45nm半导体器件接触孔连接工艺的研究与改进

摘要

半个多世纪以来，在摩尔定律的驱动之下，集成电路工艺技术有了长足进步。目前45nm工艺已经成为半导体技术的主流。金属钨拥有的良好化学稳定性和抗电迁移能力。因此钨栓工艺仍然是45nm节点中连接器件源/漏、栅极和金属互连线的重要组成部分。钨栓工艺必须配合Ti/TiN沉积工艺来使用。随着工艺尺寸的不断减小，孔洞深宽比(AR)的不断提高，传统的钨栓工艺正面临巨大的技术难题。
　　本文基于45nm工艺技术，介绍沉积Ti/TiN薄膜所使用的金属有机物化学气相沉积技术(MOCVD)和离子化金属沉积技术(IMP PVD)。深入探讨深亚微米器件中涉及的钨栓工艺及其相关的Ti/TiN薄膜阻挡工艺技术整合的难题。
　　通过实验表明:优化后的Ti/TiN沉积工艺能更好地与钨栓工艺整合在一起。拥有更低的接触电阻，有效降低器件的电阻-电容延时(Contact RC delay)，大大改善半导体器件硅化物与钨栓接触稳定性，并且大大提高产品最终的良率。

目录

摘要

1 绪论

1．1 研究目的和意义

1．2 接触孔的定义

1．3 阶梯覆盖性

1．4 接触孔串联电阻的定义

1．5 硅化物概述

2 金属化工艺技术相关介绍

2．1 物理气相沉积工艺介绍

2．2 MOCVD金属有机物化学沉积工艺介绍

2．2．1 CVD工艺原理

2．2．2 MOCVD原理及优点

2．2．3 W CVD工艺原理及优点

2．2．4 小结

3 实验方法

3．1 实验设备介绍

3．1．1 DEGAS除水汽腔简介

3．1．2 Pre-clean反应腔简介

3．1．3 IMP PVD沉积腔简介

3．1．4 MOCVD沉积腔简介

3．1．5 W CVD沉积腔简介

3．2 薄膜测试仪器介绍

3．2．1 方块电阻Rs测试仪器简介

3．2．2 俄歇电子能谱仪

3．2．3 X射线荧光光谱分析(XRF)

3．2．4 光学式薄膜厚度测量仪

3．2．5 薄膜应力测试

3．2．6 TEM透射电子显微镜

3．2．7 SEM扫描电子显微镜

3．2．8 固体颗粒和产品缺陷侦测

3．3 小结

4 工艺实验内容

4．1 晶圆预清理工艺实验内容

4．2 钛薄膜工艺实验内容

4．3 氮化钛薄膜工艺实验内容

5 实验结果分析

5．1 晶圆预清理工艺实验分析

5．2 Ti／TiN工艺实验分析

5．2．1 钛薄膜厚度实验结果

5．2．2 氮化钛薄膜厚度实验结果

5．2．3 氮化钛钛薄膜厚度实验结果

5．2．4 小结

5．3 失效机理复制实验

5．3．1 钛／氮化钛复合膜实验

5．3．2 复合膜N2／H2处理实验

5．4 改进工艺方案

5．5 小结

6 总结与展望

参考文献

致谢

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