臺灣博碩士論文加值系統

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

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