[发明专利]一种化学镀制备ULSI-Cu布线扩散阻挡层NiCoB薄膜的方法

说明书

本发明涉及化学镀制备超大规模集成电路亚45nm级铜互连扩散阻挡层的制备方法，属于化学镀领域。对于化学镀制备NiCoB扩散阻挡层薄膜的单晶硅基体采用钯原子活化法，用化学镀方法在单晶硅基体上沉积一层40nm厚的NiCoB薄膜作为扩散阻挡层，然后用化学镀方法沉积Cu膜，最后沉积一层NiCoB薄膜。本发明研究了NiCoB薄膜作为扩散阻挡层的阻挡性能，其具有失效温度高，结合力强，电阻率低，具有磁性等优点且本发明的NiCoB镀液稳定性好，镀速高。

技术领域

本发明属于化学镀应用技术领域，特别是化学镀制备超大规模集成电路亚45nm级铜互连线和扩散阻挡层的工艺方法。

背景技术

随着超大规模集成电路的不断发展，RC延迟成为限制器件速度性能的一个重要因素。铜由于其高导电性和电迁移性已被用来代替铝做为集成电路的互连线。但是铜与硅的粘附性较差且铜在二氧化硅中扩散速度极快，并在低至200℃时即可与硅发生反应生成高电阻的铜硅化合物，此外铜不会形成抗腐蚀的氧化层，会使设备的性能恶化。因此需要在铜与硅之间插入扩散阻挡层来阻止铜的扩散以及增强铜的粘附性，同时还需要在铜的表面制备抗氧化层来防止铜的腐蚀。

用于制备扩散阻挡层薄膜的方法主要有物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、原子层沉积(ALD)、电镀以及化学镀等。化学镀具有操作温度低，镀层覆盖率好，操作简单，成本低等优点，故本发明采用化学镀法制备扩散阻挡层薄膜。

化学镀制备超大规模集成电路铜互连扩散阻挡层的研究较多，国内外对化学镀制备扩散阻挡层的研究多集中在镍系和钴系合金，如：A.Abdel Aal等人研究了不同元素比例的CoWP薄膜的性能，Yishi Tao等人研究了W的加入对NiP阻挡性能的影响，Tetsuya Osaka等人发现W的加入会降低NiB合金的阻挡性能，Dian-long Liu等人研究了Ni–Mo–P合金的阻挡性能。对于扩散阻挡层薄膜的研究已有很多报道，然而能满足ULSI-Cu布线的理想扩散阻挡层材料仍未找到，寻找性能优异的扩散阻挡层材料仍是业内人士的重要任务。

Ni-B薄膜具有良好的导电性，粘附性，低的孔隙率和优异的电学性能，钴具有高熔点、高热导率，优异的电磁学性能。故本发明采用化学镀方法制备NiCoB薄膜，以期获得具有良好的粘附性能，电学性能，阻挡效果优异的阻挡层薄膜。

发明内容

本发明利用化学镀制备NiCoB薄膜，主要目的是获得电学性能优异，具有良好粘附性能和阻挡性能的NiCoB扩散阻挡层薄膜。

为了实现上述目的，在化学镀之前首先对单晶硅基体进行清洗、粗化、敏化、活化和解胶等预处理。其次用化学镀方法制备NiCoB/Cu/NiCoB/Si样品。

化学镀制备NiCoB薄膜的工艺参数为：

络合剂：Na₃C₆H₅O₇·2H₂O：41.174g/L，C₄O₆H₄KNa·4H₂O：14.1115g/L；

主盐：NiSO₄·6H₂O：28.914g/L，CoSO₄·7H₂O：8.433g/L；

还原剂：DMAB：2.3568g/L；

加速剂：NH₄F：1g/L；

pH缓冲剂：CH₃COONa·3H₂O：15g/L；

温度：80℃；

pH：11。

化学镀铜的工艺参数为：