自组装单分子层上化学气相沉积铜薄膜研究

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1、本文档下载自文档下载网，内容可能不完整，您可以点击以下网址继续阅读或下载：http://www.mianfeiwendang.com/doc/839ee10c2455229ba2a512d1自组装单分子层上化学气相沉积铜薄膜研究自组装单分子层上化学气相沉积铜薄膜研究浙江大学理学院博士学位论文自组装单分子层上化学气相沉积铜薄膜研究姓名：刘鑫申请学位级别：博士专业：物理化学指导教师：王琦摘要摘要在超大规模集成电路中，为了达到芯片的超高速工作，金属连线的时间延迟必须降低。但当元件的最小线宽降到０．２５岫以下时，金属连线的电致迁移效应、连线的阻值、电容都不容忽略，因此我们需要找到一

2、种性能更好的金属来取代现在集成电路中一直使用的铝。因为铜比铝低的电阻率以及其抗电迁移的能力比铝高出１０～１００倍，所以在未来的深亚微米技术中，铜在多层金属内连线中的作用是不可或缺的。比起传统的物理气相沉积（ＰＶＤ）制备金属薄膜的方法，化学气相沉积（ＣＶＤ）由于其良好的保形沉积性，好的填充高深宽比沟槽的能力，成为超大规模集成电路铜金属化制程中用来沉积铜薄膜的首选方法。本论文在自行设计、组建的金属有机化学气相沉积（ＭＯＣＶＤ）系统上，以六氟乙酰丙酮合铜（ＩＩ）【Ｃｕ０１）（ｈｆａｃ）２】为前驱物，氢气为载气和还原性反应气，分别以Ｓｉ（１００）、Ｓｉ０２基材以及３一（巯基）一丙基

3、－三甲氧基硅烷（ＭＰＴＭＳ）和３一（氨基）丙基一三甲氧基硅烷（ＡＰＴＭＳ）自组装单分子膜（ＳＡＭｓ）改性硅为基材进行化学气相沉积铜薄膜的相关研究，论文主要由以下五个部分组成：第一章：简要介绍了化学气相沉积铜薄膜的研究背景、面临的挑战、论文的选题思路和研究内容。第二章：在Ｓｉ（１００）和Ｓｉ０２基材上进行了化学气相沉积铜薄膜的研究。研究表明：ｌ、使用Ｈ２做载气比使用Ｎ２能够在更低的温度下沉积铜薄膜，而且沉积的铜薄膜中没有Ｃｕ２０。使用Ｈｚ做载气沉积的铜薄膜为多晶结构，Ｃｕ（１１１）晶面是沉积铜薄膜的优势晶面。２、通过测量沉积铜薄膜的厚度，得到铜薄膜的沉积速率，在Ｓｉ（１００）

4、上的成长速率为８～２２ｎｍ／ｍｉｎ，在Ｓｉ０２上的成长速率为１１－－２５ｎｍ／ｍｉｎ，由Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ公式得到在Ｓｉ《１００）和Ｓｉ０２基材上沉积铜薄膜的活化能分印ｊ，＾乎博七研究生毕业论文://www.mianfeiwendang.com/doc/839ee10c2455229ba2a512d1别是９２．３５和８１．３ｋＪ／ｍｏｌ。３、ＳＥＭ研究表明，相同沉积温度下，铜核在羟基化的ｓｉ０２基材上比在Ｓｉ基材上有更高的覆盖度，铜更容易沉积在羟基化的Ｓｉ０２基材表面。第三章：在３．（巯基）一丙基．三甲氧基硅烷（ＭＰＴＭＳ）ＳＡＭｓ改性基材上进行了化学气相沉积铜薄膜的研究。

5、研究发现：ｌ、ＭＰＴＭＳ在Ｓｉ基材表面形成了厚度为Ｏ．６６士０．０１ｎＩｌｒｌ的有序排列的自组装单分子层。２、化学气相沉积铜薄膜在ＭＰＴＭＳ—ＳＡＭｓ表面更容易进行，铜核的覆盖率也远远大于在相同条件下沉积在Ｓｉ（１００）和Ｓｉ０２基材表面铜核的覆盖率。使用ＭＰＴＭＳ－ＳＡＭｓ改性能够有效的降低沉积温度，可以在较低的温度下得到沉积质量更好的铜薄膜。３、在ＭＰＴＭＳ．ＳＡＭｓ改性基材上，ＣｕＣＶＤ反应的活化能降低，由Ｓｉ基材上的９２．３５ｋＪ／ｍｏｌ降低到６９．２ｋＪ／ｍｏｌ，沉积速率有很大的提高。４、在ＭＰＴＭＳ．ＳＡＭｓ改性基材上，３５０。Ｃ时得到铜薄膜的抗电迁移率与４００

6、。Ｃ时在Ｓｉ基材上的抗电迁移率相差不大。５、以ＭＰＴＭＳ—ＳＡＭｓ为扩散阻挡层，在电压为±ｌＶ时，漏电流为１０－６～１０－８Ａ／ｅｍ２，能有效的阻挡ｃｕ原子扩散进入硅基材。６、ＸＰＳ的研究表明，铜与ＭＰＴＭＳ．ＳＡＭｓ表面的．ＳＨ端基存在强的Ｃｕ．Ｓ作用，这是导致在ＭＰＴＭＳ．ＳＡＭｓ表面更容易化学气相沉积铜薄膜的主要原因。第四章：在３．（氨基）一丙基．三甲氧基硅烷（ＡＰＴＭＳ）ＳＡＭｓ改性基材上进行了化学气相沉积铜薄膜的研究。得到以下结论：１、低浓度下ＡＰＴＭＳ在ｓｉ基材表面形成了厚度为１．７７４－０．０６ｕｒｎ的有序排列的自组装单分子层，而在高浓度下，ＡＰＴＭ

7、Ｓ容易在表面聚集，形成较为无序的多层。２、在ＡＰＴＭＳ—ＳＡＭｓ表面更容易化学气相沉积铜薄膜，铜核的覆盖率也远远大于相同条件下沉积在Ｓｉ（１００）和Ｓｉ０２基材表面的铜核的覆盖率。使用ＡＰＴＭＳ—ＳＡＭｓ改性能够有效的降低沉积温度，可以在较低的温度下得到沉积质量更好的铜薄膜。３、在ＡＰＴＭＳ—ＳＡＭｓ基材上，３５０。Ｃ时得到铜薄膜的抗电迁移率与４０００Ｃ时在Ｓｉ基材上的抗电迁移率相比有很大提高。４、在ＡＰＴＭＳhttp://www.mianfeiwendang.com/doc/839ee10c2455229ba2a