Cu互连中V、V-N和V/V-N薄膜的扩散阻挡性能

王翠萍,戴 拖,卢 勇,施 展,张锦彬,刘兴军

(厦门大学材料学院,福建厦门361005)

Cu互连中V、V-N和V/V-N薄膜的扩散阻挡性能

王翠萍,戴 拖,卢 勇,施 展,张锦彬,刘兴军*

(厦门大学材料学院,福建厦门361005)

采用磁控溅射法在Si(100)基板上沉积厚度为50 nm的V、V-N和V/V-N扩散阻挡层,并在扩散阻挡层上制备了厚度为300 nm的Cu薄膜,最终获得了Cu/V/Si、Cu/V-N/Si和Cu/V/V-N/Si 3种多层薄膜.薄膜样品在300～750℃真空热处理1 h后,通过X射线衍射(XRD)仪、扫描电子显微镜(SEM)和四探针电阻测试(FPP)仪对薄膜样品的晶体结构、微观组织形貌和方块电阻进行测试表征,对比分析了V、V-N和V/V-N 3种扩散阻挡层的扩散阻挡性能.实验结果表明:V、V-N和V/V-N扩散阻挡层均能够有效阻挡Cu原子向Si基板的扩散;Cu/V/Si和Cu/V-N/Si薄膜样品分别在600和650℃时能够保持良好的热稳定性;Cu/V/V-N/Si多层薄膜中由于堆栈结构的存在,样品在700℃还具有良好的热稳定性,表明堆栈结构的V/V-N是一种较理想的扩散阻挡层.

扩散阻挡层;阻挡性能;堆栈结构;磁控溅射

随着集成电路(integrated circuit,IC)的集成度越来越高,电路特征尺寸不断减小,传统Al互连材料由于抗电迁移能力较差已不能满足互连材料性能的要求.Cu比Al具有更低的电阻率、更好的抗电迁移能力和更高的热传导系数,因此,Cu取代Al成为新一代互连材料[1-4].一方面Cu的低电阻率能够极大地减少阻容延迟,提高电路的运算速度;另一方面Cu具有良好的抗电迁移能力,能够延长互连材料的寿命,提高元器件的稳定性和可靠性.然而,许多研究报道表明,在200℃时Cu薄膜与Si基板发生互扩散形成Cu-Si化合物,引起Cu薄……