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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:黃彥璋
研究生(外文):Yen-Jang Huang
論文名稱:基材溫度對化學氣相沈積銅膜應力行為之影響
指導教授:周卓煇
指導教授(外文):Jow-Huei Jou
學位類別:碩士
校院名稱:國立清華大學
系所名稱:材料科學工程學系
學門:工程學門
學類:材料工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2004
畢業學年度:92
語文別:中文
論文頁數:88
中文關鍵詞:化學氣相沈積法基材溫度擴散阻礙層濺鍍法真空彎柄儀掃瞄式電子顯微鏡X光繞射儀
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本論文主要探討以化學氣相沈積法(Chemical Vapor Deposition, CVD),於不同基材溫度所製備之銅膜,鍍覆在鍍有擴散阻礙層TaN(Tantalum Nitride)的矽基材上之應力行為。其次探討化學氣相沈積銅膜,其鍍覆在矽與鍍有擴散阻礙層的矽基材上之應力行為。其中擴散阻礙層為Ta(Tantalum)、TaN與TiN(Titanium Nitride),其乃以濺鍍法(Sputtering)製備;應力量測儀器為真空彎柄儀(Bending Beam Apparatus),薄膜之表面結構使用掃瞄式電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope, SEM)觀察,薄膜之結晶結構使用X光繞射儀(X-ray Diffractometer, XRD)測定。
目錄

摘要….………………………………………………...............Ⅱ
目錄……………………………………………………………...…...Ⅴ
表目錄……………………………………………………………......Ⅸ
圖目錄……………………………………..…….………………..….Ⅹ

壹、簡介……………………………………..………………..1

貳、文獻回顧……………………………………………………….....4
2-1 薄膜應力……………………………………………………......4
2-1-1 理論……………………………………………..…………….. 4
2-1-2 彎柄儀技術…………………………..……………………….. 5
2-1-3 金屬薄膜在基材上之應力……………………..…………….. 5
2-2 溫度對薄膜本質應力的影響……………………..……….………7
2-3 銅/矽介面化合物的生成…………………………………………..8
2-4 利用熱應力變化量測薄膜的熱機械性質…………………….…..8

參、理論與原理..…………………………..…………………………11
3-1 濺鍍原理…………………………………………………………..11
3-2 化學氣相沉積原理…………………………………………………13
3-3 薄膜應力量測理論..……………….…………………………… 14
3-3-1 基本平衡公式………..…………………..……………….… 14
3-3-2 二層結構應力理論…………..…………………..……….… 16
3-3-3三層薄膜應力公式……………………..……………...……. 18
3-3-4 彎柄儀量測基材的彎曲半徑……………...…….…….…… 20
3-3-4.1 絕對彎曲半徑量測…………………………..………...… 21
3-3-4.2 相對彎曲半徑量測………………………………..…...… 21
3-3-5多層結構應力理論………………..……………….…..….… 23

肆、實驗部分…………………………………………………..….… 28
4-1 試片的製備.……………………………………………………… 28
4-1-1擴散阻礙層Ta、TaN及TiN薄膜之製備………………………28
4-1-2化學氣相沉積銅膜之製備……………………………..…..… 29
4-1-3銅/擴散阻礙層/矽 三層結構試片之製備…………….…..… 30
4-2 彎柄儀實驗.……………………………………………………… 30
4-3 掃瞄式電子顯微鏡實驗…………………………………………. 30
4-4 X光繞射實驗..…………………………………………………. 31
伍、結果與討論..……………………………………………………. 32
5-1 擴散阻礙層薄膜在矽基材上之應力行為…………………...… 32
5-1-1 Ta薄膜在矽基材上之應力行為……………………...……… 32
5-1-2 TaN薄膜在矽基材上之應力行為…………………………… 33
5-1-2 TiN薄膜在矽基材上之應力行為……………………….…… 34
5-2化學氣相沈積銅膜在矽基材上之應力行為………………………36
5-3化學氣相沈積銅膜在Cu/diffusion barrier/Si三層結構中之應力行為……………..……………………………………………………..37
5-3-1化學氣相沈積銅膜在Cu / Ta / Si三層結構中之應力行為….37
5-3-2 化學氣相沈積銅膜在Cu / TaN / Si三層結構中之應力行為. …………………………………………………………….39
5-3-3化學氣相沈積銅膜在Cu/TiN/Si三層結構中之應力行為.…………………………………………………….…….….40
5-4 擴散阻礙層對化學氣相沈積銅膜應力行為之影響…...…….. 41
5-5化學氣相沈積銅膜於不同基材溫度在Cu/TaN/Si三層結構中之應力行為………………………………………………………………42
5-5-1化學氣相沈積銅膜於基材溫度160℃在Cu/TaN/Si三層結構中之應力行為…………………………………………………….42
5-5-2化學氣相沈積銅膜於基材溫度200℃在Cu / TaN / Si三層結構中之應力行為………………………………………………….43
5-5-3化學氣相沈積銅膜於基材溫度240℃在Cu/TaN/Si三層結構中之應力行為…………………………………………………….44
5-6 基材溫度對化學氣相沈積銅膜應力行為之影響…….….………45
5-7 X光繞射結果……….………………………………….………… 47

陸、結論………………………………..……………………....... 49

柒、參考文獻..……...….………………………………………... 51
參考文獻

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