铜互连中扩散阻挡层的研究

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随着集成电路工艺不断发展,铜互连体系将逐步取代铝互连系统.铜互连工艺的一个重要课题是扩散阻挡层的研究.随着集成度不断提高,对于阻挡层在薄膜厚度,热稳定性,电导性,均匀性等方面的要求将变得愈加苛刻.传统的TiN阻挡层不再胜任这项工作,人们在探寻适用的扩散阻挡层.非晶态M(M=Ti,Mg,Ta,W)-Si-N三元化合物由于其较佳的热稳定性而受到人们的关注.该文以W-Si-N三元化合物为研究对象.我们考察制备工艺条件对其薄膜特性与阻挡特性的影响,进一步探究薄膜抑制铜扩散的基本原理,最终确定W-Si-N薄膜的最优制备方案.由对连续淀积之Cu/W-Si-N/Si结构的样品分析可知,W-Si-N薄膜中氮含量对其阻挡特性有显著影响,阻挡层薄膜氮含量与电阻率随淀积过程中氮气/氩气流量比同步升高,其阻挡特性亦随之改善.在样品制备过程中,淀积铜膜前对阻挡层进行预退火处理可使之阻挡特性得到改善.阻挡层薄膜在暴露于大气期间所纳入的氧同样有助于其阻挡特性的改善.该文最终确定阻挡的最佳制备方案为:淀积时氮气/氩气流量比为1:1,预退火处理条件为400℃,5分钟.通过对W-Si-N/Cu/W-Si-N/Si结构样品分析可知阻挡层最高有效温度约为775℃,并且经500℃退火1小时后仍保持有效.将W-Si-N阻挡层与不同氮氩比条件下淀积的不同厚度的TiN,WN阻挡层进行比较,W-Si-N膜以其最小的厚度最高的有效温度而优于其他阻挡层.
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