一种铜薄膜的低温原子层沉积制备方法技术

本发明专利技术涉及微电子器件制作领域，为一种微电子器件表面沉积技术，具体而言，涉及一种纳米铜镀膜的低温原子层沉积制备方法；将基底置于反应腔中，使用铜前驱体、反应物、惰性气体以交替脉冲的形式进入反应腔，在基底表面沉积氧化铜薄膜；基于所述氧化铜薄膜通入还原气体脉冲至反应腔中，将所述氧化铜还原并沉积在所述基底表面形成铜薄膜；与现有技术相比，本发明专利技术可在低温下完成铜薄膜的制备，所获得铜薄膜杂质少，导电性高，选用的前驱体获得难度较低，制备过程未使用有毒性化学试剂，具备大批量生产潜力。潜力。潜力。

【技术实现步骤摘要】
一种铜薄膜的低温原子层沉积制备方法


[0001]本专利技术涉及微电子器件制作领域，为一种微电子器件表面沉积技术，具体而言，涉及一种铜镀膜的低温原子层沉积制备方法。

技术介绍

[0002]原子层沉积(Atomic Layer Deposition，ALD)是一种基于气相前驱体及反应物在沉积表面发生化学吸附的纳米薄膜沉积技术，通过自限制性的前驱体及反应物的交替饱和反应获得厚度、组分、形貌及结构在纳米尺度上高度可控的薄膜。如图所示每个循环由前驱体
‑
吹扫
‑
反应物
‑
吹扫这四个步骤组成，循环次数决定了薄膜的厚度。ALD技术在高深宽比及沟槽孔洞结果上有极好的保形性，这是磁控溅射、脉冲激光沉积、溶胶凝胶、CVD等技术无法超越的，特别是对界面、掺杂和台阶覆盖率的调控是新一代镀膜工艺迫切需要的。
[0003]在微电子工业中，具备低电阻率和强抗电迁移能力的金属铜被用作互连线，随着集成电路高速发展，器件特征尺寸在不断减小，高集成度需求为铜互连提出诸多要求。其中，如何低温条件下(≤150℃)在大深宽比的通孔或者沟槽中沉积保形性好、纯度高、导电性好的籽晶层是亟需解决的问题。目前微电子器件的Cu互连薄膜在沟槽中的沉积是通过两步法实现的，第一步为物理气相沉积形成一层高保形性Cu种子层，第二步为电镀Cu形成较厚的导电层。在2016年，微电子器件的最小线宽已经缩小至12nm，这为上述Cu种子层的沉积提出极高要求，需要其在高纵宽比的结构中实现极薄均匀且保形的沉积。
[0004]传统的物理气相沉积(PVD)方法已经难以满足需求，具有自限制特性的原子层沉积(ALD)技术崭露头角，自限制的特性保证了原子层沉积的铜薄膜具备高均匀性及台阶覆盖性、杂质少、导电性好的优势。
[0005]在现有技术下，低温原子层沉积铜工艺路线主要为以下路线：
[0006]1.Cu(dmap)2/ZnEt2(dmap＝dimethylamino
‑2‑
propoxide)at100
‑
120℃；
[0007]2.Cu(pyrim)2/ZnEt2(pyrim＝N
‑
ethyl
‑2‑
pyrrolylaldiminate)at120
‑
150℃；
[0008]3.Cu(dmamb)2/HCOOH/N2H4(dmamb＝dimethylamino
‑2‑
methyl
‑2‑
butoxide)at100
‑
170℃；
[0009]4.Cu(dmap)2/(HCOOH)/BH3NHMe2 at 130
‑
160℃；
[0010]5.Cu(hfac)2/pyridine/H2(hfac＝1,1,1,5,5,5
‑
hexafluoroacet ylacetonate)at 100℃；
[0011]6.Cu(acac)2(acac＝acetylacetonate)+H2 plasma at85
‑
140℃；
[0012]7.Cu(thd)2(thd＝2,2,6,6
‑
tetramethylheptane
‑
3,5
‑
dionate)+H2plasma at 60
‑
180℃；
[0013]8.Cu(dmamb)2+H2 plasma at 100
‑
180℃；
[0014]9.Copper(I)
‑
N,N
’‑
di
‑
iso
‑
propylacetamidinate+H2 plasma at 50℃。
[0015]但在现有的工艺路线中，其中技术路线1和技术路线2中会引入Zn杂质；技术路线3使用剧毒物质N2H4；技术路线4需要在催化金属表面实现，不具有普适性；技术路线5、6、7、8
因为使用低蒸汽压源且Cu杂质含量高；技术路线9使用脒基源，导致合成难度大成本高。

技术实现思路

[0016]本专利技术的目的在于提供一种铜镀膜的低温原子层沉积制备方法，通过两步法实现在低温环境中在器件表面沉积铜薄膜的技术效果。
[0017]本专利技术是这样实现的：
[0018]一种铜薄膜的低温原子层沉积制备方法，所述方法包括执行至少基本处理工艺在基底表面形成铜薄膜，并可选择的对所述处理工艺进行至少一次的循环处理形成具有目标厚度的目标铜薄膜，所述执行的次数，所述循环的次数基于所述目标铜薄膜的目标厚度确定。
[0019]在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述基本处理工艺包括第一处理和第二处理，所述第一处理包括在所述基底表面形成氧化铜薄膜，所述第二处理包括将所述氧化铜薄膜还原并沉积在所述基底表面形成铜薄膜。
[0020]基于第一方面的第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，所述循环处理包括对所述第一处理进行至少一次循环处理得到具有目标厚度的目标氧化铜薄膜，对所述第二处理进行至少一次循环处理得到具有目标厚度的目标铜薄膜。
[0021]基于第一方面的第二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，所述第一处理循环的次数基于所述氧化铜薄膜的目标厚度确定，所述第二处理循环的次数基于所述目标铜薄膜。
[0022]在第一方面的第四种可能的实现方式中，所述一次处理工艺包括以下过程：
[0023]将基底置于反应腔中，使用铜前驱体、反应物、惰性气体以交替脉冲的形式进入反应腔，在基底表面沉积氧化铜薄膜；基于所述氧化铜薄膜通入还原气体脉冲至反应腔中，将所述氧化铜还原并沉积在所述基底表面形成铜薄膜；所述执行次数基于所述目标铜薄膜的目标厚度确定。
[0024]基于第一方面的第四种可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，所述铜前驱体包括以下结构式：
[0025][0026]所述R1、R2、R3、R4为C1～C3的烃链、
‑
H中的任意一种。
[0027]基于第一方面的第五种可能的实现方式，在第六种可能的实现方式中，所述反应物包括臭氧、水、氧气等离子体中的一种或多种。
[0028]基于第一方面的第五种可能的实现方式，在第七种可能的实现方式中，所述铜前驱体包括以下化合物中的任意一种：
[0029][0030][0031]基于第一方面的第四种可能的实现方式，在第八种可能的实现方式中，所述惰性气体包括N2、Ar中的任意一种。
[0032]基于第一方面的第四种可能的实现方式，在第九种可能的实现方式中，所述还原气体包括无机化合物气体、无机化合物的等离子体以及有机还原性气体中的任意一种。
[0033]基于第一方面的第九种可能的实现方式，在第十种可能的实现方式中，所述无机化合物气体包括NH3、H2中的一种或多种；所述无机化合物的等离子体包括NH本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铜薄膜的低温原子层沉积制备方法，其特征在于，所述方法包括执行基本处理工艺在基底表面形成铜薄膜，并可选择的对所述基本处理工艺进行至少一次的循环处理形成具有目标厚度的目标铜薄膜，所述执行的次数，所述循环的次数基于所述目标铜薄膜的目标厚度确定。2.根据权利要求1所述的，其特征在于，所述基本处理工艺包括第一处理和第二处理，所述第一处理包括在所述基底表面形成氧化铜薄膜，所述第二处理包括将所述氧化铜薄膜还原并沉积在所述基底表面形成铜薄膜。3.根据权利要求2所述的，其特征在于，所述循环处理包括对所述第一处理进行至少一次循环处理得到具有目标厚度的目标氧化铜薄膜，对所述第二处理进行至少一次循环处理得到具有目标厚度的目标铜薄膜。4.根据权利要求3所述的，其特征在于，所述第一处理循环的次数基于所述氧化铜薄膜的目标厚度确定，所述第二处理循环的次数基于所述目标铜薄膜。5.根据权利要求2所述的，其特征在于，所述第一处理包括以下过程：将基底置于反应腔中，使用铜前驱体、反应物、惰性气体以交替脉冲的形式进入反应腔，在基底表面沉积氧化铜薄膜；所述第二处理包括以下过程：基于所述氧化铜薄膜通入还原气体脉冲至反应腔中，将所述氧化铜还原并沉积在所述基底表面形成铜薄膜；所述执行次数基于所述目标铜薄膜的目标厚度确定。6.根据权利要求5所述的铜薄膜的低温原子层沉积制备方法，其特征在于，所述铜前驱体包括以下结构式：所述R1、R2、R3、R4为C1～C3的烃链、
‑
H中的任意一种。7.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：请求不公布姓名，
申请(专利权)人：深圳市原速光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：