圖 3-8 及 圖 3-9 是 利 用 歐 傑 電 子 能 譜 分 別 對 TaPt1/Cu/TaPt1 及 TaPt2/Cu/TaPt2 的電容閘極結構所做縱深分析的結果。由圖 3-8 我們可以看 到即使經過700℃的退火，銅仍然被包覆在 TaPt1 阻擋擴散層中間，沒有擴 散的跡象，但是在圖3-9 中，以 TaPt2 做為擴散阻擋層的結構到了 700℃退 火後，銅擴散到阻擋層外並有氧化銅形成，而這個現象在二次離子質譜儀 的分析中也可以看到。
圖3-10 則是 700℃退火後，TaPt1/Cu/TaPt1 及 TaPt2/Cu/TaPt2 結構以二 次離子質譜儀做縱深分析的比較：在TaPt1 做為擴散阻擋層的條件下，銅被 包在上下兩層阻擋層中，但在TaPt2 做擴散阻擋層時，兩層阻擋層中的銅厚 度明顯減薄，卻發現在表面可以偵測到大量的銅，再次證明了在700℃退火 後銅會穿過TaPt2 擴散阻擋層和外界氧氣反應形成氧化銅，含鉭濃度較高的 鉭鉑合金薄膜可以較有效地保護銅表面不被氧化。
值得注意的一點是，做歐傑電子能譜或二次離子質譜等縱深分析時，常 由於離子束混合(ion-mixing)之現象導致較深的部份在分析時有失真的問 題，因此上述所做之觀察和判斷考慮的均是TaPt/Cu/TaPt 上層擴散阻擋結構 而非下層之情形。
本章一開始利用拉塞福背向散射分析不同濺鍍瓦數比的鉭鉑合金之組 成比例，並選用鉑含量最低和最高的TaPt1(Ta:85%, Pt:15%)和 TaPt2(Ta:65%, Pt:35%)做為擴散阻擋層的實驗條件，並以純鉭薄膜為實驗對照組。片電阻 量測發現無論是否經過退火，直到700℃退火後 TaPt1 和 TaPt2 薄膜的電阻 率分別維持在245μΩ‧cm 和 265μΩ‧cm 左右，綜合 X 光繞射分析的結果，
我們發現鉭鉑合金在經過高溫退火後仍能維持非晶狀態，相當有利於擴散
阻擋層方面的應用。另一方面，我們也針對閘極結構TaPt/Cu/TaPt 薄膜作分 析探討，由片電阻量測發現以 20nm TaPt2 做擴散阻擋層的結構，在經過 700℃退火後片電阻值會遽增，合併 X 光繞射分析和縱深分析的結果，我們 推斷是因為上層擴散阻擋層失效，而導致銅穿透上層阻擋層形成氧化銅的 關係。兩種不同比例的鉭鉑合金比較起來，若考慮厚度變化的影響，電阻 率大致上都和純鉭相差不多，而不論是TaPt1 或 TaPt2，沉積在鉭鉑合金上 的銅，和沉積在純鉭薄膜上一樣有良好的抗電致遷移率(以銅(111)和(200) 方向的比值為參考)。然而，含鉑比例較少的鉭鉑合金擁有較佳的阻擋能力 (由縱深分析可知，直到 700℃退火後仍能阻擋銅擴散) 。接下來的第四章 中，我們將以電性分析的角度，來探討不同組成比例和不同厚度對擴散阻 擋能力的影響。
表 3-1 拉塞福背向散射分析結果。
濺鍍瓦數條件 組成比例 備註 Ta (DC gun) Pt (RF gun) Ta (%) Pt (%)
30W 30W 85.4 14.6 TaPt1 30W 35W 82.5 17.5 30W 40W 78.9 21.1 20W 40W 65.0 35.0 TaPt2
as-deposited 400 500 600 700 240
260 280 300 320
Resistivity(10-6 ohm-cm)
TaPt1(Ta:85% Pt:15%) TaPt2(Ta:65% Pt:35%) Ta
Annealing temperature(oC)
圖3-1 50nm 鉭鉑合金和鉭薄膜電阻率之比較。
as_deposited 400 500 600 700
100 150 200 250 300
350 TaPt1(Ta:85% Pt:15%)
TaPt2(Ta:65% Pt:35%)
Rs(10-3 ohm/square)
Annealing temperature(oC)
圖 3-2 TaPt/Cu/TaPt 閘極結構之片電阻。
圖3-3 各溫度退火下 TaPt1 薄膜的 X 光繞射分析結果。
圖3-4 各溫度退火下 TaPt2 薄膜的 X 光繞射分析結果。
Cu(111)
Intensity(arbitrary units)
Two theta(degree)
圖3-5 各溫度退火下 TaPt1/Cu/TaPt1 的 X 光繞射分析結果。
Intensity(arbitrary units)
Two theta(degree)
Cu(111) Cu(200) CuO
圖3-6 各溫度退火下 TaPt2/Cu/TaPt2 的 X 光繞射分析結果。
15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 0
250 500 750 1000 1250 1500
600oC
500oC
400oC
as-deposited
Intensity(arbitrary units)
Two theta(degree)
Cu(111) Cu(200)
圖3-7 各溫度退火下 Ta/Cu/Ta 的 X 光繞射分析結果。
表3-2 不同擴散阻擋層上銅(111)和(200)方向訊號強度之比值。
TaPt1 TaPt2 Ta As-deposited 4.26 4.73 4.30
400℃ 3.28 2.19 2.50 500℃ 2.29 2.13 3.32 600℃ 3.38 2.60 2.22 700℃ 3.21 N/A N/A
TaPt Cu TaPt SiO2
Sputter time(min)
Ta
Sputter time(min)
Ta
Sputter time(min)
Ta Cu Si
(c)
圖3-8 TaPt1/Cu/TaPt1/SiO2/Si結構在(a)沒有經過退火，(b)600℃30 分鐘退火，
(a)
Sputter time(min)
Ta
Sputter time(min)
Ta
Sputter time(min)
SiO2
TaPt Cu TaPt
Ta Cu Si
TaPt Cu TaPt
0 500 1000 1500 2000
100
Sputter time(sec)
(a)
(b)
經過 700℃30 分鐘退火後，(a)TaPt1/Cu/TaPt1/SiO
圖3-10 2/Si和
(b)TaPt2/Cu/TaPt2/SiO2/Si的SIMS縱深分析結果。
TaPt Cu TaPt
0 500 1000 1500 2000
100
Sputter time(sec)
Cu Ta Pt