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Effect of Bismuth on Intermetallic Compound Growth in Lead Free Solder/Cu Microelectronic Interconnect

材料科学技术（英文）

关键词: 金属间化合物 , 生长动力学 , 无铅焊锡 , 铜互连 , 微电子 , IMC , 生长过程 , 焊料合金

SiCN扩散阻挡层薄膜的制备及特性研究

周继承 , 石之杰 , 郑旭强

功能材料

采用磁控溅射法在单晶硅衬底上制备了SiCN及Cu/SiCN薄膜,并对试样进行了退火处理.利用原子力显微镜(AFM)、X射线衍射(XRD)、四探针测试仪(FPP)研究了SiCN薄膜的表面形貌、物相结构及在Cu/SiCN/Si结构中SiCN薄膜对铜与硅的阻挡性能.结果表明,沉积态SiCN薄膜为无定型的非晶结构,晶化温度在1000℃以上;SiCN薄膜作为Cu的扩散阻挡层有较好的热稳定性及阻挡性,阻挡失效温度在600℃左右.

关键词: SiCN薄膜 , 铜互连 , 电介质阻挡层 , 磁控溅射

化学镀铜技术的最新进展

高彦磊 , 白红军 , 殷列 , 刘宗怀 , 杨祖培 , 王增林

电镀与涂饰

概述了国内外关于超级化学镀铜填充技术的最新研究成果,主要包括应用于半导体铜互连线工艺的化学镀铜和以次磷酸钠作还原剂的无甲醛化学镀铜.介绍了不同添加剂在超级化学镀铜填充中的作用机理以及存在的问题,并提出了今后的研究方向.

关键词: 超级化学镀铜 , 铜互连 , 次磷酸钠 , 无甲醛

铜互连多层膜系中自对准CuSiN层的微结构及其热稳定性

刘波 , 唐文进 , 宋忠孝 , 徐可为

金属学报

通过等离子体与铜膜表面的分步反应合成了厚约4 nm的CuSiN自组装层。采用高分辨透射电镜(HRTEM)、纳米电子束探针(EDS)和 X射线衍射仪(XRD)表征CuSiN和Si/SiO2/TaN/Ta/Cu(CuSiN)/SiC:H/SiOC:H 多层膜基体系的微结构和热稳定性。结果表明：CuSiN层的引入显著提高Cu/SiC:H/SiOC:H结构的热稳定性，其机制是在500℃退火温度条件下CuSiN层能够稳定存在，从而阻碍了Cu原子向SiC:H/SiOC:H介质薄膜体内的扩散。

关键词: 铜互连 , self-aligned CuSiN , thermal reliability , barrier layers

化学镀铜在超大规模集成电路中的应用和发展

杨志刚 , 钟声

功能材料

随着集成电路的特征尺寸减小至深亚微米以下,互连延迟成为集成电路性能进一步提高的主要障碍.为解决互连延迟带来的危机,国际上已开发出以铜为互连材料,大马士革工艺为制造方法的铜互连工艺以取代亚微米时代的铝互连工艺.本文介绍了大马士革工艺中铜金属化以及阻挡层的研究现状.

关键词: 超大规模集成电路 , 金属化 , 铜互连 , 阻挡层

硅通孔铜互连甲基磺酸铜电镀液中氯离子的作用

季春花 , 凌惠琴 , 曹海勇 , 李明 , 毛大立

电镀与涂饰

研究了硅通孔(TSV)镀铜用甲基磺酸铜高速镀液(由Cu(CH3SO3)2 40 g/L、甲基磺酸60 g/L及Cl- 50 mg/L组成)中氯离子的作用机理.采用旋转圆盘电极研究了不同扩散条件下Cl-的作用效果,并采用电化学阻抗谱(EIS)和电子顺磁共振(EPR)探讨了Cl-在铜电化学沉积中的影响机制和对Cu+配位场的影响.结果表明:在深孔内扩散控制条件下,Cl-对铜沉积有明显的加速作用；在表面非扩散控制区域,尤其是高电流密度区,Cl-具有一定的抑制效果.因此,Cl-的存在有利于改善TSV深孔镀铜填充效果,提高填充速率.

关键词: 硅通孔 , 铜互连 , 电镀 , 氯离子 , 甲基磺酸盐

磁控溅射法制备用作铜互连阻挡层的钛-铝薄膜

邢金柱 , 刘保亭 , 霍骥川 , 周阳 , 李晓红 , 李丽 , 张湘义 , 彭英才 , 王侠

机械工程材料

采用射频磁控溅射法在Si(100)基片上首先沉积了厚度40 nm的非晶钛-铝薄膜,然后在其上又原位生长了厚度100 nm的铜薄膜,制备了铜膜/钛-铝膜/硅试样;对试样分别在400～800℃内进行真空退火处理,用原子力显微镜、X射线衍射仪、四探针测试仪对试样的表面形貌、结晶状态及方块电阻进行了分析.结果表明:当退火温度低于750℃时,试样表面平整,表面粗糙度和方块电阻均较小且基本不随退火温度的升高而改变,此时,非晶钛-铝薄膜能够起到阻挡铜向硅中扩散的作用;当退火温度在800℃时,试样的表面粗糙度和方块电阻急剧增大,此时,非晶钛-铝薄膜已经不能起到阻挡层的作用.

关键词: 铜互连 , 阻挡层 , 钛-铝薄膜 , 射频磁控溅射

基于不同阻挡层材料的铜互连热应力有限元分析

嵇凤丽 , 王颖 , 高松松 , 刘云涛

功能材料与器件学报 doi:10.3969/j.issn.1007-4252.2012.01.010

本文利用ANSYS有限元软件分别对用TaN和ZrN作为扩散阻挡层的Cu/barrier/SiO/Si结构中铜线的热应力分布进行仿真.研究热载荷350℃到20℃不同阻挡层材料单大马士革和双大马士革两种结构铜互连线的热应力.通过仿真结果得到:单大马士革结构中,在阻挡层材料为ZrN时铜线中等效应力(700MPa)比阻挡层材料为TaN时等效应力(800MPa)小；双大马士革结构中,用ZrN作为阻挡层铜线中各个方向的热应力σx、σy和σz分别比TaN作为阻挡层时小100MPa、300MPa和200MPa.本文还研究阻挡层材料分别为ZrN和TaN时,改变阻挡层的厚度对铜线热应力的影响.结果表明,热应力随着阻挡层厚度的增加而增加.各种厚度ZrN作为扩散阻挡层时的应力都比TaN作为扩散阻挡层的应力小,x、y和z方向的应力Sx(zrN)、Sy(zrN)和Sz(zrN)分别减少了50MPa、200MPa和50MPa.

关键词: 铜互连 , 扩散阻挡层 , ZrN , ANSYS , 热应力

铜互连多层膜系中自对准CuSiN层的微结构及其热稳定性

刘波 , 唐文进 , 宋忠孝 , 徐可为

金属学报 doi:10.3321/j.issn:0412-1961.2007.11.004

通过等离子体与Cu膜表面的分步反应合成了厚约4 nm的CuSiN自对准层.采用高分辨透射电子显微术(HRTEM)、纳米电子束探针能谱(EDS)和X射线衍射(XRD)表征CuSiN和Si/SiO2/TaN/Ta/Cu(CuSiN)/SiC:H/SiOC:H多层膜基体系的微结构和热稳定性.表明CuSiN层两侧分别出现SiN和Cu(Si)层,显著提高Cu/SiC:H/SiOC:H结构的热稳定性,其机制是在500℃退火温度条件下CuSiN层仍能够稳定存在,从而阻碍了Cu原子向SiC:H/SiOC:H介质薄膜体内的扩散.

关键词: 铜互连 , 自对准CuSiN , 热稳定性 , 介质扩散阻挡层

非晶Nb-Ni薄膜用于Cu与Si之间阻挡层的性能和结构的研究

张磊 , 冯招娣 , 王世杰 , 贾艳丽 , 贾长江 , 闫其庚 , 李晓红 , 代秀红 , 刘保亭

人工晶体学报

采用射频磁控溅射法架构了Cu(50 nm)/Nb-Ni(50 nm)/Si异质结,利用四探针电阻测试仪、X射线衍射仪和原子力显微镜等研究了样品在不同温度下高真空退火后的结构及输运性质.结果表明:经退火处理后的样品的方块电阻均小于常温下样品的方块电阻;X射线衍射图谱中,各个退火温度下均没有Nb-Ni结晶峰和其它杂峰出现;在AFM图像中,随着退火温度的上升,样品表面的粗糙度逐渐增加,晶粒的尺寸也在逐渐增大,直到当退火温度达到750℃左右,样品表面布满了岛状晶粒进而导致阻挡层失效.

关键词: 阻挡层 , 铜互连 , Nb-Ni薄膜