Cu互连中Ta/Ta-N和Ti/Ta-N双层膜的扩散阻挡性能比较 |
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引用本文: | 何明智,谢中,周艳明,马扬昭.Cu互连中Ta/Ta-N和Ti/Ta-N双层膜的扩散阻挡性能比较[J].材料导报,2014(16):27-31. |
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作者姓名: | 何明智 谢中 周艳明 马扬昭 |
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作者单位: | 湖南大学物理与微电子科学学院; |
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基金项目: | “中央高校基本科研业务费”资助(531107040232;53110704334) |
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摘 要: | 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。
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关 键 词: | Ta/Ta-N Ti/Ta-N 阻挡层 热稳定性 互扩散 |
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