Carbon-doped Cu films with self-forming passivation layer
Carbon-doped Cu films with self-forming passivation layer
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具有自形成钝化层的碳掺杂铜薄膜
DOI：
10.1016/j.surfcoat.2014.01.007
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发表时间：
2014-04
影响因子：
5.4
通讯作者：
Dong, C.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Xu, L. Y.;Bao, C. M.;Chu, J. P.;Dong, C.
先前已知的是，通过抑制Cu和Si之间的C稳定的氧化物夹层的扩散机制，在Cu中的C掺杂有效地增强了膜的热稳定性，并且即使在高温退火时也保持低电阻率。本文研究了两种掺碳量分别为2.9at.%的Cu薄膜的稳定性和电阻率和4.2at.%通过EPMA测量。如所预期的，热稳定性甚至进一步增强，而不显著影响电阻率。经过系统的微观结构的TEM研究，它揭示了相关的机制在于通过C溶解在二氧化硅天然氧化物层在Cu/Si界面和在C钝化的Si表面区下面的层的增强的稳定性。在4.2%C薄膜中，Cu/Si相互作用主要被自形成的SiC纳米颗粒所抑制，即使在500 °C退火40 h后，电阻率仍保持在3 μΩ·cm以下。然后，C掺杂可以成为制造稳定的铜互连的简单工艺路线。
It was previously known that C-doping in Cu effectively enhances the film thermal stability and maintains a low electrical resistivity even upon high-temperature annealing, via a diffusion inhibiting the mechanism of C-stabilized oxide interlayer between Cu and Si. In the present work, the stability and resistivity are investigated in two Cu films doped with more C, respectively 2.9 at.% and 4.2 at.% as measured by EPMA. As expected, the thermal stability is even further enhanced, without significantly affecting the resistivity. After a systematic microstructural investigation by TEM, it is revealed that the relevant mechanism lies both in the enhanced stability via C dissolution in the silica native oxide layer at the Cu/Si interface and in the C-passivated Si surface zone beneath the layer. In the 4.2% C film, the Cu/Si interaction is mainly inhibited by self-forming SiC nano-particles and the resistivity remains below 3 μΩ·cm even upon annealing at 500 °C for 40 h. The C-doping can then be a simple process route towards manufacturing stable Cu interconnects.
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