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文檔簡介
1、隨著集成電路特征尺寸不斷減小,電阻電容(RC)延遲成為制約集成電路發(fā)展的主要瓶頸。為了降低RC延遲,提高器件的反應(yīng)速度,銅由于其優(yōu)良的導(dǎo)電性和抗電遷移能力取代鋁,成為第二代互連材料。然而,超薄阻擋層良好臺(tái)階覆蓋率卻是集成電路工藝的巨大挑戰(zhàn);此外,擴(kuò)散阻擋層減少了互連線中銅的有效橫截面面積,導(dǎo)致互連系統(tǒng)電阻率增加。因此,考慮去除擴(kuò)散阻擋層是非常有必要的。合金化的方法由于可以改善薄膜的性能,解決上述問題,得到很大重視。進(jìn)行銅金屬化基礎(chǔ)理論研
2、究,對于優(yōu)化銅互連性能、提高銅互連可靠性和超大規(guī)模集成電路系統(tǒng)的產(chǎn)量具有極其重要的意義。
在本研究中,主要探討了銅合金薄膜的性能及其在集成電路互連材料上的應(yīng)用。純Cu和兩種不同濃度的Cu(Ti)、Cu(Cr)薄膜采用直流磁控濺射的方法沉積在SiO2/Si襯底。然后在真空度為2×10-4Pa條件下進(jìn)行300℃~700℃的熱處理。對熱處理過的樣品采用四探針、X射線衍射儀(XRD)、X射線光電子能譜(XPS)、掃描電子顯微鏡(SEM
3、)、透射電子顯微鏡(TEM)和半導(dǎo)體分析儀(Keithley2400)進(jìn)行觀察和測量。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,直接在SiO2襯底上沉積純銅薄膜,500℃退火后就發(fā)生明顯失效,薄膜的穩(wěn)定性和電學(xué)特性較差。
對于 Cu(Ti)/SiO2合金薄膜體系,其穩(wěn)定性和電學(xué)特性得到了一定改善。退火后 Ti原子向外擴(kuò)散到自由表面和銅合金/二氧化硅交界面,并在Cu(5.4at.%Ti)薄膜和SiO2界面間形成一層7nm的阻擋層。但仍有大量Ti
4、原子殘留在銅膜中,這導(dǎo)致Cu(1.6at.%Ti)薄膜與SiO2間無連續(xù)阻擋層生成,膜基結(jié)合性差。Cu(1.6at.%Ti)薄膜退火到700℃后檢測到Cu3Si,說明此時(shí)薄膜中已發(fā)生擴(kuò)散反應(yīng)。由于薄膜中含Ti量較高,對銅膜的附加電阻增加,退火后電阻并沒有達(dá)到期望值。Cu(1.6at.%Ti)電極 MOS小時(shí)退火態(tài)漏電流比1小時(shí)退火態(tài)漏電流增加一個(gè)數(shù)量級(jí),說明其穩(wěn)定性較差,而Cu(5.4at.%Ti)電極MOS漏電流可以幾乎保持不變。
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