摘 要摘 要随着科技的不断进步，集成电路的发展越来越迅速，且越来越向小型化发展。因发展的趋势飞快，现有的尺寸遇到了相关限制，当人们在物理尺寸接近极限时，开始从芯片的材料入手，希望能可观的解决物理尺寸的局限。传统上的Cu互连线习惯在Cu-Si之间加入阻挡层来防止Cu-Si的扩散，但在现代科学技术的高速发展下，就算是极薄的扩散层厚度对器件小型化也有了一定的影响。所以，为了顺应技术时代的发展，人们开始了无扩散阻挡层的研究。本文通过研究Cu(Nb)无阻挡层结构高温热稳定性，对在Cu中直接掺杂Nb元素时对Cu膜相关性能的影响入手，参照已有实验的结论，对本次实验测得的结果有个系统性的了解。本实验通过磁控溅射方法在SiO2/Si上溅射沉积Cu(Nb)薄膜。让样品在30W、60W及70W的功率下溅射沉积Cu(Nb)，同时还控制相应的Nb的含量，制得样品后，在350℃、450℃、550℃下进行高温退火，然后用XRD、四探针、SEM、XPS等方法分别对沉积态、350℃、450℃、550℃进行测试，然后对得到的图像进行整理分析。关键词集成电路；阻挡层；Cu(Nb)；溅射沉积。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 集成电路发展 1
1.1.1 集成电路的简介 1
1.1.2 国外相关研究 2
1.2 相关原理论述 4
1.2.1 所应用材料介绍 4
1.2.2 扩散阻挡层的现状及制备方法 5
1.2.3 无扩散阻挡层的现状及制备方法 7
1.3 本文研究意义 10
第二章 实验方法 11
2.1 实验仪器 11
2.1.1 磁控溅射仪 11
2.1.2 真空退火炉 11
2.2 实验步骤 12
2.3 镀层微观组织表征 13
2.3.1 XRD射线衍射 13
2.3.2 四探针测试仪 14
2.3.3 SEM扫描电子显微镜 14
2.3.4 XPS光电子能谱测试 15
第三章 Cu(Nb)无阻挡层测试分析 17
3.1 X射线光电子能谱分析 19
3.2 XRD结果分析
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20
3.3 四探针结果分析 23
3.4 划痕形貌分析 25
3.5 SEM表面形貌图像分析 25
3.6 XPS深度剖析元素含量分析 27
3.7 Cu(Nb)扩散系数定量计算 27
结论 30
致谢 31
参考文献 32
第一章 绪论
1.1 集成电路发展
1.1.1 集成电路的简介
在现代社会发展下，集成电路变成最能展现经济知识价值的技术高新产业。经过数十年阶段性的发展，不断更改的产业结构使得集成电路从一开始以“全包型”企业为主，逐渐向专业分工、产业集群突显的结构而进一步转化，发生这样的产业变化结构其实是企业为了能在竞争激烈的大环境下实现最大内在需求价值。随着时代发展，技术层面在整个市场的贡献层面的比重明显变多，由此可以看出技术和市场共同协助推动了集成电路产业的变革，而集成电路的高速发展又带动了市场不断扩大和相关产业技术的不断提升。从表11可以看出，随着时代的发展，设计业的占比呈现增长趋势，传统的制造业呈现下降趋势[1]。
表11 20072013年我国集成电路产业结构变化
年份
设计业占比/%
制造业占比/%
封测业占比/%
2007
18
32
50
2008
19
31
50
2009
24
31
45
2010
25
31
44
2011
27
22
50
2012
29
23
48
2013
32
24
44
集成电路产品的研制和替代前产品的时间周期非常短，依照摩尔定律来说，集成芯片上所能聚集的引线数目及核心处理器所能带有的有关性能，相隔每个周期就会翻上一番；相同可比情况下，单位货币能购买到的电子产品性能，每相间隔一个周期就足够是之前的两倍。而对于电子产品人们不断的追求性能更加快速，携带更加便捷，这会让我们要求单个产品中最重要器件功能更多。随着大规模集成电路的快速发展，进一步要求核心芯片互联线和相关器件的尺寸不断缩小，在追求产品小型化的同时，小型化所带来的集成电路电可靠性不稳定、使用材料的电迁移增大和热稳定性减小等特征问题是不容忽略的[2]。
因为需要顺应时代发展的要求，集成电路中需要越来越多的应用到具有不同性能的结构薄膜和功能薄膜材料。薄膜本身由于存在良好的力学、光学、磁学及电学性能，越来越在材料领域中扮演着重要的角色。虽然薄膜目前更多的应用到了机械、电子及多媒体技术中，但是在实际应用中的使用还是会受到技术问题的限制，尤其是将来对器件尺寸要求越来越超薄且小型化，这使得薄膜的结构显得复杂，金属连线的维度会越来越小，因此薄膜的热稳定性会影响大规模集成电路整体的使用寿命以及电子行业日后的发展[3]。
1.1.2 国外相关研究
在过去的半个世纪里，世界集成电路产业经历了两次产业转移：第一次是20世纪70年代末，开始从美国向日本转移，造就了富士通、日立、东芝等处于世界顶级地位的集成电路制造商；第二次是20世纪80年代末，韩国与我国台湾成为集成电路产业的主力军。韩国成为继美国、日本之后世界第三个半导体产业中心。
世界集成电路的区域外包与产业转移伴随着一定的技术特征。第一阶段产业转移主要为封装测试环节，美国半导体公司率先将封装环节转移到了香港。第二阶段产业转移主要为制造环节，中国、新加坡都成为世界集成电路的制造大国。第三阶段主要为设计环节的外包，近几年来，随着亚太地区集成电路产业的飞速发展，美国集成电路企业开始逐渐将部分设计环节外包，形成了世界集成电路产业转移的第三阶段。
随着半导体技术逐渐逼近硅工艺尺寸极限，摩尔定律“芯片集成度约每隔两年翻一倍，性能提升一倍”的预测受到挑战。为此，国际半导体技术路线图组织(ITRS)提出了“后摩尔时代”的概念。按照ITRS路线图，至2012年集成电路的尺寸已经达到22纳米，未来14纳米、10纳米甚至7纳米3个工艺节点都有可能诞生[3]。
全球集成电路技术的发展呈现出趋势为：一是延续摩尔定律(More Moore)，芯片特征尺寸沿着不断缩小的方向继续发展。基于投资规模和技术研发成本的考虑，放弃小型化制造技术的芯片厂商日益增多；二是超越摩尔定律(More than Moore)，开发新的半导体材料，运用电子电路技术和电路设计等的概念，在物理结构和器件设计方面产生新的突破；三是为满足小型化而产生系统集成技术，不断扩展应用半导体技术，带动光伏产业、半导体显示等产业迅猛发展，产生了“泛半导体技术”的概念(见图11)。

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