阴离子表面活性剂及复配对阻挡层抛光液性能的影响

为提高铜互连化学机械抛光(CMP)后表面质量，在抛光液中需引入适当的表面活性剂以改善磨料的稳定性以及CMP后铜的表面粗糙度。研究了十二烷基硫酸铵(ADSA)、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸铵(AESA)、直链烷基苯磺酸(LABSA)3种不同阴离子表面活性剂，以及非离子表面活性剂脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO-9)和LABSA复配表面活性剂对钽阻挡层抛光液润湿性、分散性以及对材料去除速率的影响。通过接触角测量仪、纳米粒度仪、扫描电镜和原子力显微镜测试表面张力、接触角、大颗粒数、粒径分布以及CMP后铜的表面粗糙度，并分析复配表面活性剂的作用机制。结果表明：抛光液中加入LABSA后，因其具有直链型结构，抛光液的润湿性和分散性效果最好，抛光后铜表面的粗糙度最低；AEO-9和LABSA进行复配，相较于单一的LABSA,抛光液的润湿性、分散性、稳定性和抛光后铜表面粗糙度均有所改善，体积分数0.1%LABSA+0.1%AEO-9的复配表面活性剂性能最优，CMP后铜表面粗糙度降至0.7 nm。     

集成电路钴化学机械抛光缺陷控制的研究进展

钴(Co)因拥有较低的电阻率、良好的热稳定性、与Cu黏附性好等优点,可以替代钽(Ta)成为铜(Cu)互连结构的阻挡层;当特征尺寸减小到10 nm后,由于Co良好的抗电迁移能力,可以在很薄的阻挡层上实现无空隙填充,作为理想的互连金属候选材料,表现出了巨大的应用潜力。但由于Co的反应活性较强,以及不同金属材料之间的腐蚀电位差异,在化学机械抛光(CMP)过程中容易形成点蚀和电偶腐蚀缺陷,严重影响器件的性能,而成为研究的热点。综合分析近年来关于钴CMP过程中表面缺陷的产生及控制的相关研究,重点分析抛光液中的络合剂、缓蚀剂等成分对于钴表面缺陷的产生以及控制的作用机制;指出在碱性环境下,选择合适的缓蚀剂和络合剂以及利用不同缓蚀剂的协同作用,可以有效控制点蚀缺陷的发生,并指出量子化学可从分子层面上定性定量地分析抛光液中各试剂的相互协同机制,为抛光液的设计提供理论支撑。     

BTA与TT-LYK对铜CMP缓蚀效果和协同效应研究

在铜化学机械抛光中,由于典型缓蚀剂苯并三氮唑(BTA)对铜表面化学保护作用非常强烈,造成铜去除速率过低的现象。为了获得更好的缓蚀效果和铜表面质量,在近中性溶液中,对BTA缓蚀剂和新型缓蚀剂2,2′-[[(甲基-1H-苯并三唑-1-基)甲基]亚氨基]双乙醇-(TT-LYK)的缓蚀效果进行比较,并对2种缓蚀剂的复配效果进行研究。结果表明：在近中性溶液中,BTA和TT-LYK均可以有效抑制铜表面腐蚀;2种缓蚀剂复配后具有协同作用,添加到抛光液中可得到更好的铜表面质量和更低的粗糙度,这可能是由于2种缓蚀剂的钝化膜类别相似,使得在一种缓蚀剂形成配合物的基础上,另一种缓蚀剂对生成的钝化膜进行补充,使得双层钝化膜更致密,能更好地保护铜表面不受腐蚀。     

铜抛光液中缓蚀剂5-氨基四唑(ATA)的作用机制研究

采用静态腐蚀实验、接触角测试、XPS等手段,比较在不同pH值下抛光液中缓蚀剂(5-氨基四唑(ATA),苯并三唑(BTA))对铜表面化学机械抛光(CMP)的影响,并探讨ATA在铜表面的作用机制。结果表明,BTA和ATA是优良的铜缓蚀剂,当pH值为3～10时,两者可在铜表面成膜,保护铜表面不受腐蚀,从而降低铜片的静态腐蚀速率和去除率,其中当pH=4时,2种缓蚀剂表现出最佳的缓蚀性能。当pH值为3～5时,ATA的缓蚀性能优于BTA。ATA通过四唑环上的N原子和氨基上的N原子吸附在铜表面,形成保护膜,从而抑制了H2O2对铜表面的腐蚀,改善了表面质量,是一种优良的适用于酸性铜抛光液的缓蚀剂。     

ULSI制造中铜化学机械抛光的腐蚀磨损机理分析

以超大规模集成电路(ULSI)芯片多层互连结构制造中的关键平坦化工艺——铜化学机械抛光(Cu—CMP)为研究对象，针对Cu—CMP中存在的抛光液的化学腐蚀作用和磨料的机械磨损现象，采用腐蚀磨损理论分析了Cu—CMP材料去除机理。提出铜CMP的材料去除中存在着机械增强的化学腐蚀和化学增强的机械磨损，并分析了Cu—CMP的静态腐蚀材料去除、机械增强的腐蚀去除与化学增强的机械去除机理。     

化学机械抛光过程低 k/铜表面材料去除机制及损伤机制研究进展*

针对低k介质/铜表面在平坦化加工中极易造成材料界面剥离、互连线损伤和表面不平整等问题,国内外学者对CMP过程中的材料去除机制以及损伤机制开展了大量的研究工作。对集成电路平坦化工艺——化学机械抛光过程中低k介质/铜界面的力学行为和摩擦损伤特性研究进展进行综述,介绍异质表面的材料去除行为及去除理论研究现状;展望了化学机械抛光过程低k介质/铜表面去除机制研究的研究趋势,即通过对异质界面的分子原子迁移行为研究,揭示异质表面的微观材料去除机制及损伤形成机制,最终寻找到异质表面平坦化及损伤控制方法。     

超大规模集成电路制造中硅片平坦化技术的未来发展

在集成电路(IC)制造中,化学机械抛光(CMP)技术在单晶硅衬底和多层金属互连结构的层间全局平坦化方面得到了广泛应用,成为制造主流芯片的关键技术之一。然而,传统CMP技术还存在一定的缺点或局限性,人们在不断完善CMP技术的同时,也在不断探索和研究新的平坦化技术。在分析传统CMP技术的基础上,介绍了固结磨料CMP、无磨料CMP、电化学机械平坦化、无应力抛光、接触平坦化和等离子辅助化学蚀刻等几种硅片平坦化新技术的原理和特点以及国内外平坦化技术的未来发展。     

聚苯乙烯-二氧化硅复合颗粒对铜层的化学机械抛光性能

随着集成电路线宽变窄,要求铜互连表面具有更低的表面粗糙度,对化学机械抛光(CMP)技术提出更高的要求。采用聚苯乙烯(PS)-二氧化硅(SiO2)复合颗粒作为铜层CMP的抛光磨粒,研究出PS-SiO2核壳结构的形成条件,分析新型抛光液体系中各颗粒含量、pH值等因素对Cu抛光效果的影响,通过X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)等手段探讨其中的抛光机制和颗粒残留等问题。结果表明:较之PS、SiO2颗粒抛光液,复合颗粒抛光液抛光Cu后,获得更大的去除和更好的表面质量,且与抛光过程中摩擦因数的关系相符合。     

有机铜盐抗氧剂与油溶性二烷基二硫代磷酸氧钼复配体系的抗磨减摩性能

在四球试验机上研究了高温抗氧剂二乙基己基二硫代磷酸铜、二烷基二硫代磷酸铜与抗磨添加剂二烷基二硫代磷酸氧钼复配体系的抗磨减摩性能。结果表明，两种有机铜添加剂具有良好的高温抗氧化性能，同时本身也具有一定的抗磨减摩性能。当有机铜的添加量较低时，有机铜抗氧剂与二烷基二硫代磷酸钼复配体系具有一定的协同抗磨性。采用SEM对磨斑表面的形貌和表面膜的元素组成进行了分析，对添加剂之间的相互作用进行了初步的探讨。     

ULSI化学机械抛光(CMP)材料去除机制模型

CMP已成为IC制造中的关键工艺之一,相关机制模型的研究是当前CMP的热点。综述了考虑抛光液的流动、抛光垫的弹性和硬度、研磨颗粒的大小和硬度等不同因素的机制模型,并对基于不同假设的模型作了分析和比较。最后对CMP模型未来的发展和研究方向提出了展望。     

铜布线化学机械抛光技术分析

对用于甚大规模集成电路(ULSI)制造的关键平坦化工艺——铜化学机械抛光(CMP)技术进行了讨论。着重分析了铜化学机械抛光的抛光过程和相关的影响因素；根据现有的研究成果主要介绍了铜化学机械抛光的化学材料去除机理；在分析抛光液组成成分的基础上，总结了现有的以H2O2为氧化剂的抛光液和其他酸性、碱性抛光液以及抛光液中腐蚀抑制剂的研究情况；指出了铜化学机械抛光今后的研究重点。     

无磨料化学机械抛光的研究进展

无磨料化学机械抛光(AFP)技术克服传统化学机械抛光(CMP)易产生凹陷、腐蚀和微观划痕等表面损伤的特点,成为解决半导体晶片上Cu膜表面平坦化的重要技术;AFP已广泛用于铜大马士革层间互连及其他材料的加工.综述了AFP技术的研究现状,指出了AFP急待解决的技术和理论问题,并对其发展趋势进行展望.     

Material Removal Mechanism of Copper CMP from a Chemical�CMechanical Synergy Perspective

The material removal in chemical?Cmechanical planarization/polishing (CMP) of copper involves both chemical and mechanical effects. The roles of chemical corrosion, abrasive wear, and their synergistic effects on the material removal mechanism were studied by electrochemical analysis and nano-scratching method using atom force microscopy, respectively. Combining with the results of CMP experiments, dominant factors (chemistry and mechanics) in slurries within the range of pH 3.0?C10.0 were assessed. Consequently, a removal mechanism map of copper CMP depending on pH values was constructed. In the alkaline slurry, the wear?Ccorrosion effect predominated in the material removal at pH 8.0 and 9.0; while the copper removal mechanism changed to corrosion?Cwear action in the acidic slurry from pH 4.0 to 6.0, and good surface quality was also obtained. The results and the strategies provide thorough understanding of the material removal mechanism and further optimization of the CMP process.     

Electrochemical Analysis of the Slurry Composition for Chemical Mechanical Polishing of Flexible Stainless-Steel Substrates

The surface quality of the stainless steel affects the efficiency of flexible photovoltaics. Chemical mechanical polishing (CMP) is a finishing process that is used to prepare substrates for electronic devices. The CMP slurry composition is an important factor because additives in the slurry generally improve the polishing performance. However, it is limited to find the optimum conditions for the slurry by only experimental approaches. Thus, this study uses electrochemical analysis and friction monitoring to examine the effects of the abrasive, oxidizer, chelating agent, and pH. Electrochemical and monitoring analysis are useful for validating predictions and understanding interactions between the slurry and the stainless steel surface. Good correspondence was found between the predictions and the polishing results in more accurate. The corrosion rate (CR) obtained from the potentiodynamic polarization curve is proportional to the experimental results, as is the behavior of the curve and the coefficient of friction (COF). After only 3 min CMP, the best performing slurry (abrasive 39 wt %, oxalic acid 1 wt %, H₂O₂ 0.03 wt %, pH 1.5) improved the surface quality of 304 stainless steel by 4 nm. As a result, the proposed methods could help reduce the risks involved in stainless steel CMP slurry and these results could provide a reference for optimizing CMP slurry for flexible 304 stainless steel substrates.     

Tribo-chemical Behavior of Copper in Chemical Mechanical Planarization

Chemical mechanical planarization/polishing (CMP) of copper has emerged as an important component in semiconductor processing. It involves both chemical and mechanical effects, consisting of several steps such as passivation, film dissolution, chemical corrosion, and abrasive abrasion. It is important to understand the individual steps in the removal process. In this paper, investigations were focused on the tribo-chemical behavior of copper in hydrogen peroxide solution at different pH values. The repassivation current and friction coefficient were measured in situ as a function of time. The compositions of unworn and worn surfaces after the tribocorrosion experiments were also analyzed by Raman spectra. The copper exhibited a tendency of repassivation during the potentiostatic tests; furthermore, the repassivation kinetics varied with the surface species and the quantity of passive films formed at different pH values. The results indicate that both relatively high material removal rate and good surface quality may be achieved in the weak acidic solution during CMP.