南泽昊，曹菲，王晓铖

杭州电子科技大学 电子信息学院，浙江 杭州 310018

铜较铝有电阻率更低、电迁移抗性更高、导热性能更好的特性，因此被广泛地应用于制作超大规模集成电路（ultra large scale integration，ULSI）[1]。随着器件特征尺寸不断缩小，势垒层厚度也不断减小，并且尺寸要远低于10 nm[2]。但是Cu 与Si 会发生互扩散，并且Cu 会与Si 反应，生成高阻态化合物，我们通常会在Cu 和Si 之间掺杂其他元素制备阻挡层来抑制互扩散。目前掺杂元素可以选择难熔金属，例如W、Mo、Ru、Ta 和Ti 等[3-12]，同时还发现，在Cu 中添加上述金属的氮化物、碳化物也能起到相同的作用，如Cu(WNx)、Cu(TNx)和Cu(MoNx)等[13-16]薄膜。理想的阻挡层材料应该在电阻率和热稳定性方面表现良好，我们可以用物理气相沉积、原子层沉积[17]等技术制备。

本文主要研究了Cu 膜中掺杂少量V 元素及其氮化物的性能。由于不同的合金元素掺杂所自形成的阻挡层的电阻率和热稳定性存在差异，所以选择合适的合金元素是实现阻挡层的低电阻率和高热稳定性的关键。关注到Cu(V)以及Cu(VNx)表现出较低的漏电流和较好的膜基结合力，尝试使用V 元素作为掺杂元素后发现，由于V 在Cu中的扩散速率高于Cu 的自扩散速率，所以在Cu 与Si 反应形成Cu-Si 化合物之前，V 会扩散到SiO2的表面，形成稳定的阻挡层。本文采用磁控溅射的方法在Cu 薄膜中掺入V 元素以及氮化物，系统研究了Cu（X）/SiO2/Si 体系的微观结构、界面特性和电学特性。

1 试验材料制备及方法分析

1.1 试验材料的制备

本论文选择SiO2/Si 作为衬底材料，该衬底材料是通过干法热氧化在单晶硅上沉积约80 nm 的二氧化硅层。……