Cu互连微纳槽/孔内扩散阻挡层的表面形貌研究

Cu互连槽/孔内扩散阻挡层的表面形貌是集成电路（IC）纳器件技术亟待研究的关键问题之一。然而，区别于平面上与宏观沟槽内的沉积薄膜，扩散阻挡层具有微纳尺度非平面沉积特点，其表面形貌隶属新颖的研究体系。针对该领域研究尚未深入的现状，本项目拟对扩散阻挡层表面形貌的若干基础性问题展开研究，包括提炼认识表面形貌的各向异性与多尺度特征；引入多尺度系统理论构建完善的表面形貌量化表征方法；结合动力学标度理论揭示扩散阻挡层的表面形貌演化机理。研究旨在为Cu互连槽/孔扩散阻挡层表面形貌的表征评价及调控设计提供基础技术与理论依据，推动IC纳器件Cu互连技术的持续升级。本项目研究内容具有一定的科学创新性，预期研究结果具有较强的工业应用价值，若获突破可推广到其它微纳器/部件如微机电系统（MEMS）等中槽/孔薄膜的表面形貌研究领域。

铜互连槽/孔内扩散阻挡层的表面形貌是集成电路等微纳电子器件技术领域亟待研究的关键问题之一。针对目前研究尚未深入的现状，本项目对扩散阻挡层表面形貌的若干基础性、关键性的问题进行了研究，如扩散阻挡层表面形貌复杂结构特征的理解；扩散阻挡层表面形貌量化表征方法的构建；扩散阻挡层表面形貌演化的物理机制等。基于上述目前要求，本项目获得了一批典型的研究进展。（1）在Cu互连槽/孔扩散阻挡层样品制备及表征研究方面：以实际IC器件结构为依据，完成了不同几何特征参数的槽/孔薄膜样品制备，并优化了薄膜沉积工艺参数；获得了利用高分辨透射电镜（HRTEM）获取扩散阻挡层表面形貌的表征方法；（2）在扩散阻挡层表面形貌特征识别与量化表征方面：实验观察了扩散阻挡层表面形貌的各向异性与多尺度特征，并建立相应的几何构象模型。基于多尺度系统理论，构建一套实用的、规范的Cu互连槽/孔扩散阻挡层的表面形貌量化表征方法；（3）在扩散阻挡层表面形貌演化机理方面：基于上述量化表征平台，并结合动力学标度理论澄清Cu互连槽/孔扩散阻挡层的表面形貌演化机理。揭示了几何遮蔽效应、尺寸效应、表/界面效应及衬底表面形貌影响等因素对扩散阻挡层表面形貌演化机理的影响及其权重。揭示了扩散阻挡层表面形貌各向异性与多尺度特征的产生机理，由此获得了若干用于调控扩散阻挡层表面形貌的调控技术等；（4）此外，在本项目研究预定内容的基础上，结合评审专家建议与该领域研究现状，也开展了相关薄膜表面形貌的研究，并获得若干研究结论，如IC器件在复杂服役环境下扩散阻挡层表面形貌的演化行为与机理等。通过本项目研究，为Cu 互连扩散阻挡层表面形貌的表征评价及调控设计提供基础技术与理论依据，有助于推动Cu 互连技术的持续升级，同时也为其它微纳器件中复杂构型薄膜的表面形貌研究提供了借鉴与指导。值得强调的是，通过本项目研究也获得了一批代表性的研究成果，包括发表SCI学术论文7篇（其中IF>3的1篇）、申报国家发明专利2项；多次参加学术会议（其中国际会议分会报告1次）；培养毕业2名研究生（博士生与硕士生各1名）；尤其是对申请人的科研能力水平、科研经验积累等方面提供了锻炼与提升的平台。