銅金屬與矽化鈷淿接面之整合研究

《銅金屬與矽化鈷淿接面之整合研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。

1、毫微米通訊銅金屬與矽化鈷淺接面之整合研究122吳文發(fā)、楊文祿、游信強12國家毫微米元件實驗室、逢甲大學電機系一、前言隨著積體電路製程技術(shù)的快速發(fā)展，後段金屬化製程愈來愈受重視。元件的通道長度(ChannelLength)越來越小，相對的使金屬連線線寬縮小，積集度上升；當進入深次微米元件領(lǐng)域，其金屬連接線所造成的電阻/電容時間延遲(RCTimeDelay)已嚴重的影響了整體元件操作的速度(圖一)[1]，因此勢必在金屬連接線與介電層的材料上[2]有所改圖一　不同線寬世代之積體電路延遲時間圖。進。在傳統(tǒng)製程中，鋁合金是做為內(nèi)

2、部連線(Interconnect)的主要金屬材質(zhì)。但為了改善隨著線寬縮小所造成的時間延遲以及電遷移鉭(Ta)與氮化鉭(TaN)是目前大家公認(Electromigration)效應[3]，我們必需找到比具有最佳抗銅擴散能力的金屬材料。因為鉭鋁合金有更低的電阻係數(shù)與更高的抗電遷移具有高溫熱穩(wěn)定性，且不容易與銅形成化合能力的金屬材料來取代原來的鋁合金金屬，物；而對氮化鉭來說，其有較緊密的結(jié)構(gòu)，表一為幾種連接線金屬材料的比較[4]，由表本身極高的熔點(約3087℃)也能夠忍受比其中可以發(fā)現(xiàn)，銅金屬具備了低電阻率(1.67他阻

3、障金屬更高的溫度而不會退化[6]。而目uW-cm)、高熔點(1085℃)、良好的熱導性以前也有研究三元的(Ternary)阻障金屬層(如及可以進行化學氣相沈積製程等優(yōu)點，因此TaSiN、TiSiN等)[7]，目的在使阻障金屬層被選用來作取代鋁金屬的後段金屬連線的材形成非晶(Amorphous)結(jié)構(gòu)而使銅的擴散路料。徑變長，以增加阻障的效果。因為銅並不容然而，以銅作為連線的金屬材料也遇到易產(chǎn)生具高揮發(fā)性的氟化物或氯化物，因此許多問題。早期IC製程不願採用銅作為金屬現(xiàn)在以乾蝕刻方法來定義銅導線圖案的技術(shù)連線是因為銅的擴散係

4、數(shù)很高，與矽或二氧尚未成熟，所以現(xiàn)今銅連線的製作是以化學化矽接觸後很快擴散到基材，產(chǎn)生深層能階機械研磨的技術(shù)來進行，即所謂的銅鑲嵌問題，因此必須在銅連線與二氧化矽或矽基(CopperDamascene)製程。座之間沈積一層擴散阻障層(DiffusionBarrier)。一般而言，熔點越高擴散係數(shù)二、矽化物製程介紹(Diffusivity)將越低，因此在研究銅擴散阻障第八層的領(lǐng)域中，目前均致力於鈦(Ti)，鉭(Ta)在早期，鋁是最常被用來當作閘極及接卷，鎢(W)，鉬(Mo)與鉻(Cr)等高熔點之過觸金屬的材料。但是尖峰效

5、應(spikeeffect)第三渡金屬與其氮化物[5]。及製程溫度，是鋁無法應用在超淺接面的主期1毫微米通訊表一　內(nèi)連線金屬材料的比較。金屬材料特性鋁金銀銅鎢電阻係數(shù)2.662.351.591.675.65(Resistivity)W-cm楊氏係數(shù)(Young?s7.067.858.2712.9841.1-112modulus)′10dyn/cm熱傳導係數(shù)(W/cm)2.383.154.253.981.74熔點(℃)660106496210853387比熱(J/KgK)917132234386138抗腐蝕性(空氣中)佳

6、優(yōu)差差佳附著性(與SiO2)佳差差差差沈積技術(shù)物理沈積(Sputtering)?????化學沈積?？？??蝕刻技術(shù)乾蝕刻?？？？?濕蝕刻?????72熱應力(在矽基板)10dyn/cm-℃2.51.21.92.50.8因。在過去二十年裡，為了改善元件及電路Metal-Oxide-Semiconductor,CMOS)技術(shù)，選的特性，發(fā)展出許多新穎的製程技術(shù)。自擇矽化物之指導原則簡列如下：(1)矽化物保1966年，金屬矽化物被證實對Ohmic接觸及持在低電阻率狀態(tài)之溫度範圍要寬；(2)無矽Schottky接觸有具體實用價

7、值[8]。除了在接化物側(cè)向成長問題，且金屬必須不與二氧化觸的應用外，在1979年，高電導性的金屬矽矽起反應；(3)金屬必須可以被選擇性的蝕化物被用來和複晶矽形成複晶矽化物刻，如此則不需額外之光罩；(4)矽化反應過(polycide)的結(jié)構(gòu)[9]。因為它可以降低電阻程中，被消耗的矽之量必須儘可能的少；(5)值及增加內(nèi)部連線的能力，這個方法立即被矽化物的熱穩(wěn)定性要能與現(xiàn)在CMOS技術(shù)的接受且應用在工業(yè)界。在1981年，利用自行要求相容；(6)須無金屬-攙雜物化合物的形對準矽化物(self-aligned)的這個觀念，延伸成

8、，以降低對攙雜物及接觸電阻之衝擊；(7)到閘極複晶矽及源極/汲極擴散區(qū)[10]。除了金屬必須不能污染元件、晶圓及設備。然可以改善接觸及內(nèi)部連線的特性外，金屬矽而，很不幸的是無任合一種矽化物可符合以化物已被證實對於源極/汲極接觸區(qū)及內(nèi)部連上之所有要求。每一種材料均有其缺點，例線有極大的幫助。如：矽化鎢擁有極佳的高溫度特性[11]，但