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30000字硕士毕业论文铜硅100系统的色散和界面响应

论文类型:硕士毕业论文
论文字数:30000字
论点:互连,扩散,薄膜
论文概述:

随着现代科学技术的发展,纳米半导体产业已经成为当发表展电子计算机、通信、电子控制和信号处理等信息高科技不可替代的强大支柱,半导体工艺技术也越来越体现出它的重要地位。半导

论文正文:

  第一章概述         随着现代科学技术的发展,纳米半导体产业已经成为当发表展电子计算机、通信、电子控制和信号处理等信息高科技不可替代的强大支柱,半导体工艺技术也越来越体现出它的重要地位。半导体工艺技术无论在微电子器件还是大规模集成电路中,近半个世纪来一直是个热点问题。集成电路产业中的90%以上是硅集成电路产品,因此硅技术成为集成电路的主流技术。在半导体工艺中,大量使用薄膜,如:氧化薄膜、电介质薄膜、多晶硅薄膜和金属薄膜。薄膜的研究对半导体工业有很重要的意义fll0研究Cu/Si体系扩散和界面反应的意义集成电路技术发展至今,硅基工艺已经形成强大的产业能力,在全球电子行业中占据主要地位。集成电路的发展正按照摩尔定律向着集成度不断提高、特征尺寸不断缩小的超大规模集成方向发展。现在大规模集成电路(VLSI)中通常使用铝做互连线,因为铝有低的电阻率(2.66}SZ\"cm)能满足金属化低电阻的要求,也能很好的附着在硅基上和硅表面形成良好的欧姆接触,且铝引线工艺方便简单,因此一直沿用至今。但在甚大规模集成电路(ULSI)中,要求器件具有高速度、高存储密度和低功耗,例如静态和动态随机存取存储器和逻辑器件等,互连尺寸要求进一步微型化,这样就增大了互连线电阻、互连电流密度和互连延迟时间,从而对互连线的热稳定性、机械强度等越来越高。铝互连时互连线变细电阻变大,在高温大电流密度工作下工作时,出现严重的电迁移现象,导致元器件失效,因此铝互连己经不能满足器件性能的需要。这就需要寻找更好的替代品。和铝相比,铜被认为是比较理想的替代金属。         因为铜的电阻率(1.63},52\"cm)比铝低,铜还有好的导热性,小的膨胀系数和高熔点(铜10850C,铝5500C)等优点,有利于提高电路的工作频率和抗电迁移能力。铜作为高密度的互连线材料更优于铝:铜比铝合金低的电阻率低30%}50%,铜比铝有更高的熔点,铜互连的抗电迁移性预期比铝提高两个数量级,月.铜互连能增加器件的工作频率、允许更大的电流密度,铜互连可以减小芯片上互连线的电阻或者在保持电阻不变的情况下减小互连金属的厚度来减小同一层内互连线间的祸合电容,从而降低祸合噪声和互连线的信号延迟。集成电路的关键技术之一是金属一半导体接触和肖特基势垒接触。多年来,人们从工艺和物理基础两个方面对金属一半导体接触问题进行了大量的研究工作。在集成电路和半导体工艺中,欧姆接触和互连引线大多采用金属来实现。随着集成度的提高,采用金属做接触遇到了许多问题,如金属与硅共晶温度低,金属向硅深处扩散快、氧化速率快、氧化不稳定,在较低温度下易于和硅或者硅化物发生反应、化学稳定性差等。然而,金属硅化物则可以弥补这些方面的不足。随着半导体制造工艺的发展和电路高度集成度的需要,人们把注意力集中到了金属硅化物研究上。同金属比较,金属硅化物有着独特的优点,可以将其用于大规模集成电路低电阻率欧姆接触中[(2l0金属硅化物与硅晶体附着力好,电阻率低,加热时稳定,表面平整,抗腐蚀性良好以及在较低温度下可由固态反应生成。         金属硅化物的种类有上百种,但用于集成电路中的金属硅化物只限于近贵重、贵重以及耐高温金属硅化物,它们被用作金属接触、电极或组件间连线。大多数硅化物具有低电阻率、高熔点,用在甚大规模集成电路中能具有良好的电和热稳定性,由于其高熔点在加工过程中能承受高温工序的冲击。硅化物又易于氧化和亥」蚀,可以与硅接触形成肖特基接触。目前,对于金属硅化物研究较多的包括近贵金属(Ni,Pd,Pt),3d过渡金属(Ti,V,Cr,Mn,Fe),难熔金属(Mo,W,Nb,Ta)等硅化物。硅化物可以由溅射好的金属与硅衬底进行固相反应生成或者利用金属和硅共溅射然后热处理得到,还有化学气相沉积也可以制备硅化物。硅化物通过固相反应生成,也就是在硅晶体上镀一层金属膜,然后经过热处理通过扩一散反应生成均匀、附着力较好的金属硅化物。扩散与界面的热稳定性紧密相关,和半导体器件的可靠性和成品率有很重要的联系。使得制造集成电路对表面体系扩散和反应有了很大的兴趣。Cu因为有低的电阻率,在功能薄膜中有很大的应用价值。Cu和金属反应时,没有空穴形成,不产生电迁移。但是,在温度高时,Cu可以和衬底发生扩散和反应。Cu扩散到硅衬底,降低器件的性能。Cu在硅中作为深能级杂质,形成几个处于禁带间的受主能级和施主能级,作为复合产生中心,可以引起漏电流[。所以,我们探索合适的成膜方法和成膜条件来减小甚至消除这种高温缺陷。 参考文献[1]李树棠,晶体X射线衍射学基础,冶金工业出版社,1990石德坷,材料科学基础,机械工业出版社,1999: 111-184[3] R.W.卡恩,p.哈森等,材料的相变,科学出版社,1998: 1-65沈复初,叶比光等,铜的表面改性热处理新方法初探,浙江大学学报(自然科学版)1996, 30(5):523-528 Xinyan Yan, Y. A. Chang,  A Thermodynamic Analysis of The: Cu-SiSystem, Allo .Comp, 306, 2002:221-229曹博,兰州大学博士研究生毕业论文,2008 T. A. Tembrello, A. Cluster-solid Interaction, Nucl. Instr.&Meth.B.,1995,99: 225-228 Xingxin Gao,Tianjing Li,Gongping Li,Bo Cao,The interdiffusion andSolid-state reaction of low-energy copper ions implanted in s Instrum. Methods Phys. Res., Sect. B, 2008 ,266(11):2572一2575 L. Stolt, F.M. Dheurle, The Formation of Cu3Si: Marker Experiments, ThinSolid Films, 1990, 189: 269-275 L. Stolt, F.M. Dheurle, J.M.E. Harper, On the Formation of Copper-richCopper Silicides, Thin Solid Films, 1991,200: 147一156S.Q. Hong, C.M. Comrie, S.W. Russell, et al., Phase Formation in Cu-Siand Cu- Ge, J. Appl. Phys., 1991,70(7): 3655-3660  摘要 4-5 ABSTRACT 5-6 第一章 概述 9-21     1.1 研究Cu/Si体系扩散和界面反应的意义 9-11     1.2 研究Cu/Si体系扩散和界面反应的现状 11-13     1.3 选题依据和研究思想 13-15     参考文献 15-21 第二章 扩散和界面反应理论 21-39     2.1 扩散 21-31         2.1.1 扩散的分类 21-22         2.1.2 扩散理论 22-26         2.1.3 扩散机制 26-28         2.1.4 影响扩散的因素 28-30         2.1.5 铜在硅中的扩散 30-31     2.2 界面反应 31-36         2.2.1 界面反应动力学概论 31-32         2.2.2 Cu/Si体系界面反应动力学 32-36     参考文献 36-39 第三章 实验方法 39-49     3.1 磁控溅射方法沉积Cu/Si(100)薄膜 39-41         3.1.1 磁控溅射方法 39-40         3.1.2 磁控溅射方法成膜的物理过程 40-41         3.1.3 衬底片的准备 41         3.1.4 沉积薄膜 41     3.2 团簇束沉积Cu/Si(100)薄膜 41-45         3.2.1 实验装置 42-45         3.2.2 衬底片的准备 45         3.2.3 沉积薄膜 45     3.3 样品处理 45-47     参考文献 47-49 第四章 利用RBS研究Cu/Si(100)体系扩散 49-75     4.1 卢瑟福背散射原理 49-53         4.1.1 背散射粒子能量与靶质量的关系 50-51         4.1.2 背散射粒子能量与样品深度的关系 51-53         4.1.3 原子含量分析 53     4.2 Cu/Si(100)体系RBS谱的处理及计算 53-56     4.3 卢瑟福背散射分析实验 56-57     4.4 样品的准备 57     4.5 磁控溅射沉积Cu/Si(100)薄膜的RBS分析和讨论 57-60     4.6 团簇束沉积Cu/Si(100)薄膜的RBS分析和讨论 60-71         4.6.1 中性和离化(Va=0kV)团簇束沉积薄膜的RBS分析 60-66         4.6.2 离化(Va=1kV、3kV、5kV)团簇束沉积薄膜的RBS分析 66-71     4.7 结论 71-73     参考文献 73-75 第五章 利用XRD研究Cu/Si(100)体系界面反应 75-93     5.1 X射线衍射分析原理 75-77     5.2 Cu-Si体系 77-79     5.3 样品的准备 79-80     5.4 结果和讨论 80-90         5.4.1 利用XRD分析磁控溅射沉积Cu/Si(100)样品 80-82         5.4.2 利用XRD分析团簇束沉积Cu/Si(100)样品 82-90     5.5 结论 90-92     参考文献 92-93 第六章 总结 93-97