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01.04.2015 | Ausgabe 2/2015

Metallurgical and Materials Transactions B 2/2015

Deposition and Characterization of 3-Aminopropyltrimethoxysilane Monolayer Diffusion Barrier for Copper Metallization

Zeitschrift:
Metallurgical and Materials Transactions B > Ausgabe 2/2015
Autoren:
Sumit Sharma, Mukesh Kumar, Sumita Rani, Dinesh Kumar
Wichtige Hinweise
Manuscript submitted July 17, 2014.

Abstract

Diffusion barrier capability of 3-aminopropyltrimethoxysilane (APTMS) against the diffusion of copper into the dielectric is studied. A self-assembled monolayer (SAM) of APTMS was deposited on SiO2/Si substrate. Cu/SiO2/Si and Cu/SAM/SiO2/Si test structures were compared for their thermal stability using X-ray diffraction (XRD) characterization, sheet resistance variation, and Capacitance-Volatage (C-V) characterization. The samples were annealed at different temperatures starting from 473 K (200 °C) up to 973 K (700 °C) in vacuum for 30 minutes each. XRD results indicated that combination of SiO2/SAM worked as diffusion barrier up to 873 K (600 °C), whereas SiO2 alone could work as a barrier only up to 673 K (400 °C). Sheet resistance of these samples was measured as a function of annealing temperature, which also supports XRD results. C-V curves of these structures under the influence of biased thermal stress (BTS) were analyzed. BTS was applied with different parameters, i.e., 1.25 MV cm−1 at 323 K (50 °C), 1.25 MV cm−1 at 373 K (100 °C), and 2.5 MV cm−1 at 423 K (150 °C). A change in threshold voltage (∆V t) was observed for each BTS. Results showed that in the case of higher electric field, i.e., 2.5 MV cm−1 at 423 K (150 °C), V t of the Cu/SiO2/Si/Al structure was changed significantly even after 15 minutes of stress, while V t of the Cu/APTMS/SiO2/Si/Al structure was almost unchanged for up to 60 minutes.

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