碱性阻挡层抛光液各成分对CMP的影响

为实现图形片的全局平坦化,通过研究碱性阻挡层抛光液各成分对铜和介质(TEOS)去除速率的影响,遴选出一种碱性阻挡层抛光液。在此抛光液基础上添加不同质量分数的盐酸胍,对钽光片进行抛光,选出满足要求的抛光液,并在中芯国际图形片上验证此抛光液的修正能力。实验表明,当磨料质量分数为20%、盐酸胍质量分数为0.3%、I型螯合剂(FA/O I)体积分数为1%、非表面活性剂体积分数为3%时,钽和TEOS去除速率之和是铜去除速率的3.3倍,此种碱性阻挡层抛光液对钽的去除速率为42 nm/min,各项参数均满足工业要求。与商用酸性、碱性抛光液相比,该抛光液对碟形坑和蚀坑有更好的修正能力。     

磷酸和酒石酸在GSI阻挡层CMP抛光液中的应用

在阻挡层的化学机械平坦化(CMP)过程中,Cu与阻挡层去除速率的一致性是保证平坦化的关键问题之一。低k介质材料的引入要求阻挡层在低压力下用弱碱性抛光液进行CMP,这给抛光液对不同材料的选择性提出了新的挑战。研究了低压2 psi,(1 psi=6.89 kPa)CMP条件下,磷酸和酒石酸作为阻挡层抛光液pH调节剂对Cu和Ta的络合作用。实验结果表明,酒石酸对Cu和Ta有一定的络合作用,能够提高它们的去除速率;磷酸能提高Ta的去除速率,而对Cu的去除有抑制作用。最终在加入磷酸浓度为2×10-2mol/L,酒石酸浓度为1×10-2mol/L,H2O2体积分数为0.3%,pH=8.5时,Cu/Ta/SiO2介质的去除速率选择比达到了1∶1∶1,去除速率约为58 nm/min;同时,磷酸和酒石酸的加入能够有效改善Cu的表面状态。     

阻挡层CMP中表面活性剂对抛光效果的影响

研究了阻挡层在化学机械抛光过程中表面活性剂的作用。利用5种活性剂体积分数不同的抛光液对3英寸(1英寸=2.54 cm)Cu/Ta/SiO2光片进行抛光。通过抛光前后质量变化可得各晶圆片的抛光速率,再对12英寸布线晶圆片进行抛光,利用台阶仪测量抛光前后碟形坑大小的变化,最后利用原子力显微镜对抛光后布线晶圆片的表面形貌进行测试。研究表明抛光液中活性剂体积分数不同会引起抛光速率的变化,也会影响碟形坑的修正效果。当抛光液中活性剂体积分数达到2.0%时,修正值达到85.6 nm/min,优于其他活性剂体积分数时的修正值。另外,活性剂体积分数的增加有助于降低抛光后晶圆表面的粗糙度。活性剂体积分数小于3.0%时,粗糙度随着活性剂体积分数的增加而降低。这一发现可以对配制抛光液时活性剂体积分数的确定起到一定的参考作用。     

新型阻挡层材料钌的研究进展北大核心

随着集成电路特征尺寸不断缩小到14 nm及以下,钌凭借其低的电阻率、对铜高的依附性而被考虑替代传统阻挡层材料Ta/TaN。但是,钌作为阻挡层材料依然存在很多问题,如低去除速率、容易引起铜的界面腐蚀、铜钌去除的不均匀性。针对以上问题,主要从三个方面介绍了近几年的研究进展。首先,介绍了氧化剂及络合剂对钌去除速率的影响;然后,总结了针对铜钌界面腐蚀问题的研究进展;最后,阐述了国内外解决铜钌去除速率选择性问题的研究进展。此外,提出未来新型阻挡层钌的抛光液的研究应综合解决上述问题,而非单一解决,才能真正应用于生产领域。     

抛光液中各组分对Co CMP性能的影响

钴(Co)的化学机械抛光(CMP)要求有较高的去除速率(大于100 nm/min)和洁净平整的表面。采用新型弱碱性抛光液,研究不同成分(如过氧化氢(H₂O₂)、1,2,4-三氮唑(TAZ)、异辛醇聚氧乙烯醚(JFCE))对Co CMP性能的影响。结果表明,抛光液中H₂O₂体积分数为0.4%、pH值为8、甘氨酸(GLY)浓度为0.266 mol/L时,Co的去除速率最大,为763.53 nm/min。为了缓解Co表面的化学腐蚀,加入0.022 mol/L的TAZ作为抑制剂和体积分数为1.3%的JFCE作为表面活性剂后,Co的去除速率得到有效抑制,为489.74 nm/min。对抛光前后的Co表面进行原子力显微镜(AFM)测试,结果表明,Co表面湿润性增加,表面粗糙度明显下降。研究结果对Co布线的工业应用具有一定的指导意义。     

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。     

复配表面活性剂对新型阻挡层抛光液抛光性能的影响

针对新型阻挡层抛光液存在Cu和正硅酸乙酯(TEOS)抛光速率一致性差、运输贮存过程中细菌滋生造成抛光表面缺陷的问题,选取脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO)非离子表面活性剂和作为杀菌剂的阳离子表面活性剂十二烷基二甲基苄基氯化铵(DDBAC),通过复配2种表面活性剂研究其对Cu和TEOS抛光速率一致性以及杀菌效果的影响,并阐述相关的影响机制。实验结果表明：Cu和TEOS抛光速率随着复配表面活性剂体积分数的增加而降低,复配表面活性剂主要控制测量点到晶圆中心的距离为70～150 mm区域内的铜抛光速率,对于TEOS,复配表面活性剂主要控制0～70 mm区域内的铜抛光速率;复配表面活性剂体积分数的增加可同时提高Cu和TEOS抛光速率一致性,但高体积分数复配表面活性剂可造成表面划伤;DDBAC作为非氧化性的杀菌剂,具有较强的抗菌抑菌能力,可通过改变细菌膜通透性,使细菌裂解死亡,杀菌效果显著。     

新型碱性抛光液对300mm TaN镀膜片CMP效果评估

TaN由于其良好的性能广泛用于布线铜与介质之间的阻挡层和黏附层.在对直径为300 mm的TaN镀膜片进行化学机械抛光(CMP)后,对比并分析了两种碱性抛光液对TaN去除速率、片内非均匀性、去除速率选择性和表面粗糙度的影响.结果表明,经过自主研发且不合氧化剂的碱性阻挡层抛光液抛光后,TaN的去除速率为40.1 nm/min,片内非均匀性为3.04％,介质、TaN与Cu的去除速率之比为1.69∶1.26∶1,中心、中间以及边缘的表面粗糙度分别为0.371,0.358和0.366 nm.与商用抛光液抛光结果相比,虽然采用自主研发的抛光液抛光的去除速率低,但片内非均匀性以及选择性均满足商用要求,且抛光后TaN表面粗糙度小,易清洗,无颗粒沾污.综合实验结果表明,自主研发的高性能碱性抛光液对TaN镀膜片具有良好的抛光效果,适合工业生产.     

BIT作为缓蚀剂在铜互连阻挡层CMP的应用

化学机械平坦化(CMP)过程中极易在铜表面产生碟形坑、腐蚀坑等缺陷。为了解决这些问题,提出了将苯并异噻唑啉酮(BIT)作为CMP抛光液中的表面抑制剂,研究不同质量分数的BIT在Cu CMP过程对Cu的去除速率、SiO₂介质对Cu的选择性及抛光后表面形貌的影响。研究结果表明,随着BIT质量分数的增加,SiO₂的去除速率基本不变,Cu的去除速率由31.6 nm·min^-1降到21.0 nm·min^-1,碟形坑深度由110 nm降到40 nm,腐蚀坑深度由85 nm降到35 nm。扫描电子显微镜(SEM)测试结果表明,Cu表面低缺陷,无明显有机物沾污。傅里叶变换红外光谱(FTIR)测试结果表明,BIT能够吸附在Cu表面,生成一层钝化膜,从而抑制了Cu的腐蚀,降低Cu的抛光速率。     

TSV铜抛光液的研究进展

对硅通孔技术(TSV)在3D堆叠封装领域的优势进行了简单阐述,同时指出化学机械抛光(CMP)技术作为具有高质量和高精度的全局平坦化工艺,是TSV制备过程中最重要的步骤之一。影响化学机械抛光质量以及效率的因素有很多,其中比较关键的是化学机械抛光液的组成成分及其性能。重点从抛光速率、抛光质量(抑制碟形坑、表面粗糙度等)和绿色环保几个方面对抛光液性能的影响进行了讨论,概述了近年来国内外铜抛光液的研究进展。最后,通过对比总结目前铜抛光液的研究成果,对TSV铜抛光液今后的研究重点和发展趋势进行了分析和预测,其应朝着抛光速率和抛光质量的优化、低成本及环境友好的方向发展。     

硅通孔抛光液的研究进展

硅通孔(TSV)技术是一种先进的封装技术,化学机械抛光(CMP)是集成电路TSV制作过程中的重要步骤之一,是可兼顾材料表面局部和全局平坦化的技术。抛光液是影响抛光表面质量和加工效率的关键因素,是CMP工艺中消耗品成本最大的部分。TSV抛光液主要包括铜膜抛光液和阻挡层抛光液,依据抛光速率和抛光质量(表面粗糙度、碟形坑修正等)的要求对其进行了分类讨论,概述了近年来TSV抛光液的研究进展,对其今后的研究重点和发展趋势进行了分析和预测,认为TSV抛光液应朝着抛光速率和抛光质量的优化、低成本、环境友好的方向发展。     

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。     

复合磨料的制备及其对层间介质CMP性能的影响

以SiO₂为内核、CeO₂为外壳制备出了核壳结构复合磨料,用以提升集成电路层间介质的去除速率及表面一致性。采用扫描电子显微镜(SEM)观察复合磨料的表面形貌,利用X射线衍射仪(XRD)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)和X射线光电子能谱仪(XPS)分析复合磨料的表面物相结构及化学键组成。研究结果表明,所制备的复合磨料呈现出“荔枝”形,平均粒径为70～90 nm, CeO₂粒子主要以Si—O—Ce键与SiO₂内核结合。将所制备的复合磨料配置成抛光液进行层间介质化学机械抛光(CMP)实验。实验结果表明,Zeta电位随着pH值的降低而升高,当pH值约为6.8时达到复合磨料的等电点。当pH值为3时,层间介质去除速率达到最大,为481.6 nm/min。此外,研究发现去除速率还与摩擦力和温度有关,CMP后的SiO₂晶圆均方根表面粗糙度为0.287 nm。     

ATMP对晶圆中TSV结构Ta基阻挡层的Ta和Cu去除速率选择比的影响

为了提高晶圆中硅通孔(TSV)阻挡层材料化学机械抛光(CMP)中Ta和Cu的去除速率选择比,在工作压力为3 psi(1 psi=6895 Pa)、抛光头转速为87 r/min、抛光盘转速为93 r/min、抛光液体积流量为300 m L/min的条件下,研究了氨基三甲叉膦酸(ATMP)作为络合剂对Ta和Cu的去除速率以及去除速率选择比的影响。通过电化学方法探究了ATMP对Ta和Cu的络合机制,利用原子力显微镜对比了抛光前后的表面质量。研究结果显示:在ATMP质量分数为1.5%时,Ta和Cu的去除速率分别为157.96和58.6 nm/min,验证了ATMP对提高Ta和Cu的去除速率选择比具有明显效果,Ta和Cu抛光前后的表面粗糙度分别由4.2 nm降低至0.284 nm以及由1.31 nm降低至0.51 nm,表面质量得到明显改善,证明了ATMP适合用于TSV晶圆阻挡层材料抛光。     

碱性抛光液对铜与钽CMP选择比的影响

在ULSI多层铜布线中,由于钽与铜在物理及化学性质上的差别导致这两者的CMP去除速率不同,从而在抛光结束后出现蝶形坑等缺陷,影响器件性能。通过实验分析碱性抛光液中磨料、螯合剂、氧化剂、pH值、活性剂对铜与钽CMP选择比的影响。根据铜与钽的CMP去除机理,从实验结果分析出对铜、钽去除速率影响较为明显的成分,调节这些成分得到特定配比的抛光液,分别实现了铜与钽的去除速率相等、铜的去除速率大于钽、铜的去除速率小于钽。使用上述铜去除速率小于钽的抛光液对12英寸(1英寸=2.54 cm)图形片进行抛光,通过原子力显微镜观察,证明了这种抛光液能有效地修复多层布线CMP中的蝶形坑等缺陷。     

咪唑提升硅片CMP速率的机理研究

为了提高硅片的抛光速率,从机械作用及化学作用两个方面分析研究了咪唑在硅片表面的作用机理。接触角测试和静态腐蚀实验结果显示,咪唑对于硅表面的水解反应影响较小。Zeta电位结果显示,咪唑的加入使Zeta电位呈现上升的趋势,Zeta电位升高减弱了抛光垫、硅片、硅溶胶磨料之间的静电斥力,从而提高了硅的机械研磨速率。XPS分析显示,咪唑在硅片表面发生吸附行为,其1号位上的N原子由于具有更高的电子云密度,水解后替换了原有Si—H键中的H吸附在硅片表面,形成了新的Si—N键,使相邻原子间的化学键产生了极化现像,在机械力的作用下更容易被去除。相比传统以腐蚀为主的硅速率促进剂,咪唑在提高硅去除速率的同时保持低静态腐蚀速率,更加符合实际生产要求。     

络合剂DTPA-5K在集成电路阻挡层CMP中的应用及机理分析

为了提高阻挡层化学机械抛光(CMP)的去除速率选择比,提出一种添加剂二乙烯三胺五乙酸五钾(DTPA-5 K),研究它在含双氧水(H2 O2)的抛光液中对材料去除速率的影响,并通过X射线光电子能谱(XPS)和离子间的相互作用分析了相关去除机理.结果表明:DTPA-5K既可作为铜(Cu)的络合剂,同时也可作为介质(TEOS...     

锇在甲酸体系抛光液中化学机械抛光研究

基于金属锇有可能成为大规模集成电路铜互连扩散阻挡层新材料,利用自制的甲酸(HCOOH)体系抛光液对金属锇进行了化学机械抛光研究,利用原子力显微镜(AFM)观察抛光后锇的表面形貌。采用电化学分析方法研究双氧水(H2O2)、HCOOH和苯丙三氮唑(BTA)对样品腐蚀效果的影响。结果表明:当抛光液中仅含H2O2时,金属锇表面腐蚀不明显;而在H2O2-HCOOH体系中,H2O2浓度的增加可使金属锇表面的腐蚀速度明显加快,但不利于金属锇表面钝化膜的形成;缓蚀剂BTA的加入促进了金属锇表面钝化膜的生成,降低了抛光速率,但同时提高了金属锇的表面质量,表面粗糙度Ra由8.0 nm降低到4.2 nm。