等離子體浸沒注入對Ta薄膜的改性及Cu-Ta-X-SiO-,2-體系失效機理的研究.pdf

1、本文對物理氣相淀積在SiO2上制備的Cu(200nm)/Ta(25nm)/SiO2體系中Cu熱擴散失效機理進行了研究、用等離子體浸沒注入(PⅢ)N+和C+對Ta進行改性和研究，并對該系統(tǒng)電遷移性質進行了ANSYS模擬分析得到了以下結論：　　多晶Ta的晶粒間界是Cu和O原子穿過Ta擴散入襯底的主要渠道，O是Cu加快擴散的促媒。N離子和C離子的PⅢ能填塞Ta的晶粒間界，阻斷Cu和O的擴散。通過比較注入前后的Cu/Ta/SiO2體系在500

2、℃-800℃退火后，表面形貌、元素深度分布、界面微結構和物相等方面的不同，發(fā)現經N+和C+PⅢ后的Ta對Cu的阻擋效果明顯提高。在N+PⅢ中1016m-2劑量的注入效果最佳，而注入劑量太大反而會造成結構損傷。據Krasko等人對晶界嵌入能的計算，C和N在Ta中的嵌入能低于O，因此能穩(wěn)定占據晶界而排斥O，從而進一步提高阻擋效果。觀察顯示，C+PⅢ后的Ta出現了較為明顯的非晶化，這種無定形結構也能有效阻擋Cu的擴散。HarrisonB類擴散

3、動力學模型、Whipple解析方法和LeClaire簡化公式被運用于計算Cu在Ta基阻擋層中的擴散系數和晶粒間界擴散激活能，進一步證實離子注入Ta的改性效果。這種晶粒間界擴散和晶格擴散耦合的解析模型修正了Junji，Imahori等人用晶格擴散公式來計算晶界擴散系數的不足。計算結果給出了Cu在Ta基薄膜中擴散激活能隨注入劑量和注入離子種類變化的規(guī)律。計算了導線中電流密度分布，發(fā)現在電流聚集效應的情況下，電遷移并非只和傳統(tǒng)意義上的“電子風