新一代集成電路Cu互連用Ta基擴(kuò)散阻擋層的制備及特性研究.pdf

1、隨著集成電路工藝技術(shù)的不斷發(fā)展，Cu逐漸取代傳統(tǒng)的金屬互連材料Al，而使器件獲得了更高的運(yùn)算速度和可靠性，但也不可避免地帶來(lái)了Cu的擴(kuò)散污染等問(wèn)題。尋找合適的抑制Cu擴(kuò)散的阻擋層材料多年來(lái)已成為Cu互連工藝研究中的熱點(diǎn)課題。 在綜述了Cu互連的優(yōu)勢(shì)及面臨的挑戰(zhàn)、擴(kuò)散阻擋層的制備工藝和發(fā)展趨勢(shì)之后，作者采用直流磁控濺射技術(shù)在Si襯底上制備了Ta、TaN<,x>、Ta-Al-N和Cu/Ta、Cu/TaN<,x>、Cu/Ta-Al-N

2、復(fù)合膜系，并對(duì)薄膜樣品進(jìn)行了鹵鎢燈快速熱退火。用四探針電阻測(cè)試儀、AFM、Alpha-step IQ臺(tái)階儀、XRD和SEM-EDS等分析測(cè)試方法對(duì)樣品的形貌結(jié)構(gòu)與特性進(jìn)行了分析表征。 結(jié)果表明，磁控濺射制備的Ta、TaN<,x>和Ta-Al-N納米薄膜表面光滑。納米Ta-Al-N薄膜的阻擋特性最佳，TaN<,x>次之，Ta薄膜最差。向Ta中摻入N促進(jìn)了納米晶／非晶薄膜的形成且消除了TaN<,x>/Si的界面反應(yīng)；Al的摻入提高了

3、TaN<,x>的結(jié)晶溫度即阻擋層能在更高的溫度下保持非晶態(tài)，因此薄膜熱穩(wěn)定性和阻擋特性得到進(jìn)一步增強(qiáng)。Ta阻擋層的失效主要是由高溫退火導(dǎo)致Ta/Si界面反應(yīng)形成TaSi<,2>及Cu通過(guò)多晶Ta膜中存在的晶界擴(kuò)散到Si形成Cu<,3>Si共同導(dǎo)致的；而Cu通過(guò)晶界擴(kuò)散到TaN/Si界面并形成Cu<,3>Si是TaN<,x>失效的主要機(jī)制；Ta-Al-N阻擋層的失效機(jī)制與TaN<,x>類(lèi)似，均是由于薄膜的晶化而導(dǎo)致的晶界擴(kuò)散。 本