Барьерные слои для медной металлизации

Как уже говорилось, в качестве материала горизонтальных и вертикальных межсоединений все чаще применяется медь, которая имеет низкое удельное электрическое сопротивление 1.72 мкОм*см (для сравнения удельное сопротивление алюминия составляет 2.83 мкОм*см) и лучшее (на 3 порядка выше чем у Al) сопротивление к электромиграции. Среди недостатков были отмечены плохая адгезия к SiO₂ и полимерным диэлектрикам, быстрое окисление на воздухе, сильная диффузия во многие диэлектрики, включая SiO₂, и в Si.

Решить эти проблемы можно двумя способами. Первый заключается в использовании барьерно-адгезионного слоя. Основным препятствием при его реализации является выбор материала, толщины и метода формирования барьерного слоя, поскольку, с одной стороны, он должен предотвращать взаимную диффузию между Cu и другими материалами, а с другой, не сильно повышать сопротивление межсоединения.

Второй метод, который может значительно упростить технологию формирования медных межсоединений, заключается в осаждении медных сплавов. За счет процессов самоорганизации происходит фазовое расслоение сплава и образование диффузионного барьера на границе с диэлектриком. Добавленный элемент также окисляется на поверхности и формирует слой защитного оксида. Были исследованы различные сплавы: Cu(Mg), Cu(Al), Cu(Ti), Cu(Zr), Cu(Cr), Cu(Ta). Например, при отжиге системы Cu(4.5% Mg)/SiO₂/Si в атмосфере кислорода (Т=400^оС) происходит диффузия Mg из сплава на поверхность и границы раздела с SiO₂ с образованием фазы MgO. Сформировавшаяся в результате отжига структура остается стабильной до температуры 700^оС, при времени отжига 30 мин. Правда сформированные таким образом медные проводники имеют большее удельное сопротивление. Кроме того, в канавках с большим аспектным отношением фазовое расслоение происходит неравномерно. Таким образом, можно говорить лишь о том, что данный подход имеет потенциальное применения в нанотехнологии.