階梯覆蓋率

在確定最佳沈積溫度及最佳成長銅晶種層的時間之後，在此節我們利用之前所獲得的最佳 沈積溫度成長銅薄膜於具有溝槽的TaNx/Si 基材上，觀察銅薄膜成長在溝槽中的階梯覆蓋情形，

以探討分析所成長的銅薄膜是否可以符合達到銅晶種層的要求。

我們所使用具有溝槽的基材是在國家奈米實驗室利用微影及蝕刻方式做出深寬比(aspect ratio)約為 1 : 3 的圖案晶片(pattern wafer)，如圖 5-34 所示。由前一節可知最佳沈積溫度為 200℃，

而在此沈積溫度時，當沈積時間5 分鐘時，已可形成一層連續的銅薄膜（藉由 SEM 照片及量測 片電阻值可知）。因此我們沈積銅薄膜在具有溝槽的pattern TaNx/Si 基材上的條件為：先驅物蒸 發器溫度固定在 60℃，載氣(N2)流量為 10 sccm，沈積壓力維持在 0.1torr 左右，沈積溫度為 200℃，沈積時間為 5 分鐘。之後利用 SEM 觀察所成長銅薄膜在溝槽中的的覆蓋情形，以評估 所成長的銅薄膜是否可以符合達到銅晶種層的要求。

圖5-35 為沈積溫度 200℃，沈積時間 5 分鐘時，在具有溝槽的 pattern TaNx/Si 基材上所成長 銅薄膜的 SEM 橫截面微影像照片，由照片中我們可以觀察到銅薄膜在溝槽中的側壁(sidewall) 及底部(bottom)之階梯覆蓋情形相當良好，且成長狀況與溝槽上之平坦處幾乎相同；並且我們也 可以觀察所成長銅薄膜的平坦度及緻密連續性相當良好。並且藉由四點探針量測其片電阻值，

顯示已形成一層連續的導電銅薄膜。因此由以上之結果可知，所成長的銅薄膜非常適合做為電 鍍銅前的銅晶種層。

圖5-34 TaNx/Si pattern wafer 基材之 SEM 橫截面微影像照片(深寬比 AR≒3.4)。

第六章 結論

2 2 190℃)為表面反應控制區，其活化能約 18.32KJ/mol，沈積溫度在 190℃以上為質傳控制 區，其活化能約0.625KJ/mol。

(b) (hfac)Cu^I(COD)沉積在 TaN0.82的機制：

(a) 電阻值分析：沈積溫度190℃最佳，140℃次之，230℃較差。

(b) XPS分析：不論沈積溫度140、190、230℃，皆能得到90%以上的金屬銅。且無一價銅 的特性峰出現。.

(c) XRD繞射分析：銅膜的主要結晶晶向為Cu(111)及Cu(200)，其中又以沈積溫度230℃的 Cu(111)結晶強度最強，190℃次之，140℃較差。

隙，晶粒間相互連結的型態並不理想，晶粒的成長是以3維的方式成長。 積溫度190℃最佳，140℃次之，230℃較差。

(b) SEM 平面分析：沈積溫度 140℃的初始成長(沈積時間 0.5 分鐘)只有零星銅核，隨時間 鐘以後至10 分鐘屬於 Stranski-Krastanor 成核成長型態。沈積溫度 190℃，0.5～1 分鐘 屬於Volmer-Weber 成核成長型態。1 分鐘以後至 10 分鐘屬於 Stranski-Krastanor 成核 成長型態。沈積溫度230℃，皆屬 Volmer-Weber 成核成長型態。

C. 銅膜電性探討：

銅膜電性以沈積溫度190℃最佳，140℃次之，230℃較差。

(a) 在 XPS 的分析結果得知，沈積溫度 140、190、230℃所沈積的銅膜，其含銅量皆大於 90%以上，說明銅膜的電性受到銅膜雜質含量的影響是幾乎沒有的。

(b) 沈積溫度 190℃的電性比 140℃佳，是因為沈積溫度 190℃的銅膜較為緻密平坦且有較 低的晶界電子散射及Cu<111>優選晶向較佳的緣故。

(c) 沈積溫度 190℃的電性比 230℃佳，是因為沈積溫度 230℃所沈積的晶粒間的空隙太 大，而電阻值會因銅晶粒增大而降低，因為此現象會增加表面積，增加表面的電子散

射，以致於電性較沈積溫度190℃為差。

(d) 沈積溫度 140℃比 230℃佳，是沈積溫度 230℃所沈積的銅晶粒彼此間的連結情況不佳，

且晶粒單獨成長，以致於表面的電子散射效應大大的影響了銅膜的電阻值。