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介质材料紫外光UV吸收型薄膜堆叠改善超低k材料特性

低k及超低k材料在先进技术节点被广泛采用。通常来说,减低k值有二个可能的途径:一是降低材料的极化率,将一些元素加入二氧化硅晶格中能有效地降低极化率,例如氟、碳、氢和各种有机分子团(如甲基)。此外,材料密度降低非常有利于降低k值。所以,在介质材料中制造更多微孔是降低k值得另一途径。

然而,当低k材料帮助集成电路提升速度、改善性能的同时,其多孔性及脆性也为工艺的进步带来了诸多的难题。通常,人们会采用紫外光热处理工艺对超低k介质材料进行处理,以期改善其机械性能,并增强其在CMP工艺时的机械强度。在Cu与介质层的交界面通常会产生一定的压应变,这对降低Cu金属层的电子迁移率以及提高薄膜堆叠的稳定性大有裨益。但是,Cu与介质层的交界面的超低k介质的压应变会随着紫外光热处理过程发生改变,甚至会从压应力转换为拉应力。

Novellus采用PECVD(等离子体增强CVD)工艺研发出一种适用于32nm制程的介质薄膜堆叠层。该薄膜堆叠层可降低到达Cu与介质层交界面的紫外光,从而保证了超低k介质材料的压应变特性。与以往的多孔低k材料不同,Novellus此次采用的解决办法是,淀积密度相对较高的超低k介质材料(k=2.6)和多层低k扩散阻挡层,对UV辐射起到阻挡作用。其中,多层扩散阻挡层是在Novellus的单步式机台上生长的。Novellus的PECVD部门技术经理Andy Antonelli认为,这种新型堆叠层的UV吸收能力将对改善互连性能和可靠性带来新的思路。


UV radiation is blocked by a 300 nm ULK layer and a 20 nm diffusion barrier layer.

The diffusion barrier lies between the dielectric layer and copper interconnect.


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