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。     

新型碱性阻挡层抛光液对铜布线化学机械平坦化的评估研究

化学机械平坦化(CMP)是铜互连制备过程中唯一的全局平坦化技术。但是由于互连线铜与扩散阻挡层物理及化学性质上的差异,在阻挡层的化学机械平坦化过程中将加剧导致碟形坑的产生。目前,国际上抛光液以酸性为主,但是其存在固有的问题,如酸性气体挥发,腐蚀严重等。本论文研发出一种新型碱性阻挡层抛光液,与商用的阻挡层抛光液做对比,评估了其抛光性能。实验结果表明,新型碱性阻挡层抛光液抛光后表面状态好,粗糙度较低。另外,碟形坑及电阻测试结果表明,新型碱性阻挡层抛光后铜布线的表面形貌好,碟形坑小,能够应用于铜布线阻挡层的CMP中。     

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。     

柠檬酸在钴基铜互连CMP及后清洗的研究进展

钴(Co)具有较低的电阻率、良好的热稳定性、与铜(Cu)粘附性好等优点,可以替代钽(Ta)成为14 nm以下技术节点集成电路(IC) Cu互连结构的新型阻挡层材料。化学机械抛光(CMP)是唯一可以实现Cu互连局部和全局平坦化的方法,也是决定Co基Cu互连IC可靠性的关键技术。柠檬酸含有羟基,在电离后对金属离子有较强的络合作用,成为Co基Cu互连CMP及后清洗中的主要络合剂。文章评述了柠檬酸在Cu互连CMP及后清洗中的应用和研究进展,包括柠檬酸对Cu/Co去除速率选择比、Co的表面形貌以及Co CMP后清洗中Co表面残留去除等方面的影响,并展望了络合剂及Cu互连阻挡层CMP的发展趋势。     

ULSI铜布线阻挡层Ta CMP及抛光液的研究

ULSI多层铜互连线中,由于Cu与Ta的硬度不同带来抛光速率的差异,使得在CMP过程中各种缺陷如碟形坑缺陷、磨蚀缺陷极易发生。研究分析了H2O2、有机碱对Cu和Ta抛光速率的影响,并进行了不同抛光液配比的试验。实验证明,在温度为30℃、压力0.08 MPa,转速60 r/min、抛光液流量为160 mL/min、抛光液成份为V(H2O2)∶V(有机碱)∶V(活性剂)∶V(螯合剂)=5∶15∶15∶25时,抛光速率一致性较好,能够有效降低碟形坑的出现几率;Cu、Ta的抛光速率均为500 nm/min左右,实现了CMP的全局平坦化。     

基于正交实验法的Cu/Ta/TEOS碱性抛光液的优化

研究了碱性阻挡层抛光液中各组分对Cu、Ta和正硅酸乙酯(TEOS)去除速率的影响。通过单因素实验分别考察了磨料、FA/OⅡ螯合剂、KNO3和FA/OⅡ表面活性剂质量分数和H2O2体积分数对Cu、Ta和TEOS去除速率的影响,再结合正交实验研发了磨料质量分数为20%、FA/OⅡ螯合剂质量分数为2%、H2O2体积分数为0.1%,KNO3质量分数为1.5%、FA/OⅡ表面活性剂质量分数为2%的碱性阻挡层抛光液,该抛光液的Cu、Ta和TEOS的去除速率选择比为1∶1.47∶1.65。对4片12英寸(1英寸=2.54 cm)65 nm铜互连图形片的M4层进行阻挡层抛光,结果显示,铜沟槽内剩余铜膜厚度约为300 nm (目标值),图形片表面缺陷数目在10颗左右,碟形坑和蚀坑深度分别由52.3 nm和40 nm降至19.9 nm和18.4 nm,铜的表面粗糙度由4.4 nm降至1.9 nm。     

新型GLSI弱碱性铜抛光液稳定性研究

随着极大规模集成电路(GLSI)技术节点逐渐降低至28 nm,多层铜布线化学机械抛光过程中弱碱性抛光液的稳定性成为人们研究的热点.以四乙基氢氧化铵作为pH调节剂,配制不同pH值的新型弱碱性抛光液,研究各组抛光液的pH值、粒径、Zeta电位以及铜去除速率、表面粗糙度和去除速率一致性随存放时间(0,12,24,36和48 h)的变化,并与KOH作为pH调节剂的抛光液进行了对比.结果表明,pH值、粒径、Zeta电位在存放时间内基本不变.pH值大于10时平坦化效果较差,pH值为9.0时,平坦化效果较好,0和48 h铜去除速率为530 nm/min和493.1 nm/min,抛光后铜表面粗糙度为0.718和0.855 nm,铜去除速率一致性为4.31％和4.54％,该抛光液加入双氧水后可以稳定存放48 h以上,可满足工业生产的要求.     

新型碱性阻挡层抛光液的研究(英文)

为了达到Ta的高去除速率,通过实验改变碱性阻挡层抛光液中各组分的体积分数,研究各组分变化对阻挡层材料Cu和Ta抛光速率的影响。碱性阻挡层抛光液中,首先确定磨料及去离子水的比例,然后再改变盐酸胍和螯合剂等组分体积分数,得到Cu和Ta抛光速率的变化规律,便于选取此条件下阻挡层抛光液最佳配比。通过各种测试手段表征抛光液对12英寸(1英寸=2.54 cm)布线片碟形坑修正能力及铜布线表面粗糙度的影响。结果表明,Ta和Cu材料的抛光速率随各组分变化规律明显,当磨料体积分数为30%、盐酸胍体积分数为3%以及螯合剂体积分数为1%时,可以达到Ta和Cu的最大抛光速率差。优化后的新型阻挡层抛光液1 min内可以实现碟形坑的有效修正及粗糙度的明显降低。     

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。     

用于钴互连CMP抛光液的研究进展

当集成电路技术节点进入10 nm及以下，传统的铜(Cu)互连材料面临着阻容(RC)延迟高、电子散射强等问题，钴(Co)作为制程工艺中的新材料，以其更低的电阻率、更高的硬度和更低的平均电子自由程，成为了替代Cu作为互连材料的优选金属。化学机械抛光(CMP)是去除Co布线层多余材料，实现全局平坦化的唯一技术。而抛光液作为CMP工艺中最重要的耗材之一，其性能的好坏直接决定了晶圆的抛光效果和良品率。回顾了近年来钴互连金属材料的各种新型抛光液的国内外研究进展，讨论了不同化学添加剂对Co材料的去除速率、腐蚀抑制和表面质量的影响。同时总结了钴互连CMP抛光液面临的挑战及发展方向。     

FA/O阻挡层抛光液在铜布线中的去除速率的选择性优化

在阻挡层平坦化的过程中,由于不同材料去除速率的要求,所以有必要研发一种阻挡层抛光液来改善Cu/barrier/TEOS(SiO2)速率的选择性来减小蚀坑和碟形坑,。本次实验中,研发了一种不含腐蚀抑制剂BTA的FA/O碱性阻挡层抛光液。它包含了20mL/L的FA/O螯合剂,5mL/L的表面活性剂,磨料浓度为1:5,pH值为8.0。通过控制抛光液的成分,有效的控制了不同材料的去除速率。最后,考察FA/O阻挡层抛光液对介电层材料的影响。在进行完CMP过程后,检测介电层材料的性能。结果显示,漏电流在皮安级,电阻2.4 kΩ,电容2.3pF,碟形坑和蚀坑都在30nm以下。介质层的各项指标完全满足工业化生产的需要。     

抛光液添加剂协同作用对铜互连阻挡层CMP后碟形坑及蚀坑的影响

为了有效控制铜互连阻挡层化学机械平坦化(CMP)过程中产生的碟形坑和蚀坑等缺陷,研究了在低磨料下柠檬酸钾(CAK)和FA/OⅡ络合剂协同作用对Cu/TEOS去除速率、碟形坑和蚀坑修正的影响.结果表明:加入质量分数为1％CAK后,TEOS去除速率增加了31.6 nm/min,Cu的去除速率无明显变化,说明CAK在不影响C...     

铜互连CMP中BTA的缓蚀机理及Cu-BTA的去除研究进展

铜具有低电阻率和高抗电迁移性,是目前极大规模集成电路的主流金属互连材料。化学机械抛光(CMP)是实现铜表面局部与全局平坦的关键工艺。为获得铜互连较高的凹凸材料去除速率选择比,通常需在CMP抛光液中加入缓蚀剂苯并三唑(BTA),而CMP后铜表面的BTA残留需要在后续的清洗工艺中进行有效的去除。对铜互连CMP中BTA对铜的腐蚀抑制机理的研究进行了归纳分析,并对BTA与其他试剂协同抑制铜腐蚀的研究进行了讨论,进而论述了碱性清洗液对Cu-BTA络合物去除的研究进展,并概述了新型缓蚀剂的研究现状,最后对缓蚀剂未来的研究方向进行了展望。     

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。     

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.     

稀释倍数对弱碱性铜粗抛液性能的影响

研究了三种不同稀释倍数的弱碱性铜粗抛液,原液采用商用FA/O型铜抛光液,稀释倍数分别为1倍、3倍和5倍。基于化学机械抛光(CMP)作用机理,在相同工艺条件下分析了三种粗抛液对铜膜的平均去除速率、片内非均匀性(WIWNU)和平坦化性能等指标的影响。铜膜的抛光实验结果表明:稀释3倍的弱碱性铜粗抛液对铜膜平均去除速率高达869.76 nm/min,片内非均匀性仅为2.32%。四层图形片的平坦化测试结果显示,图形片初始高低差为312.5 nm,采用稀释3倍的粗抛液抛光20 s后,有效消除高低差261.5 nm,基本实现了全局平坦化,满足45 nm技术节点的要求。     

用于铜互连CMP工艺的络合剂研究进展

化学机械平坦化(CMP)是实现65 nm及以下技术节点多层铜互连表面全局平坦化的唯一可靠工艺。络合剂为抛光液的主要组分,对材料去除速率、表面完整性起着至关重要的作用。综合分析了不同官能团的络合剂在铜互连CMP工艺中的应用研究现状,探究了不同官能团络合剂的作用机理,分析了络合剂与其他试剂的兼容性,总结了络合剂的发展趋势。     

碱性抛光液中表面活性剂对铜钽的电偶腐蚀

在阻挡层化学机械抛光(CMP)过程中,阻挡层材料钽(Ta)易与铜(Cu)发生电偶腐蚀.针对这一问题,通过电化学分析方法研究了碱性抛光液中非离子表面活性剂对铜钽腐蚀电位的影响;通过CMP实验研究了非离子表面活性剂对铜钽去除速率的影响.结果表明,随着非离子表面活性剂体积分数增加至9％,铜钽的腐蚀电位均降低.最终确定最佳非离子表面活性剂的体积分数为6％.此时,在静态条件下,铜钽电极之间的电位差为1 mV;在动态条件下,铜钽电极之间的电位差为40 mV,可极大地减弱铜钽电偶腐蚀.同时,铜钽的去除速率分别为47 nm·min-1和39 nm·min-1,铜钽去除速率选择比满足阻挡层CMP要求.     

不同表面活性剂对铜互连阻挡层CMP一致性的影响北大核心CSCD

为实现铜互连阻挡层化学机械抛光的高平坦化,研究了阻挡层抛光液中表面活性剂的作用。在抛光液中分别添加非离子型表面活性剂异辛醇聚氧乙烯醚(JFC-E)、本课题组研发的Ⅱ型活性剂以及复合表面活性剂,研究其对阻挡层CMP中铜和正硅酸乙酯(TEOS)去除速率及一致性的影响。实验结果表明,表面活性剂不仅可以改善Cu和TEOS的去除速率一致性和晶圆全局一致性,还可以降低铜表面的粗糙度,通过复配两种不同的表面活性剂,可以提高Cu和TEOS的去除速率,使Cu和TEOS的剩余厚度片内非均匀性(WIWNU)分别降低至1.39%和1.38%,铜表面粗糙度从5.25 nm降至1.51 nm。基于实验结果,研究并提出了表面活性剂影响抛光液润湿性,从而改善片内非均匀性和铜表面质量的机理。     

ULSI多层互连中的化学机械抛光工艺

介绍了化学机械抛光(CMP)技术在大规模集成电路多层互连工艺[1]中的重要作用,对CMP过程和CMP的影响因素进行简单分析。总结出CMP技术在多层互联平坦化中的优势,介绍目前常用互连材料中SiO2介质及其金属材料钨和铜的化学机械抛光常用分析机理,并简单介绍了各种互联材料常用的抛光液及抛光液的组分,对抛光液作了简单的对比。针对传统CMP过程存在的问题,分析了皮带式和固定磨料的CMP技术。