以HSQ為犧牲層之Air-gap銅導線之大馬士革製程整合

Damascene Process for Air-gap Cu Interconnects Using Sacrificial layer HSQ

謝政良(Cheng-Liang Hsieh)

指導教授 ： 葉鳳生

國立清華大學/電機資訊學院/電子工程研究所/碩士(2006年)

摘要

摘要

本論文之重點在於整合SiNx capped Cu/Ta/SiO2 air-gap 銅導線damascene 結構，其中將利用電鍍銅、擴散阻障層Ta、犧牲層HSQ以及佈護層SiNx…等技術來完成銅導線結構。並討論air-gap damascene平行導線的電性特徵(漏電流、崩潰電場)。
在犧牲層HSQ方面，利用旋轉塗佈(spin on)方法將HSQ(hydrogen silsesquioxane，precursor : Fox15)和MIBK以比例2:1塗佈在樣品上，發現在預烤3500C 3分鐘的條件下，將cage-network-like HSQ浸泡在BOE溶液內，HSQ可由SiO2與其界面間快速掀去，故為一個良好之犧牲層。
在化學機械研磨(CMP)方面，定義銅平行導線width/space分別為0.5/0.5μm, 銅研磨漿料以Al2O3顆粒(0.05μm)、HNO3與citric Acid 調製而成，之後嚐試搭配不同正/背壓(D.P/B.P)= 5.0/4.0、4.0/3.0、3.0/2.0 psi來移除銅，最後以Levasil Silica 50CK 、H2O2 及H2O調製而成的Ta研磨漿料，配合D.P/B.P =5.0/2.0 psi來移除Ta膜，並以SEM觀察研磨後的銅導線，找出其最佳研磨條件。
將所有製程技術，包括犧牲層HSQ、擴散阻障層Ta和有電極電鍍銅方法配合化學機械研磨製作出SiNx capped air-gap Cu damascene平行導線結構，在漏電流量測方面，量測不同溫度(室溫、50℃、100℃、150℃、180℃)條件之下平行導線的漏電流，並討論 SiNx capped air-gap Cu damascene平行導線結構的漏電機制，在不同溫度下(室溫、100℃、195℃)量測SiNx capped air-gap Cu damascene平行導線結構的崩潰電場，並由量測到電場強度與SEM照片討論平行導線結構發生崩潰的原因。

關鍵字

空氣腔室 ； 大馬士革結構 ； 漏電流 ； 崩潰電場 ； 銅研磨製程

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無資料

並列關鍵字

air-gap ； damascene structure ； leakage current ； breakdown electric field ； CMP

參考文獻

and Z. S. Yanovitskaya, “Low dielectric constant materials for

microelectronics”, Journal of Applied Physics, vol. 93(11), p.8793-8841,

“Planarization of dual-damascene post-metal-CMP structures”, IITC,

p.99-86, 1999

Planization of Microelectronic materials”, John Wiley & Sons, Chap. 1, 1997