲得碳氮摻雜的金屬鈷薄膜；

其中，碳氮摻雜的金屬鈷薄膜厚度依循環數而定。

上述的碳氮摻雜的金屬鈷薄膜的制備方法，其中，所述的襯底選擇硅基襯底、氧化物襯底、氮化物襯底和金屬襯底中的任意一種。優選地，所述的襯底選擇SiO₂襯底。

上述的碳氮摻雜的金屬鈷薄膜的制備方法，其中，每個反應循環中，反應腔加熱到可以防止Co(EtCp)₂冷凝的溫度即可，優選為125-225℃。