跳到主要內容

臺灣博碩士論文加值系統

(35.172.223.251) 您好!臺灣時間:2022/08/17 00:32
字體大小: 字級放大   字級縮小   預設字形  
回查詢結果 :::

詳目顯示

我願授權國圖
: 
twitterline
研究生:陳志弘
論文名稱:置換反應在銅製程積體電路之研究
論文名稱(外文):The application of contact displacement on copper interconnect for ic process
指導教授:萬其超萬其超引用關係王詠雲
學位類別:碩士
校院名稱:國立清華大學
系所名稱:化學工程學系
學門:工程學門
學類:化學工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
中文關鍵詞:置換反應銅製程擴散阻擋層種層
相關次數:
  • 被引用被引用:0
  • 點閱點閱:198
  • 評分評分:
  • 下載下載:0
  • 收藏至我的研究室書目清單書目收藏:0
隨著積體電路尺寸的縮小,內連線的製程必須達到深次微米的要求。因此,微毫孔沉積技術在積體電路上的應用變成相當的重要,尤其是在高深寬比及無孔隙沉積方面。
1997年IBM公司公開發表製作出第一片以銅為內連線的積體電路,來取代傳統的鋁製程。然而銅金屬具有易擴散到介電層的缺點,會造成元件的漏電。因此必須要在銅層與介電層之間再加上一層擴散阻擋層,來避免這個問題的產生。目前工業上擴散阻擋層主要的材料是以TiN或是TaN為主。此擴散阻擋層與鍍銅後的銅層附著力不佳,因此通常會以PVD或是CVD的方式先沉積一層晶種層(Seed Layer)。這種方法較為複雜且昂貴,而置換反應則是提供另一種較簡單的方式來沉積晶種層。
本論文主要分成兩個部分來討論。第一部分是對於經置換反應後,Pd沉積在擴散阻擋層-TaN的機構研究。我們利用XRD與EDX對於反應前後的固體粉末做定性分析,確立了置換反應後會有Pd的生成。在反應液部分,則是利用UV與F-NMR來分析,結果顯示Pd離子會與F-形成金屬的錯化合離子,在與TaN做置換反應之後,TaN會被氧化成TaF6-,而Pd錯化合離子則會被還原成Pd沉積在阻擋層的表面。定量分析方面,ICP-AES的結果顯示1莫耳的Pd離子參與反應,會有6莫耳的Ta離子生成。藉由上述的結果與討論,可以推導出完整的置換反應方程式。
第二部分是控制置換在阻擋層上Pd顆粒的大小,使其能夠在TaN阻擋層表面有效的以置換作用鍍上一層可以為IC製程銅內連線所需的Pd,以作為後續鍍銅之種層。使用的方法為改變不同的反應參數:(1)反應溫度(2)反應時間(3)適當的添加劑(4)反應移入超音波震盪器內進行(不同的功率)。適當的溫度(60OC)和振盪強度(60w),則可以誘使沉積在擋層上的Pd層形成豐富的結晶核並且可以控制Pd的大小約15-20nm。
摘 要…………………………………………………………………I
謝 誌…………………………………………………………………II
目 錄…………………………………………………………………III
表 目 錄…………………………………………………………………Ⅴ
圖 目 錄……..…………………………………………………………Ⅶ
第壹章 前言………………………………………………………………1
第貳章 背景簡介及文獻回顧……………………………………………6
2-1積體電路內連線之沉積技術…………………………………………6
2-2銅內連線金屬層的構造………………………………………………9
2-2.1銅基底層 — 擴散阻擋層(Barrier Layer)沉積…………10
2-2.2銅基底層 — 種層(Seed Layer)沉積………………………11
2-2.3銅金屬沉積……………………………………………………13
2.3置換反應(Contact displacement)技術的文獻回顧………………18
2-4實驗動機………………………………………………………………28
第參章 實驗方法…………………………………………………………30
3-1 置換反應實驗機制的探討………………………………………….30
3-1.1實驗流程圖與測量之儀器…………………………………………30
3-2 置換反應應用之探討……………………………………………….32
3-2.1反應容液的配置……………………………………………………34
3-3實驗藥品的介紹………………………………………………………35
3-4分析儀器及測量原理…………………………………………………36
第肆章 實驗結果與討論 — 反應機制..………………………………44
4-1以XRD來分析置換反應前後的固體粉末…………………………….44
4-2以EDX來分析置換反應前後的固體粉末…………………………….45
4.3反應液置換反應前後之定性分析………………………………48
4-3.1 UV光譜分析…………………………………………….48
4-3.2 F-NMR分析結果…………………………………………51
4-3.3不同濃度BHF置換液會產生不同的complex組成………54
4-4反應液置換反應前後之定量分析………………………………59
4-5結論………………………………………………………………61
第伍章 置換反應鍍鈀程序之研究………………………………………62
5-1控制置換反應時間………………………………………………62
5-2控制置換反應溫度………………………………………………66
5-3控制超音波的振盪功率…………………………………………69
5-4添加劑對置換反應的影響………………………………………76
5-5在0.25μm IC pattern上沉積銅線路………………………….80
5-6結論………………………………………………………………83
第陸章 結論………………………………………………………………84
參考文獻……………………………………………………………….…86
1.劉柏村, “低介電常數材料在多層導體連線技術上的整合應用”, 半 導體製程設備, 3, 3月(2002).
2.陳來助,“ ULSI超大型積體電路之銅導線技術”, 電子材料, 1, 85 (1998).
3.楊恆傑,鐘鴻欽,劉全璞, “銅製程之擴散阻障層材料的發展與挑戰”, 工業材料雜誌, 177, 9月(2001).
4.Robert J. Contolini , Lisa Tarte , Robert T. Graff and Lee B. Evans , “Copper Electroplating process for sub-half-micron ULSI structures”, VMIC Conference , June 27-29 (1995).
5.Panos C.Andricacos, “Copper On-Chip Interconnections A Break-through in Electrodeposition to Make Better Chips”, The Electrochemical Society, 32-39 (1999).
6.陳麗梅,王朝仁,“銅製程中之阻障層”,化工資訊,30,2月(2000).
7.馮憲平碩士論文, “電化學程序沈積超大型積體電路銅內連線之研究”, 國立清華大學 (1999).
8. K. Abe et al, Proceeding of VMIC Conference 1995, p308.
9.王廷君,謝宗雍,王英郎,陳科維, “簡介銅金屬電鍍製程在深次微米的應用技術”, 積體電路技術, 9, 9月(2001).
10.H.Narcus, Met. Finish., 45, 64 (Sept. 1947).
11.周杰, “化學鍍銅的溶液”, 電路板會刊, 65期.
12. C.H. Ting, M. Paunovic, P. L. Pai, G. Chiu, “Selective Electroless Metal deposition for via hole filling in VLSI multilevel interconnection structures”, J. Electrochem. Soc, 136, February, 462-466 (1989).
13.Valery M. Dubin,”Selective Electroless Ni-Cu (P) Deposition for Via Hole Filling and Conductor Pattern Cladding in VLSI Multilevel Interconnection Structures”, The Electrochemical Society, 139, 633-638 (1992).
14.G. Stremsdoerfer, D. Nguyen, N. Jaffrezic-Renault, J.R. Martin, P. Clechet“Contact Reaction in Pd/n-GaAs Junction Formed by Palladium Electroless Deposition”J. Electrochem. Soc, 140, 519-525 (1993).
15.Valery M.Dubin, Yosi Shacham-Diamand, Bin Zhao, P.K. Vasudev, Chiu H. Ting“Selective and Blanket Electroless Cu Plating Initiated by Contact Displacement for Deep Submicron Via Contact Filling”, VMIC Conference, June 27-29 1995.
16.Yosi Schacham-Diamand, Valery M. Dubin“Copper electroless deposition technology for ultra-large-scale-integration (ULSI) metallization”Microelectronic Eingeering, 33, 47-58 (1997).
17.Y. Schacham-Diamand, Y. Sverdlov, “Electrochemically deposited thin film alloys for ULSI and MEMS application”, Microelectronic Eng., 50, 525-531 (2000).
18.吳洋碩士論文, “擴散阻障層與金屬離子接觸置換反應之研究及其在積體電路工業上之應用”, 國立清華大學 (2000).
19.陳威志碩士論文,“在銅製程積體電路中以置換反應沉積導電層之研究”, 國立清華大學(2001)。
20.Hong-Hui Hsu,Chao-Chan Hsieh,Min-Hsian Chen,Su-Jien Lin,and Jien-Wei Yeh, “Displacement Activation of Tantalum Diffusion Barrier Layer for Electroless Copper Deposition”, The Electrochemical Society, 148(9),C590-598 (2001).
21.Y.Wu, W. C. Chen, H. P. Fong, C. C. Wan, and Y. Y. Wang, “Displacement Reactions Between Metal Ions and Nitride Barrier Layer/Silicon Substrate”,The Electrochemical Society, 149(5) ,G309-G317 (2002).
22. Seok Woo Hong,Chang-Hee Shin, “Autocatalytic Electroless Cu on Pd activated TaNX Barrier for ULSI Interconnect”, Hanyang University, Korea .
23.Yin-Ping Lee, Ming-Shih Tsai, Ting-Chen Hu,Bau-Tong Dai, and Ming-Shiann Feng, ”Selective Copper Metallization by Electrochemical Contact Displacement with Amorphous Silicon Film,” The Electrochemical Society,4(7)C47-C49 (2001).
24.林麗娟, “新SEM成像技術在材料科技的應用”, 工業材料, 106, 79.
25.汪建民, “材料分析”, 中國材料科學學會,1998.
26.Douglas A. Skoog, Tames J. Leary, “Principle of Instrumental Analysis”, Saunders College Publishing, San Diego.
27.吳乃立,“X光繞射之應用與方法”, 化工, 39, 52 (1992).
28.W.W.DULEY, “UV Lasers: effects and applications in materials science”, Cambridge University ,1996.
29. F.Albert cotton, Geoffrey Wilkinson, Carlos A. Murillo, Manfred Bochmann, “Advanced Inorganic Chemistry”, John Wiley & sons, New york, 1999.
30.方景禮,“電鍍添加劑總論”,傅勝出版社,1996.
31.魏聰揚碩士論文, “超音波攪拌對鍍銀性質之影響”, 國立清華大學 (1978).
32.洪愛娜, “化學鍍銅簡介”, 電路板會刊, 10期.
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
第一頁 上一頁 下一頁 最後一頁 top