碱性条件下铜互连阻挡层Co的CMP研究

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1、分类号：TN305.2密级：公开UDC：编号：201331907006河北工业大学硕士学位论文碱性条件下铜互连阻挡层Co的CMP研究论文作者：潘辉学生类别：全日制工程硕士专业学位类别：领域名称：集成电路工程指导教师：王胜利职称：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)ThesisSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofIntegratedCircuitEngineeringUNDERTHECONDITIONOFALKALINERESEARCHONCHEMIC

2、ALMECHEMICALPOLISHINGOFBARRIERLAYERMATERIALCoFORCuINTERCONNECTIONbyPanHuiSupervisor:Prof.WangShengliMarch2016ThisworksupportedbytheSpecialProjectItemsNo.2intheNationalLong-termTechnologyDevelopmentPlanNo.2009ZX02308原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，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

3、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

4、期：摘要随着微电子技术的发展，为了保证器件性能，降低互连线的电阻，必须减小扩散阻挡层和铜籽晶的厚度(<5nm)，因此对超薄的Cu阻挡层材料特性要求越来越高。由于Co具有优秀化学物理性能而被选为下一代极大规模集成电路阻挡层材料之一。但目前关于Co材料的化学机械抛光研究非常缺乏，对于Co抛光中存在的化学腐蚀、抛光机理等科学问题和实际的抛光工艺报导也很少。因此本论文工作对科学研究和实际应用都有非常重要的意义。论文首先从理论上分析了碱性抛光的可行性。为了得到Co材料较快的去除速率和较好的表面质量，本文针对抛光工艺和抛光液成分进行了研究。结果表明，当工艺参数为压力1.5psi，流量150ml

5、/min，抛光头转速60rpm，抛光盘转速65rpm时,得到Co的去除速率(MRR)为56.7nm/min，表面粗糙度(RMS)达到3.39nm(测试范围:l0μmX10μm)。同时，为了得到较高的Co抛光去除速率，本文研究了FA/OⅠ螯合剂和H202氧化剂对Co的抛光去除速率和极化曲线的影响。实验结果表明，随着H202和螯合剂浓度的增加，Co的抛光去除速率先增加后减少，因为在抛光过程中Co表面过量的H202使Co表面形成了致密氧化层。通过电化学方法对Co表面的腐蚀情况进行了分析研究。结果表明，随着螯合剂浓度的增大，开路电位降低，表明了溶液中电化学反应更加剧烈，络合作用增强，在一定

6、程度上提高了Co的腐蚀速率。另外，通过调节FA/OⅠ螯合剂和H202氧化剂的浓度，可以使Co与Cu的抛光速率达到1:1.5，并有助于在抛光过程中降低Co与Cu的电偶腐蚀，满足工业生产要求。最后，在抛光液中加入了少量的Ⅰ型非离子表面活性剂，有效的降低了金属CoCMP后表面粗糙度。关键字：化学机械抛光Co工艺参数抛光速率表面粗糙度IABSTRACTWiththedevelopmentofmicroelectronictechnology,inordertoensuretheperformanceofdeviceandreducetheresistanceofinterconnects,

7、thethicknessofbarrierlayersandcopperseedcrystalmustbedecreased(<5nm).Sotherequirementsofultra-thinCubarriermaterialbehaviorareincreasing.OwingtotheexcellentpHysicalandchemicalproperties,cobalthasbeenselectedasoneofthemostpromisingcandid