Межкомпонентные соединения с «двойным узором» на основе меди и диэлектриков с низкой диэлектрической проницаемостью

Альтернативным методом формирования межкомпонентных соединений для УБИС ИС является метод «двойного узора» (dual damascene approach). Это метод с использованием медных проводников и диэлектрических пленок с низкой диэлектрической проницаемостью был внедрен потому, что он имеет некоторые преимущества по сравнению с межкомпонентными соединениями на основе алюминиевых шин и вольфрамовых столбиков. Во-первых, структуру с медными проводниками имеют более низкое удельное сопротивление и лучшую стойкость к электромиграции. Во-вторых, введение диэлектриков с низкой диэлектрической проницаемостью позволяет уменьшить паразитные емкости в структурах межкомпонентных соединений, а также улучшить RC-задержки. В-третьих, требуется только один шаг химико-механической полировки, только для полировки структуры медь/барьерный слой. В-четвертых, метод формирования «узорчатой структуры» исключает необходимость травления медных шин, процесс, который очень трудный для внедрения в производство. В-пятых, для сквозных отверстий существуют только одна граница раздела (например, барьерный металл в контакте с медной пленкой, в нижележащем уровне, в отличие от двух границ раздела сверху и снизу контактного столбика).

Метод «двойного узора» также имеет и ряд трудных проблем. Во-первых, медь является быстродиффундирующим и индуцирующим отказы приборов загрязнением, даже когда в кремнии присутствуют только ее следы. Поэтому, она должна быть окружена диффузионным барьером со всех сторон для предотвращения ее попадания в кремниевую подложку. Осаждение материалов для формирования диффузионного барьерам в канавках с высоким аспектным соотношением и сквозных отверстиях с достаточной толщиной во всех областях становится боле трудным с уменьшением размеров канавок и сквозных отверстий. Во-вторых, процесс химико-механической полировки меди (и нижележащего барьерного метала) является сложным процессом. В-третьих, осаждение слоев меди методом электроосаждения (гальванического осаждения) вносит другой, новый и потенциально производящий загрязнения технологический процесс в фабрику по производству кремниевых пластин. В-четвертых, разработка новых материалов с низкой диэлектрической проницаемостью является непростым процессом и будет необходимо искать новые материалы.

Для создания структуры межкомпонентных соединений с «двойным узором» используется следующая последовательность шагов:

1. Осаждение межуровневого диэлектрика с низкой диэлектрической проницаемостью;

2. Создание микрорисунка (фотолитография) и травление сквозных отверстий и канавок в межуровневом диэлектрике (для выполнения этого этапа требуется проведение вух фотолитографий и двух операций травления);

3. Осаждение многослойной пленки (например, барьерный металл/медь) в сквозные отверстия и канавки в межуровневом диэлектрике (барьерные слои и зародышевые слои меди осаждаются методом физического осаждения (напыления), основной слой меди осаждается методом электроосаждения (гальванопокрытия));

4. Слой меди и барьерный слой удаляются с областей над поверхностью межуровневого диэлектрика при помощи ХМП, остается лишь барьерный слой и медь, заглубленные в канавки и сквозные отверстия;

5.

В структуре с двойным «дамасским узором» используется только один шаг осаждения металла для одновременного формирования металлических шин и металла в сквозных отверстиях. Это достигается за счет того, что канавки и сквозные отверстия формируются в одном диэлектрическом слое, при помощи двух фотолитографий. Обычно глубина канавок составляет 400-500 нм, а глубина сквозных отверстий 500-700 нм. После вытравливания сквозных отверстий и канавок проводится осаждение одного и того же металла, который одновременно заполняет и сквозные отверстия и канавки. Затем металл, который находится вне канавки, удаляется при помощи химико-механической полировки и достигается планарная структура со вставленным в нее металлом. Как и в процессе с одиночным «дамасским узором» как только достигается планаризованная поверхность, больше нет необходимости планаризовать диэлектрические слои. Таким образом, для каждого уровня металлизации исключается одна операция химико-механической полировки.

Дата добавления: 2015-07-26; просмотров: 206; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!