Deposició de barrera en la fabricació de xips

Per què necessiteu una capa de barrera?

En el procés d’interconnexió de coure de xips, els àtoms de coure són altament susceptibles a la difusió al medi aïllant que l’envolta (com ara Sio₂ o Materials de K), donant lloc a un curtcircuit o fallada de fuites. Per aturar aquesta difusió, cal dipositar una capa de barrera a nanoescala entre el coure i el medi. El nitrur de tàntal (tan) s’ha convertit en l’opció principal a causa de la seva alta compactat, la seva capacitat anti-difusió i la conductivitat elèctrica. Tanmateix, a mesura que el procés es trasllada a sub -28 nm, la uniformitat i la cobertura de la capa de barrera tenen reptes importants.

 

Tecnologia de deposició de vapor físic (PVD):

Als nodes de 22 nm i 14 nm, PVD continua sent la tecnologia bàsica de la deposició de la capa de barrera, amb els següents avantatges i innovacions:

El plasma metàl·lic ionitzat PVD

The tantalum target is bombarded with high-energy ions, and the tantalum atoms are sputtered out and reacted with nitrogen to form TaN films. Re-sputter process. After the TaN is deposited, the surface of the film is bombarded with argon ions to redistribute the TaN at the bottom to the sidewall, significantly improving the through-hole coverage of the aspect ratio >5: 1 (per exemple, un augment del 40% de la cobertura de la paret lateral al node de 32 nm).

Avantatges del procés
La taxa de deposició de pel·lícules primes tanques (2-5 nm) pot arribar a 10 nm\/min, adequada per a la producció massiva. No es requereixen precursors basats en carboni per evitar problemes de residus de carboni en el procés ALD; L’equip és madur i el cost d’un sol procés és superior al 30% inferior al de l’ALD.

Limitacions

La cobertura inferior del forat profund és insuficient i s’ha de combinar amb Sputter net per eliminar els contaminants residuals; A l'amplada de línia inferior a 10 nm, la taxa de cobertura del pas de PVD (<50%) is difficult to meet the demand.

0040-02544 cos superior, metall dps

Deposició de capa atòmica (ALD)
Tot i que l’ALD és teòricament precís a nivell atòmic, encara s’enfronta a diversos reptes en aplicacions pràctiques:

Processar els colls d'ampolla a Ald Tan

Contaminació precursora: Quan s’utilitza una font de tàntal orgànica (per exemple, TA (NME₂) ₅) i amoníac (NH₃), els residus de carboni condueixen a un augment de la resistivitat del film (3 vegades superior al PVD TAN); Efecte d'obstacle estèric: En estructures amb una relació d'aspecte de> 1 0: 1, les molècules precursores no es poden difondre eficaçment fins a la part inferior, donant lloc a la discontinuïtat de la pel·lícula. Baixa taxa de deposició: ALD creix només 0,1 nm en un sol cicle i es necessita 50 cicles a dipositar pel·lícules de 5 nm, que és 10 vegades més que la PVD.

Beneficis potencials i aplicacions futures
ALD permet el control de gruix de ± 0. 2 nm a la paret lateral de 3D finfets; A mesura que l'amplada de línia es redueix a 5 nm, ALD pot ser l'única tecnologia que compleix els requisits de cobertura.

0040-09094 Cambra 200mm

Anàlisi dels fluxos de processos clau (prenent com a exemple l'estructura de Damasc de 28 nm)

Neteja química
Finalitat: eliminar els òxids de coure i els residus de gravat de les vies.

Mètode: Solució de barreja d’àcid nítric\/àcid hidrofluòric (HNO₃\/HF) corroït, seguit de la cocció a 200 graus per eliminar la humitat.

Sputter net
Paràmetres: bombardeig d’ions d’argó suau (energia <50 eV) per eliminar els contaminants residuals a la part inferior i millorar l’adhesió bronzejada.

Deposició de bronzejat i respiració
Dipòsit de PVD: es diposita una capa bronzeja de 2 nm, seguida de respiració d’ions argó, redistribuint el bronzejat inferior a les parets laterals (de la cobertura del 60% al 85%).

Deposició de la capa de tàntal (ta)
Funció: actua com a capa d’adhesió per a la capa de llavors de coure amb un gruix de {{0} nm per evitar que el coure es pela.

(Llavor cu)Deposició
Procés: PVD diposita una capa de coure de 300 nm per proporcionar un substrat conductor per al farciment posterior de coure electroplicant.