利用電漿輔助原子層沉積法沉積之氮化鉭擴散阻障層及其與銅金屬之附著性研究

Abstract

本論文主要探討以電漿輔助原子層化學氣相沉積法沉積氮化鉭擴散阻障層薄膜，並研究其與銅導線之製程相容性，我們使用快速升溫退火與氫電漿處理等表面改質方法，改善阻障層氮化鉭與銅製程之間界面的附著強度，並與銅/鉭/氮化鉭疊層結構進行比較，以期達到改善金屬銅膜與氮化鉭阻障層間的附著性，並減少製程之複雜度。 我們在氮化鉭擴散阻障層薄膜的沉積過程中，藉由調控氮氣/氫氣的氣體流量比與射頻電漿功率，可以得到較低的薄膜電阻率(~294 μΩ-cm)；且利用穿透式電子顯微鏡來觀察不同沉積圈數的氮化鉭薄膜厚度，得知其成長速率約為0.52 Å/cycle；同時根據X光繞射儀分析結果知，氮化鉭薄膜在700℃的高溫熱處理下，仍能維持其原先室溫時的非晶質結構，顯示其具有高熱穩定性。接續對銅/氮化鉭疊層進行真空退火處理，研究結果發現經過600 ℃熱處理後氮化鉭仍能有效阻擋銅原子擴散。此外，不論是經過700 ℃(15 %氫氣)熱處理或是500 mTorr工作壓力下之氫電漿處理，皆能有效改善銅/氮化鉭疊層的介面附著強度。