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。     

新型阻挡层抛光液对CMP后清洗效果的影响

当集成电路制造工艺缩小到14 nm及以下,阻挡层抛光清洗后表面缺陷严重影响芯片成品率。针对新型碱性阻挡层抛光液,与线上抛光液对比,通过检测抛光清洗后的晶圆表面缺陷,研究了不同阻挡层抛光液对CMP后清洗效果的影响。研究结果表明：当新型碱性阻挡层抛光液中不含盐酸胍时,抛光清洗后的晶圆表面存在大量划伤,盐酸胍的加入可同时提高TEOS和Cu的去除速率,且显著降低表面划伤数量;使用单一成分清洗液对不同阻挡层抛光液CMP后的晶圆清洗,新型阻挡层抛光液抛光清洗后的晶圆表面无任何污染颗粒,利于CMP后清洗,而线上抛光液的晶圆表面存在大量有机残留物和氧化物颗粒,需复配清洗液清洗;相比较线上阻挡层抛光液+复配清洗液工艺,使用新型碱性阻挡层抛光液+单一成分清洗液工艺产生的Cu/Ta界面腐蚀小,抛光清洗后的晶圆表面无明显的宽线条边缘缝隙和细线条表面塌陷的现象。     

化学添加剂提高钴化学机械抛光性能的研究进展

钴(Co)具有电阻率低、电子迁移率高、对铜(Cu)等金属的黏附性好以及沉积性能好等优势,在集成电路制程中作为Cu互连阻挡层或新型互连材料具有巨大的应用潜力,而金属互连化学机械抛光(CMP)是决定Co在集成电路应用中可靠性的关键工艺。概述了抛光液中的不同化学添加剂提高Co抛光性能的研究进展,重点介绍了氧化剂、络合剂、腐蚀抑制剂等化学添加剂对Co阻挡层和Co互连CMP的材料去除速率(MRR)、静态腐蚀速率(SER)、去除速率选择比以及电偶腐蚀的影响。讨论了化学添加剂对提高Co抛光性能的作用机理,并分析了加入不同化学添加剂的抛光液的优势与不足。此外,展望了Co阻挡层和互连材料CMP工艺中仍需进一步研究的问题。     

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.     

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。     

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。     

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。     

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。     

ULSI制造中Cu的电化学机械抛光

电化学机械抛光(ECMP)技术可以在低压力下进行,有可能替代化学机械抛光(CMP)技术,满足含易碎、低介电常数材料的小尺寸特征结构的ULSI中Cu的抛光要求。利用自制的抛光液和改装的抛光机对晶圆片和图案晶圆片上的Cu进行电化学机械抛光,研究了抛光电压、抛光台转速、抛光压力和抛光液流量对抛光速率的影响,发现在抛光电压为4.7V、流量为150～200mL/min、抛光台转速为30～40r/min、抛光压力为3.45kPa时能达到较好的抛光速率。考察了抛光电压对图案晶圆片上台阶高度减小效率的影响,发现台阶高度减小效率随抛光电压增大而减小,并且对抛光机理做了初步分析。     

28nm集成电路铜互连弱碱性阻挡层抛光液性能北大核心

报道了一种用于技术节点为28 nm的集成电路多层铜互连阻挡层化学机械平坦化(CMP)的弱碱性抛光液(pH值为8.5),仅由平均粒径为20 nm的硅溶胶、FA/O多羟多胺螯合剂及非离子表面活性剂组成。实验结果表明,研发的弱碱性阻挡层抛光液对牺牲层SiO2、阻挡层Ta及金属互连线Cu等多种材料具有优异的速率选择性,去除速率一致性大于95%,并在28 nm多层铜布线片阻挡层CMP后具有较高的平坦化性能,分别获得了20 nm以下深度的碟形坑和蚀坑。通过电化学极化曲线测试表明,此弱碱性阻挡层抛光液能有效减少Cu和Ta之间的腐蚀电位差,并避免了铜互连结构Cu和Ta界面处电偶腐蚀的产生,这对提高集成电路芯片可靠性具有重要意义。     

碱性抛光液对铜布线电特性的影响

随着互连电路的规模发展到亚微米级,互连延迟已经成为超过门延迟的重要因素。减小延迟在互连结构中是不可避免的问题。化学机械抛光是最适合在多层铜互连结构中达到平整化目的的手段。出于对整体过程的考虑,我们将考察化学机械抛光对铜晶圆片电特性的影响。在这篇文章中,我们将考察两种抛光液在化学机械抛光中的影响,一种抛光液是酸性抛光液,来自于SVTC,另一种是碱性抛光液,由河北工业大学提供的。着重考察了三个方面的特性,电阻,电容和漏电流。电阻测试结果显示,河北工业大学提供的抛光液抛光后,电阻更小。而被两种抛光液抛光后的电容则相差不多,电容值分别为1.2 E^-10F 和1.0 E^-10F。同样,河北工业大学提供的抛光液抛光后的漏电流是1.0E^-11A,低于SVTC提供的酸性抛光液。结果显示,河北工业大学提供的碱性抛光液会产生小的碟形坑和氧化物损失,优于SVTC提供的酸性抛光液。     

Cu互连及其关键工艺技术研究现状

低介电常数材料和低电阻率金属的使用可以有效地降低互连线引起的延时.Cu因其具有比Al及Al合金更低的电阻率和更高的抗电迁移能力而成为新一代互连材料.论述了Cu互连技术的工艺过程及其研究发展现状.对Cu互连技术中的阻挡层材料、电化学镀Cu技术以及化学机械抛光技术等一系列关键工艺技术进行系统的分析和讨论.     

Mechanical and tribological properties of interlayer films for the damascene-Cu chemical-mechanical planarization process

Chemical-mechanical planarization (CMP) has emerged as the most preferred method to achieve excellent global and local planarity in the damascene-Cu process. As the feature sizes shrink, understanding the fundamentals of CMP is critical for successful implementation of the CMP process in sub 0.35-μm technology. It is also important to understand the effects of mechanical and tribological properties of the interlayer films on the CMP process to conduct successful evaluation and implementation of these materials. In this paper, we present the mechanical and tribological properties of various interlayer films (SiO₂, SiC, low-k B, low-k C, Ta, and Cu) and discuss the CMP process of the films in an alumina-based Cu slurry. Mechanical properties were evaluated using a nanoindentation technique. A micro-CMP tester was used to study the fundamental aspects of the CMP process. The coefficient of friction (COF) was measured during the process and was found to decrease both with downward pressure and with platen rotation. An acoustic sensor, attached to the substrate carrier, was used to monitor the process, and the signal was recorded to examine the difference in polishing behavior of these films. The acoustic emission (AE) signal was found to increase with the increase in platen velocity and pressure. Effects of machine parameters on the polishing behavior of the interlayer films and the correlation of mechanical properties with tribological properties have been discussed.     

Effect of alkaline slurry on the electric character of the pattern Cu wafer

For process integration considerations,we will investigate the impact of chemical mechanical polishing (CMP) on the electrical characteristics of the pattern Cu wafer.In this paper,we investigate the impacts of the CMP process with two kinds of slurry,one of which is acid slurry of SVTC and the other is FA/O alkaline slurry purchased from Tianjin Jingling Microelectronic Material Limited.Three aspects were investigated:resistance,capacitance and leakage current.The result shows that after polishing by the slurry of FA/O,the resistance is lower than the SVTC.After polishing by the acid slurry and FA/O alkaline slurry,the difference in capacitance is not very large. The values are 0.1 nF and 0.12 nF,respectively.The leakage current of the film polished by the slurry of FA/O is 0.01 nA,which is lower than the slurry of SVTC.The results show that the slurry of FA/O produced less dishing and oxide loss than the slurry of SVTC.     

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。     

Cu CMP抛光液对速率的影响分析及优化

在超大规模集成电路多层Cu布线CMP工艺中,抛光液是决定抛光速率、抛光表面状态和平坦化能力的重要因素。采用Plackett-Burman(PB)筛选实验对抛光液成分(磨料、氧化剂、活性剂、螯合剂)进行显著性因素分析,得出磨料、FA/O螯合剂Ⅱ型和氧化剂为显著性因素,并采用响应曲面法对其进行优化并建立了模型,最终得到以去除速率为评价条件的综合最优抛光液配比,为Cu抛光液配比优化及对CMP的进一步发展提供了新的思路与途径。     

Chemical mechanical polishing of polymeric materials for MEMS applications

Polymeric materials such as polycarbonate (PC) and poly-methyl methacryate (PMMA) are replacing silicon as the major substrate in microfluidic system fabrication due to their outstanding features such as low cost and good chemical resistance. In this study, chemical mechanical polishing (CMP) of PC and PMMA substrates was investigated. Four types of slurry were tested on CMP of the polymers under the same process conditions. The slurry suitable for polishing PC and PMMA was then chosen, and further CMP experiments were carried out under different process conditions. Experimental results showed that increasing table speed or head load increased the material removal rates of the polymers. The polymeric surface quality after CMP was acceptable to most MEMS applications. Analysis of variance was also carried out, and it was found that the interaction of head load and table speed had a significant (95% confidence) effect on surface finish of polished PMMA. On the other hand, table speed had a highly significant (99% confidence) effect on surface finish of polished PC.