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铜互连中PVD Ta/TaN阻挡层的性能改进与缺陷控制研究

顾炜  
【摘要】: 随着集成电路的发展,与低介电系数介质相结合的铜互连技术逐步代替铝互连。然而铜有易氧化、易扩散的缺点,很容易扩散入介质影响晶体管效能。这就要求有一种材料能把铜保护起来,和介质分隔开,同时这种材料还要具有良好的粘附性能。与常用阻挡层氮化钛相比,氮化钽作为铜的阻挡层其阻挡性更加可靠。本文以铜互连技术的阻挡层为题展开研究,探讨了铜互连的关键流程阻挡层的物理气相沉积,通过一系列工艺实验,以及电性和良率测试分析,提出了能够改善氮化钽阻挡层淀积,从而降低产品缺陷密度和提高产品良率的理想工艺参数。通过对实验结果分析和比较,发现在预除气工艺条件达到350oc并持续3分钟以上时,能最有效的去除水气和前道刻蚀工序的残留物。氩气溅射预清除工艺对铜有损害并会造成铜漂移至侧壁阻挡层下,因此时间不宜太长;相比氩气溅射,反应溅射对通孔的不良影响较小,不会造成通孔上宽下窄的情况,但如果之前hard Mask没通过刻蚀工艺被打开,可能有很严重的缺陷;有冷却步骤的反应溅射预清除工艺对化学气相淀积低K介电材料的兼容性很好,但非化学气相淀积沉积的低K介电材料会在反应溅射预清除工艺过程中造成损害。在阻挡层沉积的工艺过程中,SIP (Self-ionized Plasma)工艺的阻挡层沉积腔拥有比IMP工艺的阻挡层


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