面向45nm銅互及銅接觸工藝的超薄擴(kuò)散阻擋層研究.pdf

1、當(dāng)集成電路工藝特征尺寸到達(dá)45mm節(jié)點(diǎn)及以下時(shí),銅互連工藝中的RC延遲因受尺寸縮小規(guī)則影響而迅速增大,并由此對(duì)半導(dǎo)體器件的速度及可靠性產(chǎn)生威脅而成為一個(gè)巨大挑戰(zhàn)。為尋求可能的解決方案,半導(dǎo)體工業(yè)界已經(jīng)開發(fā)出各種新工藝和新結(jié)構(gòu)以抑制RC延遲的持續(xù)增大,這些方法主要分為兩類:通過(guò)采用低電阻率的互連金屬材料,諸如用Cu代替?zhèn)鹘y(tǒng)使用的Al,來(lái)降低串聯(lián)電阻;及通過(guò)使用低介電常數(shù)互連介質(zhì)材料,諸如用SiOC代替SiO2,來(lái)降低電容。本文主要從降低串

2、聯(lián)電阻的角度出發(fā),集中于兩個(gè)可改善RC延遲的方面進(jìn)行描述。
　　 論文研究了采用原子層淀積方法(ALD)淀積金屬Ru薄膜的生長(zhǎng)過(guò)程。根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道及實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),采用ALD方法在各種襯底上的Ru晶粒成核非常困難。因此,對(duì)待淀積的襯底嘗試了不同預(yù)處理方法,比如沿襯底表面引入水蒸汽流以引入羥基,將襯底在AuCl2稀釋溶液中浸蘸以通過(guò)Au2+進(jìn)行表面活化,在襯底上用PVD方法預(yù)淀積超薄Ru籽晶層以降低Ru晶粒的成核勢(shì)壘,以及使襯底表面經(jīng)受

3、低能量Ar+的轟擊以改善表面化學(xué)狀態(tài)等,通過(guò)不同方式改善先體吸附的表面化學(xué)狀況從而提高晶粒密度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,低能Ar+轟擊是最有效的,經(jīng)斷面電子透射顯微鏡(XTEM)及其他表征手段證實(shí),經(jīng)Ar+轟擊預(yù)處理及400個(gè)ALD生長(zhǎng)循環(huán)后,在TaN襯底上獲得了連續(xù)而均勻的Ru膜。采用ALD方法可將具有良好導(dǎo)電性、可直接電鍍的Ru層與當(dāng)前使用的、優(yōu)秀的擴(kuò)散阻擋層兼粘合層TaN層相結(jié)合,將為無(wú)籽晶Cu互連工藝鋪平道路。
　　 論文研究了在

4、NiSi襯底上采用Cu接觸的工藝及擴(kuò)散阻擋層研究。研究了Ta/TaN及Ru/TaN作為擴(kuò)散阻擋層的Cu/NiSi接觸性能,采用四探針?lè)椒?FPP),X射線衍射(XRD),俄歇電子能譜(AES),深度X射線光電能譜(XPS),掃描電子顯微鏡(SEM),及透射電子顯微鏡(TEM)技術(shù)研究了樣品的結(jié)構(gòu)特性及熱穩(wěn)定性。引入了較為靈敏的肖特基勢(shì)壘特性測(cè)試,結(jié)合肖特基勢(shì)壘高度擬和和反向漏電流測(cè)試來(lái)觀察Cu經(jīng)過(guò)擴(kuò)散阻擋層、NiSi后對(duì)界面特性的影響。