Prozesse und Technologien für die Mikro- und Nanoelektronik

Charakterisierung von Kupferlegierungen für selbstformierende Barrieren

Selbstformierende Barrieren (SFB) finden Einsatz in Kupferleitbahnsystemen und haben den Vorteil besonders dünne Barriereschichten ausbilden zu können, die dennoch eine Stabilität gegenüber der Diffusion von Kupfer in das Oxid gewähren. Am Fraunhofer ENAS können verschiedene Kupferlegierungen präpariert werden, die durch eine Temperaturbehandlung eine stabile Barriere an der Grenzfläche zum Siliziumdioxid ausbilden. Zu diesen Systemen gehören u.a. die Legierungen Cu(Mn) oder Cu(Ti), welche jeweils eine Mn- oder Ti-Barriere ausbilden.

Die Charakterisierung solcher SFBs erfolgt elektrisch mittels Triangular-Voltage-Sweep, um die Stabilität der Barriere zu untersuchen sowie bewegliche Kupferionen im Dielektrikum nachzuweisen. Mittels Rastertransmissionselektronenmikroskopie (RTEM) wird zudem die Schichtdicke und Qualität der Barrieren bestimmt.

Integrationsschema eines neuen SFB-Ansatzes (a-e) und gewöhnliches Interconnect-System (f).
© Fraunhofer ENAS
Integrationsschema eines neuen SFB-Ansatzes (a-e) und gewöhnliches Interconnect-System (f).
TEM Bild eines unbehandelten Legierungs-/Kupfer-Stapels.
© Fraunhofer ENAS
TEM Bild eines unbehandelten Legierungs-/Kupfer-Stapels.
TEM-Bild einer getemperten CuTi/Cu-Probe mit einer angereicherten Ti-Schicht.
© Fraunhofer ENAS
TEM-Bild einer getemperten CuTi/Cu-Probe mit einer angereicherten Ti-Schicht.

Projekt:

CuDot gefördert durch den europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) und den Freistaat Sachsen

Veröffentlichungen:

Franz, M.; Ecke, R.; Kaufmann, C.; Kriz, J.;Schulz, S.E.: Characterization of the barrier formation process of self-forming barriers with CuMn, CuTi and CuZr alloys. Microelectronic Engineering, 156 (2016) p. 65-69 https://doi.org/10.1016/j.mee.2016.02.058