北方工业大学信息学院 王艳蓉 胡颖颖 张 静

随着集成电路尺寸的不断微缩，后段制程（back-end-of-line，BEOL）中介质层材料及其扩散阻挡层的选择制备与集成是逐渐成为制约超大规模集成电路发展的重要因素之一。用以金属Cu及互连介质层间扩散阻挡作用的阻挡层对材料的电阻特性，兼容性和可靠性方面提出严格的要求。本文主要从解决Ru作为Cu扩散阻挡层性能差这个角度出发，重点介绍了将Ru与TaN结合使用作为扩散阻挡层以及向Ru中添加Ta(N)，从而增强Ru作为扩散阻挡层性能这两种方案。在研究Ru/TaN双层和RuTa(N)薄膜作为扩散阻挡层时发现，这两种方案中都有相应的影响因素，以及这些因素对薄膜都产生了影响。

1 研究意义

随着集成电路器件特征尺寸的不断微缩，晶体管密度不断增加，互连层电阻和电容所产生的延迟效应越来越明显，因此目前集成电路金属互连线通常采用铜(Cu)互连线，但Cu互连线也存在着一个关键的问题就是Cu原子会在Si或互连线之间的电介质中快速相互扩散，从而影响器件性能。因此，通常需要扩散阻挡层以避免Cu向器件结构中扩散，影响芯片性能及寿命。

许多难熔金属及其氮化物因为具有出色的热稳定性和良好的导电性被选作Cu互连的扩散阻挡层，例如Ta，TiN和TaN以及Ta/TaN双层等。但这些材料电阻率较高，与电镀的Cu层的粘附性有限。如果不添加蒸发的Cu籽晶层，将很难进行后续Cu电镀。而Ru作为阻挡层时，它可以解决以上问题。然而，Ru的微结构较差，且具有多晶柱状晶粒；……