铜互连技术中铝焊接点的氮化钽扩散阻挡工艺优化

论文摘要

随着半导体器件尺寸的不断缩小,互连对芯片速度、可靠性、功耗等性能的影响越来越大。互连材料和工艺技术的改进成为集成电路技术进步的重要关键之一。后端互连技术,已经逐步从铝互连过渡到铜互连。在0.13μm及其以下的技术节点中,铜互连技术已经成为主流。在后端铜互连工艺中,多层铜线层配合铝焊接点层的工艺流程相当普遍。这种工艺流程,如果铝焊接点底部的氮化钽扩散阻挡层工艺出现问题,该位置非常容易发生铜扩散问题。这会导致产品良率损失,可靠性下降,封装引线附着力减弱等一系列问题。本文,通过对铜扩散发生机制的一些研究分析,针对铝焊接点的扩散阻挡层工艺进行对比实验,优化其制备工艺。分别对比了不同溅射设备制备的氮化钽的扩散阻挡效果;并通过调整工艺参数,来比较不同工艺条件下制备的氮化钽扩散阻挡层样品的铜扩散效应;论文还对比研究了不同组合方式的氮化钽/钽复合膜的扩散阻挡效果。通过这些实验,找到了几种有效解决铜扩散问题的氮化钽扩散阻挡层制备方案。在本项研究工作中,根据实际生产应用降低成本,提高效益的需求,选取富氮的氮化钽扩散阻挡层薄膜方案应用到实际生产工艺中。使产品的缺陷降低,良率和可靠性得到了有效提升。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 第一章 半导体互连工艺现状
• 第一节 集成电路的发展趋势
• 第二节 从铝互连到铜互连
• 第三节 铝互连与铜互连的不同工艺流程
• 第四节 铝焊接点层中氮化钽阻挡层的应用
• 第二章 氮化钽溅射工艺
• 第一节 溅射工艺简介
• 第二节 溅射工艺的阶梯覆盖率
• 第三章 问题描述及实验目的
• 第一节 铝焊接点上铜铝互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
• 第四节 实验材料和工具
• 第五节 实验内容
• 第四章 实验结果及分析讨论
• 第一节 不同薄膜生长设备之间的对比实验结果分析
• 第二节 工艺参数调整对比实验结果分析
• 第三节 氮化钽/钽不同比例复合膜的对比实验结果分析
• 第四节 工艺窗口选择确认
• 第五节 氮化钽薄膜组分分析和性能比较
• 第六节 讨论:基于成本考量的工艺优化
• 第五章 总结
• 参考文献