硕士论文-铜互连工艺中的铝接触块失效分析及其工艺整合优化

铜互连工艺中的铝接触块失效分析及其工艺整合优化作者：王辛学位授予单位：复旦大学参考文献(42条)1.MichaelQuirk.JulianSerda.韩郑生半导体制造技术20042.庄达人VLSI制造技术19943.张劲燕半导体制程设备20004.吴文发.黄麟峰铜制程之扩散阻挡层1999(04)5.张鼎张.胡荣治金属(W,Cu,Al,TiN,TaN)化学气相沉积技术1999(04)6.张鼎张铜导线在集成电路上之应用1990(11)7.游萃蓉电浆辅助化学相沉积1995(02)8.李裕锯.洪子起薄膜量测技术1990(01)9.赵天生高温炉管1998(11)10.李鸿志电浆源在半导体制程上的应用2000(04)11.邱显光半导体电浆蚀刻设备介绍1998(09)12.简安12寸晶圆干法蚀刻技术动向及课题2000(08)13.吴文发集成电路技术中物理气相沉积制程设备发展1999(04)14.姜志宏物理气相溅镀法在铜配线之应用1999(01)15.陈松德集成电路元件铜内连导线金属化制程的演进1998(03)16.左藤12寸晶圆洗净制程技术动向与课题2000(08)17.陈宏铭湿式化学清洗技术与设备研究方向1999(04)18.潘扶民集成电路制程湿式洗净技术1998(11)19.吴生龙半导体焊线机技术概要1998(01)20.李元升引线键合机工艺技术分析[期刊论文]-电子工业专用设备2004(3)21.LiBing-ZongSemiconductorProcessTechnology200322.赵君明.于磊统计学199923.刘汉良统计学教程199524.中国人民人学数学教研室概率论与数理统计198525.钱俊龙概率论与应用统计199226.鹫尾泰俊实验设计法入门197327.弗里斯特W布雷弗格三世实施6西格玛200328.杨柳铜制程阻挡层/种子层沉积工艺的最新进展2005(11)29.LObolerWireBondingStillattheHeadoftheClass199930.JCCTsaiDiffusion199831.JBaligaDefectDetectiononPatternedWafers199732.ABraunDefectDetectionandReviewEnterNewEra199833.ABraunAnalyticalTechniquesforProcessProblemSolving199734.PSingerTantalum,CopperandDamascene:TheFutureofInterconnects199835.JYueRelibility199636.CRyuBarriersforCopperInterconnections199937.RLiuMetallization199638.PSingerNewFrontiersinPlasmaEtching199639.PSingerTheManyChallengesofOxideEtching199740.SWolfProcessIntegration199041.PSingerMakingtheMovetoDual-DamasceneProcessing199942.JBaligaPackageStylesDriveAdvancementsinDieBonding1997相似文献(9条)1.期刊论文杨志刚.钟声.YANGZhi-gang.ZHONGSheng化学镀铜在超大规模集成电路中的应用和发展-功能材料2004,35(z1)随着集成电路的特征尺寸减小至深亚微米以下,互连延迟成为集成电路性能进一步提高的主要障碍.为解决互连延迟带来的危机,国际上已开发出以铜为互连材料,大马士革工艺为制造方法的铜互连工艺以取代亚微米时代的铝互连工艺.本文介绍了大马士革工艺中铜金属化以及阻挡层的研究现状.2.学位论文谭晶晶无籽晶铜互连扩散阻挡层研究2007当工艺特征尺寸减小到45nm或以下，沟槽和通孔高宽比大幅度增加，目前半导体工业界采用物理气相淀积的Cu籽晶层/钽(Ta)/氮化钽(TaN)三层互连结构的台阶覆盖性将变得较差，可能会导致沟槽和通孔产生空洞。因此采用无籽晶铜互连工艺，即铜能直接电镀在扩散阻挡层上的工艺，这样可以简化工艺步骤，并且可以减轻由于台阶覆盖特性不好的扩散阻挡层和铜籽晶层所带来的各种问题。无籽晶铜互连工艺引起了半导体工业界很大的兴趣。本论文针对这种无籽晶层工艺的需求，研究了新型扩散阻挡层-Ru/Ta基阻挡层双层结构。这种结构在国内外系统研究还比较少，因此本工作具有科学研究价值和实际应用价值。首先通过薄层电阻测试，XRD，AES和TEM等分析手段，研究Ru、Ru/Ta和Ru/TaN结构在衬底Si上的热学稳定性。多种结果表明，在Ru、Ru/Ta和Ru/TaN这三种结构中，Ru结构的热学稳定性比较差，经600~C退火后，Ru和Si发生反应生成了Ru的硅化物；对于Ru/Ta/Si结构，Ta的氧化物的形成使得薄层电阻小幅上升，但没有Ru的氧化物或硅化物生成：Ru/TaN结构的热学稳定性最好，即使经过800℃退火，薄膜结构仍比较稳定。然后研究了Cu/Ru/Si、Cu/Ru/Ta/Si和Cu/Ru/TaN/Si结构的反应特性。多种测试结果表明，Cu/RL,/si结构经过450℃，30分钟退火后，出现了Ru和Cu的硅化物，扩散阻挡层失效。Cu/RtJ/Ta/Si结构经过475℃，30分钟退火后，出现了Ta和Cu的硅化物；Cu/Ru/TaN/Si结构经过500℃，30分钟退火后，出现了Cu的硅化物。Cu/Ru/TaN/SiO,2MOS结构的电学测试表明，经过500℃退火，样品结构仍比较稳定。利用XPS手段研究了Ru/TaN双层结构作为铜的扩散阻挡层在低k介质上的反应特性。经过300℃退火的样品，Ru层中主要为金属状态的Ru；经过400℃退火的样品，Ru层中0的含量有所上升；深度XPS分析表明，Cu/Ru/TaN/low-k结构经过300℃长时间退火后，仍比较稳定，但经过400℃长时间退火后，Cu有所扩散到扩散阻挡层和低k介质中。电学测试表明经400℃长时间退火后的Cu/Ru/TaN/low-k的MOS结构比较稳定，经500~C长时间退火后的则完全失效。最后探讨了在Ru层上直接电镀铜的可行性，电镀包括直流电镀和脉冲电镀。SEM分析表明两种电镀都能在Ru层上得到平整连续的Cu薄膜。在Ru层上直接电镀铜是可行的。本文的研究结果表明，Ru/TaN扩散阻挡层是一种性能优越的扩散阻挡层，有望应用在45纳米以下的无籽晶铜互连工艺中。3.会议论文杨志刚.钟声化学镀铜在超大规模集成电路中的应用和发展2004随着集成电路的特征尺寸减小至深亚微米以下,互连延迟成为集成电路性能进一步提高的主要障碍.为解决互连延迟带来的危机,国际上已开发出以铜为互连材料,大马士革工艺为制造方法的铜互连工艺以取代亚微米时代的铝互连工艺.本文介绍了大马士革工艺中铜金属化以及阻挡层的研究现状.4.学位论文陆华铜互连中扩散阻挡层的研究2003随着集成电路工艺不断发展,铜互连体系将逐步取代铝互连系统.铜互连工艺的一个重要课题是扩散阻挡层的研究.随着集成度不断提高,对于阻挡层在薄膜厚度,热稳定性,电导性,均匀性等方面的要求将变得愈加苛刻.传统的TiN阻挡层不再胜任这项工作,人们在探寻适用的扩散阻挡层.非晶态M(M=Ti,Mg,Ta,W)-Si-N三元化合物由于其较佳的热稳定性而受到人们的关注.该文以W-Si-N三元化合物为研究对象.我们考察制备工艺条件对其薄膜特性与阻挡特性的影响,进一步探究薄膜抑制铜扩散的基本原理,最终确定W-Si-N薄膜的最优制备方案.由对连续淀积之Cu/W-Si-N/Si结构的样品分析可知,W-Si-N薄膜中氮含量对其阻挡特性有显著影响,阻挡层薄膜氮含量与电阻率随淀积过程中氮气/氩气流量比同步升高,其阻挡特性亦随之改善.在样品制备过程中,淀积铜膜前对阻挡层进行预退火处理可使之阻挡特性得到改善.阻挡层薄膜在暴露于大气期间所纳入的氧同样有助于其阻挡特性的改善.该文最终确定阻挡的最佳制备方案为:淀积时氮气/氩气流量比为1:1,预退火处理条件为400℃,5分钟.通过对W-Si-N/Cu/W-Si-N/Si结构样品分析可知阻挡层最高有效温度约为775℃,并且经500℃退火1小时后仍保持有效.将W-Si-N阻挡层与不同氮氩比条件下淀积的不同厚度的TiN,WN阻挡层进行比较,W-Si-N膜以其最小的厚度最高的有效温度而优于其他阻挡层.5.学位论文李思言VLSI铜互连可靠性TDDB特性及其寿命评估模型研究2009随着超大规模集成电路的发展，特征尺寸不断减小，RC延迟取代门延迟成为制约电路发展的主要瓶颈。在这种情况下，铜互连代替铝互连成为集成电路深亚微米工艺中的关键技术，但是由于工艺的不同，使得铜互连与铝互连相比，出现了许多新的可靠性问题。在各种可靠性问题中，随着特征尺寸的减小、互连线内部电场强度不断增大以及低k介质材料的应用，时间相关介质击穿（TDDB）问题逐渐成为最严重的可靠性问题之一。由于铜互连和铝互连材料特性的不同，使得铜互连双大马士革结构中必须添加阻挡层，而阻挡层的存在使得铜互连中的TDDB退化和铝互连中未添加阻挡层时有很大的不同。传统的TDDB失效机制不再适用。本文分析了加入了阻挡层的TDDB退化现象，建立了新的铜互连TDDB退化的物理模型。并且在该模型的基础上求解得到了更加精确的铜互连TDDB的寿命评估模型。本文所建立的寿命评估模型在考虑了电场、温度和互连线间距的影响作用下，引入了全新的电场加速因子，通过对比在SiOx和SiNx介质中TDDB失效时间对温度变化曲线，本文建立的模型所预测的TDDB寿命可以非常好的与实验数据的结果相符合。并且，通过和E模型的对比发现，在高电场强度（10MV/cm）的情况下，在SiOx介质层中，E模型的寿命大约低估了40%。此外，在本文所建立的TDDB退化模型中，将互连间距L引入电场加速因子使得互连线的可靠性问题需要重新审视，加入的互连间距L使TDDB寿命的预测变得更加准确。通过模型的计算，从理论上得到70nm这样一个可能引发TDDB可靠性严重问题的互连间距临界值。最后，针对TDDB退化为今后铜互连工艺的发展提出了参考意见。6.期刊论文谭晶晶.周觅.陈韬.谢琦.茹国平.屈新萍.TanJingjing.ZhouMi.ChenTao.XieQi.RuGuoping.QuXinping超薄Ru/TaN双层薄膜作为无籽晶铜互连扩散阻挡层-半导体学报2006,27(z1)研究了钌(Ru)/氮化钽(TaN)双层结构对铜的扩散阻挡特性,在Si(100)衬底上用离子束溅射的方法沉积了超薄Ru/TaN以及Cu/Ru/TaN薄膜,在高纯氮气保护下对样品进行快速热退火,用X射线衍射、四探针以及电流-时间测试等表征手段研究了Ru/TaN双层结构薄膜的热稳定性和对铜的扩散阻挡特性.同时还对Ru/TaN结构上的铜进行了直接电镀.实验结果表明Ru/TaN双层结构具有优良的热稳定性和扩散阻挡特性,在无籽晶铜互连工艺中有较好的应用前景.7.学位论文刘嘉聪合金化对Cu/SiO,2薄膜体系微观结构以及电性能的影响2008随着超大规模集成电路的发展，Cu代替了常用的Al成为新兴的互连线材料。也就是最新发展的所谓“铜互连工艺”。但是Cu在硅基底集成电路中的应用存在一些困难，例如铜在硅和介质层中的扩散速度较快，目前一般在薄膜和基底间镀一层阻挡层。但由于传统采用的气相沉积方法获得的扩散阻挡层工艺时间长、成本高，台阶覆盖性差、薄膜较厚，在互连线尺寸越来越小的今天，扩散阻挡层在一定程度上减小了Cu的可用空间。本文以合金化薄膜“自发形成阻挡层”为思路，利用单靶合金靶材分别在Si(100)和SiO2基底上磁控溅射制备了Cu-1.58at.％Zr合金薄膜。研究了少量Zr掺入对Cu/Si(100)和Cu/SiO2薄膜体系在300℃至500℃退火前后的微观结构以及电性能的影响。X射线衍射分析表明，无论在单