369 / 2022-10-06 17:44:00

硼化锆薄膜的热稳定性及扩散阻挡性能研究

沉积温度、磁控溅射、ZrB2、微观结构、扩散阻挡性能

铜互连技术是超大规模集成电路核心技术之一，如何抑制高温下Cu与介质层之间的扩散反应是高性能Cu互连工艺设计中的关键问题。ZrB₂薄膜具有低电阻率和高热稳定性，是一类极具应用潜力的阻挡层材料。本文采用直流磁控溅射技术在单面抛光的Si基底上制备不同沉积温度的ZrB_x薄膜，采用X射线光电子能谱仪（XPS）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）和透射电子显微镜（TEM）研究沉积温度对ZrB_x薄膜的沉积速率、化学成分、微观组织结构的影响规律，并对300 ℃沉积的ZrB_1.26薄膜进行热稳定性分析。通过构建Cu/ZrB_1.26/Si复合结构，研究ZrB_x薄膜的扩散阻挡性能，结果表明：随沉积温度升高，ZrB_x薄膜的沉积速率降低，B/Zr原子比增加；不同沉积温度得到的薄膜均为非晶结构，对于ZrB_1.26薄膜，当退火温度为700℃时，薄膜转变为结晶态；10 nm的非晶ZrB_1.26薄膜可以在600℃以下有效阻挡Cu与Si原子的扩散。因此, ZrB_x薄膜是一种具有应用潜力的Cu互连用扩散阻挡层材料。