一种用于铜互连的导电阻挡层材料及制备方法

摘要

本发明提供一种用于铜互连的导电阻挡层材料，由硅衬底、导电阻挡层组成，其特征在于导电阻挡层材料是采用磁控溅射法在硅衬底基体上生长非晶态Ti-Al二元合金薄膜，然后在Ti-Al二元合金薄膜上原位生长Cu薄膜制成。本发明利用Ti-Al材料同Si和Cu具有良好的热力学稳定性；非晶的Ti-Al薄膜不存在扩散通道，可以有效避免Cu生长过程中向硅衬底的扩散；Ti-Al薄膜具有成本低、热力学稳定性好、同Si衬底粘附性好、导电性良好、熔点高等特点。研究发现应用磁控溅射法制备的非晶态的Ti-Al薄膜可以避免Cu和Si在高温退火时发生反应，起到用于铜互连的阻挡层的功能。本发明易于控制、设备要求低、可以与半导体工艺兼容，广泛应用于微电子领域。

主权项

一种用于铜互连的导电阻挡层材料的制备方法，其特征在于：采用磁控溅射法在抛光的单晶硅衬底上生长非晶态Ti‑Al二元合金薄膜，然后在Ti‑Al二元合金薄膜原位生长Cu薄膜，包括如下步骤：A、选用Ti和Al比率为3∶1纯度为99.99％的Ti‑Al靶和纯度为99.95％的Cu圆形靶材，先用细沙纸打磨靶的表面，以去除靶表面的杂质，经过丙酮、无水乙醇清洗后用高纯氮气吹干，分别将靶材安装在真空室中的磁性底座上；B、把抛光的单晶硅衬底依次用HF、去离子水超声处理后，用高纯氮气吹干迅速放置到磁控溅射真空室的样品台上；C、应用分子泵和真空泵将真空室的真空度抽至(1‑5)×10‑4Pa后，应用流量计向真空室中通入高纯氩气，保持真空室的高纯氩气动态平衡的气压为0.8‑50Pa，Ti‑Al靶与衬底间距为25‑65mm，溅射功率为1‑50W，沉积时间为30min，得到厚度为2‑100nm的非晶态Ti‑Al二元合金薄膜；D、Ti‑Al薄膜制备完毕后，不打开真空室，将真空室的真空度抽至(1‑5)×10‑4Pa后，向真空室中充入高纯氩气，保持真空室的沉积气压为0.8‑50Pa；Cu圆形靶材与衬底间距为20‑60mm，转动样品台原位生长，溅射功率为10‑100W，沉积时间为1‑30min，得到厚度为20‑150nm的Cu薄膜；E、应用高真空1～5×10‑5Pa退火系统对Cu/Ti‑Al/Si多层薄膜结构进行退火处理，退火条件为300‑900℃。