利用X射线光电子能谱捕捉Ti在Ti$_x$W$_{1-x}$/Cu异质结构中的扩散动力学
材料科学
2023-01-20 v2
摘要
相邻材料之间的互扩散现象在半导体器件结构中极为普遍，并可能给产业带来重大的可靠性挑战。为了充分捕捉并更好地理解这些现象，实验方法必须超越静态与事后研究，纳入原位与工况下的装置。本文使用软X射线与硬X射线光电子能谱（SXPS与HAXPES）对代理器件中的扩散进行实时监测。该器件由Si/SiO₂/TiW(300 nm)/Cu(25 nm)薄膜材料堆叠构成，其中TiW薄膜作为Si与Cu之间的扩散阻挡层。扩散监测通过在原位退火至673 K过程中连续采集能谱实现。研究发现，TiW中的Ti在退火过程中高度可动，从阻挡层扩散而出并在Cu表面富集。提高TiW薄膜中的Ti浓度会增加富集Ti的量，且在低至550 K的温度下即在Cu表面首次检测到Ti。令人惊讶的是，在低Ti浓度（ = 0.054）下，W亦可动并随Ti一同扩散。这些结果为扩散阻挡层成分在其器件应用效能中的重要性提供了关键证据，揭示了其有效性与局限性的潜在机制。
引用
@article{arxiv.2301.02577,
title = {Capturing the dynamics of Ti diffusion across Ti$_x$W$_{1-x}$/Cu heterostructures using X-ray photoelectron spectroscopy},
author = {Curran Kalha and Pardeep K. Thakur and Tien-Lin Lee and Michael Reisinger and Johannes Zechner and Michael Nelhiebel and Anna Regoutz},
journal= {arXiv preprint arXiv:2301.02577},
year = {2023}
}