钽在集成电路中的应用

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1、第,!卷第’期稀有金属,$$#年’月0>?*,!@*’/A2

2、）作为集成电路中防止铜向基片硅中扩散的阻挡层，介绍了钽溅射靶的技术要求，加工方法以及化学气相沉积钽基薄膜的方法。关键词：钽；阻挡层；钽溅射靶；化学气相沉积中图分类号：%&’()*(’)文献标识码：+文章编号：$,"-.!$!（),$$#）$’.$$,-.$!钽是工业上的重要金属材料，它的熔点高，耐的问题是电迁移和电阻高。铝导体内部的电迁移腐蚀性好，应用在很宽的领域，主要用作电解电容限制了集成电路使用寿命。因为高电流密度引起器的烧结阳极的钽粉和钽丝，制做高温真空炉的导体内部晶体缺陷，首先电阻逐渐增加

3、，然后严重发热体和保温层等结构材料以及化工防腐蚀材料，损坏。由于半导体领域的进步，大规模集成电路向高温合金、硬质合金和超级合金，在微电子上的应超大规模集成电路转移，信号处理速度加快，要求用有动态随机存取记忆的薄膜氧化物镀层的储存传递信号的配线要细。要求用新的亚微米级材料芯片，近年来发展了钽在集成电路中的重要应用。来适应更新的结构。还有，随着计算机的演变，要本文评述溅射钽靶材和钽的化合物的化学气相沉求提高速度，增加功能，提高性能，要求芯片改变积（/01）在集成电路中来形成钽基薄膜作为铜布结构，引入多

4、级互联配置，开发芯片的三维作用，线阻挡层的应用。减短互联导线的长度。要缩小芯片的外形尺寸，配线的尺寸要进一步减小（$*,"3$*’-，最小的!4’钽在集成电路上的应用尺寸只有$*’#），这就使得电阻增加，为了降!4集成电路（2/）为电气设备提供了信号传输通低电阻，减小5/（电阻电容）滞后，用导电性好的道。集成电路中包含有许多在半导体的硅基体层金属铜代替铝、钨，可以减少($6的5/滞后。一里的有源晶体管，大量的金属“丝”把硅基片上的般认为“丝”径（宽度）小于$*,"就必须使用铜!4有源晶体管互相连接

5、起来，通称为电路的金属互材。铜有较高的电子迁移阻力和应力迁移阻力，铜连。电路的金属互连是通过一些切刻在基体里的中产生的电迁移的临界电流密度较高。但是铜与洞、通路或沟槽作成的，将沟槽开通覆盖在半导体硅有很高的化学活性和很快的扩散速度，在低温器件上面的一层绝缘层（如二氧化硅），达到半导下就可以形成铜硅合金（/789:），通过氧化硅的电体的下面，这些沟槽中沉积金属“丝”。使得金属互迁移，铜在硅中形成深的空穴，影响设备性能，造连与硅基体发生实际接触的的特殊点叫着触点，成巨大灾难。其余的洞、通路和沟槽是用导

6、电材料充填的，称作因为金属钽和钽的化合物有高导电性、高热接触塞。由于晶体管的密度不断增加，形成高级的稳定性和对外来原子的阻挡作用。钽和氮化钽对集成电路，接触塞的直径必须减小，以允许互连数铜的惰性，/7和%;以及/7和<之间也不形成化增加。多层金属化结构，有更大的深宽比的通道，合物，因此钽和钽基膜用来作为防止铜扩散的阻是集成电路发展方向。挡层。这个具有代表性的阻挡层厚度是$*$$"3铝早已被用来作为集成电路互连和触点，它$=$’!4。为防止/7原子向9:基体中扩散，用氮!收稿日期：,$$,.’’.’

7、$；修订日期：,$$,.’,.’-作者简介：潘伦桃（’L(,.），男，湖南新邵人，教授级高级工程师；研究方向：钽铌材料万方数据"通讯联系人（B84;:?：II:MNOP7Q?:N*KN*IN*NI）!期潘伦桃等钽在集成电路中的应用"6"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""化钽、硅化钽、碳化钽、氮化硅化钽、氮化碳化钽!1@!"的水平［!"］。若钽靶材中+,含量高，+,配线这些钽基膜作阻挡层有很好的效果［!］。沉积

8、多层中的+,原子向$%/膜中扩散后会超过其固溶度，钽膜或多层钽基膜比单层钽基膜有更好的效然后就向硅基片中扩散。钽的纯度达到最低66:果［"，#］。也有用三明治式多层$%&$’合金和$%&$’的6-C，则制得的钽金属中含金属杂质低于-?!1@-，氮化物沉积层作为铜阻挡层［(］。有人认为氧在)’*氧低于-?!1@-，氮低于":-?!1@-，碳低于":-?$%*+,的交界面对阻止铜的扩散有益，在交界面形!1@［-!#］。成薄的氧化物层能稳定地阻挡铜的扩散［-］。最近溅射靶的各部位的杂质如