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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:黃智偉
研究生(外文):Huang C. W.
論文名稱:熱製程對鋁/氮化鈦/鈦/矽結構中的擴散及反應之效應的研究
論文名稱(外文):Effects of Thermal Processes on the Interdiffusion and Reactions for the Al/TiN/Ti/Si System
指導教授:李嘉平李嘉平引用關係
指導教授(外文):Chiapyng Lee
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣科技大學
系所名稱:化學工程研究所
學門:工程學門
學類:化學工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:1996
畢業學年度:84
語文別:中文
論文頁數:88
中文關鍵詞:氮化鈦
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使用鋁金屬作為金屬連接線是目前超大型積體電路製程中的主要材料,基
於提高可靠度及良率的要求,回火製程的改進是相當的迫切。於是我們利
用X光繞射儀、Auger 電子能譜儀,光學顯微鏡及掃描式電子顯微鏡,來研
究furance與in-situ的熱製程對於鋁膜在各溫度下回火後的表面現像,及
多層膜各界面間的反應與擴散行為。由實驗之結果,可觀察到利用 in-
situ方式所得之鋁膜表面均較furance方式為平坦,然而在溫度550oC時”
可以觀察到膜表面均有孔洞出現,此乃由於鋁膜內所添加1%的矽原素,
造成鋁矽共熔溫度僅577℃,導致部份區域的鋁,在此溫度下已有熔化現
象產生。此外對於射頻反應性濺鍍,探討使用in-situ與furance兩種製程
所成長的Al/TiN/Ti/Si多層薄膜系統中,氮化鈦作為擴散障壁層之障壁效
益的研究,則是利用歐傑電子縱深分佈(Auger depth profile)技巧及X光
繞射,分析氮化鈦擴散障壁層之反應和擴散行為及其障壁能力。實驗結果
顯示在回火處理後,鋁與氮化鈦在界面發生反應,並且形成 AlN 與Al3Ti
,此時氮化鈦層並沒有崩解,Ti與Si基板間亦發生反應形成 Ti5Si3。由
於鋁原子乃是經由存在於晶界中的 TiN 缺陷層進行擴散,因此當TiN/Ti/
Si以furance進行550℃的回火時,TiN/Ti/Si系統由於Ti的存在,使氮化
鈦組成變成Ti-richN,且回火後的TiN/Ti/Si系統的原子結構,在經過重
排後留下空隙(void),爾後沉積的鋁膜,經550℃的熱應力時,使得鋁
原子有較高的遷移能力,具有足夠移動能力的鋁原 子便穿過 TiN障壁層
與矽接觸;而以 in-situ 方式所得之多層膜系統,則因 TiN內的缺陷尺
寸較小,使鋁原子較難通過此穿過 TiN 障壁層的路徑,即使在550℃仍可
避免鋁原子到達矽基板。所以利用 in-situ 製程的方式,為IC製程中維
持TiN障壁層之障壁效益的有效技術。
At present the primary material for the metalization of the
ULSI(ultra-large scale integration) is aluminum. The goal of
achieving high reliability and yield for ULSI fabrication can
only be realized with the advanced annealing technology. We
applied two different annealing processes on our multi-layer
system in which Al films were sputtering deposited and TiN
films were deposited with the reactive sputtering. The effects
of the annealing process on the TiN diffusion barrier, surface
morphology, and interdiffusion and reactions between
interfaces, was executed by x-ray diffraction (XRD), scanning
electron microscopy(SEM), optical microscopy, Auger electron
spectroscopy and Rurtherford backscattering spectroscopy.
Experimental results revealed that aluminum melted locally at
the unstable area and forming holes on the surface of samples.
AlN and Al3Ti formed at the interface between Al and TiN. The
formation of titaniumsilicide between Ti and Si was also
obsvered. It is believed that atoms will diffuse through the
barrier film via defects in the barrier films, such as grain
boundaries or voids. Furnace annealing makes those defects
combine into voids and the Al atoms can be more easily to
diffuse through the barrier during annealing at the temperature
of 550℃. On the other hand, in-situ annealing produced fewer
defects associated with the TiN barrier film and therefore
could avoid the surface reactions and interdiffusion with Al
and enhanced the barrier quality.
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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