glsi铜布线阻挡层cmp界面腐蚀研究

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1、分类号：密级：公开UDC：编号：河北工业大学硕士学位论文GLSI铜布线阻挡层CMP界面腐蚀研究论文作者：李月学生类别：全日制学科门类：工学学科专业：微电子学与固体电子学指导教师：王胜利职称：教授资助基金项目：国家科技重大专项子课题(2016ZX02301003-004-007)河北省自然科学基金青年基金（F2015202267）DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofMicroelectronicsandSolidStateElectronicsSTUDY

2、ONTHEGALVANICCORROSIONINBARRIERCHEMICALMECHANICALPLANARIZATIONOFGREATLARGESCALEINTERGRATIONWITHCOPPERWIRINGbyLiYueSupervisor：Pro.WangShengliMay2017ThisworksupportedbytheNationalScienceandTechnologyMajorProjectsCorpus(2016ZX02301003-004-007)andtheNaturalScienceFoundationofHebeiPro

3、vince(F2015202267).I摘要在大规模集成电路制造过程中，化学机械平坦化（CMP）是关键工艺技术之一。钽（Ta）由于具有高稳定性、高导电性以及对铜的惰性等优势，被广泛用作铜互连阻挡层材料。铜（Cu）的化学反应活性强于Ta，Cu/Ta界面存在较大的电化学腐蚀电位差（ΔEcorr）。在阻挡层CMP过程中，铜钽在抛光液中接触形成电偶腐蚀，严重影响器件的可靠性、良率及完整性，制约微电子技术的进一步发展。因此，本文针对当前界面腐蚀中影响最严重的电偶腐蚀问题进行研究，研究内容如下：论文首先根据CMP实验得出的铜钽去除速率确定出一种不含氧化剂以及抗蚀剂的

4、碱性抛光液的基本配比。通过静态与动态相结合的电化学方法，分别研究抛光液pH值及抛光液成分，包括FA/OI型螯合剂、FA/OII型螯合剂和非离子表面活性剂，对Cu/Ta界面腐蚀的影响。结合动态以及静态电化学极化曲线分析铜钽表面的钝化及腐蚀状态。根据抛光液pH值及各成分对铜钽表面钝化和腐蚀程度的影响，调整pH或抛光液配比，实现了对铜钽自腐蚀电位的控制，降低了铜钽之间的自腐蚀电位差，从而抑制铜钽电偶腐蚀。实验结果表明，当I型FA/O螯合剂为5vol%，II型FA/O螯合剂为0.2vol%，非离子表面活性剂为6vol%时，Cu的去除速率达到245Å/min，Ta

5、的去除速率达到260Å/min，两者的去除速率选择比接近1：1，对碟形坑、蚀坑具有很强的修正能力；静态腐蚀速率较小，同时Cu、Ta的腐蚀电位差接近0mV，电偶腐蚀电流密度为7.86μA·cm-2，实现了对Cu、Ta电偶腐蚀的有效控制。研究成果对铜钽电偶腐蚀的研究具有很大的指导意义，进一步促进了65nmFA/O碱性阻挡层抛光液的产业化进程。关键字：化学机械抛光阻挡层碱性抛光液电偶腐蚀腐蚀电位腐蚀电流IABSTRACTThechemicalmechanicalplanarization(CMP)isoneofthekeytechnologyinthemanu

6、factureoflargescaleintegratedcircuit.Tantalumwaswidelyusedasbarriermaterialincopperinterconnectionbecauseofits’highstability,highelectricalconductivityandtheinertiaforcopper.Chemicalreactionactivityofcopperwashigherthantantalumwhichformeddifferenceofcorrosionpotentialontheinterfa

7、ceofcopperandtantalum.GalvaniccorrosionoccurredwhentwocopperandtantalumcontactedintheslurryduringtheprocessofbarrierlayerCMP.Thegalvaniccorrosionseriouslyinfluencedonthereliabilityandyieldandintegrityofthedeviceandrestrictedthefurtherdevelopmentofmicroelectronicstechnology.Theref

8、ore,thispaperresearchedthegalvaniccorros