Regensburg 2002 – wissenschaftliches Programm

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DS: Dünne Schichten

DS 6: Strukturbildung und -chararkterisierung II

DS 6.1: Vortrag

Montag, 11. März 2002, 11:15–11:30, HS 32

Struktur und thermische Stabilität von ultradünnen Tantal-Silizium-Stickstoff-Diffusionsbarrieren für die Kupfermetallisierung — •René Hübner, Michael Hecker und Norbert Mattern — IFW Dresden, Helmholtzstr. 20, 01069 Dresden

Aufgrund der höheren elektrischen Leitfähigkeit und des größeren Elektromigrationswiderstandes im Vergleich zum Aluminium wird Kupfer als Metallisierungsmaterial in der Mikroelektronik eingesetzt. Da Kupfer jedoch eine hohe Beweglichkeit in Metallen und Halbleitern aufweist, sind zur Verhinderung einer Diffusion effektive Barrieren notwendig. Tantal wird dafür verwendet, weil es keine Verbindungen mit Kupfer bildet. Die Korngrenzen dieses polykristallinen Materials können jedoch als Diffusionspfade fungieren. Eine Möglichkeit zur Erhöhung der thermischen Stabilität besteht im Einsatz von amorphen tantalbasierten Schichten.

Gegenstand unserer Experimente sind ultradünne Tantal-Silizium-Stickstoff-Barrieren (10 nm), die durch reaktives Sputtern auf oxidierten Siliziumwafern abgeschieden und mit einer 50 nm dicken Kupferschicht abgedeckt wurden. Als Funktion des variierenden Stickstoffflusses erfolgten Untersuchungen zur Struktur und thermischen Stabilität der im Ausgangszustand amorphen Barrieren mittels Röntgendiffraktometrie und Röntgenreflektometrie sowie Glimmentladungsspektroskopie und Transmissionselektronenmikroskopie. Die während der Wärmebehandlungen bei T = 600 ^∘C und unterschiedlichen Zeiten auftretenden Prozesse (Verbindungsbildung, Kristallisation, Diffusion), die schließlich zum Barriereversagen führen, werden diskutiert.