李幼真
,
周继承
,
陈海波
,
黄迪辉
,
刘正
功能材料与器件学报
doi:10.3969/j.issn.1007-4252.2008.04.007
超大规模集成电路Cu互连中的核心技术之一是制备性能优异的扩散阻挡层.本文采用直流磁控反应溅射在N2/Ar气氛中制备了不同组分比的Ta-N薄膜,并原位制备了Cu/Ta-N/基底复合结构,对部分样品在N2保护下进行了快速热处理(RTA),采用台阶仪、四探针测试仪、原子力显微镜(AFM)、扫描电镜、X射线衍射(XRD)对薄膜形貌结构进行了表征.结果表明,随着N2流量比的增加,薄膜沉积速率下降,表面趋于平滑,Ta-N薄膜热稳定性能及阻挡性能随之提高,而电阻率则上升.氮流量比为0.3制备的厚度为100nm的Ta-N薄膜经600℃/5min RTA后,仍可保持对Cu的有效阻挡;在更高温度下退火,Cu将穿过阻挡层与Si发生反应,导致阻挡层失效.
关键词:
Cu互连
,
Ta-N阻挡层
,
氮分压
,
失效机制
肖剑荣
,
徐慧
,
李幼真
,
刘雄飞
,
马松山
,
简献忠
中国有色金属学报
使用CF4和CH4为源气体,利用射频等离子体增强化学气相沉积法,制备了a-C:F:H薄膜样品.采用拉曼光谱仪、傅里叶变换红外光谱仪、X射线光电子能谱仪(XPS)对薄膜的结构进行了测试和分析.研究发现:该膜呈空间网状结构,膜内碳与氟、氢的结合主要以sp3形式存在,而sp2形式的含量相对较少;在薄膜内主要含有C-Fx(x=1,2,3)、C-C、C-H2、C-H3等以及不饱和C=C化学键;同时,薄膜中C-C-F键的含量比C-C-F2键的含量要高.在不同功率下沉积的薄膜,其化学键结构明显不同.
关键词:
a-C:F:H薄膜
,
等离子体增强化学气相沉积
,
低介电常数
,
化学键
刘雄飞
,
肖剑荣
,
李幼真
,
张云芳
材料导报
氟化非晶碳(a-C:F)薄膜是一种电、光学新材料.介绍了它的制备方法,对其制备工艺作了较全面的探讨;分析了该膜制备方法和工艺参数对薄膜组分及化学键结构的影响;研究了该膜的电学、光学、热学、力学等物理性质及其在相关方面的应用,并对该膜的物理性质与制备工艺参数的关联作了详细的论述;指出介电常数和热稳定性的矛盾是阻碍该膜实用化的主要原因.
关键词:
氟化非晶碳薄膜
,
介电常数
,
光学带隙
,
热稳定性
,
化学气相沉积
李幼真
,
陈海波
,
刘正
材料导报
采用磁控反应共溅射法制备了Ta-Al-N纳米薄膜及Cu/Ta-Al-N/Si结构,并在氮气保护下对薄膜进行了快速热处理,用四探针电阻测试仪、台阶仪、原子力显微镜、X射线衍射、X射线光电子能谱、扫描电镜等对薄膜进行了表征.研究表明,少量Al的掺入可降低薄膜的表面粗糙度,有效提高其热稳定性和Cu扩散阻挡能力,但同时也增大了薄膜的电阻率.Al原子分数为1.7％、厚约100nm的Ta-Al-N薄膜在800℃热处理5min后仍可保持稳定和对Cu扩散的有效阻挡,其作用机制与Al填充堵塞晶界及提高薄膜的晶化温度有关.
关键词:
Ta-Al-N薄膜
,
磁控溅射
,
结构
,
热稳定性
,
阻挡特性
陈海波
,
周继承
,
李幼真
材料导报
简要介绍了集成电路的发展趋势及其带来的相关问题和解决办法.综述了国内外对Cu互连扩散阻挡层的制备方法与工艺、阻挡层的选材、阻挡层薄膜的特性等最新研究的进展.评述了该领域的发展趋势及可能的影响因素.
关键词:
集成电路
,
Cu互连
,
扩散挡层
,
阻挡性能
陈海波
,
周继承
,
李幼真
功能材料
采用直流磁控溅射方法在p型(100)Si衬底上制备了Cu/Ta、Cu/Ta-N和Cu/Ta-Al-N复合膜,并对薄膜样品进行了卤钨灯快速热退火.用四探针电阻测试仪(FPP)、AFM、SEM、Alpha-step IQ台阶仪和XRD等分析测试方法对样品的形貌结构与特性进行了分析表征,并对N和Al的掺杂机理进行了讨论.实验结果表明,Ta、Ta-N和Ta-Al-N膜层的Cu扩散阻挡特性逐渐增强,Ta/Si界面上的反应和Cu通过多晶Ta膜扩散到Si底并形成Cu3Si共同导致了Ta阻挡层的失效,而Cu通过Ta-N和Ta-Al-N结晶后产生的晶界扩散到Si底并形成Cu3Si是两者失效的唯一机制.N的掺入促进了非晶薄膜的形成且有利于消除界面反应,而Al的掺入将进一步提高薄膜的结晶温度和热稳定性.
关键词:
直流磁控溅射
,
Ta基纳米薄膜
,
Cu扩散阻挡层
,
阻挡特性
李幼真
,
周继承
,
陈海波
材料导报
阐述了集成电路Cu互连中的技术难题,重点讨论了Cu的扩散问题,综述了扩散阻挡层的研究发展进程,重点介绍了当今研究较多的难熔金属、难熔金属氮化物及其三元结构阻挡层的最新进展情况.研究表明,阻挡层的阻挡性能与制备工艺、薄膜组分及微观结构密切相关,其失效机制多为高温下阻档层晶化所产生的晶界为Cu扩散提供了快速通道,掺入Si或其它原子的难熔金属氮化物由于其较高的晶化温度和良好的阻挡性能正成为研究热点.
关键词:
扩散阻挡层
,
Cu金属化
,
热稳定性
,
薄膜
