X-Ray及電子束(E-Beam)直接微影技術在多層導體連線上的應用研究(I)

Abstract

當積體電路(IC)的功能性與複雜性不斷提高時，金屬導線的間距及金屬導線的 長度也隨著變窄及增長，如此將造成嚴重的訊號傳輸延遲(RC delay)，進而降低整個積 體電路的操作速度。為了解決這個問題，半導體製程技術開始利用銅金屬及低介電常數 材料(low-k)的技術來取代傳統的鋁金屬及二氧化矽介電層，用以增進積體電路的操作 效能。在IC 製程中，為了完成元件圖案的轉移，我們會先使用光阻(photoresist)來定義 出佈局圖案，並在經過蝕刻製程後再將光阻去除。然而，此光阻剝除的製程卻會造成低 介電薄膜特性的劣化。除此之外，隨著結構尺寸的微縮，光阻的剝除製程變得越來越困 難，使得圖案轉移的步驟遭遇到極大的挑戰。為了克服此一問題，我們提出利用X-ray 及電子束(e-beam)曝光對低介電常數材料進行直接圖形化(direct patterning)技術。此外， 當低介電常數材料與銅製程整合時，兩者間的交互作用也是一個值得探討的課題，因為 傳統技術上使用的二氧化矽與銅金屬很容易產生交互作用，銅會擴散至氧化層中降低介 電薄膜的品質。 本計畫將針對此直接圖形化的技術進行研究：第一年，首先建立最佳的直接圖形化 低介電常數材料的曝光參數。此外，銅金屬與經過X-ray 及e-beam 曝光後Low-k 介電 薄膜的交互作用也將在這一年內進行研究。在第二年，將運用此技術進行製程整合上的 探討，包括X-ray 及e-beam 曝光及在顯影后所造成的介電特性穩定與否、抗熱能力、電 性可靠度以及與銅金屬化學機械研磨相容性..等等。除此之外，我們也將利用X-ray 與 e-beam 直接圖形化的技術製作銅導線的梳狀測試結構(comb structure)，並且進行共平面 (in plane)介電特性、銅導線的電子遷移率可靠性之探討。此外，我們也將製作高頻測試 結構進行載子高頻傳輸行為的研究。藉由以上所提的方式深入並廣泛地評估直接圖形化 技術在IC 製程應用上的可行性。