【摘要】 通过大幅缩小铜互连的尺寸实现超高密度集成对于不断推进下一代集成电路布局的摩尔定律至关重要。

随着人工智能、大数据、智能汽车等新兴技术的发展，对高性能集成电路的需求越来越高。为了实现这一目标，超小型化的铜互连和扩散阻挡层，以提高集成密度是必不可少的。

 

通过大幅缩小铜互连的尺寸实现超高密度集成对于不断推进下一代集成电路布局的摩尔定律至关重要。为了减小Cu互连的尺寸，扩散势垒层需要缩小到小于2 nm的厚度。

 

扩散势垒层的主要功能是抑制Cu向介质和Si的主动原子扩散，以防止Si/Cu结的结构击穿和器件退化。界面附着力、台阶覆盖率、热稳定性和机械强度也是有效扩散阻挡层的重要因素。

 

有机硅烷已被证明是一种有效的阻挡Cu在Si/Cu结处扩散的屏障材料。大多数研究集中在有机硅烷的功能端效应上，并将屏障效应归因于功能端与Cu原子之间的相互作用。

 

Zhang等人[1]证明了超薄有机硅氧烷纳米层对Cu向Si的主动扩散具有优异的屏障功效。通过脱水将水解后的有机硅烷分子共价系链，在SiO2表面构建有机硅烷纳米层。

 

利用有机硅烷的胺端吸附催化钯纳米团簇，在硅上实现铜金属化。对Si/SiO2/有机硅氧烷/Cu结进行了快速热退火，以评估扩散壁垒的有效性。

 

结果表明，当击穿温度为923 K时，具有较短烷基链的有机硅氧烷纳米层性能较好，在击穿温度为923 K时，Cu扩散并在结处形成硅化铜。

 

基于能量最小化计算，构建了不同烷基链长的有机硅烷分子在SiO2表面的接枝构象，使扩散壁垒效能合理化。

 

[1] Zhang Y P , Sil M C , Chen C M .Organosiloxane nanolayer as diffusion barrier for Cu Metallization on Si[J].Applied Surface Science, 2021, 567:150800.

 

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