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集成电路Cu互连扩散阻挡层的研究进展 被引量:10
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作者 陈海波 周继承 李幼真 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第12期8-11,15,共5页
简要介绍了集成电路的发展趋势及其带来的相关问题和解决办法。综述了国内外对Cu互连扩散阻挡层的制备方法与工艺、阻挡层的选材、阻挡层薄膜的特性等最新研究的进展。评述了该领域的发展趋势及可能的影响因素。
关键词 集成电路 CU互连 扩散挡层 阻挡性能
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水分子在石墨烯增强环氧树脂防腐涂层扩散的分子动力学模拟 被引量:11
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作者 孙伟松 于思荣 +4 位作者 高嵩 姚新宽 徐海亮 钱冰 王冰姿 《中国腐蚀与防护学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第3期411-416,共6页
通过Materials Studio软件建立了石墨烯增强DGEBA/3,3’-DDS交联型环氧树脂模型,采用分子动力学模拟方法研究水分子在不同含量石墨烯(0%,1.1%,2.3%,3.0%,4.2%和5.8%,质量分数)增强的环氧树脂防腐涂层内部的扩散过程,为实际环氧树脂防腐... 通过Materials Studio软件建立了石墨烯增强DGEBA/3,3’-DDS交联型环氧树脂模型,采用分子动力学模拟方法研究水分子在不同含量石墨烯(0%,1.1%,2.3%,3.0%,4.2%和5.8%,质量分数)增强的环氧树脂防腐涂层内部的扩散过程,为实际环氧树脂防腐涂层的改性提供理论指导。结果表明,水分子在环氧树脂中以氢键结合的"束缚水"和内部微孔中存在的"自由水"两种形式存在,水分子在其内部的扩散主要表现为由自由水的扩散过程,扩散系数随着温度的升高而增大;石墨烯的引入使得水分子的均方位移变化在整个模拟过程中趋于稳定,提高了环氧树脂的阻隔性能,当石墨烯含量为4.2%时,阻隔性能最佳。 展开更多
关键词 石墨烯增强环氧树脂 分子动力学模拟 水分子 扩散 阻隔性能
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不同氮气流量AlCrTaTiZr高熵合金氮化物薄膜扩散阻挡性能研究 被引量:10
3
作者 蒋春霞 李荣斌 +2 位作者 王馨 聂朝阳 居健 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第10期163-171,共9页
目的提高铜互连扩散阻挡层的失效温度。方法采用磁控溅射方法制备了不同氮气流量下的Cu/AlCrTaTiZrNx/Si高熵合金薄膜体系,使用真空退火炉对Cu/AlCrTaTiZrNx/Si高熵合金薄膜体系分别进行600、700、800、900℃的真空退火,并利用扫描电子... 目的提高铜互连扩散阻挡层的失效温度。方法采用磁控溅射方法制备了不同氮气流量下的Cu/AlCrTaTiZrNx/Si高熵合金薄膜体系,使用真空退火炉对Cu/AlCrTaTiZrNx/Si高熵合金薄膜体系分别进行600、700、800、900℃的真空退火,并利用扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、X射线衍射仪(XRD)以及透射电子显微镜(TEM)等表征手段对薄膜的组织结构、三维形貌等进行表征。结果不通入氮气时,高熵合金薄膜为非晶状态。随着氮气流量的增加,薄膜的结晶性越来越好,薄膜为FCC结构。随着氮气流量的增加,高熵合金薄膜表面粗糙度呈现下降的趋势,在氮气流量为20%时,高熵合金氮化物薄膜的致密性最好。Cu/AlCrTaTiZrN20/Si薄膜体系的扩散阻挡层结构主要为非晶包裹的纳米晶结构。薄膜在800℃退火后,没有Cu-Si化合物存在,薄膜方阻为0.0937Ω/□;在900℃退火后,Cu/AlCrTaTiZrN20/Si薄膜体系中Si基体部分出现不规则五边形状的大颗晶粒Cu-Si化合物。结论AlCrTaTiZrNx高熵合金氮化物薄膜的扩散阻挡性能随着氮气流量的增加,呈现先增加后降低的趋势。在氮气流量为20%时,高熵合金氮化物薄膜的扩散阻挡性能最优,800℃高温退火后仍发挥阻挡作用。 展开更多
关键词 高熵合金 退火 热稳定性 扩散阻挡性能 磁控溅射
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Ta基纳米薄膜扩散阻挡特性的比较研究 被引量:8
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作者 陈海波 周继承 李幼真 《功能材料》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第4期655-658,共4页
采用直流磁控溅射方法在p型(100)Si衬底上制备了Cu/Ta、Cu/Ta-N和Cu/Ta-Al-N复合膜,并对薄膜样品进行了卤钨灯快速热退火。用四探针电阻测试仪(FPP)、AFM、SEM、Alpha-step IQ台阶仪和XRD等分析测试方法对样品的形貌结构与特性进行了分... 采用直流磁控溅射方法在p型(100)Si衬底上制备了Cu/Ta、Cu/Ta-N和Cu/Ta-Al-N复合膜,并对薄膜样品进行了卤钨灯快速热退火。用四探针电阻测试仪(FPP)、AFM、SEM、Alpha-step IQ台阶仪和XRD等分析测试方法对样品的形貌结构与特性进行了分析表征,并对N和Al的掺杂机理进行了讨论。实验结果表明,Ta、Ta-N和Ta-Al-N膜层的Cu扩散阻挡特性逐渐增强,Ta/Si界面上的反应和Cu通过多晶Ta膜扩散到Si底并形成Cu_3Si共同导致了Ta阻挡层的失效,而Cu通过Ta-N和Ta-Al-N结晶后产生的晶界扩散到Si底并形成Cu_3Si是两者失效的唯一机制。N的掺入促进了非晶薄膜的形成且有利于消除界面反应,而Al的掺入将进一步提高薄膜的结晶温度和热稳定性。 展开更多
关键词 直流磁控溅射 Ta基纳米薄膜 Cu扩散阻挡层 阻挡特性
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Nanoscale Ta-based diffusion barrier thin-films and their resistance properties 被引量:3
5
作者 ZHOU JiCheng CHEN HaiBo LI YouZhen 《Science China(Technological Sciences)》 SCIE EI CAS 2008年第7期1017-1023,共7页
Nanoscale Ta-based diffusion barrier thin-films and Cu/barrier/Si multilayer structures were deposited on p-type Si (100) substrates by DC magnetron sputtering. Then the samples were rapidly thermal-annealed (RTA) by ... Nanoscale Ta-based diffusion barrier thin-films and Cu/barrier/Si multilayer structures were deposited on p-type Si (100) substrates by DC magnetron sputtering. Then the samples were rapidly thermal-annealed (RTA) by tungsten halide lamp. The resistance properties, structure and surface morphology of the thin-films were investigated by four-point probe (FPP) sheet resistance measurement, AFM, SEM-EDS, Alpha-Step IQ Profilers and XRD. The experimental results showed that agglomeration, oxidation and stabilization effects are concurrent. And resistance increasing and decreasing are coexistent after RTA. The formation of high resistance Cu3Si due to inter-diffusion between Cu and Si and more intensive electron scattering resulting from rougher surface caused the sheet resistance to increase abruptly after high temperature RTA. 展开更多
关键词 DC MAGNETRON sputtering NANOSCALE Ta-based thin-films Cu diffusion barrier resistance property
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氮气含量对AlCrTaTiZrMoN_x高熵合金氮化物薄膜扩散阻挡性能的影响 被引量:4
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作者 李荣斌 乔帮威 +1 位作者 蒋春霞 张威威 《材料保护》 CAS CSCD 北大核心 2018年第1期22-27,共6页
国内对高熵合金的研究主要集中于其优异的力学性能,还未见有关高熵合金扩散阻挡性能的报道。采用直流磁控反应溅射方法在不同N_2流量占比气氛中制备了AlCrTaTiZrMoNx薄膜与Cu/AlCrTaTiZrMoNx/Si复合试样,并对样品真空退火1h。用X射线衍... 国内对高熵合金的研究主要集中于其优异的力学性能,还未见有关高熵合金扩散阻挡性能的报道。采用直流磁控反应溅射方法在不同N_2流量占比气氛中制备了AlCrTaTiZrMoNx薄膜与Cu/AlCrTaTiZrMoNx/Si复合试样,并对样品真空退火1h。用X射线衍射仪(XRD)、原子力显微镜(AFM)、四探针电阻测试仪(FPP)、场发射扫描电镜(SEM)对退火前后样品的物相结构、表面粗糙度、形貌以及方块电阻进行了分析表征,研究了薄膜的热稳定性和扩散阻挡性能。结果表明:随着N_2流量占比的增加,高熵合金氮化物薄膜表面粗糙度增加,方块电阻也单调增加;N_2流量变化会改变薄膜结构,未通入N_2时,薄膜为非晶结构,当通入N_2后,N原子会与金属原子形成氮化物,使结晶性能得到提高,薄膜结构为面心立方,N_2流量占比为20%时,薄膜结晶较好,晶粒细小;当N_2流量占比为0时,复合试样在700℃退火时失效;N_2流量占比为10%时,复合试样在800℃退火时失效;N_2气流量占比为20%和30%时,复合试样在800℃退火后,其X射线衍射峰没有明显的变化,复合试样表面较为平整,此温度为极限温度;在900℃退火后,复合试样界面发生了相互扩散,生成了高阻态铜硅化合物,表面粗糙度显著升高,表明扩散阻挡层已经彻底失效;可见,随着N_2流量占比的增加,高熵合金涂层的扩散阻挡性能和热稳定性得到提高,但当N_2流量占比大于20%时,其阻挡性能和热稳定性提高不明显。 展开更多
关键词 高熵合金氮化物薄膜 扩散阻挡性 热稳定性 反应磁控溅射
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纳米Ta-Al-N薄膜的制备及其扩散阻挡特性的研究 被引量:2
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作者 周继承 陈海波 李幼真 《真空科学与技术学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第4期327-331,共5页
采用直流反应磁控溅射方法在p型(100)Si衬底上制备了Ta-Al-N纳米薄膜与Cu/Ta-Al-N复合膜,并对薄膜样品进行了卤钨灯快速热退火(RTP)。用四探针电阻测试仪(FPP)、AFM、SEM-EDS、Alpha-step IQ台阶仪和XRD等分析测试方法对样品的形貌结构... 采用直流反应磁控溅射方法在p型(100)Si衬底上制备了Ta-Al-N纳米薄膜与Cu/Ta-Al-N复合膜,并对薄膜样品进行了卤钨灯快速热退火(RTP)。用四探针电阻测试仪(FPP)、AFM、SEM-EDS、Alpha-step IQ台阶仪和XRD等分析测试方法对样品的形貌结构与特性进行了分析表征。实验结果表明,本实验条件下制得的Ta-Al-N纳米薄膜表面光滑;随着Al靶溅射功率的增加,Ta-Al-N薄膜中Al含量和方块电阻相应增大,均方根粗糙度降低,而沉积速率变化不大,且Ta-Al-N膜层对Cu扩散的阻挡能力增强。但在过高的温度下退火,导致Cu通过Ta-Al-N的晶界扩散到Ta-Al-N/Si界面并形成Cu3Si,从而引起阻挡层的失效。 展开更多
关键词 反应磁控溅射 Ta—Al-N纳米薄膜 Cu扩散阻挡层 阻挡特性
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Diffusion barrier performance of nanoscale TaN_x thin-film
8
作者 周继承 陈海波 李幼真 《中国有色金属学会会刊:英文版》 EI CSCD 2007年第4期733-738,共6页
TaNx nanoscale thin-films and Cu/TaNx multilayer structures were deposited on P-type Si(100) substrates by DC reactive magnetron sputtering. The characteristics of TaNx films and thermal stabilities of Cu/TaNx/Si syst... TaNx nanoscale thin-films and Cu/TaNx multilayer structures were deposited on P-type Si(100) substrates by DC reactive magnetron sputtering. The characteristics of TaNx films and thermal stabilities of Cu/TaNx/Si systems annealed at various temperatures were studied by four-point probe(FPP) sheet resistance measurement, atomic force microscopy(AFM), scanning electron microscope-energy dispersive spectrum (SEM-EDS), Alpha-Step IQ Profilers and X-ray diffraction(XRD), respectively. The results show that the surfaces of deposited TaNx thin-films are smooth. With the increasing of N2 partial pressure, the deposition rate and root-mean-square(RMS) decrease, while the content of N and sheet resistance of the TaNx thin-films increase, and the diffusion barrier properties of TaNx thin-films is improved. TaN1.09 can prevent interdiffusion between Cu and Si effectively after annealing up to 650 ℃ for 60 s. The failure of TaNx is mainly attributed to the formation of Cu3Si on TaN/Si interface, which results from Cu diffusion along the grain boundaries of polycrystalline TaN. 展开更多
关键词 活性磁控溅射 纳米材料 钽氮薄膜 铜扩散 扩散势垒区
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面向先进电子封装的扩散阻挡层的研究进展
9
作者 郑永灿 罗一鸣 +1 位作者 徐子轩 刘俐 《材料工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第2期28-40,共13页
功率器件作为电能转换的核心,在航天器、可再生能源汽车、高速列车和海底通信电缆等新电子领域的发展非常迅速。新一代功率器件对先进电子封装提出了更高、更快、更高效的要求,但是芯片互连焊点尺寸的显著减小导致焊点内部金属间化合物(... 功率器件作为电能转换的核心,在航天器、可再生能源汽车、高速列车和海底通信电缆等新电子领域的发展非常迅速。新一代功率器件对先进电子封装提出了更高、更快、更高效的要求,但是芯片互连焊点尺寸的显著减小导致焊点内部金属间化合物(IMCs)的生成急剧增加,对焊点的可靠性提出了挑战。在封装结构中,扩散阻挡层对于金属间化合物的产生有着重要影响,因此,高可靠性扩散阻挡层成为先进电子封装领域的研究热点之一。本文综述了近年来先进电子封装领域关于不同材料类型扩散阻挡层单质、二元化合物、三元化合物、复合材料和多层膜结构的研究进展。在此基础上总结扩散阻挡层的三种扩散阻挡机制,包括IMCs的晶粒细化、合金元素的偏析及抑制柯肯达尔空洞,同时分析阻挡层的几种失效机制,讨论扩散阻挡层对焊点可靠性的影响。最后指出现有扩散阻挡层研究仍处于制造工艺与材料性能探索阶段,未来可针对高熵合金、多物理场耦合作用、失效及扩散阻挡机理等方面展开深入和系统的研究。 展开更多
关键词 先进封装 金属间化合物 凸点下金属层 扩散阻挡性能 失效机制
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C_2H_2流量对SiCN薄膜结构及阻挡性能的影响 被引量:1
10
作者 张治超 周继承 彭银桥 《真空科学与技术学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第3期272-277,共6页
采用C2H2和N2作为反应气体、多晶Si作为靶材,利用射频磁控溅射系统沉积了SiCN薄膜。利用傅里叶红外光谱仪、X射线衍射仪、四探针测试仪等研究了C2H2流量对薄膜结构、介电常数以及阻挡性能的影响。结果表明,薄膜为非晶结构,1000℃退火下... 采用C2H2和N2作为反应气体、多晶Si作为靶材,利用射频磁控溅射系统沉积了SiCN薄膜。利用傅里叶红外光谱仪、X射线衍射仪、四探针测试仪等研究了C2H2流量对薄膜结构、介电常数以及阻挡性能的影响。结果表明,薄膜为非晶结构,1000℃退火下未出现结晶,稳定性很好;随着C2H2流量的增大,薄膜表面颗粒呈现增大趋势;C原子取代Si原子占据薄膜中的网络位置,薄膜形成了以C-N键为主的网络结构;制得的SiCN薄膜介电常数在4.2~5.8之间,C,N含量以及薄膜结构是影响介电性能的关键因素,高温使得Cu穿过薄膜中的缺陷与Si发生互扩散是薄膜阻挡性能失效的主要原因。 展开更多
关键词 射频磁控溅射 SICN C2H2 结构 阻挡性能
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组装时间对APTMS自组装单分子扩散阻挡层性能的影响
11
作者 任义 丁明惠 +2 位作者 马旭梁 王喆 金晓峰 《化工新型材料》 CAS CSCD 北大核心 2021年第4期194-198,共5页
采用分子自组装技术,以Si为基底,在3-氨基丙基三甲氧基硅烷(APTMS)的浓度为3mmol/L,组装温度为70℃的条件下,通过调控反应时间制备APTMS自组装单分子层扩散阻挡层。通过扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、X射线光电子能谱(XPS)... 采用分子自组装技术,以Si为基底,在3-氨基丙基三甲氧基硅烷(APTMS)的浓度为3mmol/L,组装温度为70℃的条件下,通过调控反应时间制备APTMS自组装单分子层扩散阻挡层。通过扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、X射线光电子能谱(XPS)、四点弯曲测试及半导体分析仪对扩散阻挡层进行表征,并探究组装时间对自组装分子层形貌、结构和性能的影响。结果表明,APTMS以Si—O—Si键、C—C键、C—Si和C—N键为主,在组装时间为1h时,APTMS的成膜效果最佳,其表面粗糙度为0.160nm。APTMS自组装分子层的引入,使Cu/APTMS/SiO_(2)/Si的漏电流从10-2A/cm^(2)减小至10-5A/cm^(2),结合能增大至6.58±0.21J/m^(2)。APTMS自组装分子层有效地抑制了Cu向Si基底的扩散,有较好的阻挡效果,提高了器件的可靠性。 展开更多
关键词 扩散阻挡层 自组装单分子层 漏电流 力学性能
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真空镀膜实验中掺Al对Ta-N薄膜性能的影响
12
作者 李幼真 陈海波 刘正 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第16期87-90,共4页
采用磁控反应共溅射法制备了Ta-Al-N纳米薄膜及Cu/Ta-Al-N/Si结构,并在氮气保护下对薄膜进行了快速热处理,用四探针电阻测试仪、台阶仪、原子力显微镜、X射线衍射、X射线光电子能谱、扫描电镜等对薄膜进行了表征。研究表明,少量Al的掺... 采用磁控反应共溅射法制备了Ta-Al-N纳米薄膜及Cu/Ta-Al-N/Si结构,并在氮气保护下对薄膜进行了快速热处理,用四探针电阻测试仪、台阶仪、原子力显微镜、X射线衍射、X射线光电子能谱、扫描电镜等对薄膜进行了表征。研究表明,少量Al的掺入可降低薄膜的表面粗糙度,有效提高其热稳定性和Cu扩散阻挡能力,但同时也增大了薄膜的电阻率。Al原子分数为1.7%、厚约100nm的Ta-Al-N薄膜在800℃热处理5min后仍可保持稳定和对Cu扩散的有效阻挡,其作用机制与Al填充堵塞晶界及提高薄膜的晶化温度有关。 展开更多
关键词 Ta-Al-N薄膜 磁控溅射 结构 热稳定性 阻挡特性
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Ti,W,Mo,TiW膜的阻挡性能比较 被引量:1
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作者 赵丽华 霍彩红 +2 位作者 周晓黎 李锦标 周名辉 《半导体情报》 1998年第6期35-37,44,共4页
介绍了Ti-Au,Ti-W-Pt-Au,Mo-Au,TiW-Au,TiW-Pt-Au等多种金属膜分别在400,425,450,475和500℃,30分钟等时退火后的显微镜观察结果和典型样品的俄歇能谱分析结果。结果表明... 介绍了Ti-Au,Ti-W-Pt-Au,Mo-Au,TiW-Au,TiW-Pt-Au等多种金属膜分别在400,425,450,475和500℃,30分钟等时退火后的显微镜观察结果和典型样品的俄歇能谱分析结果。结果表明,Ti由于在Au中扩散太快,阻挡性能较差,而W,Mo,TiW都有较好的阻挡性能。结合实际应用,TiW-Pt-Au应是硅微波功率管的金属化的较佳选择。 展开更多
关键词 金属膜 阻挡性能 半导体器件 可靠性 金属化
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