無籽晶銅互連超薄擴散阻擋層Ru-Ta-Si-N雙層結構研究.pdf

1、由于高導電能力和良好的抗電遷徙能力，Cu現(xiàn)在已經(jīng)是0.13微米以下超大規(guī)模集成電路工藝的金屬互連材料。當工藝特征尺寸不斷減小(<45nm)，溝槽和通孔深寬比增加的情況下，現(xiàn)有的物理汽相沉積(PVD)濺射的擴散阻擋層和銅籽晶層的臺階覆蓋變差，不能保證籽晶層的平整性，在高深寬比的溝槽中甚至會產(chǎn)生“空洞”。如果采用超薄的能夠直接電鍍銅的擴散阻擋層不僅能夠簡化工藝，而且可以減少由于臺階覆蓋特性不好所帶來的各種問題。由于在Ru上面可以直接電鍍銅，

2、因而使得人們對Ru這種新型材料加以關注。但是，薄的Ru膜(5nm)并不是非常有效的擴散阻擋層，而且，Ru和二氧化硅以及LowK材料的粘附性也不好。如果釕和其它具有良好擴散阻擋性能的材料如Ta、TaN、TaSiN等組合可能會更好。在這樣的背景下，本文以Ru(5nm)／TaSiN(5nm)復合薄膜作為對象，考察該薄膜對銅的擴散阻擋性能，確定Ru(5nm)／TaSiN(5nm)薄膜的最優(yōu)制備方案。并通過與其它擴散阻擋層進行比較，最終找到一種相

3、對較好的無籽晶層的擴散阻擋材料。 通過對連續(xù)制備的Cu／Ru(5nm)／TaSiN(5nm)樣品分析可知，TaSiN薄膜中氮氣含量對其阻擋特性有很大的影響。N2：Ar=1：2的條件下生長的薄膜在經(jīng)過900℃退火后，電阻率遠遠低于N2：Ar=l：1條件下制備的薄膜，表現(xiàn)出良好的熱穩(wěn)定性；同時，發(fā)現(xiàn)，硅含量低(5﹪)的條件下生長的薄膜在650℃以下時對銅有較好的擴散阻擋作用，比硅含量高(22﹪)的薄膜具有更好的熱穩(wěn)定性及阻擋特性。通