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。     

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。     

新型GLSI弱碱性铜抛光液稳定性研究

随着极大规模集成电路(GLSI)技术节点逐渐降低至28 nm,多层铜布线化学机械抛光过程中弱碱性抛光液的稳定性成为人们研究的热点.以四乙基氢氧化铵作为pH调节剂,配制不同pH值的新型弱碱性抛光液,研究各组抛光液的pH值、粒径、Zeta电位以及铜去除速率、表面粗糙度和去除速率一致性随存放时间(0,12,24,36和48 h)的变化,并与KOH作为pH调节剂的抛光液进行了对比.结果表明,pH值、粒径、Zeta电位在存放时间内基本不变.pH值大于10时平坦化效果较差,pH值为9.0时,平坦化效果较好,0和48 h铜去除速率为530 nm/min和493.1 nm/min,抛光后铜表面粗糙度为0.718和0.855 nm,铜去除速率一致性为4.31％和4.54％,该抛光液加入双氧水后可以稳定存放48 h以上,可满足工业生产的要求.     

超大规模集成电路铜互连电镀工艺

介绍了集成电路铜互连双嵌入式工艺和电镀铜的原理;有机添加剂在电镀铜中的重要作用及对添加剂含量的监测技术;脉冲电镀和化学电镀在铜互连技术中的应用;以及铜互连电镀工艺的发展动态.     

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。     

ULSI铜布线阻挡层Ta CMP及抛光液的研究

ULSI多层铜互连线中,由于Cu与Ta的硬度不同带来抛光速率的差异,使得在CMP过程中各种缺陷如碟形坑缺陷、磨蚀缺陷极易发生。研究分析了H2O2、有机碱对Cu和Ta抛光速率的影响,并进行了不同抛光液配比的试验。实验证明,在温度为30℃、压力0.08 MPa,转速60 r/min、抛光液流量为160 mL/min、抛光液成份为V(H2O2)∶V(有机碱)∶V(活性剂)∶V(螯合剂)=5∶15∶15∶25时,抛光速率一致性较好,能够有效降低碟形坑的出现几率;Cu、Ta的抛光速率均为500 nm/min左右,实现了CMP的全局平坦化。     

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。     

铜互连新型阻挡层材料的研究进展

铜互连阻挡层材料起到防止铜与介质材料发生扩散的重要作用。因此,阻挡层材料需要满足高稳定性、与铜和介质材料良好的粘附性以及较低的电阻。自1990年代以来,氮化钽/钽(TaN/Ta)作为铜的阻挡层和衬垫层得到了广泛的应用。然而,随着晶体管尺寸微缩,互连延时对芯片速度的影响越来越重要。由于TaN/Ta的电阻率高且无法直接电镀铜,已经逐渐难以满足需求。文章综述了铜互连阻挡层材料的最新进展,包括铂族金属基材料、自组装单分子层、二维材料和高熵合金,以期对金属互连技术的发展提供帮助。     

以注氮SiO_2作为铜互连技术中的新型阻挡层

采用给 PECVD Si O2 中注入氮的方法 ,形成一薄层氮氧化硅 ,以此作为一种新型的扩散阻挡层 .不同热偏压条件下的 C- V测试结果和 XPS分析结果表明 ,该方法能起到对铜扩散的有效阻挡作用     

以注氮SiO2作为铜互连技术中的新型阻挡层

采用给PECVD SiO2中注入氮的方法,形成一薄层氮氧化硅,以此作为一种新型的扩散阻挡层．不同热偏压条件下的C-V测试结果和XPS分析结果表明,该方法能起到对铜扩散的有效阻挡作用．     

各组分体积分数对碱性抛光液存储时间的影响

主要研究了碱性抛光液各组分体积分数对其有效存储时间的影响。实验中每隔两个月测试了抛光液的pH值、平均粒径和Cu膜去除速率等参数随存储时间的变化值。研究表明:FA/O螯合剂体积分数是影响抛光液有效存储时间的主要因素,螯合剂体积分数越高抛光液的有效存储时间越短。在FA/O螯合剂体积分数较低时(8%),Cu布线碱性抛光液的有效存储时间在半年以上,基本能够符合产业化要求。SiO2磨料体积分数和非离子型表面活性剂体积分数是影响碱性抛光液有效存储时间的次要因素,对其有效存储时间影响不明显。     

TSV铜抛光液的研究进展

对硅通孔技术(TSV)在3D堆叠封装领域的优势进行了简单阐述,同时指出化学机械抛光(CMP)技术作为具有高质量和高精度的全局平坦化工艺,是TSV制备过程中最重要的步骤之一。影响化学机械抛光质量以及效率的因素有很多,其中比较关键的是化学机械抛光液的组成成分及其性能。重点从抛光速率、抛光质量(抑制碟形坑、表面粗糙度等)和绿色环保几个方面对抛光液性能的影响进行了讨论,概述了近年来国内外铜抛光液的研究进展。最后,通过对比总结目前铜抛光液的研究成果,对TSV铜抛光液今后的研究重点和发展趋势进行了分析和预测,其应朝着抛光速率和抛光质量的优化、低成本及环境友好的方向发展。     

复配表面活性剂对新型阻挡层抛光液抛光性能的影响

针对新型阻挡层抛光液存在Cu和正硅酸乙酯(TEOS)抛光速率一致性差、运输贮存过程中细菌滋生造成抛光表面缺陷的问题,选取脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO)非离子表面活性剂和作为杀菌剂的阳离子表面活性剂十二烷基二甲基苄基氯化铵(DDBAC),通过复配2种表面活性剂研究其对Cu和TEOS抛光速率一致性以及杀菌效果的影响,并阐述相关的影响机制。实验结果表明：Cu和TEOS抛光速率随着复配表面活性剂体积分数的增加而降低,复配表面活性剂主要控制测量点到晶圆中心的距离为70～150 mm区域内的铜抛光速率,对于TEOS,复配表面活性剂主要控制0～70 mm区域内的铜抛光速率;复配表面活性剂体积分数的增加可同时提高Cu和TEOS抛光速率一致性,但高体积分数复配表面活性剂可造成表面划伤;DDBAC作为非氧化性的杀菌剂,具有较强的抗菌抑菌能力,可通过改变细菌膜通透性,使细菌裂解死亡,杀菌效果显著。     

无氧化剂条件下铜钴CMP去除速率的控制北大核心

利用不含氧化剂的碱性抛光液对铜和钴进行化学机械抛光,深入分析了抛光液组分包括硅溶胶磨料、FA/O螯合剂以及非离子表面活性剂对两种金属去除速率的影响规律及作用机理。实验结果表明,铜和钴的去除速率随着磨料质量分数的增加而升高,并且在磨料质量分数低于5%时钴的去除速率为20~30 nm/min,而铜的去除速率几乎为零;加入FA/O螯合剂可增强其与金属离子的络合,从而加快铜和钴的去除速率;非离子表面活性剂可以有效降低铜和钴的表面粗糙度。在抛光液各组分的协同作用下,可以达到两种材料的低表面粗糙度和高去除速率选择性。     

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。     

ULSI铜互连线CMP抛光液的研制

介绍了一种碱性抛光液,选用有机碱做介质,SiO2水溶胶做磨料,依据强络合的反应机理,克服了SiO2水溶胶做磨料对铜去除速率低及在溶液中凝胶的难点.实验结果表明:该抛光液适用于Cu化学机械抛光过程第一阶段的抛光,并达到了高抛光速率及铜/钽/介质层间的高选择性的效果.     

ULSI铜互连线CMP抛光液的研制

介绍了一种碱性抛光液,选用有机碱做介质,SiO2水溶胶做磨料,依据强络合的反应机理,克服了SiO2水溶胶做磨料对铜去除速率低及在溶液中凝胶的难点.实验结果表明:该抛光液适用于Cu化学机械抛光过程第一阶段的抛光,并达到了高抛光速率及铜/钽/介质层间的高选择性的效果.     

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。     

抛光液添加剂协同作用对铜互连阻挡层CMP后碟形坑及蚀坑的影响

为了有效控制铜互连阻挡层化学机械平坦化(CMP)过程中产生的碟形坑和蚀坑等缺陷,研究了在低磨料下柠檬酸钾(CAK)和FA/OⅡ络合剂协同作用对Cu/TEOS去除速率、碟形坑和蚀坑修正的影响.结果表明:加入质量分数为1％CAK后,TEOS去除速率增加了31.6 nm/min,Cu的去除速率无明显变化,说明CAK在不影响C...