集成电路互连cu mo合金自形成扩散阻挡层制备

，R较小，栅电容（C）RC反应时间的主要因素；另一类称为“整体互连”，是不同功能间的主要因素。而器件特征尺寸进入到深亚微米后面积迅速增大，集成密间延迟（RC）急剧上升，大大超过了局域互连的贡献，成为决定最终性能的决定性因素，即所谓的“互连”。如图1-1所示，当元件尺寸小于0.35μm，年里上的连线将超过10层布线逻辑电路中需连接的晶体管超过108/cm2，109/cm2，由此可预见解决互连问题的重要性。1-1IC2002年1月In发布的P4处理器采用的是0.13微米工艺，Cu互连技术20033月，IBMCell0.10微米制程、铜互连及SOI1-2MPU1-2是（2001ITRS）MPU的多层互连结构图，为了缓解互连Cu在Si及其氧化物中的扩散系数很高，很容易进Si基底中，作为Cu在空气和低温下（<200℃）易氧化，而且不能形成保护层来自Cu是稳定金属，在干法刻蚀中不易形成挥发性卤化物，不能用常规等离子体刻蚀工艺来图形图1-2举例说明了铜在不同温度不同界面下可能出250℃的情况下，Cu能与金属Al反应生成CuAl2，200Si反应生成硅化物；Cu也容易向硅化物、SiO21-3CuCu互连工艺中Cu薄膜的淀积方法有：电镀（electroting），非电学淀（electrolessting）：如化学气相淀积（CVD），物理气相淀积（PVD），电强、淀积速率高、淀积温度低、系统易于控制，但需要PVD/CVD籽晶层和连CuCu膜。在itt等人lCu0.5微米的lu引线由于具有竹节晶结构，因而晶界扩散贡献较少，并且具有较低的电迁移速率然而对于如此小线宽的引线它的电迁移还是减小了通u等人试图在铜引线表面覆盖一层保护膜（分别使用了oPoSnP和Pd）来减小铜在表面的扩散系数。结果表明覆盖保护膜的铜引线的电迁移明显大于未覆盖保护膜的铜引线的电迁移。其中涂覆oP薄膜的铜引线的电迁移最长，这一结果为提高可靠性和使用提供了新的尝试方法。对于铜金属化中的互扩散问题（如TTN,xN和TiN等而扩散阻挡层性能的好坏对的可靠性非常重要，因此对扩散阻挡层材料的研究也非常必要。如上所述，Cu对硅、二氧化硅粘附性较差，扩散系数很大，所以铜互连线外面需要全包裹一层DBAP（diffusionbarrierandadhesionproZrter），简称为挡铜热扩散进Si器件及改善粘附性的作用。良好的扩散阻挡层XA、B（1）A、B两物质经由X的速率小（2）X损耗于A、B（3）X对于A、BX对于A、BX与A、B（6）X也有着非常重要的影响。扩散阻挡层的工艺多种多样，包括物理气相淀等方法。其各自的优缺点如表1-2所示。另外，阻挡层的还会对金属化的电表1-2阻挡层中的薄膜沉积工温度提高与ILD等离子增强ILD伤电化学沉积要求 1-3Cu/TiNx50nmSputteredCu/TiN50nmCVDCu/TiN50nmCu/Ta（60nm）600Sputtered SputteredCu/Ta50nmSputteredCu/Ta2N50nm℃，SputteredCu/TaN100nmSputtered30nm900SputteredTa-Si-Cu/W25nm650SputteredCu/W2N25nm790SputteredCu/WN25nm500℃，SputteredCu/WNx20nm ℃PECVDCu/Ta25nm500SputteredCu/Ta180nm600SputteredCu/TaN20nm ℃SputteredCu/Ta2N40nm600SputteredZr基扩散阻挡层的性能，并讨论其可行性及与其他阻挡层u互连工艺中使用的扩散阻挡层多为PVD方法生长的W、TiNTTNTTiWZrZr具有非常低的电阻率，Ta而Zr的氮化物因N在晶界处的阻塞快速扩撒通道能进r（100nm10nm以下以减小阻挡层/金属连线的电阻对于互连工艺也十分重要；而在同样的外界条件下u不会扩散进Si中。本实验的研究对象为基于ZrSi衬底上生长了Cu/Zr基阻挡层/SiCu在扩散阻挡（XRD不同类型阻挡层发挥阻挡作用的机理、Cu扩散阻挡层进入Si衬底的失效CuZr基扩散阻挡层工艺和性能方面有为了对Zr基扩散阻挡层方法，扩散阻挡层的性能以及失效机制进行探讨，本研究采用了直流磁控溅射和射频磁控反应溅射方法扩散阻挡层，Cu层的采用直流磁控溅射方法对Cu/阻挡层/Si基底多层膜样品的分析则采用样品方基片准备（单晶硅片分单抛和双抛之分，一般采用单面抛光的单晶硅片作为实验用基4寸、5寸、6寸、812行一道程序，最常用的方法是RCA方法RCA法：依靠溶剂、酸、表面活性剂和水，在不破坏晶圆表面特征的污染。在每次使用化学品后都要在超纯水（UPW）中彻底。的原子(或分子)结合到基片表面，逐渐形成薄膜。薄膜样品的方法有很多，常用的有物理气相沉积法(PVD)，如：溅射法(Sputtering)，化学气相沉积法应用的溅射镀膜法薄膜样品。Ar离子，其薄膜中纳入Ar2-12-2N2中溅射反应获得氮化物等都属于反应溅射。2-1所示。2-1 (℃升温时间保温时间1同系列的阻挡层结构、Cu在阻挡层中的扩散、阻挡层的失效机制以及失效机制SDY-5型双电测四探针测试仪分别测量了热处理前、后的薄膜1.7uÙ.cm，低于一般的金属，远低于金属的氮化CuCu和Si之间会发生大量扩散，将会有大量Cu3Si生成，从而表面的Cu遭到破扫描电镜扫描电子显微镜利用聚焦在样品表面扫描时激发产生的物理信号来简单、分辨率高、景深大、放大倍数范围大等特点。SEM由电子光学系统、信2-32-3SEMX射线衍射表征方法X射线衍射方法(XRD)是研究晶体结构的最重要之一。X射线是一种波1-104pmx50~250nm。这种X10-4Pa的X射线管内，由高压电场加速的高速电子冲击阳极金属靶而产生的。X射线照射到晶体时，由于它波长短，力强，射，以及相干散射(X射线)，对结构分析最有用的是相干散射。相干散射于晶体中电子在入射X射线电磁场作用受(球面波)会产生现象，这就是产生晶体X射线衍射的基础。x射线的干或电子的次生X射线也会产生千涉，这种作用决定衍射强度，因此通过衍电子能谱分析X射线光电子能谱（XPS）也被称作化学分析用电子能谱（ESCA。由于XPSXPS技术，还可以进行薄膜材料的深度分析和界面分析。因此，XPS方法可一个激发态的离子。在光电离过程中，固体物质的结合能可以用下面的方程表Ek=h-Eb-sEk出射的光电子的动能,hX射线源光子的能量,Eb特定原子轨道上的结合能,s谱仪的功函eV3～4eV。在XPSXXPS2-4X射X2-4X R R根据金属Zr样品及处理：采用磁控溅射方法样品，在不同样品分析：采用四探针、扫描电镜、X射线衍射仪、电子能谱分析等实验对沉积态及退火后样品进试1~23~5究方法得基础上，根