铝和铜互连线的晶粒结构及残余应力研究

摘要

采用X射线衍射仪和扫描探针显微镜,观察和测量了分别由大马士革工艺制备的Cu互连线和由反应刻蚀工艺制备的Al互连线的晶粒结构和应力状态.大马士革工艺凹槽中的Cu互连线受到机械应力的影响,使Cu互连线的晶粒尺寸(45～65 nm)小于Al互连线的晶粒尺寸(200～300 nm);Cu互连线(111)的织构强度(2.56)低于Al互连线(111)的织构强度(15.35);Cu互连线沿线宽方向的应力σ_(22)随线宽的减小而增加,即沉积态和退火态的Cu互连线的σ_(22)由73和254 MPa(4μm线宽)分别增加到104和301 MPa(0.5 μm线宽).Cu互连线和Al互连线的流体静应力σ均为张应力.Al互连线的主应力σ_(11)、σ_(22)和σ_(33)随Al膜厚度的减小而增加.退火使Al互连线的σ_(11)、σ_(22)和σ_(33)降低,表明Al互连线中的残余应力主要为热应力.