Abstract
隨著積體電路的速度越來越快，體積越來越小，內連線的製作必須達到深次微米的要求，然而因為電阻及電遷移阻抗等性質，傳統製程所使用的鋁金屬已無法滿足要求，相對的，銅金屬則具有低電阻，較佳電遷移阻抗等優點，因此已被視為下一代IC內連線的最佳材質。然而銅金屬具有易滲透到其他材料裡的性質，因此在以電鍍方式沉積銅層之前，必須在矽晶圓上以PVD或是CVD的方式沉積一層擴散阻擋層(barrier layer)，及銅金屬的晶種薄層(seed layer)，擴散阻擋層的材料目前以TiN或是TaN為主，其目的是要阻止銅金屬擴散到周遭的介電層中，而銅晶種層則是做為後續電鍍銅層時導電用。在實驗中發現，溶液中同時存在金屬離子和F-離子則擴散阻擋層會和溶液中的金屬離子發生置換反應，使得基材上沉積一層金屬層。國內外的文獻都曾利用這個反應來直接沉積金屬層在擴散阻擋層上，做為電鍍時的晶種層，但是對於這個反應的機制則甚少研究及探討，這篇論文的主要內容即在探討置換反應，以期對於積體電路銅製程發展上有所助益，一方面希望可以藉由此反應直接沉積金屬在擴散阻擋層上做為晶種層，另一方面希望能藉由瞭解這個反應的機制以避免在積體電路製程中因為置換反應而意外產生金屬沉積，造成良率的下降。利用拉曼光譜及F-NMR分析的結果發現不論溶液中的F-的來源為何，都可以和PdCl2形成PdCl2F22-錯合離子，此錯合離子具有和TiN進行置換反應的能力，反應之後Pd被還原成金屬沉積，TiN被氧化成TiF62-。根據ICP-AES的結果發現當1個Pd金屬原子沉積，同時有4個TiN分子被氧化，此反應需要大量的F-，因此在配製置換反應液時，BHF的量必須控制在PdCl2的10倍以上，才會有最佳的反應狀態。此外，提高置換的反應時間可以增加所沉積的Pd層和TiN層的附著力 ，利用退火也可以增加Pd層和TiN層的附著力，但是退火後的Pd顆粒會因為內聚力而變得較圓。