孟 瑜，沈 欢，宋忠孝，畅庚榕

（1.西安文理学院 陕西省表面工程与再制造重点实验室，西安 710065；2.西安交通大学 金属材料强度国家重点实验室，西安 710049）

0 引言

由于具有较低的电阻率和较好的抗电迁移能力，Cu已经成为集成电路的首选互连材料。然而，Cu和Si在200℃下容易互相扩散而导致器件性能恶化，通常在Cu与Si之间加入扩散阻挡层来抑制二者的互扩散[1-3]。目前对阻挡层材料的研究仍以过渡族金属及其化合物为主，如Ta、Ti、Mo、W和Ru等[4-8]。理想的阻挡层材料应具有较低的电阻率，良好的热稳定性和化学稳定性，与Cu互连工艺有较好的兼容性，可以通过常规薄膜方法制备，如物理气相沉积、化学气相沉积、原子层沉积等[9-10]。

本课题组研究了Ru膜中掺杂少量Zr元素的RuZr阻挡层的化学特性、结构特性及扩散阻挡性能，结果表明：随Zr元素含量增加，RuZr合金阻挡层由晶体结构向非晶结构转化，可在600℃以下有效阻挡Cu原子扩散，明显改善了Ru的扩散阻挡层效果[11]。但Ru基合金阻挡层成本高、耐高温性差的特性将会阻碍其推广应用[12-13]，因此，低Ru含量的Zr基合金膜的特性亟待研究。本文采用磁控共溅射技术在Zr薄膜中掺入不同含量的Ru原子，系统研究ZrRu薄膜的化学特性、微观结构及电学性能。

1 实验方法

利用JGP560V型高真空磁控溅射设备在p型Si（100）基底上沉积ZrRu薄膜。沉积前，对靶材及硅片进行清洁处理，用丙酮和无水乙醇分别超声10 min后，用去离子水清洗并烘干备用。溅射室本底压力为4.0×10-4Pa，薄膜沉积时工作气压为0.4 Pa，Ar流量为40 mL/min。固定Zr靶功率为80 W（采用直流溅射），调节Ru靶溅射功率为30 W、35 W、40 W和45 W（采用射频溅射），溅射时间均为30 min。……