鉭鉑合金於銅閘極薄膜電晶體上之應用

Abstract

由於鉭鉑合金有著阻值低，與二氧化矽附著力良好，以及合金結晶溫度高等特性，因此在本論文中使用鉭鉑合金作為擴散阻擋層，並將其應用在銅導線製程以及銅閘極電晶體上。 在沉積鉭鉑合金時，我們改變共同濺鍍時的濺鍍瓦數比以調整鉑的摻雜比例，材料分析結果發現，摻雜15%和35% 鉑的鉭鉑合金電阻率和純鉭相差不多，而且沉積於上層的銅大致上也和沉積在純鉭阻擋層上的銅一樣有很好的抗電致遷移能力。然而，無論摻雜比例多寡，即使經過700℃退火30分鐘後，由材料分析得知薄膜仍能維持在非晶狀態，這項結果有利於擴散阻擋層之應用。電性結果顯示，到650℃退火後5nm的鉭鉑合金阻擋層仍然能夠維持阻擋的能力，和以20nm純鉭薄膜做為阻擋層時到650℃退火後即出現銅擴散和表面氧化的情形相比，掺雜些許的鉑的確可以提高阻擋銅的能力。 我們選用鉑掺雜比例為15%的鉭鉑合金作為銅閘極薄膜電晶體之閘極擴散阻擋層，實驗結果發現雖然經過退火後，元件會因為熱應力造成界面和閘極氧化層產生缺陷，但即使經過30分鐘650℃的後續熱處理，我們仍然沒有觀察到因阻擋層失效銅擴散而造成元件特性大幅劣化的現象，因此我們發現，將鉭鉑合金應用在銅導線製程銅閘極薄膜電晶體上是相當有可行性的一個做法。