邏輯產(chǎn)品后段工藝改善.pdf

1、半導(dǎo)體工藝技術(shù)不斷在發(fā)展,隨著器件尺寸不斷縮小,超大規(guī)模集成電路(ULSI)工藝越來(lái)越復(fù)雜,后段金屬連線的尺寸也越來(lái)越縮小,金屬生長(zhǎng)和刻蝕等后段工藝的污染顆?？刂埔呀?jīng)成為保持高成品率和高生產(chǎn)效率的關(guān)鍵問(wèn)題之一,使得工藝對(duì)缺陷控制的要求越來(lái)越高。而缺陷也是影響成品率的最直接的因素之一。
　　 本論文對(duì)在線檢測(cè)技術(shù)的原理和邏輯產(chǎn)品的工藝進(jìn)行了介紹,重點(diǎn)針對(duì)作者所在單位邏輯產(chǎn)品后段金屬化工藝中出現(xiàn)的三種最嚴(yán)重陷缺進(jìn)行分析和研究。缺陷是

2、在生產(chǎn)制造中引進(jìn)的,而最終解決缺陷問(wèn)題也是通過(guò)改進(jìn)工藝來(lái)完成的。本文通過(guò)大量的研究實(shí)驗(yàn)和理論分析,尋找解決缺陷問(wèn)題、優(yōu)化工藝制程的方案,獲得了以下主要結(jié)果:
　　 1.發(fā)現(xiàn)了甜甜圈狀缺陷的產(chǎn)生機(jī)理并獲得了抑制方法。在Al線刻蝕后在線檢測(cè)發(fā)現(xiàn)環(huán)形類似甜甜圈狀的缺陷,分布從晶圓中心到周邊逐漸加重。通過(guò)跟蹤良率反饋,發(fā)現(xiàn)其對(duì)良品率有很大損害。通過(guò)失效分析、機(jī)理研究等方法確認(rèn)它是低質(zhì)量的氮化鈦薄膜導(dǎo)致甜甜圈狀缺陷的產(chǎn)生。本文通過(guò)薄膜應(yīng)力

3、的理論分析探索了缺陷產(chǎn)生的機(jī)理,通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了解決缺陷問(wèn)題的方法,最終獲得優(yōu)化方案解決了這種缺陷問(wèn)題。
　　 2.發(fā)現(xiàn)了小丘狀缺陷的產(chǎn)生機(jī)理并獲得了抑制方法。在鋁Al線刻蝕后在線檢測(cè)發(fā)現(xiàn)鋁線邊沿有突出物,且成分分析是Al本身。通過(guò)細(xì)致的跟蹤實(shí)驗(yàn)研究,發(fā)現(xiàn)這種缺陷與Al線刻蝕后的退火有關(guān)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)又發(fā)現(xiàn),把退火步驟刪除,則會(huì)出現(xiàn)另外一種狀似“老鼠咬”的缺陷。對(duì)于這一兩難問(wèn)題,本文提出并試驗(yàn)了一種用一個(gè)反應(yīng)腔連續(xù)做Ti和TiN薄膜的

4、"lch2pro"新工藝,它既不會(huì)產(chǎn)生老鼠咬缺陷,也解決了小丘狀缺陷的問(wèn)題。本文詳細(xì)研究了小丘狀缺陷的機(jī)理以及新工藝可以改善缺陷問(wèn)題的原理,并通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)對(duì)新工藝做評(píng)價(jià)。
　　 3.發(fā)現(xiàn)了晶須突出缺陷的產(chǎn)生機(jī)理并獲得了抑制方法。在Al生長(zhǎng)后可在線檢測(cè)發(fā)現(xiàn)形狀類似胡須的突起缺陷。成分分析有Al、Ti,不定期地發(fā)生,且在晶圓面內(nèi)沒(méi)有固定分布,對(duì)成品率有影響。為解決這種嚴(yán)重的缺陷問(wèn)題,本文針對(duì)所有可能引起缺陷的工藝步驟都做了研究,并

5、通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,最終確定其與Al淀積溫度和鎢回蝕工藝有關(guān)。鎢回蝕阻擋層TiN經(jīng)受了鎢回蝕刻蝕時(shí)等離子體的轟擊,其表面存在刻蝕損傷,而鋁在這些損傷的表面上生長(zhǎng)會(huì)發(fā)生異常生長(zhǎng)現(xiàn)象,從而形成晶須突出缺陷。
　　 針對(duì)晶須突出缺陷,本文引入了Al淀積分成兩次進(jìn)行的“兩步鋁”新工藝。第一步,先在200℃下做Al淀積,即冷鋁;第二步,再在340℃下生長(zhǎng)剩余厚度的鋁,即熱鋁。本論文通過(guò)機(jī)理分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,表明兩步鋁工藝能夠較好地解決晶須突出缺陷