铜CVD,更具体点说,是利用MOCVD的方法来制取铜薄膜。大多数的人对于铜CVD相对陌生,因为CVD常用来制取介质薄膜,而金属薄膜用PVD制取较常见。那么既然PVD可以制取Cu薄膜,那为什么还要用CVD的方法制取呢?什么场景下会用到铜CVD工艺呢?
首先,选择适合的铜前驱体,将晶圆放入CVD反应室中。调整反应室的温度、压力和气体流速等。通过传输系统将铜前驱体(气态)和氢气、氮气或惰性气体等输送到反应室中。在加热的晶圆表面,铜前驱体分解并沉积形成铜薄膜。沉积完成后,还需要对铜薄膜进行退火等后处理。
铜前驱体包含铜元素,具有良好的挥发性,并且能够在高温下分解释放出铜原子,铜原子随后在晶圆上沉积形成薄膜。
前驱体可以是有机铜化合物或者无机铜盐。有机铜化合物通常是把铜离子和有机配位基相连而组成的。铜有两个电子价态,即+1,+2价,因此铜的前驱体可细分为:
更好的填充能力:前驱体气体可以渗透到晶圆上的任意微细结构,因此侧壁和底部不存在物理限制,都能进行反应。这使得CVD特别适合填充高纵深比的细微图案,如在制造DRAM和逻辑器件的互连铜种子层时需要用到铜的CVD工艺。
较高的均匀性:由于化学反应是在整个晶圆表面同时进行的,所以CVD可以实现非常均匀的覆盖,且薄膜的纯度和质量更高。
更好的附着力:CVD过程中铜是通过化学反应直接在晶圆上生长的,前驱体气体分子在晶圆表面发生了化学键的断裂与化学键的生成,化学键使得薄膜与晶圆之间的结合更加牢固。而PVD主要是通过物理过程将靶材的铜转移到晶圆表面,薄膜与晶圆的结合力会大打折扣。
可控性强:通过调整CVD反应的工艺参数工程师可以精确控制薄膜的生长过程,可更方便控制薄膜的性质,如厚度,成分,应力,粗糙度,导电性等。
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