铜互连氮化硅薄膜沉积技术中电压衰减的研究

根据0.13 μm以下的深亚微米超大规模集成电路中先进的后道铜互连技术对于氮化硅薄膜沉积的具体要求,文章在大马士革工艺的基础上分析了可能导致铜互连失效的原因.进而在应用材料公司的PRODUCER(一种薄膜沉积设备)机台上,通过包括对氨等离子体预处理和氮化硅预沉积的这两步骤作实验研究.利用田口分析判断的实验方法,找到主要...     

PECVD制备氮化硅薄膜的研究

采用PECVD法制备了氮化硅薄膜,探讨了沉积参数对氮化硅薄膜折射率的影响和衬底温度对氮化硅薄膜形貌和成分的影响规律。结果表明,不同的NH3流量可改变反应腔体内的氮硅比,对氮化硅的折射率,即减反射性能影响较大;衬底温度是影响氮化硅薄膜形貌和成分的主要因素;在衬底温度达到400℃时,形成了白色团状或岛状的氮化硅膜。     

沉积功率和气压对低频氮化硅薄膜应力的影响

利用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺,在不同射频功率,不同反应气压条件下制备了氮化硅薄膜。研究了低频工艺中氮化硅薄膜的沉积速率、应力以及厚度均匀性与其二者的关系。结果表明,射频功率的改变直接影响到离子对衬底的轰击效应,而反应气压的改变影响气体分子的平均自由程。离子轰击效应和分子平均自由程对氮化硅薄膜的生长过程产生影响,从而影响沉积速率、应力以及厚度均匀性等基本性质。     

PECVD生长氮化硅介质膜的工艺研究

对PECVD生长氮化硅介质膜的工艺条件进行了实验研究,获得了生长氮化硅介质膜的最佳工艺条件,制出了高质量的氮化硅介质膜,对样品进行了湿法腐蚀和超声实验,在显微镜下观察无膜脱落现象发生。阐述了几种工艺参数对介质膜生长的影响。     

低应力PECVD氮化硅薄膜的制备

研究了等离子增强化学气相淀积(PECVD)工艺中射频条件(功率和频率)对氮化硅薄膜应力的影响.对于不同射频条件下薄膜的测试结果表明:低频(LF)时氮化硅薄膜处于压应力,高频(HF)时处于张应力,且相同功率时低频的沉积速率和应力分别为高频时的两倍左右;在此基础上采用不同高低频时间比的混频工艺实现了对氮化硅薄膜应力的调控,且在高低频时间比为5:1时获得了应力仅为10 MVa的极低应力氮化硅薄膜.     

0.13μm铜互连工艺鼓包状缺陷问题的解决

传统集成电路制造工艺主要采用铝作为金属互连材料,但是随着晶体管尺寸越来越小,在0.13μm及以上制程中,一般采用铜大马士革互连工艺来提高器件的可靠性。铜互连工艺中需要用氮化硅作为穿孔图形蚀刻的阻挡层,由于氮化硅材质具有很强的应力,再加上制程中的热反应和蚀刻效应就会造成氮化硅层从界面掀起从而形成一种鼓包状缺陷(bubble defect)。文章通过调整并控制铜金属连线层间氧化电介质层的蚀刻速率,改变有机介质层(BARC)的沉积方法,以及改进产品的电路设计的检验规则,从而解决鼓包状缺陷的产生,降低产品芯片的报废率,提高产品的良率。     

LPCVD氮化硅薄膜工艺研究

氮化硅薄膜在半导体器件制造、薄膜加工、MEMS中有着广泛的应用。利用低压化学气相淀积（LPCVD）技术,在800℃温度下,不同的工艺气体流量比生成的氮化硅薄膜,其薄膜成份中的硅氮比会有不同,造成薄膜特性也不同。通过测试氮化硅薄膜在缓冲腐蚀液（BOE）中的腐蚀速率,来推定氮化硅所含硅氮成分,寻找出适合生产的最佳工艺条件。     

真空退火对低频PECVD氮化硅薄膜性能的影响

研究了真空退火温度对不同流量比工艺参数下PECVD氮化硅薄膜性能的影响,测试了退火后氮化硅薄膜厚度、折射率以及在氢氟酸中的腐蚀速率。结果表明,退火后氮化硅薄膜厚度及折射率变化与薄膜沉积工艺条件有关,而薄膜在氢氟酸中的腐蚀速率在退火后大大降低。结合退火前后氮化硅薄膜的红外透射谱对以上测试结果进行了讨论。     

基于田口方法的合金薄膜铜衬底超精密抛光工艺优化研究

为了获得性能优良的电化学沉积合金薄膜,需要精度非常高的合金薄膜铜衬底.以铜衬底表面粗糙度Ra和Rt为评价目标,探讨了基于田口方法的铜衬底抛光工艺参数优化设计方法.在给定工件材料和磨料(种类和粒度)的条件下,加工载荷、磨料浓度和加工速度是影响铜衬底抛光表面质量的主要工艺参数.运用田口方法进行了实验设计,并通过对实验结果的分析,得出了最佳的抛光工艺参数组合,采用该实验条件进行加工获得了非常光滑的铜衬底表面(Ra 6 nm,Rt 60 nm),表明田口方法能够有效的应用于铜衬底抛光工艺参数的优化设计和分析.     

离子束增强沉积氮化硅薄膜生长及其性能研究

用离子束增强沉积技术合成了氮化硅薄膜并研究了薄膜的组分、性能和结构.结果表明,离子束增强沉积生长的氮化硅薄膜的组分比,可借助于调节氮离子和硅原子到达率之比加以控制.在合适条件下生长的氮化硅薄膜,其红外吸收特征峰在波数为840cm~(-1)附近,光折射率在2.2到2.6之间,其组分为Si_3N_4用RBS、AES、TEM、SEM、ED及扩展电阻,测量和观察生成的氮化硅薄膜的组分深度分布及结构.发现,离子束增强沉积制备的氮化硅薄膜,存在着表面富硅层、氮化硅沉积层及混合过渡层这样的多层结构.薄膜呈球状或方块状堆积.基本上是无定形相,但局部可观察到单晶相的存在.离子束增强沉积制备的氮化硅薄膜中的含氧量比不用离子束辅助沉积的显著减少.     

ULSI铜布线阻挡层Ta CMP及抛光液的研究

ULSI多层铜互连线中,由于Cu与Ta的硬度不同带来抛光速率的差异,使得在CMP过程中各种缺陷如碟形坑缺陷、磨蚀缺陷极易发生。研究分析了H2O2、有机碱对Cu和Ta抛光速率的影响,并进行了不同抛光液配比的试验。实验证明,在温度为30℃、压力0.08 MPa,转速60 r/min、抛光液流量为160 mL/min、抛光液成份为V(H2O2)∶V(有机碱)∶V(活性剂)∶V(螯合剂)=5∶15∶15∶25时,抛光速率一致性较好,能够有效降低碟形坑的出现几率;Cu、Ta的抛光速率均为500 nm/min左右,实现了CMP的全局平坦化。     

集成电路铜互连线脉冲电镀研究

针对先进纳米铜互连技术的要求,研究了脉冲电流密度对铜互连线电阻率、晶粒尺寸和表面粗糙度等性能的影响.实验结果表明,2～4 A/dm2电流密度下的铜镀层拥有较小电阻率、较小的表面粗糙度和较大的晶粒尺寸.     

超薄Ru/TaN双层薄膜作为无籽晶铜互连扩散阻挡层

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.     

氧化多孔硅上制作Cu电感的研究

给出了一种厚膜氧化多孔硅(OPS)层上制作Cu电感的新型工艺技术。由于OPS是一种低损耗的材料,铜的电阻率很低,采用OPS隔离硅衬底和Cu线圈能够降低电感的寄生损耗,提高电感Q值。实验过程中将孔隙度>56%的多孔硅厚膜利用两步氧化法氧化为OPS厚膜,通过种子层溅射/光刻/电镀Cu/刻蚀种子层的方法完成了Cu线圈的电镀。获得了1nH的电感,其Q值在10GHz的频率下达到了9,电感的自谐振频率超过20GHz。     

ULSI Cu互连CoSiN扩散阻挡薄膜的研究

CoSiN薄膜可以作为超大规模集成电路Cu布线互连材料使用。利用磁控溅射技术制备了CoSiN/Cu/CoSiN/SiO2/Si薄膜,利用四探针测试仪、薄膜测厚仪、原子力显微镜、X射线光电子能谱仪等来检测多层膜电阻率、薄膜厚度、表面形貌、元素含量及价态等。考察亚45 nm级工艺条件下CoSiN薄膜对Cu的扩散阻挡性能。实验结果表明,在氩气气氛条件下经500℃,30 min热退火处理后多层膜的电阻率和成分没有发生明显变化,CoSiN薄膜能够保持良好的铜扩散阻挡性能;经600℃,30 min热退火处理后,Cu大量出现在表面,CoSiN薄膜对Cu失去扩散阻挡性能。     

基板支撑梢对TFT栅界面SiN_x和a-Si成膜特性的影响

采用等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)制得氮化硅和氢化非晶硅薄膜,对PECVD设备中基板支撑梢区域的膜质进行了研究。结果显示基板支撑梢对氮化硅薄膜的影响是:基板支撑梢区域的膜厚(沉积速率)高于非基板支撑梢区域,氢含量及[SiH/NH]值高于非基板支撑梢;对氢化非晶硅薄膜的影响是:基板支撑梢区域的膜厚(沉积速率)小于非基板支撑梢区域,氢含量高于非基板支撑梢。并对成膜影响的机理进行了分析讨论。     

铜布线工艺中阻挡层钽膜的研究

从钽膜质量的角度研究了用溅射方法在硅衬底上得到的 60 nm钽膜对铜硅互扩散的阻挡效果 ,钽膜的质量通过对硅衬底的表面处理以及钽膜的淀积速率来控制。研究发现 ,适当的硅衬底表面处理对钽膜是否能产生良好的防扩散能力起着关键的作用。本研究还得到了能有效阻挡铜硅接触的钽膜的淀积速率。     

超大规模集成电路CoSix抗氧化阻挡层的制备优化

为了制备性能良好的Co(W,P)抗氧化层薄膜材料,提出用SiH4或Si2H6对Co层进行硅化的方案.在整个硅化过程中存在着Si在Co中的扩散和Cu在Co中的扩散,为了实现较好的硅化效果有必要对扩散速率进行定量化.利用X射线光电子能谱(XPS)对Cu在Co中的扩散和Si在Co中的扩散进行深度剖面分析得到了有用的数据,在讨论了扩散过程的基础上,绘制了条件优化区域.实验结果表明:硅化反应的化学气相沉积(CVD)所得到的CoSi薄膜的抗氧化性能明显地比过程优化前得到了提高.     

超大规模集成电路CoSix抗氧化阻挡层的制备优化

为了制备性能良好的Co(W,P)抗氧化层薄膜材料,提出用SiH4或Si2H6对Co层进行硅化的方案.在整个硅化过程中存在着Si在Co中的扩散和Cu在Co中的扩散,为了实现较好的硅化效果有必要对扩散速率进行定量化.利用X射线光电子能谱(XPS)对Cu在Co中的扩散和Si在Co中的扩散进行深度剖面分析得到了有用的数据,在讨论了扩散过程的基础上,绘制了条件优化区域.实验结果表明硅化反应的化学气相沉积(CVD)所得到的CoSi薄膜的抗氧化性能明显地比过程优化前得到了提高.