大马士革铜阻挡氮化硅薄膜沉积工艺的优化研究

论文摘要

为了实现A公司“提高产能降低成本”的目标,本文通过实验试图发现一种大规模生产中可以在沉积Si3N4薄膜工艺上取代HDP-CVD（High Density Plasma Chemical Vapor Deposition,高密度等离子体化学气相沉积）的优化PE-CVD（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition,等离子增强型化学气相沉积）工艺。在铜大马士革（Damascene）工艺中,为避免由于铜向FSG中扩散所致电迁移的问题,需要在铜表面沉积一层氮化硅作为隔离铜和随后的介电材料的直接接触,通常人们使用HDP-CVD来沉积该SiN层。本文通过研究发现,传统PE-CVD工艺经过优化后从经济与性能综合考量更适合于在大规模生产中在沉积Si3N4薄膜工艺上取代HDP-CVD。优化主要包含硬件改进和工艺参数调整。硬件改进主要通过引入锥形阴极盘面代替传统的直通形阴极盘面,以实现气体分子的更有效电离。在工艺参数上从RF功率、SiH4流量等方面也有所调整。优化后形成的氮化硅薄膜与HDP-CVD氮化硅薄膜性能非常接近,完全符合大马士革工艺的要求。同时氮化硅薄膜的沉积速率也有明显提高,工艺成本随之降低。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 前言
• 1.1 先进集成电路中的Cu 工艺及流程简介
• 1.2 Cu 工艺中的氮化硅阻挡层
• 1.2.1 Cu 阻挡层的作用
• 1.2.2 Cu 阻挡层的材料
• 1.2.3 Cu 阻挡层薄膜工艺简介
• 1.3 本文研究意义及内容
• 1.3.1 本文的研究意义
• 1.3.2 本文的主要研究内容
• 1.4 本章小结
• 2 铜阻挡层氮化硅CVD 沉积工艺的对比分析
• 2.1 PE-CVD 基本原理
• 2.2 HDP-CVD 基本原理
• 2.3 氮化硅沉积工艺对比分析
• 2.4 本章小结
• 3 实验设计
• 3.1 实验目标
• 3.2 实验方案
• 3.3 实验设备
• 3.3.1 氮化硅薄膜沉积设备
• 3.3.2 氮化硅薄膜分析设备
• 3.4 本章小结
• 4 实验结果及分析
• 4.1 大马士革PE-CVD 氮化硅薄膜特性分析
• 4.1.1 氮化硅薄膜沉积速率及均匀性分析
• 4.1.2 氮化硅的膜层结构及组份分析
• 4.1.3 氮化硅的刻蚀速率分析
• 4.1.4 氮化硅与FSG 的整合能力分析
• 4.2 大马士革PE-CVD 氮化硅对铜的扩散阻挡性能分析
• 4.2.1 Cu 扩散的基本原理
• 4.2.2 氮化硅对铜的扩散阻挡性能分析
• 4.3 本章小结
• 5 结论和对未来的展望
• 参考文献
• 攻读期间发表的学术论文
• 致谢
• 学位论文答辩决议书