氮化硅在集成电路铜互连中的应用研究和改善--《复旦大学》2014年硕士论文
氮化硅在集成电路铜互连中的应用研究和改善
【摘要】：集成电路遵循摩尔定律飞速发展,器件的特征尺寸越来越小,集成度越来越高,后段金属互连对芯片工作的速度、功耗等影响也越来越大。在集成电路工艺走向0.13um开始,在后端金属互连中,由于铜的低电阻率、抗电迁移能力强等特点,取代了铝金属；同时,双镶嵌(dual damascene)工艺的采用,解决了铜难以形成挥发性化合物的缺点,使得铜互连技术得到了飞速发展。新的工艺技术也带来了新的问题。作为铜扩散阻挡层的氮化硅,在金属互连中采用PECVD (Plasma Enhance Chemical Vapor Deposition)的方法沉积在铜CMP (Chemical Mechanical Polishing)之后的晶圆表面。在实际的应用中,氮化硅沉积工艺经常造成金属互连线之间的绝缘问题,即在WAT(Wafer Acceptable Test)测试中,出现金属线间的VBD (Voltage Breakdown)失效。本论文通过基于等离子体化学气相沉积的原理,结合实际应用中的情况,对氮化硅沉积工艺中铜的去氧化处理和沉积两方面进行研究,找到了导致VBD失效的主要原因,并通过优化去氧化步骤和改善对硅烷气体流量的控制,得到最佳的氮化硅沉积程式。另外,MIM (Metal Insulator Metal)电容凭借其低寄生电容,低接触电阻的优点,取代了传统的PIP (Poly Insulator Poly)和MIS (Metal Insulator Silicon)电容,成为射频电路和混合/模拟电路的首选工艺。随着IC集成度提升的要求,电容密度也相应提升,氮化硅(Silicon Nitride)以其较高的介电常数和工艺兼容性等优点,取代二氧化硅(Silicon Oxide),成为MIM电容的介质层材料。但是在实际的应用中,经常发生MIM电容的击穿失效问题。通过研究MIM电容失效的可能原因,设计了相应的氮化硅沉积和铜金属晶丘改善实验,找到了导致MIM电容失效的原因。通过改良氮化硅作为MIM电容绝缘层的沉积工艺,并在研究中引入相关的TDDB (Time Dependent Dielectric Breakdown)可靠性测试,加强对氮化硅的质量把控,验证了新的氮化硅沉积工艺的实用性,在产品中的应用得到了成功。
【关键词】：
【学位授予单位】：复旦大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2014【分类号】：TN405【目录】：
摘要3-4Abstract4-6引言6-7第一章 集成电路铜互连的发展7-9 1.1 铝互连线的限制7 1.2 铜互连的发展7-9第二章 铜镶嵌工艺9-27 2.1 金属互连的影响9-13 2.2 铜互连的优势13-15 2.3 铜镶嵌工艺15-19 2.4 0.13um双镶嵌工艺制程概述19-27第三章 氮化硅作为铜阻挡层的应用27-47 3.1 PECVD简介27-31 3.2 氮化硅薄膜的性质与用途31 3.3 氮化硅的制备方法31-32 3.4 氮化硅作为铜阻挡层遇到的问题32-36 3.5 氮化硅沉积工艺研究36-43 3.6 氮化硅沉积工艺的改进43-46 3.7 小结46-47第四章 氮化硅作为MIM电容的介质层应用47-65 4.1 氮化硅的优势47-48 4.2 MIM电容的制作工艺48-51 4.3 一个光罩制作的MIM电容存在的问题51-53 4.4 MIM电容的改善研究53-59 4.5 新的氮化硅程式验证59-64 4.6 本章小结64-65第五章 总结65-66参考文献66-67致谢67-68
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贴数:1&分页:靠谱男发信人: METech (靠谱男), 信区: METech
标&&题: [合集] 请问mim电容和pip电容的区别是什么？
发信站: 水木社区 (Fri Dec 26 12:05:15 2008), 站内 && ☆─────────────────────────────────────☆ &&
xiaoxiao1227 (xiaoxiao) 于
(Tue Oct 28 17:03:06 2008)
提到: && 如题，谢谢解答：） && 还有，就是有文章中讲话版图时最好用mos电容把每个功能模块隔开，以减少级间偶合，不太明白怎么搁开啊．是用mos管源漏相接吗？　　然后作为mos管电容，它的上极板和下级板都分别怎么接电压啊？谢谢指点．．． &&&& ☆─────────────────────────────────────☆ &&
castrader (万和) 于
(Tue Oct 28 17:29:51 2008)
提到: && 有些工艺不提供MIM或者DOUBLE POLY电容
或者只提供一种
毕竟这不是CMOS logic标准工艺 && MOS电容隔开功能块不太了解
连法应该如你所说吧
NMOS的话GATE接VDD
pmos反之 && 【 在 xiaoxiao1227 (xiaoxiao) 的大作中提到: 】
: 如题，谢谢解答：）
: 还有，就是有文章中讲话版图时最好用mos电容把每个功能模块隔开，以减少级间偶合，不太明白怎么搁开啊．是用mos管源漏相接吗？　　然后作为mos管电容，它的上极板和下级板都分别怎么接电压啊？谢谢指点．．．
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wyxapf (wyxapf) 于
(Tue Oct 28 23:24:21 2008)
提到: && 一个二阶项大点,一个一阶项大点,用MIM是做不到16位以上精度的..
【 在 xiaoxiao1227 (xiaoxiao) 的大作中提到: 】
: 如题，谢谢解答：）
: 还有，就是有文章中讲话版图时最好用mos电容把每个功能模块隔开，以减少级间偶合，不太明白怎么搁开啊．是用mos管源漏相接吗？　　然后作为mos管电容，它的上极板和下级板都分别怎么接电压啊？谢谢指点．．．
&&&&&& ☆─────────────────────────────────────☆ &&
Bibgre (侧翼偏锋) 于
(Wed Oct 29 10:39:43 2008)
提到: && 就是说PIP的精度比MIM的精度高？ &&&& 【 在 wyxapf (wyxapf) 的大作中提到: 】
: 一个二阶项大点,一个一阶项大点,用MIM是做不到16位以上精度的..
&&&&&&&& ☆─────────────────────────────────────☆ &&
highcao (highcao) 于
(Wed Oct 29 12:51:38 2008)
提到: && MIM的本身寄生效应应该小点，应为metal的电阻很小，而PIP,尽管高的参杂，但电阻也比较打了，10～50，
同时，一般的工艺，两者之提供之一，也就是一旦选了工艺，也不会有这样的困惑了。呵呵
个人理解，仅供参考。 &&&& ☆─────────────────────────────────────☆ &&
PrimeTime (static timing analysis) 于
(Wed Oct 29 22:41:27 2008)
提到: && the linearity of PIP is worse than MIM, in my opinion
【 在 Bibgre (侧翼偏锋) 的大作中提到: 】
: 就是说PIP的精度比MIM的精度高？
&&&&&&&& 文章数:1&分页:互补后端制程(BEOL)电容器制造技术
互补后端制程(BEOL)电容器(CBC)结构包括金属氧化物金属(MOM)电容器结构。该MOM电容器结构被耦合到集成电路(IC)器件的互连堆叠的第一上互连层。该MOM电容器结构包括该互连堆叠的至少一个下互连层。该CBC结构还可包括该互连堆叠中的耦合到该MOM电容器结构的第二上互连层。该CBC结构还包括处在第一上互连层与第二上互连层之间的至少一个金属绝缘体金属(MIM)电容器层。此外，CBC结构还可包括耦合到该MOM电容器结构的MIM电容器结构。该MIM电容器结构包括具有第一上互连层的一部分的第一电容器极板和具有(诸)MIM电容器层的一部分的第二电容器极板。
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技术实现步骤摘要
【国外来华专利技术】
技术保护点
一种电容器，包括：耦合到集成电路(IC)器件的互连堆叠的第一上互连层的金属氧化物金属(MOM)电容器结构，所述MOM电容器结构包括所述互连堆叠的至少一个下互连层；所述互连堆叠中的耦合到所述MOM电容器结构的第二上互连层；位于所述第一上互连层与所述第二上互连层之间的至少一个金属绝缘体金属(MIM)电容器层；以及耦合到所述MOM电容器结构的MIM电容器结构，所述MIM电容器结构包括第一电容器极板和第二电容器极板，所述第一电容器极板包括所述第一上互连层的至少一部分，所述第二电容器极板包括所述至少一个MIM电容器层的至少一部分。
技术保护范围摘要
【国外来华专利技术】...
专利技术属性
发明(设计)人：，，，，，
申请(专利权)人：，
专利类型：发明
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电容器互补后端
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RF集成电路芯片中的高性能MIM电容和电感的研究/... ...
随着集成电路产业的迅速发展，集成电路的性能、规模、复杂性都有了很大的提高，集成电路设计方法和制造也面临着许多挑战。特别是射频（RF）电路，目前已经把无源器件集成在RF芯片中，像MIM电容和电感，但是这些无源器件占用的面积很大，而且Q容易随着频率变化，Q代表着能量的使用效率，对电路的性能有很大影响。这些无源器件的性能基本上决定了RF电路的性能。因此如何提高无源器件在高频下的性能，以及如何减少无源器件占用的面积，已经成为一个热门的课题。 提高无源器件的性能和减少占用面积，可以从两方面同时着手。一个方面是从器件结构设计；另一方面是从器件制造工艺。本文主要从制造工艺方面，详细介绍如何提高无源器件的性能和减少占用面积。 目前RF电路无源器件主要包括MIM电容和电感。在一般的使用频率下，MIM电容的Q基本上可以达到50多，而电感只有20多。所以相对而言，MIM 电容的主要问题在于如何减小占用面积，而电感的主要问题在于如何提高Q。 本文就是通过减少MIM电容介质SiN的厚度，成功把MIM单位电容从1fF/um2提高到1.5fF/um2，而且保持其它各项性能没有变差，从而使MIM占用面积可以减小33%；通过叠层型金属(stacked metal)减少金属(metal)的电阻，成功把电感的Q值从22提高到27，相当于提高了23%。 RF circuit development has two main challenges. The first is how to improve unit capacitance of on chip MIM capacitor, so as to reduce chip area. The second is how to improve Q value of on chip inductor, so as to improve circuit performance. This thesis introduces how to improve on chip MIM capacitor unit capacitance and inductor Q value. Result shows that it is successful to improve MIM unit capacitance from 1fF/um2 to 1.5fF/um2 by reducing SiN dielectric thickness. It is also successful to improve inductor Q value from 22 to 27 by stacked top metal.
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