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。     

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...     

碱性抛光液对硬盘基板抛光中表面状况的影响

阐述了化学机械抛光(CMP)技术在硬盘基板加工中发挥的重要作用,介绍了SiO2碱性抛光液的化学机械抛光机理以及抛光液在化学机械抛光中发挥的重要作用。使用河北工业大学研制的SiO2碱性抛光液对硬盘基板表面抛光,分析研究了抛光液中的浓度、表面活性剂以及去除量对抛光后硬盘基板表面状况的影响机理。总结了硬盘基板表面粗糙度随抛光液中的浓度、表面活性剂及去除量的变化规律以及抛光液的这些参数如何影响到硬盘基板的表面状况。在总结和分析这些规律的基础上,对抛光结果进行了检测。经检测得出,改善抛光后的硬盘基板表面质量(Ra=0.3926nm,Rrms=0.4953nm)取得了显著效果。     

氮化钛阻挡层化学机械抛光液的研究

为了解决Cu互连线污染和形成高阻铜硅化物以及Cu与SiO2粘附性差等问题,提出增加扩散阻挡层的解决方案。主要关于氮化钛阻挡层化学机械抛光的研究。分析了氮化钛的抛光机理,研究了氧化剂浓度及抛光液的pH对抛光速率的影响,最后配制了适合氮化钛阻挡层的碱性抛光液。     

铜抛光液对片内非均匀性影响的研究

对于低介电常数材料和铜互连结构在低压化学机械抛光中,研发新的抛光液和调整工艺参数是非常必要的。抛光液的研发是减少抛光表面划伤和解决磨料剩余的关键。抛光液组成由片内非均匀性和铜抛光去除速率特性来优化。氧化剂浓度1Vol%;磨料浓度0.8Vol%;螯合剂浓度2Vol%。工作压力1kPa。抛光后表面缺陷减小并且表面干净无污染。去除速率289nm/min,片内非均匀性0.065。化学机械抛光后用原子力测量粗糙度为0.22 nm。     

ULSI制造中铜CMP抛光液的技术分析

对ULSI制造中的层间介质化学机械抛光的发展趋势和要求进行了讨论,分析了铜化学机械抛光的材料去除过程、影响因素和抛光液的重要作用,讨论了酸性和碱性两种铜抛光液的组成和一些组分的功能,对研究铜化学机械抛光的电化学手段进行了阐述和机理分析,指出了铜化学机械抛光今后的研究趋势和重点以及抛光液研究的发展方向.     

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。     

ULSI制造中铜CMP抛光液研究

ULSI制造中的层间介质化学机械抛光的发展趋势和要求进行了讨论,分析了铜化学机械抛光的材料去除过程,讨论了酸性和碱性两种铜抛光液的组成和一些组分的功能,指出了今后抛光液的研究发展方向。     

用于硬盘NiP基片CMP的一种碱性SiO_2抛光液

在NiP基片的化学机械抛光中,针对现有酸性抛光液存在的易腐蚀、易污染和以Al2O3为磨料造成易划伤表面的质量问题,尝试使用SiO2水溶胶作为抛光磨料,通过加入非离子表面活性剂和螯合剂等,配制成一种碱性环境下的硬盘基片抛光液。通过化学机械抛光试验,发现这种碱性SiO2抛光液在硬盘NiP基片抛光中具有250nm/min的抛光速率,抛光后的表面粗糙度为0.8nm,表面光滑,几乎观察不到划痕及其他微观缺陷。     

不含抑制剂的碱性抛光液对铜布线平坦化的研究

本文提出一种碱性铜布线抛光液,其不含通用的腐蚀抑制剂,并对其化学机械抛光和平坦化 (CMP)性能进行了研究。首先研究了此抛光液对铜的静态腐蚀速率和抛光速率,并与含抑制 剂的铜抛光液做了对比实验。在静态条件下,此不含抑制剂的碱性铜抛光液对铜基本无腐蚀速率,而在动态抛光过程中对铜有较高的速率。而含抑制剂的抛光液对静态腐蚀速率略有降低,但是却大幅度降低了铜的去除速率。另外,对铜布线的化学机械平坦化研究表明,此不含抑制剂的碱性铜抛光液能够有效的去除铜布线表面的高低差,有较高的平坦化能力。此抛光液能够应用于铜CMP的第一步抛光,能够去除大量多余铜时初步实现平坦化。     

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.     

关于FA/O螯合剂降低铜布线片漏电流的研究

简要论述了互连工艺中铜布线取代铝布线的必然趋势,以及铜布线片化学机械抛光(CMP)后进行清洗的必要性。在集成电路制造的过程中,漏电流的危害已经引起了广泛关注。在CMP过程中产生的三种主要表面缺陷对漏电流都有一定的影响,但其中重金属离子对漏电流的影响是最大的。通过使用不同浓度的FA/O螯合剂对铜布线片进行清洗,从而得出最佳的去除金属离子降低漏电流的清洗浓度。为了防止FA/O螯合剂对铜线条造成腐蚀,采用在清洗液中加入缓蚀剂苯并三氮唑(BTA)来有效控制铜线条的表面腐蚀,从而得到理想的清洗结果。25℃时,加入20 mmol/L BTA的体积分数为0.4%的FA/O螯合剂降低漏电流的效果最佳。     

The stability of a novel weakly alkaline slurry of copper interconnection CMP for GLSI

Chemical mechanical polishing (CMP) is one of the important machining procedures of multilayered copper interconnection for GLSI,meanwhile polishing slurry is a critical factor for realizing the high polishing performance such as high planarization efficiency,low surface roughness.The effect of slurry components such as abrasive (colloidal silica),complexing agent (glycine),inhibitor (BTA) and oxidizing agent (H2O2) on the stability of the novel weakly alkaline slurry of copper interconnection CMP for GLSI was investigated in this paper.First,the synergistic and competitive relationship of them in a peroxide-based weakly alkaline slurry during the copper CMP process was studied and the stability mechanism was put forward.Then 1 wt％ colloidal silica,2.5 wt％ glycine,200 ppm BTA,20 mL/L H2O2 had been selected as the appropriate concentration to prepare copper slurry,and using such slurry the copper blanket wafer was polished.From the variations of copper removal rate,root-mean square roughness (Sq) value with the setting time,it indicates that the working-life of the novel weakly alkaline slurry can reach more than 7 days,which satisfies the requirement of microelectronics further development.     

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。     

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。     

不同压力下螯合剂浓度在碱性Cu CMP中的影响

We propose the action mechanism of Cu chemical mechanical planarization(CMP) in an alkaline solution.Meanwhile,the effect of abrasive mass fraction on the copper removal rate and within wafer non-uniformity(WIWNU) have been researched.In addition,we have also investigated the synergistic effect between the applied pressure and the FA/O chelating agent on the copper removal rate and WIWNU in the CMP process.Based on the experimental results,we chose several concentrations of the FA/O chelating agent,which added in the slurry can obtain a relatively high removal rate and a low WIWNU after polishing,to investigate the planarization performance of the copper slurry under different applied pressure conditions.The results demonstrate that the copper removal rate can reach 6125 °/min when the abrasive concentration is 3 wt.%.From the planarization experimental results,we can see that the residual step height is 562 ° after excessive copper of the wafer surface is eliminated.It denotes that a good polishing result is acquired when the FA/O chelating agent concentration and applied pressure are fixed at 3 vol% and 1 psi,respectively.All the results set forth here are very valuable for the research and development of alkaline slurry.     

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。     

碱性条件下铝CMP的机理分析及实验优化

依据铝的电化学腐蚀特性,阐明了碱性条件下铝化学机械抛光(CMP)的机理。由于铝的硬度较低,在抛光过程中容易产生微划伤等缺陷,因此首先探索出适宜铝化学机械抛光的低压条件(4 psi,1 psi=6.895 kPa)。此外,提出两步抛光的方法,在抛光初期采用压力4 psi,抛光液由质量分数为40%的纳米级硅溶胶与去离子水(DIW)以体积比1∶1配制,氧化剂(H2O2)体积分数为1.5%,FA/O I型表面活性剂体积分数为1%,调节FA/OⅡ型螯合剂pH值为11.0,获得了较高的铝去除速率(341 nm/min)。在抛光后期采用低压1.45 psi,抛光液主要成分为体积分数5%的FA/O表面活性剂,并在较大体积流量(300 mL/min)的条件下进行抛光,充分利用表面活性剂的作用,对实验方案进行优化。采用优化后的实验方案,铝表面的划伤和缺陷显著减少。     

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.