Cu互连线显微结构和应力的AFM及SNAM分析(英文)

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?