表面散射試片之阻抗係數與厚度關係

繼續觀看實驗編號# B #的數據，此組試片設計的目的主要是探討 在晶粒大小固定，且成長到最大尺寸以降低晶界散射影響的情況下，

其他表面散射對阻抗係數造成的影響，首先看實驗所得的阻抗係數與 薄膜厚度關係圖，如圖4.6，可看出阻抗係數隨薄膜厚度的下降還是會 持續上升，但上升的比例減少了許多，在80 nm 時 ρ 值為 2.2 μΩ-cm，

與150 nm 時 1.95 μΩ-cm 相比上升了 12 %，薄膜厚度減少到 20 nm 時，

ρ 值上升到 3.9 μΩ-cm，與 150 nm 時 1.95 μΩ-cm 相比上升了 100 %，

再將實驗曲線與FS Model 與 MS Model 做比較，發現曲線與 FS 預測 值幾乎互相重疊。

圖 4.6 表面散射機制之阻抗係數與薄膜厚度關係圖

晶粒尺寸分布 :

接著看由FIB 取出的晶粒尺寸圖，如圖 4.7(a)至 4.7(b)，可以很明 顯的發現，不同厚度的銅薄膜皆具有相同尺寸的晶粒大小，約在 2.0-3.0μm 與實驗設計#A#的試片相比，晶粒尺寸範圍是固定的，在不 會隨著厚度減小而下降，而且大部分的晶粒尺寸都可成長到 2 μm 以 上，與實驗設計# A #相比也大很多，可將晶界散射造成的影響降到最 低。

觀看TEM 圖形，如圖 4.8 所示，可發現種籽層的部份無明顯晶粒 較小的情況，符合原本實驗設計讓整個薄膜晶粒成長到最大之需求，

在此組試片原本的設計中所採用的oxide 也為 thermal oxide，平坦度非 常好，所以同樣可以大膽的推論，在此設計中因為介面不平整造成的 散射變因是固定值，並且在不同厚度的薄膜其晶粒尺寸大小相等並成 長到最大值，所以晶界散射所造成的影響可降低的最小。

所以合理的推論此曲線上升的趨勢為，表面散射現象也會造成銅 薄膜厚度小於 90 nm 後，阻抗係數值上升現象，但是表面散射與晶界 散射相比較而言，其影響度較小，造成阻抗係數上升的比例較小。

圖 4.7(a) 40 nm ECP Cu film, grain size =1.5-2.5 um

圖 4.7(b) 80 nm ECP Cu film, grain size =1.5-2.5 um

圖 4.7(c) 100 nm ECP Cu film, grain size =1.5-2.5 um

圖 4.7(d) 150 nm ECP Cu film, grain size =1.5-2.5 um

圖 4.8 100 nm ECP Cu film

接著觀察在此試片設計中，兩種不同退火條件下所造成的曲線差 異，如圖4.9 所示，可以很明顯的看出 200 ℃下 30 分鐘退火這個條件，

在同樣的厚度下，其阻抗係數值皆比350 ℃下 60 分鐘退火條件下的數 高，這兩條曲線唯一的差異性就是退火條件的不同，此項變異直接影 響到的就是晶粒大小，觀看圖4.10(a)與圖 4.10(b)可知，在 200℃下 30 分鐘退火後，晶粒大小範圍約為1.0-1.5 μm，與 350 ℃條件下(2.0 μm 以上)相比有較小的趨勢，所以由此更可驗證晶界散射這個機構的存 在。若多做幾個不同退火條件的試片，便可進一步求得晶粒大小對阻 抗係數之關係圖。

圖 4.9 ECP copper 在兩個不同退火條件下之阻抗係數比較

圖4.10(a) 150 nm ECP copper film, grain size=1.0-1.5 μm

圖4.10(a) 40 nm ECP copper film, grain size=1.0-1.5 μm