集成电路Cu金属化中的扩散阻挡层阐述了集成电路Cu互连中的技术难题,重点讨论了Cu的扩散问题,综述了扩散阻挡层的研究发展进程,重点介绍了当今研究较多的难熔金属、难熔金属氮化物及其三元结构阻挡层的最新进展情况。研究表明,阻挡层的阻挡性能与制备工艺、薄膜组分及微观结构密切相关,其失效机制多为高温下阻挡层晶化所产生的晶界为Cu扩散提供了快速通道,掺入Si或其它原子的难熔金属氮化物由于其较高的晶维普资讯集成电路C金属化中的扩散阻挡层/u李幼真等17集成电路Cu金属化中的扩散阻挡层李幼真，周继承，陈海波(中南大学物理科学与技术学院，长沙408)103摘要阐述了集成电路Cu互连中的技术难题，重点讨论了Cu的扩散问题，述了扩散阻挡层的研究发展进综程，重点介绍了当今研究较多的难熔金属、熔金属氮化物及其三元结构阻挡层的最新进展情况。研究表明，难阻挡层的阻挡性能与制备工艺、薄膜组分及微观结构密切相关，其失效机制多为高温下阻挡层晶化所产生的晶界为Cu扩散提供了快速通道，掺入S或其它原子的难熔金属氮化物由于其较高的晶化温度和良好的阻挡性能正成为研究热点。i关键词扩散阻挡层c金属化u热稳定性薄膜DifsoBarefCUMealztonULSfuinrirotliainiILIYozeuhn,ZHOUihnJceg,CHENioHab(colfPyisScneadTehooyCetaotiestShohsciecncnlg,nrluhUnvrioSy,Chnsa408)agh103AbtacsrtThaeeiwstretpolmsaotCumealainiepprrvehugnrbebutlztnULS,epcalnrdcsteeioIseilitouehypolmfCudfuinThaeurbeoiso.fepprsmmaieheerhdvlpniainoifsoare,ailnrzstersaceeometsttfdfuinbrirnmanyi-uodtoueheyrsaceeometoercoymeasahitraysrcuedfuinbrir.Therdcstnwleerhdvlpnfrfatrtlnterenrtutrisarsedoeer—sacdctstahiuinbrirpoeterestvlsoitdthrprtntcnqe,fmoerhiiaehttedfsoarrprisaesnieyascaeotepeaaiehiusicm—nfeiolpstnacotutrsoiinmirsrcue.Thalrcaimsmanydethrionaisfrdatranaigwhcodefiemehnsiiluoteganbuudreomefenelihncnataatdfuinptsfr.AdiofslontraosthirerfatrtlidltdacsfsisoahoCudtnoicnaohtmotentiercoymeasSwieysu—iidedieasaceshrsaeeaueampoetedfuinbrirpoetsebcueicniraetecytlmprtrnirvhisoarrpri.dtntdfeeKersywoddfuinbririfsare,Cumealain,tematblyhnflotlztoihrlait,tiisim0引言集成电路的高速度、高可靠性、功耗、低高集成度要求采用了人们的重视。集成电路尺寸的进一步缩小要求阻挡层尽可能减薄，同时又可保持较好的阻挡性能及热稳定性，这就对阻挡层材料提出了更高的要求，也提供了很多研究课题。低电阻率的金属导线以及低介电常数介质取代传统的A/i2lOS互连系统，以尽可能消除互连系统的延迟及串扰L。Cu的电阻1]率为17nm,A低3,c具有较强的抗电迁移能.c比l7且u力，可避免由于电迁移而导致互连线产生空洞，而大大提高集从成电路的运行效率和可靠性，最理想的可大规模使用的替代是材料。采用C/K介质作为互连系统，u低可使集成电路性能大幅提高。然而C作为互连线存在两个问题：个是Cu一u引线图形采用传统加工工艺难以加工，这个问题随着大马士革结构与化学机械抛光(hmilcailoii,c)CechnclhnaMeaPsgMP技术的发明与结合已经得到成功解决；另一个也是最重要的是由于Cu在S及其氧化物及大部分介质层中扩散相当快且Ciu一旦进入器件中即形成深能级杂质，对器件中的载流子具有很强的陷阱效应，器件性能退化甚至失效。防止C使u扩散的有效途径是在Cu与介质之间加一扩散阻挡层。阻挡层要求在一定高温下1阻挡层材料最新研究进展随着集成电路对阻挡层材料要求的提高，们从阻挡层材人料的选择、制备方法的改进等多方面进行了广泛的研究，目前主要研究集中在以下几个方面。11难熔金属.难熔金属如T、Mo由于具有很高的熔点，C在高aW、等与u温下不反应，且有良好的导电能力而受到广泛关注。Ta两种有晶体结构，cbc的aa和四角形的T。pa电阻率较高-Ta_T(Onm,_gt;20c)温度系数较低，-aa电阻率低(膜为3T薄0nc,m)温度系数较高。因此旷Ta有希望作为C更u互连扩散阻挡层。人们就aTa的制备及其性质进行了广泛的研究。ZL-..Yun等[]ArN对S0a2用0/zi2衬底进行预处理，然后用离子化能有效阻止C的扩散，C及...