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含Cu硅基铁电电容器集成过程中Ni-Al阻挡层的研究

作 者: 霍骥川
导 师: 刘保亭
学 校: 河北大学
专 业: 光学
关键词: Cu互连 Ni-Al 扩散阻挡层 PZT铁电电容器 磁控溅射法 溶胶-凝胶法
分类号: TM535.1
类 型: 硕士论文
年 份: 2009年
下 载: 9次
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内容摘要


寻找性能良好的阻挡层来抑制Cu的扩散一直是Cu互连技术的关键,因此,研究阻挡层的失效机理对于提高互连可靠性具有重要的意义。采用射频磁控溅射技术构架Cu/Ni-Al/SiO2/Si、Cu/Ni-Al/Si、Cu/Ta/Ni-Al/Si异质结,并进行高真空退火.利用x射线衍射(XRD)、四探针电阻测试仪、原子力显微镜(AFM)和透射电子显微镜(TEM)对样品微结构、输运性质、表面形貌和界面进行了分析表征。结果表明,在750℃的高温退火后Cu/Ni-Al/SiO2/Si和Cu/Ni-Al/Si异质结内没有明显的反应和互扩散发生,Cu/Ta/Ni-Al/Si在高达800℃退火后仍然没有硅铜化合物出现,退火过程中Ni-Al一直保持非晶状态。超薄的Ni-Al(4.5 nm)和Ta(3 nm)/Ni-Al(3 nm)阻挡层表现出了良好的阻挡效果。从Fick第二定律和扩散方程入手,通过计算扩散激活能来研究Ni-Al的阻挡性能。Cu在Ni-Al中具有较大的扩散激活能(2.9 eV),表明Ni-Al对Cu的扩散起到了良好的阻挡效果。阻挡层微结构是影响Cu互连阻挡层性能的关键因素,非晶结构没有晶界存在,不能为Cu提供快速扩散路径。采用溶胶-凝胶(Sol-Gel)法在Cu/Ni-Al/Si异质结基础上集成Lao.5Sr0.5CoO3(LSCO) /Pb(ZrxTi1-x)O3(PZT)/La0.5Sr0.5CoO3(LSCO)铁电电容器。利用铁电测试仪对其铁电性能进行了研究,结果发现电容器有良好的电滞回线、较高的极化强度(28μC/cm2)、较小的矫顽电压(1.6 V)和较小的漏电流密度(104 A/cm2)。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章 引言  9-19
  1.1 集成电路互连研究的重要性  9-11
  1.2 Cu互连研究背景  11-15
    1.2.1 Cu互连的提出、发展及存在问题  11-13
    1.2.2 Cu互连中扩散阻挡层的研究  13-14
    1.2.3 Cu互连中的大马士革工艺  14-15
  1.3 铁电材料研究进展  15-17
  1.4 Cu与铁电薄膜的集成  17-18
  1.5 本论文的研究意义及其主要内容  18-19
第2章 非晶Ni-Al薄膜用作Cu互连阻挡层的研究  19-30
  2.1 Cu/Ni-Al/SiO_2/Si和Cu/Ni-Al/Si异质结的制备  19-21
    2.1.1 磁控溅射法原理  19-20
    2.1.2 实验过程  20-21
  2.2 薄膜样品的表征方法  21-25
    2.2.1 原子力显微镜(AFM)  21-22
    2.2.2 X射线衍射(XRD)  22-23
    2.2.3 四探针电阻测试仪(FPP)  23
    2.2.4 透射电子显微镜(TEM)  23-25
  2.3 Ni-Al薄膜阻挡性能的研究  25-29
  2.4 本章小结  29-30
第3章 Ta/Ni-Al复合薄膜用作Cu互连阻挡层的研究  30-35
  3.1 Cu/Ta/Ni-Al/Si异质结的制备  30
  3.2 双层复合薄膜Ta/Ni-Al阻挡性能的研究  30-33
  3.3 本章小结  33-35
第4章 Ni-Al扩散阻挡层激活能的研究  35-39
  4.1 扩散系数与扩散激活能  35-36
  4.2 扩散激活能的研究  36-38
    4.2.1 实验设计  36
    4.2.2 结果与讨论  36-38
  4.3 本章小结  38-39
第5章 硅衬底上Cu与铁电电容器的集成  39-43
  5.1 Pt/LSCO/PZT/LSCO/Ni-Al/Cu/Ni-Al/Si的制备  39-40
  5.2 Pt/LSCO/PZT/LSCO/Ni-Al/Cu/Ni-Al/Si铁电性能的测量  40-42
    5.2.1 铁电测试仪  40-41
    5.2.2 铁电性分析  41-42
  5.3 本章小结  42-43
结束语  43-44
参考文献  44-52
硕士期间(待)发表论文及申请专利  52-53
致谢  53

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电器 > 电容器 > 电解电容器 > 固体电解电容器
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