拡散防止キャップ絶縁膜

拡散防止膜と Cu 配線の上部の界面はダマシン Cu 配線の信頼性に直接影響する[4]。メタル間の最小 線幅は通常、Cu 配線とビアの界面付近でミスアライメントを呈する。時間依存絶縁破壊（TDDB）とエレク トロマイグレーションの信頼性は、界面の清浄度に強く影響される。エレクトロマイグレーションの支配的

CVD gap process

Gap formation by removing

sacrificial material

Schematic Process

A realistic air-gap formation process should be proposed with minimal process step increase, maintained mechanical strength and sufficient

borderless-via capability.

A realistic air-gap formation process should be proposed with minimal process step increase, maintained mechanical strength and sufficient

borderless-via capability.

Gap Gap

Gap Gap

No Cu-filling capability due to via to under-metal misalignment Additional lithography and removal process steps for each wire level

(Dis)advantages

Borderless capability

Air-gap region can be defined by lithography Mechanical

strength Process step

increase

No Cu-filling capability due to via to under-metal misalignment Additional lithography and removal process steps for each wire level

Borderless capability

Air-gap region can be defined by lithography Mechanical

strength Process step

increase

T.Harada et al. (IITC2006 )

R.Daamen et al. (IITC2007 )

Not sensitive to via to under-metal

misalignment Borderless

capability

Poor mechanical strength by air-gap formation in a whole wafer

Mechanical strength

Minimal process step increase by all-in-one post-removing process Process step

increase

Not sensitive to via to under-metal

misalignment Borderless

capability

Poor mechanical strength by air-gap formation in a whole wafer

Mechanical strength Process step

increase Minimal process step increase by all-in-one post-removing process

なパスは、バリアメタルに覆われていないCu配線の界面にそっている。より良い界面形成の要求は、メタ ル線幅とスペースが狭くなるにつれてより厳しくなり、EMとTDDB寿命が短くなる。

無電解 CoWP を用いたメタルキャップは、Cu 上の絶縁膜バリアという通常の構造に比べてより長い EM 寿命を与えることがわかっている。キャップメタルは Cu 配線上に選択的に成長し、配線とビア底間に強 力なメタル接続を形成するキャップメタルは、リーク電流防止や TDDBのために、ファインピッチの Cu配 線にほとんど完璧に成長させなければならない。選択性はメタル間の絶縁膜の前洗浄や後洗浄により向 上できる。しかし、これはコスト増に繋がり、洗浄プロセス自身もまた、選択性の問題がある。Cu 合金やバ リアメタルの最適化による EM 寿命の向上が研究されている。いくつかのメタル材料が考えられるが、Cu 配線の抵抗を上昇させてしまう傾向にある。費用対効果の良い最適解にいたるためには弛まぬ検討と開 発が必要である

より良い界面の特性を与える他のプロセスは、拡散防止絶縁膜形成前のCuの前処理である。モノシラン とアンモニアのプラズマによるIn-situのCuSiN形成は、拡散防止絶縁膜形成と同じ装置で行われるが、

TDDBの劣化がなく、かつ、より長い EM寿命をもたらす[5]。Cu配線の抵抗はシリコンの拡散条件に依 存するが、シリコンへの暴露と窒化は注意深い制御が必要である。最近になって、モノシランに替わって ゲルマンを用いたCuGeNの形成が報告された[6]。CuGeNの抵抗はCuSiNより制御しやすい。モノシラ ンやゲルマンのソースは、アンモニアとの組合せにより量産に適したプロセスになる。しかし別の材料を用 いた他の強力な処理プロセスがある可能性も残っている。最近報告された不純物金属ドーピングによる Cu のマイグレーションを防ぐための前処理もまた、高信頼の界面形成のためのポテンシャルソリューショ ンである[7]。TDDB劣化や抵抗増大なく EM信頼性が 30倍改善されるというCVDによる選択 Coキャ ップのような異なるアプローチが最近報告されている[8]。RC 遅延の影響を最小（<5%）に抑えられ、最小 限のコスト増で同等の TDDB信頼性と生産性を確保でき、求められる EM信頼性を提供できる、優れた キャッピングプロセススキームが必要である。

First Year of IC Production 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026

PRE-METAL DIELECTRIC (PMD) HDP silicon dioxide (к = 4.2) SA CVD (к = 4.5)

INTER/INTRA LAYER DIELECTRIC (ILD) PECVD silicon oxide (к ~ 4) PECVD SiCOH (2.8 ≤к ≤ 3.2) PECVD porous SiCOH (2.4 ≤ к ≤ 2.7) PECVD ultra-porous SiCOH (2.0 ≤ к ≤ 2.3) Spin-on porous MSQ (2.0 ≤ к ≤ 2.3) Altanative air-gap (к ≤ 2.0)

DIFFUSON BARRIER DIELECTRIC CVD silicon carbide (к > 3.5) CVD silicon carbide (к ≤ 3.5) PECVD SiCOH (к ≤ 3.5) Spin-on porous MSQ (2.4 ≤ к ≤ 2.7)

CAPPING BARRIER DIELECTRIC CuSiN or CuGeN

This l egend i ndi cates the time during which research, development, and qualification/pre-production should be taking place for the solution.

Research Required Development Underway Qualification / Pre-Production Continuous Improvement

Alternative treatment on Cu before diffusion barrier deposition