Cu互连线显微结构和应力的AFM及SNAM分析(英文)

Evaluation of microstructure and stress of Cu damascene interconnects using AFM and SNAM

在ULSI中采用Cu互连线代替Al以增加电子器件的传输速度和提高器件的可靠性。Cu的激活能约为 1 2eV ,而Al的激活能约为 0 7eV。Cu互连线寿命约为Al的 3～ 5倍。Cu大马士革互连线的制备工艺为 :在硅衬底上热氧化生成的SiO2 上开出凹槽 ,在凹槽中先后沉积阻挡层Ta和晶种层Cu ,然后由电镀的Cu层将凹槽填满。最后采用化学机械抛光将凹槽外多余的Cu研磨掉。Cu互连线的尺寸为 :2 0 0 μm长 ,0 5 μm厚 ,宽度分别为 0 3 5、0 5、1至 3 μm不等。部分样品分别在 2 0 0℃ ,3 0 0℃和 45 0℃下经过 3 0min退火。利用原子力显微镜 (AFM)和扫描近场声学显微镜 (SNAM) ,同时获得形貌像和声像 ,分析了Cu大马士革凹槽构造引起的机械应力和沉积引起的热应力对Cu互连线显微结构及可靠性的影响。SNAM是在Topometrix公司AFM基础上建造的实验装置 ,实验采用的机械振动频率在 60 0Hz～ 10 0kHz之间。分析测试结果如下 :1.AFM和SNAM可以实现对微米和亚微米特征尺寸的Cu互连线的局域应力分布和显微结构的原位分析。2 .采用AFM、TEM、XRD观察和测试了Cu互连线的晶体结构 ,分析了大马士革凹槽工艺对Cu晶粒尺寸及取向的影响。平坦的沉积态Cu膜的晶粒尺寸约为 10 0nm ;而由大马士革工艺制备的凹槽中的Cu互连线的晶粒尺寸约为 70?

Microstructure and sub micron sized stress distribution of the Cu interconnects with damascene architecture was analyzed via atomic force microscope (AFM) and a scanning near field acoustic microscope (SNAM). The architecture induced mechanical stress and deposition induced thermal stress affect the grain microstructure of Cu interconnects, hence affect the reliability of the Cu interconnects.