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硅相对铜在Al-Si-Cu合金中扩散速度影响的研究

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金属热处理 2006年第6期31卷 13-16页

作者：张丁非彭建兰伟曾丁丁重庆大学材料科学与工程学院重庆400045 重庆科技学院冶金及材料工程学院重庆400050

测定了铜在单相α合金（Al-1．5wt％Cu-0．4wt％Si）和α＋Si两相合金（Al-1．5wt％Cu．12．5wt％Si）中的扩散系数。单相α合金扩散偶（Al-3．0wt％Cu-0．4wt％Si／Al-0．4wt％Si）和α＋si两相合金扩散偶（Al-3．0wt％Cu．12．5wt％Si... 详细信息

测定了铜在单相α合金（Al-1．5wt％Cu-0．4wt％Si）和α＋Si两相合金（Al-1．5wt％Cu．12．5wt％Si）中的扩散系数。单相α合金扩散偶（Al-3．0wt％Cu-0．4wt％Si／Al-0．4wt％Si）和α＋si两相合金扩散偶（Al-3．0wt％Cu．12．5wt％Si／Al-12．5wt％Si）在450—540℃条件下保温72—144h后，用电子探针测定铜原子的浓度分布，并由此计算铜原子在这两种基体中的扩散系数。测定结果表明，硅相的存在能够显著提高铜在该合金中的扩散速度，提高的幅度取决于硅相的体积分数和形貌。

关键词：铜扩散 Al-Si-Cu合金硅相

SiO_2/Ta界面反应及其对铜扩散的影响(英文)

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Journal of Semiconductors 2002年第10期23卷 1046-1050页

作者：龙世兵马纪东于广华赵洪辰朱逢吾张国海夏洋北京科技大学材料物理系北京100083 中国科学院微电子中心北京100029

利用磁控溅射方法在表面有SiO2 层的Si基片上溅射Ta/NiFe薄膜 ,采用X射线光电子能谱 (XPS)研究了SiO2 /Ta界面以及Ta5Si3 标准样品 ,并进行计算机谱图拟合分析 .实验结果表明在制备态下在SiO2 /Ta界面处发生了热力学上有利的化学反应 :3... 详细信息

利用磁控溅射方法在表面有SiO2 层的Si基片上溅射Ta/NiFe薄膜 ,采用X射线光电子能谱 (XPS)研究了SiO2 /Ta界面以及Ta5Si3 标准样品 ,并进行计算机谱图拟合分析 .实验结果表明在制备态下在SiO2 /Ta界面处发生了热力学上有利的化学反应 :37Ta +15SiO2 =5Ta5Si3 +6Ta2 O5,界面处形成更稳定的化合物新相Ta5Si3 、Ta2 O5.在采用Ta作阻挡层的ULSI铜互连结构中这些反应产物可能有利于对Cu扩散的阻挡 .

关键词： SiO2/Ta界面铜扩散 ULSI铜互连扩散阻挡层界面反应 X射线光电子能谱 XPS

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无铅焊点失效之铜扩散机理

上海交通大学学报 2007年第S2期41卷 120-122,126页

作者：罗道军邹雅冰中国赛宝实验室广州510610

通过对失效焊点界面合金层的仔细分析和实验验证,发现了过度回流以及镍镀层龟裂将使焊盘基材上镀层铜异常地长距离扩散到金属间化物中,导致金属间化物与镀层之间的强度急速下降,使焊点在正常外力条件下都可能产生早期失效,这种失效机理... 详细信息

通过对失效焊点界面合金层的仔细分析和实验验证,发现了过度回流以及镍镀层龟裂将使焊盘基材上镀层铜异常地长距离扩散到金属间化物中,导致金属间化物与镀层之间的强度急速下降,使焊点在正常外力条件下都可能产生早期失效,这种失效机理正常情况下难以发觉.文中给出了控制这种早期失效的相应对策.

关键词：焊点失效铜扩散失效机理

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解决90nm及以下蚀刻中铜扩散的先进工艺

解决90nm及以下蚀刻中铜扩散的先进工艺

作者：钟鑫生复旦大学

学位级别：硕士

在半导体工艺的发展中,金属连线工艺从铝互连制程转到铜互连制程是一个旅程碑式的进步,它配合低（1ow）K材料例如FSG＆BD的应用,使得器件的时间延迟受金属连线的影响降低到可接受的范围。而且镶嵌法在铜工艺种的应用更是解决了铜难以蚀... 详细信息

在半导体工艺的发展中,金属连线工艺从铝互连制程转到铜互连制程是一个旅程碑式的进步,它配合低（1ow）K材料例如FSG＆BD的应用,使得器件的时间延迟受金属连线的影响降低到可接受的范围。而且镶嵌法在铜工艺种的应用更是解决了铜难以蚀刻的问题,使得半导体器件的关键尺寸不断缩小。本论文通过研究大马士革铜互连工艺线上所遇到的铜扩散的缺陷展开研究,对其形成的机理和线上制程的缺陷进行分析。本论文通过在线（inline）的KLA缺陷扫描,使用扫描电子显微镜对缺陷的剖面图进行更进一步的机理剖析,以及可能的改进措施进行表征和分析,并且通过具体的产品进行少量实验,通过参数收集与分析,对改进方式的可行性与可靠性进行验证,结果符合要求后,再进行更进一步大量产品的验证,使得改进措施得以大量推广。大马士革工艺中,阻挡层蚀刻后下面一层铜的平坦度对于当层氮化钽阻挡层的生长质量尤其重要,通孔制程要保证通孔的底部不会被蚀刻穿,如果没有足够大的选择比,很难做到足够阻挡层的残留,本文通过提高通孔蚀刻程式的选择比从而有效的增大了铜扩散的门槛,减少了通孔的铜扩散;阻挡层蚀刻后铜表面可能会有一些聚合体（polymer）残留,直接会与铜反应,继而会被湿法蚀刻（Wet）泡掉淘空,进而形成铜析出的缺陷,让随后的氮化钽阻挡层生长质量不高,如何清除这些聚合体残留并进行铜表面处理也是阻挡层蚀刻的重点,本文通过增加氮气Flush步骤,可以有效的去除聚合体,从而减少了聚合体与铜的反应,铜扩散的几率也就相应的降低。同时,铜化学机械研磨后会有大量应力聚集,在下层衬垫生长后形成大量的hill lock,这对蚀刻的各部分提出了更高的要求,形成新的挑战。本文讨论了关于蚀刻部分产生的铜析出的关键的3个方向,以及对他们的分析、验证与优化。

关键词：铜互连工艺大马士革工艺铜扩散铜表面处理通孔的保护

铜互连技术中铝焊接点的氮化钽扩散阻挡工艺优化

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铜互连技术中铝焊接点的氮化钽扩散阻挡工艺优化

作者：胡平复旦大学

学位级别：硕士

随着半导体器件尺寸的不断缩小,互连对芯片速度、可靠性、功耗等性能的影响越来越大。互连材料和工艺技术的改进成为集成电路技术进步的重要关键之一。后端互连技术,已经逐步从铝互连过渡到铜互连。在0.13μm及其以下的技术节点中,铜互... 详细信息

随着半导体器件尺寸的不断缩小,互连对芯片速度、可靠性、功耗等性能的影响越来越大。互连材料和工艺技术的改进成为集成电路技术进步的重要关键之一。后端互连技术,已经逐步从铝互连过渡到铜互连。在0.13μm及其以下的技术节点中,铜互连技术已经成为主流。在后端铜互连工艺中,多层铜线层配合铝焊接点层的工艺流程相当普遍。这种工艺流程,如果铝焊接点底部的氮化钽扩散阻挡层工艺出现问题,该位置非常容易发生铜扩散问题。这会导致产品良率损失,可靠性下降,封装引线附着力减弱等一系列问题。本文,通过对铜扩散发生机制的一些研究分析,针对铝焊接点的扩散阻挡层工艺进行对比实验,优化其制备工艺。分别对比了不同溅射设备制备的氮化钽的扩散阻挡效果;并通过调整工艺参数,来比较不同工艺条件下制备的氮化钽扩散阻挡层样品的铜扩散效应;论文还对比研究了不同组合方式的氮化钽/钽复合膜的扩散阻挡效果。通过这些实验,找到了几种有效解决铜扩散问题的氮化钽扩散阻挡层制备方案。在本项研究工作中,根据实际生产应用降低成本,提高效益的需求,选取富氮的氮化钽扩散阻挡层薄膜方案应用到实际生产工艺中。使产品的缺陷降低,良率和可靠性得到了有效提升。

关键词：铜互连工艺铝焊接点氮化钽铜扩散

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2024合金薄板铜扩散控制工艺的要点分析

铝加工 2015年第6期38卷 16-21页

作者：王能均西南铝业(集团)有限责任公司重庆九龙坡401326

研究了2024合金退火温度和退火保温时间对O态板材铜扩散的影响,同时研究了重复淬火次数、淬火保温时间对T42、T62态板材铜扩散的影响。结果表明退火温度、保温时间以及淬火保温时间、淬火次数对铜扩散均有影响,其中退火温度是O态板材铜... 详细信息

研究了2024合金退火温度和退火保温时间对O态板材铜扩散的影响,同时研究了重复淬火次数、淬火保温时间对T42、T62态板材铜扩散的影响。结果表明退火温度、保温时间以及淬火保温时间、淬火次数对铜扩散均有影响,其中退火温度是O态板材铜扩散控制的关键,而淬火次数、淬火保温时间等是T42、T62态板材铜扩散控制的关键。

关键词： 2024合金热处理工艺重复淬火铜扩散

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低Ni/Cu比钢中铜的富集行为

金属热处理 2012年第5期37卷 29-34页

作者：刘锟李飞吴耐郭佳朱国森李明首钢技术研究院薄板所北京100043 首钢迁安钢铁有限责任公司河北迁安064404

采用热重分析仪和扫描电镜研究了不同加热温度和升温速率下Ni/Cu比为0.39的低Ni/Cu比含铜钢铜富集行为。研究结果表明:在1050～1300℃加热温度范围内,富集相以富Cu-Ni相和富Ni相为主,且以颗粒形式弥散分布于氧化皮内部或氧化皮与钢基体... 详细信息

采用热重分析仪和扫描电镜研究了不同加热温度和升温速率下Ni/Cu比为0.39的低Ni/Cu比含铜钢铜富集行为。研究结果表明:在1050～1300℃加热温度范围内,富集相以富Cu-Ni相和富Ni相为主,且以颗粒形式弥散分布于氧化皮内部或氧化皮与钢基体界面;除1250℃外,随加热温度升高,富集相中Ni/Cu比值逐渐增加,在1200℃和1300℃时,富集相仅为富Ni相。加热温度为1250℃时,升温速率不同,富集相的Ni/Cu比值和氧化皮与钢基体界面形态不同:采用5℃/min低速升温和15℃/min高速升温均有利于增加Ni/Cu比值,而采用10℃/min中速升温导致Ni/Cu比值偏低;增加升温速率,缩短加热时间,使氧化皮与钢基体界面更加平滑,有利于除鳞以改善钢材表面质量。对生产高表面质量低Ni/Cu比含铜钢而言,可采取低温加热或高温加热,将加热温度分别控制在1180～1220℃或者1280～1320℃;也可采用1220～1280℃中温加热,将弱氧化性气氛下分阶段步进梁加热炉的第三阶段升温速率控制在15℃/min左右。

关键词：含铜钢 Cu-Ni相铜富集铜扩散铜脆

N掺杂对a-SiC：H基介质扩散阻挡层结构及性能的影响

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物理学报 2009年第3期58卷 2042-2048页

作者：刘波唐文进宋忠孝陈亚芍徐可为西安交通大学金属材料及强度国家重点实验室西安710049 陕西师范大学大分子科学陕西省重点实验室西安710062

用射频等离子增强化学气相沉积技术(RF-PECVD)制备非晶碳化硅(a-SiC:H)和不同掺氮量的碳化硅基(a-SiCNx:H)介质薄膜.采用傅里叶红外光谱(FIRT),X射线光电子谱仪(XPS),纳米压入仪(Nano IndenterR○-XP),Agilent 4294A高精度阻抗分析仪,... 详细信息

用射频等离子增强化学气相沉积技术(RF-PECVD)制备非晶碳化硅(a-SiC:H)和不同掺氮量的碳化硅基(a-SiCNx:H)介质薄膜.采用傅里叶红外光谱(FIRT),X射线光电子谱仪(XPS),纳米压入仪(Nano IndenterR○-XP),Agilent 4294A高精度阻抗分析仪,俄歇能谱仪(AES)和场发射高分辨透射电镜(HRTEM)表征氮掺杂对碳化硅基薄膜化学键组成、微观结构、机械性能、介电常数和阻挡铜扩散性能的影响.实验结果表明:通过控制薄膜的氮含量可实现其介电常数在3.8—5.2范围内可调.随着反应源中氨气(NH3)流量的增加,碳化硅基薄膜中Si—N和C—N化学键比例增加以及由此导致的薄膜微观结构致密化是氮掺杂显著提高碳化硅基薄膜机械性能、热稳定性和阻挡铜扩散性能的机理.

关键词：介质扩散阻挡层非晶a-SiC:H薄膜非晶掺氮碳化硅基薄膜(a-SiCNx:H) 铜扩散

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铜互连技术中接触孔钨填充工艺研究

铜互连技术中接触孔钨填充工艺研究

作者：张冠群复旦大学

学位级别：硕士

随着集成电路工艺进入深亚微米阶段,后端的金属互连大多采用铜互连技术。但由于铜的扩散问题,接触孔工艺还是采用钨填充技术。随着线宽的缩小,钨填充技术面临的挑战也越来越大。生产应用中,经常会发生接触孔钨填充有空洞问题。大的空洞... 详细信息

随着集成电路工艺进入深亚微米阶段,后端的金属互连大多采用铜互连技术。但由于铜的扩散问题,接触孔工艺还是采用钨填充技术。随着线宽的缩小,钨填充技术面临的挑战也越来越大。生产应用中,经常会发生接触孔钨填充有空洞问题。大的空洞会导致上层的铜金属扩散到器件内部,导致器件失效。因此,为了保证器件的稳定可靠,改善钨的阶梯覆盖率及减小接触孔的孔隙就显得非常紧迫和重要。本论文主要研究内容有：首先,讲述了集成电路和铜互连技术的发展简史,并且阐述了CVD工艺的基本原理以及氮化钛工艺,传统的钨工艺和原子层淀积工艺的基本步骤。其次,研究了接触孔钨工艺的不完全填充的特征,在铜互连工艺中造成铜扩散和器件失效的原理。分析钨接触孔不完全填充的原因,主要包括衬底氮化钛的影响,传统的W CVD工艺和脉冲成核层(PNL)淀积W CVD工艺中一些重要的影响因素。再次,分别基于衬底氮化钛工艺,传统的W CVD工艺以及PNL W CVD工艺实验,讨论影响接触孔钨不完全填充的几个重要因素：淀积氮化钛前预刻蚀;氮化钛的厚度与等离子体处理程度;淀积氮化钛后到淀积钨之前的等待时间;传统钨淀积过程成核层的厚度,成核以及后续淀积过程的温度与气体比例控制;PNL工艺中硼烷气体及成核层控制。最后,综合各个有利钨接触孔填充的因素,应用到较小线宽的工艺中,研究对电性能和良率的改善。通过各部分的研究可以得到以下结论：第一,氮化钛扩散阻挡层工艺对钨接触孔的填充有着非常重要的影响,通过多次生长薄层氮化钛并多次等离子体处理的方式,可以提升氮化钛的致密度,减小钨成核的孵化时间,从而达到改善阶梯覆盖率的目的。阶梯覆盖率的改善能够解决接触孔钨孔隙较大的问题,预防上层的铜通过大的接触孔孔隙扩散到器件中第二,研究了钨成核层薄膜的制备工艺对于钨填充能力的影响。指出成核层薄膜的致密度和晶粒大小影响钨的填充,从而引入了PNL这种特殊的成核层控制工艺。并通过优化B2H6的流量来改善浸润与吸附作用,得到较好的成核层,改善了接触孔钨孔隙过大甚至是空洞的问题。第三,结合生产实践,在0.11μm工艺的接触孔上,综合应用各种优化因素,改善了钨的填充状态,解决了铜扩散的问题,稳定了电性能,并提高良率近20%。

关键词：钨化学淀积台阶覆盖率接触孔 TiN 脉冲成核层铜扩散