[发明专利]一种扩散阻挡层薄膜的制备方法无效
| 申请号： | 200910073011.1 | 申请日： | 2009-09-29 |
| 公开（公告）号： | CN101673705A | 公开（公告）日： | 2010-03-17 |
| 发明（设计）人： | 李宜彬;赫晓东;吕宏振;孙玉芳 | 申请（专利权）人： | 哈尔滨工业大学 |
| 主分类号： | H01L21/768 | 分类号： | H01L21/768;C23C14/35 |
| 代理公司： | 哈尔滨市松花江专利商标事务所 | 代理人： | 韩末洙 |
| 地址： | 150001黑龙江*** | 国省代码： | 黑龙江;23 |
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| 摘要： | |||
| 搜索关键词： | 一种 扩散 阻挡 薄膜 制备 方法 | ||
技术领域
本发明涉及集中电路中一种铜与硅之间扩散阻挡层的制备方法。
背景技术
随着芯片集成度的不断提高，互连材料线宽尺寸不断缩小，Al作为互连材料其性能已难以满足集成电路的要求。与Al相比，Cu具有更低的电阻率和更高的抗电迁移性能，更高的热传导系数，因而逐渐成为取代Al的首选互连材料。但是由于Cu在Si、SiO2及大部分介质中的扩散快的特性，且Cu与Si在200℃时即发生反应，生成Cu3Si，使器件失效，因而需要在Cu与Si之间添加扩散阻挡层。Ru具有电阻率较低，且Ru和Cu的粘合性好等优点，因而被认为最有可能成为下一代应用在大规模生产中的阻挡层材料。经过研究发现，Ru薄膜阻挡层材料中Cu在很低的温度下便会发生扩散；这是因为Ru生长成柱状的显微结构，与Si衬底垂直，铜会很容易地通过晶界扩散并和Si发生反应，使阻挡层失效。在Ru薄膜中掺入N虽然可以有效地阻碍Cu向Si中扩散形成硅化物，提高阻挡层的热稳定性；但由于Ru和N原子间化学键合强度很低，使N可以在高温下发生脱气现象，经退火后N原子向Cu/Ru界面处扩散并溢出，最终导致Cu层分裂，使得Cu和Si之间的扩散继续。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有铜与硅之间Ru-N薄膜扩散阻挡层无法有效阻挡铜(Cu)原子和硅(Si)原子之间的扩散问题；而提供了Ru-TiN扩散阻挡层薄膜的制备方法。
本发明中Ru-TiN扩散阻挡层薄膜的制备方法是由下述步骤实现的：一、将硅基片放入磁控溅射镀膜设备的真空腔中，利用等离子体对硅基片溅射清洗；二、在氮气和氩气的气氛下，以钌和钛作为靶阴极采用磁控共溅射法对经步骤一处理的硅基片进行沉积，时间为600s，其中沉积过程中，靶阴极钌的溅射功率均为100W，靶阴极钛的溅射功率为100～220W，氩气的流量为10～25sccm，氮气的流量为5～20sccm，工作气压固定为10mTorr；三、以10℃/min 升温速率升温至400～700℃，保温对经步骤二处理的硅基片进行热退火60min，真空条件下冷却至室温；即得到Ru-TiN扩散阻挡层薄膜。
本发明阻挡层薄膜材料的表面非常平滑。本发明通过磁控溅射的方法在材料中引入钛(Ti)原子，利用Ti原子和N原子间强化学键有效的抑制了N在高温下溢出的问题，从而极大程度地提高了阻挡层的性能；与Ru-N阻挡层相比，本发明Ru-TiN阻挡层薄膜材料阻挡Cu原子扩散的性能明显优于Ru-N材料，由于Ti的掺入抑制了N的溢出，在高达700℃的温度下仍能有效阻挡Cu原子的扩散，显著提高了工作温度。
附图说明
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H01L 半导体器件；其他类目中不包括的电固体器件
H01L21-00 专门适用于制造或处理半导体或固体器件或其部件的方法或设备
H01L21-02 .半导体器件或其部件的制造或处理
H01L21-64 .非专门适用于包含在H01L 31/00至H01L 51/00各组的单个器件所使用的除半导体器件之外的固体器件或其部件的制造或处理
H01L21-66 .在制造或处理过程中的测试或测量
H01L21-67 .专门适用于在制造或处理过程中处理半导体或电固体器件的装置；专门适合于在半导体或电固体器件或部件的制造或处理过程中处理晶片的装置
H01L21-70 .由在一共用基片内或其上形成的多个固态组件或集成电路组成的器件或其部件的制造或处理；集成电路器件或其特殊部件的制造
