[发明专利]一种合金化铜Cu(Ni)无扩散阻挡层互连结构及其制备方法

说明书

本发明公开了一种合金化铜Cu(Ni)无扩散阻挡层互连结构及其制备方法，所述Cu(Ni)无扩散阻挡层是采用磁控溅射镀膜法在Si基体上制备合金化铜Cu(Ni)薄膜。所述制备方法包括如下步骤：(a)用导电胶将纯Ni片贴在铜靶上；(b)基片清洗后用氮气吹干；(c)磁控溅射镀膜；(d)退火处理，冷却后取出，得到Cu(Ni)薄膜。本发明采用的镀膜方法是真空下磁控溅射沉积薄膜法，此方法效率高，制得到的薄膜具有纯度高、均匀致密、附着性好等优点；本发明的溅射过程可控性强，可以通过调节溅射过程中的氩气流量和功率来控制溅射的速率；本发明通过控制Ni靶的数量来调节Cu(Ni)阻挡层的成分，系统地证明了Cu(Ni)阻挡层高热稳性，避免了实验误差。

技术领域

本发明涉及硅互连的阻挡层及其制备方法，具体为一种合金化铜Cu(Ni)无扩散阻挡层互连结构及其制备方法。

背景技术

目前，特大规模集成电路(ULSI)朝着深亚微米级芯片制造、封装向小型化、高密度化和多芯片化方向发展，Al作为其中的互连结构材料，已满足不了市场的需要。Cu互连材料由于其电阻率更低、导热性更好、抗电子迁移能力更强以及功耗更低等优势，已取代Al互连结构材料，成为集成电路互连材料产业中的核心材料。但是Cu和Si之间在高温下极易发生扩散，从而形成铜的硅化物，这种产物电阻率高而且容易造成电路短路，降低电路使用寿命，于是需要在Cu和Si之间制备扩散阻挡层。由于互连线尺寸的不断减小，厚度薄且具有良好的阻挡性能及电学性能的扩散阻挡层的制备变得越来越具有挑战性，并且为了满足互连材料的退火工艺，阻挡层在高温下的稳定性能要求也越来越高。

发明内容

发明目的：本发明目的是提供一种高热稳定性的合金化铜Cu(Ni)无扩散阻挡层互连结构，本发明的另一目的是提供一种效率高、过程可控的合金化铜Cu(Ni)无扩散阻挡层互连结构的制备方法。

技术方案：本发明所述的一种合金化铜Cu(Ni)无扩散阻挡层互连结构，合金化铜Cu(Ni)的成分占比是Cu_98.34Ni_1.66/Si、Cu_96.41Ni_3.59/Si或Cu_90.84Ni_9.16/Si，将Cu_98.34Ni_1.66/Si记作Cu(Ni)₁，Cu_96.41Ni_3.59/Si记作Cu(Ni)₂，Cu_90.84Ni_9.16/Si记作Cu(Ni)₃。

Cu(Ni)无扩散阻挡层是采用磁控溅射镀膜法在Si基体上制备合金化铜Cu(Ni)薄膜。

Cu(Ni)₁的Ni的原子百分比为1.66at.％，所述Cu(Ni)₂的Ni的原子百分比为3.59at.％，所述Cu(Ni)₃的Ni的原子百分比为9.16at.％。

合金化铜Cu(Ni)薄膜的厚度为纳米级。

一种合金化铜Cu(Ni)无扩散阻挡层互连结构的制备方法，包含以下步骤：

(1)用导电胶将纯Ni片贴在铜靶上，导电胶被纯Ni片完全覆盖，以防止导电胶对薄膜的制备产生污染，溅射靶材纯Ni片均匀放置在离铜靶垂直高度为15～25mm的区域，因为该区域的溅射率最大，纯Ni片的数量为1～3片，较好的实现了对Ni含量的控制，保证了其在实际应用中的稳定性；

(2)选用(100)取向的单晶硅片，分别使用丙酮、酒精和去离子水对硅片采用超声波清洗10～15分钟，以除去影响薄膜与衬底的黏附性的表面灰尘和油渍，接着将硅片放置到质量分数为3～6wt％的HF溶液中浸泡1～3分钟，用去离子水清洗后，再用氮气吹干；