Copper Diffusion Barrier Deposition on Integrated Circuit Devices by Atomic Layer Deposition Technique

Transfer from aluminum to copper metallization and decreasing feature size of integrated circuit devices generated a need for new diffusion barrier process. Copper metallization comprised entirely new process flow with new materials such as low-k insulators and etch stoppers, which made the diffusion barrier integration demanding. Atomic Layer Deposition technique was seen as one of the most promising techniques to deposit copper diffusion barrier for future devices. Atomic Layer Deposition technique was utilized to deposit titanium nitride, tungsten nitride, and tungsten nitride carbide diffusion barriers. Titanium nitride was deposited with a conventional process, and also with new in situ reduction process where titanium metal was used as a reducing agent. Tungsten nitride was deposited with a well-known process from tungsten hexafluoride and ammonia, but tungsten nitride carbide as a new material required a new process chemistry. In addition to material properties, the process integration for the copper metallization was studied making compatibility experiments on different surface materials. Based on these studies, titanium nitride and tungsten nitride processes were found to be incompatible with copper metal. However, tungsten nitride carbide film was compatible with copper and exhibited the most promising properties to be integrated for the copper metallization scheme. The process scale-up on 300 mm wafer comprised extensive film uniformity studies, which improved understanding of non-uniformity sources of the ALD growth and the process-specific requirements for the ALD reactor design. Based on these studies, it was discovered that the TiN process from titanium tetrachloride and ammonia required the reactor design of perpendicular flow for successful scale-up. The copper metallization scheme also includes process steps of the copper oxide reduction prior to the barrier deposition and the copper seed deposition prior to the copper metal deposition. Easy and simple copper oxide reduction process was developed, where the substrate was exposed gaseous reducing agent under vacuum and at elevated temperature. Because the reduction was observed efficient enough to reduce thick copper oxide film, the process was considered also as an alternative method to make the copper seed film via copper oxide reduction.

Biomassan energia-arvon nostaminen sekundäärilämmöllä kuivaamalla

Viime aikoina ilmastonmuutos, fossiilisten polttoaineiden väheneminen ja niiden hinnan nousu ovat lisänneet merkittävästi maailmanlaajuista kiinnostusta uusiutuviin energiavaroihin. Suomessa uusiutuvien energialähteiden käytössä on jo pitkään panostettu metsäteollisuuden sivutuotevirtana tuottamaan puuperäiseen biomassaan, jota metsäteollisuus käyttää energiantuotantoonsa. Metsäteollisuuden jätevesien käsittelyssä syntyy erilaisia lietteitä, jotka joko uusiokäytetään tai hävitetään polttamalla tai sijoittamalla kaatopaikalle. Erityisesti biolietteiden uusiokäyttö on hankalaa ja kaatopaikkasijoitus tulevaisuudessa mahdotonta tai ainakin kustannuksiltaan kohtuutonta. Käytännössä liete hävitetään polttamalla ja kuivaamalla siitä tulee polttoaine. Lietteiden energiakäyttö on järkevin tapa hävittää jäteliete. Lietteiden korkean vesipitoisuuden vuoksi ne tulee kuitenkin kuivata ennen polttoa. Lietteen kuivaaminen sekundäärienergiavirralla eli metsäteollisuusprosesseissa sivutuotteena muodostuvalla ns. hukkalämmöllä lisää lietteen poltosta saatavaa energiamäärää ja korvaa fossiilisten polttoaineiden käyttöä. Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää lietteen kuivaukseen optimaalisin kuoren ja lietteen seossuhde eri kuivausparametrejä vaihdellen. Kokeellinen työ aloitettiin rakentamalla energiatekniikan koehalliin laboratoriokokoluokan kiintopetikuivuri, jossa kuivumista tutkittiin puhaltamalla polttoainepedin läpi lämmitettyä ilmaa. Kuivattavina polttoaineina olivat kuoren ja lietteen seos tai pelkkä kuori ja liete erilaisilla massoilla ja erilaisilla prosenttisilla suhteilla ja erilaisissa lämpötiloissa. Kuivumiskäyrien määritys perustui massanmuutokseen. Koelaitteessa olivat anturit lämpötilan mittausta varten, jotta lämpötila saatiin säädettyä ja seurattua kokeen edellyttämällä tavalla. Lämpötilat ja painonmuutokset tallentuivat koetta tehdessä tietokoneelle. Kuivauskokeet osoittivat, että liete-kuori seos kuivuu hyvin kiintopedissä kun lietteen massaosuus seoksessa on korkeintaan 50 %. Lietteen massaosuuden ollessa tätä suurempi kuivaaminen ei enää ole tehokasta, mikä johtuu luultavasti ilman suuresta kanavoitumisesta kuivauspedissä. Kuorta kuivatessa lämpötilan nosto 50 °C:stä 70 °C:een oli huomattavasti tehokkaampaa kuin 70 °C:stä 90 °C:een, ajallisesti ero oli noin kaksinkertainen.