电镀工艺优化对铜金属层后孔洞缺陷的影响

电镀工艺优化对铜金属层后孔洞缺陷的影响申请上海交通大学工程硕士学位论文电镀工艺优化对铜金属层后孔洞缺陷的影响学校代码：10248作者姓名：黄涛学号：1082102058第一导师：汪辉第二导师：胡平学科专业：微电子工程答辩日期：2010年05月12日上海交通大学微电子学院2010年05月电镀工艺优化对铜金属层后孔洞缺陷的影响ADissertationSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversityforMasterDegreeofEngineeringREDUCECOPPERMETALLINEPITSDEFECTBYOPTIMIZEEELECTRICITYCOPPERPLATINGPROCESSUniversityCode：10248Author：HuangTaoStudentID:1082102058Mentor1WangHuiMentor2:HuPingField：Micro-electronicsEngineeringDateofOralDefense：2010-05-12SchoolofMicro-electronicsShanghaiJiaotongUniversityMay,2010电镀工艺优化对铜金属层后孔洞缺陷的影响上海交通大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日电镀工艺优化对铜金属层后孔洞缺陷的影响上海交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日电镀工艺优化对铜金属层后孔洞缺陷的影响I电镀工艺优化对铜金属层后孔洞缺陷的影响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。在我们引入电镀铜工艺的同时我们也不得不面对电镀铜后的一些铜线工艺所特有的缺陷,如铜线和低K值介电质可靠性问题，电镀铜后产生的孔洞缺陷等问题。本文通过对金属层孔洞缺陷产生机制的一些研究分析，针对电镀铜工艺进行对比实验，优化其制备工艺。通过研究在电镀铜工艺中不同转速，不同退火温度的铜金属层的电阻率和内应力,及电镀后到化学机械研磨之间等待时间，进行工艺参数的调整,找到了几种有效解决铜金属层后孔洞缺陷的方案。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，选取了低转速的电镀铜工艺和控制电镀后到化学机械研磨之间等待时间方案应用到实际生产工艺中。使产品的缺陷降低，成品率和可靠性得到了有效提升。关键词：铜互连，电镀铜工艺，铜孔洞缺陷，退火，成品率电镀工艺优化对铜金属层后孔洞缺陷的影响IIIREDUCECOPPERMETALLINEPITSDEFECTBYOPTIMIZEEELECTRICITYCOPPERPLATINGPROCESSAbstractWiththedown-scalingofthedevice,backendinterconnectionplaysasamuchmoreandmoreimportantroleforthedensity,speed,powerandreliabilityofthechip.Theimprovementofinterconnectmaterialandinterconnecttechnologybecomeakeypointoftheprogressofsemiconductingmanufacturetechnology.After0.13μmtechnologynode,CulinehasreplacestheAllineandbecomethemainstreamtechnology.WehavetosuffersomeCulineissuewhenafterweuseCutoreplaceAL.SuchasthereliabilitywithCUandlowKdielectric,postCMPCulinepitsdefect.Inthispaper,bystudingthemechanismofCumetallinepitsdefect,andcomparingtheexperimentsresultofECPprocess,thewholeECPprocessisoptimized.Themetallineresistivityandstressunderdifferentrotationspeedsandannealtemperature,andthedifferentQ-timefromECPtoCMParestudied,finallyfindoutseveralkindsofoptimizedECPprocesswhichcanimprovethedefectwithdiffernetbestprocessparameters.Consideringthecostandbenifetduringmassproduction,weselectedthelowrotationspeedECPprocessandcontrolECPtoCMPQ-timeasthefinalsolutionstoimplementintotheprocess,whichcansignificantlyreducethedefectandimprovetheyieldandreliabilityforproduction.Keywords:Copperinterconnecttechnology,ECP,Copperpits,anneal,yield电镀工艺优化对铜金属层后孔洞缺陷的影响III目录1.绪论.............................................11.1半导体互连工艺现状及趋势............................................................................................21.2从铝互连到铜互连...........................................................................................................31.3铝互连与铜互连的不同工艺流程...................................................................................52电镀铜工艺.........................................72.1电镀铜工艺基本概念........................................................................................................72.2电镀铜工艺机理...............................................................................................................72.3化学添加剂对电镀工艺的影响.......................................................................................92.4铜金属的自退火效应.....................................................................................................113.问题描述及实验目的................................123.1铜孔洞缺陷导致产品可靠性降低..................................................................................123.1.1铜互连中的电迁移及可靠性......................................133.1.2铜孔洞缺陷于电迁移的关系......................................143.1.3铜孔洞缺陷产生的几种机理......................................163.2实验目的.........................................................................................................................173.3实验材料和工具.............................................................................................................173.3.1材料：........................................................173.3.2设备和仪器：..................................................173.4实验内容.........................................................................................................................183.4.1.镀铜工艺不同的电镀时转速之间的对比实验........................183.4.2．电镀后到化学机械研磨CMP之间等待时间对比实验.................193.4.3.电镀后退火温度,时间等参数的调整的对比实验.....................194.实验结果及分析讨论...............................204.1不同的电镀时转速实验结果分析..................................................................................204.2电镀后到化学机械研磨之间等待时间实验结果分析.................................................244.3电镀后退火温度,时间调整的对比实验结果分析........................................................244.4工艺窗口选择确认.........................................................................................................275总结..............