Ti-Al集成薄膜的结构和阻挡性能.pdfVIP

助 材 料 2012年第4期(43)卷 用于 Cu互连的Ta／Ti—Al集成薄膜的结构和阻挡性能 任 国强，邢金柱 ，李晓红，郭建新，代秀红 ，杨保柱 ，赵庆勋 (河北大学 物理科学与技术学院，河北 保定 071002) 摘 要： 应用射频磁控溅射 法在 (001)Si衬底 上制 且 ，Ta／Ti—A1有可能具有较好 的阻挡性 能。本文应用 备 了Cu(120nm)／Ta(5nm)／Ti—Al(5rim)／si异质 结， 射频磁控溅射法制备 了Cu／Ta(5nm)／Ti—AI(5nm)／si 借助原子力显微镜 (AFM)、X射 线衍射 (XRD)和 四 异质结 ，研究 了超高真空下 ，退火温度对异质结微结构 探针 测 试 仪 (FPP)等 方 法研 究 了 Ta(5nm)／Ti—Al 和 Ta／Ti—A1集成薄膜阻挡性能的影响。 (5nm)集成薄膜用作 Cu和Si之 间阻挡层 的结构和性 2 实 验 能。研 究发 现 ，Cu／Ta／Ti—A1／Si异 质 结 即使 经 受 850℃高温退火后 ，样品的xRD图中也没有 出现杂峰， 实验所用靶材为高纯熔融 Ti。Al靶 (99．9996／)和高 表 明样品各层之间没有发生明显的化学反应。相对于 纯 Ta靶 (99．9 )，分别用细沙纸轻磨靶材表面 ，然后用 800℃退火的样品，850℃退火样品的表 面均方根粗糙 高纯丙酮和无水乙醇对样 品进行清洗 ，最后把用高纯 度急剧增 大，同时方块 电阻也增加 了一个数量级 ，表 明 N 吹干的靶材装入真空室 的磁性靶体上。用单晶 P_ Ta(5nm)／Ti—Al(5nm)集成薄膜在 850℃时，阻挡性能 (OO1)Si作为衬底 ，依次用无水 乙醇、丙酮对基片进行超 完全失效。由于 Ta和 Cu之 间存在 良好 粘附性 以及 声波清洗 10min，然后在 HF(10 )中浸泡 5min，去除样 Ti—Al强的化学稳定性 ，Ta(5nm)／Ti—Al(5nm)集成薄 品表面 自然生成的SiO2，最后把用去离子水清洗后的样 膜在 800℃以下具有 良好的阻挡性能。 品，用高纯 N 吹干迅速放入真空室中。用机械泵和分 关键词 ： Cu互连 ；阻挡层 ；Ta／Ti—Al；射频磁控溅射 子泵将真空度抽至2．0×10一Pa，充入高纯氩气使溅射 中图分类号 ： TN405．97；TN305．92文献标识码 ：A 气压为 3Pa，溅射功率为 6W，溅射时间40min，Ti—A1薄 文章编号：1O()1-9731(2012)04—0462—03 膜厚度为 5nm。在其上原位生长 Ta薄膜 ，溅射功率为 50W，气压为 5Pa，厚度为 5nm。不打开真空室 的情况 1 引 言 下，原位生长 Cu薄膜，溅射气压为 5Pa，生长功率为 Cu与 Al相 比，具有较低的电阻率和较高的抗 电 50W，Cu膜厚度为 120nm，获得 Cu(120nm)／Ya(5nm)／ 迁移能力 ，被认为是深亚微米集成 电路互连线技术 的 Ti—AI(5nm)／Si的异质结构样 品。将 Cu(120nm)／Ta 首选材料。但是 ，在 Cu与 Si集成的过程 中，Cu向Si (5nm)／Ti—Al(5nm)／Si切成 8个大小相 同的小片，分别 和 Si的氧化物 中扩散形成深能级受主杂质 ，破坏器件 进行 300、400、600、700、750、800、850℃高真 空退火 的性能 ～；Cu在空气和低温下 (200℃)易被氧化 ， 1rain。应用 DINanoscopeⅢaD3000型原子力显微镜 而且不能形成保护层来 阻止 自身进 一步被氧化和腐 (AFM)研究 了样 品的表面形貌、D／max-2500／PC型 X 蚀 等 ，因此