銅互連中PVD Ta-TaN阻擋層的性能改進與缺陷控制研究.pdf

1、隨著集成電路的發(fā)展，與低介電系數(shù)介質(zhì)相結(jié)合的銅互連技術(shù)逐步代替鋁互連。然而銅有易氧化、易擴散的缺點，很容易擴散入介質(zhì)影響晶體管效能。這就要求有一種材料能把銅保護起來，和介質(zhì)分隔開，同時這種材料還要具有良好的粘附性能。與常用阻擋層氮化鈦相比，氮化鉭作為銅的阻擋層其阻擋性更加可靠。本文以銅互連技術(shù)的阻擋層為題展開研究，探討了銅互連的關(guān)鍵流程阻擋層的物理氣相沉積，通過一系列工藝實驗，以及電性和良率測試分析，提出了能夠改善氮化鉭阻擋層淀積，從而

2、降低產(chǎn)品缺陷密度和提高產(chǎn)品良率的理想工藝參數(shù)。通過對實驗結(jié)果分析和比較，發(fā)現(xiàn)在預(yù)除氣工藝條件達到350oc并持續(xù)3分鐘以上時，能最有效的去除水氣和前道刻蝕工序的殘留物。氬氣濺射預(yù)清除工藝對銅有損害并會造成銅漂移至側(cè)壁阻擋層下，因此時間不宜太長；相比氬氣濺射，反應(yīng)濺射對通孔的不良影響較小，不會造成通孔上寬下窄的情況，但如果之前hard Mask 沒通過刻蝕工藝被打開，可能有很嚴重的缺陷；有冷卻步驟的反應(yīng)濺射預(yù)清除工藝對化學氣相淀積低K介電

3、材料的兼容性很好，但非化學氣相淀積沉積的低K介電材料會在反應(yīng)濺射預(yù)清除工藝過程中造成損害。在阻擋層沉積的工藝過程中，SIP (Self-ionized Plasma)工藝的阻擋層沉積腔擁有比IMP工藝的阻擋層沉積腔更優(yōu)越的階梯覆蓋性。在一系列的實驗中，靶材直流電壓的功率范圍、氮氣流量及反濺時間等都得到了優(yōu)化，找到了最佳值。10nm TaN / 15nm Ta at 100W的納米薄膜阻擋層性能較好。同時，實驗中反映出的問題如銅的自退火等