專利名稱：一種在二氧化硅上化學(xué)鍍Ni-Mo-P的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于化學(xué)鍍應(yīng)用領(lǐng)域，特別涉及一種在二氧化硅(Si02)上化學(xué)鍍?nèi)辖鸨∧さ姆椒ǎ饕獞?yīng)用于超大規(guī)模集成電路銅互連線的阻擋層制備。
技術(shù)背景由于鋁線在RC延遲和電遷移方面對(duì)集成電路性能的限制，銅線逐漸取代鋁線成為集成電 路中的互連材料。與傳統(tǒng)的金屬互聯(lián)材料鋁相比，銅的電阻率低，并且具有比鋁高2個(gè)數(shù)量 級(jí)的抗電遷移能力和更高的熱傳導(dǎo)系數(shù)，即采用銅作為互連材料可大大提高電路和運(yùn)算速度 的可靠性。但是，銅在二氧化硅(Si02)和硅(Si)中擴(kuò)散相當(dāng)快，而且銅一旦進(jìn)入其中即 形成深能級(jí)雜質(zhì)，對(duì)器件中的載流子具有很強(qiáng)的陷阱效應(yīng)，使器件性能退化甚至失效。為了 阻止銅向二氧化硅(Si02)和硅(Si)中的擴(kuò)散，集成電路工業(yè)目前多使用氮化鈦、氮化鉭 等氮化物作為防止銅擴(kuò)散的阻擋層，而這些阻擋材料都是通過(guò)濺射的方法沉積上去的。伴隨 集成電路集成度的不斷提高，濺射技術(shù)在實(shí)現(xiàn)對(duì)溝槽填充高覆蓋率沉積的過(guò)程中遇到越來(lái)越 大的困難?；瘜W(xué)氣相沉積法雖然可以實(shí)現(xiàn)高覆蓋率填充，但是成本很高。在這種情況下，化學(xué)鍍阻擋層的方法受到越來(lái)越多的關(guān)注。阻擋層既能阻止銅的擴(kuò)散， 又能有效改善銅膜與襯底的結(jié)合強(qiáng)度。和傳統(tǒng)的濺射方法相比，化學(xué)鍍法具有操作簡(jiǎn)單和成 本低的優(yōu)勢(shì)。更為重要的是，化學(xué)鍍沉積具有覆蓋率高的特點(diǎn)。目前，為了通過(guò)化學(xué)鍍法制 備阻擋層，很多學(xué)者首先在二氧化硅上面通過(guò)濺射的方法沉積一層很薄的種子層，然后再通 過(guò)化學(xué)鍍法沉積Ni-Mo-P、 Ni-W-P、 Co-W-P、 Co-Mo-P、 Ni_B等合金作為阻擋層。而本發(fā)明是 通過(guò)對(duì)二氧化硅表面活化以后，直接在二氧化硅上面化學(xué)鍍沉積Ni-Mo-P，在此之前，沒有 在二氧化硅上面通過(guò)濺射法提供種子層。本發(fā)明涉及到的化學(xué)鍍法可以在二氧化硅上面快速 沉積Ni-Mo-P膜，而且Ni-Mo-P膜表面光亮、致密、平整，與基板結(jié)合力強(qiáng)，具有優(yōu)異的阻 擋性能。由于高熔點(diǎn)元素Mo的加入，鍍層的熱穩(wěn)定性較好。從沉積原理來(lái)講，雖然Mo、 P不 能單獨(dú)從水溶液中沉積出來(lái)，但在鐵族元素(Fe、 Co、 Ni)存在的情況下可以發(fā)生誘導(dǎo)共沉積，從而實(shí)現(xiàn)Ni-Mo-P膜沉積。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提出一種在二氧化硅(Si02)表面化學(xué)鍍Ni-Mo-P的方法，實(shí)現(xiàn)直接在 二氧化硅(Si02)表面上化學(xué)鍍Ni-Mo-P，為后續(xù)鍍銅提供性能優(yōu)異的阻擋層。采用此方法制 備的Ni-Mo-P薄膜表面光亮、致密、平整，與基板結(jié)合力強(qiáng)，具有優(yōu)異的阻擋性能，是集成 電路銅互聯(lián)線阻擋層的較佳選擇。本發(fā)明提出的一種在二氧化硅(Si02)表面上化學(xué)鍍Ni-Mo-P 的方法，其特征在于，對(duì)基板(Si(VSi)進(jìn)行前期處理，首先對(duì)其分別進(jìn)行丙酮、10wt。/。鹽 酸、去離子水的超聲波清洗，超聲波的超聲頻率為40KHz，功率100W，每次清洗時(shí)間為5分 鐘；然后將清洗好的基板放入50 60'C的KD-550乙醇溶液中偶聯(lián)10分鐘，KD-550的濃度為 lwt%;接下來(lái)將基板放入50 6(TC的氯化鈀和鹽酸的混合溶液中活化5分鐘，氯化鈀和鹽酸 的濃度分別為為0. lg/L和3. 65g/L，該混合溶液的pH值通過(guò)氫氧化鈉溶液調(diào)整為5. 0 6. 5。 本發(fā)明的特點(diǎn)及效果本發(fā)明中采用的化學(xué)鍍?nèi)芤褐泻械臋幟仕岣x子和氨根離子對(duì)鎳離 子具有絡(luò)合作用，不僅可以防止沉淀析出，還可以使電極電位較正的金屬平衡電位向負(fù)的方 向移動(dòng)，促進(jìn)鎳和鉬的共同沉積；溶液中含有的十二垸基硫酸鈉的數(shù)量較少，但是它的存在， 可以使沉積的薄膜表面光滑。本發(fā)明采用化學(xué)鍍的方法，鍍液溫度和pH值的變化，將引起薄 膜成分、厚度、表面形貌的相應(yīng)變化。在其它沉積條件不變的情況下，可以通過(guò)調(diào)整沉積時(shí) 間來(lái)有效控制薄膜的厚度。采用此種方法沉積的Ni-Mo-P薄膜表面光亮、致密、平整，與基 板結(jié)合力強(qiáng)，具有優(yōu)異的阻擋性能。該方法的溶液配制及薄膜制備工藝簡(jiǎn)單易行，成本低廉。 本發(fā)明可以直接在二氧化硅(Si02)上化學(xué)鍍Ni-Mo-P，該薄膜作為阻擋層對(duì)于未來(lái)集成電路 集成度的進(jìn)一步提高具有重要意義。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明在二氧化硅(Si02)表面上化學(xué)鍍Ni-Mo-P，首先對(duì)基板(Si02/Si)進(jìn)行清洗、 偶聯(lián)、活化等前期處理，然后將基板置于水浴加熱的化學(xué)鍍液中，鍍液中發(fā)生氧化還原反應(yīng)， 在二氧化硅(Si02)表面快速沉積得到Ni-Mo-P膜。采用此工藝制備的Ni-Mo-P膜，表面光 亮、致密、平整，與基板結(jié)合力強(qiáng)，具有優(yōu)異的阻擋性能。本發(fā)明的化學(xué)鍍液可由20 30g/L 的硫酸鎳，0. 1 0. 5g/L鉬酸鈉，20 30g/L次亞磷酸鈉，20 30g/L檸檬酸鈉，1 3g/L冰醋酸，0.004 0.006g/L氟化銨，0.02 0.06g/L十二垸基硫酸鈉組成，并滴加氫氧化鈉溶液 和去離子水調(diào)整pH值為10.0 12.0，溶液溫度為75 85°C。本發(fā)明的實(shí)施例如下實(shí)施例一對(duì)基板(SiCySi)進(jìn)行前期處理，首先對(duì)其分別進(jìn)行丙酮、10wt。/。鹽酸、去 離子水的超聲波清洗，超聲波的超聲頻率為40KHz，功率100W，每次清洗時(shí)間為5分鐘；然 后將清洗好的基板放入50 60。C的KD-550乙醇溶液中偶聯(lián)10分鐘，KD-550的濃度為lwt%; 接下來(lái)將基板放入50 6(TC的氯化鈀和鹽酸的混合溶液中活化5分鐘，氯化鈀和鹽酸的濃度 分別為為0. lg/L和3. 65g/L，該混合溶液的pH值通過(guò)氫氧化鈉溶液調(diào)整為5. 0 6. 5。溶液為20g/L的硫酸鎳，0. lg/L鉬酸鈉，20g/L次亞磷酸鈉，20g/L檸檬酸鈉，lg/L冰 醋酸，0.005g/L氟化銨，0.02g/L十二垸基硫酸鈉組成，滴加氫氧化鈉溶液和去離子水調(diào)整 pH為11，溶液溫度為80'C。實(shí)施例二對(duì)基板(Si(VSi)進(jìn)行前期處理同上。溶液為25g/L的硫酸鎳，0.2g/L鉬酸鈉，25g/L次亞磷酸鈉，25g/L檸檬酸鈉，3g/L冰 醋酸，0.004g/L氟化銨，0.03g/L十二烷基硫酸鈉組成，滴加氫氧化鈉溶液和去離子水調(diào)整 pH為11，溶液溫度為85'C。實(shí)施例三對(duì)基板(Si02/Si)進(jìn)行前期處理同上。溶液為30g/L的硫酸鎳，0.5g/L鉬酸鈉，30g/L次亞磷酸鈉，30g/L檸檬酸鈉，2g/L冰 醋酸，0.006g/L氟化銨，0.04g/L十二烷基硫酸鈉組成，滴加氫氧化鈉溶液和去離子水調(diào)整 pH為12，溶液溫度為80°C。實(shí)施例四對(duì)基板(sicysi)進(jìn)行前期處理同上。溶液為25g/L的硫酸鎳，0.3g/L鉬酸鈉，25g/L次亞磷酸鈉，20g/L檸檬酸鈉，lg/L冰 醋酸，0.004g/L氟化銨，0.05g/L十二烷基硫酸鈉組成，滴加氫氧化鈉溶液和去離子水調(diào)整 pH為11.5，溶液溫度為75°C。實(shí)施例五對(duì)基板(Si02/Si)進(jìn)行前期處理同上。溶液為25g/L的硫酸鎳，0.4g/L鉬酸鈉，20g/L次亞磷酸鈉，30g/L檸檬酸鈉，1. 5g/L冰醋酸，0.005g/L氟化銨，0.06g/L十二烷基硫酸鈉組成，滴加氫氧化鈉溶液和去離子水調(diào) 整pH為11，溶液溫度為8(TC。 實(shí)施例六對(duì)基板(Si(VSi)進(jìn)行前期處理同上。溶液為20g/L的硫酸鎳，0. 3g/L鉬酸鈉，30g/L次亞磷酸鈉，25g/L檸檬酸鈉，3g/L冰 醋酸，0.004g/L氟化銨，0.05g/L十二烷基硫酸鈉組成，滴加氫氧化鈉溶液和去離子水調(diào)整 pH為11.5，溶液溫度為85'C。實(shí)施例七對(duì)基板(Si02/Si)進(jìn)行前期處理同上。溶液為25g/L的硫酸鎳，0.2g/L鉬酸鈉，25g/L次亞磷酸鈉，30g/L檸檬酸鈉，2. 5g/L 冰醋酸，0.006g/L氟化銨，0.04g/L十二烷基硫酸鈉組成，滴加氫氧化鈉溶液和去離子水調(diào) 整pH為lO. 5，溶液溫度為80'C。實(shí)施例八對(duì)基板(Si02/Si)進(jìn)行前期處理同上。溶液為25g/L的硫酸鎳，0.4g/L鉬酸鈉，20g/L次亞磷酸鈉，20g/L檸檬酸鈉，2g/L冰 醋酸，0.005g/L氟化銨，0.03g/L十二垸基硫酸鈉組成，滴加氫氧化鈉溶液和去離子水調(diào)整 pH為10，溶液溫度為85°C。實(shí)施例九對(duì)基板(Si02/Si)進(jìn)行前期處理同上。溶液為20g/L的硫酸鎳，0.5g/L鉬酸鈉，25g/L次亞磷酸鈉，25g/L檸檬酸鈉，lg/L冰 醋酸，0.004g/L氟化銨，0.04g/L十二垸基硫酸鈉組成，滴加氫氧化鈉溶液和去離子水調(diào)整 pH為12，溶液溫度為75°C。實(shí)施例十對(duì)基板(Si02/Si)進(jìn)行前期處理同上。溶液為25g/L的硫酸鎳，0.2g/L鉬酸鈉，20g/L次亞磷酸鈉，30g/L檸檬酸鈉，1. 5g/L 冰醋酸，0.005g/L氟化銨，0.02g/L十二垸基硫酸鈉組成，滴加氫氧化鈉溶液和去離子水調(diào) 整pH為11，溶液溫度為8(TC。
權(quán)利要求
1、一種在二氧化硅上化學(xué)鍍Ni-Mo-P的方法，其特征在于，首先對(duì)基板(SiO2/Si)進(jìn)行清洗、偶聯(lián)、活化前期處理，然后將基板置于水浴加熱的化學(xué)鍍液中，鍍液中發(fā)生氧化還原反應(yīng)，在二氧化硅表面快速沉積得到Ni-Mo-P膜。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種在二氧化硅上化學(xué)鍍Ni-Mo-P的方法，其特征在于，所述 的化學(xué)鍍?nèi)芤河?0 30g/L的硫酸鎳，0. 1 0. 5g/L鉬酸鈉，20 30g/L次亞磷酸鈉，20 30g/L 檸檬酸鈉，1 3g/L冰醋酸，0.004 0.006g/L氟化銨，0. 02 0. 06g/L十二垸基硫酸鈉組成， 并滴加氫氧化鈉溶液和去離子水調(diào)整pH值為10. 0 12. 0，溶液溫度為75 85°C 。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種在二氧化硅上化學(xué)鍍Ni-Mo-P的方法，其特征在于，所述 對(duì)基板(Si02/Si)進(jìn)行前期處理為首先對(duì)其分別進(jìn)行丙酮、10wt。/。鹽酸、去離子水的超聲 波清洗，每次清洗時(shí)間為5分鐘；然后將清洗好的基板放入50 60'C的KD-550乙醇溶液中 偶聯(lián)10分鐘，KD-550的濃度為lwt%;接下來(lái)將基板放入50 60'C的氯化鈀和鹽酸的混合溶 液中活化5分鐘，氯化鈀和鹽酸的濃度分別為為0. lg/L和3. 65g/L，該混合溶液的pH值通 過(guò)氫氧化鈉溶液調(diào)整為5.0 6.5;至此，前期處理結(jié)束。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種在二氧化硅上化學(xué)鍍Ni-Mo-P的方法，其特征在于，所述 超聲波的超聲頻率為40KHz，功率100W。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在二氧化硅(SiO₂)上化學(xué)鍍Ni-Mo-P的方法，屬于化學(xué)鍍應(yīng)用領(lǐng)域。本方法首先對(duì)基板(SiO₂/Si)進(jìn)行清洗、偶聯(lián)、活化等前期處理，然后將基板置于水浴加熱的化學(xué)鍍液中，鍍液中發(fā)生氧化還原反應(yīng)，在二氧化硅(SiO₂)表面快速沉積得到Ni-Mo-P膜。采用此工藝制備的Ni-Mo-P膜，表面光亮、致密、平整，與基板結(jié)合力強(qiáng)，具有優(yōu)異的阻擋性能。此方法溶液配制方便，生產(chǎn)步驟簡(jiǎn)單，成本低廉，是未來(lái)集成電路銅互連線阻擋層的較佳選擇之一。
文檔編號(hào)C23C18/18GK101235495SQ20081000761
公開日2008年8月6日 申請(qǐng)日期2008年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月3日
發(fā)明者劉殿龍, 楊志剛 申請(qǐng)人:清華大學(xué)