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5 nm ruthenium thin film as a directly plateable copper diffusion barrier

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作者
Tiruchirapalli Arunagiri,Y. Zhang,Oliver Chyan,M. El-Bouanani,M. J. Kim,Kuei‐Hsien Chen,Chun-Mu Wu,Li‐Chyong Chen
出处
期刊:Applied Physics Letters [American Institute of Physics]
卷期号:86 (8) 被引量:173
标识
DOI:10.1063/1.1867560
摘要

Interfacial stability of electroplated copper on a 5nm ruthenium film supported by silicon, Cu∕(5nmRu)∕Si, was investigated using Rutherford backscattering and high-resolution analytical electron microscopy. Transmission electron microscopy (TEM) imaging shows that a 5nm Ru film is amorphous in contrast to the columnar microstructures of thicker films (20nm). Direct Cu plating on a 5nm Ru film yielded a homogeneous Cu film with over 90% plating efficiency. It is demonstrated that 5nm Ru can function as a directly plateable Cu diffusion barrier up to at least 300°C vacuum anneal. TEM reveals an interlayer between Ru∕Si, which expands at the expense of Ru upon annealing. Electron energy loss spectroscopy analyses show no oxygen (O) across the Cu∕(5nmRu)∕Si interfaces, thereby indicating that the interlayer is ruthenium silicide (RuxSiy). This silicidation is mainly attributed to the failure of the ultrathin Ru barrier at the higher annealing temperature.

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