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研究生： 許嘉麟
論文名稱： 擴散阻礙層對無電鍍銅膜熱機械性質之影響
指導教授： 周卓煇
JOW-HUEI JOU
口試委員:
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 工學院 - 材料科學工程學系
Materials Science and Engineering
論文出版年： 2001
畢業學年度： 89
語文別： 中文
論文頁數： 58
中文關鍵詞： 應力量測 、無電鍍銅膜 、擴散阻礙層
外文關鍵詞： STRESS MEASUREMENT, ELECTROLESS COPPER FILM, DIFFUSION BARRIER
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    • 本研究首先探討擴散阻礙層之存在與否對無電鍍銅膜熱應力及熱機械性質（dσ/dT）的影響，使用TaN及Ta2N為擴散阻礙層，厚度又分為50及100 nm；銅膜之厚度為0.2μm。
    當試片自400℃降回室溫，無電鍍銅膜在無擴散阻礙層時，其熱應力變化為158 Mpa。採用50 nm TaN為擴散阻礙層時，其熱應力變化為192 Mpa。採用100 nm TaN時，其值則為252 Mpa。採用50 nm Ta2N時，其值則為205 Mpa。採用100 nm Ta2N時，其值則為218 Mpa。

    這些銅膜的熱應力均呈現遲滯現象，無電鍍銅膜在無擴散阻礙層時，其第二次升溫（30~150℃）熱機械性質（dσ/dT）為-0.96（Mpa/℃），採用50 nm TaN為擴散阻礙層時，其值為-1.07（Mpa/℃） 。採用100 nm TaN時，其值則為-1.25（Mpa/℃）。採用50 nm Ta2N時，其值則為-1.11（Mpa/℃）。採用100 nm Ta2N時，其值則為-1.22（Mpa/℃）。

    目錄 壹、簡介 ………………………………………………………. 1 貳、文獻回顧 …………………………………………………. 4 2-1、薄膜應力 …………………………………………… 4 2-1-1、理論 ……………………………………………. 4 2-1-2、量測技術 ………………………………………. 5 2-1-2.1、彎柄儀技術 …………………………….……. 5 2-1-3、金屬薄膜在基材上之應力 ……………………. 5 2-2、溫度對薄膜本質應力的影響 ………………………. 8 2-3、銅/矽介面化合物的生成 …………………………… 8 2-4、銅膜/氮化鉭膜/矽基材之擴散破壞機制研究 ……... 8 參、理論與原理 ………………………………………………... 10 3-1、無電鍍銅原理 ……………………………………….. 10 3-2、薄膜應力量測理論 …………………………………. 10 3-2-1、基本平衡公式 …………………………………. 10 3-2-2、二層結構應力理論 ……………………………. 12 3-2-3、彎柄儀量測基材的彎曲半徑 …………………. 14 3-2-3.1、絕對彎曲半徑量測 …………………….. 14 3-2-3.2、相對彎曲半徑量測 …………………….. 15 3-2-4、多層結構應力理論 ……………………………. 17 3-2-5、雙層薄膜應力近似公式 ………………………. 21 肆、實驗 ……………………………………………………….. 23 4-1、試片製備 ……………………………………………. 23 4-1.1、擴散阻礙層TaN及Ta2N薄膜之製備 ………… 23 4-1.2、無電鍍銅薄膜之製備 …………………………… 24 4-1.3、銅/TaN及Ta2N/矽三層結構試片之製備 …….… 25 4-2、試片彎曲半徑的量測 ………………………………. 25 4-2.1、絕對彎曲半徑的量測 ………………………….. 26 4-2.2、相對彎曲半徑的量測 ………………………….. 26 伍、結果與討論 ………………………………………………… 32 5-1、擴散阻礙層薄膜在矽基材上之應力行為 …………. 32 5-1.1、TaN薄膜在矽基材上之應力行為 …………. 5-1.2、Ta2N薄膜在矽基材上之應力行為 …………. 5-2、銅膜在矽基材上之應力行為 ………………………. 34 5-3、三層結構中銅膜之應力行為 ………..……………… 37 陸、結論 ……………………………………………………….. 41 參考文獻 ……………………………………………………….. 63 表目錄 表一、無電鍍銅/矽雙層結構有無擴散阻礙層熱機械性質比較… 43 圖目錄 圖一、真空彎柄儀裝置示意圖 ………………………………… 44 圖二、薄膜受應力彎曲示意圖 ………………………………… 45 圖三、n層結構示意圖 ………………………………………… 50 圖四、彎柄儀量測試片絕對彎曲半徑示意圖 ………………… 51 圖五、彎柄儀量測試片相對彎曲半徑示意圖 ………………… 52 圖六、Cu/擴散阻礙層/Si三層結構試片製作流程示意圖 ……. 53 圖七、厚度50 nm之TaN薄膜於TaN/Si二層結構中在真空中之應力對溫度變化圖 ………………………………………....… 54 圖八、厚度100 nm之TaN薄膜於TaN/Si二層結構中在真空中之應力對溫度變化圖 ……………………………………..……. 54 圖九、厚度50 nm之Ta2N薄膜於Ta2N/Si二層結構中在真空中之應力對溫度變化圖 ……………………………………….... 54 圖十、厚度100 nm之Ta2N薄膜於Ta2N/Si二層結構中在真空中之應力對溫度變化圖 ……………………………………..…. 54 圖十一、厚度 0.2μm之無電鍍銅膜在Cu/Si二層結構中在真空中之應力對溫度變化圖 ……………………………………… 57 圖十二、厚度0.2μm之無電鍍銅膜在Cu/0.05μm TaN/Si三層結構中於真空環境下之應力對溫度變化圖 …………………… 58 圖十三、厚度0.2μm之無電鍍銅膜在Cu/0.1μm TaN/Si三層結構中於真空環境下之應力對溫度變化圖 …………………… 58 圖十四、厚度0.2μm之無電鍍銅膜在Cu/0.05μm Ta2N/Si三層結構中於真空環境下之應力對溫度變化圖 ………………… 58 圖十五、厚度0.2μm之無電鍍銅膜在Cu/0.1μm Ta2N/Si三層結構中於真空環境下之應力對溫度變化圖 …………………… 58

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