銅互連中PVD Ta-TaN阻擋層的性能改進(jìn)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(kuò)散的缺點(diǎn)，很容易擴(kuò)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(hù)起來(lái)，和介質(zhì)分隔開，同時(shí)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(guò)一系列工藝實(shí)驗(yàn)，以及電性和良率測(cè)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(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析和比較，發(fā)現(xiàn)在預(yù)除氣工藝條件達(dá)到350oc并持續(xù)3分鐘以上時(shí)，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(duì)銅有損害并會(huì)造成銅漂移至側(cè)壁阻擋層下，因此時(shí)間不宜太長(zhǎng)；相比氬氣濺射，反應(yīng)濺射對(duì)通孔的不良影響較小，不會(huì)造成通孔上寬下窄的情況，但如果之前hard Mask 沒(méi)通過(guò)刻蝕工藝被打開，可能有很嚴(yán)重的缺陷；有冷卻步驟的反應(yīng)濺射預(yù)清除工藝對(duì)化學(xué)氣相淀積低K介電

3、材料的兼容性很好，但非化學(xué)氣相淀積沉積的低K介電材料會(huì)在反應(yīng)濺射預(yù)清除工藝過(guò)程中造成損害。在阻擋層沉積的工藝過(guò)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(shí)驗(yàn)中，靶材直流電壓的功率范圍、氮?dú)饬髁考胺礊R時(shí)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(shí)，實(shí)驗(yàn)中反映出的問(wèn)題如銅的自退火等