提高铝栅CMP表面平整度的研究

摘要

CMOS制造工艺中HKMG结构的铝栅CMP的表面平整度直接影响CMOS器件的电性能。国际上铝栅CMP采用酸性抛光液，其抛光液中加入的磷酸、硝酸会造成大气污染，排放的污水中含有磷酸盐和硝酸盐，造成水体污染。因此本课题研究铝栅CMP碱性抛光液。铝为氢前两性金属，在pH＞8.3或pH＜5时，表面产生大量氢气泡，在表面产生大量蚀坑缺陷，需要加入抗蚀剂，但是抗蚀剂极易腐蚀设备，因此不加抗蚀剂的铝栅CMP碱性抛光液的研究与应用还有很大难度。 针对国内外铝栅CMP存在的理论与技术问题，本课题铝栅CMP碱性抛光液采用自主研发的螯合力强、易清洗、环保的FA/OⅡ型螯合剂，研究碱性条件下过氧化氢、FA/OⅡ型螯合剂对铝金属静态腐蚀、电化学腐蚀行为特点，结合两种试剂浓度变化对表面平整度、去除速率的影响，建立铝栅CMP电化学腐蚀动力学的机理模型。以阿伦尼乌斯方程及反应暂态理论作为指导依据，研究碱性条件下过氧化氢自钝化、FA/OⅡ型螯合剂的络合溶解以及硅溶胶磨料的机械磨除传质过程，从而得到铝栅化学机械平坦化控制机理。当过氧化氢为2.0vol.%，FA/OⅡ型螯合剂为1.5vol.%，硅溶胶磨料为20wt%时，自钝化-络合溶解-传质三个过程达到动态平衡，实现了铝栅CMP过程高平整度及速率可控的要求。课题同时采用自主研发的高渗透、低表面张力FA/OⅠ型非离子表面活性剂，利用电化学工作站实现吸附机制的分析，结合原子力显微镜、接触角测量仪等探究表面活性剂对表面张力及表面优先物理吸附作用的影响，从理论、材料、技术方面有效地解决了铝表面析氢腐蚀这一国际技术难题，进一步提高铝栅表面平整度。 本论文对铝栅CMP过程中几个关键工艺参数进行研究，结合动力学、流体力学以及压力模型理论，得出了铝栅CMP表面平整度最佳的抛光工艺参数。本论文提供了系统的研究方法和可靠的实验数据，建立了一种新的铝栅CMP抛光模型，对提高铝栅CMP表面平整度的研究具有重要指导意义。

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