[發明專利]一種Zr-B-O-N薄膜、Cu互連結構及其制備方法

在審

• 申請號: 202110667577.8
• 申請日: 2021-06-16
• 公開（公告）號: CN113403597A
• 公開（公告）日: 2021-09-17
• 發明（設計）人: 孟瑜;宋忠孝;李雁淮;宋寶睿
• 申請（專利權）人: 西安交通大學;西安交通大學蘇州研究院
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/18;C23C14/06;C23C14/58;H01L23/538;H01L21/768
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 馬貴香

本發明提供一種Zr?B?O?N薄膜、Cu互連體及其制備方法，以ZrB₂復合靶為靶材，在N₂和Ar混合氣氛下進行反應磁控濺射，在基底上沉積得到Zr?B?O?N薄膜在所述的Zr?B?O?N薄膜上沉積Cu層得到Cu互連結構。本發明得到的Zr?B?O?N薄膜為非晶結構，具有擴散阻擋性能，能解決Cu互連結構中Cu擴散的問題。

技術領域

本發明屬于半導體集成電路制造技術領域，具體涉及一種Zr-B-O-N薄膜、Cu互連結構及其制備方法。

背景技術

隨著微電子器件特征尺寸的逐漸減小，Cu互連技術已進入微納米時代。低溫下Cu容易與Si或介質層發生界面擴散反應，生成高電阻銅硅化合物，增加互連體系電阻，進一步導致器件失效。通常在Cu與介質層之間加入一層擴散阻擋層，可以有效解決Cu擴散問題，同時改善Cu膜與介質層之間的結合性能。理想的阻擋層材料應具備厚度薄、耐高溫性好、化學性質穩定、結構致密且與基體結合良好等特點。目前阻擋層材料的研究仍以過渡族金屬及其化合物為主，具有非晶或納米晶結構的合金阻擋層成為主流研究方向。

ZrB₂具有許多優異的性能，如高熔點(3040℃)、高熱導率(130w/mK)、低電阻率(4.6μΩ·cm)，以及良好的耐腐蝕性、抗氧化性和耐磨性能，可用作高溫陶瓷材料和擴散阻擋層材料。例如，在SiC基底上沉積ZrB₂薄膜，可以用來解決類似傳統Ni/SiC肖特基二極管中肖特基觸點與n型碳化硅的相互擴散和熱穩定性差的問題。然而，沉積態ZrB₂薄膜通常呈現納米晶結構，其晶界為Cu的擴散提供快速擴散通道，不能解決Cu擴散問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種Zr-B-O-N薄膜、Cu互連體及其制備方法，得到的Zr-B-O-N薄膜為非晶結構，具有擴散阻擋性能，能解決Cu互連結構中Cu擴散的問題。

本發明是通過以下技術方案來實現：

一種Zr-B-O-N薄膜的制備方法，以ZrB₂復合靶為靶材，在N₂和Ar混合氣氛下進行反應磁控濺射，在基底上沉積得到Zr-B-O-N薄膜。

優選的：所述N₂和Ar的氣體流量比為1：(3～5)。

優選的：反應磁控濺射采用射頻濺射或直流濺射。

優選的：基底為硅基底。

優選的：N₂和Ar純度均為99.99％。

采用所述的制備方法得到的Zr-B-O-N薄膜。

優選的：所述的Zr-B-O-N薄膜，其厚度為2～10nm。

一種Cu互連結構，在所述的Zr-B-O-N薄膜上沉積Cu層得到。

優選的：以Cu靶為靶材，通過磁控濺射方法在Zr-B-O-N薄膜上沉積Cu，然后進行真空退火處理，得到Cu互連結構。

進一步的：真空退火處理的溫度為500-650℃。

與現有技術相比，本發明具有以下有益的技術效果：

本發明采用反應磁控濺射技術在ZrB₂薄膜中摻入N、O非金屬元素(氧來自濺射室的殘余氣體)，通過非金屬元素摻雜得到的Zr-B-O-N薄膜為非晶結構，作為Cu與介質層之間的擴散阻擋層，延長了Cu原子的擴散路徑，從而有效改善其阻擋性能。本發明Zr-B-O-N薄膜厚度均勻，結構致密，與基底結合良好，并且提供了阻擋層的高熱穩定性和擴散阻擋性能。

本發明Zr-B-O-N薄膜中具有致密的非晶結構，厚度薄，與基底結合良好，熱穩定性和擴散阻擋性能優異。可以作為擴散阻擋層，設置在Cu與介質層之間，可以有效解決Cu擴散問題。