Charakterisierung isolierender Possivierungsschichten - XPS-Tiefenprofiluntersuchungen am Materialsystem TaSiNx
- Mit oberflächenanalytischen Methoden wurden Untersuchungen zur Eignung dünner, magnetrongesputterter TaSiNx-Schichten als isolierende Passivierungsschicht für Kupfermetallisierung durchgeführt. Für die hochaufgelöste XPS-Tiefenprofilanalytik an dünnen TaSiN-Schichten (10 nm bis 30 nm) wurde ein vorhandenes XPS-System eingearbeitet und optimiert. Dies beinhaltete grundlegende Studien zur Abstimmung der Komponenten (Ionenquelle, Analysator) unter dem Aspekt einer hohen Tiefenauflösung. Zur Charakterisierung der Zusammensetzung der TaSiN-Schichten und der Bindungsverhältnisse in der Matrix, in Abhängigkeit des Reaktivgasflusses, wurden Tiefenprofile der Schichtsysteme mit XPS aufgenommen. Ab einen Stickstofffluss von etwas 6 sccm sind die Schichten an Stickstoff gesättigt (Elementalgehalt Xn = 55 at-%). In der gesättigten TaSiN-Matrix liegen Tantal und Silizium vorwiegend an Stickstoff gebunden vor. Mit ergänzenden analytischen Methoden wurde die Abscheidung amorpher, homogener und hochohmiger Schichten, mit einer geschlossenen Schichtstruktur und einer geringen Oberflächenrauhigkeit nachgewiesen. Die TaSiN-Schichten auf Kupfersubstrat wurden einer Wärmebehandlung unter ambienten Bedingungen für eine Dauer von 5 Stunden unterzogen. Bei Temperaturen von 200 Grad Celsius bis 300 Grad Celsius wurden lokale Defekte in den 10 nm TaSiN-Schichten nachgewiesen, in denen Kupfer bis zur Oberfläche vordringt. Die 30 nm Barriereschichten bleiben bis 400 Grad Celsius thermisch stabil.
