铜互连中PVD Ta/TaN阻挡层的性能改进与缺陷控制研究

论文摘要

随着集成电路的发展,与低介电系数介质相结合的铜互连技术逐步代替铝互连。然而铜有易氧化、易扩散的缺点,很容易扩散入介质影响晶体管效能。这就要求有一种材料能把铜保护起来,和介质分隔开,同时这种材料还要具有良好的粘附性能。与常用阻挡层氮化钛相比,氮化钽作为铜的阻挡层其阻挡性更加可靠。本文以铜互连技术的阻挡层为题展开研究,探讨了铜互连的关键流程阻挡层的物理气相沉积,通过一系列工艺实验,以及电性和良率测试分析,提出了能够改善氮化钽阻挡层淀积,从而降低产品缺陷密度和提高产品良率的理想工艺参数。通过对实验结果分析和比较,发现在预除气工艺条件达到350oc并持续3分钟以上时,能最有效的去除水气和前道刻蚀工序的残留物。氩气溅射预清除工艺对铜有损害并会造成铜漂移至侧壁阻挡层下,因此时间不宜太长;相比氩气溅射,反应溅射对通孔的不良影响较小,不会造成通孔上宽下窄的情况,但如果之前hard Mask没通过刻蚀工艺被打开,可能有很严重的缺陷;有冷却步骤的反应溅射预清除工艺对化学气相淀积低K介电材料的兼容性很好,但非化学气相淀积沉积的低K介电材料会在反应溅射预清除工艺过程中造成损害。在阻挡层沉积的工艺过程中,SIP （Self-ionized Plasma）工艺的阻挡层沉积腔拥有比IMP工艺的阻挡层

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 绪论
• 1.1 研究目的与意义
• 1.2 内容简介
• 第二章 半导体铜互连工艺的相关知识
• 2.1 布线技术的革命:基于铜的金属化
• 2.1.1 铜布线工艺概述
• 2.1.2 电镀工艺的说明
• 2.1.3 总结
• 2.2 低K 材料异军突起，渐成主流
• 2.2.1 集成与多孔性
• 2.2.2 多孔性与密度
• 2.2.3 低k 材料的度量
• 2.3 先进工艺技术的互连集成所面对的挑战
• 2.3.1 线电阻
• 2.3.2 维持低k 完整性
• 2.3.3 CMP 兼容性
• 2.3.4 铜缺陷
• 2.3.5 小结
• 第三章 淀积阻挡层前预除气（Degas）实验
• 3.1 预除气（Degas）原理
• 3.2 时间长度对 Degas 效果的影响
• 3.3 预除气（Degas）实验数据
• 3.4 预除气实验小结
• 第四章 预清除（Pre-clean）实验
• 4.1 预清除（Pre-clean）原理
• 4.2 氩气溅射和反应溅射综合比较
• 4.2.1 氩气溅射的最大优劣
• 4.2.2 氩气溅射的时间长短
• 4.2.3 氩气溅射与反应溅射的比较
• 4.2.4 反应溅射中低k 介电材料的损害
• 4.3 预清除实验小结
• 第五章 阻挡层沉积过程实验
• 5.1 物理气相沉积腔原理
• 5.2 阻挡层沉积原理
• 5.2.1 沉积均匀性
• 5.2.2 通孔内沉积
• 5.2.3 大马士革结构沉积
• 5.3 关键的阻挡层沉积过程
• 5.4 阻挡层沉积过程实验数据
• 5.5 阻挡层沉积小结
• 第六章 铜种子层研究
• 6.1 铜种子层沉积原理
• 6.2 种子层沉积过程
• 6.3 种子层沉积过程实验数据
• 第七章 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的成果