[发明专利]一种可控自形成Cu3Ge/TiN双层扩散阻挡层制备方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体集成电路制造工艺技术领域，涉及一种适用于超深亚微米Cu互连用的可控自形成Cu₃Ge/TiN双层扩散阻挡层制备方法。

背景技术

铜(Cu)具有低阻、高抗电迁移性能，已取代铝(Al)成为当今高性能超大规模硅(Si)集成电路主流互连材料，见文献[Delsol R, Jacquemin J P, Gregoire M, Girault V, Federspiel X, Bouyssou R X, Vannier P, Normandon P. Microelectron Eng, 2006; 83: 2377]。但Cu与Si低温下(<300℃)直接反应形成高阻Cu₃Si化合物相，且Cu易扩散至Si基体内形成深能级杂质，弱化器件性能，见文献 [B. Liu, Z.X. Song, Y.H. Li, K.W. Xu, Appl. Phys. Lett. 93/17 (3008)]。因此，如何选择适当的具有低电阻率和良好阻隔性能的材料来抑止Cu与Si基体或Si基介质间的相互扩散仍然是工业界和学术界的研究热点问题。

国际半导体发展规划预言，2016年14 nm节点技术要求其互连结构中阻挡层厚度缩减至2 nm，见文献[The international Technology Roadmap for Semiconductors (ITRS), 2003]。传统阻挡层材料如Ta/TaN在此尺度下的稳定性面临巨大挑战。诸多文献研究表明采用Cu基合金(CuM (M=Ti、Mg、Ti、Al、 Ti、 Ru、WN、等))直接沉积在Si或SiO₂基体上，通过后续退火处理驱使合金元素扩散至Cu(M)/Si界面并反应形成数纳米厚钝化层，如TiSi_yO_x，TiO_x，TiO_x，MgO和Al_yO_x等的自形成阻挡层技术可能是解决此技术瓶颈的一种有效途径，见文献[Kohama K, Ito K, Tsukimoto S, Mori K, Maekawa K, Murakami M. J. Electron. Mater., 2008, 37: 1148]和[Iijima J, Haneda M , Koike J. Proc IEEE IITC 2006, 155]。然而，在升温初期，尚未达到合金元素扩散所需的热动力学条件(通常大于400℃)时，合金中的Cu原子与Si或SiO₂基介质间已发生互扩散反应(＜300℃)，最终引发器件性能恶化，见文献[Liu A Y, Cohen M L. Phys. Rev. B, 1990, 41(15): 10727]和[Aboelfotoh M O, Svensson B G. Phys. Rev. B, 1991, 44(23): 12742]。