论文部分内容阅读
随着特征尺寸的缩小,集成电路的技术节点已经进入14nm以下,互连中的RC延迟和可靠性问题已经成为制约芯片性能的主要因素,传统的Ta/TaN阻挡层已经不能满足工艺发展的要求,需要研究新型超薄扩散阻挡层材料。本论文针对新型的CoMo合金阻挡/粘附层做了较为全面的研究,对其热学、电学和抛光特性等方面性能进行了探究。我们首先研究了超薄CoMo互连体系的热学稳定性。测试了50nmCu/～5nm CoMo/Si样品在退火前后的薄层电阻,发现～5nm CoMo阻挡层在500℃30分钟退火后仍然能够保持其对铜扩散的阻挡性能,并且热稳定性良好。在超低K介质衬底上(k=2.2),我们采用TEM与EDX测试相结合的方法,对刚淀积样品和从400℃到500℃退火的样品进行了表征,CoMo阻挡层对Cu具有较好的阻挡性能,退火后低K介质衬底中没有发现扩散的Cu元素,而相同厚度的Ta阻挡层样品已经失效。Cu/CoMo(1:3)/Low-k样品在600℃30分钟退火后表面的Cu仍然保持光滑连续,没有发生团聚现象,这说明CoMo与Cu之间具有较好的粘附性,适合作为铜互连中的粘附层材料。对CoMo阻挡层的电学性能,我们采用p-cap结构进行了研究。利用p-cap结构我们测试了阻挡层样品的漏电流和击穿场强等参数,并测量了样品在高温下的I-V特性,-5nmCoMo(1:3)样品在150℃下的击穿场强在6.3-7.4MV/cm,比Ta(3nm)/TaN(2nm)的击穿场强高(5.9-7.1MV/cm)；在任何3MV/cm,5MV/cm和7MV/cm,150C测试条件下,CoMo样品的经时击穿时间都小于Ta/TaN样品的TDDB。。还采用了温偏应力(BTS)测试法阻挡层样品的C-V曲线平带移动进行了表征,CoMo(1:3)样品在±1MV/cm150℃偏置600s后平带偏移为2.1V,小于相同偏置下Ta(3nm)/TaN(2nm)的偏移2.24V。1MV/cm场强150℃下偏置300s后三角波扫描(TVS)测试中,CoMo(1:3)阻挡层样品中没有出现明显的可动电荷峰,说明其对Cu有较好的阻挡性能。对CoMo的抛光性能进行了初步研究,发现在pH=3和pH=10下双氧水可以促进CoMo的腐蚀。同时,我们发现乙二胺能够抑制CoMo的静态腐蚀,pH=3条件下5mL/L双氧水体系中,1mL/L乙二胺可以将CoMo的静态腐蚀速率由66.6nm/min降低到12.5nm/min。另外,甘氨酸可以将CoMo与Cu之间的接触电位由0.228V降低为0.067V,抑制CoMo与Cu的电偶腐蚀。本论文结果表明,CoMo是一种非常优良的扩散阻挡层材料,有望在下一代互连工艺中得到应用。