铜互连中SiCOF/a-C:F双层低介电常数薄膜的制备和表征

用等离子体化学气相淀积系统制备了一种新颖的SiCOF/a-C:F双层低介电常数介质薄膜,并用红外光谱表征了该薄膜的化学结构.通过测量介质的折射率发现该薄膜长时间暴露在空气中,其光频介电常数几乎不变.然而,随退火温度的增加,其光频介电常数则会减小.基于实验结果讨论了几种可能的机理.二次离子质谱分析表明在Al/a-C:F/Si结构中F和C很容易扩散到Al中,但在Al/SiCOF/a-C:F/Si结构中,则没有发现C的扩散,说明SiCOF充当了C扩散的阻挡层.分析还发现在SiCOF和a-C:F之间没有明显的界面层.     

Synthesis and Characterization of SiCOF/a-C∶F Double-Layer Films with Low Dielectric Constant for Copper Interconnects

用等离子体化学气相淀积系统制备了一种新颖的SiCOF/a-C:F双层低介电常数介质薄膜,并用红外光谱表征了该薄膜的化学结构.通过测量介质的折射率发现该薄膜长时间暴露在空气中,其光频介电常数几乎不变.然而,随退火温度的增加,其光频介电常数则会减小.基于实验结果讨论了几种可能的机理.二次离子质谱分析表明在Al/a-C:F/Si结构中F和C很容易扩散到Al中,但在Al/SiCOF/a-C:F/Si结构中,则没有发现C的扩散,说明SiCOF充当了C扩散的阻挡层.分析还发现在SiCOF和a-C:F之间没有明显的界面层.     

SF6/O2等离子体刻蚀a-C:F薄膜的研究

以SF6/O2为刻蚀气体,采用电子回旋共振等离子体反应离子刻蚀(ECR-RIE)方法进行了氟化非晶碳(a-C∶F)低介电常数薄膜的等离子体刻蚀技术研究,结果表明,a-C∶F薄膜的刻蚀速率取决于薄膜中C—CFx与CFx两类基团刻蚀过程,富C—CFx结构的a-C∶F薄膜刻蚀速率在O2含量约20%时达到最大,而富CFx结构的a-C∶F薄膜刻蚀速率随O2的增大而减小。AFM分析表明,SF6气体刻蚀a-C∶F薄膜可以有效消除薄膜表面的团聚结构。XPS能谱分析表明,SF6气体刻蚀a-C∶F薄膜样品化学组分未发生变化,而O2气体刻蚀后在样品表面形成富C的a-C∶F层。该研究结果为a-C∶F应用于超大规模集成电路层间介质工艺奠定了必要的实验基础。     

氟化非晶碳薄膜(a-C:F)的制备与表征

以C4F8和CH4为源气体,采用电子回旋共振等离子体化学汽相沉积(ECR-CVD)方法,在不同气体混合比条件下沉积了非晶氟化碳(a-C:F)薄膜低k层间介质.实验中薄膜的沉积速率可达220nm/min,测得的介电常数为2.14～2.58.X光电子能谱表明,随着甲烷含量增大,薄膜中CF3,CF2结构含量减少而CF和C*-CFx(x=1～3)交联结构增多;原子力显微镜表明,在采用C4F8为前驱气体时,高分子基团C Fy在成膜时造成了粗糙不平、多孔渗水的薄膜表面形貌.结果表明,CF基团成分增加而CF2基团成分减小导致了薄膜电子极化增强,介电常数增大.     

非晶氟化碳膜的制备与性能研究

采用电子回旋共振等离子体化学气相沉积（ECR-CVD）的方法,以C4F8和CH4为源气体,在不同气体质量流量比R（R=m（CH4）：m（CH4＋C4F8））条件下制备了非晶氟化碳（a-C：F）薄膜.采用X光电子能谱（XPS）和傅里叶变换红外（FTIR）光谱技术分析了a-C：F薄膜的化学结构.FTIR分析表明,a-C：F薄膜中含有CFx（x=1～3）,CF=C以及位于a-C：F交联结构末端的CF2=CF等基团,没有迹象表明有C-H存在.XPS C1s峰各结合态与结合能的对应关系分别为：CF3（295 eV）,CF2（293 eV）,CF（291 eV）,C-O（289 eV）,C-CFx（x=1～3）（287 eV）以及位于a-C：F交联结构末端的C-C（285 eV）.随着气体质量流量比R的增大,a-C：F薄膜中的F含量和位于a-C：F交联结构末端的C-C含量减小,而交联C-CFx含量增大.而且当气体质量流量比R增大时,a-C：F薄膜介电常数随着电子极化减小以及薄膜密度增大从2.1上升到2.4,漏电流随着π价带态和π＊导带态之间带隙的减小而上升,薄膜热稳定性随着破坏薄膜交联结构的CF3和CF2=CF等不稳定成分的减少以及C-CFx交联结构的增多而上升.     

PECVD法制备低介电常数含氟碳膜研究

采用PECVD法制备了低介电常数薄膜a-C：F，研究了薄膜沉积速率与温度及射频功率的关系，测量了不同沉积条件下薄膜的介电常数，并用FTIR分析了薄膜的化学结构及成分，发现薄膜沉积速率与沉积条件密切相关，其介电性与其化学结构以及沉积条件密切相关。     

低介电常数氟化非晶碳薄膜的制备与检测

氟化非晶碳(a-C∶F)薄膜具有介电常数低、热稳定性好等优点,普遍认为是下一代集成电路互联层绝缘介质的最佳候选材料之一。结合研究实践,综述了国内外低介电常数氟化非晶碳薄膜主要的制备技术、工艺参数及性能检测技术,指出了介电常数和热稳定性的矛盾是阻碍该薄膜实用化的主要原因。     

射频功率对a-C:F薄膜沉积速率和结构的影响

用射频等离子体增强型化学气相沉积法制备了a-C:F薄膜,并研究了射频功率对a-C:F薄膜沉积速率和结构的影响。用椭偏仪测量了薄膜的厚度,并用红外谱(FITR)结合Raman谱研究了其结构的变化。结果表明:薄膜沉积速率在10~14 nm/min之间,主要含有CFx和C=C键。随射频功率的升高,沉积速率先增大后减小,CF3的含量迅速减小,CF和CF2的含量略有增加,薄膜中r(F/C)呈下降的趋势。在较高功率下沉积的薄膜中出现了由sp2和sp3混合微晶结构。     

双异质外延SOI材料Si/γ-Al_2O_3/Si的外延生长

利用MOCVD(metalorganic chemical vapor deposition)和APCVD(atmosphere chemical vapor deposition)硅外延技术在Si(10 0 )衬底上成功地制备了双异质Si/γ- Al2 O3/Si SOI材料.利用反射式高能电子衍射(RHEED)、X射线衍射(XRD)及俄歇能谱(AES)对材料进行了表征.测试结果表明,外延生长的γ- Al2 O3和Si薄膜都是单晶薄膜,其结晶取向为(10 0 )方向,外延层中Al与O化学配比为2∶3.同时,γ- Al2 O3外延层具有良好的绝缘性能,其介电常数为8.3,击穿场强为2 .5 MV/cm.AES的结果表明,Si/γ- Al2 O3/Si双异质外延SOI材料两个异质界面陡峭清晰.     

N_2和NH_3退火对铪铝氧栅介质C-V特性的影响

采用原子层淀积(ALD)的方法在Si(100)衬底上制备了铪铝氧(HfAlO)高介电常数介质,并研究了N2和NH3退火对于介质薄膜的影响。改变原子层淀积的工艺,制备了三组含有不同Al∶Hf原子比的铪铝氧(HfAlO)高介电常数介质。电容电压特性(C-V)测试表明,薄膜的积累电容密度随着薄膜中Al∶Hf原子比的减少而增加。实验表明,用N2和NH3对样品进行淀积后退火,可以减小等效电容厚度(CET)、降低固定正电荷密度以及减小滞回电压,从而有效地提高了介质薄膜的电学特性。     

超薄顶层硅SOI衬底上高k栅介质ZrO2的性能

采用超高真空电子束蒸发法制备了用于全耗尽SOI场效应晶体管(MOSFET)中作为高k栅介质的ZrO2薄膜.X射线光电子能谱(XPS)分析结果显示:ZrO2薄膜成分均一,为完全氧化的ZrO2,其中Zr∶O=1∶2.2,锆氧原子比偏高可能是由于吸附了空气中O2等杂质.扩展电阻法(SRP)和剖面透射电镜(XTEM)都表征出600℃退火样品清晰的ZrO2/top Si/BO/Si sub的结构,其中ZrO2/top Si界面陡直,没有界面产物生成.选区电子衍射显示薄膜在600℃快速退火后仍基本呈非晶态.研究了上述MOSOS结构的高频C-V性能,得到ZrO2薄膜的等效氧化物厚度EOT=9.3nm,相对介电常数ε≈21,平带电位VFB=-2.451eV.     

Si1-xGex∶C缓冲层上Ge薄膜的CVD外延生长

用化学气相沉积方法，在Si(100)衬底上生长Si1-xGex∶C合金作为缓冲层，继而外延生长了Ge晶体薄膜. 根据AES测量结果可以认为，缓冲层包括由衬底中的Si原子扩散至表面与GeH4, C2H4反应而生成的Si1-xGex∶C外延层和由Si1-xGex∶C外延层中Ge原子向衬底方向扩散而形成的Si1-xGex层. 缓冲层上外延所得Ge晶体薄膜晶体取向较为单一，其厚度超过在Si上直接外延Ge薄膜的临界厚度，且薄膜中的电子迁移率与同等掺杂浓度(1.0E19cm-3)的体Ge材料的电子迁移率相当.     

Co/C/Si(100)结构固相外延生长CoSi_2

采用 Co/C/Si多层薄膜结构的中间层诱导固相外延方法在 Si(10 0 )上制备外延 Co Si2 薄膜 .用四探针电阻仪、XRD、AES、RBS等分析手段对该结构固相反应形成的薄膜的电学特性、组分、晶体结构等进行了表征 .结果表明 ,Co/C/Si多层结构经快速热退火 ,可以在 Si(10 0 )衬底上得到导电性能和高温稳定性良好的 Co Si2 薄膜 .C层的加入阻碍了 Co和 Si的互扩散和互反应 ,从而促进了 Co Si2 在硅衬底上的外延 .     

低介电常数含氟氧化硅薄膜的红外光谱分析

用等离子体化学气相淀积 (PECVD)制备了含氟氧化硅薄膜 (Si OF薄膜 )。通过傅里叶变换红外光谱 (FTIR)分析 ,研究了氟掺入后薄膜结构的变化 ,并进一步讨论了氟对薄膜介电常数及吸水性的影响。研究表明氟掺入后改变了 Si- O键上的电荷分布 ,降低了薄膜中 Si- O键的极性 ,导致 Si- O键伸缩振动吸收峰发生蓝移。同时氟的掺入抑制了强极性 Si- OH键的形成。这些变化有利于薄膜中离子极化和偶极子转向极化的降低 ,因而使薄膜介电常数减小。对 Si- F吸收峰的高斯拟合表明 ,在氟含量较高时 ,薄膜中掺入的氟一部分会以 Si F2 结构存在。由于 Si F2 结构稳定性较差 ,易与水汽发生作用 ,因而高氟掺杂的 Si OF薄膜易吸水 ,并使薄膜性能变差     

空心阴极离子淀积TiN薄膜特性研究

本文用空心阴极离子淀积系统,在氮和氩的混合气体中淀积了TiN薄膜.X射线衍射方法、俄歇电子谱(AES)和电学测量等方法用来研究分析了TiN薄膜的结构、组分和薄膜电阻率.该TiN薄膜有很低的电阻率,其电阻率约为25μΩcm.Al/TiN/Si金属化系统经550℃、30分钟热退火后,卢瑟富背散射(RBS)分析结果表明,没有发现互扩散现象,说明TiN在硅集成电路中是一种良好的扩散势垒材料.     

原位XPS分析Al2O3作为势垒层的Er2O3/Si结构

在超高真空条件下,通过脉冲激光沉积(PLD)技术制作了Er2O3/Al2O3/Si多层薄膜结构,原位条件下利用X射线光电子能谱(XPS)研究了Al2O3作为势垒层的Er2O3与Si界面的电子结构.XPS结果表明,Al2O3中Al的2p芯能级峰在低、高温退火前后没有变化;Er的4d芯能级峰来自于硅酸铒中的铒,并非全是本征氧化铒薄膜中的铒;衬底硅的芯能级峰在沉积Al2O 3时没有变化,说明Al2O3薄膜从沉积到退火不参与任何反应,与Si界面很稳定;在沉积Er2O3薄膜和退火过程中,有硅化物生成,表明Er2O3与Si的界面不太稳定,但随着Al2O3薄膜厚度的增加,其硅化物中硅的峰强减弱,含量减少,说明势垒层很好地起到了阻挡扩散的作用.     

Co/C/Si(100)结构固相外延生长CoSi2

采用Co/C/Si多层薄膜结构的中间层诱导固相外延方法在Si(100)上制备外延CoSi2薄膜.用四探针电阻仪、XRD、AES、RBS等分析手段对该结构固相反应形成的薄膜的电学特性、组分、晶体结构等进行了表征.结果表明,Co/C/Si多层结构经快速热退火,可以在Si(100)衬底上得到导电性能和高温稳定性良好的CoSi2薄膜.C层的加入阻碍了Co和Si的互扩散和互反应,从而促进了CoSi2在硅衬底上的外延.     

反应溅射氮化钨薄膜特性研究

本文采用两种溅射系统:射频磁控溅射系统和S枪溅射系统淀积了氮化钨薄膜。X射线衍射方法(XRD)、俄歇电子谱(AES)和电学测量等方法用来分析了氮化钨薄膜的组分、晶体结构和薄膜的电阻率。并研究了氮在氮、氩混合气体中的不同流量比对氮化钨薄膜特性的影响。用卢瑟福背散射(RBS)方法对比研究了纯钨薄膜和氮化钨薄膜在Al/W/Si和Al/WN_x/Si两种金属化系统中的扩散势垒特性。分析结果表明,Al/W/Si金属化系统经500℃、30分钟热退火后,出现了明显的互扩散现象;而Al/WN_x/Si金属化系统在550℃、30分钟热退火后,没有发现互扩散的迹象,说明氮化钨在硅集成电路中是一种有效的扩散势垒材料。     

用于ULSI的低K氟化非晶碳膜研究

综述了用于超大规模集成电路中互连介质的氟化非晶碳膜（a-C:F)的制备,化学键结构,介电常数与热稳定,填隙能力,粘附性,热导率等性能,为开发具有新型功能的低介电常数材料提供了指导。     

Al/a-Si:H界面反应和热处理行为光发射研究

利用XPS和AES对Al/a-Si∶H界面进行了研究.实验结果表明,最初阶段Al淀积在a-Si∶H上出现金属团.Al淀积量超过一定值后,起化学反应的Al和Si形成了互溶区,同时没有化学反应的Al在表面上形成金属Al层.此外,真空热处理加剧了Al/aSi∶H的界面反应和元素互扩散.