一种Zr-B-O-N薄膜、Cu互连结构及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种Zr

【技术实现步骤摘要】
一种Zr
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B
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O
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N薄膜、Cu互连结构及其制备方法


[0001]本专利技术属于半导体集成电路制造
，具体涉及一种Zr
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B
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O
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N薄膜、Cu互连结构及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着微电子器件特征尺寸的逐渐减小，Cu互连技术已进入微纳米时代。低温下Cu容易与Si或介质层发生界面扩散反应，生成高电阻铜硅化合物，增加互连体系电阻，进一步导致器件失效。通常在Cu与介质层之间加入一层扩散阻挡层，可以有效解决Cu扩散问题，同时改善Cu膜与介质层之间的结合性能。理想的阻挡层材料应具备厚度薄、耐高温性好、化学性质稳定、结构致密且与基体结合良好等特点。目前阻挡层材料的研究仍以过渡族金属及其化合物为主，具有非晶或纳米晶结构的合金阻挡层成为主流研究方向。
[0003]ZrB2具有许多优异的性能，如高熔点(3040℃)、高热导率(130w/mK)、低电阻率(4.6μΩ
·
cm)，以及良好的耐腐蚀性、抗氧化性和耐磨性能，可用作高温陶瓷材料和扩散阻挡层材料。例如，在SiC基底上沉积ZrB2薄膜，可以用来解决类似传统Ni/SiC肖特基二极管中肖特基触点与n型碳化硅的相互扩散和热稳定性差的问题。然而，沉积态ZrB2薄膜通常呈现纳米晶结构，其晶界为Cu的扩散提供快速扩散通道，不能解决Cu扩散问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种Zr
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B
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O
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N薄膜、Cu互连体及其制备方法，得到的Zr
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B
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O
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N薄膜为非晶结构，具有扩散阻挡性能，能解决Cu互连结构中Cu扩散的问题。
[0005]本专利技术是通过以下技术方案来实现：
[0006]一种Zr
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B
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O
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N薄膜的制备方法，以ZrB2复合靶为靶材，在N2和Ar混合气氛下进行反应磁控溅射，在基底上沉积得到Zr
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B
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O
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N薄膜。
[0007]优选的：所述N2和Ar的气体流量比为1：(3～5)。
[0008]优选的：反应磁控溅射采用射频溅射或直流溅射。
[0009]优选的：基底为硅基底。
[0010]优选的：N2和Ar纯度均为99.99％。
[0011]采用所述的制备方法得到的Zr
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B
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O
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N薄膜。
[0012]优选的：所述的Zr
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B
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O
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N薄膜，其厚度为2～10nm。
[0013]一种Cu互连结构，在所述的Zr
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B
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O
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N薄膜上沉积Cu层得到。
[0014]优选的：以Cu靶为靶材，通过磁控溅射方法在Zr
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B
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O
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N薄膜上沉积Cu，然后进行真空退火处理，得到Cu互连结构。
[0015]进一步的：真空退火处理的温度为500
‑
650℃。
[0016]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
[0017]本专利技术采用反应磁控溅射技术在ZrB2薄膜中掺入N、O非金属元素(氧来自溅射室的残余气体)，通过非金属元素掺杂得到的Zr
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B
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O
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N薄膜为非晶结构，作为Cu与介质层之间
的扩散阻挡层，延长了Cu原子的扩散路径，从而有效改善其阻挡性能。本专利技术Zr
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B
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O
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N薄膜厚度均匀，结构致密，与基底结合良好，并且提供了阻挡层的高热稳定性和扩散阻挡性能。
[0018]本专利技术Zr
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B
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O
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N薄膜中具有致密的非晶结构，厚度薄，与基底结合良好，热稳定性和扩散阻挡性能优异。可以作为扩散阻挡层，设置在Cu与介质层之间，可以有效解决Cu扩散问题。
附图说明
[0019]图1是本专利技术实施例2所制备的Zr
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B
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O
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N薄膜的TEM图。
[0020]图2是本专利技术实施例4中Cu/Zr
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B
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O
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N/Si膜系沉积态和退火态的XRD图。
[0021]图3是本专利技术实施例4中Cu/Zr
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B
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O
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N/Si膜系的方阻变化曲线。
[0022]图4是本专利技术实施例4中Cu/Zr
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B
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O
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N双层膜系600℃退火后的SEM图。
具体实施方式
[0023]下面结合具体的实施例对本专利技术做进一步的详细说明，所述是对本专利技术的解释而不是限定。
[0024]本专利技术所述制备方法，包括：步骤1)采用磁控溅射沉积系统制备Zr
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B
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O
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N扩散阻挡层薄膜。基体材料为经过精抛光处理的单晶Si(100)基片，靶材为ZrB2靶(纯度99.95％，)，采用直流或射频磁控溅射。所用Ar和N2气体纯度为99.99％。沉积薄膜前，溅射室真空度抽到7.0
×
10
‑4Pa；预溅射功率为50W，溅射气压为1Pa，Ar气流量30sccm，时间约5min；薄膜沉积过程中，ZrB2靶溅射功率为80～100W，溅射气压为0.3～1Pa，N2/Ar气气流量比分别为1：(3～5)，沉积时间为10～30min，得到Zr
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B
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O
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N薄膜。所述N2为反应气体，Ar气为溅射气体。
[0025]所制备得到的Zr
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B
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O
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N扩散阻挡层为非晶结构，厚度为2
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10nm。
[0026]步骤2)在不破真空的条件下，在Zr
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B
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O
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N薄膜上沉积一层200～500nm的Cu膜。Cu靶纯度为99.99％，采用直流电源溅射，溅射功率100～120W，溅射时间为15～30min，Ar流量为30sccm。将制备的Cu/Zr
‑
B
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O
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N/Si薄膜样品进行真空退火处理，保温时间为30min，得到不同退火温度的薄膜样品。
[0027]所述真空退火真空度为3
×
10
‑4～5
×
10
‑4Pa，退火温度为500～650℃。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Zr
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B
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N薄膜的制备方法，其特征在于：以ZrB2复合靶为靶材，在N2和Ar混合气氛下进行反应磁控溅射，在基底上沉积得到Zr
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B
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N薄膜。2.根据权利要求1所述的Zr
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B
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O
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N薄膜的制备方法，其特征在于：所述N2和Ar的气体流量比为1：(3～5)。3.根据权利要求1所述的Zr
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B
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N薄膜的制备方法，其特征在于：反应磁控溅射采用射频溅射或直流溅射。4.根据权利要求1所述的Zr
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B
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O
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N薄膜的制备方法，其特征在于：基底为硅基底。5.根据权利要求1所述的Zr
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B
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O
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【专利技术属性】
技术研发人员：孟瑜，宋忠孝，李雁淮，宋宝睿，
申请(专利权)人：西安交通大学苏州研究院，
类型：发明
国别省市：