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

• 作者: 利助民 朱瑾 李南军 李晓娜 杨冕 董闯 郑月红
• 来源期刊: 表面技术
• 学科: 工学
• 关键词: 铜合金薄膜 无扩散阻挡结构 稳定固溶体团簇模型 成分设计 热稳定性 电阻率
• 年，卷（期）: 2020,（5）
• 所属期刊栏目: 专题——基于团簇理论的薄膜成分设计
• 页码范围: 48-60,97
• 页数: 14页
• 分类号: TB43
• 字数: 7827字
• 语种: 中文
• DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.05.006

摘要

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.