Cu互连中Ta/Ta-N和Ti/Ta-N双层膜的扩散阻挡性能比较

采用磁控溅射法在SiO2/Si基底上沉积Cu/Ta/Ta-N及Cu/Ti/Ta-N薄膜,在高纯的Ar/H2气氛保护下对样品进行快速热退火处理,用XRD、SEM、EDS及四探针电阻测试仪(FPP)等分析测试方法对Ta/Ta-N和Ti/Ta-N双层薄膜的热稳定性及互扩散阻挡性能进行了比较分析。结果表明,当退火温度低于700℃时,Cu/Ta/Ta-N/SiO2/Si和Cu/Ti/Ta-N/SiO2/Si多层膜结构表面平整,方阻值均比较小(Cu/Ta/Ta-N/SiO2/Si约为0.175Ω/□,Cu/Ti/Ta-N/SiO2/Si约为0.154Ω/□);当退火温度到达700℃时,Cu/Ta/Ta-N/SiO2/Si试样开始出现Ta2O5和Cu3Si,由于Cu向基底扩散打破Si-Si和Si-O键,Si、O经扩散通道分别与Cu、Ta反应生成了Cu3Si和Ta2O5,表明Ta/Ta-N阻挡层开始失效;而Cu/Ti/Ta-N/SiO2/Si试样的Cu/Ti相界面形成了很薄的扩散溶解层——Cu4Ti、Cu4Ti3与Cu3Ti2,有力地阻断Cu向基底扩散的通道,从而提高了Ti/Ta-N双层膜的阻挡性能,使Ti/Ta-N双层膜对Cu的有效阻挡温度高达700℃。因此,Ti/Ta-N双层膜是一种良好的扩散阻挡层。     

Ta基纳米薄膜扩散阻挡特性的比较研究

采用直流磁控溅射方法在p型(100)Si衬底上制备了Cu/Ta、Cu/Ta-N和Cu/Ta-Al-N复合膜,并对薄膜样品进行了卤钨灯快速热退火.用四探针电阻测试仪(FPP)、AFM、SEM、Alpha-step IQ台阶仪和XRD等分析测试方法对样品的形貌结构与特性进行了分析表征,并对N和Al的掺杂机理进行了讨论.实验结果表明,Ta、Ta-N和Ta-Al-N膜层的Cu扩散阻挡特性逐渐增强,Ta/Si界面上的反应和Cu通过多晶Ta膜扩散到Si底并形成Cu3Si共同导致了Ta阻挡层的失效,而Cu通过Ta-N和Ta-Al-N结晶后产生的晶界扩散到Si底并形成Cu3Si是两者失效的唯一机制.N的掺入促进了非晶薄膜的形成且有利于消除界面反应,而Al的掺入将进一步提高薄膜的结晶温度和热稳定性.     

非平衡磁控溅射沉积Ta-N薄膜的结构与电学性能研究

采用直流反应非平衡磁控溅射技术在单晶Si(100)和玻璃表面沉积氮化钽(Ta-N)薄膜,分别测试了薄膜的结构、成分、电阻率和吸收光谱,研究了氮氩流量比(N2∶Ar)变化对Ta-N薄膜的结构和电学性能的影响.研究结果表明随N2∶Ar增加,依次生成六方结构的γ-Ta2N、面心立方结构(fcc)的δ-TaNx、体心四方结构(bct)的TaNx;N2∶Ar在0.2～0.8的范围内,Ta-N薄膜中只存在着fcc δ-TaNx;当N2∶Ar＞1之后,Ta-N薄膜中fcc δ-TaNx和bct TaNx共存.Ta-N薄膜电阻率随N2∶Ar流量比增加持续增加,当N2∶Ar为1.2时,薄膜变为绝缘体,光学禁带宽度为1.51eV.     

SiCN扩散阻挡层薄膜的制备及特性研究

采用磁控溅射法在单晶硅衬底上制备了SiCN及Cu/SiCN薄膜,并对试样进行了退火处理.利用原子力显微镜(AFM)、X射线衍射(XRD)、四探针测试仪(FPP)研究了SiCN薄膜的表面形貌、物相结构及在Cu/SiCN/Si结构中SiCN薄膜对铜与硅的阻挡性能.结果表明,沉积态SiCN薄膜为无定型的非晶结构,晶化温度在1000℃以上;SiCN薄膜作为Cu的扩散阻挡层有较好的热稳定性及阻挡性,阻挡失效温度在600℃左右.     

超薄纳米晶Zr-N扩散阻挡性能及其热稳定性的研究

用射频反应磁控溅射的方法在Si(100)衬底和Cu膜间制备了25nm的纳米晶Zr-N阻挡层,Cu/Zr-N/Si样品在高纯氮气保护下退火至700℃.用四探针电阻测试仪(FPP)、AFM、SEM、XRD、AES研究了溅射参数对Zr-N薄膜电阻率和扩散阻挡性能的影响.实验结果表明,N2分压从20%增加到25%,电阻率快速增高;溅射偏压不同,Zr-N的结构可由非晶态结构转变为纳米晶.纳米晶Zr-N阻挡层650℃退火1h后仍能有效地阻止Cu的扩散.     

N含量对Ta-Si-N扩散阻挡层阻挡性能的影响

采用磁控反应溅射技术在p型Si(111)衬底上制备了Ta-Si-N薄膜与Cu/Ta-Si-N复合结构,并对样品进行了快速热处理.用四探针电阻测试仪、原子力显微镜、X射线衍射和扫描电镜等对样品的电阻、形貌、结构与特性进行了分析表征.实验结果表明,随着N含量的增加,Ta-Si-N薄膜的方块电阻单调增加,表面粗糙度则先减小后增大;Ta-Si-N阻挡层的阻挡性能随N含量的增加而有所增强,但当N含量过大时,阻挡性能的提升并不明显;沉积态的Ta-Si薄膜为纳米晶结构,掺入N后,薄膜成为非晶态,但在高温热处理后Ta-Si-N薄膜重新结晶,铜原子主要通过晶界扩散并与Si反应,导致阻挡层失效.     

氮气含量对AlCrTaTiZrMoN_x高熵合金氮化物薄膜扩散阻挡性能的影响

国内对高熵合金的研究主要集中于其优异的力学性能,还未见有关高熵合金扩散阻挡性能的报道。采用直流磁控反应溅射方法在不同N_2流量占比气氛中制备了AlCrTaTiZrMoNx薄膜与Cu/AlCrTaTiZrMoNx/Si复合试样,并对样品真空退火1h。用X射线衍射仪(XRD)、原子力显微镜(AFM)、四探针电阻测试仪(FPP)、场发射扫描电镜(SEM)对退火前后样品的物相结构、表面粗糙度、形貌以及方块电阻进行了分析表征,研究了薄膜的热稳定性和扩散阻挡性能。结果表明:随着N_2流量占比的增加,高熵合金氮化物薄膜表面粗糙度增加,方块电阻也单调增加;N_2流量变化会改变薄膜结构,未通入N_2时,薄膜为非晶结构,当通入N_2后,N原子会与金属原子形成氮化物,使结晶性能得到提高,薄膜结构为面心立方,N_2流量占比为20%时,薄膜结晶较好,晶粒细小;当N_2流量占比为0时,复合试样在700℃退火时失效;N_2流量占比为10%时,复合试样在800℃退火时失效;N_2气流量占比为20%和30%时,复合试样在800℃退火后,其X射线衍射峰没有明显的变化,复合试样表面较为平整,此温度为极限温度;在900℃退火后,复合试样界面发生了相互扩散,生成了高阻态铜硅化合物,表面粗糙度显著升高,表明扩散阻挡层已经彻底失效;可见,随着N_2流量占比的增加,高熵合金涂层的扩散阻挡性能和热稳定性得到提高,但当N_2流量占比大于20%时,其阻挡性能和热稳定性提高不明显。     

Al2O3基陶瓷及玻璃基底制备Ta-N薄膜微结构与电学特性的比较研究

在N2、Ar气氛中,采用反应直流磁控溅射法在Al2O3基陶瓷及玻璃基底上制备了Ta-N薄膜,并对各样品的形貌结构、化学组分及电学特性进行了比较分析研究。结果表明,沉积于Al2O3陶瓷及玻璃基底的Ta-N薄膜分别呈团簇状生长与层状紧密堆积生长;Al2O3陶瓷基底沉积的Ta-N为单相薄膜,而玻璃基底上的Ta-N薄膜,随N2、Ar流量比增加,呈单相向多相共存转变;薄膜表面形貌和微结构与基底材料的原始形貌和微结构紧密相关,这说明基底材料对薄膜的形成有重要的影响;N2、Ar流量比相同时,玻璃基底上沉积的Ta-N薄膜电性能优于Al2O3基陶瓷基底上沉积的Ta-N薄膜。     

氮气流量对CIGS薄膜结构和形貌的影响

采用中频交流磁控溅射方法,在Mo层上沉积了CuInGa(CIG)预制膜.以N2为载气,采用固态硒化法制备获得了Cu(In1-xGax)Se2(CIGS)吸收层薄膜,考察了N2流量对CIGS薄膜结构和形貌的影响.采用SEM和EDS观察和分析了薄膜的表面形貌和成分,采用XRD表征了薄膜的组织结构.结果表明,在不同的N2流量下制备的CIGS薄膜,均具有单一的黄铜矿相结构,薄膜具有(112)面的择优取向.当Ar流量为0.40m3/h时,薄膜表面结构致密,晶粒大小均匀,并且Cu、In、Ga原子含量,处于制备弱p型CIGS薄膜的理想范围.     

磁控溅射温度对Zr-N薄膜扩散阻挡性能的影响

在不同的沉积温度下,用射频反应磁控溅射的方法在Si(100)衬底和Cu膜间制备了Zr-N阻挡层.用四探针电阻测试仪(FPP)、AFM、XRD、AES研究了沉积温度对Zr-N薄膜扩散阻挡性能的影响.沉积态的XRD、AFM结果表明,随着沉积温度的升高,Zr-N薄膜的结构由非晶态向晶态转变,晶粒的尺寸增大;650℃退火后的FPP、XRD、AES的对比结果说明沉积温度的升高有利于提高Zr-N薄膜的扩散阻挡性能.