基于稳定固溶体团簇模型的无扩散阻挡Cu合金薄膜的成分设计

随着超大规模集成电路的发展,器件特征尺寸不断缩小,必然会出现Cu互连扩散阻挡层厚度无法进一步减小等瓶颈问题。因此,开发新型无扩散阻挡层Cu合金薄膜(Cu种籽层)势在必行。该新型互连结构在长时间的中高温(400~500℃)后续工艺实施过程中,需同时具备高的稳定性(不发生互扩散反应)和低的电阻率。基于此,首先综述了目前无扩散阻挡层结构的研究现状及问题,然后对基于稳定固溶体团簇模型设计制备的无扩散阻挡Cu-Ni-M薄膜的研究工作进行了梳理,通过多系列薄膜微观结构、电阻率及稳定性的对比,深入探讨了第三组元M的选择原则及其对薄膜热稳定性的影响。为进一步验证稳定固溶体团簇模型的有效性,对第二组元的变化进行了相关讨论。结果证实,选取原子半径略大于Cu、难扩散且难溶的元素作为第三组元M,薄膜表现出良好的扩散阻挡能力;当M/Ni=1/12,即合金元素完全以团簇形式固溶于Cu基体时,薄膜综合性能达到最优,能够满足微电子行业的要求。所有研究表明,稳定固溶体团簇模型在无扩散阻挡层Cu合金薄膜的成分设计方面十分有效,该模型也有望在耐高温Cu合金及抗辐照材料成分设计方面推广使用。

铜合金自形成阻挡层制备及其性能研究

随着微电子器件特征尺寸进一步缩小,传统的铜互连阻挡层技术将面临极大的挑战,为解决传统铜互连阻挡层技术阻挡扩散性能弱的问题,铜合金自形成阻挡层技术成为该领域的研究热点。本文以Cu(V)/SiO2/Si多层膜体系为研究对象,实现Cu(V)合金薄膜制备参数的优化设计。通过体系界面特性和电学特性的分析得出,溅射气压、溅射功率和靶基距这3个制备参数的变化对铜合金薄膜性质及合金体系的阻挡性能均有明显的影响。且当溅射气压为0.5 Pa、溅射功率为90 W、靶基距为60 mm时,制备的铜钒合金薄膜经退火后会自形成最优阻挡层。

Ag-Cu/Ti双层膜摩擦磨损特性研究

对Ag -Cu/Ti双层膜的摩擦磨损特性、显微硬度进行了实验研究和理论分析 .结果表明 ,在干摩擦条件下 ,当膜厚在 0 .2 2 4～ 0 .5 76 μm时 ,磨损率分别随膜厚、载荷、滑动速度的增大而增大 ;摩擦系数分别随膜厚、载荷的增大而减小 ;显微硬度随膜厚的增大而减小 ;其磨损的形式主要以磨粒磨损为主 。

Ag-Cu/Ti双金属膜结合强度及应力研究

用划痕法测试了Ag-Cu/Ti/基体双层膜体系的结合强度;用X射线衍射法测定了Ag-Cu/Ti双层膜中Ag-Cu合金薄膜的应力.测试结果表明,结合强度分别随膜厚度、划痕速度和加载速度的增大而减小.应力随膜厚的增大而增大,且为拉应力.

Cu-Ti合金薄膜的微结构和力学性能

通过磁控共溅射方法制备了一系列不同Ti含量的Cu-Ti合金薄膜,采用EDS、XRD、TEM、AFM和纳米力学探针表征了薄膜的微结构和力学性能,研究了化合物对超过饱和固溶薄膜的强化作用。结果表明,由于溅射粒子的高分散性和薄膜生长的高非平衡性,Cu-Ti薄膜形成了超过饱和固溶体,晶格的剧烈畸变使Cu固溶体晶粒迅速细化。随Ti含量的增加,薄膜中产生高分散的细小Cu Tix化合物,并逐步形成Cu超过饱和固溶体纳米晶和细小化合物分布于非晶基体中的结构。与微结构的变化相应,薄膜的硬度随Ti含量的增加持续提高,并在含21.4%Ti(原子分数)时达到8.7GPa的最高值。高分散金属间化合物的存在是Cu-Ti合金薄膜在形成非晶结构后硬度得以继续提高的原因。