大马士革铜互连工艺中氮化硅薄膜层球状缺陷形成机制的研究

论文摘要

随着集成电路向着高密度化和高性能化方向发展，电路特征尺寸不断缩小，互连层数不断上升．由于铜的电阻率较低，抗电迁移和应力迁移能力强，且其镶嵌制造工艺的兼容性好、成本低，因此铜互连己取代铝互连成为新型主导互连技术．新的互连结构和工艺，如铜电镀（elecllr（）一copper platlng，EcP）和化学机械抛光（chemical-mechanicalpolishing，cMP）等，以及新的互连材料，如低k介质、阻挡层和覆盖层材料等，也相继被开发并应用于集成电路互连技术，从而大大提高了集成电路的性能，但也由此引发了一系列的互连可靠性问题在铜互连工艺中，常出现由于生成铜的硅化物和应力迁移形成的球状缺陷。由于铜的硅化物而造成的漏电短路和在铜晶界应变而诱生空洞是铜互连失效的重要现象之一。本文着重介绍介质层中由于存在铜的硅化物而造成的漏电失效和应力迁移而形成的空洞失效部分。本论文首先就球状缺陷的产生原因及其失效机理作了分析，其次通过对氨等离子体预处理和氮化硅预沉积的这两步骤进行实验研究，利用田口分析判断的实验方法，找到主要影响因素，从而优化气体流量、等离子喷头到晶圆表面的距离、射频功率、预处理和预沉积的时间等工艺参数，再次通过实际生产过程中数据找出热应力产生的原因，并通过实验来优化工艺参数，从而解决问题。最终解决O 13微米以下深亚微米铜互连工艺中的球状缺陷问题，提高产品的良率和可靠性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.1.1 集成电路发展简史
• 1.1.2 先进的铜互连工艺
• 1.2 等离子体增强化学气相沉积
• 1.2.1 等离子体增强化学气相沉积
• 1.2.2 等离子体增强化学气相沉积制备氮化硅薄膜
• 1.3 选题的缘由与目的
• 第二章 大马士革铜互连球状缺陷的形成机制
• 2.1 铜污染所形成的球状缺陷
• 2.2 前道工序残留应力所形成的球状缺陷
• 2.3 微小颗粒所形成的球状缺陷
• 2.4 本章小结
• 第三章 大马士革铜互连球状缺陷失效机理
• 3.1 球状缺陷引起漏电的失效机理
• 3.2 前道工序残留应力引起的空洞失效机理
• 3.3 本章小结
• 第四章 球状缺陷引起漏电的优化实验
• 4.1 实验准备
• 4.2 应用材料公司的氮化硅薄膜沉积程式
• 4.3 氮化硅薄膜的表征
• 4.4 球状缺陷造成漏电的测试方法
• 4.5 实验优化设计
• 4.5.1 田口直交实验法
• 4.5.2 品质计量方法
• 4.5.3 不良率分析法
• 4.5.4 制程能力
• 4.5.5 S/N比
• 4.5.6 三种品质计量方法之比较
• 4.6 本章小结
• 第五章 氮化硅薄膜沉积工艺中对氨等离子预处理的优化
• 5.1 工艺参数对球状缺陷的影响
• 5.1.1 实验设计
• 5.1.2 工艺参数对氮化硅薄膜品质的影响
• 5.1.3 工艺参数对球状缺陷影响的结果分析
• 5.2 工艺参数的进一步优化
• 5.2.1 射频功率对球状缺陷影响的实验设计
• 5.2.2 射频功率对氮化硅薄膜品质的影响
• 5.2.3 射频功率对球状缺陷影响的结果分析
• 5.3 本章小结
• 第六章 氮化硅薄膜沉积工艺中对氮化硅预沉积的优化
• 6 1 工艺参数对球状缺陷的影响
• 6.1.1 实验设计
• 6.1.2 工艺参数对氮化硅薄膜品质的影响
• 6.1.3 工艺参数对球状缺陷影响的结果分析
• 6.2 氮化硅沉积薄膜优化后的实际应用
• 6.3 本章小结
• 第七章 前道工序残留应力的优化
• 7.1 前道工序残留应力的影响应力迁移
• 7.2 前道工序残留应力的分析
• 7.3 前道工序残留应力的改善措施
• 7.4 前道工序残留应力改善措施的结果分析
• 7.5 本章小结
• 第八章 总结
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文