[发明专利]深亚微米集成电路Cu互连用梯度扩散阻挡层制备工艺

摘要

本发明涉及一种深亚微米集成电路Cu互连用梯度扩散阻挡层制备工艺，属于半导体集成电路制造技术领域。该工艺采用射频磁控溅射镀膜设备在单晶Si基体上沉积一层非晶态TaN层；之后再沉积TaN梯度层，并通过逐渐调小反应气体N2流量以调控梯度层涂层中N含量，使N含量在所制备阻挡层中由里到外逐步递减；完成原位沉积TaN梯度层后，再沉积金属Ta层，即制得深亚微米集成电路Cu互连用双层梯度扩散阻挡层。其电阻率可低至112μΩ·cm，热稳定温度可达700℃以上。该制备工艺具有操作简单，便于推广的特点；所得阻挡层材料能改善互连电路的RC延迟，提高半导体器件的运行速度和稳定性。

主权项

一种深亚微米集成电路Cu互连用梯度扩散阻挡层制备工艺，其特征在于包括以下工艺步骤：(1)沉积前对基体的处理将单晶Si基体分别放在浓度为99.7％的丙酮和无水乙醇中进行超声清洗10-20min，烘干后，放入射频反应磁控溅射镀膜设备真空室，待其真空室本底真空度达到2.0×10-4Pa后，再进行10-20min反溅清洗，去除Si表面氧化物，所述镀膜设备的反溅功率为50-150W，溅射气氛为Ar，工作真空度为1.0-5.0Pa；(2)沉积非晶态TaN层在所述单晶Si基体上沉积一层非晶态TaN层，所用靶材为一个金属Ta，其真空室本底真空度为2.0×10-4Pa，工作气氛为Ar和N2混合气体，其混合气体总流量为40sccm，其中，Ar流量为28-36sccm，N2流量为12-4sccm，沉积时工作真空度为0.3-1.0Pa，Ta靶溅射功率为100-200W；沉积时间为1-6min；(3)沉积TaN梯度层所述非晶态TaN层沉积完成后，在不破坏第(2)步的工作真空，不改变Ta靶的溅射功率及Ar流量前提下，通过逐渐调小工作气氛中反应气体N2流量以调控其在TaN梯度涂层中的含量，在30-150s时间内，将N2流量从4-12sccm逐渐降低至0sccm，使N含量在所述TaN梯度层中由里到外逐步递减，完成原位沉积TaN梯度层；(4)沉积低阻α-Ta层所述TaN梯度层沉积完成后，在不破坏第(3)步中结束时的真空条件，保持溅射功率100-200W和工作气氛中Ar流量28-36sccm工艺参数，继续沉积金属Ta层，沉积时间为1-6min，即制得深亚微米Cu互连用的超薄、低电阻率及高热稳定性的α-Ta/TaN梯度扩散阻挡层样品，随即关闭溅射气体Ar，自然冷却后样品出炉，整个沉积工艺过程均在常温下进行。