集成电路互连线用高纯铜靶材及相关问题研究

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集成电路中器件互联线的研究

集成电路中器件互联线的研究

集成电路中器件互联线的研究王锴摘要:集成电路的互连线问题当今集成电路领域的一个研究热点,随着半导体器件和互连线尺寸的不断缩小,越来越多的关键设计指标,如性能、抗扰度等将主要取决于互连线,或受互连线的严重影响。

为了加强对于互连线技术的了解和对互连线问题的进行研究,文章讨论了互连线发展的缘由和互连线材料。

关键词::超大规模集成电路互连线问题建模金属互连线1引言集成电路工业作为信息产业的基础,对国民经济和社会发展产生着日益重要的影响。

而在集成电路发展的大部分时间里,芯片上的互连线几乎总像是“二等公民”,它们只是在特殊的情形在或当进行高精度分析时才以予考虑。

随着深亚微米半导体工艺的出现,这一情形已发生了迅速的变化。

由导线引起的寄生效应所显示的尺寸缩小特性并不与如晶体管等有源器件相同,随着器件尺寸的缩小和电路速度的提高,它们常常变得非常重要。

事实上它们已经开始支配数字集成电路一些相关的特性指标,如速度、能耗和可靠性。

这一情形会由于工艺的进步而更加严重,因为后者可以经济可行地生产出更大尺寸的芯片,从而加大互连线的平均长度以及相应的寄生效应。

因此仔细深入得分析半导体工艺中互连线的作用和特性不仅是人们所希望的,也是极为重要的。

这使得互连线影响、或以互连线为中心的集成电路设计方法学和计算机辅助设计技术成为了集成电路领域的研究热点。

2 集成电路互连线发展缘由一般认为,硅材料的加工极限是10nm 线宽。

我们都知道,从工艺水平来看,集成电路发展实现了从微米级别(0.5um,0.35um,0.18um,0.13um)到纳米级别(100nm,90nm,65nm,45nm,28nm,22nm)的跨越。

目前Intel、Samsung、TSMC等跨国跨地区企业先后进入22nm工业化量产工艺节点。

随着集成电路向超深亚微米的迈进,即制造工艺由已经可以规模量产的28nm 进一步朝22nm,18nm提升,并向10nm逼近时,摩尔定律在集成电路技术发展中的适用性开始受到挑战。

超高纯铜晶粒控制及晶界特征分布研究

超高纯铜晶粒控制及晶界特征分布研究

超高纯铜晶粒控制及晶界特征分布研究随着极大规模集成电路的发展,芯片特征尺寸缩小到深亚微米和纳米时,互连线RC延迟和电迁移引起的可靠性问题成为影响芯片性能的主要因素,传统的铝及其合金互连线已经不能完全满足集成电路工艺发展的需要。

与铝相比,铜具有更高的抗电迁移能力和更低的电阻率,对于降低互连线电阻、减少布线层数、提高集成电路逻辑运行速度、开发更细小密集的集成电路,具有重要作用,在集成电路130nm技术节点后成为主流的互连材料。

超高纯铜靶材是溅射制备集成电路互连用铜种子层的关键材料,在化学纯度、微观组织等方面均有严格的要求:纯度要求达到≥99.9999%(简称6N),靶材晶粒细小(<50μm)均匀稳定,弱织构特征,实现高功率溅射条件下薄膜厚度均匀性好、台阶覆盖率高等需求。

6N超高纯铜原材料的杂质含量不足1ppm,铸态组织晶粒粗大,在塑性变形过程中,由于缺乏杂质原子对晶界的拖拽,晶界通常处于不稳定状态,在外加应力或加热条件下,晶界扩散系数急剧增大从而加速晶界迁移,容易造成晶粒的异常长大。

因此,研究超高纯铜溅射靶材的晶粒尺寸控制以及通过改善晶界分布来抑制异常晶粒的产生,具有重要意义。

为了控制再结晶晶粒的大小,抑制异常晶粒的出现,本文对超高纯铜的再结晶过程进行了研究,对超高纯铜在不同温度进行退火处理,通过分析退火处理后超高纯铜的力学性能、组织、晶粒尺寸的变化规律,确定了超高纯铜不同变形量下的再结晶温度,以及再结晶开始和达到稳定状态的退火条件。

实验结果表明,冷变形超高纯铜,在变形量为40~90%的轧制条件下退火60min,再结晶的开始温度在130℃~180℃之间。

经工艺优化,适用于超高纯铜靶材冷轧和热处理的工艺为:80%变形量,再结晶处理温度为300℃,平均晶粒尺寸将小于20μm。

80%变形量条件下冷轧超高纯铜中典型的轧制织构含量较低,小角度晶界占据主要部分;经过退火处理后,呈现的是轧制织构和再结晶织构共存的现象,且各类型织构含量相差不大,织构分布均匀,再结晶晶粒之间几乎全部是大角度晶界。

集成电路互连用超高纯铜及铜锰合金微观组织及织构研究

集成电路互连用超高纯铜及铜锰合金微观组织及织构研究

集成电路互连用超高纯铜及铜锰合金微观组织及织构研究随着集成电路制造技术遵循摩尔定律不断发展演进,芯片特征尺寸缩小到深亚微米和纳米,金属互连线的布线宽度也要求越来越细,传统的铝及其合金互连线已经不能完全满足集成电路工艺发展的需要。

铜具有更高的抗电迁移能力和更低的电阻率,在降低互连线电阻、减少布线层数、提高集成电路逻辑运行速度等方面优点明显,已经成为取代铝作为新型布线材料的必然选择。

在集成电路90-45nm技术节点上,超高纯铜是关键的互连线种子层材料,而当线宽进一步缩小时,需要通过铜合金化的方法来解决铜互连技术当中Cu在Si 中扩散的问题,其中在铜中添加合金元素Mn可以有效的防止互连线氧化,并且铜锰合金互连工艺方法可形成自扩散阻挡层,其表面特性和微观结构对后续沉积生长的薄膜结构和晶粒、取向等有重要的影响。

现今的45 nm以下工艺产品主要采用CuMn互连线技术。

超高纯铜和铜锰合金靶材是溅射制备铜互连线种子层薄膜材料的关键源材料,其组织性能直接影响芯片的制造工艺及产品的最终性能。

本课题对超高纯铜以及铜锰合金材料形变、热处理过程微观组织结构特征进行了系统的研究,为高性能靶材的制备提供重要的技术支撑,以满足现在集成电路产业对关键配套材料的需求。

研究得到如下结论:(1)超高纯铜和铜锰合金铸锭原始组织十分粗大,晶粒尺寸可达到毫米级别。

通过开坯锻造、冷轧塑性变形后,产生了明显的轧制形变带,纤维组织出现了分层的情况,并且随着总变形量的不断增大,层间距宽度越来越小。

(2)超高纯铜在150℃开始再结晶,随着温度升高,再结晶晶粒不断增多。

当退火温度升到200℃时,再结晶已经基本完全,晶粒的尺寸接近22μm。

当退火温度升高至400℃时,组织当中出现了极不均匀的长大情况,有些位置出现明显的异常长大的晶粒;铜锰合金再结晶启动温度较高,在390℃退火条件下开始再结晶。

当在450℃至540℃时,再结晶过程进行完全,晶粒趋向等轴晶,晶粒尺寸在10μm左右。

集成电路靶材用超高纯金属材料产业化技术

集成电路靶材用超高纯金属材料产业化技术

集成电路靶材用超高纯金属材料产业化技术集成电路是当今信息科技产业的重要基础,而集成电路的靶材是其制造过程中至关重要的原材料。

近年来,随着集成电路产业的不断发展,对靶材的要求也越来越高,要求其具有超高纯度和稳定性,以确保制造出的集成电路具有更高的性能和可靠性。

因此,超高纯金属材料的产业化技术成为了集成电路靶材制造领域的关键技术之一。

一、超高纯金属材料的重要性超高纯金属材料是指纯度达到99.999%以上的金属材料,其主要包括铜、铝、镍、钨等材料。

在集成电路制造过程中,这些金属材料被用于制造导线、电极、焊料等关键部件,对纯度和稳定性的要求非常高。

由于电子器件的尺寸越来越小,工艺尺寸逐渐减小,因此超高纯金属材料的纯度要求也越来越高,以保证电子器件的性能和可靠性。

二、超高纯金属材料的产业化技术超高纯金属材料的制备技术包括物理法、化学法和电化学法等多种方法。

传统的方法主要包括真空熔炼、电解法、化学还原法等。

然而,这些方法在生产效率、成本和环保等方面存在一定的局限性,无法满足当今集成电路靶材制造的需求。

因此,急需研发一种新的超高纯金属材料的产业化技术。

近年来,国内外的科研机构和企业纷纷开展超高纯金属材料的产业化技术研究,取得了一系列重要的进展。

其中,物理气相沉积、物理溶液法等新技术的应用,为超高纯金属材料的产业化提供了新的思路和方法。

这些新技术不仅能够提高金属材料的纯度和稳定性,还能够提高生产效率,降低成本,同时也更加环保和可持续。

三、超高纯金属材料产业化技术的关键问题尽管超高纯金属材料产业化技术已经取得了一些重要的进展,但是仍然存在一些关键问题亟待解决。

首先,制备工艺的稳定性和可控性仍然需要进一步提高,以确保生产出来的超高纯金属材料具有更高的纯度和稳定性。

其次,成本控制是产业化过程中的一个关键问题,需要不断提高生产效率,降低原材料和能耗成本,从而提高超高纯金属材料的竞争力。

另外,环保和可持续性也是一个重要的考量因素,需要不断改进技术和工艺,减少对环境的影响,保护生态环境。

集成电路靶材用超高纯金属材料产业化技术

集成电路靶材用超高纯金属材料产业化技术

集成电路靶材用超高纯金属材料产业化技术1. 引言1.1 概述集成电路是现代电子信息技术的核心,广泛应用于通信、计算机、消费电子等各个领域。

而集成电路靶材作为集成电路的基础材料,其质量对于芯片制造工艺和性能具有重要影响。

目前,随着集成度的提高和新一代芯片的研发需求日益增长,对于超高纯金属材料也提出了更高的要求。

1.2 研究背景随着科技的进步和社会发展的推动,集成电路产业在全球范围内得到了迅速发展。

然而,在新一代芯片设计与制造过程中,经过多年积累的传统金属材料已经无法满足对于纳米级光刻制程等高精度加工的要求。

因此,研究人员开始关注超高纯金属材料并探索其在集成电路靶材中的应用潜力。

1.3 目的和意义本文旨在详细介绍集成电路靶材用超高纯金属材料产业化技术,并分析其与集成电路制造之间的关系。

首先,我们将介绍超高纯金属材料的定义和重要性,以及其在集成电路领域的应用概述和常见类型特点。

接着,我们将分析超高纯金属材料与集成电路靶材之间的技术要求和关系,并探讨其发展趋势。

同时,我们还将讨论该领域面临的技术挑战以及可能的解决方案,包括杂质控制与检测技术、制备工艺优化与创新技术应用、质量管理与标准化实践等方面。

最后,本文将阐述当前产业化推进情况并展望未来发展趋势,包括实际应用案例分析、产业链整合与市场前景展望,以及可持续发展策略和未来发展趋势预测。

通过本文对集成电路靶材用超高纯金属材料产业化技术的研究和探讨,有助于促进该领域的创新发展,并为相关行业提供参考和指导,在推动集成电路产业升级和提升产品质量方面起到积极作用。

2. 集成电路靶材用超高纯金属材料介绍2.1 定义及重要性超高纯金属材料是指在金属材料中除了基本元素之外,其他元素的含量极低的一类特殊金属材料。

在集成电路制造过程中,需要使用这些超高纯金属材料作为靶材来制备各种薄膜和器件。

由于集成电路对杂质的要求非常严苛,因此超高纯金属材料的纯度要求相当高。

超高纯金属材料在集成电路制造中具有重要意义。

90mn后段铜互连制程相关可靠性的研究的开题报告

90mn后段铜互连制程相关可靠性的研究的开题报告

90mn后段铜互连制程相关可靠性的研究的开题报告
尊敬的评委,大家好!今天我要介绍的是“90nm后段铜互连制程相关可靠性的研究”。

随着半导体技术的不断进步,芯片的制造工艺也在不断升级,90nm工艺已成为当前主流的芯片制造工艺。

然而,这一工艺也存在一些问题,其中一个重要问题就是可靠性。

在制造过程中,铜互连被广泛采用,但是其可靠性问题一直存在,影响着芯片的品质
和稳定性。

因此,本研究将从90nm后段铜互连制程入手,研究其相关可靠性,以提升芯片品质
和稳定性。

具体研究内容如下:
1. 分析铜互连形成的因素及其对芯片可靠性的影响。

将研究铜的电学性能和晶界对芯
片可靠性的影响,探讨压力和温度等因素对铜互连的影响。

2. 研究接触电阻对铜互连可靠性的影响。

将研究接触面积和接触力对接触电阻的影响,以及接触电阻对芯片可靠性的影响。

3. 分析衬底与铜互连之间的相互作用。

将研究衬底和铜互连之间的界面反应,分析其
对芯片可靠性的影响。

4. 研究应力对铜互连可靠性的影响。

将研究多种应力对芯片可靠性的影响,包括弯曲
应力、剪切应力等。

5. 通过实验验证所研究的内容。

通过模拟实验和实际操作,验证所研究的铜互连可靠
性问题,并探讨可能的解决方案。

本研究旨在探究90nm后段铜互连制程相关可靠性的问题,以提升芯片品质和稳定性,在未来半导体产业的发展中具有一定的指导意义。

谢谢大家!。

55nm铜互连工艺电迁移性能的优化的开题报告

55nm铜互连工艺电迁移性能的优化的开题报告

55nm铜互连工艺电迁移性能的优化的开题报告一、选题的背景和意义随着电子技术的不断发展,电子器件的制作工艺也在不断更新。

近年来,55nm铜互连工艺越来越普遍地被应用于集成电路芯片的制造过程中。

但是,这种工艺在使用过程中存在电迁移现象。

电迁移是指电子在金属导线内不断移动,由于电子激活了钝化层,导致导线长度短路或断路,从而导致器件的性能下降或故障。

因此,研究优化55nm铜互连工艺的电迁移性能,对于提高集成电路芯片的稳定性和可靠性具有重要的意义。

二、前沿性和研究现状目前,有许多研究工作致力于优化铜互连工艺的电迁移性能。

在工艺方面,有研究将基板温度降低可以有效地降低铜互连中的电迁移现象。

在材料方面,有研究表明,使用添加剂的铜电极可以有效地提高电线的可靠性。

此外,使用高硬度的介电材料可降低应力并延长器件寿命,同时用改进的电联接方法可降低电线压力。

三、研究方法和技术路线本研究将采用实验室制作的55nm铜互连工艺试片,通过电学测试和扫描电子显微镜技术来分析电迁移现象,并研究优化该工艺的电迁移性能。

实验中将使用不同的电流密度进行测试,来研究电流密度对电迁移的影响,在此基础上,将研究各种方法来降低电迁移现象,例如控制基板温度、添加剂的铜电极等。

四、预期成果和意义通过本研究,我们预期获得以下的成果:1.了解55nm铜互连工艺的电迁移现象及其机理。

2.研究不同电流密度条件下的电迁移现象和影响因素,分析结构参数和过程参数对电迁移的影响。

3.通过实验探索不同的方法来优化55nm铜互连工艺的电迁移性能。

最终的目标是探讨一系列可行的优化方案,并为55nm铜互连工艺的电迁移性能提供一定的理论和实践依据。

该工作对于提高芯片的性能和可靠性,降低器件的制造成本具有重要的意义。

集成电路互连线用高纯铜靶材及相关问题研究

集成电路互连线用高纯铜靶材及相关问题研究

材料与器件櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶Materials and DevicesDOI :10.3969/j.issn.1003-353x.2011.11.003基金项目:国家科技重大专项资助项目(2011ZX02705-004)集成电路互连线用高纯铜靶材及相关问题研究高岩1,2,王欣平1,2,何金江1,2,董亭义1,2,蒋宇辉1,2,江轩1,2(1.北京有色金属研究总院,北京100088; 2.有研亿金新材料股份有限公司,北京102200)摘要:随着半导体技术的发展,芯片特征尺寸缩小到深亚微米和纳米时,铜互连技术在集成电路的设计和制造中成为主流技术,从而对高纯铜靶材的要求越来越高。

从靶材制造的角度利用材料学的知识对铜靶材的晶体结构、纯度、致密度、微观组织及焊接性能等方面作了分析,并且较全面地分析了可能影响靶材溅射性能的很多关键因素,从而为靶材供应商和集成电路制造商对于铜靶材的了解搭建了桥梁,为进一步开发超大尺寸的高纯铜靶材打下基础。

关键词:集成电路IC ;互连线;焊接强度;铜靶材;溅射中图分类号:TG146.11文献标识码:A文章编号:1003-353X (2011)11-0826-05Research on Copper Sputtering Targets in ULSI and Related ProblemsGao Yan 1,2,Wang Xinping 1,2,He Jinjiang 1,2,Dong Tingyi 1,2,Jiang Yuhui 1,2,Jiang Xuan 1,2(1.General Research Institute for Non-Ferrous Metals ,Beijing 100088,China ;2.GRIKIN Advanced Materials Co.,Ltd.,Beijing 102200,China )Abstract :With the development of semiconductor technology ,the dimension of CMOS chip reduces into micrometer and nanometer.The technology of copper interconnection is the mainstream technology ,so the requests of the copper target are more and more rigor.From the point of view of the target in manufacture ,crystal structure ,purity ,compact ability ,microstructure and bonding of copper target capability are analyzed ,using the knowledge of material.The key factors influenced the performances of target sputtering are analyzed.A bridge between the copper target provider and the factory of CMOS chip is put up ,and the base for the next generation copper targets is built.Key words :integrated circuit (IC );interconnection ;solder strength ;copper target ;sputter EEACC :05300引言随着集成电路特征尺寸的不断减小,互连线的RC 延时成为影响电路速度的主要问题。

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材料与器件櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶Materials and DevicesDOI :10.3969/j.issn.1003-353x.2011.11.003基金项目:国家科技重大专项资助项目(2011ZX02705-004)集成电路互连线用高纯铜靶材及相关问题研究高岩1,2,王欣平1,2,何金江1,2,董亭义1,2,蒋宇辉1,2,江轩1,2(1.北京有色金属研究总院,北京100088; 2.有研亿金新材料股份有限公司,北京102200)摘要:随着半导体技术的发展,芯片特征尺寸缩小到深亚微米和纳米时,铜互连技术在集成电路的设计和制造中成为主流技术,从而对高纯铜靶材的要求越来越高。

从靶材制造的角度利用材料学的知识对铜靶材的晶体结构、纯度、致密度、微观组织及焊接性能等方面作了分析,并且较全面地分析了可能影响靶材溅射性能的很多关键因素,从而为靶材供应商和集成电路制造商对于铜靶材的了解搭建了桥梁,为进一步开发超大尺寸的高纯铜靶材打下基础。

关键词:集成电路IC ;互连线;焊接强度;铜靶材;溅射中图分类号:TG146.11文献标识码:A文章编号:1003-353X (2011)11-0826-05Research on Copper Sputtering Targets in ULSI and Related ProblemsGao Yan 1,2,Wang Xinping 1,2,He Jinjiang 1,2,Dong Tingyi 1,2,Jiang Yuhui 1,2,Jiang Xuan 1,2(1.General Research Institute for Non-Ferrous Metals ,Beijing 100088,China ;2.GRIKIN Advanced Materials Co.,Ltd.,Beijing 102200,China )Abstract :With the development of semiconductor technology ,the dimension of CMOS chip reduces into micrometer and nanometer.The technology of copper interconnection is the mainstream technology ,so the requests of the copper target are more and more rigor.From the point of view of the target in manufacture ,crystal structure ,purity ,compact ability ,microstructure and bonding of copper target capability are analyzed ,using the knowledge of material.The key factors influenced the performances of target sputtering are analyzed.A bridge between the copper target provider and the factory of CMOS chip is put up ,and the base for the next generation copper targets is built.Key words :integrated circuit (IC );interconnection ;solder strength ;copper target ;sputter EEACC :05300引言随着集成电路特征尺寸的不断减小,互连线的RC 延时成为影响电路速度的主要问题。

因此,寻找电阻率较低的导电材料和介电常数较低的介质材料成为超大规模集成电路工艺的一大发展方向。

因此铜材料成为替代铝材料的最优选择。

铜布线与铝布线相比有如下优点:铜的电阻率比铝低;铜导电性好,易冷却,在较大温度范围内保持好的可靠性;铜与低介电常数(k ≤3)材料的结合要比铝与SiO 2(k =4)的结合好,它能减少IC 布线的层数;铜布线能提高IC 芯片的速度,在逻辑IC 中速度可提高4倍;铜布线工艺步骤少,能降低成本,一般铜布线制造成本是铝布线的70% 80%等。

因此,铜布线替代铝布线是一种发展趋势[1]。

目前,世界上生产130nm 逻辑器件的公司大多数使用的是铜互连工艺,所淀积的铜质量的好坏直接关系到铜电阻率的大小以及抗电迁移性能的好坏。

因此如何在高宽比越来越大的深亚微米刻槽中高岩等:櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶集成电路互连线用高纯铜靶材及相关问题研究淀积出空洞和裂缝较少且晶粒较小的金属铜是铜靶材的研究重点。

1高纯铜靶材的物理特性铜为面心立方晶格,晶胞是一个立方体,在立方体的8个顶角和6个面的中心各有一个原子,晶格常数a =b =c ,棱边夹角α=β=γ=90ʎ(图1)。

在面心立方晶体中,最可能发生滑移的晶面为{111}晶面,这种晶面共有四组,每个晶面上有3个密集方向,因此共有12个滑移系,滑移系越多,金属发生滑移的可能性越大,塑性越好[2]。

因此,铜具有很好的塑性,在制备高纯铜靶材的过程中,充分利用高纯铜的良好塑性进行三向锻造,通过大塑性变形来细化晶粒。

但由于铜具有面心立方结构,其层错能较低,约为0.04J /m 2,完全再结晶后形成典型的退火孪晶组织,在退火过程中极易出现大量孪晶。

由于孪晶的点阵与基体点阵呈错位关系,该位置的原子在磁控溅射时极易被打出,造成靶材表面出现“尖端”,导致放电起弧。

因此,通过合理的塑性变形和热处理制度,最大限度地减少孪晶的存在,是高纯铜靶材制造的关键。

图1铜面心立方晶体结构示意图Fig.1Structure diagram of the Cu face-centeredcubic (FCC )crystals2高纯铜靶材在铜互连工艺中的作用现在国际上的铜布线技术都采用称为“大马士革”(Damascene )结构的镶嵌工艺。

该工艺是先在介质层材料中刻槽,然后沉淀阻挡层材料以及铜籽层,接着沉淀铜,最后使用CMP 技术把多余的铜以及阻挡层材料去除。

铜布线的过程包括阻挡层与种子层的沉积和铜的电化学镀。

目前,阻挡层及种子层的沉积主要是利用PVD 工艺。

相应的溅射铜靶材的要求为:纯度99.9999%以上,晶粒尺寸小于50μm ,晶粒取向需要严格控制。

铜的电化学镀(ECP )工艺采用铜靶作为阳极,纯度99.99%以上,组织致密均匀。

采用铜工艺可以提高芯片的集成度、提高器件密度、提高时钟频率以及降低消耗的能量,在逻辑控制芯片的高端应用上(130nm 及以下)优势明显。

3影响高纯铜靶材性能的主要因素近年来随着微电子产业的迅速发展,硅片尺寸迅速由6英寸(1英寸=25.4mm )、8英寸进步到12英寸,布线宽度由0.25μm 减小到0.18μm ,0.13μm 甚至0.065μm ;在溅射淀积过程中,对于如此不断扩大的淀积面积,必须提高对成膜面积的薄膜均匀性要求,才能确保如此细小的布线质量。

以前99.995%(4N5)的靶材纯度可满足0.35μm IC 的工艺要求,现在制备0.18μm 线条的靶材纯度则要求在99.9999%(6N )及以上才行。

目前,中国在高纯金属的提纯工艺方面与国外发达国家相比还有较大差距,特别是在高纯Cu ,Al 和Ti 方面(见表1)。

对于互连线用靶材原料来说,纯度大于99.99%(4N )都需要采用GDMS (辉光放电质谱法)来检测杂质元素,而国内具有GDMS 设备的研究机构屈指可数。

当靶材内部含有的杂质元素过多时,溅射过程中会在晶圆上形成微粒,这些杂质会导致互连线短路或断路,从而影响薄膜质量[3]。

表1集成电路布线用靶材原料对纯度的要求Tab.1Purity requirements of target metal in ULSI集成电路布线用靶材原料纯度要求产地Cu ≥99.9999%(6N )日本、美国、中国Al≥99.9995%(5N5)≥99.999%(5N )日本、挪威、法国、中国Al 合金≥99.9995%(5N5)≥99.999%(5N )日本、挪威、法国、德国Ta ≥99.99%(4N )≥99.95%(3N5)中国、德国、美国Ti≥99.999%(5N )美国、德国、日本高岩等:櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶集成电路互连线用高纯铜靶材及相关问题研究3.1高纯铜靶材的纯度溅射铜膜过程中铜膜的生长经常会受到靶材纯度的影响,靶材的纯度越高,溅射薄膜的性能越好。

因此,应尽可能降低靶材中杂质含量,减少沉积薄膜的污染源,提高薄膜的均匀性。

靶材中夹杂物绝大部分是在电解、熔炼和铸造过程中形成的,不同金属的提纯工艺不同,熔炼和铸造的工艺也不同,导致铸锭中含有超标的杂质元素不同。

对于高纯铜铸锭来说,杂质主要包括:Ag,As,Al,Bi,Fe和Ni等元素。

为了控制高纯铜的纯度,在电解高纯铜时应采用纯度相对较高的铜阳极;在熔炼和铸造过程中,应选用由高纯还原材料制造的坩埚、内浇道、高纯铸模等,并在铸造前彻底清除熔体表面的氧化物和其他熔渣。

通常都是在真空或无氧环境下熔炼和铸造高纯铜铸锭[4]。

关于铜的纯度,一般来说铜的纯度越高,其导电性越好,因此信号的失真就越小。

现在常见的铜质有4种,分别为TPC(电解铜),OFC(无氧铜),LC-OFC(线形结晶无氧铜或结晶无氧铜)及OCC(单晶无氧铜)。

日本矿业生产公司已经研制出了99.999% 99.9999999%超高纯铜(UHPC),并开始工业生产。

UHPC必须在无尘室中仔细处理,所用的水和气体必须干净。

坩埚和铸模材料的选择也必须注意(高纯石墨坩埚)。

为防止氧的污染,铸造材料必须在低温下加工,并需要近净成形,使之具有光滑和干净的表面以及没有裂纹和杂质的晶界,因此在高纯铜的生产过程中,悬浮铸造和定向凝固技术是有用的。

对于集成电路互连线制造用的高纯铜来说,铜的含量至少要达到6N以上,其杂质含量仅相当于4N的1/100。

目前,美国和日本等国均有成熟的6N产品。

对于纯度的另外一个表示方法为RRR,该方法在国际间被广泛使用。

通常,OFC大约是200,而6N铜却可达4000左右。

目前通常见到的主要为4N铜和6N铜,在机械的特性方面,6N铜的抗拉强度、延伸率和硬度都略低于4N铜。

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