28nm Planar Flow 28nm 工艺步骤

碳的引入可降低薄膜的极化率和有效 k 值，而氮则增强网络交联度和阻挡层致密性，从而在电学性能与机械稳健性之间建立可调节的权衡。

器件背景与集成逻辑

M1 NDC 沉积步骤位于超低介电常数（ULK）介质沉积及 UV 热固化之后，其目的是在 M1 BEOL 模块中后续低‑k 堆栈构建之前，引入一层介质盖层以稳定 Cu/ULK 界面。在 UV 固化之后，多孔 SiCOH ULK 薄膜会经历碳耗损和应力演化，这可能削弱其机械完整性，并使 Cu 表面暴露于氧化或扩散通道之中，因此需要立即引入保护层，这一点已在先进 BEOL 流程中的低‑k Cu 盖层中得到验证。NDC 作为扩散阻挡层和应力调制中间层，在为下一步低‑k 沉积和硬掩膜集成准备化学与机械稳定表面的同时，保持 ULK 的完整性。从集成逻辑角度来看，在该阶段插入 NDC 可防止已固化的 ULK 在后续介质沉积过程中直接暴露于等离子体环境，否则高能离子轰击将加剧孔塌陷和碳流失。这种工艺顺序与多层盖层策略一致，该策略已被证明能够在 BEOL 堆栈中维持压应力并抑制裂纹萌生，从而确保随后

的 Low‑K Deposition‑2 步骤面对的是一个稳健且经化学钝化的界面。

物理与化学沉积机理

M1 NDC 沉积依赖于 PECVD 机理，其中前驱体解离、自由基传输及表面吸附共同决定薄膜的致密度、键合结构和本征应力。等离子体激活降低了成键反应的有效活化能，使沉积能够在 BEOL 可接受的热预算下进行，同时促进形成致密的非晶 Si–N、Si–C–N 或相关网络结构，从而作为有效的扩散阻挡层。增强的离子轰击可提高吸附原子的表面迁移率，推动薄膜致密化并引入压应力，而降低等离子体能量则可减少对下层多孔 ULK 的损伤，这体现了等离子体条件与界面可靠性之间的因果关联。在原子尺度上，Cu 扩散受抑制的原因在于致密的非晶网络缺乏连续晶界，从而相对于多孔介质显著提高了 Cu 迁移的活化能。这种受扩散限制的行为与经典扩散理论一致，即 Cu 原子的通量与阻挡层内部的致密度和键合强度成反比关系。

材料与方法选择逻辑

选择氮掺杂或碳掺杂的硅基介质作为 NDC 层，是因为其在低介电常数、优异的 Cu 扩散阻挡能力以及与 ULK 材料的化学相容性之间实现了平衡。碳的引入可降低薄膜的极化率和有效 k 值，而氮则增强网络交联度和阻挡层致密性，从而在电学性能与机械稳健性之间建立可调节的权衡。等离子体功率、前驱体化学组成和离子能量之间存在方向性耦合关系：更高的等离子体密度会提高薄膜致密度和应力，而更高比例的有机前驱体有助于降低 k 值，但若过量引入则可能削弱阻挡性能。PECVD 方法之所以被优先采用，是因为其在保持低热预算的同时能够实现对复杂形貌的共形覆盖，这对于保持 ULK 孔隙结构并避免通过热激活路径加速 Cu 扩散至关重要。这一选择逻辑与更广泛的 BEOL 材料策略一致，即沉积方法的选择侧重于优化界面化学特性，而不仅仅是体相薄膜性质。

28 nm 平面工艺节点的特定考量

在 28 nm 平面工艺节点下，RC 延迟降低仍然是主要的性能驱动因素，使低‑k 和低有效电容的互连堆栈成为关键。然而，该节点下 ULK 材料的机械脆弱性在 UV 固化后对拉压应力反转和开裂表现出更高敏感性，相比更早的技术节点，更加凸显了应力工程化 NDC 层的重要性。因此，NDC 体现了一种节点特定的折衷方案：其致密度足以阻挡 Cu 扩散和水分侵入，同时又经过工程化设计，以避免过高的 k 值或拉应力，从而抵消 RC 性能和可靠性方面的收益。

[高] 等离子体诱发的 ULK 损伤：在 NDC 沉积过程中，过度的离子轰击可能破坏多孔 ULK 中的 Si–CH₃ 键，导致碳损失、孔结构塌陷以及介电常数升高，这与低 k 介质盖层集成中观察到的等离子体损伤机理一致。
[中] 应力诱发的开裂或分层：若薄膜本征应力平衡不当，在后续热处理步骤后可能发生由压应力向拉应力的转变，从而在 BEOL 堆叠中引发裂纹或界面分层，这与 SiCN 基盖层中报道的应力演化行为一致。
[中] 缺陷盖层导致的铜扩散：薄膜致密度不足或成分不均匀可能形成 Cu 原子的扩散通道，使其迁移进入 ULK 介质中，造成漏电或可靠性劣化，这与扩散阻挡层理论中的描述一致。
[低] 水分和氧气侵入：NDC 中网络结构形成不完全或孔隙率较高时，可能允许水分或氧气侵入，在热或电应力作用下促进 Cu 氧化和电迁移劣化。
[低] 界面附着力劣化：ULK 与 NDC 材料之间的表面化学不匹配可能降低界面附着能，从而在后续工艺过程中增加发生分层的风险，这与 BEOL 阻挡层中关于界面化学的考虑一致。

碳的引入可降低薄膜的极化率和有效 k 值，而氮则增强网络交联度和阻挡层致密性，从而在电学性能与机械稳健性之间建立可调节的权衡。

器件背景与集成逻辑

的 Low‑K Deposition‑2 步骤面对的是一个稳健且经化学钝化的界面。

物理与化学沉积机理

材料与方法选择逻辑

28 nm 平面工艺节点的特定考量

[高] 等离子体诱发的 ULK 损伤：在 NDC 沉积过程中，过度的离子轰击可能破坏多孔 ULK 中的 Si–CH₃ 键，导致碳损失、孔结构塌陷以及介电常数升高，这与低 k 介质盖层集成中观察到的等离子体损伤机理一致。
[中] 应力诱发的开裂或分层：若薄膜本征应力平衡不当，在后续热处理步骤后可能发生由压应力向拉应力的转变，从而在 BEOL 堆叠中引发裂纹或界面分层，这与 SiCN 基盖层中报道的应力演化行为一致。
[中] 缺陷盖层导致的铜扩散：薄膜致密度不足或成分不均匀可能形成 Cu 原子的扩散通道，使其迁移进入 ULK 介质中，造成漏电或可靠性劣化，这与扩散阻挡层理论中的描述一致。
[低] 水分和氧气侵入：NDC 中网络结构形成不完全或孔隙率较高时，可能允许水分或氧气侵入，在热或电应力作用下促进 Cu 氧化和电迁移劣化。
[低] 界面附着力劣化：ULK 与 NDC 材料之间的表面化学不匹配可能降低界面附着能，从而在后续工艺过程中增加发生分层的风险，这与 BEOL 阻挡层中关于界面化学的考虑一致。

28nm Planar Flow预览

工艺截面图

本步要点

原理展开

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28 nm 平面工艺节点的特定考量

风险与挑战

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