e=mc3 铜退火工艺和设备综述

摘要

在任何稳健的微电路制造环境中，必须快速决定工艺和设备，但通常速度太快，无法正确分析影响决策的所有因素。 铜退火区域就是这样的工艺和设备之一。 本文试图涵盖决定购买铜退火炉的工艺、物理和经济参数。 传统的研发单元热板迅速转移到真空热板。 然后，随着具有高深宽比沟槽的电路的工艺参数和电迁移问题变得明显，需要转向某些批量工艺[1-4]。 此外，铜小丘的问题导致退火过程需要更长的时间和可能更低的温度。 由于当我们开始铝多层金属时，对抗铝小丘是很常见的，因此铜加工中的类似问题应该是可以预见的[5-7]。 铜氧化问题要求氧浓度尽可能低 [8, 9]。 氟污染问题决定了对完全无湿环境的需求[10]。 聚合物空洞问题还表明需要更长的处理时间，并且可能需要一些更有力的方法来减少或消除铜退火过程中产生的空洞[11, 12]。

引言 

可能需要解决的其他问题包括在退 火过程中纠正不必要的铜扩散到低 k 电介质中的情况 [13]。 现在最新的 要求出现了。随着当今工艺的极端 深宽比，相对较厚的金属铜覆盖层 需要用薄的可控硅烷铜覆盖层代替 。随着所有这些可能的需要得到解 决，寻找 最佳的设备可以启动。 首 先制定了一些简单的规则：(1) 设备 必须符合良好的晶圆厂区域设计标 准。 这些包括尽可能低的颗粒数和 尽可能多的利用，因为没有工厂设 计是用混凝土浇筑的。 (2)在合理范 围内，设备应尽可能经济，并配备 低价的非自动化研发装置。 人们认 为从研发到生产的无缝过渡也很重 要，并且不需要改变工艺来适应设 备的变化。 在快速审查可用设备后 ，我们很快将其范围缩小到两种类 型的设备。 一是立式扩散炉，在温 度升高之前负载将处于正确的区域 ，并且在下降和卸载之前在该区域 进行冷却。二是真空、超低氧、低 k /或 铜材退火炉与标准相同。 提高 吞吐量的一个让步是加载和卸载温 度为 50°C，假设在这些温度或低于 这些温度时不会发生铜氧化 [8]。

设备要求汇总

铜退火最关键的方面之一是去除加工 环境中的氧气。 研究了晶片之间获 得零氧的临界气体流量，得出以下结 论：

用于水平晶片的溶剂或气体的去除 溶剂或气体去除的过程涉及固体中溶 剂的蒸发以及气体通过边界层的扩散 。 边界层扩散速率受边界层厚度、 扩散速率和溶剂蒸气的自由流浓度的影响。

标签：半导体铜退火芯片