跳到主要內容

臺灣博碩士論文加值系統

(34.236.192.4) 您好!臺灣時間:2022/08/17 19:13
字體大小: 字級放大   字級縮小   預設字形  
回查詢結果 :::

詳目顯示

我願授權國圖
: 
twitterline
研究生:林大為
研究生(外文):Da-Wei Lin
論文名稱:TaSix奈米擴散阻障薄膜在銅金屬製程之研究
論文名稱(外文):TaSix Nano-Cluster Diffusion Barrier in Cu Metallization
指導教授:葉鳳生
指導教授(外文):Fon-Shan Huang
學位類別:碩士
校院名稱:國立清華大學
系所名稱:電子工程研究所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:47
中文關鍵詞:奈米顆粒擴散阻障層TaSix銅製程
外文關鍵詞:nano-clusterdiffusion barrierTaSixCu Metallization
相關次數:
  • 被引用被引用:0
  • 點閱點閱:262
  • 評分評分:
  • 下載下載:0
  • 收藏至我的研究室書目清單書目收藏:1
本論文使用反應式濺鍍的方式,以Ar來當作濺鍍時的氣體,利用Ta + 1/2 Si夾片和Ta5Si3兩種不同靶材濺鍍製成不同Ta,Si成分比的TaSix薄膜。在量測方面,利用四點探針(Four Probe Point),歐傑電子能譜(AES),X光繞射(XRD),穿透式電子電子顯微鏡(TEM)以及電流-電壓特性曲線,來瞭解薄膜的電阻,成分組成,晶相,繞射點和電阻率與溫度的變化關係。在熱穩定性方面,利用高頻電容-電壓量測,來瞭解薄膜的擴散阻障能力。由這些量測,進一步了解TaSix薄膜之中奈米顆粒的存在以及其特性和找到最好的擴散阻障層。
TaSix在Si/Ta比例較大者,具有高電阻率,阻障效果較佳。以Ta + 1/2 Si夾片靶材鍍製出來的薄膜,在Si/Ta比例為1.043的樣品來說,其電阻率達到444mW-cm,且MOS電容結構Cu/TaSix/SiO2/Si經由量測得到的高頻電容-電壓曲線具有600℃/30min的熱穩定性。而Si/Ta比例為0.525的樣品,MOS電容結構Cu/TaSix/SiO2/Si的高頻電容-電壓曲線具有550℃/30min的熱穩定性,電阻率更可以低到283mW-cm,厚度只需要140Å,是絕佳的擴散阻障層應用材料。
由XRD與TEM 繞射點可以發現Ta + 1/2 Si夾片靶材鍍製的TaSix奈米顆粒薄膜在濺鍍後為非晶形的結構,而且由TEM可觀察到其中含有小於5 nm的奈米顆粒。這些TaSix奈米顆粒薄膜其電阻率會隨溫度升高而呈現下降的趨勢。而TaSix奈米顆粒薄膜的電流-電壓曲線和電阻率對溫度的關係圖可以使用在Ta-Si-Ta奈米顆粒中的熱發射(Schottky emission)及Si-Si、Ta-Ta奈米顆粒中的電子傳導現象來解釋。所以我們認為TaSix奈米顆粒薄膜是未來的超大型積體電路(Ultra Large Scale Integration Circuit)製程上一個很好的銅金屬擴散阻障層材料。

TaSix nano-cluster thin films with a various composition of Ta and Si are fabricated in Ar gas with Ta + 1/2 Si or Ta5Si3 targets by radio frequency reactive sputtering deposition. The resistivity, chemical composition, crystalline microstructure, diffraction pattern, and resistivity-temperature are investigated by four probe point, Auger, XRD, TEM, and current-voltage measurements. The thermal stability of diffusion barrier are studied using high frequency capacitance-voltage curve. According to those measurements, we try to understand the property is of TaSix nano-cluster thin film and find the optimum condition of diffusion barrier.
TaSix film with large Si/Ta composition ratio has higher resistivity and shows better diffusion barrier performance. The resistivity of TaSix film with Si/Ta ratio 1.043 is 444 mW-cm. The C-V curve of MOS capacitor Cu/TaSix/SiO2/Si remains thermally stability after annealing at temperature 600℃ for 30 mins. For the TaSix film with Si/Ta ratio 0.525, the C-V curve of MOS capacitor Cu/TaSix/SiO2/Si remains thermally stability after annealing at temperature 550℃ for 30 mins. It’s resistivity is 283 mW-cm, the thickness only 140 Å.
According to XRD and TEM pictures, as deposited TaSix nano-cluster thin films is amorphous. And TEM pictures had also shown the size of nano-cluster is smaller than 5nm. Their resistivity of the film is decreasing as the temperature rises. These current-voltage behavior can be explained by the Schottky emission of electrons between clusters Ta-Si-Ta and conduction of electron transport between clusters Ta-Ta or Si-Si. We believe the TaSix thin film is good candidate of diffusion barrier for the future ULSI processes.

目錄
Abstract
摘要
致謝
目錄
第一章 緒論 …………………………………………………….1
第二章 擴散阻障層的基本觀念 ………………………………..3
2.1擴散阻障層的特性 …………………………………………..3
2.2擴散阻障層的分類 …………………………………………..3
2.2.1 Passive barriers
2.2.2 Sacrificial barriers
2.2.3 Stuffed barriers
2.3擴散係數 ……………………………………………………..4
第三章 量測儀器原理 …………………………………………..6
3.1片電阻分析 …………………………………………………...6
3.2 a-step ………………………………………………………….7
3.3 X光繞射儀 …………………………………………………...7
3.4 Auger 電子分析儀 ……………………………………………8
3.5 HRTEM ………………………………………………………..9
3.6電流-電壓曲線及電阻率隨溫度變化分析…………………….9
3.7 C-V量測 ……………………………………………………...9
第四章 實驗與量測 ……………………………………………..12
4.1 薄膜樣品製作與分類 ………………………………………..12
4.1.1 晶片清洗
4.1.2 薄膜鍍製
4.1.3 導線樣品製作
4.1.4 Cu/擴散阻障層/介電層/Si MOS電容樣品製作
4.2 物性量測 ……………………………………………………...15
4.2.1 電阻率
4.2.2 X光繞射儀
4.2.3 Auger 電子顯微鏡
4.2.4 HRTEM
4.2.5 I-V曲線及電阻率隨溫度變化分析
4.3熱穩定性分析(高頻C-V曲線量測) ….………………………..16
第五章 實驗結果與討論 …………………………………………17
5.1 薄膜特性 ……………………………………………………....17
5.1.1電阻率
5.1.2 Auger 電子能譜分析
5.1.3 X光繞射分析
5.1.4 HRTEM
5.1.5 I-V曲線及電阻率隨溫度變化分析
5.2薄膜熱穩定性(MOS C-V曲線位移) ……………………….….21
第六章 結論 ……………………………………………………...40
Reference

Reference
[1] T Nitta, T. Ohmi, S. Sakai, and T. Shibata, J. Electrochem. Soc, 140, 1131(1993)
[2] G. S. Chen, P. Y. Lee and S. T. Chen, Thin Solid Films, 353, 264-273 (1999)
[3] Byoung-Sun Kang, Sung-Man Lee, Joon Seop Kwak, Dong-Soo Yoon, and Hon
Hong Koo Baik, J. Electrochem. Soc,144(5), 1807-1812 (1997)
[4] M. Takeyama, A. Noya, T. Sase, and A. Ohta, J. Vac. Sci. Technol, B, 14, 674
(1996)
[5] H. Ono, T. Nakano and T. Ohta, Applied Physics Letters, 1511-1513,(1994)
[6] Xin Sun, Elzbieta Kolawa, Jen-Sue Chen, Jason S. Reid and Marc-A. Nicolet,
Thin solid film, 236, 347-351 (1993)
[7] Changsup Ryu, Haebum Lee, Kee-Won Kwon, Alvin L.S. Loke and S. Simon
Wong , MRS ,53-55,(1999)
[8] Nety Krishna and Imran Hashim, J. Mater. Res.Vol.15, No.1, 203-211, Jan (2000)
[9] Khin Maung Latt, Liu Rong, W. G. Zhu, Y. K. Lee, J. Materials Sci, 37,
1941-1949 (2002)
[10] W. H. Teh, Electronics Letters, 36(25), 2105-2106 (2000)
[11] 黃士展, 清華大學碩士論文 (2000)
[12] Zailong Bian, E. O. Shaffer, R. E. Geer, Interconnect Technology Conference,
204-206 (2001)
[13] D. Fischer, T. Scherg, J. G.Bauer, H-J. Schulze, C. Wenzel, Microelectronic
Engineering 50 459-464(2000)
[14] 陳郁仁, 清華大學碩士論文 (2001)
[15] 冉景涵, 清華大學碩士論文 (2000)
[16] S. C. Sun, M. H. Tsai, C. E. Tsai, H. T. Chiu, VLSI Technology, 1995. Digest of
Technical Papers. 1995 Symposium on, 1995 Page(s):29
[17] A. Z. Moshfegh, O. Akhavan, Thin Solid Films, 370, 10-17 (2000)
[18] Chang-You Chen, Li Chang, Edward Y. Chang, Szu-Houng Chen, and Der-Fu
Chang, Applied Physics Letters, 77(21), 3367-3369 (2000)
[19] O. van der Straten, Y. Zhu, E. Eisenbraun, A. Kaloyeros, Interconnect
Technology Conference, 188-190 (2002)
[20] “奈米材料和奈米結構”, 張立德, 牟季美, 初版, 滄海書局 (2002)
[21] “薄膜物理”, 薛增泉, 李浩, 電子工業出版社
[22] “Physics of Semiconductor Devices” S. M. Sze, 2nd Edition, John Wiley & Sons,
Inc. (1983)

QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
第一頁 上一頁 下一頁 最後一頁 top