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.     

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。     

碱性铜抛光液在CMP工艺中的性能评估

研究了一种碱性铜抛光液,其基本组分是硅溶胶磨料、新型FA/O V型螯合剂、非离子表面活性剂和氧化剂(H2O2)。在压力为2 psi(1 psi=6.895 kPa)、抛头转速与抛盘转速分别为97和103 r/min、流量为300 mL/min的条件下,分析了铜膜去除速率随着螯合剂和氧化剂体积分数增加的作用规律。结果表明,加入体积分数2%的螯合剂和体积分数3%的氧化剂时,抛光液具有较好的自钝化能力和较高的铜膜去除速率。同时,研究了工艺参数在抛光过程中对去除速率和片内非均匀性(WIWNU)的影响,平坦化实验的抛光工艺选择压力1.5 psi、抛头和抛盘转速分别为87和93 r/min、流量300 mL/min。实验结果表明:此种抛光液在上述工艺条件下,抛光结束时剩余高低差为63.7 nm,具有较好的平坦化效果,对抛光液商业化提供了参考价值。     

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。     

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.     

半导体器件硅衬底化学机械平坦化研究

主要对分立器件硅衬底化学机械平坦化(CMP)进行了研究。首先通过正交实验方法研究活性剂、螯合剂、磨料浓度和有机碱对硅材料去除速率的影响,得出活性剂体积分数对去除速率的影响最大,并且研究出去除速率最快的抛光液的最优配比,去除速率可以达1 410nm/min。同时平坦化后的硅衬底具有良好的表面状态:表面粗糙度仅为0.469nm,表面总厚度变化小于工业标准指标5μm。在考虑工艺影响的情况下,硅衬底制造双极型晶体管的成品率达到90%以上,满足工业成品率要求。     

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...     

STI CMP中SiO2/CeO2混合磨料对SiO2介质层CMP性能的影响

为了在浅沟槽隔离(STI)化学机械平坦化(CMP)过程中提高对SiO₂介质层去除速率的同时保持晶圆表面一致性,研究了SiO₂/CeO₂混合磨料的协同作用以及对SiO₂介质层去除速率及一致性的影响。结果显示,相比于单一磨料,采用混合磨料能够兼顾介质去除速率和一致性。采用质量分数10%SiO₂(粒径为80 nm)与质量分数0.7%CeO₂磨料混合抛光后,对介质层的去除速率达到347 nm/min,片内非均匀性(WIWNU)为9.38%。通过场发射扫描电子显微镜(FESEM)观察颗粒状态发现,晶圆表面吸附大量的SiO₂颗粒会阻碍CeO₂磨料与晶圆表面接触,从而降低对晶圆中心的去除速率,使化学作用更均匀。通过将小粒径SiO₂磨料(40 nm)与CeO₂磨料混合,使介质层去除速率进一步提升至374 nm/min, WIWNU降低到8.83%,用原子力显微镜(AFM)表征抛光后晶圆...     

新型碱性精抛液对300mm铜膜全局平坦化的影响

The copper removal rate and uniformity of two types copper slurries were investigated, which was performed on the 300 mm chemical mechanical planarization （CMP） platform. The experiment results illustrate that the removal rate of the two slurries is nearly the same. Slurry A is mainly composed ofa FA/OI1 type chelating agent and the uniformity reaches to 88.32%. While the uniformity of slurry B is 96.68%, which is mainly composed of a FA/OV type chelating agent. This phenomenon demonstrates that under the same process conditions, the uniformity of different slurries is vastly different. The CMP performance was evaluated in terms of the dishing and erosion values. In this paper, the relationship between the uniformity and the planarization was deeply analyzed, which is mainly based on the endpoint detection mechanism. The experiment results reveal that the slurry with good uniformity has low dishing and erosion. The slurry with bad uniformity, by contract, increases Cu dishing significantly and causes copper loss in the recessed region. Therefore, the following conclusions are drawn： slurry B can improve the wafer leveling efficiently and minimize the resistance and current density along the line, which is helpful to improve the device yield and product reliability. This investigation provides a guide to improve the uniformity and achieve the global and local planarization. It is very significant to meet the requirements for 22 nm technology nodes and control the dishing and erosion efficiently.     

不同磨料质量分数对化学机械平坦化的影响

采用自主研发的碱性铜抛光液,在E460E机台上研究了不同磨料质量分数对铜和钽抛光速率与膜厚一致性的影响;分析了磨料质量分数为2%,2.8%和3.6%时,膜厚一致性对平坦化的影响。抛光结果显示:当磨料质量分数高于2.8%时,抛光液开始对钽进行有效的抛光;随着磨料浓度的增加,抛光液的膜厚一致性提高趋于平缓。磨料质量分数为2.8%和3.6%时,抛光后膜厚一致性变好,碟形坑满足工业生产要求;磨料质量分数为2%时,抛光后膜厚一致性比抛光前恶化,碟形坑相对较大。由此可见,当磨料质量分数为2.8%时,抛光液能有效去除残余铜,并且抛光后膜厚一致性好,有利于实现平坦化,尤其是对提高成品率和优品率有重要的作用。     

化学机械抛光浆料研究进展

化学机械抛光(CMP)作为目前唯一可以实现全面平坦化的工艺技术,已被越来越广泛地应用到集成电路芯片、计算机硬磁盘和光学玻璃等表面的超精密抛光.介绍了CMP技术的发展背景,以及目前国内外抛光浆料的研究现状,并根据CMP浆料磨料的性质,将其分为单磨料、混合磨料和复合磨料浆料,对每一种浆料做了总体描述.详细介绍了近年来发展的复合磨料制备技术及其在CMP中的应用,并展望了CMP技术的发展前景以及新型抛光浆料的开发方向.     

阴离子对铜化学机械抛光的影响

在化学机械抛光过程中,抛光液的组成对抛光速率和表面质量有重要影响。利用自制抛光液,研究了在过硫酸铵体系抛光液中不同阴离子(硝酸根离子、溴离子、氯离子)对抛光速率的影响;采用动电位极化扫描技术对各抛光液在金属表面的成膜性能进行分析。结果表明,硝酸根离子的加入加快了阳极溶解反应,低浓度硝酸根离子的加入对抛光速率影响的波动性较大,随着浓度的增加抛光速率逐渐趋于初始值;随着氯离子(≥1mmol/L)或溴离子浓度的增加,抛光液的氧化性能降低,抛光速率不断降低;当溴离子浓度为0.1mmol/L时,Icorr值最小,抛光时对金属铜表面腐蚀程度较小。     

ULSI关键工艺技术——纳米级化学机械抛光

IC器件尺寸的纳米化,要求高的光刻曝光分辨率,在采用短波长和大数值孔径曝光系统提高分辨率的同时导致了焦深变浅,进而对晶片表面的平坦化要求越来越高。在比较了IC工艺中的四种平坦化技术基础上,重点综述了唯一可以实现全局平坦化的化学机械抛光(CMP)方法的发展、应用及展望。     

氮化镓化学机械抛光中抛光液的研究进展

氮化镓(GaN)因具有耐酸碱、硬度大等特点使其难以进行精密加工。因此,高效实现GaN的化学机械抛光(CMP)成为了一个技术难题。CMP过程中,抛光液的组分及其性质对抛光效果起决定性的作用。对近年来应用于GaN CMP抛光液中的磨料、氧化剂、表面活性剂、光催化剂等重要组分的抛光效果及作用机理进行了回顾。主要可以归纳为磨料逐渐从单一磨料向复合磨料方向发展,阴离子表面活性剂较其他活性剂效果更好;同时,发现主流的GaN CMP过程为先氧化再去除,因此氧化剂和光催化剂逐渐成为了研究热点。最后对GaN CMP的未来研究方向进行了展望。     

碱性Cu化学机械抛光液性能研究

在分析碱性Cu化学机械抛光液作用机理的基础上,考察了抛光液对铜晶圆电化学、表面形态、化学机械抛光去除速率等性能。结果发现:选用新研制的络合剂R(NH2)n,将Cu的氧化物、氢氧化物转化为可溶性络合Cu,实现了碱性抛光液中Cu的去除。同时发现,随着碱性抛光液质量分数的增加,淀积Cu层不仅易被腐蚀,腐蚀速率也有所增加,并且当抛光液质量分数达到63.7%(Cu3),会对Cu的腐蚀起到抑制作用。抛光后表面形态分析说明此碱性化学机械抛光液能有效改善晶圆表面粗糙度,且对Cu层平均去除速率是酸性商用抛光液的4～5倍。     

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.     

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。