Investigation of interface properties of barrier metals on dielectric substrates

Titel in Übersetzung: Untersuchung der Grenzflächeneigenschaften von Barrieremetallen auf dielektrischen Schichten

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

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Abstract

In Halbleiterbauteilen erfüllen Grenzflächen eine wichtige Rolle. Eine wichtige Art von Grenzfläche, die in solchen Bauteilen auftritt, ist jene zwischen Dielektrikum, z.B. ein Glas auf Silikat-Basis, und Metallen bzw. Materialien auf Metall-Basis, z.B. W, W(Ti) und TiN. Bei dem Glas kann es sich auch um ein dotiertes Glas handeln, welches z.B. mit Bor oder Phosphor dotiert wird um die gewünschten Eigenschaften einzustellen. Die Grenzfläche zwischen Metallen und Glas ist deswegen von großer Bedeutung, da sie die Funktionalität des Bauteils sicherstellt. In dieser Arbeit wurden Grenzflächen zwischen verschiedenen Metallen und geglühtem und nicht geglühtem Bor-Phosphor dotiertem Glas (BPSG) untersucht. Die mechanische Charakterisierung erfolgte mittels der 4-Punkt-Biege (4PB) Methode, die Bruchflächen der 4PB Proben wurden mit Augerelektronenspektroskopie (AES) und Rasterkraftmikroskopie (AFM) untersucht. Intakte Grenzflächen wurden hinsichtlich ihrer chemischen Zusammensetzung mittels energiedispersiver Röntgenspektroskopie (EDX) im Transmissionselektronenmikroskop (TEM) untersucht worden. Der Herstellungszustand des BPSG zeigt einen großen Einfluss auf die Haftung von W, welches mit 20 at% Ti dotiert wurde (danach als W(Ti) bezeichnet) mit und ohne einer Ti Zwischenschicht. Auf nicht geglühtem BPSG zeigt die Ti-Zwischenschicht eine deutliche Verbesserung der Haftung. Die Energiefreisetzungsrate liegt fast doppelt so hoch als im Vergleich zu W(Ti) direkt auf BPSG. Wenn jedoch geglühtes BPSG verwendet wird, hat die Ti-Zwischenschicht keinerlei Einfluss auf die Haftung von W(Ti). Wird der Ti-Gehalt im W zwischen 15-25 at% variiert, zeigt diese Variation keinen Einfluss auf die Haftung von W(Ti) auf geglühtem BPSG. Vergleicht man die Haftung der verschiedenen W(Ti)-Schichten mit jener von reinem Ti auf geglühtem BPSG, so zeigt sich, dass alle dieselbe Grenzflächenhaftung besitzen. Hingegen verbessert das Ti in der W-Schicht die Haftung im Vergleich zu einer reinen W-Schicht deutlich. In der Untersuchung einer intakten Grenzfläche konnte gezeigt werden, dass sich Ti an der Grenzfläche zwischen W(Ti) und BPSG anreichert. Der Hauptgrund für diese Anreicherung scheint eine Wärmebehandlung bei 400 °C am Ende der Probenpräparation zu sein. Der Einfluss der Probengröße auf die Haftung wurde an den Grenzflächen von Cu und W(Ti) auf geglühtem BPSG, durchgeführt. Hierzu wurden makroskopische 4PB Experimente durchgeführt. Diese zeigten eine schwächere Grenzfläche für das Cu-System, als für das W(Ti)-System. Um die Grenzflächen im mikroskopischen Maßstab zu testen, wurden in-situ TEM Biegebalken hergestellt. Diese zeigten, unter Berücksichtigung der unterschiedlichen Probengeometrien, eine gute Übereinstimmung zu den 4PB Ergebnissen für das Cu/BPSG System. Es war möglich die Grenzflächen zwischen verschiedenen Metallen und BPSG genauer zu charakterisieren und es konnte gezeigt werden, dass die Resultate von makroskopischen und mikroskopischen Experimenten unter gewissen Randbedingungen verglichen werden können. Dies ermöglicht es Halbleiterbauelemente nahe an der eigentlichen Strukturgröße zu testen und die Resultate können mit anderen makroskopischen Experimenten verglichen werden. Dies ermöglicht die Kombination von lokalen mechanischen und chemischen Eigenschaften der Grenzfläche.
Titel in ÜbersetzungUntersuchung der Grenzflächeneigenschaften von Barrieremetallen auf dielektrischen Schichten
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Clemens, Helmut, Beurteiler A (intern)
  • Dehm, Gerhard, Betreuer (intern)
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2014

Bibliographische Notiz

nicht gesperrt

Schlagwörter

  • 4-Punkt-Biegung
  • Grenzfläche
  • Energiefreisetzungsrate
  • in-situ TEM
  • in-situ 4-Punkt-Biegung
  • analytisches TEM
  • Biegebalken

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