Cu$_x$Al$_{1-x}$薄膜作为先进互连金属化的铜替代方案

我们研究了$0.2 \le x \le 0.7$的Cu$_x$Al$_{1-x}$薄膜作为先进互连金属化的潜在替代方案。通过第一性原理模拟获得了Cu$_x$Al$_{1-x}$的电子结构和结合能，以评估不同金属间化合物及其在互连金属化中的应用前景。随后，通过物理气相沉积（PVD）制备了厚度在3至28纳米之间的Cu$_x$Al$_{1-x}$薄膜。对于28纳米厚的化学计量比CuAl和CuAl$_2$薄膜，在400$^\circ$C沉积后退火后，获得了9.5 $\mu\Omega$cm的最低电阻率。基于实验结果，我们从互连的角度讨论了所研究的铝化物面临的主要挑战，即薄膜化学计量比的控制、在非化学计量比CuAl和CuAl$_2$中观察到的相分离，以及非化学计量比表面氧化物的存在。