cu（ⅰ）金属有机化学气相沉积前驱物的合成与表征

《cu（ⅰ）金属有机化学气相沉积前驱物的合成与表征》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第一章研究背景和文献综述1．1前言随着集成电路中组件的不断缩小和集成度的不断提高，采用多级会属化形成的超大规模集成电路(VLSI)qu的导线材料问题已经引起人们极大的关注u,21。特别是当组件的最小线宽达到0．15bun以下时，电流密度会大大增加，金属连线的电致迁移效应成为主要问题，随之连线的阻值和电容也不能忽略，装置的性能诸如更快的速度、更小的RC值要求我们找到一种阻值更低的金属来取代现在集成电路中一直使用的铝【3，4，51。铜就是一种可选用的理想材料，因为它具有很好的导电性，较AI有更好的抗电致迁移的能力I

2、51。但是，如何制备连续、均匀，具有良好阶梯覆盖率的高质量金属铜薄膜是目前尚未解决的课题。其关键技术是必须在电镀之前生长一层铜种晶层，目前这种铜种晶层主要是采用改良的物理气相沉积法(主要是溅镀，包括离子化余属等离子体技术，中空阴极磁电管技术，长距离抛镀技术等，均为改良阶梯覆盖率而设计)。由于铜与硅之问原子的扩散作用和化学反应的存在，使得在多层金属内连线系统中，铜与硅的接面会产生所谓的尖峰现象，导致接触面漏电流的增加，而且改变了组件硅中掺质的种类和浓度，直接影响组件的寿命和质量，所以必须在铜与硅的间沉积一层扩散阻

3、挡层，以阻止铜原子的扩散，且具有较低的薄膜电阻和良好的附着能力，在目前已知的材料中，钽和氮化钽对铜具有最好的阻挡能力【6，71，且有良好的热稳定性。因此，铜和TaN是当前取代Al和TiN的新一代导线及扩教阻挡层材料[8,91。但是，无论是扩散阻挡层还是种晶层，都必须达到连续、均匀和平滑的要求【10l。MOCVD铜薄膜沉积是一种被推崇的实现工艺之一㈦。表1-1是对几类铜薄膜沉积方式的比较。浙江大学颂Ij毕业论文表1-1铜薄膜沉积方式比较MOCVDPVDElectrolessElectrolytic1．2铜薄膜的化

4、学气相沉积金属有机化学气相沉积(MOCVD)【121指在一个活性环境(加热、光照、等离子化)中的气体物质发生的分解和化学反应，生成一种稳定的固体产物。沉积包括在气相中发生的均相反应，和在加热区域附近发生的多相反应，然后分别形成粉末或薄膜。通常MOCVD是在高温下反应制取所需要的金属薄膜。本实验室自行设计、组装的MOCVD实验装置如图1—1。铜薄膜的化学气相沉积技术是采用有机金属的前驱物(Precursor)作为沉积铜薄膜的气体源。在铜的有机金属前驱物的选择上，现今主要有两类，一价铜Cu(I)㈦141与二价铜Cu

5、OI)t’5，1酗。cu(I)的前驱物表示式为(p—diketonate)Cu0)Ln，其中p-diketonate是较常见的弱酸基团，如hfae(Hexafluoracetylacetonate)，而Lm则代表有机配体。Cu(I)．的前驱物可以在较低的温度下沉积铜薄膜，且不需还原气体参与反应。Cu(I)前驱物MOCVD反应是一个歧化反应，如式(1一1)所示：2(f1．diketonate)Cu(I)L。—+Cu+Cu(II)(13-diketonate)2+2nL(1-1)2第一章研究背景和文献综述图1-1M

6、OCVD实验装置Cu(IO的前驱物是Cu(II)(p—diketonate)2，例如Cu(II)(acac)2【15’1”，CupricBis(acetylacetonate)及Cu(II)(hfac)2[18-22],CupricBis(hexafluoracetylacetonate)，这一类前驱物反应需要加入还原气体如氢气，来进行还原反应，反应如式(1—2)所示：Cu(II)(13一diketonate)2+H2_÷Cu+2(13一diketonate)(1-2)二价铜Cu(II)的配合物较稳定、毒性较小

7、，所以最先被用作MOCVD前驱物，90年代中期以前，它的发展速度远高于一价铜Cu(1)的前驱物，但是自90年代末，有关一价铜Cu(I)前驱物的研究后来居上，主要原因是由于一价铜Cu(0前驱物的反应条件较二价铜Cu(II)温和，反应温度较低，有利于防止热扩散，铜薄膜成长速率也较快，所生成的铜薄膜杂质含量更少，这一点在集成电路工艺应用中尤为重要。1．2．1MOCVD对前驱物的要求铜薄膜生长的反应前驱物必须满足一定的要求‘10]，综合起来主要有下面几浙江大学硕士毕业论文个方面：(1)～定的挥发性：MOCVD薄膜的生长

8、需要有一种易于操作的前驱物，如液态或者固态，它在200"C以下要有足够的挥发性以获得其蒸汽。(2)适当的反应性：前驱物在基材上反应生成薄膜，基材表面的温度通常被加热到300。C以上，前驱物将在此温度反应。然而MOCVD薄膜生长反应有一个潜在的问题，就是前驱物有可能在通往反应器的途中就反应了，而不是仅仅在基材表面反应。如果我们降低反应室中反应物的浓度，这种情况可以被控制到最小，但是也降低