銅互連工藝中的鋁接觸塊失效分析及其工藝整合優(yōu)化.pdf

1、傳統(tǒng)封裝中的引線鍵合工藝經(jīng)相當(dāng)成熟，所以在銅工藝IC的最后一層的接觸塊仍然保留傳統(tǒng)的鋁線工藝，以和后段引線鍵合工藝相整合。這種AlPAD由于是與銅線相連，其加工技術(shù)比傳統(tǒng)的鋁互連接觸塊技術(shù)有了更高的要求，尤其AlPAD的阻擋層必須有更好的性能。如果AlPAD制造不佳，會(huì)影響到后段的封裝引線鍵合工藝，造成外接引線鍵合不牢，導(dǎo)致后段封裝失效以至影響最終產(chǎn)品的使用可靠性。 本課題從分析銅制程實(shí)際生產(chǎn)中在后段AlPAD加3-32藝中遇到

2、的擴(kuò)散缺陷入手，主要研究了AlPAD邊緣處的鋁銅擴(kuò)散缺陷，這些缺陷是由于銅穿過阻擋層的薄弱點(diǎn)，擴(kuò)散到AlPAD中，并且發(fā)生了電化學(xué)反應(yīng)，嚴(yán)重時(shí)造成AlPAD的擴(kuò)散腐蝕缺陷。 課題研究重點(diǎn)放在銅鋁穿透阻擋層材料相互擴(kuò)散造成的缺陷與機(jī)理，采用DOE方法從模擬的PAD的溝槽蝕刻、蝕刻后的表面清洗、高溫脫附(degas)、等離子體轟擊清洗、阻擋層的形成，鋁的物理氣相沉積、高溫合金等各道生產(chǎn)步驟。研究如何在銅工藝中形成符合要求的AlPAD

3、，目標(biāo)是找到優(yōu)化工藝整合的方法，以提高銅互連產(chǎn)品的最終良率和可靠性。 對(duì)模擬的AlPAD整合工藝合金化工藝進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)：合金工藝會(huì)影響AlPAD，在高溫升降循環(huán)條件下能增加鋁銅擴(kuò)散的缺陷，而在高溫合金時(shí)間延長(zhǎng)四倍后依然觀察不到缺陷?？梢哉f明溫度的升降循環(huán)次數(shù)比在增加高溫時(shí)間更容易引發(fā)鋁銅擴(kuò)散現(xiàn)象。阻擋層在多次高溫循環(huán)之后會(huì)產(chǎn)生更多缺陷，因此可以用高溫循環(huán)來作惡化實(shí)驗(yàn)的方法。 刻蝕工藝的優(yōu)化研究中發(fā)現(xiàn)：如果試圖調(diào)解溝槽的側(cè)

4、壁角度更加傾斜，以改善阻擋層在溝槽角落上的階梯覆蓋能力。經(jīng)過觀察，溝槽側(cè)壁傾斜以后PAD的表面與正常的蝕刻的兩組條件結(jié)果并無明顯的差異。另外在金屬鋁蝕刻后通入氧氣，可以加快使AL表面更快形成氧化鋁的保護(hù)層，通氧的PAD表面更加平滑。最后研究比較了阻擋層沉積之前的不同清洗時(shí)間對(duì)AlPAD質(zhì)量的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明不同的清洗時(shí)間的AlPAD上沒有發(fā)現(xiàn)典型的第一種缺陷。所以蝕刻工藝可以影響改善AlPAD，但它不是最關(guān)鍵因素。 在PVD工

5、藝研究中。首先，發(fā)現(xiàn)高的DCpower的工藝腔形成的阻擋層會(huì)更加致密，不會(huì)產(chǎn)生擴(kuò)散缺陷，所以使用‘SIP型的工藝腔為最佳選擇。研究發(fā)現(xiàn)阻擋層沉積之前離子體轟擊清洗工藝對(duì)AlPAD擴(kuò)散缺陷有影響，發(fā)現(xiàn)過多的離子體轟擊清洗會(huì)增強(qiáng)銅擴(kuò)散。因?yàn)樵谧钃鯇颖∪醯膫?cè)壁上，過多的離子體轟擊清洗會(huì)濺射出更多的銅殘留從而更易導(dǎo)致擴(kuò)散缺陷。最后發(fā)現(xiàn)提高氮化鉭阻擋層氮含量，會(huì)有效的抑制了銅鋁擴(kuò)散現(xiàn)象。 因此，選擇適當(dāng)?shù)牡牡g阻擋層配以適當(dāng)?shù)碾x子體轟