SELF DIFFUSION BARRIERS IN INTEGRATED CIRCUITS Misják Fanni, Czigány Zsolt, Geszti Tamásné, Rudolf Ádám, Gurbán Sándor, Menyhárd Miklós, Radnóczi György MMT - Siófok, Supported by OTKA K81808 project

Integrated circuits: History: 1949 – W. Jacobi: 5 tranzisztor egy közös hordozón - erősítő egység 1952 – G. W. A. Dummer: Integrált áramkör ötletének publikálása Symposium on Progress in Quality Electronic Components in Washington, D. C. on May 7, – J. Kilby: különálló kerámia szeleteken levő eszközök összekapcsolása kompakt egységgé K. Lehovec, R. Noyce - diódák elválasztó szigetelése 1958 – J. Kilby: Integrált áramkör szabadalma, első megvalósítása 1958 – R. Noyce: Si alapú integrált áramkör

Interconnects: Alumínium vezetékek – eszközre folyamatos Al réteg – mintázás, marás – dielektromos anyag – lyukak marása – CVD technikával wolfram Használat: memória chipek, dinamikus memóriák, ahol az összekötő rétegek száma nem több, mint 4. Réz vezetékek – eszközre dielektrikum réteg – mintázással, marással lyukak, csatornák – réz felvitele – felesleges réz eltávolítás Vezetékek számának növekedése, átmérő csökkenése -> barrier réteg problematikája Réz vezeték-technológia korlátai: felesleges réz eltávolítása réz diffundál a dielektrikumba

SiO 2 Cu belediffundál a dielektrikumba Méretek csökkentése Cu SiO 2 Diffúziós barrier – önszervező módon SiO 2 Cu SiO 2 Diffúziós barrier – több lépésben előállítás Cu Interconnects :

Cu SiO 2 modellezzük Barrier képződés feltételének vizsgálata: Milyen réteg legyen? Cu vezetőképessége megmaradjon a dielektrikummal szilárd fázisú reakció Cu diffundálását akadályozza SiO x CuMn SiO x CuMn ? hőkezelés

α - Mn köbös 58 atom a=0,8912 nm β - Mn köbös 20 atom a=0,6312 nm γ - Mn fcc 4 atom a=0,384 nm Mn allotróp módosulatok:

Calculated Cu–Mn phase diagram with a metastable miscibility gap of fcc phase with the experimental data. Cu–Mn binary phase diagram reviewed by Gokcen. Irodalom CuMn rendszerről: C.P. Wang et al., Journal of Alloys and Compounds 438 (2007) 129–141

Irodalom CuMn rendszerről: Koike at al, JAP (2007), APL 87, (2005) Cu + 10 % Mn RF sputtering 450 o C, 30 min annealing MnSiO

Irodalom CuMn rendszerről: Mn majd Cu réteg termikus CVD 100 o C – on növesztve Neishi et al., Appl. Phys. Lett. 93, (2008) Stabilitás vizsgálata: 400 o C, 100 óra hőkezelés Cross-sectional TEM images and an EDX composition map of contact hole samples after CVD-Mn deposition: (a) overall image of contact holes; (b) magnified image of the upper corner of the hole; (c) magnified image of the hole bottom; and (d) EDX mapping image of Mn-K signal. K. Matsumoto et al., Appl. Phys. Express (2009)

Eredmények: Mn Cu 7 x mBar 20, 50, 100W 10 min Rétegvastagság arányos a teljesítménnyel -> tervezett összetételű rétegek előállítása

Diffrakciók a Mn tartalom függvényében: Eredmények: Fázisdiagram különböző összetételeinél milyen morfológiák?

Összefoglalás: – nagyon kis szemcseméret a teljes összetételtartományban – min. szemcseméret at% Mn körül – 1-3 nm – a réz oldalon a Mn beoldódása a Vegard szabálytól enyhén eltérő rácsparaméter változást okoz – a kétfázisú tartomány hiánya? – tisztázandó a MnO jelenléte és szerepe – hőkezelés hatására jelentős szerkezetátalakulás (450 o C-on) – Mn szegregáció a felület felé jól mérhető, a határfelület felé egyelőre nem kimutatható