中期检查整理

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1、中期检查整理一、本设计(论文)内容及具体要求：本设计先采用磁控溅射法在二氧化硅基体上先沉积Cu(Zr)合金膜,随后将制备的样品利用X射线衍射仪(XRD)、俄歇能谱仪(AES)、透射电镜(TEM)、四探针(FPP)法等方法较为系统地测试Cu(Zr)合金膜在不同退火温度下发生的结构相变、元素深度分布等变化，研究Cu(Zr)/^氧化硅界血行为、热稳定性的提高以及场助退火效应。从而进一步分析自形成阻挡层作用的机理，制备条件对Cu(Zr)合金膜性能影响的研究。二、本设计屮期前的进度安排：1-2周查阅资料，了解集成电路互连合金铜籽晶层自形成阻扌肖层工艺。3-4周熟悉磁

2、控溅射设备的原理及其使用。5-8周制备Cu(Zr)/SiO2,Cu(Ru)/SiO2以及Cu(Zr-Ru)/S102样品，完成不同情况下的退火过程。三、进度安排完成详细情况：1、在开题阶段的前两周内，我通过查阅资料，了解到随着超大规模集成电路的发展，Cu代替了常用的A1成为新兴的互连线材料。也就是最新发展的所谓“铜互连工艺”。集成电路集成度的提高要求内连材料线宽尺寸不断降低，A1作为内连材料其性能已难以满足集成电路的要求。90年代一来，Cu由于具有低的电阻率和高的抗电迁移能力而作为A1的代替材料被广泛研究。但是Cu易通过S102向衬底Si发生扩散，且Cu月

3、莫结合强度不高。阻止扩散的途径是在Cu与Si间添加扩散阻挡层。研究表明适于扩散阻挡层的材料主要有Ta.Ti、W、Zr、Ru等耐热金属及其氮化物。而增加Cu电迁移阻力的有效途径是微合金化，通过随后的退火达到既不明显增加Cu合金的电阻率，又使合金元索分布在Cu晶界处，从而增加Cu膜的抗电迁移能力。适合用于微合金化的是一些与Cu固溶度不高且可在晶界析出的元素如Sn、Mg、Cr.Zr.Ru等。Cu在硅基底集成电路屮的应用存在的一些困难，例如铜在硅和介质层中的扩散速度较快，目前一般在薄膜和基底间镀一层阻扌当层。随着器件尺寸的缩小，扩散阻扌当结构是影响互连性能和可靠性

4、的关键因素，因此，能满足严格要求的新材料和新T艺技术无疑将在未来应用中发展起来。本设计以合金化薄月莫“自发形成阻挡层”为思路，将Cu合金月莫淀积于SiO2上，通过退火处理使合金元素扩散至Cu合金WS102界面处，并与SiO2反应形成氧化物薄膜作为抑制铜扩散的阻挡层。采用磁控溅射法在S102基体上先沉积Cu-Zr合金膜，以能够深入研究Cu-Zr/SiO2界面行为及热稳定性，并与Cu(Ru)薄膜参照对比。此外，还进一步研究Cu-Zr合金膜中掺Ru对Cu-Zr合金膜及其与SiO2界面性质的影响。将Cu-Zr和Cu-Ru合金薄膜的性能进行对比研究，以评估其作为合金

5、元素的潜在可能性。铜合金薄膜磁控溅射沉积在Si02/Si为衬底上。随后对样品进行退火，并用四点探针法，X射线衍射和俄歇电子能谱仪分析和测量合金膜的结构相变、元素深度分布、Cu(Zr)/SiO2界而行为、热稳定性的提高以及场助退火效应的分析，从而进一步分析自形成阻扌当层作用的机理、制备条件对Cu(Zr)合金膜性能影响的研究。2、本设计笫二阶段的任务是先熟悉磁控溅射设备的工作原理，然后掌握其基本使用方法。磁控溅射的工作原理是指电子在电场E的作用下，在飞向基片过程中与氮原子发生碰撞，使其电离产生出Ar和新的电子；新电子飞向基片，Ar在电场作用下加速飞向阴极靶，并

6、以高能量轰击靶表面，使靶材发生溅射。在溅射粒子中，中性的靶原子或分子沉积在基片上形成薄膜，而产生的二次电子会受到电场和磁场作用，产生E(电场)XB(磁场)所指的方向漂移，简称EXB漂移，其运动轨迹近似于一条摆线。若为环形磁场，则电子就以近似摆线形式在靶表面做圆周运动，它们的运动路径不仅很长，而且被束缚在靠近靶表面的等离了体区域内，并且在该区域中电离出大量的Ar来轰击靶材，从而实现了高的沉积速率。随着碰撞次数的增加，二次电了的能量消耗殆尽，逐渐远离靶表面，并在电场E的作用下最终沉积在基片上。由于该电子的能量很低，传递给基片的能量很小，致使基片温升较低。磁控溅

7、射是入射粒子和靶的碰撞过程。入射粒子在靶屮经历复杂的散射过程,和靶原了碰撞，把部分动量传给靶原子，此靶原子又和其他靶原子碰撞，形成级联过程。在这种级联过程中某些表面附近的靶原了获得向外运动的足够动量，离开靶被溅射出来。磁控溅射的使用方法步骤：1、装入样品及更换靶材(1)检查所有阀门是不是关死。(2)打开VI,放入大气，放毕后，关上VI。(3)推开电源总闸，开水阀，开面板总电源，升起溅射室罩。(4)将所有样品托插入样品槽。(5)调节靶基距。(6)降下溅射室罩。2、抽真空(1)检査各路阀门是否关死，尤其是VIO(2)先开机械泵，再开V4。(3)几分钟后开热偶规

8、。(4)待热偶规读数为lOPa左右时，开电磁阀。(5)待热偶规读数