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。     

氧退火对钛酸锶钡薄膜介电常数的影响

采用氩离子束镀膜技术和硅平面工艺,在SiO2/Si衬底上淀积钛酸锶钡 (Ba1-xSrxTiO3)薄膜,研究在氧气氛中不同温度和时间的退火对薄膜的介电常数的影响。实验结果表明,在退火温度为600℃时,随着氧退火时间的增加,钛酸锶钡薄膜的相对介电常数减小;而在退火时间为30 min时,随着退火温度的增加,钛酸锶钡薄膜的相对介电常数增加。微观结构分析和极化理论解释了这一现象。     

CMP抛光液对TiO2薄膜表面粗糙度的影响

采用自主配制的碱性抛光液对TiO2薄膜进行了化学机械抛光(CMP),研究了在TiO2薄膜CMP加工过程中,碱性抛光液中的SiO2磨料、螯合剂、表面活性剂的体积分数和抛光液pH值对TiO2薄膜表面粗糙度的影响,并进行了参数优化。实验结果表明,在一定的抛光条件下,选用SiO2磨料体积分数为20%、螯合剂体积分数为1.0%、非离子表面活性剂体积分数为5.0%和pH值为9.0的碱性抛光液,抛光后TiO2薄膜表面没有划痕等抛光缺陷,表面粗糙度为0.308 nm,TiO2薄膜去除速率为24 nm/min,在保证抛光速率的同时降低了TiO2薄膜表面粗糙度,满足工业化生产要求。     

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。     

CMP抛光液对TiO_2薄膜表面粗糙度的影响北大核心CSCD

采用自主配制的碱性抛光液对TiO2薄膜进行了化学机械抛光(CMP),研究了在TiO2薄膜CMP加工过程中,碱性抛光液中的SiO2磨料、螯合剂、表面活性剂的体积分数和抛光液pH值对TiO2薄膜表面粗糙度的影响,并进行了参数优化。实验结果表明,在一定的抛光条件下,选用SiO2磨料体积分数为20%、螯合剂体积分数为1.0%、非离子表面活性剂体积分数为5.0%和pH值为9.0的碱性抛光液,抛光后TiO2薄膜表面没有划痕等抛光缺陷,表面粗糙度为0.308 nm,TiO2薄膜去除速率为24 nm/min,在保证抛光速率的同时降低了TiO2薄膜表面粗糙度,满足工业化生产要求。     

在CMP过程中新型抑制剂对Cu/Ru电偶腐蚀的影响

研究了一种新型抑制剂(2,2′-[[(甲基-1H-苯并三唑-1-基)甲基]亚氨基]双乙醇,TT-LYK)在高碘酸钾(KIO₄)体系下对Cu/Ru电偶腐蚀的影响。通过电化学实验研究了抑制剂对Cu/Ru电偶腐蚀的抑制情况,使用X射线光电子能谱(XPS)分析了抑制剂在Ru表面的作用机理,使用原子力显微镜(AFM)观测抛光后晶圆的表面形貌。电化学测试结果显示,随着抛光溶液中抑制剂质量分数的升高,Cu和Ru之间的腐蚀电位差逐渐从730 mV降低到37 mV。新型抑制剂TT-LYK在Cu互连Ru阻挡层化学机械平坦化(CMP)中能够抑制Cu/Ru的电偶腐蚀。抑制剂TT-LYK与Ru发生反应,在Ru表面生成一层钝化膜,抑制了Cu和Ru之间的电偶腐蚀。抛光液中添加抑制剂TT-LYK后,抛光后Cu的表面粗糙度由5.94 nm降低到0.39 nm,Ru的表面粗糙度由5.12 nm降低到0.24 nm。     

不同磨料对蓝宝石CMP的影响

在化学机械抛光(CMP)系统中,磨料是决定去除速率和表面状态的重要因素。在单一磨料下进行了单因素实验,在不同的压力、转速、流量和温度下对比了SiO2磨料和Al2O3磨料对蓝宝石去除速率及表面状态的影响;同时也探究了混合磨料对蓝宝石去除速率的影响。研究表明,在单一磨料的CMP实验中,当压力为4 psi(1 psi=6 894.76 Pa)、转速为80 r/min、流量为70 mL/min和温度为35℃时,SiO2磨料对蓝宝石的去除速率高,表面状态好;在混合磨料的CMP实验中,和单一的SiO2磨料相比,Al2O3/SiO2混合磨料对蓝宝石的去除速率要低很多,而SiO2/CeO2混合磨料的去除速率要比单一SiO2磨料的略高一些。     

CMP工艺晶圆表面颗粒去除问题的研究

CMP之后晶圆表面颗粒数目是CMP工艺的一项关键指标。针对Si CMP之后的清洗效果,分析了晶圆表面亲疏水性、清洗液浓度方面对清洗效果的影响。结果表明通过一定浓度的清洗液清洗抛光之后晶圆能取得较好的表面颗粒数量,满足工艺需求。     

PVP与TAZ复配对Cu CMP的吸附缓蚀

采用电化学方法、表面表征和量子化学计算研究了在碱性抛光液中聚乙烯吡咯烷酮(PVP)与1,2,4-三氮唑(TAZ)复配对Cu表面的缓蚀性能,探讨了原子尺度的吸附缓蚀机理。研究表明,PVP与TAZ复配较单独使用具有更好的缓蚀性能,且吸附方式均服从Langmuir吸附等温模型;PVP的反应活性位点主要集中在含有甲基的一端且能量较低,TAZ分子环上氮原子均为反应活性位点且能量很高,均可与Cu原子配位形成吸附中心,从而达到良好的缓蚀效果。PVP与TAZ复配可实现Cu化学机械抛光(CMP)在高去除速率下的低表面粗糙度。     

铜阻挡层CMP解决方案

ACuPLANE铜阻挡层CMP解决方案是面向高级Cu／lowk材料互连应用的产品。ACuPLANE系统通过优化研磨垫和研磨液的组合性能,使缺陷率降低了一个数量级,同时还赋予客户更大的控制力,帮助客户最大限度减少金属和电介质的损耗。此外,ACuPLANE系统能够显着改善研磨后整个品圆表面的形貌,并能降低晶圆上的应力以避免多孔的超低介电常数（ultra low—k）材质薄膜表面出现凹陷、腐蚀和脱层现象。     

碱性抛光液在CMP过程中对低k介质的影响

以p型111硅片为衬底,经过旋涂固化制备低介电常数(低k)材料聚酰亚胺。经过化学机械抛光(CMP)过程,考察实验前后低k材料介电性能的变化。实验中分别使用阻挡层抛光液、Cu抛光液以及新型抛光液对低k材料进行抛光后,利用电参数仪对低k材料进行电性能测试。结果显示,低k材料介电常数经pH值为7.09新型抛光液抛光后,k值由2.8变为2.895,漏电流在3.35 pA以下,去除速率为59 nm/min。经新型抛光液抛光后的低k材料,在电学性能等方面均优于阻挡层抛光液和Cu抛光液,抛光后的低k材料的性能能够满足应用要求。     

Influence of oxides on friction during Cu CMP

In this work, we investigated the frictional behavior of copper CMP. Using a laboratory polishing set up, we polished Cu with designed polishing media. After that the copper surface and the fumed silica particles Cu were analyzed. The surface analysis techniques used are the field emission SEM, the field-emission high-resolution analytical TEM, x-ray spectroscopy, and XPS. We found evident difference in friction value using different polishing media. Discussions lead to three mechanisms during copper CMP. The nature of copper oxides has a profound influence on friction and might be directly related to defects. Argonne National Laboratory     

铜化学机械抛光工艺中碟形缺陷的优化

铜化学机械抛光是近些年发展最快的一种工艺,铜碟形是铜化学机械抛光工艺中的主要问题之一。严重的碟形缺陷会造成产品良率的缺失,使得利润下降。碟形是由于在抛光过程中铜线与介质层不同的抛光速率所导致。文章详细地介绍了铜化学机械抛光的基本步骤和不同作用,然后指出了在抛光过程中碟形产生的基本原理,最后对抛光过程中最重要的抛光液及其成份对碟形的影响进行了分析。通过试验各种成分的剂量组成不同配方的抛光液,最终给出了减少碟形的具体改进方案。     

低k介质与铜互连集成工艺

阐明了低k介质与铜互连集成工艺取代传统铝工艺在集成电路制造中所发挥的关键作用。依照工艺流程,介绍了如何具体实现IC制造多层互连工艺:嵌入式工艺、低k介质与平坦化、铜电镀工艺与平坦化;阐述了工艺应用现况与存在的难题,给出了国际上较先进的解决方法。     

抛光液各组分在SiO_2介质CMP中的作用机理分析

介绍了超大规模集成电路中SiO2介质的化学机械抛光机理及抛光液在化学机械抛光中扮演的重要角色。通过单因素实验法,在低压力的实验环境下,着重分析了抛光液中表面活性剂、pH值调节剂、纳米磨料等成分在SiO2介质化学机械抛光中的具体作用及影响机理。最终得出,最优化的实验配比,即当表面活性剂的浓度为30mol/L,pH值为11.30,硅溶胶与去离子水的体积比为2:1时,在保证较低表面粗糙度的同时得到了较高的抛光速率476nm/min。     

低k材料的化学机械抛光研究

阐述了低k材料在IC电路中的作用及其性质,以SiO2、SiOF、SiOCSP、SiOCNSP、Si-OCSO五种材料为研究对象,分析了低k材料与Cu互连工艺的相互联系和作用。在Sikder和Kumar提供的声发射信号(AE)的在线监测图的基础上比较和分析了五种材料的硬度和模数值;根据Preston方程绘制九点测量数据图,发现前三种材料可满足抛光机理,而后两种的抛光行为更倾向于表面反应;根据五种材料抛光前后的实验数据表面形态图表,判断出抛光后材料粗糙度的走向。最后指出低k材料需要发展和完善的工艺及对抛光设备的进一步要求。     

化学机械抛光对铜互连器件的影响及失效分析

探讨了Cu化学机械抛光(CMP)工艺引起Cu互连器件失效的原因以及对可靠性的影响,对Cu CMP工艺缺陷导致器件失效的案例进行分析.由于CMP的技术特点,不可避免地会产生一些工艺缺陷和工艺误差,从而引起器件失效.必须根据标准要求,出厂或封装前对圆片进行芯片功能参数测试和严格的镜检,以便在封装前剔除存在潜在工艺缺陷的芯片,达到既定可靠性要求.     

ULSI中低k介质的化学机械全局平坦化分析研究

针对常见的低k介质材料分析了其化学机械全局平坦化的机理,并进一步探讨了低k介质化学机械抛光中包括压力、磨料、pH值和温度在内的几个因素对于抛光速率和表面状态等方面的影响。     

Cu CMP过程中背压对膜厚一致性影响

在极大规模集成电路Cu布线的化学机械平坦化过程中,抛光后表面薄膜厚度的一致性是检验平坦化能力的重要参数。从抛光过程中晶圆所受背压方面着手,研究了在不同背压参数情况下抛光后表面薄膜的一致性,得出了在工作压力为103 mdaN/cm2(1 kPa=10 mdaN/cm2)时,最佳的背压参数为108 mdaN/cm2。采用此工艺参数进行抛光后得到的晶圆表面薄膜非均匀性为5.04%,即一致性可以达到94.96%,而且此时表面粗糙度为0.209 nm,从而得到了良好的抛光效果,为极大规模集成电路Cu布线化学机械平坦化的进一步发展提供了新的途径。