新型CoMo合金銅互連擴散阻擋層研究.pdf

1、隨著特征尺寸的縮小，集成電路的技術(shù)節(jié)點已經(jīng)進入14nm以下，互連中的RC延遲和可靠性問題已經(jīng)成為制約芯片性能的主要因素，傳統(tǒng)的Ta/TaN阻擋層已經(jīng)不能滿足工藝發(fā)展的要求，需要研究新型超薄擴散阻擋層材料。本論文針對新型的CoMo合金阻擋/粘附層做了較為全面的研究，對其熱學、電學和拋光特性等方面性能進行了探究。
　　我們首先研究了超薄CoMo互連體系的熱學穩(wěn)定性。測試了50nmCu/～5nmCoMo/Si樣品在退火前后的薄層電阻，發(fā)

2、現(xiàn)～5nm CoMo阻擋層在500℃30分鐘退火后仍然能夠保持其對銅擴散的阻擋性能，并且熱穩(wěn)定性良好。在超低K介質(zhì)襯底上（k=2.2），我們采用TEM與EDX測試相結(jié)合的方法，對剛淀積樣品和從400℃到500℃退火的樣品進行了表征，CoMo阻擋層對Cu具有較好的阻擋性能，退火后低K介質(zhì)襯底中沒有發(fā)現(xiàn)擴散的Cu元素，而相同厚度的Ta阻擋層樣品已經(jīng)失效。Cu/CoMo(1∶3)/Low-k樣品在600℃30分鐘退火后表面的Cu仍然保持光滑連

3、續(xù)，沒有發(fā)生團聚現(xiàn)象，這說明CoMo與Cu之間具有較好的粘附性，適合作為銅互連中的粘附層材料。
　　對CoMo阻擋層的電學性能，我們采用p-cap結(jié)構(gòu)進行了研究。利用p-cap結(jié)構(gòu)我們測試了阻擋層樣品的漏電流和擊穿場強等參數(shù)，并測量了樣品在高溫下的I-V特性，～5nm CoMo(1∶3)樣品在150℃下的擊穿場強在6.3-7.4MV/cm，比Ta(3nm)/TaN(2nm)的擊穿場強高(5.9-7.1MV/cm);在任何3MV/c

4、m，5MV/cm和7MV/cm，150C測試條件下，CoMo樣品的經(jīng)時擊穿時間都小于Ta/TaN樣品的TDDB。。還采用了溫偏應力(BTS)測試法阻擋層樣品的C-V曲線平帶移動進行了表征，CoMo(1∶3)樣品在±1MV/cm150℃偏置600s后平帶偏移為2.1V，小于相同偏置下Ta(3nm)/TaN(2nm)的偏移2.24V。1MV/cm場強150℃下偏置300s后三角波掃描(TVS)測試中，CoMo(1∶3)阻擋層樣品中沒有出現(xiàn)明

5、顯的可動電荷峰，說明其對Cu有較好的阻擋性能。
　　對CoMo的拋光性能進行了初步研究，發(fā)現(xiàn)在pH=3和pH=10下雙氧水可以促進CoMo的腐蝕。同時，我們發(fā)現(xiàn)乙二胺能夠抑制CoMo的靜態(tài)腐蝕，pH=3條件下5mL/L雙氧水體系中，1mL/L乙二胺可以將CoMo的靜態(tài)腐蝕速率由66.6nm/min降低到12.5nm/min。另外，甘氨酸可以將CoMo與Cu之間的接觸電位由0.228V降低為0.067V，抑制CoMo與Cu的電偶腐蝕