开题报告PPT-邵尉

Cu-Zr合金形成阻隔纸杯进行研究，学号名称：邵尉(2012084113 )吕炳坤(2012102111)tan博(2012084115 )指导老师：曹菲， 一、实验背景和意义、一. 1互连的定义和面临的挑战、本地互连、整体互连、互连的分类、一、实验背景和意义、一. 1互连的定义和面临的挑战器件的特征尺寸进入深亚微米后，集成密度进一步提高，整体互连的时间延迟(如下图所示，当器件尺寸小于0.35um时，多层金属布线成为影响元件动作速度和功耗恶化的主要原因。 相互连接、危机、桌子、一、实验背景和意义、1.2铜的金属化(CopperMetallization )及其相互连接过程，在集成电路内部进行金属布线时，首先使硅表面金属化。 金属和硅应该形成良好的合金，金属原子不应该在硅中具有强扩散。 可以作为导线使用的金属是Al、Au、Ag、Cu等。 传统的金属化材料Al，优点：低成本技术成熟粘合力强，容易与p型和n型半导体形成良好的欧姆接触，缺点：容易引起电迁移和Al/Si的共溶解，在300度左右的工艺温度下，Al薄膜上突起穿过相邻布线间的介电绝缘层引起短路实验背景和意义，1.2铜的金属化及其布线工艺Al、Au、Ag、Cu等金属的物理性质为以下表1-1的金属布线材料的物理性质，一、实验背景和意义，一. 2铜的金属化及其互连技术，铜互连图案的制造方法：镶嵌工序(成熟)、剥离工序、铜埃单马赛克工序、双马赛克工序、一、实验背景和意义、一. 3阻隔层作用：阻止扩散增加的密合性， 良好的扩散阻止层x和其上下层材料AB必须一致： AB两种物质通过x的透射率为B.X，在AB内损失的速度为C.X，对AB的热稳定性为D.X，对AB良好的密合性E.X和AB的接触电阻为F.X，厚度和结构均匀的g .多层膜系的热应力和机械响应传导性高的Cu与硅、二氧化硅的密合性差，扩散系数大，因此，在铜布线之外需要完全包围dbap (diffusionbarrierandadhesionprozrter )，简称为屏障。 二、实验内容、研究对象： Zr基扩散势垒层，制造方法：采用磁控溅射技术在Si衬底上生长Cu/Zr基势垒层/Si系，研究内容： 450、550、650等多组不同退火温度下在真空下退火30min。 采用四探针、扫描电子显微镜(SEM )、x射线衍射仪(XRD )、电子光谱分析(XPS )等实验手段，对沉积状态和退火状态的样品进行了四点探针的薄膜电阻、薄膜表面形态、薄膜物质相、元素的纵向浓度分布的变化等方面的研究，不同类型的阻隔层发挥阻隔作用进一步分析了Cu穿过扩散势垒层侵入Si衬底的故障机理、退火条件对势垒层的影响，以及不同温度下Cu在势垒层的扩散系数。 三、实验原理和方法、三. 1样品的制造方法、基板的准备：将单晶硅片分为单张和双张，一般以单面研磨的单晶硅片为实验用基板。 单晶硅片的尺寸一般有直径4英寸、5英寸、6英寸、8英寸、12英寸等各种尺寸，在实验中使用时，首先用金刚石刀具切断成规定形状的大小，制成必要的基板。 使用前需要清洗程序，最常用的清洗方法是RCA清洗方法。 硅片清洗工艺，三，实验原理和方法，三. 1样品的制造和原理，薄膜沉积：薄膜样品的制造方法很多，常用的有物理气相沉积法(PVD )，如溅射法(Sputtering )、化学气相沉积法(CVD )、原子层沉积法(ALD )等本实验采用现代，特别是现代广泛应用的溅射涂层法制作了薄膜样品。溅射：用具有一定能量的离子使靶碰撞，使靶表面的原子飞散，聚集在基板上，碰撞离子一般为Ar离子，其能量为数千电子伏。 溅射镀膜，(1)由于无论对任何被镀材料，只要能作为靶就能实现溅射，所以适合于堆积高熔点材料或介电材料，其成分也可以与由多成分或化合物构成的靶相同，(2)溅射得到的薄膜优选与基板结合的(3)通过溅射得到的薄膜纯度高，致密性好(4)溅射法再现性好，能够控制膜厚的同时，能够在大面积的基板上得到均匀膜厚的薄膜。 三、实验原理和方法、三. 1样品的制造和原理、溅射原理、溅射装置的示意图、三、实验原理和方法、三. 2样品的热退火处理，在VPS-5G真空炉中进行30min真空退火，真空炉的输出为30KW，真空度为210-5 t 迅速升温，将升温过程分两个阶段完成，之后与炉一起冷却到室温。 三、实验原理和方法、三. 3样品的测量方法和原理、一.薄膜电阻四点探针测量、实验采用四点探针测量方法分别测量了热处理前后的薄膜电阻变化。 铜的电阻率约为1.7.cm，比一般的金属低，因此Cu层几乎承担了探针间的电流，当阻挡层失去阻挡效应时，在Cu和Si之间会产生大量的扩散，生成大量的Cu3Si，表面的Cu被破坏，电阻率急剧上升。 Rs与分块面积的大小无关，分块电阻是线电阻率、三、实验原理和方法、三. 3样品的测定方法和原理、二.扫描电子显微镜(SEM )、扫描电子显微镜利用聚焦电子束扫描样品表面时产生的物理信号对图像进行调制，固体物质的表面化学、物理性质和结构本实验用于分析薄膜的表面形态。SEM结构和原理、三、实验原理和方法、3.3样品测定方法和原理、3.X射线衍射仪(XRD )、x射线衍射方法(XRD )是研究晶体结构的最重要手段之一。 x射线是波长为1-104pm的电磁波，经常用于测量晶体结构的x射线的波长约为50250nm。 该x射线通常在真空度约为10-4Pa的x射线管内，由高压电场加速的高速电子碰撞阳极金属靶而产生。 x射线照射到结晶上时，因为波长短，透射力强，大部分透射，极小的一部分反射，一部分散射。 其中，散射包括非相干散射和相干散射(相位和波长不变，方向不变的二次x射线)，对结构分析最有用的是相干散射。 通过测定衍射方向，测定单位光栅的形状和大小，通过测定衍射强度，可以确定单位光栅内的原子分布的本实验包括薄膜表面的结晶相的组成、三、实验原理和方法、三. 3样品的测定方法和原理、四.电子光谱分析(XPS )、x射线光电子光谱(XPS )以及化学分析用电子光谱XPS具有高表面灵敏度，适用于表面元素的定性和定量分析，也可用于元素的化学价态研究。 同时，结合离子束剥离技术和变角XPS技术，还可以进行薄膜材料的深度分析和界面分析。 本实验基于元素纵向浓度分布变化的研究，三，实验原理和方法，三. 3样品的测定方法和原理，四.电子光谱(XPS )，x射线光电子光谱基于光电分离作用，光电分离过程中固体物质的结合能可以用下式表示： Ek=h-Eb-s(2.1 )式中释放出ek hx射线源光子的能量，eV； EB特定原子轨道上的结合能，eV； s谱仪的工作，PS。 三、实验原理和方法、三. 3样品的测定方法和原理、四.电子光谱分析(XPS )、XPS方法的原理虽然比较简单，但其机械结构非常复杂。下图是x射线光电子光谱的框图。 四、技术方案、方案流程如流程图所示：五、人员分工、五、实验日程、第一二学期、第三五学期、第六614学期、第十五 23学期、第2432学期，参考文献整理阅读，制定实验方案，集成电路的铜布线屏障层的基本基于金属Zr的物理特性，制备了制定合理研究法案的样品，使用磁控溅射法制备了包含各种Zr系扩散阻挡层的布线系统，在不同温度下对部分样品进行热退火处理的样品测试包括四探针、扫描电子显微镜(SEM )、x射线衍射计(XRD )。 等实