摘要：目的制备15 nm的(AlCrTaTiZrMo)N六元高熵合金氮化物薄膜,并对其扩散阻挡性能进行表征。方法使用直流磁控溅射设备在单晶硅上沉积(Al Cr Ta Ti Zr Mo)N高熵合金氮化物薄膜,然后在薄膜上沉积150 nm的Cu,形成Cu/(AlCrTaTiZrMo)N/Si结构。在600℃下,对该结构进行不同时间的退火处理,使用X射线衍射仪(XRD)、四探针测试仪(FPP)、原子力显微镜(AFM)和场发射扫描电子显微镜(FESEM)研究薄膜成分及退火时间对薄膜组织结构、表面形貌、方块电阻的影响,研究其扩散阻挡性。结果高熵合金氮化物薄膜与基体Si和Cu的结合性较好。沉积态高熵合金氮化物薄膜为非晶结构,表面光滑平整,方块电阻阻值较低。在600℃下经1h退火后,薄膜仍为非晶结构,表面发生粗化。随着退火时间增加,5h退火后,结构中出现少量纳米晶,大部分仍为非晶,表面粗糙度增加。退火7 h后,结构没有发生变化,仍为非晶包裹纳米晶结构,Cu表面生成部分岛状物,方块电阻阻值仍然较低,且无Cu-Si化合物生成,证明(AlCrTaTiZrMo)N高熵合金氮化物薄膜在长时间退火处理后,仍能保持良好的铜扩散阻挡性。结论 15nm的(AlCrTaTiZrMo)N高熵合金氮化物薄膜在600℃下退火7h后,其非晶包裹纳米晶的结构能有效阻挡Cu的扩散,表现出了优异的热稳定性与扩散阻挡性。

关键词：高熵合金 磁控溅射 扩散阻挡层 cu互连 退火 

单位：上海电机学院材料学院; 上海201306; 上海理工大学材料科学与工程学院; 上海200093