高深宽比硅孔溅射铜种子层工艺的探索与研究

硅通孔技术(TSV)是当前非常热门的高密度封装技术,但由于常规薄膜沉积技术很难在高深宽比的硅孔内沉积铜、钨等金属种子层,硅通孔技术中存在深硅孔金属化困难的工艺问题。通过对倾斜溅射时铜原子二维非对心碰撞前后入射角度的变化关系进行模拟计算发现,当原子碰撞有能量损失时,入射到硅孔内的铜原子角度会发生改变,有助于其沉积在硅孔深处。本文利用负偏压辅助多个铜靶共焦溅射的方式,在不同深宽比的硅盲孔中沉积铜种子层,验证了该方法的可行性,并通过三靶共焦溅射成功在深宽比8∶1的硅孔内实现了铜种子层的沉积。

乙醛酸化学镀制作铜互连线的研究

采用乙醛酸代替有害的化学药品甲醛作为还原剂的化学镀技术,在TiN阻挡层实现了化学镀铜。研究了不用贵重金属钯催化,而是采用NH4F酸性化学镀方法在TiN/Ti/S iO2/S i基板上沉积一层铜种子层,然后在此铜种子层上采用乙醛酸化学镀方法沉积铜膜的方法。用SEM观察镀层形貌,XRD表征镀层结晶状态,证实此方法能够制备出超大规模集成电路铜互连线。试验分析并探讨了pH值、铜离子浓度、乙醛酸浓度、EDTA浓度、联吡啶浓度、镀液温度对化学镀速度和镀铜层效果的影响,得到了制备超大规模集成电路铜互连线的最优化学镀溶液成分。

化学镀技术在超大规模集成电路互连线制造过程的应用

总结自大马士革铜工艺建立以来,电化学工作者利用化学镀技术围绕该工艺而开展的一系列相关研究,介绍了应用化学镀沉积镍三元合金防扩散层和化学镀铜种子层的研究以及离子束沉积法(Ion ized C lus-ter Beam,ICB)形成Pd催化层后的化学镀铜技术和超级化学镀铜方法.简要叙述化学镀铜技术在超大规模集成电路中的应用,总结化学镀铜技术的研究进展,并指出了今后的发展方向.

原子层沉积铜薄膜研究进展

微电子领域中的铜互连工艺需要沉积一层连续且保形好的铜籽晶层,随着集成电路中特征尺寸的减小及沟槽深宽比的增加,传统的热沉积工艺难以满足其将来的制作要求。本文介绍了使用新的强还原剂前驱体沉积铜金属工艺的研究进展,重点综述了利用氢气等离子体辅助原子层沉积铜薄膜工艺的研究现状,概述了应用各类铜前驱体进行铜薄膜沉积的参数及所制备铜薄膜的性能,总结了各工艺的优缺点。

等离子体增强原子层沉积技术制备铜薄膜

集成电路的高速发展为铜互连提出诸多要求,其中,如何低温条件(≤150℃)下在大深宽比的通孔或沟槽中沉积保形性好、纯度高、导电性好的铜籽晶层是亟需解决的问题。本文利用等离子体增强原子层沉积技术,以脒基铜为铜前驱体,以氢等离子体为还原物质,在较低的沉积温度(100℃)下,沉积了纯度高、导电性能优良的铜薄膜。在10∶1的硅基沟槽中,表面与沟槽底部厚度均匀(~80 nm)。考察了放电输入功率对薄膜形貌的影响并利用时间分辨发射光谱技术对氢等离子体进行在线诊断。本论文研究表明铜脒基前驱体用于低温等离子体辅助原子层沉积工艺,可有效地解决铜薄膜沉积过程中铜粒子的团聚问题,并为其它类脒基前驱体进行金属薄膜的沉积提供借鉴。

硅基板盲孔制备及填镀铜工艺研究

分析了影响硅基板盲孔制备及填镀铜质量的因素,进行了硅基板盲孔制备、绝缘层/阻挡层/种子层淀积、硅孔填镀铜等试验,通过对硅基盲孔填镀前处理、盲孔填镀铜等关键技术进行分析,得出加工过程中应该控制的要点和注意事项。

铜柱凸块生产关键工艺技术研究

讨论了铜柱凸块生产工艺中籽晶层厚度和电镀电流密度等关键制程因素对铜柱凸块共面性、晶圆应力、凸块剖面结构和电镀效率等方面的影响。研究结果表明增加电镀籽晶层厚度可以提高凸块共面性;在相同电镀电流密度下,籽晶层越厚,晶圆应力越大;相同的籽晶层厚度下,随着电镀电流密度增加,晶圆应力增加,但增加速率逐渐变慢;低电流密度下铜柱凸块顶部形成盘碟形状的剖面结构,而高电流密度容易使铜柱顶部形成圆拱剖面结构;采用阶梯电镀速率电镀方法与均一慢电镀速率电镀出的铜柱凸块共面性一致,而采用阶梯电镀法既能够提高电镀效率又可以得到较好的铜柱顶部盘碟形剖面结构。

电偶腐蚀对先进封装铜蚀刻工艺的影响

在先进封装的铜种子层湿法蚀刻工艺中,电镀铜镀层的蚀刻存在各向异性的现象。研究结果表明,在磷酸、双氧水的蚀刻液体系中,因电偶腐蚀造成的凸点电镀铜蚀刻量约为铜种子层蚀刻量的4.9倍。通过分析凸点上锡、镍镀层的能谱数据及蚀刻效果,发现该凸点结构中的锡、镍镀层表面存在钝化层,导致锡、镍镀层的蚀刻量远低于铜镀层。在加入不同添加剂的蚀刻液中,通过络合铜或破坏锡、镍镀层表面钝化层的方法,均能达到抑制凸点上铜镀层发生电偶腐蚀的效果。其中,复合型添加剂可以使凸点上铜镀层的横向蚀刻量降低约82%,并且添加剂无残留风险。