集成電路Cu互連中NbxSi1-x擴散阻擋層的制備與熱穩(wěn)定性研究.pdf

1、隨著集成電路深亞微米工藝的不斷發(fā)展，Cu因其低電阻率以及良好的抗電遷移能力成為了新一代的互連材料。然而，Cu和Si元素擴散造成的污染是無法避免的。為了阻止Cu的擴散同時提高Cu與Si之間的粘附性，在Cu互連線外添加一層擴散阻擋層的技術(shù)十分必要。尋找能夠有效克制Cu擴散的阻擋層材料已經(jīng)成為近年來Cu互連技術(shù)研究中的重點研究之一。
　　在對Cu互連的優(yōu)勢與其面臨的挑戰(zhàn)、擴散阻擋層制備工藝和阻擋層材料發(fā)展的趨勢進行介紹后，本文采用射頻磁

2、控濺射技術(shù)和直流磁控濺射技術(shù)在單晶Si（100）襯底上制備了 NbxSi1-x薄膜和 Cu/NbxSi1-x薄膜。Cu/NbxSi1-x/Si樣品分別在600℃、650℃、700℃和725℃真空條件下進行退火處理并保溫60 min。利用 X射線光電子能譜儀、X射線衍射儀、原子力顯微鏡、透射電子顯微鏡和四探針測試儀對NbxSi1-x阻擋層的化學鍵組成、物相組成、表面形貌、微觀結(jié)構(gòu)和電阻率進行分析。利用四探針測試儀、X射線衍射儀、掃描電子顯

3、微鏡和 X射線光電子能譜儀對不同溫度退火處理后的Cu/NbxSi1-x/Si樣品的電阻率和熱穩(wěn)定性進行了探究。
　　結(jié)果表明，使用磁控濺射工藝制備的NbxSi1-x薄膜厚度約為20nm，NbxSi1-x薄膜表面光滑。XRD結(jié)果和TEM結(jié)果表明Nb95Si5阻擋層中存在Nb5Si3晶體，其它 NbxSi1-x阻擋層為非晶態(tài)結(jié)構(gòu)為主，Nb89Si11阻擋層中存在 Nb3Si微晶。NbxSi1-x阻擋層的化學鍵組成包括鈮-氧鍵、鈮-氮鍵