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        直流和脈沖電鍍Cu互連線的性能比較

        作者: 時(shí)間:2009-08-07 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

        2.3 AFM測(cè)量結(jié)果
        圖3為電鍍電沉積Cu鍍層表面粗糙度RMS(root mean square)與電流密度的關(guān)系。可見脈沖所得鍍層表面粗糙度僅為幾個(gè)納米,而所得鍍層表面粗糙度在10 nm以上,最大時(shí)甚至達(dá)到了40 nm,這樣大的粗糙度將為后續(xù)CMP工藝造成極大的困難。而平整的表面可以為CMP工藝提供一個(gè)易于進(jìn)行處理的基底表面,采用Cu鍍層的表面粗糙度RMS比電鍍的低。

        2.4 SEM測(cè)量結(jié)果
        圖4為與直流電鍍電沉積Cu鍍層的SEM照片。由于有機(jī)添加劑將極大地影響Cu晶粒的生長(zhǎng)過程,為了單獨(dú)考察電沉積條件對(duì)晶粒生長(zhǎng)的影響,SEM測(cè)量的是在沒有三種添加劑情況下得到的鍍層。可見在相同的電流密度下,脈沖所得鍍層的表面晶粒密度遠(yuǎn)大于直流。之所以會(huì)出現(xiàn)這樣的差別,原因在于脈沖關(guān)斷時(shí)間雖然對(duì)電鍍效率沒有貢獻(xiàn),但它并不是一個(gè)“死時(shí)間”。在關(guān)斷周期內(nèi)可能發(fā)生一些對(duì)電結(jié)晶過程很有影響的現(xiàn)象,如重結(jié)晶、吸脫附等。在關(guān)斷時(shí)間內(nèi),晶粒會(huì)長(zhǎng)大,這是由于晶粒在關(guān)斷時(shí)間內(nèi)發(fā)生了重結(jié)晶現(xiàn)象。從熱力學(xué)規(guī)律可知,晶粒越大越穩(wěn)定。集成電路芯片互連中通常需要較大尺寸的晶粒,因?yàn)榇蟪叽缇Я5木Я_吔巛^少,偏折電子的幾率較小,相應(yīng)的電阻系數(shù)也較小,抗電遷移能力也更強(qiáng)。

        3 結(jié)語
        本文研究了脈沖電鍍和直流電鍍所得Cu鍍層電阻率、織構(gòu)系數(shù)、晶粒大小和表面粗糙度等特性參數(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在相同電流密度條件下,脈沖電鍍所得Cu鍍層電阻率較低、表面粗糙度較小、表面晶粒尺寸和晶粒密度較大,而直流電鍍所得鍍層(111)晶面的擇優(yōu)程度優(yōu)于脈沖。
        脈沖電鍍對(duì)電沉積過程有著更強(qiáng)的控制能力,能降低濃差極化,改善鍍層物理性能,獲得致密的低電阻率金屬電沉積層,所得鍍層在很多性能方面優(yōu)于直流電鍍。在超大規(guī)模集成電路Cu互連技術(shù)中,脈沖電鍍將有良好的研究應(yīng)用前景。


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