【正文】 再結晶，最終長大成為較大晶粒。而在晶粒長大、相互吞并的階段，晶格的總體積減少，從而會在某些區(qū)域會有空位（Void）的產生。初始晶粒越小，生長成大晶粒時，產生的空位就會越多，最終形成孔洞缺陷， 。 孔洞缺陷生長過程分析,時間調整的對比實驗結果分析，可以看到退火的溫度和時間跟孔洞缺陷有非常明顯的正比關系，即溫度越高，退火時間越長，孔洞缺陷會越多樣品退火溫度（度）退火時間（秒）孔洞缺陷個數(shù)915C3D01015C9D21120C3D51220C9D81320C18D101425C3D991525C9D1201625C18D202我們同時對晶片上固定圖案區(qū)域進行分析，結果也驗證了我們的觀點，即同樣退火時間下，退火溫度越高，孔洞缺陷會越明顯。樣品ConditionPositionVoid performanceImage1015C 9DRE06 pad 69shallow void1220C 9DRE06 pad 69void1525C 9DRE06 pad 69big void同時研究退火溫度,時間參數(shù)的調整與電導率和宏觀應力的關系。，雖然在低溫的條件可以得到較少的孔洞缺陷，但是其電導率明顯增大，內應力在低溫下需要長時間的退火才能穩(wěn)定。 氮化鉭/鉭不同厚度比例復合膜的比實驗結果退火的目的是使銅原子變大和得到竹子結構的原子排列，這樣可以低電阻率，得到更好的抗電遷移能力和有效控制化學機械研磨的速率。，我們可以清楚地看到沒有經過退火的銅原子比經過退火處理的銅原子在體積上明顯小很多，并且原子與原子之間的間隙也比經過退火處理的間隙緊密。 但銅原子在退火后，銅原子的晶格變大，會導致原子與原子之間的間隙變大，容易形成孔洞缺陷。通過對實驗數(shù)據(jù)的分析，得到溫度越高，退火時間越長，孔洞缺陷會越多的結論。但是在同樣退火時間的條件下低溫退火得到的銅金屬層的電導率偏大，內應力不穩(wěn)定，綜合產品工藝整合的需求選用20B的溫度，退火時間9C的退火工藝條件。 A B 工藝窗口選擇確認通過對不同的電鍍時轉速實驗結果分析，得到低的轉速對孔洞缺陷的產生有很好的抑制作用，同時在低轉速條件下的銅金屬層電阻率和內應力都滿足工藝需求，選取電鍍時轉速2A轉每分鐘取代原工藝中6A轉作為新的工藝條件。通過對不同的電鍍后到化學機械研磨之間等待時間實驗結果對照分析，我們可以看到短的電鍍后到化學機械研磨之間等待時間對減少孔洞缺陷有非常明顯的作用。但從大規(guī)模實際生產需求考慮，一般要求生產之間的等待時間不宜過短，綜合考量生產需求我們把原電鍍后到化學機械研磨之間等待時間4B小時縮短為2B小時。退火的溫度和時間跟孔洞缺陷有非常明顯的正比關系，即溫度越高，退火時間越長，孔洞缺陷會越多，同時退火溫度和時間對電導率和宏觀應力的影響非常大，雖然在低溫的條件可以得到較少的孔洞缺陷，但是其電導率明顯增大，內應力在低溫下需要長時間的退火才能穩(wěn)定，所以選用退火溫度20C度退火時間9D秒的退火條件即可以有效控制銅金屬層后孔洞缺陷又不會對銅金屬層的電導率和內應力造成大的影響。新的工藝參數(shù)條件下，即電鍍轉速2A轉每分鐘；電鍍退火溫度20C度退火時間9D秒；電鍍后到化學機械研磨之間等待時間2B小時，避免了工藝成本的增加以及銅金屬電阻率和內應力變化可能帶來的一些負面影響?？梢哉f綜合各方面的考慮，完全達到了我們當初設想的實驗目的，即通過優(yōu)化電鍍工藝減少銅金屬層孔洞缺陷。5 總結隨著半導體器件尺寸的不斷縮小，器件后端互連上的互連延時變得不可忽略甚至成為決定延時的主要因素。為了解決此問題，尋求更低阻值的后端互連金屬成為降低延時的重要途徑之一。另外，器件尺寸的不短縮小，帶來的后端互連金屬線橫截面的等比例縮小，電流密度大大上升，鋁互連電遷移已成為影響互連線可靠性的重要問題。由于具有較低的電阻率，較強的抗電遷移能力，銅已代替鋁成為主要的互連金屬。在引入電鍍銅工藝的同時不得不面對電鍍銅后的一些銅線工藝所特有的缺陷。如銅線和低K值介電質可靠性問題；化學機械研磨后銅的腐蝕以及電鍍銅后產生的孔洞缺陷。其中電鍍銅后孔洞缺陷是本文研究的重點。常見的關于電鍍銅后產生的孔洞缺陷的探討，多見于探討調整銅金屬種子層的厚度；電鍍銅工藝前清洗以去除污染物；電鍍時轉速的控制以及電鍍時化學添加劑的改進等方法來達到減少銅金屬層孔洞缺陷的數(shù)量。雖然這些方法對銅金屬層孔洞缺陷的控制有一定的效果，但是還不能完全適用于大規(guī)模制造工藝。在此，本文試圖結合300mm生產實際，尋求一種優(yōu)化的電鍍銅制備方式，既可以有效減少銅金屬層孔洞缺陷發(fā)生，而且又是成本較低，可以適用于大規(guī)模的生產的工藝方式。本文中，通過對比電鍍銅工藝中不同的轉速對孔洞缺陷的影響，通過調整工藝參數(shù)，可以有效控制孔洞缺陷的數(shù)量；通過對電鍍后到化學機械研磨之間等待時間實驗結果對照分析，結合實際生產需求，適當減少電鍍后到化學機械研磨之間等待時間也可以有效控制孔洞缺陷的數(shù)量；根據(jù)對不同的退火的溫度和退火時間的對比實驗的結果，我們選擇合適的退火條件即可以有效控制銅金屬層后孔洞缺陷又不會對銅金屬層的電導率和內應力造成大的影響。結合生產實際，本文中找到了3種可以有效控制銅金屬孔洞缺陷的數(shù)量的解決方法。基于大規(guī)模批量生產對工藝高性能與低成本必須兼顧的要求，我們最終選擇了一種技術與成本兼顧的優(yōu)化方案，有效地解決了生產中遇到的實際問題，提升了產品的成品率和可靠性。目前該方案已經被應用到300mm銅互連的生產線中，非常有效地控制了產品銅金屬層后孔洞缺陷的數(shù)量，顯著提高了產品的良率和可靠性，也提高了客戶滿意度。參考文獻[1] K. Radhakrishnan et. Reactive sputter deposition and characterization of Tatalum nitride thin films.[J] ，19990312[2] . Leng et. Biomedical properties of Tatalum nitride films synthesized by reactive magnetron sputtering. [J] 20010526[3] Thomas Waechtler et. Characterization of Sputtered Ta and TaN Films by Spectroscopic Ellipsometry. [J] 20000701[4] WenHorng Lee et. Characterization of Tantalum nitride films deposited by reactive sputtering of Ta in N2Ar gas mixtures. [J] 20001112[5] D. Edelstein, J. Heidenreich, R. Goldblatt, W. Cote,C. Uzoh, N. Lustig, P. Roper, T. McDevitt, W. Motsiff,A. Simon, J. Dukovic, R. Wachnik, H. Rathore, R. Schulz,L. Su, S. Luce, and J. Slattery, “Full Copper Wiring in a pm CMOS ULSI Technology,” Technical Digest, IEEE International Electron Devices Meeting, 1997, p. 773776[6] P. C. Andricacos, C. Uzoh, J. O. Dukovic, J. Horkans,H. Deligianni, Damascene Copper electroplating for chip interconnections, IBM . Dev. ，1998，567570[7] G. B. Alers, X. Lu, J. , S. K. Kailasam, J. Reid。 G. Horm, Influence of copper purity on microstructure and electromigration, IEEE international interconnect technology conference, 2004,p.4547[8] . Alers, J. Sukamto, P. Woytowitz, X. Lu, S. Kailasam, J. Reid, “Stress migration and the mechanical properties of copper” Proc. Int’l Reliability Physics Symp. 2005, [9] Gandikota, S. Padhi, D.Ramanathan, S. McGuirk, C. Emami, R. Parikh, S. Dixit, G.Cheung, R.Influence of plating parameters on reliability of copper metallization, Interconnect Technology Conference, 2002, p. 197 199[10] Ogawa, .McPherson, .Rosal, .Dickerson, .Chiu, .Tsung, . Jain, . Bonifield, . Ondrusek, . McKee, .Stressinduced voiding under vias connected to wide Cu metal leads, Reliability Physics Symposium Proceedings, 2002. p. 312 321[11] 李彬,符云飛 E. 電鍍時旋轉速度改善與電鍍銅性能研究, 半導體制造, 20致 謝 正文內容中文小四號宋體，英文用小四號Times New Roman，首行縮進二個字。 攻讀學位期間發(fā)表的學術論文目錄上海交通大學黃濤的《電鍍工藝優(yōu)化對銅金屬層后孔洞缺陷的影響》一文，已被由SEMI出版的《半導體制造》雜志錄用，擬定于2010年05月刊予以發(fā)表