基于化学机械动力学的碱性铜抛光液平坦化机理研究

The planarization mechanism of alkaline copper slurry is studied in the chemical mechanical polishing (CMP) process from the perspective of chemical mechanical kinetics.Different from the international dominant acidic copper slurry,the copper slurry used in this research adopted the way of alkaline technology based on complexation. According to the passivation property of copper in alkaline conditions,the protection of copper film at the concave position on a copper pattern wafer surface can be achieved without the corrosion inhibitors such as benzotriazole(BTA),by which the problems caused by BTA can be avoided.Through the experiments and theories research,the chemical mechanical kinetics theory of copper removal in alkaline CMP conditions was proposed. Based on the chemical mechanical kinetics theory,the planarization mechanism of alkaline copper slurry was established. In alkaline CMP conditions,the complexation reaction between chelating agent and copper ions needs to break through the reaction barrier.The kinetic energy at the concave position should be lower than the complexation reaction barrier,which is the key to achieve planarization.     

碱性抛光液中H_2O_2对铜布线CMP的影响

化学机械平坦化(CMP)过程中,抛光液的化学作用对平坦化效果起着不可替代的作用。介绍了碱性抛光液中氧化剂(H2O2)对铜布线CMP的作用:H2O2对铜的强氧化性可以将铜氧化为离子状态,然后在螯合剂的螯合作用下快速去除铜膜;H2O2对铜的钝化作用可以保护凹处铜膜不被快速去除,从而有效降低高低差。此外,还研究了碱性抛光液中不同H2O2浓度对铜的静态腐蚀速率、动态去除速率及铜布线平坦化结果的影响。研究表明:抛光液对铜的静态腐蚀速率随H2O2浓度的增大逐渐降低然后趋于饱和;铜的动态去除速率随H2O2浓度的增大而逐渐降低;抛光液的平坦化能力随H2O2浓度的增大逐渐增强再趋于稳定。     

低压下碱性铜抛光液对300mm多层铜布线平坦化的研究

随着微电子技术进一步发展,低k介质的引入使得铜的化学机械平坦化(CMP)须在低压下进行。提出了一种新型碱性铜抛光液,其不含常用的腐蚀抑制剂,并研究了其在低压下抛光及平坦化性能。静态条件下,铜的腐蚀速率较低仅为2nm/min。在低压10.34kPa时,铜的平均去除速率可达633.3nm/min,片内非均匀性(WIWNU)为2.44%。平坦化效率较高,8层铜布线平坦化结果表明,60s即可消去约794.6nm的高低差,且抛光后表面粗糙度低(0.178nm),表面状态好,结果表明此抛光液可用于多层铜布线的平坦化。     

不含抑制剂的碱性抛光液对铜布线平坦化的研究

本文提出一种碱性铜布线抛光液,其不含通用的腐蚀抑制剂,并对其化学机械抛光和平坦化 (CMP)性能进行了研究。首先研究了此抛光液对铜的静态腐蚀速率和抛光速率,并与含抑制 剂的铜抛光液做了对比实验。在静态条件下,此不含抑制剂的碱性铜抛光液对铜基本无腐蚀速率,而在动态抛光过程中对铜有较高的速率。而含抑制剂的抛光液对静态腐蚀速率略有降低,但是却大幅度降低了铜的去除速率。另外,对铜布线的化学机械平坦化研究表明,此不含抑制剂的碱性铜抛光液能够有效的去除铜布线表面的高低差,有较高的平坦化能力。此抛光液能够应用于铜CMP的第一步抛光,能够去除大量多余铜时初步实现平坦化。     

铜CMP中温度与质量传递对速率均匀性的影响

随着集成电路布线层数的增加以及特征尺寸的减小,对材料表面平整度的要求越来越高,如何保证化学机械平坦化(CMP)过程中的速率均匀性是实现高平整的关键。温度和质量传递是影响化学反应速率的主要因素,CMP过程中晶圆表面的温度分布和反应物及产物的质量传递不均匀,会导致去除速率分布不均匀。通过分析抛光速率分布随环境温度的变化规律,来研究晶圆表面温度与质量传递之间的关系,给出了调整CMP均匀性的方法。研究结果表明,环境温度为24℃,工作压力为103 mdaN/cm2(1 kPa=10 mdaN/cm2),背压为93 mdaN/cm2时,片内非均匀性为3.28%,抛光速率为709.8 nm/min,满足工业应用要求。     

FA/O精抛液组分对Cu/Ta CMP去除速率的影响

研究了精抛液中各组分对Cu/Ta去除速率的影响.在分别考察磨料质量分数、Ⅱ型螯合剂、活性剂和双氧水等各组分对Cu/Ta去除速率的影响后,研发了磨料质量分数为2％,Ⅱ型螯合剂体积分数为0.35％,活性剂体积分数为2％,H2O2体积分数为2％的FA/O精抛液.并在MIT854布线片上进行了精抛测试.结果显示,精抛12 s之后,100-100线条处高低差从精抛前的76.7 nm降低为63.2 nm,而50-50线条处高低差从精抛前的61.3 nm降低为59.8 nm.并且,经过FA/O精抛液精抛后粗抛后产生的尖峰也有所减小,台阶趋于平坦.精抛后,100-100和50-50处的高低差均小于70 nm,能够达到产业化指标.