銅互連工藝中的鋁接觸塊失效分析及其工藝整合優(yōu)化.pdf

1、傳統(tǒng)封裝中的引線鍵合工藝經(jīng)相當成熟，所以在銅工藝IC的最后一層的接觸塊仍然保留傳統(tǒng)的鋁線工藝，以和后段引線鍵合工藝相整合。這種AlPAD由于是與銅線相連，其加工技術(shù)比傳統(tǒng)的鋁互連接觸塊技術(shù)有了更高的要求，尤其AlPAD的阻擋層必須有更好的性能。如果AlPAD制造不佳，會影響到后段的封裝引線鍵合工藝，造成外接引線鍵合不牢，導致后段封裝失效以至影響最終產(chǎn)品的使用可靠性。 本課題從分析銅制程實際生產(chǎn)中在后段AlPAD加3-32藝中遇到

2、的擴散缺陷入手，主要研究了AlPAD邊緣處的鋁銅擴散缺陷，這些缺陷是由于銅穿過阻擋層的薄弱點，擴散到AlPAD中，并且發(fā)生了電化學反應，嚴重時造成AlPAD的擴散腐蝕缺陷。 課題研究重點放在銅鋁穿透阻擋層材料相互擴散造成的缺陷與機理，采用DOE方法從模擬的PAD的溝槽蝕刻、蝕刻后的表面清洗、高溫脫附(degas)、等離子體轟擊清洗、阻擋層的形成，鋁的物理氣相沉積、高溫合金等各道生產(chǎn)步驟。研究如何在銅工藝中形成符合要求的AlPAD

3、，目標是找到優(yōu)化工藝整合的方法，以提高銅互連產(chǎn)品的最終良率和可靠性。 對模擬的AlPAD整合工藝合金化工藝進行研究發(fā)現(xiàn)：合金工藝會影響AlPAD，在高溫升降循環(huán)條件下能增加鋁銅擴散的缺陷，而在高溫合金時間延長四倍后依然觀察不到缺陷?？梢哉f明溫度的升降循環(huán)次數(shù)比在增加高溫時間更容易引發(fā)鋁銅擴散現(xiàn)象。阻擋層在多次高溫循環(huán)之后會產(chǎn)生更多缺陷，因此可以用高溫循環(huán)來作惡化實驗的方法。 刻蝕工藝的優(yōu)化研究中發(fā)現(xiàn)：如果試圖調(diào)解溝槽的側(cè)

4、壁角度更加傾斜，以改善阻擋層在溝槽角落上的階梯覆蓋能力。經(jīng)過觀察，溝槽側(cè)壁傾斜以后PAD的表面與正常的蝕刻的兩組條件結(jié)果并無明顯的差異。另外在金屬鋁蝕刻后通入氧氣，可以加快使AL表面更快形成氧化鋁的保護層，通氧的PAD表面更加平滑。最后研究比較了阻擋層沉積之前的不同清洗時間對AlPAD質(zhì)量的影響，實驗結(jié)果表明不同的清洗時間的AlPAD上沒有發(fā)現(xiàn)典型的第一種缺陷。所以蝕刻工藝可以影響改善AlPAD，但它不是最關(guān)鍵因素。 在PVD工

5、藝研究中。首先，發(fā)現(xiàn)高的DCpower的工藝腔形成的阻擋層會更加致密，不會產(chǎn)生擴散缺陷，所以使用‘SIP型的工藝腔為最佳選擇。研究發(fā)現(xiàn)阻擋層沉積之前離子體轟擊清洗工藝對AlPAD擴散缺陷有影響，發(fā)現(xiàn)過多的離子體轟擊清洗會增強銅擴散。因為在阻擋層薄弱的側(cè)壁上，過多的離子體轟擊清洗會濺射出更多的銅殘留從而更易導致擴散缺陷。最后發(fā)現(xiàn)提高氮化鉭阻擋層氮含量，會有效的抑制了銅鋁擴散現(xiàn)象。 因此，選擇適當?shù)牡牡g阻擋層配以適當?shù)碾x子體轟