基底偏压对Zr-B-O-N薄膜结构及性能的影响

作者：孟瑜; 宋忠孝^*; 王小艳; 钱旦; 刘明霞; 李晓华

来源：中国材料进展, 2022, 41(07): 584-588.

• Zr-B-O-N薄膜
• 磁控溅射
• 基底偏压
• 微观结构
• 扩散阻挡性能

二硼化锆(ZrB2)薄膜因具有高熔点、低电阻率等特点，在硅基器件Cu互连工艺中具有广阔的应用前景。然而，沉积态ZrB2薄膜多呈现结晶态，其晶界会为Cu原子提供快速扩散通道，通过非金属元素(N或O)掺杂可以得到非晶结构的ZrB2薄膜，以提高其扩散阻挡性能。采用反应磁控溅射技术，在不同基底偏压下在单晶Si(100)基底上沉积了Zr-B-O-N薄膜和Cu/Zr-B-O-N双层膜，分别利用原子力显微镜、X射线衍射仪、透射电子显微镜、扫描电子显微镜和四点探针仪等检测方法对薄膜的微观组织结构、电学和扩散阻挡性能进行表征分析。研究结果表明：沉积态Zr-B-O-N薄膜表面平整，粗糙度随基底偏压增加而增加，且薄膜均呈现非晶结构；当基底偏压为150 V时，10 nm厚的非晶Zr-B-O-N薄膜可以在700℃有效阻挡Cu原子扩散。因此，Zr-B-O-N薄膜是一种具有应用潜力的扩散阻挡层材料。

• 单位
  金属材料强度国家重点实验室; 西安文理学院; 西安交通大学