GLSI铜互连碱性阻挡层抛光液平坦化缺陷研究

摘要

随着集成电路行业的迅速发展，小规模集成电路逐渐发展为极大规模集成电路，即GLSI。目前，国际上特征尺寸为28nm/22nm的极大规模集成电路已实现大规模生产，多层金属互连层数高达10层以上，为保证最终晶圆各种参数乃至器件性能满足客户的需求，要求在每一层布线之后，都能够得到较高的晶圆表面平整度。化学机械平坦化（Chemical Mechanical Planarization，CMP）是目前唯一的能够有效实现全局和局部平坦化的方法，而在集成电路制造过程所需要的CMP中，阻挡层的CMP是最终决定晶圆平坦化效果的关键环节，直接影响器件性能和成品率。由于阻挡层的CMP涉及到对多种不同性质材料铜、钽和介质的抛光，过程相对复杂，且抛光后易出现划伤、碟形坑、蚀坑及腐蚀等缺陷问题，这都对阻挡层的CMP提出了更大的挑战，因此，对阻挡层CMP过程进行深层次研究就有了非常重要的实践意义。 本文通过单因素实验和铜、钽的电化学实验分别研究抛光液各组分对铜、钽、介质三种材料去除速率的影响规律以及FA/OⅡ螯合剂对铜的腐蚀机理及铜钽之间的电偶腐蚀问题。然后将新型碱性阻挡层抛光液应用到12英寸铜镀膜片和介质光片以及铜布线晶圆片平坦化实验中，并对抛光后晶圆进行表面缺陷情况检测，研究FA/OⅡ螯合剂对铜和介质去除速率、速率选择比、碟形坑、表面粗糙度及电阻的影响规律，以及不同抛光液配比对铜和介质去除速率一致性的影响情况，最后将最好的抛光液配比应用于新的铜布线片，检测其对碟形坑和蚀坑缺陷的修正情况。结果表明：螯合剂含量增加，螯合能力增强，铜和介质的去除速率增大，碟形坑缺陷的修正能力增强；固定磨料质量分数为20%，活性剂和FA/OⅡ体积分数分别为30ml/L，0.7ml/L时，铜光片表面粗糙度最小，为2.34nm；当FA/OⅡ体积分数为0.7ml/L，Ⅰ型活性剂体积分数为60ml/L时，碱性阻挡层抛光液获得良好的速率选择比及很高的速率一致性,铜和介质的速率一致性分别为4.33%和4.76%；抛光后铜布线碟形坑低于520(A)，蚀坑低于309(A)，满足工业生产要求。

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