Cu􀀁CMP 中磨料粒子的机械作用实验分析

本文介绍的Cu-CMP实验中的磨料粒子是纳米硅溶胶（SiO2,20－30nm）。为得到高质量、高平整度的铜表面，采用SiO2溶胶抛光液对铜进行抛光实验，在给定的条件下，得到了磨料粒子的浓度与抛光速率间的机械作用曲线。实验结果表明：当SiO2溶胶浓度增大时，机械作用增强，抛光速率随之增加。当SiO2溶胶浓度控制在一定范围，使抛光表面在低表面张力下进行抛光时，抛光后的液体呈蓝色，抛光后的铜表面光亮无划伤，此时铜表面实现了高速率及高平整度的最佳效果。     

ULSI多层Cu布线CMP中磨料的研究

超大规模集成电路多层Cu布线平坦化中,抛光磨料是CMP系统的重要组成部分,是决定抛光速率、抛光表面状态和平坦化能力的重要影响因素.分析研究了在CMP中磨料的作用和影响,指出碱性的纳米级SiO2水溶胶是ULSI多层Cu布线CMP的理想磨料.并进一步通过对多层Cu布线CMP硅溶胶磨料的优化研究,指出采用小粒径、低粒径分散度、高质量分数的SiO2水溶胶磨料,可有效地解决平整度差、塌边、碟形坑、表面粗糙度差等问题,获得了良好的抛光效果.     

碱性铜精抛液中表面活性剂ADS对平坦化效果的影响

研究了阴离子表面活性剂十二烷基硫酸铵(ADS)在弱碱性铜抛光液中对晶圆平坦化效果的影响.对不同质量分数的阴离子表面活性剂ADS下的抛光液表面张力、铜去除速率、抛光后铜膜的碟形坑高度、晶圆片内非均匀性和表面粗糙度进行了测试.实验结果表明,当阴离子表面活性剂ADS的质量分数为0.2％时,抛光液的表面张力降低,铜的去除速率为202.5 nm·min-1,去除速率片内非均匀性减小到4.15％,抛光后铜膜的碟形坑高度从132 nm降低到68.9 nm,表面粗糙度减小到1.06 nm.与未添加表面活性剂相比,晶圆表面的平坦化效果得到改善.     

碱性抛光液中纳米SiO_2磨料在Cu CMP中的作用

GLSI多层铜互连线的平坦化中,抛光液中的SiO2磨料对铜的平坦化效率具有重要的作用。研究了碱性纳米SiO2质量分数对300 mm铜去除速率和300 mm铜布线平坦化作用的影响。结果表明,随着磨料质量分数的增大,铜的去除速率增大,晶圆的均匀性变好,但磨料质量分数过高时,铜的去除速率略有降低,可能由于纳米SiO2表面硅羟基吸附在金属铜表面,导致质量传递作用变弱,引起速率降低。通过对图形片平坦化实验研究表明,随着磨料质量分数的增大,平坦化能力增强,这是因为磨料的质量分数增大使得高低速率差增大,能够有效消除高低差,实现平坦化。     

磨料粒径对多层Cu布线CMP的影响北大核心

阐述了碱性抛光液中磨料的质量传递作用对多层Cu布线化学机械抛光(CMP)过程中抛光速率和抛光后晶圆表面状态的影响,通过对比不同磨料粒径抛光液在3英寸(1英寸=2.54 cm)铜晶圆上的抛光实验结果,分析了不同磨料粒径抛光液的抛光速率以及抛光后晶圆的表面状态,选择了一种粒径为100 nm、质量分数为3%的磨料,粗抛(P1)的抛光速率达到650 nm/min,抛光后晶圆表面粗糙度由10.5 nm降至2.5 nm,大大提高了抛光后晶圆的表面状态以及平坦化效果,可对多层Cu布线CMP过程中磨料的选择提供一定的参考。     

SiO2抛光液对A1N基片抛光性能的影响

针对AlN基片CMP平坦性问题,从pH值、磨料粒度以及磨料的质量分数等方面研究了抛光液参数对抛光效果的影响。通过对AlN基片进行抛光实验,确定pH为10.5～11.5时,采用大粒径、高质量分数纳米SiO2溶胶作为磨料,有利于抛光速率的提高。利用纳米SiO2溶胶、去离子水、pH调节剂和稳定剂自主配制抛光液A,与纯水按质量比1∶5稀释后,在压力1.8MPa、转速60r/min、流速340mL/min条件下,对AlN基片进行抛光,抛光速率为0.5μm/min。抛光1.5h后,AlN基片的表面粗糙度可达28nm,表面无划痕。     

高稀释倍数碱性铜精抛液在Cu CMP中的应用

采用自制的不含常用的腐蚀抑制剂(BTA)碱性铜精抛液对铜和钽进行了化学机械抛光。研究了高稀释倍数(50倍)的精抛液对铜膜的静态腐蚀速率和抛光速率以及钽抛光速率的影响,并对65 nm技术节点的300 mm单层铜布线片进行了平坦化研究。结果表明,铜膜的静态腐蚀速率为1.5 nm/min,动态抛光速率为206.9 nm/min,阻挡层Ta/TaN抛光速率仅为0.4 nm/min,Cu/Ta选择比高。此精抛液能够有效去除残余铜,进一步过抛完全去除残余铜时,对阻挡层的去除速率趋于0,而沟槽里的铜布线去除量低,碟形坑和蚀坑大小满足实际平坦化要求。此精抛液可满足65 nm技术节点平坦化的要求。     

不同磨料质量分数对化学机械平坦化的影响

采用自主研发的碱性铜抛光液,在E460E机台上研究了不同磨料质量分数对铜和钽抛光速率与膜厚一致性的影响;分析了磨料质量分数为2%,2.8%和3.6%时,膜厚一致性对平坦化的影响。抛光结果显示:当磨料质量分数高于2.8%时,抛光液开始对钽进行有效的抛光;随着磨料浓度的增加,抛光液的膜厚一致性提高趋于平缓。磨料质量分数为2.8%和3.6%时,抛光后膜厚一致性变好,碟形坑满足工业生产要求;磨料质量分数为2%时,抛光后膜厚一致性比抛光前恶化,碟形坑相对较大。由此可见,当磨料质量分数为2.8%时,抛光液能有效去除残余铜,并且抛光后膜厚一致性好,有利于实现平坦化,尤其是对提高成品率和优品率有重要的作用。     

300mm铜膜低压低磨料CMP表面粗糙度的研究

随着集成电路特征尺寸的减小、低k介质的引入及晶圆尺寸的增加,如何保证在低压无磨料条件下完成大尺寸铜互连线平坦化已经成为集成电路制造工艺发展的关键。采用法国Alpsitec公司的E460E抛光机在低压低磨料的条件下,研究了12英寸(1英寸=25.4 mm)无图形(blanket)铜膜CMP工艺和抛光液配比对抛光表面质量的影响。实验结果表明,在压力为0.65 psi(1 psi=6.89×103 Pa),抛光液主要成分为体积分数分别为5%的螯合剂、2%的氧化剂和3%的表面活性剂。抛光后表面无划伤,表面非均匀性为0.085,抛光速率为400 nm.min-1,表面粗糙度为0.223 nm,各参数均满足工业化生产的需要。     

磨料黏度对CMP抛光速率的影响及机理的研究

抛光磨料在抛光衬底和抛光垫间做磨削运动,它是CMP工艺的重要组成部分,是决定抛光速率和平坦化能力的重要影响因素。因此分析磨料的各物性参数对CMP过程的影响尤为重要。随着晶圆表面加工尺寸的进一步精密化,磨料黏度作为抛光磨料重要物性参数之一,受到越来越多的重视。根据实验结果从微观角度研究了磨料黏度对CMP抛光速率的影响及机理,并由此得出当抛光液磨料黏度为1.5 mPa.s时,抛光速率可达到458 nm/min且抛光表面粗糙度为0.353 nm的良好表面状态。