알루미늄 중간층 (TiN/Al/TiN 확산 장벽)

두 개의 5 nm TiN-thin-film 층 사이에 삽입된 초박막 Al 막 (0.5–8 nm)은 TiN-Al-TiN-diffusion-barrier 내에서 Cu와의 직접 접촉을 의도적으로 차단한 구조를 취한다. 이 막의 기능적 역할은 이중적이며 O₂ 공급량에 의존적이다: O₂가 충분할 경우 Al은 Al₂O₃로 변환되어 TiN 결정립계를 충진하고 (grain-boundary-stuffing); O₂가 부족할 경우 미반응 과잉 Al이 Cu의 고속 확산 경로로 작용한다 (free-Al-accelerated-Cu-diffusion).

출처별 항목

(a) Datta 2002

Al (0.5, 1, 또는 2 nm)을 DC 스퍼터링 (15 W, 7 nm/min)으로 증착. 상부 TiN을 사전 어닐링한 경우 Al 전체가 Al₂O₃로 변환되며, Al 두께가 두꺼울수록 충진 효과가 향상됨 (최대 2 nm); 사전 어닐링을 하지 않은 경우, Al > 1 nm이면 350 °C에서 조기 파괴가 유발된다 (see Datta et al., J. Appl. Phys. (2002), Fig. 9). EDS 분석을 통해 열응력 인가 후 상부 TiN 결정립계에서 Al 축적이 확인되었다 (see Datta et al., J. Appl. Phys. (2002), p. 7).

(b) Kim 2002

15 W, 1.8 Å/sec 조건으로 스퍼터링; Al(111) 격자 간격 2.32 Å (HRTEM) (see Kim et al., J. Appl. Phys. (2002), p. 4). Cu 내 Al 고용도 ~20 at.% (450 °C 기준); TiN 내 Al 확산계수 2.04×10⁻²⁰ m²/s (450 °C) — TiN 내 D(Cu)보다 약 7 오더 높음 (see Kim et al., J. Appl. Phys. (2002), Table I). 임계 두께 (~9 at.% O 조건에서 ~1 nm) 초과 시 자유 Al이 잔존하며; Al 내 D(Cu) = 2.31×10⁻⁹ m²/s로 TiN 내 D(Cu) (1.27×10⁻²⁷ m²/s)보다 약 18 오더 높아, 자유 Al 포켓은 Cu의 초고속 확산 경로로 작용한다.