MOCVD TiN阻挡层薄膜工艺性能研究

论文摘要

随着集成电路器件尺寸的缩小,晶体管的速度越来越快,互连线的寄生电容和分布电阻所导致的传输时延逐渐增大。为了降低互连时延,金属接触和通孔生产工艺经历了巨大变革。氮化钛作为一种低电阻率,高的热和化学稳定性的介质材料广泛应用于金属接触和层间通孔工艺中。在0.18μm到90nm工艺中,物理溅射淀积的薄膜将无法满足不断增加的高纵横比结构的台阶覆盖。而CVD工艺以其良好的台阶覆盖能力以及可在低衬底温度淀积的潜力成为人们最为关心的问题之一。本文以金属有机化学气相淀积方式制作氮化钛薄膜阻挡层为题展开研究,介绍了氮化钛的MOCVD生产工艺过程,相关腔体原理,薄膜分析评价方法,通过比较数据揭示了相关工艺参数对氮化钛薄膜成长特性的影响,进而组织一系列实验从台阶覆盖性,薄膜均匀性,颗粒控制,杂质含量,电学特性等方面论述其工艺特性。实验结果证明,优化后的预刻蚀,钛淀积和氮化钛工艺可以达到很好台阶覆盖性,在高宽比6:1的情况下,接触孔的底部台阶覆盖性可以满足70%;等离子处理后的薄膜内C杂质浓度可以降到3.6at%.膜厚非均匀性(1σ)达到5%以下,改善后的TiN有着更低的电阻率,同时在实际生产中提高了6%的良率。

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摘要

ABSTRACT

1 绪论

1.1 研究目的和意义

1.2 内容简介

2 MOCVD TIN 工艺的相关介绍

2.1 MOCVD 工艺的发展与应用

2.1.1 CVD 工作原理

2.1.2 MOCVD 的原理和优点

2.2 TiN 薄膜在半导体工艺中的发展与应用

2.2.1 Barrier 薄膜在BEOL 金属化中的应用状况

2.2.2 PVD 成膜方式的局限性

2.3 小结

3 实验方法

3.1 实验设备介绍

3.1.1 预除气腔原理

3.1.2 预清除腔原理

3.1.3 物理气相沉积腔原理和特点

3.1.4 金属化学气相淀积腔原理和特点

3.2 薄膜测量设备与原理

3.2.1 台阶覆盖性

3.2.2 薄膜厚度及均匀性

3.2.3 应力

3.2.4 方块电阻

3.2.5 颗粒污染

3.2.6 杂质含量

3.3 小结

4 TiN 薄膜成长性能分析

4.1 工艺参数对 TiN 淀积的基本影响

4.1.1 薄膜淀积的基本成长规律

4.1.2 工艺温度对TiN 薄膜淀积速率影响机制

4.1.3 腔内压力对应力的影响

4.1.4 等离子处理在MOCVD TIN 淀积中的作用与发生机制

4.1.5 含有等离子处理过程的MOCVD TiN 淀积工艺趋势

4.2 TiN 薄膜的稳定性

4.3 等离子处理的极限能力

4.4 薄膜的均匀性

4.5 小结

5 TIN 薄膜在实际应用中的性能

5.1 TiN 台阶覆盖性比较与优化

5.1.1 MOCVD 与PVD 台阶覆盖性数据分析

5.1.2 不同MOCVD 条件下台阶覆盖性的比较

5.1.3 MOCVD TiN 厚度优化

5.1.4 前工程条件改善

5.2 TiN 薄膜中的杂质与界面

5.3 Treatment 对方块电阻的改善

5.4 TiN 薄膜的重复性

5.5 TiN 薄膜的电学性能

5.6 小结

6 总结与展望

参考文献

附录

致谢

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标签：金属化论文; 阻挡层论文; 金属有机气相淀积论文; 氮化钛论文; 薄膜论文;

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