解决90nm及以下蚀刻中铜扩散的先进工艺

论文摘要

在半导体工艺的发展中,金属连线工艺从铝互连制程转到铜互连制程是一个旅程碑式的进步,它配合低(1ow)K材料例如FSG&BD的应用,使得器件的时间延迟受金属连线的影响降低到可接受的范围。而且镶嵌法在铜工艺种的应用更是解决了铜难以蚀刻的问题,使得半导体器件的关键尺寸不断缩小。本论文通过研究大马士革铜互连工艺线上所遇到的铜扩散的缺陷展开研究,对其形成的机理和线上制程的缺陷进行分析。本论文通过在线(inline)的KLA缺陷扫描,使用扫描电子显微镜对缺陷的剖面图进行更进一步的机理剖析,以及可能的改进措施进行表征和分析,并且通过具体的产品进行少量实验,通过参数收集与分析,对改进方式的可行性与可靠性进行验证,结果符合要求后,再进行更进一步大量产品的验证,使得改进措施得以大量推广。大马士革工艺中,阻挡层蚀刻后下面一层铜的平坦度对于当层氮化钽阻挡层的生长质量尤其重要,通孔制程要保证通孔的底部不会被蚀刻穿,如果没有足够大的选择比,很难做到足够阻挡层的残留,本文通过提高通孔蚀刻程式的选择比从而有效的增大了铜扩散的门槛,减少了通孔的铜扩散；阻挡层蚀刻后铜表面可能会有一些聚合体(polymer)残留,直接会与铜反应,继而会被湿法蚀刻(Wet)泡掉淘空,进而形成铜析出的缺陷,让随后的氮化钽阻挡层生长质量不高,如何清除这些聚合体残留并进行铜表面处理也是阻挡层蚀刻的重点,本文通过增加氮气Flush步骤,可以有效的去除聚合体,从而减少了聚合体与铜的反应,铜扩散的几率也就相应的降低。同时,铜化学机械研磨后会有大量应力聚集,在下层衬垫生长后形成大量的hill lock,这对蚀刻的各部分提出了更高的要求,形成新的挑战。本文讨论了关于蚀刻部分产生的铜析出的关键的3个方向,以及对他们的分析、验证与优化。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 第一章 蚀刻的原理介绍
• 第一节 集成电路（IC）的制造流程简介
• 第二节 蚀刻技术
• 第二章 Damascene制程原理与介绍
• 第一节 铜制程概述
• 第二节 Damascene大马士革工艺制程原理
• 第三章 90nm在蚀刻中铜扩散的机理与改善
• 第一节 铜扩散引起的可靠性问题
• 第二节 几种扩散现象及其形成机理的讨论
• 第三节 实验目的与改善
• 第四章 蚀刻中铜扩散具体改进方案
• 第一节 对于去胶步骤程式的改进实验
• 第二节 对于Via的改进实验
• 第三节 对于阻挡层去除（LRM）程式的改进实验
• 第四节 实验小结
• 第五章 总结
• 参考文献
• 附录:大马士革工艺制程概述
• 致谢