碱性条件下铝CMP的机理分析及实验优化

依据铝的电化学腐蚀特性,阐明了碱性条件下铝化学机械抛光(CMP)的机理。由于铝的硬度较低,在抛光过程中容易产生微划伤等缺陷,因此首先探索出适宜铝化学机械抛光的低压条件(4 psi,1 psi=6.895 kPa)。此外,提出两步抛光的方法,在抛光初期采用压力4 psi,抛光液由质量分数为40%的纳米级硅溶胶与去离子水(DIW)以体积比1∶1配制,氧化剂(H2O2)体积分数为1.5%,FA/O I型表面活性剂体积分数为1%,调节FA/OⅡ型螯合剂pH值为11.0,获得了较高的铝去除速率(341 nm/min)。在抛光后期采用低压1.45 psi,抛光液主要成分为体积分数5%的FA/O表面活性剂,并在较大体积流量(300 mL/min)的条件下进行抛光,充分利用表面活性剂的作用,对实验方案进行优化。采用优化后的实验方案,铝表面的划伤和缺陷显著减少。     

GLSI多层铜布线CMP后BTA去除研究

本文通过静态腐蚀速率的方法分析确立了碱性清洗剂中FA/OⅡ型螯合剂和FA/OⅠ型表面活性剂对BTA的去除规律。通过单因素实验和复合清洗剂的实验优化,确定了去除BTA的清洗剂配方,并通过接触角实验进一步证实实验结果的有效性。最后,将优化后的清洗剂配方在实际生产线上做试验,结果表明能有效去除BTA、CuO晶粒及磨料SiO2,且基本无界面腐蚀。解决了一直难以解决的多层铜布线CMP后有效去除BTA的难题,且该清洗剂成分简单,成本低而且环保。     

新型碱性清洗剂对BTA去除的研究

为了有效去除化学机械抛光(CMP)后清洗中的苯并三氮唑(BTA)沾污,分析了碱性清洗剂中FA/OⅡ型螯合剂和FA/OⅠ型表面活性剂对BTA去除的影响规律。铜光片上的单因素实验中,通过测试铜光片清洗前后铜表面与去离子水的接触角得出:FA/OⅡ型螯合剂是影响铜光片上BTA去除的主要因素,FA/OⅠ型表面活性剂对铜光片上BTA的去除有一定的作用。利用扫描电镜测试采用不同体积分数和不同配比的清洗液清洗后的图形片上的BTA沾污,通过对比清洗后铜光片上残留的BTA沾污数量可知,清洗剂中FA/OⅡ型螯合剂体积分数为0.01%和FA/O I型表面活性剂体积分数为0.25%时,清洗剂清洗BTA沾污效果最好,基本上无BTA沾污残留,并且清洗后未发现氧化铜颗粒和硅溶胶颗粒沾污。     

各组分体积分数对碱性抛光液存储时间的影响

主要研究了碱性抛光液各组分体积分数对其有效存储时间的影响。实验中每隔两个月测试了抛光液的pH值、平均粒径和Cu膜去除速率等参数随存储时间的变化值。研究表明:FA/O螯合剂体积分数是影响抛光液有效存储时间的主要因素,螯合剂体积分数越高抛光液的有效存储时间越短。在FA/O螯合剂体积分数较低时(8%),Cu布线碱性抛光液的有效存储时间在半年以上,基本能够符合产业化要求。SiO2磨料体积分数和非离子型表面活性剂体积分数是影响碱性抛光液有效存储时间的次要因素,对其有效存储时间影响不明显。     

弱碱性抛光液中FA/O 螯合剂和H2O2对Ru CMP的影响研究

Ru作为一种新型阻挡层材料已经应用到了先进的集成电路生产中。但由于金属钌特殊的物理化学性质使其化学机械抛光(CMP)还存在很多问题。为了提高Ru的去除速率,本文研究了FA/O螯合剂和H2O2对Ru的抛光去除速率(RR)和静态腐蚀速率(SER)的影响。实验结果表明,随着H2O2浓度的增加,在抛光过程中,Ru表面形成了致密氧化层,导致Ru的抛光去除速率(RR)和静态腐蚀速率(SER)先增加后减少。通过电化学方法对Ru表面的腐蚀情况进行了分析研究。结果表明,FA/O螯合剂能通过与Ru的氧化物((RuO4)2- 和RuO4 )形成可溶性胺盐([R(NH3)4] (RuO4)2) 提高Ru 的去除速率。同时,为了降低金属Ru CMP后表面粗糙度,在抛光液中加入了非离子表面活性剂AD。     

低PH值螯合剂在TSV抛光液中的应用

硅通孔技术(Through Silicon Via,TSV)是一种新兴的技术,与传统的封装技术相比,硅通孔技术实现了芯片的微型化,并且使摩尔定律得以进一步扩展。化学机械抛光(CMP)是TSV技术中的关键步骤之一,低压低磨料低PH值是CMP抛光液的主要发展趋势。本文研究了含有FA / O II型螯合剂的抛光液和含有FA / O IV型螯合剂的抛光液在CMP过程中的影响。本实验中使用的抛光液都是碱性抛光液,并且不含任何抑制剂。对比实验结果我们可以知道不论是在铜膜的去除速率还是抛光后铜膜表面的粗糙度,低PH值的FA / O IV型螯合剂都明显优于FA / O II类螯合剂。     

一种对铜抛光后去除苯并三氮唑的新型清洗剂的研究

在化学机械平坦化(CMP)后,铜表面会残留一些颗粒污染(如二氧化硅)和有机物(如苯并三氮唑),这些杂质都会对集成电路造成很大的危害,因此CMP后清洗是必比不可少的过程。尤其是苯并三唑(BTA),它会和铜在其表面生成一层致密的Cu-BTA膜,使铜的表面疏水。这就要求有一种可以有效去除铜表面BTA的清洗剂。本次研究中提出的新型复合清洗剂主要来解决两个问题：一个是BTA的去除问题,另一个是清洗液对铜表面腐蚀的问题。清洗剂的主要成分有两种,一种是FA / OⅡ型碱性螯合剂,它主要用来去除BTA,另一种是FA / O I型表面活性剂,它主要用来解决铜表面的腐蚀问题。通过接触角和电化学的手段来表征BTA的去除情况。表面活性剂的抗腐蚀能力主要通过电化学实验来反映。本文提出的复合清洗剂在不腐蚀铜表面的前提下对于BTA的去除很有优势。关键词： 去除苯并三氮唑;碱性螯合剂;表面活性剂; 腐蚀抑制剂     

不同体积分数螯合剂对Cu-BTA去除的影响

化学机械抛光(CMP)过程中苯并三氮唑(BTA)与金属铜反应生成表面难溶、难以去除的Cu-BTA钝化膜,是抛光后清洗过程中主要去除的对象。采用自主研发的FA/OⅡ型碱性螯合剂作为清洗液的主要成分,并对清洗过程中有效去除Cu-BTA的螯合剂体积分数进行了研究。通过Cu-BTA膜厚生长实验,确定Cu-BTA的生长方式。根据BTA在不同FA/O型螯合剂中溶解度对比实验,确定FA/OⅡ型螯合剂为清洗液的主要成分。通过大量实验得到,FA/OⅡ型螯合剂体积分数为0.007 5%~0.015%时,能有效去除Cu-BTA钝化膜及表面其他残留物,接触角下降到29°,表面粗糙度得到改善约为3.91 nm。此外,静态腐蚀速率实验进一步验证接触角的测试结果,确定有效去除Cu-BTA的螯合剂体积分数。     

FA/O碱性清洗液对GLSI多层Cu布线粗糙度的优化

采用自主研发的FA/O碱性清洗液对多层Cu布线表面粗糙度进行优化。通过改变清洗液中螯合剂与活性剂的体积分数,做单因素实验,得到最佳配比。利用原子力显微镜观察布线片表面清洗前后粗糙度的变化,电化学测试仪测试各种清洗液对晶圆表面的腐蚀情况。通过对比实验得出当FA/O碱性清洗液中FA/O II螯合剂体积分数为0.015%,O-20活性剂体积分数为0.15%时,表面粗糙度值最小为1.39 nm,而且表面和界面均没有腐蚀。     

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.     

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。     

非离子表面活性剂在钽基阻挡层CMP中的作用

碱性条件下,非离子型表面活性剂在阻挡层化学机械平坦化中起着重要的作用。分别对阻挡层材料Cu、Ta以及SiO₂介质进行抛光,然后测量铜表面粗糙度。对含有不同浓度活性剂的抛光液进行接触角和Zeta电位的测试,并对活性剂的作用机理进行分析。活性剂体积分数达到3%时,铜表面粗糙度可达0.679 nm,抛光液在铜膜表面的接触角低至10.25°,Zeta电位达到-50.2 mV。实验结果表明,活性剂在减小粗糙度的同时可提高抛光液的湿润性和稳定性,便于抛光后清洗和长时间放置。     

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。     

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。     

硅衬底CMP过程中抛光雾的控制

抛光雾(Haze)是硅晶圆精抛过程中表面质量评定的重要参数之一.主要研究了化学机械抛光(CMP)过程中抛光液磨料质量分数、pH值、FA/O型非离子表面活性剂和混合表面活性剂对Haze值的影响.实验结果显示,磨料质量分数为0.1％是影响Haze值变化的拐点.当磨料质量分数由2％降至0.1％时Haze值下降迅速;当磨料质量分数由0.1％降至0.01％乃至0％时Haze值稍有增加.抛光液pH值约为9.5时Haze值最低,硅片表面质量最好,在此基础上提高或降低pH值都会增加Haze值.随着非离子表面活性剂体积分数的增加,Haze值快速下降.渗透剂脂肪醇聚氧乙烯醚(JFC)和FA/O型非离子表面活性剂混合使用比单独使用其中任何一种更有利于降低Haze值,且当JFC与FA/O的体积比为3∶1时,Haze值降到0.034,满足了工业生产的要求.     

碱性Cu抛光液中非离子表面活性剂和氧化剂作用的研究

化学机械抛光是集成电路制造工艺中十分精密的技术。在本文中,为了改善抛光效果,分表讨论了非离子表面活性剂和氧化剂在CMP过程中作用。我们主要分析了非离子表面活性剂对片内非均匀性和表面粗糙度的影响。同时,我们从静态腐蚀速率、电化学曲线和剩余高低差的角度,讨论了在不加BTA条件下,不同氧化剂浓度的抛光液的钝化特性。实验结果明显地表明：加入了非离子表面活性剂的抛光液,更有利于改善抛光后的片内非均匀性和表面粗糙度,并确定2vol%体积分数是比较合适的浓度。当抛光液中氧化剂浓度超过3vol%,抛光液拥有较好的钝化能力,能够有效减小高低差,并有助于获得平整和光滑的表面。根据这些实验结果,非离子表面活性剂和氧化剂的作用进一步被了解,将有助于抛光液性能的改善。     

新型碱性抛光液各组分对铜化学机械平坦化性能的影响

随着集成电路特征尺寸的减小、晶圆尺寸的增大以及布线层的逐渐增多,加工晶圆过程中实现较高的材料去除速率、较小的片内非一致性(WIWNU)及较小的表面粗糙度已经成为铜化学机械抛光工艺的几大难点.采用正交实验法选取5组抛光液进行Cu CMP实验,系统研究了含有双氧水、脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO)、FA/O Ⅰ型螯合剂与苯骈三氮唑(BTA)的碱性抛光液化学组分对铜去除速率、WIWNU的影响,并对铜CMP的各种变化规律做出机理分析.结果表明:采用pH值约为8.6,体积分数为3％的H202,质量分数为0.08％的非离子表面活性剂AEO与体积分数为1.5％的螯合剂的碱性抛光液,在12英寸(1英寸=2.54 cm)铜镀膜片抛光后有助于去除速率达到629.1 nm/min,片内非一致性达到4.7％,粗糙度达到1.88 nm.     

无氧化剂条件下铜钴CMP去除速率的控制北大核心

利用不含氧化剂的碱性抛光液对铜和钴进行化学机械抛光,深入分析了抛光液组分包括硅溶胶磨料、FA/O螯合剂以及非离子表面活性剂对两种金属去除速率的影响规律及作用机理。实验结果表明,铜和钴的去除速率随着磨料质量分数的增加而升高,并且在磨料质量分数低于5%时钴的去除速率为20~30 nm/min,而铜的去除速率几乎为零;加入FA/O螯合剂可增强其与金属离子的络合,从而加快铜和钴的去除速率;非离子表面活性剂可以有效降低铜和钴的表面粗糙度。在抛光液各组分的协同作用下,可以达到两种材料的低表面粗糙度和高去除速率选择性。     

铜CMP碱性抛光液中氧化剂的电化学行为研究

化学机械抛光(CMP)工艺是IC工艺中大马士革工序的关键步骤。抛光液的电化学行为研究对抛光质量的控制具有重要意义。采用电化学测试手段,研究碱性抛光液中氧化剂(H₂O₂)对铜表面钝化膜的成膜影响,分析H₂O₂对抛光速率、表面粗糙度的影响机理。通过实验确定,在0.5% SiO₂磨料和3% 表面活性剂的碱性抛光液中,添加0.5%的H₂O₂和3%的FA/OⅡ型螯合剂可获得大于800 nm/min的高抛光速率和表面粗糙度为22.2 nm的较佳平坦效果。     

CMP工艺对Co/Cu去除速率及速率选择比的影响研究

化学机械抛光(CMP)工艺中,选用了固定的抛光液组分,即3%体积百分比的FA/O型螯合剂、3%体积百分比的FA/O I型非离子表面活性剂、5% SiO₂。首先研究了不同抛光工艺参数,包括抛光压力、抛光头/抛光盘转速、抛光液流量等,对Co/Cu去除速率及选择比的作用机理。然后采用4因素、3水平的正交试验方法对抛光工艺进行优化实验,得到了较佳的工艺参数。在抛光压力为13.79 kPa、抛光头/抛光盘转速为87/93 r/min、抛光液流速为300 mL/min的条件下,Co/Cu的去除速率选择比为3.26,Co和Cu的粗糙度分别为2.01 、1.64 nm。