Browsing by Author "Leu Jihperng (Jim)"

Now showing 1 - 7 of 7

微電子65奈米世代後銅薄膜阻抗係數之探討
(2005)
呂志鵬
;
Leu Jihperng (Jim)
;
交通大學材料科學與工程系
銅金屬因具有比鋁金屬較低的阻抗係數與更好的電移阻抗力，已從0.18 微米世代起受半導體業界(比如IBM 公司)採用於後段連接，當電子器件繼續隨著Moore 定律從90 奈米世代縮小至65 奈米世代時，銅線的阻抗係數呈非線性增加，如此對RC (電阻x 電容)延遲有負面影響。當電鍍銅/PVD 銅籽/Ta/TaN 擴散阻擋疊層中銅列線寬度與銅的電子傳導平均自由徑 (39 奈米)相當時，我們可以預期在列線結構中銅阻抗係數會顯著的增高。基本上銅阻抗係數增高可能經由下列數種不同的散射機制 : (1) 表面散射: 由銅界面上表面粗糙度與蝕刻造成的列線粗糙度引起，(2)晶粒間界散射， (3)缺陷與雜質散射。其中，PVD 銅籽可能影響超細電鍍銅薄膜的晶粒大小進而銅線的阻抗係數，然而，因為具圖案的列線結構在製程上的變異及非均?性與列線?度變異，實驗上很難對上述機制之個別貢獻作定量評估。近來的研究工作巳轉注在用平面式薄膜疊層來探討各散射的貢獻，今年比利時IMEC 發表文章中顯示用展阻量測 (spreading resistance probe)技術量測具有固定晶粒大小下不同厚度的銅平面式薄膜疊層，銅阻抗係數會顯著的增高主要是出於晶粒間界散射，但是蝕刻造成的粗糙度及擴散阻擋層形態粗糙度對超薄銅薄膜(尤其在電子傳導平均自由徑之附近厚度)之阻抗係數影響目前尚未完全暸解。本計劃的第一目的是探討及評估蝕刻造成的粗糙度及擴散阻擋層形態粗糙度對超薄銅薄膜 (100 奈米以下)之阻抗係數之量化響，第二目的在於評估銅籽的晶粒大小如何影響超薄鍍銅薄膜之晶粒大小及其阻抗係數。本計劃的預期成果不僅在學術上可瞭解表面粗糙度對銅阻抗係數的影響定量，另有益於台灣半導體業界在後65 奈米世代如何選擇鍍銅之籽(材料及晶粒大小)及粗糙度的控制以找出抑制阻抗係數迅速上升的方法。
新式兩相多孔性低介電材料及其製程之探討(I)
(2005)
呂志鵬
;
Leu Jihperng (Jim)
;
交通大學材料科學與工程系
有機矽酸鹽（organo-silicate，2.7＜κ＜3.0）類的低介電材料已經廣泛應用於90 奈米元件的量產。而尋求下一代低介電材料（κ＜2.4）之研發，其關鍵是將孔洞加入矽基的介電質中。大多數含孔洞的氧化矽膜是藉由界面活性劑模板(surfactant-templating)產生，而在移除界面活性劑後可形成孔洞。迄今在as-deposited 多孔性介電質整合上已發現幾個大問題, 如孔洞尺寸太大（＞15A）造成reliability 問題, 另在蝕刻後介電質的粗糙度影響RC 值, 以及與化學藥品的相容性。為了避免上述問題，我們需要在多孔性介電材料上有新的設計及整合。Shipley 公司因此提出了solid-first 新概念：在兩相式低介電薄膜中，將起孔洞劑(porogens)延後至金屬層完成後才燒除。目前產學界對此新穎材料的研究和整合方式，材料特性, 殘留應力及製程方面的問題，所知仍極有限。本計畫將使用商用旋塗性有機矽酸鹽，如methylsilsesquioxanec（MSSQ）作為基底；以及高溫porogen 作為sacrificial 成分。我們將規劃探討並比較三種材料: (a) 「solid-only」低介電材料，(b)兩相低介電材料，及(c)多孔性低介電材料的材料特性和製程特徵，以詮釋高溫porogens 對solid-first 材料及整合的影響。本計畫第一年將先探討porogens 和基底/溶劑的相容性，以及porogens 對低介電質之熱穩定性及整合可行性的影響。第二及第三年，將著重於此類新式兩相材料的材料性質測量以及後段製程對其之影響，此包括morphology 蝕刻特性、化學藥品的相容性、水氣吸收、機械性質、及barrier/多孔性介電質材料的界面。
新式兩相多孔性低介電材料及其製程之探討(II)
(2006)
呂志鵬
;
Leu Jihperng (Jim)
;
交通大學材料科學與工程系
有機矽酸鹽（organo-silicate，2.7＜κ＜3.0）類的低介電材料已經廣泛應用於90奈米元件的量產。而尋求下一代低介電材料（κ＜2.4）之研發，其關鍵是將孔洞加入矽基的介電質中。大多數含孔洞的氧化矽膜是藉由界面活性劑模板(surfactant-templating)產生，而在移除界面活性劑後可形成孔洞。迄今在as-deposited多孔性介電質整合上已發現幾個大問題, 如孔洞尺寸太大（＞15A）造成reliability問題, 另在蝕刻後介電質的粗糙度影響RC值, 以及與化學藥品的相容性。為了避免上述問題，我們需要在多孔性介電材料上有新的設計及整合。Shipley公司因此提出了solid-first新概念：在兩相式低介電薄膜中，將起孔洞劑(porogens)延後至金屬層完成後才燒除。目前產學界對此新穎材料的研究和整合方式，材料特性, 殘留應力, 界面反應及黏著性與製程方面的問題，所知仍極有限。本計畫使用商用旋塗性有機矽酸鹽，如methylsilsesquioxane （MSSQ）作為基底；以及高溫porogen作為sacrificial成分。我們將探討並比較三種材料: (a)「solid-only」低介電材料，(b)兩相低介電材料，及(c)多孔性低介電材料的材料特性及其與製程的互相影響，以詮釋高溫porogens對solid-first材料及整合的影響。本計劃已進行半年、探討 block-copolymer porogens對低介電質之熱穩定性及整合可行性的影響。成果顯示經 300°C固化之MSQ/PS-b-P4VP 兩相低介電材料具有良好的機械性質，較低的吸水性及些許的膜厚收縮，此有助於其應用在solid-first scheme 之可行性。另QCM之安裝及測試已如期完成，成果報告如附件。第二年中(2006-2007)，將著重於此類新式兩相材料的材料性質測量, 水氣吸附脫附行為，以及後段製程對其之影響，此包括蝕刻特性及表面形貌、化學藥品的相容性及表面反應與化學。
新式兩相多孔性低介電材料及其製程之探討(III)
(2007)
呂志鵬
;
Leu Jihperng (Jim)
;
國立交通大學材料科學與工程學系(所)
將孔洞加入介電材料中是下一世代低介電材料（κ＜2.4）研發之關鍵，然而多孔性介電材料在整合上已發現幾個大問題, 如（1）孔洞尺寸太大（＞15A）造成之reliability 問題，（2）蝕刻後介電材料的粗糙度影響RC 值, 以及（3）與化學藥品的相容性。為了避免上述問題，我們需要在多孔性介電材料上有新的設計及整合。Shipley 公司因此提出了Solid-FirstTM 新概念：在兩相式低介電薄膜中，將起孔洞劑（porogens）延後至金屬層完成後才燒除。目前產學界對此新穎材料的研究和整合方式，材料特性, 殘留應力, 界面反應及黏著性與製程方面的問題，所知仍極有限。本計畫第一年著重於探討雙親性團聯共聚高分子對低介電質（MSQ）的熱穩定性及整合可行性之影響。研究成果顯示，當起孔洞劑含量低於臨界值以下時會促進MSQ內部Si-O鍵之交聯，使得兩相低介電材料的機械強度比純MSQ或多孔性結構時更良好，足以在CMP製程後仍不致損壞。此將有助於其應用在Solid-FirstTM scheme之可行性。另外測量材料水氣脫吸附行為之石英晶體微天平（QCM）亦如期組裝完成。計畫第二年則著重於此類新式兩相材料的材料性質量測、水氣脫吸附行為，以及後段製程對其之影響，如包括蝕刻特性及表面形貌。目前計畫自八月份執行至今，多項兩項材料的材料性質（如折射率、介電常數等）已量測完成，且發現這些性質大多都與孔隙率呈線性關係。與多孔性材料相比，MSQ/PS-b-P4VP兩相材料亦被發現擁有較低的吸水性。對於吸水性、蝕刻特性及表面形貌，將會在第二年計畫的下半年度繼續完成。目前四點彎曲儀（4-point bending）的組裝也進入最後階段，預計在2007年四月前組裝完成。基於先前之研究，本計畫第三年將更進一步的探討高溫起孔洞劑含量對兩相低介電材料系統可靠度的影響。此包括利用自行組裝彎曲測定儀（Bending Beam）量測與比較各低介電材料系統間熱機械性質（熱膨脹係數與熱應力）的差異。再者，擴散阻障層（Ta、TaN、W）或SiO2）和各低介電材料系統間的界面附著力，也將使用自行組裝之四點彎曲儀來測量。計畫完成之際預期能提供吾人選擇或設計起孔洞劑的方向，並對於Solid-FirstTM 之可行性提出歸納及建議。使參與人員從中獲得新世代低介電材料之研製、分析及檢測等相關基礎理論與知識，為未來半導體產業後段製程培訓人才。
新穎多孔性氮碳化矽材料及氣隙內連接可行性之研究
(2008)
呂志鵬
;
Leu Jihperng (Jim)
;
國立交通大學材料科學與工程學系(所)
超大型積體電路元件為降低尺寸縮小所帶來之RC 遲滯效應，在90 奈米後段製程中已引進低介電材料(k ~ 3.0)。而新世代超低介電材料(k < 2.5)之研發仍以多孔性的低介電材料為主，然而因可靠度及機械強度不足之故，使其應用上仍有待解決。而較革命性的氣隙內連接，在今年五月IBM 宣佈後，再度點燃產學界研發上的競爭。而目前IBM 氣隙內連接無法被接受之主因乃在於額外光罩費用和機械強度。為解決這些問題，本計畫提出一種新穎的氣隙內連接結構，其中包括兩大關鍵性材料：(1)自我對準(self-aligned)的金屬覆蓋層，如CoW(B,P)，以降低電遷移情況並保護銅導線，及(2)待開發之新穎多孔性氮碳化矽材料(PESL)。本計畫研究目標可分為三項：(1)研究以旋轉塗佈法和電漿輔助化學氣相沉積法於低溫(< 450 °C)沉積PESL 薄膜，(2)瞭解及建立在低溫下形成nano-或meso-PESL 結構的方法與理論，及(3)驗證新穎氣隙連接技術之可行性。本計畫預計分三年期，第一年將以 PECVD 沉積PESL 薄膜為研究主題，研究(1)兩相式 SiNC/porogen 奈米複合材料；(2)接有乙烯基起洞劑之聚矽氮烷(polysilazane)主鏈，和(3)團聯共聚物 (diblock copolymer)型式沉積PESL 薄膜之材料性質。計畫第二年將延伸前一年之研究成果，嘗試以類似的設計概念，但更容易依據實際需求而量身定作(tailor-making)適用於spin-on 方式沉積的 PESL 薄膜。而第三年將於國家奈米元件實驗室製作單層Cu/low-k 試片及驗證新型氣隙內連接技術之可行性。另預期PESL 及氣隙成果可移轉至國內半導體公司，增進國內於後段製程之研發技術。
新穎多孔性氮碳化矽材料及氣隙內連接可行性之研究(II)
(2009)
呂志鵬
;
Leu Jihperng (Jim)
;
國立交通大學材料科學與工程學系(所)
超大型積體電路元件為降低尺寸縮小所帶來之RC 遲滯效應，在90奈米後段製程中已引進低介電材料(k ~ 3.0)。而新世代超低介電材料(k < 2.5)之研發仍以多孔性的低介電材料為主，然而因可靠度及機械強度不足之故，使其應用上仍有待解決。而較革命性的氣隙內連接，在今年五月IBM宣佈後，再度點燃產學界研發上的競爭。而目前IBM 氣隙內連接無法被接受之主因乃在於額外光罩費用和機械強度。為解決這些問題，本計畫提出一種新穎的氣隙內連接結構，其中包括兩大關鍵性材料：(1)自我對準(self-aligned) 的金屬覆蓋層，如CoW(B,P)，以降低電遷移情況並保護銅導線，及(2)待開發之新穎多孔性氮碳化矽材料(PESL)。本計畫研究目標可分為三項：(1)研究以旋轉塗佈法和電漿輔助化學氣相沉積法於低溫(< 450°C)沉積PESL 薄膜，(2)瞭解及建立在低溫下形成nano-或meso-PESL 結構的方法與理論，及(3)驗證新穎氣隙連接技術之可行性。本計畫已於第一年成功組裝 PECVD 沉積系統，並使用epoxycyclohexane 和1, 3, 5-trimethyl-1, 3, 5-trivinylcyclotrisilazane 沉積PESL 薄膜，目前正致力於控制孔洞大小相關之研究。計畫第二年將延伸前一年之研究成果，嘗試以(1)兩相式SiNC/porogen 奈米複合材料；(2)接有乙烯基起洞劑之聚矽氮烷(polysilazane)主鏈；(3)團聯共聚物(diblock copolymer)和(4)垂直型孔洞或微通道沉積有序之PESL 薄膜，並研究其材料性質。而第三年將於國家奈米元件實驗室製作單層Cu/low-k 試片及驗證新型氣隙內連接技術之可行性。另預期PESL 及氣隙成果可移轉至國內半導體公司，增進國內於後段製程之研發技術。
新穎接枝型起孔洞劑之多孔性低介電材料探討(I)
(2010)
呂志鵬
;
Leu Jihperng (Jim)
;
國立交通大學材料科學與工程學系（所）
32 奈米元件製程預計需引進超低介電材料(k≤ 2.5)，其關鍵是將起孔洞劑加入含矽基的介電質中，然後將低温起孔洞劑於矽基交連後燒除或將高温起孔洞劑延後至金屬層完成後方燒除。但是旋塗製備的薄膜，其孔洞在相同的起孔洞劑量下會比PECVD 製備的薄膜大許多而且分佈不均。這源自於起孔洞劑在溶液中或薄膜中因後續熱處理引起之聚集(aggregation)現象。然而實際應用在後段的製程上，低介電材料之孔洞需要小(<5-10 nm)又分佈均勻。迄今已有研究以快速升溫、加入分散劑、或改變酸鹼值(pH value)等方式降低起孔洞劑的聚集，進而改善孔洞大小及分佈，然而其成效仍相當有限。為突破以上缺點，本計劃將以ATRP 合成具有矽氧烷官能基的起孔洞劑 (PMMA-siloxane 及 PS-siloxane)，並使用接枝方式與基材鍵結而形成新式的低介電材料。本計劃第一年研究目標可分為三項：(1) 合成具有矽氧烷結構的高温起孔洞劑及其接枝反應與驗證，(2) 定量顯示孔洞大小及分佈之優勢，(3) 探討分子量與溶劑對孔洞大小的影響。第二年將持續完成 (1) 探討最大孔隙率下影響孔洞聚集或塌陷之因素及改良；(2) 探討及鑑量新型低介電薄膜的介電常數，機械性質，及化學等特性。並延伸ATRP 合成PMMA-siloxane 低温起孔洞劑，探討起孔洞劑之燒除溫度對上述各項之影響與差異性。