[发明专利]一种用于铜互联的导电阻挡层材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于铜互联的导电阻挡层材料及其制备方法。该材料包括以下组分：碳酸锂、镍粉、氧化铜、氧化铝、二氧化钛、硬脂酸、油酸、钛酸钠、钙钛矿、氮化硅、异丙醇铝、纳米碳、马来酸酐接枝剂、聚乙二醇。制备过程为，清洗基片；混合碳酸锂、镍粉、氧化铜、氧化铝、二氧化钛、硬脂酸、油酸、钛酸钠、钙钛矿、氮化硅、异丙醇铝、纳米碳、马来酸酐接枝剂、聚乙二醇；再将混合物依次与基片和Cu完成磁控溅射获得导电阻挡层材料。与现有技术相比，本发明所提供的阻挡层材料热稳定高，抗氧化性、方块电阻低，长久防止亦未出现Cu‑Si化合物。

技术领域

本发明涉及铜互连集成电路技术，具体说是一种用于铜互联的导电阻挡层材料及其制备方法。

背景技术

随着深亚微米集成电路的不断发展，器件尺寸的不断降低，铜由于其电阻率比吕低，以及高的抵抗电子迁移和应力迁移的能力，使其作为超大规模集成电路金属互链接而被广泛应用。但用铜互连的问题在于，低温条件下，铜离子很容易扩散到硅和二氧化硅中，并且与他们发生反应生成铜硅化合物，严重影响到器件的电性能和可靠性。

申请号201310399157.1，名称为一种用于铜互联的导电阻挡层材料及其制备方法。其采用磁控溅射法，在硅基片上依次集成非晶Nb-Ni导电阻挡层和Cu互联层。所述非晶Nb-Ni导电阻挡层的厚度为2~8000nm，优选为2~5nm，所述Cu互连层的厚度为5~8000nm，优选为5~150nm。本发明所制备的Cu/Nb-Ni/Si异质结不仅具有良好的热稳定性、抗氧化性，而且Nb-Ni阻挡层与Cu和Si之间具有良好的粘附性。Cu/Nb-Ni/Si异质结即使在高达800℃的情况下，仍能保持较低的电阻率，并且无Cu-Si化合物生成，显示出优良的阻挡性能。非晶Nb-Ni导电阻挡层的厚度最薄可至2nm，很好的满足了对22nm节点工艺要求。Nb-Ni作为新型的铜互连导电阻挡层材料，价格低廉，生产工艺简单，设备要求低，与半导体工艺可以很好的兼容，在大规模集成电路等方面具有广泛的应用前景。虽然该阻挡层材料成本低，但耐热性低和对磁控溅射操作的条件要求比较严格，因此，需要对所用的阻挡层材料进行优化处理。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于铜互联的导电阻挡层材料及其制备方法，该阻挡层材料接触电阻小，价格低廉，最薄可为1.5nm。

为解决现有技术问题，本发明采取的技术方案为：

一种用于铜互联的导电阻挡层材料，包括以下按重量份数计的组分：碳酸锂24-38份、镍粉29-38份、氧化铜12-28份、氧化铝3-28份、二氧化钛2-8份、硬脂酸25-48份、油酸12-25份、钛酸钠20-24份、钙钛矿2-4份、氮化硅1-3份、异丙醇铝23-38份、纳米碳23-28份、马来酸酐接枝剂1-3份、聚乙二醇56-73份。

作为改进的是，上述用于铜互联的导电阻挡层材料，包括以下按重量份数计的组分：碳酸锂35份、镍粉32份、氧化铜25份、氧化铝20份、二氧化钛6份、硬脂酸32份、油酸18份、钛酸钠22份、钙钛矿2份、氮化硅2份、异丙醇铝28份、纳米碳25份、马来酸酐接枝剂2份、聚乙二醇65份。

上述用于铜互联的导电阻挡层材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，将硅基片依次通过丙酮、无水乙醇和去离子水中超声清洗，再用氢氟酸浸泡1-4min后，流水冲洗1-4min后置于惰性环境下干燥备用；

步骤2， 将碳酸锂、镍粉、氧化铜、氧化铝、二氧化钛、钙钛矿、钛酸钠、混合投入球磨机中磨碎后，加入马来酸接枝剂和纳米碳搅拌，并水浴加热至60-80℃后，混入油酸、异丙醇铝和聚乙二醇继续搅拌后，喷雾干燥的细粉；

步骤3，将细粉安装在真空室的靶台上，真空环境下，通入高纯氩气使得真空室内的动态平衡气压为0.2-50Pa，按照溅射功率为2-5W/cm²,沉积厚度为1.5-1500nm的阻挡层；