zr基阻挡层薄膜的制备及表征毕业论文

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1、摘　　要与传统的金属互连材料Al相比，Cu具有更低的电阻率，更好的抗电迁徙性能和更高的热传导系数。采用Cu作为互连线材料可大大提高电路的运算速度与可靠性，铜已经取代了铝成为新一代的互连材料。但Cu在Si和Si的氧化物中扩散相当快，且Cu一旦进入其中即形成深能级杂质，对器件中的载流子具有很强的陷阱效应，使器件性能退化甚至失效。而要解决Cu扩散问题的同时增强Cu与介质的附着力，就必须在Cu与Si或SiO2之间增加一个扩散阻挡层。Ta-Si-N是很好的扩散阻挡层材料，然而Ta-Si-N的电阻率大于600µΩ.cm不能很好地满足未来电路高速运行的特点。本

2、文设计了一种新型的Ta-Si-N/Zr阻挡层旨在降低阻挡层与Cu膜和Si间的接触电阻，提高电路的运行速度。首先通过射频磁控溅射法在Si基片上沉积Ta-Si-N/Zr薄膜，然后在阻挡层上沉积Cu膜。为了研究Cu/Ta-Si-N/Zr/Si体系的热稳定性，本文将在高纯N2环境下对试样退火1小时，退火温度从600℃到800℃。最后使用XRD、AES、SEM、XPS以及FPP等方法对试样进行热稳定性评价。实验结果表明Ta-Si-N/Zr薄膜在750℃时仍能有效的阻挡Cu的扩散。通过750℃退火处理后，体系中生成的ZrSi2明显降低阻挡层与Si基片之间的电

3、阻。关键词:Ta-Si-N/Zr；扩散阻挡层；Cu互连；射频磁控溅射AbstractToreducetheinterconnectiondelay,CumetallizationistakingtheplaeeoftraditionalAlintereonnectionduetoitslowerresistivityandsuperiorresistanectoelectromigration.However,adhesionofCutoSisubstrateispoor.Inaddition,Cuatomsarequitemobileandca

4、ndiffuseintoSieasily,whichleadstoformationofCu-SiCompounds.Cuatomsactasdeeplevelimpurities,affectingthereliabilityofdevices.Therefore,itisnecessarytoadddiffusionbatrierbetweenSiandCu.ThispaperwillintroduceabarrierlayerofTa-Si-N/ZrwhichmayreducethecontactresistancebetweenCuand

5、Si.TheTa-Si-N/Zrbilayerfilmwasgrownonn-type(100)siliconwaferbyRFmagnetronsputtering,followedbyinsitudepositionofCu.TheCu/Ta-Si-N/Zr/Sisamplesweresubsequentlyannealedatdifferenttemperaturesrangingfrom600to750℃inN2gasfor1h.Inordertoinvestigatethethermalstabilityofthebarrierstru

6、cture,X-raydiffraction(XRD),Augerelectronspectroscopy(AES),scanningelectronmicroscopy(SEM)and4-pointprobetechnique(FPP)wereperformedrespectively.TheresultsrevealedthatTa-Si-N/Zrfilmcanserveaseffectivediffusionbarriersupto750℃.Afterannealingat750℃,theproductionofZrSi2layercane

7、ffectivelydecreasecontactresistancebetweenbarrierandSi.Keywords:Ta-Si-N/Zr;Diffusionbarrier;Cuinterconnection;RFmagnetronsputtering目　　录第1章　绪论11.1　集成电路金属互连材料的发展11.1.1　Cu互连材料的优势与存在的问题31.1.2　Cu互连的应用和发展状况51.2　扩散阻挡膜61.2.1　扩散阻挡膜的定义及性能要求61.2.2　阻挡层材料的分类81.2.3　阻挡层材料的发展101.3　常用的阻挡层制备工艺

8、131.3.1　物理气相沉积131.3.2　磁控溅射141.4　选题背景及主要研究内容15第2章　阻挡膜的制备及表征方法172.1　实验