一種釕薄膜的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于集成電路銅互連工藝【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種釕薄膜的制備方法。本發(fā)明方法包括利用等離子體增強(qiáng)原子層淀積工藝制備釕薄膜，再對所制得的釕薄膜進(jìn)行高溫退火處理。等離子體增強(qiáng)原子層淀積工藝可以在納米級(jí)精確地控制釕薄膜的生長厚度，并且所制備的釕薄膜在大面積范圍內(nèi)具有好的均勻性，而高溫退火工藝可以實(shí)現(xiàn)氧化釕向釕的轉(zhuǎn)變，增加釕薄膜的純度。本發(fā)明的釕薄膜的制備方法還可以減少釕薄膜的制備時(shí)間，降低時(shí)間成本。
【專利說明】一種釕薄膜的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于集成電路銅互連工藝【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種釕薄膜的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)代集成電路的銅互連技術(shù)中，有效的阻擋層必須既能阻止銅擴(kuò)散進(jìn)入介質(zhì)層，又能改善阻擋層與介質(zhì)層和銅之間的粘附性。眾所周知，在0.13微米的技術(shù)節(jié)點(diǎn)中，鉭/氮化鉭(Ta/TaN)雙層阻擋層已經(jīng)被成功應(yīng)用于工業(yè)銅互連技術(shù)中。然而，當(dāng)集成電路的最小特征尺寸逐漸縮小到32納米或以下，Ta/TaN雙層阻擋層面臨了很多的問題，比如阻擋層和銅種籽層的等比例縮小將面臨嚴(yán)重困難。同時(shí)，隨著半導(dǎo)體器件特征尺寸的逐漸減小，高介電常數(shù)的柵介質(zhì)材料得到了廣泛應(yīng)用，這亟需與之匹配低阻且界面特性良好的柵金屬材料，對于需要高的柵金屬功函數(shù)的P型MOSFET (金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)來說尤為重要，而且動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器最(DRAM)和鐵電存儲(chǔ)器(FRAM)等存儲(chǔ)器也需要性能優(yōu)良的電極材料。
[0003]在作為擴(kuò)散阻擋層的各種材料中，釕(Ru)是最有前途的一種材料，這是因?yàn)镽u是一種惰性金屬，與銅的粘附性比較好，而且，釕和氧化釕薄膜都具有較低的電阻率和較高的功函數(shù)，是性能優(yōu)良的金屬電極材料。然而，由物理氣相沉積(PVD)方法濺射得到的釕擴(kuò)散阻擋層和籽晶銅層的等比例縮小面臨困難，臺(tái)階覆蓋性變得較差，可能會(huì)導(dǎo)致溝槽和通孔產(chǎn)生空洞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提出一種釕薄膜的制備方法，以得到性能良好的阻擋層材料和金屬柵電極材料。
[0005]本發(fā)明提出的釕薄膜的制備方法，采用等離子體原子層淀積技術(shù)，具體步驟為: (O反應(yīng)腔一般預(yù)先加熱至225°c ~275°C，優(yōu)選250°C ;將需要生長釕薄膜的基底放入
反應(yīng)腔中；
(2)利用等離子體增強(qiáng)原子層淀積工藝制備釕薄膜，釕薄膜厚度由反應(yīng)周期數(shù)控制；一般控制反應(yīng)周期數(shù)為150-300為宜。
本發(fā)明中，利用等離子體增強(qiáng)原子層淀積工藝制備釕薄膜的單個(gè)反應(yīng)周期包括:將雙(乙基環(huán)戊二烯基)釕(II)加熱至105°C ~120°C，優(yōu)選115°C，得到的揮發(fā)氣體通入反應(yīng)腔中，通入時(shí)間為2秒I秒，優(yōu)選5秒，排空反應(yīng)腔，用功率為80瓦~120瓦(w)的氧氣等離子體對基底進(jìn)行曝光，優(yōu)選100瓦(W)，曝光時(shí)間為0.5秒秒，排空反應(yīng)腔；
(3)在氫氣和氮?dú)獾幕旌蠚怏w氛圍下對所制得的釕薄膜進(jìn)行高溫退火處理。所述的氫氣和氮?dú)獾幕旌蠚怏w中，氫氣的(流量)比例為39TlO%。所述的高溫退火的溫度為2500C~450°C，退火時(shí)間為2分鐘~5分鐘。
[0006]本發(fā)明首先利用等離子體增強(qiáng)原子層淀積工藝制備釕薄膜，再對所制得的釕薄膜進(jìn)行高溫退火處理。等離子體增強(qiáng)原子層淀積工藝可以在納米級(jí)精確地控制釕薄膜的生長厚度，并且所制備的釕薄膜在大面積范圍內(nèi)具有好的均勻性，而高溫退火工藝可以實(shí)現(xiàn)氧化釕向釕的轉(zhuǎn)變，增加釕薄膜的純度。
[0007]本發(fā)明的釕薄膜的制備方法還可以減少釕薄膜的制備時(shí)間，降低時(shí)間成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1至圖4為對在相同的反應(yīng)周期、不同的氧氣等離子體曝光時(shí)間下得到的釕薄膜進(jìn)行X射線光電子能譜分析的釕薄膜特性圖。
[0009]圖5為對通過等離子體增強(qiáng)原子層淀積工藝得到釕薄膜進(jìn)行高溫退火前后的X射線光電子能譜分析的對比特性圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]下面所描述的是通過本發(fā)明所提出的釕薄膜的方法制備釕薄膜的一個(gè)實(shí)施例，包括:
首先，將反應(yīng)腔加熱至250°c并將需要生長釕薄膜的基底放入反應(yīng)腔中，然后利用等離子體增強(qiáng)原子層淀積工藝，通過控制反應(yīng)周期數(shù)得到預(yù)設(shè)厚度的釕薄膜，其中，利用等離子體增強(qiáng)原子層淀積工藝制備釕薄膜的單個(gè)反應(yīng)周期包括:以雙(乙基環(huán)戊二烯基)釕(II)(Ru (EtCp)2)為前驅(qū)體，將Ru (EtCp)2加熱至115°C得到的揮發(fā)氣體通入反應(yīng)腔中，通入時(shí)間為5秒；排空反應(yīng)腔；用功率為100瓦的氧氣等離子體對基底進(jìn)行曝光，持續(xù)時(shí)間為0.5秒秒；排空反應(yīng)腔。
[0011] 表1為在氧氣等離子體曝光時(shí)間為I秒(S)時(shí)，經(jīng)過不同的反應(yīng)周期數(shù)得到的不同厚度的釕薄膜及其電阻率。由表1可知，在小于67個(gè)反應(yīng)周期數(shù)時(shí)，未測到釕薄膜的生長。從150個(gè)反應(yīng)周期數(shù)開始，隨著反應(yīng)周期數(shù)的增加，釕薄膜的厚度增加，但是其電阻率也隨著增加。
【權(quán)利要求】
1.一種釕薄膜的制備方法，采用等離子體原子層淀積技術(shù)，其特征在于具體步驟為: (O反應(yīng)腔預(yù)先加熱至225°c ^275°C ;將需要生長釕薄膜的基底放入反應(yīng)腔中； (2)利用等離子體增強(qiáng)原子層淀積工藝制備釕薄膜，釕薄膜厚度由反應(yīng)周期數(shù)控制； (3)在氫氣和氮?dú)獾幕旌蠚怏w氛圍下對所制得的釕薄膜進(jìn)行高溫退火處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的釕薄膜的制備方法，其特征在于步驟(2)中控制反應(yīng)周期數(shù)為 150~300。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的釕薄膜的制備方法，其特征在于步驟(2)中利用等離子體增強(qiáng)原子層淀積工藝制備釕薄膜的單個(gè)反應(yīng)周期包括:將雙(乙基環(huán)戊二烯基)釕(II)加熱至105°C ~120°C，得到的揮發(fā)氣體通入反應(yīng)腔中，通入時(shí)間為2秒I秒，排空反應(yīng)腔，用功率為80瓦~120瓦的氧氣等離子體對基底進(jìn)行曝光，曝光時(shí)間為0.5秒秒，排空反應(yīng)腔。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的釕薄膜的制備方法，其特征在于步驟(3)中所述的氫氣和氮?dú)獾幕旌蠚怏w中，氫氣的比例為3%~?Ο%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的釕薄膜的制備方法，其特征在于步驟(3)中所述的高溫退火的溫度為250°C~450°C，.退火時(shí)間為2分鐘飛分鐘。
【文檔編號(hào)】H01L21/768GK103474392SQ201310405900
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月9日
【發(fā)明者】張春敏, 王鵬飛, 張衛(wèi) 申請人:復(fù)旦大學(xué)