Cu互連中Ta-Ta-N及Ti-Ta-N雙層薄膜阻擋性能的研究.pdf

1、在高純N2/Ar氣氛中，利用反應(yīng)直流磁控濺射方法在SiO2/Si基底上沉積了Ta-N、Cu/Ta/Ta-N及Cu/Ti/Ta-N薄膜，研究了不同制備工藝對Ta-N薄膜晶體結(jié)構(gòu)、表面形貌、電學(xué)性能及化學(xué)組分的影響;分析不同處理工藝下Ta/Ta-N雙層薄膜在Cu/Ta/Ta-N/SiO2/Si、Ti/Ta-N雙層薄膜在Cu/Ti/Ta-N/SiO2/Si體系中的擴(kuò)散阻擋性能及其失效機制。
　　結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)，沉積在SiO2/Si基底上T

2、a-N薄膜出現(xiàn)了TaN(111)、(200)及(220)衍射峰，且呈低電阻率TaN(111)面擇優(yōu)取向生長。N2/(N2+Ar)氣體流量比在5％～20％之間，隨氮氣流量的增加，Ta-N薄膜的晶粒先變小后變大，薄膜內(nèi)部的晶界、孔洞、位錯等缺陷先減少后增加，轉(zhuǎn)變的氮分壓為12％;隨氮氣流量的增加，Ta-N薄膜的方阻增大。
　　研究結(jié)果表明，沉積在Ta/Ta-N及Ti/Ta-N雙層薄膜上的Cu薄膜呈Cu(111)晶面擇優(yōu)取向生長。當(dāng)退火

3、溫度低于700℃時，Cu/Ta/Ta-N/SiO2/Si及Cu/Ti/Ta-N/SiO2/Si多層薄膜體系表面光滑平整，幾乎沒有可見的缺陷，多層薄膜體系的方阻較小（Cu/Ta/Ta-N/SiO2/Si低至0.146Ω□，Cu/Ti/Ta-N/SiO2/Si低至0.154Ω/□）。當(dāng)退火溫度為700℃，Cu/Ta/Ta-N/SiO2/Si多層薄膜體系中出現(xiàn)了Ta2O5和Cu3Si，薄膜表面出現(xiàn)山丘孔洞，方阻增大，Cu開始向基底開始擴(kuò)散，T

4、a/Ta-N雙層阻擋層開始失效;Cu/Ti/Ta-N/SiO2/Si多層薄膜體系中Cu、Ti表面形成的很薄的擴(kuò)散溶解層——Cu4Ti、Cu4Ti3與Cu3Ti2，有力地阻斷了Cu向基底擴(kuò)散通道，從而提高了Ti/Ta-N阻擋層的阻擋性能。當(dāng)退火溫度高到750℃時，Cu/Ti/Ta-N/SiO2/Si多層薄膜體系中出現(xiàn)了Cu3Si，薄膜表面形成不連續(xù)島，方阻劇增，擴(kuò)散溶解層已經(jīng)完全分離，Ti/Ta-N雙層阻擋層開始失效。
　　比較發(fā)現(xiàn)