在擴(kuò)散阻擋層上制備超薄銅籽晶層的方法及其應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于半導(dǎo)體集成電路制造【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種在擴(kuò)散阻擋層上制備超薄銅籽晶層的方法及其應(yīng)用。本發(fā)明采用原子層沉積方式制備超薄銅籽晶層，包括如下步驟：將雙（六氟乙酰丙酮）合銅吸附在擴(kuò)散阻擋層上，氣流量為100-500標(biāo)準(zhǔn)毫升毎分鐘；再將二乙基鋅吸附在擴(kuò)散阻擋層上，氣流量為100-500標(biāo)準(zhǔn)毫升毎分鐘。其優(yōu)點在于采用ALD方法來生長銅籽晶層，在較低的工藝溫度下，每個生長周期只形成約為0.03～1nm左右厚度的薄膜，可以有效地控制銅籽晶層的厚度，具有良好的溝槽填充性能，提電鍍銅與銅籽晶層的粘附特性，并保持其在集成電路銅互連應(yīng)用中的可靠性，為22nm以下工藝技術(shù)節(jié)點提供了一種理想的互連工藝技術(shù)解決方案。
【專利說明】在擴(kuò)散阻擋層上制備超薄銅籽晶層的方法及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體集成電路制造【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種在擴(kuò)散阻擋層上超薄銅籽晶層的制作方法及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著超大規(guī)模集成電路(VLSI)和特大規(guī)模集成電路(ULSI)的發(fā)展，集成度不斷提高，電路元件越來越密集，芯片互連成為影響芯片性能的關(guān)鍵因素。然而，由于電路系統(tǒng)的尺寸限制，VLSI和ULSI技術(shù)中互連線的尺寸縮小對加工能力提出了額外的要求。這種要求包括多層面、高深寬比結(jié)構(gòu)特征的精確加工等。這些互連結(jié)構(gòu)的可靠性對VLSI和ULSI的成功和電路密度的提高起著非常重要的作用。
[0003]隨著電路密度增加，互連線的線寬、接觸通孔大小及其他特征尺寸都將隨之減小，然而，介電層的厚度卻不能隨之等比例的縮小，結(jié)果就是特征深寬比增大。許多傳統(tǒng)工藝在填充深寬比超過4時已有困難，因此開發(fā)適用于高深寬比情況下無空洞和無接縫的互連技術(shù)對于VLSI和ULSI的發(fā)展具有重大意義。
[0004]目前，銅及其合金已廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代CMOS的標(biāo)準(zhǔn)工藝中，因為銅具有比鋁更低的電阻率(低約35%)和更高的抗電遷移能力(約為鋁的2倍)，且銅具有良好的導(dǎo)熱性。這對于多層面的集成更高電路密度和電流密度的器件非常有利。但是，銅是一種穩(wěn)定的金屬，不會產(chǎn)生揮發(fā)性的鹵化物，不能采用常規(guī)等離子刻蝕來形成互連圖形，目前采用的是鑲嵌工藝(大馬士革工藝)通過腐蝕介質(zhì)層后填充銅來完成。另外，銅在硅和氧化物中擴(kuò)散都很快，一旦進(jìn)入硅器件中就會成為深能級受主雜質(zhì)，使器件性能退化，因此必須在二者之間增加一層阻擋層，起阻擋銅擴(kuò)散和增加銅與電介質(zhì)粘附性的作用，目前應(yīng)用最廣的是氮化鉭作為擴(kuò)散阻擋層。
[0005]目前，業(yè)界主要采用磁控濺射技術(shù)來制備擴(kuò)散阻擋層和銅籽晶層，但是在填充高深寬比的孔洞和溝槽時很難保證薄膜的均一性，因此開發(fā)新的制備擴(kuò)散阻擋層和銅籽晶層的工藝對現(xiàn)代集成電路的發(fā)展十分重要，目前原子層沉積技術(shù)(Atomic LayerDeposition,ALD)具有很大的潛力。原子層沉積技術(shù)是一種可對薄膜厚度進(jìn)行單原子層級別或者說埃(A)級別控制的化學(xué)氣相沉積技術(shù)。ALD技術(shù)從上世紀(jì)70年代發(fā)展至今已取得很大進(jìn)展，其已寫進(jìn)了國際半導(dǎo)體技術(shù)路線圖(ITRS)，作為與微電子工藝兼容的候選技術(shù)在微電子領(lǐng)域顯示出廣闊的應(yīng)用前景。ALD技術(shù)之所以受到業(yè)界青睞，跟他所特有的生長原理和技術(shù)特點有關(guān)的。ALD雖然是一種化學(xué)氣相沉積技術(shù)，但與傳統(tǒng)的CVD技術(shù)相比，還是有很大差別的，ALD技術(shù)基于順次進(jìn)行的表面飽和化學(xué)自限制的生長過程，它將反應(yīng)氣體交替脈沖式的通入到反應(yīng)腔中。一個ALD反應(yīng)循環(huán)包含4個步驟:(I)第一種反應(yīng)前體以脈沖的方式進(jìn)入反應(yīng)腔并化學(xué)吸附在襯底表面；(2)待表面吸附飽和后，用惰性氣體將多余的反應(yīng)前體吹洗出反應(yīng)腔；(3)接著第二種反應(yīng)前體以脈沖的方式進(jìn)入反應(yīng)腔，并與上一次化學(xué)吸附在表面上的前體發(fā)生反應(yīng)；(4)待反應(yīng)完全后再用惰性氣體將多余的反應(yīng)前體及其副產(chǎn)物吹洗出反應(yīng)腔。整個ALD生長過程由一個周期的多次循環(huán)重復(fù)實現(xiàn)。所有的ALD的本質(zhì)特征就是表面反應(yīng)達(dá)到飽和，使得生長停止，因此薄膜的厚度直接正比于表面反應(yīng)已完成的次數(shù)，即反應(yīng)循環(huán)數(shù)，這樣可以通過控制沉積的反應(yīng)循環(huán)數(shù)，就可以實現(xiàn)對薄膜厚度的精確控制。另外由于其自限的表面反應(yīng)，可對高寬比很大的表面形成均勻的覆蓋。此外通過控制不同源脈沖循環(huán)的次數(shù)比例也可以控制薄膜中不同物質(zhì)的含量。所以，如何采用ALD技術(shù)來沉積超薄銅籽晶層將決定超薄籽晶層的厚度，填充孔洞的均勻性，電鍍銅與籽晶層的粘附性等決定電路元件的性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種采用原子層沉積方式在擴(kuò)散阻擋層上制備超薄銅籽晶層的方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)的不足。
[0007]本發(fā)明提供的采用原子層沉積方式在擴(kuò)散阻擋層上制備超薄銅籽晶層的方法，具體步驟為:
步驟a.將雙(六氟乙酰丙酮)合銅(Cu(C5HF6O2)2 (Cu(hfac)2))吸附在擴(kuò)散阻擋層上，氣流量為100-500標(biāo)準(zhǔn)毫升每分鐘，持續(xù)時間為1-5秒，雙(六氟乙酰丙酮)合銅的載氣為惰性氣體；
步驟b.清除多余雙(六氟乙酰丙酮)合銅；
步驟c.將二乙基鋅(Zn (C2H5)2 (DEZn))吸附在擴(kuò)散阻擋層上，氣流量為100-500標(biāo)準(zhǔn)毫升每分鐘，持續(xù)時間為1-5秒，二乙基鋅的載氣為惰性氣體；
步驟d.清除多余二乙基鋅；
其中，雙(六氟乙酰丙酮)合銅溫度為60 - 150 °C，反應(yīng)腔溫度為100 - 250 °C。
[0008]進(jìn)一步，本發(fā)明中，步驟c和步驟d清除多余雙(六氟乙酰丙酮)合銅和二乙基鋅的方式為，用惰性氣體吹洗基體，氣流量為100-1000標(biāo)準(zhǔn)毫升每分鐘，持續(xù)時間為1-30秒。
[0009]進(jìn)一步，本發(fā)明中，所述惰性氣體為氮氣或氬氣。
[0010]本發(fā)明提供的制備超薄銅籽晶層的方法可用于銅互連結(jié)構(gòu)的制備中。具體步驟為:
步驟A.在一個互連結(jié)構(gòu)任意一層布線后的襯底上，依次沉積刻蝕阻擋層、絕緣介質(zhì)
層；
步驟B.光刻刻蝕形成互連的溝槽；
步驟C.采用磁控濺射方式沉積擴(kuò)散阻擋層；
步驟D.循環(huán)若干上述的制備超薄銅籽晶層的方法制備銅籽晶層；
步驟E.采用電化學(xué)沉積方式在銅籽晶層上將溝槽填滿；
步驟F.采用化學(xué)機(jī)械拋光方式去除多余的物質(zhì)，獲得平整的晶片表面。
[0011]進(jìn)一步，本發(fā)明中，絕緣介質(zhì)層的材料為二氧化硅SiO2、氟化二氧化硅SiOF、碳?xì)鋼诫s氧化硅SiCO:H中的任意一種低介電介質(zhì)。
[0012]進(jìn)一步，本發(fā)明中，刻蝕阻擋層的材料為氮化硅。
[0013]進(jìn)一步，本發(fā)明中，擴(kuò)散阻擋層的材料為Ta/TaN擴(kuò)散阻擋層。
[0014]本發(fā)明的作用和效果
根據(jù)本發(fā)明的提供一種采用原子層沉積方式在擴(kuò)散阻擋層上制備超薄銅籽晶層的方法，使用前驅(qū)體為雙(六氟乙酰丙酮)合銅和二乙基鋅的ALD方法來生長銅籽晶層，憑借其自限制的生長特性，較低的工藝溫度，每個生長周期只形成約為0.03?I nm左右厚度的薄膜，可以實現(xiàn)在納米級寬，而且可以根據(jù)需要利用控制循環(huán)次數(shù)有效地控制銅籽晶層的厚度。在高縱深比的結(jié)構(gòu)中，高保形制備超薄銅籽晶層，避免了后續(xù)工藝中孔洞或縫隙等缺陷的產(chǎn)生，降低溝槽或通孔中的接觸電阻，從而有效地提高芯片的性能和可靠性。
[0015]另外，本發(fā)明提供的一種銅互連結(jié)構(gòu)的制備方法，由于使用了制備超薄銅籽晶層的方法，在現(xiàn)有銅互連結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)上，利用原子層沉積(ALD)技術(shù)在溝槽或通孔上生長一層超薄銅層作為電鍍銅籽晶層，以改善集成電路特征尺寸不斷減少導(dǎo)致高深寬比孔洞難以均勻填充的缺點，提升半導(dǎo)體芯片的性能，改善電鍍銅與銅籽晶層的粘附特性，提高填充高深寬比溝槽的能力，增大沉積厚度的精確控制能力。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明的銅互連結(jié)構(gòu)的制備方法在襯底上形成絕緣介質(zhì)層、刻蝕阻擋層和溝槽后的結(jié)構(gòu)圖。
[0017]圖2為本發(fā)明的銅互連結(jié)構(gòu)的制備方法形成擴(kuò)散阻擋層后的結(jié)構(gòu)圖。
[0018]圖3為本發(fā)明的銅互連結(jié)構(gòu)的制備方法形成銅籽晶層后的結(jié)構(gòu)圖。
[0019]圖4為本發(fā)明的銅互連結(jié)構(gòu)的制備方法形成電化學(xué)沉積銅后的結(jié)構(gòu)圖。
[0020]圖5為本發(fā)明的銅互連結(jié)構(gòu)的制備方法去除多余物質(zhì)后的結(jié)構(gòu)圖。
[0021]圖6為本發(fā)明的銅互連結(jié)構(gòu)的制備方法獲得超薄銅籽晶層的TEM圖像。
[0022]圖7為本發(fā)明的銅互連結(jié)構(gòu)的制備方法獲得超薄銅籽晶層的TEM圖像放大圖。
[0023]圖8美國北卡羅萊納州立大學(xué)采用標(biāo)準(zhǔn)直流濺射工藝濺射銅填充亞微米接觸孔的SEM結(jié)構(gòu)圖。
[0024]圖9德國開姆尼茨工業(yè)大學(xué)采用化學(xué)氣相沉積銅填充接觸孔的SEM結(jié)構(gòu)圖。
[0025]圖10為本發(fā)明的銅互連結(jié)構(gòu)的制備方法獲得超薄銅籽晶層的X射線光電子能譜(XPS)圖。
[0026]圖11德國開姆尼茨工業(yè)大學(xué)采用原子層沉積技術(shù)沉積銅層并還原后的X射線光電子能譜圖。
【具體實施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的描述。
[0028]實施例1
銅互連結(jié)構(gòu)的制備方法如下:
步驟A.如圖1所示，在一個互連結(jié)構(gòu)任意一層布線后的襯底201、202上，先沉積刻蝕阻擋層203、再沉積絕緣介質(zhì)層204。
[0029]絕緣介質(zhì)層204的材料為二氧化硅SiO2,刻蝕阻擋層203的材料為氮化硅。
[0030]步驟B.如圖1所示，采用標(biāo)準(zhǔn)雙大馬士革工藝流程進(jìn)行光刻刻蝕形成互連的溝槽。
[0031]步驟C.如圖2所示，采用磁控濺射方式沉積Ta/TaN擴(kuò)散阻擋層205。
[0032]步驟D.如圖3所示，采用原子層沉積方式在阻擋層上制備超薄銅籽晶層206。
[0033]沉積超薄銅籽晶層的前驅(qū)體為雙(六氟乙酰丙酮)合銅和二乙基鋅，其中雙(六氟乙酰丙酮)合銅需加熱到60 °C,反應(yīng)腔需加熱到100°C。沉積一個循環(huán)的銅,包括如下步驟:
1)將雙(六氟乙酰丙酮)合銅吸附在擴(kuò)散阻擋層上，將氣流量設(shè)置在100標(biāo)準(zhǔn)毫升每分鐘，持續(xù)時間5秒，其中雙(六氟乙酰丙酮)合銅的載氣為氮氣；
2)將氮氣吹洗擴(kuò)散阻擋層，將氣流量設(shè)置在100標(biāo)準(zhǔn)毫升每分鐘，持續(xù)時間為30秒；
3)將二乙基鋅吸附在擴(kuò)散阻擋層上，將氣流量設(shè)置在100標(biāo)準(zhǔn)毫升每分鐘，持續(xù)時間5秒，其中二乙基鋅的載氣為氮氣；
4)將氮氣吹洗擴(kuò)散阻擋層，將氣流量設(shè)置在100標(biāo)準(zhǔn)毫升每分鐘，持續(xù)時間為30秒。
[0034]重復(fù)有限次數(shù)的銅循環(huán)以達(dá)到目標(biāo)銅籽晶層的厚度，本發(fā)明中的超薄銅籽晶層的厚度可在2-10納米之間選擇調(diào)整。采用該方法沉積的超薄籽晶層可均勻填入深寬比為4-20溝槽中。本實施例中循環(huán)次數(shù)為100次，獲得3納米厚的銅籽晶層。
[0035]步驟E.如圖4所示，采用電化學(xué)銅沉積方式在銅籽晶層上用銅將溝槽填滿，形成銅鍍層207。
[0036]步驟F.如圖5所示，采用化學(xué)機(jī)械拋光方式去除多余的物質(zhì)，即多余的銅、銅籽晶層和擴(kuò)散阻擋層，獲得平整的晶片表面。
[0037]實施例2
銅互連結(jié)構(gòu)的制備方法如下:
步驟A.如圖1所示，在一個互連結(jié)構(gòu)任意一層布線后的襯底201、202上，先沉積刻蝕阻擋層203、再沉積絕緣介質(zhì)層204。
[0038]絕緣介質(zhì)層204的材料為二氧化硅SiO2,刻蝕阻擋層203的材料為氮化硅。
[0039]步驟B.如圖1所示，采用標(biāo)準(zhǔn)雙大馬士革工藝流程進(jìn)行光刻刻蝕形成互連的溝槽。
[0040]步驟C.如圖2所示，采用磁控濺射方式沉積Ta/TaN擴(kuò)散阻擋層205。
[0041]步驟D.如圖3所示，采用原子層沉積方式在阻擋層上制備超薄銅籽晶層206。
[0042]沉積超薄銅籽晶層的前驅(qū)體為雙(六氟乙酰丙酮)合銅和二乙基鋅，其中雙(六氟乙酰丙酮)合銅需加熱到70 °C,反應(yīng)腔需加熱到120°C。沉積一個循環(huán)的銅,包括如下步驟:
1)將雙(六氟乙酰丙酮)合銅吸附在擴(kuò)散阻擋層上，將氣流量設(shè)置在300標(biāo)準(zhǔn)毫升每分鐘，持續(xù)時間2秒，其中雙(六氟乙酰丙酮)合銅的載氣為氮氣；
2)將氮氣吹洗擴(kuò)散阻擋層，將氣流量設(shè)置在300標(biāo)準(zhǔn)毫升每分鐘，持續(xù)時間為10秒；
3)將二乙基鋅吸附在擴(kuò)散阻擋層上，將氣流量設(shè)置在300標(biāo)準(zhǔn)毫升每分鐘，持續(xù)時間I秒，其中二乙基鋅的載氣為氮氣；
4)將氮氣吹洗擴(kuò)散阻擋層，將氣流量設(shè)置在300標(biāo)準(zhǔn)毫升每分鐘，持續(xù)時間為10秒。
[0043]重復(fù)有限次數(shù)的銅循環(huán)以達(dá)到目標(biāo)銅籽晶層的厚度，本發(fā)明中的超薄銅籽晶層的厚度可在2-10納米之間選擇調(diào)整。采用該方法沉積的超薄籽晶層可均勻填入深寬比為4-20溝槽中。本實施例中循環(huán)次數(shù)為100次，獲得3納米厚的銅籽晶層。
[0044]步驟E.如圖4所示，采用電化學(xué)銅沉積方式在銅籽晶層上用銅將溝槽填滿，形成銅鍍層207。
[0045]步驟F.如圖5所示，采用化學(xué)機(jī)械拋光方式去除多余的物質(zhì)，即多余的銅、銅籽晶層和擴(kuò)散阻擋層，獲得平整的晶片表面。
[0046]實施例3
銅互連結(jié)構(gòu)的制備方法如下:
步驟A.如圖1所示，在一個互連結(jié)構(gòu)任意一層布線后的襯底201、202上，先沉積刻蝕阻擋層203、再沉積絕緣介質(zhì)層204。
[0047]絕緣介質(zhì)層201的材料為氟化二氧化硅SiOF，刻蝕阻擋層的材料為氮化硅。
[0048]步驟B.如圖1所示，光刻刻蝕形成互連的溝槽210。
[0049]步驟C.如圖2所示，采用磁控濺射方式沉積Ta/TaN擴(kuò)散阻擋層205。
[0050]步驟D.如圖3所示，采用原子層沉積方式在阻擋層上制備超薄銅籽晶層206。
[0051]沉積超薄銅籽晶層的前驅(qū)體為雙(六氟乙酰丙酮)合銅和二乙基鋅，其中雙(六氟乙酰丙酮)合銅需加熱到80°C，反應(yīng)腔需加熱到230°C。沉積一個循環(huán)的銅，包括如下步驟:
1)將雙(六氟乙酰丙酮)合銅吸附在擴(kuò)散阻擋層上，將氣流量設(shè)置在300標(biāo)準(zhǔn)毫升每分鐘，持續(xù)時間2秒，其中雙(六氟乙酰丙酮)合銅的載氣為氬氣；
2)將氬氣吹洗擴(kuò)散阻擋層，將氣流量設(shè)置在500標(biāo)準(zhǔn)毫升每分鐘，持續(xù)時間為4秒；
3)將二乙基鋅吸附在擴(kuò)散阻擋層上，將氣流量設(shè)置在300標(biāo)準(zhǔn)毫升每分鐘，持續(xù)時間2秒，其中二乙基鋅的載氣為氬氣；
4)將氬氣吹洗擴(kuò)散阻擋層，將氣流量設(shè)置在500標(biāo)準(zhǔn)毫升每分鐘，持續(xù)時間為4秒。
[0052]重復(fù)有限次數(shù)的銅循環(huán)以達(dá)到目標(biāo)銅籽晶層的厚度，本發(fā)明中的超薄銅籽晶層的厚度可在2-10納米之間選擇調(diào)整。采用該方法沉積的超薄籽晶層可均勻填入深寬比為4-20溝槽中。本實施例中循環(huán)次數(shù)為100次，獲得15納米厚的銅籽晶層。
[0053]步驟E.如圖4所示，采用電化學(xué)銅沉積方式在銅籽晶層上用銅將溝槽填滿，形成銅鍍層207。
[0054]步驟F.如圖5所示，采用化學(xué)機(jī)械拋光方式去除多余的物質(zhì)，即多余的銅、銅籽晶層和擴(kuò)散阻擋層，獲得平整的晶片表面。
[0055]實施例4
銅互連結(jié)構(gòu)的制備方法如下:
步驟A.如圖1所示，在一個互連結(jié)構(gòu)任意一層布線后的襯底201、202上，先沉積刻蝕阻擋層203、再沉積絕緣介質(zhì)層204。
[0056]絕緣介質(zhì)層201的材料為多孔碳?xì)鋼诫s氧化硅SiCO:H，刻蝕阻擋層的材料為氮化硅。
[0057]步驟B.如圖1所示，光刻刻蝕形成互連的溝槽210。
[0058]步驟C.如圖2所示，采用磁控濺射方式沉積Ta/TaN擴(kuò)散阻擋層205。
[0059]步驟D.如圖3所示，采用原子層沉積方式在阻擋層上制備超薄銅籽晶層。
[0060]沉積超薄銅籽晶層的前驅(qū)體為雙(六氟乙酰丙酮)合銅和二乙基鋅，其中雙(六氟乙酰丙酮)合銅需加熱到80 °C ,反應(yīng)腔需加熱到250 °C。沉積一個循環(huán)的銅,包括如下步驟:
1)將雙(六氟乙酰丙酮)合銅吸附在擴(kuò)散阻擋層上，將氣流量設(shè)置在500標(biāo)準(zhǔn)毫升每分鐘，持續(xù)時間I秒，其中雙(六氟乙酰丙酮)合銅的載氣為氬氣；
2)將氬氣吹洗擴(kuò)散阻擋層，將氣流量設(shè)置在1000標(biāo)準(zhǔn)毫升每分鐘，持續(xù)時間為I秒； 3)將二乙基鋅吸附在擴(kuò)散阻擋層上，將氣流量設(shè)置在500標(biāo)準(zhǔn)毫升每分鐘，持續(xù)時間I秒，其中二乙基鋅的載氣為氬氣；
4)將氬氣吹洗擴(kuò)散阻擋層，將氣流量設(shè)置在1000標(biāo)準(zhǔn)毫升每分鐘，持續(xù)時間為I秒。
[0061]重復(fù)有限次數(shù)的銅循環(huán)以達(dá)到目標(biāo)銅籽晶層的厚度，本發(fā)明中的超薄銅籽晶層的厚度可在2-10納米之間選擇調(diào)整。采用該方法沉積的超薄籽晶層可均勻填入深寬比為4-20溝槽中。本實施例中循環(huán)次數(shù)為200次，獲得20納米厚的銅籽晶層。
[0062]步驟E.如圖4所示，采用電化學(xué)銅沉積方式在銅籽晶層上用銅將溝槽填滿，形成銅鍍層207。
[0063]步驟F.如圖5所示，采用化學(xué)機(jī)械拋光方式去除多余的物質(zhì)，即多余的銅、銅籽晶層和擴(kuò)散阻擋層，獲得平整的晶片表面。
[0064]實驗測試
使用本發(fā)明提供的銅互連結(jié)構(gòu)的制備方法獲得的晶片進(jìn)行如下實驗:
1、超薄銅籽晶層的TEM圖像測試
圖6為本發(fā)明的銅互連結(jié)構(gòu)的制備方法獲得超薄銅籽晶層的TEM圖像。
[0065]圖7為本發(fā)明的銅互連結(jié)構(gòu)的制備方法獲得超薄銅籽晶層的TEM圖像放大圖。
[0066]如圖6和圖7所示，可以看出絕緣介質(zhì)層201、擴(kuò)散阻擋層205和超薄銅籽晶層206結(jié)構(gòu)。從圖7的比例可以看出超薄銅籽晶層206為厚度3納米的均勻連續(xù)的薄膜。
[0067]圖8美國北卡羅萊納州立大學(xué)采用標(biāo)準(zhǔn)直流濺射工藝濺射銅填充亞微米接觸孔的SEM結(jié)構(gòu)圖“Directional copper deposition using dc magnetron self-sputtering,Zbigniew J.Radzimskij Witold M.Posadowskij Stephen M.Rossnagelj and ShosoShingubara)
與美國北卡羅萊納州立大學(xué)釆用直流濺射(DC sputtering)沉積銅填充通孔相比，釆用本發(fā)明方法具有填充薄膜均勻、連續(xù)、保形性好的特點。
[0068]圖9德國開姆尼茨工業(yè)大學(xué)采用化學(xué)氣相沉積銅填充接觸孔的SEM結(jié)構(gòu)圖。與德國開姆尼茨工業(yè)大學(xué)采用化學(xué)氣相沉積(CVD)沉積銅填充通孔相比，采用本發(fā)明方法可實現(xiàn)厚度更精準(zhǔn)的控制，可大大縮小適用的尺寸范圍。由此可見，本方法在填充接觸孔中銅籽晶層時，實現(xiàn)與控制簡單可靠，質(zhì)量高、效果好，可以實現(xiàn)在納米級寬，在高縱深比的結(jié)構(gòu)中，高保形制備超薄銅籽晶層。
[0069]2、超薄銅籽晶層的X射線光電子能譜(XPS)測試
圖10為本發(fā)明的銅互連結(jié)構(gòu)的制備方法獲得超薄銅籽晶層的X射線光電子能譜(XPS)圖。
[0070]圖11德國開姆尼茨工業(yè)大學(xué)采用原子層沉積技術(shù)沉積銅層并還原后的X射線光電子能譜圖。
[0071]如圖10和圖11所示，采用本發(fā)明沉積銅的X射線光電子能譜中，Cu 2/73/2峰的結(jié)合能為932.4 eV, Cu 2pm峰的結(jié)合能為952.2 eV,兩者相差19.8 eV,且峰形對稱，未出現(xiàn)Cu-O鍵等雜峰。作為對比，德國開姆尼茨工業(yè)大學(xué)微技術(shù)中心同樣也采用原子層沉積技術(shù)，但是其制備的薄膜雜質(zhì)含量高，含有大量的氧化物，即使采取了還原措施，仍然不能與本方法制備的薄膜質(zhì)量相比較。由此可見，本發(fā)明方法簡便易行，不需后續(xù)處理且沉積的銅膜純度高，雜質(zhì)少。
【權(quán)利要求】
1.一種在擴(kuò)散阻擋層上制備超薄銅籽晶層的方法，其特征在于采用原子層沉積方式，具體步驟為: 步驟a.將雙(六氟乙酰丙酮)合銅吸附在擴(kuò)散阻擋層上，氣流量為100-500標(biāo)準(zhǔn)毫升每分鐘，持續(xù)時間為1-5秒，雙(六氟乙酰丙酮)合銅的載氣為惰性氣體； 步驟b.清除多余雙(六氟乙酰丙酮)合銅； 步驟c.將二乙基鋅吸附在擴(kuò)散阻擋層上，氣流量為100-500標(biāo)準(zhǔn)毫升每分鐘，持續(xù)時間為1-5秒，二乙基鋅的載氣為所述惰性氣體； 步驟d.清除多余二乙基鋅； 其中，雙(六氟乙酰丙酮)合銅溫度為60-150 °C，反應(yīng)腔溫度為100 - 250 °C。
2.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備超薄銅籽晶層的方法，其特征在于:步驟c和步驟d清除多余雙(六氟乙酰丙酮)合銅和二乙基鋅的方式為，用所述惰性氣體吹洗所述基體，氣流量為100-1000標(biāo)準(zhǔn)暈升每分鐘,持續(xù)時間為1_30秒。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備超薄銅籽晶層的方法，其特征在于:所述惰性氣體為氮氣或氬氣。
4.一種如權(quán)利要求1-3之一所述的制備超薄銅籽晶層的方法在銅互連結(jié)構(gòu)制備中的應(yīng)用。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的應(yīng)用，其特征在于，具體步驟為: 步驟A.在一個互連結(jié)構(gòu)任意一層布線后的襯底上，依次沉積刻蝕阻擋層、絕緣介質(zhì)層； 步驟B.光刻刻蝕形成互連的溝槽； 步驟C.采用磁控濺射方式沉積擴(kuò)散阻擋層； 步驟D.循環(huán)若干次權(quán)利要求1至3中任意一項所述制備超薄銅籽晶層的方法制備銅籽晶層； 步驟E.采用電化學(xué)沉積方式在所述銅籽晶層上將所述溝槽填滿； 步驟F.采用化學(xué)機(jī)械拋光方式去除多余的物質(zhì)，獲得平整的晶片表面。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的應(yīng)用，其特征在于:所述絕緣介質(zhì)層的材料為二氧化硅、氟化二氧化硅、碳?xì)鋼诫s氧化硅中的任意一種低介電介質(zhì)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的應(yīng)用，其特征在于:所述刻蝕阻擋層的材料為氮化硅。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的應(yīng)用，其特征在于:所述擴(kuò)散阻擋層為Ta/TaN擴(kuò)散阻擋層。
【文檔編號】H01L21/3205GK103579100SQ201310503143
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年10月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月23日
【發(fā)明者】盧紅亮, 耿陽, 楊雯, 孫清清, 張衛(wèi) 申請人:復(fù)旦大學(xué)