摻碳氧化硅低介電常數(shù)互連介質研究.pdf

1、隨著超大規(guī)模集成電路(ULSI)特征尺寸的不斷減小以及互連布線密度的急劇增加，互連系統(tǒng)中電阻、電容帶來的RC耦合寄生效應迅速增長，影響了器件的速度。為解決這個問題，需要引入低電阻值的銅互連線和低電容的低介電常數(shù)(low-k)絕緣材料。根據(jù)國際半導體工業(yè)協(xié)會(ITRS)2004年修訂的國際半導體技術發(fā)展藍圖預測，到2010年45nm特征尺寸的ULSI要求互連介質的介電常數(shù)值應小于2.1<'[1]>。而同傳統(tǒng)的氧化硅薄膜相比，low-k薄膜

2、在機械強度、熱穩(wěn)定性和與其他工藝銜接等方面有很多問題，給工藝技術帶來了很大挑戰(zhàn)。因此研究低介電常數(shù)介質材料以及其工藝技術顯得越來越重要。本文研究了低介電常數(shù)薄膜與在銅互連技術中的使用的阻擋層材料的界面反應，以及l(fā)ow-k薄膜的改性處理和制備。論文主要內容分為以下三個部分： 1．論文研究了低介電常數(shù)薄膜SiCOH和PVD生長的TaN阻擋層之間的界面反應，通過HRTEM觀察其界面，并用X射線光電子能譜(XPS)分析了界面的熱穩(wěn)定性。

3、（1）從HRTEM照片上證實：TaN阻擋層有著很好的均勻性，并且與SiCOH有的的界面過渡層很薄，在10nm左右，并且沒有擴散進入SiCOH。（2）XPS分析表明樣品在N<,2> 250℃，350℃，450℃下退火后，兩種薄膜的界面在退火后沒有發(fā)生顯著的變化，說明SiCOH/TaN有著良好的熱穩(wěn)定性。由AFM測得退火前后薄膜的粗糙度，表明退火對薄膜的表面形貌沒有明顯的影響。 2．為了改進低介電常數(shù)介質SiCOH薄膜的機械性質，論

4、文研究了兩種表面改性處理及其原理。（1）基于紫外線輻照的薄膜改性處理通過XPS和FTIR的分析，發(fā)現(xiàn)紫外輻照使得薄膜內分子重新交聯(lián)，使薄膜更加緊密牢固，有效的增強了薄膜的機械性能，而對介電常數(shù)產生的影響較小。在紫外光的作用下，Si-CH<,3>化學鍵被切斷，薄膜表面的孔積率下降，形成更加致密的表面，從而增加了機械強度；通過輻照，薄膜中的分子重新交聯(lián)，Si-O骨架中一部分原本為網(wǎng)狀結構的Si-O-Si化學鍵交聯(lián)成強度更大的籠狀結構，這也使

5、得SiCOH薄膜的機械性質有所提高。（2）基于NH<,3>等離子體表面處理的薄膜改性處理XPS和FTIR等微觀表征結果的分析中表明，經(jīng)過NH<,3>等離子體表面處理后SiCOH薄膜的抗吸水性有很大的提高。NH<,3>等離子體在打斷薄膜表面的Si-CH<,3>鍵的同時，其中的N元素又與-Si或-C-Si相結合，表面形成了含N的致密表層，去除了表面具有活性的懸掛鍵，使得薄膜不易吸水。 3．以SiH<,4>，N<,2>O，C<,2>F