铜互连CMP工艺中缓蚀剂应用的研究进展*

抛光液是铜互连CMP的关键要素之一,在CMP中每种成分发挥不同的功能,其中缓蚀剂的选择及性能对抛后的表面质量会产生直接影响。对近年来铜互连CMP中各类缓蚀剂的研究进展以及缓蚀剂与不同类型添加剂间的复配协同进行归纳总结,同时介绍缓蚀剂与不同类型添加剂间的作用机制。最后对未来铜互连CMP中缓蚀剂的应用前景进行展望,指出绿色环保的铜互连CMP缓蚀剂的开发,通过缓蚀剂的复配协同作用以提高抛光质量,以及从微观角度进一步揭示缓蚀剂的作用机制是未来的研究方向。     

聚苯乙烯(PS)颗粒抛光液特性对铜表面化学机械抛光的影响

铜互连与低-k介质在集成电路制造中的应用对表面平坦化提出更高的要求。为改善铜层化学机械抛光(Cu-CMP)效果,将聚苯乙烯(PS)颗粒应用于铜的化学机械抛光液,分析PS颗粒抛光液中氧化剂、络合剂、pH值、粒径及颗粒含量对铜的化学机械抛光性能的影响,并通过静态腐蚀及电化学手段对PS颗粒在抛光液中的化学作用进行了分析。实验结果表明,当以过氧化氢(H2O2)为氧化剂,氨基乙酸(C2H5NO2)为络合剂时,优化后的PS颗粒抛光液取得了较高的铜抛光去除速率,达到1μm/min,同时发现PS颗粒的加入增强了抛光液的化学腐蚀作用。     

铜缓蚀剂研究中铜的测定

往电厂锅炉凝汽器水中添加铜缓蚀剂，以防止或减轻凝汽器中铜件的腐蚀，意义重大。但在研究缓蚀剂的作用原理并筛选缓蚀剂时，存在着铜离子浓度“测不准”的问题，本文找出了“测不准”原因，建立了可靠的铜缓蚀剂研究职铜离子的测定方法，使缓蚀剂研究能进行，也为同类分析方法提供经验。     

抛光液化学成分对钨化学机械抛光效果的影响研究

化学机械抛光工艺(CMP)能够更好地满足光刻对平坦度的要求,因而被广泛应用于半导体制造工艺中。化学机械抛光液的不同成分将会直接影响到钨的抛光效果,从而影响到超大规模集成电路(ULSI)制备的成品率和可靠性。通过调配不同的氧化剂、蚀刻剂和配位剂组成的抛光液,进行抛光加工实验。当氧化剂和蚀刻剂含量比较低时,随着氧化剂和蚀刻剂的含量增加,抛光效果近似线性的提高,达到一定值以后,随着氧化剂的继续增加,抛光效果反而下降。当氧化剂H2O 2的含量为4%、Fe(N O 3)3浓度为0.05%时抛光效果最佳。使用浓度为20%的2μm的Al2O 3磨粒,抛光最后表面粗糙度Ra能达到0.198 nm。     

铜化学机械抛光中电化学理论的应用研究

概述了电位-pH图、极化曲线、交流阻抗谱和开路电压测试等电化学方法在铜化学机械抛光(Cu—CMP)中的应用，并分析了采用电化学方法进行CMP分析存在的问题，指出采用以上电化学方法进行Cu—CMP分析有利于对Cu—CMP的过程的理解，并可以为抛光液组分的选配提供依据。     

用于光学玻璃CMP的高效稀土抛光液研究

以纳米二氧化铈(CeO₂)为磨料,使用球磨与不同化学试剂(如pH值调节剂乙酸、丙酸、植酸和分散剂离子型表面活性剂、非离子型表面活性剂)的协同分散方法制备纳米CeO₂抛光液,研究酸性体系下不同抛光液的分散性能与抛光性能。研究表明,球磨时以乙酸为pH值调节剂,调节溶液pH值为3,料球比为1∶4,球磨时间为6 h,球磨后纳米CeO₂悬浮液分散效果较好。采用制备的纳米CeO₂抛光液对石英玻璃进行抛光实验。结果表明：在磨料质量分数为1%、pH为4的条件下,石英玻璃的材料去除速率最高为409 nm/min,粗糙度仅为0.03 nm;阳离子、非离子型表面活性剂均有助于提升酸性体系下CeO₂悬浮液的分散稳定性,而加入非离子表面活性剂AEO-9(脂肪醇聚氧乙烯醚)效果最佳,其能够在提高分散稳定性的基础上改善石英玻璃的表面质量。     

环保型缓蚀剂壳寡糖对304不锈钢化学机械抛光的影响

为研究环保型缓蚀剂壳寡糖对304不锈钢化学机械抛光过程和抛光效果的影响,探讨其在抛光过程中与金属表面的作用方式及吸附机制,采用化学机械抛光试验、接触角测量、扫描电子显微镜(SEM)和X-射线色散能谱仪(EDS)分析等方法,研究壳寡糖有机分子对304不锈钢化学机械抛光的影响,采用量子化学计算研究壳寡糖分子的全局反应参数,分析计算反应活性位点,采用分子动力学模拟有机分子在金属表面的吸附并分析活性原子的径向分布。结果表明：CMP抛光过程中添加壳寡糖能够通过吸附作用在304不锈钢表面形成一层疏水性的薄膜,抑制氧化剂对不锈钢表面的刻蚀,提高抛光后的表面质量;在壳寡糖质量浓度为400 mg/L时得到表面粗糙度为1.65 nm的最佳表面质量。量子化学研究表明,壳寡糖的活性反应位点主要为O原子,能够在金属表面形成多中心吸附。分子动力学模拟表明,壳寡糖有机分子能够平行吸附在金属表面,有机分子中的O原子能够与铁原子形成配位键,在吸附中占据主导地位。     

BTA与TT-LYK对铜CMP缓蚀效果和协同效应研究

在铜化学机械抛光中,由于典型缓蚀剂苯并三氮唑(BTA)对铜表面化学保护作用非常强烈,造成铜去除速率过低的现象。为了获得更好的缓蚀效果和铜表面质量,在近中性溶液中,对BTA缓蚀剂和新型缓蚀剂2,2′-[[(甲基-1H-苯并三唑-1-基)甲基]亚氨基]双乙醇-(TT-LYK)的缓蚀效果进行比较,并对2种缓蚀剂的复配效果进行研究。结果表明：在近中性溶液中,BTA和TT-LYK均可以有效抑制铜表面腐蚀;2种缓蚀剂复配后具有协同作用,添加到抛光液中可得到更好的铜表面质量和更低的粗糙度,这可能是由于2种缓蚀剂的钝化膜类别相似,使得在一种缓蚀剂形成配合物的基础上,另一种缓蚀剂对生成的钝化膜进行补充,使得双层钝化膜更致密,能更好地保护铜表面不受腐蚀。     

利用复合磨粒抛光液的硅片化学机械抛光工艺参数优化试验研究

为提高硅片抛光速率,提出利用复合磨粒抛光液对硅片进行化学机械抛光.分析SiO2磨粒与某种氨基树脂粒子在溶液中的相互作用机制,观察SiO2磨粒吸附在氨基树脂粒子表面的现象.通过向单一磨粒抛光液中加入聚合物粒子的方法获得了复合磨粒抛光液.应用田口法对SiO2磨粒质量分数、氨基树脂粒子质量分数以及抛光速度三个影响硅片材料去除率的工艺因素进行了优化分析,得到以材料去除率为评价条件的优化抛光工艺参数.试验结果表明:利用5wt%的SiO2磨料、3wt%的氨基树脂粒子形成的复合磨粒抛光液,在抛光盘和载样盘的转速均为50r/min以及抛光压力为22kPa的工艺条件下,对硅片进行抛光的抛光速率达到353nm/min.     

静电层层自组装复合磨粒及抛光液的抛光性能研究

利用静电层层自组装原理,通过PDADMAC在聚合物粒子表面改性和吸附不同层数的SiO2磨粒,制备n-SiO2/BGF复合磨粒及其抛光液。分析了交替吸附PDADMAC和SiO2磨粒的BGF微球表面Zeta电位的变化,利用TEM表征了不同层数的n-SiO2/BGF复合磨粒SiO2磨粒的吸附情况。分析了聚合物表面磨粒的吸附层数、游离磨粒浓度、聚合物粒径对复合磨粒抛光液抛光的影响。抛光实验表明:3-SiO2/BGF复合磨粒抛光液的材料去除率最高,为368.8nm/min;复合磨粒抛光液中的聚合物粒子为1～2μm、游离磨料SiO2的质量分数为5%时,材料去除率取得较大值。经3-SiO2/BGF复合磨粒抛光液抛光后的硅表面,在10μm×10μm范围内,表面粗糙度从0.3μm降至0.9nm,峰谷值小于10nm,表明复合磨粒抛光液对硅片具有良好的抛光效果。     

ULSI化学机械抛光(CMP)材料去除机制模型

CMP已成为IC制造中的关键工艺之一,相关机制模型的研究是当前CMP的热点。综述了考虑抛光液的流动、抛光垫的弹性和硬度、研磨颗粒的大小和硬度等不同因素的机制模型,并对基于不同假设的模型作了分析和比较。最后对CMP模型未来的发展和研究方向提出了展望。     

铜CMP中工艺参数对抛光速率的影响

为了提高铜布线化学机械抛光效果,对其抛光工艺进行了研究。采用二氧化硅胶体碱性抛光液对铜布线进行抛光,讨论了抛光压力、温度、氧化剂含量、 流量等对抛光速率的影响。结果表明。不降低表面质量,在抛光压力为0.15MPa时,抛光片的抛光效果和抛光速率达到最佳;在20—30℃时,能较好地平衡化学作用与机械作用;抛光液流量在200mL／min时,既节约了生产成本又能提高效率;当氧化剂体积分数在2％-3％时,抛光液既保持了较好的稳定性,又能保证氧化能力,从而提高抛光速率。     

化学机械抛光工艺中的抛光垫

抛光垫是晶片化学机械抛光中决定表面质量的重要辅料。研究了抛光垫对光电子晶体材料抛光质量的影响：硬的抛光垫可提高晶片的平面度;软的抛光垫可改善晶片的表面粗糙度;表面开槽和表面粗糙的抛光垫可提高抛光效率;对抛光垫进行适当的修整可使抛光垫表面粗糙。     

铜电致化学抛光抛光液的成分及其作用

电致化学抛光是通过电化学反应生成刻蚀剂并利用扩散控制反应实现工件表面无应力抛光的新方法,抛光液的特性则是实现扩散控制反应和可控去除的关键因素。分析电致化学抛光的基本原理,并根据理论模型提出了抛光液所应具备的基本条件。针对铜的电致化学抛光,提出以FeSO_4为电活性中介体,H_2SO_4为p H调节剂,BTA为侧向电子传导抑制剂的抛光液。通过使用XRD以及XPS等表征手段对加工后的表面进行分析,研究了铜抛光液中的p H调节剂H_2SO_4以及侧向电子传导抑制剂BTA的作用机理。研究结果表明,pH调节剂H_2SO_4的主要功能为去除Cu表面的氧化层,从而促进刻蚀反应的进行,而BTA则通过吸附于铜工件表面,从而有效地抑制了加工过程中的侧向电子传导。     

无抛光垫化学机械抛光技术研究

应用双电层理论分析了SiO2磨粒与聚苯乙烯粒子在溶液中的ζ电位及粒子间的相互作用机制,观察到SiO2磨粒吸附在聚苯乙烯粒子表面的现象.分析了基于复合粒子抛光液的无抛光垫化学机械抛光技术特点及其材料去除机理.比较试验表明,基于复合粒子抛光液的硅片无抛光垫化学机械抛光具有与传统化学机械抛光相接近的材料去除率和硅片表面粗糙度值,并可避免工件塌边现象的产生.     

Ta-W合金的化学机械抛光实验研究

针对Ta-W合金材料圆薄片零件化学机械抛光工艺,设计了Ta-W合金材料化学机械抛光抛光液,并探讨了抛光液各组分的含量及抛光工艺参数对抛光速率和抛光件表面质量的影响。结果表明,当抛光液中磨料SiO2溶胶质量分数为40％-65％时,抛光速率也达到较高值并在一定的硅溶胶含量范围内波动不大;当抛光液中有机碱的质量分数为4％-6％时,抛光速率达到最大值;随着氧化剂含量的增加,去除速率几乎成线性增加,但随氧化剂含量的增大表面状态变差,故应控制氧化剂的含量;随着抛光液流量的增加,抛光速率也增大,但在流量增加到200mL／min后,速率的增加变得缓慢。     

化学机械抛光流动性能分析

基于连续流体理论和其运动学关系，建立了力平衡方程关系式。推导r牛顿流体在化学机械抛光过程中的润滑方程，给出了模拟出的典型的压力分布情况和无量纲载荷、转矩与抛光垫转速变化的关系。计算结果表明：抛光中的压力分布是沿半径方向变化的且抛光垫转速的增加将有助于提高抛光的切除速率。     

表面粗糙度对化学机械抛光工艺过程流动性能的影响

采用随机中点位移法通过计算机模拟抛光垫和晶片的基于分形的粗糙表面,构造了一种新的膜厚方程.在新膜厚方程的基础上分析了一般润滑方程及带离心项的润滑方程对化学机械抛光(CMP)过程中抛光液的压力分布以及无量纲载荷和转矩的影响.结果表明,考虑抛光垫和晶片表面的粗糙程度的影响时,抛光液的压力分布有一定的波动,且压力最大值有所增大,压力最小值有所减小;此外无量纲载荷和转矩的数值也变小.     

氧化剂含量对304不锈钢化学机械抛光的影响

为了探究氧化剂含量对304不锈钢化学机械抛光的影响及其作用机制,采用过氧化氢作为氧化剂,研究不同氧化剂质量分数下304不锈钢材料去除率及表面粗糙度值的变化规律,并基于接触角和电化学试验分析过氧化氢在抛光过程中的作用机制。结果表明：化学机械抛光过程中过氧化氢含量的增加有利于304不锈钢表面氧化膜的生成,从而有效提高304不锈钢的材料去除率及表面质量;但是过高的过氧化氢含量会导致304不锈钢表面氧化膜致密,使得化学作用与机械作用失衡从而造成304不锈钢表面质量下降;当过氧化氢质量分数为0.04%时,抛光后304不锈钢表面粗糙度值最低,仅有2.5 nm,材料去除率达到324.21 nm/min。