ulsi铜互连工艺中的cmp研究

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1、ULSI铜互连工艺中的CMP研究摘要ULSI铜互连工艺中的CMP研究摘要：对于当今半导体制造工艺而言，具有诸多优点的铜代替传统的铝进行电路互连，解决了一系列的电路电学缺陷，但与此同时也因其工艺的复杂的自身材料的特殊原因，在制造过程中又出现了很多新的缺陷，最具典型的新缺陷就是铜和介质的腐蚀而造成晶圆物理平而的不理想，如何最大程度地降低甚至去除这些缺陷是我们必须要考虑的重屮Z重。本文由浅入深，从介绍CMP机理、铜互连工艺原理开始，逐步引入到新工艺的缺陷，最后讨论了采用二抛法和特定添加剂在研磨液中的釆用这两种方法降低以上

2、缺陷。关键词：化学机械抛光铜互连缺陷二抛法添加剂ABSTRACTTitle:TheStudyofCMPinInterlinkagewithCuofULSIAbstract:Asforcurrentindustryofsemiconductorfabrication,CuprumhasmanyadvantagesthanAluminumtointerlinkdevicesinIC,andithassolutedmanydefectsincircuit.However,newdefectsappear,suchasth

3、ecauterizationofCuandthemediumlayer,becauseofthemorecomplicatedprocessanditsownmaterial.Howtosolvethosedefectsisourfocus.Inthisthesis,wemakeintroductionfromthetheoryofCMPandtheprocessofinterlinkagewithCutothenewdefectsofthenewprocess.Finally,wediscussthemethod

4、s,suchastwostepsofpolishandadditiveinthepolishingliquid,tosolvetheproblem.Keywords:CMP,intcrlinkagewithCu,defect,twostepsofpolish,additive目录摘要0ABSTRACT1目录21引言32CMP工艺机理43铜互连工艺基础54CuCMP工艺74.1CuCMP工艺缺陷74.2CuCMP工艺缺陷解决方法84.2.1采用二抛法解决CuCMP工艺缺陷84.2.2添加剂改善CuCMP工艺缺陷95结

5、论116致谢117参考文献121引言化学机械平坦化（CMP）是IBM公司于20世纪80年代后期发展CMOS产品时研发成功的一项新的工艺技术，并在1990年成功应用于动态随机存贮器（DRAM）的生产中。1995年以后，CMP技术得到了迅速发展，成为半导体集成电路制造工艺中不可或缺的一步。近年来，随着半导体产业的迅速发展，半导体芯片（die）不断地朝微型化、高密度化、快速、低功耗和低成本等方向发展。同时晶圆直径逐渐增大。有预计本年行业内可能开始使用直径450mm（18英寸）硅片，尽管目前业内对450mm晶圆的研发成本和

6、经济效应还存在很大的争议，但是这种规模经济的趋势会稳步向前发展的。而450mm—旦被半导体制造产业所接受，将会带来乂一次全面的工艺和设备革命。制造工艺线宽由0.18um缩减至45nm甚至更精细（冃前NANDflashmemory的制程一般为90nm和65nm）,金属层数由5〜6层向更多层数的目标迈进，在大大增加芯片复杂度的同时，也对工艺有了越来越高的要求，因此硅芯片表面平整度要求将日趋严格。由于金属层数增加，要在大直径晶圆上实现多层布线结构，刻蚀要求毎一层都应具有很高的全局平整度，即要求对多层布线互连结构中凹凸不平

7、的绝缘体、导体、层间介质（ILD）、镶嵌金属（Cu）、浅沟槽隔离（STI）、硅氧化物、多晶硅等进行高度全局平整化，这是实现大规模集成电路立体化结构的关键。在众多的平整化技术中，CMP是目前唯一能获得全局平面化效果的平整化技术。在传统工艺中，采用铝来互连电路中的各个组件。但是由于铝自身的性质，导致传统器件经常因铝的电迁移和结尖刺问题而失效，随着ULSI特征尺寸的逐步缩小，布线层数増加、宽度也随Z变细，电迁移和结尖刺问题变得更加尖锐。而铜的多层布线恰恰能避免这一问题的出现，因此在深亚微米工艺中（0.18□m及以下），铜

8、已经取代铝成为硅片上多层布线的材料。对于最小特征尺寸（CriticalDimension）在0.35um及以下的器件，必须进行全局平面化，而CMP是最好的也是唯一的全局平而化技术。通常，CMP工艺可以分为两大类：单一材料抛光和不同材料组合抛光。单一材料抛光包括硅晶圆或其它本体材料抛光、TLD平坦化或任何抛光过程中只有一种材料暴露在外而的抛光工艺。通常单一材料