glsi多层铜布线cmp粗抛材料成分优化研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：河北工业大学硕士学位论文GLSI多层铜布线CMP粗抛材料成分优化研究论文作者：赵亚东学生类别：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：刘玉岭职称：教授资助基金项目：国家中长期科技发展规划02科技重大专项资助项目(2009ZX02308-003，2016ZX02301003-004_007)DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforMasterDegreeofMicroelectronicsandSolidStateElectronicsSTUDYONO

2、PTIMIZATIONOFCOMPONENTOFROUGHPOLISHINGSLURRYINMULTILAYERCOPPERINTERCONNECTIONCMPFORGLSIbyZhaoYadongSupervisor:Prof.LiuYulingMay2017ThisworkwassupportedbytheSpecialProjectItemsNO.2inNationalLong-termTechnologyDevelopmentPlan.NO.2009ZX02308-003,2016ZX023-004_007摘要集成电路（integratedcircuit

3、,IC）按照摩尔定律已经发展60余年，芯片内集成晶体管数量已经达到1011，最新的技术节点已经进入7nm阶段，使IC制造技术面临着巨大的挑战。在IC后端工艺制备技术中，当前化学机械抛光(Chemicalmechanicalpolishing,CMP)技术是晶圆平坦化的唯一有效方法。抛光液作为CMP的关键材料，直接影响其发展水平。碱性铜布线粗抛液的稳定性问题是解决其他技术难题的先决条件。国际上提出的“三低一高”（低磨料浓度、低pH、低压力、高抛光速率）已经形成发展趋势。同时，对抛光液平坦化性能包括片内非一致性（within-wafernonuniformity,W

4、IWNU）、碟形坑修正、缺陷控制等，提出更为严苛的制造指标要求。针对以上问题，本文从以下方面进行了研究：文中首先研究了碱性抛光液中磨料硅溶胶（SiO2）和氧化剂H2O2的稳定性，从DLVO胶体稳定理论和化学反应动力学出发，分析以上两种材料的稳定机理，通过对配制工艺、pH值、材料比例的调节，找出SiO2和H2O2的稳定条件，最终实现抛光液（添加H2O2后）稳定时间8天，满足实际工业要求。确立CMP动力学控制过程，利用新型FA/OⅠ螯合剂解决了凹处、凸处铜抛光速率选择比的问题，达到碟形坑（dishing）凹处氧化膜自钝化，凸处铜快速去除的目的。同时利用微量缓蚀剂苯并

5、三氮唑的辅助作用，进一步优化dishing。减少了完全依赖缓蚀剂带来的抛光速率损失和难清洗等副作用。分析了低磨料浓度、低压力实现高抛光速率的可行性，经过理论分析和实验验证，确定抛光工艺和成分配比，实现铜CMP中粗抛工序的高效化。铜抛光液成分优化结果：磨料实现低浓度化可降低至0.5wt%，其他成分甘氨酸1wt%，FA/OⅠ型螯合剂2vol%，FA/O非离子表面活性剂5vol%，氧化剂H2O2浓度2vol%，缓蚀剂苯并三氮唑500ppm。抛光液呈碱性pH值为10.5。抛光工艺条件：压力1.5psi，抛头和抛盘转速分别为87和93rpm，抛光液流量300ml/min。

6、在上述条件下，在12inch铜光片上的抛光速率达到7066Å/min，片内非均匀性为3.01%，粗糙度Sq仅为0.450nm。从单层图形片测试结果来看，dishing值降低到500Å的水平（初值3700Å），有效抑制dishing延伸。关键字：化学机械抛光碱性铜抛光液稳定性片内非一致性碟形坑抛光速率IABSTRACTIntegratedcircuit(IC)hasbeendevelopedformorethan60yearsaccordingtoMoore'sLaw,thetransistorsperchiphavereached1011,thelatestte

7、chnologynodehasreachedthe7nm.ThereforeICmanufacturingtechnologyisfacinggreatchallenges.IntheICBEOLmanufacturing,chemicalmechanicalplanarization(CMP)hasbeenrecognizedastheonlyeffectivewaytoprovidetheglobalplanarizationforthewafer.AsthekeymaterialofCMP,theslurrydirectlyaffectsthedevelo

8、pmentlevel.T