自組裝單分子膜的末端功能基團對化學氣相沉積銅薄膜的影響.pdf

1、銅具有很好的導電性和抗電遷移能力，是一種理想的多級金屬化形成的超大規(guī)模集成電路(ULSI)中的導線材料。在100nm以下銅金屬互連技術中，需要使用厚度<5nm的擴散阻擋層來阻止銅擴散進入相鄰的電介質，并且增強銅在基材表面的附著能力。目前，特別是在高深寬比的條件下，傳統(tǒng)的阻擋層材料如鉭，氮化鉭，氮化鈦等無法形成厚度小于10nm的均一的連續(xù)的薄膜。 自組裝單分子膜(SAMs)可以通過改變其鏈長和末端功能基團來形成超薄的具有特定性質的

2、薄膜，因此被廣泛的應用于分子器件，平版印刷術和微型儀器等領域中。通過選擇合適的末端功能基團，SAMs可以利用末端功能基團與銅之間的相互作用來阻擋銅的擴散和增加銅在基材表面的附著能力，是一種理想的擴散阻擋層材料。 本論文在自行設計、組建的金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)系統(tǒng)上，以六氟乙酰丙酮合銅(Ⅱ)[Cu<'(Ⅱ)>(hfac)<,2>]為前驅物，氫氣為載氣和還原性反應氣，分別在2-(吡啶)-2-乙基-三甲基硅烷(TMSEP)

3、和丙基三甲氧基硅烷(PTMS)自組裝單分子膜(SAMs)改性基材上進行化學氣相沉積銅薄膜，并對得到的銅薄膜的性質進行了分析和比較，研究自組裝單分子膜的末端功能基團對化學氣相沉積銅薄膜的影響。論文主要由以下三個部分組成： 一、在PTMS自組裝單分子膜改性基材上進行化學氣相沉積銅薄膜的相關研究。研究表明：銅與甲基功能團之間的相互作用為van der Waals相互作用，屬于弱相互作用，因此甲基對沉積在基材表面的銅沒有固定作用，這樣就

4、導致銅在PTMS-SAMs改性的表面有團聚現象。PTMS-SAMs的引入對阻止銅擴散進入基材表面具有一定的效果，這主要是烷基鏈之間的緊密堆積產生的真空層的作用。 二、在TMSEP自組裝單分子膜改性基材上進行化學氣相沉積銅薄膜的相關研究。研究表明：銅與2-吡啶的之間的相互作用主要為銅和芳環(huán)之間的配位作用，因此對阻擋銅的擴散和增強表面附著力有一定的效果。整個沉積過程可分為表面反應控制區(qū)和傳質控制區(qū)，兩溫度區(qū)域之間的轉換溫度為350℃

5、。銅薄膜的接合模式為“填充式(filling in)”，這樣有利于形成均勻的銅薄膜。 三、研究和比較了銅在擁有不同末端功能基團的SAMs上的化學氣相沉積。發(fā)現：SAMs的引入不僅能夠增加銅在基材表面的附著能力，而且能有效地阻止銅擴散進入基材表面。這是因為SAMs的末端功能基團與銅之間存在著相互作用，起到了固定銅原子的效果。SAMs表面功能基團與銅之間相互作用力的強弱不同，這種固定作用也不相同。末端功能團中反應位點的位置也會影響到