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BW薄 膜 材 料 技 術1-10www.tool-tool.com

經過離子束濺鍍沉積後在無電鍍液中反應5分鐘的試片截面，經過5分鐘的鍍著反應，via已經完全被填滿，深度約1μm、寬0.35μm，比例3:1的via試片截面。

圖示：

直接利用離子束濺鍍沉積銅，由圖中可以看出因濺鍍沉積速率較快，所以會發生堆積效應，並產生孔洞，深度約1μm、寬0.35μm，比例3:1的via試片截面。

圖示：

深度約1μm、寬0.35μm，比例3:1的via試片可
看到銅膜填充情形相當良好，每個via都有填滿
且無小孔或膜不連續的現象。

圖示：

經過離子束濺鍍沉積銅晶種層，試片表層已經均勻覆蓋一層銅晶種層，在側壁與底層也有較薄銅 晶種層覆蓋，此trench寬度為0.35μm、深度約2μm，深寬比約6:1。
由於離子束濺鍍沉積可以均勻的將銅濺鍍沉積在試片表層上，且與擴散阻障層有相當好的附著性，而本實驗所得銅膜對於via有良好的填充能力。
XRD
銅膜的織構（texture）會隨底材種類與沉積方式不同而有所改變。而在銅的織構（texture）中，以（111）面的性質最好，因此我們可利用X光繞射儀探討銅晶種層存在時，再經無電鍍銅金屬層對織構（texture）的影響。

圖示：

在離子束濺鍍沉積銅晶種層上無電鍍銅膜之X光繞射圖

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國立勤益技術大學機械系
教授：張子欽博士

BW碧威股份有限公司針對客戶端改善切削方式、提供專業切削CNC數控刀具專業能力、製造客戶需求如：Cutting tool、切削刀具、HSS Cutting tool、Carbide end mills、Carbide cutting tool、NAS Cutting tool、Carbide end mill、Aerospace cutting tool、Carbide drill、High speed steel、Milling cutter、Core drill、鎢鋼銑刀、航太刀具、鎢鋼鑽頭、高速剛、鉸刀、中心鑽頭、Taperd end mills、斜度銑刀、Metric end mills、公制銑刀、Miniature end mills、微小徑銑刀、鎢鋼切削刀具、Pilot reamer、領先鉸刀、Electronics cutter、電子用切削刀具、Step drill、階梯鑽頭、Metal cutting saw、金屬圓鋸片、Double margin drill、領先階梯鑽頭、Gun barrel、Angle milling cutter、角度銑刀、Carbide burrs、滾磨刀、Carbide tipped cutter、銲刃刀具、Chamfering tool、倒角銑刀、IC card engraving cutter、IC晶片卡刀、Side cutter、側銑刀、NAS tool、DIN tool、德國規範切削刀具、Special tool、特殊刀具、Metal slitting saws、Shell end mills、滾筒銑刀、Side and face milling cutters、Side chip clearance saws、交叉齒側銑刀、Long end mills、長刃銑刀、Stub roughing end mills、粗齒銑刀、Dovetail milling cutters、鳩尾刀具、Carbide slot drills、Carbide torus cutters、鎢鋼圓鼻銑刀、Angeled carbide end mills、角度鎢鋼銑刀、Carbide torus cutters、短刃平銑刀、Carbide ball-noseed slot drills、鎢鋼球頭銑刀、Mould cutter、模具用刀具、BW微型渦流管槍、Tool manufacturer、刀具製造商等相關切削刀具、以服務客戶改善工廠加工條件、爭加競爭力。

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張貼者： BW at 上午 6:30

BW薄 膜 材 料 技 術1-9www.tool-tool.com

(a)

圖示：

(b)

(a)濺鍍沉積時間1小時之試片截面，此via深1μm、寬0.5μm，深寬比約2：1。(b)與左圖有相同製程條件的試片，via最底層明顯已經有銅晶種層填入。

圖示：

濺鍍沉積時間為30分鐘，已有銅晶種層沉積，深
度約1μm、寬0.35μm，比例3:1的via試片截面。

圖示：

離子束濺鍍沉積30分鐘後，在無電鍍液中反應3秒鐘之試片截面，在上層的壁上有銅晶粒附著，其晶粒相當細小，深度約1μm、寬0.35μm，比例
3:1的via試片截面。

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圖示：

晶種層之沉積
金屬連線在深次微米製程中，via或trench的填充能力，是影響製程技術重要的關鍵，若是填充能力不良在via或trench中形成孔洞或是階梯覆蓋不均勻，會造成電阻率激增且性質不均。
通 常會影響via或trench填充能力的因素除了無電鍍銅的晶粒大小及其沉積速率之外，催化晶種層也扮演重要角色，催化層與擴散阻障層的附著力以及階梯覆 蓋率（step coverage），影響銅膜與擴散阻障層間的附著性。若是無電鍍銅晶粒過大將無法填入較小的via或trench，因此適當的晶粒大小有助於小洞的填 充。
而沉積速率太快則使得銅膜成長鬆散、不緻密，在較小的via或trench中容易形成void或不連續的膜，故控制適當的沉積速率才能獲得良好的鍍膜品質。

圖示： (a)
圖示：

(b)

(a) 介電層經過圖案化再沉積阻障層之試片截面，將試片劈開後，利用FESEM觀察其橫截面，此via深1μm、寬0.5μm，深寬比約2：1。(b)相同的試 片經過離子束濺鍍沉積後，濺鍍沉積時間為30分鐘之試片截面，由圖上看到via最底層以及上層的壁上均附著較薄的銅晶種層。

圖示：

濺鍍沉積時間45分鐘之試片截面，一樣可看出有較薄的銅晶種層附著，此via深1μm、寬1μm，深寬比約1：1。

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圖示：

(c)C+/TiN (TiN 植入 C+ )
CAE製程前於界面植入適當劑量有助於後續鍍膜成長之緻密性。
表面活化dislocation density增加提昇nucleation sites 。
磨耗壽命量測

圖示： Ti2+/TiN 與 C+/TiN之磨耗壽命 分別為CAE-TiN 的1.7 和1.4 倍。
離子束濺鍍沉積應用於超大型
積體電路之銅製程研究
(NSC90-2626-E-167-001)
離子束濺鍍沉積法（IBSD）的工作原理是將氬氣（Ar）離子化後施加電壓使其加速轟擊銅靶，在氬離子撞擊銅靶之前，會先通過中和絲極使表面電荷被中和。銅靶被氬離子以斜角撞擊後，被擊出的銅原子會飛出而沉積在基材上。
圖示：

表面濺射原理示意圖
離子束濺鍍沉積參數
離子束濺鍍沉積主要控制參數有離子束電流、離子束電壓、沉積速率、沉積時間。固定工作壓力為3.4*10-4 torr，調變其中一項參數值，比較不同參數條件下對晶種層的影響。

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圖示：

永源科技 MEVVA+PVD混合系統

MEVVA+PVD混合系統示意圖

圖示：

MEVVA+PVD 鍍膜性質(界面植入)
A.微觀結構

圖示：

(a)TiN ( 未植入 )

圖示：

(b)Ti2+/TiN (TiN 植入 Ti2+ )

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圖示：

MEVVA離子源細部結構示意圖

圖示： 大尺寸引出電極可獲得寬離子束

植入元素與改質效果

圖示：

:植入劑量
E: 加數電壓
: 摩擦係數
: 磨耗率=W1/W2 W1:未植入工件重量損失 W2:植入後工件重量損失

MEVVA離子源結合PVD混合系統之發展
系統特性
工 作原理:利用陰極電弧沉積法(Cathodic Arc Evaporation )之高沉積速率與高離化率之特性，再輔以MEVVA源之離子混合(Ion mixing)效果與準確的植入劑量控制改善界面與表面性質進而製備出更具環境適應性之新一代鍍膜。此混合系統已於永源科技組裝完成， 包括一組MEVVA源與改良式陰極電弧源。
特點: 被覆前後藉由MEVVA離子源一定劑量之植入具有活化表面性質與相變化之結果進而顯著提昇鍍膜品質。

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MEVVA離子源細部結構示意圖

圖示： 大尺寸引出電極可獲得寬離子束

植入元素與改質效果

圖示：

:植入劑量
E: 加數電壓
: 摩擦係數
: 磨耗率=W1/W2 W1:未植入工件重量損失 W2:植入後工件重量損失

MEVVA離子源結合PVD混合系統之發展
系統特性
工 作原理:利用陰極電弧沉積法(Cathodic Arc Evaporation )之高沉積速率與高離化率之特性，再輔以MEVVA源之離子混合(Ion mixing)效果與準確的植入劑量控制改善界面與表面性質進而製備出更具環境適應性之新一代鍍膜。此混合系統已於永源科技組裝完成， 包括一組MEVVA源與改良式陰極電弧源。
特點: 被覆前後藉由MEVVA離子源一定劑量之植入具有活化表面性質與相變化之結果進而顯著提昇鍍膜品質。

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圖示： 圖示：

Electron micrograph of the 800 C UBM-CrN coating with Cr interlayer. (a) The BF image and SAD patterns of (b) CrN near the coating surface

離子束材料表面改質技術發展概述
60年代離子植入技術首先在半導體元件上得到了應用，進而使用離子植入技術替代了傳統的熱擴散方法形成了微細加工技術，推動和促進了大規模積體電路的發展。
80年代以來，強流金屬離子源-MEVVA離子源、電漿沉浸式離子植入技術(PIII)等分別開始得到發展，進而促進和推動離子束材料表面改質技術應用和發展。
電漿沉浸式離子植入技術 PIII (Plasma Immersed Ion Implantation)
工作原理與特性
工 作原理:利用熱燈絲、DC 、 RF 或 ECR方式使氣體在真空腔中解離產生均勻的電漿，欲處理的樣品沉浸於該電漿中，再於樣品上施加一脈衝負高壓(-1~100kV)，電漿中的離子在樣品表面 高壓電場的作用下，加速入射到樣品各個表面並注入到材料晶格中，形成PIII技術的改質層。
特點:與傳統離子植入技術相比具有無方向性的植入即在樣品表面全方位植入之優點。
PIII 系統
圖示：

UC Berkeley PIII系統

金屬蒸氣真空弧離子源 MEVVA ( Metal Vapor Vacuum Arc)
工作原理與特性
工作原理:利用陰極真空弧放電，由陰極表面直接產生高密度金屬電漿，經多孔三電極系統引出，形成強流金屬離子束。 MEVVA源由金屬電漿形成區和離子束引出區二部分組成。前者包括陰極、陽極和觸發極組成，後者由多孔三電極引出系統組成。
特點: MEVVA離子源是在脈衝狀態下工作的一種強流金屬離子源，具有束流強、金屬離子種類多、離子電荷態高、束流純度高、束斑面積大以及結構簡單、穩定、可靠等獨特的優點。
MEVVA源離子植入系統

圖示： 北京低能核物理所 MEVVA系統
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