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188宝金博页面版: 超薄 MoN扩散阻挡层的扩散阻挡性能分析

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内容提示: 第 25 卷第 5 期2012 年 10 月四川 理工学院学报( 自 然科学版)Journal of Sichuan University of Science & Engineering( Natural Science Edition)Vol 25。危铼 5Oct 2012收稿日 期:20120920基金项目:国家自 然科学基金青年基金项目 (51201111) ;材料腐蚀与 防护四川 省重点实验室开放基金项目 (2011CL15) ;四川 理工学院人才引 进基金项目 (2011RC05、2011RC03) ;四川 省188宝金博页面版厅项目 (12ZB285)作者简介:刘春海(1978) ,男,四川 内江人, 讲师,博士,主要从事材料表面改性与薄膜材料方面的研究,( Email) lch0957@ 163. com文章编号:16731549( 2012) 05001504DOI:10. 3969 /j. issn. 16731549. 2012. 05. 004超薄 MoN 扩散阻挡层的扩散阻挡性能分析刘春海1,2, 王 龙1,2, 崔学军1,2, 金永中1,2, 叶 松3(1. 四川理工学院材料与化学工程学院, 四川 自 贡 643000; 2. 材料腐蚀与防护四川省重点实验室, 四川 自 贡 643000;3. 巢湖学院电子工程与电气自 动...

文档格式:PDF | 页数:4 | 浏览次数:78 | 上传日期:2015-04-07 08:03:28 | 文档星级:
第 25 卷第 5 期2012 年 10 月四川 理工学院学报( 自 然科学版)Journal of Sichuan University of Science & Engineering( Natural Science Edition)Vol 25。危铼 5Oct 2012收稿日 期:20120920基金项目:国家自 然科学基金青年基金项目 (51201111) ;材料腐蚀与 防护四川 省重点实验室开放基金项目 (2011CL15) ;四川 理工学院人才引 进基金项目 (2011RC05、2011RC03) ;四川 省188宝金博页面版厅项目 (12ZB285)作者简介:刘春海(1978) ,男,四川 内江人, 讲师,博士,主要从事材料表面改性与薄膜材料方面的研究,( Email) lch0957@ 163. com文章编号:16731549( 2012) 05001504DOI:10. 3969 /j. issn. 16731549. 2012. 05. 004超薄 MoN 扩散阻挡层的扩散阻挡性能分析刘春海1,2, 王 龙1,2, 崔学军1,2, 金永中1,2, 叶 松3(1. 四川理工学院材料与化学工程学院, 四川 自 贡 643000; 2. 材料腐蚀与防护四川省重点实验室, 四川 自 贡 643000;3. 巢湖学院电子工程与电气自 动化学院, 合肥 238000)    摘  要:采用 磁控溅射法,制备了 超薄 MoN 扩散阻挡层,并对 Cu/MoN/Si 体系进行真空退火。 用 四点探针( FPP) 、X 射线衍射( XRD) 、场发射扫描电子显微镜( FESEM) 进行薄膜电性能和微结构表征。 分析结果表明,MoN 作为 Cu 扩散阻挡层结构具有良好的热稳定性,失效温度达到 600 ℃ ,明显优于 Mo 扩散阻挡层。关键词:磁控溅射;MoN;扩散阻挡层;热稳定性中图分类号:TQ153 6文献标志码:A引言随着深亚微米集成电 路的发展, Cu 由 于具有极小的电阻率(1 67 μΩ. cm) 和良好的抗电 迁移性能, 已 经取代传统的 Al 作为集成电路的金属互连线, 但与 Al 成熟的工艺技术相比, Cu 作为互连线材料主要面临以 下问题:Cu 在 Si 和 SiO2等硅基介质中扩散系数较高, 与Si 在 200 ℃ 以下就能反应生成深能级硅化物杂质, 使器件性能劣化,甚至导致全局互连失效,且 Cu 与 SiO2及大多数介质材料的黏附性较差。 因此, 为了克服 Cu 材料自 身的缺点,在 Cu 和 Si 之间必须引 入阻挡层材料。目 前,相对于 Cu 电阻率, 得到广泛应用的 Ta(15 ~60 μΩ. cm) 和 Ti(44 μΩ. cm) 及其氮化物阻挡层的电阻率仍然偏高。 随着互连层数的增加和 Cu 线宽的缩。捎谧璧膊愕缱杪噬叨贾滦藕诺 RC 延迟增加, 将成为 ULSI 信号处理速度进一步提升的瓶颈。 难熔金属Mo,以其较低的电 阻率( 5 34 μΩ. cm) 、单一的相结构( BCC) ,及与 Ta 具有同样良好的热稳定性, 已经作为扩散阻挡层候选材料之一[111]。 与 Ta 氮化物一样, Mo 氮化物因 N 在晶界处的聚集阻塞了扩散通道, 从而进一步提高了扩散阻挡层的阻挡效果[12]。 然而,N 元素的引 入将使阻挡层电阻率增加。 因此,对 MoN 阻挡层进行超薄化工艺研究,以满足深亚微米集成电路对阻挡层的厚度和电阻率要求,具有一定的实践指导意义。本文采用磁控溅射技术制备了超薄 MoN 阻挡层,并利用四点探针、XRD、SEM 等表征手段对 Cu/Mo/MoN/Si膜系的热稳定性及其微结构变化进行了研究。1实验方法用 SC - 50 超高真空磁控溅射设备制备超薄 Mo 基扩散阻挡层。 衬底采用直径 100 mm 单面精细抛光的 n型 Si(100) 晶片。 沉积薄膜前, 基底硅片进行超声清洗和离子源 轰击清洗。 所用 Cu 靶 和 Mo 靶 纯度分别为99 995% 和 99 95% ,本底真空为 2 × 104Pa,溅射沉积前均进行预溅射,以去除表面氧化物或吸附杂质。 Cu/MoN薄膜样品的沉积步骤和参数如下: 首先在硅基片上沉积10 nm 厚度的 MoN,功率为 80 W,气压为 0 3 Pa,其中 Ar为 36 sccm,N2流量为 4 sccm;气压为 0 27 Pa,Ar 流量为

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