提高GLSI多层铜布线粗抛平坦化性能的研究

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1、分类号：TN305.2密级：公开UDC：编号：201331907009河北工业大学硕士学位论文提高GLSI多层铜布线粗抛平坦化性能的研究论文作者：王月霞学生类别：全日制专业学位类别：工程硕士领域名称：集成电路工程指导教师：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)DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofIntegratedCircuitEngineeringSTUDYON

2、IMPROVEMENTOFPLANARIZATIONPERFORMANCEFORROUGHPOLISHINGINGLSIMULTILEVELCOPPERINTERCONNECTIONbyWangYuexiaSupervisor:Prof.LiuYulingMarch2016ThisworkwassupportedbytheSpecialProjectItemsNO.2inNationalLong-termTechnologyDevelopmentPlan.NO.2009ZX02308.原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是

3、本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文不包含任何他人或集体已经发表的作品内容，也不包含本人为获得其他学位而使用过的材料。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人或集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名：日期：关于学位论文版权使用授权的说明本人完全了解河北工业大学关于收集、保存、使用学位论文的以下规定：学校有权采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供本学位论文全文或者部分内容的阅览服务；学校有权将学位论文的全部或部

4、分内容编入有关数据库进行检索、交流；学校有权向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：日期：导师签名：日期：摘要随着集成电路发展到GLSI阶段，化学机械平坦化已成为微电子领域实现晶圆全局平坦化的唯一有效方法。双大马士革工艺电镀铜后晶圆表面存在高低差，为了满足图像分辨率、聚焦和光刻要求的纳米精度，多层布线每层必须进行平坦化。粗抛作为平坦化的第一步骤，其表面平坦化程度与效果，对随后的布线将会产生重要影响，直接影响精抛与阻挡层的抛光效率与效果，因此粗抛对整个铜布线片而言至

5、关重要。表面一致性、局部和全局平坦化、高速率下的高平坦化性能、低粗糙度是粗抛过程亟待解决的攻关难题，涉及到理论、方法、材料和工艺。本论文主要研究适用于铜布线的新型碱性铜粗抛液，与传统酸性抛光液相比，成分简单，环保，不腐蚀设备。采用自主研发的多羟多胺大分子螯合剂，具有较高的化学势能，使凸处抛后产物在碱性条件下可溶，解决了化学机械抛光碱性化问题。利用CMP条件下大分子络合剂凸处强络合作用和氧化剂凹处钝化作用，有效避免添加腐蚀抑制剂BTA，实现高的凹凸速率差，达到高速率下高平坦化目的。利用非离子表面活性剂，降低表面张力，加快凸处质量传

6、递，凹处优先吸附，提高表面一致性。利用磨料机械磨削作用，提高凸处去除速率。通过对各组分的单因素速率和平坦化性能实验研究分析，找出其变化规律。结合络合理论、平衡理论、质量传递理论和自钝化理论，针对碱性条件的关键问题进行深入研究，确定了粗抛液材料量化值的选取与优化，优化工艺参数为：粗抛时间60s，抛头/抛盘转速87/93rpm，流量300ml/min，压力1psi时的最佳配比：纳米SiO2磨料5wt%，FA/OⅡ型螯合剂3vol%，FA/OⅠ型非离子表面活性剂6vol%，H2O23vol%。在以上工艺条件下，12inch铜光片上的去

7、除速率达到6863.80Å/min，片内非均匀性为3.17%，抛后粗糙度仅为0.319nm。此粗抛液达到较高的凹凸速率差，在12inch1层图形片上65nm特征尺寸下单位时间内剩余高低差仅为562Å，能有效消除高低差，为提高布线表面平坦化获得技术新突破。关键字：化学机械平坦化碱性铜粗抛液片内非均匀性平坦化性能剩余高低差IABSTRACTWiththerapidlydevelopmentofintegratedcircuits,chemicalmechanicalplanarization(CMP)isinternationall

8、yrecognizedastheonlywaytoprovidetheglobalplanarizationforthewafersurface.ThewaferitselfisunevenafterthedoubleDamascustechnology.Ino