Corrosion du cuivre et des alliages CoWP et AlCu dans les microprocesseurs 32nm et les imageurs : vers des solutions de nettoyage optimisées

Copper, CoWP and AlCu corrosion in 32 nm node technology and image sensors applications : new cleaning chemistries

• Auteur / Autrice : Sabrina Bilouk
• Direction : Ricardo Nogueira
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux, mécanique, génie civil, électrochimie
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Grenoble INPG

Mots clés

Mots clés contrôlés

Aluminium

Cuivre

Cobalt

Résumé

Pour les technologies 32 nm, la propension du cuivre à diffuser et à migrer au sein du diélectrique peut impacter la fiabilité des dispositifs. Des alliages ternaires à base de cobalt, Co WP, déposés par voie electroless ont été développés en vue de jouer le rôle de barrières auto-positionnées afin de limiter ces phénomènes. Cependant, l'intégration du cobalt nécessite une adaptation des traitements de nettoyage à base d'acide glycolique auxquels ce dernier sera exposé. Le travail de cette thèse vise à évaluer l'impacte de cet acide sur l'intégrité des barrières et de proposer, par la suite, une alternative afin de réduire leur dissolution par l'ajout d'un inhibiteur de corrosion du cobalt, le benzotriazole. Des phénomènes de corrosion apparaissent aussi sur les plots en alliage d'aluminium AlCu pour les technologies imageurs lors du nettoyage à base d'acide oxalique. Les acides sulfurique et glycolique seront évalués comme candidats potentiels à la substitution de cet acide organique. L'objectif de cette thèse est d'identifié les mécanismes réactionnels régissant les interfaces concernées par caractérisation électrochimique. Cette étude est associée aux techniques d'analyse physiques (MEB, AFM, XPS), qui permettent de mettre en exergue les modifications de surfaces induites par les traitements de nettoyage.

For 32 nm technology node, copper diffusion in the dielectric material and electromigration can impact devices reliability. Cobalt ternary alloys, Co WP, deposited by electroless technique were developed as barri ers and present the ability to Self-Aligne (SAB) on the copper line underneath. SAB enables mainly to limit electromigration phenomena. However, the cobalt integration involves an accommodation of the glycolic acid based clean treatments which may damage the SAB during the cleaning. The work of this thesis concerns the assessment of the acid impact on the SAB integrity. Then, an alternative action is proposed to limit SAB dissolution using benzotriazole as a cobalt corrosion inhibitor. Corrosion phenomena occur also on AlCu pads in imagers technology during the oxalic acid based clean step. Sulfuric and glycolic acids were evaluated as possible substituting compounds to oxalic acid. The aim of this work is to identify the different interfacial mechanisms by electrochemical characterization. This study is combined to physical techniques (SEM, AFM, and XPS) to bring out surface modifications induced by the clean treatments.