明新科技大學 校內專題研究計畫成果報告
計畫類別：任務型計畫 整合型計畫 個人計畫
計畫編號： MUST-97 電子-01
執行期間： 97 年 3 月 1 日 至 97 年 9 月 30 日
計畫主持人：陳啟文 博士
共同主持人：方炎坤 博士
計畫參與人員：賴信誠 葉郁龍
處理方式：公開於校網頁
執行單位：電子工程系所
中 華 民 國
97
年
9
月 30
日
奈米元件中銅種晶層表面形態與電性受光激影響之研究
The Study of the Influence on the Morphology and Electrical
Characteristics of Cooper Seed Layer in Nanometer Devices
英
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文
文
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摘
摘
摘
要
要
要
Keywords：Cu/low-k interconnects, E-beam
In this proposal, the target has been paid on study of the resistance change and
the surface morphology of seed layer in the via of Cu/low-k multilevel
interconnects ,after the irradiation of visible light,UV light,and E-beam.
In the past , the via filling by electroplating was found to be quite sensitive to
the morphology of sidewall .Hence, we suspect the morphology of seed layer will be
affected by the the irradiation of visible light,UV light,and E-beam during the
inspection of seed layer thus causing the via，s resistance change .
In this study ,we used AFM and TEM to examine the surface morphology of
seed layer surface after the irradiation of visible light,UV light,and E-beam and
found the surface morphology indeed changed with time and strength of these lights
or E-beam.Additionally the resistance of via is dependent on the chip located on the
一
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前
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言
言
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1 .計畫之背景 在銅/低介電係數連接線中，縮短導線長度可以減少 RC 延遲，如圖 1 所示， 但如此會需要使用更多層的導線製作結構，如此一來會使製程的複雜度提高而導 致產能和良率下降，因此，必須採用阻值更低的導線和介電常數低的介電層。在 次微米元件線幅以下時，導線的 RC 延遲拖累元件的操作速度，所以必須以阻值 較低的銅導線和低介電值材料介電層(K=2)，以求超越導線時脈訊號傳輸的瓶 頸。由以上所述可知，在整個銅雙鑲入式的製程中，將面臨到許多製程模組技術 的挑戰。 圖 1 RC 延遲圖 然而到了65奈米製程，如圖2所示，如果 PVD 不能夠符合階梯覆蓋(Step Coverage)或是阻抗的要求，那麼原子層沉積 ALD 設備將起來取而代之，ALD 目 前主要是應用是在阻障層。到了45奈米將完全的把 ALD 設備推向完整的應用領 域。由以上所述得知，使用於內連導線的低介電材料不僅其介電常數要低，還必 須具有良好的階梯覆蓋能力、高的崩潰電壓、低針孔密度、低薄膜內應力以及良 好的平坦性。
一般而言，低介電材料大致可分為無機材料與有機材料兩種，在無機低介電 材料方面，有傳統的二氧化矽、氮化矽(Si3N4)及較先進的氟氧化矽(SiOF)，無機
的低介電材料大部分都是以電漿輔助化學汽相沉積法(plasma enhanced chemical vapor deposition, PECVD)成長。
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實
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驗
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驗
步
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驟
驟
驟
1.本計劃的目的
2. 預期具有關鍵之實驗步驟
(1)將上述元件以不同光源於設定時間照射。 (2)以 AFM 及 TEM 照射及分析。
電性分析
測試的晶片在 SEED 層分別由不同可見光、UV 光、E-beam 條件的照射之 後，再經過化學機械研磨之後，將晶片經過 WAT 的量測，得到了 Rc-Via 的阻 值。Rc-Via 的阻值可以直接反應出可見光、UV 光、E-beam 照射之後所造成 SEED 當層的影響，所以可以經由阻值的高低來討論銅電鍍時品質的好壞，並總 合出各種不同參數的差別。
儀器設備
(1)XRD (X-ray Diffractor)
(2)TEM (Transmission Electron Microscope) (3)SIMS (Secondary Ion Mass Spectroscope)
AFM 選取在 UV 光強度為弱光，位置則位於晶片的邊緣，設定照射時間為 60 秒。經由 WAT 分析可知，以上條件為 Rc-Via 阻值最低。由圖可見是非常的 平坦。選取了 UV 光強度為弱光，位置則位於晶片的中心，照射時間為 60 秒。 銅的表面與圖相比較下，並沒那樣平坦。
面起伏狀況影響，所以二次電子影像可以觀察出試片表面之形貌特徵。 背向散射電子(Backscattered Electrons)：入射電子與試片子發生彈性碰撞， 而逃離試片表面的高能量電子，其動能等於或略小於入射電子的能量。背向散 射電子產生的數量，會因試片元素種類不同而有差異，試片中平均原子序越高 的區域，釋放出來的背向散射電子越多，背向散射電子影像也就越亮，因此背 向散射電子影像有時又稱為原子序對比影像。由於背向散射電子產生於距試片 表面約 5000A 的深度範圍內，由於入射電子進入試片內部較深，電子束已被散 射開來，因此背向散射電子影像解析度不及二次電子影像。 3.2 實驗設計 在 SEED 當層特以 E-beam 照射之後，再經過銅電鍍，化學機械研磨，再 經過 WAT 量測 Rc-Via 值。當在以 E-beam 照射的時後，調整 E-beam 的不同的 強度以及控制不同照射時間的長短，並在晶片上不同的位置做改變,探討 E-beam 的強度、照射時間、位置，三者對於 SEED 當層以及經過化學機械研磨之後二 者的影響。 在 E-beam 的強度方面，我們以三種強度來當做實驗的參數，分別是強度 600 伏、5000 伏、10000 伏。而在照射 E-beam 的時間參數上，我們則是選擇了 三種不同的時間來當做實驗依據，分別是二十秒、四十秒、以及六十秒。 在實驗的位置方面，我們分別在晶片的中心位置(B1)以及晶片的邊緣位置 (B2)做區隔，形成了分別二組的對照。希望可以在晶片位置上有探討的空間，可 以發現位置上的變化影響。
在以 E-beam 照射的區域上，我們選擇將 E-beam 照射在晶片裡中介道(VIA) 上，並所有的實驗都是照射在同一位置，以使得其它的變數減到最少。在實驗 的條件方面，從蝕刻到化學機械研磨的過程當中，都是以同樣的條件和機台， 並是在同一片晶片上做實驗。
3.3 電性測試結果討論
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結
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論
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1.結論 當線寬下降到 130nm 以下時，ULSI 後段製程中鋁將全面被銅來取代，又隨 著尺寸的變小，銅/低介電係數組成的多層連接線的將被大幅的應用，因此在多 層連接線中扮演上下層連接的中介窗其阻值的改善日趨重要。 本文模擬 ULSI 製程，製作銅與低介電係數絕緣層組成的多層連接線的中介 窗時，可能遭受到外來的因素及其對利用銅電鍍所做的中介窗影響作深入的研 究。既是在沈積銅 SEED 層後，再以可見光、UV 光、及 E-beam 照射，及電性 量測中介窗的 Rc 值。並利用 AFM 及 TEM 觀察照射或撞擊後 SEED 的表層形態 以了解表層形態與 Rc 變化值兩者之間的關聯性。 由於 E-beam 可以深透 1um， 而阻障層約 500 埃，種晶層約為 1500 埃，在 E-beam 大於 5000 伏，故其影響 SEED 層更為明顯。實驗結果顯示,在可見光照射下，隨著時間增長 SEED 層粗 糙的情形也愈明顯。但在 UV 光照射下，SEED 層粗糙情形，較受光強度的影 響，但與時間較無顯著關係。 此外，在沈積 SEED 層之前，由於位置不同的中介窗蝕刻速率也不同， 改變了中介窗的形狀，進而影響銅電鍍，化學機械研磨之後的電性。因此中介 窗的阻抗，也受位置上的不同而呈現差異。 2.未來展望1. 本研究只針對 SEED 的表面經過可見光，UV 光，及 E-beam 照射後，表 面形態的變化做調查，但吾人相信 SEED 與阻障層經過可見光，UV 光，及 E-beam 照射後，應該會產生化學變化，該變化將會影響中介窗的阻值，值得繼續 研究。
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參
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考
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文
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獻
獻
獻
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