[发明专利]一种Zr-B-O-N薄膜、Cu互连结构及其制备方法

说明书

本发明提供一种Zr‑B‑O‑N薄膜、Cu互连体及其制备方法，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‑B‑O‑N薄膜在所述的Zr‑B‑O‑N薄膜上沉积Cu层得到Cu互连结构。本发明得到的Zr‑B‑O‑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。

技术领域

本发明属于半导体集成电路制造技术领域，具体涉及一种Zr-B-O-N薄膜、Cu互连结构及其制备方法。

背景技术

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。

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。

发明内容

本发明的目的在于提供一种Zr-B-O-N薄膜、Cu互连体及其制备方法，得到的Zr-B-O-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。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种Zr-B-O-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-B-O-N薄膜。

优选的：所述N₂和Ar的气体流量比为1：(3～5)。

优选的：反应磁控溅射采用射频溅射或直流溅射。

优选的：基底为硅基底。

优选的：N₂和Ar纯度均为99.99％。

采用所述的制备方法得到的Zr-B-O-N薄膜。

优选的：所述的Zr-B-O-N薄膜，其厚度为2～10nm。

一种Cu互连结构，在所述的Zr-B-O-N薄膜上沉积Cu层得到。

优选的：以Cu靶为靶材，通过磁控溅射方法在Zr-B-O-N薄膜上沉积Cu，然后进行真空退火处理，得到Cu互连结构。

进一步的：真空退火处理的温度为500-650℃。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明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-B-O-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。本发明Zr-B-O-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。

本发明Zr-B-O-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。