材化毕业论文

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1、摘要与传统的金属互连材料Al相比，Cu具有更低的电阻率，更好的抗电迁徙性能和更高的热传导系数。采用Cu作为互连线材料可犬大提高电路的运算速度与可靠性，铜已经取代了铝成为新一代的互连材料。但Cu在Si和Si的氧化物中扩散相当快，口Cu一旦进入其中即形成深能级杂质，对器件中的载流子具冇很强的陷阱效应，使器件性能退化英至失效。而要解决Cu扩散问题的同时壇强Cu与介质的附着力,就必须在Cu与Si或SiCh之间增加一个扩散阻挡层。Ta-Si-N是很好的扩散阻挡层材料，然而Ta-Si-N的电阻率大于600卩Q.cm不能很好地满

2、足未来电路高速运行的特点。本文设计了一种新型的Ta-Si-N/Zr阻挡层旨在降低阻挡层与Cu膜和Si间的接触屯阻，提高电路的运行速度。首先通过射频磁控溅射法在Si基片上沉积Ta-Si-N/Zr薄膜，然后在阻挡层上沉积Cu膜。为了研究Cu/Ta-Si-N/Zr/Si体系的热稳定性，本文将在高纯N?环境下对试样退火1小吋，退火温度从600°C到800°Co最后使用XRD、AES、SEM、XPS以及FPP等方法对试样进行热稳定性评价。实验结果表明Ta-Si-N/Zr薄膜在750°C吋仍能有效的阻挡Cu的扩散。通过750°

3、C退火处理后，体系中生成的ZrSi2明显降低阻挡层与Si基片之间的电阻。关键词:Ta-Si-N/Zr；扩散阻挡层；Cu互连；射频磁控溅射AbstractToreducetheinterconnectiondelay,CumetallizationistakingtheplaeeoftraditionalAlinterconnectiondueto让slowerresistivityandsuperiorresistancetoelectromigration.However,adhesionofCutoSisubs

4、trateispoor.Inaddition,CuatomsarequitemobileandcandiffuseintoSieasily,whichleadstoformationofCu-SiCompounds-Cuatomsactasdeeplevelimpurities,affectingthereliabilityofdevices.Therefore,itisnecessarytoadddiffusionbatrierbetweenSiandCu.Thispaperwillintroduceabarri

5、erlayerofTa-Si-N/ZrwhichmayreducethecontactresistancebetweenCuandSi.TheTa-Si-N/Zrbilayerfilmwasgrownonn-type(100)siliconwaferbyRFmagnetronsputtering,followedbyinsitudepositionofCu.TheCu/Ta-Si-N/Zr/Sisamplesweresubsequentlyannealedatdifferenttemperaturesranging

6、from600to750°CinN2gasforlh.Inordertoinvestigatethethermalstabilityofthebarrierstructure,X-raydiffraction(XRD),Augerelectronspectroscopy(AES),scanningelectronmicroscopy(SEM)and4・pointprobetechnique(FPP)wereperformedrespectively.TheresultsrevealedthatTa・Si-N/Zrf

7、ilmcanserveaseffectivediffusionbarriersupto750°C.Afterannealingat750°C,theproductionofZrSi2layercaneffectivelydecreasecontactresistancebetweenbarrierandSi.Keywords:Ta-Si-N/Zr;Diffusionbarrier;Cuinterconnection;RFmagnetronsputtering第1章绪论11.1集成屯路金属互连材料的发展11.1.1C

8、u互连材料的优势与存在的问题31.1.2Cu互连的应用和发展状况51.2扩散阻扌当膜61.2.1扩散阻挡膜的定义及性能要求61.2.2阻挡层材料的分类81.2.3阻挡层材料的发展101.3常用的阻挡层制备工艺131.3.1物理气相沉积131.3.2磁控溅射141.4选题背景及主要研究内容15第2章阻挡膜的制备及表征方法172.1实验材料及仪器172」」实验材