Deposición de barrera en la fabricación de chips

¿Por qué necesitas una capa de barrera?

En el proceso de interconexión de cobre de los chips, los átomos de cobre son altamente susceptibles a la difusión al medio aislante circundante (como sio₂ o materiales de bajo K), lo que resulta en un cortocircuito o falla de fuga. Para detener esta difusión, se debe depositar una capa de barrera a nanoescala entre el cobre y el medio. El nitruro de tantalum (TAN) se ha convertido en la opción principal debido a su alta compacidad, capacidad antidifusión y conductividad eléctrica. Sin embargo, a medida que el proceso se mueve a sub -28 nm, la uniformidad y la cobertura de la capa de barrera enfrentan desafíos significativos.

 

Tecnología de deposición de vapor físico (PVD):

En los nodos de 22 nm y 14 nm, PVD sigue siendo la tecnología central de la deposición de la capa de barrera, con las siguientes ventajas e innovaciones:

El PVD de plasma metálico ionizado

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 (por ejemplo, un aumento del 40% en la cobertura de la pared lateral en el nodo de 32 nm).

Ventajas del proceso
La tasa de deposición de las películas delgadas Tan (2-5 nm) puede alcanzar 10 nm\/min, que es adecuada para la producción en masa. No se requieren precursores a base de carbono para evitar problemas de residuos de carbono en el proceso ALD; El equipo es maduro y el costo de un solo proceso es más del 30% más bajo que el de ALD.

Limitaciones

La cobertura inferior del agujero profundo es insuficiente, y debe combinarse con una limpieza de pulverización para eliminar los contaminantes residuales; En el ancho de línea por debajo de 10 nm, la tasa de cobertura de paso del PVD (<50%) is difficult to meet the demand.

0040-02544 Superior, DPS Metal

Deposición de la capa atómica (ALD)
Aunque ALD es teóricamente preciso a nivel atómico, todavía enfrenta múltiples desafíos en aplicaciones prácticas:

Procesar cuellos de botella en Ald Tan

Contaminación precursora: cuando se usa una fuente de tántalo orgánico (p. Ej., TA (NME₂) ₅) y amoníaco (NH₃), los residuos de carbono conducen a un aumento en la resistividad de la película (3 veces más alto que PVD TAN); Efecto de impedimento estérico: en estructuras con una relación de aspecto de> 1 0: 1, las moléculas precursoras no pueden difundirse efectivamente hasta el fondo, lo que resulta en la discontinuidad de la película. Baja tasa de deposición: ALD crece solo 0.1 nm en un solo ciclo, y se necesitan 50 ciclos para depositar películas de 5 nm, que es 10 veces más larga que el PVD.

Beneficios potenciales y aplicaciones futuras
ALD permite el control de espesor de ± 0. 2 nm en la pared lateral de FINFETS 3D; A medida que el ancho de línea se reduce a 5 nm, ALD puede ser la única tecnología que cumple con los requisitos de cobertura.

0040-09094 Cámara 200 mm

Análisis de flujos de proceso clave (tomando una estructura damasco doble de 28 nm como ejemplo)

Química limpia
Propósito: eliminar los residuos de óxido de cobre y grabado de VIA.

Método: la solución de mezcla de ácido nítrico\/ácido hidrofluorico (HNO₃\/HF) corroída, seguida de hornear a 200 grados para eliminar la humedad.

Limpieza
Parámetros: bombardeo de iones de argón suave (energía <50 eV) para eliminar los contaminantes residuales en la parte inferior y mejorar la adhesión tostada.

Deposición de bronceado y resputación
Deposición del PVD: se deposita una capa TAN de 2 nm, seguida de la resputación de iones de argón, redistribuyendo el bronceado inferior a las paredes laterales (de 60% a 85% de cobertura).

Deposición de la capa tantalum (ta)
Función: actúa como una capa de adhesión para la capa de semilla de cobre con un grosor de 1-2 nm para evitar que el cobre se pele.

(Semilla de cu)Declaración
Proceso: PVD deposita una capa de cobre de 300 nm para proporcionar un sustrato conductivo para el llenado de cobre electroplator posterior.