课件说明教案

华虹NEC电子 10SEM，TEM，EDX表明设备真空腔体微漏和极微量的残余气体对AL，W金属薄膜质量影响很大。从设备的角度提 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，真空度取决于淀积薄膜所能的气体污染程度。随着产品E-mailhe 应用材料公司（AppliedMaterials）I.Hashim等人分析了残余气体对铝铜溅射薄膜的影响[1]，（Inficon）公司的ChenglongYang等介绍了残余气体仪（RGA）在半导体制造中应用[2]，国内半导体（SMIC）等人利用高压RGA实时检50DRAMVIA填孔能力的影响[3]真空腔体中的残余气 真空中常见残余气体有水气(H2O)，氧气(O2)、氢气(H2)，CO，CO2N2O2到100纳米的单分子层，抽真空的过程中水气会凝结吸附在真空腔体以及各种工艺部件表被分解成离子或H2，O2等气体分子，所以它成为真空系统的一个问题所在，它顽强地粘在60表面上，清除起来很缓慢。金属表面与空气中的氧发生作用，能在其表面形成一层多孔疏松 实验 AppliedMaterialsEndura5500高真空磁控溅射系在预净化腔（Precleanchamber）10-5Pa，在传片腔(Transferchamber)真空度可免了界面氧化，吸湿问题，从而提高了的成品率及可靠性。图1AppliedMaterials公司的Endura5500结构图Fig1AppliedMaterialsEndura5500schematicAlCu薄膜淀积工序是从Loadlock取出硅片传到预除气腔（Degas）通过高温辐射加热ChAAlCu，AlCu的淀积本底真空度小于6.6×10-6Pa，工作气压为0.4Pa，加热器设定温度是420℃，溅射功率为14KW，AlCu靶材Al纯度为99.999%，含0.5wt%的铜，薄膜厚度为4μm，AlCu淀积后在保持真空本文中钨化学汽相淀积是在NovellusAltus上完成，包括由两个真空反应腔，一个公共的硅片传输腔(TransferChamber)Loadlock腔组成，每个反应腔可902图2Novellus公司Concept-2AltusFig2NovellusConccept-2Altusschematic 度415℃，工作气压为5330Pa，SiH4流量30SCCM，WF6流量425SCCM，钨薄膜0.5μm，真空与残余气体对溅射薄膜性能的

硅片淀积前真空腔体要进行高温烘烤，进腔前做除气（Degas）和用挡片(Dummywafer或Shutterdsic)去除残余气体，若腔体壁和硅片吸附的杂质气体在淀积过程中不断解吸放出将TaN薄膜，要想得到低电阻率，含氧量低的薄膜，真空度必须提高，否则淀积出来的有可能是高阻的TaON薄膜。PID反馈控制，溅射功率将直接影响到溅射速率，功率有的电源，压力和流量由压力计和MFC控制，靶材纯度余气体随着每次开腔(PreventiveMaintenance，PM)而变化最不稳定。中溶解的H2O，O2，H2等气体含量；b)设备后对真空系统进行高温烘烤除气[4]；c)3，已知影响因素包括铝淀积工艺温度，应力，钛和氮化钛膜质量和厚度，铝刻蚀工艺图3铝刻蚀后火山状残留缺Fig3VolcanotyperesiduedefectafterAl和溅射设备铝淀积真空腔体残余氧气有关系，EDX成分分析表明残留缺陷处异常元素氧，如图4所示。存在氧通常是由于真空漏气，气体受污染或抽真空不完全造成的。图4EDXFig4theEDXresultforvolcanotype

5AlCu/TTN淀积后SEM图发现小孔和错Fig5TheSEMreviewPinholeandcrackafterAlCu/TiN检查设备铝铜和Ti/TiN工艺腔体真空度和漏率在规范内，工艺腔体真空度为2.5×10-8Pa9.5×10-4PaRGA对工艺腔检漏和分析残余气RGA安装在公共传输腔对其用氦检漏发现工艺腔体(ProcessChamber)和传输腔（TransferChamber）之间的阀（Slitvalve）开关动作时金属波纹管有少量漏气，开关Slitvalve瞬间少量空气通过金属波纹管漏到传输腔，开阀时再从传输腔进入工艺腔体。图6Slitvalve结构Fig6SchematicdrawingofSlit图6为Slitvalve结构图，金属波纹管在拉伸状态也就是阀（Slitvalve）关闭时漏率小，真空度可以达9×10-6Pa，波纹管在压缩状态也就是阀（Slitvalve）打开时漏率续淀积的氮化钛相比铝膜因具有较大的热膨胀系数(AlTiN249.3ppm/℃)，Al在

TiNAl受上下层的影响无法完全释放，同时TiN又要向四周膨胀对Al产生压应力，使Al表面被拉伸出现空洞或裂缝，TiNAlTiN表面出现了针孔（Pinhole），特别是侧壁处的TiN膜薄，由此导致了低质量的氮化钛膜，如图5所示。经显影后，无残余氧气对铝晶须突出（Whisker）蚀残留，用EDX成分分析表明残留缺陷处异常元素氧，如图7。图7Fig7Whiskerdefectafter

6.9×10-5STDcc/sec5×10-8STDcc/sec。通常，晶须突出容易在低金属上出现，如Sn，In，Zn。集成电路制造中晶须突出00300以凸起的形式释放能量。[6的实验还了铝上覆盖一层氮化钛薄膜更容易出现晶须AuTiNAuTiN

残余气体对钨化学气相淀积颗粒缺陷的影CVD工艺流程发生在存在有高气体流的中低真空范围内，本底真空度通常几帕，淀积WCVD成核异常导致颗粒(WOFx)或氧化钨WO3，将大大降低钨本身的电阻率。路失效。诺发设备公司(Novellus)八英寸钨化学气相淀积设备Concept-2Altus上淀积钨Concept-2AltusChB有关系，这种缺陷不定期地发生，且在硅片面图8钨回刻蚀后缺Fig8ResiduedefectafterTungstenEtch-陷处有微量氧，如图9所示。图9Fig9ResiduedefectafterTungstenEtch-backand

2WF6+3SiH4 就会和O2混合产生反应SiH4+2O2 残余氧和水与硅结合吸附在硅片上形成气相SiO2，形成表面缺陷和吸附分子的吸杂中离子方法刻蚀而采用化学机械研磨（CMP）WF6反应还能形成氟氧化钨(WOFx)或氧化钨WO3WF6+3H2O 结Slitvalve在打开和关闭两个状态下金属波纹管处于0.003Pa/min4.9×10-5Pa，而伸展时漏率为0.28Pa/min，真空度可以到1.0×10-3Pa。[参考文献I.HashimandIJ.Raaijmakers，VacuumrequirementsfornextwafersizephysicalvapordepositionsystemAmericanVacuumSociety，1997，15(3)：PageChenglongYang，JeffMerrill，DavidLazovsky，ApplicationofIntegratedProcessMonitorSystemonEndura2，PresentonSemiConWest，2004Yong-QiangWuetcAdvancedInlineProcessControlonPVDSystem-AnApplicationofRGAforICManufacturingQualityandCapacityImprovement，ISTC2008，Page492JiWeiZh