本發(fā)明屬于化學(xué)鍍應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，特別是化學(xué)鍍制備超大規(guī)模集成電路亞45nm級銅互連線和擴散阻擋層的工藝方法。

背景技術(shù)：

隨著超大規(guī)模集成電路的不斷發(fā)展，rc延遲成為限制器件速度性能的一個重要因素。銅由于其高導(dǎo)電性和電遷移性已被用來代替鋁做為集成電路的互連線。但是銅與硅的粘附性較差且銅在二氧化硅中擴散速度極快，并在低至200℃時即可與硅發(fā)生反應(yīng)生成高電阻的銅硅化合物，此外銅不會形成抗腐蝕的氧化層，會使設(shè)備的性能惡化。因此需要在銅與硅之間插入擴散阻擋層來阻止銅的擴散以及增強銅的粘附性，同時還需要在銅的表面制備抗氧化層來防止銅的腐蝕。

用于制備擴散阻擋層薄膜的方法主要有物理氣相沉積(pvd)、化學(xué)氣相沉積(cvd)、原子層沉積(ald)、電鍍以及化學(xué)鍍等。化學(xué)鍍具有操作溫度低，鍍層覆蓋率好，操作簡單，成本低等優(yōu)點，故本發(fā)明采用化學(xué)鍍法制備擴散阻擋層薄膜。

化學(xué)鍍制備超大規(guī)模集成電路銅互連擴散阻擋層的研究較多，國內(nèi)外對化學(xué)鍍制備擴散阻擋層的研究多集中在鎳系和鈷系合金，如：a.abdelaal等人研究了不同元素比例的cowp薄膜的性能，yishitao等人研究了w的加入對nip阻擋性能的影響，tetsuyaosaka等人發(fā)現(xiàn)w的加入會降低nib合金的阻擋性能，dian-longliu等人研究了ni–mo–p合金的阻擋性能。對于擴散阻擋層薄膜的研究已有很多報道，然而能滿足ulsi-cu布線的理想擴散阻擋層材料仍未找到，尋找性能優(yōu)異的擴散阻擋層材料仍是業(yè)內(nèi)人士的重要任務(wù)。

ni-b薄膜具有良好的導(dǎo)電性，粘附性，低的孔隙率和優(yōu)異的電學(xué)性能，鈷具有高熔點、高熱導(dǎo)率，優(yōu)異的電磁學(xué)性能。故本發(fā)明采用化學(xué)鍍方法制備nicob薄膜，以期獲得具有良好的粘附性能，電學(xué)性能，阻擋效果優(yōu)異的阻擋層薄膜。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明利用化學(xué)鍍制備nicob薄膜，主要目的是獲得電學(xué)性能優(yōu)異，具有良好粘附性能和阻擋性能的nicob擴散阻擋層薄膜。

為了實現(xiàn)上述目的，在化學(xué)鍍之前首先對單晶硅基體進行清洗、粗化、敏化、活化和解膠等預(yù)處理。其次用化學(xué)鍍方法制備nicob/cu/nicob/si樣品。

化學(xué)鍍制備nicob薄膜的工藝參數(shù)為：

絡(luò)合劑：na3c6h5o7·2h2o：41.174g/lc4o6h4kna·4h2o：14.1115g/l

主鹽：niso4·6h2o：28.914g/lcoso4·7h2o：8.433g/l

還原劑：dmab：2.3568g/l

加速劑：nh4f：1g/l

ph緩沖劑：ch3coona·3h2o：15g/l

溫度：80℃

ph：11。

化學(xué)鍍銅的工藝參數(shù)為：

主鹽：cuso4·2h2o：20g/l

絡(luò)合劑：edta-2na：39g/l

還原劑：chocooh·h2o：13.8g/l

加速劑：c6h8o7·h2o：21g/l

穩(wěn)定劑：2,2’-聯(lián)吡啶：10mg/l

溫度：77.5℃

ph：12.5

攪拌：30r/min。

化學(xué)鍍制備第一層nicob薄膜、第二層cu薄膜、第三層nicob薄膜的沉積時間分別為5min，2min，20s。將nicob/cu/nicob/si樣品氬氣氣氛中進行500℃~850℃的退火實驗。

實驗表明，本發(fā)明所制備的nicob薄膜具有良好的粘附性，電阻率低等優(yōu)點，其阻擋銅擴散的失效溫度高達850℃。

附圖說明

圖1是nicob/cu/nicob/si樣品未退火及不同溫度退火后的xrd圖。

圖2是nicob/cu/nicob/si樣品的方塊電阻隨退火溫度的變化曲線。

圖3是nicob/cu/nicob/si樣品未退火時的afm三維結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是nicob/cu/nicob/si樣品500℃退火后的afm三維結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是nicob/cu/nicob/si樣品600℃退火后的afm三維結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6是nicob/cu/nicob/si樣品700℃退火后的afm三維結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7是nicob/cu/nicob/si樣品750℃退火后的afm三維結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8是nicob/cu/nicob/si樣品800℃退火后的afm三維結(jié)構(gòu)示意圖。

圖9是nicob/cu/nicob/si樣品850℃退火后的afm三維結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實驗結(jié)果進行闡述，以使本發(fā)明的優(yōu)點和特征能更易于被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，從而對本發(fā)明的保護范圍做出更為清楚明確的界定。

圖1是nicob/cu/nicob/si樣品未退火及退火后的xrd圖。從圖1中可以看出，未退火時的薄膜幾乎以非晶狀態(tài)存在，500℃退火后出現(xiàn)了ni3si2，ni2o3，b4si，ni3si和cob的衍射峰，600℃退火后ni2o3，ni3si，cob和在2θ為45°附近的ni3si2衍射峰消失，b4si和2θ為28°附近的ni3si2的衍射峰強度增強，700℃退火后出現(xiàn)的nisi衍射峰在750℃退火后又消失，750℃退火后出現(xiàn)了ni4b3和nisi2的衍射峰，原有的ni3si2衍射峰消失，800℃退火則只有ni4b3和b4si的衍射峰，850℃退火后則出現(xiàn)了cu4si衍射峰，表明此時nicob薄膜的阻擋性能已經(jīng)失效，cu粒子通過擴散阻擋層的晶粒邊界到達si基體并與之反應(yīng)，生成了高電阻的cu4si。ni2o3衍射峰的出現(xiàn)是因為退火過程中所用的保護氣體為99.99%的ar，在退火過程中部分表面的薄膜樣品與微量的氧氣發(fā)生反應(yīng)所致。

圖2是nicob/cu/nicob/si樣品的方塊電阻隨退火溫度的變化曲線。未退火時，nicob/cu/nicob/si樣品的方塊電阻為1.935ω/□，可見nicob薄膜具有良好的電學(xué)性能。經(jīng)退火后nicob/cu/nicob/si樣品的方塊電阻先減小后增大，500℃~700℃退火后方塊電阻在0.8ω/□左右變化，750℃和800℃退火后方塊電阻分別增大到5.854ω/□和6.724ω/□，850℃退火后方塊電阻急劇增大，表明此時nicob薄膜的阻擋性能已經(jīng)失效，方塊電阻的檢測結(jié)果與xrd結(jié)果吻合。

圖3是nicob/cu/nicob/si樣品未退火時的表面形貌圖，可以看出制備的多層薄膜較為致密。圖4，圖5，圖6，圖7，圖8，圖9分別為樣品在500℃，600℃，700℃，750℃，800℃，850℃退火后的表面形貌圖。500℃~750℃退火后樣品的粗糙度不斷增大，這是由于退火后有新的物相生成且晶粒尺寸變化以及再結(jié)晶的緣故。800℃退火后物相種類變少，顆粒變小樣品表面呈現(xiàn)出丘陵狀，850℃退火后在丘陵狀的顆粒表面生成許多小顆粒，此時阻擋性能已經(jīng)失效，這些小顆粒即為cu4si。

由實驗結(jié)果可知本發(fā)明所制備的nicob阻擋層薄膜具有優(yōu)異的電學(xué)性能且在800℃退火后仍然可以阻擋銅向硅擴散。

以上所述僅為本發(fā)明的實施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護范圍內(nèi)。