Разработка материалов и процессов для формирования системы металлизации СБИС субмикронного уровня

• Автор: Климовицкий, Анатолий Григорьевич
• Шифр специальности: 05.27.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 138 с. : ил.

Введение.
1. Проблемы технологии формирования токоведущих слоев металлизации субмикронной СБИС.

1.1. Система металлизации современной ИС.

1.1.1. Современные технологии формирования многоуровневой металлизации СБИС.

1.1.2. Барьерные материалы в современной ИС.

1.1.2.1. Пассивные диффузионнобарьерные слои

1.1.2.2. Реактивные расходуемые диффузионные барьеры

1.1.2.3. Заполненные диффузионные барьеры

1.1.3. Стабильность тонкопленочного аморфного сплава.

1.1.4. Анализ деградации ДБС в составе многослойной твердофазной системы

1.1.5. Критерии выбора материала диффузионнобарьерного слоя

Заключения по разделу 1.
1.2. Формирование медного проводящего слоя в ИС субмикронного уровня
1.2.1. Способы формирования медного проводящего слоя.
1.2.2. Температура плавления тонких плнок.
1.2.3. Межфазная поверхностная энергия и краевые углы смачивания Заключения по разделу 1.2.
2. Методика проведения эксперимента, оборудование и материалы
2.1. Методика нанесения металлических плнок
2.2. Методика термической обработки образцов
2.3. Методы исследования образцов.
2.3.1. Исследование структуры плнок.
2.3.2. Исследование элементного состава слоев
2.3.3. Исследование поверхности и скола образцов.
2.3.4. Расчт изменения поверхностного сопротивления.
2.3.5. Анализ механических напряжений в многослойной структуре.
2.4. Подготовка тестовых образцов.
2.4.1. Образцы для ПЭМ.
2.4.2. Образцы для разработки технологии заполнения медью канавок с высоким аспектным соотношением.
2.5. Процесс электрохимического осаждения меди
2.6. Реактивное ионное плазменное травление.
3. Разработка диффузионнобарьерного слоя для многоуровневой
системы металлизации
3.1. Критерии выбора материала ДБС для системы металлизации ИС
3.2. Разработка ДБС для медной СМ.
3.2.1. Обоснование выбора сплава ТаУЫ для ДБС в составе медной СМ
3.2.2. Исследование структуры сплава ТаУЫ.
3.2.3. Исследование стабильности медной системы металлизации с ДБС на основе сплава ТаУЫ.
3.2.4. Обоснование использования двухслойного ДБС для
медной СМ
3.2.5. Исследование стабильности медной системы металлизации с двухслойным ДБС
3.2.6. Медная СМ с мелкозалегающим КС СоБ
3.3. Разработка ДБС для алюминиевой СМ
3.3.1. Обоснование выбора сплава ТаУЫ для ДБС в составе СМ на основе алюминия
3.3.2. Исследование влияния предварительного отжига ДБС на основе сплава ТаXV на его барьерные свойства для алюминиевой СМ.
3.3.3. Исследование влияния концентрации азота на барьерные свойства сплава ТаУЫ в составе алюминиевой СМ.
Заключения по разделам 3.1.3.
3.4. Исследование механических свойств ДБС ТаУЫ.
3.4.1. Механические напряжения, привносимые слоями СМ
3.4.2. Прочностные и адгезионные свойства сплава ТаЧТ
Заключения по разделу 3.
3.5. Оптимизация процесса реактивного ионного травления ДБС на основе сплава ТаУ
4. Разработка технологии формирования медного ПС для СМ с
субмикронным рельефом.
Введение
4.1. Изучение процесса плавления плнки меди на поверхности сплава ТаУЫ.
Заключения по разделу 4.1.
4.2. Разработка процесса заполнения медью канавок субмикронного размера.
4.2.1. Исследование исходных тестовых структур равномерность осаждения плнок магнетронным методом.
4.2.2. Плавление медной плнки на поверхности сплава ТаХУК на тестовой структуре
4.2.3. Заполнение медью узких канавок и контактных окон.
4.2.4. Электрохимическое дозаращивание канавок субмикронного размера медью.
Заключения по разделу 4.2.
Выводы по диссертационной работе.
Библиографический список.
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность


Изучены стадии этого процесса и предложен описывающий его механизм. Предложен новый подход к формированию медных межсоединений СБИС субмикронного уровня, основанный на изученном эффекте низкотемпературного плавления плнки Си, сопровождающийся процессом изменения е формы. Обоснована необходимость и описаны требования к свойствам смачивающего слоя для реализации этого процесса. Разработаны критерии выбора, которые позволяют разрабатывать новые материалы диффузионнобарьерных слов. Разработан новый универсальный стабильный ДЬС состоящий из ТаЫ. СБИС. Разработан новый стабильный ДБС ТаЫПЫ для СМ с медными межсоединениями и показана возможность его изготовления с использованием процесса самоформирования КС СоБ. Разработан новый способ формирования медных межсоединений СБИС субмикронного уровня, использующий эффект низкотемпературного плавления тонких плнок. Критерии выбора диффузионнобарьерного материала. Выбор состава и условий формирования сплава ТаЫ для ДБС алюминиевой и медной СМ с использованием предложенных критериев. Механизм процесса плавления тонкой плнки меди на поверхности сплава ТаУЫ сопровождающийся е диспергированием на капли. Подход к формированию медных межсоединений СБИС субмикронного уровня, основанный на эффекте низкотемпературного плавления плнки Си на поверхности сплава ТаММ, сопровождающегося процессом изменения формы. Всероссийская научнотехническая конференция Микро и наноэлектроника с участием зарубежных учных г. Первая всероссийская конференция молодых учных по физическому материаловедению г. Девятая всероссийская межвузовская научнотехническая конференция студентов и аспирантов Микроэлектроника и информатика г. IV Международная научнотехническая конференция Электроника и информатика г. Всероссийская межвузовская научнотехническая конференция студентов и аспирантов Микроэлектроника и информатика г. Москва, апреля, г. Ii i i i, vi, 6, . Всего по теме работы опубликовано печатных работ и подано 2 заявки на патент, на одну из них к моменту рассылки автореферата получено положительное решение. Диссертация состоит из введения, четырх глав, основных выводов, библиографии, включающей 1 наименование, содержит 5 страниц, в том числе рисунков и 6 таблиц. ГЛАВА 1. ПРОБЛЕМЫ ТЕХНОЛОГИИ ФОРМИРОВАНИЯ ТОКОВЕДУЩИХ СЛОВ МЕТАЛЛИЗАЦИИ СУБМИКРОННОЙ
1. Современные технологии формирования многоуровневой металлизации
В настоящее время существует два основных направления развития системы металлизации СМ с использованием проводящего слоя на основе алюминия и меди. Каждое из этих направлений имеет свои преимущества и ограничения в использовании. Однако обе технологии используются для создания СБИС с многоуровневой металлизацией во всм мире. СМ на основе алюминия можно назвать традиционной, она используется практически с самого начала развития планарной технологии. Использование мелкозалегающих рппереходов, высокостабильных барьерных материалов и СУОметодов осаждения вольфрама для заполнения межуровневых контактных отверстий позволяет существовать этой технологии и в настоящее время. Более того, известно, что в интефальных схемах ИС, где требуется обеспечить наибольшую наджность и долговечность, в основном используется СМ на основе алюминия. Например, СБИС, выполненные по заказу Минобороны США, в настоящее время изготавливаются по технологическим нормам не менее 0. Схематичную последовательность этапов формирования многоуровневой металлизации ИС с проектными нормами 0 мкм можно проследить по рис. Первые три этапа сходны с теми, что используются в одноуровневой алюминиевой СМ. На уже сформированную полупроводниковую структуру осаждается слой диэлектрика с низким коэффициентом диэлектрической проницаемости, далее в нм вытравливается контактное окно к активной области прибора рис. Затем формируется контактный слой КС рис. Основная отличительная особенность при переходе к СБИС субмикронного уровня, требующая нескольких уровней металлизации, заключается в отсутствии алюминиевого слоя внутри контактного окна. Рис. Схема технологических этапов формирования многоуровневой СМ на основе алюминия.