Abstract
本論文研究目的是以離子金屬電漿沈積法(IMP)成長奈米晶粒□相金屬鉭膜和奈米晶粒氮化鉭膜(TaNx x~0.5)，作為積體電路上金屬銅導線製程的擴散障礙層之熱穩定性研究。因此分別成長了：(1)銅/鉭/二氧化矽/矽基材，(2)銅/鉭/矽基材和氮化矽/銅/鉭/矽基材，(3) 銅/氮化鉭/矽基材和氮化矽/銅/氮化鉭/矽基材等，三種主要不同結構。所有試片均在氬氣氛圍中或低真空中退火30分鐘後，作成電鏡試片放入配有X射線能量分佈儀(EDS)和能量過濾器(Energy Filter)的場發射穿透式電子顯微鏡(FEGTEM)進行觀察。結果在銅/鉭/二氧化矽/矽基材的試片中在發現退火爐中少量的含氧量會經由銅的晶界擴散到銅/鉭界面上，由於鉭的親氧性而形成非晶質的氧化鉭，此氧化層會隨退火溫度上升而增厚、隨較佳的真空度而減薄。而在退火後銅/鉭/矽基材和銅/氮化鉭/矽基材的試片中均發現此氧化層存在，唯一不同點是在銅/氮化鉭/矽基材試片中觀察到氮氧化鉭形成而不是氧化鉭。在有氮化矽膜隔絕氧的作用下，鉭主要失效機制由擴散障礙層本身與矽產生的矽化反應主導，而氮化鉭則是矽化反應和晶界擴散應均扮演主導失效的主要機制。而鉭可以承受600℃退火三十分鐘，氮化鉭則可650℃退火三十分鐘，因此氮化鉭有較高的熱穩定性。在沒有氮化矽膜隔絕氧的作用下，則氧會加強矽化反應導致擴散障礙層失效溫度降低或失效行為嚴重。因此氧在退火中所扮演的角色是在失效溫度之下以氧化形式出現，在失效溫度則會加強矽化反應導致銅提早穿過擴散障礙層引發失效行為。