課件說明教案

華虹NEC電子 10SEM，TEM，EDX表明設(shè)備真空腔體微漏和極微量的殘余氣體對(duì)AL，W金屬薄膜質(zhì)量影響很大。從設(shè)備的角度提 EffectoftheBasePressureandResidualGasesonthePropertiesoftheMetalFilmDepositioninICHe (1.SchoolofMicroelectronics,ShanghaiJiaoTongUniversity,ShangHai200240;2.ShanghaiHuaHongNECElectronicsCo.,,ShangHai201206):Withthedevelopmentofintegratedcircuitfeaturesizescale-downandtherequirementsofspecialprocess，metalfilmdeposition esmoreandmoresensitivetobasepressureandimpuritiesincorporatedfromresidualgases,especially,forsputteringdepositionofhigh temperaturethickaluminumsputteringprocess.Thetinyvariationofprocesschambermicroenvironmentcanleaddevicefailure.Thetoolson8inchAL,WmetaldepositionsystemwereinvestigatedbyheliummassspectrometerleakdetectorandRGA,,thedefectswereyzedusingSEM,TEMandEDX.Theresultsshowedthatthelightimpuritiesfromvacuumleakageandresidualgasespresentinvacuumsystemscanhavealargeimpactontheproperties30metalfilm.Furthermore,thepaperproposedsomesolutionstoimprovethevacuumandreduceresidualgasesfromthehardwarepointofview,thesemeasureswereevaluatedandappliedinmassproduction,thesesolutionscanalsoobviouslyreducethetooldowntime，reduceproductdefectsandimprovechipyield.:IC;Basepressure;Residualgas;Physicalvapordeposition;Chemicalvapor 引40度，增大分子碰撞的平均自由程，真空度取決于淀積薄膜所能的氣體污染程度。隨著產(chǎn)品E-mailhe 應(yīng)用材料公司（AppliedMaterials）I.Hashim等人分析了殘余氣體對(duì)鋁銅濺射薄膜的影響[1]，（Inficon）公司的ChenglongYang等介紹了殘余氣體儀（RGA）在半導(dǎo)體制造中應(yīng)用[2]，國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體（SMIC）等人利用高壓RGA實(shí)時(shí)檢50DRAMVIA填孔能力的影響[3]真空腔體中的殘余氣 真空中常見殘余氣體有水氣(H2O)，氧氣(O2)、氫氣(H2)，CO，CO2N2O2到100納米的單分子層，抽真空的過程中水氣會(huì)凝結(jié)吸附在真空腔體以及各種工藝部件表被分解成離子或H2，O2等氣體分子，所以它成為真空系統(tǒng)的一個(gè)問題所在，它頑強(qiáng)地粘在60表面上，清除起來(lái)很緩慢。金屬表面與空氣中的氧發(fā)生作用，能在其表面形成一層多孔疏松 實(shí)驗(yàn) AppliedMaterialsEndura5500高真空磁控濺射系在預(yù)凈化腔（Precleanchamber）10-5Pa，在傳片腔(Transferchamber)真空度可免了界面氧化，吸濕問題，從而提高了的成品率及可靠性。圖1AppliedMaterials公司的Endura5500結(jié)構(gòu)圖Fig1AppliedMaterialsEndura5500schematicAlCu薄膜淀積工序是從Loadlock取出硅片傳到預(yù)除氣腔（Degas）通過高溫輻射加熱ChAAlCu，AlCu的淀積本底真空度小于6.6×10-6Pa，工作氣壓為0.4Pa，加熱器設(shè)定溫度是420℃，濺射功率為14KW，AlCu靶材Al純度為99.999%，含0.5wt%的銅，薄膜厚度為4μm，AlCu淀積后在保持真空本文中鎢化學(xué)汽相淀積是在NovellusAltus上完成，包括由兩個(gè)真空反應(yīng)腔，一個(gè)公共的硅片傳輸腔(TransferChamber)Loadlock腔組成，每個(gè)反應(yīng)腔可902圖2Novellus公司Concept-2AltusFig2NovellusConccept-2Altusschematic 度415℃，工作氣壓為5330Pa，SiH4流量30SCCM，WF6流量425SCCM，鎢薄膜0.5μm，真空與殘余氣體對(duì)濺射薄膜性能的

硅片淀積前真空腔體要進(jìn)行高溫烘烤，進(jìn)腔前做除氣（Degas）和用擋片(Dummywafer或Shutterdsic)去除殘余氣體，若腔體壁和硅片吸附的雜質(zhì)氣體在淀積過程中不斷解吸放出將TaN薄膜，要想得到低電阻率，含氧量低的薄膜，真空度必須提高，否則淀積出來(lái)的有可能是高阻的TaON薄膜。PID反饋控制，濺射功率將直接影響到濺射速率，功率有的電源，壓力和流量由壓力計(jì)和MFC控制，靶材純度余氣體隨著每次開腔(PreventiveMaintenance，PM)而變化最不穩(wěn)定。中溶解的H2O，O2，H2等氣體含量；b)設(shè)備后對(duì)真空系統(tǒng)進(jìn)行高溫烘烤除氣[4]；c)3，已知影響因素包括鋁淀積工藝溫度，應(yīng)力，鈦和氮化鈦膜質(zhì)量和厚度，鋁刻蝕工藝圖3鋁刻蝕后火山狀殘留缺Fig3VolcanotyperesiduedefectafterAl和濺射設(shè)備鋁淀積真空腔體殘余氧氣有關(guān)系，EDX成分分析表明殘留缺陷處異常元素氧，如圖4所示。存在氧通常是由于真空漏氣，氣體受污染或抽真空不完全造成的。圖4EDXFig4theEDXresultforvolcanotype

5AlCu/TTN淀積后SEM圖發(fā)現(xiàn)小孔和錯(cuò)Fig5TheSEMreviewPinholeandcrackafterAlCu/TiN檢查設(shè)備鋁銅和Ti/TiN工藝腔體真空度和漏率在規(guī)范內(nèi)，工藝腔體真空度為2.5×10-8Pa9.5×10-4PaRGA對(duì)工藝腔檢漏和分析殘余氣RGA安裝在公共傳輸腔對(duì)其用氦檢漏發(fā)現(xiàn)工藝腔體(ProcessChamber)和傳輸腔（TransferChamber）之間的閥（Slitvalve）開關(guān)動(dòng)作時(shí)金屬波紋管有少量漏氣，開關(guān)Slitvalve瞬間少量空氣通過金屬波紋管漏到傳輸腔，開閥時(shí)再?gòu)膫鬏斍贿M(jìn)入工藝腔體。圖6Slitvalve結(jié)構(gòu)Fig6SchematicdrawingofSlit圖6為Slitvalve結(jié)構(gòu)圖，金屬波紋管在拉伸狀態(tài)也就是閥（Slitvalve）關(guān)閉時(shí)漏率小，真空度可以達(dá)9×10-6Pa，波紋管在壓縮狀態(tài)也就是閥（Slitvalve）打開時(shí)漏率續(xù)淀積的氮化鈦相比鋁膜因具有較大的熱膨脹系數(shù)(AlTiN249.3ppm/℃)，Al在

TiNAl受上下層的影響無(wú)法完全釋放，同時(shí)TiN又要向四周膨脹對(duì)Al產(chǎn)生壓應(yīng)力，使Al表面被拉伸出現(xiàn)空洞或裂縫，TiNAlTiN表面出現(xiàn)了針孔（Pinhole），特別是側(cè)壁處的TiN膜薄，由此導(dǎo)致了低質(zhì)量的氮化鈦膜，如圖5所示。經(jīng)顯影后，無(wú)殘余氧氣對(duì)鋁晶須突出（Whisker）蝕殘留，用EDX成分分析表明殘留缺陷處異常元素氧，如圖7。圖7Fig7Whiskerdefectafter

6.9×10-5STDcc/sec5×10-8STDcc/sec。通常，晶須突出容易在低金屬上出現(xiàn)，如Sn，In，Zn。集成電路制造中晶須突出00300以凸起的形式釋放能量。[6的實(shí)驗(yàn)還了鋁上覆蓋一層氮化鈦薄膜更容易出現(xiàn)晶須AuTiNAuTiN

殘余氣體對(duì)鎢化學(xué)氣相淀積顆粒缺陷的影CVD工藝流程發(fā)生在存在有高氣體流的中低真空范圍內(nèi)，本底真空度通常幾帕，淀積WCVD成核異常導(dǎo)致顆粒(WOFx)或氧化鎢WO3，將大大降低鎢本身的電阻率。路失效。諾發(fā)設(shè)備公司(Novellus)八英寸鎢化學(xué)氣相淀積設(shè)備Concept-2Altus上淀積鎢Concept-2AltusChB有關(guān)系，這種缺陷不定期地發(fā)生，且在硅片面圖8鎢回刻蝕后缺Fig8ResiduedefectafterTungstenEtch-陷處有微量氧，如圖9所示。圖9Fig9ResiduedefectafterTungstenEtch-backand

2WF6+3SiH4 就會(huì)和O2混合產(chǎn)生反應(yīng)SiH4+2O2 殘余氧和水與硅結(jié)合吸附在硅片上形成氣相SiO2，形成表面缺陷和吸附分子的吸雜中離子方法刻蝕而采用化學(xué)機(jī)械研磨（CMP）WF6反應(yīng)還能形成氟氧化鎢(WOFx)或氧化鎢WO3WF6+3H2O 結(jié)Slitvalve在打開和關(guān)閉兩個(gè)狀態(tài)下金屬波紋管處于0.003Pa/min4.9×10-5Pa，而伸展時(shí)漏率為0.28Pa/min，真空度可以到1.0×10-3Pa。[參考文獻(xiàn)I.HashimandIJ.Raaijmakers，VacuumrequirementsfornextwafersizephysicalvapordepositionsystemAmericanVacuumSociety，1997，15(3)：PageChenglongYang，JeffMerrill，DavidLazovsky，ApplicationofIntegratedProcessMonitorSystemonEndura2，PresentonSemiConWest，2004Yong-QiangWuetcAdvancedInlineProcessControlonPVDSystem-AnApplicationofRGAforICManufacturingQualityandCapacityImprovement，ISTC2008，Page492JiWeiZh