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。     

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.     

碱性抛光液中纳米SiO_2磨料在Cu CMP中的作用

GLSI多层铜互连线的平坦化中,抛光液中的SiO2磨料对铜的平坦化效率具有重要的作用。研究了碱性纳米SiO2质量分数对300 mm铜去除速率和300 mm铜布线平坦化作用的影响。结果表明,随着磨料质量分数的增大,铜的去除速率增大,晶圆的均匀性变好,但磨料质量分数过高时,铜的去除速率略有降低,可能由于纳米SiO2表面硅羟基吸附在金属铜表面,导致质量传递作用变弱,引起速率降低。通过对图形片平坦化实验研究表明,随着磨料质量分数的增大,平坦化能力增强,这是因为磨料的质量分数增大使得高低速率差增大,能够有效消除高低差,实现平坦化。     

碱性抛光液对铜与钽CMP选择比的影响

在ULSI多层铜布线中,由于钽与铜在物理及化学性质上的差别导致这两者的CMP去除速率不同,从而在抛光结束后出现蝶形坑等缺陷,影响器件性能。通过实验分析碱性抛光液中磨料、螯合剂、氧化剂、pH值、活性剂对铜与钽CMP选择比的影响。根据铜与钽的CMP去除机理,从实验结果分析出对铜、钽去除速率影响较为明显的成分,调节这些成分得到特定配比的抛光液,分别实现了铜与钽的去除速率相等、铜的去除速率大于钽、铜的去除速率小于钽。使用上述铜去除速率小于钽的抛光液对12英寸(1英寸=2.54 cm)图形片进行抛光,通过原子力显微镜观察,证明了这种抛光液能有效地修复多层布线CMP中的蝶形坑等缺陷。     

BIT作为缓蚀剂在铜互连阻挡层CMP的应用

化学机械平坦化(CMP)过程中极易在铜表面产生碟形坑、腐蚀坑等缺陷。为了解决这些问题,提出了将苯并异噻唑啉酮(BIT)作为CMP抛光液中的表面抑制剂,研究不同质量分数的BIT在Cu CMP过程对Cu的去除速率、SiO₂介质对Cu的选择性及抛光后表面形貌的影响。研究结果表明,随着BIT质量分数的增加,SiO₂的去除速率基本不变,Cu的去除速率由31.6 nm·min^-1降到21.0 nm·min^-1,碟形坑深度由110 nm降到40 nm,腐蚀坑深度由85 nm降到35 nm。扫描电子显微镜(SEM)测试结果表明,Cu表面低缺陷,无明显有机物沾污。傅里叶变换红外光谱(FTIR)测试结果表明,BIT能够吸附在Cu表面,生成一层钝化膜,从而抑制了Cu的腐蚀,降低Cu的抛光速率。     

FA/O精抛液组分对Cu/Ta CMP去除速率的影响

研究了精抛液中各组分对Cu/Ta去除速率的影响.在分别考察磨料质量分数、Ⅱ型螯合剂、活性剂和双氧水等各组分对Cu/Ta去除速率的影响后,研发了磨料质量分数为2％,Ⅱ型螯合剂体积分数为0.35％,活性剂体积分数为2％,H2O2体积分数为2％的FA/O精抛液.并在MIT854布线片上进行了精抛测试.结果显示,精抛12 s之后,100-100线条处高低差从精抛前的76.7 nm降低为63.2 nm,而50-50线条处高低差从精抛前的61.3 nm降低为59.8 nm.并且,经过FA/O精抛液精抛后粗抛后产生的尖峰也有所减小,台阶趋于平坦.精抛后,100-100和50-50处的高低差均小于70 nm,能够达到产业化指标.     

优化CMP碱性铜抛光液配比的新方法

采用响应曲面法(RSM)和人工神经网络(ANN)分别对化学机械抛光(CMP)碱性铜抛光液的主要成分(SiO2磨料、FA/O型螯合剂、H2O2氧化剂)进行优化研究.采用RSM优化,当抛光液中磨料、氧化剂和FA/O型螯合剂的体积分数分别为10.57％,1.52％和2.196％时,Cu的抛光速率的预测值和实测值分别为924.29和908.96 nm/min;采用ANN结合人工蜂群算法(ABC)优化,当抛光液中磨料、氧化剂和FA/O型螯合剂的体积分数分别为11.58％,1.467％和2.313％时,Cu的抛光速率的预测值和实测值分别为947.58和943.67 nm/min,其拟合度为99.36％,高于RSM的94.63％,且均方根误差较低为0.199 3.结果表明,在抛光液配比优化方面,RSM和ANN都是可行的,但后者比前者具有更好的拟合度和预测准确度,为更加高效科学地优化抛光液配比提供了一种新的思路和方法.     

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。     

阻挡层CMP中表面活性剂对抛光效果的影响

研究了阻挡层在化学机械抛光过程中表面活性剂的作用。利用5种活性剂体积分数不同的抛光液对3英寸(1英寸=2.54 cm)Cu/Ta/SiO2光片进行抛光。通过抛光前后质量变化可得各晶圆片的抛光速率,再对12英寸布线晶圆片进行抛光,利用台阶仪测量抛光前后碟形坑大小的变化,最后利用原子力显微镜对抛光后布线晶圆片的表面形貌进行测试。研究表明抛光液中活性剂体积分数不同会引起抛光速率的变化,也会影响碟形坑的修正效果。当抛光液中活性剂体积分数达到2.0%时,修正值达到85.6 nm/min,优于其他活性剂体积分数时的修正值。另外,活性剂体积分数的增加有助于降低抛光后晶圆表面的粗糙度。活性剂体积分数小于3.0%时,粗糙度随着活性剂体积分数的增加而降低。这一发现可以对配制抛光液时活性剂体积分数的确定起到一定的参考作用。     

雾化施液CMP工艺优化

通过改进抛光雾液供液系统,结合超声波雾化技术对原雾化施液CMP实验系统进行优化,并进行了工艺实验。通过单因素试验研究雾化参数对抛光结果的影响,利用正交试验得到最优工艺参数组合,并在相同条件下将雾化抛光与传统抛光进行比较。结果表明:该实验系统的最优参数组合为雾化器电压50 V、抛光压力8 psi(1 psi=6 895 Pa)、抛光盘转速为70 r/min,此时材料去除速率为171.853 nm/min,表面粗糙度为4.76 nm。与传统抛光相比材料去除速率稍低,但表面粗糙度要好,且抛光液消耗量(1.03 g/min)约为传统抛光(10 g/min)的1/10。由于雾化器将抛光液中分子结构打散形成大量雾液,从而减少抛光液中磨粒团聚,同时雾化液更能均匀分散吸附在抛光垫上,增加了参与抛光的有效磨粒数,有利于材料去除和形成高质量表面。     

铜化学机械抛光中的平坦性问题研究

铜的化学机械抛光(Cu-CMP)技术是ULSI多层金属布线结构制备中不可缺少的平坦化工艺.Cu-CMP后硅片表面的蝶形、侵蚀等平坦性缺陷将降低铜线的最终厚度和增大电阻率,从而降低器件性能和可靠性.而且可能进一步影响硅片的面内非均匀性(WIWUN),在多层布线中导致图案转移的不准确.本文介绍了对Cu-CMP平坦性的仿真、模拟和实验研究,并着重分析了碟形、侵蚀和WlWUN与抛光液、线宽和图案密度、抛光速度和载荷等相关参数的关系.     

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。     

碱性铜粗抛液中氧化剂对化学机械平坦化的影响

针对不合腐蚀抑制剂苯并三氮唑(BTA)的碱性铜粗抛液,通过对3英寸(1英寸=2.54 cm)铜片上的动态抛光速率和静态腐蚀速率的研究来模拟评估氧化剂对晶圆表面平坦化的影响.在12英寸铜镀膜片和TM1图形片上分别研究氧化剂体积分数对表面平坦化的影响.实验结果表明:动态抛光速率和静态腐蚀速率均随着氧化剂体积分数的增加先逐渐增大,达到最大值,然后下降,趋于平缓.片内非均匀性和剩余高低差均随H2O2体积分数的增加,先呈下降趋势,后缓慢上升.当氧化剂体积分数为3％时,动态去除速率(vRR)为398.988 nm/min,静态腐蚀速率vER为6.834 nm/min,vRR/vER比值最大,片内非均匀性最小为3.82％,台阶高低差最小为104.6 nm/min,此时晶圆片有较好的平坦化效果.     

碱性抛光液中H_2O_2对铜布线CMP的影响

化学机械平坦化(CMP)过程中,抛光液的化学作用对平坦化效果起着不可替代的作用。介绍了碱性抛光液中氧化剂(H2O2)对铜布线CMP的作用:H2O2对铜的强氧化性可以将铜氧化为离子状态,然后在螯合剂的螯合作用下快速去除铜膜;H2O2对铜的钝化作用可以保护凹处铜膜不被快速去除,从而有效降低高低差。此外,还研究了碱性抛光液中不同H2O2浓度对铜的静态腐蚀速率、动态去除速率及铜布线平坦化结果的影响。研究表明:抛光液对铜的静态腐蚀速率随H2O2浓度的增大逐渐降低然后趋于饱和;铜的动态去除速率随H2O2浓度的增大而逐渐降低;抛光液的平坦化能力随H2O2浓度的增大逐渐增强再趋于稳定。     

300mm铜膜低压CMP速率及一致性

随着铜互连结构中低k介质的应用,要求CMP抛光过程中必须将压力减小到6.89 kPa以下,传统的化学机械抛光已不符合当前的工艺要求,如何兼顾超低压力下抛光速率和速率一致性成为关键问题.对300 mm Blanket铜膜进行了低压化学机械抛光实验,分析研究了碱性抛光液组分及抛光工艺参数对铜膜去除速率及其一致性的影响.通过...     

碱性多羟多胺螯合剂对Cu CMP后BTA去除作用及机理

苯并三唑(BTA)在微电子领域常被用于铜抛光液中的抗蚀剂,抛光后的BTA残留需要通过化学机械抛光(CMP)后清洗工序从晶圆表面去除,否则会影响器件的性能.通过实验研究了碱性多羟多胺类螯合剂对抛光后晶圆表面残留BTA的去除效果及机理.首先通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)研究了BTA在铜表面的吸附状态,发现铜表面的氧化程度会影响BTA在晶圆表面的吸附状态;然后采用体积分数为0.02％、pH值为10.3的碱性多羟多胺螯合剂去除铜表面BTA薄膜.FTIR和XPS测试结果显示,碱性多羟多胺螯合剂可以有效去除铜表面BTA薄膜;最后,通过实验数据研究了碱性多羟多胺螯合剂去除BTA的机理.     

E1310P和FMEE复配对铜膜CMP性能的影响

针对化学机械抛光(CMP)中传统唑类缓蚀剂毒性强、成本高,在表面形成坚硬钝化膜难以去除等问题,在甘氨酸-双氧水体系下,使用阴离子表面活性剂聚氧乙烯醚磷酸酯(E1310P)和非离子表面活性剂脂肪酸甲酯乙氧基化物(FMEE)复配替代传统唑类缓蚀剂。通过去除速率、表面粗糙度和表面形貌等的实验结果研究了E1310P和FMEE协同作用对CMP过程中表面质量的影响。通过表面张力、电化学性能、X射线光电子能谱(XPS)和密度泛函理论(DFT)揭示了E1310P和FMEE的协同吸附行为及其机理。结果表明,E1310P可以吸附在Cu的表面,降低Cu的去除速率;FMEE的加入能有效屏蔽E1310P离子头基间的电性排斥作用,使更多的E1310P吸附在Cu的表面,在协同作用下形成了更致密的抑制膜,使得CMP抛光性能得以提升。