zr基阻挡层薄膜的制备及表征毕设毕业论文

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1、摘　　要随着集成电路工艺技术的发展，Cu逐渐取代传统的互连材料Al。在综述了Cu互连的优势及面临的挑战、扩散阻挡层的制备工艺和发展趋势之后，本实验在优化工艺条件下利用射频反应磁控溅射技术在Si衬底上制备了一系列阻挡层为25nm厚的Cu/Zr/Si、Cu/Zr-N/Si、Cu/Zr-N/Zr/Zr-N/Si试样，在高纯的氮气保护条件下对这些试样进行了400℃-800℃下的退火处理,并分别对退火前后的三种试样进行了表征。试验结果表明，多晶结构的Zr扩散阻挡层薄膜在450℃即发生即失效，不能保证其在所有后道工艺的温度（约450℃-500℃）条件下有效防止铜的扩散。在退火温度为650℃时，Zr

2、-N薄膜阻挡层仍能有效的阻挡Cu原子扩散到Si基体中，可见-200V衬底偏压下制备的纳米晶Zr-N薄膜有较好的阻挡Cu扩散的能力。为了进一步提高Zr-N的阻挡性能，本实验在Zr-N中插入一层Zr层形成Zr-N/Zr/Zr-N结构，实验结果表明Zr层插入后Zr-N的扩散阻挡层性能得到明显改善。Zr层的加入，导致各层之间晶界不匹配，延长了Cu的快速扩散通道，减缓了Cu向晶界的扩散；高温退火后出现了ZrO2氧化物，阻塞Cu的快速扩散通道，使薄膜阻挡性能得到改善。关键词：Cu互连；扩散阻挡层；射频反应磁控溅射；Zr基扩散阻挡层ABSTRACTWiththedevelopmentofICproc

3、essingtechnology,copperisgraduallytakingtheplaceofclassicalaluminumforinterconnecting.However,itisvitaltofindaneffectivebarrierlayerforthischange,studieshaveshownthatinterdiffusionbetweenCuandSibecomesseriouswhenthetemperaturereachesto180-200℃.Inthispaper,ourinvestigationfocusesontheperformanceo

4、fZr-basedbarrierlayersincludingZr,ZrNandZr-N/Zr/Zr-N.TheywererespectivelydepositedonSi(100)substratebymagnetronsputteringtechnique.Inordertoinvestigatediffusionbarrierpropertiesofdiffusionbarrierfilms,4-pointprobetechnique(FPP),Atomicforcemicroscopy(AFM),Scanningelectronmicoroscopy(SEM),X-raydif

5、fraction(XRD),andAugerelectronspectroscopy(AES)wereperformedrespectively.ThestudyshowsthatthefailuretemperatureoftheZrfilmwasjust450°C,whichistoolowforittobeappliedintheICindustry.Itisalsoobservedthatanano-crystalZr-Nfilmpreparedat-200Vbiashasbetterdiffusionbarrierpropertyandstillperformedwellag

6、ainstCudiffusionafterbeingannealedunder650℃foranhour.InordertoincreasingthefailuretemperatureofZr-NdiffusionbarrierforCu,weinvestigatedtheeffectofinsertionofathinZrlayerbetweentheZr-Nfilms.TheresultsrevealthatthebarrierbreakdowntemperatureofZr-N/Zr/Zr-Nfilmisabout100°ChigherthanthatofZr-N.Itcane

7、ffectivelypreventthediffusionofCuafterannealingat750°C.TheimprovementofdiffusionbarrierperformanceisduetotheproductionofZrO2afterbeingannealedathightemperaturewhichstuffsthediffusionpathsofCu.KeyWords:Cumetallization;diffusi