GLSI多层铜布线碱性粗抛液平坦化效率的研究

摘要

随着集成电路特征尺寸不断降低、金属互连线宽度越来越窄、布线层数迅速增加，RC延迟和功率损耗逐渐成为制约半导体器件集成度的重要因素。传统的铝布线由于其自身较高的电阻率和弱的抗电迁移特性，已逐渐被铜互连结构所取代。多孔低k介质材料的引入，有效地使得器件的RC延迟降到了可接受范围。同时，双大马士革镶嵌工艺成功解决了铜难以刻蚀的问题，使得集成电路特征尺寸能够不断缩小。集成电路特征尺寸降到65nm以下后，为达到光刻纳米级精度，要求每层布线必须经过三次平坦化（铜膜的粗抛、精抛和阻挡层平坦化），而化学机械平坦化（CMP）是目前世界上公认的唯一能够实现全局平坦化的方法。
　　本文主要研究了适用于铜布线的新型碱性铜粗抛液，采用河北工业大学微电子研究所自主研发的多羟多胺螯合剂，有效地解决了铜的氧化物、氢氧化物在碱性条件下难以溶解的问题。利用氧化剂的自钝化作用，实现了凸处快反应，凹处自钝化，有效地避免使用腐蚀抑制剂（BTA），实现了高速率下的高平坦化效果。与传统的酸性抛光液相比，成分简单（仅四种），成本低，不腐蚀设备，不含有腐蚀抑制剂BTA等，环保无污染。通过各组分对速率的单因素实验和多层图形片上的平坦化实验，掌握了由组分和工艺的改变而引起的铜膜去除速率和高低差的变化规律。在前人的研究基础上，对抛光液组分进行优化，并最终确定了在工艺条件压力为1.5psi（1psi=6.895Kpa），抛头/抛盘转速为97/103rpm，流量为300ml/L时的最优配比：SiO2磨料8.8wt％，FA/O V型螯合剂2Vol%，FA/O I型非离子表面活性剂1Vol%，H2O2氧化剂3Vol%。
　　实验结果表明：在上述工艺条件下，12 inch铜光片的去除速率可达到6512.5?/min，片内非均匀性（WIWNU）为3.32%（工业化要求小于5%）。此抛光液具有较高的凹凸速率选择性，能够以较快的去除速率实现平坦化，具有高的平坦化效率。在12 inch1层图形片上，抛光69s后，碟形坑低于400?，实现了高速率下的全局平坦化。在12 inch8层图形片上，去除速率能够达到7197.6?/min，85s能够有效消除10462?的高低差。

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第一章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 ULSI铜CMP抛光液的研究现状及发展趋势

1.3 课题来源、研究内容、意义

1.4 小结

第二章 化学机械平坦化实验设备及材料

2.1 实验设备

2.2 实验材料

2.3 小结

第三章 组分和工艺条件在3 inch铜片去除速率的变化规律

3.1 实验条件

3.2 抛光液组分对去除速率的影响

3.3 抛光工艺对去除速率和一致性的影响

3.4 小结

第四章 碱性铜抛光液平坦化效率的研究

4.1 实验条件

4.2 实验结果

4.3 小结

第五章 新型碱性抛光液在12 inch晶圆上的应用

5.1 碱性抛光液12 inch 1层图形片上的应用

5.2 实验结果与讨论

5.3 小结

第六章 结论

参考文献

致谢

攻读硕士期间所取得的成果