Si-TiNx与TiNx-Cu界面反应热力学分析

"Si－TiNx和TiNx－Cu界面反应驱动力热力学分析" 在微电子制造领域，尤其是在半导体芯片的集成过程中，金属互连材料的选择对于电路性能至关重要。传统的铝和铝合金已不能满足现代微电子技术的需求，而铜（Cu）因其低电阻率和优秀的电迁移与应力迁移特性，逐渐成为主流的互连材料。然而，Cu在高温处理时容易扩散到半导体硅片（Si）和绝缘介质材料，如二氧化硅（SiO2），造成性能问题。为了解决这些问题，科研人员研究了使用扩散阻挡层（例如TiNx）来防止Cu的不必要扩散。 本文"Si－TiNx和TiNx－Cu界面反应驱动力热力学分析"由李长荣、李维君等人撰写，探讨了在Si-TiNx和TiNx-Cu组成的系统中，界面反应的热力学基础。热力学分析在理解界面反应的动力学行为、组织演变规律以及反应产物的形成顺序等方面起着关键作用。研究中，作者关注了两个关键界面：Si与TiNx之间以及TiNx与Cu之间的扩散偶。 在Si-TiNx界面，热力学分析揭示了一系列新相的析出，特别是高电阻的Si3N4相，这对互连特性有显著影响。Si3N4的形成可能导致互连电阻增加，从而影响电路性能。而在TiNx-Cu界面，通过原子扩散可以达到两相的平衡状态，没有产生有害相，这为 Cu 的稳定互连提供了可能。 文章进一步讨论了如何通过热力学计算预测界面反应驱动力，这对于优化工艺参数，减少不利的界面反应，以及提升互连系统的整体稳定性具有指导意义。此外，文中还提到了传统的铝基互连材料面临的挑战，比如电阻增加、信号延迟、电迁移和应力迁移效应，以及Cu在Si和SiO2中扩散引发的问题，强调了阻挡层材料如TiNx、Ta、TaNx和WNx在解决这些问题中的重要角色。 这篇首发论文深入研究了Si-TiNx和TiNx-Cu界面反应的热力学机制，为设计更稳定的微电子互连系统提供了理论支持。通过对不同材料组合的分析，有助于推动未来集成电路技术的发展，并解决与Cu互连相关的技术难题。