Multicapas nanoestructuradas de Cr/CrNx como barrera de difusión entre Cu y Si

Esta tesis se enfoca en el crecimiento y la caracterización funcional de multicapas basadas en Cr y CrNx depositadas por técnicas de deposición en fase vapor, con énfasis en el comportamiento como barrera de difusión entre cobre y silicio. Para este propósito se prestó especial atención en sus características de espesor, resistividad, y formación de compuestos a altas temperaturas. Las técnicas de deposición utilizadas para obtener las multicapas fueron la técnica de sputtering con magnetrón desbalanceado D.C. de campos variables y la técnica de sputtering con magnetrón R.F. La primera se utilizó para producir multicapas nanométricas basadas en Cr y CrN mientras que la segunda se utilizó para obtener multicapas basadas en Cr y Cr2N. De esta forma los resultados obtenidos en la tesis se dividen en dos partes: la primera se enfoca en la producción, caracterización y evaluación de las propiedades como barrera de difusión de multicapas basadas en Cr y CrN al variar el grado de desbalanceo del magnetrón utilizado en su producción, y la periodicidad de la multicapa que estuvo en el rango nanométrico. En la segunda parte se evalúan las características de las multicapas basadas en Cr y Cr2N, variando su período de la misma forma en el rango nanométrico. Los resultados obtenidos para las multicapas basadas en Cr y CrN mostraron que tuvieron buen desempeño hasta 600 °C, y la menor resistividad obtenida fue 195 μΩ-cm para la bicapa crecida con el menor desbalanceo del magnetrón. Para el caso de las multicapas basadas en Cr y Cr2N se encontró una temperatura de falla de 900 °C para la bicapa, la cual fue superior a la encontrada en los sistemas basados en CrN. Por otro lado la resistividad de esta bicapa fue 26.2 μΩ-cm, la cual no es sólo menor a la obtenida en las multicapas basadas en CrN sino también menor a las resistividades de las monocapas y multicapas reportadas en la literatura para ser usadas como barrera de difusión en dispositivos electrónicos que utilizan contactos Cu y Si. Estos resultados permiten proponer las bicapas basadas en Cr y Cr2N para ser aplicadas como barrera de difusión en este tipo de dispositivos, ya que cumplen con las características requeridas para este fin: bajo espesor, del orden de los nanómetros, baja difusividad a altas temperaturas y baja resistividad. /Abstract:This thesis is focused on the growth and performance characterization of Cr and CrNx based multilayers using physical vapor deposition techniques, placing special attention on their properties as diffusion barriers between copper and silicon, in order to study their applicability in the integrated circuits manufacturing technology, which uses copper as metallization layer. For this purpose the efforts where focused on their thickness, resistivity and compound formation at high temperatures characteristics. Deposition techniques used to obtain the multilayers were variable field unbalanced magnetron sputtering and magnetron sputtering R.F. The first was used to produce nanometric multilayers based on Cr and CrN and the latter was used to obtain Cr and Cr2N based multilayers. In this way, results obtained in this thesis are divided in two parts: the first one is focused on the production, characterization and evaluation of Cr and CrN based diffusion barrier properties when varying unbalance degree and multilayer period, which was in the nanometric range. The second one evaluates Cr and Cr2N based multilayer characteristics when varying its period in the same way in the nanometric range. Results obtained for Cr and CrN based multilayers showed that they had good performance at 600 °C, and the minor resistivity was found to be 195 μΩ-cm for the bilayer grown with the minor unbalance degree of the magnetron. For the case of Cr and Cr2N based multilayers, the best result was found for the bilayer with failure temperature at 900 °C, which is higher than that found for CrN based multilayers. On the other hand, resistivity in this case was found to be 26.2 μΩ-cm, which is not only minor than that obtained for CrN based multilayers, but also minor to that reported in literature for monolayers and multilayers to be used as diffusion barriers in electronic devices using Cu and Si contacts. These results allow to propose Cr and Cr2N based bilayers to be used as diffusion barriers in this kind of devices, because they fulfill the requirements for this purpose: low thickness, in the range of nanometers, low diffusivity at high temperatures and low resistivity.Doctorad