華虹NEC電子 10SEM，TEM，EDX表明設備真空腔體微漏和極微量的殘余氣體對AL，W金屬薄膜質(zhì)量影響很大。從設備的角度提 EffectoftheBasePressureandResidualGasesonthePropertiesoftheMetalFilmDepositioninICHe (1.SchoolofMicroelectronics,ShanghaiJiaoTongUniversity,ShangHai200240;2.ShanghaiHuaHongNECElectronicsCo.,,ShangHai201206):Withthedevelopmentofintegratedcircuitfeaturesizescale-downandtherequirementsofspecialprocess，metalfilmdeposition esmoreandmoresensitivetobasepressureandimpuritiesincorporatedfromresidualgases,especially,forsputteringdepositionofhigh temperaturethickaluminumsputteringprocess.Thetinyvariationofprocesschambermicroenvironmentcanleaddevicefailure.Thetoolson8inchAL,WmetaldepositionsystemwereinvestigatedbyheliummassspectrometerleakdetectorandRGA,,thedefectswereyzedusingSEM,TEMandEDX.Theresultsshowedthatthelightimpuritiesfromvacuumleakageandresidualgasespresentinvacuumsystemscanhavealargeimpactontheproperties30metalfilm.Furthermore,thepaperproposedsomesolutionstoimprovethevacuumandreduceresidualgasesfromthehardwarepointofview,thesemeasureswereevaluatedandappliedinmassproduction,thesesolutionscanalsoobviouslyreducethetooldowntime，reduceproductdefectsandimprovechipyield.:IC;Basepressure;Residualgas;Physicalvapordeposition;Chemicalvapor 引40度，增大分子碰撞的平均自由程，真空度取決于淀積薄膜所能的氣體污染程度。隨著產(chǎn)品E-mailhe 應用材料公司（AppliedMaterials）I.Hashim等人分析了殘余氣體對鋁銅濺射薄膜的影響[1]，（Inficon）公司的ChenglongYang等介紹了殘余氣體儀（RGA）在半導體制造中應用[2]，國內(nèi)半導體（SMIC）等人利用高壓RGA實時檢50DRAMVIA填孔能力的影響[3]真空腔體中的殘余氣 真空中常見殘余氣體有水氣(H2O)，氧氣(O2)、氫氣(H2)，CO，CO2N2O2到100納米的單分子層，抽真空的過程中水氣會凝結吸附在真空腔體以及各種工藝部件表被分解成離子或H2，O2等氣體分子，所以它成為真空系統(tǒng)的一個問題所在，它頑強地粘在60表面上，清除起來很緩慢。金屬表面與空氣中的氧發(fā)生作用，能在其表面形成一層多孔疏松 實驗 AppliedMaterialsEndura5500高真空磁控濺射系在預凈化腔（Precleanchamber）10-5Pa，在傳片腔(Transferchamber)真空度可免了界面氧化，吸濕問題，從而提高了的成品率及可靠性。圖1AppliedMaterials公司的Endura5500結構圖Fig1AppliedMaterialsEndura5500schematicAlCu薄膜淀積工序是從Loadlock取出硅片傳到預除氣腔（Degas）通過高溫輻射加熱ChAAlCu，AlCu的淀積本底真空度小于6.6×10-6Pa，工作氣壓為0.4Pa，加熱器設定溫度是420℃，濺射功率為14KW，AlCu靶材Al純度為99.999%，含0.5wt%的銅，薄膜厚度為4μm，AlCu淀積后在保持真空本文中鎢化學汽相淀積是在NovellusAltus上完成，包括由兩個真空反應腔，一個公共的硅片傳輸腔(TransferChamber)Loadlock腔組成，每個反應腔可902圖2Novellus公司Concept-2AltusFig2NovellusConccept-2Altusschematic 度415℃，工作氣壓為5330Pa，SiH4流量30SCCM，WF6流量425SCCM，鎢薄膜0.5μm，真空與殘余氣體對濺射薄膜性能的

硅片淀積前真空腔體要進行高溫烘烤，進腔前做除氣（Degas）和用擋片(Dummywafer或Shutterdsic)去除殘余氣體，若腔體壁和硅片吸附的雜質(zhì)氣體在淀積過程中不斷解吸放出將TaN薄膜，要想得到低電阻率，含氧量低的薄膜，真空度必須提高，否則淀積出來的有可能是高阻的TaON薄膜。PID反饋控制，濺射功率將直接影響到濺射速率，功率有的電源，壓力和流量由壓力計和MFC控制，靶材純度余氣體隨著每次開腔(PreventiveMaintenance，PM)而變化最不穩(wěn)定。中溶解的H2O，O2，H2等氣體含量；b)設備后對真空系統(tǒng)進行高溫烘烤除氣[4]；c)3，已知影響因素包括鋁淀積工藝溫度，應力，鈦和氮化鈦膜質(zhì)量和厚度，鋁刻蝕工藝圖3鋁刻蝕后火山狀殘留缺Fig3VolcanotyperesiduedefectafterAl和濺射設備鋁淀積真空腔體殘余氧氣有關系，EDX成分分析表明殘留缺陷處異常元素氧，如圖4所示。存在氧通常是由于真空漏氣，氣體受污染或抽真空不完全造成的。圖4EDXFig4theEDXresultforvolcanotype

5AlCu/TTN淀積后SEM圖發(fā)現(xiàn)小孔和錯Fig5TheSEMreviewPinholeandcrackafterAlCu/TiN檢查設備鋁銅和Ti/TiN工藝腔體真空度和漏率在規(guī)范內(nèi)，工藝腔體真空度為2.5×10-8Pa9.5×10-4PaRGA對工藝腔檢漏和分析殘余氣RGA安裝在公共傳輸腔對其用氦檢漏發(fā)現(xiàn)工藝腔體(ProcessChamber)和傳輸腔（TransferChamber）之間的閥（Slitvalve）開關動作時金屬波紋管有少量漏氣，開關Slitvalve瞬間少量空氣通過金屬波紋管漏到傳輸腔，開閥時再從傳輸腔進入工藝腔體。圖6Slitvalve結構Fig6SchematicdrawingofSlit圖6為Slitvalve結構圖，金屬波紋管在拉伸狀態(tài)也就是閥（Slitvalve）關閉時漏率小，真空度可以達9×10-6Pa，波紋管在壓縮狀態(tài)也就是閥（Slitvalve）打開時漏率續(xù)淀積的氮化鈦相比鋁膜因具有較大的熱膨脹系數(shù)(AlTiN249.3ppm/℃)，Al在

TiNAl受上下層的影響無法完全釋放，同時TiN又要向四周膨脹對Al產(chǎn)生壓應力，使Al表面被拉伸出現(xiàn)空洞或裂縫，TiNAlTiN表面出現(xiàn)了針孔（Pinhole），特別是側(cè)壁處的TiN膜薄，由此導致了低質(zhì)量的氮化鈦膜，如圖5所示。經(jīng)顯影后，無殘余氧氣對鋁晶須突出（Whisker）蝕殘留，用EDX成分分析表明殘留缺陷處異常元素氧，如圖7。圖7Fig7Whiskerdefectafter

6.9×10-5STDcc/sec5×10-8STDcc/sec。通常，晶須突出容易在低金屬上出現(xiàn)，如Sn，In，Zn。集成電路制造中晶須突出00300以凸起的形式釋放能量。[6的實驗還了鋁上覆蓋一層氮化鈦薄膜更容易出現(xiàn)晶須AuTiNAuTiN

殘余氣體對鎢化學氣相淀積顆粒缺陷的影CVD工藝流程發(fā)生在存在有高氣體流的中低真空范圍內(nèi)，本底真空度通常幾帕，淀積WCVD成核異常導致顆粒(WOFx)或氧化鎢WO3，將大大降低鎢本身的電阻率。路失效。諾發(fā)設備公司(Novellus)八英寸鎢化學氣相淀積設備Concept-2Altus上淀積鎢Concept-2AltusChB有關系，這種缺陷不定期地發(fā)生，且在硅片面圖8鎢回刻蝕后缺Fig8ResiduedefectafterTungstenEtch-陷處有微量氧，如圖9所示。圖9Fig9ResiduedefectafterTungstenEtch-backand

2WF6+3SiH4 就會和O2混合產(chǎn)生反應SiH4+2O2 殘余氧和水與硅結合吸附在硅片上形成氣相SiO2，形成表面缺陷和吸附分子的吸雜中離子方法刻蝕而采用化學機械研磨（CMP）WF6反應還能形成氟氧化鎢(WOFx)或氧化鎢WO3WF6+3H2O 結Slitvalve在打開和關閉兩個狀態(tài)下金屬波紋管處于0.003Pa/min4.9×10-5Pa，而伸展時漏率為0.28Pa/min，真空度可以到1.0×10-3Pa。[參考文獻I.HashimandIJ.Raaijmakers，VacuumrequirementsfornextwafersizephysicalvapordepositionsystemAmericanVacuumSociety，1997，15(3)：PageChenglongYang，JeffMerrill，DavidLazovsky，ApplicationofIntegratedProcessMonitorSystemonEndura2，PresentonSemiConWest，2004Yong-QiangWuetcAdvancedInlineProcessControlonPVDSystem-AnApplicationofRGAforICManufacturingQualityandCapacityImprovement，ISTC2008，Page492JiWeiZh