SELF DIFFUSION BARRIERS IN INTEGRATED CIRCUITS

1. SELF DIFFUSION BARRIERS IN INTEGRATED CIRCUITS Misják Fanni, Czigány Zsolt, Geszti Tamásné, Rudolf Ádám, Gurbán Sándor, Menyhárd Miklós, Radnóczi György Supported by OTKA K81808 project MMT - Siófok, 2011.

2. 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, 1952. • 1957 – 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

3. 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. Vezetékek számának növekedése, átmérő csökkenése Réz vezetékek – eszközre dielektrikum réteg –mintázással, marással lyukak, csatornák –réz felvitele –felesleges réz eltávolítás -> barrier réteg problematikája Réz vezeték-technológia korlátai: felesleges réz eltávolítása réz diffundál a dielektrikumba

4. Diffúziós barrier – több lépésben előállítás Diffúziós barrier – önszervező módon SiO2 SiO2 SiO2 Méretek csökkentése SiO2 SiO2 Cu Cu Cu Interconnects : Cu belediffundál a dielektrikumba SiO2

5. modellezzük SiO2 SiO2 Cu Barrier képződés feltételének vizsgálata: Milyen réteg legyen? • Cu vezetőképessége megmaradjon • a dielektrikummal szilárd fázisú reakció • Cu diffundálását akadályozza hőkezelés CuMn CuMn ? SiOx SiOx

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

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

8. Irodalom CuMn rendszerről: Koike at al, JAP 102 043527 (2007), APL 87, 041911(2005) Cu + 10 % Mn RF sputtering 450oC, 30 min annealing MnSiO

9. Irodalom CuMn rendszerről: Neishi et al., Appl. Phys. Lett. 93, 032106 (2008) Mn majd Cu réteg termikus CVD 100oC – on növesztve Stabilitás vizsgálata: 400oC, 100 óra hőkezelés K. Matsumoto et al., Appl. Phys. Express 2 036503 (2009) 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.

10. Cu Mn Cu Mn Cu Mn Eredmények: 7 x 10-8 mBar 20, 50, 100W 10 min Rétegvastagság arányos a teljesítménnyel -> tervezett összetételű rétegek előállítása

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

12. Összefoglalás: – nagyon kis szemcseméret a teljes összetételtartományban –min. szemcseméret 60-70 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 oC-on) – Mn szegregáció a felület felé jól mérhető, a határfelület felé egyelőre nem kimutatható