Barriereablagerung in der Chipherstellung

Warum brauchst du eine Barriereschicht?

Im Kupferverbesserungsprozess von Chips sind Kupferatome sehr anfällig für die Diffusion zum umgebenden Isoliermedium (wie Sio₂- oder niedrig-k-Materialien), was zu einem Kurzschluss- oder Leckageversagen führt. Um diese Diffusion zu stoppen, muss eine nanoskalige Barriereschicht zwischen Kupfer und Medium abgelagert werden. Tantalnitrid (Tan) ist aufgrund seiner hohen Kompaktheit, der Antidiffusionsfähigkeit und seiner elektrischen Leitfähigkeit zur Mainstream-Wahl geworden. Wenn sich der Prozess jedoch auf Sub -28 NM bewegt, stehen die Einheitlichkeit und Abdeckung der Barrier -Schicht zu erheblichen Herausforderungen.

 

PVD -Technologie (Physical Dampor Deposition):

Bei den 22 nm- und 14 -nm -Knoten ist PVD nach wie vor die Kerntechnologie der Ablagerung der Barriereschicht mit den folgenden Vorteilen und Innovationen:

Das ionisierte Metallplasma -PVD

The tantalum target is bombarded with high-energy ions, and the tantalum atoms are sputtered out and reacted with nitrogen to form TaN films. Re-sputter process. After the TaN is deposited, the surface of the film is bombarded with argon ions to redistribute the TaN at the bottom to the sidewall, significantly improving the through-hole coverage of the aspect ratio >5: 1 (z. B. eine 40% ige Zunahme der Seitenwandabdeckung am 32 -nm -Knoten).

Prozessvorteile
Die Abscheidungsrate von tan -dünnen Filmen ({2-5 nm) kann 10 nm\/min erreichen, was für die Massenproduktion geeignet ist. Es sind keine Vorläufer auf Kohlenstoffbasis erforderlich, um Probleme mit Kohlenstoffresten im ALD-Prozess zu vermeiden. Die Ausrüstung ist ausgereift und die Kosten eines einzelnen Prozesses sind mehr als 30% niedriger als die von ALD.

LImitationen

Die untere Abdeckung des tiefen Lochs ist unzureichend und muss mit Sputter sauber kombiniert werden, um Restverschmutzungen zu entfernen. In der Linienbreite unter 10 nm die Schrittabdeckungsrate von PVD (<50%) is difficult to meet the demand.

0040-02544 Oberkörper, DPS -Metall

Atomschichtabscheidung (ALD)
Obwohl ALD theoretisch genau genau ist, ist es in praktischen Anwendungen immer noch mit mehreren Herausforderungen konfrontiert:

Verarbeitung Engpässe in Ald Tan

Vorläuferkontamination: Bei Verwendung einer organischen tantalen Quelle (z. B. Ta (NME₂) ₅) und Ammoniak (NH₃) führen Kohlenstoffreste zu einem Anstieg des Filmwiderstands (dreimal höher als PVD Tan). Sterische Hinderungseffekt: In Strukturen mit einem Seitenverhältnis von> 1 0: 1 können die Vorläufermoleküle nicht effektiv auf den Boden diffundieren, was zu einer Diskontinuität des Films führt. Niedrige Abscheidungsrate: ALD wächst in einem einzelnen Zyklus nur 0,1 nm, und es braucht 50 Zyklen, um 5 nm Filme abzulegen, was 10 -mal länger ist als PVD.

Potenzielle Vorteile und zukünftige Anwendungen
ALD ermöglicht die Dickenkontrolle von ± 0. 2 nm an der Seitenwand der 3D -Finfets; Wenn die Linienbreite auf 5 nm schrumpft, kann ALD die einzige Technologie sein, die den Abdeckungsanforderungen entspricht.

0040-09094 Chamber 200 mm

Analyse der Schlüsselprozessflüsse (28 -nm -Doppel -Damaskus -Struktur als Beispiel)

Chemische sauber
Zweck: Entfernen von Kupferoxid und Ätzenresten von vias.

Methode: Salpetersäure\/Hydrofluorsäure (HNO₃\/HF) Mischlösung korrodiert, gefolgt von Backen bei 200 Grad, um Feuchtigkeit zu entfernen.

Sputter sauber
Parameter: Weiches Argon -Ionen -Bombardierung (Energie <50 eV), um Restverschmutzungen am Boden zu entfernen und die heftige Haftung der Bräune zu verbessern.

Bräune Ablagerung und Resputter
PVD -Ablagerung: Eine 2 -nm -Tan -Schicht wird abgelagert, gefolgt von Argonionen, die die untere Bräune zu den Seitenwänden umverteilt (von 60% bis 85% Abdeckung).

Tantal (TA) -Schichtabscheidung
Funktion: fungiert als Adhäsionsschicht für die Kupfersamenschicht mit einer Dicke von 1-2 nm, um zu verhindern, dass Kupfer das Schälen.

(Cu Samen)Ablagerung
Prozess: PVD legt eine Kupferschicht mit 300 nm ab, um ein leitendes Substrat für die anschließende elektroplierende Kupferfüllung bereitzustellen.