[发明专利]一种用于纳米集成电路的铜扩散阻挡层的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体集成电路技术领域，具体涉及一种阻止铜扩散的新型阻挡层材料及其制备方法。

背景技术

在现代集成电路的铜互连技术中，通常采用Cu/low-k双镶嵌工艺来制备铜互连结构，在刻蚀好的通孔中淀积钽(Ta)／氮化钽(TaN)双层结构作为铜的扩散阻挡层，然后淀积较厚的铜籽晶层以获得良好的电镀铜层。有效的阻挡层必须既能阻止铜扩散进入介质层，又能改善阻挡层与介质层之间的粘附性。众所周知，在0.13微米的技术节点中，Ta/TaN双层阻挡层已经被成功应用于工业铜互连技术中。然而，随着集成电路最小特征尺寸逐渐缩小到32nm或以下，这种结构将面临各种挑战。随着沟槽和通孔高宽比的大幅度增加，由物理气相沉积(PVD)方法溅射的扩散阻挡层和籽晶铜层的台阶覆盖性变得较差，可能会导致沟槽和通孔产生空洞。因此采用超薄的能够直接电镀铜的扩散阻挡层，不仅能够简化工艺，还可以减轻由于台阶覆盖特性不好的扩散阻挡层和铜籽晶层所带来的各种问题。

原子层淀积（ALD）是一种在经过表面活性处理的衬底上利用表面饱和反应，对温度和反应物通量不太敏感的淀积方法。原子层淀积与普通的化学沉积有相似之处，但是在原子层淀积过程中，新一层原子膜的化学反应是直接与前一层相关联的，这种方式使每次反应只淀积一层原子，因此通过控制反应周期的数量就可以精准的控制薄膜的厚度。相对于传统的淀积工艺而言，原子层淀积方法在薄膜的均匀性、阶梯覆盖率以及厚度控制等方面都具有明显的优势，它顺应了工业界向更低热预算方向发展的趋势。但是原子层淀积的生长过程需要满足其化学吸附反应的要求，选择合适的反应源以及设计适当的生长工艺参数用来作为阻挡层材料的淀积至关重要。

发明内容

本发明的目的在于提出一种超薄的能够直接电镀铜的扩散阻挡层材料，可以有效解决Cu/low-k双镶嵌工艺所面临的沟槽和通孔中空洞的产生以及由于台阶覆盖特性不好的扩散阻挡层和铜籽晶层所带来的严重问题。

为达到本发明的上述目的，本发明提出了一种铜的扩散阻挡层的制备方法，具体步骤包括：

在第一层金属互连层上形成互连通孔；

然后形成第一层金属薄膜；

采用原子层淀积技术在第一层金属薄膜上形成第二层金属薄膜；

最后形成铜互连结构。

其中，所述的第二层金属薄膜的原子层淀积过程包括：

①.将基片放入原子层淀积反应腔中，并加热反应腔至工艺温度；

②.通入第二层金属的金属有机物前驱体；

③.通入氮气、氩气或者氦气等惰性气体带走残余的金属有机物前驱体；

④.通入氨气或者氧气等氧化剂蒸汽；

⑤.再次通入氮气、氩气或者氦气等惰性气体带走残余的氧化剂蒸汽；

⑥.重复进行步骤②-步骤⑤，直至达到所需求的薄膜厚度；

⑦.通入氢气或者甲烷等还原性气体，得到所需求的金属薄膜。

进一步地，所述的第一层金属为TaN。所述的第二层金属为Co或者为Ru。

更进一步地，当所述的第二层金属为Co时，采用的金属有机物前驱体包括但不局限于乙酰丙酮钴(Co(C₅H₇O₂)₂)；当所述的第二层金属为Ru时，采用的金属有机物前驱体包括但不局限于CpRu(CO)₂Et。

本发明所提出的铜的扩散阻挡层材料及其制备方法具有以下优点：

选用合适的反应前躯体，采用原子层沉积技术在TaN层上生长Co或者Ru，可以得到用于32nm或以下工艺节点中的互连中的扩散阻挡层，克服PVD淀积Ta/TaN双层结构作为铜的扩散阻挡层在台阶覆盖和保形性上的不足，有效解决Cu/low-k双镶嵌工艺中所面临的沟槽和通孔中空洞的产生以及电迁移稳定性的严重问题。

相对于Ta/TaN阻挡层结构，Co/Cu和Ru/Cu结构的黏附性大于Ta/Cu结构的黏附性，使得Co和Ru直接作为电镀籽晶层成为可能。

附图说明

图1为本发明所提出的采用原子层沉积技术制备Co或Ru等金属薄膜的工艺流程图。

图2-图6为本发明所提供的制备铜的扩散阻挡层的一个实施例的工艺流程图。

具体实施方式

图1为本发明所提出的采用原子层淀积方法制备Co或者Ru等金属薄膜的工艺流程图，按照此工艺方法制备Co薄膜的实施例的具体工艺过程包括：