李幼真
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陈海波
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刘正
材料导报
采用磁控反应共溅射法制备了Ta-Al-N纳米薄膜及Cu/Ta-Al-N/Si结构,并在氮气保护下对薄膜进行了快速热处理,用四探针电阻测试仪、台阶仪、原子力显微镜、X射线衍射、X射线光电子能谱、扫描电镜等对薄膜进行了表征.研究表明,少量Al的掺入可降低薄膜的表面粗糙度,有效提高其热稳定性和Cu扩散阻挡能力,但同时也增大了薄膜的电阻率.Al原子分数为1.7％、厚约100nm的Ta-Al-N薄膜在800℃热处理5min后仍可保持稳定和对Cu扩散的有效阻挡,其作用机制与Al填充堵塞晶界及提高薄膜的晶化温度有关.
关键词:
Ta-Al-N薄膜
,
磁控溅射
,
结构
,
热稳定性
,
阻挡特性
陈海波
,
周继承
,
李幼真
功能材料
采用直流磁控溅射方法在p型(100)Si衬底上制备了Cu/Ta、Cu/Ta-N和Cu/Ta-Al-N复合膜,并对薄膜样品进行了卤钨灯快速热退火.用四探针电阻测试仪(FPP)、AFM、SEM、Alpha-step IQ台阶仪和XRD等分析测试方法对样品的形貌结构与特性进行了分析表征,并对N和Al的掺杂机理进行了讨论.实验结果表明,Ta、Ta-N和Ta-Al-N膜层的Cu扩散阻挡特性逐渐增强,Ta/Si界面上的反应和Cu通过多晶Ta膜扩散到Si底并形成Cu3Si共同导致了Ta阻挡层的失效,而Cu通过Ta-N和Ta-Al-N结晶后产生的晶界扩散到Si底并形成Cu3Si是两者失效的唯一机制.N的掺入促进了非晶薄膜的形成且有利于消除界面反应,而Al的掺入将进一步提高薄膜的结晶温度和热稳定性.
关键词:
直流磁控溅射
,
Ta基纳米薄膜
,
Cu扩散阻挡层
,
阻挡特性
