制造工艺对超深亚微米铝互连线通孔应力迁移可靠性的影响刘宇

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1、学校代码：10246学号：083021108硕士学位论文（专业学位）制造工艺对超深亚微米铝互连线通孔应力迁移可靠性的影响院系：信息科学与工程学院专业：集成电路姓名：刘宇指导教师：李炳宗教授彭树根博士完成日期：2010年11月20日摘要1Abstract2引言2第一章绪论31.1超深亚微米铝连线应力迁移问题的重要性31.2超深亚微米铝连线可靠性而临的挑战51.3本论文的工作7第二章铝互连线通孔应力迁移问题的研究背景82.1铝连线通孔应力迁移现象82.2铝连线通孔应力迁移原理82.3铝连线通孔应力迁移研究方法92.3.1测试结构的设计规范92.3.2测试方法和步骤10

2、2.3.3通孔电阻值模型132.4本章小结16第三章制造工艺对通孔界面与应力迁移可靠性的影响173.1超深亚微米铝连线通孔制造工艺173.1.1等离子体刻蚀原理和系统173.1.2等离子体刻蚀工艺形成通孔方法193.2通孔应力迁移可靠性失效机理213.2.1超深亚微米铝连线通孔应力迁移可靠性失效电性机理213.2.2超深亚微米铝连线通孔应力迁移可靠性失效物理和化学机理・・・243.3本章小结28第四章制造工艺的改善提高通孔应力迁移可靠性294.1实验设计294.2实验结果304.2.1分组条件工艺下的实验结果304.2.2优化工艺条件下的实验结果314.3实验分析

3、与讨论344・4本章才、结35第五章，也结36参考文献37致谢39芯片的可靠性是集成电路学术界的重耍研究课题和芯片制造业的面临的挑战，而应力迁移可靠性问题是其中最重要的课题之一。虽然半导体前沿技术已发展到纳米CMOS领域，铜互连已在高性能器件中得到广泛应用，但是铝互连线工艺仍然在当前大量生产的超深亚微米（0.15-0.18微米）集成电路中普遍应用。但是传统的铝互连线技术仍然碰到了各种各样的应力迁移问题，所以研究制造工艺参数和步骤与铝互连应力迁移的关系，有利于深入了解应力迁移现象，并具有实际的工业应用价值，对提高我国微电子制造技术水平具有积极意义。本论文首先分析了应

4、力迁移可靠性失效的原因，根据应力迁移寿命与各种物理参数关系，对0.15微米芯片铝互连进行了应力迁移寿命测试，并分析了通孔电阻分布模型，发现通孔底部界面接触电阻会显著影响通孔电阻值。论文接着仔细分析了0.15微米逻辑工艺中应力迁移可靠性失效的芯片，通过透射电子显微镜观察，界定应力迁移失效的位置，并且应用俄歇能谱深度组份分析，发现阻挡层Ti薄膜与铝金屈顶部TiN薄膜界面存在大量含氟和碳元素的聚合物，导致通孔电阻急剧升高，应力迁移可靠性失效。本论文的实验部分详细讨论了通孔制造工艺，尤其是反应离子刻蚀和去胶工艺对通孔刻蚀过程中聚合物生成的影响，优化了通孔反应离子刻蚀工艺，

5、降低0?的浓度和增加Ar的浓度；在氧等离子体去胶工艺中加入也+2形成气体，增强了去除聚合物的能力。经过优化工艺加工的芯片，提高了应力迁移可靠性。关键词：铝互连，应力迁移，阻挡层，接触电阻，聚合物中图分类号：TN305AbstractThereliabilityofintegratedcircuitsisanimportantsubjectforindustryandacademy,andstressmigration(SM)failureisthemostimportantandpersistentchallengeamongthem.Althoughthelea

6、dingedgeofsemiconductortechnologyhasbeendevelopedtothefieldofnano-CMOS,copperinterconnectsinhigh-performancedeviceshavebeenwidelyused,butthealuminuminterconnecttechnologyisstillusedinthecurrentmassproductionofultra-deepsubmicron(0.15-0.18micron)integratedcircuit.ButthetraditionalAlint

7、erconnecttechnologyisstillencounteravarietyofstressmigrationproblems,sotheresearchofmanufacturingprocessparametersandstepsrelatedAlinterconnectstressmigrationisconducivetounderstandingthephenomenonofstressmigration,andhaspracticalvalueforindustrialapplications.Thisthesisfirstanalyzest

8、herea