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二元无扩散阻挡层Cu(Ti)薄膜的制备和表征

徐利燕  李晓娜  孙旭  朱瑾  董闯  
【摘要】:Cu由于具有较低的电阻率和良好的抗电迁移能力已经广泛的取代Al作为互连材料。然而采用Cu作为互连材料也有一些缺点。Cu在低温200℃特别容易和Si反应,Cu易扩散到Si和SiO2中影响器件的性能。为了解决这个问题,通常在Cu和Si之间添加一层扩散阻挡层从而抑制Cu-Si化合物的生成。然而随着器件尺寸的不断降低,制备厚度小于4nm的超薄扩散阻挡层并获得较低电阻率越来越困难。因此提出了一种新的解决方法,无扩散阻挡层即在Cu种籽层中直接添加扩散阻挡元素。在添加Ti元素的无扩散阻挡层的大量研究中,Ti元素的添加量都很大,影响薄膜的热稳定性。而本文中介绍了不同Ti含量的薄膜,研究不同Ti含量对薄膜的电学性能和微观结构的影响。采用磁控共溅射的方法在Si基底上制备Cu(Ti)薄膜。用电子探针测量薄膜里添加元素的原子百分含量。采用四探针测量薄膜的电阻率。用X射线衍射(XRD)小角度掠入射和透射电镜(TEM)来分析退火前后薄膜的微观结构。最后研究结果显示添加的Ti元素超过其在Cu中的固溶度后,容易向表面和界面析出,影响了薄膜稳定性。而Ti含量控制在Cu固溶度以内有利的提高了薄膜热稳定性同时获得了较低的电阻率。

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