ИСТИНА

Производительность сверхбольших интегральных схем (СБИС) ограничивается в значительной мере резистивно-емкостной задержкой сигналов. По мере уменьшения размеров элементов СБИС важность этой проблемы возрастала, и сегодня она является одной из ключевых в микроэлектронике. Потребность в снижении задержки привела к использованию в производстве СБИС медных проводников, обладающих высокой электропроводностью, и пористых органосиликатных диэлектриков с низкой диэлектрической проницаемостью (low-k). Для предотвращения диффузии меди в диэлектрик, проводники должны быть отделены от него тонкими барьерными слоями, обычно получаемыми методами газофазного осаждения на основе магнетронного распыления. Поскольку low-k материалы обладают высокой площадью поверхности за счет высокой пористости, а статическая диэлектрическая проницаемость воды очень высока (k = 81), то в технологическом процессе поверхность пор покрывают гидрофобными метильными группами. При этом воздействие ионов и вакуумного ультрафиолетового (ВУФ) излучения плазмы приводит к отрыву метильных групп, место которых занимают -OH группы, что приводит к значительному увеличению диэлектрической проницаемости материала диэлектрика. Наибольшую опасность представляет ВУФ излучение, способное проникать глубоко в материал диэлектрика, в то время как повреждения, вызываемые ионами, сосредоточены вблизи поверхности. Источниками ВУФ излучения при плазменном осаждении являются плазма магнетронного и индукционного разрядов, используемых для получения распылённых атомов и их ионизации. Ионизация необходима для равномерного нанесения покрытий на стенки канавок с высоким аспектным соотношением, которые предназначены для заполнения медью при формировании проводников. Степень ионизации атомов, формирующих покрытие, и мера воздействия ВУФ излучения на подложку сложным образом взаимосвязаны и зависят от разрядных параметров: мощности индукционного разряда, необходимой для достижения требуемой степени ионизации атомов, формирующих покрытие, давления газа, геометрических размеров разрядной зоны, а также от величины потока распылённых атомов. ВУФ излучение включает в себя резонансное излучение атомов и резонансное излучение ионов, механизмы переноса которых сильно отличаются. Наличие распылённых атомов в плазменных напылительных установках и вызываемых ими загрязнений любых детекторов сильно затрудняют проведение исследований воздействия ВУФ излучения на обрабатываемые подложки. Настоящий проект направлен на разработку способов измерения величины ВУФ излучения, падающего на подложку, степени ионизации распылённых атомов и исследование воздействия ВУФ излучения на low-k материал при различных условиях осаждения барьерных слоёв методом физического газофазного осаждения с ионизацией.

The performance of ultra large scale integration (ULSI) circuits is limited to a large extent by the interconnect delay. As the size of the ULSI elements decreased, the importance of this problem increased, and today it is one of the key problems in microelectronics. The need to reduce the delay has led to the use of copper conductors having high electrical conductivity and porous organosilicate dielectrics with a low relative dielectric constant (low-k) in the production of ULSI circuits. To prevent copper diffusion into the dielectric, the conductors must be separated from it by a thin barrier layer, usually obtained by vapor deposition methods based on magnetron sputtering. Since low-k materials have a high surface area due to high porosity, and the relative dielectric constant of water is very high (k = 81), in the technological process the pore surface is covered with hydrophobic methyl groups. In this case, the effect of ions and vacuum ultraviolet (VUV) plasma radiation leads to the detachment of methyl groups, which are replaced by -OH groups, which leads to a significant increase in the relative dielectric constant of the dielectric material. The greatest danger is VUV radiation, which can penetrate deep into the dielectric material, while the damage caused by ions is concentrated near the surface. Sources of VUV radiation during plasma deposition are the magnetron discharge plasma and inductively coupled plasma (ICP), which are used to obtain sputtered atoms and for their ionization. Ionization is essential for uniform coating of the walls of high aspect ratio trenches that are intended to be filled with copper to form conductors. The ionization degree of the sputtered atoms forming the coating and the effect of VUV radiation on the substrate are interconnected in a complex way and depend on the discharge parameters: the ICP discharge power required to achieve the necessary ionization degree of the sputtered atoms forming the coating, the gas pressure, the geometric dimensions of the discharge zone, and also on the magnitude of the sputtered atom flow. VUV radiation includes resonant radiation of atoms and resonant radiation of ions, the transport mechanisms of which are very different. The presence of sputtered atoms in plasma sputtering devices and the contamination of any detectors caused by them greatly complicates studies of the effect of VUV radiation on processed substrates. This project is aimed at developing methods for measuring the VUV radiation flux to the substrate, the ionization degree of sputtered atoms, and studying the effect of VUV radiation on a low-k material under various conditions of barrier layer deposition by ionized physical vapor deposition.

Общий план работ по проекту. 1. План работ на первый год выполнения проекта 1.1. Измерение степени ионизации распылённых атомов, формирующих покрытие на подложке 1.1.1. Разработка методики и изготовление системы измерения степени ионизации распылённых атомов на основе кварцевого датчика измерения скорости осаждения. 1.1.2 Исследование зависимости степени ионизации распылённых атомов в области расположения подложки от мощности ВЧ индукционного разряда и величины потока распылённых атомов при различных давлениях рабочего газа. 1.2. Измерение параметров плазмы ВЧ индукционного разряда зондовым методом (функции распределения электронов по энергиям, концентрации электронов и потенциала плазмы). 1.3. Подготовка схемы измерений ВУФ излучения. 2. План работ на второй год выполнения проекта. 2.1. Измерение интенсивности ВУФ излучения IPVD разряда в условиях осаждения диффузионных барьеров из тантала 2.1.1 Измерение зависимости интенсивности ВУФ излучения от мощности ВЧ индукционного разряда ионизатора и давления рабочего газа. 2.1.2 Измерение зависимости интенсивности ВУФ излучения от степени ионизации распылённых атомов и давления рабочего газа в IPVD схеме. 2.2. Расчёт, на основании полученных экспериментальных результатов, распределений повреждений по глубине органисиликатных диэлектриков в процессе осаждения барьерных слоёв при различных условиях.

У научного коллектива имеется большой задел по экспериментальному и теоретическому исследованию низкотемпературной плазмы. Авторами впервые измерена интенсивность ВУФ излучения магнетронного разряда постоянного тока и получены оценки величины вызываемого им удаления метильных групп внутри low-k диэлектрика. Исследована структура потенциала и распределения других параметров плазмы магнетронного разряда постоянного тока при различных давлениях, эти результаты позволили объяснить причины существования немонотонных зависимостей ток-давление при давлениях 1—10 мТорр, впервые наблюдавшихся авторами проекта. Авторы имеют большой опыт исследований плазмы магнетронного разряда и магнетронного осаждения покрытий. Также у участников коллектива имеется значительный опыт исследований low-k материалов и их деградации в процессах интеграции в микроэлектронную структуру (такие процессы как плазмо-химическое травление, удаление фоторезиста), как под действием плазменных радикалов, так и под действием ВУФ фотонов. Кроме того, впервые были проведены измерения спектров ВУФ излучения в емкостном ВЧ разряде в условиях промышленного реактора, проведена абсолютная калибровка излучения и рассмотрена деградация low-k материалов под действием данного ВУФ излучения. Исполнители имеет опыт совместной реализации проектов в качестве исполнителей и руководителей.

В ходе выполненияи проекта предполагается разработать метод измерения потока ВУФ излучения на подложку low-k диэлектрика в процессе газофазного осаждения барьерных слоёв с использованием магнетронного разряда постоянного тока и ВЧ ионизатора. Степень ионизации распыленных атомов является одним из важнейших параметров для осаждения барьерных слоев в глубоких канавках для конформного нанесения барьера на стенки канавки. Для её определения в проекте будет разработана соответствующая система измерений. Будет исследована зависимость интенсивности ВУФ излучения от степени ионизации атомов и параметров разрядов (электрической мощности, давления рабочего газа). На основе модели фотодиссоциации Si–CH3 групп будут получены профили повреждений low-k материалов по глубине. Эти результаты позволят сделать вывод о возможности использования плазменных методов осаждения для получения барьерных слоёв в технологических процессах нового поколения с топологическим размером элементов менее 10 нм.