有机金属化学气相沉积系统的建立与单晶硅_100_上铜薄膜的成长

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1、AbstractTheresearchbackgroundandtherecentprogressinmetal-organicchemicalvapordeposition(MOCVD)ofcopperfilmsinthemetallizationprocessofintegratedcircuits(IC)fabricationhasbeensummarizedandreviewedindetailsAversatileMOCVDsystemhasbeendesignedandconstructedinthiswork．Th

2、erewereaboutthreeimprovementsduringtheinstallation．Atfirst，thegaslinewasreconstructedinordertoutilizethecarriergasefficientlyandtakeoutalltheresiduals．Secondary,aquadruplemassspectrometerwasequippedwiththereactor．Atlast，theturbomolecularpumpwasconnectedtotakefulladva

3、ntageviatwoelectromagneticvalves，andthereactorwasamendedtoimprovetheoperation．AgoodcopperfilmdepositedonSilicon(100)substratewasdetectedatfollowingdepositionconditions：thesubstratewaswashedwith2％HFsolution，depositedattemperatureof350"C，atreactionpressureof3torr,andin

4、areactiontimeof7minutes，whichdemonstratesthattheMOCVDsystemoperatesproperlyThegrowthofCunucleusonSiliconsubstratesbyHEreductionofCu(hfac)wasstudiedbyatomicforcemicroscopy(AFM)andscanningelectronmicroscopy(SEM)．ThegrowthtypeofCunucleuswasVolmer-Webertype(islands)atini

5、tial，andthentransformedtoStrauski·Rastanovtype(fromlayerstoislands)ThemechanismofCunucleationonSilicon<100>substrateswasfurtherinvestigatedbyX—rayphotoelectronspectroscopy(XPS)Keyword：metal—organicchemicalvapordeposition(MOCVD)coppermetallizafionSilicon<100>precursor

6、有机金属化学气相沉积系统的矬■及单晶硅<100>上铜薄膜的成长第一章研究背景与文献综述1．1前言随着集成电路中元件的不断缩小和集成度的不断提高，采用多级金属化形成的超大规模集成电路中的导线材料问题已经引起人们极大的关注[1，21。特别是当元件的最小线宽小到0．15um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B4，51。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Al

7、有更好的抗电致迁移的能力口】。但是，如何制备连续、均匀，具有良好阶梯覆盖率的高质量铜金属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，包括粒子化金属等离子体技术，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)。由于铜与硅之间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，而且改变了元件硅中掺质的种类和浓度，直接影响元件的寿命和质量，所以必须在铜与硅之间沉积一层

8、扩散阻挡层，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，在目前己知的材料中，钽和氮化钽对铜具有最好的阻挡能力【6，”，且有良好的热稳定性。因此，铜和TaN是当前取代Al和TiN的新一代导线及扩散阻挡层材料[8,91。但是，无论是扩散阻挡层还是种晶层