納米尺度金屬薄膜氧化傳質(zhì)規(guī)律及其機(jī)理研究.pdf

1、傳質(zhì)特性是材料的基本性質(zhì)之一,在電子器件的制造、工藝、失效分析與可靠性評(píng)估等諸多應(yīng)用領(lǐng)域中,均涉及到傳質(zhì)問(wèn)題。近年來(lái)由于金屬薄膜在微電子器件互連等領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用,使得金屬氧化腐蝕失效的傳質(zhì)過(guò)程成為一個(gè)非常值得關(guān)心的重要科學(xué)問(wèn)題。澄清薄膜中的傳質(zhì)規(guī)律對(duì)特殊結(jié)構(gòu)膜的制備、可控納米結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)、薄膜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性以及薄膜應(yīng)用與失效分析等都具有重要意義。
　　 本文選取在互連領(lǐng)域中有廣泛應(yīng)用前景的Cu材料,利用真空蒸鍍的方法制備成單層薄膜

2、,研究了氧化傳質(zhì)前后薄膜組分、結(jié)構(gòu)和形貌變化；建立了2種新的傳質(zhì)表征方法；著重研究了Cu薄膜氧化傳質(zhì)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律及其理論模型,以期對(duì)該類(lèi)薄膜的制備和應(yīng)用以及失效機(jī)理等研究提供新的思路。取得成果如下：⑴建立了基于方塊電阻測(cè)量的原位表征 Cu薄膜氧化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)規(guī)律的方法。利用Cu薄膜方塊電阻隨氧化時(shí)間的變化情況,得到氧化產(chǎn)物厚度與氧化時(shí)間的關(guān)系,反應(yīng)動(dòng)力學(xué)表征結(jié)果符合拋物線規(guī)律。還利用不同的氧化反應(yīng)溫度條件和對(duì)應(yīng)的拋物線常數(shù)之間的關(guān)系得到體系

3、的擴(kuò)散激活能,并利用激活能推測(cè)其微觀擴(kuò)散機(jī)制。結(jié)果表明,該方法適用于表征薄膜氧化反應(yīng)體系。⑵研究了140℃下納米尺度Cu薄膜的氧化行為。采用真空蒸發(fā)法以不同沉積速率制備一系列Cu薄膜,利用原子力顯微鏡(AFM)觀察其微觀形貌,選取形貌良好的Cu薄膜樣品。采用方塊電阻和透射光譜兩種方法為表征手段,測(cè)量16～22 nm范圍內(nèi)不同厚度Cu薄膜在140℃下完全氧化所需要的時(shí)間,得到了Cu薄膜氧化反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)曲線,并利用X射線衍射(XRD)分析了